JP4423150B2 - Droplet size control apparatus and control method - Google Patents

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Description

本発明は、液滴を用いる化学反応、液滴中に保持した細胞の培養など、容器を用いない微量反応系を実現するための新しい技術に関する。   The present invention relates to a new technique for realizing a trace reaction system that does not use a container, such as a chemical reaction using a droplet or a culture of cells held in the droplet.

従来の生化学反応をはじめとする化学反応は、ある大きさを持つ容器の中で行うのが一般的である。たとえば、ＲＮＡライゲーション反応では、蓋のできるマイクロチューブに３’末端リン酸基を持つＲＮＡ断片、このＲＮＡに導入したい配列の合成オリゴＤＮＡ、ＲＮＡリガーゼなどの混合液を入れ、１５℃で一昼夜放置して反応を進行させる。   A chemical reaction including a conventional biochemical reaction is generally performed in a container having a certain size. For example, in an RNA ligation reaction, a mixture of an RNA fragment having a 3′-terminal phosphate group, a synthetic oligo DNA having a sequence desired to be introduced into this RNA, an RNA ligase, etc., is placed in a microtube that can be covered and left at 15 ° C. overnight. To advance the reaction.

また、細胞を観察するには、一般的には、スライドガラス上に細胞を含む溶液をのせ、その上をカバーガラスで覆い、顕微鏡で観察する。あるいは、細胞培養シャーレやマイクロプレート上に所定量の培地を入れ、その中で細胞を培養し、容器の底面を通して細胞を観察するのが一般的である。細胞に対して薬効を見る場合などは、同様にマイクロプレートなどの容器に細胞を入れ、培養し、そこに、影響を見たい薬剤を添加して細胞の状態変化を観察する。   In order to observe cells, generally, a solution containing cells is placed on a slide glass, covered with a cover glass, and observed with a microscope. Alternatively, it is common to place a predetermined amount of medium on a cell culture dish or microplate, culture the cells therein, and observe the cells through the bottom of the container. In the case where the drug effect is observed, the cells are similarly put in a container such as a microplate, cultured, and a drug whose effect is to be observed is added to observe the change in the state of the cells.

細胞を取り扱う技術には、空気中に液滴を形成しその中に確率的に細胞が一個入るような系を作成し、細胞を一細胞ずつ計測したり分離したりする技術がある。これはセルソーターと呼ばれる装置で行われる。セルソーターは蛍光染色処理後の細胞を電荷を持たせた液滴中に１細胞単位で単離して滴下し、この液滴中の細胞の蛍光の有無、光散乱量の大小を基に、液滴が落下する過程で、落下方向に対して法平面方向に高電界を任意の方向に印加することで、液滴の落下方向を制御して、下部に置かれた複数の容器に分画して回収する技術である。この技術について詳しくは非特許文献１に報告されている。   As a technique for handling cells, there is a technique for forming a droplet in the air and creating a system in which one cell is stochastically contained therein, and measuring and separating the cells one by one. This is done in a device called a cell sorter. The cell sorter isolates the cells after fluorescent staining treatment into droplets with a charge, and drops them in units of cells. Based on the presence or absence of fluorescence in the droplets and the amount of light scattering, the cell sorter In the process of falling, by applying a high electric field in any direction in the normal plane direction to the falling direction, the falling direction of the droplet is controlled and fractionated into a plurality of containers placed underneath It is technology to collect. Details of this technique are reported in Non-Patent Document 1.

Kamarck,M.E., Methods Enzymol. 第151 巻第１５０頁から１６５頁（１９８７年）Kamarck, M.E., Methods Enzymol. Vol. 151, pp. 150-165 (1987)

一般的に、生化学反応などに用いる反応体積は目的に応じて設定されるが、近年は微量反応が要求されるようになっている。特に計測を目的とした反応では、計測装置の微量化が進んでいるが、それに見合うだけの前処理反応の微量化はなされていないのが現状である。たとえば、キャピラリーＤＮＡシーケンサーでは内径が５０μｍ程度のキャピラリーを用いて試料ＤＮＡが電気泳動により分離される。この場合、計測に必要とされる試料体積は数十ｎｌであるが、試料ＤＮＡを準備する処理では、実際には、少ない場合でも５μｌ程度の試料ＤＮＡが得られる反応を行っている。ナノＬＣでも同様である。すなわち、試料を準備する反応は数十μｌの容量で行わせ、得られる試料のごく一部を計測に利用しているに過ぎない。   Generally, the reaction volume used for biochemical reaction or the like is set according to the purpose, but in recent years, a trace reaction has been required. In particular, in the reaction intended for measurement, the amount of the measuring device has been reduced, but the amount of the pretreatment reaction has not been reduced to meet the requirement. For example, in a capillary DNA sequencer, sample DNA is separated by electrophoresis using a capillary having an inner diameter of about 50 μm. In this case, the sample volume required for the measurement is several tens of nl. However, in the process of preparing the sample DNA, a reaction that actually obtains about 5 μl of the sample DNA is performed even if it is small. The same applies to nano LC. That is, the reaction for preparing the sample is performed in a volume of several tens of μl, and only a small part of the obtained sample is used for measurement.

従来は、使用されなかった試料の残りはストックしておき、何か問題があるときは、ストックしている試料をもう一度分析装置にかけることが行われていた。しかし、最近、解析装置の信頼性が向上し、残存試料をストックしておく必要性が低くなくなってきていることを考えると、無駄の多い処理といえる。   Conventionally, the remainder of the sample that has not been used is stocked, and when there is a problem, the stocked sample is again applied to the analyzer. However, it can be said that this is a wasteful process considering that the reliability of the analysis apparatus has recently been improved and the necessity of stocking the remaining sample has become low.

一方、種々の化学合成やスクリーニングに関しても反応液の微量化が進んでいるが、液体ハンドリングは微量になると精度を維持しながら処理を進めることが困難になる。そのため、ビーズを使った固相と液相の界面で反応をおこない、色々な反応の組み合わせを同時に行う技術が開発されている。   On the other hand, with respect to various chemical syntheses and screening, the amount of reaction solution has been reduced. However, when the amount of liquid handling is small, it is difficult to proceed with the processing while maintaining accuracy. Therefore, a technology has been developed in which a reaction is performed at the interface between a solid phase and a liquid phase using beads, and various reactions are combined at the same time.

しかし、必ずしも固相を利用した反応が万能的に使われるとは限らず、液相での反応が必要な場合も多い。それは、固相表面では、反応物の片方が固体表面に固定されているため、反応速度が遅くなり、あるいは、立体障害で反応基質そのものが固相表面の反応基に攻撃できない、ゼータ電位の問題で、不特定なものが固相表面に吸着する、静電反発力で固相表面に近寄れないなど色々な問題があるからである。   However, a reaction using a solid phase is not always used universally, and a reaction in a liquid phase is often required. On the solid phase surface, one of the reactants is fixed on the solid surface, so the reaction rate becomes slow, or the reaction substrate itself cannot attack the reactive group on the solid surface due to steric hindrance, the problem of zeta potential This is because there are various problems such that unspecified things are adsorbed on the solid surface and that they cannot approach the solid surface due to electrostatic repulsion.

他方、液体での微量反応を実現するためには以下の問題をクリアーしなければならない。１）液の取り扱いが難しくなる、
２）容器を用いるため、体積に対する容器表面積が大きくなり、溶質の吸着が無視できない、
３）プラスチック容器の使用が一般的であるが、容器からの可塑剤や剥離剤が混入する、４）容器内の空隙が大きくなり液の乾燥が無視できない。 On the other hand, in order to realize a trace reaction in a liquid, the following problems must be cleared. 1) Handling of the liquid becomes difficult
2) Since the container is used, the surface area of the container with respect to the volume increases, and solute adsorption cannot be ignored.
3) The use of plastic containers is common, but plasticizers and release agents from the containers are mixed in. 4) The voids in the containers become large and the drying of the liquid cannot be ignored.

これは細胞を取り扱うときも同じである。従来は、少なくても数十μｌの容量の培養液中で多数の細胞を培養したりハンドリングしたりするのが一般的である。工業生産にかかわる培養では数十リットル以上のものも実用化されている。しかし、極微量の細胞、極限としては１細胞を限られたスペースで培養したり観察したりする技術の重要性が指摘され、そのための冶具も開発されているが、目的に応じては、まだ開発途上ということができる。   The same is true when handling cells. Conventionally, a large number of cells are generally cultured and handled in a culture solution having a volume of at least several tens of μl. In cultures related to industrial production, tens of liters or more have been put into practical use. However, the importance of technology for culturing and observing a very small amount of cells in a limited space is pointed out, and jigs have been developed for this purpose. It can be said that it is under development.

微量培養に関しては、安田らの特開２００２−１５３２６０「細胞長期培養顕微観察装置」や特開２００４−８１０８６「細胞培養マイクロチャンバー」などがある。反応液を微小な液滴として基板上で取り扱う技術に関しても特開２００４−８５３２２「液滴操作装置」がある。   Regarding micro-culture, there are Yasuda et al. Japanese Patent Laid-Open No. 2002-153260 “Cell Long-term Culture Microscope Observation Apparatus” and Japanese Patent Laid-Open No. 2004-81086 “Cell Culture Microchamber”. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-85322 “Droplet Manipulation Device” also relates to a technique for handling a reaction liquid as a fine droplet on a substrate.

基板上で液と基板との接触面積を極力小さくして液滴として取り扱うのは、基板表面への吸着が抑えられるので理想的であるが、気相中に液滴が露出する。このため、溶質濃度を一定にする必要のある化学反応では、液滴の体積変化に伴う速度変化や反応阻害を防ぐことが実用化の上で極めて重要である。   It is ideal that the contact area between the liquid and the substrate is made as small as possible on the substrate and handled as droplets because adsorption to the substrate surface is suppressed, but the droplets are exposed in the gas phase. For this reason, in a chemical reaction that requires a constant solute concentration, it is extremely important in practical use to prevent velocity change and reaction inhibition associated with droplet volume change.

上記従来技術のうち、容器を使い微量反応を行う従来の試験管がマイクロプレートになり、更に容器の体積を小さくするといった方向では、前記したように、容器表面の問題が微量になればなるほど大きな問題となるケースが多く、解決することが難しい。そこで、本発明では、基板上における液滴で種々反応を行える信頼のできるシステムと方法を提供することを目的とする。   Among the above-mentioned conventional techniques, the conventional test tube that performs a minute reaction using a container becomes a microplate, and in the direction of further reducing the volume of the container, as described above, the smaller the problem on the surface of the container, the larger the problem. Many cases are problematic and difficult to resolve. Accordingly, an object of the present invention is to provide a reliable system and method capable of performing various reactions with droplets on a substrate.

本発明は、以下の液滴サイズの制御装置および方法を提供する。
（１）液滴を生成するための手段、前記生成された液滴を撥水性面に保持する親水性領域のパターンを配した基板、基板に接する温調装置、基板上に形成した液滴の大きさを測定する測定手段、測定した液滴の大きさをもとに、温調装置の温度を制御する制御装置からなる液滴サイズの制御装置。
（２）前記温調装置が、複数の液滴のそれぞれに独立したものであり、液滴のそれぞれを独立に温度制御できるものである上記（１）記載の液滴サイズの制御装置。
（３）液滴を生成するための手段、前記生成された液滴を撥水性面に保持する親水性領域のパターンを配した基板、前記親水性パターン上で一つの親水性領域から他の親水性領域に液滴を移動させる手段、基板に接する温調装置、基板上に形成した液滴の大きさを測定する測定手段、測定した液滴の大きさをもとに、温調装置の温度を制御する制御装置からなる液滴サイズの制御装置。
（４）前記親水性領域のパターンが、少なくとも親水性の線分を含む、上記（３）記載の液滴サイズの制御装置。
（５）前記温調装置は、前記液滴が滞在しうる基板の親水性領域ごとにそれぞれを独立に温度制御できるものである上記（３）記載の液滴サイズの制御装置。
（６）前記液滴を移動させる手段が、液滴に接触した液滴を生成するための手段である上記（３）記載の液滴サイズの制御装置。
（７）基板の親水性領域に形成された液滴を所定の湿度に加湿された環境下に置き、前記液滴を保持している基板の温度をコントロールして、前記液滴の大きさ制御する液滴サイズの制御方法。
（８）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の液滴サイズの制御装置を用いて、基板の親水性領域に形成された液滴を所定の湿度に加湿された環境下に置き、前記液滴を保持している基板の温度をコントロールして、前記液滴の大きさ制御する液滴サイズの制御方法。
本発明では、基板上の液滴体積すなわちサイズを一定に保つことで、再現のよい反応を実現する。また、必要に応じて、基板上で液滴のサイズを実質的に非接触で自在に変化させ、液的中の器質や反応性生物の濃度をコントロールし、一連の化学反応あるいは細胞培養が滞りなく進行するようにする。 The present invention provides the following droplet size control apparatus and method.
(1) Means for generating droplets, a substrate provided with a hydrophilic region pattern for holding the generated droplets on a water-repellent surface, a temperature control device in contact with the substrate, and droplets formed on the substrate A droplet size control device comprising a measuring means for measuring the size and a control device for controlling the temperature of the temperature control device based on the measured droplet size.
(2) The droplet size control device according to (1), wherein the temperature control device is independent for each of a plurality of droplets, and the temperature of each droplet can be controlled independently.
(3) Means for generating droplets, a substrate having a hydrophilic region pattern for holding the generated droplets on a water-repellent surface, from one hydrophilic region to another hydrophilic region on the hydrophilic pattern Means for moving the droplets to the active region, temperature control device in contact with the substrate, measurement means for measuring the size of the droplet formed on the substrate, temperature of the temperature control device based on the measured droplet size A droplet size control device comprising a control device for controlling the droplet.
(4) The droplet size control device according to (3), wherein the pattern of the hydrophilic region includes at least a hydrophilic line segment.
(5) The droplet size control device according to (3), wherein the temperature control device can independently control the temperature of each hydrophilic region of the substrate where the droplets can stay.
(6) The droplet size control apparatus according to (3), wherein the means for moving the droplet is a means for generating a droplet in contact with the droplet.
(7) Droplet formed on the hydrophilic region of the substrate is placed in an environment humidified to a predetermined humidity, and the temperature of the substrate holding the droplet is controlled to control the size of the droplet. Method for controlling the droplet size.
(8) Using the droplet size control device according to any one of (1) to (6), the droplets formed on the hydrophilic region of the substrate are placed in an environment humidified to a predetermined humidity. A droplet size control method for controlling the droplet size by controlling the temperature of the substrate holding the droplet.
In the present invention, a reproducible reaction is realized by keeping the droplet volume, that is, the size on the substrate constant. In addition, if necessary, the size of droplets on the substrate can be freely changed in a virtually non-contact manner to control the concentration of liquids and reactive organisms, and a series of chemical reactions or cell cultures are delayed. To make progress.

細胞や微生物、さらには化学物質等を含有する微量の液体を液滴として操作し、運搬、混合、観察、測定することが可能となる。とくに、液滴のサイズを一定に保つことが可能になることにより、液滴中の反応や細胞培養に携わる基質濃度をコントロールすることができるようになるため、再現のよい反応が可能となる。   A small amount of liquid containing cells, microorganisms, and chemical substances can be manipulated as droplets to be transported, mixed, observed and measured. In particular, since the droplet size can be kept constant, the reaction in the droplet and the concentration of the substrate involved in cell culture can be controlled, so that a highly reproducible reaction is possible.

（実施例１）
上記のように蒸発の影響があるような長時間の反応等の操作を行う場合における液滴サイズのコントロール方法について詳しく述べる。 Example 1
The droplet size control method in the case of performing an operation such as a long-time reaction that is affected by evaporation as described above will be described in detail.

本発明の基本的なアイデアは、液滴サイズの変動が、液滴と気相の界面の微小領域における液滴からの溶媒の蒸発と、気相から液滴への凝集の差に基づくことに着目し、蒸発と凝集がバランスするようにコントロールすることにある。一般的に、溶媒である水の蒸気圧をあげれば液滴は成長し、蒸気圧を下げれば液滴が小さくなる。このため飽和蒸気圧曲線に従い、加湿したり、温度をコントロールしたりすることで液滴サイズを維持コントロールすることが可能である。   The basic idea of the present invention is that the droplet size variation is based on the difference between the evaporation of the solvent from the droplet and the aggregation from the vapor phase to the droplet in the micro area at the droplet / gas phase interface. Pay attention and control to balance evaporation and aggregation. Generally, when the vapor pressure of water as a solvent is increased, the droplet grows, and when the vapor pressure is decreased, the droplet becomes smaller. Therefore, the droplet size can be maintained and controlled by humidifying or controlling the temperature according to the saturated vapor pressure curve.

図１（ａ）は、実施例１に好適な細胞培養チップ１００の平面図、（ｂ）は平面図のＡ−Ａ位置で矢印方向に見たときの断面図である。１はシリコン基板であり、例えば、その厚さは１ｍｍ、大きさは２０ｍｍ×２０ｍｍである。シリコン基板１の上面の領域は疎水性領域３とされ、そのなかに、親水性領域４が周期的に配列される。親水性領域４の大きさは、この領域の一つに収容する細胞の大きさ、あるいは、数によって決定されるが、４００μｍ×４００μｍ程度である。親水性領域４の間隔は、細胞を含む液滴が、お互いに、接触して混ざらないだけの間隔とするが、取り扱いの便を考えると、２０００μｍ程度が良い。もちろん、液滴の径が１００μｍ以下なら親水性領域４の間隔は５００μｍ程度でよく、液滴の大きさと親水性領域のサイズや間隔は目的に応じて決められるべきものである。図1では親水性領域を等間隔で作成する例について示しているが、後に述べるように複数の液滴を基板上で混ぜ合わせて反応を行う場合などは、色々な間隔で親水性領域を作成するケースが有効である。基本的には、液滴同士の最も間隔が狭いケースで、液滴の大きさの倍以上の間隔で基板表面の親水性領域の位置を作れば良い。５は位置決め用のマーカーであり、シリコン基板１の一面に形成される。   FIG. 1A is a plan view of a cell culture chip 100 suitable for Example 1, and FIG. 1B is a cross-sectional view when viewed in the direction of the arrow at the AA position of the plan view. Reference numeral 1 denotes a silicon substrate, for example, having a thickness of 1 mm and a size of 20 mm × 20 mm. A region on the upper surface of the silicon substrate 1 is a hydrophobic region 3, in which hydrophilic regions 4 are periodically arranged. The size of the hydrophilic region 4 is determined by the size or number of cells accommodated in one of the regions, but is about 400 μm × 400 μm. The interval between the hydrophilic regions 4 is set so that the droplets containing cells do not come into contact with each other and are not mixed, but about 2000 μm is preferable in view of handling convenience. Of course, if the diameter of the droplet is 100 μm or less, the interval between the hydrophilic regions 4 may be about 500 μm, and the size of the droplet and the size and interval of the hydrophilic region should be determined according to the purpose. Fig. 1 shows an example of creating hydrophilic regions at equal intervals. However, as will be described later, when a plurality of droplets are mixed on a substrate to react, the hydrophilic regions are created at various intervals. The case to do is effective. Basically, in the case where the distance between the droplets is the narrowest, the position of the hydrophilic region on the substrate surface may be made at an interval that is at least twice the size of the droplet. Reference numeral 5 denotes a positioning marker, which is formed on one surface of the silicon substrate 1.

親水性領域と疎水性領域の作成方法は、例えば、疎水性のシリコン基板１の上面を酸化して、一旦、全領域を親水性のＳｉＯ２薄膜とする。その後、疎水性とすべき領域のＳｉＯ２薄膜をフッ酸で溶解除去して疎水性領域を作成すれば良い。あるいは、基板１の材質が表面があらかじめＳiＯ2薄膜形成してある親水性表面の場合、フッ素系樹脂，シリコン系樹脂等の疎水性材料を、その上に配置することで、疎水性領域を形成すれば良い。この場合は、疎水性領域中に存在する親水性領域が、疎水性材料の厚さだけ低くなったものとなる。 As a method of creating the hydrophilic region and the hydrophobic region, for example, the upper surface of the hydrophobic silicon substrate 1 is oxidized, and the entire region is once converted into a hydrophilic SiO 2 thin film. Thereafter, the hydrophobic region may be created by dissolving and removing the SiO 2 thin film in the region to be made hydrophobic with hydrofluoric acid. Alternatively, when the material of the substrate 1 is a hydrophilic surface on which the surface is formed in advance with a SiO 2 thin film, a hydrophobic material such as a fluorine resin or a silicon resin is disposed thereon to form a hydrophobic region. Just do it. In this case, the hydrophilic region present in the hydrophobic region is reduced by the thickness of the hydrophobic material.

あるいは、基板１には、超撥水性を有するフッ素化カーボン（フッ化ピッチ）の粉末を金属メッキするときに混ぜ込み、表面に色々な形状のフッ化ピッチを形成することで接触角１４５〜１７０°の超撥水性表面を作成する技術など表面をフラクタルな構造とすることで達成できる。この場合、親水性表面に必要な部分だけ撥水性処理してもよい。水滴を形成する部分には一般的に超親水処理といわれる技術を用いることもできる。超親水性処理としては、ＴｉＯ２多層膜表面にＳｉＯ２成分の薄い（１０−２０ｎｍ）被覆層を形成することにより、達成される。ただし、酸化チタン膜（ＴｉＯ２）を用いるために、基板１に使用前に紫外線を照射し、ＴｉＯ２表面に水酸基を導入する必要がある。これにより表面はＴｉＯＨとなり超親水性となる。この方法で、接触角１０°以下の超親水性領域を数週間保持できる。 Alternatively, the substrate 1 is mixed with powder of fluorinated carbon (fluorinated pitch) having super water repellency when metal plating is performed, and contact angles of 145 to 170 are formed by forming fluorinated pitches of various shapes on the surface. This can be achieved by making the surface a fractal structure, such as a technique for creating a super water-repellent surface. In this case, only a portion necessary for the hydrophilic surface may be subjected to water repellency treatment. A technique generally referred to as superhydrophilic treatment can also be used for a portion where water droplets are formed. The super-hydrophilic treatment is achieved by forming a thin (10-20 nm) coating layer of SiO 2 component on the surface of the TiO 2 multilayer film. However, in order to use a titanium oxide film (TiO 2 ), it is necessary to irradiate the substrate 1 with ultraviolet rays before use to introduce hydroxyl groups on the TiO 2 surface. Thereby, the surface becomes TiOH and becomes super hydrophilic. In this way, a superhydrophilic region having a contact angle of 10 ° or less can be maintained for several weeks.

図２は本発明による実施例１の液滴サイズのコントロール装置の概要を示す断面図である。図２の基板１は、上述の疎水性のシリコン基板１の上面を酸化して、一旦、全領域を親水性のＳｉＯ２薄膜とし、その後、疎水性とすべき領域のＳｉＯ２薄膜をフッ酸で溶解除去して疎水性領域を作成する方法によったものであり、基板１の親水性領域４が基板１の表面より高い形になっている。親水性領域４の周辺部は、全て、疎水性領域３である。親水性領域４には液滴１４が載置されている。１５は温調器であり、基板１の温度をコントロールするため、基板１の下面に設けられている。１８は温度センサーであり、基板１の温度のモニターのために、基板１と温調器１５の接合面に設けられる。１９，２０は加湿用の水槽であり、基板１の両側に設けられる。２１はステージであり、この上に、温調器１５と水槽１９，２０が配置される。さらに、ステージ２１の上には透明な容器を逆にした形の上蓋２２が設けられる。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing an outline of the droplet size control apparatus according to the first embodiment of the present invention. The substrate 1 in FIG. 2 oxidizes the upper surface of the above-described hydrophobic silicon substrate 1 to temporarily form a hydrophilic SiO 2 thin film in the entire region, and then convert the SiO 2 thin film in the region to be made hydrophobic into hydrofluoric acid. In this method, the hydrophilic region 4 of the substrate 1 is higher than the surface of the substrate 1. All the peripheral portions of the hydrophilic region 4 are hydrophobic regions 3. A droplet 14 is placed on the hydrophilic region 4. A temperature controller 15 is provided on the lower surface of the substrate 1 in order to control the temperature of the substrate 1. A temperature sensor 18 is provided on the bonding surface between the substrate 1 and the temperature controller 15 for monitoring the temperature of the substrate 1. Reference numerals 19 and 20 denote humidifying water tanks provided on both sides of the substrate 1. Reference numeral 21 denotes a stage, on which the temperature controller 15 and the water tanks 19 and 20 are arranged. Further, an upper lid 22 in the form of an inverted transparent container is provided on the stage 21.

上蓋２２で、ステージ２１の上の温調器１５、基板１、水槽１９，２０および基板１の上の液滴１４が覆われる。上蓋２２とステージ２１で囲われた空間は、密封されているわけではないが、閉ざされた空間となる。このために、内部は飽和水蒸気で満たされている。２３は駆動装置であり、パソコン４１から信号を受けステージ２１をＸＹの任意の方向に移動させることができる。   The upper lid 22 covers the temperature controller 15 on the stage 21, the substrate 1, the water tanks 19 and 20, and the droplet 14 on the substrate 1. The space surrounded by the upper lid 22 and the stage 21 is not sealed, but is a closed space. For this purpose, the interior is filled with saturated water vapor. A driving device 23 receives a signal from the personal computer 41 and can move the stage 21 in any direction of XY.

上記温調器１５は、例えば、ペルチェ素子が使用できる。ペルチェ素子は、加熱および冷却のいずれに対しても、素子に流す電流の向きで制御できるとともに、加熱および冷却速度を電流の大きさでコントロールすることができる。   As the temperature controller 15, for example, a Peltier element can be used. The Peltier element can be controlled by the direction of current flowing through the element for both heating and cooling, and the heating and cooling speed can be controlled by the magnitude of the current.

３１はカメラ、例えば、ＣＣＤカメラであり、レンズ３２，３３を介して液滴１４を撮影する。この際、光源３４を用意し、レンズ３２，３３の間に設けられたハーフミラー３５を介して入れ、矢印３６の方向から照明する。なお、液滴１４の照明は、ハーフミラー３５を使用しないで、上蓋２２の上方から、直接光りを当てるものとしても良い。   Reference numeral 31 denotes a camera, for example, a CCD camera, which photographs the droplet 14 through lenses 32 and 33. At this time, a light source 34 is prepared, put through a half mirror 35 provided between the lenses 32 and 33, and illuminated from the direction of the arrow 36. Note that the illumination of the droplet 14 may be performed directly from above the upper lid 22 without using the half mirror 35.

４１は、いわゆる、パソコンであり、必要なプログラムを格納しているとともに、温度センサー１８から基板１の温度信号を、カメラ３１から液滴１４のサイズの情報を与えられる。さらに、パソコン４１は、使用者による操作信号４２が入力される。パソコン４１は、これらの情報から、液滴１４のサイズが不適当と判断したとき、あるいは、使用者がパソコン４１の表示装置（図示しない）を見て、液滴１４のサイズ修正の操作信号４２を与えたとき、温調器１５を構成するペルチェ素子に適当な電流を流す。また、使用者は、カメラ３１が見ている液滴１４を変更するときは、パソコン４１に操作信号４２を与え、パソコン４１は、駆動装置２３に駆動信号を送り、ステージ２１を移動させる。   Reference numeral 41 denotes a so-called personal computer, which stores a necessary program and receives a temperature signal of the substrate 1 from the temperature sensor 18 and information on the size of the droplet 14 from the camera 31. Furthermore, the operation signal 42 by the user is input to the personal computer 41. From this information, the personal computer 41 determines that the size of the droplet 14 is inappropriate, or when the user looks at the display device (not shown) of the personal computer 41, the operation signal 42 for correcting the size of the droplet 14 is displayed. Is given, an appropriate current is passed through the Peltier element constituting the temperature controller 15. Further, when the user changes the droplet 14 viewed by the camera 31, the user gives an operation signal 42 to the personal computer 41, and the personal computer 41 sends a driving signal to the driving device 23 to move the stage 21.

図２に示す実施例１の液滴サイズのコントロール装置の操作の概要を示すと以下のようである。   The outline of the operation of the droplet size control apparatus of the first embodiment shown in FIG. 2 is as follows.

パソコン４１はカメラ３１からの画像データを解析し、基板１上の液滴４の大きさを逐次計算する。液滴が大きくなる方向の場合には、パソコン４１は温調器１５の温度を上昇させるように指示を出す。液滴の大きさが小さくなる方向の場合は、温調器１５の温度を下げるように指示を出す。   The personal computer 41 analyzes the image data from the camera 31 and sequentially calculates the size of the droplet 4 on the substrate 1. In the case where the size of the droplet increases, the personal computer 41 issues an instruction to increase the temperature of the temperature controller 15. When the size of the droplet is decreasing, an instruction is issued to lower the temperature of the temperature controller 15.

基板１の温度のモニターは温度センサー１８で行い、データはパソコン４１に与えられて、カメラ３１からの液滴１４のサイズのデータとともに温度制御に用いる。親水性領域４が複数あり、液滴１４も複数ある場合は、カメラ３１の視野にすべての液滴が入らないケースもある。この場合は、代表的な液滴のみをモニターすれば良い。もちろん、より正確には、駆動装置２３を用いて基板１の載っているステージ１０を移動させ、すべての液滴の大きさを測定し、すべての液滴の平均直径と最小径、最大径を測定し、温度制御を行っても良い。このとき、最小、あるいは、最大の直径を有する液滴のサイズが制御範囲から逸脱してしまうことが予想される場合には、他の液滴の直径が少々制御範囲からずれることがあっても、最小、あるいは、最大の直径を有する液滴の直径を制御範囲内になるように温度を調整したほうが良いケースもある。   The temperature of the substrate 1 is monitored by the temperature sensor 18, and the data is given to the personal computer 41 and used for temperature control together with the size data of the droplets 14 from the camera 31. If there are a plurality of hydrophilic regions 4 and a plurality of droplets 14, not all droplets may enter the field of view of the camera 31. In this case, only representative droplets need to be monitored. Of course, more precisely, the stage 10 on which the substrate 1 is mounted is moved using the driving device 23, the sizes of all the droplets are measured, and the average diameter, the minimum diameter, and the maximum diameter of all the droplets are determined. Measurement and temperature control may be performed. At this time, if the size of the droplet having the smallest or largest diameter is expected to deviate from the control range, the diameter of other droplets may slightly deviate from the control range. In some cases, it is better to adjust the temperature so that the diameter of the droplet with the smallest or largest diameter is within the control range.

液滴の温度変動は液滴中の化学反応速度に影響を与えるので、大きくてもプラスマイナス３℃程度にとどめるのが良い。この場合でも、一般的に、化学反応速度が数十パーセント変動する可能性があるが、たとえば、液滴中で細胞を飼う場合に液滴径が変化して塩濃度が数十パーセント変動するより、良い結果を得られる。温調器１５としてペルチェ素子を用いることで、簡便に、加熱および冷却のいずれも任意の変化速度で制御できる。ただし、ペルチェ素子は透明でないので、透過光式の光学系を組むことができない。   Since the temperature fluctuation of the droplet affects the chemical reaction rate in the droplet, it is preferable to keep it at about ± 3 ° C. at most. Even in this case, in general, the chemical reaction rate may fluctuate by several tens of percent. For example, when cells are kept in a droplet, the droplet diameter changes and the salt concentration fluctuates by several tens of percent. , Get good results. By using a Peltier element as the temperature controller 15, both heating and cooling can be easily controlled at an arbitrary change rate. However, since the Peltier element is not transparent, a transmitted light type optical system cannot be assembled.

以下は実施例１の具体的なデータ例を示す。たとえば、容器２２で囲われた空間の中を２５℃一定の水蒸気に保つ。加湿用の水槽１９，２０には十分な水を張る。容器２２で囲われた空間の容積を1辺１００ｍｍ×１００ｍｍ、高さ５０ｍｍとすると、体積は５×１０−４ｍ３となる。このときの飽和水蒸気圧は３１．７ｈＰａ、飽和水蒸気量は２３．１ｇ／ｍ３となる。よって、容器２２で囲われた空間の中には１１．６ｍｇの水が水蒸気として存在する。一方、容器２２で囲われた空間の温度が２３℃の場合は、飽和水蒸気圧は２８．１ｈＰａ、飽和水蒸気量は２０．６ｇ／ｍ３である。したがって、短時間で容器２２で囲われた空間の温度が２５℃から２３℃に低下したときは、両者の飽和水蒸気量の差の１．２５ｍｇ(何故なら（２３．１−２０．６）ｇ／ｍ３×５×１０−４ｍ３＝１．２５ｍｇ)の水が蒸発することを意味する。この結果、液滴のサイズは小さくなることになる。 The following is a specific data example of the first embodiment. For example, the inside of the space surrounded by the container 22 is kept at 25 ° C. water vapor. Sufficient water is filled in the water tanks 19 and 20 for humidification. If the volume of the space surrounded by the container 22 is 100 mm × 100 mm per side and the height is 50 mm, the volume is 5 × 10 −4 m 3 . At this time, the saturated water vapor pressure is 31.7 hPa, and the saturated water vapor amount is 23.1 g / m 3 . Therefore, 11.6 mg of water exists as water vapor in the space surrounded by the container 22. On the other hand, when the temperature of the space enclosed by the container 22 is 23 ° C., the saturated water vapor pressure is 28.1 hPa and the saturated water vapor amount is 20.6 g / m 3 . Therefore, when the temperature of the space enclosed by the container 22 drops from 25 ° C. to 23 ° C. in a short time, the difference between the saturated water vapor amounts of both is 1.25 mg (because (23.1-20.6) g / M 3 × 5 × 10 −4 m 3 = 1.25 mg) of water. As a result, the size of the droplet is reduced.

実際、基板１の温度を２５℃に設定し、１μｌの液滴１４を４個基板上にのせる。この状態で、容器２２で囲われた空間の温度も２５℃となっているものとする。そして、この温度２５℃の飽和蒸気圧で安定していて、液滴１４の大きさも安定している。次に、基板１の温度を２３℃にする。液滴１４は基板１に接触しているので速やかに温度変化がおきるが、容器２２で囲われた空間の温度は、空気の熱伝導が低いので、ほとんど変化しない。その結果、基板１の温度変化に伴う液滴１４の温度変化により、数分で液滴１４の直径が１．２４ｍｍから１．３１ｍｍ（温度が低くなると周囲の水分が液滴１４に凝集するので大きくなる）に変化しほぼ一定を保つ。   Actually, the temperature of the substrate 1 is set to 25 ° C., and four 1 μl droplets 14 are placed on the substrate. In this state, it is assumed that the temperature of the space surrounded by the container 22 is also 25 ° C. And it is stable at this saturated vapor pressure of 25 degreeC, and the magnitude | size of the droplet 14 is also stable. Next, the temperature of the substrate 1 is set to 23 ° C. Since the droplet 14 is in contact with the substrate 1, the temperature rapidly changes, but the temperature of the space surrounded by the container 22 hardly changes because the heat conduction of air is low. As a result, the diameter of the droplet 14 changes from 1.24 mm to 1.31 mm in a few minutes due to the temperature change of the droplet 14 due to the temperature change of the substrate 1 (because the surrounding water aggregates in the droplet 14 as the temperature decreases). It becomes large) and remains almost constant.

すなわち、基板１の温度をコントロールしたときは、短時間で、それと接している液滴１４の温度も変化し、液滴１４の大きさを自在に変えられる。一方、上述したように、容器２２で囲われた空間の温度が急変したときにも、飽和水蒸気圧が変化することによって、液滴１４の大きさが変化するが、容器２２で囲われた空間の温度は、外的に大きな変化を与えない限り、急変することは無い。逆に言えば、外的な条件の変化により、容器２２で囲われた空間の温度が徐々に変化することにより、液滴１４のサイズに変化が現れたときには、基板１の温度をコントロールして液滴１４の温度を、液滴１４のサイズの変化の逆になるように変化させれば、液滴１４のサイズの変化を抑制することができる。   That is, when the temperature of the substrate 1 is controlled, the temperature of the droplet 14 in contact therewith also changes in a short time, and the size of the droplet 14 can be freely changed. On the other hand, as described above, even when the temperature of the space surrounded by the container 22 changes suddenly, the size of the droplet 14 changes due to the change of the saturated water vapor pressure. The temperature does not change suddenly unless a large external change is given. In other words, when the size of the droplet 14 changes due to a gradual change in the temperature of the space enclosed by the container 22 due to a change in external conditions, the temperature of the substrate 1 is controlled. If the temperature of the droplet 14 is changed so as to be opposite to the change in the size of the droplet 14, the change in the size of the droplet 14 can be suppressed.

液滴の大きさを一定に保ちたい場合は、したがって、液滴１４の直径の変化をカメラ３１で検出し、液滴１４の大きさが大きくなる方向であるときは基板の温度を１から２℃上昇させ液滴の水分を蒸発させて液滴を小さくする。これは、容器２２で囲われた空間の温度が上昇して、飽和水蒸気圧が低下して、液滴の大きさが所定の大きさより大きくなったことを、温度の制御で打ち消すことを意味する。逆に、液滴の大きさが所定の大きさより小さくなる方向のときは、基板の温度を下げて、液滴を成長させる。すなわち、液滴の大きさを温度コントロールにフィードバックさせることで、基板１の温度を制御すれば、液滴１４の直径をほぼ一定に維持することができる。   Therefore, when it is desired to keep the size of the droplet constant, therefore, the change in the diameter of the droplet 14 is detected by the camera 31, and when the size of the droplet 14 increases, the temperature of the substrate is changed from 1 to 2. The droplets are made smaller by evaporating the water content of the droplets by raising the temperature. This means that temperature control cancels that the temperature of the space enclosed by the container 22 has increased, the saturated water vapor pressure has decreased, and the droplet size has become larger than a predetermined size. . Conversely, when the size of the droplet is smaller than a predetermined size, the temperature of the substrate is lowered to grow the droplet. That is, if the temperature of the substrate 1 is controlled by feeding back the droplet size to the temperature control, the diameter of the droplet 14 can be maintained substantially constant.

一般に、顕微鏡用湿度コントロール装置としては、試料の置かれた雰囲気の温度をコントロールするが、雰囲気の温度コントロールでは追従性が悪い。これに対し、実施例１のような極微量の液滴を用い、液滴の温度を直接的に制御する系では、液滴サイズのコントロールをリアルタイムで制御することができる。   In general, the humidity control device for a microscope controls the temperature of the atmosphere in which the sample is placed, but the temperature control of the atmosphere has poor followability. On the other hand, in a system that uses a very small amount of droplets as in the first embodiment and directly controls the temperature of the droplets, the droplet size can be controlled in real time.

（実施例２）
図３は、基板１上の複数の液滴に対して、個々の液滴のサイズをコントロールする実施例２を説明する概略図である。実施例２では基板１のそれぞれの親水性領域４に対して独立の温調器１５が取り付けられ、それぞれの液滴１４の位置に温度センサー１８が設けられていること、さらに、パソコン４１からそれぞれの温調器１５に対して、個別に温度制御信号が送られる点を除けば、実施例１と同じ構成である。ただし、図３では、基板１の親水性領域４が基板１の表面より低い形になっている。親水性領域４の周辺部は、全て、疎水性領域３である。なお、各温調器１５の間は、温度伝達特性の良くない適当なスペーサで埋められる。 (Example 2)
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining Example 2 in which the size of each droplet is controlled for a plurality of droplets on the substrate 1. In the second embodiment, an independent temperature controller 15 is attached to each hydrophilic region 4 of the substrate 1, and a temperature sensor 18 is provided at the position of each droplet 14. The configuration is the same as that of the first embodiment except that a temperature control signal is individually sent to the temperature controller 15. However, in FIG. 3, the hydrophilic region 4 of the substrate 1 is lower than the surface of the substrate 1. All the peripheral portions of the hydrophilic region 4 are hydrophobic regions 3. The space between the temperature controllers 15 is filled with an appropriate spacer having poor temperature transfer characteristics.

実施例２によれば、各液滴１４の大きさを常にカメラ７でモニターしている。カメラ７の画像からパソコン４１が計算した液滴径からフィードバックをかけ、各液滴１４の温調器１５を独立に制御する。個々の液滴１４近傍の温度はセンサー１８で独立にモニターする。この方法で各液滴径の変動を１０％以内に抑えることができる。
（実施例３）
図４は、基板５０上に２種の液滴を形成し、これを混合した後、所定の位置に搬送するなどの操作を容易に可能とする実施例３を説明する概略図である。 According to the second embodiment, the size of each droplet 14 is always monitored by the camera 7. Feedback is applied from the droplet diameter calculated by the personal computer 41 from the image of the camera 7, and the temperature controller 15 of each droplet 14 is independently controlled. The temperature in the vicinity of each droplet 14 is monitored independently by a sensor 18. By this method, the fluctuation of each droplet diameter can be suppressed within 10%.
(Example 3)
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining Example 3 in which two types of droplets are formed on the substrate 50, mixed, and then easily transported to a predetermined position.

図４において、基板５０の一面は全体的に疎水性表面とされる一方で、基板５０上に、２種の液滴を形成するための二つの親水性領域５１，５２、２種の液滴を混合するための親水性領域５５、混合された液滴を移動後に保持するための親水性領域５7が設けられ、さらに、これらの親水性領域間を結ぶ親水性ライン５３，５４および５６が設けられている。基板５０は２０ｍｍ×２０ｍｍの超撥水性基板で、親水性領域５１，５２，５５および５７の大きさは、この領域で形成する液滴の大きさによって決定されるが、２００μｍ×２００μｍ程度である。親水性ライン５３，５４および５６の幅は２μｍである。基板５０はステージ５９上に設けられた温調器１５の上に設けられる。ステージ５９は、パソコン４１の駆動信号により動作する駆動装置２３によりＸＹの任意の方向に駆動される。ここで、温調器１５は、実施例１,２と同様に、基板５０の温度をコントロールするため、に設けられている。この場合にも基板５０の温度のモニターのために、温度センサーが必要であり、基板５０と温調器１５の接合面に設けられるが、図が煩雑になるので、表示は省略した。また、パソコン４１との信号の授受の表示も省略した。   In FIG. 4, one surface of the substrate 50 has a hydrophobic surface as a whole, while two hydrophilic regions 51 and 52 and two types of droplets for forming two types of droplets are formed on the substrate 50. Are provided, a hydrophilic region 55 for holding the mixed droplets after movement, and hydrophilic lines 53, 54 and 56 connecting these hydrophilic regions are provided. It has been. The substrate 50 is a 20 mm × 20 mm super water-repellent substrate, and the size of the hydrophilic regions 51, 52, 55 and 57 is determined by the size of the droplets formed in this region, but is about 200 μm × 200 μm. . The width of the hydrophilic lines 53, 54 and 56 is 2 μm. The substrate 50 is provided on the temperature controller 15 provided on the stage 59. The stage 59 is driven in any direction of XY by the driving device 23 that operates according to the driving signal of the personal computer 41. Here, the temperature controller 15 is provided to control the temperature of the substrate 50 as in the first and second embodiments. Also in this case, a temperature sensor is necessary for monitoring the temperature of the substrate 50 and is provided on the joint surface between the substrate 50 and the temperature controller 15, but the display is omitted because the figure becomes complicated. Also, the display of signal exchange with the personal computer 41 is omitted.

３１はカメラ、例えば、ＣＣＤカメラであり、レンズ３２，３３を介して親水性領域５１，５２に形成される液滴１４を撮影する。この際、光源３４を用意し、レンズ３２，３３の間に設けられたハーフミラー３５を介して入れ、矢印３６の方向から照明する。なお、液滴１４の照明は、ハーフミラー３５を使用しないで、基板５０の上方から、直接、光を当てるものとしても良い。４１は、いわゆる、パソコンであり、必要なプログラムを格納しているとともに、カメラ３１から液滴１４のサイズの情報を与えられるとともに、使用者による操作信号４２が入力される。ここで、図示は省略したが、パソコン４１には表示装置が設けられ、カメラ３１から入力された液滴１４が表示される。   Reference numeral 31 denotes a camera, for example, a CCD camera, which photographs the droplets 14 formed in the hydrophilic regions 51 and 52 via the lenses 32 and 33. At this time, a light source 34 is prepared, put through a half mirror 35 provided between the lenses 32 and 33, and illuminated from the direction of the arrow 36. The droplet 14 may be illuminated directly from above the substrate 50 without using the half mirror 35. Reference numeral 41 denotes a so-called personal computer, which stores a necessary program, is given information on the size of the droplet 14 from the camera 31, and receives an operation signal 42 from the user. Although not shown, the personal computer 41 is provided with a display device, and the droplets 14 input from the camera 31 are displayed.

４６は液滴１４を形成するためのピペットである。ピペット４６には液滴を形成すべき液があらかじめ吸い上げられて保持されている。ピペット４６の根元部には、チューブ４５を介してシリンジポンプ４４が設けられ、シリンジポンプ４４には駆動装置４３が取り付けられている。使用者が、液滴の作成の指示をパソコン４１に与えると、駆動装置４３が動作し、シリンジポンプ４４が駆動装置４４により駆動され、ピペット４６内の液が押し出され、ピペット４６の先端に液滴が形成される。使用者は、ピペット４６の液滴を光学的にモニターしながら、液滴が所定の大きさになったら、液滴の形成を止める。   46 is a pipette for forming the droplet 14. The pipette 46 sucks and holds the liquid to be formed into droplets in advance. A syringe pump 44 is provided at the root of the pipette 46 via a tube 45, and a drive device 43 is attached to the syringe pump 44. When the user gives an instruction to create droplets to the personal computer 41, the driving device 43 operates, the syringe pump 44 is driven by the driving device 44, the liquid in the pipette 46 is pushed out, and the liquid is applied to the tip of the pipette 46. Drops are formed. The user optically monitors the droplet of the pipette 46 and stops the formation of the droplet when the droplet becomes a predetermined size.

ピペット４６を基板５０の表面に接触する状態で液滴１４を形成した場合には、使用者は、ピペット４６を上げる指示をパソコン４１に与えると、ピペット４６の上下動駆動装置４７にピペット４６を上げる指示が与えられ、ピペット４６は上に動き、液滴から離れる。一点差線４８は上下動駆動装置４７とピペット４６との連係を意味する。ピペット４６を基板５０の表面から離した状態で液滴１４を形成した場合には、使用者は、一旦、ピペット４６を下げて、基板５０の表面の親水性領域に液滴を移した後、ピペット４６を上に上げ、液滴から離す。   When the droplet 14 is formed with the pipette 46 in contact with the surface of the substrate 50, when the user gives an instruction to raise the pipette 46 to the personal computer 41, the user moves the pipette 46 to the vertical movement drive device 47 of the pipette 46. An instruction to raise is given and the pipette 46 moves up and leaves the droplet. A one-point difference line 48 means the linkage between the vertical drive unit 47 and the pipette 46. When the droplet 14 is formed in a state where the pipette 46 is separated from the surface of the substrate 50, the user once lowers the pipette 46 and moves the droplet to the hydrophilic region on the surface of the substrate 50. Pipette 46 is raised up and away from the drop.

次に、使用者は、他の液滴を形成するために、パソコン４１にステージの移動指示を与える。この指示に応じて、パソコン４１は駆動装置２３に駆動信号を与え、ステージ５９は駆動される。使用者は、ピペット４６の先端をモニターしておき、ピペット４６の先端が他の液滴を形成するべき親水性領域に到達したらステージ５９を止める。新しい位置で、上述したように、ピペット４６の先端に液滴を形成し、基板５０の表面の親水性領域に液滴を形成する。この場合、ピペット４６は、新しい液滴に対応した液が吸い上げられたものに交換されているのは、当然である。   Next, the user gives an instruction to move the stage to the personal computer 41 in order to form another droplet. In response to this instruction, the personal computer 41 gives a drive signal to the drive device 23, and the stage 59 is driven. The user monitors the tip of the pipette 46 and stops the stage 59 when the tip of the pipette 46 reaches a hydrophilic region where another droplet is to be formed. At the new position, as described above, a droplet is formed at the tip of the pipette 46 and a droplet is formed in the hydrophilic region on the surface of the substrate 50. In this case, it is natural that the pipette 46 is replaced with one that has sucked up the liquid corresponding to the new droplet.

次に、使用者は、親水性領域５１,５２に形成された液滴を、親水性領域５５に移動させて混合するが、この際、それぞれの親水性領域５１と５５、親水性領域５２と５５を結ぶ親水性ライン５３，５４を利用して移動させる。すなわち、ピペット４６の先端を液滴１４に接触させて、液滴が親水性ライン上をすべるように、ステージ５９を移動させる。その結果、液滴は親水性ライン上をスムーズに移動して、新しい親水性領域に移る。   Next, the user moves the liquid droplets formed in the hydrophilic regions 51 and 52 to the hydrophilic region 55 and mixes them. At this time, the hydrophilic regions 51 and 55, the hydrophilic region 52, It moves using the hydrophilic lines 53 and 54 connecting 55. That is, the stage 59 is moved so that the tip of the pipette 46 is brought into contact with the droplet 14 and the droplet slides on the hydrophilic line. As a result, the droplet moves smoothly on the hydrophilic line and moves to a new hydrophilic region.

親水性領域５１,５２に形成された液滴が、親水性領域５５に移動されたところで、所定の化学反応が起こることになるが、このためには、液滴の形成、移動に比べて長い時間を要する場合がある。このため、液滴の水分が蒸発してしまう可能性があるので、実施例１,２と同様に、液滴の大きさをモニターしながら、温調器１５を制御して、液滴径が一定になるように基板５０の温度をコントロールする。もちろん、この制御は、液滴の形成の際にも適用して良い。さらには、図示しないが、実施例１,２と同様に、加湿用の水槽１９，２０および透明な容器を逆にした形の上蓋２２を設けて、化学反応が起こる間の液滴の環境の変化を抑止するのが良い。   When the droplets formed in the hydrophilic regions 51 and 52 are moved to the hydrophilic region 55, a predetermined chemical reaction occurs. For this purpose, it is longer than the formation and movement of the droplets. It may take time. For this reason, there is a possibility that the moisture in the droplets may evaporate. Therefore, as in the first and second embodiments, the temperature controller 15 is controlled while monitoring the size of the droplets, and the droplet diameter is reduced. The temperature of the substrate 50 is controlled so as to be constant. Of course, this control may be applied to the formation of droplets. Further, although not shown in the drawings, as in the first and second embodiments, the water tanks 19 and 20 for humidification and the upper lid 22 in the form of a transparent container are provided so that the environment of the droplets during the chemical reaction takes place. It is good to suppress change.

ここで、二つの液滴が、ＤＮＡとＤＮＡにインターカレートする蛍光色素サイバーグリーンＩである場合、例えば、それぞれの液滴を親水性領域５５に移動させ、合体させ、２分間その位置に滞在させる。その間、液滴径をモニターし、液滴径が一定になるように基板５０の温度をコントロールする。その後、親水性ライン５６に沿って液滴を親水性領域５５から親水性領域５７に移動させる。親水性ライン５６の途中、あるいは、親水性領域５７の位置で、複合され、化学反応を終了した液滴に、レーザー光源６１からハーフミラー６２を介して照射される光を照射する。液滴が発する蛍光を検出器６６で検出することで、液滴内の反応物由来の蛍光量を測定することができる。なお、６３,６４は光学系を構成するレンズである。なお、この場合も、ピペット４６の先端を、複合され、化学反応を終了した液滴に接触させて、液滴が親水性ライン上をすべるように、移動させるのが良いが、液滴径をモニターするための光学系と液滴内の反応物由来の蛍光量を測定するための光学系とを同じ場所に設けることはできないので、ピペット４６の上下動駆動装置４７が、上下動のみならず、ＸＹ方向にもピペット４６を移動できるような駆動装置とするのが良い。   Here, when the two droplets are DNA and the fluorescent dye Cyber Green I that intercalates with DNA, for example, each droplet is moved to the hydrophilic region 55, united, and stays at that position for 2 minutes Let Meanwhile, the droplet diameter is monitored, and the temperature of the substrate 50 is controlled so that the droplet diameter becomes constant. Thereafter, the droplet is moved from the hydrophilic region 55 to the hydrophilic region 57 along the hydrophilic line 56. In the middle of the hydrophilic line 56 or at the position of the hydrophilic region 57, the light that has been combined and finished the chemical reaction is irradiated with light irradiated from the laser light source 61 through the half mirror 62. By detecting the fluorescence emitted from the droplet by the detector 66, the amount of fluorescence derived from the reactant in the droplet can be measured. Reference numerals 63 and 64 denote lenses constituting the optical system. In this case as well, the tip of the pipette 46 is preferably brought into contact with the combined and finished chemical reaction droplet so that the droplet slides on the hydrophilic line. Since the optical system for monitoring and the optical system for measuring the fluorescence amount derived from the reactant in the droplet cannot be provided at the same place, the vertical movement drive device 47 of the pipette 46 is not only moved up and down. It is preferable to use a drive device that can move the pipette 46 in the XY directions.

なお、図４では、２種の液滴を形成するための二つの親水性領域５１，５２を設けるものとしたが、これは、一つでも良い。すなわち、最初に形成した液滴を２種の液滴を混合するための親水性領域５５に移した後、もう一つの液滴を最初の親水性領域に形成して、これを２種の液滴を混合するための親水性領域５５に移して混合しても良いからである。   In FIG. 4, two hydrophilic regions 51 and 52 for forming two types of droplets are provided. However, this may be one. That is, after the first formed droplet is transferred to the hydrophilic region 55 for mixing two types of droplets, another droplet is formed in the first hydrophilic region, and this is divided into two types of liquids. This is because the mixture may be transferred to the hydrophilic region 55 for mixing drops.

合成するのが３種の液滴であれば、親水性領域５１，５２を３つの親水性領域としても良いし、一つの親水性領域に液滴を次々に作って、これを順次、次段の親水性領域に送って、合成するものとしても良い。   If three types of droplets are to be synthesized, the hydrophilic regions 51 and 52 may be three hydrophilic regions. Alternatively, droplets may be formed in one hydrophilic region one after another, and this may be sequentially performed on the next stage. It is good also as what is sent to the hydrophilic area | region and synthesize | combined.

（ａ）は、実施例１に好適な細胞培養チップ１００の平面図、（ｂ）は平面図のＡ−Ａ位置で矢印方向に見たときの断面図である。(A) is a top view of the cell culture chip | tip 100 suitable for Example 1, (b) is sectional drawing when it sees in the arrow direction in the AA position of a top view. 本発明による実施例１の液滴サイズのコントロール装置の概要を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline | summary of the droplet size control apparatus of Example 1 by this invention. 基板１上の複数の液滴に対して、個々の液滴のサイズをコントロールする実施例２を説明する概略図である。It is the schematic explaining Example 2 which controls the size of each droplet with respect to the several droplet on the board | substrate 1. FIG. 基板５０上に２種の液滴を形成し、これを混合した後、所定の位置に搬送するなどの操作を容易に可能とする実施例３を説明する概略図である。It is the schematic explaining Example 3 which makes it possible to perform operations, such as forming two types of droplets on the substrate 50, mixing them, and then transporting them to a predetermined position.

符号の説明Explanation of symbols

１…シリコン基板、３…疎水性領域、４…親水性領域、５…位置決め用のマーカー、１４…液滴、１５…温調器、１８…温度センサー、１９，２０…加湿用の水槽、２１…ステージ、２２…上蓋、２３…駆動装置、３１…カメラ、３２，３３…レンズ、３４…光源、３５…ハーフミラー、４１…パソコン、４２…操作信号、４３…駆動装置、４４…シリンジポンプ、４５…チューブ、４６…ピペット、４７…上下動駆動装置、４８…一点差線、５０…基板、５１，５２，５５，５７…親水性領域、５３，５４，５６…親水性ライン、５９…ステージ、６１…レーザー光源、６２…ハーフミラー、６３，６４…レンズ、６６…検出器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 3 ... Hydrophobic area | region, 4 ... Hydrophilic area | region, 5 ... Positioning marker, 14 ... Droplet, 15 ... Temperature controller, 18 ... Temperature sensor, 19, 20 ... Water tank for humidification, 21 ... Stage, 22 ... Upper lid, 23 ... Drive device, 31 ... Camera, 32, 33 ... Lens, 34 ... Light source, 35 ... Half mirror, 41 ... Personal computer, 42 ... Operation signal, 43 ... Drive device, 44 ... Syringe pump, 45 ... Tube, 46 ... Pipette, 47 ... Vertical motion drive device, 48 ... Single point difference line, 50 ... Substrate, 51, 52, 55, 57 ... Hydrophilic region, 53, 54, 56 ... Hydrophilic line, 59 ... Stage , 61 ... Laser light source, 62 ... Half mirror, 63, 64 ... Lens, 66 ... Detector.

Claims (7)

液滴を生成するための手段、前記生成された液滴を撥水性面に保持する親水性領域のパターンを配した基板、基板に接する温調装置、基板上に形成した液滴の大きさを測定する測定手段、測定した液滴の大きさをもとに、温調装置の温度を制御する制御装置からなる液滴サイズの制御装置。   Means for generating droplets, a substrate provided with a hydrophilic region pattern for holding the generated droplets on a water-repellent surface, a temperature control device in contact with the substrate, and the size of the droplets formed on the substrate. A droplet size control device comprising measurement means for measuring and a control device for controlling the temperature of the temperature control device based on the measured droplet size. 前記温調装置が、複数の液滴のそれぞれに独立したものであり、液滴のそれぞれを独立に温度制御できるものである請求項１記載の液滴サイズの制御装置。 The temperature control device, which is independent in each of the plurality of droplets, the control unit of the droplet size according to claim 1, wherein in which the temperature can be controlled each droplet independently. 液滴を生成するための手段、前記生成された液滴を撥水性面に保持する親水性領域のパターンを配した基板、前記親水性パターン上で一つの親水性領域から他の親水性領域に液滴を移動させる手段、基板に接する温調装置、基板上に形成した液滴の大きさを測定する測定手段、測定した液滴の大きさをもとに、温調装置の温度を制御する制御装置からなる液滴サイズの制御装置。   Means for generating droplets, a substrate having a hydrophilic region pattern for holding the generated droplets on a water-repellent surface, from one hydrophilic region to another hydrophilic region on the hydrophilic pattern Means for moving the droplet, temperature control device in contact with the substrate, measurement means for measuring the size of the droplet formed on the substrate, and controlling the temperature of the temperature control device based on the measured size of the droplet A droplet size control device comprising a control device. 前記親水性領域のパターンが、少なくとも親水性の線分を含む、請求項３記載の液滴サイズの制御装置。 The pattern of the hydrophilic regions, least also including a segment of a hydrophilic, controller droplet size according to claim 3, wherein. 前記温調装置は、前記液滴が滞在しうる基板の親水性領域ごとにそれぞれを独立に温度制御できるものである請求項３記載の液滴サイズの制御装置。 The temperature control device, the droplet controller droplet size according to claim 3, wherein in which the temperature can be controlled independently of each for each hydrophilic region of the substrate that can stay. 前記液滴を移動させる手段が、液滴に接触した液滴を生成するための手段である請求項３記載の液滴サイズの制御装置。 The droplets means for moving the control device of the droplet size according to claim 3 wherein the means for generating a droplet in contact with the droplets. 請求項１〜６のいずれかに記載の液滴サイズの制御装置を用いて、基板の親水性領域に形成された液滴を所定の湿度に加湿された環境下に置き、前記液滴を保持している基板の温度をコントロールして、前記液滴の大きさ制御する液滴サイズの制御方法。 Using the droplet size control device according to any one of claims 1 to 6, a droplet formed on a hydrophilic region of a substrate is placed in an environment humidified to a predetermined humidity, and the droplet is retained. A droplet size control method for controlling the size of the droplet by controlling the temperature of the substrate.
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