(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体成分中に懸濁されている粒子状成分を含む流体のサンプルから粒子を除去するための方法であって、
流体のサンプルを準備し、
流体のサンプルを、第１の幅を有する第１の部分、第２の幅に増加した後、第３の幅に直角ではない角度で減少する断面を有する第２の部分および第３の幅を有する第３の部分を備える流路と、第２の部分に対し、第２の幅の位置で流体結合された第１の排出路と、を含む装置内へ導入し、
流路内に、外部の超音波トランスデューサにより発生された、流路の中央またはその近傍に波節を有する音響定在波を含む音場を提供し、
流路内に、流体のサンプルの層流を保持し、
粒子状成分を流路の中央ゾーンに集中させることで、液体成分から粒子状成分を分離し、
第１の排出路を介して液体成分を収集し、
第３の部分から粒子状成分を収集する、方法。
【請求項２】
超音波トランスデューサによって発生された音響定在波により、粒子状成分に接触することなく粒子状成分を操作することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
音響定在波が流体のサンプルの流れの異なる層内に音響波節と波腹とを保持する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
粒子状成分と液体成分とが好ましい音響的相互作用のエリアへと区別的に移動する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
粒子状成分が血液細胞を含み、
液体成分が血漿および血清のうちの少なくとも一方を含み、
血液細胞または血漿および血清のうちの少なくとも一方のサイズ、密度および圧縮性のうちの少なくとも１つが血漿および血清のうちの少なくとも一方からの血液細胞の分離に影響する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
流体のサンプルの流れを層流とすることを可能とする流路を構築することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
流路の壁を形成するために互いに平行または略平行な複数の層が使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
遅延線を使用した、不安定な近距離場音響効果を除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
超音波トランスデューサおよび前記遅延線が流路に取り付けられて、壁に対する波の入射角を約４５゜とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
音場を提供し、層流を維持しおよび液体成分から粒子状成分を分離することのうちの少なくとも１つのため、音波および流路の中央に波節を有する定在波の屈折および反射を使用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
粒子状成分が血液細胞を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
収集ゾーンにおいて、層流を保持しおよび乱流を回避するために流路の幅が広げられることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
液体成分を用いて体外で診断分析を実行することをさらに含み、液体成分が血漿および血清のうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
粒子状成分をフローサイトメトリを用いて１つ以上の光路に沿ってアラインすることをさらに含み、粒子状成分が細胞を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
流体のサンプルが全血を含み、粒子状成分が血液細胞を含み、液体成分が血漿および血清のうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
液体成分中に懸濁されている粒子状成分を含む流体のサンプルから粒子を除去するための装置であって、
第１の側壁と第２の側壁とにより形成され、第１の幅を有する第１の部分、第２の幅に増加した後、第３の幅に直角ではない角度で減少する断面を有する第２の部分および第３の幅を有する第３の部分を備える流路と、
第２の部分に対し、第２の幅の位置で流体結合された第１の排出路と、
前記流路内に、流路の中央またはその近傍に波節を有する音響定在波を発生させることができる複数の音響トランスデューサと、
第１の側壁および第２の側壁のそれぞれに取り付けられ、不安定な近距離場音響効果を除去する結合遅延線と
を備える装置。
【請求項１７】
前記流路が内層内に形成され、前記内層の一方の主要表面が第１の外層の主要表面と直に接触し、前記内層のもう一方の主要表面が第２の外層の主要表面と直に接触している、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記流路が第１の層内に形成され、前記第１の層の一方の主要表面が第２の層と直に接触し、前記第２の層の少なくとも一部が前記流路の壁を形成する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
関数／波形発生器とＲＦ電力増幅器とをさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
第１の側壁と第２の側壁とが約１０００μｍより大きい間隔を隔てて配置され、流路の長さが約３０ｍｍより大きい、請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
流体のサンプルを流路に導入する、第１の部分に流体結合された吸込口および吸込路をさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
粒子状成分の流路からの除去のための、第３の部分に流体結合された第２の排出路をさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
液体成分の流路からの除去のための、第２の部分に流体結合された第２の排出路をさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
流体のサンプルが全血を含み、粒子状成分が血液細胞を含み、液体成分が血漿および血清のうちの少なくとも一方を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項２５】
音響トランスデューサのうちの少なくとも１つが結合遅延線を備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項２６】
第２の部分に、第１の部分に流体結合された第１の端部と、第３の部分に流体結合された第２の端部とを設ける、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
第２の幅の位置またはその近傍で第２の部分に流体結合された第２の排出路をさらに設ける、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
第１の排出路を第２の排出路に対して流路の反対側に配置する、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子が懸濁されている液体からの粒子の分離に関し、より具体的には、血液細胞を血液細胞が懸濁されている血漿または血清から分離することに関する。
【背景技術】
【０００２】
体外診断の場合、現在使用されている生体サンプルは血漿サンプルまたは血清サンプルである。蛋白質、リポ蛋白質、ホルモン、抗体、抗原、ウイルス、細菌、寄生虫に関連する疾病マーカは、一般に患者の血漿または血清中で検出される。血漿または血清を集めるためには、赤血球、白血球、血小板および他の成分が全血サンプルから除去されなければならない。血漿は、全血液量の約５５％を構成している。これは主として水で構成され（体積比９０％）、溶存蛋白質、ブドウ糖、凝固因子、無機質イオン、ホルモンおよび二酸化炭素を含む（血漿は、排泄物輸送のための主たる媒体である）。血清は、フィブリノゲンまたは他の凝固因子のない血漿である。血液細胞は、血液サンプルが分析され得る前に血漿または血清から除去されなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００２１４３７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７１１，８８８号明細書
【特許文献３】国際公開第２００６／０３２７０３号
【特許文献４】米国特許第３，８３２，６５５号明細書
【特許文献５】米国特許第４，０５５，４９１号明細書
【特許文献６】米国特許第４，６７３，５１２号明細書
【特許文献７】米国特許第５，１８６，８４４号明細書
【特許文献８】米国特許第６，８８１，３１４号明細書
【特許文献９】米国特許第６，２９７，０６１号明細書
【特許文献１０】米国特許第４，８９３，８８６号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｐｕｉら著「Ｂａｔｃｈ  ａｎｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｙｂｒｉｄｏｍａ  Ｃｅｌｌｓ  ｂｙ  Ａｃｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｆｉｅｌｄｓ」Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｐｒｏｇ．、１９９５年、第１１巻、１４６〜１５２ページ
【非特許文献２】Ｇａｉｄａら著「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｖｉａｂｌｅ  Ｃｅｌｌｓ  ｉｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｐｒｏｇ．、１９９６年、第１２巻、７３〜７６ページ
【非特許文献３】Ｋａｐｉｓｈｎｉｋｏｖら著「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｉｚｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｓｉｚｅ  ｓｏｒｔｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｉｎ  ａ  ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ：Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ、ＩＯＰ出版局、２００６年、１〜１５ページ
【非特許文献４】「Ｐａｎａｍｅｔｒｉｃｓ−ＮＤＴ（ＴＭ）  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ  Ｂｒｏｃｈｕｒｅ９２０−０４１Ｃ−ＥＮ」２００８年、Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＮＤＴ、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ、１〜４９ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在は、診断目的で血漿または血清から血液細胞を分離するために遠心分離および濾過が使用されている。これらの技術は共に、機器および人員の両方の面で限定的なリソースを有する医学研究所において甚大な労働および比較的多大な時間を必要とする。全血サンプルが３０００から３４００ｒｐｍで１０分から１５分間回転する遠心分離機に導入される遠心分離の欠点には、技術者によるサンプル装脱に必要な時間の結果として生じる時間の消耗、および熟練技術者が採血管内の分離された層から血漿または血清をピペットで吸引する必要性が含まれる。濾過プロセスの欠点には、フィルタの汚れ、および汚れが生じた後の低スループットが含まれる。他の潜在的な問題点としては、採血管の破損およびサンプルの減量が含まれる。また、サンプルの溶血およびその結果としての破壊の危険性もある。したがって、血液サンプルを分析するために血漿または血清から血液細胞を分離するための費用効果的かつ効率的な方法を提供することが望ましいと思われる。
【０００６】
米国特許出願公報第２００６／００２１４３７号明細書は、管を介して流れる流体内のアナライトを音響放射圧を用いて濃縮するための装置および方法を開示している。装置は、高周波電気信号を音響信号に変換しかつ音響信号を管へカップリングするトランスデューサへ高周波電気信号を出力する関数発生器を含んでいる。音響信号は、管内で、流体内のアナライトを濃縮する音圧に変換される。
【０００７】
米国特許第５，７１１，８８８号明細書は、流体内に懸濁されている粒子状物質を超音波共振波によって分離しかつ再循環させることを開示している。ある好ましい実施形態では、互いに並行するトランスデューサ、懸濁液およびミラーを含む多層複合共振器システム内に超音波共鳴場が発生する。システム全体に共振するがトランスデューサおよびミラー自体の固有振動数を励起しない寸法および振動数は、熱放散が最小限に抑えられるように選ばれる。哺乳類細胞バイオリアクタまたは生存細胞の非生存細胞に対する選択的保持のための音響フィルタを含む、バイオテクノロジにおける特殊化されたアプリケーションが記述されている。
【０００８】
国際公開第２００６／０３２７０３号は、２つの異なる周波数間で切換される超音波定在波を用いて粒子を分離するための方法およびデバイスを開示している。基本定在波と共に、２次高調定在波が使用される。粒子が基本定在波に暴露されれば、力は粒子を中心に集めるように作用する。粒子が２次高調定在波に暴露されれば、力は粒子を両側の２つの圧力波節（ｎｏｄｅ）に集めるように作用する。２次高調定在波と基本定在波との間で周波数を切換することにより、異なる特性を有する粒子は異なる加速に暴露され、２つの流れに分離される。
【０００９】
米国特許第３，８３２，６５５号明細書は、中実体と、電気エネルギーを超音波機械エネルギーに、またはその逆に変換するための２つの入力および出力電気機械トランスデューサとを備える超音波遅延線を開示している。この場合、入力電気機械トランスデューサから前記入力電気機械トランスデューサへの電気入力信号の印加によって放射される超音波は、中実体内に形成される少なくとも１つの反射面によって反射されて出力電気機械トランスデューサへ入り、ここから、超音波が中実体内を伝搬する間の時間期間に渡って電気入力信号から遅延される電気出力信号が導出される。反射面は、焦点が各電気機械トランスデューサ上の１点に、またはその等価点に各々位置決めされる少なくとも１つの楕円表面を有する。
【００１０】
米国特許第４，０５５，４９１号明細書は、超音波を用いてソーラーポンドまたは廃棄物沈殿池から藻類、または血液から血液細胞等、液体媒体から微細粒子を除去するための装置と方法を開示している。装置は、液体媒体に毎秒１メガサイクルを超える超音波を伝搬して離隔されたポイントに微細粒子を凝集させる超音波発生器を含む。２つの実施形態において、超音波は液体媒体内を水平方向へ伝搬され、超音波の伝搬レベルより下にバフル板が配置される。バフルは、バフルを介する超音波の水平伝搬に対して高い抵抗を与え、かつバフルを介する凝集粒子の垂直沈降に対して低い抵抗を与えるように配向される。超音波発生器は、周期的に、粒子を凝集するために加振され、次いで凝集された粒子を、これらの凝集粒子を取り出すバフル板を介して沈降させるために遮断される。
【００１１】
米国特許第４，６７３，５１２号明細書は、超音波定在波を使用しかつ異なる粒子タイプの異なる音響応答に依存することによる、キャリア液内の異なるタイプの粒状物質分離を開示している。音響エネルギーの伝搬を周期的に変えることにより、さらに高い有効分離率の達成が可能であって、誘引がより容易な粒子タイプは各サイクルにおいてさらなる区別化ステップを実行される。周期的なエネルギー変化は、例えば抑制手段を用いる定在波の強度変化である場合もあり、かつ／または例えば位相制御手段を用いる定在波の液体媒体に対する速度の変化である場合もある。
【００１２】
Ｐｕｉら著「Ｂａｔｃｈ  ａｎｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｙｂｒｉｄｏｍａ  Ｃｅｌｌｓ  ｂｙ  Ａｃｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｆｉｅｌｄｓ」Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｐｒｏｇ．、１９９５年、第１１巻、１４６〜１５２ページ、は、７５ｍＬ共振器チャンバにおける媒体からのハイブリドーマ細胞の沈降を強化するための超音波の使用を開示している。音響定在波内の力は細胞を集め、次いで集合体は重力によって即座に沈降されている。細胞分離は、音響処理時間および細胞濃度に伴って増大した。
【００１３】
Ｇａｉｄａら著「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｖｉａｂｌｅ  Ｃｅｌｌｓ  ｉｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｐｒｏｇ．、１９９６年、第１２巻、７３〜７６ページ、は、動物細胞の分離および保持のためのダブルチャンバ超音波共鳴場デバイスを開示している。流量および電力入力等の動作パラメータを制御することにより、デバイスは生存細胞をより効率的に保持することができ、非生存細胞および細胞破壊片の選択的除去を見込んでいる。
【００１４】
血漿または血清から血液細胞を分離するための他の技術には、米国特許第５，１８６，８４４号明細書に記述されているような、強い電場内の導電媒質、遠心力を必要とするサイズ差による分離を含む電気浸透流、高電流または磁石の機械的移動の何れかによる磁場の発生を必要とする磁気分離、米国特許第６，８８１，３１４号明細書に記述されているような、非導電媒質による高電圧を必要とする誘電泳動分離、米国特許第６，８８１，３１４号明細書に記述されているような、電解質等の導電媒質による高電圧を必要とする電気泳動分離、米国特許第６，２９７，０６１号明細書に記述されているような拡散ベースの分離および米国特許第４，８９３，８８６号明細書に記述されているような、単一ビームの赤外線レーザを必要とする光学トラッピングが含まれる。
【００１５】
音響放射力は、次式によって表されることが可能である：
【数１】
0005642684.tif 000002
【数２】
0005642684.tif 000003
但し、
Ｆｓｔは、粒子に作用する主たる音響力を表し、
Ｅｓｔは、定在波のエネルギー密度を表し、
Λは、流体密度に対する粒子密度の比を表し、
σは、流体の音速に対する粒子の音速の比を表し、
Ｒは、粒子の半径を表し、
ｒ０は、力の波節に直角であるベクトルを表し、
ｋは、音波数（可聴周波数）を表す。
【００１６】
例えば、Ｋａｐｉｓｈｎｉｋｏｖら著「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｉｚｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｓｉｚｅ  ｓｏｒｔｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｉｎ  ａ  ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ：Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ、ＩＯＰ出版局、２００６年、１〜１５ページを参照されたい。この文献は、参照により本明細書に組み込まれる。粒子に作用する音響放射力は、粒子のサイズ、密度、圧縮性およびロケーションならびに音響放射の周波数および振幅によって影響される。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
ある態様において、本発明は、患者の全血サンプルから血液細胞を分離する、または除去するための方法を提供する。結果的に得られる血漿または血清のサンプルは、体外診断アプリケーションに使用されることが可能である。通常の慣例では、患者の全血サンプルが準備されると、これは次に流路を含む装置内へ導入される。外部の超音波トランスデューサにより発生される音響定在波を含む音場は、流路内に位置決めされる。流路内では、層流が保持される。血液細胞は、流路の終わりで血漿または血清から分離されて集められる。
【００１８】
超音波トランスデューサによって発生される音響定在波は、流体内の懸濁粒子を懸濁粒子に触れることなく操作するための手段を提供する。音響定在波は、流体の流路の異なる層内に音響波節および波腹（ａｎｔｉｎｏｄｅ）を保持する。本明細書に記述されている方法は、流体成分が好ましい音響的相互作用の部位へ区別的に移動することを可能にする。血漿または血清からの血液細胞の分離に影響するパラメータは、赤血球、白血球および血小板のサイズ、密度および圧縮性、および赤血球、白血球および血小板を包囲する流体である。
【００１９】
ある実施形態では、１つまたは複数の試験管における血漿または血清からの血液細胞分離を実行するためにバッチプロセスが使用される。音響エネルギートランスデューサは、遅延線と結合される。定在波の音響波節は、試験管底部に近いロケーションに置かれる。移動する血液細胞に作用する一次力は音響力であり、血液細胞に作用する二次的な力は重力である。空気は、空気と血液との間の音響インピーダンスの多大な差に起因して、血液と空気との境界面における反射媒体として働く。音響分離プロセスの後、血液細胞は試験管の底層に集められ、かつ上層に血漿または血清が提示される。次に上層は、後続処理のために、ピペット使用のような手動吸引によって、またはロボットピペット使用のようなロボット吸引によって除去されることが可能である。
【００２０】
別の実施形態では、流路における血漿または血清からの血液細胞分離を実行するために連続プロセスが使用される。流路は、サンプルの流れを層流とすることを可能にする寸法で構築される。層流を流路内に保持するためには、複数の並列の層または略並列の層が好ましい。しかしながら、流路内に流体の層流が保持される限り、流路を形成する層が並列である必要はない。流路の壁を形成する層へは、結合遅延線を有する複数の超音波トランスデューサが取り付けられることが可能である。超音波トランスデューサは、流路の壁に対する音響波の入射角が約４５゜であるように配置されることが好ましい。結合遅延線は、不安定である近接場音響効果を除去するための手段を提供する。音波および波節を有する定在波の屈折および反射の利用は、流路の中央における血液細胞および血小板の集中を促進する。全血が流路を介して流れると、血液細胞は音響エネルギーによって中央ゾーンに集められる。流路の収集ゾーンにおいて、流路の間隙は、流路内に層を保持しかつ乱流を回避するために段階的に広げられることが可能である。流路の収集ゾーンにおける広げられた間隙は、血液細胞の収集および血漿または血清の収集を促進する。
【００２１】
本明細書に記述されている方法は、事前分析法、フローサイトメトリおよびサイズの差を基礎とする細胞分離のために使用されることが可能である。事前分析法は、血漿または血清を供給するために患者のサンプルまたはスペシメンを準備することを含む。血漿または血清の処理されたサンプルまたはスペシメンは、例えば免疫学的検定法、生化学検定法等の体外診断分析を実行するために使用されることが可能である。本明細書に記述されている音響分離技術は、細胞を流路の選択されたロケーションに位置合わせできるようにすることから、細胞を光路に沿ってアラインするためにフローサイトメトリと結合されることが可能である。異なる細胞に加わる音響力は、例えば赤血球、白血球および血小板のサイズ、密度、位置、圧縮性、ならびに赤血球、白血球および血小板を包囲する流体等の幾つかの因子に依存する。したがって、物理的サイズを基礎とする血液細胞および血小板の分離が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】波節および波腹を有する音響定在波を示す略図である。
【図２Ａ】音響放射力による液体からの粒子の分離を示す略図である。音響放射力はまだ加えられていない。
【図２Ｂ】音響放射力による液体からの粒子の分離を示す略図である。音響放射力が加えられている。
【図３】音響定在波を発生するために使用されることが可能なコンポーネントセットを示すブロック図である。
【図４】超音波トランスデューサアセンブリにおいてレセプタクルとアラインされた複数の試験管を示す斜視図である。
【図５】図４の試験管および超音波トランスデューサアセンブリの断面図である。
【図６】まだ粒子が分離されていない、超音波トランスデューサアセンブリにおける単一の試験管および単一のレセプタクルを示す断面図である。
【図７】音響エネルギーによって粒子が分離されている、超音波トランスデューサアセンブリにおける単一の試験管および単一のレセプタクルを示す断面図である。
【図８】本明細書に記述されている、血漿または血清から血液細胞を分離する方法を実行することに適する流路を含むアセンブリの斜視図である。
【図９】図８に示されているアセンブリを構築するために組み立てられることが可能なコンポーネントを示す分解斜視図である。
【図１０Ａ】音響エネルギーによる粒子が懸濁されている液体からの粒子の分離における使用に適する流路を示す平面図である。図１０Ａにおいて、超音波トランスデューサはカスタム設計による超音波トランスデューサである。
【図１０Ｂ】音響エネルギーによる粒子が懸濁されている液体からの粒子の分離における使用に適する流路を示す平面図である。図１０Ｂにおいて、超音波トランスデューサは市販の超音波トランスデューサである。
【図１１Ａ】図１０Ａの流路を示す平面図である。図１１Ａは、図１０Ａに示されている超音波トランスデューサによって発生された音響定在波を示している。
【図１１Ｂ】図１０Ｂの流路を示す平面図である。図１１Ｂは、図１０Ｂに示されている超音波トランスデューサによって発生された音響定在波を示している。
【図１１Ｃ】図１０Ａの流路を示す平面図である。図１１Ｃは、流路の壁に並行して流れる粒子を示している。
【図１１Ｄ】図１０Ｂの流路を示す平面図である。図１１Ｄは、流路の壁に並行して流れる粒子を示している。
【図１２】図１１の流路の一実施形態を示す平面図であり、血液サンプルを流路内へ導入することができる吸込路、および血液サンプルの成分を流路から除去することができる２つの排出路をさらに示している。図１２には、超音波トランスデューサは示されていない。流路内の流体は、ハッチングによって表現されている。
【図１３】図１１の流路の別の実施形態を示す平面図であり、血液サンプルを流路内へ導入することができる１つの吸込路、および血液サンプルの成分を流路から除去することができる３つの排出路をさらに示している。図１３には、超音波トランスデューサは示されていない。流路内の流体は、ハッチングによって表現されている。
【図１４】図１１の流路のさらに別の実施形態を示す平面図であり、血液サンプルを流路内へ導入することができる２つの吸込路、および血液サンプルの成分を流路から除去することができる２つの排出路をさらに示している。図１４には、超音波トランスデューサは示されていない。流路内の流体は、ハッチングによって表現されている。
【図１５】図１１の流路のさらに別の実施形態を示す平面図であり、血液サンプルを流路へ導入することができる１つの吸込路、および血液サンプルを流路から除去することができる３つの排出路をさらに示している。図１５には、超音波トランスデューサは示されていない。流路内の流体は、ハッチングによって表現されている。図１５に示されている実施形態では、流路の幅が（ａ）吸込路と（ｂ）第１および第２の排出路との間で増大し、かつ（ａ）第１および第２の排出路と（ｂ）第３の排出路との間で減少している。
【図１６】粒子の除去を容易にするために導管が挿入されている流路を示す平面図である。
【図１７】流路が３つの小路に分割されていて、これにより、血液細胞は真ん中の小路内で接続され、かつ血漿または血清は真ん中の小路の側面に位置する小路内に集められる流路を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書において「音響エネルギー」という表現は、典型的には２０ＫＨｚより高く、１００ＭＨｚ未満である周波数を有する集中された連続かつ脈動する音響エネルギーを指す。水性媒質において、２０ＫＨｚに相当する波長は約７ｃｍであり、１００ＭＨｚでは約１４．５マイクロメートルである。
【００２４】
本明細書において「定在波」、「定常波」などの表現は、反対方向へ動作する２つの波の干渉によって発生される非伝搬波を意味する。定在波を生成するためには、２つの波の周波数が同じでなければならない。定在波は、波節と波腹とを有する。波節において、変位はゼロであり、波腹において、変位は最大である。例えば、ウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｔａｎｄｉｎｇ＿ｗａｖｅにおける定在波の説明を参照されたい。
【００２５】
本明細書において「波節」という用語は、媒質が移動しない場所を意味する。本明細書において「波腹」という用語は、媒質が最大振動を経験する場所を意味する。図１は、波節１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄと、波腹１４ａ、１４ｂおよび１４ｃとを有する音響定在波１０を示している。図２Ａおよび図２Ｂは、音響放射力による粒子の分離を示している。図２Ａでは、粒子２０はまだ分離されていない。図２Ｂでは、粒子２０が波節２２および波腹２４ａ、２４ｂに集められている。音響放射力は、先に述べた音響放射力方程式にしたがって粒子を波節２２へと推進する。
【００２６】
本明細書において「超音波トランスデューサ」、「音響エネルギートランスデューサ」という表現は、電気エネルギーを音の形式の機械エネルギーに変換する、かつこの逆の変換を行なうデバイスを意味する。超音波トランスデューサについては、「Ｐａｎａｍｅｔｒｉｃｓ−ＮＤＴ（ＴＭ）  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ  Ｂｒｏｃｈｕｒｅ９２０−０４１Ｃ−ＥＮ」２００８年、Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＮＤＴ、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ、１〜４９ページに詳述されている。このパンフレットは、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２７】
本明細書において「遅延線トランスデューサ」という表現は、交換可能な遅延線と共に使用されるシングルエレメント型縦波トランスデューサを意味する。遅延線トランスデューサの主たる機能は、音波の発生と反射される任意の波の到着との間に時間遅延を導入することにあり、これにより、トランスデューサがその「リスニング」機能を開始する前にその「送信」機能を完了することが可能にされ、近表面分解能が向上される。遅延は、トランスデューサのエレメントが、反射器からの戻り信号が受信され得る前に振動を停止できるようにする。トランスデューサによって発生される音場は、２つのゾーンによって分割されることが可能である。ゾーンは、トランスデューサの前面からのその距離を基礎として特徴づけられる。近接場は、トランスデューサへより近いゾーンであり、かつ近接場は重大な変動を呈する。遠隔場は、トランスデューサから遠位である近接場の端から始まるゾーンとして画定され、かつ遠隔場は安定していて予測可能である。遅延線は、安定した遠隔場のみが使用されることを可能にする。遅延線の主たる特徴は、選択される材料が音場に対して透過的であること、または音に対する反射性が最小であることにある。
【００２８】
本明細書において、「音響インピーダンス」という表現は、物質の密度と音響速度との積を意味する。異なる２物質間の境界面において、音響インピーダンスの差は境界面における音響の透過および反射を決定する。
【００２９】
本明細書において、「ＳＵ−８フォトレジスト」という表現はネガ型フォトレジストを意味する。これは、１マイクロメートルから２ミリメートルまでの範囲の厚さに渡って回転または拡散されることが可能な、しかもまだ標準的なマスクアライナで処理されることが可能な高粘性ポリマである。ＳＵ−８は、主としてマイクロ流体工学のためのデバイスの製造に使用される。
【００３０】
本明細書において、「微小金型」、「微小成形」などの表現は、例えば生物医学、製薬、電子工学、マイクロ流体工学等の様々な分野のためのミリメートルサイズおよびマイクロメートルサイズのパーツを製造するためのツーリングおよびその使用法を指す。例えば、「Ｍｉｃｒｏ  Ｍｏｌｄｓ  Ｍａｋｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ｐａｒｔｓ」Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２００２年１２月、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｙｏｎｌｉｎｅ．ｃｏｍ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／２００２１２ｆａ１．ｈｔｍｌを参照されたい。同文献は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３１】
本明細書において、「ソフトリソグラフィ」という表現は、「エラストマスタンプ、金型およびコンフォーマブル光マスク」を用いて構造体を製造または複製するための技術ファミリを指す。ソフトリソグラフィは、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のエラストマ材料を使用する。ソフトリソグラフィは、概して、マイクロメートルからナノメートルまでのスケールで測定される線幅を構築するために使用される。
【００３２】
本明細書において、「フォトレジスト」という用語は、表面上にパターン化されたコーティングを形成するためのフォトリソグラフィおよび写真製版等の幾つかの工業プロセスにおいて使用される感光材料を意味する。ポジ型フォトレジストは、フォトレジストの露光される部分がフォトレジスト現像液に対して可溶性となり、かつフォトレジストの露光されない部分はフォトレジスト現像液に対して不溶性のままであるタイプのフォトレジストである。ネガ型フォトレジストは、フォトレジストの露光される部分がフォトレジスト現像液に対して比較的不溶性となり、かつフォトレジストの露光されない部分はフォトレジスト現像液によって溶解されるタイプのフォトレジストである。
【００３３】
本明細書において、「マイクロマシニング」という用語は、マイクロマシンシステムまたはマイクロ電気機械システムを製造するために使用されるプロセスを意味する。バルクマイクロマシニングは、基板内部の構造体を製造する。
【００３４】
本明細書において、「関数発生器」という表現は、電気波形を発生するために用いられる電子検査機器またはソフトウェアを意味する。これらの波形は反復性または単発の何れかである可能性があるが、単発である場合、ある種のトリガソースが必要とされる。本明細書において、「ＲＦ電力増幅器」という表現は、典型的には送信機のアンテナ駆動を目的として低出力高周波信号を大出力の大信号に変換するために使用されるタイプの電子増幅器を意味する。これは通常、高効率、高いＰ１ｄＢ圧縮、入力および出力における優れた反射減衰量、十分な利得および良好な熱放散を有するように最適化される。
【００３５】
本明細書において、「粒子」という用語は、例えば赤血球、白血球および血小板等の全血内の粒状物質を含むが、この限りではない。
【００３６】
可能な限り、類似の参照符号は類似のコンポーネントを指して使用される。
【００３７】
図３には、音響定在波を発生するために使用されるコンポーネントの略図が示されている。図３において、関数／波形発生器１００は、例えば正弦波、方形波である波形または標準関数をＲＦ（高周波）電力増幅器１０２へ提供し、次いでＲＦ電力増幅器１０２は、関数／波形発生器１００からの信号増幅を超音波トランスデューサ１０４へ提供する。本明細書における使用に適する関数／波形発生器１００の代表的な例は、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから市販されているＡｇｉｌｅｎｔ  ３３２１０Ａ関数／波形発生器である。ＲＦ電力増幅器１０２の代表的な例は、ＩｎｔｒａＡｃｔｉｏｎ  Ｃｏｒｐ．、Ｂｅｌｌｗｏｏｄ  ＩＬから市販されているＩｎｔｒａＡｃｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌ  ＰＡ−４  ＲＦ電力増幅器である。超音波トランスデューサ１０４の代表的な例は、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡのＯｌｙｍｐｕｓ  ＮＤＴから市販されているＯｌｙｍｐｕｓ  Ａｃｃｕｐａｔｈ  Ｗｅｄｇｅ  ４５゜トランスデューサである。超音波トランスデューサ１０４は、日本国静岡県富士宮市山宮２３２０−１１所在の株式会社富士セラミックスから市販されているコンポーネントを組み立てることによってカスタム製造されることが可能である。
【００３８】
図４、図５、図６および図７に示されている実施形態には、１つまたは複数の試験管において血漿または血清からの血液細胞の分離を実行するためのバッチプロセスを実行する装置２００が示されている。少なくとも１つの試験管２０６のための少なくとも１つのレセプタクル２０４を有する層２０２は、遅延線として機能する。層２０２は、層２０８と直に接触している。層２０８は、音響エネルギートランスデューサとして機能する。音響エネルギートランスデューサ２０８は、関数／波形発生器１００から、図３に示されているようにＲＦ（高周波）電力増幅器１０２によって増幅された適切な関数または波形を受信する。層２０２内の少なくとも１つのレセプタクル２０４は、少なくとも１つの試験管２０６の下側部分２０６ａに一致する形状を有する。
【００３９】
遅延線の要件および好ましい特徴は、米国特許第３，８３２，６５５号明細書に記載されている。上記特許は、参照により本明細書に組み込まれる。音響エネルギートランスデューサの要件および好ましい機能は、先の参照により本明細書に組み込まれる「Ｐａｎａｍｅｔｒｉｃｓ−ＮＤＴ（ＴＭ）  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ  Ｂｒｏｃｈｕｒｅ９２０−０４１Ｃ−ＥＮ」Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＮＤＴ、２００８年、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ、１〜４９ページに記載されている。
【００４０】
周波数は、２０ＫＨｚから１００ＫＨｚまでの範囲であることが可能である。選択される周波数は、試験管の高さを基礎とされる。典型的な「バキュテイナ」試験管は、１３ｍｍ（直径）×７５ｍｍ（長さ）のサイズを有する。２０ＫＨｚの周波数は、７ｃｍの波長を有する音響波を発生する。水中の音速は、約１４５０ｍ／ｓｅｃである。定常波の音響波節は、試験管の底に近いロケーションに置かれる。移動中の血液細胞の力は、音響的な一次力および重力による二次力である。空気は、空気（ゼロに近い）と血液（１．４８３×１０５ｇ／ｃｍ２ｓｅｃ）との間の音響インピーダンスの大きな差に起因して、血液と空気との境界面における反射媒体として働く。音響分離プロセスより前の血液細胞「ＢＣ」は、図６に示されているように、試験管２０６内の液体全体に略一様に分散されている。音響分離プロセスの後は、図７に示されているように、血液細胞「ＢＣ」は試験管２０６の下層２０６ａに集められ、かつ血漿または血清「Ｐ／Ｓ」は試験管２０６の上層２０６ｂに提示されている。次に上層は、後続処理のために、ピペット使用のような手動吸引によって、またはロボットピペット使用のようなロボット吸引によって試験管から除去されることが可能である。
【００４１】
図８、図９、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄ、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６および図１７は、流路における血漿または血清からの血液細胞の分離を達成するための連続プロセスを実行するために使用されることが可能な物品の実施形態を示している。流路は、血液サンプルの流れを層流にすることを可能にする寸法で構築される。図８および図９は、２つの外層が流路の境界を形成しかつ流路自体は内側の層内に形成される、本明細書に記述されている装置を準備することに適する材料の３層を組み合わせることによって流路がどのように構築され得るかを示している。図１０Ａは、三角形の断面で示されるカスタム設計による超音波トランスデューサのセットを使用する流路を示している。図１０Ｂは、長方形の断面で示される市販の超音波トランスデューサのセットを使用する流路を示している。図１１Ａは、図１０Ａに示されている超音波トランスデューサによって発生される音響定在波を示している。図１１Ｂは、図１０Ｂに示されている超音波トランスデューサによって発生される音響定在波を示している。図１１Ｃは、図１０Ａの流路の壁に並行して流れる、例えば血液細胞および血小板である粒子を示している。図１１Ｄは、図１０Ｂの流路の壁に並行して流れる、例えば血液細胞および血小板である粒子を示している。図１２、図１３、図１４および図１５は、本明細書に記述されている流路へ繋がる吸込路および流路から延びる排出路の様々な実施形態を示している。図１６および図１７は、流路から血液細胞を取り出すための代替手段を示している。
【００４２】
図８は、本明細書に記述されている方法に使用することに適する流路を有する物品３００を示す。図９は、図８に示されている物品３００の分解図を示す。ここで図８および図９を参照すると、物品３００は、第１の外層３０２と、第２の外層３０４と、内層３０６とを備える。内層３０６の一方の主要表面３０６ａは、第１の外層３０２の一方の主要表面３０２ａと直に接触し、かつ内層３０６のもう一方の主要表面３０６ｂは、第２の外層３０４の一方の主要表面３０４ａと直に接触している。流路３０８は、内層３０６に切り込まれた開口である。図８および図９に示されているように、第１の外層３０２の主要表面３０２ａと第２の外層３０４の主要表面３０４ａとは、流路３０８を形成するために内層３０６によって離隔される。流路が単に内層３０６の主要表面へと切り込まれるだけであれば、第１の外層３０２または第２の外層３０４は省略されることが可能である。層３０２および層３０４は、遅延線としても機能する。遅延線は、不安定な近接場音響効果を除去するための手段を提供する。超音波トランスデューサの音場は、２つのゾーン、すなわち近接場と遠隔場とに分割される。近接場は、エコーの振幅が一連の極大および極小を通過して超音波トランスデューサからの距離Ｎにおいて最後の極大で終わる、超音波トランスデューサの直前の領域である。最後の極大のロケーションは近接場距離として知られ、かつ超音波トランスデューサの自然焦点である。遠隔場は、音場圧力が徐々にゼロまで降下するＮを超えたエリアである。近接場効果は、超音波トランスデューサのジオメトリから結果的に生じる現象である。超音波トランスデューサから発する音は１点を起源とせず、どちらかといえば超音波トランスデューサの表面の大部分から生じる。超音波トランスデューサの表面からの音波は、音波の干渉によって回折効果を生み出す。音波ソースに近い音の強度の広範囲のゆらぎは、近接場効果と称される。近接場効果は、先の参照により本明細書に組み込まれる「Ｐａｎａｍｅｔｒｉｃｓ−ＮＤＴ（ＴＭ）  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ  Ｂｒｏｃｈｕｒｅ９２０−０４１Ｃ−ＥＮ」２００８年、Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＮＤＴ、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ、１〜４９ページにおいてさらに詳しく説明されている。
【００４３】
流路３０８は、好ましくは、少量のサンプルで十分な流量を提供するために細長い。流路３０８の寸法の代表的な例は、長さが（すなわち、流体の流れる方向に）約３０ｍｍから約６０ｍｍまでの範囲内、幅が（すなわち、超音波トランスデューサが取り付けられる流路の壁に対して垂直方向に）約７０μｍから約７００μｍまでの範囲内、好ましくは約１００μｍから約２００μｍまでの範囲内、および深さが（すなわち、超音波トランスデューサが取り付けられる流路の壁に対して平行方向に）約１０００μｍから約５０００μｍまでの範囲内であることが可能である。深さは、血液細胞および血小板に対する重力の効果を最小限に抑えるような寸法であるように選択される。流路３０８の幅の選択は、選択される周波数が基礎とされる。流路３０８の周波数および幅は、血液細胞を流路３０８の中心へ駆動するような方法で選択される。例えば、約７．５ＭＨｚの周波数は流路３０８の幅約１００μｍを必要とし、かつ約３．５ＭＨｚの周波数は流路３０８の幅約２００μｍを必要とする。第１の外層３０２の主要表面３０２ａは内層３０６の主要表面３０６ａへ、接着剤または陽極ボンディングによって接合されることが可能である。第２の外層３０４の主要表面３０４ａは内層３０６の主要表面３０６ｂへ、接着剤または陽極ボンディングによって接合されることが可能である。流路３０８の幅を構成する、第１の外層３０２の主要表面３０２ａと第２の外層３０４の主要表面３０４ａとの間の距離は、約７０μｍから約７００μｍまでの範囲内、好ましくは約１００μｍから約２００μｍまでの範囲内であることが可能である。
【００４４】
流路３０８内の流体の流れる方向に平行な流路３０８の縁間の垂直距離は、十分なレベルのスループットを与えるために、好ましくは約１０００μｍより大きい。流路の長さは、十分なレベルのスループットを与えるために、好ましくは約３０ｍｍより大きい。複数の超音波トランスデューサ３１０ａ、３１０ｂおよび３１０ｃは層３０２と結合され、かつ複数の超音波トランスデューサ３１２ａ、３１２ｂおよび３１２ｃは層３０４と結合される。超音波トランスデューサ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１２ａ、３１２ｂおよび３１２ｃは、第１の外層３０２および第２の外層３０４に対する波の入射角が約４５゜であるように配置される。追加の超音波トランスデューサ（不図示）も使用されることが可能である。また、より少ない超音波トランスデューサを用いることも可能である。図８、図１０Ａ、図１１Ａおよび図１１Ｃに示されているように、三角形の断面を有する超音波トランスデューサ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１２ａ、３１２ｂおよび３１２ｃはカスタム設計による超音波トランスデューサである。図１０Ｂ、図１１Ｂおよび図１１Ｄに示されているように、長方形の断面を有する超音波トランスデューサ３１０ａ’、３１０ｂ’、３１０ｃ’、３１０ｄ’、３１０ｅ’、３１０ｆ’、３１２ａ’、３１２ｂ’、３１２ｃ’、３１２ｄ’、３１２ｅ’および３１２ｆ’は市販の超音波トランスデューサである。超音波トランスデューサ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１２ａ、３１２ｂおよび３１２ｃの配置は、音波の屈折および反射と、流路３０８の中心における波節３３２ａおよび３３２ｂを有する定在波３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄの形成とを可能とする。超音波トランスデューサ３１０ａ’、３１０ｂ’、３１０ｃ’、３１０ｄ’、３１０ｅ’、３１０ｆ’、３１２ａ’、３１２ｂ’、３１２ｃ’、３１２ｄ’、３１２ｅ’および３１２ｆ’の配置は、音波の屈折および反射と、流路３０８の中心における波節３３２ａ’、３３２ｂ’、３３２ｃ’を有する定在波３３０ａ’、３３０ｂ’、３３０ｃ’、３３０ｄ’、３３０ｅ’および３３０ｆ’の形成とを可能とする。全血サンプルが流路３０８を矢印「Ａ」によって示される方向へ流れると、「ＢＣ」によって示される血液細胞は、音響エネルギーによって流路３０８の中央ゾーン３３４に集められる。
【００４５】
図１２、図１３、図１４および図１５は、全血サンプルが流路３０８内へ導入され得る様々な吸込口および吸込路、ならびに血液細胞および血漿または血清が流路３０８から取り出され得る様々な排出口および排出路を示す。単純化を期して、図１２、図１３、図１４および図１５に超音波トランスデューサが示されていないことは留意されるべきである。図１２、図１３、図１４および図１５において、ハッチング部は流路３０８内の流体を表している。図１２において、第１の吸込口４１４および第２の吸込口４１６は、吸込路４１８ａ、４１８ｂおよび４１８ｃによって流路３０８と連通する。吸込路４１８ｃは、第２の外層３０４内に形成される。全血サンプルは、第１の吸込口４１４、第２の吸込口４１６または吸込口４１４、４１６の両方へサンプルを導入することによって流路３０８内へ導入されることが可能である。また緩衝液も、第１の吸込口４１４、第２の吸込口４１６または吸込口４１４、４１６の両方へ緩衝液を導入することによって流路３０８へ導入されることが可能である。第１の排出路４２０は、第２の外層３０４内に形成される。第１の排出路４２０は、流路３０８からの血液細胞の除去を第１の排出口４２２によって可能とする。第２の排出路４２４は、第１の外層３０２内に形成される。第２の排出路４２４は、流路３０８からの血漿または血清の取出しを第２の排出口４２６によって可能とする。図１２では、吸込路４１８ａ、４１８ｂおよび４１８ｃと排出路４２０および４２４とが第１の外層３０２および第２の外層３０４の最も外側の面を超えて延びることが分かる。図１３、図１４および図１５では、吸込路および排出路が第１の外層３０２および第２の外層３０４の最も外側の面で終わっている。
【００４６】
図１３において、吸込口５１４は吸込路５１６によって流路３０８と連通する。吸込路５１６は、第２の外層３０４内に形成される。全血サンプルは、吸込口５１４へサンプルを導入することによって流路３０８内へ導入されることが可能である。また緩衝液も、吸込口５１４へ緩衝液を導入することによって流路３０８へ導入されることが可能である。第１の排出路５２０は、第２の外層３０４内に形成される。第１の排出路５２０は、流路３０８からの血漿または血清の取出しを第１の排出口５２２によって可能とする。第２の排出路５２４は、第１の外層３０２内に形成される。第２の排出路５２４は、流路３０８からの血漿または血清の取出しを第２の排出口５２６によって可能とする。第３の排出路５２８は、第１の外層３０２内に形成される。第３の排出路５２８は、流路３０８からの血液細胞および血小板の除去を第３の排出口５３０によって可能とする。
【００４７】
図１４において、第１の吸込口６１４は、第１の吸込路６１６によって流路３０８と連通する。第１の吸込路６１６は、第２の外層３０４内に形成される。第２の吸込口６１８は、第２の吸込路６２０によって流路３０８と連通する。第２の吸込路６２０は、第１の外層３０２内に形成される。全血サンプルは、第１の吸込口６１４、第２の吸込口６１８または吸込口６１４、６１８の両方へサンプルを導入することによって流路３０８内へ導入されることが可能である。また緩衝液も、第１の吸込口６１４、第２の吸込口６１８または吸込口６１４、６１８の両方へ緩衝液を導入することによって流路３０８へ導入されることが可能である。第１の排出路６２２は、第１の外層３０２内に形成される。第１の排出路６２２は、流路３０８からの血漿または血清の取出しを第１の排出口６２４によって可能とする。第２の排出路６２６は、第１の外層３０２内に形成される。第２の排出路６２６は、流路３０８からの血漿または血清の取出しを第２の排出口６２８によって可能とする。
【００４８】
図１５において、吸込口７１４は、吸込路７１６によって流路３０８と連通する。吸込路７１６は、第２の外層３０４内に形成される。全血サンプルは、吸込口７１４へサンプルを導入することによって流路３０８内へ導入されることが可能である。また緩衝液も、吸込口７１４へ緩衝液を導入することによって流路３０８へ導入されることが可能である。第１の排出路７２０は、第２の外層３０４内に形成される。第１の排出路７２０は、流路３０８からの血漿または血清の取出しを第１の排出口７２２によって可能とする。第２の排出路７２４は、第１の外層３０２内に形成される。第２の排出路７２４は、流路３０８からの血漿または血清の取出しを第２の排出口７２６によって可能とする。第３の排出路７２８は、第１の外層３０２内に形成される。第３の排出路７２８は、流路３０８からの血液細胞および血小板の除去を第３の排出口７３０によって可能とする。図１５における流路３０８の幅は、第１の吸込路７１６と第１の排出路７２０および第２の排出路７２４の両方との間で増大する。図１５における流路３０８の幅は、第３の排出路７２８と第１の排出路７２０および第２の排出路７２４の両方との間で減少する。
【００４９】
遅延線の要件および好ましい特徴は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第３，８３２，６５５号明細書に記述されている。音響エネルギートランスデューサの要件および好ましい機能は、先の参照により本明細書に組み込まれる「Ｐａｎａｍｅｔｒｉｃｓ−ＮＤＴ（ＴＭ）  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ  Ｂｒｏｃｈｕｒｅ９２０−０４１Ｃ−ＥＮ」２００８年、Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＮＤＴ、Ｗａｌｔｈａｍ、ＭＡ、１〜４９ページに記載されている。
【００５０】
周波数は、約１ＭＨｚから約１０ＭＨｚまでの範囲内、好ましくは約３ＭＨｚから約６ＭＨｚまでの範囲内であることが可能である。流路３０８の収集ゾーン３３６において、流路３０８の幅は、サンプルの層流を保持しかつ乱流を回避するために徐々に広げられる。収集ゾーン３３６の広げられた幅は、血液細胞の収集および血清および血漿の収集を容易にする。図１６に示されているように、血液細胞は、収集ゾーン３３６の中央において流路３０８の中央ゾーン３４０に導管３３８を挿入することによって除去されることが可能である。あるいは、図１７に示されているように、血液細胞は、流路３０８の遠位端３４４に中央出口３４２を生成することによって除去されることが可能である。血漿または血清は、中央出口３４２の側面に位置する出口３４６および３４８を介して取り出されることが可能である。流路３０８に沿った複数の超音波トランスデューサ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃは、重力が血漿または血清からの血液細胞の分離に悪影響を与えないように配向されるべきである。
【００５１】
本明細書に記述されている装置および本明細書に記述されている装置のコンポーネントは、様々なサブコンポーネントから形成されることが可能である。サンプルおよび緩衝液は、例えばシリンジポンプ、蠕動ポンプ等の容量型ポンプによって、図１２、図１３、図１４および図１５に示されている吸込流路および排出流路および流路３０８を介して移動されることが可能である。流路３０８は、幾つかのプロセスのうちの任意のものによって内層３０６内に形成されることが可能である。あるプロセスでは、内層３０６を作成するためにシリコンウェーハが使用されることが可能である。流路３０８はシリコンウェーハ内に、マイクロマシニング、異方性湿式エッチングによって、または深堀り反応性イオンエッチングによって形成されることが可能である。また吸込路、吸込口、排出路および排出口または吸込路、吸込口、排出路および排出口を受け入れるためのくぼみも、マイクロマシニング、異方性湿式エッチングによって、または深堀り反応性イオンエッチングによってシリコンウェーハ内に形成されることが可能である。マイクロマシニングは、参照により本明細書に組み込まれるウェブサイト、ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｂｕｌｋ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇにある論文に記述されている任意の方法によって実行されることが可能である。異方性湿式エッチングは、水酸化カリウムまたはエチレンジアミンとピロカテコールとの混合物であるＥＤＰ溶液を用いて実行されることが可能である。シリコンウェーハのエッチングされるべきでない部分は、光露光プロセスにより所望されるパターンで塗布されているフォトレジストによってマスクされる。使用に適するネガ型フォトレジストは、Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ、Ｎｅｗｔｏｎ、ＭＡから市販されているエポキシベースのＳＵ−８である。深堀り反応性イオンエッチングは、プラズマエッチングによって実行されることが可能である。
【００５２】
別のプロセスにおいて、流路３０８は高メルトフローの熱可塑性樹脂によって微小成形されることが可能であり、この場合のメルトフローインデックスは２０以上である。この技術に適する樹脂には、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、シクロオレフィン共重合体およびポリ塩化ビニルが含まれるが、この限りではない。
【００５３】
さらに別のプロセスでは、流路３０８はソフトリソグラフィによって作成されることが可能であり、この場合、ネガ型フォトレジストが使用され、かつパターンスタンプはポリジメチルシロキサンで形成される。このプロセスにおける使用に適する市販のポリジメチルシロキサンは、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの「ＳＹＬＧＡＲＤ」１８４シリコーンエラストマである。
【００５４】
第１の外層３０２および第２の外層３０４は、好ましくは光透過性および音響透過性材料で製造される。このような材料には、（ａ）例えばポリシリケートガラス等のガラス、例えば「ＰＹＲＥＸ（登録商標）」ガラス、「ＰＹＲＥＸ（登録商標）」７７４０ガラス、（ｂ）シリコンウェーハおよび（ｃ）例えばアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、シクロオレフィン共重合体およびポリ塩化ビニル等の高分子材料が含まれるが、この限りではない。
【００５５】
第１の外層３０２の主要表面３０２ａは内層３０６の主要表面３０６ａへ、かつ第２の外層３０４の主要表面３０４ａは内層３０６の主要表面３０６ｂへ、例えば二液性エポキシ接着剤、二液性ウレタン接着剤等の接着剤によって接着されることが可能である。第１の外層３０２の主要表面３０２ａは内層３０６の主要表面３０６ａへ、かつ第２の外層３０４の主要表面３０４ａは内層３０６の主要表面３０６ｂへ、例えば１０００ボルトを超える高電圧および２５０℃を超える高温を必要とする陽極ボンディングによって接着されることが可能である。市販の電源は、Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｙｓｔｅｍｓから入手できるＤＣ高電圧電源、型式ＰＳ３１０である。
【００５６】
吸込口および排出口はねじ山によって機械加工されることが可能であり、この機械加工の後、これらの口内にポートアダプタが挿入されることが可能である。管接続は、接着剤、締り嵌めまたは溶剤接着によって実行されることが可能である。溶剤接着は、ポリ塩化ビニル管の場合に好ましい。管に適する材料には、ポリ塩化ビニル、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレン、超低密度ポリエチレンが含まれるが、この限りではない。
【００５７】
分離効率は、粒子サイズ、音響周波数および音響定在波のエネルギー密度に依存する。音響波を発生するためには、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の市販の圧電素子が使用されることが可能である。
【００５８】
流路３０８の寸法は、層流を促進するように調整される必要がある。最適な分離は、波長の半分が流路３０８の幅と同じであるように調整し、これにより波節が流路３０８の中心でアラインされ、かつ波腹が流路の壁に隣接することが可能となり、これにより細胞を流路３０８の中心に蓄積させることによって達成されることが可能である。あるいは、最適な分離は、波節が流路の一方の壁に隣接しかつ波腹が流路の反対側の壁に隣接するように４分の１波長を調整し、これにより細胞を流路の両壁に蓄積させることによって達成されることが可能である。連続する分離プロセスの場合、音響定在波の波節および波腹の位置は、血液細胞、血小板および血漿または血清が収集され得るロケーション（複数可）を決定する。必要とされる周波数は超音波領域内（＞２０，０００Ｈｚ）であり、よって波長は流路３０４の寸法に整合される。
【００５９】
複数の超音波トランスデューサは、好ましくは流路に対し、重力が分離に悪影響を与えないように配向される。図８を参照されたい。
【００６０】
血液細胞の取出しは、全血サンプルへ例えばリン酸緩衝生理食塩水である緩衝液を添加することによって容易にされることが可能である。層流は、流体の流れの混ざり合いを防止し、これにより、血漿または血清は血液細胞が収集されるロケーションとは異なるロケーションで収集されることが可能である。
【００６１】
超音波トランスデューサは、通常、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）またはポリフッ化ビニリデン等の圧電材料、または希土類合金、Ｔｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ等の磁歪材料で製造される。
【００６２】
本明細書に記述されている装置および方法は、多くの利点を有する。本明細書に記述されている装置は、必要なスペースが他のタイプの分離機器の場合より少ない。本明細書に記述されている装置のコストは、例えば遠心分離機等の他のタイプの分離機器の場合より少ない。さらに、本明細書に記述されている装置の保全コストは、例えば遠心分離機等の他のタイプの分離機器の場合よりはるかに低い。
【００６３】
実施
図４、図５、図６および図７に示されている装置を作動させるために、全血サンプルが試験管２０６内へ導入される。音響分離プロセスの前に、血液細胞「ＢＣ」は、図６に示されているように、試験管２０６内の液体全体に略一様に分散されている。次に、音響定在波が関数／波形発生器１００、ＲＦ（高周波）電力増幅器１０２および遅延線２０２および音響エネルギートランスデューサ２０８を備える超音波トランスデューサアセンブリにより、定在波の音響波節が試験管の底部に近いロケーションに置かれるようにして発生される。移動中の血液細胞の力は、音響的な一次力および重力による二次力である。空気は、空気と血液サンプルとの間の音響インピーダンスの多大な差に起因して、すなわち空気（ゼロに近い）と血液（１．４８３×１０５ｇ／ｃｍ２ｓｅｃ）との間の音響インピーダンスの多大な差に起因して、血液と空気との境界面における反射媒体として働く。音響分離プロセスの後、図７に示されているように、血液細胞「ＢＣ」は試験管２０６の底層２０６ａに集められ、かつ試験管２０６の上層２０６ｂに血漿または血清「Ｐ／Ｓ」が存在する。次に上層は、後続処理のために、ピペット使用のような手動吸引によって、またはロボットピペット使用のようなロボット吸引によって試験管から取り出されることが可能である。
【００６４】
図８、図９、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄ、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６および図１７に示されている装置を作動させるために、全血サンプルが、典型的には吸込口および吸込路によって流路３０８内へ導入される。次に、音響定在波が関数／波形発生器１００、ＲＦ（高周波）電力増幅器１０２、超音波トランスデューサ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ａ’、３１０ｂ’、３１０ｃ’、３１０ｄ’、３１０ｅ’、３１０ｆ’、３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ａ’、３１２ｂ’、３１２ｃ’、３１２ｄ’、３１２ｅ’および３１２ｆ’により、波節が流路３０８の中心に、すなわち流路３０８の両壁、すなわち第１の外層３０２および第２の外層３０４から等距離に形成されるようにして発生される。赤血球、白血球および血小板、すなわち「ＢＣ」は、サンプルが流路３０８を介して流れるにつれて流路３０８の中心に形成される波節に集められる。赤血球、白血球および血小板、すなわち「ＢＣ」は、１つの排出路によって、または１つの導管によって除去されることが可能であり、かつ血漿または血清は少なくとも１つの他の排出路によって、または少なくとも１つの他の導管によって取り出されることが可能である。
【００６５】
当業者には、本発明の範囲および精神を逸脱することなく本発明の様々な変形および変更が明らかとなる。また、本発明が本明細書に記載されている例示的な実施形態に不当に限定されるべきものでないことは理解されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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