特許 7404639 流路構造体への流体充填方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】流路構造体への流体充填方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/12 20060101AFI20231219BHJP

【ＦＩ】

G01N15/12 B

G01N15/12 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019069949

(22)【出願日】2019-04-01

(65)【公開番号】P2020169831

(43)【公開日】2020-10-15

【審査請求日】2022-03-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003300

【氏名又は名称】東ソー株式会社

(72)【発明者】

【氏名】豊嶋 俊薫

(72)【発明者】

【氏名】古川 琴浩

(72)【発明者】

【氏名】飯嶋 和樹

(72)【発明者】

【氏名】片山 晃治

【審査官】外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０１９８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０４７６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２１５５３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＰＦＦ流路に粒子検出部位を組み合わせた粒子分離検出流路を備えた流路構造体に対して気泡を残さずに液体を充填する液体充填方法であって、
前記流路構造体は、
複数の入口側流路が接続された入口側分岐流路と、
該入口側分岐流路が接続された狭窄流路と、
該狭窄流路に接続された拡大流路と、
前記拡大流路に接続され、粒子検出用のアパーチャ部位を有する複数の回収流路と、
前記拡大流路に接続されたドレイン流路と、
を備え、
前記入口側流路は、前記流路構造体に液体を流入させる入口として使用される開口部である孔を有する流路であり、
前記狭窄流路は、ＰＦＦ流路の一部としての機能を有する流路であり、
前記回収流路は、前記流路構造体から液体を取り出す出口として使用される開口部である孔を有し、かつ、前記拡大流路に対する狭窄部を有する流路であり、
前記ドレイン流路は、前記流路構造体から液体を出し入れする部分として使用される開口部である孔を有し、かつ、前記拡大流路に接続された前記狭窄流路および前記回収流路に含まれる前記狭窄部よりも広い流路であり、
前記ドレイン流路の有する開口部から、前記流路構造体に接続された開口部を有する流路のうち最も広い流路である前記ドレイン流路を介して前記流路構造体に液体を充填することを特徴とする液体充填方法。

【請求項2】

前記充填が、前記ドレイン流路の有する開口部である孔からピンによって液体を圧入し、充填することを特徴とする請求項１に記載の液体充填方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流路構造体への流体充填方法に関する。

【背景技術】

【0002】

マイノリティーな粒子群を正確に検出可能な技術として、電気的検出を用いるコールター法（電気的検知帯法；以下、ＥＳＺと記載）が知られている。ＥＳＺ法ではアパーチャに粒子を通過させた際に発生する電気的シグナルを用いて粒子径を算出するが、一般にそのダイナミックレンジはアパーチャ径の２～６０％といわれている。ＥＳＺ法の欠点であるダイナミックレンジの狭さを解消するため粒子を分級し、異なるアパーチャ径を持つＥＳＺ法で検出する方法が開発されている（例えば、特許文献１）。

【0003】

特許文献１のように連続的な分離を可能にする技術として、マイクロ流路を用いたピンチドフローフラクショネーション（Ｐｉｎｃｈｅｄ Ｆｌｏｗ Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）（以下、ＰＦＦと記載）が利用されている。ＰＦＦ法は流体力学的特性を利用するため流路内に発生する気泡や流路内部が完全に液体で充填されていないと望みの分級を行うことはできないが、ＰＦＦ法を用いた流路構造は複雑なため、インレットから溶液を導入する方法では完全に流路内部を溶液で満たすことは困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】ＷＯ２０１８／１４７４６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の課題は、狭窄部位を有する流路構造体へ気泡を残さず効率よく流体を充填する方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者らは上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。

【0007】

すなわち本発明の一態様は、
狭窄部位を有する流路に繋がった入口を備えた流路構造体に対して、前記入口以外の流路末端孔から流体を充填することを特徴とする。

【0008】

また、本発明の別態様は、
狭窄部位を有する流路に繋がった入口と、狭窄部位を有する流路のみに繋がった出口と、狭窄部位を有する流路以外とも繋がった充填用出口と、を備えた流路構造体に対して、前記充填用出口から流体を充填することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明により、ナノ～マイクロレベルの微小な粒子を広範囲に定量的に評価できる流路構造体へ気泡を残さず効率よく流体を充填することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１及び比較例１、２で使用した流路の図面である。（ａ）は流路の全体図、（ｂ）は領域２１の拡大図、（ｃ）は１０３の拡大図である。

【図2】（ａ）は比較例１における充填方法を示した図、（ｂ）は充填後の１０５の拡大写真、（ｃ）は充填後の１０６の拡大写真である。

【図3】（ａ）は比較例２における充填方法を示した図、（ｂ）は充填後の１０７の拡大写真である。

【図4】圧入するためのピンの一例である。

【図5】簡便に液を圧入るためのピンを備えた冶具の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し本発明は異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示にのみ限定されるものでは無い。

【0012】

狭窄部位を有する流路とは、ある流路に接続されている当該流路より相対的に流路幅が狭くなった流路や、流路途中で流路幅が部分的に狭くなっている流路のことを指す。狭窄部位を有する流路に繋がった入口を備えた流路構造体としては、ＰＦＦをシステム化した流路構造体（以下、ＰＦＦ流路と省略することがある）、ハイドロダイナミックフィルトレーション法、フィールドフローフラクショネーション法（膜の部分が狭窄流路とみなされる）、ＥＳＺ法（アパーチャ部位）をシステム化した流路構造体が例示される。例えば、ＰＦＦ流路ではサンプル液を流す流路（サンプル流路）とシース液を流す流路（シース流路）が合流して形成される狭窄流路、狭窄流路に接続された拡大流路、拡大流路に接続された出口流路を少なくとも備えており、狭窄流路はサンプル流路やシース流路よりも流路幅が狭くなっていることが原理上、必要となるため、狭窄流路は本発明における狭窄部位を有する流路に該当する。すなわち、ＰＦＦ流路に対して、出口流路の末端（出口）から流体を充填すれば、気泡を残さず効率よく流体を充填することが可能となる。

【0013】

図１に示すようなＰＦＦ流路にＥＳＺ法を組み合わせたような粒子分離検出流路を備えたマイクロチップ１０の場合、インレット１４ａ、１４ｂ、アウトレット２３、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを孔として持ち、各孔の間を入口側分岐１８ａ、１８ｂ、狭窄流路１６、拡大流路１７、ドレイン流路２２、粒子回収流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、粒子検出流路１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが繋ぐ構造になっている（図１（ａ）、（ｂ）参照）。粒子検出流路１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃにはアパーチャ５３が存在している（図１（ｃ）参照）。アパーチャにより粒子検出流路は部分的に流路幅が狭まるため、粒子検出流路は本発明における狭窄部位を有する流路に該当する。すなわち、アウトレット１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃは、狭窄部位を有する流路のみに繋がった出口であり、アウトレット２３は（狭窄流路１６及び拡大流路１７に流体接続されている）ドレイン流路２２に繋がった出口であり、アウトレット２３から流体を充填すれば、気泡を残さず効率よく流体を充填することが可能となる。

【0014】

流体を充填する方法としてはシリンジポンプ、ペリスタポンプ、圧送ポンプ等の圧力勾配による送液、電気浸透流ポンプによる送液、液面差による送液、孔に注入した流体を図４に示すようなピン構造物を用いて、圧入することも可能である。また、ピンを用いて流体を導入する方法として、図５に示すようなピンを押し込むため冶具を用いて圧入すると、簡便かつ再現性が良くなり好ましい。

【0015】

流路構造体の材質としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、アクリル等の各種ポリマー材料、ガラス、シリコーン、セラミクス、ステンレスなどの各種金属、半導体などを用いることができ、またこれらの材料のうち、任意の２種類の基板を組み合わせて用いることも可能である。ただし、流路自体を安価に作製し提供するためには、少なくとも部分的にポリマー材料を用いることが好ましい。

【0016】

流路がＰＤＭＳ等の伸縮可能な材質であれば、上述したピン構造物は硬質の材料、例えばアクリル等の各種ポリマー材料であればガラス、シリコーン、セラミクス、ステンレスなどの各種金属が好ましい。逆に流路が前記硬質の材料であればＰＤＭＳやブタジエンースチレンゴムなどの伸縮可能な材料を用いることで、液を圧入することができる。

【0017】

本発明における流体は、水溶液であり、好ましくは界面活性剤含む水溶液であるが、塩が入っていても良い。またオイルや油を用いることもできる。

【実施例】

【0018】

実施例１
一般的なフォトリソグラフィーとソフトリソグラフィー技術を用いて、図１に示すマイクロチップ１０を作製した。具体的な手順は、特許文献１の実施例に記載の方法と同様である。この時、マイクロチップ１０の各流路について、流路１３の高さは粒子検出部１０３ａ、粒子検出部１０３ｃ以外すべて４．５μｍとし、流路１３の端部に、基板１１の上面に貫通するインレット１４ａ、１４ｂ、アウトレット１０４ａ、１０４ａ’、１０４ｂ、１０４ｂ’、１０４ｃ、１０４ｃ’、２３（それぞれ穴の径２ｍｍ）を設けた。また流路１３は、分岐流路１８ａ（幅２０μｍ、長さ１．５ｍｍ）、分岐流路１８ｂ（幅４０μｍ、長さ５００μｍ）、狭窄流路１６（幅６μｍ、長さ２０μｍ）、拡大流路１７（２４ｂ角度１３５度、最大拡大時流路幅６００μｍ、長さ０．５ｍｍ）、ドレイン流路２２（幅５００μｍ、長さ１．７ｍｍ）、粒子回収流路１０２ａ（幅７５μｍ、長さ４ｍｍ）、粒子回収流路１０２ｃ（幅１４０μｍ、長さ７．５ｍｍ）、粒子回収流路１０２ｂ（幅５１２μｍ、長さ３．７５ｍｍ）とした。また、粒子検出部１０２ａの２つのアパーチャは、どちらも幅１μｍ、高さ０．４μｍ、長さ１０μｍとし、粒子検出部１０２ｃの２つのアパーチャは、どちらも幅２μｍ、高さ０．８μｍ、長さ１０μｍとし、粒子検出部１０２ｂの２つのアパーチャは、どちらも幅３．５μｍ、高さ４．５μｍ、長さ２０μｍとした。
アウトレット２３に液体１００ＮとしてミリＱ水７μＬを導入した。導入した液を図５に示す冶具で圧入し内部に液が均一に圧入されることを確認した。

【0019】

比較例１
実施例１で用いたマイクロチップに対して、インレット１４ａ、１４ｂに液体１００ＮとしてミリＱ水７μＬずつを導入した。導入した液の圧入具合を顕微鏡観察し、内部に液が均一に圧入されていないことを確認した（図２（ｂ）、（ｃ）参照）。

【0020】

比較例２
実施例１で用いたマイクロチップに対して、アウトレット１０４ａに液体１００ＮとしてミリＱ水７μＬを導入した。導入した液導入した液を図５に示す冶具で圧入し圧入具合を顕微鏡観察したところ、狭窄部位（アパーチャ）にゴミが閉塞し流路として使用できないことを確認した（図３（ｂ）参照）。

【符号の説明】

【0021】

８ アパーチャを閉塞した粒子
１０ マイクロチップ
１１ 基板
１２ 基板
１３ 流路
１４ａ、１４ｂ 入口側ポート
１６ 狭窄流路
１６ａ サンプル液側狭窄流路壁面
１６ｂ シース液側狭窄流路壁面
１７ 拡大流路
１７ａ サンプル液側拡大流路壁面
１７ｂ シース液側狭拡大路壁面
１８ａ、１８ｂ 入口側分岐
１９ 拡大開始点
２１ 流路
２２ ドレイン流路
２３ アウトレット
２４ｂ 角度
４０ スロープ部分
５０ 粒子
５３ アパーチャ
５４、５４ａ、５４ｂ 電極
６２ 粒子検出流路
１００Ｎ 流体
１０２ａ～ｃ 粒子回収流路
１０３ａ～ｃ 粒子検出部
１０４ａ～ｃ アウトレット
１０５ 粒子回収流路
１０６ 粒子回収流路
１０７ アパーチャＡ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】