自律制御型微粒子含有液滴生成デバイスの開発と微小液滴生成メカニズムの解明

自主控制含微粒液滴生成装置的开发及微液滴生成机理的阐明

• 批准号: 22K14159
• 负责人: 岡本 俊哉
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14159/
• 关键词: 遠心マイクロ流体デバイス; デジタルELISA; 液滴形成; 自律型流体制御

本研究では、定常回転で動作する微粒子含有微小液滴の生成デバイスの開発とそのメカニズム解明を目標としている。微粒子含有微小液滴の生成は、デジタルELISAといった超高感度な化学分析や、単一細胞の解析などの要素技術として応用可能である。これを定常回転で動作する遠心マイクロ流体デバイスで実現することで、簡便にその技術を利用することができるようになり、バイオ分野の発展や人々の健康維持に大きく貢献することができる。本年度は、その基盤技術となる微小液滴の生成プロセスの検討を行った。生成の目標とするピコリットルオーダーの大きさの液滴では、遠心マイクロ流体デバイスで印加されるおよそ100Gの遠心場においても、表面力の影響を大きく受け、液体の挙動は、液体や流路の表面物性の影響が支配的となり、液滴を形成する微細構造に液体が入らない問題が生じた。そこで、細部へ侵入しやすい油相を予め微細構造へ導入し、その後、目的の液体を導入し、液体を置換することで、微細構造内へ液体を導入するというプロトコルを考案した。そして、このプロトコルを実行するデバイスを作製し、狙い通り、微細構造内に液体を導入可能であることを実証した。また、微小液滴を生成する容器も約1マイクロリットルと小さく、高精度な液体制御技術が必要となった。そこで、従来のサイフォンバルブを利用した液体の水位制御による液体置換方法を応用し、気液界面の制御部をさらに設けることによって、この微小な容器においても、液体置換を実行可能であることを実証した。

这项研究旨在开发一种设备，用于生成以稳定旋转运行并澄清机制的含微粒的微滴；可以将含微粒微粒的生成生成作为组件技术，例如超敏感的化学分析，例如数字ELISA和单细胞分析。通过使用稳定旋转运行的离心微流体设备实施此功能，可以以方便的方式使用该技术，从而为生物技术的发展做出了重大贡献并维护人们的健康。今年，我们讨论了生成微滴的过程，这是该技术的基础。对于Picoliter尺寸的液滴，即使在一个离心的微流体设备应用的大约100 g的离心场中，即使在离心场的离心场中，表面力受到了很大的影响，并且液体的行为受到了液体和流动性能的影响，从而使液体的表面特性不会导致液体的结构置于液位的结构中，从而占据了液体和流动性的影响。因此，设计了一项方案，在该方案中，在微观结构中提前引入了一个容易侵入精细结构的油相，然后通过更换液体将感兴趣的液体引入微结构中。然后制造实施该协议的设备，并证明可以按预期将液体引入微结构中。此外，生成微滴的容器也很小，大约1微晶，需要高精度液体控制技术。因此，通过控制液态的水位，通过使用虹吸阀应用常规的液体替换方法，已经证明，即使在这个小容器中，也可以通过为气体液体界面提供控制单元，即使在这个小容器中也可以进行液体置换。

项目成果

デジタル ELISA のための自律制御型遠心マイクロ流体デバイスの開発－微小液滴の生成に向けた微量試薬操作手法の基礎検討－

用于数字 ELISA 的自主控制离心微流体装置的开发 - 用于产生微滴的微试剂操作方法的基础研究 -

• 发表时间: 2023
• 作者: 中村勝太;永井萌土;柴田隆行;岡本俊哉
• 通讯作者: 岡本俊哉