JP2007248290A

JP2007248290A - マイクロ流路素子

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Publication number: JP2007248290A
Application number: JP2006072719A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Furukawa; 一暁古川; Hiroshi Nakajima; 寛中島; Yoshiaki Kashimura; 吉晃樫村; Keiichi Torimitsu; 慶一鳥光
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: JP4519794B2

Abstract

【課題】微量な試料であってもハイスループットに分析を行うことができるマイクロ流路素子を提供すること。
【解決手段】試料の分析を行うためのマイクロ流路素子１であって、基板部２と、この基板部２に設けられ、前記試料を輸送するための流路と、を備え、前記流路が、脂質二分子膜の単一膜により構成されることを特徴とする。これにより、流路を微小にすることができるだけでなく、単一膜自身を試料の担体とすることができる。そのため、微小な流路内において試料を容易に輸送することができ、試料が微量であってもハイスループットな分析を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、分子間相互作用の解明や分析技術に用いられるマイクロ流路素子に関する。

近年、微量試料をいかに効率的に分析するかが重要となってきている。特に、生体関連化合物は、一般的に試料の量が非常に少ないため、それら微量試料の分析を効率よく、ハイスループットに行う技術が求められている。
それら試料の分析を行うためのものとして、種々のマイクロ流路素子が利用されている。これらマイクロ流路素子の中には、基板部と、この基板部に形成され、チューブ型の３次元構造を有する流路とを備えたものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。そして、基板部に試料を導入し、この導入された試料を、流路を介して輸送することによって各種分析が行われる。

また、化学・生物学の分野で最も一般的に使用されている微量試料の分析手法として、ガスクロマトグラフィーや液体クロマトグラフィーなどのクロマトグラフィー技術が知られている。
さらに、ＤＮＡチップを利用した分析手法も知られている。ＤＮＡチップは、ガラスなどの基板の上に多種類のＤＮＡ断片や合成オリゴヌクレオチドを固定した検査素子であり、遺伝子の発現や変異の存在を、短時間で網羅的に行うことを可能にしている素子である。
"ＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃＬａｒｇｅ−ＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ"、ＳＣＩＥＮＣＥＶＯＬ２９８２００２年１０月１８日発行

上記のようなマイクロ流路素子は、必要な試料量がなるべく少なくなるように流路の微小化が施されているが、一般的に、流路の横断面は、縦、横ともに数〜数百μｍの大きさを有し、横断面積は数百〜数千μｍ^２となる。かつ、流路長は数十〜数百ｍｍに及ぶ。従って、少なくともこれらの流路内容積を満たすに十分な試料量が必要である。
また、上記のようなクロマトグラフィー技術では、微小試料の分析には適しているものの、一分析に要する時間が長くかかってしまう（数十分の単位）だけでなく、複数試料の分析を同時に行うことができないという問題がある。複数試料の分析を同時に行うためには、相応の台数のクロマトグラフィー機器を用意する必要があるため、スループットを向上させることは困難である。
さらに、クロマトグラフィー技術では、分析対象物質が、液体か又はガス状に均一に拡散される物質かに限られ、分析項目が特定のものに限定されるという問題がある。例えば、たんぱく質などの分析には適さない。すなわち、近年の一塩基多形やたんぱく質解析においては、分子間相互作用を検出することが重要であるが、クロマトグラフィー技術は、基本的に試料の成分分離・分析を行う手法である。そのため、クロマトグラフィー技術では、特定の分子が他の分子とどのような相互作用を示すのかといった分子間相互作用について分析することはできない。

一方、上記のようなＤＮＡチップを利用した分析手法では、複数の試料を同時に分析することができ、さらに、分子間相互作用の分析も可能であるものの、クロマトグラフィー技術と比較して、分析に多量の試料が必要であるという問題がある。
ここで、今日においては、上述のように、分析をハイスループットに行うことが要請されているが、ＤＮＡチップのスループットは、単位面積当たりにいかに数多くの異なる種類の断片を固定できるかに依存している。そのため、ＤＮＡチップに固定する断片の面積を小さくすれば、ハイスループットが期待できるが、その代償として分子間相互作用の検出が困難になってしまう。一方、ＤＮＡチップの面積を広くすることにより、スループットは向上するが、この場合はより多量の試料が必要になり、微量試料の分子間相互作用の分析に対応できなくなってしまう。すなわち、ＤＮＡチップに固定する断片の面積を小さくすれば、より少ない試料量での検査が可能となるが、ＤＮＡチップによる検出では、そもそもクロマトグラフィー法に比べるとはるかに大量の試料が必要となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、微量な試料であってもハイスループットに分析を行うことができるマイクロ流路素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係るマイクロ流路素子は、試料の分析を行うためのマイクロ流路素子であって、基板部と、この基板部に設けられ、前記試料を輸送するための流路と、を備え、前記流路が、脂質二分子膜の単一膜により構成されることを特徴とする。

また、本発明に係るマイクロ流路素子は、前記基板部に親水面が設けられ、前記流路が、前記親水面に設けられることを特徴とする。

また、本発明に係るマイクロ流路素子は、前記基板部に、疎水面と前記親水面とが交互に設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係るマイクロ流路素子は、前記脂質二分子膜の単一膜が、自発展開することにより構成されることを特徴とする。

また、本発明に係るマイクロ流路素子は、前記試料が、前記脂質二分子膜の脂質分子の拡散によって輸送されることを特徴とする。

本発明によれば、脂質二分子膜の単一膜を流路とすることから、流路を微小にすることができるだけでなく、単一膜自身を試料の担体とすることができる。そのため、微小な流路内において試料を容易に輸送することができ、試料が微量であってもハイスループットな分析を行うことができる。

以下、本発明の実施形態におけるマイクロ流路素子について、図面を参照して説明する。
図１及び図２において、符号１はマイクロ流路素子を示している。
マイクロ流路素子１は、矩形板状の基板部２を備えている。
基板部２の材質としては、表面に酸化膜を有するシリコンウエハ又は表面酸化膜を除去したシリコンウエハ、石英ウエハ、パイレックス（登録商標）ガラスウエハ、サファイア（アルミナ）及びマイカ（雲母）等を用いることができる。更に、これらの基板の表面を親水性にするような表面修飾したものを用いてもよい。

ここでは、基板部２として、表面に酸化膜を有するシリコンウエハを用いた場合に関して説明する。
基板部２の上面には、疎水膜３が設けられている。疎水膜３の材質としては、例えば、フォトレジストなどの樹脂並びに金及びチタンなどの金属類を用いることができる。
さらに、基板部２の上面の長さ方向の両端部には、試料が収容される矩形平面状の収容部７，８が設けられている。両収容部７，８のうち、長さ方向の一端側の収容部を一方の収容部７とし、他端側の収容部を他方の収容部８とする。一方の収容部７及び他方の収容部８は、後述するように疎水膜３が剥離されることにより形成されている。一方の収容部７及び他方の収容部８のサイズは、１ｍｍ四方に設定されている。

また、基板部２の上面の長さ方向の中央部には、両収容部７，８を結ぶ案内部９が設けられている。案内部９は、酸化膜が露出した複数の親水面１１と、疎水膜３からなる複数の疎水面１２とを備えている。親水面１１及び疎水面１２は、帯状に延ばされており、基板部２の短手方向に交互に形成されている。さらに、図２に示すように、一の親水面１１の幅寸法ｄ１は、他の親水面１１の幅寸法ｄ２よりも大きく設定されている。すなわち、親水面１１の幅寸法は、それぞれ異なるように設定されている。なお、親水面１１及び疎水面１２の長さ寸法は７００μｍに設定され、幅寸法は１〜５０μｍに設定されている。

このような構成のもと、例えば一方の収容部７に脂質分子を導入し、基板部２をバッファー溶液中に静置することにより、後述するように、親水面１１にわたって脂質二分子膜の単一膜が自発展開によって形成されるようになっている。そして、これら形成された脂質二分子膜の単一膜が、試料を輸送するための流路１５（図３に示す）として構成される。

次いで、本実施形態におけるマイクロ流路素子１の製造方法について説明する。
まず、酸化膜が付されたシリコン基板上にフォトレジストを塗布する。すなわち、回転支持台に基板を固定して、その基板の上にフォトレジストを滴下する。そして、回転支持台を駆動して基板を高速回転させる。これにより、基板上に均一な膜厚を有するレジスト薄膜が形成される。このときのレジスト薄膜の膜厚は、数百ｎｍ〜数μｍとなる。

それから、露光装置によって、レジスト薄膜の上に所定のパターンを転写する。さらに、現像液によって現像を行い、転写されたパターンに応じて所定箇所のレジスト薄膜を剥離する。このとき、レジスト薄膜が残された部分が疎水膜３となり、レジスト薄膜が剥離された部分では酸化膜が露出する。
これにより、図１に示すマイクロ流路素子１が得られる。

なお、現像後の基板に金属を蒸着し、その後レジスト薄膜を有機溶剤で剥離する通常のリフトオフプロセスを用いることにより、蒸着した金属を疎水膜３として用いることができる。この場合の膜厚は、数ｎｍ〜数百ｎｍとなる。

次いで、本実施形態におけるマイクロ流路素子１の使用方法について説明する。
ここでは、一方の収容部７を試料の導入部とし、他方の収容部８を反応部とする。すなわち、他方の収容部８には、あらかじめ反応物質が付着しているものとする。
まず、試料を脂質分子に混入し、これら試料と脂質分子とを混合させた混合物Ｓ（図３に示す）を用意する。そして、その混合物Ｓを一方の収容部７に付着させる。このとき、脂質分子は室温・大気中で粘着性を有する固体であるため、混合物Ｓは一方の収容部７に容易に付着する。これによって、混合物Ｓが一方の収容部７に収容される。

それから、混合物Ｓが収容された状態で、基板部２をバッファー溶液中に混合物ごと静置する。すると、図３に示すように、混合物Ｓのすそ野から、基板部２の上面に自己組織化によって、脂質二分子膜の単一膜が形成されていく。すなわち、脂質二分子膜の単一膜が、自発展開することによって形成されていく。なお、自発展開とは、基板部２の表面に付着した脂質の塊を中心に、自己組織化によって、基板部２の表面上に脂質二分子膜が成長して広がっていくことをいい、これは通常、バッファー水溶液下で生じる現象である。
これら脂質二分子膜の単一膜は、疎水面１２上には広がらず、親水面１１上を他方の収容部８に向けて広がっていく。そして、脂質二分子膜の単一膜が、他方の収容部８に到達する。これによって、一方の収容部７から他方の収容部８にわたって、脂質二分子膜の単一膜から構成される流路１５が形成される。

流路１５は、高さが５ｎｍであって、親水面１１の幅寸法が例えば１０μｍとすると、その横断面積は、０．０５μｍ^２となる。従来のマイクロ流路素子の流路の横断面積は、上述のように、数百〜数千μｍ^２であることから、本実施形態における流路１５の横断面積は、極めて小さいことがわかる。
加えて、従来のマイクロ流路素子においては、流路を微小化すると、試料を微量にすることができるが、その代償として溶液の粘性抵抗により流路内での試料の輸送が困難となってしまう。本実施形態においては、以下のようにして試料が容易に輸送される。
脂質分子には試料が混合されているため、自発展開によって流路１５が形成されていくことによって、試料が他方の収容部８に向けて移動させられる。すなわち、脂質二分子膜の単一膜を、流路１５そのものとして利用するだけでなく、さらに試料の担体として機能させている。

このようにして、他方の収容部８に試料を輸送し、反応物質と反応（相互作用）させる。このとき、基板部２の短手方向の中央付近と両端部とで、自発展開速度が異なることから、自発展開速度の速い中央付近の流路１５内を輸送された試料から順に、他方の収容部８に到達し反応物質と反応していく。
また、親水面１１の幅寸法がそれぞれ異なることから、輸送される試料の量がそれぞれの親水面１１で異なることになる。

試料を反応物質と反応させてから、例えば、蛍光顕微鏡、表面プラズモン共鳴測定、原子間力顕微鏡などによって検出する。

以上より、本実施形態におけるマイクロ流路素子１によれば、脂質二分子膜の単一膜を流路１５とすることから、流路を容易に微小化することができる。また、それら脂質二分子膜の単一膜を試料の担体として機能させることから、微小な流路であっても、容易かつ確実に試料を輸送することができる。したがって、試料が微量であってもハイスループットな分析を行うことができる。
特に、膜たんぱく質などのたんぱく質は、脂質二分子膜中への取り込みが容易であり、また、脂質二分子膜中のように生体類似の環境におかれることでのみ分子間相互作用を発現することが期待されるので、これらの分子に対してはむしろ脂質二分子膜中に取り込むことが前提になっている。また、脂質分子と結合した化合物を合成することにより、有機分子を脂質二分子膜中に容易に取り込むことが可能である。また、そのような化合物を合成しなくとも、脂質二分子膜の疎水部に有機分子を取り込むことも可能である。

また、リソグラフィーによって基板部２を形成することから、迅速かつ容易に基板部２を製造することができる。すなわち、従来の３次元流路を形成するには、上述のプロセスによって固体基板上に２次元のパターンを形成し、その上からさらにもう一枚の固体基板を接着して３次元の流路を完成させる。このとき、接着面がマイクロ流路中にはみ出しても不都合であるし、また接着がしっかりなされないと流路からの液漏れなどが懸念される。さらに収容部などの設計・製造も必要である。このように３次元流路の形成には、本発明に係るマイクロ流路素子１の製造工程に加えて、さらなる工程が必要であり、かつその工程は容易ではなく、技術の積み重ねによるノウハウが必要である。

また、基板部２に親水面１１が形成されていることから、脂質二分子膜の単一膜を自発展開により容易かつ確実に設けることができる。
また、基板部２に親水面１１と疎水面１２とが交互に設けられていることから、脂質二分子膜の単一膜の自発展開を案内することができ、一方の収容部７から他方の収容部８にわたって流路１５を確実に設けることができる。
さらに、自発展開速度の差異により、反応物質への到達に時間差を設けることができ、時間差による分析を行うことができる。
また、親水面１１の幅寸法がそれぞれ異なることから、輸送される試料の量がそれぞれの親水面１１で異なることから、反応物質に反応する試料の量的な差を設けることができ、それら量的差異による分析を行うことができる。

なお、本実施形態においては、自発展開により試料を輸送するとしたが、これに代えて、脂質分子の拡散によって試料を輸送するようにしてもよい。すなわち、試料を導入する前に、あらかじめ脂質二分子膜の単一膜で親水面１１を被覆しておく。これによって流路１５があらかじめ形成される。なお、脂質二分子膜の単一膜による被覆は、自発展開によっても行うことができるが、ベシクルフュージョン法によれば、より短時間に大量に被覆を行うことができる。それから、一方の収容部７に形成された脂質二分子膜の単一膜に、試料を注入する。すると、脂質二分子膜の脂質分子が拡散し、これにより試料が他方の収容部８に輸送される。なお、拡散とは、脂質二分子膜を形成する個々の分子が、脂質二分子膜内でランダムに動くことをいう。つまり、自発展開による輸送は、脂質二分子膜の形成に合わせて試料を移動させるものであり、一方、拡散による輸送は、あらかじめ形成された脂質二分子膜内における分子の運動により移動させるものである。

また、一方の収容部７を試料の導入部とし、他方の収容部８を反応部としたが、これに限ることはなく、両収容部７，８のいずれも試料の導入部としてもよい。すなわち、一方の収容部７に混合物を付着させ、他方の収容部８に脂質分子と混合させた反応物を付着させる。それから上記と同様にしてバッファー溶液下に静置すると、両収容部７，８から、基板部２の長さ方向の中央に向けて、流路１５が形成されていき、親水面１１の途中位置で、試料と反応物質とが反応する。これにより、試料の反応が分析される。この場合、親水面１１が疎水面１２によって挟まれていることから、それぞれの親水面１１を独立の領域とすることができ、それぞれの親水面１１の試料同士を交じらせることなく、確実に反応させることができる。このとき、親水面１１の幅寸法をそれぞれ異ならせることにより、試料の量的な差異による反応を高精度に分析することができる。

また、案内部９が親水面１１と疎水面１２とからなるとしたが、これに限ることはなく、親水面１１のみとしてもよい。
また、親水面１１の幅寸法が異なるものとしたが、これに限ることはなく、それぞれの幅寸法を均一にしてもよい。
さらに、一方の収容部７及び他方の収容部８のサイズは、１ｍｍ四方としたが、これに限ることはなく、その数値は適宜変更可能である。例えば、０．１ｍｍ四方〜５ｍｍ四方であってもよい。また、一方の収容部７及び他方の収容部８の形状は矩形以外にも、適宜変更可能である。
また、親水面１１及び疎水面１２の長さ寸法は７００μｍに設定され、幅寸法は１〜５０μｍに設定されているとしたが、これに限ることはなく、その数値は適宜変更可能である。例えば、長さ寸法を１００μｍ〜２０００μｍの範囲に設定し、幅寸法を０．１μｍ〜１００μｍの範囲に設定してもよい。

（実施例１）
ここで、本実施形態におけるマイクロ流路素子１の実施例について以下に説明する。
＜マイクロ流路素子の製造とその機能確認＞
（１）フォトレジスト製マイクロ流路素子の製造
３００ｎｍの酸化絶縁膜を表面に有するシリコンウエハ上に、以下に述べるプロセスを経て、図２に示すマイクロ流路素子を得た。
すなわち、４インチシリコンウエハに、プライマーとしてヘキサメチルジシロキサンを滴下し、毎分５００回転で３０秒間、引き続き毎分２０００回転で３０秒間スピンコートした。続いて、フォトレジスト（ＴＳＭＲ―Ｖ３、東京応化工業株式会社製）を滴下し、毎分５００回転で３０秒間、引き続き毎分２０００回転で３０秒間スピンコートした。

このウエハを１２０℃のオーブンで９０秒間ベーキングした。これをフォトマスクによって露光感光し、引き続き現像した。さらに、現像によって得られたウエハを切り分けた。これにより、フォトレジストによってマイクロ流路素子がシリコン表面上に製造された。製造されたマイクロ流路素子の流路の高さは、フォトレジストの膜厚に等しく、およそ1μmであった。

（２）脂質二分子膜の展開
卵黄由来フォスファチジルコリン（Ｌ−α―ＰＣ）６．１５ｍｇと、フルオレセイン色素が結合した１，２‐ジヘキサデカノイル‐ｓｎ‐グリセロ‐３‐フォスフォエタノールアミン（フルオレセイン‐ＤＨＰＥ）０．１０ｍｇを、クロロホルム３ｍＬに溶解させて、混合した（フルオレセイン濃度１ｍｏｌ％）。
これをガラスびんの中にとり、クロロホルムを蒸発させ、混合した脂質分子でできた膜をガラスびんの内壁に形成した。これをさらに真空下で１２時間乾燥させ、クロロホルムを除去した。得られた膜は、空気中・室温において、粘張性を有する固体であった。
次いで、ガラス製キャピラリーを作製し、その尖端で上記の粘張な膜を掻き取り、掻き取った物質を一方の収容部に付着させた。試料は、およそ直径１００μｍの塊であった。

この試料を蛍光顕微鏡で観察すると、青色入射光による励起によって、脂質に含まれるフルオレセイン色素由来の緑色の蛍光が見られた。この状態で、蛍光顕微鏡の対物レンズと試料との間に、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン（Ｔｒｉｓ）１０ｍＭ、ＮａＣｌ：１００ｍＭの濃度で、ＨＣｌによりｐＨ７．６に調整されたバッファー溶液を静かに注いだ。これにより、マイクロ流路素子の表面に付着した脂質の塊はバッファー溶液中におかれるが、バッファー溶液には溶け出さない。

さらに、基板部の表面近傍のみを観察するために、顕微鏡として共焦点レーザー蛍光顕微鏡を用いて観察を行った。その結果、図４に示すように、基板部の表面の親水面であるＳｉＯ２膜上に成長する脂質二分子膜が、内包する色素フルオレセインの蛍光（励起光４８８ｎｍ、蛍光５０５―５２５ｎｍ）像として得られた。一方の収容部内において自発展開し始めた膜は、図４の時間経過の説明図に示すように、流路の入り口に差し掛かり、さらに流路の内部へと自発展開していく。脂質二分子膜は、流路の親水面にのみ展開していき、レジストでできた膜の上には展開しない。また、流路の導入口において、自発展開速度が遅延するなどの不都合は確認されなかった。

（実施例２）
＜金属製マイクロ流路素子の動作確認＞
（１）金属製マイクロ流路素子の製造
上述の実施例１と同様に、フォトレジストによるマイクロ流路素子を製造した。そして、スパッタ蒸着法によって、ウエハ上にチタンを５ｎｍ蒸着し、引き続き金を４５ｎｍ蒸着した。スパッタ蒸着を行った後のウエハは、メチルエチルケトンに浸漬して超音波を加えることによって、レジストを溶解・剥離する（リフトオフプロセス）。そして、純水流水下で洗浄し、金属製マイクロ流路素子を得た。この場合の流路の高さは、蒸着した金属の総量の膜厚に等しく、５０ｎｍであった。スパッタ蒸着をチタン５ｎｍのみとした、流路高さ５ｎｍのマイクロ流路素子も同時に製造した。

（２）脂質二分子膜の展開
卵黄由来フォスファチジルコリン（Ｌ−α―ＰＣ）１．６３ｍｇと、クマリン色素が結合した１，２‐ジミリストイル‐ｓｎ‐グリセロ‐３‐フォスフォエタノールアミン（クマリン‐ＤＨＰＥ）０．１０ｍｇを、クロロホルム３ｍＬに溶解させて、混合した（クマリン濃度５ｍｏｌ％）。
これをガラスびんの中にとり、クロロホルムを蒸発させ、混合した脂質分子でできた膜をガラスびんの内壁に形成した。これをさらに真空下で１２時間乾燥させ、クロロホルムを除去した。得られた膜は、空気中・室温において、粘張性を有する固体であった。
次いで、ガラス製キャピラリーを作製し、その尖端で上記の粘張な膜を掻き取り、掻き取った物質を一方の収容部に付着させた。試料は、およそ直径１００μｍの塊であった。

次いで、上記実施例１と同様に、蛍光顕微鏡で観察後、対物レンズとマイクロ流路素子との間に静かにバッファー水溶液を注いだ。その後の時間発展を、レーザー共焦点顕微鏡で観察した（励起光４０５ｎｍ、蛍光４３０〜４６０ｎｍ）。パターンの形状どおりに時間発展する脂質二分子膜を証明する、クマリン由来の４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの蛍光が観察された。これにより、脂質二分子膜の膜厚５ｎｍと等しい厚さのパターンでも、脂質二分子膜が選択的にＳｉＯ２面上を自発展開していることが確認された。したがって、パターンを形成する材料の厚さは、脂質二分子膜の膜厚以上あれば、マイクロ流路素子は動作する。

（実施例３）
＜マイクロ流路素子による分子間相互作用の検出＞
本実施例においては、一方の収容部と他方の収容部との双方を試料の導入部とした。すなわち、両収容部から互いに接近する方向に流路を通して自発展開する脂質二分子膜が、流路の中心付近で衝突し、両収容部に導入した試料間の分子間相互作用が生じる。したがって、この場合の流路は反応部を兼ねることとなる。

上記実施例と同様に作製したＬ‐α‐ＰＣとフルオレセイン‐ＤＨＰＥとの粘張性を有する混合物、及び、Ｌ‐α‐ＰＣとクマリン‐ＤＨＰＥとの粘張性を有する混合物を、両収容部にそれぞれ付着させた。これを上記実施例１と同様に蛍光顕微鏡観察し、さらに対物レンズとマイクロ流路素子との間を、上記実施例１のバッファー水溶液で浸漬し、自発展開する脂質二分子膜を観察した。

図５（ａ）及び（ｂ）は、二つの脂質二分子膜が衝突する前後のレーザー共焦点顕微鏡の観察像、及び、フルオレセイン蛍光とクマリン蛍光との相対強度のグラフを示すものである。

両観察の時間差は１分である。４８８ｎｍ励起光により励起して得られた５０５ｎｍ〜５２５ｎｍの発光（フルオレセイン由来）を黒で示し、４０５ｎｍ励起光により励起して得られた４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの発光（クマリン由来）を薄い灰色で示した。フルオレセイン、クマリンは、脂質二分子膜により流路に導入されている。二つの脂質二分子膜が衝突する前は、図５（ａ）の観察像に示すように、フルオレセイン及びクマリンはそれぞれ独立に、対応する励起光のもとで発光する。しかし、二つの脂質二分子膜が衝突した直後には、図５（ｂ）の観察像に示すように、フルオレセインの発光がより広い領域で観察され、クマリンの発光領域は減少する。

この原因は、フルオレセインとクマリンとが近接することによって、フルオレセインと
クマリンとの間に、蛍光共鳴エネルギー移動として知られる分子間相互作用が働いたためである。実際、二つの脂質二分子膜が衝突した直後から、フルオレセイン及びクマリンは、ともに互いの脂質二分子膜中に拡散して広がる。クマリンもフルオレセインを輸送してきた脂質二分子膜中に拡散するはずであるが、励起されたクマリンは、蛍光共鳴エネルギー移動によりフルオレセインに励起エネルギーを緩和するため、クマリンの発光がみられず、代わりにフルオレセインの発光が観察されることによる。

図５において、グラフの縦軸はそれぞれの光の相対強度を示し、横軸は観察像の距離（位置）に対応している。グラフでは、衝突前後におけるフルオレセイン由来の発光を実線で示し、クマリン由来の発光を点線で示している。
衝突前には、図５（ａ）のグラフに示すように、おのおのの発光はほぼ同じ強度で独立に観察されたが、衝突後は、図５（ｂ）のグラフに示すように、フルオレセインの発光領域がクマリンを輸送してきた脂質二分子膜内に大きく広がっていることが明らかに示された。
これにより、本実施例のマイクロ流路素子が、流路を用いて目的の分子を目的の場所に輸送し、分子間相互作用を検出する用途に適することが示された。

（実施例４）
＜ハイスループット化の例＞
上記実施例３において示した分子間相互作用分析をハイスループット化するマイクロ流路素子を設計した。
図６は、基板部２の表面に形成されたパターンを示している。
基板部２の中央部に、一方の収容部７が設けられ、この一方の収容部７の周囲を囲むようにして、他方の収容部８が複数設けられている。そして、親水面１１は、一方の収容部７から、複数設けられた他方の収容部８のそれぞれに対して、放射状に延在している。

このような構成のもと、一方の収容部７に試料を導入し、放射状に広がる親水面１１にわたって、脂質二分子膜が自発展開していく。これにより、流路が形成され、他方の収容部８まで試料が輸送される。
これにより、他方の収容部８を反応部とし、最大で反応部の数だけ分子間相互作用の分析を行うことができる。

なお、基板部２上のパターンは、適宜変更可能である。
図７は、基板部２の表面に形成されたパターンの変形例を示している。
基板部２の一端部に一方の収容部７が複数設けられ、他端部に他方の収容部８が複数設けられている。そして、それら複数の収容部７，８同士がそれぞれ親水面１１を介して接続されている。
これにより、両収容部７，８に、それぞれ独立に試料を導入でき、複数の独立な分子間相互作用を同時に分析することができる。この場合、反応部は流路の中心付近となるため、その領域を例えば蛍光顕微鏡の一視野で観察することができ、ハイスループット化に貢献する。

なお、上記実施例１〜４においては、全て室温で実施した。ただし、試料に応じてその温度を変更してもよい。
また、本発明の技術範囲は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

本発明に係るマイクロ流路素子の実施形態を示す斜視図である。図１のマイクロ流路素子を示す平面図である。図２の基板部上において、脂質二分子膜が自発展開する様子を示す平面図である。図２の基板部上において、脂質二分子膜が自発展開していく様子を時間ごとに示す説明図である。二つの脂質二分子膜が衝突する前後のレーザー共焦点顕微鏡の観察像、及び、フルオレセイン蛍光とクマリン蛍光との相対強度のグラフを示すものであって、（ａ）は衝突前の様子を示す図、（ｂ）は衝突後の様子を示す図である。図２の基板部上の他のパターンを示す平面図である。図６の基板部上のパターンの変形例を示す平面図である。

符号の説明

１マイクロ流路素子
２基板部
１１親水面
１２疎水面
１５流路

Claims

試料の分析を行うためのマイクロ流路素子であって、
基板部と、
この基板部に設けられ、前記試料を輸送するための流路と、を備え、
前記流路が、脂質二分子膜の単一膜により構成されることを特徴とするマイクロ流路素子。
前記基板部に親水面が設けられ、
前記流路が、前記親水面に設けられることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流路素子。
前記基板部に、疎水面と前記親水面とが交互に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ流路素子。
前記脂質二分子膜の単一膜は、自発展開することにより構成されることを特徴とする請求項１から請求項３に記載のマイクロ流路素子。
前記試料は、前記自発展開によって輸送されることを特徴とする請求項４に記載のマイクロ流路素子。
前記試料は、前記脂質二分子膜の脂質分子の拡散によって輸送されることを特徴とする請求項１から請求項４に記載のマイクロ流路素子。