(57)【要約】【課題】粒子の分離効率を向上する分離装置等を提供する。【解決手段】試料に含有される粒子を分離する分離装置１００は、第一基板１０１と、第一基板１０１に対向するように設けられた第二基板１０２と、第一基板１０１及び第二基板１０２の間に形成され且つ試料が流される流路１０４と、流路１０４内に配置され且つ略直線状の列を形成するように配列された複数の第一ピラー電極３０１及び複数の第二ピラー電極３０２をそれぞれ含む複数のピラー電極列３０４とを備える。複数のピラー電極列３０４は、流路１０４内の試料の流れ方向Ｄに対して傾斜する方向に延び、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の間に印加される交流電圧の周波数は、６００Ｈｚ以上５００００Ｈｚ以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に含有される粒子を分離する分離装置であって、
第一基板と、
前記第一基板に対向するように設けられた第二基板と、
前記第一基板及び前記第二基板の間に形成され、前記試料が流される流路と、
前記流路内に配置され、略直線状の列を形成するように配列された複数の第一ピラー電極及び複数の第二ピラー電極をそれぞれ含む複数のピラー電極列とを備え、
前記複数のピラー電極列は、前記流路内の前記試料の流れ方向に対して傾斜する方向に延び、
前記第一ピラー電極及び前記第二ピラー電極の間に印加される交流電圧の周波数は、６００Ｈｚ以上５００００Ｈｚ以下である、
分離装置。
【請求項２】
前記複数のピラー電極列は、同様の方向に延びる、
請求項１に記載の分離装置。
【請求項３】
前記第一ピラー電極及び前記第二ピラー電極は、配列方向に交互に配置される、
請求項１または２に記載の分離装置。
【請求項４】
前記流路は、前記試料の流入口と、前記試料の流出口とを有し、
前記流れ方向は、前記流入口から前記流出口に向かう方向である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の分離装置。
【請求項５】
前記流路は、第一流出口としての前記流出口と、前記ピラー電極列における前記流れ方向の上流側の端部の下流に配置された第二流出口とを有する、
請求項４に記載の分離装置。
【請求項６】
前記ピラー電極列の前記流れ方向に対する傾斜角度は、２０度以上７０度以下の範囲内である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の分離装置。
【請求項７】
前記ピラー電極列内の隣り合う前記ピラー電極間の間隙は、３マイクロメートル以下である、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の分離装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の分離装置を用いて試料に含有される粒子を分離する分離方法であって、
前記流路内に前記試料を流しつつ、前記複数の第一ピラー電極及び前記複数の第二ピラー電極の間に交流電圧を印加し、
前記ピラー電極列に交流電気浸透流を発生させることで、前記ピラー電極列の延びる方向に直交する方向に前記粒子を移動させる、
分離方法。  
【請求項９】
前記粒子の径は、１ナノメートル以上１０００ナノメートル以下である、
請求項８に記載の分離方法。
【請求項１０】
前記交流電圧は、５ボルトｐｐ以上４０ボルトｐｐ以下の電圧である、
請求項８または９に記載の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、分離装置及び分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気浸透流を利用した液体中の粒子の分離技術が提案されている。電気浸透流は、微小な電極間に交流電場を印加することで、電極間の電場によって引き起こされる液体の移動、つまり流れである。例えば、特許文献１には、電気浸透流を利用して液体流中の粒子を濃縮する技術が開示されている。特許文献１では、平行に配置された平面的電極に交流電圧を印加することによって、電気浸透流が生成される。流体流中の粒子は、電気浸透流によって、電極上に捕捉され、電極に沿って移動されることで濃縮される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０３６４３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載される技術では、粒子は、濃縮される過程において、電極上を移動するため、粒子の濃縮効率が低い、言い換えれば、分離効率が低いという問題がある。
【０００５】
本開示は、粒子の分離効率を向上する分離装置及び分離方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る分離装置は、試料に含有される粒子を分離する分離装置であって、第一基板と、前記第一基板に対向するように設けられた第二基板と、前記第一基板及び前記第二基板の間に形成され、前記試料が流される流路と、前記流路内に配置され、略直線状の列を形成するように配列された複数の第一ピラー電極及び複数の第二ピラー電極をそれぞれ含む複数のピラー電極列とを備え、前記複数のピラー電極列は、前記流路内の前記試料の流れ方向に対して傾斜する方向に延び、前記第一ピラー電極及び前記第二ピラー電極の間に印加される交流電圧の周波数は、６００Ｈｚ以上５００００Ｈｚ以下である。
【０００７】
本開示の一態様に係る分離方法は、本開示の一態様に係る分離装置を用いて試料に含有される粒子を分離する分離方法であって、前記流路内に前記試料を流しつつ、前記複数の第一ピラー電極及び前記複数の第二ピラー電極の間に交流電圧を印加し、前記ピラー電極列に交流電気浸透流を発生させることで、前記ピラー電極列の延びる方向に直交する方向に前記粒子を移動させる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の分離装置等によると、粒子の分離効率を向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態に係る分離装置の模式的な平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに含まれる線ＩＢ−ＩＢに沿った模式的な断面側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａに含まれる線ＩＣ−ＩＣに沿った模式的な断面側面図であり、図１Ｂに対して分離装置の短手方向に位置がずれた断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ｂに含まれる線ＩＤ−ＩＤに沿った模式的な断面平面図であり、図１Ａと同方向から見た図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、図１Ａに含まれる線ＩＥ−ＩＥに沿った模式的な断面側面図であり、図１Ｂ及び図１Ｃと垂直な断面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る分離装置におけるピラー電極の構成を示す模式的な斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第二基板から第一基板に向かって見た、第一電極、第二電極、第一ピラー電極及び第二ピラー電極の平面的な配置を示す模式的な平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに含まれる破線により囲まれた領域を拡大した模式的な平面図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る分離装置の製造方法の流れの一例を示す概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施の形態に係る分離装置の交流電圧印加時の状態を、図３Ａと同様に示す模式的な平面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態に係る分離装置の電圧を印加しない時の状態を、図３Ａと同様に示す模式的な平面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、比較例に係る分離装置を、図１Ｅと同様に示す模式的な断面側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、比較例に係る分離装置を、図１Ｄと同様に示す模式的な断面平面図である。
【図７】図７は、交流電圧が印加される前の試料溶液が流れている状態における実施例１の分離装置の流路の蛍光顕微鏡写真である。
【図８】図８は、交流電圧が印加されながら試料溶液が流れている状態における実施例１の分離装置の流路の蛍光顕微鏡写真である。
【図９】図９は、図８の拡大写真であり、ピラー電極を真上から撮影した写真である。
【図１０】図１０は、交流電圧が印加される前の試料溶液が流れている状態における比較例の分離装置の流路の蛍光顕微鏡写真である。
【図１１】図１１は、交流電圧が印加されながら試料溶液が流れている状態における比較例の分離装置の流路の蛍光顕微鏡写真である。
【図１２】図１２は、交流電圧が印加される前の試料溶液が流れている状態における実施例２の分離装置の流路の蛍光顕微鏡写真である。
【図１３】図１３は、交流電圧が印加されながら試料溶液が流れている状態における実施例２の分離装置の流路の蛍光顕微鏡写真である。
【図１４】図１４は、交流電圧が印加される前の試料溶液が流れている状態における実施例３の分離装置の流路の蛍光顕微鏡写真である。
【図１５】図１５は、交流電圧が印加されながら試料溶液が流れている状態における実施例３の分離装置の流路の蛍光顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
「背景技術」の欄に記載したように、本発明者は、電気浸透流を用いた粒子の分離効率を向上するために、以下の技術を創案した。
【００１１】
本開示の一態様に係る分離装置は、試料に含有される粒子を分離する分離装置であって、第一基板と、前記第一基板に対向するように設けられた第二基板と、前記第一基板及び前記第二基板の間に形成され、前記試料が流される流路と、前記流路内に配置され、略直線状の列を形成するように配列された複数の第一ピラー電極及び複数の第二ピラー電極をそれぞれ含む複数のピラー電極列とを備え、前記複数のピラー電極列は、前記流路内の前記試料の流れ方向に対して傾斜する方向に延び、前記第一ピラー電極及び前記第二ピラー電極の間に印加される交流電圧の周波数は、６００Ｈｚ以上５００００Ｈｚ以下である。
【００１２】
上記態様によると、第一ピラー電極及び第二ピラー電極の間に印加される交流電圧は、その周波数が６００Ｈｚ以上５００００Ｈｚ以下であるため、第一ピラー電極及び第二ピラー電極の間隙に、間隙を通る方向の交流電気浸透流を発生することができる。ピラー電極列に近づく粒子は、交流電気浸透流に捕捉され、交流電気浸透流と試料の流れとの作用により、間隙を通って試料の流れ方向に下流へ移動させられる。このときの粒子の移動方向は、ピラー電極列の延びる方向に直交する方向である。つまり、粒子は、ピラー電極列に直交する方向にピラー電極列を横断する。ピラー電極列の延びる方向は、流れ方向に対して傾斜しているため、ピラー電極列を横断した粒子は、流れ方向に対して傾斜する方向へ移動する。これにより、粒子は、試料から分離され得る。さらに、粒子は、ピラー電極列を横断する毎に、上記傾斜方向に方向付けられて移動するため、ピラー電極列の横断後に再び、当該粒子が分離された試料と合流することが抑えられる。このように、粒子は、交流電気浸透流と試料の流れとの２つの作用により、試料から効果的に分離され得る。従って、粒子の分離効率が向上する。
【００１３】
本開示の一態様に係る分離装置において、前記複数のピラー電極列は、同様の方向に延びてもよい。
【００１４】
上記態様によると、粒子は、各ピラー電極列を横断する際に、同様の方向に方向付けられて移動させられるため、粒子の移動方向が一様になる。よって、分離された粒子の効率的な収集が可能になる。
【００１５】
本開示の一態様に係る分離装置において、前記第一ピラー電極及び前記第二ピラー電極は、配列方向に交互に配置されてもよい。
【００１６】
上記態様によると、ピラー電極列において、ピラー電極の各間隙に交流電気浸透流が形成される。よって、ピラー電極列の全体において粒子が試料から分離されるため、粒子の効率的な分離が可能になる。
【００１７】
本開示の一態様に係る分離装置において、前記流路は、前記試料の流入口と、前記試料の流出口とを有し、前記流れ方向は、前記流入口から前記流出口に向かう方向であってもよい。
【００１８】
本開示の一態様に係る分離装置において、前記流路は、第一流出口としての前記流出口と、前記ピラー電極列における前記流れ方向の上流側の端部の下流に配置された第二流出口とを有してもよい。
【００１９】
上記態様によると、試料から分離された粒子が第二流出口を通じて流路から排出され、粒子が分離された試料が第一流出口を通じて流路から排出され得る。よって、粒子の効率的な分離が可能になる。
【００２０】
本開示の一態様に係る分離装置において、前記ピラー電極列の前記流れ方向に対する傾斜角度は、２０度以上７０度以下の範囲内であってもよい。
【００２１】
上記態様によると、ピラー電極列の延びる方向に直交する方向である粒子の移動方向と、試料の流れ方向との間で角度を付けることができるため、試料から効率的に分離するように粒子を移動させることが可能である。例えば、傾斜角度が２０度未満である場合、粒子は、試料から分離されずに試料と一緒にピラー電極列に沿って流れる可能性がある。また、傾斜角度が７０度超である場合、粒子は、試料と一緒にピラー電極列を横断するように流れる可能性がある。
【００２２】
本開示の一態様に係る分離装置において、前記ピラー電極列内の隣り合う前記ピラー電極間の間隙は、３マイクロメートル以下であってもよい。
【００２３】
上記態様によると、第一ピラー電極及び第二ピラー電極間の電場を強くすることができ、粒子を移動することができる交流電気浸透流を発生させることが容易になる。
【００２４】
本開示の一態様に係る分離方法は、本開示の一態様に係る分離装置を用いて試料に含有される粒子を分離する分離方法であって、前記流路内に前記試料を流しつつ、前記複数の第一ピラー電極及び前記複数の第二ピラー電極の間に交流電圧を印加し、前記ピラー電極列に交流電気浸透流を発生させることで、前記ピラー電極列の延びる方向に直交する方向に前記粒子を移動させる。
【００２５】
上記態様によると、本開示の一態様に係る分離装置と同様の効果が得られる。
【００２６】
本開示の一態様に係る分離方法において、前記粒子の径は、１ナノメートル以上１０００ナノメートル以下であってもよい。
【００２７】
上記態様によると、上記のような径の粒子を分離対象とすることによって、効率的な分離が可能になる。
【００２８】
本開示の一態様に係る分離方法において、前記交流電圧は、５ボルトｐｐ以上４０ボルトｐｐ以下の電圧であってもよい。
【００２９】
上記態様によると、試料の流れに逆らって粒子を効果的に移動させる交流電気浸透流を発生することが可能になる。
【００３０】
以下、実施の形態に係る分離装置等を、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明される実施の形態は、包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ（工程）、並びにステップの順序等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。
【００３１】
（１．分離装置の構成）
図１Ａ〜図１Ｅを参照しつつ、実施の形態に係る分離装置１００の構成を説明する。なお、図１Ａは、実施の形態に係る分離装置１００の模式的な平面図を示す。図１Ｂは、図１Ａに含まれる線ＩＢ−ＩＢに沿った模式的な断面側面図を示す。図１Ｃは、図１Ａに含まれる線ＩＣ−ＩＣに沿った模式的な断面側面図を示す。図１Ｂ及び図１Ｃは、分離装置１００の短手方向に互いに位置がずれた断面を示す。図１Ｄは、図１Ｂに含まれる線ＩＤ−ＩＤに沿った模式的な断面平面図を示し、図１Ａと同方向から見た図である。図１Ｄは、第一基板１０１の裏面の位置の断面を示す。図１Ｅは、図１Ａに含まれる線ＩＥ−ＩＥに沿った模式的な断面側面図を示し、図１Ｂ及び図１Ｃと垂直な断面を示す。
【００３２】
図１Ａ〜図１Ｅに示されるように、分離装置１００は、矩形板状の第一基板１０１、矩形板状の第二基板１０２及び中間層１０３を備えている。第一基板１０１及び第二基板１０２は、電気的な絶縁性の材料で構成されている。中間層１０３は、導電性の材料で構成され、例えば、シリコンウエハで構成されている。
【００３３】
第二基板１０２は、第一基板１０１に対向して配置されている。中間層１０３は、第一基板１０１及び第二基板１０２の間に配置されている。中間層１０３の中心付近には、中間層１０３を貫通する開口部が形成されている。中間層１０３と、中間層１０３の両側に配置された第一基板１０１及び第二基板１０２との間には、開口部の位置に流路１０４が形成されている。流路１０４は、図１Ｂ〜図１Ｄに示されるように、高さＨ及び幅Ｗを有している。高さＨは、第一基板１０１から第二基板１０２に向かう方向の高さである。幅Ｗは、第一基板１０１及び第二基板１０２の主面を構成する表面に沿う方向の幅であり、第一基板１０１及び第二基板１０２の短手方向の幅である。幅Ｗは、流路１０４内の流体の流れの方向Ｄ（以下、「流れ方向Ｄ」とも称す）に略垂直な方向である。
【００３４】
ここで、矩形状の第一基板１０１及び第二基板１０２の長手方向であり且つ第一基板１０１及び第二基板１０２の主面に沿う方向をＹ軸方向とする。さらに、第一基板１０１及び第二基板１０２の短手方向であり且つ第一基板１０１及び第二基板１０２の主面に沿う方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は互いに垂直である。
【００３５】
図１Ａ及び図１Ｄに示すように、第一基板１０１には、１つの注入孔１０５と、２つの排出孔１０６及び１０７が形成されている。注入孔１０５、並び排出孔１０６及び１０７はそれぞれ、第一基板１０１を貫通する。注入孔１０５は、流路１０４に対して、Ｙ軸負方向に離れて位置し、排出孔１０６及び１０７は、流路１０４に対して、Ｙ軸正方向に、つまり、注入孔１０５と反対側に離れて位置している。注入孔１０５及び第一排出孔１０６は、流路１０４の幅Ｗ方向の中心ラインＣ上又はその近傍に配置されている。第二排出孔１０７は、第一排出孔１０６に対して、Ｘ軸負方向に配置されている。中心ラインＣは、Ｙ軸に平行でもあり、幅Ｗ方向は、Ｘ軸方向でもある。
【００３６】
注入孔１０５は、中間層１０３に形成された注入路１０５ａを介して、流路１０４に連通する。第一排出孔１０６は、中間層１０３に形成された第一排出路１０６ａを介して、流路１０４に連通する。第二排出孔１０７は、中間層１０３に形成された第二排出路１０７ａを介して、流路１０４に連通する。注入路１０５ａ、第一排出路１０６ａ及び第二排出路１０７ａは、Ｙ軸方向に延びる。注入路１０５ａは、流路１０４の上流側、具体的には上流端の流入口１０５ｂで、流路１０４に開口する。第一排出路１０６ａは、流路１０４の下流側、具体的には下流端の第一流出口１０６ｂで、流路１０４に開口する。第二排出路１０７ａは、流路１０４の下流側の第二流出口１０７ｂで、流路１０４に開口する。上流方向は、Ｙ軸負方向でもあり、下流方向及び流れ方向Ｄは、Ｙ軸正方向でもある。
【００３７】
第一流出口１０６ｂ及び第二流出口１０７ｂの位置は、幅Ｗ方向で異なる。本実施の形態では、第一流出口１０６ｂは、中心ラインＣ上又はその近傍に位置し、第二流出口１０７ｂは、幅Ｗ方向つまりＸ軸負方向における流路１０４の側部に位置する。さらに、第一流出口１０６ｂは、第二流出口１０７ｂよりも流れ方向Ｄで下流に位置する。また、流入口１０５ｂは、第一流出口１０６ｂと同様に、中心ラインＣ上又はその近傍に位置する。注入路１０５ａ、第一排出路１０６ａ及び第二排出路１０７ａのＸ軸方向の幅は、流路１０４の幅Ｗよりも小さい。
【００３８】
上述のような分離装置１００において、試料溶液は、注入孔１０５から注入され、流路１０４を流れ、そして第一排出孔１０６及び第二排出孔１０７から排出される。図１Ａ〜図１Ｅから明らかなように、分離装置１００は、分離のためのチップ（以下、「連続分離チップ」とも呼ばれ得る）でもある。
【００３９】
図１Ｂ〜図１Ｅに示すように、第一基板１０１の裏面には、導電性を有する第一電極２０１及び第二電極２０２が設けられている。第一電極２０１及び第二電極２０２は、第一基板１０１に形成された開口部を介して、外部に露出している。本実施の形態では、第一電極２０１及び第二電極２０２は、櫛歯を有する櫛型電極である。第一電極２０１及び第二電極２０２はそれぞれ、基部２０１ｂ及び２０２ｂと、基部２０１ｂ及び２０２ｂから延びる櫛歯部分２０１ａ及び２０２ａとを含む。第一電極２０１及び第二電極２０２は、互いの櫛歯の間に櫛歯が位置するように、互いの櫛歯を間隔をあけつつ噛み合わせて配置されている。このような第一電極２０１及び第二電極２０２は、互いに接触していない。
【００４０】
図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｅ及び図２に示すように、流路１０４の内部には、導電性を有する第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２が設けられている。なお、図２は、実施の形態に係る分離装置１００におけるピラー電極の構成を示す模式的な斜視図である。図２では、ピラー電極を見やすいように、第一電極２０１及び第二電極２０２の基部２０１ｂ及び２０２ｂの高さを低くし、第二基板１０２を透明に描かれている。それぞれが柱状である第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の断面形状は、円であるが、楕円、長円、多角形等のその他のいかなる形状であってもよい。
【００４１】
第一ピラー電極３０１は、第一電極２０１の櫛歯部分２０１ａに電気的に接続されている。第一ピラー電極３０１は、櫛歯部分２０１ａ及び第二基板１０２に接触している。第二ピラー電極３０２は、第二電極２０２の櫛歯部分２０２ａに電気的に接続されている。第二ピラー電極３０２は、櫛歯部分２０２ａ及び第二基板１０２に接触している。言うまでもないが、第一ピラー電極３０１は、第二電極２０２からは電気的に絶縁されている。同様に、第二ピラー電極３０２は、第一電極２０１からは電気的に絶縁されている。第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２は、互いに絶縁されている。
【００４２】
第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の詳細な構成を説明する。図３Ａは、図１Ａとは反対に、第二基板１０２から第一基板１０１に向かって見た、第一電極２０１、第二電極２０２、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の平面的な配置を示す模式的な平面図である。図３Ａは、上記構成要素の平面視を示す。このような平面視において、複数の第一ピラー電極３０１と、複数の第二ピラー電極３０２とにより、１つのピラー電極列３０４が形成されている。具体的には、１つのピラー電極列３０４は、略直線状の列を形成するように配列された複数の第一ピラー電極３０１及び複数の第二ピラー電極３０２を含む。つまり、ピラー電極列３０４は、一列に並ぶ複数のピラー電極を含む。そして、ピラー電極列３０４は、第一電極２０１の基部２０１ｂから第二電極２０２の基部２０２ｂにわたって延在する。
【００４３】
本実施の形態では、流路１０４内には、複数のピラー電極列３０４が形成されている。複数のピラー電極列３０４は、互いに配置間隔Ｅをあけて、流れ方向Ｄに並ぶ。配置間隔Ｅは、ピラー電極列３０４の中心間の間隔であり、ピラー電極列３０４における第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の軸心を通るライン間の間隔である。本実施の形態では、複数のピラー電極列３０４は、同様の方向に方向付けられ、具体的には、互いに平行であるが、これに限定されない。各ピラー電極列３０４は、注入孔１０５から第一排出孔１０６に向かう、つまり、流入口１０５ｂから第一流出口１０６ｂに向かう試料溶液の流れ方向Ｄに対して斜めに交差するように延びる。本実施の形態では、各ピラー電極列３０４は、第二電極２０２の基部２０２ｂに隣接する端部が、第一電極２０１の基部２０１ｂに隣接する端部よりも流れ方向Ｄの下流に位置するように、傾斜している。流れ方向Ｄは、中心ラインＣに沿う方向でもある。このように、流路１０４内には、複数のピラー電極列３０４が設けられている。
【００４４】
各ピラー電極列３０４が延びる方向、つまり列方向は、流れ方向Ｄに対して、０度超９０度未満の傾斜角度θを形成するように傾斜することが好ましい。傾斜角度θは、２０度以上７０度以下であることがより好ましい。上記列方向は、ピラー電極の軸心を結ぶ線に沿う方向である。
【００４５】
各ピラー電極列３０４において、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２は、当該ピラー電極列３０４の延びる方向、つまり配列方向に沿って、互いに間隔をあけて交互に並ぶ。
【００４６】
図３Ｂは、図３Ａに含まれる破線により囲まれた領域Ｕを拡大した模式的な平面図を示す。図３Ｂは、領域Ｕに含まれる１つのピラー電極列３０４の一部を示す図でもある。図３Ｂに示すように、第一ピラー電極３０１と第二ピラー電極３０２とは、間隙Ａをあけて配置されている。例えば、試料溶液から分離する対象の粒子の径が、１ナノメートル（ｎｍ）以上１０００ナノメートル（１マイクロメートル）以下である場合、間隙Ａの大きさは３マイクロメートル（μｍ）以下であることが好ましい。分離対象とする粒子は、誘電体粒子又は金属粒子などの粒子である。詳細は後述するが、本実施の形態では、第一ピラー電極３０１と第二ピラー電極３０２との間隙及びそれらの周囲において交流電気浸透流が発生する。交流電気浸透流は、微小な電極間に交流電場を印加することで、電極間の電場によって引き起こされる液体の移動、つまり流れである。交流電気浸透流は、液体及び含有される粒子を一緒に移動する。このため、粒子は、流路１０４を流れる流体（すなわち、試料溶液）の流れに逆らって、ピラー電極列３０４の延びる方向に対して直交方向に移動する。図３Ａでは、流路１０４内の粒子は、右側である第一電極２０１の基部２０１ｂに向かって集まり、第二排出孔１０７から排出される。
【００４７】
ピラー電極列３０４は、第一電極２０１の基部２０１ｂから第二電極２０２の基部２０２ｂにわたって延在するが、ピラー電極列３０４の全体にわたって、ピラー電極間の間隙Ａは、略同一である。このため、流路１０４の幅Ｗの全体にわたって、試料溶液の流速が同等である。これにより、第一ピラー電極３０１と第二ピラー電極３０２との間隙Ａを通る粒子の流れが円滑になる。例えば、流路１０４の幅Ｗ方向で、流速が不均等であると、乱流等が発生し、上記の粒子の流れが妨げられる可能性がある。
【００４８】
（２．分離装置の製造方法）
図４を参照しつつ、実施の形態に係る分離装置１００を製造する方法の一例を説明する。なお、図４は、実施の形態に係る分離装置１００の製造方法の流れの一例を示す概略図である。図４は、分離装置１００の断面側面図を示す。本実施の形態に係る分離装置１００は、半導体装置の一般的な製造方法を利用して製造され得る。
【００４９】
まず、工程Ａにおいて、底面に絶縁層９１を具備するシリコン基板９０の上面に、保護層としての第一レジスト９０１がパターニングされる。次いで、工程Ｂにおいて、保護層としての第二レジスト９０２が、第一レジスト９０１の上にさらにパターニングされる。次いで、工程Ｃにおいて、シリコン基板９０における第一レジスト９０１及び第二レジスト９０２のどちらも形成されていない部分が、第一レジスト９０１及び第二レジスト９０２の両者をマスクとして用いてエッチングされる。エッチングされた部分の底部は、シリコン基板９０の内部に位置する。
【００５０】
次いで、工程Ｄにおいて、第二レジスト９０２が除去される。次いで、工程Ｅにおいて、シリコン基板９０における第一レジスト９０１が形成されていない部分が、第一レジスト９０１をマスクとして用いてエッチングされる。工程Ｃ及び工程Ｅにおいてエッチングされた部分の底部は、シリコン基板９０に隣接する絶縁層９１の表面に到達する。このようなエッチングされた部分により、高さＨ及び幅Ｗを有する流路１０４が形成される。また、工程Ｅのみにおいてエッチングされた部分の底部は、シリコン基板９０の内部に位置する。最後に、工程Ｆにおいて、第一レジスト９０１が除去される。このようにして、第一基板１０１、中間層１０３、第一電極２０１、第二電極２０２、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２が、一体的に形成される。具体的には、絶縁層９１は、第一基板１０１であり、シリコン基板９０は、中間層１０３、第一電極２０１、第二電極２０２、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２を形成する。例えば、工程Ｅのみにおいてエッチングされた部分は、第一電極２０１、第二電極２０２、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２を形成する。さらに、絶縁層９１に、注入孔１０５、第一排出孔１０６及び第二排出孔１０７が形成された後、第二基板１０２がシリコン基板９０の絶縁層９１と反対側の面に貼り合わされる。これにより、分離装置１００が完成する。
【００５１】
（３．分離装置を用いた分離方法）
実施の形態に係る分離装置１００を用いて、試料溶液に含有される粒子を分離する方法が説明される。本実施の形態では、粒子は、１ナノメートル以上１マイクロメートル（１０００ナノメートル）以下の粒径を有し得る。粒子の例は、インフルエンザウィルス（粒径：およそ１００ナノメートル）、ノロウィルス（粒径：およそ３０ナノメートル）、フェリチン（粒径：およそ１２ナノメートル）、及び、細胞外小胞のうちのエクソソーム（粒径：およそ４０〜１２０ナノメートル）等の誘電体粒子又は金属粒子である。
【００５２】
まず、実施の形態に係る分離装置１００が用意される。具体的には、分離装置１００のユーザーは、この特許の権利者又はそのライセンシーから、実施の形態に係る分離装置１００を購入する。
【００５３】
次に、分離装置１００の第一基板１０１及び第二基板１０２の間に試料溶液が供給される。具体的には、図１Ａ、図１Ｄ及び図２に示すように、注入孔１０５から試料溶液が注入される。注入された試料溶液は、流路１０４を流れる。試料溶液が流路１０４を流れている間に、第一電極２０１及び第二電極２０２を介して、各第一ピラー電極３０１及び各第二ピラー電極３０２の間に交流電圧が印加される。望ましくは、印加される交流電圧は、５ボルトｐｐ以上４０ボルトｐｐ以下の電圧、及び６００ヘルツ（Ｈｚ）以上５０キロヘルツ（５００００Ｈｚ）以下の周波数を有する。用語「ｐｐ」とは、ピークツーピークを意味する。
【００５４】
図５Ａには、実施の形態に係る分離装置１００の交流電圧印加時の状態が、図３Ａと同様に示されている。図５Ａに示すように、この交流電圧は、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の間隙及びその周囲において、交流電気浸透流を発生する。具体的には、第一ピラー電極３０１と第二ピラー電極３０２との間隙に、この間隙を通る交流電気浸透流が発生する。交流電気浸透流は、間隙内を繰り返し往復する流れであり、その方向は、ピラー電極列３０４の延びる方向と直交する。粒子は、交流電気浸透流を発生する電場に捕捉され、交流電気浸透流と流れ方向Ｄの試料溶液の流れとの作用により、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の間隙を、流れ方向Ｄの上流から下流に向かって移動させられる。このように、粒子は、交流電気浸透流により、流路１０４を流れる流体（すなわち、試料溶液）の流れに逆らって、ピラー電極列３０４の延びる方向に対して直交方向に、ピラー電極列３０４の上流側から下流側にピラー電極列３０４を横断して移動する。これにより、粒子は、試料溶液から分離される。上記現象は、交流電気浸透流が粒子に与える力は、流路１０４を流れる試料溶液から粒子が受ける力（すなわち＋Ｙ方向に向けて粒子を流す力）よりも大きいためである。
【００５５】
さらに、ピラー電極列３０４に直交する方向にピラー電極列３０４を横断した粒子は、交流電気浸透流及び試料溶液の流れにより、移動方向を略維持した状態で、上記ピラー電極列３０４の下流のピラー電極列３０４に移動する。粒子が下流のピラー電極列３０４に到達する位置は、上流のピラー電極列３０４に到達する位置よりも、Ｘ軸負方向、つまり、第一電極２０１の基部２０１ｂに近い。そして、粒子は、交流電気浸透流により、下流のピラー電極列３０４に直交する方向に当該ピラー電極列３０４を横断する。このように、粒子は、ピラー電極列３０４間で受け渡され、ピラー電極列３０４を順次横断することによって、経路Ｙ０１に示すような経路をたどり、基部２０１ｂに近づく。粒子は、各ピラー電極列３０４の延びる方向と直交する方向に移動させられ、基部２０１ｂの近傍に集められる。ピラー電極列３０４間の配置間隔Ｅは、粒子が上述のようにピラー電極列３０４間で受け渡されるような距離であることが好ましい。例えば、配置間隔Ｅは、ピラー電極列３０４に形成される電場が隣のピラー電極列３０４にわたるような距離であってもよい。
【００５６】
また、基部２０１ｂの近傍の粒子は、試料溶液の流れによって、流れ方向Ｄへ基部２０１ｂに沿って移動し、図１Ｄに示す第二流出口１０７ｂに到達し、第二排出孔１０７から粒子が濃縮された溶液として排出される。このような第二流出口１０７ｂは、ピラー電極列３０４における流れ方向Ｄの上流側の端部つまり、第一電極２０１の基部２０１ｂ側の端部の下流に位置している。
【００５７】
また、ピラー電極列３０４において粒子が分離された試料溶液は、当該ピラー電極列３０４の第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の間隙を通り、流れ方向Ｄへ流れる。粒子が分離された試料溶液は、流れ方向Ｄへ、各ピラー電極列３０４を横断して流れ、図１Ｄに示す第一流出口１０６ｂに到達し、第一排出孔１０６から排出される。なお、図１Ｄに示すように、第二流出口１０７ｂは、第一流出口１０６ｂよりも上流に位置する。このため、粒子が分離された試料溶液が第二流出口１０７ｂに流入することが抑えられる。
【００５８】
また、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２は、第一基板１０１及び第二基板１０２との間に空隙を有していない。このため、上記空隙を介した粒子の漏れが防がれる。よって、ピラー電極列３０４を直交するように横断する粒子の移動が、効率的に行われる。
【００５９】
また、各ピラー電極列３０４の延びる方向が、流れ方向Ｄに対して傾斜し且つ各ピラー電極列３０４が同様の方向に延びるため、各ピラー電極列３０４を横断する粒子の移動方向を一様にすることができ、粒子を集約させることが可能である。つまり、第一電極２０１の基部２０１ｂの近傍の１箇所への粒子の集約が可能である。例えば、ピラー電極列３０４の延びる方向が流れ方向Ｄに対して垂直である場合も平行である場合も、粒子は、試料溶液と共に流れ方向Ｄへ流れる。
【００６０】
また、交流電気浸透流の発生は、印加電圧に対する周波数依存性を有する。さらに、交流電気浸透流の強さは、電場の強度に比例する。印加される交流電圧の周波数を６００ヘルツ以上５０キロヘルツ以下の範囲内とすることによって、効果的な交流電気浸透流の発生が可能である。例えば、周波数が６００ヘルツ未満である場合、試料溶液に化学反応又は電気分解反応等の意図しない現象が発生する可能性がある。これにより、試料溶液及び粒子が変質する可能性がある。また、周波数が５０キロヘルツ超である場合、ピラー電極列３０４に、誘電泳動力が発生する可能性がある。負の誘電泳動力によって粒子が移動させられるが、移動の制御が困難である。また、交流電圧を、５ボルトｐｐ以上４０ボルトｐｐ以下とすることによって、試料溶液の流れ方向Ｄの流れに逆らって粒子を移動させる交流電気浸透流の形成が可能である。
【００６１】
このように、分離装置１００は、粒子を含む溶液を、注入孔１０５から受け入れ、第一排出孔１０６から、粒子が分離された溶液を排出し、第二排出孔１０７から、粒子が濃縮された溶液を排出する。本明細書及び特許請求の範囲において、粒子の「分離」とは、粒子の「分離」及び「濃縮」のいずれも意味する。
【００６２】
また、図５Ｂには、第一電極２０１及び第二電極２０２に交流電圧が印加されない時の実施の形態に係る分離装置１００の状態が、図３Ａと同様に示されている。図５Ｂに示すように、交流電圧が印加されない分離装置１００の注入孔１０５に試料溶液が注入されると、粒子を含む試料溶液は、経路Ｙ０１のような経路で流れ方向Ｄに流れる。つまり、当該溶液は、流れ方向Ｄへ各ピラー電極列３０４を横断して流れ、第一流出口１０６ｂ及び第二流出口１０７ｂに到達し、第一排出孔１０６及び第二排出孔１０７から排出される。
【００６３】
（４．実施例）
実施の形態に係る分離装置１００の実施例と、その比較例とを検討する。実施例では、実施の形態に係る分離装置１００が用いられた。比較例では、分離装置１００に対して第一電極及び第二電極の構成が異なる分離装置が用いられた。
【００６４】
図６Ａには、比較例に係る分離装置１００Ａが、図１Ｅと同様に模式的な断面側面図で示されている。図６Ｂには、比較例に係る分離装置１００Ａが、図１Ｄと同様に模式的な断面平面図で示されている。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、比較例に係る分離装置１００Ａの第一電極２０１Ａは、櫛歯部分を有さず、第一電極２０１の基部２０１ｂのみで構成されている。同様に、分離装置１００Ａの第二電極２０２Ａは、櫛歯部分を有さず、第二電極２０２の基部２０２ｂのみで構成されている。分離装置１００Ａにおいても、複数のピラー電極３０３が、実施の形態に係る分離装置１００の第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２と同様の配列で配置されている。しかしながら、全てのピラー電極３０３は、第一電極２０１Ａにも第二電極２０２Ａにも電気的に接続されていない。このような実施例及び比較例について、以下に説明する試料溶液、分離装置、及び実験方法で、それぞれの作用効果が検討された。具体的には、３つの実施例１〜３と１つの比較例とが検討された。実施例１〜３の間では、試料溶液に含有される粒子の径、粒子の種類等が異なる。
【００６５】
［展開溶媒の調製］
超純水９．９ｍＬに、非イオン性の界面活性剤であるポリオキシエチレン（２０)ソルビタンモノラウレート（Ｐｏｌｙｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ(２０)ｓｏｒｂｉｔａｎ  ｍｏｎｏｌａｕｒａｔｅ）（ＡＮＡＰＯＥ（登録商標）−２０；Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ社製）の１０％溶液を０．１ｍＬ加えて混合した溶液を、展開溶媒とした。なお、ポリオキシエチレン（２０)ソルビタンモノラウレート溶液は、Ｔｗｅｅｎ２０溶液とも呼ばれる。
【００６６】
［誘電体粒子の調製］
（実施例１及び比較例：蛍光ポリスチレンビーズの調製）
実施例１及び比較例では、蛍光ポリスチレン粒子が誘電体粒子として用いられた。蛍光ポリスチレン粒子として、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ社から入手可能である商品名がＦｌｕｏｒｅｓｂｒｉｔｅ（登録商標）  Ｙｅｌｌｏｗ  Ｇｒｅｅｎ  Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓという蛍光ポリスチレン粒子含有溶液が用いられた。この溶液において、蛍光ポリスチレン粒子の粒径は０．１マイクロメートルであり、ｗ／ｖ濃度（質量対容量百分率）は２．６％である。この溶液５μＬを展開溶媒９９５μＬに加えて混合することで２００倍に希釈したものを、試料溶液として用いた。このような試料溶液は、約２．４×１０１１個／ｍｌの蛍光ポリスチレン粒子濃度を有していた。
【００６７】
（実施例２：蛍光ポリスチレンビーズの調製）
実施例２では、蛍光ポリスチレン粒子が誘電体粒子として用いられた。蛍光ポリスチレン粒子として、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ社から入手可能である商品名がＦｌｕｏｒｅｓｂｒｉｔｅ（登録商標）  Ｙｅｌｌｏｗ  Ｇｒｅｅｎ  Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓが用いられた。この溶液において、蛍光ポリスチレン粒子の粒径は１．０マイクロメートルであり、ｗ／ｖ濃度は２．６％である。この溶液５０μＬを展開溶媒９５０μＬに加えて混合することで２０倍に希釈したものを、試料溶液として用いた。このような試料溶液は、約２．４×１０９個／ｍｌの蛍光ポリスチレン粒子濃度を有していた。
【００６８】
（実施例３：蛍光標識フェリチンの調製）
実施例３では、蛍光ポリスチレンビーズより粒子径の小さい誘電体粒子が用いられた。具体的には、蛍光標識したフェリチン含有溶液が用いられた。フェリチンは、直径１２ナノメートルの球状のタンパク質であり、内部には酸化鉄に代表される金属化合物を内包することができる。本実験では、内部に金属化合物を内包せず、当該内部が空洞になっている状態のフェリチンを用いた。このようなフェリチンは、ウマ由来Ｌ鎖フェリチンを遺伝子組み換えタンパク質として大腸菌にて発現させ、精製することで得た。得られたフェリチンを蛍光標識し、蛍光標識されたフェリチンを遠心分離により濃縮し、濃縮されたフェリチンに展開溶媒を加えることによって、蛍光標識フェリチンを含有する溶液を生成した。このような溶液を試料溶液として用いた。この試料溶液は、０．４４ｍｇ／ｍｌの蛍光標識フェリチン濃度を有していた。
【００６９】
［分離装置の製造方法］
図４に関して上述したように、シリコンウエハであるＳＯＩ基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ；ケイ・エス・ティ・ワールド社製）をエッチングしたものに、第二基板１０２を貼り合わせることによって、分離装置１００及び１００Ａが製造された。なお、ＳＯＩ基板としては、活性層の導電型がＰ型、抵抗値が０．０２Ω・ｃｍ以下、厚みが５０±０．５μｍ、ＢＯＸ層の熱酸化膜の厚みが３μｍ、且つ、支持層の厚みが６２５±２．５μｍであるのものを用いた。以下の表は、分離装置１００及び１００Ａの詳細を示す。
【００７０】
【表１】
2019162588.tif 000003
【００７１】
［実験方法］
各実施例及び比較例において、分離装置１００及び１００Ａに対して、以下に説明するような実験を行った。具体的には、分離装置１００及び１００Ａそれぞれに対して、注入孔１０５からエタノールが２０マイクロリットル／分の流速で５分間供給された。このようにして、分離装置１００及び１００Ａそれぞれの流路１０４から空気が除去された。さらに、注入孔１０５から０.１％Ｔｗｅｅｎ２０溶液が２０マイクロリットル／分の流速で５分間供給された。このようにして、流路１０４からエタノールが除去された。流路１０４は０．１％Ｔｗｅｅｎ２０溶液で満たされた。次に、各実施例及び比較例において、注入孔１０５から、試料溶液が２０マイクロリットル／分の流速で５分間供給された。続いて、流速２．５マイクロリットル／分で試料溶液の供給が続けられた。図７は、交流電圧が印加される前の試料溶液が流れている状態における実施例１の分離装置１００の流路１０４の蛍光顕微鏡写真である。この時点では、分離装置１００に交流電圧は印加されていない。
【００７２】
そして、各実施例及び比較例において、分離装置１００及び１００Ａそれぞれの第一電極２０１及び２０１Ａと第二電極２０２及び２０２Ａとに、１６ボルトｐｐの電圧及び２キロヘルツの周波数を有する交流電圧が印加されながら、流速２．５マイクロリットル／分での試料溶液の供給が続けられた。図８は、交流電圧が印加されながら試料溶液が流れている状態における実施例１の分離装置１００の流路１０４の蛍光顕微鏡写真である。なお、図８において、白く写っている領域は、蛍光ポリスチレン粒子が集まっている領域である。図８において、試料溶液は、流路１０４内を流れ方向Ｄに流れる。
【００７３】
図７及び図８から明らかなように、実施例１の分離装置１００において、試料溶液の供給が続けられていても、交流電圧が印加されることで、粒子は、流路１０４を流れる試料溶液の流れに逆らってピラー電極列３０４の直交方向に移動し、流路１０４の側方の端に連続的に分離される。図９は、図８の拡大写真であり、ピラー電極を真上から撮影した写真である。各ピラー電極列３０４において、ピラー電極の間隙及びその周辺に、蛍光ポリスチレン粒子の白い像が見られ、さらに、ピラー電極列３０４間でピラー電極列３０４と直交する方向に延びる蛍光ポリスチレン粒子の白い像が見られる。このように、蛍光ポリスチレン粒子は、ピラー電極の間隙において捕捉され、間隙を通って、ピラー電極列３０４と直交する方向に移動させられていることが確認できる。分離装置１００に印加する交流電圧の周波数を、６００ヘルツ以上５０キロヘルツ以下の範囲内で様々な値に変化させたが、図８及び図９と同様の現象が見られた。一方、上記範囲外の周波数の交流電圧を印加した場合、図９のような現象は見られなかった。
【００７４】
実施例１と同じ試料溶液を用いた比較例では、実施例１と同様の実験を行うことにより、図１０及び図１１に示すような現象が見られた。図１０は、交流電圧が印加される前の試料溶液が流れている状態における比較例の分離装置１００Ａの流路１０４の蛍光顕微鏡写真である。図１１は、交流電圧が印加されながら試料溶液が流れている状態における比較例の分離装置１００Ａの流路１０４の蛍光顕微鏡写真である。図１０及び図１１から明らかなように、比較例においては、交流電圧が印加されている間も、粒子は、ピラー電極列３０４の直交方向に移動することはなく、試料溶液からの粒子の分離は起こらなかった。
【００７５】
実施例１と異なる粒径及び濃度の蛍光ポリスチレン粒子を含有する試料溶液を用いた実施例２では、実施例１と同様の実験を行うことにより、図１２及び図１３に示すような現象が見られた。図１２は、交流電圧が印加される前の試料溶液が流れている状態における実施例２の分離装置１００の流路１０４の蛍光顕微鏡写真である。図１３は、交流電圧が印加されながら試料溶液が流れている状態における実施例２の分離装置１００の流路１０４の蛍光顕微鏡写真である。図１２及び図１３から明らかなように、実施例２においても、試料溶液の供給が続けられていても、交流電圧が印加されることで、粒子は、流路１０４を流れる試料溶液の流れに逆らってピラー電極列３０４の直交方向に移動し、流路１０４の側方の端に連続的に分離される。
【００７６】
実施例１及び２と異なる粒子種類、粒径及び濃度の蛍光標識フェリチンを含有する試料溶液を用いた実施例３では、実施例１と同様の実験を行うことにより、図１４及び図１５に示すような現象が見られた。なお、実施例３では、以下の点が実施例１と異なっている。具体的には、試料溶液は、６マイクロリットル／分の流速で供給され、交流電圧は、５ｋＨｚの周波数を有する。さらに、分離装置１００のピラー電極列３０４の配置間隔Ｅが８１マイクロメートルである。図１４は、交流電圧が印加される前の試料溶液が流れている状態における実施例３の分離装置１００の流路１０４の蛍光顕微鏡写真である。図１５は、交流電圧が印加されながら試料溶液が流れている状態における実施例３の分離装置１００の流路１０４の蛍光顕微鏡写真である。図１４及び図１５から明らかなように、実施例３においても、試料溶液の供給が続けられていても、交流電圧が印加されることで、粒子は、流路１０４を流れる試料溶液の流れに逆らってピラー電極列３０４の直交方向に移動し、流路１０４の側方の端に連続的に分離される。
【００７７】
（５．効果等）
上述したように実施の形態に係る分離装置１００は、試料に含有される粒子を分離する。分離装置１００は、第一基板１０１と、第一基板１０１に対向するように設けられた第二基板１０２と、第一基板１０１及び第二基板１０２の間に形成され且つ試料が流される流路１０４と、流路１０４内に配置され且つ略直線状の列を形成するように配列された複数の第一ピラー電極３０１及び複数の第二ピラー電極３０２をそれぞれ含む複数のピラー電極列３０４とを備える。複数のピラー電極列３０４は、流路１０４内の試料の流れ方向Ｄに対して傾斜する方向に延び、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の間に印加される交流電圧の周波数は、６００Ｈｚ以上５００００Ｈｚ以下である。
【００７８】
上記構成によると、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の間に印加される交流電圧は、その周波数が６００Ｈｚ以上５００００Ｈｚ以下であるため、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の間隙Ａに、間隙Ａを通る方向の交流電気浸透流を発生することができる。ピラー電極列３０４に近づく粒子は、交流電気浸透流に捕捉され、交流電気浸透流と試料溶液の流れとの作用により、間隙Ａを通って流れ方向Ｄの下流へ移動させられる。このときの粒子の移動方向は、ピラー電極列３０４の延びる方向に直交する方向である。つまり、粒子は、ピラー電極列３０４に直交する方向にピラー電極列３０４を横断する。ピラー電極列３０４の延びる方向は、流れ方向Ｄに対して傾斜しているため、ピラー電極列３０４を横断した粒子は、流れ方向Ｄに対して傾斜する方向へ移動する。これにより、粒子は、試料溶液から分離され得る。さらに、粒子は、ピラー電極列３０４を横断する毎に、上記傾斜方向に方向付けられて移動するため、ピラー電極列３０４の横断後に再び、当該粒子が分離された試料溶液と合流することが抑えられる。このように、粒子は、交流電気浸透流と試料溶液の流れとの２つの作用により、試料溶液から効果的に分離され得る。従って、粒子の分離効率が向上する。
【００７９】
また、実施の形態に係る分離装置１００において、複数のピラー電極列３０４は、同様の方向に延びる。上記構成によると、粒子は、各ピラー電極列３０４を横断する際に、同様の方向に方向付けられて移動させられるため、粒子の移動方向が一様になる。よって、分離された粒子の効率的な収集が可能になる。
【００８０】
また、実施の形態に係る分離装置１００において、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２は、配列方向に交互に配置される。上記構成によると、ピラー電極列３０４において、ピラー電極の各間隙Ａに交流電気浸透流が形成される。よって、ピラー電極列３０４の全体において粒子が試料溶液から分離されるため、粒子の効率的な分離が可能になる。
【００８１】
また、実施の形態に係る分離装置１００において、流路１０４は、試料溶液の流入口１０５ｂと、試料溶液の第一流出口１０６ｂとを有し、流れ方向Ｄは、流入口１０５ｂから第一流出口１０６ｂに向かう方向である。さらに、流路１０４は、ピラー電極列３０４における流れ方向Ｄの上流側の端部の下流に配置された第二流出口１０７ｂを有する。上記構成によると、試料溶液から分離された粒子が第二流出口１０７ｂを通じて流路１０４から排出され、粒子が分離された試料溶液が第一流出口１０６ｂを通じて流路１０４から排出され得る。よって、粒子の効率的な分離が可能になる。
【００８２】
また、実施の形態に係る分離装置１００において、ピラー電極列３０４の流れ方向Ｄに対する傾斜角度θは、２０度以上７０度以下の範囲内である。上記構成によると、ピラー電極列３０４の延びる方向に直交する方向である粒子の移動方向と、試料溶液の流れ方向Ｄとの間で角度を付けることができるため、試料溶液から効率的に分離するように粒子を移動させることが可能である。例えば、傾斜角度θが２０度未満である場合、粒子は、試料溶液から分離されずに試料溶液と一緒にピラー電極列３０４に沿って流れる可能性がある。また、傾斜角度θが７０度超である場合、粒子は、試料溶液と一緒にピラー電極列３０４を横断するように流れる可能性がある。
【００８３】
また、実施の形態に係る分離装置１００において、ピラー電極列３０４内の隣り合うピラー電極間の間隙は、３マイクロメートル以下である。上記構成によると、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２間の電場を強くすることができ、粒子を移動することができる交流電気浸透流を発生させることが容易になる。
【００８４】
また、実施の形態に係る分離方法は、分離装置１００を用いて試料溶液に含有される粒子を分離する方法である。この分離方法は、流路１０４内に試料溶液を流しつつ、複数の第一ピラー電極３０１及び複数の第二ピラー電極３０２の間に交流電圧を印加し、ピラー電極列３０４に交流電気浸透流を発生させることで、ピラー電極列３０４の延びる方向に直交する方向に粒子を移動させる。上記方法によると、実施の形態に係る分離装置１００と同様の効果が得られる。
【００８５】
また、実施の形態に係る分離方法において、粒子の径は、１ナノメートル以上１０００ナノメートル以下である。上記方法によると、上記のような径の粒子を分離対象とすることによって、効率的な分離が可能になる。
【００８６】
また、実施の形態に係る分離方法において、交流電圧は、５ボルトｐｐ以上４０ボルトｐｐ以下の電圧である。上記方法によると、試料溶液の流れに逆らって粒子を効果的に移動させる交流電気浸透流を発生することが可能になる。
【００８７】
（６．その他）
以上、本開示の１つ以上の態様に係る分離装置等について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の１つ以上の態様の範囲内に含まれてもよい。
【００８８】
例えば、実施の形態に係る分離装置１００では、流路１０４内に多数のピラー電極列３０４が配置されていたが、ピラー電極列３０４の数量は、２つ以上であればよい。
【００８９】
また、実施の形態に係る分離装置１００では、第一電極２０１及び第二電極２０２は、櫛型電極であったが、これに限定されない。第一電極２０１及び第二電極２０２はそれぞれ、複数の第一ピラー電極３０１及び複数の第二ピラー電極３０２と接続可能な構成であればよい。
【００９０】
また、実施の形態に係る分離装置１００では、ピラー電極列３０４内における第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２の間隙は、３マイクロメートル以下であったが、これに限定されない。上記間隙は、分離対象の粒子の径、第一ピラー電極３０１及び第二ピラー電極３０２に形成される電場の強さ等に応じて、決定されてもよい。
【００９１】
また、実施の形態に係る分離装置１００では、第二排出路１０７ａは、流路１０４の下流側に第二流出口１０７ｂを有していたが、これに限定されない。例えば、第二排出路１０７ａは、第一電極２０１の基部２０１ｂに形成されてもよい。また、ピラー電極列３０４の傾斜方向が反対である、つまり、ピラー電極列３０４の下流側の端部が第一電極２０１の基部２０１ｂに隣り合う場合、第二排出路１０７ａは、基部２０２ｂに形成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本開示の技術は、交流電気浸透流を用いて液体から誘電体粒子を分離する技術に広く適用可能である。特に、本開示の技術は、ナノメートルサイズの微粒子の分離に有用である。
【符号の説明】
【００９３】
１００  分離装置
１０１  第一基板
１０２  第二基板
１０４  流路
１０５ｂ  流入口
１０６ｂ  第一流出口
１０７ｂ  第二流出口
３０１  第一ピラー電極
３０２  第二ピラー電極
３０４  ピラー電極列
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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