(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小粒子を含むサンプル液が通流するサンプル液導入流路と、
該サンプル液導入流路にその両側から合流し、前記サンプル液の周囲にシース液を導入する少なくとも１対のシース液導入流路と、
前記サンプル液導入流路及びシース液導入流路に連通し、これらの流路を通流する液体が合流して通流する合流流路と、
該合流流路に連通し、回収対象の微小粒子を吸引して引き込む負圧吸引部と、
該負圧吸引部の両側に設けられ、前記合流流路に連通する少なくとも１対の廃棄用流路と、
を有するマイクロチップ。
【請求項２】
前記負圧吸引部は、
前記合流流路と同軸状に設けられた吸引流路と、
該吸引流路の途中に設けられた圧力室と、
微小粒子回収時にのみ動作し、該圧力室の体積を一定量増加させるアクチュエータと、
を備える請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記アクチュエータがピエゾ素子である請求項２に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記負圧吸引部は、
前記合流流路と同軸状に設けられた吸引流路と、
該吸引流路の途中に設けられた圧力室と、
前記圧力室内に形成された電気浸透ポンプと、
を備える請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項５】
前記吸引流路の流路幅が、前記合流流路よりも狭く、サンプル流よりも広い請求項２乃至４のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
【請求項６】
前記吸引流路の通流方向における断面の幅は前記合流流路の断面の幅よりも小さく、前記吸引流路の通流方向における断面の深さは前記合流流路の断面の深さよりも小さく、及び、前記吸引流路の通流方向における断面は前記サンプル流の通流方向における断面よりも大きい請求項５に記載のマイクロチップ。
【請求項７】
２枚の基板を貼り合わせることにより形成されている請求項２乃至６のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
【請求項８】
少なくとも、前記サンプル液導入流路、前記合流流路の一部、前記吸引流路及び前記圧力室は、一方の基板に形成されている請求項７に記載のマイクロチップ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のマイクロチップが搭載された微小粒子分取装置。
【請求項１０】
前記合流流路内を通流する微小粒子に光を照射する光照射部と、
前記微小粒子から発せられた散乱光及び／又は蛍光を検出する検出部と、
前記検出部で検出されたデータに基づいて、前記マイクロチップの負圧吸引部を制御する制御部と、
を有する請求項９に記載の微小粒子分取装置。
【請求項１１】
負圧吸引部の駆動源がピエゾ素子であり、
前記制御部は、ステップ状の信号により前記負圧吸引部の駆動を制御する請求項１０に記載の微小粒子分取装置。
【請求項１２】
負圧吸引部の駆動源が電気浸透ポンプであり、
前記制御部は、矩形パルス状の信号により負圧吸引部の駆動を制御する請求項１０に記載の微小粒子分取装置。
【請求項１３】
前記微小粒子は、前記検出部で検出された順に分取され、その順番を保持した状態で負圧吸引部内に一列に貯留される請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の微小粒子分取装置。
【請求項１４】
検出部で検出されたデータに基づいて、負圧吸引部に微小粒子を引き込む工程と、
前記負圧吸引部に引き込まれた微小粒子をマイクロチップから取り出す工程と、
を前記制御部によってシーケンス制御する請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の微小粒子分取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞及びマイクロビーズなどの微小粒子を回収する際に使用されるマイクロチップ、及びこのマイクロチップを備えた微小粒子分取装置に関する。より詳しくは、複数の微小粒子が混在している溶液中から、目的とする微小粒子を分離して回収する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
フローサイトメトリーは、流路内を１列になって通流する微小粒子に特定波長のレーザ光を照射し、各微小粒子から発せられた蛍光及び／又は散乱光を検出することで、個々の微小粒子の種類、大きさ及び構造などを判定する分析手法である。また、このフローサイトメトリーでは、その判定結果に基づいて、目的とする微小粒子を他の微小粒子から分離し、回収することにより、サンプル液中に複数種の微小粒子が含まれている場合でも、必要なものだけを迅速にかつ確実に分取することが可能となる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
その際の分取方式としては、一般に、微小粒子を含む液滴を帯電させて分離する液滴荷電方式、及びチューブにより微小粒子を水流ごと回収するセルキャプチャー方式が利用されている。しかし、これらの方式を適用した装置は、大型で高価となるため、汎用性が低いという問題点がある。また、液滴荷電方式などの液滴を形成する分取方式は、液滴形成メカニズムが表面張力や粘度などの液体物性に影響されやすいため、測定環境の変化により、液滴形成周波数や液滴のサイズが変動するという問題点もある。
【０００４】
更に、液滴を形成する分取方式では、吐出ノズルに異物が堆積して、液滴の吐出方向が変化することがあるため、スキルをもった作業者が頻繁に再調整を行いながら使用する必要がある。更にまた、液滴形成系が安定して動作していたとしても、偶発的なサテライト（ミスト）発生は避けられないため、その場合は、目的細胞の回収ミスだけでなく、周辺に細胞が散乱してしまうこともある。
【０００５】
そこで、近年、シリコン及びガラスなどの無機材料又はプラスチックなどの高分子材料からなる基板内に微細な流路を形成したマイクロチップを使用する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜６参照。）。例えば、特許文献１には、誘電泳動力を利用して、マイクロ流体デバイスのメイン流路を通流する試料を、所定の流路に誘導する技術が開示されている。この特許文献１に記載の分析分取装置では、マイクロ流体デバイスのメイン流路の周囲に複数の電極を設け、これらの電極に交流電圧を印加することにより、誘電泳動力を発生させている。
【０００６】
一方、特許文献２，３には、マイクロチップ内に設けられた電気浸透流ポンプにより、細胞を所定の分岐流路に誘導する技術が開示されている。特許文献２，３に記載の細胞分離装置では、チップ上に電気浸透流ポンプが設けられており、この電気浸透流ポンプを動作させることにより、目的の細胞を特定の流路に導入している。また、特許文献４，５には、レーザ光を使用した光ピンセットにより、細胞分取用流路に所望の細胞を移動させる技術が開示されている。
【０００７】
更に、特許文献６には、アクチュエータを使用して、微小粒子を所定の分岐流路に導く技術が開示されている。図１７（ａ）及び（ｂ）は特許文献６に記載の微小流体システムの動作を、その工程順に示す模式図である。図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、特許文献６に記載の微小流体システムでは、流路１０１に隣接して１対の密封チャンバ１０２ａ，１０２ｂが設けられている。この密封チャンバ１０２ａ，１０２ｂは、分岐点１０１ａの直前において、側路１０３ａ，１０３ｂを介して流路１０１に連通している。また、側路１０３ａ，１０３ｂには、流路１０１を通流する液の一部が流入し、メニスカスが形成されている。
【０００８】
この微小流体システムにより微小粒子１０４ａを分取する場合、図１７（ａ）に示すように、微小粒子１０４ａが側路１０３ａ，１０３ｂの位置に到達するタイミングに合わせて、アクチュエータ１０５によって密封チャンバ１０２ａを押圧する。これにより、側路１０３ａ内の液が流路１０１に押し出され、微小粒子１０４ａの通流位置が側路１０３ｂの方向に偏向すると共に、側路１０３ｂのメニスカスが密封チャンバ１０２ｂ方向に移動する。
【０００９】
そして、図１７（ｂ）に示すように、微小粒子１０４ａが側路１０３ａ，１０３ｂの位置を通過した後、アクチュエータ１０５による押圧を解除し、各側路１０３ａ，１０３ｂにおけるメニスカスの位置を元に戻す。これにより、回収対象外の微小粒子１０４ｂは、流路１０１の中央部を通流して分岐流路１０６に流入するようになり、回収対象の微小粒子１０４ａのみ分岐流路１０７に流入させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００５／１２１７６７号パンフレット
【特許文献２】特開２００３−２７４９２４号公報
【特許文献３】特開２００４−１１３２２３号公報
【特許文献４】特開２００６−２９８２４号公報
【特許文献５】特開２００７−３３０２０１号公報
【特許文献６】特表２００５−５３８７２７号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】中内啓光監修，「細胞工学別冊  実験プロトコルシリーズ  フローサイトメトリー自由自在」，第２版，株式会社秀潤社，２００６年８月３１日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。即ち、特許文献１に記載の分析分取装置では、微小粒子を液体の流れる方向とは異なる向きに移動させるため、微小粒子に対して大きな作用力を付与しなければならない。このため、回収対象の微小粒子がダメージを受けやすく、特に、微小粒子が細胞などの生体材料である場合は、回収対象の細胞などが死んでしまうという問題点がある。
【００１３】
この点に関して、特許文献２，３に記載の技術は、細胞に電気的刺激を与えずに回収することが可能であるが、液体の駆動力にも電気浸透流ポンプを使用しており、更に、シース流も形成していないため、高速かつ高精度な検出を行うことができないという問題点がある。仮に、特許文献２，３に記載されているマイクロチップで、シース流を形成したとしても、後述する特許文献６と同様に、細胞が流路の分岐部分に衝突してダメージを受けたり、回収液中の細胞濃度が低く濃縮作業が必要になったりするといった問題が生じる。
【００１４】
また、光ピンセットを使用する方法も微小粒子に対するダメージは少ないが、光ピンセットは高速で移動している微小粒子を補足することができないという問題点がある。このため、特許文献４，５に記載の方法は、送液を停止しなければ、目的の微小粒子を分取することができず、作業性に劣る。更に、特許文献４，５に記載されているような光ピンセットを使用する方法は、レーザ光の照射及び走査のための光学系が必要となるため、装置が複雑かつ大型になるという問題点もある。
【００１５】
一方、特許文献６に記載の方法は、制御流により微小粒子に流体力を作用させ、回収流路に流れ込む流線上に変位させることにより、回収対象の微小粒子を回収流路に導いているため、回収液中の微小粒子濃度が低く、濃縮などの作業が必要となるという問題点がある。通常、シース流を形成する際は、サンプル液の流量に対して大量のシース液流量を流し、検出部におけるサンプル流断面積を小さく絞ることにより、粒子位置ばらつきが小さいシース流を形成して、精度の良い検出を行う。
【００１６】
そこで、サンプル液の流量とシース液の流量の比は、検出部で放物的な流速分布を持つ層流と仮定すれば見積もることができる。例えば、各辺２００μｍの正方形流路断面の検出部において、直径１０μｍ程度のサンプル流断面を得ようとした場合、（シース液流量）：（サンプル液流量）は、およそ２５０：１となる。ここで、特許文献６に記載の発明の様な構成の流路チップを用いた粒子取得装置では、動作中は絶えずシース液及びサンプル液が流れており、分岐後は各流路抵抗の逆比に分配され、各分岐流路を経てそれぞれの排出口から排出される。
【００１７】
これを、前述した例（□２００μｍの検出流路、１０μｍのサンプル流断面）に適用し、１ｍｌのサンプル液中の粒子の検出及び取得をする場合、約２５０ｍｌのシース液を使うこととなる。更に、分岐後の回収用流路と廃棄用流路の流路抵抗が、例えば３：２であるとすると、これらの流量比は２：３となり、回収用流路側からは約１００ｍｌのシース液が排出されることとなる。即ち、全てのサンプル液１ｍｌが回収用流路から取得されたとしても、回収液では約１００倍に希釈されていることとなる。
【００１８】
そして、回収対象の粒子が生細胞の場合、この生細胞を利用する際に濃縮などの操作が必要となるが、これは作業が面倒なだけでなく、細胞へのダメージも問題となる。これは、特に、回収した微小粒子が、全粒子数中ほんのわずかしか無いような場合に重大な問題となる。例えば、アダルトマウスの骨髄細胞から造血幹細胞を取得する場合、造血幹細胞は骨髄細胞１０４〜１０５個に１個程度の割合でしか含まれておらず、また、サンプル液は安定に送液するための制約などから、通常、１ｍｌ中に１０５〜１０７個程度の細胞濃度で準備される。そうすると、回収液中の細胞濃度は１００ｍｌ中に１〜１０００個程度に希釈されることとなり、濃縮自体が困難となる。
【００１９】
加えて、特許文献６に記載の方法は、流路の分岐点において、微小粒子が流路の壁面近傍を通過するため、回収対象の微小粒子が高速で壁面に衝突する可能性が高いという問題点がある。特に、微小粒子が生細胞である場合は、ダメージを受けやすく、壁面に衝突すると回収対象の細胞が死んでしまう虞もある。このように、細胞などの生体材料をダメージなく回収したい場合には、特許文献６に記載の方法は不向きである。
【００２０】
そこで、本発明は、回収対象の微小粒子にダメージを与えることなく、高速でかつ安定して微小粒子を分取することができるマイクロチップ及び微小粒子分取装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係るマイクロチップは、微小粒子を含むサンプル液が通流するサンプル液導入流路と、該サンプル液導入流路にその両側から合流し、前記サンプル液の周囲にシース液を導入する少なくとも１対のシース液導入流路と、前記サンプル液導入流路及びシース液導入流路に連通し、これらの流路を通流する液体が合流して通流する合流流路と、該合流流路に連通し、回収対象の微小粒子を吸引して引き込む負圧吸引部と、該負圧吸引部の両側に設けられ、前記合流流路に連通する少なくとも１対の廃棄用流路と、を有するものである。
このマイクロチップは、前記負圧吸引部が、前記合流流路と同軸状に設けられた吸引流路と、該吸引流路の途中に設けられた圧力室と、微小粒子回収時にのみ動作し、該圧力室の体積を一定量増加させるアクチュエータとを備えていてもよい。
その場合、前記アクチュエータとしては、例えばピエゾ素子を使用することができる。
又は、前記負圧吸引部が、前記合流流路と同軸状に設けられた吸引流路と、該吸引流路の途中に設けられた圧力室と、前記圧力室内に形成された電気浸透ポンプとを備えていてもよい。
また、前記吸引流路の流路幅は、前記合流流路よりも狭く、サンプル流よりも広くてもよい。
その場合、前記吸引流路の通流方向における断面の幅を前記合流流路の断面の幅よりも小さく、前記吸引流路の通流方向における断面の深さを前記合流流路の断面の深さよりも小さく、及び、前記吸引流路の通流方向における断面を前記サンプル流の通流方向における断面よりも大きくすることもできる。
更に、２枚の基板を貼り合わせることにより形成することができ、その場合、少なくとも、前記サンプル液導入流路、前記合流流路の一部、前記吸引流路及び前記圧力室は、一方の基板に形成されていることが望ましい。
【００２２】
本発明に係る微小粒子分取装置は、前述したマイクロチップが搭載されたものである。
この分取装置は、例えば、前記合流流路内を通流する微小粒子に光を照射する光照射部と、前記微小粒子から発せられた散乱光及び／又は蛍光を検出する検出部と、前記検出部で検出されたデータに基づいて、前記マイクロチップの負圧吸引部を制御する制御部と、を備えていてもよい。
また、負圧吸引部の駆動源がピエゾ素子である場合は、前記制御部は、ステップ状の信号により前記負圧吸引部の駆動を制御すればよい。
又は、負圧吸引部の駆動源が電気浸透ポンプである場合は、前記制御部は、矩形パルス状の信号により負圧吸引部の駆動を制御すればよい。
更に、前記微小粒子を、前記検出部で検出された順に分取し、その順番を保持した状態で負圧吸引部内に一列に貯留することもできる。
更にまた、検出部で検出されたデータに基づいて、負圧吸引部に微小粒子を引き込む工程と、前記負圧吸引部に引き込まれた微小粒子をマイクロチップから取り出す工程と、を前記制御部によってシーケンス制御してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、回収対象の微小粒子のみ吸引して回収しているため、微小粒子にダメージを与えることなく、シース液による希釈を最小限に抑え、高速でかつ安定して微小粒子を分取することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマイクロチップの構成を模式的に示す図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は図１に示すマイクロチップ１における負圧吸引部１４と廃棄用流路１５ａ，１５ｂの分岐部分を示す斜視図であり、（ｃ）はその断面図である。
【図４】他のマイクロチップ構成例を示す断面図であり、図１に示すＡ−Ａ線による断面図に相当する。
【図５】（ａ）本発明の第１の実施形態の変形例に係るマイクロチップにおける負圧吸引部と廃棄用流路の分岐部分を示す斜視図であり、（ｂ）は分岐部分における微小粒子の軌道を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るマイクロチップの構成を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る微小粒子分取装置を使用した微小粒子分取方法を示すフローチャート図である。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は、図８に示す微小粒子回収時の動作を、その工程順に示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は図８に示す微小粒子取り出し時の動作を、その工程順に示す図である。
【図１１】微小粒子分取時の状態を模式的に示す図である。
【図１２】吸引流路１４ａ中の微小粒子と検出データを、検出データに基づいて回収する方法の例を模式的に示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係るマイクロチップの構成を模式的に示す図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は図１２に示すマイクロチップ４０の負圧吸引部４４に設けられた電気浸透ポンプの構成を示断面図であり、（ａ）は厚さ方向に垂直な断面を、（ｂ）は厚さ方向に平行な断面をそれぞれ示す。
【図１５】（ａ）は電気二重層形成部４４ｆの構成例を示す斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は電極４４ｃ，４４ｄの構成例を示す断面図である。
【図１７】（ａ）及び（ｂ）は特許文献６に記載の微小流体システムの動作を、その工程順に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。また、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
（負圧吸引部を備えるマイクロチップの例）
２．第１の実施の形態の変形例
（検出流路と負圧吸引部の吸引流路の深さが同じであるマイクロチップの例）
３．第２の実施の形態
（負圧吸引部に分別用分岐流路が設けられているマイクロチップの例）
４．第３の実施の形態
（第１の実施の形態のマイクロチップを使用した微小粒子分取装置の例）
５．第４の実施の形態
（アクチュエータとして電気浸透流ポンプを使用したマイクロチップの例）
【００２６】
＜１．第１の実施の形態＞
［マイクロチップの全体構成］
先ず、本発明の第１の実施形態に係るマイクロチップについて説明する。図１は本実施形態のマイクロチップの構成を模式的に示す図であり、図２はそのＡ−Ａ線による断面図である。図１，２に示すように、本実施形態のマイクロチップ１には、微小粒子を含むサンプル液２が導入されるサンプル液導入流路１１と、シース液３が導入される１対のシース液導入流路１２ａ，１２ｂが設けられている。
【００２７】
シース液導入流路１２ａ，１２ｂは、サンプル液導入流路１１に両側から合流し、その合流点よりも下流側には１本の合流流路１３が設けられている。そして、合流流路１３内においては、サンプル流２ａの周囲をシース流３ａで囲み、層流を形成した状態で液が通流するようになっている。これにより、サンプル液２中の微小粒子は、その通流方向に対して略１列に並んで通流することとなる。
【００２８】
一方、合流流路１３の下流側端部には、回収対象の微小粒子を分取するための負圧吸引部１４と、回収対象外の微小粒子などを排出するための廃棄用流路１５ａ，１５ｂが設けられており、これらはいずれも合流流路１３に連通している。なお、廃棄用流路１５ａ，１５ｂの下流側端部は、例えば、廃液タンクなどに連結される。このマイクロチップ１では、合流流路１３において個々の微小粒子を検出し、その結果、回収対象であると判断された微小粒子のみが負圧吸引部１４内に引き込まれ、それ以外の微小粒子は廃棄用流路１５ａ，１５ｂから排出される。
【００２９】
［負圧吸引部１４］
負圧吸引部１４は、所定のタイミングで回収対象の微小粒子を吸引することができれば、その構成は特に限定されるものではないが、例えば、図１に示すように、合流流路１３に連通する吸引流路１４ａと、この吸引流路１４ａの一部に形成された圧力室１４ｂと、圧力室１４ｂ内の体積を任意のタイミングで拡張可能なアクチュエータ１４ｃとで構成することができる。なお、吸引流路１４ａの下流側端部は、バルブ（図示せず）などにより開閉可能となっていることが望ましい。
【００３０】
図３（ａ）及び（ｂ）は図１に示すマイクロチップ１における負圧吸引部１４と廃棄用流路１５ａ，１５ｂの分岐部分を示す斜視図であり、図３（ｃ）はその断面図である。図３（ａ），（ｂ）に示すように、吸引流路１４ａは、合流流路１３と同軸状に形成されており、その通流方向における断面が、合流流路１３の断面よりも幅及び深さ共に小さく、かつサンプル流２ａの断面よりも大きくなっている。これにより、シース液３による回収液の希釈を抑制しつつ、回収対象の微小粒子をダメージなく回収することが可能となる。
【００３１】
また、圧力室１４ｂは、振動板１４ｄを介して、ピエゾ素子などのアクチュエータ１４ｃと連結されている。そして、このアクチュエータ１４ｃを動作させると、振動板１４ｄがアクチュエータ１４ｃ側に引きよせられ、圧力室１４ｂ内の体積が増加するようになっている。ここで、振動板１４ｄは、アクチュエータ１４ｃが固定されている部分が厚く、アクチュエータ１４ｃが接触していない部分の厚さの方が薄くなっていることが望ましい。これにより、厚さの薄い撓み振動板部分が弱い力で変形し、高速に駆動することが可能となる。
【００３２】
本実施形態のマイクロチップ１は、例えば、図２に示すように、前述した各流路及び負圧吸引部などが形成された２枚の基板を貼り合わせることにより製造することができる。図４は他のマイクロチップ構成例を示す断面図であり、図１に示すＡ−Ａ線による断面図に相当する。このマイクロチップ１は、図４に示すように、各流路などが２枚の基板の両方に形成されている構成とすることもできるが、図２に示すように、少なくとも、サンプル液導入流路１１、合流流路１３の検出領域１３ａ、吸引流路１４ａ及び圧力室１４ｂが、一方の基板にのみ形成されている構成とすることが望ましい。このように、流路径が細い部分を一方の基板にのみ形成する構成とすることで、貼り合わせ時の位置調整が容易になる。
【００３３】
また、マイクロチップ１を形成する材料としては、例えば、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）、ガラス及びシリコン等が挙げられる。特に、加工性に優れ、成形装置を使用して安価に複製することができることから、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン等の高分子材料で形成することが好ましい。このように、プラスチック成形基板を貼り合わせる構成とすることにより、マイクロチップ１を安価に製造することが可能となる。
【００３４】
本実施形態のマイクロチップ１では、液滴荷電方式などのように液滴生成を行わないため、物理的に安定した系で、目的の微小粒子を回収することが可能である。また、チップ内で検出及び分取を行うことが可能であるため、ミストが飛散する心配がなく、バイオハザードの観点からも、安全に回収作業を行うことができる。更に、本実施形態のマイクロチップ１は、安価に製造することが可能であるため、使い捨てチップとして使うことができ、細胞のコンタミネーションが問題となる再生医療等にも応用することが可能である。
【００３５】
そして、本実施形態のマイクロチップ１は、チップ交換した場合も、液滴荷電方式のような吐出ノズルの位置調整、液滴の着弾位置と回収カラムの位置調整など面倒な調整を行う必要がなく、簡便に使用することができる。また、本実施形態のマイクロチップ１では、回収対象の微小粒子を１個ずつ、吸引流路１４ａに負圧吸引するため、微小粒子と共に吸引流路１４ａに引き込まれる液の量を必要最低限にすることができる。これにより、シース液による希釈を、液滴荷電方式と同等に抑えることができる。
【００３６】
更に、本実施形態のマイクロチップ１では、吸引流路１４ａが、合流流路１３と同軸状、即ちサンプル流２ａが通流する位置に設けられているため、回収対象の微小粒子は、流路の壁面に触れることなく、吸引流路１４ａ内に引き込まれる。これにより、微小粒子の受けるダメージを、最低限に抑えることができる。
【００３７】
更にまた、本実施形態のマイクロチップ１においては、吸引流路１４ａに引き込まれた微小粒子は、分取された順に、一列に貯留されるため、例えば、システムに保存された検出データと一対一に対応付けることも可能である。そして、吸引流路１４ａから微小粒子を回収する際に、その順序を崩さずに、チップ外に取り出すことも可能である。なお、液滴荷電方式で、検出データと一対一対応の粒子取得を行おうとすると、微小粒子毎に回収カラムなどを用意する必要となるため、現実的ではない。
【００３８】
＜２．第１の実施の形態の変形例＞
前述した第１の実施形態においては、吸引流路１４ａの通流方向における断面を、合流流路１３の断面よりも幅及び深さ共に小さくしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、合流流路１３と同じ深さにしてもよい。図５（ａ）は本発明の第１の実施形態の変形例に係るマイクロチップにおける負圧吸引部と廃棄用流路の分岐部分を示す斜視図であり、図５（ｂ）は分岐部分における微小粒子の軌道を示す図である。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、本変形例のマイクロチップ１０でも、吸引流路１４ａは、合流流路１３と同軸状に形成されているが、その通流方向における断面は、合流流路１３の断面に比べて、幅のみが細くなっており、深さは同じになっている。このように、吸引流路１４ａの深さを合流流路１３と同じにした場合も、吸引流路１４ａはサンプル流２ａが通流する位置に設けられているため、ダメージを与えることなく、回収対象の微小粒子を負圧吸引することができる。
【００４０】
また、本変形例のマイクロチップ１０のような構成にすると、回収対象の微小粒子が想定よりも大きかった場合でも、詰まりを発生させることなく、回収流路１４ａに引き込むことが可能となる。ただし、図５（ｂ）に示すように、僅かではあるが、微小粒子が吸引流路１４ａ内に入り込み、深さ方向に回流した後、廃棄用流路１５ａ，１５ｂに流れるようになるため、分岐部分における微小粒子の滞留時間が長くなることがある。
【００４１】
＜３．第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係るマイクロチップについて説明する。図６は本実施形態のマイクロチップの構成を模式的に示す図である。なお、図６においては、図１に示すマイクロチップ１の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図６に示すように、本実施形態のマイクロチップ２０では、負圧吸引部２４に、微小粒子回収用の分岐流路１４ｅが設けられている以外は、前述した第１の実施形態と同様である。
【００４２】
［分岐流路１４ｅ］
分岐流路１４ｅは、吸引流路１４ａに負圧吸引された微小粒子を、圧力室１４ｂを経由せずに回収するためのものであり、その下流側端部は、バルブ（図示せず）を介してアクチュエータ（図示せず）に連結されている。そして、微小粒子を回収する際は、圧力室１４ｂに連結されたバルブを閉じた状態で、微小粒子回収用の分岐流路１４ｅに連結されたバルブを開き、アクチュエータを動作させる。これにより、圧力室１４ｂを経由せずに、チップから微小粒子を取り出すことができるため、微小粒子を分取した順に１列に並べた状態で、取り出すことが可能となる。
【００４３】
＜４．第３の実施の形態＞
［装置構成］
次に、本発明の第３の実施形態に係る微小粒子分取装置（以下、単に「分取装置」ともいう。）について説明する。図７は本実施形態の微小粒子分取装置の構成を模式的に示す図である。図７に示すように、本実施形態の分取装置は、例えば前述した第１の実施形態のマイクロチップ１を使用して、複数の微小粒子を含む液から、特定の微小粒子を回収する装置である。
【００４４】
具体的には、本実施形態の分取装置３０は、例えば、マイクロチップ１の合流流路１３を通流する微小粒子に励起光を照射する光照射部３１と、励起光が照射された微小粒子から発せられた光を検出する光検出部３２と、光検出部３２での検出結果に基づいてマイクロチップ１の負圧吸引部１４を制御する制御部３３を備えている。
【００４５】
［微小粒子の分取方法］
次に、本実施形態の微小粒子分取装置３０を使用して、微小粒子を分取する方法について説明する。図８は本実施形態の微小粒子分取方法を示すフローチャート図である。本実施形態の分取装置３０で、微小粒子を分取する場合は、先ず、マイクロチップ１を装置に装着する。その後、図８に示すように、シース液導入流路１２ａ，１２ｂにシース液３を導入し、合流流路１３、負圧吸引部１４（吸引流路１４ａ，圧力室１４ｂ）及び廃棄用流路１５ａ，１５ｂをシース液３で満たす（ステップＳ１）。
【００４６】
次に、吸引流路１４ａの下流側端部をバルブで閉じ、シース液３と共にサンプル液２を導入して、層流を形成し、微小粒子の検出及び回収を行う（ステップＳ２）。図９（ａ）〜（ｆ）は、図８に示す微小粒子回収時の動作を、その工程順に示す図である。ステップＳ２においては、先ず、合流流路１３を通流するサンプル流２ａ中の微小粒子に、例えば波長４８８ｎｍのレーザ光などの励起光を照射する。そして、この微小粒子から発せられる散乱光（前方散乱光，後方散乱光）及び／又は蛍光を、光検出部３２に設けられた検出器（フォトディテクターやフォトマルチプライヤなど）で信号検出する。
【００４７】
次に、検出された信号を、必要に応じてプリアンプして、制御部３３に送る。そして、制御部３３において、検出信号に基づき、その微小粒子が回収対象か否かを判断する。もし、検出した微小粒子が回収対象である場合は、図９（ａ）〜（ｆ）に示すように、その微小粒子が励起光を照射された位置から分岐部まで移動する時間（遅れ時間）を経過した後に、ピエゾ駆動信号などのアクチュエータ１４ｃを駆動するための信号を発生する。その際、必要であれば、アンプを介してアクチュエータ１４ｃを駆動させるようにしてもよい。
【００４８】
例えば、アクチュエータ１４ｃがピエゾ素子である場合は、ピエゾ印加電圧を制御するとピエゾ変形力が発生し、これにより圧力室１４ｂ内の体積が変化するため、負圧吸引部１４の内圧を制御することができる。具体的には、ピエゾ収縮となる電圧を印加し、圧力室１４ｂ内の体積を増加させ、その内圧を負圧にすることで、吸引流路１４ａに微小粒子を引き込む。その際の吸引量は、印加電圧を変えることにより制御することができる。
【００４９】
一方、アクチュエータ１４ｃとしてピエゾ素子を使用する場合、ピエゾ素子の変位、即ち駆動電圧が、圧力室１４ｂの体積に直結する。このため、駆動波形を反転矩形パルス波形とすると、矩形波の立ち下がり時に吸引流路１４ａに引き込んだ微小粒子を、矩形波の立ち上がり時に吐出してしまう可能性がある。よって、ピエゾ素子の場合は、吸引流路１４ａに連続して微小粒子を引き込み、溜めていくためには、入力信号の波形をステップ状にする必要がある。
【００５０】
このように、本実施形態の微小粒子分取方法によれば、回収対象の微小粒子のみを、安定して吸引することが可能となる。また、最低限の量を繰り返し吸引することで、吸引流路１４ａ内が希釈されることを防止することができると共に、検出した順に微小粒子を並べて貯めていくことができる。一方、回収対象外の微小粒子が検出されたときは、アクチュエータ１４ｃを駆動させなければよい。これにより、回収対象外の微小粒子は、廃棄用流路１５ａ，１５ｂに流れ、外部に排出されることとなる。
【００５１】
そして、サンプル液２の全量を導入し終えた場合、又は、回収した微小粒子の数がマイクロチップ１の回収可能量に達した場合は、マイクロチップ１から微小粒子を取り出す（ステップＳ３）。ここで、「マイクロチップ１の回収可能量に達した場合」とは、吸引流路が微小粒子で一杯になったとき、又は、ピエゾ素子などのアクチュエータ１４ｃの可動範囲が限界に達したときなどである。
【００５２】
図１０（ａ）〜（ｃ）は図８に示す微小粒子取り出し時の動作を、その工程順に示す図である。ステップＳ３では、先ず、図１０（ａ）に示すように、シース液３を導入した状態で、サンプル液２の導入のみ中止し、合流流路１３の下流側端部の分岐点よりも上流側には、サンプル液２（微小粒子）が存在しない状態にする。その後、図１０（ｂ）に示すように、吸引流路１４ａに接続されたバルブを開放する。これにより、シース液３の供給圧力により、吸引流路１４ａ内に貯留されていた液が微小粒子と共に流出するため、回収対象の微小粒子をマイクロチップ１外に取り出すことができる。
【００５３】
そして、図１０（ｃ）に示すように、回収した微小粒子を全て取りだした後、マイクロチップ１内のアクチュエータ１４ｃを初期状態に戻す。なお、サンプル液２の全量について、検出・回収していない場合は、再度、吸引流路１４ａに接続されたバルブを閉め、サンプル液２を導入して、ステップＳ２の微小粒子の検出及び回収を行う。
【００５４】
一方、サンプル液２の全量の検出・回収が完了した場合は、ステップＳ３で微小粒子を取りだした後、サンプル液導入流路１１及びシース液導入流路１２ａ，１２ｂの両方に、シース液３又は洗浄液を導入し、流路内を洗浄する（ステップＳ４）。更に、必要に応じて、その後、純水などの保存液を導入し、流路内を保存液で置換してもよい。
【００５５】
本実施形態の微小粒子分取装置では、液滴を形成しないため、物理的に安定した系で、目的の微小粒子を回収することが可能である。また、マイクロチップ内で検出及び分取を行っているため、ミストが飛散する心配がなく、安全に回収作業を行うことができる。更に、本実施形態の微小粒子分取装置は、チップ交換した場合も、液滴荷電方式のような吐出ノズルの位置調整、液滴の着弾位置と回収カラムの位置調整など煩雑な作業を行う必要がないため、作業の効率化を図れる。
【００５６】
本実施形態の微小粒子分取装置では、回収液中の微小粒子濃度が高いため、濃縮作業を最低限に抑えることができる。これにより、微小粒子のダメージも抑制することが可能となる。図１１は微小粒子分取時の状態を模式的に示す図である。また、図１１に示すように、本実施形態の微小粒子分取装置では、微小粒子４は、検出部３２で検出された順に分取され、その順番を保持した状態で負圧吸引部１４の吸引流路１４ａ内に一列に貯留される。これにより、例えば、システムに保存された検出データと一対一に対応付けることが可能となる。そして、吸引流路から微小粒子を取り出す際も、その順序を崩さずに、チップ外に取り出すことも可能である。
【００５７】
加えて、本実施形態の微小粒子分取装置においては、回収した微小粒子を、その特性などに応じて、分別して回収することも可能である。図１２は、吸引流路１４ａ中の微小粒子と検出データを、検出データに基づいて回収する方法の例を模式的に示す図である。図１２に示すように、マイクロチップ１の吸引流路１４ａ内では、微小粒子は、検出された順に一列に並んで貯留されているため、検出データを一対一で対応させることができる。
【００５８】
そして、例えば、シリンジポンプ３４ａ〜３４ｅなどの粒子回収アクチュエータなどを使用することにより、特定の微小粒子を選択して取り出すことができる。これにより、液滴荷電方式のような煩雑な操作をしなくても、複数種の微小粒子を一度に回収し、その後、容易に分別しながら取り出すことが可能となる。
【００５９】
一方、前述したように、「マイクロチップ１の回収可能量」はチップ設計によって決まり、また、吸引流路１４ａに引きこまれた微小粒子の数は、システムによりカウントすることができる。そこで、本実施形態の微小粒子分取装置では、「マイクロチップ１の回収可能量」を予め設定しておくことにより、ステップＳ２とステップＳ３の繰り返し動作、更には、ステップＳ１〜ステップＳ４の全ての動作について、制御部３３によりシーケンス制御が可能となる。
【００６０】
＜５．第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施形態に係るマイクロチップについて説明する。図１３は本実施形態のマイクロチップの構成を模式的に示す図である。なお、図１３においては、図１に示すマイクロチップ１及び図６に示すマイクロチップ２０の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１３に示すように、本実施形態のマイクロチップ４０では、負圧吸引部４４に、圧力室の体積を一定量増加させるアクチュエータとして、電気浸透流ポンプが設けられている以外は、前述した第２の実施形態と同様である。
【００６１】
［負圧吸引部４４］
図１４（ａ）及び（ｂ）は図１３に示すマイクロチップ４０の負圧吸引部４４に設けられた電気浸透ポンプの構成を示す断面図であり、図１４（ａ）は厚さ方向に垂直な断面を、図１４（ｂ）は厚さ方向に平行な断面をそれぞれ示す。本実施形態のマイクロチップ４０の負圧吸引部４４には、吸引流路４４ａの一部に形成された圧力室４４ｂ内に電気浸透流ポンプが形成されている。具体的には、圧力室４４ｂ内の液体により電気二重層を形成するための１対の電極４４ｃ，４４ｄが設けられている。即ち、電極４４ｃと電極４４ｄに挟まれる部分が電気二重層形成部４４ｆとなる。
【００６２】
図１５（ａ）は電気二重層形成部４４ｆの構成例を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は断面図である。電気二重層形成部４４ｆの構成は、特に限定されるものではなく、例えばシリカ多孔質体で形成したり、図１５（ａ），（ｂ）に示すようにピラーを高密度で配置し、流路をアレイ状にしたりすることもできる。また、固相を形成する材料も特に限定されるものではなく、チップと同様にガラス、シリコン又はアクリルなどで形成してもよく、更にＳｉＯ２スパッタなどにより表面処理することもできる。
【００６３】
電気二重層形成部４４ｆを前述した多孔質体や微細流路構造とすることにより、高い駆動圧力を得ることができるが、その一方で、圧力室４４ｂ内に微小粒子を通流させることができなくなる。そこで、電気二重層形成部４４ｆをこのような構成にするときは、別途、微小粒子回収用の分岐流路４４ｅを設ける必要がある。
【００６４】
図１６（ａ）〜（ｃ）は電極４４ｃ，４４ｄの構成例を示す断面図である。また、電極４４ｃ，４４ｄの構成も、特に限定されるものではなく、例えば図１６（ａ）に示すように、金、白金又はアルミニウムなどからなる導電積板からなる電極４４ｃ，４４ｄを、圧力室４４ｂ内に配置してからチップを貼り合わせ、接着剤４４ｇで封止してもよい。
【００６５】
また、図１６（ｂ）に示すように、圧力室４４ｂの表面に、金、白金又はアルミニウムなどの金属又はＩＴＯ（酸化インジウムズズ）をスパッタリングした薄膜電極４４ｃ，４４ｄを形成しておき、それにコンタクトピン４４ｈを接続してもよい。更に、図１６（ｃ）に示すように、チップ成形時に電極４４ｃ，４４ｄを封入し、一体成形することもできる。
【００６６】
そして、この電気二重層が形成されている状態で、流路方向に沿って電圧を印加することにより、圧力室内４４ｂの液体が移動し、電気浸透ポンプとして機能する。その際の電圧印加方向は、例えばシリカ多孔質体などのように、固体表面が負に帯電している場合は、通流方向上流側の電極４４ｃに正の電圧を印加して下流側の電極４４ｄを接地するか、又は、電極４４ｃを接地して電極４４ｄに負の電圧を印加する。一方、固体表面が正に帯電している場合は、電極４４ｃを接地して電極４４ｄに正の電圧を印加するか、又は、電極４４ｃに負の電圧を印加して電極４４ｄを接地する。
【００６７】
この電気浸透ポンプは、駆動電圧を印加している場合にのみ作動し、負圧を発生するため、入力信号の波形は、矩形パルス状とする必要がある。これは、前述したピエゾ素子を使用した場合のように、入力信号の波形をステップ状にすると、吸引流路に引き込み続けることとなるからである。
【００６８】
また、電気浸透流ポンプ（圧力室４４ｂ）の下流側に設けられるバルブは、少なくとも電気浸透流ポンプがＯＮのときは、開放しておく必要がある。なお、電気二重層形成部を多孔質体で形成した場合、多孔質体は流体抵抗が大きいため、電気浸透ポンプがＯＦＦのときにも吸引流路４４ａに流入する流量は少ないが、逆バイアスの電圧を印加することにより、吸引流路４４ａへの流入を更に抑制することができる。
【００６９】
本実施形態のマイクロチップでは、電気浸透流ポンプにより、微小粒子の吸引を行うため、ピエゾ素子を使用する場合のような最大変位量（最大印加電圧）による制限がなくなる。これにより、１回の操作で回収可能粒子数が多い分取用マイクロチップを実現することができる。また、電気浸透流ポンプは、無音及び無振動で動作するため、使用可能な場所の選択の幅が広がる。なお、本実施形態における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である。
【符号の説明】
【００７０】
１、１０、２０、４０  マイクロチップ
２  サンプル液
２ａ  サンプル流
３  シース液
３ａ  シース流
４、１０４ａ、１０４ｂ  微小粒子
１１  サンプル液導入流路
１２ａ、１２ｂ  シース液導入流路
１３  合流流路
１３ａ  検出領域
１４、２４、４４  負圧吸引部
１４ａ、４４ａ  吸引流路
１４ｂ、４４ｂ  圧力室
１４ｃ、１０５  アクチュエータ
１４ｄ  振動板
１４ｅ、４４ｅ  分岐流路
３０  微小粒子分取装置
３１  光照射部
３２  検出部
３３  制御部
３４ａ〜３４ｅ  シリンジポンプ
４４ｃ、４４ｄ  電極
４４ｆ  電気二重層形成部
４４ｇ  接着剤
４４ｈ  コンタクトピン
１０１  流路
１０１ａ  分岐点
１０２ａ、１０２ｂ  密封チャンバ
１０３ａ、１０３ｂ  側路
【図１】
0005720233.tif 000002
【図２】
0005720233.tif 000003
【図３】
0005720233.tif 000004
【図４】
0005720233.tif 000005
【図５】
0005720233.tif 000006
【図６】
0005720233.tif 000007
【図７】
0005720233.tif 000008
【図８】
0005720233.tif 000009
【図９】
0005720233.tif 000010
【図１０】
0005720233.tif 000011
【図１１】
0005720233.tif 000012
【図１２】
0005720233.tif 000013
【図１３】
0005720233.tif 000014
【図１４】
0005720233.tif 000015
【図１５】
0005720233.tif 000016
【図１６】
0005720233.tif 000017
【図１７】
0005720233.tif 000018