JP2024038752A - microchannel chip - Google Patents

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篤紀 服部
智大 秀野
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Abstract

【課題】改善された液滴生成、特には改善された液滴生成及び液滴保持を行うことができるマイクロ流路チップを提供する。【解決手段】分散相液保持部、分散相液保持部に接続している分散相液流路、連続相液保持部、連続相液保持部に接続している、第1の連続相液流路212及び第2の連続相液流路213、エマルジョン形成部220、並びに、エマルジョン形成部に接続しているエマルジョン流路230を有している、マイクロ流路チップであって、分散相液流路が、第1の連続相液流路と第2の連続相液流路との間でエマルジョン形成部に接続しており、かつエマルジョン形成部への第1の連続相液流路の流入方向とエマルジョン形成部への第2の連続相液流路の流入方向とが0°以上180°未満の角度αを形成している、マイクロ流路チップ。【選択図】図2The present invention provides a microchannel chip capable of improved droplet generation, particularly improved droplet generation and droplet retention. [Solution] A dispersed phase liquid holding section, a dispersed phase liquid flow path connected to the dispersed phase liquid holding section, a continuous phase liquid holding section, and a first continuous phase liquid flow connected to the continuous phase liquid holding section. A microchannel chip having a channel 212, a second continuous phase liquid flow path 213, an emulsion forming section 220, and an emulsion flow path 230 connected to the emulsion forming section, the microchannel chip having a dispersed phase liquid flow path. a channel is connected to the emulsion forming section between the first continuous phase liquid channel and the second continuous phase liquid channel, and the flow direction of the first continuous phase liquid channel into the emulsion forming section; and the inflow direction of the second continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section form an angle α of 0° or more and less than 180°. [Selection diagram] Figure 2

Description

本発明は、マイクロ流路チップにおいてエマルジョンを生成するための装置に関する。特には、本発明は、液滴アレイ測定をより効率的かつ簡便・迅速に行うことができる装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for producing an emulsion in a microchannel chip. In particular, the present invention relates to an apparatus that can perform droplet array measurements more efficiently, simply, and quickly.

反応液を微小区画に分画し独立して反応を行なう技術として、微小液滴中に反応液を分画する微小液滴法が知られている。この手法は、例えばマイクロ・ナノ粒子の作製などに応用が期待されており、特に、マイクロ流体装置を用いて、標的分子を1分子単位で微小区画化し、微小液滴内で反応を行なうことで、標的分子の有無をシグナルの有無で計測し、標的分子の数の絶対定量を行なうデジタル計測に利用されている。 A microdroplet method is known as a technique for fractionating a reaction solution into microcompartments and conducting reactions independently. This method is expected to be applied, for example, to the production of micro/nanoparticles, and in particular, it uses a microfluidic device to divide the target molecule into microcompartments in units of molecules and conduct reactions within microdroplets. It is used in digital measurements to measure the presence or absence of target molecules based on the presence or absence of signals, and to perform absolute quantification of the number of target molecules.

微小液滴法では、一般に、オイルなどの連続相と、この連続相に分散した水溶液の液滴とから構成されるエマルジョンが使用される。 The microdroplet method generally uses an emulsion consisting of a continuous phase such as oil and droplets of an aqueous solution dispersed in the continuous phase.

非特許文献1は、遠心ステップ液滴生成法を開示している。当該文献は、装置の注入口にオイルを充填し、このオイルを遠心によって液滴回収室に送った後で、同じ注入口から、サンプル溶液を導入し、遠心によって液滴生成を行うことを記載している。 Non-Patent Document 1 discloses a centrifugal step droplet generation method. This document describes that after filling the inlet of the device with oil and sending this oil to a droplet collection chamber by centrifugation, a sample solution is introduced from the same inlet and droplets are generated by centrifugation. are doing.

このような液滴生成法に対して、反応液などの分散相液とオイルなどの連続相液とを、別個の供給部を介してマイクロ流路チップに供給し、チップ内で合流させてエマルジョン生成を行う方法が知られている。 For such droplet generation methods, a dispersed phase liquid such as a reaction liquid and a continuous phase liquid such as oil are supplied to a microchannel chip through separate supply sections, and are combined in the chip to form an emulsion. There are known methods for performing this generation.

特許文献1は、液滴アッセイに適している液滴を生成するためのそのようなシステム及び方法を開示している。当該文献は、生成された液滴を、ピペットチップ又は液滴ウェルからなる出口領域に輸送することを記載している。また、当該文献は、気泡トラップ(エアトラップ)を記載しており、この気泡トラップによって、サンプルとオイルとが、(陰圧又は陽圧などの)流体駆動力の適用までの間、実質的に離されることを記載している。 US Pat. No. 5,090,502 discloses such a system and method for producing droplets suitable for droplet assays. The document describes transporting the generated droplets to an exit area consisting of a pipette tip or a droplet well. The document also describes an air bubble trap that essentially keeps the sample and oil together until the application of a fluid motive force (such as negative or positive pressure). It states that it will be separated.

また、微小液滴法に関して、近年、装置の簡便化・迅速化の観点から、検出領域に液滴を単層に整列させて簡便にシグナルを測定する液滴アレイ測定が注目されている。 Regarding the microdroplet method, in recent years, droplet array measurement, in which droplets are arranged in a single layer in a detection region to easily measure signals, has been attracting attention from the viewpoint of simplifying and speeding up the apparatus.

特許文献2及び3は、液滴を形成するための流路及び液滴を保持するための液滴保持部を有するマイクロ流路チップを開示している。特許文献2は、2以上の反応液同士を合流させた後、反応液とは混和しない非混和性液体を接触させることで液滴を形成させることを記載している。特許文献3は、分散相流入部と連続相流入部とから流入した分散相及び連続相を、流路を介して液滴生成部で接触させることで液滴化することを記載している。 Patent Documents 2 and 3 disclose microchannel chips having a flow path for forming droplets and a droplet holding section for holding the droplets. Patent Document 2 describes that two or more reaction liquids are brought together and then an immiscible liquid that is immiscible with the reaction liquid is brought into contact with the liquid to form droplets. Patent Document 3 describes that the dispersed phase and the continuous phase that have flowed in from the dispersed phase inflow section and the continuous phase inflow section are made into droplets by being brought into contact with each other in a droplet generation section via a flow path.

非特許文献2は、チップ上で液滴を生成する方法及びそのための装置について記載している。当該文献に記載の方法は、送液前に、液滴アレイ部をオイルで充填する操作(充填操作)を含む。 Non-Patent Document 2 describes a method for generating droplets on a chip and an apparatus therefor. The method described in this document includes an operation (filling operation) of filling the droplet array portion with oil before liquid feeding.

非特許文献3は、Flow Focusing法(Flow Focus法)による液滴生成を記載している。この文献に記載のマイクロ流体装置は、水等の液体のための中央流路、及びオイル等のための2つの外側流路、並びにオリフィス部を有しており、2つの液相(すなわち水及びオイル等)が、中央流路及び2つの外側流路の下流側に位置する小さいオリフィス部を通って流れるようになっている。2つの外側流路を流れてくる2つの液体(オイル)によって生じる圧力及び粘性応力によって、中央流路を流れる液体(水)が、細い通路(オリフィス部)に押し込まれ、それにより、オリフィス部の内部又はその下流で、液滴が生成される。 Non-Patent Document 3 describes droplet generation by the Flow Focusing method. The microfluidic device described in this document has a central channel for a liquid such as water, two outer channels for oil etc., and an orifice section, and has two liquid phases (i.e. water and oil, etc.) is adapted to flow through small orifices located downstream of the central channel and the two outer channels. The pressure and viscous stress caused by the two liquids (oil) flowing in the two outer channels forces the liquid (water) flowing in the central channel into the narrow channel (orifice section), thereby causing the orifice section to Droplets are generated within or downstream thereof.

欧州特許第2550528号明細書European Patent No. 2550528 特開2019-170363号公報JP 2019-170363 Publication 特開2020-169911号公報JP2020-169911A

Centrifugal step emulsification applied for absolute quantification of nucleic acids by digital droplet RPA, Lab Chip, 2015, 15, 2759-2766Centrifugal step emulsification applied for absolute quantification of nuclear acids by digital droplet RPA, Lab Chip, 20 15, 15, 2759-2766 1-Million droplet array with wide-field fluorescence imaging for digital PCR、Lab on a Chip、2011、11、3838-38451-Million droplet array with wide-field fluorescence imaging for digital PCR, Lab on a Chip, 2011, 11, 3838-3845 Formation of dispersions using ”flow focusing” in microchannels Appl.Phys.Lett.,Vol.82,No.3,20 January 2003Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels Appl. Phys. Lett. , Vol. 82, No. 3,20 January 2003

マイクロ流路チップにおいて液滴を生成する際に、別個の2つの連続相液流路を通して2つの連続相液を送液し、これら2つの連続相液が合流するエマルジョン形成部に分散相液を送液することによって、分散相液を液滴化することができる(flow-focusing法等)。 When generating droplets in a microchannel chip, two continuous phase liquids are sent through two separate continuous phase liquid channels, and a dispersed phase liquid is delivered to an emulsion forming part where these two continuous phase liquids meet. By feeding the dispersed phase liquid, the dispersed phase liquid can be formed into droplets (flow-focusing method, etc.).

液滴を含むエマルジョンが生成されるエマルジョン形成部(「液滴生成部」ともいう。)において、流路の閉塞や気泡の発生が起こることがあった。特に、後述するエマルジョン充填法のように、空の流路(特には気体で充填された流路)を連続相液が通過する場合には、気泡が発生しやすく、液滴生成が不安定化するおそれがあった。より具体的には、例えば、気体で充填されている2つの連続相液流路を進行してくる連続相液がエマルジョン形成部に到達するタイミングにずれが生じると、エマルジョン形成部に最初に到達した連続相液によって、もう一方の連続相液流路が塞がれて、気体が連続相液の間に残留し、さらに、この気体が分断されて気泡が発生することがあった。 In an emulsion forming section (also referred to as a "droplet generating section") where an emulsion containing droplets is generated, blockage of a flow path or generation of air bubbles may occur. In particular, when a continuous phase liquid passes through an empty channel (particularly a channel filled with gas), as in the emulsion filling method described below, bubbles are likely to occur and droplet generation becomes unstable. There was a risk that More specifically, for example, if there is a difference in the timing at which continuous phase liquids traveling through two gas-filled continuous phase liquid channels reach the emulsion forming section, the continuous phase liquid may arrive at the emulsion forming section first. The other continuous phase liquid flow path was blocked by the continuous phase liquid, gas remained between the continuous phase liquids, and this gas was further divided to generate bubbles.

流路中に発生した気泡は、流路中の液体の進行を妨害するという問題を生じ、また、マイクロ流路チップ中での液滴に対する検出反応を妨害するおそれもある。具体的には例えば、液滴の生成及び保持を1つのマイクロ流路チップ上で行う方法は簡便・迅速な測定の観点から有利であるが、気泡を除去することが比較的困難であり、また、液滴保持部であるエマルジョン保持流路に残留した気泡によって検出反応が阻害されるおそれがある。 The bubbles generated in the channel cause a problem of obstructing the progress of the liquid in the channel, and may also interfere with the detection reaction to droplets in the microchannel chip. Specifically, for example, a method in which droplets are generated and held on one microchannel chip is advantageous from the viewpoint of simple and rapid measurement, but it is relatively difficult to remove air bubbles, and However, the detection reaction may be inhibited by air bubbles remaining in the emulsion holding channel, which is the droplet holding section.

本発明は、改善された液滴生成、特には改善された液滴生成及び液滴保持を行うことができるマイクロ流路チップを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a microchannel chip capable of improved droplet generation, particularly improved droplet generation and droplet retention.

<態様1>
分散相液保持部、
前記分散相液保持部に接続している分散相液流路、
連続相液保持部、
前記連続相液保持部に接続している、第1の連続相液流路及び第2の連続相液流路、
エマルジョン形成部、並びに、
前記エマルジョン形成部に接続しているエマルジョン流路
を有しており、
前記分散相液流路、前記第1の連続相液流路、及び前記第2の連続相液流路が、前記エマルジョン形成部に接続しており、
前記分散相液保持部に分散相液を供給し、前記連続相液保持部に連続相液を供給し、かつ前記マイクロ流路チップに外部送液駆動力を適用したときに、前記エマルジョン形成部において、前記分散相液から構成される液滴及び前記連続相液から構成される連続相を含むエマルジョンが生成され、かつ前記エマルジョンが前記エマルジョン流路に進入するようになっている、
マイクロ流路チップであって、
前記分散相液流路が、前記第1の連続相液流路と前記第2の連続相液流路との間で、前記エマルジョン形成部に接続しており、かつ
前記エマルジョン形成部への前記第1の連続相液流路の流入方向と、前記エマルジョン形成部への前記第2の連続相液流路の流入方向とが、0°以上180°未満の角度αを形成している、
マイクロ流路チップ。
<態様2>
エマルジョン形成部が、相液集合部と、これに接続するオリフィス部とを含み、
前記エマルジョン流路が、前記オリフィス部を介して、前記エマルジョン形成部に接続しており、
前記エマルジョン形成部への前記第1の連続相液流路の流入方向と、前記オリフィス部の流路方向とが、角度γ1を形成しており、かつ、
前記エマルジョン形成部への前記第2の連続相液流路の流入方向と、前記オリフィス部の流路方向とが、角度γ2を形成しており、
前記角度γ1及び角度γ2が、いずれも、0°以上90°未満である、
態様1に記載のマイクロ流路チップ。
<態様3>
前記エマルジョン形成部への前記第1の連続相液流路の流入方向と、前記エマルジョン形成部への前記分散相液流路の流入方向とが、0°以上90°未満の角度β1を形成しており、かつ、
前記エマルジョン形成部への前記第2の連続相液流路の流入方向と、前記エマルジョン形成部への前記分散相液流路の流入方向とが、0°以上90°未満の角度β2を形成している、
態様1又は2に記載のマイクロ流路チップ。
<態様4>
前記エマルジョン形成部が、相液集合部と、これに接続するオリフィス部とを含み、
前記第1の連続相液流路の側部壁面と前記オリフィス部の側部壁面とを接続する接続部、及び/又は前記第2の連続相液流路の側部壁面と前記オリフィス部の側部壁面とを接続する接続部が、丸みを帯びている、
態様1~3のいずれか一項に記載のマイクロ流路チップ。
<態様5>
前記外部送液駆動力を適用する前に、前記連続相液保持部から、気体で充填された前記第1の連続相液流路、及び気体で充填された前記第2の連続相液流路を通って気体で充填された前記エマルジョン形成部にまで連続相液を充填することを含む方法で用いるための、態様1~4のいずれか一項に記載のマイクロ流路チップ。
<態様6>
エマルジョン保持流路をさらに有する、態様1~5のいずれか一項に記載のマイクロ流路チップ。
<態様7>
エマルジョン充填法で用いるための、態様1~6のいずれかに記載のマイクロ流路チップ。
<Aspect 1>
dispersed phase liquid holding section,
a dispersed phase liquid flow path connected to the dispersed phase liquid holding section;
continuous phase liquid holding section,
a first continuous phase liquid flow path and a second continuous phase liquid flow path connected to the continuous phase liquid holding section;
an emulsion forming section, and
It has an emulsion flow path connected to the emulsion forming section,
The dispersed phase liquid flow path, the first continuous phase liquid flow path, and the second continuous phase liquid flow path are connected to the emulsion forming section,
When a dispersed phase liquid is supplied to the dispersed phase liquid holding section, a continuous phase liquid is supplied to the continuous phase liquid holding section, and an external liquid feeding driving force is applied to the microchannel chip, the emulsion forming section An emulsion including droplets made of the dispersed phase liquid and a continuous phase made of the continuous phase liquid is produced, and the emulsion enters the emulsion flow path.
A microchannel chip,
The dispersed phase liquid flow path is connected to the emulsion forming section between the first continuous phase liquid flow path and the second continuous phase liquid flow path, and The inflow direction of the first continuous phase liquid flow path and the inflow direction of the second continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section form an angle α of 0° or more and less than 180°.
Microfluidic chip.
<Aspect 2>
The emulsion forming part includes a phase liquid collection part and an orifice part connected to this,
The emulsion flow path is connected to the emulsion forming section via the orifice section,
The inflow direction of the first continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section and the flow path direction of the orifice section form an angle γ1, and
The inflow direction of the second continuous phase liquid flow path into the emulsion forming part and the flow path direction of the orifice part form an angle γ2,
The angle γ1 and the angle γ2 are both 0° or more and less than 90°,
The microchannel chip according to aspect 1.
<Aspect 3>
The inflow direction of the first continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section and the inflow direction of the dispersed phase liquid flow path into the emulsion forming section form an angle β1 of 0° or more and less than 90°. and
The inflow direction of the second continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section and the inflow direction of the dispersed phase liquid flow path into the emulsion forming section form an angle β2 of 0° or more and less than 90°. ing,
The microchannel chip according to aspect 1 or 2.
<Aspect 4>
The emulsion forming section includes a phase liquid collection section and an orifice section connected thereto,
A connecting portion connecting the side wall surface of the first continuous phase liquid flow path and the side wall surface of the orifice portion, and/or the side wall surface of the second continuous phase liquid flow path and the side wall of the orifice portion. The connection part that connects the part wall surface is rounded,
The microchannel chip according to any one of aspects 1 to 3.
<Aspect 5>
Before applying the external liquid feeding driving force, the first continuous phase liquid channel filled with gas and the second continuous phase liquid channel filled with gas are transferred from the continuous phase liquid holding section to the first continuous phase liquid channel filled with gas. 5. The microchannel chip according to any one of aspects 1 to 4, for use in a method comprising filling a continuous phase liquid through the emulsion forming section filled with gas.
<Aspect 6>
The microchannel chip according to any one of aspects 1 to 5, further comprising an emulsion holding channel.
<Aspect 7>
The microchannel chip according to any one of aspects 1 to 6, for use in an emulsion filling method.

本発明によれば、改善された液滴生成、特には改善された液滴生成及び液滴保持を行うことができるマイクロ流路チップを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a microchannel chip capable of improved droplet generation, particularly improved droplet generation and droplet retention.

図1は、本開示に係るマイクロ流路チップの1つの実施態様の平面概略図である。FIG. 1 is a schematic plan view of one embodiment of a microchannel chip according to the present disclosure. 図2は、本開示の1つの実施態様に係るマイクロ流路チップのうちエマルジョン形成部近傍の流路構造を示す平面概略図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing a channel structure near an emulsion forming part of a microchannel chip according to one embodiment of the present disclosure. 図3は、図2の実施態様と同じ態様であり、2つの連続相液流路とオリフィス部との間の関係を説明するための平面概略図である。FIG. 3 is the same embodiment as the embodiment of FIG. 2, and is a schematic plan view for explaining the relationship between two continuous phase liquid channels and an orifice section. 図4は、図2の実施態様と同じ態様であり、2つの連続相液流路と分散相液流路との間の関係を説明するための平面概略図である。FIG. 4 is the same embodiment as the embodiment of FIG. 2, and is a schematic plan view for explaining the relationship between two continuous phase liquid channels and a dispersed phase liquid channel. 図5は、本開示の別の実施態様に係るマイクロ流路チップのうちエマルジョン形成部近傍の流路構造を示す平面概略図である。FIG. 5 is a schematic plan view showing a channel structure near an emulsion forming part in a microchannel chip according to another embodiment of the present disclosure. 図6aは、実施例1に係るマイクロ流路チップのうちエマルジョン形成部近傍の流路構造を示す平面模式図である。FIG. 6a is a schematic plan view showing the channel structure near the emulsion forming part of the microchannel chip according to Example 1. 図6bは、実施例1における液滴の生成の様子を示す写真である。FIG. 6b is a photograph showing how droplets are generated in Example 1. 図7は、比較例1に係るマイクロ流路チップのうちエマルジョン形成部近傍の流路構造を示す平面模式図である。FIG. 7 is a schematic plan view showing the channel structure near the emulsion forming part of the microchannel chip according to Comparative Example 1. 図8aは、実施例2に係るマイクロ流路チップのうちエマルジョン形成部近傍の流路構造を示す平面模式図である。FIG. 8a is a schematic plan view showing the channel structure near the emulsion forming part of the microchannel chip according to Example 2. 図8bは、実施例2における液滴の生成の様子を示す写真である。FIG. 8b is a photograph showing how droplets are generated in Example 2. 図9は、比較例2に係るマイクロ流路チップのうちエマルジョン形成部近傍の流路構造を示す平面模式図である。FIG. 9 is a schematic plan view showing the channel structure near the emulsion forming part of the microchannel chip according to Comparative Example 2. 図10は、実施例3に係るマイクロ流路チップのうちエマルジョン形成部近傍の流路構造を示す平面模式図である。FIG. 10 is a schematic plan view showing the channel structure near the emulsion forming part of the microchannel chip according to Example 3. 図11は、比較例3に係るマイクロ流路チップのうちエマルジョン形成部近傍の流路構造を示す平面模式図である。FIG. 11 is a schematic plan view showing the channel structure near the emulsion forming part of the microchannel chip according to Comparative Example 3.

本開示に係るマイクロ流路チップは、
分散相液保持部、
分散相液保持部に接続している分散相液流路、
連続相液保持部、
連続相液保持部に接続している、第1の連続相液流路及び第2の連続相液流路、
エマルジョン形成部、並びに、
エマルジョン形成部に接続しているエマルジョン流路
を有しており、
分散相液流路、第1の連続相液流路、及び第2の連続相液流路が、エマルジョン形成部に接続しており、
分散相液保持部に分散相液を供給し、連続相液保持部に連続相液を供給し、かつマイクロ流路チップに外部送液駆動力を適用したときに、エマルジョン形成部において、分散相液から構成される液滴及び連続相液から構成される連続相を含むエマルジョンが生成され、かつエマルジョンがエマルジョン流路に進入するようになっている、
マイクロ流路チップであって、
分散相液流路が、第1の連続相液流路と第2の連続相液流路との間で、エマルジョン形成部に接続しており、かつ
エマルジョン形成部への第1の連続相液流路の流入方向と、エマルジョン形成部への第2の連続相液流路の流入方向とが、0°以上180°未満の角度αを形成している。
The microchannel chip according to the present disclosure includes:
dispersed phase liquid holding section,
a dispersed phase liquid flow path connected to the dispersed phase liquid holding section;
continuous phase liquid holding section,
a first continuous phase liquid flow path and a second continuous phase liquid flow path connected to the continuous phase liquid holding section;
an emulsion forming section, and
It has an emulsion flow path connected to the emulsion forming part,
The dispersed phase liquid flow path, the first continuous phase liquid flow path, and the second continuous phase liquid flow path are connected to the emulsion forming section,
When the dispersed phase liquid is supplied to the dispersed phase liquid holding section, the continuous phase liquid is supplied to the continuous phase liquid holding section, and an external liquid feeding driving force is applied to the microchannel chip, the dispersed phase is An emulsion is produced that includes droplets made up of a liquid and a continuous phase made up of a continuous phase liquid, and the emulsion enters an emulsion flow path.
A microchannel chip,
The dispersed phase liquid flow path is connected to the emulsion forming section between the first continuous phase liquid flow path and the second continuous phase liquid flow path, and the first continuous phase liquid flow path is connected to the emulsion forming section. The inflow direction of the channel and the inflow direction of the second continuous phase liquid channel into the emulsion forming section form an angle α of 0° or more and less than 180°.

マイクロ流路チップを用いた液滴生成のために、空の(特には気体で充填された)2つの別個の連続相液流路を通ってエマルジョン形成部へと2つの連続相液を流入させ、分散相液と接触させることによって、液滴を生成することができる。しかしながら、2つの連続相液がエマルジョン形成部に進入する際に、流路が閉塞して気泡が発生する場合があることがわかった。このような流路閉塞及び気泡の発生は、多くの場合、エマルジョン形成部への2つの連続相液の到達のタイミングがずれることによって起こる。エマルジョン形成部への2つの連続相液の到達のタイミングがずれると、連続相液流路中に気体が取り残されて流路閉塞が起こりやすくなり、また、流路中で気体が分断されて気泡が発生しやすくなる。 For droplet generation using a microfluidic chip, two continuous phase liquids flow into the emulsion formation section through two separate continuous phase liquid channels that are empty (particularly filled with gas). , droplets can be generated by contacting the dispersed phase liquid. However, it has been found that when the two continuous phase liquids enter the emulsion forming section, the flow path may be blocked and bubbles may be generated. Such channel blockage and generation of bubbles often occur due to timing shifts in the arrival of the two continuous phase liquids to the emulsion forming section. If the timing of the arrival of the two continuous phase liquids to the emulsion forming part is different, gas will be left behind in the continuous phase liquid flow path and flow path blockage will easily occur, and the gas will be separated in the flow path and bubbles will form. is more likely to occur.

これに対して、本発明では、エマルジョン形成部への第1の連続相液流路の流入方向と、エマルジョン形成部への第2の連続相液流路の流入方向とが、0°以上180°未満の角度αを形成している。このような構成によれば、2つの連続相液がエマルジョン形成部に到達するタイミングにずれがあったとしても、流路の閉塞及び気泡の発生を抑制することができる。 In contrast, in the present invention, the inflow direction of the first continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section and the inflow direction of the second continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section are 0° or more and 180°. forming an angle α less than °. According to such a configuration, even if there is a difference in the timing at which the two continuous phase liquids reach the emulsion forming section, blockage of the flow path and generation of bubbles can be suppressed.

理論によって限定する意図はないが、本発明の構成によれば、2つの連続相液がエマルジョン形成部に到達するタイミングがずれたとしても、流路中の気体に対する連続相液の衝突角度が緩和されるため、気体が連続相液によって分断される可能性が低減され、結果として、気泡の発生が抑制されると考えられる。 Although not intended to be limited by theory, according to the configuration of the present invention, even if the timing of the two continuous phase liquids reaching the emulsion forming part is different, the collision angle of the continuous phase liquid with respect to the gas in the flow path is relaxed. Therefore, the possibility of gas being separated by the continuous phase liquid is reduced, and as a result, it is thought that the generation of bubbles is suppressed.

本発明は、連続相液よりも先に分散相液がエマルジョン形成部に到達している場合に、特に有利な効果を有する。 The present invention has a particularly advantageous effect when the dispersed phase liquid reaches the emulsion forming section before the continuous phase liquid.

すなわち、気体で充填されているマイクロ流路チップに分散相液及び連続相液を供給する際に、分散相液をエマルジョン形成部流入口まで先に充填し、その後で連続相液をチップに供給することができる。このような態様によれば、分散相液流路への連続相液の進入を抑制することができるので、液滴生成の安定性が向上しうる。しかしながら、このような態様においては、2つの連続相液の間に存在する気体に対して、エマルジョン形成部への流入口に存在する分散相液から圧力が及ぼされ、その結果として、気泡が発生する可能性がさらに高まるおそれがある。これに対して、本発明によれば、このような場合であっても、気体に対する連続相液の衝突角度を緩和することができるので、気泡の発生を抑制することができる。 In other words, when supplying a dispersed phase liquid and a continuous phase liquid to a microchannel chip filled with gas, the dispersed phase liquid is first filled up to the inlet of the emulsion forming part, and then the continuous phase liquid is supplied to the chip. can do. According to such an embodiment, it is possible to suppress the continuous phase liquid from entering the dispersed phase liquid flow path, so that the stability of droplet generation can be improved. However, in such an embodiment, pressure is applied from the dispersed phase liquid present at the inlet to the emulsion forming part to the gas present between the two continuous phase liquids, and as a result, bubbles are generated. There is a possibility that the possibility of On the other hand, according to the present invention, even in such a case, the collision angle of the continuous phase liquid with respect to the gas can be relaxed, so that the generation of bubbles can be suppressed.

また、本発明に係るマイクロ流路チップは、外部送液駆動力を適用する前に、連続相液保持部から、気体で充填された第1の連続相液流路及び気体で充填された第2の連続相液流路を通って気体で充填されたエマルジョン形成部にまで連続相液を充填する方法で用いる場合に、特に有利である。 In addition, in the microchannel chip according to the present invention, before applying an external liquid feeding driving force, from the continuous phase liquid holding section, the first continuous phase liquid channel filled with gas and the first continuous phase liquid channel filled with gas are This is particularly advantageous when the continuous phase liquid is used in a method in which the continuous phase liquid passes through the second continuous phase liquid flow path and fills the emulsion forming section filled with gas.

さらに、本発明は、「エマルジョン充填法」のためのマイクロ流路チップで用いる場合にも、特に有利な効果を有する。「エマルジョン充填法」では、エマルジョン形成部で生成されるエマルジョン(液滴+連続相)が、気体で充填されている液滴保持部(エマルジョン保持流路)に輸送される。より具体的には、「エマルジョン充填法」では、エマルジョン形成部で生成された液滴が、気体で充填されているエマルジョン保持流路の中を排出口の方向に向かって移動し、エマルジョン保持流路を充填する。すなわち、エマルジョン保持流路を充填している気体とエマルジョンとによって形成される「気液界面」が、エマルジョン保持流路の下流(又は排出口)に向かって移動する。 Furthermore, the present invention has particularly advantageous effects when used in a microchannel chip for "emulsion filling method." In the "emulsion filling method," an emulsion (droplets + continuous phase) generated in an emulsion forming section is transported to a droplet holding section (emulsion holding channel) filled with gas. More specifically, in the "emulsion filling method," droplets generated in the emulsion forming section move toward the discharge port in an emulsion holding channel filled with gas, and the emulsion holding flow is Fill the tract. That is, the "gas-liquid interface" formed by the emulsion and the gas filling the emulsion holding channel moves toward the downstream (or outlet) of the emulsion holding channel.

「エマルジョン充填法」では、気体で充填されている流路中を液体が進行するので、気泡が発生する可能性が比較的高く、また、発生した気泡によって、エマルジョン保持流路に保持されている液滴の安定性や液滴に対する検出反応が阻害されるおそれが比較的高い。本発明によれば、気泡の発生を効果的に抑制することができるので、エマルジョン充填法における液滴の安定性及びより良好な検出反応を実現することができる。 In the "emulsion filling method," the liquid moves through a channel filled with gas, so there is a relatively high possibility that bubbles will occur, and the bubbles that are generated will hold the emulsion in the emulsion holding channel. There is a relatively high risk that the stability of the droplets and the detection reaction to the droplets will be inhibited. According to the present invention, since the generation of bubbles can be effectively suppressed, droplet stability and better detection reaction in the emulsion filling method can be realized.

以下で、図面を用いて本発明を例示的に説明する。なお、図面は、本発明を説明するための例示的な概略図であり、縮尺どおりではなく、本発明を限定するものではない。別段の記載がない限り、図中、Lは長さ方向、Wは幅方向を表す。 The present invention will be exemplarily explained below using the drawings. Note that the drawings are exemplary schematic diagrams for explaining the present invention, are not to scale, and do not limit the present invention. Unless otherwise specified, in the figures, L represents the length direction and W represents the width direction.

図1に示すマイクロ流路チップを用いて、本発明を具体的に説明する。なお、図1のマイクロ流路チップは例示的な実施態様の概略図であり、本発明は、この実施態様に限られず、種々のマイクロ流路チップで実施することができる。 The present invention will be specifically explained using the microchannel chip shown in FIG. Note that the microchannel chip in FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary embodiment, and the present invention is not limited to this embodiment and can be implemented with various microchannel chips.

図1のマイクロ流路チップ10は、平面型の構成を有しており、すなわち、エマルジョンの生成、輸送及び保持が、実質的に1つの平面内で行われるようになっている。図1の方向Wは、幅方向を示しており、方向Lは、長さ方向を示している。W及びLに垂直な方向が、鉛直方向である。図1のマイクロ流路チップ10は、第一分散相液保持部102、第二分散相液保持部103、(第一分散相液流路114、第二分散相液流路115、及びこれらが合流する分散相液合流部からなる)分散相液流路、連続相液保持部101、連続相液流路111、エマルジョン形成部120、エマルジョン流路130、エマルジョン保持流路140、及び排出口を150有している。なお、本発明において、液滴保持部であるエマルジョン保持流路は、随意の構成要素である。分散相液保持部102、103が、それぞれ、第一分散相液流路114及び第二分散相液流路115を介して、エマルジョン形成部120に接続しており、連続相液保持部101が、連続相液流路111を介して、エマルジョン形成部120に接続している。図1に係る態様では、連続相液流路111が、第一連続相液流路112及び第二連続相液流路113からなる。エマルジョン形成部120が、エマルジョン流路130を介して、エマルジョン保持流路140に接続しており、エマルジョン保持流路140が、排出口150に接続している。 The microchannel chip 10 of FIG. 1 has a planar configuration, ie, emulsion generation, transport, and retention occur substantially within one plane. Direction W in FIG. 1 indicates the width direction, and direction L indicates the length direction. The direction perpendicular to W and L is the vertical direction. The microchannel chip 10 in FIG. A dispersed phase liquid flow path (consisting of a dispersed phase liquid confluence section), a continuous phase liquid holding section 101, a continuous phase liquid flow path 111, an emulsion forming section 120, an emulsion flow path 130, an emulsion holding flow path 140, and a discharge port. It has 150. Note that in the present invention, the emulsion holding channel, which is a droplet holding section, is an optional component. The dispersed phase liquid holding sections 102 and 103 are connected to the emulsion forming section 120 via a first dispersed phase liquid flow path 114 and a second dispersed phase liquid flow path 115, respectively, and the continuous phase liquid holding section 101 is , are connected to the emulsion forming section 120 via a continuous phase liquid flow path 111. In the embodiment according to FIG. 1, the continuous phase liquid flow path 111 includes a first continuous phase liquid flow path 112 and a second continuous phase liquid flow path 113. Emulsion forming section 120 is connected to emulsion holding channel 140 via emulsion channel 130, and emulsion holding channel 140 is connected to discharge port 150.

図1に示されるマイクロ流路チップを用いて液滴の生成を行う場合には、例えば、検出対象となる物質を含有する水溶性反応液などの分散相液を、(分散相液の導入口である)分散相液保持部102、103に供給し、オイルなどの連続相液を、(連続相液の導入口である)連続相液保持部101に供給する。この時点で、マイクロ流路チップ10の各流路には気体(特には空気)が充填されている(すなわち、「空」のマイクロ流路チップを用いる)。 When generating droplets using the microchannel chip shown in FIG. A continuous phase liquid such as oil is supplied to the continuous phase liquid holding unit 101 (which is an inlet for the continuous phase liquid). At this point, each channel of the microchannel chip 10 is filled with gas (particularly air) (ie, an "empty" microchannel chip is used).

なお、空のマイクロ流路チップとは、流路内が気体(特には空気)で充填された状態のことを指し、流路全体に液体(例えば、分散相液、連続相液など)がない状態、すなわち流路全体が気体で充填されている状態が好ましい。なお、マイクロ流路チップの流路内に表面処理や空気中の水の凝結等によって液体が残留・発生していてもこの限りではないが、少なくとも流路の一部が液体によって閉塞していないことが好ましく、特に、分散相液流路、連続相液流路、エマルジョン形成部が閉塞していないことが好ましい。 Note that an empty microchannel chip refers to a state in which the channel is filled with gas (especially air), and there is no liquid (e.g., dispersed phase liquid, continuous phase liquid, etc.) in the entire channel. The preferred state is that the entire channel is filled with gas. Note that this does not apply even if liquid remains or occurs in the channel of the microchannel chip due to surface treatment or condensation of water in the air, but at least part of the channel is not blocked by liquid. It is preferable that the dispersed phase liquid flow path, continuous phase liquid flow path, and emulsion forming part are not blocked.

外部送液駆動力(例えば陽圧又は陰圧、特には陰圧)の適用の前に、エマルジョン保持流路が(少なくとも部分的に)気体で充填されていてよい。これは、マイクロ流路チップの流路全体を連続相液であらかじめ充填する従来の方法とは異なっており、従来必要とされていた、連続相液の充填及び過剰な連続相液の除去といった準備工程を省略することができるという利点を有する。 The emulsion holding channel may be (at least partially) filled with gas prior to application of an external liquid delivery driving force (eg positive or negative pressure, in particular negative pressure). This differs from the conventional method of pre-filling the entire channel of a microchannel chip with a continuous phase liquid, and requires preparations such as filling the continuous phase liquid and removing excess continuous phase liquid. This has the advantage that a step can be omitted.

図1のマイクロ流路チップ10は、保持部(導入口)に供給される分散相液及び/又は連続相液が、毛細管力及び/又は液面差圧によってエマルジョン形成部にまで移動できるように構成されている。この態様によれば、追加的な装置を必要とすることなく、容易に、分散相液及び連続相液の移動を制御することができる。例えばマイクロ流路チップの流路構造(流路表面の特性、流路の圧力損失など)を適宜設定することによって、所望の毛細管力を得ることができる。また、例えば各相液保持部に供給される液量(特には液面高さ)を調節することによって、所望の液面差圧を得ることができる。 The microchannel chip 10 of FIG. 1 allows the dispersed phase liquid and/or continuous phase liquid supplied to the holding part (inlet) to move to the emulsion forming part by capillary force and/or liquid level differential pressure. It is configured. According to this aspect, the movement of the dispersed phase liquid and the continuous phase liquid can be easily controlled without requiring any additional equipment. For example, a desired capillary force can be obtained by appropriately setting the channel structure (characteristics of the channel surface, pressure loss in the channel, etc.) of the microchannel chip. Furthermore, a desired liquid level differential pressure can be obtained, for example, by adjusting the amount of liquid (particularly the liquid level height) supplied to each phase liquid holding section.

毛細管力は、特には、キャピラリー力とも呼ばれる力であり、大きく開けた保持部内の気液界面とより小さい断面を有する流路内の気液界面の表面張力差によって発生する流路に侵入する方向に働く力である。よって、毛細管力は各流路の特性だけでなく保持部の構造も影響し、特にエマルジョン充填法ではエマルジョンの気液界面の移動を制御するため、送液(液滴生成)中及び送液停止後の液滴保持中においても毛細管力が大きく影響する。 Capillary force is, in particular, a force that is also called capillary force and is generated by the difference in surface tension between the gas-liquid interface in a wide open holding part and the gas-liquid interface in a channel with a smaller cross section. It is a force that acts on Therefore, capillary force is affected not only by the characteristics of each channel but also by the structure of the holding part. In particular, in the emulsion filling method, in order to control the movement of the emulsion's gas-liquid interface, it is necessary to Capillary force also has a large influence during the subsequent droplet retention.

また、液面差圧は、静水圧とも呼ばれる力であり、一般に静止状態の液体中に重力によって発生する圧力、すなわち各保持部への各相液の供給量(重量)に依存した圧力を指す。 In addition, the liquid level differential pressure is a force also called hydrostatic pressure, and generally refers to the pressure generated by gravity in a stationary liquid, that is, the pressure that depends on the amount (weight) of each phase liquid supplied to each holding part. .

液滴を生成する際には、例えば、排出口150に外部送液駆動力(特には陰圧)を適用することによって、エマルジョン形成部120において、分散相液から構成される液滴及び連続相液から構成される連続相を含むエマルジョンを生成し、このようにして生成されたエマルジョンを、エマルジョン流路130を介して、気体で充填された状態のエマルジョン保持流路140に輸送することができる。 When generating droplets, for example, by applying an external liquid feeding driving force (particularly negative pressure) to the discharge port 150, the droplets composed of the dispersed phase liquid and the continuous phase are An emulsion including a continuous phase composed of a liquid can be generated, and the emulsion thus generated can be transported via an emulsion channel 130 to an emulsion holding channel 140 filled with gas. .

(エマルジョン形成部近傍の構造)
図2は、本開示の1つの実施態様に係るマイクロ流路チップのうちエマルジョン形成部近傍の流路構造を示す平面概略図である。
(Structure near emulsion forming part)
FIG. 2 is a schematic plan view showing a channel structure near an emulsion forming part of a microchannel chip according to one embodiment of the present disclosure.

図2のマイクロ流路チップでは、分散相液流路216が、第1の連続相液流路212と第2の連続相液流路213との間で、エマルジョン形成部220に接続している。第1の連続相液流路212及び第2の連続相液流路213は、例えば図1で例示したように、共通の連続相液保持部に流通してよい。分散相液流路216は、例えば、2つの分散相液が合流する分散相液合流部とエマルジョン形成部とを接続する流路であってよい。 In the microchannel chip of FIG. 2, a dispersed phase liquid channel 216 is connected to an emulsion forming section 220 between a first continuous phase liquid channel 212 and a second continuous phase liquid channel 213. . The first continuous phase liquid flow path 212 and the second continuous phase liquid flow path 213 may flow into a common continuous phase liquid holding section, as illustrated in FIG. 1, for example. The dispersed phase liquid channel 216 may be, for example, a channel that connects a dispersed phase liquid merging section where two dispersed phase liquids meet and an emulsion forming section.

例えば、エマルジョン流路230の下流側に外部送液駆動力としての陰圧を適用することによって、第1の連続相液流路212及び第2の連続相液流路213からの連続相液と、分散相液流路216からの分散相液とから、エマルジョン形成部220において、液滴及び連続相を含むエマルジョンを生成することができる。 For example, by applying negative pressure as an external liquid feeding driving force to the downstream side of the emulsion flow path 230, the continuous phase liquid from the first continuous phase liquid flow path 212 and the second continuous phase liquid flow path 213 can be , and the dispersed phase liquid from the dispersed phase liquid channel 216, an emulsion including droplets and a continuous phase can be generated in the emulsion forming section 220.

エマルジョン形成部220は、相液集合部及びこれに接続するオリフィス部を有することができる。図3を参照して、この実施態様について説明する。図3は、図2に示された実施態様と同じ実施態様を示す概略図であり、エマルジョン形成部に関するより詳細な説明を含む。図3では、エマルジョン形成部220を構成する相液集合部222及びオリフィス部224が示されている。 The emulsion forming part 220 may have a phase liquid collecting part and an orifice part connected thereto. This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic illustration of the same embodiment as shown in FIG. 2, including a more detailed description of the emulsion former. In FIG. 3, a phase liquid collecting section 222 and an orifice section 224 that constitute the emulsion forming section 220 are shown.

相液集合部222は、流路内の空間であり、第1の連続相液流路212と、第2の連続相液流路213と、分散相液流路216と、オリフィス部224とが、相液集合部222に直接に接続している。図3の相液集合部222は、明らかな側壁を有しておらず、流路の底面及び上面と、各流路の接続部とによって画定される。 The phase liquid collection section 222 is a space within the flow path, in which the first continuous phase liquid flow path 212, the second continuous phase liquid flow path 213, the dispersed phase liquid flow path 216, and the orifice section 224 are connected. , are directly connected to the phase liquid collecting section 222. The phase liquid collection section 222 in FIG. 3 has no obvious sidewalls and is defined by the bottom and top surfaces of the channels and the connections of each channel.

オリフィス部224は、相液集合部222に直接に接続する流路であり、相液集合部222とエマルジョン流路230とを互いに接続している。オリフィス部224は、分散相液流路216に対向するように配置される。 The orifice portion 224 is a flow path directly connected to the phase liquid collection portion 222, and connects the phase liquid collection portion 222 and the emulsion flow path 230 to each other. The orifice section 224 is arranged to face the dispersed phase liquid channel 216.

オリフィス部224で、液滴を生成することができる。例えば、Flow Focus法では、オリフィス部内又はその近傍で液滴が生成される。図3の態様で説明すると、エマルジョン流路230の下流側に適用される外部送液駆動力の下で、対向する方向から流入する2つの連続相液と、分散相液とが、相液集合部222に集合する。そして、対向する方向から流入する2つの連続相液に挟まれた分散相液が、押し込まれるようにしてオリフィス部224を通過し、それによって、オリフィス部内又はオリフィス部近傍で、液滴が生成する。生成した液滴(エマルジョン)は、エマルジョン流路230へと進行する。 At the orifice section 224, droplets can be generated. For example, in the Flow Focus method, droplets are generated within or near an orifice. Explaining the aspect of FIG. 3, under the external liquid feeding driving force applied to the downstream side of the emulsion flow path 230, two continuous phase liquids and a dispersed phase liquid flowing from opposite directions are combined into a phase liquid aggregate. 222. Then, the dispersed phase liquid sandwiched between the two continuous phase liquids flowing in from opposite directions passes through the orifice part 224 in a forced manner, thereby generating droplets in or near the orifice part. . The generated droplets (emulsion) proceed to the emulsion channel 230.

エマルジョン流路230は、液滴が流入する流路であり、オリフィス部224を介して、エマルジョン形成部の相液集合部222に接続している。図3の実施態様では、エマルジョン流路230は、オリフィス部224と同じ形状を有している。すなわち、オリフィス部224とエマルジョン流路230とが、直線的かつ実質的に一定の流路サイズを有する1つの流路を、形成している。このような態様は、安定した液滴生成の観点から好ましい。 The emulsion channel 230 is a channel through which droplets flow, and is connected to the phase liquid collecting section 222 of the emulsion forming section via the orifice section 224. In the embodiment of FIG. 3, emulsion channel 230 has the same shape as orifice portion 224. That is, orifice portion 224 and emulsion channel 230 form one channel that is linear and has a substantially constant channel size. Such an embodiment is preferable from the viewpoint of stable droplet generation.

(2つの連続相液流路の流路方向)
図2の例示的な実施態様を参照して、本発明を説明する。図2の実施態様では、エマルジョン形成部220(特には相液集合部)への第1の連続相液流路212の流入方向と、エマルジョン形成部220(特には相液集合部)への第2の連続相液流路213の流入方向とが、角度αを形成している。この角度αは、0°以上180°未満である。
(Flow path direction of two continuous phase liquid flow paths)
The invention will be described with reference to the exemplary embodiment of FIG. In the embodiment of FIG. 2, the inflow direction of the first continuous phase liquid channel 212 into the emulsion forming section 220 (particularly the phase liquid collecting section) and the inflow direction of the first continuous phase liquid channel 212 into the emulsion forming section 220 (particularly the phase liquid collecting section) are shown. The inflow direction of the continuous phase liquid flow path 213 of No. 2 forms an angle α. This angle α is greater than or equal to 0° and less than 180°.

流路の「流入方向」は、エマルジョン形成部(特には相液集合部)に接続する部位における流路の流路方向(特には、流路中を流れる液体の全体的な進行方向)を意味する。 The "inflow direction" of a flow channel means the flow direction of the flow channel (especially the overall direction of movement of the liquid flowing in the flow channel) at the part connecting to the emulsion forming section (especially the phase liquid gathering section). do.

マイクロ流路チップ中で液滴を生成するための従来の態様では、2つの連続相液が互いに向かい合っており、すなわち2つの連続相液流路の間の角度が180°であった。このような場合には、空の(特には気体で充填された)連続相液流路を通って2つの連続相液がエマルジョン形成部に進入する際に、流路閉塞及び気泡の発生が起こる場合があった。このような流路閉塞及び気泡の発生は、多くの場合、エマルジョン形成部への2つの連続相液の到達のタイミングがずれることによって起こる。 In the conventional manner for generating droplets in microchannel chips, the two continuous phase liquids were facing each other, ie, the angle between the two continuous phase liquid channels was 180°. In such cases, channel blockage and bubble generation occur when the two continuous phase liquids enter the emulsion forming section through an empty (particularly gas-filled) continuous phase liquid channel. There was a case. Such channel blockage and generation of bubbles often occur due to timing shifts in the arrival of the two continuous phase liquids to the emulsion forming section.

これに対して、図2のように2つの連続相液が0°以上180°未満の角度αを形成している場合には、2つの連続相液がエマルジョン形成部に到達するタイミングにずれがあったとしても、流路の閉塞及び気泡の発生を抑制することができる。理論によって限定する意図はないが、このような構成によれば、2つの連続相液の間に存在する気体と、エマルジョン形成部(特には相液集合部)に進入してくる連続相液との間の衝突角度が緩和されるため、流路中の気体が連続相液によって分断される可能性が低減され、結果として、気泡の発生が抑制されると考えられる。 On the other hand, when the two continuous phase liquids form an angle α of 0° or more and less than 180° as shown in Figure 2, there is a difference in the timing at which the two continuous phase liquids reach the emulsion forming part. Even if there is, clogging of the flow path and generation of bubbles can be suppressed. Although not intended to be limited by theory, according to such a configuration, the gas existing between the two continuous phase liquids and the continuous phase liquid entering the emulsion forming part (particularly the phase liquid collecting part) Since the collision angle between the two is relaxed, the possibility of the gas in the flow path being separated by the continuous phase liquid is reduced, and as a result, it is thought that the generation of bubbles is suppressed.

角度αは、0°超、15°以上、30°以上、40°以上、45°以上、50°以上、60°以上、70°以上、75°以上、80°以上、若しくは85°以上であってよく、かつ/又は、170°以下、160°以下、150°以下、140°以下、130°以下、120°以下、110°以下、若しくは100°以下であってよい。好ましくは、角度αは、75°~105°、85°~95°、又は89°~91°の範囲であり、特には略直角である。角度αがこれらの範囲内である場合には、気泡の発生を特に効果的に抑制しつつ、特に良好な液滴生成を行うことができる。角度αが比較的大きい場合(例えばαが30°以上又は40°以上の場合)には、エマルジョン形成部において2つの連続相液流路が互いに十分に対向することによって、液滴の生成がさらに安定化することがある。 The angle α is more than 0°, 15° or more, 30° or more, 40° or more, 45° or more, 50° or more, 60° or more, 70° or more, 75° or more, 80° or more, or 85° or more. and/or may be 170° or less, 160° or less, 150° or less, 140° or less, 130° or less, 120° or less, 110° or less, or 100° or less. Preferably, angle α ranges from 75° to 105°, from 85° to 95°, or from 89° to 91°, in particular approximately a right angle. When the angle α is within these ranges, it is possible to particularly effectively suppress the generation of bubbles and to produce particularly good droplets. When the angle α is relatively large (for example, when α is 30° or more or 40° or more), the two continuous phase liquid channels sufficiently oppose each other in the emulsion forming part, so that droplet generation is further enhanced. It may be stabilized.

第1の連続相液流路及び第2の連続相液流路は、それぞれ、エマルジョン形成部に接続する流路部位において、50μm~2000μmの幅を有することができる。この幅は、より好ましくは、100μm以上、200μm以上、200μm超、250μm以上、若しくは300μm以上であり、かつ/又は、1500μm以下、1200μm以下、1000μm以下、900μm以下、800μm以下、700μm以下、600μm以下、500μm以下、若しくは400μm以下である。 The first continuous phase liquid channel and the second continuous phase liquid channel can each have a width of 50 μm to 2000 μm at the channel portion connected to the emulsion forming section. This width is more preferably 100 μm or more, 200 μm or more, more than 200 μm, 250 μm or more, or 300 μm or more, and/or 1500 μm or less, 1200 μm or less, 1000 μm or less, 900 μm or less, 800 μm or less, 700 μm or less, 600 μm or less , 500 μm or less, or 400 μm or less.

流路の幅は、マイクロ流路チップの使用状態において、流路方向に対して水平方向で直交する方向での側部壁面の間の距離を計測することによって、決定することができる。 The width of the channel can be determined by measuring the distance between the side wall surfaces in a direction horizontally orthogonal to the channel direction when the microchannel chip is in use.

第1の連続相液流路及び第2の連続相液流路は、それぞれ、エマルジョン形成部に接続する流路部位において、50~1000μmの高さを有することができる。この高さは、より好ましくは、75μm以上、若しくは100μm以上であり、かつ/又は、750μm以下、500μm以下、250μm以下、若しくは200μm以下である。 The first continuous phase liquid channel and the second continuous phase liquid channel can each have a height of 50 to 1000 μm at the channel portion connected to the emulsion forming section. This height is more preferably 75 μm or more, or 100 μm or more, and/or 750 μm or less, 500 μm or less, 250 μm or less, or 200 μm or less.

流路の高さは、マイクロ流路チップの使用状態において、流路の鉛直方向での長さを計測することによって決定することができる。 The height of the channel can be determined by measuring the length of the channel in the vertical direction when the microchannel chip is in use.

(連続相液流路の流路方向とオリフィス部の流路方向) (Flow path direction of continuous phase liquid flow path and flow path direction of orifice part)

図3の態様では、エマルジョン形成部(特には相液集合部222)への第1の連続相液流路212の流入方向と、オリフィス部224の流路方向(流出方向)とが、角度γ1を形成しており、
エマルジョン形成部(特には相液集合部222)への第2の連続相液流路213の流入方向と、オリフィス部224の流路方向(流出方向)とが、角度γ2を形成しており、
角度γ1及び角度γ2が、いずれも、0°以上90°未満である。
In the embodiment of FIG. 3, the inflow direction of the first continuous phase liquid flow path 212 into the emulsion forming section (particularly the phase liquid collection section 222) and the flow path direction (outflow direction) of the orifice section 224 are at an angle γ1. is formed,
The inflow direction of the second continuous phase liquid flow path 213 into the emulsion forming part (particularly the phase liquid collection part 222) and the flow path direction (outflow direction) of the orifice part 224 form an angle γ2,
The angle γ1 and the angle γ2 are both 0° or more and less than 90°.

角度γ1及び/又は角度γ2が上記の範囲内である場合には、気泡の発生を効果的に抑制することができる。 When the angle γ1 and/or the angle γ2 are within the above range, the generation of bubbles can be effectively suppressed.

すなわち、角度γ1及び/又は角度γ2が上記の範囲内である場合には、連続相液流路とオリフィス部との間の角度が緩やかになるので、エマルジョン形成部の相液集合部へと進行してくる2つの連続相液のタイミングがずれて気体が連続相液流路中に取り残された場合であっても、2つの連続相液の間に存在する気体が、比較的スムーズに、オリフィス部へと流れることができる。これにより、2つの連続相液の間に存在する気体が分断される可能性が低減されるので、気泡の発生を抑制することができると考えられる。 That is, when the angle γ1 and/or the angle γ2 is within the above range, the angle between the continuous phase liquid flow path and the orifice section becomes gentle, so that the phase liquid advances to the phase liquid gathering section of the emulsion forming section. Even if the timing of the two continuous phase liquids coming in is shifted and gas is left behind in the continuous phase liquid flow path, the gas existing between the two continuous phase liquids will flow relatively smoothly into the orifice. can flow to the department. This reduces the possibility that the gas existing between the two continuous phase liquids will be separated, so it is thought that the generation of bubbles can be suppressed.

オリフィス部の流路方向は、通常、オリフィス部中で液体(特には液滴)が流れる方向である。角度γ1及び角度γ2は、互いに同じでも異なっていてもよい。好ましくは、角度γ1及び角度γ2は、互いに実質的に同じである。 The flow path direction of the orifice section is usually the direction in which liquid (particularly droplets) flows in the orifice section. The angle γ1 and the angle γ2 may be the same or different. Preferably, angle γ1 and angle γ2 are substantially the same as each other.

角度γ1及び角度γ2は、それぞれ、0°超、5°以上、10°以上、20℃以上、30°以上、若しくは40°以上であってよく、かつ/又は、80°以下、70°以下、60°以下、若しくは50°以下であってよい。 The angle γ1 and the angle γ2 may be respectively greater than 0°, 5° or more, 10° or more, 20°C or more, 30° or more, or 40° or more, and/or 80° or less, 70° or less, It may be 60° or less, or 50° or less.

(連続相液流路の流路方向と分散相液流路の流路方向)
図4は、図2の実施態様に対応する態様であり、2つの連続相液流路と分散相液流路との間の関係を説明するための平面概略図である。
(Flow path direction of continuous phase liquid flow path and flow path direction of dispersed phase liquid flow path)
FIG. 4 is an embodiment corresponding to the embodiment of FIG. 2, and is a schematic plan view for explaining the relationship between two continuous phase liquid channels and a dispersed phase liquid channel.

図4の態様では、エマルジョン形成部(特には相液集合部222)への第1の連続相液流路212の流入方向と、エマルジョン形成部(特には相液集合部222)への分散相液流路216の流入方向とが、角度β1を形成しており、
エマルジョン形成部(特には相液集合部222)への第2の連続相液流路213の流入方向と、エマルジョン形成部(特には相液集合部222)への分散相液流路216の流入方向とが、角度β2を形成しており、かつ、
角度β1及び角度β2が、いずれも、0°以上90°未満である。
In the embodiment of FIG. 4, the inflow direction of the first continuous phase liquid flow path 212 into the emulsion forming part (particularly the phase liquid collecting part 222) and the inflow direction of the dispersed phase into the emulsion forming part (particularly the phase liquid collecting part 222) The inflow direction of the liquid flow path 216 forms an angle β1,
The inflow direction of the second continuous phase liquid channel 213 into the emulsion forming section (especially the phase liquid collecting section 222) and the inflow direction of the dispersed phase liquid channel 216 into the emulsion forming section (especially the phase liquid collecting section 222) the direction forms an angle β2, and
The angle β1 and the angle β2 are both 0° or more and less than 90°.

角度β1及び角度β2は、互いに同じでも異なっていてもよい。好ましくは、角度β1及び角度β2は、互いに実質的に同じである。 The angle β1 and the angle β2 may be the same or different. Preferably, angle β1 and angle β2 are substantially the same as each other.

角度β1及び角度β2は、それぞれ、0°超、10°以上、20°以上、30°以上、若しくは40°以上であってよく、かつ/又は、85°以下、80°以下、75°以下、70°以下、60°以下、若しくは50°以下であってよい。角度β1及び/又は角度β2が比較的大きい場合(例えばβ1及び/又はβ2が15°以上又は20°以上の場合)には、エマルジョン形成部において2つの連続相液流路が互いに十分に対向することによって、液滴の生成がさらに安定化することがある。 Angle β1 and angle β2 may be greater than 0°, greater than or equal to 10°, greater than or equal to 20°, greater than or equal to 30°, or greater than or equal to 40°, and/or less than or equal to 85°, less than or equal to 80°, less than or equal to 75°, respectively. It may be 70° or less, 60° or less, or 50° or less. When the angle β1 and/or the angle β2 are relatively large (for example, when β1 and/or β2 are 15° or more or 20° or more), the two continuous phase liquid channels sufficiently oppose each other in the emulsion forming part. This may further stabilize droplet formation.

<オリフィス部>
オリフィス部は、上記のとおり、エマルジョン形成部の相液集合部に直接に接続する流路である。
<Orifice part>
As described above, the orifice section is a flow path directly connected to the phase liquid collecting section of the emulsion forming section.

オリフィス部の流路形状は、マイクロ流路チップを用いて生成される液滴の所望のサイズに適合させることができる。具体的には、所望の液滴体積としては、例えば0.1pL~50nL(球状直径3μm~1000μm)、より好ましくは5nL以下(球状直径~200μm)、特に好ましくは1nL以下(球状直径~100μm)であり、オリフィスの幅(特には、相液集合部における開口部の幅)は、≦100μm以下が特に望ましい。ただし、生成時の液滴の形状はディスク型やプラグ(長方形)など多様であり、連続相液と分散相液の流量比等の要因も大きく関係するため、厳密に液滴サイズとオリフィスサイズを合わせる必要は必ずしも無い。 The channel shape of the orifice section can be adapted to the desired size of droplets generated using the microchannel chip. Specifically, the desired droplet volume is, for example, 0.1 pL to 50 nL (spherical diameter 3 μm to 1000 μm), more preferably 5 nL or less (spherical diameter ~200 μm), particularly preferably 1 nL or less (spherical diameter ~100 μm). The width of the orifice (particularly the width of the opening in the phase liquid collecting section) is particularly preferably ≦100 μm or less. However, the shapes of droplets during generation vary widely, such as disk shapes and plugs (rectangles), and factors such as the flow rate ratio of continuous phase liquid and dispersed phase liquid are also greatly involved, so the droplet size and orifice size must be strictly determined. It is not necessarily necessary to match.

液滴生成の観点からは、オリフィスの幅、高さ、及び長さが重要であり、オリフィス部は、生成したい液滴サイズに近い寸法を有していることが望ましい。特に、マイクロ流路による微小液滴法では、アプリケーションに合わせて適切な液滴サイズ(液滴体積)を得る必要があり、Flow-focus法では、液滴サイズに合わせてオリフィス部の開口サイズを比較的小さくする必要があることが多い。 From the viewpoint of droplet generation, the width, height, and length of the orifice are important, and it is desirable that the orifice portion has dimensions close to the droplet size desired to be generated. In particular, in the microdroplet method using a microchannel, it is necessary to obtain an appropriate droplet size (droplet volume) according to the application, and in the flow-focus method, the opening size of the orifice part is adjusted according to the droplet size. Often needs to be relatively small.

本開示に係る1つの好ましい実施態様では、生成されるエマルジョン中の単分散液滴の代表直径が、オリフィス部の最小流路断面積の5倍未満となるように構成されている。 In one preferred embodiment of the present disclosure, the typical diameter of the monodisperse droplets in the generated emulsion is configured to be less than five times the minimum cross-sectional area of the orifice.

なお、「代表直径」は、エマルジョン中の単分散液滴を球と仮定した際に、実測されるエマルジョン中の単分散液滴の平均体積から逆算できる直径の値である。 Note that the "representative diameter" is a diameter value that can be calculated back from the average volume of the actually measured monodisperse droplets in the emulsion, assuming that the monodisperse droplets in the emulsion are spheres.

オリフィス部は、10μm~200μmの流路幅を有することができる。この流路幅は、20μm以上、30μm以上、40μm以上、若しくは50μm以上であってよく、かつ/又は、150μm以下、120μm以下、若しくは100μm以下であってよい。特に好ましくは、オリフィス部の流路幅は、100μm以下である。 The orifice portion can have a channel width of 10 μm to 200 μm. The channel width may be 20 μm or more, 30 μm or more, 40 μm or more, or 50 μm or more, and/or 150 μm or less, 120 μm or less, or 100 μm or less. Particularly preferably, the channel width of the orifice portion is 100 μm or less.

オリフィス部は、10μm~200μmの流路高さを有することができる。この高さは、20μm以上、30μm以上、40μm以上、若しくは50μm以上であってよく、かつ/又は、150μm以下、120μm以下、若しくは100μm以下であってよい。 The orifice portion can have a channel height of 10 μm to 200 μm. This height may be 20 μm or more, 30 μm or more, 40 μm or more, or 50 μm or more, and/or 150 μm or less, 120 μm or less, or 100 μm or less.

オリフィス部の長さ(流路長さ)は、特に限定されない。液滴生成の安定性の観点からは、図3で見られるように、オリフィス部と、これに接続するエマルジョン流路の一部とが、直線的な1つの流路を形成していることが好ましい。この直線的な流路の長さは、10μm以上、50μm以上、又はさらには100μm以上であることが好ましい。 The length of the orifice portion (flow path length) is not particularly limited. From the viewpoint of the stability of droplet generation, it is important to note that the orifice and part of the emulsion flow path connected to it form one straight flow path, as shown in Figure 3. preferable. The length of this straight channel is preferably 10 μm or more, 50 μm or more, or even 100 μm or more.

<エマルジョン形成部及びこれに接続する流路の天井面>
(天井面)
本開示に係る1つの実施態様では、
エマルジョン形成部が、相液集合部及びオリフィス部を有しており、
第1の連続相液流路、第2の連続相液流路、分散相液流路、及びオリフィス部が、相液集合部に直接に接続しており、
第1の連続相液流路の天井面、第2の連続相液流路の天井面、及び分散相液流路の天井面、並びに、オリフィス部の天井面が、相液集合部に接続する部位において、相液集合部の天井面と同一平面上に存在する。
<Ceiling surface of the emulsion forming section and the channel connected thereto>
(Ceiling surface)
In one embodiment according to the present disclosure,
The emulsion forming part has a phase liquid gathering part and an orifice part,
The first continuous phase liquid flow path, the second continuous phase liquid flow path, the dispersed phase liquid flow path, and the orifice portion are directly connected to the phase liquid collection portion,
The ceiling surface of the first continuous phase liquid flow path, the ceiling surface of the second continuous phase liquid flow path, the ceiling surface of the dispersed phase liquid flow path, and the ceiling surface of the orifice portion are connected to the phase liquid collecting portion. It exists on the same plane as the ceiling surface of the phase liquid collecting part.

この実施態様について図3を用いて説明すると、相液集合部222に接続している流路、すなわち第1の連続相液流路212、第2の連続相液流路213、分散相液流路216、及びオリフィス部224に関して、それぞれの流路を構成する天井面が、相液集合部の天井面と同一平面上に存在している。 This embodiment will be described with reference to FIG. 3. The channels connected to the phase liquid collecting section 222, namely, the first continuous phase liquid channel 212, the second continuous phase liquid channel 213, and the dispersed phase liquid flow Regarding the channel 216 and the orifice section 224, the ceiling surfaces forming the respective flow channels exist on the same plane as the ceiling surface of the phase liquid collection section.

このような態様によれば、気泡の発生(特には、空の流路を流れる連続相液同士の接触に伴う気泡の発生)及びそれに伴う流路閉塞を、特に効果的に抑制又は回避できる。 According to this aspect, the generation of bubbles (in particular, the generation of bubbles due to contact between continuous phase liquids flowing through an empty flow path) and the flow path blockage caused by this can be particularly effectively suppressed or avoided.

理論によって限定する意図はないが、気泡は浮力によって流路の天井面方向に位置しやすいので、エマルジョン形成部及びそれに接続する流路の天井面の高さに差(特には段差)がある場合には、比較的高い天井面を有する流路部位(例えば相液集合部)に気泡が残留するおそれがある。 Although it is not intended to be limited by theory, bubbles tend to be located toward the ceiling of the channel due to buoyancy, so if there is a difference (especially a step) in the height of the ceiling of the emulsion forming part and the channel connected to it. In this case, there is a risk that air bubbles may remain in a flow path portion (for example, a phase liquid gathering portion) that has a relatively high ceiling surface.

これに対して、エマルジョン形成部の相液集合部及びそれに接続する流路の天井面が同一平面上にある場合(すなわち段差がない場合)には、天井面の高さの差異に起因する気泡の残留が低減されるので、仮に流路内に気泡が発生した場合であっても、気泡がエマルジョン形成部から容易に排出されると考えられる。 On the other hand, if the phase liquid collection part of the emulsion forming part and the ceiling surface of the flow path connected thereto are on the same plane (i.e., there is no step), air bubbles due to the difference in the height of the ceiling surface may occur. It is thought that even if air bubbles are generated in the flow path, the air bubbles can be easily discharged from the emulsion forming part because the amount of remaining air is reduced.

(底面)
流路の天井面に関する上記の実施態様において、より好ましくは、流路の底面も、同一平面上に存在する。すなわち、第1の連続相液流路の底面、第2の連続相液流路の底面、及び分散相液流路の底面、並びに、オリフィス部の底面が、相液集合部に接続する部位において、相液集合部の底面と同一平面上に存在する。
(bottom)
In the above embodiment regarding the ceiling surface of the channel, more preferably the bottom surface of the channel also exists on the same plane. That is, at the portion where the bottom surface of the first continuous phase liquid flow path, the bottom surface of the second continuous phase liquid flow path, the bottom surface of the dispersed phase liquid flow path, and the bottom surface of the orifice portion connect to the phase liquid collecting portion. , exists on the same plane as the bottom surface of the phase liquid collecting part.

このような態様によれば、液滴サイズに合わせて、オリフィス部を小さく保つことができる。 According to this aspect, the orifice portion can be kept small according to the droplet size.

特に好ましくは、オリフィス部の流路高さが、相液集合部の流路高さと同じである。 Particularly preferably, the height of the flow path in the orifice portion is the same as the height of the flow path in the phase liquid collecting portion.

(連続相液流路の開口部の離間)
本開示に係る1つの実施態様では、
第1の連続相液流路及び第2の連続相液流路が、それぞれ、エマルジョン形成部(特には相液集合部)の壁面に設けられた第1開口部及び第2開口部を介して、エマルジョン形成部に接続しており、
第1開口部と第2開口部とが、エマルジョン形成部に接続する部位における分散相液流路の幅(及び/又はオリフィス部の幅)よりも大きい距離で、互いに離間している。
(Separation of opening of continuous phase liquid flow path)
In one embodiment according to the present disclosure,
The first continuous phase liquid flow path and the second continuous phase liquid flow path are connected through a first opening and a second opening provided in the wall surface of the emulsion forming section (particularly the phase liquid gathering section), respectively. , connected to the emulsion forming part,
The first opening and the second opening are spaced apart from each other by a distance greater than the width of the dispersed phase liquid channel (and/or the width of the orifice portion) at the portion connected to the emulsion forming portion.

エマルジョン形成部の相液集合部は、流路を構成する壁面に囲まれた空間として定義することができる。すなわち、使用状態のマイクロ流路チップを考慮したときに、エマルジョン形成部の相液集合部は、水平方向に延在する水平壁面(特には天井面及び床面)、及び複数の側部壁面によって囲まれた空間であってよい。 The phase liquid collection part of the emulsion forming part can be defined as a space surrounded by walls that constitute a flow path. In other words, when considering the microchannel chip in use, the phase liquid collection part of the emulsion forming part is formed by horizontal walls extending in the horizontal direction (particularly the ceiling and floor surfaces) and a plurality of side walls. It can be an enclosed space.

「水平壁面」は、特には、流路を構成する壁面のうち、水平方向に主に延在する壁面である。水平壁面は、特には、流路の天井面及び床面である。「側部壁面」は、特には、流路を構成する壁面のうち、水平方向及び鉛直方向に主に延在する壁面である。 The "horizontal wall surface" specifically refers to a wall surface that mainly extends in the horizontal direction among the wall surfaces that constitute the flow path. Horizontal walls are in particular the ceiling and floor of the channel. In particular, the "side wall surface" is a wall surface that mainly extends in the horizontal and vertical directions among the wall surfaces that constitute the flow path.

図3の態様では、エマルジョン形成部の相液集合部は、明確な側部壁面を有していない。すなわち、図3に示されている態様では、エマルジョン形成部の相液集合部は、流路の水平壁面である天井面及び床面と、連続相液流路の側部壁面と分散相液流路の側部壁面との間の接続部と、連続相液流路の側部壁面とオリフィス部の側部壁面との間の接続部と、によって画定されている。 In the embodiment of FIG. 3, the phase liquid collecting section of the emulsion forming section does not have a defined side wall surface. That is, in the embodiment shown in FIG. 3, the phase liquid collection part of the emulsion forming part is connected to the ceiling surface and floor surface, which are the horizontal walls of the flow channel, to the side wall surface of the continuous phase liquid flow channel, and to the dispersed phase liquid flow. and a connection between a side wall of the continuous phase liquid flow path and a side wall of the orifice section.

これに対して、例えば、連続相液流路の側部壁面と、分散相液流路の側部壁面とを、接続壁面を介して、互いに接続することができる。このような接続壁面を用いることによって、第1の連続相液流路の第1開口部と、第2の連続相液流路の第2開口部とを、エマルジョン形成部に接続する部位における分散相液流路の幅(及び/又はオリフィス部の幅)よりも大きい距離で、互いに離間させることができる。この場合、接続壁面は、水平方向及び鉛直方向に延在し、エマルジョン形成部の相液集合部の側部壁面を構成する。 On the other hand, for example, the side wall surface of the continuous phase liquid flow path and the side wall surface of the dispersed phase liquid flow path can be connected to each other via a connecting wall surface. By using such a connecting wall surface, the first opening of the first continuous phase liquid channel and the second opening of the second continuous phase liquid channel are connected to the emulsion forming section for dispersion. They can be separated from each other by a distance greater than the width of the phase liquid flow path (and/or the width of the orifice portion). In this case, the connecting wall surface extends in the horizontal and vertical directions and constitutes a side wall surface of the phase liquid collection section of the emulsion forming section.

第1開口部と第2開口部とがエマルジョン形成部に接続する部位における分散相液流路の幅(及び/又はオリフィス部の幅)よりも大きい距離で互いに離間している場合には、流路閉塞が効果的に抑制され、エマルジョン形成部における気泡の発生をさらに効果的に抑制できる。なお、第1開口部と第2開口部とは、例えば、エマルジョン形成部に接続する部位における分散相液流路の幅(及び/又はオリフィス部の幅)の1.1倍、1.3倍、1.5倍、2.0倍、又は3.0倍よりも大きい距離で、互いに離間することができる。 When the first opening and the second opening are separated from each other by a distance greater than the width of the dispersed phase liquid flow path (and/or the width of the orifice portion) at the portion connecting to the emulsion forming portion, the flow Pathway blockage is effectively suppressed, and generation of bubbles in the emulsion forming part can be further effectively suppressed. Note that the first opening and the second opening are, for example, 1.1 times or 1.3 times the width of the dispersed phase liquid flow path (and/or the width of the orifice portion) at the portion connected to the emulsion forming portion. , 1.5 times, 2.0 times, or 3.0 times.

(連続相液流路の幅)
本開示に係る別の実施態様では、
エマルジョン形成部(特には相液集合部)に接続する部位における第1の連続相液流路の流路断面積S、及び/又はエマルジョン形成部(特には相液集合部)に接続する部位における第2の連続相液流路の流路断面積Sが、オリフィス部の流路断面積Sの2.0倍以上である。
(Width of continuous phase liquid flow path)
In another embodiment of the present disclosure,
Channel cross-sectional area S 1 of the first continuous phase liquid flow path at the part connected to the emulsion forming part (particularly the phase liquid collecting part), and/or the part connected to the emulsion forming part (particularly the phase liquid collecting part) The flow path cross-sectional area S 2 of the second continuous phase liquid flow path in is 2.0 times or more the flow path cross-sectional area S a of the orifice portion.

このような態様によれば、2つの連続相液の間に存在する気体に対して及ぼされる応力を低減することができるので、エマルジョン形成部における気泡の発生をさらに効果的に抑制できる。 According to such an embodiment, the stress exerted on the gas existing between the two continuous phase liquids can be reduced, so that the generation of bubbles in the emulsion forming part can be more effectively suppressed.

(分散相液流路)
分散相液流路は、第1の連続相液流路と第2の連続相液流路との間で、エマルジョン形成部に接続する。すなわち、マイクロ流路チップの使用状態において、分散相液流路が、水平方向で、第1の連続相液流路と第2の連続相液流路との間に位置しており、エマルジョン形成部に流通している。
(Dispersed phase liquid flow path)
The dispersed phase liquid channel is connected to the emulsion forming section between the first continuous phase liquid channel and the second continuous phase liquid channel. That is, when the microchannel chip is in use, the dispersed phase liquid channel is located between the first continuous phase liquid channel and the second continuous phase liquid channel in the horizontal direction, and emulsion formation is prevented. It is distributed to the department.

分散相液流路は、エマルジョン形成部に接続する流路部位において、10μm~300μmの幅を有することができる。この幅は、20μm以上、30μm以上、40μm以上、若しくは50μm以上であってよく、かつ/又は、250μm以下、200μm以下、150μm以下、120μm以下、若しくは100μm以下であってよい。 The dispersed phase liquid channel can have a width of 10 μm to 300 μm at the channel portion connected to the emulsion forming section. This width may be 20 μm or more, 30 μm or more, 40 μm or more, or 50 μm or more, and/or 250 μm or less, 200 μm or less, 150 μm or less, 120 μm or less, or 100 μm or less.

分散相液流路は、エマルジョン形成部に接続する流路部位において、10μm~300μmの高さを有することができる。この高さは、20μm以上、30μm以上、40μm以上、若しくは50μm以上であってよく、かつ/又は、250μm以下、200μm以下、150μm以下、120μm以下、若しくは100μm以下であってよい。 The dispersed phase liquid channel can have a height of 10 μm to 300 μm at the channel portion connected to the emulsion forming section. This height may be 20 μm or more, 30 μm or more, 40 μm or more, or 50 μm or more, and/or 250 μm or less, 200 μm or less, 150 μm or less, 120 μm or less, or 100 μm or less.

(エマルジョン流路)
エマルジョン流路は、液滴が流入する流路である。
エマルジョン流路は、エマルジョン形成部(特にはオリフィス部)に接続する流路部位において、10μm~300μmの幅を有することができる。この幅は、20μm以上、30μm以上、40μm以上、若しくは50μm以上であってよく、かつ/又は、250μm以下、200μm以下、150μm以下、120μm以下、若しくは100μm以下であってよい。
(emulsion flow path)
The emulsion channel is a channel into which droplets flow.
The emulsion channel can have a width of 10 μm to 300 μm at the channel portion connected to the emulsion forming part (particularly the orifice part). This width may be 20 μm or more, 30 μm or more, 40 μm or more, or 50 μm or more, and/or 250 μm or less, 200 μm or less, 150 μm or less, 120 μm or less, or 100 μm or less.

エマルジョン流路は、エマルジョン形成部(特にはオリフィス部)に接続する流路部位において、10μm~300μmの流路高さを有することができる。この高さは、20μm以上、30μm以上、40μm以上、若しくは50μm以上であってよく、かつ/又は、250μm以下、200μm以下、150μm以下、120μm以下、若しくは100μm以下であってよい。 The emulsion channel can have a channel height of 10 μm to 300 μm at the channel portion connected to the emulsion forming part (particularly the orifice part). This height may be 20 μm or more, 30 μm or more, 40 μm or more, or 50 μm or more, and/or 250 μm or less, 200 μm or less, 150 μm or less, 120 μm or less, or 100 μm or less.

(壁面の接続部)
本発明に係る1つの実施態様では、連続相液流路の側部壁面とオリフィス部の側部壁面との接続部が、丸みを帯びている。この場合には、気泡の発生をさらに効果的に抑制することができる場合がある。
(Wall connection)
In one embodiment of the present invention, the connection between the side wall surface of the continuous phase liquid flow path and the side wall surface of the orifice portion is rounded. In this case, it may be possible to more effectively suppress the generation of bubbles.

図5は、このような態様に係る流路構造の例を示している。図5の態様では、第1の連続相液流路512の側部壁面とオリフィス部524の側部壁面との接続部57aが丸みを帯びており、かつ、第2の連続相液流路513の側部壁面とオリフィス部524の側部壁面との接続部57bが、丸みを帯びている。エマルジョン流路530は、オリフィス部524に接続しており、一緒に、直線的な1つの流路を形成している。 FIG. 5 shows an example of a flow path structure according to such an aspect. In the embodiment of FIG. 5, the connecting portion 57a between the side wall surface of the first continuous phase liquid flow path 512 and the side wall surface of the orifice portion 524 is rounded, and the second continuous phase liquid flow path 513 A connecting portion 57b between the side wall surface of the orifice portion 524 and the side wall surface of the orifice portion 524 is rounded. Emulsion channel 530 connects to orifice section 524 and together forms a straight channel.

理論によって限定する意図はないが、壁面の接続部が丸みを帯びておらず角を形成している場合には、エマルジョン形成部に流入する2つの連続相液の間の気体がこの角に押し付けられることによって分断され、気泡が発生するおそれが高まる。これに対して、接続部が丸みを帯びている場合には、この接続部に対して気体が押し付けられた場合の分断圧力が低減されるので、気泡の発生がより効果的に抑制されると考えられる。 Without intending to be limited by theory, if the wall connection is not rounded but forms a corner, the gas between the two continuous phase liquids entering the emulsion formation will press against this corner. This increases the risk of the film becoming separated and creating bubbles. On the other hand, if the connection part is rounded, the separation pressure when gas is pressed against this connection part is reduced, so the generation of air bubbles can be suppressed more effectively. Conceivable.

特には、連続相液流路の側部壁面と、オリフィス部の側部壁面との接続部に形成される角部の丸みを円と仮定したときの半径、いわゆる角Rが、0.1mm以上であってよい。この角Rは、さらには、0.1mm超、0.3mm以上、0.5mm以上、1.0mm以上であってよい。角Rの上限は特に限定されないが、例えば10.0mm以下、又は5.0mm以下であってよい。 In particular, when the radius of the corner formed at the connection between the side wall surface of the continuous phase liquid flow path and the side wall surface of the orifice section is assumed to be a circle, the so-called corner R is 0.1 mm or more. It may be. This angle R may further be greater than 0.1 mm, greater than or equal to 0.3 mm, greater than or equal to 0.5 mm, or greater than or equal to 1.0 mm. The upper limit of the angle R is not particularly limited, but may be, for example, 10.0 mm or less, or 5.0 mm or less.

(エマルジョン形成部の寸法)
エマルジョン形成部の相液集合部は、エマルジョン形成部の相液集合部の幅方向において、100μm~2000μmの長さを有することができる。この長さ(幅)は、200μm以上、300μm以上、400μm以上、若しくは500μm以上であってよく、かつ/又は、1500μm以下、1200μm以下、1000μm以下、若しくは900μm以下であってよい。
(Dimensions of emulsion forming part)
The phase liquid collecting portion of the emulsion forming portion can have a length of 100 μm to 2000 μm in the width direction of the phase liquid collecting portion of the emulsion forming portion. This length (width) may be 200 μm or more, 300 μm or more, 400 μm or more, or 500 μm or more, and/or 1500 μm or less, 1200 μm or less, 1000 μm or less, or 900 μm or less.

エマルジョン形成部の相液集合部は、エマルジョン形成部の相液集合部の長さ方向において、100μm~2000μmの長さを有することができる。この長さは、200μm以上、300μm以上、400μm以上、若しくは500μm以上であってよく、かつ/又は、1500μm以下、1200μm以下、1000μm以下、若しくは900μm以下であってよい。 The phase liquid collecting part of the emulsion forming part can have a length of 100 μm to 2000 μm in the length direction of the phase liquid collecting part of the emulsion forming part. This length may be 200 μm or more, 300 μm or more, 400 μm or more, or 500 μm or more, and/or 1500 μm or less, 1200 μm or less, 1000 μm or less, or 900 μm or less.

「エマルジョン形成部の相液集合部の長さ方向(相液集合部の長さ方向)」は、エマルジョン形成部に接続する部位における分散相液流路の流路方向、と定義することができる。また、「エマルジョン形成部の相液集合部の幅方向(相液集合部の幅方向)」は、エマルジョン形成部に接続する部位における分散相液流路の流路方向に対して、水平方向で直交する方向、と定義することができる。 "The length direction of the phase liquid collecting part of the emulsion forming part (the length direction of the phase liquid collecting part)" can be defined as the flow path direction of the dispersed phase liquid flow path at the part connected to the emulsion forming part. . In addition, "the width direction of the phase liquid collecting part of the emulsion forming part (the width direction of the phase liquid collecting part)" is the horizontal direction with respect to the flow path direction of the dispersed phase liquid flow path in the part connected to the emulsion forming part. It can be defined as orthogonal directions.

<エマルジョン>
本開示に係る方法によって生成されるエマルジョンは、分散性溶液であり、分散相液から構成される液滴、及び連続相液から構成される連続相を含む。エマルジョン中で、分散相液から構成される液滴が、連続相液から構成される連続相に分散している。
<Emulsion>
The emulsion produced by the method of the present disclosure is a dispersed solution and includes droplets made up of a dispersed phase liquid and a continuous phase made up of a continuous phase liquid. In an emulsion, droplets made up of a dispersed phase liquid are dispersed in a continuous phase made up of a continuous phase liquid.

(分散相液)
分散相液は、エマルジョンに含有される液滴を構成する液体である。
(Dispersed phase liquid)
The dispersed phase liquid is a liquid that constitutes the droplets contained in the emulsion.

分散相液は、例えば、水溶液である。分散相液は、随意に、界面活性剤、有機溶剤、増粘剤、血清、酵素などを含有することができる。分散相液は、反応液であってよく、例えば、後述する検出処理において検出対象となる試料を含有する液体、検出用の試薬を含有する液体、又はこれらの混合液であってよい。 The dispersed phase liquid is, for example, an aqueous solution. The dispersed phase liquid can optionally contain surfactants, organic solvents, thickeners, serum, enzymes, and the like. The dispersed phase liquid may be a reaction liquid, for example, a liquid containing a sample to be detected in a detection process described below, a liquid containing a detection reagent, or a mixture thereof.

(連続相液)
連続相液は、エマルジョンに含有される連続相を構成する液体である。
(continuous phase liquid)
The continuous phase liquid is a liquid that constitutes the continuous phase contained in the emulsion.

連続相液は、分散相液と混和しない非混和性液体であることが好ましい。例えば、分散相液が水溶液である場合、連続相液はオイルであってよく、この場合、ウォーターインオイル(W/O)型エマルジョンが形成される。 Preferably, the continuous phase liquid is an immiscible liquid that is immiscible with the dispersed phase liquid. For example, if the dispersed phase liquid is an aqueous solution, the continuous phase liquid may be an oil, in which case a water-in-oil (W/O) type emulsion is formed.

連続相液がオイルである場合、オイルとしては、シリコーンオイル、鉱油、フッ素系分散媒、植物油、又はこれらの組み合わせが挙げられる。 When the continuous phase liquid is an oil, the oil includes silicone oil, mineral oil, fluorinated dispersion medium, vegetable oil, or combinations thereof.

フッ素系分散媒としては、フルオロカーボン、特には、ペルフルオロヘキサン、ヘキサフルオロベンゼン、ペルフルオロメチルシクロヘキサン、ペルフルオロオクタン、及びペルフルオロトリペンチルアミンが挙げられる。 Fluorinated dispersion media include fluorocarbons, particularly perfluorohexane, hexafluorobenzene, perfluoromethylcyclohexane, perfluorooctane, and perfluorotripentylamine.

市販されているフルオロカーボンとしては、FC-3283(フロリナート(商品名)3M社製)、FC-40(フロリナート(商品名)3M社製)、及びHFE-7500(3MTMNovecTM高機能性液体、3M社製)が挙げられる。 Commercially available fluorocarbons include FC-3283 (Florinat (trade name) manufactured by 3M Company), FC-40 (Florinat (trade name) manufactured by 3M Company), and HFE-7500 (3M TM Novec TM High Performance Liquid, (manufactured by 3M).

連続相液としてフッ素系分散媒、特に上記のフルオロカーボンを使用した場合には、特に安定かつ迅速な液滴生成が可能となる。また、極性溶媒や無極性溶媒に対して極めて相溶性が低い特徴を有するため、エマルジョン内の液滴の成分が連続相液を介して他の液滴に移動してしまう問題(クロストーク、コンタミ)を抑制することができる。また、炭化水素系分散媒やシリコーンオイルで表面張力や粘性の低い液体を選択する場合、一般的に可燃性等の危険物としてのリスクが増大するが、フッ素系分散媒は消火剤や冷却媒として利用されるほど安全性が高いのが特徴である。 When a fluorinated dispersion medium, particularly the above-mentioned fluorocarbon, is used as the continuous phase liquid, particularly stable and rapid droplet formation is possible. In addition, because it has extremely low compatibility with polar and non-polar solvents, there is a problem of components of droplets in the emulsion moving to other droplets via the continuous phase liquid (crosstalk, contamination). ) can be suppressed. In addition, when selecting a liquid with low surface tension or viscosity such as a hydrocarbon dispersion medium or silicone oil, the risk of being a hazardous substance such as flammability generally increases, but fluorine dispersion medium It is characterized by its high safety so that it can be used as a

連続相液がオイル(特にはフッ素系分散媒)を含有する場合、オイル(特にはフッ素系分散媒)は、連続相液に対して、50.0~99.9質量%であってよく、又はさらには80~99.0質量%であってよい。 When the continuous phase liquid contains oil (especially fluorinated dispersion medium), the oil (especially fluorinated dispersion medium) may be 50.0 to 99.9% by mass of the continuous phase liquid, or even 80 to 99.0% by mass.

なお、液滴の熱安定性の目的などのために、界面活性剤などの添加剤を連続相液に添加することもできる。これらの添加剤は、液滴における検出反応を阻害しないものであることが好ましい。界面活性剤としては、非イオン界面活性剤である、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールのブロックコポリマーであるPLURONIC(登録商標)およびTETRONIC(登録商標)やTween(登録商標)、Span、Zonyl(登録商標)など挙げられる。連続相液としてフッ素系分散媒を使用する場合、フッ素系界面活性剤、特にはフッ化炭素系界面活性剤を使用するのが好ましく、例えばパーフルオロポリエーテルとポリエチレングリコールのブロックコポリマー等が挙げられる。 Note that additives such as surfactants can also be added to the continuous phase liquid for the purpose of thermal stability of the droplets. It is preferable that these additives do not inhibit the detection reaction in the droplet. Examples of surfactants include nonionic surfactants such as PLURONIC (registered trademark) and TETRONIC (registered trademark), which are block copolymers of polyethylene glycol and polypropylene glycol, Tween (registered trademark), Span, Zonyl (registered trademark), etc. Can be mentioned. When a fluorinated dispersion medium is used as the continuous phase liquid, it is preferable to use a fluorinated surfactant, particularly a fluorocarbon surfactant, such as a block copolymer of perfluoropolyether and polyethylene glycol. .

連続相液が界面活性剤を含む場合、界面活性剤は、連続相液に対して、1~20質量%であってよく、又はさらには2~10質量%であってよい。 If the continuous phase liquid includes a surfactant, the surfactant may be from 1 to 20% by weight, or even from 2 to 10% by weight, based on the continuous phase liquid.

(液滴)
エマルジョンに含有される液滴は、分散相液から構成される。液滴は、例えば、分散相液が連続相液との接触を介してカプセル封入されることによって形成される。
(droplet)
The droplets contained in the emulsion are composed of dispersed phase liquid. Droplets are formed, for example, by encapsulation of a dispersed phase liquid through contact with a continuous phase liquid.

液滴は、例えば、検出対象となる試料を含有する。液滴中で、試料中に含有される標的物質と試薬とを反応させ、その反応の有無及び/又は反応の程度を示す検出可能なシグナル(例えば、蛍光シグナル)を介して、試料の分析を行うことができる。この反応は、例えば、化学反応、結合反応、表現型の変化、又はこれらの組み合わせであってよい。 The droplet contains, for example, a sample to be detected. The target substance contained in the sample and the reagent are reacted in the droplet, and the sample is analyzed via a detectable signal (e.g., a fluorescent signal) that indicates the presence or absence of the reaction and/or the extent of the reaction. It can be carried out. This reaction may be, for example, a chemical reaction, a binding reaction, a phenotypic change, or a combination thereof.

液滴の体積は、標的物質(標的分子)をおおむね1つ(例えば1分子)保持できるだけの体積を有することが好ましい。具体的には、平均体積が、0.00001nL以上、0.0001nL以上、0.001nL以上、0.01nL以上、0.1nL以上、0.5nL以上、若しくは1nL以上、かつ/又は、100nL以下、50nL以下、若しくは10nL以下であることが好ましい。なお、液滴内における標的物質の反応を均一に行なう観点から、形成する液滴の体積は単分散性が高いと好ましい。ここでいう単分散性とは、具体的には、液滴体積の変動係数(CV)が20%以下、10%以下、5%以下、2%以下、又は1%以下のことをいう。なお、下記では説明をわかりやすくするため、液滴を球状として取り扱うが、流路構造や周囲の流れによって液滴が非球状になっていても同様に考えてよい。 The volume of the droplet is preferably large enough to hold approximately one target substance (target molecule) (for example, one molecule). Specifically, the average volume is 0.00001 nL or more, 0.0001 nL or more, 0.001 nL or more, 0.01 nL or more, 0.1 nL or more, 0.5 nL or more, or 1 nL or more, and/or 100 nL or less, It is preferably 50 nL or less, or 10 nL or less. Note that, from the viewpoint of uniformly reacting the target substance within the droplet, it is preferable that the volume of the droplet to be formed is highly monodisperse. Monodispersity here specifically means that the coefficient of variation (CV) of droplet volume is 20% or less, 10% or less, 5% or less, 2% or less, or 1% or less. Note that, in the following, in order to make the explanation easier to understand, the droplets are treated as spherical, but the same idea may be applied even if the droplets are non-spherical due to the channel structure or the surrounding flow.

液滴は、少なくとも標的物質の反応温度条件下で液滴の形状を維持できるだけの熱安定性を有していることが好ましい。具体例として、検出処理において、TRC法による核酸増幅を行う場合は、40℃~48℃の温度条件下で、PCR法による核酸増幅を行う場合は、50℃~100℃の温度条件下で、それぞれ、形状を維持できるだけの熱安定性を液滴が有していることが好ましい。 Preferably, the droplet has sufficient thermal stability to maintain the shape of the droplet at least under the reaction temperature conditions of the target substance. As a specific example, in the detection process, when performing nucleic acid amplification by the TRC method, under a temperature condition of 40 ° C. to 48 ° C., and when performing nucleic acid amplification by the PCR method, under a temperature condition of 50 ° C. to 100 ° C. Preferably, each droplet has sufficient thermal stability to maintain its shape.

<マイクロ流路チップ>
本開示のマイクロ流路チップは、分散相液保持部、分散相液流路、連続相液保持部、連続相液流路、エマルジョン形成部、エマルジョン流路、及び排出口を有している。分散相液保持部が、分散相液流路を介して、エマルジョン形成部に接続しており、連続相液保持部が、連続相液流路を介して、エマルジョン形成部に接続しており、エマルジョン流路が、排出口に接続している。
<Microchannel chip>
The microchannel chip of the present disclosure includes a dispersed phase liquid holding section, a dispersed phase liquid channel, a continuous phase liquid holding section, a continuous phase liquid channel, an emulsion forming section, an emulsion channel, and an outlet. The dispersed phase liquid holding section is connected to the emulsion forming section via the dispersed phase liquid channel, and the continuous phase liquid holding section is connected to the emulsion forming section via the continuous phase liquid channel, An emulsion channel connects to the outlet.

本開示に係る1つの実施態様では、
マイクロ流路チップが、エマルジョン保持流路をさらに有し、
エマルジョン形成部が、エマルジョン流路を介して、エマルジョン保持流路に接続し、
エマルジョン保持流路が、排出口に接続している。
In one embodiment according to the present disclosure,
The microchannel chip further includes an emulsion holding channel,
The emulsion forming section is connected to the emulsion holding channel via the emulsion channel,
An emulsion holding channel connects to the outlet.

分散相液保持部、分散相液流路、連続相液保持部、連続相液流路、エマルジョン形成部、エマルジョン流路、随意のエマルジョン保持流路、及び排出口は、互いに流体的に接続され、全体として1つの流路構造を形成する。 The dispersed phase liquid holding portion, the dispersed phase liquid flow path, the continuous phase liquid holding portion, the continuous phase liquid flow path, the emulsion forming portion, the emulsion flow path, the optional emulsion holding flow path, and the outlet are fluidly connected to each other. , forming one channel structure as a whole.

特には、この流路構造は、分散相液保持部、連続相液保持部、及び排出口のみを介して、外部雰囲気(特には外部大気)に接続しうるようになっている。 In particular, the flow path structure is such that it can be connected to the external atmosphere (particularly the external atmosphere) only via the dispersed phase liquid holding part, the continuous phase liquid holding part, and the outlet.

本開示に係るマイクロ流路チップは、例えば、基材、及び基材の上に配置されている上部構造体を有している。好ましくは、上部構造体が、流路構造、すなわち、分散相液保持部、分散相液流路、連続相液保持部、連続相液流路、エマルジョン形成部、エマルジョン流路、随意のエマルジョン保持流路、及び排出口を有している。基材は、ガラスからできていてよい。上部構造体は、樹脂からできていてよい。マイクロ流路チップは、例えば、樹脂製の上部構造体と、マイクロ流路チップの底部を構成するガラス基材とを貼り合わせて作製することができる。 The microchannel chip according to the present disclosure includes, for example, a base material and an upper structure disposed on the base material. Preferably, the upper structure has a channel structure, that is, a dispersed phase liquid holding section, a dispersed phase liquid channel, a continuous phase liquid holding section, a continuous phase liquid channel, an emulsion forming section, an emulsion channel, and an optional emulsion holding section. It has a flow path and a discharge port. The substrate may be made of glass. The upper structure may be made of resin. The microchannel chip can be produced, for example, by bonding together a resin upper structure and a glass base material that constitutes the bottom of the microchannel chip.

マイクロ流路チップを構成する流路の大きさ(幅及び深さなど)は、目的とする液滴の体積などを考慮して適宜決定することができ、特には、標的物質の反応形態を考慮して適宜決定することができる。例えば、標的物質がDNAやRNAなどの核酸であり、標的物質の反応が当該核酸のデジタル増幅反応(1分子単位での増幅反応)である場合は、pLオーダー又はnLオーダーの液滴を作製することが必要なため、エマルジョン形成部の周辺の流路の幅及び深さが、それぞれ、0.1μm~1000μm、特には1μm~300μmの範囲であることが好ましい。 The size (width, depth, etc.) of the channels that make up the microchannel chip can be determined as appropriate, taking into account the volume of the desired droplet, etc., and in particular, the reaction form of the target substance. and can be determined accordingly. For example, if the target substance is a nucleic acid such as DNA or RNA, and the reaction with the target substance is a digital amplification reaction (amplification reaction in units of one molecule) of the nucleic acid, droplets of pL order or nL order are prepared. Therefore, the width and depth of the channel around the emulsion forming part are preferably in the range of 0.1 μm to 1000 μm, particularly 1 μm to 300 μm.

マイクロ流路チップは、流路構造を正確かつ容易に作製可能なモールディング若しくはエンボッシングなどの鋳型を用いた技術、又は、フォトリソグラフィー、ソフトフォトリソグラフィー、ウェットエッチング、ドライエッチング、ナノインプリンティング、レーザー加工、電子線直接描画、積層造形法(Additive Manufacturing、AM)、機械加工など、当業者が通常用いる技術を組み合わせて作製することができる。 Microchannel chips can be fabricated using techniques that use molds such as molding or embossing, which can accurately and easily produce channel structures, or photolithography, soft photolithography, wet etching, dry etching, nanoimprinting, laser processing, It can be produced by combining techniques commonly used by those skilled in the art, such as electron beam direct writing, additive manufacturing (AM), and machining.

マイクロ流路チップの作製に用いる材料として、PDMS(ポリジメチルシロキサン)及びアクリルなどのポリマー材料、ステンレスなどの金属材料、ガラス、シリコーン、セラミックスなどがあげられる。これらの中でも、ポリマー材料は、流路自体を安価に作製でき、ディスポーザブルな態様としやすい。したがって、ポリマー材料を少なくとも部分的に用いることが好ましい。 Examples of materials used for manufacturing the microchannel chip include polymer materials such as PDMS (polydimethylsiloxane) and acrylic, metal materials such as stainless steel, glass, silicone, and ceramics. Among these, polymer materials allow the flow path itself to be produced at low cost and are easily made into a disposable form. Therefore, it is preferred to use polymeric materials at least in part.

なお、マイクロ流路チップを構成する流路は、少なくとも分散相液に対して親和性の低い流路壁面にすると好ましい。分散相液に対して親和性の低い材料を用いてマイクロ流路チップを作製してもよく、分散相液に対して親和性の低い材料で流路壁面に相当する部分を表面処理してもよい。例えば、PDMS(ポリジメチルシロキサン)、アクリル、シクロオレフィンポリマー、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのポリマー材料を用いてマイクロ流路チップを作製してもよく、炭化水素系シラン化剤、フッ化炭素系シラン化剤等によって流路壁面の表面処理を行なってもよい。 Note that it is preferable that the channels constituting the microchannel chip have channel walls that have a low affinity for at least the dispersed phase liquid. A microchannel chip may be fabricated using a material that has a low affinity for the dispersed phase liquid, or the portion corresponding to the channel wall may be surface-treated with a material that has a low affinity for the dispersed phase liquid. good. For example, microchannel chips may be fabricated using polymer materials such as PDMS (polydimethylsiloxane), acrylic, cycloolefin polymer, and PTFE (polytetrafluoroethylene), and hydrocarbon-based silanizing agents, fluorocarbons, etc. The surface of the channel wall surface may be treated with a silanizing agent or the like.

(分散相液保持部)
分散相液保持部は、エマルジョンを生成するための材料となる分散相液を保持する部分である。分散相液保持部は、導入口であってよく、分散相液保持部を介して、液体をマイクロ流路チップに導入することができる。分散相液保持部は、例えば、マイクロ流路チップの使用状態において鉛直方向に延在する穴部及び/又はウェルであってよく、この穴部及び/又はウェル内に、分散相液を供給しかつ保持することができるようになっている。分散相液保持部は、例えば、直径0.1mm~20mmの穴部及び/又はウェルから構成されていてよい。分散相液保持部が穴部及びウェルから構成される場合、鉛直方向に延在するウェルが、鉛直方向に延在する穴部を介して、分散相液流路に接続することができる。
(Dispersed phase liquid holding section)
The dispersed phase liquid holding section is a part that holds a dispersed phase liquid that becomes a material for producing an emulsion. The dispersed phase liquid holding section may be an introduction port, and the liquid can be introduced into the microchannel chip via the dispersed phase liquid holding section. The dispersed phase liquid holding section may be, for example, a hole and/or a well that extends in the vertical direction when the microchannel chip is in use, and the dispersed phase liquid is supplied into the hole and/or well. and can be maintained. The dispersed phase liquid holding section may be composed of holes and/or wells having a diameter of 0.1 mm to 20 mm, for example. When the dispersed phase liquid holding section is composed of a hole and a well, the well extending in the vertical direction can be connected to the dispersed phase liquid flow path via the hole extending in the vertical direction.

(分散相液の供給)
分散相液保持部に、分散相液を供給することができる。
(Supply of dispersed phase liquid)
A dispersed phase liquid can be supplied to the dispersed phase liquid holding section.

分散相液保持部に分散相液を供給するために、分散相液を保持するために別個に用意される別容器(相液保持容器)を用いることもできる。このような容器は、保管中及び操作中における液の流出を防止する観点から、分散相液を保持した状態で完全に又は可変的に密閉されていることが好ましい。 In order to supply the dispersed phase liquid to the dispersed phase liquid holding section, a separate container (phase liquid holding container) prepared separately for holding the dispersed phase liquid can also be used. From the viewpoint of preventing liquid from flowing out during storage and operation, such a container is preferably completely or variably sealed while holding the dispersed phase liquid.

また、分散相液の供給(及び/又は連続相液の供給)は、分注手段によって行うことができる。分注手段の使用は、分散相液の残量を抑制し、測定時間及び/又は試薬(分散相液)間のコンタミを抑制できる点で好ましい。 Further, the supply of the dispersed phase liquid (and/or the supply of the continuous phase liquid) can be performed by a dispensing means. The use of a dispensing means is preferable in that it is possible to suppress the remaining amount of the dispersed phase liquid and to suppress the measurement time and/or contamination between reagents (dispersed phase liquid).

例えば、分注手段を用いて各保持部に各相液を滴下し、又は、各保持部の壁面に沿って各相液を導入することができる。これは、送液を陰圧で行う場合に、特に有利である。従来の供給方法、特に、各保持部にチューブ又はマニフォールドを流体接続(密閉接続)させて各保持部への液導入及び送液圧力を同時に行う方法では、接続時の不意の圧力変動及び圧力の安定化までに要する時間に起因して、送液を開始する前に早期に液滴が生成してしまうことがあった。これに対して、分注手段を用い、かつ送液を陰圧で行う場合には、各保持部に相液供給用装置及び圧力源を接続する際の圧力の変動がなくなるので、送液を開始する前の早期の液滴生成を抑制することができる。 For example, each phase liquid can be dropped into each holding part using a dispensing means, or each phase liquid can be introduced along the wall surface of each holding part. This is particularly advantageous when the liquid delivery is carried out under negative pressure. Conventional supply methods, particularly methods in which tubes or manifolds are fluidically connected (sealed connection) to each holding part to simultaneously introduce liquid into each holding part and supply liquid pressure, prevent unexpected pressure fluctuations and pressure fluctuations at the time of connection. Due to the time required for stabilization, droplets were sometimes generated early before the start of liquid feeding. On the other hand, when a dispensing means is used and the liquid is delivered under negative pressure, there is no pressure fluctuation when connecting the phase liquid supply device and the pressure source to each holding part, so the liquid is sent under negative pressure. Early droplet formation before initiation can be suppressed.

分注手段は、保持部における圧力変動を生じないものであることが好ましい。分注手段は、例えばピペットであってよい。好ましくは、分注手段(特に、分注手段を構成する液吐出口)が、各保持部に対して流体接続(密閉接続)されておらず、空間的に離されている。 Preferably, the dispensing means does not cause pressure fluctuations in the holding section. The dispensing means may be, for example, a pipette. Preferably, the dispensing means (particularly, the liquid discharge ports constituting the dispensing means) are not fluidly connected (hermetically connected) to each holding section, but are spatially separated from each other.

例えば、分注手段は、ポンプ、アクチュエーター、ピペットを含む機構であってよく、別容器に保持された各相液をポンプによって吸い上げ、アクチュエーターによって各保持部までピペット先端を移動した後、ポンプによって各保持部に各相液を押し出す動作を行うことが好ましい。加えて、各相液が接触したピペット等の一部は、取り外し可能で使用毎に取り換えることができると、コンタミが抑制できるので好ましい。さらに、分注手段のポンプを送液手段として併用すると、装置構成が簡便化できるため好ましい。また、繰り返し使用が意図される場合、使い捨てのピペットを含む分注手段によって相液を添加しても良いし、共通のラインを使用して相液保持容器からマイクロ流路チップへ添加を行っても良い。後者の場合、連続相液への分散相液のコンタミ抑制のため、マイクロ流路チップへの接続部までの共用のラインを洗浄する工程を含んでいることが好ましい。また、ピペットを含まない分注手段として、外力によって、相液を保持した容器から直接保持部に各液体を添加(滴下)する方法も好ましい(例えば、容器の熱圧着した部位を圧力によって破断させ容器内の液体を押し出す手段など)。また、例えばTRC反応やPCR反応を行う場合、水溶液サンプルの精製手段や調製手段として分注手段を併用してもよい。 For example, the dispensing means may be a mechanism including a pump, an actuator, and a pipette, in which the pump sucks up each phase liquid held in a separate container, the pipette tip is moved to each holding part by the actuator, and then the pipette tip is moved to each holding part by the pump. It is preferable to perform an operation of pushing out each phase liquid to the holding part. In addition, it is preferable that a part of the pipette or the like that has come into contact with each phase liquid is removable and can be replaced each time it is used, since contamination can be suppressed. Furthermore, it is preferable to use a pump as a dispensing means in combination as a liquid feeding means because the device configuration can be simplified. In addition, if repeated use is intended, the phase liquid may be added by a dispensing means including a disposable pipette, or the phase liquid may be added from the phase liquid holding container to the microchannel chip using a common line. Also good. In the latter case, in order to suppress contamination of the dispersed phase liquid into the continuous phase liquid, it is preferable to include a step of cleaning the shared line up to the connection part to the microchannel chip. In addition, as a dispensing means that does not involve a pipette, it is also preferable to use an external force to add (drop) each liquid directly from the container holding the phase liquid to the holding part (for example, by breaking the thermocompression-bonded part of the container by pressure). (e.g. means for forcing out liquid in a container). Further, for example, when performing a TRC reaction or a PCR reaction, a dispensing means may be used in combination as a means for purifying or preparing an aqueous solution sample.

(分散相液流路)
分散相液流路は、分散相液保持部とエマルジョン形成部とを接続している。分散相液流路は、分散相液がその中を通るように構成されている。
(Dispersed phase liquid flow path)
The dispersed phase liquid channel connects the dispersed phase liquid holding section and the emulsion forming section. The dispersed phase liquid channel is configured such that the dispersed phase liquid passes therethrough.

分散相液流路の寸法は、使用する分散相液の種類及び特性などに応じて適宜設定することができる。分散相液流路は、1つ以上の場所で屈曲してもよく、蛇行形状を有してもよい。 The dimensions of the dispersed phase liquid channel can be appropriately set depending on the type and characteristics of the dispersed phase liquid used. The dispersed phase liquid flow path may be curved at one or more locations and may have a serpentine shape.

マイクロ流路チップへの液体の供給方法によっては、送液開始時に、分散相液が、分散相液流路及び分散相液保持部に存在する連続相液を押しのけてエマルジョン形成部に向かって流れる。その際に連続相液が効率よく分散相液流路から排出され、連続相液の残留が低減されていることが好ましい。下記にその方策を示すが、本発明はそれに限定されない:まず、流路断面形状は、不連続な面(角)が少ない構造が好ましい。例えば、円形、楕円形、半円形とすればよい。分散相液流路の流路表面は連続相液に親和性の低い表面とするのが好ましい。また、残留量を低減するため、分散相液流路の長さは短く、流路断面積は小さい方が好ましい。 Depending on the method of supplying liquid to the microchannel chip, at the start of liquid feeding, the dispersed phase liquid displaces the continuous phase liquid present in the dispersed phase liquid channel and the dispersed phase liquid holding section and flows toward the emulsion forming section. . At this time, it is preferable that the continuous phase liquid is efficiently discharged from the dispersed phase liquid flow path and that the amount of continuous phase liquid remaining is reduced. The following measures are shown, but the present invention is not limited thereto: First, the cross-sectional shape of the channel preferably has a structure with few discontinuous surfaces (corners). For example, it may be circular, oval, or semicircular. It is preferable that the channel surface of the dispersed phase liquid channel has a low affinity for the continuous phase liquid. Further, in order to reduce the residual amount, it is preferable that the length of the dispersed phase liquid channel is short and the cross-sectional area of the channel is small.

本開示に係るマイクロ流路チップは、2つ以上の分散相液保持部、及びそれらにそれぞれ対応する2つ以上の分散相液流路を有することができる。 The microchannel chip according to the present disclosure can have two or more dispersed phase liquid holding sections and two or more dispersed phase liquid channels corresponding thereto.

特には、本開示に係るマイクロ流路チップが、第一分散相液保持部及び第二分散相液保持部を有し、分散相液流路が、第一分散相液保持部に接続されている第一分散相液流路、第二分散相液保持部に接続されている第二分散相液流路、及び分散相液合流部を含む。第一分散相液流路及び第二分散相液流路は、それぞれ、分散相液合流部を介して、エマルジョン形成部に接続する。 In particular, the microchannel chip according to the present disclosure has a first dispersed phase liquid holding section and a second dispersed phase liquid holding section, and the dispersed phase liquid channel is connected to the first dispersed phase liquid holding section. a first dispersed phase liquid flow path connected to a second dispersed phase liquid holding section, and a dispersed phase liquid confluence section. The first dispersed phase liquid flow path and the second dispersed phase liquid flow path are each connected to the emulsion forming section via the dispersed phase liquid confluence section.

2つ以上の分散相液保持部を用いることによって、例えば、分析用試料を含有する反応液と、検出用試薬を含有する反応液とを、別個にマイクロ流路チップに供給し、液滴を生成する直前まで両者が混合しないようにすることができる。これは、反応開始のタイミングをより良好に制御することができるので、好ましい。 By using two or more dispersed phase liquid holding units, for example, a reaction liquid containing an analysis sample and a reaction liquid containing a detection reagent can be separately supplied to a microchannel chip, and droplets can be formed. It is possible to prevent the two from mixing until immediately before generation. This is preferred as it allows better control of the timing of reaction initiation.

(連続相液保持部)
連続相液保持部は、エマルジョンを生成/保持するための連続相液を保持する部分である。連続相液保持部は、導入口であってよく、連続相液保持部を介して、液体をマイクロ流路チップに導入することができる。連続相液保持部の構造は、連続相液を保持することができれば特に限定されない。連続相液保持部は、穴部又はウェルであってよく、例えば垂直方向に延在する穴部又はウェルであってよく、この穴部又はウェル内に連続相液を供給し、かつ保持することができるようになっている。連続相液保持部は、例えば、直径0.1mm~20mmの穴部又はウェルであってよい。
(Continuous phase liquid holding section)
The continuous phase liquid holding section is a part that holds a continuous phase liquid for producing/holding an emulsion. The continuous phase liquid holding section may be an introduction port, and the liquid can be introduced into the microchannel chip via the continuous phase liquid holding section. The structure of the continuous phase liquid holding section is not particularly limited as long as it can hold the continuous phase liquid. The continuous phase liquid holding portion may be a hole or a well, for example a vertically extending hole or well, into which a continuous phase liquid is supplied and retained. is now possible. The continuous phase liquid holding portion may be, for example, a hole or well with a diameter of 0.1 mm to 20 mm.

なお、連続相液は、一般に表面張力及び粘性が小さい液体を使用するため、連続相液保持部における界面形状の変化に伴う表面張力の変化量は小さい。したがって、連続相液保持部の形状は、送液に大きな影響を与えない。加えて、本発明において例えばエマルジョンを保持し検出反応などを行う場合、連続相液保持部の連続相液が枯渇しないように十分な量の連続相液を供給するため、送液中に保持部の連続相液の残量が少なくなり界面形状が変化しやすい状況になることもない。したがって、やはり、連続相液保持部の形状は、送液に大きな影響は与えにくい。 Note that since the continuous phase liquid generally uses a liquid with low surface tension and low viscosity, the amount of change in surface tension due to the change in the interface shape in the continuous phase liquid holding portion is small. Therefore, the shape of the continuous phase liquid holding section does not have a large effect on liquid feeding. In addition, in the present invention, for example, when holding an emulsion and performing a detection reaction, in order to supply a sufficient amount of continuous phase liquid so that the continuous phase liquid in the continuous phase liquid holding unit is not depleted, the holding unit is There is no situation where the remaining amount of the continuous phase liquid becomes small and the interface shape is likely to change. Therefore, the shape of the continuous phase liquid holding section is unlikely to have a large effect on liquid feeding.

(連続相液流路)
連続相液流路は、連続相液保持部とエマルジョン形成部とを接続している。連続相液流路は、連続相液がその中を通るように構成されている。
(Continuous phase liquid flow path)
The continuous phase liquid channel connects the continuous phase liquid holding section and the emulsion forming section. The continuous phase liquid flow path is configured such that the continuous phase liquid passes therethrough.

連続相液流路の寸法は、使用する連続相液の種類及び特性などに応じて適宜設定することができる。連続相液流路は、1つ以上の場所で屈曲してもよく、少なくとも部分的に蛇行形状を有してもよい。 The dimensions of the continuous phase liquid channel can be appropriately set depending on the type and characteristics of the continuous phase liquid used. The continuous phase liquid flow path may be curved at one or more locations and may have an at least partially serpentine shape.

マイクロ流路チップは、2つ以上の連続相液流路を有することができる。特には、本開示に係るマイクロ流路チップが、第一連続相液流路及び第二連続相液流路を有しており、これらの流路が、それぞれ、連続相液保持部とエマルジョン形成部とを接続している。 The microchannel chip can have two or more continuous phase liquid flow paths. In particular, the microchannel chip according to the present disclosure has a first continuous phase liquid flow path and a second continuous phase liquid flow path, and these flow paths connect the continuous phase liquid holding section and the emulsion forming section, respectively.

図1の例示的な実施態様を参照すると、連続相液流路111が2つの流路(第一連続相液流路112及び第二連続相液流路113)から構成されている。これら2つの流路112、113は、エマルジョン形成部120において互いに少なくとも部分的に対向するようになっており、かつ、エマルジョン形成部120に接続している分散相液流路(より正確には、分散相液合流部)に対して実質的に対称な流路方向を有している。図1の実施態様では、第一連続相液流路112と第二連続相液流路113とが、実質的に同一の構造及び流路長を有しており、それにより、それぞれの流路を移動する連続相液の速度が、実質的に同一となるようになっている。また、エマルジョン生成前における分散相液同士の混合を抑制したい場合、分散相液合流部の下流部とエマルジョン形成部120とを連結する流路の長さは比較的短い方が好ましく(例えば、3mm以下、より好ましくは0.5mm以下)、流路内で分散相液が別々に層流状態を保っているのが好ましい。 Referring to the exemplary embodiment of FIG. 1, continuous phase liquid channel 111 is comprised of two channels (first continuous phase liquid channel 112 and second continuous phase liquid channel 113). These two channels 112 and 113 are at least partially opposed to each other in the emulsion forming section 120, and are connected to the emulsion forming section 120 in a dispersed phase liquid channel (more precisely, The flow path direction is substantially symmetrical with respect to the dispersed phase liquid confluence section). In the embodiment of FIG. 1, the first continuous phase liquid flow path 112 and the second continuous phase liquid flow path 113 have substantially the same structure and flow path length, such that the respective flow paths The velocities of the continuous phase liquids moving through the two channels are substantially the same. Further, when it is desired to suppress mixing of dispersed phase liquids before emulsion generation, it is preferable that the length of the flow path connecting the downstream part of the dispersed phase liquid confluence part and the emulsion forming part 120 is relatively short (for example, 3 mm). (more preferably 0.5 mm or less), the dispersed phase liquid preferably maintains a laminar flow state separately within the flow path.

(エマルジョン形成部)
エマルジョン形成部は、エマルジョンを生成するように構成されている。エマルジョン形成部は、分散相液流路及び連続相液流路を介して、それぞれ分散相液及び連続相液の供給を受ける。また、エマルジョン形成部は、エマルジョン流路に接続されており、エマルジョン形成部で生成されたエマルジョンが、エマルジョン流路に送られる。
(Emulsion forming part)
The emulsion forming section is configured to generate an emulsion. The emulsion forming section receives supply of the dispersed phase liquid and the continuous phase liquid via the dispersed phase liquid channel and the continuous phase liquid channel, respectively. Further, the emulsion forming section is connected to the emulsion channel, and the emulsion generated in the emulsion forming section is sent to the emulsion channel.

エマルジョン形成部は、分散相液流路へと開く1又は複数の開口部、及び、連続相液流路へと開く1又は複数の開口部を有することができる。また、エマルジョン形成部は、エマルジョン流路へと開く1又は複数の開口部を有することができる。 The emulsion forming section can have one or more openings that open to the dispersed phase liquid flow path and one or more openings that open to the continuous phase liquid flow path. The emulsion forming section can also have one or more openings that open into the emulsion flow path.

図1の例示的な実施態様を参照して、エマルジョン形成部について説明する。図1のエマルジョン形成部120では、2つの流路112、113から構成される連続相液流路111と、分散相液流路(より正確には、分散相液合流部)とが交差している。外部送液駆動力(特には陰圧)の適用の間に、2つの連続相液がエマルジョン形成部120へと流入し、かつ、分散相液がエマルジョン形成部120に流入する。その結果、エマルジョン形成部120において、連続相に分散した液滴(すなわちエマルジョン)が生成される。このようにして生成されたエマルジョンが、エマルジョン流路130を通って、気体で充填されているエマルジョン保持流路140に進入する。 The emulsion forming section will now be described with reference to the exemplary embodiment of FIG. In the emulsion forming section 120 of FIG. 1, a continuous phase liquid channel 111 composed of two channels 112 and 113 and a dispersed phase liquid channel (more precisely, a dispersed phase liquid confluence section) intersect with each other. There is. During application of an external liquid delivery driving force (particularly negative pressure), two continuous phase liquids flow into the emulsion forming section 120 and a dispersed phase liquid flows into the emulsion forming section 120. As a result, in the emulsion forming section 120, droplets (ie, an emulsion) dispersed in the continuous phase are generated. The emulsion thus produced passes through the emulsion channel 130 and enters the emulsion holding channel 140 filled with gas.

エマルジョン形成部は、T-janction、Flow-Focus、co-flow、step-emulsificationなどの一般的な液滴生成法の原理を利用した流路を適宜用いることができる。迅速にエマルジョンを生成するために、複数のエマルジョン形成部を並列して配置してもよい。また、エマルジョン中の液滴を攪拌させるための蛇行流路などを備えていてもよい。 The emulsion forming section can appropriately use a flow path using the principles of general droplet generation methods such as T-junction, flow-focus, co-flow, and step-emulsification. In order to quickly generate an emulsion, a plurality of emulsion forming units may be arranged in parallel. Further, a meandering channel or the like may be provided for stirring the droplets in the emulsion.

(エマルジョン流路)
エマルジョン流路は、生成されたエマルジョンが輸送される流路である。本開示に係る1つの態様では、エマルジョン流路は、エマルジョン形成部とエマルジョン保持流路とを接続する。エマルジョン流路のうちエマルジョン形成部に接続する部位は、好ましくは、分散相液流路(特には分散相液合流部)に対向するように配置される。図1は、そのような態様のエマルジョン流路を示している。また、図1では、エマルジョン流路のうちエマルジョン形成部に接続する部位に対して、2つの連続相液流路のエマルジョン形成部への流入部が、実質的に対称になっている。図1の場合、エマルジョンが生成される際に、分散相液流路からエマルジョン形成部に流入してくる分散相液が液滴となり、そのまま流れの角度を変えずに、エマルジョン流路に進入する。
(emulsion flow path)
The emulsion channel is a channel through which the generated emulsion is transported. In one aspect according to the present disclosure, the emulsion channel connects the emulsion forming section and the emulsion holding channel. The part of the emulsion channel that connects to the emulsion forming section is preferably arranged to face the dispersed phase liquid channel (particularly the dispersed phase liquid confluence section). FIG. 1 shows an emulsion flow path in such an embodiment. Further, in FIG. 1, the inflow portions of the two continuous phase liquid flow paths into the emulsion formation portion are substantially symmetrical with respect to the portion of the emulsion flow path that connects to the emulsion formation portion. In the case of Figure 1, when an emulsion is generated, the dispersed phase liquid flowing into the emulsion forming part from the dispersed phase liquid flow path becomes droplets and enters the emulsion flow path without changing the flow angle. .

エマルジョン流路は、エマルジョン形成部に接続する部位の下流側(排出口の方向)で、拡張した幅及び/又は高さを有する流路を有することができ、かつ/又は蛇行していることができる。このような態様によれば、液滴中での攪拌を促進することができるので、好ましい。 The emulsion channel may have an expanded width and/or height downstream of the part connecting to the emulsion forming part (in the direction of the outlet) and/or may be meandering. can. Such an embodiment is preferable because stirring in the droplet can be promoted.

(エマルジョン保持流路)
本開示に係る1つの実施態様では、マイクロ流路チップが、液滴保持部であるエマルジョン保持流路を有する。エマルジョン保持流路は、エマルジョン流路を介してエマルジョン形成部に接続しており、エマルジョン形成部で生成されたエマルジョンを保持する機能を有している。また、エマルジョン保持流路は、随意に排出口連通流路を介して、排出口に接続されている。
(Emulsion holding channel)
In one embodiment according to the present disclosure, the microchannel chip has an emulsion holding channel that is a droplet holding section. The emulsion holding channel is connected to the emulsion forming section via the emulsion channel, and has a function of holding the emulsion produced in the emulsion forming section. Further, the emulsion holding channel is optionally connected to the discharge port via the discharge port communication channel.

エマルジョン保持流路の幅及び長さは、保持する液滴の体積・数等に合わせて適宜設定することができ、例えば、幅と長さとがほぼ同等の幅広い単純な流路にしてもよく、連続した単一の長い流路を蛇行状又は渦巻き状に配列させてもよく、分岐させた直線流路を並行させてもよい。 The width and length of the emulsion holding channel can be set appropriately according to the volume and number of droplets to be held, and for example, it may be a wide and simple channel with approximately the same width and length. A single continuous long flow path may be arranged in a meandering or spiral shape, or branched straight flow paths may be arranged in parallel.

本発明において、エマルジョン保持流路の流路断面は、液滴の中心が流路の中心に沿って流れやすいため、円状、半円状、楕円状、凸型、凹型、長方形、台形が好ましい。 In the present invention, the cross section of the emulsion holding channel is preferably circular, semicircular, elliptical, convex, concave, rectangular, or trapezoidal because the center of the droplet tends to flow along the center of the channel. .

エマルジョン充填法では、一般に、エマルジョン保持流路内の気液界面の移動を制御することでエマルジョン生成と保持を同時に行うため、送液中の気液界面の形状が維持される(移動しながらもその形状に変化が小さい)ように、流路断面形状が一定で屈曲の無い直線流路であることが望ましい。しかし、検出液滴数を増加させるために流路高さに対して流路幅を極端に大きくすると、意図した流路構造を有するチップを安定して製造するのが難しく、かつ/又は、流路の底面及び/若しくは上面が変形して流路側面から遠い流路領域の高さが送液圧やチップへの固定圧などによって変化して測定に悪影響を及ぼす可能性がある(ルーフコラップス)。対策として、例えば、流路高さに対する流路幅の比は、100以下、より好ましくは50以下、25以下、特に好ましくは10以下であるのが好ましい(下記のピラーが無い場合)。あるいは、流路中央に柱(ピラー)を設けることで、流路高さに対する、柱同士の間隔及び/又は柱と流路側面の間隔の比が、例えば、100以下、より好ましくは50以下、25以下、特に好ましくは10以下であるのが好ましい。一方で、イメージセンサなどによる一括検出処理を行う場合、エマルジョン保持流路が水平面で(例えば正方形や円形に近い形で)密にパッケージされていると、検出液滴数を増加させられるため好ましい。よって、同じ流路断面形状の連続した単一の長い流路を蛇行状又は渦巻き状に配列させてもよく、分岐させた直線流路を並行させてもよい。この場合、屈曲部が存在するため送液中に界面形状が変化しやすいが、屈曲部における断面形状を調整することでその影響を低減することが可能である。 In the emulsion filling method, generally, emulsion generation and retention are performed simultaneously by controlling the movement of the gas-liquid interface in the emulsion holding channel, so the shape of the gas-liquid interface is maintained during liquid feeding (even though it moves). It is desirable that the cross-sectional shape of the channel is constant and that the channel is a straight channel without bending so that the change in shape is small. However, if the channel width is made extremely large relative to the channel height in order to increase the number of detected droplets, it becomes difficult to stably manufacture a chip with the intended channel structure, and/or the flow The bottom and/or top surface of the channel may be deformed, and the height of the channel area far from the channel side may change due to liquid delivery pressure or fixing pressure to the chip, which may adversely affect measurement (roof collapse). . As a countermeasure, for example, the ratio of the channel width to the channel height is preferably 100 or less, more preferably 50 or less, 25 or less, particularly preferably 10 or less (if there is no pillar described below). Alternatively, by providing a pillar in the center of the flow path, the ratio of the distance between the pillars and/or the distance between the pillar and the side surface of the flow path to the height of the flow path is, for example, 100 or less, more preferably 50 or less, It is preferably 25 or less, particularly preferably 10 or less. On the other hand, when performing batch detection processing using an image sensor or the like, it is preferable that the emulsion holding channels are densely packaged on a horizontal plane (for example, in a shape close to a square or circle) because the number of detected droplets can be increased. Therefore, continuous single long channels having the same cross-sectional shape may be arranged in a meandering or spiral shape, or branched straight channels may be arranged in parallel. In this case, since there is a bend, the interface shape is likely to change during liquid feeding, but this effect can be reduced by adjusting the cross-sectional shape at the bend.

1つの実施態様では、保持されているエマルジョンに対して検出処理を行うことが意図されている。すなわち、エマルジョン保持流路に保持されたエマルジョンに対して、随意に、後述する検出処理を行うことができる。 In one embodiment, it is provided that the retained emulsion is subjected to a detection process. That is, the detection process described below can be optionally performed on the emulsion held in the emulsion holding channel.

好ましくは、エマルジョン保持流路は、保持されているエマルジョンの大部分又は全部がマイクロ流路チップの外部雰囲気(特には外部大気)に触れないように、構成されている。好ましくは、エマルジョン保持流路に保持されている液滴のうち、検出処理の対象となっている液滴が、外部雰囲気(特には外部大気)に触れないようになっている。このために、例えば、エマルジョン保持流路の流路長を比較的長く設定し、エマルジョン保持流路の下流側末端部にのみでエマルジョンが外部雰囲気(特には外部大気)と接触しうるようにすることができる。 Preferably, the emulsion holding channel is configured such that most or all of the held emulsion does not come into contact with the external atmosphere (particularly the external atmosphere) of the microchannel chip. Preferably, among the droplets held in the emulsion holding channel, the droplets that are the object of the detection process do not come into contact with the external atmosphere (particularly the external atmosphere). For this purpose, for example, the length of the emulsion holding channel is set relatively long so that the emulsion can come into contact with the external atmosphere (in particular the external atmosphere) only at the downstream end of the emulsion holding channel. be able to.

好ましくは、エマルジョン保持流路に保持されるエマルジョンが、外部雰囲気(特には外部大気)に対して密封されるようになっている。 Preferably, the emulsion held in the emulsion holding channel is sealed against the external atmosphere (particularly the external atmosphere).

好ましくは、エマルジョン保持流路は、エマルジョン保持流路に保持されているエマルジョンに対して検出処理を行うことに適している。 Preferably, the emulsion holding channel is suitable for performing a detection process on the emulsion held in the emulsion holding channel.

好ましくは、エマルジョン保持流路は、外部大気に開放されていないエマルジョンに対して検出処理を行うことができるように構成されている。より具体的には、例えば、保持されているエマルジョンと検出手段との間に、エマルジョンを外部大気から隔離する構造が存在する。この構造は、例えば、光を透過する材料でできている。なお、この場合、エマルジョン保持流路に保持されているエマルジョンのうち、検出処理の対象とならないエマルジョン、例えばエマルジョン保持流路の排出側末端部に位置するエマルジョンが、外部大気に開放されていてもよい。 Preferably, the emulsion holding channel is configured such that detection processing can be performed on emulsions that are not exposed to the outside atmosphere. More specifically, for example, there is a structure between the retained emulsion and the detection means that isolates the emulsion from the external atmosphere. This structure is made, for example, of a material that is transparent to light. In this case, among the emulsions held in the emulsion holding channel, emulsions that are not subject to detection processing, such as emulsions located at the discharge end of the emulsion holding channel, may be exposed to the outside atmosphere. good.

好ましくは、エマルジョン保持流路の流路体積が、エマルジョン形成部で生成される液滴の合計体積以上(特には、検出処理において検出の対象となる液滴の合計体積以上)であり、かつ/又は、エマルジョン保持流路の流路体積が、1μL以上、5μL以上、若しくは10μL以上である。このようなエマルジョン保持流路によれば、検出処理を効率的に行うことができる。なお、エマルジョン保持流路の流路体積の上限は、例えば、1000μL以下であってよい。 Preferably, the channel volume of the emulsion holding channel is greater than or equal to the total volume of droplets generated in the emulsion forming section (in particular, greater than or equal to the total volume of droplets to be detected in the detection process), and/ Alternatively, the channel volume of the emulsion holding channel is 1 μL or more, 5 μL or more, or 10 μL or more. According to such an emulsion holding channel, detection processing can be performed efficiently. Note that the upper limit of the channel volume of the emulsion holding channel may be, for example, 1000 μL or less.

好ましくは、エマルジョン保持流路が、平均体積0.1nL~10nL、特には0.3~3nLの液滴の液滴を、500個以上、1000個以上、2500個以上、5000個以上、若しくは10000個以上、かつ/又は100000個以下、80000個以下、60000個以下、若しくは40000個以下、保持することができる流路体積を有する。エマルジョン保持流路に保持されたこれらの液滴に対して、検出処理を行うことができる。 Preferably, the emulsion holding channel holds 500 or more, 1000 or more, 2500 or more, 5000 or more, or 10000 or more droplets with an average volume of 0.1 nL to 10 nL, particularly 0.3 to 3 nL. It has a channel volume that can hold at least 100,000 pieces, and/or 100,000 pieces or less, 80,000 pieces or less, 60,000 pieces or less, or 40,000 pieces or less. Detection processing can be performed on these droplets held in the emulsion holding channel.

なお、液滴の平均体積は、デジタルカメラなどの画像取得装置を用いて明視野画像を取得し、取得された画像においてN=10以上の液滴に関して下記に基づいて算出することができる。 Note that the average volume of droplets can be calculated based on the following by acquiring a bright field image using an image acquisition device such as a digital camera, and regarding droplets with N=10 or more in the acquired image.

球状の液滴の体積、及びディスク状の液滴の体積(それぞれVdrop及びVdisk[nL])は、それぞれ、下記の式(1)と式(2)で表わされる。なお、下記式(1)及び式(2)におけるDdrop、Ddiskは、それぞれ、マイクロ流路チップの通常の使用状態において、エマルジョン保持流路に保持されている液滴を上方から観察した場合の、球状の液滴の直径、及びディスク状の液滴の直径である。また、式(2)中、hは、エマルジョン保持流路の流路高さである。 The volume of a spherical droplet and the volume of a disk-shaped droplet (V drop and V disk [nL], respectively) are expressed by the following equations (1) and (2), respectively. In addition, D drop and D disk in the following formulas (1) and (2) respectively represent the case where the droplet held in the emulsion holding channel is observed from above in the normal usage state of the microchannel chip. , the diameter of a spherical droplet, and the diameter of a disc-shaped droplet. Moreover, in formula (2), h is the channel height of the emulsion holding channel.

Figure 2024038752000002
Figure 2024038752000002

Figure 2024038752000003
Figure 2024038752000003

好ましくは、検出処理で使用される(カメラなどの)検出手段に対して、検出対象となるエマルジョン中の液滴が互いに重ならないようになっており、特には、検出方向に直交する平面で単層を形成している。この場合には、検出精度をさらに向上させることができる。 Preferably, for the detection means (such as a camera) used in the detection process, the droplets in the emulsion to be detected do not overlap each other, and in particular, droplets in the emulsion to be detected do not overlap each other, and in particular, droplets in the emulsion that are to be detected do not overlap one another in a plane orthogonal to the detection direction. forming layers. In this case, detection accuracy can be further improved.

特に好ましくは、エマルジョン保持流路の「流路高さ」が調節されており、それにより、マイクロ流路チップの使用状態において、エマルジョン保持流路に保持される液滴が垂直方向で互いに重ならない(すなわち、単一の液滴層が形成される)ようになっている。このようなエマルジョン保持流路で検出処理を行う場合には、検出精度がさらに向上する。なお、「流路高さ」は、通常、マイクロ流路チップの使用状態において、垂直方向(鉛直方向)での流路の長さである。 Particularly preferably, the "channel height" of the emulsion holding channel is adjusted so that droplets held in the emulsion holding channel do not overlap each other in the vertical direction when the microchannel chip is in use. (i.e., a single droplet layer is formed). When the detection process is performed in such an emulsion holding channel, the detection accuracy is further improved. Note that the "channel height" is usually the length of the channel in the vertical direction (vertical direction) when the microchannel chip is in use.

好ましくは、エマルジョン保持流路の流路高さが、検出処理において検出の対象となる液滴の直径に応じた寸法を有することが好ましく、例えば、液滴の直径の1/10倍~10倍、1/4倍~4倍、又は1/2倍~2倍の流路高さを有することが好ましい。また、エマルジョン保持流路の流路高さは、流路幅の1/4倍以下であってよい。なお、流路の幅は、通常、マイクロ流路チップの使用状態において流路の長さ方向に直交する水平方向での長さである。液滴の直径は、流路の幅方向で計測することができる。 Preferably, the channel height of the emulsion holding channel has a dimension corresponding to the diameter of the droplet to be detected in the detection process, for example, 1/10 to 10 times the diameter of the droplet. , 1/4 to 4 times, or 1/2 to 2 times the flow path height. Further, the height of the emulsion holding channel may be equal to or less than 1/4 times the width of the channel. Note that the width of the channel is usually the length in the horizontal direction orthogonal to the length direction of the channel when the microchannel chip is in use. The diameter of the droplet can be measured across the width of the channel.

また、エマルジョン充填法では、エマルジョン形成における連続相液と分散相液の流量比に依存してエマルジョン保持流路にエマルジョンが充填されるため、例えば、エマルジョン形成を安定させるため、分散相液に対する連続相液の流量比を大きくした場合、液滴を水平方向に密にパッケージするため流路高さを通常よりも大きく設計した方が好ましい。例えば、分散相液に対する連続相液の流量比が8~12である場合、エマルジョン保持流路の高さを、液滴の直径の2~4倍にすることができる。 In addition, in the emulsion filling method, the emulsion is filled into the emulsion holding channel depending on the flow rate ratio of the continuous phase liquid and the dispersed phase liquid during emulsion formation. When the flow rate ratio of the phase liquid is increased, it is preferable to design the channel height to be larger than usual in order to package the droplets closely in the horizontal direction. For example, if the flow rate ratio of continuous phase liquid to dispersed phase liquid is 8 to 12, the height of the emulsion holding channel can be 2 to 4 times the droplet diameter.

(送液の停止)
エマルジョン保持流路内にエマルジョンを保持するためには、例えば、エマルジョン保持流路内に所望の量のエマルジョンが充填された時点で、送液を停止し、かつ随意に排出口を閉じる。排出口を外部大気に(少なくとも部分的に)開放することによって、陰圧の適用を停止することもできる。送液の停止は、エマルジョン保持流路を充填していた気体がエマルジョンで完全に置換されてから行うこともできるが、好ましくは、エマルジョン保持流路を充填していた気体がエマルジョンで完全に置換されない間に送液の停止を行う。換言すると、流路内又は排出口内に気体―エマルジョン界面が存在する状態で、送液を停止させる。
(Stopping liquid feeding)
In order to hold the emulsion in the emulsion holding channel, for example, when a desired amount of emulsion is filled in the emulsion holding channel, liquid feeding is stopped and the discharge port is optionally closed. The application of negative pressure can also be stopped by opening the outlet (at least partially) to the outside atmosphere. The liquid feeding can be stopped after the gas filling the emulsion holding channel is completely replaced by the emulsion, but preferably, the gas filling the emulsion holding channel is completely replaced by the emulsion. Stop the liquid supply while the machine is not running. In other words, the liquid feeding is stopped in a state where the gas-emulsion interface exists within the channel or the outlet.

(排出口)
マイクロ流路チップは、排出口を有する。この排出口は、エマルジョン流路、又は、随意の構成要素であるエマルジョン保持流路に接続する。また、排出口は、マイクロ流路チップに陰圧を適用するための陰圧源接続部としても機能しうる。
(Vent)
The microchannel chip has an outlet. This outlet connects to an emulsion channel or an optional emulsion holding channel. The outlet may also function as a negative pressure source connection for applying negative pressure to the microchannel chip.

好ましくは、排出口が、陰圧源と接続することに適しているように構成されている。この場合、排出口が、印加される圧力に対する耐性を有することがより好ましい。 Preferably, the outlet is configured to be suitable for connection to a source of negative pressure. In this case, it is more preferable that the outlet has resistance to the applied pressure.

通常、排出口は、エマルジョン流路の下流側に位置し、又は、随意の構成要素であるエマルジョン保持流路の下流側に位置する。排出口がエマルジョン保持流路の下流側に位置する場合、この排出口に陰圧を適用することによって、エマルジョン保持流路の全長又は大部分を、生成されたエマルジョンで充填することができる。 Typically, the outlet is located downstream of the emulsion flow path or downstream of the optional emulsion retention flow path. If the outlet is located downstream of the emulsion holding channel, by applying negative pressure to the outlet, the entire length or most of the emulsion holding channel can be filled with the produced emulsion.

(送液)
マイクロ流路チップへの外部送液駆動力の適用、例えば、排出口への陰圧の適用によって、エマルジョン形成部において、分散相液から構成される液滴及び連続相液から構成される連続相を含むエマルジョンを生成し、このようにして生成されたエマルジョンを、エマルジョン流路に輸送することができる。エマルジョン保持流路を有する態様では、このようにして生成されたエマルジョンを、エマルジョン流路を介して、随意の構成要素であるエマルジョン保持流路に輸送することができる。
(liquid delivery)
By applying an external liquid feeding driving force to the microchannel chip, for example, by applying negative pressure to the outlet, droplets composed of the dispersed phase liquid and continuous phase composed of the continuous phase liquid are generated in the emulsion forming section. The emulsion thus produced can be transported to an emulsion flow path. In embodiments having an emulsion holding channel, the emulsion thus produced can be transported via the emulsion channel to the optional emulsion holding channel.

排出口に陰圧を適用して送液を行っている間に、分散相液保持部及び連続相液保持部は、外部雰囲気(特には外部大気)に開放されていることができる。 The dispersed phase liquid holding section and the continuous phase liquid holding section can be open to the external atmosphere (particularly the external atmosphere) while the liquid is being fed by applying a negative pressure to the outlet.

なお、排出口に陰圧を適用して送液を行っている間に、各保持部を常圧にしている方が、装置の簡便性の観点からは好ましいが、陰圧の送液を安定化させるため、かつ/又はエマルジョンの保持のための密閉操作を兼ねるために、非常圧状態に圧力制御してもよい。 Note that while it is preferable to keep each holding part at normal pressure while applying negative pressure to the discharge port and transferring liquid, it is preferable from the viewpoint of device simplicity. The pressure may be controlled to an emergency pressure state in order to make the emulsion evaporate and/or also serve as a sealing operation for retaining the emulsion.

陰圧の適用に関して、例えば、圧力タンク又はシリンジポンプを用いて、排出口を介して流体(気体又は連続相液)を吸引することができる。 For the application of negative pressure, for example, a pressure tank or a syringe pump can be used to draw fluid (gas or continuous phase liquid) through the outlet.

陰圧源として圧力タンクを用いる場合、圧力タンクの体積は、排出口から圧力タンクまでの流路の体積及びマイクロ流路チップの流路の体積の合計よりも大きいことが好ましい。圧力タンクは、外部雰囲気(外部大気)に開放しうるような設計とすることもできる。また、圧力タンクは例えば、ポンプで圧力タンク内の圧力を制御すると好ましい。また、圧力タンク内の圧力値をモニタリングできるように圧力センサを設けても良い。 When using a pressure tank as a negative pressure source, the volume of the pressure tank is preferably larger than the sum of the volume of the flow path from the outlet to the pressure tank and the volume of the flow path of the microchannel chip. The pressure tank can also be designed to be open to the outside atmosphere. Further, it is preferable that the pressure inside the pressure tank is controlled by, for example, a pump. Additionally, a pressure sensor may be provided to monitor the pressure value within the pressure tank.

適用された陰圧の圧力値をモニタリングするための監視手段を用いて、送液状態の確認、例えばエマルジョンが問題なく生成しているかどうかを確認することができる。 Using monitoring means for monitoring the pressure value of the applied negative pressure, it is possible to check the liquid delivery status, for example to check whether the emulsion is being produced without problems.

本開示に係る方法の1つの実施態様では、排出口に陰圧制御手段が流体接続されており、陰圧制御手段が、陰圧源、接続部及び弁から構成されており、陰圧源が、一定の陰圧に制御されており、かつ、この弁が、陰圧源と接続部との間に配置されている。接続部を介して、陰圧制御手段を、排出口に接続することができる。この態様によれば、弁を開放することによって瞬時に陰圧を適用することができるので、陰圧の適用のタイミングをより正確に制御することが可能となる。 In one embodiment of the method according to the present disclosure, a negative pressure control means is fluidly connected to the outlet, the negative pressure control means is comprised of a negative pressure source, a connection and a valve, and the negative pressure source is , is controlled to a constant negative pressure, and this valve is arranged between the negative pressure source and the connection part. Via the connection, negative pressure control means can be connected to the outlet. According to this aspect, negative pressure can be instantaneously applied by opening the valve, making it possible to more accurately control the timing of application of negative pressure.

弁の具体的態様については特に制限はない。送液停止時の逆流を防止するという観点からは、弁の開閉時の流路における圧力変動を抑制できるもの、例えば開閉動作が比較的遅いものが好ましい。弁は、例えば三方弁であってよく、マイクロ流路チップを陰圧源(例えば圧力タンク)及び外部雰囲気(特には外部大気)のいずれかに接続することができるようになっていてもよい。 There are no particular restrictions on the specific form of the valve. From the viewpoint of preventing backflow when liquid feeding is stopped, it is preferable to use a valve that can suppress pressure fluctuations in the flow path when opening and closing the valve, for example, one that opens and closes relatively slowly. The valve may be, for example, a three-way valve, allowing the microchannel chip to be connected either to a source of negative pressure (for example a pressure tank) or to an external atmosphere (in particular to the external atmosphere).

(マイクロ流路チップの設置)
マイクロ流路チップは、鉛直方向(天地方向)に水平に設置するのが一般的であるが、エマルジョンの保持等の観点から、一定方向に意図的に傾斜を設けて設置しても良い。例えば、連続相液が分散相液よりも比重が大きい場合(例:フッ素系分散剤を連続相液、水溶液を分散相液として使用)、液滴は比重差によって浮力を有するため、エマルジョン保持流路から液滴が流出しにくいように、意図的に傾斜を設けてマイクロ流路チップを設置しても良い。
(Installation of microchannel chip)
The microchannel chip is generally installed horizontally in the vertical direction (vertical direction), but from the viewpoint of retaining the emulsion, etc., it may be installed with an intentional inclination in a certain direction. For example, when the continuous phase liquid has a higher specific gravity than the dispersed phase liquid (e.g., a fluorinated dispersant is used as the continuous phase liquid and an aqueous solution is used as the dispersed phase liquid), the droplets have buoyancy due to the difference in specific gravity, so the emulsion retains flow. The microchannel chip may be installed with an intentional slope so that droplets are less likely to flow out of the channel.

<検出処理>
本開示に係る方法に従って生成されたエマルジョン中の液滴に対して、検出処理を行うことができる。検出処理は、例えば、液滴中での標的物質の反応、及び当該反応の検出(例えば反応生成物の検出)を含む。エマルジョン保持流路を有する態様では、検出処理は、通常、エマルジョン保持流路に保持されたエマルジョン中の液滴に対して行われる。
<Detection processing>
A detection process can be performed on droplets in an emulsion produced according to the methods of the present disclosure. The detection process includes, for example, a reaction of a target substance in a droplet and detection of the reaction (for example, detection of a reaction product). In embodiments having an emulsion holding channel, the detection process is usually performed on droplets in the emulsion held in the emulsion holding channel.

標的物質(特には標的分子)としては、核酸、タンパク質、ペプチド、酵素、細胞、細菌、胞子、ウイルス、オルガネラ、高分子アセンブリ、薬物候補、脂質、炭水化物、代謝物、又はこれらの任意の組合せが挙げられる。 Target substances (particularly target molecules) can be nucleic acids, proteins, peptides, enzymes, cells, bacteria, spores, viruses, organelles, macromolecular assemblies, drug candidates, lipids, carbohydrates, metabolites, or any combination thereof. Can be mentioned.

標的物質の反応は、特に限定されない。標的物質の反応としては、酵素反応が挙げられ、より具体的には、キナーゼ、ヌクレアーゼ、ヌクレオチドシクラーゼ、ヌクレオチドリガーゼ、ヌクレオチドホスホジエステラーゼ、(DNA又はRNA)ポリメラーゼ、プレニルトランスフェラーゼ、ピロホスパターゼ、レポーター酵素、逆転写酵素、トポイソメラーゼ等を用いた酵素反応が例示できる。標的分子がDNAやRNAなどの核酸であり、標的分子の反応が当該核酸の増幅反応である場合、LAMP法、NASBA法、TMA法、TRC法といった核酸を等温増幅可能な反応が挙げられる。また、ワンステップRT-PCRの場合、逆転写反応に適した温度で液滴を作製することは、逆転写反応の反応効率、反応時間において好ましい。また、逆転写反応による生成物であるcDNAをサイクリングプローブ法により検出することも可能である。 The reaction of the target substance is not particularly limited. Target substance reactions include enzyme reactions, more specifically, kinases, nucleases, nucleotide cyclase, nucleotide ligases, nucleotide phosphodiesterases, (DNA or RNA) polymerases, prenyltransferases, pyrophospatases, reporter enzymes, reverse transcriptases. An example is an enzymatic reaction using topoisomerase or the like. When the target molecule is a nucleic acid such as DNA or RNA, and the reaction of the target molecule is an amplification reaction of the nucleic acid, examples include reactions capable of isothermal amplification of the nucleic acid such as LAMP method, NASBA method, TMA method, and TRC method. Furthermore, in the case of one-step RT-PCR, it is preferable to produce droplets at a temperature suitable for reverse transcription reaction in terms of reaction efficiency and reaction time of reverse transcription reaction. It is also possible to detect cDNA, which is a product of reverse transcription reaction, by the cycling probe method.

反応を行う場合、2種以上の反応液をエマルジョン形成部の上流(例えば分散相液合流部)で混合し、この混合物を用いて液滴を生成することが好ましい。なお、本発明において、反応液とは、標的物質及び標的物質を反応させるのに必要な成分のうち、少なくとも一部を含んだ溶液のことをいう。全ての反応液が混合することで標的物質の反応に必要な成分全てが揃えばよく、標的物質はいずれかの反応液に含まれていればよい。反応液は3種以上であっても問題はない。 When performing a reaction, it is preferable to mix two or more reaction liquids upstream of the emulsion forming section (for example, at the dispersed phase liquid confluence section) and use this mixture to generate droplets. In the present invention, the reaction solution refers to a solution containing at least a portion of the target substance and the components necessary for reacting the target substance. It is only necessary that all the components necessary for the reaction of the target substance are prepared by mixing all the reaction liquids, and the target substance only needs to be contained in any one of the reaction liquids. There is no problem even if three or more types of reaction liquids are used.

例えば、標的物質が特定配列を含む核酸(DNA、RNA)であり、標的物質の反応がこの特定配列を増幅させる反応である場合、反応液に含まれる成分としては、特定配列の一部と相同的な配列を含むプライマー、特定配列の一部と相補的な配列を含むプライマー、特定配列の一部と相同的又は相補的な配列を含む検出用プローブ、ポリメラーゼ、ヌクレオチド、塩類、及び緩衝液成分があげられる。なお、反応液内で、標的分子、反応基質、酵素などが分解、変質、非特異反応が生じないように組成が工夫されていることが好ましく、装置内での挙動を考慮して、グリセロール、界面活性剤などをさらに添加してもよい。 For example, if the target substance is a nucleic acid (DNA, RNA) containing a specific sequence, and the reaction of the target substance is a reaction that amplifies this specific sequence, the components contained in the reaction solution include a primer containing a sequence complementary to a part of a specific sequence, a detection probe containing a sequence homologous or complementary to a part of a specific sequence, polymerase, nucleotides, salts, and buffer components. can be given. It is preferable that the composition of the reaction solution is designed to prevent decomposition, denaturation, and non-specific reactions of the target molecules, reaction substrates, enzymes, etc. Considering their behavior within the apparatus, glycerol, A surfactant or the like may be further added.

<その他の手段>
(検出手段)
反応の検出のために、例えば、反応による生成物を検出可能な検出手段を用いることができる。
<Other means>
(Detection means)
For detection of the reaction, for example, a detection means capable of detecting a product of the reaction can be used.

検出方法は、反応生成物に応じて適宜適切な方法を選択することができ、例えば、光学的、X線、MALDI(マトリックス支援レーザー脱離イオン化法)、FCS(蛍光相関分光法)、FP(蛍光偏光)/FCS、蛍光法、比色分析、化学ルミネセンス、生物発光、散乱、表面プラズモン共鳴、電気化学法、電気泳動、レーザー、質量分光測定、ラマン分光法、FLIPR(MolecularDevices社)など公知の方法を用いて検出することができる。なお、透過光を用いて検出する場合は、光を透過する材料でマイクロ流路チップを作製すると、マイクロ流路チップを光学検出器に載置するのみで、チップ内の液滴を移動させることなく反応生成物を検出できる点で好ましい。 An appropriate detection method can be selected depending on the reaction product, such as optical, X-ray, MALDI (matrix-assisted laser desorption ionization), FCS (fluorescence correlation spectroscopy), FP ( Fluorescence polarization)/FCS, fluorescence method, colorimetry, chemiluminescence, bioluminescence, scattering, surface plasmon resonance, electrochemical method, electrophoresis, laser, mass spectrometry, Raman spectroscopy, FLIPR (Molecular Devices), etc. It can be detected using the following method. In addition, when detecting using transmitted light, if the microchannel chip is made of a material that transmits light, droplets within the chip can be moved simply by placing the microchannel chip on an optical detector. This is preferable in that the reaction product can be detected without any trace.

反応生成物の検出に用いる検出手段(検出器)として、標的物質の反応を記録・測定するためのイメージングセンサ及び随意にその構成部品を用いることができる。検出の一例として、検出対象となる個々のシグナルを空間的に分解するのに適切な照明及び解像度を有するカメラ又はイメージング装置があげられる。カメラ又はイメージング装置としては、公知のものを利用することができ、例えばカメラは、電荷結合素子(CCD)、電荷注入装置(CID)、フォトダイオードアレイ(PDA)又は相補型金属酸化物半導体(CMOS)を含む任意の一般的な半導体イメージセンサを使用することができる。また、検出の際、励起/放射された光の偏光を使用することによって改善することができる。例えば、蛍光シグナルを発する液滴を検出する場合、その検出領域を大きな視野を持つ光学ユニットによって一括で撮影することで、迅速かつハイスループットなシグナル検出を行なうことが可能になる。 As the detection means (detector) used to detect the reaction product, an imaging sensor for recording and measuring the reaction of the target substance and optionally its components can be used. An example of detection is a camera or imaging device with adequate illumination and resolution to spatially resolve the individual signals to be detected. Any known camera or imaging device can be used; for example, the camera may be a charge coupled device (CCD), a charge injection device (CID), a photodiode array (PDA), or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS). ) can be used. Detection can also be improved by using the polarization of the excited/emitted light. For example, when detecting droplets that emit fluorescent signals, rapid and high-throughput signal detection can be achieved by photographing the detection area all at once using an optical unit with a large field of view.

(温調手段)
温調手段は、マイクロ流路チップ内の液体を標的物質の反応に適した温度に保つ役割を有する。温調手段はマイクロ流路チップと近接(好ましくは密着)可能な形状であればよく、必ずしも平板状である必要はない。
(Temperature control means)
The temperature control means has the role of keeping the liquid within the microchannel chip at a temperature suitable for reaction of the target substance. The temperature control means may have any shape as long as it can be brought close to (preferably in close contact with) the microchannel chip, and does not necessarily have to be in the shape of a flat plate.

温調手段のうち、少なくともマイクロ流路チップと近接(好ましくは密着)する部分は、熱伝導性の高い金属材料で作製することが好ましい。なお、基材と上部構造体とを貼り合わせてマイクロ流路チップが作製されている場合、温調手段に接する基材及び/又は上部構造体の厚さを薄くすると、マイクロ流路チップに設けた流路への熱伝導をより効率的に行なえるので、好ましい。温調手段は、少なくとも、標的物質の反応場であるエマルジョン保持流路を温調できればよいが、相液供給部及び流路も温調できると、標的分子の非特異的反応を抑制できる点で好ましい。具体例として、標的物質の反応が核酸増幅反応の場合、各保持部や流路における温度を、エマルジョン保持流路における標的物質の反応温度よりも高くなるよう、温調手段で温調することで、プライマー/プローブ同士の非特異的なアニールを低減することができる。また、マイクロ流路チップの底面を温調手段によって反応温度に加熱し、かつ光を透過する材料でマイクロ流路チップ上面基板を作製し上面から透過光検出を行う場合、各相液供給前の空のマイクロ流路チップの位置並びに/又は流路構造及び/若しくはチップ内外のゴミの評価、各相液を供給する際の流路内の挙動並びに/又は送液中のエマルジョン生成の挙動の評価、並びに反応中のエマルジョンのシグナル検出結果を利用したデジタル検出の定量上限の向上を装置上簡便に行えるため好ましい。 It is preferable that at least a portion of the temperature control means that is close to (preferably in close contact with) the microchannel chip is made of a metal material with high thermal conductivity. Note that when a microchannel chip is fabricated by bonding a base material and an upper structure, reducing the thickness of the base material and/or the upper structure in contact with the temperature control means will reduce the thickness of the microchannel chip. This is preferable because heat can be conducted more efficiently to the flow path. It is sufficient that the temperature control means can at least control the temperature of the emulsion holding channel, which is the reaction field of the target substance, but if the temperature of the phase liquid supply section and the flow channel can also be controlled, non-specific reactions of the target molecules can be suppressed. preferable. As a specific example, when the reaction of the target substance is a nucleic acid amplification reaction, the temperature in each holding section and channel can be adjusted using a temperature control means so that it is higher than the reaction temperature of the target substance in the emulsion holding channel. , non-specific annealing between primers/probes can be reduced. In addition, when the bottom surface of the microchannel chip is heated to the reaction temperature by a temperature control means, and the top substrate of the microchannel chip is made of a material that transmits light, and transmitted light is detected from the top surface, it is necessary to Evaluation of the position of an empty microchannel chip and/or channel structure and/or dust inside and outside the chip, behavior within the channel when supplying each phase liquid, and/or behavior of emulsion generation during liquid feeding. This method is preferable because it is possible to easily improve the upper limit of quantification in digital detection using the signal detection result of the emulsion during the reaction.

以下で、実施例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、これらの記載に限定されない。 In the following, the present invention will be explained in more detail using examples. The present invention is not limited to these descriptions.

≪実施例1≫
≪マイクロ流路チップの作製≫
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、マイクロ流路チップを作製した。具体的な手順を以下に示す。
≪Example 1≫
≪Preparation of microchannel chip≫
A microchannel chip was fabricated using photolithography and soft lithography techniques. The specific steps are shown below.

(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。 (1) A photoresist SU-8 3050 (Microchem) was dropped onto a 4-inch bare silicon wafer (Filtech), and a photoresist thin film was formed using a spin coater (MIKASA).

(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の流路パターンを形成したクロムマスクとを用いて、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を構成する流路の鋳型を作製した。 (2) After forming a channel pattern on the photoresist film using a mask aligner (Ushio Inc.) and a chrome mask on which the channel pattern of the microchannel chip was formed, the SU-8 Developer (Microchem Inc.) was used to form a channel pattern on the photoresist film. ) was used to develop the channel pattern, thereby creating a mold for the channel that constitutes the microchannel chip.

(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。 (3) In order to suppress adsorption to SU-8, vapor deposition surface treatment was performed using Trichloro (1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro-octyl) silane (Thermo Fisher Scientific).

(4)上記(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)基板を作製した。 (4) A mixture of uncured siloxane monomer and polymerization initiator (weight ratio 10:1) prepared using SYLGARD SILICONE ELASTOMER KIT (Toray Dow Corning) was added to the mold treated in (3) above. A polymer (PDMS) substrate on which the shape of the flow path was transferred was prepared by pouring and heating at 80° C. for 2 hours.

(5)得られたポリマー基板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、分散相液保持部及び連続相液保持部、並びに排出口を形成した。 (5) The obtained polymer substrate was carefully peeled off from the mold, and after molding with a cutter, a dispersed phase liquid holding part, a continuous phase liquid holding part, and a discharge port were formed using a puncher.

(6)保持部及び排出口を形成したポリマー基板並びにカバーガラス(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基板のパターン面とカバーガラスとを貼り合わせた。作製したチップは、デシケーター内に保存した。 (6) After surface treatment of the polymer substrate and the cover glass (Matsunami Glass Co., Ltd.) on which the holding part and the discharge port were formed using an oxygen plasma generator (Meiwaforsys Co., Ltd.), the patterned surface of the PDMS substrate and the cover glass were bonded together. The prepared chip was stored in a desiccator.

作製したマイクロ流路チップは、縦34mm×横75mmの大きさであり、分散相液保持部としてはφ4mmの穴を、連続相液保持部としてはφ8mmの穴を、排出口としてはφ1.5mmの穴を、それぞれ有していた。 The fabricated microchannel chip has a size of 34 mm in length x 75 mm in width, and has a φ4 mm hole as a dispersed phase liquid holding part, a φ8 mm hole as a continuous phase liquid holding part, and a φ1.5 mm hole as a discharge port. Each had a hole.

(流路構造)
マイクロ流路チップは、1つの分散相液保持部、分散相液流路、連続相液保持部、2つの連続相液流路、エマルジョン形成部、エマルジョン流路、エマルジョン保持流路、及び排出口を有していた。分散相液保持部が、分散相液流路を介して、エマルジョン形成部に接続しており、連続相液保持部が、2つの連続相液流路を介して、エマルジョン形成部に接続しており、エマルジョン形成部が、エマルジョン流路を介して、エマルジョン保持流路に接続しており、エマルジョン保持流路が、排出口に接続していた。
(Flow path structure)
The microchannel chip includes one dispersed phase liquid holding section, a dispersed phase liquid channel, a continuous phase liquid holding section, two continuous phase liquid channels, an emulsion forming section, an emulsion channel, an emulsion holding channel, and an outlet. It had The dispersed phase liquid holding section is connected to the emulsion forming section via a dispersed phase liquid channel, and the continuous phase liquid holding section is connected to the emulsion forming section via two continuous phase liquid channels. The emulsion forming section was connected to the emulsion holding channel via the emulsion channel, and the emulsion holding channel was connected to the discharge port.

実施例1で使用したマイクロ流路チップでは、分散相液流路は高さ80μm、幅100μm、長さ8mmの蛇行を含む流路であり、エマルジョン形成部に合流する。エマルジョン形成部において、分散相液合流部と2つの連続相液流路とが交差しており、反応液と非混和性液体(オイル)とが合流し、液滴を形成するようになっていた。 In the microchannel chip used in Example 1, the dispersed phase liquid channel is a meandering channel with a height of 80 μm, a width of 100 μm, and a length of 8 mm, and merges into the emulsion forming section. In the emulsion forming section, the dispersed phase liquid confluence section and two continuous phase liquid channels intersect, and the reaction liquid and the immiscible liquid (oil) merge to form droplets. .

図6aは、実施例1に係るマイクロ流路チップのうちエマルジョン形成部近傍の流路構造の平面模式図を示す。 FIG. 6a shows a schematic plan view of the channel structure near the emulsion forming part in the microchannel chip according to Example 1.

図6aで見られるとおり、第1の連続相液流路612と第2の連続相液流路613とが、エマルジョン形成部に接続しており、いずれの流路も、エマルジョン形成部に接続する部位において、200μmの流路幅を有していた。流路幅100μmの分散相液流路616が、第1の連続相液流路612と第2の連続相液流路613との間で、エマルジョン形成部に接続している。エマルジョン形成部への第1の連続相液流路612の流入方向と、エマルジョン形成部への第2の連続相液流路613の流入方向とが、90°の角度αを形成していた。 As seen in FIG. 6a, a first continuous phase liquid channel 612 and a second continuous phase liquid channel 613 connect to the emulsion forming section, and both channels connect to the emulsion forming section. The channel width at the site was 200 μm. A dispersed phase liquid channel 616 with a channel width of 100 μm is connected to the emulsion forming section between the first continuous phase liquid channel 612 and the second continuous phase liquid channel 613. The inflow direction of the first continuous phase liquid channel 612 into the emulsion forming section and the inflow direction of the second continuous phase liquid channel 613 into the emulsion forming section formed an angle α of 90°.

また、実施例1に係るマイクロ流路チップでは、エマルジョン形成部への第1の連続相液流路612の流入方向と、エマルジョン形成部への分散相液流路616の流入方向とが、45°の角度β1を形成しており、かつ、エマルジョン形成部への第2の連続相液流路613の流入方向と、エマルジョン形成部への分散相液流路616の流入方向とが、45°の角度β2を形成していた。第1の連続相液流路612と第2の連続相液流路613とは、分散相液流路616に対して互いに対称的に配置されていた。 Furthermore, in the microchannel chip according to Example 1, the inflow direction of the first continuous phase liquid channel 612 into the emulsion forming section and the inflow direction of the dispersed phase liquid channel 616 into the emulsion forming section are 45 The inflow direction of the second continuous phase liquid flow path 613 into the emulsion forming section and the inflow direction of the dispersed phase liquid flow path 616 into the emulsion forming section form an angle β1 of 45°. An angle β2 was formed. The first continuous phase liquid flow path 612 and the second continuous phase liquid flow path 613 were arranged symmetrically with respect to the dispersed phase liquid flow path 616.

また、実施例1に係るマイクロ流路チップでは、エマルジョン形成部への第1の連続相液流路612の流入方向と、オリフィス部624の流路方向(流出方向)とが、45°の角度γ1を形成しており、かつ、エマルジョン形成部への第2の連続相液流路613の流入方向と、オリフィス部624の流路方向とが、45°の角度γ2を形成していた。 Furthermore, in the microchannel chip according to Example 1, the inflow direction of the first continuous phase liquid channel 612 into the emulsion forming section and the channel direction (outflow direction) of the orifice section 624 are at an angle of 45°. γ1, and the inflow direction of the second continuous phase liquid flow path 613 into the emulsion forming portion and the flow path direction of the orifice portion 624 formed an angle γ2 of 45°.

なお、実施例1において、オリフィス部の流路サイズは、流路高さ80μmであり、流路幅80μmであった。 In Example 1, the channel size of the orifice portion was 80 μm in height and 80 μm in width.

エマルジョン流路は、エマルジョン形成部に近接する部分で幅80μm×長さ1000μm、その下流部分で幅200μm×長さ680μmの直線流路であり、さらにその下流部分ではR275μmの円弧曲線で構成された蛇行を含めた幅200μm×長さ11.5mmの撹拌用流路であり、エマルジョン保持流路に連結する。 The emulsion channel was a straight channel with a width of 80 μm and a length of 1000 μm in a portion close to the emulsion forming part, a straight channel with a width of 200 μm and a length of 680 μm in the downstream portion thereof, and a circular arc curve with a radius of 275 μm in the downstream portion. This is a stirring channel with a width of 200 μm and a length of 11.5 mm including meandering, and is connected to the emulsion holding channel.

エマルジョン保持流路は、流路高さ130μm、幅2mm、長さ350mmの蛇行流路であり、幅2mm、長さ10mmの排出口連通流路を介して、排出口に直接つながっている。エマルジョン保持流路の体積は、91μLであった。 The emulsion holding channel is a meandering channel with a channel height of 130 μm, a width of 2 mm, and a length of 350 mm, and is directly connected to the discharge port via a discharge port communication channel with a width of 2 mm and a length of 10 mm. The volume of the emulsion holding channel was 91 μL.

(液滴の生成)
実施例1に係る上記のマイクロ流路チップを用いて、下記の(0)~(4)のとおりにして、液滴の生成を行った。
(Generation of droplets)
Using the above microchannel chip according to Example 1, droplets were generated as described in (0) to (4) below.

(0)分散相液保持部に導入する分散相液として、下記の組成の水溶液(「開始液」)を調製した。なお、下記組成の水溶液は、核酸増幅反応の1つであるTRC反応を使用する際の反応開始液の組成を模している。
(開始液)
36.8mM 塩化マグネシウム
180.0mM 塩化カリウム
0.2%(w/v) Tween 20(「Tween」は登録商標)
18.0%(v/v) DMSO
5.0%(v/v) グリセロール
(1)送液手段として、ペリスタポンプ(高砂工業)、電磁弁(高砂工業)、圧力センサ(キーエンス社)で構成された、200mL容量のタンク内の圧力を-1~-10kPaに制御できる装置を使用した。このタンクとマイクロ流路チップの排出口とをPTFEチューブ(ニチアス社)で接続し、タンク内の圧力を開放することによって、チップに圧力差(陰圧)を適用する。
(2)分散相液保持部に、分散相液としての上記開始液を、20μL滴下した。この際に、マイクロ流路チップの流路は、気体で充填されていた。滴下された分散相液は、気体で充填されている分散相液流路を通って、エマルジョン形成部の開口部にまで進行した。
(3)分散相液を滴下してから30秒後に、連続相液保持部に、ピペットマン(ギルソン社)を使用して、連続相液としてのDroplet Generatorオイル for EvaGreen(Biorad社、以下、単にオイルとも表記する)を200μL滴下した。連続相液は、2つの連続相液流路に分かれてエマルジョン形成部へと進行し、エマルジョン形成部で合流した。
(0) An aqueous solution ("starting solution") having the following composition was prepared as a dispersed phase liquid to be introduced into the dispersed phase liquid holding section. Note that the aqueous solution having the following composition imitates the composition of a reaction starting solution when using the TRC reaction, which is one of the nucleic acid amplification reactions.
(starting solution)
36.8mM Magnesium Chloride 180.0mM Potassium Chloride 0.2% (w/v) Tween 20 (“Tween” is a registered trademark)
18.0% (v/v) DMSO
5.0% (v/v) Glycerol (1) The pressure inside the 200 mL tank, which is composed of a peristaltic pump (Takasago Industries), a solenoid valve (Takasago Industries), and a pressure sensor (Keyence Corporation) as a liquid feeding means. A device capable of controlling the pressure from -1 to -10 kPa was used. A pressure difference (negative pressure) is applied to the chip by connecting this tank and the outlet of the microchannel chip with a PTFE tube (Nichias Corporation) and releasing the pressure inside the tank.
(2) 20 μL of the above-mentioned starting liquid as a dispersed phase liquid was dropped into the dispersed phase liquid holding section. At this time, the channels of the microchannel chip were filled with gas. The dropped dispersed phase liquid passed through the dispersed phase liquid channel filled with gas and proceeded to the opening of the emulsion forming section.
(3) 30 seconds after dropping the dispersed phase liquid, add Droplet Generator oil for EvaGreen (Biorad Co., hereinafter simply oil) as a continuous phase liquid to the continuous phase liquid holding unit using a pipetman (Gilson). 200 μL of (also referred to as ) was added dropwise. The continuous phase liquid was divided into two continuous phase liquid channels, proceeded to the emulsion forming section, and merged at the emulsion forming section.

(4)オイル滴下から20秒後に、あらかじめ排出口に接続された送液装置のタンク内圧力を-5kPaに調整した状態で、圧力差(陰圧)を印加して液滴生成を開始させた。なお、送液中の各保持部は大気圧開放された状態とした。 (4) 20 seconds after oil dripping, droplet generation was started by applying a pressure difference (negative pressure) while adjusting the tank pressure of the liquid feeding device connected to the discharge port to -5 kPa in advance. . Note that each holding section was kept open to atmospheric pressure while the liquid was being fed.

(液滴生成評価)
エマルジョン形成部において液滴が生成される様子を、デジタルCMOSカメラ(ORCA-FLASH(商品名)、浜松フォトニクス社)を用いて撮影した。図6bで見られるとおり、実施例1では、良好な液滴の生成が観察された。
(Droplet generation evaluation)
The formation of droplets in the emulsion forming section was photographed using a digital CMOS camera (ORCA-FLASH (trade name), Hamamatsu Photonics). As seen in Figure 6b, good droplet formation was observed in Example 1.

(気泡発生評価)
実施例1では、気泡発生評価を行った。すなわち、上述の液滴の生成を複数回にわたって行い、2つの連続相液がエマルジョン形成部に進入する際の気泡発生を評価した。
(Bubble generation evaluation)
In Example 1, bubble generation was evaluated. That is, the above-mentioned droplet generation was performed multiple times, and the generation of bubbles when the two continuous phase liquids entered the emulsion forming section was evaluated.

具体的には、気体で充填された2つの連続相液流路を通ってエマルジョン形成部へと連続相液が進入してくる様子を、デジタルCMOSカメラ(ORCA-FLASH(商品名)、浜松フォトニクス社)を用いて撮影し、2つの連続相液がそれぞれエマルジョン形成部に到達するタイミングのずれ(遅延時間)、流路中における連続相液-空気の界面の移動速度、及び、気泡の発生の有無を調べた。結果を下記の表1に示す。 Specifically, we used a digital CMOS camera (ORCA-FLASH (product name), Hamamatsu Photonics) to observe the continuous phase liquid entering the emulsion forming section through two continuous phase liquid channels filled with gas. The timing difference (delay time) in which the two continuous phase liquids each reach the emulsion forming part, the moving speed of the continuous phase liquid-air interface in the flow path, and the occurrence of bubbles. I checked to see if it existed. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2024038752000004
Figure 2024038752000004

≪比較例1≫ ≪Comparative example 1≫

比較例1では、2つの連続相液流路の角度が異なっていたこと以外は、実施例1と同様にして、2つの連続相液の進行に伴う気泡発生を評価した。 In Comparative Example 1, bubble generation as the two continuous phase liquids progressed was evaluated in the same manner as in Example 1, except that the angles of the two continuous phase liquid channels were different.

図7の模式図で見られるとおり、比較例1のマイクロ流路チップでは、第1の連続相液流路712と第2の連続相液流路713とが、180°の角度αを形成しており、いずれも、エマルジョン形成部に接続する部位において200μmの流路幅を有していた。また、角度β1及び角度β2、並びに角度γ1及び角度γ2は、いずれも90°であった。 As seen in the schematic diagram of FIG. 7, in the microchannel chip of Comparative Example 1, the first continuous phase liquid channel 712 and the second continuous phase liquid channel 713 form an angle α of 180°. Both had a channel width of 200 μm at the portion connected to the emulsion forming section. Moreover, angle β1 and angle β2, and angle γ1 and angle γ2 were all 90°.

結果を下記の表2に示す。 The results are shown in Table 2 below.

Figure 2024038752000005
Figure 2024038752000005

実施例1と比較例1の結果をまとめたものを、下記の表3に示す。 A summary of the results of Example 1 and Comparative Example 1 is shown in Table 3 below.

Figure 2024038752000006
Figure 2024038752000006

表1~3(特に表3)で見られるとおり、実施例1では、2つの連続相液がエマルジョン形成部に到達するタイミングのずれ(遅延時間)が50ms~69msの間の範囲に含まれていた場合、気泡の発生は見られなかった。一方で、比較例1では、遅延時間が同様の範囲に含まれていた場合に、気泡の発生が見られた。 As seen in Tables 1 to 3 (particularly Table 3), in Example 1, the timing difference (delay time) between the two continuous phase liquids reaching the emulsion forming part was within the range of 50 ms to 69 ms. No bubbles were observed in this case. On the other hand, in Comparative Example 1, generation of bubbles was observed when the delay time was within the same range.

≪実施例2及び比較例2≫
実施例2及び比較例2では、流路幅を400μmに変更したこと以外は、それぞれ実施例及び比較例1と同様にして、液滴の生成を行った。
≪Example 2 and Comparative Example 2≫
In Example 2 and Comparative Example 2, droplets were generated in the same manner as in Example and Comparative Example 1, respectively, except that the channel width was changed to 400 μm.

実施例2及び比較例2で用いたマイクロ流路チップのエマルジョン形成部付近の平面模式図を、それぞれ図8a及び図9に示す。 Schematic plan views of the vicinity of the emulsion forming portion of the microchannel chips used in Example 2 and Comparative Example 2 are shown in FIGS. 8a and 9, respectively.

(液滴生成評価)
実施例2のエマルジョン形成部において液滴が生成される様子を、デジタルCMOSカメラ(ORCA-FLASH(商品名)、浜松フォトニクス社)を用いて撮影した。図8bで見られるとおり、実施例2では、良好な液滴の生成が観察された。
(Droplet generation evaluation)
The appearance of droplets being generated in the emulsion forming section of Example 2 was photographed using a digital CMOS camera (ORCA-FLASH (trade name), Hamamatsu Photonics Co., Ltd.). As seen in Figure 8b, good droplet formation was observed in Example 2.

(気泡発生評価)
気体で充填された2つの連続相液流路を連続相液が進行することに伴う気泡の発生を、実施例1と同様にして評価した。実施例2及び比較例2の気泡発生評価の結果をそれぞれ下記の表4及び表5に示す。また、これらの結果をまとめたものを、下記の表6に示す。
(Bubble generation evaluation)
In the same manner as in Example 1, the generation of bubbles as the continuous phase liquid progressed through the two continuous phase liquid channels filled with gas was evaluated. The results of bubble generation evaluation for Example 2 and Comparative Example 2 are shown in Tables 4 and 5 below, respectively. A summary of these results is shown in Table 6 below.

Figure 2024038752000007
Figure 2024038752000007

Figure 2024038752000008
Figure 2024038752000008

Figure 2024038752000009
Figure 2024038752000009

表4~6(特に表6)で見られるとおり、実施例2では、2つの連続相液がエマルジョン形成部に到達するタイミングのずれ(遅延時間)が100ms~199msの間の範囲に含まれていた場合、気泡の発生は見られなかった。一方で、比較例2では、遅延時間が同様の範囲に含まれていた場合に、気泡の発生が見られた。 As seen in Tables 4 to 6 (particularly Table 6), in Example 2, the timing difference (delay time) between the two continuous phase liquids reaching the emulsion forming part was within the range of 100 ms to 199 ms. No bubbles were observed in this case. On the other hand, in Comparative Example 2, generation of bubbles was observed when the delay time was within the same range.

特に、実施例2では、2つの連続相液がエマルジョン形成部に到達するタイミングのずれ(遅延時間)が194.7msであっても気泡の発生が見られなかった一方で、比較例2では、2つの連続相液がエマルジョン形成部に到達するタイミングのずれ(遅延時間)が121.8msであった場合に気泡の発生が見られた。 In particular, in Example 2, no bubbles were observed even though the timing difference (delay time) between the two continuous phase liquids reaching the emulsion forming part was 194.7 ms, while in Comparative Example 2, Generation of bubbles was observed when the timing difference (delay time) between the two continuous phase liquids reaching the emulsion forming section was 121.8 ms.

≪実施例3及び比較例3≫
実施例3及び比較例3では、流路幅を800μmに変更したこと以外は、それぞれ実施例1及び比較例1と同様にして、液滴の生成及び気泡発生の評価を行った。
≪Example 3 and Comparative Example 3≫
In Example 3 and Comparative Example 3, droplet generation and bubble generation were evaluated in the same manner as in Example 1 and Comparative Example 1, respectively, except that the channel width was changed to 800 μm.

実施例3及び比較例3で用いたマイクロ流路チップのエマルジョン形成部付近の平面概略図を、それぞれ図10及び図11に示す。 Schematic plan views of the vicinity of the emulsion forming portion of the microchannel chips used in Example 3 and Comparative Example 3 are shown in FIGS. 10 and 11, respectively.

(液滴生成評価)
実施例3のエマルジョン形成部において液滴が生成される様子を、デジタルCMOSカメラ(ORCA-FLASH(商品名)、浜松フォトニクス社)を用いて撮影した。実施例3では、エマルジョン形成部における良好な液滴の生成が観察された。
(Droplet generation evaluation)
The appearance of droplets being generated in the emulsion forming section of Example 3 was photographed using a digital CMOS camera (ORCA-FLASH (trade name), Hamamatsu Photonics Co., Ltd.). In Example 3, good droplet formation was observed in the emulsion forming part.

(気泡発生評価)
気体で充填された連続相液流路を2つの連続相液が進行することに伴う気泡の発生を、実施例1と同様にして評価した。実施例3及び比較例3の結果をそれぞれ下記の表7及び表8に示す。また、これらの結果をまとめたものを、下記の表9に示す。
(Bubble generation evaluation)
The generation of bubbles caused by the progression of two continuous phase liquids through a continuous phase liquid channel filled with gas was evaluated in the same manner as in Example 1. The results of Example 3 and Comparative Example 3 are shown in Table 7 and Table 8 below, respectively. A summary of these results is shown in Table 9 below.

Figure 2024038752000010
Figure 2024038752000010

Figure 2024038752000011
Figure 2024038752000011

Figure 2024038752000012
Figure 2024038752000012

表7~9(特に表9)で見られるとおり、実施例3では、2つの連続相液がエマルジョン形成部に到達するタイミングのずれ(遅延時間)が300ms~599msの間の範囲に含まれていた場合、気泡の発生は見られなかった。一方で、比較例3では、遅延時間が同様の範囲に含まれる場合に、気泡の発生が見られた。 As seen in Tables 7 to 9 (particularly Table 9), in Example 3, the timing difference (delay time) between the two continuous phase liquids reaching the emulsion forming part was within the range of 300 ms to 599 ms. No bubbles were observed in this case. On the other hand, in Comparative Example 3, generation of bubbles was observed when the delay time was within the same range.

特に、実施例3では、2つの連続相液がエマルジョン形成部に到達するタイミングのずれ(遅延時間)が517.2msであっても気泡の発生が見られなかった。一方で、比較例3では、2つの連続相液がエマルジョン形成部に到達するタイミングのずれ(遅延時間)が317.3msであった場合に、気泡の発生が見られた。 In particular, in Example 3, no bubbles were observed even though the timing difference (delay time) between the two continuous phase liquids reaching the emulsion forming section was 517.2 ms. On the other hand, in Comparative Example 3, the generation of bubbles was observed when the timing difference (delay time) between the two continuous phase liquids reaching the emulsion forming part was 317.3 ms.

<評価結果について>
以上の結果から、2つの連続相液流路の角度αが本開示に係る条件を満たす場合(実施例1~3)には、角度αが180°である場合(比較例1~3)と比較して、気泡の発生が抑制されることが分かった。
<About evaluation results>
From the above results, when the angle α of the two continuous phase liquid flow paths satisfies the conditions according to the present disclosure (Examples 1 to 3), when the angle α is 180° (Comparative Examples 1 to 3), In comparison, it was found that the generation of bubbles was suppressed.

さらに、以上の結果から、2つの連続相液流路の角度αが本開示に係る条件を満たす場合に、良好な液滴生成を行うことができることが分かった。 Further, from the above results, it was found that when the angle α of the two continuous phase liquid channels satisfies the conditions according to the present disclosure, good droplet generation can be performed.

10 マイクロ流路チップ
101 連続相液保持部
102 第一分散相液保持部
103 第二分散相液保持部
111 連続相液流路
112 第一連続相液流路
113 第二連続相液流路
114 第一分散相液流路
115 第二分散相液流路
120 エマルジョン形成部(液滴生成部)
130 エマルジョン流路
140 液滴保持部(エマルジョン保持流路)
150 排出口

W 幅方向
L 長さ方向

212、512 第1の連続相液流路
213、513 第2の連続相液流路
216、516 分散相液流路
220 エマルジョン形成部(液滴生成部)
222 相液集合部
224、524 オリフィス部
230、530 エマルジョン流路
57a、57b 連続相液流路の側部壁面とオリフィス部の側部壁面との接続部

α、β1、β2、γ1、γ2 角度

612、712、812、912、1012、1112 第1の連続相液流路
613、713、813、913、1013、1113 第2の連続相液流路
616、716、816、916、1016、1116 分散相液流路流路
624、724、824、924、1024、1124 オリフィス部
10 Microchannel chip 101 Continuous phase liquid holding section 102 First dispersed phase liquid holding section 103 Second dispersed phase liquid holding section 111 Continuous phase liquid flow path 112 First continuous phase liquid flow path 113 Second continuous phase liquid flow path 114 First dispersed phase liquid channel 115 Second dispersed phase liquid channel 120 Emulsion forming section (droplet generating section)
130 Emulsion channel 140 Droplet holding section (emulsion holding channel)
150 outlet

W Width direction L Length direction

212, 512 First continuous phase liquid channel 213, 513 Second continuous phase liquid channel 216, 516 Dispersed phase liquid channel 220 Emulsion forming section (droplet generating section)
222 Phase liquid collecting section 224, 524 Orifice section 230, 530 Emulsion channel 57a, 57b Connection section between the side wall surface of the continuous phase liquid channel and the side wall surface of the orifice section

α, β1, β2, γ1, γ2 angle

612, 712, 812, 912, 1012, 1112 First continuous phase liquid flow path 613, 713, 813, 913, 1013, 1113 Second continuous phase liquid flow path 616, 716, 816, 916, 1016, 1116 Dispersion Phase liquid channel channel 624, 724, 824, 924, 1024, 1124 Orifice part

Claims (7)

分散相液保持部、
前記分散相液保持部に接続している分散相液流路、
連続相液保持部、
前記連続相液保持部に接続している、第1の連続相液流路及び第2の連続相液流路、
エマルジョン形成部、並びに、
前記エマルジョン形成部に接続しているエマルジョン流路
を有しており、
前記分散相液流路、前記第1の連続相液流路、及び前記第2の連続相液流路が、前記エマルジョン形成部に接続しており、
前記分散相液保持部に分散相液を供給し、前記連続相液保持部に連続相液を供給し、かつ前記マイクロ流路チップに外部送液駆動力を適用したときに、前記エマルジョン形成部において、前記分散相液から構成される液滴及び前記連続相液から構成される連続相を含むエマルジョンが生成され、かつ前記エマルジョンが前記エマルジョン流路に進入するようになっている、
マイクロ流路チップであって、
前記分散相液流路が、前記第1の連続相液流路と前記第2の連続相液流路との間で、前記エマルジョン形成部に接続しており、かつ
前記エマルジョン形成部への前記第1の連続相液流路の流入方向と、前記エマルジョン形成部への前記第2の連続相液流路の流入方向とが、0°以上180°未満の角度αを形成している、
マイクロ流路チップ。
dispersed phase liquid holding section,
a dispersed phase liquid flow path connected to the dispersed phase liquid holding section;
continuous phase liquid holding section,
a first continuous phase liquid flow path and a second continuous phase liquid flow path connected to the continuous phase liquid holding section;
an emulsion forming section, and
It has an emulsion flow path connected to the emulsion forming section,
The dispersed phase liquid flow path, the first continuous phase liquid flow path, and the second continuous phase liquid flow path are connected to the emulsion forming section,
When a dispersed phase liquid is supplied to the dispersed phase liquid holding section, a continuous phase liquid is supplied to the continuous phase liquid holding section, and an external liquid feeding driving force is applied to the microchannel chip, the emulsion forming section an emulsion including droplets composed of the dispersed phase liquid and a continuous phase composed of the continuous phase liquid is produced, and the emulsion enters the emulsion flow path.
A microchannel chip,
The dispersed phase liquid flow path is connected to the emulsion forming section between the first continuous phase liquid flow path and the second continuous phase liquid flow path, and The inflow direction of the first continuous phase liquid flow path and the inflow direction of the second continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section form an angle α of 0° or more and less than 180°.
Microfluidic chip.
前記エマルジョン形成部が、相液集合部と、これに接続するオリフィス部とを含み、
前記エマルジョン流路が、前記オリフィス部を介して、前記エマルジョン形成部に接続しており、
前記エマルジョン形成部への前記第1の連続相液流路の流入方向と、前記オリフィス部の流路方向とが、角度γ1を形成しており、かつ、
前記エマルジョン形成部への前記第2の連続相液流路の流入方向と、前記オリフィス部の流路方向とが、角度γ2を形成しており、
前記角度γ1及び角度γ2が、いずれも、0°以上90°未満である、
請求項1に記載のマイクロ流路チップ。
The emulsion forming section includes a phase liquid collecting section and an orifice section connected thereto,
The emulsion flow path is connected to the emulsion forming section via the orifice section,
The inflow direction of the first continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section and the flow path direction of the orifice section form an angle γ1, and
The inflow direction of the second continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section and the flow path direction of the orifice section form an angle γ2,
The angle γ1 and the angle γ2 are both 0° or more and less than 90°,
The microchannel chip according to claim 1.
前記エマルジョン形成部への前記第1の連続相液流路の流入方向と、前記エマルジョン形成部への前記分散相液流路の流入方向とが、0°以上90°未満の角度β1を形成しており、かつ、
前記エマルジョン形成部への前記第2の連続相液流路の流入方向と、前記エマルジョン形成部への前記分散相液流路の流入方向とが、0°以上90°未満の角度β2を形成している、
請求項1又は2に記載のマイクロ流路チップ。
The inflow direction of the first continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section and the inflow direction of the dispersed phase liquid flow path into the emulsion forming section form an angle β1 of 0° or more and less than 90°. and
The inflow direction of the second continuous phase liquid flow path into the emulsion forming section and the inflow direction of the dispersed phase liquid flow path into the emulsion forming section form an angle β2 of 0° or more and less than 90°. ing,
The microchannel chip according to claim 1 or 2.
前記エマルジョン形成部が、相液集合部と、これに接続するオリフィス部とを含み、
前記第1の連続相液流路の側部壁面と前記オリフィス部の側部壁面とを接続する接続部、及び/又は前記第2の連続相液流路の側部壁面と前記オリフィス部の側部壁面とを接続する接続部が、丸みを帯びている、
請求項1又は2に記載のマイクロ流路チップ。
The emulsion forming section includes a phase liquid collection section and an orifice section connected thereto,
A connecting portion connecting the side wall surface of the first continuous phase liquid flow path and the side wall surface of the orifice portion, and/or the side wall surface of the second continuous phase liquid flow path and the side wall of the orifice portion. The connection part that connects the part wall surface is rounded,
The microchannel chip according to claim 1 or 2.
前記外部送液駆動力を適用する前に、前記連続相液保持部から、気体で充填された前記第1の連続相液流路、及び気体で充填された前記第2の連続相液流路を通って気体で充填された前記エマルジョン形成部にまで連続相液を充填することを含む方法で用いるための、請求項1又は2に記載のマイクロ流路チップ。 Before applying the external liquid feeding driving force, the first continuous phase liquid channel filled with gas and the second continuous phase liquid channel filled with gas are transferred from the continuous phase liquid holding section to the first continuous phase liquid channel filled with gas. 3. The microchannel chip according to claim 1, for use in a method including filling a continuous phase liquid through the emulsion forming section filled with gas. エマルジョン保持流路をさらに有する、請求項1又は2に記載のマイクロ流路チップ。 The microchannel chip according to claim 1 or 2, further comprising an emulsion holding channel. エマルジョン充填法で用いるための、請求項1又は2に記載のマイクロ流路チップ。 The microchannel chip according to claim 1 or 2, for use in an emulsion filling method.
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