(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液中の菌を捕集するための捕集装置であって、
液体を貫流させるための貫流管と、
前記貫流管に向かう位置に設置された複数の電極と、
前記貫流管内で液体を所定の液流方向に沿って搬送するための搬送機構と、
前記複数の電極のそれぞれの周波数を制御するための制御装置とを備え、
前記複数の電極は、前記液流方向の上流側から下流側に段階的に配列された第１の電極と第２の電極とを含み、前記第１の電極は、前記液流方向に上流側に配列されており、前記第２の電極は、前記液流方向に前記第１の電極よりも下流側に配列されており、
前記制御装置は、前記第１の電極で前記貫流管に貫流された前記試料液中の生菌を捕集するよう前記第１の電極の周波数を制御し、前記第２の電極で前記第１の電極を通過した後の前記試料液中の死菌を捕集するよう前記第２の電極の周波数を制御する、捕集装置。
【請求項２】
前記貫流管内の前記試料液中の生菌、死菌共に生じる誘電泳動力を、前記搬送機構で搬送される前記試料液が前記生菌および前記死菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数を第１の周波数とし、
前記貫流管内の前記試料液中の死菌に生じる誘電泳動力を前記搬送機構で搬送される前記試料液が前記死菌に及ぼす応力よりも小さいものとし、前記試料液中の生菌に生じる誘電泳動力を前記搬送機構で搬送される前記試料液が前記生菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数を第２の周波数とすると、
前記制御装置は、前記第１の電極の周波数を前記第２の周波数とし、前記第２の電極の周波数を前記第１の周波数とする、請求項１に記載の捕集装置。
【請求項３】
前記貫流管内の前記試料液中の生菌、死菌共に生じる誘電泳動力を、前記搬送機構で搬送される前記試料液が前記生菌および前記死菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数を第１の周波数とし、
前記貫流管内の前記試料液中の死菌に生じる誘電泳動力を前記搬送機構で搬送される前記試料液が前記死菌に及ぼす応力よりも小さいものとし、前記試料液中の生菌に生じる誘電泳動力を前記搬送機構で搬送される前記試料液が前記生菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数を第２の周波数とすると、
前記制御装置は、前記第１の電極の周波数を前記第１の周波数とした後に、前記第１の電極の周波数を前記第１の周波数から前記第２の周波数に切り替え、かつ、前記第２の電極の周波数を前記第１の周波数とする、請求項１に記載の捕集装置。
【請求項４】
前記複数の電極は、前記第１の電極よりも前記液流方向の上流側に配列された第３の電極をさらに含み、
前記制御装置は、前記第３の電極で前記貫流管に貫流された前記試料液中の生菌および死菌を捕集するよう前記第３の電極の周波数を制御し、
前記制御装置は、前記第３の電極の周波数を制御した後に、前記第３の電極に捕集された生菌および死菌を前記第３の電極から放出するよう前記第３の電極の周波数を制御すると共に、前記第１の電極で生菌を捕集するよう前記第１の電極の周波数を制御し、かつ、前記第２の電極で死菌を捕集するよう前記第２の電極の周波数を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の捕集装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記貫流管に貫流された前記試料液中の生菌および死菌を捕集するよう前記第３の電極の周波数を、前記貫流管内の前記試料液中の生菌、死菌共に生じる誘電泳動力を前記搬送機構で搬送される前記試料液が前記生菌および前記死菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数とする、請求項４に記載の捕集装置。
【請求項６】
前記複数の電極は、前記第１の電極および前記第２の電極と前記液流方向に平行に、前
記液流方向の上流側から下流側に段階的に、それぞれ、前記第１の電極および前記第２の電極と前記液流方向に直交方向に並んで配列された第４の電極および第５の電極を含み、
前記制御装置は、前記第４の電極で前記貫流管に貫流された前記試料液中の生菌を捕集するよう前記第４の電極の周波数を制御し、前記第５の電極で前記第４の電極で捕集された後に放出された前記生菌を捕集するよう前記第５の電極の周波数を制御する、請求項１〜５のいずれかに記載の捕集装置。
【請求項７】
流路の液流方向の上流側から下流側に段階的に配置された複数の電極のそれぞれの周波数を制御することで、前記流路を流れる試料液中の生死菌を分離する方法であって、
前記液流方向に上流側に配列された第１の電極で前記試料液中の生菌を捕集するよう前記第１の電極の周波数を制御するステップと、
前記液流方向に前記第１の電極よりも下流側に配列された第２の電極で前記第１の電極を通過した後の前記試料液中の死菌を捕集するよう前記第２の電極の周波数を制御するステップとを備える、分離方法。
【請求項８】
試料液中の菌を捕集装置で捕集し、その結果を表示装置で表示する方法であって、
前記捕集装置は、流路の液流方向の上流側から下流側に段階的に配置された複数の電極を含み、
前記液流方向に上流側に配列された第１の電極で前記試料液中の生菌を捕集するよう前記第１の電極の周波数を制御するステップと、
前記液流方向に前記第１の電極よりも下流側に配列された第２の電極で前記第１の電極を通過した後の前記試料液中の死菌を捕集するよう前記第２の電極の周波数を制御するステップと、
前記捕集された前記試料液中の生菌と前記捕集された前記試料液中の死菌とが同一画面となるような表示位置を特定し、当該表示位置に含まれる生菌と死菌とを前記表示装置の同一の画面において表示するステップとを備える、表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は捕集装置、分離方法、および表示方法に関し、特に、誘電泳動力を利用して試料液中の菌を捕集し、生死菌を分離する捕集装置、分離方法、および表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、サルモネラ菌、ブドウ球菌、ボツリヌス菌、および病原性大腸菌Ｏ−１５７といった微生物に起因する食中毒の被害が問題になっている。関係企業では、これらの微生物に対する予防・衛生に関わる講習会や啓蒙活動などを行なう一方で、高額な設備投資を通じて事故拡散を未然に防ごうとしており、微生物を簡易かつ迅速に検出する様々な試薬や装置が提案されている。
【０００３】
微生物などのタンパク質を含む標的菌を効率よく濃縮して、かかる濃縮液を分析する濃縮技術の提供は、飲料水、食肉、惣菜、加工食品等の飲料・食品分野や、製薬、製剤、薬品、化粧品等の製薬・化粧品分野や、エイズ、結核菌、鳥インフルエンザ等の臨床・医療分野や、ＤＮＡ・ＲＮＡ、たんぱく質、核酸等のバイオ産業分野や、温泉、水処理、下水処理等の環境測定分野や、船舶バラスト、湾岸管理、海洋汚染等の海洋測定分野など、様々な分野で活躍することが期待される。
【０００４】
微生物を捕集する方法として、たとえば特開２００７−６８５８号公報（特許文献１）にも開示されているように、最近、誘電泳動力を利用した捕集方法が注目されている。上記特許文献１は、微生物が有する電荷に依存することなく、荷電量がわずかな微生物を低電圧で捕集できるとして、誘電泳動法による微生物の分離を目的としたチップを開示している。
【０００５】
また、鈴木雅登らによる「誘電泳動法による微小流体中での微生物の生死分離」（非特許文献１）においては、微生物中の生死菌を分離するための原理説明がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−６８５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】鈴木雅登、外３名，「誘電泳動法による微小流体中での微生物の生死分離」，分析化学，日本分析化学会，２００５年，第５４巻，第１２号，ｐ．１１８９−１１９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述のような様々な分野において、試料液中の生菌と死菌とのそれぞれの菌を捕集したいというニーズがある。
【０００９】
特許文献１の技術を用いて捕集すると生菌と死菌とが分離されず、上のニーズに応じることができないという問題があった。
【００１０】
非特許文献１には分離の原理が開示されているものの、具体的に装置にて実現する方法を開示しておらず、その原理に基づいた実際の分離が難しいという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、試料液中の微生物を誘電泳動力によって捕集し、微生物中の生死菌を好適に分離することのできる捕集装置、分離方法、および表示方法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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、捕集装置は、試料液中の菌を捕集するための捕集装置であって、液体を貫流させるための貫流管と、貫流管に向かう位置に設置された複数の電極と、貫流管内で液体を所定の液流方向に沿って搬送するための搬送機構と、複数の電極のそれぞれの周波数を制御するための制御装置とを備える。複数の電極は、液流方向の上流側から下流側に段階的に配列された第１の電極と第２の電極とを含む。制御装置は、第１の電極で貫流管に貫流された試料液中の生菌を捕集するよう第１の電極の周波数を制御し、第２の電極で第１の電極を通過した後の試料液中の死菌を捕集するよう第２の電極の周波数を制御する。
【００１３】
好ましくは、貫流管内の試料液中の生菌、死菌共に生じる誘電泳動力を、搬送機構で搬送される試料液が生菌および死菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数を第１の周波数とし、貫流管内の試料液中の死菌に生じる誘電泳動力を搬送機構で搬送される試料液が死菌に及ぼす応力よりも小さいものとし、試料液中の生菌に生じる誘電泳動力を搬送機構で搬送される試料液が生菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数を第２の周波数とすると、制御装置は、第１の電極の周波数を第２の周波数とし、第２の電極の周波数を第１の周波数とする。
【００１４】
好ましくは、貫流管内の試料液中の生菌、死菌共に生じる誘電泳動力を、搬送機構で搬送される試料液が生菌および死菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数を第１の周波数とし、貫流管内の試料液中の死菌に生じる誘電泳動力を搬送機構で搬送される試料液が死菌に及ぼす応力よりも小さいものとし、試料液中の生菌に生じる誘電泳動力を搬送機構で搬送される試料液が生菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数を第２の周波数とすると、制御装置は、第１の電極の周波数を第１の周波数とした後に、第１の電極の周波数を第１の周波数から第２の周波数に切り替え、かつ、第２の電極の周波数を第１の周波数とする。
【００１５】
好ましくは、複数の電極は、第１の電極よりも液流方向の上流側に配列された第３の電極をさらに含み、制御装置は、第３の電極で貫流管に貫流された試料液中の生菌および死菌を捕集するよう第３の電極の周波数を制御し、制御装置は、第３の電極の周波数を制御した後に、第３の電極に捕集された生菌および死菌を第３の電極から放出するよう第３の電極の周波数を制御すると共に、第１の電極で生菌を捕集するよう第１の電極の周波数を制御し、かつ、第２の電極で死菌を捕集するよう第２の電極の周波数を制御する。
【００１６】
より好ましくは、制御装置は、貫流管に貫流された試料液中の生菌および死菌を捕集するよう第３の電極の周波数を、貫流管内の試料液中の生菌、死菌共に生じる誘電泳動力を搬送機構で搬送される試料液が生菌および死菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数とする。
【００１７】
好ましくは、複数の電極は、第１の電極および第２の電極と液流方向に平行に、液流方向の上流側から下流側に段階的に、それぞれ、第１の電極および第２の電極と液流方向に直交方向に並んで配列された第４の電極および第５の電極を含む。制御装置は、第４の電極で貫流管に貫流された試料液中の生菌を捕集するよう第４の電極の周波数を制御し、第５の電極で第４の電極で捕集された後に放出された生菌を捕集するよう第５の電極の周波数を制御する。
【００１８】
本発明の他の局面に従うと、分離方法は、流路の液流方向の上流側から下流側に段階的に配置された複数の電極のそれぞれの周波数を制御することで、当該流路を流れる試料液中の生死菌を分離する方法であって、液流方向に上流側に配列された第１の電極で試料液中の生菌を捕集するよう第１の電極の周波数を制御するステップと、液流方向に第１の電極よりも下流側に配列された第２の電極で第１の電極を通過した後の試料液中の死菌を捕集するよう第２の電極の周波数を制御するステップとを備える。
【００１９】
本発明のさらに他の局面に従うと、表示方法は試料液中の菌を捕集装置で捕集し、その結果を表示装置で表示する方法であって、捕集装置は、流路の液流方向の上流側から下流側に段階的に配置された複数の電極を含み、液流方向に上流側に配列された第１の電極で試料液中の生菌を捕集するよう第１の電極の周波数を制御するステップと、液流方向に第１の電極よりも下流側に配列された第２の電極で第１の電極を通過した後の試料液中の死菌を捕集するよう第２の電極の周波数を制御するステップと、捕集された試料液中の生菌と捕集された試料液中の死菌とが同一画面となるような表示位置を特定し、当該表示位置に含まれる生菌と死菌とを表示装置の同一の画面において表示するステップとを備える。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によると、試料液中の微生物を誘電泳動力によって捕集し、微生物中の生死菌を好適に分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態にかかる捕集システムの構成の具体例を示す図である。
【図２】捕集システムに含まれる捕集装置の構造を説明するための概略分解図である。
【図３】捕集装置の電極ユニットの、電極の配列の具体例を示す図である。
【図４】電極ユニットに形成される電極のパターン（形状）の具体例を示す図である。
【図５】電極ユニットに形成される電極のパターン（形状）の具体例を示す図である。
【図６】電極ユニットに形成される電極のパターン（形状）の具体例を示す図である。
【図７】電極ユニットに形成される電極のパターン（形状）の具体例を示す図である。
【図８】電極ユニットに形成される電極のパターン（形状）の具体例を示す図である。
【図９】電極パターンの組み合わせの具体例を示す図である。
【図１０】電極パターンの組み合わせの具体例を示す図である。
【図１１】電極パターンの組み合わせの具体例を示す図である。
【図１２】電極パターンの組み合わせの具体例を示す図である。
【図１３】電極パターンの組み合わせの具体例を示す図である。
【図１４】捕集システムでの第１の動作例の概要を表わすフローチャートである。
【図１５】図１４のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。
【図１６】図１４のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。
【図１７】図１４のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。
【図１８】図１４のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。
【図１９】図１４のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。
【図２０】捕集システムに含まれる制御装置の機能構成の具体例を示すブロック図である。
【図２１】制御装置の動作の流れを表わすフローチャートである。
【図２２】捕集システムでの第２の動作例の概要を表わすフローチャートである。
【図２３】図２２のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。
【図２４】図２２のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。
【図２５】図２２のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。
【図２６】図２２のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。
【図２７】図２２のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。
【図２８】図２２のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。
【図２９】発明者らが行なった捕集システムを用いた捕集動作で撮影された顕微鏡写真である。
【図３０】発明者らが行なった捕集システムを用いた捕集動作で撮影された顕微鏡写真である。
【図３１】発明者らが行なった捕集システムを用いた捕集動作で撮影された顕微鏡写真である。
【図３２】発明者らが行なった捕集システムを用いた捕集動作で撮影された顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。
【００２３】
＜システム構成＞
図１は、本実施の形態にかかる捕集システム１の構成の具体例を示す図である。図１を参照して、捕集システム１は、複数の電極を含む捕集装置１００と、内部に電源２６を有し、当該電源と捕集装置１００の各電極との接続を制御することで該電極への印加を制御するための制御装置２００と、洗浄液を保持するための洗浄液チェンバ３００Ａおよび試料液を保持するための試料液チェンバ３００Ｂと捕集装置１００とを接続するためのチューブ４００Ａと、廃液を保持するための廃液チェンバ３００Ｃと捕集装置１００とを接続するためのチューブ４００Ｂと、捕集装置１００近傍に設置され、捕集装置１００で捕集された菌を撮影するための撮像装置５００と、撮像装置５００に電気的に接続され、撮影画像を表示するための表示装置６００とを含む。
【００２４】
＜捕集装置の装置構成＞
捕集装置１００は、後述するように内空を有し、上流側から下流側に液体が貫流する。上流側にチューブ４００Ａが接続され、下流側にチューブ４００Ｂが接続されている。
【００２５】
チューブ４００Ａには、貫流させる液体を切り替えるための機構の一例としての、三方弁７００が接続される。三方弁７００は、洗浄液チェンバ３００Ａとチューブ４００Ａとの間に設けられた弁７００Ａ、試料液チェンバ３００Ｂとチューブ４００Ａとの間に設けられた弁７００Ｂ、および捕集装置１００とチューブ４００Ａとの間に設けられた弁７００Ｃとの３つの弁を有し、各弁の開閉が制御装置２００によって制御される。すなわち、制御装置２００での制御によって、捕集装置１００に洗浄液チェンバ３００Ａがチューブ４００Ａで接続された状態、または、捕集装置１００に試料液チェンバ３００Ｂがチューブ４００Ａで接続された状態、となる。
【００２６】
もちろん、捕集装置１００と洗浄液チェンバ３００Ａまたは試料液チェンバ３００Ｂとの接続を切り替えるための機構は三方弁７００のみに限定されず、他の方法であってもよい。
【００２７】
チューブ４００Ｂにはポンプ８００が接続されている。ポンプ８００は制御装置２００に電気的に接続され、その稼動が制御装置２００によって制御される。すなわち、制御装置２００での制御によってポンプ８００が稼動することで、図１中の矢印に示されるように、洗浄液チェンバ３００Ａまたは試料液チェンバ３００Ｂからチューブ４００Ａを通って捕集装置１００を抜け、チューブ４００Ｂを通って廃液チェンバ３００Ｃに達する流路が形成される。
【００２８】
図２は、捕集装置１００の構造を説明するための概略分解図である。
図２を参照して、捕集装置１００は、大きくは、基板１０と、電極ユニット１１を含む電極部１２と、水槽壁面１４を有する水槽部１３とから構成される。
【００２９】
基板１０は、電極部１２および水槽部１３を固定するための、図示しない固定機構を有する。
【００３０】
電極部１２および水槽部１３は基板１０上に上記機構によって固定される。詳しくは、電極部１２が基板１０直上に配置され、該電極部１２を間に挟んで水槽部１３が基板１０上に配置される。
【００３１】
水槽部１３は水槽壁面１４を有し、基板１０上に電極部１２が固定されることで、基板１０を底面とし、基板１０と水槽壁面１４とでその内部に液体を保持し得る空間である水槽が形成される。
【００３２】
水槽に接した捕集装置１００の側部には、チューブ４００Ａを接続するための接続口１５Ａおよびチューブ４００Ｂを接続するための接続口１５Ｂが配されている。図１では、一例として直方体の捕集装置１００の両端部にそれぞれチューブ４００Ａおよびチューブ４００Ｂが接続される例が示されているが、図２では、他の例として、一方端に接続口１５Ａおよび接続口１５Ｂが配されてチューブ４００Ａおよびチューブ４００Ｂが一方端に接続される例が示されている。
【００３３】
洗浄液チェンバ３００Ａまたは試料液チェンバ３００Ｂと接続されたチューブ４００Ａが接続口１５Ａに接続され、チューブ４００Ｂが接続口１５Ｂに接続されてチューブ４００Ｂに接続されたポンプ８００が稼動することで、水槽内には、接続口１５Ａから接続口１５Ｂに向かう方向の液流が発生する。
【００３４】
電極部１２の水槽側の面には、複数の電極が配された電極ユニット１１が形成されている。水槽内に液体が保持されることで、電極ユニット１１に配された電極が該液体に接し、水槽内の液体に電界を生じさせる。
【００３５】
図３は、電極ユニット１１の、電極の配列の具体例を示す図である。図３（Ａ）は、電極ユニット１１を水槽部１３から基板１０へ向く方向で見た図であって、この図を上面図とする。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）中の矢印Ｂ方向に見た図であって、この図を側面図とする。また、図中の矢印Ｆは液流方向を表わしている。
【００３６】
図３（Ａ）に示されるように、電極ユニット１１には、複数の電極として第１電極１１Ａ、第２電極１１Ｂ、第３電極１１Ｃ、第４電極１１Ｄ、および第５電極１１Ｅが、液流方向に他段階に配置される。本発明においては少なくとも２段階に配置されればよく、以降の説明では、一例として液流方向に３段階に配列される例を説明する。
【００３７】
なお、以降の説明において、液流方向の最も上流側の電極位置を第１ステージ、第１ステージに下流側に隣接する電極位置を第２ステージ、第２ステージに下流側に隣接する電極位置を第３ステージと称する。第１ステージには液流幅全体に近い幅の１つの電極、第２ステージおよび第３ステージには、それぞれ、液流に対して垂直並んだ、液流幅の概ね半分の幅の２つの電極が配列されるものとする。より詳しい配列例を図３に例示する。
【００３８】
すなわち、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、第１ステージに１つの電極である第１電極１１Ａが、第２ステージには２つの電極である第２電極１１Ｂおよび第３電極１１Ｃが、第３ステージには２つの電極である第４電極１１Ｄおよび第５電極１１Ｅが配列される。
【００３９】
図４〜図８は、それぞれ、電極ユニット１１に形成される電極のパターン（形状）の具体例を示す図である。
【００４０】
電極パターンは、一例として図４に示されたような垂直櫛形であってもよいし、図５に示されたような平行櫛形であってもよいし、図６に示されたような「コ」の字形であってもよいし、図７に示されたような交差形斜め形状であってもよいし、図８に示されたような櫛形斜め形状であってもよい。
【００４１】
図４に示された垂直櫛形および図５に示された平行櫛形では、ｎ本の垂直電極が等間隔に並列配置され、同形の電極ｎ本が対面から交互に組み合わされている。これによって、２ｎ−１のギャップ数をもつ櫛形の電極パターンが形成される。たとえば、１本の電極は電極幅５０μｍまたは１００μｍであって、電極の間隔（ギャップ）は１０μｍとすることができる。
【００４２】
後述するように、捕集装置１００では菌は誘電泳動力により電極に保持されて捕集される。垂直櫛形の電極パターンの場合、液流方向に対して電極が垂直に配列されていることから、捕集された菌は誘電泳動力により強固に電極で保持されることになる。そのため、図４に示された垂直櫛形電極は、第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅのいずれにも好適に用いられる。
【００４３】
後述するように、捕集装置１００における捕集動作においては電極に保持された菌を液流方向に沿って他の電極へと移動（放出）させる。平行櫛形の電極パターンの場合、液流方向に対して電極が平行に配列されていることから、垂直櫛形の電極パターンに比して捕集された菌を別の電極へとスムーズに移動（放出）させることができる。そのため、図５に示された平行櫛形電極は、第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅのいずれにも好適に用いられるである。
【００４４】
図６に示された「コ」の字形では、ｎ本の「コ」の字形電極が等間隔に並列配置され、対面から交互に組み合わされている。これによって、２ｎ−１のギャップ数をもつ「コ」の字形の電極パターンが形成される。たとえば、１本の電極は電極幅１００μｍであって、電極の間隔（ギャップ）は１０μｍとすることができる。
【００４５】
図６に示された「コ」の字形の電極パターンの場合、液流方向に対して電極が平行に配列されている箇所と垂直に配列されている箇所とがあることから、液流方向に対して平行に配列されている箇所から垂直に配列されている箇所へと菌を移動させて集約することができる。後述するように、捕集装置１００における捕集動作においては、液流方向に菌を移動させながら下流側の観察位置に捕集する。そのため、図６に示された「コ」の字形電極は、第２電極１１Ｂから第５電極１１Ｅへと分岐するよりも上流側に配置される第１電極１１Ａに好適に用いられる。
【００４６】
図７に示された交差形斜め形状の電極パターンでは、１本の斜め電極とｎ−１本の「Ｖ」の字形電極とが等間隔に並列配置され、同形の電極ｎ本が対面から交互に組み合わされている。これによって、２ｎ−１のギャップ数をもつ電極パターンが形成される。たとえば、１本の電極は電極幅５０μｍまたは１００μｍであって、電極の間隔（ギャップ）は１０μｍとすることができる。
【００４７】
図７に示された交差形斜めの電極パターンの場合も「コ」の字形の電極パターンと同様の現象により、斜め電極がある中心部へ菌を集約することができる。そのため、図７に示された交差形斜めの電極もまた、第２電極１１Ｂから第５電極１１Ｅへと分岐するよりも上流側に配置される第１電極１１Ａに好適に用いられる。
【００４８】
図８に示された櫛形斜めの電極パターンでは、ｎ本の「ヘ」の字形電極が等間隔に並列配置されている。これにより、ｎ−１のギャップ数をもつ電極パターンが形成される。たとえば、１本の電極は電極幅５０μｍまたは１００μｍであって、電極の間隔（ギャップ）は１０μｍとすることができる。
【００４９】
電極間で保持された菌は電極の向きに従い電極下部へ移動するとともに、電極上流側で保持された菌は、電極下部まで移動したのち、液流方向と平行に移動して集積する。そんため、図４に示された垂直櫛形の電極パターンと比較してより狭い範囲に捕集された菌を集約させることができ、後述する撮影範囲に菌を捕集させるためには好適に用いられる。
【００５０】
電極ユニット１１の各電極１１Ａ〜１１Ｅの形状は、上記図４〜図８の形状を組み合わせ、様々な構成とすることができる。本発明において、第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅそれぞれの形状は特定の形状に限定されるものではなく、例示された形状を様々に組み合わせることができる。そして、その電極上に撮像装置５００での撮影領域を設定し、該領域を撮影領域とするよう、撮像装置５００を設置する。
【００５１】
図９〜図１３は、第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅそれぞれの形状の組み合わせの具体例を示す図である。もちろん、本発明における第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅそれぞれの形状の組み合わせは図９〜図１３に示されるもののみに限定されるものではない。なお、図９〜図１３中の矢印Ｆは液流方向を表わしている。
【００５２】
図９は、第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅすべてが櫛形の電極パターンで形成された例を表わしている。この構成において、これら電極に対する周波数の制御によって第４電極１１Ｄに生菌が捕集され、第５電極１１Ｅに死菌が捕集される場合、図９に示されるように、液流方向に直交する第３ステージの第４電極１１Ｄおよび第５電極１１Ｅをまたぐ領域Ｐ１を撮像装置５００での撮影領域に設定することで、第４電極１１Ｄに捕集された生菌および第５電極１１Ｅに捕集された死菌が同時に撮影される。
【００５３】
なお、他の周波数制御によっては第２電極１１Ｂに生菌が捕集され、第４電極１１Ｄに死菌が捕集される場合もある。この場合、液流方向に並んだ第２ステージの第２電極１１Ｂと第３ステージの第４電極１１Ｄとをまたぐ領域Ｐ２を撮像装置５００での撮影領域に設定することで、第２電極１１Ｂに捕集された生菌および第４電極１１Ｄに捕集された死菌が同時に撮影される。
【００５４】
図１０は、第１電極１１Ａが「コ」の字形の電極パターン、第２電極１１Ｂ〜第５電極１１Ｅが櫛形の電極パターンで形成された例を表わしている。この構成において、これら電極に対する周波数の制御によって第４電極１１Ｄに生菌が捕集され、第５電極１１Ｅに死菌が捕集される場合、液流方向に直交する第３ステージの第４電極１１Ｄおよび第５電極１１Ｅをまたぐ領域Ｐ３を撮像装置５００での撮影領域に設定することで、第４電極１１Ｄに捕集された生菌および第５電極１１Ｅに捕集された死菌が同時に撮影される。
【００５５】
なお、他の周波数制御によっては第２電極１１Ｂに生菌が捕集され、第４電極１１Ｄに死菌が捕集される場合もある。この場合、液流方向に並んだ第２ステージの第２電極１１Ｂと第３ステージの第４電極１１Ｄとをまたぐ領域Ｐ４を撮像装置５００での撮影領域に設定することで、第２電極１１Ｂに捕集された生菌および第４電極１１Ｄに捕集された死菌が同時に撮影される。
【００５６】
図１１は、第１電極１１Ａ〜第３電極１１Ｃが櫛形の電極パターン、第４電極１１Ｄおよび第５電極１１Ｅが櫛形斜めの電極パターンで形成された例を表わしている。この構成において、これら電極に対する周波数の制御によって第４電極１１Ｄに生菌が捕集され、第５電極１１Ｅに死菌が捕集される場合、図１１に示されるように、液流方向に直交する第３ステージの第４電極１１Ｄおよび第５電極１１Ｅをまたぐ領域であって、特に、菌が集約される櫛形斜めの先端の領域Ｐ５を撮像装置５００での撮影領域に設定することで、第４電極１１Ｄに捕集された生菌および第５電極１１Ｅに捕集された死菌が同時に撮影される。
【００５７】
図１２は、第１電極１１Ａが「コ」の字形の電極パターン、第２電極１１Ｂおよび第３電極１１Ｃが櫛形の電極パターン、第４電極１１Ｄおよび第５電極１１Ｅが櫛形斜めの電極パターンで形成された例を表わしている。この構成において、これら電極に対する周波数の制御によって第４電極１１Ｄに生菌が捕集され、第５電極１１Ｅに死菌が捕集される場合、図１２に示されるように、液流方向に直交する第３ステージの第４電極１１Ｄおよび第５電極１１Ｅをまたぐ領域であって、特に、菌が集約される櫛形斜めの先端の領域Ｐ６を撮像装置５００での撮影領域に設定することで、第４電極１１Ｄに捕集された生菌および第５電極１１Ｅに捕集された死菌が同時に撮影される。
【００５８】
図１３は、第１電極１１Ａが交差形斜めの電極パターン、第２電極１１Ｂおよび第３電極１１Ｃが櫛形の電極パターン、第４電極１１Ｄおよび第５電極１１Ｅが櫛形斜めの電極パターンで形成された例を表わしている。この構成において、これら電極に対する周波数の制御によって第４電極１１Ｄに生菌が捕集され、第５電極１１Ｅに死菌が捕集される場合、図１３に示されるように、液流方向に直交する第３ステージの第４電極１１Ｄおよび第５電極１１Ｅをまたぐ領域であって、特に、菌が集約される櫛形斜めの先端の領域Ｐ７を撮像装置５００での撮影領域に設定することで、第４電極１１Ｄに捕集された生菌および第５電極１１Ｅに捕集された死菌が同時に撮影される。
【００５９】
＜制御装置の装置構成＞
再度図１を参照して、制御装置２００は、装置構成として、装置全体を制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）２０と、ＣＰＵ２０で実行されるプログラム等を記憶するためのメモリ２１と、電源２６と、電源２６と第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅとの接続を切り替えるためのスイッチ２２と、三方弁７００と通信するための通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）２４と、ポンプ８００と通信するための通信Ｉ／Ｆ２３と、撮像装置５００と通信するための通信Ｉ／Ｆ２５とを含む。
【００６０】
ＣＰＵ２０はスイッチ等の図示しない指示入力部から入力された指示に従ってメモリ２１に記憶されるプログラムを読み出して実行し、捕集装置１００に対して後述する捕集動作を実行させる。その際に、第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅそれぞれの周波数を制御する。
【００６１】
ＣＰＵ２０が行なう電極の周波数制御の一例として、ＰＷＭ制御（パルス幅変調）が挙げられる。ＰＷＭ制御を行なうとすると、スイッチ２２はトランジスタスイッチ等が該当し、ＣＰＵ２０は、スイッチ２２の切り替えのタイミング、つまりパルス幅を制御することで第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅそれぞれの周波数を制御する。
【００６２】
もちろん、ＣＰＵ２０での第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅそれぞれの周波数制御はＰＷＭ制御に限定されず、他の制御方法であってもよい。その場合、制御装置２００には、その制御方法に対応した装置構成が含まれる。
【００６３】
また、ＣＰＵ２０は三方弁７００やポンプ８００に対して制御信号を出力する。さらに、撮像装置５００対して制御信号を出力し、撮像装置５００での撮影を制御する。
【００６４】
なお、制御装置２００は一例として、一般的なコンピュータで構成されてよい。そのため、図１に示されていない他の装置構成が含まれていてもよい。
【００６５】
＜撮像装置の装置構成＞
さらに図１を参照して、撮像装置５００は、装置構成として、装置全体を制御するためのＣＰＵ５０と、ＣＰＵ５０で実行されるプログラム等を記憶するためのメモリ５１と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮影部５２と、制御装置２００と通信するための通信Ｉ／Ｆ５３と、表示装置６００と通信するための通信Ｉ／Ｆ５４とを含む。
【００６６】
ＣＰＵ５０は通信Ｉ／Ｆ５３を介して制御装置２００からの制御信号を受信し、該制御信号に従ってメモリ５１に記憶されるプログラムを読み出して実行する。該プログラムの実行に従って、ＣＰＵ５０は撮影部５２を制御して、撮影動作を行なわせる。
【００６７】
撮像装置５００は、上述のように、捕集装置１００に含まれる第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅの上方から該電極のいずれかの位置を撮影領域として含むようにセットされている。そして、制御装置２００からの制御信号に従ったタイミングで撮影を行なうことで、該撮影領域の撮影を行なう。
【００６８】
撮影して得られた画像データは通信Ｉ／Ｆ５４を介して表示装置６００に送信される。表示装置６００は、図示しないＣＰＵによって受信した画面データに基づく画面を表示する。また、表示装置６００が解析プログラムを搭載したコンピュータである場合、図示しないＣＰＵが該解析プログラムを実行することで該画像データの解析を行なうようにしてもよい。
【００６９】
＜分離方法の原理＞
捕集装置１００は、誘電泳動の原理を利用して試料液中の生物由来の粒子を電極に付着させて捕集する。
【００７０】
ここで、誘電泳動の原理を利用した分離方法について説明する。
誘電泳動とは、生物由来の粒子と媒質（ここでは水等）との誘電率などの電気的な性質の差異を利用して誘起双極子モーメントを生じさせ、そのバランスによって生じる誘電泳動力によって粒子を電極に付着させたり乖離させたりする現象を指す。
【００７１】
細胞膜の破損していない正常な生物の由来粒子（生菌）と破損した生物の由来粒子（死菌）との各々に生じる誘電泳動力は、生じさせる電場の周波数によって異なる傾向を見せることが知られている。
【００７２】
詳しくは、Ｈ１［ｋＨｚ］超までは生菌、死菌とも生じる誘電泳動力は周波数の増加に応じて増加し、常に生菌に生じる誘電泳動力が死菌に生じる誘電泳動力に勝っている。
【００７３】
Ｈ１［ｋＨｚ］超以降は、生じる誘電泳動力の大小関係は維持したまま生菌、死菌とも生じる誘電泳動力は周波数の増加に応じて減少するものの、その減少率は、周波数の増加に対して緩やかとなる。一方、死菌に生じる誘電泳動力の減少率の方が生菌に生じる誘電泳動力の減少率よりも大きくなる。Ｈ２［ＭＨｚ］付近では、死菌に生じる誘電泳動力が生菌に生じる誘電泳動力の概ね１／３倍程度となるまで減少する。そして、Ｈ３［ＭＨｚ］付近では、死菌に生じる誘電泳動力は０となる。
【００７４】
捕集装置１００では、この誘電泳動力の周波数に応じた変化を利用して生菌と死菌とを分離する。上記Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、電極の幅、形状、電極間の距離に依存する。そこで発明者が確認用に試作した捕集装置１００で大腸菌を用いて実験を行なったところ、上記Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、各々１００［ｋＨｚ］程度、１［ＭＨｚ］程度、４［ＭＨｚ］程度であった。
【００７５】
すなわち、水槽内に試料液が保持された状態で当該試料液に対して１００［ｋＨｚ］程度の周波数の電場を生じさせることで、電極に生菌、死菌共に付着させ、捕集することができる。この周波数を以降の説明において「第１周波数」と称する。第１周波数は、試料液中の生菌、死菌共に生じる誘電泳動力を、試料液がポンプ８００の稼動によって搬送されることによって生菌、死菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数と言え、具体的には、上の説明のように１００［ｋＨｚ］程度の周波数を指す。
【００７６】
一方、第１周波数よりも高周波の死菌に生じる誘電泳動力が０となる周波数である４［ＭＨｚ］の周波数の電場を生じさせることで、電極には生菌のみ付着することになるため、生菌のみ捕集されることになる。この周波数を以降の説明において「第２周波数」と称する。第２周波数は、試料液中の死菌に生じる誘電泳動力を試料液がポンプ８００の稼動によって搬送されることによって死菌に及ぼす応力よりも小さいものとし、試料液中の生菌に生じる誘電泳動力を試料液がポンプ８００の稼動によって搬送されることによって生菌に及ぼす応力よりも大きいものとする周波数と言え、具体的には、上の説明のように４［ＭＨｚ］程度の周波数を指す。
【００７７】
また、試料液に第２周波数の電場を生じさせて生菌のみを先に捕集し、生菌が除去された残りの試料液に対して第１周波数の電場を生じさせることで、電極には死菌のみ付着することになるため、死菌のみ捕集されることになる。
【００７８】
この電極に対する周波数制御を液流の上流側の電極から順に行なうことで、最終的に、撮影領域が設定された下流側の電極に生菌と死菌とを分離して捕集することができる。
【００７９】
また、試料液に第１周波数の電場を生じさせて生菌および死菌を捕集した後、周波数を第１周波数から第２周波数に変化させることで、捕集された生菌および死菌のうちの生菌は捕集されたまま保持され、死菌が放出されることになる。
【００８０】
この電極に対する周波数制御を液流の上流側の電極にて行なうことで、下流側の電極で死菌のみ捕集することが可能となり、上流側の電極と下流側の電極とで、それぞれ、生菌と死菌とを分離して捕集することができる。
【００８１】
＜動作概要＞
図１４は、捕集システム１での第１の動作例の概要を表わすフローチャートである。また、図１５〜図１９は、図１４のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。図１５〜図１９において、実線で表わされた菌は電極に捕集されている菌を表わし、点線で表わされた菌は電極に捕集されていない菌を表わしている。また、太線で表わされた電極は、電圧が印加されていることを表わしている。
【００８２】
図１４を参照して、はじめに捕集装置１００内に試料液を貫流させる（＃１１）。図１５はそのときの捕集状態を表わしており、水槽内に生死菌を含んだ試料液が搬送されてきている状態を表わしている。
【００８３】
＃１１で試料液の貫流を開始すると共に、第１ステージで生死菌を捕集する（＃１２）。ここでは、第１ステージに配置されている第１電極１１Ａに上述の第１周波数で電圧を印加させる。
【００８４】
図１６はそのときの捕集状態を表わしている。すなわち、図１６を参照して、第１ステージの第１電極１１Ａに上述の第１周波数で電圧が印加されることで、その上を通過する試料液中の当該電場が影響する範囲内にある生死菌が第１電極１１Ａに付着して捕集される。
【００８５】
＃１２の後、各電極の電圧を維持したまま洗浄液を貫流させる（＃１３）。図１７はそのときの捕集状態を表わしている。すなわち、図１７を参照して、各電極の電圧を維持したまま洗浄液によって水槽内、つまり電極上が洗浄されることで、第１電極１１Ａに捕集された生死菌のみが電極上に留まり、他の菌が排除される。
【００８６】
その後、洗浄液の貫流を継続したまま、第１ステージから生死菌を放出する（＃１４）。ここでは、第１ステージの第１電極１１Ａの電圧をオフする。
【００８７】
図１８はそのときの捕集状態を表わしており、＃１１で第１電極１１Ａに捕集された生死菌が第１電極１１Ａから解離する。第１電極１１Ａから解離した生死菌は、洗浄液の液流に沿って下流側の第２ステージに向かう。
【００８８】
＃１４で第１ステージから生死菌を放出すると共に、その下流の第２ステージで生菌を捕集し（＃１５）、さらに下流の第３ステージで死菌を捕集する（＃１６）。ここでは、第２ステージの第２電極１１Ｂまたは第３電極１１Ｃに上述の第２周波数で電圧を印加させ、かつ、その下流側の第３ステージの第４電極１１Ｄまたは第５電極１１Ｅに上述の第１周波数で電圧を印加させる。
【００８９】
図１９はそのときの捕集状態を表わしており、一例として、液流に沿って並んで配置された第２電極１１Ｂに上述の第２周波数で電圧が印加され、第４電極１１Ｄに上述の第１周波数で電圧が印加された例が示されている。すなわち、上述の第２周波数では死菌には誘電泳動力が生じない、または洗浄液の流力よりも小さい誘電泳動力しか生じないため、第２電極１１Ｂには生菌のみ捕集されることになる。上述の第１周波数では生菌にも死菌にも誘電泳動力が生じるものであるが、その上流側にて生菌が捕集されて液中から排除されていることで、第４電極１１Ｄには死菌のみ捕集されることになる。
【００９０】
さらに、第２電極１１Ｂの幅は第１電極１１Ａの幅の概ね半分であるから、第１ステージの第１電極１１Ａから放出された生死菌のうち概ね半分の生死菌のうちの生菌が第２ステージの第２電極１１Ｂに捕集され、第１電極１１Ａから放出された生死菌のうち概ね半分の生死菌のうちの死菌が第３ステージの第４電極１１Ｄに捕集されることになる。
【００９１】
＜機能構成＞
図２０は、捕集システム１に上述の動作を行なわせるための制御装置２００の機能構成の具体例を示すブロック図である。図２０に示される各機能は、制御装置２００のＣＰＵ２０がメモリ２１に記憶されるプログラムを読み出して実行することによって、主にＣＰＵ２０上に形成される機能である。しかしながら、少なくとも一部が、電気回路などのハードウェア構成によって実現されてもよい。
【００９２】
図２０を参照して、制御装置２００は、図示しないスイッチ等の図示しない指示入力部から捕集動作開始の指示入力を受け付けるための入力部２０１と、捕集動作開示に応じて、上記＃１１〜＃１６の各段階を判断するための判断部２０２と、判断部２０２での判断に応じて通信Ｉ／Ｆ２３を介して三方弁７００に対して制御信号を出力し三方弁７００の開閉を制御するための弁制御部２０３と、判断部２０２での判断に応じて通信Ｉ／Ｆ２４を介してポンプ８００に対して制御信号を出力しポンプ８００の稼動を制御するためのポンプ制御部２０４と、判断部２０２での判断に応じてスイッチ２２の切り替えのタイミング、つまりパルス幅を制御することで第１電極１１Ａ〜第５電極１１Ｅそれぞれの周波数を制御するための周波数制御部２０５と、判断部２０２での判断に応じて通信Ｉ／Ｆ２５を介して撮像装置５００に対して制御信号を出力することで撮像装置５００での撮影を制御するための撮影制御部２０６を含む。
【００９３】
＜動作フロー＞
図２１は、上記第１の動作例で表わされた捕集動作を捕集システム１で行なわせるための制御装置２００の動作の流れを表わすフローチャートである。図２１のフローチャートに示された動作は、制御装置２００のＣＰＵ２０がメモリ２１に記憶されているプログラムを読み出して実行し、図２０に示される各機能を発揮させることによって実現される。
【００９４】
図２１を参照して、ステップＳ１０１でＣＰＵ２０は、上記＃１１の試料液貫流用の三方弁７００の制御を行なう。すなわち、洗浄液チェンバ３００Ａ側の弁７００Ａを閉塞し、試料液チェンバ３００Ｂおよび捕集装置１００側の弁７００Ｂ，７００Ｃを開放する。これにより、捕集装置１００にチューブ４００Ａを介して試料液チェンバ３００Ｂが接続された状態となる。
【００９５】
次に、ステップＳ１０３でＣＰＵ２０は、ポンプ８００を稼動させる。これにより、試料液チェンバ３００Ｂ内に保持された試料液がチューブ４００Ａを通って捕集装置１００内に流入し、水槽を貫流してチューブ４００Ｂを経て廃液チェンバ３００Ｃまで搬送される。
【００９６】
次に、ステップＳ１０５でＣＰＵ２０は、第１ステージで生死菌を捕集するための電極への周波数制御を行なう。すなわち、第１ステージに配列された第１電極１１Ａに上述の第１周波数で電圧を印加し、第２ステージおよび第３ステージに配列された電極への電圧の印加をオフする。これによって、図１６に示されたように、貫流している試料中の第１電極１１Ａによって生じた電場の影響を受ける範囲内の生死菌が第１電極１１Ａに付着し、捕集される。
【００９７】
次に、ステップＳ１０７で上記＃１３の洗浄液貫流用の三方弁７００の制御を行なう。すなわち、洗浄液チェンバ３００Ａ側の弁７００Ａおよび捕集装置１００側の弁７００Ｃを開放し、試料液チェンバ３００Ｂ側の弁７００Ｂを開放する。これにより、捕集装置１００にチューブ４００Ａを介して洗浄液チェンバ３００Ａが接続された状態となる。
【００９８】
この状態で上記ステップＳ１０３で稼動されたポンプによってチューブ内の液体が搬送されることで、洗浄液チェンバ３００Ａ内に保持された洗浄液がチューブ４００Ａを通って捕集装置１００内に流入し、水槽を貫流してチューブ４００Ｂを経て廃液チェンバ３００Ｃまで搬送される。
【００９９】
このとき、上記ステップＳ１０５で制御された周波数状態が維持されていることで、図１７に示されたように、第１電極１１Ａに捕集された生死菌は第１電極１１Ａ上に留まり、その周囲の菌が排除される。
【０１００】
次に、ステップＳ１０９でＣＰＵ２０は、第２ステージで生菌を捕集し、第３ステージで死菌を捕集するための電極への周波数制御を行なう。すなわち、上述の例の場合、第１電極１１Ａへの第１周波数での電圧の印加をオフした後、第２ステージに配列された第２電極１１Ｂに第２周波数で電極を印加すると共に、第３ステージに配列された第４電極１１Ｄに第１周波数で電極を印加する。
【０１０１】
これによって、図１８に示されたように第１電極１１Ａから捕集された生死菌が放出され、洗浄液の液流に乗って下流側に搬送される。そして、図１９に示されたように、第２電極１１Ｂで生菌が捕集され、その下流側の第４電極１１Ｄで死菌が捕集される。
【０１０２】
次に、ステップＳ１１１でＣＰＵ２０は、撮像装置５００に対して制御信号を出力し、予め設定されている撮影範囲で撮影を行なわせる。この場合、撮影範囲としては図９に示されたように第２電極１１Ｂと第４電極１１Ｄとをまたぐ領域Ｐ２が設定されておればよく、上記制御信号に従って撮像装置５００がその範囲を撮影することで、第２電極１１Ｂに捕集された生菌および第４電極１１Ｄに捕集された死菌が同時に撮影される。
【０１０３】
＜実施の形態の効果＞
本実施の形態にかかる捕集装置１００では、液流の上流側の電極に４［ＭＨｚ］程度である上述の第２周波数の電圧を印加することで生菌を捕集し、生菌が排除された試料液が搬送されるその下流側の電極に１００［ｋＨｚ］程度である上述の第１周波数の電圧を印加することで死菌が捕集される。すなわち、通常、第１周波数の電圧を印加するのみでは生菌と死菌とが区分されることなく捕集されるものであるが、捕集装置１００では上に説明された生菌と死菌との周波数に対する誘電泳動力の差異を利用して上流側で先に生菌を捕集してしまうことで、その下流側で死菌を捕集することが可能となり、結果として、生菌と死菌とを分離して捕集することが可能となる。
【０１０４】
さらに、上に説明された液流方向に対して３段階に電極を配置し、第１ステージの電極で生死菌をいったん捕集した後に放出することで、第２ステージ、第３ステージの電極での捕集対象となる菌が洗浄液での液流において電極よりの位置、つまり、上の例では電極に沿って水槽の底寄りに集められることになる。そのため、放出された菌は第２ステージ、第３ステージの電極での電場の影響を受け得る範囲で搬送されることになり、これら電極で捕集される確率が格段に高くなる。また、下流側の電極での捕集能力に応じた量の菌が予め上流側の電極にて捕集されることになるので、下流側の電極で効率的に生死菌を捕集することができる。
【０１０５】
なお、上の例では、３段階に電極を配置して、最上流側の第１ステージの電極でいったん生死菌を捕集するものとしているが、必ずしもこの捕集は必須ではなく、少なくとも上流側の第２ステージでの生菌の捕集、および下流側の第３ステージでの死菌の捕集が行なわれればよい。または、後述するように、上流側で生死菌を捕集した後に死菌のみ放出するようにすることで、下流側で死菌のみ捕集することができる。
【０１０６】
＜他の例＞
なお、上で説明した捕集方法は一例であって、上述の原理を利用する他の捕集方法も挙げられる。
【０１０７】
図２２は、他の例として、捕集システム１での第２の動作例の概要を表わすフローチャートである。また、図２３〜図２８は、図２２のフローチャートの各ステップでの捕集状態を表わした図である。図２３〜図２８においても、実線で表わされた菌は電極に捕集されている菌を表わし、点線で表わされた菌は電極に捕集されていない菌を表わしている。また、太線で表わされた電極は、電圧が印加されていることを表わしている。
【０１０８】
図２２を参照して、はじめに捕集装置１００内に試料液を貫流させる（＃２１）。ここでは、上述のステップＳ１０１と同様の制御が行なわれる。
【０１０９】
第２の動作例では、＃２１で試料液の貫流を開始すると共に、第２ステージの一方で生菌を捕集する（＃２２）。ここでは、第２ステージに配置されている第２電極１１Ｂおよび第３電極１１Ｃのうちの一方に上述の第２周波数で電圧を印加させる。
【０１１０】
図２３および図２４はそのときの捕集状態を表わしている。すなわち、図２３を参照して、ここでは、第２ステージの第３電極１１Ｃに上述の第２周波数で電圧が印加され、第２ステージの第２電極１１Ｂの電圧はオフされている。その状態で上記＃２１の動作がなされることで水槽内に生死菌を含む試料液が搬送されてくる。
【０１１１】
図２４を参照して、第３電極１１Ｃの液流方向に直交する方向の幅は概ね全幅の半分程度であるため、搬送された試料液中の概ね半分程度である、第３電極１１Ｃ上を搬送される試料液中の生死菌のうちの生菌が第３電極１１Ｃに付着し、捕集される。
【０１１２】
＃２２の後、＃２２での周波数状態を維持したまま、第１ステージで生菌を捕集すると共に（＃２３）、その下流側の第２ステージの他方側の電極で死菌を捕集する（＃２４）。ここでは、第１ステージに配置されている第１電極１１Ａに上述の第２周波数で電圧を印加させ、第２ステージに配置されている他方の電極に上述の第１周波数で電圧を印加させる。
【０１１３】
図２５はそのときの捕集状態を表わしている。すなわち、図２５を参照して、第１電極１１Ａの液流方向に直交する方向の幅は概ね全幅程度であるため、搬送された試料液中の生死菌のうちの生菌が第１電極１１Ａに付着し、捕集される。
【０１１４】
試料液中の生菌が液流の上流側で捕集されて排除された状態で、試料液は下流側の第２ステージに搬送される。このとき、第３電極１１Ｃには第２周波数で電圧が印加されているものの、すでに搬送された試料液中の生菌は第１ステージにて捕集されているため、第３電極１１Ｃにはこれ以上生菌が捕集されることがない。一方、第２電極１１Ｂには第１周波数で電圧が印加されているため、試料液中に含まれる菌である死菌が第２電極１１Ｂに付着し、捕集される。
【０１１５】
＃２４の後、各電極の電圧を維持したまま洗浄液を貫流させる（＃２５）。図２６はそのときの捕集状態を表わしている。すなわち、図２６を参照して、各電極の電圧を維持したまま洗浄液によって水槽内、つまり電極上が洗浄されることで、第１電極１１Ａに捕集された生菌、第２電極１１Ｂに捕集された死菌、および第３電極１１Ｃに捕集された生菌のみが電極上に留まり、他の菌が排除される。
【０１１６】
その後、洗浄液の貫流を継続したまま、第２ステージから生死菌を放出する（＃２６）。ここでは、第２ステージの両電極である第２電極１１Ｂおよび第３電極１１Ｃの電圧をオフする。
【０１１７】
それと共に、その下流の第３ステージで生死菌を捕集する（＃２７）。ここでは、第３ステージの両電極である第４電極１１Ｄおよび第５電極１１Ｅのいずれもに第１周波数で電圧を印加させる。
【０１１８】
図２７はそのときの捕集状態を表わしており、＃２６で第２電極１１Ｂに捕集された死菌および第３電極１１Ｃに捕集された生菌がそれぞれ電極から解離する。これら電極から解離した生死菌は、洗浄液の液流に沿って下流側の第３ステージに向かう。このとき、死菌は第２電極１１Ｂ側および生菌は第３電極１１Ｃ側で、液流方向に搬送される。そのため、第３ステージの両電極に第１周波数で電圧が印加されることで、それぞれの電極上を搬送される洗浄液中の菌が捕集されることになる。すなわち、第２電極１１Ｂの液流に沿って下流に隣接して配列された第４電極１１Ｄには第２電極１１Ｂから解離した死菌が捕集され、第３電極１１Ｃの液流に沿って下流に隣接して配列された第５電極１１Ｅには第３電極１１Ｃから解離した生菌が捕集される。
【０１１９】
なお、図２３〜図２８に示された例の場合、図１１〜図１３に示されたように、第４電極１１Ｄおよび第５電極１１Ｅが櫛形斜めの電極パターンで形成されている。そのため、この例では、＃２７の動作の後、所定時間洗浄液の貫流を維持することで、「ヘ」の字形電極に沿って捕集された菌が移動し、徐々に、液流方向の最下流、つまり、先端部分に集められることになる。図２８はそのときの捕集状態を表わしており、図２７のように第３ステージの各電極に生死菌がそれぞれ捕集された後に、各電極の先端に生死菌が集約されている。
【０１２０】
この状態で櫛形斜めの先端の領域を撮影領域として撮像装置５００で撮影することで、第４電極１１Ｄに捕集された生菌および第５電極１１Ｅに捕集された死菌が同時に撮影される。
【０１２１】
このような動作が行なわれることでも、本捕集システム１では生菌と死菌とを分離して捕集することが可能となる。
【０１２２】
なお、他の例として、上記＃２３において第１ステージの第１電極１１Ａの第１周波数で電圧を印加させて試料液中の生死菌共に捕集した後に、上記＃２４において第１電極１１Ａの周波数を第１周波数から第２周波数に切り替え、かつ、その下流側の第２ステージの他方側の電極の周波数を第１周波数で電圧を印加させてもよい。これによって、第１電極１１Ａに捕集された生死菌のうちの生菌はそのまま保持され死菌のみが放出され、放出された死菌が、その下流側の第２ステージの他方側の電極で捕集されることになる。
【０１２３】
つまり、捕集システム１での具体的な捕集動作は、上述の第１の動作例に示された動作のみに限定されるものではなく、生菌と死菌との周波数に対する誘電泳動力の差異を利用して上流側で先に生菌を捕集し、その下流側で捕集動作を行なうことで死菌を捕集する、という動作であれば、生死菌を分離して捕集することが可能となるため、どのような動作であってもよい。
【０１２４】
＜実験結果の紹介＞
なお、本願発明者らは捕集システム１を用いて生菌および死菌を分離して捕集し、その捕集状態を撮像装置５００にて撮影している。
【０１２５】
以降、実際に撮影された顕微鏡写真を紹介する。これら顕微鏡写真は、いずれも、捕集装置１００の電極部１２の同じ位置を撮影範囲としたものである。また、同じ周波数制御の捕集動作の後に撮影したものである。
【０１２６】
図２９は、捕集開始前の撮影範囲にある電極を撮影した顕微鏡写真である。図２９の撮影範囲のほぼ中央の図の上下方向に伸びる太いラインは異なる電極間を表わしており、図２９の右側と左側とにそれぞれ異なる電極が撮影されている。さらに、各電極におけるギャップが、左右の電極のそれぞれに上下方向に伸びる細いラインとして撮影されている。この段階ではいすれのギャップにも菌が付着しておらず、いずれの電極でも菌が捕集されていない。
【０１２７】
図３０は、試料液中の菌を死菌１００％として捕集動作を行なった後に撮影範囲にある電極を撮影した顕微鏡写真である。図３０の右側の電極のギャップに菌が付着していることから、右側の電極が死菌を捕集した電極であることがわかる。
【０１２８】
図３１は、試料液中の菌を生菌１００％として捕集動作を行なった後に撮影範囲にある電極を撮影した顕微鏡写真である。図３１の左側の電極のギャップに菌が付着していることから、左側の電極が生菌を捕集した電極であることがわかる。
【０１２９】
図３２は、試料液中の菌を死菌５０％、生菌５０％として捕集動作を行なった後に撮影範囲にある電極を撮影した顕微鏡写真である。図３２の顕微鏡写真より、左右の電極のギャップにそれぞれ同数程度の菌が付着している。図３０、図３１の撮影結果より、図３２の右側の電極に死菌が、左側の電極に生菌が捕集され、それぞれ、試料液中の菌の比率に近い比率で捕集されていることがわかる。つまり、この捕集実験より、捕集システム１では、概ね、試料液中の生死菌の比率を維持して、それらを分離して捕集可能であることがわかった。
【０１３０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３１】
１  捕集システム、１０  基板、１１  電極ユニット、１１Ａ  第１電極、１１Ｂ  第２電極、１１Ｃ  第３電極、１１Ｄ  第４電極、１１Ｅ  第５電極、１２  電極部、１３  水槽部、１４  水槽壁面、１５Ａ，１５Ｂ  接続口、２０  ＣＰＵ、２１，５１  メモリ、２２  スイッチ、２３，２４，２５，５３，５４  通信Ｉ／Ｆ、２６  電源、５０  ＣＰＵ、５２  撮影部、１００  捕集装置、２００  制御装置、２０１  入力部、２０２  判断部、２０３  弁制御部、２０４  ポンプ制御部、２０５  周波数制御部、２０６  撮影制御部、３００Ａ  洗浄液チェンバ、３００Ｂ  試料液チェンバ、３００Ｃ  廃液チェンバ、４００Ａ，４００Ｂ  チューブ、５００  撮像装置、６００  表示装置、７００  三方弁、７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃ  弁、８００  ポンプ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７  領域。
【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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【図７】
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【図８】
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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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