JP5839526B1 - 微小液滴を形成する反応デバイス及びこれを用いた電界撹拌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロプレートやマイクロ流路チップ等の微小容量容器における、微小なドーム形状の液滴（マイクロドロップ）を形成させ、撹拌が可能な反応デバイスの提供。【解決手段】微小容量容器１を有する反応デバイスにおいて、微小容量容器１は、底面５と底面５の外周に配される側壁３を有し、底面５上に注ぎ入れた溶液２が側壁３と接することがないように、底面５と側壁３との内側境界部分に側壁３よりも高さの低い台座６を設けることにより、溶液２を台座６の高さを越えるまで注ぎ入れた場合にドーム形状の液滴２を形成し、液滴２に変動電界を印加して撹拌を行う、電界撹拌法による撹拌を可能とした反応デバイス。【選択図】図１

Description

本発明は、ドーム形状の微小液滴（マイクロドロップ）を形成することができる微小容量容器を有し、マイクロタイタープレートやマイクロ流路チップ等として用いることができる反応デバイスに関する。また、本発明は、当該反応デバイスが有する微小容量容器中に、溶液又は反応液の微小な液滴を形成し、その液滴に変動電界を印加して液滴を振動させることを特徴とする、電界撹拌方法及び反応促進方法に関する。さらに、本発明は、当該反応デバイスと変動電界印加装置とを有する電界撹拌システムに関する。

マイクロタイタープレート（マイクロプレート）とは、プレート上に多数のくぼみ（ウェル）を形成することにより、多数の微小容量容器が縦横に整列している実験・検査用の器具である。マイクロタイタープレートを用いれば、プレート上の多数の微小容量容器の中で、多数の反応を同時に行うことができる。このため、多数の検体を同時に診断する臨床検査や、多数のサンプルを同時に処理する科学実験等に用いられている。マイクロタイタープレートは、特に、抗原抗体反応により検体中のタンパク質を検出するＥＬＩＳＡ（Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay）によく使用されている。例えば、マイクロタイタープレートを用いたサンドイッチＥＬＩＳＡ法では、まず、検出目的となるタンパク質に結合する抗体をマイクロタイタープレートの複数の微小容量容器の底面等に固定させる。次に、各検体の溶液と、検出目的となるタンパク質に結合する１次抗体（微小容量容器内に固定した抗体が結合するタンパク質のエピトープとは別のエピトープに結合するもの）の溶液とを、各微小容量容器内に加えて、抗原抗体反応を行う。これにより、微小容量容器−抗体−タンパク質−１次抗体という複合体が微小容量容器内に形成される。ここに、１次抗体に結合できる、酵素標識付きの２次抗体を加えて、この複合体に結合させる。そして、結合しなかった２次抗体を洗浄した後に、発色試薬を加えて発色させる。これにより、目的のタンパク質を含む検体を加えた微小容量容器のみが発色することとなり、検体が目的のタンパク質を含んでいるか否かについて、多数の検体を同時に検査することができる。

一方、マイクロ流体チップとは、微細加工技術を用いて、基板上に微細流路や微小容量容器を形成し、この微細流路や微小容量容器中で、化学物質や生体物質の混合、反応、分離、精製、検出等を行うものである。このような微細流路や微小容量容器内では、通常のスケールとは全く異なった流体現象が生じるため、これを利用して特殊な反応を行うことができる。例えば、２本の流入路が交差して１本の流出路となるＹ字型の微細流路において、一方の流入路にはＡ溶液、もう一方の流入路にはＢ溶液を一定の流速で流入させると、２つの流入路が交差して１本となった流出路では、Ａ溶液とＢ溶液とが混ざることなく、２層に分かれた層流となる。この現象を利用して、液相間の分配作用により化学物質の分離等を行うことができる。しかし、逆の面から見ると、Ｙ字型の微細流路では、二つの溶液の混合が難しいという問題があった。

本発明者らは以前に、液滴に変動電界を印加して液滴を振動させることにより、液滴の撹拌を行う電界撹拌方法（非接触撹拌方法ともいう）を開発し、この電界撹拌方法を、核酸ハイブリダイゼーション、ＥＬＩＳＡ、細胞培養等に応用できることを見出した（特許文献１）。
この電界撹拌法は、変動電界を印加して振動させるために、ドーム形状の液滴を形成することを必要とするものである。しかし、図５に示すように、従来のマイクロタイタープレートやマイクロ流体チップ内の微小容量容器（１）では、溶液（２）の分子が側壁（３）に引き付けられてメニスカス（４）となってしまう割合が大きく、ドーム形状の液滴を形成することができず、電界撹拌法により撹拌することは全く想定すらされていなかった。また、マイクロタイタープレートやマイクロ流体チップ内の微小容量容器内では、収容される溶液が微量であるため、振動を加えて溶液を撹拌しようとしても溶液が飛び散ってしまい、通常の方法で溶液を撹拌することが困難であった。

特開２０１０−１１９３８８号公報

従来の微小容量容器は、収容される溶液を撹拌することが困難であるという問題があった。
そこで、本発明は、上記従来の状況に鑑み、微小なドーム形状の液滴（マイクロドロップ）を形成することができる反応デバイスを開発し、電界撹拌法による撹拌を可能とすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究をした結果、微小容量溶液を有する反応デバイスにおいて、微小容量容器は底面と底面の外周に配される側壁を有し、底面上に注ぎ入れた溶液が側壁と接することがないように、底面と側壁との内側境界部分に側壁よりも高さの低い台座を設けることにより、溶液を台座の高さを越えて注ぎ入れた場合にドーム形状の微小な液滴（マイクロドロップ）を形成できることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は、反応デバイスに係る下記の第１発明と、電界撹拌方法に係る下記の第２発明と、反応促進方法に係る下記の第３発明と、電界撹拌システムに係る下記の第４発明とを提供する。
第１発明は、微小容量容器を有する反応デバイスにおいて、微小容量容器は底面とその外周に配される側壁とを有し、底面上に注ぎ入れた溶液が側壁と接することがないように、底面と側壁との内側境界部分に側壁よりも高さの低い台座を設けることにより、溶液を台座の高さを越えるまで注ぎ入れた場合にドーム形状の液滴を形成できるようにしたことを特徴とする反応デバイスに関する。
第１発明の反応デバイスは、液滴に変動電界を印加して撹拌を行う電界撹拌に用いる反応デバイスであることが好ましい。
上記の反応デバイスにおいては、変動電界を印加するための電極をさらに有する反応デバイスとすることが好ましい。
上記の反応デバイスにおいては、台座が撥水性の材料を用いて形成されている反応デバイスとすることができる。
上記の反応デバイスにおいては、台座が１０μｍ以上で且つ底面の幅の３０％以下の長さの幅を有するリング状の台座である反応デバイスとすることが好ましい。
上記の反応デバイスにおいては、液滴の容量が０．１μｌ以上２０００μｌ未満である反応デバイスとすることが好ましい。
上記の反応デバイスにおいては、底面の形状を円形とすることができる。
上記の反応デバイスにおいては、複数の微小容量容器が縦横に整列している反応デバイスとすることができる。
また、上記の反応デバイスにおいては、微小容量容器と連結するマイクロ流路をさらに有する反応デバイスとすることができる。
そして、この場合には、２本以上のマイクロ流路の交差する部分に微小容量容器を設けた反応デバイスとすることができる。
第２発明は、第１発明の反応デバイスが有する微小容量容器中に液滴を形成し、この液滴に変動電界を印加することで、液滴を振動させることを特徴とする電界撹拌方法に関する。
第３発明は、第１発明の反応デバイスが有する微小容量容器中に液滴を形成し、この液滴に変動電界を印加することにより、液滴を振動させて反応溶液の反応を促進することを特徴とする反応促進方法に関する。
第４発明は、第１発明の反応デバイスと、この反応デバイスが有する微小容量容器中に形成した液滴に変動電界を印加する変動電界印加装置とを有することを特徴とする電界撹拌システムに関する。

第１発明の反応デバイスは、微小容量容器の底面と側壁との内側境界部分に側壁よりも低い高さの台座が設けられているので、底面に注ぎ入れた溶液は側壁に接触することがなく、注ぎ入れられた溶液が台座の高さを越えると、台座を越えた部分においては溶液の分子が台座や側壁に引き付けられる力がなくなり、溶液の表面張力により液滴を形成できるので、微小容量容器中に微小な液滴を形成することができるという効果を奏する。そして、第１発明の反応デバイスは、変動電界を印可することで、反応デバイスが有する微小容量容器内の溶液の撹拌をすることが可能になるという効果を奏する。
第２発明の電界撹拌方法及び第４発明の電界撹拌システムは、第１発明の反応デバイスが有する微小容量容器内に形成した微小な液滴に、変動電界を印加することにより、液滴表面及び内部の電荷に周期的に変動するクーロン力が働いて、液滴が振動するため、反応デバイスが有する微小容量容器内の溶液を撹拌することができるという効果を奏する。
第３発明の反応促進方法は、第１発明の反応デバイスを用いて、当該反応デバイスが有する微小容量容器中に反応溶液の微小な液滴を形成し、その液滴に変動電界を印加することで、微小容量容器内の反応溶液を撹拌し、反応溶液の反応を促進することができるという効果を奏する。また、第３発明の反応促進方法は、変動電界の印加による撹拌により、従来にはなかった反応場を提供し、従来の方法では得られなかった反応を得ることができるという効果を奏する。

本発明の反応デバイスの一実施形態を示す図である。図１（Ａ）は、反応デバイスが有する微小容量容器の断面図を示し、図１（Ｂ）は、反応デバイスが有する微小容量容器の平面図を示す。 マイクロタイタープレートとした本発明の反応デバイスの一実施形態を示す図である。図２（Ａ）は、複数の微小容量容器が縦横に整列したマイクロタイタープレートの平面図を示し、図２（Ｂ）は、その断面図を示したものである。 微小容量容器とそれに連結するマイクロ流路を有する本発明の反応デバイスの一実施形態を示す図である。図３（Ａ）は、微小容量容器とそれに連結するマイクロ流路を有する反応デバイスの平面図を示し、図３（Ｂ）は、その断面図を示す。 液滴に変動電界を印加して液滴を振動させた状態の一例を示す図である。図４（Ａ）は、電極に蓄積した電荷が最小となっている状態の断面図を示し、図４（Ｂ）は、電極に蓄積した電荷が最大となっている状態の断面図を示す。 従来のマイクロタイタープレートやマイクロ流体チップ内の微小容量容器を示す図である。

１．本発明の反応デバイス
本発明の反応デバイスは、微小容量容器を有し、その微小容量容器は底面とその外周に配される側壁とを有しており、さらに、底面上に注ぎ入れた溶液が側壁と接することがないように、底面と側壁との内側境界部分に側壁よりも低い高さの台座を設けているので、溶液を台座の高さを越えて注ぎ入れた場合にドーム形状の微小な液滴を形成できるようになっている。
ここで、反応デバイスとは、微小容量容器を有しており、その容器内で溶液の反応、混合、撹拌等を行うものであれば、どのようなものであってもよい。反応デバイスの例としては、これらに限定されるわけではないが、マイクロタイタープレート（マイクロプレート）、マイクロ流体チップ、ＰＣＲ反応チューブ等を挙げることができる。

本発明の反応デバイスの１つの実施形態を図１に示す。図１（Ａ）は、反応デバイスが有する微小容量容器部分の断面図を示したものであり、図１（Ｂ）は、反応デバイスが有する微小容量容器の平面図を示したものである。図１（Ａ）に示すように、本発明の反応デバイスの微小容量容器（１）は、底面（５）と、その外周に配された側壁（３）を有し、その底面と側壁との内側境界部分に台座（６）が設けられている。
微小容量容器（１）の底面（５）に溶液（２）を注ぎ入れると、溶液（２）は底面（５）と台座（６）に接触した状態で嵩が増してゆく。しかし、溶液（２）の液面が台座（６）の高さを越えると、台座（６）に接触することができなくなり、溶液（２）の液体分子が台座（６）に引きつけられる力がなくなって、溶液（２）の表面張力により、溶液（２）は中央が盛り上がり、ドーム形状の液面を有する微小な液滴（マイクロドロップ）を形成する。

本発明の反応デバイスは、このように微小容量容器の内部に微小なドーム形状の液滴を形成することができるが、ここで「液滴」とは、表面張力により中央が盛り上がった溶液をいう。そして、「溶液」とは、溶媒又は溶媒に他の物質が混合したものであれば如何なるものでもよく、合成化合物、天然化合物、金属微粒子等の化学物質、核酸、タンパク質、脂質等の生体分子、細胞、微生物、ウイルス、生体組織等の生物試料などが溶媒に混合したものを含む。

本発明において「底面」とは、全体としてみると水平になっている部分をいい、「側壁」とは全体としてみると垂直に立っている部分をいい、「底面」と「側壁」とは明確な境界線がなくともよい。
本発明の反応デバイスが有する微小容量容器の底面の形状は、液滴を保持できるものであればどのようなものでもよく、例えば、これらに限定されるわけではないが、円形、長方形、正方形などとすることができる。また、液滴を保持できるものであれば、凹凸がある形状であっても構わない。
底面の形状を円形とした場合には、半球状に近い液滴を形成し、大きな振動をさせても崩れにくい液滴を形成できるので好ましい。ここで、「円形」とは、真円のみならず楕円等も含む形状である。

本発明の反応デバイスが有する微小容量容器は、底面と側壁の内側境界部分に、側壁よりも低い高さの台座を設けたことを特徴としている。ここで、底面と側壁の「内側境界部分」とは、微小容量容器の内側において底面と側壁との境界部分の周辺領域をいう。そして、「台座」とは、液滴が側壁と接触しないように存在する構造体であれば、どのようなものであってもよい。ただし、台座は、液滴が側壁と完全に接触しないように存在することを要するものではなく、液滴を形成することができれば、台座の一部が途切れることにより、液滴のごく一部が側壁と接触していてもよい。特に、後述のマイクロ流路と連結する場合には、その部分において台座の一部が途切れていてもよい。

しかしながら、マイクロタイタープレート等のように内容液の流入・流出路がない場合には、液滴を形成しやすくするために、液滴が側壁と完全に接触しないことが好ましく、台座の形状は、底面と側壁との内側境界部分に沿って途切れることがなく連続した、リング状の形状とすることが好ましい。ここで、リング状の形状とは、丸いリングのみならず、側壁の形状にあわせた四角のリング等の形状も含む。
台座をリング状とする場合、液滴が側壁と接触しないようにする観点から、台座の幅は１０μｍ以上とするのが好ましく、また、微小容量容器中で台座が占める面積を少なくする観点から、台座の幅は底面の幅の３０％以下、より好ましくは１０％以下とするのがよい。ここで、「底面の幅」とは、底面の形状のうち最も短い長さとなる幅をいう。例えば、底面の形状が楕円である場合には、「底面の幅」は楕円の短径を意味し、底面の形状が四角形の場合には、「底面の幅」は短い方の辺の長さを意味する。
台座の高さは、液滴が形成できるように少なくとも２０μｍ以上とすることが好ましい。また、台座の高さは、形成する液滴の高さが側壁の高さを越えることがないように、側壁の高さの７０％以下の高さとすることが好ましい。

台座が親水性の高い材料である場合、台座の高さを越えた部分の液滴が、台座の上辺に引き付けられて液滴が崩れてしまうおそれがあるため、台座は撥水性の材料を用いて形成することが好ましい。また、台座全体を撥水性の材料とすることなく、台座の上辺のみを撥水性の材料としてもよい。
このような撥水性の材料としては、これらに限定されるわけではないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、オルガノポリシロキサン等のシリコン系樹脂、ポリプロピレン等のポリオレフィン等を用いることができる。

また、台座の上辺は、底面に対して平行としてもよいが、底面に対して傾斜を持たせることもできる。台座の上辺を底面に対して平行としたシャーレは、製造が容易であるという点で好ましい。一方、台座の上辺を底面に対して傾斜させて、側壁に近づくほど台座の高さが大きくなるように成形したシャーレは、液滴が台座の上辺にはみ出してしまった場合でも、重力の作用により液滴が中央に集まる方向に力が働くため、液滴を形成しやすいという点で好ましい。台座を傾斜させる場合、好ましくは、台座の上辺を底面に対して２０度以上傾斜させるのがよい。
台座が液滴と接触する部分である台座の側面は、底面に対して垂直とすることもでき、また、底面に垂直な面に対して傾斜を持たせることもできる。台座の側面を、底面に垂直な面に対して側壁側に２０度以上傾斜させた場合には、メニスカスを生じにくくさせることができる。

台座は、底面や側壁と一緒に一体成形で製造することもでき、また、台座の部分のみを別に成形して、底面と側壁からなる微小容量容器に嵌入することにより製造することもできる。また、台座は、側壁を階段状に折り曲げたような形に成形することにより、台座部分を設けてもよい。
液滴の容量は、効率的に撹拌できる液滴を形成するために、０．１μｌ以上２０００μｌ未満とすることが好ましい。

本発明の反応デバイスには、液滴に変動電界を印加する電極を設けることが好ましい。電極は、液滴に変動電界を印加して液滴を振動させることができれば、どの位置に配置してもよいが、液滴に近い位置に電極を配置するのが効率的である。ただし、液滴と接触する位置に電極を配置すると、液滴と電極の間で電気化学的反応が生じてしまうため、液滴と電極とは非接触とする必要がある。
変動電界を印加するための電極は、反応デバイスに１つ備えていれば液滴を振動させることが可能である。しかし、陽極と陰極のセットを用いて変動電界を印加することもできる。

本発明の反応デバイスは、複数の微小容量容器が縦横に整列したもの、すなわちマイクロタイタープレート（マイクロプレート）とすることができる。
マイクロプレートとした本発明の反応デバイスの１つの実施形態を図２に示す。図２（Ａ）は、複数の微小容量容器が縦横に整列したマイクロタイタープレートの平面図を示したものであり、図２（Ｂ）は、その断面図を示したものである。図２（Ａ）に示すように、マイクロタイタープレートとした本発明の反応デバイス（７）には、微小容量容器（１）が縦横に整列されて設けられている。そして、図２（Ｂ）の断面図に示すように、それぞれの微小容量容器（１）の底面（５）と側壁（３）の内側境界部分には、台座（６）が設けられており、微小な液滴（２）を形成できるようになっている。そして、反応デバイス（７）の下部には電極（８）が設けられており、それぞれの液滴（２）に変動電界を印加できるようになっている。そして、液滴（２）を変動電界で撹拌することにより、液滴（２）中での反応を促進することができる。この反応デバイス（７）を用いて、ＥＬＩＳＡ等の反応を行えば、複数の検体に対する臨床検査等を、同時にかつ短時間で行うことができるという効果を奏する。

本発明の反応デバイスを、マイクロタイタープレートとする場合には、図２（Ｂ）に示すように下部に電極を設けることもできるが、上部に電極を設置して変動電界を印加することもできる。この場合、上部に設置する電極としては、平板電極に複数の凸部を有し、その凸部がそれぞれの微小容量容器に対応した位置に存在する電極を用いることが好ましい。このような電極では、エッジ効果により凸部の電荷が集中し、複数の凸部の下に電界が偏在しているので、効率よく液滴に変動電界を印加することができるという効果を奏する。
また、本発明の反応デバイスを、マイクロタイタープレートとする場合には、図２（Ｂ）に示すように、各微小容量容器の側壁が互いに分離していてもよいが、隣接する微小容量容器の側壁と一体化させてもよい。

本発明の反応デバイスは、微小容量容器と連結するマイクロ流路をさらに有する反応デバイスとすることもできる。
微小容量容器とそれに連結するマイクロ流路を有する本発明の反応デバイスの１つの実施形態を図３に示す。図３（Ａ）は、微小容量容器とそれに連結するマイクロ流路を有する反応デバイスの平面図を示したものであり、図３（Ｂ）は、その断面図を示したものである。図３（Ａ）に示すように、本発明の反応デバイス（７）には、Ｙ字型のマイクロ流路（９，９´）が形成されており、２本の流入路となるマイクロ流路（９）が交差して、１本の流出路となるマイクロ流路（９´）となっている。このようなＹ字型のマイクロ流路の場合、一方の流入路にＡ溶液、もう一方の流入路にはＢ溶液を一定の流速で流入させると、２つの流入路が交差して１本となった流出路では、Ａ溶液とＢ溶液とが混ざることなく、２層に分かれた層流となる。このようにＹ字型の微細流路では、二つの溶液が混合しないという問題があった。そこで、これらのマイクロ流路が交差する箇所に、微小容量容器（１）が設けるとともに、図３（Ｂ）に示すように、微小容量容器（１）の下部に電極（８）を設け、微小容量容器（１）内で液滴を形成するとともに、電極（８）により変動電界を印加して、液滴を撹拌できるようにしている。これにより、２つのマイクロ流路（９）から流入した二つの溶液を混合して、マイクロ流路（９´）に流出させることができる。

本発明の反応デバイスは、微小容量容器の内部に微小な液滴を形成することができるため、液滴に変動電界を印可して撹拌を行う電界撹拌方法に好適に用いることができる。したがって、本発明は、電界撹拌用の反応デバイスを提供する。
電界撹拌方法の詳細については、以下に説明する。

２．本発明の電界撹拌方法
本発明の電界撹拌方法は、本発明の反応デバイスが有する微小容量容器に液滴を形成し、液滴に変動電界を印加することで、液滴を振動させ、液滴を撹拌する方法である。
ここで、「変動電界」とは、周期的に強さが変動する電界を意味する。この変動電界により、液滴の表面又は内部の電荷にクーロン力が働き、そのクーロン力が周期的に変動することによって、液滴が振動する。

図４は、液滴に変動電界を印加して液滴を振動させた状態の一例を示す図である。図４（Ａ）は、電極に蓄積した電荷が最小となっている状態の断面図を示し、図４（Ｂ）は、電極に蓄積した電荷が最大となっている状態の断面図を示す。

図４（Ａ）において、底面（５）と側壁（３）と台座（６）からなる微小容量容器中に、液滴（２）が形成されている。液滴（２）は偏極するため、液滴（２）の表面はマイナス電荷（１０）が存在している。また、液滴（２）の内部に溶解した分子にはマイナスにチャージする分子もある。
この液滴（２）に変動電界を印加するため、上部の電極（１１）と下部の電極（８）と高圧アンプ（１２）とファンクションジェネレータ（１３）とこれらを電気的に接続するリード線（１４）とを有する変動電界印加装置を用いる。この変動電界印加装置は、ファンクションジェネレータ（１３）で発生させた信号を高圧アンプ（１２）で昇圧させ、この電圧をシャーレの上部に設置した電極（１１）とシャーレの下部に設置した電極（８）に、それぞれ対となる端子から供給する。上部の電極（１１）に正の電圧が供給されるときには、下部の電極（８）にはこれとは符号が逆の負の電圧が供給されるため、上部の電極（１１）にプラス電荷（１５）が蓄積される一方、下部の電極（８）にはマイナス電荷（１０´）が蓄積される。信号は周期的に変化する信号であり、上部の電極（１１）に対してはプラス側に偏った信号であるので、上部の電極（１１）には常にプラス電荷（１５）が蓄積し、その量は周期的に変動する。一方、下部の電極（８）にはマイナス電荷（１０´）が常に蓄積し、その量が周期的に変化する。図４（Ａ）は、上部の電極（１１）及び下部の電極（８）に供給される電圧信号の絶対値が最小となっているときであり、両電極に蓄積した電荷が最小となっている状態である。

図４（Ａ）においては、上部の電極（１１）に蓄積したプラス電荷（１５）により電界が生じている。この電界の中で、液滴（２）に存在するマイナス電荷（１０）には、電極（１１）に蓄積したプラス電荷（１５）に向かう方向にクーロン力が働く。そして、下部の電極（８）に蓄積したマイナス電荷（１０´）によっても電界が生じ、この電界の中で、液滴（２）に存在するマイナス電荷（１０）には、下部の電極（８）に蓄積したマイナス電荷（１０´）と反発する方向にクーロン力が働く。図４（Ａ）では、上部の電極（１１）及び下部の電極（８）に蓄積した電荷が少ないため、液滴（２）を上部に引き上げるクーロン力は小さい。

一方、図４（Ｂ）では、上部の電極（１１）及び下部の電極（８）に供給される電圧信号の絶対値が最大となっているときであり、上部の電極（１１）に蓄積したプラス電荷（１５）と、下部の電極（８）に蓄積したマイナス電荷（１０´）が最大となっている。このため、上部の電極（１１）のプラス電荷（１５）により生じる電界によって液滴（２）に働くクーロン力と、下部の電極（８）のマイナス電荷（１０´）によって生じる電界によって液滴（２）に働くクーロン力も最大となっている。これにより、液滴（２）は、上部に大きく引き付けられ、中央部がより盛り上がった形状となる。

電極（１１）に蓄積されるプラス電荷（１５）は、電極に供給される電圧信号に応じて周期的に変化するため、図４（Ａ）の状態と図４（Ｂ）の状態の間を周期的に往復することになる。このため、液滴（２）は、この周期に従って振動することとなる。
この液滴（２）の周期的な振動により、液滴内部の液体は撹拌される。液滴の振動の振幅は機械的な振盪と比較して小さく、液滴（２）は飛び散る心配がない。そして、液滴の振動の速度（周期）は機械的な振盪等と比較して極めて大きいため、液滴（２）を効率よく撹拌することができる。
また、印加する変動電界の強度や、周波数、波形等を制御することによって、液滴の振動や液滴の撹拌の程度を適したものに調整することが可能である。

本発明の電界撹拌方法において、印加する変動電界は、液滴を振動させるものであればどのような電圧、周期、波形の条件であってもよい。印加する変動電界の電圧は、液滴の大きさにより異なるが、十分に撹拌効果を生じさせるためには、０．３５〜２．５ｋｖ／ｍｍとするのが好ましい。また、印加する変動電界を発生させるための信号は、０．１〜８００Ｈｚとするのが好ましい。印加する変動電界を発生させるための信号は、方形波、正弦波、三角波、ノコギリ波などを使用することができるが、撹拌効率を高めるためには、瞬間的な変化の大きい方形波を用いるのが好ましい。また、液滴に波を生じさせるような動きにより撹拌を行う場合には、正弦波を用いることが好ましい。変動電界を発生させるための信号は、図４の例のように、プラスに偏った波形を用いることもできるが、プラスとマイナスの間を反転する波形またはマイナスに偏った波形を用いることもできる。

３．本発明の反応促進方法
本発明の反応促進方法は、本発明の反応デバイスが有する微小容量容器内に反応溶液の微小な液滴を形成し、その液滴に変動電界を印加することで、液滴を振動させて反応溶液の反応を促進することを特徴とする方法である。
本発明の反応促進方法に用いる「反応溶液」とは、水等の溶媒と化学物質、生体分子、生物試料などを含む溶液であって、反応を生じるものであれば如何なるものでもよい。「反応溶液」の例としては、これらに限定されるわけではないが、例えば、化学反応又は化学分解を生じる１種類以上の化学物質を有する反応溶液、抗原と抗体とを有する反応溶液、血液等の生体サンプルとその生体サンプル中のタンパク質に反応する抗体とを有する反応溶液、ＤＮＡとプライマーとヌクレオチドとＤＮＡポリメラーゼとを有する反応溶液が挙げられる。

本発明の反応促進方法は、本発明反応デバイスが有する微小容量容器内で反応溶液の微小な液滴を形成し、その液滴に変動電界を印加することで、微小容量容器内の反応溶液を撹拌し、反応溶液の反応を促進することができるという効果を奏する。
また、本発明の反応促進方法は、変動電界の印加による撹拌により、従来にはなかった反応場を提供し、従来の方法では得られなかった反応を得ることができるという効果を奏する。

４．本発明の電界撹拌システム
本発明の電界撹拌システムは、本発明の反応デバイスと、その反応デバイスが有する微小容量容器内に形成した微小な液滴に変動電界印加する変動電界印加装置とを有することを特徴とする。
ここで、「変動電界印加装置」としては、変動する電界を特定の場所に印加することができる装置であれば、どのようなものを用いてもよく、複数の装置を組み合わせたものであったもよい。変動電界印加装置としては、例えば、電圧アンプと、電圧アンプに信号を供給するファンクションジェネレータと、電圧アンプにより発生した変動電圧を供給されて電界を発生させる電極とを有する装置を用いることが好ましい。

本発明の反応デバイス、電界撹拌方法、反応促進方法及び電界撹拌システムは、ＥＬＩＳＡ、核酸検出等を迅速に行うことを可能とするため、臨床検査又は研究用の装置の分野において、極めて有用である。

１ 微小容量容器
２ 溶液、液滴
３ 側壁
４ メニスカス
５ 底面
６ 台座
７ 反応デバイス
８ 下部の電極
９，９´ マイクロ流路
１０，１０´ マイナス電荷
１１ 上部の電極
１２ 高圧アンプ
１３ ファンクションジェネレータ
１４ リード線
１５ プラス電荷

Claims (12)

1. 複数の微小容量容器を有する反応デバイスにおいて、
   前記微小容量容器は、底面と前記底面の全外周に配される側壁を有し、
   前記底面上に注ぎ入れた溶液が前記側壁と接することがないように、前記底面と前記側壁との内側境界部分に前記側壁よりも高さの低い台座を設けることにより、前記溶液を前記台座の高さを越えるまで注ぎ入れた場合にドーム形状の液滴を形成できるようにし、
   前記液滴に変動電界を印加して撹拌を行う電界撹拌に用いることを特徴とする反応デバイス。
2. 前記液滴に変動電界を印加するための電極をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の反応デバイス。
3. 前記台座は、撥水性の材料を用いて形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の反応デバイス。
4. 前記台座が、１０μｍ以上で且つ底面の幅の３０％以下の長さの幅を有するリング状の台座であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の反応デバイス。
5. 前記液滴の容量が、０．１μｌ以上２０００μｌ未満であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の反応デバイス。
6. 前記底面は、円形であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の反応デバイス。
7. 前記微小容量容器が縦横に整列していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の反応デバイス。
8. 複数の微小容量容器を有する反応デバイスにおいて、
   前記微小容量容器は、底面と前記底面の外周に配される側壁を有し、
   前記底面上に注ぎ入れた溶液が前記側壁と接することがないように、前記底面と前記側壁との内側境界部分に前記側壁よりも高さの低い台座を設けることにより、前記溶液を前記台座の高さを越えるまで注ぎ入れた場合にドーム形状の液滴を形成できるようにし、
   前記微小容量容器と連結するマイクロ流路を設け、前記マイクロ流路から前記底面上に流入した溶液が形成する液滴に変動電界を印加して撹拌を行う電界撹拌に用いることを特徴とする反応デバイス。
9. ２本以上の前記マイクロ流路の交差する部分に前記微小容量容器を設けたことを特徴とする、請求項８に記載の反応デバイス。
10. 請求項１〜７のいずれかに記載の反応デバイスが有する前記微小容量容器中に液滴を形成し、前記液滴に変動電界を印加することで、前記液滴を振動させることを特徴とする電界撹拌方法。
11. 請求項１〜７のいずれかに記載の反応デバイスが有する前記微小容量容器中に反応溶液の液滴を形成し、前記液滴に変動電界を印加することにより、前記液滴を振動させて反応溶液の反応を促進することを特徴とする反応促進方法。
12. 請求項１〜７のいずれかに記載の反応デバイスと、前記反応デバイスが有する前記微小容量容器中に形成した液滴に変動電界を印加する変動電界印加装置とを有することを特徴とする電界撹拌システム。