JP2011506998A - マイクロ流体デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
a)複数のウェルを有するベース(基部)と、
b)このベース上を覆って、これらのウェル上にヘッドスペースを規定し、これらのウェルがこのヘッドスペース内に向けて開口するためのカバーと、
c)上記ヘッドスペース内に上記液体を供給して、この液体をこれらのウェル内に分配するための、少なくとも1つの入口と、
d)上記ヘッドスペースと流体連通して上記ヘッドスペースから過剰な液体を除去するための、及び/または、上記ヘッドスペースと流体連通して上記ヘッドスペースに減圧を加えるための、少なくとも1つの出口と
を備えている。
a)上述したデバイスと、
b)分配される液体を含む容器であって、この容器から上記ヘッドスペースへの液体の流れを制御するためのバルブ手段を介して上記少なくとも1つの入口に接続された容器と、
c)上記少なくとも1つの出口に減圧を加える手段と
を備えている。
a)上記少なくとも1つの出口に減圧を加えて、上記デバイスの上記ヘッドスペース及びウェル内の圧力を、上記容器の出口における液体の圧力以下にするステップと、
b)上記バルブ手段を開放し、これにより、上記容器内の上記液体がこの容器を出て、上記デバイスの上記ヘッドスペース及び上記ウェルに入るステップと、
c)上記デバイスの上記ヘッドスペース及び上記ウェル内の圧力を低減する手段を、上記デバイスの上記ヘッドスペース及び上記ウェルとの流体連通から分離するステップと
を含む。
(例1)
PCRデバイスの構成
5×5cmある最大面を有し、各々の寸法が0.5×0.5×0.5mmの100個のウェルを有するデバイスの例は、次のように用意される。PDMSシルガード(Sylgard)(登録商標)シリコーンエラストマ184と、シルガード(登録商標)硬化剤184(米国ミシガン州ミッドランドにあるDow Coming社製)とを10対1の割合で混合することによって、液状プレポリマー(2mL)を調合し、150rpmの磁性攪拌器(マグネチックスターラー)によりビーカー内で1時間攪拌して均質にする。PDMSプレポリマーをウェル及び流路の逆形状を有する金属ダイ(マイクロ放電加工したステンレス鋼)の表面に塗布し、この液状プレポリマーを真空下で20分脱ガス(脱気)する。その後に、平坦な表面を有する他の金属ブロックを、このPDMSプレポリマー上に配置し、このアセンブリ全体を80℃にして2時間加熱する。ナノウェル及びマイクロ流路を有するPDMSの複製層をモールド(型)から慎重に取り外し、その後に、厚さ2μmの液状PDMSのスピンコート層を接着層として用いて、このポリマーの平面を、酸洗浄した厚さ0.1mmのホウケイ酸ガラス基板(ドイツ国ハンブルグ市にあるHerenz Medizinalbedarf社製)に接着する。このアセンブリを接着層と共に80℃にして2時間で硬化させ、このPDMS層を上記ガラス基板に永久的に接着する。
二次汚染(クロスコンタミネーション)
ウェルをほぼ満たすプロセス中には、ウェル内に事前装填された化学物質の二次汚染は無視できることが実証されている。この関係では、100個の等容積のウェルを備えたデバイス内の所定数のウェルに、青色染料を含む溶液を事前装填した。その後に、この溶液をデバイスのウェルから蒸発させた。本発明の方法による真空によって駆動して、ヘッドスペースを適切に排液する前に、ウェル及びヘッドスペースに、青色染料に適した溶液である液体を充填した。基本的に青色染料の全部が、この青色染料を事前装填された各ウェル内に残っていることが観測された。
リアルタイムPCR法
本発明のデバイス、システム及び方法を、リアルタイムPCRの分野に適用した。合計100個のウェルを備えた本発明のデバイスの22個のウェルに、プライマー対を含む溶液を事前装填し、残りの78個のウェルは空のままにした。その後に、この溶液を蒸発させ、乾燥したプライマー対を残した。フォワードプライマーとリバースプライマーのシーケンスは、5’−ATG AAT TAC CAA GTC AAT GGT TAC−3’(24mer)、及び5’−CAT AAC CAG TCG GTA CAG CTA−3’(21mer)とした。本発明による方法を用いて、デバイスのウェルに、固定濃度のDNAテンプレート(鋳型)を含むPCR混合物を充填した。このPCR混合物は、10mMのTris−HCl(pH8.4)、50mMのKCl、0.1%のTriton X−100、各0.2mMのdATP、dCTP、dTTP、及びdGTP、3mMのMgCl2、0.2U/μLのTaq DNAポリメラーゼ(米国マディソン市にあるPromega社製)、1.5μg/μLのBSA、2X SYBR Green I(米国メイン州にあるCambrex Biosciences社製)、及びテンプレートとしてのpGEM−3Zベクター中にクローン化した0.01ng/μLのSARS DNAのBNI−1フラグメント(残留物質)(189bp(塩基対))を含む。このPCR混合物は、上記乾燥させたプライマー対を溶解し、フォワードプライマー及びリバースプライマーの各々の0.3μMの最終濃度を与えた。その後に、デバイスのヘッドスペースに液状PDMS液を充填し、デバイスのウェル間の流体連通を除去した。
Claims (33)
- 複数のウェル内に液体を分配するデバイスにおいて、
a)前記複数のウェルを有するベースと、
b)前記ベースを覆って前記ウェル上にヘッドスペースを規定し、前記ウェルが前記ヘッドスペース内に向けて開口するためのカバーと、
c)前記ヘッドスペース内に前記液体を供給して、前記ウェル内に前記液体を分配するための少なくとも1つの入口と、
d)前記ヘッドスペースと流体連通して前記ヘッドスペースから過剰な液体を除去するための、及び/または、前記ヘッドスペースと連通して前記ヘッドスペースに減圧を加えるための、少なくとも1つの出口と
を備えていることを特徴とする液体分配デバイス。 - 前記出口の各々に減圧を加えることが、前記ヘッドスペースから過剰な液体を引き出すように作用するように、前記デバイスが構成されていることを特徴とする請求項1に記載のデバイス。
- 前記ベースが複数の要素で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のデバイス。
- 前記ベースが、ポリマー材料及び実質的な剛体材料で構成されていることを特徴とする請求項3に記載のデバイス。
- 前記ポリマー材料がポリジメチルシロキサンであることを特徴とする請求項4に記載のデバイス。
- 前記実質的な剛体材料がガラスであることを特徴とする請求項4に記載のデバイス。
- 前記カバーが実質的な剛体材料で構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のデバイス。
- 前記カバーがガラス板を含むことを特徴とする請求項7に記載のデバイス。
- 前記入口の各々が、前記ベース内に配置されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のデバイス。
- 前記入口の各々が、前記カバー内に配置されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のデバイス。
- 前記出口の各々が、前記ベース内に配置されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のデバイス。
- 前記カバープレートを前記ベース上に配置する前に、前記デバイスの前記ウェルの1つ以上に、1つ以上の物質が事前装填されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載のデバイス。
- 前記物質が化学物質または生体物質であることを特徴とする請求項12に記載のデバイス。
- 前記物質が核酸プライマー対を含むことを特徴とする請求項12または13に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、光が前記ウェルに入ることを可能にするように構成されていることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスは、光が前記ウェルから出ることを可能にするように構成されていることを特徴とする請求項15に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、465nm〜495nmの範囲内の波長の光が前記ウェルに入ることを可能にするように構成され、515nm〜555nmの範囲内の波長の光が前記ウェルから出ることを可能にするように構成されていることを特徴とする請求項16に記載のデバイス。
- ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)において使用され、前記ウェルの2つ以上に異なる核酸プライマー対が事前装填され、前記分配する液体が、DNAテンプレートのような核酸を含むことを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載のデバイス。
- 複数のウェル内に液体を分配するシステムにおいて、
a)請求項1〜18のいずれかに記載のデバイスと、
b)分配される液体を含む容器であって、この容器から前記ヘッドスペースへの液体の流れを制御するためのバルブ手段を介して、前記入口の各々に接続された容器と、
c)前記出口の各々に減圧を加える手段と
を備えていることを特徴とする液体分配システム。 - さらに、封止することのできる、前記デバイス用のハウジングを備えていることを特徴とする請求項19に記載のシステム。
- 前記容器が、実質的に大気に向けて開放された入口を有することを特徴とする請求項19または20に記載のシステム。
- 前記減圧を加える手段が、ポンプを含むことを特徴とする請求項19〜21のいずれかに記載のシステム。
- さらに、前記ウェルが、前記容器に含まれる前記液体でほぼ満たされ、過剰な前記液体が前記出口の各々を通って除去された後に、前記デバイスの前記ヘッドスペース内に第2の液体を注入する手段を備えていることを特徴とする請求項19〜22のいずれかに記載のシステム。
- 前記第2の液体が、それぞれの前記ウェル内の前記液体を封止するシーラントとして作用することを特徴とする請求項23に記載のシステム。
- 前記シーラントが、液状のポリジメチルシロキサン(PDMS)またはその前駆物質であることを特徴とする請求項24に記載のシステム。
- 請求項1〜18のいずれかに記載のデバイス、または請求項19〜25のいずれかに記載のシステムを使用する方法において、前記出口の各々に減圧を加えて、前記液体を前記入口の各々から前記ヘッドスペース内に引き込んで前記ウェル内に分配するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項19〜25のいずれかに記載のシステムを使用する方法において、
a)前記出口の各々に減圧を加えて、前記デバイスの前記ヘッドスペース及び前記ウェル内の圧力を、前記容器の前記出口における前記液体の圧力以下にするステップと、
b)前記バルブ手段を開放し、これにより、前記容器内の前記液体が前記容器を出て、前記デバイスの前記ヘッドスペース及び前記ウェルに入るステップと、
c)前記デバイスの前記ヘッドスペース及び前記ウェル内の圧力を低減する手段を、前記デバイスの前記ヘッドスペース及び前記ウェルとの流体連通から分離するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - ステップb)の後に、さらに、前記圧力を低減する手段の影響下で、前記ヘッドスペースから過剰な前記液体を引き出すステップを含むことを特徴とする請求項27に記載の方法。
- ステップb)の後に、さらに、前記圧力を低減する手段の影響下で、前記容器から前記デバイスの前記ヘッドスペース内に気体が流入することを可能にするステップを含むことを特徴とする請求項27に記載の方法。
- さらに、
d)液状シーラントを含む容器を前記デバイスの入口に結合するステップと、
e)前記液状シーラントに圧力を加え、これにより、前記液状シーラントが前記容器から前記デバイスの前記ヘッドスペースに流れるステップと
を含むことを特徴とする請求項27〜29のいずれかに記載の方法。 - 上述した例及び/または図面のいずれかを参照して、実質的に以上に記載されている請求項1に記載のデバイス。
- 上述した例及び/または図面のいずれかを参照して、実質的に以上に記載されている請求項19に記載のシステム。
- 上述した例及び/または図面のいずれかを参照して、実質的に以上に記載されている請求項26または27に記載のシステム。
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