JP7285049B2 - 液滴の捕捉方法、測定セル、及び液滴捕捉装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、一般に、生体分子計測に使用できる検体量は少なく、検査に供する検体量は少ないことが望ましい。
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、液滴の捕捉率の高い液滴のトラップ技術を提供する。
内部空間の一方の内壁面に複数のウエルを有する液滴ガイド面と、液滴ガイド面と共通な面と接し、ウエルの凹側とは逆方向に設けられた内壁と、を有するチャンバ部と、液滴ガイド面と対面するようにチャンバ部の下側に設けられた平面により、チャンバ部と平面との間に形成される流路と、オイルと、オイルよりも比重の軽い液滴と、を流路に導入する導入部と、オイルを外部に排出するオイル排出部と、筐体部と、を備える測定セルを用意する工程と、
測定セル内に、液滴ガイド面を上にした状態で複数の液滴とオイルとを含む流体を流路に流す工程と、
チャンバ部において、液滴のオイルに対する浮力を利用して、液滴ガイド面の複数のウエルに複数の液滴を捕捉する工程と、
を含む。
本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。
本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。
はじめに、本開示の一実施形態に係る液滴のトラップ方法について説明する。
図1は、液滴の捕捉方法を模式的に示す図である。図1Aは液滴101とオイル102とを含む流体を流す前の測定セル1の状態を示し、図1Bは測定セル1中に液滴101とオイル102とを含む流体を流した後の状態を示し、図1Cは液滴101が液滴ガイド面(後述するように、複数のウエルが形成された面)21に捕捉された状態を示す。まず、導入部3から、測定セル1中に液滴101とオイル102とを含む流体を流す。流体の流し方は、流体が測定セル中に入る方法であれば、特に制限はない。例えば、導入部3にチューブなどを接続し、ポンプなどを用いて注入する方法や、マイクロピペットを使って注入する方法などが挙げられる。
以上に示した液滴101の捕捉方法により、高捕捉率で測定セル1中に液滴101を捕捉し、配列させることができる。
図2は、本実施形態による測定セル1の概略構成例を示す図である。測定セル1は、例えば、チャンバ部2と、導入部3と、流路4と、オイル排出部5と、筐体部6と、を有する。チャンバ部2は、一方の内壁面に複数のウエル23を有する液滴ガイド面21と、液滴ガイド面21と共通な面24と接し、ウエル23が凹む方向(ウエル23の凹側)とは逆方向に設けられた(共通な面24から凹む方向とは逆方向に延設された)内壁22と、を有する。
図3は、本実施形態による液滴捕捉装置200の概略構成例を示す図である。液滴捕捉装置200は、例えば、測定セル1を設置する設置部201と、試料容器(例:ディスポーザルチューブ)211を保持する試料保持部202と、オイル流速度を制御する流速制御部203と、を有する。設置部201は、測定セル1が設置(固定)できれば特に制限はなく、測定セル1を加振する機構や、設置した測定セル1を傾斜させる機構を備えていても良い。また、試料保持部202は、オイルと液滴を保持する試料容器211を固定できる構造を備えていれば特に制限はなく、オイルと液滴を保持する容器を加振する機構を備えていても良い。流速制御部203は、互いに接続された流路212、測定セル1、流路213を経由してオイルを試料容器に供給する機能、または互いに接続された流路213、測定セル1、流路212を経由してオイルを吸引する機能を備えていれば特に制限はない。
図4は、本実施形態による液滴捕捉装置200の動作例を模式的に示す図である。まず、測定セル1と試料容器211をそれぞれ設置部、試料保持部に設置し、互いに接続された流路212、測定セル1、流路213を経由して、流速制御部203から試料容器211にオイル102を供給する(図4A参照)。図4Bは、オイル供給後の状態を示している。その後、試料容器211中のオイルに必要量の液滴101を加える。この操作の後に、試料保持部に備えられた試料容器211を加振する機能を用いて、液滴101をオイル102中に分散させてもよい。図4Cは、オイル102に液滴101を加えた後の状態を示している。その後、試料保持部202の加振を継続しながら、流路213、測定セル1、流路212を経由して試料容器211中の液滴分散液を、流速制御部203を用いて吸引し、液滴101を測定セル1に導入する。液滴101が測定セル1に導入されると、液滴101は、浮力によってチャンバ部2に捕捉され、さらに浮力によって液滴ガイド部21中の各ウエル23に捕捉されて配列する。このときに設置部201の加振によって測定セルを加振し、液滴101の配列を促進してもよい。また、設置部201を傾斜させることにより測定セル1を傾斜させて、液滴101の配列を促進してもよい。図4Dは、液滴101の配列後の状態を示している。
以上の動作を経て、液滴捕捉装置200は測定セル1中に液滴を配列させる。
以下、本開示による実施例と比較例について説明する。なお、比較例は、非特許文献1に開示の方法による結果である。
実施例1では、まず、測定セル1と試料容器211をそれぞれ設置部201、試料保持部202に設置し、互いに接続された流路212、測定セル1、流路213を経由して、流速制御部203から、試料容器211にオイルを400μL供給した(流速1ml/min)。その後、試料容器211中のオイルに、マイクロピペットを用いて1.0μLの液滴を加え、試料保持部202の加振機能を用いて液滴をオイル中に分散させた。なお、実施例1では、試料保持部202として、ブロックバスシェーカー(アズワン製 MyBL-100CS、振動数600rpm)を用いた。その後、試料保持部202の加振を継続しながら、流路213、測定セル1、流路212を経由して試料容器211中の液滴分散液を、流速制御部203を用いて吸引し(流速0.1ml/min)、設置部201の加振機能を用いて測定セル1を加振しながら液滴を測定セル1に導入した。実施例1では、設置部201としてブロックバスシェーカー(アズワン製 MyBL-100CS、振動数600rpm)を用いた。以上の動作を経て、測定セル1中に液滴を配列させた。光学顕微鏡を用いて液滴を観察したところ、液滴は、ウエルに従い規則配列していた。また、光学顕微鏡像から液滴ガイド面に存在する液滴の数を求めた結果、3×104個の液滴が捕捉されていることがわかった。
実施例2では、蛍光色素(FAM)で修飾したDNA分子(100nM)を含む液滴(直径20μm)をRainDance社製のRainDrop Systemを用いて作製した。その後、実施例1と同じ手順に従い、測定セル中で液滴を配列させた。
実施例1と比較例1の比較から、実施例1の液滴ガイド面に存在する液滴の数が、比較例1に比べて6倍程度多いことがわかった。以上から、本開示の技術により液滴の捕捉率が大幅に向上できることがわかった。また、実施例2から、測定セル中で配列させた液滴の蛍光像が観察できることがわかった。
(i)本実施形態では、流体導入口(導入部3)からオイル排出口(オイル排出部5)まで続く流路の底面から、複数のウエルを有する液滴ガイド面までの空間が流路の高さよりも高く設定されたチャンバ部を構成する(チャンバ構造)測定セルを用い、測定セル内に、液滴ガイド面を上にした状態で複数の液滴とオイルとを含む流体を流路に流す。そして、チャンバ部において、液滴のオイルに対する浮力を利用して、液滴ガイド面の複数のウエルに複数の液滴を捕捉する。このように、チャンバ構造を採る測定セルを用いて液滴を捕捉することにより、効率的にかつ高確率で液滴を液滴ガイド面のウエルに捕捉することができる(捕捉率の向上)。さらに、測定セルを振動させて、液滴ガイド面における複数の液滴の配列を促進するようにしてもよい。これにより、さらに捕捉率を向上させることが可能となる。
また、本実施形態の測定セルにおいて、液滴ガイド面と測定セルの外周とに挟まれた筐体部の、波長が450~750nmの光の透過率が70%以上となっている。このようにすることにより、液滴からの蛍光を効率よく測定することができるようになる。
2 チャンバ部
3 導入部
4 流路
5 オイル排出部
21 液滴ガイド面
22 内壁
23 ウエル
24 共通な面
61 筐体部
62 筐体部
101 液滴
102 オイル
200 液滴捕捉装置
201 設置部
202 試料保持部
203 流速制御部
211 試料容器
212 流路
213 流路
301 光源
302 ダイクロイックミラー
303 対物レンズ
304 結像レンズ
305 ロングパスフィルター
306 バンドパスフィルター
307 カメラ
308 測定セル設置部
Claims (12)
- i)オイルと当該オイルよりも比重の軽い液滴を導入する導入部と、ii)前記導入部に接続される導入側流路と、iii)前記導入側流路に接続され、前記導入側流路よりも大きい幅および高さを有し、内部空間の一方の内壁面に複数のウエルを有する液滴ガイド面と、前記液滴ガイド面と共通な面と接し、前記ウエルの凹側とは逆方向に設けられた内壁と、を有するチャンバ部と、iv)前記チャンバ部に接続され、前記導入流路と同じ幅および高さを有する排出側流路と、v)前記排出側流路に接続され、前記オイルを外部に排出するオイル排出部と、vi)筐体と、を備え、前記チャンバ部における、前記液滴ガイド面と対面する底面は前記導入側流路および前記排出側流路の底面と段差なく連続的につながっており、前記液滴の平均直径をD[μm]、前記チャンバ部の深さを規定する、前記液滴ガイド面から前記導入側流路および前記排出側流路までの最小距離をL[μm]とするとき、前記チャンバ部においてL≧2Dの関係を満たす測定セルを用意する工程と、
前記測定セル内に、前記液滴ガイド面を上にした状態で複数の液滴とオイルとを含む流体を前記流路に流す工程と、
前記チャンバ部において、前記液滴の前記オイルに対する浮力を利用して、前記液滴ガイド面の前記複数のウエルに前記複数の液滴を捕捉する工程と、
を含む、液滴の捕捉方法。 - 請求項1において、
さらに、前記測定セルを振動させて、前記液滴ガイド面における前記複数の液滴の配列を促進する工程を含む、液滴の捕捉方法。 - オイルと当該オイルよりも比重の軽い液滴を導入する導入部と、
前記導入部に接続される導入側流路と、
前記導入側流路に接続され、前記導入側流路よりも大きい幅および高さを有し、内部空間の一方の内壁面に複数のウエルを有する液滴ガイド面と、前記液滴ガイド面と共通な面と接し、前記ウエルの凹側とは逆方向に設けられた内壁と、を有するチャンバ部と、
前記チャンバ部に接続され、前記導入流路と同じ幅および高さを有する排出側流路と、
前記排出側流路に接続され、前記オイルを外部に排出するオイル排出部と、を備え、
前記チャンバ部における、前記液滴ガイド面と対面する底面は前記導入側流路および前記排出側流路の底面と段差なく連続的につながっており、
前記液滴の平均直径をD[μm]、前記チャンバ部の深さを規定する、前記液滴ガイド面から前記導入側流路および前記排出側流路までの最小距離をL[μm]とするとき、前記チャンバ部においてL≧2Dの関係を満たす、測定セル。 - 請求項3において、
前記複数のウエルは、前記液滴ガイド面上で平面状に配列されている、測定セル。 - 請求項3において、
前記液滴の平均直径D[μm]は、20μm以上100μm以下である、測定セル。 - 請求項3において、
前記液滴の平均直径をD[μm]、前記液滴ガイド面が有するウエルと前記内壁との最短距離をW[μm]とするとき、下記式(1)および(3)の関係を満たす、測定セル。
20μm≦D≦100μm ・・・ (1)
W≦5D ・・・ (3) - 請求項3において、
前記チャンバ部を前記液滴ガイド面と平行な面で切断したときのボイド部の形状の少なくとも一部が曲線をなす、測定セル。 - 請求項7において、
前記ボイド部の形状は、楕円形あるいは円形である、測定セル。 - 請求項3において、
前記液滴ガイド面と前記測定セルの外周とに挟まれた筐体部の、波長が450~750nmの光の透過率が70%以上である、測定セル。 - 液滴を捕捉させるための装置であって、
請求項3に記載の測定セルを設置する設置部と、
注入前の液滴を溶媒中に分散させる機構を有する試料保持部と、
液滴分散液の注入速度を制御する流速制御部と、
を備える、液滴捕捉装置。 - 請求項10において、
前記設置部が加振機構を有する、液滴捕捉装置。 - 請求項10において、
前記試料保持部が加振機構を有する、液滴捕捉装置。
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