(57)【要約】      （修正有）【課題】ポリマー微粒子，ナノ粒子，金属微粒子，セラミクス微粒子，細胞，オルガネラ，微生物などのような粒子を分離または濃縮する際，粒子を標識することなく，粒子をその大きさによって迅速かつ大量に分離または濃縮する。【解決手段】所定の方向に延長される流路Ａと，流路Ａの途中において一つまたは複数の分岐点を有し，前記分岐点においてそれぞれ，長さ，幅，深さ，径などのスケールのうちいずれか一つ以上が適当に調節された分岐流路を一つまたは複数有する流路構造を用いる方法であり，前記分岐流路の一端から粒子を含む流体を連続的に導入した際，前記分岐点において，前記流路Ａの下流への流量と前記分岐流路への流量の比を前記流路Ａと分岐流路のスケールによって調節することで，ある一定サイズ以上の大きさを持つ粒子は，前記分岐点において前記分岐流路へ導入されないようにする連続粒子濃縮・分離のための流路構造を利用する。【選択図】図１
2007021465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に延長される流路Ａと，流路Ａの途中において一つまたは複数の分岐点を有し，前記分岐点においてそれぞれ，長さ，幅，深さ，径などのスケールのうちいずれか一つ以上が適当に調節された分岐流路を一つまたは複数有する流路構造  を用い，  前記分岐流路の一端から粒子を含む流体を連続的に導入した際，前記分岐点における，前記流路Ａの下流への流量と前記分岐流路への流量の比を，前記流路Ａと分岐流路のスケールを適当に設定することによって調節することで，ある一定サイズ以上の大きさを持つ粒子は，前記分岐点において前記分岐流路へ導入されないようにすることができるため，  前記分岐流路からある一定サイズ以上の大きさを持つ粒子を含まない流体を回収することができ，前記分岐点の下流における前記流路Ａからある一定以上の大きさを持つ粒子の濃縮が高くなった流体を回収することのできる  連続粒子濃縮・分離のための流路構造および方法。
【請求項２】
所定の方向に延長される流路Ａと，流路Ａの途中において複数の分岐点を有し，前記分岐点においてそれぞれ，長さ，幅，深さ，径などのスケールのうちいずれか一つ以上が適当に調節された分岐流路を一つまたは複数有する流路構造  を用い，前記分岐流路の一端から粒子を含む流体を連続的に導入した際，前記分岐点における，前記流路Ａの下流への流量と前記分岐流路への流量の比を，前記流路Ａと分岐流路のスケールを適当に設定することによって調節することで，ある一定サイズ以上の大きさを持つ粒子は，前記分岐点において前記分岐流路へ導入されないようにすることができるため，ある一定サイズ以上の大きさを持つ粒子は前記分岐点の下流における前記流路Ａの流路壁近傍に濃縮され，更に，前期流路の下流における別の前記分岐点における別の前記分岐流路から，ある一定範囲の大きさを持つ粒子の濃度が高くなった流体を回収することのできる  連続粒子濃縮・分離のための流路構造および方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法において，  前記流路の幅，深さ，直径等のいずれかのスケールが，少なくとも部分的に１ミリメートル以下のオーダーであり，前記流路内において流体は安定な層流を保ちながら流れる  粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法。
【請求項４】
請求項１，請求項２，または請求項３のいずれか１項に記載の粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法において，  流体は液体である  粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法。
【請求項５】
請求項１，請求項２，請求項３，または請求項４のいずれか１項に記載の粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法において，  流体は液体である  粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法。
【請求項６】
請求項１，請求項２，請求項３，請求項４，または請求項５のいずれか１項に記載の粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法において，  前記流路とは微細加工技術によってマイクロデバイスに形成されたチャネルである  粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は，粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法に関し，さらに詳細には，ポリマー微粒子，ナノ粒子，金属微粒子，セラミクス微粒子，動植物細胞細胞，オルガネラ，微生物，生体高分子などの粒子を連続的に濃縮・分離する際に用いて好適な粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  一般に，ポリマー，金属，セラミクスなどの粒子を大きさによって分離・濃縮する技術は，電子産業・精密機械産業・化学工学・分析化学等の各種産業・研究分野において非常に重要である。【０００３】  また，細胞，オルガネラ，微生物などの粒子を分離する技術は，基礎研究のみならず，血液からの造血幹細胞の分離といった医学的に有用な細胞の分離や，有用物質の生産性の高い植物培養細胞の選抜などの分野において重要な技術として認識されている。【０００４】  更に，環境微生物の分析などにおいては，粒子濃度が希薄な液体から特定の大きさを持つ細胞等を選抜・濃縮する技術が必要とされている。【０００５】  従来の粒子を分離する技術としては，例えば，遠心分離，沈降分離，フィルトレーション，フローサイトメトリー，フィールドフローフラクショネーション（Ｆｉｅｌｄ  Ｆｌｏｗ  Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）などを利用した分離法や，水性ポリマー多相系での分配を利用した分離法などが知られている。【０００６】  しかしながらこれらの方法には，連続的な分離が困難である，複雑な装置が必要である，分離に長時間を要する，細胞等を選抜するには標識が必要になる，などの問題点があった。【０００７】  またこれらの分離法では，粒子径が小さくなるほど，分離が困難になるという問題点があった。【０００８】  一方，近年，微細加工技術を利用して作製した流路構造を有するマイクロデバイス（マイクロ流体デバイス，マイクロチップとも呼ばれる）での微粒子分級方法が提案されており，これらの方法は，重力，遠心力，電磁気力等の外部からの力を用いることなく，特定の構造を持つ流路構造に連続的に粒子を導入するだけで，粒子を大きさによって分離・選抜が可能である，という特長がある。【非特許文献１】「サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）」３０４，（５６７３），９８７−９９０，Ｍａｙ，２００４．
【非特許文献２】「アナリティカル・ケミストリー（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）」７６，（１８），５４６５−５４７１，Ｓｅｐ．１５，２００４．
【０００９】  しかしながら，これらの方法では，粒子を含む流体と粒子を含まない流体の導入が必要であり，またそれらの流量を正確に調整することが必要となる，という問題点があった。【００１０】  また，分離対象となる粒子は濃縮されないため，粒子の密度が希薄な場合に不向きである，という問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  本発明は，従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，ポリマー微粒子，ナノ粒子，金属微粒子，セラミクス微粒子，細胞，オルガネラ，微生物などのような粒子を分離または濃縮する際，粒子を標識することなく，粒子をその大きさによって迅速かつ大量に分離または濃縮することができる方法を提供しようとするものである。【００１２】  また，本発明の目的とするところは，標的となる粒子の濃度が低い場合でも，粒子の濃縮が可能となる選抜法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  上記目的を達成するために，本発明は，途中に分岐流路を有する流路（本流路とする）中に粒子を含む流体を導入した時，その分岐点ににおける分岐流路と本流路への流量の比は，分岐流路と本流路の長さ，幅，深さ，径などによって規定される，ということに着目してなされたものである。【００１４】  また本発明は，分岐流路の直前における本流路の径と，分岐流路へ分配される流体の割合の関係から，たとえ分岐流路の径が粒子の大きさより大きい場合でも，ある一定以上の大きさをもつ粒子は分岐流路へと導入されることがない，ということに着目してなされたものである。【００１５】本発明のうち請求項１に記載の発明は，所定の方向に延長される流路Ａと，流路Ａの途中において一つまたは複数の分岐点を有し，前記分岐点においてそれぞれ，長さ，幅，深さ，径などのスケールのうちいずれか一つ以上が適当に調節された分岐流路を一つまたは複数有する流路構造を用い，前記分岐流路の一端から粒子を含む流体を連続的に導入した際，前記分岐点における，前記流路Ａの下流への流量と前記分岐流路への流量の比を，前記流路Ａと分岐流路のスケールを適当に設定することによって調節することで，ある一定サイズ以上の大きさを持つ粒子は，前記分岐点において前記分岐流路へ導入されないようにすることができるため，前記分岐流路からある一定サイズ以上の大きさを持つ粒子を含まない流体を回収することができ，前記分岐点の下流における前記流路Ａからある一定以上の大きさを持つ粒子の濃縮が高くなった流体を回収することができる，というものである。【００１６】  したがって，本発明のうち請求項１に記載の発明によれば，粒子を含む流体を流路内に連続的に導入することのみによって，ある一定上の大きさの粒子を含まない流体と，ある一定以上の大きさの粒子の濃度が導入前の流体と比較して高くなった流体を別々に回収することが可能となる。【００１７】また，本発明のうち請求項２に記載の発明は，所定の方向に延長される流路Ａと，流路Ａの途中において複数の分岐点を有し，前記分岐点においてそれぞれ，長さ，幅，深さ，径などのスケールのうちいずれか一つ以上が適当に調節された分岐流路を一つまたは複数有する流路構造を用い，前記分岐流路の一端から粒子を含む流体を連続的に導入した際，前記分岐点における，前記流路Ａの下流への流量と前記分岐流路への流量の比を，前記流路Ａと分岐流路のスケールを適当に設定することによって調節することで，ある一定サイズ以上の大きさを持つ粒子は，前記分岐点において前記分岐流路へ導入されないようにすることができるため，ある一定サイズ以上の大きさを持つ粒子は前記分岐点の下流における前記流路Ａの流路壁近傍に濃縮され，更に，前期流路の下流における別の前記分岐点における別の前記分岐流路から，ある一定範囲の大きさを持つ粒子の濃度が高くなった流体を回収することができる，というものである。【００１８】  したがって，本発明のうち請求項２に記載の発明によれば，１つまたは複数の分岐点を通過した後，ある一定以上の大きさを持つ粒子は流路Ａの壁近傍に濃縮され，さらにその下流における分岐流路から，粒子がより濃縮された流体を回収することが可能となる，つま���，大きさがある一定範囲にある粒子のみが選択的に濃縮された流体を回収することができるようになる。【００１９】  また，本発明のうち請求項３に記載の発明は，請求項１，または請求項２のいずれか１項に記載の粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法において，前記流路の幅，深さ，直径等のいずれかのスケールが，少なくとも部分的に１ミリメートル以下のオーダーであり，前記流路内において流体は安定な層流を保ちながら流れる，というものである。【００２０】  したがって，本発明のうち請求項３に記載の発明によれば，粒子の動きが乱流によって撹乱されることがないため，安定的な粒子の濃縮・分離ができるようになる。【００２１】  また，本発明のうち請求項４に記載の発明は，請求項１，請求項２，または請求項３のいずれか１項に記載の粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法において，流体は液体である，というものである。【００２２】  したがって，本発明のうち請求項４に記載の発明によれば，気体中に分散した粒子の濃縮・分離が可能となる。【００２３】また，本発明のうち請求項５に記載の発明は，請求項１，請求項２，請求項３，または請求項４のいずれか１項に記載の粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法において，流体は液体である，というものである。【００２４】  したがって，本発明のうち請求項５に記載の発明によれば，液体中に分散した粒子の濃縮・分離が可能となる。【００２５】また，本発明のうち請求項６に記載の発明は，請求項１，請求項２，請求項３，請求項４，または請求項５のいずれか１項に記載の粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法において，前記流路とは微細加工技術によってマイクロデバイスに形成されたチャネルである，というものである。【００２６】  したがって，本発明のうち請求項６に記載の発明によれば，流路の形状を正確にコントロールすることができ，また，流路の直列化・並列化も容易になるため，分離性能の向上や，処理量の向上が期待できる。
【発明の効果】
【００２７】  本発明は，以上に述べられたような特長を有するため，粒子を含む流体を，ある形状を持つ流路構造に連続的に導入するだけで，粒子の濃縮，流体からの分離，大きさによる選抜等が可能となる，という優れた効果を発揮する。【００２８】  また，本発明は以上に述べられたような特長を有するため，遠心分離，沈降分離，フィールドフローフラクショネーション，フィルター分離といった従来技術と比較して，複雑な装置や外力を用いることなしに，短時間のうちに，粒子の濃縮・選抜が可能になる，といった優れた効果を発揮する。【００２９】  更に，本発明は以上に述べられたような特長を有するため，細胞，生体高分子，オルガネラといった比較的柔らかい粒子から，更にはエマルション，気泡といった非固体粒子といったものまで，その大きさによって濃縮，分離，選抜が可能となる，という優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】  以下，添付の書類に基づいて，本発明による粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法の最良の形態を詳細に説明するものとする。【００３１】  図１（ａ）（ｂ）（ｃ）には，本発明における請求項１に記載の，粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法の原理が示されており，図１（ａ）（ｂ）は最も基本的な粒子の選抜・濃縮の原理図の一例である。【００３２】  図１（ａ）（ｂ）において，ある所定の方向に延長される流路１１は，途中に分岐流路１２と１３を有しており，矢印１６は流体の流れの方向と量を示すベクトルであり，流体１７と１８はそれぞれ，導入した流体のうち分岐流路へと導入される部分と導入されないでそのまま流路１１へと導入される部分を，便宜的に書き分けたものである。なお，流路１１は請求項１における流路Ａに相当する流路である。【００３３】  この流路１１に粒子（大きな粒子１４と小さな粒子１５）を含む流体を連続的に導入した際，図１（ａ）に示すように，分岐点において分岐流路１２，１３へ流れる流量がある値よりも多い場合には，壁近傍を流れる粒子は分岐流路へと導入されてしまう。【００３４】  しかし，図１（ｂ）に示すように，分岐点において分岐流路１２，１３へ流れる流量がある値より少ない場合には，ある一定以上の大きさをもつ粒子は，壁近傍に流れていたとしても，分岐流路へと導入されることがないため，たとえ分岐流路の幅や深さが粒子の径より大きい場合であっても，流路１１における分岐点よりも下流では，一定上の大きさを持つ粒子の濃度が高くなり，一方で分岐流路からは，ある一定以上の大きさの粒子を含まない流体を回収することができる。【００３５】  また，図１（ｃ）に示すように，分岐点を複数設け，その各分岐点において，直進する流量と分岐流路へと分配される流量を調整することにより，多段階の濃縮・分離が可能となり，効率よく粒子の濃縮と分離を行うことができる。【００３６】  なお，この場合は流路１１の左右に分岐流路が設けられているが，当然，左右のどちらか片方でもよく，また，より効率を高めるために上下方向にも分岐流路が存在していてもよい。【００３７】  なお，各分岐点における分岐流路への流量の調節は，分岐流路の下流に流量調節のためのバルブを取り付ける，分岐流路の下流の温度を調節して流体の粘度を変化させる，などの方法も考えられるが，流路の長さ，幅，深さなどの形状を変化させて，流れの抵抗を調節した流路構造をデザインすることが，最も簡単な流量調節方法である。【００３８】  図１（ｃ）に示した多段階の濃縮・分離を行うと，ある一定以上の大きさを持つ粒子は，複数の分岐点を通過した後，流路１１の壁に濃縮されて流れるようになり，そのことを積極的に利用した微粒子の濃縮法を図２に示す。【００３９】  図２には，本発明における請求項２に記載の，粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法の原理の一例が示されており，矢印１６は流体の流れの方向と量を示すベクトルである。【００４０】  流路１１と分岐流路の形状をそれぞれ適当にデザインすることで，粒子を含む流体を連続的に導入した際，手前にある分岐流路群１２，１３からはある一定以上の大きさを持つ粒子を含ま��い溶液を回収することができ，分岐流路１９からは，ある一定以上の大きさを持ち濃縮された粒子の中で小さい粒子が選択的にさらに濃縮された流体を，また分岐流路２０からは，ある一定以上の大きさを持ち濃縮された粒子の中で大きな粒子がさらに濃縮された流体を，それぞれ回収することができる。【００４１】  なお，図２に示した構造では，濃縮した後の粒子を２段階に選抜する原理が示されているが，選抜するための分岐流路（分岐流路１９，２０に相当）は１段階でもよく，３段階以上でもよい。【００４２】  また，本発明の流路構造はマイクロデバイス内に形成することができ，本発明の流路構造は同一のマイクロデバイス内に同じ構造もしくは異なる構造の組合せで複数組形成されていてもよい。【００４３】  また，上記のデバイスにおいて，形成される各流路はマイクロチャネルであるものが好ましい。ここでマイクロチャネルとは，チャネル（流路）に液体を導入した時に，マイクロ効果が現れる，つまり液体に何らかの挙動変化が現れる断面形状を持つチャネルを意味する。マイクロ効果の発現は，液体の物性によっても異なるが，断面形状，つまりチャネルの流れ方向に垂直な面の形状のうち，最も短い間隔（長方形なら短辺，楕円なら短径に相当する）の長さが通常５ｍｍ以下，好ましくは５００μｍ以下，より好ましくは２００μｍ以下が適当であるが，この長さの下限は特に限定されず，マイクロチャネルとしての機能を有する長さであればよい。
【実施例】
【００４４】  以下，添付の書類に基づいて，本発明による粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法の実施例を詳細に説明するものとする。【００４５】  図３には，本発明による粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法の第１の実施形態を備えたマイクロデバイス２１が示されており，図３（ａ）は図３（ｂ）と図３（ｃ）におけるＡ矢視図であり，図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線による断面図，図３（ｃ）は図３（ａ）におけるＣ−Ｃ線による断面図である。また，図３（ｄ）は，図３（ａ）における流路構造の全体の拡大図（模式図）であり，図３（ｅ）は，図３（ｄ）における部分Ｅの拡大図（模式図）である。【００４６】  このマイクロデバイス２１は，粒子を含む流体を連続的に導入した際，直径約２μｍ以上の粒子が濃縮された流体と，直径約２μｍ以上の粒子を含まない流体を別々に回収することができるマイクロデバイスであり，高分子（ポリマー）材料，例えば，ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）により形成された，２枚の平板状の基板２２と基板２３により形成された平板状の構造を有している。【００４７】  なお，マイクロ流体デバイスの材料としては，ＰＤＭＳのほかにも，アクリル等の各種ポリマー材料，ガラス，シリコン，セラミクス，ステンレスなどの各種金属，などを用いることができる。【００４８】  基板１１の下面１１ａには，流路構造が形成されており，その深さは例えば，１０μｍ程度であるが，この値は０．１μｍから１ｃｍまでの任意の値に設定することが可能であり，また，基板１２の上面にも同様の加工が施されていても良く，流路構造は部分的に深さが異なっていても良い。【００４９】  ポート２４は粒子を含む流体の入口であり，ポート２５は流体の出口である。【００５０】  また，流路２６はポート２４と２５を直線的に連結する流路であり，途中３つの幅の異なる２６ａ，２６ｂ，２６ｃから構成され，その一部２６ｂからは，それぞれ左右に延長される分岐流路群２７，２８と接続されている。なお流路２６は，請求項１における流路Ａに相当する流路である。【００５１】  なお，流路２６の全体の長さは，例えば１０ｍｍであり，部分２６ａ，２６ｂ，２６ｃの幅は，例えばそれぞれ１００μｍ，２０μｍ，１００μｍである。また，これらの値は全て，１０μｍ以上の任意の値に設定することが可能である。【００５２】  また，分岐流路群２７，２８は，それぞれ５０本の分岐流路（２７０１〜２７５０，２８０１〜２８５０）から成り，それぞれの端はマイクロデバイス２１の側面において外部に開放されている。また分岐流路の長さはそれぞれ７ｍｍであるが，この値は１μｍ以上の任意の値に設定することが可能である。【００５３】  さらにそれぞれの分岐流路（たとえば分岐流路２７０１）は，幅が細い部分（例えば２７０１ａ）と幅が太い部分（２７０１ｂ）からなっており，それぞれの幅は５μｍ，２０μｍであり，また各分岐点の中心間の距離は３５μｍとなっている。なお，これらの値も１μｍ以上の任意の値に設定することが可能である。【００５４】  幅が細い部分の長さは，約０．９ｍｍ（２７０１ａ）から約６．４ｍｍ（２７５０ａ）と，ポート２４に近づくにつれて長くなるように設計してあり，この設計により，５０の分岐点において，その各分岐点を通過する流量のおよそ１％ずつが左右の分岐流路に分配されるようになっている。なおこれらの値は，流量・管径と圧力損失の関係を表したハーゲン・ポアズイユの式などをもとに計算することができる。【００５５】  以上の構成において，上記したマイクロチップ１０を用いてポリマー粒子，動植物細胞，バクテリアなどの微生物，エマルション，金属微粒子などの粒子を連続的に濃縮・分離するための方法について説明する。【００５６】  流体としては，水もしくは化学物質の水溶液，有機溶媒，などの液体の他に，空気等の気体を用いても良い。ただし，流体の密度と粒子の密度の差があまり大きくない系がより望ましい。【００５７】  まず，上記の流体（必要に応じてフィルター処理を行う）中に粒子を懸濁させる。もしくは，環境水，血液，エアロゾルを含む空気，などのように，あらかじめ粒子が懸濁している流体を必要に応じて希釈または濃縮したものを用意する。【００５８】そして，用意した粒子を含む流体を，入口ポート２４から連続的に供給する。この時，流路構造内では，流体が層流を保ちつつ流れるほうが望ましい。なお，流体の供給に際して，シリンジポンプ等を用いた定流量導入，ボンベ，圧力装置等を用いた定圧導入のほかに，電気浸透流や遠心力等を用いた方法などを用いることができる。【００５９】  この流路構造を用いた場合，粒子を懸濁させた流体を連続的に導入することで，導入した液体の約３６％が出口ポート２５に流れ，約３２％ずつがそれぞれ左右の分岐流路群へと流れ，結果的に出口ポート２５からは粒子濃度が約３倍に濃縮された流体を回収することができると期待されるが，この濃縮率は，分岐点と分岐流路の数を調節することにより，最大１０００倍程度までの任意の値に設定することができる。【００６０】  実際に，粒径が１，２，３μｍのポリスチレン微粒子を０．５％Ｔｗｅｅｎ８０水溶液に懸濁させ，シリンジポンプを用いて１μＬ／ｍｉｎの流速で導入したところ，１μｍの粒子は出口ポート２５，左右の分岐流路群２７，２８の全てに分配されたが，２μｍと３μｍの粒子は，ほぼ１００％が出口ポート２５のみへと導入されることが確認できた。つまり，導入前の流体と比較して，粒径が２μｍ以上の粒子のみを３倍に濃縮した液体と，粒径が２μｍ以上の粒子を含まない液体それぞれの回収が可能であることが確認された。【００６１】  なお，このマイクロデバイスにおいては，分岐流路群がそれぞれ別個に外部に対して開放されているが，分岐流路群の下流においてそれらが合流していても良い。【００６２】  また，より処理量を上げるために，入口ポートが２つ以上あっても良く，また，一つの入口ポートから，流路２６に相当する流路が複数本接続されていても良い。【００６３】  ちなみに，分離・濃縮する粒子の大きさは，流路の幅，深さ，長さ等を適当に変更することで，任意に調節することが可能である。【００６４】  図４には，本発明による粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法の第２の実施形態を備えたマイクロデバイス２９が示されており，図４（ａ）はマイクロデバイスの全体図，図４（ｂ）は図４（ａ）における流路構造の全体の���大図（模式図）であり，図４（ｃ）は，図４（ｂ）における部分ｃの拡大図（模式図），図４（ｄ）は，図４（ｂ）における部分Ｄの拡大図（模式図）である。【００６５】  このマイクロデバイス２９は，粒子を含む流体を連続的に導入した際，直径約２μｍ以上の粒子が濃縮された流体と，直径約２μｍ以上の粒子を含まない流体を別々に回収することができ，さらに，直径が約２〜３μｍ，約３〜４μｍ，約４〜５μｍの粒子を更に選択的に濃縮・選抜することができるマイクロデバイスであり，図３に示したマイクロデバイス２１と同じく，高分子（ポリマー）材料，例えば，ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）により形成され，２枚の平板状の基板３０と基板３１により形成された平板状の構造を有している。【００６６】  マイクロデバイス２９の流路構造は，マイクロデバイス２１と同じく，その深さは例えば，１０μｍ程度であり，入口側ポート３２，流路４０，分岐流路群４１，４２は，それぞれマイクロデバイス２１における入口側ポート２４，流路２６，分岐流路群２７，２８とほぼ同じ大きさ・位置関係である。【００６７】  ポート３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９は出口側ポートであり，それぞれ，流路２６における一部分４０ｂと，分岐流路４３，４４，４５，流路４０ａ，分岐流路４６，４７，４８を介して接続されている。【００６８】  流路４３と４８，４４と４７，４５と４６，流路４０ａの長さはそれぞれ約７，５，３，１ｍｍであり，幅は２０μｍ〜１００μｍである。それらの分岐流路は，流路４０ｂにおいて，約５０μｍ間隔の分岐点において分岐している。これらの値も，１μｍ以上の任意の値に設定することができる。【００６９】  この流路構造を用いた場合，粒子を懸濁させた流体を連続的に導入することで，導入した流体の約３６％が出口ポート３３〜３９に流れ，約３２％ずつがそれぞれ左右の分岐流路群へと流れ，また，その出口ポートに分配された液体のうち，２％ずっが分岐流路４３，４８に流れ，３％ずつが分岐流路４４，４７に流れ，５％ずつが分岐流路３５，３６に流れ，残りが４０ａに流れることが期待される。【００７０】  この時，流路４０における分岐流路群４１，４２の下流かつ分岐流路４３，４８の手前において，直径約２μｍ以上の粒子はそれぞれ導入量の３２％ずつが壁面に寄せられることになる。そして，直径が約３μｍ以下の粒子は分岐流路４３，４８に，４μｍ以下の粒子は分岐流路４４，４７に，５μｍ以下の粒子は４５，４７に，それぞれ流れることができるため，結果的に，出口側ポート３３，３９からは，粒径が約２〜３μｍの粒子の濃度のみが約１００倍に濃縮された流体を，出口側ポート３４，３８からは，粒径が約３〜４μｍの粒子の濃度のみが約７０倍に濃縮された流体を，出口側ポート３５，３７からは粒粒径が約４〜５μｍの粒子の濃度のみが約４０倍に濃縮された流体を，それぞれ回収することができると期待される。【００７０】  実際に，粒径が２，３，５μｍのポリスチレン微粒子を０．５％Ｔｗｅｅｎ２０水溶液に懸濁させ，シリンジポンプを用いて１μＬ／ｍｉｎの流速で導入したところ，２μｍの粒子が濃縮された液体は出口ポート３３，３９から，３μｍの粒子が濃縮された液体は出口ポート３４��３８から，５μｍの粒子が濃縮された液体は出口ポート３５，３７から，それぞれ回収されることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７１】  本発明は，以上説明したように構成されているので，たとえばバイオテクノロジオー分野へ応用した際，ヘテロな細胞集団から大きさの異なる有用な細胞を選択的に濃縮する，ということが可能となる。例としては，血液からの白血球・造血幹細胞等の選択的濃縮，などが挙げられる。【００７２】  また，血液分析においては血球の分離が非常に重要となるが，本発明に記載の構造および方法を用いることにより，導入するだけで血漿と血球の分離が可能となる。【００７３】  さらに，本発明は，以上説明したように構成されているので，環境中の微生物の選択的濃縮，空気中に漂うエアロゾルや花粉の選択的濃縮，なども可能となる。【００７４】  さらに，本発明は，以上説明したように構成されているので，ポリマー粒子・セラミック粒子などの製造プロセスにおいて，ある一定以上の大きさを持つ粒子を排除できるため，均一な粒径分布を持つ粒子群を非常に簡単に調製することが可能となる。【００７５】  さらに，本発明は，以上説明したように構成されているので，薬剤等の粒子の製造プロセスにおいて，ある一定以上の大きさを持つ粒子を排除できるため，均一な粒径分布を持つ粒子群を非常に簡単に調製することが可能となる。【００７６】  さらに，本発明は，以上説明したように構成されているので，エマルションのような微小な液滴作製プロセスにおいても，均一な粒径分布を持つ粒子群を非常に簡単に調製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法の原理図を示し，図１（ａ）（ｂ）は最も簡単な原理図（比較図）であり，図１（ｃ）は多段階にした場合の原理図である。
【図２】本発明による粒子を連続的に濃縮・分離するための流路構造および方法の第２の原理図を示す。
【図３】本発明による液体制御機構の実施形態を備えたマイクロデバイス２１を示し，図３（ａ）は図３（ｂ）と図３（ｃ）におけるＡ矢視図であり，図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線による断面図，図３（ｃ）は図３（ａ）におけるＣ−Ｃ線による断面図である。また，図３（ｄ）は，図３（ａ）における流路構造の全体の拡大図（模式図）であり，図３（ｅ）は，図３（ｄ）における部分Ｅの拡大図（模式図）である。
【図４】本発明による液体制御機構の実施形態を備えたマイクロデバイス２１を示し，図４（ａ）はマイクロデバイスの全体図，図４（ｂ）は図４（ａ）における流路構造の全体の拡大図（模式図）であり，図４（ｃ）は，図４（ｂ）における部分ｃの拡大図（模式図），図４（ｄ）は，図４（ｂ）における部分Ｄの拡大図（模式図）である。
【符号の説明】
１０                    流路構造１１                    流路１２                    分岐流路，もしくは分岐流路群１３                    分岐流路，もしくは分岐流路群１４                    粒子（大）１５                    粒子（小）１６                    流れのベクトル１７                    流れの一部分１８                    流れの一部分１９                    分岐流路２０                    分岐流路２１                    流路構造を有するマイクロデバイス２２                    基板２２ａ                  基板２０下面２３                    基板２４                    入口側ポート２５                    出口側ポート２６                    流路２６ａ                  流路１５の部分２６ｂ                  流路１５の部分２６ｃ                  流路１５の部分２７                    分岐流路群２７０１〜２７５０      分岐流路２７０１ａ〜２７５０ａ  分岐流路２７０１〜２７５０の一部分２７０１ｂ〜２７５０ｂ  分岐流路２７０１〜２７５０の一部分２８                    分岐流路群２８０１〜２８５０      分岐流路２８０１ａ〜２８５０ａ  分岐流路２８０１〜２８５０の一部分２８０１ｂ〜２８５０ｂ  分岐流路２８０１〜２８５０の一部分２９                    流路構造を有するマイクロチップ３０                    基板３１                    基板３２                    入口側ポート３３                    出口側ポート３４                    出口側ポート３５                    出口側ポート３６                    出口側ポート３７                    出口側ポート３８                    出口側ポート３９                    出口側ポート４０                    流路４０ａ                  流路の一部分４０ｂ                  流路の一部分４０ｃ                  流路の一部分４１                    分岐流路群４１０１〜４１５０      分岐流路４１０１ａ〜４１５０ａ  分岐流路４１０１〜４１５０の一部分４１０１ｂ〜４１５０ｂ  分岐流路４１０１〜４１５０の一部分４２                    分岐流路群４２０１〜４２５０      分岐流路４２０１ａ〜４２５０ａ  分岐流路４２０１〜４２５０の一部分４２０１ｂ〜４２５０ｂ  分岐流路４２０１〜４２５０の一部分４３                    分岐流路４４                    分岐流路４５                    分岐流路４６                    分岐流路４７                    分岐流路４８                    分岐流路
【図１】
2007021465.tif 000003
【図２】
2007021465.tif 000004
【図３】
2007021465.tif 000005
【図４】
2007021465.tif 000006
【図４】
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2007021465.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月4日(2005.10.4)
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
2007021465.tif 000010
【図３ａ】
2007021465.tif 000011
【図３ｂ】
2007021465.tif 000012
【図３ｃ】
2007021465.tif 000013
【図３ｄ】
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【図３ｅ】
2007021465.tif 000015
【図４ａ】
2007021465.tif 000016
【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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