(57)【要約】【課題】一個又は微量の細胞を破砕し、簡便かつ確実に核酸などの細胞内容物を抽出できる簡易な構成の細胞破砕用チップ及び細胞破砕装置を提供する。【解決手段】この細胞破砕用チップ１は、板状の基板と、流路構成溝２４が設けられ、流路構成溝を覆うように基板に装着され、細胞を移送するための流路２３を構成する流路構成部材１２と、流路の途中に設けられ、流路に導入される細胞の通過を妨げる妨害部材３１と、を備え、流路構成部材はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から形成されている。【選択図】図１
2008253245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞を破砕する細胞破砕用チップであって、
板状の基板と、
流路構成溝が設けられ、前記流路構成溝を覆うように前記基板に装着され、細胞を移送するための流路を構成する流路構成部材と、
前記流路の途中に設けられ、前記流路に導入される細胞の通過を妨げる妨害部材と、を備え、
前記流路構成部材は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から形成されている細胞破砕用チップ。
【請求項２】
前記基板は、ガラス材から形成されている請求項１に記載の細胞破砕用チップ。
【請求項３】
前記妨害部材は、前記流路構成部材の流路構成溝の側面から流路幅を狭くする方向に突出する突出部である請求項１又は２に記載の細胞破砕用チップ。
【請求項４】
前記突出部は、前記流路幅を最も狭くする部分において、前記流路幅が前記細胞の径よりも小さく設定されている請求項３に記載の細胞破砕用チップ。
【請求項５】
前記妨害部材は、前記流路構成溝の底面から面外方向に突出する突出部である請求項１又は２に記載の細胞破砕用チップ。
【請求項６】
前記突出部と前記流路構成溝の側面との距離は、前記細胞の径よりも小さく設定されている請求項５に記載の細胞破砕用チップ。
【請求項７】
前記妨害部材は、前記流路の上流側に向かって尖った尖部を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の細胞破砕用チップ。
【請求項８】
細胞を破砕する細胞破砕装置であって、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の細胞破砕用チップと、
前記細胞に前記妨害部材を通過させる力を作用し、その細胞を移送し破砕する移送手段と、を備える細胞破砕装置。
【請求項９】
前記移送手段は、前記流路中に電界を形成する電界形成手段を有する請求項８に記載の細胞破砕装置。
【請求項１０】
前記電界形成手段は、前記流路に電圧を印加する非対称形状の一対の電極または前記流路内に非対称に露出した一対の電極を有する請求項８に記載の細胞破砕装置。
【請求項１１】
前記不均一電界形成手段は、前記細胞の細胞膜構造を破壊可能な周波数及び振幅の交流電界を形成する請求項９又は１０に記載の細胞破砕装置。
【請求項１２】
前記試料を移送させるために遠心装置に取り付けられて使用される請求項１乃至７のいずれか１項に記載の細胞破砕用チップ。
【請求項１３】
前記遠心装置は、試料を収容した前記細胞破砕用チップを取り付けて所定の回転軸を中心に回転する回転盤と、前記細胞破砕用チップ内における試料の状態を目視により観察するための顕微鏡と、を具備し、前記細胞破砕用チップ内の試料または試料中の物質に対して遠心力を作用させることで前記試料から所定の物質を分離または合成させる可視下遠心装置である請求項１２に記載の細胞破砕用チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一個又は微量の細胞を破砕することができる細胞破砕用チップ及び細胞破砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、核酸を細胞から抽出する手段として、例えば特許文献１に示されるような拡散抽出用の試薬キットが用いられている。
【特許文献１】特開平１１−１６９１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の試薬キットを用いることで細胞から核酸を抽出することができるが、様々な試薬を所定の作業工程に沿って操作者が微量分注しなければならない。従って、核酸を抽出する作業工程が複雑で作業時間が長くなる傾向にある。
【０００４】
また、作業工程が多段階にわたると、各工程中もしくは各工程間で不純物が混入したり溶液中の特定成分が揮発するおそれがある。特に、溶液中の特定成分が揮発した場合には、サンプルによっては、溶液組成や水素イオン濃度（ｐＨ）が変化し核酸の回収条件にばらつきが生じるおそれがある。さらに、揮発等を考慮すると、ある一定量のサンプルを必要とし、微量サンプルから核酸を抽出することが困難になり、歩留まりが悪くなるおそれがある。そして、化学的に細胞を破砕する際に用いる細胞溶解酵素は、不純物が混入しやすく、内部の核酸まで溶解する可能性があるため、化学的に不安定なＲＮＡ（ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）等を抽出するのに適さないという課題もある。また、ＲＮＡを検出する場合、細胞核内に収納されているＤＮＡが不純物となる可能性があり、細胞膜と核膜とを同時に溶解することは望ましくない。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、一個又は微量の細胞を破砕し、簡便かつ確実に核酸などの細胞内容物を抽出できる簡易な構成の細胞破砕用チップ及び細胞破砕装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明の細胞破砕用チップの第１の態様は、板状の基板と、流路構成溝が設けられ、前記流路構成溝を覆うように前記基板に装着され、細胞を移送するための流路を構成する流路構成部材と、前記流路の途中に設けられ、前記流路に導入される細胞の通過を妨げる妨害部材と、を備え、前記流路構成部材は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から形成されている。
【０００７】
また、本発明の細胞破砕用チップの第２の態様によれば、前記基板は、ガラス材から形成されている。さらに、本発明の細胞破砕用チップの第３の態様によれば、前記妨害部材は、前記流路構成部材の流路構成溝の側面から流路幅を狭くする方向に突出する突出部である。
【０００８】
本発明の細胞破砕用チップの第４の態様によれば、前記突出部は、前記流路幅を最も狭くする部分において、前記流路幅が前記細胞の径よりも小さく設定されている。本発明の細胞破砕用チップの第５の態様によれば、前記妨害部材は、前記流路構成溝の底面から面外方向に突出する突出部である。
【０００９】
本発明の細胞破砕用チップの第６の態様によれば、前記突出部と前記流路構成溝の側面との距離は、前記細胞の径よりも小さく設定されている。本発明の細胞破砕用チップの第７の態様によれば、前記妨害部材は、前記流路の上流側に向かって尖った尖部を有する。
【００１０】
さらに、上記課題を解決するための本発明の細胞を破砕する細胞破砕装置の第１の態様は、上記第１〜第７のいずれかの態様の細胞破砕用チップと、前記細胞に前記妨害部材を通過させる力を作用し、その細胞を移送し破砕する移送手段と、を備える。
【００１１】
本発明の細胞破砕装置の第２の態様によれば、前記移送手段は、前記流路中に電界を形成する電界形成手段を有する。本発明の細胞破砕装置の第３の態様によれば、前記電界形成手段は、前記流路に電圧を印加する非対称形状の一対の電極若しくは前記流路内に非対称に露出した一対の電極を有する。本発明の細胞破砕装置の第４の態様によれば、前記電界形成手段は、前記細胞の細胞膜構造を破壊可能な周波数及び振幅の交流電界を形成する。
【００１２】
本発明の細胞破砕用チップの第８の態様によれば、上記第１〜第７のいずれかの態様において前記試料を移送させるために遠心装置に取り付けられて使用される。本発明の細胞破砕用チップの第９の態様によれば、前記遠心装置は、試料を収容した前記細胞破砕用チップを取り付けて所定の回転軸を中心に回転する回転盤と、前記細胞破砕用チップ内における試料の状態を目視により観察するための顕微鏡と、を具備し、前記細胞破砕用チップ内の試料または試料中の物質に対して遠心力を作用させることで前記試料から所定の物質を分離または合成させる可視下遠心装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、流路に導入された細胞が流路の途中で妨害部材により通過を妨げられることで、細胞に通過させる力が作用し、その細胞を破砕することができる。このため、一個又は微量の細胞を破砕し、簡便かつ確実に核酸などの細胞内容物を抽出できる。また、化学的に細胞を破砕する際に必要な細胞溶解酵素が必要ないので、細胞内用物を溶解することがなく、確実に細胞の内容物を回収できる。
【００１４】
また、従来のように様々な試薬を所定の作業工程に沿って操作者が微量分注する必要がないので、作業工程が簡易で作業時間を短くすることができる。
【００１５】
また、流路構成部材をＰＤＭＳから形成しているので、ＰＤＭＳが有する自己吸着性を利用して流路構成部材を基板に簡単に装着でき、このため、チップを簡便に作製することができる。さらに、ＰＤＭＳは、試料の劣化を起こさないといった生体適合性に優れるので、検出精度の信頼性を向上できる。
【００１６】
また、流路構成溝が形成された流路構成部材を、流路構成溝を覆うように基板に貼り付けることで細胞破砕用チップを作製するので、流路を密閉できる。従って、破砕作業中に流路内に不純物が混入したり、溶液中の特定成分が揮発することを防止できる。結果として、細胞の破砕条件を均一にして破砕作業を行うことができる。さらに、流路が密閉されるので、揮発するおそれがないのでサンプルが微量であっても核酸を抽出することが可能である。
【００１７】
さらに、細胞破砕用チップを遠心装置に取り付けて回転させて遠心力を作用させることで細胞破砕用チップにおいて試料溶液を流路内で移送させることができる。このため電気浸透流発生のための電界印加が不要となるので、電界印加による検出対象の物質への影響がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の細胞破砕装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。各図面中、同一要素は同一符号で示してある。
【００１９】
（実施形態１）
本発明の実施形態１の細胞破砕装置について、図１〜図３Ｃを参照しつつ説明する。図１は、実施形態１に係る細胞破砕装置の平面図であり、図２Ａは、図１Ａの線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿った断面図であり、図２Ｂは、図１Ａの線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿った断面図である。図３Ａ〜図３Ｃは、図１の細胞破砕装置により細胞を破砕する工程を示す図である。なお、図１中では、細胞破砕装置の構成の理解を容易にするために、直接は見えない電極５１、５３を破線及びハッチングで凹部２を破線で示す。
【００２０】
実施形態１に係る細胞破砕装置は、基板１１及び基板１１上に配置される流路構成部材１２を有する細胞破砕用チップ１と、細胞を流路内で移送する移送手段と、を備える。本実施形態の移送手段は、基板に形成された電極５１、５３と、電極５１、５３に連結され電圧を印加する公知の電圧印加装置（図示省略）と、から構成される。
【００２１】
流路構成部材１２は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から作製される矩形状の薄板部材である。流路構成部材１２の下面１２ａには、凹部２が設けられており、後述するように細胞破砕用チップ１の流路及び貯留槽を構成する。
【００２２】
基板１１は、膜状電極５１，５３や流路構成部材１２を支持する矩形状で板材の支持部材である。なお、本実施形態では、基板１１として市販されている板状のほう珪酸ガラス（商品名：パイレックス（登録商標））を用い、寸法は、例えば、長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍである。
【００２３】
一対の膜状電極５１，５３は、基板１１の上面１１ａに所定のパターンで形成されており、互いに離間して配置され、対称的な形状を呈している。また、電極５１、５３は基板１１の一端部まで延び、その端部で露出しており、電圧印加装置と電気的に接続可能である。
【００２４】
電極５１、５３は、基板１１の上面１１ａにレジスト等によるマスクパターンを形成した後、スパッタリングによりＴｉで成膜し、さらにＴｉをＰｔの反応保護膜で覆った２層構造である（図２Ｂ参照）。Ｔｉを用いることで基板１１との密着性を向上させることができる。また、Ｐｔで覆うことで、電極と試料との間の電極反応を防止できる。
【００２５】
流路構成部材１２の凹部２について説明する。図１に示す凹部２は、横方向に延びる流路構成溝２４と、流路構成溝２４の延在する方向両端部のそれぞれに接続する平面視略三角形状の貯留槽構成溝２２，２６と、を備える。流路構成部材１２は、基板１１の上面１１ａに対し凹部２の形成された下面１２ａが対向するように基板１１に装着される。これにより、流路構成溝２４と基板１１の上面１１ａにより流路２３が画成され、貯留槽構成溝２２，２６と基板１１の上面１１ａにより貯留槽２１，２５が画成される。なお、貯留槽構成溝２２，２６の領域内に延在する電極５１、５３の部分は、貯留槽２１，２５内に露出し試料溶液に接する状態となる。
【００２６】
流路構成溝２４の途中には、細胞の移動を妨げる妨害部材３１が配置されている。妨害部材３１は、流路構成溝２４の上面から面外方向、すなわち基板１１の上面１１ａに向かい延びる略三角柱形状の部材であり、尖った鋭角の尖部３１ａが流路２３の上流側（図３Ａの右側）に向くように配置される。
【００２７】
また、図２Ａのように、妨害部材３１の、流路構成溝２４の側面２３ｂに最も近い部分３１ｂと、側面２３ｂとの間隔は、破砕対象となる細胞の径よりも小さく設定されている。本実施形態では、妨害部材３１は、流路構成部材１２と共にＰＤＭＳで一体的に形成される。なお、妨害部材３１と流路構成部材１２とを別部材としてもよいことは言うまでもない。
【００２８】
貯留槽２１，２５は、破砕対象物である細胞を含む液体を投入又は回収するために用いる。なお、図には示さないが、貯留槽２１，２５と細胞破砕装置の外部とは、不図示の貫通孔により連通しており、貫通孔を介して外部から試料を貯留槽（投入槽）２１に投入し、流路２３を介して貯留槽（回収槽）２５に到達した液体は、貫通孔を介して排出される。
【００２９】
流路構成部材１２は、貯留槽構成溝２２，２６の形成領域に、前述した一対の駆動用電極５１、５３が位置づけられるように基板１１に装着される。一対の電極５１、５３は、不図示の電圧印加装置からの電力供給を受けると、試料を移送させるための電界が電極間に形成される。本実施形態では、試料を移送するための電圧として直流電圧（例えば、３０Ｖ）を印加する。なお、本実施形態では、例えば、流路２３の幅が２０μｍ（図１の上下方向長さ）、深さ（図２Ａの上下方向長さ）が２５μｍである。
【００３０】
次に、流路構成部材１２の作製方法について説明する。まず、縦２６ｍｍ、横７６ｍｍで所定厚さを有する、表面がほぼ平坦のガラス板を用意する。次に、ガラス板上に、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの矩形状のガラスチップを載置する。そして、厚さ１．５ｍｍのシリコンゴムを、ガラスチップの周囲を囲むようにガラス板上に載置する。なお、ガラスチップ上には、ネガレジスト（化薬マイクロケム株式会社製のＳＵ−８（商品名））などによって試料用経路とは逆パターン（流路構成溝２４、貯留槽構成溝２２，２６を構成する凸状部や、妨害部材３１を構成する凹状部を有する部分）が形成されている。また、逆パターンを形成する材料は、上記ＳＵ−８（商品名）に限らず、例えば、半導体基板のパッケージやフレキシブル基板材料として利用されている感光性のドライフィルムレジストを用いることができる。
【００３１】
そして、シリコンゴムで囲まれた領域内にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を流し込む。その後、６０°Ｃに調整されたオーブンで約６０分間焼成し、ガラスチップを剥がし、厚さ約０．５ｍｍのＰＤＭＳシートを得る。このＰＤＭＳシートには流路構成溝２４、貯留槽構成溝２２，２６のパターンが転写されており、ＰＤＭＳシートが流路構成部材１２を構成する。
【００３２】
このように作製された流路構成部材１２を洗浄したのち、流路構成溝２４が形成された面側をガラス基板１１に接するように貼り付け、生体試料用チップが完成する。ＰＤＭＳシートは自己吸着性を有するので、流路構成部材と基板との間に接着材を付与することなく両部材を固定できる。ＰＤＭＳを利用することで、流路構成部材と基板が密着できる。結果として、流路構成部材１２と基板１１により形成される流路２３、貯留槽２１，２５はほぼ密閉状態となる。また、ＰＤＭＳシートからなる流路構成部材１２は、特にガラスに対し自己吸着性がよいので、流路構成部材１２をガラス製の基板１１に接着材なしでよく密着させて装着できる。
【００３３】
上記構成の細胞破砕装置の動作について図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。細胞破砕装置を使用する際には、細胞破砕用チップ１の基板１１の電極５１、５３を電圧印加装置の電極に接続する。そして、試料である細胞Ｃを含む液体を一方の貯留槽２１に投入する。この状態で、電圧印加装置の電源を入れ、一対の電極５１、５３に電圧を付与し、正極側から負極側に流れる電気浸透流を発生させる。本使用例では、紙面右側の貯留槽２１の電極５１を正極とし、左側の貯留槽２５の電極５３を負極とし、貯留槽２１から貯留槽２５への電気浸透流を生成する。
【００３４】
試料溶液中の細胞Ｃは、流路内に生成された電気浸透流により正極側から負極側に向かい移送され（図３Ａ）、流路２３の途中で妨害部材３１に衝突する（図３Ｂ）。このとき、細胞Ｃの内圧が高まることで細胞膜が破れたり、妨害部材３１の尖部３１ａで細胞膜の構造が壊れることで、細胞Ｃが破砕される（図３Ｃ）。破砕後は、細胞Ｃの内包物（核酸やタンパクなど）Ｃ１が試料溶液に溶出し、電気浸透流によって負極側の貯留槽２５（図１参照）に移送される。
【００３５】
（妨害部材の変形例について）
次に、妨害部材の変形例について図４Ａ〜図４Ｄ、図５Ａ〜図５Ｂ、図６Ａ〜図６Ｃを参照して説明する。
【００３６】
図４Ａや図４Ｂは、三角柱状の妨害部材を流路の幅方向に複数並べた変形例を示す。図４Ａの妨害部材は、平面視で略直角三角形の柱部材６１、６３から構成され、その斜面を流路４３の側面側を向くように配置した構成である。また、尖部６１ａ、６３ａは、流路４３の上流側を向いている。
【００３７】
図４Ｂの妨害部材は、平面視で略正三角形の柱部材８１、８３であり、流路７３の幅方向に並列して配置される。柱部材８１、８３の尖部８１ａ、８３ａは流路７３の上流側を向いている。
【００３８】
図４Ｃ及び図４Ｄは、端面が三角柱状以外の形状を有する妨害部材の例を示す。図４Ｃの妨害部材は、平面視で五角形の柱部材１０１から構成され、その尖部１０１ａが流路９３の上流側を向くように配置されている。
【００３９】
図４Ｄの妨害部材は、柱部材の端面に切り込みを設けた妨害部材１２１である。妨害部材１２１は、切り込みにより画成される尖部１２１ａ、１２１ｂを有し、尖部１２１ａ、１２１ｂが流路１１３の上流側を向くように配置されている。
【００４０】
図４Ａ〜図４Ｄのように、尖部を有する妨害部材の場合には、細胞が尖部に衝突すると、衝突した部分の細胞膜が壊れたり、衝突に伴い細胞の形状が変化し、細胞内の内圧が一部で極大化し、細胞が破砕される。
【００４１】
図５Ａ及び図５Ｂは、円柱部材からなる妨害部材の例を示す。図５Ａの妨害部材１４１は、流路１３３内に配置される単一の円柱部材である。また、図５Ｂの妨害部材１６１、１６３は、流路１５３の幅方向に並んで配置された２つの円柱部材からなる。
【００４２】
図５Ａ，図５Ｂに示したように妨害部材を円柱形状とした場合でも、電極（図１の５１、５３に相当）に供給する電圧を高めるなど流路１３３、１５３に形成する電界の強度を強め、電気浸透流の流速を高めることで、衝突時の細胞への衝撃を大きくし細胞を破砕することができる。なお、流路１３３、１５３の最大幅は、細胞の径よりも小さく設定されることは言うまでもない。
【００４３】
図６Ａ〜図６Ｃは、流路の側面から流路内に突出する構成の妨害部材を示す。図６Ａの妨害部材１８１、１８３は、流路１７３を構成する側面であって、互いに対向して設けられている。また、妨害部材１８１、１８３は、それぞれ平面視で略三角形状を呈する。すなわち、妨害部材１８１、１８３は、流路１７３を挟んで対称的に形成され、妨害部材１８１、１８３の最も突出して部分の間の距離は、破砕対象の細胞の径よりも短く設定されている。
【００４４】
上記構成において、細胞が電気浸透流により流路１７３内を移送されると、流路幅が細胞の径よりも狭くなった部分である、一対の妨害部材１８１、１８３の間に細胞が挟みこまれる。さらに、電気浸透流により妨害部材１８１、１８３に対して細胞が押圧され、細胞の内圧が高まると、細胞膜が破れ細胞Ｃ（図３Ａ、図３Ｂ参照）が破砕される。
【００４５】
図６Ｂの妨害部材２０１、２０２が、図６Ａの妨害部材と異なるのは、妨害部材２０１、２０２の平面視形状が略半円状の構成である点である。その他の構成は、図６Ａの妨害部材と同じである。なお、妨害部材２０１、２０２が互いに最も近くなる部分の距離は、細胞の径よりも小さく設定されている。なお、妨害部材２０１、２０２は、尖部を有さないが、細胞は妨害部材２０１、２０２間に挟まれ、押圧されることにより、細胞壁の一部に大きい内圧が掛かり細胞壁が破れ破砕される。
【００４６】
図６Ｃの例は、流路幅が異なる２つの流路２１３、２１５が連結される連結部に配置され、流路２１３の上流側に突出する妨害部材２２１、２２３である。流路２１３の流路幅は、流路２１５の流路幅よりも大きく、流路２１５の流路幅は、細胞の径よりも小さく設定されている。図６Ｃに示す妨害部材の場合、電気浸透流により細胞が妨害部材２２１、２２３に衝突すると、細胞を押圧されるだけでなく、細胞膜に尖部２２１ａ、２２３ａが食い込み細胞の内圧を増加させ、細胞膜を壊す。従って、前述した図６Ａ、６Ｂの妨害部材の他の例に比べると細胞を確実に破砕できる。また、これらの圧力による細胞破砕機構は、特に植物の単離細胞（プロトプラスト）などに対して有効である。
【００４７】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２にかかる細胞破砕装置について図７〜図９Ｃを参照しつつ説明する。図７は、実施形態２にかかる細胞破砕装置の平面図であり、図８Ａは、図７の電界形成用電極及びその近傍の拡大図である。図９Ａ〜図９Ｃは、図７の細胞破砕装置による細胞破砕のステップを説明するための図である。なお、図８Ａ及び後述する図８Ｂ〜図８Ｄは、局部電界形成用電極を流路の近傍部分のみに示しているが、実際は流路基板の端部まで伸び、不均一電界印加装置の電極に電気的に接続可能に形成されている。
【００４８】
図７に示すように、実施形態２に係る細胞破砕装置において、図１の細胞破砕装置と同様に、細胞破砕用チップ３０１は、上流側の貯留槽３２１と下流側の貯留槽３２３とが流路３６３により連結されている。流路３６３の途中には、互いに非対称な形状の一対の電界形成用電極３８１、３８３が配置されている。細胞破砕用チップ３０１は、図１の細胞破砕用チップ１と同様に、ガラス基板にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂からなる流路構成部材が貼り付けられて装着されることで構成されている。流路構成部材には、貯留槽３２１，貯留槽３２３及び流路３６３に対応する凹部が形成されている。
【００４９】
なお、流路３６３内に延在する電極３８１、３８３の部分のみが流路３６３に露出する構成である。したがって、電極が非対称な形状とは、電極全体は同じ形状であっても流路に露出する面積が異なれば非対称な形状であることを意味する。両電極３８１、３８３は、電界印加装置に連結され、交流電圧が供給される。交流電圧が供給されると、電極３８１は電極３８３より流路内への露出面積が小さいため、電極３８１、３８３間で、強度が不均一な電界が形成される。細胞に過大な電界を印加することにより、細胞が破砕（溶解）する現象が知られており、これを利用することで細胞を効率的に破砕することができる。
【００５０】
また、不均一電界が形成された領域では、流路３６３中の細胞Ｃが誘電泳動力を受ける。例えば、高周波の交流電圧（例えば、１ＭＨｚ）を印加すると、不均一電界が形成された領域で、細胞Ｃが負の誘電泳動力を受け、電界強度の小さい弱電界側の電極（下流側に配置された電極３８３）へ引き寄せられる力学的作用により、破砕がより容易となる。また、誘電泳動力が生じる方向は、周波数、細胞の種類、溶媒特性などにより異なることが知られている。
【００５１】
なお、交流電圧は、絶縁性の細胞膜に対して間欠的に電界を集中させ、細胞膜構造の可逆又は不可逆破壊を引き起こす構成としてもよい。すなわち、どのような交流電界を印加するかは、電界が細胞に及ぼす影響を最小限とするように、細胞の大きさや種類等に応じて適宜変更される。また、できるだけ高い周波数で低い振幅の電界を用いると、細胞の内方物への影響を最小限にできる上に、流路３６３内での気泡の発生を防止することも可能である。
【００５２】
また、図８Ａに示されるように、流路の途中に設けられ、細胞Ｃを破砕するための妨害部材３７１、３７３は、図６Ａと同様に平面視で略三角形状で、流路３６３を挟んで互いに向かって突出している。また、妨害部材３７１、３７３の最も近接する部分間の距離は、細胞Ｃの径よりも小さく設定されている。細胞破砕装置のその他の構成について、図１の装置と同様であるので説明は割愛する。
【００５３】
次に、上記細胞破砕装置の動作について図９Ａ〜図９Ｃを用いて説明する。図９Ａ〜９Ｃは、図面の明瞭化のため不均一電界形成用電極を割愛した。
【００５４】
不均一電圧印加装置から図７の細胞破砕装置の細胞破砕用チップ３０１の電極３５１、３５３に電流が供給され流路３６３に電圧が印加されると、実施形態１と同様に、正極側から負極側へ流れる電気浸透流が発生する。従って、試料溶液中の細胞Ｃは、電気浸透流により正極側から負極側（図９Ａ中の左方向）へ移動する。
【００５５】
細胞Ｃが移動し始めた後、不均一電界形成用電極３８１、３８３に周波数の高い交流電圧を印加し、電極間に不均一電界を形成する。細胞Ｃが不均一電界の形成領域に近づくと、電気浸透流の流速に加えて、流路３６３の上流側から下流側への誘電泳動力を受け、妨害部材３７１、３７３に押し付けられる（図９Ｂ）。これにより、細胞Ｃの内圧が高まるとともに、交流電圧の電気的な破砕作用も作用し、細胞Ｃが破砕される（図９Ｃ）。
【００５６】
なお、細胞Ｃが妨害部材３７１、３７３に衝突する時に生じる衝撃だけでなく、細胞Ｃが不均一電解の形成領域内に存している間、細胞Ｃの妨害部材３７１、３７３に接してない部分が誘電泳動力を受けて一方向に引っ張られる。結果として、妨害部材３７１、３７３に挟まれた細胞Ｃの上流側部分の内圧が高められ、細胞の破砕が促進される。
【００５７】
破砕後（例えば、不均一電界印加装置により不均一電界を形成し、所定時間が経過した後）、不均一電界の印加を停止する。破砕した細胞Ｃからは内包物Ｃ１が溶出し、電極３５１、３５３間への電圧の印加により形成される電気浸透流により負極側の貯留槽３２３に移送される。
【００５８】
（不均一電解形成用電極の変形例について）
不均一電解形成用電極の変形例について図８Ｂ〜図８Ｄを参照して説明する。図８Ｂ〜図８Ｄは、それぞれ不均一電界を形成する不均一電界形成用電極の変形例を示す図である。図８Ｂ、図８Ｄでは、一対の不均一電界形成用電極４２１、４２３、４８３、４８５を流路４０３、４６３の幅方向に離間させて配置された例を示す。
【００５９】
図８Ｂにおいて正の誘電泳動力を生じる周波数の低い交流電圧を印加すると、細胞Ｃは、小さい方の電極４２３方向（図中下方）への誘電泳動力を受け、妨害部材４１３に押し付けられ、細胞Ｃが破砕される。図８Ｄの例も図８Ｂと同様に、小さい電極４８５方向へ、すなわち下側の妨害部材４７３に細胞Ｃが押し付けられ破砕される。
【００６０】
図８Ｃの構成において、正の誘電泳動力を生じるような周波数の低い交流電圧を印加すると、上流側に配置され寸法が大きい方の電極４５１から、小さい方の電極４５３方向の誘電泳動力が細胞Ｃに作用し、細胞Ｃが両妨害部材４４１、４４３により挟まれるように押し付けられ、破砕される。
【００６１】
なお、図８Ａ〜図８Ｄに示す破砕ステップにおいて、誘電泳動力の生じる方向を設定するにあたり周波数の他に、細胞種、溶媒特性等も適宜考慮する必要があることは言うまでもない。
【００６２】
なお、上記第２実施形態及び変形例では、２つの不均一電界形成用電極を設ける構成としたが、３つ以上の電極を設け、交流電圧を印加し、不均一電界を形成する構成としてもよい。
【００６３】
上記実施形態１、２及び変形例では、一定の交流電圧を所定時間連続して印加する構成としたが、一定時間おきに高周波電圧を所定時間印加する方式を繰り返す構成とすることができることは言うまでない。交流電界の印加期間、振幅、周波数を時間の経過と共に増減させる構成としてもよい。
【００６４】
さらに、上記実施形態１、２及び変形例では、細胞を破砕するのに要する時間を予め実験等により求め、その時間の経過後に交流電界の印加を停止する構成とすることを想定したが、細胞の状態を顕微鏡から常時観察し、画像処理技術を用いて細胞が破砕されたか否かを判別し、破砕を確認した後に印加を停止する構成としてもよい。
【００６５】
上記実施形態２の妨害部材は、流路の側面から突出し、流路幅を狭める形状のものに限られない。図１０は、実施形態２における妨害部材の他の例を示す。実施形態１と同様に、平面視三角形状で、流路５０３の上面から下方に延びる妨害部材５１１、５１３を設ける構成とすることも可能である。なお、図中の参照符号５２１、５２３は、不均一電解を形成するための電極を示す。
【００６６】
また、実施形態２では、流路内の妨害部材近傍に誘電泳動力を作用させる構成としたが、移送用の電極３５１、３５３に交流電圧を印加し、流路の全長に対して誘電泳動力を作用させる構成としてもよい。
【００６７】
さらに、細胞の移送方法は、電気浸透現象や誘電泳動力による構成に限らず、ポンプを用いるなど圧力流で細胞を移送する構成としてもよい。また、移送用電極や不均一電界形成用電極は、膜状電極として基板に一体形成する構成に限られず、例えばワイヤ上の電極として、流路内に挿入して電圧を印加する構成としてもよい。
【００６８】
本発明の流路や貯留槽の配置は、図１や図７に示すものに限定されず、例えば、流路を複数設ける構成や、他の構成、例えば、破砕後の内包物Ｃ１を分離する分離部を設けるものであってもよい。
【００６９】
基板は、基板として必要な強度を有し、ＰＤＭＳがその自己吸着性を発揮して固定できる材料であれば利用できる。例えば、ほう珪酸ガラス、石英ガラス等のガラスの他、セラミックスなどの各種無機材料、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリエステル等のプラスチック、ガラス繊維とプラスチックの複合材等が利用可能である。
【００７０】
膜状電極は、上記実施形態の材料に限らず一般的な電極材料を用いることができるが、試料に接する表面部分はＰｔ、Ａｕ、Ａｇ等の比較的標準電極電位の高い（正の値を持つ）材料で構成すると、試料にさらした際の電解腐食を防止できるので好ましい。さらに、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極を用いると、基板の透明性が維持できるので、細胞破砕装置において光学的解析を行う場合等に好適である。また、スパッタリングにより形成することで、基板との密着性を高めることができるが、化学蒸着、イオンプレーティング、その他の物理蒸着によって形成することもできる。
【００７１】
（実施形態３）
実施形態３は、遠心力を用いて流路形成チップの流路で試料溶液を流し、その試料溶液で分離や合成を行う場合にその反応過程をモニタで観察可能にしたものである。
【００７２】
図１１は実施形態３に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。図１２は図１１の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。図１３は図１１の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。図１４は図１１の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。図１５はスピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット６２８を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。
【００７３】
以下、実施形態３に係る可視下遠心装置について、添付図面を参照して説明する。図１１〜図１５には、本実施形態に係る可視下遠心装置(以下、単に「装置」ともいう)ＡＰが示されており、装置ＡＰには、所定の回転軸６０２を中心に回転する回転盤６０４と、回転盤６０４に配設され、サンプル（試料溶液）を収容して回転盤６０４とともに回転する反応用の細胞破砕用チップ１（以下、単に「チップ」とも言う。）１と、チップ１内におけるサンプルの状態を目視により観察するための顕微鏡６０８とが備えられている。そして、装置ＡＰは、チップ１内のサンプルに対して遠心力を作用させることで、サンプルから所定の物質(液体、固体および気体、若しくはこれらの混合体など)を分離、あるいは合成させている。
【００７４】
なお、装置ＡＰの大きさや形状、具体的には、回転盤６０４の大きさや形状は、遠心分離あるいは遠心合成させるサンプルの性質や数などに応じて任意に設定すればよいが、本実施形態においては、回転盤６０４が直径２２０ｍｍの円盤として構成されている場合を、一例として想定する。
【００７５】
また、チップ１は、その内部に所定のサンプルを収容し、サンプルを遠心分離反応あるいは遠心合成反応させることが可能であり、図１〜図２Ｂと同様に構成され、平面に沿って流路２３が形成されている。チップ１は、内部にサンプルを収容した状態で、回転盤６０４に対して固定され、回転盤６０４とともに回転することで、遠心力により流路２３でサンプル（試料溶液）が移送可能である。
【００７６】
また、チップ１は、図７のような構成であってもよい。また、試料溶液移送のために電極と遠心力を併用するようにしてもよく、また、個々のサンプルの特性に応じて電極と遠心力のいずれかを選択するようにしてもよい。さらに、試料溶液移送のための電極を省略してもよい。また、流路２３は単数であるが、複数でもよい。
【００７７】
装置ＡＰにおいて、顕微鏡６０８は、チップ１内におけるサンプルの状態を観察可能となるように回転盤６０４の所定位置へ固定されており、回転盤６０４には、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影するための撮像デバイス６１０と、撮像デバイス６１０で撮影された顕微鏡画像の撮影像を、リアルタイムで動画として無線により伝送するための映像無線伝送デバイス６１２が取り付けられている。なお、本実施形態において、顕微鏡６０８は、一例として、チップ１内におけるサンプルの状態を捉える対物レンズ６０８ａと、対物レンズ６０８ａが捉えた顕微鏡画像を撮像デバイス６１０まで伝達するための光路が内部に形成された鏡筒６０８ｂとを備えて構成されている。また、撮像デバイス６１０には、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能な各種の撮像装置を適用することができるが、本実施形態においては、撮像デバイス６１０としてＣＣＤカメラを適用した場合を一例として想定する。
【００７８】
この場合、顕微鏡６０８は、鏡筒６０８ｂ内において、顕微鏡６０８の光路が回転盤６０４の盤面(図１４の上側の面)６０４ａに対して所定の角度で部分的に屈折されており、撮像デバイス(以下、ＣＣＤカメラという)１０は、前記所定角度で屈折された顕微鏡６０８の光路上で、上述した顕微鏡画像を撮影可能となるように、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられている。なお、以下の説明においては、上述した顕微鏡６０８の光路を観察光路と呼び、観察光路を進む光を観察光と呼ぶ。
【００７９】
本実施形態においては、一例として、図１４に示すように、顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂ内へミラー６１４を観察光路の屈折角に応じて任意に設定される所定角度だけ観察光路に対して傾斜して配設している。なお、図１４に示す構成において、装置ＡＰは、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａがチップ１内のサンプル状態を垂直方向(同図の上下方向)の上方から捉えるとともに、回転盤６０４の回転中心の近傍で回転盤６０４の盤面６０４ａに対して平行する方向(水平方向)から対物レンズ６０８ａが捉えた顕微鏡画像をＣＣＤカメラ６１０で撮影する構造を成している。このため、ミラー６１４を観察光の進入方向に対して約１３５°の角度で後傾させて顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂ内に配設することで、進入した観察光を約９０°だけ屈折させ、回転盤６０４の盤面６０４ａに対して平行となるようにさらに進行させている。なお、顕微鏡６０８は、その鏡筒６０８ｂを略直角に屈折させることで、鏡筒６０８ｂ内に略直角に屈折した観察光路を形成した構成とすればよい。
【００８０】
この場合、顕微鏡６０８を回転盤６０４の周縁部へ位置付けることで、垂直方向から進入した観察光がミラー６１４によって回転盤６０４の周方向から中心方向へ向けて回転盤６０４の盤面６０４ａと平行して屈折するように、その進行方向を変化させる構成とすることができる。この結果、顕微鏡６０８は、その観察光(すなわち、顕微鏡画像)が回転盤６０４の中心部、すなわち回転盤６０４の回転中心の方向へ向けて到達(収束)される構造となり、ＣＣＤカメラ６１０を観察光路の到達(収束)先へ位置付けることで、ＣＣＤカメラ６１０が回転盤６０４の回転中心の近傍で顕微鏡の観察光を捉えること、具体的には、顕微鏡画像を撮影することが可能な構成とすることができる。
【００８１】
このため、ＣＣＤカメラ６１０を回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けることができ、回転盤６０４が回転することによって遠心力が生じた場合であっても、ＣＣＤカメラ６１０に対して作用する遠心力を軽減させることができ、遠心力によってＣＣＤカメラ６１０の性能が阻害されることや撮影時の顕微鏡画像がブレることがなく、ＣＣＤカメラ６１０において常に安定した顕微鏡画像の撮影を行うことが可能となる。
【００８２】
また、上述したように顕微鏡６０８を観察光路がミラー６１４によって屈折される構造とすることで、顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂの高さ(図１４の上下方向の距離)を抑えることができる。これにより、回転盤６０４が回転することで回転振動が発生した場合であっても、回転振動に対する顕微鏡６０８の剛性を高めることができ、顕微鏡６０８において常に安定したチップ１内におけるサンプル状態の観察を行うことが可能となる。ただし、鏡筒６０８ｂの高さを抑えるためには、顕微鏡６０８を観察光路の屈折角度が０°より大きく９０°以下となる構造とすることが好ましい。
【００８３】
なお、顕微鏡６０８は、その鏡筒６０８ｂがチップ１に対して垂直方向(鉛直方向(図１４の上下方向))へ上下動可能な構造を成しており、このような構造を成すことにより、チップ１(具体的には、サンプル)と対物レンズ６０８ａとの間の距離(焦点距離)を調整することができるようになっている。この場合、回転盤６０４には、その盤面６０４ａに対して垂直方向へ所定の長さで延出したガイド(以下、Ｚ軸ガイドという)６２０が設けられており、鏡筒６０８ｂをＺ軸ガイド６２０に沿ってスライドさせることで、顕微鏡６０８は、サンプルと対物レンズ６０８ａとの焦点距離を調整する構造となっている。
【００８４】
また、本実施形態においては、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとチップ１とを同一部品(以下、固定部品という)６１６の内部に収容するとともに、収容された対物レンズ６０８ａおよびチップ１を固定部品６１６と一体的に回転盤６０４へ固定することで、対物レンズ６０８ａとチップ１との間の外部振動(具体的には、回転盤６０４の回転によって生ずる回転振動)による相対変位を極小化させている。これにより、顕微鏡６０８は、常に安定してチップ１内のサンプル状態をブレのないクリアな画像として捉えることができ、分離過程あるいは合成過程におけるサンプルの状態を正確且つ確実に観察することが可能となる。
【００８５】
この場合、固定部品６１６の内部には、図１２に示すように、所定の照明装置(例えば、エッジ式のＬＥＤ(Light Emitting Diode)バックライト)６２２が設けられており、サンプルを顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとは反対側から照明装置６２２で照らして透過させた状態で観察できるようにしている。これにより、チップ１内におけるサンプルの状態をより鮮明に観察することができ、対物レンズ６０８ａによってサンプル状態を、よりクリアな顕微鏡画像として捉えることができる。なお、照明装置(エッジ式のＬＥＤバックライト)２２の光源であるＬＥＤ２２ａは、上述したＣＣＤカメラ６１０と同様に、回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられている。
【００８６】
ここで、照明装置６２２は、サンプルを照らして透過させた状態で観察することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、サンプルの性質や種類などに応じて、任意の照明装置を選択すればよく、一例として、本実施形態においては、株式会社モリテックス製のＬＥＤ照明(エッジ式バックライト)ＭＥＢＬ−ＣＷ２５を用いている。ただし、例えば、かかる照明装置６２２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する照明装置であってもよい。
【００８７】
また、固定部品６１６は、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとサンプルとの焦点距離を調整し、適正距離に設定された状態で、対物レンズ６０８ａとサンプルとの相対位置、具体的には、対物レンズ６０８ａのサンプルに対する高さを固定している。これにより、分離反応中あるいは合成反応中、サンプルに対する顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａの高さを一定に維持することができ、サンプルの状態を安定して観察することが可能となる。
【００８８】
また、本実施形態においては、回転盤６０４に対し、上述した顕微鏡画像を動画として撮影するＣＣＤカメラ６１０とともに、ＣＣＤカメラ６１０で撮影された顕微鏡画像のカメラ映像(撮影像)をリアルタイムで動画として無線伝送するための映像無線伝送デバイス６１２が取り付けられている。このように、ＣＣＤカメラ６１０で撮影された映像を外部受信機(図示しない)に対して伝送する方式として、有線方式ではなく無線方式を採用することで、回転盤６０４とともにＣＣＤカメラ６１０ならびに映像無線伝送デバイス６１２を回転させた場合であっても、これらから直接信号線を取り出す必要がなく、信号線の取り回しを考慮する必要が全くない。この結果、ＣＣＤカメラ６１０および映像無線伝送デバイス６１２の周辺構造を容易に簡略化させることができる。
【００８９】
また、信号線の取り回しを考慮する必要がないため、ＣＣＤカメラ６１０ならびに映像無線伝送デバイス６１２を回転盤６０４(具体的には、顕微鏡６０８およびチップ１内のサンプル)とともに回転させる構造とすることができ、回転盤６０４の回転数による制約を受けることなく、任意の高フレームレート(コマ数)でＣＣＤカメラ６１０によって顕微鏡画像を撮影することができ、撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部の受信装置(図示しない)に対して伝送することができる。これにより、かかる外部受信装置として、例えば、液晶パネルやＣＲＴ(Cathode Ray Tube)ディスプレイなどの表示器を設けることで、上述したカメラ映像(すなわち、チップ１の内部におけるサンプルの状態)を、かかる表示器においてリアルタイムに確認しながらサンプルの分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。また、パソコンなどを介して収録したカメラ映像を解析することにより、サンプル(具体的には、その内部物質や、分離物質あるいは合成物質など)の挙動をモニタし、回転盤６０４の最適な回転条件(別の捉え方をすれば、サンプルに作用させる遠心力の最適な大きさ)を推定するとともに、推定された最適条件(例えば、回転速度や回転時間など)で回転盤６０４を回転制御することも可能となる。
【００９０】
この場合、映像無線伝送デバイス６１２は、上述したＣＣＤカメラ６１０と同様に、回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられており、ＣＣＤカメラ６１０によって撮影されたカメラ映像の映像データを所定のアンテナ６１８から外部受信装置(受信機に接続された液晶パネルやＣＲＴディスプレイなどの表示器)に対して無線伝送している。また同様に、アンテナ６１８も回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍、具体的には、回転盤６０４の回転中心の延長線上に立ち上がる構成としている。
【００９１】
なお、映像無線伝送デバイス６１２がカメラ映像の映像データ(映像信号)を外部受信装置(図示しない)へ無線伝送する際、映像データの伝送速度(ビットレート)やデータ形式(周波数や圧縮・非圧縮の有無など)は、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて任意に設定すればよい。例えば、本実施形態においては、一例として、ＣＣＤカメラ６１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を、映像無線伝送デバイス６１２によって周波数が２．４ＧＨｚの非圧縮デジタル信号の映像データに変換し、映像データを外部受信装置に対して無線伝送している。これにより、映像無線伝送デバイスから送信された映像信号を欠落させることなく、外部受信装置に対して送信することができ、外部受信装置においてサンプル状態をクリアで安定した映像で確認しながら、分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。ただし、映像無線伝送デバイス６１２から外部受信装置へ伝送する映像データは、上述した非圧縮のデジタル信号に代えて、圧縮信号であってもよいし、アナログ信号としてあってもよい。
【００９２】
ここで、ＣＣＤカメラ６１０は、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内におけるサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて、任意のＣＣＤカメラを選択すればよく、一例として、本実施形態においては、株式会社モスウェル製のカラーボードカメラＭＳＣ−９０を用いている。ただし、例えば、かかるＣＣＤカメラ６１０と同等、若しくはそれ以上の性能を有するＣＣＤカメラであってもよい。
【００９３】
また、映像無線伝送デバイス６１２は、ＣＣＤカメラ６１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部受信装置(図示しない)に対して無線伝送することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて、任意の映像無線伝送デバイスを選択すればよく、一例として、本実施形態においては、株式会社アイデンビデオトロニクス製のＴＲＸ２４ｍｉｎｉを用いている。ただし、例えば、かかる映像無線伝送デバイス６１２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する映像無線伝送デバイスであってもよい。
【００９４】
なお、上述したＣＣＤカメラ６１０、映像無線伝送デバイス６１２、ならびに照明装置６２２など、装置ＡＰに設けられた各種の電装部品は、図１１および図１３に示すように、所定の電源装置(例えば、バッテリー)６２４によって駆動されている。この場合、電源装置６２４は、かかる各種の電装部品(ＣＣＤカメラ６１０、映像無線伝送デバイス６１２、ならびに照明装置６２２など)を正常に動作させることが可能な電力を、サンプルに対する分離反応中あるいは合成反応中、安定して供給可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上述した各種の電装部品が要する電力の大きさなどに応じて、任意の電源装置を選択すればよく、一例として、本実施形態においては、ＵＬＴＲＡ ＬＩＦＥ株式会社製のバッテリーであるＵＢＢＰ０１(電圧３．７ｖ、バッテリー容量１．８Ａｈ)を用いている。ただし、例えば、かかる電源装置６２４と同等、若しくはそれ以上の性能を有する電源装置であってもよい。
【００９５】
本実施形態においては、かかる電源装置(バッテリー)６２４を４個直列で使用し、これら４つのバッテリー６２４を、回転盤６０４の回転中心に対して対称となる位置へ(１８０°の位相差で)２つずつ均等に配置しているとともに、顕微鏡６０８、チップ１および固定部品６１６に対して９０°の位相差で配置している(図１３参照)。この場合、バッテリー６２４は、一例として、回転盤６０４の盤面６０４ａを凹状に窪ませて成る取付部へ埋設され、板状部材６２６で固定されて回転盤６０４に対して取り付けられている。
【００９６】
ここで、かかる装置ＡＰにおいて、回転盤６０４の回転軸６０２は、図示しない所定の駆動装置(例えば、スピンドルモータなど)によって回転されているとともに、各種の軸受６２７によって回転自在に支持されており、図１４には、一例として、転動体として玉を適用した転がり軸受６２７によって回転軸６０２を支持した構成が示されている。この場合、転がり軸受６２７は、転動体として玉を適用した各種の玉軸受の他、転動体として各種のころ(円筒ころ、円すいころおよび球面ころなど)を適用したころ軸受であってもよい。また、図１４に示す構成においては、回転軸６０２を２つの軸受６２７で支持する構造としているが、回転軸６０２は、１つの軸受６２７で支持してもよいし、３つ以上の軸受６２７で支持してもよい。
【００９７】
なお、軸受６２７として、上述した各種の転がり軸受に代えてエア軸受を適用し、回転軸６０２をエア軸受によって回転自在に支持することで、回転盤６０４が回転する際に生ずる回転振動を格段に軽減させることができ、ひいては、顕微鏡６０８やＣＣＤカメラ６１０の回転振動を抑制させ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態の安定した観察ならびに撮影を行うことが可能となり、さらに好ましい。ここで、一例として、エア軸受は、回転軸６０２の外周面を全周に亘って覆うように位置付けられた筒状のハウジングによって回転軸６０２を回転自在に支持する構造を成し、ハウジングの内周面(回転軸６０２の外周面に対する対向面)に設けた複数の噴出口(噴出孔)から回転軸６０２の外周面へ向けてエアを吹き付け、ハウジングの内周面と回転軸６０２の外周面とを非接触状態に保つことで、回転軸６０２を非常に滑らかに回転させることができる。
【００９８】
また、本実施形態において、回転軸６０２および回転軸６０２を回転自在に支持する軸受６２７は、これらがハウジングとともに一体を成すスピンドルユニット６２８として構成されており、スピンドルユニット６２８が回転盤６０４に装着されることで、回転盤６０４が回転軸６０２を中心として回転される構造となっている。この場合、回転盤６０４には、その中央部が上側(顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などが配設されている側)へ所定の大きさで凸状に突出し、回転盤６０４の下側(上述した各部品などが配設されている側とは反対側)を凸状に窪ませて形成されたスピンドルユニット取付部６０４ｂが設けられており、スピンドルユニット６２８は、回転盤６０４の下側からスピンドルユニット取付部６０４ｂへ挿入されて、回転盤６０４に対して取り付けられている。
【００９９】
このように、装置ＡＰをスピンドルユニット６２８に対して回転盤６０４が被さるような構造とすることで、顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などが配設された回転盤６０４の回転時における回転重心と、回転軸６０２が軸受６２７によって回転自在に支持された軸支部分との距離を狭めることができ、軸支部分に生じる回転モーメントを有効に軽減させることができる。
【０１００】
なお、上述した本実施形態において、装置ＡＰの構成部材の材料については特に言及しなかったが、装置ＡＰの使用態様や使用目的などに応じて各種の素材を任意に選択して使用すればよい。一例として、本実施形態においては、回転盤６０４の材料、ならびに顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などを回転盤６０４に対して取り付けるための各種の取付部材を高強度Ａｌ合金(A2017)製とすることで、回転時における剛性を十分に確保しながら、これらの部材の軽量化を図っている。
【０１０１】
また、本実施形態においては、回転時における装置ＡＰの重量バランスを均等にし、回転時に生じるスピンドルユニット６２８に対する振れ回り応力を減少させるため、回転盤６０４に対し、顕微鏡６０８およびチップ１の配設位置と回転中心に対して略対称となる位置(回転中心に対して反対側)へ所定のバランスウェイト６３０を設けている。バランスウェイト６３０の重量、および配設位置は、回転盤６０４に配設された顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などの各種の部材重量やそのバランス(重心)などに応じて、上述したスピンドルユニット６２８に対する振れ回り応力が小さくなるように調整すればよい。
【０１０２】
なお、装置ＡＰにおいて、より高精度にサンプルの分離反応あるいは合成反応を観察する場合、スピンドルユニット６２８として、回転軸６０２が上述したエア軸受によって回転自在に支持されたエアスピンドルユニットを回転盤６０４に対して装着する構成としてもよい。これにより、回転盤６０４が回転する際に生じる回転振動を格段に軽減させることができ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態をさらに安定した高画質のカメラ映像により観察することが可能となる。この場合、エアスピンドルユニットとしては、例えば、日本精工株式会社製のＧＢＳ１００Ｈなどを用いることができる。
【０１０３】
次に、上述のようにチップ１を可視下遠心装置ＡＰに装着し回転させて発生する遠心力をサンプル（試料溶液）に作用させて流体を駆動し流動させることによる作用効果について説明する。
【０１０４】
チップ１に外部機器との流体接続（流体駆動に例えばポンプを利用する場合）、及び、電気的接続（流体駆動に例えば図１，図７のように電気浸透流などを利用する場合）が不要となり、チップ１の構造が簡素化できる。この効果として、チップ１の取り扱いが容易となり、自動化しやすく、解析速度も向上する。また、チップ１をさらに小型化することができ、より微小サンプルでの解析が可能となる。この場合は、細胞は電気的に破砕することができないので、力学的な衝突によって破砕させる。
【０１０５】
また、周辺機器も小型化できるため、測定系全体を小型化できる。
【０１０６】
また、サンプルの化学的な特性に影響されず、流体を駆動させることができる。特に、電界印加により電気分解し易い溶液を主体とするサンプルでも、駆動（解析）が可能である。また、電気的な刺激によって、変化する可能性のあるサンプルに対しても、これらの影響を気にせず利用でき、適用範囲が広がり好ましい。
【０１０７】
また、サンプルの遠心分離効果を同時に発生させることができ、サンプルの比重による分離が可能である。
【０１０８】
さらに、本実施形態の可視下遠心装置を利用することによって、低回転数（低遠心力）の領域での反応であっても、情報が欠落（コマ落ち）することなく、検出状態を把握することができる。
【０１０９】
次に、図１１〜図１５の可視下遠心装置ＡＰにサンプルに対し上方から照明をあてる落射照明装置を付加した構成について図１６を参照して説明する。図１６は可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を付加した構成を示す図１４と同様の縦断面図である。
【０１１０】
溶液中の細胞やガラスビーズなど、背景と光学的な透過率が同程度（透明）の物質を観察する場合、バックライトによる投下照明では、形状による陰影（コントラスト）が得難く、観察が困難である。この対策として、図１６のように、可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を設けた。
【０１１１】
すなわち、対物レンズ６０８ａの上部のミラー６１４をハーフミラー６１４ａとし、ハーフミラー６１４ａの上方にＬＥＤ照明部６４０を設けることで同軸（落射）照明装置を構成した。ＬＥＤ照明部６４０からの照明光ｍがハーフミラー６１４ａを透過し対物レンズ６０８ａを通してチップ１内のサンプルを照射する。また、サンプルからの反射光ｎは対物レンズ６０８ａを通してハーフミラー６１４ａで反射しＣＣＤカメラ６１０へ到達する。
【０１１２】
ＬＥＤ照明部６４０には、例えば、市販の高輝度緑色ＬＥＤ(OPTSOURCE社製 100047シリーズ、φ３ｍｍ、光度６８００mcd)を利用できるが、対象サンプルによって色調、輝度を選択することができる。また、遠心強度（回転数、時間）によってＬＥＤの破損が懸念される場合には、光源（ＬＥＤ）を回転中心付近に配置して光ファイバで顕微鏡に誘導することもできる。
【０１１３】
図１６の落射照明装置を付加した構成によれば、チップ１内のサンプルからの反射光を観察することによって、光学的透過率が背景と周程度でもサンプル表面の反射による陰影（コントラスト）を得ることができるので、サンプルの挙動を明瞭に観察することができる。
【実施例】
【０１１４】
次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【０１１５】
本実施例は、上述の可視下遠心装置ＡＰをポリスチレンビーズのサイズ選別に利用したものである。すなわち、図１７のようなダンベル型流路（両端に円形の溶液槽を設け、溶液槽同士を直線流路で接続した形状の流路）を形成した流路形成チップを作製し、可視下遠心装置ＡＰに設置し、流路形成チップ内を溶液で満たした状態で反遠心側ヘサイズの異なるポリスチレンビーズ溶液を導入しビーズが遠心力によって流路内を通過する速度を測定した。
【０１１６】
流路形成チップは、図１７のような微細流路パターンを形成したＰＤＭＳ樹脂をガラス基板上へ貼り付けた構造である。流路パターンは、直径３ｍｍの円形の溶液層を７００μｍ幅の直線流路で接続した形状で、深さ約１２０μｍである。溶液層の片側には溶液導入用の孔が空けてあり、ここからビーズ溶液を導入することができる。
【０１１７】
溶液導入用の孔を反遠心側にして直線流路部分の観察領域がＣＣＤカメラで観察できるように可視下遠心装置ＡＰに取り付ける。このとき、流路内はテスト溶液（０．１Ｍマンニトール水溶液）で満たされている。溶液導入孔からポリスチレン溶液を導入し、可視下遠心装置ＡＰを駆動すると、遠心力によってポリスチレンビーズが直線流路を介して遠心側の溶液槽へ移動する。可視下遠心装置ＡＰでは、ポリスチレンビーズが直線流路内を移動する速度を任意の回転数（遠心力）で測定できるため、ポリスチレンビーズの移動速度ｖを正確に測定することができる。
【０１１８】
直径１０μｍと直径４０μｍのポリスチレンビーズ（モリテックス社製  ４０００シリーズ）をサンプルとして、各遠心力下における移動（沈降）速度ｖの違いを測定した。その測定結果を図１８に示す。図１８から理解されるように、直径の大きいビーズの方が移動速度が大きく、各ビーズの挙動を観察しながらサイズ選別が可能なことが実証された。
【０１１９】
以上のように、本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能であり、かかる変形例も本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】実施形態１の細胞破砕装置の平面図である。
【図２Ａ】図１の線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿った断面図である。
【図２Ｂ】図１の線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿った断面図である。
【図３Ａ】実施形態１の生体試料用チップを用いて細胞を破砕する一工程を示す図である。
【図３Ｂ】実施形態１の生体試料用チップを用いて細胞を破砕する一工程を示す図である。
【図３Ｃ】実施形態１の生体試料用チップを用いて細胞を破砕する一工程を示す図である。
【図４Ａ】実施形態１における妨害部材の第１の変形例を示す平面図である。
【図４Ｂ】実施形態１における妨害部材の第２の変形例を示す平面図である。
【図４Ｃ】実施形態１における妨害部材の第３の変形例を示す平面図である。
【図４Ｄ】実施形態１における妨害部材の第４の変形例を示す平面図である。
【図５Ａ】実施形態１における妨害部材の第５の変形例を示す平面図である。
【図５Ｂ】実施形態１における妨害部材の第６の変形例を示す平面図である。
【図６Ａ】実施形態１における妨害部材の第７の変形例を示す平面図である。
【図６Ｂ】実施形態１における妨害部材の第８の変形例を示す平面図である。
【図６Ｃ】実施形態１における妨害部材の第９の変形例を示す平面図である。
【図７】実施形態２の細胞破砕装置の平面図である。
【図８Ａ】実施形態２における電解形成用電極を示す平面図である。
【図８Ｂ】実施形態２における電解形成用電極の第１の変形例を示す平面図である。
【図８Ｃ】実施形態２における電解形成用電極の第２の変形例を示す平面図である。
【図８Ｄ】実施形態１における電解形成用電極の第３の変形例を示す平面図である。
【図９Ａ】実施形態２の細胞破砕装置を用いて細胞を破砕する一工程を示す図である。
【図９Ｂ】実施形態２の細胞破砕装置を用いて細胞を破砕する一工程を示す図である。
【図９Ｃ】実施形態２の細胞破砕装置を用いて細胞を破砕する一工程を示す図である。
【図１０】実施形態２における妨害部材の変形例を示す平面図である。
【図１１】実施形態３に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。
【図１２】図５の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。
【図１３】図５の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。
【図１４】図５の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。
【図１５】スピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット６２８を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。
【図１６】可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を付加した構成を示す図１４と同様の縦断面図である。
【図１７】本実施例で使用した流路基板の流路パターンを概略的に示す平面図である。
【図１８】本実施例において直径の異なるポリスチレンビーズが直線流路内を移動するときの遠心加速度と移動速度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２１】
１、３０１  細胞破砕用チップ
２  凹部
１１  基板
１２  流路構成部材
２１，２５  貯留槽
２２，２６  貯留槽構成溝
２３  流路
２４  流路構成溝
３１  妨害部材
３１ａ  尖部
５１，５３  電極
ＡＰ  可視下遠心装置
【図１】
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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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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