(57)【要約】  粒子スクリーニング装置が提供される。前記粒子スクリーニング装置は、第１の側と、前記第１の側とは反対の第２の側とを含む基板と、前記基板上に形成される微小孔配列であって、各微小孔が、前記第１の側から前記第２の側へと前記基板を貫通するとともに、少なくとも対象粒子よりも小さい粒子が流通することを許すように設定されるサイズを有する、微小孔配列と、前記基板の前記第１および第２の側のうちの少なくとも一方の側で少なくとも一部の前記微小孔の周囲に形成される電極であって、前記電極が対応する前記微小孔で電界を生成するように構成される、電極と、を備える。【選択図】図１
2017528698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の側と、前記第１の側とは反対の第２の側とを含む基板と、
前記基板上に形成される微小孔配列であって、各微小孔が、前記第１の側から前記第２の側へと前記基板を貫通するとともに、少なくとも対象粒子よりも小さい粒子が流通することを許すように設定されるサイズを有する、微小孔配列と、
前記基板の前記第１および第２の側のうちの少なくとも一方の側で少なくとも一部の前記微小孔の周囲に形成される電極であって、前記電極が対応する前記微小孔で電界を生成するように構成される、電極と、
を備える粒子スクリーニング装置。
【請求項２】
前記基板は、シリコン、ガラス、石英、および高分子のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項３】
前記微小孔は、少なくとも一部の対象粒子よりも大きくなるように設定されるサイズを有する、請求項１に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項４】
前記対象粒子がＣＴＣを含む、請求項１に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項５】
前記微小孔が約１００ｎｍ−１００μｍのサイズを有する、請求項４に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項６】
前記電界は、該電界内で前記対象粒子のＤＥＰを得るために前記対象粒子のサイズおよび誘電特性のうちの少なくとも一方によって決定される、請求項１に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項７】
前記電極は、直流電圧または交流電圧が印加されるように構成される、請求項１に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項８】
印加される電圧が約０Ｖ−１００Ｖの大きさを有し、印加される交流電圧が約０Ｈｚ−２００ＭＨｚの周波数を有する、請求項７に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項９】
前記電極は、前記対象粒子を仕分けるために電圧が印加されるように構成される請求項１に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項１０】
前記電極は、対応する微小孔の外周に沿って配置されて離間される第１の電極および第２の電極を有し、前記第１および第２の電極がこれらの電極間で電界を生成するように構成される、請求項１に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の電極にそれぞれ電圧を印加するための配線を更に備える、請求項１０に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項１２】
配列を成す前記微小孔が行および列によって配置され、同じ行における前記微小孔の前記第１の電極が１つの前記配線に接続され、同じ列における前記微小孔の前記第２の電極が１つの更なる前記配線に接続される、請求項１１に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項１３】
それぞれの前記微小孔の前記第１および第２の電極にそれぞれ電圧を印加するためのボンディングパッドと、それぞれの前記ボンディングパッドと対応する前記電極との間に形成される配線とを更に備える、請求項１０に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項１４】
前記電極は、第１の電極層、誘電体層、および、第２の電極層の積層構造を有し、前記積層構造は、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に電界を生成するように構成される、請求項１に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項１５】
前記電極がそれぞれの前記微小孔に対して形成され、前記各微小孔の前記電極が個別にアドレス指定され得る、請求項１に記載の粒子スクリーニング装置。
【請求項１６】
対象粒子を含む流体サンプルを導入するように構成されるマイクロ流体チップを更に備える、請求項１に記載の粒子スクリーニング装置。
【発明の詳細な説明】
【相互参照】
【０００１】
本開示は、参照によりその全体が本願に組み入れられる２０１４年７月２２日に出願された「粒子スクリーニング装置」と題される中国特許出願第２０１４１０３５０７１０．７号の優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に、粒子分類および検出に関し、特に粒子スクリーニング装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
生命科学研究および健康診断では、一般に、サンプル中の含有量が極めて少ない対象成分、例えば人の末梢血中の循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）を検出することが必要である。ＣＴＣは、癌患者の末梢血循環中に自発的にまたは臨床的工程によって入る腫瘍細胞である。末梢血中の腫瘍細胞の検出は、腫瘍転移を予知する場合がある。ＣＴＣが、乳癌、前立腺癌、結腸癌、肺癌、卵巣癌等を含む様々な腫瘍における無増悪生存率および全生存を予見でき、腫瘍の転移メカニズムを明らかにできるとともに、腫瘍の病期分類、診断、および、治療スキームの形成における潜在的な臨床的有意性を有する場合があることが現在の研究で分かってきた。しかしながら、他方では、ＣＴＣは、赤血球や白血球と比べて、末梢血中でその量が極めて少ない。例えば、５百万−１千万個の健康な血液細胞当たりに１つのＣＴＣが存在する場合がある。したがって、ＣＴＣのような対象内容物は、非常に僅かであるため、濃縮および検出技術を提供することが重要である。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の１つの目的は、部分的には、低コストおよび高効率で対象粒子の検出を達成するための粒子スクリーニング装置を提供することである。
【０００５】
本開示の一実施形態では、粒子スクリーニング装置が提供される。粒子スクリーニング装置は、第１の側と、第１の側とは反対の第２の側とを含む基板と、基板上に形成される微小孔配列であって、各微小孔が、第１の側から第２の側へと基板を貫通するとともに、少なくとも対象粒子よりも小さい粒子が流通することを許すように設定されるサイズを有する、微小孔配列と、基板の第１および第２の側のうちの少なくとも一方の側で少なくとも一部の微小孔の周囲に形成される電極であって、電極が対応する微小孔で電界を生成するように構成される、電極とを備える。
【０００６】
本開示の一実施形態に係る粒子スクリーニング装置は、例えば、（シリコン）微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術によって製造され得る。本開示の１つの実施形態では、対象粒子と他の粒子との間のサイズ、誘電応答等の違いによって対象粒子を高い効率で選別できる。また、試薬またはマーカーが必要ないため、スクリーニングにおいてコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示の上記のおよび他の目的、特徴、および利点は、添付図面に関連する本開示の実施形態の以下の説明から更に明らかになる。
【０００８】
【図１】本開示の一実施形態に係る粒子スクリーニング装置の平面図を概略的に示す。
【図２】図１中の線ＡＡ’に沿う断面図を概略的に示す。
【図３】本開示の更なる実施形態に係る電極構造の断面図を概略的に示す。
【図４】異なる細胞における誘電泳動（ＤＥＰ）応答を示す。
【図５】本開示の更なる実施形態に係る粒子スクリーニング装置の断面図を概略的に示す。
【図６】本開示の更なる実施形態に係る配線レイアウトの断面図を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面に関連する本開示の実施形態に関して説明が与えられる。しかしながら、これらの説明が例示であって本開示を限定しようとするものでないことが理解されるべきである。また、以下では、本開示の概念を不必要に曖昧にすることを避けるため、既知の構造および技術が説明されない。
【００１０】
図面中、本開示の実施形態に係る様々な構造が概略的に示される。しかしながら、これらの構造は、原寸に比例して描かれておらず、また、一部の特徴が拡大される場合がある一方で、明確にするために一部の特徴が省かれる場合がある。更に、図面に示される領域および層の形状および相対的なサイズ並びに位置は、単なる例示であり、実際には製造公差および技術限界に起因して逸脱が起こる場合がある。また、当業者は、他の異なる形状、サイズ、および相対位置の領域／層を望み通りに考え出すこともできる。
【００１１】
本開示の文脈において、層／要素が更なる層／要素「上に」あるように言われるときには、層／要素を更なる層／要素上に直接に配置することができ、あるいはさもなければ、これらの層／要素間に介在する層／要素が存在してもよい。また、層／要素が所定の方向で更なる層／要素「上に」ある場合には、方向が逆さまなときに、層／要素が更なる層／要素の「下側に」なり得る。
【００１２】
本開示の１つの実施形態では、対象粒子を選別するための粒子スクリーニング装置が提供される。例えば、末梢血サンプルからＣＴＣを選別できる。粒子スクリーニング装置は粒子ストレーナを備えてもよい。具体的には、粒子ストレーナは、ストレーナ形状を有する微小孔配列を備えてもよく、微小孔配列は、基板上に形成されるとともに、基板の第１の側から反対の第２の側へと基板を貫通する。配列内の各微小孔は、少なくとも対象粒子よりも小さいサイズを有する粒子が流通することを許すように設定されるサイズを有する。したがって、微小孔のサイズは、例えば対象粒子のサイズ分布にしたがって決定され得る。
【００１３】
１つの実施形態では、微小孔のサイズを少なくとも幾つかの対象粒子よりも大きくなるように設定することができる。また、微小孔のサイズを全ての対象粒子よりも大きくなるように設定することさえできる。したがって、対象粒子と同程度のサイズを有する粒子は、微小孔を通じて流れて選別され得る。一般に、微小孔のサイズは、対象粒子のサイズと同程度になるまたは対象粒子のサイズよりも大きくなるように設定され得る。例えば、対象粒子がＣＴＣである場合には、微小孔が約１００ｎｍ−１００μｍのサイズを有してもよい。
【００１４】
本開示の一実施形態において、装置は、基板の第１および第２の側のうちの少なくとも一方の側で少なくとも幾つかの微小孔の近傍に形成される電極を更に備え、該電極は、対応する微小孔で電界を生成するように構成される。例えば、電界は、該電界内で対象粒子のＤＥＰを得るように対象粒子のサイズおよび誘電特性のうちの少なくとも一方により決定され得る。具体的には、対象粒子は、ＤＥＰ力の作用に起因して微小孔を通じて実質的に流れることができず、例えば、微小孔または電極へと推し進め（例えば引き付け）られ得る。サンプル中の他の粒子は、非常に小さいＤＥＰ力を伴ってまたはＤＥＰ力を伴わずに、あるいは、電極から離れるＤＥＰ力を伴って、微小孔を通じて流れることができる。したがって、スクリーニング特異度を高めることができる。他方では、電界によって対象粒子を分けてその中の材料を検出することができる。
【００１５】
したがって、微小孔が対象粒子のサイズと同程度のまたは対象粒子のサイズよりも大きいサイズを有する場合でさえ、対象粒子を微小孔ではなくＤＥＰ力によって選別できる（例えば、電極へ引き付けられる）。更に、対象粒子と同程度のサイズを有する粒子は、微小孔を通じて流れて選別され得る。そのため、対象粒子を同程度のサイズを有する他の粒子から区別することができる。
【００１６】
電極は、それぞれの微小孔に対して形成されてもよい。すなわち、少なくとも幾つかの微小孔におけるそれぞれの微小孔は、対応する電極（のグループ）を有する。各微小孔におけるそれぞれの電極（グループ）は、適切な配線によってアドレス指定され得る。あるいは、少なくとも幾つかの微小孔の一部または全部が１つの電極を共有してもよい。
【００１７】
電極が様々な手段で構成されてもよい。例えば、電極が第１の電極および第２の電極を有してもよく、これらの電極は、第１および第２の電極間に電界を生成できるように対応する微小孔の外周に沿って配置されて離間される（例えば、対向して配置される）。そのような場合、特に微小孔が行列を成して配置される場合には、各微小孔が１つの行と１つの列との交差部に対応するように、それぞれの微小孔の第１および第２の電極に電圧を印加するための配線を交差する行列状に配置することができる。同じ行における微小孔の第１の電極を１つの配線（例えば、行配線）に接続することができ、また、同じ列における微小孔の第２の電極を１つの更なる配線（例えば、列配線）に接続することができる。したがって、１つの行配線と１つの列配線とを用いて、行配線および列配線に接続される微小孔（すなわち、行配線と列配線との交差部に対応する微小孔）を個別にアドレス指定することができる。あるいは、電極は、第１の電極層、誘電体層、および第２の電極層の積層構造を備えてもよい。積層構造では、第１の電極層と第２の電極層との間に電界を生成できる。
【００１８】
本開示の一実施形態において、装置は、該装置にサンプルを導入するため、具体的には対象粒子を選別するための粒子ストレーナにサンプルを導入するためのマイクロ流体チップを備えてもよい。
【００１９】
本開示の技術を様々な方法で実施することができ、それらの方法の幾つかが図面に関連して以下に例示される。なお、以下では、ＣＴＣが一例として説明される。しかしながら、本開示はそれに限定されない。
【００２０】
図１は、本開示の一実施形態に係る粒子スクリーニング装置の平面図を概略的に示し、また、図２は、図１中の線ＡＡ’に沿う断面図を概略的に示す。なお、図１および図２は必ずしも原寸に比例して描かれているとは限らない。
【００２１】
図１および図２に示されるように、本実施形態に係る検出装置１００は基板１０２を備えてもよい。例えば、基板１０２は、シリコンなどの半導体材料、ガラスおよび石英などの無機材料、および、ポリメチルメタクリレートおよびポリカーボネートなどの高分子のうちの少なくとも１つを含んでもよい。基板１０２は、第１の側１０２−１と、第１の側１０２−１とは反対の第２の側（図２では１０２−２ａおよび１０２−２ｂ）とを有する。微小孔１０４の配列を基板１０２上に形成できる。各微小孔１０４は、第１の側から第２の側へと基板を貫通できる。
【００２２】
図１には微小孔の４×４の配列が示されるが、本開示はそれに限定されない。それよりも多いまたは少ない微小孔が存在してもよい。また、図１における配列は、正方形形状を有する配列である。しかしながら、本開示はそれに限定されない。微小孔は、他の規則正しいまたは不規則なパターンで配置されてもよい。微小孔の形状は、図面に示される規則正しい円筒形状に限定されない。微小孔は、製造に適した任意の他の形状を有してもよく、また、製造公差、プロセス制限等により引き起こされる形状の変化を成してもよい。
【００２３】
微小孔１０４が大きくなりすぎる（それにより、粒子が微小孔１０４の側壁に付着して微小孔１０４を塞ぐリスクを高める）ことを防止するために、微小孔配列内で基板を第２の側から薄くすることができ（図２では１０２−２ｂにより示される）、それにより、薄肉部１０２−２ｂが微小孔配列の周辺領域内に位置する外周領域１０２−２ａに対して凹まされる。薄くした基板の機械的な強度を低下させないように（特に、微小孔配列が大きいサイズを有する場合）、微小孔配列全体で基板を薄くするのではなく、微小孔の周囲の基板の部分だけを薄くし、微小孔間の基板の部分（図２に破線により示される）は不変に保たれる。したがって、微小孔には２つの円筒穴が存在し得る。第１の側１０２−１に隣接する円筒穴は、小さいサイズを有して対象粒子を確実に選別するストレーナ穴である微小孔である。第２の側１０２−２ｂに隣接する円筒穴は、基板を薄くすることによって形成され、ストレーナ穴を貫通する粒子がこの円筒穴を通じて流れることができるように大きいサイズを有する。
【００２４】
そのため、微小孔のサイズを対象粒子のサイズにしたがって決定できる。例えば、人の血液の赤血球がまるで熟した柿のように厚い縁部と薄い中央部とを伴う約６μｍ−８μｍの直径を有する両凹ケーキ形状を成すことが分かっている。人の血液の白血球は、一般に、球形状を成し、約１０μｍ−１５μｍの直径を有する。しかしながら、大部分のＣＴＣは１５μｍよりも大きい直径を有する。したがって、微小孔１０４の口径ｄを約１００ｎｍ−１００μｍとなるように設定できる。第２の側に隣接する円筒穴の口径Ｄを約３０−４０μｍとなるように設定できる。配列を成す微小孔を同じ態様で構成できる。
【００２５】
無論、選別されるべき対象粒子にしたがって微小孔を異なって構成できる。対象粒子よりも大きい粒子を選別するために、ストレーナ（基板および微小孔１０４）の前に更に大きいサイズを有する更なるストレーナを配置できる。ストレーナを降順の微小孔サイズによって連続的に配列される複数の段階で配置することができ、また、各ストレーナは、それぞれの微小孔に対応するサイズを有する粒子を選別できる。あるいは、ストレーナを粒子スクリーニング装置に対して取り外し可能に取り付けることができ、それにより、異なる対象粒子を選別するために、ストレーナを異なるサイズを有する他のストレーナに置き換えることができる。
【００２６】
電極（１０４ｒおよび１０４ｃ）を微小孔１０４の周囲に形成できる。例えば、電極に電圧を印加することにより、図２では電極１０４ｒ、１０４ｃ間に破線により示されるように、電界を微小孔１０４で生成できる。図１に示されるように電極（１０４ｒおよび１０４ｃ）が各微小孔１０４の周囲に形成されるが、本開示はそれに限定されない。例えば、電極を幾つかの微小孔の周囲だけに形成することができる。
【００２７】
加えて、図１に示される例において、各微小孔１０４は、その外周に沿って配置される電極１０４ｒ、１０４ｃのグループを有する。電極１０４ｒ、１０４ｃを対向して配置できる（すなわち、電極の中心を接続するラインが微小孔１０４のそれぞれの直径と実質的に一致する）。しかしながら、電極の形態はそれに限定されない。例えば、電極１０４ｒ、１０４ｃは、これらの電極間に電界を生成するために電極にそれぞれ電圧を印加できるようにこれらの電極が互いに離間される限りにおいて、対向して配置されなくてもよい。それぞれの微小孔の電極グループは２つの電極１０４ｒ、１０４ｃに限定されず、また、更に多くの電極を微小孔の外周に沿って配置できる。更に、それぞれの微小孔が個々の電極グループを有することは本開示において限定されず、また、幾つかの微小孔が共通の電極グループを共有してもよい。例えば、電極１０４ｒ、１０４ｃは、図面に示されるように隣り合う微小孔間で切り離されることなく連続的に延びていてもよい。
【００２８】
当業者であれば分かるように、微小孔で電界を生成できる限りにおいて任意の電極形態を用いることができる。
【００２９】
それぞれの電極に電圧を印加するために基板１０２上に配線（１０６Ｌおよび１０８Ｌ）を配置できる。図１に示される例において、配線１０６Ｌは、微小孔の電極１０４ｒに電圧を印加するために行を成して配置され、また、配線１０８Ｌは、微小孔の電極１０４ｃに電圧を印加するために列を成して配置される。各配線１０６Ｌを電圧印加パッド１０６に接続してもよく、また、電圧印加パッド１０６により配線１０６Ｌを介して電極１０４ｒに電圧を印加できる。各配線１０８Ｌをボンディングパッド１０８に接続してもよく、また、ボンディングパッド１０８により配線１０８Ｌを介して電極１０４ｃに電圧を印加できる。そのような場合、それぞれの微小孔の電極グループを個別にアドレス指定することができる。例えば、特定の行と特定の列との交差部にある微小孔の電極グループがアドレス指定される場合には、その行に対応する配線１０６Ｌによって微小孔の電極１０４ｒに電圧を印加できるとともに、その列に対応する配線１０８Ｌによって微小孔の電極１０４ｃに電圧を印加できる。
【００３０】
電極および配線は、導電材料、例えばＡｕ、Ｔｉ、Ｐｔ等の金属を含んでもよい。
【００３１】
ボンディングパッド１０６，１０８を介して直流電圧および交流電圧を電極１０４ｒ、１０４ｃに印加できる。例えば、印加電圧は、約０−１００Ｖの大きさを有してもよく、また、交流電圧の場合には約０Ｈｚ−２００ＭＨｚの周波数を有してもよい。したがって、粒子の電気的操作を達成できるように、対応する微小孔１０４で電界（特に不均一な電界）を生成できる。本開示の実施形態によれば、捕捉、解放、位置決め等の粒子の操作は、そのような電界を用いて誘電泳動（ＤＥＰ）技術に基づき達成され得る。
【００３２】
ＤＥＰとは、（不均一な）電界内で媒体中に懸濁する粒子（生体細胞または他の粒子など）から該粒子の表面上の分極に起因して電荷を誘導でき、それにより、電荷と（不均一な）電界との間の相互作用に起因して粒子が並進移動を成すことができるような現象のことである。定量的には、半径ｒを有する球状の粒子に関して、（不均一な）電界内のＤＥＰ力は以下の通りである。
【数１】
2017528698.tif 000003
この場合、Ｒｅ［］は、実数部をとることを示し、ｒは粒子の半径であり、εｍは、粒子が懸濁している媒体の比誘電率、ωは、印加される電界の周波数、および、Ｅは電界の強度である。ｆＣＭ（ω）の係数は、Ｃｌａｕｓｉｕｓ−Ｍｏｓｓｏｔｔｉファクターと称され、以下のように規定される。
【数２】
2017528698.tif 000004
ここで、εｐ＊およびεｍ＊はそれぞれ、粒子および懸濁媒体の複素誘電率であり、また、ε＊＝ε−ｊσ／ωの方程式が満たされ、この場合、εおよびσはそれぞれ、実数の誘電率および実数の導電率であり、ｊは虚数単位である。
【００３３】
上記方程式から分かるように、電界内の粒子に作用するＤＥＰ力は、他の条件が同じである場合、粒子のサイズ（ｒ）、粒子の誘電特性（εおよびσ）等に関連する。ＣＴＣは、正常な細胞とはサイズが異なる。また、ＣＴＣは、表面形態、構造、膜タンパク質等における正常な細胞とのそれらの違いに起因して誘電特性（εおよびσ）において特異性を有する。図４は、腫瘍細胞（ＣＴＣ）、Ｔ細胞、および赤血球に関して電界の異なる周波数における正規化された誘電応答を示す。これらの間に大きな違いが存在するのが分かる。例えば、印加される電界が約６０−８０ｋＨｚの周波数を有する場合には、腫瘍細胞が相対的に大きなＤＥＰ力（引力）を受け、一方、Ｔ細胞は、ゼロにほぼ近いＤＥＰ力を受ける。
【００３４】
したがって、印加される電界は、ＤＥＰを用いて対象粒子を操作するために、対象粒子のサイズおよび誘電特性のうちの少なくとも一方によって決定され得る。例えば、電界は、対象粒子の濃縮を高めるべく対象粒子が微小孔または電極に引き付けられるように設定され得る。図２は、ストレーナ穴１０４のバリアと電極から離れるように押しのけるＤＥＰ力とに起因して大きいサイズを有するＣＴＣが微小孔にとどまる一方で、小さいサイズを有する他の粒子がＤＥＰ力を伴うことなくあるいは更に小さいＤＥＰ力を伴ってあるいは電極から離れるように押しのけるＤＥＰ力を伴ってストレーナ穴１０４を通じて流れるようなケースを示す。
【００３５】
なお、図１および図２には、基板、配線、および、電極の形態のみが示される。しかしながら、他の層が存在してもよい。例えば、基板と電極および配線との間に誘電体層が形成されてもよい。誘電体層が配線の交差部に形成されてもよい。更に、基板および配線の表面上に保護層が形成されてもよい。
【００３６】
加えて、図１および図２の例では、電極および配線が第１の側１０２−１にのみ形成される。しかしながら、本開示はそれに限定されない。電極および配線が（第１の側のように）第２の側（１０２−ａおよび１０２−ｂ）に形成されてもよい。あるいは、電極および配線を異なる側に形成することができる。例えば、電極を第１の側１０２−１に形成でき、一方、配線を第２の側（１０２−ａおよび１０２−ｂ）に形成でき、逆もまた同様である。また、電極および配線を貫通ビアによって電気的に接続することができる。
【００３７】
当業者にとっては、様々な手段によって電極および配線を基板（例えば、シリコン基板）上に形成できる。本開示は、電極および配線の特定の形態に限定されない。
【００３８】
図６は、本開示の更なる実施形態に係る配線のレイアウトを概略的に示す。この例では、各微小孔６０４の電極６０４ｒ、６０４ｃのために、それぞれのボンディングパッド６０６が配置される。ボンディングパッド６０６は、微小孔６０４の配列の外周に沿って配置されるとともに、対応する配線６０６ｗによってそれぞれの微小孔６０４の電極６０４ｒ、６０４ｃに接続される。
【００３９】
図３は、本開示の更なる実施形態に係る電極構造の断面図を概略的に示す。
【００４０】
この例では、電極構造を除き、先の実施形態における構成要素と同じ構成要素が同じ参照数字によって示される。以下、電極構造について説明する。
【００４１】
図３に示されるように、電極は、第１の電極層１１０、誘電体層１１２および第２の電極層１１４の積層構造であってもよい。第１の電極層１１０および第２の電極層１１４にそれぞれ電圧を印加することにより、図３に破線で示されるように、これらの電極層間に電界が形成されてもよい。当業者は、図面に示されない第１の電極層１１０および第２の電極層１１４のための配線を形成するために様々な形態を想起してもよい。
【００４２】
図３の例では、電極が隣り合う微小孔間で連続するように示される。しかしながら、本開示はそれに限定されない。例えば、電極（第１の電極層１１０、誘電体層１１２、および第２の電極層１１４の積層構造）は隣り合う微小孔間で不連続となり得る。したがって、１つ以上の微小孔が対応する個々の電極を有してもよく、それにより、１つ以上の微小孔のための個々の電極を個別にアドレス指定できる。
【００４３】
そのため、印加される電界は、ＤＥＰを用いて対象粒子を操作するために、対象粒子のサイズおよび誘電特性のうちの少なくとも一方によって決定され得る。例えば、電界は、対象粒子の濃縮を高めるべく対象粒子が微小孔または電極に引き付けられるように設定され得る。図３は、小さいサイズを有するＣＴＣがストレーナ穴１０４を通じて流れているときにＤＥＰ力ＦＤＥＰに起因して微小孔に引き付けられるようなケースを示す。しかしながら、小さいサイズを有する他の粒子Ｉは、それらがＤＥＰ力を受けないまたは小さいＤＥＰ力だけを受けるためあるいはそれらの粒子を電極から離れるように押しのけるためのＤＥＰ力を伴って、ストレーナ穴１０４を通じて流れる。
【００４４】
本開示の実施形態によれば、ＤＥＰを達成するために電極を使用でき、また、更に、対象粒子を仕分けるために電極を使用できる。例えば、細胞仕分けは、細胞内の材料（核酸、タンパク質、小さいシグナル分子）を解析するために重要なステップである。二層構造の細胞膜は一般に高い電気インピーダンスを有する。また、電界内に曝される細胞は、細胞膜の両側で膜電位を生成する場合がある。膜電位が１Ｖよりも高ければ、細胞膜が破壊される場合があり、また、細胞が溶解される場合がある。例えば、本発明者は、細胞緩衝液の導電率が０．０１Ｓ／ｍであれば、１ＭＨｚの周波数で２ｋＶ／ｃｍを超える電界を印加することによって腫瘍細胞の細胞膜が急速に破壊され、細胞が溶解されることを見出した。
【００４５】
本開示の実施形態によれば、適切な電圧を電極に印加することによって細胞の電気的溶解を選択的に達成することができる。また、溶解されるＣＴＣ内の材料をマイクロ流体チップによって収集して、更なる解析のための実験材料をもたらすことができる。
【００４６】
図５は、本開示の更なる実施形態に係る粒子スクリーニング装置の断面図を概略的に示す。
【００４７】
図５に示されるように、粒子スクリーニング装置は、前述した装置１００と、マイクロ流体チップ５０２とを備える。マイクロ流体チップ５０２は、対象粒子を装置１００によって選別できるように対象粒子を含む流体サンプルを装置内へ導入するための開口５０４を備えることができる。
【００４８】
マイクロ流体チップは、マイクロスケールの流体を正確に制御して操作することができる。例えば、マイクロ流体チップは、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等の透明な高分子から製造されてもよく、また、微細加工技術により製造される例えばマイクロパイプ、マイクロキャビティ等の微細構造を有してもよい。微細構造は、例えば長さ、幅、高さなどのスケールのうちでマイクロスケールの少なくとも１つの寸法を有する。流体を輸送するために、ボンディングによってあるいは装置１００によりマイクロ流体チップ５０２に圧力を印加することによって、閉じられたチャネルを形成することができる。
【００４９】
以上の説明では、様々な特徴が異なる実施形態に記載される。しかしながら、これらの特徴を有利に組み合わせることができないことは示唆されない。
【００５０】
以上では、本開示の実施形態が記載される。しかしながら、そのような実施形態は、本開示の範囲を限定するのではなく、単なる例示のために与えられる。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその等価物によって規定される。本開示の範囲から逸脱することなく、当業者は、本開示の範囲内に入る様々な変更および改良を成すことができる。
【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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【国際調査報告】
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