JP2005017131A

JP2005017131A - 微粒子分離デバイス、微粒子分離選別装置、微粒子分離方法

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Publication number: JP2005017131A
Application number: JP2003183120A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kono; 貴士河野
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】第１通路と第２通路とが結合する交差域において微粒子が詰まるおそれを低減または回避させることができる微粒子分離デバイス、微粒子分離選別装置、微粒子分離方法を提供する。
【解決手段】微粒子分離デバイスは、多数の微粒子７を含む微粒子含有液体１０を流す第１通路１と、第１通路１にこれと交差する交差域５を介して連通すると共に第１通路１の微粒子含有液体１０の流れを交差域５において分断させ、微粒子７を含有する多数の液滴７０を形成する分断用液状物２０を流す第２通路２とを具備する。第１通路１を流れる微粒子７を第１通路１の通路幅方向において一方側または他方側に寄せて流す微粒子寄せ手段３が設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子含有液体の微粒子を分離する微粒子分離デバイス、微粒子分離デバイスを搭載するまたは搭載可能な微粒子分離選別装置、微粒子分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液滴を生成させる技術として、特許文献１には、微粒子を含有する微粒子含有液体を流すノズル部にヒータを装備し、ヒータの発熱によりノズル内で気泡を発生させ、気泡圧により、微粒子含有液体の一部を分断させて液滴としてノズル部の先端から吐出させる粒子測定装置が開示されている。このものによれば、生成された液体に含有される微粒子にレーザビームを照射し、微粒子に関する情報を検知する。
【０００３】
更に、液滴を生成させる技術として、非特許文献１には、水系の液体を流す第１通路と、第１通路にこれと交差域を介して交差するように連通する第２通路とを具備するものが知られている。このものによれば、水系の液体を第１通路に流すと共に、疎水性を有する油系の分断用液状物を第２通路に流す。これにより油系の分断用液状物によって交差域における水系の液体にせん断力を与える。この結果、第１通路の水系の液体の流れを交差域において分断し、以て水系の多数の液滴を油系の分断用液状物の内部に分散させた状態で生成する技術が開示されている。非特許文献１によれば、生成される多数の液滴はすべて液成分であり、微粒子を含むものではない。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１２２５４８号公報の第１図
【非特許文献１】『ＦｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＬｉｑｕｉｄＤｒｏｐｌｅｔｓｉｎａＭｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌＮｅｔｗｏｒｋｆｏｒＭｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ』，ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳＯＦＴＨＥ１９ＴＨＳＥＮＳＯＲＳＹＭＰＯＳＩＵＭ，２００２．ＰＰ．１３１−１３４
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１に係る粒子測定装置によれば、第１通路と第２通路との交差域において、せん断力により微粒子含有液体の流れを分断させて液滴を生成する分断方式を採用するものではない。また、上記した非特許文献１によれば、前述したように、生成される液滴はすべて液成分であり、微粒子を含むものではない。
【０００６】
本出願人は、近年、微粒子を含有する液滴を生成させる際に、上記した非特許文献１に係る技術を適用することを試みている（本出願時に未公知）。このものによれば、微粒子を含有する液滴を良好に生成することができる。しかしながら非特許文献１に係る技術を適用するだけでは、微粒子を含有する液滴を安定的に生成するのは容易ではない。
【０００７】
図１１は、微粒子を含有する液滴の生成において非特許文献１に係る技術を適用した状態を模式的に示す。図１１に示すように、微粒子７Ｘを含む水系の液体１０Ｘを第１通路１Ｘに矢印Ｂ３方向に流すと共に、疎水性を有する分断用液状物２０Ｘを第２通路２Ｘに矢印Ａ１方向に流す。これにより分断用液状物２０Ｘによって、交差域５Ｘ付近の水系の液体１０Ｘにせん断力を与える。このように第１通路１Ｘを流れる微粒子含有液体１０Ｘの流れを交差域５Ｘにおいて分断させるため、微粒子７Ｘを含有する液滴７０Ｘが生成されるはずである。
【０００８】
しかしながら生成条件の如何によっては、第１通路１Ｘと第２通路２Ｘとが結合する交差域５Ｘにおいて、微粒子７Ｘの詰まりが発生する頻度が高くなる。この場合、微粒子７Ｘを含有する液滴７０Ｘを良好に生成させるには好ましくない。微粒子７Ｘに関する情報を後工程で検知すること等を考慮すると、１個の液滴７０Ｘには１個の微粒子７Ｘを含有させることが好ましい。しかし上記したように交差域５Ｘにおいて微粒子７Ｘの詰まりが生じると、液滴７０Ｘの生成に支障を来たしたり、更に、１個の液滴７０Ｘに１個の微粒子７Ｘを含有させることは困難となる。
【０００９】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、第１通路と第２通路との交差域において微粒子含有液体の流れをせん断力で分断させる分断方式を前提としつつ、第１通路と第２通路とが結合する交差域において微粒子が詰まるおそれを低減または回避させることができる微粒子分離デバイス、微粒子分離選別装置、微粒子分離方法を提供することを課題とするにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した課題のもとに微粒子分離デバイス、微粒子分離選別装置、微粒子分離方法について鋭意開発を進めている。そして、（ａ）第１通路と第２通路とが結合する交差域において微粒子が詰まるのは、交差域付近において、微粒子含有液体の液体成分と分断用液状物との界面の挙動の影響で、微粒子の旋回が発生し易いこと、（ｂ）交差域付近における微粒子の旋回が発生すると、旋回する微粒子と、後から流れてくる微粒子とが衝突しやすくなり、この衝突により詰まりが発生すること、（ｃ）第１通路を流れる微粒子含有液体に含まれている微粒子が交差域に到達するまでに、第１通路を流れる微粒子を第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せて流せば、上記した交差域付近における微粒子の旋回が抑制され、ひいては交差域において微粒子が詰まる確率を低減またはなくすことができることを知見し、試験で確認した。本発明は上記した試験に基づいてなされたものである。
【００１１】
（１）第１発明に係る微粒子分離デバイスは、多数の微粒子を含む微粒子含有液体を流す第１通路と、第１通路にこれと交差する交差域を介して連通すると共に前記第１通路の微粒子含有液体の流れを交差域において分断させ、微粒子を含有する多数の液滴を形成する分断用液状物を流す第２通路とを具備する微粒子分離デバイスにおいて、
第１通路を流れる微粒子を第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せて流す微粒子寄せ手段を具備することを特徴とするものである。
【００１２】
第１通路を流れる微粒子は、微粒子寄せ手段により第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せられる。これにより第１通路と第２通路とが結合する交差域の付近において、微粒子の旋回が抑制される。この結果、第１通路を流れる微粒子は第２通路内に円滑に吐出されることになる。このため、交差域の付近において微粒子が詰まるおそれは低減または回避される。これにより微粒子を含有する液滴が良好に生成され、ひいては微粒子が良好に分離される。
【００１３】
（２）第２発明に係る微粒子分離選別装置は、多数の微粒子を含む微粒子含有液体を分断させて微粒子を間隔を隔てて流す分断部と、
分断部で分断された微粒子を選別する選別部とを具備する微粒子分離選別装置において、
分断部は、多数の微粒子を含む微粒子含有液体を流す第１通路と、第１通路にこれと交差する交差域を介して連通すると共に第１通路の微粒子含有液体の流れを交差域において分断させ、微粒子を含有する多数の液滴を形成する分断用液状物を流す第２通路とを具備し、更に、
第１通路を流れる微粒子を第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せて流す微粒子寄せ手段を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
第１通路を流れる微粒子は、微粒子寄せ手段により第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せられる。これにより第１通路と第２通路とが結合する交差域の付近において、微粒子の旋回が抑制される。この結果、第１通路を流れる微粒子は第２通路内に円滑に吐出されることになる。このため、交差域の付近において微粒子が詰まるおそれは低減または回避される。これにより微粒子を含有する液滴が良好に生成され、ひいては微粒子が良好に分離される。
【００１５】
（３）第３発明に係る微粒子分離方法は、第１通路と、第１通路にこれと交差する交差域を介して連通する第２通路とを用い、微粒子含有液体を第１通路に流すと共に分断用液状物を第２通路に流し、交差域において分断用液状物により微粒子含有液体を分断させ、微粒子を含有する多数の液滴を生成する微粒子分離方法であり、
微粒子含有液体が第１通路を流れるとき、微粒子含有液体に含まれている微粒子を、微粒子寄せ手段により、第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せて流すことを特徴とするものである。
【００１６】
微粒子含有液体が第１通路を流れるとき、第１通路を流れる微粒子は第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せられる。これにより第１通路と第２通路とが結合する交差域の付近において、微粒子の旋回が抑制される。この結果、第１通路を流れる微粒子は第２通路内に円滑に吐出されることになる。このため、交差域の付近において微粒子が詰まるおそれは低減または回避される。これにより微粒子を含有する液滴が良好に生成され、ひいては微粒子が良好に分離される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、第２通路は第１通路に交差する。交差するとは、第１通路と第２通路とが交わるように連通するという意味である。第１通路と、第２通路のうち交差域よりも上流域の通路部分との交差角度は適宜選択できるが、一般的には９０度、または、９０度近傍とすることができるが、これに限定されるものでなく、９０度以下、９０度以上でも良い。第１通路及び第２通路はＴ字形状に交差していても良いし、場合によっては、十文字形状に交差していても良いし、Ｙ形状に交差していても良い。
【００１８】
第１通路及び第２通路は溝状または密閉通路状とすることができる。即ち、第１通路及び第２通路は通路の流れ方向と直交する方向に切断した断面において、第１通路及び第２通路は、第１通路及び第２通路を包囲する包囲蓋部で覆われている形態を例示することができる。この場合、第１通路及び第２通路における流路面積が安定化し、第１通路及び第２通路における流れの安定性が確保され、液滴の分断性が向上する。更に、流れの安定性が確保されるため、微粒子を第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せる操作を安定させることができる。
【００１９】
微粒子寄せ手段は、第１通路を流れる微粒子を第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せる機能を有するものである。微粒子寄せ手段は、第１通路に合流すると共に、第１通路を流れる微粒子を合流後に第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せる寄せ用液体を流す第３通路を有することができる。第３通路を流れる寄せ用液体により、第１通路を流れる微粒子含有液体は、第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せられる。第３通路を流れる寄せ用液体の材質としては、多数の微粒子を含む微粒子含有液体の液体成分と同一または同系のものを採用することができる。この場合、微粒子含有液体の液体成分と寄せ用流体との拡散を抑えることができ、微粒子の挙動を安定化させるのに有利である。場合によっては、寄せ用液体の材質としては、微粒子含有液体の液体成分と異なる系統の液体とすることもできる。
【００２０】
また、微粒子寄せ手段は、第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に設けられ、第１通路を流れる微粒子を電圧の印加に伴い第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せる電極を有することができる。ここで、第１通路を流れる微粒子含有液体は微粒子と液体成分とを有する。微粒子含有液体を構成する微粒子の誘電率とこの液体成分の誘電率との差が大きく、且つ、微粒子の誘電率が液体成分の誘電率よりも大きいとき、誘電率が大きい微粒子は電極に引き寄せられる。この結果、第１通路を流れる微粒子を電圧の印加に伴い電極側に寄せることができ、つまり、第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せることができる。
【００２１】
また、微粒子が磁性体である場合には、微粒子寄せ手段は、第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に設けられた磁石装置（電磁石または永久磁石）で形成することもできる。この場合、第１通路を流れる微粒子は、磁石装置により第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せられて流れる。
【００２２】
本発明の対象とする微粒子としては、粉末微粒子、細胞類のいずれかである形態を例示することができる。粉末微粒子としては、樹脂系、金属系、セラミックス系等を例示できる。細胞類としては、細胞自体の他に、細胞構成物質、細胞関連物質、オルガネラも含み、血球細胞（白血球、赤血球、血小板等）、動物細胞（培養細胞、単離組織等）、植物細胞、微生物（細菌、原虫、菌類等）、海洋生物（プランクトン等）、精子、酵母、ミトコンドリア、核、蛋白質、ＤＮＡやＲＮＡ等の核酸、抗体等が例示される。
【００２３】
第１通路を流れる微粒子含有液体は、多数の微粒子を含有する液体であり、細胞懸濁液を例示することができる。細胞懸濁液は細胞を含有する液の意味であり、液体成分と、液体成分に含有された多数の細胞とを有する。この液体成分としては細胞緩衝液、生理食塩水、細胞等張液、培養液等を例示できるが、詰まりにくいものが好ましい。一般的に、細胞は親水性をもつので、細胞懸濁液を構成する液体成分としては、親水性をもつものを採用することができる。
【００２４】
第２通路に流す分断用液状物は、第１通路の微粒子含有液体にせん断力を与えて、微粒子含有液体を細かく分断させるものである。分断用液状物としては、微粒子含有液体を形成する液体成分に対して溶解性が低い液体である形態を例示することができる。従って、微粒子含有液体を構成する液体成分が水系であるときには、第２通路を流れる液状物は、水に対して溶解性が低い油系とすることができる。従って、分断用液状物としては油等が例示される。油としてはひまわり油、オリーブ油、きり油、あまに油、シリコーンオイル、ミネラルオイル等を例示できる。油は潤滑性に富むため、第２通路における微粒子の通過性を向上させることができる。
【００２５】
分断により生成される液滴の平均径としては、微粒子の種類によっても相違するものの、１〜８００μｍ、殊に２〜２００μｍ、４〜１００μｍを例示することができるが、これに限定されるものではない。
【００２６】
本発明に係る微粒子分離デバイスは、好ましくは、第１通路及び第２通路は、共通基部に形成されている形態を例示することができる。第３通路が設けられているときには、第３通路も共通基部に形成されている形態を例示することができる。共通基部の材質としては、アクリル樹脂等の樹脂、ガラス、シリコン、金属（例えば鉄系、アルミ系、チタン系）等が例示される。微粒子に関する情報を検知するために、レーザビーム等の電磁波を液滴に照射するときには、レーザビーム等の電磁波を良好に透過させ得る材料が好ましく、例えば透明材料が好ましい。
【００２７】
第１通路の通路幅は、細胞含有液滴等の微粒子含有液体が通過できる大きさである必要があり、微粒子の種類によっても相違するものの、１〜９００μｍ、殊に２〜５００μｍ、５〜３００μｍを例示することができるが、これに限定されるものではない。なお、第１通路及び第２通路の形成にあたり、成形型部分で一体成形しても良いし、切削可能な材質のときにはエンドミル等の工具により切削加工しても良いし、エッチング可能な材質のときにはエッチング処理で形成しても良いし、レーザビーム等の高エネルギビームにより加工しても良い。
【００２８】
本発明に係る微粒子分離選別装置は、多数の微粒子を含む微粒子含有液体を分断させて微粒子を間隔を隔てて流す分断部と、分断部で分断された微粒子を選別する選別部とを備える。選別部は分断させた細胞等の微粒子を選別するものである。本発明によれば、好ましくは、分断部で分断された微粒子に対して検知処理を行って微粒子に関する情報を検知する情報検知部を有することができる。情報検知部としては、第２通路を流れる微粒子を含有する液滴に電磁波を当て、微粒子を含有する液滴に含まれている微粒子に関する情報を検知する形態を採用することができる。電磁波としては光を採用することができる。光としては、指向性に優れたレーザビームが好ましい。光の方向、波長、強度の一定性が高いためである。レーザビームとしては、アルゴンレーザ、ヘリウムネオンレーザ、ヘリウム・ネオンレーザ、ヘリウム・カドミウムレーザ、ガリウム・アルミニウムレーザ等を例示できる。微粒子に関する情報としては、電磁波を当てることにより検知できるどのような情報でも良い。例えば、電磁波を当ててその散乱光を受光するような場合には、微粒子の密度や寸法等の情報が得られる。電磁波を励起光として当ててそれらによる蛍光状態を見るような場合には、細胞等の微粒子の発現状況等の情報が得られ易い。従って、情報検知部としては、好ましくは、第２通路を流れる細胞含有液滴等の微粒子を含有する液滴にレーザビーム等の電磁波を当て、細胞含有液滴等の微粒子を含有する液滴に含まれている細胞等の微粒子からの蛍光等を検出し、細胞等の微粒子に関する情報を蛍光等に基づいて検知する形態を採用することができる。この場合、励起されると蛍光を発する物質を細胞等の微粒子に予め担持させておくことができる。
【００２９】
【実施例】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１及び図２を参照して具体的に説明する。本実施例に係る微粒子分離デバイスは、多数の微粒子７を含む微粒子含有液体１０を流す第１通路１と、第１通路１にこれとＴ字形状をなすように交差する交差域５を介して連通する第２通路２とを備えている。第１通路１の下流域の先端部１１と第２通路２とはほぼ直交状態に交差しているが、直交状態に限定されるものではない。
【００３０】
微粒子分離デバイスには、第１通路１を流れる微粒子７を第１通路１の通路幅方向において一方側（矢印Ｃ１方向）に寄せて流す微粒子寄せ手段３が設けられている。微粒子寄せ手段３は第３通路４で形成されている。第３通路４は、第１通路１よりも第２通路２の上流側に配置されており、第１通路１の途中にある合流域６で第１通路１に合流する。
【００３１】
本実施例によれば、第１通路１のうち合流域６よりも上流域の基端部１３は、円弧状に曲走されている。これにより第１通路１を流れる微粒子含有液体１０の流れは円滑化される。第１通路１の基端部１３の始端１３ａ側では、第２通路２を流れる液状物２０の流れと逆向き（矢印Ｂ１方向）に微粒子含有液体１０が供給される。第３通路４のうち合流域６よりも上流域の基端部４３は、円弧状に曲走されている。これにより第３通路４を流れる寄せ用液体４０の流れは円滑化される。第３通路４の基端部４３の始端４３ａ側では、第２通路２を流れる分断用液状物２０の流れと同じ向き（矢印Ｄ１方向）に寄せ用流体４０が供給される。
【００３２】
ここで、第１通路１のうち合流域６よりも上流域の基端部１３の流路断面積をＳ１とし、第３通路４のうち交差域５よりも上流域の基端部４３の流路断面積をＳ３とし、第１通路１のうち合流域６よりも下流域の流路断面積をＳとすると、Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ３の関係、またはＳ≒Ｓ１＋Ｓ３の関係、またはＳ＜Ｓ１＋Ｓ３の関係となるように設定されている。
【００３３】
使用の際には、分断用液状物２０を第２通路２に矢印Ａ１方向に流しつつ、第１通路１に微粒子含有液体１０を矢印Ｂ１方向，矢印Ｂ２方向に流す。微粒子含有液体１０としては、微粒子７として機能できる細胞類を含む水を主要成分とする細胞懸濁液を採用することができる。分断用液状物２０としては疎水性を有する液状物、例えば油類、フルオロカーボンを採用することができる。
【００３４】
第１通路１を流れる微粒子含有液体１０の流れが交差域５に到達すると、微粒子含有液体１０は、第２通路２の分断用液状物２０によりせん断力によって交差域５において分断される。これにより微粒子７が封入された液滴７０が連続的に生成される。微粒子７を含有する液滴７０の液体成分は水系であり、分断用液状物２０は疎水性を有するため、微粒子７を含有する液滴７０はいわゆるｗａｔｅｒ−ｉｎ−ｏｉｌ型の液滴となる。生成された液滴７０は、第２通路２を下流に向けて矢印Ａ２方向に流れる。液滴７０と液滴７０との間は、分断用液状物２０が存在する。分断用液状物２０は疎水性を有するため、水を主要成分とする液滴７０に混じることが抑えられ、液滴７０は安定して下流側に流れる。
【００３５】
本実施例によれば、寄せ用液体４０（図１においてハッチングに示す領域）が第３通路４に第１通路１との合流域６に向けて矢印Ｄ１方向に供給されると、合流域６の以降において、第３通路４を流れる寄せ用液体４０は、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０と合流し、合流域６の以降においては微粒子含有液体１０と並走する。このとき、第３通路４の寄せ用液体４０は、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０を、第１通路１の通路幅方向において一方側（矢印Ｃ１方向）に寄せる作用を果たす。この結果、第１通路１の合流域６の以降においては、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０に含まれている微粒子７は、第１通路１の通路幅方向において一方側（矢印Ｃ１方向）に寄せられた状態で交差域５に向けて流れる。従って、交差域５に微粒子７が到達したとき、従来技術とは異なり、微粒子７が交差域５において旋回することは低減または回避される。
【００３６】
このため、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０に含まれている微粒子７は、交差域５から円滑に第２通路２に吐出されることになり、微粒子７を含有する液滴７０が良好に生成される。上記したように本実施例によれば、交差域５における微粒子７の旋回が低減または回避されるため、微粒子を含有する液滴７０が良好に且つ安定的に生成される。よって、１個の液滴あたり１個の微粒子７を含ませる１液滴・１微粒子７の方式を実現することができる。このため後処理において、液滴７０に含まれる微粒子７に関する情報を個別に検知したり、液滴７０に含まれる微粒子７を個別に判別したりするのに有利である。
【００３７】
なお本実施例によれば、寄せ用液体４０としては、微粒子含有液体１０の液体成分と寄せ用液体４０との拡散を抑え、円滑な流れを得るため等には、微粒子含有液体１０の液体成分（水系）と同一または同系のものを採用することが好ましい。
【００３８】
本実施例によれば、微粒子含有液体１０が第１通路１を流れるとき、寄せ用液体４０が第３通路４を流れるとき、層流の度合が高いことが好ましい。これを考慮し、微粒子含有液体１０が第１通路１を流れるときにおけるレイノルズ数、寄せ用液体４０が第３通路４を流れるときにおけるレイノルズ数を設定することが好ましい。
【００３９】
図２に示すように、微粒子分離デバイスはアクリル樹脂等の樹脂またはガラスで形成されている。微粒子分離デバイスは、第１通路１，第２通路２，第３通路４を有する共通基部８０と、共通基部８０を閉鎖する包囲蓋部８２とを有する。第１通路１，第２通路２，第３通路４の流れ方向と直交する方向に切断した断面において、第１通路１，第２通路２，第３通路４の上面開口は、包囲蓋部８２により覆われている。これにより第１通路１，第２通路２，第３通路４の各流路面積は安定化し、ひいては第１通路１，第２通路２，第３通路４の各流れは安定化する。このため交差域５における液滴生成条件の安定化が図られ、液滴７０を安定したサイズで良好に生成させることができる。故に、１個の液滴あたり１個の微粒子７を含ませる操作が容易となる。更に本実施例によれば、包囲壁部８２により第２通路２，第３通路４の各流れは安定化するため、第３通路４の寄せ用液体４０は、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０を第１通路１の通路幅方向において一方側（矢印Ｃ１方向）に安定的に寄せることができる効果を奏し、１個の液滴７０あたり１個の微粒子７を含ませる操作が一層容易となる。
【００４０】
第２通路２を流れる分断用液状物２０としては、微粒子含有液体１０を構成する液体成分（水系）に対して溶解性が低い液体とされている。これにより微粒子含有液体１０を形成する液体と分断用液状物２０との混合や拡散が抑制され、微粒子７を含有する液滴７０を良好に生成させることができる。なお、微粒子含有液体１０を形成する液体が水または水系であるときには、第２通路２を流れる分断用液状物２０は油系、フルオロカーボン等とすることができる。
【００４１】
本発明者は上記した第１実施例に基づいて試験を行い、第２通路２の分断用液状物２０により第１通路１の微粒子含有液体１０が交差域５において分断され、多数の液滴７０が良好に且つ安定的に生成されることを確認した。交差域５において微粒子７の旋回が抑えられていることも確認した。
【００４２】
この試験によれば、微粒子含有液体１０として、樹脂製の微粒子７（平均サイズ：約１．８４μｍ）を水に含有させたものを用いた。分断用液状物２０としてシリコーンオイルを用いた。第３通路４に供給される寄せ用液体４０として水系の細胞培養液を用いた。そして、第１通路１のうち合流域６よりも上流の基端部１３の流路断面積（Ｓ１）のサイズを１４０μｍ幅×１６０μｍ深さとし、第３通路４のうち合流域６よりも上流の基端部４３の流路断面積（Ｓ３）のサイズを１４０μｍ幅×１６０μｍ深さとし、第１通路１のうち合流域６よりも下流の流路断面積（Ｓ）のサイズを１４０μｍ幅×１６０μｍ深さとした。単位時間あたりの微粒子含有液体１０の流量を１０マイクロリットル／分とした。単位時間あたりの分断用液状物２０の流量を１０マイクロリットル／分とした。
【００４３】
（第２実施例）
図３は本発明の第２実施例を示す。本実施例は前記した第１実施例と基本的には同様の構成、作用効果を有する。同一機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例に係る微粒子分離デバイスによれば、図３に示すように、第３通路４の配置は第１実施例の場合と逆にされている。つまり、第３通路４は、第１通路１よりも第２通路２の下流側に位置している。第３通路４は、第１通路１を流れる微粒子７を第１通路１の通路幅方向において他方側（矢印Ｃ２方向）に寄せて流す。
【００４４】
本実施例によれば、第３通路４に寄せ用液体４０が第１通路１との合流域６に向けて矢印Ｂ１方向に供給されると、合流域６の以降において、第３通路４の寄せ用液体４０は、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０と合流し、微粒子含有液体１０と並走する。このとき、第３通路４の寄せ用液体４０は、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０を、第１通路１の通路幅方向において他方側（矢印Ｃ２方向）に寄せる。この結果、第１通路１の合流域６の以降においては、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０に含まれている微粒子７は、第１通路１の通路幅方向において他方側（矢印Ｃ２方向）に寄せられた状態で交差域５に向けて流れる。従って、交差域５に微粒子７が到達したとき、微粒子７が交差域５において旋回することは、低減または回避される。
【００４５】
このため、微粒子７は交差域５から第２通路２に円滑に吐出されることになり、微粒子７を含有する液滴７０が良好に且つ安定的に生成される。よって、１個の液滴あたり１個の微粒子７を含ませる１液滴・１微粒子７の方式を実現することができる。
【００４６】
（第３実施例）
図４，図５は本発明の第３実施例を示す。本実施例は前記した第１実施例と基本的には同様の構成、作用効果を有する。同一機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例に係る微粒子分離デバイスは、図４に示すように、第１通路１を流れる微粒子７を第１通路１の通路幅方向において一方側（矢印Ｃ１方向）に寄せて流す微粒子寄せ手段３Ｃが設けられている。微粒子寄せ手段３Ｃは電極９Ｃを有する。図４に示すように、電極９Ｃは、第１通路１の上流側では第１通路１の通路幅方向の全体にわたって設けられており、第１通路１の下流側では第１通路１の通路幅方向の一方側に設けられている。電極９Ｃは互いに対向するように２個１組とされており、第１通路１の上下に絶縁膜９０を介して配置されている。
【００４７】
使用の際には、分断用液状物２０を第２通路２に矢印Ａ１方向に流しつつ、第１通路１に微粒子含有液体１０を矢印Ｂ３方向に流す。第１通路１を流れる微粒子含有液体１０の流れが、第２通路２の液状物２０によりせん断力によって交差域５において分断され、微粒子７を含有する液滴７０が生成される。生成された液滴７０は第２通路２を下流に向けて矢印Ａ２方向に流れる。
【００４８】
本実施例によれば、微粒子含有液体１０に含まれている液体成分の誘電率と微粒子７の誘電率との間に所定以上の差があり、且つ、微粒子含有液体１０に含まれている液体成分の誘電率よりも微粒子７の誘電率が高いときには、電極９Ｃに電圧を印加すると、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０に含まれている微粒子７は、電極９Ｃ間を電極９Ｃの形状にほぼ沿って流される。この結果、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０に含まれている微粒子７は、第１通路１の通路幅方向において一方側（矢印Ｃ１方向）に寄せられて流れることになる。従って、第１通路１と第２通路２とを連通させる交差域５に微粒子７が到達したときにおいて、微粒子７が交差域５において旋回することは、低減または回避される。
【００４９】
このため、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０に含まれている微粒子７は、交差域５から第２通路２に円滑に吐出されることになり、微粒子７を含有する液滴７０が良好に生成される。上記したように本実施例によれば、交差域５における微粒子７の旋回が低減または回避されるため、微粒子７を含有する液滴７０が良好に且つ安定的に生成される。よって、１個の液滴あたり１個の微粒子７を含ませる１液滴・１微粒子７の方式を実現することができる。電極９Ｃに印加する電圧としては直流でも良いが、交流が好ましい。なお、微粒子寄せ手段３Ｃを構成する電極９Ｃには、第１通路１の通路幅方向において他方側に設けられていても良い。
【００５０】
（適用例）
図６は前記した第１実施例を適用した適用例を示す。図６に示すように、この微粒子分離選別装置は、多数の微粒子７を含む微粒子含有液体１０を分断させ、微粒子７を含有する液滴７０を間隔を隔てて下流（矢印Ａ２方向）に向けて流す分断部１００と、分断部１００で分断された液滴７０を検知してカウントする液滴カウント部２００と、液滴カウント部２００でカウントされた液滴７０に含まれている微粒子７に対して検知処理を行って微粒子７に関する情報を検知する情報検知部３００と、情報検知部３００で検知された情報に基づいて液滴７０の微粒子７を選別する選別部４００とを有する。分断部１００は、第１実施例に係る微粒子分離デバイスと基本的に同様であるため、説明を省略する。同一機能を奏する部位には共通の符号を付する。
【００５１】
情報検知部３００は第２通路２の検知位置２ｒ付近に設けられている。情報検知部３００は光学的検知方式を採用しており、先端部が第２通路２の検知位置２ｒに対面する光ファイバ３０１と、光ファイバ３０１の他端部に電磁波としての励起用のレーザビーム（検査光）を投光するレーザ素子を有する投光部３０２と、レーザビームにより細胞で励起されて発光した蛍光を受光する受光部３０３と、受光部３０３における受光信号に基づいて細胞に関する情報を検知する検知部３０４とを有する。このように光ファイバ３０１の先端部を検知位置２ｒの微粒子７を含有する液滴７０に接近状態で対面させるため、光学系の情報検知部３００の本体を、邪魔にならないように液滴７０から離れた位置に設けることができる。
【００５２】
選別部４００は、第２通路２のうち検知位置２ｒよりも下流側に設けられている。この選別部４００は、第２通路２を下流（矢印Ａ２方向）に向けて流れる微粒子７を含有する液滴７０に電荷を付与する帯電部４１０と、電荷を付与した液滴７０を選別するソータ部４５０とで形成されている。ソータ部４５０は、第２通路２の通路幅方向に間隔を隔てて配置された第１選別用電極４５１と第２選別用電極４５２とで形成されている。情報検知部３００で微粒子７に対する情報が検知された微粒子７を含有する液滴７０は、帯電部４１０に到達すると、当該情報に基づいて、帯電部４１０により液滴７０は正または負に帯電される。即ち、ある特性をもつ微粒子７を含有する液滴７０は負に帯電される。あるいは、別の特性をもつ微粒子７を含有する液滴７０は正に帯電される。
【００５３】
帯電された微粒子７を含有する液滴７０がソータ部４５０に到達すると、微粒子７を含有する液滴７０は第１分岐通路２４または第２分岐通路２５に区分けされる。微粒子７を含有する液滴７０が負に帯電されている場合、液滴７０を第１分岐通路２４に移行させるときには、第１選別用電極４５１に正の電圧を印加させる。これにより微粒子７を含有する液滴７０は第１選別用電極４５１側に吸引され、ひいては第１分岐通路２４に流れる。また微粒子７を含有する液滴７０を第２分岐通路２５に移行させるときには、第２選別用電極４５２に正の電圧を印加させる。これにより微粒子７を含有する液滴７０は第２選別用電極４５２側に吸引され、ひいては第２分岐通路２５に流れる。
【００５４】
また微粒子７を含有する液滴７０が正に帯電されている場合、その微粒子７を含有する液滴７０を第１分岐通路２４に移行させるときには、第１選別用電極４５１に負の電圧を印加させる。これにより微粒子７を含有する液滴７０は第１選別用電極４５１側に吸引され、ひいては第１分岐通路２４に流れる。また微粒子７を含有する液滴７０を第２分岐通路２５に移行させるときには、第２選別用電極４５２を負の電圧を印加させる。これにより微粒子７を含有する液滴７０は第２選別用電極４５２側に吸引され、ひいては第２分岐通路２５に流れる。これにより微粒子７の判別を行うことができる。
【００５５】
従って、微粒子含有液体１０が細胞懸濁液である場合には、液滴７０としての細胞含有液滴が分断部１００において生成され、その細胞含有液滴が情報検知部３００の集光位置に到達すると、情報検知部３００の投光部３０２から光ファイバ３０１を経て投光された検知光としてのレーザビームは、細胞含有液滴の細胞に集光する。この結果、レーザビームが照射された細胞に予め担持されている蛍光物質が励起される。励起されて発する蛍光は、光ファイバ３０１を介して受光部３０３に受光される。これにより検知位置２ｒに到達している細胞含有液滴の細胞が目標細胞であるか否か、情報検知部３００によって検知される。検知した細胞含有液滴の細胞が目標細胞である場合には、制御系は目標細胞信号を出力し、細胞含有液滴を帯電部４１０によって適宜帯電させる。検知した細胞含有液滴の細胞が目標細胞でない場合には、制御系は非目標細胞信号を出力する。
【００５６】
（第４実施例）
図７，図８は本発明の第４実施例を示す。本実施例は前記した第１実施例と基本的には同様の構成、作用効果を有する。同一機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例に係る微粒子分離デバイスは、図７，図８に示すように、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０に含まれている微粒子７を第１通路１の通路幅方向において一方側（矢印Ｃ１方向）に寄せて流す微粒子寄せ手段３Ｄが設けられている。微粒子寄せ手段３Ｄは、第１通路１の通路幅方向において一方側に設けられた電極９Ｄで構成されている。電極９Ｄは互いに対向するように２個１組とされており、第１通路１の上下に絶縁膜９０を介して配置されている。
【００５７】
本実施例によれば、第１通路１を流れる微粒子含有液体１０に含まれている微粒子７は予め帯電しているか、前処理としての帯電処理により帯電されている。微粒子７の電荷と逆の極性をもつ電圧を電源９８から電極９Ｄに印加すると、第１通路１を流れる微粒子７はクーロン力により電極９Ｄ側に引き寄せられる。つまり、第１通路１を流れる微粒子７は、微粒子７の流れ方向と交差する方向に引き寄せられる。この結果、第１通路１を流れる微粒子７は、第１通路１の通路幅方向において一方側（矢印Ｃ１方向）に寄せられて流れる。従って、交差域５に微粒子７が到達したときにおいて、微粒子７が交差域５において旋回することは、低減または回避される。このため、第１通路１を流れる微粒子７は、交差域５から円滑に第２通路２に吐出され、微粒子７を含有する液滴７０が良好に且つ安定的に生成される。よって、１個の液滴あたり１個の微粒子７を含ませる１液滴・１微粒子７の方式を実現することができる。なお、微粒子寄せ手段３Ｄを構成する電極９Ｄは、第１通路１の通路幅方向において他方側に設けられていても良い。
【００５８】
（第５実施例）
図９，図１０は本発明の第５実施例を示す。本実施例は前記した第１実施例と基本的には同様の構成、作用効果を有する。同一機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。本実施例に係る微粒子分離デバイスによれば、図９，図１０に示すように、第１通路１の通路幅のほぼ中央域に案内壁１６が仕切のように第１通路１に沿って形成されている。案内壁１６は第１通路１において合流域６よりも下流の通路方向に沿って矢印Ｙ１，Ｙ２方向にスライド可能に延設されている。微粒子含有液体１０の流れと寄せ用流体４０の流れが安定しにくく、層流化が高くないときには、案内壁１６を突出方向（矢印Ｙ１方向）に変位させ、微粒子含有液体１０の流れと寄せ用流体４０の流れとの仕切性を高める。これに対して、微粒子含有液体１０の流れと寄せ用流体４０の流れが安定したときには、案内壁１６を退避方向（矢印Ｙ２方向）に退避させて仕切性を低下させることができる。
【００５９】
（その他）
上記した実施例、適用例によれば、分断用液状物２０としては、油に限らず、フッ素系不活性液体（登録商標：フロリナート）を用いることもできる。適用例によれば、情報検知部３００は、光ファイバ３０１と、光ファイバ３０１にレーザビームを投光するレーザ素子を有する投光部３０２と、蛍光を受光する受光部３０３と、受光部３０３における受光信号に基づいて細胞に関する情報を検知する検知部３０４とを有する形態されているが、これに限定されるものではない。
【００６０】
上記した実施例及び適用例によれば、１個の微粒子７を含有する微粒子を含有する液滴７０は、分断用液状物２０と共に、均等間隔で一列に整列して第２通路２の下流に向けて流れるが、場合によっては、液滴７０は複数の微粒子７を含有する形態でも良い。１個の細胞を含有する細胞含有液滴は、分断用液状物２０と共に、均等間隔で一列に整列して第２通路２の下流に向けて流れるが、場合によっては、細胞含有液滴は複数の細胞を含有する形態でも良い。その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように第１発明に係る微粒子分離デバイスによれば、第１通路を流れる微粒子は、微粒子寄せ手段により第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せられる。これにより交差域の付近において微粒子の旋回が抑制される。この結果、第１通路を流れる微粒子は第２通路内に円滑に吐出されることになる。このため、交差域の付近において微粒子が詰まるおそれは低減または回避される。これにより微粒子を含有する液滴が良好に且つ安定的に生成され、ひいては微粒子が良好に分離される。更に１個の液滴に含まれている微粒子を１個にする１液滴・１微粒子の方式を実現させるのに有利となる。
【００６２】
第２発明に係る微粒子分離選別装置によれば、第１通路を流れる微粒子は、微粒子寄せ手段により第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せられる。これにより交差域の付近において微粒子の旋回が抑制される。この結果、第１通路を流れる微粒子は第２通路内に円滑に吐出されることになる。このため、交差域の付近において微粒子が詰まるおそれは低減または回避される。これにより微粒子を含有する液滴が良好に且つ安定的に生成され、ひいては微粒子が良好に分離される。更に１個の液滴に含まれている微粒子を１個にする１液滴・１微粒子の方式を実現させるのに有利となる。これにより情報検知部で微粒子に関する情報を検知する際に、微粒子に関する情報を良好に検知することができる。
【００６３】
第３発明に係る微粒子分離デバイスによれば、微粒子含有液体が第１通路を流れるとき、第１通路を流れる微粒子は第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せられる。これにより交差域の付近において微粒子の旋回が抑制される。この結果、第１通路を流れる微粒子は第２通路内に円滑に吐出されることになる。このため、交差域の付近において微粒子が詰まるおそれは低減または回避される。これにより微粒子を含有する液滴が良好に且つ安定的に生成され、ひいては微粒子が良好に分離される。更に、１個の液滴に含まれている微粒子を１個にする１液滴・１微粒子の方式を実現させるのに有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の微粒子分離デバイスを模式的に示す構成図である。
【図２】第１実施例の微粒子分離デバイスを模式的に示す断面図である。
【図３】第２実施例の微粒子分離デバイスを模式的に示す構成図である。
【図４】第３実施例の微粒子分離デバイスを模式的に示す構成図である。
【図５】第３実施例の微粒子分離デバイスを模式的に示す部分断面図である。
【図６】適用例を示し、微粒子分離選別装置を模式的に示す平面図である。
【図７】第４実施例の微粒子分離デバイスを模式的に示す構成図である。
【図８】第４実施例の微粒子分離デバイスを模式的に示す断面図である。
【図９】第５実施例の微粒子分離デバイスを模式的に示す構成図である。
【図１０】第５実施例の微粒子分離デバイスを模式的に示す断面図である。
【図１１】先行技術を適用した液滴生成デバイス（本出願時に未公知）を模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
図中、１は第１通路、１０は微粒子含有液体、２は第２通路、２０は分断用液状物、３は微粒子寄せ手段、４は第３通路、４０は寄せ用液体、５は交差域、６は合流域、７は微粒子、７０は微粒子を含有する液滴、１００は分断部、３００は情報検知部、４００は選別部を示す。

Claims

多数の微粒子を含む微粒子含有液体を流す第１通路と、前記第１通路にこれと交差する交差域を介して連通すると共に前記第１通路の微粒子含有液体の流れを前記交差域において分断させ、前記微粒子を含有する多数の液滴を形成する分断用液状物を流す第２通路とを具備する微粒子分離デバイスにおいて、
前記第１通路を流れる前記微粒子を前記第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せて流す微粒子寄せ手段を具備することを特徴とする微粒子分離デバイス。
請求項１において、前記微粒子寄せ手段は、
前記第１通路に合流させると共に前記第１通路を流れる微粒子を合流後に前記第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せる寄せ用液体を流す第３通路を有することを特徴とする微粒子分離デバイス。
請求項１において、前記微粒子寄せ手段は、
前記第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に設けられ、前記第１通路を流れる微粒子を電圧の印加に伴い前記第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せる電極を有することを特徴とする微粒子分離デバイス。
請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、第１通路の流れ方向と直交する方向に切断した断面において、前記第１通路及び前記第２通路は、前記第１通路及び前記第２通路を包囲する包囲蓋部で覆われていることを特徴とする微粒子分離デバイス。
請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項において、前記微粒子は細胞類であり、前記分断用液状物は、前記微粒子含有液体を生成する液体成分に対して溶解性が低い液体であることを特徴とする微粒子分離デバイス。
多数の微粒子を含む微粒子含有液体を分断させて微粒子を間隔を隔てて流す分断部と、
前記分断部で分断された微粒子を選別する選別部とを具備する微粒子分離選別装置において、
前記分断部は、
多数の微粒子を含む微粒子含有液体を流す第１通路と、前記第１通路にこれと交差する交差域を介して連通すると共に前記第１通路の微粒子含有液体の流れを前記交差域において分断させ、前記微粒子を含有する多数の液滴を形成する分断用液状物を流す第２通路とを具備し、更に、
前記第１通路を流れる前記微粒子を前記第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せて流す微粒子寄せ手段を具備することを特徴とする微粒子分離選別装置。
請求項６において、前記分断部で分断された前記微粒子に対して検知処理を行って前記微粒子に関する情報を検知する情報検知部を有することを特徴とする微粒子分離選別装置。
第１通路と、前記第１通路にこれと交差する交差域を介して連通する第２通路とを用い、微粒子含有液体を前記第１通路に流すと共に分断用液状物を前記第２通路に流し、前記交差域において前記分断用液状物により前記微粒子含有液体を分断させ、微粒子を含有する多数の液滴を生成する微粒子分離方法であり、
前記微粒子含有液体が前記第１通路を流れるとき、前記微粒子含有液体に含まれている前記微粒子を、微粒子寄せ手段により、前記第１通路の通路幅方向において一方側または他方側に寄せて流すことを特徴とする微粒子分離方法。