静電液体アクチュエーション技術を用いたDNAファイバー展開チップの開発

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本研究の目的は細胞中染色体のDNAを基板上にファイバー状に展開し,遺伝子地図の作成やDNAの配列解析,または分子手術による遺伝子操作といった生化学プロセスを数センチ角のチップ上で行う"DNAファイバー展開チップ"を開発することである。このようなマイクロチップを実現するためには,1)ファイバー展開させるべき細胞の位置をミクロンオーダーで正確に制御する。2)基板上に配置された細胞に,ファイバー展開を行うための試薬を定量的に導入する。といった,"細胞と試薬の精密な操作技術"が必要不可欠となる。そこで本研究では上記の操作技術を達成するための方法として,単一細胞を微小液滴に含ませ,その液滴を精密に操作することにより細胞の位置を制御し,またこのような単一細胞が含まれた液滴と,別の場所で作成された試薬液滴とを融合させることにより,個々の細胞に定量的に試薬を導入する"液滴駆動型細胞・液体操作システム"を提案し,上記システムに必要な液滴駆動技術の開発を行った。液滴駆動の方法として,疎水的な基板上に液滴を配置し,それを基板上に作成された電極により静電的に駆動する新しいシステムを提案し,実験的に実証した。すなわち,非対称な魚の骨状の形状を持っ電極に,液滴表面の自由振動数の1/2の周波数の交流電圧を印加することにより,液滴を周期的に扁平化させ,この扁平化が電極に沿う方向に大きな変位をもたらすことを利用して,液滴を目的の位置へ駆動するというものである。また,単なる平行ストリップ電極によって液滴を駆動するメカニズムとして,液滴の移動後に基板上に残る水分子の吸着層が電界をシールドすることにより,液滴を自己推進(self-propelling)的に駆動する現象を発見し,その液滴駆動システムへの応用を検討した。