JP7282177B2 - 粒子解析装置の保管方法及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、粒子解析装置の保管方法及びその製造方法に関する。更に詳しくは、粒子解析装置の測定機能の経時劣化を抑制することができる粒子解析装置の保管方法及びその製造方法に関する。
従来、エクソソーム、花粉、ウイルス、細菌、DNAなどの一粒子を検出解析するために、ナノポアを用いた検出方法(例えば、特許文献1参照)や、このナノポアを有する粒子解析装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
この粒子解析装置は、具体的には以下のようにして粒子を解析する。即ち、粒子解析装置は、2つの空間を接続する孔を有しており、一方の空間には液体が貯留され、他方の空間には解析される対象である粒子を含有する液体が貯留される。これらの空間には、異なる電位が与えられ、電気泳動によって粒子が孔を通過する。そして、粒子が孔を通過するときに、液体を流れる電流値が変化するため、この変化を観察する。このようにして、孔を通過した粒子の特徴、例えば、種類、形状、サイズを解析することができる。
ナノポアが形成された粒子解析装置を用いて粒子検出を行う場合、特にナノポア内を液体や粒子が詰まることなく流れる必要があるという観点から、このナノポア等を構成する表面の表面処理が行われている(例えば、特許文献3,4参照)。
特開2014-174022号公報 特許第5866652号公報 国際公開第2018/105229号 特開2017-187443号公報 国際公開第2019/008736号
しかしながら、特許文献3,4に記載のように表面処理を行った場合、ナノポア等を構成する樹脂やシリコーンゴムなどのゴムから経時的に揮発物や溶出物が発生し、ナノポア等が汚染され、表面処理の効果が十分に得られなくなり、その結果、粒子の検出能力が低下するということが懸念される。すなわち、粒子の検出能力が経時的に劣化するということが懸念されている。このようなことから、上記表面処理を施した粒子解析装置について、表面処理による所望の効果が早期に経時劣化してしまうことを抑制することができる方法、すなわち、表面処理の効果を長期間維持させることができる方法の開発が望まれていた。
なお、特許文献5には、孔(ナノポア)を加工する前のSi薄膜を保管する保管装置等について記載されている。しかし、この特許文献5では、ナノポアが形成され表面処理が施された粒子解析装置に関して、その粒子の検出能力が経時的に劣化することを抑制することについてまでは記載がされていない。
本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、上記表面処理を施した粒子解析装置の測定機能(すなわち、粒子の検出能力)の経時劣化を抑制することができる粒子解析装置の保管方法及びその製造方法を提供する。
本発明によれば、以下に示す、粒子解析装置の保管方法及びその製造方法が提供される。
[1] 第1の液体が貯留される第1の貯留室、
解析対象である粒子を含む第2の液体が貯留される第2の貯留室、及び、
前記第1の貯留室と前記第2の貯留室とを接続し流体流通する流路
を有し、
前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路が、樹脂またはゴムからなる積層体からなり、
前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路の少なくとも一部の表面が真空紫外線を照射することによって表面処理されている粒子解析装置を保管する方法であって、
前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路によって区画形成される内部空間を液体で満たすことで、真空紫外線を照射することによって表面処理された前記表面を空気と非接触の状態に維持して保管する、粒子解析装置の保管方法。
[2] 前記液体が、水またはリン酸緩衝液である、前記[1]に記載の粒子解析装置の保管方法。
[3] 第1の液体が貯留される第1の貯留室、
解析対象である粒子を含む第2の液体が貯留される第2の貯留室、及び、
前記第1の貯留室と前記第2の貯留室とを接続し流体流通する流路
を有し、
前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路が、樹脂またはゴムからなる積層体からなる解析用構造体を作製し、
前記解析用構造体における、前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路の少なくとも一部の表面を、真空紫外線を照射することによって表面処理して粒子解析装置を得、
その後、前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路によって区画形成される内部空間が液体で満たして、真空紫外線を照射することによって表面処理された前記表面が空気と非接触の状態で、前記粒子解析装置を収容体内に収容する、粒子解析装置の製造方法。
[4] 前記液体が、水またはリン酸緩衝液である、前記[3]に記載の粒子解析装置の製造方法。
本発明の粒子解析装置の保管方法によれば、液体が貯留される内部空間の表面を表面処理した粒子解析装置における測定機能の経時劣化を抑制することができる。
本発明の粒子解析装置の製造方法によれば、測定機能の経時劣化が抑制された粒子解析装置を製造することができる。
本発明における保管対象である粒子解析装置の一実施形態を模式的に示す斜視図である。 本発明における保管対象である粒子解析装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。 実施例1における保管処理を説明する説明図である。 実施例1における保管処理を説明する説明図である。 実施例1における保管処理を説明する説明図である。
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
(1)粒子解析装置の保管方法:
本発明の粒子解析装置の保管方法は、第1の液体が貯留される第1の貯留室、解析対象である粒子を含む第2の液体が貯留される第2の貯留室、及び、第1の貯留室と第2の貯留室とを接続し流体流通する流路を有し、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路が、樹脂またはゴムからなる積層体からなり、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路の少なくとも一部の表面が真空紫外線を照射することによって表面処理された粒子解析装置を保管する方法であって、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路によって区画形成される内部空間を液体で満たすことで、真空紫外線を照射することによって表面処理された上記表面を空気と非接触の状態に維持して保管するものである。
本発明の粒子解析装置の保管方法によれば、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路を構成する表面を表面処理した粒子解析装置における測定機能の経時劣化を抑制することができる。
なお、本発明において保管の対象である粒子解析装置は、以下のようにして、粒子を解析する装置である。即ち、第1の貯留室内に貯留された第1の液体と、第2の貯留室に貯留された第2の液体(この第2の液体はエクソソームなどの解析対象である粒子を含む)とに通電し、この通電により発生する電流値を測定する。このとき、第2の貯留室内の第2の液体に含まれる粒子は、流体の拡散や電気泳動等により流路を通じて第1の貯留室に移動する。そして、粒子が流路を通過するとき、測定される電流値は、粒子の特性(種類、形状、サイズなど)によって変化(増減)する。そこで、この電流値を測定することで、第2の液体中に含まれる粒子の特性を解析することができる。
本発明において保管の対象である粒子解析装置としては、例えば、図1、図2に示すような粒子解析装置100を挙げることができる。この粒子解析装置100は、板状の部材11が積層された(具体的には、下方から順に、板状の部材11a,11b,11c,11d,11e,11fが積層された)積層体10を備え、この積層体10は、第1の液体が貯留される第1の貯留室21、解析対象である粒子を含む第2の液体が貯留される第2の貯留室22、及び、第1の貯留室21と第2の貯留室22とを接続し流体流通する流路40を有している。更に、粒子解析装置100は、第1の貯留室21に配置された第1の電極31、及び第2の貯留室22に配置された第2の電極32からなる一対の電極を備えている。積層体10は、その中心部に、第1の貯留室21と第2の貯留室22とを接続し流体流通する流路40となるナノポア(径がナノサイズの貫通孔)を有するチップ13を備えている。なお、本発明において保管の対象である粒子解析装置における「板状の部材」は、板のような厚みを有するものに限らず、厚みの薄いもの、すなわち膜状であるものも含む。また、粒子解析装置は、一対の電極を備えていなくてもよい。
板状の部材11は、その材質に特に制限はなく、それ自身電気的及び化学的に不活性な材質であればよく、具体的には、ガラス、サファイア、セラミック、樹脂(例えば、アクリル樹脂など)、ゴム(例えば、シリコーンゴムなど)、エラストマー、SiO、SiN、Alなどを挙げることができる。
チップ13は、その材質に特に制限はなく、それ自身電気的及び化学的に不活性であり且つ絶縁性の材質を挙げることができ、具体的には、ガラス、サファイア、セラミック、樹脂、ゴム、エラストマー、SiO、SiN、Alなどを挙げることができる。
ここで、図1、図2では、積層体10が、板状の部材11以外に、チップ13を有している構成を採用しているが、板状の部材11とチップ13とは一体であってもよい。具体的には、積層体として、基板(板状の部材)、及び、この基板上に配置され、流路40となるナノポア(径がナノサイズの貫通孔)が形成された板状の部材(膜状体)から構成された膜形成基板と、この膜形成基板の両面側に配置された板状の部材(この板状の部材には、所定の溝が形成されており、この溝が第1の貯留室及び第2の貯留室になる)と、を備えるものとしてもよい。
積層体10は、その作製方法について特に制限はなく、例えば、所定の溝などが既に形成された板状の部材11を順次積層させることでもよいし、フォトリソグラフィ法、電子線描画法などを採用して作製してもよい。
「表面処理された表面を空気と非接触の状態に維持」するとは、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路によって区画形成された内部空間を構成する表面処理された表面が空気に触れない状態、すなわち、上記表面を空気から遮断された状態とし、その状態を保つことである。具体的には、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路によって区画形成される内部空間を水などの液体で満たすことを挙げることができる。
表面処理は、粒子解析装置に形成された、第1の貯留室内の表面、第2の貯留室内の表面、及び流路の表面の性質を改質する処理であれば特に制限はないが、例えば、親水化処理、プラズマ処理などの処理を挙げることができる。具体的な表面処理の方法は、特に制限はないが、例えば、エキシマレーザーを照射する方法(具体的には、レーザー媒質に希ガスやハロゲンなどの混合ガスを用い、紫外線レーザーを照射する方法)などを挙げることができる。
表面処理は、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路の少なくとも一部の表面に施されていればよいが、少なくとも流路の表面に行われていることがよく、更には、第1の貯留室内の表面、第2の貯留室内の表面、及び流路の表面の全部(すなわち、内部空間を構成する表面の全部)に施されていることがよい。
粒子解析装置における流路の径(最大径)Dは、特に制限はないが、50nm~10,000nm程度とすることができる。なお、この流路の径は、解析する対象である粒子の種類や大きさなどによって適宜設定することができる。
解析する対象である粒子としては、特に制限はないが、例えば、エクソソーム、花粉、ウイルス、細菌、DNAなどを挙げることができる。
なお、粒子解析装置を保管する際の他の条件(例えば、保管温度等)は、特に制限はない。例えば、室温で保管することができる。
本発明は、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路によって区画形成される内部空間を水などの液体で満たす。このようにすると、内部空間を真空にする場合(真空処理)などに比べて、内部空間に水などの液体を充填するという簡単な操作で、粒子解析装置の測定機能の経時劣化を抑制することができる。
内部空間を満たす液体としては、特に制限なく、例えば、水、リン酸緩衝液などを用いることができる。
内部空間を満たす水は、純水(電気伝導率が1×10^4Ωm以上の水)であることが好ましく、これよりも電気伝導率が低い水(超純水)、具体的には、電気伝導率が1.82×10^9Ωm以上の水を使用してもよい。
リン酸緩衝液は、特に制限はなく、従来公知のものを適宜使用することができる。
内部空間を満たす水などの液体の温度は、特に制限はなく、例えば、室温とすることができる。
更に、内部空間を満たした水などの液体が揮発してしまうことを防止するために、この内部空間を水などの液体で満たした粒子解析装置を、容器に入れた液体中に浸漬させることがよい。この容器に入れる液体は、内部空間を満たした液体(水など)と同様のものを採用することができる。この際、液体中での細菌の繁殖を防ぐために、防腐剤を含有させてもよい。防腐剤としては、例えば、ホウ酸、パラベン、塩化ベンザルコニウム、塩化ナトリウム、生理食塩水、緩衝液などである。
(2)本発明の粒子解析装置の製造方法:
本発明の粒子解析装置の製造方法の一の実施形態は、以下の通りである。まず、第1の液体が貯留される第1の貯留室、解析対象である粒子を含む第2の液体が貯留される第2の貯留室、及び、第1の貯留室と第2の貯留室とを接続し流体流通する流路を有する解析用構造体を作製する。その後、作製した解析用構造体における、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路の少なくとも一部の表面を、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路が、樹脂またはゴムからなる積層体からなる真空紫外線を照射することによって表面処理して粒子解析装置を得る。その後、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路によって区画形成される内部空間を液体で満たし、上記表面処理された表面が空気と非接触の状態で、得られた粒子解析装置を収容体内に収容する。このようにして、収容体内に収容された粒子解析装置(すなわち、収容体入りの粒子解析装置)を得ることができる。

この製造方法によれば、測定機能の経時劣化が抑制された粒子解析装置を製造することができる。
解析用構造体は、上述した粒子解析装置に表面処理を行う前の状態の構造体であり、その製造方法は、第1の貯留室、第2の貯留室、及び、流路を有するものである限り特に制限はなく従来公知の方法を適宜採用することができる。
解析用構造体に対する表面処理としては、上述した粒子解析装置の保管方法で説明した表面処理と同様の処理を採用することができる。
「表面処理された表面が空気と非接触の状態で、粒子解析装置を収容体内に収容する」とは、表面処理された表面を空気と非接触の状態とする操作を行い、当該状態を維持することができる収容体に粒子解析装置を収容する、と言うことができる。上記操作は、上述した粒子解析装置の保管方法で説明した、表面処理された表面を空気と非接触の状態に維持する手段を適宜採用することができる。具体的には、内部空間(すなわち、第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路によって区画形成される内部空間)を水などの液体で満たす手段がある。
また、内部空間を水などの液体で満たす場合、例えば、真空状態とする態様のように装置(例えば、真空ラミネート装置)を用意する必要がなく、簡便に、表面処理された表面を空気と非接触の状態とすることができる。
粒子解析装置を収容する上記収容体としては、粒子解析装置を、表面処理された表面が空気と非接触の状態となるようにすることができるものであれば特に制限はなく従来公知のものを適宜採用できる。収容体としては、例えば、合成樹脂製の容器、合成樹脂製の袋(2枚のフィルムを貼り合わせて袋状としたものを含む)、ガラス製の容器などを挙げることができる。具体的には、内部空間を水などの液体で満たした粒子解析装置を入れる容器が収容体に該当する。なお、収容体としては、容器に限定されず袋(2枚のフィルムを貼り合わせて袋状としたものを含む)であってもよい。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
ナノポアを有しSi/SiNからなるチップをシリコーンゴム内に配置して粒子解析装置を作製した。この粒子解析装置は、具体的には、以下のようにして作製した。まず、シリコーンゴムからなる複数の板状の部材を用意し、これらの板状の部材をエキシマレーザー照射により接着、積層させて積層体を作製した。このとき、この積層体の内部に「ナノポアを有しSi/SiNからなるチップ」を配置した。このように積層体を作製する過程において、このチップにもエキシマレーザー(真空紫外線(VUV))が照射されることにより、ナノポア表面の改質処理(表面処理)が行われる。上記積層体を作製する際には、所定の位置に一対の電極を配置した。なお、各板状の部材には、所定の溝や孔が形成されており、上記のように積層体とすることで、所定の内部空間が形成される。
上記手順にて粒子解析装置を合計15個作製し、これを試験サンプルとした。
そして、粒子解析装置の作製後、全てのサンプルについて1時間以内にこの粒子解析装置100の内部空間にマイクロピペット50を用いて純水60(電気伝導率1×10^4Ωm以上)を充填して満たし(図3参照)、更に、内部空間に充填した純水が揮発することを防止するためにこの粒子解析装置100を上記純水61中に浸漬させ、保管した(図4、図5参照)。保管温度は室温とした。実施例1と同様に所定期間の保管後、以下に示す「粒子検出評価」によって、評価を行った。評価結果を図1に示す。図4は、純水61と複数の粒子解析装置100が入れられた容器である収容体70を示している。図5は、図4に示す収容体70の蓋71を外し、収容体70を上方から見た状態を示している。
(比較例1)
実施例1と同様にして、ナノポアを有しSi/SiNからなるチップをシリコーンゴム内に配置し、更に一対の電極を配置して、合計15個の粒子解析装置を作製し、これを試験サンプルとした。
その後、この粒子解析装置をそのままチャック付きのポリ袋(密封可能なポリエチレン製の袋)に入れて大気中で保管した。保管温度は室温とした。そして、実施例1と同様に所定期間の保管後、以下に示す「粒子検出評価」によって、評価を行った。評価結果を図1に示す。
(実施例2,3)
実施例1と同様にして、ナノポアを有しSi/SiNからなるチップをシリコーンゴム内に配置し、更に一対の電極を配置して、合計15個の粒子解析装置を作製し、これを試験サンプルとした。
作製した試験サンプルについて、実施例1と同様に、粒子解析装置100の内部空間にマイクロピペット50を用いて、表1に示す条件にて満たした。内部空間を満たす液体は、超純水とリン酸緩衝液をそれぞれ使用した。「超純水」は、電気伝導率1.82×10^9Ωm以上であり、「リン酸緩衝液(PBS)」は、10倍濃度のPBS Buffer(ニッポンジーン社製)を上記超純水により10倍に希釈し1倍濃度のPBSに調製したものを使用した。その後、実施例1と同様に所定期間の保管後、以下に示す「粒子検出評価」によって、評価を行った。評価結果を図1に示す。
(粒子検出評価)
保管開始(真空紫外線(VUV)の照射処理である表面処理)から、0日(保管当日)、1日、5日、8日、21日、30日の保管後、以下の方法によって評価を行った。評価に際しては、保管開始から上記所定の期間が経過する度に(すなわち、経過日数0日、1日、5日、8日、21日、30日で)、作製した複数の試験サンプルの中から一部を選択し、これを評価した。評価結果を表1に示す。
所定期間保管した各粒子解析装置(実施例1~3、比較例1の粒子解析装置)について、以下の方法で、粒子の検出機能の評価を行った。まず、粒子解析装置の第1の貯留室、第2の貯留室、及び流路内へ1倍に希釈したリン酸緩衝液を注入し、電気抵抗を確認した。その後、第2の貯留室に標準粒子を混合したリン酸緩衝液を満たし、100mVの電圧を印加することで電気泳動を発生させ、上記標準粒子(具体的には、Polybead Carboxylate_Polysciences,Inc製)の検出を行った。その際の粒子の検出数を測定した。
評価基準としては、粒子の検出数(カウント数)が100以上である場合を「OK」とし、粒子の検出数(カウント数)が100未満である場合を「NG」とした。
Figure 0007282177000001
実施例1~3、比較例1の結果から、比較例1では粒子解析装置の作製後早期に粒子の検出数の低下が確認されたが、実施例1~3では、粒子の検出数について早期の低下は確認されなかった。具体的には、水中などの液体中での保管状態のいずれも粒子解析装置の製造後30日を経過しても、粒子カウント数が維持されていた。具体的には、粒子解析装置の製造後30日を経過しても粒子のカウント数が100以上であった。この結果から、実施例1~3の粒子解析装置の保管方法によれば、粒子解析装置における測定機能の経時劣化を抑制することができ、粒子の検出機能を長期間維持することができることが確認できた。また、得られた粒子解析装置(実施例1~3)については、測定機能の経時劣化が抑制され、粒子の検出機能が長期間維持されたものであった。
本発明の粒子解析装置の保管方法は、エクソソーム、花粉、ウイルス、細菌などの粒子を解析するための粒子解析装置の保管方法として採用することができる。また、本発明の粒子解析装置の製造方法は、エクソソーム、花粉、ウイルス、細菌などの粒子を解析するための粒子解析装置の製造方法として採用することができる。
10:積層体、11:板状の部材、13:チップ、21:第1の貯留室、22:第2の貯留室、31:第1の電極、32:第2の電極、40:流路、50:マイクロピペット、60,61:純水、70:収容体、71:蓋、100:粒子解析装置、D:流路の径。

Claims (4)

  1. 第1の液体が貯留される第1の貯留室、
    解析対象である粒子を含む第2の液体が貯留される第2の貯留室、及び、
    前記第1の貯留室と前記第2の貯留室とを接続し流体流通する流路
    を有し、
    前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路が、樹脂またはゴムからなる積層体からなり、
    前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路の少なくとも一部の表面が真空紫外線を照射することによって表面処理されている粒子解析装置を保管する方法であって、
    前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路によって区画形成される内部空間を液体で満たすことで、真空紫外線を照射することによって表面処理された前記表面を空気と非接触の状態に維持して保管する、粒子解析装置の保管方法。
  2. 前記液体が、水またはリン酸緩衝液である、請求項1に記載の粒子解析装置の保管方法。
  3. 第1の液体が貯留される第1の貯留室、
    解析対象である粒子を含む第2の液体が貯留される第2の貯留室、及び、
    前記第1の貯留室と前記第2の貯留室とを接続し流体流通する流路
    を有し、
    前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路が、樹脂またはゴムからなる積層体からなる解析用構造体を作製し、
    前記解析用構造体における、前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路の少なくとも一部の表面を、真空紫外線を照射することによって表面処理して粒子解析装置を得、
    その後、前記第1の貯留室、前記第2の貯留室、及び前記流路によって区画形成される内部空間が液体で満たして、真空紫外線を照射することによって表面処理された前記表面が空気と非接触の状態で、前記粒子解析装置を収容体内に収容する、粒子解析装置の製造方法。
  4. 前記液体が、水またはリン酸緩衝液である、請求項3に記載の粒子解析装置の製造方法。
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