JP6931220B2 - 液滴処理方法、液滴処理基板、及び液滴接触用治具 - Google Patents
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Description
液滴処理基板の処理面に形成された複数の液滴に、前記処理面に対向する側から同時に接触体を接触させる接触工程、及び
前記液滴と前記接触体との接触を利用した所定の処理を行う処理工程を含む。
この液滴処理方法によれば、液滴処理基板上の複数の液滴に対して同時に接触体を接触させ、複数の液滴に対して所定の処理を同時に行うことができる。したがって、複数の液滴に対する処理を効率よく行うことができる。
このような構成によって、液滴処理基板上の複数の液滴に対して同時に他の液滴を接触させ、複数の液滴及び他の液滴に対して所定の処理を同時に行うことができる。
液滴処理基板の処理面に形成された複数の液滴に、前記処理面に対向する側から他の液滴を接触させる接触工程、及び
前記液滴と前記他の液滴との接触を利用した所定の処理を行う処理工程を含む。
この液滴処理方法によれば、液滴処理基板上に複数の液滴が形成されるので、これらの液滴に他の液滴を接触させる操作、及び当該接触を利用した所定の処理を効率よく行うことができる。
前記所定の処理は、前記液滴に前記他の液滴を混合する処理であることが好ましい。
液滴処理基板上の複数の液滴に他の液滴を接触させることによって、複数の液滴と他の液滴との混合処理を効率よく行うことができる。
前記所定の処理は、前記液滴及び前記他の液滴の少なくとも一方に含まれた物体を他方に輸送する処理であってもよい。
液滴処理基板上の複数の液滴に他の液滴を接触させることによって、少なくとも一方の液滴に含まれる物体を他方の液滴に輸送する処理を効率よく行うことができる。
前記物体は細胞であることが好ましい。
これにより液滴中で培養された細胞を他の液滴に輸送することができ、培地交換等に好適に利用することができる。なお、ここでいう「細胞」とは、単体の細胞だけでなく複数の細胞が凝集した細胞塊(細胞スフェロイド)や細胞組織をも含む。
互いに接触させた液滴同士を分離させる分離工程をさらに含むことが好ましい。
このような工程を備えることによって、接触によって一体となった液滴を再び2つに分離することができる。
前記複数の液滴が前記処理面に形成された第1の前記液滴処理基板と、複数の前記他の液滴が処理面に形成された第2の液滴処理基板とを備えており、
前記接触工程が、
前記第1の液滴処理基板と前記第2の液滴処理基板とを、互いに前記処理面を対向させた状態で接近させ、前記第1の液滴処理基板の前記複数の液滴に前記第2の液滴処理基板の前記複数の他の液滴を同時に接触させる工程であることが好ましい。
このような構成によって、第1の液滴処理基板の複数の液滴に、第2の液滴処理基板の複数の他の液滴を同時に接触させることができ、複数の液滴及び複数の他の液滴に対してより効率よく所定の処理を行うことができる。
前記第1の液滴処理基板及び前記第2の液滴処理基板の前記処理面には、それぞれ複数の液滴形成領域が設けられており、
前記第1の液滴処理基板及び前記第2の液滴処理基板の少なくとも一方における前記各液滴形成領域は、液滴の形成の可否、又は、形成される液滴の高さが制御可能に構成されている。
このような構成によって、一方の液滴処理基板上における液滴形成領域で液滴を形成するか否かについての制御、又は、液滴形成領域における液滴の高さの制御を行うことができ、この制御によって、両液滴処理基板における液滴同士の接触の有無や接触状態を制御することが可能となる。
前記液滴の形成の可否、及び、前記液滴の高さの制御が、前記液滴形成領域における界面状態の制御により行われることが好ましい。
前記界面状態は、当該界面における濡れ性であることが好ましい。
濡れ性の程度によって液滴形成の可否及び液滴の高さの制御を行うことができる。
前記界面状態が、当該界面における電気的エネルギー量である。
電気的エネルギー量の程度によって液滴形成の可否及び液滴の高さの制御を行うことができる。
液滴を形成するための液滴形成領域を複数有しており、
各液滴形成領域における液滴の形成の可否、又は、形成される液滴の高さが制御可能に構成されている。
この液滴処理基板によれば、液滴形成領域における液滴の形成の可否、及び、液滴の高さの制御を行うことができる。
複数の液滴が第1の処理面に形成された第1の液滴処理基板を保持する第1の保持具と、
複数の他の液滴が第2の処理面に形成された第2の液滴処理基板を、前記第2の処理面を前記1の処理面に対向させた状態で保持する第2の保持具と、
前記第1の液滴処理基板が保持された前記第1の保持具と、第2の液滴処理基板が保持された前記第2の保持具とを、前記第1の処理面及び第2の処理面の対向方向に相対的に移動させる移動機構と、を備えている。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。
図1(a)に示すように、本実施形態の液滴処理基板10は、ガラス板等によって矩形状に形成され、一方の板面11(「表面」又は「処理面」とも言う)に複数の液滴Dが形成されている。また、複数の液滴Dは、縦横(図示例では3×3)に整列した配列パターンで形成されている。
図10は、液滴処理基板の製造方法の一例を示す説明図である。図10(a)及び図10(b)に示すように、液滴処理基板10の主構成部材であるガラス板等の基板本体21の表面には、光触媒材料22としての酸化チタン(TiO2)の層が複数箇所に設けられる。例えば、酸化チタンは、スパッタリング法を用いて処理面上に成膜される。この光触媒材料22は、紫外線が照射されることによって表面の濡れ性が撥水性から親水性に変化する性質を有している。また、光触媒材料22としての酸化チタンは、親水性に変化した後、暗所で保存されることにより撥水性に戻る性質を有している。本実施形態では、このような性質を利用して液滴処理基板10の処理面11に、液滴形成領域12を形成する。
図11は、液滴処理基板上に液滴を形成するための液滴形成装置を示す概略的な説明断面図である。この液滴形成装置31は、液滴処理基板10上にマイクロ流路32を形成する装置本体35と、この装置本体35に形成されたインレットポート33及びアウトレットポート34とを備えている。液滴形成装置31は、液滴Dを形成するための液体36をインレットポート33から流入させ、マイクロ流路32に液体を流した後、アウトレットポート34から液体36を排出させる。液滴Dは、液滴処理基板10上を流体が通過する過程で、親水性領域である液滴形成領域12上に形成される。
また、後述するように液滴D内に粒子状の物体を含ませる場合には、マイクロ流路32に導入される液体に予め物体を導入しておいてもよい。
次に、2枚の液滴処理基板10A,10Bに形成された液滴Dに対する処理について具体的に説明する。
(混合処理)
図2は、2枚の液滴処理基板に形成した液滴同士を接触させる様子を示す断面説明図である。なお、図2(b)及び(c)は、互いに接触する1組の液滴に注目しこれを拡大して示している。
その後、図2(c)に示すように、2枚の液滴処理基板10A,10Bを互いに離反する方向へ相対的に移動させる。各液滴処理基板10A,10Bの液滴形成領域12は、その親水性によって液滴Dが付着された状態に維持されるので、2枚の液滴処理基板10A,10Bを離反させると、それぞれの液滴形成領域12に液滴Dが付着したまま2つに分離する。
図3は、2枚の液滴処理基板に形成した液滴同士を接触させる様子を示す断面説明図である。なお、図3(b)及び(c)は、互いに接触する1組の液滴に注目しこれを拡大して示している。
図3(a)に示すように、一方の液滴処理基板10Aに形成した複数の液滴D中には、粒子状の物体Mが含まれている。他方の液滴処理基板10Bに形成した複数の液滴D中には当該物体Mが含まれていない。そして、物体Mを含む液滴Dと含まない液滴Dとを接触させることによって、両液滴D間で物体Mの輸送を行うことができる。
また、2枚の液滴処理基板10A,10Bに形成された複数の液滴D同士を接触させることで、複数の液滴Dにおいて同時に物体Mを輸送することができる。したがって、複数の液滴Dに対して短時間で効率よく輸送処理を行うことができる。
以上のような粒子状の物体の輸送処理は、液滴を用いた細胞の三次元培養に適用することができる。具体的には、培地液体中で細胞を培養する場合、定期的に培地液体を新しいものに交換する工程が行われるが、この培地液体の交換に上述の輸送処理を適用することができる。なお、以下の説明における「細胞」は、単体の細胞だけでなく複数の細胞が凝集した細胞塊(細胞スフェロイド)や細胞組織であってもよく、これらを含む概念で「細胞」という用語を用いる。
図6では、左側から右側へ時系列に画像が並んでいる。また、各画像において液滴中の細胞が点線の円で囲まれている。図6(a)は、液滴の接触前、(b)は液滴の接触直後(約1秒後)、(c)、(d)は液滴の接触中(それぞれ約3秒後、約10秒後)、(e)は、液滴の分離直後(約35秒後)を示す。2つの液滴を接触させた状態では、細胞が次第に上から下へ向けて移動し、2つの液滴を分離させることによって、下側の液滴に細胞が完全に輸送されていることが分かる。
なお、蛍光染色試薬による細胞の染色は、図2を参照して説明したように、培地液滴と試薬液滴とを接触・混合させることによって行ったものである。
図8は、液滴接触用治具を示す概略的な斜視図である。
以上に説明したような2枚の液滴処理基板10A,10Bに形成された液滴D同士の接触は、図8に示す液滴接触用治具51を用いて好適に行うことができる。液滴接触用治具51は、第1の保持具52、第2の保持具53、及び移動機構54を備える。第1の保持具52は、2枚の液滴処理基板10A,10Bの一方10Bを保持するために用いられる。具体的に第1の保持具52は、処理面11が上方に向けられた液滴処理基板10Bを上面に載置した状態で保持する。
図12は、本発明の第2の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。
図12(a)に示すように、本実施形態の液滴処理基板10には、縦横に整列された配列パターンで液滴形成領域12が設けられているが、そのうちの一部のみに液滴Dが形成可能とされている。具体的には、液滴形成領域12における濡れ性を制御することによって一部の液滴形成領域12のみに液滴Dが形成可能とされている。
図15は、第2の実施形態の液滴処理基板の製造方法を示す説明図である。図15(a)に示すように、第1の実施形態と同様に、液滴処理基板10の処理面11には、光触媒材料22としての酸化チタン(TiO2)の層と、撥水性膜23の層とが形成されている。そして、この液滴処理基板10にマスク24を介して紫外線を照射する。このマスク24は、液滴を形成したい液滴形成領域12のみに紫外線が照射されるように、紫外線を通過させる開口24aが形成されたものとなっている。したがって、図15(b)に示すように、紫外線が到達した部分のみで光触媒材料22の作用により撥水性膜23が光分解されて親水性領域が形成され、それ以外の部分で撥水性領域が形成される。
図16は、第3の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。この液滴処理基板10は、液滴形成領域12の周囲に、微細な凹凸が多数形成された撥水性領域13が設けられたものである。また、液滴形成領域12は、その周囲の撥水性領域13よりも柱状に突出している。
図17は、第4の実施形態に係る液滴処理基板を示す断面説明図である。
上記第1〜第3の実施形態では、2枚の液滴処理基板に形成された液滴同士を接触させて混合や輸送等の所定の処理を行っていたが、本実施形態では、1枚の液滴処理基板10上の液滴Dに、他の接触体61を接触させることによって所定の処理を行うものである。図17に示す例では、接触体61としての複数のセンサが設けられたセンサ基板62と、液滴処理基板10とを対向させ、両基板62,10を互いに接近させることで、センサ61に液滴Dを接触させる。これにより、液滴Dの性状をセンサ61によって計測することができる。また、センサ基板62には複数の液滴Dと同一の配列パターンでセンサ61が設けられており、複数の液滴Dを同時にセンサ61に接触させることができる。
図18は、第5の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。
本実施形態の液滴処理基板10の液滴形成領域12には、電極63が設けられ、液滴形成領域12以外の領域13には、電極63に接続された配線パターン64が設けられている。したがって、液滴形成領域12に形成された液滴Dの電気的な性質を計測するために活用することができる。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において変更することができる。例えば、以下の(1)〜(6)のように変更することができる。
(a)所定のパターンで配列された液滴形成領域の全てに液滴が形成されている液滴処理基板
(b)所定のパターンで配列された液滴形成領域のうちの一部に、濡れ性の制御によって液滴が形成されていない液滴処理基板
(c)所定のパターンで配列された液滴形成領域の全てに液滴が形成されるが、そのうちの一部の液滴が、液滴形成領域の濡れ性の制御によって高さが低く(又は高く)されている液滴処理基板
(d)液滴は形成されていないが、液滴が形成できるように濡れ性が制御された所定の配列パターンの液滴形成領域を含む液滴処理基板
(e)液滴が形成されておらず、かつ液滴が形成できるように濡れ性が制御された液滴形成領域を備えていない液滴処理基板
10A :第1の液滴処理基板
10B :第2の液滴処理基板
11 :処理面
12 :液滴形成領域
13 :撥水性領域
51 :液滴接触用治具
52 :第1の保持具
53 :第2の保持具
54 :移動機構
61 :センサ(接触体)
D :液滴(接触体)
M :物体
Mc :細胞
Claims (5)
- 複数の液滴形成領域が設けられている第1の液滴処理基板の処理面に複数の第1の液滴を形成し、複数の液滴形成領域が設けられている第2の液滴処理基板の処理面に複数の第2の液滴を形成する形成工程、
前記第1の液滴処理基板と前記第2の液滴処理基板とを、互いに前記処理面を対向させた状態で接近させ、前記複数の第1の液滴に前記複数の第2の液滴を接触させる接触工程、及び
前記第1の液滴と前記第2の液滴との接触を利用した、前記第1の液滴に前記第2の液滴を混合する処理を行う処理工程を含み、
前記第1の液滴処理基板及び前記第2の液滴処理基板の少なくとも一方における前記各液滴形成領域は、濡れ性の程度を制御することによって液滴の形成の可否、又は、形成される液滴の高さが制御可能に構成されており、
前記形成工程では、前記第1の液滴処理基板及び前記第2の液滴処理基板の少なくとも一方において、前記複数の液滴形成領域のうちの一部の液滴形成領域に他の液滴形成領域よりも高さの低い液滴が形成され、
前記接触工程において、前記高さの低い液滴を接触させず、前記高さの高い液滴を接触させる、液滴処理方法。 - 前記液滴形成領域の濡れ性の程度を制御することは、前記液滴形成領域における界面状態を制御することを含む、請求項1に記載の液滴処理方法。
- 前記界面状態を制御することは、当該界面における電気的エネルギー量を制御することを含む、請求項2に記載の液滴処理方法。
- 処理面に、液滴を形成するための液滴形成領域を複数有しており、
各液滴形成領域は、濡れ性の程度を制御することによって液滴の形成の可否、又は、形成される液滴の高さが制御可能に構成されており、
複数の前記液滴形成領域のうちの一部の液滴形成領域に他の液滴形成領域よりも高さの低い液滴が形成されるよう制御されることによって、他の液滴処理基板と互いに前記処理面を対向させた状態で接近させ、前記高さの低い液滴を前記他の液滴処理基板に形成された液滴に接触させず、前記高さの高い液滴を前記他の液滴処理基板に形成された液滴に接触させる接触工程に用いられるように構成されている、液滴処理基板。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の、第1の液滴が第1の処理面に形成された第1の液滴処理基板を保持する第1の保持具と、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の、第2の液滴が第2の処理面に形成された第2の液滴処理基板を、前記第2の処理面を前記1の処理面に対向させた状態で保持する第2の保持具と、
前記第1の液滴処理基板が保持された前記第1の保持具と、第2の液滴処理基板が保持された前記第2の保持具とを、前記第1の処理面及び第2の処理面の対向方向に相対的に移動させる移動機構と、を備えている、液滴接触用治具。
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