特許 7473633 微小液滴を調製するためのサンプル添加針及び微小液滴の調製方法

(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】2024-04-15

(45)【発行日】2024-04-23

(54)【発明の名称】微小液滴を調製するためのサンプル添加針及び微小液滴の調製方法

(51)【国際特許分類】

   B01L 3/02 20060101AFI20240416BHJP

【ＦＩ】

B01L3/02 D

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2022514015

(86)(22)【出願日】2020-08-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-01-18

(86)【国際出願番号】 CN2020112172

(87)【国際公開番号】W WO2021037218

(87)【国際公開日】2021-03-04

【審査請求日】2022-04-21

(31)【優先権主張番号】201910816533.X

(32)【優先日】2019-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】523104890

【氏名又は名称】マキュラ バイオテクノロジー カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100136629

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 光宜

(74)【代理人】

【識別番号】100080791

【弁理士】

【氏名又は名称】高島 一

(72)【発明者】

【氏名】翁 蓉蓉

【審査官】塩谷 領大

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１６４１９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１８３４３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２５３９１４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｌ １／００－９９／００

Ｃ１２Ｍ １／２６

Ｃ１２Ｍ １／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一体的に成形されて互いに貫通する液体貯蔵部及び液体吐出部を含み、前記液体貯蔵部は、半径方向寸法が前記液体吐出部に向かう方向に徐々に減少する中空円錐台であり、前記液体吐出部は、半径方向寸法が前記液体貯蔵部から離れる方向に徐々に減少する中空円錐台であり、前記液体貯蔵部のテーパーはＣ１であり、前記液体吐出部のテーパーはＣ２であり、Ｃ１≦Ｃ２であり、前記液体貯蔵部の肉厚はＤ１であり、前記液体吐出部の肉厚はＤ２であり、Ｄ１＞Ｄ２であり、
前記液体貯蔵部から離れた前記液体吐出部の一端は液体吐出開口であり、
前記液体吐出部の高さが２～５ｍｍであり、テーパーが１０～２０°であり、肉厚が０．０５～０．３ｍｍであり、前記液体吐出開口の外径が３５０～４５０μｍであり、前記液体吐出開口の内径が２５～２００μｍである、
ことを特徴とする、１ナノリットルと小さい体積の均一な微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項2】

前記液体貯蔵部の高さが３～５０ｍｍであり、テーパーが２～３０°であり、肉厚が０．３～２．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項3】

前記液体貯蔵部の高さが５～３０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項4】

前記液体貯蔵部のテーパーが２～２０°であることを特徴とする、請求項１に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項5】

前記液体貯蔵部の肉厚が０．４～０．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項6】

前記液体吐出部の肉厚が０．１～０．２ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項7】

前記液体吐出部から離れた前記液体貯蔵部の一端には、前記液体貯蔵部と一体的に成形された適合部が付けられ、前記適合部は、半径方向寸法が前記液体吐出部に向かう方向に徐々に減少する円錐台であることを特徴とする、請求項１に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項8】

前記液体吐出部から離れた前記適合部の一端に、前記適合部を取り囲む段差部が設けられ、前記液体吐出部に向かう前記段差部の一端に、少なくとも１つの補強リブが設けられ、前記段差部が前記適合部と一体的に形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項9】

前記適合部の高さが３～８ｍｍであり、テーパーが２～６°であることを特徴とする、請求項７に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項10】

前記適合部の高さが３～５ｍｍであることを特徴とする、請求項７に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項11】

前記適合部のテーパーが３～４．５°であることを特徴とする、請求項７に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項12】

前記液体吐出部から離れた前記適合部の一端は液体供給開口であることを特徴とする、請求項７に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項13】

前記液体吐出開口の内径は５０～２００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項14】

前記液体吐出開口の内径は１００～１８０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項15】

前記サンプル添加針は、純水溶液との接触角が８０度以上の材料から形成され、前記材料は、フッ化エチレンプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニル、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレンコポリマー、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ナイロン、ポリオキシメチレン、ポリ塩化ビニル、またはポリプロピレンの１つであることを特徴とする、請求項１～１４のいずれか１項に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項16】

前記材料は、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはシクロオレフィンポリマーであることを特徴とする、請求項１５に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。

【請求項17】

サンプル添加針を提供することと；
前記サンプル添加針にキャリアオイルを、前記サンプル添加針内の前記キャリアオイルに気泡がないように充填することと；
サンプル溶液を収容している第１の開口容器を提供し、液体吐出部の液体吐出開口が前記第１の開口容器の液面の上方に位置するように前記サンプル添加針を移動させることと；
前記液体吐出開口が前記サンプル溶液に接触して浸されて前記サンプル溶液が前記サンプル添加針内に吸い込まれるように前記サンプル添加針を下に移動させることと；
油性液体を収容している第２の開口容器を提供し、前記サンプル溶液が吸い込まれた前記サンプル添加針を前記第２の開口容器の液面の上方に移動させることと；
前記液体吐出開口が前記油性液体に接触して浸されるように前記サンプル添加針を下に移動させ、前記サンプル添加針を前記油性液体中で周期的な往復運動をさせて液体を排出することで、前記液体吐出開口内の前記サンプル溶液が前記油性液体に入って均一なサイズを有する微小液滴を形成することと
を含むことを特徴とする、請求項１～１６のいずれか１項に記載のサンプル添加針を用いて微小液滴を調製するための方法。

【請求項18】

前記周期的な往復運動は、速度または加速度が変化する周期的な往復運動であることを特徴とする、請求項１７に記載の微小液滴を調製するための方法。

【請求項19】

前記周期的な往復運動の位置波形は、正弦波、方形波、三角波、台形波、鋸歯状波、または前記の波形の重ね合わせもしくは組み合わせであることを特徴とする、請求項１７に記載の微小液滴を調製するための方法。

【請求項20】

前記キャリアオイルと前記サンプル溶液とは互いに相溶しなく、前記油性液体と前記サンプル溶液とは互いに相溶しないことを特徴とする、請求項１７に記載の微小液滴を調製するための方法。

【請求項21】

前記サンプル添加針にキャリアオイルを充填する過程及び前記サンプル添加針が液体を吐き出して液滴を形成する過程において、液滴の体積の均一性への気泡の影響を排除するように、前記サンプル添加針に気泡があるかどうかを気泡検出法を使用して検出するまたは人工的に観察して判断することを特徴とする、請求項１７に記載の微小液滴を調製するための方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクロ流体技術、マイクロスケール材料調製、マイクロリアクター、及びマイクロ分析技術分野に関する。具体的には、微小液滴を調製するためのサンプル添加針及び微小液滴を調製するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

微小液滴は様々な分野で広く使用されており、微小液滴に基づくマイクロ流体技術は、単一細胞分析、単一細胞配列決定、デジタルＰＣＲ、タンパク質結晶化、ハイスループット反応スクリーニング、及び単一細胞機能選別などの分野で急速に開発され、適用されてきた。

【0003】

微小液滴の生成は、互いに相溶しない２つの相を使用して乳化微小液滴を生成することである。微小液滴相は分散相と呼ばれ、微小液滴を包む相は連続相と呼ばれる。微小液滴が生成された後、それらを分割、融合、混合、希釈、収集、及び選別することなどができる。したがって、微小液滴の形状、サイズ、及び単分散性を制御することが非常に重要である。

【0004】

従来技術では、微小液滴生成技術は主に以下のものを含む。１つは、マイクロ流体チップを使用して微小液滴を生成することである。その原理は、分散相と連続相がマイクロチャネル内で出会うときの界面の不安定性に基づいている。駆動力（重力、遠心力、推進力など）によって、装置の複雑さや操作の複雑さが異なるため、製造及び操作には熟練したオペレーターが必要である。２つ目は、特殊な装置を使用して微量の液体を噴射し、例えば、圧電セラミック、熱衝撃膨張、高電圧エレクトロスプレーなどの特殊な噴射または微小液滴励起法などによって微小液滴を形成することであるが、この方法では、微小液滴の体積への正確な調整制御は困難であり、生物学的サンプルがある程度損傷する可能性がある。

【発明の概要】

【0005】

本出願の主な目的の１つは、上記従来技術の欠陥の少なくとも１つを克服し、均一なサイズ及び制御可能な体積を有する微小液滴を調製するためのサンプル添加針を提供することである。

【0006】

本出願の主な目的の１つは、上記従来技術の欠陥の少なくとも１つを克服し、交換及びバッチでの使用が容易な、微小液滴を調製するためのサンプル添加針を提供することである。

【0007】

本出願のもう１つの主な目的は、前記サンプル添加針を使用することによって微小液滴を調製するための方法を提供することである。本出願の出願人は、出願番号が２０１４１０６５５１９１．５、発明名称がマイクロチャンネルの液滴の生成方法である中国特許、出願番号が２０１４１０６５５３０９．４、発明名称が微小液滴に基づく核酸増幅のデジタル定量分析のための方法及びシステムである中国特許、及び出願番号が２０１８２１０１３２４４．３、発明名称が微小液滴生成用の吸引ヘッド装置である中国特許に基づいて本出願の研究を続けてきた。上記特許に開示された方法及び装置によって生成された微小液滴は、制御可能なサイズ及び良好な均一性を有する。キャピラリー、及び金属キャピラリーを備えた吸引ヘッド装置を使用して、液体貯蔵チャンバーをキャピラリーの上端に統合し、簡単に交換でき、キャピラリーを使用すると、サンプルを直接吸い取り、油相液面下での往復振動によって微小液滴を生成できる。しかしながら、このサンプル添加針には次のような問題がある。ナノリットルの微小液滴を生成するために、金属キャピラリーの内径は１００ミクロンと小さく、これは加工と組み立てに大きな困難をもたらし、サンプル添加針のコストが高すぎる；サンプル液を吸い取る場合、キャピラリー抵抗が大きいため、真空や気泡が発生しやすく、液のサンプリング速度が制限され、液滴生成の均一性に影響する；金属キャピラリー自体は疎水性が不十分であり、液滴が生成される場合、表面がサンプル液中の生体分子を容易に吸着して親水性になり、液滴を連続的に生成できなくなる；非金属キャピラリーは、加工コストが高く、剛性が弱いため、液滴生成の均一性を確保できない。そのため、出願人は、上記の方法及び装置の欠陥に基づいて、本出願をさらに研究した。本出願は、外部キャピラリー液体吐出口のない、一体的に射出成形できる新しい微小液滴調製用サンプル添加針を提供し、サンプル添加針の液体吐出部にテーパー状の吐出口を開口することで、ストレートパイプの加工の難しさを解決し、大量かつ低コストの加工が可能である。この設計により、振動時の液体吐出部の剛性及び振動制御の精度が確保され、低コストで均一なナノリットル液滴の調製が実現できる。

【0008】

上記の課題を解決するために、本出願は以下の技術構成を採用する。
１、一体的に成形されて互いに貫通する液体貯蔵部及び液体吐出部を含む、微小液滴を調製するためのサンプル添加針であって、前記液体貯蔵部は、半径方向寸法が前記液体吐出部に向かう方向に徐々に減少する中空円錐台であり、前記液体吐出部は、半径方向寸法が前記液体貯蔵部から離れる方向に徐々に減少する中空円錐台であり、前記液体貯蔵部のテーパーはＣ１であり、前記液体吐出部のテーパーはＣ２であり、Ｃ１≦Ｃ２であり、前記液体貯蔵部の肉厚はＤ１であり、前記液体吐出部の肉厚はＤ２であり、Ｄ１＞Ｄ２であることを特徴とする、微小液滴を調製するためのサンプル添加針。
２、前記液体貯蔵部の高さが３～５０ｍｍ、好ましくは５～３０ｍｍであり、テーパーが２～３０°、好ましくは２～２０°であり、肉厚が０．３～２．０ｍｍ、好ましくは０．４～０．５ｍｍであることを特徴とする、項１に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。
３、前記液体吐出部の高さが１～１０ｍｍ、好ましくは２～５ｍｍであり、テーパーが１０～６０°、好ましくは１０～２０°であり、肉厚が０．０５～０．３ｍｍ、好ましくは０．１～０．２ｍｍであることを特徴とする、項１に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。
４、前記液体吐出部から離れた前記液体貯蔵部の一端には、前記液体貯蔵部と一体的に成形された適合部が付けられ、前記適合部は、半径方向寸法が前記液体吐出部に向かう方向に徐々に減少する円錐台であることを特徴とする、項１に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。
５、前記液体吐出部から離れた前記適合部の一端に、前記適合部を取り囲む段差部が設けられ、前記液体吐出部に向かう前記段差部の一端に、少なくとも１つの補強リブが設けられ、前記段差部が前記適合部と一体的に成形されていることを特徴とする、項４に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。
６、前記適合部の高さが３～８ｍｍ、好ましくは３～５ｍｍであり、テーパーが２～６°、好ましくは３～４．５°であることを特徴とする、項４に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。
７、前記液体吐出部から離れた前記適合部の一端は液体供給開口であり、前記液体貯蔵部から離れた前記液体吐出部の一端は液体吐出開口であることを特徴とする、項４に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。
８、前記液体吐出開口の内径は２５～２００μｍ、好ましくは５０～２００μｍ、より好ましくは１００～１８０μｍであり、前記液体吐出開口の外径は２００～８００μｍ、好ましくは２５０～５５０μｍ、より好ましくは３５０～４５０μｍであることを特徴とする、項７に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。
９、前記サンプル添加針は、純水溶液との接触角が８０度以上の材料から形成され、前記材料は、フッ化エチレンプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニル、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレンコポリマー、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ナイロン、ポリオキシメチレン、ポリ塩化ビニル、またはポリプロピレンの１つであり、好ましくはナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはシクロオレフィンポリマーであることを特徴とする、項１～８のいずれか１項に記載の微小液滴を調製するためのサンプル添加針。
１０、 サンプル添加針を提供することと；
前記サンプル添加針にキャリアオイルを、前記サンプル添加針内の前記キャリアオイルに気泡がないように充填することと；
サンプル溶液を収容している第１の開口容器を提供し、液体吐出部の液体吐出開口が前記第１の開口容器の液面の上方に位置するように前記サンプル添加針を移動させることと；
前記液体吐出開口が前記サンプル溶液に接触して浸されて前記サンプル溶液が前記サンプル添加針内に吸い込まれるように前記サンプル添加針を下に移動させることと；
油性液体を収容している第２の開口容器を提供し、前記サンプル溶液が吸い込まれた前記サンプル添加針を前記第２の開口容器の液面の上方に移動させることと；
前記液体吐出開口が前記油性液体に接触して浸されるように前記サンプル添加針を下に移動させ、前記サンプル添加針を前記油性液体中で周期的な往復運動をさせて液体を排出することで、前記液体吐出開口内の前記サンプル溶液が前記油性液体に入って均一なサイズを有する微小液滴を形成することと
を含むことを特徴とする、微小液滴を調製するための方法。
１１、前記サンプル添加針が、項１～９のいずれか１項に記載のサンプル添加針であることを特徴とする、項１０に記載の方法。
１２、前記周期的な往復運動は、速度または加速度が変化する周期的な往復運動であることを特徴とする、項１０に記載の微小液滴を調製するための方法。
１３、前記周期的な往復運動の位置波形は、正弦波、方形波、三角波、台形波、鋸歯状波、または前記の波形の重ね合わせもしくは組み合わせであることを特徴とする、項１０に記載の微小液滴を調製するための方法。
１４、前記キャリアオイルと前記サンプル溶液とは互いに相溶しなく、前記油性液体と前記サンプル溶液とは互いに相溶しないことを特徴とする、項１０に記載の微小液滴を調製するための方法。
１５、前記サンプル添加針にキャリアオイルを充填する過程及び前記サンプル添加針が液体を吐き出して液滴を形成する過程において、液滴の体積の均一性への気泡の影響を排除するように、前記サンプル添加針に気泡があるかどうかを気泡検出法を使用して検出するまたは人工的に観察して判断することを特徴とする、項１０に記載の微小液滴を調製するための方法。

【0009】

本出願に記載される微小液滴を調製するためのサンプル添加針によれば、「上部には液体供給アダプターを接続するための適合部が設けられ、中部にはサンプルを貯蔵するための液体貯蔵部が設けられ、下部には微小液滴の生成に使用される液体吐出部が設けられ、前記適合部の上端の開口が液体供給開口であり、前記液体吐出部の下端の開口が液体吐出開口であり、前記液体供給開口から前記液体吐出開口へ直径が徐々に減少し、前記液体吐出開口の内径が２５～２００μｍであり、外径が２００～８００μｍであり、前記サンプル添加針と前記サンプル溶液及び前記油性液体と接触するときの接触角が８０°以上である」設計を使用することによって、前記サンプル添加針を使用して微小液滴を調製する場合、前記サンプル添加針は、前記油性液体中で変化している速度で周期的な往復運動を行うことで、前記サンプル溶液が液体吐出開口で油性液体の周期的せん断力を受け、その結果、前記サンプル添加針内の前記サンプル溶液が前記油性液体に入り、均一なサイズ及び制御可能な体積を有する微小液滴の生成が実現できる。

【0010】

本出願に記載される微小液滴を調製するためのサンプル添加針において、前記液体貯蔵部のテーパーはＣ１であり、前記液体吐出部のテーパーはＣ２であり、Ｃ１≦Ｃ２であり、前記液体貯蔵部の肉厚はＤ１であり、前記液体吐出部の肉厚はＤ２であり、Ｄ１＞Ｄ２である。液体吐出部のテーパー構造が大きいため、前端の小さい開口の加工性及び金型の寿命が確保でき、液体吐出部の剛性も確保できる。液体貯蔵部の肉厚を厚くすることでサンプル添加針の全体的な剛性が確保でき、液体吐出部を薄くすることでサンプル添加針の前端の寸法を小さくすることができ、往復運動中の管壁による流体のせん断力の減衰及び油相へのかき乱しを抑えることができ、微小液滴の確実な生成を促進できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

添付の図面は、本出願をよりよく理解できるように使用され、本出願に対する不適切な制限を構成するものではない。ここで、

【図1】本出願に開示された微小液滴を調製するためのサンプル添加針の概略図である。

【図2】本出願に開示された微小液滴を調製するためのサンプル添加針の底面図である。

【図3】図２の部分Ａの拡大図であり、本出願で提供されるサンプル添加針の液体吐出開口の構造概略図を示している。

【図4】本出願の液体貯蔵部及び液体吐出部の概略図である。

【図5】本出願に開示された微小液滴を調製するための方法を使用して微小液滴を調製するための操作ステップの概略図である。

【図6】図６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃは、本出願の特定の実施形態において、振動機構によってサンプル添加針が駆動されて液面下または液面を横切って変化している速度で周期的な往復運動を行って微小液滴を生成する原理の概略図である。

【図7】試験例１で微小液滴を生成する実験の結果を示す図である。

【図8】図８Ａ～８Ｄは、本出願の液体吐出開口の管壁の形状の概略図である。

【0012】

符号の説明：
１１０－サンプル添加針；１２０－液体吐出部；１３０－液体貯蔵部；１４０－適合部；１５０－液体吐出開口；１６０－液体供給開口；１７０－液体供給アダプター；１８０－段差部；１９０－補強リブ；２００－サンプル溶液；２１０－油性液体；２２０－微小液滴；２３０－キャリアオイル；２４０－振動機構。

【発明を実施するための形態】

【0013】

添付の図面を参照して、以下で本出願の例示的な実施形態を説明する。その中に含まれる本出願の実施形態の様々な詳細は、理解を容易にするためであり、単なる例示的なものと見なされるべきである。したがって、当業者は、本出願の範囲及び精神から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態について様々な変更及び修正を行うことができることを認識するであろう。また、明確及び簡潔にするために、以下の説明では、公知の機能及び構造についての説明を省略している。

【0014】

図１～図４を参照すると、本出願は、一体的に成形されて互いに貫通する液体貯蔵部１３０及び液体吐出部１２０を含む、微小液滴を調製するためのサンプル添加針１１０を提供する。前記液体貯蔵部１３０は、半径方向寸法が前記液体吐出部１２０に向かう方向に徐々に減少する中空円錐台であり、前記液体吐出部１２０は、半径方向寸法が前記液体貯蔵部１３０から離れる方向に徐々に減少する円錐台であり、前記液体貯蔵部１３０のテーパーはＣ１であり、前記液体吐出部１２０のテーパーはＣ２であり、Ｃ１≦Ｃ２であり、前記液体貯蔵部の肉厚はＤ１であり、前記液体吐出部の肉厚はＤ２であり、Ｄ１＞Ｄ２である。液体吐出部１２０のより大きいテーパー構造は、前端の小さい開口の加工性及び金型の寿命を確保し、液体吐出部１２０の剛性をも確保できる。液体貯蔵部分１３０のより厚い肉厚は、サンプル添加針の全体的な剛性を確保し、一方、より薄い液体吐出部１２０は、サンプル添加針の前端の寸法が小さいことを確保し、これは、微小液滴の生成に寄与する。

【0015】

テーパーとは、円錐の底面の直径と円錐台の高さとの比を指す。円錐台の場合、上下に底面の円の直径差と円錐台の高さの差との比を指す。

【0016】

図４に示すように、（ａ）は液体貯蔵部の概略図であり、（ｂ）は液体吐出部の概略図である。

【0017】

【数1】

【0018】

【数2】

【0019】

図２～図３に示すように、前記液体貯蔵部１３０及び前記液体吐出部１２０は、いずれも両端に開口部を有する中空円錐台構造である。前記液体貯蔵部１３０は、両端に開口部を有する中空円錐台構造であってもよく、前記液体吐出部１２０は、両端に開口部を有する中空円錐台構造であってもよく、前記液体貯蔵部１３０の下端部と前記液体吐出部１２０の上端部とは一体的に成形されている。液体貯蔵部１３０は、キャリアオイル２３０を貯蔵するために使用され、液体吐出部１２０は、サンプル溶液２００を吸い取るために使用される。

【0020】

前記サンプル添加針１１０によって微小液滴２２０を調製するとき、前記サンプル添加針１１０にキャリアオイル２３０を、サンプル添加針１１０内のキャリアオイル２３０に気泡がないように充填する。次に、サンプル溶液２００を収容している第１の開口容器の液面内にサンプル添加針１１０を入れて、前記サンプル添加針１１０の液体吐出部１２０から前記サンプル溶液２００を吸い込む。そして、前記サンプル溶液２００を吸い込んだサンプル添加針１１０を、油性液体２１０を収容している第２の開口容器の液面内に移動させて、前記液体吐出開口１５０を前記油性液体２１０に接触させて浸した後、前記サンプル添加針１１０を前記油性液体２１０中で変化している速度で周期的な往復運動させ、これによって液体吐出開口１５０での前記サンプル溶液２００の吸着力が弱まり、前記サンプル添加針１１０内の前記サンプル溶液２００が前記油性液体２１０に入って、均一なサイズ及び制御可能な体積を有する微小液滴２２０の形成が実現される。

【0021】

本出願の実施形態では、前記液体貯蔵部１３０の高さは、３～５０ｍｍ、好ましくは５～３０ｍｍであり、テーパーは２～３０°、好ましくは２～２０°であり、肉厚は０．３～２．０ｍｍ、好ましくは０．４～０．５ｍｍである。

【0022】

前記液体貯蔵部１３０の高さは、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍ、１７ｍｍ、１８ｍｍ、１９ｍｍ、２０ｍｍ、２１ｍｍ、２２ｍｍ、２３ｍｍ、２４ｍｍ、２５ｍｍ、２６ｍｍ、２７ｍｍ、２８ｍｍ、２９ｍｍ、３０ｍｍ、３１ｍｍ、３２ｍｍ、３３ｍｍ、３４ｍｍ、３５ｍｍ、３５ｍｍ、３６ｍｍ、３７ｍｍ、３８ｍｍ、３９ｍｍ、４０ｍｍ、４１ｍｍ、４２ｍｍ、４３ｍｍ、４４ｍｍ、４５ｍｍ、４６ｍｍ、４７ｍｍ、４８ｍｍ、４９ｍｍ、５０ｍｍのいずれかであり得る。

【0023】

前記液体貯蔵部１３０のテーパーは、２°、３°、４°、５°、６°、７°、８°、９°、１０°、１１°、１２°、１３°、１４°、１５°、１６°、１７°、１８°、１９°、２０°、２１°、２２°、２３°、２４°、２５°、２６°、２７°、２８°、２９°、３０°のいずれかであり得る。

【0024】

前記液体貯蔵部１３０の肉厚は、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．３ｍｍ、１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．７ｍｍ、１．８ｍｍ、１．９ｍｍ、２．０ｍｍであり得る。

【0025】

本出願の実施形態では、前記液体吐出部１２０の高さは１～１０ｍｍ、好ましくは２～５ｍｍであり、テーパーは１０～６０°、好ましくは１０～２０°であり、肉厚は０．０５～０．３、好ましくは０．１～０．２ｍｍである。

【0026】

前記液体吐出部１２０の高さは、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍのいずれか１つであり得る。

【0027】

前記テーパーは、１０°、１１°、１２°、１３°、１４°、１５°、１６°、１７°、１８°、１９°、２０°、２１°、２２°、２３°、２４°、２５°、２６°、２７°、２８°、２９°、３０°、３１°、３２°、３３°、３４°、３５°、３６°、３７°、３８°、３９°、４０°、４１°、４２°、４３°、４４°、４５°、４６°、４７°、４８°、４９°、５０°、５１°、５２°、５３°、５４°、５５°、５６°、５７°、５８°、５９°、６０°のいずれか１つであり得る。

【0028】

前記液体吐出部１２０の肉厚は、０．０５ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０７ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．０９ｍｍ、０．１ｍｍ、０．１１ｍｍ、０．１２ｍｍ、０．１３ｍｍ、０．１４ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．１６ｍｍ、０．１７ｍｍ、０．１８ｍｍ、０．１９ｍｍ、０．２ｍｍ、０．２１ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．２３ｍｍ、０．２４ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２６ｍｍ、０．２７ｍｍ、０．２８ｍｍ、０．２９ｍｍ、０．３ｍｍであり得る。

【0029】

前記液体吐出部１２０のテーパーを大きくすることにより、前記液体吐出開口１５０の内径及び外径が小さい場合に液体吐出部１２０の高さを小さくし、サンプル添加針１１０の液体吐出部１２０の機械的強度が増加し、微小液滴２２０の調製の安定性及び微小液滴２２０の均一性に寄与する。

【0030】

本出願の実施形態では、前記液体吐出部１２０から離れた前記液体貯蔵部１３０の一端には、液体貯蔵部と一体的に成形された適合部１４０が付けられ、前記適合部１４０は、半径方向寸法が前記液体吐出部１２０に向かう方向に徐々に減少する円錐台である。

【0031】

前記適合部１４０は、キャリアオイル２３０が液体供給アダプター１７０を介して前記液体貯蔵部１３０に入るように、前記液体供給アダプター１７０を接続するために使用することができる。

【0032】

前記適合部１４０は、両端に開口を備える中空の円錐台構造であり得る。

【0033】

前記液体貯蔵部１３０は、前記適合部１４０と緊密に接続されている。

【0034】

本出願の実施形態では、図８Ａに示すように、前記液体吐出部１２０から離れた前記適応部１４０の一端は、液体供給開口１６０であり、前記液体貯蔵部１３０から離れた前記液体吐出部１２０の一端は、液体吐出開口１５０である。

【0035】

図８Ｂ～８Ｄに、前記液体吐出開口の３つの変形が示され、前記液体吐出開口の内径は等しく、外径は等しいか、または軸方向に沿って徐々に小さくなる。図８Ｂでは、前記液体吐出開口１５０は中空円筒形であり、前記液体吐出開口の内径及び外径はいずれも等しい。前記液体吐出開口１５０と前記液体吐出部１２０は一体的に形成され、前記液体吐出部１２０の端部の内径は、前記液体吐出開口１５０の内径に等しく、互いに貫通している。図８Ｃ及び８Ｄは、図８Ｃ及び８Ｄの前記液体吐出開口１５０の下部の外径が軸方向に徐々に減少する点において、図８Ｂと相違する。

【0036】

前記液体供給開口１６０には、液体供給アダプター１７０が挿入されて接続され、それによって、キャリアオイル２３０は、液体貯蔵部１３０にスムーズに入ることができる。

【0037】

図３に示すように、前記液体吐出開口１５０の内径Ｒ３は、２５～２００μｍ、好ましくは５０～２００μｍ、より好ましくは１００～１８０μｍであり、前記液体吐出開口１５０の外径Ｒ４は、２００～８００μｍ、好ましくは２５０～５５０μｍ、より好ましくは３５０～４５０μｍである。

【0038】

前記液体吐出開口１５０のＲ３の内径は、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、５５μｍ、６０μｍ、６５μｍ、７０μｍ、７５μｍ、８０μｍ、８５μｍ、９０μｍ、９５μｍ、１００μｍ、１０５μｍ、１１０μｍ、１１５μｍ、１２０μｍ、１２５μｍ、１３０μｍ、１３５μｍ、１４０μｍ、１４５μｍ、１５０μｍ、１５５μｍ、１６０μｍ、１６５μｍ、１７０μｍ、１７５μｍ、１８０μｍ、１８５μｍ、１９０μｍ、１９５μｍ、２００μｍのいずれかであり得る。

【0039】

前記液体吐出開口１５０の外径Ｒ４は、２００μｍ、２１０μｍ、２２０μｍ、２３０μｍ、２４０μｍ、２５０μｍ、２６０μｍ、２７０μｍ、２８０μｍ、２９０μｍ、３００μｍ、３１０μｍ、３２０μｍ、３３０μｍ、３４０μｍ、３５０μｍ、３６０μｍ、３７０μｍ、３８０μｍ、３９０μｍ、４００μｍ、４１０μｍ、４２０μｍ、４３０μｍ、４４０μｍ、４５０μｍ、４６０μｍ、４７０μｍ、４８０μｍ、４９０μｍ、５００μｍ、５１０μｍ、５２０μｍ、５３０μｍ、５４０μｍ、５５０μｍ、５６０μｍ、５７０μｍ、５８０μｍ、５９０μｍ、６００μｍ、６１０μｍ、６２０μｍ、６３０μｍ、６４０μｍ、６５０μｍ、６６０μｍ、６７０μｍ、６８０μｍ、６９０μｍ、７００μｍ、７１０μｍ、７２０μｍ、７３０μｍ、７４０μｍ、７５０μｍ、７６０μｍ、７７０μｍ、７８０μｍ、７９０μｍ、８００μｍのいずれかであり得る。

【0040】

本出願の実施形態では、前記液体吐出部１２０から離れた前記適合部１４０の一端に、前記適合部１４０を取り囲む段差部１８０が設けられ、前記液体吐出部１２０に向かう前記段差部１８０の一端に、少なくとも１つの補強リブ１９０が設けられる。すなわち、前記液体供給開口１６０の外面には、前記適合部１４０を取り囲む段差部１８０が設けられ、前記段差部１８０は環状であり、前記段差部は、前記適合部上に一体的に形成される。

【0041】

前記段差部１８０は、前記適合部１４０の液体供給開口１６０に套設され、前記段差部１８０は、前記適合部１４０と緊密に接続されている。前記段差部の直径は、サンプル添加針１１０箱内のサンプル添加針１１０配置孔の直径よりも大きく、一部の前記段差部は、サンプル添加針１１０箱内の受容面と接触して、前記サンプル添加針１１０をアレイに空中に浮くようにサンプル添加針１１０箱に配置するようになる。

【0042】

前記補強リブ１９０の数は、１、２、３、４、５及びそれ以上とすることができる。前記補強リブ１９０の数が複数である場合、複数の補強リブ１９０を等間隔に配置することができる。複数の前記補強リブ１９０は、液体供給アダプター１７０が前記適合部１４０に密接に挿着されたときに、サンプル添加針１１０の機械的強度を高めることができる。

【0043】

本出願の実施形態では、前記補強リブ１９０及び前記適合部１４０の両方が、前記液体吐出部１２０に向かって延伸する。すなわち、前記補強リブ１９０の延伸方向と前記適合部１４０の延伸方向は一致している。前記補強リブ１９０の底部は、前記適合部１４０に接続されている（ここで、補強リブ１９０の底部は、補強リブ１９０が適合部１４０に面している側である）。

【0044】

本出願の実施形態では、前記適合部１４０の高さが３～８ｍｍ、好ましくは３～５ｍｍであり、テーパーが２～６°、好ましくは３～４５°である。

【0045】

前記適合部１４０の高さは、３ｍｍ、３．５ｍｍ、４ｍｍ、４．５ｍｍ、５ｍｍ、５．５ｍｍ、６ｍｍ、６．５ｍｍ、７ｍｍ、７．５ｍｍ、及び８ｍｍのいずれかであり得る。

【0046】

前記適合部１４０のテーパーは、２°、２．５°、３°、３．５°、４°、４．５°、５°、５．５°、及び６°のいずれかであり得る。

【0047】

液体供給アダプター１７０と前記適合部１４０が密接に挿着される部分のテーパーは２～６°であり、これは、液体供給アダプター１７０と前記サンプル添加針１１０との間の接続の気密性を確保する。

【0048】

本出願の実施形態では、前記液体貯蔵部１３０の液体貯蔵容量は、５～５００μＬ、好ましくは２０～６０μＬである。

【0049】

前記液体貯蔵部１３０の液体貯蔵容量は５μＬ、１０μＬ、２０μＬ、３０μＬ、４０μＬ、５０μＬ、６０μＬ、７０μＬ、８０μＬ、９０μＬ、１００μＬ、１５０μＬ、２００μＬ、２５０μＬ、３００μＬ、３５０μＬ、４００μＬ、４５０μＬ、及び５００μＬのいずれかである。

【0050】

本出願で提供されるサンプル添加針１１０及び微小液滴の調製方法を使用して微小液滴を調製する場合、前記サンプル添加針１１０によって吸い取られるサンプル溶液２００の体積は、前記サンプル添加針１１０の液体貯蔵容量範囲よりも小さく、これは、過剰なサンプル溶液２００が液体供給アダプター１７０に入って相互汚染を引き起こすことを防止できる。

【0051】

本出願では、前記サンプル添加針１１０は、純水溶液との接触角が８０度以上の材料でできており、前記材料は、フッ化工チレンプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレンコポリマー（ＡＢＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ナイロン、ポリオキシメチレン、ポリ塩化ビニル、またはポリプロピレンの１つを含むが、これらに限定されず、好ましくはナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びシクロオレフィンポリマーのうちの１つである。

【0052】

フッ化工チレンプロピレンコポリマー（ＦＥＰ、接触角９８度）は、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとが共重合してなり、優れた耐熱性、絶縁性、耐食性、耐候性、低い摩擦係数などの特性がある。ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ、接触角９８度）は、耐熱性、絶縁性、耐食性、耐放射線性、耐衝撃性などに優れたフッ化ビニルホモポリマーである。ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ、接触角９０度）は、優れた総合特性を備えた熱可塑性高分子材料であり、耐熱性、物理的・機械的特性、絶縁性、加工性などに優れ、特に高温で連続して使用でき、急激な温度変化のある環境でも安定したパフォーマンスを維持できるという突出した特徴を有する。ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ、接触角８７度）は、優れた総合特性を備えた特殊エンジニアリングプラスチックであり、優れた耐高温性、耐食性、耐放射線性、難燃性、物理的及び機械的特性、寸法安定性、及び電気特性などを備える。ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ、接触角８８度）は、優れた総合特性を備えた特殊エンジニアリングプラスチックであり、優れた耐熱性、靭性、耐疲労性、有機溶剤耐性、自己潤滑性、低い摩擦係数などの特性がある。ポリエチレン（ＰＥ、接触角８８度）は、耐低温性、化学的安定性、耐食性、電気絶縁性などに優れた熱可塑性樹脂である。アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体（ＡＢＳ、接触角８２度）は、高強度、靭性、加工性に優れた熱可塑性高分子材料であり、耐食性、耐衝撃性、高難燃性、高耐熱性、高透明性などの特性を有する。ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ、接触角８２度）は、優れた透明度、加工性、機械的強度、絶縁性、耐候性、耐熱性などの特性を備える。ポリプロピレン（ＰＰ、接触角８８度）は、耐薬品性、耐熱性、電気絶縁性、高強度の機械的特性、及びよい耐摩耗加工性を備えた優れた特性を備えた熱可塑性合成樹脂である。

【0053】

本出願では、前記適合部１４０が配置されている端部が上側／上部であり、前記液体吐出部１２０が配置されている端部が下側／下部である。

【0054】

特定の実施形態では、前記サンプル添加針は射出成形プロセスによって調製される。調製された金属射出成形キャビティを使用し、溶融済みの事前に添加された疎水性補助材料ポリプロピレンなどの原材料を、加圧、射出、圧力維持、冷却、及び離型などの操作を通じて所望の形状のサンプル添加針を製造する。上記の射出成形製造プロセスにより、上記のサンプル添加針を大量かつ低コストで製造することができる。

【0055】

図５、図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃに示すように、本出願は、次のステップ：
Ａ：前記サンプル添加針１１０、サンプル添加針アダプター１７０、及び導管を介してサンプル添加針アダプター１７０に接続された精密シリンジポンプを提供すること；
Ｂ：サンプル添加針１１０をサンプル添加針アダプター１７０に密接に取り付け、サンプル添加針アダプター１７０を介してにキャリアオイル２３０を、前記サンプル添加針１１０内のキャリアオイル２３０に気泡がないように前記サンプル添加針１１０に充填すること；
Ｃ：サンプル溶液２００を収容している第１の開口容器を提供し、液体吐出部１２０の液体吐出開口１５０が前記第１の開口容器の液面の上方に位置するようにサンプル添加針１１０を移動させること；
Ｄ：前記液体吐出開口１５０が前記サンプル溶液２００に接触して浸されて前記サンプル溶液２００が前記サンプル添加針１１０内に吸い込まれるように前記サンプル添加針１１０を下に移動させること；
Ｅ：油性液体２１０を収容している第２の開口容器を提供し、前記サンプル溶液２００が吸い込まれたサンプル添加針１１０を前記第２の開口容器の液面の上方に移動させること；
Ｆ：前記液体吐出開口１５０が前記油性液体２１０に接触して浸されるように前記サンプル添加針１１０を下に移動させ、前記サンプル添加針１１０を前記油性液体２１０中で周期的な往復運動させることで、前記液体吐出開口１５０内の前記サンプル溶液２００が前記油性液体２１０に入って均一なサイズを有する微小液滴２２０を形成すること、を含む微小液滴を調製するための方法をさらに提供する。
微小液滴２２０の体積は５０ｐＬ～５０ｎＬであり得る。前記液体吐出開口１５０の内径が４５μｍである場合、前記微小液滴２２０の最小体積は５０ｐＬに達することができる。前記液体吐出開口１５０の内径が７８μｍである場合、前記微小液滴２２０の最小体積は２５０ｐＬに達することができる。前記液体吐出開口１５０の内径が２００である場合、前記微小液滴２２０の最小体積は５０ｎＬに達することができる。

【0056】

図６Ａに示すように、ステップＦにおいて、振動機構が前記サンプル添加針１１０に接続され、前記振動機構２４０によって前記サンプル添加針１１０が駆動されて前記油性液体２１０内で変化している速度で周期的な往復運動をする。アダプターは振動時にサンプル添加針をつれて、振動装置によって駆動され、軸を中心に高速でスイングする。スイング周波数は１００Ｈｚ～５００Ｈｚが好ましい。サンプル添加針の液体吐出開口間の距離は軸から４～６ｃｍであり、液体吐出開口の往復運動の振動振幅は、好ましくは０．１～５ｍｍ、より好ましくは０．５～２ｍｍである。

【0057】

図６Ｂに示すように、ステップＦにおいて、振動機構が前記サンプル添加針１１０に接続され、前記水平振動機構２４０によって前記サンプル添加針１１０が駆動されて前記油性液体２１０内で変化している速度で周期的な往復運動をする。アダプターは振動時にサンプル添加針をつれて、振動機構によって駆動され、水平往復運動を行う。スイング周波数は１００Ｈｚ～５００Ｈｚが好ましく、１００Ｈｚ～１５０Ｈｚがより好ましい。液体吐出開口の往復運動の振動距離は、好ましくは０．１～５ｍｍ、より好ましくは０．５～２ｍｍである。

【0058】

前記サンプル添加針１１０の液体吐出開口１５０の速度曲線は、正弦波、方形波、三角波、台形波、鋸歯状波、または前記の波形の重ね合わせもしくは組み合わせであり得る。

【0059】

前記サンプル添加針１１０は、変化している速度で周期的な往復運動を行い、１つの往復運動サイクルで０．５個または１個の微小液滴２２０を生成し、好ましくは１個の微小液滴２２０を生成する。

【0060】

図６Ｃに示すように、ステップＦにおいて、振動機構２４０は、サンプル添加針１１０を駆動して、変化している速度で周期的な運動をする。まず、サンプル添加針１１０は左から右に加速する。次に、サンプル添加針１１０は左から右に移動して１つの振動サイクルで最高速度に達することにより、サンプル添加針の液体吐出開口によって注入された液体に対する油相のせん断力が、開口の外側の液滴の切断を実現する。そして、サンプル添加針は右側の最も遠い位置まで減速する。最後に、サンプル添加針は低速で左側に戻り、１つの振動サイクルが完了する。以上の変速運動により、１つの振動サイクルで１つの液滴の切断が実現できる。前記サンプル添加針１１０の液体吐出開口の往復運動の位置－時間波形は、１つの振動サイクル内の非対称波形である。上記の振動形態は、左から右へ及び右から左への２つの半サイクルでそれぞれ１つの液滴、すなわち、１つの往復運動サイクルで２つの液滴を生成するのではなく、１つの振動サイクルで左から右へ運動するときのみ１つの液滴を生成する。この波形と液滴の生成メカニズムは、射出成形金型を型締したときの内孔と外孔の非軸（同軸ではないこと）に対する耐性が非常に高く、また、加工精度や吐出開口の小さな傷による左右同時に生成する液滴体積の不一致を効果的に回避できる。

【0061】

前記振動機構２４０は、前記サンプル添加針１１０を駆動して、液面下変化している速度で周期的な往復運動を行い、前記サンプル溶液２００の流量は、生成される微小液滴２２０の直径と一定の正の相関関係を有する。前記サンプル添加針１１０中のサンプル溶液２００の流量を大きくすると、生成される微小液滴２２０の直径が大きくなり、前記サンプル添加針１１０の振動周波数は、生成される微小液滴２２０の直径と一定の負の相関関係がある。サンプル添加針１１０の周波数が増加すると、生成される微小液滴２２０の直径が減少する。したがって、本出願に開示されたサンプル添加針１１０及び微小液滴の調製方法を使用して生成される微小液滴２２０の直径は、サンプル添加針１１０内のサンプル溶液２００の流量及びサンプル添加針１１０の振動周波数によって制御することができ、微小液滴２２０の体積の制御及び調整は、比較的フレキシブルである。さらに、プラグインタイプのサンプル添加針１１０を迅速に交換することにより、異なるバッチのサンプルの相互汚染を回避することができるとともに、サンプル添加針１１０から流出する溶液の成分を交換し、異なる組成及び体積の複数の微小液滴２２０を開口容器内に順次形成できる。これは、微小液滴２２０のハイスループットスクリーニングを実現するために使用できるだけではなく、多段階の超微量生化学反応及び検出を実現するためにも使用でき、幅広い応用の見込みがある。

【0062】

本出願に記載のサンプル添加針及び微小液滴の生成方法を使用し、前記サンプル添加針にキャリアオイルを充填する過程及び前記サンプル添加針が液体を吐き出して液滴を形成する過程において、液滴の体積の均一性への気泡の影響を排除するように、前記サンプル添加針に気泡があるかどうかを気泡検出法を使用して検出するまたは人工的に観察して判断する。例えば、白色ＬＥＤを使用して側面からサンプル添加針と水平した位置でサンプル添加針を照らし、高解像度ビデオキャプチャＣＣＤカメラを使用してサンプル添加針を正面及び照明ＬＥＤに垂直な方向から撮影し、収集した画像を深層学習アルゴリズムでリアルタイムで分析し、サンプル添加針に気泡があるかどうかを判断する。気泡が存在する場合、サンプル添加針を交換して再度実験を行うようにユーザーに提示するか、自動化機構により、サンプル添加針の自動交換を実現し、これによって、生成される液滴のサイズの均一性を確保し、また、気泡の存在による実験の失敗やサンプルの浪費を避ける。

【0063】

本出願に記載の第１の開口容器及び第２の開口容器の形状は限定されておらず、本出願の機能を実現できる限り、従来技術であり得る。

【0064】

本出願の実施形態では、前記キャリアオイル２３０と前記サンプル溶液２００とは互いに相溶しなく、前記油性液体２１０と前記サンプル溶液２００とは互いに相溶しない。

【0065】

本出願では、キャリアオイル２３０は、鉱油、シリコーン油、液体アルカン、または液体エステルのうちの１つまたは複数であり得る。油性液体２１０は、鉱油、シリコーン油、液体アルカン、または液体エステルのうちの１つまたは複数であり、Ｔｗｅｅｎシリーズ界面活性剤、Ｓｐａｎシリーズ界面活性剤、長鎖アルキル含有シリコーン鎖非イオン性界面活性剤などの適量のイオン性界面活性剤または非イオン性界面活性剤を含む。サンプル溶液２００は、純水溶液、ＰＥＧまたはＤＭＳＯであり、また、ＰＣＲ試薬、細胞培養液、生物学的サンプル、緩衝液などの混合物であり得る。

【0066】

実施例１
本出願に記載のサンプル針１１０の貯液容量は６０マイクロリットルであり、サンプル添加針１１０を調製するための材料はポリプロピレン（ＰＰ、純水溶液の接触角は８８度である）である。液体吐出部１２０の高さは５ｍｍであり、テーパーは２０°であり、肉厚は０．１５ｍｍである。液体貯蔵部１３０の高さは１８．７ｍｍであり、テーパーは４°であり、肉厚は０．５ｍｍである。適合部の高さは６ｍｍであり、テーパーは４°であり、液体吐出開口１５０の内径は１００μｍであり、外径は４００μｍである。上記の寸法に従って、精密金属射出成形金型のキャビティと内部コアを作成し、射出成形プロセスによって大量の自動サンプル添加針を加工した。歩留まりは９９．９８％であった（バッチテストの数は１０，０００である）。

【0067】

試験例１
実施例１に記載のサンプル添加針１１０を使用し、前記サンプル添加針１１０の適合部１４０の上端開口部に、液体供給アダプター１７０の一端を密接に挿着し、液体供給アダプター１７０のもう一端を、テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）ホースを介して三方弁付きの精密シリンジポンプに接続した。シリンジポンプには、容量５０マイクロリットルのマイクロインジェクターが備えられており、サンプル添加針１１０は振動機構に固定されて接続された。液体供給アダプター１７０とサンプル添加針１１０の適合部１４０の上端開口部とは、直接挿着及び適合させることができ、これにより、サンプル添加針１１０の取り外し及び交換が容易になる。微小液滴を調製する前に、テフロンホース、液体供給アダプター１７０、及びサンプル添加針１１０に鉱油を充填し、液路に漏れや気泡がないことを確認した。マイクロインジェクターの吸引を使用して、サンプル添加針１１０は、２．５μｌ／秒の速度で、サンプル溶液２００を収容している第１の開口容器から２５μｌの１ｍｇ／ｍＬ ＢＳＡ溶液（緩衝系は１ＸＰＢＳ、ｐＨ＝７．５）を吸い取り、サンプル添加針１１０を、３％重量のＡＢＩＬ ＥＭ９０を含む鉱油を収容している第２の開口容器の上に移動させた。波形発生器を、サンプル添加針１１０が鉱油の液面下または液面を横切って変化している速度で周期的な往復運動を行うための駆動信号発生器として使用し、これによって、液体吐出開口１５０から排出されたサンプル溶液２００と油性液体２１０は相対運動を行った。振幅１．２ｍｍ、周波数１００Ｈｚ、マイクロインジェクターの流量１００ナノリットル／秒、及び注入量２０マイクロリットルの条件下で調製された微小液滴２２０を図７に示す。シリンジポンプがマイクロインジェクターに圧力を加えると、サンプル溶液２００は定速で油性液体２１０に入った。サンプル溶液２００と油性液体２１０との相対運動による流体せん断力（液面下での周期的な往復運動）、界面張力及び界面力（液面を横切る周期的な往復運動）により、サンプル添加針１１０の液体吐出開口１５０から排出されたサンプル溶液２００は、液体吐出開口１５０から離れ、ナノリットルの体積を有する微小液滴２２０を形成し、微小液滴２２０の半径のＣＶは、３％未満であった。約３．３分間で、１ナノリットルの体積の約２０，０００個の微小液滴２２０が第２の開口容器に形成された。

【0068】

上記の液体吸引と液滴生成の操作を５０回繰り返し、毎回生成された各液滴の体積と均一性をそれぞれ検出した。その結果、サンプル添加針は長期間安定して繰り返して使用でき、生成した液滴はすべて１ｎＬであり、ＣＶは３％未満であることが分かった。サンプル添加針の表面の優れた疎水性と親油性により、サンプル添加針が長期間安定して作業する能力が確保される。

【0069】

比較例１
公開特許（出願番号２０１４１０６５５３０９．４の中国特許）を参考に、金属キャピラリー付サンプル添加針を加工した。それは、実施例１の適合部及び液体貯蔵部と同じ寸法を有し、その違いは、比較例１の液体吐出部はステンレス鋼製キャピラリーであり、ステンレス鋼製キャピラリーの長さが１ｃｍであり、内径が１００μｍであり、外径が２４０μｍであり、キャピラリーは、液体貯蔵部の下端の円錐形キャビティと連通している。射出成形法で加工した後、キャピラリーと射出部をディスペンスで接続した。キャピラリーの内径が非常に小さいため、ディスペンス接続が詰まりやすくなる。増えたキャピラリーの切断、キャピラリーの表面研磨、表面処理、及びディスペンスプロセスなどにより、改善されたプロセス条件下で、歩留まりは約３３．６％（数量は１０，０００）であった。

【0070】

試験例１の操作手順とパラメーターを使用して、構造が完備している金属キャピラリー付サンプル添加針を選択し、前記サンプル添加針を使用して２５μｌの１ｍｇ／ｍＬ ＢＳＡ溶液を２．５μｌ／秒の速度で吸い取った（緩衝系は１ＸＰＢＳ、ｐＨ＝７．５）。キャピラリーの抵抗が大きすぎたため、液体貯蔵部に気泡が生成され、その後、大きくて不均一な液滴が生成され、平均体積が約２．６ナノリットルであり、ＣＶは２５％を超えた。

【0071】

試験例２
比較例１で説明した金属キャピラリー付サンプル添加針を使用し、試験例１の操作手順にしたがって、液体吸引速度を０．５μｌ／秒に下げ、２５μｌの１ｍｇ／ｍＬ ＢＳＡ溶液（緩衝系は１ＸＰＢＳ、ｐＨ＝７．５）を吸い取った。その結果、液体貯蔵部に気泡が発生しなかったが、かかった時間が１０秒から５０秒に増えたと分かった。微小液滴は、試験例１の操作手順を使用して振動によって生成された。顕微鏡観察によれば、最初の２０００個の液滴が生成されたとき、キャピラリーの外壁は疎水性の状態のままであり、生成された液滴のサイズは１ｎＬであり、サイズは均一であった。その後、キャピラリーの表面がＢＳＡに吸着されて親水性になったため、キャピラリー出口の端面の外側で溶液の吸着が起こり、注入液とキャピラリーの接触面積が大きくなったことが観察された。同じ振動条件下で、生成された液滴の体積は３ｎＬまたは４ｎＬになり、ＣＶ値は３０％を超え、均一な１ｎＬの液滴を生成することはできなかった。

【0072】

【表1】

【0073】

上記の実施例及び比較例から分かるように、本出願に記載のサンプル添加針は、歩留まりが高く、加工コストが低く、1ナノリットルと小さい体積の均一な微小液滴を大量に連続的に生成することができる。

【0074】

本出願の実施形態を、添付の図面を参照して上で説明してきたが、本出願は、上記の特定の実施形態及び応用分野に限定されず、上記の特定の実施形態は、単に例示的、指導的であり、限定的ではない。本明細書の教示の下で、本出願の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者は多くの形態を成し得、これらはすべて本出願の保護範囲内である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】