広報活動

Print

2016年6月20日

理化学研究所

ガラス湾曲を利用した微粒子分離

-ナノメートルの隙間を制御して高精度な分離を実現-

測定流路での微粒子計測結果の図

測定流路での微粒子計測結果

微粒子とは、ナノメートル(nm、1nmは10億分の1m)から数百マイクロメートル(μm、1μmは100万分の1m)サイズの微小な粒子です。私たちは、印刷用トナー(約5μm)、薬剤を詰めるためのマイクロカプセル(数μm~数百μm)、小麦粉(平均数十μm~100μmほど)、花粉(スギは20~40μm)、PM2.5(2.5μm以下)など、多くの種類の微粒子に囲まれて生活をしています。 微粒子の粒子径は、どのようにして計測されるのでしょうか? 従来法では、比較的均一な大きさ、組成、形状の試料にしか適用できないという問題がありました。

理研の研究チームは、今回、さまざまな粒子径の微粒子をサイズごとに、一回で分離できる装置の開発に取り組みました。それは、ガラス基板と薄板ガラスを貼り合わせて高さがnm~μmの小さな隙間を作り、薄板ガラスを湾曲させることで、その隙間の高さを調整するというものです。まず、ガラス基板にフッ化水素を使ったエッチングによって、深さ36nmの浅い流路を作り、その上に厚さ90μmの薄板ガラスを設置しました。次に、ガラス基板と薄板ガラスの間に、微粒子を分散させた液体を送液ポンプから送るための細いガラス管を挟み込みました。このとき、流路の長さは15mm、出口の高さは36nm、入口の高さは360μmでした。そして、薄板ガラスの上に220グラムの重りを載せて、薄板ガラスを下向きに湾曲するようにしました。すると、出口から装置内に向かって流路の高さが緩やかになり、この高さの変化を利用することにより粒子径ごとに微粒子を高精度に分離できることが示されました。

この装置の機能を検証するため、粒子径が0.5、1.0、2.0μmのポリスチレン粒子を分散させた液体を装置に送り込み、ガラス基板の下から顕微鏡で観察しました。すると、粒子径が同じ粒子は同じ高さの流路位置で移動を停止し、粒子径に応じて一列に並ぶ様子を観察できました(図a参照)。また、ヒト白血球細胞とマウス胚性幹細胞の測定をしたところ、装置での計測時と通常の顕微鏡観察時で近い値を示し、軟らかい微粒子の場合でも粒子径が正確に測定できることを実証しました(図b参照)。これは、送液ポンプの圧力調整が容易に行えるためです。

今後、本成果は、nm~μmレベルでガラスを微細加工する技術への応用が考えられます。また、軟らかい粒子の測定にも使えるため、細胞小器官や細胞からの分泌物などの微小構造体の分離や解析への応用が期待できます。

理化学研究所
生命システム研究センター 細胞デザインコア 合成生物学研究グループ 集積バイオデバイス研究ユニット
ユニットリーダー 田中 陽 (たなか よう)
テクニカルスタッフ 太田 亘俊 (おおた のぶとし)