CN102564925B - 微芯片和微粒分取装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了微芯片和微粒分取装置，该微芯片包括：样本液导入流道，用于允许至少含有微粒的样本液流过；至少一对鞘液导入流道，被构造为从样本液导入流道的两侧与样本液导入流道合流，以允许鞘液在样本液的周围流过；合流流道，连通至样本液导入流道和至少一对鞘液导入流道，用于允许样本液和鞘液合流并流过合流流道；负压吸引单元，连通至合流流道，用于将作为回收对象的微粒吸引和引入；以及至少一对排出流道，形成于负压吸引单元的两侧，以用于允许从合流流道流通。

Description

微芯片和微粒分取装置

技术领域

本发明总体涉及用于回收微粒的微芯片和设置有微芯片的微粒分取装置。更具体地，本发明涉及微芯片和用于从混有多种微粒的溶液中对诸如细胞和微珠的作为回收目标的微粒进行分取的技术。

背景技术

流式细胞仪是用于通过用诸如特定波长的激光的激发光照射在流道中单行流动的各个微粒并通过检测从微粒发出的光(例如，荧光和/或散射光)来检查和确定各个微粒的种类、大小、结构等。此外，基于如上所述获得的检测出的结果，即使在样本液中含有多种微粒的情况下，流式细胞仪也能够通过基于如上所述获得的检测结果使目标微粒与其他微粒分离、并通过回收微粒快速和可靠地对目标微粒进行分取(例如，参照“FLOW CYTOMETRYAT WILL”(Second Ed.)supervised by Hiromitsu Nakauchi，as Experiment ProtocolSeries of Cell Engineering Supplement，Shujunsha Co.，Ltd.，August 31，2006)。

作为分取方法，通常使用的有：带电液滴方法，被配置为使含有微粒的液滴带电；以及细胞捕获方法，被配置为利用管通过水流回收微粒。然而，这些方法所使用的装置往往体积大、成本高，并且这会产生通用性降低的问题。此外，在形成液滴的分取方法(例如，带电液滴方法)中，由于液滴形成的机制对液体的物理性质(例如，表面张力和粘度)比较敏感，所以存在受到测量条件的变化影响导致液滴形成的频率变化和液滴的大小变化的另一问题。

此外，在形成液滴的分取方法中，由于在喷嘴上沉积有杂质，从而可能改变液体的喷出方向，所以需要技术人员频繁地重新调节来操作系统。此外，由于即使在液滴形成系统稳定地运作时也会不可避免地发生偶发的附属物(雾)的产生，而这不但会导致目标细胞回收的失败，还会使细胞分散在周围。

因此，近来已经提出了利用微芯片的方法，其中，微芯片均设置有形成于无机材料(如硅树脂、玻璃等)或高分子材料(如塑料等)基板中的微细流道(例如，参见下述的专利文献1至6)。作为实例，WO 2005/121767(作为专利文献1)公开了利用介电泳力引导样本，使流过微流装置中的主流路的样本被引导至预定流路的技术。在该专利文献1记载的分析式分取装置中，通过在微流装置中的主流路周围的附近设置多个电极并对电极施加交流(ac)电压来产生介电泳力。

另一方面，日本未审查专利申请公开第2003-274924和2004-113223号(作为专利文献2和3)分别公开了利用设置在微芯片内部的电渗泵将细胞导向预定的分支流路的技术。在专利文献2和3中的每一个中公开的细胞分离装置中，在芯片上设置电渗泵，并且通过操作电渗泵将目标细胞导向特定的流路。此外，在日本未审查专利申请公开第2006-29824和2007-330201号(作为专利文献4和5)中，分别公开了通过使用激光的光镊使期望的细胞移动至用于细胞分取的流道的技术。

此外，在日本未审查专利申请公开(PCT申请的译文)第2005-538727号(作为专利文献6)中，公开了使用致动器将微粒导入预定的分支流路的技术。图1A和图1B是示意性地示出了在专利文献6记载的微流系统中执行的步骤的操作顺序的截面图。如图1A和图1B所示，在专利文献6所述的微流系统中，邻接流路101设置一对密封室102a和102b。密封室102a和102b在接合点101a紧前位置处通过侧路103a和103b均连通至流路101a。此外，在侧路103a和103b中均形成有弯液面，其中流过流道101的液体中的一些液体流入侧路。

当利用微流系统分取微粒104a时，如图1A所示，致动器105a根据微粒104a到达通向侧路103a和103b的位置时的定时按压密封室102a。从而，侧路103a中的液体被朝向流路101a挤出，微粒104a的流动位置以侧路103b的方向偏转，并且侧路103b中的弯液面以密封室102b的方向移动。

随后，如图1B所示，在微粒104a穿过连通至侧路103a和103b的位置而流动后，释放致动器105的压力，并且侧路103a和103b的每一个中的弯液面移回原先的位置。结果，使得作为回收对象的微粒之外的微粒104b在流道101中流动，并且此后流向分支流道106，同时仅作为回收对象的微粒104a可被引导为流入分支流道107。

发明内容

然而，在前述已知方法中，存在如本文中以下所述的几个问题。即，在专利文献1公开的分析式分取装置中，由于微粒在不同于液体流动的方向上发生位移，所以必须对微粒施加较强的力。结果，作为回收对象的微粒往往比较容易受到损害，特别是在微粒是诸如细胞的生物材料的情况下，这会造成如细胞死亡的问题。

对于该困难，尽管可以根据专利文献2和3中公开的技术在不对细胞施加电刺激的情况下进行回收，但是存在不能实现高速和高精度的检测的另一问题，这是因为电渗泵用于产生驱动液体的力，而且也不形成鞘流。即使利用专利文献2和3中记载的微芯片形成鞘流，该困难会以与稍后描述的专利文献6的情况类似的方式仍旧存在，即细胞会与流路的分支部碰撞，从而受到损害，或由于要回收的液滴的细胞浓度低而需要另外的浓缩工作。

此外，尽管在使用光镊的方法中可将对微粒的损害减为较小，但是，存在的另一困难是光镊不能捕获快速移动的微粒。因此，在专利文献4和5中记载的方法中，除非液体流动停止，否则无法分取目标微粒，从而导致较差的可操作性。此外，由于在专利文献4和5记载的使用光镊的方法中必需用于扫描和照射激光的光学系统，这会使该方法产生另一问题：其装置结构变得复杂并且尺寸变大。

另一方面，在专利文献6所公开的方法中，由于通过控制流对微粒施加流动力并且使微粒在流入回收流路中的流线上发生位移而将作为回收对象的微粒导向回收流路，这会产生需要浓缩工作等的问题，这是因为回收液体中细胞的浓度较低。当形成鞘流时，要导入的鞘液流量的体积与样本液的流量相比通常较大，并且通过将鞘液流量挤压为在检测单元位置处具有较小截面、从而形成微粒位置变化较小的鞘流，来执行精确的检测。

样本液的流量与鞘液的流量的比率可以通过假设在检测单元层流具有抛物线流速分布来获得。例如，为了在形成有200-边长的正方形截面的检测单元中获得直径约为10μm的样本流的截面，比例(鞘液的流量)∶(样本液的流量)获得为约250∶1。在这种情况下，通过使用如专利文献6中所记载的这种构造的流芯片的微粒分取装置，在操作期间，鞘液和样本液均恒定地流动，这些液体在分支后根据各流阻的反比而分布，并利用各自的分支流道从各排出口排出。

当对1mL样本液中所包括的微粒进行检测和回收时，根据上述实例(截面为200μm边长正方形的检测流道，以及直径为10μm的样本流截面)，估计鞘液的量约为250ml。此外，假设分支后回收流道和排弃(disposal)流道的流阻为3∶2，则获得的流量比为2∶3，并且这会使从回收流道排出的鞘液的量约为100ml。即，即使从回收流道将全部1mL的样本液回收，这也表示样本液已在所回收液体中被稀释为约100倍。

此外，如果作为回收对象的微粒是活细胞，则需要浓缩等操作来适当地利用活细胞，并且该工作不但繁琐，而且还会产生损害细胞的问题。特别地，当要回收的微粒仅仅是总微粒数目中的微小部分时，这会产生严重的问题。例如，当从成年小鼠的骨髓细胞中取得造血干细胞时，所包含的造血干细胞仅仅约为数量范围为10⁴到10⁵的骨髓细胞中的一个细胞，考虑到稳定抽运等的限制，样本流通常以细胞浓度为约1ml中10⁵到10⁷个的程度来制备。因此，回收液体中的细胞浓度被稀释为100ml中约1到1000个的程度，结果，液体浓缩本身变得困难。

此外，在专利文献6中记载的方法还存在的又一问题是，微粒可以经过流道的壁表面附近，并且作为回收对象的微粒极可能在流路的分支部以高速度与壁表面碰撞。具体地，当微粒是活细胞时，容易受到损害，所以很担心发生与壁表面的碰撞以及作为回收对象的细胞死亡。因此，专利文献6中记载的方法不适于要求不产生损害而回收诸如细胞的生物材料。

本发明提出了与上述方法有关的前述以及其他问题。因此，期望的是提供能够分取微粒并且不会对作为回收对象的微粒造成损害的微芯片和微粒分取装置。

提供了一种根据本发明的微芯片，包括：样本液导入流道，用于允许至少含有微粒的样本液流过；至少一对鞘液导入流道，被构造为从样本液导入流道的两侧与样本液导入流道合流，以允许鞘液在样本液的周围流过；合流流道，连通至样本液导入流道和至少一对鞘液导入流道，用于允许样本液和鞘液合流并流过合流流道；负压吸引单元，连通至合流流道，用于将作为回收对象的微粒吸引和引入；以及至少一对排出流道，形成于负压吸引单元的两侧，以用于允许从合流流道流通。

微芯片中所包括的负压吸引单元可另外设置有：吸引流道，与合流流道同轴形成；压力室，形成于吸引流道的中途；以及致动器，被配置为仅在回收微粒期间运作以将压力室的体积增大一定量。

在该情况下，例如，压电元件可以用作致动器。

可选地，负压吸引单元可设置有：吸引流道，与合流流道同轴形成；压力室，形成于吸引流道的中途；以及电渗泵，形成于压力室中。

另外，吸引流道的宽度可以小于合流流道的宽度，并且大于样本流的宽度。

在此情况下，吸引流道在流动方向上的截面在宽度和深度上都小于合流流道在流动方向上的截面，并且吸引流道在流动方向上的截面大于样本流在流动方向上的截面。

此外，微芯片通过将两块基板结合来形成，并且在该情况下，优选至少样本液导入流道、合流流道的一部分吸引流道以及压力室仅形成于一个基板上。

根据本发明的微粒分取装置设置有上述的微芯片。

分取装置包括光照射单元，被配置为用激发光照射在合流流道中流动的微粒；检测单元，被配置为检测从微粒发出的散射光和/或荧光；以及控制单元，被配置为基于通过检测单元获得的检测结果控制微芯片中的负压吸引单元。

此外，在负压吸引单元的驱动源是压电元件的情况下，控制单元可利用阶梯信号控制负压吸引单元的驱动。

可选地，在负压吸引单元的驱动源是电渗泵的情况下，控制单元可以利用矩形脉冲信号来控制负压吸引单元的驱动。

此外，根据由检测单元执行的检测顺序来对微粒进行分取，然后保持该顺序将微粒在负压吸引单元中存储为一列。

另外，基于检测单元获得的数据，控制单元可以进行对第一处理和第二处理的顺序控制，其中，第一处理将微粒引入负压吸引单元中，第二处理将之前引入负压吸引单元中的微粒从微芯片取出。

根据本发明，由于仅引入和回收作为回收对象的微粒，所以可速、高稳定性地分取微粒，而不会使微粒遭受损害，并且将通过鞘液的稀释抑制为最小。

附图说明

将参照以下附图详细地描述本发明的实施方式，其中：

图1A和图1B是示意性地示出了在专利文献6中记载的微流系统中执行步骤顺序的操作的截面图；

图2是示意性地示出了根据本发明第一实施方式的微芯片的构造的截面图；

图3是沿着图2中所示的结构的线III-III截取的截面图；

图4A和图4B是示出了图2中所示的微芯片所包括的负压吸引单元和排出流道的分支部的透视图；而图4C是示出了图4A和图4B中所示的分支部的截面图；

图5是示出了微芯片构造的另一实例的截面图，其相当于沿图2的线V-V截取的截面图；

图6A是示出了根据本发明第一实施方式的变形例的微芯片的负压吸引单元和排出流道的分支部的透视图，以及图6B是示出了微粒在分支部中的轨迹的截面图；

图7是示意性地示出了根据本发明第二实施方式的微芯片的构造的截面图；

图8是示意性地示出了根据本发明第三实施方式的微粒分取装置的构造的截面图；

图9包括通过根据本发明第三实施方式的微粒分取装置对微粒进行分取的方法的流程图；

图10A至图10F是示出了图9所示的在分取微粒期间的操作的处理步骤顺序的截面图；

图11A至图11C是示出了图9所示的在取出微粒期间的操作的处理步骤顺序的截面图；

图12是示意性地示出了微粒回收时系统的特征的示图；

图13是示意性地示出了基于检测数据在吸引流道中分取微粒的方法的实例的示图；

图14是示意性地示出了根据本发明第四实施方式的微芯片的结构的截面图；

图15A和图15B是示出了在图14所示的微芯片中的负压吸引单元中所形成的电渗泵的结构的截面图，分别示出了与厚度方向平行和垂直的截面；

图16A是示出了电双层形成部的构造的透视图，而图16B是其截面图；以及

图17A至图17C是示出了电极的示例性构造的截面图。

具体实施方式

现在将参照附图，在下文中详细地描述用于实现本发明的优选实施方式。应注意，以下的描述旨在是示意性的，并不将本发明限制为本文中所公开的形式。此外，将以以下顺序进行描述。

1.第一实施方式

(设置有负压吸引单元的微芯片的实例)

2.第一实施方式的变形例

(设置有深度彼此相同的检测流道和负压吸引单元中的吸引流道的微芯片的实例)

3.第二实施方式

(包括另外设置有用于分选的分支流道的负压吸引单元的微芯片的实例)

4.第三实施方式

(设置有第一实施方式的微芯片的微粒分取装置的实例)

5.第四实施方式

(使用电渗泵作为致动器的微芯片的实例)

<1.第一实施方式>

[微芯片的整体结构]

首先，将描述根据本发明第一实施方式的微芯片。图2是示意性地示出了根据第一实施方式的微芯片的结构的截面图，图3是沿着结构的线III-III截取的截面图。如图2和图3所示，该实施方式的微芯片1设置有样本液导入流道11，其被构造为导入至少含有微粒的样本液2；以及一对鞘液导入流道12a和12b，被构造为导入鞘液3。

一对鞘液导入流道12a和12b被配置为从样本液导入流道11两侧合流，使得在合流点的下游侧形成一个合流流道13。在合流流道13内，产生了液体以由鞘流3a包围的样本流2a的层流的形式而流动的情况。结果，样本液2中含有的微粒排列成大致一列而在流动方向上流动。

另一方面，在合流流道13的下游端部设置有：负压吸引单元14，被配置为对作为回收对象的微粒进行分选；以及排出流道15a和15b，被配置为将除了作为回收对象的微粒之外的其他微粒排弃，其中负压吸引单元和排出流道连通至合流流道13。此外，排出流道15a和15b的下游侧的端部例如连通至废液缸等。本文中所公开的微芯片被配置为检测合流流道13中的各个微粒，并且基于检测结果，仅将确定为回收对象的微粒引入负压吸引单元14，而将除了回收对象微粒之外的微粒通过排出流道15a和15b而排弃。

[负压吸引单元14]

对于负压吸引单元14，其结构不并特定地限制，只要其具有在预定的定时将作为回收对象的微粒引入的能力即可，如图2所示，其通过包括连通至合流流道13的吸引流道14a、形成为吸引流道14的一部分的压力室14b、以及能够在预定的定时将压力室14b所包围的体积扩张的致动器14c。此外，优选吸引流道14a的下游侧的端部被形成为能够通过例如阀(未示出)等打开或关闭。

图4A和图4B是示出了图2所示的微芯片1中所包含的负压吸引单元14以及排出流道15a和15b的分支部的透视图，图4C是分支部的截面图。如图4A和图4B所示，吸引流道14a与合流流道13同轴形成，使得吸引流道在液体流方向上的截面在宽度和深度上都小于合流流道，并且吸引流道在液体流方向上的截面大于样本流2a的截面。结果，能够将作为回收对象的微粒回收，而不会有任何损害，同时适宜地控制了鞘液3对回收液的稀释。

压力室14b通过振动板14d连接至诸如压电元件等的致动器14c。在致动器14c运作时，振动板14d被吸引向致动器14c，使得压力室14b的体积增大。期望的是，振动板14d被形成为其固定至致动器14c的部分的厚度较大，而其不固定至致动器14c的其他部分的厚度较小。结果，振动板的具有如上所述较小厚度的弯曲部可在较弱的力作用下变形，因此，可以以高速进行驱动。

本实施方式的微芯片1可如图3所示，例如，通过将形成有上述各个流道和负压吸引单元的两片基板结合来制备。图5是示出了微芯片结构的另一实例的截面图，其相当于沿图2中所示的线V-V截取的截面图。尽管微芯片1可以如图5所示在两个基板上均形成各个流道和负压吸引单元来制备，但是期望的是具有图3所示的结构，其中，至少样本液导入流道11、合流流道13中的检测区域13a、吸引流道14a和压力室14b仅形成于一个基板上。作为采用上述具有窄流道直径的部分仅形成于一个基板上的结构的结果，结合处理期间的定位和对准是容易的。

作为适于形成微芯片1的材料，例如可以列举聚碳酸酯、环烯高分子、聚丙烯、聚二甲基硅氧烷(PDM)、玻璃、硅等。具体地，由于其良好的可加工性和使用成型机器提供其廉价的复制品的能力，所以优选使用诸如聚碳酸酯、环烯高分子化合物、聚丙烯等的高分子材料来制备。通过采用将塑料成型基板结合所形成的上述结构，可以较低成本地制造微芯片1。

由于不通过本实施方式的微芯片1来执行在带电液滴方法中所实施的液滴形成，所以可以物理稳定地在系统内回收对象微粒。此外，由于可在微芯片内部执行检测和分取，所以这使得不需要有诸如扩散雾(scattering mist)的担心，并且从生物危害的角度看也能够安全地执行回收操作。此外，由于该实施方式的微芯片1可廉价地制造，所以其可用作一次性(可抛弃型)芯片，从而能够用于关注细胞污染的再生医疗等中。

在执行芯片交换以替代本实施方式的微芯片1的情况下，不需要执行带电液滴方法中通常需要的冗繁的调节，诸如调节排出嘴的位置、液滴滴落的位置以及回收柱(recovery column)的位置，从而本发明可容易地使用。此外，在该实施方式的微芯片1中，由于其被配置为将作为回收对象的微粒在负压下以每次一个的方式引入吸引流道14a中，随着微粒而引入吸引流道14a中的液体的量可减少到所需的最小量。结果，由鞘液引起的稀释可被抑制为与带电液滴方法相同的程度。

此外，由于该实施方式的微芯片1中的吸引流道14a与合流流道13同轴形成，即，设置在使得使样本流2a容易流动的位置，所以作为回收对象的微粒在不与流道壁的表面接触的情况下被引入吸引流道14a。结果，可将对微粒的损害最小化。

此外，还是在该实施方式的微芯片1中，由于根据分取的顺序，引入吸引流道14a的微粒存储为一列，所以例如可以利用存储在系统中的检测数据进行一一匹配。这样，在从吸引流道14a回收微粒时，还可以在不打乱如上所先前存储的顺序的条件下而将微粒取出到芯片的外部。顺便提及，当在带电液滴方法中，想要执行微粒回收以及与检测数据一一匹配的操作时，这是不切实际的，这是因为对于各微粒需要许多回收柱。

<2.第一实施方式的变形例>

在上述第一实施方式中，吸引流道14a在液体流动方向上的截面被形成为在宽度和深度上均小于合流流道13的截面。然而，本发明并不局限于该结构，而是可以可选地制成为深度等同于合流流道13。图6A是示出了根据本发明第一实施方式的变形例的微芯片中的负压吸引单元和排出流道的分支部的透视图，并且图6B是示出了微粒在分支部中的轨迹的截面图。

参照图6A，在根据该变形例的微芯片10中，尽管吸引流道14a也与合流流道13同轴形成，但是流动方向上的截面仅在宽度上比合流流道13小，而深度是相同的。即使在吸引流道14a的深度这样形成为等于合流流道13，因为吸引流道14a仍被形成为允许样本流2a流过的配置，所以作为回收对象的微粒可在负压下被引入，而不会造成任何损害。

此外，通过采取这样的根据该变形例的微芯片10的结构，易于将作为回收对象的微粒引入吸引流道14a，而且不会引起阻碍。然而，如图6中所示，由于一些微粒(尽管是少量的)进入吸引流道14a并且在深度方向上产生回流，此后流过排出流道15a和15b，但是应注意，微粒在分支部的滞留时间会变得更长。

<3.第二实施方式>

接下来，将描述根据本发明第二实施方式的另一微芯片。图7是示意性地示出了根据本发明第二实施方式的微芯片的结构的截面图。图7中与图2的微芯片1所包括的构成要素相同的构成要素被标示相同的参考标号，并且本文中将省略其详细的描述。如图7中所示，本实施方式的微芯片20的结构与前述第一实施方式的结构类似，但是在负压吸引单元24中额外设置有用于回收微粒的分支流道14e。

[分支流道14e]

分支流道14e被配置为对在负压下引入吸引流道14a中但未流过压力室14b的微粒进行回收，并且形成为使得分支流道的下游端部经由阀(未示出)连接至致动器(未示出)。当回收微粒时，连接至压力室的阀关闭，连接至用于回收微粒的分支流道14e的阀打开，此后启动致动器。由于微粒可根据这些步骤被取出而不流过压力室14b，所以要回收的微粒可根据分取顺序而排列成一列。

<4.第三实施方式>

[装置的结构]

接下来，将描述根据本发明第三实施方式的微粒分取装置(下文中，可选地简称为“分取装置”)。图8是示意性地示出了根据本实施方式的微粒分取装置的结构的图示。如图8中所示，本实施方式的分取装置被构造为例如使用前述第一实施方式的微芯片1从含有多种微粒的液体中回收特定微粒。

具体地，根据本实施方式的分取装置30设置有：光照射单元31，用于用激发光照射流过微芯片1中的合流流道13的微粒；检测单元32，用于检测从被激发光照射的微粒发出的光；以及控制单元33，用于基于由检测单元32获得的检测结果控制微芯片1中的负压吸引单元14。

[分取微粒的方法]

接下来，将说明利用根据本发明的微粒分取装置30分取微粒的方法。图9包括示出了根据本实施方式的分取微粒的方法的流程图。当用本实施方式的分取装置30分取微粒时，首先将微芯片1装载于装置中。此后，如图9所示，将鞘液导入鞘液导入流道12a和12b中，并且合流流道13、负压吸引单元14(吸引流道14a和压力室14b)以及排出流道15a和15b均填满鞘液3(步骤S1)。

随后，利用阀将吸引流道14a的下游端部关闭，与鞘液3一起导入样本液2以形成层流，并且执行微粒的检测和回收(步骤S2)。图10A至图10F是示出了图9所示的回收微粒期间以处理步骤顺序的操作的截面图。首先在步骤S2，流过合流流道13的样本流2a中的微粒例如被诸如波长为488nm的激光的激发光照射。此后，使用设置于检测单元32中的检测器(光检测器、光电倍增管等)对从微粒发出的诸如散射光(正面散射光、背面散射光)和/或荧光的光进行检测。

此后，根据需要对由此检测出的信号进行预放大处理，然后发送到控制单元33。在控制单元33中，然后基于检测信号判定当前检测出的微粒是否是作为回收对象的微粒。在由此检测出的微粒被判定为是作为回收对象的微粒时，以如图10A至图10F中所示的方式，在经历了微粒从被激发光照射的位置流动到分支部的位置所需的一定时间(延迟时间)后，产生用于驱动致动器14c的信号，如压电元件驱动信号。在这种情况下，根据需要，可选地可以通过放大器来驱动致动器14c。

例如，当压电元件被用作致动器14c时，由于通过控制压电施加电压产生压电变形力，从而使得压力室14b的体积改变，所以可控制负压吸引单元14的内部压力。具体地，通过施加引发压电收缩的电压，使压力室14b的体积增大并且使室内的压力变为负值，吸引流道14a工作以将微粒引入。这种情况下的吸引量可通过改变所施加的电压来控制。

此外，当压电元件被用作致动器14c时，压电元件的位移(即，施加至元件的驱动电压)与压力室14b的体积直接相关。结果，如果驱动波形为反转矩形脉冲状时，在矩形波的下降沿引入吸引流道14a的微粒可在矩形波形的上升沿被排出。因此，为了在压电元件的情况下将微粒连续地引入吸引流道14a并累积，输入信号的波形必须是阶梯状。

因此，根据本实施方式的分取微粒的方法，可以以稳定的方式仅引入要回收的微粒。此外，通过反复地向流道中引入最小量，可防止吸引流道14a内的稀释，而且，微粒可按顺序放置并且以检测的顺序存储。另一方面，当检测除了作为回收对象的微粒之外的微粒时，不驱动致动器14c就足够了。从而，除了作为回收对象的微粒之外的微粒被引导为流过排出流道15a和15b，并被排出到外部。

在样本液2的全部量导入完成或回收的微粒的数量达到微芯片1的可回收量的情况下，从微芯片1中取出微粒(步骤S3)。关于本文中如上所述的术语，“数量达到微芯片1的可回收数量的情况”指的是吸引流道充满微粒、或可移动范围达到诸如压电元件等的致动器14c的极限等的情况。

图11A至图11C是示出了图9所示的微粒取出期间以处理步骤顺序的操作的截面图。首先在步骤S3，如图11A所示，在导入鞘液3的条件下，仅样本液2的导入被中断，从而实现了在合流流道13的下游端部的接合点的上游侧不存在样本液2(微粒)。此后，如图11B所示，连接至吸引流道14a的阀被打开。由于当前储存在吸引流道14a内的液体与微粒一起利用鞘液3的提供压力而流出，所以作为回收对象的微粒可被取出到微芯片1的外部。

随后，如图11C所示，在将所回收的微粒全部取出后，微芯片1中的致动器14c返回到初始状态。当尚未完成对样本液2的全部量的检测和回收时，连接至吸引流道14a的阀被再次关闭，导入样本液2，并且执行步骤S2的微粒的检测和回收。

另一方面，当已经对样本液2的全部量完成检测和回收时，在步骤S3中将微粒取出后，鞘液3或清洗液被导入样本液导入流道11和鞘液导入流道12a和12b，并且对流路的内侧进行清洗(步骤S4)。此外，如果需要，可以将诸如纯水的保存液导入以更换流路内的保存液。

由于本实施方式的微粒分取装置不形成液滴，所以可以在物理稳定的系统内回收作为回收对象的微粒。此外，由于可在微芯片内执行检测和分取、并使得不用担心扩散雾，所以可安全地执行回收操作。此外，在本实施方式的微粒分取装置进行芯片更换时，不需要执行带电液滴方法中通常所需的冗繁调节，诸如排出嘴的位置、液滴的滴落位置、回收柱的位置，从而可提高工作效率。

利用本发明实施方式的微粒分取装置，由于回收液中微粒的浓度高，所以可将浓缩操作减到最少。结果，还可抑制对微粒的损害。图12是示意性地示出了在回收微粒时的特征的示图。如图12所示，利用本实施方式的微粒分取装置，根据由检测单元32进行的检测顺序来分取微粒4，并且微粒在负压吸引单元14的吸引流道中保持该顺序而存储为一列。结果，例如可以与存储在系统中的检测数据一一匹配。此外，当将微粒从吸引流道中取出时，可以不打乱顺序地取出至芯片的外部。

此外，利用本实施方式的微粒分取装置，还可以通过进一步根据特性等一次分取要回收的微粒来回收微粒。图13是示意性地示出了基于检测数据分取吸引流道14a中的微粒的方法的实例的示图。如图13中所示，由于微粒根据检测的顺序在微芯片1的吸引流道14a中存储为一列，所以检测数据可与微粒一一相关。

例如，通过使用粒子回收致动器(例如，注射泵34a至34e)等，特定的微粒被选择并被取出。因此，不需冗繁的程序(诸如在带电液滴方法中所需的那些)，而且可以一次回收多种微粒然后取出，同时可较容易地对这些微粒进行进一步分取。

另一方面，如前所述，“微芯片1的可回收数量”由芯片设计来确定，并且可以由系统对引入吸引流道14a中的微粒的数量进行计数。因此，利用本实施方式的微粒分取装置，通过预先适当地设定“微芯片1的可回收数量”，诸如重复步骤S2和S3或重复全部步骤S1至S4的若干操作在控制单元33进行的顺序控制下变得可行。

<5.第四实施方式>

接下来，将描述根据本发明第四实施方式的另一微芯片。图14是示意性地示出了该实施方式的微芯片的结构的示图。图14示出的与图2的微芯片1或图7的微芯片20中所包括的那些相同的部件和单元将被标示相同的参考标号，并且将省略其详细描述。如图14中所示，本实施方式的微芯片40的结构类似于前述第二实施方式的，只是在负压吸引单元14中额外设置有电渗泵作为用于将压力室的体积增大一定量的致动器。

[负压吸引单元14]

图15A和图15B是示出了图14所示的微芯片40的负压吸引单元44中形成的电渗泵的构造的截面图，其中，图15A示出了与厚度方向垂直的截面，图15B示出了与厚度方向平行的截面。电渗泵设置于被形成为本实施方式的微芯片40的负压吸引单元44中的吸引流道44a的一部分的压力室44b内部。具体地，一对电极44c和44d被设置为用于利用压力室44b内的液体形成电双层。即，介于电极44c与44d之间的部分作为电双层形成部44f。

图16A是示出了电双层形成部44f的结构的透视图，图16B是其截面图。电双层形成部44f的结构没有特定限制，并且可以由多孔硅石构件形成，或者通过密集配置为将流道转换成例如图16A和图16B所示的阵列结构的柱形成。此外，用于形成本文中固体构件的材料没有特定限制，并且类似于芯片形成，可以用玻璃、硅或亚克力来形成。此外，这些材料还可额外地通过SiO2溅射法等进行表面处理。

尽管通过上述用于形成电双层形成部44f的具有多孔硅石构件或微流道结构的构造可获得高的驱动压力，但另一方面使微粒流过压力室44b变得困难。因此，当采用诸如上述用于形成电双层形成部44f的那些结构的构造时，需要分离地设置分支流道44e，以回收微粒。

图17A至图17C是示出了形成于微芯片的负压吸引单元中的电极44c和44d的示例性结构的截面图。电极44c和44d的结构没有特定限制，并且可以如图17A所示，例如通过制备被形成为金、铂、铝等的导电层压板的电极44c和44d；将电极配置在压力室44b的内部；通过结合形成芯片；并且用粘合剂44g密封来形成。

此外，如图17B中所示，可选地，电极可通过利用溅射法在压力室44b的内表面上沉积来制备诸如金、铂或铝、ITO(氧化铟锡)等的金属的薄膜电极44c和44d，并且通过将接触销44h连接至其来制备。此外，如图17C所示，电极44c和44d可在芯片制备期间密封，此后进行一体成型。

此后，通过在已形成电双层的条件下在流动方向上施加电压，压力室44b内的液体发生位移，并且系统用作电渗泵。对于施加电压的方向，在固体表面带有负电荷(诸如多孔硅石构件)的情况下，向置于流动方向上游的电极44c施加正电压，而使置于流动方向下游的电极44d接地；或使电极44c接地，而向电极44d施加负电压。相反，在固体表面带正电的情况下，使电极44c接地，而向电极44d施加正电压；或向电极44c施加负电压，而使电极44d接地。

由于电渗泵仅在施加有驱动电压时运作，从而产生负压力，所以输入信号的波形必须为矩形脉冲。这是因为如果输入信号的波形为早先在压电元件情况下所采用的阶梯状，则泵会连续运作而将液体引入负压吸引流道。

此外，需要至少在电渗泵打开时将设置于电渗泵(压力室44b)下游的阀打开。顺便提及，当电双层形成部由多孔材料形成时，由于多孔材料具有大的流阻，所以即使在电渗泵关闭时吸引流道44a中的流动速率也很小，并且通过施加反向偏压可进一步抑制吸引流道44a中的流速。

由于利用本实施方式的微芯片中形成的电渗泵来执行微粒的吸引，所以存在如使用压电元件的情况那样前述最大位移(最大施加电压)的限制。结果，实现了具有一次操作实现大的可回收微粒数量的能力的分取微芯片。此外，由于电渗泵运作无声并且无振动，所以这使可使用的位置的选择范围变宽。顺便提及，应注意，除了上述所提及的之外，本实施方式的结构和效果与根据第一实施方式和第二实施方式早先描述的那些相同。

本申请包含于2010年12月17日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-282167所公开的相关主题，其全部内容结合于此作为参考。

本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合以及替换，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (15)

1.一种微芯片，包括：

样本液导入流道，用于允许至少含有微粒的样本液流过；

至少一对鞘液导入流道，被构造为从所述样本液导入流道的两侧与所述样本液导入流道合流，以允许鞘液在所述样本液的周围流过；

合流流道，连通至所述样本液导入流道和所述至少一对鞘液导入流道，用于允许所述样本液和所述鞘液合流并流过所述合流流道；

负压吸引单元，连通至所述合流流道，用于将作为回收对象的微粒吸引和引入；以及

至少一对排出流道，形成于所述负压吸引单元的两侧，以用于允许从所述合流流道流通。

2.根据权利要求1所述的微芯片，其中，

所述负压吸引单元设置有：吸引流道，所述吸引流道与所述合流流道同轴形成；压力室，形成于所述吸引流道的中途；以及致动器，被配置为仅在回收微粒期间运作以将所述压力室的体积增大一定量。

3.根据权利要求2所述的微芯片，其中，

所述致动器是压电元件。

4.根据权利要求1所述的微芯片，其中，

所述负压吸引单元设置有：吸引流道，所述吸引流道与所述合流流道同轴形成；压力室，形成于所述吸引流道的中途；以及电渗泵，形成于所述压力室中。

5.根据权利要求2所述的微芯片，其中，

所述吸引流道的宽度小于所述合流流道的宽度而大于样本流的宽度。

6.根据权利要求5所述的微芯片，其中，

所述吸引流道在流动方向上的截面在宽度和深度上都小于所述合流流道在流动方向上的截面，并且所述吸引流道在流动方向上的截面大于所述样本流在流动方向上的截面。

7.根据权利要求2所述的微芯片，其中，

所述微芯片通过将两块基板结合而形成。

8.根据权利要求7所述的微芯片，其中，

至少所述样本液导入流道、所述合流流道的一部分、所述吸引流道以及所述压力室仅形成于一个所述基板上。

9.根据权利要求2所述的微芯片，其中，

所述压力室通过振动板连接至所述致动器，其中，在所述致动器运作时，所述振动板被吸引向所述致动器，使得所述压力室的体积增大。

10.一种微粒分取装置，所述微粒分取装置包括权利要求1至9中任一项所述的微芯片。

11.根据权利要求10所述的微粒分取装置，还包括：

光照射单元，用于用激发光照射在所述合流流道中流动的微粒；

检测单元，用于检测从所述微粒发出的散射光和荧光中的至少之一；以及

控制单元，用于基于所述检测单元获得的检测结果控制所述微芯片中的所述负压吸引单元。

12.根据权利要求11所述的微粒分取装置，其中，

所述负压吸引单元的驱动源是压电元件，并且其中，

所述控制单元被配置为利用阶梯信号控制所述负压吸引单元的驱动。

13.根据权利要求11所述的微粒分取装置，其中，

所述负压吸引单元的驱动源是电渗泵，并且其中，

所述控制单元被配置为利用矩形脉冲信号来控制所述负压吸引单元的驱动。

14.根据权利要求11所述的微粒分取装置，其中，

根据由所述检测单元执行的检测顺序来对所述微粒进行分取，然后保持所述顺序将所述微粒在所述负压吸引单元中存储为一列。

15.根据权利要求11所述的微粒分取装置，其中，

通过所述控制单元基于所述检测单元获得的数据来进行对第一处理和第二处理的顺序控制，所述第一处理是将所述微粒引入所述负压吸引单元中的处理，以及所述第二处理是将之前引入所述负压吸引单元中的所述微粒从所述微芯片取出的处理。