超ハイスループット一分子計測にむけたデジタルナノ流体及び高速計測技術開発

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H05971
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 太田 禎生 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (70731214)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: マイクロ流体技術 / ナノ・マイクロ加工技術 / 分子・細胞解析技術

Outline of Annual Research Achievements

未来の高感度な１分子・細胞の検出解析には、高感度な検出と同時に、大量で高速なスクリーニングの両立が求められています。本研究の目的は、並列流路内を電気的に輸送される多数の微小液滴アレイを用いて、高速・大量に１分子活性や１細胞動態を計測し、目標分子や目標細胞解析を達成する高速・高感度スクリーニングシステム実現を目指す事です。そのために、並列デジタルマイクロ流体技術開発を目指してきました。当該年度においては、ラチェット構造を用いた液滴輸送の整流システムを開発してきました。研究代表者の異動に伴う設備の再整備や実験セットアップを経て、デジタルマイクロ流体機構と液滴操作、およびラチェット機構と液滴整流輸送の再現を行い、さらに流路設計の改善を行いました。改善に関して具体的には、今までSU-8流路壁の形状により液滴の形をコントロールし、表面エネルギー場にバイアスをかけることでラチェット機構を実現してきたのですが、流路壁はなくともエレクトロウェッティングのための電極の形状を工夫する事により、液滴の方向性にバイアスを与えることができるようになりました。これにより、流路壁加工上のバラツキが液滴動作に与える影響を無くし、安定的な輸送を実現できるだけでなく、流路壁の存在に規定されない、より柔軟なバイオアッセーの設計が可能となりました。これに伴い、従来マイクロ流体技術においては困難であったアッセー系を実現する設計を開始しています。一方では、輸送の検証の上で、自動かつ再現性の高いアッセーを実現するために、外からの溶液の安定的な導入系の設計を開始しています。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究代表者が異動して独立するに際して、実験セットアップや研究環境の整備が行われましたが、諸関係者の協力もあり、移行を柔軟に進めることができました。さらに、今まで液滴生成や動作にばらつきを生んでしまっていたSU-8で加工した流路壁を必要とせずに、液滴駆動（エレクトロウェッティング）電極の形状の工夫のみにより液滴を並列に輸送できる機構を実現し、デジタルマイクロ流体技術内のラチェット機構による液滴の整流輸送システムを、安定構築しました。これにより本液滴輸送機構は汎用化できる可能性が大きく向上され、従来マイクロ流体技術で出来ることのみならず、従来マイクロ流体技術で出来ないアッセーを設計できてきました。

Strategy for Future Research Activity

自動かつ再現性の高いアッセーを実現するために、外からの溶液の安定的な導入系の設計・作製・実証を進めます。さらに、従来マイクロ流体技術においては困難であったアッセー系を実現する設計、具体的には同一デバイスの同一視野内に、異なる種類の液滴群を隣り合わせ（液滴A群と液滴B群を交互に配置）、同一タイミングで混合させるアッセー構築を進めます。これにより、従来マイクロ流体技術で出来ることのみならず、従来マイクロ流体技術で出来ないことも本システムであれば実現できることを示します。