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JP2011000079A - 粒子を操作する方法及びマイクロ流体装置 - Google Patents

粒子を操作する方法及びマイクロ流体装置 Download PDF

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Shoji Takeuchi
昌治 竹内
Tomoaki Kurakazu
智瑛 倉員
Keishi Kimura
啓志 木村
Teruo Fujii
輝夫 藤井
Yasuyuki Sakai
康行 酒井
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University of Tokyo NUC
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Abstract

【課題】穏やかな条件で確実に粒子を操作する方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る方法は、各々が電気分解用の陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極を有する複数のマイクロチャンバーに操作の対象とする粒子を捕捉し（Ｓ１）、前記複数のマイクロチャンバーのうち一部のマイクロチャンバーの前記電極に選択的に電圧を印加することにより水を電気分解して泡を発生させ（Ｓ２）、前記泡の発生に伴い作動するアクチュエーターによって、前記一部のマイクロチャンバーから選択的に前記粒子を押し出す（Ｓ３）方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒子を操作する方法及びマイクロ流体装置に関し、特に、電気分解による泡の発生を利用して粒子を操作する方法及び装置に関する。
大量の細胞を高速にアレイ化し高感度で解析するマイクロ流体システムは、医療診断や新薬開発等の産業応用に加え、基礎科学の分野でも重要な解析ツールとしての役割を発揮してきた。
そして、さらに発展したマイクロ流体システムとして、例えば、アレイ化された大量の細胞を解析した後、特異的な反応を示した細胞の遺伝子やタンパク質を詳細に解析するために、当該大量の細胞のうちから特定の細胞を選択的に取り出す機能を備えたシステムの開発が望まれている。
そこで、従来、例えば、非特許文献１において、アルミニウムパッチが配置された複数のマイクロチャンバーの各々にマイクロビーズを１つずつ捕捉し、特定のマイクロチャンバーのアルミニウムパッチにレーザーを照射して溶液を局所的に沸騰させることにより泡を発生させ、当該特定のマイクロチャンバーから選択的にマイクロビーズを解放する技術が提案されている。
また、例えば、非特許文献２において、電気泳動力によってマイクロビーズや細胞をマイクロウェルから取り出す技術が提案されている。
Wei-Heong Tan and Shoji Takeuchi (2007) Proc Natl Acad Sci USA, 104,1146-1151. Ching-Yu Chang et al. (2009) Lab Chip, 9, 1185-1192.
しかしながら、上記非特許文献１に記載の技術においては、例えば、（１）溶液を部分的に沸騰させるため細胞を傷つけてしまう可能性がある、（２）レーザーを発生させる装置が高価である、（３）標的とするマイクロチャンバーに正確にレーザーを照射するために高い技術力を要する、といった問題があった。
また、上記非特許文献２に記載の技術においては、電気泳動力が小さいため、例えば、受精卵等の比較的大きな細胞を確実に操ることができないといった問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、穏やかな条件で確実に粒子を操作する方法及びマイクロ流体装置を提供することをその目的の一つとする。
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る方法は、各々が電気分解用の陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極を有する複数のマイクロチャンバーに操作の対象とする粒子を捕捉し、前記複数のマイクロチャンバーのうち一部のマイクロチャンバーの前記電極に電圧を印加することにより水を電気分解して泡を発生させ、前記泡の発生に伴い作動するアクチュエーターによって、前記一部のマイクロチャンバーから選択的に前記粒子を押し出すことを特徴とする。本発明によれば、穏やかな条件で確実に粒子を操作する方法を提供することができる。
また、前記アクチュエーターは、浮遊する前記泡又は前記泡の発生に伴い流動する前記マイクロチャンバー内の液体であることとしてもよい。また、前記アクチュエーターは、前記マイクロチャンバーにおいて前記電極と前記粒子との間に設けられ前記泡の発生に伴い前記粒子を押し出すように変形する伸縮性の膜であることとしてもよい。
また、前記粒子は細胞であり、前記複数のマイクロチャンバーの各々に前記細胞を１つずつ捕捉して培養し、前記複数のマイクロチャンバーで培養された複数の前記細胞のうち一部を回収すべき細胞として決定し、前記複数のマイクロチャンバーのうち前記回収すべき細胞が捕捉されている一部のマイクロチャンバーの前記電極に電圧を印加することにより水を電気分解して泡を発生させ、前記泡の発生に伴い作動する前記アクチュエーターによって、前記一部のマイクロチャンバーから選択的に前記細胞を押し出すこととしてもよい。この場合、前記細胞は受精卵であり、前記一部のマイクロチャンバーから選択的に押し出された前記受精卵を生きた状態で回収することとしてもよい。
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置は、粒子を捕捉するための複数のマイクロチャンバーと、前記複数のマイクロチャンバーが開口する共通流路と、を備えたマイクロ流体装置であって、前記複数のマイクロチャンバーの各々には、電気分解用の陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極が配置されていることを特徴とする。本発明によれば、穏やかな条件で確実に粒子を操作することのできるマイクロ流体装置を提供することができる。
また、前記複数のマイクロチャンバーが設けられた第一部材と、前記第一部材に積層された第二部材と、を備え、前記複数のマイクロチャンバーの各々には、前記陽極及び陰極のうち一方の電極が配置され、前記第二部材には、前記陽極及び陰極のうち他方の電極が配置されていることとしてもよい。また、前記複数のマイクロチャンバーの各々には、前記陽極及び陰極の両方の電極が配置されていることとしてもよい。
また、前記複数のマイクロチャンバーの各々は、前記共通流路に開口し前記粒子が収容される収容室と、前記収容室に連通して設けられ前記電極が配置された電気分解室と、を有することとしてもよい。また、前記複数のマイクロチャンバーの各々は、前記共通流路に開口し前記粒子が収容される収容室と、前記電極が配置された電気分解室と、前記収容室と前記電気分解室との間に設けられ前記電気分解室における水の電気分解による泡の発生に伴って前記粒子を前記収容室から押し出すように変形する伸縮性の膜と、を有することとしてもよい。
本発明によれば、穏やかな条件で確実に粒子を操作する方法及びマイクロ流体装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る方法に含まれる主な工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置の一例についての平面図である。 図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断したマイクロ流体装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロチャンバーを形成する工程の一例を示す説明図である。 図２及び図３に示すマイクロ流体装置を用いた方法における各工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置の他の例の一部の平面図である。 図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断したマイクロ流体装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置の他の例の一部の平面図である。 図８に示すＩＸ−ＩＸ線で切断したマイクロ流体装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置の他の例の一部の断面図である。 図１０に示すマイクロ流体装置を用いた方法における各工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置の他の例の一部の断面図である。 図１２に示すマイクロ流体装置を用いた方法における各工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置の他の例の一部の断面図である。 図１４に示すマイクロ流体装置を用いた方法における各工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置の他の例の一部の平面図である。 図１６に示すＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線で切断したマイクロ流体装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置の他の例の一部の断面図である。 図１８に示すマイクロ流体装置を用いた方法における各工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置の他の例の一部の平面図である。 図２０に示すマイクロ流体装置を用いた方法における各工程を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置の顕微鏡写真の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置の顕微鏡写真の他の例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置におけるマイクロビーズの選択的解放を撮影したタイムラプスビデオ画像の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体装置において電気分解による泡の発生が細胞の生存率に与える影響を評価した結果の一例を示す説明図である。
以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は、本実施形態に限られるものではない。
まず、本実施形態に係る方法（以下、「本方法」という。）について説明する。図１は、本方法に含まれる主な工程を示す説明図である。
図１に示すように、本方法においては、各々が電気分解用の陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極を有する複数のマイクロチャンバーに操作の対象とする粒子を捕捉し（工程Ｓ１）、当該複数のマイクロチャンバーのうち一部のマイクロチャンバーの当該電極に電圧を印加することにより水を電気分解して泡を発生させ（工程Ｓ２）、当該泡の発生に伴い作動するアクチュエーターによって、当該一部のマイクロチャンバーから選択的に当該粒子を押し出す（工程Ｓ３）。
すなわち、第一の工程Ｓ１では、まず、電気分解用の電極を有する複数のマイクロチャンバーを準備する。このマイクロチャンバーについては、後に詳しく説明するが、複数のマイクロチャンバーの各々は、互いに独立に電圧を印加することのできる電気分解用の電極を有している。
次いで、各マイクロチャンバーに操作の対象とする粒子（以下、「対象粒子」という。）を入れる。ここで、対象粒子は、液体の流れに乗せて運搬できる粒子であれば特に限られず、例えば、細胞やマイクロビーズを用いることができる。
細胞の種類は特に限られず、例えば、ヒト又はヒト以外の動物の細胞を好ましく用いることができる。より具体的には、例えば、ヒト又はヒト以外の動物に由来する様々な分化細胞や未分化細胞（幹細胞、ＥＳ細胞、ｉＰＳ細胞等）、また、受精卵を用いることもできる。細胞としては、単一の細胞を用いることができ、また、複数の細胞が集合して形成された細胞組織体を用いることもできる。
マイクロビーズとしては、例えば、樹脂ビーズやゲルビーズを用いることができる。また、細胞や細胞組織体をゲルで被覆して形成されたマイクロカプセルを用いることもできる。なお、対象粒子としては、これら細胞やマイクロビーズ等の球状体を好ましく用いることができるが、その形状は球状に限られない。
対象粒子のサイズは、液体中で浮遊させてマイクロチャンバーから押し出すことのできる範囲であれば特に限られないが、対象粒子が球状体である場合には、その直径は、例えば、１μｍ以上とすることができ、好ましくは数十〜数百μｍの範囲とすることができる。
続く第二の工程Ｓ２では、対象粒子が捕捉された複数のマイクロチャンバーのうち、一部のマイクロチャンバーの電極に選択的に電圧を印加し、当該一部のマイクロチャンバーで水の電気分解を行って泡を発生させる。
すなわち、選択された一部のマイクロチャンバーが有する電極のみを電源に接続して通電することによって、当該一部のマイクロチャンバーで当該電極から泡を発生させる。なお、水の電気分解によって、陰極では水素ガスが発生し、陽極では酸素ガスが発生する。
印加する電圧の大きさは、水を電気分解して泡を発生させることのできる範囲であれば特に限られないが、対象粒子として細胞を用いる場合には、当該細胞の生存を適切に維持できる比較的小さな範囲とすることが好ましい。
具体的には、例えば、３〜１０Ｖの範囲とすることができ、４〜６Ｖの範囲とすることが好ましい。ただし、印加すべき電圧の大きさは、これに限られず、本方法で用いるマイクロ流体装置の構造や電気分解の対象となる水溶液の組成等の条件に応じて適宜設定することができる。
第三の工程Ｓ３では、泡の発生に伴い作動するアクチュエーターによって、一部のマイクロチャンバーから選択的に対象粒子を解放する。このアクチュエーターについては、後に詳しく説明するが、当該アクチュエータは、例えば、電気分解により発生した浮遊する泡又は当該泡の発生に伴い流動するマイクロチャンバー内の液体とすることができる。
すなわち、本方法においては、例えば、マイクロチャンバーで発生し浮遊する泡をアクチュエータとして利用することで、当該泡によって当該マイクロチャンバーから対象粒子を押し出すことができる。また、本方法においては、例えば、マイクロチャンバーで泡の発生に伴い流動する液体をアクチュエーターとして利用することで、当該液体の流れに乗せて当該マイクロチャンバーから対象粒子を押し出すことができる。
また、本方法におけるアクチュエーターは、例えば、マイクロチャンバーにおいて電極と対象粒子との間に設けられ泡の発生に伴い当該対象粒子を押し出すように変形する伸縮性の膜とすることもできる。この膜についても後に詳しく説明するが、本方法においては、泡の発生に伴う圧力によってマイクロチャンバーから対象粒子を押し出すように変形する膜をアクチュエーターとして利用することもできる。
このような本方法によれば、複数のマイクロチャンバーのうち特定のマイクロチャンバーからの選択的な対象粒子の解放を、穏やかな条件で確実に実現することができる。
すなわち本方法は、電気分解による泡の発生を利用するため、例えば、（１）発生する熱が極めて小さく対象粒子（特に細胞）に対するダメージが小さい、（２）レーザー照射装置等の特殊な装置を必要としないため汎用性が高い、（３）汎用的なエレクトロニクス技術を用いて電極の配置及び配線をすることで狙ったマイクロチャンバーにのみ簡便に且つ確実に泡を発生させることができる、といった利点を有する。
また、本方法は、泡の発生に伴う圧力を利用するため、電気泳動力では操ることのできないような対象粒子であっても確実に操作することができるといった利点も有する。
したがって、本方法においては、例えば、哺乳動物の受精卵のように、比較的大きく、且つ環境の条件に敏感でダメージを受けやすい細胞を無傷のまま効率よく且つ確実に操作することができる。
具体的に、例えば、畜産分野においては、和牛の受精卵をホルスタインの胎内に入れて、当該ホルスタインに和牛を産ませるといった畜産技術の開発が進められている。この場合、受精卵は胚盤胞を形成するまで生体外で培養し、その後、胚盤胞となった受精卵を母胎の子宮に移植することになる。
また、通常、複数の受精卵を準備して培養し、胚盤胞を形成した複数の受精卵のうち、移植に適した良好な状態のものを選択的に回収し、実際の移植に用いる。受精卵が移植に適した良好な状態であるか否かは、顕微鏡下の観察において、その大きさや形状によって目視で判別することができる。一方、受精卵は環境条件に敏感でありダメージを受けやすいため、その選択的な回収は穏やかな条件下で行う必要がある。
そこで、上述のような利点を有する本方法によれば、複数のマイクロチャンバーの各々で受精卵を胚盤胞となるまで培養し、その後、胚盤胞を形成した複数の受精卵のうち移植に適していると判断された特定の受精卵を選択的に良好な状態のまま回収することが可能となる。
すなわち、この場合、本方法においては、複数のマイクロチャンバーの各々に受精卵を１つずつ捕捉して培養し（工程Ｓ１）、当該複数のマイクロチャンバーで培養された複数の当該受精卵のうち一部を回収すべき受精卵として決定し、当該複数のマイクロチャンバーのうち当該回収すべき受精卵が捕捉されている一部のマイクロチャンバーの電極に電圧を印加することにより水を電気分解して泡を発生させ（工程Ｓ２）、当該泡の発生に伴い作動するアクチュエーターによって、当該一部のマイクロチャンバーから選択的に当該受精卵を押し出し、押し出された当該受精卵を生きた状態で回収する（工程Ｓ３）。
具体的に、第一の工程Ｓ１においては、複数の受精卵と、複数のマイクロチャンバーと、を準備し、当該複数のマイクロチャンバーの各々に当該受精卵を１つずつ入れて培養する。この培養によって、各受精卵から胚盤胞を形成させる。
第二の工程Ｓ２においては、まず、各マイクロチャンバーで胚盤胞を形成した受精卵の形態を観察し、当該観察の結果に基づいて、複数の受精卵のうち回収すべき受精卵を決定する。
次いで、この回収すべき受精卵が培養されている特定のマイクロチャンバーの電極に選択的に電圧を印加することにより、当該特定のマイクロチャンバーで電気分解を行い、泡を発生させる。
そして、第三の工程Ｓ３においては、電気分解により発生し浮遊する泡又は当該泡の発生に伴う特定のマイクロチャンバー内の培養液の流れによって、当該特定のマイクロチャンバーから標的の受精卵を選択的に解放する。その後、解放された受精卵を回収して移植に用いる。
このように、本方法によれば、マイクロチャンバーを用いて大量の和牛の受精卵をアレイ化して培養した後、当該大量の受精卵のうち活性の高い受精卵のみを無傷で選択的に回収することができる。
すなわち、大量の受精卵から好ましい受精卵のみを選択的に且つ高速で回収するというマイクロ流体システムを実現することができる。このようなマイクロ流体システムにおいては、受精卵の培養や選択的な回収を自動化することも可能である。なお、このような本方法においては、受精卵に代えて、上述したような任意の１種類又は２種類以上の細胞を用いることもできる。すなわち、細胞としては、単一の細胞を用いることができ、また、複数の細胞が集合して形成された細胞組織体（細胞塊）を用いることもできる。また、単一の細胞又は細胞組織体を内包するマイクロカプセルを用いることもできる。また、受精卵も含め、対象粒子として細胞を用いる場合には、マイクロチャンバーから押し出された細胞を回収することができるが、当該細胞は必ずしも生きた状態で回収される必要はない。生きた状態で回収されないとしても、細胞の遺伝子やタンパク質の発現等の特性を解析することは可能である。
次に、本実施形態に係るマイクロ流体装置（以下、「本装置」という。）について説明する。なお、上述した本方法は、以下に説明する本装置を用いることにより好ましく実施することができるが、これに限られず、他の装置を用いても実施することができる。
本装置は、対象粒子を捕捉するための複数のマイクロチャンバーと、当該複数のマイクロチャンバーが開口する共通流路と、を備え、当該複数のマイクロチャンバーの各々には、電気分解用の陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極が配置されている。すなわち、本装置においては、複数のマイクロチャンバーの各々が、互いに独立に電圧を印加できる電気分解用の電極を有している。
図２は、本装置１の一例についての平面図である。図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した本装置１の断面図である。
この例に係る本装置１は、図２及び図３に示すように、複数（図２では９つ）のマイクロチャンバー１０が設けられた第一部材２０と、当該第一部材２０に積層された第二部材３０と、を備え、当該複数のマイクロチャンバー１０の各々には、電気分解用の陽極及び陰極のうち一方の電極４０が配置され、当該第二部材３０には、当該陽極及び陰極のうち他方の電極４１が配置されている。
なお、図２においては、説明の便宜のため、第二部材３０を取り外した状態の本装置１の平面図を示している。また、以下の説明において、本装置１が複数の同様の部分を有する場合には、当該複数の部分の符号に小文字のアルファベットを付して区別することがある（例えば、マイクロチャンバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）が、これらを特に区別する必要のない場合には、当該小文字のアルファベットは省略することとする。
図３に示すように、第一部材２０は、第一基板２１と、当該第一基板２１に積層された被覆層２２と、当該第一部材２０と第二部材３０との間に共通流路２４を形成するためのスペーサ２３と、を有している。
第一基板２１、被覆層２２及びスペーサ２３はいずれも非導電性の材料で形成される。この非導電性材料は特に限られず、例えば、ガラスや非導電性樹脂を好ましく用いることができる。すなわち、例えば、第一基板２１をガラス基板とし、被覆層２２を非導電性樹脂からなるフォトレジスト層とし、スペーサ２３をシリコーンゴム成形体とすることができる。
マイクロチャンバー１０は、被覆層２２の表面に開口する有底の穴として形成されている。なお、図３には、第一部材２０が第一基板２１と被覆層２２とを有する積層体である例を示しているが、例えば、当該第一部材２０は単一の非導電性基板とすることもでき、この場合には、マイクロチャンバー１０は、当該非導電性基板の表面に開口するよう形成される。
すなわち、マイクロチャンバー１０は、非導電性の第一部材２０の表面に開口するものであれば、図３及び他の図面に示す例に限られない。また、対象粒子として細胞を用いる場合には、マイクロチャンバー１０の内面は、当該細胞が接着しない、いわゆる細胞非接着性の表面とすることが好ましい。
なお、図２及び図３には、マイクロチャンバー１０の底部及び開口部が円形である例を示しているが、当該底部及び開口部の形状はこれに限られず、例えば、楕円形や多角形とすることもできる。
マイクロチャンバー１０のサイズは、捕捉すべき対象粒子のサイズに応じて任意に設定することができ、例えば、当該対象粒子を１つずつ捕捉する上で適切なサイズとすることができる。
具体的に、マイクロチャンバー１０の底面積及び開口面積は、例えば、２５〜９００００μｍ２の範囲とすることができ、好ましくは１００〜４００μｍ２の範囲とすることができる。すなわち、マイクロチャンバー１０が円形の有底穴である場合には、その底部及び開口部の直径は、例えば、５〜３００μｍの範囲とすることができ、好ましくは８０〜２５０μｍの範囲とすることができる。また、マイクロチャンバー１０の深さは、例えば、５〜３００μｍの範囲とすることができ、好ましくは８０〜２５０μｍの範囲とすることができる。
マイクロチャンバー１０のサイズが対象粒子のサイズに比べて大きすぎる場合には、１つの当該マイクロチャンバー１０に２つ以上の対象粒子が入ることとなる。また、この場合、マイクロチャンバー１０で発生した泡が、当該マイクロチャンバー１０の内面と、捕捉されている対象粒子と、の間をすり抜けて当該マイクロチャンバー１０外に漏出しやすくなるため、当該泡をアクチュエーターとして有効に利用できない場合がある。したがって、例えば、対象粒子としてヒト又はヒト以外の哺乳動物の受精卵を用いる場合には、各マイクロチャンバー１０に当該受精卵を１つずつ捕捉するため、当該マイクロチャンバー１０の直径は、例えば、８０〜２５０μｍの範囲とすることが好ましく、深さは、例えば、８０〜２５０μｍの範囲とすることが好ましい。
マイクロチャンバー１０の底部には、電気分解用の電極４０が１つずつ配置されている。なお、図２及び図３に示す例では、マイクロチャンバー１０の底部の全体が電極４０となっているが、これに限られず、当該底部の一部に電極４０を配置することもできる。
また、本装置１に形成された複数の電極４０は、互いに独立に電気分解用の電圧を印加できるように形成されている。すなわち、複数の電極４０は、互いに独立に電源に接続することができる。具体的に、図２に示す例において、３つの電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、３つのマイクロチャンバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃにそれぞれ配置されるとともに、互いに電気的に独立して形成された３つの配線４２ａ，４２ｂ，４２ｃにそれぞれ接続されている。
したがって、例えば、３つの配線４２ａ，４２ｂ，４２ｃのうち１つの配線４２ａのみを電源に接続することにより、当該配線４２ａと接続された１つの電極４０ａにのみ選択的に電圧を印加することができる。そして、この場合、電圧が印加された電極４０ａを有する１つのマイクロチャンバー１０ａでのみ水の電気分解を行い、泡を発生させることができる。
電極４０及び配線４２は、導電性の材料から形成される。この導電性材料は特に限られず、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ Ｔｉｎ）、金、白金、アルミニウムを用いることができ、特に、透明な電極４０及び配線４２を簡便且つ確実に形成できるＩＴＯを好ましく用いることができる。
このような電極４０を有するマイクロチャンバー１０は、例えば、公知の半導体製造技術を用いて形成することができる。図４は、マイクロチャンバー１０を形成する工程の一例を示す説明図である。
まず、図４Ａに示すように、ガラス基板からなる第一基板２１上に、ＩＴＯからなる導電性膜２７をパターンし、さらに当該導電性膜２７のうち、電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ（図４Ｂ参照）のそれぞれに対応する領域にポジ型フォトレジスト２８ａ，２８ｂ，２８ｃをパターンする。
次いで、図４Ｂに示すように、所定のエッチング液を用いて導電性膜２７をエッチングして、電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃを形成する。さらに、図４Ｃに示すように、電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃ上にネガ型フォトレジストからなる非導電性層２９をコートする。
そして、図４Ｄに示すように、この非導電性層２９のうち、電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃに対応する位置にマイクロチャンバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃをパターン形成する。こうして、第一基板２１に積層された非導電性の被覆層２２の表面に開口し、底部に電極４０ａ，４０ｂ，４０ｃを有するマイクロチャンバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃを形成することができる。
一方、第二部材３０は、第二基板３１と、当該第二基板３１の表面に形成された電気分解用の電極４１と、を有している。第二基板３１は非導電性の材料で形成される。この非導電性材料は特に限られず、例えば、ガラスや非導電性樹脂を好ましく用いることができる。すなわち、例えば、第二基板３１はガラス基板とすることができる。
図３に示す例において、電極４１は、共通流路２４を介して複数のマイクロチャンバー１０の電極４０に対向する位置に形成されている。すなわち、本装置１は、複数のマイクロチャンバー１０の底面に配置された複数の電極４０と、当該複数の電極４０に対向するよう配置された共通の電極４１と、を有している。
電極４１は、導電性の材料から形成される。この導電性材料は特に限られず、例えば、ＩＴＯ、金、白金、アルミニウムを用いることができ、特に、透明な電極４１を簡便且つ確実に形成できるＩＴＯを好ましく用いることができる。
そして、本装置１は、これら第一部材２０と第二部材３０とを貼り合わせることにより構成される。共通流路２４は、複数のマイクロチャンバー１０と第二部材３０との間の隙間として形成される。
また、図２に示す例において、本装置１は、その内部に液体を流入させるための流入口２５と、その内部から液体を流出させるための流出口２６と、を有している。すなわち、本装置１においては、流入口２５から共通流路２４及びマイクロチャンバー１０に液体を流入させることができ、また、当該共通流路２４及びマイクロチャンバー１０内の液体を流出口２６から流出させることができる。なお、図２には、流入口２５及び流出口２６が本装置１の長手方向の端部に開口する例を示しているが、これに限られず、例えば、当該流入口２５及び流出口２６の少なくとも一方を第二部材３０の外表面に開口するよう設けることもできる。
図５は、図２及び図３に示す本装置１を用いて本方法を実施する場合における各工程を示す説明図である。この場合、本方法の第一の工程Ｓ１では、図５Ａに示すように、複数のマイクロチャンバー１０の各々に対象粒子５０を捕捉する。
すなわち、例えば、本装置１の流入口２５（図２参照）から、対象粒子５０が分散された水溶液を共通流路２４内に注入する。この結果、各マイクロチャンバー１０において、底部である電極４０上に対象粒子５０が載置される。
また、各マイクロチャンバー１０及び共通流路２４は水溶液で満たされる。なお、図５には、１つのマイクロチャンバー１０に１つの対象粒子５０を捕捉する例を示したが、これに限られず、１つのマイクロチャンバー１０に複数の対象粒子５０を捕捉することもできる。この場合、マイクロチャンバー１０は、複数の対象粒子５０を収容できるサイズに形成される。
次に、第二の工程Ｓ２においては、図５Ｂに示すように、複数のマイクロチャンバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうち１つのマイクロチャンバー１０ａの電極４０ａに選択的に電圧を印加することにより水を電気分解して泡６０を発生させる。
すなわち、標的とする１つのマイクロチャンバー１０ａの電極４０ａと、当該電極４０ａに対向する第二部材３０の電極４１と、を電源に接続して陽極及び陰極とし、当該マイクロチャンバー１０ａ内の水溶液を電気分解して泡６０を発生させることのできる大きさの電圧を印加する。
この結果、複数のマイクロチャンバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうち、標的とする１つのマイクロチャンバー１０ａにおいてのみ、水溶液の電気分解による泡６０を発生させることができる。
そして、第三の工程Ｓ３においては、図５Ｂに示すように、電気分解により発生した泡６０及び当該泡６０の発生に伴い流動するマイクロチャンバー１０ａ内の水溶液のうち少なくとも一方をアクチュエーターとして利用して、当該マイクロチャンバー１０ａから対象粒子５０ａを押し出す。
すなわち、標的とする１つのマイクロチャンバー１０ａに捕捉されていた対象粒子５０ａは、電極４０ａ上で発生して浮上する泡６０によって、又は当該泡６０の発生に伴い当該マイクロチャンバー１０ａ外に漏出する水溶液の流れによって、共通流路２４に押し出される。なお、通常、泡６０及び水溶液流れの両方が対象粒子５０ａに作用する。
その後、共通流路２４に新たな水溶液を流通させることにより、標的とする１つのマイクロチャンバー１０ａから解放された１つの対象粒子５０ａを選択的に回収することができる。一方、図５Ｃに示すように、電気分解が行われなかった他のマイクロチャンバー１０ｂ，１０ｃにおいては、対象粒子５０ｂ，５０ｃを捕捉された状態で維持できる。
このように、本装置１においては、電極４０が、マイクロチャンバー１０のうち、対象粒子５０が捕捉され保持される位置より奥に配置されているため、当該電極４０上での泡の発生によって、当該対象粒子５０を当該マイクロチャンバー１０から共通流路２４に確実に押し出すことができる。
図６は、本装置１の他の例における複数のマイクロチャンバー１０のうち１つの周辺部分の平面図である。図７は、図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した本装置１の断面図である。
この例に係る本装置１は、図６及び図７に示すように、複数のマイクロチャンバー１０が設けられた第一部材２０と、当該第一部材２０に積層された第二部材３０と、を備え、当該複数のマイクロチャンバー１０の各々には、電気分解用の陽極及び陰極のうち一方の電極４０が配置され、当該第二部材３０には、当該陽極及び陰極のうち他方の電極４１が配置されている。すなわち、マイクロチャンバー１０の底部には電極４０が配置されている。
一方、第二部材３０の電極４１は、マイクロチャンバー１０の電極４０に対向する位置には配置されておらず、当該対向する位置からずれた位置に配置されている。すなわち、この例に係る本装置１において、電極４１は、第二部材３０のうち、複数のマイクロチャンバー１０に配置された電極４０に対向する位置からずれた位置に配置されている。この場合、本装置１における配線の自由度が比較的高くなる。
図８は、本装置１の他の例における複数のマイクロチャンバー１０のうち１つの周辺部分の平面図である。図９は、図８に示すＩＸ−ＩＸ線で切断した本装置１の断面図である。
この例に係る本装置１においては、図８及び図９に示すように、複数のマイクロチャンバー１０の各々には、電気分解用の陽極及び陰極の両方の電極４０，４１が配置されている。すなわち、マイクロチャンバー１０の底部の一部には陽極及び陰極のうち一方の電極４０が配置され、当該底部の他の一部には、当該陽極及び陰極のうち他方の電極４１が配置されている。したがって、図９に示すように、第二部材３０には電極は設けられていない。
そして、この本装置１においては、標的とする１つのマイクロチャンバー１０に配置された一方の電極４０と他方の電極４１とを選択的に電源に接続して電圧を印加することにより、当該マイクロチャンバー１０内で水の電気分解を行い泡を発生させることができる。
この場合、電気分解を行うための電極４０，４１が全て１つのマイクロチャンバー１０内に配置されているため、当該マイクロチャンバー１０内でのみ電気分解を行うことができる。特に、図９に示すように、両方の電極４０，４１がマイクロチャンバー１０の底部に配置されているため、当該底部近傍でのみ電気分解反応を行うことができる。したがって、発生した泡を制御しやすい。
また、電気分解に必要な一対の電極４０，４１を近接して配置できるため、印加する電圧を効果的に低減することができる。また、第二部材３０の構造を簡略化することができ、本装置１の組み立ても容易となる。
また、図８及び図９に示す例において、一方の電極４０（例えば、陽極）は、マイクロチャンバー１０の底部の中央部分を覆うように形成されている。すなわち、一方の電極４０の面積を拡大し、且つマイクロチャンバー１０の中央部分に配置している。したがって、一方の電極４０における泡の発生を利用した対象粒子の押し出しを確実に行うことができる。
さらに、他方の電極４１（例えば、陰極）は、一方の電極４０のうち、マイクロチャンバー１０の底部の中央部分を覆う部分を囲むように形成されている。したがって、これら一対の電極４０，４１に印加する電圧の大きさを低減しつつ、対象粒子の押し出しを確実に行うことができる。なお、電極４０を陰極とし、電極４１を陽極とすることもできる。
図１０は、本装置１の他の例における複数のマイクロチャンバー１０のうち１つの周辺部分の断面図である。図１１は、図１０に示す本装置１を用いて本方法を実施する場合における各工程を示す説明図である。
この例に係る本装置１においては、図１０及び図１１に示すように、複数のマイクロチャンバー１０の各々は、共通流路２４に開口し対象粒子５０が収容される収容室１１と、当該収容室１１に連通して設けられ電気分解用の電極４０，４１が配置された電気分解室１２と、を有する。
すなわち、図１０及び図１１に示す例において、収容室１１と電気分解室１２とは連通路１３を介して連絡されている。より具体的に、電気分解室１２は、収容室１１の直下に設けられている。電気分解室１２には、電気分解用の陽極及び陰極のうち一方の電極４０と他方の電極４１との両方が配置されている。
また、連通路１３は、対象粒子５０が通過できないサイズで形成されている。すなわち、収容室１１の底部１４（図１０参照）における連通路１３の開口部１５は、対象粒子５０（図１１参照）より小さなサイズで形成されている。すなわち、連通路１３の開口部１５は、収容室１１の底部１４の一部において、当該底部１４より小さなサイズで形成されている。
このため、図１１Ａに示すように、対象粒子５０は、電気分解室１２に落下することなく収容室１１に保持される。また、このとき、対象粒子５０は、収容室１１の底部１４において、連通路１３の開口部１５を閉塞するように保持することもできる。
なお、図１０及び図１１には、電極４０，４１が電気分解室１２の底部に配置される例を示しているが、これに限られず、例えば、当該電極４０，４１の少なくとも一方を当該電気分解室１２の他の部分に配置することもできる。
この本装置１を用いた本方法の第一の工程Ｓ１においては、まず、図１１Ａに示すように、複数のマイクロチャンバー１０の各々の収容室１１に対象粒子５０を捕捉する。次に、第二の工程Ｓ２においては、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示すように、標的とするマイクロチャンバー１０の電極４０，４１に選択的に電圧を印加することにより（図５Ｂ参照）、その電気分解室１２で水を電気分解して泡６０を発生させる。
そして、第三の工程Ｓ３においては、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示すように、電気分解により発生した泡６０及び当該泡６０の発生に伴い流動するマイクロチャンバー１０内の水溶液のうち少なくとも一方をアクチュエーターとして利用して、当該マイクロチャンバー１０から対象粒子５０を押し出す。
すなわち、例えば、図１１Ｂに示すように、電気分解室１２における泡６０の発生によって、当該電気分解室１２に満たされていた水溶液は連通路１３を通って収容室１１に押し出され、さらに収容室１１に満たされていた水溶液は共通流路２４へと押し出される。この電気分解室１２から共通流路２４に向けた水溶液の流れによって、対象粒子５０をマイクロチャンバー１０から押し出すことができる。
また、例えば、図１１Ｃに示すように、発生した泡６０が連通路１３を通過して収容室１１にまで浮上する場合には、当該浮上する泡６０によって対象粒子５０を共通流路２４に押し出すこともできる。
図１２は、本装置１の他の例における複数のマイクロチャンバー１０のうち１つの周辺部分の断面図である。図１３は、図１２に示す本装置１を用いて本方法を実施する場合における各工程を示す説明図である。
この例に係る本装置１においては、図１２及び図１３に示すように、複数のマイクロチャンバー１０の各々は、共通流路２４に開口し対象粒子５０が収容される収容室１１と、当該収容室１１に連通して設けられ電極４０，４１が配置された電気分解室１２と、を有する。そして、電気分解室１２は、収容室１１の直下からずれた位置に設けられ、当該電気分解室１２と収容室１１とは屈曲した連通路１３により連絡されている。
この本装置１を用いた本方法の第一の工程Ｓ１においては、まず、図１３Ａに示すように、複数のマイクロチャンバー１０の各々の収容室１１に対象粒子５０を捕捉する。次に、第二の工程Ｓ２においては、図１３Ｂに示すように、標的とするマイクロチャンバー１０の電極４０，４１に選択的に電圧を印加することにより（図５Ｂ参照）、その電気分解室１２で水を電気分解して泡６０を発生させる。
そして、第三の工程Ｓ３においては、図１３Ｂに示すように、泡６０の発生に伴い流動するマイクロチャンバー１０内の水溶液によって、当該マイクロチャンバー１０から対象粒子５０を押し出す。
すなわち、この例に係る本装置１においては、電気分解室１２で発生した泡は当該電気分解室１２に保持されるため、主に当該泡の発生に伴いマイクロチャンバー１０から共通流路２４に流出する水溶液の流れをアクチュエーターとして利用する。
もちろん、上述の図１１Ｃに示す例と同様に、泡６０が連通路１３を通過して収容室１１まで浮上した場合には、当該泡６０をアクチュエーターとして利用して、対象粒子５０を押し出すこともできる。
図１４は、本装置１の他の例における複数のマイクロチャンバー１０のうち１つの周辺部分の断面図である。図１５は、図１４に示す本装置１を用いて本方法を実施する場合における各工程を示す説明図である。
この例に係る本装置１においては、図１４及び図１５に示すように、複数のマイクロチャンバー１０の各々は、共通流路２４に開口し対象粒子５０が収容される収容室１１と、電気分解用の電極４０，４１が配置された電気分解室１２と、当該収容室１１と当該電気分解室１２との間に設けられ当該電気分解室１２における水の電気分解による泡６０の発生に伴って当該対象粒子５０を当該１１収容室から押し出すように変形する伸縮性の膜（以下、「押出膜７０」という。）と、を有する。
すなわち、図１４及び図１５に示す例において、この押出膜７０は、収容室１１と電気分解室１２とを仕切るように設けられるとともに、収容室１１の底部を構成している。押出膜７０は、電気分解室１２における泡６０の発生によって柔軟に変形できる伸縮性を備えている。なお、押出膜７０は、電気分解室１２を密閉するよう形成することもできる。
押出膜７０を構成する材料は、上述の伸縮性を実現できるものであれば特に限られず、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、厚型フォトレジスト等のポリマーを用いることができる。また、押出膜７０の厚さは、例えば、１０〜２００μｍの範囲とすることができる。
このような押出膜７０を有するマイクロチャンバー１０は、例えば、ＰＤＭＳをシリコンウェハ上の鋳型にスピンコートすることにより作製することができる。この場合、スピンコート時の回転数によって押出膜７０の厚さを任意に制御することができる。
この本装置１を用いた本方法の第一の工程Ｓ１においては、まず、図１５Ａに示すように、複数のマイクロチャンバー１０の各々の収容室１１に対象粒子５０を捕捉する。すなわち、収容室１１において対象粒子５０を押出膜７０上に沈降させる。
次に、第二の工程Ｓ２においては、図１５Ｂに示すように、標的とするマイクロチャンバー１０の一対の電極４０，４１に選択的に電圧を印加することにより、電気分解室１２で水を電気分解して泡６０を発生させる。
そして、第三の工程Ｓ３においては、図１５Ｂに示すように、泡６０の発生に伴い上方に張り出すように変形した押出膜７０によって、マイクロチャンバー１０から対象粒子５０を押し出す。
すなわち、押出膜７０は電気分解室１２の上方を覆っているため、当該電気分解室１２で発生した泡６０は浮上して当該押出膜７０を下方から押し上げる。押出膜７０は伸縮性を有しているため、その一部は上方に変位するよう変形する。
その結果、対象粒子５０は、押出膜７０によって上方に突き上げられて、共通流路２４に押し出される。このように、押出膜７０をアクチュエーターとして利用することにより、対象粒子５０をマイクロチャンバー１０から確実に押し出すことができる。
図１６は、本装置１の他の例における複数のマイクロチャンバー１０のうち１つの周辺部分の平面図である。図１７は、図１６に示すＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線で切断した本装置１の断面図である。
この例に係る本装置１は、上述の図１４及び図１５に示した例と同様、押出膜７０を有している。ただし、この例に係る押出膜７０は、図１６に示すように、その中央部分を構成する中央部７１と、当該中央部７１の一部とマイクロチャンバー１０の内壁（被覆層２２）とを接続して当該中央部７１を部分的に支持する複数（図１６では４つ）の接続部７２と、を有している。すなわち、この例において、収容室１１と電気分解室１２とは連通しつつ押出膜７０で仕切られている。
また、図１７に示す例では、押出膜７０の中央部７１は、その下面７３が共通流路２４側に窪んだ凹形状となるように形成されている。このため、電気分解室１２で発生した泡６０を、押出膜７０の当該中央部７１の窪みに効率よく集めることができ、押出膜７０を効率よく変形させることができる。なお、図１６に示す押出膜７０は、このような窪みを有することなく、図１４に示すような平坦な形状で形成することもできる。
図１８は、本装置１の他の例における複数のマイクロチャンバー１０のうち１つの周辺部分の断面図を示す。図１９は、図１８に示す本装置１を用いて本方法を実施する場合における各工程を示す説明図である。
この例に係る本装置１が備える押出膜７０は、図１８及び図１９に示すように、中空の蛇腹状に形成されて共通流路２４側に伸縮可能な伸縮部７４と、当該伸縮部７４とマイクロチャンバー１０の内壁（被覆層２２）とを接続して当該伸縮部７４を支持する基部７５と、を有している。
この押出膜７０は、上述の図１４〜図１７に示した例に係る押出膜７０と同様の材料を用いて作製することができる。また、伸縮部７４及び基部７５は、当該伸縮部７４及び基部７５に対応する形状の鋳型を用いて形成することができる。すなわち、例えば、材料としてＰＤＭＳ等のポリマーを用いる場合には、伸縮部７４に対応する蛇腹状の部分を有する外枠と、当該外枠より一回り小さい同形状の内枠と、を重ね合わせ、当該外枠と内枠との間に当該ポリマーを流し込み硬化させることによって、当該蛇腹状の伸縮部７４を有する押出膜７０を作製することができる。
この本装置１を用いた本方法の第一の工程Ｓ１においては、まず、図１９Ａに示すように、複数のマイクロチャンバー１０の各々の収容室１１に対象粒子５０を捕捉する。すなわち、収容室１１において対象粒子５０を押出膜７０の伸縮部７４上に沈降させる。
次に、第二の工程Ｓ２においては、図１９Ｂに示すように、標的とするマイクロチャンバー１０の一対の電極４０，４１に選択的に電圧を印加することにより、電気分解室１２で水を電気分解して泡６０を発生させる。
そして、第三の工程Ｓ３においては、図１９Ｂに示すように、泡６０の発生に伴い伸縮部７４が上方に変位する押出膜７０によって、マイクロチャンバー１０から対象粒子５０を押し出す。
すなわち、押出膜７０は電気分解室１２の上方を覆っているため、当該電気分解室１２で発生した泡６０は浮上して当該押出膜７０の伸縮部７４を下方から押し上げる。このとき、押出膜７０の伸縮部７４は、その蛇腹形状を活かして効率よく上方に伸びる。その結果、対象粒子５０は、押出膜７０の伸縮部７４によって上方に突き上げられて、共通流路２４に押し出される。
図２０は、本装置１の他の例における複数のマイクロチャンバー１０のうち３つのマイクロチャンバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃの周辺部分の平面図である。図２１は、図２０に示す本装置１を用いて本方法を実施する場合における各工程を示す説明図である。
この例に係る本装置１は、図２０及び図２１に示すように、ジグザグに蛇行する共通流路２４を備えている。また、共通流路２４のうち互いに平行に配置される一部から他の一部へと横切るように複数のマイクロチャンバー１０が形成されている。
すなわち、各マイクロチャンバー１０は、図２０に示すように、共通流路２４の中途部分に開口するよう設けられ、その奥には電気分解用の電極４０が配置され、当該電極４０のさらに奥には断面積を縮小させた狭窄路１６が形成され、当該狭窄路１６は当該共通流路２４の他の中途部分に連通している。
この本装置１を用いた本方法の第一の工程Ｓ１においては、まず、図２１Ａに示すように、複数のマイクロチャンバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々に対象粒子５０ａ，５０ｂ，５０ｃを捕捉する。
この対象粒子５０の捕捉は、例えば、上述の非特許文献１に記載されているように、対象粒子５０が捕捉されていない状態における共通流路２４に沿った蛇行流れ（図２０において実線の矢印で示す流れ）の圧力損失が、マイクロチャンバー１０及び狭窄路１６を介したバイパス流れ（図２０において破線の矢印で示す流れ）の圧力損失に比べて大きくなるように、流路の長さや断面積を調整することで実現することができる。
次に、第二の工程Ｓ２においては、図２１Ｂに示すように、複数のマイクロチャンバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうち、標的とするマイクロチャンバー１０ａの電極４０ａに選択的に電圧を印加することにより、当該マイクロチャンバー１０ａで水を電気分解して泡６０を発生させる。
そして、第三の工程Ｓ３においては、図２１Ｂに示すように、電気分解により発生した泡６０及び当該泡６０の発生に伴い流動するマイクロチャンバー１０ａ内の水溶液のうち少なくとも一方をアクチュエーターとして利用して、当該マイクロチャンバー１０ａから対象粒子５０ａを選択的に押し出す。その後、共通流路２４に新たな水溶液を流通させることにより、当該共通流路２４に押し出された対象粒子５０ａを選択的に回収することができる。
また、この例に係る本装置１においては、複数のマイクロチャンバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうち一部のマイクロチャンバー１０ａから解放された対象粒子５０ａを他のマイクロチャンバー１０ｂに捕捉することもできる。
すなわち、例えば、複数のマイクロチャンバー１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうち１つのマイクロチャンバー１０ｂの電極４０ｂに電圧を印加して当該マイクロチャンバー１０ｂから対象粒子５０ｂを解放した後、より上流側の他のマイクロチャンバー１０ａの電極４０ａに電圧を印加して当該マイクロチャンバー１０ａから対象粒子５０ａを解放して共通流路２４を下流側に流通させることにより、上述の圧力損失のバランスに基づいて、当該対象粒子５０ａを予め空けられた下流側の当該マイクロチャンバー１０ｂに捕捉することができる。
このようにして、複数の対象粒子５０の選択的な捕捉と解放とを繰り返すことによって、当該複数の対象粒子５０の並べ替えや入れ替えを任意に行うことができる。なお、図２０及び図２１には、各マイクロチャンバー１０に電気分解用の陽極及び陰極のうち一方の電極４０が配置される例を示したが、これに限られず、各マイクロチャンバー１０に当該陽極及び陰極の両方の電極を設けることもできる。
次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。
［マイクロ流体装置の作製］図４に示した例と同様の工程で、図３に示すような本装置１を製造した。すなわち、まず、ガラス基板上にＩＴＯ層を形成した。次いで、標準的なリソグラフィーによって、マイクロチャンバーの底部に配置する電極に対応する位置にポジ型フォトレジストＳ１８１８からなるレジスト層をパターンした（図４Ａ参照）。そして、エッチング液（ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ：ＨＮＯ３＝１：１：０．１６）を用いてＩＴＯ層をエッチングし（５０℃で３．２５分）、ガラス基板上に電極を形成した（図４Ｂ参照）。
その後、この電極をネガ型の厚膜フォトレジストＳＵ８でコートし、当該ＳＵ８からなるレジスト層を形成した（図４Ｃ参照）。そして、このレジスト層をパターンして、各々が底部に電極を有する４８個（６×８）のマイクロチャンバーを形成した（図４Ｄ参照）。
マイクロチャンバーの直径は１５０μｍとし、深さは１５０μｍとした。なお、このマイクロチャンバーのサイズは、哺乳動物の受精卵を１つ捕捉するために適切なサイズとして採用した。
さらに、マイクロチャンバーが形成された被覆層（ＳＵ８シート）の周囲に、シリコーンゴムのスペーサを置いた。そして、この第一部材を、ガラス基板上にＩＴＯ層からなる電極が形成されてなる第二部材で覆うことにより、本装置１を作製した。
［顕微鏡観察］作製した本装置１を明視野顕微鏡で観察した。本装置１に設けられた電極を構成するＩＴＯは透明であるため倒立顕微鏡（Ｏｌｙｍｐｕｓ ＩＸ７１）で観察することができた。なお、マイクロチャンバーの電極は、導電性のラインテープを介して直流電源装置（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｅ３６４１Ａ）のプラスに接続し、第二部材の電極は当該直流電源装置のマイナスに接続した。すなわち、マイクロチャンバーの電極を陽極として使用し、対向する第二部材の電極を陰極として使用した。
図２２には、本装置１の顕微鏡写真の一部を拡大して示す。図２２Ａに示すように、ＳＵ８からなる被覆層に複数のマイクロチャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）が規則的に配置されているのが確認された。また、各マイクロチャンバーの底部にはＩＴＯ膜のパターンにより形成された電極が配置されていた。なお、電極及び配線を構成するＩＴＯは透明であり顕微鏡下で視認することが難しかったため、図２２Ｂには、当該電極及び配線のパターン（ＩＴＯ）を示した。
［マイクロビーズの選択的押し出し］対象粒子として、直径１００μｍのポリスチレン製マイクロビーズを用いた。また、電解質水溶液としてリン酸緩衝液（Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｓａｌｉｎｅ：ＰＢＳ）を用いた。
まず、本装置１の内部をＰＢＳで満たした。次いで、マイクロピペットを用いて、ＰＢＳに分散したマイクロビーズをマイクロチャンバーに注入した。この結果、４８個のマイクロチャンバーのうち、４４個のマイクロチャンバーの各々にマイクロビーズを１つずつ入れることができた。マイクロチャンバーに入らなかったマイクロビーズはＰＢＳで洗い流した。図２３には、本装置１において各マイクロチャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ)にマイクロビーズ（ｂｅａｄ）が１つずつ捕捉された様子を撮影した顕微鏡写真の一例を示す。
次に、本方法を実施して、複数のマイクロチャンバーのうち１つから選択的にマイクロビーズを解放した。図２４には、本方法を実施する過程における本装置１の一部をタイムラプスビデオで経時的に撮影した画像を示す。図２４Ａは電圧を印加する直前（０秒）の画像を示し、図２４Ｂは電圧を印加してから１．１秒後の画像を示し、図２４Ｃは電圧を印加してから４．３秒後の画像を示す。
ここでは、図２４Ａに示す矢印の指す中央のマイクロチャンバー内のマイクロビーズを標的として選択した。この選択したマイクロチャンバーの底部に配置されている電極を直流電源装置と選択的に接続した。
そして、選択されたマイクロチャンバーの電極と、これに対向する第二部材の電極と、の間に５．２Ｖの電圧を印加し、当該底部のＩＴＯ電極と上部のＩＴＯ電極との間に電流を流して、ＰＢＳの電気分解を行った。この結果、図２４Ｂに示すように、電圧印加直後に、標的のマイクロチャンバーでのみ、底部に配置された電極から泡（ｂｕｂｂｌｅ）が発生した。
その後、図２４Ｃに示すように、標的のマイクロチャンバーに捕捉されていたマイクロビーズ（ｂｅａｄ）は、泡によって当該マイクロチャンバーから押し出され、完全に解放された。一方、図２４Ｃに示すように、電圧を印加していない他のマイクロチャンバーに捕捉されているマイクロビーズは解放されず保持されたままであった。
こうして標的とするマイクロビーズを選択的にマイクロチャンバーから解放することができた。なお、直径が１０μｍ又は５０μｍのポリスチレン製マイクロビーズを用いても、同様にして選択的な解放を実現することができた。
［電気分解が哺乳動物細胞の生存率に及ぼす影響の評価］本装置１として、上述の実施例１で作製したものと同様のマイクロ流体装置を用いた。細胞として、牛動脈内皮細胞を用いた。
まず、この細胞を分散した培養培地を本装置１内に注入して当該細胞をマイクロチャンバー内に捕捉し、所定の時間培養した。次いで、マイクロチャンバーに０〜８Ｖの電圧を１０秒間印加した。そして、電圧を印加した直後に、細胞の生存率を評価するための市販の試薬（Ｌｉｖｅ/Ｄｅａｄ Ａｓｓａｙ（登録商標） Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ/Ｃｙｔｏｔｏｘｉｃｉｔｙ ｒｅａｇｅｎｔ）をマイクロチャンバー内に注入した。
その後、処理された細胞を蛍光顕微鏡下で観察した。上記の試薬により、死細胞は赤色、生細胞は緑色に染色された。顕微鏡下で死細胞の数を計測した。そして、総細胞数（生細胞数＋死細胞数）に対する死細胞数の割合（％）を算出した。
図２５には、この評価結果を示す。図２５において、横軸はマイクロチャンバーに印加した電圧（Ｖ）を示し、縦軸は死細胞数の割合（％）を示す。また、図２５に示す破線より左側の電圧（０Ｖ、２Ｖ）を印加した場合には泡は発生せず（ｎｏ ｂｕｂｂｌｅｓ）、当該破線より右側の電圧（４Ｖ、６Ｖ、８Ｖ）を印加した場合に泡が発生した（ｂｕｂｂｌｅｓ ｆｏｒｍｅｄ）。
図２５に示すように、６Ｖより大きな電圧は細胞に対してより強いダメージを与えることがわかった。一方、６Ｖより低い電圧（２Ｖ、４Ｖ）ではほとんどの細胞が生存していた。したがって、６Ｖより小さい電圧を印加するという電気分解の条件は、細胞の選択的解放のために十分に穏やかであると確認された。なお、８Ｖを印加した場合であっても、死細胞の割合は１０％未満であり、多くの細胞は生存状態を維持していた。
［電気分解前後の温度の測定］また、ＩＴＯ電極間に５．２Ｖの電圧を印加している間の本装置１の温度をサーモグラフ装置（Ｎｅｏ Ｔｈｅｒｍｏ ＴＶＳ−６００、ＮＥＣ Ａｖｉｏ赤外線テクノロジー株式会社）を用いて測定した。
その結果、電圧を印加した前後で本装置１内の温度に変化は見られなかった。また、電圧を印加した後においても、本装置１の温度は上昇しなかった。したがって、本方法は、細胞に対して発熱によるダメージを与えることなく実施可能であることが確認できた。
１ マイクロ流体装置、１０ マイクロチャンバー、１１ 収容室、１２ 電気分解室、１３ 連通路、１４ 底部、１５ 開口部、１６ 狭窄路、２０ 第一部材、２１ 第一基板、２２ 被覆層、２３ スペーサ、２４ 共通流路、２５ 流入口、２６ 流出口、２７ ＩＴＯ膜、２８ ポジ型フォトレジスト層、２９ ネガ型フォトレジスト層、３０ 第二部材、３１ 第二基板、４０，４１ 電極、４２ 配線、５０ 対象粒子、６０ 泡、７０ 押出膜、７１ 中央部、７２ 接続部、７３ 下面、７４ 伸縮部、７５ 基部。

Claims (10)

  1. 各々が電気分解用の陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極を有する複数のマイクロチャンバーに操作の対象とする粒子を捕捉し、
    前記複数のマイクロチャンバーのうち一部のマイクロチャンバーの前記電極に電圧を印加することにより水を電気分解して泡を発生させ、
    前記泡の発生に伴い作動するアクチュエーターによって、前記一部のマイクロチャンバーから選択的に前記粒子を押し出す
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記アクチュエーターは、浮遊する前記泡又は前記泡の発生に伴い流動する前記マイクロチャンバー内の液体である
    ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
  3. 前記アクチュエーターは、前記マイクロチャンバーにおいて前記電極と前記粒子との間に設けられ前記泡の発生に伴い前記粒子を押し出すように変形する伸縮性の膜である
    ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
  4. 前記粒子は細胞であり、
    前記複数のマイクロチャンバーの各々に前記細胞を１つずつ捕捉して培養し、
    前記複数のマイクロチャンバーで培養された複数の前記細胞のうち一部を回収すべき細胞として決定し、
    前記複数のマイクロチャンバーのうち前記回収すべき細胞が捕捉されている一部のマイクロチャンバーの前記電極に電圧を印加することにより水を電気分解して泡を発生させ、
    前記泡の発生に伴い作動する前記アクチュエーターによって、前記一部のマイクロチャンバーから選択的に前記細胞を押し出す
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載された方法。
  5. 前記細胞は受精卵であり、
    前記一部のマイクロチャンバーから選択的に押し出された前記受精卵を生きた状態で回収する
    ことを特徴とする請求項４に記載された方法。
  6. 粒子を捕捉するための複数のマイクロチャンバーと、
    前記複数のマイクロチャンバーが開口する共通流路と、
    を備えたマイクロ流体装置であって、
    前記複数のマイクロチャンバーの各々には、電気分解用の陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極が配置されている
    ことを特徴とするマイクロ流体装置。
  7. 前記複数のマイクロチャンバーが設けられた第一部材と、
    前記第一部材に積層された第二部材と、
    を備え、
    前記複数のマイクロチャンバーの各々には、前記陽極及び陰極のうち一方の電極が配置され、
    前記第二部材には、前記陽極及び陰極のうち他方の電極が配置されている
    ことを特徴とする請求項６に記載されたマイクロ流体装置。
  8. 前記複数のマイクロチャンバーの各々には、前記陽極及び陰極の両方の電極が配置されている
    ことを特徴とする請求項６に記載されたマイクロ流体装置。
  9. 前記複数のマイクロチャンバーの各々は、前記共通流路に開口し前記粒子が収容される収容室と、前記収容室に連通して設けられ前記電極が配置された電気分解室と、を有する
    ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載されたマイクロ流体装置。
  10. 前記複数のマイクロチャンバーの各々は、前記共通流路に開口し前記粒子が収容される収容室と、前記電極が配置された電気分解室と、前記収容室と前記電気分解室との間に設けられ前記電気分解室における水の電気分解による泡の発生に伴って前記粒子を前記収容室から押し出すように変形する伸縮性の膜と、を有する
    ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載されたマイクロ流体装置。
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