JP2019170363A - 標的分子の反応装置及び反応方法 - Google Patents
標的分子の反応装置及び反応方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019170363A JP2019170363A JP2018206326A JP2018206326A JP2019170363A JP 2019170363 A JP2019170363 A JP 2019170363A JP 2018206326 A JP2018206326 A JP 2018206326A JP 2018206326 A JP2018206326 A JP 2018206326A JP 2019170363 A JP2019170363 A JP 2019170363A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction
- liquid
- droplet
- target molecule
- immiscible
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
2以上の、反応液を保持する反応液保持部と、
前記反応液とは混和しない非混和性液体を保持する液体保持部と、
各反応液保持部で保持された反応液同士を層流状態で合流させた後、前記液体保持部で保持された前記非混和性液体と接触させて液滴を形成させるための流路と、
前記液滴を保持する液滴保持部と、
反応液合流地点と非混和性液体との接触地点の間又は流路出口と前記液滴保持部の間に設けられた撹拌部と、
前記液滴保持部に設けられた排出口と、
を有するマイクロ流路チップと、
前記マイクロ流路チップと近接する温調装置と、
を備えた、反応装置である。
標的分子の反応方法であって、
前記標的分子の反応に必要な成分をそれぞれ含み、単独では反応が起こらない2以上の反応液を反応開始温度に温調し、
温調された各反応液を反応が起こらないように混じった状態にした後、前記反応液と混和しない非混和性液体と接触させ、
前記混じった反応液を前記非混和性液体と接触させる直前又は後に撹拌を行うことを特徴とする前記反応方法である。
フォトリソグラフィー及びソフトリソグラフィー技術を用いて、図1から3に示す反応装置1を構成するマイクロ流路チップ100を作製した。具体的な手順を以下に示す。
(1)4インチベアシリコンウェハ(フィルテック社)上へ、フォトレジストSU−8 3050(Microchem社)を滴下後、スピンコーター(MIKASA社)を用いてフォトレジスト薄膜を形成した。
(2)マスクアライナー(ウシオ電機社)とマイクロ流路チップ100の流路パターンを形成したクロムマスクとを用いて、前記流路パターンをフォトレジスト膜へ形成させた後、SU−8 Developer(Microchem社)を用いて流路パターンを現像することで、マイクロ流路チップ100を構成する流路の鋳型を作製した(流路の高さ80μm)。
(3)SU−8への吸着を抑えるために、Trichloro(1H,1H,2H,2H−perfluoro−octyl)silane(Thermo Fisher Scientific社)による蒸着表面処理を行なった。
(4)(3)の処理を行なった鋳型へ、SYLGARD SILICONE ELASTOMER KIT(東レ・ダウコーニング社)を用いて調製した未硬化のシロキサンモノマーと重合開始剤との混合物(重量比10:1)を流し込み、80℃で2時間加熱することで、流路の形状が転写されたポリマー(PDMS)基板101を作製した。
(5)ポリマー基板101を鋳型から慎重に剥がし、カッターで成形後、パンチャーを用いて反応液10及び非混和性液体20の導入口、並びに排出口80を形成した。
(6)導入口及び吸引口を形成したポリマー基板101並びにカバーガラス102(松浪硝子社)を酸素プラズマ発生装置(メイワフォーシス社)で表面処理後、PDMS基板101パターン面とカバーガラス102とを貼り合わせた。
(7)2% Trichloro(1H,1H,2H,2H−perfluoro−octyl)silane(Thermo Fisher Scientific社)含有エタノールを流路に導入し、30分間放置することで、流路壁面の表面を修飾後、エタノールを用いて流路内を洗浄し、風乾することでマイクロ流路チップ100を作製した。作製したチップは真空デシケーター内に保存した。
実施例1で作製したマイクロ流路チップ100を用いて、反応液合流及び液滴生成の様子、並びに液滴内撹拌の様子を観測した。
(1)反応液保持部10aに導入する反応液として、下記組成の水溶液を調製した。また、反応液保持部10bに導入する反応液にはフルオレセインを入れなかった以外は同様の組成の水溶液を調製した。
66mM Tris−HCl緩衝液(pH8.36)
2.5% グリセロール
各0.33mM dATP、dCTP、dGTP、dTTP
各2.0mM ATP、CTP、GTP、TTP
3.3mM ITP
96.6mM トレハロース
0.01%(w/v) フルオレセイン
(2)温調手段200であるガラスヒーター(ブラスト社)を倒立型顕微鏡IX71(オリンパス社)に設置して46℃で加熱後、実施例1で作製したマイクロ流路チップ100を前記ガラスヒーターにセットした。
(3)金属針(武蔵エンジニアリング社)とPTFEチューブ(ニチアス社)を接続し、Droplet Generatorオイル for EvaGreen(Biorad社、以下、単にオイルとも表記する)を充填したシリンジ(容量1mL、テルモ社)をシリンジポンプ(KDScientific社)にセットし、前記PTFEチューブの先端をマイクロ流路チップ100に設けた排出口80に接続して、排出口80から前記シリンジポンプでオイルを導入することでマイクロ流路チップ100内にオイルを充填させた。さらに液体保持部20の導入口にオイルを100μL滴下した。
(4)反応液保持部10a/10b内のオイルを取り除いてから、反応液保持部10aには(1)で作製したフルオレセインを含まない水溶液を、反応液保持部10bには(1)で作製したフルオレセインを含む水溶液を、それぞれ30μL滴下した。
(5)シリンジポンプを用いて1000μL/時間の流速で排出口80からオイルを吸引した。吸引開始後1から2分で反応合流部30付近は層流となり、液滴形成部40でフルオレセインを含まない水溶液とフルオレセインを含む水溶液とが概ね1:1の液滴生成が開始した。
実施例1で作製したマイクロ流路デバイス100を、C型肝炎ウイルス(HCV)RNAの等温核酸増幅に適用した。
(1)HCV遺伝子が挿入されたプラスミドから、in vitro転写によりHCV標準RNA(配列番号1)を調製した。当該標準RNAを注射用水を用いて107コピー/2μLとなるように希釈し、これをRNA試料とした。
(2)以下の組成を含む水溶液を調製し、これを標準RNAを含む反応液とした。
132mM Tris−HCl緩衝液(pH8.36)
5.0%(v/v) グリセロール
各0.66mM dATP、dCTP、dGTP、dTTP
各4.0mM ATP、CTP、GTP、TTP
6.6mM ITP
193.2mM トレハロース
50nM INAFプローブ(配列番号2)
2.0μM 第一のプライマー(配列番号3)
2.0μM 第二のプライマー(配列番号4)
8.5U AMV逆転写酵素
94U T7 RNAポリメラーゼ
標準RNA
なおINAFプローブ(配列番号2)は、標準RNAの相同鎖の部分配列(具体的には配列番号1の107番目から123番目まで)からなり、ただし、当該配列の10番目のCと11番目のGとの間にリンカーを介してインターカレーター性蛍光色素であるオキサゾールイエローを結合させ、3‘末端がビオチン修飾されたオリゴヌクレオチドプローブである。また第一のプライマー(配列番号3)は、標準RNAの相補鎖の部分配列(具体的には配列番号1の125番目から145番目まで:配列番号5)及び当該配列の5’末端側にT7プロモーター配列(配列番号6)を付加したオリゴヌクレオチドである。また第二のプライマー(配列番号4)は、標準RNAの相同鎖の部分配列(具体的には、配列番号1の1番目から16番目まで)からなるオリゴヌクレオチドである。また標準RNAは、反応液と開始液を合わせた計20μLあたり、2000、5000、10000、20000、40000又は80000コピー存在するように反応液を調製した。
(3)以下の組成を含む水溶液を調製し、これを開始液とした。
36.8mM 塩化マグネシウム
180.0mM 塩化カリウム
0.2%(w/v) Tween 20
18.0%(v/v) DMSO
5.0%(v/v) グリセロール
50nM INAFプローブ(配列番号2)
(4)実施例1で作製したマイクロ流路チップ100をサーマルサイクラー(Mastercycler nexus flat eco、Eppendorf社)の上に固定して、46℃に加熱した。
(5)実施例2(3)と同様な方法でマイクロ流路チップ100内にオイルを充填後、液体保持部20にオイルを100μL滴下した。
(6)反応液保持部10a/10b内のオイルを取り除いてから、反応液保持部10aには(2)で作製した反応液を、反応液保持部10bには(3)で作製した開始液を、それぞれ液温46℃の条件下で30μL滴下した。
(7)実施例2(5)と同様な方法で排出口80からオイルを吸引した。吸引開始後1から2分で反応合流部30付近は層流となり、液滴形成部40で反応液と開始液とが概ね1:1の液滴生成が開始された。
(8)吸引開始後3から5分後に当該吸引を停止し、そのまま46℃で20分間放置することで、液滴内等温増幅反応を完了させた。
(9)(8)の反応終了後のマイクロ流路チップ100を倒立型顕微鏡IX71(オリンパス社)に載置し、デジタルCMOSカメラ(ORCA−FLASH、浜松フォトニクス社)を用いて、液滴保持部70に保持された液滴の明視野画像及び蛍光画像を取得した。
(10)画像解析ソフト(ImageJ)を利用して、前記明視野画像及び蛍光画像から、液滴の平均直径及び陽性液滴(陰性液滴の平均蛍光強度に対し、蛍光強度比2.5倍以上の液滴)の個数割合を測定した。液滴の平均直径は、明視野画像からランダムに抽出した100個の液滴の直径の平均値とした。陽性液滴の個数割合は、まず液滴が400から700個含まれる画像をランダムに選定し、これら画像中の全液滴数と陽性液滴数を測定後、当該測定結果を足し合わせることで、計3000から6000個の液滴に対する陽性液滴の個数割合を測定した。
(11)(10)で得られた液滴の平均直径(D[μm])から下記(式1)を用いて、液滴の平均直径(V[nL])を算出し、(10)で得られた陽性液滴の個数割合(PPositive)からポアソン分布による近似(式2)を用いて標準RNA濃度(C[コピー/μL)を算出した。
V=(4/3)×π×(D/2)3×10−6 (式1)
C=−ln(1−PPositive)×(103/V)×20 (式2)
較結果を図7に、それぞれ示す。図7より、本発明の装置を用いて標準RNAを検出することで、定量性の高い測定ができることがわかる。
(1)反応液保持部10a/10b並びに液体保持部20への導入口としてφ1.5mmの穴とし、排出口80としてφ4mmの穴とした他は、実施例1と同様な方法でマイクロ流路チップ100を作製した。
(2)排出口80からオイルを滴下することで毛細管現象によってマイクロ流路チップ100内にオイルを充填した。
(3)金属針(武蔵エンジニアリング社)とPTFEチューブ(ニチアス社)を接続し、実施例3(2)で調製した反応液、Isopropyl Palmitate(シグマアルドリッチ社)の順に充填したシリンジ(容量1mL、テルモ社)をシリンジポンプ(KDScientific社)にセットし、前記PTFEチューブの先端をマイクロ流路チップ100に設けた反応液保持部10aに接続した。同様に、実施例3(3)で調製した開始液、Isopropyl Palmitate(シグマアルドリッチ社)の順に充填したシリンジ(容量1mL、テルモ社)をシリンジポンプ(KDScientific社)にセットし、PTFEチューブの先端をマイクロ流路チップ100に設けた反応液保持部10aに接続した。
(4)金属針(武蔵エンジニアリング社)とPTFEチューブ(ニチアス社)を接続し、オイル充填したシリンジ(容量1mL、テルモ社)をシリンジポンプ(KDScientific社)にセットし、前記PTFEチューブの先端をマイクロ流路チップ100に設けた液体保持部20に接続した。
(5)反応液及び開始液を充填したシリンジポンプは50μL/時間で、オイルを充填したシリンジポンプは400μL/時間で、それぞれ加圧することでマイクロ流路チップ100内に導入した。
(6)実施例3(8)から(11)と同様な方法で、標準RNAの増幅及び検出を行なった。
100:マイクロ流路チップ
101:ポリマー基板
102:カバーガラス(ガラス基板)
10:反応液保持部
11、21:流路
20:液体保持部
30:反応液合流部
40:液滴形成部
50:流路出口
60:分岐流路
70:液滴保持部
80:排出口
200:温調ブロック
300:ポンプ
Claims (8)
- 2以上の、反応液を保持する反応液保持部と、
前記反応液とは混和しない非混和性液体を保持する液体保持部と、
各反応液保持部で保持された反応液同士を層流状態で合流させた後、前記液体保持部で保持された前記非混和性液体と接触させて液滴を形成させるための流路と、
前記液滴を保持する液滴保持部と、
反応液合流地点と非混和性液体接触地点との間又は流路出口と前記液滴保持部の間に設けられた撹拌部と、
前記液滴保持部に設けられた排出口と、
を有するマイクロ流路チップと、
前記マイクロ流路チップと近接する温調装置と、
を備えた、反応装置。 - 前記排出口に流体を吸引する手段をさらに備えた請求項1に記載の反応装置。
- 前記撹拌部が前記流路の出口と前記液滴保持部との間に設けられた、流量が均一になるような分岐を複数有する分岐流路であることを特徴とする請求項1又は2に記載の反応装置。
- 前記温調装置が、前記マイクロ流路チップを、液滴中で行われる反応に適した温度に維持可能な装置であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の反応装置。
- 請求項1から4のいずれかに記載の反応装置に、検出部をさらに備えた検出装置。
- 標的分子の反応方法であって、
前記標的分子の反応に必要な成分をそれぞれ含み、単独では反応が起こらない2以上の反応液を反応開始温度に温調し、
温調された各反応液を反応が起こらないように混じった状態にした後、前記反応液と混和しない非混和性液体と接触させ、
前記混じった状態の反応液を前記非混和性液体と接触させる直前又は後に撹拌を行うことを特徴とする前記反応方法。 - 前記標的分子が核酸であり、前記反応液が前記核酸の一定温度での増幅に必要な成分の一部をそれぞれ含んだ溶液であることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 請求項6又は7に記載の方法で得られた反応生成物の検出を行うことを特徴とするデジタル計測方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018063424 | 2018-03-29 | ||
JP2018063424 | 2018-03-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019170363A true JP2019170363A (ja) | 2019-10-10 |
Family
ID=68169407
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018206326A Pending JP2019170363A (ja) | 2018-03-29 | 2018-11-01 | 標的分子の反応装置及び反応方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019170363A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111607504A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-09-01 | 青岛福辉医疗器械有限公司 | 一种微生物检测系统 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015533079A (ja) * | 2012-08-13 | 2015-11-19 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 生物学的成分を検出するための方法およびシステム |
WO2016193758A1 (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-08 | Sphere Fluidics Limited | Systems and methods |
JP2018007640A (ja) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 株式会社エンプラス | 流体取扱装置 |
JP2018505403A (ja) * | 2015-02-13 | 2018-02-22 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションInternational Business Machines Corporation | スペーサによって分離された液体体積の配列を処理するためのマイクロ流体プローブ・ヘッド |
-
2018
- 2018-11-01 JP JP2018206326A patent/JP2019170363A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015533079A (ja) * | 2012-08-13 | 2015-11-19 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 生物学的成分を検出するための方法およびシステム |
JP2018505403A (ja) * | 2015-02-13 | 2018-02-22 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションInternational Business Machines Corporation | スペーサによって分離された液体体積の配列を処理するためのマイクロ流体プローブ・ヘッド |
WO2016193758A1 (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-08 | Sphere Fluidics Limited | Systems and methods |
JP2018007640A (ja) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 株式会社エンプラス | 流体取扱装置 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111607504A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-09-01 | 青岛福辉医疗器械有限公司 | 一种微生物检测系统 |
CN111607504B (zh) * | 2020-05-14 | 2021-07-16 | 湖南中瑞互信医疗科技有限公司 | 一种微生物检测系统 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200360876A1 (en) | Microfluidic devices | |
US10927407B2 (en) | Systems and methods for handling microfluidic droplets | |
JP6829202B2 (ja) | 多重エマルジョン核酸増幅 | |
US20200171501A1 (en) | Biological Process Systems and Methods Using Microfluidic Apparatus Having an Optimized Electrowetting Surface | |
KR102214419B1 (ko) | 벌집형 반응튜브 | |
JP6155418B2 (ja) | 多重エマルジョンの合体による、流体を混合するためのシステム | |
AU2013350823B2 (en) | Handling liquid samples | |
US20140272996A1 (en) | Droplet generator with collection tube | |
EP2981349A2 (en) | Systems and methods for handling microfluidic droplets | |
JP2006223309A (ja) | 化学的な増幅反応のためのマクロ多孔質支持体及びその利用 | |
US20150259754A1 (en) | Droplet-based microfluidic device having a plurality of reaction sites | |
Si et al. | A multi-volume microfluidic device with no reagent loss for low-cost digital PCR application | |
JP2021509024A (ja) | 多数の液滴の捕捉 | |
He et al. | Rapid in situ photoimmobilization of a planar droplet array for digital PCR | |
Podbiel et al. | Fusing MEMS technology with lab-on-chip: nanoliter-scale silicon microcavity arrays for digital DNA quantification and multiplex testing | |
Salva et al. | Complex Nucleic Acid Hybridization Reactions inside Capillary‐Driven Microfluidic Chips | |
JP2019170363A (ja) | 標的分子の反応装置及び反応方法 | |
Hosokawa | Biomarker analysis on a power-free microfluidic chip driven by degassed poly (dimethylsiloxane) | |
Zhu et al. | Au nanoparticles enhanced fluorescence detection of DNA hybridization in picoliter microfluidic droplets | |
JP2022175983A (ja) | マイクロ流路チップにおいてエマルジョンを生成及び保持する方法 | |
JP2022175984A (ja) | マイクロ流路チップ及びその使用 | |
JP2022176114A (ja) | マイクロ流路チップにおいてエマルジョンを生成及び保持する方法 | |
JP2022175986A (ja) | マイクロ流路チップにおいてエマルジョンを生成する方法 | |
JP2024038734A (ja) | マイクロ流路チップ | |
JP2024038752A (ja) | マイクロ流路チップ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211013 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220824 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220830 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221005 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20230124 |