(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロ・ナノスケールの微小対象物の組立により大きな構造物を作製する場合、単一の操作によって複数の微小部品を一度に連続して組み立てることができ、また細胞など生物を含む構造物を操作対象とする場合では培養液の汚染を避け、滅菌された閉鎖空間内で構造物を自己組織的に組み立てることが可能な組立方法及びそのための流体装置を提供する。【解決手段】流路内部に段差と構造物吸着用ストッパー５を設置することにより、流体と共に流路内に封入した微小部品３が段差を通過するときに流れ場を用いて微小部品を回転させる。これにより一定方向に微小部品の向きが揃い、その後ストッパーによって微小部品の動きを止める。この流路内部に複数の微小部品を連続的に流すことにより、向きが揃った微小部品を自己組織的に積層させ、構造物を作製することができる。【選択図】図１
2015030091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
段差のある流路と、
構造物を吸着するためのストッパー、
構造物を組み立てるための組立箇所、
を備え、
前記流路内に流体を複数の構造体と共に流し、
前記流路の段差によって前記構造体を回転させ、
前記ストッパーにより回転させた前記構造体を固定させ、
前記構造体を前記流路内で自己組織的に積層させることを特徴とする流体方法。
【請求項２】
段差のある流路と、
構造物を止めるためのストッパー、
構造物を組み立てるための組立箇所、
を備え、
前記流路内に流体を複数の構造体と共に流し、
前記流路の段差によって前記構造体を回転させ、
前記ストッパーにより回転させた前記構造体を固定させ、
前記構造体を前記流路内で自己組織的に積層させることを特徴とする流体装置。
【請求項３】
前記流路の段差位置を変化させることにより、前記構造物の回転量を調整可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法又は装置。
【請求項４】
前記構造体に細胞や生体組織、及びタンパク質やＤＮＡを含む生体材料、の何れかまたはすべて、を包埋することで、生体組織の三次元構造を組立可能なことを特徴とする請求項１又は２記載の方法又は装置。
【請求項５】
前記構造体に生分解性材料や可逆性固液相変化を起こす材料を用いることで、組み立てた部品を溶かすことが可能なことを特徴とする請求項１又は２記載の方法又は装置。
【請求項６】
前記構造物を組み立てるための組立箇所の流路形状を変化させることにより、任意形状の構造物を組み立てることが可能なことを特徴とする請求項１又は２記載の方法又は装置。
【請求項７】
前記構造体の形状を変化させることにより、組み立てる構造物の形状を変化させることが可能なことを特徴とする請求項１又は２記載の方法又は装置。
【請求項８】
前記構造体の数を変化させることにより、組み立てる構造物の大きさを調整させることが可能なことを特徴とする請求項１又は２記載の方法又は装置。
【請求項９】
前記ストッパーを外すことにより、組み立てた構造物を前記流体装置から外部に取り出すことが可能なことを特徴とする請求項１又は２記載の方法又は装置。
【請求項１０】
前記構造体に穴を設けておくことにより、流体が前記構造体の穴を通して前記ストッパー内に設けられた流路に流れ、前記構造体の前記ストッパーへの吸着、固定の効率を向上させることが可能なことを特徴とする請求項１又は２記載の方法又は装置。
【請求項１１】
前記構造体を前記組立箇所で組み立てた後、構造体同士を接着させ、一つの構造物とすることができることを特徴とする請求項１又は２記載の方法又は装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、流路の内部において部品を自己組織的に組み立てる装置及び方法に関する。この組立装置は流路における流体の流れ場を用いることで、流路内を流れる部品を自動的に回転させ、またその位置を揃えて組み立てることができる。
【背景技術】
【０００２】  構造物を組み立てる方法として、自己組織的な組立手法は様々なものが提案されている。特許文献１では、親水性及び疎水性の自己組織化単分子膜を用いて金属のパターン転写を実現し、円筒状コイルの作製へと応用している。【０００３】  特許文献２では、自己組織化単層膜を用いて親水性領域と疎水性領域を基板上に作製し、これを用いて複数のマイクロレンズをアレイ状に作製する方法を提案している。この方法を用いると、マイクロレンズが自動的、自己組織的にアレイ状に基板上に作製可能である。【０００４】  特許文献３では、過飽和固溶体を自己組織化によって規則的に配列させ、三次元構造物の作製へと応用している。この方法を用いることで、三次元のマイクロデバイス作製におけるパターン形成を自動的、自己組織的に作製できる。【０００５】  特許文献４では、組み立てられていない２つ以上のモジュールを体腔まで送達し、体内において自己組織化部材により組み立てる方法が提案されている。これにより、組立後のデバイスよりも小さな送達直径を有する部品を体内に運ぶことができる。【０００６】  特許文献５では、電子部品の製造の際に高分子材料の溶液を自己組織化によって複数の貫通穴を生成し、電極の作製へと応用している。【０００７】  特許文献６では、微細な部品を自己組織的に実装させる場合について、液体中に部品を分散させた液体を用いることで、部品の実装歩留まりの向上を可能にする方法を提供している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２４７１９１号公報
【特許文献２】特開２００７−２４９１５８号公報
【特許文献３】特開２００５−２７１０９７号公報
【特許文献４】特表２０１３−５１７０１１号公報
【特許文献５】特開２００７−１９３７８号公報
【特許文献６】特開２００６−１１３２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  例えば、マイクロ・ナノスケールの微小対象物の組立により大きな構造物を作製する場合、一つ一つの部品を順番にマイクロマニピュレータを用いて組み立てていくには時間がかかりすぎる。そのため、一つの操作によって複数の微小部品を一度に組み立てることができる方法が求められている。特に、細胞など生物を含む構造物を操作対象とする場合には、培養液の汚染を避けるため、閉じた空間内で構造物を操作し組み立てる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねてきた結果、次なる構成の本発明に想到した。
本発明の自己組織的組立装置及び方法は、流路と、前記流路内に設置した構造物吸着用ストッパー、を備え、前記マイクロ流路内には流体及び部品を封入する。流路内に圧力勾配をかけることで部品を流路内で移動させ、マイクロ流路に設置してある段差を通過するときに流れ場によって部品に回転運動を発生させる。回転運動により一定方向に微小部品の向きが揃い、ストッパーによって複数の微小部品を組み合わせることを特徴とする。【００１１】  本発明の流体装置は、例えば、流路幅が数百マイクロメートルの微小流路装置とすることができる。【００１２】  また、例えば、本発明の流体装置を用いてドーナツ型の微小部品を縦方向に回転させ、自己組織的に積層させ構造体を作製することが可能である。【００１３】  前記ドーナツ型微小部品は、例えば、直径数十マイクロメートルから数百マイクロメートルの大きさのものを前記微小流路内で用いることができる。【００１４】  前記部品は任意形状の異なる部品を流路内で用い、組み立てることができる。【００１５】  また、本発明の流体装置は、例えば、シリコン系の樹脂やガラスによって作製された流路を用いることができる。【００１６】  前記微小部品には細胞や生体組織、及びタンパク質やＤＮＡを含む生体材料を包埋することができる。【００１７】  そのことによって、三次元の生体組織を模倣した構造体を作製することができる。【００１８】  また、本発明の流体装置は構造物を流路内で非接触に組み立てることが可能であり、外部からの雑菌や異物の混入を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は本発明の自己組織的な部品組立のための流路の例を横から見た場合である．
【図２】図２本発明の自己組織的な部品組立のための流路の例を上から見た場合である．
【図３】図３は本発明の自己組織的な部品組立のための流路の例について、組立箇所の流路形状が曲線になった場合の構造物の積層の様子を上から見た場合である。
【図４】図４は本発明の自己組織的な部品組立のための流路の例について、組み立てる部品が複数個所から組立箇所へ送られてくる場合の構造物の積層の様子を上から見た場合である。
【図５】図５は本発明の自己組織的な部品組立のための流路について、実際に作製した流路形状である。
【図６】図６は本発明の自己組織的な部品組立のための流路について、実際に作製した部品組立箇所の流路形状である。
【図７】図７は本発明の自己組織的な部品組立のための流路装置の例である。
【図８】図８は本発明の自己組織的な部品組立のための組立箇所の作製例である。
【図９】図９は実験で組立に用いた部品形状である。
【図１０】図１０は本発明の自己組織的な部品組立のための流路装置について、流路に設けた段差位置を変えた場合の、部品の回転運動角の変化を示した実験結果である。
【図１１】図１１は本発明の自己組織的な部品組立のための流路装置を用いて部品組み立ての例である。
【図１２】図１２は本発明の自己組織的な部品組立のための流路装置を用いて組み立てた部品を流路から取り出したところである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  この発明の流体装置を図１に示す。
【００２１】  流体装置は、図１に示すようにマイクロ流路上面壁（１）、流路側面及び下面壁（２）、及び構造物吸着用ストッパー（５）とから構成される。
【００２２】  図１に示すように、部品（３）は流路上面壁（１）と流路側面及び下面壁（２）によって囲まれた流路内を流体と共に左から右へ移動する。流路に設置された段差を部品が通過する際、流れ場によって組立箇所（４）において回転運動が発生し、部品は回転した後に構造物吸着用ストッパー（５）によって流路内に止まる。複数の部品が連続して流路内を流れていくことで、部品が構造物吸着用ストッパー（５）の前で微小部品が自動的に積層されていく。
【００２３】  図２に示すように、構造物吸着用ストッパー（５）は部品（３）よりも幅の小さい流路を有し、部品（３）は組立箇所（４）に留まるのに対し、流体は通り抜けることができる構造を持つ。
【００２４】  図３に示すように、組立箇所（４）の流路形状を変化させることにより、積層される部品（３）の配置も流路形状に沿ったものにすることができる。
【００２５】  図４に示すように、組立箇所（４）へと繋がる流路形状を、分岐を持つものにすることで、複数の部品（３）を一度に大量に組立箇所（４）に運び、組み立てることができる。
【００２６】  図５に示すように、組立箇所（４）が幅２００マイクロメートルの流路を有する自己組織的な部品組立のための流路を作製し、実験を行った。実験では図左側にある流路入口より流体を入れ、図右側にある流路出口をシリンジポンプと繋ぎ陰圧を印加することで流路内に圧力勾配を発生させた。
【００２７】  図６に示すように、組立箇所（４）は幅、高さ共に２００マイクロメートルの大きさがあり、構造物吸着用ストッパー（５）には流体を流すために幅４０マイクロメートルの流路を用意した。また、部品（３）は幅５００マイクロメートル、高さ５０マイクロメートルの流路を通って組立箇所（４）へと▲辿▼り着く。
【００２８】  図７に示すような流体装置を用いて実験を行った。このように、流路上面壁（１）と流路側面及び下面壁（２）を接合し、流路の出口にはシリコンチューブを接続した。このシリコンチューブの他端はシリンジポンプへと繋がっており、陰圧印加によって流路内に圧力勾配を発生させる。
【００２９】  図８に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて流路の作製を行った。流路上面壁（１）、流路側面及び下面壁（２）は共にシリコン系樹脂であるポリジメチルシロキサンを用いて作製した。
【００３０】  図９に示すように、内径８０マイクロメートル、外径１８０マイクロメートル、厚さ４５マイクロメートルのドーナツ形状の部品（３）を流路に流し、組立実験を行った。この部品は紫外線硬化樹脂であるポリエチレングリコール・ジアセテートによって作製した。
【００３１】  図１０に示すように、組立箇所（４）の前に設置してある流路の段差位置を変化させると、流れてきた部品（３）の回転角が変化する。図１０（ｉ）に示すように、流路の段差部分の長さが部品（３）の大きさとほぼ同じときは、部品（３）は約９０度回転し、構造物吸着用ストッパー（５）によって固定される。図１０（ｉｉ）に示すように、流路の段差部分の奈川が部品（３）の大きさより長くなると、部品（３）はより多く回転運動をし、約１８０度回転したところで構造物吸着用ストッパー（５）にぶつかり静止する。
【００３２】  図１１に示すように、部品（３）を流路に流すことにより、流路の段差部分で部品（３）が９０度回転し、構造物吸着用ストッパー（５）によって固定される。複数の部品（３）を連続的に流路に流すことで、組立箇所（４）で複数の部品（３）が向きをそろえて自動的に積層され、最終的に１３個の部品（３）が繋がったチューブ構造の作製を実現した。
【００３３】  図１２に示すように、組み立てた部品（３）は流路上面壁（１）と流路側面及び下面壁（２）とを離すことにより、組立箇所（４）から取り出すことができる。このように、小さな部品を組み合わせることで中空管形状の構造物を自己組織的に作製することを実現した。
【００３４】  組み立てた構造物の取り出しについては、構造物吸着用ストッパー（５）を空気圧等によって容易に変形可能な構造にすることで、流路上面壁（１）と流路側面及び下面壁（２）とを離すことなく構造物を取り出すことも可能である。
【符号の説明】
【００３５】１  流路上面壁
２  流路側面及び下面壁
３  部品
４  組立箇所
５  構造物吸着用ストッパー
【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５】
2015030091.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015030091.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015030091.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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