JP2002511337A - 流体の流れの中で微粒子を操作する方法および装置 - Google Patents

流体の流れの中で微粒子を操作する方法および装置

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JP2002511337A JP2000543245A JP2000543245A JP2002511337A JP 2002511337 A JP2002511337 A JP 2002511337A JP 2000543245 A JP2000543245 A JP 2000543245A JP 2000543245 A JP2000543245 A JP 2000543245A JP 2002511337 A JP2002511337 A JP 2002511337A
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フユール ギユンター
ハーゲドルン ロルフ
ミユラー トルシユテン
シユネル トーマス
グラードル ガーブリエル
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エボテック バイオシステムズ アクチェン ゲゼルシャフト
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    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
    • B03C5/02—Separators
    • B03C5/022—Non-uniform field separators
    • B03C5/026—Non-uniform field separators using open-gradient differential dielectric separation, i.e. using electrodes of special shapes for non-uniform field creation, e.g. Fluid Integrated Circuit [FIC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/04—Cell isolation or sorting

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、流れとしての第１のチャンネルまたは複数の第１のチャンネルを通過する流体中の微粒子を操作する方法および装置に関する。１つ以上の微粒子（１４）が電界バリアの作用下で方向が変えられる。その微粒子は、その流れの方向とは異なる方向をとって流れの縁に向かって特定の第１のチャンネルの側部の開孔（１７）中に流れる。本発明は、それによって、流体の流れの間で微粒子を動かす手段を実現する。本発明の好ましい適用例は、処理、分離、ソートおよび保存を行う装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流れる流体中の微粒子を操作するシステムに関し、特に、例えば生
物学的セル（細胞）のような微粒子を、ソートし、処理しまたは閉じ込める目的
で、種々の流体間で移動させる方法、およびその方法を実現するマイクロシステ
ム（系）技術に関する。
【０００２】 生物学的、医学的、薬理学的および非生物学的な多くの適用例において、物質
の正確な充填（ローディング、Beladung）、および、例えば自由（frei）液体中
の生物学的セル（細胞）またはセル・クラスタ、ラテックス（ｌａｔｅｘ）粒子
、またはその他のマイクロ・ビーズ（玉）のような顕微鏡的粒子（微粒子）の非
接触の閉じ込め（保持、保存、Halterung）は、重要である。最も頻繁に用いら
れる方法は、固体基板上でセルを成長させてそれを所要の精度で溶液を用いて洗
浄（リンス）すること、または目の細かいふるいまたは毛細管の開孔に閉じ込め
ることである。この方法の欠点は、力学的（機械的）な表面接触であり、同じ形
態で多数の対象物（物体、オブジェクト）を順次処理するのに困難を伴うことで
ある。非常に短く調整可能な時間に表面接触なしで顕微鏡的対象物（粒子）を別
の溶液にさらして元の媒体に戻すときに、特に困難を伴う。従来、それは複雑な
洗浄および遠心分離（Zentrifugier-）の段階を用いて実現されていた。
【０００３】 また、いわゆる“レーザ・ピンセット”を用いて粒子を自由溶液中の所定位置
にミクロンの精度で保持し、または規定された程度に移動させことができる（A.
Ashkin et al.、“Optics Lett.”（オプティックス・レター））、Vol. １１
、p. ２８８ （１９８６）参照)。その欠点は、システムの小型化（ミニチュア
化）の利点とは逆に、その原理が相当な経費の外部装置を必要とし、高いコスト
がかかることである。さらに、対象物が焦点領域において力を加えられる（歪み
を与えられる）。
【０００４】 １つの代替的方法に微小（マイクロ）電界ケージがあり、そのケージにおいて
、分極力を介して“レーザ・ピンセット（Laser-Tweezer）”の場合と同様に微
粒子（マイクロ粒子）およびセルが所定位置に保持できる（G. Fuhr et al.、“
Naturwiss”、Vol. 81、p.528 (1994)）。しかし、そのようなシステムには１つ
の溶液だけが配置されていて、その結果、微粒子は液体交換によって別の媒体に
移送することができるだけであり、その液体交換には次の使用および場合によっ
ては別の浄化段階までより長い時間を要する。粒子は、レーザ・ピンセットによ
って閉じ込められたまたは繋留された（待機、パーク）位置（Parkposition）に
保持できるが、それは幾つかの粒子については技術的観点から意味がない。さら
に、その対象物は繋留時間（Parkzeit）に永続的ビーム負荷を受け続ける。
【０００５】 磁化された粒子は、チャンネル（管、流路）に対して正しい角度で作用する磁
界または超音波源を介してマイクロシステムにおける１つの溶液から別の溶液へ
と移送される（G. Blankenstein、“Scientific and Clinical Applications of
Magnetic Carriers”（磁気的キャリアの科学的および臨床的適用）、Haefeli
et al.、Plenum Press New York、1997（Ch. 16、p.２３３））。双方の技術は
、非常に制限された条件の下での小型化だけに適し、粒子に作用する力を集束（
集中）させることはなく、半導体製造方法における技術を用いて集積された形態
に転換することは困難である。さらに、この技術は生物学的対象物の生理学的に
崩れ（分裂性であり）得る磁気的粒子を充填することに関連する。
【０００６】 トイツＤＥ−ＯＳ４１４３５７３号には、液体中の顕微鏡的小粒子の混合物を
分離する装置が記載されており、その装置において、その粒子は移動する波の電
界にさらされ、その作用を受けている間にその粒子は液体の流れから放出（タッ
プ、auskoppeln）される。この装置は、次のような欠点を有する。波を移動させ
るのに多数の微小電極が必要であり、その結果、それぞれの個別の駆動回路を有
する複雑な構成となる。微小電極は、放出される粒子より実質的に（かなり）大
きい領域に配置される。伝播する波は液体に温度勾配を生じさせ、その温度勾配
によって乱す（妨害的）横向き（斜め）の流れを生じさせる。その横向きの流れ
およびその他の存在する流れの不均一性によって、粒子が定められたパス（経路
）に沿って移動するのが阻止される。その局所的に不定の放出を補償するために
、流れの方向に相対的に広い領域にわたってそれ（パス）が延びていなければな
らない。一方、その結果、複数の粒子グループの全体が放出されるか、または、
粒子は長い距離のマイクロシステムを通って移動しなければならず、従って多数
の粒子の処理が遅くなる。
【０００７】 従って、既知の技術は、従来は限定的に使用されるに過ぎず、使用されたとし
ても、１つの液体から他の１つ以上の液体に微粒子を移送したり逆に戻したり、
またはマイクロシステムに非接触で中間保存（貯蔵）するのに用いられるだけで
あった。
【０００８】 従って、本発明の目的は、適用範囲が拡張された、流体の流れの中で微粒子を
操作するための改良された方法を実現（提供）することである。その方法は、特
に、高速で順次および並列に用いることができ、また、種々の媒体において微粒
子を非接触で閉じ込め（保持し）および移送するのための電気的に制御可能な手
順を可能にするものである。また、本発明の目的は、その方法（手順）を実行す
るための装置を実現（提供）することである。その装置は、単純化された信頼性
のある駆動回路を有する単純化された設計を有し、操作される微粒子のための規
定された移動経路を形成するよう設定される。
【０００９】 その目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法（手順）および請求項９に記
載の特徴を有する装置によって達成される。本発明の有利な実施態様はその従属
項に記載されている。
【００１０】 本発明は、流れる流体において電磁気的力を微粒子に与えるという考え（アイ
デア）に基づいている。その電磁気的力は、少なくとも１つの電界バリア（障壁
）によって加えられ、そのバリアに対して微粒子が流れる流体と共に移動され、
そのバリアは微粒子を流れの方向から逸れさせる。その電界バリアは、例えば、
流れる流体の対向する（互いに向き合う）境界（Begrenzung）に配置され高周波
数交番電圧を受ける少なくとも１対のストリップ（細条、帯）形状の微小電極を
用いて発生される。その交番電圧または電界バリアに対する選択された振幅は、
偏向される微粒子が電極間に捕獲される（達する）のを防止する。微粒子が浮遊
する流体は、少なくとも１つの横（脇、側部）の開孔を有するチャンネル（管、
流路）を通して流れ、少なくとも１つの微粒子が電界バリアに沿ってその開孔へ
と移動される。その開孔は、流れる流体を有する別のチャンネルと、または第１
のチャンネルのループ状の枝部（支流、分流）（いわゆるパーク・ループ、繋留
ループ、待機ループ、Parkschleife）と境を接している（が形成されている）。
それぞれのチャンネルの流れる流体はその開孔に接触する。しかし、それぞれの
流体は、その流体流動（流体流）システム（Fluidstoemungsystem）が複数の層
流で形成されている場合に、混合されることはない。層流は、マイクロシステム
において、または毛管（毛細管）チャンネルを用いて形成されるという利点があ
る。本発明の１つの特別な利点は、チャンネル間の開孔において、流れる流体は
、操作される微粒子が通過できる境界面を形成することである。
【００１１】 電磁界の力は、一般的に、チャンネル間の開孔を通してまたはその開孔におい
て３次元的に分散配置された電極アレイ（配列）を介して加えられて、そのシス
テムを通る永続的な流体動力学的流れに高周波数電圧を加えることによって対象
物を１つまたは複数の隣接するチャンネルまたはパーク・ループに移送する。偏
向システムとして機能する電極アレイは、コンピュータによって付勢することが
でき、ｍｓ（ミリ秒）の範囲（レンジ）の最小の操作時間を可能にする。その移
動は、対象物のいかなる機械的接触または案内（誘導）をも用いることなく、自
由（freier）溶液において生じ得る。その方法は、干渉または妨害を伴わず、通
常の光学的測定方法を用い、それによって、例えば細胞のような生きた生物学的
対象物に損傷（ダメージ）を与えることが回避される。区画（区域）またはチャ
ンネル部分（区分）に粒子が位置する時間は、外部から設定できる。典型的な経
路の直径または偏向は、５０ｎｍおよび数百μｍまたはそれより長い範囲内にあ
る。対象物のフィードバック検査または観察は必要ない（但し、付加的に行うこ
とはできる）。
【００１２】 本発明の特別な利点は、比較的単純な電極構成（最も単純な事例では、１対の
電極ストリップ（細条））を用いて、高い精度、信頼性および速度での粒子の操
作が実現できることである。乱す（妨害的）横向きの（斜めの、横切る）流れは
回避される。電極には充分高い交番電圧が加えられて、その結果、粒子は、上流
に位置する電界バリア側に高い信頼性で位置し、横の開孔に向けられる（案内さ
れる、導かれる、fuehren）。その電極は、操作される粒子の寸法形状（Dimensi
onen）より小さいまたはそれに等しい特徴的寸法形状を有する。本発明によって
粒子を操作することによって、その粒子をその流れの中に移動させおよびその流
れの外に移動させることができ、即ち、粒子を隣接する流れから戻すこともでき
る。
【００１３】 以下、本発明の別の利点および詳細を、図面を参照して説明する。
【００１４】 図示された例には３次元構成の電極が必ず設けられており、その電極を用いて
チャンネル中にバリア・タイプ（形）の高周波数電界が発生される。図１におい
て、その斜視図はそのようなシステムの例を示している。その例では１つ、２つ
または３つのチャンネル・システムだけが示されている。しかし、本発明は、他
の種類のいかなる所望の組合せにも拡張できる。本発明を流れる流体に基づいて
説明するが、充分強いフィールド（界）の力が与えられた他の流体についても適
用できる。本発明は、示された平坦なチャンネル壁に限定されることなく、その
他の断面、例えば丸い断面を有するチャンネルを用いて実現することもできる。
【００１５】 図１は２チャンネル・システムの斜視図（切り欠き図）を示しており、そのシ
ステムは、微小電極または電極部分１６ａ、１６ｂ（直線状のリード線で示され
ている）が平坦な（平面の）形で配置されている底の基板１１と、チャンネル壁
を形成するスペーサ１２と、カバー基板１３（透明なものとして示されており、
実施上は透明でもまたは不透明でもよい）とで構成されている。そのカバー基板
１３のチャンネルに面する側にも、平坦な電極または電極部分１５ａ、１５ｂ（
直線状のリード線で示されている）が配置されている。
【００１６】 スペーサ１２は右（第１）と左（第２）のチャンネルを形成する。その中央の
分離壁は開孔１７を有する。各開孔１７には、それぞれの電極１５ａ、１６ａ、
または１５ｂ、１６ｂで構成された電極構成が割り当てられている。その電極部
分は、それぞれチャンネル部分においてそれぞれの開孔から上流方向に、開孔の
反対（対向する）側にある壁側からその開孔まで、または好ましくはそこ（開孔
）を通って隣接するチャンネル中まで延びている。その結果、電極部分は、底の
基板１１の面に垂直にかつチャンネルの長手（縦）方向に対して或る角度で配置
された基準面を規定する。
【００１７】 交番電圧（ｋＨｚ〜ＭＨｚの周波数、０．１〜５０Ｖの振幅）が電極部分１５
ａ、１６ａと１５ｂ、１６ｂの間に印加される。その周波数は、微粒子または粒
子が負の分極、即ち負の分極（誘電）電気泳動（dielectrophoresis）が生じて
高周波数電界によって反発力を受けるような微粒子または粒子の分極特性の関数
の形で選択される。その代替構成として、その周波数は、正の分極（誘電）電気
泳動（引力）が生じるように選択することができ、その際、１つの開孔に属する
電極部分は、それぞれの他のチャンネルにおける上流に配置しなければならない
。しかし、負の分極（誘電）電気泳動には、微粒子の非接触操作について大きな
利点がある。
【００１８】 従って、反発電界は、上述の基準面の領域中にバリアとして形成され、流れと
の関係でチャンネルの長手方向に対する傾き（Neigung）によって開孔１７に向
かう力を粒子に与える。
【００１９】 この例において、種々の流体が各チャンネルを通って同じ方向に（矢印）流れ
る。浮遊粒子（例えば、生きた細胞）が第１のチャンネルを通して搬送（伴送、
キャリア、Traeger）流体とともに注入される。処理液（例えば、粒子と共に担
持される溶解物質を含む担持（Beladung、担ぐ）媒体）は、第２のチャンネルを
通って流れる。
【００２０】 粒子１４は破線で示された経路に沿って移動する。所定の処理を行うために、
微粒子は第１の開孔１７を通って第２のチャンネル中に移動する。流れの速度と
偏向電極部分１５ａ、１６ａおよび１５ｂ、１６ｂの配置の結果として、所定の
時間の期間（周期）に、粒子がその担持媒体中で移送（ueberfuhren）できる。
規則（ルール）として、このプロセスは、数乃至数百μｍ／ｓの流れの速度で生
じる。従って、担持媒体中の滞留時間（持続時間、期間）は、偏向電極の距離に
応じてｍｓ〜ｓの範囲である。
【００２１】 第２のチャンネルから第１のチャンネルへ戻る移動も、第２の開孔１７におい
て同様の形態で生じる。
【００２２】 図２は、図１に記載されたシステムの上面図を示している。２つのチャンネル
２１、２２が左から右に流れる。チャンネルの壁はスペーサ２７によって形成さ
れる。粒子２３は、電界を付勢すると経路２８を辿る。それ以外の場合は、粒子
は、その隣接チャンネルに切り換えられることはない。電極部分２５ａ、２６ａ
および２５ｂ、２６ｂ（偏向電極対とも呼ばれる）は、この図において図的に示
され、即ち、細線は下側の電極面２６ａ、２６ｂを示し、太線は上側の電極面２
５ａ、２５ｂを示している。各電極の幅は、数百ｎｍ乃至約１００μｍの範囲（
典型的には１０乃至２０μｍの範囲）にすればよい。粒子２３のサイズ（ｎｍ〜
ｍｍ）に応じてチャンネルの高さが決まる。その好ましい値は、粒径の概ね２乃
至２０倍である。電気的損失を最小にするために、偏向電極への各リード線は重
ねて（いっしょに）配置すべきでなく、できるだけ横にずらす（オフセットする
）。偏向ユニット２５ｂ、２６ｂが消勢された場合は、粒子はチャンネル２１の
溶液に留まる。チャンネル２１における滞留時間は開孔２４ａ、２４ｂ間の距離
または流れの速度によって決まる。
【００２３】 チャンネルの寸法形状は流体粘性の関数の形で選択できる（層流の構成）。好
ましい特性の寸法形状は、サブμｍ〜ｍｍの範囲の範囲内にあり、好ましくは数
μｍ乃至０．５ｍｍ、例えば２００μｍである。
【００２４】 電極部分は、ストリップ（細条、帯）として示されているが、その力がチャン
ネル壁中の開孔に達することを保証するようなその他の形状であってもよい。
【００２５】 図３は、本発明の特別な利点を示している。具体的には、＜１／２ｍｍ（１／
２ｍｍ未満）の径（直径）の微小（マイクロ）チャンネルにおいて生じる各流体
の流れが共に崩れる（崩壊する）（互いに混合する）ことはない。各流れは長い
距離にわたって層流を維持する。図示された例において、この効果を用いて粒子
を図１および２から別の溶液に一時的に（temporaer）移送させる。チャンネル
３１、３２間の分離壁には、長さが数μｍまたは数百μｍの開孔３５が形成され
ている。その流れがチャンネルを通って同じ方向に流れているときは、上述の理
由によって、接触面において互いに混合することはない。粒子３３は、チャンル
３２からチャンネル３１に偏向ユニット３４ａを介して移送できる。チャンネル
３１の媒体における滞留時間は偏向ユニット３４ｂ〜ｅによって決定される。粒
子は矢印で示された軌道（Trajektorien）に従って移動する。
【００２６】 図４は、粒子４３をチャンネル４２からチャンネル４１におよびその逆に繰り
返し移送できる装置を示している。そのシステムはさらに次のような設計にでき
る。粒子は経路４６に沿って移動する。第１の要素４４ａ、４４ｂは分離壁４５
を有する。第２の偏向装置４４ｃ、４４ｃ（ｄ）はこの要素（分離壁）なしで作
用する。分離壁要素も、偏向システムの距離に応じて、第１の移行（遷移、転向
、Uebergangsbereich）領域において用いる必要がなくなる。
【００２７】 生化学的および細胞生物学／医学的な問題について、対象物を、規定の制御可
能な形態で短時間だけ幾つかの液体に移送することが重要な場合が頻繁にある。
図５は、一例として３チャンネル・システムを示している。全てのチャンネル５
１、５２および５３が左から右に流れる。粒子５４は、偏向システム５４ａ（５
５ａ）を介してチャンネル５２中に、および５５ｂを介してチャンネル５３中に
移送される。粒子は、偏向ユニット５５ｃを介してチャンネル５２に再び戻され
る。これは経路５６に従って移送される。チャンネル５１と５２の間には別の偏
向ユニットおよび開孔を配置して、その粒子をチャンネル５１に再び戻すことが
できる。図示したパターンに従って、はるかにより多数のチャンネルと移送要素
を設ける（実装する）ことができる。
【００２８】 その短い流動時間は、細胞生物学との関係でマイクロ流体システムにおいて未
解決の問題を生じさせる。例えば、粒子を測定するとき、流れを停止させなけれ
ばならず、またはチャンネル・システムに配置された別の粒子は取り返しがつか
ないほど（unwiederbringlich）洗浄され（すすがれ）る。その流れを停止させ
ると表面の接触とそれに続く付着（接着）の危険性が生じる。そのため、永続的
流れを粒子に与えるためにパーク・ループを形成するのが最良である。図６は、
そのような基本的要素を示している。チャンネル６１は左から右に流れる。複数
の壁の中の１つ（６７ａ）の内部には環状のチャンネル６２が収容されており（
設けられており）、その環状チャンネル６２はスペーサ６６によって形成されて
いる。スペーサは後部においてチャンネル６８中に少しだけ突出していて、液体
の一部がチャンネル６２において循環し始めるようになっている。粒子６４は、
偏向電極６３ａを介してこの流れの中に導入される。偏向電極６３ｂが付勢され
ない限り、その環状の流れに留まって、ループ状のパーク（繋留、待機）軌道（
進路、軌跡、Bahn）６５上を動く。その粒子を取り出す場合には、偏向システム
６３（６３ｂ）はスイッチ・オンされ、その粒子はパーク・ループから離れる。
【００２９】 共用チャンネル壁中の開孔を通ってそれぞれの隣接チャンネル７１、７２中に
突出する２つの偏向システム７４ａ、７４ｂを設けることによって、粒子パーク
・ループと別の溶液への規定の転送とが組み合わされる。チャンネル７１、７２
を通る流れが互いに反対向きである場合には、粒子７３は循環軌道７５中に移動
し、その軌道には同時に幾つかの粒子が収容される。偏向システムの一方または
双方のＨＦ（高周波数）電圧をスイッチ・オフすると、粒子を一方のまたは他方
の流れる溶液中に出すことができる。同時に、この装置によって、双方のチャン
ネルに異なる組成（構成）の液体を用いることができるという利点が得られる。
粒子軌道の数によって、それぞれの物質にさらす時間を設定し測定可能に再現（
再生）することが可能になる。追加的な検出手段を１つのまたは幾つかの位置に
用いて、軌道を回る時間と捕獲される粒子の数とを決定することができる。これ
は、光学的に、または開孔７６ａ、７６ｂにおける“コールタ・カウンタ（Coul
ter Counter）”の技術によって生じさせることができる。また、そのシステム
を拡張して、多数のそのような要素を直列および並列に設けることができる。従
って、それは、多数の粒子を、保持し、所要の滞留位置に捕獲し、同様の形態で
処理するのに適している。
【００３０】 特に興味あるものは、非常に短い滞留時間またはパーク・ループである。パー
ク・ループは、多数設けることができ、各々には一度に１つまたは数個の粒子を
収容することができる。そのために、偏向システム８４ａ、８４ｂをチャンネル
８１、８２の間の１つの開孔８６に互いに接近させて配置させる。次いで、双方
のチャンネルが互いに反対の方向に流れている場合は、粒子８３は軌道（Trajek
torie）８５に従って移動する。軌道の最小径は、概ね粒径の２倍に等しい。例
えばウイルスのようなサブミクロン（サブμｍ）の粒子は、１つの溶液から別の
溶液へと、捕獲されて周期的に移送され、このようにして１循環（周）につき数
ｍｓの最短の期間だけ留まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明による流体流動システムの第１の実施形態の斜視図である。
【図２】 図２は、図１による流体流動システムの上面図である。
【図３】 図３は、本発明の第２の実施形態による流体流動システムの上面図である。
【図４】 図４は、本発明の第３の実施形態による流体流動システムの上面図である。
【図５】 図５は、本発明の第４の実施形態による流体流動システムの上面図である。
【図６】 図６は、ループ状枝部を有する実施形態による流体流動システムの上面図であ
る。
【図７】 図７は、本発明の実施形態による、２チャンネル間のループ状の流れを有する
流体流動システムの上面図である。
【図８】 図８は、本発明の実施形態による、２チャンネル間のループ状の流れを有する流
体流動システムの上面図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年３月２１日（２０００．３．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トルシユテン ミユラー ドイツ連邦共和国 デー−12439 ベルリ ン ハートリーゲルシユトラーセ 39 (72)発明者 トーマス シユネル ドイツ連邦共和国 デー−10243 ベルリ ン コツペンシユトラーセ 65 (72)発明者 ガーブリエル グラードル ドイツ連邦共和国 デー−10557 ベルリ ン トーマジウスシユトラーセ ８ Ｆターム(参考） 4B029 AA27 BB01 BB15 BB20 CC01 4D054 FA10 FB01 FB09 FB20

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの横の開孔と少なくとも１つの電極構成とを
    有する少なくとも第１のチャンネルを通る流れとして流れる（流通する）流体（
    流体流動、流体流）中の微粒子を操作する方法であって、 上記電極構成は少なくとも１つの電界バリアを発生するように構成されており
    、 上記電極構成は、その流れに交差する（その流れが通過する）電界バリアを形
    成する形態で高周波数電圧を与えることによって少なくとも一時的に付勢され（
    方向付けられ）、 上記電極構成にその電圧を与えている間に、１つまたは複数の微粒子が、上記
    電極構成を通過するのを阻止され、上記電極構成の上流側における流れの方向と
    は異なる（流れの方向から外れた）方向に動かされ、その流れの縁（側縁）にあ
    る横（側部）の開孔に向けて動かされるものである、 流体中の微粒子を操作する方法。
  2. 【請求項２】 各横の開孔は移行領域を形成し、微粒子が、それぞれの第１
    のチャンネルから、隣接する１つの第２のチャンネルへ、または隣接する複数の
    第２のチャンネルへ、または上記第１のチャンネルのループ状構成の枝部へ、と
    動かされ、または、その逆方向に動かされるものである、請求項１に記載の方法
    。
  3. 【請求項３】 各微粒子は、電界バリアを発生する少なくとも２つの電極の
    間の高周波数電圧の作用と、移行領域への流体の流れる力の作用とによって、お
    よび、それぞれの隣接するチャンネルまたは枝部（支流）における流れに晒され
    ることによって、動かされるものである、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 高周波数電界は、各々が移行領域と接するまたは移行領域と
    オーバラップする（重なり合う）チャンネル部分において局所的に限定的に発生
    されるものである、請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 複数のチャンネルまたは枝部における流れが層流をなすもの
    である、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 第１のチャンネルからの微粒子は、一群の第２のチャンネル
    の中の所定のチャンネルにおいて動きが生じるように、各微粒子に対して局所的
    に所定の時間パターンに従って電界バリアを固有の形態で（個々に）形成するこ
    とによって、粒子固有の形態で（粒子毎に）多数の第２のチャンネルにソートさ
    れるものである、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】 第１のチャンネルにおける流体は不活性の搬送液体（キャリ
    ア液体）であり、第２のチャンネルにおける流体は処理液であり、電界バリアは
    、微粒子が所定の時間パターに従って搬送液体から処理液へと動かされ、そこで
    処理され、搬送液体へと動かされて戻されるように所定の形態で形成されるもの
    である、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】 微粒子は、所定の時間パターンに従って第１のチャンネルか
    らループ状の流れを有するループ状枝部または貯留部へと動かされ、そこで繋留
    されおよび／または測定され、第１のチャンネルに再び動かされて戻されるもの
    である、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項９】 流れる流体中の微粒子を操作する流体流動（流体流）システ
    ムであって、 少なくとも１つの横の開孔と少なくとも１つの電極構成とが設けられた、流れ
    る流体を収容する（受け入れる）ための少なくとも第１のチャンネルを有し、 上記電極構成は、その流れに交差する（その流れが通過する）少なくとも１つ
    の電界バリアを形成するように構成され、 上記電極構成は、少なくとも１つの微粒子に対して、上記電極構成の上流側に
    おいて上記電界バリアがその微粒子にその横の開孔に向かう方向付けられた動き
    を与えるための案内（ガイド）を形成するように構成されていて、高周波数電圧
    を加えることができるものである、 流体流動システム。
  10. 【請求項１０】 上記第１のチャンネルの横の開孔と共に移行領域を形成す
    る少なくとも１つの横の開孔が設けられた、流れる流体を収容するための第２の
    チャンネルを有するものである、請求項９に記載の流体流動システム。
  11. 【請求項１１】 上記第２のチャンネルは、少なくとも１つの微粒子を別の
    横の開孔に向けて動かす上記第１のチャンネルにおける流れの方向に対して横切
    る（交差する）または斜めの（傾斜した）少なくとも１つの電界バリアを形成す
    るように構成された少なくとも１つの別の電極構成を有するものである、請求項
    １０に記載の流体流動システム。
  12. 【請求項１２】 上記第１と第２のチャンネルが分離壁によって分離された
    直線状の毛管チャンネルであり、その分離壁には横の開孔が形成されているもの
    である、請求項１０または１１に記載の流体流動システム。
  13. 【請求項１３】 各開孔は少なくとも２つの移行領域を形成し、各々（各移
    行領域）は１つの電極構成を有するものである、請求項１２に記載の流体流動シ
    ステム。
  14. 【請求項１４】 上記電極構成は、チャンネル壁に取り付けられた電極部分
    を含み、それぞれの横の開孔の反対側にあるチャンネル側部の上流からそれぞれ
    の横の開孔に向けて延びるものである、請求項９乃至１３のいずれかに記載の流
    体流動システム。
  15. 【請求項１５】 電極部分は、帯状であり、それぞれの他のチャンネル中に
    延びているものである、請求項１４に記載の流体流動システム。
  16. 【請求項１６】 平行な２つの電極部分がチャンネル壁の互いに反対側の領
    域における移行領域に設けられている、請求項１４または１５に記載の流体流動
    システム。
  17. 【請求項１７】 上記第２のチャンネルは上記第１のチャンネルからのルー
    プ状の枝部である、請求項１０または１６に記載の流体流動システム。
  18. 【請求項１８】 移行領域を介して互いに接続された多数の第１のチャンネ
    ルおよび／または第２のチャンネルおよび／または枝部が設けられ、各々（各移
    行領域）は電極構成を有するものである、請求項１０または１７に記載の流体流
    動システム。
  19. 【請求項１９】 請求項１０または１８に記載の流体流動システムの、 −ソート装置または分離装置、 −処理装置、および／または −保存および保持（閉じ込め）装置 としての適用。
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