(57)【要約】  標識物質を用いなくても、個々の微小粒子を精度よく識別し、分取することが可能な微小粒子分析装置及び微小粒子分析システムを提供する。  微小粒子分析装置に、複数の微小粒子を含む液が導入されるサンプル流路と、このサンプル流路の少なくとも一部に交流電場を形成するための第１の電極対と、第１の電極対間のインピーダンスを測定する測定部と、測定部で測定されたインピーダンスから微小粒子の特性値を算出する解析部と、測定部で測定されたインピーダンスのデータが、微小粒子に由来するものか否かを判定する判定部とを設ける。
2014122873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の微小粒子を含む液が導入されるサンプル流路と、
前記サンプル流路の少なくとも一部に交流電場を形成するための第１の電極対と、
前記第１の電極対間のインピーダンスを測定する測定部と、
前記測定部で測定されたインピーダンスから前記微小粒子の特性値を算出する解析部と、
前記測定部で測定されたインピーダンスのデータが、前記微小粒子に由来するものか否かを判定する判定部と、
を有する微小粒子分析装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記インピーダンスのデータから、前記微小粒子が前記交流電場を通過したことを検出し、その検出結果に基づいて判定を行う請求項１に記載の微小粒子分析装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記インピーダンスから求めたコンダクタンスのピーク位置及びピーク高さから、前記微小粒子の通過を検出する請求項２に記載の微小粒子分析装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記インピーダンスから求めたキャパシタンス及び／又はコンダクタンスの値が閾値を超えたときに前記微小粒子の通過の検出を開始し、閾値以下になったときに前記微小粒子の通過の検出を終了する請求項２に記載の微小粒子分析装置。
【請求項５】
前記判定部は、前記キャパシタンス及び／又はコンダクタンスの値が所定時間閾値を超えていた場合のみ、前記インピーダンスのデータを前記微小粒子に由来するものと判定する請求項４に記載の微小粒子分析装置。
【請求項６】
前記判定部で前記微小粒子に由来すると判定されたデータについて、前記解析部において前記特性値の算出を行う請求項１に記載の微小粒子分析装置。
【請求項７】
前記解析部は、前記測定部で測定されたデータについて、特定のモデルとの比較又はフィッティングを行うことにより、前記特性値を算出する請求項６に記載の微小粒子分析装置。
【請求項８】
前記特定のモデルは、複素誘電スペクトルに基づく誘電緩和現象モデルである請求項７に記載の微小粒子分析装置。
【請求項９】
前記解析部で算出された特性値に基づいて、前記微小粒子を分取する分取部を有する請求項１に記載の微小粒子分析装置。
【請求項１０】
前記サンプル流路の前記交流電場が形成される領域よりも下流側に電場を形成するための第２の電極対を有し、
前記第２の電極対により形成される電場によって生じる誘電泳動力により、前記微小粒子の通流方向を変更する請求項９に記載の微小粒子分析装置。
【請求項１１】
前記サンプル流路と連通する２以上の分岐流路を有し、
前記微小粒子は、前記分取部によってその通流方向が変更され、任意の分岐流路に導入される請求項９に記載の微小粒子分析装置。
【請求項１２】
前記サンプル流路には狭窄部が設けられており、前記第１の電極対は前記狭窄部を挟むように配置されている請求項１に記載の微小粒子分析装置。
【請求項１３】
更に、前記交流電場を通過する微小粒子を撮像する撮像部を有する請求項１に記載の微小粒子分析装置。
【請求項１４】
前記微小粒子が細胞である請求項１に記載の微小粒子分析装置。
【請求項１５】
前記特性値が、膜キャパシタンス、細胞質の導電率及び粒子サイズからなる群から選択される少なくとも１種の値である請求項１４に記載の微小粒子分析装置。
【請求項１６】
前記測定部は、０．１〜５０ＭＨｚの周波数範囲で複素インピーダンスを多点測定する請求項１４に記載の微小粒子分析装置。
【請求項１７】
複数の微小粒子を含む液が導入されるサンプル流路と、
前記サンプル流路の少なくとも一部に交流電場を形成するための第１の電極対と、
前記第１の電極対間のインピーダンスを測定する測定部と、
を備える微小粒子分析装置と、
前記測定部で測定されたインピーダンスから前記微小粒子の特性値を算出する解析部と、
前記測定部で測定されたインピーダンスのデータが、前記微小粒子に由来するものか否かを判定する判定部と、
を備える情報処理装置と、
を有する微小粒子分析システム。
【請求項１８】
更に、前記情報処理装置の前記解析部で算出された前記微小粒子の特性値を表示する表示装置を有する請求項１７に記載の微小粒子分析システム。
【請求項１９】
更に、前記情報処理装置の前記解析部で算出された前記微小粒子の特性値を記憶する情報記憶部を備えるサーバを有する請求項１７に記載の微小粒子分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、微小粒子分析装置及び微小粒子分析システムに関する。より詳しくは、電気的特性の違いを利用して個々の微小粒子を識別する微小粒子分析装置及び微小粒子分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、細胞などの微小粒子は、その種類及び状態などによって、導電率、誘電率及び透電率などの電気的特性を示す物性値が異なることが知られている。例えば、細胞外液及び細胞内液の導電率は、水分が少ない皮膚細胞よりも、筋細胞及び神経細胞の方が高い値を示す。また、周波数を掃引して細胞の誘電率を測定すると、細胞の形態に応じて誘電緩和特性が変化する。【０００３】
このような電気的性質を利用して個々の微小粒子を識別する技術として、従来、流路内に電極対を配置し、その間を通流する微小粒子のインピーダンスを検出する装置が提案されている（特許文献１参照）。また、マイクロ流路内を通流する微小粒子の誘電スペクトルを測定する誘電サイトメトリ装置も提案されている（例えば、特許文献２，３参照。）。【０００４】
特許文献２に記載の誘電サイトメトリ装置では、流路内に狭窄部を設け、その近傍に電極を配置した流体デバイスを用いることで、測定精度の向上を図っている。また、特許文献３に記載の誘電サイトメトリ装置では、流体デバイスの流路の狭窄部よりも下流側に分岐路を設け、測定された複素誘電率の情報に基づいて狭窄部を通過した細胞に電場を印加し、誘電泳動により各細胞の通流方向を制御し、分取している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５１２０４２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８１３９９号公報
【特許文献３】特開２０１２−０９８０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した誘電サイトメトリは、標識物質なしで微小粒子を分析し、分取することができるため、再生医学や免疫学などのライフサイエンス研究分野あるいは臨床検査などの医療分野において、極めて有効な手法である。しかしながら、従来の誘電サイトメトリ装置では、マイクロ流路内に複数の微小粒子を含むサンプル液を通流させ、各微小粒子が電極対間を通過する際に複素誘電率の測定を行うため、ノイズなどよって測定精度が低下しやすい。このため、誘電サイトメトリ装置には、測定精度の更なる向上が求められている。【０００７】
そこで、本開示は、標識物質を用いなくても、個々の微小粒子を精度よく識別し、分取することができる微小粒子分析装置及び微小粒子分析システム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】
【０００８】
本開示に係る微小粒子分析装置は、複数の微小粒子を含む液が導入されるサンプル流路と、前記サンプル流路の少なくとも一部に交流電場を形成するための第１の電極対と、前記第１の電極対間のインピーダンスを測定する測定部と、前記測定部で測定されたインピーダンスから前記微小粒子の特性値を算出する解析部と、前記測定部で測定されたインピーダンスのデータが、前記微小粒子に由来するものか否かを判定する判定部と、を有する。
前記判定部は、前記インピーダンスのデータから、前記微小粒子が前記交流電場を通過したことを検出し、その検出結果に基づいて判定を行ってもよい
その場合、前記判定部は、前記インピーダンスから求めたコンダクタンスのピーク位置及びピーク高さから、前記微小粒子の通過を検出することができる。
又は、前記判定部は、前記インピーダンスから求めたキャパシタンス及び／又はコンダクタンスの値が閾値を超えたときに前記微小粒子の通過の検出を開始し、閾値以下になったときに前記微小粒子の通過の検出を終了することができる。
そして、前記判定部は、前記キャパシタンス及び／又はコンダクタンスの値が所定時間閾値を超えていた場合のみ、前記インピーダンスのデータを前記微小粒子に由来するものと判定することもできる。
また、前記判定部で前記微小粒子に由来すると判定されたデータについて、前記解析部において前記特性値の算出を行ってもよい。
その場合、前記解析部は、前記測定部で測定されたデータについて、特定のモデルとの比較又はフィッティングを行うことにより、前記特性値を算出してもよい。
また、前記特定のモデルは、例えば複素誘電スペクトルに基づく誘電緩和現象モデルを使用することができる。
この微小粒子分析装置は、前記解析部で算出された特性値に基づいて、前記微小粒子を分取する分取部を有していてもよい。
その場合、前記サンプル流路の前記交流電場が形成される領域よりも下流側に電場を形成するための第２の電極対を有し、前記第２の電極対により形成される電場によって生じる誘電泳動力により、前記微小粒子の通流方向を変更してもよい。
また、前記サンプル流路と連通する２以上の分岐流路を有し、前記微小粒子は、前記分取部によってその通流方向が変更され、任意の分岐流路に導入される構成にすることもできる。
一方、前記サンプル流路には狭窄部が設けられており、前記第１の電極対は前記狭窄部を挟むように配置されていてもよい。
また、前記交流電場を通過する微小粒子を撮像する撮像部を有していてもよい。
更に、前記微小粒子は細胞であってもよい。
その場合、前記特性値は、膜キャパシタンス、細胞質の導電率及び粒子サイズからなる群から選択される少なくとも１種の値とすることができる。
また、前記測定部は、０．１〜５０ＭＨｚの周波数範囲で複素インピーダンスを多点測定してもよい。【０００９】
本開示に係る微小粒子分析システムは、複数の微小粒子を含む液が導入されるサンプル流路と、前記サンプル流路の少なくとも一部に交流電場を形成するための第１の電極対と、前記第１の電極対間のインピーダンスを測定する測定部と、を備える微小粒子分析装置と、前記測定部で測定されたインピーダンスから前記微小粒子の特性値を算出する解析部と、前記測定部で測定されたインピーダンスのデータが、前記微小粒子に由来するものか否かを判定する判定部と、を備える情報処理装置と、を有する。
この微小粒子分析システムは、更に、前記情報処理装置の前記解析部で算出された前記微小粒子の特性値を表示する表示装置を有していてもよい。
また、前記情報処理装置の前記解析部で算出された前記微小粒子の特性値を記憶する情報記憶部を備えるサーバを有していてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、標識物質を用いなくても、個々の微小粒子を精度よく識別し、分取することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の第１の実施形態の微小粒子分析装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す測定系ユニット１００の構成の概要を示す図である。
【図３】Ａ及びＢは図２に示すサンプル流路２の構成例を模式的に示す図であり、Ａは斜視図、Ｂはそのａ−ａ線による断面図である。
【図４】Ａ及びＢは図２に示すサンプル流路２の他の構成例を模式的に示す図であり、Ａは斜視図、Ｂはそのｂ−ｂ線による断面図である。
【図５】本開示の第１の実施形態の変形例の微小粒子分析装置の測定系ユニットの構成の概要を示す図である。
【図６】本開示の第２の実施形態の微小粒子分取装置の概略構成を示す図である。
【図７】本開示の第３の実施形態の微小粒子分析システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示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、本開示は、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
（判定部を備える微小粒子分析装置の例）
２．第１の実施の形態の変形例
（解析部が判定部を兼ねている微小粒子分析装置の例）
３．第２の実施の形態
（判定部を備える微小粒子分取装置の例）
４．第３の実施の形態
（微小粒子分析システムの例）
【００１３】
＜１．第１の実施の形態＞
先ず、本開示の第１の実施形態に係る微小粒子分析装置について説明する。図１は本実施形態の微小粒子分析装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の微小粒子分析装置１は、測定系ユニット１００、水流形成系ユニット２００及びこれらを制御する制御系ユニット３００などで構成されている。
【００１４】
（測定系ユニット１００）
図２は図１に示す測定系ユニット１００の構成の概要を示す図である。図２に示すように、測定系ユニット１００には、サンプル流路２と、電極３ａ及び電極３ｂで構成される電極対と、測定部４と、判定部５と、解析部６とを備えており、必要に応じて情報記憶部７や撮像部８が設けられる。そして、この微小粒子分析装置１では、サンプル流路２に複数の微小粒子１０を含むサンプル液が導入され、測定部４において各微小粒子１０のインピーダンスが測定される。
【００１５】
［微小粒子１０］
本実施形態の微小粒子分析装置１で分析される微小粒子１０には、細胞、微生物及びリボゾームなどの生体関連微小粒子、又はラテックス粒子、ゲル粒子及び工業用粒子などの合成粒子などが広く含まれる。
【００１６】
生体関連微小粒子には、各種細胞を構成する染色体、リボゾーム、ミトコンドリア、オルガネラ（細胞小器官）などが含まれる。また、細胞には、植物細胞、動物細胞及び血球系細胞などが含まれる。更に、微生物には、大腸菌などの細菌類、タバコモザイクウイルスなどのウイルス類、イースト菌などの菌類などが含まれる。この生体関連微小粒子には、核酸や蛋白質、これらの複合体などの生体関連高分子も包含され得るものとする。
【００１７】
一方、工業用粒子としては、例えば有機高分子材料、無機材料又は金属材料などで形成されたものが挙げられる。有機高分子材料としては、ポリスチレン、スチレン・ジビニルベンゼン、ポリメチルメタクリレートなどを使用することができる。また、無機材料としては、ガラス、シリカ及び磁性材料などを使用することができる。金属材料としては、例えば金コロイド及びアルミニウムなどを使用することができる。なお、これら微小粒子の形状は、一般には球形であるが、非球形であってもよく、また大きさや質量なども特に限定されない。
【００１８】
［サンプル流路２］
サンプル流路２は、例えばマイクロチップ内に形成されている。サンプル流路２を構成する材料は、特に限定されるものではなく、絶縁性でかつ測定対象の微小粒子１０の電気的特性に影響を与えないものであればよい。具体的には、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン及びポリイミドなどのプラスチック材料、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）及びガラスなどが挙げられる。その中でも、電極が形成しやすく、量産性にも優れることから、ポリイミドなどの絶縁性プラスチック材料で形成することが好ましい。
【００１９】
図３及び図４はサンプル流路２の構成例を模式的に示す図である。図３及び図４に示すように、サンプル流路２には、微小粒子１０が通過可能な狭窄部２１が設けられており、この狭窄部２１において微小粒子１０のインピーダンスが測定される。狭窄部２１は、分析対象の微小粒子１０が１つずつ通過可能な大きさであればよく、微小粒子１０の粒径などに応じて適宜設定することができる。このように、インピーダンス測定領域２４に狭窄部２１を設けることで、電気二重層キャパシタンスの寄与を大幅に減じることができるので、ノイズの原因となる電極分極の影響を抑制して、測定感度を高めることができる。
【００２０】
サンプル流路２は、図３に示すように、狭窄部２１と、それよりも上流側の流入流路部２２及び下流側の流出流路部２３を同軸上に配置した構成としてもよいが、図４に示すように、これらを厚さ方向にずらして配置することもできる。特に、図４に示すように、流入流路部２２、狭窄部２１及び流出流路部２３を厚さ方向にずらして配置することにより、流路部分の基板厚さが増すため、耐圧性が高まる。また、図４に示す構成は、流路が形成されている部分は主に流路が形成されていない部分に貼り合わされるため、図３に示す構成に比べて、流路形成や貼り合わせ作業が容易になり、安価に製造することが可能となる。
【００２１】
また、サンプル流路２には、分析対象の微小粒子１０を、サンプル液を構成する溶媒とは別に注入するための注入孔が設けられていてもよい。この場合、サンプル流路２に生理食塩水などの溶媒を通流させた状態で、注入孔から分析対象の微小粒子１０を含む液体（例えば、培地で希釈することにより細胞濃度を調整した試料や血液検体など）を注入すればよい。これにより、予め、分析対象の微小粒子１０を含むサンプル液を調整する必要がなくなるため、作業性が向上する。
【００２２】
［電極３ａ，３ｂ］
電極３ａ，３ｂは、サンプル流路２の少なくとも一部に交流電場を形成するためのものであり、例えば、図３及び図４に示すように、狭窄部２１を挟むように配置されている。電極３ａ，３ｂの材質は、特に限定されるものではなく、微小粒子１０への影響が少ないものであればよい。
【００２３】
また、本実施形態では、インピーダンス測定領域２４に１対の電極を設けた構成を示しているが、本開示はこれに限定されるものではなく、インピーダンス測定領域２４に複数の電極対を設けてもよい。インピーダンス測定領域２４に複数の電極対を設けることにより、例えば４端子法による検出などが可能となるため、より精密にインピーダンス測定を行うことができる。
【００２４】
［測定部４］
測定部４は、前述した電極３ａと電極３ｂ間に交流電圧を印加し、それにより形成される交流電場を通過する各微小粒子１０のインピーダンスを測定する。測定部４の構成は、各微小粒子１０のインピーダンスを測定可能であれば、特に限定されるものではないが、例えば１又は２以上のインピーダンスアナライザーやネットワークアナライザーを備えた構成とすることができる。
【００２５】
このとき、電極３ａと電極３ｂ間に印加する交流電圧の周波数を変化させたり、複数の周波数を重畳させて、複数の周波数でインピーダンス測定を行うことにより、各微小粒子１０の複素誘電スペクトルを得ることもできる。その具体的方法としては、複数の単周波数アナライザーを並設する方法、周波数をスイープする方法、周波数を重畳させてフィルターで各周波数の情報を抽出する方法、インパルスに対するレスポンスで測定する方法などがある。
【００２６】
［判定部５］
判定部５は、前述した測定部４で測定されたインピーダンスのデータが、微小粒子１０に由来するものか否かを判定する。測定部４で測定されたインピーダンスのデータには、分析対象の微小粒子１０に由来する情報以外に、ノイズ成分が含まれている。そこで、本実施形態の微小粒子分析装置では、測定部４で測定されたインピーダンスデータについて、判定部５において微小粒子１０に由来するものか否かを判定することで、最終的に得られる分析結果の精度を向上させている。
【００２７】
この判定部５では、例えば、測定部４で測定されたインピーダンスデータから、微小粒子１０が交流電場を通過したことを検出し、その検出結果に基づいて判定を行う。微小粒子１０が交流電場を通過したことの検出方法は、特に限定されるものではないが、例えば、インピーダンスから求めたコンダクタンスやキャパシタンスのピーク位置、ピーク高さ、ピークの幅及びこれらの組み合わせから検出する方法が考えられる。
【００２８】
また、インピーダンスから求めたキャパシタンス及び／又はコンダクタンスの値が閾値を超えたときに微小粒子１０の通過の検出を開始し、閾値以下になったときに微小粒子１０の通過の検出を終了してもよい。この場合、判定部５は、キャパシタンス及び／又はコンダクタンスの値が所定時間閾値を超えていた場合のみ、インピーダンスデータを微小粒子１０に由来するものと判定する。
【００２９】
［解析部６］
解析部６は、判定部５で微小粒子１０に由来すると判定されたインピーダンスデータやインピーダンスデータから算出された誘電スペクトルなどについて、誘電緩和現象モデルなどの特定のモデル式との比較やフィッティングなどを行い、微小粒子１０の特性値を求める。例えば、分析対象の微小粒子１０が細胞である場合は、解析部６で求められる特性値としては、膜キャパシタンス、細胞質の導電率、粒子サイズ、核のサイズ、核膜の厚さなど微小粒子１０に関する種々の構造パラメータが挙げられる。
【００３０】
［情報記憶部７］
情報記憶部７には、解析部６で求めた特性値や、測定部４で測定されたインピーダンスデータや複素誘電スペクトルが記憶される。なお、この情報記憶部７は装置内に設けられている必要はなく、外部接続されたハードディスクやサーバなどに設けられていてもよい。
【００３１】
［撮像部８］
本実施形態の微小粒子分析装置には、電極３ａ，３ｂにより形成された交流電場又はサンプル流路２の狭窄部２１を通過する微小粒子１０を撮像する撮像部８が設けられていてもよい。撮像部８の構成は特に限定されるものではなく、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子を備えた光学システムを用いることができる。撮像部８で撮像されたデータは、例えば判定部５や解析部６において、微小粒子１０の通過を画像確認するために利用される。
【００３２】
（水流形成系ユニット２００）
水流形成系ユニット２００は、測定系ユニット１００のサンプル流路２に、複数の微小粒子１０を含むサンプル液を導入するためのものであり、ポンプ２０１、試料導入部２０２及びバルブ２０３などで構成されている。水流形成系ユニット２００は、例えばポンプ２０１により試料導入部２０２に圧力を加えられると、試料導入部２０２に注入されたサンプル液が、バルブ２０３を介して測定系ユニット１００のサンプル流路２に導入されるようになっている。
【００３３】
また、バルブ２０３は開閉可能となっており、後述する制御系ユニット３００によりその開閉が制御される。なお、水流形成系ユニット２００には、更に、流量計、温度センサ及び圧力センサなどが設けられていてもよい。
【００３４】
（制御系ユニット３００）
制御系ユニット３００は、前述した測定系ユニット１００や水流形成系ユニット２００を制御するものである。そして、例えば入力インターフェースを介して入力された情報に基づいて、水流形成系ユニット２００のポンプ２０１の圧力やバルブ２０３の開口量を制御し、測定系ユニット１００のサンプル流路２を通流するサンプル液の流量や流速を調整する。
【００３５】
（その他）
なお、本実施形態の微小粒子分析装置１には、測定系ユニット１００の測定部４で測定されたインピーダンスデータ、判定部５の判定結果、解析部６で算出された誘電スペクトルや各種特性値を表示する表示部、各種媒体に出力する出力部などを設けることもできる。また、ユーザが、表示データの選択情報や測定試料に関する情報を入力するための情報入力部が設けられていてもよい。
【００３６】
［動作］
次に、本実施形態の微小粒子分析装置の動作、即ち、微小粒子分析装置１を用いて、微小粒子１０を分析する方法について説明する。本実施形態の微小粒子分析装置１では、サンプル流路２内に、微小粒子１０を含むサンプル液を通流させるか、又は、生理食塩水などの溶媒を通流させた状態で微小粒子を含む液体を注入して溶媒と共に通流させる。
【００３７】
その際、サンプル液の流量（流速）は、特に限定されるものではなく、流路や狭窄部の径、微小粒子１０の大きさ、取得するデータ数などに応じて適宜設定することができる。検出や分取の精度の観点からは、サンプル液の流量は、測定部４におけるインピーダンス測定間隔の２倍以上の時間、サンプル流路２の狭窄部に微小粒子１０が存在する程度の流量とすることが好ましい。これにより、測定結果に対するサンプル液の流量の影響を低減することができる。なお、サンプル液の流量は、送液ユニットの圧力調整部などにより調整することができる。
【００３８】
測定部４は、連続的に又は微小粒子１０が通過するタイミングで、電極３ａ，３ｂ間に交流電圧を印加し、サンプル流路２内に交流電場を形成する。そして、この交流電場を通過する際に、微小粒子１０のインピーダンスを測定する。例えば、微小粒子１０が細胞であり、その誘電緩和現象を確認したい場合には、０．１〜５０ＭＨｚの周波数範囲で複素インピーダンスを多点測定すればよい。
【００３９】
また、本実施形態の微小粒子分析装置では、必要に応じて、測定部４でのインピーダンス測定と併せて、撮像部８により、電極３ａ，３ｂにより形成された交流電場又はサンプル流路２の狭窄部２１を通過する微小粒子１０を撮像する。
【００４０】
次に、判定部５において、測定部４で測定されたインピーダンスのデータから、微小粒子１０が交流電場を通過したことを検出し、その検出結果に基づいて、測定されたインピーダンスのデータが、微小粒子１０に由来するものか否かを判定する。具体的には、微小粒子１０の通過が検出されたときのデータを微小粒子１０に由来するものと判定し、微小粒子１０の通過が検出されないときのデータはノイズなどに由来するものと判定する。
【００４１】
その際、微小粒子１０の通過検出方法は、特に限定されるものではないが、例えば、測定部４で測定されたインピーダンスから求めたコンダクタンスの値を用いる方法がある。交流電場（インピーダンス測定領域２４）内に微小粒子１０が存在していないときは、コンダクタンスの値は任意の平均値を中心にノイズの幅程度で変動する。一方、交流電場（インピーダンス測定領域２４）内を微小粒子１０が通過すると、コンダクタンスの値は減少し、任意の極小値を経て再びベースラインまで増加する。
【００４２】
そこで、このベースラインに対する立ち下がり開始から立ち上がり終了までを、微小粒子１０の通過と考え、そのピーク位置やピーク高さから、微小粒子１０の通過を検出することができる。
【００４３】
また、コンダクタンスのデータと併せて、キャパシタンスのデータを用いて、微小粒子１０の通過を検出する方法もある。交流電場（インピーダンス測定領域２４）内を微小粒子１０が通過すると、キャパシタンスは正のピークを、コンダクタンスは負のピークを生じる。このピークを検出することにより、微小粒子１０の通過を検出することができる。
【００４４】
この方法では、測定部４で測定されたインピーダンスから求めたキャパシタンス及び／又はコンダクタンスの値が閾値を超えたときに微小粒子１０の通過の検出を開始し、閾値以下になったときに微小粒子１０の通過の検出を終了することが好ましい。即ち、キャパシタンス及び／又はコンダクタンスの値が閾値以下の場合は、微小粒子１０の通過に由来するピークとは認定しない。これにより、ノイズによる値の変化を、微小粒子１０の通過に由来するピークとして検出することを防止できる。
【００４５】
また、この方法では、キャパシタンス及び／又はコンダクタンスの値が所定時間閾値を超えていた場合のみ、検出されたピークが微小粒子１０の通過に由来するものと認定し、インピーダンスのデータを微小粒子１０に由来するものと判定することが好ましい。これにより、微小粒子１０の通過検出精度を更に向上させることができる。
【００４６】
なお、本実施形態の微小粒子分析装置１では、判定部５における微小粒子１０の通過検出と併せて、撮像部８において撮像した画像データに基づいて、微小粒子１０の通過確認を行ってもよい。
【００４７】
本実施形態の微小粒子分析装置１においては、判定部５で微小粒子１０に由来すると判定されたデータについて、解析部６において、複素誘電率スペクトル、誘電緩和、膜キャパシタンス、細胞質の導電率及び粒子サイズなどの特性値を算出する。これらの特性値の算出方法は、特に限定されるものではなく、特定のモデル式との比較やフィッティングなど各種計算方法を適用することができる。
【００４８】
具体的には、先ず、判定部５で微小粒子１０に由来すると判定されたインピーダンスデータを、補正した後、スムージングを行い、デバイの式を用いて各周波数における複素誘電率を求める。これにより、誘電緩和強度Ｄｅ、誘電緩和時間τａ及び誘電緩和周波数ｆａなどの誘電緩和に関する特性が求められる。なお、処理時間を短縮するため、補正やスムージングを行わずに、複素誘電率の算出を行うことも可能である。
【００４９】
例えば、微小粒子１０の粒子サイズ（直径）ｄは、誘電緩和よりも低い周波数におけるコンダクタンスＧlowの値から算出することができる。また、膜キャパシタンスＣｍは、粒子サイズｄと緩和強度Ｄｅから算出することができ、細胞質電気伝導度Ｋは膜キャパシタンスＣｍと粒子サイズｄと緩和周波数ｆａから算出することができる。
【００５０】
そして、本実施形態の微小粒子分析装置１では、解析部６で算出された特性値に基づいて微小粒子１０を識別し、分取や状態評価などを行う。また、解析部６で算出された特性値や測定部４で測定されたインピーダンスのデータを、情報記憶部７に記憶し、ユーザの要求に応じて、表示部（図示せず）に表示したり、データとして出力したり、印刷したりすることができる。
【００５１】
以上詳述したように、本実施形態の微小粒子分析装置１は、微小粒子のインピーダンスから電気的特性値を求め、その値で個々の微小粒子を識別しているため、標識物質を使用する必要がない。また、インピーダンスのデータが、微小粒子に由来するものか否かを判定する判定部を設けているため、ノイズなどの影響を低減することができる。その結果、標識物質を用いなくても、個々の微小粒子を精度よく識別することができる。
【００５２】
なお、本実施形態の微小粒子分析装置１においても、従来の装置と同様に、標識物質を用いて分析を行うことは可能である。
【００５３】
＜２．第１の実施の形態の変形例＞
次に、本開示の第１の実施形態の変形例に係る微小粒子分析装置について説明する。図５は本変形例の微小粒子分析装置の測定系ユニットの構成の概要を示す図である。なお、図５においては、図２に示す測定ユニット１００の構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５４】
前述した第１の実施形態では、判定部と解析部が個別に設けられているが、本開示はこれに限定されるものではなく、解析部において判定を行ってもよい。そこで、図５に示すように、本変形例の微小粒子分析装置では、測定系ユニット１１０に判定・解析部９を設け、この判定・解析部９において、測定部４で測定されたインピーダンスのデータについて微小粒子１０に由来するものか否かの判定と、特性値の算出を行う。
【００５５】
その場合、微小粒子１０に由来するものか否かを判定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、測定部４で測定されたインピーダンスのデータから複素誘電率スペクトルを算出し、そのスペクトルに基づいて判定することができる。
【００５６】
本変形例の微小粒子分析装置においても、前述した第１の実施形態と同様に、ノイズなどの影響を低減することができるため、標識物質を用いなくても、個々の微小粒子を精度よく識別することができる。なお、本変形例の微小粒子分析装置における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。
【００５７】
＜３．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施形態に係る微小粒子分取装置について説明する。図６は本実施形態の微小粒子分取装置の概略構成を示す図である。なお、図６においては、図１に示す微小粒子分析装置１の構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図６に示すように、本実施形態の微小粒子分取装置３０には、サンプル流路２のインピーダンス測定部よりも下流側に電極対（電極３ｃ，３ｄ）と、分取部３１が設けられている。
【００５８】
［電極３ｃ，３ｄ］
電極３ｃ，３ｄは、サンプル流路２のインピーダンス測定領域よりも下流側に電場を形成するためのものである。電極３ｃ，３ｄの材質は、特に限定されるものではなく、微小粒子１０への影響が少ないものであればよい。また、図６には、インピーダンス測定領域２４よりも下流側に、１対の電極を設けた構成を示しているが、本開示はこれに限定されるものではなく、この領域に複数の電極対を設けてもよい。インピーダンス測定領域２４よりも下流側に複数の電極対を設けることにより、作用部に同時期に存在できる粒子の数が増えるため、単位時間当たりの処理能力を向上できると共に、微小粒子１０の通流方向の微調整が可能となる。
【００５９】
［分取部３１］
分取部３１は、解析部６で算出された特性値に基づいて、電場形成を制御し、微小粒子１０の通流方向を制御する。例えば、図６に示すように、サンプル流路２と連通する２以上の分岐流路３２を設け、分取部３１により、電極３ｃと電極３ｄ間に印加する電圧値又は電圧印加の有無を制御することで、微小粒子１０の通流方向を変更し、任意の分岐流路３２に導入する。そして、サンプル流路２及び分岐流路３２をマイクロチップ内に設けることにより、マイクロチップ内で分析と分取を行うことが可能となる。
【００６０】
［動作］
次に、本実施形態の微小粒子分取装置３０の動作、即ち、微小粒子分取装置３０を用いて、微小粒子１０を分取する方法について説明する。本実施形態の微小粒子分取装置３０では、サンプル流路２内に分取対象の微小粒子１０を含むサンプル液を通流させる。そして、測定部４により、連続的に又は微小粒子１０が通過するタイミングで、電極３ａ，３ｂ間に交流電圧を印加し、サンプル流路２内に交流電場を形成し、微小粒子１０のインピーダンスを測定する。
【００６１】
測定部４で測定されたインピーダンスのデータは、判定部５において微小粒子１０に由来するものか否かが判定された後、解析部６において特性値が算出される。そして、解析部６で算出された特性値に基づいて、微小粒子１０が識別され、分取される。その際、分取部３１は、解析部６で算出された特性値（識別結果）に応じて、電極３ｃと電極３ｄ間に所定電圧を印加し、電場を形成する。これにより、誘電泳動力が働き、微小粒子１０を任意の分岐流路３２に誘導することができる。
【００６２】
本実施形態の微小粒子分取装置では、インピーダンスのデータが、微小粒子に由来するものか否かを判定する判定部を設けているため、ノイズなどの影響を低減することができる。その結果、標識物質を用いなくても、個々の微小粒子を精度よく識別し、分取することができる。
【００６３】
従来の誘電サイトメトリ装置では、リアルタイムでピーク検出と判定ができるアルゴリズムがなく、システムもなかった。このため、測定データからリアルタイムで特徴点を抽出することができず、測定された誘電率の値に基づいて分取することはできても、例えば誘電スペクトルの特徴を基準として分取を行うことはできなかった。
【００６４】
これに対して、本実施形態の微小粒子分取装置では、特徴点の抽出もリアルタイムで行うことができるため、誘電率の値では区別できなかったものも、誘電緩和特性や粒子サイズなどの特徴値に基づいて区別することが可能となる。その結果、本実施形態の微小粒子分取装置は、従来の装置に比べて分取精度が向上する。
【００６５】
例えば、微小粒子１０が細胞である場合には、解析部６で算出される膜キャパシタンスＣｍ、細胞質電気伝導度Ｋ、粒子サイズｄなどでゲーティングし、分取することも可能となる。更に、本実施形態の微小粒子分取装置は、生きている細胞を標識せずに分取することができるため、分取した細胞を再利用することも可能である。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の実施形態と同様である。
【００６６】
＜４．第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施形態に係る微小粒子分析システムについて説明する。図７は本実施形態の微小粒子分析システムの概略構成を示す図である。前述した第１の実施形態の微小粒子分析装置では、装置内で、微小粒子の特性値の算出や、測定されたインピーダンスのデータの判定を行っているが、これらの処理を分析装置に接続された１又は２以上の情報処理装置で行うこともできる。
【００６７】
即ち、図７に示すように、本実施形態の微小粒子分析システムには、微小粒子分析装置１１とは別に、１又は２以上の情報処理装置１２が設けられている。また、本実施形態の微小粒子分析システムには、必要に応じて、サーバ１３や表示装置１４などが接続されていてもよい。
【００６８】
［微小粒子分析装置１１］
微小粒子分析装置１１には、サンプル流路と、サンプル流路の少なくとも一部に交流電場を形成するための電極対と、この電極対間のインピーダンスを測定する測定部が設けられている。なお、微小粒子分析装置１１を構成するサンプル流路、電極対、測定部の具体的構成及び動作は、前述した第１の実施形態と同様である。
【００６９】
［情報処理装置１２］
情報処理装置１２は、微小粒子分析装置１１に接続されており、測定されたインピーダンスから微小粒子の特性値を算出する解析部と、測定されたインピーダンスのデータが微小粒子に由来するものか否かを判定する判定部が設けられている。なお、解析部及び判定部の具体的構成及び動作は、前述した第１の実施形態と同様である。また、解析部と判定部は、一の情報処理装置に設けられていてもよいが、それぞれ別の情報処理装置に設けられていてもよい。
【００７０】
［サーバ１３］
サーバ１３は、ネットワーク１５を介して情報処理装置１２や画像表示装置１４と接続されており、情報記憶部などが設けられている。そして、サーバ１３は、情報処理装置１２からアップロードされた各種データを管理し、要求に応じて表示装置１４や情報処理装置１２に出力する。
【００７１】
［表示装置１４］
表示装置１４は、微小粒子分析装置１１で測定されたインピーダンスのデータや情報処理装置１２で算出された微小粒子の特性値、更には判定部での判定結果などを表示する。なお、表示装置には、ユーザが表示するデータを選択し入力するための情報入力部が設けられていてもよい。この場合、ユーザにより入力された情報は、ネットワーク１５を介してサーバ１３や情報処理装置１２に送信される。
【００７２】
本実施形態の微小粒子分析システムでも、インピーダンスのデータが、微小粒子に由来するものか否かを判定する判定部を設けているため、ノイズなどの影響を低減することができる。その結果、標識物質を用いなくても、個々の微小粒子を精度よく識別することができる。また、サーバ１３に情報を蓄積し、利用することにより、微小粒子分析装置１１や情報処理装置１２に負荷をかけずに、種々のデータ解析が可能となる。これにより、データ処理速度が向上すると共に、データアクセスが容易になり、結果としてユーザビリティが向上する。
【００７３】
本実施形態の構成を、前述した第２の実施形態の微小粒子分取装置に適用し、微小粒子分取システムとすることも可能である。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の実施形態と同様である。
【００７４】
また、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
（１）
複数の微小粒子を含む液が導入されるサンプル流路と、
前記サンプル流路の少なくとも一部に交流電場を形成するための第１の電極対と、
前記第１の電極対間のインピーダンスを測定する測定部と、
前記測定部で測定されたインピーダンスから前記微小粒子の特性値を算出する解析部と、
前記測定部で測定されたインピーダンスのデータが、前記微小粒子に由来するものか否かを判定する判定部と、
を有する微小粒子分析装置。
（２）
前記判定部は、前記インピーダンスのデータから、前記微小粒子が前記交流電場を通過したことを検出し、その検出結果に基づいて判定を行う（１）に記載の微小粒子分析装置。
（３）
前記判定部は、前記インピーダンスから求めたコンダクタンスのピーク位置及びピーク高さから、前記微小粒子の通過を検出する（２）に記載の微小粒子分析装置。
（４）
前記判定部は、前記インピーダンスから求めたキャパシタンス及び／又はコンダクタンスの値が閾値を超えたときに前記微小粒子の通過の検出を開始し、閾値以下になったときに前記微小粒子の通過の検出を終了する（２）又は（３）に記載の微小粒子分析装置。
（５）
前記判定部は、前記キャパシタンス及び／又はコンダクタンスの値が所定時間閾値を超えていた場合のみ、前記インピーダンスのデータを前記微小粒子に由来するものと判定する（４）に記載の微小粒子分析装置。
（６）
前記判定部で前記微小粒子に由来すると判定されたデータについて、前記解析部において前記特性値の算出を行う（１）〜（５）のいずれかに記載の微小粒子分析装置。
（７）
前記解析部は、前記測定部で測定されたデータについて、特定のモデルとの比較又はフィッティングを行うことにより、前記特性値を算出する（６）に記載の微小粒子分析装置。
（８）
前記特定のモデルは、複素誘電スペクトルに基づく誘電緩和現象モデルである（７）に記載の微小粒子分析装置。
（９）
前記解析部で算出された特性値に基づいて、前記微小粒子を分取する分取部を有する（１）〜（８）のいずれかに記載の微小粒子分析装置。
（１０）
前記サンプル流路の前記交流電場が形成される領域よりも下流側に電場を形成するための第２の電極対を有し、
前記第２の電極対により形成される電場によって生じる誘電泳動力により、前記微小粒子の通流方向を変更する（９）に記載の微小粒子分析装置。
（１１）
前記サンプル流路と連通する２以上の分岐流路を有し、
前記微小粒子は、前記分取部によってその通流方向が変更され、任意の分岐流路に導入される（９）又は（１０）に記載の微小粒子分析装置。
（１２）
前記サンプル流路には狭窄部が設けられており、前記第１の電極対は前記狭窄部を挟むように配置されている（１）〜（１１）のいずれかに記載の微小粒子分析装置。
（１３）
更に、前記交流電場を通過する微小粒子を撮像する撮像部を有する（１）〜（１２）のいずれかに記載の微小粒子分析装置。
（１４）
前記微小粒子が細胞である（１）〜（１３）のいずれかに記載の微小粒子分析装置。
（１５）
前記特性値が、膜キャパシタンス、細胞質の導電率及び粒子サイズからなる群から選択される少なくとも１種の値である（１４）に記載の微小粒子分析装置。
（１６）
前記測定部は、０．１〜５０ＭＨｚの周波数範囲で複素インピーダンスを多点測定する（１４）又は（１５）に記載の微小粒子分析装置。
（１７）
複数の微小粒子を含む液が導入されるサンプル流路と、
前記サンプル流路の少なくとも一部に交流電場を形成するための第１の電極対と、
前記第１の電極対間のインピーダンスを測定する測定部と、
を備える微小粒子分析装置と、
前記測定部で測定されたインピーダンスから前記微小粒子の特性値を算出する解析部と、
前記測定部で測定されたインピーダンスのデータが、前記微小粒子に由来するものか否かを判定する判定部と、
を備える情報処理装置と、
を有する微小粒子分析システム。
（１８）
更に、前記情報処理装置の前記解析部で算出された前記微小粒子の特性値を表示する表示装置を有する（１７）に記載の微小粒子分析システム。
（１９）
更に、前記情報処理装置の前記解析部で算出された前記微小粒子の特性値を記憶する情報記憶部を備えるサーバを有する（１７）又は（１８）に記載の微小粒子分析システム。
【符号の説明】
【００７５】
１，１１  微小粒子分析装置、  ２  サンプル流路、  ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  電極、  ４  測定部、  ５  判定部、  ６  解析部、  ７  情報記憶部、  ８  撮像部、  ９  判定・解析部、  １０  微小粒子、  １２  情報処理装置、  １３  サーバ、  １４  表示装置、  １５  ネットワーク、  ２１  狭窄部、  ２２  流入流路部、  ２３  流出流路部、  ２４  インピーダンス測定領域、  ３０  微小粒子分取装置、  ３１  分取部、  ３２  分岐流路、  １００、１１０  測定系ユニット、  ２００  水流形成系ユニット、  ２０１  ポンプ、  ２０２  試料導入部、  ２０３  バルブ、  ３００  制御系ユニット
【図１】
2014122873.tif 000003
【図２】
2014122873.tif 000004
【図３】
2014122873.tif 000005
【図４】
2014122873.tif 000006
【図５】
2014122873.tif 000007
【図６】
2014122873.tif 000008
【図７】
2014122873.tif 000009
【国際調査報告】
2014122873.tif 000010
2014122873.tif 000011
2014122873.tif 000012
2014122873.tif 000013