マイクロ流体素子を用いた微小反応・分離場の構築とその生物反応プロセスへの応用

微流控装置微反应/分离场的构建及其在生物反应过程中的应用

基本信息

批准号：
03J11762
负责人：
山田真澄
金额：
$ 1.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,マイクロ流体素子を用いた反応場の構築と分離場の構築の二つに大別される。まず,微小反応場の構築に関しては,ナノリットルオーダーの微小液滴ディスペンサーの応用として,部分的な液体交換可能とする微小構造を作製することで,多数の反応条件を非常に簡便な操作によって形成することのできるデバイスの設計と評価を行った。そして生化学反応系への利用として,タンパク質結晶化における最適な濃度条件の探索等への応用を行った。また,液滴を用いた回分反応のみならず,連続的な多数の濃度条件の形成を可能とする流体分配器の設計と評価を行い,細胞増殖に与える影響の評価へと応用できることも確かめた。一方,分離場の構築としては,主として細胞などをターゲットとした新しい微粒子の分級手法・構造を提案し,実際にその効果を評価した。マイクロ流体デバイスは,その大きさがマイクロメートルサイズの細胞や粒子とぼぼ同じであるため,今までにない粒子分離プロセスが実現されると考えられている。そこで,本年度は,前年度提案したPFF(ピンチド・フロー・フラクショネーション)法の発展として,非対称PFF法の提案を行い,実際に細胞等の分離へと応用することによってその有用性を確認した。さらに,粒子の濃縮と分離を同時に可能とする手法である水力学的フィルトレーション法を提案した。そして実際に流路幅5〜500ミクロン程度の流路を作製し,粒子の分離・濃縮を行ったところ,マイクロメートルの粒子の濃縮と分離が同時に可能であることが確かめられた。さらに,血球細胞等の生体粒子への応用も可能であった。この手法は,純粋に水力学的な力のみによって,粒子の連続的な濃縮とサイズによる分離を可能とするため,今までにない新しい分離ツールとして様々な分野で利用されることが期待される。

本研究分为两个部分：利用微流控装置构建反应场和构建分离场。首先，关于微反应场的构建，作为纳升级微滴分配器的应用，通过创建允许部分液体交换的微结构，可以通过非常简单的操作创建大量反应条件，我们设计并评估了一种装置。可以做到这一点。然后，我们将其应用于生化反应系统，例如寻找蛋白质结晶的最佳浓度条件。此外，我们设计并评估了一种流体分配器，该流体分配器不仅可以使用液滴进行批量反应，还可以连续形成多种浓度条件，并确认其可以应用于评估对细胞增殖的影响。另一方面，为了构建分离场，我们提出了一种主要针对细胞的新颗粒分类方法和结构，并评估了其有效性。微流控装置被认为能够实现前所未有的颗粒分离过程，因为它们的尺寸几乎与微米大小的细胞和颗粒相同。因此，今年，作为去年提出的PFF（Pinched Flow Fractionation）方法的发展，我们提出了非对称PFF方法，并通过实际将其应用于细胞的分离等来证实其有用性。此外，我们提出了一种流体动力过滤方法，可以同时实现颗粒浓缩和分离。当我们实际创建通道宽度约为5至500微米的通道并分离和浓缩颗粒时，我们确认可以同时浓缩和分离微米级颗粒。此外，还可以应用于血细胞等生物颗粒。由于这种方法能够利用纯粹的液压力实现颗粒的连续浓缩和尺寸分离，因此有望作为一种前所未有的新型分离工具应用于各种领域。