JPWO2019078311A1 - 略１ｆＬカプセル化体の製造方法及びそれに用いる装置 - Google Patents
略１ｆＬカプセル化体の製造方法及びそれに用いる装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2019078311A1 JPWO2019078311A1 JP2019549346A JP2019549346A JPWO2019078311A1 JP WO2019078311 A1 JPWO2019078311 A1 JP WO2019078311A1 JP 2019549346 A JP2019549346 A JP 2019549346A JP 2019549346 A JP2019549346 A JP 2019549346A JP WO2019078311 A1 JPWO2019078311 A1 JP WO2019078311A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microhole
- encapsulated
- array chip
- liquid
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
- B01J13/04—Making microcapsules or microballoons by physical processes, e.g. drying, spraying
Abstract
本発明は、マイクロホールアレイチップ１０、マイクロホールアレイチップの各主表面に対向し、間隔を開けてそれぞれ設けた２つの電極２０、２１、２つの電極の間に電圧を印加するための電源３０を含むエレクトロスプレー用デバイスに関する。本発明は、前記デバイスの空間１に被カプセル化液を満たし、かつ空間２に被カプセル化液難溶性液を満たし、２つの電極の間にパルス波電圧を印加して、前記被カプセル化液をマイクロホールアレイチップのマイクロホールを通過させ、空間２内の被カプセル化液難溶性液にカプセル化体を生成させることを含む、カプセル化体の製造方法に関する。本発明は、μＬスケールセルフリー反応をｆＬスケールのＩＶＣにカプセル化するための方法であって、従来法より簡易にかつ効率的にｆＬスケールのＩＶＣをカプセル化できる手段を提供する。
Description
本発明は略１ｆＬのカプセル化体の製造方法及びそれに用いる装置に関する。本発明は、例えば、被カプセル化液がフリー反応（体）であるＩＶＣの製造方法及びそれに用いる装置に関する。
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月１９日出願の日本特願２０１７−２０２９５０号の優先権を主張し、それらの全記載は、ここに特に開示として援用される。
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月１９日出願の日本特願２０１７−２０２９５０号の優先権を主張し、それらの全記載は、ここに特に開示として援用される。
合成生物学におけるＩＶＣ（ｉｎ ｖｉｔｒｏ ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔａｌｉｚａｔｉｏｎ（区画化））技術を用いた人工細胞のボトムアップ構造は、セルフリー系の効率の見直しを迫っている。セルフリー反応の生産率は、反応スケールサイズに逆比例すると考えられていた（非特許文献１）。これは主に、制限されていない空間でのバルクサイズの反応（ミリリットルからマイクロリットルの範囲）は、反応成分の非ポアソン分布によるノイズを生じるためである。第２に区画化は、外部環境からの内部活動的化学環境の分離によるセルライク界面現象を引き起し、区画のサイズ減少を増大させる。従って、制限された空間（フェムトリットルスケール）におけるセルフリー反応を行うことができるＩＶＣの方法は、合成生物学における刺激的な可能性である。
ＩＶＣは３つの主要なアプローチを用いて生成する。
１）攪拌及びホモジネートを用いる油中水液滴のバルクエマルジョン化（非特許文献２）。単純であるが、相当量のポリ分散ＩＶＣを生じる（サイズｐＬからｎＬスケールの範囲）、従って収率は予測不能。
１）攪拌及びホモジネートを用いる油中水液滴のバルクエマルジョン化（非特許文献２）。単純であるが、相当量のポリ分散ＩＶＣを生じる（サイズｐＬからｎＬスケールの範囲）、従って収率は予測不能。
２）マイクロ流体に基づくシステム（非特許文献３）は、単分散ＩＶＣを生成できるが、サブｐＬまでの小さめのＩＶＣの生成に限定され、生産効率も低い。
３）エレクトロスプレー（特許文献１）は単分散サブｆＬまでの極微小化ＩＶＣを生成できる。しかし、１ｋＨｚの周波数を用いるエレクトロスプレーのシングルノズルは、約５万液滴／秒を生成でき、そのためこの系では、μＬスケールセルフリー反応のカプセル化のｆＬスケールのＩＶＣにするには、数時間から数日必要になろう。例えば、１０μＬのセルフリー反応の１ｆＬのＩＶＣへのカプセル化には５５時間を要するであろう。
特許文献１：特開２０１７−１０１８号公報
非特許文献１：Acs. Synth. Bio．2014:3,347
非特許文献２：Biomacromolecules 2005, 6, 1824-1828.
非特許文献３：Anal. Chem. 2008, 80, 3522-3529.
特許文献１および非特許文献１〜３の全記載は、ここに特に開示として援用される。
非特許文献２：Biomacromolecules 2005, 6, 1824-1828.
非特許文献３：Anal. Chem. 2008, 80, 3522-3529.
特許文献１および非特許文献１〜３の全記載は、ここに特に開示として援用される。
本発明は、μＬスケールセルフリー反応をｆＬスケールのＩＶＣにカプセル化するための方法であって、従来法より簡易にかつ効率的にｆＬスケールのＩＶＣをカプセル化できる手段を提供することを目的とする。
本発明は、マイクロホールアレイチップに浸漬エレクトロスプレー技術を一体化したデバイスを用いることで、アトリットルスケールの容量で高度単分散ＩＶＣのウルトラハイ−スループット生成を実現することができることを見出して完成した。
本発明は以下の通りである。
［１］
マイクロホールアレイチップ、
前記マイクロホールアレイチップの各主表面に対向し、間隔を開けてそれぞれ設けた２つの電極、
前記２つの電極の間に電圧を印加するための電源
を含む
エレクトロスプレー用デバイス。
［２］
前記マイクロホールアレイチップのマイクロホールはチップ基板を貫通する貫通孔であり、貫通孔の両方の開口の平面形状は略円形であり、一方の開口の直径は他方の開口の直径と同一又は異なる、［１］に記載のデバイス。
［３］
前記２つの電極は、前記マイクロホールアレイチップの少なくともマイクロホールが存在する表面前面に設けられている、［１］又は［２］に記載のデバイス。
［４］
前記マイクロホールアレイチップの少なくとも一方の主表面に導電性薄膜層をさらに有し、導電性薄膜層はマイクロホールの各開口に対応する位置にマイクロホールの開口と略同一形状および寸法の開口を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
［５］
前記マイクロホールアレイチップの一方の主表面と一方の電極（以下、電極Ａ）との間隔に形成された空間１、及び前記マイクロホールアレイチップの他方の主表面と他方の電極（以下、電極Ｂ）との間隔に形成された空間２は、それぞれ液体保持機能を有する、［１］〜［４］のいずれかに記載のデバイス。
［６］
前記空間１及び２は、密閉系であるか、あるいはそれぞれ液体の流入出口を有する流通系である、［５］に記載のデバイス。
［７］
マイクロホールの電極Ａ側の開口の直径が１０〜１００μｍの範囲であり、マイクロホールの電極Ｂ側の開口の直径が１〜１０μｍの範囲である、［１］〜［６］のいずれかに記載のデバイス。
［８］
前記電源は、１０〜１００００ボルトの範囲の電圧のパルス波を供給できる電源である、［１］〜［７］のいずれかに記載のデバイス。
［９］
［５］〜［８］のいずれかに記載のデバイスの空間１に被カプセル化液を満たし、かつ空間２に被カプセル化液難溶性液を満たし、
２つの電極の間にパルス波電圧を印加して、前記被カプセル化液をマイクロホールアレイチップのマイクロホールを通過させ、空間２内の被カプセル化液難溶性液にカプセル化体を生成させることを含む、カプセル化体の製造方法。
［１０］
印加するパルス波電圧は、電圧が１００〜１００００Ｖの範囲であり、周波数が、１０〜１００ｋＨｚの範囲であり、デューティー比が１０〜９０％の範囲である、［９］に記載の製造方法。
［１１］
カプセル化体の平均体積が０．１ｆＬ〜１０ｆＬである、［９］または［１０］に記載の製造方法。
［１２］
被カプセル化液がセルフリー反応（体）である［９］〜［１１］のいずれかに記載の製造方法。
［１］
マイクロホールアレイチップ、
前記マイクロホールアレイチップの各主表面に対向し、間隔を開けてそれぞれ設けた２つの電極、
前記２つの電極の間に電圧を印加するための電源
を含む
エレクトロスプレー用デバイス。
［２］
前記マイクロホールアレイチップのマイクロホールはチップ基板を貫通する貫通孔であり、貫通孔の両方の開口の平面形状は略円形であり、一方の開口の直径は他方の開口の直径と同一又は異なる、［１］に記載のデバイス。
［３］
前記２つの電極は、前記マイクロホールアレイチップの少なくともマイクロホールが存在する表面前面に設けられている、［１］又は［２］に記載のデバイス。
［４］
前記マイクロホールアレイチップの少なくとも一方の主表面に導電性薄膜層をさらに有し、導電性薄膜層はマイクロホールの各開口に対応する位置にマイクロホールの開口と略同一形状および寸法の開口を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
［５］
前記マイクロホールアレイチップの一方の主表面と一方の電極（以下、電極Ａ）との間隔に形成された空間１、及び前記マイクロホールアレイチップの他方の主表面と他方の電極（以下、電極Ｂ）との間隔に形成された空間２は、それぞれ液体保持機能を有する、［１］〜［４］のいずれかに記載のデバイス。
［６］
前記空間１及び２は、密閉系であるか、あるいはそれぞれ液体の流入出口を有する流通系である、［５］に記載のデバイス。
［７］
マイクロホールの電極Ａ側の開口の直径が１０〜１００μｍの範囲であり、マイクロホールの電極Ｂ側の開口の直径が１〜１０μｍの範囲である、［１］〜［６］のいずれかに記載のデバイス。
［８］
前記電源は、１０〜１００００ボルトの範囲の電圧のパルス波を供給できる電源である、［１］〜［７］のいずれかに記載のデバイス。
［９］
［５］〜［８］のいずれかに記載のデバイスの空間１に被カプセル化液を満たし、かつ空間２に被カプセル化液難溶性液を満たし、
２つの電極の間にパルス波電圧を印加して、前記被カプセル化液をマイクロホールアレイチップのマイクロホールを通過させ、空間２内の被カプセル化液難溶性液にカプセル化体を生成させることを含む、カプセル化体の製造方法。
［１０］
印加するパルス波電圧は、電圧が１００〜１００００Ｖの範囲であり、周波数が、１０〜１００ｋＨｚの範囲であり、デューティー比が１０〜９０％の範囲である、［９］に記載の製造方法。
［１１］
カプセル化体の平均体積が０．１ｆＬ〜１０ｆＬである、［９］または［１０］に記載の製造方法。
［１２］
被カプセル化液がセルフリー反応（体）である［９］〜［１１］のいずれかに記載の製造方法。
本発明によれば、従来法より簡易にかつ効率的にｆＬスケールのＩＶＣをカプセル化できる方法及び装置を提供することができる。
＜エレクトロスプレー用デバイス＞
本発明は、エレクトロスプレー用デバイスに関する。本発明のエレクトロスプレー用デバイスは、
（１）マイクロホールアレイチップ、
（２）前記マイクロホールアレイチップの各主表面に対向し、間隔を開けてそれぞれ設けた２つの電極、及び
（３）前記２つの電極の間に電圧を印加するための電源
を含む。
本発明は、エレクトロスプレー用デバイスに関する。本発明のエレクトロスプレー用デバイスは、
（１）マイクロホールアレイチップ、
（２）前記マイクロホールアレイチップの各主表面に対向し、間隔を開けてそれぞれ設けた２つの電極、及び
（３）前記２つの電極の間に電圧を印加するための電源
を含む。
（１）マイクロホールアレイチップ
マイクロホールアレイチップは、チップ基板を貫通する貫通孔であるマイクロホールを複数有する。チップ基板の材質、形状及び寸法には特に制限はないが、加工性が優れることから、シリコン基板であることができる。尚、シリコン基板は表面に酸化ケイ素からなる自然酸化膜また熱酸化などで意図的に形成した酸化膜を有することもできる。チップ基板の形状は、平面形状は方形、略円形、矩形等特に制限はない。厚さ方向の断面形状は、均一の厚みであることもできるが、周辺部は厚く、マイクロホールを有する中央部は、マイクロホールの長さに応じて周辺部より薄くすることができる。マイクロホールの長さは、エレクトロスプレーの性能（例えば、形成できる粒子の大きさや、エレクトロスプレー能力など）に影響することがある。チップ基板の寸法に関しては、平面の寸法は、デバイスの形状や複数設けるマイクロホールの数、配列などに応じて適宜決定できる。基板の厚みは、マイクロホールの長さを決定することになるので、エレクトロスプレーの性能と基板の強度を考慮して、適宜決定することができるが、例えば、５０〜１０００μｍの範囲であり、好ましくは１００〜７００μｍの範囲である。但し、この範囲に限定される意図ではない。
マイクロホールアレイチップは、チップ基板を貫通する貫通孔であるマイクロホールを複数有する。チップ基板の材質、形状及び寸法には特に制限はないが、加工性が優れることから、シリコン基板であることができる。尚、シリコン基板は表面に酸化ケイ素からなる自然酸化膜また熱酸化などで意図的に形成した酸化膜を有することもできる。チップ基板の形状は、平面形状は方形、略円形、矩形等特に制限はない。厚さ方向の断面形状は、均一の厚みであることもできるが、周辺部は厚く、マイクロホールを有する中央部は、マイクロホールの長さに応じて周辺部より薄くすることができる。マイクロホールの長さは、エレクトロスプレーの性能（例えば、形成できる粒子の大きさや、エレクトロスプレー能力など）に影響することがある。チップ基板の寸法に関しては、平面の寸法は、デバイスの形状や複数設けるマイクロホールの数、配列などに応じて適宜決定できる。基板の厚みは、マイクロホールの長さを決定することになるので、エレクトロスプレーの性能と基板の強度を考慮して、適宜決定することができるが、例えば、５０〜１０００μｍの範囲であり、好ましくは１００〜７００μｍの範囲である。但し、この範囲に限定される意図ではない。
マイクロホールは、チップ基板を貫通する貫通孔であり、貫通孔の両方の開口の平面形状は、特に制限はないが、例えば、略円形であることができる。さらに、一方の開口の直径は他方の開口の直径と同一又は異なることができる。一方の開口の直径が他方の開口の直径と異なる場合、入口側の開口の直径が、出口側の直径より大きいことが、例えば、マイクロホールの流れをスムーズするという観点、あるいはデバイスを用いたカプセル化体の調製が容易であるという観点から適当である場合がある。マイクロホールの入口側（後述する電極Ａ側）の開口の直径は、形成するカプセル化体のサイズにもよるが、例えば、１０〜１００μｍの範囲であり、マイクロホールの出口側（後述する電極Ｂ側）の開口の直径が１〜１０μｍの範囲であることができる。但し、この範囲に制限される意図ではなく、あくまでも例示である。
１つのチップ基板におけるマイクロホールの数は、特に制限はない。例えば、実施例では、一辺が２．５ｃｍである正方形の基板（厚み３００μｍ）に７ｍｍ×７ｍｍの範囲に２４×１６個（合計３８４個）のマイクロホールを設けた。マイクロホールの開口径により、マイクロホール間の間隔などは適宜決定できる。
（２）２つの電極
マイクロホールアレイチップの各主表面に対向し、間隔を開けて２つの電極をそれぞれ設ける。２つの電極は、マイクロホールアレイチップの少なくともマイクロホールが存在する表面前面に設けられることが、各マイクロホールに適正に電圧が印加されることから好ましい。電極の材質や形状には、特に制限はないが、液体に対して不活性な材質からなることが、形成するカプセル化体へのコンタミの問題を回避できることから好ましい。
マイクロホールアレイチップの各主表面に対向し、間隔を開けて２つの電極をそれぞれ設ける。２つの電極は、マイクロホールアレイチップの少なくともマイクロホールが存在する表面前面に設けられることが、各マイクロホールに適正に電圧が印加されることから好ましい。電極の材質や形状には、特に制限はないが、液体に対して不活性な材質からなることが、形成するカプセル化体へのコンタミの問題を回避できることから好ましい。
（３）電源
電源は、２つの電極の間に電圧を印加するための電源である。電源は、エレクトロスプレーを生成するために、例えば、１０〜１００００ボルトの範囲の電圧のパルス波を供給できる電源であることができる。
電源は、２つの電極の間に電圧を印加するための電源である。電源は、エレクトロスプレーを生成するために、例えば、１０〜１００００ボルトの範囲の電圧のパルス波を供給できる電源であることができる。
（４）液体保持機能を有するチャンバー
本発明のエレクトロスプレー用デバイスは、マイクロホールアレイチップの一方の主表面と一方の電極（電極Ａ）との間隔に形成された空間１、及び前記マイクロホールアレイチップの他方の主表面と他方の電極（電極Ｂ）との間隔に形成された空間２は、それぞれ液体保持機能を有することが適当である。具体的には、マイクロホールアレイチップの一方の主表面を一方の面とし、電極Ａを含み、空間１を形成する、液体保持機能を有するチャンバー１、及びマイクロホールアレイチップの他方の主表面を一方の面とし、電極Ｂを含み、空間２を形成する、液体保持機能を有するチャンバー２を有する。空間１及び２は、密閉系であるか、あるいはそれぞれ液体の流入出口を有する流通系であることができる。即ち、チャンバー１及び２は、密閉系であることもできるが、それぞれ液体の流入出口を有する流通系であることもできる。
本発明のエレクトロスプレー用デバイスは、マイクロホールアレイチップの一方の主表面と一方の電極（電極Ａ）との間隔に形成された空間１、及び前記マイクロホールアレイチップの他方の主表面と他方の電極（電極Ｂ）との間隔に形成された空間２は、それぞれ液体保持機能を有することが適当である。具体的には、マイクロホールアレイチップの一方の主表面を一方の面とし、電極Ａを含み、空間１を形成する、液体保持機能を有するチャンバー１、及びマイクロホールアレイチップの他方の主表面を一方の面とし、電極Ｂを含み、空間２を形成する、液体保持機能を有するチャンバー２を有する。空間１及び２は、密閉系であるか、あるいはそれぞれ液体の流入出口を有する流通系であることができる。即ち、チャンバー１及び２は、密閉系であることもできるが、それぞれ液体の流入出口を有する流通系であることもできる。
（５）導電性薄膜層
本発明のエレクトロスプレー用デバイスは、マイクロホールアレイチップの少なくとも一方の主表面に導電性薄膜層を有することができ、好ましくはマイクロホールアレイチップの一方の主表面に導電性薄膜層を有する。導電性薄膜層を有する場合、空間１は、マイクロホールアレイチップの一方の主表面上の導電性薄膜層と一方の電極（電極Ａ）との間隔に形成される。導電性薄膜層は、チップ基板を貫通する貫通孔であるマイクロホールの各開口に対応する位置にマイクロホールの開口と略同一形状および寸法の開口を有する。
本発明のエレクトロスプレー用デバイスは、マイクロホールアレイチップの少なくとも一方の主表面に導電性薄膜層を有することができ、好ましくはマイクロホールアレイチップの一方の主表面に導電性薄膜層を有する。導電性薄膜層を有する場合、空間１は、マイクロホールアレイチップの一方の主表面上の導電性薄膜層と一方の電極（電極Ａ）との間隔に形成される。導電性薄膜層は、チップ基板を貫通する貫通孔であるマイクロホールの各開口に対応する位置にマイクロホールの開口と略同一形状および寸法の開口を有する。
導電性薄膜層は、被カプセル化液および／または被カプセル化液難溶性液に対して不活性である導電性材料からなるものであれば良く、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）等の金属や合金であることができる。但し、これらに限定される意図ではなく、金属および合金以外の導電性材料、例えば、導電性酸化物などであっても良い。導電性薄膜層の厚みは、導電性を発揮でき、かつ薄膜層への開口の形成が容易であるという観点からは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であることができるが、この範囲に限定される意図ではない。導電性薄膜層の形成および開口の形成は、薄膜層形成の常法および薄膜への開口形成の常法により適宜実施できる。
本発明のエレクトロスプレー用デバイスは、マイクロホールアレイチップの被カプセル化液を保持するチャンバー１（空間１）側の主表面に導電性薄膜層を有することが好ましい。そうすることで、後述するカプセル化体の製造方法における、被カプセル化液をマイクロホールアレイチップのマイクロホールを通過させて、チャンバー２（空間２）内の被カプセル化液難溶性液へのカプセル化体生成をより容易に安定的に実施することができるという利点がある。
本発明のデバイスを、図１を参照してさらに説明する。
マイクロホールアレイチップ１０は複数のマイクロホール１１を有する。２つの電極２０及び２１は、マイクロホールアレイチップ１１の各主表面に対向し、間隔を開けてそれぞれ設けられている。電極２０は、マイクロホールアレイチップ１１の一方の面（図中の上面）と、５１ａ、５２ａ及び５３ａからなる壁部からなるチャンバー１（５０ａ）に格納される。電極２１は、マイクロホールアレイチップ１１の他方の面（図中の下面）と、５１ｂ、５２ｂ及び５３ｂからなる壁部からなるチャンバー２（５０ｂ）に格納される。電極２０とマイクロホールアレイチップ１１とは、５３ａの一部により所定の間隔を開けて配置される。チャンバー１は電極２０とマイクロホールアレイチップ１１の一方の面との間に、４０で示される空間１を有する。同様に、電源２１とマイクロホールアレイチップ１１とは、５３ｂの一部により所定の間隔を開けて配置される。チャンバー２は電極２１とマイクロホールアレイチップ１１の他方の面との間に、４１で示される空間２を有する。電極２０及び２１は、導線６０及び６１を介して電源３０と接続される。
マイクロホールアレイチップ１０は複数のマイクロホール１１を有する。２つの電極２０及び２１は、マイクロホールアレイチップ１１の各主表面に対向し、間隔を開けてそれぞれ設けられている。電極２０は、マイクロホールアレイチップ１１の一方の面（図中の上面）と、５１ａ、５２ａ及び５３ａからなる壁部からなるチャンバー１（５０ａ）に格納される。電極２１は、マイクロホールアレイチップ１１の他方の面（図中の下面）と、５１ｂ、５２ｂ及び５３ｂからなる壁部からなるチャンバー２（５０ｂ）に格納される。電極２０とマイクロホールアレイチップ１１とは、５３ａの一部により所定の間隔を開けて配置される。チャンバー１は電極２０とマイクロホールアレイチップ１１の一方の面との間に、４０で示される空間１を有する。同様に、電源２１とマイクロホールアレイチップ１１とは、５３ｂの一部により所定の間隔を開けて配置される。チャンバー２は電極２１とマイクロホールアレイチップ１１の他方の面との間に、４１で示される空間２を有する。電極２０及び２１は、導線６０及び６１を介して電源３０と接続される。
図４には、本発明のマイクロホールアレイチップの作製方法の一例の模式図を示す。詳細は実施例の（１）を参照。図４の（３）に示すマイクロホールアレイチップは、基板であるＳｉの一方の主表面にＳｉＯ２層を介して導電性薄膜層であるＣｒ薄膜層を有する。
＜カプセル化体の製造方法＞
本発明は、上記本発明のエレクトロスプレー用デバイスを用いるカプセル化体の製造方法を包含する。この方法では、まず本発明のデバイスの空間１に被カプセル化液を満たし、かつ空間２に被カプセル化液難溶性液を満たす。次いで、２つの電極の間にパルス波電圧を印加して、前記被カプセル化液をマイクロホールアレイチップのマイクロホールを通過させ、空間２内の被カプセル化液難溶性液にカプセル化体を生成させる。
本発明は、上記本発明のエレクトロスプレー用デバイスを用いるカプセル化体の製造方法を包含する。この方法では、まず本発明のデバイスの空間１に被カプセル化液を満たし、かつ空間２に被カプセル化液難溶性液を満たす。次いで、２つの電極の間にパルス波電圧を印加して、前記被カプセル化液をマイクロホールアレイチップのマイクロホールを通過させ、空間２内の被カプセル化液難溶性液にカプセル化体を生成させる。
被カプセル化液は、カプセル化したい対象であれば特に制限はない。被カプセル化液は、例えば、セルフリー反応（体）であることができる。但し、これに限定される意図ではない。被カプセル化液難溶性液は、被カプセル化液に対して難溶性または不溶性であれば、特に制限はない。例えば、被カプセル化液が水性の液である場合には、被カプセル化液難溶性液は、油性の液であることができる。逆に、被カプセル化液が油性の液である場合には、被カプセル化液難溶性液は、水性の液であることができる。
２つの電極の間に電圧のパルス波を印加する。印加するパルス波は、例えば、電圧が１００〜１００００Ｖの範囲であり、周波数が１０〜１００ｋＨｚの範囲であり、デューティー比が１０〜９０％の範囲であることができる。但し、パルス波の電圧は０Ｖであることもでき、その場合、直流成分のみを印加することになる。直流成分のみの印加でもカプセル化体の製造は可能であり、直流成分のみを印加する場合の直流成分のための２つの電極間の電圧は、例えば、１００〜１００００Vの範囲であることができる。パルス波は、例えば、直流成分と交流矩形波成分とからなることができる。例えば、５００Ｖの直流成分と、ピーク to ピークで１０００Vの交流矩形波成分を足すと、０Ｖ〜１０００Ｖのパルス波を生成することができる。パルス波の最低電圧は０Ｖ超であることもでき、例えば、直流成分と交流矩形波成分の値を調整することで、１００Ｖ〜１０００Ｖのパルス波を生成することもできる。
パルス波の電圧、周波数及びデューティー比は、マイクロホールアレイチップの形状や構造及び寸法、被カプセル化液の組成、性状等、並びに生成させたいカプセル化体の粒子径等を考慮して適宜決定できる。
被カプセル化液は、パルス波を印加したマイクロホールアレイチップのマイクロホールを通過することで微粒子化して、空間２内の被カプセル化液難溶性液にカプセル化体として到達し、カプセル化体を生成する。図２及び３にカプセル化体の状態を模式的に示す。図２に示すように、被カプセル化液（例えば、μＬ規模の液滴）は、マイクロホールアレイチップを透過することで、ａＬ規模の液滴（油相中）に転換される。図３には、中央に示されたパルス波電圧を印加したマイクロホールアレイチップのマイクロホールを介して微粒子化したカプセル化体の生成が示されている。
カプセル化体製造の温度は特に制限はなく、例えば、低温（例えば、−２０℃）から高温（例えば、７０℃）の範囲で実施することができる。但し、これらの温度に制限はない。カプセル化体製造の時間は、チャンバー１及び２の容量や、カプセル化体製造速度を考慮して適宜決定でき、チャンバー１及び２が閉鎖系の場合は、例えば、１０秒〜１０分の範囲である。
本発明の製造方法によれば、製造条件を制御することで、例えば、平均体積が０．１ｆＬ〜１０ｆＬであるカプセル化体を製造することができる。
本発明の装置及び方法は、極低容量かつ単分散のビーズの生成を可能にする。Ｎｉ−ＮＴＡアガロースビーズのようなサブマイクロメーター域の直径を有する機能性ポリマービーズの大量生産に用いることができる。そのようなビーズは、現状では数十マイクロメーター域の製造に限られている。
本発明の装置及び方法は、例えば、より改善され、かつより制御された分析法のためのトップダウン人工細胞系に使用できる。例えば、２５×２５マイクロホールのアレイを用いて、１０μＬセルフリー反応（体）を１フェムトリッターのＩＶＣにカプセル化するのに、たった５分である。
サブマイクロメーターの直径を有するＩＶＣ（アトリッター容量）は、より高い表面積−対−体積比を有するセルフリー反応体の実施するための新たなより機能的なプラットフォームを提供することができる。そのため、合成生物学において顕著な確率論的な効果を生じることができる。それは、μＬスケールのセルフリー反応体においては一般に無視できるモノである（ノイズフリー合成生物学）。
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。但し、実施例は本発明の例示であって、本発明は実施例に限定される意図ではない。
（１）マイクロホールアレイチップの作製
図４に方法の概略を示す。尚、図中にはＳｉ基板の裏側のSiO2膜は記載していない(下記工程17)で除去される)。以下の工程で、マイクロホールアレイチップを作製した。一辺が２．５ｃｍである正方形の基板（厚み３００μｍ）に７ｍｍ×７ｍｍの範囲に２４×１６個（合計３８４個）のマイクロホールを設けた。
図４に方法の概略を示す。尚、図中にはＳｉ基板の裏側のSiO2膜は記載していない(下記工程17)で除去される)。以下の工程で、マイクロホールアレイチップを作製した。一辺が２．５ｃｍである正方形の基板（厚み３００μｍ）に７ｍｍ×７ｍｍの範囲に２４×１６個（合計３８４個）のマイクロホールを設けた。
1)シリコン基板（厚さ３００μｍ、両面に約1μｍのSiO2膜を有する）を準備した。
2)アセトンに5分間浸漬した後に、水洗、O2 灰化 15W, 180sec, 30sccm.
3)Cr膜(700-800nm)をスパッタリング形成した。
4)密着改善剤 OAP(東京応化工業株式会社製、主成分はヘキサ・メチル・ジ・シラザン)をコーティングした。
5)OFPR-800(東京応化工業株式会社製フォトレジスト) をコーティングした。
6)ホットプレート上で加熱(90℃/90sec)。
7)暴露 5.3 sec(MEP-800, Union).
8)現像(NMD-W東京応化工業株式会社製、(90 sec))及び洗浄DI水
9)O2 灰化 15W, 180sec, 30sccm.
10)ホットプレート上で加熱(120℃/5min)
11)室温に冷却
12)ウェットエッチングCr 10 min (KANTO CHEMICAL CO., INC. 混酸クロムエッチング液).
13)水洗
14)ウェットエッチングSiO2 30min (BHF)[正面側].
15)水洗
16)ドライエッチングSi、（RIE-200-iPB, サムコ株式会社社製使用).
17)ウェットエッチングSiO2 30min (BHF)[裏側].
18)水洗
2)アセトンに5分間浸漬した後に、水洗、O2 灰化 15W, 180sec, 30sccm.
3)Cr膜(700-800nm)をスパッタリング形成した。
4)密着改善剤 OAP(東京応化工業株式会社製、主成分はヘキサ・メチル・ジ・シラザン)をコーティングした。
5)OFPR-800(東京応化工業株式会社製フォトレジスト) をコーティングした。
6)ホットプレート上で加熱(90℃/90sec)。
7)暴露 5.3 sec(MEP-800, Union).
8)現像(NMD-W東京応化工業株式会社製、(90 sec))及び洗浄DI水
9)O2 灰化 15W, 180sec, 30sccm.
10)ホットプレート上で加熱(120℃/5min)
11)室温に冷却
12)ウェットエッチングCr 10 min (KANTO CHEMICAL CO., INC. 混酸クロムエッチング液).
13)水洗
14)ウェットエッチングSiO2 30min (BHF)[正面側].
15)水洗
16)ドライエッチングSi、（RIE-200-iPB, サムコ株式会社社製使用).
17)ウェットエッチングSiO2 30min (BHF)[裏側].
18)水洗
（２）マイクロホールアレイチップを用いたエレクトロスプレーデバイスの組立
（１）で作製したマイクロホールアレイチップを用いて、図１に示すエレクトロスプレーデバイスを見立てた。チャンバー１（５０ａ）は、１．５ｃｍ×１．５ｃｍ×２ｍｍのシリコーンラバーを用い１ｃｍ×１ｃｍの正方形の空間１を形成した。チャンバー２（５０ｂ）は、３ｃｍ×３ｃｍ×３ｍｍのシリコーンラバーを用い１．５ｃｍ×１．５ｃｍの正方形の空間２を形成した。電極はいずれもタングステン線である。
（１）で作製したマイクロホールアレイチップを用いて、図１に示すエレクトロスプレーデバイスを見立てた。チャンバー１（５０ａ）は、１．５ｃｍ×１．５ｃｍ×２ｍｍのシリコーンラバーを用い１ｃｍ×１ｃｍの正方形の空間１を形成した。チャンバー２（５０ｂ）は、３ｃｍ×３ｃｍ×３ｍｍのシリコーンラバーを用い１．５ｃｍ×１．５ｃｍの正方形の空間２を形成した。電極はいずれもタングステン線である。
マイクロホールアレイチップのＣｒ薄膜層がチャンバー１（５０ａ）側になるようにして、チャンバー１（５０ａ）には、被カプセル化液として、約１６０μＬの１％ Ｂ−４−Ｆ（Ｂｉｏｔｉｎ−４−ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ） １％ アガロース水溶液を充填した。
チャンバー２（５０ｂ）には、油相として、約７００μＬの５０％ＡＢＩＬ ＥＭ ９０、３６％Ｔｅｇｏｓｏｆｔ ＤＥＣ及び１４％鉱油を充填した。
チャンバー２（５０ｂ）には、油相として、約７００μＬの５０％ＡＢＩＬ ＥＭ ９０、３６％Ｔｅｇｏｓｏｆｔ ＤＥＣ及び１４％鉱油を充填した。
エレクトロスプレー電圧印加条件
電圧：１０００Ｖ
周波数：１００Ｈｚ
デューティー比：５０％
印加時間：約５分間
電圧は、チャンバー１（５０ａ）の電極（タングステン線）から、チャンバー２（５０ｂ）の電極（タングステン線）に向けて印加した。
電圧：１０００Ｖ
周波数：１００Ｈｚ
デューティー比：５０％
印加時間：約５分間
電圧は、チャンバー１（５０ａ）の電極（タングステン線）から、チャンバー２（５０ｂ）の電極（タングステン線）に向けて印加した。
上記条件でのエレクトロスプレーのよりチャンバー１（５０ａ）中のアガロース水溶液がチャンバー２（５０ｂ）中の油相中に、マイクロホールアレイを介して、押し出し及びスプレーされた。得られたカプセル化液中の液滴の分布を、ＩｍａｇｅＪを用いて測定した。結果を図５に示す。液滴の大きさは１〜１１μＬの範囲であり、平均粒径は１〜３μＬの範囲であった。
本発明は、極微細な液滴製造に関連する分野において有用である。
Claims (12)
- マイクロホールアレイチップ、
前記マイクロホールアレイチップの各主表面に対向し、間隔を開けてそれぞれ設けた２つの電極、
前記２つの電極の間に電圧を印加するための電源
を含む
エレクトロスプレー用デバイス。 - 前記マイクロホールアレイチップのマイクロホールはチップ基板を貫通する貫通孔であり、貫通孔の両方の開口の平面形状は略円形であり、一方の開口の直径は他方の開口の直径と同一又は異なる、請求項１に記載のデバイス。
- 前記２つの電極は、前記マイクロホールアレイチップの少なくともマイクロホールが存在する表面前面に設けられている、請求項１又は２に記載のデバイス。
- 前記マイクロホールアレイチップの少なくとも一方の主表面に導電性薄膜層をさらに有し、導電性薄膜層はマイクロホールの各開口に対応する位置にマイクロホールの開口と略同一形状および寸法の開口を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
- 前記マイクロホールアレイチップの一方の主表面と一方の電極（以下、電極Ａ）との間隔に形成された空間１、及び前記マイクロホールアレイチップの他方の主表面と他方の電極（以下、電極Ｂ）との間隔に形成された空間２は、それぞれ液体保持機能を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のデバイス。
- 前記空間１及び２は、密閉系であるか、あるいはそれぞれ液体の流入出口を有する流通系である、請求項５に記載のデバイス。
- マイクロホールの電極Ａ側の開口の直径が１０〜１００μｍの範囲であり、マイクロホールの電極Ｂ側の開口の直径が１〜１０μｍの範囲である、請求項１〜６のいずれかに記載のデバイス。
- 前記電源は、１０〜１００００ボルトの範囲の電圧のパルス波を供給できる電源である、請求項１〜７のいずれかに記載のデバイス。
- 請求項５〜８のいずれかに記載のデバイスの空間１に被カプセル化液を満たし、かつ空間２に被カプセル化液難溶性液を満たし、
２つの電極の間にパルス波電圧を印加して、前記被カプセル化液をマイクロホールアレイチップのマイクロホールを通過させ、空間２内の被カプセル化液難溶性液にカプセル化体を生成させることを含む、カプセル化体の製造方法。 - 印加するパルス波電圧は、電圧が１００〜１００００Ｖの範囲であり、周波数が、１０〜１００ｋＨｚの範囲であり、デューティー比が１０〜９０％の範囲である、請求項９に記載の製造方法。
- カプセル化体の平均体積が０．１ｆＬ〜１０ｆＬである、請求項９または１０に記載の製造方法。
- 被カプセル化液がセルフリー反応（体）である請求項９〜１１のいずれかに記載の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017202950 | 2017-10-19 | ||
| JP2017202950 | 2017-10-19 | ||
| PCT/JP2018/038900 WO2019078311A1 (ja) | 2017-10-19 | 2018-10-18 | 略１ｆＬカプセル化体の製造方法及びそれに用いる装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2019078311A1 true JPWO2019078311A1 (ja) | 2020-11-05 |
Family
ID=66173973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019549346A Pending JPWO2019078311A1 (ja) | 2017-10-19 | 2018-10-18 | 略１ｆＬカプセル化体の製造方法及びそれに用いる装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPWO2019078311A1 (ja) |
| WO (1) | WO2019078311A1 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3746766B2 (ja) * | 2001-02-23 | 2006-02-15 | 独立行政法人科学技術振興機構 | エマルションの製造方法およびその装置 |
| JP5051841B2 (ja) * | 2007-11-29 | 2012-10-17 | 国立大学法人 東京大学 | 基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法及びその人工脂質膜保持基板 |
-
2018
- 2018-10-18 WO PCT/JP2018/038900 patent/WO2019078311A1/ja active Application Filing
- 2018-10-18 JP JP2019549346A patent/JPWO2019078311A1/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019078311A1 (ja) | 2019-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sekar et al. | A 3D-IC technology with integrated microchannel cooling | |
| JP4307506B2 (ja) | 熱電ナノワイヤ素子 | |
| JP5961630B2 (ja) | 液体シートを放出する電気流体力学的噴霧ノズル | |
| Yao et al. | Effects of nanowire height on pool boiling performance of water on silicon chips | |
| Li et al. | Deep etching of single-and polycrystalline silicon with high speed, high aspect ratio, high uniformity, and 3D complexity by electric bias-attenuated metal-assisted chemical etching (EMaCE) | |
| Zahedinejad et al. | Deep and vertical silicon bulk micromachining using metal assisted chemical etching | |
| Gao et al. | Selective growth of Si nanowire arrays via galvanic displacement processes in water-in-oil microemulsions | |
| Back et al. | Design, fabrication, and characterization of a compact hierarchical manifold microchannel heat sink array for two-phase cooling | |
| Winkler et al. | Compact SAW aerosol generator | |
| CN104014800B (zh) | 利用激光可控合成单分散活泼金属纳米颗粒的制备方法 | |
| US9902152B2 (en) | Piezoelectric package-integrated synthetic jet devices | |
| JP2014529878A (ja) | 熱電センサを備える冷却装置 | |
| Kline et al. | Catalytically driven colloidal patterning and transport | |
| Choi et al. | Droplet-based synthesis of homogeneous gold nanoparticles for enhancing HRP-based ELISA signals | |
| WO2021047529A1 (zh) | 电渗微泵装置及电渗微泵装置组 | |
| Santagata et al. | System in package (SiP) technology: fundamentals, design and applications | |
| Garcia et al. | Fabrication and modeling of integrated micro-thermoelectric cooler by template-assisted electrochemical deposition | |
| JPWO2019078311A1 (ja) | 略１ｆＬカプセル化体の製造方法及びそれに用いる装置 | |
| CN109507008A (zh) | 一种基于声表面波液滴微流控芯片的微液滴急速固化装置 | |
| JP2018515767A (ja) | 表面増強発光電界発生基体 | |
| CN106130310A (zh) | 一种圆柱形电流体动力微泵及其制造方法 | |
| US7365980B2 (en) | Micropin heat exchanger | |
| US9210785B2 (en) | Micro-plasma generation using micro-springs | |
| US8736049B1 (en) | Micro-plasma generation using micro-springs | |
| CN205901565U (zh) | 一种圆柱形电流体动力微泵 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20200313 |