特開 2018-202310 液滴処理方法、液滴処理基板、及び液滴接触用治具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-202310(P2018-202310A)

(43)【公開日】2018年12月27日

(54)【発明の名称】液滴処理方法、液滴処理基板、及び液滴接触用治具

(51)【国際特許分類】

   B01J 19/00 20060101AFI20181130BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20181130BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20181130BHJP

【ＦＩ】

   B01J19/00 321

   G01N37/00 101

   G01N37/00 103

   C12M1/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-109223(P2017-109223)

(22)【出願日】2017年6月1日

(71)【出願人】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(74)【代理人】

【識別番号】100111567

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 寛

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】特許業務法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小西 聡

【テーマコード（参考）】

4B029

4G075

【Ｆターム（参考）】

4B029AA09

4B029BB01

4B029CC01

4B029HA05

4B029HA07

4G075AA13

4G075AA39

4G075AA61

4G075BB05

4G075BB10

4G075BD15

4G075DA02

4G075EB50

4G075ED20

4G075FA12

4G075FB01

4G075FB06

4G075FC20

(57)【要約】

【課題】複数の液滴に対して効率よく所定の処理を行うことができる液滴処理方法を提供する。
【解決手段】液滴処理方法は、液滴処理基板１０の処理面１１に形成された複数の液滴Ｄに、処理面１１に対向する側から同時に接触体Ｄを接触させる接触工程、及び、液滴Ｄと接触体Ｄとの接触を利用した所定の処理を行う処理工程を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液滴処理基板の処理面に形成された複数の液滴に、前記処理面に対向する側から同時に接触体を接触させる接触工程、及び
前記液滴と前記接触体との接触を利用した所定の処理を行う処理工程を含む、液滴処理方法。

【請求項2】

前記接触体が他の液滴である、請求項１に記載の液滴処理方法。

【請求項3】

液滴処理基板の処理面に形成された複数の液滴に、前記処理面に対向する側から他の液滴を接触させる接触工程、及び
前記液滴と前記他の液滴との接触を利用した所定の処理を行う処理工程を含む、液滴処理方法。

【請求項4】

前記所定の処理が、前記液滴に前記他の液滴を混合する処理である、請求項２又は３に記載の液滴処理方法。

【請求項5】

前記所定の処理は、前記液滴及び前記他の液滴の少なくとも一方に含まれた物体を他方に輸送する処理である、請求項２又は３に記載の液滴処理方法。

【請求項6】

前記物体が細胞である、請求項５に記載の液滴処理方法。

【請求項7】

互いに接触させた液滴同士を分離させる分離工程をさらに含む、請求項２〜６のいずれか１項に記載の液滴処理方法。

【請求項8】

前記複数の液滴が前記処理面に形成された第１の前記液滴処理基板と、複数の前記他の液滴が処理面に形成された第２の液滴処理基板とを備えており、
前記接触工程が、
前記第１の液滴処理基板と前記第２の液滴処理基板とを、互いに前記処理面を対向させた状態で接近させ、前記第１の液滴処理基板の前記複数の液滴に前記第２の液滴処理基板の前記複数の他の液滴を同時に接触させる工程である、請求項２〜７のいずれか１項に記載の液滴処理方法。

【請求項9】

前記第１の液滴処理基板及び前記第２の液滴処理基板の前記処理面には、それぞれ複数の液滴形成領域が設けられており、
前記第１の液滴処理基板及び前記第２の液滴処理基板の少なくとも一方における前記各液滴形成領域は、液滴の形成の可否、又は、形成される液滴の高さが制御可能に構成されている、請求項８に記載の液滴処理方法。

【請求項10】

前記液滴の形成の可否、及び、前記液滴の高さの制御が、前記液滴形成領域における界面状態の制御により行われる、請求項９に記載の液滴処理方法。

【請求項11】

前記界面状態が、当該界面における濡れ性である、請求項１０に記載の液滴処理方法。

【請求項12】

前記界面状態が、当該界面における電気的エネルギー量である、請求項１０に記載の液滴処理方法。

【請求項13】

液滴を形成するための液滴形成領域を複数有しており、
各液滴形成領域における液滴の形成の可否、又は、形成される液滴の高さが制御可能に構成されている、液滴処理基板。

【請求項14】

複数の液滴が第１の処理面に形成された第１の液滴処理基板を保持する第１の保持具と、
複数の他の液滴が第２の処理面に形成された第２の液滴処理基板を、前記第２の処理面を前記１の処理面に対向させた状態で保持する第２の保持具と、
前記第１の液滴処理基板が保持された前記第１の保持具と、第２の液滴処理基板が保持された前記第２の保持具とを、前記第１の処理面及び第２の処理面の対向方向に相対的に移動させる移動機構と、を備えている、液滴接触用治具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液滴処理方法、液滴処理基板、及び液滴接触用治具に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、小型・高精度・高集積の特徴を持つＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用したバイオメディカルデバイスの研究が盛んに行われている。なかでも一枚のチップ上に微小な流体素子を作り込むことで実現される微小分析統合システム（Micro Total Analysis System：μ-TAS）は、分析被験者の負担軽減、試薬や廃液の少量化、分析の高速化のために、これまで様々な研究がなされてきている。これらのバイオメディカル応用のための重要な基盤技術の一つとして生化学液体の操作技術が挙げられ、微量な液体、例えば液滴の生成技術や液滴の分析技術の進展等が望まれている。

【0003】

従来、液滴を扱う技術として、流路内に親水性・撥水性表面を局所的に配置して濡れ性勾配を利用した流体制御デバイスや、電極とその上に形成させた液滴間に電位を与えることより液滴を輸送するエレクトロウェッティング技術が知られている（特許文献１及び非特許文献１等参照）。

【0004】

また、近年では、より生体に近い環境で細胞や細胞組織（以下、単に「細胞」ともいう）を培養する三次元細胞培養技術が注目されており、その手法の一つとして、天井面から液滴を逆さに吊り下げた液滴（ハンギングドロップ）内で細胞を培養する技術が知られている（非特許文献２等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６−２０６１１９号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】「デジタルマイクロ流体回路のためのエレクトロウェッティングベースの作動による液滴の作成、輸送、切断、および混合（Creating, Transporting, Cutting, and Merging Liquid Droplets by Electrowetting-Based Actuation for Digital Microfluidic Circuits）」、ＪＯＵＮＡＬ ＯＦ ＭＩＣＲＯＥＬＬＥＣＴＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ、２００３年２月、第１２巻、第１号

【非特許文献2】「３８４のハンギングドロップアレイを用いた高スループット３Ｄスフェロイド培養及び薬品検査（High-throughput 3D spheroid culture and drug testing using a 384 hanging drop array）」、Ａｎａｌｙｓｔ、２０１１年２月７日、第１３６巻、第３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

近年、革新的な細胞培養技術の発展を背景に、体外から細胞を投与することによる治療、例えば再生医療による治療への期待が高まっている。そして、このような再生医療の分野や創薬分野の発展を支える細胞培養技術へのＭＥＭＳの応用も試みられている。例えば、細胞培養技術のなかでも前記ハンギングドロップ等を用いた三次元培養技術は、従来の平面培養と比較して組織の構造に近いため、組織の細胞を模倣した細胞機能を発揮できる可能性が高いと考えられている。

【0008】

しかしながら、三次元培養細胞を用いて再生医療や創薬研究の産業化を行う際には、一定品質の細胞を安定的にかつ大量に供給することが必要となる。特に、液滴を用いた培養技術の場合、多数の液滴を用いて培養細胞を均一に大量生成することが必要となり、培地の交換や細胞の取り出しなどの種々の処理を多数の液滴に対して効率よく行うことが求められる。

【0009】

本発明は、複数の液滴に対して効率よく所定の処理を行うことができる液滴処理方法を提供すること、並びに、液滴処理方法に適用することができる液滴処理基板及び液滴接触用治具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】

【0010】

（１） 本発明に係る液滴処理方法は、
液滴処理基板の処理面に形成された複数の液滴に、前記処理面に対向する側から同時に接触体を接触させる接触工程、及び
前記液滴と前記接触体との接触を利用した所定の処理を行う処理工程を含む。
この液滴処理方法によれば、液滴処理基板上の複数の液滴に対して同時に接触体を接触させ、複数の液滴に対して所定の処理を同時に行うことができる。したがって、複数の液滴に対する処理を効率よく行うことができる。

【0011】

（２） 上記（１）の液滴処理方法において、前記接触体は他の液滴であることが好ましい。
このような構成によって、液滴処理基板上の複数の液滴に対して同時に他の液滴を接触させ、複数の液滴及び他の液滴に対して所定の処理を同時に行うことができる。

【0012】

（３） 本発明に係る液滴処理方法は、
液滴処理基板の処理面に形成された複数の液滴に、前記処理面に対向する側から他の液滴を接触させる接触工程、及び
前記液滴と前記他の液滴との接触を利用した所定の処理を行う処理工程を含む。
この液滴処理方法によれば、液滴処理基板上に複数の液滴が形成されるので、これらの液滴に他の液滴を接触させる操作、及び当該接触を利用した所定の処理を効率よく行うことができる。

【0013】

（４） 上記（２）又は（３）のいずれかの液滴処理方法において、
前記所定の処理は、前記液滴に前記他の液滴を混合する処理であることが好ましい。
液滴処理基板上の複数の液滴に他の液滴を接触させることによって、複数の液滴と他の液滴との混合処理を効率よく行うことができる。

【0014】

（５） 上記（２）又は（３）のいずれかの液滴処理方法において、
前記所定の処理は、前記液滴及び前記他の液滴の少なくとも一方に含まれた物体を他方に輸送する処理であってもよい。
液滴処理基板上の複数の液滴に他の液滴を接触させることによって、少なくとも一方の液滴に含まれる物体を他方の液滴に輸送する処理を効率よく行うことができる。

【0015】

（６） 上記（５）の液滴処理方法において、
前記物体は細胞であることが好ましい。
これにより液滴中で培養された細胞を他の液滴に輸送することができ、培地交換等に好適に利用することができる。なお、ここでいう「細胞」とは、単体の細胞だけでなく複数の細胞が凝集した細胞塊（細胞スフェロイド）や細胞組織をも含む。

【0016】

（７） 上記（２）〜（６）のいずれかの液滴処理方法において、
互いに接触させた液滴同士を分離させる分離工程をさらに含むことが好ましい。
このような工程を備えることによって、接触によって一体となった液滴を再び２つに分離することができる。

【0017】

（８） 上記（２）〜（７）のいずれかの液滴処理方法において、
前記複数の液滴が前記処理面に形成された第１の前記液滴処理基板と、複数の前記他の液滴が処理面に形成された第２の液滴処理基板とを備えており、
前記接触工程が、
前記第１の液滴処理基板と前記第２の液滴処理基板とを、互いに前記処理面を対向させた状態で接近させ、前記第１の液滴処理基板の前記複数の液滴に前記第２の液滴処理基板の前記複数の他の液滴を同時に接触させる工程であることが好ましい。
このような構成によって、第１の液滴処理基板の複数の液滴に、第２の液滴処理基板の複数の他の液滴を同時に接触させることができ、複数の液滴及び複数の他の液滴に対してより効率よく所定の処理を行うことができる。

【0018】

（９） 上記（８）の液滴処理方法において、
前記第１の液滴処理基板及び前記第２の液滴処理基板の前記処理面には、それぞれ複数の液滴形成領域が設けられており、
前記第１の液滴処理基板及び前記第２の液滴処理基板の少なくとも一方における前記各液滴形成領域は、液滴の形成の可否、又は、形成される液滴の高さが制御可能に構成されている。
このような構成によって、一方の液滴処理基板上における液滴形成領域で液滴を形成するか否かについての制御、又は、液滴形成領域における液滴の高さの制御を行うことができ、この制御によって、両液滴処理基板における液滴同士の接触の有無や接触状態を制御することが可能となる。

【0019】

（１０） 上記（９）の液滴処理方法において、
前記液滴の形成の可否、及び、前記液滴の高さの制御が、前記液滴形成領域における界面状態の制御により行われることが好ましい。

【0020】

（１１） 上記（１０）の液滴処理方法において、
前記界面状態は、当該界面における濡れ性であることが好ましい。
濡れ性の程度によって液滴形成の可否及び液滴の高さの制御を行うことができる。

【0021】

（１２） 上記（１０）の液滴処理方法において、
前記界面状態が、当該界面における電気的エネルギー量である。
電気的エネルギー量の程度によって液滴形成の可否及び液滴の高さの制御を行うことができる。

【0022】

（１３） 本発明における液滴処理基板は、
液滴を形成するための液滴形成領域を複数有しており、
各液滴形成領域における液滴の形成の可否、又は、形成される液滴の高さが制御可能に構成されている。
この液滴処理基板によれば、液滴形成領域における液滴の形成の可否、及び、液滴の高さの制御を行うことができる。

【0023】

（１４） 本発明における液滴接触用治具は、
複数の液滴が第１の処理面に形成された第１の液滴処理基板を保持する第１の保持具と、
複数の他の液滴が第２の処理面に形成された第２の液滴処理基板を、前記第２の処理面を前記１の処理面に対向させた状態で保持する第２の保持具と、
前記第１の液滴処理基板が保持された前記第１の保持具と、第２の液滴処理基板が保持された前記第２の保持具とを、前記第１の処理面及び第２の処理面の対向方向に相対的に移動させる移動機構と、を備えている。

【0024】

このような液滴接触用治具によって、第１の液滴処理基板に形成された複数の液滴と、第２の液滴処理基板に形成された複数の他の液滴とを同時に接触させることができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、複数の液滴に対して効率よく所定の処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。

【図2】２枚の液滴処理基板に形成した液滴同士を接触させる様子を示す断面説明図である。

【図3】２枚の液滴処理基板に形成した液滴同士を接触させる様子を示す断面説明図である。

【図4】液滴を用いた細胞の三次元培養のサイクルを示す説明図である。

【図5】液滴を用いて細胞を培養する工程で使用する培養装置を示す断面説明図である。

【図6】液滴間で細胞を輸送する様子を示す画像である。

【図7】培養細胞を示す画像である。

【図8】液滴接触用治具を示す概略的な斜視図である。

【図9】濡れ性の説明図である。

【図10】液滴処理基板の製造方法の一例を示す説明図である。

【図11】液滴処理基板上に液滴を形成するための液滴形成装置を示す概略的な説明断面図である。

【図12】本発明の第２の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。

【図13】２枚の液滴処理基板に形成した液滴同士を接触させる様子を示す断面説明図である。

【図14】２枚の液滴処理基板に形成した液滴同士を接触させる様子を示す断面説明図である。

【図15】液滴処理基板の製造方法を示す説明図である。

【図16】第３の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。

【図17】第４の実施形態に係る液滴処理基板を示す断面説明図である。

【図18】第５の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態の液滴処理基板１０は、ガラス板等によって矩形状に形成され、一方の板面１１（「表面」又は「処理面」とも言う）に複数の液滴Ｄが形成されている。また、複数の液滴Ｄは、縦横（図示例では３×３）に整列した配列パターンで形成されている。

【0028】

また、本実施形態の液滴処理方法は、２枚の液滴処理基板１０を用いて液滴Ｄに所定の処理を行う。具体的には、図１（ｂ）に示すように、同一の配列パターンで複数の液滴が形成された２枚の液滴処理基板（第１の基板及び第２の基板）１０Ａ，１０Ｂのうち、一方１０Ａを上下反転させ、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂの処理面１１を互いに対向させる。そして、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂを相対的に接近させることによって各基板１０Ａ，１０Ｂの複数の液滴Ｄ同士を同時に接触させ、この接触を用いた処理を行う。

【0029】

本実施形態では、液滴処理基板１０の処理面１１（液滴Ｄとの間の界面）における「濡れ性」を制御することによって液滴Ｄの形成を可能にしている。濡れ性は、固体表面に対する液体の付着しやすさを表し、固体表面の性質を表す指標として広く用いられている。濡れ性の程度は、固体表面の表面エネルギーと表面粗さにより決まる。固体表面の濡れ性は、接触角により定量的に表現される。接触角は、図９に示すように、固体表面αと液体表面βとの間の０°から１８０°までの角度θで表される。濡れ性が高い表面は親水性と呼ばれ、例えば接触角がθ＜４５°である。そして、接触角が０°に近づくほど親水性が強くなり超親水性と呼ばれる。濡れ性が低い表面は撥水性と呼ばれ、例えば接触角がθ＞９０°である。そして、接触角が１８０°に近付くほど撥水性が強くなる。

【0030】

本実施形態では、図１に示すように、液滴処理基板１０の処理面１１において、液滴Ｄを形成する領域（液滴形成領域）１２は濡れ性の高い親水性領域とされ、その周りの液滴を形成しない領域１３は濡れ性の低い撥水性領域とされている。以下、このような性質を有する液滴処理基板１０の製造方法、及び、液滴処理基板１０に対する液滴Ｄの形成方法について例示する。

【0031】

＜液滴処理基板の製造方法＞
図１０は、液滴処理基板の製造方法の一例を示す説明図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、液滴処理基板１０の主構成部材であるガラス板等の基板本体２１の表面には、光触媒材料２２としての酸化チタン（ＴｉＯ_２）の層が複数箇所に設けられる。例えば、酸化チタンは、スパッタリング法を用いて処理面上に成膜される。この光触媒材料２２は、紫外線が照射されることによって表面の濡れ性が撥水性から親水性に変化する性質を有している。また、光触媒材料２２としての酸化チタンは、親水性に変化した後、暗所で保存されることにより撥水性に戻る性質を有している。本実施形態では、このような性質を利用して液滴処理基板１０の処理面１１に、液滴形成領域１２を形成する。

【0032】

また、基板本体２１及び光触媒材料２２の表面側には、さらに撥水性の高い膜（撥水性膜）２３が設けられる。本実施形態では、撥水性膜２３として、自己組織化単分子膜（Self-assembled monolayer：ＳＡＭ膜）の一つであるＯＤＰ−ＳＡＭ膜が基板本体２１の表面全体に成膜される。

【0033】

そして、図１０（ｃ）に示すように、撥水性膜２３の表面側から紫外線を照射することによって、光触媒材料２２上の撥水性膜２３を当該光触媒材料２２の作用で光分解し、かつ光触媒材料２２を撥水性から親水性に変化させる。これにより、光触媒材料２２上（液滴形成領域１２）が親水性領域となり、光触媒材料２２の周囲の領域１３が撥水性領域となる。このような製造方法を採用することによって、液滴処理基板１０における液滴形成領域１２の濡れ性を光によってワイヤレスに制御することができる。

【0034】

＜液滴の形成方法＞
図１１は、液滴処理基板上に液滴を形成するための液滴形成装置を示す概略的な説明断面図である。この液滴形成装置３１は、液滴処理基板１０上にマイクロ流路３２を形成する装置本体３５と、この装置本体３５に形成されたインレットポート３３及びアウトレットポート３４とを備えている。液滴形成装置３１は、液滴Ｄを形成するための液体３６をインレットポート３３から流入させ、マイクロ流路３２に液体を流した後、アウトレットポート３４から液体３６を排出させる。液滴Ｄは、液滴処理基板１０上を流体が通過する過程で、親水性領域である液滴形成領域１２上に形成される。

【0035】

このような液滴形成装置３１を用いることによって、液滴処理基板１０上の複数の液滴形成領域１２に同時に液滴Ｄを形成することが可能である。しかし、液滴処理基板１０には、ピペット等を用いて各液滴形成領域１２に１つずつ液滴Ｄを形成してもよい。
また、後述するように液滴Ｄ内に粒子状の物体を含ませる場合には、マイクロ流路３２に導入される液体に予め物体を導入しておいてもよい。

【0036】

＜液滴に対する処理＞
次に、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂに形成された液滴Ｄに対する処理について具体的に説明する。
（混合処理）
図２は、２枚の液滴処理基板に形成した液滴同士を接触させる様子を示す断面説明図である。なお、図２（ｂ）及び（ｃ）は、互いに接触する１組の液滴に注目しこれを拡大して示している。

【0037】

図２（ａ）に示すように、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂにおける複数の液滴Ｄを接触させるには、一方の液滴処理基板１０Ａを上下反転させ、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂの処理面１１同士を上下方向に対向させる。そして、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂを互いに接近する方向へ相対的に移動させ、処理面１１上の液滴Ｄ同士を接触させる。

【0038】

図２（ｂ）に示すように、互いに接触した２つの液滴Ｄは、それぞれ上下方向に拡散することによって混合される。
その後、図２（ｃ）に示すように、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂを互いに離反する方向へ相対的に移動させる。各液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂの液滴形成領域１２は、その親水性によって液滴Ｄが付着された状態に維持されるので、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂを離反させると、それぞれの液滴形成領域１２に液滴Ｄが付着したまま２つに分離する。

【0039】

したがって、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂを接近させて２つの液滴Ｄを接触させることによって両者を混合することができ、さらに２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂを離反させることによって混合された液滴Ｄを再び２つに分離することができる。２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂに形成された液滴Ｄは、同種のものであってもよいし、異なる種類のものであってもよい。異なる種類の液体、例えば薬剤と水の場合、これらの液滴を混合させることによって、薬剤の濃度を調整することが可能となる。また、２つの液滴Ｄを接触させる時間を調整することで、２つの液滴Ｄの混合の程度を調整することができる。

【0040】

また、本実施形態では、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂ上の複数の液滴Ｄ同士を同時に接触させることによって複数の液滴Ｄを同時に混合することができる。したがって、複数の液滴Ｄに対して短時間で効率よく混合処理を行うことができる。

【0041】

２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂにおける液滴形成領域１２の親水性の程度を相対的に異ならせることによって、液滴Ｄを２つに分離させたときのそれぞれの分量を調整することも可能である。すなわち、液滴Ｄを２つに分離させたとき、親水性がより高い（撥水性がより低い）液滴形成領域１２に、親水性がより低い（撥水性がより高い）液滴形成領域１２よりも分量の大きい液滴を形成することができる。

【0042】

（液滴内の物体の輸送処理）
図３は、２枚の液滴処理基板に形成した液滴同士を接触させる様子を示す断面説明図である。なお、図３（ｂ）及び（ｃ）は、互いに接触する１組の液滴に注目しこれを拡大して示している。
図３（ａ）に示すように、一方の液滴処理基板１０Ａに形成した複数の液滴Ｄ中には、粒子状の物体Ｍが含まれている。他方の液滴処理基板１０Ｂに形成した複数の液滴Ｄ中には当該物体Ｍが含まれていない。そして、物体Ｍを含む液滴Ｄと含まない液滴Ｄとを接触させることによって、両液滴Ｄ間で物体Ｍの輸送を行うことができる。

【0043】

具体的には、図３（ａ）に示すように、物体Ｍを含む液滴Ｄが形成された液滴処理基板１０Ａを上方に配置し、その処理面１１を下方に向ける。また、物体Ｍを含まない液滴Ｄが形成された液滴処理基板１０Ｂを下方に配置し、その処理面１１を上方に向ける。そして、図３（ｂ）に示すように、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂを互いに接近させることによって、液滴Ｄ同士を接触させる。この接触によって、物体Ｍは上の液滴Ｄから下の液滴Ｄへ自重によって移動する。そして、図３（ｃ）に示すように、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂを互いに離反させることによって、接触した状態の液滴Ｄが２つに分離する。

【0044】

これにより、物体Ｍは下側の液滴Ｄに含まれた状態になる。したがって、２つの液滴を接触させることによって物体Ｍを移動させ、その後、一体となった液滴を２つに分離することで、一方の液滴Ｄに含まれていた物体Ｍを他方の液滴Ｄに輸送することが可能となる。
また、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂに形成された複数の液滴Ｄ同士を接触させることで、複数の液滴Ｄにおいて同時に物体Ｍを輸送することができる。したがって、複数の液滴Ｄに対して短時間で効率よく輸送処理を行うことができる。

【0045】

また、上記の輸送処理は、第２の液滴処理基板１０Ｂ側の液滴が、第１の液滴処理基板１０Ａの液滴中から物体Ｍを採取（サンプリング）しているということもできる。

【0046】

（物体輸送の細胞培養への適用）
以上のような粒子状の物体の輸送処理は、液滴を用いた細胞の三次元培養に適用することができる。具体的には、培地液体中で細胞を培養する場合、定期的に培地液体を新しいものに交換する工程が行われるが、この培地液体の交換に上述の輸送処理を適用することができる。なお、以下の説明における「細胞」は、単体の細胞だけでなく複数の細胞が凝集した細胞塊（細胞スフェロイド）や細胞組織であってもよく、これらを含む概念で「細胞」という用語を用いる。

【0047】

図４は、液滴を用いた細胞の三次元培養のサイクルを示す説明図である。このサイクルは、液滴処理基板１０に形成された培地液滴Ｄ中で細胞Ｍｃを培養する工程（Ｉ）、新しい培地液滴Ｄｎに細胞Ｍｃを輸送することで培地交換する工程（ＩＩ）を含む。そして、培地交換を行った液滴処理基板１０を反転させて細胞Ｍｃを所定期間培養し、その後、再び新しい培地液滴Ｄｎに交換する工程が繰り返し行われる。

【0048】

図５は、液滴を用いて細胞を培養する工程で使用する培養装置を示す断面説明図である。この培養装置４１は、上方が開口した容器４２を有し、この容器内に水４３が収容される。また、この容器４２内の水４３の上方に、処理面１１を下方に向けた液滴処理基板１０が支持される。これにより容器４２内の湿度が維持され、培地液滴Ｄの蒸発が防止される。そして、液滴処理基板１０が支持された培養装置４１を図示しないインキュベーター内に収容することによって細胞の培養工程が行われる。

【0049】

以上のように、液滴処理基板１０上の複数の培地液滴Ｄで細胞Ｍｃを培養することによって、複数の培地液滴Ｄを同時に新しい培地液滴Ｄｎに交換することが可能となり、効率のよい培養が可能となる。したがって、多数の細胞Ｍｃを均一かつ大量に生成することに役立てることができる。また、既に説明した液滴の混合処理を用いることによって、液滴Ｄ中で培養された細胞Ｍｃに、液滴Ｄからなる薬剤等を供給すること等も可能となる。

【0050】

図６は、液滴間で細胞を輸送する様子を示す画像である。
図６では、左側から右側へ時系列に画像が並んでいる。また、各画像において液滴中の細胞が点線の円で囲まれている。図６（ａ）は、液滴の接触前、（ｂ）は液滴の接触直後（約１秒後）、（ｃ）、（ｄ）は液滴の接触中（それぞれ約３秒後、約１０秒後）、（ｅ）は、液滴の分離直後（約３５秒後）を示す。２つの液滴を接触させた状態では、細胞が次第に上から下へ向けて移動し、２つの液滴を分離させることによって、下側の液滴に細胞が完全に輸送されていることが分かる。

【0051】

図７は、培養細胞を示す画像である。特に、図７（ａ）は、液滴による培地交換を行った後に培養された細胞の画像、図７（ｂ）は、この細胞を蛍光染色試薬で染色した状態で撮像した蛍光画像である。また、図７（ｃ）は、比較対象としてディッシュ上で培養した細胞の画像、図７（ｄ）は、この細胞を蛍光染色試薬で染色した状態で撮像した蛍光画像である。

【0052】

図７における細胞は、ＭＤＣＫＩＩ（Madin-Darby Cannie Kindney TypeII）であり、培地交換後の液滴中で２４時間培養されたものである。蛍光染色試薬は、カルセインＡＭであり、生細胞のみを染色する蛍光色素である。図７（ａ）に示される細胞は、図７（ｂ）で示されるように、生細胞として蛍光染色されていることが分かる。また、図７（ｂ）に示される細胞は、図７（ｄ）に示す比較例の細胞と同程度の蛍光が得られているため、培地交換後の液滴中で適切に細胞が培養されていることが分かる。
なお、蛍光染色試薬による細胞の染色は、図２を参照して説明したように、培地液滴と試薬液滴とを接触・混合させることによって行ったものである。

【0053】

＜液滴接触用治具＞
図８は、液滴接触用治具を示す概略的な斜視図である。
以上に説明したような２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂに形成された液滴Ｄ同士の接触は、図８に示す液滴接触用治具５１を用いて好適に行うことができる。液滴接触用治具５１は、第１の保持具５２、第２の保持具５３、及び移動機構５４を備える。第１の保持具５２は、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂの一方１０Ｂを保持するために用いられる。具体的に第１の保持具５２は、処理面１１が上方に向けられた液滴処理基板１０Ｂを上面に載置した状態で保持する。

【0054】

第２の保持具５３は、第１の保持具５２の上方に間隔をあけて配置されている。この第２の保持具５３は、平面視で略コの字形状に形成されている。第２の保持具５３は、左右一対の腕部５３ａを備え、この腕部５３ａに他方の液滴処理基板１０Ｂの左右両端部を載置することによって当該液滴処理基板１０Ｂを保持する。液滴処理基板１０Ｂは、処理面１１が下方に向いた状態で保持される。

【0055】

移動機構５４は、第２の保持具５３を上下方向に昇降させる。移動機構５４は、第２の保持具５３を上下方向移動可能に支持する支柱５４ａと、支柱５４ａに内蔵され、第２の保持具５３を上下方向に昇降させる駆動部とを有している。駆動部は、モーターによって動作するものや、流体圧シリンダや電磁ソレノイド等のアクチュエータによって動作するものを採用することができる。また、駆動部は、ハンドル等を用いて手動によって動作するものであってもよい。また、駆動部は、第２の保持具５３を大きい移動量で素早く移動させるものと、小さい移動量でゆっくりと高精度に移動させるものとの組合せであってもよい。

【0056】

第２の保持具５３を下方に移動させることによって、第１の保持具５２に保持された液滴処理基板１０Ａと、第２の保持具５３に保持された液滴処理基板１０Ｂとを接近させ、それぞれの液滴Ｄ同士を接触させることができる。また、第２の保持具５３を上方に移動させることによって、第１の保持具５２に保持された液滴処理基板１０Ｂと、第２の保持具５３に保持された液滴処理基板１０Ａとを互いに離反させ、接触した液滴Ｄを２つに分離させることができる。

【0057】

この液滴接触用治具５１を用いることによって、２枚の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂの平行度を所定に維持した状態で液滴Ｄ同士を接触させることができる。また、モータやアクチュエータを有する駆動部を備えることによって培地交換や細胞輸送等の処理の自動化が可能となる。

【0058】

［第２の実施形態］
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。
図１２（ａ）に示すように、本実施形態の液滴処理基板１０には、縦横に整列された配列パターンで液滴形成領域１２が設けられているが、そのうちの一部のみに液滴Ｄが形成可能とされている。具体的には、液滴形成領域１２における濡れ性を制御することによって一部の液滴形成領域１２のみに液滴Ｄが形成可能とされている。

【0059】

また、本実施形態では、図１２（ｂ）に示すように、第１の実施形態における液滴処理基板１０Ａ、すなわち、全ての液滴形成領域１２に液滴Ｄが形成された液滴処理基板（第１の基板）１０Ａと、一部の液滴形成領域１２に液滴Ｄが形成された本実施形態の液滴処理基板（第２の基板）１０Ｂとの処理面１１を互いに対向させる。そして、図１３（ａ）に示すように、両基板１０Ａ，１０Ｂを互いに接近させ、図１３（ｂ）に示すように、両基板１０Ａ，１０Ｂの液滴Ｄ同士を接触させる。その後、図１３（ｃ）に示すように、両基板１０Ａ，１０Ｂを相対的に離反させることによって接触した液滴Ｄを２つに分離する。これにより、第１の基板１０Ａに形成された複数の液滴Ｄのうちの一部の液滴Ｄを、第２の基板１０Ｂに形成された液滴Ｄと混合させることができる。

【0060】

また、図１４（ａ）に示すように、第１の基板１０Ａの複数の培地液滴Ｄ中で細胞Ｍｃを培養しておき、第２の基板１０Ｂの一部の液滴形成領域１２に薬剤の液滴Ｄを形成する。そして、第１の基板１０Ａと第２の基板１０Ｂを互いに接近させ、両基板１０Ａ，１０Ｂの液滴Ｄ同士を接触させることによって、第１の基板１０Ａの複数の液滴Ｄ中の細胞Ｍｃに選択的に薬剤を供給することができる。また、複数の薬剤の液滴Ｄを互いに種類が異なるものとすれば、各細胞Ｍｃに複数種類の薬剤を供給することができ、薬剤の評価等に活用することができる。

【0061】

なお、本実施形態において、第１の液滴処理基板１０Ａは、一部の液滴形成領域１２に液滴Ｄが形成されたものであってもよく、第２の液滴処理基板１０Ｂは、全ての液滴形成領域１２に液滴Ｄが形成されたものであってもよい。また、第１及び第２の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂの双方ともが、一部の液滴形成領域１２に液滴Ｄが形成されたものであってもよい。この場合、第１の及び第２の液滴処理基板１０Ａ，１０Ｂの全ての液滴が互いに対応する位置に形成されていてもよいし、一部の液滴が互いに対応した位置に形成されていなくてもよい。

【0062】

＜液滴処理基板の製造方法＞
図１５は、第２の実施形態の液滴処理基板の製造方法を示す説明図である。図１５（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、液滴処理基板１０の処理面１１には、光触媒材料２２としての酸化チタン（ＴｉＯ_２）の層と、撥水性膜２３の層とが形成されている。そして、この液滴処理基板１０にマスク２４を介して紫外線を照射する。このマスク２４は、液滴を形成したい液滴形成領域１２のみに紫外線が照射されるように、紫外線を通過させる開口２４ａが形成されたものとなっている。したがって、図１５（ｂ）に示すように、紫外線が到達した部分のみで光触媒材料２２の作用により撥水性膜２３が光分解されて親水性領域が形成され、それ以外の部分で撥水性領域が形成される。

【0063】

［第３の実施形態］
図１６は、第３の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。この液滴処理基板１０は、液滴形成領域１２の周囲に、微細な凹凸が多数形成された撥水性領域１３が設けられたものである。また、液滴形成領域１２は、その周囲の撥水性領域１３よりも柱状に突出している。

【0064】

撥水性領域１３に微細な凹凸構造を設けることによって、撥水性領域１３の表面積が極めて大きくなり、また、複数の凸部間には空気層が形成されるため、高い撥水性を長期にわたり維持することができる。すなわち、上記の第１の実施形態のように、基板本体２１の表面に撥水性膜２３を成膜したものであると、液滴Ｄの性質によっては次第に撥水性が損なわれる可能性があるが、本実施形態のように微細な凹凸構造によって撥水性が付与されているので、液滴Ｄの性質にほとんど影響されることなく撥水性を維持することができる。

【0065】

本実施形態の液滴処理基板１０は、基板本体２１が単結晶シリコン基板からなり、この基板本体２１の表面における液滴形成領域１２以外の領域にドライエッチングを行うことで微細な凹凸構造が形成される。また、ドライエッチングを行うことによって液滴形成領域１２は柱状に突出した形態となる。この液滴形成領域１２の頂面に、第１の実施形態と同様に酸化チタン等の光触媒材料２２を設け、さらに基板本体２１の表面全体に撥水性膜２３としてのＯＤＰ−ＳＡＭ膜を設ける。その後、基板本体２１の表面に紫外線を照射することによって光触媒材料２２上の撥水性膜２３を光触媒材料２２の作用によって分解し、光触媒材料２２の頂面に親水性領域を形成することができる。

【0066】

［第４の実施形態］
図１７は、第４の実施形態に係る液滴処理基板を示す断面説明図である。
上記第１〜第３の実施形態では、２枚の液滴処理基板に形成された液滴同士を接触させて混合や輸送等の所定の処理を行っていたが、本実施形態では、１枚の液滴処理基板１０上の液滴Ｄに、他の接触体６１を接触させることによって所定の処理を行うものである。図１７に示す例では、接触体６１としての複数のセンサが設けられたセンサ基板６２と、液滴処理基板１０とを対向させ、両基板６２，１０を互いに接近させることで、センサ６１に液滴Ｄを接触させる。これにより、液滴Ｄの性状をセンサ６１によって計測することができる。また、センサ基板６２には複数の液滴Ｄと同一の配列パターンでセンサ６１が設けられており、複数の液滴Ｄを同時にセンサ６１に接触させることができる。

【0067】

［第５の実施形態］
図１８は、第５の実施形態に係る液滴処理基板を示す概略的な斜視図である。
本実施形態の液滴処理基板１０の液滴形成領域１２には、電極６３が設けられ、液滴形成領域１２以外の領域１３には、電極６３に接続された配線パターン６４が設けられている。したがって、液滴形成領域１２に形成された液滴Ｄの電気的な性質を計測するために活用することができる。

【0068】

［その他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において変更することができる。例えば、以下の（１）〜（６）のように変更することができる。

【0069】

（１）図１２及び図１３に示す第２の実施形態においては、第２の液滴処理基板１０Ｂの液滴形成領域１２の一部に対して選択的に液滴Ｄを形成することによって、第１の液滴処理基板１０Ａの複数の液滴Ｄのうちの一部に第２の液滴処理基板１０Ｂの液滴Ｄを接触させていた。これに代えて、第２の液滴処理基板１０Ｂの全ての液滴形成領域１２に液滴Ｄを形成するが、その一部の液滴形成領域１２には、他の液滴形成領域１２よりも高さの低い液滴を形成してもよい。これによって、高さの低い液滴Ｄを、第１の液滴処理基板１０Ａの液滴Ｄに接触させず、高さの高い液滴Ｄのみを第１の液滴処理基板１０Ａの液滴Ｄに接触させることができる。

【0070】

このような液滴Ｄの高さの制御は、液滴形成領域における濡れ性の制御によって行うことができる。また、濡れ性の制御は、公知のエレクトロウェッティング技術を用いたものであってもよい。例えば、撥水性の誘電膜が成膜された電極と、誘電膜上にある液滴の間に電位差を与え、誘電膜における電気的な表面エネルギー量を制御することによって濡れ性を制御することができる。

【0071】

（２）２枚の液滴処理基板の液滴同士を接触させる場合、上側に配置される第１の基板と、下側に配置される第２の基板とは、それぞれ次の（ａ）〜（ｃ）のいずれかとすることができる。
（ａ）所定のパターンで配列された液滴形成領域の全てに液滴が形成されている液滴処理基板
（ｂ）所定のパターンで配列された液滴形成領域のうちの一部に、濡れ性の制御によって液滴が形成されていない液滴処理基板
（ｃ）所定のパターンで配列された液滴形成領域の全てに液滴が形成されるが、そのうちの一部の液滴が、液滴形成領域の濡れ性の制御によって高さが低く（又は高く）されている液滴処理基板

【0072】

また、下側に配置される第２の基板は、上記（ａ）〜（ｃ）の液滴処理基板に限らず、次の（ｄ）又は（ｅ）の液滴処理基板とすることができる。
（ｄ）液滴は形成されていないが、液滴が形成できるように濡れ性が制御された所定の配列パターンの液滴形成領域を含む液滴処理基板
（ｅ）液滴が形成されておらず、かつ液滴が形成できるように濡れ性が制御された液滴形成領域を備えていない液滴処理基板

【0073】

（３）上記（２）で例示する液滴処理基板の一つとして、又は、上記（２）で例示する液滴処理基板の他に、従来公知のハンギングドロップ技術（例えば、上記非特許文献２参照）を用いて液滴を形成した液滴処理基板を用いてもよい。

【0074】

（４）２枚の液滴処理基板における液滴形成領域の数や配列パターンは同一でなくてもよい。例えば、２枚の液滴処理基板は、液滴間の間隔を一致させた状態で、縦又は横の配列数を互いに異ならせてもよい。また、液滴処理基板には、縦又は横の一列のみに液滴形成領域が設けられていてもよい。

【0075】

（５）液滴処理基板１０上の複数の液滴Ｄに対しては、例えば、ピペット等を用いて１つずつ他の液滴を接触させたり、ピペットアレイ（マルチチャンネルピペット）を用いて複数の他の液滴を接触させたりし、混合や輸送等の処理を行ってもよい。

【0076】

（６）本発明における処理は、上述した混合、輸送（採取）、計測に限られるものではなく、その他の処理であってもよい。例えば、液滴処理基板上の液滴を他の基板上の固体物質に接触させ、当該固体物質の成分を液滴内に取り込ませる処理であってもよい。また、液滴処理基板上の液滴を蒸発させることによって、液滴中に含まれる物質を液滴処理基板上に固定させることも可能である。

【0077】

（７）液滴の内部に含まれ、輸送等の処理がなされる粒子状の物体は、細胞に限られるものではなく、機能的粒子やデバイス等の種々の物体とすることができる。例えば、温熱療法（ハイパーサーミア）で近赤外線による発熱昇温に用いられる金ナノ粒子や、電磁波による発熱昇温に用いられるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）又はカーボンマイクロコイル（ＣＭＣ）、同じく電磁波による発熱昇温に用いられる磁性粒子等を液滴内部に含ませることができる。また、上記以外に、外部磁場によって回転する溶液撹拌用の撹拌子（スターラー）や、分子モーター等の分子機械を液滴内部に含ませることもできる。

【符号の説明】

【0078】

１０ ：液滴処理基板
１０Ａ ：第１の液滴処理基板
１０Ｂ ：第２の液滴処理基板
１１ ：処理面
１２ ：液滴形成領域
１３ ：撥水性領域
５１ ：液滴接触用治具
５２ ：第１の保持具
５３ ：第２の保持具
５４ ：移動機構
６１ ：センサ（接触体）
Ｄ ：液滴（接触体）
Ｍ ：物体
Ｍｃ ：細胞

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】