(57)【要約】  流路を通流するシースフローから目的とする微小粒子のみを高速かつ安定して取り出すことが可能な微小粒子分取装置の提供。  微小粒子を含む液体が通流される主流路と、該主流路に連通する分岐流路と、該分岐流路内に負圧を発生させるアクチュエータと、前記アクチュエータに印加される電圧を制御して、前記分岐流路内にステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力の変化を生じさせる駆動部と、を備える微小粒子分取装置を提供する。この微小粒子分取装置では、ステップ波形成分に由来する負圧によって微小粒子に引き込みに必要な体積の流体を分岐流路内に取り込むことができる。同時に、アンダーシュート波形成分に由来する大きな負圧によって分岐流路内への微小粒子の引き込み動作を高速化できる。
2014013802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小粒子を含む液体が通流される主流路と、
該主流路に連通する分岐流路と、
該分岐流路内に負圧を発生させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに印加される電圧を制御して、前記分岐流路内にステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力変化を生じさせる駆動部と、を備える微小粒子分取装置。
【請求項２】
前記アクチュエータを２以上備え、
前記駆動部は、１以上の前記アクチュエータにパルス波形の前記電圧を印加するとともに、他の１以上の前記アクチュエータにステップ波形の前記電圧を印加する請求項１記載の微小粒子分取装置。
【請求項３】
前記駆動部は、１以上の前記アクチュエータに前記パルス波形の前記電圧を印加するとともに、他の１以上の前記アクチュエータにアンダーシュート付ステップ波形の前記電圧を印加する請求項２記載の微小粒子分取装置。
【請求項４】
前記主流路及び前記分岐流路は、マイクロチップの内部に形成されており、
前記アクチュエータは、前記マイクロチップの表面の前記分岐流路に対応する位置に接触して配置されている請求項３記載の微小粒子分取装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記マイクロチップの接触面に変位を加える請求項４記載の微小粒子分取装置。
【請求項６】
前記分岐流路の前記アクチュエータの配置位置に対応する部分が、前記変位によって体積変化を生じる圧力室として構成されている請求項５記載の微小粒子分取装置。
【請求項７】
前記分岐流路において、前記圧力室が直列に配置されており、
前記パルス波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータは、前記ステップ波形又は前記アンダーシュート付ステップ波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータよりも、前記主流路への連通口の近くに位置する前記圧力室に対応して配置されている請求項６記載の微小粒子分取装置。
【請求項８】
一の前記圧力室に対して、前記マイクロチップの一方の表面に前記パルス波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータが配置され、反対表面に前記ステップ波形又は前記アンダーシュート付ステップ波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータが配置されている請求項６記載の微小粒子分取装置。
【請求項９】
前記駆動部は、前記アクチュエータにアンダーシュート付ステップ波形の前記電圧を印加する請求項１記載の微小粒子分取装置。
【請求項１０】
微小粒子を含む液体が通流される主流路と、該主流路に連通する分岐流路と、が内部に形成され、
表面の前記分岐流路に対応する位置に接触して、接触面に変位を加えるアクチュエータが配置されている微小粒子分取用マイクロチップ。
【請求項１１】
前記分岐流路に、前記変位によって体積変化を生じる圧力室が構成されている請求項１０記載の微小粒子分取用マイクロチップ。
【請求項１２】
前記圧力室及び前記アクチュエータの組み合わせを複数組備える請求項１１記載の微小粒子分取用マイクロチップ。
【請求項１３】
一の前記圧力室に対してマイクロチップの一方の表面及びその反対表面にそれぞれ前記アクチュエータが配置されている請求項１１記載の微小粒子分取用マイクロチップ。
【請求項１４】
主流路を通流する液体中の微小粒子を、前記主流路に連通する分岐流路内に負圧を発生させることにより該分岐流路内に取り込む手順を含み、
該手順において、前記分岐流路内にステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力変化を生じさせる微小粒子分取方法。
【請求項１５】
該手順において、前記分岐流路内にアンダーシュート付ステップ波形の前記圧力変化を生じさせる請求項１４記載の微小粒子分取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、微小粒子分取装置、微小粒子分取用マイクロチップ及び微小粒子分取方法に関する。より詳しくは、流路を通流する微小粒子から目的とする微小粒子のみを分別して回収する微小粒子分取装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
流路内に微小粒子を含むシースフローを形成し、シースフロー中の微小粒子に光を照射して微小粒子から発生する蛍光及び散乱光を検出し、所定の光学特性を示す微小粒子群（ポピュレーション）を分別回収する微小粒子分取装置が知られている。例えば、フローサイトメータでは、サンプル中に含まれる複数種類の細胞を蛍光色素により標識し、各細胞に標識された蛍光色素を光学的に識別することによって、特定の種類の細胞のみを分別回収することが行われている。【０００３】
特許文献１及び特許文献２には、プラスチック製及びガラス製などのマイクロチップに形成された流路内にシースフローを形成して分析を行うマイクロチップ型の微小粒子分取装置が開示されている。【０００４】
特許文献１に開示される微小粒子分取装置は、シースフローが形成された導入流路と該導入流路に連通する分岐流路との分岐部においてレーザ照射により気泡を発生させることで、分岐部におけるシースフローの送流方向を制御するものである。この微小粒子分取装置によれば、分岐部におけるシースフローの送流方向を気泡により制御することで、目的とする微小粒子のみを導入流路から分岐流路へ取り込んで分取することが可能である。【０００５】
また、特許文献２に開示される微小流体システムは、アクチュエータを用いて流路分岐部におけるシースフローの送流方向を制御することで、目的とする微小粒子の分取を行っている。この微小流体システムにおいて、アクチュエータは、シースフローが形成された導入流路と該導入流路に連通する分岐流路との分岐部に接続されたチャンバを押圧し、チャンバ内の液を押し出すことによって、シースフローの送流方向を変化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１００６９８号公報
【特許文献２】特表２００５−５３８７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マイクロチップ型の微小粒子分取装置では、分析のさらなる高速化と高精度化のため、流路を通流するシースフローから目的とする微小粒子のみを高速かつ安定して取り出すための技術が求められている。【０００８】
そこで、本技術は、流路を通流するシースフローから目的とする微小粒子のみを高速かつ安定して取り出すことが可能な微小粒子分取装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題解決のため、本技術は、微小粒子を含む液体が通流される主流路と、該主流路に連通する分岐流路と、該分岐流路内に負圧を発生させるアクチュエータと、前記アクチュエータに印加される電圧を制御して、前記分岐流路内にステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力変化を生じさせる駆動部と、を備える微小粒子分取装置を提供する。
この微小粒子分取装置では、ステップ波形成分に由来する負圧によって微小粒子に引き込みに必要な体積の流体を分岐流路内に取り込むことができる。同時に、アンダーシュート波形成分に由来する大きな負圧によって分岐流路内への微小粒子の引き込み動作を高速化できる。
本技術に係る微小粒子分取装置において、ステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力変化は、前記駆動部により、前記アクチュエータにアンダーシュート付ステップ波形の前記電圧を印加することによって生成できる。
あるいは、前記アクチュエータを２以上設け、前記駆動部により、１以上の前記アクチュエータにパルス波形の前記電圧を印加するとともに、他の１以上の前記アクチュエータにステップ波形の前記電圧を印加することによって、ステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力変化を生成することもできる。この場合、前記分岐流路において、前記圧力室が直列に配置されている場合には、前記パルス波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータは、前記ステップ波形又は前記アンダーシュート付ステップ波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータよりも、前記主流路への連通口の近くに位置する前記圧力室に対応して配置するようにする。また、一の前記圧力室に対して、前記マイクロチップの一方の表面に前記パルス波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータを配置し、反対表面に前記ステップ波形又は前記アンダーシュート付ステップ波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータが配置してもよい。
本技術に係る微小粒子分取装置において、前記主流路及び前記分岐流路は、マイクロチップの内部に形成される。また、前記アクチュエータは、前記マイクロチップの表面の前記分岐流路に対応する位置に接触して配置され、前記マイクロチップの接触面に変位を加えるものとされる。
本技術に係る微小粒子分取装置において、前記分岐流路の前記アクチュエータの配置位置に対応する部分は、前記変位によって体積変化を生じる圧力室として構成されていてもよい。【００１０】
また、本技術は、微小粒子を含む液体が通流される主流路と、該主流路に連通する分岐流路と、が内部に形成され、表面の前記分岐流路に対応する位置に接触して、接触面に変位を加えるアクチュエータが配置されている微小粒子分取用マイクロチップを提供する。
本技術に係る微小粒子分取用マイクロチップは、前記分岐流路に、前記変位によって体積変化を生じる圧力室が構成されていてもよい。
また、本技術に係る微小粒子分取用マイクロチップは、前記圧力室及び前記アクチュエータの組み合わせを複数組設けたり、一の前記圧力室に対してマイクロチップの一方の表面及びその反対表面にそれぞれ前記アクチュエータが配置したりしていてもよい。【００１１】
さらに、本技術は、主流路を通流する液体中の微小粒子を、前記主流路に連通する分岐流路内に負圧を発生させることにより該分岐流路内に取り込む手順を含み、該手順において、前記分岐流路内にステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力変化を生じさせる微小粒子分取方法をも提供する。
本技術に係る微小粒子分取方法において、前記圧力変化は、アンダーシュート付ステップ波形によるものとできる。【００１２】
本技術において、「微小粒子」には、細胞や微生物、リポソームなどの生体関連微小粒子、あるいはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子などの合成粒子などが広く含まれるものとする。【００１３】
生体関連微小粒子には、各種細胞を構成する染色体、リポソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)などが含まれる。細胞には、動物細胞(血球系細胞など)および植物細胞が含まれる。微生物には、大腸菌などの細菌類、タバコモザイクウイルスなどのウイルス類、イースト菌などの菌類などが含まれる。さらに、生体関連微小粒子には、核酸やタンパク質、これらの複合体などの生体関連高分子も包含され得るものとする。また、工業用粒子は、例えば有機もしくは無機高分子材料、金属などであってもよい。有機高分子材料には、ポリスチレン、スチレン・ジビニルベンゼン、ポリメチルメタクリレートなどが含まれる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、磁性体材料などが含まれる。金属には、金コロイド、アルミなどが含まれる。これら微小粒子の形状は、一般には球形であるのが普通であるが、非球形であってもよく、また大きさや質量なども特に限定されない。
【発明の効果】
【００１４】
本技術により、流路を通流するシースフローから目的とする微小粒子のみを高速かつ安定して取り出すことが可能な微小粒子分取装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本技術の第一実施形態に係る微小粒子分取装置Ａの構成を説明する図である。
【図２】微小粒子分取装置Ａに搭載されるマイクロチップ１ａの構成を説明する図である。
【図３】マイクロチップ１ａの構成を説明する図である。
【図４】マイクロチップ１ａの構成を説明する図である。
【図５】マイクロチップ１ａの主流路１５と分取流路１６の分岐部の構成を説明する図である。
【図６】微小粒子分取装置Ａの分取動作を説明する図である。
【図７】微小粒子分取装置Ａの駆動部２３からアクチュエータ３１に印加される「アンダーシュート付ステップ波形」の電圧を説明する図である。
【図８】比較のため、「ステップ波形」の電圧を説明する図である。
【図９】「アンダーシュート付ステップ波形」による電圧変化（Ａ）と、分取流路１６内に引き込まれる流体の体積変化（Ｂ）を説明する図である。
【図１０】比較のため、「ステップ波形」による電圧変化（Ａ）と、分取流路１６内に引き込まれる流体の体積変化（Ｂ）を説明する図である。
【図１１】本技術の第二実施形態に係る微小粒子分取装置Ｂに搭載されるマイクロチップ１ｂの構成を説明する図である。
【図１２】マイクロチップ１ｂの構成を説明する図である。
【図１３】微小粒子分取装置Ｂの駆動部２３からアクチュエータ３２に印加される「パルス波形」（Ａ）及びアクチュエータ３１に印加される「ステップ波形」（Ｂ）の電圧を説明する図である。
【図１４】「パルス波形」による電圧変化（Ａ）と「ステップ波形」による電圧変化（Ｂ）を説明する図である。
【図１５】本技術の第三実施形態に係る微小粒子分取装置Ｃに搭載されるマイクロチップ１ｃの構成を説明する図である。
【図１６】マイクロチップ１ｃの構成を説明する図である。
【図１７】本技術の第四実施形態に係る微小粒子分取装置Ｄに搭載されるマイクロチップ１ｄの構成を説明する図である。
【図１８】微小粒子分取装置Ｄの駆動部２３からアクチュエータ３２に印加される「パルス波形」（Ａ）、アクチュエータ３１に印加される「ステップ波形」（Ｂ）及びアクチュエータ３３に印加される「ステップ波形」の電圧を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。説明は以下の順序で行う。
１．第一実施形態に係る微小粒子分取装置及び微小粒子分取用マイクロチップの構成
［装置の全体構成］
［マイクロチップの構成］
２．第一実施形態に係る微小粒子分取装置の動作
［分取動作］
［駆動信号］
３．第二実施形態に係る微小粒子分取装置及び微小粒子分取用マイクロチップの構成
［マイクロチップの構成］
［装置の全体構成］
４．第二実施形態に係る微小粒子分取装置の動作
［駆動信号］
５．第三実施形態に係る微小粒子分取装置及び微小粒子分取用マイクロチップの構成
［マイクロチップの構成］
［装置の全体構成］
６．第三実施形態に係る微小粒子分取装置の動作
［駆動信号］
７．第四実施形態に係る微小粒子分取装置及び微小粒子分取用マイクロチップの構成
［マイクロチップの構成］
［装置の全体構成］
８．第四実施形態に係る微小粒子分取装置の動作
［駆動信号］
９．微小粒子分取方法及び微小粒子分取プログラム
【００１７】
１．第一実施形態に係る微小粒子分取装置及び微小粒子分取用マイクロチップの構成
［装置の全体構成］
図１は、本技術の第一実施形態に係る微小粒子分取装置Ａの構成を説明する図である。また、図２から図４は、微小粒子分取装置Ａに搭載されるマイクロチップの構成を説明する図である。図２は上面図、図３は斜視図、図４は図２中Ｑ−Ｑ断面に対応する断面図である。
【００１８】
微小粒子分取装置Ａは、マイクロチップ１ａと、照射部２１、検出部２２及び駆動部２３とを含んで構成されている。マイクロチップ１ａには、分析対象となる微小粒子を含む液体（サンプル液）が通流される主流路１５が形成されている（図２参照）。また、マイクロチップ１ａの表面には、アクチュエータ３１が配置されている（図３参照）。
【００１９】
照射部２１は、マイクロチップ１ａの主流路１５を通流する微小粒子に光（励起光）を照射する。照射部２１は、励起光を出射する光源と、主流路１５を通流する微小粒子に対して励起光を集光する対物レンズ等を含んで構成される。光源は、分析の目的に応じてレーザダイオード、ＳＨＧレーザ、固体レーザ、ガスレーザ及び高輝度ＬＥＤなどから適宜選択される。照射部２１は、必要に応じて、光源及び対物レンズ以外の光学素子を有していてもよい。
【００２０】
検出部２２は、励起光の照射によって微小粒子から発生する蛍光及び散乱光を検出する。検出部２２は、微小粒子から発生する蛍光及び散乱光を集光する集光レンズと検出器等を含んで構成される。検出器には、ＰＭＴ、フォトダイオード、ＣＣＤ及びＣＭＯＳなどが用いられる。検出部２２は、必要に応じて、集光レンズ及び検出器以外の光学素子を有していてもよい。
【００２１】
検出部２２により検出される蛍光は、微小粒子そのものから発生する蛍光及び微小粒子に標識された蛍光物質等から発生する蛍光であってよい。また、検出部２２により検出される散乱光は、前方散乱光、側方散乱光、レイリー散乱及びミー散乱などの各種散乱光であってよい。
【００２２】
検出部２２により検出された蛍光及び散乱光は、電気信号に変換され、駆動部２３に出力される。駆動部２３は、入力される電気信号に基づいて微小粒子の光学特性を判定する。さらに、駆動部２３は、アクチュエータ３１に電圧を印加し、該電圧を制御することによって所定の特性を満たすと判定された微小粒子を主流路１５から分取流路１６内に取り込むために機能する。駆動部２３の当該機能については後段で詳しく説明する。駆動部２３は、後述する処理を実行するためのプログラムとＯＳが格納されたハードディスク、ＣＰＵ及びメモリなどにより構成される。
【００２３】
［マイクロチップの構成］
図２から図４を参照して、マイクロチップ１ａの構成を詳しく説明する。微小粒子を含むサンプル液は、サンプル液インレット１１からサンプル液流路１２に導入される。また、シース液インレット１３からはシース液が導入される。シース液インレット１３から導入されたシース液は、２本のシース液流路１４，１４に分流されて送液される。サンプル液流路１２とシース液流路１４，１４は合流して主流路１５となる。サンプル流路１２を送液されるサンプル液層流と、シース液流路１４，１４を送液されるシース液層流と、は主流路１５内において合流し、サンプル液層流がシース液層流に挟み込まれたシースフローを形成する（後述の図５Ｃ参照）。
【００２４】
図中符号１５ａは、照射部２１により励起光が照射され、検出部２２による蛍光及び散乱光の検出が行われる検出領域を示す。微小粒子は、主流路１５に形成されるシースフロー中に一列に配列した状態で検出領域１５ａに送流され、照射部２１からの励起光により照射される。
【００２５】
主流路１５は、検出領域１５ａの下流において、３つの流路に分岐している。主流路１５の分岐部の構成を図５に示す。主流路１５は、検出領域１５ａの下流において、分取流路１６及び廃棄流路１７，１７の３つの分岐流路と連通している。このうち、分取流路１６は、駆動部２３によって所定の光学特性を満たすと判定された微小粒子（以下、「目的粒子」と称する）が取り込まれる流路である。一方、駆動部２３によって所定の光学特性を満たさないと判定された微小粒子（以下、「非目的粒子」とも称する）は、分取流路１６内に取り込まれることなく、２本の廃棄流路１７のいずれか一方に流れる。
【００２６】
目的粒子の分取流路１６内への取り込みは、アクチュエータ３１によって分取流路１６内に負圧を発生させ、この負圧を利用して目的粒子を分取流路１６内に吸い込むことによって行われる。アクチュエータ３１は、ピエゾ素子などの圧電素子とされる。アクチュエータ３１は、マイクロチップ１ａの表面に接触して配置され、分取流路１６に対応する位置に配置されている。より具体的には、アクチュエータ３１は、分取流路１６において内空が拡張された領域として設けられた圧力室１６１に対応する位置に配置されている（図３及び図４参照）。
【００２７】
アクチュエータ３１は、印加される電圧の変化に伴って伸縮力を発生し、マイクロチップ１ａの表面（接触面）を介して分取流路１６内に圧力変化を生じさせる。分取流路１６内の圧力変化に伴って分取流路１６内に流動が生じると、同時に、分取流路１６内の体積が変化する。分取流路１６内の体積は、印加電圧に対応したアクチュエータ３１の変位量によって規定される体積に到達するまで変化する。より具体的には、アクチュエータ３１は、電圧を印加されて伸張した状態においては、圧力室１６１を構成する変位板３１１（図４参照）を押圧して圧力室１６１の体積を小さく維持している。そして、印加される電圧が低下すると、アクチュエータ３１は収縮する方向へ力を発生し、変位板３１１への押圧を弱めることによって圧力室１６１内に負圧を発生させる。
【００２８】
アクチュエータ３１の伸縮力を効率良く圧力室１６１内へ伝達するため、図４に示すように、マイクロチップ１ａの表面を圧力室１６１に対応する位置において陥凹させ、該陥凹内にアクチュエータ３１を配置することが好ましい。これにより、アクチュエータ３１の接触面となる変位板３１１を薄くでき、変位板３１１がアクチュエータ３１の伸縮に伴う押圧力の変化によって容易に変位して、圧力室１６１の体積変化をもたらすようにできる。
【００２９】
図４及び図５中、符号１５６により、主流路１５への分取流路１６の連通口を示す。主流路１５内に形成されたシースフロー中を送流される目的粒子は、連通口１５６から分取流路１６内に取り込まれる。
【００３０】
主流路１５から分取流路１６への目的粒子の取り込みを容易にするため、連通口１５６は、図５Ｃに示すように、主流路１５内に形成されるシースフロー中のサンプル液層流Ｓに対応する位置に開口されていることが望ましい。連通口１５６の形状は、特に限定されないが、例えば図５Ａに示すような平面に開口する形状や、図５Ｂに示すように２本の廃棄流路１７の流路壁を切り欠いて開口とする形状を採用できる。
【００３１】
マイクロチップ１ａは、主流路１５等が形成された基板層を貼り合わせて構成できる。基板層への主流路１５等の形成は、金型を用いた熱可塑性樹脂の射出成形により行うことができる。熱可塑性樹脂には、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、環状ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン及びポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの従来マイクロチップの材料として公知のプラスチックを採用できる。
【００３２】
２．第一実施形態に係る微小粒子分取装置の動作
［分取動作］
次に、微小粒子分取装置Ａの動作について説明する。
【００３３】
ユーザが分析を開始すると、微小粒子分取装置Ａは、ポンプを駆動して、サンプル液及びシース液をマイクロチップ１ａのサンプル液インレット１１及びシース液インレット１３に送液する。これにより、主流路１５内に、サンプル液層流がシース液層流に挟み込まれたシースフローが形成される。
【００３４】
微小粒子はシースフロー中を一列に配列された状態で検出領域１５ａまで送流され、照射部２１からの励起光によって照射される。励起光の照射により微小粒子から発生する蛍光及び散乱光は、検出部２２によって検出され、電気信号に変換され、駆動部２３に出力される。
【００３５】
駆動部２３は、入力される電気信号に基づいて微小粒子の光学特性を判定する。微小粒子が目的粒子と判定された場合、駆動部２３は、図６Ａ及びＢに示すように、当該目的粒子が検出領域１５ａから分岐部に移動するまでの時間（遅れ時間）を経過した後に、アクチュエータ３１に当該微小粒子を取得するための駆動信号を発生する。その際、必要であれば、アンプを介してアクチュエータ３１を駆動させるようにしてもよい。
【００３６】
具体的には、アクチュエータ３１がピエゾ素子である場合、駆動部２３は、ピエゾ収縮となる電圧を印加し、圧力室１６１の体積を増加させ、分取流路１６の内圧を負圧にすることで、目的粒子を主流路１５内から分取流路１６内へ取り込む。
【００３７】
一方、微小粒子が非目的粒子と判定された場合、駆動部２３は、図６Ｃ及びＤに示すように、アクチュエータ３１に非取得の駆動信号を発生し、次の微小粒子の光学特性判定を行う。なお、非取得の駆動信号を受けたアクチュエータ３１は動作しない。
【００３８】
駆動部２３は、微小粒子の光学特性の判定と、アクチュエータ３１への駆動信号の出力とを分析終了まで繰り返し（図６Ｅ〜Ｆ参照）、目的粒子のみを分取流路１６内に蓄積する（図６Ｆ参照）。分析終了後、分取流路１６内に分別された目的粒子はユーザによって回収される。
【００３９】
［駆動信号］
図７〜図１０を参照して、駆動部２３からアクチュエータ３１に印加される電圧の波形（目的粒子を取得する際の駆動信号）を説明する。アクチュエータ３１の収縮により圧力室１６１の体積を増加させ、負圧によって目的粒子を分取流路１６内に連続的に取り込んでいくためには、波形を図７に示す「アンダーシュート付ステップ波形」とすることが好ましい。
【００４０】
ここで「アンダーシュート付ステップ波形」とは、図８に示す「ステップ波形」において、信号の発生開始直後にステップ部分よりも電圧値が低くなるアンダーシュート部分が付加された波形を意味する。
【００４１】
より具体的には、「アンダーシュート付ステップ波形」とは、図９Ａに示すように、開始時刻ＴＳから時刻Ｔ１にかけて電圧値がＶｓからＶ１まで大きく低下し、その後、終了時刻Ｔｅまでの間に電圧値Ｖｅ（Ｖ１＜Ｖｅ＜Ｖｓ）に回復する波形である。ここでは、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで電圧値Ｖ１が維持された後、時刻Ｔ３にかけて電圧値がＶ１からＶｅに上昇し、時刻Ｔｅまで電圧値Ｖｅが維持される波形を図示している。他方、「ステップ波形」とは、図１０Ａに示すように、開始時刻ＴＳにおいて電圧値がＶｓからＶｅまで低下されて、終了時刻Ｔｅまで電圧値Ｖｅ（Ｖ１＜Ｖｅ）が維持される波形である。
【００４２】
アンダーシュート付ステップ波形とステップ波形の開始時刻ＴＳおける電圧値はＶｓで同じである。また、アンダーシュート付ステップ波形とステップ波形の信号終了Ｔｅにおける電圧値はＶｅで同じある。さらに、アンダーシュート付ステップ波形とステップ波形の一波形での電圧値の低下幅も（ＶＳ−Ｖｅ）で同じである。電圧幅（ＶＳ−Ｖｅ）は、目的粒子１個を分取流路１６内に引き込むために必要なピエゾ駆動電圧に相当する。一方で、アンダーシュート付ステップ波形では、時刻Ｔｓの直後から時刻Ｔ３の間において電圧値がＶ１（Ｖ１＜Ｖｅ）にまでより大きく低下するため、ステップ波形に比して一時的な電圧値の低下幅を大きくできる。
【００４３】
図９Ｂ及び図１０Ｂに、アンダーシュート付ステップ波形及びステップ波形の電圧をアクチュエータ３１に印加した場合において、分取流路１６内に引き込まれる流体の体積増加を示す。アンダーシュート付ステップ波形の電圧印加（図９Ｂ参照）では、ステップ波形の電圧印加（図１０Ｂ参照）に比して、時刻Ｔｓの直後から時刻Ｔ３の間における電圧の低下幅をより大きくとることができる。このため、アンダーシュート付ステップ波形では、信号の発生開始直後（時刻Ｔｓ〜時刻Ｔ３）においてアクチュエータ３１の収縮力を大きく発生させることができ、分取流路１６内に大きな負圧を発生させることができる。その結果、アンダーシュート付ステップ波形によれば、目的粒子の引き込み開始直後において、主流路１５内から分取流路１６内へのサンプル液及びシース液の取り込み体積の増加応答を早めることができ、目的粒子の取り込みを迅速に行うことが可能である。
【００４４】
これに対して、ステップ波形では、分取流路１６内に引き込まれるサンプル液及びシース液の体積増加の応答に、流体の慣性力及び抵抗による遅れが生じる。この増加応答の遅れのため、ステップ波形では、取り込みに要する時間が長くなり、目的粒子の取り込みも不安定となる。
【００４５】
分取動作を高速化するためには、図１０Ａに示したステップ波形において、電圧値の低下幅（Ｖｓ−Ｖｅ）をより大きくすることも考えられる。しかしながら、低下幅（Ｖｓ−Ｖｅ）を大きくして微小粒子の分取動作を行うと、アクチュエータ３１の電圧値が０となって、アクチュエータ３１が可動範囲の限界に達する時刻が早くなる。このため、分取流路１６内に引き込み可能な微小粒子の最大数（図８中Ｎｍａｘ）が大幅に減少してしまう。これに対して、アンダーシュート付ステップ波形によれば、引き込み可能な微小粒子の数の減少は、アンダーシュート一波形分の電圧幅（Ｖｅ−Ｖ１）に由来して生じる量のみに抑制できる。
【００４６】
以上のように、微小粒子分取装置Ａによれば、アンダーシュート付ステップ波形の電圧によりアクチュエータ３１を駆動することによって、目的粒子のみを高速かつ安定して分取流路１６内に引き込み、非目的粒子と分別できる。なお、廃棄流路１７に流された非目的粒子は、廃棄流路１７内に蓄積するか、外部に排出すればよい。
【００４７】
３．第二実施形態に係る微小粒子分取装置及び微小粒子分取用マイクロチップの構成
［マイクロチップの構成］
図１１及び図１２は、本技術の第二実施形態に係る微小粒子分取装置Ｂに搭載されるマイクロチップ１ｂの構成を説明する図である。図１１は上面図、図１２は斜視図である。
【００４８】
マイクロチップ１ｂは、分取流路１６に圧力室１６２を備える点で、第一実施形態に係るマイクロチップ１ａと異なっている。マイクロチップ１ｂは、分取流路１６において直列に配置された圧力室１６１と圧力室１６２を有する。圧力室１６２も、圧力室１６１と同様に、分取流路１６において内空が拡張された領域として形成されている（図１１参照）。
【００４９】
圧力室１６２に対応するマイクロチップ１ｂの表面には、アクチュエータ３２が配置されている（図１２参照）。アクチュエータ３２もアクチュエータ３１と同様に機能し、マイクロチップ１ｂの表面（接触面）に伸縮力を加え、分取流路１６内に圧力の変化を生じさせる。マイクロチップ１ｂの圧力室１６２及びアクチュエータ３２以外の構成は、マイクロチップ１ａと同様である。
【００５０】
［装置の全体構成］
微小粒子分取装置Ｂは、マイクロチップ１ｂと、照射部２１、検出部２２及び駆動部２３とを含んで構成されている。このうち、照射部２１及び検出部２２の構成は、第一実施形態に係る微小粒子分取装置Ａと同様である。
【００５１】
微小粒子分取装置Ｂにおいて、駆動部２３は、検出部２２から入力される電気信号に基づいて微小粒子の光学特性を判定し、判定結果に基づいてアクチュエータ３１，３２に印加される電圧を制御する。
【００５２】
４．第二実施形態に係る微小粒子分取装置の動作
［駆動信号］
次に、微小粒子分取装置Ｂの動作について説明する。微小粒子分取装置Ｂの動作のうち、微小粒子の分取動作に至るまでのシースフローの形成、微小粒子の光学特性の検出及び判定等の動作は、微小粒子分取装置Ａの動作と同様である。
【００５３】
微小粒子分取装置Ｂにおいて、駆動部２３は、アクチュエータ３１に加えてアクチュエータ３２にも目的粒子を取得するための駆動信号を発生する。この際、駆動部２３は、アクチュエータ３２に図１３Ａに示す「パルス波形」の電圧を印加し、アクチュエータ３１に図１３Ｂに示すステップ波形の電圧を印加する。
【００５４】
ここで「パルス波形」とは、図１４Ａに示すように、信号の開始時刻ＴＳから時刻Ｔ１にかけて電圧値がＶｓからＶ１まで大きく低下し、その後、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３にかけて電圧値がＶ１からＶｅ（Ｖｅ＝Ｖｓ）に復帰する波形である。ここでは、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで電圧値Ｖ１が維持され、時刻Ｔ３から終了時刻Ｔｅまで電圧値Ｖｅが維持される波形を図示している。図１４Ｂには、「ステップ波形」を示す。
【００５５】
パルス波形とステップ波形の開始時刻ＴＳおける電圧値はＶｓで同じである。しかし、ステップ波形の終了時刻Ｔｅにおける電圧値はＶｅ（Ｖｅ＜Ｖｓ）であるのに対して、パルス波形の終了時刻Ｔｅにおける電圧値はＶｅ（Ｖｅ＝Ｖｓ）に復帰する。このため、ステップ波形では一波形で電圧値が（ＶＳ−Ｖｅ）だけ低下するのに対して、パルス波形では電圧値の低下は生じない。
【００５６】
駆動部２３は、アクチュエータ３２に印加するパルス波形の信号と、アクチュエータ３１に印加するステップ波形の信号との合成によって「アンダーシュート付ステップ波形」の信号を生成する。これによって、駆動部２３は、分取流路１６内にステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力変化を生じさせる。
【００５７】
パルス波形とステップ波形との合成による分取動作では、まず、アクチュエータ３１に印加されるステップ波形の電圧により、圧力室１６１の体積が目的粒子の引き込みに必要な分だけ増加される。これに加えて、圧力室１６２の体積が、アクチュエータ３２に印加されるパルス波形の電圧によって、信号の発生開始直後（時刻Ｔｓ〜時刻Ｔ３）において大きく増加される。その結果、分取流路１６内へのサンプル液及びシース液の取り込み体積を、最終的には引き込みに必要な体積のみとしつつ、目的粒子の引き込み開始直後に大きく増加するようにできる。このため、パルス波形とステップ波形との合成による分取動作によれば、上述のアンダーシュート付ステップ波形の場合と同様に、迅速な目的粒子の引き込みが可能となる。
【００５８】
さらに、パルス波形とステップ波形との合成による分取動作によれば、アンダーシュート付ステップ波形による分取動作で生じ得る、アンダーシュート一波形分の電圧幅（Ｖｅ−Ｖ１）に由来する引き込み可能な微小粒子の数の減少を回避できる。
【００５９】
微小粒子分取装置Ｂでは、アクチュエータ３２への駆動信号をパルス波形とするとともに、アクチュエータ３１への駆動信号をステップ波形ではなくアンダーシュート付ステップ波形としてもよい。この場合には、目的粒子の引き込み開始直後において分取流路１６内により大きな負圧を発生させることができ、引き込み動作を一層高速化できる。
【００６０】
また、微小粒子分取装置Ｂにおいて、パルス波形の電圧を印加されるアクチュエータ３２は、主流路１５への連通口の近くに位置する圧力室１６２に対応して配置されていることが必要である。仮に、パルス波形で駆動されるアクチュエータ３２を圧力室１６１に配置し、ステップ波形又はアンダーシュート付ステップ波形で駆動されるアクチュエータ３１を圧力室１６２に配置した場合には、一旦分取流路１６内に引き込んだ目的粒子が再度主流路１５へ吐出されてしまう可能性がある。
【００６１】
５．第三実施形態に係る微小粒子分取装置及び微小粒子分取用マイクロチップの構成
［マイクロチップの構成］
図１５及び図１６は、本技術の第三実施形態に係る微小粒子分取装置Ｃに搭載されるマイクロチップ１ｃの構成を説明する図である。図１５は斜視図、図１６は断面図である。
【００６２】
マイクロチップ１ｃは、圧力室１６１に対応する位置にアクチュエータ３２を備える点で、第一実施形態に係るマイクロチップ１ａと異なっている。マイクロチップ１ｃは、圧力室１６１に対して、一方の表面にアクチュエータ３１を有し、裏面にアクチュエータ３２を有している（図１５参照）。
【００６３】
アクチュエータ３２は、マイクロチップ１ｃの裏面を圧力室１６１に対応する位置において陥凹させて形成された変位板３２１に接触して配置されている（図１６参照）。アクチュエータ３２も、アクチュエータ３１と同様に機能し、印加される電圧の変化に伴って伸縮し、変位板３２１を介して圧力室１６１内に圧力変化を生じさせる。マイクロチップ１ｃのアクチュエータ３２及び変位板３２１以外の構成は、マイクロチップ１ａと同様である。
【００６４】
［装置の全体構成］
微小粒子分取装置Ｃは、マイクロチップ１ｃと、照射部２１、検出部２２及び駆動部２３とを含んで構成されている。このうち、照射部２１及び検出部２２の構成は、第一実施形態に係る微小粒子分取装置Ａと同様である。
【００６５】
微小粒子分取装置Ｃにおいて、駆動部２３は、検出部２２から入力される電気信号に基づいて微小粒子の光学特性を判定し、判定結果に基づいてアクチュエータ３１，３２に印加される電圧を制御する。
【００６６】
６．第三実施形態に係る微小粒子分取装置の動作
［駆動信号］
次に、微小粒子分取装置Ｃの動作について説明する。微小粒子分取装置Ｃの動作のうち、微小粒子の分取動作に至るまでのシースフローの形成、微小粒子の光学特性の検出及び判定等の動作は、微小粒子分取装置Ａの動作と同様である。
【００６７】
微小粒子分取装置Ｃにおいて、駆動部２３は、アクチュエータ３１に加えてアクチュエータ３２にも目的粒子を取得するための駆動信号を発生する。この際、駆動部２３は、アクチュエータ３２に図１３Ａに示した「パルス波形」の電圧を印加し、アクチュエータ３１に図１３Ｂに示したステップ波形の電圧を印加する。
【００６８】
駆動部２３は、アクチュエータ３２に印加するパルス波形の信号と、アクチュエータ３１に印加するステップ波形の信号との合成によって「アンダーシュート付ステップ波形」の信号を生成する。これによって、駆動部２３は、分取流路１６内にステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力変化を生じさせる。
【００６９】
パルス波形とステップ波形との合成による分取動作において、ステップ波形で駆動されるアクチュエータ３１は、圧力室１６１の体積を目的粒子の引き込みに必要な分だけ増加させる。これ加えて、パルス波形で駆動されるアクチュエータ３２が、信号の発生開始直後（図１４Ａ時刻Ｔｓ〜時刻Ｔ３）において圧力室１６１に大きな負圧を発生させる。これにより、分取流路１６内へのサンプル液及びシース液の取り込み体積は、最終的には引き込みに必要な体積のみとなるが、目的粒子の引き込み開始直後には大きく増加することとなる。このため、パルス波形とステップ波形との合成による分取動作によれば、上述のアンダーシュート付ステップ波形の場合と同様に、迅速な目的粒子の引き込みが可能となる。
【００７０】
微小粒子分取装置Ｃでは、アクチュエータ３２への駆動信号をパルス波形とするとともに、アクチュエータ３１への駆動信号をステップ波形ではなくアンダーシュート付ステップ波形としてもよい。この場合には、目的粒子の引き込み開始直後において圧力室１６１内により大きな負圧を発生させることができ、引き込み動作を一層高速化できる。
【００７１】
７．第四実施形態に係る微小粒子分取装置及び微小粒子分取用マイクロチップの構成
［マイクロチップの構成］
図１７は、本技術の第四実施形態に係る微小粒子分取装置Ｄに搭載されるマイクロチップ１ｄの構成を説明する図である。
【００７２】
マイクロチップ１ｄは、分取流路１６に圧力室１６３を備える点で、第二実施形態に係るマイクロチップ１ｂと異なっている。マイクロチップ１ｄは、分取流路１６において圧力室１６１、圧力室１６２及び圧力室１６３が直列に配置されている。圧力室１６３も、圧力室１６１，１６２と同様に、分取流路１６において内空が拡張された領域として形成されている。
【００７３】
圧力室１６３に対応するマイクロチップ１ｄの表面には、アクチュエータが配置されている。このアクチュエータは図示されていないが、以下「アクチュエータ３３」として説明する。アクチュエータ３３もアクチュエータ３１，３２と同様に機能し、マイクロチップ１ｄの表面（接触面）に変位を加えて圧力室１６３内の体積を変化させ、分取流路１６内に圧力の変化を生じさせる。マイクロチップ１ｄの圧力室１６３及びアクチュエータ３３以外の構成は、マイクロチップ１ｂと同様である。
【００７４】
［装置の全体構成］
微小粒子分取装置Ｄは、マイクロチップ１ｄと、照射部２１、検出部２２及び駆動部２３とを含んで構成されている。このうち、照射部２１及び検出部２２の構成は、第一実施形態に係る微小粒子分取装置Ａと同様である。
【００７５】
微小粒子分取装置Ｄにおいて、駆動部２３は、検出部２２から入力される電気信号に基づいて微小粒子の光学特性を判定し、判定結果に基づいてアクチュエータ３１，３２，３３に印加される電圧を制御する。
【００７６】
８．第四実施形態に係る微小粒子分取装置の動作
［駆動信号］
次に、微小粒子分取装置Ｄの動作について説明する。微小粒子分取装置Ｄの動作のうち、微小粒子の分取動作に至るまでのシースフローの形成、微小粒子の光学特性の検出及び判定等の動作は、微小粒子分取装置Ａの動作と同様である。
【００７７】
微小粒子分取装置Ｄにおいて、駆動部２３は、アクチュエータ３１,３２に加えてアク
チュエータ３３にも目的粒子を取得するための駆動信号を発生する。この際、駆動部２３は、アクチュエータ３２に図１８Ａに示す「パルス波形」の電圧を印加し、アクチュエータ３１，３３に図１８Ｂ，Ｃに示すステップ波形の電圧を印加する。
【００７８】
駆動部２３は、アクチュエータ３２に印加するパルス波形の信号と、アクチュエータ３１に印加するステップ波形の信号との合成によって「アンダーシュート付ステップ波形」の信号を生成する。これによって、駆動部２３は、分取流路１６内にステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力変化を生じさせ、目的粒子の分取を行う。
【００７９】
さらに、駆動部２３は、アクチュエータ３１の可動範囲が限界に達し、アクチュエータ３１に印加される電圧値が０となると、アクチュエータ３３への信号出力を開始する。これにより、駆動部２３は、アクチュエータ３３に印加するステップ波形の信号と、アクチュエータ３２に印加するパルス波形の信号との合成によってアンダーシュート付ステップ波形の信号を生成し、目的粒子の分取を継続する。
【００８０】
このように、可動範囲が限界に達したアクチュエータに替わって、別の新たなアクチュエータの駆動を開始し、分取動作を継続できるようにすることで、分取流路１６内に引き込み可能な微小粒子の最大数を増加させることができる。
【００８１】
微小粒子分取装置Ｄにおいて、アクチュエータ及び圧力室の組み合わせは、ここで示した３組に限られず、４組以上を配置してもよい。例えば、パルス波形で駆動されるアクチュエータと圧力室との組み合わせを２以上設けた場合には、目的粒子の引き込み開始直後において分取流路１６内により大きな負圧を発生させることができ、引き込み動作をさらに高速化できる。また、ステップ波形で駆動されるアクチュエータと圧力室との組み合わせを３以上設けた場合には、それらを順次駆動していくことにより、分取流路１６内に引き込み可能な微小粒子の最大数をさらに増加させることができる。
【００８２】
また、微小粒子分取装置Ｄでは、アクチュエータ３２への駆動信号をパルス波形とするとともに、アクチュエータ３１，３３への駆動信号をステップ波形ではなくアンダーシュート付ステップ波形としてもよい。この場合には、目的粒子の引き込み開始直後において分取流路１６内により大きな負圧を発生させることができ、引き込み動作を一層高速化できる。
【００８３】
なお、微小粒子分取装置Ｄにおいても、パルス波形の電圧を印加されるアクチュエータ３２は、主流路１５への連通口の近くに位置する圧力室１６２に対応して配置されていることが必要である。仮に、パルス波形で駆動されるアクチュエータ３２を圧力室１６１あるいは圧力室１６３に配置した場合には、一旦分取流路１６内に引き込んだ目的粒子が再度主流路１５へ吐出されてしまう可能性がある。
【００８４】
９．微小粒子分取方法及び微小粒子分取プログラム
本技術に係る微小粒子分取方法は、上述の微小粒子分取装置の駆動部２３によって実行される動作に対応するものである。また、微小粒子分取装置の駆動部２３には、この動作を実行するための微小粒子分取プログラムが格納されている。
【００８５】
プログラムは、ハードディスクに格納・保持され、ＣＰＵ及びＯＳの制御の下でメモリに読み込まれて、上述の分取動作を実行する。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたものとできる。記録媒体としては、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば特に制限はないが、具体的には、例えば、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の円盤形記録媒体が用いられる。また、磁気テープ等のテープ型記録媒体を用いてもよい。また、一部の処理をＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programing Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成し、上記ソフトウエアプログラムと連携させて高速処理を行う構成も採用できる。
【００８６】
本技術に係る微小粒子分取装置は以下のような構成をとることもできる。
（１）微小粒子を含む液体が通流される主流路と、該主流路に連通する分岐流路と、該分岐流路内に負圧を発生させるアクチュエータと、前記アクチュエータに印加される電圧を制御して、前記分岐流路内にステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力変化を生じさせる駆動部と、を備える微小粒子分取装置。
（２）前記アクチュエータを２以上備え、前記駆動部は、１以上の前記アクチュエータにパルス波形の前記電圧を印加するとともに、他の１以上の前記アクチュエータにステップ波形の前記電圧を印加する上記（１）記載の微小粒子分取装置。
（３）前記駆動部は、１以上の前記アクチュエータに前記パルス波形の前記電圧を印加するとともに、他の１以上の前記アクチュエータにアンダーシュート付ステップ波形の前記電圧を印加する上記（２）記載の微小粒子分取装置。
（４）前記主流路及び前記分岐流路は、マイクロチップの内部に形成されており、前記アクチュエータは、前記マイクロチップの表面の前記分岐流路に対応する位置に接触して配置されている上記（１）〜（３）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（５）前記アクチュエータは、前記マイクロチップの接触面に変位を加える上記（４）記載の微小粒子分取装置。
（６）前記分岐流路の前記アクチュエータの配置位置に対応する部分が、前記変位によって体積変化を生じる圧力室として構成されている上記（５）記載の微小粒子分取装置。
（７）前記分岐流路において、前記圧力室が直列に配置されており、前記パルス波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータは、前記ステップ波形又は前記アンダーシュート付ステップ波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータよりも、前記主流路への連通口の近くに位置する前記圧力室に対応して配置されている上記（２）〜（６）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（８）一の前記圧力室に対して、前記マイクロチップの一方の表面に前記パルス波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータが配置され、反対表面に前記ステップ波形又は前記アンダーシュート付ステップ波形の前記電圧を印加される前記アクチュエータが配置されている上記（２）〜（６）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（９）前記駆動部は、前記アクチュエータにアンダーシュート付ステップ波形の前記電圧を印加する上記（１）記載の微小粒子分取装置。
【符号の説明】
【００８７】
Ａ：微小粒子分取装置、Ｓ：サンプル液層流、Ｔ：シース液層流、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ：マイクロチップ、１１：サンプル液インレット、１２：サンプル液流路、１３：シース液インレット、１４：シース液流路、１５：主流路、１５ａ：検出領域、１５６：連通口、１６：分取流路、１６１，１６２，１６３：圧力室、１７：廃棄流路、２１：照射部、２２：検出部、２３：駆動部、３１，３２，３３：アクチュエータ、３１１，３２１：変位板
【図１】
2014013802.tif 000003
【図２】
2014013802.tif 000004
【図３】
2014013802.tif 000005
【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】
2014013802.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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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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【図１８】
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【国際調査報告】
2014013802.tif 000021
2014013802.tif 000022
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