(57)【要約】【課題】分離対象液から分離目的物を効率良くすることができる分離装置、分離カートリッジおよび分離システムを提供する。【解決手段】分離装置は、第１の面を有する流路を含み、第１の面上に、三日月形状の断面を有する複数の柱状部が設けられ、複数の柱状部は、流路の長手方向である行方向および流路の長手方向と垂直な方向である列方向に配列され、複数の柱状部のうち、同じ行に属する柱状部は、三日月形状が列方向に対して同じ向きに配置され、１の行に属する柱状部は、三日月形状が１の行と隣り合う行に属する柱状部の三日月形状と列方向に対して反対向きに配置され、複数の柱状部の側面に、分離目的物と特異的に結合する物質が配置されている。【選択図】図１
2011072989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面を有する流路を含み、
前記第１の面上に、三日月形状の断面を有する複数の柱状部が設けられ、
前記複数の柱状部は、前記流路の長手方向である行方向および該流路の長手方向と垂直な方向である列方向に配列され、
前記複数の柱状部のうち、同じ行に属する柱状部は、前記三日月形状が前記列方向に対して同じ向きに配置され、
１の行に属する柱状部は、前記三日月形状が該１の行と隣り合う行に属する柱状部の前記三日月形状と前記列方向に対して反対向きに配置され、
前記複数の柱状部の側面に、分離目的物と特異的に結合する物質が配置されている、分離装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記三日月形状は、第１の曲線と、該第１の曲線よりも大きな曲率を有する第２の曲線を含み、
前記第１の曲線の一方の端部と前記第２の曲線の一方の端部とは、第１の端部で接し、
前記第１の曲線の他方の端部と前記第２の曲線の他方の端部とは、第２の端部で接し、
１の柱状部Ａの第２の端部をＡ２、
前記柱状部Ａと列方向に隣り合う柱状部Ｂの第２の端部をＢ２、
前記柱状部Ａの第２の端部Ａ２から、前記第１の曲線の前記第２の端部Ａ２における接線方向に延びる直線をＬ１、
前記柱状部Ｂの第２の端部Ｂ２から、前記第１の曲線の前記第２の端部Ｂ２における接線方向に延びる直線をＬ２、
前記第２の端部Ａ２と前記第２の端部Ｂ２とを結ぶ線分の中点をＭ、
前記柱状部Ａおよび前記柱状部Ｂと行方向に隣り合い、該柱状部Ａおよび該柱状部Ｂを除いて前記中点Ｍから最も近い距離に存在する柱状部Ｃの第１の端部をＣ１、および
前記第１の端部Ｃ１を通り、前記直線Ｌ１および前記直線Ｌ２と平行な直線をＬ３とすると、
前記直線Ｌ３は、前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ２との間に存在する、分離装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ３との距離ｗ１と、前記直線Ｌ２と前記直線Ｌ３との距離ｗ２の比ｗ１／ｗ２が０．８〜１．２である、分離装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の分離装置を含む、分離カートリッジ。
【請求項５】
請求項４に記載の分離カートリッジが組み込まれた、分離システム。
【請求項６】
分離対象液から分離目的物を分離する分離装置であって、
前記分離対象液が流れる流路を有し、
前記流路は、
三日月形状の断面を有し、前記分離目的物と特異的に結合する物質が側面に配置された第１の柱状部と、
前記三日月形状の断面を有し、前記流路の長手方向である第１方向の位置が前記第１の柱状部と同じ位置に属し、前記第１方向と直交する第２方向の位置が前記第１の柱状部と隣り合う位置に属し、前記第１の柱状部と前記三日月形状が前記第２方向に対して同じ向きに配置され、前記物質が側面に配置された第２の柱状部と、
前記三日月形状の断面を有し、前記第１方向の位置が前記第１の柱状部と隣り合う位置に属し、前記第１の柱状部と前記三日月形状が前記第２方向に対して反対向きに配置され、前記物質が側面に配置された第３の柱状部と、
を備える、分離装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記三日月形状は、第１の曲線と、該第１の曲線よりも大きな曲率を有する第２の曲線とを含み、
前記第１の曲線の一方の端部と前記第２の曲線の一方の端部とは、第１の端部で接し、
前記第１の曲線の他方の端部と前記第２の曲線の他方の端部とは、第２の端部で接し、
前記第１の柱状部が有する第２の端部をＡ２、
前記第２の柱状部が有する第２の端部をＢ２、
前記Ａ２から、前記第１の柱状部が有する前記第１の曲線の、前記Ａ２における接線方向に延びる直線をＬ１、
前記Ｂ２から、前記第２の柱状部が有する前記第１の曲線の、前記Ｂ２における接線方向に延びる直線をＬ２、
前記Ａ２と前記Ｂ２とを結ぶ線分の中点をＭ、
前記第３の柱状部が有する第１の端部をＣ１、および
前記Ｃ１を通り、前記直線Ｌ１および前記直線Ｌ２と平行な直線をＬ３とすると、
前記直線Ｌ３は、前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ２との間に存在する、分離装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ３との距離ｗ１と、前記直線Ｌ２と前記直線Ｌ３との距離ｗ２の比ｗ１／ｗ２が０．８〜１．２である、分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離装置、分離カートリッジおよび分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板等に微細流路が設けられたマイクロ流体チップを使用して、化学分析や化学合成、あるいはバイオ関連の分析等を行う方法が注目されている。マイクロ流体チップは、マイクロTotal Analytical System（マイクロＴＡＳ）や、ラボオンチップ（Lab-on-a-chip）等とも呼ばれ、従来の装置に比較して試料や試薬の必要量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ない等のメリットがあり、医療診断、環境や食品のオンサイト分析、医薬品や化学品等の生産等、広い分野での利用が期待されている。試薬の量が少なくてよいことから、検査のコストを下げることが可能となり、また、試料および試薬の必要量が少ないため、反応時間も大幅に短縮されて検査の効率化を図ることができる。特に、医療診断に使用する場合には、試料となる血液等の検体の必要量を少なくすることができるため、患者の負担を軽減できるというメリットがある。
【０００３】
非特許文献１には、等間隔に配置された複数の円柱状マイクロポストを有するマイクロ流路装置が記載されている。非特許文献１記載のマイクロ流路装置では、円柱状マイクロポストの側面に接着因子が固定化されており、マイクロ流路装置に血液を流すことにより、円柱状マイクロポストの側面に固定化された接着因子にがん細胞を付着させて、がん細胞を除去する。しかしながら、非特許文献１記載のマイクロ流路装置では、接着因子にがん細胞を付着させる能力は、血液の流速ならびに円柱状マイクロポストの大きさおよび間隔に大きく依存する。例えば、血液の流速が小さいと、がん細胞と接着因子との接触機会が少なくなるため、円柱状マイクロポストに付着するがん細胞の数が少ない場合があり、一方、血液の流速が大きいと、円柱状マイクロポストに付着したがん細胞が流されてしまう場合がある。また、円柱状マイクロポストの間隔が大きすぎると、がん細胞と接着因子との接触機会が少なくなるため、円柱状マイクロポストに付着するがん細胞の数が少ない場合があり、一方、円柱状マイクロポストの間隔が小さすぎると、流れる血液の抵抗が大きくなるうえ、付着したがん細胞によって流路に詰まりが生じる場合がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Sunitha Nagrath et al., “Isolation of rare circulating tumour cells in cancer patients by microchip technology”, vol450|20/27 December 2007| doi:10.1038/nature06385 LETTERS
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、分離対象液から分離目的物を効率良く分離することができる分離装置、分離カートリッジおよび分離システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る分離装置は、
第１の面を有する流路を含み、
前記第１の面上に、三日月形状の断面を有する複数の柱状部が設けられ、
前記複数の柱状部は、前記流路の長手方向である行方向および該流路の長手方向と垂直な方向である列方向に配列され、
前記複数の柱状部のうち、同じ行に属する柱状部は、前記三日月形状が前記列方向に対して同じ向きに配置され、
１の行に属する柱状部は、前記三日月形状が該１の行と隣り合う行に属する柱状部の前記三日月形状と前記列方向に対して反対向きに配置され、
前記複数の柱状部の側面に、分離目的物と特異的に結合する物質が配置されている。
【０００７】
本発明において「三日月形状」とは、第１の曲線および第２の曲線を含み、かつ、第１の曲線および第２の曲線が同じ向きに極大値（極小値）を有する形状をいう。三日月形状では、例えば、第１の曲線の一方の端部と第２の曲線の一方の端部、ならびに、第１の曲線の他方の端部と第２の曲線の他方の端部がそれぞれ接しているか、または、第１の曲線の一方の端部と第２の曲線の一方の端部、ならびに、第１の曲線の他方の端部と第２の曲線の他方の端部がそれぞれ、曲線または直線を介して接続されている形状をいう。第１の曲線の一方の端部と第２の曲線の一方の端部、ならびに、第１の曲線の他方の端部と第２の曲線の他方の端部がいずれも接している場合、第１の曲線および第２の曲線は異なる曲率を有することが必要である。
【０００８】
この場合、前記三日月形状は、第１の曲線と、該第１の曲線よりも大きな曲率を有する第２の曲線を含み、
前記第１の曲線の一方の端部と前記第２の曲線の一方の端部とは、第１の端部で接し、
前記第１の曲線の他方の端部と前記第２の曲線の他方の端部とは、第２の端部で接し、
１の柱状部Ａの第２の端部をＡ２、
前記柱状部Ａと列方向に隣り合う柱状部Ｂの第２の端部をＢ２、
前記柱状部Ａの第２の端部Ａ２から、前記第１の曲線の前記第２の端部Ａ２における接線方向に延びる直線をＬ１、
前記柱状部Ｂの第２の端部Ｂ２から、前記第１の曲線の前記第２の端部Ｂ２における接線方向に延びる直線をＬ２、
前記第２の端部Ａ２と前記第２の端部Ｂ２とを結ぶ線分の中点をＭ、
前記柱状部Ａおよび前記柱状部Ｂと行方向に隣り合い、該柱状部Ａおよび該柱状部Ｂを除いて前記中点Ｍから最も近い距離に存在する柱状部Ｃの第１の端部をＣ１、および
前記第１の端部Ｃ１を通り、前記直線Ｌ１および前記直線Ｌ２と平行な直線をＬ３とすると、
前記直線Ｌ３は、前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ２との間に存在することができる。
【０００９】
また、この場合、前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ３との距離ｗ１と、前記直線Ｌ２と前記直線Ｌ３との距離ｗ２の比ｗ１／ｗ２が０．８〜１．２であることができる。
【００１０】
上記分離装置によれば、三日月形状の断面を有する複数の柱状部が設けられ、複数の柱状部は、流路の長手方向である行方向および流路の長手方向と垂直な方向である列方向に配列され、複数の柱状部のうち、同じ行に属する柱状部は、三日月形状が列方向に対して同じ向きに配置され、１の行に属する柱状部は、三日月形状が１の行と隣り合う行に属する柱状部の三日月形状と列方向に対して反対向きに配置され、複数の柱状部の側面に、分離目的物と特異的に結合する物質が配置されていることにより、分離目的物に働く向心力を利用して、柱状部の側面に分離目的物を効率良く付着させて分離することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る分離カートリッジは、上記分離装置を含む。
【００１２】
本発明の第３の態様に係る分離システムは、上記分離カートリッジが組み込まれている。
【００１３】
本発明の第４の態様に係る分離装置は、
分離対象液から分離目的物を分離する分離装置であって、
前記分離対象液が流れる流路を有し、
前記流路は、
三日月形状の断面を有し、前記分離目的物と特異的に結合する物質が側面に配置された第１の柱状部と、
前記三日月形状の断面を有し、前記流路の長手方向である第１方向の位置が前記第１の柱状部と同じ位置に属し、前記第１方向と直交する第２方向の位置が前記第１の柱状部と隣り合う位置に属し、前記第１の柱状部と前記三日月形状が前記第２方向に対して同じ向きに配置され、前記物質が側面に配置された第２の柱状部と、
前記三日月形状の断面を有し、前記第１方向の位置が前記第１の柱状部と隣り合う位置に属し、前記第１の柱状部と前記三日月形状が前記第２方向に対して反対向きに配置され、前記物質が側面に配置された第３の柱状部と、
を備える。
【００１４】
この場合、前記三日月形状は、第１の曲線と、該第１の曲線よりも大きな曲率を有する第２の曲線とを含み、
前記第１の曲線の一方の端部と前記第２の曲線の一方の端部とは、第１の端部で接し、
前記第１の曲線の他方の端部と前記第２の曲線の他方の端部とは、第２の端部で接し、
前記第１の柱状部が有する第２の端部をＡ２、
前記第２の柱状部が有する第２の端部をＢ２、
前記Ａ２から、前記第１の柱状部が有する前記第１の曲線の、前記Ａ２における接線方向に延びる直線をＬ１、
前記Ｂ２から、前記第２の柱状部が有する前記第１の曲線の、前記Ｂ２における接線方向に延びる直線をＬ２、
前記Ａ２と前記Ｂ２とを結ぶ線分の中点をＭ、
前記第３の柱状部が有する第１の端部をＣ１、および
前記Ｃ１を通り、前記直線Ｌ１および前記直線Ｌ２と平行な直線をＬ３とすると、
前記直線Ｌ３は、前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ２との間に存在する、分離装置。
【００１５】
また、この場合、前記直線Ｌ１と前記直線Ｌ３との距離ｗ１と、前記直線Ｌ２と前記直線Ｌ３との距離ｗ２の比ｗ１／ｗ２が０．８〜１．２であることができる。
【００１６】
上記分離装置によれば、直線Ｌ３が直線Ｌ１と直線Ｌ２との間に存在することにより、分離目的物に働く向心力を利用して、柱状部の側面に分離目的物を効率良く付着させて分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る分離装置を模式的に示す平面図。
【図２】図１に示される流路に設けられた複数の柱状部の平面パターンを模式的に示す拡大図。
【図３】図１に示される流路に設けられた柱状部を模式的に示す斜視図。
【図４】図１に示される流路を模式的に示す断面図。
【図５】図１に示される流路を用いた分離目的物の分離方法を説明する図。
【図６】図２に示される複数の柱状部の平面パターンの一変形例を示す図。
【図７】図２に示される複数の柱状部の平面パターンの別の一変形例を示す図。
【図８】図２に示される複数の柱状部の平面パターンの他の一変形例を示す図。
【図９】本発明の第２実施形態に係る分離システムを説明する図。
【図１０】本発明において、柱状部断面（三日月形状）の第１の曲線の曲率半径および分離目的物の直径が所定の値である場合における分離対象液の流速と分離目的物の沈降速度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施形態にかかる分離装置、分離カートリッジおよび分離システムについて具体的に説明する。
【００１９】
１．第１実施形態
１．１．分離装置の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る分離装置１００を模式的に示す平面図であり、図２は、図１に示される流路５０に設けられた複数の柱状部１０の平面パターンを模式的に示す拡大図であり、図３は、図１に示される流路５０に設けられた柱状部１０を模式的に示す斜視図であり、図４は、図１に示される流路５０を模式的に示す断面図（Ｙ−Ｙ）にて紙面と垂直方向に切断した断面図）であり、図５は、図１に示される流路５０を用いた分離目的物の分離方法を説明する図である。
【００２０】
本発明の一実施形態に係る分離装置１００は図１に示されるように、入口３０および出口４０を有する流路５０を含む。分離目的物を含み得る分離対象液は入口３０から導入された後、流路５０内を通過した後、出口４０から排出される。
【００２１】
流路５０は図４に示されるように、第１の基板（流路下面基板）１２と、第２の基板（流路上面基板）１４と、複数の柱状部１０とを有する。また、流路５０は、図４に示されるように、第１の基板１２の内表面である第１の面１２ａと、第２の基板１４の内表面である、第１の面１２ａと対向する第２の面１４ａとを有する。
【００２２】
柱状部１０は図１〜図３に示されるように、三日月形状の断面を有する。また、柱状部１０は図４に示されるように、第１の基板１２の第１の面１２ａの上に設けられており。第１の基板１２と第２の基板１４とに挟まれるように配置されている。すなわち、柱状部１０は、上面が流路５０の第２の面１４ａと接し、下面が流路５０の第１の面１２ａに接している。なお、図３は、流路５０のうち第２の基板１４を取り除いた状態を示している。
【００２３】
図１〜図３において、流路５０の長手方向（分離対象液が流れる方向）を行方向とし、流路５０の長手方向と垂直な方向を列方向とすると、複数の柱状部１０は、行方向および列方向に沿って配列されている。また、同じ行に属する複数の柱状部１０は、等間隔に配置されている。さらに、同じ行に属する複数の柱状部１０は、三日月形状が前記列方向に対して同じ向きに配置されており、１の行に属する複数の柱状部１０は、三日月形状が該１の行と隣り合う行に属する複数の柱状部の三日月形状と列方向に対して反対向きに配置されている。すなわち、列方向に隣り合う柱状部１０同士（１の行に属する柱状部１０と、該１の行に隣り合う行に属する柱状部１０）は、三日月形状が行方向に対して線対称である。
【００２４】
柱状部１０の側面１０ａには、分離目的物と特異的に結合する物質が配置されている。これにより、柱状部１０の側面１０ａに分離目的物を付着させることにより、分離目的物を分離対象液から除去することができる。分離目的物と特異的に結合する物質は、分離目的物の性質および特性に応じて適宜選択することができる。
【００２５】
柱状部１０の三日月形状は図２に示されるように、第１の曲線ｒ１および第２の曲線ｒ２を含み、第２の曲線ｒ２は第１の曲線ｒ１よりも大きな曲率を有する。また、柱状部１０断面の三日月形状は、第１の端部および第２の端部を有する。すなわち、第１の曲線ｒ１の一方の端部と第２の曲線ｒ２の一方の端部とが、第１の端部で接しており、第１の曲線ｒ１の他方の端部と第２の曲線ｒ２の他方の端部とが、第２の端部で接している。
【００２６】
図２において、１の柱状部Ａの第２の端部をＡ２、柱状部Ａと列方向に隣り合う柱状部Ｂの第２の端部をＢ２、柱状部Ａの第２の端部Ａ２から、第１の曲線の前記第２の端部Ａ２における接線方向に延びる直線をＬ１、柱状部Ｂの第２の端部Ｂ２から、第１の曲線の前記第２の端部Ｂ２における接線方向に延びる直線をＬ２、第２の端部Ａ２と第２の端部Ｂ２とを結ぶ線分の中点をＭ、柱状部Ａおよび柱状部Ｂと行方向に隣り合い、柱状部Ａおよび前記柱状部Ｂと行方向に隣り合い、柱状部Ａおよび柱状部Ｂを除いて中点Ｍから最も近い距離に存在する柱状部Ｃの第１の端部をＣ１、および第１の端部Ｃ１を通り、直線Ｌ１および直線Ｌ２と平行な直線をＬ３とすると、直線Ｌ３は、直線Ｌ１と直線Ｌ２との間に存在する。これにより、後述するように、柱状部Ａの側面に付着しなかった分離目的物を、柱状部Ａと行方向に隣り合う柱状部Ｃの側面に付着しやすくさせることができる。
【００２７】
この場合、柱状部Ａと柱状部Ｂとの間を通過した分離目的物が柱状部Ｃの側面により付着しやすい点で、直線Ｌ１と直線Ｌ３との距離ｗ１と、直線Ｌ２と直線Ｌ３との距離ｗ２の比ｗ１／ｗ２が０．８〜１．２であるのが好ましい。図１に示される分離装置１００では、ｗ１／ｗ２が１．０である。
【００２８】
また、本実施形態に係る分離装置１００において、第１の基板１２、第２の基板１４および柱状部１０は分離対象液に含まれる成分にダメージを及ぼさない材質であればよく、例えば無機材料（例えば単結晶シリコン、パイレックス（登録商標）ガラス）、有機材料（例えば樹脂）からなることができる。例えば、柱状部１０が無機材料からなる場合、フォトリソグラフィー法を用いたドライエッチングにより、高精度に寸法制御された柱状部１０を得ることができる。また、例えば、柱状部１０が樹脂からなる場合、鋳型成形によって形成することができる。
【００２９】
１．２．分離目的物の分離方法
図５は、図１〜図４に示される分離装置１００を用いた分離目的物の分離方法を説明する図である。本実施形態では、分離目的物ががん細胞であって、分離装置１００を用いて分離対象液（細胞懸濁液）からがん細胞を分離する場合を例にとり説明する。
【００３０】
本実施形態に係る分離装置１００が細胞（例えばがん細胞）を分離対象液から分離するために使用する場合、分離対象液からがん細胞をその他の成分と選択的に分離することができる。なお、本明細書において「がん細胞」とは、悪性の腫瘍細胞を意味する。分離対象液は少なくとも細胞を含む液であって、がん細胞を含む可能性がある液であり、例えばがん細胞および他の細胞を含む液である。分離対象液としては、例えば血液、リンパ液、唾液、尿、涙液等の体液またはこれらを含む液が挙げられる。
【００３１】
図１に示されるように、本実施形態に係る分離装置１００において、分離目的物を含み得る分離対象液が入口３０から導入された後、流路５０内を移動する際に、柱状部１０の側面に配置された、分離目的物（がん細胞）と特異的に結合する物質と分離目的物（がん細胞）が結合することにより、がん細胞が柱状部１０の側面に付着する。これにより、がん細胞が除去された液が出口４０から排出される。
【００３２】
本実施形態に係る分離装置１００によってがん細胞が除去された液は出口４０から排出された後、容易に回収することができる。これにより、分離対象液が血液等の体液である場合、がん細胞が除去された後、再び生体内に戻すことが容易である。
【００３３】
より具体的には、図５に示されるように、流路５０の柱状部１０近傍を移動する分離目的物（がん細胞）には、柱状部１０の断面の三日月形状によって向心力６が働くと同時に、その反力としての摩擦力７が作用する。向心力および摩擦力はそれぞれ下記の式で表される。
【００３４】
【数１】
2011072989.tif 000003
【００３５】
ここで、ｄ：分離目的物の直径、σ：分離目的物の密度、ρ：分離対象液の密度、ｒ：柱状部断面の第１の曲線（または第２の曲線）曲率半径，ω：角速度、η：分離対象液の粘度を示す。また、σ≠ρのとき、分離対象液中の分離目的物は速度ｖにて変形方向に移動するものとする。
【００３６】
このとき、向心力ｆ１と摩擦力ｆ２にはｆ１＝ｆ２が成立し、その際の分離目的物の沈降速度Ｖは下記式で表される。
【００３７】
【数２】
2011072989.tif 000004
【００３８】
よって、流路５０を移動する分離対象液の特性密度、粘度が一定である条件下では、分離目的物の沈降速度Ｖは、分離目的物の直径ｄの二乗に比例する。
【００３９】
図１０は、本発明において、柱状部断面（三日月形状）の第１の曲線の曲率半径ｒおよび分離目的物の直径ｄが所定の値である場合における分離対象液の流速と分離目的物の沈降速度との関係を示すグラフである。このグラフでは、上述の沈降速度の式に基づいて、ｄ：分離目的物の直径（ｃｍ）、σ：分離目的物の密度＝１．０７ｇ／ｃｍ３、ρ：分離対象液（血液）の密度＝１．０５ｇ／ｃｍ３、ｒ：柱状部断面の第１の曲線曲率半径（ｃｍ），ω：角速度、η：分離対象液（血液）の粘度＝０．０３５ｇ／ｃｍ・ｓ、ｖ：分離目的物（がん細胞）の移動速度＝１ｃｍ／ｓとして、分離目的物の直径ｄおよび柱状部断面の第１の曲線の曲率半径ｒを変えたときの分離目的物の沈降速度を算出した。図１０の結果から、柱状部断面の第１の曲線の曲率半径ｒが大きいほど、分離目的物の沈降速度Ｖが小さく、また、分離目的物の直径ｄが大きいほど、沈降速度Ｖが大きいことが理解できる。
【００４０】
図５に示されるように、流路５０において方向Ｉから柱状部１０（Ｉ）および柱状部１０（ＩＩ）のほぼ中央を移動するがん細胞１６ａは、柱状部１０（Ｉ）の第１の曲面ｒ１側の側面に付着することができる。また、流路５０において方向ＩＩから柱状部１０（ＩＩＩ）の第２の曲面ｒ２側の側面近傍を移動するがん細胞１６ａは、柱状部１０（ＩＩＩ）の側面に付着しなかった場合でも、柱状部１０（Ｖ）の第１の曲面ｒ１側の側面に付着することができる。
【００４１】
また、比較的小さながん細胞１６ｂ（がん細胞１６ａより小さながん細胞）の場合、流路５０において方向ＩＩＩから柱状部１０（ＩＩＩ）および柱状部１０（ＩＶ）のほぼ中央を移動するがん細胞１６ｂは、がん細胞１６ａよりも向心力が小さいために、柱状部１０（ＩＩＩ）の第１の曲面ｒ１側の側面に付着できなかった場合でも、柱状部１０（ＶＩ）の第１の曲面ｒ１側の側面に付着することができる。また、流路５０において方向ＩＶから柱状部１０（ＩＶ）の第２の曲面ｒ２側の側面近傍を移動するがん細胞１６ｂは、柱状部１０（ＩＶ）の側面に付着しなかった場合でも、柱状部１０（ＶＩ）の第２の曲面ｒ２側の側面に付着することができる。
【００４２】
本実施形態に係る分離装置１００によれば、図５に示されるように、複数の柱状部１０が行方向および列方向に配列され、同じ行に属する複数の柱状部１０（例えば柱状部１０（Ｉ）〜（ＩＶ））は、三日月形状が同じ向きに配置され、１の行に属する複数の柱状部１０（例えば柱状部１０（Ｉ）〜（ＩＶ））は、三日月形状が該１の行と隣り合う行に属する複数の柱状部１０（例えば柱状部１０（Ｖ），（ＶＩ））の三日月形状と反対向きに配置され、複数の柱状部１０の側面１０ａに、分離目的物と特異的に結合する物質が配置されている。
【００４３】
本実施形態に係る分離装置１００によれば、上記構成により、行方向に隣り合う柱状部１０（例えば、柱状部１０（Ｉ）〜（ＩＶ）と柱状部１０（Ｖ），（ＶＩ））の間には隔壁が設けられていないため、分離対象液が、列方向に隣り合う柱状部１０の間（例えば柱状部１０（ＩＩ）と柱状部１０（ＩＩＩ）との間）を通過した後に、これに隣接した柱状部１０の間（例えば柱状部１０（Ｉ）と柱状部１０（ＩＩ）との間）を通過した分離対象液と混ざり合うミキシング効果が生じる。これにより、柱状部１０の側面１０ａに配置された、分離目的物と特異的に結合する物質と分離目的物（がん細胞）との接触機会が著しく増加するため、柱状部１０の側面１０ａで分離目的物（がん細胞）を効率良く捕獲することができる。
【００４４】
すなわち、本実施形態に係る分離装置１００によれば、複数の柱状部１００の三日月形状の断面を有し、同じ行に属する複数の柱状部１０は三日月形状が同じ向きに配置され、１の行に属する複数の柱状部１０は、三日月形状が該１の行と隣り合う行に属する複数の柱状部１０の三日月形状と反対向きに配置されていることにより、複数の柱状部１００の三日月形状の断面に起因する向心力を利用して、分離目的物を柱状部１０の側面１０ａに効率良く付着させることができる。
【００４５】
なお、分離目的物ががん細胞である場合、がん細胞は通常、白血球や赤血球等の正常細胞よりも大きく、通常、２５μｍ以上の大きさを有するため、流路５０内での移動を妨げずに、がん細胞を柱状部１０の側面に効率良く付着させるためには、流路５０の高さ（本実施形態では、流路５０の高さ＝柱状部１０の高さ）ｈは２５μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。
【００４６】
また、分離目的物ががん細胞である場合、柱状部１０の側面１０ａには例えば、分離目的物であるがん細胞と特異的に結合する物質として、がん細胞と特異的に結合する抗体を固定化させることができる。がん細胞と特異的に結合する抗体が柱状部１０の側面１０ａに固定化されていることにより、柱状部１０の側面１０ａにて、がん細胞と特異的に結合する抗体とがん細胞との結合によってがん細胞を捕捉して、分離対象液からがん細胞を除去することができる。
【００４７】
がん細胞と特異的に結合する抗体としては、例えば、がん細胞の表面抗原に対する抗体が挙げられる。がん細胞と特異的に結合する抗体として、がん細胞の表面抗原に対する抗体を用いる場合、がん細胞の表面抗原に対する抗体を、分離対象のがん細胞の種類に応じて選択することができる。例えば、上皮がんに共通の表面抗原に対する抗体としては、Ｅｐ−ＣＡＭ抗体、Ｎ−カドヘリン抗体、ビメンチン抗体等が挙げられ、乳がん特有の表面抗原に対する抗体としては、ＨＥＲ２抗体等が挙げられ、大腸がん特有の表面抗原に対する抗体としては、ＮＳ１９−９抗体等が挙げられ、前立腺がん特有の表面抗原に対する抗体としては、ＣＤ４９、ＣＤ５４，ＣＤ５９抗体等が挙げられる。上記に例示された抗体を固定化させることができる。
【００４８】
さらに、柱状部１０の側面１０ａには、分離目的物であるがん細胞と特異的に結合する物質として、アポトーシス誘発因子（apoptosis-inducing factor）が固定化されていて
もよい。アポトーシス誘発因子が該表面柱状部１０の側面１０ａに固定化されていることにより、柱状部１０の側面１０ａにおいて、がん細胞とアポトーシス誘発因子との接触によってがん細胞を壊死へと導くことができる。
【００４９】
アポトーシス誘発因子としては、がん細胞のアポトーシスを誘発させる性質を有するものであればよく、例えば、ＴＮＦ−α、ＴＮＦ−γ、ＴＲＡＩＬ、Ｆａｓ、リンホトキシン、非環式レチノイド、ビクニン、パラスポリン、マイトマイシン、タキソール、アディポネクチンが挙げられる。
【００５０】
柱状部１０の側面１０ａへの抗体またはアポトーシス誘発因子の固定化は、物理吸着による方法または化学結合による方法を用いることができる。化学結合による方法は、確実な固定化を達成できる点で有用である。例えば、表面が水酸基を含む材質からなる場合、抗体中のカルボキシル基を活性エステル化した後、水酸基と該活性エステル基とを反応させることにより、化学結合によって該表面に抗体を固定化させることができる。
【００５１】
また、例えば、柱状部１０の側面１０ａは酸化シリコン膜で構成されていてもよい。柱状部１０の側面１０ａが酸化シリコン膜で構成されていることにより、柱状部１０の側面１０ａは親水性を有するため、がん細胞と特異的に結合する抗体やアポトーシス誘発因子との親和性に優れているうえ、酸化シリコン膜に含まれる水酸基を利用して、上記抗体やアポトーシス誘発因子を該表面に結合させることができる。
【００５２】
分離目的物ががん細胞である場合、分離対象となるがん細胞としては、例えば循環がん細胞（ＣＴＣ）が挙げられる。このうち、体液が血液またはリンパ液である場合、本実施形態に係る分離装置１００を用いて、患者から採取した血液またはリンパ液からＣＴＣを除去した後、該血液またはリンパ液を再び患者の体内に戻すことによって、患者のがんの転移を抑えることができる。例えば、血液中からＣＴＣを選択的に分離することにより、ＣＴＣとその他の成分（例えば、赤血球、白血球、血小板等の正常細胞、塩類、アルブミン等の血漿タンパク質、免疫グロブリン等の抗体、血液凝固因子等）とを分離することができるうえ、その他の成分に及ぼすダメージを最小限にすることができる。なお、体液は希釈されたものであってもよい。
【００５３】
この場合、本実施形態に係る分離装置１００を用いたＣＴＣの除去を、放射線療法および／または化学療法と併用してもよいし、あるいは、放射線療法または化学療法の代替として用いることもできる。すなわち、本発明の一実施形態に係るがんの治療および／または予防方法は、本実施形態に係る分離装置１００を用いて患者から摂取した体液からがん細胞を除去した後、該体液を患者の体内に戻す工程を含む。この場合、該体液を患者の体内に戻す工程は例えば、血液透析と同様の手法を用いることができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、分離目的物ががん細胞である場合を例にとり説明したが、本実施形態に係る分離装置１００が分離対象とする分離目的物は、例えば、がん細胞以外の細胞、ウイルス、細菌、タンパク質、低分子〜高分子化合物、粒子、コロイド、例えば花粉等のアレルギー物質、毒物、有害物質、環境汚染物質であってもよい。また、本実施形態に係る分離装置１００を例えば、血液透析、血液浄化、細胞分化誘導、遺伝子導入のための装置として使用することもできる。
【００５５】
１．３．変形例
図６は、図２に示される複数の柱状部１０の平面パターンの一変形例（変形例１）を示す図であり、図７は、図２に示される複数の柱状部１０の平面パターンの別の一変形例（変形例２）を示す図であり、図８は、図２に示される複数の柱状部１０の平面パターンの他の一変形例（変形例３）を示す図である。以下にしめす変形例では第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５６】
１．３．１．変形例１
図６に示される柱状部１１０は、図２に示される柱状部１０と比較して、三日月形状の断面を構成する第１の曲線ｒ１および第２の曲線ｒ２の曲率が小さい。第１の曲線ｒ１および第２の曲線ｒ２の曲率は例えば、分離目的物の径、分離対象液の流速および粘度、流路の大きさ、隣り合う柱状部の間隔等の条件に応じて適宜決定することができる。第１の曲線ｒ１および第２の曲線ｒ２の曲率を調整することにより、分離目的物に働く向心力を調整することができる。
【００５７】
１．３．２．変形例２
図７に示される柱状部２１０は、三日月形状の断面を構成する第１の曲線ｒ１の一方の端部ｒ１ａと第２の曲線ｒ２の一方の端部ｒ２ａとが曲線Ｘ１で接続され、かつ、第１の曲線ｒ１の他方の端部ｒ１ｂと第２の曲線ｒ２の他方の端部ｒ２ｂとが曲線Ｘ２で接続されている点で、図２に示される柱状部１０と異なる。
【００５８】
図７において、柱状部２１０Ａの第１の曲線ｒ１の第２の端部Ａｒ１ｂと、柱状部２１０Ａと列方向に隣り合う柱状部２１０Ｂの第１の曲線ｒ１の第２の端部Ｂｒ１ｂとを結ぶ線の中点をＭ、柱状部２１０Ａの第１の曲線ｒ１の第２の端部Ａｒ１ｂから接線方向に延びる直線をＬ１、柱状部２１０Ｂの第１の曲線ｒ１の第２の端部Ｂｒ１ｂから接線方向に延びる直線をＬ２、柱状部２１０Ａおよび柱状部２１０Ｂを除いて中点Ｍから最も近い位置に存在する柱状部２１０Ｃの曲線Ｘ１の頂点を通り、直線Ｌ１および直線Ｌ２と平行な線をＬ３とすると、直線Ｌ３は直線Ｌ１と直線Ｌ２との間に存在することが好ましい。ここで柱状部２１０Ｃの曲線Ｘ１の頂点とは、直線Ｌ１または直線Ｌ２に沿った方向において、曲線Ｘ１上のもっとも先端の点である。
【００５９】
図７に示される変形例２において、柱状部２１０Ａと柱状部２１０Ｂとの間を通過した分離目的物が柱状部２１０Ｃの側面により付着しやすい点で、直線Ｌ１と直線Ｌ３との距離ｗ１と、直線Ｌ２と直線Ｌ３との距離ｗ２の比ｗ１／ｗ２が０．８〜１．２であるのが好ましい。図７では、ｗ１／ｗ２が１．０である（直線Ｌ３が中点Ｍ上に位置している）。
【００６０】
１．３．３．変形例３
図８に示される柱状部３１０は、三日月形状の断面を構成する第１の曲線ｒ１の一方の端部ｒ１ａと第２の曲線ｒ２の一方の端部ｒ２ａとが直線Ｌ４で接続され、かつ、第１の曲線ｒ１の他方の端部ｒ１ｂと第２の曲線ｒ２の他方の端部ｒ２ｂとが直線Ｌ５で接続されている点で、図２に示される柱状部１０と異なる。
【００６１】
図８において、柱状部３１０Ａの第１の曲線ｒ１の第２の端部Ａｒ１ｂと、柱状部３１０Ａと列方向に隣り合う柱状部３１０Ｂの第２の曲線ｒ２の第２の端部Ｂｒ２ｂとを結ぶ線の中点をＭａ、柱状部３１０Ａの第１の曲線ｒ１の第２の端部Ａｒ１ｂから接線方向に延びる直線をＬ１、柱状部３１０Ｂの第２の曲線ｒ２の第２の端部Ｂｒ２ｂから接線方向に延びる直線をＬ２、柱状部３１０Ａおよび柱状部３１０Ｂを除いて中点Ｍａから最も近い位置に存在する柱状部３１０Ｃの直線Ｌ４の中点Ｍｂを通り、直線Ｌ１および直線Ｌ２と平行な線をＬ３とすると、直線Ｌ３は直線Ｌ１と直線Ｌ２との間に存在することが好ましい。
【００６２】
また、図８に示される変形例３において、柱状部３１０Ａと柱状部３１０Ｂとの間を通過した分離目的物が柱状部３１０Ｃの側面により付着しやすい点で、直線Ｌ１と直線Ｌ３との距離ｗ１と、直線Ｌ２と直線Ｌ３との距離ｗ２の比ｗ１／ｗ２が０．８〜１．２であるのが好ましい。図８では、ｗ１／ｗ２が１．０である（直線Ｌ３が中点Ｍａ上に位置している）。
【００６３】
なお、図８に示される変形例３においても、図７に示される変形例２と同様に、柱状部３１０の第１の曲線ｒ１の一方の端部ｒ１ａと第２の曲線ｒ２の一方の端部ｒ２ａ、および／または柱状部３１０の第１の曲線ｒ１の他方の端部ｒ１ｂと第２の曲線ｒ２の他方の端部ｒ２ｂが曲線を介して接続されていてもよい。
【００６４】
２．第２実施形態
図９は、本発明の一実施形態に係る分離システム（がん細胞除去システム）１０００を模式的に示す図である。本実施形態においては、分離システム１０００ががん細胞の除去を行う場合について説明するが、上述の第１実施形態で説明したように、本実施形態に係る分離システム１０００は、がん細胞以外の分離目的物の分離を行うこともできる。
【００６５】
本実施形態に係る分離システム１０００は、図９に示されるように、第１実施形態に係る分離装置１００と、制御部２７とを含む。分離装置１００は患者３００から採取された体液からがん細胞を除去する。また、この分離システム１０００にはさらに、患者３００から採取された体液を移送するための管２１と、管２１内で体液を移送させるために駆動するポンプ２３と、管２１内における体液の圧力を監視する圧力監視装置２５，２６が設けられている。分離装置１００と、ポンプ２３と、圧力監視装置２５，２６とは、管２１を介して接続されている。なお、本実施形態に係る分離システム１０００では、１の分離装置１００が設けられている例を示したが、分離装置１００が複数設けられていてもよい。
【００６６】
図９に示されるように、管２１の両端部Ａ，Ｃは患者３００に取り付けられており、体液は、ポンプ２３の駆動によって患者３００から採取された後、端部（採液部）Ａから管２１を介して分離装置１００へと導入され、分離装置１００にて体液中のがん細胞の除去が行なわれる。がん細胞除去後の体液は、ポンプ２３の駆動によって、管２１を介して端部（返液部）Ｃから患者３００の体内に戻される。例えば、本実施形態に係る分離システム１０００において、血液透析と同様の手法を用いて患者３００の体内から体液を採取し、かつ処理後の体液を患者３００の体内に戻すことができる。また、体液が血液の場合、血液が管２１内で凝固するのを防ぐために、抗凝固剤供給部２４から管２１内に抗凝固剤を導入してもよい。
【００６７】
本実施形態に係る分離システム１０００において、制御部２７は、図９に示されるように、分離装置１００、圧力監視装置２５，２６、ポンプ２３、抗凝固剤供給部２４と電気的にまたは光学的に接続されている。制御部２７は、電気的にまたは光学的に接続された上記各部分からの情報を電気信号または光信号として受信し、かつ、上記各部分へと情報を電気信号または光信号として送信することができる。制御部２７は例えば、コンピューターにインストールされたソフトウエア上で実行することができる。
【００６８】
なお、分離装置１００は図９に示されるように、体外循環によって用いてもよいし、あるいは、患者３００の体内に埋め込んでもよい。また、分離装置１００は分離カートリッジに含まれていてもよい。さらに、ポンプ２３および圧力監視装置２５，２６としては、例えば血液透析で用いられているものを使用することができる。
【００６９】
本実施形態に係る分離システム１０００によれば、患者３００から採取された体液から分離装置１００によって分離目的物（がん細胞）を除去した後、該体液を患者３００の体内に戻すことができる。また、分離装置１００が分離カートリッジである場合、使用済みの分離装置（分離カートリッジ）１００を取り外して容易に交換することができる。
【００７０】
本発明に係る実施の形態の説明は以上である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００７１】
６…向心力、７…摩擦力、１００…分離装置、１０，１１０，２１０，３１０…柱状部、１２…流路下面基板、１２ａ…第１の面、１４…流路上面基板、１４ａ…第２の面、１６ａ，１６ｂ…がん細胞、２１…管、２３…ポンプ、２４…抗凝固剤供給部、２５，２６…圧力監視装置、２７…制御部、３０…入口、４０…出口、５０…流路、３００…被験者、１０００…分離システム、Ａ２，Ｂ２…第２の端部、Ｃ１…第１の端部、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…直線、Ｍ…中点、ｒ１…第１の曲線部、ｒ２…第２の曲線部
【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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