(57)【要約】【課題】簡易な構成で、複数種類の細胞を効率的に分離する。【解決手段】誘電泳動特性の異なる複数種の細胞Ｘ，Ｙを含む細胞浮遊液を流動させる流路３と、該流路３の流動方向の途中位置に配置される電極４と、該電極４の周囲に電界強度の勾配を生じさせるように電圧を加える電界制御部とを備え、流路３が、電極４の配置された位置における流通断面全体において、流路３内を流動する細胞Ｘ，Ｙに誘電泳動力を生じさせる断面形状を有している細胞分離装置１を提供する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電泳動特性の異なる複数種の細胞を含む細胞浮遊液を流動させる流路と、
該流路の流動方向の途中位置に配置される電極と、
該電極の周囲に電界強度の勾配を生じさせるように電圧を加える電界制御部とを備え、
前記流路が、前記電極の配置された位置における流通断面全体において、前記流路内を流動する細胞に誘電泳動力を生じさせる断面形状を有している細胞分離装置。
【請求項２】
前記流路が、前記電極の下流側に、電極近傍を流通させた一部の細胞浮遊液を流動させる第１の流路と、それ以外の細胞浮遊液を流動させる第２の流路とを備える請求項１に記載の細胞分離装置。
【請求項３】
前記電極の配置された位置における流路の断面形状は、流路の内面が電極から５００μｍ以下の距離となるように形成されている請求項１に記載の細胞分離装置。
【請求項４】
前記流路の内面が電極から３００〜５００μｍの距離となるように形成されている請求項３に記載の細胞分離装置。
【請求項５】
前記複数種の細胞が、少なくとも生細胞と死細胞とを含む請求項１から請求項４のいずれかに記載の細胞分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘電泳動特性の差を利用して粒子を分離する技術が知られている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
特許文献１に開示された技術は、平板電極からなる複数のトラップを流路中に配置して、ある細菌を特異的に吸着する抗体を被覆したビーズを電極に捕集させておき、そこに分析したい汚水を流通させて、誘電泳動特性により電極に近接する細菌をビーズに捕集させるものである
【０００３】
特許文献２に開示された技術は、波状の電極を複数並べた流路を形成し、その電極の配列方向に複数種の粒子を流動させることにより、誘電泳動特性の差を利用して、粒子を分離するものである。
特許文献３に開示された技術は、超音波により粒子を移動させた後に、電界を加えて誘電泳動により分離するものである。
特許文献４に開示された技術は、２種類以上の周波数の電界を加えることで、粒子に複数の誘電泳動力が作用するようにして粒子を分離するものである。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第１９９７／３４６８９号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００１／５５１２号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００１／５５１３号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００１／５５１４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術は、流路の下流に分析用のチャンバを用意しておき、予め、細菌を捕集していない誘電泳動特性を測定しておき、ある細菌が捕集されたビーズを電極から遊離させ、分析用チャンバまで流し込み、測定および捕集していないビーズとの特性の差を見ることで、細菌を定量するものであり、工程が複雑であるという不都合がある。
【０００６】
また、特許文献２の技術は、電極の配列方向に流動する粒子を分離するために、波形の電極形状を採用する必要があり、装置が複雑で高価になるとともに、効率的に分離することができないという不都合がある。
【０００７】
また、特許文献３の技術は、超音波のような余分のエネルギを必要とするという不都合がある。
さらに、特許文献４の技術は、２種類の周波数の電界を加える点において、複雑であるという問題がある。
【０００８】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、複数種類の細胞を効率的に分離することができる細胞分離装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、誘電泳動特性の異なる複数種の細胞を含む細胞浮遊液を流動させる流路と、該流路の流動方向の途中位置に配置される電極と、該電極の周囲に電界強度の勾配を生じさせるように電圧を加える電界制御部とを備え、前記流路が、前記電極の配置された位置における流通断面全体において、前記流路内を流動する細胞に誘電泳動力を生じさせる断面形状を有している細胞分離装置を提供する。
【００１０】
発明者らは、細胞の種類に応じて誘電泳動特性が異なることを見いだし、その誘電泳動特性の差に基づいて複数種の細胞を分離する技術を考案した。本発明によれば、電界制御部の作動により細胞浮遊液を流動させる流路内に配置した電極の周囲に電界強度の勾配を生じさせることにより、誘電泳動特性の差に基づく電極への吸着され易さの相違により、特定の種類の細胞を特異的に集め、他の種類の細胞から分離することが可能となる。この場合において、本発明によれば、前記流路が、前記電極の配置された位置において、流路内を流通する細胞浮遊液内の全ての細胞に対して誘電泳動力を生じさせ、漏れなく分離することができる。
【００１１】
上記発明においては、前記流路が、前記電極の下流側に、電極近傍を流通させた一部の細胞浮遊液を流動させる第１の流路と、それ以外の細胞浮遊液を流動させる第２の流路とを備えることとしてもよい。
このようにすることで、流路における電極が設けられた部位を通過する際に、細胞に誘電泳動力を発生させて、誘電泳動特性の差に基づいて分離された異なる細胞が、第１の流路と第２の流路とにそれぞれ流動させられる。これにより、細胞の種類毎に分離された細胞を容易に回収することが可能となる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記電極の配置された位置における流路の断面形状は、流路の内面が電極から５００μｍ以下の距離となるように形成されていることとしてもよい。
このようにすることで、電極が設けられた部位を通過する全ての細胞に対し、誘電泳動力を生じさせて、細胞を種類毎に容易に分離することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記流路の内面が電極から３００〜５００μｍの距離となるように形成されていることとしてもよい。
このようにすることで、流路における細胞浮遊液のスムーズな流れを確保しつつ、細胞を種類毎に容易に分離することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記複数種の細胞が、少なくとも生細胞と死細胞とを含むこととしてもよい。
このようにすることで、生細胞と死細胞とを含む細胞浮遊液から生細胞を容易に分離することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡易な構成で、複数種類の細胞を効率的に分離することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る細胞分離装置１について、図１〜図５を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る細胞分離装置１は、図１〜図３に示されるように、複数種の細胞、例えば、生細胞の中に死細胞が混在した細胞浮遊液を貯留する細胞浮遊液容器２と、該細胞浮遊液容器２に貯留された細胞浮遊液を流動させる流路３と、該流路３内の流動方向の途中位置に配置された電極４と、該電極４の周囲に電界強度の勾配を生じさせるように電圧を加える電界制御部（図３参照。）５と、前記流路３内において細胞浮遊液を流動させるポンプ６と、分離された細胞を回収する２つの回収容器７，８とを備えている。
【００１７】
前記流路３は、例えば、図２に示されるように、一定の四角形状の流通断面形状を有し、その長手方向の途中位置の壁面に設けた貫通孔９に分岐流路１０が接続されている。
前記電極４は、例えば、図３に示されるように、複数の直棒状電極部４ａ，４ｂを平行に間隔をあけて配列してなる２つの櫛歯状電極４Ａ，４Ｂを、各櫛歯状電極４Ａ，４Ｂの直棒状電極部４ａ，４ｂが交互に配置されるように配置することにより構成されている。２つの櫛歯状電極４Ａ，４Ｂ間には交流電源１１が接続され、該交流電源１１には、その周波数を調節する電界制御部５が接続されている。
【００１８】
また、前記電極４は、図２に示されるように前記分岐流路が接続された貫通孔を閉塞するように、流路３内の細胞浮遊液の流動方向に直棒状電極部４ａ，４ｂが間隔をあけて配置されている。これにより、直棒状電極部４ａ，４ｂの周囲には図４に示されるような電界強度の勾配が形成されるようになっている。図４は電界強度を等高線により示しており、電界強度は、直棒状電極部４ａ，４ｂに近いほど強く、離れる程弱くなっている。
【００１９】
また、本実施形態においては、電極４が設けられた部位における流路３の流通断面形状は、各直棒状電極部４ａ，４ｂから流路３の内面までの距離ｄが、以下の式を満足するように形成されている。
ｄ＜ｇ（Ｖ，ｆ）＝３００〜５００μｍ
ここで、Ｖは電極４に加える交流電圧、ｆはその周波数である。また、ｇ（Ｖ，ｆ）は、交流電圧および周波数によって定まる電界強度の効果範囲である。
このようにすることで、当該電極４が設けられた部位における流路３を流動する細胞浮遊液内の全ての細胞に対して誘電泳動力を生じさせることができるようになっている。
【００２０】
前記ポンプ６は、細胞浮遊液容器２内に貯留された細胞浮遊液を流路３内に供給し、流路３内において流動させるようになっている。流動方向は、櫛歯状電極４Ａ，４Ｂを構成する各直棒状電極部４ａ，４ｂの配列方向に沿う方向（矢印Ａの方向）である。
一方の回収容器７は、前記流路３の下流側に接続され、他方の回収容器８は分岐流路１０の下流側に接続されている。このとき、回収容器７，８と前記流路３，１０との間にポンプを追加で設けてもよい。
【００２１】
このように構成された本実施形態に係る細胞分離装置１の作用について、以下に説明する。
ここでは、本実施形態に係る細胞分離装置１を用いて生細胞と死細胞とを分離する場合について説明する。
本実施形態に係る細胞分離装置１を用いて生細胞Ｘと死細胞Ｙとを分離するには、生細胞Ｘと死細胞Ｙとを含む細胞浮遊液を細胞浮遊液容器２に貯留しておく。そして、電界制御部５の作動により、電極４に所定の周波数の交流電圧を加える。
【００２２】
次いで、ポンプ６を作動させて、生細胞Ｘおよび死細胞Ｙを含む細胞浮遊液を貯留する細胞浮遊液容器２から、流路３内に供給して流動させる。流路３内に供給された細胞浮遊液は、ポンプ６の駆動力により、流路３内を長手方向Ａに沿って流動させられる。そして、その流動方向の途中位置において、電極４が配置された部位を通過させられる。
【００２３】
この場合において、電極４には交流電圧が加えられているので、各直棒状電極部４ａ，４ｂの周囲には、図４に示されるように半径方向外方に向かって低くなる電界強度の勾配が形成されている。そして、直棒状電極部４ａ，４ｂの配列方向に沿って流動させられる細胞浮遊液は、電界強度の勾配が形成されている領域を横切るように流動させられることになる。
【００２４】
生細胞Ｘは、例えば、ある周波数では正の誘電泳動特性を有しているので、電界強度が強くなる方向、すなわち、各直棒状電極部４ａ，４ｂに向かって吸引される誘電泳動力を受ける。一方、死細胞Ｙの誘電泳動特性は、例えば、ほぼゼロまたは負の誘電泳動特性を有しているので、電界強度の影響を受けることなく、あるいは、直棒状電極部４ａ，４ｂから遠ざかる方向に流動させられる。
【００２５】
その結果、生細胞Ｘは、流路３の電極４が設けられている部位を流動する間に、各直棒状電極部４ａ，４ｂに近接する方向に移動し、直棒状電極部４ａ，４ｂによって吸着される。あるいは、ポンプ６の制御により流速を調節して、直棒状電極部４ａ，４ｂへの吸着力より大きな流動力を生細胞Ｘに付与することにより、直棒状電極部４ａ，４ｂに近接する方向に移動した生細胞Ｘを直棒状電極部４ａ，４ｂに吸着させることなく、これを通過させて分岐流路１０へと流動させることができる。
【００２６】
一方、死細胞Ｙは直棒状電極部４ａ，４ｂに引き寄せられることなく、あるいは、直棒状電極部４ａ，４ｂから遠ざけられるので、分岐流路１０に流入することはなく、流動してきた流路３をそのまま下流側に向けて流動させられるようになる。
これにより、流路３を流動してきた死細胞Ｙを含む細胞浮遊液は回収容器７に回収され、分岐流路１０を流動させられた生細胞Ｘを含む細胞浮遊液は、回収容器８によって回収される。したがって、誘電泳動特性の異なる生細胞Ｘと死細胞Ｙとを容易に分離することができる。
【００２７】
この場合において、本実施形態に係る細胞分離装置１によれば、電極４が設けられた部位における流路３の流通断面形状は、各直棒状電極部４ａ，４ｂから流路３の内面までの距離が、３００〜５００μｍの範囲内に配置されるように形成されているので、部位を流動する細胞浮遊液内の全ての細胞に対して誘電泳動力を生じさせることができる。
したがって、ほとんど全ての生細胞Ｘを分岐流路１０に流入させる一方、ほとんど全ての死細胞Ｙの分岐流路１０への流入を阻止し、より確実に生細胞Ｘと死細胞Ｙとを分離することができる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、電極４として櫛歯状電極４Ａ，４Ｂを組み合わせて構成したものを採用したがこれに限定されるものではない。
例えば、図６に示されるように、分岐流路１０を接続する貫通孔９に対向する流路３内面にプレート電極１２を配置し、分岐流路１０側から貫通孔９に針電極１３を配置することとしてもよい。これらプレート電極１２と針電極１３との間に、所定の周波数の交流電圧を加えることにより、両電極１２，１３間に、電界強度の勾配を形成することができる。したがって、このような電極１２，１３によっても、生細胞Ｘと死細胞Ｙのような誘電泳動特性の異なる細胞を簡易に分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る細胞分離装置を示す模式的な全体構成図である。
【図２】図１の細胞分離装置の流路の構造を示す斜視図である。
【図３】図１の細胞分離装置に用いられる電極の一例を示す図である。
【図４】図２の電極を構成する直棒状電極部の周囲に生ずる電界強度を等高線で示す図である。
【図５】図１の細胞分離装置により、生細胞と死細胞とが分離される様子を示す流路の縦断面図である。
【図６】図１の細胞分離装置の変形例であって、電極形状の異なる細胞分離装置により、生細胞と死細胞とが分離される様子を示す流路の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ｘ  生細胞（細胞）
Ｙ  死細胞（細胞）
１  細胞分離装置
３  流路（第２の流路）
４  電極
４ａ，４ｂ  直棒状電極部（電極）
５  電界制御部
１０  分岐流路（第１の流路）
【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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