マイクロ流体チップ ライフサイエンス分野実績例 その3

microfluidic ChipShopのマイクロ流体チップを用いたライフサイエンス分野の応用例を紹介いたします。記事は随時追加掲載していきます。

細胞培養 / Organ-on-a-Chip / 創薬

･幹細胞の培養，分化及び毒性試験 (SPIE 2017)
･細胞培養デバイスとOrgan-on-a-Chipに応用 (SPIE 2014)
･膵管腺癌細胞を培養するためのマイクロ流体3Dプラットフォーム (SciRep 2017)

POCT (point-of-care testing) / IVD

･病原体検出用マルチプレックス｢サンプル･イン/アンサー･アウト｣カートリッジ (microTAS 2011)
･モジュール型マイクロ流体カートリッジを用いた汎用診断システム (SPIE 2016)

オンチップPCR (当ページ)

･マイクロ流体デバイスを用いたリアルタイムPCR (SPIE 2014)
･マイクロ流体チップ上の連続流PCR (SPIE 2007)

3. オンチップPCR / 高速化と産出量の増加を実現

従来のPCR

従来のサーマルサイクラーにおけるPCRでは，プラスチックチューブ内の分散媒中でDNAサンプルがプライマーがポリメラーゼ分子とともに繰り返し温度循環されます。この場合，温度を循環させるサーマルマスが0.5 g程度であるのに対し，実際に対象となるDNAは極めて少なく，時間もかかるという課題があります。

チャンバサイズの縮小

PCRプロセスをスピードアップするには，熱反応時間を減少させるためにサンプル量を減らすことが得策です。反応速度は拡散によって制御される分子輸送により結合する時間で決まるため，反応チャンバのサイズを小さくすることで拡散距離を短くすることが有効です。

小型チャンバのPCR (バッチPCR) サーマルマスが減少されるとともに，同時並行的にPCRを実施することで産物料が増加。

反応チャンバチップ[0439] チャンバボリューム6 µL。他のボリュームのチップもカタログに掲載。

連続流PCR

サーマルサイクル処理を行う代わりに，下の右図のように，異なる固定温度を持つホットプレート上の流路内をサンプルが移動することで，チップ上の連続流にて変性，プライマーのアニーリング，伸長が高速で実施されます。

例えば500 µm x 100 µmのマイクロチャネルを用いる場合は，長さ2 mmのサンプルプラグであるとするとサーマルマスは0.1 mg程度と非常に小さくなり，極めて短時間のうちにPCRの連続流におけるプロセスが可能になります。

高速化アプローチ例: 連続流PCR 固定温度を持つホットプレート上に置かれた流路を通って，PCRが連続的に実施される。

連続流PCR用 蛇行流路チップ[0065] 幅 x 深さ = 220 µm x 100 µm，長さ1,257 mmの蛇行流路チップ。36サイクルの連続流PCR用。カタログ掲載品。

リアルタイムPCRシステム

microfluidic ChipShopは，従来のPCRシステムと同等の収量かつ高速化された結果を得られる連続流PCRシステム，装置，キット類を御提供しております。(カタログ製品 ChipGenie edition T2O参照)
edition T2O装置では，DNAに反応する蛍光染料を測定することで，増幅の急激な上昇をリアルタイムで確認することができます。

オンチップPCRシステム / ChipGenie edition T2O タッチパネルにて14の温度ゾーンの温度，加熱，冷却速度を個別に制御できる。リアルタイム検出向けに蛍光光学ユニットを搭載。カタログ掲載品。

T2O装置のホットプレート 各々のブロックの温度をプログラム可能。例えばZ4-Z6上には蛇行流路チップを置いて連続流PCRが，Z9-Z14上に反応チャンバチップを置いて従来型のサーマルサイクルを実施できる。

量産を視野に入れたポリマーチップ

ライフサイエンス現場でのチップの実用性を考慮すると，使い捨てとして使用可能で低価格帯が見込める，射出成型によるポリマーマイクロ流体チップが適しています。
カタログ記載の標準品をお試しいただき，お客様御希望の流路や流体機能を持つ，カスタマイズデザインのチップ作製が可能です。

インライン連続流PCRチップ[0501] カタログ掲載の連続流PCR用チップ。DNAの抽出と連続流PCRによるDNA増幅という複数の機能が一つの流体チップ上で行える｢集積チップ｣の例。カタログ掲載品。

カスタマイズチップ例 オンチップのDNA抽出，PCR，検出等の機能を統合。

出典

Claudia Gärtner et al. "Methods and instruments for continuous-flow PCR on a chip", Proc. SPIE 6465 (2007), Microfluidics, BioMEMS, and Medical Microsystems V, DOI: 10.1117/12.713797

Holger Becker et al. "Real-time PCR in microfluidic devices", Proc. SPIE 8976 (2014), Microfluidics, BioMEMS, and Medical Microsystems XII, DOI: 10.1117/12.2037241