JP2007186456A - 単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法、その製造装置およびマイクロビーズの配列方法、その配列装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】連続相である油2を流す第1のマイクロチャンネル1と、分散相であるph7以上の水溶液に溶けない物質を含むアルギン酸ナトリウム溶液4を流す第2のマイクロチャンネル3と、第1のマイクロチャンネル1と第2のマイクロチャンネル3とが交差する交差路5と、この交差路5で形成されるph7以上の水溶液に溶けない物質を含むアルギン酸ナトリウムからなる液滴6と、両親媒性分子および酢酸を含む油8が流れる第3のマイクロチャンネル7と、第1のマイクロチャンネル1と第3のマイクロチャンネル7が合流し、単一直径アルギン酸マイクロビーズ10を生成させる二路合流チャンバー9と、この二路合流チャンバー9に連通し、この二路合流チャンバー9にて形成されるマイクロビーズ10をゲル化する混合および反応チャンネルとを具備する。
【選択図】図1
Description
〔1〕単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法において、連続相である油と、分散相であるph7以上の水溶液に溶けない物質を含むアルギン酸ナトリウム溶液を、交差させて前記物質を含むアルギン酸ナトリウムからなる液滴を生成させ、前記物質を含むアルギン酸ナトリウムからなる液滴と、両親媒性分子および酢酸を含む油とを、二路合流チャンバーで合流させて単一直径アルギン酸マイクロビーズを生成させ、混合および反応チャンネルで前記マイクロビーズのゲル化を促進することを特徴とする。
Δp=(fL/D)・(ρV2 /2) …(1)
ここで、Δpは圧力差、fはDarcy摩擦係数、Lはチャンネル長、Dは流体直径、ρは流体密度、Vは流体の平均速度である。
D=4A/P …(2)
ここで、Aはマイクロチャンネルの断面積、Pはマイクロチャンネルの潤辺である。
P=2(W+H) …(4)
Darcy摩擦係数fはReynolds数Re、およびアスペクト比αに関連する。アスペクト比αは、高さ/幅あるいは幅/高さのどちらかで定義され、0≦α≦1となる。Darcy摩擦係数fおよびReynolds数Reの積は、アスペクト比に依存する定数であるか、また、
f・Re=C(α) …(5)
であり、ここでC(α)はαの関数である定数Cであり、Reは
Re=ρVD/μ …(6)
でも表され、μは流体粘性である。
流体の平均速度Vは
V=Q/A …(8)
で表され、ここでQは体積流量である。
図8は本発明にかかるマイクロ液滴トラップの詳細な説明図である。
(P2 /P1 )2 ・(P2 /P1 )2 ・(A1 /A2 )3 …(10)
ここで、添字の1および2はそれぞれ流路1および流路2を示す。流路1については、分析を簡略化するために、長さL1 の幅を狭くしたチャンネルの長さとすることに注意されたい。大半の圧力低下は幅を狭くしたチャンネル沿いに起こるので、これは有効である。
A1 =W1 H …(11)
A2 =W2 H …(12)
P1 =2(W1 +H) …(13)
P2 =2(W2 +H) …(14)
高さHが両方の流路において同じであることに留意されたい。
〔(W2 +H)/(W1 +H)〕2 ・(W1 /W2 )3 …(15)
捕捉が動作するためには、流路1沿いの体積流量は流路2沿いの体積流量よりも大きくなくてはならない。すなわち、
Q1 /Q2 ≧1
または
〔C2 (α2 )/C1 (α1 )〕・(L2 /L1 )・
〔(W2 +H)/(W1 +H)〕2 ・(W1 /W2 )3 ≧1 …(16)
である。
2 油(連続相)
3 第2のマイクロチャンネル
4 CaCO3 粉末を含むアルギン酸ナトリウム溶液(分散相)
5 T字交差路
6 CaCO3 粉末を含むアルギン酸ナトリウムからなる液滴
7 第3のマイクロチャンネル
8 レシチンおよび酢酸を含む油
9 二路合流チャンバー
10 二路合流チャンバーにて形成されるマイクロビーズ(μ液滴)
11 混合および反応チャンネル
12 ゲル化が進んだマイクロビーズ(μ液滴)
15,21 マイクロビーズ(μ液滴)
16 Hep G2セル
22,32,41,61 直線状チャンネル
23,62 方形波形状のチャンネル
24,33,42,63 直線状チャンネルに形成される狭窄領域
31 マイクロ液滴の装置
34 ビーズ(15μm)
43 アルミニウム
44 ビーズ
45 レーザー
46 泡
51 第1電極
52,56 斜辺
53,57 水平辺
54,58 垂直辺
55 第2電極
59 下部先端部
60,65 ビーズ(セル)
61 誘電泳動力
64 第1電極と第2電極からなる電極
66 試薬
65′ 解放したい所望のビーズ(セル)
64′ 電圧を印加したい電極
67 メインストリーム
Claims (19)
- (a)連続相である油と、分散相であるph7以上の水溶液に溶けない物質を含むアルギン酸ナトリウム溶液を、交差させて前記物質を含むアルギン酸ナトリウムからなる液滴を生成させ、
(b)前記物質を含むアルギン酸ナトリウムからなる液滴と、両親媒性分子および酢酸を含む油とを、二路合流チャンバーで合流させて単一直径アルギン酸マイクロビーズを生成させ、
(c)混合および反応チャンネルで前記マイクロビーズのゲル化を促進することを特徴とする単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法。 - 請求項1記載の単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法において、前記物質がカルシウムからなる化合物であることを特徴とする単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法。
- 請求項1記載の単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法において、前記物質がバリウムからなる化合物であることを特徴とする単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法。
- 請求項1記載の単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法において、前記アルギン酸ナトリウムからなる液滴を、前記連続相と分散相をT字交差路で交差させることにより生成することを特徴とする単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法。
- 請求項1記載の単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法において、前記単一直径アルギン酸マイクロビーズを生成する際、該単一直径アルギン酸マイクロビーズに細胞を導入しカプセル化することを特徴とする単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法。
- 請求項2記載の単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法において、前記細胞が癌化した肝臓細胞であることを特徴とする単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造方法。
- (a)連続相である油を流す第1のマイクロチャンネルと、
(b)分散相であるph7以上の水溶液に溶けない物質を含むアルギン酸ナトリウム溶液を流す第2のマイクロチャンネルと、
(c)前記第1のマイクロチャンネルと前記第2のマイクロチャンネルが交差する交差路と、
(d)該交差路で形成される前記物質を含むアルギン酸ナトリウムからなる液滴と、両親媒性分子および酢酸を含む油が流れる第3のマイクロチャンネルと、
(e)前記第1のマイクロチャンネルと前記第3のマイクロチャンネルが合流し、単一直径アルギン酸マイクロビーズを生成させる二路合流チャンバーと、
(f)該二路合流チャンバーに連通し、該二路合流チャンバーにて形成されるマイクロビーズをゲル化する混合および反応チャンネルとを具備することを特徴とする単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造装置。 - 請求項7記載の単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造装置において、前記物質がカルシウムからなる化合物であることを特徴とする単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造装置。
- 請求項7記載の単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造装置において、前記物質がバリウムからなる化合物であることを特徴とする単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造装置。
- 請求項7記載の単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造装置において、前記交差路はT字交差路であることを特徴とする単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造装置。
- マイクロビーズが流されるとともに、狭窄領域を有する直線状チャンネルと該直線状チャンネルと順次交差する方形波形状のチャンネルとを配置し、マイクロビーズが捕捉されていない空の狭窄領域がある場合は、前記空の狭窄領域でマイクロビーズを捕捉し、マイクロビーズが捕捉されている狭窄領域がある場合は、前記狭窄領域をバイパスしてマイクロビーズを下流に移動させることを特徴とするマイクロビーズの配列方法。
- 請求項11に記載のマイクロビーズの配列方法によって配列されたマイクロビーズが位置する狭窄領域の終端部を加熱することにより、前記マイクロビーズを前記狭窄領域から解放することを特徴とするマイクロビーズの配列方法。
- 請求項11に記載のマイクロビーズの配列方法によって得られたマイクロビーズが位置する狭窄領域の終端部に誘電泳動力を作用させ、前記マイクロビーズを前記狭窄領域から解放することを特徴とするマイクロビーズの配列方法。
- (a)マイクロビーズが流されるとともに、狭窄領域を有する直線状チャンネルと、
(b)該直線状チャンネルと順次交差する方形波形状のチャンネルと、
(c)マイクロビーズが捕捉されていない空の狭窄領域がある場合は、その空の狭窄領域でマイクロビーズを捕捉し、マイクロビーズが捕捉されている狭窄領域がある場合は、該狭窄領域をバイパスしてマイクロビーズを下流に移動させるマイクロビーズ移動手段を具備することを特徴とするマイクロビーズの配列装置。 - 請求項14記載のマイクロビーズの配列装置において、前記マイクロビーズが位置する狭窄領域の終端部を加熱手段により加熱することで泡を生成させ、前記マイクロビーズを前記狭窄領域から解放することを特徴とするマイクロビーズの配列装置。
- 請求項15記載のマイクロビーズの配列装置において、前記加熱手段はターゲットへレーザー光を照射するレーザーであることを特徴とするマイクロビーズの配列装置。
- 請求項14記載のマイクロビーズの配列装置において、前記マイクロビーズが位置する狭窄領域の終端部に誘電泳動手段を設けて、前記マイクロビーズを前記狭窄領域から解放することを特徴とするマイクロビーズの配列装置。
- 請求項14〜17の何れか一項記載のマイクロビーズの配列装置において、前記狭窄領域を水平方向に複数個配置し、前記マイクロビーズをチップ上にアレイ化して配置することを特徴とするマイクロビーズの配列装置。
- 請求項7記載の単一直径アルギン酸マイクロビーズの製造装置によって得られたゲル化されたマイクロビーズを捕捉することを特徴とする請求項14記載のマイクロビーズの配列装置。
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