JP7464285B2 - Microfluidic Devices - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 令和3年6月6日、ロボティクス・メカトロニクス講演会2021 in Osaka(https://robomech2021.org)の予稿集、令和3年6月7日、ロボティクス・メカトロニクス講演会2021 in Osaka(https://robomech2021.org)において、福田敏男、志賀大雅が発明したマイクロ流体チップに関する研究について公開した。Application of
本発明はマイクロ流体デバイスに関するものである。 The present invention relates to a microfluidic device.
特許文献1は、線形動物、いわゆる線虫の走化性を利用した癌検出法が記載されている。線虫は、健常者の尿に対しては忌避行動を示し、癌患者の尿に対しては誘引行動を示すという走化性を有している。この癌検出法で利用されている線虫の走化性検出手法は以下の通りである。まず、シャーレの周縁に近い所定の場所にサンプルの尿を置く。次に、シャーレの中心に線虫を100匹おいて、1時間程度、線虫を自走させる。その後、シャーレの中心を境にしてサンプルの尿を置いた側、及びその反対側の線虫の個体数を数える。サンプルの尿を置いた側の線虫の個体数をN(+)、反対側の線虫の個体数をN(-)として、以下の計算式に当てはめる。
計算式:N(+)-N(-)/全個体数
計算式によって得られる値は、+1~-1の値を取る。計算式の値が正の値の場合、サンプルの尿に線虫が誘引されたと評価し、被験者は癌の可能性があると判定することができる。
Calculation formula: N(+) - N(-) / total number of individuals The value obtained by the calculation formula ranges from +1 to -1. If the value of the calculation formula is positive, it is evaluated that nematodes have been attracted to the urine sample, and the subject can be determined to have the possibility of cancer.
しかし、特許文献1に示される線虫の走化性検出手法は、走化性の検出に長い時間を要する。また、この走化性検出手法は、時間の経過とともにサンプルの尿が拡散する等によって、線虫の誘引行動が弱まり、正確性及び精度が劣るおそれがある。
However, the nematode chemotaxis detection method shown in
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、線形動物の走化性を利用して誘引物質を早期に検出し、かつ正確性及び精度の良い検出結果を得ることができるマイクロ流体デバイスを提供することを解決すべき課題としている。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned conventional situation, and aims to provide a microfluidic device that can detect an attractant substance early by utilizing the chemotaxis of nematodes and obtain detection results with high accuracy and precision.
本発明のマイクロ流体デバイスは、
線形動物を配置する第1ポートと、
被検査物質を配置する第2ポートと、
前記第1ポートと前記第2ポートとを連通するチャネルと、
を備えており、
前記チャネルは、前記第1ポートから前記第2ポートに向けての前記線形動物の自走を許容し、前記第2ポートから前記第1ポートに向けての前記線形動物の自走を抑制する逆走抑制領域を有している。
The microfluidic device of the present invention comprises:
a first port for disposing the nematode;
a second port for disposing a substance to be tested;
a channel communicating between the first port and the second port;
Equipped with
The channel has a reverse motion suppression region that allows the nematode to move freely from the first port toward the second port and suppresses the nematode's movement freely from the second port toward the first port.
このマイクロ流体デバイスは、被検査物質に誘引され、第1ポートからチャネルを介して第2ポートに自走した線形動物が、チャネルの逆走抑制領域によって、第2ポートから第1ポートへ向けた逆走を抑制するため、被検査物質に誘引されて第2ポート内に移動した線形動物の個体数を正確に把握することができる。 In this microfluidic device, nematodes that are attracted to the substance being tested and move from the first port through the channel to the second port are prevented from moving back from the second port to the first port by the reverse migration inhibition region of the channel, so the number of nematodes that are attracted to the substance being tested and move into the second port can be accurately determined.
したがって、本発明のマイクロ流体デバイスは、線形動物の走化性を利用して誘引物質を早期に検出し、かつ正確性及び精度の良い検出結果を得ることができる。 Therefore, the microfluidic device of the present invention can utilize the chemotaxis of nematodes to detect attractants early and obtain detection results with high accuracy and precision.
本発明における好ましい実施の形態を説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described.
本発明のマイクロ流体デバイスのチャネルは、前記第1ポートから前記第2ポートに向けて線形動物の自走を援助する自走援助領域を有し得る。この場合、このマイクロ流体デバイスは、チャネル内を被検査物質に誘引された線形動物が第1ポートから第2ポートに向けて速やかに自走することができる。このため、このマイクロ流体デバイスは、線形動物の走化性を利用して誘引物質を早期に検出することができる。 The channel of the microfluidic device of the present invention may have a self-propelling assistance region that assists the nematode in self-propelling from the first port to the second port. In this case, the microfluidic device allows the nematode attracted to the test substance to quickly self-propel from the first port to the second port within the channel. Therefore, the microfluidic device can detect the attractant substance early by utilizing the chemotaxis of the nematode.
本発明のマイクロ流体デバイスにおいて、前記逆走抑制領域は、前記自走援助領域よりも前記第2ポート側に配置され得る。この場合、このマイクロ流体デバイスは、チャネル内を被検査物質に誘引された線形動物が第1ポートから第2ポートに向けて速やかに自走することができるとともに、被検査物質に誘引された第2ポート内の線形動物の第1ポートに向けた逆走を抑制して第2ポート内の線虫の個体数を正確に把握することができる。このため、このマイクロ流体デバイスは、線形動物の走化性を利用して誘引物質を早期に検出し、かつ正確性及び精度の良い検出結果を得ることができる。 In the microfluidic device of the present invention, the reverse migration suppression region may be disposed closer to the second port than the self-propelled assistance region. In this case, the microfluidic device allows the nematodes attracted to the substance to be tested within the channel to rapidly self-propel from the first port toward the second port, and can accurately grasp the number of nematodes in the second port by suppressing the reverse migration of the nematodes in the second port attracted to the substance to be tested toward the first port. Therefore, the microfluidic device can detect the attractant substance early by utilizing the chemotaxis of the nematodes, and can obtain detection results with good accuracy and precision.
本発明のマイクロ流体デバイスの前記チャネルは、平面状の側面が対向して広がる一対の側壁部を有しており、前記逆走抑制領域は、両端を各前記側面に連結して中心軸線が各前記側面に対して直交しており、前記中心軸線に直交する仮想平面によって切断した断面形状において、前記第2ポート側の側面が凹んだ略円形状である複数の第1連結部を具備し得る。この場合、第1連結部の側面の凹んだ部分に、線形動物の頭部が入り込むと、この凹んだ部分から線形動物の頭部が抜け出しにくく、線形動物の第1ポートへ向けた逆走を抑制することができる。このため、このマイクロ流体デバイスは、線形動物の走化性を利用した誘引物質の検出において、正確性及び精度の良い検出結果を得ることができる。 The channel of the microfluidic device of the present invention has a pair of side walls with flat side surfaces that extend in opposing directions, and the reverse migration suppression region may include a plurality of first connecting parts that are connected at both ends to the respective side surfaces, have a central axis perpendicular to the respective side surfaces, and have a substantially circular shape with a concave side surface on the second port side in a cross section cut by a virtual plane perpendicular to the central axis. In this case, when the head of the nematode enters the concave part of the side surface of the first connecting part, the head of the nematode is unlikely to escape from this concave part, and reverse migration of the nematode toward the first port can be suppressed. Therefore, this microfluidic device can obtain accurate and precise detection results in detecting an attractant that utilizes the chemotaxis of nematodes.
本発明のマイクロ流体デバイスの複数の前記第1連結部は、前記第1ポートから前記第2ポートに向けてまっすぐに延びる第1仮想直線に直交した複数の第2仮想直線上に等間隔に並んでおり、隣り合う前記第2仮想直線上に配置された各前記第1連結部は、前記第1仮想直線に沿って見た際に、前記中心軸線がずれた状態で重なり得る。この場合、複数の第1連結部の配置によって、被検査物質に誘引された線形動物が第1ポートから第2ポートに向けて自走する際に線形動物の自走を援助することができる。このため、このマイクロ流体デバイスは、線形動物の走化性を利用して誘引物質を早期に検出することができる。 The multiple first connectors of the microfluidic device of the present invention are arranged at equal intervals on multiple second virtual lines perpendicular to a first virtual line extending straight from the first port to the second port, and the first connectors arranged on adjacent second virtual lines may overlap with their central axes shifted when viewed along the first virtual line. In this case, the arrangement of the multiple first connectors can assist the nematode attracted to the substance to be tested in moving on its own from the first port to the second port. This microfluidic device can therefore utilize the chemotaxis of the nematode to detect an attractant substance at an early stage.
本発明のマイクロ流体デバイスの前記チャネルは、平面状の側面が対向して広がる一対の側壁部を有しており、前記自走援助領域は、両端を各前記側面に連結して中心軸線が前記側面に対して直交しており、前記中心軸線に直交する仮想平面によって切断した断面形状が円形状である複数の第2連結部を具備しており、複数の前記第2連結部は、前記第1ポートから前記第2ポートに向けてまっすぐに延びる第1仮想直線に直交した複数の第2仮想直線上に等間隔に並んでおり、隣り合う前記第2仮想直線上に配置された各前記第2連結部は、前記第1仮想直線に沿って見た際に、前記中心軸線がずれた状態で重なり得る。この場合、複数の第2連結部の配置によって、被検査物質に誘引された線形動物が第1ポートから第2ポートに向けて自走する際に線形動物の自走を援助することができる。このため、このマイクロ流体デバイスは、線形動物の走化性を利用して誘引物質を早期に検出することができる。ここでいう円形状は、真円でなくてもよく、まるい形であればよく、楕円形を含む形状である。 The channel of the microfluidic device of the present invention has a pair of side walls with flat side surfaces that extend in an opposing manner, and the self-propelled assistance region is provided with a plurality of second connecting parts, both ends of which are connected to the respective side surfaces, with a central axis perpendicular to the side surfaces, and a cross section cut by a virtual plane perpendicular to the central axis being circular, and the plurality of second connecting parts are arranged at equal intervals on a plurality of second virtual lines perpendicular to a first virtual line extending straight from the first port to the second port, and the second connecting parts arranged on adjacent second virtual lines may overlap with the central axis shifted when viewed along the first virtual line. In this case, the arrangement of the plurality of second connecting parts can assist the self-propelling of the nematode attracted to the test substance when the nematode self-propels from the first port to the second port. For this reason, this microfluidic device can detect the attractant substance early by utilizing the chemotaxis of the nematode. The circular shape referred to here does not have to be a perfect circle, but may be any round shape, including an elliptical shape.
次に、本発明のマイクロ流体デバイスを具体化した実施例1について、図面を参照しつつ説明する。 Next, we will explain Example 1, which embodies the microfluidic device of the present invention, with reference to the drawings.
<実施例1>
実施例1のマイクロ流体デバイス1は、図1に示すように、第1ポート10、第2ポート20、及びチャネル30を備えている。マイクロ流体デバイス1は、PDMS(ジメチルポリシロキサン)とガラスプレートとを接合して形成されており、透明である。第1ポート10、第2ポート20、及びチャネル30は、平面状の側面が対向して広がる一対の側壁部の間に形成されている。対向して広がる側面の夫々は、第1ポート10、第2ポート20、及びチャネル30の上面及び下面を構成し、その間隔は70μmである。
Example 1
As shown in Fig. 1, the
第1ポート10は、線形動物、いわゆる線虫X(図2参照)の走化性を利用した試験を行う際、線虫Xを配置する。第2ポート20は、線虫Xの走化性を利用した試験を行う際、被検査物質を配置する。チャネル30は第1ポート10と第2ポート20とを連通している。チャネル30は、長さL1が3200μmであり、幅L2が1880μmである。
The
チャネル30は、複数の第1連結部310、及び複数の第2連結部320を具備している。各第1連結部310及び各第2連結部320は、チャネル30の上面及び下面に上下両端の夫々を連結している。各第1連結部310及び各第2連結部320の中心軸線はチャネル30の上面及び下面に対して直交している。
The
各第1連結部310は、図1及び図5に示すように、第1ポート10から第2ポート20に向けてまっすぐに延びる第1仮想直線FLに直交して並んだ3本の第2仮想直線S1~S3上に等間隔に並んでいる。同じ第2仮想直線S1~S3上に並んだ第1連結部310の中心軸線の間隔W2は260μmである。各第2仮想直線S1~S3上に並んだ複数の第1連結部310は、チャネル30の幅方向の全体に亘って配置されている。
1 and 5, the first connecting
各第2連結部320は、第1仮想直線FLに直交して並んだ10本の第2仮想直線S4~S13上に等間隔に並んでいる。同じ第2仮想直線S4~S13上に並んだ第2連結部320の中心軸線の間隔W2は260μmである。各第2仮想直線S4~S13上に並んだ複数の第2連結部320は、チャネル30の幅方向の全体に亘って配置されている。
The second connecting
複数の第1連結部310が並んだ3本の第2仮想直線S1~S3は、複数の第2連結部320が並んだ10本の第2仮想直線S4~S13よりも第2ポート20側に配置されている。複数の第1連結部310が並んだ3本の第2仮想直線S1~S3、及び複数の第2連結部320が並んだ10本の第2仮想直線S4~S13の合計13本の第2仮想直線S1~S13は、チャネル30の長さ方向の全体に渡って等間隔に並んでいる。1本置きの第2仮想直線S1~S13の間隔W1は500μmである。
The three second virtual straight lines S1 to S3 along which the multiple first connecting
第1連結部310の中心軸線に直交する仮想平面によって第1連結部310を切断した断面形状(以下、「第1連結部310の断面形状」という。)は、第2ポート20側の側面が凹んだ略円形状である。第1連結部310の断面形状は、直径が200μmの円形状に対して第2ポート20側の側面が長方形状に切欠かれている。つまり、各第1連結部310は、一対の側壁部の各側面に両端を連結しており、中心軸線が各側面に対して直交した略円柱形状であり、第2ポート20側の側面に中心軸線に沿って延びた溝311が形成されている。第1連結部310の断面形状において、切欠かれた部分の第2仮想直線S1~S3に平行に直線状に延びる底面部311Aの長さL3は120μmであり、底面部311Aの両端から第1連結部310の周面に向けて直線状に延びる側面部311Bの長さL4は50μmである。第1連結部310の断面形状において、底面部311Aと、底面部311Aの両端から延びる側面部311Bとによって形成される角部311Cの角度は、直角である。
The cross-sectional shape of the first connecting
第2ポート20側から1本目の第2仮想直線S1、及び3本目の第2仮想直線S3上には6個の第1連結部310が並んでいる。第2ポート20側から2本目の第2仮想直線S2上には7個の第1連結部310が並んでいる。第2ポート20側から1本面の第2仮想直線S1、及び3本目の第2仮想直線S3上に並んだ各第1連結部310は、第1仮想直線FLに沿って見た際に、各第1連結部310の中心軸線が一致し、完全に重なっている。
Six first connecting
隣り合う第2仮想直線S1~S3上に配置された各第1連結部310は、第1仮想直線FLに沿って見た際に、一方の第2仮想直線S1~S3上に配置された2個の第1連結部310の中心軸線の間の中央に、他方の第2仮想直線S1~S3上に配置された1個の第1連結部310の中心軸線が位置した状態で重なっている。チャネル30において、第2ポート20側から1本目の第2仮想直線S1~3本目の第2仮想直線S3上に並んだ複数の第1連結部310が配置されている領域が逆走抑制領域R1である。逆走抑制領域R1は、チャネル30の第2ポート20側の一端部に形成されている。
When viewed along the first virtual line FL, the first connecting
第2連結部320の中心軸線に直交する仮想平面によって第2連結部320を切断した断面形状は、直径が200μmの円形状である。つまり、各第2連結部320は、一対の側壁部の各側面に両端を連結しており、中心軸線が各側面に対して直交した円柱形状である。
The cross-sectional shape of the second connecting
第2ポート20側から4本目から13本目の第2仮想直線S4~S13において、偶数本目の第2仮想直線S4,S6,S8,S10,S12上には7個の第2連結部320が並んでいる。第2ポート20側から4本目から13本目の第2仮想直線S4~S13において、奇数本目の第2仮想直線S5,S7,S9,S11,S13上には6個の第2連結部320が並んでいる。第2ポート20側から4本目から13本目における偶数本目の第2仮想直線S4,S6,S8,S10,S12上に並んだ各第2連結部320は、第1仮想線に沿って見た際に、各第2連結部320の中心軸線が一致し、完全に重なっている。第2ポート20側から4本目から13本目における奇数本目の第2仮想直線S5,S7,S9,S11,S13上に並んだ各第2連結部320は、第1仮想線に沿って見た際に、各第2連結部320の中心軸線が一致し、完全に重なっている。
On the 4th to 13th second imaginary straight lines S4 to S13 from the
隣り合う第2仮想直線S4~S13上に配置された各第2連結部320は、第1仮想直線FLに沿って見た際に、一方の第2仮想直線S4~S13上に配置された2個の第2連結部320の中心軸線の間の中央に他方の第2仮想直線S4~S13上に配置された1個の第2連結部320の中心軸線が位置した状態で重なっている。チャネル30において、第2ポート20側から4本目の第2仮想直線S4~13本目の第2仮想直線S13上に並んだ複数の第2連結部320が配置されている領域が自走援助領域R2である。
When viewed along the first virtual line FL, the second connecting
各第1連結部310及び各第2連結部320の配置は、全長が500μm~600μmの線虫Xが平面上を移動する波状の軌跡に基づいて決定したものである。この軌跡の波長平均は、462±132μmであり、振幅平均は、158±54μmである。各第1連結部310及び各第2連結部320は、図2に示すように、被検査物質に誘引された線虫Xが第1ポート10から第2ポート20に向けて自走する際、線虫Xの引っ掛かりとなり、線虫Xがスムーズに自走することができる。
The arrangement of each first connecting
チャネル30の幅方向の両端縁は、図5に示すように、第2ポート20側から偶数本目の第2仮想直線S2、S4,S6,S8,S10,S12が横切る部分は、第1連結部310及び第2連結部320の外周縁に沿って外方向に湾曲して突出している。チャネル30の幅方向の両端縁は、第2ポート20側から奇数本目の第2仮想直線S1,S3,S5,S7,S9,S11,S13が横切る部分は、内方向に湾曲して凹んでいる。つまり、チャネル30の幅方向の両端縁は、湾曲した凹凸が交互に連続して延びている。
As shown in FIG. 5, both widthwise edges of the
<走化性試験>
上述した実施例1のマイクロ流体デバイス1を利用して、線虫Xの走化性試験を以下に示すように行った。
先ず、マイクロ流体デバイス1の第1ポート10、第2ポート20、及びチャネル30を純水で満たす。次に、第1ポート10に線虫X入りのM9バッファーを2μl滴下し、略同時に第2ポート20に被検査物質の試液2μl滴下する。線虫Xは、C.elegans(Caenorhabditis elegans)である。試液は、線虫Xを誘引するブタノンである。試験映像を記録し、映像をもとに計測した。
<Chemotaxis test>
Using the
First, the
<線虫Xの軌跡例>
実施例1のマイクロ流体デバイス1を利用した場合の線虫Xの軌跡例を図3に示す。この場合、線虫Xは、初期位置P1から第2ポート20に向けて自走援助領域R2をスムーズに自走して第2ポート20に到達する。その後、線虫Xは、第1連結部310の側面の溝311に入り込むと、この溝311から線虫Xの頭部が抜け出しにくく、第1ポート10へ向けた逆走が抑制されて、約15秒後の位置P2に示すように、第2ポート20内に留まっていた。
<Example of nematode X trajectory>
An example of the trajectory of the nematode X when the
比較例として、第1連結部310がなく、チャネル30の全体に第2連結部320を配置したマイクロ流体デバイス2を用意し、それを利用した場合の線虫Xの軌跡例を図4に示す。マイクロ流体デバイス2は、チャネル30の全体に第2連結部320が配置されており、チャネル30の全体が自走援助領域R2である。この場合、線虫Xは、初期位置P1から第2ポート20に向けて自走援助領域R2をスムーズに自走して第2ポート20に到達する。その後、線虫Xは、第1ポート10へ向けて自走援助領域R2をスムーズに逆走し、約15秒後の位置P2に示すように、短時間で第1ポート10と第2ポート20とを行き来した。
As a comparative example, a
<評価方法>
図5に示すように、第1ラインL1よりも右側の第2ポート20内の線虫Xの個体数をNr、第1ラインL1を第2ポート20から第1ポート10に向けて逆走する線虫Xの個体数をNg、第2ラインL2を第2ポート20から第1ポート10に向けて逆走する線虫Xの個体数をNpとする。
<Evaluation method>
As shown in Figure 5, the number of nematodes X in the
第1の評価指標は、式1に示すように、第2ポート20内の線虫Xの個体数Eを表し、10秒ごとの第2ポート20内の個体数Eから走化性評価を行う。
E=Nr ・・・式1
The first evaluation index represents the number E of nematodes X in the
E = Nr ...
第2の評価指標は、式2に示すように、第1ラインL1及び第2ラインL2を逆走して通過した個体数Eから逆走阻止率Gを算出する。逆走阻止率Gは、第1ラインL1の通過数に対する第2ラインL2の非通過数の割合を表している。逆走阻止率Gの値が大きいほど、逆走阻止効果が強いといえる。
G=(Ng―Np)/Ng ・・・式2
第1連結部310がなく、チャネル30の全体に第2連結部320を配置した比較例のマイクロ流体デバイス2についても同様の評価を行った。
The second evaluation index is calculated as a reverse-running prevention rate G from the number of individuals E who passed the first line L1 and the second line L2 in the wrong direction, as shown in
G = (Ng - Np) / Ng ...
A similar evaluation was also performed on a
図6(A)に示すように、実施例1のマイクロ流体デバイス1は、第1ポート10に線虫X入りのM9バッファーを2μl滴下し、略同時に第2ポート20に被検査物質であるブタノン2μl滴下した後の20秒~30秒までの間に線虫Xの強い誘引反応が示されている。滴下後約50秒以降、第2ポート20内の線虫Xの個体数Eはある程度維持し、滴下後180秒経過後でも第2ポート20内の線虫Xの個体数Eを維持できている。
As shown in FIG. 6(A), the
図6(B)に示すように、比較例のマイクロ流体デバイス2は、第1ポート10に線虫X入りのM9バッファーを2μl滴下し、略同時に第2ポート20に被検査物質であるブタノン2μl滴下した後の20秒~30秒までの間に線虫Xの強い誘引反応が示されている。滴下後180秒経過すると、滴下したブタノンの濃度がマイクロ流体デバイス2内で均一になり、線虫Xの逆走が激しくなるため、第2ポート20内の線虫Xの個体数Eが減少している。
As shown in FIG. 6(B), the
実施例1の第1連結部310があるマイクロ流体デバイス1、及び比較例の第1連結部310がないマイクロ流体デバイス2の逆走阻止率Gを表1に示す。比較例のマイクロ流体デバイス2の逆走阻止率が約19%であったのに対して、実施例1のマイクロ流体デバイス1は、約58%まで逆走阻止率を高めることができた。
The reverse flow blocking rate G of the
第1及び第2の評価指標から、第1連結部310の形状、及び複数の第1連結部310を配置した逆走抑制領域R1は、線虫Xの逆走抑制に効果的であることが分かった。
The first and second evaluation indices revealed that the shape of the first connecting
<尿に対する走化性>
次に、癌検査の実験として、癌患者の尿、及び健常者の尿を含む被検査物質に対して、線虫Xの走化性を確認した。嗅覚器官のみある線虫Xの変異体(odr-3)を利用した。純水36μlと、癌患者の尿、健常者の尿の夫々4μlとをシャーレ上に滴下し、純水と夫々の尿とを十分に混ぜ合わせて被検査物質とし、被検査物質2μlを第1ポート10に滴下した。夫々の尿を含む被検査物質に対して、10秒毎の第2ポート20内の線虫Xの個体数Eを2回計測した。
<Chemotaxis to urine>
Next, in a cancer testing experiment, the chemotaxis of nematode X was confirmed for test substances including urine of cancer patients and urine of healthy individuals. A mutant (odr-3) of nematode X with only olfactory organs was used. 36 μl of pure water, 4 μl each of urine of cancer patients and healthy individuals were dropped onto a petri dish, and the pure water and each urine were thoroughly mixed to prepare test substances, and 2 μl of the test substance was dropped into the
図7(A)(B)に示すように、2回行った実験の結果、健常者の尿を含む被検査物質に対して、定常状態となる時間が異なっている。第1ポート10に線虫X入りのM9バッファーを2μl滴下し、略同時に第2ポート20に被検査物質を滴下した後、30秒で癌患者の尿を含む被検査物質と健常者の尿を含む被検査物質との十分な有意差が確認できる。癌患者の尿を含む被検査物質に対しては、滴下から50秒の間に強い誘引反応が見られる。
As shown in Figures 7 (A) and (B), the results of two experiments showed that the time to reach a steady state differed for the test substance containing the urine of healthy subjects. After 2 μl of M9 buffer containing nematode X was dropped into the
第1回目の実験において、図8に示すように、癌患者の尿を含む被検査物質に対しては、滴下後180秒間で最大51匹の線虫Xが第2ポート20に移動した。第1回目の実験において、健常者の尿を含む被検査物質に対しては、滴下後180秒間で最大35匹の線虫Xが第2ポート20に移動した。
In the first experiment, as shown in FIG. 8, for the test substance containing the urine of a cancer patient, a maximum of 51 nematodes X migrated to the
第1回目の実験において、第2ポート20内の線虫Xの最大個体数と、各時間における第2ポート20内の線虫Xの個体数Eとの割合を図9及び表2に示す。滴下後30秒~40秒において、線虫Xの移動数には明らかな差がある。癌患者の尿を含む被検査物質に対する誘因行動が、滴下後60秒経過でほとんど終えている。
In the first experiment, the maximum number of nematodes X in the
以上説明したように、実施例1のマイクロ流体デバイス1は、第1ポート10、第2ポート20、及びチャネル30を備えている。第1ポート10は線虫X入りのM9バッファーを滴下する。第2ポート20は被検査物質を滴下する。チャネル30は第1ポート10と第2ポート20とを連通する。チャネル30は、第1ポート10から第2ポート20に向けての線虫Xの自走を許容し、第2ポート20から第1ポート10に向けての線虫Xの逆走を抑制する逆走抑制領域R1を有している。
As described above, the
このマイクロ流体デバイス1は、被検査物質に誘引され、第1ポート10からチャネル30を介して第2ポート20に自走した線虫Xが、チャネル30の逆走抑制領域R1によって、第2ポート20から第1ポート10へ向けた逆走を抑制するため、被検査物質に誘引されて第2ポート20内に移動した線虫Xの個体数を正確に把握することができる。
In this
したがって、実施例1のマイクロ流体デバイス1は、線虫Xの走化性を利用して誘引物質を早期に検出し、かつ正確性及び精度の良い検出結果を得ることができる。
Therefore, the
実施例1のチャネル30は、第1ポート10から第2ポート20に向けて線虫Xの自走を援助する自走援助領域R2を有している。このため、このマイクロ流体デバイス1は、チャネル30内を被検査物質に誘引された線虫Xが第1ポート10から第2ポート20に向けて速やかに自走することができる。よって、このマイクロ流体デバイス1は、線虫Xの走化性を利用して誘引物質を早期に検出することができる。
The
実施例1のマイクロ流体デバイス1において、逆走抑制領域R1は、自走援助領域R2よりも第2ポート20側に配置されている。このため、このマイクロ流体デバイス1は、チャネル30内を被検査物質に誘引された線虫Xが第1ポート10から第2ポート20に向けて速やかに自走することができるとともに、被検査物質に誘引された第2ポート20内の線虫Xの第1ポート10に向けた逆走を抑制して第2ポート20内の線虫Xの個体数を正確に把握することができる。よって、このマイクロ流体デバイス1は、線虫Xの走化性を利用して誘引物質を早期に検出し、かつ正確性及び精度の良い検出結果を得ることができる。
In the
実施例1のチャネル30は、平面状の側面が対向して広がる一対の側壁部を有している。逆走抑制領域R1は、複数の第1連結部310を具備している。各第1連結部310は、両端を各側面に連結して中心軸線が各側面に対して直交している。各第1連結部310は、中心軸線に直交する仮想平面によって切断した断面形状において、第2ポート20側の側面が凹んだ略円形状である。このように逆走抑制領域R1は複数の第1連結部310を具備しているため、第1連結部310の側面の凹んだ部分に、線虫Xの頭部が入り込むと、この凹んだ部分から線虫Xの頭部が抜け出しにくく、線虫Xの第1ポート10へ向けた逆走を抑制することができる。よって、このマイクロ流体デバイス1は、線虫Xの走化性を利用した誘引物質の検出において、正確性及び精度の良い検出結果を得ることができる。
The
実施例1の複数の第1連結部310は、第1ポート10から第2ポート20に向けてまっすぐに延びる第1仮想直線FLに直交した複数の第2仮想直線S1~S3上に等間隔に並んでいる。隣り合う第2仮想直線S1~S3上に配置された各第1連結部310は、第1仮想直線FLに沿って見た際に、中心軸線がずれた状態で重なっている。このような複数の第1連結部310の配置によって、被検査物質に誘引された線虫Xが第1ポート10から第2ポート20に向けて自走する際に線虫Xの自走を援助することができる。よって、このマイクロ流体デバイス1は、線虫Xの走化性を利用して誘引物質を早期に検出することができる。
The first connecting
実施例1のチャネル30は、平面状の側面が対向して広がる一対の側壁部を有している。自走援助領域R2は、両端を各側面に連結して中心軸線が前記側面に対して直交しており、中心軸線に直交する仮想平面によって切断した断面形状が円形状である複数の第2連結部320を具備している。複数の第2連結部320は、第1ポート10から第2ポート20に向けてまっすぐに延びる第1仮想直線FLに直交した複数の第2仮想直線S4~S13上に等間隔に並んでいる。隣り合う第2仮想直線S4~S13上に配置された各第2連結部320は、第1仮想直線FLに沿って見た際に、中心軸線がずれた状態で重なっている。このような複数の第2連結部320の配置によって、被検査物質に誘引された線虫Xが第1ポート10から第2ポート20に向けて自走する際に線虫Xの自走を援助することができる。よって、このマイクロ流体デバイス1は、線虫Xの走化性を利用して誘引物質を早期に検出することができる。
The
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例1に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)実施例1のマイクロ流体デバイスは2個のポートを備えていたが、3個以上のポートを備えていてもよい。3個のポートを備える場合、図10に示すように、マイクロ流体デバイス3は、線虫を配置する第1ポート40と、被検査物質を配置する第2ポート50及び第3ポート60を備えるようにしてもよい。この場合、第2ポート50と第3ポート60とを連通する第1チャネル80の中央部に第1ポート40から延びる第2チャネル70を連通させる。第2ポート50及び第3ポート60の夫々に連続する第1チャネル80の両端部は複数の第1連結部310を配置し、第1チャネル80のその他の領域及び第2チャネル70は複数の第2連結部320を配置する。第1チャネル80の両端部は複数の第1連結部310によって、逆走抑制領域R1が形成されているため、第1ポート40に滴下した線虫が第2ポート50及び第3ポート60に到達すると、第2ポート50及び第3ポート60から線虫が逆走することを抑制することができる。
The present invention is not limited to the first embodiment described above with reference to the drawings, and the following embodiments are also included within the technical scope of the present invention.
(1) The microfluidic device of Example 1 has two ports, but may have three or more ports. When the microfluidic device has three ports, as shown in FIG. 10, the
(2)実施例1のマイクロ流体デバイスの第1連結部は、断面形状において、長方形状に切欠かれていたが、第1連結部の切り欠き形状は、図11に示すように、円弧状等、その他の形状であってもよい。
(3)図11に示すように、断面形状の異なる第1連結部350を配置した逆走抑制領域R1を有するマイクロ流体デバイス4でもよい。
(4)実施例1の逆走抑制領域は、チャネルの第2ポート側の一端部に形成されているが、チャネルの一端部に限らず、中間部や、第1ポート側の他端部に形成してもよい。
(5)実施例1のチャネルは自走援助領域を有していたが、第2連結部を具備せずに自走援助領域を有さなくてもよい。
(6)実施例1のチャネルは、逆走抑制領域と自走援助領域を有していたが、チャネル全体が逆走抑制領域であってもよい。
(7)実施例1において、マイクロ流体デバイスを癌検査に利用することを説明したが、このマイクロ流体デバイスは、癌検査に限らず線虫の走化性を利用した検査に利用することができる。
(2) The first connecting portion of the microfluidic device of Example 1 was cut out in a rectangular shape in cross section, but the cutout shape of the first connecting portion may be other shapes, such as an arc shape, as shown in FIG. 11 .
(3) As shown in FIG. 11, the
(4) In Example 1, the reverse flow suppression area is formed at one end of the channel on the second port side. However, it may be formed not only at one end of the channel, but also in the middle part or the other end on the first port side.
(5) Although the channel in the first embodiment has a self-propelled assistance region, the channel may not have a self-propelled assistance region if it does not have a second connecting portion.
(6) The channel in the first embodiment has a reverse running suppression region and a free-running assistance region, but the entire channel may be the reverse running suppression region.
(7) In Example 1, the microfluidic device is used for cancer testing. However, this microfluidic device can be used for testing that utilizes the chemotaxis of nematodes, and is not limited to cancer testing.
1…マイクロ流体デバイス
10…第1ポート
20…第2ポート
30…チャネル
310…第1連結部
320…第2連結部
FL…第1仮想直線
R1…逆走抑制領域
R2…自走援助領域
S1~S13…第2仮想直線
X…線虫(線形動物)
1...
Claims (5)
被検査物質を配置する第2ポートと、
前記第1ポートと前記第2ポートとを連通するチャネルと、
を備えており、
前記チャネルは、前記第1ポートから前記第2ポートに向けての前記線形動物の自走を許容し、前記第2ポートから前記第1ポートに向けての前記線形動物の自走を抑制する逆走抑制領域を有し、
前記チャネルは、平面状の側面が対向して広がる一対の側壁部を有しており、
前記逆走抑制領域は、両端を各前記側面に連結して中心軸線が各前記側面に対して直交しており、前記中心軸線に直交する仮想平面によって切断した断面形状において、前記第2ポート側の側面が凹んだ略円形状である複数の第1連結部を具備しているマイクロ流体デバイス。 a first port for disposing the nematode;
a second port for disposing a substance to be tested;
a channel communicating between the first port and the second port;
Equipped with
The channel has a reverse motion suppression region that allows the nematode to move freely from the first port to the second port and suppresses the nematode from moving freely from the second port to the first port ,
The channel has a pair of side walls with planar sides extending in opposite directions,
The reverse flow suppression region has both ends connected to each of the side surfaces, a central axis perpendicular to each of the side surfaces, and a cross-sectional shape cut by a virtual plane perpendicular to the central axis is approximately circular with a concave side surface on the second port side .
前記自走援助領域は、両端を各前記側面に連結して中心軸線が前記側面に対して直交しており、前記中心軸線に直交する仮想平面によって切断した断面形状が円形状である複数の第2連結部を具備しており、
複数の前記第2連結部は、前記第1ポートから前記第2ポートに向けてまっすぐに延びる第1仮想直線に直交した複数の第2仮想直線上に等間隔に並んでおり、隣り合う前記第2仮想直線上に配置された各前記第2連結部は、前記第1仮想直線に沿って見た際に、前記中心軸線がずれた状態で重なっている請求項2及び請求項3のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 The channel has a pair of side walls having planar sides extending in opposite directions,
The self-propelled assistance region includes a plurality of second connecting parts, each of which is connected to each of the side surfaces at both ends, has a central axis perpendicular to the side surfaces, and has a cross-sectional shape cut by a virtual plane perpendicular to the central axis that is circular,
4. The microfluidic device according to claim 2, wherein the second connecting portions are arranged at equal intervals on a plurality of second imaginary lines perpendicular to a first imaginary line extending straight from the first port toward the second port, and the second connecting portions arranged on adjacent second imaginary lines overlap with the central axes shifted when viewed along the first imaginary line.
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| WO2019081551A1 (en) | 2017-10-26 | 2019-05-02 | Merck Patent Gmbh | Process for performing a chemotaxis assay on a porous wet surface |
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- 2021-07-08 JP JP2021113431A patent/JP7464285B2/en active Active
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