マイクロ生化学反応システムの開発研究

本研究では反応の制御、検出を統合的に行える微小な生化学反応装置、すなわちマイクロ生化学システムを、マイクロマシン技術を応用して開発することを目標としている。すでに平成9年度の研究で、タンパク質合成などの酵素反応をマイクロリアクタ内で実行した結果、反応液のハンドリング(移送、混合、分取)が最大の技術課題であるという結論を得た。平成10年度はこの問題に焦点を絞って研究を行い、最終的な成果として、体積数nLの二つの液滴をマイクロ流路内で合一し、混合するデバイスを開発した。液滴の操作は外部からの空気圧によって行う。この方式で中心的な要素デバイスは、液体を漏らさず、空気のみを通過させるベントバルブである。たとえば二つの液滴を合一するとき、それらの間にある空気を排除するために、これは不可欠である。本研究ではベントバルブをマイクロマシン技術により製作することに成功し、これをHydrophobic Microcapi11ary Vent(HMCV)と名付けた。HMCVの基本原理は負の毛細管現象である。親水性の毛細管が液体を吸い込むのに対し、疎水性の毛細管は液体の侵入に抵抗する。HMCVは液滴の寸法より十分に細い管を多数並べたものであり、その内壁を疎水性とすることにより液体の侵入に抵抗し、ベントバルブとして機能する。試作した混合デバイスでは、主要流路は内径100ミクロン、HMCVの各微細管は内径3ミクロンである。疎水性の表面を持つシリコーンラバーを材料とし、型成形技術により製作した。完成した流路内にマイクロインジェクタで体積5nLの液滴を二つ導入し、それらを空気圧で制御して混合することに成功した。

本研究では反応の制御、検出を統合的に行える微小な生化学反応装置、すなわちマイクロ生化学システムを、マイクロマシン技術を応用して開発することを目標としている。すでに平成9年度の研究で、タンパク質合成などの酵素反応をマイクロリアクタ内で実行した結果、反応液のハンドリング(移送、混合、分取)が最大の技術課題であるという結論を得た。平成10年度はこの問題に焦点を絞って研究を行い、最終的な成果として、体積数nLの二つの液滴をマイクロ流路内で合一し、混合するデバイスを開発した。液滴の操作は外部からの空気圧によって行う。この方式で中心的な要素デバイスは、液体を漏らさず、空気のみを通過させるベントバルブである。たとえば二つの液滴を合一するとき、それらの間にある空気を排除するために、これは不可欠である。本研究ではベントバルブをマイクロマシン技術により製作することに成功し、これをHydrophobic Microcapi11ary Vent(HMCV)と名付けた。HMCVの基本原理は負の毛細管現象である。親水性の毛細管が液体を吸い込むのに対し、疎水性の毛細管は液体の侵入に抵抗する。HMCVは液滴の寸法より十分に細い管を多数並べたものであり、その内壁を疎水性とすることにより液体の侵入に抵抗し、ベントバルブとして機能する。試作した混合デバイスでは、主要流路は内径100ミクロン、HMCVの各微細管は内径3ミクロンである。疎水性の表面を持つシリコーンラバーを材料とし、型成形技術により製作した。完成した流路内にマイクロインジェクタで体積5nLの液滴を二つ導入し、それらを空気圧で制御して混合することに成功した。