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JP-2026077921-A - 流体デバイス及びその使用

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Abstract

【課題】ウェルアレイを有する流体デバイスの各ウェルに水性媒体を導入する場合に、ウェル内部の気泡の残留を抑制する技術を提供する。 【解決手段】一方面に開口する複数の同一形状のウェルが規則的に配置されたウェルアレイを少なくとも一部に有する基板と、前記ウェルアレイと対向して配置された蓋部材と、を備え、前記ウェルアレイと前記蓋部材との間の空間は流体が流れる流路を形成しており、前記ウェルアレイの任意のウェルＡの開口部の重心Ｃａと、前記ウェルＡに最も近接するウェルＢの開口部の重心Ｃｂとの間の距離Ｄａｂと、前記ウェルＡの開口部の面積と同面積の円の直径Ｄａとが、下記式（１）を満たす、流体デバイス。 ０．８≦Ｄａ／Ｄａｂ＜１ …（１） 【選択図】なし

Inventors

  • 後藤 圭佑
  • 牧野 洋一
  • 和田 晋一
  • 篠原 雄一郎

Assignees

  • ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20260305
Priority Date
20200902

Claims (12)

  1. 一方面に開口する複数の同一形状のウェルが規則的に配置されたウェルアレイを少なくとも一部に有する基板と、 前記ウェルアレイと対向して配置された蓋部材と、を備え、 前記ウェルアレイと前記蓋部材との間の空間は流体が流れる流路を形成しており、 前記ウェルアレイの任意のウェルＡの開口部の重心Ｃａと、前記ウェルＡに最も近接するウェルＢの開口部の重心Ｃｂとの間の距離Ｄａｂと、前記ウェルＡの開口部の面積と同面積の円の直径Ｄａとが、下記式（１）を満たし、 前記ウェル１つあたりの容積が１０ｆＬ以上１００ｐＬ以下であり、 前記ウェルアレイの各ウェルの容積の合計が０．２μＬ以上２．０μＬ以下である、流体デバイス。 ０．８≦Ｄａ／Ｄａｂ＜１ …（１）
  2. 前記ウェルの開口部の面積と同面積の円の直径が、１μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１に記載の流体デバイス。
  3. 前記一方面におけるウェルアレイの面積に対する、前記ウェルアレイの各ウェルの開口部の面積の合計の割合が、３０％以上９０％以下である、請求項１又は２に記載の流体デバイス。
  4. 前記流路の容積に対する、前記ウェルアレイの各ウェルの容積の合計の割合が５％以上４０％以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の流体デバイス。
  5. 前記ウェルの深さに対する、前記ウェルの開口部の面積と同面積の円の直径の割合が３％以上２００％以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の流体デバイス。
  6. 前記一方面の水との接触角が７０度以上１８０度以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の流体デバイス。
  7. 前記蓋部材の前記ウェルアレイに対向する面の水との接触角が７０度以上１８０度以下である、請求項１～６のいずれか一項に記載の流体デバイス。
  8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の流体デバイスの前記流路に水性媒体を導入する工程と、 前記水性媒体を導入した後に、前記流路に封止液を導入して前記水性媒体を前記ウェルアレイの各ウェルに隔離する工程と、を含む、前記水性媒体の隔離方法。
  9. 請求項８に記載の方法により検出対象及び検出試薬を含む水性媒体を隔離した後に、前記流体デバイスを加熱して前記ウェルの内部で反応を生じさせ、前記検出対象を検出するためのシグナルを生じさせる工程と、 前記シグナルを検出する工程と、を含む、前記検出対象を検出する方法。
  10. 前記検出対象が生体分子である、請求項９に記載の方法。
  11. 前記反応が定温反応である、請求項９又は１０に記載の方法。
  12. 前記シグナルが蛍光である、請求項９～１１のいずれか一項に記載の方法。

Description

本発明は、流体デバイス及びその使用に関する。より詳細には、本発明は、流体デバイス、水性媒体の隔離方法、検出対象を検出する方法に関する。 本願は、２０２０年９月２日に日本に出願された特願２０２０－１４７５０７号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。 生体分子を流体デバイス内で検出する技術が知られている。例えば、ＤＮＡマイクロアレイ技術では、微小孔に生体分子を導入し、加熱を伴う反応を行うことにより、生体分子を検出する場合がある。また、生体分子を単分子検出できる技術が知られている。このような技術としては、例えば、デジタルＥＬＩＳＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｚｙｍｅ－Ｌｉｎｋｅｄ ＩｍｍｕｎｏＳｏｒｂｅｎｔ Ａｓｓａｙ）、デジタルＰＣＲ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）、及びデジタルＩｎｖａｓｉｖｅ Ｃｌｅａｖａｇｅｄ Ａｓｓａｙ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＩＣＡ）等のデジタル計測技術が挙げられる。 これらの技術では、生体分子を含む水性媒体を微小な反応空間に隔離する必要がある。発明者らは、以前に、流路及び複数のウェルを有する反応容器の流路に水性媒体を送液して複数のウェルに水性媒体を充填し、次いで、流路に油性封止液を送液して複数のウェル内の水性媒体を油性封止液で封止することにより、各ウェルが複数の独立した反応空間となる、水性媒体の隔離方法を開発している（例えば、特許文献１を参照。）。 国際公開第２０１５／１１５６３５号 （ａ）は流体デバイスの構造を説明する模式断面図であり、（ｂ）は流体デバイスの上面図であり、（ｃ）は流体デバイスのウェルアレイをウェルの開口面側から見た一部拡大図（平面図）である。（ａ）及び（ｂ）は、実験例１において、実施例１の流体デバイスにバッファーを送液して明視野観察したウェルアレイの写真である。（ａ）～（ｃ）は、実験例１において、比較例１の流体デバイスにバッファーを送液して明視野観察したウェルアレイの写真である。（ａ）～（ｅ）は、実験例１において、比較例２の流体デバイスにバッファーを送液して明視野観察したウェルアレイの写真である。（ａ）～（ｅ）は、実験例２におけるシミュレーションの結果を示す流体デバイスの断面図である。（ａ）～（ｃ）は、実験例３におけるシミュレーションの結果を示す流体デバイスの断面図である。（ａ）～（ｃ）は、実験例４におけるシミュレーションの結果を示す流体デバイスの断面図である。（ａ）～（ｃ）は、実験例５におけるシミュレーションの結果を示す流体デバイスの断面図である。 以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一又は対応する符号を付し、重複する説明は省略する。なお、各図における寸法比は、説明のため誇張している部分があり、必ずしも実際の寸法比とは一致しない。 ［流体デバイス］ 一実施形態において、本発明は、一方面に開口する複数の同一形状のウェルが規則的に配置されたウェルアレイを少なくとも一部に有する基板と、前記ウェルアレイと対向して配置された蓋部材と、を備え、前記ウェルアレイと前記蓋部材との間の空間は流体が流れる流路を形成しており、前記ウェルアレイの任意のウェルＡの開口部の重心Ｃａと、前記ウェルＡに最も近接するウェルＢの開口部の重心Ｃｂとの間の距離Ｄａｂと、前記ウェルＡの開口部の面積と同面積の円の直径Ｄａとが、下記式（１）を満たす、流体デバイスを提供する。 ０．８≦Ｄａ／Ｄａｂ＜１ …（１） 実施例において後述するように、本実施形態の流体デバイスによれば、ウェルアレイの各ウェルに水性媒体を導入する場合に、ウェル内部の気泡の残留を抑制することができる。 図１の（ａ）は、本実施形態の流体デバイスの構造を説明する模式断面図であり、図１の（ｂ）は、本実施形態の流体デバイスの上面図であり、図１の（ｃ）は、本実施形態の流体デバイスのウェルアレイをウェルの開口面側から見た一部拡大図（平面図）である。 図１の（ａ）に示すように、本実施形態の流体デバイス１００は、一方面に開口する複数の同一形状のウェル１１０が規則的に配置されたウェルアレイ１２０を少なくとも一部に有する基板１３０と、ウェルアレイ１２０と対向して配置された蓋部材１４０と、を備え、ウェルアレイ１２０と蓋部材１４０との間の空間１５０は流体が流れる流路を形成している。流路１５０は、基板１３０の表面１３１と、蓋部材１４０の表面１４１との間の連続的な空間である。 図１の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ウェルアレイ１２０の任意のウェルＡの開口部の重心（つまり、開口部の周縁により規定される形状の重心）Ｃａと、ウェルＡに最も近接するウェルＢの開口部の重心Ｃｂとの間の距離Ｄａｂと、ウェルＡの開口部の面積と同面積の円を想定した場合の直径Ｄａとは、下記式（１）を満たす。 ０．８≦Ｄａ／Ｄａｂ＜１ …（１） 本実施形態の流体デバイスにおいて、Ｄａ／Ｄａｂの値の下限は、０．８であり、０．８３以上であってもよい。また、Ｄａ／Ｄａｂの値の上限は、１未満であり、０．９２以下であってもよく、約０．９であってもよい。これらの下限値及び上限値は任意に組み合わせることができる。 図１の（ａ）に示すように、本実施形態の流体デバイスは、流体を流路１５０に導入する導入口１６０、流体を流路１５０から排出する排出口１７０を備えていてもよい。また、図１の（ａ）の例では、導入口１６０及び排出口１７０は蓋部材１４０に形成されているが、導入口１６０及び排出口１７０は、後述する周縁部材１８０に形成されていてもよいし、基板１３０に形成されていてもよい。導入口１６０及び排出口１７０は、ウェルアレイ１２０を挟む位置に配置される。 導入口１６０及び排出口１７０の形状は特に限定されず、流体を送液可能な形状であれば、想定しうるいずれの形状でもよい。例えば、円であってもよいし、楕円であってもよいし、三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、及び八角形等の多角形であってもよい。 図１の（ａ）に示すように、本実施形態の流体デバイスは、周縁部材１８０を備えることが好ましい。周縁部材１８０は、基板１３０と蓋部材１４０との間を離間させて流路１５０を形成するためのスペーサーとして機能する。周縁部材１８０はまた、ウェルアレイ１２０の周囲を囲んで基板１３０と蓋部材１４０との間に配置されており、流路１５０の壁面の一部を形成している。すなわち、流路１５０は、基板１３０の表面１３１と、蓋部材１４０の表面１４１との間に位置する周縁部材１８０によって囲まれていることが好ましい。周縁部材１８０は、蓋部材１４０と連続的につながる一体の部材として設けられていてもよい。 また、流路１５０の流れ方向に垂直な面における断面形状は特に限定されず、流体を送液可能な形状であれば、想定しうるいずれの形状でもよい。例えば、正方形、長方形、三角形、円、及び楕円等の形状が挙げられる。また、流路１５０の導入口１６０から排出口１７０にわたって流路１５０の断面形状は一定であってもよいし、変化してもよいが、一定であることが好ましい。 本実施形態の流体デバイスは、生体分子を扱う場合に通常用いられる微小な流路、すなわち、マイクロ流路であってもよい。より具体的には、本実施形態の流体デバイスは、流路の断面積の最大値が０．０１～１ｍｍ２であってもよい。 ウェルアレイ１２０は、基板１３０の一方面１３１に複数のウェル１１０を形成することにより形成されていてもよいし、基板１３０が、複数の貫通孔を有する第１の層と、平板である第２の層とが積層されたものであり、上記貫通孔がウェル１１０を形成し、上記複数の貫通孔がウェルアレイ１２０を形成していてもよい。 基板１３０の材質は特に限定されず、例えば、ステンレス、チタン、コバルトクロム合金、及びマグネシウム合金等の金属；ガラス；汎用プラスチック、医療用プラスチック、及び化粧品用プラスチック等の樹脂材料等が挙げられる。また、これらの材質からなる複数の材料が積層されていてもよい。樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、アクリル、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、芳香族ポリエーテルケトン、エポキシ樹脂、及び、これらの樹脂の共重合材料等が挙げられる。より具体的な樹脂材料としては、例えば、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）、及びＣＹＴＯＰ（登録商標）等を用いることができる。また、蓋部材１４０の材質についても特に限定されず、例えば、上述した基板１３０の材質と同様のものが挙げられる。 ウェル１１０の開口部の形状（つまり、ウェル１１０の開口面側から見た流体デバイス１００の平面図におけるウェル１１０の形状）は、特に限定されず、円であってもよいし、楕円であってもよいし、三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、及び八角形等の多角形であってもよい。ウェル１１０の開口部の形状が円である場合、ウェル１１０の開口部の重心は、円の中心となる。 ウェルアレイ１２０を構成する複数のウェル１１０のそれぞれは、同一形状であり、規則的に配置されている。但し、撮像やデバイス製造におけるアライメントマークとして使用するため、複数のウェルのうち、少数（例えば、１～４個）は異なる形状であってもよい。この場合、実質的に全てのウェル（つまり、上記の少数のウェルを除くウェル）は同一形状であり、規則的に配置される。 ここで、ウェルが規則的に配置されているとは、ウェルアレイを構成するウェルの開口部の重心同士が一定のパターンで配置されていることを意味する。例えば、ウェルの開口部の重心同士が四角格子状に配置されていてもよい。この場合、互いに隣り合う４つのウェルの開口部の重心同士を結ぶ線は、矩形、好ましくは正方形を形成する。 あるいは、ウェルの開口部の重心同士が三角格子状（六角格子状ともいう）に配置されていてもよい。この場合、互いに隣り合う３つのウェルの開口部の重心同士を結ぶ線は正三角形を形成する。ウェルが三角格子状に配置されている場合、任意のウェルの開口部の重心と、当該ウェルに最も近接するウェルの開口部の重心との間の距離が、あらゆるウェルについて一定になる。 図１の（ｃ）に示すウェルは、三角格子状に配置されている。図１の（ｃ）に示すように、ウェルアレイ１２０を構成するウェル１１０のうち、任意のウェルＡと、ウェルＡに最も近接するウェルＢと、ウェルＡ及びウェルＢの双方に最も近接しているウェルＣのそれぞれの開口部の重心Ｃａ、Ｃｂ、及びＣｃは、それぞれを頂点とする正三角形を形成している。図１（ｃ）において、ウェルＡ、ウェルＢ及びウェルＣのそれぞれの開口部の重心Ｃａ、Ｃｂ、及びＣｃを結ぶ線は、正三角形である。 本実施形態の流体デバイスにおいて、ウェルの開口部の面積と同面積の円を想定した場合の直径は、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。すなわち、ウェルの開口部の面積と同面積の円を想定した場合の直径の下限は１μｍであることが好ましい。また、ウェルの開口部の面積と同面積の円を想定した場合の直径の上限は、２０μｍ未満であってもよく、１９μｍ以下であってもよく、１８μｍ以下であってもよく、１７μｍ以下であってもよく、１６μｍ以下であってもよく、１５μｍ以下であってもよく、１４μｍ以下であってもよく、１３μｍ以下であってもよく、１２μｍ以下であってもよく、１１μｍ以下であってもよく、１０μｍ以下であってもよい。これらの下限と上限は、任意に組み合わせることができる。 本実施形態の流体デバイスにおいて、ウェルアレイ１２０の面積とは、面１３１において、ウェルアレイ１２０の周縁部に存在するウェル１１０を内接する領域の面積をいう。一方面１３１におけるウェルアレイ１２０の面積に対する、ウェルアレ