(57)【要約】【課題】平行した流路が相互に繋がった立体フィルターを提供する。【解決手段】立体フィルターは、第一流路１と、第一流路１と平行してして形成された第二流路２と、第一流路１と第二流路２とを隔てる隔壁部３と、を備え、隔壁部３は、第一流路１側の面に液流と平行な方向に溝が形成され、形成された溝の底部に第二流路２と繋がる開口部を有する。第二流路２の液圧を第一流路１より低くし、第二流路２から第一流路１への液流を生じさせることによって、開口部を通過可能な分散成分を第二流路２へ流入させる。これにより、開口部の内径より小さい分散成分を選別する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一流路と、
前記第一流路と平行して形成された第二流路と、
前記第一流路と前記第二流路とを隔てる第一隔壁部と、を備え、
前記第一隔壁部は、前記第一流路側の面に液流と平行な方向に溝が形成され、形成された溝の底部に前記第二流路と繋がる開口部を有する立体フィルター。
【請求項２】
前記第一隔壁部は、前記溝の少なくとも一部分に蓋をする防止形状が、前記開口部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１記載の立体フィルター。
【請求項３】
第三流路と、
前記第二流路と前記第三流路とを隔てる第二隔壁部と、をさらに備え、
前記第二隔壁部は、前記第二流路側の面に液流と平行な方向に溝が形成され、形成された溝の底部に前記第三流路と繋がる開口部を有し、
前記第二隔壁部が有する開口部は、前記第一隔壁部の開口部より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の立体フィルター。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の立体フィルターと、
前記立体フィルターが有する複数の流路の液圧を調整する制御部と、を備える立体流路システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記第一流路より前記第二流路の液圧を低くすることを特徴とする請求項４記載の立体流路システム。
【請求項６】
請求項３記載の立体フィルターと、
第一流路、第二流路、第三流路の順に液圧が低くなるように調整する制御部と、を備える立体フィルターシステム。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の立体フィルターを用いる濾過方法であって、
前記第一流路に分離したい分散成分を含む液体を流し、
前記第二流路に前記分離したい分散成分を取り込む液体を流し、
前記第一流路の液圧を前記第二流路より低くし、
前記開口部を介して、前記第一流路から前記第二流路へ分散成分を流入させる濾過方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体フィルターに関し、特に複数のマイクロサイズの流路を並列させた立体フィルター、並びに、立体フィルターを利用したシステム及び搬送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロリアクターと呼ばれている、数〜数百μｍのマイクロ流路を有する微小反応器が開発されている。マイクロリアクターは、加熱、冷却速度が速い、マイクロ流路内の流体の流れが層流という特徴を有する。これらの特徴を利用して、高速かつ高選択性の反応系の構築が可能であることから、様々な技術が開発されている（例えば、特許文献１〜３）。
【特許文献１】２００６−２７２２６７号公報
【特許文献２】２００８−７６３０６号公報
【特許文献３】２００６−５８２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に、流路は２次元、すなわち平面上に作製することが多い。若しくは、平面の一部分に高さが異なる面を有するような平面に作製している。また、マイクロ流路は、切削、スタンパーによって平面に製作する手法が主流であり、複数のパーツを張り合わせて製作することが多かった。そのため、その精度もよくなかった。さらに、平行した流路が相互に繋がっているものはなかった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、平行した流路が相互に繋がった立体フィルター、並びに、立体フィルターを利用するシステム及び濾過方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る立体フィルターの一態様は、第一流路と、前記第一流路と平行して形成された第二流路と、前記第一流路と前記第二流路とを隔てる第一隔壁部と、を備え、前記第一隔壁部は、前記第一流路側の面に液流と平行な方向に溝が形成され、形成された溝の底部に前記第二流路と繋がる開口部を有する。第二流路２の液圧を第一流路１より低くし、第二流路２から第一流路１への液流を生じさせることによって、開口部を通過可能な分散成分を第二流路２へ流入させる。これにより、開口部の内径より小さい分散成分を選別する。
【０００６】
また、前記溝と前記開口部とは、前記開口部を通過させる分散成分の大きさに基づいて形成され、前記第一隔壁部は、前記溝の少なくとも一部分に蓋をする防止形状が、前記開口部を覆うように形成されていることが好ましい。さらに、前記防止形状は、前記溝との間を、前記分散成分が通過できるように形成されていることが好ましい。
【０００７】
さらに、上述した立体フィルターは、立体的に形成された第三流路と、前記第二流路と前記第三流路とを隔てる第二隔壁部と、をさらに備えることが可能であり、前記第二隔壁部は、前記第二流路側の面に液流と平行な方向に溝が形成され、形成された溝の底部に前記第三流路と繋がる開口部を有し、前記第二隔壁部が有する開口部は、前記第一隔壁部の開口部より小さい好ましい。
【０００８】
本発明に係る立体フィルターシステムの一態様は、上述した立体フィルターと、前記立体フィルターが有する複数の流路の液圧を調整する制御部と、を備える。前記制御部は、前記第一流路より前記第二流路の液圧を低くすることが好ましい。また、少なくとも三つの流路を備える立体フィルターを備える場合、制御部は、第一流路、第二流路、第三流路の順に液圧が低くなるように調整することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る濾過方法の一態様は、上述した立体フィルターを用いる濾過方法であって、前記第一流路に分離したい分散成分を含む液体を流し、前記第二流路に前記分離したい分散成分を取り込む液体を流し、前記第一流路の液圧を前記第二流路より低くし、前記開口部を介して、前記第一流路から前記第二流路へ分散成分を流入させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、平行した流路が相互につながった立体フィルター、並びに、立体フィルターを利用するシステム及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００１２】
本明細書では、マイクロ流路とは、幅または内径が１０μｍから１０ｍｍである流路を想定する。
【００１３】
（実施形態１）
図１は、本発明に係る立体フィルターの構成例を示す斜視図である。立体フィルターは、第一流路１、第二流路２、隔壁部３、第一封止部４、及び、第二封止部５を備える。
第一流路１及び第二流路２は、立体的に形成されたマイクロ流路である。第一流路１と第二流路２とは平行している。
隔壁部３は、第一流路１と第二流路２とを隔てるとともに、第一流路１と第二流路２の側壁を形成している。隔壁部３の構成については、図２〜６を用いて後述する。
第一封止部４は、第一流路１の一方の面を塞ぎ、隔壁部３と結合することによって、第一流路の形状を形成する。
第二封止部５は、第二流路２の一方の面を塞ぎ、隔壁部３と結合することによって、第二流路の形状を形成する。
【００１４】
マイクロ流路は、マイクロ造形法により、立体モデルに基づいて、形成することができる。マイクロ造形法によるマイクロ流路の製作については後述する。また、図１では、隔壁部３、第一封止部４、及び、第二封止部５とは別々の部品として示しているが、３つの部品が一体として形成されている場合であってもよい。
【００１５】
次に、隔壁部３について、図面を用いて詳述する。図２は、隔壁部３を第一流路１側から見た斜視図であり、図３は、隔壁部３を第二流路２側から見た斜視図である。図において、第一流路１及び第二流路２を流れる液体は、図中のＸ軸方向と平行な液流（液体の流れ）となる。
【００１６】
まず、隔壁部３の第一流路１側の面に形成されている構成を説明する。隔壁部３は、液流と平行な方向に溝３１が形成されている。また、溝３１の底部に第二流路２と繋がる開口部３３が形成されている。さらに、前記溝の少なくとも一部分に蓋をする防止形状３２が、開口部３３を覆うように形成されている。また、隔壁部３の第二流路２側の面には、導入部３４が形成されている。図４に隔壁部の開口部３３を介して液体が第一流路１から第二流路２へ流れる様子を示し、図５に隔壁部３に形成された防止形状３２と溝３１とを拡大した図を示す。さらに、図６に、隔壁部３に形成された防止形状３２、溝３１、開口部３３の断面を示す。
【００１７】
溝３１は、第一流路１から第二流路２へ移送したい分散成分形状を、開口部３３へ導く導入路となる。溝３１は、開口部３３を通過させたい所望分散成分（固形物）の大きさに基づいて形成される。溝３１の幅（図５の符号Ａで示す長さ）は、分散成分形状が溝３１に入り込むために十分な大きさを採る。
【００１８】
防止形状３２は、所望分散成分より大きな分散成分が開口部３３を塞ぐことを防止する機能を果たす。本実施形態では、防止形状３２は、円錐台の形状を基本とし、円錐台の底面の一部を削り、溝３１を跨いでいる。溝３１を跨ぐ部分（図４で符号３２１で示す部分）は、溝３１と防止形状３２の底面との間の深さ（図６の符号Ｃで示す長さ）を調整することになる。深さは所望分散成分が十分通過できるとともに、所望分散成分より大きな分散成分が溝３１に入り込むことを防止する長さであることが好ましい。
【００１９】
開口部３３は、所望分散成分が通過可能であり、所望分散成分より大きな分散成分を通過させない大きさ（図６の符号Ｂで示す長さであり開口部の内径）に形成される。
【００２０】
具体的な溝３１の深さ（符号Ｃ）と開口部３３の内径（符号Ｂ）として、例えば、細胞であれば、開口部３３の内径が白血球レベルの３０μｍ〜５０μｍであり、溝３１の深さがその１．０〜１．５倍程度で設計する。
【００２１】
導入部３４は、開口部３３を通過した所望分散成分が第二流路２へ導くものである。導入部３４の形状は、図に示す形状以外であってもよい。隔壁部３が強度を保つために所定の厚さ（幅）を有するため、開口部３３を通過した分散成分の流れが第二流路２を流れる液体の液流に入り込みやすい形状が好ましい。例えば、開口部３３から第二流路２までの経路が第二流路２液流と垂直に交わらないように、液流と経路との交点が鋭角を形成する形状が好ましい。
【００２２】
図４に、第一流路１から第二流路２に流れ込む液流を符号Ｆで示している。図４では、図面左側から右側へＸ軸方向に液体が流れる場合を示している。この液流を生じさせるため、第一流路１と第二流路２との液圧を調整する。第二流路２の液圧を第一流路１の液圧より低くし、液圧の低い第二流路２へ液体が流れ込むように調節する。液流は、溝３１に流れ込んだ後、開口部３３を通過し、導入部３４を通って第二流路２へ流れ込む。このとき、液流に含まれる分散成分が、第一流路１から第二流路２へ移動することになる。
【００２３】
また、第一流路１と第二流路２に流す液体の液圧を調整することによって、開口部３３を介して第二流路２から第一流路１へ流入させる液量を制御することも可能である。例えば、立体フィルターを、第一流路１と第二流路２との液圧を調整する制御部（例えば、ポンプ）を備えるシステムに適用する。制御部は、例えば、ポンプなどの手段により、第二流路２の液圧を第一流路１の液圧より低く調整を行う。
【００２４】
第二流路２の液圧を第一流路１の液圧より低くすることによって、開口部３３を介して、第一流路１を流れる液体が液圧のより低い第二流路２へ流入しやすくなる。これに伴い、第一流路１を流れる液体に含まれる分散成分が第二流路２に移動しやすくなる。このようにして、第一流路１から第二流路２へ、所望分散成分を移動させ、所望分散成分を第一流路１を流れる液体から選別（濾過）することが可能になる。
【００２５】
次に、立体フィルターの製造工程について説明する。本実施形態の立体フィルターは、立体造形法を用いたマイクロ造形法によって製造する。立体造形法は、コンピュータ上で設計された三次元モデルに基づいて立体モデルを造形する造形法である。具体的には、造形する立体モデルを複数の層に平行スライスして得られる断面群のデータに基づいて造形され、面状に形成された層を積層することによって立体物を造形する。また、マイクロ造形法は、立体造形法を用いて、従来法より高解像度なマイクロメートル単位の解像度で立体造形物を造形する造形方法である。マイクロ造形法では、微細な形状が造形可能となる。従来の立体造形法では、１００μｍ程度の解像度であったが、マイクロ造形法ではその１／１０程度の解像度で造形が可能となっている。
【００２６】
例えば、本実施形態の立体フィルターは次のような製造装置・製造工程によって製造される。製造装置は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）システムと光造形装置とを備える。ＣＡＤシステムは、任意の形状（例えば、立体フィルターの形状）を立体流路形状として入力可能であり、入力した立体流路形状に基づいて所望の立体形状を表す立体モデルを生成可能なシステムである。光造形装置は、生成された立体モデルを積層単位（露光単位）にスライス、分割化する手段（ソフトウェア）と、所望の立体形状を積層、形成する形態に配列する手段（ソフトウェア）と、配置通りに露光制御可能な造形装置とを備える。
【００２７】
造形装置は、積層単位毎に作製されたデータに基づいて、光硬化性樹脂を露光、樹脂塗布、露光を繰り返して、面状に形成された硬化層を積層一体化して所望の立体形状を作製する。造形装置は、デジタルミラーデバイス等で光を分割することや、対物レンズ等で縮小投影を行うことにより、立体モデルをμｍレベルの精度で作製する機能を備えたものであることが好ましい。
【００２８】
上述したプロセスによって作成した立体フィルターは、流路内に未硬化樹脂が残存している。このため、流路に対して加圧、減圧することによって、未硬化樹脂を除去する洗浄液を流すポンプを使用する。
【００２９】
立体フィルターは、一つのプロセスによって作製される。具体的には、コンピュータ上で設計された立体モデルに基づいて、高解像度なマイクロメートル単位の解像度で面状に形成された硬化層を積層一体化させる立体形状を有する光造形物として製作する。これに対し、半導体製造プロセス等で一般的に知られているフォトリソグラフィー法などを用いる方法では、マスクを作製して感光性フォトレジストに光を当て、必要とする形状を得る（ポジタイプ、ネガタイプがある）。この方法では、基本的に積層を行わない為に、本実施形態の立体フィルターの形状のようにアンダーカット部位や、形状が２段階の構造になると作製が非常に困難であったり、製作できないのが現状である。従って、マイクロ造形法を用いることにより、複数のパーツを張り合わせることによって製造するマイクロ流路に比べて精度が向上させることができる。
【００３０】
さらに、マイクロ光造形法では、立体モデルを変更することによって、立体フィルター、具体的には、隔壁部３に形成された溝３１、防止形状３２、開口部３３、及び、導入部３４の大きさ、形状を変更することが容易になる。例えば、第一流路１から第二流路２に移動させたい分散成分の大きさに基づいて、隔壁部３に形成する開口部３３等の大きさを変更することも可能にある。また、フォトリソグラフィー法などに比べ、製作時間を短縮し、製作コストを削減することが可能である。さらに、設計変更を立体フィルターに短時間で反映させることが可能になる。従って、繰り返し設計変更を行い、選別したい分散成分に適応する立体フィルターを製造しやすくなる。
【００３１】
（実施形態２）
実施形態１では、二つの流路を備える立体フィルターを説明したが、三つ以上の流路を備える立体フィルターであってもよい。三つのマイクロ流路、例えば、流路Ａ、流路Ｂ、流路Ｃを並列させてもよい。この場合、流路Ａと流路Ｂとを仕切る第一隔壁部、流路Ｂと流路Ｃとを仕切る第二隔壁部を備える。第一隔壁部及び第二隔壁部は、実施形態１で説明した隔壁部３と同様の構成を有する。
【００３２】
例えば、第一隔壁部の開口部を第二隔壁部の開口部より大きく形成すると、分散成分はその大きさによって次のように移動する。流路Ａに所望分散成分を選別する前の液体を流す。第一隔壁部の開口部を通過した分散成分が流路Ｂに移動する。第一隔壁部の開口部より大きい分散成分は流路Ａに残存する。さらに、流路Ｂに移動した分散成分のうち、第二隔壁部の開口部を通過した分散成分が流路Ｃに移動する。第二隔壁部の開口部より大きい分散成分は流路Ｂに残存する。このようにして、３つの流路を流れる液体に含まれる分散成分の大きさを選別することができる。さらに、流路Ｃに隣接させて別の流路Ｄを追加することも可能である。この場合、第三隔壁部は、流路Ｃと流路Ｄとを隔てるとともに、第二隔壁部より小さい開口部が形成される。これにより、流路Ｃを流れる分散成分のうち、さらに小さい分散成分を選別することが可能になる。
【００３３】
このように、立体フィルターに形成する流路及び隔壁部を増やすことにより、複数の段階の大きさに分散成分を選別することが可能になる。このとき、大きさがより小さい分散成分を選別する流路の液圧がより低くなるように調整する。これにより、一方の流路から開口部を通って他の流路へ液体が流れやすくなり、分散成分の選別が促進される。
【００３４】
（その他の実施形態）
実施形態１では、防止形状３２は、円錐台を基本とする形状としたが、これに限られるわけではない。溝３１と防止形状３２の底面との間の深さを調整し、所望分散成分分散成分より大きな分散成分が開口部３３を塞ぐことを防止する形状であればよい。例えば、円柱、円錐、球、多角形の柱状のものなどの形状を用いてもかまわない。
【００３５】
また、実施形態１では、選別（濾過）する分散成分が含まれているマイクロ流路を上段に、選別された分散成分を流し込むマイクロ流路を下段に配置した図を示した。この場合、上段から下段のマイクロ流路へ沈降流を生じさせることになるため好ましい。しかし、立体フィルターにおいて、複数のマイクロ流路の配置はこれに限られることはない。立体フィルターは、複数のマイクロ流路の液圧を調整することによって、一つのマイクロ流路に流されている分散成分を、隣接する他のマイクロ流路に移動させることができる。従って、複数の流路が横並びに配置されている場合であってもかまわない。また、下側のマイクロ流路から、隣接する上側の流路へ、所望分散成分を移動させる場合であってもかまわない。
【００３６】
なお、上記各実施形態において、隔壁部３は、少なくとも開口部３３が形成されていることが必要であるが、溝３１、防止形状３２、及び導入部３４のうちの少なくとも一つが形成されていない場合であっても立体フィルターを機能させることは可能である。
【００３７】
また、上記各実施形態において、隔壁部３の形状は、マイクロ流路（マイクロ流路の形状）を形成するものであればよく、図１に示したＨ型の形状に限られるものではない。例えば、第一流路１及び第二流路２をパイプ形状の流路にする場合、隔壁部３の形状は内側に２本の円筒形の空洞を有する形状となる。
【００３８】
以上のように、本発明に係る好適な実施形態によれば、隣接するマイクロ流路の一方から他方へ、所定の大きさより小さい分散成分を移動させることができる。具体的には、第一流路と第二流路とを隔壁部を介して隣接させ、隔壁部に第一流路と第二流路とを繋ぐ開口部を形成する。これにより、開口部を通過する分散成分（開口部より小さい分散成分）を他方のマイクロ流路へ移動させることができる。マイクロ流路間の液流は、各マイクロ流路の液圧を調整することによって、一方のマイクロ流路から他方のマイクロ流路への液体の流れを生じさせる。このようにして、平行する少なくとも二つのマイクロ流路間で分散成分を移動させて所望分散成分を分離させることができる。例えば、異なる大きさの細胞を開口部の大きさによって分別することが可能になる。
【００３９】
また、本発明に係る立体フィルターは、マイクロリアクターのマイクロ流路として用いることが可能である。例えば、医用分野における薬の開発や血液の分離、バイオテクノロジー分野の細胞の配列培養工程に利用できる。
【００４０】
（実施例）
マイクロ造形法を用いて、立体フィルターを製作した。立体フィルターの形状形成には、光造形装置としてＡＣＣＵＬＡＳ（レーザーソリューション株式会社製）を、紫外線硬化性組成物としてＪＬ−２１４６（ＪＳＲ株式会社製）を用いて、図１に示す立体フィルターの形状を製作した。立体フィルターのマイクロ流路（第一流路１、第二流路２）は、幅１．５ｍｍ、高さ２００μｍとした。隔壁部３は、第一流路１と第二流路２との間の厚さを５０μｍとし、溝３１の幅を２０μｍ、開口部の内径を２２μｍとした。
【００４１】
なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本本発明に係る立体フィルターの構成例を示す斜視図である。
【図２】隔壁部を第一流路側から見た斜視図である。
【図３】隔壁部を第二流路側から見た斜視図である。
【図４】隔壁部の開口部を介して液体が第一流路から第二流路へ流れる様子を示す図である。
【図５】隔壁部に形成された防止形状と溝とを拡大した図である。
【図６】隔壁部に形成された防止形状、溝、開口部の断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  第一流路
２  第二流路
３  隔壁部
４  第一封止部
５  第二封止部
３１  溝
３２  防止形状
３３  開口部
３４  導入部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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