(57)【要約】【課題】マイクロ流路とマイクロツールとを用いて、微粒子を圧力変動に対してロバストかつ連続的に選別し、選別した微粒子を用いた計測の実施が可能な微粒子連続選別・計測装置およびマイクロ流体チップを提供する。【解決手段】マイクロ流体チップ１は、粒子導入用のマイクロチャンバを中心に流路間の内壁５，６と底面との間隙が段階的に異なる複数の螺旋状流路を有する。マイクロ流体チップ１３は、粒子導入用のマイクロチャンバを中心に流路間の内壁１４，１５と底面との間隙が段階的に異なる複数の同心円状流路を有する。マイクロ流体チップ２４は、平面流路と段階的に異なる大きさの微小溝とを有する。それぞれのマイクロ流体チップ１，１３，２４に導入された微粒子は、その大きさに応じて流路間の間隙及び微小溝に機械的に選別、整列、固定される。選別する粒子径の調節は、間隙及び微小溝の大きさの制御により行う。【選択図】図１
2010281701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小流路を流れる複数の異なる径の金属もしくは高分子の微粒子、または細胞等の生体微粒子を、連続的に選別し計測を行う微粒子選別・計測装置であって、
中心にマイクロチャンバを有する螺旋状又は同心円状の複数の隣接する微小流路を有し、前記微小流路間は外側に向かって段階的に高さの異なる間隙を有する内壁を有し、
複数の異なる粒径の前記微粒子が前記マイクロチャンバへ導入され，前記微粒子が前記微小流路中を流れる際に遠心力で前記微小流路の外側への力を受け、前記微粒子が前記内壁によりその大きさに応じて連続的に選別され、前記微小流路の回収口から選別された前記微粒子が回収され、計測装置へ搬送されて各種計測が行われるよう構成されていることを、
特徴とする微粒子連続選別・計測装置。
【請求項２】
前記微小流路は前記回収口の開閉を制御することで、選別された前記微粒子を前記微小流路の前記内壁に沿って整列させ，前記微小流路内で直接観察による粒子数の計数、粒子の特性解析、粒子への薬品処理による反応を計測可能であることを、特徴とする請求項１記載の微粒子連続選別・計測装置。
【請求項３】
前記マイクロチャンバ内に、磁性を有するマイクロツールと外部に駆動機構とを有し、前記駆動機構からの回転磁場により前記マイクロツールを回転し、前記マイクロチャンバ内で旋回流を発生させ、前記旋回流の半径方向の流れにより、前記微粒子が前記微小流路外側への力を受けることにより前記微粒子の選別を促進し，前記旋回流の鉛直方向の流れにより、前記マイクロチャンバ内での前記微粒子の詰まりを抑制し、前記旋回流により前記マイクロツールの上部の前記微粒子を前記微小流路へ搬送し連続的に微粒子選別を促進可能であることを、特徴とする請求項１または２記載の微粒子連続選別・計測装置。
【請求項４】
底面に異なる幅及び深さの複数の微小溝を有する微小平面流路を有し、
前記微小平面流路の導入口より導入された前記微粒子が排出口へと流れる際、重力により沈降し、前記微粒子の大きさに応じて前記微小溝に導入され、大きさの揃った前記微粒子毎に整列し、前記微粒子を前記微小溝中に固定し、直接観察による粒子数の計数、粒子の特性解析、粒子への薬品処理による反応を計測可能に構成されていることを、
特徴とする微粒子連続選別・計測装置。
【請求項５】
前記微小溝の端に、マイクロツールを有し、外部に駆動機構を有し、前記マイクロツールは磁性を有し、前記駆動機構からの磁場により前記マイクロツールを駆動し、前記微小溝中に導入された前記微粒子を、前記微小溝中に固定する、前記微小溝中から回収する、を選択的に制御可能であることを、特徴とする請求項４記載の微粒子連続選別・計測装置。
【請求項６】
前記微小流路を有し、前記微小流路を流れる前記微粒子の大きさに基づいて、前記微粒子を連続的に選別又は計測する請求項１、２または３記載の微粒子連続選別・計測装置を有することを、特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項７】
前記微小平面流路を有し、前記微小平面流路を流れる前記微粒子の大きさに基づいて、前記微粒子を連続的に選別又は計測する請求項４または５記載の微粒子連続選別・計測装置を有することを、特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項８】
請求項１、２または３記載の微粒子連続選別・計測装置の前記微小流路により前記微粒子を大きさに応じて選別した後、請求項４または５記載の微粒子連続選別・計測装置で、前記微小平面流路により細かい分類と選別された微粒子の計測とを行うよう構成されていることを、特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項９】
前記微粒子連続選別・計測装置が多段に配置されていることを、特徴とする請求項６、７または８記載のマイクロ流体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子の連続的分離方法及び装置に係り、主に医療分野、医薬分野、品種改良といったバイオ系産業分野だけではなく、ベアリングボール等の製造系産業分野でも用いられ、人間の操作に頼ることなく、自動かつ連続的に目的の微粒子を高速で自動的に選別・計測する微粒子連続選別・計測装置およびその装置を用いたマイクロ流体チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
物質の分離技術は、工学、医学、化学、食品等の様々な分野、産業において、不純物の除去やばらつきの抑制による品質の向上等に必要不可欠な技術である。従来、医療用の高分子微粒子、微生物や細胞等の生体微粒子、ベアリングボール等の金属微粒子等の大きさが数μｍ〜数百μｍ程度の微小粒子の大きさに応じた選別及びその計測は、顕微鏡から得られる画像情報に基づいて人間が行うことがほとんどであった。しかし、人間が直接、遠心分離器等で分離された微粒子を、顕微鏡を用いて検査することは、検査精度が検査者の技術に依存することや大量処理に長時間を要する等の問題が発生していた。この問題の影響を防ぐため、マイクロ流路内で、自動的かつ連続的に粒子を選別・計測する手法の開発が必要とされている。
【０００３】
マイクロ流路内での大きさ等に応じた微粒子選別には、これまでに、マイクロ流路の形状による選別、ピンチドフローを用いた流体力による選別、遠心力による選別、等が実現されている（例えば、非特許文献１参照）。また、マイクロ流体チップの回転により発生する遠心力による粒子選別は、高速で再現性のある分離が可能である。電場によるセルソータ等の微粒子選別により、連続分離が可能である（例えば、非特許文献２参照）。磁場による粒子選別では、磁性粒子を対象に選択的に修飾することで生体に安全な分離が可能である（例えば、非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ali Asgar S. Bhagat, “Continuous particle separation in spiralmicrochannels using dean flows and differential migration”, Lab on a Chip, 2008,Vol. 8, p.1906
【非特許文献２】M.Durr, “Microdevices for manipulation and accumulation of micro-and nanoparticles by dielectrophoresis”, Electrophoresis, 2003, Vol. 24, p.722
【非特許文献３】Kuhara,M., “Magnetic CellSeparation Using Antibody Binding with Protein A Expressed on BacterialMagnetic Particles”, Analytical Chemistry, 2004, Vol. 76, No. 21, p.6207
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、流体力は、生体粒子の安全かつ高速な分離が可能であるが、流路内の圧力変動に対して分離の成功率が影響を受けやすい特徴がある。また、マイクロ流体チップの回転により発生する遠心力による選別は、一定量の選別毎にサンプルの回収が必要となり、大量のサンプル溶液の連続処理には適さない。電場による選別は、物質毎の誘電率の違いによる影響や電場・電流による対象への影響が問題となることがある。磁場による選別では、磁気修飾した粒子からの磁性粒子の剥離が困難であることや、一括で分離するため分離した粒子の計数が困難である、等の課題がある。また、これらの手法は、選別した微粒子を用いた微粒子計測の実施を想定しておらず、計測には選別したサンプルを別の計測装置に搬送するといった手間が必要であるという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、マイクロ流路とマイクロツールを用いて、微粒子を圧力変動に対してロバストかつ連続的に選別し、選別した微粒子を用いた計測の実施が可能な微粒子連続選別・計測装置およびマイクロ流体チップを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の本発明に係る微粒子連続選別・計測装置は、微小流路を流れる複数の異なる径の金属もしくは高分子の微粒子、または細胞等の生体微粒子を、連続的に選別し計測を行う微粒子選別・計測装置であって、中心にマイクロチャンバを有する螺旋状又は同心円状の複数の隣接する微小流路を有し、前記微小流路間は外側に向かって段階的に高さの異なる間隙を有する内壁を有し、複数の異なる粒径の前記微粒子が前記マイクロチャンバへ導入され，前記微粒子が前記微小流路中を流れる際に遠心力で前記微小流路の外側への力を受け、前記微粒子が前記内壁によりその大きさに応じて連続的に選別され、前記微小流路の回収口から選別された前記微粒子が回収され、計測装置へ搬送されて各種計測が行われるよう構成されていることを、特徴とする。
【０００８】
第１の本発明に係る微粒子連続選別・計測装置で、前記微小流路は前記回収口の開閉を制御することで、選別された前記微粒子を前記微小流路の前記内壁に沿って整列させ，前記微小流路内で直接観察による粒子数の計数、粒子の特性解析、粒子への薬品処理による反応を計測可能であることが好ましい。また、前記マイクロチャンバ内に、磁性を有するマイクロツールと外部に駆動機構とを有し、前記駆動機構からの回転磁場により前記マイクロツールを回転し、前記マイクロチャンバ内で旋回流を発生させ、前記旋回流の半径方向の流れにより、前記微粒子が前記微小流路外側への力を受けることにより前記微粒子の選別を促進し，前記旋回流の鉛直方向の流れにより、前記マイクロチャンバ内での前記微粒子の詰まりを抑制し、前記旋回流の前記マイクロツールの上部の前記微粒子を前記微小流路へ搬送し連続的に微粒子選別を促進可能であってもよい。
【０００９】
第２の本発明に係る微粒子連続選別・計測装置は、底面に異なる幅及び深さの複数の微小溝を有する微小平面流路を有し、前記微小平面流路の導入口より導入された前記微粒子が排出口へと流れる際、重力により沈降し、前記微粒子の大きさに応じて前記微小溝に導入され、大きさの揃った前記微粒子毎に整列し、前記微粒子を前記微小溝中に固定し、直接観察による粒子数の計数、粒子の特性解析、粒子への薬品処理による反応を計測可能に構成されていることを、特徴とする
【００１０】
第２の本発明に係る微粒子連続選別・計測装置は、前記微小溝の端に、マイクロツールを有し、外部に駆動機構を有し、前記マイクロツールは磁性を有し、前記駆動機構からの磁場により前記マイクロツールを駆動し、前記微小溝中に導入された前記微粒子を、前記微小溝中に固定する、前記微小溝中から回収する、を選択的に制御可能であってもよい。
【００１１】
本発明に係るマイクロ流体チップは、前記微小流路を有し、前記微小流路を流れる前記微粒子の大きさに基づいて、前記微粒子を連続的に選別又は計測する第１の本発明に係る微粒子連続選別・計測装置を有することを、特徴とする。または、本発明に係るマイクロ流体チップは、前記微小平面流路を有し、前記微小平面流路を流れる前記微粒子の大きさに基づいて、前記微粒子を連続的に選別又は計測する第２の本発明に係る微粒子連続選別・計測装置を有していてもよい。また、本発明に係るマイクロ流体チップは、第１の本発明に係る微粒子連続選別・計測装置の前記微小流路により前記微粒子を大きさに応じて選別した後、第２の本発明に係る微粒子連続選別・計測装置で、前記微小平面流路により細かい分類と選別された微粒子の計測とを行うよう構成されていてもよい。本発明に係るマイクロ流体チップは、前記微粒子連続選別・計測装置が多段に配置されていてもよい。
【００１２】
本発明に係る微粒子連続選別・計測装置は、中心のマイクロチャンバから同心円状又は螺旋状に広がる複数の微量流路を有し、隣接する流路間の内壁と底面の間隙が段階的に異なる螺旋又は同心円状流路内での径に基づく粒子選別、保持、計測を行うマイクロ流体チップ、または段階的に異なる幅、深さの溝を有する微小平面流路を有し、大きさの異なる微小溝への特定の径の粒子の保持及び整列、計測を行うマイクロ流体チップから構成されることを、特徴とする微粒子連続選別・計測装置である。
【００１３】
マイクロ流体チップには中心にマイクロチャンバを有し螺旋状若しくは同心円状の複数の微小流路を有し、最も内側の流路のみがチャンバとつながっており，隣接する流路間の内壁と底面との間の間隙により全ての微小流路がつながっている。微粒子は、チャンバを通して内側の流路に導入される。流路は曲率を有し、流れる粒子に遠心力が働くため，粒子は間隙を通り外側へ移動する。しかし、間隙の存在により、間隙以上の大きさの粒子は間隙に機械的に拘束されるため、間隙より小さい粒子のみが外側の流路へと移動する。
【００１４】
間隙の大きさを段階的に小さくすることで、複数の異なる大きさの微粒子の選別を行う。螺旋状の流路の終点において、内壁と底面との間隙が無くなるため、選別された粒子はそれぞれ独立した流路を通りマイクロ流体チップ外へ排出される。このため、独立流路部を観察することで、選別された微粒子の個数及び全体に占める割合等を計測することが可能である。
【００１５】
独立流路部に励起光源及び光検出器を設置し、選別した微粒子に対して散乱光や蛍光による計測を適用することで、大きさ、形状、性質、等の特性計測を行うことが可能である。
【００１６】
マイクロツールをマイクロチャンバ内に設置し、外部駆動機構を用いて回転することで、微小流路入口での粒子の詰まりを抑制する。マイクロツールの回転によりマイクロチャンバ内で旋回流が生じ、マイクロチャンバ内の微粒子を撹拌して粒子の詰まりを防止する。また、このマイクロツールの回転により生じる流れは、遠心力による粒子の選別効率を向上させる効果がある。
【００１７】
この微小流路は、回収口の開閉を制御することで、選別された微粒子をマイクロ流体チップ中の内壁に沿って整列・固定することが可能である。対象のサイズの粒子が分離される流路の回収口を閉じた状態で微粒子を流すことで、目的の大きさの粒子が、外側の流路への流れにより外側へ移動し、外側の内壁のギャップ部に拘束され、内壁に沿って整列する。回収口を開放することで、トラップされた粒子を回収することが可能である。
【００１８】
マイクロツールは、磁性を有していれば、金属製や磁化した材料など、いかなるものから成っていてもよい。マイクロツールは、例えば、いわゆる磁気マイクロツール（ＭＭＴ）から成っていてもよく、希土類金属が含まれていてもよく、製作時に着磁されてもよい。電磁石は、マイクロツールの移動を制御可能であれば、いかなる機構や配置を成していてもよい。永久磁石は、例えば、モータ先端に中心軸からずらして設置し、モータを回転させることで、マイクロツールの回転を制御することができる。
【００１９】
底面に異なる幅及び深さの複数の微小溝を有する微小平面流路を有するマイクロ流体チップを用いて、導入された前記微粒子が重力により沈降し、前記微粒子の大きさに応じて前記微小溝に導入され、大きさの揃った前記微粒子毎に整列し、前記微小粒子を前記微小溝中に固定し、顕微鏡等による直接観察による粒子数の計数、粒子の特性解析、粒子への薬品処理による反応を計測することが可能である。
【００２０】
微粒子を選別し保持した微小溝部に、励起光源及び光検出器を設置することで、選別した微粒子に対して散乱光や蛍光を用いた計測法を適用し、大きさ、形状、性質、等の特性計測を行うことが可能である。
【００２１】
微小溝の端に、マイクロツールを有し、外部に駆動機構を有し、前記マイクロツールは磁性を有し、前記駆動機構からの磁場により前記マイクロツールを駆動し、微小溝中に導入された微小粒子を、前記微小溝中に固定する、前記微小溝中から回収する、を選択的に制御できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、微小粒子をその大きさに応じて連続的かつ圧力変動に対してロバストな選別を行うことができ、微粒子の選別から粒子の特性解析、粒子への薬品処理による反応計測を一連のシステムで実現する微粒子連続選別・計測装置およびマイクロ流体チップを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態のマイクロ流体チップを示す（ａ）平面図、（ｂ）斜視図、（ｃ）微小流路の断面図、（ｄ）マイクロツールの正面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態のマイクロ流体チップを示す（ａ）平面図、（ｂ）微小流路の断面図、（ｃ）マイクロツールの正面図である。
【図３】図１に示すマイクロ流体チップおよびマイクロツールの駆動機構を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の、図１または図２のマイクロ流体チップ内での微粒子の（ａ）固定状態、（ｂ）回収状態の拡大平面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態のマイクロ流体チップの（ａ）平面図、（ｂ）微粒子の整列プロセスを示す斜視図、（ｃ）微小溝内に整列された微粒子を示す拡大平面図である。
【図６】（ａ）図１のマイクロ流体チップと図５のマイクロ流体チップとの接続状態を示す平面図、（ｂ）図２のマイクロ流体チップと図５のマイクロ流体チップとの接続状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施の形態のマイクロ流体チップおよび本発明の実施の形態の微粒子の連続選別プロセスを示している。
【００２６】
マイクロ流体チップ１は、フォトリソグラフィー等のMEMS技術によるモルドの作製と、ポリマーへの転写によるレプリカ造形とにより作製される。
【００２７】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態のマイクロ流体チップ１は、マイクロチャンバを中心として複数の螺旋状の微小流路を有している。
【００２８】
図１に示すように、複数の微小流路は、最も内側の流路のみがマイクロチャンバとつながっており、隣接する流路は底面との間に段階的に異なる高さの間隙を有する内壁５と内壁６とにより、他の全ての微小流路とつながっている。
【００２９】
図１に示すように、マイクロツール７はマイクロチャンバ内に設置され、図３に示す永久磁石２０、モータ２１を含む磁気駆動回路２２から発生する回転磁場により回転する。
【００３０】
図３における永久磁石２０は、１個の他に、２個の永久磁石を極を反転させて設置してもよく、複数の電磁石を円状に設置してもよい。
【００３１】
マイクロツール７は、フィン構造を有しており、グレースケールフォトリソグラフィーまたは積層造形法等により作成された型から、ポリマーと磁性微粒子との混合物で転写することで作製される。このマイクロツール７は、磁性を有しており、磁気駆動回路２２により回転制御が行われる。
【００３２】
図２は、本発明の第２の実施の形態のマイクロ流体チップおよび本発明の実施の形態の微粒子の連続選別プロセスを示している。
【００３３】
マイクロ流体チップ１３は、フォトリソグラフィー等のMEMS技術によるモルドの作製と、ポリマーへの転写によるレプリカ造形とにより作製される。
【００３４】
図２に示すように、本発明の第２の実施の形態のマイクロ流体チップ１３は、マイクロチャンバを中心として複数の同心円状の微小流路を有している。
【００３５】
図２に示すように、複数の微小流路は、最も内側の流路のみがマイクロチャンバとつながっており、隣接する流路は底面との間に段階的に異なる高さの間隙を有する内壁１４と内壁１５とにより、他の全ての微小流路とつながっている。
【００３６】
図２に示すように、マイクロツール７はマイクロチャンバ内に設置され、図３に示す永久磁石２０、モータ２１を含む磁気駆動回路２２から発生する回転磁場により回転する。
【００３７】
図３における永久磁石２０は、１個の他に、２個の永久磁石を極を反転させて設置してもよく、複数の電磁石を円状に設置してもよい。
【００３８】
マイクロツール７は、フィン構造を有しており、グレースケールフォトリソグラフィーまたは積層造形法等により作成された型から、ポリマーと磁性微粒子との混合物で転写することで作製される。このマイクロツール７は、磁性を有しており、磁気駆動回路２２により回転制御が行われる。
【００３９】
図４に示すように、本発明の第３の実施の形態は、マイクロ流体チップ１又はマイクロ流体チップ１３を用い、マイクロ流体チップ１においては回収口９、回収口１０の、マイクロ流体チップ１３においては回収口１７、回収口１８の開閉制御により、選別した微粒子を微小流路内で整列、固定するものである。
【００４０】
図５に示すように、本発明の第４の実施の形態のマイクロ流体チップ２４は、平面微小流路と、底面に複数の異なる幅、深さの溝の微小溝を有するシリコン基板２６とから構成される。
【００４１】
次に作用について述べる。
【００４２】
図１に示すように、複数の異なる径の微粒子２、微粒子３、微粒子４を含む溶液は、マイクロチャンバを通して内側の流路に導入される。微小流路は曲率を有するため、流れる微粒子２、微粒子３、微粒子４には遠心力が働き、粒子は間隙を通り外側の流路へ移動する力を受ける。しかし、異なる間隙を有する内壁５及び内壁６の存在により、間隙以上の大きさの粒子は機械的に拘束されるため、間隙より小さい粒子のみが外側の流路へと移動する。大きさ毎に選別された微粒子は、大きさ毎にそれぞれ異なる回収口９、回収口１０、回収口１１からチップ外へ排出される。
【００４３】
従来の流体力のみによる選別に比べて、内壁による機械的拘束を利用することで、微小流路内部での圧力変動に対してロバストな粒子選別が可能である。
【００４４】
マイクロチャンバ内でマイクロツール７を磁気駆動機構２２からの外部磁場により回転させて、旋回流を発生させることで、微粒子の分離性能が向上する。旋回流の半径方向の流れにより、微粒子に外側向きの初期加速が発生するため、粒子の外側への移動が促進される。旋回流の鉛直方向の流れは、微小流路入口での粒子の詰まりを抑制する。
【実施例１】
【００４５】
本発明の第１の実施の形態による微粒子選別の実施例について述べる。選別対象の微粒子として、直径20 μm、50 μm、70 μmの３種類のポリスチレンビーズを用いた。マイクロ流体チップ１は、MEMS技術により作製され、マイクロチャンバを中心として３本の螺旋流路から構成される。内壁の間隙は内側より、58 μm、24 μmとした。20 μmのビーズは外側の流路に，50 μmのビーズは中間の流路に，70 μmのビーズは内側の流路にそれぞれ分離される。ビーズ溶液は、シリンジポンプを用いてマイクロチャンバから導入した。マイクロツールは、グレースケールフォトリソグラフィーにより厚さ100μmのモルドを作製し、シリコーン樹脂の一つであるポリジメチルシロキサン（PDMS）とマグネタイトとの混合物に転写することで作製した。
【００４６】
単独の径のビーズを流して粒子の選別を行い、内壁と底面との間隙よりも大きい粒子が内壁を越えて外側の流路へ移動しないことを確認した。各流路を流れる粒子の個数を計測し、毎秒300個以上の選別が可能であることを確認した。また、マイクロツール７を回転させることで、微粒子の分離性能が約50%向上することを確認した。複数の径のビーズを含む溶液を導入して選別を行い、微粒子の径毎に選別できることを確認した。
【実施例２】
【００４７】
本発明の第２の実施の形態による微粒子選別の実施例について述べる。選別対象の微粒子として直径20 μm、50 μm、70 μmの３種類のポリスチレンビーズを用いた。マイクロ流体チップ１３は、MEMS技術により作製され、マイクロチャンバを中心として３本の同心円状流路から構成される。内壁の間隙は内側より、58 μm 、24 μmとした。20 μmのビーズは外側の流路に，50 μmのビーズは中間の流路に，70 μmのビーズは内側の流路にそれぞれ分離される。ビーズ溶液は、シリンジポンプを用いてマイクロチャンバから導入した。マイクロツールは、積層造形法により厚さ1 mmのモルドを作製し、PDMSとマグネタイトとの混合物に転写することで作製した。
【００４８】
実施例１と同様に、単独の径のビーズを流して粒子の選別を行い、内壁と底面との間隙よりも大きい粒子が内壁を越えて外側の流路へ移動しないことを確認した。また、複数の径のビーズを含む溶液を導入して、ビーズが大きさに応じて選別されることを確認した。
【００４９】
実施例１及び実施例２において、独立流路部に励起光源及び光検出器を設置し、選別した微粒子に対して散乱光や蛍光による計測を適用することで、選別時に大きさ、形状、性質、等の特性計測を行うことが可能である。
【実施例３】
【００５０】
図４は、本発明の第３の実施の形態によるマイクロ流体チップ１及びマイクロ流体チップ１３内での選別した微粒子の整列、保持機構を示している。実施例３は、実施例１および実施例２のどちらも同じ工程であるため、図４は実施例１のマイクロ流体チップ１について記述している。実施例２のマイクロ流体チップ１３でも同様に可能である。
【００５１】
第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様の手法で粒子の選別を行うが、マイクロ流体チップ１においては回収口９、回収口１０を、マイクロ流体チップ１３においては回収口１７、回収口１８を閉鎖した状態で微粒子を流すことで、微小流路を流れる流体は回収口１１または回収口１９のみから排出されることとなり、本来、回収口９、回収口１０若しくは回収口１７、回収口１８から回収される径の微粒子２、微粒子３は、それぞれ内壁５、内壁６若しくは内壁１４、内壁１５に沿って整列し固定される。
【００５２】
微粒子が内壁に固定された状態で微粒子を直接観察することで、個数や大きさ等の計測や試薬処理に対する反応を観察することが可能である。また、回収口９、回収口１０若しくは回収口１７、回収口１８を開放することで、固定した微粒子を回収可能である。
【００５３】
マイクロ流体チップとして、実施例1と同じものを用いた。対象の微粒子として直径50 μm、70 μmの２種類のポリスチレンビーズを用いた。ビーズ溶液は、シリンジポンプを用いてマイクロチャンバから導入した。50 μmのビーズは外側の内壁に、70 μmのビーズは内側の内壁にそれぞれ整列して固定されることを確認した。
【００５４】
マイクロ流体チップとして実施例２と同じものを用いて、直径50 μm、70 μmの２種類のポリスチレンビーズの整列、保持を行った。ビーズ溶液は、シリンジポンプを用いてマイクロチャンバから導入し、50 μmのビーズは外側の内壁に，70 μmのビーズは内側の内壁にそれぞれ整列して固定されることを確認した。
【実施例４】
【００５５】
図５は、本発明の第４の実施の形態によるマイクロ流体チップ２４内での微粒子の大きさによる選別、整列、保持機構を示している。
【００５６】
底面に異なる幅及び深さの複数の微小溝を有する微小平面流路を有するマイクロ流体チップ２４に導入された微粒子は、重力により沈降し、微粒子の大きさに応じて微小溝内に導入され、大きさの揃った微粒子毎に整列、固定され、顕微鏡等による直接観察による粒子数の計数、粒子の特性解析、粒子への薬品処理による反応を計測することが可能である。
【００５７】
微小溝先端にマイクロツールを溝出口をふさぐように設置し出口の開閉操作を行うことで、選別、整列、固定した微粒子を回収可能である。
【００５８】
分類用流路は、シリコン基板上にフォトレジストSU-8をパターニングして製作した。微小溝は、幅が60 μm，80 μm，100 μm，120 μmものをそれぞれ10本ずつ作製し、出口には20 μmのストッパーを設け、粒子が整列するようにした。また、溝高さは溝幅にかかわらず、200 μmで一定とした。また、粒子搬送用流路は、シリコン基板上にSU-8をパターニングしたものを型にして、ポリマーに転写することで製作した。作製した二つの流路を接合することで、マイクロ流体チップ２４を製作した。
【００５９】
複数の異なる径を含むマイクロビーズを導入し、微粒子が径毎に分離され、整列することを確認した。
【実施例５】
【００６０】
図６に示すように、第１の実施の形態もしくは第２の実施の形態と第４の実施の形態との組み合わせ、例えば、第１の実施の形態、第２の実施の形態で選別し、回収した粒子溶液を第４の実施の形態の機構に導入し、より細かい選別を行うことが可能である．
【００６１】
また、実施例１、実施例２、実施例４のマイクロ流体チップにおいて、選別可能な粒子サイズを段階的に細かくしたものを、それぞれ直列に多段に接続することで、多段の選別による細かい粒子選別が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明によれば、血液診断の際、血液から血小板、赤血球、白血球などを個別に分離するために、従来は薬液を入れて遠心分離機にかけるなどの方法が取られていたものを、患者からの採血量も少なくし、医療廃棄物となる残存血液も少なくすることが可能となり、環境衛生面の影響も大きい。医療用の微粒子に関して、粒径分布は品質管理において重要であり、従来は人が顕微鏡下で１個毎に計測していたものを、マイクロ流体チップ内で自動的に粒径毎に揃えて分離・整列することで、粒子径分布の計測の時間短縮及び効率向上だけでなく品質の向上への影響も大きいと考えられる。本発明で実現される技術は医学・生物だけでなく食品加工にも応用可能な技術と考えられる。
【符号の説明】
【００６３】
１  （螺旋状の微小流路を有する）マイクロ流体チップ
２  微粒子
３  微粒子
４  微粒子
５  内壁
６  内壁
７  マイクロツール
８  導入口
９  回収口
１０  回収口
１１  回収口
１２  ガラス板
１３  （同心円状の微小流路を有する）マイクロ流体チップ
１４  内壁
１５  内壁
１６  導入口
１７  回収口
１８  回収口
１９  回収口
２０  永久磁石
２１  モータ
２２  磁気駆動回路
２３  流路中の流れ
２４  （平面状の微小流路を有する）マイクロ流体チップ
２５  （平面状の微小流路への）導入口
２６  （微小溝を加工された）シリコン板
２７  （微小溝に整列された）微粒子
２８  （平面状の微小流路からの）排出口
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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