(57)【要約】【課題】  誘電泳動を用いることにより、粒子のトラップをそれぞれのトラップスポット毎に制御することができる選択的粒子配置機能を持つダイナミックマイクロアレイ装置を提供する。【解決手段】  ダイナミックマイクロアレイ装置において、トラップ流３と非トラップ流４の２層の流れを持つ流路２からなり、粒子８をトラップ流側に移動させるように常時駆動している第１の誘電泳動装置Ａと、前記トラップ流３側を流れる粒子８をそのままトラップ流３側に流すか、または前記トラップ流３側を流れる粒子８を非トラップ流４側に移動させるかを制御する第２の誘電泳動装置Ｂと、この第２の誘電泳動装置Ｂの下流に配置されるトラップスポット５とを備え、前記トラップスポット５毎に粒子８のトラップを制御可能とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラップ流と非トラップ流の２層の流れを持つ流路からなり、粒子をトラップ流側に移動させるように常時駆動している第１の誘電泳動装置と、前記トラップ流側を流れる粒子をそのままトラップ流側に流すか、または前記トラップ流側を流れる粒子を非トラップ流側に移動させるかを制御する第２の誘電泳動装置と、該第２の誘電泳動装置の下流に配置されるトラップスポットとを備え、前記トラップスポット毎に粒子のトラップを制御可能とすることを特徴とするダイナミックマイクロアレイ装置。
【請求項２】
請求項１記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記トラップスポットをバイパスするバイパス路が形成され、前記非トラップ流がバイパス流となり、前記トラップスポット毎に粒子のトラップを制御可能とすることを特徴とするダイナミックマイクロアレイ装置。
【請求項３】
請求項２記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記流路に異なる粒子を順次流し、前記各トラップスポットに選択的にトラップし、前記異なる種類の粒子をアレイ化することを特徴とするダイナミックマイクロアレイ装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記誘電泳動装置は、先端が尖っている電極パターンと長方形の電極パターンの一対の電極を備え、前記一対の電極間に電圧を印加して不均一電場を生成することを特徴とするダイナミックマイクロアレイ装置。
【請求項５】
請求項４記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記一対の電極に交流電圧を印加することを特徴とするダイナミックマイクロアレイ装置。
【請求項６】
請求項５記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記粒子が、ｎ（ネガティブ）−ＤＥＰの性質又はｐ（ポジティブ）−ＤＥＰの性質を示すポリスチレン粒子であることを特徴とするダイナミックマイクロアレイ装置。
【請求項７】
請求項６記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記ポリスチレン粒子の流速を３０ｎｌ／ｓｅｃ以下とすることを特徴とするダイナミックマイクロアレイ装置。
【請求項８】
請求項１記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記第２の誘電泳動装置と該第２の誘電泳動装置の下流に配置されるトラップスポットとの間に、分岐流路を具備することを特徴とするダイナミックマイクロアレイ装置。
【請求項９】
請求項８記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記粒子のトラップスポットの位置をＸ軸上及びＹ軸上に配置したことを特徴とするダイナミックマイクロアレイ装置。
【請求項１０】
請求項９記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記粒子のトラップスポットの位置がマクリックス状に配置したことを特徴とするダイナミックマイクロアレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞研究や創薬スクリーニングに用いられるダイナミックマイクロアレイ装置（デバイス）に係り、特に誘電泳動を用いた選択的粒子配置機能を持つダイナミックマイクロアレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
細胞研究や創薬スクリーニングにおいて、細胞程度の大きさの粒子を固定、アレイ化し、継続的に観察できる実験系が期待されている。さらに、異種細胞間の反応等の観察をするためには、単にアレイ化するのではなく、異なる種類の粒子を選択的にアレイ化することが必要である。以前、本発明者らは、マイクロ流体技術を用いて、粒子をトラップし、アレイ化するダイナミックマイクロアレイ装置を報告した（下記特許文献１〜３，非特許文献１，２参照）。
【０００３】
図１０はかかる従来のダイナミックマイクロアレイ装置の動作を示す模式図である。
この図に示すように、従来のダイナミックマイクロアレイ装置は、トラップ流１０１とバイパス流１０２の２層の流れを持つ流路からなり、粒子の中心がトラップ流１０１に乗っている場合トラップスポット１０３に粒子１０４がトラップされる。また、粒子の中心がバイパス流１０２に乗っている場合、粒子１０５はトラップスポット１０３にトラップされずに通過する。トラップ流１０１とバイパス流１０２の流量比は、溶液の粘性や流速に依存せず、流路の設計に依る。
【０００４】
一方、粒子や細胞をハンドリングし、または、選別することを目的として、誘電泳動（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ；ＤＥＰ）という手法が提案されている（下記非特許文献３〜１１参照）。この方法では、空間内に不均一電場をかけ粒子や溶液を分極させることで粒子が力を受ける。粒子や溶液の性質または周波数により、電場勾配の大きい方向（ｐｏｓｉｔｉｖｅ−ＤＥＰ；ｐ−ＤＥＰ）や小さい方向（ｎｅｇａｔｉｖｅ−ＤＥＰ；ｎ−ＤＥＰ）に粒子は力を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８６４５６号公報
【特許文献２】特開２００９−１２５６３５号公報
【特許文献３】特開２００９−０２２９２２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｗ．Ｈ．Ｔａｎ  ａｎｄ  Ｓ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，“Ｔｒａｐ−ａｎｄ−ｒｅｌｅａｓｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ＭｉｃｒｏＦｌｕｉｄｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，ｖｏｌ．１０４，ｐｐ．１１４６−１１５１（２００７）
【非特許文献２】Ｋ．Ｉｗａｉ，Ｗ．Ｈ．Ｔａｎ  ａｎｄ  Ｓ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，“Ａ  ｒｅｓｅｔｔａｂｌｅ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ”，Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ＭＥＭＳ  ２００８，Ｔｕｃｓｏｎ，ＵＳＡ，ｐｐ．６４９−６５２（２００８）
【非特許文献３】Ｎ．Ｇ．Ｇｒｅｅｎ，Ｈ．Ｍｏｒｇａｎ  ａｎｄ  Ｊ．Ｊ．Ｍｉｌｎｅｒ，“Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｒａｐｐｉｎｇ  ｏｆ  ｂｉｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｍｅｔｈｏｄｓ，ｐｐ．８９−１０２（１９９７）
【非特許文献４】Ｃ−Ｈ．Ｔａｉ，Ｓ−Ｋ．Ｈｓｉｕｎｇ，Ｃ−Ｙ．Ｃｈｅｎ，Ｍ−Ｌ．Ｔｓａｉ  ａｎｄ  Ｇ−Ｂ．Ｌｅｅ，“Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｐｌａｔｆｏｒｍ  ｆｏｒ  ｃｅｌｌ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｎｕｃｌｅｕｓ  ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ”，Ｂｉｏ．Ｍｉｃｒｏｄｅｖ．，ｐｐ．５３３−５４３（２００７）
【非特許文献５】Ｓ．Ａｒｃｈｅｒ，Ｔ−Ｔ．Ｌｉ，Ａ．Ｔ．Ｅｖａｎｓ，Ｓ．Ｔ．Ｂｒｉｔｌａｎｄ，ａｎｄ  Ｈ．Ｍｏｒｇａｎ，“Ｃｅｌｌ  Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ  ｔｏ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ”，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，ｖｏｌ．２５７，ｐｐ．６８７−６９８（１９９９）
【非特許文献６】Ｒ．Ｐｅｔｈｉｇ，“Ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ：Ｕｓｉｎｇ  Ｉｎ  ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  ＡＣ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｆｉｅｌｄｓ  ｔｏ  Ｓｅｐａｒａｔｅ  ａｎｄ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｅ  Ｃｅｌｌｓ”，Ｃｒｉｔ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．１６，ｐｐ．３３１−３４８（１９９６）
【非特許文献７】Ｙ．Ｈｕａｎｇ，Ｒ．Ｈｏｌｚｅｌ，Ｒ．Ｐｅｔｈｉｇ  ａｎｄ  Ｘ−Ｂ．Ｗａｎｇ，“Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ＡＣ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  ｖｉａｂｌｅ  ａｎｄ  ｎｏｎ−ｖｉａｂｌｅ  ｙｅａｓｔ  ｃｅｌｌｓ  ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｃｏｍｂｉｎｅｄ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｒｏｔａｔｉｏｎ  ｓｔｕｄｉｅｓ”，Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｄ．，ｖｏｌ．３７，ｐｐ．１４９９−１５１７（１９９２）
【非特許文献８】Ｙ．Ｈｕａｎｇ，Ｋ．Ｌ．Ｅｗａｌｔ，Ｍ．Ｔｉｒａｄｏ，Ｒ．Ｈａｉｇｉｓ，Ａ．Ｆｏｒｓｔｅｒ，Ｄ．Ａｃｋｌｅｙ，Ｍ．Ｊ．Ｈｅｌｌｅｒ，Ｊ．Ｐ．Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌｌ，ａｎｄ  Ｍ．Ｋｒｉｈａｋ，“Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｉｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ”，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，ｖｏｌ．７３，ｐｐ．１５４−１５５９（２００１）
【非特許文献９】Ｒ．Ｓ．Ｔｈｏｍａｓ，Ｈ．Ｍｏｒｇａｎ  ａｎｄ  Ｎ．Ｇ．Ｇｒｅｅｎ，“Ｎｅｇａｔｉｖｅ  ＤＥＰ  ｔｒａｐｓ  ｆｏｒ  ｓｉｎｇｌｅ  ｃｅｌｌ  ｉｍｍｏｂｉｌｉｓａｔｉｏｎ”，Ｌａｂ  Ｃｈｉｐ，ｖｏｌ．９，ｐｐ．１５３４−１５４０（２００９）
【非特許文献１０】Ｇ．Ｈ．Ｍａｒｋｘ，Ｃ．Ｌ．Ｄａｖｅｙ，“Ｔｈｅ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｃｅｌｌｓ  ａｔ  ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，Ｅｎｚｙｍｅ  Ｍｉｃｒｏｂ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．ｖｏｌ．２５，ｐｐ．１６１−１７１（１９９９）
【非特許文献１１】Ｊ−Ｙ．Ｊｕｎｇ  ａｎｄ  Ｈ−Ｙ．Ｋｗａｋ，“Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ  Ｉｎｓｉｄｅ  ａｎ  Ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ”，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．ｖｏｌ．７９，ｐｐ．５０８７−５０９２（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来のダイナミックマイクロアレイ装置では、トラップ流とバイパス流の２層の流れを持つ流路において、粒子の中心がトラップ流とバイパス流の二つの流れを跨いで行き来することはできない。そのため、それぞれのトラップスポット毎に粒子のトラップを制御できず、異なる種類の粒子を任意の順に並べ、アレイ化することはできなかった。
【０００８】
本発明は、上記状況に鑑みて、誘電泳動を用いることにより、粒子のトラップをそれぞれのトラップスポット毎に制御することができる選択的粒子配置機能を持つダイナミックマイクロアレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ダイナミックマイクロアレイ装置において、トラップ流と非トラップ流の２層の流れを持つ流路からなり、粒子をトラップ流側に移動させるように常時駆動している第１の誘電泳動装置と、前記トラップ流側を流れる粒子をそのままトラップ流側に流すか、または前記トラップ流側を流れる粒子を非トラップ流側に移動させるかを制御する第２の誘電泳動装置と、この第２の誘電泳動装置の下流に配置されるトラップスポットとを備え、前記トラップスポット毎に粒子のトラップを制御可能とすることを特徴とする。
【００１０】
〔２〕上記〔１〕記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記トラップスポットをバイパスするバイパス路が形成され、前記非トラップ流がバイパス流となり、前記トラップスポット毎に粒子のトラップを制御可能とすることを特徴とする。
〔３〕上記〔２〕記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記流路に異なる粒子を順次流し、前記各トラップスポットに選択的にトラップし、前記異なる種類の粒子をアレイ化することを特徴とする。
【００１１】
〔４〕上記〔２〕又は〔３〕記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記誘電泳動装置は、先端が尖っている電極パターンと長方形の電極パターンの一対の電極を備え、前記一対の電極間に電圧を印加して不均一電場を生成することを特徴とする。
〔５〕上記〔４〕記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記一対の電極に交流電圧を印加することを特徴とする。
【００１２】
〔６〕上記〔５〕記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記粒子が、ｎ（ネガティブ）−ＤＥＰの性質又はｐ（ポジティブ）−ＤＥＰの性質を示すポリスチレン粒子であることを特徴とする。
〔７〕上記〔６〕記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記ポリスチレン粒子の流速を３０ｎｌ／ｓｅｃ以下とすることを特徴とする。
【００１３】
〔８〕上記〔１〕記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記第２の誘電泳動装置とこの第２の誘電泳動装置の下流に配置されるトラップスポットとの間に分岐流路を具備することを特徴とする。
〔９〕上記〔８〕記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記粒子のトラップスポットの位置をＸ軸上及びＹ軸上に配置したことを特徴とする。
【００１４】
〔１０〕上記〔９〕記載のダイナミックマイクロアレイ装置において、前記粒子のトラップスポットの位置がマクリックス状に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ダイナミックマイクロアレイ装置において、誘電泳動を用いることにより、それぞれのトラップスポット毎に粒子をトラップするか否かを選択して制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の原理を示す誘電泳動を用いたダイナミックマイクロアレイ装置の動作を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例を示す誘電泳動を用いたダイナミックマイクロアレイ装置を示す模式図である。
【図３】誘電泳動装置の電極付近の電場シミュレーションを示す図である。
【図４】ＰＤＭＳ流路及びＩＴＯ電極付きガラス基板の作製プロセスを示す模式図である。
【図５】ＰＳ粒子の誘電泳動装置による変位を示す図である。
【図６】ＰＳ粒子のトラップ操作とバイパス操作による挙動を示す図面代用写真である。
【図７】ＰＳ粒子の選択的配置を示す図面代用写真である。
【図８】本発明の他の実施例を示す誘電泳動を用いたダイナミックマイクロアレイ装置の全体模式図である。
【図９】図９のＥ部拡大図である。
【図１０】従来のダイナミックマイクロアレイ装置の動作を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のダイナミックマイクロアレイ装置は、トラップ流と非トラップ流の２層の流れを持つ流路からなり、粒子をトラップ流側に移動させるように常時駆動している第１の誘電泳動装置と、前記トラップ流側に移動させられた粒子をそのままトラップ流側に流すか、または前記トラップ流側を流れる粒子を非トラップ流側に移動させる第２の誘電泳動装置と、この第２の誘電泳動装置の下流に配置されるトラップスポットとを備え、前記トラップスポット毎に粒子のトラップを制御可能とする。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、本発明で用いる誘電泳動（ＤＥＰ）理論について説明する。
ＤＥＰは、不均一な電場内で分極した粒子が受ける力であり、球状の粒子が受けるＤＥＰの力は次の式で表される。
ＦDEP ＝２πεm ｒ3 Ｒｅ（ｆCM）∇｜Ｅ｜2                 …（１）
εm は溶液の相対誘電率、ｒは粒子の半径、Ｒｅ（ｆCM）は、Ｃｌａｕｓｉｕｓ−Ｍｏｓｓｏｔｉ（ＣＭ）因子の実数部、∇｜Ｅ｜2 は電場の自乗の勾配を示している。ＣＭ因子の実数部の正負によって、粒子に働くＤＥＰの力が、電場勾配の高い方（ｐ−ＤＥＰ）か低い方（ｎ−ＤＥＰ) に働くかが決まる。ＣＭ因子は、具体的には、
ｆCM＝（εp * −εm * ）／（εp * ＋２εm * ），ε* ＝ε−ｊ（σ／ω）と表され、εp * とεm * は、それぞれ粒子と溶液の複素誘電率で、εは相対誘電率、σは伝導率、ωは印加電圧の周波数である。本発明で用いたポリスチレン（ＰＳ）粒子は、電極間の印加電圧の周波数が１００ｋＨｚではｎ−ＤＥＰを受ける。
【００１９】
次に、粒子の選択的配置の原理について説明する。
図１は本発明の原理を示す誘電泳動を用いたダイナミックマイクロアレイ装置の動作を示す模式図であり、図１（ａ）は第２の誘電泳動装置がオフの場合の粒子の動作を、図１（ｂ）は第２の誘電泳動装置がオンの場合の粒子の動作をそれぞれ示している。
これらの図において、１はチップ、２はトラップ流３と非トラップ流４の２層の流れを持つ流路（マイクロチャンネル）、５は粒子のトラップスポット、Ａは第１の誘電泳動装置、６は第１の誘電泳動装置Ａの先端が尖っている電極、７は第１の誘電泳動装置Ａの長方形電極、８はマイクロチャンネル２中を移動する粒子である。上記したように、誘電泳動装置Ａ，Ｂは、先端が尖っている電極６と、長方形電極７とからなる一対の電極から構成されており、これらの電極６と電極７との間に電圧が印加されることで不均一電場が生成される。つまり、トラップされる粒子によって異なるが、一対の電極には交流電圧を印加するようにしてもよい。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、第１の誘電泳動装置Ａは常時駆動（オン）されており、先端が尖っている電極６と長方形電極７との間に電圧が印加されているので、非バイパス流４を流れてきた粒子８は電場勾配の小さい長方形電極７の方向へ力を受け、トラップ流５へと移動する。第１の誘電泳動装置Ａより下流では粒子８は、トラップ流３を流れて、第２の誘電泳動装置Ｂに至る。第２の誘電泳動装置Ｂを駆動せず（オフ）、電極６，７間に電圧が印加されなければ、粒子８はトラップ流３を流れて、トラップスポット５にトラップされる。
【００２１】
一方、図１（ｂ）に示すように、第２の誘電泳動装置Ｂを駆動（オン）し、先端が尖っている電極６と長方形電極７に電圧を印加した場合、粒子８は非トラップ流４へと移動する。したがって、粒子８はトラップスポット５でトラップされることなく下流へと流れていく。
上記したように、粒子８をトラップスポット５にトラップするか否かの制御を行うことができ、任意の粒子８を任意のトラップスポット５にトラップすることができる。
【００２２】
図２は本発明の第１実施例を示す誘電泳動を用いたダイナミックマイクロアレイ装置を示す模式図であり、図２（ａ−１）は粒子をトラップする場合の動作を示す図、図２（ａ−２）は粒子をトラップした場合の粒子の動作を示す、図２（ａ−１）のＣ部拡大図、図２（ｂ−１）は粒子をトラップしない場合の粒子の動作を示す図、図２（ｂ−２）は粒子をトラップしない場合の粒子の動作を示す、図２（ｂ−１）のＤ部拡大図をそれぞれ示している。このダイナミックマイクロアレイ装置の流路は蛇行形状をしており、図１における非トラップ流がバイパス流となっている。
【００２３】
図２において、１１はチップ、１２はトラップ流１３とバイパス流１４の２層の流れを持つ流路（マイクロチャンネル）、１５はＰＳ粒子のトラップスポット、Ａは上流に配置される第１の誘電泳動装置、ＢはＰＳ粒子１８のトラップスポット１５の近傍に配置される第２の誘電泳動装置であり、これらの誘電泳動装置Ａ，Ｂは、先端が尖っている電極１６と、この電極１６に対向する長方形電極１７とからなる一対の電極から構成されており、これらの電極１６と電極１７との間に電圧が印加されることで不均一電場が生成される。
【００２４】
そこで、図２に示すように、上流に配置される第１の誘電泳動装置Ａを常に駆動（オン）し、先端が尖っている電極１６と長方形電極１７との間に電圧を印加することで、トラップスポット１５の前の第２の誘電泳動装置ＢにＰＳ粒子１８が到達した時、そのＰＳ粒子１８が常にトラップ流１３に乗っているようにしている。第１の誘電泳動装置Ａより下流ではＰＳ粒子１８はトラップ流１３を流れて、第２の誘電泳動装置Ｂに至る。図２（ａ−１）に示すように、第２の誘電泳動装置Ｂを駆動せず（オフ）、電極１６，１７間に電圧が印加されれば、ＰＳ粒子１８は図２（ａ−２）に示すようにトラップ流１３を流れて、トラップスポット１５でトラップされる。
【００２５】
一方、図２（ｂ−１）に示すように、第２の誘電泳動装置Ｂを駆動（オン）し、電極１６と電極１７間に電圧を印加した場合、ＰＳ粒子１８はバイパス流１４へと移動する。したがって、ＰＳ粒子１８はトラップスポット１５でトラップされることなく下流へと移動する。
なお、ｎ−ＤＥＰの性質を示す条件でのＰＳ粒子１８は、電場勾配の小さい長方形電極１７の方向へ力を受ける。一方、ｐ−ＤＥＰの性質を示す条件でのＰＳ粒子の場合は、電場勾配の大きい先端が尖った電極の方向へ力を受ける。
【００２６】
よって、トラップスポット１５の近傍に配置される第２の誘電泳動装置Ｂを制御することによって、トラップスポット１５にＰＳ粒子１８をトラップするか、否かを決めることができる。
この原理を用い、目的の粒子を順に流しつつ、トラップスポット３で粒子をトラップするか否かを電極６，７で制御することで、異なる粒子の選択的アレイ化が可能となる。
【００２７】
図３は誘電泳動装置の電極付近の電場シミュレーションを示す図であり、図３（ａ）は電極の先端部の電場勾配を示す図、図３（ｂ）は電極対の距離と電場勾配の状況を示す図である。
この図に示すように、ＦＥＭＬＡＢ（Ｃｏｍｓｏｌ，Ｉｎｃ，Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ）を用いて電極付近の電場シミュレーションを行った。先端が尖っている電極と長方形電極間には、１０Ｖの電圧をかけた。その結果、図３（ａ）に示すように、先端が尖っている電極の先端２１付近が最も電場勾配が大きく、他の領域では電場勾配は、先端２１付近に比べると小さいことがわかる。また、図３（ｂ）に示すように、電極対の距離が近ければ近い程、電場勾配が大きくなることがわかる。上記式（１）によると、ＤＥＰは電場の２乗の勾配に比例した大きさの力を受ける。そのため、粒子が電極先端付近を通過したときに、最もＤＥＰの影響を受けると考えられる。以上の結果から、電圧を印加したときに、バイパス流を流れる粒子がＤＥＰの力を受け、徐々にトラップ流にシフトされるようにマイクロチャネル（流路）とＩＴＯ電極のパターンを設計した。
【００２８】
次に、ＰＤＭＳ流路の作製プロセスについて説明する。
図４はＰＤＭＳ流路及びＩＴＯ電極付きガラス基板の作製プロセスを示す模式図であり、図４（ａ）はＰＤＭＳ流路の作製プロセスを、図４（ｂ）はＩＴＯ電極付きガラス基板の作製プロセスをそれぞれ示し、作製したデバイスの全体を図４（ｃ）に示している。
ＰＤＭＳ流路は、図４（ａ）に示すように、Ｓｉウェハ３１上にＳＵ−８（ＳＵ−８  Ｓｅｒｉｅｓ；ＭｉｃｒｏＣｈｅｍＣｏ．，ＭＡ）３２をフォトリソグラフィーでパターニングしたものをＰＤＭＳ流路のモールド３３とした。
【００２９】
そのモールド３３にＰＤＭＳ（Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４；Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｉｔｈａｃａ，ＮＹ）３４を流し込みＰＤＭＳ流路３５を得た。流路の高さは、１００μｍのＰＳ粒子をトラップすることを目的とし、１１５μｍ程度とした。
図４（ｂ）にＩＴＯ電極パターン４２付きガラス基板４１の作製プロセスを示す。ＩＴＯは透明電極なので、流路内の様子を観察が可能となる。ガラス基板４１上のＩＴＯ４２上にＳ１８１８（４３）をスピンコートし、フォトリソグラフィーにより電極４４をパターニングした。その後、１：０．１６：１の割合で塩酸、硝酸、水を混合したものをＩＴＯのエッチャントとして使用し、電極４４のエッチングを行った。両者の表面を、酸素プラズマ装置（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｅｔｃｈｅｒ  ＦＡ−１，Ｓａｍｃｏ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．，７５Ｗ，２０ｍｌ  ｓ−ｌｏｘｙｇｅｎ，５  ｓｅｃ）を用い、表面を活性化させ、ＩＴＯ電極４５とＰＤＭＳ流路３５のアライメント、そして、ボンディングを行った。図４（ｃ）に作製したデバイスの全体図を示す。本発明では、３種類のＰＳ粒子を選択的にトラップさせることを目的としたので、注入口３６は３個とした。
【００３０】
図５はＰＳ粒子の誘電泳動装置による変位を示す図である。
ＰＳ粒子がＩＴＯ電極付近を通過する際、ＰＳ粒子の流れに対して垂直な方向の変位を調べた。図５（ａ）に示すように、ＰＳ粒子はＩＴＯ電極の先端部分を通過した際に、ＤＥＰの影響を大きく受けて変位している様子がわかる。
図５（ｂ）は、ＰＳ粒子の流速と変位量の関係をグラフにしたものである。印加電圧は１０Ｖp.p., 周波数は１００ｋＨｚであった。流速が３０ｎｌ／ｓｅｃを超えるとＤＥＰの影響は少なく、流体抵抗の作用が大きくなるので、流速は３０ｎｌ／ｓｅｃ以下にするのが好適である。
【００３１】
ここでは、流速のみを変化させて粒子の変位を測定したが、ＤＥＰは上記式（１）に示されるように、溶液の性質、印加電圧、及びその周波数にも依るため、それらを制御することで、選択的配置の成功率の向上を図ることができる。
図６はＰＳ粒子のトラップ操作とバイパス操作による挙動を示す図面代用写真である。
図６（ａ）では、トラップスポットの近傍の電極対（誘電泳動装置Ｂ）には電圧を印加していないので、トラップ流に乗ったＰＳ粒子はそのままトラップスポットにトラップされる。一方、図６（ｂ−１）に示すように、トラップスポットの近傍の電極対に電圧を印加すると、ＰＳ粒子はトラップスポット直前でバイパス流にシフトし、トラップスポットでトラップされることはない。そして、トラップスポットの上流側の電極対（誘電泳動装置Ａ）によって、ＰＳ粒子はＤＥＰの力を受け、トラップ流に戻される様子がわかる〔図６（ｂ−２）参照〕。
【００３２】
図７はＰＳ粒子の選択的配置を示す図面代用写真であり、図７（ａ）は６個のトラップスポットに赤のＰＳ粒子と緑のＰＳ粒子を選択的に配列した様子を示す図、図７（ｂ）は赤のＰＳ粒子、緑のＰＳ粒子、青のＰＳ粒子を順次トラッピングする様子を示す図である。
赤のＰＳ粒子５１, 青のＰＳ粒子５２, 緑のＰＳ粒子５３の３種類のＰＳ粒子を用意し、それぞれの注入口から順次ＰＳ粒子を流しつつ、トラップさせたいトラップスポット近傍の電極には電圧を印加しないことで、図７（ａ），（ｂ）のようにＰＳ粒子をトラップスポットに選択的に配置することができた。
【００３３】
本発明によれば、粒子をアレイ化できるダイナミックマイクロアレイ装置と粒子を能動的に制御できるＤＥＰを組み合わせることで、粒子の選択的配置が可能なデバイスを作製し、３色のＰＳ粒子を選択的に配置することに成功した。
また、ＰＳ粒子だけではなく、例えばゲルビーズ化した細胞の選択的配置を行ったり、または、ＤＥＰに対する応答性の違いを利用して、混在した粒子の選別、そして、アレイ化を行うことが可能である。そして、将来的には細胞研究や創薬スクリーンング等における粒子操作のプラットフォームを構築することができる。
【００３４】
図８は本発明の他の実施例を示す誘電泳動を用いたダイナミックマイクロアレイ装置の全体模式図、図９は図８のＥ部拡大図である。
これらの図において、トラップスポット６１，６２，…をＸ方向に延びるトラップ流７２と非トラップ流７３の２層の流れを持つ流路（マイクロチャンネル）７１に沿って配置する。トラップスポット６１の上流には第１の誘電泳動装置Ａ−１と第２の誘電泳動装置Ｂ−１とが配置され、ＰＳ粒子９１をトラップスポット６１にトラップするか否かを制御することができる。また、流路（マイクロチャンネル）７１に直交してＹ方向に延びる、トラップ流７２と非トラップ流７３の２層の流れを持つ分岐流路（マイクロチャンネル）７４に沿ってトラップスポット８１，８２，…を配置する。トラップスポット６１の下流には第１の誘電泳動装置Ａ−２と第２の誘電泳動装置Ｂ−２とが配置されているので、第２の誘電泳動装置Ｂ−２を制御することによって、直進してＸ方向に延びる流路７１にＰＳ粒子９１を流すのか、Ｙ方向に延びる分岐流路７４の方向へＰＳ粒子９１を導入し流すのかを制御する。第２の誘電泳動装置Ｂ−２を駆動せず（ＯＦＦ）、電極間に電圧を印加しなかった場合、ＰＳ粒子９１はトラップ流７２を流れ、Ｙ方向に延びる分岐流路７４へ導入され、分岐流路７４の最初に配置された第１の誘電泳動装置Ａ−３と第２の誘電泳動装置Ｂ−３によってトラップスポット８１にトラップされるか否かが制御される。以下、各トラップスポット８２，…にＰＳ粒子をトラップするか否かを、それぞれ配置されている第２の誘電泳動装置ＢのＯＮ／ＯＦＦ動作によって制御する。なお、７０は流路源、７６は各トラップスポットに連結される排出流路、７７は分岐流路の終端部、７８は排出流路の終端部である。
【００３５】
一方、第２の誘電泳動装置Ｂ−３を駆動し（ＯＮ）、電極間に電圧を印加した場合、ＰＳ粒子９１は非トラップ流７３へシフトし、Ｘ方向に延びる流路７１をそのまま流れていく。そして、第１の誘電泳動装置Ａ−４と第２の誘電泳動装置Ｂ−４とが配置されているので、トラップスポット６２にトラップされるか否かが制御される。続いて配置される第１の誘電泳動装置Ａ−５と第２の誘電泳動装置Ｂ−５では、第２の誘電泳動装置Ｂ−５を制御することによって、Ｙ方向に延びる流路７５にＰＳ粒子９１が移動するか、更にＸ方向に延びる流路７１に直進するかが制御される。なお、分岐流路７４，７５の径が大きいような場合には、分岐流路７４，７５の導入口に、図示しないが、突起状の庇や案内切換板やバルブなどの流路調整部を設け、ＰＳ粒子を意図した流路へ導くようにすることができる。
【００３６】
このようにしたので、流路をＸ方向、Ｙ方向に配置し、それぞれの流路にトラップスポットを配置することができる。したがって、Ｘ軸上に配置されたトラップスポット６１，６２，…には１種類目の粒子を、Ｙ軸上に配置されたトラップスポット８１，８２，…には他の種類の粒子を配列するなど、ダイナミックマイクロアレイ装置を構成することができる。また、これらのトラップスポットの位置をマトリックス状に配置することができる。
【００３７】
なお、上記実施例では、２次元的な構造のダイナミックマイクロアレイ装置を示したが、３次元的な構造のダイナミックマイクロアレイ装置として適用することができることは言うまでもない。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のダイナミックマイクロアレイ装置は、細胞研究や創薬スクリーニングに用いることができるダイナミックマイクロアレイ装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１１    チップ
２，１２    流路（マイクロチャンネル）
３，１３，７２    トラップ流
４，７３    非トラップ流
５，１５，６１，６２，…，８１，８２，…    粒子のトラップスポット
６，１６    先端が尖っている電極
７，１７    長方形電極
８，    粒子
１４    バイパス流
１８，９１    ＰＳ粒子
２１    電極の先端
３１    Ｓｉウェハ
３２    ＳＵ−８
３３    ＰＤＭＳ流路のモールド
３４    ＰＤＭＳ
３５    ＰＤＭＳ流路
４１    ガラス基板
４２    ＩＴＯ
４３    Ｓ１８１８
４４    電極
４５    ＩＴＯ電極
５１    赤のＰＳ粒子
５２    緑のＰＳ粒子
５３    青のＰＳ粒子
７０    流路源
７１    Ｘ方向に延びる流路
７４，７５    Ｙ方向に延びる分岐流路
７６    排出流路
７７    分岐流路の終端部
７８    排出流路の終端部
Ａ，Ａ−１〜Ａ−５    第１の誘電泳動装置
Ｂ，Ｂ−１〜Ｂ−５    第２の誘電泳動装置
【図１】
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【図２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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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