JP2020054248A - Droplets generator - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書の開示は、液滴生成装置に関する。 The disclosure herein relates to a droplet generation device.
多孔質膜を介し液体を一定の圧力で押し出すことにより、連続相中に分散相を生成する直接膜乳化法が知られている。この製法により生成されるエマルジョンを用いて内部に含まれる対象物の濃度分析を行う場合には、定量分析における信頼性の観点からエマルジョンは多く生成されることが望ましい。 There is known a direct membrane emulsification method in which a liquid is extruded at a constant pressure through a porous membrane to generate a dispersed phase in a continuous phase. When analyzing the concentration of an object contained therein using the emulsion produced by this production method, it is desirable that a large number of emulsions be produced from the viewpoint of reliability in quantitative analysis.
しかしながら、一度に生成できるエマルジョンの量は多孔質膜を大きくすることにより増加させることができる一方で、多孔質膜を大きくすると膜を透過せずに残存する分散相も増えてしまうという課題があった。 However, while the amount of emulsion that can be produced at one time can be increased by increasing the size of the porous membrane, there is a problem that increasing the size of the porous membrane increases the amount of the dispersed phase that does not pass through the membrane and remains. Was.
さらに、液体の量を変えずに多孔質膜を小さくしようとすると、容器の形状が高さ方向に大型化してしまうため好ましくなかった。 Further, if the size of the porous membrane is reduced without changing the amount of the liquid, the shape of the container is undesirably increased in the height direction.
本明細書の開示は、上記課題に鑑み、小型且つ多孔質膜を透過せずに残存する分散相を低減することが可能な液滴生成装置の提供を目的の一つとする。 In view of the above problems, it is an object of the disclosure of the present specification to provide a droplet generation apparatus that is small and capable of reducing the remaining dispersed phase without passing through a porous membrane.
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本明細書の開示の他の目的の一つとして位置付けることができる。 The present invention is not limited to the above-described object, and it is an operation effect derived from each configuration shown in the embodiment for carrying out the invention described later, and also has an operation effect that cannot be obtained by the conventional technology. It can be positioned as one of the other purposes.
本明細書に開示の液滴生成装置は、筒状の液滴生成装置であって、側壁で囲まれた第1の径を有する第1の空間と、側壁で囲まれた前記第1の径よりも小さい第2の径を有する第2の空間と、前記第1の空間から前記第2の空間に向かって縮径している側壁で囲まれた第3の空間と、前記第2の空間を形成する側壁に接するように設けられた、前記液滴を生成する生成部と、を備え、前記第2の径は前記第3の空間を形成する径以下の長さであることを特徴とする。 The droplet generation device disclosed in the present specification is a cylindrical droplet generation device, wherein a first space having a first diameter surrounded by a side wall, and the first diameter surrounded by a side wall. A second space having a smaller second diameter, a third space surrounded by a side wall decreasing in diameter from the first space toward the second space, and the second space. And a generation unit that generates the droplet, which is provided so as to be in contact with the side wall that forms the third space, wherein the second diameter is equal to or less than the diameter that forms the third space. I do.
本明細書の開示によれば、小型且つ多孔質膜を透過せずに残存する分散相を低減することが可能な液滴生成装置を提供することができる。 According to the disclosure of the present specification, it is possible to provide a droplet generation apparatus that is small and capable of reducing the remaining dispersed phase without permeating the porous membrane.
以下に、図面を参照しながら、本明細書の開示に係る画像処理装置の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of an image processing apparatus according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated example.
<実施形態1>
本実施形態に係る液滴生成装置は、エマルジョンの生成に用いられる液滴生成装置である。具体的には、例えば、油中水型エマルジョンを反応場としてサンプル中に含まれる化合物や粒子といった分析対象物を分析する核酸試料デジタルPCR(dPCR:digital Polymerase Chain Reaction)法で用いることができる。デジタルPCR法では、分析の対象とする核酸を含む試料を、核酸を増幅するための増幅試薬、核酸を検出するための蛍光試薬などと混合して希釈し、物理的に独立した多数の反応場に分割する。エマルジョンに含まれるそれぞれの液滴はデジタルPCR法において反応場として用いられることがある。そして、多数の反応場(液滴)のそれぞれにおいて独立にPCRが行われ、核酸が増幅される。増幅後に蛍光試薬により核酸を検出し、当該蛍光試薬のシグナルが検出された反応場の数(陽性反応場数)と、増幅後にシグナルが検出されなかった反応場の数(陰性反応場数)とに基づいて、試料中の核酸の濃度を推定することができる。
<First embodiment>
The droplet generation device according to the present embodiment is a droplet generation device used for generating an emulsion. Specifically, for example, it can be used in a nucleic acid sample digital PCR (dPCR: digital Polymerase Chain Reaction) method in which a water-in-oil emulsion is used as a reaction field to analyze an analyte such as a compound or a particle contained in a sample. In the digital PCR method, a sample containing a nucleic acid to be analyzed is mixed and diluted with an amplification reagent for amplifying the nucleic acid, a fluorescent reagent for detecting the nucleic acid, and the like. Divided into Each droplet contained in the emulsion may be used as a reaction field in a digital PCR method. Then, PCR is independently performed in each of a large number of reaction fields (droplets), and the nucleic acid is amplified. Nucleic acid is detected by a fluorescent reagent after amplification, and the number of reaction fields where a signal of the fluorescent reagent is detected (the number of positive reaction fields) and the number of reaction fields where no signal is detected after the amplification (number of negative reaction fields) are determined. Thus, the concentration of the nucleic acid in the sample can be estimated.
以下に示す実施形態は、いずれも液滴生成装置を用いたエマルジョンの生成方法を説明するための一例にすぎず、本明細書の開示は実施形態に限定されるものではない。 Each of the embodiments described below is merely an example for describing a method of generating an emulsion using a droplet generation device, and the disclosure in this specification is not limited to the embodiments.
図1は、本実施形態に係る液滴生成装置100の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a
図1(a)は、液滴生成装置100の平面図である。図1(b)は、液滴生成装置100のA−A断面を示す断面図である。なお、図1(a)において側壁の厚みは省略して図示する。
FIG. 1A is a plan view of the
以下、図1(b)を用いて液滴生成装置100の構成を説明する。
Hereinafter, the configuration of the
液滴生成装置100は、液滴に含まれる対象物の定量分析に用いられる液滴を生成する。液滴生成装置100は、試料の状態が確認できる透明な材料であるガラス、ポリカーボネート樹脂(PC)、シクロオレフィンポリマー樹脂(COP)、アクリル樹脂(PMMA)、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリジメチルシロキサン樹脂(PDMA)などが好ましい。また、本実施形態において液滴生成装置100は円筒状の装置として説明を行うが、形状に関しても上記に限定されず例えば角筒状でもよい。なお、本実施形態において液滴生成装置100は、x方向(水平方向)に開口を有するように用いることを想定する。しかし、y方向(鉛直方向)に90°傾けた状態で用いてもよい。この場合、液滴生成装置100はy方向(鉛直方向)に開口を有していると考える。
The
第1の空間101は、液滴生成装置100の内部の空間のうち、液滴を生成するための液体が注入可能な第1の径110を有する開口部に面した空間である。なお、液滴生成装置100が、角筒状だった場合は、長辺を第1の径110としてもよい。
The
第2の空間102は、第1の径110よりも小さい第2の径120を有する開口部に面した空間である。なお、液滴生成装置100が、角筒状だった場合は、長辺を第2の径120としてもよい。
The
第3の空間103は、第1の空間101と第2の空間102の間の空間であり、第1の径110以下かつ第2の径120以上の径で、第1の空間から第2の空間に向かって縮径した側壁で囲まれた空間である。なお、第3の空間を形成する側壁は必ずしも連続的に縮径していなくてもよく、段差状に断続的に縮径するような形状でもよい。
The
生成部104は、第2の空間102を形成する側壁に接するように設けられている。生成部104は、複数の孔を有しており、第1の径110を有する開口部から注入された液体が複数の孔を透過することでエマルジョン、すなわち液滴が生成される。以下、エマルジョンを液滴と記載する。生成部104は、膜状の部材に孔が複数2次元的に配置された部材であり、連続気泡の多孔質体や、繊維を縦横に配置したメッシュ、単一部材に貫通孔を配置したマイクロチャンネルなどが使用される。なお、本実施形態における生成部104は、乳化膜であることが望ましい。さらに、油中水型エマルジョンを安定的に生成するためには、表面状態は撥水性のものが好ましい。また、生成部104として使用される物質の孔の直径は、およそ20[μm]であると望ましいが上記に限定されない。
The
角度105は、第3の空間を形成する側壁がx平面に対して成す角を示している。
The
次に図2を用いて本実施形態における液滴生成方法の全体の処理を説明する。 Next, the overall processing of the droplet generation method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図2(a)の工程では、水相注入手段201を用いて液滴生成装置100に分散相となる水相を充填する。本実施形態の工程で生成される液滴が、例えば液滴内に含まれる対象物の濃度分析に用いられる場合、水相は例えば反応液で構成される。反応液は水と試料と増幅試薬と蛍光試薬とを含有する。ここでいう試料とは、検体そのものであってもよいし、検体に対して精製や濃縮、分析対象物の化学修飾や断片化など、分析のための前処理や調整を施したものであってもよい。分析対象物は、例えば、核酸、ペプチド、タンパク質、酵素などが挙げられ、これらが共存していてもよい。分析対象物は、核酸、ペプチド、タンパク質、酵素の少なくともいずれかが共有結合等で結合または付着した分子、マイクロ粒子、ナノ粒子、さらにはウイルス、細菌、細胞などであってもよい。なお、反応液の構成は上記に限定されず、水相は反応液でなくてもよい。水相注入手段201には、シリンジ等の所定の容量の液体を吐出する手段や、流路内の空気を加圧または減圧するポンプやポンプとバルブの組み合わせなどを用いることができる。すなわち、水相注入手段201は、液滴生成装置100内に水相を注入できる機能を有する任意の手段により実現される。
In the step of FIG. 2A, the aqueous phase serving as the dispersed phase is filled in the
また、本工程において注入される水相は極力分裂していないことが望ましいため、水相注入手段201により液滴生成装置100に近い位置から水相を注入することが望ましい。
In addition, since the water phase injected in this step is preferably not split as much as possible, it is preferable that the water phase is injected from the position close to the
次に、不図示の油相注入手段を用いて容器202に連続相となる油相を充填する。油相は、油と界面活性剤とを含む。油相は水相と相溶せず分離する溶剤から成り、典型的には脂肪族炭化水素やシリコーンオイル等のオイルから成る。油相注入手段には、シリンジ等の所定の容量の液体を吐出する手段や、流路内の空気を加圧または減圧するポンプやポンプとバルブの組み合わせなどを用いることができる。すなわち、油相注入手段は、液滴生成装置100内に油を注入できる機能を有する任意の手段により実現される。
Next, the
なお、液滴生成装置100に水相を注入する工程と、容器202に油相を注入する工程の順序はいずれが先でもよい。具体的には例えば、容器202に油相を注入した後にそこに液滴生成装置100を浸し、その後水相を注入してもよいし、液滴生成装置100に水相をあらかじめ注入した後で油相が入った容器202に浸してもよい。
The order of the step of injecting the aqueous phase into the
なお、この工程において、油相は少なくとも生成部104が油相に浸かる程度の量が注入されることが望ましい。しかし、油相が注入される量は上記に限定されない。
In this step, it is desirable that the oil phase be injected at least in such an amount that the
また、液滴を生成する液滴生成装置100と、生成した液滴を保持する容器202は別体としたが、図3のように保持部が一体となったカートリッジ形状でもよい。
Further, although the
図2(b)の工程では、駆動手段205が開口部から液滴生成装置100内を加圧することにより、液滴生成装置100内に充填された水相を駆動させる。すると、生成部104上面に充填された水相が生成部104を透過し液滴が生成される。
In the step of FIG. 2B, the driving
なお、駆動手段205は油相注入手段(不図示)もしくは水相注入手段201を用いてもよいし、これらとは異なる手段を新たに用いてもよい。すなわち、駆動手段は圧力を加えることで液体の駆動が可能な手段であれば種々の手段を用いることができる。 The driving means 205 may use an oil phase injecting means (not shown) or an aqueous phase injecting means 201, or may use another means different from these. That is, various means can be used as the driving means as long as the liquid can be driven by applying pressure.
また、駆動手段205には耐圧栓をつけることで圧力の抜け漏れを防ぐことができるが、耐圧栓は必ずしも必要ではない。 Further, by attaching a pressure-resistant plug to the driving means 205, it is possible to prevent the pressure from leaking out, but the pressure-resistant plug is not always necessary.
この工程において、図4に示すように生成部104の面積が大きいとそれに伴って生成部104を透過せずに残存する水相の量が多くなってしまうため生成部104は小さい方が望ましい。しかし、定量分析の観点から生成部104上に保持される水相の量を減少させることは好ましくないため、生成部104を小さくすることにより狭まったx方向の長さ分をy方向に長くする必要がある。一方で、y方向にのみ長くすると液滴生成装置100が一方向に大型化してしまう。そのため図1(b)に示すように生成部104に面する第2の空間102上にx方向とy方向の2軸で第2の空間102よりも大きい第1の空間101を有するような形状の構成とする。すなわち、x方向において第1の径110は第2の径120に比べて長く、y方向において第1の空間101の高さは第2の空間102の高さに比べて高い。また、生成部104と第2の空間102を形成する側壁との成す角は90°であることが望ましい。そして、第1の空間101と第2の空間102の間には第1の径110と第2の径120の間の長さで連続して縮径する側壁で形成された第3の空間103を設ける。すなわち、第1の径110は第3の空間103を形成する径以上の長さであり、第2の径120は第3の空間103を形成する径以下の長さである。上記によれば、第1の径110と第2の径120とでx方向の長さに差があったとしても第3の空間103を形成する側壁がテーパーとなるため液滴が残存する可能性を低減することができる。具体的には、図5(a)のように第3の空間103を設けた場合には、側壁に水相が付着してしまった場合でも生成部104上に落下させることができる。しかし、図5(b)のように第1の空間101と第2の空間102との間に第3の空間103を設けなかった場合には、水相を生成部104上に落下させることができないため残存する可能性がある。
In this step, as shown in FIG. 4, if the area of the
したがって、上記の観点から本明細書に開示の液滴生成装置100内部の連通する一つの空間は少なくとも3つの空間から構成されることが望ましい。また、第3の空間103を形成する側壁がx平面(水平面)に対して成す角105は5°以上であることが望ましい。なお、液滴生成装置100内部の連通する一つの空間の形状は上記に限定されず、残存する水相を低減しつつ所望の方向に液滴生成装置100を小型化できる構成であればよい。例えば、液滴生成装置200をより薄型化したい場合には、第1の空間101のx方向の長さをより長くし、y方向の長さを短くする。
Therefore, from the above viewpoint, it is desirable that one communicating space inside the
上記によれば、生成部104の面積を小さくし、且つ連通する一つの空間をテーパーを含む少なくとも3つの空間で構成することにより、残存する液体を低減しつつ液滴生成装置100を低減することができる。また、図6に示すように第2の径120および生成部104の面積を小さくすることにより液滴生成装置100が傾いた場合でも、油相が流れるパスができにくいため効率的に液滴を生成することができる。
According to the above, by reducing the area of the
100 液滴生成装置
101 第1の空間
102 第2の空間
103 第3の空間
104 生成部
110 第1の径
120 第2の径
REFERENCE SIGNS
Claims (12)
側壁で囲まれた第1の径を有する第1の空間と、
側壁で囲まれた前記第1の径よりも小さい第2の径を有する第2の空間と、
前記第1の空間から前記第2の空間に向かって縮径している側壁で囲まれた第3の空間と、
前記第2の空間を形成する側壁に接するように設けられた、前記液滴を生成する生成部と、
を備え、
前記第2の径は前記第3の空間を形成する径以下の長さであることを特徴とする液滴生成装置。 A cylindrical droplet generating device,
A first space having a first diameter surrounded by a side wall;
A second space surrounded by a side wall and having a second diameter smaller than the first diameter;
A third space surrounded by a side wall that is reduced in diameter from the first space toward the second space;
A generator configured to generate the droplet, provided to be in contact with a side wall forming the second space;
With
The droplet generating apparatus according to claim 1, wherein the second diameter is equal to or less than a diameter forming the third space.
前記部材は、側壁で囲まれた第1の径を有する第1の空間と、側壁で囲まれた前記第1の径よりも小さい第2の径を有し、かつ前記生成部が側壁に接するように設けられた第2の空間と、前記第1の空間から前記第2の空間に向かって縮径している側壁で囲まれた第3の空間とを少なくとも内部に有し、前記第2の径は前記第3の空間を形成する径以下の長さであることを特徴とする液滴生成装置。 A droplet generating apparatus including a cylindrical member provided with a generation unit that generates a droplet, and a holding unit that holds the droplet,
The member has a first space surrounded by a side wall and having a first diameter, and a second diameter smaller than the first diameter surrounded by the side wall, and the generation unit contacts the side wall. And a third space surrounded by a side wall whose diameter is reduced from the first space toward the second space, at least inside the second space. Wherein the diameter of the droplet is less than or equal to the diameter forming the third space.
Priority Applications (1)
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JP2018185423A JP2020054248A (en) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Droplets generator |
Applications Claiming Priority (1)
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2018
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