JP2020169831A - 流路構造体への流体充填方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の課題は、狭窄部位を有する流路構造体へ気泡を残さず効率よく流体を充填する方法を提供することにある。【解決手段】狭窄部位を有する流路に繋がった入口を備えた流路構造体に対して、前記入口以外の流路末端孔から流体を充填することを特徴とする流体充填方法。【選択図】 図1

Description

本発明は、流路構造体への流体充填方法に関する。
マイノリティーな粒子群を正確に検出可能な技術として、電気的検出を用いるコールター法(電気的検知帯法;以下、ESZと記載)が知られている。ESZ法ではアパーチャに粒子を通過させた際に発生する電気的シグナルを用いて粒子径を算出するが、一般にそのダイナミックレンジはアパーチャ径の2〜60%といわれている。ESZ法の欠点であるダイナミックレンジの狭さを解消するため粒子を分級し、異なるアパーチャ径を持つESZ法で検出する方法が開発されている(例えば、特許文献1)。
特許文献1のように連続的な分離を可能にする技術として、マイクロ流路を用いたピンチドフローフラクショネーション(Pinched Flow Fractionation)(以下、PFFと記載)が利用されている。PFF法は流体力学的特性を利用するため流路内に発生する気泡や流路内部が完全に液体で充填されていないと望みの分級を行うことはできないが、PFF法を用いた流路構造は複雑なため、インレットから溶液を導入する方法では完全に流路内部を溶液で満たすことは困難であった。
WO2018/147462号公報
本発明の課題は、狭窄部位を有する流路構造体へ気泡を残さず効率よく流体を充填する方法を提供することにある。
本発明者らは上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。
すなわち本発明の一態様は、
狭窄部位を有する流路に繋がった入口を備えた流路構造体に対して、前記入口以外の流路末端孔から流体を充填することを特徴とする。
また、本発明の別態様は、
狭窄部位を有する流路に繋がった入口と、狭窄部位を有する流路のみに繋がった出口と、狭窄部位を有する流路以外とも繋がった充填用出口と、を備えた流路構造体に対して、前記充填用出口から流体を充填することを特徴とする。
本発明により、ナノ〜マイクロレベルの微小な粒子を広範囲に定量的に評価できる流路構造体へ気泡を残さず効率よく流体を充填することが可能となる。
実施例1及び比較例1、2で使用した流路の図面である。(a)は流路の全体図、(b)は領域21の拡大図、(c)は103の拡大図である。 (a)は比較例1における充填方法を示した図、(b)は充填後の105の拡大写真、(c)は充填後の106の拡大写真である。 (a)は比較例2における充填方法を示した図、(b)は充填後の107の拡大写真である。 圧入するためのピンの一例である。 簡便に液を圧入るためのピンを備えた冶具の一例である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し本発明は異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示にのみ限定されるものでは無い。
狭窄部位を有する流路とは、ある流路に接続されている当該流路より相対的に流路幅が狭くなった流路や、流路途中で流路幅が部分的に狭くなっている流路のことを指す。狭窄部位を有する流路に繋がった入口を備えた流路構造体としては、PFFをシステム化した流路構造体(以下、PFF流路と省略することがある)、ハイドロダイナミックフィルトレーション法、フィールドフローフラクショネーション法(膜の部分が狭窄流路とみなされる)、ESZ法(アパーチャ部位)をシステム化した流路構造体が例示される。例えば、PFF流路ではサンプル液を流す流路(サンプル流路)とシース液を流す流路(シース流路)が合流して形成される狭窄流路、狭窄流路に接続された拡大流路、拡大流路に接続された出口流路を少なくとも備えており、狭窄流路はサンプル流路やシース流路よりも流路幅が狭くなっていることが原理上、必要となるため、狭窄流路は本発明における狭窄部位を有する流路に該当する。すなわち、PFF流路に対して、出口流路の末端(出口)から流体を充填すれば、気泡を残さず効率よく流体を充填することが可能となる。
図1に示すようなPFF流路にESZ法を組み合わせたような粒子分離検出流路を備えたマイクロチップ10の場合、インレット14a、14b、アウトレット23、104a、104b、104cを孔として持ち、各孔の間を入口側分岐18a、18b、狭窄流路16、拡大流路17、ドレイン流路22、粒子回収流路102a、102b、102c、粒子検出流路103a、103b、103cが繋ぐ構造になっている(図1(a)、(b)参照)。粒子検出流路103a、103b、103cにはアパーチャ53が存在している(図1(c)参照)。アパーチャにより粒子検出流路は部分的に流路幅が狭まるため、粒子検出流路は本発明における狭窄部位を有する流路に該当する。すなわち、アウトレット104a、104b、104cは、狭窄部位を有する流路のみに繋がった出口であり、アウトレット23は(狭窄流路16及び拡大流路17に流体接続されている)ドレイン流路22に繋がった出口であり、アウトレット23から流体を充填すれば、気泡を残さず効率よく流体を充填することが可能となる。
流体を充填する方法としてはシリンジポンプ、ペリスタポンプ、圧送ポンプ等の圧力勾配による送液、電気浸透流ポンプによる送液、液面差による送液、孔に注入した流体を図4に示すようなピン構造物を用いて、圧入することも可能である。また、ピンを用いて流体を導入する方法として、図5に示すようなピンを押し込むため冶具を用いて圧入すると、簡便かつ再現性が良くなり好ましい。
流路構造体の材質としては、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、アクリル等の各種ポリマー材料、ガラス、シリコーン、セラミクス、ステンレスなどの各種金属、半導体などを用いることができ、またこれらの材料のうち、任意の2種類の基板を組み合わせて用いることも可能である。ただし、流路自体を安価に作製し提供するためには、少なくとも部分的にポリマー材料を用いることが好ましい。
流路がPDMS等の伸縮可能な材質であれば、上述したピン構造物は硬質の材料、例えばアクリル等の各種ポリマー材料であればガラス、シリコーン、セラミクス、ステンレスなどの各種金属が好ましい。逆に流路が前記硬質の材料であればPDMSやブタジエンースチレンゴムなどの伸縮可能な材料を用いることで、液を圧入することができる。
本発明における流体は、水溶液であり、好ましくは界面活性剤含む水溶液であるが、塩が入っていても良い。またオイルや油を用いることもできる。
実施例1
一般的なフォトリソグラフィーとソフトリソグラフィー技術を用いて、図1に示すマイクロチップ10を作製した。具体的な手順は、特許文献1の実施例に記載の方法と同様である。この時、マイクロチップ10の各流路について、流路13の高さは粒子検出部103a、粒子検出部103c以外すべて4.5μmとし、流路13の端部に、基板11の上面に貫通するインレット14a、14b、アウトレット104a、104a’、104b、104b’、104c、104c’、23(それぞれ穴の径2mm)を設けた。また流路13は、分岐流路18a(幅20μm、長さ1.5mm)、分岐流路18b(幅40μm、長さ500μm)、狭窄流路16(幅6μm、長さ20μm)、拡大流路17(24b角度135度、最大拡大時流路幅600μm、長さ0.5mm)、ドレイン流路22(幅500μm、長さ1.7mm)、粒子回収流路102a(幅75μm、長さ4mm)、粒子回収流路102c(幅140μm、長さ7.5mm)、粒子回収流路102b(幅512μm、長さ3.75mm)とした。また、粒子検出部102aの2つのアパーチャは、どちらも幅1μm、高さ0.4μm、長さ10μmとし、粒子検出部102cの2つのアパーチャは、どちらも幅2μm、高さ0.8μm、長さ10μmとし、粒子検出部102bの2つのアパーチャは、どちらも幅3.5μm、高さ4.5μm、長さ20μmとした。
アウトレット23に液体100NとしてミリQ水7μLを導入した。導入した液を図5に示す冶具で圧入し内部に液が均一に圧入されることを確認した。
比較例1
実施例1で用いたマイクロチップに対して、インレット14a、14bに液体100NとしてミリQ水7μLずつを導入した。導入した液の圧入具合を顕微鏡観察し、内部に液が均一に圧入されていないことを確認した(図2(b)、(c)参照)。
比較例2
実施例1で用いたマイクロチップに対して、アウトレット104aに液体100NとしてミリQ水7μLを導入した。導入した液導入した液を図5に示す冶具で圧入し圧入具合を顕微鏡観察したところ、狭窄部位(アパーチャ)にゴミが閉塞し流路として使用できないことを確認した(図3(b)参照)。
8 アパーチャを閉塞した粒子
10 マイクロチップ
11 基板
12 基板
13 流路
14a、14b 入口側ポート
16 狭窄流路
16a サンプル液側狭窄流路壁面
16b シース液側狭窄流路壁面
17 拡大流路
17a サンプル液側拡大流路壁面
17b シース液側狭拡大路壁面
18a、18b 入口側分岐
19 拡大開始点
21 流路
22 ドレイン流路
23 アウトレット
24b 角度
40 スロープ部分
50 粒子
53 アパーチャ
54、54a、54b 電極
62 粒子検出流路
100N 流体
102a〜c 粒子回収流路
103a〜c 粒子検出部
104a〜c アウトレット
105 粒子回収流路
106 粒子回収流路
107 アパーチャA

Claims (4)

  1. 狭窄部位を有する流路に繋がった入口を備えた流路構造体に対して、
    前記入口以外の流路末端孔から流体を充填することを特徴とする流体充填方法。
  2. 狭窄部位を有する流路に繋がった入口と、
    狭窄部位を有する流路のみに繋がった出口と、
    狭窄部位を有する流路以外とも繋がった充填用出口と、
    を備えた流路構造体に対して、
    前記充填用出口から流体を充填することを特徴とする流体充填方法。
  3. 前記流路構造体が、PFF用の狭窄流路と、粒子検出用のアパーチャを有する流路と、排液用のドレイン流路と、を備えていることを特徴とする請求項2に記載の流体充填方法。
  4. 入口以外の流路末端孔または充填用出口からピンによって流体を圧入し、充填することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の流体充填方法。
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