極微量液滴内の分離・濃縮・混合・分析を実現する樹脂製マイクロ熱流体デバイスの創製

本研究の目的は、熱物性工学に基づき、ピコリットルオーダの極微量液滴内において、エクソソームなどのナノバイオ試料の分離・濃縮・混合・分析を小型・安価な樹脂製チップで実現し、Lab-in-a-Droplet（液滴内統合分析システム）を世界に先駆け実現することである。開発する樹脂製マイクロ熱流体デバイスは、光誘起誘電泳動を用いて液滴内ナノバイオ試料および液滴自身を高い自由度でマニピュレーションし、夾雑物の分離とナノバイオ試料の濃縮・混合ならびに拡散係数モニタリングによる構造分析を同時に達成する。2022年度は各要素技術について開発を行い、以下に示す具体的な成果を得るに至った。（１）種々の液滴列を高い安定性で生成するシステムの構築：エクソソームなどのナノ試料を内包したピコリットルオーダの液滴列を安定して生成するシステムを開発した。特に極微量液滴列の操作スピードを自在にコントロール可能な流路デザインと送液パラメータを決定した。特に、液滴列について前進・後進が可能なシステムを構築することに成功した。（２）光誘起誘電泳動を用いた液滴マニピュレーション技術の開発：光誘起誘電泳動を用いた極微量液滴の位置を自在にコントロール可能なマニピュレーションパラメータを決定した。さらに、内包した種々のナノ試料に対して、適切な励起パラメータを明らかにした。また、2つの液滴を融合したり、1つの液滴を分割したりすることが可能であることが分かった。（３）フェムト秒レーザを用いた二光子吸収による樹脂製ナノ構造アンテナの構築：樹脂製基板において高効率な光誘起誘電泳動励起を実現するために、成膜レシピについて検討を行い、成膜温度、水素ガス流量等について最適なパラメータを決定した。また、電場増強を目的としたアンテナ構造について解析を行い、光誘起誘電泳動力の増大が可能であることを明らかにした。

本研究の目的は、熱物性工学に基づき、ピコリットルオーダの極微量液滴内において、エクソソームなどのナノバイオ試料の分離・濃縮・混合・分析を小型・安価な樹脂製チップで実現し、Lab-in-a-Droplet（液滴内統合分析システム）を世界に先駆け実現することである。開発する樹脂製マイクロ熱流体デバイスは、光誘起誘電泳動を用いて液滴内ナノバイオ試料および液滴自身を高い自由度でマニピュレーションし、夾雑物の分離とナノバイオ試料の濃縮・混合ならびに拡散係数モニタリングによる構造分析を同時に達成する。2022年度は各要素技術について開発を行い、以下に示す具体的な成果を得るに至った。（１）種々の液滴列を高い安定性で生成するシステムの構築：エクソソームなどのナノ試料を内包したピコリットルオーダの液滴列を安定して生成するシステムを開発した。特に極微量液滴列の操作スピードを自在にコントロール可能な流路デザインと送液パラメータを決定した。特に、液滴列について前進・後進が可能なシステムを構築することに成功した。（２）光誘起誘電泳動を用いた液滴マニピュレーション技術の開発：光誘起誘電泳動を用いた極微量液滴の位置を自在にコントロール可能なマニピュレーションパラメータを決定した。さらに、内包した種々のナノ試料に対して、適切な励起パラメータを明らかにした。また、2つの液滴を融合したり、1つの液滴を分割したりすることが可能であることが分かった。（３）フェムト秒レーザを用いた二光子吸収による樹脂製ナノ構造アンテナの構築：樹脂製基板において高効率な光誘起誘電泳動励起を実現するために、成膜レシピについて検討を行い、成膜温度、水素ガス流量等について最適なパラメータを決定した。また、電場増強を目的としたアンテナ構造について解析を行い、光誘起誘電泳動力の増大が可能であることを明らかにした。