JP2012194062A

JP2012194062A - マイクロ流体チップ及びそれを用いたマイクロ流体システム

Info

Publication number: JP2012194062A
Application number: JP2011058299A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Futai; 信行二井
Original assignee: Tokyo Denki University
Current assignee: Tokyo Denki University
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-10-11

Abstract

【課題】その場でマイクロ流路の形状を変更できるマイクロ流体チップ及びそれを用いたマイクロ流体システムを提供する。
【解決手段】基板２と、基板２上に接着されずに長手方向側面で接するように一列に配置された複数の棒状体３０１…３３１、３５１…３８１からなる側壁部３１、３２とを備え、側壁部３１，３２は、棒状体３０１…３３１、３５１…３８１の幅方向側面３５，３６が互いに対向するように基板２上に離間して配置され、幅方向側面３５、３６間にマイクロ流路１０が形成され、複数の棒状体３０１…３３１、３５１…３８１の少なくとも一部を棒状体３０１…３３１、３５１…３８１の長手方向に移動させることでマイクロ流路１０の形状を変形させることができるマイクロ流体チップ１。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ流体チップ及びそれを用いたマイクロ流体システムに関する。

マイクロ流体チップによる微小流体下の細胞培養は、培地内物質の濃度勾配や流速の時間・空間的制御が容易であるため、生体医工学・生命科学のツールとして期待されている。

ところが、マイクロ流体チップを作製し、実際にマイクロ流路に培養液を循環させる際に、培養液の流れに不具合が生じる箇所が見つかった場合、マイクロ流路の形状等の微調整を行うことができなかった。そのため、マイクロチップを再度作製する必要があった（特許文献１参照）。またマイクロ流路内で細胞を増殖した場合、マイクロ流路内の培養環境を維持するため、薬液をマイクロ流路内に流すなどして細胞をまびく手法が用いられていた。そのため、マイクロ流路内の細胞の増殖に併せてマイクロ流路のレイアウト変更等ができることが求められていた。さらに、マイクロ流路内では、液体のみを流すことができ、高分子ゲル等の粘度の高い流体や、気泡を流すことは困難であった。そのため、細胞の培養条件に併せて、細胞を培養するその場でマイクロ流路の形状を変更できるマイクロ流体チップが求められていた。

特開２００８−８８９１号公報

本発明は、その場でマイクロ流路の形状を変更できるマイクロ流体チップ及びそれを用いたマイクロ流体システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、基板と、基板上に接着されずに長手方向側面で接するように一列に配置された複数の棒状体からなる第１、第２の側壁部とを備え、第１、第２の側壁部は、棒状体の幅方向側面が互いに対向するように基板上に離間して配置され、幅方向側面間にマイクロ流路が形成され、複数の棒状体の少なくとも一部を棒状体の長手方向に移動させることでマイクロ流路の形状を変形させることができるマイクロ流体チップを要旨とする。

本発明の第２の態様は、基板と、基板上に接着されずに長手方向側面で接するように一列に配置された複数の棒状体からなる第１の側壁部とを備え、基板には、基板に垂直に壁部が形成されており、第１の側壁部は、棒状体の幅方向側面が壁部に対向するように基板上に配置され、壁部と棒状体の幅方向側面間にマイクロ流路が形成され、複数の棒状体の少なくとも一部を棒状体の長手方向に移動させることでマイクロ流路の形状を変形させることができるマイクロ流体チップを要旨とする。

本発明の第３の態様は、マイクロ流体チップと、棒状体を移動させる駆動手段とを有するマイクロ流体システムを要旨とする。

本発明によれば、その場でマイクロ流路の形状を変更できるマイクロ流体チップ及びそれを用いたマイクロ流体システムが提供される。

実施形態にかかるマイクロ流体チップの斜視図である。実施形態にかかるマイクロ流体チップの組み立て図である。実施形態にかかるマイクロ流体チップを上面図である。実施形態にかかるマイクロ流体チップの断面図である。実施形態の変形例にかかるマイクロ流体チップの断面図である。側壁駆動用ディバイスの概略図である。実施形態の変形例にかかるマイクロ流体チップの斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は実施形態にかかるマイクロ流体チップのマイクロ流路に気泡を流したときの図である。（ａ）〜（ｄ）は実施形態にかかるマイクロ流体チップのマイクロ流路に高分子ゲルを流したときの図である。実施形態にかかるマイクロ流体チップ内における細胞の増殖に応じてマイクロ流路を変形したときの図である。実施形態にかかるマイクロ流体チップ内における細胞の増殖に応じてマイクロ流路を変形したときの図である。実施形態にかかるマイクロ流体チップ内における細胞の増殖に応じてマイクロ流路を変形したときの図である。実施形態にかかるマイクロ流体チップ内における細胞の増殖に応じてマイクロ流路を変形したときの図である。（ａ）（ｂ）は実施形態にかかるマイクロ流体チップ内における細胞の増殖に応じてマイクロ流路を変形したときの図である。

以下に、実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。尚、図中同一の機能又は類似の機能を有するものについては、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。

［マイクロ流体チップ］
図１に示すように、マイクロ流体チップ１は、基板２と、基板２上に接着されずに長手方向側面で接するように一列に配置された複数の棒状体３０１…３３１、３５１…３８１からなる側壁部３１、３２とを備える。図２に示すように側壁部３１，３２は、棒状体３０１…３３１、３５１…３８１の幅方向側面３５，３６が互いに対向するように基板２上に離間して配置されている。図３に示すように幅方向側面３５、３６間にマイクロ流路１０が形成されている。複数の棒状体３０１…３３１、３５１…３８１の少なくとも一部を棒状体３０１…３３１、３５１…３８１の長手方向に移動させることでマイクロ流路１０の形状を変形させることができる。

マイクロ流体チップ１は、側壁部３１，３２のそれぞれの一部と接しつつ、マイクロ流路１０上に配置されるカバー体５をさらに有してもよい。カバー体５を配置することで、棒状体３０１…３３１、３５１…３８１を長手方向に押し込んだ際に跳ね上がることを防止することができるからである。またカバー体５を配置することで、マイクロ流路１０内の乾燥を防ぐことができるからである。

棒状体３０１…３３１、３５１…３８１の断面形状は特に制限されないが、図４に示すように長方形とすることができる。材質は細胞培養に悪影響を与えないものであれば特に制限されず、種々の材料を用いることができる。例えば、真鋳、銅等の金属や、アクリル樹脂等の樹脂組成物を用いることができる。寸法はマイクロ流路１０が形成されるものであれば特に制限はないが、直径０．１〜０．５ｍｍ程度、長さ５〜１０ｍｍ程度である。棒状体３０１…３３１、３５１…３８１としては、例えば金属メッキされた一辺が約０．３ｍｍ、長さ約７ｍｍの正四角柱形状の金属製ピンを用いることができる。

棒状体３０１…３３１、３５１…３８１間の距離は、流体の液漏れがなく駆動手段を用いて棒状体３０１…３３１を移動可能な程度であれば特に制限されない。

図４に示すように複数の棒状体３０１…３０７の長手方向側面間の隙間に封止剤８を配置してもよい。流体の漏れを防止することができるからである。また棒状体３０１…３０７を動かす際の潤滑剤としても機能するからである。封止剤８としては隙間を埋めることができ細胞培養に悪影響を与えないものであれば特に制限なく種々のものを用いることができる。封止剤８としては、例えばグリースを用いることができる。

図５に示すように、断面が円形状の棒状体３０１ａ…３０７ａを用いてもよい。断面を円形状とすることで、基板２と棒状体３０１ａ…３０７ａの接触面積が狭くなることで、基板２と棒状体３０１ａ…３０７ａの摩擦抵抗が減り棒状体３０１ａ…３０７ａを動かしやすくなる。この場合、液漏れを防止するため、棒状体３０１ａ…３０７ａ間に封止剤８を配置することが好ましい。

複数の棒状体３０１…３３１、３５１…３８１の少なくとも一部を長手方向（図３Ｘ軸方向）に移動させることで、マイクロ流路１０の形状を変形させることができる。棒状体３０１…３３１、３５１…３８１を動かす駆動手段としては、棒状体３０１…３３１、３５１…３８１の位置を制御できるものであれば特に制限はなく種々のものを用いることができる。駆動手段としては、例えば図６に示すような側壁駆動用ディバイス６０（ＸＹ-２Ｚ軸駆動システム）を用いることができる。図６の側壁駆動用ディバイス６０は、マイクロ流体チップ１が配置されるステージ６１と、マイクロ流体チップ１をステージ６１上に固定する固定手段６３，６４と、ステージの上方にマイクロ流体チップ１に対向して配置されるプローブ６５と、プローブ６５に接続されプローブ６５のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の位置を制御する駆動部（図示せず）とを備える。駆動部を作動させ、プローブ６５のＸ，Ｙ軸位置を調整して棒状体３０１…３３１、３５１…３８１のいずれか１つの上方に移動させ、その後Ｚ方向にプローブ６５を動かし、プローブ６５の先端を棒状体に当接させる。その後、棒状体の長手方向（図３Ｘ軸方向）に動かす。この作業を繰り返して側壁部３１，３２の形状を変形することで、マイクロ流路１０の形状を変形させることができる。

図１のマイクロ流体チップ１では、側壁部３１，３２の端部３５，３６を互いに対向させることによりマイクロ流路１０を形成した。その他にも、図７に示すように実施形態の変形例として、基板２に垂直に壁部２１を形成し、その壁部２１に側壁部３１の端部３５を対向して配置し、壁部２１と側壁部３１の間にマイクロ流路１０を形成してもよい。即ち、基板２と、基板２上に接着されずに長手方向側面で接するように一列に配置された複数の棒状体３０１…３３１からなる側壁部３１とを備え、基板２には基板２に垂直に壁部２１が形成されたマイクロ流体チップ１Ａが提供される。側壁部３１は、棒状体３０１…３３１の幅方向側面が壁部２１に対向するように基板２上に配置され、壁部２１と棒状体３０１…３３１の幅方向側面間にマイクロ流路１０が形成されている。複数の棒状体３０１…３３１の少なくとも一部を棒状体３０１…３３１の長手方向に移動させることでマイクロ流路１０の形状を変形させることができる。なお、側壁部３１の一部と接しつつ、マイクロ流路上に配置されるカバー体５をさらに有してもよい。

マイクロ流体チップ１、１Ａの作用効果を示すべく以下に実施例を挙げて説明する。

［実施例１］
図８（ａ）〜（ｄ）は、マイクロ流体チップ１Ａを用いて気泡を搬送した際の図である。マイクロ流体チップ１Ａを図６の側壁駆動用ディバイス６０のステージ６１上に配置し、固定手段６３，６４で固定した。その後、図８（ａ）に示すようにマイクロ流路１０中に気泡５１を注入した。そして図８（ｂ）に示すように棒状体３０１、３０２を壁部２１に向かって移動させた。具体的には、プローブ６５の先端を棒状体３０２に当接した後、駆動手段を作動させて、棒状体３０２を壁部２１に向かって移動させた。同様にして、図８（ｃ）に示すように棒状体３０４、３０５を壁部２１に向かって移動させた。そして図８（ｄ）に示すように気泡５１を下流側（図面の左）に押し出した。これにより、気泡を搬送できることが示された。

［実施例２］
図９（ａ）〜（ｄ）は、マイクロ流体チップ１を用いて高分子ゲル５３を搬送した際の図である。まずマイクロ流体チップ１を図６の側壁駆動用ディバイス６０のステージ６１上に配置し、固定手段６３，６４で固定した。そして、図９（ａ）に示すように、高分子ゲル５３をマイクロ流体チップ１のマイクロ流路１０に導入した。側壁駆動用ディバイス６０により、図９（ｂ）に示すように、図面下方から上方に向かって、棒状体３５１，３５２，３５３を順々に長手方向に移動しマイクロ流路１０を拡げた。それと併せて、図９（ｃ）に示すように、高分子ゲル５３を図面上方に押し出すように、棒状体３０１、３０２…の順に長手方向に移動させマイクロ流路１０を閉鎖していった。そして高分子ゲル５３を、図９（ｄ）に示すように図面上方に押し出した。これにより、高分子ゲル５３を搬送できることが示された。

［実施例３］
図１０〜図１４は、細胞の増殖に併せて、マイクロ流路の形状を変形できることを示す図である。マイクロ流体チップ１のマイクロ流路１０を培養液の循環経路（図示せず）に接続した。その後図１の棒状体３１１…３２３を図面に向かって長手方向右側に移動させ、棒状体３６１…３７３を図面に向かって長手方向左側に移動させた。そして図１０に示すような、マイクロ流路１０内に細胞増殖領域１０１を形成した。その後流体駆動装置（図示せず）を作動させることで、マイクロ流路１０を介して、細胞増殖領域１０１内に培養液を供給しまた培養液を排出させた。そして、循環経路内に培養液を循環させた。その後細胞増殖領域１０１内に細胞１２を導入し細胞１２を増殖させた。次に、細胞１２が増殖して細胞増殖領域１０１内のスペースが過密になったところで、図１１に示すように、棒状体３０８，３０９，３１０を図面に向かって長手方向右側、棒状体３５８，３５９，３６０を図面に向かって長手方向左側に移動させて、細胞増殖領域１０１の面積を拡げた。そして、細胞１２が細胞増殖領域１０１内で適当に分散したところで、図１２に示すように細胞増殖領域１０１中段の棒状体３６２，３６３、３６４を図面に向かって長手方向右側に移動させた。さらに、棒状体３１１，３１２、３１３を図面に向かって長手方向左側に移動させ、図１３に示すように、細胞増殖領域１０１、１０２に２分割した。このように、マイクロ流体チップ１によれば簡易に細胞をまびくことができた。

細胞増殖領域１０１を２分割する他にも、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、棒状体３１０…３２４を図面に向かって長手方向右側、棒状体３６０…３７４を図面に向かって長手方向左側に開放していくことにより、細胞増殖領域１０１の面積を拡大させてもよい。

上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、マイクロ流体チップ１の応用例として、マイクロ流体チップ１と、さらに棒状体３０１…３３１、３５１…３８１を動かす駆動手段とを有するマイクロ流体システムが提供される。また培養流路の一部にマイクロ流体チップ１を供える、細胞培養システムが提供される。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１、１Ａ…マイクロ流体チップ
２…基板、
３１，３２…側壁部、
５…カバー体
８…封止剤
１０…マイクロ流路、
３０１〜３３１、３５１〜３８１…棒状体
６０…側壁駆動用ディバイス

Claims

基板と、
前記基板上に接着されずに長手方向側面で接するように一列に配置された複数の棒状体からなる第１、第２の側壁部とを備え、
前記第１、第２の側壁部は、前記棒状体の幅方向側面が互いに対向するように前記基板上に離間して配置され、前記幅方向側面間にマイクロ流路が形成され、
前記複数の棒状体の少なくとも一部を前記棒状体の長手方向に移動させることで前記マイクロ流路の形状を変形させることができることを特徴とするマイクロ流体チップ。
基板と、
前記基板上に接着されずに長手方向側面で接するように一列に配置された複数の棒状体からなる第１の側壁部とを備え、
前記基板には、前記基板に垂直に壁部が形成されており、
前記第１の側壁部は、前記棒状体の幅方向側面が前記壁部に対向するように前記基板上に配置され、前記壁部と前記棒状体の前記幅方向側面間にマイクロ流路が形成され、
前記複数の棒状体の少なくとも一部を前記棒状体の長手方向に移動させることで前記マイクロ流路の形状を変形させることができることを特徴とするマイクロ流体チップ。
前記第１、第２の側壁部のそれぞれの一部と接しつつ、前記マイクロ流路上に配置されるカバー体をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
前記第１の側壁部の一部と接しつつ、前記マイクロ流路上に配置されるカバー体をさらに有することを特徴とする請求項２に記載のマイクロ流体チップ。
前記複数の棒状体の長手方向側面間の隙間に封止剤が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の前記マイクロ流体チップと、
前記棒状体を移動させる駆動手段とを有することを特徴とするマイクロ流体システム。