JP2008259491A - Flow channel substrate and reaction device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細な流路を形成した流路基板、及び、当該流路基板を備えた反応装置に関するものである。 The present invention relates to a flow path substrate in which fine flow paths are formed, and a reaction apparatus including the flow path substrate.
従来、核酸を細胞から抽出するためには、例えば特許文献1に示されるような核酸抽出キットが用いられている。これを使用することで、細胞から核酸を抽出することができるが、様々な試薬をマニュアルどおりに操作者が微量分注しなければならず、操作が複雑で時間を要する。また、操作が多段階にわたると、操作の過程で不純物が混入するおそれがあり、また各段階で歩留りが発生するため微少サンプルからの核酸抽出が困難であるとういう問題がある。
Conventionally, in order to extract nucleic acids from cells, for example, a nucleic acid extraction kit as shown in
これに対し、特許文献1にはシリカ粒子を核酸結合性固相担体として使用する方法が示されており、これによれば核酸を一段階で抽出することができるので、より簡便、迅速に操作を行うことができる。
しかしながら、上記特許文献1の方法では、細胞の核酸以外の物質が核酸のシリカ粒子への吸着を阻害するため、核酸の収量が不十分になるという問題があり、やはり微少サンプルからの核酸抽出は困難である。
However, the method of
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、微少なサンプルからでも簡便に核酸などの細胞内包物を抽出可能な手段を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide means capable of easily extracting cell inclusions such as nucleic acids from a minute sample.
また、流路は微細でかつ表面に沿って延在させているため、環境条件により、例えば、顕微鏡の照明に長時間照らされる場合や、高温・乾燥時などには、流路内に導入した液体が蒸発し、必要な液量を下回ってしまう場合があった。 In addition, since the flow path is fine and extends along the surface, it was introduced into the flow path depending on environmental conditions, for example, when illuminated by a microscope for a long time, or when it was hot or dry. In some cases, the liquid evaporates and falls below the required amount.
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、更にその目的は流路基板の流路内の液体の蒸発・乾燥を防ぐことにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to prevent evaporation and drying of liquid in the flow path of the flow path substrate.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1による流路基板は、流路が表面に沿って延びるように形成され、当該流路に導入される溶液中の細胞を当該流路中で移動させる流路基板において、前記流路の途中に、前記流路中で移動する細胞の内包物、ごみを、そのサイズに応じて分離するフィルタを備えることを特徴とする。ここで、サイズは、質量に限らず、立体的な大きさを意味する。
In order to solve the above problems, a flow path substrate according to
このように、流路の途中でサイズフィルタを設けることで、目的外のサイズの内包物を分離、除去し、目的の内包物を精製することができる。 Thus, by providing a size filter in the middle of the flow path, inclusions of a size other than the target can be separated and removed, and the target inclusion can be purified.
本発明の請求項2による流路基板は、請求項2において、前記溶液中に含まれる細胞を、前記フィルタよりも上流側で破砕する細胞破砕部を備え、前記フィルタは、前記細胞破砕部による細胞の破砕後に流路を移動する溶液中の内包物を、そのサイズに応じて分離することを特徴とする。
The flow path substrate according to
このように、細胞破砕部とサイズフィルタを組み合わせることで、細胞破砕後に不純物、特にサイズの大きい内包物を取り除き、核酸や目的の細胞内包物を回収するまでの操作を一連の流れで簡易、迅速に行うことができる。また、このように一連の流れで行うことで、容器の入れ替えやピペット操作などに伴う不純物の混入も抑制でき、さらに試料のロスも抑えることができるので、微少サンプルから目的の物質の抽出等を行うことができる。なお、フィルタの下流側にさらに段階的に抽出を行うための抽出部を設けることもでき、この場合、サイズフィルタを用いることで、下流側の抽出工程における抽出効率を高めることができる。 In this way, combining the cell disruption unit and the size filter makes it easy and quick to perform a series of operations from removing impurities, especially large inclusions after cell disruption, to recovering nucleic acids and target cell inclusions. Can be done. In addition, by performing a series of flows in this way, it is possible to suppress the contamination of impurities accompanying the replacement of the container and pipetting operation, and also to suppress the loss of the sample. It can be carried out. In addition, the extraction part for performing extraction in steps downstream can also be provided in the downstream of a filter, In this case, the extraction efficiency in a downstream extraction process can be improved by using a size filter.
本発明の請求項3による流路基板は、請求項1又は2において、前記フィルタは、所定サイズ以上の内包物を分離して抽出したい内包物以外の物質の通過を阻止するものであることを特徴とする。
The flow path substrate according to
本発明の請求項4による流路基板は、請求項1〜3のいずれか一項において、前記フィルタは、流路断面を複数に分割する少なくとも1つの構造体を備えて構成されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the flow path substrate according to any one of the first to third aspects, the filter includes at least one structure that divides the cross section of the flow path into a plurality of sections. And
本発明の請求項5による流路基板は、請求項4において、前記構造体は、前記流路の底面から面外方向に延びる柱状部材であることを特徴とする。
The flow path substrate according to claim 5 of the present invention is characterized in that, in
本発明の請求項6による流路基板は、請求項5において、前記フィルタは、流路幅方向に間隔をあけて並び配される複数の構造体で構成されることを特徴とする。
The flow path substrate according to
本発明の請求項7による流路基板は、請求項5又は6において、前記構造体は、前記流路の上流側に向く部分が、下流側から上流側に向かって張り出す形状であることを特徴とする。
The flow path substrate according to claim 7 of the present invention is the flow path substrate according to
本発明の請求項8による流路基板は、請求項1〜7のいずれか一項において、前記試料分子を流路中で移動させるための1対の駆動用電極が、前記流路の上流側及び下流側に夫々一体形成されていることを特徴とする。 A flow path substrate according to an eighth aspect of the present invention is the flow path substrate according to any one of the first to seventh aspects, wherein a pair of driving electrodes for moving the sample molecules in the flow path is located upstream of the flow path. And are integrally formed on the downstream side.
本発明の請求項9による流路基板は、請求項1〜8のいずれか一項において、板状の支持体に感光性樹脂層を部分的に積層することで、前記流路を形成したことを特徴とする。
The flow path substrate according to claim 9 of the present invention is the flow path substrate according to any one of
本発明の請求項10による流路基板は、請求項1〜9のいずれか1項において、前記流路基板を冷却する冷却部を備えることを特徴とする。これによれば、流路基板が冷却されるので、流路内の液体の蒸発が抑えられ、長時間の作業等が可能である。 According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the flow path substrate includes a cooling unit that cools the flow path substrate. According to this, since the flow path substrate is cooled, evaporation of the liquid in the flow path is suppressed, and a long-time operation or the like is possible.
前記冷却部は、ペルチェ素子であることが好ましい。また、前記ペルチェ素子は、その吸熱面が前記流路基板の底面と接するように配置されることが好ましい。また、前記ペルチェ素子の放熱面を冷却する第2の冷却部を設けることが好ましい。 The cooling part is preferably a Peltier element. Moreover, it is preferable that the Peltier element is disposed so that the endothermic surface thereof is in contact with the bottom surface of the flow path substrate. Moreover, it is preferable to provide the 2nd cooling part which cools the thermal radiation surface of the said Peltier element.
本発明の請求項14による流路基板は、請求項1乃至13のいずれか1項において、前記細胞を流路中で移動させるためにマイクロポンプを備えることを特徴とする。 A flow path substrate according to a fourteenth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to thirteenth aspects, a micropump is provided to move the cells in the flow path.
前記マイクロポンプは、前記流路に連通するポンプ流路を移動可能に配置された磁性体の物体及び非磁性体の物体と、前記ポンプ流路に沿って配置された複数の電磁石と、を備え、前記磁性体の物体に近い電磁石に電力を供給することにより、発生した磁力により前記磁性体の物体を、前記非磁性体の物体と共に、前記ポンプ流路内で所定の方向に移動させることにより、前記溶液中の細胞を前記流路において移動させることを特徴とする。 The micropump includes a magnetic object and a non-magnetic object movably disposed in a pump flow path communicating with the flow path, and a plurality of electromagnets disposed along the pump flow path. By supplying electric power to an electromagnet close to the magnetic object, the magnetic object is moved together with the non-magnetic object in a predetermined direction in the pump flow path by the generated magnetic force. The cell in the solution is moved in the flow path.
上記マイクロポンプによれば、磁性体の物体に近い電磁石に電力を供給することにより、発生した磁力により磁性体の物体を、非磁性体の物体と共に、ポンプ流路内で所定の方向に移動させることにより、流体を一定方向に導くことができるので、モータやダイヤフラム等を用いることなく流体の圧送が可能であり、極めてシンプルな構造で、小型化が容易に可能で、高い耐久性を有する。かかるマイクロポンプにより、流路基板において細胞を溶液とともに流路内で流動させることができる。 According to the micropump, by supplying electric power to the electromagnet close to the magnetic object, the magnetic object is moved together with the nonmagnetic object in a predetermined direction in the pump flow path by the generated magnetic force. Therefore, the fluid can be guided in a certain direction, so that the fluid can be pumped without using a motor, a diaphragm, etc., and it has a very simple structure, can be easily downsized, and has high durability. With such a micropump, cells can flow in the channel together with the solution in the channel substrate.
本発明の請求項16による反応装置は、請求項1乃至13のいずれか1項に記載の流路基板を備えた反応装置であって、前記細胞を流路中で移動させる駆動手段を備えることを特徴とする。 A reaction apparatus according to a sixteenth aspect of the present invention is a reaction apparatus including the flow path substrate according to any one of the first to thirteenth aspects, and further includes a driving unit that moves the cells in the flow path. It is characterized by.
本発明の請求項17による反応装置は、請求項14または15に記載の流路基板を備えた反応装置であって、前記マイクロポンプにより前記細胞を流路中で移動させることを特徴とする。 A reaction apparatus according to claim 17 of the present invention is a reaction apparatus comprising the flow path substrate according to claim 14 or 15, wherein the cells are moved in the flow path by the micropump.
上述の各反応装置によれば、細胞を流路中で移動させながら、流路の途中に設けたフィルタで、目的外のサイズの内包物を分離、除去し、目的の内包物を精製できる反応装置を実現できる。 According to each of the above-described reaction apparatuses, a reaction that can separate and remove inclusions of an undesired size with a filter provided in the middle of the flow path while moving cells in the flow path, and purify the desired inclusions. A device can be realized.
本発明の請求項18による反応装置は、請求項16または17において、前記溶液中に含まれる前記細胞を、前記フィルタよりも上流側で破砕する細胞破砕装置を備え、前記細胞破砕装置は、前記流路基板に設けられ、前記フィルタの上流側で前記細胞を捕捉する細胞捕捉部と、前記細胞捕捉部で捕捉された細胞に、当該細胞を破砕可能な電圧を印加する破砕電圧印加手段と、を備えて構成されることを特徴とする。これにより、細胞をフィルタよりも上流側で破砕し、フィルタで、目的外のサイズの内包物を分離、除去し、目的の内包物を精製できる反応装置を実現できる。 A reaction apparatus according to an eighteenth aspect of the present invention is the reaction apparatus according to the sixteenth or seventeenth aspect, further comprising a cell crushing apparatus that crushes the cells contained in the solution on the upstream side of the filter. A cell capturing unit that is provided on the flow path substrate and captures the cells on the upstream side of the filter; and a crushing voltage applying unit that applies a voltage capable of crushing the cells to the cells captured by the cell capturing unit; It is characterized by comprising. Thereby, the reaction apparatus which can crush a cell upstream from a filter, isolate | separate and remove the inclusion of the size other than the target with a filter, and refine | purify the target inclusion can be implement | achieved.
本発明の請求項19による流路基板は、請求項1乃至13のいずれか1項において、前記流路基板の流路で溶液または溶液中の細胞を移動させるために遠心装置に取り付けられて使用されることを特徴とする。これによれば、流路基板を遠心装置に取り付けて回転させて遠心力を作用させることで溶液または溶液中の細胞を流路基板の流路内で移動させることができる。このため電気浸透流発生のための電界印加が不要となるので、電界印加による検出対象の物質への影響がない。 A flow path substrate according to a nineteenth aspect of the present invention is used in any one of the first to thirteenth aspects, attached to a centrifuge device to move a solution or cells in the solution in the flow path of the flow path substrate. It is characterized by being. According to this, the solution or cells in the solution can be moved in the flow path of the flow path substrate by attaching the flow path substrate to the centrifuge and rotating it to apply centrifugal force. For this reason, it is not necessary to apply an electric field for generating an electroosmotic flow, so that there is no influence on the substance to be detected by the application of the electric field.
前記遠心装置は、溶液を収容した前記流路基板を取り付けて所定の回転軸を中心に回転する回転盤と、前記流路基板内における溶液中の細胞の状態を目視により観察するための顕微鏡と、を具備し、前記流路基板内の溶液または溶液中の細胞に対して遠心力を作用させることで前記溶液から所定の細胞を分離または合成させる可視下遠心装置であることを特徴とする。 The centrifuge includes a rotating disk that attaches the flow path substrate containing the solution and rotates around a predetermined rotation axis, and a microscope for visually observing the state of cells in the solution in the flow path substrate. And a visible centrifuge that separates or synthesizes predetermined cells from the solution by applying a centrifugal force to the solution in the channel substrate or the cells in the solution.
本発明によれば、流路の途中にサイズフィルタを設けることで、簡易迅速に目的の物質を精製できる。 According to the present invention, the target substance can be purified simply and quickly by providing the size filter in the middle of the flow path.
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〈第1の実施の形態〉 <First Embodiment>
図1(a)は本実施の形態に係る流路基板の平面図、同図(b)は(a)の流路基板の積層構成を示す図、図2は図1(a)のI−I線断面図、図3は本実施の形態の効果を説明するための図である((a)は細胞を破砕する状態、(b)は破砕後に内包物を分離する状態を示す。)。 FIG. 1A is a plan view of a flow path substrate according to the present embodiment, FIG. 1B is a diagram showing a stacked configuration of the flow path substrate of FIG. 1A, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line I, and FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the present embodiment ((a) shows a state in which cells are crushed, and (b) shows a state in which inclusions are separated after crushing).
(流路基板について)
流路基板1は、図1(b)に示すように、膜状電極及び感光性樹脂層12をガラス製の支持体11に順に積層して形成されている。支持体11は、膜状電極や感光性樹脂層12を支持する板状の支持体である。本実施の形態では、支持体11として、長さ20mm、幅10mm、厚さ1mmの市販の板状の硼珪酸ガラス(商品名:パイレックス(登録商標))を用いる。
(About flow path substrate)
As shown in FIG. 1B, the
膜状電極は、支持体11に所定のパターンで形成されており、これにより後述する1対の駆動用電極51,51及び1対の破砕用電極62,62を構成している。夫々の電極51,51,62,62は、互いに分離し、かつ、支持体11の端部まで延びて当該端部で外部電極と接続可能に形成されている。なお、図1(a)には、分かりやすくするために、膜状電極の形成領域をハッチングで示している。このうち、破線のハッチングは感光性樹脂層12の下部に形成されている部分を示し、実線のハッチングは膜状電極が露出している部分を示す。本実施の形態では、レジスト等により支持体11にマスクパターンを形成した後、スパッタリングによりTiを下地として表面をPtの反応保護膜で覆った二層構造の膜状電極を形成している(図1(b)参照)。このように、Tiを下地とすることで支持体11との密着性を向上させることができ、Ptで覆うことで、試料溶液にさらされた際の電極反応を抑制できる。
The film-like electrodes are formed in a predetermined pattern on the
感光性樹脂層12は、感光性樹脂を光反応させることで形成されたものであり、支持体11表面に所定の2次元パターンが所定の厚みをもって形成されている。この感光性樹脂層12の形成部分と未形成部分との間の厚みの差によって、流路基板1表面に、試料溶液を収容する凹部(後述する)2が形成される。本実施の形態では、化薬マイクロケム社製のネガ型フォトレジスト(商品名:SU−8)を支持体11にスピンコータで塗布し、パターンマスクを介して紫外光を露光し、現像液で未硬化部分を溶解、除去することで、厚さ25μmの感光性樹脂層12を形成している。
The
次に、凹部2の構成について説明する。
Next, the configuration of the
図1(a)では、凹部2は、横方向に延びる流路23と、流路23の流路方向両端部にそれぞれ接続する平面視円状の溶液槽21,21と、から構成されている。上記流路23の途中には、本実施の形態では、細胞破砕部6及びフィルタ4が設置されている。
In FIG. 1A, the
細胞破砕部(又は細胞破砕装置)6は、細胞捕捉部61と、1対の破砕用電極62,62と、を備える。細胞捕捉部61は、流路23の内、流路方向の途中で流路幅が上流側から下流側(図では紙面左側から右側)に向かうに従って狭くなるように形成された部分である。この細胞捕捉部61の最も狭くなった部分は、破砕対象となる細胞の径よりも小さく設定される。また、1対の破砕用電極62,62は、細胞捕捉部61の流路方向両端部近傍に間隔をあけて夫々形成されており、外部電源からの電力供給を受けて、細胞破砕用の高周波電圧(例えば、0.1〜1MHz)を印加する。
The cell crushing unit (or cell crushing device) 6 includes a
また、上記フィルタ4は、1対の構造体45,45を備えて構成され、細胞捕捉部61の直ぐ下流側に設けられている。構造体45は、流路23の底面から延び、流路幅より小径の円柱状部材であり(図2参照)、流路23の側壁などと共に感光性樹脂層12で形成される。流路23には、1対が流路23の幅方向に沿って並び配されており、これら構造体45,45同士の間及び構造体45,45と流路23の側壁との間には若干の隙間が形成されている。
In addition, the
なお、本実施の形態では、上記流路23は、幅が、細胞捕捉部61を挟んで紙面左側が20μm、細胞捕捉部61の最も狭い部分が10μmで、細胞捕捉部61よりも紙面右側は紙面左側部分よりも若干幅が広めに設定されており、深さが25μmとなっている。
In the present embodiment, the
溶液槽21,21は、試料溶液を投入又は回収するために用いられる。これら溶液槽21,21の形成領域には、1対の駆動用電極51,51が夫々形成され、表面に露出しており、溶液槽21,21の底面を構成している。1対の駆動用電極51,51は、外部電源からの電力供給を受けて、試料溶液を駆動する電場を形成するための駆動電圧を印加する。この駆動電圧は、直流電圧(例えば、30V)でも交流電圧でもよい。
The
(流路基板の作用効果について)
次に、上記構成の流路基板1の作用効果を、図3に示す使用例を用いて説明する。
(About the effect of the channel substrate)
Next, the effect of the
流路基板1の使用時には、流路基板1の各電極を外部電源の電極と接続し、動作可能な状態にする。そして、試料分子としての細胞Cを含む試料溶液を、流路基板1の溶液槽21に投入する。この状態で、外部電源をオンし、1対の駆動用電極51,51に駆動電圧を印加する。本使用例では、紙面左側の溶液槽21側の駆動用電極51を正極、他方を負極として直流電圧を印加することで、正極側から負極側に向かう電気浸透流を発生させる。
When the
電気浸透流が発生すると、これに伴って溶液中の細胞Cも流路23内を正極側から負極側に向かって移動する。流路23は、細胞破砕部6の細胞捕捉部61において、上流側から下流側に向かうに従って幅が狭くなっているため、流路23を流れる細胞Cは、その径よりも幅が狭くなった部分で側壁に挟み込まれて停止する(図3(a)参照)。この状態で、破砕用電極62,62に高周波電圧を印加すると、細胞Cが通電破砕される。これにより、その内包物(核酸やタンパクなど)C1が試料溶液に溶出し、内包物C1を放出した後の細胞膜C2など共に、電気浸透流にのって負極側の溶液槽21に向かって再び移動を開始する。このとき、細胞破砕部6の直ぐ下流は構造体45,45が設けられているため、細胞膜C2などの比較的サイズの大きい物質は、この構造体45の上流側に向かって張り出した湾曲面に衝突し、構造体45に巻きつくようにして引っ掛かかる。あるいは、構造体45,45間又は構造体45と側壁との間に形成される空隙を簡単にすり抜けることができずに、そのまま停止したり、移動速度が低下したりする。一方、核酸などの比較的サイズの小さい物質は、構造体45に衝突しても、構造体45,45間、又は、構造体45と側壁との間をすり抜けて、移動する。したがって、負極側(図では紙面右側)の溶液槽21には、サイズの比較的小さな内包物C1のみが到達し、あるいは、当該内包物C1の方が早く溶液槽21に到達するため、細胞膜C2を分離して内包物C1のみを回収できる。
When the electroosmotic flow is generated, the cell C in the solution also moves in the
(その他の構成例について)
なお、本発明の適用は上記実施の形態に限定されない。例えば、上記実施の形態では、構造体45,45を、流路の底面から延びる円柱状部材として構成したが、円柱状に限らず、図4に示すように三角柱状部材で構成してもよい。この際、1つの頂点が上流側に向くように配置し、上流側に向く部分を上流側に向かって突出させると、細胞膜等のサイズの大きい物質を巻きつけるようにして引っ掛け、その他の分子から分離することができる。
(Other configuration examples)
The application of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the
なお、構造体45は、上流側に向く部分を上流側に向けて突出させる場合に限られず、流れてくる物質を受けるような凹形状にしてもよい。凹形状とすることで、逆にサイズの小さい物質をその凹部に滞留させ、凹部に滞留することなく流れ続けるサイズの大きな物質から分離するように構成することもできる。
Note that the
また、上記実施の形態では、構造体45,45を流路23の幅方向に沿って1列に配置しているが、2列以上配置してもよい。この場合には、これらの構造体45間の空隙によって形成される分子の流路が屈曲するように、隣接する列の構造体45を千鳥状に配置してもよい。また、幅方向に沿って複数並べて配置する場合に限られず、流路方向に沿って1列に配置してもよい。この場合、流路方向に沿って直線状に並べるのではなく、例えば、1の構造体は流路幅方向片側寄りに、それよりも下流側に並ぶ次の構造体は流路幅方向の反対側寄りにと交互に配置することで、これらの間の空隙によって形成される分子の流路が、屈曲したラビリンス状になるようにしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、図1〜図4では、構造体45を流路23の側壁から離して配置しているが、側壁と接するように配置し、あるいは、側壁と一体形成してもよい。
1 to 4, the
また、溶液中の細胞の駆動方法は、上記実施の形態のように電気浸透現象による場合に限定されず、例えば、ポンプを用いた場合など圧力差によって生じる圧力流で駆動する方式であってもよく、また、後述のようなマイクロポンプを用いてもよい。 In addition, the driving method of the cells in the solution is not limited to the case of the electroosmosis phenomenon as in the above embodiment, and may be a method of driving with a pressure flow generated by a pressure difference such as when using a pump. Alternatively, a micro pump as described below may be used.
また、上記駆動用電極51,51や破砕用電極62,62は、膜状電極として支持体11に一体形成するのに限らず、例えばワイヤ状の電極として構成し、流路23に挿入して電圧を印加するようにしてもよい。
The driving
また、流路基板1の構成材料は、上記実施の形態に示すものに限定されない。例えば、支持体11には、支持体として必要な強度を有する材料であれば用いることができるが、なお、ガラス(硼珪酸ガラス、石英ガラス等)の他、例えば、プラスチック(ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリエステル等)やガラス繊維とプラスチックの複合材も用いることができる。
Moreover, the constituent material of the
また、膜状電極には、上記材料に限らず一般的な電極材料を用いることができるが、表面部分はPt、Au、Ag等の比較的標準電極電位の高い(正の値を持つような)材料で構成すると、試料溶液にさらした際の電解腐食を防止できるので好ましい。また、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明電極を用いると、流路基板1の透明性が維持できるので、流路基板1の光学的解析を行う場合等に好適である。また、スパッタリングにより形成することで、支持体11との密着性を高めることができるが、これに限らず、化学蒸着やイオンプレーティングその他の物理蒸着によって形成することもできる。
The film electrode may be a general electrode material as well as the above materials, but the surface portion has a relatively high standard electrode potential (such as a positive value) such as Pt, Au, or Ag. ) It is preferable to use a material because it can prevent electrolytic corrosion when exposed to the sample solution. In addition, when a transparent electrode such as ITO (Indium Tin Oxide) is used, the transparency of the
感光性樹脂としては、上記実施の形態で示した光を照射した部分が硬化するネガ型の感光性樹脂に限定されず、光を照射した部分が可溶性になるポジ型の感光性樹脂も用いることができる。但し、層の厚さや強度を確保する観点からは、ネガ型の感光性樹脂であって、光硬化時に重合反応により架橋ポリマーとなるものが好ましい。重合反応は、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合等のいずれであってもよい。架橋ポリマーを形成する感光性樹脂としては、モノマー及び/又はオリゴマーを主成分とし、さらに光重合開始剤や各種添加剤(安定剤、フィラー、顔料等)を含有する公知の感光性樹脂を用いることができる。このモノマーとしては、例えば、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレートやトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル系モノマーを用いることができる。また、オリゴマーとしては、例えば、エポキシ樹脂の(メタ)アクリル酸エステル、ポリエーテル樹脂の(メタ)アクリル酸エステル、分子末端に(メタ)アクリロイル基を有するポリウレタン樹脂を用いることができる。光重合開始剤としては、例えば、ベンゾイン系光重合開始剤(ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル等)、アセトフェノン系光重合開始剤(2−2′−ジエトキシアセトフェノン等)を用いることができる。 The photosensitive resin is not limited to the negative photosensitive resin that cures the portion irradiated with light as shown in the above embodiment, and a positive photosensitive resin that dissolves the portion irradiated with light is also used. Can do. However, from the viewpoint of securing the thickness and strength of the layer, a negative photosensitive resin that becomes a cross-linked polymer by a polymerization reaction during photocuring is preferable. The polymerization reaction may be any of radical polymerization, anionic polymerization, cationic polymerization and the like. As the photosensitive resin forming the crosslinked polymer, a known photosensitive resin containing a monomer and / or oligomer as a main component and further containing a photopolymerization initiator and various additives (stabilizer, filler, pigment, etc.) should be used. Can do. As this monomer, for example, (meth) acrylic monomers such as diethylene glycol di (meth) acrylate and trimethylolpropane tri (meth) acrylate can be used. Moreover, as an oligomer, the (meth) acrylic acid ester of an epoxy resin, the (meth) acrylic acid ester of a polyether resin, and the polyurethane resin which has a (meth) acryloyl group in a molecule terminal can be used, for example. As the photopolymerization initiator, for example, a benzoin photopolymerization initiator (benzoin, benzoin methyl ether, etc.) or an acetophenone photopolymerization initiator (2-2′-diethoxyacetophenone, etc.) can be used.
また、流路23や溶液槽21,21の配置は、図1に示すものに限定されず、例えば、流路23が複数並設されるものや、他の機能部(例えば、抽出部)がフィルタ4の下流側に設けられるものであってもよい。
Further, the arrangement of the
〈第2の実施の形態〉 <Second Embodiment>
第2の実施の形態は、反応装置において上述の流路基板がペルチェ素子等の冷却部を備えたものである。 In the second embodiment, the above-mentioned flow path substrate is provided with a cooling unit such as a Peltier element in a reaction apparatus.
図5は第2の実施の形態の反応装置の機能ブロック図、図6は反応装置の外観を示す図((a)は正面図、(b)は平面図、(c)は側面図である。)、図7は本実施の形態で用いるペルチェ素子の概略構成を示す図である。 FIG. 5 is a functional block diagram of the reactor according to the second embodiment, FIG. 6 is a diagram showing the appearance of the reactor ((a) is a front view, (b) is a plan view, and (c) is a side view). FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the Peltier element used in the present embodiment.
本実施の形態の反応装置は、図6(a)〜(c)に示すように、L字板状の基台50に支持板33bが水平に取り付けられており、この支持板33bの上面側に平板状のペルチェ素子31が固定され、そのペルチェ素子31の上面に密着させるようにして流路基板1が載置されている。また、支持板33b上にはコネクタ41が取り付けられており、流路基板1はこのコネクタ41の接続口に挿入されている。このコネクタ41は、反対側の接続口41bにて図5に示す電圧印加装置42と接続可能になっており、流路基板1と電圧印加装置42とを電気的に接続する。また、支持板33bの下方には水冷器本体33aが取り付けられている。
In the reaction apparatus of the present embodiment, as shown in FIGS. 6A to 6C, a
流路基板1は、平面に沿って流路23を形成したものであり、電圧を印加することで当該流路23に導入された試料溶液が流動可能に構成されており、例えば、図1,図2と同様に構成される。
The
ペルチェ素子31は、ペルチェ効果によって吸熱又は放熱する熱電変換素子であり、本実施の形態では図7に示すような構成であり、表面及び裏面のいずれか一方が吸熱面となり、他方の面が放熱面となるペルチェ素子を用いる。図7はペルチェ素子31の一部を示し、そのペルチェ素子31は、一対の基板31a,31aの間に、複数のP型熱電半導体31p及びN型熱電半導体31nを配置し、これらを基板31aに積層される銅電極31cで交互に直列接続したものである。図7に示すようにN型熱電半導体31nからP型熱電半導体31pに向かって電流を流すと、紙面上側に向く面が吸熱面となって、紙面下側に向く面が放熱面となる。一方、逆方向に電流を流すと、紙面上側に向く面が放熱面となり、紙面下側に向く面が吸熱面となる。反応装置では、上記のように、ペルチェ素子31を流路基板1に密着させ、流路基板1の温度を調整する。
The
また、ペルチェ素子31の上面側には図6(b)のように温度センサ34が貼着されており、流路基板1との接触面の温度が検出可能になっている。温度センサ34は、例えば温度に応じて抵抗が変化するサーミスタを用いる。なお、使用する温度センサの種類はこれに限定されない。
Further, a
また、ペルチェ素子31は、1対の導線31b,31bを介して図5に示すペルチェコントローラ32に電気的に接続されており、このペルチェコントローラ32からの駆動電流を受けて目的の温度に調整される。ペルチェコントローラ32は、図5のように、温度センサ34の検出信号が入力されるようになっており、これに基づき流路基板1を目的の温度にするための駆動電流の大きさを算出し、当該大きさに調整した駆動電流を出力する。このペルチェ素子31が冷却部に相当する。
Further, the
水冷器33は、図6(a)〜(c)のように、金属製の支持板33bと、支持板33bの下面側に取り付けられた水冷器本体33aと、からなる。水冷器本体33aは、金属製のブロック内部に冷却液の通路が設けられており、流入口33cから導入された冷却液が当該冷却液通路を通って流出口33dから排出されるようになっている。この冷却液は、水道から直接引き込んでもよいし、さらにポンプやラジエータなどを備えた2次冷却装置を設け、当該2次冷却装置で冷却した冷却液を循環させてもよい。この水冷器33が第2の冷却部に相当する。
As shown in FIGS. 6A to 6C, the
以上のような構成の反応装置を使用するときには、流路基板1をコネクタ41に装着し、電圧印加装置42を電源オンにし、流路基板1の駆動用電極51,51に駆動電圧を印加して凹部2に導入した試料溶液を駆動する。これと共に、ペルチェコントローラ32も電源オンにする。ペルチェコントローラ32はペルチェ素子31の吸熱面が予め設定した温度を上回っていることを検出すると、ペルチェ素子31を駆動し、流路基板1を冷却する。これにより、流路基板1が予め設定した温度以下に保たれるので、試料溶液の蒸発が抑えられる。このため、作業に長時間を要する場合などに、作業の途中で試料溶液が干上がったりすることなく、ある程度の溶液量を維持して作業をすることができる。この場合、流路基板1の破砕用電極62,62に外部電源(図示省略)から高周波電圧を印加して細胞を破砕できる。
When the reaction apparatus having the above configuration is used, the
なお、本発明は第2の実施の形態に限定されない。例えば、流路基板1を冷却するための手段は、ペルチェ素子31に限らず、例えば、流路基板にヒートシンクを接触するように配置し、このヒートシンクに向かってファンから送風することで、冷却させてもよい。但し、空冷時には流路基板1に風が当たらないようにしないと、試料溶液がかえって乾燥しやすくなるおそれがある。この点、ペルチェ素子31を用いることが好ましい。また、ペルチェ素子31を用いると、高精度な冷却が可能であるので、温度感受性の高い生体高分子を取り扱う場合にも限られた温度範囲に保つことができ、また装置を小型化でき、静穏かつ無振動で動作可能であるので好適である。
Note that the present invention is not limited to the second embodiment. For example, the means for cooling the
また、図6(a)〜(c)の反応装置は、流路基板1を1枚だけ載せる構成となっているが、コネクタ41を複数設け、複数の流路基板1が同時に載置できる構成としてもよい。この場合、ペルチェ素子31を複数設け、流路基板1毎に冷却してもよいし、単一のペルチェ素子31に複数の流路基板1を載置してもよい。ペルチェ素子31を複数設け、ペルチェ素子31毎にコントロール可能にすれば、各流路基板1を高精度に冷却できる。
6 (a) to 6 (c) have a configuration in which only one
また、ペルチェ素子31と流路基板1の密着性を高めるべく、流路基板1を下方に押さえつける機構をコネクタ41に設けてもよいし、シリコングリースを塗布してもよい。
Further, in order to enhance the adhesion between the
また、流路基板1も上記構成に限定されない。例えば、流路23は、2以上としてもよい。また、第2の実施の形態では、温度センサ34をペルチェ素子31側に設けているが、流路基板1の下面に設けてもよいし、流路基板1の凹部2に一体形成させてもよい。さらに、流路基板1とペルチェ素子31を1チップに一体的に形成させてもよい。
Further, the
〈第3の実施の形態〉 <Third Embodiment>
第3の実施の形態は、微量の液体を圧送するマイクロポンプを用いて溶液を流すようにした流路基板である。 The third embodiment is a flow path substrate in which a solution is made to flow using a micropump that pumps a small amount of liquid.
図8は、第3の実施の形態にかかるマイクロポンプの側面断面図である。図9は、図8の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 FIG. 8 is a side cross-sectional view of the micropump according to the third embodiment. FIG. 9 is a diagram of the configuration of FIG. 8 taken along the line II-II and viewed in the direction of the arrow.
マイクロポンプMは、ハウジング100と蓋部材200とから以下のようにして構成される。図8,図9において、ブロック状のハウジング100は、平面である上面1aに、断面が半円形状などの環状の溝1bを形成している。ハウジング100の素材としては、ガラス基板、シリコン基板、PDMS(poly-dimethylsiloxane)、セラミック基板などを用いることができる。ガラス基板上に溝1bを作製する場合は、ガラス基板上に光硬化樹脂または熱硬化樹脂、レジスト類や、ポリミドなどをスピンコートすることによって膜を形成して、露光、現像、エッチングなどを経て微小溝を作製する。そのほかにも、基板本体のウェットエッチング、RIEによるドライエッチングなどを用いて流路をエッチングするための各種加工手法を用いて作製してもよい。
The micropump M is composed of the
一方、ハウジング100と同様な素材から形成できる板状の蓋部材200は、平面である下面2aに、溝1bに対応して断面が半円形状などの環状の溝2bを形成している。ハウジング100に蓋部材200を重ね合わせたとき、溝1b、2bが対向することで、環状の循環路Rが形成されることとなる。
On the other hand, the plate-
蓋部材200は、ハウジング100に対して、接着剤、フッ酸を用いた接合、陽極接合、機械的な固定などをもちいて貼り合わせを行い、循環路Rを外気から孤立させる機能を有するが、高圧流体を流す必要がなければ特に機械固定をする必要はない。尚、循環路Rに対して接線方向に接続するようにして、直線状の供給路Iと排出路Oとが同様な手法で形成され、外部に対して開口している。
The
かかる循環路R内には、それぞれ供給路Iと排出路Oより大きい径を有している、例えば11個の非磁性体の微小球300と、1個の磁性体の微小球400とが転動自在に配置されている。微小球400としては強磁性材料を含む鉄球などを用いてもよいし、表面を保護するために各種メッキ、蒸着や表面処理加工などを行ってよい。微小球300としては、磁性材料以外の金属や樹脂、セラミックなどを用いることができる。尚、微小球300,400の径は数μmオーダーまで小さくできる。
In this circulation path R, for example, 11
蓋部材200の上面には、循環路Rに沿って例えば6つの電磁石5A〜5Fが周方向に等間隔に配置されている。電磁石5A〜5Fは、駆動回路DRにより選択的に駆動され、励磁されるようになっている。
On the upper surface of the
本実施の形態の動作について説明する。図10(a)〜(c)は、マイクロポンプMの動作を示す図9と同様な図である。供給路Iは流体の供給源、排出路Oは流体の供給部に接続されている。まず、図10(a)において、駆動回路DR(図8)は、不図示のセンサにより磁性体の微小球400(ハッチングで示す)の位置を検出し、それより時計回り方向に離れた電磁石5Aを選択して励磁する。すると、電磁石5Aから発生した磁力により、磁性体である微小球400が付勢され、時計回りに移動しようとする。残りの微小球300は磁力の影響を受けないので、微小球400に押されて同方向に移動する。循環路R内の微小球300,400が全て同方向に回転移動すると、その内部の流体もつれて同方向に移動するようになる。これにより、供給路Iから取り込んだ流体を、排出路Oから排出することが可能となる。
The operation of this embodiment will be described. FIGS. 10A to 10C are views similar to FIG. 9 showing the operation of the micropump M. FIG. The supply path I is connected to a fluid supply source, and the discharge path O is connected to a fluid supply section. First, in FIG. 10A, the drive circuit DR (FIG. 8) detects the position of the magnetic microsphere 400 (shown by hatching) by a sensor (not shown), and the
続いて図10(b)において、駆動回路DR(図8)は、磁性体の微小球400が電磁石5Aに接近したことを検出したときは、電磁石5Aの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石5Bを選択して励磁する。すると、電磁石5Bから発生した磁力により、磁性体である微小球400が同方向に付勢され、電磁石5Aを通り過ぎて他の微小球300と共に更に時計回りに移動しようとする。
Subsequently, in FIG. 10B, when the drive circuit DR (FIG. 8) detects that the
更に図10(c)において、駆動回路DR(図8)は、磁性体の微小球400が電磁石5Bに接近したことを検出したときは、電磁石5Bの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石5Cを選択して励磁する。すると、電磁石5Cから発生した磁力により、磁性体である微小球400が同方向に付勢され、電磁石5Bを通り過ぎて他の微小球300と共に更に時計回りに移動しようとする。以上の制御を繰り返すことで、微小球300,400を連続的に回転移動させることができ、流体の連続圧送が可能となる。
Further, in FIG. 10C, when the drive circuit DR (FIG. 8) detects that the
図11(a)〜(c)は、別な実施の形態にかかるマイクロポンプの動作を示す図9と同様な図である。本実施の形態においては、循環路R内に、例えば10個の非磁性体の微小球300と、180度位相で2個の磁性体の微小球400とが転動自在に配置されている。それ以外の構成については上述の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
FIGS. 11A to 11C are views similar to FIG. 9 showing the operation of the micropump according to another embodiment. In the present embodiment, for example, ten
本実施の形態の動作を説明すると、図11(a)において、駆動回路DR(図8)は、不図示のセンサにより磁性体の2つの微小球400,400の位置を検出し、それぞれ時計回り方向に離れた電磁石5A、5Dを選択して励磁する。すると、電磁石5A、5Dから発生した磁力により、磁性体である微小球400,400が付勢され、時計回りに移動しようとする。残りの微小球300は磁力の影響を受けないので、微小球400に押されて同方向に移動する。循環路R内の微小球300,400が全て同方向に移動すると、その内部の流体もつれて同方向に移動するようになる。これにより、供給路Iから取り込んだ流体を、排出路Oから排出することが可能となる。
The operation of the present embodiment will be described. In FIG. 11A, the drive circuit DR (FIG. 8) detects the positions of the two
続いて図11(b)において、駆動回路DR(図8)は、磁性体の微小球400,400が電磁石5A、5Dに接近したことを検出したときは、電磁石5A、5Dの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石5B,5Eを選択して励磁する。すると、電磁石5B,5Eから発生した磁力により、磁性体である微小球400,400が同方向に付勢され、電磁石5A、5Dを通り過ぎて他の微小球300と共に更に時計回りに移動しようとする。
Subsequently, in FIG. 11B, when the drive circuit DR (FIG. 8) detects that the
更に、図11(c)において、駆動回路DR(図8)は、磁性体の微小球400,400が電磁石5B,5Eに接近したことを検出したときは、電磁石5B,5Eの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石5C,5Fを選択して励磁する。すると、電磁石5C,5Fから発生した磁力により、磁性体である微小球400、400が同方向に付勢され、電磁石5B,5Eを通り過ぎて他の微小球300と共に更に時計回りに移動しようとする。以上の制御を繰り返すことで、微小球300,400を連続的に回転移動させることができ、流体の連続圧送が可能となる。本実施の形態によれば、2個の微小球400が同時に付勢されるので、回転速度が約2倍となり流体の高速圧送が可能となる。
Further, in FIG. 11C, when the drive circuit DR (FIG. 8) detects that the
図12は、本実施の形態の変形例を示す図8と同様な図である。図12(a)に示す変形例においては、ハウジング100の上面1aにのみ環状の溝1bが形成され、蓋部材200の下面には環状の溝が形成されていない。これに対し、図12(b)に示す変形例においては、蓋部材200の下面2aにのみ環状の溝2bが形成され、ハウジング100の上面には環状の溝が形成されていない。
FIG. 12 is a view similar to FIG. 8 showing a modification of the present embodiment. In the modification shown in FIG. 12A, the
更に、図12(c)に示す変形例においては、蓋部材200の上面に電磁石5A〜5Fを配置する代わりに、薄厚のハウジング100の下面に、電磁石5A〜5Fを配置している。又、図12(d)に示す変形例においては、蓋部材200の上面に電磁石5A〜5Fを配置する代わりに、ハウジング100と蓋部材200の側面に凹部1c、2cを全周にわたって形成し、組み付け時に凹部1c、2cで形成される環状の空間内に電磁石5A〜5Fを埋設配置している。更に、図12(e)に示す変形例においては、蓋部材200の上面に電磁石5A〜5Fを配置する代わりに、ハウジング100と蓋部材200の側面に対向して、その外方に外部の電磁石5A〜5Fを配置している。
Further, in the modification shown in FIG. 12C, the electromagnets 5 </ b> A to 5 </ b> F are arranged on the lower surface of the
図13に第3の実施の形態による流路基板の平面図を示す。図13の流路基板1’は、上述の図8,図9と同様のマイクロポンプMを配置し、流路23内で溶液を流動させるようにしたものである。すなわち、図13のように、図1(a)、(b)と同様の凹部2を支持体11上に形成し、更に、凹部2と同様にして溝状の送出路28及び排出路29を形成し、送出路28を一方の溶液槽21aに接続し、排出路29を他方の溶液槽21bに接続し、マイクロポンプMを形成する際に、マイクロポンプMの排出路Oを送出路28に接続し、供給路Iを排出路29に接続している。なお、図8,図9の循環路Rがポンプ流路を構成する。
FIG. 13 is a plan view of a flow path substrate according to the third embodiment. A
図8,図9のハウジング100の代わりに図1(b)の支持体11上に凹部2と同様にして溝1bを形成し、支持体11上を図12(a)のように蓋部材200で覆い、蓋部材200上に電磁石5A〜5Fを配置することで、マイクロポンプMを備えた流路基板1’を得ることができる。マイクロポンプMを図10(a)〜(c)のようにして作動させることで、溶液を一方の溶液槽21aから他方の溶液槽21bに向かって流路23内を流動させることができる。上記流路基板1’は図6の反応装置に用いることができる。
A
なお、図13においてマイクロポンプMの電磁石5A〜5F(図8)と駆動回路DR(図8)とを接続するための接続手段を別途設けることができる。また、流路基板1’は凹部2を単数備えるが、複数備えるようにしてもよい。また、流路基板1’に第2の実施の形態のようにペルチェ素子等の冷却部を設けてもよい。
In FIG. 13, connection means for connecting the
また、上述のようなマイクロポンプを支持体等に形成するための加工方法としては、本発明者の一人が先に特願2006−195501で提案したエッチング加工や膜材料を用いた加工や金型を用いた成形加工を用いることができる。 Further, as a processing method for forming the above-described micropump on a support or the like, one of the inventors of the present invention previously proposed an etching process proposed in Japanese Patent Application No. 2006-195501, a process using a film material, and a mold. A molding process using can be used.
〈第4の実施の形態〉 <Fourth embodiment>
第4の実施の形態は、遠心力を用いて流路基板の流路で試料溶液を流し、その試料溶液で分離や合成を行う場合にその反応過程をモニタで観察可能にしたものである。 In the fourth embodiment, when a sample solution is caused to flow in a flow path of a flow path substrate using centrifugal force, and the separation or synthesis is performed with the sample solution, the reaction process can be observed on a monitor.
図14は第4の実施の形態に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。図15は図14の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。図16は図14の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。図17は図14の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。図18はスピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット628を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing an example of the overall configuration of a visible centrifuge according to the fourth embodiment. FIG. 15 is a partial configuration diagram for explaining the internal configuration of the fixed component of FIG. 16 is a top view of an example of the overall configuration of the visible centrifuge shown in FIG. 14 as viewed from above. FIG. 17 is a longitudinal sectional view of the observable centrifugal apparatus in a state where the spindle unit is mounted on the rotating disk of FIG. FIG. 18 is an overall perspective view of the observable centrifugal apparatus with the
以下、第4の実施の形態に係る可視下遠心装置について、添付図面を参照して説明する。図14〜図18には、本実施の形態に係る可視下遠心装置(以下、単に「装置」ともいう)APが示されており、装置APには、所定の回転軸602を中心に回転する回転盤604と、回転盤604に配設され、サンプル(試料溶液)を収容して回転盤604とともに回転する反応用の流路基板1と、流路基板1内におけるサンプルの状態を目視により観察するための顕微鏡608とが備えられている。そして、装置APは、流路基板1内のサンプルに対して遠心力を作用させることで、サンプルから所定の物質(液体、固体および気体、若しくはこれらの混合体など)を分離、あるいは合成させている。
Hereinafter, a visible centrifugal device according to a fourth embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. 14 to 18 show a visible centrifuge (hereinafter also simply referred to as “apparatus”) AP according to the present embodiment, and the apparatus AP rotates around a
なお、装置APの大きさや形状、具体的には、回転盤604の大きさや形状は、遠心分離あるいは遠心合成させるサンプルの性質や数などに応じて任意に設定すればよいが、本実施の形態においては、回転盤604が直径220mmの円盤として構成されている場合を、一例として想定する。
Note that the size and shape of the apparatus AP, specifically, the size and shape of the
また、流路基板1は、その内部に所定のサンプルを収容し、サンプルを遠心分離反応あるいは遠心合成反応させることが可能であり、図1(a)、(b)、図2と同様に構成され、平面に沿って流路23が形成されている。流路基板1は、内部にサンプルを収容した状態で、回転盤604に対して固定され、回転盤604とともに回転することで、遠心力により流路23でサンプル(試料溶液)が流動可能である。また、流路基板1は、図3,図4のような構成であってもよく、また、試料溶液流動のために電極と遠心力を併用するようにしてもよく、また、個々のサンプルの特性に応じて電極と遠心力のいずれかを選択するようにしてもよい。さらに、試料溶液流動のための電極を省略してもよい。また、流路23は単数であるが、複数でもよい。
Further, the
装置APにおいて、顕微鏡608は、流路基板1内におけるサンプルの状態を観察可能となるように回転盤604の所定位置へ固定されており、回転盤604には、顕微鏡608で捉えた流路基板1内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影するための撮像デバイス610と、撮像デバイス610で撮影された顕微鏡画像の撮影像を、リアルタイムで動画として無線により伝送するための映像無線伝送デバイス612が取り付けられている。なお、本実施の形態において、顕微鏡608は、一例として、流路基板1内におけるサンプルの状態を捉える対物レンズ608aと、対物レンズ608aが捉えた顕微鏡画像を撮像デバイス610まで伝達するための光路が内部に形成された鏡筒608bとを備えて構成されている。また、撮像デバイス610には、顕微鏡608で捉えた流路基板1内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能な各種の撮像装置を適用することができるが、本実施の形態においては、撮像デバイス610としてCCDカメラを適用した場合を一例として想定する。
In the apparatus AP, the
この場合、顕微鏡608は、鏡筒608b内において、顕微鏡608の光路が回転盤604の盤面(図17の上側の面)604aに対して所定の角度で部分的に屈折されており、撮像デバイス(以下、CCDカメラという)10は、前記所定角度で屈折された顕微鏡608の光路上で、上述した顕微鏡画像を撮影可能となるように、回転盤604の回転中心の近傍に位置付けられている。なお、以下の説明においては、上述した顕微鏡608の光路を観察光路と呼び、観察光路を進む光を観察光と呼ぶ。
In this case, in the
本実施の形態においては、一例として、図17に示すように、顕微鏡608の鏡筒608b内へミラー614を観察光路の屈折角に応じて任意に設定される所定角度だけ観察光路に対して傾斜して配設している。なお、図17に示す構成において、装置APは、顕微鏡608の対物レンズ608aが流路基板1内のサンプル状態を垂直方向(同図の上下方向)の上方から捉えるとともに、回転盤604の回転中心の近傍で回転盤604の盤面604aに対して平行する方向(水平方向)から対物レンズ608aが捉えた顕微鏡画像をCCDカメラ610で撮影する構造を成している。このため、ミラー614を観察光の進入方向に対して約135°の角度で後傾させて顕微鏡608の鏡筒608b内に配設することで、進入した観察光を約90°だけ屈折させ、回転盤604の盤面604aに対して平行となるようにさらに進行させている。なお、顕微鏡608は、その鏡筒608bを略直角に屈折させることで、鏡筒608b内に略直角に屈折した観察光路を形成した構成とすればよい。
In the present embodiment, as an example, as shown in FIG. 17, the
この場合、顕微鏡608を回転盤604の周縁部へ位置付けることで、垂直方向から進入した観察光がミラー614によって回転盤604の周方向から中心方向へ向けて回転盤604の盤面604aと平行して屈折するように、その進行方向を変化させる構成とすることができる。この結果、顕微鏡608は、その観察光(すなわち、顕微鏡画像)が回転盤604の中心部、すなわち回転盤604の回転中心の方向へ向けて到達(収束)される構造となり、CCDカメラ610を観察光路の到達(収束)先へ位置付けることで、CCDカメラ610が回転盤604の回転中心の近傍で顕微鏡の観察光を捉えること、具体的には、顕微鏡画像を撮影することが可能な構成とすることができる。
In this case, by positioning the
このため、CCDカメラ610を回転盤604の回転中心の近傍に位置付けることができ、回転盤604が回転することによって遠心力が生じた場合であっても、CCDカメラ610に対して作用する遠心力を軽減させることができ、遠心力によってCCDカメラ610の性能が阻害されることや撮影時の顕微鏡画像がブレることがなく、CCDカメラ610において常に安定した顕微鏡画像の撮影を行うことが可能となる。
For this reason, the
また、上述したように顕微鏡608を観察光路がミラー614によって屈折される構造とすることで、顕微鏡608の鏡筒608bの高さ(図17の上下方向の距離)を抑えることができる。これにより、回転盤604が回転することで回転振動が発生した場合であっても、回転振動に対する顕微鏡608の剛性を高めることができ、顕微鏡608において常に安定した流路基板1内におけるサンプル状態の観察を行うことが可能となる。ただし、鏡筒608bの高さを抑えるためには、顕微鏡608を観察光路の屈折角度が0°より大きく90°以下となる構造とすることが好ましい。
Further, as described above, the
なお、顕微鏡608は、その鏡筒608bが流路基板1に対して垂直方向(鉛直方向(図17の上下方向))へ上下動可能な構造を成しており、このような構造を成すことにより、流路基板1(具体的には、サンプル)と対物レンズ608aとの間の距離(焦点距離)を調整することができるようになっている。この場合、回転盤604には、その盤面604aに対して垂直方向へ所定の長さで延出したガイド(以下、Z軸ガイドという)620が設けられており、鏡筒608bをZ軸ガイド620に沿ってスライドさせることで、顕微鏡608は、サンプルと対物レンズ608aとの焦点距離を調整する構造となっている。
The
また、本実施の形態においては、顕微鏡608の対物レンズ608aと流路基板1とを同一部品(以下、固定部品という)616の内部に収容するとともに、収容された対物レンズ608aおよび流路基板1を固定部品616と一体的に回転盤604へ固定することで、対物レンズ608aと流路基板1との間の外部振動(具体的には、回転盤604の回転によって生ずる回転振動)による相対変位を極小化させている。これにより、顕微鏡608は、常に安定して流路基板1内のサンプル状態をブレのないクリアな画像として捉えることができ、分離過程あるいは合成過程におけるサンプルの状態を正確且つ確実に観察することが可能となる。
In the present embodiment, the
この場合、固定部品616の内部には、図15に示すように、所定の照明装置(例えば、エッジ式のLED(Light Emitting Diode)バックライト)622が設けられており、サンプルを顕微鏡608の対物レンズ608aとは反対側から照明装置622で照らして透過させた状態で観察できるようにしている。これにより、流路基板1内におけるサンプルの状態をより鮮明に観察することができ、対物レンズ608aによってサンプル状態を、よりクリアな顕微鏡画像として捉えることができる。なお、照明装置(エッジ式のLEDバックライト)22の光源であるLED22aは、上述したCCDカメラ610と同様に、回転盤604の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤604の回転中心の近傍に位置付けられている。
In this case, as shown in FIG. 15, a predetermined illumination device (for example, an edge-type LED (Light Emitting Diode) backlight) 622 is provided inside the fixed
ここで、照明装置622は、サンプルを照らして透過させた状態で観察することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、サンプルの性質や種類などに応じて、任意の照明装置を選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社モリテックス製のLED照明(エッジ式バックライト)MEBL−CW25を用いている。ただし、例えば、かかる照明装置622と同等、若しくはそれ以上の性能を有する照明装置であってもよい。
Here, the specific configuration of the
また、固定部品616は、顕微鏡608の対物レンズ608aとサンプルとの焦点距離を調整し、適正距離に設定された状態で、対物レンズ608aとサンプルとの相対位置、具体的には、対物レンズ608aのサンプルに対する高さを固定している。これにより、分離反応中あるいは合成反応中、サンプルに対する顕微鏡608の対物レンズ608aの高さを一定に維持することができ、サンプルの状態を安定して観察することが可能となる。
The fixed
また、本実施の形態においては、回転盤604に対し、上述した顕微鏡画像を動画として撮影するCCDカメラ610とともに、CCDカメラ610で撮影された顕微鏡画像のカメラ映像(撮影像)をリアルタイムで動画として無線伝送するための映像無線伝送デバイス612が取り付けられている。このように、CCDカメラ610で撮影された映像を外部受信機(図示しない)に対して伝送する方式として、有線方式ではなく無線方式を採用することで、回転盤604とともにCCDカメラ610ならびに映像無線伝送デバイス612を回転させた場合であっても、これらから直接信号線を取り出す必要がなく、信号線の取り回しを考慮する必要が全くない。この結果、CCDカメラ610および映像無線伝送デバイス612の周辺構造を容易に簡略化させることができる。
In the present embodiment, a camera image (captured image) of the microscope image captured by the
また、信号線の取り回しを考慮する必要がないため、CCDカメラ610ならびに映像無線伝送デバイス612を回転盤604(具体的には、顕微鏡608および流路基板1内のサンプル)とともに回転させる構造とすることができ、回転盤604の回転数による制約を受けることなく、任意の高フレームレート(コマ数)でCCDカメラ610によって顕微鏡画像を撮影することができ、撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部の受信装置(図示しない)に対して伝送することができる。これにより、かかる外部受信装置として、例えば、液晶パネルやCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイなどの表示器を設けることで、上述したカメラ映像(すなわち、流路基板1の内部におけるサンプルの状態)を、かかる表示器においてリアルタイムに確認しながらサンプルの分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。また、パソコンなどを介して収録したカメラ映像を解析することにより、サンプル(具体的には、その内部物質や、分離物質あるいは合成物質など)の挙動をモニタし、回転盤604の最適な回転条件(別の捉え方をすれば、サンプルに作用させる遠心力の最適な大きさ)を推定するとともに、推定された最適条件(例えば、回転速度や回転時間など)で回転盤604を回転制御することも可能となる。
In addition, since it is not necessary to consider the handling of the signal line, the
この場合、映像無線伝送デバイス612は、上述したCCDカメラ610と同様に、回転盤604の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤604の回転中心の近傍に位置付けられており、CCDカメラ610によって撮影されたカメラ映像の映像データを所定のアンテナ618から外部受信装置(受信機に接続された液晶パネルやCRTディスプレイなどの表示器)に対して無線伝送している。また同様に、アンテナ618も回転盤604の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤604の回転中心の近傍、具体的には、回転盤604の回転中心の延長線上に立ち上がる構成としている。
In this case, similarly to the
なお、映像無線伝送デバイス612がカメラ映像の映像データ(映像信号)を外部受信装置(図示しない)へ無線伝送する際、映像データの伝送速度(ビットレート)やデータ形式(周波数や圧縮・非圧縮の有無など)は、装置APの使用態様や使用条件などに応じて任意に設定すればよい。例えば、本実施の形態においては、一例として、CCDカメラ610が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を、映像無線伝送デバイス612によって周波数が2.4GHzの非圧縮デジタル信号の映像データに変換し、映像データを外部受信装置に対して無線伝送している。これにより、映像無線伝送デバイスから送信された映像信号を欠落させることなく、外部受信装置に対して送信することができ、外部受信装置においてサンプル状態をクリアで安定した映像で確認しながら、分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。ただし、映像無線伝送デバイス612から外部受信装置へ伝送する映像データは、上述した非圧縮のデジタル信号に代えて、圧縮信号であってもよいし、アナログ信号としてあってもよい。
When the video
ここで、CCDカメラ610は、顕微鏡608で捉えた流路基板1内におけるサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置APの使用態様や使用条件などに応じて、任意のCCDカメラを選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社モスウェル製のカラーボードカメラMSC−90を用いている。ただし、例えば、かかるCCDカメラ610と同等、若しくはそれ以上の性能を有するCCDカメラであってもよい。
Here, as long as the
また、映像無線伝送デバイス612は、CCDカメラ610が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部受信装置(図示しない)に対して無線伝送することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置APの使用態様や使用条件などに応じて、任意の映像無線伝送デバイスを選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社アイデンビデオトロニクス製のTRX24miniを用いている。ただし、例えば、かかる映像無線伝送デバイス612と同等、若しくはそれ以上の性能を有する映像無線伝送デバイスであってもよい。
The specific configuration of the video
なお、上述したCCDカメラ610、映像無線伝送デバイス612、ならびに照明装置622など、装置APに設けられた各種の電装部品は、図14および図16に示すように、所定の電源装置(例えば、バッテリー)624によって駆動されている。この場合、電源装置624は、かかる各種の電装部品(CCDカメラ610、映像無線伝送デバイス612、ならびに照明装置622など)を正常に動作させることが可能な電力を、サンプルに対する分離反応中あるいは合成反応中、安定して供給可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上述した各種の電装部品が要する電力の大きさなどに応じて、任意の電源装置を選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、ULTRAP LIFE株式会社製のバッテリーであるUBBP01(電圧3.7v、バッテリー容量1.8APh)を用いている。ただし、例えば、かかる電源装置624と同等、若しくはそれ以上の性能を有する電源装置であってもよい。
Note that various electrical components provided in the apparatus AP, such as the above-described
本実施の形態においては、かかる電源装置(バッテリー)624を4個直列で使用し、これら4つのバッテリー624を、回転盤604の回転中心に対して対称となる位置へ(180°の位相差で)2つずつ均等に配置しているとともに、顕微鏡608、流路基板1および固定部品616に対して90°の位相差で配置している(図16参照)。この場合、バッテリー624は、一例として、回転盤604の盤面604aを凹状に窪ませて成る取付部へ埋設され、板状部材626で固定されて回転盤604に対して取り付けられている。
In the present embodiment, four such power supply devices (batteries) 624 are used in series, and these four
ここで、かかる装置APにおいて、回転盤604の回転軸602は、図示しない所定の駆動装置(例えば、スピンドルモータなど)によって回転されているとともに、各種の軸受627によって回転自在に支持されており、図17には、一例として、転動体として玉を適用した転がり軸受627によって回転軸602を支持した構成が示されている。この場合、転がり軸受627は、転動体として玉を適用した各種の玉軸受の他、転動体として各種のころ(円筒ころ、円すいころおよび球面ころなど)を適用したころ軸受であってもよい。また、図17に示す構成においては、回転軸602を2つの軸受627で支持する構造としているが、回転軸602は、1つの軸受627で支持してもよいし、3つ以上の軸受627で支持してもよい。
Here, in the apparatus AP, the
なお、軸受627として、上述した各種の転がり軸受に代えてエア軸受を適用し、回転軸602をエア軸受によって回転自在に支持することで、回転盤604が回転する際に生ずる回転振動を格段に軽減させることができ、ひいては、顕微鏡608やCCDカメラ610の回転振動を抑制させ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態の安定した観察ならびに撮影を行うことが可能となり、さらに好ましい。ここで、一例として、エア軸受は、回転軸602の外周面を全周に亘って覆うように位置付けられた筒状のハウジングによって回転軸602を回転自在に支持する構造を成し、ハウジングの内周面(回転軸602の外周面に対する対向面)に設けた複数の噴出口(噴出孔)から回転軸602の外周面へ向けてエアを吹き付け、ハウジングの内周面と回転軸602の外周面とを非接触状態に保つことで、回転軸602を非常に滑らかに回転させることができる。
Note that an air bearing is applied as the bearing 627 in place of the above-described various rolling bearings, and the
また、本実施の形態において、回転軸602および回転軸602を回転自在に支持する軸受627は、これらがハウジングとともに一体を成すスピンドルユニット628として構成されており、スピンドルユニット628が回転盤604に装着されることで、回転盤604が回転軸602を中心として回転される構造となっている。この場合、回転盤604には、その中央部が上側(顕微鏡608、流路基板1、CCDカメラ610、および映像無線伝送デバイス612などが配設されている側)へ所定の大きさで凸状に突出し、回転盤604の下側(上述した各部品などが配設されている側とは反対側)を凸状に窪ませて形成されたスピンドルユニット取付部604bが設けられており、スピンドルユニット628は、回転盤604の下側からスピンドルユニット取付部604bへ挿入されて、回転盤604に対して取り付けられている。
Further, in the present embodiment, the
このように、装置APをスピンドルユニット628に対して回転盤604が被さるような構造とすることで、顕微鏡608、流路基板1、CCDカメラ610、および映像無線伝送デバイス612などが配設された回転盤604の回転時における回転重心と、回転軸602が軸受627によって回転自在に支持された軸支部分との距離を狭めることができ、軸支部分に生じる回転モーメントを有効に軽減させることができる。
As described above, the
なお、上述した本実施の形態において、装置APの構成部材の材料については特に言及しなかったが、装置APの使用態様や使用目的などに応じて各種の素材を任意に選択して使用すればよい。一例として、本実施の形態においては、回転盤604の材料、ならびに顕微鏡608、流路基板1、CCDカメラ610、および映像無線伝送デバイス612などを回転盤604に対して取り付けるための各種の取付部材を高強度APl合金(A2017)製とすることで、回転時における剛性を十分に確保しながら、これらの部材の軽量化を図っている。
In addition, in this Embodiment mentioned above, although it did not mention in particular about the material of the structural member of apparatus AP, if various materials are arbitrarily selected and used according to the usage condition, purpose, etc. of apparatus AP, it uses. Good. As an example, in the present embodiment, the material of the
また、本実施の形態においては、回転時における装置APの重量バランスを均等にし、回転時に生じるスピンドルユニット628に対する振れ回り応力を減少させるため、回転盤604に対し、顕微鏡608および流路基板1の配設位置と回転中心に対して略対称となる位置(回転中心に対して反対側)へ所定のバランスウェイト630を設けている。バランスウェイト630の重量、および配設位置は、回転盤604に配設された顕微鏡608、流路基板1、CCDカメラ610、および映像無線伝送デバイス612などの各種の部材重量やそのバランス(重心)などに応じて、上述したスピンドルユニット628に対する振れ回り応力が小さくなるように調整すればよい。
Further, in the present embodiment, in order to equalize the weight balance of the apparatus AP during rotation and reduce the run-out stress on the
なお、装置APにおいて、より高精度にサンプルの分離反応あるいは合成反応を観察する場合、スピンドルユニット628として、回転軸602が上述したエア軸受によって回転自在に支持されたエアスピンドルユニットを回転盤604に対して装着する構成としてもよい。これにより、回転盤604が回転する際に生じる回転振動を格段に軽減させることができ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態をさらに安定した高画質のカメラ映像により観察することが可能となる。この場合、エアスピンドルユニットとしては、例えば、日本精工株式会社製のGBS100Hなどを用いることができる。
In the apparatus AP, when the separation reaction or synthesis reaction of the sample is observed with higher accuracy, an air spindle unit in which the
次に、上述のように流路基板1を可視下遠心装置APに装着し回転させて発生する遠心力をサンプル(試料溶液)に作用させて流体を駆動し流動させることによる作用効果について説明する。
Next, the operation and effect of driving and flowing fluid by applying centrifugal force generated by mounting and rotating the
流路基板1に外部機器との流体接続(流体駆動に例えば図8〜図13のようなポンプを利用する場合)、及び、電気的接続(流体駆動に例えば図1のように電気浸透流などを利用する場合)が不要となり、流路基板1の構造が簡素化できる。この効果として、流路基板1の取り扱いが容易となり、自動化しやすく、解析速度も向上する。また、流路基板1をさらに小型化することができ、より微小サンプルでの解析が可能となる。この場合は、細胞は電気的に破砕することができないので、力学的な衝突によって破砕させる。
Fluid connection with an external device to the flow path substrate 1 (when using a pump such as that shown in FIGS. 8 to 13 for fluid drive) and electrical connection (such as electroosmotic flow as shown in FIG. 1 for fluid drive) Is unnecessary, and the structure of the
また、周辺機器も小型化できるため、測定系全体を小型化できる。 In addition, since the peripheral device can be reduced in size, the entire measurement system can be reduced in size.
また、サンプルの化学的な特性に影響されず、流体を駆動させることができる。特に、電界印加により電気分解し易い溶液を主体とするサンプルでも、駆動(解析)が可能である。また、電気的な刺激によって、変化する可能性のあるサンプルに対しても、これらの影響を気にせず利用でき、適用範囲が広がり好ましい。 Further, the fluid can be driven without being affected by the chemical characteristics of the sample. In particular, it is possible to drive (analyze) even a sample mainly composed of a solution that is easily electrolyzed by applying an electric field. Moreover, it can be used without worrying about these effects even for samples that may change due to electrical stimulation, and the application range is widened.
また、サンプルの遠心分離効果を同時に発生させることができ、サンプルの比重による分離が可能である。 In addition, the centrifugal effect of the sample can be generated at the same time, and separation by the specific gravity of the sample is possible.
さらに、本実施の形態の可視下遠心装置を利用することによって、低回転数(低遠心力)の領域での反応であっても、情報が欠落(コマ落ち)することなく、検出状態を把握することができる。 Furthermore, by using the visible centrifuge of this embodiment, the detection status can be ascertained even if the reaction is in the region of low rotational speed (low centrifugal force) without missing information (dropping frames). can do.
次に、図14〜図18の可視下遠心装置APにサンプルに対し上方から照明をあてる落射照明装置を付加した構成について図19を参照して説明する。図19は可視下遠心装置APに落射照明装置を付加した構成を示す図17と同様の縦断面図である。 Next, a configuration in which an epi-illumination device that illuminates the sample from above is added to the visible centrifuge AP of FIGS. 14 to 18 will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a longitudinal sectional view similar to FIG. 17 showing a configuration in which an epi-illumination device is added to the visible centrifuge AP.
溶液中の細胞やガラスビーズなど、背景と光学的な透過率が同程度(透明)の物質を観察する場合、バックライトによる投下照明では、形状による陰影(コントラスト)が得難く、観察が困難である。この対策として、図19のように、可視下遠心装置APに落射照明装置を設けた。 When observing a substance with the same optical transmittance as the background (transparent), such as cells and glass beads in solution, it is difficult to observe the contrast due to the shape with the backlight illumination. is there. As a countermeasure against this, an epi-illumination device is provided in the visible centrifuge AP as shown in FIG.
すなわち、対物レンズ608aの上部のミラー614をハーフミラー614aとし、ハーフミラー614aの上方にLED照明部640を設けることで同軸(落射)照明装置を構成した。LED照明部640からの照明光mがハーフミラー614aを透過し対物レンズ608aを通して流路基板1内のサンプルを照射する。また、サンプルからの反射光nは対物レンズ608aを通してハーフミラー614aで反射しCCDカメラ610へ到達する。
That is, the mirror (614) on the upper side of the objective lens (608a) is a half mirror (614a), and the LED illumination unit (640) is provided above the half mirror (614a) to constitute a coaxial (epi-illumination) illumination device. Illumination light m from the
LED照明部640には、例えば、市販の高輝度緑色LED(OPTSOURCE社製 100047シリーズ、φ3mm、光度6800mcd)を利用できるが、対象サンプルによって色調、輝度を選択することができる。また、遠心強度(回転数、時間)によってLEDの破損が懸念される場合には、光源(LED)を回転中心付近に配置して光ファイバで顕微鏡に誘導することもできる。
For example, a commercially available high-brightness green LED (100047 series manufactured by OPTSOURCE, φ3 mm, luminous intensity 6800 mcd) can be used for the
図19の落射照明装置を付加した構成によれば、流路基板1内のサンプルからの反射光を観察することによって、光学的透過率が背景と周程度でもサンプル表面の反射による陰影(コントラスト)を得ることができるので、サンプルの挙動を明瞭に観察することができる。
According to the configuration in which the epi-illumination device of FIG. 19 is added, by observing the reflected light from the sample in the
次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。 Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.
本実施例は、上述の可視下遠心装置APをポリスチレンビーズのサイズ選別に利用したものである。すなわち、図20のようなダンベル型流路(両端に円形の溶液槽を設け、溶液槽同士を直線流路で接続した形状の流路)を形成した流路基板を作製し、可視下遠心装置APに設置し、流路基板内を溶液で満たした状態で反遠心側ヘサイズの異なるポリスチレンビーズ溶液を導入しビーズが遠心力によって流路内を通過する速度を測定した。 In this embodiment, the visible centrifuge AP is used for selecting the size of polystyrene beads. That is, a channel substrate having a dumbbell-shaped channel (a channel having a shape in which circular solution tanks are provided at both ends and the solution tanks are connected by a straight channel) as shown in FIG. A polystyrene bead solution having a different size from the anti-centrifugation side was introduced in a state where the channel substrate was filled with the solution, and the speed at which the beads passed through the channel by centrifugal force was measured.
流路基板は、図20のような微細流路パターンを形成したPDMS樹脂をガラス基板上へ貼り付けた構造である。流路パターンは、直径3mmの円形の溶液層を700μm幅の直線流路で接続した形状で、深さ約120μmである。溶液層の片側には溶液導入用の孔が空けてあり、ここからビーズ溶液を導入することができる。 The flow path substrate has a structure in which a PDMS resin having a fine flow path pattern as shown in FIG. 20 is attached to a glass substrate. The flow path pattern is a shape in which circular solution layers having a diameter of 3 mm are connected by a straight flow path having a width of 700 μm and has a depth of about 120 μm. A solution introduction hole is formed on one side of the solution layer, from which a bead solution can be introduced.
溶液導入用の孔を反遠心側にして直線流路部分がCCDカメラで観察できるように可視下遠心装置APに取り付ける。このとき、流路内はテスト溶液(0.1Mマンニトール水溶液)で満たされている。溶液導入孔からポリスチレン溶液を導入し、可視下遠心装置APを駆動すると、遠心力によってポリスチレンビーズが直線流路を介して遠心側の溶液槽へ移動する。可視下遠心装置APでは、ポリスチレンビーズが直線流路内を移動する速度を任意の回転数(遠心力)で測定できるため、ポリスチレンビーズの移動速度vを正確に測定することができる。 The solution introduction hole is set on the anti-centrifugation side and attached to the visible centrifuge AP so that the linear flow path portion can be observed with a CCD camera. At this time, the flow path is filled with a test solution (0.1 M mannitol aqueous solution). When the polystyrene solution is introduced from the solution introduction hole and the centrifuge under visible light AP is driven, the polystyrene beads are moved to the centrifugal solution tank through the linear flow path by the centrifugal force. The visible centrifuge AP can measure the moving speed v of the polystyrene beads accurately because the moving speed of the polystyrene beads can be measured at an arbitrary number of rotations (centrifugal force).
直径10μmと直径40μmのポリスチレンビーズ(モリテックス社製 4000シリーズ)をサンプルとして、各遠心力下における移動(沈降)速度vの違いを測定した。その測定結果を図21に示す。図21から理解されるように、直径の大きいビーズの方が移動速度が大きく、各ビーズの挙動を観察しながらサイズ選別が可能なことが実証された。 Using polystyrene beads having a diameter of 10 μm and a diameter of 40 μm (Mortex Corp. 4000 series) as samples, the difference in moving (sedimentation) speed v under each centrifugal force was measured. The measurement results are shown in FIG. As can be understood from FIG. 21, it was demonstrated that beads having a larger diameter have a higher moving speed and that size selection can be performed while observing the behavior of each bead.
以上のように、本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能であり、かかる変形例も本発明の範囲内である。 As described above, the best modes and examples for carrying out the present invention have been described, but the present invention is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such modifications are also within the scope of the present invention.
1 流路基板
2 凹部
4 フィルタ
45 構造体
6 細胞破砕部
11 支持体
12 感光性樹脂層
21 溶液槽
23 流路
31 ペルチェ素子
33 水冷器
45 構造体
51 駆動用電極
61 細胞捕捉部
62 破砕用電極
1’ 流路基板
M マイクロポンプ
C 細胞
C1 内包物
C2 細胞膜
AP 可視下遠心装置
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記流路の途中に、前記流路中で移動する細胞の内包物、ごみを、その分子サイズに応じて分離するフィルタを備えることを特徴とする流路基板。 In the flow path substrate that is formed so that the flow path extends along the surface and moves the cells in the solution introduced into the flow path in the flow path,
A flow path substrate comprising a filter in the middle of the flow path for separating inclusions and dust of cells moving in the flow path according to their molecular size.
前記フィルタは、前記細胞破砕部による細胞の破砕後に流路を移動する溶液中の内包物を、そのサイズに応じて分離することを特徴とする請求項1に記載の流路基板。 A cell crushing unit for crushing cells contained in the solution on the upstream side of the filter,
The flow path substrate according to claim 1, wherein the filter separates inclusions in a solution that moves in the flow path after the cells are crushed by the cell crushing unit according to the size.
前記細胞を流路中で移動させる駆動手段を備えることを特徴とする反応装置。 A reaction apparatus comprising the flow path substrate according to any one of claims 1 to 13,
A reaction apparatus comprising drive means for moving the cells in the flow path.
前記マイクロポンプにより前記細胞を流路中で移動させることを特徴とする反応装置。 A reaction apparatus comprising the flow path substrate according to claim 14 or 15,
A reaction apparatus, wherein the cells are moved in a flow path by the micropump.
前記細胞破砕装置は、
前記流路基板に設けられ、前記フィルタの上流側で前記細胞を捕捉する細胞捕捉部と、
前記細胞捕捉部で捕捉された細胞に、当該細胞を破砕可能な電圧を印加する破砕電圧印加手段と、を備えて構成されることを特徴とする請求項16または17に記載の反応装置。 A cell crushing device for crushing cells contained in the solution on the upstream side of the filter,
The cell disruption apparatus comprises:
A cell capturing portion provided on the flow path substrate and capturing the cells on the upstream side of the filter;
The reaction apparatus according to claim 16 or 17, further comprising: a crushing voltage applying unit configured to apply a voltage capable of crushing the cell to the cell captured by the cell capturing unit.
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