(57)【要約】【課題】本発明は、濃縮または分離の対象である目的物へのダメージが少なく、長期連続的に使用できる流路デバイスを提供することを課題とする。【解決手段】本発明においては、第一流路と、第二流路と、上記第一流路および上記第二流路を連結するイオン交換膜とを有し、液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離する流路デバイスであって、上記第一流路は、上記液体サンプルが流れる流路であり、上記液体サンプルを投入する投入部と、上記投入部に接続された第一流路部とを有し、上記第二流路は、電圧印加用液体が流れる流路であり、二つの電極部と、上記二つの電極部の間に接続された第二流路部とを有し、上記イオン交換膜は、上記第一流路部および上記第二流路部の間を連結していることを特徴とする流路デバイスを提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一流路と、第二流路と、前記第一流路および前記第二流路を連結するイオン交換膜とを有し、液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離する流路デバイスであって、
前記第一流路は、前記液体サンプルが流れる流路であり、前記液体サンプルを投入する投入部と、前記投入部に接続された第一流路部とを有し、
前記第二流路は、電圧印加用液体が流れる流路であり、二つの電極部と、前記二つの電極部の間に接続された第二流路部とを有し、
前記イオン交換膜は、前記第一流路部および前記第二流路部の間を連結していることを特徴とする流路デバイス。
【請求項２】
前記目的物のサイズが、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の流路デバイス。
【請求項３】
前記第一流路部が、前記イオン交換膜よりも前記投入部側に、分岐流路部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流路デバイス。
【請求項４】
前記第一流路部が、前記液体サンプルの流れ方向において、複数の前記イオン交換膜を有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の流路デバイス。
【請求項５】
複数の前記第一流路部が、厚さ方向において積層されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の流路デバイス。
【請求項６】
前記第一流路部および前記第二流路部が、前記イオン交換膜を介して、厚さ方向において積層されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の流路デバイス。
【請求項７】
第一流路と、第二流路と、前記第一流路および前記第二流路を連結するイオン交換膜とを有し、前記第一流路は、液体サンプルが流れる流路であり、前記液体サンプルを投入する投入部と、前記投入部に接続された第一流路部とを有し、前記第二流路は、電圧印加用液体が流れる流路であり、二つの電極部と、前記二つの電極部の間に接続された第二流路部とを有し、前記イオン交換膜は、前記第一流路部および前記第二流路部の間を連結している流路デバイスの使用方法であって、
前記二つの電極部の間に電圧を印加することにより前記イオン交換膜に生じる空乏層を利用して、前記液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離すること特徴とする流路デバイスの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離する流路デバイスに関し、特に、目的物へのダメージが少なく、長期連続的に使用できる流路デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
混合物から純物質を分離する方法として、ろ過、クロマトグラフィー、抽出等が知られている。例えば、ナノサイズの微粒子を分離する方法は難しく、超遠心を用いた分離方法、試薬を用いた分離方法、フィルタを用いた分離方法等が知られている。
【０００３】
超遠心を用いた分離方法は、目的物のサイズに応じて回転数を変えた遠心分離を複数回実施することで、目的物を分離する方法である。例えば、非特許文献１においては、ＲＮＡを含有するエクソソームを超遠心により単離することが記載されている。また、試薬を用いた分離方法は、目的物に試薬を結合させ、単離する方法である。例えば、非特許文献２、３においては、エクソソームを単離するための試薬が開示されている。また、フィルタを用いた分離方法は、フィルタにより目的物を分離する方法である。例えば、非特許文献４には、遠心式フィルタユニット、いわゆるスピンカラムが開示されている。また、フィルタとして、透析膜等を用いることも知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Cecilia Lasser et al., “Isolation and Characterization of RNA-Containing Exosomes”, Journal of Visalized Experiments, 1/09/2012, Issue 59
【非特許文献２】フナコシ株式会社、“Exosome（エキソソーム、エクソソーム）濃縮用試薬、ExoQuick Exosome Precipitation Solutionシリーズ”、[online]、2014/9/12、［2014年10月7日検索］、インターネット<URL : http://www.funakoshi.co.jp/contents/4337>
【非特許文献３】ＪＳＲライフサイエンス株式会社、“ExoCap(TM) Exosome Isolation and Enrichment Kits”、[online]、［2014年10月7日検索］、インターネット<URL : http://www.jsrlifesciences.co.jp/pd/exocap.shtml>
【非特許文献４】MERCK MILLIPORE社、“アミコンウルトラ(Amicon Ultra)-15  遠心式フィルタユニット”、[online]、［2014年10月7日検索］、インターネット<URL : https://www.merckmillipore.com/JP/ja/product/%E3%82%A2%E3%83%9F%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%82%A6%E3%83%AB%E3%83%88%E3%83%A9%EF%BC%88Amicon-Ultra%EF%BC%89-15-%E9%81%A0%E5%BF%83%E5%BC%8F%E3%83%95%E3%82%A3%E3%83%AB%E3%82%BF%E3%83%BC%E3%83%A6%E3%83%8B%E3%83%83%E3%83%88,MM_NF-C7715>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば超遠心を用いた分離方法では、サンプルに大きな力が加わるため、目的物が変形したり破壊したりするというダメージが生じる場合がある。さらに、サンプルが小さくなるにつれて遠心力は弱くなるため、サイズが小さくなるほど分離に時間がかかり、かつ遠心力が効果的に働かない生体分子サイズになると分離不可能になるという問題がある。また、試薬を用いた分離方法は、超遠心を用いた分離方法に比べて処理時間および工程数が少ないという利点があるものの、目的物には試薬が結合しており、単体での分離ができない。そのため、目的物から試薬を除去する際に、目的物にダメージが生じる場合がある。また、フィルタ、特に機械的なフィルタを用いた分離方法では、フィルタが目詰まりした時点で使用できなくなるという問題がある。また、これらの方法はバッチ処理であるため、連続的に大量のサンプルを処理できない。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、濃縮または分離の対象である目的物へのダメージが少なく、長期連続的に使用できる流路デバイス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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明においては、第一流路と、第二流路と、上記第一流路および上記第二流路を連結するイオン交換膜とを有し、液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離する流路デバイスであって、上記第一流路は、上記液体サンプルが流れる流路であり、上記液体サンプルを投入する投入部と、上記投入部に接続された第一流路部とを有し、上記第二流路は、電圧印加用液体が流れる流路であり、二つの電極部と、上記二つの電極部の間に接続された第二流路部とを有し、上記イオン交換膜は、上記第一流路部および上記第二流路部の間を連結していることを特徴とする流路デバイスを提供する。
【０００８】
本発明によれば、第一流路および第二流路をイオン交換膜で連結することで、濃縮または分離の対象である目的物へのダメージが少ない流路デバイスとすることができる。さらに、本発明の流路デバイスは、超遠心等のバッチ処理とは異なり、長期連続的に使用できるという利点を有する。
【０００９】
上記発明においては、上記目的物のサイズが、１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
上記発明においては、上記第一流路部が、上記イオン交換膜よりも上記投入部側に、分岐流路部を有することが好ましい。
【００１１】
上記発明においては、上記第一流路部が、上記液体サンプルの流れ方向において、複数の上記イオン交換膜を有することが好ましい。
【００１２】
上記発明においては、複数の上記第一流路部が、厚さ方向において積層されていることが好ましい。
【００１３】
上記発明においては、上記第一流路部および上記第二流路部が、上記イオン交換膜を介して、厚さ方向において積層されていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明においては、第一流路と、第二流路と、上記第一流路および上記第二流路を連結するイオン交換膜とを有し、上記第一流路は、液体サンプルが流れる流路であり、上記液体サンプルを投入する投入部と、上記投入部に接続された第一流路部とを有し、上記第二流路は、電圧印加用液体が流れる流路であり、二つの電極部と、上記二つの電極部の間に接続された第二流路部とを有し、上記イオン交換膜は、上記第一流路部および上記第二流路部の間を連結している流路デバイスの使用方法であって、上記二つの電極部の間に電圧を印加することにより上記イオン交換膜に生じる空乏層を利用して、上記液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離すること特徴とする流路デバイスの使用方法を提供する。
【００１５】
本発明によれば、上述した流路デバイスを用いることで、ダメージが少ない状態で目的物を濃縮または分離することができる。さらに、上述した流路デバイスを用いることで、超遠心等のバッチ処理とは異なり、長期連続的に使用できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、濃縮または分離の対象である目的物へのダメージが少ない流路デバイスを提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の流路デバイスの一例を示す概略平面図である。
【図２】図１（ａ）に示す流路デバイスの概略断面図である。
【図３】本発明のメカニズムを説明する概略断面図である。
【図４】本発明の流路デバイスを例示する概略平面図である。
【図５】本発明の流路デバイスを例示する概略平面図である。
【図６】本発明の流路デバイスのサイズを説明する概略断面図である。
【図７】本発明における第一流路を例示する概略平面図である。
【図８】本発明における第一流路を例示する概略断面図である。
【図９】本発明における第一流路を例示する概略断面図である。
【図１０】本発明における第一流路を例示する概略断面図である。
【図１１】本発明の流路デバイスの製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の流路デバイスの製造方法を例示する概略断面図である。
【図１３】本発明の流路デバイスの製造方法を例示する概略断面図である。
【図１４】実施例の結果を示すＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の流路デバイスおよび流路デバイスの使用方法について詳細に説明する。
【００１９】
Ａ．流路デバイス
図１は、本発明の流路デバイスの一例を示す概略平面図である。図１（ａ）に示すように、流路デバイス１００は、第一流路１０と、第二流路２０と、第一流路１０および第二流路２０を連結するイオン交換膜３０とを有する。図１（ａ）において、第一流路部１２および第二流路部２２は、流路形成部材４２によって覆われているため、破線で示している。一方、図１（ｂ）においては、流路の形状を明確化するために、流路形成部材４２を厚さ方向において切断した場合の概略平面図を示す。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、第一流路１０は、液体サンプルが流れる流路であり、液体サンプルを投入する投入部１１と、投入部１１に接続された第一流路部１２と、第一流路部１２に接続された回収部１３とを有する。なお、後述するように、流路デバイスの用途によっては、第一流路１０は回収部１３を有しなくても良い。また、必要に応じて、投入部１１に電極部１４が設けられていても良く、回収部１３に電極部１５が設けられていても良い。例えば、電極部１４および電極部１５の間に電圧を印加することで、液体サンプルの移動を促進することができる。
【００２１】
また、図１（ｂ）に示すように、第二流路２０は、電圧印加用液体が流れる流路であり、電極部２４および電極部２５と、その間に接続された第二流路部２２とを有する。また、図１（ｂ）には、投入部１１および回収部１３と同様に、開口部２１および開口部２３が形成されている。開口部２１および開口部２３では、例えば電圧印加用液体の投入および回収を行うことができる。なお、開口部２１および開口部２３を設けずに、他の任意の開口部により、電圧印加用液体の投入および回収を行っても良い。
【００２２】
図２は、図１（ａ）に示す流路デバイスの概略断面図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）に示す流路デバイス１００のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図およびＣ−Ｃ断面図である。図２（ａ）に示すように、流路デバイス１００は、基板４１と、基板４１上に形成され、例えば熱硬化性材料から構成される流路形成部材４２とを有する。また、図２（ｂ）に示すように、イオン交換膜３０は、第一流路部１２および第二流路部２２の間を連結している。一方、図２（ｃ）に示すように、第一流路部１２および第二流路部２２は、通常、イオン交換膜３０を除き、流路として互いに独立している。すなわち、第二流路部２２を含む第二流路２０は、通常、後述する空乏層を第一流路部１２内に生じさせるための流路である。
【００２３】
ここで、図１（ｂ）において、例えば、イオン交換膜３０が陽イオン交換膜であり、第二流路部２２に電圧印加用液体として水が流通する場合を考える。この状態で、電極部２４および電極部２５の間に電圧を印加すると、イオン交換膜３０に含まれる陽イオンは低電位側の電極部に移動する。一方、イオン交換膜３０に含まれる陰イオンは膜内を移動することができない。そのため、イオン交換膜３０の電荷のバランスが崩れ、イオン交換膜３０に空乏層が形成される。イオン交換膜３０は、第一流路部１２および第二流路部２２の間を連結しているため、第一流路１０におけるイオン交換膜３０にも空乏層が形成される。
【００２４】
具体的には、図３（ａ）に示すように、第一流路１０におけるイオン交換膜３０に空乏層３１が形成される。電荷を有する荷電物質５１は、空乏層３１の影響を受け、空乏層３１を通過することができず、空乏層３１の近傍に滞留する。一方、図３（ｂ）に示すように、電荷を有しない中性物質５２は、空乏層３１の影響を受けないために、空乏層３１を通過することができる。その結果、図３（ｃ）に示すように、空乏層３１の通過の可否によって、荷電物質５１および中性物質５２が分離される。なお、図３では、便宜上、荷電物質５１および中性物質５２のサイズが、空乏層３１の厚さよりも若干小さい場合を例示したが、荷電物質５１および中性物質５２のサイズが、空乏層３１の厚さよりも十分に小さい場合、より多くの荷電物質５１が、空乏層３１の近傍に滞留する。
【００２５】
図４は、図３（ｃ）を平面から観察した概略平面図である。図４に示すように、投入部１１に、荷電物質５１および中性物質５２を含む液体サンプルを投入すると、空乏層３１によって、荷電物質５１および中性物質５２が分離される。もし、目的物が荷電物質５１である場合、目的物が空乏層３１の近傍で濃縮されたことになる。その場合、荷電物質５１が十分に濃縮された後に、電極部２４および電極部２５の間に電圧を印加することを停止することで、濃縮された荷電物質５１を回収部１３から回収することができる。一方、目的物が中性物質５２である場合、目的物が空乏層３１によって、分離されたことになる。また、目的物が荷電物質５１である場合、図５に示すように、イオン交換膜３０よりも投入部１１側に、分岐流路部１６と、分岐流路部１６に接続された分岐回収部１７とを設けることで、荷電物質５１を分岐回収部１７に誘導し、分離することができる。
【００２６】
このように、本発明によれば、第一流路および第二流路をイオン交換膜で連結することで、濃縮または分離の対象である目的物へのダメージが少ない流路デバイスとすることができる。さらに、本発明の流路デバイスは、超遠心等のバッチ処理とは異なり、長期連続的に使用できるという利点を有する。
【００２７】
上述したように、超遠心等の遠心分離は、サンプルに大きな力が加わるため、目的物が変形したり破壊したりするというダメージが生じる場合がある。これに対して、本発明においては、サンプルに大きな力が加わらないため、物理的なダメージが生じにくいという利点がある。また、遠心分離はバッチ式であるため、一度の処理で得られる目的物の量には限界があった。これに対して、本発明においては、液体サンプルを連続的に処理できるため、十分な量の目的物を短時間で効率良く得ることができる。また、遠心分離後に目的物のみを選択的に回収し、洗浄するためには、高度な技能が必要であった。そのため、作業者の技能によって、結果および収率にバラつきが生じる場合があった。これに対して、本発明においては、作業者の技能によらないため、結果および収率にバラつきが生じないという利点がある。
【００２８】
また、上述したように、試薬を用いた分離方法では、目的物に試薬が結合しており、単体での分離ができない。そのため、目的物から試薬を除去する際に、目的物にダメージが生じる場合がある。これに対して、本発明においては、試薬を用いる必要がないため、化学的なダメージが生じにくいという利点がある。また、本発明の流路デバイスには、以下のような利点もある。すなわち、本発明においては、第一流路部に、ほとんど電流が流れないため、電気的なダメージが生じにくいという利点がある。また、本発明における空乏層による分離は、ろ過のようにフィルタを介して分離する機構ではないため、目詰まりが発生せず、連続的な処理が可能であるという利点がある。また、空乏層は荷電物質を通過させない性質を有するため、イオン交換膜の性能を低下させる一つの要因であった。これに対して、本発明では、空乏層の上記性質を濃縮または分離に積極的に活用している点で、新規なコンセプトに基づく発明であるといえる。
以下、本発明の流路デバイスについて、構成ごとに説明する。
【００２９】
１．第一流路
本発明における第一流路は、液体サンプルが流れる流路である。また、本発明においては、液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離する。目的物のサイズは、特に限定されるものではないが、例えば１ｍｍ以下である。中でも、目的物のサイズは、１００μｍ以下であっても良く、１０μｍ以下であっても良く、１μｍ以下であっても良く、５００ｎｍ以下であっても良い。目的物のサイズが小さくなるほど、目的物にダメージを与えることなく濃縮または分離を行うことが困難になるが、本発明においては、特にナノサイズ以下の目的物に対しても、基本的にダメージを与えることなく、濃縮または分離を行うことができる。
【００３０】
目的物の種類は、特に限定されるものではなく、任意の物質を挙げることができる。目的物は、有機物質であっても良く、無機物質であっても良く、生体物質であっても良い。また、目的物は粒子であっても良い。目的物を例示すると、エクソソーム、リポソーム（ドラッグデリバリシステム用を含む）、イオン、分子、ウィルス、バクテリア、血球、細胞、粒子状物質(Particulate Matter)等を挙げることができる。また、目的物は、液体サンプルに分散していても良く、溶解していても良い。液体サンプルに含まれる目的物は、一種であっても良く、二種以上であっても良い。また、液体サンプルの種類については、特に限定されるものではないが、例えば、尿、血液、腹水、髄液等の体液、細胞培養液等を挙げることができる。液体サンプルに含まれる液体成分も、特に限定されるものではないが、例えば、水（例えば生理食塩水）、有機溶媒等を挙げることができる。液体サンプルに含まれる液体成分は、極性物質であっても良く、非極性物質であっても良く、無極性物質であっても良い。
【００３１】
また、本発明における第一流路は、液体サンプルを投入する投入部と、投入部に接続された第一流路部とを少なくとも有する。さらに、必要に応じて、第一流路部に接続された回収部を有していても良い。ここで、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第一流路部１２の高さをＨ１とし、第一流路部１２の幅をＷ１とし、イオン交換膜の厚さをＴ１とする。Ｈ１は、例えば１０ｎｍ以上であり、１μｍ以上であっても良く、１０μｍ以上であっても良い。一方、Ｈ１は、例えば３ｍｍ以下であり、１ｍｍ以下であっても良く、１００μｍ以下であっても良い。また、Ｗ１は、例えば１０ｎｍ以上であり、１μｍ以上であっても良く、１０μｍ以上であっても良い。一方、Ｗ１は、例えば１０ｍ以下であり、１ｍ以下であっても良く、１ｃｍ以下であっても良く、５００μｍ以下であっても良い。また、Ｔ１は、例えば１ｎｍ以上であり、５００ｎｍ以上であっても良く、１μｍ以上であっても良い。一方、Ｔ１は、例えば３ｍｍ以下であり、１ｍｍ以下であっても良く、１０μｍ以下であっても良い。
【００３２】
また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、空乏層の厚さをＴ２とし、空乏層の幅をＷ２とする。Ｔ２は、より大きいことが好ましい。特に、Ｔ２は、Ｈ１と同じ値以上であることが好ましい。すなわち、厚さ方向において流路を全て塞ぐように、空乏層が形成されていることが好ましい。なお、濃縮または分離の目的によっては、厚さ方向または幅方向において流路の一部のみを塞ぐように、空乏層が形成されていても良い。Ｗ２は、より大きいことが好ましく、例えば１００ｎｍ以上であることが好ましい。Ｗ２が小さすぎると、空乏層が十分に機能しない可能性があるからである。一方、Ｗ２は、例えば３００μｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
また、第一流路部は、図５に示したように、イオン交換膜３０よりも投入部側１１に、分岐流路部を有していても良い。一方、第一流路部は、図４に示したように、分岐流路部を有しなくても良い。第一流路部の平面視形状は特に限定されるものではなく、直線であっても良く、曲線であっても良い。
【００３４】
第一流路部において、液体サンプルの流れ場を形成する方法、すなわち、液体サンプルを移動させる方法は特に限定されるものではない。例えば、第一流路部の両端、例えば、投入部および回収部における液面の高さに差を設けることで、圧力差による流れ場が形成される。具体的には、第一流路部内に液体が満たされている状態において、投入部に液体サンプルを投入すれば、投入部および回収部に液面の高さに起因する圧力差が生じ、液体サンプルが移動する。同様に、第一流路部内に液体が満たされている状態において、回収部から処理後の液体を除去することで、投入部および回収部に液面の高さに起因する圧力差が生じ、液体サンプルが移動する。また、その他の方法として、投入部にポンプ等の送液手段を設けることにより、液体サンプルを移動させる方法を挙げることができる。
【００３５】
２．第二流路
本発明における第二流路は、電圧印加用液体が流れる流路である。また、第二流路は、イオン交換膜に空乏層を生じさせるための流路である。上記のように、空乏層は、イオン交換膜の電荷のバランスが崩れることで生じる。一般的に、イオン交換膜は、陽イオンおよび陰イオンの一方が移動でき、他方が移動できない性質を有するため、その種類を問わず、空乏層は発生する。そのため、本発明におけるイオン交換膜の種類は特に限定されない。すなわち、イオン交換膜として、任意の陽イオン交換膜および任意の陰イオン交換膜を採用できる。陽イオン交換膜の一例としては、例えば、ナフィオン（登録商標）、ネオセプタ（登録商標）等を挙げることができる。また、電圧印加用液体は、イオン交換膜に空乏層を形成可能な液体であれば特に限定されるものではないが、例えば、水、イオン液体等を挙げることができる。
【００３６】
また、本発明における第二流路は、二つの電極部と、その二つの電極部の間に接続された第二流路部とを有する。電極部の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、金（Ａｕ）および白金（Ｐｔ）等を挙げることができる。金（Ａｕ）および白金（Ｐｔ）は化学的安定性が高いという利点がある。また、第二流路における二つの電極部に印加する電圧は、所望の空乏層が得られる電圧であれば特に限定されるものではないが、通常、０Ｖよりも大きく、１Ｖ以上であっても良く、１０Ｖ以上であっても良い。印加する電圧が小さすぎると、十分な空乏層が形成されない可能性がある。一方、上記電圧は、例えば、３００Ｖ以下であり、１００Ｖ以下であることが好ましい。印加する電圧が大きすぎると、目的物に電気的なダメージを与える可能性がある。また、本発明の流路デバイスは、上記二つの電極部の間の電圧を制御する電圧制御部を有していても良い。電圧制御部は特に限定されるものではなく、一般的な電圧制御部を採用することができる。
【００３７】
また、第二流路部の寸法については、所望の空乏層が得られる寸法であれば特に限定されるものではない。第二流路部の寸法は、例えば、上述した第二流路部の寸法の範囲と同様であっても良い。
【００３８】
３．流路デバイス
本発明の流路デバイスの構成は、特に限定されるものではないが、例えば、上述した図２（ａ）に示したように、基板４１と、基板４１上に形成された流路形成部材４２とを有する流路デバイスを挙げることができる。基板は、リジッドな材料であっても良く、フレキシブルな材料であっても良い。基板の材料としては、例えば、ガラス、金属、ゴム、樹脂等を挙げることができる。流路形成部材も、基板と同様に、リジッドな材料であっても良く、フレキシブルな材料であっても良い。流路形成部材の材料としては、例えば、ガラス、金属、ゴム、樹脂等を挙げることができる。また、基板と流路形成部材とが同じ材料であっても良い。
【００３９】
また、本発明における第一流路部は、液体サンプルの流れ方向において、複数のイオン交換膜を有していても良い。具体的には、図７に示すように、第一流路部１２が、液体サンプルの流れ方向Ｄにおいて、複数のイオン交換膜３０を有していても良い。複数のイオン交換膜を直列に配置することで、濃縮率または分離率が格段に向上する。例えば、一つのイオン交換膜の濃縮率がｒである場合、ｎ個のイオン交換膜を直列に配置することで、濃縮率は、ｒｎ倍になる。
【００４０】
本発明においては、複数の第一流路部が、厚さ方向において積層されていても良い。具体的には、図８（ａ）に示すように、複数の第一流路部１２が、厚さ方向において積層されていても良い。複数の第一流路部を並列に配置することで、単位時間当たりの処理量が向上する。例えば、ｎ個の第一流路部を積層することで、単位時間当たりの処理量がｎ倍になる。なお、図８（ａ）では、同一平面上に配置された第一流路部１２および第二流路部２２を、複数積層している。また、図８（ａ）では、第一流路部１２および第二流路部２２を有する流路形成部材４２を支持する基板４１も複数積層しているが、図８（ｂ）に示すように、第一流路部１２および第二流路部２２を有する流路形成部材４２のみを積層しても良い。
【００４１】
本発明におけるイオン交換膜の配置方法は特に限定されるものではない。例えば、図２（ｂ）に示すように、第一流路部１２および第二流路部２２が同一平面上に配置され、対向する第一流路部１２および第二流路部２２の側面の一部に、イオン交換膜３０が配置されていても良い。また、例えば、図９（ａ）に示すように、第一流路部１２および第二流路部２２が同一平面上に配置され、第一流路部１２および第二流路部２２の側面の全体に、イオン交換膜３０が配置されていても良い。すなわち、第一流路部１２および第二流路部２２が、イオン交換膜３０のみによって区画されていても良い。また、例えば、図９（ｂ）に示すように、第一流路部１２および第二流路部２２が、イオン交換膜３０を介して、厚さ方向において積層されていても良い。この場合、例えば第一流路部１２の幅を十分に大きくすることで、高収率な流路デバイスとすることができる。
【００４２】
また、本発明においては、複数の第一流路部を共有するように、一つの第二流路部が形成されていても良い。例えば、図１０（ａ）に示すように、二つの第一流路部１２および一つの第二流路部２２が同一平面上に配置され、二つの第一流路部１２を共有するように、一つの第二流路部２２が形成されていても良い。共有化により省スペース化を図ることができる。また、例えば、図１０（ｂ）に示すように、第一流路部１２、第二流路部２２および第一流路部１２が、イオン交換膜３０を介して、厚さ方向において積層されていても良い。
【００４３】
本発明の流路デバイスの形状は特に限定されるものではないが、例えば、平板型、捲回型等を挙げることができる。
【００４４】
本発明の流路デバイスは、第一流路部における塩濃度を調整する濃度調整部を有していても良い。目的物が生体物質である場合、例えば食塩水濃度の調整が重要になる。そのため、食塩水濃度を制御する機構を有していても良い。濃度調整部としては、例えば、第一流路部における塩濃度を測定する測定部と、第一流路部に目的とする塩濃度よりも高い塩濃度を有する液体を供給する高濃度液体供給部と、第一流路部に目的とする塩濃度よりも低い塩濃度を有する液体を供給する低濃度液体供給部と、測定部により得られた結果に基づいて、高濃度液体供給部または低濃度液体供給部を作動させる制御部とを有するものを挙げることができる。なお、濃度調整部は、高濃度液体供給部または低濃度液体供給部のいずれかのみを有するものであっても良い。
【００４５】
本発明の流路デバイスは、液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離する任意の用途に適用できる。特に、濃縮という機能に着目すると、増幅器（アンプリファイア）として有用である。目的物の濃度が検出限界以下である液体サンプルを、本発明の流路デバイスに投入することで、目的物の濃度を格段に向上させることができる。さらに、本発明の流路デバイスでは連続的な処理が可能であるため、例えば、測定機器の測定部の上流に、増幅器として本発明の流路デバイスを設置することで、目的物の濃度が検出限界以下である液体サンプルを効率良く測定することができる。なお、分離という機能に着目し、測定機器の測定部の上流に、分離器として本発明の流路デバイスを設置することで、混合物から目的物を効率良く測定することができる。これらの場合、第一流路は回収部および分岐回収部を有しなくても良い。
【００４６】
本発明の流路デバイスの製造方法は、上述した流路デバイスを得ることができる方法であれば、特に限定されるものではない。図１１は、本発明の流路デバイスの製造方法の一例を示す概略断面図である。図１１においては、まず基板４１を準備する（図１１（ａ））。次に、基板４１の表面上にイオン交換膜３０を形成する（図１１（ｂ））。なお、図示しないが、イオン交換膜３０の形成前または形成後に、第二流路の電極部を形成する。最後に、第一流路部１２および第二流路部２２のパターンが形成された流路形成部材４２を準備し、上記パターンと、基板４１の表面上に形成されたイオン交換膜３０とが対向するように積層し、流路デバイス１００を得る（図１１（ｃ））。
【００４７】
また、図１１（ｂ）において、基板４１の表面上にイオン交換膜３０を形成する方法について、図１２を用いて詳細に説明する。図１２においては、まず基板４１を準備する（図１２（ａ））。次に、基板４１の表面上に、例えばシリコーンゴムから構成されるイオン交換膜形成用パターン６１を配置する（図１２（ｂ））。次に、イオン交換膜形成用パターン６１の空隙部分に、イオン交換膜形成用溶液３０ａを流し込む（図１２（ｃ））。この状態で加熱処理を行うことで、硬化したイオン交換膜３０を形成し、イオン交換膜形成用パターン６１を基板４１から除去する（（図１２（ｄ））。このようにして、基板４１の表面上にイオン交換膜３０を形成することができる。
【００４８】
また、図１１（ｃ）において、第一流路部１２および第二流路部２２のパターンが形成された流路形成部材４２を準備する方法について、図１３を用いて詳細に説明する。図１３においては、まず、ガラス基板７１、クロム遮光膜７２ａおよびフォトレジスト膜７３ａを有するブランクスを準備する（図１３（ａ））。次に、フォトレジスト膜７３ａにレーザー描画を行い、現像することで、レジストパターン７３を形成する（図１３（ｂ））。次に、レジストパターン７３から露出するクロム遮光膜７２ａをエッチングで除去し、遮光部７２を形成する（図１３（ｃ））。次に、レジストパターン７３を遮光部７２から除去することで、フォトマスク７０が得られる（図１３（ｄ））。
【００４９】
その後、シリコン基板８１およびフォトレジスト膜８２ａを有するモールド形成用積層体を準備し、フォトレジスト膜８２と、フォトマスク７０の遮光部７２とを対向させて配置する（図１３（ｅ））。その状態で、露光を行う（図１３（ｆ））。次に、現像を行うことで、パターン部８２が形成され、モールド８０が得られる（図１３（ｇ））。次に、モールド８０に、流路形成部材形成用材料４２ａを流し込む（図１３（ｈ））。この状態で加熱処理を行うことで、硬化した流路形成部材４２を形成し、流路形成部材形成用材料４２ａをモールド８０から除去する（（図１３（ｉ））。このようにして、第一流路部１２および第二流路部２２のパターンが形成された流路形成部材４２を準備できる。
【００５０】
Ｂ．流路デバイスの使用方法
本発明の流路デバイスの使用方法は、上述した流路デバイスの使用方法であって、上記二つの電極部の間に電圧を印加することにより上記イオン交換膜に生じる空乏層を利用して、上記液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離すること特徴とする。
【００５１】
本発明によれば、上述した流路デバイスを用いることで、ダメージが少ない状態で目的物を濃縮または分離することができる。さらに、上述した流路デバイスを用いることで、超遠心等のバッチ処理とは異なり、長期連続的に使用できる。
【００５２】
本発明における流路デバイスについては、上述した「Ａ．流路デバイス」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。また、目的物の性質に応じて、第一流路の形状および寸法、第一流路におけるイオン交換膜の厚さおよび配置、第二流路において印加する電圧、液体サンプルの流量等を設定することが好ましい。
【００５３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００５４】
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【００５５】
［実施例］
図１１と同様の方法で流路デバイスを作製した。まず、カラスから構成される基板４１を準備した（図１１（ａ））。次に、基板４１の表面上に、ナフィオン（登録商標）から構成されるイオン交換膜３０を形成した（図１１（ｂ））。なお、図示しないが、イオン交換膜３０の形成後に、第二流路の電極部として、金（Ａｕ）薄膜から構成される電極部を形成した。最後に、流路形成部材４２として、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）から構成される部材を準備し、上記パターンと、基板４１の表面上に形成されたイオン交換膜３０とが対向するように積層し、流路デバイス１００を得た（図１１（ｃ））。
【００５６】
得られた流路デバイス１００は、図５に示すように、第一流路１０が、第一流路部１２と、分岐流路部１６とを有している。第一流路部１２の幅は３００μｍであり、分岐流路部１６の幅は１００μｍであった。また、イオン交換膜３０の厚さは５μｍであった。また、第二流路部に、電圧印加用液体として水を投入し、第二流路の二つの電極部間に１００Ｖの電圧を印加した。また、液体サンプルとして、サイズが１００ｎｍ程度の単一のエクソソームを含む生理食塩水を用意し、第一流路の投入部に投入した。その結果を図１４に示す。図１４に示すように、イオン交換膜の周囲に空乏層が形成されていることが確認された。また、エクソソームは荷電物質であるため、空乏層を通過することができず、分岐流路部に流入することが確認された。
【符号の説明】
【００５７】
１０…第一流路、  １１…投入部、  １２…第一流路部、  １３…回収部、  １４、１５…電極部、  １６…分岐流路部、  １７…分岐回収部、  ２０…第二流路、  ２１…開口部、  ２２…第二流路部、  ２３…開口部、  ２４、２５…電極部、  ３０…イオン交換膜、  ３１…空乏層、  ４１…基板、  ４２…流路形成部材、  ５１…荷電物質、  ５２…中性物質、  ６１…イオン交換膜形成用パターン６１、  ７１…ガラス基板、  ７２…遮光部、  ７３…レジストパターン、  ８１…シリコン基板、  ８２…パターン部、  １００…流路デバイス
【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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【図６】
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【図７】
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【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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