(57)【要約】  【課題】  振動等を用いることなく液滴を生成することができるとともに、任意に液滴を生成することができる液滴生成方法及び、その液滴生成方法を用いるマイクロ流体制御システムを提供する。  【解決手段】  マイクロ流体制御システムは、流体流路１と、液滴９を生成するための液滴生成手段１８とを有する。流体流路１は、分岐領域Ｒにおいて、主流路２０が第１流路１０と第２流路１７とに分岐されている。主通路２０には、主液体１４と母相液体５２とが層流をなして流れており、主液体１４が第１流路１０に、母相液体５２が第２流路１７にそれぞれ流れるようになっている。分岐領域Ｒには、母相液体流通領域Ｙから第１流路１０に通じる領域に沿う形態で対向電極４９が配置されている。この対向電極４９に電圧を印加すると、主液体１４よりも誘電率の大きい母相液体５２が対向電極４９間に引き込まれて第１流路１０に進入する。第１流路１０に流れこむ主液体１４により、母相液体５２が分断されて、主液体１４中に母相液体５２によりなる液滴が生成される。  【選択図】  図４
2005043301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流路を流通する主液体中に該主液体とは異なる母相液体によりなる液滴を生成する方法であって、
前記流体流路は、前記主液体と前記母相液体とがそれぞれ層流をなして流れる主流路と、該主流路から分岐領域において分岐される第１流路及び第２流路とを有し、前記主流路のうち前記母相液体が主に流れる領域を母相液体流通領域とし、前記主流路のうち前記主液体が主に流れる領域を主液体流通領域としたとき、前記主液体流通領域に前記第１流路が通じ、前記母相液体流通領域に前記第２流路が通じるものであり、
前記主流路の前記母相液体流通領域から前記分岐領域を通って前記第１流路に通じる領域に沿う形で対向電極を配置しておき、該対向電極間に電圧を印加することにより、前記主液体より前記母相液体の誘電率が大きい場合に、前記対向電極間に前記母相液体の一部を引き込むことで、前記第１流路を流れる前記主液体中に前記母相液体によりなる液滴を生成することを特徴とする液滴生成方法。
【請求項２】
前記対向電極間に前記母相液体を引き込み、該母相液体の一部が前記第１流路に進入したときに、前記対向電極間への電圧の印加を停止することで、前記母相液体が前記対向電極間に引き込まれることを停止させて、前記対向電極間の前記母相液体中に前記主液体を割り込ませることにより前記母相液体を分断して液滴を作成することを特徴とする請求項１に記載の液滴生成方法。
【請求項３】
前記母相液体中には微小な目標物が含有されており、前記主液体中に前記液滴を生成する際に、前記液滴中に前記目標物を封入するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴生成方法。
【請求項４】
特定の目標物が前記母相液体中に存在する場合に、該特定の目標物が前記母相液体とともに前記対向電極間に進入したときに、該対向電極間に電圧を印加し、前記対向電極間に前記目標物を含む前記母相液体を引き込んで、前記特定の目標物を含む液滴を生成することにより、前記目標物の選別を行うことを特徴とする請求項３に記載の液滴生成方法。
【請求項５】
流体流路と、該流体流路を流れる主液体中に該主液体とは異なる母相液体によりなる液滴を生成する液滴生成手段とを有するマイクロ流体制御システムにおいて、
前記流体流路は、前記主液体と前記母相液体とがそれぞれ層流をなして流れる主流路と、該主流路から分岐領域において分岐される第１流路及び第２流路とを有し、前記主流路のうち前記母相液体が主に流れる領域を母相液体流通領域とし、前記主流路のうち前記主液体が主に流れる領域を主液体流通領域としたとき、前記主液体流通領域に前記第１流路が通じ、前記母相液体流通領域に前記第２流路が通じるものであり、
前記液滴生成手段は、前記主流路の前記母相液体流通領域から前記分岐領域を通って前記第１流路に通じる領域に沿う形で配置される対向電極を有し、前記対向電極間に電圧を印加することにより、前記主液体より前記母相液体の誘電率が大きい場合に、前記対向電極間に前記母相液体の一部を引き込むことで、前記第１流路を流れる前記主液体中に前記母相液体によりなる液滴を生成するものであることを特徴とするマイクロ流体制御システム。
【請求項６】
前記液滴生成手段は、前記対向電極間に前記母相液体を引き込み、該母相液体の一部が前記第１流路に進入したときに、前記対向電極間への電圧の印加を停止することで、前記母相液体が前記対向電極間に引き込まれることを停止させて、前記対向電極間の前記母相液体中に前記主液体を割り込ませることにより前記母相液体を分断して液滴を生成するものであることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ流体制御システム。
【請求項７】
前記母相液体は微小な目標物を含有するものであり、前記液滴生成手段は、特定の目標物が前記母相液体中に存在する場合に、該特定の目標物が前記母相液体とともに前記対向電極間に進入したときに、該対向電極間に電圧を印加し、前記対向電極間に前記目標物を含む前記母相液体を引き込んで、前記特定の目標物を含む液滴を生成することにより、前記目標物の選別を行うようにしたものであることを特徴とする請求項５又は６に記載のマイクロ流体制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に当該液体とは異なる液滴を生成する液滴生成方法及びそれを用いたマイクロ流体制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
細胞を液体中に分散整列させて、液体ごとひとつづつ流路に流しながら、個々の細胞にレーザ光等の検出光を照射し、個々の細胞の特性を解析した上で、細胞の特性毎に細胞を分取（ソーティング）する技術がある。このような技術においては、個々の細胞についてレーザ光等の測定光を照射し、また細胞を個別に分取するために、細胞を液体中に間隔をあけて整列させることが重要となる。そこで、従来では、細胞が分散された細胞懸濁液を細径にしぼって空気中に噴出し、その流れに対して超音波振動等の振動を与えることにより、一つ一つ細胞が含有された細胞含有液滴を生成するようにしている（例えば、特開平３−１２２５４８号公報）。
【０００３】
また、液体の流れの中に当該液体とは異なる液滴を生成する技術としては、主液体が流れる主流路と交差するように液滴の母相液体が流れる母相液体流路を設け、この母相液体流路から主流路を流れる主液体に対して、母相液体を流通させるものがある（例えば、下記非特許文献１）。これによれば、主流路と母相液体流路との交差域において、主流路に進入する母相液体が主液体により分断され、主液体中に母相液体によりなる液滴が生成されるのである。
【特許文献１】特開平３−１２２５４８号公報
【非特許文献１】『Formation of Liquid Droplets in a Microchannel Network for Microreactor Applications」,19TH PROCEEDINGS SENSOR SYMPOSIUM,2002.pp131〜134
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、細胞懸濁液に振動を与えて液滴を生成する方法を採用すると、細胞が一つ一つ含有されている細胞含有液滴を生成することができるものの、液滴の中に含有される細胞にダメージを与える可能性があるという問題がある。
【０００５】
また、上記のように、細胞含有液滴を生成する場合だけではなく、微量の液滴のみを生成してその液滴を所定数採取することにより、微量の液体を採取する方法も考えられるが、このような場合にも、上記のように、振動により液滴を生成する方法を採用すると、液滴一つの量を厳密に統一できず、結果として、精度よく微量の液体を採取することができないという問題がある。
【０００６】
また、非特許文献１によって開示されている技術により液滴を生成すれば、上記のような問題は発生しにくいが、液滴として細胞懸濁液を採用する場合、主流路と母相液体流路とが交差する交差域において、細胞のつまりが発生する頻度が高くなる。そのため、一つの液滴中に含有される細胞の数を一定としにくく、後工程において細胞の情報を検知すること等を考慮すると、好ましくない。
【０００７】
また、上記非特許文献１に開示されている技術においては、主液体と母相液体とをそれぞれ対応する流路に流通させれば、連続的に複数の液滴を生成することができるが、任意に液滴を生成することはできない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、振動等によらずに、かつ液滴の生成を任意に行うことができる液滴生成方法、及びこのような液滴生成方法を用いたマイクロ流体制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の液滴生成方法は、流体流路を流通する主液体中に該主液体とは異なる母相液体によりなる液滴を生成する方法であって、前記流体流路は、前記主液体と前記母相液体とがそれぞれ層流をなして流れる主流路と、該主流路から分岐領域において分岐される第１流路及び第２流路とを有し、前記主流路のうち前記母相液体が主に流れる領域を母相液体流通領域とし、前記主流路のうち前記主液体が主に流れる領域を主液体流通領域としたとき、前記主液体流通領域に前記第１流路が通じ、前記母相液体流通領域に前記第２流路が通じるものであり、前記主流路の前記母相液体流通領域から前記分岐領域を通って前記第１流路に通じる領域に沿う形で対向電極を配置しておき、該対向電極間に電圧を印加することにより、前記主液体より前記母相液体の誘電率が大きい場合に、前記対向電極間に前記母相液体の一部を引き込むことで、前記第１流路を流れる前記主液体中に前記母相液体によりなる液滴を生成することを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の液滴生成方法においては、前記対向電極間に前記母相液体を引き込み、該母相液体の一部が前記第１流路に進入したときに、前記対向電極間への電圧の印加を停止することで、前記母相液体が前記対向電極間に引き込まれることを停止させて、前記対向電極間の前記母相液体中に前記主液体を割り込ませることにより前記母相液体を分断して液滴を作成するのがよい。
【００１１】
さらに、本発明の液滴生成方法においては、前記母相液体中には微小な目標物が含有されており、前記主液体中に前記液滴を生成する際に、前記液滴中に前記目標物を封入するようにすることができる。
【００１２】
母相液体中に微小な目標物が含有されている場合に、具体的に目標物を選別するときの方法は以下のようである。つまり、本発明の液滴生成方法は、特定の目標物が前記母相液体中に存在する場合に、該特定の目標物が前記母相液体とともに前記対向電極間に進入したときに、該対向電極間に電圧を印加し、前記対向電極間に前記目標物を含む前記液滴を引き込んで、前記特定の目標物を含む液滴を生成することにより、前記目標物の選別を行うこととすることができる。
【００１３】
さらに、前述の課題を解決するために、本発明のマイクロ流体制御システムは、流体流路と、該流体流路を流れる主液体中に該主液体とは異なる母相液体によりなる液滴を生成する液滴生成手段とを有するマイクロ流体制御システムにおいて、前記流体流路は、前記主液体と前記母相液体とがそれぞれ層流をなして流れる主流路と、該主流路から分岐領域において分岐される第１流路及び第２流路とを有し、前記主流路のうち前記母相液体が主に流れる領域を母相液体流通領域とし、前記主流路のうち前記主液体が主に流れる領域を主液体流通領域としたとき、前記主液体流通領域に前記第１流路が通じ、前記母相液体流通領域に前記第２流路が通じるものであり、前記液滴生成手段は、前記主流路の前記母相液体流通領域から前記分岐領域を通って前記第１流路に通じる領域に沿う形で配置される対向電極を有し、前記対向電極間に電圧を印加することにより、前記主液体より前記母相液体の誘電率が大きい場合に、前記対向電極間に前記母相液体の一部を引き込むことで、前記第１流路を流れる前記主液体中に前記母相液体によりなる液滴を生成するものであることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明のマイクロ流体制御システムにおいては、前記液滴生成手段は、前記対向電極間に前記母相液体を引き込み、該母相液体の一部が前記第１流路に進入したときに、前記対向電極間への電圧の印加を停止することで、前記母相液体が前記対向電極間に引き込まれることを停止させて、前記対向電極間の前記母相液体中に前記主液体を割り込ませることにより前記母相液体を分断して液滴を生成するものであることとすることができる。
【００１５】
さらに、本発明のマイクロ流体制御システムにおいては、前記母相液体は微小な目標物を含有するものであり、前記液滴生成手段は、特定の目標物が前記母相液体中に存在する場合に、該特定の目標物が前記母相液体とともに前記対向電極間に進入したときに、該対向電極間に電圧を印加し、前記対向電極間に前記目標物を含む前記母相液体を引き込んで、前記特定の目標物を含む液滴を生成することにより、前記目標物の選別を行うようにしたものであることとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の液滴生成方法においては、流体流路は、主流路と、該主流路から分岐する第１流路及び第２流路とを有するものである。流体流路の主流路は主液体が流れる主液体流通領域と、液滴となる母相液体が流れる母相液体流通領域とにより構成されており、主液体流通領域が第１流路に、母相液体流通領域が第２流路にそれぞれ通じている。そのため、主流路を層流をなして流れる主液体と母相液体とが、主液体が第１流路に、母相液体が第２流路に分離して流通するようになっている。そして、本発明の方法では、主流路が第１流路と第２流路に分岐する分岐領域において、母相液体流通領域から第１流路に通じる領域に沿って対向電極を配置するようにしている。したがって、対向電極間に電圧を印加すると、主液体よりも母相液体の誘電率が高い場合に、対向電極間にある母相液体が対向電極間に引き込まれることになり、母相液体の一部が第１流路に進入することになる。そのため、第１流路に進入する母相液体の一部が主液体により分断され、母相液体により構成される液滴が主液体中に生成されることになる。
【００１７】
対向電極間に電圧を印加したときに、主液体より誘電率の大きな母相液体が対向電極間に引き込まれる理由は、マクスウェルの応力によるためであると推察される。電極間の電界、すなわち、電気力線は、電界に平行な方向には縮もうとする応力を持ち、また電界と垂直な方向には広がろうとする応力を持つ。この応力をマクスウェルの応力という。この応力の大きさは電界強度と誘電率の大きさで決まり、電極間に誘電率の異なる液体が存在する場合、電界の向きに対して垂直な方向へひろがろうとする応力は、誘電率の高い液体側のほうが大きい。そのため、本件の場合、より誘電率の大きい母相液体は、電極間に引き込まれる方向へ力を受けることになると推察される。以下、本明細書において、電極間に母相液体が引き込まれる力を「電界による引き込み力」と総称する。
【００１８】
このように、本発明の液滴生成方法においては、対向電極間に電圧を印加し、該対向電極間に母相液体を引き込むことにより液滴を生成するようにしているので、振動等によらず液滴を生成することが可能である。さらに、対向電極間に電圧を印加したときに限り液滴を生成することができるので、任意に液滴を生成することができる。さらに、主液体よりも母相液体の誘電率が大きければ、液滴を生成することができるので、電極を用いる方法ではあるが、母相液体あるいは主液体を帯電させる必要もない。
【００１９】
さらに、対向電極間に電圧を印加するのを停止することにより、対向電極間に引き込まれた母相液体に主液体を割り込ませることで、液滴の生成が可能となる。該方法によれば、対向電極間に印加される電圧を停止するタイミングを制御することで生成される液滴の量を調整することも可能である。そのため、微量な液滴を生成し、これらを所定量分だけ振り分けることにより、極微量の母相液体を任意の量だけ採取することが可能であるとともに、採取される母相液体の量を精密に調整することができるのである。
【００２０】
さらに、母相液体中に微小な目標物を含有させておき、この母相液体から液滴を生成することで、目標物が封入された液滴を生成することができる。そして、目標物が含有された液滴を、封入されている目標物毎に選別することで、目標物の選別を行うことができる。ここで液滴となる母相液体は、細胞懸濁液とすることができ、液滴に含有される目標物としては細胞等の生体分子とすることができる。そのため、本発明の液滴生成方法は、細胞のソーティング技術に適用することができる。目標物としては、具体的に、オルガネラ、バクテリア、動物細胞、植物プロトプラスト等とすることができる。また、複数の細胞が一体となった細胞塊でもよい。さらに、生体分子以外の微粒子も目標物として含むことができる。
【００２１】
さらに、目標物を含む母相液体から液滴を生成する際に、特定の特性を有する目標物が対向電極間に存在する場合に、対向電極間に電圧を印加することで、特定の目標物を含有する液滴を生成することができる。すなわち、生成される全ての液滴中には特定の目標物が含有されることになるとともに、特定の目標物以外の目標物は、母相液体とともに第２流路に流通することになり、目標物の選別を行うことができるのである。
【００２２】
さらに、本発明のマイクロ流体制御システムは、流体流路中に液滴を生成する液滴生成手段として、本発明の液滴生成方法に係る手段を採用することを特徴とする。具体的に、本発明のマイクロ流体制御システムにおいては、流体流路の、主流路と第１流路及び第２流路との分岐領域に配置される対向電極に電圧を印加することにより、対向電極間の母相液体に働く電界による引き込み力により液滴を生成するようにした。さらに具体的に説明すると、流体流路は、前述したように、主流路が分岐領域において第１流路と第２流路に分岐されているものであり、主流路の主液体流通領域が第１流路に通じ、主流路の母相液体流通領域が第２流路に通じている。そして、対向電極は主流路の母相液体流通領域から分岐領域を通って第１流路に通じる領域に沿って配置されている。そのため、対向電極間に電圧を印加すると、電界による引き込み力により対向電極間に存在する母相液体が対向電極間に引き込まれることになり、母相液体の一部が第１流路に進入し、母相液体の一部が主液体により分断されて、母相液体により構成される液滴が主液体中に生成されることになる。
【００２３】
上記のマイクロ流体制御システムでは、液滴を生成する際に振動等を用いることがないので、マイクロ流体制御システムに振動等の影響が生じることがない。また、対向電極間に電圧を印加したときにのみ母相液体の一部が対向電極間に引き込まれ、それ以外のときは、ほとんどの母相液体が第２流路に流通することになる。そのため、対向電極間に電圧を印加したときのみ液滴を生成することができるので、任意に液滴を生成することが可能である。さらに、主液体よりも母相液体の誘電率が大きければ、液滴を生成することができるので、電極を用いるシステムではあるが、母相液体あるいは主液体を帯電させる手段を必要としない。
【００２４】
さらに、液滴生成手段として、対向電極間に電圧を印加するのを停止することにより、対向電極間に引き込まれた母相液体に主液体を割り込ませることで、液滴を生成するものを採用することで、液滴の生成が確実に行われることになる。そして、対向電極間への電圧の印加を停止したときに、母相液体が主液体により分断されるため、液滴の生成が可能となるので、任意の量の液滴を生成することができる。そのため、微小な液滴を生成し、これらを所定量分だけ振り分けることにより、極微量の母相液体を任意の量だけ採取することが可能であるとともに、採取される母相液体の量を精密に調整することができるのである。
【００２５】
さらに、液滴生成手段として、母相液体が特定の目標物を含有する場合に、対向電極間に該特定の目標物が進入してきたときに、対向電極間に電圧を印加するものを採用すれば、特定の目標物を含有する液滴を生成することができる。そして、特定の目標物が対向電極間に進入していない場合には、液滴の生成を行わないようにすれば、生成される全ての液滴中には特定の目標物が含有されることになるとともに、特定の目標物以外の目標物は、母相液体とともに第２流路に流通することになる。そのため、母相液体に含有されている目標物の選別を行うことができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明のマイクロ流体制御システムの第１実施例を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態のマイクロ流体制御システムによれば、流体通路１は、微小な目標物としての細胞が含まれている微小サイズの液滴９が分散した主液体１４を流すための流体流路１と、該流体流路１に液滴を生成する液滴生成手段１８とを有している。さらに液滴生成手段１８により生成された液滴９をカウントするための液滴カウント部６と、生成された液滴を選別する液滴選別手段２とを有する。さらに、液滴カウント部６でカウントされた液滴９に対して検知処理を行って液滴９に関する情報を検知する情報検知部７とが設けられている。
【００２７】
流体流路１は、例えば樹脂製の基板の表面上に溝が形成されているようなものであって、この溝が目標物としての液滴９を流通させるための流体流路１を形成することになる。流体流路１は主流路２０が分岐領域Ｒにおいて第１流路１０と第２流路１７とに分岐されるものである。液滴生成手段１８によって生成された液滴９は、図１に示すように第１流路１０を流通する主液体１４に囲まれる形態で流通し、第１流路１０に沿って順番に配置されている液滴カウント部６と、情報検知部７と、液滴選別手段２とを通過することになる。液滴カウント部６では、第１流路１０を流通する生成された液滴９の数をカウントすることができる。情報検知部７では、液滴９に含有されている細胞が特定の特性を有するかどうかを検知することができる。液滴選別手段２においては、特定の細胞を含有する液滴９とそれ以外の液滴９とを振り分けることができる。このように、本実施形態のマイクロ流体制御システムは、細胞分離選別装置として構成されているものである。
【００２８】
以下、液滴生成手段１８について説明する。図２、図３、図４、図５は、液滴生成手段１８の概要を説明する図である。図５は、図２のＡ−Ａ線に沿った矢視図である。図２から図４に示すように、流体流路１は、上流側に設けられた流路幅（Ｄ1）の主流路２０と、該主流路２０から分岐領域Ｒにおいて分岐される第１流路１０及び第２流路１７とを有する。第１流路１０の流路幅（Ｄ２）は、主流路２０の流路幅（Ｄ１）よりも狭くされている。また、流体流路１の分岐領域Ｒには、主流路２０の流路幅（Ｄ１）から第１流路の流路幅（Ｄ２）に変化するに伴って、第２流路１７が形成されている側とは反対側に傾斜案内面１０ｐが形成されている。
【００２９】
また、流体流路１の分岐領域Ｒには流体流路１に対面するように対向電極４９が配置されている。図５に示すように、対向電極４９は電源８１にスイッチ８０を介して接続されており、流体流路１を上下に絶縁相８３を介して挟むように２個一組の電極で構成されている。図２の状態では対向電極４９間に電圧は印加されていない。この対向電極４９は、主流路２０の母相液体流通領域Ｙから分岐領域Ｒを通って第１流路１０に通じる領域に沿って配置されている。つまり、対向電極４９間には、その上流側の一端では母相液体５２が主体に流通し、下流側の他端では主液体１４が主体に流通するようになっている。
【００３０】
以下、上記のような液滴生成手段１８の作用についてくわしく説明する。流体流路１の主流路２０には、主液体１４と、液滴９となる母相液体５２とが層流をなして、主液体１４がＥ２方向に、母相液体５２がＥ１方向に流れるようになっている。主流路２０の流路幅（Ｄ１）や、主液体１４及び母相液体５２の単位時間当たりの流量や、主液体１４と母相液体５２とが一緒に流れる領域の長さ等を適宜設定することにより、主流路１０を流れる主液体１４と母相液体５２とを層流となすことができる。主流路１０において、主液体１４は主流路１０の流路幅方向の一方側を流れ、母相液体５２は他方側を流れるようになっている。主流路１０のうち主に主液体１４が流れる主液体流通領域Ｘは第１流路１０に通じており、母相液体流通領域Ｙは第２流路１７に通じている。
【００３１】
そして、分岐領域Ｒには主流路２０の主液体流通領域Ｘ側に傾斜案内面１０ｐが形成されており、この傾斜案内面１０ｐにより主液体１４がＥ３方向に寄せられて第１流路１０に流通し、第１流路１０を下流に向けてＥ４方向に流れる。一方、主液体１４により第２流路１７側に寄せられた母相液体５２は、基本的には第２流路１７に向けてＥ５方向に流れる。そのため、主流路１０を層流をなして流れる主液体１４と母相液体５２とは第１流路１０と第２流路１７とにそれぞれ分岐されて流通することになる。
【００３２】
以上は対向電極４９間に電圧を印加しない場合について示したものである。対向電極４９間に電圧を印加しないと、液滴９の生成は行われない。次に液滴９を生成する場合について説明する。液滴９を生成するときには対向電極４９間に電圧を印加することで行うことができる。対向電極４９間には主液体１４と母相液体５２とが存在している（図２参照）。この状態で対向電極４９間に電圧を印加すると、対向電極４９間に電界が生じ、「電界による引き込み力」により対向電極４９間のより下流側に母相液体５２が引き込まれる。ここで、図３に示すように、対向電極４９の下流側の一端４９ｗは、分岐領域Ｒにおいて第１流路１０と第２流路１７との分岐点１７ｗよりも寸法Ｗ分下流にまで延びる形で配置されている。このため、主液体１４よりも誘電率が大きい母相液体５２は、主流路２０から第２流路１７に流れつつも、その一部５２ｘは対向電極４９間の特に下流側の一端４９ｗ側に引き込まれる。この結果、母相液体５２の一部５２ｘは、流体流路１の分岐点１７ｗよりも下流側にＥ４方向に向けて移行し、第１流路１０に進入しようとする。
【００３３】
この状態で、対向電極４９に印加する電圧を停止すれば、対向電極４９間の母相液体５２に働く「電界による引き込み力」は実質的に消失する。このため、主液体１４の流れは、図２に示す状態に戻ることになる。つまり、傾斜案内面１０ｐによりＥ３方向に向かって主液体１４が再び寄せられる。このため、対向電極４９間に引き込まれて第１流路１０の下流側に延びた母相液体５２に主液体１４が割り込むことになる。したがって、第１流路１０に進入しようとする母相液体の一部５２ｘは、図４に示すように、分断箇所Ｋ１において主液体１４により分断され、母相液体５２の一部５２ｘが液滴９となる。このように生成された液滴９は、主液体１４に囲まれた状態で、第１流路１０の下流に向けてＥ４方向に流れる。このように、対向電極４９間に印加する電圧のオン、オフを繰り返すことにより液滴９が間欠的に生成されることになり、複数の液滴９が第１流路１０の下流側に向けて流れることになる。なお、図４においては液滴９の輪郭を９Ｘとして示す。このような液滴生成手段１８によれば、対向電極４９間の電圧を任意にオン・オフすることで、任意に液滴９を生成することができる。
【００３４】
本実施の形態の場合、母相液体５２として、目標物としての細胞が含有されている細胞懸濁液を採用することができる。以上説明した液滴生成手段１８によれば、母相液体５２に細胞が含有されていれば、液滴９内に細胞を封入した状態で液滴９を生成することができる。このように、細胞が含有された状態で液滴９を生成することにより、この液滴９を本マイクロ流体制御システムに供給することで、細胞の振り分けを行うことができる。一般的には、一つの液滴９に一つの細胞を入れるようにしており、一つの液滴９と一つの細胞が対応している。目標物としての細胞の平均径は０．１μｍ〜５００μｍの範囲のもの例示することができる。
【００３５】
なお、液滴９の母相となる母相液体５２としては、水を主要成分とするものを採用することができる。液滴９の搬送用及び母相液体５２の分断用の主液体１４としては、母相液体５２に対して溶解性が低いものを採用することができる。したがって、母相液体５２として水を主成分とするものを採用する場合、主液体１４としては、疎水性を有する液状物、例えば油類、フルオロカーボンを採用することができる。油類としては、ひまわり油、オリーブ油、きり油、あまに油、シリコーンオイル、ミネラルオイル等を例示することができる。
【００３６】
母相液体５２の成分としては水系を採用することができ、主液体１４よりも高い誘電率を有するものである。主液体１４は油系であり、母相液体５２は水系であるので、生成された液滴９はいわゆるwater-in-oil型の液滴９となる。そのため、液滴９が主液体１４と交じり合うことを防止することができる。
【００３７】
次に、液滴カウント部６について説明する。図１に示すように、液滴生成手段１８により生成された液滴９は液滴カウント部６に供給されることになる。ここで、流体流路１の第１流路１０を通過する液滴９がカウントされる。液滴９をカウントするとは、液滴９の数と液滴９が流通する時間間隔（タイミング）を計測することをいう。液滴カウント部６としては、例えば、図６、図７に示すようなものを使用することができる。図６に示す液滴カウント部６は、光透過式であり、液滴生成手段１８で分断された液滴９を検知し、液滴９の数と時間間隔をカウントするものである。液滴カウント部６は液滴９が流れる流体流路１（図１の場合第１流路１０）を挟むような形態で配置された投光部６０と受光部６１とから構成されている。液滴９が流体流路１の投光部６０と受光部６１との間に存在しないとき、投光部６０から照射された光が流体流路１を通過し、受光部６１まで到達する。一方、流体流路１の投光部６０と受光部６１との間に液滴９が存在するときは、投光部６０から受光部６１まで透過する光は液滴９により遮断されるか、透過量が減少する。そのため、受光部６１において検知される光の検知量が減少するのをカウントすることにより、液滴９の数と時間間隔をカウントすることができる。なお、図６においては、流体流路１を挟むように投光部６０と受光部６１とを配置するようにした光透過式を採用しているが、液滴９により反射された光を受光部により検出する光反射式としても良い。この場合、受光部は流体流路１に対して投光部６０と同じ側に形成することができる。また、流体流路１の投光部６０とは反対側に反射ミラーを設けて、この反射ミラーにより反射される光を受光部により検出する光反射式を採用することもできる。
【００３８】
図７は、通電方式の液滴カウント部６Ｂの一例を示すものである。液滴カウント部６Ｂは、液滴生成手段１８により生成された液滴９を検知し、液滴９の数と時間間隔をカウントするものである。液滴カウント部６Ｂは、液滴９が流れる流体流路１の第１流路１０に間隔を隔てて設けられた第１導電部６３及び第２導電部６４とを有する。第１導電部６４と第２導電部６３とはそれぞれの一端が検知部６５を介して接続されており、それぞれの他端は流体流路１中で接触することなく配置されている。第１導電部６３と第２導電部６４との間隔は、液滴９の直径よりも短く設定されている。さらに、液滴９は導電性を有し、主液体１４は電気絶縁性を有するものとされる。そのため、第１導電部６３と第２導電部６４との間に液滴９が存在しないときには、第１導電部６３と第２導電部６４とは非導通である。一方、第１導電部６３と第２導電部６４との間に液滴９が存在するとき、つまり流体流路１を流通する液滴９が液滴カウント部６Ｂに到達したときには、第１導電部６３と第２導電部６４とが導通することになる。そのため、検知部６５における電流を検知すれば、液滴９の存在を検知することができ、検知部６５による検知回数をカウントすることにより液滴９の数と時間間隔をカウントすることができる。
【００３９】
次に、情報検知部７について説明する。図１に示すように、情報検知部７は、流体流路１の第１流路の検知位置１０ｒ付近に設けられている。情報検知部７は光学的検知方式を採用しており、先端部が検知位置１０ｒに対面する光ファイバ７０、７１と光ファイバ７１の他端部に電磁波としての例起用のレーザビーム（検査光）を投光するレーザ素子を有する投光部７２、レーザビームにより細胞で励起されて発光した蛍光を受光する受光部７３、受光部７３における受光信号に基づいて細胞に関する情報を検知する検知部７４とを有する。細胞は予め蛍光物質が胆持された状態で供給されるものであり、レーザビームにより励起されて蛍光を発するものである。このように光ファイバ７０、７１の先端部を検知位置１０ｒの液滴９に接近状態で対面させるため、光学系の情報検知部７の本体を、邪魔にならないように液滴９から離れた位置に設けることができる。
【００４０】
細胞を含有する液滴９が第１流路１０を流れて情報検知部７に到達すると、情報検知部７に投光部７２から光ファイバ７０を経て投光された検査光としてのレーザビームは細胞を含有する液滴９の細胞に集光する、この結果、レーザビームが照射された細胞に予め胆持されている蛍光物質が励起される。励起されて発生する蛍光は、光ファイバ７１を介して受光部７３に受光される。これにより検知位置１０ｒに到達した細胞が特定の特性を有する細胞（目標細胞）であるかどうかが検知される。そして、特定の特性を有する目標細胞である場合には制御系に目標細胞である旨の目標細胞信号を出力する。一方、目標細胞ではない場合は、目標細胞ではない旨の非目標細胞信号を制御系に出力する。
【００４１】
次に、液滴選別手段２について説明する。液滴選別手段２は、図１に示すように、流体流路１の第１流路１０のうち情報検知部７よりも下流側に設けられている。液滴選別手段２は、液滴９を選別するために液滴９に正あるいは負の極性を付与する帯電部３と、液滴９の極性に応じて液滴９を個別に振り分けるソータ部４とを有する。
【００４２】
図８に示すように、帯電部３は液滴９の電荷を静電誘導させる第１帯電用電極３１と、第１帯電用電極３１と同極性の電荷を逃がす第２帯電用電極３２との組で形成されている。第１帯電用電極３１は、帯電用電源３４、３５にスイッチ３３を介して接続されている。第２帯電用電極３２は接地されている。スイッチ３３により端子３３ａと端子３３ｃを接続することにより、第１帯電等電極３１は電源３５に接続されて正の極性となる。一方で、スイッチ３３により端子３３ｂと端子３３ｃとを接続することにより、第１帯電用電極３１は負の極性となる。このようにスイッチ３３により第１帯電用電極３１の極性を変更することができる。
【００４３】
図１１は、図８のＢ−Ｂ断面図である。第１帯電用電極３１は第１流路１０の上側に配置されており、第２帯電用電極３２は第１流路１０の下側に液滴９と接触するように配置されている。液滴９を負の極性に帯電させる場合、スイッチ３３により第１帯電用電極３１を電源３５に接続する。すると、第１帯電用電極３１は正の極性となる。この状態で液滴９が帯電部３に接近すると、液滴９の第１帯電用電極３１に近い側（上部）に静電誘導により負の電荷が集まる。これに対して、液滴９の第１帯電用電極３１から遠い側（下部）には正の電荷が集まる。この状態で、液滴９が第２帯電用電極３２に接触すると、第２帯電用電極３２は接地されているので、第２帯電用電極３２に正の電荷が逃げる。これにより、液滴９には負の電荷がより多く残り、液滴９の極性を負にすることができる。液滴９の極性を正にするには、スイッチ３３により第１帯電用電極３１を電源３４に接続し、第１帯電用電極３１の極性を負にすることにより実現することができる。
【００４４】
上記のように、第１帯電用電極３１の極性を切り替えることで液滴９に任意の極性を付与することができる。そのため、情報検知部７において、特定の特性を有する目標細胞を含有する液滴９と、それ以外の液滴９とに、それぞれ逆の極性を付与することができる。
【００４５】
上記のように、所定の極性に設定された液滴９が帯電部３からソータ部４に到達すると、液滴９は極性に応じて振り分けられる。ソータ部４は、第１流路１０の通路幅方向にそれぞれ間隔をあけて配置された第１選別用電極４１と第２選別用電極４２とで構成されている。本実施形態においては、第１選別用電極４１は正の極性とされており、第２選別用電極４２は負の極性とされている。なお、第１選別用電極４１と第２選別用電極４２の極性は、逆の極性になっていればよく、第１選別用電極４１が負の極性で、第２選別用電極４２が正の極性としてもよい。ソータ部４の下流側において、第１流路１０は振り分け流路１２に分岐される。振り分け流路１２は、第１振り分け流路１２１と第２振り分け流路１２２との二つに分岐されている。第１選別用電極４１が配置されている側に第１振り分け流路１２１が、第２選別用電極４２が配置されている側に第２振り分け流路１２２がそれぞれ配置されている。
【００４６】
第１選別用電極４１の極性が正とされている場合に、負の極性の液滴９が流通すると、液滴９は第１帯電用電極４１に静電吸引力により吸引されて、ひいては、第１振り分け流路１２１にＡ３方向に流れて、第１振り分け流路１２１に振り分けられることになる。この場合、第２選別用電極４２は液滴９と同じ極性（負）とされているので、液滴９には第２選別用電極４２からの静電反発力も働き、この静電反発力も第１振り分け流路１２１への振り分けに寄与する。一方、正の極性の液滴９が流通すると、液滴９は第２選別用電極４２からは静電吸引力を受け、第１選別用電極４１からは静電反発力を受ける結果、液滴９は第２振り分け流路１２２に振り分けられることになる。なお、第１選別用電極４１の極性が負で、第２選別用電極４２の極性が正の場合は、負の極性の液滴９は第２選別用電極１２２に振り分けられ、正の極性の液滴９は第１選別用電極１２１に振り分けられることになる。
【００４７】
液滴９が細胞を含有するものであるとき、細胞の特性に基づいて液滴９の極性を区別しておけば、特定の特性を有する細胞とそれ以外の細胞とを振り分け流路１２に振り分けることができる。
【００４８】
また、液滴選別手段２としては、図９及び図１０のような構成を採用することもできる。図９及び図１０においては図８と共通する部位には基本的に共通のを符号を付与するものとする。図９の液滴選別手段２Ｂは、帯電部３と、帯電部３により帯電された液滴９をローレンツ力により振り分けるソータ部４Ｂとを有する。具体的には液滴選別手段２Ｂは磁界発生部８である。図５においては、磁界発生部８により、紙面に垂直な方向に、紙面上から紙面下に向かう磁界が発生している。帯電部３により極性が負とされている液滴９は、磁界によりＦＡの向きのローレンツ力を受ける。そのため振り分け流路１２２に振り分けられる。一方、正の極性の液滴９は、磁界によりＦＢの向きのローレンツ力を受け、その結果、振り分け流路１２１に振り分けられる。
【００４９】
図１０の液滴選別手段２Ｃは、液滴９を「電界による引き込み力」により振り分けるものである。液滴選別手段２Ｃは、具体的には、第１流路１０の振り分け流路１２の上流側において、流路幅方向において互いに対面するように設けられた第１対向電極４５と第２対向電極４６とで構成されているソータ部４Ｃを有する。図１２に示すように、第１対向電極４５（第２対向電極４６）は、スイッチ３３ｃ（スイッチ３４ｃ）を介して電源４７（電源４８）と接続されている。電源４７、４８は交流電源とされている。これら第１対向電極４５と第２対向電極４６とは、第１流路１０を上下に挟むように、それぞれ２個１組の電極で形成されている。また、２組の対向電極同士は第１流路１０の流路幅方向において所定の間隔をあけて配置されており、これらの対向電極同士は互いに非接触とされる。第１対向電極４５と第２対向電極４６との間に形成されている間隔は、第１流路１０の中央部に形成されるようにしておき、第一流路１０の中央を流れる液滴９が、ちょうど互いの対抗電極間を通るようにしておく。なお、第一流路１０を流れる液滴９は、通常略中央部を通る傾向にあるので、液滴９を第１流路１０の中央に流通させるのは比較的容易である。また、第１流路１０の中央部に形成されている第１対向電極４１と第２対向電極４２との隙間は、液滴９の直径よりも短く設定されている。第１対向電極４５は第１振り分け流路１２１側に配置されており、第２対向電極４６は第２振り分け流路１２２側に配置されている。
【００５０】
第１流路１０を流通する液滴９を第１振り分け流路１２１に振り分けるときは、液滴９がソータ部４Ｃに到達したときに、スイッチ３３ｃにより、第１対向電極４１間で電圧を印加する。第２対向電極４２には電圧は印加しないようにしておく。液滴９は主液体１４よりも誘電率が大きいので、「電界による引き込み力」により液滴９が第１対向電極４１間に引き込まれる。その結果、液滴９は第１振り分け流路１２１側に寄せられ、Ａ３方向に流れて第１振り分け流路１２１に振分けられる。一方、第２振分け流路１２２に液滴９を振分けるときは、第１対向電極４１間に電圧を印加させず、スイッチ３４ｃにより第２対向電極４２間に電圧を印加する。これにより、第２対向電極４２間に液滴９が「電界による引き込み力」により引き込まれる。その結果、液滴９が第２振分け流路１２２側に寄せられ、Ａ４方向に流れて第２振分け流路１２２に振り分けられる。このような形態によれば、液滴９を構成する母相液体５２の誘電率が主液体１４よりも大きければよいので、液滴９を帯電させることなく液滴９を選別することができる。そのため、液滴９を帯電させるための帯電部は必要としない。
【００５１】
以上の本実施形態においては、液滴９として細胞を含有するものを採用し、この細胞を分離選別する細胞分離選別装置として、本発明のマイクロ流体制御システムを使用する場合について説明しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、本発明のマイクロ流体制御システムにおいては、液滴９として細胞等の目標物を含有しないものを採用してもよい。この場合、液滴生成手段１８により生成された極微量の液滴９を、液滴選別手段２により選別して振り分けることにより、液滴９を構成する母相液体５２を、ナノリットル、ピコリットル、フェムトリットル等のオーダーで採取することができる。
【００５２】
（第２の実施形態）
図１３は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロ流体制御システムの概要を示したものである。図１と同様の構成のものは共通の符号をつけるとともに、説明を省略する。図１３のマイクロ流体制御システムは、液滴９となる母相液体２５として、目標物としての細胞１９を含有する細胞懸濁液である。図１３において、液滴生成手段２１は、母相液体５２に含有されている細胞を選別しつつ液滴９を生成するものである。具体的には、流体流路１のうち主流路２０に情報検知部７が配置されており、その下流に本発明に係る液滴生成手段２１が配置されている。情報検知部７は図１と同様の構成及び作用を有するものであるので、説明を省略する。ただし、投光部７２から照射される検査光は、光ファイバ７０を通って母相液体流通領域Ｘの細胞１９に照射される点が、図１とは異なる。
【００５３】
図１３のマイクロ流体制御システムにおいては、情報検知部７より特定の特性を有する細胞１９（目標物）かどうかが主流路２０において判断される、その情報は、図示しない制御系に一旦送信される。
【００５４】
そして、特定の特性を有する細胞１９が液滴生成手段２１に到達したときに、具体的には、対向電極４９間に到達したときに、制御系からの信号により対向電極４９に電圧を印加する。これにより、特定の特性を有する細胞１９を含む母相液体５２が対向電極４９間の下流側に引き込まれることになる。そして、細胞１９が液滴９内に包含されるように、所定のタイミングで対向電極４９間に印加される電圧を停止する。これにより、細胞１９が含有される液滴９を生成することができる。また、情報検知部７により特定の特性を有する細胞１９ではないと検知された細胞１９が液滴生成手段２１に流通してきたときには、制御系から対向電極４９間に電圧を印加するための信号を送らず、その細胞１９を母相液体５２とともに第２流路１７に流出するようにする。このように、本実施形態のマイクロ流体制御システムにおいては、細胞１９（目標物）の選別を、選別される細胞１９を液滴９に封入することにより実現することができる。つまり、本実施形態にかかる液滴生成手段２１は、細胞１９等の目標物を選別する目標物選別手段としても機能するものである。
【００５５】
なお、第１及び第２の実施形態において、流体流路１の主流路２０に主液体１４と母相液体５２との層流を形成するには、に示すように、母相液体流路２５と主液体流路２６とが主流路２０に接続されるようにして、母相液体流入ポンプ２７から母相液体流路２５に母相液体５２を流入し、主液体流入ポンプ２８から主液体流路２６に主液体１４を流入することで実現することができる。この場合、主流路２０において、主液体１４と母相液体５２とが層流をなして流通するためには、母相液体流路２５や主液体流路２６の流路幅及び深さ（断面積）や、これらの流路を流れる流体の流速を、層流が形成されるように調整する必要がある。また、母相液体流路２５と主液体流路２６とは、アール形状に形成されており、層流が形成されやすいようになっている。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
（必要でなければ省略）
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態のマイクロ流体制御システムを説明する図。
【図２】実施形態にかかる液滴生成手段を説明する図。
【図３】実施形態にかかる液滴生成手段を説明する図。
【図４】実施形態にかかる液滴生成手段を説明する図。
【図５】実施形態にかかる液滴生成手段を説明する図。
【図６】液滴カウント部の一例を説明する図。
【図７】液滴カウント部の図６とは異なる一例を説明する図。
【図８】液滴選別手段の一例を説明する図。
【図９】液滴選別手段の図８とは異なる一例を説明する図。
【図１０】液滴選別手段の図８及び図９とは異なる一例を説明する図。
【図１１】図８及び図９に係る液滴選別手段の帯電部を説明する図。
【図１２】図１０に係る液滴選別手段の断面図。
【図１３】第２の実施形態のマイクロ流体制御システムを説明する図。
【図１４】主流路において層流を形成する手段を説明する図。
【符号の説明】
【００５８】
１  流体流路
９  液滴
１０  第１流路
１４  主液体
１７  第２流路
１８  液滴生成手段
２０  主流路
４９  対向電極
５２  母相液体
Ｒ  分岐領域
Ｘ  主液体流通流路
Ｙ  母相液体流通流路
【図１】
2005043301.tif 000003
【図２】
2005043301.tif 000004
【図３】
2005043301.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005043301.tif 000009
【図８】
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【図９】
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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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