(57)【要約】      （修正有）【課題】流体試料内の標的を濃縮する技術に関し、特に、マイクロ流体チップ、細胞を濃縮する装置及びマイクロ流体チップ内で細胞を濃縮する方法の提供。【解決手段】第１及び第２の細胞濃縮システムのチャネルレイアウトは各々マイクロ流体チップに垂直の反射面に対して対称であり、且つ第１及び第２の細胞濃縮システムの各々は、流体チャネル、試料チャネル、排出チャネル、入口チャネル、及び入口チャネルが達する濾過室を備え、流体チャネル及び試料チャネルは合流室の第１の辺で合流し、排出チャネル及び入口チャネルは合流室の第２の辺から分岐し、第１の辺及び前記第２の辺は対向辺であり、入口チャネルは濾過室と合流室との間の流体連通を形成し、且つ細胞濃縮システムの試料チャネルは内壁及び外壁を有し、第１の外壁と第２の外壁との間の距離は約１０μｍから約１ｃｍの範囲内である、第１及び第２の細胞濃縮システムを備えるマイクロ流体チップ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムを備えるマイクロ流体チップであって、前記第１の細胞濃縮システムのチャネルレイアウトと前記第２の細胞濃縮システムのチャネルレイアウトとは前記マイクロ流体チップに垂直の反射面に対して対称であり、且つ前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々は、
第１の流体チャネル、
第２の流体チャネル、
前記第１の流体チャネルと前記第２の流体チャネルとの間に位置する試料チャネル、
排出チャネル、
入口チャネル、及び
前記入口チャネルが達する濾過室を備え、
前記第１の流体チャネル、前記第２の流体チャネル及び前記試料チャネルは合流室の第１の辺で合流し、前記排出チャネル及び前記入口チャネルは前記合流室の第２の辺から分岐し、前記第１の辺及び前記第２の辺は対向辺であり、前記入口チャネルは前記濾過室と前記合流室との間の流体連通を形成し、且つ
前記第１の細胞濃縮システムの前記試料チャネルは第１の内壁及び第１の外壁を有し、前記第２の細胞濃縮システムの前記試料チャネルは第２の内壁及び第２の外壁を有し、前記第１の外壁及び前記第２の外壁は両方とも前記反射面から遠くに位置し、前記第１の外壁と前記第２の外壁との間の距離は約１０μｍから約１ｃｍの範囲内である、
マイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記第１の外壁と前記第２の外壁との間の距離は約７００μｍから約１２００μｍの範囲内である、請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項３】
試薬入口及び試薬チャネルを更に備え、前記試薬チャネルは第１の岐路及び第２の岐路に分岐し、前記第１の岐路は前記第１の細胞濃縮システムの前記濾過室と連通し、前記第２の岐路は前記第２の細胞濃縮システムの前記濾過室と連通している、請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項４】
前記試薬チャネルの前記第１の岐路及び前記第２の岐路の各々は、内部に複数のフィルタスリットが配置された汚染防止部を備える、請求項３に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項５】
前記試薬チャネルは更に、前記第１の岐路及び前記第２の岐路に分岐する前に気泡トラップ室を備える、請求項３に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項６】
前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々は更に、前記マイクロ流体チップの外面を貫通し前記排出チャネルと流体連通する排出出口孔を備える、請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項７】
前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々は更に、前記濾過室内に配置され且つ前記濾過室を第１の分室及び第２の分室に分割するフィルタ壁を備え、
前記フィルタ壁は、
複数のスリットの各々が前記フィルタ壁を横断して前記第１の分室と前記第２の分室との間の流体連通を形成する複数の貫通スリット、及び
前記フィルタ壁の前記第１の分室に面する側に配置された、ブロックエッジ部と該ブロックエッジ部からへこんだ凹部を画定するルーフ状構造部、
を備える、請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項８】
前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々は更に、前記第２の分室から出る出口チャネルを備える、請求項７に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項９】
前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々は更に、前記マイクロ流体チップの外面を貫通し前記出口チャネルと連通する出口孔を備える、請求項８に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１０】
前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々は更に、
前記マイクロ流体チップの外面を貫通し前記試料チャネルと連通する試料入口孔、
前記マイクロ流体チップの外面を貫通し前記第１の流体チャネルと連通する第１のバッファ入口孔、
前記マイクロ流体チップの外面を貫通し前記第２の流体チャネルと連通する第２のバッファ入口孔、及び
前記マイクロ流体チップの外面を貫通し前記第２のバッファ入口孔と前記合流室との間の前記第２の流体チャネルと流体連通するバッファスイッチ孔、
を備える、請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１１】
第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムを備えるマイクロ流体チップであって、前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々は、
第１の流体チャネル、
第２の流体チャネル、
前記第１の流体チャネルと前記第２の流体チャネルとの間に位置する試料チャネル、
排出チャネル、
入口チャネル、及び
前記入口チャネルが達する濾過室を備え、
前記第１の流体チャネル、前記第２の流体チャネル及び前記試料チャネルは合流室の第１の辺で合流し、前記排出チャネル及び前記入口チャネルは前記合流室の第２の辺から分岐し、前記第１の辺及び前記第２の辺は対向辺であり、前記入口チャネルは前記濾過室と前記合流室との間の流体連通を形成する、マイクロ流体チップと、
前記第１の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネル及び前記第２の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネルにそれぞれ接続された２つのスイッチと、
視野を有し、前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの前記試料チャネル内の標的細胞を検出するように構成された細胞検出器と、
前記細胞検出器の検出結果に応答して前記２つのスイッチを独立に制御するよう構成されたプロセッサであって、前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの１つの前記試料チャネル内の前記標的細胞の検出時に、前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの前記１つに接続された対応スイッチを活性化する、プロセッサと、
を備える、細胞濃縮装置。
【請求項１２】
前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々の前記第１の流体チャネルと流体連通する第１のバッファサプライと、
前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々の前記第２の流体チャネルと流体連通する第２のバッファサプライとを更に備え、
前記２つのスイッチの１つが前記第２のバッファサプライと前記第１の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネルとの間に接続され、前記２つのスイッチの他の１つが前記第２のバッファサプライと前記第２の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネルとの間に接続され、
前記プロセッサは更に、前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々の前記第２の流体チャネルにバッファフローを形成するために前記第２のバッファサプライを制御し、前記バッファフローが前記試料チャネルからの試料流体を前記合流室において前記排出チャネルに入るように方向づけるように構成され、且つ
前記プロセッサは、前記標的細胞の検出時に、前記バッファフローを調整するために前記対応スイッチを活性化し、前記調整されたバッファフローが前記試料チャネルからの前記試料流体を前記合流室において前記入口チャネルに入るように方向づけるように構成されている、
請求項１１に記載の細胞濃縮装置。
【請求項１３】
前記マイクロ流体チップは更に、試薬入口及び試薬チャネルを備え、前記試薬チャネルは前記第１の細胞濃縮システムの前記濾過室及び前記第２の細胞濃縮システムの前記濾過室とそれぞれ流体連通する２つの岐路に分岐する、請求項１１記載の細胞濃縮装置。
【請求項１４】
前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々は更に、前記濾過室内に配置され且つ前記濾過室を第１の分室及び第２の分室に分割するフィルタ壁を備え、
前記フィルタ壁は、
複数のスリットの各々が前記フィルタ壁を横断して前記第１の分室と前記第２の分室との間の流体連通を形成する複数の貫通スリット、及び
前記フィルタ壁の前記第１の分室に面する側に配置された、ブロックエッジ部と該ブロックエッジ部からへこんだ凹部を画定するルーフ状構造部、
備える、請求項１３に記載の細胞濃縮装置。
【請求項１５】
第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムを備え、前記第１の細胞濃縮システム及び前記第２の細胞濃縮システムの各々は、
第１の流体チャネル、
第２の流体チャネル、
前記第１の流体チャネルと前記第２の流体チャネルとの間に位置する試料チャネル、
排出チャネル、
入口チャネル、及び
前記入口チャネルが達する濾過室を備え、
前記第１の流体チャネル、前記第２の流体チャネル及び前記試料チャネルは合流室の第１の辺で合流し、前記排出チャネル及び前記入口チャネルは前記合流室の第２の辺から分岐し、前記第１の辺及び前記第２の辺は対向辺であり、前記入口チャネルは前記濾過室と前記合流室との間の流体連通を形成する、マイクロ流体チップにおいて細胞を濃縮する方法であって、
前記方法は、
前記第１の細胞濃縮システムの前記第１の流体チャネルに第１のバッファ流体を、前記第１の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネルに第２のバッファ流体を供給するステップと、
前記第１の細胞濃縮システムの前記試料チャネルに第１の試料流体を注入するステップと、
前記第１の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネルにおける前記第２のバッファ流体を制御して、前記第１の試料流体が前記第１の細胞濃縮システムの前記排出チャネル及び前記入口チャネルの１つに入るように方向づけるステップと、
を備える、方法。
【請求項１６】
前記第２の細胞濃縮システムの前記第１の流体チャネルに第１のバッファ流体を、前記第２の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネルに第２のバッファ流体を供給するステップと、
前記第２の細胞濃縮システムの前記試料チャネルに第２の試料流体を注入するステップと、
前記第２の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネルにおける前記第２のバッファ流体を制御して、前記第２の細胞濃縮システムの前記試料チャネルからの前記第２の試料流体が前記第２の細胞濃縮システムの前記排出チャネル及び前記入口チャネルの１つに入るように方向づけるステップとを備え、
前記第２の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネルにおける前記第２のバッファ流体の制御は、前記第１の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネルにおける前記第２のバッファ流体の制御から独立している、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネルにおける前記第２のバッファ流体は、前記第２の細胞濃縮システムの前記試料チャネル内の標的細胞の検出時に、前記第２の細胞濃縮システムの前記試料チャネルからの前記第２の試料流体が前記第２の細胞濃縮システムの前記入口チャネルに入るように方向づけるように制御される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の細胞濃縮システムの前記第２の流体チャネルにおける前記第２のバッファ流体は、前記第１の細胞濃縮システムの前記試料チャネル内の標的細胞の検出時に、前記第１の細胞濃縮システムの前記試料チャネルからの前記第１の試料流体が前記第１の細胞濃縮システムの前記入口チャネルに入るように方向づけるように制御される、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体試料内の標的を濃縮する技術に関し、特に、マイクロ流体チップ、細胞を濃縮する装置及びマイクロ流体チップ内で細胞を濃縮する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体チップは、流体試料及び／又は必要な試薬をチップ内で流すことができる１つ以上の流路を有し、流体試料をマイクロチップの流路内で試験することができるチップ状デバイスである。マイクロ流体チップは様々な分野、特にバイオ関連、例えば生物医学、生物化学、又はその関連分野で使用されている。通常、血液試料は様々な細胞を含み、希少細胞を分別する必要性が急速に拡大している。希少標的細胞集団として、血液からの循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）、造血幹細胞（ＨＳＣ）及び循環胎児細胞（ＣＦＣ）がある。しかしながら、市販の細胞分別器は希少細胞集団の分別に関していくつかの制限、例えば概して選択性が低い、試料損失が大きい、及び高い動作圧力が更なる分析のための機能又は実行可能性の消失をもたらすという制限を有する。これらの必要性に対処するために、研究者達は希少細胞分別用のプラットフォームとしてマイクロ流体装置に注目している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は２つの流体試料を流動し得るマイクロ流体チップを目的とする。
【０００４】
本発明は２つの流体試料を同時に濃縮し得る細胞濃縮装置も目的とする。
【０００５】
本発明は更に、２つの流体試料を同時に濃縮し得るマイクロチップ内で細胞を濃縮する方法を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、マイクロ流体チップは、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムを含む。第１の細胞濃縮システムのチャネルレイアウトと第２の細胞濃縮システムのチャネルレイアウトとは、マイクロ流体チップに垂直の反射面に対して対称である。第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々は、第１の流体チャネル、第２の流体チャネル、第１の流体チャネルと第２の流体チャネルとの間に位置する試料チャネル、排水チャネル、入口チャネル、及び入口チャネルにより達する濾過室を含む。第１の流体チャネル、第２の流体チャネル及び試料チャネルは合流室の第１の辺で合流し、排出チャネル及び入口チャネルは合流室の第２の辺から分岐し、第１の辺と第２の辺は対向辺である。入口チャネルは、濾過室と合流室との間の流体連通を形成する。第１の細胞濃縮システムの試料チャネルは第１の内壁及び第１の外壁を有し、第２の細胞濃縮システムの試料チャネルは第２の内壁及び第２の外壁を有し、第１の外壁及び第２の外壁は両方とも反射面から遠くに位置し、第１の外壁と第２の外壁との間の距離は約１０μｍから約１ｃｍの範囲内である。
【０００７】
一実施形態によれば、第１の外壁と第２の外壁との間の距離は約７００μｍから約１２００μｍの範囲内である。
【０００８】
一実施形態によれば、マイクロ流体チップは、試薬入口及び試薬チャネルを更に含む。試薬チャネルは第１の岐路及び第２の岐路に分岐し、第１の岐路は第１の細胞濃縮システムの濾過室と連通し、第２の岐路は第２の細胞濃縮システムの濾過室と連通する。
【０００９】
一実施形態によれば、試薬チャネルの第１の岐路及び第２の岐路の各々は、内部に複数のフィルタスリットが配置された汚染防止部を含む。
【００１０】
一実施形態によれば、試薬チャネルは更に、第１の岐路及び第２の岐路に分岐する前に気泡トラップ室を含む。
【００１１】
一実施形態によれば、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々は更に、マイクロ流体チップの外面を貫通し排出チャネルと流体連通する排出出口孔を含む。
【００１２】
一実施形態によれば、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々は更に、濾過室内に配置され、濾過室を第１の分室及び第２の分室に分割するフィルタ壁を含む。フィルタ壁は複数の貫通スリットとルーフ状構造部とを含む。複数の貫通スリットの各々はフィルタ壁を横断して第１の分室と第２の分室との間の流体連通を形成する。ルーフ状構造部は、フィルタ壁の第１の分室に面する側に配置され、ブロックエッジ部と該ブロックエッジ部からへこんだ凹部を画定する。
【００１３】
一実施形態によれば、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々は更に、第２の分室から出る出口チャネルを含む。
【００１４】
一実施形態によれば、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々は更に、マイクロ流体チップの外面を貫通し出口チャネルと連通する出口孔を含む。
【００１５】
第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々は更に、試料入口孔、第１のバッファ入口孔、第２のバッファ入口孔、及びバッファスイッチ孔を含む。試料入口孔は、マイクロ流体チップの外面を貫通し試料チャネルと連通する。第１のバッファ入口孔は、マイクロ流体チップの外面を貫通し第１の流体チャネルと連通する。第２のバッファ入口孔は、マイクロ流体チップの外面を貫通し第２の流体チャネルと連通する。バッファスイッチ孔は、マイクロ流体チップの外面を貫通し第２のバッファ入口孔と合流室との間の第２の流体チャネルと流体連通する。
【００１６】
一実施形態によれば、細胞濃縮装置は、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムを含むマイクロ流体チップと、２つのスイッチと、細胞検出器と、プロセッサとを含む。第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々は、第１の流体チャネル、第２の流体チャネル、第１の流体チャネルと第２の流体チャネルとの間に位置する試料チャネル、排出チャネル、入口チャネル、及び入口チャネルが達する濾過室を含む。第１の流体チャネル、第２の流体チャネル及び試料チャネルは合流室の第１の辺で合流し、排出チャネル及び入口チャネルは前記合流室の第２の辺から分岐し、第１の辺及び第２の辺は対向辺である。入口チャネルは濾過室と合流室との間の流体連通を形成する。２つのスイッチは、第１の細胞濃縮システムの第２の流体チャネル及び第２の細胞濃縮システムの第２の流体チャネルにそれぞれ接続される。細胞検出器は視野を有する。細胞検出器は、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの試料チャネル内の標的細胞を検出するように構成される。プロセッサは、細胞検出器の検出結果に応答して２つのスイッチを独立に制御するよう構成され、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの１つの試料チャネル内の標的細胞の検出時に、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの１つに接続された対応するイッチを活性化する。
【００１７】
一実施形態によれば、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々の第１の流体チャネルと流体連通する第１のバッファサプライと、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々の第２の流体チャネルと流体連通する第２のバッファサプライとを更に含む。２つのスイッチはそれぞれ第２のバッファサプライと第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々の第２の流体チャネルとの間に接続される。プロセッサは更に、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々の第２の流体チャネルにバッファフローを形成するように第２のバッファサプライを制御し、バッファフローが試料チャネルからの試料流体を合流室において排出チャネルに入るように方向づけるように構成される。プロセッサは、標的細胞の検出時に、対応するスイッチを活性化してバッファフローを調整し、調整されたバッファフローが試料チャネルからの試料流体を合流室において入口チャネルに入るように方向づけるよう構成される。
【００１８】
一実施形態によれば、第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムを備える上述したマイクロ流体チップを用いて細胞を濃縮する方法は以下のステップを含む。第１の細胞濃縮システム及び第２の細胞濃縮システムの各々は、第１の流体チャネル、第２の流体チャネル、第１の流体チャネルと第２の流体チャネルとの間に位置する試料チャネル、排出チャネル、入口チャネル、及び入口チャネルが達する濾過室を含む。第１の流体チャネル、第２の流体チャネル及び試料チャネルは合流室の第１の辺で合流し、排出チャネル及び入口チャネルは合流室の第２の辺から分岐し、第１の辺及び前記第２の辺は対向辺である。入口チャネルは濾過室と合流室との間の流体連通を形成する。第１のバッファ流体を第１の細胞濃縮システムの第１の流体チャネルに、第２のバッファ流体を第１の細胞濃縮システムの第２の流体チャネルに供給する。標的試料を含む第１の試料流体を第１の細胞濃縮システムの試料チャネルに注入する。第１の細胞濃縮システムの第２の流体チャネル内の第２のバッファ流体は、第１の細胞濃縮システムの試料チャネル内の標的細胞の検出時に、第１の細胞濃縮システムの試料チャネルからの第１の試料流体が第１の細胞濃縮システムの入口チャネルに入るように方向づけるように制御される。それ以外の場合、第１の細胞濃縮システムの第２の流体チャネル内の第２のバッファ流体は、第１の試料流体が第１の細胞濃縮システムの排出チャネルに入るように方向づけるように制御される。
【００１９】
本発明によれば、第２の細胞濃縮システムは第１の細胞濃縮システムと同様のレイアウトを有する。従って、第２の細胞濃縮システムは、第１の細胞濃縮システムと同じ濃縮プロセスに従う。一実施形態によれば、第２の細胞濃縮システム内の第２の流体チャネルにおける第２のバッファフローの制御は、第１の細胞濃縮システム内の第２の流体チャネルにおける第２のバッファフローの制御と独立している。
【発明の効果】
【００２０】
以上より、いくつかの実施形態によるマイクロ流体チップは２つの細胞濃縮システムを含むため、２つの試料を同時に分析するために使用でき、細胞濃縮効率を向上する。
【００２１】
以上の説明をより分かりやすくするために、いくつかの実施形態を図面とともに以下で詳細に説明する。
【００２２】
添付図面は本発明の更なる理解を与えるために含まれ、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす。図面は本発明の代表的な実施形態を示し、詳細な説明とともに本発明の原理を説明するために役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一実施形態によるマイクロ流体チップの一部分の斜視図を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるマイクロ流体チップの上面図を概略的に示す図である。
【図３】図２のマイクロ流体チップの領域Ａの拡大図を概略的に示す図である。
【図４】図４Ａ〜図4Ｂは、１つの細胞濃縮システムの拡大部分を概略的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による細胞濃縮装置を概略的に示す図である。
【図６】本発明の一実施形態によるマイクロ流体チップの細胞濃縮システム内の濾過室を概略的に示す図である。
【図７】図６に示すフィルタ壁の拡大部分Ｂを概略的に示す図である。
【図８】フィルタ壁の一部分の拡大斜視図を概略的に示す図である。
【図９】本発明の一実施形態によるフィルタ構造を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、一実施形態によるマイクロ流体チップの一部分の斜視図を概略的に示す。図１を参照するに、マイクロ流体チップＭＦＣは、基板ＳＵＢ及びチャネル形成層ＣＦＬを含むことができる。チャネル形成層ＣＦＬは、チャネル形成層ＣＦＬを基板ＳＵＢに強く接着し得るプラズマ接着プロセス又は他のプロセスによって、基板ＳＵＢに接着することができる。チャネル形成層ＣＦＬは特定のパターンを有し、チャネル形成層ＣＦＬのそれらのパターンは所望の設計に基づいて１つ以上のチャネルＣＨ及び１つ以上の孔ＨＬを画定する。孔ＨＬを画定するパターンは凹形パターンとすることができ、チャネル形成層ＣＦＬはチャネルＣＨに流体の移動を可能にする密封空間を形成するために基板ＳＵＢに接着される。孔ＨＬを画定するパターンはチャネル形成層ＣＦＬの厚さ全体を貫通し、孔ＨＬの一端はチャネル形成層ＣＦＬが基板ＳＵＢに接着された後で露出し得る。換言すれば、孔ＨＬはマイクロ流体チップＭＦＣの外面を貫通する構造である。詳しく言うと、１つの孔ＨＬは１つの対応するチャネルＣＨに隣接させて所望のレイアウトを構成することができ、このレイアウトにおいて孔ＨＬは隣接チャネルと外部装置又は環境との間の流体連通を形成するために使用される。チャネル形成層ＣＦＬは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等の成形用弾性材料で形成することができ、リソグラフィ複製又は他の代替プロセスによって所要のチャネルＣＨ及び孔ＨＬを画定するパターンにモールド成形することができる。基板ＳＵＢはチャネル形成層ＣＦＬを支持するのに十分な剛性を有する透明基板とすることができる。基板ＳＵＢの材料は十分な剛性及び透明度を有するガラス又は他の材料とし得る。しかしながら、本発明はこれに限定されず、マイクロ流体チップは他の方法で形成してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、チャネル形成層ＣＦＬは基板ＳＵＢと一体に形成してもよい。即ち、チャネル形成層ＣＦＬを基板ＳＵＢと同じ材料で形成し、チャネル形成層ＣＦＬと基板ＳＵＢとの間を無接合にしてもよい。いくつかの実施形態では、チャネルＣＨの幅ＷＣＨは５０μｍ〜５００μｍの範囲にすることができ、チャネルＨＣの高さＨＣＨは４０μｍ〜５０μｍの範囲にすることができる。更に、チャネルＣＨのレイアウトは設計要求に基づいて配列することができる。
【００２５】
図２は本発明の一実施形態によるマイクロ流体チップの上面図を概略的に示す。図２を参照するに、マイクロ流体チップ１０は、第１の細胞濃縮システム１００Ａ及び第２の細胞濃縮システム１００Ｂを含む。マイクロ流体チップ１０は図１に示すものに類似する断面構造を有するが、これに限定されない。第１の細胞濃縮システム１００Ａ及び第２の細胞濃縮システム１００Ｂはそれぞれ異なる試料流体を搬送するために使用することができ、即ち、第１の細胞濃縮システム１００Ａ内を移動する試料流体は第２の細胞濃縮システム１００Ｂ内を移動する試料流体と混合されない。従って、マイクロ流体チップ１０は２つの試料流体を同時に流すために使用することができる。
【００２６】
第１の細胞濃縮システム１００Ａは、第１の流体チャネル１１０Ａ、第２の流体チャネル１２０Ａ、第１の流体チャネル１１０Ａ及び第２の流体チャネル１２０Ａの間に位置する試料チャネル１３０Ａ、排出チャネル１４０Ａ、入口チャネル１５０Ａ、及び入口チャネル１５０が達する濾過室１６０Ａを含む。第１の流体チャネル１１０Ａ、第２の流体チャネル１２０Ａ及び試料チャネル１３０Ａは合流室１７０Ａに合流し、排出チャネル１４０Ａ及び入口チャネル１５０Ａが合流室１７０Ａから分岐する。入口チャネル１５０Ａは濾過室１６０Ａと合流室１７０Ａとの間の流体連通を形成する。
【００２７】
第１の細胞濃縮システム１００Ａにおいて、第１の流体チャネル１１０Ａはその末端に第１のバッファ入口孔１１２Ａを有することができ、第１のバッファ入口孔１１２Ａはマイクロ流体チップ１０の外面を貫通し第１の流体チャネル１１０Ａと連通する孔である。具体的に言うと、第１のバッファ入口孔１１２Ａは第１の流体チャネル１１０Ａとバッファ流体サプライ等の外部デバイスとの間の流体連通を形成するために使用することができる。加えて、第１の流体チャネル１１０Ａは更に、第１のバッファ入口孔１１２Ａと合流室１７０Ａにつながる第１の流体チャネル１１０の結合部との間に位置するフィルタ部１１４Ａを含むことができ、それによって、第１のバッファ入口孔１１２Ａから第１の流体チャネル１１０Ａに注入されるバッファ流体を合流室１７０Ａに入る前にフィルタ処理し、バッファ流体内のダスト又は汚染物質が合流室１７０Ａに流入しないようにすることができる。
【００２８】
第２の流体チャネル１２０Ａはその末端に第２のバッファ入口孔１２２Ａを有することができ、第２のバッファ入口孔１２２Ａはマイクロ流体チップ１０の外面を貫通し第２の流体チャネル１２０Ａと連通する孔である。具体的に言うと、第２のバッファ入口孔１２２Ａは第２の流体チャネル１２０Ａとバッファ流体サプライ等の外部デバイスとの間の流体連通を形成するために使用することができる。加えて、第２の流体チャネル１２０Ａは更に、第２のバッファ入口孔１２２Ａと合流室１７０Ａにつながる第２の流体チャネル１２０の結合部との間に位置するフィルタ部１２４Ａを含むことができ、それによって、第２のバッファ入口孔１２２Ａから第２の流体チャネル１２０Ａに注入されるバッファ流体を合流室１７０Ａに入る前にフィルタ処理し、バッファ流体内のダスト又は汚染物質が合流室１７０Ａに入るのを防ぐことができる。
【００２９】
マイクロ流体チップ１０において、第１の細胞濃縮システム１００Ａ内にバッファスイッチ孔１８０Ａを更に含めることができる。バッファスイッチ孔１８０Ａはマイクロ流体チップ１０の外面を貫通し第２の流体チャネル１２０Ａと連通する孔である。バッファスイッチ孔１８０Ａは第２のバッファ入口孔１２２Ａと合流室１７０Ａにつながる第２の流体チャネル１２０Ａの結合部との間に配置することができる。
【００３０】
試料チャネル１３０Ａはその末端に試料入口孔１３２Ａを有し、試料入口孔１３２Ａはマイクロ流体チップ１０の外面を貫通し試料チャネル１３０Ａと連通する孔である。試料入口孔１３２Ａは、試料チャネル１３０Ａと試料流体搬送するシリンジ等の外部装置との間の流体連通を形成するために使用することができる。本発明の一実施形態では、試料流体は全血試料である。加えて、試料入口孔１３２Ａは更に、試料入口孔１３２Ａと合流室１７０Ａにつながる試料チャネル１３０Ａの結合部との間に位置するフィルタ部１３４Ａを含むことができ、それによって、試料入口孔１３２Ａから試料チャネル１３０Ａに注入される試料流体を合流室１７０Ａに入る前にフィルタ処理し、試料流体内の血栓、ダスト又は汚染物質が合流室１７０Ａに入るのを防ぐことができる。
【００３１】
第１の細胞濃縮システム１００Ａにおいて、試料チャネル１３０Ａ、第１の流体チャネル１１０Ａ及び第２の流体チャネル１２０Ａは同一平面上にあり、第１の流体チャネル１１０Ａと第２の流体チャネル１２０Ａとは試料チャネル１３０Ａの両側に配置され、合流室１７０Ａにつながる試料チャネル１３０Ａの結合部が合流室１７０Ａにつながる第１の流体チャネルの結合部と合流室１７０Ａにつながる第２の流体チャネル１２０Ａの結合部との間に位置するようにしてよい。
【００３２】
排出チャネル１４０Ａはその末端に排出出口孔１４２Ａを有し、排出出口孔１４２Ａはマイクロ流体チップ１０の外面を貫通し排出チャネル１４０Ａと連通する孔である。排出出口孔１４２Ａは、排出チャネル１４０Ａと外部装置又は環境との間の流体連通を形成するために使用し、それによって合流室１７０Ａ内の流体をマイクロ流体チップ１０から排出チャネル１４０Ａを通してその終端の排出出口孔１４２から排出することができる。
【００３３】
入口チャネル１５０Ａと排出チャネル１４０Ａとは両方とも合流室１７０Ａの下流側に位置する。具体的には、合流室１７０Ａにつながる入口チャネル１５０Ａの結合部は合流室１７０Ａにつながる第１の流体チャネル１１０Ａの結合部に対応して位置させることができ、合流室１７０Ａにつながる排出チャネル１４０Ａの結合部は合流室１７０Ａにつながる第２の流体チャネル１２０Ａの結合部に対応して位置させることができる。例えば、合流室１７０Ａにつながる第１の流体チャネル１１０Ａの結合部が合流室１７０Ａにつながる第２の流体チャネル１２０Ａの結合部より反射面ＲＰに近いとき、合流室１７０Ａにつながる入口チャネル１５０Ａの結合部は合流室１７０Ａにつながる排出チャネル１４０Ａの結合部より反射面ＲＰに近くすることができる。代わりに、合流室１７０Ａにつながる第１の流体チャネル１１０Ａの結合部が合流室１７０Ａにつながる第２の流体チャネル１２０Ａの結合部より反射面ＲＰから遠いとき、合流室１７０Ａにつながる入口チャネル１５０Ａの結合部は合流室１７０Ａにつながる排出チャネル１４０Ａの結合部より反射面ＲＰから遠くすることができる。
【００３４】
第１の細胞濃縮システム１００Ａは更に、濾過室１６０Ａから出る出口チャネル１９０Ａを含む。出口チャネル１９０Ａはその末端に出口孔１９２Ａを有し、出口孔１９２Ａはマイクロ流体チップ１０の外面を貫通し出口チャネル１９０Ａと連通する孔である。末端に出口孔１９２Ａを有する出口チャネル１９０Ａは、濾過室１６０Ａと外部装置又は環境との間の流体連通を形成し、それによって濾過室１６０Ａ内の流体をマイクロ流体チップ１０から排出することができる。
【００３５】
本実施形態では、試料チャネル１３０Ａからの試料流体及び第１の流体チャネル１１０Ａ及び第２の流体チャネル１２０Ａからのバッファ流体を入口孔１３２Ａ，１１２Ａ及び１２２Ａを通してマイクロ流体チップ１０に注入し、マイクロ流体チップ１０から出口孔１４２Ａ及び１９２Ａを通して排出することができる。マイクロ流体チップ１０による細胞濃縮処理中に合流室１７０Ａを通過する流体の流れ方向を考察するとき、合流室１７０Ａの第１の側及び合流室１７０Ａの第２の側はそれぞれ上流側及び下流側とし、互いに対向するものとし得る。
【００３６】
第２の細胞濃縮システム１００Ｂは、第１の流体チャネル１１０Ｂ、第２の流体チャネル１２０Ｂ、第１の流体チャネル１１０Ｂ及び第２の流体チャネル１２０Ｂの間に位置する試料チャネル１３０Ｂ、排出チャネル１４０Ｂ、入口チャネル１５０Ｂ、及び入口チャネル１５０Ｂが達する濾過室１６０Ｂを含む。第１の流体チャネル１１０Ｂ、第２の流体チャネル１２０Ｂ及び試料チャネル１３０Ｂは合流室１７０Ｂに合流し、排出チャネル１４０Ｂ及び入口チャネル１５０Ｂが合流室１７０Ｂから分岐する。入口チャネル１５０Ｂは濾過室１６０Ｂと合流室１７０Ｂとの間の流体連通を形成する。
【００３７】
第２の細胞濃縮システム１００Ｂのコンポーネントは第１の細胞濃縮システム１００Ａのコンポーネントと同じであり、従って両システムにおいて、同じコンポーネントは同じ参照番号で示されている。詳しく言うと、第２の細胞濃縮システム１００Ｂは更に、第１の流体チャネル１１０Ｂの末端の第１のバッファ入口孔１１２Ｂ、第１の流体チャネル１１０Ｂ内のフィルタ部１１４Ｂ、第２の流体チャネル１２０Ｂの末端の第２のバッファ入口孔１２２Ｂ、第２の流体チャネル１２０Ｂ内のフィルタ部１２４Ｂ、第２の流体チャネル１２０Ｂと流体連通するバッファスイッチ孔１８０Ｂ、試料チャネル１３０Ｂの末端の試料入口孔１３２Ｂ、試料チャネル１３０Ｂ内のフィルタ部１３４Ｂ、排出チャネル１４０Ｂの末端の排出出口孔１４２Ｂ、濾過室１６０Ｂから出る出口チャネル１９０Ｂ、及び出口チャネル１９０Ｂの末端の出口孔１９２Ｂを含むことができる。
【００３８】
本実施形態において、マイクロ流体チップ１０は両側対称構成を有する。例えば、第１の細胞濃縮システム１００Ａのレイアウトと、第２の細胞濃縮システム１００Ｂのレイアウトとは、マイクロ流体チップ１０に垂直の反射面ＲＰに対して対称である。従って、第１の流体チャネル１１０Ｂ、第２の流体チャネル１２０Ｂ、試料チャネル１３０Ｂ、排出チャネル１４０Ｂ、入口チャネル１５０Ｂ、濾過室１６０Ｂ、合流室１７０Ｂ、バッファスイッチ孔１８０Ｂ及び出口チャネル１９０Ｂの配置関係は、第１の流体チャネル１１０Ａ、第２の流体チャネル１２０Ａ、試料チャネル１３０Ａ、排出チャネル１４０Ａ、入口チャネル１５０Ａ、濾過室１６０Ａ、合流室１７０Ａ、バッファスイッチ孔１８０Ａ及び出口チャネル１９０Ａの配置関係と鏡面対称である。いくつかの代替実施形態では、第１の細胞濃縮システム１００Ａのチャネルレイアウトと第２の細胞濃縮システム１００Ｂのチャネルレイアウトとは、反射面ＲＰに対して部分的に対称にしてよい。
【００３９】
本実施形態では、マイクロ流体チップ１０は更に、第１の細胞濃縮システム１００Ａと第２の細胞濃縮システム１００Ｂとにより共用される試薬システム２００を含むことができる。試薬システム２００は、例えば、試薬入口２１０、試薬チャネル２２０及び気泡トラップ室２３０を含む。試薬チャネル２２０は第１の岐路２２２及び第２の岐路２２４に分岐する。第１の岐路２２２は第１の細胞濃縮システム１００Ａの濾過室１６０Ａと流体連通し、第２の岐路２２４は第２の細胞濃縮システム１００Ｂの濾過室１６０Ｂと流体連通している。気泡トラップ室２３０は試薬チャネル２２０と試薬入口２１０との間に位置する。いくつかの実施形態では、気泡トラップ室２３０は省略し、試薬チャネル２２０を中間構造なしに試薬入口２１０に接続してよい。更に、試薬チャネル２２０の第１の岐路２２２及び第２の岐路２２４はそれぞれ汚染防止部２２０Ａ及び汚染防止部２２０Ｂを含み得る。汚染防止部２２０Ａ及び２２０Ｂはその中に配置された複数のフィルタスリットを含み得るため、汚染防止部２２０Ａ又は２２０Ｂで粒子をトラップすることができる。濾過室１６０Ａ及び濾過室１６０Ｂは両方とも試薬チャネル２２０と流体連通しているため、濾過室１６０Ａ及び／又は濾過室１６０Ｂ内に収集された粒子又は細胞は試薬チャネル２２０へ進み、第１の細胞濃縮システム１００Ａと第２の細胞濃縮システム１００Ｂとの間で汚染を生じ得る。しかしながら、濾過室１６０Ａ又は１６０Ｂに収集された粒子又は細胞は汚染防止部２２０Ａ又は２２０Ｂ内でトラップされるので、第１の細胞濃縮システム１００Ａと第２の細胞濃縮システム１００Ｂとの間の汚染は防止される。言い換えれば、第１の細胞濃縮システム１００Ａと第２の細胞濃縮システム１００Ｂとは１つの試薬システム２００を共有するが、第１の細胞濃縮システム１００Ａと第２の細胞濃縮システム１００Ｂとの間の汚染が起こる可能性は低い。
【００４０】
図３は、図２のマイクロ流体チップの領域Ａの拡大図を示す。図３に示すように、第１の細胞濃縮システム１００Ａの試料チャネル１３０Ａは第１の内壁１３６Ａ及び第１の外壁１３８Ａを有する。第２の細胞濃縮システム１００Ｂの試料チャネル１３０Ｂは第１の内壁１３６Ｂ及び第１の外壁１３８Ｂを有する。第１の外壁１３８Ａ及び第２の外壁１３８Ｂは両方とも反射面ＲＰから遠くに位置する。それぞれの合流室１７０Ａ／１７０Ｂに近接する領域において、本実施形態における試料チャネル１３０Ａ／１３０Ｂのいわゆる外壁１３８Ａ／１３８Ｂは、いわゆる内壁１３６Ａ／１３６Ｂよりも反射面ＲＰから遠くに位置する壁を表す。更に、合流室１７０Ａ／１７０Ｂに近接する領域において、第１の外壁１３８Ａと第２の外壁１３８Ｂの間の距離Ｄは約１０μｍから約１ｃｍの範囲内である。この距離Ｄはマイクロ流体チップ１０内で流体試料を検出する細胞検出器の視野サイズに基づいて決定することができることは当業者の知るところである。好ましい例では、距離Ｄは約７００μｍから１２００μｍの範囲内とし得る。いくつかの代替実施形態では、試料チャネル１３０Ａ及び試料チャネル１３０Ｂは種々の検出器を用いてモニターし得るため、距離Ｄは検出器の視野サイズではなく他の考慮事項に基づいて決定してよい。
【００４１】
図４Ａ及び図４Ｂは、マイクロ流体チップ１０の細胞濃縮システムの１つにおける部分拡大図及び細胞濃縮処理プロセスを概略的に示す。細胞濃縮システム１００は、標的細胞を濃縮するために使用され、特にマイクロ流体チップ内で標的細胞を選別し濃縮するために使用される。細胞濃縮処理中に、第１のバッファ流体ＢＦ１が第１の流体チャネル１１０に供給され、第２のバッファ流体ＢＦ２が第２の流体チャネル１２０に供給される。本実施形態では、第１のバッファ流体ＢＦ１及び第２のバッファ流体ＢＦ２は同じ組成を有するものとし得るが、これに限定されない。試料流体ＳＰは、第１のバッファ流体ＢＦ１及び第２のバッファ流体ＢＦ２が連続的に供給され得るとき、試料チャネル１３０に注入される。従って、試料流体ＳＰ、第１のバッファ流体ＢＦ１及び第２のバッファ流体ＢＦ２のすべてが細胞濃縮システム１００の合流室１７０に流入する。合流室１７０内では、試料流体ＳＰは第１のバッファ流体ＢＦ１と第２のバッファ流体ＢＦ２の間に介在する。第１のバッファ流体Ｆ１及び第２のバッファ流体ＢＦ２の流量を制御することによって、試料流体ＳＰを排出チャネル１４０及び入口チャネル１５０の１つに入るように方向づけることができる。従って、細胞濃縮システム１００は２つの動作モードを実行し得る。
【００４２】
試料流体ＳＰは細胞（図４Ａに示す非標的細胞ＴＮＣ及び図４Ｂに示す標的細胞ＴＧ）を含む血液試料であってよい。図４Ａに示す１つの動作モードでは、第１のバッファ流体ＢＦ１の流量を第２のバッファ流体ＢＦ２の流量に等しいかそれより大きくして、合流室１７０内の試料流体ＳＰを排出チャネル１４０に入るように向けることができる。図４Ｂに示す別のモードでは、第１のバッファ流体ＢＦ１及び第２のバッファ流体ＢＦ２の流量の少なくとも一方を、第１のバッファ流体ＢＦ１の流量が第２のバッファ流体ＮＦ２の流量より小さくなるように調整して、合流室１７０内の試料流体ＳＰを入口チャネル１５０に入るように向けることができる。図２のマイクロ流体チップ１０の第１及び第２の細胞濃縮システム１００Ａ及び１００Ｂの各々においてこの操作を用いることによって、排出チャネル１４０に入る試料流体ＳＰはチップから排出することができ、入口チャネル１５０に入る試料流体ＳＰは更に濾過室に搬送してそこで濃縮することができる。細胞濃縮処理中に、標的検出ステップを実行することができ、標的細胞検出ステップは試料流体ＳＰ内の非標的細胞ＴＮＣと標的細胞ＴＧと選別することができる。図４Ａのモードは試料流体内に標的細胞ＴＧが検出されないときに実行され、図４Ｂのモードは標的細胞ＴＧが検出されるときに実行されるため、チップ内において非標的細胞ＴＮＣは排出チャネル１４０から排出され、標的細胞ＴＧは入口チャネル１５０に入り、選別されて濃縮され得る。従って、試料流体ＳＰはチップ内に収集される前に選別することができる。
【００４３】
一例では、試料チャネル１３０内を移動する試料流体ＳＰの流量は６５μｌ／ｍｉｎとし得る。いくつかの代替実施形態では、試料チャネル１３０内を移動する試料流体ＳＰの流量は、試料流体ＳＰが試料チャネル１３０への注入後から合流室１７０まで移動する時間が１ｍｓ未満になるように制御することができる。図４Ａのモードにおいて、好ましい実施形態によれば、第１の流体チャネル１１０を移動する第１のバッファ流体ＢＦ１の流量は約１５０μｌ／ｍｉｎとし、第２の流体チャネル１２０を移動する第２のバッファ流体ＢＦ２の流量は約１３５μｌ／ｍｉｎとして、試料流体ＳＰを合流室１７０から排出チャネル１４０に入るように向けることができる。図４Ｂのモードにおいて、好ましい実施形態によれば、第１の流体チャネル１１０を移動する第１のバッファ流体ＢＦ１の流量は約９９μｌ／ｍｉｎとし、第２の流体チャネル１２０を移動する第２のバッファ流体ＢＦ２の流量は約６００μｌ／ｍｉｎとして、試料流体ＳＰを合流室１７０から入口チャネル１５０に入るように向けることができる。しかしながら、本発明は上記の流量値に限定されない。一般的に、各チャネルを移動する流体の流量は設計要求に基づいて変更することができ、例えば、各チャネルを移動する流体の流量は１０μｌ／ｍｉｎ〜１，０００μｌ／ｍｉｎの範囲内とすることができる。
【００４４】
更に、図４Ａ及び図４Ｂに示す細胞濃縮処理は、マイクロ流体チップ１０の第１及び第２の細胞濃縮システム１００Ａ及び１００Ｂにおいて独立に実行することができる。即ち、第１の細胞濃縮システム１００Ａの試料チャネルに注入される試料流体と第２の細胞濃縮システム１００Ｂの試料チャネルに注入される試料流体とは異なる。それゆえ、異なるモードが第１の細胞濃縮システム１００Ａ及び第２の細胞濃縮システム１００Ｂにおいて同時に実行され得る。
【００４５】
図５は本発明の一実施形態による細胞濃縮装置を概略的に示す。マイクロ流体チップ１０は図２に示すチャネルレイアウトを有し、いくつかの参照番号は本実施形態の装置の説明を明瞭にするために図５では省略されている。従って、マイクロ流体チップ１０の詳細構造は図２の関連説明を参照されたい。図５に示す装置１０００は、マイクロ流体チップ１０と、２つのスイッチＳＷ１及びＳＷ２と、第１のバッファサプライＢＳ１、第２のバッファサプライＢＳ２、及び接続チューブ、例えばＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３，及びＣＴ４、を含む。スイッチＳＷ１は第１の細胞濃縮システム１００Ａの第２の流体チャネル１２０Ａに接続され、スイッチＳＷ２は第２の細胞濃縮システム１００Ｂの第２の流体チャネル１２０Ｂに接続される。具体的には、スイッチＳＷ１はバッファスイッチ孔１８０Ａに挿入されて第２の流体チャネル１２０Ａに接続される接続チューブＣＴ１に取り付けられ、スイッチＳＷ２はバッファスイッチ孔１８０Ｂに挿入されて第２の流体チャネル１２０Ｂに接続される接続チューブＣＴ２に取り付けられる。いくつかの実施形態では、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２の各々は、「オン」又は「活性」状態のとき接続チューブＣＴ１又はＣＴ２の流体通過を許可し、「オフ」又は「非活性」状態のとき接続チューブＣＴ１又はＣＴ２の流体通過を禁止する弁とすることができる。
【００４６】
第１のバッファサプライＢＳ１は、異なる接続チューブを介して第１の細胞濃縮システム１００Ａの第１の流体チャネル１１０Ａ及び第２の細胞濃縮システム１００Ｂの第１の流体チャネル１１０Ｂと流体連通状態にすることができる。装置１０００を明瞭に示すために、第２の細胞濃縮システム１００Ｂに接続するいくつかの接続チューブは省略されているが、第２の細胞濃縮システム１００Ｂの第１の流体チャネル１１０Ｂの入口孔と第１のバッファサプライＢＳ１との間に少なくとも１つの接続チューブが存在することが示されている。第１のバッファサプライＢＳ１は第１のバッファ流体を第１の流体チャネル１１０Ａ及び第１の流体チャネル１１０Ｂに独立に供給することができるため、第１の流体チャネル１１０Ａ内を移動する第１のバッファ流体と第１の流体チャネル１１０Ｂ内を移動する第１のバッファ流体とは独立に制御することができる。いくつかの代替実施形態では、第１の流体チャネル１１０Ａ内を移動する第１のバッファ流体と第１の流体チャネル１１０Ｂ内を移動する第１のバッファ流体とは異なるバッファサプライにより供給してもよい。
【００４７】
第２のバッファサプライＢＳ２は、第１の細胞濃縮システム１００Ａの第２の流体チャネル１２０Ａ及び第２の細胞濃縮システム１００Ｂの第２の流体チャネル１２０Ｂに第２のバッファ流体を供給するためにマイクロ流体チップ１０に接続される。装置１０００を明瞭に示すために、第２の細胞濃縮システム１００Ｂに接続する接続チューブＣＴ２は部分的に示されている。具体的には、第２のバッファサプライＢＳ２は、接続チューブＣＴ３及び第２のバッファ入口１２２孔Ａを通して、並びに接続チューブＣＴ１及びバッファスイッチ孔１８０Ａを通して、第２の流体チャネル１２０Ａと流体連通している。同様に、第２のバッファサプライＢＳ２は、接続チューブＣＴ４及び第２のバッファ入口孔１２２Ｂを通して、並びに接続チューブＣＴ２及びバッファスイッチ孔１８０Ｂを通して、第２の流体チャネル１２０Ｂと流体連通している。いくつかの代替実施形態では、接続チューブＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３及びＣＴ４の各々は４つの異なるバッファサプライにより供給してもよい。
【００４８】
本実施形態では、装置１０００は更に細胞検出器ＤＣを含むことができる。細胞検出器ＤＣは、第１の細胞濃縮システム１００Ａの試料チャネル１３０Ａ及び第２の細胞濃縮システム１００Ｂの試料チャネル１３０Ｂをモニターするために視野ＶＦを有するレンズを含むことができる。いくつかの実施形態では、視野ＶＦは、試料チャネル１３０Ａ及び試料チャネル１３０Ｂの両方を同時に視野ＶＦ内で見るのに十分な大きさとすることができる。しかしながら、いくつかの代替実施形態では、細胞検出器ＤＣはマイクロ流体チップ１０の位置を移動させることによって試料チャネル１３０Ａ及び試料チャネル１３０Ｂを視野ＶＦの下で独立にモニターできるようにしてもよい。
【００４９】
装置１０００は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２、第１及び第２のバッファサプライＢＳ１及びＢＳ２を制御するように構成されたプロセッサＰＲを含むことができる。詳しく言うと、図４Ａのモードにおいて、プロセッサＰＲは、第２の流体チャネル１２０Ａ又は１２０Ｂにバッファフローを形成するために第２のバッファサプライＢＳ２を制御し、そのバッファフローが合流室１７０Ａ又は１７０Ｂにおいて試料チャネル１３０Ａ又は１３０Ｂからの試料流体を排出チャネル１４０Ａ又は１４０Ｂに入るように方向づけるよう構成することができる。図４Ｂのモードにおいて、プロセッサＰＲは、第２の流体チャネル１２０Ａ又は１２０Ｂのバッファ流体フローを調整するために第１のバッファサプライＢＳ１及び第２のバッファサプライＢＳ２を制御するとともにスイッチＳＷ１又はＳＷ２も制御し、第２の流体チャネル１２０Ａ又は１２０Ｂの調整されたバッファフローが合流室１７０Ａ又は１７０Ｂにおいて試料チャネル１３０Ａ又は１３０Ｂからの試料流体を入口チャネル１５０Ａ又は１５０Ｂに入るように方向づけるように構成することができる。
【００５０】
具体的には、装置１０００は更に光源ＬＳを含むことができる。細胞濃縮処理中に、マイクロ流体チップ１０は試料チャネル１３０Ａ又は１３０Ｂの一部分が細胞検出器ＤＣの視野ＶＦ内に位置し得るように細胞検出器ＤＣの下に設置される。光源ＬＳは細胞検出器ＤＣの視野ＶＦ内のマイクロ流体チップ１０の部分の上に光ビームＬＢを照射するように構成される。即ち、試料チャネル１３０Ａ又は１３０Ｂの一部分及び光ビームＬＢの少なくとも一部分を視野ＶＦ内で同時に観察することができる。光ビームＬＢは標的細胞と非標的細胞とを区別し得る線状ビームとすることができる。例えば、試料流体は試料チャネル１３０Ａ又は１３０Ｂに注入する前に試薬と混合して蛍光免疫測定を実行することができる。同じチャネル１３０Ａ／１３０Ｂ内を移動する試料流体内の蛍光染色標的細胞は光ビームＬＢにより供給される特定の波長の光又はエネルギーを吸収し、異なる波長の光又はエネルギーを放出し得るため、ユーザは標的細胞が試料流体中に存在するかどうかを決定することができる。
【００５１】
細胞濃縮処理中に、第１のバッファサプライＢＳ１が第１のバッファ流体ＢＦ１を第１の細胞濃縮システム１００Ａ及び第２の細胞濃縮システム１００Ｂに一定の流量で連続的に供給し、第２のバッファサプライＢＳ２も第２のバッファ流体ＢＦ２を接続チューブＣＴ３又はＣＴ４を通して第１の細胞濃縮システム１００Ａ及び第２の細胞濃縮システム１００Ｂに一定の流量で連続的に供給する。図４Ａのモード下、即ち標的細胞が検出器により検出されない場合、スイッチＳＷ１及びＳＷ２は「オフ」又は「不活性状態」であるため、接続チューブＣＴ１及びＣＴ２にバッファ流体は供給されない。それゆえ、ＢＦ１の流量はＢＦ２の流量に等しいかそれより大きくなり、試料チャネル１３０Ａ又は１３０Ｂに注入された試料流体は合流室１７０Ａ又は１７０Ｂから排出チャネル１４０Ａ又は１４０Ｂに入り、更に排出出口孔１４２Ａ（図２に示されている）からマイクロ流体チップ１０外に排出される。
【００５２】
図４Ｂのモード下、即ち試料チャネル１３０Ａの試料流体中の標的細胞が検出されるとき、プロセッサはスイッチＳＷ１及びＳＷ２を「オン」又は「活性」状態に制御するため、バッファサプライＢＳ２はバッファ流体をＣＴ１及びＣＴ２を通して供給して第２のバッファ流体ＢＦ２を増加する。それゆえ、第１のバッファ流体ＢＦ１の流量は第２のバッファ流体ＢＦ２の流量より小さくなり、第２の流体チャネル１２０を流れるバッファ流体の調整されたフローは合流室１７０内の試料流体を入口チャネル１５０Ａに入るように向けることができる。
【００５３】
１つの好ましい実施形態では、スイッチＳＷ１の活性化は、例えば１ｍｓ〜２００ｍｓの範囲内の期間に亘って維持することができる。どのように適切な期間を異なる試料に応じて決定するかは当業者に理解されよう。
【００５４】
第１の細胞濃縮システム１００Ａ及び第２の細胞濃縮システム１００Ｂは独立に動作するため、異なる試料流体を独立に選別することができ、第１の細胞濃縮システム１００Ａ及び第２の細胞濃縮システム１００Ｂにおいて試料流体中の標的細胞を別々に収集し濃縮して、高い効率の細胞濃縮処理を提供することができる。
【００５５】
装置１０００において、同定用試薬が更に試薬システム２００に注入されるようにすることで、同定用試薬を濾過室１６０Ａ及び１６０Ｂに供給することができる。同定用試薬は更に、濾過室１６０Ａ及び１６０Ｂ内で収集された細胞を同定することにより、濾過室１６０Ａ及び１６０Ｂ内で収集されたゴースト標的細胞と真の標的細胞とを区別することができる。本実施形態では、２つの試料流体はそれぞれ第１の細胞濃縮システム１００Ａ及び第２の細胞濃縮システム１００Ｂ内を流れることができ、１つの試薬システム２００は第１の細胞濃縮システム１００Ａと第２の細胞濃縮システム１００Ｂとにより共用されるが、汚染防止部２２０Ａ及び２２０Ｂ（図２に示されている）の構成によって第１の細胞濃縮システム１００Ａと第２の細胞濃縮システム１００Ｂとの間の汚染が起こる可能性は低い。
【００５６】
図６は、本発明の一実施形態によるマイクロ流体チップの細胞濃縮システムの濾過室を概略的に示す。図６を参照すると、本実施形態の濾過室１６０は入口チャネル１５０と出口チャネル１９０との間に接続することができ、図２に示すマイクロ流体チップ１０の濾過室１６０Ａ又は１６０Ｂの代表的な例とし得る。濾過室１６０は、濾過室１６０内に配置されたフィルタ壁１６２を含み、フィルタ壁１６２は濾過室１６０を第１の分室１６４Ａ及び第２の分室１６４Ｂに分割する。フィルタ壁１６２は濾過室１６０内を蛇行させてよい。試料流体ＳＰは入口チャネル１５０から濾過室１６０に入り、フィルタ壁１６２は試料流体ＳＰ中の選別された標的細胞ＴＧをブロックして選別された標的細胞ＴＧを第１の分室１６４Ａ内に収集する。試料流体ＳＰの液体の流れＬＦはフィルタ壁１６２を通過して第２の分室１６４Ｂに入る。最後に、試料流体ＳＰの液体の流れＬＦは濾過室１６０から出口チャネル１９０へと出ていき、更に出口チャネル１９０の末端の出口孔からマイクロ流体チップ外に排出される。
【００５７】
図７は図６に示すフィルタ壁の拡大部分Ｂを概略的に示す。図６及び図７を参照すると、フィルタ壁１６２は複数の貫通スリット１６２Ａを含む。複数の貫通スリット１６２Ａの各々はフィルタ壁６２を横断して第１の分室１６４Ａと第２の分室１６４Ｂとの間の流体連通を形成する。いくつかの実施形態では、貫通スリット１６２Ａの各々の幅Ｗ１６２Ａは５μｍとし、２つの隣接するスリット１６２Ａ間の距離Ｄ１６２Ａは１０μｍとしてよく、フィルタ壁１６２はその壁に配列された１００〜１００，０００の貫通スリット１６２Ａを有してよい。更に、フィルタ壁１６２の全長は設計要件に基づいて決定してよい。
【００５８】
図８はフィルタ壁の一部分の拡大斜視図を概略的に示す。図６、図７及び図８を参照すると、第１の分室１６４Ａと第２の分室１６４Ｂとに分割するフィルタ壁１６２は更に、フィルタ壁１６２の第１の分室１６４Ａに面する側に配置されたルーフ状構造部１６２Ｂを含んでよい。ルーフ状構造部１６２Ｂは図７に示すように貫通スリット１６２Ａと第１の分室１６４Ａとの間に配置してよい。ルーフ状構造部１６２Ｂはブロックエッジ部ＢＥとブロックエッジ部ＢＥからへこんだ凹部ＲＣとを画定する。いくつかの実施形態では、凹部ＲＣの高さＨＲＣはフィルタ壁１６２の高さＨ１６２より小さく、凹部ＲＣの幅ＷＲＣはフィルタ壁１６２の幅Ｗ１６２より小さい。例えば、凹部ＲＣの高さＨＲＣ及び凹部ＲＣの幅ＷＲＣは細胞濃縮処理の要件及び設計に基づいて決定してよい。例えば、細胞濃縮処理のための試料流体が全血試料であり、濃縮すべき標的細胞が赤血球である場合には、凹部ＲＣの高さＨＲＣは５μｍ、凹部ＲＣの幅ＷＲＣは１０μｍとしてよい。
【００５９】
ブロックエッジ部ＢＥは第１の分室１６４Ａ内の選別された標的細胞ＴＧをブロックし得る。貫通スリット１６２Ａの各々は凹部ＲＣにおいて開いているため、ブロックエッジ部ＢＥにもたれる選別された標的細胞ＴＧが貫通スリット１６２Ａを閉じる又は塞ぐことはできない。従って、選別された標的細胞ＴＧはフィルタ壁１６２にもたれるが、第１の分室１６４Ａと第２の分室１６４Ｂとの間の流体連通は貫通スリット１６２Ａを通してスムースで容易なままとなる。加えて、選別された標的細胞ＴＧは第１の分室１６４Ａから第２の分室１６４Ｂへ流れる流体のフローストレスにより変形されることなくその形状を維持することができる。
【００６０】
図９は本発明の一実施形態によるフィルタ構造を概略的に示す。図９を参照すると、フィルタ構造３００は、図２のマイクロ流体チップ１０内のフィルタ部１１４Ａ，１１４Ｂ，１２４Ａ，１２４Ｂ，１３４Ａ及び１３４Ｂ、並びに汚染防止部２２０Ａ及び２２０Ｂの代表的な構造とし得る。フィルタ構造３００は第１の部分３００Ａ及び第２の部分３００Ｂを有する。第１の部分３００Ａ及び第２の部分３００Ｂの各々は複数のフィルタスリット３０２、複数のフィルタスリット３０４及び複数のフィルタスリット３０６を含む。フィルタ構造３００に流入する流体ＦＬは最初に第１の部分３００Ａのフィルタスリット３０２により２つのサブフローに分割され、第１の部分３００Ａのフィルタスリット３０２内を流れる各サブフローは更に第１の部分３００Ａのフィルタスリット３０４のフィルタスリット３０４により２つのサブフローに分割され、第１の部分３００Ａのフィルタスリット３０４を流れる各サブフローは更に第１の部分３００Ａのフィルタスリット３０６により２つのサブフローに分割され得る。第１の部分３００Ａのフィルタスリット３０６内を流れるサブフローは第２の部分３００Ｂのフィルタスリット３０６、フィルタスリット３０４及びフィルタスリット３０２を順に通過する。従って、流体ＦＬ中の粒子又は大きな汚染物質はフィルタ構造３００をほとんど通過し得ない。いくつかの実施形態では、各二次フィルタスリット３０４の幅は０．０７５ｍｍとし、各フィルタスリット３０６の幅は０．０５ｍｍとしてよい。加えて、第１の部分３００Ａのフィルタスリット３０６を通過した粒子が第２の部分３００Ｂのフィルタスリット３０６によりブロックされ得るように、第２の部分３００Ｂのフィルタスリット３０６は第１の部分３００Ａのフィルタスリット３０６と整列しない位置にしてよい。
【００６１】
以上の説明を考慮すると、本発明の実施形態に係るマイクロ流体チップは、マイクロ流体チップの細胞濃縮処理を、２つの試料を同時に流して実行できるようにシステマティックに配置された２つの独立の細胞濃縮システムを有し、細胞濃縮効率を向上し得る。いくつかの実施形態によれば、マイクロ流体チップ内の細胞は収集前に選別されるため、本発明の装置及び／又は方法を用いる細胞濃縮は標的細胞の高い濃縮率を有し得る。いくつかの実施形態では、細胞濃縮システム内の濾過室のフィルタ壁は選別された細胞を貫通スリットより前でブロックするルーフ状構造部を有し得るため、フィルタ壁により分割された２つの分室間の流体連通はスムースで容易なままとなり、これは選別された細胞の形状を維持するためにも役立つ。
【００６２】
本発明の範囲又は精神から逸脱することなく様々な修正及び変更を本発明の構造に成し得ることは当業者に明らかである。以上を考慮すると、本発明はこれらの修正及び変更をそれらが後記の請求項及びそれらの均等物の範囲に含まれるならばカバーすることを意図している。
【産業上の利用分野】
【００６３】
本発明によるマイクロ流体チップ及び細胞濃縮装置並びに方法はバイオ関連分野、例えば生物医学、生物化学又は関連分野などに適用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０，ＭＦＣ：マイクロ流体チップ
１００：細胞濃縮システム
１００Ａ：第１の細胞濃縮システム
１００Ｂ：第２の細胞濃縮システム
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ：第１の流体チャネル
１１２Ａ，１１２Ｂ：第１のバッファ入口孔
１１４Ａ，１１４Ｂ，１２４Ａ，１２４Ｂ：フィルタ部
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ：第２の流体チャネル
１２２Ａ，１２２Ｂ：第２のバッファ入口孔
１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ：試料チャネル
１３２Ａ，１３２Ｂ：試料入口孔
１３４Ａ，１３４Ｂ：フィルタ部
１３６Ａ：第１の内壁
１３６Ｂ：第２の内壁
１３８Ａ：第１の外壁
１３８Ｂ：第２の外壁
１４０，１４０Ａ，１４０Ｂ：排出チャネル
１４２Ａ，１４２Ｂ：排出出口孔
１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ：入口チャネル
１６０，１６０Ａ，１６０Ｂ：濾過室
１６２：フィルタ壁
１６２Ａ：貫通スリット
１６２Ｂ：ルーフ状構造部
１６４Ａ：第１の分室
１６４Ｂ：第２の分室
１７０，１７０Ａ，１７０Ｂ：合流室
１８０Ａ，１８０Ｂ：バッファスイッチ孔
１９０，１９０Ａ，１９０Ｂ：出口チャネル
１９２Ａ，１９２Ｂ：出口孔
２００：試薬システム
２１０：試薬入口
２２０：試薬チャネル
２２０Ａ，２２０Ｂ：汚染防止部
２２２：第１の分岐
２２４：第２の分岐
２３０：気泡トラップ室
３００：フィルタ構造
３００Ａ：第１の部分
３００Ｂ：第２の部分
３０２，３０４，３０６：フィルタスリット
１０００：装置
Ａ：領域
Ｂ：拡大部分
ＢＥ：ブロックエッジ部
ＢＦ１：第１のバッファ流体
ＢＦ２：第２のバッファ流体
ＢＳ１：第１のバッファサプライ
ＢＳ２：第２のバッファサプライ
ＣＨ：チャネル
ＣＦＬ：チャネル形成層
ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３，ＣＴ４：接続チューブ
Ｄ，Ｄ１６２Ａ：距離
ＤＣ：細胞検出器
ＦＬ：流体
Ｈ１６２，ＨＣＨ，ＨＲＣ：高さ
ＨＬ：孔
ＬＢ：光ビーム
ＬＦ：液体フロー
ＬＳ：光源
ＰＲ：プロセッサ
ＲＣ：凹部
ＲＰ：反射面
ＳＰ：試料流体
ＳＵＢ：基板
ＳＷ１，ＳＷ２：スイッチ
ＴＧ：標的細胞
ＴＮＣ：非標的細胞
ＶＦ：視野
Ｗ１６２，Ｗ１６２Ａ，ＷＣＨ，ＷＲＣ：幅
【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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【外国語明細書】
2018186814000001.pdf