(57)【要約】【課題】特別な装置を必要とせずに微小なゲルが搭載されたチップを製造する。【解決手段】１又は複数の微小ウェル１０２が形成された第一基材１０１の各微小ウェル１０２に対し、液滴吐出装置２００を用いて溶解状態にある熱可塑性ゲル２０３を一定量ずつ吐出させ、微小ウェル１０２内に吐出された熱可塑性ゲル２０３の温度低下に伴い熱可塑性ゲル２０３を固化させ、熱可塑性ゲル２０３が収納された微小ウェル１０２を第二基材３０２で密封する。熱可塑性ゲル２０３は、微小ウェル１０２内で温度低下に伴い固化するため、固化のための特別な装置等を必要としない。液滴吐出装置２００を用いることにより、微小なウェルであっても一定量の熱可塑性ゲル２０３を供給することができ、微小ウェル１０２毎に同一体積の球状ゲル２０６を作成することができる。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は複数のウェルが形成された第一基材の各ウェルに対し、溶解状態にある熱可塑性ゲルを液滴吐出装置により一定量ずつ吐出し、
前記ウェル内の前記熱可塑性ゲルの温度を低下させて前記熱可塑性ゲルの固化を図ることを特徴とするゲル搭載チップの製造方法。
【請求項２】
前記熱可塑性ゲルが収納された前記ウェルを第二基材で密封することを特徴とする請求項１に記載のゲル搭載チップの製造方法。
【請求項３】
前記熱可塑性ゲルを球状に固化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のゲル搭載チップの製造方法。
【請求項４】
前記液滴吐出装置は保温機構を有し、当該保温機構により溶解状態に維持される熱可塑性ゲルを一定量ずつ吐出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のゲル搭載チップの製造方法。
【請求項５】
１又は複数のウェルが形成された第一基材を備えたゲル搭載チップ用の基材であって、
前記ウェルの内面は撥水性を有することを特徴とするゲル搭載チップ用の基材。
【請求項６】
前記第一基材は熱可塑性を有することを特徴とする請求項５に記載のゲル搭載チップ用の基材。
【請求項７】
前記ウェルを密封するように配置される第二基材を備えることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のゲル搭載チップ用の基材。
【請求項８】
前記第二基材は熱可塑性を有することを特徴とする請求項７に記載のゲル搭載チップ用の基材。
【請求項９】
前記第二基材は粘着性を有し、前記第一基材に対して貼る及び剥がす操作を繰り返し行うことが可能な特性を有することを特徴とする請求項７又は請求項８のいずれか一項に記載のゲル搭載チップ用の基材。
【請求項１０】
前記第二基材は、水蒸気バリア性を有することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載のゲル搭載チップ用の基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲル搭載チップの製造方法及びゲル搭載チップ用の基材に関する。
【背景技術】
【０００２】
大腸菌や酵母といった微生物を培養する際は、“栄養の種類”“最適温度”“酸素の有無”といった生育条件を検討し、最適な環境を人工的に作る必要がある。微生物は、必要な栄養素を含んだ培地と呼ばれる溶液を使って培養されるが、中でも液体培地に寒天等を加え、一定温度で固化させた平板培地は、作成の容易さや取り扱いの簡便さ等から、企業のみならず大学の研究室まで幅広く普及している。
【０００３】
平板培地では、任意の微生物を培地の表面に塗抹し、インキュベータ等で一定温度下にて、一定期間培養して増殖させる。塗抹された微生物はそれぞれが塗抹された場所で分裂増殖を繰り返してコロニーを形成する。独立した個々のコロニーは、基本的にそれぞれ一個の微生物細胞に由来するため、平板培地ではそこから微生物を分離して新たな培地上に移し、さらに培養することで個々の微生物を単離することができる。
【０００４】
しかし、微生物は目視で確認できないために、特定の微生物のみを生育させる過程で、目的外の微生物が混入する可能性がある。大きく種類が異なる微生物であれば、目視で選別できることもあるが、例えば遺伝子を組み替えただけの同一微生物種であれば、目視で混入を把握することはできない。
また、遺伝子組み換え作業をした微生物を培養する場合、コロニーによっては、目的の遺伝子が組み替えられずに培養される場合がある。一枚のプレート上に、目的遺伝子が組み替えられた微生物と組み替えられなかった微生物とがそれぞれコロニーを形成するのだが、培養時間が長い又は増殖スピードが早いと、増殖したコロニー同士が混同し、目的の微生物が形成したコロニーを識別できなくなることもある。
【０００５】
こういったリスクを防ぐために、平板培地を複数用意し、それぞれに目的の微生物を塗抹する手法がある。この手法であれば、それぞれの平板培地が独立しているため、微生物同士の混合は発生しにくい。
しかし、多くの微生物を同時に培養する場合、それぞれ別個に平板培地を用意する必要があり、多くのスペースが必要になる。インキュベータ内で培養する場合は、同時に培養できる平板培地に限りがあり、一定数以上の平板培地を使って培養する場合は、別のインキュベータを用いるか、別日に培養する他ない。この場合、装置間差や日間差等が生じるため、完全に同条件での培養とは言えず、実験結果に影響が出る可能性がある。また、同じインキュベータ内で培養したとしても、庫内には温度ムラや湿度ムラ等が存在するため、培養条件が異なる可能性がある。
【０００６】
また、微生物培養で使用した平板培地は、未処理で廃棄することが出来ない。一般的に、オートクレーブと呼ばれる機器で、高温高圧力下で滅菌処理した後に廃棄することが必要である。しかし、一度に滅菌処理できる平板培地の数はオートクレーブの大きさに依存しており、大量に平板培地を使用するような研究では、オートクレーブを複数台所有する必要がある。
【０００７】
上記のような問題の解決方法として、微生物を培養するための基材を小さくする方法がある。例えば、微小液滴吐出装置を使い、溶解させた微少量の液体培地を基材上のウェルに等間隔に吐出し、基板上で固化させる。複数の微小ウェルを有する基材であれば、１枚の基材上に複数の微少量の平板培地を作り上げることができる。これにより、１枚の基材上で複数種の微生物を培養することが出来、インキュベータ内の使用スペースを減らすことができる。また、平板培地同士の距離が近いために、インキュベータ内の温度ムラや湿度ムラの影響を減らすことができる。
【０００８】
この種の手法を用いる場合、微少量のゲルを基板上に吐出する技術と、吐出されたゲルを吐出先で固化させ、基板上に等間隔に形成する技術が必要になる。このような機構の先行技術として、例えば特許文献１には、基材に形成されたポケット部に紫外線硬化性を有する液滴を吐出し、紫外線を照射することによって、液滴を固化させ取り出すゲル製造方法が公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１３１１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、紫外線を照射することでゲルを固化させるため、吐出機構とは別に紫外線照射機構が必要になる。また、用いられるゲルが紫外線硬化性を有するものに限られている。
本発明は、固化に特別な装置を必要としない微小なゲル搭載チップの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、１又は複数のウェルが形成された第一基材の各ウェルに対し、溶解状態にある熱可塑性ゲルを液滴吐出装置により一定量ずつ吐出し、ウェル内の熱可塑性ゲルの温度を低下させて熱可塑性ゲルの固化を図るようにしたゲル搭載チップの製造方法が提供される。
また、他の態様によれば、１又は複数のウェルが形成された第一基材を備えたゲル搭載チップ用の基材であって、ウェルの内面が撥水性を有するゲル搭載チップ用の基材が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、固化に特別な装置を必要とすることなくゲル搭載チップを容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における第一基材の一例を示す構成図である。
【図２】微小液滴吐出方法の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるゲル搭載チップの一例を示す模式図である。
【図４】熱可塑性ゲルの保温方法の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態に係るゲル搭載チップの製造方法について図面に基づいて説明する。
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかである。他にも図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態におけるゲル搭載チップに含まれる第一基材の構成例を示したものであって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は斜視図である。
図１に示すように、本発明のゲル搭載チップは、第一基材１０１を備え、この第一基材１０１は、複数の微小ウェル１０２を有している。
第一基材１０１の形状に特に指定は無いが、決められた領域に効率良く配置できるように上面視が四角形であると望ましい。
【００１６】
第一基材１０１が有する微小ウェル１０２の個数に特に指定は無く、１又は複数の微小ウェルを備えていればよいが、１つの基材で後述する多くの球状ゲル２０６を保持するために、複数個の微小ウェル１０２を有することが望ましい。
第一基材１０１が有する微小ウェル１０２は上面視で等間隔に配置されていることが望ましい。等間隔に配置されていることで、後述の液滴吐出装置２００の吐出ノズル２０２と微小ウェル１０２との位置合わせの際に、目標となる位置座標を指定することが容易になり、事前の吐出位置調整を容易に行うことができる。なお、吐出ノズル２０２と微小ウェル１０２との位置を調整する方法として、第一基材１０１を固定した状態で吐出ノズル２０２を動かす方法や、逆に吐出ノズル２０２を固定した状態で微小ウェル１０２を動かす方法等があるが、これに限るものではなく、吐出ノズル２０２と微小ウェル１０２との位置合わせを行うことができれば、どのような方法であってもよい。
【００１７】
微小ウェル１０２の容量は、保持する球状ゲル２０６の体積よりも大きい必要がある。微小ウェル１０２の容量が球状ゲル２０６の体積よりも小さい場合、球状ゲル２０６となる後述の熱可塑性ゲル２０３が微小ウェル１０２に供給された段階で、熱可塑性ゲル２０３が微小ウェル１０２から溢れ、第一基材１０１の表面、すなわち第一基材１０１の、微小ウェル１０２が形成されていない領域に熱可塑性ゲル２０３が付着し、第一基材１０１と後述する第二基材３０２とを貼り付ける際に、接着不足の原因等になり得る。
【００１８】
また、第一基材１０１の、少なくとも微小ウェル１０２の内面は、撥水性を有している。
次に、図２により、第一基材１０１上に熱可塑性ゲル２０３を吐出する方法を説明する。
熱可塑性ゲル２０３は、液滴吐出装置２００により吐出される。
【００１９】
液滴吐出装置２００は、図２（ａ）に示すように、微小液滴吐出機構２０１と吐出ノズル２０２とを備え、微小液滴吐出機構２０１は、一定量の熱可塑性ゲル２０３を吐出ノズル２０２から吐出させる。液滴吐出装置２００は、まず、吐出ノズル２０２内に熱可塑性ゲル２０３を充填する。液滴吐出装置２００は、少なくとも吐出ノズル２０２内に充填された熱可塑性ゲル２０３を溶解状態で保持する。
【００２０】
微小液滴吐出機構２０１は、吐出ノズル２０２内に充填された溶解状態の熱可塑性ゲル２０３を、各微小ウェル１０２に対して一定量ずつ供給する。
熱可塑性ゲル２０３は例えるならアガロース、寒天、カラナーギン、ゼラチン等が望ましいが、これに限るものではない。それぞれ溶解温度や固化温度が異なるので、条件に応じて使い分けることが望ましい。
【００２１】
液滴吐出装置２００において、溶解状態の熱可塑性ゲル２０３が接する機構は、保温機構を備えている必要があり、熱可塑性ゲル２０３の融解温度以上を保持できる必要がある。熱可塑性ゲル２０３の温度が素子融解温度を下回ると、熱可塑性ゲル２０３が微小液滴吐出機構２０１や吐出ノズル２０２内で固化し、詰まりを発生する可能性がある。保温機構に指定は無く、例えばヒーターを用いる方法や、温風を吹き付ける方法等がある。
【００２２】
熱可塑性ゲル２０３は吐出ノズル２０２に充填する前に、予め加熱し溶解しておく必要がある。熱可塑性ゲル２０３を吐出ノズル２０２に供給する方法としては、例えば、溶解した熱可塑性ゲル２０３が収容されている溶液タンクに、吐出ノズル２０２の先端を挿入し、溶液タンクから熱可塑性ゲル２０３を吸引して吐出ノズル２０２内に充填する方法、或いは、液滴吐出装置２００内に図示しない溶液タンクを設け、この溶液タンクに溶解状態にある熱可塑性ゲル２０３を一度蓄え、溶液タンク内の溶解状態にある熱可塑性ゲル２０３を、供給チューブを使って吐出ノズル２０２の一端に供給し、吐出ノズル２０２の他端から、熱可塑性ゲル２０３を微小ウェル１０２に対して滴下する方法等もあるが、特に指定はない。
【００２３】
ただし、液滴吐出装置２００に設けた溶液タンクから、吐出ノズル２０２に熱可塑性ゲル２０３を供給する場合には、吐出ノズル２０２以外にも溶液タンクや供給チューブにも保温機構を設ける必要がある。
図２（ａ）に示すように、吐出ノズル２０２内に熱可塑性ゲル２０３を充填させた後、図２（ｂ）に示すように、吐出ノズル２０２の先端を、第一基材１０１の微小ウェル１０２と位置合わせし、微小液滴吐出機構２０１により吐出ノズル２０２から溶解状態の熱可塑性ゲル２０３を、第一基材１０１が有する微小ウェル１０２内へ一定量吐出させる。この時吐出された熱可塑性ゲル２０３はサテライト液滴２０４となる。吐出ノズル２０２と第一基材１０１との間の距離である吐出距離２０５に指定は無いが、吐出ノズル２０２と第一基材１０１との距離が大きくなると、静電気や風等の影響を受け、サテライト液滴２０４の吐出位置精度が落ちる。そのため、吐出ノズル２０２と第一基材１０１との距離は短いほど良く、１ｍｍ以内が望ましい。
【００２４】
微小液滴吐出機構２０１は特に制限は無いが、ピエゾを使ったインクジェット機構やバブルジェット（登録商標）を利用したインクジェット機構等を適用することができる。また、微小液滴吐出機構２０１として、インクジェット分注装置を適用することもでき、インクジェット分注装置であればサテライト液滴２０４を高精度且つ高位置精度で吐出することができるがこれに限るものではない。
【００２５】
微小ウェル１０２は個別に隔離されるため、各微小ウェル１０２に異なる熱可塑性ゲル２０３を格納することが可能である。微小ウェル１０２毎に異なる熱可塑性ゲル２０３を格納することで、同一条件下で、様々な熱可塑性ゲル２０３を使った評価が可能である。
そして、図２（ｃ）に示すように、第一基材１０１に形成された微小ウェル１０２毎に、微小ウェル１０２内の一定の場所に、吐出ノズル２０２から熱可塑性ゲル２０３が連続して吐出されることにより、微小ウェル１０２において、同一の微小ウェル１０２内に吐出した熱可塑性ゲル２０３は一つにまとまる。また、微小ウェル１０２の内面は、撥水性を有することから、一つにまとまった熱可塑性ゲル２０３は球状にまとまり、球状ゲル２０６を形成する。
【００２６】
形成された球状ゲル２０６は第一基材１０１上で自然に冷却され、球状ゲル２０６は熱可塑性ゲル２０３から形成されることから自然に固化する。微小ウェル１０２内に保持される固化した熱可塑性ゲル２０３が球体であることで、球状ゲル２０６の取り出しが容易になる。また、例えば微小ウェル１０２内の球状ゲル２０６上で微生物を培養した後、そのまま球状ゲル２０６を微小ウェル１０２から取り出し、新たに培養培地溶液に投入することで、常に一定量の微生物から培養を始めることが可能になる。
【００２７】
そして、熱可塑性ゲル２０３が球状ゲル２０６に固化した後、図３に示すように、球状ゲル２０６が収容された第一基材１０１である球状ゲル搭載基材３０１に、第二基材３０２を、微小ウェル１０２を密封するように貼り合わせる。
これによって、微小ウェル１０２を密閉し、微小ウェル１０２に格納された球状ゲル２０６の乾燥を防止する。
【００２８】
ここで第一基材１０１は、熱可塑性樹脂、例えばポリプロピレン等からなることが望ましい。第一基材１０１を熱可塑性樹脂で構成することにより、ゲル搭載チップを廃棄する際に行われる高温高圧力による滅菌処理により第一基材１０１が圧縮される。そのためその分廃棄物の体積を削減することができる。
第二基材３０２は、熱可塑性及び水蒸気バリア性を有するもの、例えば、ポリプロピレン等が望ましい。水蒸気バリア性を有することで球状ゲル２０６の乾燥を防止することができる。また、熱可塑性を有することで、ゲル搭載チップを廃棄する際に行われる高温高圧力による滅菌処理により圧縮される。そのため、その分廃棄物の体積を削減することができる。
【００２９】
球状ゲル搭載基材３０１と第二基材３０２との貼り合わせ方法に規定はないが、球状ゲル搭載基材３０１の表面又は第二基材３０２の表面に接着剤を塗布し圧着する方法や熱による溶着方法などがある。
第二基材３０２は、球状ゲル搭載基材３０１と貼り合わせた状態から剥がした後に、再度貼り合わせることができることが望ましい。第二基材３０２を剥がした後、微小ウェル１０２内に新たな溶液、例えば大腸菌の培養液等を添加し、再度第二基材３０２と球状ゲル搭載基材３０１とを貼り合わせる。微小ウェル１０２内では球状ゲル２０６と大腸菌の培養液が同時に存在する状態で密閉されることで、微生物を微小ウェル１０２内で培養することができる。その際、第二基材３０２がガス透過性を有することが必要になるが、再貼合しない場合は、その限りではない。
【００３０】
以上により、球状ゲル２０６が格納された微小ウェル１０２を複数備えるゲル搭載チップが形成される。
ここで、液滴吐出装置２００は、溶解状態の熱可塑性ゲル２０３を吐出するようにしているため、微小ウェル１０２に吐出された熱可塑性ゲル２０３は、加熱状態にある熱可塑性ゲル２０３の温度の低下に伴って固化する。熱可塑性ゲル２０３の温度低下に伴って固化するため、別途固化させるための装置等を設ける必要はない。また、熱可塑性ゲル２０３を吐出させるためには、溶解状態に維持する必要があるが、保温機構としては例えばヒーターを用いることができ、また温風を吹きつけることで保温することもできる。つまり、微小ウェル１０２に吐出された熱可塑性ゲル２０３を固化させるための機構は必要ないが、代わりに保温機構を液滴吐出装置２００に設ける必要がある。しかしながら、保温機構としては簡易な構成で実現することができ、例えば、紫外線硬化性を有するゲルを用いた場合のように紫外線照射機構等といった特殊な機構を必要とすることなく容易に実現することができる。
【００３１】
また、微小ウェル１０２に格納されるゲルは熱可塑性を有する必要があるが、熱可塑性ゲル２０３として例えば、アガロース、寒天、カラナーギン、ゼラチン等を適用することができ、紫外線硬化性を有するゲルに比較して、より多くの材質のゲルを適用することができるため、熱可塑性ゲル２０３として使用することのできるゲルの制約が少ない。
また、液滴吐出装置２００を用いることにより、微小ウェル１０２に微量の熱可塑性ゲル２０３を供給することができるため、より狭い面積で、より多くの微小ウェル１０２を有するゲル搭載チップ１００を実現することができる。そのため、ゲル搭載チップ１００の占有面積を小さくすることができる。
【００３２】
また、第一基材１０１、第二基材３０２の少なくともいずれか一方を熱可塑性の素材で形成しているため、ゲル搭載チップ１００を使用した後に行われる減菌のための高温高圧力処理を行った際に、ゲル搭載チップ１００が収縮する。そのため、その分廃棄物の体積を小さくすることができる。
また、一般的な生化学分野で使用されるような分注器具は、目的容量を一度に吐出する機構となっており、吐出液滴サイズが大きいため、吐出位置を制御することが難しく、微小ウェル内に正確に吐出することは難しい。
【００３３】
上述のように、本実施形態では、液滴吐出装置２００を用いているから、吐出液滴サイズが小さい場合であっても、高い位置精度でゲルを吐出することができる。
また、微小ウェル１０２内に吐出され固化した球状ゲル２０６は、体積が微量であるために乾燥し、ゲルとしての機能を失うことが想定される。
本実施形態では、微小ウェル１０２を密閉するように第二基材３０２を第一基材１０１に貼り合わせているため、固化された球状ゲル２０６が乾燥することを防止することができる。
なお、球状ゲルの作製（ゲルの吐出）作業や、球状ゲルに培養対象菌を付着させる作業、最終的にゲル搭載チップとする作業は、クリーンベンチなど、コントロールされた条件下で行うことが好ましい。
【実施例】
【００３４】
以下の実施例により、本発明の効果を具体的に説明する。なお、本発明はこの例に限定されるものではない
ポリプロピレン製の厚さ５ｍｍの板材に、容量５μＬ以上８μＬ以下となるように、ドリルでウェル形状を４個×２列形成した。
ウェルを形成した板材に旭硝子製のＣＹＴＯＰ（登録商標）を塗布したあと１時間ベークして撥水処理し、第一基材とした。
【００３５】
次に吸引吐出型のインクジェット分注機（株式会社ＭｉｃｒｏＪｅｔ社製  ｌａｂＪｅｔ−５００Ｂｉｏ）にて０.５％に調整したアガロースゲルを９０℃で融解し、図４に示すように８０℃に温めた純水に浸したインクジェットノズル、つまり、吐出ノズル２０２に相当するノズルで吐出したところ、吐出された０.５％に調整したアガロースゲルはサテライト液滴を形成した。また、吐出されたアガロースゲルはウェル内で球体を形成した。また、球体となったアガロースゲルは２５℃程度の室温下で固化した。この時の吐出液適量は５００ｐＬであり、６０００回吐出したことから、スライドガラス上で３μＬの固体０.５％アガロースゲル球体を作成した。
【００３６】
このようにして作製した球状ゲル搭載基材の球状ゲル７個に大腸菌を付着させ、残り１個には何も乗せなかった。
このあと培養液をピペットで分注し、ガス透過性を有するポリプロピレン製の第二基材を接着剤で貼り付け、圧着し密封した。この球状ゲル搭載基材をインキュベータで３７℃の温度環境下で８時間培養した結果、大腸菌を載せた球状ゲルにのみ大腸菌が増殖していることが確認できた。大腸菌を付着させなかった球状ゲルは菌の増殖は認められなかった。
【００３７】
本実施例では、インクジェット分注機が、液滴吐出装置２００および微小液滴吐出機構２０１に対応している。
このような手順で得られた、図３に示すゲル搭載チップ１００を用いて大腸菌の培養を行い、大腸菌が増え、大腸菌を付着させなかった球状ゲルでは菌が増殖しないことを確認した。
【００３８】
以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。したがって、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。
【符号の説明】
【００３９】
１００  ゲル搭載チップ
１０１  第一基材
１０２  微小ウェル
２００  液滴吐出装置
２０１  微小液滴吐出機構
２０２  吐出ノズル
２０３  熱可塑性ゲル
２０６  球状ゲル
３０１  球状ゲル搭載基材
３０２  第二基材
【図１】
2017046630.tif 000003
【図２】
2017046630.tif 000004
【図３】
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【図４】
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