(57)【要約】【課題】  小型且つ多孔質膜を透過せずに残存する分散相を低減することが可能な液滴生成装置を提供する。【解決手段】  本明細書に開示の液滴生成装置は、筒状の液滴生成装置であって、側壁で囲まれた第１の径を有する第１の空間と、側壁で囲まれた前記第１の径よりも小さい第２の径を有する第２の空間と、前記第１の空間から前記第２の空間に向かって縮径している側壁で囲まれた第３の空間と、前記第２の空間を形成する側壁に接するように設けられた、前記液滴を生成する生成部と、を備え、前記第２の径は前記第３の空間を形成する径以下の長さであることを特徴とする。【選択図】  図１
2020054248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の液滴生成装置であって、
側壁で囲まれた第１の径を有する第１の空間と、
側壁で囲まれた前記第１の径よりも小さい第２の径を有する第２の空間と、
前記第１の空間から前記第２の空間に向かって縮径している側壁で囲まれた第３の空間と、
前記第２の空間を形成する側壁に接するように設けられた、前記液滴を生成する生成部と、
を備え、
前記第２の径は前記第３の空間を形成する径以下の長さであることを特徴とする液滴生成装置。
【請求項２】
前記第３の空間は、連続して縮径している側壁で囲まれた空間であることを特徴とする請求項１に記載の液滴生成装置。
【請求項３】
前記第３の空間は、断続的に縮径している側壁で囲まれた空間であることを特徴とする請求項１に記載の液滴生成装置。
【請求項４】
前記第１の空間は、前記液滴となる液体を注入可能な開口に面していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液滴生成装置。
【請求項５】
前記連通する一つの空間は前記３つの空間で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液滴生成装置。
【請求項６】
前記生成部と、前記第２の空間を形成する側壁との成す角は９０°であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液滴生成装置。
【請求項７】
前記液滴生成装置は、前記液滴に含まれる対象物の分析に用いられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液滴生成装置。
【請求項８】
前記液滴生成装置は、デジタルＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法で用いられることを特徴とする請求項７に記載の液滴生成装置。
【請求項９】
鉛直方向において前記第１の空間の高さは前記第２の空間の高さに比べて高いことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液滴生成装置。
【請求項１０】
前記生成部は、多孔質膜を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液滴生成装置。
【請求項１１】
前記第３の空間を形成する側壁が水平面に対して成す角は５°以上であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液滴生成装置。
【請求項１２】
液滴を生成する生成部が設けられた筒状の部材と、前記液滴を保持する保持部とを備えた液滴生成装置であって、
前記部材は、側壁で囲まれた第１の径を有する第１の空間と、側壁で囲まれた前記第１の径よりも小さい第２の径を有し、かつ前記生成部が側壁に接するように設けられた第２の空間と、前記第１の空間から前記第２の空間に向かって縮径している側壁で囲まれた第３の空間とを少なくとも内部に有し、前記第２の径は前記第３の空間を形成する径以下の長さであることを特徴とする液滴生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の開示は、液滴生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質膜を介し液体を一定の圧力で押し出すことにより、連続相中に分散相を生成する直接膜乳化法が知られている。この製法により生成されるエマルジョンを用いて内部に含まれる対象物の濃度分析を行う場合には、定量分析における信頼性の観点からエマルジョンは多く生成されることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２４２７７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一度に生成できるエマルジョンの量は多孔質膜を大きくすることにより増加させることができる一方で、多孔質膜を大きくすると膜を透過せずに残存する分散相も増えてしまうという課題があった。
【０００５】
さらに、液体の量を変えずに多孔質膜を小さくしようとすると、容器の形状が高さ方向に大型化してしまうため好ましくなかった。
【０００６】
本明細書の開示は、上記課題に鑑み、小型且つ多孔質膜を透過せずに残存する分散相を低減することが可能な液滴生成装置の提供を目的の一つとする。
【０００７】
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本明細書の開示の他の目的の一つとして位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に開示の液滴生成装置は、筒状の液滴生成装置であって、側壁で囲まれた第１の径を有する第１の空間と、側壁で囲まれた前記第１の径よりも小さい第２の径を有する第２の空間と、前記第１の空間から前記第２の空間に向かって縮径している側壁で囲まれた第３の空間と、前記第２の空間を形成する側壁に接するように設けられた、前記液滴を生成する生成部と、を備え、前記第２の径は前記第３の空間を形成する径以下の長さであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本明細書の開示によれば、小型且つ多孔質膜を透過せずに残存する分散相を低減することが可能な液滴生成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る液滴生成装置の外観の一例を示す図
【図２】本実施形態における液滴生成を行う手順の一例を示す図
【図３】本実施形態に係る液滴生成装置および容器の一体化した一例を示す図
【図４】本実施形態に係る液滴生成装置の生成部の大きさと残存する水相の関係の一例を示す図
【図５】本実施形態に係る液滴生成装置内部の空間の構成の一例を示す図
【図６】本実施形態に係る液滴生成装置を傾けた場合の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照しながら、本明細書の開示に係る画像処理装置の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されるものではない。
【００１２】
＜実施形態１＞
本実施形態に係る液滴生成装置は、エマルジョンの生成に用いられる液滴生成装置である。具体的には、例えば、油中水型エマルジョンを反応場としてサンプル中に含まれる化合物や粒子といった分析対象物を分析する核酸試料デジタルＰＣＲ（ｄＰＣＲ：ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法で用いることができる。デジタルＰＣＲ法では、分析の対象とする核酸を含む試料を、核酸を増幅するための増幅試薬、核酸を検出するための蛍光試薬などと混合して希釈し、物理的に独立した多数の反応場に分割する。エマルジョンに含まれるそれぞれの液滴はデジタルＰＣＲ法において反応場として用いられることがある。そして、多数の反応場（液滴）のそれぞれにおいて独立にＰＣＲが行われ、核酸が増幅される。増幅後に蛍光試薬により核酸を検出し、当該蛍光試薬のシグナルが検出された反応場の数（陽性反応場数）と、増幅後にシグナルが検出されなかった反応場の数（陰性反応場数）とに基づいて、試料中の核酸の濃度を推定することができる。
【００１３】
以下に示す実施形態は、いずれも液滴生成装置を用いたエマルジョンの生成方法を説明するための一例にすぎず、本明細書の開示は実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る液滴生成装置１００の構成を示す図である。
【００１５】
図１（ａ）は、液滴生成装置１００の平面図である。図１（ｂ）は、液滴生成装置１００のＡ−Ａ断面を示す断面図である。なお、図１（ａ）において側壁の厚みは省略して図示する。
【００１６】
以下、図１（ｂ）を用いて液滴生成装置１００の構成を説明する。
【００１７】
液滴生成装置１００は、液滴に含まれる対象物の定量分析に用いられる液滴を生成する。液滴生成装置１００は、試料の状態が確認できる透明な材料であるガラス、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリジメチルシロキサン樹脂（ＰＤＭＡ）などが好ましい。また、本実施形態において液滴生成装置１００は円筒状の装置として説明を行うが、形状に関しても上記に限定されず例えば角筒状でもよい。なお、本実施形態において液滴生成装置１００は、ｘ方向（水平方向）に開口を有するように用いることを想定する。しかし、ｙ方向（鉛直方向）に９０°傾けた状態で用いてもよい。この場合、液滴生成装置１００はｙ方向（鉛直方向）に開口を有していると考える。
【００１８】
第１の空間１０１は、液滴生成装置１００の内部の空間のうち、液滴を生成するための液体が注入可能な第１の径１１０を有する開口部に面した空間である。なお、液滴生成装置１００が、角筒状だった場合は、長辺を第１の径１１０としてもよい。
【００１９】
第２の空間１０２は、第１の径１１０よりも小さい第２の径１２０を有する開口部に面した空間である。なお、液滴生成装置１００が、角筒状だった場合は、長辺を第２の径１２０としてもよい。
【００２０】
第３の空間１０３は、第１の空間１０１と第２の空間１０２の間の空間であり、第１の径１１０以下かつ第２の径１２０以上の径で、第１の空間から第２の空間に向かって縮径した側壁で囲まれた空間である。なお、第３の空間を形成する側壁は必ずしも連続的に縮径していなくてもよく、段差状に断続的に縮径するような形状でもよい。
【００２１】
生成部１０４は、第２の空間１０２を形成する側壁に接するように設けられている。生成部１０４は、複数の孔を有しており、第１の径１１０を有する開口部から注入された液体が複数の孔を透過することでエマルジョン、すなわち液滴が生成される。以下、エマルジョンを液滴と記載する。生成部１０４は、膜状の部材に孔が複数２次元的に配置された部材であり、連続気泡の多孔質体や、繊維を縦横に配置したメッシュ、単一部材に貫通孔を配置したマイクロチャンネルなどが使用される。なお、本実施形態における生成部１０４は、乳化膜であることが望ましい。さらに、油中水型エマルジョンを安定的に生成するためには、表面状態は撥水性のものが好ましい。また、生成部１０４として使用される物質の孔の直径は、およそ２０［μｍ］であると望ましいが上記に限定されない。
【００２２】
角度１０５は、第３の空間を形成する側壁がｘ平面に対して成す角を示している。
【００２３】
次に図２を用いて本実施形態における液滴生成方法の全体の処理を説明する。
【００２４】
図２（ａ）の工程では、水相注入手段２０１を用いて液滴生成装置１００に分散相となる水相を充填する。本実施形態の工程で生成される液滴が、例えば液滴内に含まれる対象物の濃度分析に用いられる場合、水相は例えば反応液で構成される。反応液は水と試料と増幅試薬と蛍光試薬とを含有する。ここでいう試料とは、検体そのものであってもよいし、検体に対して精製や濃縮、分析対象物の化学修飾や断片化など、分析のための前処理や調整を施したものであってもよい。分析対象物は、例えば、核酸、ペプチド、タンパク質、酵素などが挙げられ、これらが共存していてもよい。分析対象物は、核酸、ペプチド、タンパク質、酵素の少なくともいずれかが共有結合等で結合または付着した分子、マイクロ粒子、ナノ粒子、さらにはウイルス、細菌、細胞などであってもよい。なお、反応液の構成は上記に限定されず、水相は反応液でなくてもよい。水相注入手段２０１には、シリンジ等の所定の容量の液体を吐出する手段や、流路内の空気を加圧または減圧するポンプやポンプとバルブの組み合わせなどを用いることができる。すなわち、水相注入手段２０１は、液滴生成装置１００内に水相を注入できる機能を有する任意の手段により実現される。
【００２５】
また、本工程において注入される水相は極力分裂していないことが望ましいため、水相注入手段２０１により液滴生成装置１００に近い位置から水相を注入することが望ましい。
【００２６】
次に、不図示の油相注入手段を用いて容器２０２に連続相となる油相を充填する。油相は、油と界面活性剤とを含む。油相は水相と相溶せず分離する溶剤から成り、典型的には脂肪族炭化水素やシリコーンオイル等のオイルから成る。油相注入手段には、シリンジ等の所定の容量の液体を吐出する手段や、流路内の空気を加圧または減圧するポンプやポンプとバルブの組み合わせなどを用いることができる。すなわち、油相注入手段は、液滴生成装置１００内に油を注入できる機能を有する任意の手段により実現される。
【００２７】
なお、液滴生成装置１００に水相を注入する工程と、容器２０２に油相を注入する工程の順序はいずれが先でもよい。具体的には例えば、容器２０２に油相を注入した後にそこに液滴生成装置１００を浸し、その後水相を注入してもよいし、液滴生成装置１００に水相をあらかじめ注入した後で油相が入った容器２０２に浸してもよい。
【００２８】
なお、この工程において、油相は少なくとも生成部１０４が油相に浸かる程度の量が注入されることが望ましい。しかし、油相が注入される量は上記に限定されない。
【００２９】
また、液滴を生成する液滴生成装置１００と、生成した液滴を保持する容器２０２は別体としたが、図３のように保持部が一体となったカートリッジ形状でもよい。
【００３０】
図２（ｂ）の工程では、駆動手段２０５が開口部から液滴生成装置１００内を加圧することにより、液滴生成装置１００内に充填された水相を駆動させる。すると、生成部１０４上面に充填された水相が生成部１０４を透過し液滴が生成される。
【００３１】
なお、駆動手段２０５は油相注入手段（不図示）もしくは水相注入手段２０１を用いてもよいし、これらとは異なる手段を新たに用いてもよい。すなわち、駆動手段は圧力を加えることで液体の駆動が可能な手段であれば種々の手段を用いることができる。
【００３２】
また、駆動手段２０５には耐圧栓をつけることで圧力の抜け漏れを防ぐことができるが、耐圧栓は必ずしも必要ではない。
【００３３】
この工程において、図４に示すように生成部１０４の面積が大きいとそれに伴って生成部１０４を透過せずに残存する水相の量が多くなってしまうため生成部１０４は小さい方が望ましい。しかし、定量分析の観点から生成部１０４上に保持される水相の量を減少させることは好ましくないため、生成部１０４を小さくすることにより狭まったｘ方向の長さ分をｙ方向に長くする必要がある。一方で、ｙ方向にのみ長くすると液滴生成装置１００が一方向に大型化してしまう。そのため図１（ｂ）に示すように生成部１０４に面する第２の空間１０２上にｘ方向とｙ方向の２軸で第２の空間１０２よりも大きい第１の空間１０１を有するような形状の構成とする。すなわち、ｘ方向において第１の径１１０は第２の径１２０に比べて長く、ｙ方向において第１の空間１０１の高さは第２の空間１０２の高さに比べて高い。また、生成部１０４と第２の空間１０２を形成する側壁との成す角は９０°であることが望ましい。そして、第１の空間１０１と第２の空間１０２の間には第１の径１１０と第２の径１２０の間の長さで連続して縮径する側壁で形成された第３の空間１０３を設ける。すなわち、第１の径１１０は第３の空間１０３を形成する径以上の長さであり、第２の径１２０は第３の空間１０３を形成する径以下の長さである。上記によれば、第１の径１１０と第２の径１２０とでｘ方向の長さに差があったとしても第３の空間１０３を形成する側壁がテーパーとなるため液滴が残存する可能性を低減することができる。具体的には、図５（ａ）のように第３の空間１０３を設けた場合には、側壁に水相が付着してしまった場合でも生成部１０４上に落下させることができる。しかし、図５（ｂ）のように第１の空間１０１と第２の空間１０２との間に第３の空間１０３を設けなかった場合には、水相を生成部１０４上に落下させることができないため残存する可能性がある。
【００３４】
したがって、上記の観点から本明細書に開示の液滴生成装置１００内部の連通する一つの空間は少なくとも３つの空間から構成されることが望ましい。また、第３の空間１０３を形成する側壁がｘ平面（水平面）に対して成す角１０５は５°以上であることが望ましい。なお、液滴生成装置１００内部の連通する一つの空間の形状は上記に限定されず、残存する水相を低減しつつ所望の方向に液滴生成装置１００を小型化できる構成であればよい。例えば、液滴生成装置２００をより薄型化したい場合には、第１の空間１０１のｘ方向の長さをより長くし、ｙ方向の長さを短くする。
【００３５】
上記によれば、生成部１０４の面積を小さくし、且つ連通する一つの空間をテーパーを含む少なくとも３つの空間で構成することにより、残存する液体を低減しつつ液滴生成装置１００を低減することができる。また、図６に示すように第２の径１２０および生成部１０４の面積を小さくすることにより液滴生成装置１００が傾いた場合でも、油相が流れるパスができにくいため効率的に液滴を生成することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１００  液滴生成装置
１０１  第１の空間
１０２  第２の空間
１０３  第３の空間
１０４  生成部
１１０  第１の径
１２０  第２の径
【図１】
2020054248.tif 000003
【図２】
2020054248.tif 000004
【図３】
2020054248.tif 000005
【図４】
2020054248.tif 000006
【図５】
2020054248.tif 000007
【図６】
2020054248.tif 000008