WO2007057989A1 - 液滴生成搬送方法及び装置、並びに粒子操作装置 - Google Patents

液滴生成搬送方法及び装置、並びに粒子操作装置 Download PDF

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Hideyuki Noda
Yoshinobu Kohara
Kenko Uchida
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Hitachi, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to generation of a droplet and its transport technology, and also relates to a technique for operating a transported object such as a particle using a droplet or a trace liquid sample.
  • the chip can be made by synthesizing oligomers of sequences designed in a large number of partitioned cells one by one by using photochemical reaction and lithography widely used in the semiconductor industry (Science 2 51, 767-773 (1991)) and a method of implanting multiple types of probes one by one in each compartment (Science 270, 467-470 (1995); Nat. Biotechnol. 18, 438-441 (2000)) is there.
  • the probe type is identified by the oligomer production position or the spot position of each probe.
  • each probe is color-coded.
  • a method using particles (Clinical Chemi stry 43, 1749-1756 (1997); US Pat. No. 6,023,540), or a method for identifying probe species in the order in which they are arranged in a pillar or a microchannel chip (Nucleic Acids Res earch 30, e87 (2002), Japanese Patent No. 3593525, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-17224).
  • Patent Document 1 US Pat. No. 6,023,540
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 11-243997
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-346842
  • Patent Document 4 Patent No. 3593525
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-17224
  • Non-Patent Document 1 Science 251, 767-773 (1991)
  • Non-Patent Document 2 Science 270, 467-470 (1995)
  • Non-Patent Document 3 Nat. Biotechnol. 18, 438-441 (2000)
  • Non-Patent Document 4 Clinical Chemistry 43, 1749-1756 (1997)
  • Non-Patent Document 5 Nucleic Acids Research 30, e87 (2002)
  • Non-Patent Document 6 nalytical Chemistry 75, 3250-3255 (2003)
  • the trapped particles are released from the tip of the particle trapping nozzle, and introduced into a capillary or a microchannel chip to produce a particle array.
  • the released particles may not follow the flow.
  • the frequency of the above-mentioned problem has been increasing in proportion to the number of particles arranged in the flow path in the gill. This is because the flow resistance in the girder channel increases in proportion to the number of particles arranged. This is because the force required to pull the particles decreases with the number.
  • An object of the present invention is to provide means and a method for solving the above-described problems. It is another object of the present invention to provide an apparatus for efficiently transporting or sorting not only particles but also a transported object including a liquid sample.
  • droplets are generated at the entrance of the capillary or at the entrance of the microchannel chip, and the particles released from the tip of the particle trapping nozzle are included in the droplets, so that the inside of the capillary or the micro- Particles are introduced into the channel chip.
  • the particles are stably transported together with the droplets because they are less likely to be released outside the droplet force due to the surface tension of the gas-liquid interface.
  • the droplet generating and conveying means will be described.
  • the two liquid transport pipes are referred to as a first liquid transport pipe and a second liquid transport pipe, respectively.
  • Insert one end of the first liquid transfer pipe into the liquid container absorb the liquid in the container using the pressure pump, and move toward the other end of the first liquid transfer pipe at the liquid feed speed VI.
  • Deliver liquid The other end is open to the atmosphere, and the liquid that has passed through the first liquid transport pipe flows out at a constant speed at the other end.
  • the liquid forms spherical droplets (droplets) due to surface tension.
  • one end of the second liquid transport pipe is connected to a suction pump, and the liquid transport speed is set to V2 and the liquid transport pipe is set to a negative pressure.
  • the other end of the second liquid transport pipe can absorb the liquid and transport the inside of the second liquid transport pipe by contact with the liquid.
  • the liquid outflow liquid droplets are not affected by the gravity drop and the liquid If the distance reaches the inflow port, the liquid can be transferred from the first liquid transport pipe to the second liquid transport pipe and transported.
  • the gap between the liquid outlet and the liquid inlet is referred to as an air gap.
  • the droplet sucked into the second liquid transport pipe is torn off at the air gap.
  • the continuous fluid supplied from the first liquid transport pipe generates liquid droplets in the air gap, and forms an intermittent flow of liquid and gas (air) in the second liquid transport pipe. become.
  • the particle trapping means includes a particle storage container for storing a solution containing a plurality of particles, an elongated particle capture nozzle for capturing particles at the tip, a suction device and a pressurizer connected to the particle capture nozzle, and a particle capture nozzle. It has an actuator for inserting the tip into the solution in the container and pulling it up.
  • the hole that opens at the tip of the particle trapping nozzle is smaller than the particle diameter.
  • a particle trapping nozzle with a hole smaller than the diameter of the particle is inserted at the tip into a solution containing a plurality of particles with a biomolecular probe immobilized on the surface, and a suction force is applied to the tip of the particle trapping nozzle. In this way, the particle trapping nozzle that sucks and holds one particle at the tip is bowed out of the solution in the container, and the particles that are sucked and held at the tip of the particle trapping nozzle are pressurized and released.
  • the particle manipulating apparatus includes the droplet generating and conveying means and the particle supplementing means described above. Specifically, the first liquid conveying tube and the liquid are supplied to the tube. The first liquid feeding means, the second liquid feeding pipe and the second liquid feeding means for sucking and transporting the liquid, the stage holding the plurality of containers for storing the solution containing a plurality of particles, and the stage are transferred. An actuating actuator, a particle trapping nozzle having a hole smaller than the diameter of the particle at the tip, an actuator for driving the particle trapping nozzle, a suction pressurizing means for generating positive or negative pressure at the tip of the particle trapping nozzle, A control unit for controlling these is provided.
  • the particle trapping nozzle moves in an air gap between the first liquid transport pipe and the second liquid transport pipe so as not to contact the first liquid transport pipe and the second liquid transport pipe.
  • the particles captured at the tip of the particle capturing nozzle are released into the formed droplets by driving the pressurizing machine.
  • the released particles are encapsulated by coming into contact with the droplets, and are transported into the second liquid transport pipe.
  • the particles contained in the droplets can be reliably guided into the channel inside the capillary, and the particle array. Can be produced.
  • This method uses the surface tension of the gas-liquid interface. Therefore, it is possible to carry in the particles without depending on the flow velocity at which the particles are poured.
  • the micro liquid sample can be transported and sorted.
  • the volume of the droplet can be controlled by controlling the distance between the air gap formed by the first liquid conveying tube and the second liquid conveying tube. It can also be used as a micro dispenser.
  • the present invention it is possible to reliably introduce and arrange particles with fixed biomolecules one by one into a particle array container, and to produce a particle array in which a plurality of different particles are arranged with high efficiency at a low production cost can do. Further, since the liquid sample can be collected in a small amount by using the apparatus of the present invention, not only particles but also a transported object including a liquid can be easily operated.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a droplet generation method and an intermittent fluid conveyance method according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the principle of liquid conveyance according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a result of generating 10 2 L liquid compartments in a second liquid transport pipe.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a method for controlling the size of droplets generated in an air gap portion.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a microdispensing device as an application example of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a particle manipulation device of the present invention.
  • FIG. 7 (A) is a schematic diagram showing a state immediately before inserting a particle trapping nozzle into a target storage unit.
  • FIG. 7 (B) is a schematic diagram showing a state in which a particle trapping nozzle having a negative pressure inside is inserted into a storage portion.
  • FIG. 7 (C) is a schematic diagram showing a state where only one particle is held at the tip of the particle capturing nozzle.
  • FIG. 7 (D) is a schematic diagram showing a state immediately before particles are released into a droplet.
  • FIG. 7 (E) is a schematic diagram showing a state where particles are released into a droplet.
  • FIG. 7 (F) is a schematic diagram showing a state in which particles contained in droplets are conveyed to a second droplet conveyance tube.
  • FIG. 7 (G) is a schematic diagram showing a state in which particles contained in the liquid compartment are conveyed.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a particle manipulation device of the present invention using a microchannel chip as a particle array container.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of an apparatus configuration of the present invention in which particle manipulation means are arranged in parallel.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a device configuration of the present invention in which particle manipulation means are arranged in parallel.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which particles are arranged in five second liquid transport pipes.
  • FIG. 12 is a schematic view showing an example of an apparatus according to the present invention in which second liquid transport pipes are arranged in parallel.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of an apparatus according to the present invention in which second liquid transport pipes are arranged in parallel.
  • FIG. 14 (A) is a schematic diagram showing a form in which a first liquid transport pipe and a second liquid transport pipe are arranged radially.
  • FIG. 14 (B) is a schematic diagram showing a state in which particles encapsulated in a droplet are introduced into a second liquid transport pipe.
  • FIG. 14 (C) is a schematic diagram showing a state in which particles encapsulated in droplets are introduced into the second liquid transport pipe.
  • FIG. 14 (D) is a schematic diagram showing a state in which a particle array is formed in a plurality of second liquid transport pipes.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram of a particle preparation method and a configuration example of a particle storage plate.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of m particle array containers in which particles are arranged.
  • FIG. 17 (A) is a schematic diagram showing the form of a hybridization experiment using a particle array.
  • FIG. 17 (B) is a schematic diagram showing how fluorescence is detected after hybridization.
  • FIG. 18 (A) is a schematic diagram showing how oil flows through the first liquid transport pipe.
  • FIG. 18 (B) is a schematic diagram showing how oil droplets are generated.
  • FIG. 18 (C) is a schematic diagram showing a state in which a minute amount of liquid discharged from a dispensing nozzle is enclosed in an oil droplet.
  • FIG. 18 (D) A schematic diagram showing a state in which an oil droplet containing a trace amount of liquid moves to a second liquid transport pipe.
  • FIG. 18 (E) is a schematic diagram showing a state in which particles contained in the liquid compartment are conveyed.
  • FIG. 19 is a schematic view showing an example of a trace liquid operation device of the present invention.
  • the droplet generation method and the intermittent fluid conveyance method of the present invention will be described based on experiments using pure water.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an experimental system of the droplet generation method and the intermittent fluid conveyance method of the present invention.
  • This experimental system is composed of a liquid container 1, a first liquid feed pump 2, a first liquid transport pipe 3, a second liquid transport pipe 4, a liquid collection container 5, and a suction pump 6.
  • Liquid container 1 is stocked with pure water 7.
  • a three-way valve 8 is inserted between the liquid container 1 and the first liquid feed pump 2.
  • a peristaltic pump is used for the first liquid feed pump 2 and an aspirator is used for the suction pump 6.
  • a diaphragm pump instead of the peristaltic pump, a diaphragm pump may be used, and a peristaltic pump, a diaphragm pump, a rotary pump, an oil rotary pump, etc. may be used instead of the aspirator.
  • the vicinity of the open end of the first liquid transport pipe 3 and the vicinity of the open end of the second liquid transport pipe 4 are on the same axis as the y axis, and the respective open ends face each other.
  • the opening end of the first liquid transfer pipe 3 is described as a liquid outlet 9 and the opening end of the second liquid transfer pipe is described as a liquid inlet 10.
  • the air gap 11, which is the distance between the liquid outlet 9 and the liquid inlet 10, is variable between O.Omm and 2. Omm.
  • the inner diameters of the first liquid transport pipe 3 and the second liquid transport pipe 4 are preferably about O. Olmm to lmm. As will be described later, when the volume of the droplet generated in the air gap 11 is reduced, or when reproducibility of the volume of the droplet is emphasized, and when a larger volume variable range is desired, the wall thickness is reduced with a smaller inner diameter. It is better to use a simple tube. In this embodiment, a pipe having an inner diameter of 0.5 mm and an outer diameter of 1 mm is used.
  • the pure water 7 is supplied to the first liquid transport pipe 3 using the first liquid feed pump 2 and is sent at a constant speed VI.
  • the inside of the second liquid transport pipe 4 is depressurized by about 1 atm by the suction pump 6 of the aspirator.
  • VI was changed in the range of 0.1 ⁇ L / sec. To 20 ⁇ L / sec.
  • the pure water 7 sent through the first liquid transport pipe 3 reaches the air gap 11 via the liquid outlet 9 as shown in FIG.
  • droplets 12 are generated in the air gap 11.
  • the droplet 12 swelled in a spherical shape reaches the liquid inlet 10 of the second liquid transport pipe 4 as shown in FIG. 2 (D), the second liquid transport pipe 4 as shown in FIG. 2 (E).
  • FIG. 2 (E) Drawn into.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example in which the air compartment 14 is forcibly inserted into the first liquid transport pipe 3 by switching the three-way solenoid 8 at a certain timing using the experimental system of FIG. It is.
  • By inserting the air compartment 14 with timing control it is possible to control the number of the liquid compartments 13 that can keep the liquid amount of the liquid compartment 13 of the pure water 7 described in FIG.
  • Fig. 3 shows an example in which about 20 L of pure water 7 is sucked up by the first liquid pump 2 and then the three-way valve 8 is switched to the air side, and 10 2 L liquid compartments 13 are generated. It is a schematic diagram which shows a result
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a method for controlling the liquid volume in the liquid compartment 13 by controlling the size of the droplet 12.
  • the spherical diameter of the droplet 12 that is, the volume of the droplet 12 to be sorted and the volume of the liquid compartment 13 can be arbitrarily changed.
  • Fig. 4 (A) shows a state in which the air gap 11 interval is 1 mm and a 4 L droplet is generated in the air gap 11!
  • Fig. 4 (B) shows the air gap 11 in Fig. 4 (A) halved. By halving the air gap, it becomes 0. ), A droplet 12 having a liquid volume of 1/3 of 2 can be generated in the air gap 11 parts.
  • the air gap 11 is set to 2 mm or less so that the true spherical structure is maintained.
  • the distance of the air gap 11 is preferably controlled to 0.5 mm or less.
  • the reproducibility of the liquid volume to be sorted is improved by using a tube having a small inner diameter.
  • the force received by the velocity gradient in the vicinity of the liquid outlet 9 increases.
  • the liquid can be cut even with a weak force, so that the place where the droplet 12 is torn off is accurately reproduced.
  • the cross-sectional area of the liquid to be sent is small, it is suitable for a small amount of liquid fractionation.
  • the first liquid transport pipe 3 and the second liquid transport pipe 4 having an inner diameter of 0. Olmm are used, the liquid can be well separated in the range of 500 ⁇ -5 / ⁇ L.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example in which the droplet generating and conveying means described in FIGS. 1 to 4 is applied to a minute amount dispensing.
  • a second liquid feeding pump 15 such as a peristaltic pump or a diaphragm pump is used as a pump for setting the inside of the second liquid transport pipe 4 to a negative pressure.
  • a chamber surrounding the air gap is prepared and the inside of the chamber is pressurized, it can be used as a liquid feed pump.
  • the separated liquid fraction 13 can be dropped on the reaction vessel, the slide glass plate 16 and the membrane.
  • FIG. 5 shows a state of dropping on the glass slide plate 16.
  • DNA professional Prepare a protein probe, control the position of the glass slide plate 16 with an actuator, drop the preparative droplet 17 that has passed through the second liquid transport tube 4 as the liquid compartment 13, and drop it into the V Chips and protein chips can be produced.
  • the means and method of the present embodiment described with reference to Figs. 1 to 5 are based on the microdispenser for microtiter plates, microspotters for DNA chips and protein chips, and protein samples.
  • Matrix-assisted laser desorption ion method can be used as a spotter for pretreatment slides in mass spectrometry systems.
  • a particle manipulation device and method thereof will be described.
  • a method of producing a particle array in the second liquid transfer tube 4 will be taken up.
  • An example of preparing a plurality of types with a fixed particle diameter and a biomolecular probe fixed on the particle surface and arranging them in a row in the second liquid transport pipe 4 in a predetermined order This will be explained using the principle of operation.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the particle manipulation device of the present invention.
  • a particle storage plate 20 On the first plate-shaped member 18, there are a particle storage plate 20 and a plate installation jig 21 in which particles having biological probes that bind to biomolecules such as DNA, RNA, and protein are fixed and held in a plurality of storage portions 19. Installed via the first electric actuator 22 and the second electric actuator 23!
  • the particle storage plate 20 is preferably a 96 (8 ⁇ 12) hole microtiter plate or a 384 (16 ⁇ 24) hole microtiter plate.
  • the position of the particle storage plate 20 is controlled by a first electric actuator 22 movable in the X direction and a second electric actuator 23 movable in the y direction.
  • the plate installation jig 21 is equipped with a vibration generator that can arbitrarily control the amplitude and vibration frequency.
  • a particle trapping nozzle 25 and a particle trapping nozzle installation jig 26 having an inner diameter capable of sucking and holding only one particle at the tip are provided with a third electric actuator 27. Is fixed through.
  • the inner diameter ID of the particle trapping nozzle 25 In order for the particle trapping nozzle 25 to suck and hold only one particle at the tip, when the particle diameter is R, the inner diameter ID of the particle trapping nozzle 25 must satisfy the relationship ID ⁇ R. If the outer diameter of the particle trapping nozzle 25 is OD, the OD should satisfy the relationship of R ⁇ OD and 2R.
  • the particle diameter force S is 100 m
  • the outer diameter of the particle trapping nozzle 25 used often exceeds twice.
  • the vibration generator of the plate installation jig 21 described above is used. At that time, vibration with a frequency of 20Hz or more and an amplitude of 0.1mm or more should be added in the X-axis direction and y-axis direction in the figure.
  • One end of the particle capturing nozzle 25 is connected to a particle suction pump 29 and a particle releasing pressure pump 30 via an electromagnetic three-way valve 28.
  • the first liquid feed pump 2, the first liquid transport pipe 3, the second liquid transport pipe 4, and the suction pump 6 are the same as those described in FIG.
  • the first liquid feed pump 2 sends pure water stocked in the liquid container 1 to the first liquid transport pipe 3 (not shown).
  • the second liquid conveying tube 4 is connected to the third liquid conveying tube 31 via the first socket 32, and the third liquid conveying tube 4
  • the liquid transfer pipe 31 is connected to the suction pump 6.
  • the first socket 32 is a member that can be handled integrally with the second liquid transport pipe 4 and has one side that is slightly smaller than the diameter of the particles to be handled that is smaller than the inner diameter of the second liquid transport pipe 4. It is desirable to have a square hole. Furthermore, it is preferable that the cross-sectional shape is uneven. As a result, the particles do not get stuck in the first socket 32, and the flow path resistance can be lowered. Further, by inserting the first socket 32 between the second liquid transport pipe 4 and the third liquid transport pipe 31, the particles can be held inside the second liquid transport pipe 4.
  • the inner diameter ID of the second liquid transfer tube 4 needs to satisfy the relationship of R ⁇ ID and 2R.
  • the inner diameter ID of the second liquid transfer tube 4 can be about 0.15 mm.
  • a commercially available glass capillary having an inner diameter of 0.15 mm and an outer diameter of 0.38 mm can be used.
  • the reason for using glass material for the second liquid transfer tube 4 is that the particle array This is because the autofluorescence is the smallest over a wide wavelength range during the fluorescence measurement of the used assembly.
  • the material may be changed depending on the application. For example, in measurement using bioluminescence or chemical light emission, using a transparent plastic tube does not work.
  • Example 5 explains the fluorescence measurement of Atsey using a particle array.
  • the vibration generators of the pressurizing pump 30, the first liquid feeding pump 2, the suction pump 6, and the plate installation jig 21 are controlled by a control device (computer) 33.
  • FIGS. 7 (A) to 7 (G) show that, using the particle manipulating device of FIG. 6 of the present invention, one particle 35 from a plurality of particles stored together with the solution 34 is stored in the storage unit 19.
  • It is a cross-sectional schematic diagram which shows the process to capture
  • the first liquid transport pipe 3 and the second liquid transport pipe 4 have an inner diameter of 150 / ⁇ ⁇ and an outer diameter of 500 m.
  • the solution 34 is pure water. Of course, the solution 34 may be pure water, buffer solution, alcohol or the like. For the sake of simplicity, no vibration is applied to the particle storage plate 20 here.
  • the first portion of the container 19 that holds the target particles 35 is positioned so as to face the opening of the particle trapping nozzle 25 in the z direction.
  • the state in which the particle storage plate 20 is moved by the electric actuator 22 and the second electric actuator 23 is shown. This is where the particle trapping nozzle 25 is inserted into the intended storage section 19.
  • the electromagnetic three-way valve 28 is driven so that the particle trapping nozzle 25 and the particle suction pump 29 are connected to bring the tip of the particle trapping nozzle 25 into a negative pressure state.
  • FIG. 7 (B) shows that the particle trapping nozzle installation jig 26 is lowered in the z direction by the control of the third electric actuator 27, and the lower end of the particle trapping nozzle 25 having a negative pressure inside is the storage portion.
  • 19 shows the state of being inserted into the interior. In the inserted state, it is preferable that the tip surface of the particle capturing nozzle 25 is in contact with the bottom of the storage unit 19. This is because when the amount of particles 35 stored is small, the tip of the particle trapping nozzle 25 cannot contact the particles 35, and the trapping efficiency is reduced. At this time, if the particle storage plate 20 is shaken, the particle capturing efficiency of the particle capturing nozzle is improved.
  • the droplet generation method and the liquid transport method are as described in FIG.
  • the particle trapping nozzle 25 moves between the first liquid transport pipe 3 and the second liquid transport pipe 4, the air compartment 14 described in FIG. If the catch nozzle 25 is small enough for the droplet to be formed, the air compartment 14 need not be inserted.
  • the diameter of droplet 12 is R and the outer diameter of particle trapping nozzle 25 is R, the condition of R / R ⁇ 5 is satisfied.
  • FIG. 7C shows a state in which the tip of the particle trapping nozzle 25 is completely extracted from the solution 34 in the storage unit 19 into the atmosphere. At this time, only one particle 35 is held at the tip of the particle capturing nozzle 25. Although not shown, the physical phenomenon described below occurs between the steps of FIG. 7 (B) to FIG. 7 (C).
  • FIGS. 7D and 7E are schematic views showing the moment when the trapped particles 35 are released into the droplets generated in the air gap 11.
  • the pure water 7 of the droplet 12 partially flows toward the particle suction pump also in the nozzle.
  • FIG. 7E when the electromagnetic three-way valve 28 is switched, the particle trapping nozzle 25 is connected to the particle releasing pressurization pump 30, and the inside of the particle trapping nozzle 25 is opened to the atmosphere. As a result, the particles 35 are released into the droplets 12.
  • the air release is controlled by the control device (combination (Uter) 33 is used to synchronize with the droplet generation interval.
  • an image sensor or a line sensor may be used as a detection means for synchronizing. While observing the droplet directly, send a signal to the control device 33 to release it to the atmosphere. Alternatively, the interval between the liquid compartments flowing in the second liquid transport pipe 4 may be monitored, the regularity may be read, and the data may be sent to the control device 33 so that the atmosphere is released to the atmosphere with good timing.
  • the pressurization by the pressurizing pump 30 for releasing the particles is for release to the atmosphere, and the particles 35 are not blown by the pressure. Therefore, it is necessary to set the pressure to be applied and the pressure application time in advance in consideration of the length of the pipe between the particle trapping nozzle 25 and the particle releasing suction pump 30 and the inner diameter of the pipe.
  • FIGS. 7 (F) and 7 (G) are schematic views showing how the particles 35 contained in the droplets 12 are transported to the second liquid transport pipe 4.
  • the encapsulated particles 35 are stably introduced into the second liquid transport pipe 4 without being discharged to the outside due to the surface tension and internal pressure of the droplet 12.
  • FIG. 7 (G) shows a state where the particles 35 are transported along with the liquid compartment 13 in the second liquid transport pipe 4.
  • the particles 35 can be reliably operated and introduced into the second liquid transport pipe 4 one by one.
  • a particle array can be produced by operating this process one particle 35 at a time for each storage section 19 of the particle storage plate 20. If a 384-well microtiter plate is used, 384 types of particle arrays for multi-item inspection can be produced.
  • FIG. 8 shows an example in which the particle array container serving as the second liquid transport tube 4 is replaced with a microchannel chip 36.
  • a particle array can be produced in the microchannel chip 36 by the method shown in FIG.
  • the microchannel chip 36 is generally made of quartz glass or Pyrex (registered trademark) slide glass or PDMS with a particle arrangement channel patterned on the surface by wet etching or the like.
  • a glass substrate made by attaching a glass slide, which must not be processed, to the substrate and bonding it.
  • the particle arrangement channel has a cross-sectional area through which only one particle can pass, and a weir is provided in the arrangement channel end region on the third liquid transport pipe 31 side to prevent the particles from flowing out. ing.
  • a gap is provided between the weir and the particle arrangement channel wall so as not to block the channel.
  • FIG. 9 and FIG. 10 are two examples showing apparatus configurations in which the particle operation means described in FIG. 6 and FIG. 7 are arranged in parallel.
  • the particle trapping nozzles 25 are parallel to the Xz plane and are arranged at regular intervals in the X-axis direction. These openings are all in the same position in the z-axis direction.
  • five first liquid transport pipes 3 and five second liquid transport pipes 4 are provided.
  • the first liquid transport pipe 3 and the second liquid transport pipe 4 are parallel to the xy plane and are arranged at a certain interval in the X-axis direction. These openings are all in the same position in the y-axis direction.
  • the five particle trapping nozzles 25, the five first liquid transport pipes 3 and the five second liquid transport pipes 4 are installed so that each exists on the same y-z plane. is there. On the extension of the central axis of the five particle trapping nozzles 25, the positions of the openings of the five storage portions 19 on the air gap 11 and the particle storage plate 20 correspond to each other!
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which the particles 35 are arranged in the second liquid transport pipe 4 arranged on the XY plane. Exactly, the eighth particle 35 is introduced while being encapsulated in the liquid compartment 13. As described above, by paralleling the particle operation means in FIG. 9, it is possible to simultaneously produce five particle arrays in which the eight kinds of particles 35 are arranged in the second liquid transport pipe 4. In this example, for the sake of simplicity, the force described in the particle storage plate 20 having a storage portion of 5 X 8 is actually a 384-hole titer plate is used for the particle storage plate 20, and the particle trapping nozzle 25, Prepare 16 first liquid transport pipes 3 and 16 second liquid transport pipes 4 each.
  • FIG. 10 shows an example in which a plurality of first liquid transport pipes 3 and second liquid transport pipes 4 are collectively arranged in n layers.
  • the figure shows a structure with three layers stacked in the z-axis direction for simplicity, but many layers can be stacked as space permits.
  • the user can automatically create a 16 X n particle array in one setting. I will become.
  • FIGS. 12 and 13 are used as a particle array for one particle trapping nozzle 25 and one first liquid transport tube 3 in the particle manipulating apparatus described in FIGS. 6 and 7. These are two examples showing an apparatus configuration in which the second liquid transfer pipes 4 are arranged in parallel.
  • Figures 14 (A) to 14 (D) show cross-sectional views taken along the same plane of x—y arranged at 90 ° intervals. Forces related to the outer diameter of the first liquid transfer pipe 3 and the second liquid transfer pipe 4 and also the air gap 11 distance. Up to 24 of these transfer pipes can be installed at intervals of 15 °. Of course, it is not necessary to arrange them at regular intervals.
  • FIG. 14B shows a state in which the particles 35 contained in the droplets are introduced into the second liquid transport pipe 37.
  • FIG. 14C shows a state in which the particles 35 contained in the droplets are introduced into the second liquid transport pipe 38.
  • the particle sorting control as shown in FIGS. 14B and 14C can be changed by the control of the suction pump 6 connected to the second liquid transfer pipe 4. These controls are performed by a control device (computer) 33 based on dedicated software having a timing control function. Specifically, in FIG. 14 (B), only the second liquid transfer pipe 37 is in a negative pressure state, and in FIG. 14 (C), only the second liquid transfer pipe 38 is in a negative pressure state.
  • FIG. 14 (D) is a schematic diagram showing a state in which a particle array is produced in order counterclockwise from the second liquid transport pipe 37.
  • a feature of the apparatus configuration described in FIGS. 12 and 14 is that all the particles 35 in the storage portion 19 of the particle storage plate 20 can be arranged in the second liquid transport pipe 4.
  • a 384-well titer plate is used for the particle storage plate 20, and one first liquid transport pipe 3 and 23 second liquid transport pipes 4 are prepared. This makes it possible to simultaneously produce 23 particle arrays in which 384 types of particles 35 are arranged.
  • a plurality of particle storage plates 20 may be installed on the second electric actuator 23.
  • FIG. 13 shows an example in which a plurality of first liquid transport pipes 3 and second liquid transport pipes 4 are collectively arranged in n layers in the z-axis direction. The figure shows a structure with two layers stacked in the z-axis direction for the sake of simplicity More layers can be stacked as long as the force space allows. This allows the user to automatically create a 23 x n particle array with a single setting.
  • a particle storage plate 20 having m X n storage portions 19, a particle group, and a plurality of types of biomolecular probes such as DNA, RNA, or protein that modify the particles 35 are prepared.
  • the storage units 19 on the particle storage plate 20 to be prepared are arranged at equal intervals at the first center interval in the X direction, and are arranged at equal intervals at the second interval in the y direction perpendicular to the X direction.
  • the storage unit 19 has a circular top opening, a central axis parallel to the z direction, and a circular column with a bottom or a conical hole.
  • a particle storage plate 20 having a plurality of storage portions 19 a commercially available 96-well microtiter plate or 384-well microtiter plate can be used.
  • the size of the particles 35 is preferably a spherical shape having a diameter of 10 m or more when used for the particle capturing nozzle 25 made of glass.
  • the particle 35 prepared in units of several mg is distributed from the particle container 39 to each storage unit 19 of the particle storage plate 20 using a spoon, and each storage unit 19 is stored in units of one row.
  • different types of probes are introduced, and the probes are immobilized on all particle surfaces.
  • n types of biomolecule probes are prepared, the No. 1 biomolecule probe is provided in the first row of m storage units, and the No. 1 biomolecule probe is provided in the second row of m storage units. 2 No. n biomolecule probes were introduced into the m storage units in the n-th row, and the probes were fixed to the particles 35 stored in the respective storage units 19. .
  • the particle storage plate 20 is prepared once when the probe immobilized on the particle 35 is a chemically relatively stable biomolecule such as DNA. Since the particle storage plate 20 can be stored in a desiccator or stored in a refrigerator, it can be prepared.
  • the particle storage plate 20 in which a solution such as pure water is introduced into each storage unit 19 is installed on the plate installation jig 21 of the particle array device of FIG. 9, and a particle array is produced by the operation process described with reference to FIG.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing an example of m particle array containers 41 obtained by using a particle storage plate 20 having m X n storage portions 19 according to this embodiment.
  • the particle array container 41 is the second liquid transport pipe 4.
  • the second particle array container 41 has a hollow thin tube having an inner diameter as an outer diameter. Insert the socket 42 on the open end side. As a result, the movement of particles can be prevented by sandwiching the particle array between the first socket 32 and the second socket 42.
  • a 384-well microtiter plate is used for the particle storage plate 20, and 24 types of DNA-immobilized particles are sequentially arranged using the particle manipulation device shown in FIG. A particle array was simultaneously prepared.
  • Fig. 17 (A) and Fig. 17 (B) it has sequence 1 out of 24 types of probe DNA of 24 types of 18-base synthetic oligonucleotides modified with 5'-thiol groups with different base sequences.
  • a particle array container 41 each having a single-stranded DNA probe 43 and a single-stranded DNA probe 44 having sequence 2 immobilized thereon, Cy3 labeled sequence 3 complementary to sequence 1
  • a sample containing TexasRed-labeled single-stranded target DNA 46 having single-stranded target DNA 45 and sequence 4 complementary to sequence 2 was run to verify whether the target DNA binds to probe DNA as intended. .
  • 20 mM phosphate buffer (pH 7.0) solution 47 containing the solution is flowed into the particle array container 41 where the DNA probe array has been prepared, and a noble hybridization reaction is performed at 45 ° C. went.
  • the liquid feeding was performed using a syringe pump.
  • the residual target DNA that did not contribute to the hybridization reaction was washed with 20 mM phosphate buffer (pH 7.0) solution 47 and pure water in order and dried.
  • each particle in the particle array container 41 is examined with a fluorescence microscope 48 using a Cy3 long pass filter and a Texas Red long pass filter centering on the emission wavelength of Cy 3 and Texas Red. Observed.
  • the predetermined particles emit Cy3 fluorescence 49 and another predetermined particle force TexasRed fluorescence 50, respectively. Observed. This indicates that the single-stranded target DNA 45 is surely hybridized to the single-stranded DNA probe 43 and the single-stranded target DNA 46 is hybridized to the single-stranded DNA probe 44. Thus, it was confirmed that a DNA probe array could be produced in the particle array container 41 without affecting the probe in an arbitrary permutation.
  • an analyzer for detecting the amount of components contained in a sample such as blood or serum white light from a halogen lamp or the like is irradiated onto a reaction solution that is a mixture of a sample and a reagent, and passes through the reaction solution.
  • a reaction solution that is a mixture of a sample and a reagent
  • FIGS. 18 (A) to 18 (E) are schematic views showing a state in which the trace liquid 52 is contained in the oil droplet 51 and conveyed.
  • FIG. 18 (A) shows just before the oil droplet 51 is formed from the first liquid transport pipe 3.
  • FIG. 18B shows that oil has flowed out from the liquid outlet 9 of the first liquid transfer pipe 3 and oil droplets 51 have been generated in the air gap 11.
  • FIG. 18 (C) shows a state in which the minute liquid 53 discharged from the liquid dispensing nozzle 52 is encapsulated in the oil droplet 51 toward the oil droplet 51.
  • the contained micro liquid 53 is retained in the oil droplet 51 and is contained in the second liquid transport pipe 4. Transported.
  • the discharge timing of the minute liquid 53 from the liquid dispensing nozzle 52 is synchronized with the generation of the oil droplet 51 using the control device (computer) 33.
  • An image sensor or a line sensor is preferably used as the detection means for synchronizing. While observing the oil droplet 51 directly, a signal is sent to the control device 33 so that the trace liquid 53 is discharged. Alternatively, the interval between the oil compartments flowing in the second liquid transport pipe 4 is monitored, the regularity is read, the data is sent to the control device 33, and the minute liquid 53 is discharged in a timely manner. Also good
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing an example of the trace liquid operation device of the present invention.
  • the figure shows an example in which the air gap 11 is inserted at two locations, and the sample droplet 57 and the reagent droplet 58 can be supplied into the oil droplet 51 transported from the liquid container 1 at the air gap 11 portion.
  • the first liquid transport pipe 3, the second liquid transport pipe 4, and the detection cell liquid transport pipe 54 are provided with the first liquid feed pump 2, the second liquid feed pump 15, and the third liquid feed pump. It can be transported while holding the liquid compartment.
  • the flow rate condition of each pipe is V1 ⁇ V2 ⁇ V3, and it is easy to use a peristaltic pump for these controls.
  • a light source 55 and a detector 56 are provided in a part of the detection region of the detection cell liquid transport tube, and a mixed liquid of the sample droplet 57 and the reagent droplet 58 mixed in the oil droplet 51. Measure the absorbance at 59.
  • the spectroscope and the condenser lens are omitted from the drawing.
  • the reason why the oil droplet 51 is used in this embodiment is to prevent contamination in the transport pipe and crossover during continuous measurement. By using oil, it is possible to prevent the sample or reagent from adsorbing to the wall of the transfer tube.

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Abstract

 粒子のみならず、液体試料を含めた被搬送物を、効率よく搬送または分取する装置を提供する。第1の液体搬送管3の液体を送液速度V1で供給し、エアーギャップ11を介して設置された第2の液体搬送管4の開口端へ向かって液滴を生成する。液滴内に粒子を遊離することにより、粒子は液滴に内包される。第2の液体搬送管内は送液速度V2で吸引しており、V1<V2の関係から、第2の液体搬送管の開口端10に到達した液滴は、吸引により引きちぎられ、第2の液体搬送管で液区画を形成する。これにより、気液界面の表面張力で保持された液区画内の粒子はその区画とともに安定に粒子アレイ容器内へ運び込むことができる。

Description

液滴生成搬送方法及び装置、並びに粒子操作装置
技術分野
[0001] 本発明は、液滴の生成とその搬送技術、また、液滴を用いた粒子や微量液体試料 等の被搬送物の操作技術に関する。
背景技術
[0002] ゲノム計画の進展とともに DNAやタンパク質レベルで生体を理解し、病気の検査 や生命現象を理解しょうとする動きが活発化してきた。生命現象の理解や遺伝子の 働きを調べるには遺伝子の発現状況を調べることが有効である。この遺伝子の発現 状況を調べるのに有力な方法として、スライドガラス等の固体表面上に数多くの DN Aプローブやタンパク質プローブを種類毎に区分けして固定したプローブアレイ、い わゆる DNAチップ、プロテインチップが用いられてきている。チップを作る方法として は、光化学反応と半導体工業で広く使用されるリソグラフィーを用いて、区画された 多数のセルに設計された配列のオリゴマーを 1塩基ずつ合成して 、く方法 (Science 2 51, 767-773 (1991))、及び複数種類のプローブを各区画に 1つ 1つ植え込んでいく 方法(Science 270, 467-470 (1995); Nat. Biotechnol. 18, 438-441 (2000))がある。
[0003] チップの作製にあたっては、何れの方法も 1枚 1枚のアレイ毎に、 DNAプローブや タンパク質プローブを固定するか、 DNAプローブに特化すれば、オリゴマーを 1塩基 ずつ合成する必要があり、製作に手間と時間がかかり、コスト高になる。また、プロ一 ブを固体表面に液滴として載せるのが一般的である力 区画ごとにばらつきが出る、 プローブ種の組み合わせの変更が容易でない、使用者が容易に操作できない、等 の問題がある。
[0004] 以上の課題を解決するために、粒子に DNAプローブやタンパク質プローブを固定 したものを用意し、これら複数種類の粒子を集めたプローブアレイ、すなわち粒子ァ レイが提案されている(Clinical Chemistry 43, 1749-1756 (1997); Nucleic Acids Rese arch 30, e87 (2002) ;米国特許第 6,023,540号明細書)。粒子を用いたプローブアレイ の利点は、溶液中の化学反応を利用したプローブ固定方法が利用できるため、粒子 毎にプローブ密度にばらつきのないプローブアレイを作製することができることである
[0005] DNAチップ、プロテインチップでは、オリゴマー作製位置もしくは各プローブのスポ ット位置によりプローブ種を識別する方法をとつているが、プローブ固定化粒子を用 いたプローブアレイでは、プローブ毎に色分けした粒子を用いる方法(Clinical Chemi stry 43, 1749-1756 (1997);米国特許第 6,023,540号明細書)、又はキヤビラリ内やマ イクロ流路チップ内に、並べる順序でプローブ種を識別する方法 (Nucleic Acids Res earch 30, e87 (2002)、特許第 3593525号、特開 2005-17224号公報)をとつている。
[0006] 従来の DNAチップ、プロテインチップでは、計測試料中に含まれる複数種類の定 量解析に、半日から一日の時間を費やして、チップ上に固定したオリゴマー又は DN Aプローブ、タンパク質プローブと反応させる。一方、キヤビラリ内に粒子を並べたプ ローブアレイ(Nucleic Acids Research 30, e87 (2002))、即ち粒子アレイでは、計測試 料をキヤビラリ内に強制的に流す。粒子アレイは、従来法と比較して遺伝子検査時間 を短縮できる可能性が高いため、比較的大規模な臨床検査センターでの使用だけ でなぐ病院や、現場での簡易計測、いわゆる Point of Care Testing (POCT)に使用 できる計測技術である。例えば、緊急な診断が要求される感染症、細菌検査等での 病原微生物ゲノムの自己に存在しない外来遺伝子の迅速な検出手段として使用す ることが期待できる。
[0007] キヤビラリ内に並べる順序でプローブ種を識別する方法(Nucleic Acids Research 3 0, e87 (2002))をとる粒子アレイの実用化にあたっては、任意のプローブ固定化粒子 を検査用途に合わせて選択し、思 、通りに配列する方法を確立することが必須であり 、幾つかの方法が提案された。例えば、粒子を 1個ずつ制御しながら液体の流れを 利用してキヤビラリ内に流し込む方法 (特開平 11-243997号公報)や、粒子が 1つしか 入らな 、微細な穴が設けられたシート上に、溶媒とともに導入された複数の粒子の中 力も 1つの粒子だけを保持して、保持したままシートをキヤビラリあるいは平板に設け た溝の位置まで移動して並べていく方法 (特開 2000-346842号公報)がある。しかし ながら、これらの方法は、気泡の影響で粒子をうまく取り込めない場合が多ぐ確実性 や操作性に問題があった。 [0008] そこで、同一プローブが固定された複数の粒子が溶液とともにストックされた容器の 中から、粒子捕捉ノズルを用いて、粒子捕捉ノズルの先端吸引部に 1個だけ捕捉して 操作する方法が提案された(特許第 3593525号、特開 2005-17224号公報、 Analytical Chemistry 75, 3250-3255 (2003))。この方法により、意図した順番に粒子を配列す ることができるよう〖こなった。
特許文献 1:米国特許第 6,023,540号明細書
特許文献 2:特開平 11-243997号公報
特許文献 3:特開 2000-346842号公報
特許文献 4:特許第 3593525号
特許文献 5:特開 2005-17224号公報
非特許文献 1 : Science 251, 767-773 (1991)
非特許文献 2 : Science 270, 467-470 (1995)
非特許文献 3 : Nat. Biotechnol. 18, 438-441 (2000)
非特許文献 4 : Clinical Chemistry 43, 1749-1756 (1997)
非特許文献 5 : Nucleic Acids Research 30, e87 (2002)
非特許文献 6 nalytical Chemistry 75, 3250-3255 (2003)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 粒子捕捉ノズルを用いた粒子捕捉法では、捕捉した粒子を粒子捕捉ノズル先端か ら遊離し、キヤビラリ内やマイクロ流路チップ内に導入していくことで粒子アレイを作製 する。粒子の導入には、これまで空気の流れや水流を使用していた力 連続流体で は、遊離した粒子がその流れに追従しない場合があり、キヤビラリの入口付近や、マ イクロ流路チップの入口付近に、粒子が長い時間停滞する現象が見られる。この現 象は粒子アレイを作製する上で、スループットが低くなるだけでなぐ粒子が配列され ているかどうかを逐次確認する検出手段を備えなければ、粒子の配列順序に誤りが 生じてしまうという問題が生じる。特に、キヤビラリ内ゃ流路内に配列した粒子の数に 比例して、上述の問題の頻度が高くなることがわ力つてきている。これは、粒子の配 列個数に比例してキヤビラリ内ゃ流路内の流路抵抗は大きくなるため、粒子の配列 数に伴って粒子を引き込むのに必要な力が小さくなるからである。
[0010] 本発明は、上述した課題について、解決する手段と方法を提供することを目的とす る。また、粒子のみならず、液体試料を含めた被搬送物を、効率よく搬送または分取 する装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明では、キヤビラリの入口、またはマイクロ流路チップの入口で液滴を生成し、 粒子捕捉ノズルの先端カゝら遊離した粒子を該液滴に内包して、キヤビラリ内やマイク ロ流路チップ内へ粒子を導入する。ー且、粒子が液滴に内包されると、気液界面の 表面張力により、液滴力 外へ放出されにくくなるため、粒子は安定に液滴と一緒に 搬送される。
[0012] まず、液滴生成搬送手段につ!、て説明する。液体を搬送する管 (液体搬送管)を 2 本以上用意する。簡単のため、ここでは 2本のみ用意したシステムについて説明する 。以下、 2本の液体搬送管を各々第 1の液体搬送管、第 2の液体搬送管と記述する。 第 1の液体搬送管の一端を、液体容器に挿入し、圧力送液ポンプを用いて、容器内 の液体を吸水し、送液速度 VIで、第 1の液体搬送管の他端へ向かって送液する。他 端は、大気開放になっており、第 1の液体搬送管内を通過した液体は他端力 一定 速度で流出する。流出時の初期段階では、液体は表面張力により球状の滴 (液滴) を形成する。一方、第 2の液体搬送管は、その一端を吸引ポンプに繋げておき、送液 速度を V2で液体搬送管内を陰圧にしておく。第 2の液体搬送管の他端は、液体が 接触することで、液体を吸水し、第 2の液体搬送管内を搬送できる。
[0013] 第 1の液体搬送管他端の液体流出口と第 2の液体搬送管他端の液体流入口を近 づけると、液体流出ロカ 流出した液滴が重力落下の影響を受けずに液体流入口 に到達する距離であれば、第 1の液体搬送管から第 2の液体搬送管へと液体を移し 、搬送することができる。以下、液体流出口と液体流入口の間隔をエアーギャップと 記述する。ここで、送液速度、 VI、 V2に注目し、 VI <V2の関係を維持すると、第 2 の液体搬送管に吸引された液滴はエアーギャップ部で引きちぎられることになる。こ れにより、第 1の液体搬送管から供給されてきた連続流体は、エアーギャップ部で液 滴を生成し、第 2の液体搬送管内では、液体と気体 (空気)の断続流を形成すること になる。
[0014] 次に、粒子捕捉手段について説明する。粒子捕捉手段は、複数の粒子の入った溶 液を収納する粒子収納容器と、先端に粒子を捕捉する細長い粒子捕捉ノズルと、粒 子捕捉ノズルに連結した吸引機と加圧機、粒子捕捉ノズルの先端部を容器中の溶液 に挿入し、引き上げるためのァクチユエ一タとを有する。粒子捕捉ノズルの先端に開 口する孔は粒子の直径より小さい。生体分子プローブを表面に固定した粒子が複数 入った溶液中に、先端に粒子の直径より小さい孔が開口している粒子捕捉ノズルを 挿入し、粒子捕捉ノズルの先端に吸引力を作用させる。こうして、先端に 1個の粒子 を吸引保持した粒子捕捉ノズルを容器の溶液から弓 Iき出し、粒子捕捉ノズルの先端 に吸引保持している粒子に圧力をかけて遊離する。
[0015] 本発明による粒子操作装置は、先に説明した液滴生成搬送手段と粒子補足手段 を具備した形態であり、具体的には、第 1の液体搬送管とその管に液体を供給する 第 1の送液手段と、第 2の液体搬送管と液体を吸引搬送する第 2の送液手段と、複数 の粒子が入った溶液を収納する複数の容器を保持するステージとそのステージを移 動させるァクチユエータ、先端に前記粒子の直径より小さい孔が開口した粒子捕捉ノ ズルと、粒子捕捉ノズルを駆動するァクチユエータ、粒子捕捉ノズルの先端に正又は 負の圧力を発生させる吸引加圧手段と、これらをコントロールする制御部を備えてい る。
[0016] 粒子捕捉ノズルは、第 1の液体搬送管と第 2の液体搬送管の間のエアーギャップ内 を、第 1の液体搬送管と第 2の液体搬送管に接触しないように移動する位置関係を有 して 、る。粒子捕捉ノズルが移動する方向の延長上にある粒子ストック容器から粒子 を、吸引機の駆動により粒子捕捉ノズルの先端に捕捉し、エアーギャップ部まで、ノ ズル先端を移動させ、その後、エアーギャップに形成されている液滴へ、加圧機の駆 動により粒子捕捉ノズル先端に捕捉されている粒子を遊離する。遊離された粒子は、 液滴に接触することで内包され、第 2の液体搬送管内へと搬送される。
[0017] 第 2の液体搬送管を、粒子アレイ容器として用いるキヤビラリやマイクロ流路チップ に置き換えることで、液滴に内包された粒子を確実にキヤビラリ内ゃ流路内へ誘導で き、粒子アレイを作製することができる。この方法は、気液界面の表面張力を利用し た方法であるため、粒子を流し込む流速に依存せず、粒子を運び込むことができる。
[0018] また、粒子捕捉手段を液体試料の微量分注手段に置き換え、液滴生成搬送手段 で供給する液体に液体試料と不混和なものを使用することで、微量液体サンプルの 搬送、分取等への応用も可能である。さらに、液滴生成搬送手段を単体として用いた 場合、第 1の液体搬送管と第 2の液体搬送管で形成されるエアーギャップの間隔を 制御することで液滴のヴォリュームを制御できる特徴を持つ微量分注機としても活用 できる。
発明の効果
[0019] 本発明によれば、生体分子を固定した粒子を確実に 1個ずつ粒子アレイ容器内へ 導入、配列でき、異なる粒子を複数個並べた粒子アレイを、低い製造コストで高効率 に作製することができる。また、本発明の装置を用いて、液体試料の微量分取が可能 なため、粒子のみならず液体を含む被搬送物を簡便に操作できるようになる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]本発明の液滴生成法、断続流体搬送法を示す模式図。
[図 2]本発明による液体搬送の原理を示す模式図。
[図 3]第 2の液体搬送管に 2 Lの液区画を 10個生成した結果を示す模式図。
[図 4]エアーギャップ部に生成する液滴の大きさを制御する方法の例を示す模式図。
[図 5]本発明の応用例としての微量分注装置を示す模式図。
[図 6]本発明の粒子操作装置を示す模式図。
[図 7(A)]目的とする収納部へ粒子捕捉ノズルを挿入する直前の状態を示す模式図。
[図 7(B)]内部を負圧にした粒子捕捉ノズルを収納部に挿入した状態を示す模式図。
[図 7(C)]粒子捕捉ノズル先端に粒子を 1個だけ保持している状態を示す模式図。
[図 7(D)]液滴へ粒子を遊離する直前の状態を示す模式図。
[図 7(E)]液滴へ粒子を遊離した状態を示す模式図。
[図 7(F)]液滴に内包された粒子を第 2の液滴搬送管へ搬送する様子を示す模式図。
[図 7(G)]液区画に内包された粒子を搬送する状態を示す模式図。
[図 8]粒子アレイ容器としてマイクロ流路チップを用いた本発明の粒子操作装置の模 式図。 [図 9]粒子操作手段を並列化した本発明の装置形態の一例を示す模式図。
[図 10]粒子操作手段を並列化した本発明の装置形態の一例を示す模式図。
[図 11]5本の第 2の液体搬送管に粒子を並べている様子を示す模式図。
[図 12]第 2の液体搬送管を並列化した本発明の装置形態の一例を示す模式図。
[図 13]第 2の液体搬送管を並列化した本発明の装置形態の一例を示す模式図。
[図 14(A)]第 1の液体搬送管と第 2の液体搬送管を放射状に並べた形態を示す模式 図。
[図 14(B)]液滴に内包した粒子を第 2の液体搬送管に導入する状態を示す模式図。
[図 14(C)]液滴に内包した粒子を第 2の液体搬送管に導入する状態を示す模式図。
[図 14(D)]複数の第 2の液体搬送管に粒子アレイを作製している状態を示す模式図。
[図 15]粒子の調製法及び粒子収納プレートの構成例の説明図。
[図 16]粒子を配列した m本の粒子アレイ容器の断面模式図。
[図 17(A)]粒子アレイを用いたハイブリダィゼーシヨン実験の形態を示す模式図。
[図 17(B)]ハイブリダィゼーシヨン後に蛍光検出する様子を示す模式図。
[図 18(A)]オイルが第 1の液体搬送管を流れる様子を示す模式図。
[図 18(B)]オイル液滴の生成の様子を示す模式図。
[図 18(C)]分注ノズルから吐出した微量液体をオイル滴に内包する様子を示す模式 図。
[図 18(D)]微量液体を内包したオイル滴が第 2の液体搬送管へ移動する瞬間の様子 を示す模式図。
[図 18(E)]液区画に内包された粒子を搬送する状態を示す模式図。
[図 19]本発明の微量液体操作装置の一例を示す模式図。
符号の説明
1 液体容器
2 第 1の送液ポンプ
3 第 1の液体搬送管
4 第 2の液体搬送管
5 液体収集容器 吸引ポンプ
純水
三方バノレブ
液体流出口
液体流入口
エアーギャップ 液滴
液区画
空気区画
第 2の送液ポンプ スライドガラス平板 分取液滴
第 1の板状部材 収納部
粒子収納プレート プレート設置治具 第 1の電動ァクチユエータ 第 2の電動ァクチユエータ 第 2の板状部材 粒子捕捉ノズル 粒子捕捉ノズル設置治具 第 3の電動ァクチユエータ 電磁三方バルブ 粒子吸引用ポンプ 粒子遊離用加圧ポンプ 第 3の液体搬送管 第 1のソケット
制御装置 (コンピュータ) 34 溶液
35 粒子
36 マイクロ流路チップ
37 第 2の液体搬送管
38 第 2の液体搬送管
39 粒子容器
40 プローブ固定化粒子
41 粒子アレイ容器
42 第 2のソケット
43 配列 1を有する一本鎖 DNAプローブ
44 配列 2を有する一本鎖 DNAプローブ
45 配列 3を有する一本鎖ターゲット DNA
46 配列 4を有する一本鎖ターゲット DNA
47 20mMリン酸バッファー
48 蛍光顕微鏡
49 Cy3の蛍光
50 TexasRedの蛍光
51 オイル滴
52 液体分注ノズル
53 微量液滴
54 検出セル用液体搬送管
55 光源
56 検出器
57 試料液滴
58 試薬液滴
59 混合液
60 バルブ
発明を実施するための最良の形態 [0022] 以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
実施例 1
[0023] 本実施例では、本発明の液滴生成法と断続流体搬送法を、純水を用いた実験をも とに説明する。
[0024] 図 1は、本発明の液滴生成法、断続流体搬送法の実験系を示す概略模式図である 。本実験系は、液体容器 1、第 1の送液ポンプ 2、第 1の液体搬送管 3、第 2の液体搬 送管 4、液体収集容器 5、吸引ポンプ 6で構成されている。液体容器 1には、純水 7を ストックしている。また、液体容器 1と第 1の送液ポンプ 2の間には、三方バルブ 8が揷 入されている。ここでは、第 1の送液ポンプ 2にはペリスタポンプを、吸引ポンプ 6には ァスピレータを用いている。し力し、ペリスタポンプの代わりにダイヤフラムポンプ、ァ スピレータの代わりにペリスタポンプ、ダイヤフラムポンプ、ロータリーポンプ、油回転 ポンプ等を使用しても良い。
[0025] 第 1の液体搬送管 3の開口端付近と第 2の液体搬送管 4の開口端付近は、 y軸の同 一軸上にあり、各々の開口端は対向している。第 1の液体搬送管 3の開口端を液体 流出口 9、第 2の液体搬送管の開口端を液体流入口 10と以下記述する。液体流出 口 9と液体流入口 10の間隔であるエアーギャップ 11は、 O.Ommから 2. Ommまでの 間で可変である。
[0026] 第 1の液体搬送管 3と第 2の液体搬送管 4の内径は、 O.Olmmから lmm程度が好 適である。後述するが、エアーギャップ 11中に生成する液滴のヴォリュームを小さくし た ヽ場合や液滴のヴォリューム再現性を重視する場合、さらにヴォリューム可変レン ジを大きく取りたい場合には、小さい内径で肉薄な管を使用する方が良い。本実施 例では、内径 0.5mm、外径 lmmの管を使用している。
[0027] 純水 7は、第 1の送液ポンプ 2を用いて、第 1の液体搬送管 3に供給され、一定速度 VIで送る。一方、第 2の液体搬送管 4内は、ァスピレータの吸引ポンプ 6により 1気圧 程度減圧させる。このときの流速 V2 = 20 L/se であった。本実施例では、 VIを 0 . 1 μ L/sec.から 20 μ L/sec.の範囲で変化させた。
[0028] 図 2 (A)〜図 2 (F)は、図 1の実験系を用いた液体搬送の原理を示した模式図であ る。ここでの条件は、 Vl = 5 ;z L/sec, V2 = 20 μ L/sec,エアーギャップ 1. 5mmで ある。図 2 (A)に示すように第 1の液体搬送管 3内を送られてきた純水 7は、図 2 (B) のように液体流出口 9を経てエアーギャップ 11に到達し、 02(C)のようにエアーギヤ ップ 11中に液滴 12が生成される。球状に膨らんだ液滴 12は、図 2 (D)に示すように 第 2の液体搬送管 4の液体流入口 10に到達すると、図 2 (E)に示すように第 2の液体 搬送管 4内に引き込まれる。 VKV2であるため、第 1の液体搬送管 3の液体流出口 9付近の流速と、第 2の液体搬送管 4の液体流入口 10付近の流速との間に大きな速 度勾配が生じる。液滴 12は表面張力により球形を保とうとする力が働くため、液滴生 成開始位置である液体流出口 9付近には最も大きな速度勾配が生じる。これにより、 液の流れの向きと垂直な方向にせん断力が生じる。このため、図 2 (E)に示すように、 液滴は液区画 13として引きちぎられる。その後、図 2 (F)に示すように、空気と純水 7 の断続流体となって、第 2の液体搬送管 4の中を流れていくことが確認できる。 VI < 20 /z L/sec.の条件下では、図 2と同様の結果が得られ、流速に比例して、液滴生成 速度は早くなる。液滴 12の大きさは、エアーギャップ 11の距離で制御されるため、ほ ぼ一定量の液区画 13が第 2の液体搬送管 4内で生成される。
[0029] 図 3は、図 1の実験系を用いて、三方ノ レブ 8をあるタイミングで切り替えて、空気区 画 14を第 1の液体搬送管 3に強制的に挿入した一例を示す模式図である。ここでの 条件は、 νΐ = 5 ΐ73Θ。.、 ν2 = 20 ΐ73Θ。.、エアーギャップ 11は 1. 5mmである。 空気区画 14をタイミング制御して挿入することにより、図 2で述べた純水 7の液区画 1 3の液量を一定にできるだけでなぐ液区画 13の数を制御できるようになる。図 3は、 約 20 L分の純水 7を第 1の送液ポンプ 2で吸い上げた後、三方バルブ 8を空気側 に切り替えた例で、 2 Lの液区画 13が、 10個生成された結果を示す模式図である
[0030] 図 4は、液滴 12の大きさを制御し、液区画 13の液体ヴォリュームを制御する方法の 一例を示す模式図である。エアーギャップ 11の間隔を制御することにより、液滴 12の 球径、つまり、分取したい液滴 12、液区画 13のヴォリュームを任意に変えることがで きる。図 4 (A)ではエアーギャップ 11間隔を lmmとし、 4 Lの液滴をエアーギャップ 11に生成した状態を示して!/、る。図 4 (A)のエアーギャップ 11の間隔を半分にした のが図 4 (B)である。エアーギャップを半分にすることで、 0. に、つまり、図 4 (A )と比較して、 2の 3乗分の 1の液量の液滴 12をエアーギャップ 11部に生成することが できる。純水 7や緩衝液の液滴 12の場合、 2mm以下では、強い表面張力は重力の 影響を受けずに真球となるため、精度良ぐ一定量の分取が可能である。これにより、 第 2の液体搬送管 4内へ、予め目的とした正確な液量の液区画 13を操作できる。一 方、エアーギャップが 2mmを越えると、重力の影響を受け、液滴 12は真球とならず、 重力方向へ垂れ下がった歪な球体となる。歪な球体は、振動や、空気の流れに敏感 になるため、液滴 12の形状、すなわち、ヴォリュームが再現しに《なる。最悪のケー スでは、液滴 12は、第 2の液体搬送管 4の液体流入口 10に到達できず、落下してし まう。このように、 2mmを超えると分取量にばらつきが生じてしまうため、真球構造が 保たれる 2mm以下にエアーギャップ 11を設定するのが好適である。他の液体、血清 等の生体試料や、オイルでは、エアーギャップ 11の距離を 0. 5mm以下で制御する のが好適である。
[0031] 先に述べたように、内径の小さい管を使用することで、分取する液体ヴォリュームの 再現性が向上する。液体流出口 9付近の速度勾配により受ける力が大きくなる、言い 換えれば、弱い力でも液体を切断できるようになるため、液滴 12が引きちぎられる場 所が確度よく再現する。また、送られてくる液体の断面積が小さいため、液体分取の 微量ィ匕において好適である。ただし、管の断面に液体が吸着して、液が広がらないよ うにするために、外径の小さい、肉薄な管を使用した方が良い。肉厚な管を使用する 場合には、管の断面を撥水処理しておく。内径 0. Olmmの第 1の液体搬送管 3と第 2の液体搬送管 4を使用した場合で、 500ρΙ^〜5 /ζ Lの範囲で良好に液体を分取で きる。
[0032] 図 5は、図 1〜図 4で説明した液滴生成搬送手段を微量分注に応用した一例を示 す模式図である。第 2の液体搬送管 4内を陰圧にするためのポンプとして、吸引ボン プ 6の代わりにペリスタポンプやダイヤフラムポンプ等の第 2の送液ポンプ 15を使用 する。また、エアーギャップ部を囲むチャンバを用意し、チャンバ内を加圧状態にして も送液ポンプとして使用できる。これらの代替ポンプを使用することで、分取した液区 画 13を、反応容器やスライドガラス平板 16、さらに、メンブレン上に滴下できるように なる。図 5では、スライドガラス平板 16に滴下している状態を示している。 DNAプロ一 ブゃタンパク質プローブを用意し、スライドガラス平板 16の位置をァクチユエータで 制御しながら液区画 13として第 2の液体搬送管 4を通過した分取液滴 17を滴下して V、くことで、 DNAチップやプロテインチップを作製できる。
[0033] 以上、図 1〜図 5で説明した本実施例の手段および方法は、マイクロタイタープレー トへの微量分注機や、 DNAチップ、プロテインチップの微量スポッター、さらに、たん ばく質のマトリックス支援レーザ脱離イオンィ匕法—質量分析システムの前処理スライド へのスポッターとして使用できる。
実施例 2
[0034] 本実施例では、粒子操作装置およびその方法にっ 、て説明する。ここでは、第 2の 液体搬送管 4内に粒子アレイを作製する方法を取り上げる。粒子径は一定で、粒子 表面に生体分子プローブを固定したものを複数種類用意し、それらを予め定めた順 列で第 2の液体搬送管 4内に一列に配列する例を、装置構成図と動作原理を用いて 説明する。
[0035] 図 6は、本発明の粒子操作装置の一例を示す模式図である。第 1の板状部材 18の 上には、 DNA、 RNA、タンパク質等の生体分子と結合する生体プローブを固定した 粒子を複数の収納部 19に保持した粒子収納プレート 20とプレート設置治具 21が、 第 1の電動ァクチユエータ 22、第 2の電動ァクチユエータ 23を介して設置されて!、る
[0036] 図 6では、簡単のために、 X方向に 5個、 y方向に 8個で合計 5 X 8 =40個の収納部 19を有する粒子収納プレート 20を設置した例を示している力 粒子収納プレート 20 としては、 96 (8 X 12)穴マイクロタイタープレートや 384 (16 X 24)穴マイクロタイタ 一プレートが好適である。粒子収納プレート 20の位置は、 X方向に移動可能な第 1の 電動ァクチユエータ 22と y方向に移動可能な第 2の電動ァクチユエータ 23により制御 される。プレート設置治具 21には、振幅と振動周波数を任意に制御できる振動発生 機が備わっている。
[0037] 第 2の板状部材 24には、先端部に粒子を 1個だけ吸引して保持できる内径を持つ 粒子捕捉ノズル 25と粒子捕捉ノズル設置治具 26が、第 3の電動ァクチユエータ 27を 介して固定されている。 [0038] 粒子捕捉ノズル 25が先端部に粒子を 1つだけ吸引して保持するためには、粒子の 直径を Rとする時、粒子捕捉ノズル 25の内径 IDは、 ID《Rなる関係を満たせば良く 、粒子捕捉ノズル 25の外径を ODとする時、 ODは、 R≤ODく 2Rなる関係を満たせ ばよい。粒子の直径力 S 100 mの時、内径 50 /ζ πι、外径 100 mもしくは 150 m のガラス製又はステンレス製のキヤビラリを粒子捕捉ノズル 25として用いるのが妥当 である。ただし、 10 m程度の小さい粒子を扱う場合、使用する粒子捕捉ノズル 25 の外径が 2倍を超える場合が多い。このとき、先述したプレート設置治具 21の振動発 生機を使用する。その際、周波数 20Hz以上、振幅 0. 1mm以上の振動を図の X軸 方向、 y軸方向に付加すると良い。
[0039] 粒子捕捉ノズル 25の一端は、電磁三方バルブ 28を介して、粒子吸引用ポンプ 29 と粒子遊離用加圧ポンプ 30に繋がっている。第 1の送液ポンプ 2、第 1の液体搬送管 3、第 2の液体搬送管 4、吸引ポンプ 6は、図 1で説明したものと同様である。第 1の送 液ポンプ 2は、図示しな ヽ液体容器 1にストックされた純水を第 1の液体搬送管 3に送 液する。
[0040] 図 1で説明した液体生成搬送手段の構成と異なり、第 2の液体搬送管 4は、第 3の 液体搬送管 31と第 1のソケット 32を介して接続されており、第 3の液体搬送管 31が吸 引ポンプ 6に繋がっている。第 1のソケット 32は、第 2の液体搬送管 4と一体で取扱え る部材であり、第 2の液体搬送管 4の内径よりも小さぐ扱う粒子の直径よりもやや小さ い 1辺を有する四角形の孔を有しているのが望ましい。さらに、断面形状上に凹凸が ある方が好ましい。これにより、粒子が、第 1のソケット 32にはまり込むことがなくなり、 流路抵抗を低くすることができる。また、この第 1のソケット 32を、第 2の液体搬送管 4 と第 3の液体搬送管 31との間に挿入することにより、粒子は、第 2の液体搬送管 4内 部に保持できる。
[0041] 第 2の液体搬送管 4は、粒子の直径を Rとする時、第 2の液体搬送管 4の内径 IDは 、 Rく IDく 2Rなる関係を満たしているものを用いる必要がある。例えば、粒子の直径 Rが 0. 1mmであるときは、第 2の液体搬送管 4の内径 IDは、 0. 15mm程度でよぐ 例えば、内径 0. 15mm外径 0. 38mmの市販のガラスキヤビラリを使用するのがー 般的である。ここで、第 2の液体搬送管 4にガラス材を使用する理由は、粒子アレイを 用いたアツセィの蛍光計測時に、広い波長範囲に渡って、最も自家蛍光が小さいか らである。もちろん、用途によって材料を変えても良い。例えば、生物発光や化学発 光を利用した計測では、透明なブラスティック製チューブを用いても力まわない。粒 子アレイを用いたアツセィの蛍光計測については、実施例 5で説明する。
[0042] 図 6に示す全システムにおける駆動部である第 1の電動ァクチユエータ 22、第 2の 電動ァクチユエータ 23、第 3の電動ァクチユエータ 27、電磁式三方弁 28、粒子吸引 用ポンプ 29、粒子遊離用加圧ポンプ 30、第 1の送液ポンプ 2、吸引ポンプ 6、プレー ト設置治具 21の振動発生機は、制御装置 (コンピュータ) 33により総括的に制御され る。
[0043] 図 7 (A)〜図 7 (G)は、本発明の図 6の粒子操作装置を用いて、収納部 19に溶液 3 4とともに収納された複数の粒子から 1個の粒子 35を捕捉する工程を示す断面模式 図である。ここでの条件は、 Vl = 5 ;z L/se 、 V2 = 20 μ L/se 、エアーギャップ lm m、粒子 35の直径は 100 μ m、粒子捕捉ノズル 25の内径は 50 μ m、外径は 100 μ mである。また、第 1の液体搬送管 3、第 2の液体搬送管 4の内径は 150 /ζ πι、外径は 500 mである。なお、溶液 34は純水である。もちろん、溶液 34は、純水、緩衝液、 アルコールなどでも良い。粒子収納プレート 20には、ここでは、説明を簡単にするた め振動は印加しない。
[0044] 07 (A)は、 目的とする粒子 35を保持して ヽる収納部 19の開口部が粒子捕捉ノズ ル 25の開口部と z方向で対向する位置にくるように、第 1の電動ァクチユエータ 22と 第 2の電動ァクチユエータ 23で粒子収納プレート 20を移動させた状態を示している。 まさに、 目的とする収納部 19へ粒子捕捉ノズル 25が挿入されるところである。このと き、粒子捕捉ノズル 25と粒子吸引用ポンプ 29が連結するように、電磁式三方弁 28を 駆動し、粒子捕捉ノズル 25の先端を負圧状態にする。
[0045] 図 7 (B)は、第 3の電動ァクチユエータ 27の制御により、粒子捕捉ノズル設置治具 2 6が z方向に下降し、内部を負圧にした粒子捕捉ノズル 25の下端が収納部 19の内部 に挿入された状態を示している。挿入した状態では、粒子捕捉ノズル 25の先端面が 、収納部 19の底に接する程度が良い。これは、粒子 35の収納量が少ない場合に、 粒子捕捉ノズル 25の先端が粒子 35と接触できず、捕捉効率が低下するからである。 このとき、粒子収納プレート 20を振とうさせると、粒子捕捉ノズルによる粒子の捕捉効 率が向上する。
[0046] 液滴生成法、液体搬送法は、図 2で説明したとおりである。もちろん、粒子捕捉ノズ ル 25が第 1の液体搬送管 3と第 2の液体搬送管 4の間を移動するときに、タイミングよ く図 3で説明した空気区画 14を入れても良いが、粒子捕捉ノズル 25が形成される液 滴に対して十分に小さい場合は、空気区画 14を挿入する必要はない。液滴 12の直 径を R、粒子捕捉ノズル 25の外径を Rとしたときに、 R /R≥ 5の条件を満たしてい
0 1 0 1
る場合には、粒子捕捉ノズル 25は、液滴 12の第 2の液体搬送管 4への到達を妨げな いからである。一方、 R /Rく 5の条件を満たしている場合では、粒子捕捉ノズル 25
0 1
が第 2の液体搬送管 4への到達を妨害するため、空気区画 14を挿入する必要がある 。本説明では簡単のために、液滴を連続で生成している場合での粒子操作を示した
[0047] 図 7 (C)は、収納部 19の溶液 34から、粒子捕捉ノズル 25の先端を完全に大気中 へ抜き出した状態を示している。このとき、粒子捕捉ノズル 25の先端には、粒子 35が 1個だけ保持されている。図 7 (B)から図 7 (C)の工程の間では、図示していないが、 以下説明する物理現象が起こって 、る。
[0048] 図 7 (B)から粒子捕捉ノズル 25を図 7 (C)の位置まで移動させる間、溶液 34中では 、粒子捕捉ノズル 25と粒子 35の間では液架橋構造や静電気が生じ、余分な粒子 35 が粒子捕捉ノズル 25の外壁に吸着する。ただし、溶液 34と大気の間の気液界面に 働く表面張力により、余分な粒子 35は、溶液 34中へと削ぎ落とされるため、粒子捕 捉ノズル 25が大気中に露出した時には、粒子 35は、吸引で保持されている粒子捕 捉ノズル 25の開口部に 1個のみ保持される。
[0049] 図 7 (D)、 (E)は、捕捉した粒子 35をエアーギャップ 11中に生成した液滴へ遊離 する瞬間を示す模式図である。図 7 (D)の状態では、粒子捕捉ノズル 25は吸引状態 のままであることから、液滴 12の純水 7は、ノズル内へも粒子吸引用ポンプに向かつ て一部流れている。図 7 (E)で、電磁式三方弁 28を切り替えると、粒子捕捉ノズル 25 は粒子遊離用加圧ポンプ 30へと繋がり、粒子捕捉ノズル 25内部は大気開放の状態 となる。これにより、粒子 35は液滴 12内へ遊離する。大気開放は、制御装置 (コンビ ユータ) 33を用いて液滴の生成間隔と同期させる。同期させるための検出手段として 、画像センサや、ラインセンサを用いるのが良い。液滴を直接観察しながら、制御装 置 33に信号を送って、大気開放させるようにする。または、第 2の液体搬送管内 4を 流れる液区画の間隔をモニタリングして、規則性を読み取り、そのデータを制御装置 33に送って、タイミングよく大気開放するようにしても良い。また、粒子遊離用加圧ポ ンプ 30による加圧は、大気開放のためであって、粒子 35を圧力で飛ばすわけでは ない。従って、粒子捕捉ノズル 25と粒子遊離用吸引ポンプ 30間の配管の長さと、配 管の内径を考慮して、加える圧力と圧力印加時間を予め設定しておく必要がある。
[0050] 図 7 (F)と図 7 (G)は、液滴 12に内包された粒子 35が、第 2の液体搬送管 4へ搬送 される様子を示す模式図である。内包された粒子 35は、液滴 12の表面張力と内圧 により外へ放出されることなぐ安定に第 2の液体搬送管内 4へ導入される。図 7 (G) は、第 2の液体搬送管 4内を粒子 35が、液区画 13と共に搬送されている様子を示し ている。
[0051] 図 7 (A)〜図 7 (G)で説明した動作工程により、確実に、粒子 35を 1個ずつ操作し、 第 2の液体搬送管 4内へ導入することができる。本工程を粒子収納プレート 20の収 納部 19ごとに 1個ずつ粒子 35を操作していくことで、粒子アレイを作製できる。 384 穴マイクロタイタープレートを用いれば、 384種類の多項目検査用粒子アレイを作製 できる。
[0052] 図 8は、第 2の液体搬送管 4となる粒子アレイ容器をマイクロ流路チップ 36に置き換 えた一例を示している。これにより、マイクロ流路チップ 36内にも図 7の方法で、粒子 アレイを作製できる。マイクロ流路チップ 36の詳細は図示していないが、一般的に、 ウエットエッチング等により表面に粒子配置流路をパター-ングした石英ガラスやパイ レックス (登録商標)製のスライドガラスあるいは PDMSからなる基板に、加工して ヽ ないスライドガラスを密着させ、接着することにより作製したものを言う。粒子配置流路 は、粒子が 1個だけ通過できる断面積を有し、第 3の液体搬送管 31側の配置流路末 端領域には、粒子が流出しないようにするための堰が設けられている。堰と粒子配置 流路の流路壁の間には、流路を閉塞しないように隙間が設けられている。
実施例 3 [0053] 図 9と図 10は、図 6、図 7で説明した粒子操作手段を並列化した装置形態を示す 2 つの例である。
[0054] 図 9は、 5本の粒子捕捉ノズル 25を粒子捕捉ノズル設置治具 26に設置している。
粒子捕捉ノズル 25は、 X— z平面に平行で、 X軸方向にある一定の間隔で並んでいる 。また、これらの開口部は全て z軸方向で同位置にある。また、第 1の液体搬送管 3と 第 2の液体搬送管 4も各々 5本設置している。第 1の液体搬送管 3と第 2の液体搬送 管 4は、 x—y平面に平行で、 X軸方向にある一定の間隔で並んでいる。また、これら の開口部は全て y軸方向で同位置にある。 5本の粒子捕捉ノズル 25と 5本の第 1の液 体搬送管 3と 5本の第 2の液体搬送管 4は、各々が、同一の y—z平面上に存在するよ うに設置してある。 5本の粒子捕捉ノズル 25の中心軸の延長上に、エアーギャップ 11 と粒子収納プレート 20上の 5つの収納部 19の開口部の位置がそれぞれ対応して!/ヽ る。
[0055] 図 11は、 X— y平面上に 5本並べた第 2の液体搬送管 4内に粒子 35が並んでいく 様子を示している模式図である。まさに、 8個目の粒子 35が液区画 13に内包されな がら、導入されるところである。このように、図 9の粒子操作手段並列化により、 8種類 の粒子 35を配列した粒子アレイを第 2の液体搬送管 4内に 5本同時に作製すること が可能となる。本実施例では、簡単のため、 5 X 8の収納部を持つ粒子収納プレート 20で説明している力 実際には、粒子収納プレート 20に 384穴タイタープレートを使 用し、粒子捕捉ノズル 25、第 1の液体搬送管 3、第 2の液体搬送管 4を各 16本用意 する。これにより、 24種類の粒子 35を配列した粒子アレイを 16本同時に作製できる ようになる。もちろん、 25種類以上のたくさんの異種粒子を第 2の液体搬送管 4内に 並べたい場合、粒子収納プレート 20を第 2の電動ァクチユエータ 23上に複数枚、設 置すれば良い。
[0056] 図 10は、第 1の液体搬送管 3と第 2の液体搬送管 4をさらに複数本、まとめて n層配 置した一例である。図は、簡単のため z軸方向に 3層積み上げた構造を示しているが 、空間が許すかぎり、多くの層を積み上げることが可能である。例えば、粒子収納プ レート 20に 384穴タイタープレートを使用し、粒子捕捉ノズル 25を 16本使用すること により、ユーザは一回のセッティングで、 16 X n本の粒子アレイを自動で作製できるよ うになる。
実施例 4
[0057] 図 12と図 13は、図 6、図 7で説明した粒子操作装置において、一本の粒子捕捉ノ ズル 25と一本の第 1の液体搬送管 3に対して、粒子アレイとして使用する第 2の液体 搬送管 4を並列化した装置形態を示す 2つの例である。
[0058] 図 12の説明を簡単にするため、第 1の液体搬送管 3と 3本の第 2の液体搬送管 4を
90° 間隔で並べた x—y同一平面で切り取った断面図を図 14 (A)〜図 14 (D)に示 す。第 1の液体搬送管 3と第 2の液体搬送管 4の外径、さらにエアーギャップ 11距離 にも関係する力 これらの搬送管は 15° 刻みの間隔で、最大 24本まで設置可能で ある。もちろん、規則的に均等な間隔でこれらを並べる必要はない。
[0059] 図 14 (B)は、液滴に内包された粒子 35を第 2の液体搬送管 37に導入している状 態を示している。一方、図 14 (C)は、液滴に内包された粒子 35を第 2の液体搬送管 38に導入して 、る様子を示して 、る。図 14 (B)と図 14 (C)のような粒子の分取制御 は、第 2の液体搬送管 4に連結された吸引ポンプ 6の制御により変更できる。これらの 制御は、タイミングコントロール機能を有する専用のソフトウェアをもとに制御装置 (コ ンピュータ) 33で行う。具体的には、図 14 (B)では、第 2の液体搬送管 37のみが陰 圧状態であり、図 14 (C)では、第 2の液体搬送管 38のみが陰圧状態になっており、 その時、他の第 2の液体搬送管 4は、図 12に示したノ レブ 60を独立に制御して閉回 路を形成することにより、吸引ポンプ 6による陰圧化を遮断している。図 14 (D)は、第 2の液体搬送管 37から反時計周りに順番に粒子アレイを作製している様子を示す模 式図である。
[0060] 図 12と図 14で説明した装置形態の特徴は、粒子収納プレート 20の収納部 19内の 全ての粒子 35を第 2の液体搬送管 4内に配列できることである。例えば、粒子収納プ レート 20に 384穴タイタープレートを使用し、第 1の液体搬送管 3を一本、第 2の液体 搬送管 4を各 23本用意する。これにより、 384種類の粒子 35を配列した粒子アレイを 23本同時に作製できるようになる。もちろん、 385種類以上の異種粒子を並べたい 場合には、粒子収納プレート 20を第 2の電動ァクチユエータ 23上に複数枚、設置す れば良い。 [0061] 図 13は、第 1の液体搬送管 3と第 2の液体搬送管 4をさらに複数本、まとめて z軸方 向に n層配置した一例である。図は、簡単のために z軸方向に 2層積み上げた構造を 示している力 空間が許すかぎり、さらに多くの層を積み上げることが可能である。こ れにより、ユーザは一回のセッティングのみで、 23 X n本の粒子アレイを自動で作製 でさるよう〖こなる。
実施例 5
[0062] 本実施例では、図 9の装置を用いた、 DNAの検出を目的とした粒子アレイの作製 と、作製した粒子アレイを用いた反応実験と蛍光検出実験の一例を示す。
[0063] まず、図 15を用いて、表面に生体分子を固定した粒子の調製方法について説明 する。 m X n個の収納部 19を有する粒子収納プレート 20と、粒子群と、粒子 35を修 飾する複数種の DNA、 RNA又はタンパク質等の生体分子プローブとを用意する。 用意する粒子収納プレート 20上の収納部 19は、 X方向に第 1の中心間隔で等間隔 に配置されており、 X方向と直交する y方向に第 2の間隔で等間隔に配置されている 。収納部 19は円形の上部開口を持ち、 z方向に平行な中心軸を持ち、底部を持つ円 柱、又は円錐の穴の形状をしている。このような複数の収納部 19を有する粒子収納 プレート 20としては、市販の 96穴マイクロチタ一プレートや 384穴マイクロタイタープ レートを用いることができる。粒子 35のサイズは、ガラス製の粒子捕捉ノズル 25に用 いる場合、好適には直径 10 m以上の球状のものを使用するのが好ましい。
[0064] 粒子容器 39から、薬さじを用いて粒子収納プレート 20の各収納部 19に、数 mg単 位で用意した粒子 35を分配し、収納部 19の 1列を単位として、又は各収納部 19に、 異なる種類のプローブを導入して、全ての粒子表面にプローブを固定させる。これに より、収納部 19の位置によりプローブの種類が対応づけられたプローブ DNA固定ィ匕 粒子 40を複数種保持した粒子収納プレート 20を用意できる。
[0065] 本例では、 n種類の生体分子プローブを用意し、第 1列の m個の収納部には No.l の生体分子プローブを、第 2列の m個の収納部には No.2の生体分子プローブを、 - - - -、第 n列の m個の収納部には No.nの生体分子プローブを導入して、各収納部 19 に収納された粒子 35にプローブを固定した。粒子収納プレート 20は、粒子 35に固 定したプローブが DNA等の化学的に比較的安定な生体分子の場合、一度作製した 粒子収納プレート 20をデシケータ内で保存、もしくは冷蔵庫で保存できるため、作り 置きが可能である。各収納部 19に純水等の溶液を導入した粒子収納プレート 20は、 図 9の粒子配列装置のプレート設置治具 21に設置され、図 7で説明した動作工程に より粒子アレイを作製する。
[0066] 図 16は、本実施例により、 m X n個の収納部 19を持った粒子収納プレート 20を用 Vヽて得られる m本の粒子アレイ容器 41の例を模式的に示した断面図である。粒子ァ レイ容器 41とは、第 2の液体搬送管 4のことである。この段階では、粒子アレイ容器 4 1内に導入した粒子 35がこぼれ出さず、且つ、整然と配列された状態を保つように、 粒子アレイ容器 41の内径を外径とする中空の細管を持つ第 2のソケット 42を開放端 側に挿入する。これにより、第 1のソケット 32と第 2のソケット 42で、粒子アレイを挟み こんで粒子の移動を阻止できる。
[0067] 次に、粒子を用いた DNAプローブアレイで、ハイブリダィズさせる使用例を図 17 ( A)、図 17 (B)を参照して説明する。
[0068] まず、粒子収納プレート 20に 384穴マイクロタイタープレートを使用し、図 9の粒子 操作装置を用いて、 24種類の DNA固定化粒子を順番に配列し、 16本の粒子アレイ 容器 41内に粒子アレイを同時作製した。
[0069] 図 17 (A)、図 17 (B)では、塩基配列の異なる 24種類の 5'—チオール基修飾した 18ベースの合成オリゴヌクレオチドの 24種類のプローブ DNAのうち、配列 1を有す る一本鎖 DNAプローブ 43を固定した粒子及び配列 2を有する一本鎖 DNAプロ一 ブ 44を固定した粒子をそれぞれ有する粒子アレイ容器 41に、配列 1に相補的な Cy 3標識した配列 3を有する一本鎖ターゲット DNA45及び配列 2に相補的な配列 4を 有する TexasRed標識した一本鎖ターゲット DNA46を含む試料を流して、プローブ D NAにターゲット DNAが意図のとおりに結合するかどうかを検証した。
[0070] (配列 1) 5,— thio VTCTGACT' · -GCTCCTC-3'
(配列 2) 5, -thiol-CTACCTGC · · · CTGGACG- 3,
(配列 3) 5 ' - Cy3- GAGGAGCC · · · GTCAGAT- 3 '
(配列 4) 5, - TexasRed- CGTCCAGG · · · CAGGTAG- 3,
一本鎖ターゲット DNA45と一本鎖ターゲット DNA46をそれぞれ 1 μ Μの濃度で 含んだ 20mMリン酸バッファー(pH7. 0)溶液 47を、図 17 (A)に示すように、 DNA プローブアレイが作製されている粒子アレイ容器 41内に流し、 45°Cでノヽイブリダィゼ ーシヨン反応を行った。送液は、シリンジポンプを用いて行った。反応後、ハイブリダ ィゼーシヨン反応に寄与しなかった残留ターゲット DNAを 20mMリン酸バッファー(p H7. 0)溶液 47と純水で順に洗浄し乾燥させた。その後、水銀ランプを光源とし、 Cy 3と TexasRedの発光波長を中心とした Cy3用ロングパスフィルターと TexasRed用ロン グノ スフィルターを順に用いて、粒子アレイ容器 41内の各粒子を蛍光顕微鏡 48によ り観察した。
[0071] その結果、図 17 (B)に示す通り、並んだ粒子のうち、所定の粒子が Cy3の蛍光 49 を、さらに他の所定の粒子力TexasRedの蛍光 50をそれぞれ発して 、るのを観察した 。このことは、一本鎖 DNAプローブ 43に対して一本鎖ターゲット DNA45が、一本鎖 DN Aプローブ 44に対して一本鎖ターゲット DNA46が確実にハイブリダィズしたこと を示しており、この粒子操作装置により、任意の順列で、プローブに影響を与えず、 粒子アレイ容器 41内に DNAプローブアレイを作製できることを確認した。
実施例 6
[0072] 血液や血清等の試料中に含まれる成分量を検出する分析装置として、ハロゲンラ ンプ等からの白色光を試料と試薬との混合液である反応液に照射し、反応液を透過 してきた光を回折格子で分光して必要な波長成分を取り出し、その吸光度を割り出 すことで目的の成分量を測定する分光分析技術があるが、近年、試薬コスト削減のた め、微量ィ匕のニーズが高まってきている。本実施例では、被搬送物に微量液体を用 いた例について説明する。
[0073] 図 18 (A)から図 18 (E)は、オイル滴 51中に微量液体 52を内包して、搬送する様 子を示す模式図である。図 18 (A)は、まさに、第 1の液体搬送管 3からオイル滴 51が 形成される直前を示している。図 18 (B)は、第 1の液体搬送管 3の液体流出口 9から オイルが流出し、オイル滴 51がエアーギャップ 11に生成されたところである。図 18 ( C)は、オイル滴 51内に向かって、液体分注ノズル 52から吐出した微量液体 53が、 オイル滴 51に内包される様子を示している。図 18 (D)から図 18 (E)に示すように、 内包された微量液体 53はオイル滴 51内に保持されたまま、第 2の液体搬送管 4内に 運搬される。
[0074] 液体分注ノズル 52からの微量液体 53の吐出タイミングは、制御装置(コンピュータ) 33を用いてオイル滴 51の生成と同期させる。同期させるための検出手段として、画 像センサや、ラインセンサを用いるのが良い。オイル滴 51を直接観察しながら、制御 装置 33に信号を送って、微量液体 53を吐出させるようにする。または、第 2の液体搬 送管 4内を流れるオイル区画の間隔をモニタリングして、規則性を読み取り、そのデ ータを制御装置 33に送って、タイミングよく微量液体 53の吐出するようにしても良い
[0075] 図 19は、本発明の微量液体操作装置の一例を示す模式図である。図では、 2箇所 にエアーギャップ 11を挿入した例であり、液体容器 1から搬送してきたオイル滴 51中 に、試料液滴 57と試薬液滴 58をエアーギャップ 11部で供給することができる。第 1 の液体搬送管 3、第 2の液体搬送管 4、検出セル用液体搬送管 54には、第 1の送液 ポンプ 2、第 2の送液ポンプ 15、第 3の送液ポンプが備え付けてあり、液区画を保持 しながら搬送できるようになつている。各管の流速条件は、 V1 <V2≤V3であり、これ らの制御にはペリスタポンプを使用するのが簡便である。
[0076] 検出セル用液体搬送管の一部の検出領域には、光源 55と検出器 56が設けられて おり、オイル滴 51内で混合された試料液滴 57と試薬液滴 58の混合液 59の吸光度 を測定する。ここでは、簡単のため、分光器や集光レンズは図から省略している。本 実施例でオイル滴 51を使用した理由は、搬送管中でのコンタミネーシヨンや、連続計 測の際のクロスオーバーを防ぐためである。オイルを使用することで、試料や試薬が 搬送管の壁に吸着することを防ぐことができる。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1の液体搬送管と、
前記第 1の液体搬送管に液体を供給し送液するための第 1の送液手段と、 前記第 1の液体搬送管の液体流出口にエアーギャップを介して液体流入口が配置 された第 2の液体搬送管と、
前記第 2の液体搬送管の前記液体流入ロカ 液体を吸引し前記第 2の液体搬送 管内を搬送するための第 2の送液手段とを有し、
前記第 1の送液手段によって前記第 1の液体搬送管内を流れる液体の送液速度 V 1と、前記第 2の送液手段によって前記第 2の液体搬送管内を流れる液体の搬送速 度 V2との関係は VI < V2であり、
前記第 1の液体搬送管の液体流出口から流出して前記エアーギャップに生成され た液滴が前記第 2の液体搬送管の液体流入口から吸引され、前記第 2の液体搬送 管内を空気と液体の断続流体として搬送されることを特徴とする液滴生成搬送装置。
[2] 請求項 1記載の液滴生成搬送装置において、前記第 1の液体搬送管の液体流出 口と前記第 2の液体搬送管の液体流入口は、同軸上に対向するように配置されてい ることを特徴とする液滴生成搬送装置。
[3] 請求項 1記載の液滴生成搬送装置において、前記第 1の液体搬送管と第 2の液体 搬送管はそれぞれ同一平面上に複数本並べられ、前記第 1の液体搬送管と第 2の 液体搬送管の各々は一対一で対応して ヽることを特徴とする液滴生成搬送装置。
[4] 請求項 3記載の液滴生成搬送装置にお 、て、前記第 1の液体搬送管と第 2の液体 搬送管は、前記平面と垂直な方向に複数層配置されていることを特徴とする液滴生 成搬送装置。
[5] 請求項 1記載の液滴生成搬送装置において、前記エアーギャップは 2mm以下で あることを特徴とする液滴生成搬送装置。
[6] 請求項 1記載の液滴生成搬送装置にぉ 、て、 1つの液体流出口と複数の液体流入 口が前記エアーギャップの中心力 等距離に位置するように 1本の前記第 1の液体 搬送管と複数の前記第 2の液体搬送管が放射状に配置され、前記第 1の液体搬送 管から流出して前記エアーギャップに生成された液滴を吸引する前記第 2の液体搬 送管を選択する手段を有することを特徴とする液滴生成搬送装置。
[7] 請求項 1記載の液滴生成搬送装置において、前記第 1の液体搬送管に供給される 液体は、水、緩衝液、生体分子試料、又はオイルであることを特徴とする液滴生成搬 送装置。
[8] 請求項 1記載の液滴生成搬送装置において、前記第 1の液体搬送管に空気を導 入し送液されて 、る液体を空気によって区切る手段と、前記第 1の液体搬送管に空 気を導入するタイミングを制御する手段と、前記第 2の液体搬送管に断続的に供給さ れる一定ヴォリュームを有する一定数の液区画を当該第 2の液体搬送管の前記液体 流入口と反対側の開放端から流出させる微量分注手段を有すること特徴とする液滴 生成搬送装置。
[9] 請求項 1記載の液滴生成搬送装置において、前記エアーギャップの間隔を制御す ることにより前記液滴のヴォリュームを制御することを特徴とする液滴生成搬送装置。
[10] 第 1の液体搬送管と、
前記第 1の液体搬送管に液体を供給し送液するための第 1の送液手段と、 前記第 1の液体搬送管の液体流出口にエアーギャップを介して液体流入口が配置 された第 2の液体搬送管と、
前記第 2の液体搬送管の前記液体流入ロカ 液体を吸引し前記第 2の液体搬送 管内を搬送するための第 2の送液手段と、
粒子を収容する粒子収容部と、
先端に前記粒子収容部内に収容された粒子を捕捉して移動することのできる粒子 捕捉ノズルと、
前記粒子捕捉ノズル内の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記粒子捕捉ノズルの先端を前記粒子収容部と前記エアーギャップの間に移動さ せる粒子捕捉ノズル移動手段とを有し、
前記第 1の送液手段によって前記第 1の液体搬送管内を流れる液体の送液速度 V 1と、前記第 2の送液手段によって前記第 2の液体搬送管内を流れる液体の搬送速 度 V2との関係は VI < V2であり、
前記第 1の液体搬送管の液体流出口から流出して前記エアーギャップに生成され た液滴は前記第 2の液体搬送管の液体流入口から吸引され、前記第 2の液体搬送 管内を空気と液体の断続流体として搬送され、
前記粒子収容部から前記粒子捕捉ノズルの先端に吸引捕捉された 1個の粒子を、 前記粒子捕捉ノズル移動手段によって前記エアーギャップに生成された液滴の位置 に移動し、前記圧力制御手段による圧力制御によって前記粒子捕捉ノズル力 遊離 させ、前記液滴に内包させて前記第 2の液体搬送管内に搬送することを特徴とする 粒子操作装置。
[11] 請求項 10記載の粒子操作装置において、生体プローブが固定化されていることを 特徴とする粒子操作装置。
[12] 請求項 10記載の粒子操作装置にお ヽて、前記微粒子捕捉ノズルの数は、前記第 1の液体搬送管の数と同数、もしくはそれより少ないことを特徴とする粒子操作装置。
[13] 請求項 10記載の粒子操作装置にぉ 、て、複数の粒子収納部を有し各粒子収納部 にそれぞれ生体プローブ固定化粒子が収納された粒子収納プレートを有し、前記複 数の粒子収納部に収納された生体プローブ固定化粒子を定められた順序で前記第 2の液体搬送管へ搬送して、前記第 2の液体搬送管内あるいは前記第 2の液体粒子 搬送管に接続された粒子配列容器内にプローブアレイを作製することを特徴とする 粒子操作装置。
[14] 請求項 13記載の粒子操作装置において、前記第 2の液体搬送管内あるいは前記 粒子配列容器の内径は、前記生体プローブ固定化粒子の直径より大きぐ前記直径 の 2倍未満であることを特徴とする粒子操作装置。
[15] 請求項 13記載の粒子操作装置において、前記粒子収納プレートを保持して移動 するステージを有し、前記粒子捕捉ノズル移動手段は前記粒子捕捉ノズルを上下方 向に移動させ、前記ステージは前記粒子収納プレートを水平方向に移動させること を特徴とする粒子操作装置。
[16] 請求項 10記載の粒子操作装置にお 、て、 1つの液体流出口と複数の液体流入口 が前記エアーギャップの中心力 等距離に位置するように 1本の前記第 1の液体搬 送管と複数の前記第 2の液体搬送管が放射状に配置され、前記第 1の液体搬送管 力 流出して前記エアーギャップに生成された液滴を吸引する前記第 2の液体搬送 管を選択する手段を有することを特徴とする粒子操作装置。
[17] 第 1の液体搬送管と、
前記第 1の液体搬送管に液体を供給し送液するための第 1の送液手段と、 前記第 1の液体搬送管の液体流出口にエアーギャップを介して液体流入口が配置 された第 2の液体搬送管と、
前記第 2の液体搬送管の前記液体流入ロカ 液体を吸引し前記第 2の液体搬送 管内を搬送するための第 2の送液手段と、
液体サンプルを添加する微量分注手段とを有し、
前記第 1の送液手段によって前記第 1の液体搬送管内を流れる液体の送液速度 V 1と、前記第 2の送液手段によって前記第 2の液体搬送管内を流れる液体の搬送速 度 V2との関係は VI < V2であり、
前記第 1の液体搬送管の液体流出口から流出して前記エアーギャップに生成され た液滴が前記第 2の液体搬送管の液体流入口から吸引され、前記第 2の液体搬送 管内を空気と液体の断続流体として搬送され、
前記微量分注手段は、前記エアーギャップに生成された液滴中に液体試料を添加 することを特徴とする微量液体搬送装置。
[18] 請求項 17記載の液体搬送装置において、前記第 1の液体搬送管に供給される液 体は前記液体試料と不混和であることを特徴とする微量液体搬送装置。
[19] 第 1の液体搬送管に液体を送液する工程と、
前記第 1の液体搬送管の開口端部の液体流出口に液滴を生成させる工程と、 第 2の液体搬送管の開口端部の液体流入ロカ 前記液滴を吸引する工程とを有し 前記第 1の液体搬送管内を流れる液体の送液速度 VIと前記第 2の液体搬送管内 を流れる液体の送液速度 V2の関係を VI < V2とすることにより、前記第 2の液体搬 送管の開口端部の液体流入口に到達した液滴を前記第 2の液体搬送管内へ空気と 液体の断続流体として搬送することを特徴とする液滴生成搬送方法。
[20] 請求項 19記載の液滴生成搬送方法において、前記第 1の液体搬送管の開口端部 の液体流出口と前記第 2の液体搬送管の開口端部の液体流入口との間のエアーギ ヤップの間隔を調整することにより前記液滴のヴォリュームを制御することを特徴とす る液滴生成搬送方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012042309A (ja) * 2010-08-18 2012-03-01 Sony Corp 生理活性物質採取装置
JP2015142784A (ja) * 2010-03-26 2015-08-06 株式会社湯山製作所 分注装置
JP2015527592A (ja) * 2012-09-06 2015-09-17 エフ.ホフマン−ラ ロッシュ アーゲー 試料を緩衝液に分注するシステム
KR20180095441A (ko) * 2015-12-18 2018-08-27 인텔리전트 바이러스 이미징 아이엔씨. 서브-비져블의 고정밀 정량화
JP2022037655A (ja) * 2020-08-25 2022-03-09 株式会社オンチップ・バイオテクノロジーズ 粒子の純化方法、単一粒子分注方法、及び細胞クラスター解析方法、並びそれに用いる装置

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2808118C (en) 2010-07-22 2016-04-19 Kieran Curran Composite liquid cells
US10422614B2 (en) * 2012-09-14 2019-09-24 Henkel IP & Holding GmbH Dispenser for applying an adhesive to a remote surface
AU2013350823B2 (en) 2012-11-27 2017-11-16 Gencell Biosystems Ltd. Handling liquid samples
WO2014125591A1 (ja) * 2013-02-14 2014-08-21 株式会社島津製作所 微細パターニング用表面化学処理装置
CN106029885A (zh) 2014-02-10 2016-10-12 基因细胞生物系统有限公司 复合液体池(clc)介导的核酸文库制备装置及其使用方法
WO2015173658A2 (en) * 2014-05-14 2015-11-19 Mark Davis Microfluidic devices that include channels that are slidable relative to each other and methods of use thereof
CN110945139B (zh) 2017-05-18 2023-09-05 10X基因组学有限公司 用于分选液滴和珠的方法和系统
US10544413B2 (en) 2017-05-18 2020-01-28 10X Genomics, Inc. Methods and systems for sorting droplets and beads
US10610865B2 (en) 2017-08-22 2020-04-07 10X Genomics, Inc. Droplet forming devices and system with differential surface properties
CN107926766B (zh) * 2017-10-17 2023-07-14 杭州晶雁电子科技有限公司 一种自动移动的方法
WO2019083852A1 (en) 2017-10-26 2019-05-02 10X Genomics, Inc. MICROFLUIDIC CHANNEL NETWORKS FOR PARTITIONING
US20190162180A1 (en) * 2017-11-30 2019-05-30 Tornatech Inc. System and method for detecting failure of a pressure sensor in a fire pump system
CN108080046A (zh) * 2018-01-29 2018-05-29 苏州昊通仪器科技有限公司 液滴生成装置和方法
CN110339876B (zh) * 2019-06-27 2021-04-30 昆明理工大学 一种基于液滴寄存的肿瘤细胞筛查微流控装置及筛查方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11243997A (ja) * 1998-03-05 1999-09-14 Hitachi Ltd Dnaプローブアレー
JP2000346842A (ja) * 1999-04-12 2000-12-15 Hitachi Ltd 微粒子を用いたプローブアレーの作製方法及び装置
JP2002544494A (ja) * 1999-05-11 2002-12-24 アクララ バイオサイエンシーズ, インコーポレイテッド サンプル蒸発コントロール
JP3593525B2 (ja) * 2002-04-19 2004-11-24 株式会社日立製作所 微粒子アレー作製方法およびその装置
JP2005017224A (ja) * 2003-06-27 2005-01-20 Hitachi Ltd ビーズアレイチップ作製装置及び作製方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2260840A1 (en) * 1996-07-26 1998-02-05 Thomas C. Tisone Dispensing apparatus having improved dynamic range
US6023540A (en) * 1997-03-14 2000-02-08 Trustees Of Tufts College Fiber optic sensor with encoded microspheres
JP3711988B2 (ja) 2003-05-12 2005-11-02 株式会社日立製作所 微粒子アレー分析システム、微粒子アレーキットおよび化学分析方法
JP3818277B2 (ja) 2003-07-14 2006-09-06 株式会社日立製作所 化学反応デバイス、化学反応システムおよび化学反応方法
JP4520359B2 (ja) * 2005-05-13 2010-08-04 日立ソフトウエアエンジニアリング株式会社 粒子捕捉装置、並びに粒子配列方法及び粒子配列装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11243997A (ja) * 1998-03-05 1999-09-14 Hitachi Ltd Dnaプローブアレー
JP2000346842A (ja) * 1999-04-12 2000-12-15 Hitachi Ltd 微粒子を用いたプローブアレーの作製方法及び装置
JP2002544494A (ja) * 1999-05-11 2002-12-24 アクララ バイオサイエンシーズ, インコーポレイテッド サンプル蒸発コントロール
JP3593525B2 (ja) * 2002-04-19 2004-11-24 株式会社日立製作所 微粒子アレー作製方法およびその装置
JP2005017224A (ja) * 2003-06-27 2005-01-20 Hitachi Ltd ビーズアレイチップ作製装置及び作製方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NODA H. AND OBARA K.: "Capillary Shinku Pincet o Mochiita Tan'itsu Beads Hosokuho", 2004 NEN SHUNKI DAI 51 KAI OYO BUTSURIGAKU KANKEI RENGO KOENKAI KOEN YOKOSHU, vol. 3, 28 March 2004 (2004-03-28), pages 1436, 28P-ZD-10, XP003009695 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015142784A (ja) * 2010-03-26 2015-08-06 株式会社湯山製作所 分注装置
JP2012042309A (ja) * 2010-08-18 2012-03-01 Sony Corp 生理活性物質採取装置
JP2015527592A (ja) * 2012-09-06 2015-09-17 エフ.ホフマン−ラ ロッシュ アーゲー 試料を緩衝液に分注するシステム
KR20180095441A (ko) * 2015-12-18 2018-08-27 인텔리전트 바이러스 이미징 아이엔씨. 서브-비져블의 고정밀 정량화
JP2019502093A (ja) * 2015-12-18 2019-01-24 インテリジェント ヴァイルス イメージング インコーポレイテッド サブビジブル粒子の高精度定量化
KR102150748B1 (ko) * 2015-12-18 2020-09-01 인텔리전트 바이러스 이미징 아이엔씨. 서브-비져블의 고정밀 정량화
JP2022037655A (ja) * 2020-08-25 2022-03-09 株式会社オンチップ・バイオテクノロジーズ 粒子の純化方法、単一粒子分注方法、及び細胞クラスター解析方法、並びそれに用いる装置
JP7440905B2 (ja) 2020-08-25 2024-02-29 株式会社オンチップ・バイオテクノロジーズ 粒子の純化方法、単一粒子分注方法、及び細胞クラスター解析方法、並びそれに用いる装置

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