CN113820264A - 粒子分选仪、粒子分拣方法以及微流路盒 - Google Patents

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渡部俊介
世取山翼
田川礼人
长谷川武宏
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Abstract

本发明提供了一种能缩短以充分的纯度分拣目标粒子所需时间的粒子分选仪,其具备:形成有具有检测区域和分拣区域的第1流路以及用于将目标粒子含有试样送回第1流路的检测区域的上游的第2流路的微流路盒、微流路盒的设置部、送液部、输出与通过检测区域的目标粒子相对应的信号的检测部、基于来自检测部的信号在分拣区域进行目标粒子含有试样的分拣作业的分拣机构部、控制部,其中,所述控制部控制送液部将被分拣出的目标粒子含有试样介由第2流路送回第1流路的检测区域的上游,并控制分拣机构部针对被送回的目标粒子含有试样进行分拣作业。

Description

粒子分选仪、粒子分拣方法以及微流路盒
技术领域
本发明涉及一种用于从试样中分拣目标粒子的粒子分选仪、粒子分拣方法以及微流路盒。
背景技术
如图36所示,专利文献1中公开了一种交换型流路盒900,其形成有样品池901、废液池902、鞘液池903、分选液池904、回收池905、主流路906、鞘流路907以及分选流路908。试样从样品池901向主流路906流动。鞘液从鞘液池903经由鞘流路907合流至主流路906。在检测区域909检测在主流路906流动的特定的粒子。与被判定为是分选目标粒子的粒子通过主流路906与分选流路908的交叉点的时间点相应地,利用脉冲式气动压力产生从分选液池904朝向回收池905的分选脉冲流,由此来分拣目的粒子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1 日本再公表专利第2016/182034号。
发明内容
发明要解决的技术问题
上述专利文献1中,在将样品池901中积存的试样送向废液池902时,将在检测区域909检测出的分选对象粒子分拣至回收池905。积存在样品池901的全部试样被送向废液池902后,结束分拣处理。但是,通过分拣处理的目标粒子的纯度(分拣后的试样中,目标粒子占总粒子的比例)和通量(每单位时间的处理粒子数)之间为权衡的关系,因此,为以充分的纯度分拣目标粒子,需要减慢试样的流速,且所需时间长。尤其是在从含有其他大多数的非目标粒子的试样中分拣丰度比极小的目标粒子的情况下,难以在合理的时间内以充分的纯度分拣目标粒子。
本发明的目的在于提供一种能缩短以充分的纯度分拣目标粒子所需时间的粒子分选仪、粒子分拣方法以及微流路盒。
解决技术问题的技术手段
如图1所示,为达到上述目的,第1发明所涉及的粒子分选仪(200)具备:微流路盒(100),形成有第1流路(10)和第2流路(20),所述第1流路(10)具有用于检测试样所含的目标粒子(91)的检测区域(11)以及用于分拣含有所检测出的目标粒子(91)在内的目标粒子含有试样(81)的分叉的分拣区域(12),所述第2流路(20)用于将目标粒子含有试样(81)送回第1流路(10)的检测区域(11)的上游;设置部(110),会设置有微流路盒(100);送液部(120),进行微流路盒(100)内的液体的送液;检测部(130),输出与通过检测区域(11)的目标粒子(91)相对应的信号;分拣机构部(140),基于来自检测部(130)的信号,在分拣区域(12)进行用于分拣目标粒子含有试样(81)的分拣作业;控制部(150),控制送液部(120)来将分拣机构部(140)所分拣出的目标粒子含有试样(81)介由第2流路(20)送回第1流路(10)的检测区域(11)的上游,并控制分拣机构部(140)来针对被送回的目标粒子含有试样(81)进行分拣作业。
如上所述,第1发明所涉及的粒子分选仪(200)具备控制部(150),所述控制部(150)控制送液部(120)来将分拣机构部(140)所分拣出的目标粒子含有试样(81)介由第2流路(20)送回第1流路(10)的检测区域(11)的上游,并控制分拣机构部(140)使其对被送回的目标粒子含有试样(81)进行分拣作业。由此,通过使用微流路盒(100)中形成的第2流路(20)将试样送回,能在微流路盒(100)的内部重复进行数次分拣作业。在此,通过分拣作业得到的目标粒子含有试样(81)中也包含在分拣区域(12)在目标粒子(91)的附近流动的目标粒子(91)以外的粒子。因此,通过进行数次分拣作业,与仅进行1次分拣处理的情况相比,即使以更大的速度使试样流动,也能高纯度地分拣目标粒子(91)。由此,能缩短整个分拣处理中以充分的纯度分拣目标粒子(91)所需时间。
如图2所示,第2发明所涉及的粒子分拣方法为使用微流路盒(100)分拣目标粒子(91)的方法,所述微流路盒(100)形成有第1流路(10)和第2流路(20),所述第1流路(10)具有用于检测试样所含的目标粒子(91)的检测区域(11)和用于分拣所检测出的目标粒子(91)的分叉的分拣区域(12),所述第2流路(20)用于将含有所分拣出的目标粒子(91)在内的目标粒子含有试样(81)送回第1流路(10)的检测区域(11)的上游;所述粒子分拣方法包括如下工序:第1分拣工序(S1),向微流路盒(100)的第1流路(10)送试样,并基于与通过检测区域(11)的目标粒子(91)相对应的信号进行分拣作业,由此从试样分拣目标粒子含有试样(81);送回工序(S2),介由第2流路(20)将通过第1分拣工序(S1)分拣出的目标粒子含有试样(81)送回第1流路(10);第2分拣工序(S3),向第1流路(10)的检测区域(11)以及分拣区域(12)送被送回的目标粒子含有试样(81),并基于与通过检测区域(11)的目标粒子(91)相对应的信号进行分拣作业。
在本第2发明所涉及的粒子分拣方法中,通过进行上述送回工序(S2),能重复进行第1分拣工序(S1)和第2分拣工序(S3)这种数次分拣工序。通过进行数次分拣工序,与仅进行仅1次分拣处理的情况相比,即使以更大的速度使试样流动,也能高纯度地分拣目标粒子(91)。因此,能与上述第1发明相同地,缩短以充分的纯度分拣目标粒子(91)所需时间。
如图1所示,第3发明所涉及的微流路盒(100)具备形成有供含有目标粒子(91)的试样流动的流路(MC)的流路形成部件(40),流路(MC)包括第1流路(10)和第2流路(20),所述第1流路(10)具有用于检测试样所含的目标粒子(91)的检测区域(11)和用于分拣所检测出的目标粒子(91)的分叉的分拣区域(12),所述第2流路(20)用于将含有所分拣出的目标粒子(91)在内的目标粒子含有试样(81)送回第1流路(10)的检测区域(11)的上游。
如上所述,在本第3发明所涉及的微流路盒(100)中,流路(MC)包括用于将含有所分拣出的目标粒子(91)在内的目标粒子含有试样(81)送回第1流路(10)的检测区域(11)的上游的第2流路(20)。由此,能与上述第1发明相同地,使用第2流路(20)重复进行数次分拣作业。通过进行数次分拣作业,与仅进行仅1次分拣处理的情况相比,即使以更大的速度使试样流动,也能高纯度地分拣目标粒子(91)。由此,能缩短以充分的纯度分拣目标粒子(91)所需时间。
发明效果
通过本发明,能够提供一种能缩短以充分的纯度分拣目标粒子所需时间的粒子分选仪、粒子分拣方法以及微流路盒。
附图说明
图1为微流路盒以及粒子分选仪的概要说明图;
图2为粒子分拣方法的流程图;
图3为微流路盒的结构例的斜视图;
图4为将目标粒子含有试样从第2流路送回样品室的例子的示意图;
图5为具备储液池的微流路盒的结构例的斜视图;
图6为图5的俯视示意图;
图7为说明介由储液池送回目标粒子含有试样的示意图;
图8为具备稀释工序的粒子分拣方法的例子的流程图;
图9为用于说明稀释工序的第1例的示意图;
图10为用于说明稀释工序的第2例的示意图;
图11为具备第3流路的微流路盒的俯视示意图;
图12为表示流路形成部件的结构的纵截面示意图;
图13为流路形成部件的基板以及片材(sheet)的斜视图;
图14为通过片材的推压来开闭流路的例子的示意图;
图15为用于说明分拣机构部的示意图;
图16为位移放大型压电驱动器所组成的流路开闭部的示意图;
图17为图16的流路开闭部的斜视图;
图18为位移放大型压电驱动器的其他例子的示意图;
图19为图16的位移放大型压电驱动器的变形例的示意图;
图20为图18的位移放大型压电驱动器的变形例的示意图;
图21为位移放大型压电驱动器的其他结构例的示意图;
图22为与图21不同的位移放大型压电驱动器的结构例的示意图;
图23为设置部以及分拣机构部的具体结构例的斜视图;
图24为图23的设置部和分拣机构部的分解斜视图以及俯视图;
图25为用于说明分拣机构部所涉及的开闭位置、以及送液控制阀所涉及的切换位置的流路的示意图;
图26为用于说明粒子分选仪的具体结构例的框图;
图27为用于说明检测部的输出信号的图表;
图28为用于说明控制部所进行的分拣机构部的分拣作业控制的图(A)及(B);
图29为用于说明粒子分选仪的作业的流程的流路的示意图(A)~(C);
图30为用于说明粒子分选仪的作业的流程的流路的示意图(D)~(F);
图31为用于说明第1分拣工序的流程图(A)以及用于说明第2分拣工序的流程图(B);
图32为实施例所涉及的分拣处理的结果的说明图;
图33为比较例1所涉及的分拣处理的结果的说明图;
图34为比较实施例与比较例1的分拣处理的通量的图表;
图35为实施例以及比较例3中的表示通量与纯度的关系的图表;
图36为表示现有技术的图。
具体实施方式
下面基于附图说明实施方式。
[粒子分选仪的概要]
参照图1,说明本实施方式所涉及的粒子分选仪的概要。
如图1所示,粒子分选仪200为使用微流路盒100进行分拣在微流路盒100的流路MC内流动的试样80中的目标粒子91的处理的装置。
分拣指的是从试样液分离目的物质。试样80为包含许多粒子的液体。试样80包含目标粒子91和目标粒子91以外的非目标粒子92。
粒子为小物体的统称,不论构成材料及结构。在本说明书中,粒子为包括细胞、高分子、无机材料或有机材料的粒状物质在内的广义概念。例如,目标粒子91可以是(1)细胞、(2)外泌体等颗粒、或(3)包封有一定成分的液滴。细胞例如有稀有细胞(循环肿瘤细胞(CTC)、稀有循环细胞(CRC)、内皮癌细胞(Endothelial cancer cell)等)、初级B细胞(primary B cell)、抗体生成杂交瘤(antibody-producing hybridoma)、生殖细胞(精子、卵细胞、胚胎细胞(embryo))、细胞间相互作用(Cell-Cell Interaction)中的各单体细胞(Single cell)等。液滴所含的一定成分例如有药物分子、病毒、核酸(DNA、RNA等)、蛋白质(抗体、生物标志物(Biomarker)、酶)等。
粒子分选仪200进行从在流路MC流动的试样80中分离并回收包含有目标粒子91的目标粒子含有试样81的处理。此外,本说明书中提到的“分拣”并不意味着被回收的样品中仅含有目标粒子91。粒子分选仪200所进行的分拣处理会使样品中目标粒子数占总粒子数的比例(纯度)增大。目标粒子含有试样81中的目标粒子91的纯度与分拣前的试样80中的目标粒子91的纯度相比是上升的。因此,被回收的目标粒子含有试样81包含最初导入微流路盒100的试样80之中的大部分的目标粒子91,并包含一部分的非目标粒子92。但是,被回收的目标粒子含有试样81中的目标粒子91的数量并不一定比非目标粒子92的数量多。例如,目标粒子91为在试样80中的丰度比极小的稀有粒子时,回收的样品中的目标粒子91的数量可以比与目标粒子91一同混入回收样品的非目标粒子92的数量少。
(粒子分选仪的结构)
粒子分选仪200具备设置部110、送液部120、检测部130、分拣机构部140以及控制部150。
设置部110提供微流路盒100的设置场所。设置部110与微流路盒100的一部分接触,安放微流路盒100。例如,设置部110支撑微流路盒100的下侧面。
本实施方式中,设置在设置部110的微流路盒100是形成有第1流路10和第2流路20的盒,所述第1流路10具有用于检测试样所含的目标粒子91的检测区域11和用于分拣包含所检测出的目标粒子91在内的目标粒子含有试样81的分叉的分拣区域12,所述第2流路20用于将目标粒子含有试样81送回第1流路10的检测区域11的上游。在第1流路10中,检测区域11和分拣区域12自上游侧依次配置。
送液部120向微流路盒100内送液。送液部120能从第1流路10的上游朝向下游送微流路盒100内的试样80。送液部120能从第2流路20的上游朝向下游送通过分拣区域12并被分拣出的目标粒子含有试样81。经由第2流路20的送液,目标粒子含有试样81被送回第1流路10。送液部120能从第1流路10的上游朝向下游送被送回至第1流路10的目标粒子含有试样81。
例如,送液部120利用压力进行微流路盒100内的送液。例如,送液部120通过对流路MC的上游侧施予正压来进行液体的加压送液。例如,送液部120也可以以对流路MC的下游侧施予负压从而吸移液体的方式进行送液。送液部120例如具备泵以及阀。
检测部130输出与通过检测区域11的目标粒子91相对应的信号。即,由于送液部120而从第1流路10的上游朝向下游流动的试样80中的目标粒子91在通过检测区域11时会被检测部130检测。检测部130向控制部150输出反映目标粒子91的存在的信号。
检测部130检测目标粒子91的方法无特别限定。为了检测,可对目标粒子91进行标记。例如,可以通过与目标粒子91特异性结合的标记抗体来标记目标粒子91。从众所周知的标记方法之中选择与检测方法对应的标记方法。例如,检测能采用荧光检测、磁性检测、图像检测、电检测等手法。荧光检测中,检测部130通过光检测器检测从荧光标记产生的荧光,由此来检测目标粒子91。磁性检测中,检测部130通过磁性检测器检测由磁性粒子标记的目标粒子91。图像检测中,检测部130利用图像传感器拍摄通过检测区域11的目标粒子91,并通过图像识别检测目标粒子91。电检测中,检测部130基于因目标粒子91通过设在检测区域11的电极之间而产生的电阻变化、阻抗变化检测目标粒子91。
分拣机构部140基于来自检测部130的信号,在分拣区域12进行用于分拣目标粒子含有试样81的分拣作业。第1流路10在分拣区域12分叉。分叉数至少为2。图1的示例中,分拣区域12分叉为第1诱导路12a和第2诱导路12b这两者。分拣机构部140使在检测区域11由检测部130检测出的目标粒子91流入分拣区域12的特定的1条流路(第1诱导路12a)。试样80所含的目标粒子91接二连三地到达分拣区域12后,分拣机构部140使这些目标粒子91流入相同的第1诱导路12a。另一方面,分拣机构部140使非目标粒子92流入与目标粒子91不同的流路(第2诱导路12b)。由此在分拣区域12分拣目标粒子含有试样81。
分拣机构部140分拣目标粒子91的方法无特别限定。为了分拣,分拣机构部140可以向第1流路10中的目标粒子91本身或包含目标粒子91的体积微小的试样80施予某种外力。分拣方法例如能采用激光方式、压力方式、电方式、磁性方式、声波方式、流路切换方式等方式。
激光方式中,分拣机构部140向在分拣区域12流动的试样80照射激光,使得产生微小的气泡并引起压力变化,由此将目标粒子91向第1诱导路12a推出。压力方式中,分拣机构部140通过在横穿分拣区域12的方向上施加压力,将目标粒子91送往第1诱导路12a。从微流路盒100的外部施加压力,或介由设在微流路盒100的内部的驱动器来施加压力。电方式中,分拣机构部140使目标粒子91带电,根据介电泳(dielectrophoresis)的原理将目标粒子91送往第1诱导路12a。磁性方式中,分拣机构部140通过使磁力作用于已与磁性粒子结合的目标粒子91,将目标粒子91送往第1诱导路12a。声波方式中,分拣机构部140通过换能器(Transducer)向分拣区域12施予声波,在流路MC中形成压力梯度,由此将目标粒子91送往第1诱导路12a。流路切换方式中,分拣机构部140通过驱动设在微流路盒100内的阀结构,或从外部开闭第1诱导路12a和第2诱导路12b,将目标粒子91送往第1诱导路12a,并将非目标粒子92送往第2诱导路12b。
控制部150控制送液部120、检测部130以及分拣机构部140。控制部150进行送液部120所进行的送液的开始、停止、阀的开闭等控制。控制部150控制检测部130并获取来自检测部130的信号。控制部150基于与目标粒子91相对应的信号控制分拣机构部140所进行的分拣作业。控制部150包括计算机,具备1个以上的处理器以及包括易失性存储器(Volatilememory)和非易失性存储器(Non-volatile memory)的存储部。
在分拣作业中,仅取出目标粒子91而不混入非目标粒子92是非常困难的。因此,目标粒子含有试样81含有被分拣出的目标粒子91以及混杂在目标粒子91中被分拣出的非目标粒子92。
控制部150控制送液部120来将分拣机构部140所分拣出的目标粒子含有试样81介由第2流路20送回第1流路10的检测区域11的上游,并控制分拣机构部140,针对被送回的目标粒子含有试样81进行分拣作业。即,在本实施方式中,针对试样80进行第1次分拣作业,并针对由此分拣出的目标粒子含有试样81进行第2次分拣作业。分拣作业也可进行3次以上。通过重复分拣作业,非目标粒子92的比例减少,目标粒子91的纯度增大。
(粒子分选仪的效果)
如上所述,本实施方式的粒子分选仪200具备控制部150,所述控制部150控制送液部120将分拣机构部140所分拣出的目标粒子含有试样81介由第2流路20送回第1流路10的检测区域11的上游,并控制分拣机构部140对被送回的目标粒子含有试样81进行分拣作业。由此,通过利用微流路盒100中形成的第2流路20送回试样,能在微流路盒100的内部重复数次分拣作业。在此,通过分拣作业得到的目标粒子含有试样81中也包含在分拣区域12在目标粒子91的附近流动的目标粒子91以外的粒子。因此,通过进行数次分拣作业,与仅进行1次分拣处理的情况相比,即使以更大的速度使试样流动,也能高纯度地分拣目标粒子91。由此,在整个分拣处理中,能缩短以充分的纯度分拣目标粒子91所需的时间。
[粒子分拣方法的概要]
接下来,对本实施方式所涉及的粒子分拣方法的概要进行说明。本实施方式的粒子分拣方法是使用微流路盒100分拣目标粒子91的方法,其中,所述微流路盒100形成有第1流路10和第2流路20,所述第1流路10具有用于检测试样所含的目标粒子91的检测区域11和用于分拣被检测出的目标粒子91的分叉的分拣区域12,所述第2流路20用于将含有被分拣出的目标粒子91在内的目标粒子含有试样81送回第1流路10的检测区域11的上游。另外,上述粒子分选仪200是通过控制部150控制送液部120、检测部130以及分拣机构部140来实施本实施方式所涉及的粒子分拣方法的装置。
如图2所示,粒子分拣方法至少具备第1分拣工序S1、送回工序S2以及第2分拣工序S3。
第1分拣工序S1包括以下内容:向微流路盒100的第1流路10送试样80,并基于与通过检测区域11的目标粒子91相对应的信号进行分拣作业,由此从试样80分拣目标粒子含有试样81。图1的结构例的情况下,控制部150控制送液部120,使得从第1流路10的上游朝向下游送试样80。检测部130输出与到达检测区域11的目标粒子91相对应的信号。控制部150基于来自检测部130的信号控制分拣机构部140,使其将到达分拣区域12的目标粒子含有试样81送往第1诱导路12a。控制部150控制分拣机构部140使其将到达分拣区域12的不含目标粒子91的试样送往第2诱导路12b。
送回工序S2包括以下内容:介由第2流路20将第1分拣工序所分拣出的目标粒子含有试样81送回第1流路10。图1的结构例的情况下,在第1分拣工序S1之后,控制部150控制送液部120使其从第2流路20的上游朝向下游送被送至第1诱导路12a的目标粒子含有试样81。由此使目标粒子含有试样81返回第1流路10的检测区域11的上游。
第2分拣工序S3包括以下内容:向第1流路10的检测区域11以及分拣区域12送被送回的目标粒子含有试样81,并基于与通过检测区域11的目标粒子91相对应的信号进行分拣作业。图1的结构例的情况下,在送回工序S2之后,控制部150控制送液部120,使得从第1流路10的上游朝向下游送目标粒子含有试样81。检测部130输出与到达检测区域11的目标粒子91相对应的信号。控制部150基于来自检测部130的信号控制分拣机构部140,再次将到达分拣区域12的目标粒子含有试样81送往第1诱导路12a。控制部150控制分拣机构部140将到达分拣区域12的不含目标粒子91的试样送往第2诱导路12b。可进一步重复送回工序S2和第2分拣工序S3。
在本实施方式所涉及的粒子分拣方法中,通过进行上述送回工序S2,能重复进行第1分拣工序S1和第2分拣工序S3这种数次分拣工序。通过进行数次分拣工序,与仅进行1次分拣处理的情况相比,即使以更大的速度使试样流动,也能高纯度地分拣目标粒子91。因此,能缩短以充分的纯度分拣目标粒子91所需的时间。
[微流路盒的概要]
参照图1,说明本实施方式所涉及的微流路盒的概要。
微流路盒100具备流路MC。流路MC为流体能够流通的管状元素。微流路盒100能在流路MC内从包含数种粒子的试样80中分拣目标粒子91。
微流路盒100具备形成有供包含目标粒子91的试样流动的流路MC的流路形成部件40。流路形成部件40设置在粒子分选仪200的设置部110。
例如,可采用玻璃、硅树脂(silicon)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane(PDMS))、聚甲基丙烯酸甲酯树脂(Polymethyl methacrylate resin(PMMA))、环烯烃共聚物(Cyclic olefin copolymer(COC))、环烯烃聚合物树脂(Cyclo olefin polymer)(COP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate(PET))、聚碳酸酯(Polycarbonate(PC))、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene(PTFE))或金属等来作为流路形成部件40的材料。
本实施方式中,流路MC包含第1流路10、第2流路20。
第1流路10具有用于检测试样所含的目标粒子91的检测区域11以及用于分拣所检测出的目标粒子91的分叉的分拣区域12。
检测区域11是第1流路10的一部分,位于第1流路10的上游端与下游端之间。检测区域11配置在分拣区域12的上游。检测区域11能通过粒子分选仪200的检测部130从外部检测目标粒子91。例如,在进行光学检测时,检测区域11具有透光性,并能从外部对流路MC内的目标粒子91进行光学检测。
分拣区域12是第1流路10的一部分,位于第1流路10的上游端与下游端之间。分拣区域12配置在检测区域11的下游。分拣区域12在上游侧与检测区域11连接。分拣区域12的下游侧至少分叉为2条流路。图1中,分拣区域12包括分别在下游侧延伸的第1诱导路12a和第2诱导路12b。第1诱导路12a与第2诱导路12b在上游端互相连接,形成分叉路。第1诱导路12a与第2流路20直接或间接连通。第1诱导路12a是供目标粒子含有试样81流动的流路。第2诱导路12b与第2流路20不连接。第2诱导路12b是供非目标粒子92流动的流路。
第2流路20用于将含有被分拣出的目标粒子91在内的目标粒子含有试样81送回第1流路10的检测区域11的上游。第2流路20中的送液方向(图1中从右向左)与第1流路10中的送液方向(图1中从左向右)相反。含有被分拣出的目标粒子91在内的目标粒子含有试样81被送至第2流路20的上游端。第2流路20的上游侧与第1诱导路12a直接或间接连通。第2流路20的下游侧与第1流路10直接或间接连接。
从第2流路20向第1流路10的目标粒子含有试样81的送回位置至少在检测区域11的上游。由此,通过使被送回第1流路10的目标粒子含有试样81再次朝向第1流路10的下游流动,执行在检测区域11的目标粒子91的检测、以及基于来自检测部130的信号的在分拣区域12的分拣作业。
为进行从第1流路10的上游向下游的送液以及从第2流路20的上游向下游的送液,也可在微流路盒100中设有开闭流路MC的阀结构。例如,分别在第1诱导路12a、第2诱导路12b以及第2流路20设1个阀结构。阀结构可以是开闭(即,连通或截断)流路MC的开关阀,也可以是防止从下游朝向上游的流动(逆流)的止回阀。另外,也可以如后所述,从外部使推压力作用于微流路盒100的流路MC的一部分,使推压处变形,由此来进行流路MC的开闭。因此,可不在微流路盒100设阀结构。
如上所述,在本实施方式所涉及的微流路盒100中,流路MC包括用于将含有被分拣出的目标粒子91在内的目标粒子含有试样81送回第1流路10的检测区域11的上游的第2流路20。由此,能使用第2流路20重复进行数次分拣作业。通过进行数次分拣作业,与仅进行1次分拣处理的情况相比,即使以更大的速度使试样流动,也能高纯度地分拣目标粒子91。由此,能缩短以充分的纯度分拣目标粒子91所需时间。
(微流路盒的结构例)
接下来,对微流路盒100的结构进行举例说明。微流路盒100可具备用于收纳试样80、目标粒子含有试样81等液体的液体收纳部。液体收纳部例如可以是室、储液池、孔等。
图3的示例中,流路形成部件40为平板形状,并设有从平板形状的流路形成部件40的主表面立起的筒状的室。
如图3所示,在流路形成部件40形成有回收在第1流路10的分拣区域12分拣出的目标粒子含有试样81的回收室51。回收室51与分叉的分拣区域12中的一叉即第1诱导路12a的下游端连接。送至第1诱导路12a的目标粒子含有试样81由回收室51进行收纳。由此,能将被分拣出的目标粒子含有试样81不向外部排出地收纳在回收室51并送向第2流路20。目标粒子含有试样81不取出至外部即能送回,因此,即使进行数次分拣作业,也能避免产生污染,并进行分拣处理。
图3的例子中,第2流路20的上游端与回收室51连通。由此能直接从回收室51向第2流路20送目标粒子含有试样81。例如,与能将所有的目标粒子含有试样81收纳在第2流路20的情况相比,不会不必要地加长目标粒子含有试样81的送液路径,因此,能抑制目标粒子91残留在送液路径。
图3的例子中,在微流路盒100形成有积存要送至第1流路10的试样80的样品室52。由此,不是从送液部120供应试样80,而是通过送液部120将预先注入并积存在样品室52的试样80送向第1流路10内。第2流路20的下游端与样品室52连通。
此时,如图4所示,控制部150控制送液部120从自样品室52送至第1流路10的试样80(参照图3)中分拣目标粒子含有试样81,介由第2流路20以及样品室52将分拣出的目标粒子含有试样81送回第1流路10。由此,能将分拣出的目标粒子含有试样81收纳在曾收纳过原来的试样80的样品室52。即,能通过同一结构进行第1次分拣作业中的原来的试样80的送液以及第2次及其之后的分拣作业中的目标粒子含有试样81的送液。因此,与将原来的试样80和目标粒子含有试样81收纳在不同的室的情况相比,能简化粒子分选仪200的结构以及控制。
图3以及图4的例子中,在微流路盒100形成有积存在分拣区域12未被分拣为目标粒子含有试样81的试样82的废弃室55。废弃室55与分叉的分拣区域12的另一叉即第2诱导路12b的下游端连接。送至第2诱导路12b的试样82由废弃室55进行收纳。由此,没有被分拣的试样82不排出外部即能重复数次进行分拣作业。尤其在设有样品室52、回收室51以及废弃室55的微流路盒100为一次性(用完即扔)的情况下,能使粒子分选仪200不与试样接触,且在微流路盒100内完结从试样80的注入、数次分选直至废弃的一系列操作。
图5以及图6的示例中,在流路形成部件40形成有积存要送至第1流路10的试样的样品室52、与第2流路20(参照图6)的下游端连通的储液池53、以及连接储液池53和第1流路10的检测区域11的上游的连接流路53a。储液池53与样品室52非一体设置。
此时,控制部150控制分拣机构部140(参照图1)从自样品室52送至第1流路10的试样80(参照图6)中分拣目标粒子含有试样81,并如图7所示控制送液部120介由第2流路20、储液池53、以及连接流路53a将分拣的目标粒子含有试样81送回第1流路10。即,在第1分拣工序中,从样品室52向第1流路10送试样80。介由回收室51以及第2流路20将被分拣出的目标粒子含有试样81收纳在储液池53。在第2分拣工序中,介由连接流路53a从储液池53向第1流路10送目标粒子含有试样81。
由此,通过将目标粒子含有试样81收纳在与样品室52不同的储液池53,能防止样品室52内的残留粒子混入目标粒子含有试样81中。因此,与将目标粒子含有试样81送回样品室52的情况相比,能提高目标粒子含有试样81中的目标粒子91的纯度。
另外,图6及图7的示例中,在流路形成部件40形成有积存鞘液的鞘液室54、与鞘液室54连通并连接至第1流路10中检测区域11的上游且第1流路10与连接流路53a的合流点的下游的鞘液流路54a。在分拣作业中,控制部150控制送液部120向第1流路10送试样80或目标粒子含有试样81并介由鞘液流路54a从鞘液室54向第1流路10送鞘液。由此,在第1流路10的检测区域11的位置处,鞘液流包裹试样流。
由此,能通过鞘液流使试样中的粒子进行排列,因此能轻松且高精度地进行检测区域11中的目标粒子91的检测。随之,因为鞘液流路54a连接至第1流路10与连接流路53a的合流点的下游,所以在针对介由第2流路20被送回的目标粒子含有试样81进行分拣作业时,也能通过鞘液流使粒子进行排列。
另外,通过第1分拣工序送至回收室51的目标粒子含有试样81的液量与最初的试样80的液量相比,会减少被送至废弃室55的试样82的分量。为了进行第2分拣工序,可对被分拣出的目标粒子含有试样81进行稀释。
图7中,可设计为,控制部150控制送液部120稀释目标粒子含有试样81,并控制分拣机构部140对稀释后的目标粒子含有试样81进行分拣作业。
由此,能通过稀释增大目标粒子含有试样81的液量,因此,在第2次及其之后的分拣作业中也能进行稳定的流速控制。由此能降低分拣性能参差不齐的情况。
此时,如图8所示,控制部150控制送液部120、检测部130以及分拣机构部140在第1分拣工序S1与第2分拣工序S3之间进行稀释目标粒子含有试样81的稀释工序S4。即,图8中,本实施方式的粒子分拣方法还具备在第1分拣工序S1与第2分拣工序S3之间稀释目标粒子含有试样81的稀释工序S4。稀释工序S4可在送回工序S2之前进行,也可在送回工序S2之后进行。
具体而言,图9的例子中,控制部150控制送液部120在回收室51内稀释目标粒子含有试样81。即,在第1分拣工序之后,控制部150控制送液部120从鞘液室54介由鞘液流路54a、第1流路10以及第1诱导路12a将一定量的鞘液送至回收室51。由此,与例如在第2流路20中进行稀释的情况相比,能轻松且均匀地进行稀释。
图10的例子中,在第1分拣工序之前,预先将稀释用鞘液积存在回收室51内。控制部150控制送液部120向积存有稀释液的回收室51送目标粒子含有试样81从而在回收室51内稀释目标粒子含有试样81。
由此,仅通过将分拣出的目标粒子含有试样81送至回收室51,就能简单地进行目标粒子含有试样81的稀释。不需要在分拣作业和第2流路20所进行的目标粒子含有试样81的送回作业之间进行稀释液的送液,因此,在初次分拣作业之后,能立即进行被稀释的目标粒子含有试样81的送液。
此外,稀释液可在将微流路盒100设置在设置部110时,由用户预先注入回收室51内,也可在第1分拣工序之前,实施从鞘液室54(参照图9)向回收室51送稀释液的工序。
作为其他的例子,在图6中,控制部150也可在送回工序S2之后控制送液部120从鞘液室54向储液池53送稀释液,并稀释积存在储液池53的目标粒子含有试样81。
此外,在第1以及第2分拣工序中,将在第1流路10流动的所有目标粒子91分拣至第1诱导路12a这一作业并不容易,目标粒子91之中的一部分无法被分拣并被送往第2诱导路12b。因此,可以进行设计使得能将被送至第2诱导路12b的试样82送回第1流路10的上游。
即,图11的例子中,在流路形成部件40中形成有第3流路30,所述第3流路30能将在第1流路10的分拣区域12没被分拣为目标粒子含有试样81的试样送回第1流路10的检测区域11的上游。
控制部150控制送液部120将在第1流路10的分拣区域12没被分拣为目标粒子含有试样81的试样82介由第3流路30送回第1流路10的检测区域11的上游,并向第1流路10的检测区域11送被送回的试样82,且控制分拣机构部140(参照图1)基于来自检测部130(参照图1)的信号进行分拣作业。
由此,除了针对目标粒子含有试样81进行分拣作业,还针对没被分拣的试样82进行分拣作业,由此能回收因分拣遗漏而从第3流路30被送回的目标粒子91。由此能提高试样80中的目标粒子91的回收率。
图11中,第3流路30的上游端与废弃室55连接。在流路形成部件40中,除了第3流路30,还形成有与第3流路30的下游端连通的第2储液池56、连接第2储液池56和第1流路10的检测区域11的上游的连接流路56a。可使第3流路30的下游端与样品室52或储液池53连接,也可使第3流路30的下游端与第1流路10的检测区域11的上游连接,来替代设置第2储液池56和连接流路56a。
〈流路形成部件的结构〉
接下来,展示流路形成部件40的结构例。
如图12所示,流路形成部件40包括板状的基板41、与基板41贴合的片材42。流路MC由在基板41的片材42侧表面和片材42的基板41侧表面之中的至少一者形成的槽形成。图13的例子中,在片材42的基板41侧表面形成槽部42a,通过基板41的片材42侧表面覆盖槽部42a,由此构成能供液体流通的管状结构的流路MC。由此,仅通过将片材42贴合于基板41这一简单结构,就能构建流路形成部件40。
例如,第1流路10以及第2流路20的深度D为1μm以上1000μm以下,宽度W为1μm以上1000μm以下。本实施方式的粒子分选仪200尤其适合具备上述微流路的微流路盒100。
另外,图12的情况下,样品室52、回收室51、鞘液室54及储液池53等液体收纳部形成在基板41的片材42相反侧的主表面。在基板41形成有从主表面直至片材42侧表面在厚度方向上贯穿基板41的贯穿孔41a。贯穿孔41a连接样品室52、回收室51、鞘液室54及储液池53等液体收纳部的内底部与流路MC(片材42的槽部42a)。由此,通过向样品室52、回收室51、鞘液室54及储液池53等液体收纳部的上侧面开口侧施加压力,液体收纳部的内部的液体就会介由贯穿孔41a被送往流路MC。
另外,图14的示例中,片材42由比基板41更柔软且能因推压而弹性变形的材料形成。例如,基板41为玻璃基板,片材42为PDMS片材。第1流路10的分拣区域12构成为从外部推压片材42能使流路MC堵塞。图14的例子中,分拣机构部140具有能在接近和远离片材42的方向上移动的推压部142a。通过推压部142a推压片材42。
由此,通过从外部向覆盖分拣区域12的流路部分的片材42施加推压力,就能简单地开闭流路。通过流路的开闭,能轻松进行到达分拣区域12的目标粒子91的分拣。
(分拣机构部的结构)
接下来,对分拣机构部140的结构进行说明。
图15的示例中,分拣机构部140包括在第1流路10的分拣区域12开闭分叉的流路之中的至少1条流路的流路开闭部141。由此,仅通过设置流路开闭部141这一简化的结构,就能构建分拣机构部140,因此能简化粒子分选仪200的结构。
图15的例子中,第1流路10的分拣区域12将第1流路10分叉为将试样导向回收室51的第1诱导路12a以及与第1诱导路12a不同的第2诱导路12b。在第1诱导路12a和第2诱导路12b各设1个流路开闭部141。
控制部150控制分拣机构部140基于来自检测部130(参照图1)的信号,将被送至分拣区域12的试样80以及目标粒子含有试样81分配至第1诱导路12a。
由此,分拣机构部140由向第1诱导路12a和第2诱导路12b其中之一分配试样流的流路切换机构构成。仅进行流路切换就能进行分拣作业,因此能简化分拣机构部140的结构。
流路开闭部141为夹管阀。流路开闭部141从外部推压微流路盒100中形成有分叉的流路之中的至少1条流路的区域使其变形,由此封闭分叉的流路之中的至少1条流路。
由此,仅通过从外部推压微流路盒100这一简化的结构,就能构成流路开闭部141。另外,流路开闭部141不会和微流路盒100的内部的液体接触,因此能防止污染。
图16~图22展示了流路开闭部141的结构例。图16~图22是上下颠倒展示的,其中,作为流路形成部件40的下侧面的片材42位于图中上侧。
图16的示例中,流路开闭部141包括位移放大型压电驱动器。由此能通过响应度高的压电驱动器高速进行流路MC的开闭,因此能抑制目标粒子91以外的粒子混入被分拣出的试样中。另一方面,虽然压电驱动器存在能产生的位移量小这一缺点,但通过位移放大型压电驱动器能增大位移量,因此,即使在从外部推压微流路盒100的流路MC的情况下,也能切实地进行流路MC的开闭。
位移放大型压电驱动器包括具有与微流路盒100的推压位置相对的推压部142a的可动构件142、使可动构件142活动的压电器件143、安放压电器件143和可动构件142的固定构件144。可动构件142以比压电器件143的位移量大的位移量使推压部142a位移。
由此,介由可动构件142放大压电器件143的位移,从而能轻松得到切实地开闭微流路盒100的流路MC所需的推压部142a的位移量。
图16的示例中,上下延伸的压电器件143的一端固定在固定构件144。在压电器件143的另一端设有与可动构件142接触的抵接构件143a。压电器件143为在位移产生方向上层压数个压电体(piezoelectrics)的所谓的叠堆(stack)型压电驱动器。压电器件143通过电压施加在层压方向即上下方向上伸缩。可动构件142配置在压电器件143的另一端侧并与抵接构件143a接触。可动构件142具有从固定构件144沿流路形成部件40的片材42延伸的悬臂结构。另外,可动构件142具有直线的板状形状。推压部142a朝向片材42呈凸状设于可动构件142的前端。配置抵接构件143a使其在可动构件142的固定端与推压部142a之间的位置与可动构件142接触。由此,压电器件143的位移按照从固定端至抵接构件143a的长度L1与从固定端至推压部142a的长度L2的比进行放大。即,压电器件143的位移d1与推压部142a的位移d2之间,d2=d1×(L2/L1)的关系成立。此外,L1<L2。
如图17所示,固定构件144设在设置部110的下侧面(图17中上侧的面)。推压部142a从下侧向上推从设置部110的开口露出的流路形成部件40的下侧面即片材42,由此封闭流路MC。
图18的示例中,推压部142a形成在可动构件142的一端,压电器件143的抵接构件143a配置在可动构件142的另一端。固定构件144在推压部142a与抵接构件143a之间的位置安放可动构件142并使其能转动。压电器件143向上推可动构件142的另一端的话,可动构件142以固定构件144进行安放的安放位置为支点旋转,使推压部142a朝向片材42位移。此时,压电器件143的位移按照从抵接构件143a至安放位置(支点)的长度L3与从安放位置(支点)至推压部142a的长度L4的比(L3/L4)相应地放大。此外,L3<L4。
此外,如图19以及图20所示,可在压电驱动器设有朝向推压部142a解除推压的方向对可动构件142施力的施力构件145。通过施力构件145,能在闭合流路MC后再次打开流路MC时,使推压部142a返回原来的位置,因此能切实地开放流路MC。
〈位移放大型压电驱动器的其他例子〉
位移放大型压电驱动器的结构有各种各样的种类,不限定为特定的结构。以下为位移放大型压电驱动器的变种的示例。
图21中,可动构件142在前端具有推压部142a,在另一端侧具有Y字状分叉的支撑部142b、142c。一侧的支撑部142b介由弹性铰链146由固定构件144进行支撑。另一侧的支撑部142c介由弹性铰链146与压电器件143连结。由此,压电器件143伸长的话,介由弹性铰链146推压可动构件142,使推压部142a向片材42侧位移。
图22中,可动构件142在前端具有推压部142a,在另一端侧具有Y字状的支撑部142d、142e。成对的支撑部142d、142e介由数个弹性铰链146环状连结。压电器件143配置在环状部分的内侧,两端与不同的弹性铰链146连结。由此,压电器件143收缩的话,介由两端的弹性铰链146推压可动构件142,使推压部142a向片材42侧位移。
[粒子分选仪的具体结构例]
参照图23~图26,对本实施方式的粒子分选仪200的更为具体的结构例进行说明。以图5及图6所示的结构为例对设置在粒子分选仪200的微流路盒100进行说明。
试样80例如为被稀释以及荧光标记的血液,目标粒子91例如为被荧光标记的血中细胞。微流路盒100从作为非目标粒子92的目标细胞以外的其他细胞中分拣作为目标粒子91的目标细胞。目标细胞为在血液中循环的稀有细胞。以下的实施方式中,目标细胞为血中循环肿瘤细胞(CTC),非目标细胞为红细胞、白细胞以及血小板等。
〈设置部〉
如图23以及图24所示,设置部110包括盒托架111以及盖构件112。设置部110支撑微流路盒100且所述微流路盒100能装上、拆下。微流路盒100为用完即扔的消耗部件。微流路盒100由用户设置在设置部110,用于分拣处理。分拣处理完成后,从设置部110取出微流路盒100。针对另外的试样80进行分拣处理时,将新的微流路盒100设置在设置部110。
盒托架111具有从下方支撑微流路盒100的周缘部的底部111a。底部111a为中央部开口(参照图17)的框状形状,使得微流路盒100的检测区域11及分拣区域12等流路MC的形成部分向下方露出。
盒托架111具有从底部111a的外周部向上方立起的壁状的侧面部111b。
盖构件112安装在盒托架111的上侧面上并能装上、拆下(或能开闭)。盖构件112设置为覆盖由盒托架111进行安放的微流路盒100中的液体收纳部的上侧面开口。即,盖构件112封住微流路盒100的样品室52、回收室51、储液池53、废弃室55、鞘液室54各自的上侧面开口。此外,在盖构件112的下侧面设有用于对上侧面开口进行气密封的密封构件。
如图24所示,在盖构件112中,针对样品室52、回收室51、储液池53、废弃室55、鞘液室54分别各形成有1个连通孔112a。连通孔112a在厚度方向上贯穿盖构件112。在盖构件112的上侧面,各连通孔112a介由后述管构件121(参照图26)逐一与送液部120连接。
在设置部110的下部设有分拣机构部140。分拣机构部140包括安装在盒托架111的下侧面的基础构件147以及设在基础构件147的流路开闭部141。另外,送液部120具有用于切换微流路盒100中的液体的流通路径并控制送液路径的送液控制阀122。上述送液控制阀122也设在基础构件147。
流路开闭部141由具备位移放大型压电驱动器(参照图17)的夹管阀构成。流路开闭部141设置为从基础构件147朝下凸出。在流路开闭部141中,推压部142a以从下向上推的方式朝上推压作为流路形成部件40的下侧面的片材42,由此封闭流路MC。与分拣区域12的下游的第1诱导路12a、第2诱导路12b(参照图25)相对应地分别设有1个流路开闭部141。具体而言,两个流路开闭部141设计为能通过推压来分别封闭图25的第1诱导路12a的开闭位置P1以及第2诱导路12b的开闭位置P2。
与流路开闭部141相同,设在基础构件147的送液控制阀122也由通过推压流路形成部件40的片材42并使其变形来封闭流路MC的夹管阀构成。因此,送液控制阀122相对于微流路盒100的下侧面朝上设置。此外,与流路开闭部141不同,送液控制阀122为通过气缸使推压部作业的类型的气缸阀。
在流路MC上设有数个送液控制阀122,使得能够与处理工序相应地切换微流路盒100的流通路径。
具体而言,如图25所示,分别在第1流路10中与连接流路53a的连接位置的上游的切换位置P3、一侧的鞘液流路54a上的切换位置P4以及另一侧的鞘液流路54a上的切换位置P5、第2流路20上的切换位置P6以及连接流路53a上的切换位置P7设有1个送液控制阀122。打开任一位置的送液控制阀122的话,送液控制阀122推压片材42,由此闭合相对应的流路。关闭送液控制阀122的话,解除送液控制阀122对片材42的推压,开放相对应的流路。
此外,在第1诱导路12a以及第2诱导路12b未设有送液控制阀122。即,开闭位置P1中的第1诱导路12a以及开闭位置P2中的第2诱导路12b由各自相对应的流路开闭部141进行开闭。流路开闭部141不仅进行用于分拣作业,也进行用于送液控制的流路的开闭。
〈送液部〉
如图26所示,送液部120介由管构件121与微流路盒100的各液体收纳部(回收室51、样品室52、储液池53、鞘液室54、废弃室55)单独连接。另外,送液部120包括上述数个送液控制阀122。
送液部120在控制部150的控制下通过施加压力向微流路盒100的流路MC进行送液。送液部120能针对回收室51、样品室52、储液池53、鞘液室54、废弃室55单独施加正压,将内部液体向流路MC送出。送液部120能针对回收室51、样品室52、储液池53、鞘液室54、废弃室55单独进行向空泄放,将从流路MC送来的液体收纳在内部。送液部120可包括空气泵等气压源123、调压器(调节器)124以及压力供应部125。在控制部150的控制下,送液部120利用调压器124调整由气压源123供应的压力,由此调整自各室、储液池的送液速度。压力供应部125包括能单独控制向各送液控制阀122的压力供应的打开或关闭的多端口的阀岛(Valveterminal)。在控制部150的控制下,送液部120利用压力供应部125针对各个送液控制阀122单独切换来自气压源123的压力供应的打开或关闭,由此使各送液控制阀122单独进行作业。
〈检测部〉
检测部130设在设置部110的下方。检测部130从流路形成部件40之中的配置片材42的下侧面侧进行目标粒子91的检测。检测部130对通过检测区域11的目标粒子91进行光学检测。此外,如图24所示,在基础构件147中,在包括配置推压部142a的分拣区域12以及检测区域11在内的范围内形成有切口状的贯穿部147a。检测部130从基础构件147的下方介由贯穿部147a的区域LP对通过检测区域11的目标粒子91进行检测。图26中,检测部130包括光源131、光学系统132以及光检测器133。
光源131产生针对已与目标粒子91结合的荧光标记的激发光。光源131例如由半导体激光器件构成。
光学系统132具有物镜132a以及分色镜132b、132c。
光检测器133检测受到激发光激发的从荧光标记产生的荧光,并输出与荧光强度相应的信号。光检测器133为光子计数器(photon counter)。光检测器133例如使用光电倍增管或MPPC(多像素光子计数器:Multi-pixel photon counter)等。
从光源131射出的激发光被分色镜132b反射,并穿过物镜132a照射至检测区域11。激发光照射通过检测区域11的目标粒子91后,会从荧光标记产生荧光。荧光穿过物镜132a及分色镜132b并被分色镜132c反射,由光检测器133进行检测。检测部130检测由于向目标粒子91照射激发光而产生的荧光后,输出与检测出的荧光相对应的电信号。
〈控制部〉
控制部150例如由CPU构成。控制部150基于存储在存储部151的程序进行各种处理。存储部151由RAM、ROM、硬盘等构成。
控制部150控制送液部120对样品室52、回收室51、储液池53、废弃室55、鞘液室54单独进行加压或向空泄放。另外,控制部150控制送液部120的送液控制阀122和流路开闭部141,进行流路MC上的各位置的开闭,由此切换液体的送液路径。
控制部150介由驱动电路152与两个流路开闭部141单独连接。在使推压部142a进行作业闭合流路MC时,控制部150使得从驱动电路152针对流路开闭部141的压电器件143施加一定的工作电压。由此,在由于压电器件143的伸缩作业使得推压部142a位移后,闭合流路MC。
要打开流路MC时,控制部150使针对流路开闭部141的压电器件143的来自驱动电路152的电压施加停止。由此,推压部142a解除片材42的推压后,开放流路MC。
另外,控制部150介由送液部120的压力供应部125单独控制配置在切换位置P3~切换位置P7(参照图25)的各送液控制阀122。
控制部150进行用于实施本实施方式的粒子分拣方法的控制。即,如图2所示,控制部150控制送液部120、检测部130以及分拣机构部140进行第1分拣工序S1、送回工序S2以及第2分拣工序S3。第1分拣工序S1为控制送液部120向微流路盒100的第1流路10送试样80,并控制分拣机构部140基于来自检测部130的信号进行分拣作业,由此分拣目标粒子含有试样81的工序。送回工序S2为控制送液部120介由第2流路20将第1分拣工序S1所分拣出的目标粒子含有试样81送回第1流路10的工序。第2分拣工序S3为控制送液部120向第1流路10的检测区域11以及分拣区域12送被送回的目标粒子含有试样81,并控制分拣机构部140基于来自检测部130的信号进行分拣作业的工序。
由此,通过进行送回工序S2,能在微流路盒100的内部依次进行针对试样80的第1分拣工序S1、针对通过第1分拣工序S1分拣出的目标粒子含有试样81的第2分拣工序S3。此外,如图8所示,控制部150控制送液部120以及分拣机构部140进一步进行稀释工序S4。
〈分拣作业的控制〉
接下来,对使用分拣机构部140的分拣作业的控制进行说明。
如图26所示,控制部150通过送液部120进行送液,并从检测部130获取信号。试样80中的非目标粒子92通过检测区域11之时,即使激发光照射非目标粒子92,也不会产生由于目标粒子91的荧光标记而引起的特定波长的荧光。试样80中的目标粒子91通过检测区域11时,荧光标记因激发光而被激发,检测部130检测产生的特定波长的荧光。因此,如图27所示,检测部130的信号中会产生特定波长的荧光强度的上升(峰)。检测出的荧光强度在预先设定的阈值TH以上时,控制部150判断为检测出了目标粒子91。检测出的荧光强度低于阈值TH时,控制部150判断为未检测出目标粒子91。
如图28(A)所示,荧光强度低于阈值TH时,控制部150通过第1诱导路12a的流路开闭部141封闭第1诱导路12a(开闭位置P1),第2诱导路12b的流路开闭部141开放第2诱导路12b(开闭位置P2)。由此,将非目标粒子92送往第2诱导路12b。
如图28(B)所示,荧光强度在阈值TH以上时,控制部150使第1诱导路12a的流路开闭部141开放第1诱导路12a,使第2诱导路12b的流路开闭部141封闭第2诱导路12b。由此,目标粒子91被送往第1诱导路12a。
在此,通过送液部120将第1流路10中的试样的流速控制为一定值。因此,在检测区域11检测出的目标粒子91到达分拣区域12所需的时间t1是已知的。如图27所示,控制部150控制流路开闭部141在检测到阈值TH以上的荧光强度起经过了时间t1的时间点,开放第1诱导路12a并封闭第2诱导路12b。并且,控制部150使开放第1诱导路12a并封闭第2诱导路12b的状态持续一定时间t2。一定时间t2为到达了分拣区域12的目标粒子91基于第1流路10中的流速切实地通过流路开闭部141进行开闭的开闭位置P1所需的充裕时间。
由此,在分拣区域12向第1诱导路12a分拣目标粒子91。分拣的目标粒子含有试样81包括在一定时间t2通过了流路开闭部141进行开闭的开闭位置P1的试样成分(即,目标粒子91、非目标粒子92及液相)。经过一定时间t2后,控制部150控制流路开闭部141封闭第1诱导路12a并开放第2诱导路12b。
〈粒子分选仪的作业〉
接下来,参照图29及图30说明粒子分选仪200的作业的流程。此外,图29以及图30中,微流路盒100之外的结构均参照图23~图26。
首先,作为事前准备,用户向新的微流路盒100的样品室52注入试样80,并向鞘液室54注入鞘液。用户将微流路盒100设置在设置部110,安装盖构件112。由此,完成了分拣处理的准备。之后,根据用户的操作输入,开始粒子分选仪200所进行的分拣处理作业。
控制部150开始第1分拣工序S1(参照图8、图31(A))。如图31(A)所示,步骤S11中,控制部150执行向第1流路10送样品室52的试样80以及鞘液室54的鞘液的处理。具体而言,如图29(A)所示,控制部150使各送液控制阀122进行作业,来开放切换位置P3、切换位置P4、切换位置P5的流路,封闭切换位置P6以及切换位置P7的流路。控制部150控制送液部120对样品室52以及鞘液室54施加正压,进行回收室51、废弃室55以及储液池53的向空泄放。由此,从样品室52向第1流路10送试样80,介由鞘液流路54a从鞘液室54向第1流路10送鞘液。持续试样以及鞘液的送液直至第1分拣工序S1结束。
开始送液后,在步骤S12,控制部150基于检测部130的信号检测目标粒子91。因为持续送液,在第1流路10流动的试样80通过检测区域11。在检测区域11没有检测到目标粒子91时(步骤S12:否),从检测部130的信号得到的荧光强度不会达到阈值TH,因此,控制部150控制流路开闭部141维持封闭第1诱导路12a并开放第2诱导路12b的状态。另外,控制部150持续步骤S12的检测处理。介由第2诱导路12b将未被分拣的试样82送往废弃室55。
如图29(B)所示,目标粒子91通过检测区域11后,从检测部130的信号得到的荧光强度在阈值TH(参照图27)以上(步骤S12:是)。此时,在步骤S13,控制部150执行向第1诱导路12a分拣目标粒子含有试样81的处理。具体而言,控制部150控制流路开闭部141开放第1诱导路12a并封闭第2诱导路12b。由此向第1诱导路12a分拣目标粒子含有试样81。经过一定时间t2后,控制部150切换为封闭第1诱导路12a并开放第2诱导路12b的状态。接下来,在步骤S14中,控制部判断样品室52的试样80的全量是否被送至第1流路10。样品室52的试样80全量被送至第1流路10的话(步骤S14:是)将处理向步骤S4(参照图8)推进。样品室52的试样80的全量没有被送至第1流路10的话(步骤S14:否),将处理返回步骤S12。此外,能够通过如下方式进行样品室52的试样80的全量是否被送至第1流路10的判断:先根据试样的体积及送液速度算出送全量所需的时间,再判断自试样送液开始的经过时间是否达到了算出的时间。
由此来进行第1分拣工序S1。实施第1分拣工序S1直至样品室52内的试样80的全量的送液完成。第1分拣工序S1完成后,将被分拣至第1诱导路12a的目标粒子含有试样81全都积存在回收室51内。
接下来,控制部150实施通过向回收室51送鞘液来稀释目标粒子含有试样81的稀释工序S4(参照图8)。具体而言,如图29(C)所示,控制部150使各送液控制阀122进行作业,来开放切换位置P4、切换位置P5的流路并封闭切换位置P3、切换位置P6及切换位置P7的流路。另外,控制部150控制流路开闭部141维持开放第1诱导路12a并封闭第2诱导路12b的状态。控制部150控制送液部120对鞘液室54施加正压并进行样品室52、回收室51、废弃室55及储液池53的向空泄放。由此,来自鞘液室54的鞘液通过鞘液流路54a、检测区域11、第1诱导路12a并被送至回收室51。控制部150以一定流速在一定时间内持续送鞘液,由此将预先设定的液量的鞘液作为稀释液收纳回收室51内。由此,目标粒子含有试样81被稀释为一定倍率。此外,稀释工序S4可在第1分拣工序S1之前执行。由此,能更加有效地进行回收室51中的目标粒子含有试样81与鞘液的混合。
接下来,控制部150实施送回工序S2(参照图8)。在步骤S2中,控制部150控制送液部120将回收室51内被稀释的目标粒子含有试样81送回第1流路10的检测区域11的上游。具体而言,如图30(D)所示,控制部150使各送液控制阀122进行作业,来开放切换位置P6的流路并封闭切换位置P3、切换位置P4、切换位置P5以及切换位置P7的流路。另外,控制部150控制流路开闭部141来封闭第1诱导路12a。控制部150控制送液部120对回收室51施加正压并进行样品室52、鞘液室54、废弃室55以及储液池53的向空泄放。由此,回收室51内被稀释的目标粒子含有试样81通过第2流路20并被送至储液池53。控制部150将回收室51内的目标粒子含有试样81的全量收纳在储液池53。此外,为将回收室51内被稀释的目标粒子含有试样81的全量收纳在储液池53,先根据回收室51的收纳体积及送液速度算出回收室51内液体的全量的送液所需的时间,从回收室51进行比算出的时间长的时间的送液即可。
接下来,控制部150开始第2分拣工序S3(参照图8、图31(B))。如图31(B)所示,在步骤S31,控制部150执行将储液池53的目标粒子含有试样81及鞘液室54的鞘液送至第1流路10的处理。具体而言,如图30(E)所示,控制部150使各送液控制阀122进行作业,来开放切换位置P4、切换位置P5及切换位置P7的流路并封闭切换位置P3及切换位置P6的流路。控制部150控制送液部120对储液池53以及鞘液室54施加正压,进行样品室52、回收室51以及废弃室55的向空泄放。由此,从储液池53介由连接流路53a向第1流路10送目标粒子含有试样81,从鞘液室54介由鞘液流路54a向第1流路10送鞘液。
第2分拣工序S3中的检测以及分拣作业的内容与上述第1分拣工序S1相同。即,如图31(B)所示,控制部150执行检测处理(步骤S32)、分拣处理(步骤S33)以及全量送液判断处理(步骤S34)。检测处理(步骤S32)、分拣处理(步骤S33)以及全量送液判断处理(步骤S34)分别和图31(A)的第1分拣工序S1中的步骤S12、步骤S13以及步骤S14的处理相同,因此不做详细说明。如图30(F)所示,在检测区域11检测目标粒子91,从检测部130的信号得到的荧光强度在阈值TH以上的话,控制部150控制流路开闭部141开放第1诱导路12a并封闭第2诱导路12b。荧光强度低于阈值TH的状态下,控制部150切换为封闭第1诱导路12a并开放第2诱导路12b的状态。由此,再次向第1诱导路12a分拣目标粒子含有试样81。
实施第2分拣工序S3直至储液池53内的目标粒子含有试样81的全量送液完成。第2分拣工序S3完成后,再次分拣至第1诱导路12a的目标粒子含有试样81全都积存在回收室51内。
此外,与第1分拣工序S1的试样80相比,在第1流路10流动的目标粒子含有试样81中的非目标粒子92的数量显著减少。因此,通过第2分拣工序S3,进一步去除混入目标粒子含有试样81中的非目标粒子92,目标粒子含有试样81中的目标粒子91的纯度得到提高。
在此,第2分拣工序S3中的送液速度可与第1分拣工序S1中的送液速度相同,也可与第1分拣工序S1中的送液速度不同。例如,控制部150控制送液部120使第1分拣工序S1中的试样的流速比第2分拣工序S3中的目标粒子含有试样81的流速大。换言之,使第2分拣工序S3中的目标粒子含有试样81的流速比第1分拣工序S1中的试样的流速小。能通过控制调压器124改变供应给第1流路10的正压的大小来调整目标粒子含有试样81的流速。
由此,能够在短时间内完成第1分拣工序S1。在针对通过第1分拣工序S1使目标粒子91的纯度得到提高的目标粒子含有试样81的第2分拣工序S3中,通过相对小的流速进行送液能够提高分拣精度。由此,能缩短分拣所需时间,并有效地提高目标粒子的纯度。
如上所述进行本实施方式的粒子分选仪200所涉及的目标粒子91的分拣处理。上述说明中,展示的是进行第1分拣工序S1和第2分拣工序S3总计两次分拣工序的例子,也可进行3次以上分拣工序。第3次及其之后的分拣工序为上述稀释工序S4、送回工序S2、第2分拣工序S3的重复。
[实施例]
接下来,对为了本实施方式的粒子分选仪所相关的验证而进行的各种实验结果进行说明。
(实施例)
通过本实施方式的粒子分选仪,计量使用图25所示的微流路盒100进行第1分拣工序和第2分拣工序(即,总计两次分拣工序)的情况下的目标粒子91的纯度以及所需时间。
〈试样以及鞘液〉
如下述所示,将不同种类的荧光微球视作目标粒子91、非目标粒子92来制备试样。
目标粒子:绿色荧光微球(直径15μm,赛默飞世尔科技公司制造(ThermoScientific));
非目标粒子:红色荧光微球(直径3.2μm,赛默飞世尔科技公司制造);
鞘液:含有2%表面活性剂的超纯水;
试样的体积、总粒子(目标粒子以及非目标粒子的总计)的浓度和个数、目标粒子的个数以及目标粒子的纯度如下述表1所示。
【表1】
Figure 260540DEST_PATH_IMAGE001
此外,目标粒子的纯度=(目标粒子数/总粒子数)。试样中的目标粒子的纯度(0.0056%)是假设将血液试样中的CTC等试样中的含有数极小的稀有粒子作为目标粒子的分拣处理的情况下的数值。
分别将试样和鞘液注入微流路盒100的样品室52以及鞘液室54后,按照下述条件实施粒子分选仪200所涉及的分拣处理(第1分拣工序、稀释工序、送回工序、第2分拣工序)。
〈实验条件〉
试样的流速:12.2μL/min(设定值);
鞘液流速:130μL/min;
检测部的采样率:100kHz;
流路开闭部的切换速度:310Hz;
稀释工序中的鞘液的添加量:200μL;
此外,在第1分拣工序以及第2分拣工序中,流速的条件相同。
实施例所涉及的分拣处理(第1分拣工序以及第2分拣工序后)的结果如下述的表2所示。此外,粒子的个数为通过流式细胞仪测定被回收的目标粒子含有试样而得的结果。
【表2】
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例所涉及的两次分拣工序(第1分拣工序以及第2分拣工序)后,目标粒子的纯度为25.7%,处理时间为1442秒。通过表1以及表2,得知从分拣前试样中的目标粒子的纯度(0.0056%)到纯度25.7%,目标粒子大约被浓缩了4600倍。目标粒子的回收率大约为80%。另外,作为处理效率的评价指标求得了通量。通量=(处理的总粒子数/处理时间)。将对每个粒子的分拣称作事件。实施例的通量为8114(事件/秒)。
〈比较例1以及比较例2〉
接下来,作为比较例1以及比较例2,计量仅通过1次分拣工序得到与实施例的纯度(25.7%)同等的纯度所需要的所需时间。
为与实施例进行对比,比较例1以及比较例2中,使用与实施例相同的微流路盒仅实施了1次分拣工序。因此,比较例1以及比较例2中,不会使用第2流路20以及储液池53。比较例1以及比较例2中使用的粒子分选仪200也与上述实施例相同。
〈试样以及鞘液〉
比较例1以及比较例2中使用的粒子以及鞘液与上述实施例相同。
〈实验条件〉
试样的流速:10.5μL/min(设定值);
鞘液流速:130μL/min;
检测部的采样率:100kHz;
流路开闭部的切换速度:310Hz。
比较例1以及比较例2中的试样的体积、总粒子(目标粒子以及非目标粒子的总计)的浓度和个数、目标粒子的个数以及目标粒子的纯度如下述表3所示。
【表3】
Figure 82740DEST_PATH_IMAGE003
在此,比较例1以及比较例2中,与上述实施例相比,将总粒子的浓度稀释为1/100。分拣前试样中的目标粒子的纯度是0.58%。
比较例1以及比较例2所涉及的分拣处理的结果如下述表4所示。
【表4】
Figure DEST_PATH_IMAGE004
比较例1中,目标粒子的纯度为29.4%,比较例2中,目标粒子的纯度为37.9%。因此,在比较例1以及比较例2中,关于分拣后的目标粒子的纯度得到了与上述实施例大致同等的结果。
比较例1中的处理时间为343秒,比较例2中的处理时间为570秒。比较例1的通量为306(事件/秒),比较例2的通量为185(事件/秒)。
〈考察〉
如图32所示,上述实施例中,从纯度0.0056%的分拣前试样得到纯度25.7%的目标粒子含有试样需要1442秒。另一方面,在比较例1(参照图33)中,从是实施例的100倍的纯度0.58%的分拣前试样得到与实施例相同程度纯度的目标粒子含有试样需要343秒。比较例2中则需要570秒。
像这样,在比较例1以及比较例2中,为使目标粒子的纯度与上述实施例同等,需要使非目标粒子的数量为100倍。因此,为了处理上述实施例中使用的试样(纯度0.0056%)的全量使得通过比较例1及2的手法得到同等的结果,简单计算之下需要准备100倍体积的试样,因此所需的处理时间也是100倍。即,比较例1的情况下,需要34300秒的处理时间。由此得知,在上述实施例(1442秒)中,将相同的分拣前试样处理为相同程度的纯度时,与比较例1(34300秒)相比,能将处理所需时间缩短至大约1/24。
通量直截了当地展示该结果。在上述实施例中每秒处理8114个粒子,而比较例1中每秒只能处理306个粒子,比较例2中每秒只能处理185个粒子。如图34所示,实施例的通量为比较例1的大约27倍。由此确认通过本实施方式的粒子分选仪200、粒子分拣方法以及微流路盒100能缩短以充分的纯度分拣目标粒子所需时间。
〈比较例3〉
对分拣处理中目标粒子的纯度和通量的关系的调查结果进行说明。
如下表5所示,在比较例3中,使用目标粒子的比例被调整为固定的比例且总粒子的浓度不一致的3种分拣前试样(样品1、样品2、样品3),仅进行了1次分拣工序。关于各样品,分拣工序的实验条件与上述比较例1及比较例2相同。
【表5】
Figure 144368DEST_PATH_IMAGE005
样品2由样品1稀释至两倍而得。样品3由样品2稀释至两倍而得。为了在相同的实验条件下处理各稀释两倍的样品,样品2的通量是样品1的大约1/2,样品3的通量则是样品2的大约1/2。由表5得知样品1的纯度为26.8%,样品2的纯度为57.6%,样品3的纯度为80.3%。
〈考察〉
关于样品1~样品3,图35展示了绘制有通量和得到的纯度的关系的图表。图35中,纵轴为目标粒子的纯度,横轴为通量。从图35所可知,分拣处理的通量与目标粒子的纯度为权衡的关系。即,如同图36的交换型流路盒900那样,在仅进行1次分拣处理的微流路盒中,通量与纯度之间,如图35所示的权衡关系成立,难以超越这种关系增大通量(处理速度)。
图35中也绘制了使用本实施方式的微流路盒100的上述实施例的结果。从图35确认到,在本实施方式中,能够以仅1次分拣处理所不能达成的高通量进行处理。由此证实通过本实施方式,利用本实施方式的粒子分选仪200、粒子分拣方法以及微流路盒100能够实现仅进行1次分拣处理所不能达成的处理时间的缩短。
另外,在本实施方式中,除了上述内容,还具有下述优点。
用户可通过移液管等回收采用仅进行1次分拣处理的交换型流路盒900(参照图36)得到的目标粒子含有试样,并再次注入新的交换型流路盒900,由此进行与上述实施例相同的数次分拣工序。但是,此时,需要进行将试样取出至盒的外部的操作,因此可能会发生污染以及人为误差。另外,有可能会因移液而对目标粒子造成损害。对此,在本实施方式中,仅在微流路盒100的内部完结数次分拣工序,因此能够防止起因于将试样取出至外部的污染以及人为误差的产生。另外,因为不需要移液,所以抑制了对目标粒子的损害。尤其是在将细胞等作为目标粒子91进行分拣处理的情况下,上述内容可以说是具有很大的益处。
另外,作为粒子分选的其他手法,有利用流式细胞仪的FACS(Fluorescenceassisted cell sorting)。FACS虽然能实现高通量,但另一方面,存在分拣处理中对粒子的损害大,以及在开放环境下进行处理,因而有污染的可能性这两个问题点。对此,在本实施方式中,通过分拣机构部140进行流路的开闭来进行分拣,因此能抑制对粒子的损害。另外,仅在微流路盒100的内部执行分拣处理,因此能防止产生污染。
另外,本次申请的实施方式的所有的点均为例示且无限制性。本发明的范围如权利要求书所示,并非如上述实施方式的说明所示,且包含在与权利要求书均等的意义及范围内的所有变更(变形例)。
例如,在上述实施方式中,送液部120、检测部130、分拣机构部140、控制部150、存储部151以及驱动电路152与微流路盒100非一体设置,但也可将上述部件的至少一部分组装入微流路盒100。例如,可以将构成检测部130的光源131、光学系统132以及光检测器133组装入微流路盒100,也可将光检测器133组装入微流路盒100。另外,可以将分拣机构部140组装入微流路盒100,也可将构成分拣机构部140的流路开闭部141组装入微流路盒100,还可将送液控制阀122组装入微流路盒100。
编号说明
10:第1流路、11:检测区域、12:分拣区域、12a:第1诱导路、12b:第2诱导路、20:第2流路、30:第3流路、40:流路形成部件、41:基板、42:片材、51:回收室、52:样品室、53:储液池、53a:连接流路、54:鞘液室、54a:鞘液流路、80:试样、81:目标粒子含有试样、82:试样、91:目标粒子、100:微流路盒、110:设置部、120:送液部、130:检测部、140:分拣机构部、141:流路开闭部、142:可动构件、142a:推压部、143:压电器件、144:固定构件、150:控制部、200:粒子分选仪、MC:流路

Claims (24)

1.一种粒子分选仪,其特征在于具备:
微流路盒,形成有第1流路和第2流路,所述第1流路具有用于检测试样所含的目标粒子的检测区域和用于分拣包含被检测出的所述目标粒子在内的目标粒子含有试样的分叉的分拣区域,所述第2流路用于将所述目标粒子含有试样送回所述第1流路的所述检测区域的上游;
设置部,用于设置所述微流路盒;
送液部,送所述微流路盒内的液体;
检测部,输出与通过所述检测区域的所述目标粒子相对应的信号;
分拣机构部,基于来自所述检测部的信号,在所述分拣区域进行用于分拣所述目标粒子含有试样的分拣作业;
控制部,控制所述送液部将所述分拣机构部所分拣出的所述目标粒子含有试样介由所述第2流路送回所述第1流路的所述检测区域的上游,并控制所述分拣机构部针对被送回的所述目标粒子含有试样进行所述分拣作业。
2.根据权利要求1所述的粒子分选仪,其特征在于:
所述控制部执行以下工序:
第1分拣工序,控制所述送液部向所述微流路盒的所述第1流路送所述试样,并控制所述分拣机构部基于来自所述检测部的信号进行所述分拣作业,由此分拣所述目标粒子含有试样;
送回工序,控制所述送液部将通过所述第1分拣工序分拣出的所述目标粒子含有试样介由所述第2流路送回所述第1流路;
第2分拣工序,控制所述送液部向所述第1流路的所述检测区域及所述分拣区域送被送回的所述目标粒子含有试样,并控制所述分拣机构部基于来自所述检测部的信号进行所述分拣作业。
3.根据权利要求2所述的粒子分选仪,其特征在于:
所述控制部控制所述送液部,使得所述第1分拣工序中的所述试样的流速比所述第2分拣工序中的所述目标粒子含有试样的流速大。
4.根据权利要求1至3其中任意1项所述的粒子分选仪,其特征在于:
所述控制部控制所述送液部稀释所述目标粒子含有试样,并控制所述分拣机构部针对被稀释的所述目标粒子含有试样进行所述分拣作业。
5.根据权利要求4所述的粒子分选仪,其特征在于:
在所述微流路盒还形成有回收被分拣出的所述目标粒子含有试样的回收室;
所述控制部控制所述送液部在所述回收室内稀释所述目标粒子含有试样。
6.根据权利要求5所述的粒子分选仪,其特征在于:
所述控制部控制所述送液部向积存有稀释液的所述回收室送所述目标粒子含有试样,由此在所述回收室内稀释所述目标粒子含有试样。
7.根据权利要求1至3其中任意1项所述的粒子分选仪,其特征在于:
在所述微流路盒形成有积存会被送至所述第1流路的所述试样的样品室、与所述第2流路的下游端连通的储液池、以及连接所述储液池与所述第1流路的所述检测区域的上游的连接流路;
所述控制部控制所述分拣机构部从自所述样品室送至所述第1流路的所述试样中分拣所述目标粒子含有试样,并控制所述送液部介由所述第2流路、所述储液池以及所述连接流路向所述第1流路送回分拣出的所述目标粒子含有试样。
8.根据权利要求1至3其中任意1项所述的粒子分选仪,其特征在于:
在所述微流路盒形成有积存会被送至所述第1流路的所述试样的样品室;
所述控制部控制所述分拣机构部从自所述样品室送至所述第1流路的所述试样中分拣所述目标粒子含有试样,并控制所述送液部介由所述第2流路及所述样品室向所述第1流路送回分拣出的所述目标粒子含有试样。
9.根据权利要求1至3其中任意1项所述的粒子分选仪,其特征在于:
在所述微流路盒还形成有用于将在所述第1流路的所述分拣区域没有被分拣为所述目标粒子含有试样的所述试样送回所述第1流路的所述检测区域的上游的第3流路;
所述控制部控制所述送液部介由所述第3流路将在所述第1流路的所述分拣区域没有被分拣为所述目标粒子含有试样的所述试样送回所述第1流路的所述检测区域的上游,并向所述第1流路的所述检测区域送被送回的所述试样,并控制所述分拣机构部基于来自所述检测部的信号进行所述分拣作业。
10.根据权利要求1至3其中任意1项所述的粒子分选仪,其特征在于:
在所述微流路盒还形成有回收被分拣出的所述目标粒子含有试样的回收室,在所述第1流路的所述分拣区域,所述第1流路分叉为将所述试样导向所述回收室的第1诱导路以及与所述第1诱导路不同的第2诱导路;
所述控制部控制所述分拣机构部基于来自所述检测部的信号,将被送至所述分拣区域的所述试样以及所述目标粒子含有试样分配至所述第1诱导路。
11.根据权利要求1至3其中任意1项所述的粒子分选仪,其特征在于:
所述分拣机构部包括开闭在所述第1流路的所述分拣区域分叉的流路之中的至少1条流路的流路开闭部。
12.根据权利要求11所述的粒子分选仪,其特征在于:
所述流路开闭部为夹管阀,通过从外部推压所述微流路盒的形成有所述分叉的流路之中的至少1条流路的区域并使其变形,来封闭所述分叉的流路之中的至少1条流路。
13.根据权利要求12所述的粒子分选仪,其特征在于:
所述流路开闭部包括位移放大型压电驱动器。
14.根据权利要求13所述的粒子分选仪,其特征在于:
所述位移放大型压电驱动器包括具有与所述微流路盒的推压位置相对的推压部的可动构件、使所述可动构件活动的压电器件、以及安放所述压电器件和所述可动构件的固定构件;
所述可动构件以比所述压电器件的位移量大的位移量使所述推压部位移。
15.根据权利要求1至3其中任意1项所述的粒子分选仪,其特征在于:
所述第1流路以及所述第2流路的深度在1μm以上1000μm以下,宽度在1μm以上1000μm以下。
16.一种粒子分拣方法,其是使用微流路盒分拣目标粒子的方法,其中,所述微流路盒形成有第1流路和第2流路,所述第1流路具有用于检测试样所含的目标粒子的检测区域和用于分拣被检测出的所述目标粒子的分叉的分拣区域,所述第2流路用于将包含被分拣出的所述目标粒子在内的目标粒子含有试样送回所述第1流路的所述检测区域的上游,其特征在于包括如下工序:
第1分拣工序,向所述微流路盒的所述第1流路送所述试样,并基于与通过所述检测区域的所述目标粒子相对应的信号进行分拣作业,由此从所述试样中分拣所述目标粒子含有试样;
送回工序,介由所述第2流路将通过所述第1分拣工序分拣出的所述目标粒子含有试样送回所述第1流路;
第2分拣工序,向所述第1流路的所述检测区域及所述分拣区域送被送回的所述目标粒子含有试样,并基于与通过所述检测区域的所述目标粒子相对应的信号进行所述分拣作业。
17.一种微流路盒,其特征在于包括:
流路形成部件,形成有供含目标粒子的试样流动的流路;
其中,所述流路包括具有用于检测试样所含的所述目标粒子的检测区域和用于分拣被检测出的所述目标粒子的分叉的分拣区域的第1流路、用于将含有被分拣出的所述目标粒子在内的目标粒子含有试样送回所述第1流路的所述检测区域的上游的第2流路。
18.根据权利要求17所述的微流路盒,其特征在于:
在所述流路形成部件还形成有回收在所述第1流路的所述分拣区域分拣出的所述目标粒子含有试样的回收室。
19.根据权利要求18所述的微流路盒,其特征在于:
所述第2流路的上游端与所述回收室连通。
20.根据权利要求17或18所述的微流路盒,其特征在于:
在所述流路形成部件还形成有积存会送至所述第1流路的所述试样的样品室、与所述第2流路的下游端连通的储液池、使所述储液池和所述第1流路的所述检测区域的上游相连的连接流路。
21.根据权利要求20所述的微流路盒,其特征在于:
在所述流路形成部件还形成有积存鞘液的鞘液室、与所述鞘液室连通并连接至所述第1流路中的所述检测区域的上游且所述第1流路与所述连接流路的合流点的下游的鞘液流路。
22.根据权利要求17或18所述的微流路盒,其特征在于:
所述流路形成部件包括板状的基板以及与所述基板贴合的片材。
23.根据权利要求22所述的微流路盒,其特征在于:
所述片材由比所述基板更柔软并能够因推压而弹性变形的材料形成;
所述第1流路的所述分拣区域构成为能通过从外部推压所述片材来堵塞流路。
24.根据权利要求17或18所述的微流路盒,其特征在于:
在所述流路形成部件还形成有能将在所述第1流路的所述分拣区域没有被分拣为所述目标粒子含有试样的所述试样送回所述第1流路的所述检测区域的上游的第3流路。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115400976A (zh) * 2022-08-24 2022-11-29 长春长光辰英生物科学仪器有限公司 一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片及其分选方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5587128A (en) * 1992-05-01 1996-12-24 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Mesoscale polynucleotide amplification devices
KR100865105B1 (ko) * 1999-06-28 2008-10-24 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지 마이크로 가공된 탄성중합체 밸브 및 펌프 시스템
WO2005108963A1 (en) 2004-05-06 2005-11-17 Nanyang Technological University Microfluidic cell sorter system
JP2010151777A (ja) 2008-11-19 2010-07-08 Sony Corp 微小粒子解析装置、微小粒子解析用マイクロチップ及び微小粒子解析方法
JP6172711B2 (ja) 2012-07-05 2017-08-02 国立研究開発法人理化学研究所 マイクロチップ用の流体制御デバイスおよびその利用
US9784664B2 (en) * 2013-09-05 2017-10-10 Bio-Rad Laboratories, Inc. Multidimensional hydrodynamic focusing chamber
JP2018522206A (ja) 2015-04-30 2018-08-09 オルフィディア リミテッド マイクロ流体バルブおよびマイクロ流体デバイス
JP6962563B2 (ja) 2015-05-12 2021-11-05 株式会社オンチップ・バイオテクノロジーズ 単一粒子解析方法およびその解析のためのシステム
US10697871B2 (en) * 2016-10-07 2020-06-30 Massachusetts Institute Of Technology Particle isolation/enrichment using continuous closed-loop micro-fluidics
JP6871116B2 (ja) 2017-09-15 2021-05-12 株式会社東芝 セルソータ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115400976A (zh) * 2022-08-24 2022-11-29 长春长光辰英生物科学仪器有限公司 一种具备抗干扰结构的光镊微颗粒分选芯片及其分选方法

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