(57)【要約】【課題】微小液滴を、低コストで簡単に、かつ効率的に製造できるようにする。【解決手段】ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成されたチップ本体と、チップ本体に気密シールされた状態で接合された基板とを有し、チップ本体に、第１〜第３の液溜と、それぞれ第１〜第３の液溜からのび一点で連結する第１〜第３のマイクロ流路とが設けられたマイクロ流体チップを準備する（Ｓ１）。第３の液溜に蓋を被せた後、マイクロ流体チップを脱気する（Ｓ２）。脱気後のマイクロ流体チップを大気圧下に置き、第１の液溜に連続相となる液体を注入し、第２の液溜に分散相となる液体を注入する（Ｓ３）。合成樹脂のガス吸蔵作用を利用して、第１および第２の液溜から連続相となる液体および分散相となる液体を第３の液溜に向けて流し、第３のマイクロ流路内にエマルジョンを形成して第３の液溜内に捕集する（Ｓ４、Ｓ５）。【選択図】図１
2015211931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体チップを用いて微小液滴を製造する方法であって、
（１）ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成された板状のチップ本体と、前記合成樹脂と同じ種類の合成樹脂または別の種類の合成樹脂またはガラスから形成され、前記チップ本体の一方の面に気密シールされた状態で接合された基板とを有し、前記チップ本体に、第１〜第３の液溜と、それぞれ前記第１〜第３の液溜の底部からのび一点で互いに連結する第１〜第３のマイクロ流路とが設けられたマイクロ流体チップを準備し、
（２）前記マイクロ流体チップの前記第３の液溜に蓋を被せた後、前記マイクロ流体チップを所定時間、減圧下に置くことによって前記マイクロ流体チップを脱気し、
（３）脱気した前記マイクロ流体チップを前記第３の液溜に前記蓋を被せたままで大気圧下に置き、前記第１の液溜に連続相となる液体を注入する一方、前記第２の液溜に分散相となる液体を注入し、前記合成樹脂のガス吸蔵作用を利用して、前記第１および第２の液溜からそれぞれ前記連続相となる液体および前記分散相となる液体を前記第１および第２のマイクロ流路を通じて前記第３の液溜に向けて流し、前記第３のマイクロ流路内にエマルジョンを形成し、前記第３の液溜に、前記分散相となる液体の微小液滴を前記連続相となる液体とともに捕集することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１〜第３のマイクロ流路のそれぞれが、前記連結する点の手前から前記連結する点まで先細り状にのびていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１〜第３のマイクロ流路のそれぞれが、その全長にわたって同じ深さを有し、かつ、関係する前記液溜から前記連結する点の手前までのびる幅広の部分と、前記幅広の部分の先端に接続した次第に幅が狭くなるテーパー部分と、前記テーパー部分の先端から前記連結する点までのびる狭小な部分とからなっていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記マイクロ流体チップのチップ本体には各１つの前記第１〜第３の液溜が設けられ、前記第１〜第３のマイクロ流路が、前記第１および第２のマイクロ流路のうちの一方と前記第３のマイクロ流路が一直線となり、前記第１および第２のマイクロ流路のうちの他方が前記第３のマクロ流路および前記第１および第２のマイクロ流路のうちの一方に対して直交する配置で、前記一点で互いにＴ字状に連結していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記マイクロ流体チップのチップ本体には各１つの前記第１〜第３の液溜が設けられ、前記第１の液溜から一対の前記第１のマイクロ流路がのび、前記第１のマイクロ流路の組と、前記第２および第３のマイクロ流路の組とが前記一点で互いに十字状に連結していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記マイクロ流体チップのチップ本体には、２つの前記第１の液溜と、各１つの前記第２および第３の液溜が設けられ、前記２つの第１の液溜からそれぞれのびる２本の前記第２のマイクロ流路の組と、前記第２および第３の流路の組とが前記一点で互いに十字状に連結していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記第３の液溜の容積が、前記第１および第２の液溜を足し合わせた容積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ガスを吸蔵し得る合成樹脂がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記第３の液溜に対する前記蓋がガラス板であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
チャンバと、
一端が前記チャンバに接続された排気管と、
前記排気管の他端に接続され、前記チャンバから排気を行うためのポンプと、
前記排気管の途中に設けられた第１のバルブと、
前記排気管における前記第１のバルブの上流側に分岐接続されたリーク管と、
前記リーク管の途中に設けられた第２のバルブと、
前記チャンバ内に配置されたマイクロ流体チップと、を備え、
前記マイクロ流体チップは、
ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成された板状のチップ本体と、
前記合成樹脂と同じ種類の合成樹脂または別の種類の合成樹脂またはガラスから形成され、前記チップ本体の一方の面に気密シールされた状態で接合された基板とを有し、
前記チップ本体には、第１〜第３の液溜と、それぞれ前記第１〜第３の液溜の底部からのび一点で互いに連結する第１〜第３のマイクロ流路とが設けられており、さらに、
前記マイクロ流体チップの前記第３の液溜を封閉し得る蓋と、
前記チャンバの外部に配置された、連続相となる液体を供給する第１の液体供給源と、
前記チャンバの外部に配置された、分散相となる液体を供給する第２の液体供給源と、
前記第１の液体供給源から前記マイクロ流体チップの前記第１の液溜に前記連続相となる液体を供給するための第１の液体供給管と、
前記第２の液体供給源から前記マイクロ流体チップの前記第２の液溜に前記分散相となる液体を供給するための第２の液体供給管と、を備えたものであることを特徴とする微小液滴製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体チップを用いて微小液滴を製造する方法およびマイクロ流体チップを用いた微小液滴製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のマイクロフルイディクスを利用したナノテクノロジーの発達に伴って、バイオテクノロジーや薬品製造等の分野では、微小液滴（エマルジョン）が、極微小反応容器やマイクロカプセルの形成材等として広く用いられている。
【０００３】
この微小液滴は、例えば、マイクロ流体チップを用いて製造される（例えば、特許文献１、２および非特許文献１参照）。
この微小液滴の製造法によれば、マイクロ流体チップは、通常、ガラスやシリコン等から形成された板状を有し、連続相となる液体を貯留する第１の液溜、および分散相となる液体を貯留する第２の液溜、および微小液滴（エマルジョン）を貯留する第３の液溜をそれぞれ少なくとも１つ備え、さらに、その表面または内部に、それぞれ第１〜第３の液溜の底部からのび一点で互いに連結する第１〜第３のマイクロ流路を備えている。
【０００４】
また、この微小液滴の製造法によれば、シリンジポンプその他のマイクロポンプが準備され、このマイクロポンプによって、マイクロ流体チップの第１の液溜に連続相となる液体が送液される一方、第２の液溜には分散相となる液体が送液される。
【０００５】
マイクロポンプによる送液によって、第１および第２の液溜からそれぞれ連続相となる液体および分散相となる液体が第１および第２のマイクロ流路を通じて第３の液溜に向けて流される。その際に、第３のマイクロ流路内にエマルジョンが形成され、第３の液溜には、分散相となる液体の微小液滴が連続相となる液体とともに捕集される。
【０００６】
しかしながら、この従来法によれば、連続相となる液体および分散相となる液体のそれぞれの送液のためにシリンジポンプ等の高価な送液手段を使用しなければならず、しかもシリンジポンプ等による送液流量の調節が難しく、さらには、分散相となる液体のデッドボリュームが相当量発生し、そのため、微小液滴の製造の効率が悪く、また製造コストが高くつくという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３５８３８６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／００８４９７号パンフレット
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Deniz Pekin  他  「Quantitative and sensitive detection of rare mutations using droplet-based microfluidics」Lab Chip、The Royal Society of Chemistry、2011年、第11巻、P.2156-2166
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の課題は、微小液滴を、低コストで簡単に、かつ効率的に製造できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、マイクロ流体チップを用いて微小液滴を製造する方法であって、（１）ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成された板状のチップ本体と、前記合成樹脂と同じ種類の合成樹脂または別の種類の合成樹脂またはガラスから形成され、前記チップ本体の一方の面に気密シールされた状態で接合された基板とを有し、前記チップ本体に、第１〜第３の液溜と、それぞれ前記第１〜第３の液溜の底部からのび一点で互いに連結する第１〜第３のマイクロ流路とが設けられたマイクロ流体チップを準備し、（２）前記マイクロ流体チップの前記第３の液溜に蓋を被せた後、前記マイクロ流体チップを所定時間、減圧下に置くことによって前記マイクロ流体チップを脱気し、（３）脱気した前記マイクロ流体チップを前記第３の液溜に前記蓋を被せたままで大気圧下に置き、前記第１の液溜に連続相となる液体を注入する一方、前記第２の液溜に分散相となる液体を注入し、前記合成樹脂のガス吸蔵作用を利用して、前記第１および第２の液溜からそれぞれ前記連続相となる液体および前記分散相となる液体を前記第１および第２のマイクロ流路を通じて前記第３の液溜に向けて流し、前記第３のマイクロ流路内にエマルジョンを形成し、前記第３の液溜に、前記分散相となる液体の微小液滴を前記連続相となる液体とともに捕集することを特徴とする方法を構成したものである。
【００１１】
上記構成において、好ましくは、前記第１〜第３のマイクロ流路のそれぞれが、前記連結する点の手前から前記連結する点まで先細り状にのびている。この場合、前記第１〜第３のマイクロ流路のそれぞれが、その全長にわたって同じ深さを有し、かつ、関係する前記液溜から前記連結する点の手前までのびる幅広の部分と、前記幅広の部分の先端に接続した次第に幅が狭くなるテーパー部分と、前記テーパー部分の先端から前記連結する点までのびる狭小な部分とからなっていることが好ましい。
【００１２】
また、上記構成において、好ましくは、前記マイクロ流体チップのチップ本体には各１つの前記第１〜第３の液溜が設けられ、前記第１〜第３のマイクロ流路が、前記第１および第２のマイクロ流路のうちの一方と前記第３のマイクロ流路が一直線となり、前記第１および第２のマイクロ流路のうちの他方が前記第３のマクロ流路および前記第１および第２のマイクロ流路のうちの一方に対して直交する配置で、前記一点で互いにＴ字状に連結しており、あるいは、前記マイクロ流体チップのチップ本体には各１つの前記第１〜第３の液溜が設けられ、前記第１の液溜から一対の前記第１のマイクロ流路がのび、前記第１のマイクロ流路の組と、前記第２および第３のマイクロ流路の組とが前記一点で互いに十字状に連結しており、あるいは、前記マイクロ流体チップのチップ本体には、２つの前記第１の液溜と、各１つの前記第２および第３の液溜が設けられ、前記２つの第１の液溜からそれぞれのびる２本の前記第２のマイクロ流路の組と、前記第２および第３の流路の組とが前記一点で互いに十字状に連結している。
【００１３】
また好ましくは、前記第３の液溜の容積が、前記第１および第２の液溜を足し合わせた容積よりも大きくなっている。
また、前記ガスを吸蔵し得る合成樹脂は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であることが好ましく、また、前記第３の液溜に対する前記蓋がガラス板であることが好ましい。
【００１４】
上記課題を解決するため、また、本発明は、チャンバと、一端が前記チャンバに接続された排気管と、前記排気管の他端に接続され、前記チャンバから排気を行うためのポンプと、前記排気管の途中に設けられた第１のバルブと、前記排気管における前記第１のバルブの上流側に分岐接続されたリーク管と、前記リーク管の途中に設けられた第２のバルブと、前記チャンバ内に配置されたマイクロ流体チップと、を備え、前記マイクロ流体チップは、ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成された板状のチップ本体と、前記合成樹脂と同じ種類の合成樹脂または別の種類の合成樹脂またはガラスから形成され、前記チップ本体の一方の面に気密シールされた状態で接合された基板とを有し、前記チップ本体には、第１〜第３の液溜と、それぞれ前記第１〜第３の液溜からのび一点で互いに連結する第１〜第３のマイクロ流路とが設けられており、さらに、前記マイクロ流体チップの前記第３の液溜を封閉し得る蓋と、前記チャンバの外部に配置された、連続相となる液体を供給する第１の液体供給源と、前記チャンバの外部に配置された、分散相となる液体を供給する第２の液体供給源と、前記第１の液体供給源から前記マイクロ流体チップの前記第１の液溜に前記連続相となる液体を供給するための第１の液体供給管と、前記第２の液体供給源から前記マイクロ流体チップの前記第２の液溜に前記分散相となる液体を供給するための第２の液体供給管と、を備えたものであることを特徴とするマイクロ流体チップを用いた微小液滴の製造装置を構成したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、マイクロ流体チップのチップ本体を、ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成したので、チップ本体の第３の液溜に蓋を被せた後、マイクロ流体チップを減圧下に置いて脱気し、脱気したマイクロ流体チップを第３の液溜に蓋を被せたまま大気圧下に置くと、チップ本体が再び空気を吸蔵し始めることで、第３の液溜内が一定時間減圧状態に維持される。
【００１６】
このとき、チップ本体の第１および第２の液溜にそれぞれ連続相となる液体および分散相となる液体を注入すると、これらの液体は、自律的に、第１および第２のマイクロ流路、さらに第３のマイクロ流路を通じて第３の液溜に向けて流れる。その間に、第３のマイクロ流路内にエマルジョンが形成され、分散相となる液体の微小液滴が連続相となる液体とともに第３の液溜に自動的に捕集される。
【００１７】
こうして、本発明によれば、連続相となる液体および分散相となる液体をそれぞれ第１および第２の液溜から第３の液溜に向けて送液するためのシリンジポンプ等のマイクロポンプが不要となる。また、第１および第２の液溜にそれぞれ連続相となる液体および分散相となる液体を注入すれば、それぞれの液体が自律的に第３の液溜に向かって流れるので、各液体の送液流量を制御する必要もない。
さらに、第３の液溜の容積に基づいて計算された、分散相となる液体の必要量を第２の液溜に注入することで、分散相となる液体のデッドボリュームも発生しない。
その結果、微小液滴の製造を低コストで簡単かつ効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるマイクロ流体チップを利用した微小液滴の製造方法のフロー図である。
【図２】本発明による方法において使用されるマイクロ流体チップの一例を示す斜視図である。
【図３】図２のマイクロ流体チップの液溜およびマイクロ流路の配置を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の一部を拡大した図である。
【図４】図１のステップＳ２以後の過程を説明する模式図であり、マイクロ流体チップの第１の液溜から、第１のマイクロ流路および第３のマイクロ流路を経て第３の液溜に至る部分の側断面を示した図である。
【図５】実験において、脱気する前のマイクロ流体チップの状態を映した写真である。
【図６】実験において、脱気後、マイクロ流体チップの第１および第２の液溜に液体を注入する状態を映した写真である。
【図７】実験において、第３のマイクロ流路内に形成されたエマルジョンが第３の液溜に捕集される状態を映した写真である。
【図８】１時間脱気した後のマイクロ流体チップを用いた場合の、微小液滴の生成速度および生成総数の時間変化を示したグラフである。
【図９】１．５時間脱気した後のマイクロ流体チップを用いた場合の、微小液滴の生成速度および生成総数の時間変化を示したグラフである。
【図１０】一昼夜脱気した後のマイクロ流体チップを用いた場合の、微小液滴の生成速度および生成総数の時間変化を示したグラフである。
【図１１】本発明による微小液滴製造装置の一例の概略構成を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。図１は、本発明によるマイクロ流体チップを利用した微小液滴の製造方法のフロー図である。
図１を参照して、本発明によれば、まず、マイクロ流体チップが準備される（図１のＳ１）。
【００２０】
図２は、本発明による微小液滴の製造方法において使用されるマイクロ流体チップの一例を示した斜視図であり、図３は、図２のマイクロ流体チップの液溜およびマイクロ流路の配置を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の一部を拡大した図である。
図２および図３を参照して、マイクロ流体チップは、ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成された一定厚の板状のチップ本体１を有している。この実施例では、チップ本体１を形成する合成樹脂としてポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が用いられる。
【００２１】
チップ本体１には、その一面側から他面側に貫通する３つの円柱状の穴２〜４が設けられている。この場合、３つの穴２〜４の径は、第１の穴２の容積と第２の穴３の容積を足し合わせたものが、第３の穴４の容積よりも小さくなるような大きさに設定されている。
【００２２】
また、チップ本体１の一面には、第１の穴２の開口縁に接続する第１の微細な溝５と、第２の穴３の開口縁に接続する第２の微細な溝６と、第３の穴４の開口縁に接続する第３の微細な溝７が設けられ、第１〜第３の溝５〜７は互いに一点Ｐで連結している。
【００２３】
第１〜第３の溝５〜７は、それぞれ、連結点Ｐの手前から当該連結点Ｐに向かって先細り状に形成されている。
この実施例では、第１〜第３の溝５〜７のそれぞれが、その全長にわたって同じ深さを有し、かつ、関係する穴２〜４から連結点Ｐの手前までのびる幅広の部分５ａ〜７ａと、幅広の部分５ａ〜７ａの先端に接続した次第に幅が狭くなるテーパー部分５ｂ〜７ｂと、テーパー部分５ｂ〜７ｂの先端から連結点Ｐまでのびる狭小な部分５ｃ〜７ｃとからなっている。
【００２４】
さらに、連結点Ｐにおいて、第１〜第３の溝５〜７が、第１および第２の溝５、６のうちの一方（この実施例では、第２の溝６）と第３の溝７が一直線となり、第１および第２の溝５、６のうちの他方（この実施例では、第１の溝５）が、第１および第２の溝５、６のうちの一方（この実施例では、第２の溝６）および第３の溝７に対して直交する配置で、互いにＴ字状に連結している。
【００２５】
そして、チップ本体１の第１〜第３の溝５〜７が設けられた面には、ガラスから形成された基板８が、気密シールされた状態で接合されている。この場合、チップ本体１を形成するＰＤＭＳの強い自己吸着性により、チップ本体１と基板８を互いに接触させるだけで、両者を気密シールした状態で接合することができる。
なお、基板８の形成材料はガラスに限定されず、基板８は、チップ本体１を形成する合成樹脂と同じ種類の合成樹脂または別の種類の合成樹脂から形成されていてもよい。
【００２６】
このチップ本体１と基板８との接合によって、チップ本体１の第１〜第３の穴２〜４のそれぞれの一端開口が封閉されて、マイクロ流体チップの第１〜第３の液溜ｍ１〜ｍ３が形成され、また、チップ本体１の第１〜第３の溝５〜７のそれぞれの、チップ本体１の面上に形成された開口部が封閉されて、マイクロ流体チップの第１〜第３のマイクロ流路ｎ１〜ｎ３が形成される。
マイクロ流体チップは、基板８が下になる配置で使用される。
【００２７】
なお、マイクロ流体チップの構成は、上述のものに限定されるものではなく、種々の変形例が可能である。
例えば、上述の実施例では、マイクロ流体チップに第１〜第３の液溜ｍ１〜ｍ３を１組だけ設けているが、マイクロ流体チップに第１〜第３の液溜ｍ１〜ｍ３の組を複数組設けてもよい。
また、上述の実施例では、第１〜第３のマイクロ流路ｎ１〜ｎ３が互いにＴ字状に連結しているが、第１の液溜ｍ１からのびる第１のマイクロ流路ｎ１を一対設け、連結点Ｐにおいて、第１のマイクロ流路ｎ１の組と、第２および第３のマイクロ流路ｎ２、ｎ３の組を互いに十字状に連結してもよい。
【００２８】
また、例えば、チップ本体１に、２つの第１の液溜ｍ１と、各１つの第２および第３の液溜ｍ２、ｍ３を設けるとともに、２つの第１の液溜からそれぞれのびる２本の第１のマイクロ流路ｎ１の組と、第２および第３の流路ｎ２、ｎ３の組を一点で互いに十字状に連結してもよい。
【００２９】
本発明によれば、次に、第３の液溜ｍ３に蓋が被せられた後、マイクロ流体チップが減圧下に置かれて、脱気される（図１のＳ２）。この実施例では、蓋はガラス板からなっている。この場合、チップ本体１を形成するＰＤＭＳは強い自己吸着性を有しているので、チップ本体１の上から第３の液溜ｍ３の開口面を覆うようにガラス板を置くだけで、ガラス板とチップ本体１とが吸着して第３の液溜ｍ３の上端開口を気密シールした状態で封閉することができる。
【００３０】
このマイクロ流体チップを脱気する際の圧力値および減圧下に置いておく時間は、特に限定されず、これらのパラメータは、後述する、チップ本体１の空気の再吸蔵作用による自律的な微小液滴の製造が適切に行われるように設定される。
【００３１】
次いで、脱気されたマイクロ流体チップが、第３の液溜ｍ３に蓋が被せられたまま大気圧下に置かれ、第１の液溜ｍ１に連続相となる液体が注入される一方、第２の液溜ｍ２に分散相となる液体が注入される（図１のＳ３）。
【００３２】
この場合、脱気されたマイクロ流体チップが第３の液溜ｍ３に蓋が被せられたまま大気圧下に置かれると、チップ本体１が再び空気を吸蔵し始め、それによって、第３の液溜ｍ３内が一定時間減圧状態に維持される。
このとき、チップ本体１の第１および第２の液溜ｍ１、ｍ２にそれぞれ連続相となる液体および分散相となる液体が注入されると、これらの液体は、自律的に、第１および第２のマイクロ流路ｎ１、ｎ２、さらに第３のマイクロ流路ｎ３を通じて第３の液溜ｍ３に向けて流れる。その間に、第３のマイクロ流路ｎ３内にエマルジョンが形成され、分散相となる液体の微小液滴が連続相となる液体とともに第３の液溜ｍ３に自動的に捕集される(図１のＳ４、Ｓ５）
【００３３】
以下に、図１のステップＳ２以後の過程をより詳細に説明する。
図４は、図１のステップＳ２以後の過程を説明する模式図であり、マイクロ流体チップの第１の液溜ｍ１から、第１のマイクロ流路ｎ１および第３のマイクロ流路ｎ３を経て第３の液溜ｍ３に至る部分の側断面を示した図である。
そして、図４Ａは、マイクロ流体チップが減圧下に置かれた状態を示し、図４Ｂは、脱気されたマイクロ流体チップが大気圧下に置かれた状態を示し、図４Ｃは、第１の液溜ｍ１に連続相となる液体が注入された状態を示し、図４Ｄは、第３のマイクロ流路ｎ３内にエマルジョンが形成され、第３の液溜ｍ３に分散相となる液体の微小液滴が捕集されている状態を示している。
【００３４】
図４Ａに示すように、マイクロ液体チップが減圧下に置かれると、チップ本体１に吸蔵された空気が外部に放出されると同時に、第１の液溜ｍ１、第１のマイクロ流路ｎ１、第３のマイクロ流路ｎ３および第３の液溜ｍ３のそれぞれの内部からも空気が外部に放出される。
【００３５】
次いで、図４Ｂに示すように、脱気されたマイクロ流体チップが第３の液溜ｍ３に蓋９が被せられたまま大気圧下に置かれると、第１の液溜ｍ１から第３の液溜ｍ３に向かって空気が流入するが、この空気は、チップ本体１による空気の再吸蔵作用によって、第１および第３の液溜ｍ１、ｍ３およびマイクロ流路ｎ１、ｎ３の壁面から吸収される。
このとき、図４Ｃに示すように、第１の液溜ｍ１に連続相となる液体ｕが注入されると、液体ｕは、自律的に、減圧状態にある第１および第３のマイクロ流路ｎ１、ｎ３を通って、第３の液溜ｍ３に向けて流れる。
【００３６】
この間に、図４Ｄに示すように、第３のマイクロ流路ｎ３内にエマルジョンｗが形成され、第３の液溜ｍ３に、分散相となる液体の微小液滴が連続相となる液体ｕとともに捕集される。このエマルジョン生成過程は、第３の液溜ｍ３内に残された空間が減圧状態に維持される間持続する。
【００３７】
こうして、本発明によれば、連続相となる液体および分散相となる液体をそれぞれ第１および第２の液溜ｍ１、ｍ２から第３の液溜ｍ３に向けて送液するためのシリンジポンプ等のマイクロポンプが不要となる。また、第１および第２の液溜ｍ１、ｍ２にそれぞれ連続相となる液体および分散相となる液体を注入すれば、それらは自律的に第３の液溜ｍ３に向かって流れるので、各液体の送液流量を制御する必要もない。
また、第３の液溜ｍ３の容積に基づいて計算された、分散相となる液体の必要量を第２の液溜ｍ２に注入することで、分散相となる液体のデッドボリュームも発生しない。
それによって、微小液滴の製造を低コストで簡単かつ効率的に行うことができる。
【００３８】
次に、本発明の効果を確認すべく、実験を行ってその結果を評価した。
実験においては、マイクロ流体チップとして、図２および図３に示したものと同様の構成のものを作成した。マイクロ流体チップの各部の寸法は次のとおりである。
・チップ本体１：縦５０ｍｍ×横７０ｍｍ×厚さ４ｍｍ
・基板８：縦５２ｍｍ×横７６ｍｍ×厚さ１ｍｍ
・第１の液溜ｍ１の径：ｄ１＝６ｍｍ
・第２の液溜ｍ２の径：ｄ２＝４ｍｍ
・第３の液溜ｍ３の径：ｄ３＝８ｍｍ
・チップ本体横方向の、第１の液溜ｍ１の中心および点Ｐ間の距離：Ｌ１＝７ｍｍ
・チップ本体横方向の、第２の液溜ｍ２の中心および点Ｐ間の距離：Ｌ２＝７ｍｍ
・チップ本体縦方向の、第２の液溜ｍ２（第１の液溜ｍ１）の中心および点Ｐ間の距離Ｌ３＝７．５ｍｍ
・チップ本体縦方向の、第３の液溜ｍ３の中心および点Ｐ間の距離Ｌ４＋Ｌ５＝７．５ｍｍ
・チップ本体縦方向の、第３の液溜ｍ３の中心および第３のマイクロ流路ｎ３との接続点間の距離：Ｌ５＝１ｍｍ
・第１〜第３のマイクロ流路ｎ１〜ｎ３の深さ：５０μｍ
・第１〜第３のマイクロ流路ｎ１〜ｎ３の幅広の部分５ａ、６ａ、７ａのそれぞれの幅：ｄ４＝２５０μｍ
・第１〜第３のマイクロ流路ｎ１〜ｎ３のテーパー部分５ｂ、６ｂ、７ｂのそれぞれの長さ：ｄ５＝３００μｍ
・第１〜第３のマイクロ流路ｎ１〜ｎ３の狭小な部分５ｃ、６ｃ、７ｃのそれぞれの幅：ｄ６＝５０μｍ
・第１のマイクロ流路ｎ１の狭小な部分５ｃの長さｄ７＝０．２ｍｍ
・第２のマイクロ流路ｎ２の狭小な部分６ｃの長さｄ８＝０．２ｍｍ
・第３のマイクロ流路ｎ３の狭小な部分７ｃの長さｄ９＝２ｍｍ
なお、この実験では、マイクロ流体チップは、第１〜第３の液溜ｍ１〜ｍ３の組を４組備えているが、そのうちの１組のみを使用した。
【００３９】
このマイクロ流体チップを、図５に示すように、第３の液溜ｍ３にカバーガラス（蓋）を被せた状態で、ポンプ内蔵真空デシケータ内に収容し、ポンプを作動させてデシケータ内を減圧し、デシケータ内が所定の圧力値に達した時点でポンプを停止させて、１時間デシケータ内を減圧状態に維持した。
【００４０】
その後、マイクロ流体チップを、第３の液溜ｍ３にカバーガラスを被せたままで、デシケータから取り出して大気圧下に置くとすぐに、図６に示すように、第１の液溜ｍ１に、連続相となる液体として、２％（vol／vol）のＡＢＩＬ  ＥＭ９０および０．０５％（vol／vol）のＴｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００（いずれも界面活性剤）を含んだミネラルオイル液を６０μＬ注入し、第２の液溜ｍ２に、ＰＣＲ反応液（ポリメラーゼ連鎖反応液）を２０μＬ注入した。
【００４１】
約３．５分経過後、第３のマイクロ流路ｎ３内にエマルジョンが形成され、図７に示すように、第３の液溜ｍ３に、ＰＣＲ反応液の微小液滴がミネラルオイル液とともに捕集された。
このとき、ミネラルオイル液とＰＣＲ反応液とが点Ｐで交差した時点を基準として、ＰＣＲの微小液滴の生成速度の時間変化を測定した。さらに、得られた生成速度を積分することによって、微小液滴の生成総数の時間変化を算出した。
結果を図８のグラフに示す。図８のグラフ中、曲線Ｘは微小液滴の生成総数を表し、曲線Ｙは微小液滴の生成速度を表している。
【００４２】
同じマイクロ流体チップを使用し、それぞれ脱気時間を１．５時間および一昼夜として、それぞれの場合について、前と同様に、微小液滴の生成速度の時間変化を測定するとともに、微小液滴の生成総数の時間変化を算出した。
脱気時間を１．５時間とした場合の結果を図９のグラフに示し、脱気時間を一昼夜とした場合の結果を図１０のグラフに示す。
【００４３】
図８〜図１０のグラフから、減圧時の圧力が同じ場合、脱気時間が長いほど、微小液滴の生成速度が大きくなり、より短時間で大量の微小液滴を生成することができることがわかった。
また、上記３つの異なる実験のそれぞれにおいて、生成される微小液滴の粒径の時間変化を測定したが、いずれの場合も、微小液滴の粒径は、時間によらずほぼ一定（約９０μｍ）であった。
【００４４】
図１１は、本発明による微小液滴製造装置の一例の概略構成を示す側断面図である。
図１１に示すように、本発明の微小液滴製造装置は、チャンバ１０と、一端がチャンバ１０に接続された排気管１１と、排気管１１の他端に接続され、チャンバ１０から排気を行うためのポンプ１２と、排気管１１の途中に設けられた第１のバルブ１３と、排気管１１における第１のバルブ１３の上流側に分岐接続されたリーク管１４と、リーク管１４の途中に設けられた第２のバルブ１５を備えている。
【００４５】
チャンバ１０は、この実施例では、両端が閉じられた円筒形状を有し、チャンバ本体１０ａと、上蓋１０ｂとに分離可能になっている。この場合、チャンバ本体１０ａの上端開口が上蓋１０ｂによって閉じられたとき、上蓋１０ｂの環状の下端面が、Ｏリング１０ｃを介してチャンバ本体１０ａの環状の上端面に接触するようになっている。
【００４６】
微小液滴製造装置は、また、チャンバ１０内に配置されたマイクロ流体チップ１６を備えている。
マイクロ流体チップ１６は、第１〜第３の液溜ｍ１〜ｍ３の組を複数組有している点を除いて、図２および図３に示したものと同様の構成を有している。
また、図示はしないが、微小液滴製造装置は、マイクロ流体チップ１６の第３の液溜ｍ３を封閉し得る蓋を備えている。
【００４７】
さらに、微小液滴製造装置は、チャンバ１０の外部に配置された、連続相となる液体を供給する第１の液体供給源１７と、チャンバ１０の外部に配置された、分散相となる液体を供給する第２の液体供給源１８と、第１の液体供給源１７からマイクロ流体チップ１６の第１の液溜ｍ１に連続相となる液体を供給するための第１の液体供給管１９と、第２の液体供給源１８からマイクロ流体チップ１６の第２の液溜ｍ２に分散相となる液体を供給するための第２の液体供給管２０を備えている。
【００４８】
この装置によれば、まず、マイクロ流体チップ１６の各第３の液溜ｍ３に蓋が被せられた後、チャンバ１０の上蓋１０ｂが閉じられ、第１のバルブ１３が開放される一方、第２のバルブ１５が閉じられ、ポンプ１２が作動せしめられて、チャンバ１０内の空気が排気される。そして、チャンバ１０内が一定の減圧状態となった時点で第１のバルブが閉じられるとともにポンプ１２が停止せしめられ、マイクロ流体チップ１６の脱気がなされる。
【００４９】
一定時間経過後、第２のバルブ１５が開放されてチャンバ１０内に再び空気が取り込まれ、チャンバ１０内がほぼ大気圧に等しくなった時点で、第１の液体供給源１７から連続相となる液体が、第１の液体供給管１９を通じてマイクロ流体チップ１６の第１の液溜ｍ１に注入され、同時に、第２の液体供給源１８から分散相となる液体が、第２の液体供給管２０を通じてマイクロ流体チップ１６の第２の液溜ｍ２に注入される。
そして、マイクロ流体チップ１６における自律的な微小液滴の製造過程が終了した時点で、上蓋１０ｂが取り外されるとともに、第３の液溜ｍ３から蓋が取り外され、生成された微小液滴が外部に取り出される。
【符号の説明】
【００５０】
１  チップ本体
２  第１の穴
３  第２の穴
４  第３の穴
５  第１の溝
６  第２の溝
７  第３の溝
８  基板
９  蓋
１０  チャンバ
１０ａ  チャンバ本体
１０ｂ  上蓋
１０ｃ  Ｏリング
１１  排気管
１２  ポンプ
１３  第１のバルブ
１４  リーク管
１５  第２のバルブ
１６  マイクロ流体チップ
１７  第１の液体供給源
１８  第２の液体供給源
１９  第１の液体供給管
２０  第２の液体供給管
ｍ１  第１の液溜
ｍ２  第２の液溜
ｍ３  第３の液溜
ｎ１  第１のマイクロ流路
ｎ２  第２のマイクロ流路
ｎ３  第３のマイクロ流路
ｕ  連続相となる液体
ｗ  エマルジョン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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