JP2009072083A - 細胞分離器 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成でありながら、血液などの細胞含有液体中に含まれる特定の成分を瞬時に分離することができる細胞分離器１を提供する。
【解決手段】動植物又は微生物の細胞を含有する細胞含有液体に接触する開口部と、前記開口部に連通して設けられ、前記開口部に接触した細胞含有液体から所定値より小さい成分を毛細管現象により内部に導入して分離する成分分離部１Ｂと、を具備する。
【選択図】図１
【解決手段】動植物又は微生物の細胞を含有する細胞含有液体に接触する開口部と、前記開口部に連通して設けられ、前記開口部に接触した細胞含有液体から所定値より小さい成分を毛細管現象により内部に導入して分離する成分分離部１Ｂと、を具備する。
【選択図】図１
Description
本発明は、動植物の細胞又は微生物を含有する細胞等含有液体から、特定の成分を分離する細胞分離器に関するものである。
例えば血液中に含まれる血球成分（赤血球、白血球、血小板）と血漿成分（水分、血漿蛋白質）とに分類する場合、遠心分離により行うことが一般的に行われている。
しかし、当然のことながら遠心分離機を用いる必要があり、それら成分の分離に長時間必要であるという問題がある。また、遠心分離機の各操作が手間であるという問題もある。
また、特許文献１に示すように、フィルタを用いて血液中から上記各成分を分離する方法がある。
しかし、フィルタを通過させるためにはシリンジポンプ等により圧力をかける必要がある。さらに、重力を用いて自然に分離する方法もあるが、非常に時間がかかってしまう。
さらに、上記の分離方法では、多くのサンプル量が必要となってしまうという問題もある。これは、大量採取が困難なサンプルを用いる場合には、特に問題となる。
特開２００５−０００８０２号公報
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、簡単な構成でありながら、血液などの細胞含有液体中に含まれる特定の成分を瞬時に分離することができる細胞分離器を提供することをその主たる所期課題とするものである。
すなわち本発明に係る細胞分離器は、動植物の細胞及び／又は微生物を含有する細胞等含有液体に接触する開口部と、前記開口部に連通して設けられ、前記開口部に接触した細胞等含有液体から所定の大きさよりも小さい成分である分離対象成分を毛細管現象により内部に導入して分離する成分分離部と、を具備することを特徴とする。ここで、所定の大きさよりも小さい成分とは、所定の物理的な大きさが小さい成分をいい、例えば直径が所定値よりも小さい成分をいう。
このようなものであれば、開口部に細胞含有液体を接触させるだけで、毛細管現象によりその細胞含有液体を内部に導入することができるので、外部動力、配管等を用いることなく、細胞分離器の構成を簡単にすることができる。また、毛細管現象により分離対象成分のみが成分分離部に導入されるので、簡単、確実且つ瞬時に自動的に分離することができる。さらに、毛細管現象を利用しているので、サンプル量を少量にすることができる。
前記成分分離部の具体的な実施の態様としては、前記成分分離部が、対向する２つの平面を有し、当該平面間の間隙の幅が前記所定の大きさであることが好ましい。これならば、平面間の間隙の幅を所定値に設定するだけで、所定値よりも大きい成分である非分離対象成分の流入を物理的に防ぐことができる。また、成分分離部の構成を簡単にすることができる。
具体的には、前記細胞等含有液体が、血液であり、前記成分分離部が、前記血液から血漿成分を毛細管現象より分離するものが挙げられる。血液から血漿成分を分離するには、前記平面間の間隙の幅を１μｍ〜２μｍとする。
例えば成分分離部の間隙の機械的寸法精度にばらつきがある場合においても、精度良く分離可能とするためには、前記成分分離部の内面に疎水性領域が形成されていることが望ましい。例えば血液から血漿成分のみを分離する場合において、寸法精度のばらつきにより、成分分離部に血球成分が流入しても、血球成分が疎水性領域に吸着されて捕集され、血漿成分のみが分離されることになる。
各領域の具体的な実施の態様としては、前記前記疎水性領域がパターン化して形成されていることが望ましい。
このように構成した本発明によれば、簡単な構成でありながら、血液などの細胞含有液体中に含まれる特定の成分を瞬時に分離することができる細胞分離器を提供することができる。
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態に係る細胞分離器１の斜視図であり、図２は細胞分離器１の断面図であり、図３は親水性領域１１１ａ及び疎水性領域１１１ｂのパターンＰを示す部分拡大図であり、図４は細胞分離器１の製造方法を示す図である。
＜装置構成＞
本実施形態に係る細胞分離器１は、細胞等含有液体である人の血液から血漿成分を分離するいわゆる血漿分離器である。
具体的にこのものは、図１及び図２に示すように、血液に接触する接触開口部１Ａと、前記接触開口部１Ａに連通して設けられ、前記接触開口部１Ａに接触した血液中の血漿成分を毛細管現象により内部に導入して、血球成分と血漿成分とを分離する成分分離部１Ｂと、前記成分分離部１Ｂにより分離された血漿成分を取り出すための採取開口部１Ｃと、を備えている。
なお、血漿成分は、水分及び血漿蛋白質等を含む成分であり、所定の大きさ（本実施形態では１μｍ〜２μｍ）よりも小さい分離対象成分である。また、血球成分は、赤血球、白血球及び血小板を含む成分であり、前記所定の大きさ（１μｍ〜２μｍ）よりも大きい非分離対象成分である。
成分分離部１Ｂは、物理的な大きさが所定値以下の成分を物理的に分離するものであり、互いにほぼ並行に対向する面１１１１、１２ａを有する（図２参照）。本実施形態の対向する面１１１１、１２ａの間隙の幅は、非分離対象成分である血球成分（赤血球、白血球及び血小板）の大きさよりも小さく設定され、分離対象成分である血漿成分を物理的に分離可能な大きさに設定されている。
具体的には、対向する面１１１１、１２ａの間隙の幅は、血球成分の物理的な大きさ（直径）よりも小さい１μｍ〜２μｍに設定されている。
そして、成分分離部１Ｂは、平面視において矩形状の凹部１１１が形成された本体部材１１と、当該本体部材１１上に接合され、前記溝凹部１１１の中腹部分を被覆するカバー部材１２とから形成されている。
そして、本体部材１１及びカバー部材１２を接合することにより、凹部１１１の両端に形成された開口の一方を接触開口部１Ａとしている。この接触開口部１Ａは、凹部１１１の幅と同じ幅を有する長孔であり、毛細管現象により血漿成分が成分分離部１Ｂに流入する際に、血液中の血球成分が開口部１Ａの一部に詰まっても、血漿成分の流入を妨げることがない。
このように凹部１１１の両端に形成された開口の一方を接触開口部１Ａとしているので、本体部材１１及びカバー部材１２に開口部１Ａを構成する孔を設ける必要がなく、製作を簡単にすることができる。
また、本体部材１１及びカバー部材１２を接合した状態において、本体部材１１の凹部１１１の底面１１１１及び、その底面１１１１と対向するカバー部材１２の平面１２ａとの間隙の幅が１μｍ〜２μｍとなる。
本実施形態の本体部材１１は矩形状のシリコン基板であり、カバー部材１２は矩形状のガラス基板である。
また、凹部１１１の底面１１１１には、図１及び図２に示すように、親水性領域１１１ａ及び疎水性領域１１１ｂからなるパターンＰが形成されている。
具体的には、図３に示すように、血漿成分が毛細管現象により進行する方向（図３中の矢印方向）にほぼ垂直となるように、帯状の親水性領域１１１ａ及び帯状の疎水性領域１１１ｂがそれぞれ等間隔となるように交互に形成されている。
詳細には、親水性領域１１１ａは１００μｍ幅で形成され、その親水性領域１１１ａの間に挟まれるように、疎水性領域１１１ｂが５０μｍ幅で形成されている。また、親水性領域１１１ａ及び疎水性領域１１１ｂは、成分分離部１Ｂの幅方向（毛細管現象により進行方向と垂直な方向）全体に形成されている。つまり、前記各領域１１１ａ、１１１ｂは、凹部１１１の底面１１１１の幅方向全体にわたって形成されている。
このように、毛細管現象による進行方向とほぼ垂直に疎水性領域１１１ｂが形成されているので、毛細管現象により流入した液体は、必ず疎水性領域１１１ｂ上を通過し、仮に血球成分が成分分離部１Ｂ内に流入したとしても、流入する過程において、血球成分は疎水性領域１１１ｂに吸着されて捕集されるので、血漿成分のみを確実に分離することができる。
なお、本実施形態の親水性領域１１１ａの幅は１００μｍであり、疎水性領域１１１ｂの幅は５０μｍであるが、これに限られない。しかしながら、血球成分のうち赤血球の大きさが約８μｍであることから、疎水性領域１１１ｂの幅は、それ以上の幅を有することが有効である。この幅を広げすぎると毛細管現象の効果が低下して分離時間が長くなることが考えられ、最悪の場合、毛細管現象が生じない恐れがある。
＜製造方法＞
次に本実施形態の細胞分離器１（血漿分離器）の製造方法について、図４を参照して説明する。
例えば厚さ５００μｍのシリコン基板１１にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィを用いてパターニングを行う（図４（ａ））。
次に、前記フォトレジストをマスクにして、ドライエッチング装置を用いて、シリコン基板１１のエッチングを行い、凹部１１１を形成する（図４（ｂ））。このとき、凹部１１１の深さは、１μｍ〜２μｍである。
そして、フォトレジストを除去し、シリコン基板１１を熱酸化して、シリコン基板１１表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成する（図４（ｃ））。このシリコン酸化膜の厚さは約５０ｎｍである。
次に、凹部１１１に形成されたシリコン酸化膜を除去するために、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィを用いてパターニングを行う（図４（ｄ））。
次に、前記フォトレジストをマスクにして、ドライエッチング装置を用いて、シリコン酸化膜のエッチングを行い（図４（ｅ））、フォトレジストを除去する。これにより、凹部１１１の底面１１１１に親水性領域１１１ａ及び疎水性領域１１１ｂのパターンＰが形成される。
以上の処理を行ったシリコン基板１１に、ガラス基板１２を例えば陽極接合によって接合する（図４（ｆ））。
＜血漿分離方法＞
次に本実施形態の細胞分離器１を用いて血液から血漿成分を分離する方法について説明する。
まず、細胞分離器１の接触開口部１Ａに血液を滴下する。
そうすると、毛細管現象により血液が接触開口部１Ａから成分分離部１Ｂに自動的に吸い込まれ、成分分離部１Ｂ内に流入する。
このとき、血液中の血球成分（赤血球、白血球及び血小板）は、その直径が約２μｍ以上であることから、間隙が１μｍ〜２μｍである成分分離部１Ｂには流入しない。したがって、血液中の血漿成分のみ成分分離部１Ｂ内に流入する。このようにして、血液から血漿成分のみを分離することができる。
また、本体部材１１への凹部１１１の加工精度や、本体部材１１及びカバー部材１２の接合精度などにより、成分分離部１Ｂの間隙が２μｍ以上となり、血球成分が成分分離部１Ｂ内に入った場合には、凹部１１１の底面１１１１に設けた疎水性領域１１１ｂに血球成分が吸着されて捕集される。これにより、多少加工精度にばらつきがあっても血液から血漿成分を精度良く分離することができる。
分離した血漿は、ＧＯＴ、ＧＴＰ、γ−ＧＴＰ等の肝機能検査項目、血糖、ヘモグロビンＡ１ｃ等の糖尿病検査項目等の生化学分析等に用いることができる。
このように分離した血漿の具体的な分析方法としては、採取開口部１Ｃからポンプ、シリンジ等で吸い出して採取し、その後、測定試薬と混合して吸光度を検出することにより血漿を光学的に分析することが考えられる。
また、対向面１１１１、１２ａのいずれか一方又は両方に測定試料を塗布しておくことも考えられる。そして、細胞分離器１の一方（本体部材１１側）に検査光を照射する光源を設け、他方（カバー部材１２側）に光検出器を設け、細胞分離器１を透過した光を検出する。そして、光検出器の検出信号を処理することにより、血漿成分の吸光度を算出し、血漿の分析を行うことが考えられる。なお、光源及び光検出部を対をなすように複数組設けるようにしても良い。また、そのような光源及び光検出器を備えた分析装置内に細胞分離器１を導入して分析することも考えられる。
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る細胞分離器１によれば、開口部１Ａに血液を接触させるだけで、毛細管現象によってその血液を内部に導入することができるので、外部動力、配管等を用いることなく、細胞分離器１の構成を簡単にすることができる。また、毛細管現象により血漿成分のみが成分分離部１Ｂに導入されるので、簡単、確実且つ瞬時に自動的に血漿成分を分離することができる。また、毛細管現象を利用しているので、血液のサンプル量を少量にすることができる。
また、フィルタ等の細孔を用いた構造でないため、目詰まりを防ぐことができる。その上、細胞分離器１のコンパクト化を可能とすることができる。
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
また、前記実施形態では、細胞等含有液体が人の血液であり、その血液から血漿成分を分離するものであったが、その他、例えば人以外の動植物の細胞を含有する細胞含有液体から特定成分を分離するものであっても良いし、微生物を含有する微生物含有液体から特性成分を分離するものであっても良い。
その上、前記実施形態の親水性領域１１１ａ及び疎水性領域１１１ｂのパターンＰは、毛細管現象による進行方向に垂直に設けられているが、図５に示すように、進行方向に対して垂直方向から所定角度（図５では３０度）傾斜させて設けても良い。この実施形態のものも図３に示したものと同様に、毛細管現象により流入した液体は、必ず疎水性領域１１１ｂ上を通過し、仮に血球成分が成分分離部１Ｂ内に流入したとしても、流入する過程において、血球成分は疎水性領域１１１ｂに吸着されて捕集されるので、血漿成分のみを確実に分離することができる。さらに、疎水性領域１１１ｂを傾斜させている分だけ、液体は成分分離部１Ｂ内を早く流れ、分離に要する時間を短縮することができる。また、図６に示すように、毛細管現象による進行方向にほぼ平行となるように、帯状の親水性領域１１１ａ及び帯状の疎水性領域１１１ｂがそれぞれ等間隔となるように交互に形成しても良い。この場合、液体の成分分離部１Ｂ内での流れが速くなり、分離時間を短縮することができる。
また、前記実施形態では、疎水性領域１１１ｂは、帯状をなすものであったが、短冊状のものを長尺方向に配列して形成しても良いし、湾曲又は屈曲した形状をなすものであっても良い。
さらに、図７に示すように、円形状をなす複数の疎水性領域１１１ｂを互いに離間させて形成しても良い。なお、この場合疎水性領域１１１ｂは円形状に限られず、三角形状、四角形状等の多角形状又は楕円形状などその他の形状をなすものであっても良い。これならば、液体が疎水性領域１１１ｂに接触しやすくなり、血球成分などの非分離対象成分を吸着し易くすることができ、確実に分離することができる。
さらに図８に示すように、毛細管現象による進行方向下流に行くに従って、対をなす２つの疎水性領域１１１ｂの間隔が狭まるようにして形成しても良い。図８において、各疎水性領域１１１ｂは、短冊形状をなすものであるが、その他の形状であって良い。これならば、試料は、下流に行くに従って、疎水性領域１１１ｂの上流側角部に接触しやすくなり、血球成分などの非分離対象成分を吸着し易くすることができ、確実に分離することができる。
その上、疎水性領域１１１ｂを格子状又は千鳥格子状に設けることにより形成しても良いし、また、疎水性領域１１１ｂを、成分分離部１Ｂにおける接触開口部１Ａ側に密に設けるようにしても良い。
また、パターンＰは、カバー部材１２に形成しても良いし、本体部材１１及びカバー部材１２の両方に形成しても良い。
加えて、前記実施形態では、接触開口部１Ａ及び採取開口部１Ｃは、本体部材１１及びカバー部材１２により形成された開口であったが、その他、図９に示すように、本体部材１１又はカバー部材１２に設けた貫通孔としても良い。図９の貫通孔は、血液中の血球成分が成分分離部１Ｂ入り口に詰まっても毛細管現象に影響を与えにくいように、長孔としている。
さらに、前記実施形態では、本体部材１１に凹部１１１を形成したのち、本体部材１１にカバー部材１２を接合して成分分離部１Ｂを形成しているが、その他、本体部材１１とカバー部材１２との間に、スペーサを介して形成することも考えられる。
さらに加えて、前記実施形態では成分分離部１Ｂが、対向する平面１１１１、１２ａを有し、その間隙の幅が１μｍ〜２μｍであったが、その他、非分離対象成分を通過させず、分離対象成分のみを通過させる大きさの断面積を有するものであれば良い。例えば、成分分離部１Ｂが、断面径１μｍ〜２μｍの通路であっても良い。
また、図１０に示すように、本体部材１１に凹溝１１２を設け、本体部材１１及びカバー部材１２を接合して形成しても良い。この細胞分離器１においては、両側端に形成された凹溝１１２の開口が、接触開口部１Ａ及び採取開口部１Ｃとなる。
前記実施形態では、シリコン基板１１及びガラス基板１２から成分分離部１Ｂを形成しているが、これに限定されない。例えば、本体部材１１及びカバー部材１２をアクリル樹脂等の樹脂材料からなる平板を用いても良い。この場合、前記凹部１１１は、射出成形又はインプリント成形を用いて製作する。また、親水性領域１１１ａ及び疎水性領域１１１ｂのパターンＰは、樹脂自体が疎水性を有するため、親水コーティングを行うか、プラズマ処理により親水性を付加することにより形成する。親水コーティングとしては、ヘパリン等の多糖類、ＤＮＡ等のヌクレチド類又は界面活性剤などの化合物をコーティングすることが考えられる。また、本体部材１１及びカバー部材１２の接合には、熱融着又は超音波接合などを用いる。
また、分離と分析を同時に行うための変形例としては、血漿が分離される領域に紛状又は固体の測定試薬を予め塗布することにより、血漿と測定試薬とを反応させ、その反応を光学的又は電気化学的に測定することにより、血漿を分析することが考えられる。
加えて、図１１に示すように、成分分離部１Ｂの内部に測定センサ３を予め作り込んでおき、血漿が流れてくると測定が行われるようにしても良い。なお、図１１中の４は、センサ３に接続され、センサ３からの信号を外部に導くための外部接続端子である。具体的には、測定センサ３が酵素電極などであり、電気化学的測定を行う方法が考えられる。
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
１ ・・・細胞分離器
１Ａ ・・・接触開口部
１Ｂ ・・・成分分離部
１Ｃ ・・・採取開口部
１１ ・・・本体部材
１１１１・・・本体部材の成分分離部を形成する面（凹部の底面）
１２ ・・・カバー部材
１２ａ ・・・カバー部材の成分分離部を形成する面
１Ａ ・・・接触開口部
１Ｂ ・・・成分分離部
１Ｃ ・・・採取開口部
１１ ・・・本体部材
１１１１・・・本体部材の成分分離部を形成する面（凹部の底面）
１２ ・・・カバー部材
１２ａ ・・・カバー部材の成分分離部を形成する面
Claims (5)
- 動植物の細胞及び／又は微生物を含有する細胞等含有液体に接触する開口部と、
前記開口部に連通して設けられ、前記開口部に接触した細胞等含有液体から所定の大きさよりも小さい成分である分離対象成分を毛細管現象により内部に導入して分離する成分分離部と、を具備する細胞分離器。 - 前記成分分離部が、対向する２つの平面を有し、当該平面間の間隙の幅が前記所定の大きさである請求項１記載の細胞分離器。
- 前記細胞等含有液体が、血液であり、
前記成分分離部が、前記血液から血漿成分を毛細管現象より分離するものである請求項１又は２記載の細胞分離器。 - 前記成分分離部の内面に疎水性領域が形成されている請求項１、２又は３記載の細胞分離器。
- 前記疎水性領域がパターン化して形成されている請求項４記載の細胞分離器。
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