(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中に分散されて流れる細胞またはリポソーム粒子の軌道を、前記粒子の粒径または曲げ弾性係数に応じて異ならせ、粒径毎または曲げ弾性係数毎に分離する粒子分離部と、
前記粒子分離部により分離された粒子のうち、特定の粒径または特定の曲げ弾性係数が分布の中心である粒子を捕捉し、平面的に配列する粒子捕捉部と、
を備え、
前記粒子捕捉部は、前記細胞またはリポソーム粒子を捕捉するトラップＡが平面的に複数配列された領域と、前記流体の、前記粒子分離部における流れの状態を層流に維持する流れ状態調整部と、を含み、前記流れ状態調整部は、トラップＡと同形状のダミートラップＡ’及びトラップＡと相似の形状のダミートラップＢ、Ｂ’、Ｂ”がそれぞれ平面的に複数配列された領域を、前記トラップＡが平面的に複数配列された領域とともに、前記流体の流れ方向に直交する方向に並べて形成されている、細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。
【請求項２】
前記トラップＡ、ダミートラップＡ’、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”は、前記流体の流れ方向に直交する方向に、ダミートラップＢ’、トラップＡ、ダミートラップＢ、Ａ’、Ｂ”の順に並べて形成されている、請求項１に記載の細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。
【請求項３】
前記粒子分離部は、断面が矩形のトンネル状の流路に形成され、前記流体の流れ方向に直交し、前記トンネル状の流路の互いに対向する面の一方と他方との間を接続する柱状の障害物が、前記流体の流れ方向に対して一定の角度となるように配列されている、請求項１または２に記載の細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。
【請求項４】
前記粒子捕捉部は、断面が矩形のトンネル形状の流路に形成され、前記トラップＡは、前記トンネル形状の流路の互いに対向する面の一方と他方との間を接続するとともに、前記流体の流れ方向の上流側に粒子を受け入れる開口を有し、下流側に流体の流れを確保する排液口を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。
【請求項５】
前記トラップＡは、前記開口に対して前記流体の流れ方向の上流側で、前記開口を形成する壁状突起部を延長する位置に配置され、且つ前記壁状突起部との間に排水路を形成する一対の門柱構造を備える請求項４に記載の細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。
【請求項６】
前記ダミートラップＢ’には排液口が形成され、前記排液口は、前記トラップＡの排液口より大きな間隙に形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、細胞あるいはリポソーム等の曲げ弾性係数が小さい粒子を使用した研究が行われている。このような研究を行う上で、上記粒子を粒径により選別したり、粒子を捕捉して平面的に並べてアレイ化することが必要となる場合がある。
【０００３】
このような目的で、例えば下記非特許文献１、２には、ＤＬＤ（Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ  ｌａｔｅｒａｌ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  決定論的横置換法）によるＰＳビーズのサイズ分離方法が開示されている。また、下記非特許文献３、４には、マイクロ流体デバイスによる細胞やリポソームの並列空間配置方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】L. R. Huang et al., Science, 304, 987 (2004).
【非特許文献２】D. W. Inglis et al., Lab Chip, 6, 655 (2006).
【非特許文献３】A. M. Skelley et al., Nat. Methods, 6, 147 (2009).
【非特許文献４】T. Robinson et al., Lab Chip, 14, 2852 (2014).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の技術においては、細胞、リポソーム等の曲げ弾性係数が小さい粒子を粒径あるいは曲げ弾性係数により選別し、且つ平面的に並べることを連続して行うことができなかった。
【０００６】
本発明の目的は、曲げ弾性係数が小さい粒子を粒径または曲げ弾性係数により選別し、且つ平面的に並べてアレイ化することを容易に行える曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置であって、流体中に分散されて流れる曲げ弾性係数が小さい粒子のうち、特定の粒径または特定の曲げ弾性係数が分布の中心である粒子を捕捉し、平面的に配列する粒子捕捉部を備え、前記粒子捕捉部は、前記粒子を捕捉するトラップと、前記流体の、前記粒子捕捉部より上流側の流れの状態を層流に維持する流れ状態調整部と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の実施形態は、曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置であって、流体中に分散されて流れる曲げ弾性係数が小さい粒子の軌道を、前記粒子の粒径または曲げ弾性係数に応じて異ならせ、粒径毎または曲げ弾性係数毎に分離する粒子分離部と、前記粒子分離部により分離された粒子のうち、特定の粒径または特定の曲げ弾性係数が分布の中心である粒子を捕捉し、平面的に配列する粒子捕捉部と、を備え、前記粒子捕捉部は、前記粒子を捕捉するトラップと、前記流体の、前記粒子分離部における流れの状態を層流に維持する流れ状態調整部と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
上記粒子分離部は、断面が矩形のトンネル状の流路に形成され、前記流体の流れ方向に直交し、前記トンネル状の流路の互いに対向する面の一方と他方との間を接続する柱状の障害物が、前記流体の流れ方向に対して一定の角度となるように配列されているのが好適である。
【００１０】
また、上記粒子捕捉部は、断面が矩形のトンネル形状の流路に形成され、前記トラップは、前記トンネルの形状の流路の互いに対向する面の一方と他方との間を接続するとともに、前記流体の流れ方向の上流側に粒子を受け入れる開口を有し、下流側に流体の流れを確保する排液口を有するのが好適である。
【００１１】
また、上記トラップは、前記開口に対して前記流体の流れ方向の上流側で、前記開口を形成する壁状突起部を延長する位置に配置され、且つ前記壁状突起部との間に排水路を形成する一対の門柱構造を備えるのが好適である。
【００１２】
また、上記流れ状態調整部には、前記流体の流れ方向の上流側に粒子を受け入れる開口を有するダミートラップが形成されているのが好適である。その場合、上流側に粒子を受け入れる開口とともに下流側に流体の流れを確保する排液口を持つダミートラップがより好ましい。
【００１３】
また、上記ダミートラップには排液口が形成され、前記排液口は、前記トラップの排液口より大きな間隙に形成されているのが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、曲げ弾性係数が小さい粒子を粒径により選別し、且つ平面的に並べてアレイ化することを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態にかかる曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置の構成例を示す図である。
【図２】実施形態にかかるマイクロピラーの配列方法の例を示す図である。
【図３】実施形態にかかるトラップＡ、ダミートラップＡ’、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”の幾何構造の例の平面図である。
【図４】実施形態にかかるトラップＡの変形例の平面図である。
【図５】実施例に係る分離捕捉装置による分離捕捉操作後の粒径解析で得た粒径分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１７】
図１（ａ）、（ｂ）には、実施形態にかかる曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置の構成例が示される。図１（ａ）が平面図であり、図１（ｂ）が図１（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【００１８】
図１（ａ）において、上記分離捕捉装置は、粒子分離部１０と粒子捕捉部１２とを備えている。粒子分離部１０は、流体中に分散されて流れる曲げ弾性係数が小さい粒子（粒径は一定ではなく、種々の粒径が含まれている）の流れ方向（軌道）を上記粒子の粒径に応じて異ならせ、粒径毎に分離する。この粒子分離部１０は、断面が矩形のトンネル状に形成された流路に、上記流体の流れ方向に直交し、トンネルの互いに対向する面の一方と他方（底面と天井面）との間を接続する柱状の障害物（以後、マイクロピラーと言うことがある。）が、上記流体の流れ方向に対して一定の角度となるように形成されており、ＤＬＤが形成されている。粒子分離部１０のトンネル内を流れる流体は層流状態となるように設計され、この流体に上記粒子が流されて移動する。
【００１９】
図１（ｂ）において、粒子分離部１０の流路１４は、断面が矩形のトンネル状となっており、マイクロピラー１６はトンネル状の流路１４の互いに対向する底面Ｕと天井面Ｃとの間を接続する柱状の障害物として形成されている。なお、図１（ｂ）では、マイクロピラー１６が３本記載されているが、これは断面図に現れるマイクロピラー１６の概要を模式的に表現したものであり、マイクロピラー１６の正確な配列を表現したものではない。
【００２０】
上記マイクロピラー１６は、上記流体の流れ方向に対して一定の角度となるように配列されている。なお、図１（ａ）の例における粒子分離部１０では、マイクロピラー１６の配列の上記角度が異なる２つの分離領域１０ａ、１０ｂを含んでいる。この分離領域１０ａ、１０ｂについては後述するが、分離領域の数は２つに限定されず、分離する粒子の性状、粒径等に応じて、任意の数の分離領域を設けることができる。
【００２１】
また、図１（ａ）には、実施形態にかかる曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置への当該粒子及びこれを流すための流体の供給方法の例も示される。図１（ａ）において、適宜な流体に分散させた上記粒子は、流路Ｉにより粒子分離部１０における上流側分離領域１０ａの流路中央から導入され、その両側から２つの流路ＩＩ及びＩＩＩを用いて粒子を分散させた流体と同じ流体が分離領域１０ａに導入される。その後、流体は、下流側の分離領域１０ｂ、さらに下流側に配置された粒子捕捉部１２、粒子捕捉部１２の下流側に配置された図示しない排水口の順序で流れる。上記粒子が分散された流体は、その両側に供給される流体により挟まれて分離領域１０ａに導入されるので、上記粒子を層流に乗せて粒子分離部１０の流路内（分離領域１０ａ、１０ｂ内）を移動させることが可能となる。
【００２２】
なお、上記流体としては、蒸留水、超純水、脱イオン水、糖もしくは無機塩類を含む水溶液および緩衝液が好適である。また、上記粒子が細胞である場合には、細胞培養液や塩濃度の高い緩衝液が好適である。
【００２３】
図２には、マイクロピラー１６の配列方法の例が示される。図２において、マイクロピラー１６は円柱形状であり、丸印（○）で示されている。また、流体の流れ方向が矢印Ｆで示されており、マイクロピラー１６の中心を結ぶ線分に平行な線分がＬｃで示されている。なお、マイクロピラー１６の形状としては、円柱形状に限定されず、例えば三角柱形状とすることもできる。
【００２４】
図２に示されるように、マイクロピラー１６は、流体の流れ方向Ｆに対して、中心を結ぶ線分Ｌｃが一定の角度θをなすように配列されている。上記角度θはマイクロピラー１６のシフト率εによって決定される。ここで、シフト率εは、流体の流れ方向Ｆ（線分Ｌｃに平行な方向）で隣接するマイクロピラー間の、流れ方向Ｆに直交する方向におけるマイクロピラーの中心間距離に対する中心のずれの割合である。すなわち、図２に示されるように、マイクロピラーの中心間距離（流体の流れ方向Ｆ及びこれに直交する方向での中心間距離）をλとすると、ε×λが、上記隣接するマイクロピラー間の、流れ方向Ｆに直交する方向における中心間のずれの長さとなる。また、図２において、ｇはマイクロピラーの壁間距離（表面の間の最短距離、すなわち流体の流れ方向Ｆに直交する方向での中心を結ぶ線分上における表面の間の距離）である。上記非特許文献２によれば、曲げ弾性係数が小さい粒子がマイクロピラーにより流れを邪魔されながらも流れ方向Ｆに沿って移動する粒径と、マイクロピラーに流れを邪魔されつつ、流れ方向Ｆに直交する方向の角度成分を持って移動する粒径との境界粒径が上記壁間距離ｇ及びシフト率εの値によって決定される。
【００２５】
また、曲げ弾性係数が小さい粒子を粒子分離部１０（ＤＬＤ）に流すと、その粒径だけでなく、粒径が同じでも「曲げ弾性係数」により上記流れ方向（軌道）を異ならせることができる。このため、曲げ弾性係数による粒子の分離、選別も可能である。この場合、粒子の粒径が均一でない場合には、粒径と曲げ弾性係数の両者の相違に対して同時にＤＬＤの原理が働くので、およそ一定の粒径で一定の曲げ弾性係数を有する粒子を選別することができる。なお、予め篩の原理等を使用してほぼ一定の粒径の粒子を選別しておき、これを粒子分離部１０に流せば、曲げ弾性係数の相違のみで粒子を選別することができる。
【００２６】
上述したように、粒子分離部１０には２つの分離領域１０ａ、１０ｂが形成されているが、これらの分離領域１０ａ、１０ｂでは、分離領域１０ａにおけるシフト率εが分離領域１０ｂにおけるシフト率εより小さく設定されている。図１（ａ）に示された分離領域１０ａ、１０ｂでは、上記壁間距離ｇを一定とし、シフト率εの値を分離領域１０ａと１０ｂとで変更して分離される粒子の粒径あるいは曲げ弾性係数を制御している。
【００２７】
なお、以上に述べた粒子分離部１０の分離領域１０ａ、１０ｂは、ＤＬＤにより構成されているが、これには限定されず、例えばピンチフロータイプの粒子分離装置を使用することもできる。
【００２８】
また、上記粒子捕捉部１２は、上記粒子分離部１０により分離された粒子のうち、特定の粒径（以後、標的粒径という）が粒径分布の中心である粒子を捕捉し、平面的に配列する。なお、上述したように、曲げ弾性係数で分離された粒子のうち、特定の曲げ弾性係数が分布の中心である粒子を捕捉し、平面的に配列することもできる。
【００２９】
粒子捕捉部１２は、上記粒子を捕捉するトラップと、流体の、上記粒子分離部１０における流れの状態を層流に維持する流れ状態調整部と、を含む。図１（ａ）の例では、粒子捕捉部１２に、標的粒径の粒子を捕捉するためのトラップＡと、流れ状態調整部を構成するダミートラップＡ’、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”が配置されている。トラップＡとダミートラップＡ’、及びダミートラップＢ、Ｂ’、Ｂ”はそれぞれ同様の幾何構造とした。なお、これらを相似の幾何構造としてもよい。
【００３０】
図３（ａ）、（ｂ）には、トラップＡ、ダミートラップＡ’、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”の幾何構造の例の平面図が示される。図３（ａ）がトラップＡ及びダミートラップＡ’の例であり、図３（ｂ）がダミートラップＢ、Ｂ’、Ｂ”の例である。なお、図３（ａ）、（ｂ）には、トラップＡ及びダミートラップＡ’、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”の配列の一部が示されている。また、図の左側から流体が流れてくるものとする。
【００３１】
図３（ａ）において、トラップＡは、上記流体の流れ方向の上流側に粒子を受け入れる開口１８を有し、下流側（底部側）に流体の流れを確保する排液口２０を有する。上記開口１８は、上記流体の流れ方向の上流側に突出する２つの壁状突起部Ｐの間の領域として形成される。ここで、排液口２０の間隙Ｇは捕捉された曲げ弾性係数が小さい粒子が変形を伴いながらすり抜けてしまわないように、マイクロファブリケーション上可能な限り小さくする必要がある。そこで、捕捉する粒子の標的粒径ｘに対してＧ＝ｘ／５〜ｘ／４とするのが好適である。次に、粒径の大きな粒子によるトラップＡの詰まりを防止しつつ、かつ前段（上流側）のトラップＡを迂回した粒子の重心が後段（下流側）のトラップＡに流れ込む層流に乗る確率を高くする必要がある。このため、トラップＡの配置間隔Ｌは狭すぎても広すぎても不都合であるので、Ｌ＝ｘ＋１〜ｘ＋３とするのが好適である。ここで、配置間隔とは、流体の流れ方向及び流れ方向に直交する方向におけるトラップＡの壁間距離である。また、トラップＡの上流側に形成された開口１８の幅、及び開口１８の両側の壁状突起部Ｐの幅は、いずれも上記Ｌと同じにするのが好適である。図３の例では、壁状突起部Ｐの流体の流れ方向における長さが３Ｌ／２とされているが、これに限定されるものではなく、上記前段のトラップＡを迂回した粒子の重心が後段のトラップＡに流れ込む層流に乗る確率を高くできればよい。また、ダミートラップＡ’もトラップＡと同じ形状とする。
【００３２】
図３（ａ）に示されるように、トラップＡは平面的に配列されているので、トラップＡに、細胞やリポソーム等の曲げ弾性係数が小さい粒子を捕捉すれば、同時に平面的な配列もできるので、上記粒子に対する各種試験、研究に大きく役立てることができる。
【００３３】
図３（ｂ）において、ダミートラップＢ、Ｂ’、Ｂ”はトラップＡと類似の形状に形成されている。これらの形状は、特にトラップＢ’においては、後述するように、標的粒径以上の大きな粒径の粒子が通過するため、配置間隔Ｄ’はトラップＡのＬより大きく設計するのが好適である。また、開口１８の幅Ｌ’及び排液口２０の間隙Ｇ’は、粒子分離部１０における流れの状態を層流に維持するという流れ状態調整部の目的に応じて適宜決定する。その際、排液口２０の間隙Ｇ’は、トラップ領域での層流が変化しないようにトラップＡの排液口２０の間隙Ｇに対し２倍から４倍にするのが好適である。なお、上述したように、トラップＢ’には標的粒径以上の大きな粒径の粒子が流れ込む可能性があるので、排液口２０の間隙Ｇ’を決定する際にはこの点も考慮する。なお、粒子分離部１０における流れの状態を層流に維持することができれば、ダミートラップＢ、Ｂ’、Ｂ”には排液口２０を設けなくてもよい。
【００３４】
トラップＡ、ダミートラップＡ’、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”も、図１（ｂ）に示す断面が矩形のトンネル形状の流路内に形成され、マイクロピラー１６と同様に、流路１４の互いに対向する底面Ｕと天井面Ｃとの間を接続する高さとなっている。
【００３５】
以上の構成であるダミートラップＡ’、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”がトラップＡとともに粒子捕捉部１２に形成されることにより、粒子分離部１０及び粒子捕捉部１２の流路全体で流体抵抗のバランスをとり、流路の中央軸に対して対称な流れ場を構成することができる。この結果、流路全体を通して流体が層流状態で流れ、粒径毎あるいは曲げ弾性係数毎に正確に粒子分離することができる。また、仮にダミートラップＡ’、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”のいずれかがまたは全部がないとすると、トラップＡに流入するべき標的粒径の粒子は、流体抵抗のより低いダミートラップがない領域を通って迂回する確率が高くなり、トラップＡに捕捉されなくなるという不都合が生じる。
【００３６】
図１（ａ）には、分離領域１０ａ、１０ｂを進行する粒子の軌道も示される。図１（ａ）において、分離領域１０ａ、１０ｂにおける上記壁間距離ｇ及びシフト率εの値によって決定される標的粒径の粒子は、それより小さい粒径の粒子や大きい粒径の粒子から分離されて粒子捕捉部１２に導かれる。図１（ａ）では、標的粒径の粒子の軌道がＬｔで、標的粒径より小さい粒径の粒子の軌道がＬｓで、標的粒径より大きい粒径の粒子の軌道がＬｂでそれぞれ示されている。
【００３７】
ＤＬＤにおいては、標的粒径より小さい粒径の粒子あるいは曲げ弾性係数が小さい粒子は、流路への導入方向と平行に移動し、標的粒径より大きい粒径の粒子あるいは曲げ弾性係数が大きい粒子はマイクロピラーの配置に沿って、流れ方向Ｆに直交する方向の角度成分を持って移動する。図１（ａ）の例では、上述したように、シフト率εの異なるマイクロピラーが形成された分離領域１０ａ、１０ｂを隣接させて配置することにより、標的粒径を持つ粒子あるいは目標とする曲げ弾性係数を有する粒子のみを軌道Ｌｔに沿って移動させてトラップＡに導くように設計されている。これにより、標的粒径の粒子あるいは目標とする曲げ弾性係数を有する粒子のみを精度よく分離することができる。なお、標的粒径より小さい粒径の粒子あるいは目標とする曲げ弾性係数より小さい曲げ弾性係数を有する粒子は軌道Ｌｓに沿ってダミートラップＢ方向に流れ、標的粒径より大きい粒径の粒子あるいは目標とする曲げ弾性係数より大きい曲げ弾性係数を有する粒子は軌道Ｌｂに沿ってダミートラップＢ’の方向に流れる。
【００３８】
なお、標的粒径の粒子のみを精度よく分離するためには、図１（ａ）に示される、トラップＡとダミートラップＢとの中心間距離ｍ及びトラップＡとダミートラップＢ’との中心間距離ｎをなるべく大きくする必要がある。なぜなら、流体に分散された粒子の粒径は連続的に分布しており、かつ粒子の膜の曲げ弾性係数が小さく柔らかいことの影響もあり、ＤＬＤにおいて軌道が大きく分散し得るからである。ただし、ｍ及びｎの値を大きくしすぎると、分離捕捉装置が大きくなりすぎて作製が困難になる。このため、粒子の分離精度と分離捕捉装置の大きさとを勘案して、適宜ｍ及びｎの値を決定する。
【００３９】
図４には、トラップＡの変形例の平面図が示される。図４において、トラップＡは、上記開口１８に対して上記流体の流れ方向の上流側で、上記開口１８を形成する壁状突起部Ｐを延長する位置に配置され、且つ上記壁状突起部Ｐとの間に排水路２２を形成する一対の門柱構造Ｐ’を備えている。この門柱構造Ｐ’の存在により、粒子が収容される空間が、上記流体の流れ方向の上流側に延長されるので、流体の流れ方向に複数の粒子を捕捉して収容することができる。
【００４０】
なお、ダミートラップＡ’、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”は粒子を捕捉するためのものではないが、粒子分離部１０及び粒子捕捉部１２の流路全体で流体抵抗のバランスをとって流れの状態を調整するものであるので、トラップＡと同じ形状とすることが好ましい。このため、ダミートラップＡ’、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”にも上記門柱構造Ｐ’を形成してもよい。
【００４１】
上記実施形態にかかる曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置は、従来公知のフォトリソグラフィー技術を利用して作製することができる。材料としては、マイクロピラー、トラップ、ダミートラップにポリジメチルシロキサン、ガラス、アクリル、ポリカーボネート等を使用することができる。また、反応性イオンエッチングによりシリコンウエハーを直接エッチングし、マイクロピラー、トラップ、ダミートラップ等の凹凸のパターンを形成したのちにガラスと接合することにより分離捕捉装置を形成してもよい。
【００４２】
また、以上に述べた実施形態においては、曲げ弾性係数（膜の曲げに必要なエネルギー）が小さい粒子として、変形しやすい粒子である細胞、リポソーム等が例示されるが、これらには限定されない。ここで、曲げ弾性係数が小さい粒子の曲げ弾性係数を例示すると、リポソームが８×１０−１４μＪ、ただし、柔らかいリポソームでは３．４〜４．２×１０−１４μＪ、赤血球が０．２５〜２．０５×１０−１３μＪ、バクテリア（細胞性粘菌）０．９４０〜２．１８８×１０−１２μＪである。従って、実施形態にかかる曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置は、上記曲げ弾性係数に近い値の曲げ弾性係数を有する粒子に適用できる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。なお、以下の実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
【００４４】
＜分離捕捉装置の作製＞
シリコンウエハー上に公知のフォトリソグラフィー技術を利用して以下の手順によりマイクロピラー並びにトラップ及びダミートラップを形成し、粒子分離部１０と粒子捕捉部１２とを備える分離捕捉装置を作製した。
【００４５】
まず、マスクレス露光装置（株式会社ナノシステムソリューションズ、Ｄ−ｌｉｇｈｔ  ＤＬＳ−５０）を用いて流路パターン（マイクロピラー並びにトラップ及びダミートラップ）に応じて透過部を有するフォトマスクを作製した。
【００４６】
次に、シリコンウエハー上に、エポキシ樹脂ベースのネガティブフォトレジストであるＳＵ８−２５（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製）をスピンコートし、熱硬化させた後にフォトマスクから流路パターンを転写した。
【００４７】
現像後、流路パターンに応じて微細な凹凸形状を持つシリコン／ＳＵ８−２５の鋳型が得られる。鋳型の厚みは標的粒径に合わせて設定した。鋳型の厚み（図１（ｂ）に示されたトンネル状の流路１４の底面Ｕと天井面Ｃとの間の距離に相当する。）は接触式表面形状測定器（株式会社アルバック、Ｄｅｋｔａｋ  ６Ｍ）により測定した。実測値は標的粒径１２、１６、２０μｍに対してそれぞれ１４．４、１８．２、２３．０μｍとなった。
【００４８】
作製した鋳型に対してポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ、東レダウコーニング社製）を流し込み、硬化させることで型をとった。この型には、図１（ａ）、図３（ａ）、（ｂ）に示したトラップＡを９６〜２４０個（標的粒径１２、１６、２０μｍに対応するものとして、それぞれ９６、１６０、２４０個。ダミートラップＡ’も同数とした。）、ダミートラップＢを５６個、ダミートラップＢ’、Ｂ”を２８〜３５個配置した。
【００４９】
トラップＡにおける配置間隔及び開口１８の幅Ｌは、標的粒径１２、１６、２０μｍに対応するものとして、それぞれ１４、１８、２２μｍ（標的粒径ｘ＋２μｍ）とし、排液口２０の間隙Ｇは、それぞれ３、４、４μｍとした。また、ダミートラップＢ、Ｂ’、Ｂ”における配置間隔Ｄ’は４０μｍとし、開口１８の幅Ｌ’は３２μｍとし、排液口２０の間隙Ｇ’は８μｍとした。
【００５０】
また、図２に示したシフト率εは標的粒径毎に設定した。標的粒径が１２μｍに対しては、上流側の分離領域１０ａで１／１７、下流側の分離領域１０ｂで１／１６とし、標的粒径が１６μｍに対しては、上流側の分離領域１０ａで１／１０、下流側の分離領域１０ｂで１／９とし、標的粒径が２０μｍに対しては、上流側の分離領域１０ａで１／７、下流側の分離領域１０ｂで１／６とした。また、マイクロピラーの中心間距離λを６０μｍとし、マイクロピラーの壁間距離ｇを４０μｍとした。また、図１（ａ）に示したｍ＝ｎ＝８λ＝４８０μｍとし、粒子分離部１０の流れ方向の長さ（分離領域１０ａ、１０ｂの長さの合計）を、標的粒径１２μｍに対して１５．８４ｍｍ、標的粒径１６μｍに対して９．１２ｍｍ、標的粒径２０μｍに対して６．２４ｍｍとした。
【００５１】
得られたＰＤＭＳの薄片に対し、注入口、排水口を設ける穴あけ加工を施したのち、顕微鏡観察用のカバーグラス（松浪硝子工業社製）と接合することで目的のデバイス（分離捕捉装置）を得た。
【００５２】
接合は、エッチング装置（サムコ株式会社、ＦＡ-１）を用いて接着面に酸素プラズマを照射し、活性化することでガラスとＰＤＭＳを直接接合する手法を用いた。
【００５３】
＜リポソームの調製＞
リポソームはＴｓｕｍｏｔｏ法を用いて調製した。Ｔｓｕｍｏｔｏ法は、一枚膜のリポソームを高効率で調製可能な方法として知られている。
【００５４】
リポソームを調製するための最も一般的な方法としては薄膜膨潤法が挙げられ、容器壁に堆積させた脂質二分子膜の薄膜を水を加えて膨潤させ、さらに機械的振動を加えることによりせん断することでリポソームを生成する。上記Ｔｓｕｍｏｔｏ法では、上述の脂質薄膜に糖をドープすることにより脂質分子間の反発力を増し、一枚膜のリポソームが形成されやすくしている。
【００５５】
本実施例では以下の手順でリポソームを調製した。
【００５６】
まず、１−パルミトイル−２−オレオイル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホコリン、１−パルミトイル−２−オレオイル−ｓｎ−グリセロ−３−ホスホ−ｓｎ−グリセロール、コレステロール、β−ＢＯＤＩＰＹ（登録商標）  ＦＬ  Ｃ１２−ＨＰＣ（Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）をクロロホルムで溶解したストック溶液と、フルクトースをメタノールに溶解したストック溶液から、６ｍＬバイアル中に混合溶液５００μＬを調製した（クロロホルム／メタノール＝９：１（体積分率ｖ／ｖ））。
【００５７】
次に、ロータリーエバポレーター（東京理化器械株式会社、Ｎ−１１１０Ｖ）を用いて溶媒を減圧留去し、バイアルの底部に脂質二分子膜の薄膜を形成した。その後常温で２〜３時間以上減圧乾燥した。
【００５８】
超純水（メルク株式会社製Ｍｉｌｌｉ−Ｑで製造した。）２ｍＬを静かに流し入れ、４０℃に保ったインキュベーター（和研薬株式会社、ＭＯＤＥＬ  ２２９０）内で２０分間静置した。その後、１時間に渡り弱い機械的振動を加えることでリポソームの形成を促した。
【００５９】
得られたリポソームは粒径が不均一であって、大きな粒径の粒子も存在する。そこで、リポソームの懸濁液をナイロン製プレフィルター（メルク株式会社）を用いてフィルトレーションしてから分離捕捉装置の流路導入に使用した。標的粒径１２、１６μｍのデバイスに対しては孔径２０μｍ、標的粒径２０μｍのデバイスに対しては孔径３０μｍのナイロン製プレフィルターを用い、大きな粒径のリポソームを予め取り除くことで流路の詰まりを防いだ。なお、フィルトレーションは、大きな粒径のリポソームを除去することが目的であり、フィルトレーション後であっても、懸濁液中のリポソームは粒径が不均一である。
【００６０】
＜分離捕捉操作＞
ＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）用のマニュアルインジェクションバルブ（Ｒｈｅｏｄｙｎｅ社製、Ｍｏｄｅｌ  ７０００）を利用して、分離捕捉装置の流路内のバッファー溶液（リポソームの懸濁液に含まれるフルクトースの濃度と同濃度で調製したフルクトース水溶液）を迅速に置換した。
【００６１】
次に、２台のシリンジポンプ（Ｈａｒｖａｒｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ製、Ｍｏｄｅｌ  １１  ｅｌｉｔｅ）を用いてリポソーム懸濁液とバッファー溶液それぞれの流量を独立に制御しつつ、リポソーム懸濁液は図１（ａ）に示した流路Ｉから、バッファー溶液は流路ＩＩ及びＩＩＩからそれぞれ分離捕捉装置に供給した。なお、高流量での導入はトラップに捕捉後のリポソームの破裂を引き起こすので、バッファー溶液とリポソーム懸濁液の流量をそれぞれ１３００μＬ／ｈ、３００μＬ／ｈに設定して分離捕捉装置の流路内に供給した後、徐々にバッファー溶液の流量を３３０〜３５０μＬ／ｈ、リポソーム懸濁液の流量を３０μＬ／ｈに減少させることでトラップに捕捉後のリポソームの安定化を図った。なお、バッファー溶液の流量は、１００〜２０００μL／ｈの範囲で調整すれば、リポソームの破裂を防止できるとともに、トラップに安定的にリポソームを保持できる。
【００６２】
＜評価＞
上記調製し粒径の不均一なリポソームを用いて、３種類の標的粒径（１２、１６、２０μｍ）に対する分離捕捉性能を確認した。各標的粒径毎の分離捕捉装置の設定は上述したとおりである。
【００６３】
バッファー溶液の流量が３３０〜３５０μＬ／ｈ、リポソーム懸濁液の流量が３０μＬ／ｈにおいて安定な層流が形成した時刻を０分とし、トラップへのリポソームの捕捉数の時間変化を解析したところ、標的粒径１２、１６、２０μｍに対してそれぞれ観察開始から２０、７０、４０分後においてトラップと１対１で捕捉される（１個のトラップに対して１個のリポソームが捕捉される）リポソームの数が最大となった。
【００６４】
トラップと１対１で捕捉されるリポソームが最も多くなる時刻において粒径解析を行った。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、粒径解析で得た粒径分布が示される。図５（ａ）が標的粒径１２μｍの場合、図５（ｂ）が標的粒径１６μｍの場合、図５（ｃ）が標的粒径２０μｍの場合である。また、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、横軸が粒径、縦軸が個数である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるように、標的粒径１２、１６、２０μｍに対してそれぞれ平均粒径１３．８、１７．７、２２．１μｍ、ＣＶ（変動係数）はそれぞれ５．３％（ｎ＝１５４）、９．７％（ｎ＝１０５）、１１．８％（ｎ＝６７）を得た。これにより、各標的粒径が粒径分布の中心である粒子が捕捉されていることがわかる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  粒子分離部、１０ａ、１０ｂ  分離領域、１２  粒子捕捉部、１４  流路、１６  マイクロピラー、１８  開口、２０  排液口、２２  排水路。
【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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