(57)【要約】  本発明は、２つの異なる周波数の間で切り換えられる超音波定在波を用いる粒子を分離するデバイスと方法に関する。２次高調定在波は基本定在波とともに使用される。粒子が基本定在波に晒されると力は粒子を中央に集めるように作用する。粒子が２次高調定在波に晒されると、力は両側の２つの圧力の節に粒子を集めるように作用する。周波数を２次高調定在波と基本定在波との間で周波数を切り換えることによって、異なる特性を有する粒子は異なる加速度に晒されて２つの流れに分離される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体中に懸濁された粒子混合物の粒子分離方法であって、
前記媒体を含むチャンバー（２，２２）を、複数の第１圧力節を有する第１周波数の第１超音波定在波を発生する超音波に晒す工程と、
前記粒子混合物の濃度が、前記第１周波数の前記第１超音波定在波の第１圧力節またはその付近に、または、前記第１圧力節と前記チャンバ（２，２２）との間のどこかに配置されるように、前記粒子混合物を前記チャンバ（２，２２）中に配置する工程と、
前記粒子混合物の粒子の第１の組が少なくとも１つの第２圧力節に向かって小さい加速度を受け、前記粒子混合物の粒子の第２の組が前記少なくとも１つの第２圧力節に向かって大きい加速度を受けるように、超音波定在波の周波数を、前記少なくとも１つの第２圧力節を有する第２超音波定在波を発生する第２周波数に切り換える工程と、
前記粒子混合物の粒子の前記第１の組に小さい距離を進ませ、前記粒子混合物の粒子の前記第２の組に大きい距離を進ませるように、振幅ａ2を有する前記第２周波数を時間ｔ2だけ維持する工程と、
第１の小さい距離が、前記粒子混合物の粒子の前記第１の組が前記第１圧力節に向かってより大きな加速度を受ける程小さく、第２の大きい距離が、前記粒子混合物の粒子の前記第２の組が前記第１圧力節に向かってより小さな加速度を受ける程大きくなるように、元の前記第１周波数に切り換える工程と、
前記粒子混合物の粒子の前記第１の組を前記第１圧力節に向かって戻らせる一方、前記粒子混合物の粒子の前記第２の組が長い距離進ませないように、振幅ａ1を有する前記第１周波数を時間ｔ1だけ維持する工程と、
前記粒子混合物の粒子の前記第１の組の大部分が前記第１圧力節に集められ、前記粒子混合物の粒子の前記第２の組の大部分が前記第２圧力節に集められるように、それぞれ時間ｔ1および振幅ａ1と、時間ｔ2および振幅ａ2とを含むデューティサイクルで、前記第１周波数と前記第２周波数との間で超音波定在波を繰り返し切り換える工程と、
を有することを特徴とする粒子分離方法。
【請求項２】
前記第１周波数が前記チャンバーの第２高調周波数であり、前記第２周波数が前記チャンバーの基本共鳴周波数であることを特徴とする請求項１に記載の粒子分離方法。
【請求項３】
前記媒体と前記懸濁された粒子混合物とは、前記チャンバ（２，２２）を有するチャンネル内を層流で流れるように導かれ、前記超音波定在波が前記流れの方向を横切っていることを特徴とする請求項１または２に記載の粒子分離方法。
【請求項４】
前記第１および第２周波数の前記振幅ａ1およびａ2が固定されて維持されており、前記第１および第２周波数の時間ｔ1およびｔ2が変えられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子分離方法。
【請求項５】
前記第１および第２周波数の前記時間ｔ1およびｔ2が固定されて維持されており、前記第１および第２周波数の振幅ａ1およびａ2が変えられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子分離方法。
【請求項６】
前記粒子混合物の濃度が前記チャンネル（２，２２）の２つの側部（１４，２４）から提供され、純粋な媒体がチャンネルの中央（１５，２５）から提供され、粒子の前記第１の組は２つの側部のチェンネル出口（１６，２６ａ、２６ｂ）で集めら、粒子の前記第２の組は中央のチェンネル出口（１７，２７）で集められることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の粒子分離方法。
【請求項７】
３８５μｍ幅と２５０μｍ深さの分離チャンネルに対して、前記第１周波数は４ＭＨｚであり前記第２周波数は２ＭＨｚであり、前記第１周波数の時間ｔ1は２００μｓであり、前記第２周波数の時間ｔ2は８００μｓであることを特徴とする請求項６に記載の粒子分離方法。
【請求項８】
粒子の前記第１の組と粒子の前記第２の組は、チャンネルの底（２２）の連続した出口（２６ａ、２６ｂ）で集められることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の粒子分離方法。
【請求項９】
多くの分離が直列に接続された多くのチャンネル（２，２２）を通して実行され、１つの工程で分離された粒子の１組が少なくとも１つの更なる分離に晒されることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の粒子分離方法。
【請求項１０】
前記更なる分離が異なる時間ｔ1とｔ2およびまたは振幅ａ1およびａ2を用いて実行されることを特徴とする請求項９に記載の粒子分離方法。
【請求項１１】
媒体中に懸濁された粒子混合物の粒子分離デバイス（１，２１）であって、
前記媒体を含むチャンバー（２，２２）と、
前記チャンバー（２，２２）中に超音波定在波を発生するための超音波発振器（３ａ、３ｂ、２３ａ、２３ｂ）と、を有し、
前記超音波発振器は、複数の第１圧力節を有する第１周波数と、少なくとも１つの第２圧力節を有する第２周波数の間で、超音波定在波の周波数を繰り返し切り換えるように構成されており、前記第１周波数の超音波定在波は、時間ｔ1と振幅ａ1を有し、前記第２周波数の超音波定在波は、時間ｔ2と振幅ａ2を有することを特徴とする粒子分離デバイス。
【請求項１２】
前記第１周波数が前記チャンバー（２，２２）の第２高調周波数であり、前記第２周波数が前記チャンバー（２，２２）の基本共鳴周波数であることを特徴とする請求項１１に記載の粒子分離デバイス。
【請求項１３】
前記チャンバ（２，２２）は、層流がチャンネル中に構成され、前記超音波発振器（３ａ、３ｂ、２３ａ、２３ｂ）は前記流れの方向に横切る方向に前記定在波を発生するように構成されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の粒子分離デバイス。
【請求項１４】
前記チャンネルは、前記チャンネルの２つの側部に前記粒子混合物の濃度を提供する粒子混合物入口（１４，２４）と、前記チャンネルの中央部に純粋の媒体を供給する媒体入口（１５，２５）とを持って提供されており、かつ、
前記チャンネルは、２つの横方向の位置に粒子の前記第１組を捕集する第１粒子出口（１６，２６ａ、２６ｂ）と、中央の位置に粒子の前記第２組を捕集する第２粒子出口（１７，２７）とを持って提供されていることを特徴とする請求項１３に記載の粒子分離デバイス。
【請求項１５】
前記チャンネルは、前記粒子混合物の濃度を供給する粒子混合物入口（２４）と、前記チャンネルの中央部に純粋な媒体を提供する媒体入口（２５）とを含む前記チャンネルの前記底部に、連続した入口を持って提供されており、かつ、
前記チャンネルは、前記チャンネルの底部に粒子の前記第１組と前記第２組を捕集する連続した粒子出口（２６ａ、２６ｂ）とを持って提供されていることを特徴とする請求項１４に記載の粒子分離デバイス。
【請求項１６】
前記チャンネルは、混合された粒子の２つの流れ（３７）を含む流れのための入口（２８）をもって提供されることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の粒子分離デバイス。
【請求項１７】
媒体中に懸濁された粒子混合物の粒子を分離するためのアセンブリであって、
請求項１３乃至請求項１６のいずれか１項に記載された分離デバイス（１，２１）の複数個が直列に接続されていることを特徴とするアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子を分離する方法とデバイスに関し、特に、２つの異なる周波数の間で切り換えられる超音波定在波を用いる粒子の分離に関する。異なる特性を有する粒子は音響放射圧力による異なる加速度に晒されて２つの流れに分離される。
【背景技術】
【０００２】
超音波定在波中の媒体に懸濁された粒子に作用する力の原因となる理論はかなりの間知られてきている。小さな粒子が懸濁された媒体に定在波が導入されると、粒子は音響放射力（acoustic radiation force）に晒される。粒子に作用する力は圧力節（pressure node）に対するチャンネル中の位置の関数である。この事実をマイクロチャンネル中の層流と組み合わせることによって、粒子は圧力節に集められおよび圧力節から分離される。基本定在波（第１次共鳴周波数）において、力は、図１ＡＢと図２ＡＢを参照して以下に記載されるように圧力最小が定められる、中心に向けられる。そのような定在波は平行な側壁を有するチャンネル中で生成され得る。この現象は以前にマイクロ流動体システムにおける粒子分離のために利用されてきた。例えば、参照文献の国際公開第０２／０７２２３５号パンフレットに記載されている。以前の方法において、力が異なる粒子に対する異なる兆候（sign）すなわち方向を有するという事実が利用された。ここに、ある粒子は圧力節に集められ、他の粒子は圧力節から分離される。兆候における差違は、主に、粒子が周囲の媒体よりも高密度または低密度であるか否かに依存する。
【特許文献１】国際公開第０２／０７２２３５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この方法を用いて、たとえ力が異なる大きさを有していても、同じ方向に作用する力に晒されている粒子を分離することは可能ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
［発明の要旨］
本発明において、２次高調定在波（second order harmonic standing wave）が基本定在波（fundamental standing wave）とともに使用される。粒子が２次高調定在波に晒されると、力は２つの側部の２つの圧力節に向かって作用する。２次高調定在波と基本定在波との間で周波数を切り換えることによって、粒子は分離されて圧力節の異なる組に集められる。
【０００５】
第１態様において、本発明は媒体中に懸濁された粒子混合物の粒子を分離する方法を提供する。その方法は、前記媒体を含むチャンバーを、複数の第１圧力節を有する第１周波数の第１超音波定在波を発生する超音波に晒す工程と、前記粒子混合物の濃度が、前記第１周波数の前記第１超音波定在波の第１圧力節またはその付近に、または、前記第１圧力節と前記チャンバとの間のどこかに配置されるように、前記粒子混合物を前記チャンバ中に配置する工程と、前記粒子混合物の粒子の第１の組が少なくとも１つの第２圧力節に向かって小さい加速度を受け、前記粒子混合物の粒子の第２の組が前記少なくとも１つの第２圧力節に向かって大きい加速度を受けるように、超音波定在波の周波数を、前記少なくとも１つの第２圧力節を有する第２超音波定在波を発生する第２周波数に切り換える工程と、前記粒子混合物の粒子の前記第１の組に小さい距離を進ませ、前記粒子混合物の粒子の前記第２の組に大きい距離を進ませるように、振幅ａ2を有する前記第２周波数を時間ｔ2だけ維持する工程と、第１の小さい距離が、前記粒子混合物の粒子の前記第１の組が前記第１圧力節に向かってより大きな加速度を受ける程小さく、第２の大きい距離が、前記粒子混合物の粒子の前記第２の組が前記第１圧力節に向かってより小さな加速度を受ける程大きくなるように、元の前記第１周波数に切り換える工程と、前記粒子混合物の粒子の前記第１の組を前記第１圧力節に向かって戻らせる一方、前記粒子混合物の粒子の前記第２の組が長い距離進ませないように、振幅ａ1を有する前記第１周波数を時間ｔ1だけ維持する工程と、前記粒子混合物の粒子の前記第１の組の大部分が前記第１圧力節に集められ、前記粒子混合物の粒子の前記第２の組の大部分が前記第２圧力節に集められるように、それぞれ時間ｔ1および振幅ａ1と、時間ｔ2および振幅ａ2とを含むデューティサイクルで、前記第１周波数と前記第２周波数との間で超音波定在波を繰り返し切り換える工程と、を有する。
【０００６】
第２の態様において、本発明は媒体中に懸濁された粒子混合物の粒子を分離するデバイスを提供する。そのデバイスは、媒体中に懸濁された粒子混合物の粒子分離デバイスであって、前記媒体を含むチャンバーと、前記チャンバー中に超音波定在波を発生するための超音波発振器と、を有し、前記超音波発振器は、複数の第１圧力節を有する第１周波数と、少なくとも１つの第２圧力節を有する第２周波数の間で、超音波定在波の周波数を繰り返し切り換えるように構成されており、前記第１周波数の超音波定在波は、時間ｔ1と振幅ａ1を有し、前記第２周波数の超音波定在波は、時間ｔ2と振幅ａ2を有する。
【０００７】
本発明は請求項１、１１で定められ、好ましい具体例は従属する請求項に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は付属する図面を参照して以下に詳細に記載される。最初に記載したように、本発明は、異なるサイズ、圧縮率、密度または流体中に懸濁された一般的な異なる特性を有する粒子の分離方法およびデバイスに関する。本方法は、基本共鳴周波数と第２高調周波数の超音波定在波と、好ましくは、マイクロチャンネルの層流特性とを組み合わせて利用する。異なる特性、例えば、異なる密度を有する粒子は、媒体中に懸濁され、２つの側部入口を通るチャンネルに入り、粒子を含まない媒体は中央の入口を介して入り、３つの層流の流れを形成する。基本定在波と第２高調周波数の定在波との間を連続的に切り換えることによって、高密度の粒子は基本定在波の圧力節の近くに配置され、一方、低密度の粒子は第２高調周波数の定在波の圧力節の近くに配置される。チェンネルは高密度粒子と低密度粒子の流れに分離しながら３つの出口チャンネルに分割される。
【０００９】
定在波が小さな粒子が懸濁されている媒体中に導入されると、粒子は、Yoshioka K.とKawasima Y.がAcusica 5,pp167-173(1955)に発表した理論に基づく音響放射力に晒されるだろう。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
Ｖcは粒子の体積である。Ｐ0は圧力の大きさである。Ｚは粒子の位置である。媒体と粒子の密度はそれぞれρwとρcであり、対応する圧縮率はβwとβcである。この表現の式と基本的な物理の式（Ｆ＝ｍc・ａ）より、ここで、ｍcは粒子の質量であり、粒子の加速度が計算される。粒子が動くとき、媒体の粘度、速度、粒子の体積と形状に依存する減速力もまた存在する。
【００１２】
小さな粒子の加速度および横方向の速度と動きは多くの変数の関数であるが、その中で最も重要なものは粒子の体積、密度および圧縮率である。
【００１３】
図１Ａと１Ｂはチャンバ又はチャンネル中の基本定在波と第２高調周波定在波をそれぞれ例示している。Ｘ軸はチャンネルの空間の位置を示している。Ｙ軸は定在波の圧力を示している。図２Ａと２Ｂは基本定在波と２次高調定在波を示しているが、Ｙ軸は懸濁下粒子に作用する力を示している。粒子は圧力節に集まり、正の力は粒子上の力が図中の左に向かっていることを意味することを仮定している。
【００１４】
図１Ａと図２Ａを検討することによって推論され得るように、基本定在波では、力は粒子を中心の圧力節に集めるように作用する。しかしながら、図１Ｂと図２Ｂに示されるように、２次高調定在波では、２つの圧力節がある。各圧力節の壁に近い付近において、力は粒子を集めるように作用するが、チャンバの中心において力の最小がある。従って、弱い力が中心から粒子を分離して粒子を側部の複数の圧力節まで加速するように作用する。このことは本発明で利用される。基本定在波と２次高調定在波の間を切り換えることによって、より早く移動する粒子は側部の複数の圧力節から移動し中心に集められるが、より遅く移動する粒子は側部の複数の圧力節で粒子を集めるように作用する力から逃れることができない。
【００１５】
上記説明したように、異なるサイズ、密度、圧縮率または粒子の物理的な性質に基づく他の変数を有する粒子は、粒子が同じ定在波に晒される場合、異なる加速度によって影響を受けることが示される。このことは、力の式（１）とも矛盾がない。従って、異なる粒子は異なる速度で横方向に移る。例えば、２つの粒子が同じ密度を有する場合には、大きな粒子は大きな加速度に晒される。２つの粒子が同じ体積を有する場合には、高密度の粒子は大きな加速度に晒される。基本定在波と２次高調定在波の間を迅速に切り換えることによって、例えば高密度と低密度の粒子は横方向に分離される。
【００１６】
本発明をチャンネル中に層流によって運ばれる高密度と低密度粒子を一例として説明する。一般に高密度粒子は早い動きの粒子を表し、低密度粒子は遅い動きの粒子を表す。分離が始まるとき、位置が図３Ａのように示される。最初に粒子はチャンエルの側壁に沿って注入される。第１周波数は２次高調定在波を発生する。全ての粒子は複数の圧力節の近くまたは壁の近くに位置している。Ｔ1〜Ｔ4は切り換えプロセスにおける時間の一瞬を示している。大きな丸（○）は大きなまたは高密度（早く動く）の粒子を示している。粒子は、分離領域の上流の分離した前分離チャンネルで十分な時間だけ複数の圧力節を有する２次高調定在波にチャンネルを晒すことによって、これらの位置に濃縮する。
【００１７】
図３Ｂにおいて、周波数が基本定在波を発生する第２周波数に切り換えられる。基本定在波が粒子に印加されると、粒子はチャンネル中央に向かう力を受ける。しかしながら、高密度粒子は中央に向かって早く移動する。第２周波数の定在波は、時間ｔ2と振幅ａ2で印加される。この時間と振幅は、高密度の粒子が分離チャンネルの中心近くに到達するのに十分である。基本定在波は低密度粒子が中心に到達する前に切り換えられた。
【００１８】
図３Ｃにおいて、周波数は第１周波数に戻すように切り換えられる。従って、２次高調定在波が印加される。この時点で、高密度粒子は２次高調定在波（図２Ｂ参照）の中心の力の最小近くにいるので、高密度粒子は強く影響を受けない。しかしながら、基本定在波サイクルの間にチャンネルの中央に到達していない粒子は、この時点で、チャンネルの中央から遠くに離れて側部の複数の圧力節まで再び粒子を戻るように移動させる大きな力に晒される位置にいる。振幅ａ1を有する第１周波数の定在波は時間ｔ1印加される。時間と振幅は低密度粒子が側部の複数の圧力節に到達するのに十分である。一方、高密度粒子が側部の複数の圧力節に到達する前に２次高調定在波に切り換えられるように時間は十分に短い。
【００１９】
図３Ｄにおいて、この手順は基本定在波を発生させる第２周波数に切り換えることによって繰り返される。このとき高密度粒子がチャンネルの中央にかなり近い位置から移動を開始するが、低密度粒子は側部の位置の近くから移動を開始する。従って、高密度粒子の大部分はチャンネルの中央に到達する。これが繰り返されると平衡に達する。高密度粒子と低密度粒子は、それぞれ基本定在波と２次高調定在波の圧力節の近くの２つの流れに分離される。
【００２０】
一般に、そのような手順を繰り返すことによって、粒子は、上記説明したように粒子が受ける異なる加速度にはっきり現れるような粒子の物理的な性質に基づいて異なる流れのライン中に分離され得る。
【００２１】
分離デバイスの第１実施例の上面図と側面図がそれぞれ図４と図５に示される。デバイスが水平の流れを有するように図示されているが、重力は懸濁されたミクロ粒子に対しての影響が小さいので、デバイスは重力に関していかなる向きにすることもできることは理解されるであろう。本明細書を通して、用語の水平、上部、下部などは、図を参照するときのみに使用される。分離デバイス１は、分離プロセスが見た目に検査され得るような適切な透明ガラスのふたであるカバー１０を有する基板１１中に形成される分離チャンバーまたはチャンネル２を含む。定在波は、構造体の上面に載せられた上部発信器エレメント３ａと下面に載せられた下部発信器エレメント３ｂからなる１組の適切な超音波発生器によって発生される。理解されるように、超音波発信器は上部と下部に配置されているけれども、定在波は、存在する共鳴条件に依存して２つ側壁の間で、流れの方向に横向きに発生される。分離チャンネル２の始まりと終わりは３つの入口チャンネルと３つの出口チャンネルに分割される。中央の入口チャンネル１５において、粒子を含まない媒体は入口５から導入される。媒体は応用に依存するが、例えば水または食塩水である。側部の入口チャンネル１４（混合された粒子の入口）において、高密度と低密度の粒子の混合物を有する流体は共通の入口４から導入される。分離チャンネル２において、種々の粒子の分離された流れが徐々に形成される。図３Ａ〜Ｄは分離チャンネル中の連続した位置の断面を示している。中央出口チャンネル１７において、分離した大きな粒子を有する媒体は出口７に運ばれる。側部出口チャンネル１６において、分離した小さい粒子を有する媒体は共通の出口６に運ばれる。流れの接続器（図示しない）は構造の底部側に置かれる。
【００２２】
代替の実施例において、３つの入口チャンネルは、おおよそ図３Ａの状況と対応する、側壁に配置される混合粒子の２つの流れと、中央の粒子のない１つの流れとを受け入れる１つの共通の入口（図示しない）によって置き換えられる。粒子は、連続する２次高調波定常波に前分離チャンバーを晒すことによって２つの流れの中に形成される。そのような前分離チャンバーは本発明の第２実施例に関する図９を参照して以下に説明される。
【００２３】
図６は本発明の分離チャンネル２を有するデバイスを示す。流れは矢印によって示される。側部の入口チャンネル１４において、高密度と低密度の粒子の混合物を有する流体は導入される。粒子混合物は、多数の切り換えサイクルに晒されると、分離チャンネル２で２つのグループに分離される。流れが層流であるので、大きな高密度の粒子は中央出口チャンネル１７に向けられ、小さい低密度の粒子は側部の複数の出口チャンネル１６に向けられる。異なる粒子の組は適切なデューティサイクルを選択することによって、すなわち時間ｔ1とｔ2を適合させることによって、異なる出口チャンネル１６と１７に向けられ得る。いくかの応用において、適切なデューティサイクルは、所望の分離が達成されるまで異なる時間ｔ1とｔ2を試すことにより、出口チャンネル１６と１７に向かう異なる流れを目視観察して選択され得る。ｔ1とｔ2は、超音波発信器の駆動回路に関連する制御パネル（図示しない）を調整することによって設定される。あるいはまた、デューティサイクルは例えば、ｔ1＝ｔ2に固定され、代わりにそれぞれの周波数で超音波発生器によって放射される超音波の振幅ａ1とａ2は所望の分離を誘発する対応する移動の動きを発生するために調整される。
【００２４】
分離デバイス２１の第２実施例は、側面図と斜視図をそれぞれ示す図７と８に概略的に示される。原理は第１実施例と等価であるが、流れは超音波発信器と入口と出口の配置の変形を余儀なくさせる、より大きな高さ／幅に広がっている。流れチャンネル２２、上部と下部の超音波発信器２３ａ、２３ｂ、入口２４，２５、出口２６ａ、２６ｂ、２７が示される。この実施例において、超音波定在波は上部と下部の間で流れの方向を横切って発生される。基本周波数の超音波定在波は図７の左に示されるように、側壁間の水平な中央ラインに沿って圧力節を有する。２次高調周波数の超音波定在波は図７の右に示されるように２つの水平な圧力節を有する。作用原理は第１の実施例と同様であるが、流れの異なる構成を有する。流れの層流の特性により、入口は互いに一列に配置され得る。連続した入口は底部に供給される。粒子の混合物を伴う流体は入口２４の組を通って導入され、純粋な媒体は中央の入口２５から導入される。
【００２５】
第１の実施例と同様に、異なる粒子の組はそれぞれの圧力節に集められる、しかし、本実施例では、上部と底部の水平な流れの広がり（デバイスの水平位置を仮定する）と中央の水平な流れの広がりである。上部と底部の水平な流れの広がり（horizontal flow sheet）は第１実施例の複数の側部の流れのチャンネル１６に対応する。また出口は互いに一列に配置される。連続する出口は底部に提供される。第１出口２６ａは底部の水平な流れの広がりから粒子の第１の組を集め、第２出口２７は中央の水平な流れの広がりから粒子の第２の組を集め、第３の出口２６ｂは上部の水平な流れの広がりから粒子の第１の組を集める。
【００２６】
入口と出口はチャンバーの前と後ろの垂直壁中にもまた配置され得る。
【００２７】
図９は、側部に複数の圧力節を有する連続する２次高調波に前分離チャンバーを晒すことによって２つの流れ中に粒子が形成される、前分離デバイス３１を示している。粒子の混合物である流体は入口３４から導入される。粒子混合物は、徐々に両方が同じ粒子混合物を含む、２つの流れ３７中に形成される。２つの流れ３７は共通の出口３６を通って例えば図８に示されるような分離チャンバー２２の共通の入口２８まで運ばれる。流体混合物は、分離チャンバー２２の中央に粒子のない流体の中央流れを形成するために十分な量の流体を含む。前分離チャンバー３２の寸法は、前分離チャンバー３２の共鳴周波数が共鳴分離チャンバー２２の共鳴周波数と同じでないように選択されるが、これは機能を阻害するからであることが明記される。
【００２８】
本方法の性能を高めるために、１ステップで分離された粒子の１組が少なくとも１つの更なる分離に晒されるように、多数の分離が直列に接続された多数のチャンネルによってあるいは直列に接続された分離デバイスを有するアセンブリによって実行され得る。更なる分離は同様のあるいは異なるデューティサイクル、すなわち、時間ｔ1とｔ2および／または異なる振幅ａ1とａ2を使用して実行され得る。例えば、粒子の１組は更なる同一の分離に晒される。このことは、結果としてより高い純度を得る。また粒子の１組は、更に細かく分離された粒子のグループへ該粒子の１組を分割するために晒され得る。
【００２９】
同一の分離は、流れの無いチャンバー中で得られる。次に粒子混合物の供給と分離された粒子の除去は入口とチャンバー中の適切な位置に配置された出口またはピペットの手段によって実行される。
【００３０】
実施例
分離チャンネル１６（３８５μｍ幅、２５０μｍ深さ）は異方性の湿式エッチングを用いて＜１００＞シリコンウェハ中にエッチングされた。チャンネルはアノード結合によってガラスのふたでシールされ、シリコンチューブは入口と裏面の出口で接着された。超音波励起（２ＭＨｚと４ＭＨｚ）は、２つの圧電セラミック結晶を、１つを裏面から１つを前面から超音波ゲルを用いて取り付けることによって成し遂げられた。流れは３つのシリンジポンプを使用して水入口部で２６μl／min、中央出口で１５μl／min、複数の側部出口で７５μl／minに制御された。６４μl／minの粒子溶液のバランス流れは、開いたカップから引き出された。粒子溶液は、密度が１．０５g／cm3の３μｍのポリスチレンビーズと、密度が１．１９g／cm3の８μｍのポリメチルメタクリレートビーズとを水に懸濁された混合物からなる。適切な分離を得るために、切り替えのパラメータが正確に調整された。これは、十分に目視観察による分離が達成されるまでパラメータを系統的に調整することによってなされた。通常の作動サイクルは８００μｓに対して２ＭＨｚ、２００μｓに対して４ＭＨｚである。
【００３１】
本発明は、異なる物理的な特性を有する懸濁された粒子を互いに分離するために、この高調波の切り換えを使用することによって可能となる。本発明の１つの応用は、異なる種類の細胞またはバクテリアを分離するために使用され得る。本発明の他の可能な応用は、異なる血液の成分の分離を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】、
【図１Ｂ】基本周波数の定在波と２次高調周波数の定在波をそれぞれ有するチャンバ中の圧力節を示す図である。
【図２Ａ】、
【図２Ｂ】基本周波数の定在波と２次高調周波数の定在波をそれぞれ有するチャンバ中の音響放射力を示す図である。
【図３Ａ】、
【図３Ｂ】、
【図３Ｃ】、
【図３Ｄ】異なる分離ステップでの粒子を有するチャンバーを示す図である。
【図４】本発明の第１実施例による分離デバイスの上面図である。
【図５】図４の分離デバイスの側面図である。
【図６】異なる粒子が分離され、異なる出口に向かう分離プロセスの概略的な上面図である。
【図７】本発明の第２実施例による分離デバイスの側面図である。
【図８】図７の分離デバイスの斜視図である。
【図９】前分離デバイスの斜視図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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