JP2008200566A - フィールドフローフラクショネーション装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 分離対象の粒子群については非透過でキャリア流体については透過可能なメンブレインが底面101上に配設されたチャンネル100‘と、入口ポート111と、サンプルを導入するためのサンプル導入ポート112と、出口ポート113とからなり、サンプル導入ポートから導入された粒子群を、軸方向流およびクロスフローにより分離して出口ポートから送出するフィールドフローフラクショネーション装置において、気泡導入バルブ11、12をいずれかのポートに備えるとともに、気泡がチャンネル内に導入された際にチャンネル内を気泡が移動するようにキャリア流体を送る気泡移動制御手段を備える。
【選択図】図1
Description
ここでいうフィールドフローフラクショネーション装置は、チャンネル上流の入口ポートから流体を供給するとともに、チャンネルの上面から底面に向けて流体を面状に送り出すフローフィールドフローフラクショネーション(FFFF)装置(クロスフロー方式フローフィールドフローフラクショネーション装置ともいう)と、チャンネル上流の入口ポートから流体を供給し、チャンネル上面からは流体を供給しない非対称フローフィールドフローフラクショネーション(AFFFF)装置との双方を含む。
なお、入口ポート111とサンプル導入ポート112とは兼用されてもよい。その場合は、入口ポート111とサンプル導入ポート112とは同じものを指すので呼び分ける必要はないが、これらが別設されている場合も含めて説明を行う便宜上、以下の説明では、特に言及しない限り、キャリア流体を導入するために使用するときは入口ポート111、サンプル導入用に使用するときはサンプル導入ポート112と呼ぶようにして説明する。
N=exp(−|U| / D) (1)
ここで、|U|はクロスフロー速度、Dは拡散係数である。
したがって、底面101、上面102から離れるほど軸方向流F2の流速は大きくなり、この軸方向流F2の流速分布とクロスフローF1による粒子分布との組み合わせにより、最終的に粒子の拡散係数に応じて粒子が分離され、分離された粒子が出口ポートから順次送出されるようになる。以上が、クロスフロー方式フィールドフローフラクショネーション装置(FFFF装置)により粒子の分離が行われる動作原理である。
そこで、クロスフロー型フィールドフローフラクショネーション装置を改良した非対称フローフィールドフローフラクショネーション装置(AFFFF装置)が提案されている。
しかしながら、洗浄ごとに、出口側の流路を外す必要があり、手間がかかるとともに、流路を取り外したときに、外した部分からかえって汚れが浸入することがある。また、取り外し作業が必要であることから、洗浄の自動化が困難である。
また、本発明は、粒子分離動作を、次々と繰り返して行う際に、装置を停止させて流路を取り外して洗浄するようなことを行わず、粒子分離動作と洗浄とを交互に連続して行うことが容易に行えるフィールドフローフラクショネーション装置を提供することを目的とする。
メンブレインの材料は特に限定されず、分離対象の粒子群やキャリア流体の種類により適切な材料を使用すればよい。具体的にはポリカーボネート等が利用できる。
チャンネル内を移動する気泡は、気泡とキャリア流体の界面に粒子を付着させて移動する性質があるので、気泡の移動とともにチャンネル内に残留している粒子が取り除かれて、排出される側のポートに送り出される。これにより、チャンネル内を洗浄することができる。
上記発明において、チャンネルの上面がキャリア流体透過性部材で構成され、キャリア流体を入口ポートから送給するとともに上面からも面状に送給するようにしてもよい。
本発明によれば、チャンネルの上面からチャンネル内にキャリア流体を送り込むことにより、クロスフロー方式フィールドフローフラクショネーション装置(FFFF装置)として粒子分離を行うことができる。
本発明によれば、ドレイン流路切換バルブを作動させることにより、上流から下流方向に気泡を移動した気泡は、出口ポートを経て、ドレイン流路に排出されるので、洗浄後、すぐに次回の粒子分離を行うことができる。すなわち、出口ポートの後段には、通常、分離された粒子を計測する検出器のような次工程の機器が接続されているが、気泡がそれら次工程の機器を通過するのを待つことなく、ドレイン流路から排出させることができるので、待時間を短縮できる。
本発明によれば、ドレイン流路切換バルブを作動させることにより、下流から上流方向に気泡を移動した気泡は、入口ポートまたはサンプル導入ポートを経て、ドレイン流路に排出されるので、洗浄後、すぐに次回の粒子分離を行うことができる。すなわち、入口ポートまたはサンプル導入ポートを通過後、すぐにドレイン流路から排出できるので、待時間を短縮できる。
本発明によれば、試料導入のために設けられているサンプル導入バルブを利用して気泡を導入することにより、装置の流路構成を大きく変えることなく、気泡を導入して洗浄することができる。また、サンプル導入バルブと気泡導入バルブとを兼用することにより、サンプル導入バルブからサンプル導入ポート、チャンネル内を経て出口ポートに至るまで、粒子が通過する流路とほぼ同じ流路に、気泡を通過させることができるので、導入された粒子を確実に排出させることができる。
本発明によれば、チャンネル内は気泡導入バルブの上流側よりも減圧されているので、チャンネル内で気泡が膨張して大きくなり、チャンネル内壁面との接触がより確実になり洗浄効果を高めることができる。
本発明によれば、チャンネル内の殺菌が必要なサンプルを扱う場合にも、殺菌を兼ねつつ洗浄を行うことができる。
図1は本発明の一実施形態である非対称フロー方式のフィールドフローフラクショネーション装置(AFFFF装置)の構成を示す図である。本実施形態では、チャンネル内の洗浄の際に、サンプル導入ポート112から気泡を導入し、出口ポート113から気泡を排出する方式を採用する。
したがって、3ポートバルブ11と6ポートバルブ12とが組み合わされたサンプル・気泡導入部Dが、サンプル導入ポートに一定量のサンプルを導入するサンプル導入バルブとして機能するとともに、一定量の気泡を導入する気泡導入バルブとして機能する。
出口ポート側切換弁16は、切換操作により、出口ポート113から排出される流体を、検出器17に送るか、出口ポート側ドレイン19に送るかの切換を行う。本発明との関係では、気泡を含む流体を排出するためのドレイン流路を接続するドレイン流路切換バルブとして機能する。
粒子分離を行うときは、送液ポンプ13を作動し、入口ポート側電磁弁15を介して入口ポート111からキャリア流体をチャンネル100’内に供給する。チャンネル100’内を流れるキャリア流体は、一部が底面101から排出されることでクロスフローF1を形成し、残りは出口ポート13に向かって軸方向流F2となる。出口ポート側切換弁16は検出器17側に通じるように流路が切り換えられており、出口ポート113から排出される流体は検出器17に送られる。
以上の動作により、一回の粒子分離動作が終了する。続いて、次回の粒子分離動作を行う前に、チャンネル内の洗浄動作が行われる。
以上の動作により、チャンネルの洗浄動作が終了する。以後、同様の粒子分離の動作と洗浄動作を繰り返すことにより、連続して粒子分離を行うことができる。
図2は、本発明の他の一実施形態であるフィールドフローフラクショネーション装置の構成を示す図である。この実施形態は、クロスフロー方式のフィールドフローフラクショネーション装置(FFFF装置)を採用している。また、入口ポート111がサンプル導入ポートを兼用するようにしている。したがって、サンプル導入を入口ポート111から行うとともに、気泡導入も入口ポート111から行う方式を採用している。
したがって、3ポートバルブ11と6ポートバルブ12とが組み合わされたサンプル・気泡導入部Eが、入口ポート111(サンプル導入ポートを兼ねる)に一定量のサンプルを導入するサンプル導入バルブとして機能するとともに、一定量の気泡を導入する気泡導入バルブとして機能する。
粒子分離を行うときは、送液ポンプ13を作動し、入口ポート側電磁弁31を介して入口ポート111からキャリア流体をチャンネル100a内に供給して軸方向流F2を形成する。同時に、クロスフロー用電磁弁32を介してチャンネル100aの上面102からキャリア流体を供給するとともに、底面110からキャリア流体の一部を排出することによりクロスフローF1を形成する。出口ポート側切換弁16は検出器17側に通じるように流路が切り換えておくことにより、出口ポート113から排出される流体が検出器17に送りこまれるようにしてある。
以上の動作により、一回の粒子分離動作が終了する。続いて、次回の粒子分離動作を行う前に、チャンネル内の洗浄動作が行われる。
以上の動作により、チャンネルの洗浄動作が終了する。以後、同様の粒子分離の動作と洗浄動作を繰り返すことにより、連続して粒子分離を行うことができる。
図3は本発明の他の一実施形態である非対称フロー方式のフィールドフローフラクショネーション装置(AFFFF装置)の構成を示す図である。本実施形態では、洗浄の際に、出口ポート113から気泡を導入し、入口ポート111から気泡を排出する方式を採用する。
このAFFFF装置10bは、6ポートバルブ12aからなるサンプル導入部F、キャリア流体を送出する送液ポンプ13、キャリア流体をサンプル導入ポート112に送るサンプル導入ポート側電磁弁14、キャリア流体を入口ポート111に送る入口ポート接続流路33上の入口ポート側電磁弁15、キャリア流体を出口ポートに送る出口ポート側電磁弁41、出口ポート側切換弁16a、6ポートバルブ12bからなる気泡導入部G、検出器17、サンプル導入部側ドレイン18、入口ポート側切換弁43、入口ポート側ドレイン44、コンピュータからなる制御部20、およびチャンネル100’とから構成される。このうち、チャンネル100’は図6で説明したものを用いているので、チャンネル100’の内部構造については、図6と同符号を付すことにより、説明の一部を省略する。
粒子分離を行うときは、送液ポンプ13が作動し、入口ポート側電磁弁15、入口ポート側切換弁43を介して、入口ポート111からキャリア流体がチャンネル100’内に供給される。チャンネル100’内を流れるキャリア流体は、一部が底面110から排出されてクロスフローF1を形成するとともに、残りは出口ポート113に向かって軸方向流F2となる。出口ポート側切換弁16aは検出器17側に通じるように流路を切り換えておくことにより、出口ポート113から排出される流体が検出器17に送られるようにしてある。
以上の動作により、一回の粒子分離動作が終了する。続いて、次回の粒子分離動作を行う前に、チャンネル100’内の洗浄動作が行われる。
送液ポンプ13を作動し、出口ポート側電磁弁41を開状態にし、6ポートバルブ12bをキャリア流路50、気泡導入流路53が接続される第一の状態にし、キャリア流体を、出口ポート切換弁16a、出口ポート接続流路55を経て、出口ポート113からチャンネル100’内に供給する。チャンネル100’の底面101の下流側に接続されている図示しない吸引ポンプを停止しておくことにより、洗浄に不要なクロスフローF1を小さくし、チャンネル100’内に供給されるキャリア流体のほとんどを出口ポート113から入口ポート111に向かう逆方向の軸方向流F2にして、入口ポート111から入口ポート側ドレイン44に排出されるようにする。
以上の動作により、チャンネル100’の洗浄動作が終了する。以後、同様の粒子分離の動作と洗浄動作を繰り返すことにより、連続して粒子分離を行うことができる。
上述した実施形態では、気泡に加圧エアーを使用したが、これに限らず他の気体を用いてもよい。例えば、嫌気性のサンプルを用いる場合は、窒素ガスを使用してもよい。
また、塩素ガスなど殺菌性ガスの気泡を用いることにより、洗浄の際に、殺菌を兼ねてもよい。
10a: クロスフロー方式フィールドフローフラクショネーション装置(FFFF装置)
11: 3ポートバルブ
12、12a、12b: 6ポートバルブ
13: 送液ポンプ
14: サンプル導入ポート側電磁弁
15: 入口ポート側電磁弁
16: 出口ポート側切換弁(ドレイン流路切換バルブ)
16a: 出口ポート側切換弁
17: 検出器
18: サンプル導入部側ドレイン
19: 出口ポート側ドレイン
20: 制御部
21: サンプル流路
22: エアー流路
23: インジェクション流路
24: サンプルループ
25: キャリア流路
26: サンプル導入流路
27: ドレイン流路
31: 入口ポート側電磁弁
32: クロスフロー用電磁弁
33: 入口ポート接続流路
41: 出口ポート側電磁弁
43: 入口ポート側切換弁(ドレイン流路切換バルブ)
44: 入口ポート側ドレイン
50: キャリア流路
51: インジェクション流路
52: 気泡ループ
53: 気泡導入流路
54: 排出流路
55: 出口ポート接続流路
100、100’、100a、100b: チャンネル
101: 底面
102、102’: 上面
110: メンブレイン
111: 入口ポート
112: サンプル導入ポート
113: 出口ポート
A: サンプル
B: 加圧エアー
C: キャリア
D、E: サンプル・気泡導入部
F: サンプル導入部
G: 気泡導入部
Claims (7)
- キャリア流体透過性部材で形成された底面、底面に対向する上面、および、側面で囲まれ、分離対象の粒子群については非透過でキャリア流体については透過可能なメンブレインが底面上に配設されたチャンネルと、
チャンネルの上流側に設けられキャリア流体をチャンネル内に送給するための入口ポートと、
入口ポート近傍で入口ポートよりチャンネルの下流側に別設されまたは入口ポートによって兼用され、分離対象の粒子群を含むサンプルを導入するためのサンプル導入ポートと、
チャンネルの下流側に設けられチャンネル内を流れた流体を送出するための出口ポートとからなり、
少なくとも入口ポートからキャリア流体を送給することにより、チャンネル内を出口ポートに向かう軸方向流を生成するとともに、チャンネル内を流れるキャリア流体の一部がメンブレインを透過して底面から外部に流出するようにして軸方向流と交差する方向に流れるクロスフローを生成し、サンプル導入ポートから導入された粒子群を、軸方向流およびクロスフローにより分離して出口ポートから送出するフィールドフローフラクショネーション装置において、
チャンネル内に気泡を導入するための気泡導入バルブを入口ポート、サンプル導入ポート、出口ポートに接続される流路のうちのいずれかの流路上に備えるとともに、気泡がチャンネル内に導入された際にチャンネル内を気泡が移動するようにキャリア流体を送る気泡移動制御手段を備えたことを特徴とするフィールドフローフラクショネーション装置。 - チャンネルの上面がキャリア流体透過性部材で構成され、キャリア流体を入口ポートから送給するとともに上面からも面状に送給することを特徴とする請求項1に記載のフィールドフローフラクショネーション装置。
- 入口ポート、サンプル導入ポートのいずれかに接続される流路上に気泡導入バルブが接続されるとともに、出口ポートに接続される流路上に気泡を含む流体を排出するためのドレイン流路を接続するドレイン流路切換バルブを備えたことを特徴とする請求項1に記載のフィールドフローフラクショネーション装置。
- 出口ポートに接続される流路上に気泡導入バルブが接続されるとともに、入口ポート、サンプル導入ポートのいずれかに接続される流路上に気泡を含む流体を排出するためのドレイン流路を接続するドレイン流路切換バルブを備えたことを特徴とする請求項1に記載のフィールドフローフラクショネーション装置。
- サンプル導入ポートに接続される流路には、サンプルをチャンネル内に導入するためのサンプル導入バルブが設けられ、サンプル導入バルブが気泡をチャンネル内に導入する気泡導入バルブを兼ねることを特徴とする請求項1に記載のフィールドフローフラクショネーション装置。
- 気泡導入バルブから加圧された気泡が供給されることを特徴とする請求項1に記載のフィールドフローフラクショネーション装置。
- 気泡導入バルブから供給される気泡が殺菌性ガスの気泡であることを特徴とする請求項1に記載のフィールドフローフラクショネーション装置。
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