JP2008145420A

JP2008145420A - 成分分離装置及び成分分離方法

Info

Publication number: JP2008145420A
Application number: JP2007267813A
Authority: JP
Inventors: Shoben Park; 鍾勉朴; Byung-Chul Kim; 秉 ▲てつ▼ 金
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2008-06-26
Also published as: CN101201299A; CN101201299B; KR100818290B1

Abstract

【課題】成分分離装置及び成分分離方法を提供する。
【解決手段】試料を収容できるように設けられ、試料が成分別に層をなして区分された複数層の流体で形成される場所であるメインチャンバ１１５と、メインチャンバに連結され、複数層の流体中で特定成分が含まれた特定層を収容できるように設けられた成分分離チャンバ１２５と、メインチャンバと成分分離チャンバとを連結する第１チャンネル１２６と、第１チャンネルを通じる流体の流れを制御できるように第１チャンネルに備えられる第１チャンネル弁１４１と、を備えることを特徴とする成分分離装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は、試料から特定成分物質を分離抽出するための成分分離装置及び前記成分分離装置を利用した成分分離方法に関する。

従来、血液から白血球などの特定成分を分離抽出して各種疾病を診断する診断方法が広く適用されている。血液などの試料から白血球などの特定成分を抽出する方法には、化学的処理を通じて試料から残りの成分を順次に除去し、必要とする特定成分のみを残して抽出する方法と、遠心分離を通じて、試料を成分別に層が形成された複数層の流体に形成し、前記複数層の流体から必要とする特定成分が多量に含まれた特定層を分離抽出する方法と、がある。

図１Ａ及び図１Ｂは、従来の一例によって遠心分離を通じて全血（ＷＢ：ＷｈｏｌｅＢｌｏｏｄ）から白血球（ＷＢＣ：ＷｈｉｔｅＢｌｏｏｄＣｅｌｌ）を分離抽出する方法を順次に示す図面である。

図１Ａを参照すれば、ＷＢからＷＢＣを抽出するために、まずチューブ１０に試薬である密度勾配媒質（ＤＧＭ：ＤｅｎｓｉｔｙＧｒａｄｉｅｎｔＭｅｄｉｕｍ）２０、１００μｌを注入し、ＷＢ１００μｌ、０．９％濃度の塩水１００μｌ、及び少量の抗凝固剤を混合した血液希釈液２２が前記試薬２０上に積層されるように前記チューブ１０に注入する。そして、矢印Ｆ方向に遠心力が加えられるように前記チューブ１０を回転させれば、密度差によって成分別に層をなして区分された複数層の流体が形成される。最下の第１層３１は、赤血球（ＲＢＣ：ＲｅｄＢｌｏｏｄＣｅｌｌ）が多量に含まれた無色の液体であり、その上の第２層３２は、ＷＢＣが多量に含まれた無色の液体であり、最上の第３層３３は、ＲＢＣ及びＷＢＣがほとんど含まれていない薄い赤色を帯びる液体である。ピペット１５を利用した手作業を通じて前記チューブ１０内の複数層の流体からＷＢＣを含む第２層３２が抽出される。

しかし、前記方法は、ＤＧＭ２０と血液希釈液２２とをチューブ１０に注入する過程や、前記第２層３２をチューブ１０から抽出する過程が、手作業でなされている。したがって、作業者の熟練度によって、ＷＢＣが十分に得られないこともあり、作業途中にＷＢＣが汚染されることもある。

本発明は、前記問題点を解決するためのものであって、熟練された手作業を必要としないので、作業者の熟練度と関係なしに一定の収率を得ることが可能な成分分離装置及び前記成分分離装置を利用した成分分離方法を提供することを技術的課題とする。

前記課題を達成するために本発明は、試料を収容できるように設けられ、前記試料が各成分別に層をなして区分された複数層の流体に形成される場所であるメインチャンバと、前記メインチャンバに連結され、前記複数層の流体中で特定成分が含まれた特定層を収容できるように設けられた成分分離チャンバと、前記メインチャンバと前記成分分離チャンバとを連結する第１チャンネルと、前記第１チャンネルを通じる流体の流れを制御できるように前記第１チャンネルに備えられる第１チャンネル弁と、を備えることを特徴とする成分分離装置を提供する。

望ましくは、前記メインチャンバ及び成分分離チャンバは、一枚の基板に形成される。

望ましくは、前記成分分離装置は、前記基板を回転させるための回転手段をさらに備えうる。

望ましくは、前記メインチャンバは、前記基板の回転によって発生する遠心力の方向と平行方向に延びうる。

望ましくは、前記成分分離チャンバは、前記基板の回転によって発生する遠心力によって前記特定層が前記メインチャンバから前記成分分離チャンバに向かって圧送されるように配置される。

望ましくは、前記成分分離装置は、前記メインチャンバと連結され、前記成分分離チャンバと異なる位置に連結され、前記メインチャンバに形成された複数層の流体中で特定成分を含む層と異なる層を収容できるように設けられた廃チャンバ、前記メインチャンバと前記廃チャンバとを連結する第２チャンネル、及び前記第２チャンネルを通じる流体の流れを制御できるように前記第２チャンネルに備えられる第２チャンネル弁をさらに備えうる。

望ましくは、前記メインチャンバ、成分分離チャンバ及び廃チャンバは、一枚の基板に形成され、前記成分分離装置は、前記基板を回転させるための回転手段をさらに備え、前記廃チャンバは、前記基板の回転によって発生する遠心力によって前記特定成分が含まれる層と異なる層が前記メインチャンバから前記廃チャンバに向かって圧送されるように配置される。

望ましくは、前記成分分離装置は、前記メインチャンバに形成された複数層の流体中で異なる複数の特定層を分離収容できるように前記成分分離チャンバを複数個備え、前記複数の成分分離チャンバに対応するように、前記第１チャンネル及び第１チャンネル弁を前記成分分離チャンバと同数に備えうる。

望ましくは、前記複数の成分分離チャンバは、異なる位置で前記メインチャンバに連結される。

望ましくは、前記メインチャンバは、少なくとも一対の流体収容部と、隣接した流体収容部を連結する少なくとも一つの毛細管とを備えうる。

望ましくは、前記流体収容部のうち一部の流体収容部は、前記試料が収容される場所であり、他の一部の流体収容部は、前記試料と反応して前記複数層の流体の形成を助ける試薬が収容される場所であり、前記毛細管は、前記複数層の流体が形成される前に前記試料と試薬とを隔離させるために設けられたものでありうる。

望ましくは、前記弁は、常温では対応するチャンネルを閉鎖する固体状態であるが、エネルギーを吸収すれば溶融される相転移物質を含み、前記成分分離装置は、前記弁にエネルギーを供給して前記流路を開放させるためのエネルギー源をさらに備えうる。

望ましくは、前記弁は、前記相転移物質に分散された、エネルギーを吸収すれば発熱する複数の微細発熱粒子をさらに含みうる。

望ましくは、前記エネルギー源は、前記弁に電磁波を照射するものでありうる。

望ましくは、前記エネルギー源は、前記弁にレーザを照射するレーザ光源を含みうる。

また、本発明は、前記成分分離装置を利用して試料から特定成分を分離する方法であって、前記メインチャンバに試料を注入する試料注入ステップと、前記試料を成分別に層をなして区分された複数層の流体に形成する層形成ステップと、前記第１チャンネル弁を開放して前記複数層流体中で特定成分が含まれた特定層を前記成分分離チャンバに排出させる成分抽出ステップと、を含むことを特徴とする成分分離方法を提供する。

望ましくは、前記試料は、ＷＢ、痰、小便、及び唾からなるグループで選択された何れか一つでありうる。

望ましくは、前記試料は、ＷＢであり、前記成分抽出ステップで特定成分が相対的に多量に含まれた層を前記成分分離チャンバに排出させうる。

望ましくは、前記成分分離チャンバに排出される特定成分は、細胞またはウイルスでありうる。

望ましくは、前記細胞は、ＷＢＣでありうる。

望ましくは、前記成分分離方法は、前記試料と反応して前記複数層の流体の形成を助ける試薬を前記メインチャンバに注入する試薬注入ステップをさらに含みうる。

望ましくは、前記試薬は、ＤＧＭでありうる。

望ましくは、前記試薬注入ステップが試料注入ステップに先立つ。

望ましくは、前記成分分離装置のメインチャンバは、少なくとも一対の流体収容部と、隣接した流体収容部を連結する少なくとも一つの毛細管とを備え、前記層形成ステップの前には、前記メインチャンバに注入された前記試料と試薬とを異なる流体収容部に収容して前記毛細管を介して隔離させうる。

望ましくは、前記層形成ステップは、前記メインチャンバに収容された試料に遠心力を加えて、前記複数層の流体の形成を促進するステップを含みうる。

望ましくは、前記成分抽出ステップは、前記複数層の流体に遠心力を加えて、前記特定層を前記メインチャンバから前記成分分離チャンバに圧送するステップを含みうる。

望ましくは、前記成分分離装置は、前記メインチャンバに連結される前記成分分離チャンバと異なる位置でメインチャンバに連結される廃チャンバ、及び前記メインチャンバと前記廃チャンバとを連結する第２チャンネル、及び前記第２チャンネルに備えられる第２チャンネル弁をさらに備え、前記成分分離方法は、前記層形成ステップ後に前記メインチャンバと廃チャンバとの間の弁を開放して、前記複数層の流体中で特定成分が含まる層と異なる層を前記廃チャンバに排出させる排出ステップをさらに含みうる。

望ましくは、前記排出ステップは、前記複数層の流体に遠心力を加えて、前記特定成分が含まれる層と異なる層を前記メインチャンバから前記廃チャンバに圧送するステップを含みうる。

望ましくは、前記排出ステップが前記成分抽出ステップに先立つ。

望ましくは、前記成分分離装置は、前記成分分離チャンバを複数個備え、前記複数の成分分離チャンバに対応するように、前記第１チャンネル及び第１チャンネル弁を前記成分分離チャンバと同数に備え、前記成分抽出ステップで異なる複数の特定層を分離して前記複数の成分分離チャンバにそれぞれ排出しうる。

望ましくは、前記弁は、常温では流路を閉鎖する固体状態であるが、エネルギーを吸収すれば溶融される相転移物質を含み、前記弁にエネルギーを供給して前記流路を開放させうる。

望ましくは、前記弁は、前記相転移物質に分散された、エネルギーを吸収して発熱する複数の微細発熱粒子をさらに含みうる。

望ましくは、前記弁に電磁波を照射してエネルギーを供給しうる。

望ましくは、前記電磁波は、レーザでありうる。

本発明によれば、作業者の熟練度と関係なしに一定の収率で試料から特定成分を分離抽出しうる。また、成分分離抽出作業過程中に汚染誘発要因を減らし、必要とする特定成分の抽出失敗及び汚染された特定成分による誤診可能性を低下させる。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態による成分分離装置、その製造方法、及び成分分離方法を詳細に説明する。

図２は、本発明の第１実施形態による成分分離装置を示す平面図である。

図２を参照すれば、本発明の第１実施形態による成分分離装置１００は、半径が約６ｃｍである円盤型の基板１１０と、前記基板１１０を回転させるための回転手段の一例であるスピンドルモータ１０５とを備える。前記基板１１０は、その回転中心から等角度間隔で配置された複数の成分分離ユニット１１１を備える。各成分分離ユニット１１１は、基板１１０の回転によって発生する遠心力Ｆ（図３Ｂを参照）の方向と平行方向に、すなわち、基板１１０の回転中心の周辺から放射状に延びたメインチャンバ１１５と、成分分離チャンバ１２５と、廃チャンバ１３０とを備える。また、前記成分分離チャンバ１２５とメインチャンバ１１５とを連結する第１チャンネル１２６と、前記廃チャンバ１３０とメインチャンバ１１５とを連結する第２チャンネル１３１とを備える。前記第１チャンネル１２６と第２チャンネル１３１とは、それぞれ第１チャンネル弁１４１と第２チャンネル弁１４３とによって開閉可能であるが、閉鎖された状態になっている。

前記メインチャンバ１１５は、特定成分として抽出の対象となっている試料を収容するチャンバであって、試料以外にも、前記試料と反応して成分別に層をなして区分された複数層の流体（図３Ｃを参照）の形成を助ける試薬も収容しうる。前記メインチャンバ１１５は、第１、第２、及び第３流体収容部１１７、１１８、１１９と、前記第１流体収容部１１７と第２流体収容部１１８とを連結する第１毛細管１２１と、前記第２流体収容部１１８と第３流体収容部１１９とを連結する第２毛細管１２２と、を備える。基板１１０の上面には、前記メインチャンバ１１５に流体を注入するためのインレットホール１３５が形成されている。

前記成分分離チャンバ１２５は、メインチャンバ１１５に形成された複数層の流体（図３Ｃを参照）中で抽出を所望する特定成分が含まれた特定層を収容するチャンバであり、前記廃チャンバ１３０は、特定成分が含まれる層と異なる層を収容するチャンバである。前記成分分離チャンバ１２５と廃チャンバ１３０とは、基板１１０の回転によって発生する遠心力によってメインチャンバ１１５に収容された流体が圧送されるように配置する。具体的に、前記第１チャンネル１２６がメインチャンバ１１５と連結する部分である第１チャンネル連結部１２６ａの位置よりも、成分分離チャンバ１２５の位置は、基板１１０の外周部にさらに近接して配置され、前記第２チャンネル１３１がメインチャンバ１１５と連結される部分である第２チャンネル連結部１３１ａの位置よりも廃チャンバ１３０の位置が基板１１０の回転中心からさらに離隔されて配置される。

一方、前記第１チャンネル連結部１２６ａの位置が第２チャンネル連結部１３１ａの位置より基板１１０の回転中心からさらに離隔されて配置される。具体的に、前記第１チャンネル連結部１２６ａは、第２流体収容部１１８と第１毛細管１２１とが連結される位置に設けられ、前記第２チャンネル連結部１３１ａは、第２流体収容部１１８と第２毛細管１２２とが連結される位置に設けられる。

１３６は、基板１１０の上面に形成され、前記成分分離チャンバ１２５に移動された流体を基板１１０の外部に排出するための第１アウトレットホールであり、１３７は、基板１１０の上面に形成された、前記廃チャンバ１３０に移動した流体を基板１１０の外部に排出するための第２アウトレットホールである。また、１３８及び１３９は、基板１１０の上面に形成された、空気流出入のための第１及び第２ベントホールである。

前記第１チャンネル１２６を閉鎖する第１チャンネル弁１４１と第２チャンネル１３１を閉鎖する第２チャンネル弁１４３は、常温時には固体状態であるが、エネルギーを吸収すれば溶融する相転移物質と、前記相転移物質に均一に分散されたエネルギーを吸収すれば発熱する複数の微細発熱粒子とを含む。前記相転移物質は、ワックスでありうる。前記ワックスは、加熱されれば、溶融して液体状態に変化し、体積膨脹する。前記ワックスとしては、例えば、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、合成ワックス、または天然ワックスが採用される。

一方、前記相転移物質は、ゲルまたは熱可塑性樹脂でもある。前記ゲルとしては、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、またはポリビニルアミドが採用される。また、前記熱可塑性樹脂としては、ＣＯＣ（ＣｙｃｌｏＯｌｅｆｉｎＣｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＳ（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＯＭ（Ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＦＡ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙ）、ＰＶＣ（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＣｈｌｏｒｉｄｅ）、ＰＰ（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＥＴ（ＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅＴｒｅｒｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ＰＡ（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ＰＳＵ（Ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、またはＰＶＤＦ（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅＦｌｕｏｒｉｄｅ）が採用される。

前記微細発熱粒子は、例えば、レーザビーム照射などの方法を通じてエネルギーが供給されれば、温度が急上昇して発熱する性質を有し、ワックスに均一に分散される性質を有する。このような性質を有するように、前記微細発熱粒子は、金属成分を含むコア及び疎水性の表面構造を有しうる。例えば、前記微細発熱粒子は、Ｆｅからなるコアと、前記Ｆｅに結合されてＦｅを覆い包む複数の界面活性成分とを含む分子構造を有しうる。

通常、前記微細発熱粒子は、キャリアオイルにより、分散された状態に保管される。疎水性表面構造を有する前記微細発熱粒子が均一に分散されるように、キャリアオイルも疎水性であることが望ましい。ワックスに前記微細発熱粒子が分散されたキャリアオイルを注いで混合することによって弁材料を製造しうる。前記微細発熱粒子の粒子形態は、例として挙げた重合体形態に限定されるものではなく、クォンタムドットまたは磁性ビードの形態でも可能である。

図４は、純粋パラフィンワックスとレーザ照射によって発熱する微細発熱粒子とが含まれたパラフィンワックスにレーザを照射した際の、融点到達時間を比較して示すグラフである。

図４を参照すれば、実線で示されたグラフは、純粋（１００％）パラフィンワックスの温度グラフであり、点線で示されたグラフは、平均直径１０ｎｍの微細発熱粒子の分散されたキャリアオイルとパラフィンワックスとが１対１の割合で混合された５０％不純物（微細発熱粒子）パラフィンワックスの温度グラフであり、二点鎖線で示されたグラフは、平均直径１０ｎｍの微細発熱粒子の分散されたキャリアオイルとパラフィンワックスとが１対４の割合で混合された２０％不純物（微細発熱粒子）パラフィンワックスの温度グラフである。８０８ｎｍの波長を有するレーザが実験に使われた。パラフィンワックスの融点は、約６８ないし７４℃である。図４を参照すれば、純粋パラフィンワックスは、レーザ照射後に２０秒以上が経過して初めて融点に到達する（（ｉｉ）参照）。一方、５０％不純物（微細発熱粒子）パラフィンワックス及び２０％不純物（微細発熱粒子）パラフィンワックスは、レーザ照射後に急速に加熱されて約５秒後に融点に到達することが確認できる（（ｉ）参照）。

前記微細発熱粒子は、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、またはこれらの酸化物のような強磁性物質を成分として含みうる。また、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４または、ＨｆＯ_２などの金属酸化物を成分として含むこともできる。

前記成分分離装置１００は、前記弁１４１、１４３にエネルギーを供給して第１チャンネル１２６及び第２チャンネル１３１を開放させるためのエネルギー源の一例であって、レーザ光源（図示せず）を含む。前記レーザ光源は、レーザダイオードを備え、電磁波の一種であるレーザビームを照射する。１２７及び１３２は、それぞれ第１チャンネル１２６及び第２チャンネル１３１上に形成された第１ドレイン溝及び第２ドレイン溝である。

相転移物質と微細発熱粒子とを含む弁材料が第１チャンネル１２６上で硬化して第１チャンネル弁１４１が形成され、前記弁材料が第２チャンネル１３１上で硬化して第２チャンネル弁１４３が形成される。前記第１チャンネル弁１４１にレーザ光源を利用して暫くレーザビームを照射すれば、硬化した弁材料が爆発的に溶融膨脹して第１ドレイン溝１２７に受容されることによって、閉鎖された第１チャンネル１２６が開放される。同様に、前記第２チャンネル弁１４３にレーザ光源を利用して暫くレーザビームを照射すれば、硬化した弁材料が爆発的に溶融膨脹して第２ドレイン溝１３２に受容されることによって、閉鎖された第２チャンネル１３１が開放される。一方、本発明の成分分離装置１００が備えるエネルギー源は、前記レーザ光源に限定されず、赤外線（ＩＲ：ＩｎｆｒａｒｅｄＲａｙ）を照射するか、または高温ガスを噴射して弁１４１、１４３を溶融させることもある。

図３Ａないし図３Ｅは、図２の成分分離装置を利用した成分分離方法を順次に示す図面であって、以下、これらの図面を参照して本発明の望ましい実施形態による成分分離方法を説明する。

図３Ａを参照すれば、本発明の望ましい実施形態による成分分離方法は、ＷＢからＷＢＣを分離抽出するためのものであって、最初に、メインチャンバ１１５に試薬１５１と試料とを注入するステップを含む。前記試薬１５１はＤＧＭであって、ＷＢに含まれた成分が密度によって複数の層を形成するように補助する機能を有する。前記ＤＧＭは、塩化セシウムなどのアルカリ金属塩、ショ糖などの水溶性中性分子、デキストラングラジエントなどの親水性高分子、及びその他の合成分子を含んで形成され、例えば、リンフォプレップ（Ｌｙｍｐｈｏｐｒｅｐ^ＴＭ）が使われる。

前記リンフォプレップなどのＤＧＭを製造する製造者は、自身が製造したＤＧＭを使用して試料から特定成分を分離抽出する実験を行うのに適した実験条件、すなわち、プロトコルを提供する。前記プロトコルによって試料であるＷＢは、塩水に希釈されてメインチャンバ１１５に投入される。具体的には、１００μｌのＤＧＭ１５１をインレットホール１３５を通じてメインチャンバ１１５に注入し、スピンドルモータ１０５を駆動して第１流体収容部１１７を満たすように圧送する。そして、ＷＢ１００μｌ、０．９％濃度の塩水１００μｌ、及び少量の抗凝固剤を混合した血液希釈液１５３をインレットホール１３５を通じてメインチャンバ１１５に注入する。前記血液希釈液１５３は、第３流体収容部１１９に満たされる。前記第２流体収容部１１８と第１及び第２毛細管１２１、１２２とは、排出された空気と異なる空気で満たされ、これによって前記第１流体収容部１１７のＤＧＭ１５１及び第３流体収容部１１９の血液希釈液１５３は隔離される。

図３Ｂを参照すれば、前記スピンドルモータ１０５を再び駆動して基板１１０を回転させれば、前記血液希釈液１５３が第２毛細管１２２、第２流体収容部１１８、及び第１毛細管１２１を順次に通過してＤＧＭ１５１に徐々に侵透する。実験のための前記プロトコルによれば、ＷＢからＷＢＣを遠心分離するためには、７００Ｇないし８００Ｇの遠心力が加えられねばならない。ここで、前記Ｇは、重力加速度を意味する。半径が約６ｃｍである基板１１０に７００Ｇないし８００Ｇの遠心力Ｆを加えるためには、３０００ないし３５００ｒｐｍで基板１１０を回転させればよい。

３０００ないし３５００ｒｐｍで基板１１０を５分以上回転させれば、図３Ｃに示されたように、密度によって３層に区分された複数層の流体が形成される。基板１１０の外周辺に近接したメインチャンバ１１５の一端部１１５ａから第１ないし第３層１５６、１５７、１５８が順次に形成される。前記第１層１５６は、ＲＢＣが多量に含まれた濃い赤色の液体であって、相対的に密度が最も大きい。前記第２層１５７は、抽出しようとする特定物質であるＷＢＣが多量に含まれた無色の液体であって、前記第１層１５６よりは密度が小さい。前記第３層１５８は、ＲＢＣ及びＷＢＣがほとんど含まれていない薄い赤色の液体であって、相対的に密度が最も小さい。

前記第１層１５６と第２層１５７との境界面は、前記第１チャンネル連結部１２６ａとほぼ同じ位置に形成され、前記第２層１５７と第３層１５８との境界面は、前記第２チャンネル連結部１３１ａとほぼ同じ位置に形成される。これは、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明した従来の遠心分離実験を複数回反復実施し、そのデータに基づいて前記第１チャンネル連結部１２６ａ及び第２チャンネル連結部１３１ａの位置を設定したのに起因したものである。後述する成分分離装置の製造方法で詳細に説明する。

次いで、第２チャンネル１３１を閉鎖していた第２チャンネル弁１４３を除去して前記第２チャンネル１３１を開放させ、前記スピンドルモータ１０５を再び駆動して基板１１０を回転させれば、図３Ｄに示したように、前記第３層１５８が圧送されてメインチャンバ１１５から廃チャンバ１３０に排出される。レーザ光源（図示せず）を利用して前記第２チャンネル弁１４３にレーザビームを照射すれば、弁材料が溶融されつつ、第２ドレイン溝１３２に排出されて第２チャンネル１３１が開放される。前記廃チャンバ１３０に収容される第３層１５８は、本発明による成分分離方法を行う作業者が必要としない層であるので、廃棄される。

次いで、第１チャンネル１２６を閉鎖していた第１チャンネル弁１４１を除去して前記第１チャンネル１２６を開放させ、前記スピンドルモータ１０５を再び駆動して基板１１０を回転させれば、図３Ｅに示したように、前記第２層１５７が圧送されてメインチャンバ１１５から成分分離チャンバ１２５に排出される。レーザ光源（図示せず）を利用して前記第１チャンネル弁１４１にレーザビームを照射すれば、弁材料が溶融されつつ、第１ドレイン溝１２７に排出されて第１チャンネル１２６が開放される。前記成分分離チャンバ１２５に収容される第２層１５７は、本発明による成分分離方法を行う作業者が必要とする特定成分を含む層であるので、第１アウトレットホール１３６を通じて抽出する。

以下では、図２を再び参照して、本発明の望ましい実施形態による成分分離装置の製造方法を詳細に説明する。

前記成分分離装置１００の基板１１０は、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、またはポリマーを素材とする。前記基板１１０上にフォトリソグラフィを利用してパターンを形成した後、エッチングまたはサンドブラスティングのような微細機械加工を通じてチャンバ１１５、１２５、１３０、チャンネル１２６、１３１、及びホール１３５、１３６、１３７、１３８、１３９を形成しうる。

前記成分分離チャンバ１２５が前記メインチャンバ１１５に連結される位置、すなわち、第１チャンネル連結部１２６ａと、前記廃チャンバ１３０が前記メインチャンバ１１５に連結される位置、すなわち、第２チャンネル連結部１３１ａの形成位置を設定するために、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明した従来の遠心分離実験を複数回反復実施してデータを蓄積する。そのデータは、チューブ１０（図１Ａを参照）に遠心力Ｆを加えて複数層の流体を形成した後、第１ないし第３層３１、３２、３３（図１Ｂを参照）それぞれの体積を測定することにより、以下の表１に４回の反復実験により得られた各層３１、３２、３３（図１Ｂを参照）の体積とその平均とが整理されている。

前記データを通じてＷＢＣが含まれた特定層、すなわち、第２層３２（図１Ｂを参照）の平均体積が１０８μｌであり、前記第２層３２（図１Ｂを参照）より先に形成される先行層、すなわち、第１層３１（図１Ｂを参照）の平均体積が６７μｌであるということが分かる。前記第１層３１（図１Ｂを参照）の平均体積に対応する６７μｌが残されるようにメインチャンバ１１５の一端部１１５ａから離隔された地点を第１チャンネル連結部１２６ａの形成位置に設定し、基板１１０に第１チャンネル１２６を形成する。また、前記第１層３１（図１Ｂを参照）の平均体積と第２層３２（図１Ｂを参照）の平均体積とを合算した体積に対応する１７５μｌが残されるように、メインチャンバ１１５の一端部１１５ａから離隔された地点を第２チャンネル連結部１３１ａの形成位置に設定して基板１１０に第２チャンネル１３１を形成する。その結果、前述したように、前記第１チャンネル連結部１２６ａは、第２流体収容部１１８と第１毛細管１２１とが連結される位置に設けられ、前記第２チャンネル連結部１３１ａは、第２流体収容部１１８と第２毛細管１２２とが連結される位置に設けられる。

これにより、複数層の流体形成（図３Ｃを参照）後に、廃チャンバ１５８に排出される流体には、第３層１５８（図３Ｄを参照）がほとんど含まれ、第２層１５７はないか、または微量含まれる。また、成分分離チャンバ１２５に排出される流体には、第２層１５７（図３Ｅを参照）の多くが含まれ、第１層１５６または第３層１５８に含まれないか、または微量含まれる。

図５は、本発明の第２実施形態による成分分離装置を示す平面図である。本発明の第２実施形態による成分分離装置２００は、図２を参照して説明した成分分離装置１００と類似しているので、異なる部分を中心に説明する。

図５を参照すれば、本発明の前記成分分離装置２００は、回転中心から等角度間隔で配置された複数の成分分離ユニット２１１を備えた基板２１０と、前記基板２１０を回転させるためのスピンドルモータ２０５とを備える。各成分分離ユニット２１１は、メインチャンバ２１５と、成分分離チャンバ２２５と、廃チャンバ２３０と、前記成分分離チャンバ２２５とメインチャンバ２１５とを連結する第１チャンネル２２６と、前記廃チャンバ２３０とメインチャンバ２１５とを連結する第２チャンネル２３１とを備える。前記第１チャンネル２２６と第２チャンネル２３１とは、それぞれ第１チャンネル弁２４１と第２チャンネル弁２４３とによって開閉可能であるが、閉鎖された状態になっている。

前記メインチャンバ２１５は、第１及び第２流体収容部２１７、２１８と、前記第１流体収容部２１７と第２流体収容部２１８とを連結する毛細管２２０とを備える。一方、前記第１チャンネル２２６がメインチャンバ２１５に連結される部分である第１チャンネル連結部２２６ａは、第１流体収容部２１７のほぼ中間位置に設けられ、前記第２チャンネル２３１がメインチャンバ２１５と連結される部分である第２チャンネル連結部２３１ａは、第２流体収容部２１８のほぼ中間位置に設けられる。

前記基板２１０の上面には、前記メインチャンバ２１５に流体を注入するためのインレットホール２３５と、前記成分分離チャンバ２２５に移動した流体を基板２１０の外部に排出するための第１アウトレットホール２３６と、前記廃チャンバ２３０に移動した流体を基板２１０の外部に排出するための第２アウトレットホール２３７と、空気流出入のための第１及び第２ベントホール２３８、２３９が形成される。

前記第１チャンネル弁２４１と第２チャンネル弁２４３とは、常温時には固体状態であるが、エネルギーを吸収すれば溶融する相転移物質と、前記相転移物質に均一に分散された、エネルギーを吸収すれば発熱する多数の微細発熱粒子とを含む。前記成分分離装置２００は、前記弁２４１、２４３にエネルギーを供給して第１チャンネル２２６及び第２チャンネル２３１を開放させるためのエネルギー源の一例であって、レーザ光源（図示せず）を含む。前記弁２４１、２４３については、第１実施形態による成分分離装置１００で前述したので、ここでは重複説明を省略する。２２７及び２３２は、それぞれ第１チャンネル２２６及び第２チャンネル２３１上に形成された第１ドレイン溝及び第２ドレイン溝であって、レーザビームの照射によって溶融された弁材料が受容される場所である。

図６Ａないし図６Ｈは、図５の成分分離装置を利用した成分分離実験の結果を順次に示す写真であって、これを参照して本発明の望ましい実施形態による成分分離方法を説明する。後述する成分分離方法も、図３Ａないし図３Ｅを参照して説明した成分分離方法と類似しているので、他の部分を中心に説明する。

図６Ａを参照すれば、前記成分分離方法は、まず、１００μｌのＤＧＭ２５１をインレットホール２３５を通じてメインチャンバ２１５に注入し、スピンドルモータ２０５を駆動して第１流体収容部２１７を満たすように圧送し、ＷＢ１００μｌ、０．９％濃度の塩水１００μｌ、及び少量の抗凝固剤を混合した血液希釈液２５３をインレットホール２３５を通じてメインチャンバ２１５に注入する。前記血液希釈液２５３は、第２流体収容部２１８に満たされる。前記毛細管２２０は、排出された空気と異なる空気で満たされ、これにより、前記第１流体収容部２１７のＤＧＭ２５１及び第２流体収容部２１８の血液希釈液２５３は隔離される。

前記スピンドルモータ２０５を再び駆動して基板２１０を回転させれば、図６Ｂないし図６Ｅに順次示したように、前記血液希釈液２５３が毛細管２２０を通過してＤＧＭ２５１に徐々に侵透し、層が形成され始まる。３０００ないし３５００ｒｐｍで基板２１０を５分以上回転させれば、図６Ｆに示したように、密度によって３層に区分された複数層の流体が形成される。第１層２５６は、ＲＢＣが多量含まれた濃い赤色の液体であって、相対的に密度が最も大きい。第２層２５７は、抽出しようとする特定物質であるＷＢＣが多量に含まれた無色の液体であって、前記第１層２５６よりは密度が小さい。第３層２５８は、ＲＢＣ及びＷＢＣがほとんど含まれていない薄い赤色の液体であって、相対的に密度が最も小さい。

前記第１層２５６と第２層２５７との境界面は、前記第１チャンネル連結部２２６ａとほぼ同じ位置に形成され、前記第２層２５７と第３層２５８との境界面は、前記第２チャンネル連結部２３１ａとほぼ同じ位置に形成される。次いで、閉鎖されていた第２チャンネル２３１を開放させて前記基板２１０を回転させれば、図６Ｇに示したように、前記第３層２５８が圧送されてメインチャンバ２１５から廃チャンバ２３０に排出される。次いで、閉鎖されていた第１チャンネル２２６を開放させて前記基板２１０を回転させれば、図６Ｈに示したように、前記第２層２５７が圧送されてメインチャンバ２１５から成分分離チャンバ２２５に排出される。

以下では、図５を再び参照して本発明の望ましい実施形態による成分分離装置の製造方法を詳細に説明する。後述する成分分離装置の製造方法も、図２を参照して説明した成分分離装置の製造方法と類似しているので、異なる部分を中心に説明する。

前記成分分離チャンバ２２５が前記メインチャンバ２１５に連結される位置、すなわち、第１チャンネル連結部２２６ａと、前記廃チャンバ２３０が前記メインチャンバ２１５に連結される位置、すなわち、第２チャンネル連結部２３１ａとの形成位置を設定する過程も、前述したように、まず、表１に示したようなデータを蓄積するステップを必要とする。表１のデータから、前記第１層３１（図１Ｂを参照）の平均体積に対応する６７μｌが残されるように、メインチャンバ２１５の一端部２１５ａから離隔された地点を第１チャンネル連結部２２６ａの形成位置に設定して、基板２１０に第１チャンネル２２６を形成する。また、前記第１層３１（図１Ｂを参照）の平均体積と第２層３２（図１Ｂ参照）の平均体積とを合算した体積に対応する１７５μｌが残されるようにメインチャンバ２１５の一端部２１５ａから離隔された地点を第２チャンネル連結部２３１ａの形成位置に設定して基板２１０に第２チャンネル２３１を形成する。その結果、前述したように、前記第１チャンネル連結部２２６ａは、第１流体収容部２１７のほぼ中間位置に設けられ、前記第２チャンネル連結部２３１ａは、第２流体収容部２１８のほぼ中間位置に設けられる。

これにより、複数層の流体形成（図６Ｆを参照）後に、廃チャンバ２５８に排出される流体には、第３層２５８（図６Ｇを参照）の多くが含まれ、第２層２５７には含まれか、または微量含まれる。また、成分分離チャンバ２２５に排出される流体には、第２層２５７（図６Ｈを参照）の多くが含まれ、第１層２５６または第３層２５８には含まれないか、または微量含まれる。

以下の表２には、前記従来の遠心分離実験を４回反復実験して第２層及び第３層３２、３３（図１Ｂを参照）に含まれたＷＢＣの数を測定した結果が整理されており、表３には、本発明の成分分離装置２００を利用した成分分離方法を２回反復実験して、成分分離チャンバ２２５と廃チャンバ２３０とに含まれたＷＢＣの数を測定した結果が整理されている。

表２の結果は、遠心分離実験分野の熟練された専門家の実験によって得られた結果であって、表３の結果は、非専門家である発明者の実験によって得られた結果であることを勘案すれば、本発明の成分分離装置２００を利用して疾病診断に必要な十分な量のＷＢＣを信頼性に基いて抽出できるということが確認できる。

以上、ＷＢからＷＢＣを抽出する本発明の実施形態のみを図面を参照して説明したが、本発明の成分分離方法は、これに限定されず、例えば、痰、小便、唾のようなＷＢではない他の試料から特定成分を分離抽出することも、含む。

また、図２及び図５に示された装置と異なり、成分分離チャンバを複数個備えた成分分離装置及びこれを利用して複数種類の特定成分を分離抽出する方法も、本発明に含まれる。

本発明は、図面に示された実施形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かる。例えば、図２及び図５に示したところと異なり、成分分離チャンバを複数個備えた成分分離装置も本発明に含まれ、これを利用して複数種類の特定成分を分離抽出することもある。したがって、本発明の真の保護範囲は、添付された特許請求の範囲によってのみ決定されねばならない。

従来の一例によって、ＷＢからＷＢＣを分離抽出する方法を順次に示す図面である。従来の一例によって、ＷＢからＷＢＣを分離抽出する方法を順次に示す図面である。本発明の第１実施形態による成分分離装置を示す平面図である。図２の成分分離装置を利用した成分分離方法を順次に示す図面である。図２の成分分離装置を利用した成分分離方法を順次に示す図面である。図２の成分分離装置を利用した成分分離方法を順次に示す図面である。図２の成分分離装置を利用した成分分離方法を順次に示す図面である。図２の成分分離装置を利用した成分分離方法を順次に示す図面である。純粋パラフィンワックスと、レーザの照射によって発熱する微細発熱粒子とが含まれたパラフィンワックスにレーザを照射した際の、融点到達時間を比較して示すグラフである。本発明の第２実施形態による成分分離装置を示す平面図である。図５の成分分離装置を利用した成分分離実験結果を順次に示す写真である。図５の成分分離装置を利用した成分分離実験結果を順次に示す写真である。図５の成分分離装置を利用した成分分離実験結果を順次に示す写真である。図５の成分分離装置を利用した成分分離実験結果を順次に示す写真である。図５の成分分離装置を利用した成分分離実験結果を順次に示す写真である。図５の成分分離装置を利用した成分分離実験結果を順次に示す写真である。図５の成分分離装置を利用した成分分離実験結果を順次に示す写真である。図５の成分分離装置を利用した成分分離実験結果を順次に示す写真である。

符号の説明

１００成分分離装置、
１０５スピンドルモータ、
１１０基板、
１１１成分分離ユニット、
１１５メインチャンバ、
１１５ａメインチャンバの一端部、
１１７第１流体収容部、
１１８第２流体収容部、
１１９第３流体収容部、
１２１第１毛細管、
１２２第２毛細管、
１２５成分分離チャンバ、
１２６第１チャンネル、
１２６ａ第１チャンネル連結部、
１２７第１ドレイン溝、
１３０廃チャンバ、
１３１第２チャンネル、
１３１ａ第２チャンネル連結部、
１３２第２ドレイン溝、
１３５インレットホール、
１３６第１アウトレットホール、
１３７第２アウトレットホール、
１３８第１ベントホール、
１３９第２ベントホール、
１４１第１チャンネル弁、
１４３第２チャンネル弁。

Claims

試料を収容できるように設けられ、前記試料が遠心力によって成分別に層をなして区分された複数層の流体で形成される場所であるメインチャンバと、
前記メインチャンバに連結され、前記複数層の流体中で特定成分の含まれた特定層を収容できるように設けられた成分分離チャンバと、
前記メインチャンバと前記成分分離チャンバとを連結する第１チャンネルと、
前記第１チャンネルを通じる流体の流れを制御できるように前記第１チャンネルに備えられる第１チャンネル弁と、を備えることを特徴とする成分分離装置。
前記メインチャンバ及び成分分離チャンバは、一枚の基板に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の成分分離装置。
前記基板を回転させるための回転手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の成分分離装置。
前記メインチャンバは、前記基板の回転によって発生する遠心力の方向と平行方向に延びていることを特徴とする請求項３に記載の成分分離装置。
前記成分分離チャンバは、前記基板の回転によって発生する遠心力によって前記特定層が前記メインチャンバから前記成分分離チャンバに向かって圧送されるように配置されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の成分分離装置。
前記メインチャンバと連結される前記成分分離チャンバと異なる位置でメインチャンバと連結され、前記メインチャンバに形成された複数層の流体中で特定成分が含まれる層と異なる層を収容できるように設けられた廃チャンバ、前記メインチャンバと前記廃チャンバとを連結する第２チャンネル、及び前記第２チャンネルを通じる流体の流れを制御できるように前記第２チャンネルに備えられる第２チャンネル弁をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の成分分離装置。
前記メインチャンバ、成分分離チャンバ及び廃チャンバは、一枚の基板に形成され、前記成分分離装置は、前記基板を回転させるための回転手段をさらに備え、前記廃チャンバは、前記基板の回転によって発生する遠心力によって前記特定成分が含まる層と異なる層が前記メインチャンバから前記廃チャンバに向かって圧送されるように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の成分分離装置。
前記メインチャンバに形成された複数層の流体中で異なる複数の特定層を分離収容できるように前記成分分離チャンバを複数個備え、前記複数の成分分離チャンバに対応するように、前記第１チャンネル及び第１チャンネル弁を前記成分分離チャンバと同数に備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の成分分離装置。
前記複数の成分分離チャンバは、異なる位置で前記メインチャンバに連結されることを特徴とする請求項８に記載の成分分離装置。
前記メインチャンバは、少なくとも一対の流体収容部と、隣接した流体収容部を連結する少なくとも一つの毛細管とを備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の成分分離装置。
前記流体収容部のうち、一部の流体収容部は、前記試料が収容される場所であり、他の一部の流体収容部は、前記試料と反応して前記複数層の流体の形成を助ける試薬が収容される場所であり、前記毛細管は、前記複数層の流体が形成される前に前記試料と試薬とを隔離させるために設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の成分分離装置。
前記弁は、常温では対応するチャンネルを閉鎖する固体状態であり、エネルギーを吸収することで、溶融する相転移物質を含み、前記成分分離装置は、前記弁にエネルギーを供給して前記流路を開放させるためのエネルギー源をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の成分分離装置。
前記弁は、前記相転移物質に分散され、エネルギーを吸収すれば発熱する複数の微細発熱粒子をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の成分分離装置。
前記エネルギー源は、前記弁に電磁波を照射することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の成分分離装置。
前記エネルギー源は、レーザを照射するレーザ光源を含むことを特徴とする請求項１４に記載の成分分離装置。
メインチャンバと、前記メインチャンバに連結された成分分離チャンバと、前記メインチャンバと前記成分分離チャンバとを連結する第１チャンネルと、前記第１チャンネルに備えられる第１チャンネル弁と、を備える成分分離装置を利用して試料から特定成分を分離する方法であって、
前記メインチャンバに試料を注入する試料注入ステップと、
前記試料を成分別に層をなして区分された複数層の流体で形成する層形成ステップと、
前記第１チャンネル弁を開放して、前記複数層の流体中で特定成分の含まれた特定層を前記成分分離チャンバに排出させる成分抽出ステップと、を含むことを特徴とする成分分離方法。
前記試料は、全血、痰、小便、及び唾からなるグループで選択された何れか一つであることを特徴とする請求項１６に記載の成分分離方法。
前記試料は、全血であり、前記成分抽出ステップで特定成分が相対的に多量に含まれた層を前記成分分離チャンバに排出させることを特徴とする請求項１６に記載の成分分離方法。
前記成分分離チャンバに排出される特定成分は、細胞またはウイルスであることを特徴とする請求項１８に記載の成分分離方法。
前記細胞は、白血球であることを特徴とする請求項１９に記載の成分分離方法。
前記試料と反応して、前記複数層の流体の形成を助ける試薬を前記メインチャンバに注入する試薬注入ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の成分分離方法。
前記試薬は、密度勾配媒質であることを特徴とする請求項２１に記載の成分分離方法。
前記試薬注入ステップは、試料注入ステップに先立つことを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の成分分離方法。
前記成分分離装置のメインチャンバは、少なくとも一対の流体収容部と、隣接した流体収容部を連結する少なくとも一つの毛細管とを備え、
前記層形成ステップの前には、前記メインチャンバに注入された前記試料と試薬とを異なる流体収容部に収容して前記毛細管を介して隔離させることを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の成分分離方法。
前記層形成ステップは、前記メインチャンバに収容された試料に遠心力を加えて前記複数層の流体の形成を促進するステップを含むことを特徴とする請求項１６〜２４のいずれか１項に記載の成分分離方法。
前記成分抽出ステップは、前記複数層の流体に遠心力を加えて、前記特定層を前記メインチャンバから前記成分分離チャンバに圧送するステップを含むことを特徴とする請求項１６〜２５のいずれか１項に記載の成分分離方法。
前記成分分離装置は、前記メインチャンバに連結され、前記成分分離チャンバと異なる位置に連結される廃チャンバ、前記メインチャンバと前記廃チャンバとを連結する第２チャンネル、及び前記第２チャンネルに備えられる第２チャンネル弁をさらに備え、
前記成分分離方法は、前記層形成ステップ後に第２チャンネル弁によって閉鎖された第２チャンネルを開放して、前記複数層の流体中で特定成分が含まれる層と異なる層を前記廃チャンバに排出させる排出ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６〜２６のいずれか１項に記載の成分分離方法。
前記排出ステップは、前記複数層の流体に遠心力を加えて、前記特定成分が含まれる層と異なる層を前記メインチャンバから前記廃チャンバに圧送するステップを含むことを特徴とする請求項２７に記載の成分分離方法。
前記排出ステップは、前記成分抽出ステップに先立つことを特徴とする請求項２８に記載の成分分離方法。
前記成分分離装置は、前記成分分離チャンバを複数個備え、前記複数の成分分離チャンバに対応するように前記第１チャンネル及び第１チャンネル弁を前記成分分離チャンバと同数に備え、
前記成分抽出ステップで異なる複数の特定層を分離して、前記複数の成分分離チャンバにそれぞれ排出することを特徴とする請求項１６〜２９のいずれか１項に記載の成分分離方法。
前記弁は、常温では流路を閉鎖する固体状態であり、エネルギーを吸収することで溶融する相転移物質を含み、
前記弁にエネルギーを供給して前記流路を開放させることを特徴とする請求項１６〜３０のいずれか１項に記載の成分分離方法。
前記弁は、前記相転移物質に分散された、エネルギーを吸収して発熱する複数の微細発熱粒子をさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の成分分離方法。
前記弁に電磁波を照射してエネルギーを供給することを特徴とする請求項３１または請求項３２に記載の成分分離方法。
前記電磁波は、レーザであることを特徴とする請求項３３に記載の成分分離方法。