JP2010004753A - Electrode unit for separating cell and cell separation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞分離用電極ユニットおよび細胞分離装置に関するものである。 The present invention relates to an electrode unit for cell separation and a cell separation device.
従来、平面状に配置された電極によって、該電極の周囲に高周波不平等電界を形成し、該高周波不平等電界中を通過する細胞に作用する誘電泳動力の大きさによって細胞を種別毎に分離する細胞分離装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a high-frequency unequal electric field is formed around the electrodes by electrodes arranged in a plane, and the cells are separated by type according to the magnitude of the dielectrophoretic force acting on the cells passing through the high-frequency unequal electric field. A cell separation device is known (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の細胞分離装置は、電極を平面状に配列しており、分離能力を高めるためにはその平面上における面積を広げる必要がある。特に、誘電泳動力が作用する電極からの距離は500μm程度であるために、従来の細胞分離装置は、装置が極めて薄くならざるを得ないという不都合がある。
However, the cell separation device of
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、面積を確保して分離能力を高めつつ、体積を小さくコンパクトに構成することができる細胞分離用電極ユニットおよび細胞分離装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a cell separation electrode unit and a cell separation device that can be configured to be small and compact while ensuring an area and enhancing separation performance. It is an object.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、細胞懸濁液を流通させる流路内に配置され、流通方向に軸方向を一致させ、かつ、軸方向に略平行間隔をあけて交互に極性を異ならせて配置された複数の環状の電極を備える細胞分離用電極ユニットを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention is arranged in a flow path for circulating a cell suspension, the axial direction coincides with the flow direction, and a plurality of polarities alternately arranged at substantially parallel intervals in the axial direction An electrode unit for cell separation comprising an annular electrode is provided.
本発明によれば、流路内に配置された状態で隣接する電極間に高周波電圧を加えることにより、各電極回りに強度が変化する高周波不平等電界が形成される。この状態で、流路内に細胞懸濁液を流通させると、細胞懸濁液内の細胞には、その誘電泳動特性に基づく大きさおよび符号の誘電泳動力が作用する。環状の電極により囲まれた空間には、その中心に向かって傾度が低くなる高周波不平等電界が形成されるので、負の誘電泳動特性を有する細胞は、誘電泳動力によって電極の中心に向かって引き寄せられ、流路の中央領域に沿って流動させられる。一方、正の誘電泳動特性を有する細胞は、電極に引き寄せられて、流路の外側領域に沿って流動させられる。これにより、細胞懸濁液内の細胞が、その誘電泳動特性に基づいて分離される。 According to the present invention, a high frequency unequal electric field whose intensity changes around each electrode is formed by applying a high frequency voltage between adjacent electrodes while being arranged in the flow path. In this state, when the cell suspension is circulated in the flow path, a dielectrophoretic force having a size and a sign based on the dielectrophoretic characteristics acts on the cells in the cell suspension. In the space surrounded by the annular electrode, a high-frequency unequal electric field with a lower gradient toward the center is formed, so that cells having negative dielectrophoretic characteristics move toward the center of the electrode by the dielectrophoretic force. It is drawn and allowed to flow along the central region of the flow path. On the other hand, cells having positive dielectrophoretic properties are attracted to the electrode and flow along the outer region of the channel. Thereby, the cells in the cell suspension are separated based on their dielectrophoretic properties.
この場合において、本発明によれば、電極を環状に形成することで、従来の平面状に形成された電極と比較して、空間を有効に利用することができ、小さい体積で面積を確保して、装置のコンパクト化を図りながら、分離能力を高めることができる。 In this case, according to the present invention, by forming the electrode in an annular shape, it is possible to effectively use the space and secure an area with a small volume as compared with the conventional flat electrode. Thus, the separation capability can be enhanced while the device is made compact.
上記発明においては、前記環状の電極が径方向に間隔をあけて複数配置されていてもよい。
このようにすることで、径方向に間隔をあけて配置された環状の電極に異なる周波数の高周波電圧を加えて、異なる高周波不平等電界を形成し、それぞれ誘電泳動特性の異なる細胞を引き寄せることができる。これにより、径方向の中央の流路、その外側の管状の流路に誘電泳動特性の異なる細胞を集めることができ、細胞懸濁液内の細胞をさらに細かく分離することができる。
In the above invention, a plurality of the annular electrodes may be arranged at intervals in the radial direction.
By doing this, it is possible to apply high frequency voltages of different frequencies to the annular electrodes arranged in the radial direction to form different high frequency unequal electric fields and attract cells with different dielectrophoretic characteristics. it can. Thereby, cells having different dielectrophoretic characteristics can be collected in the central flow path in the radial direction and the tubular flow path outside thereof, and the cells in the cell suspension can be further finely separated.
また、本発明は、細胞懸濁液を流通させる流路内に配置され、流通方向に軸方向を一致させ、かつ、軸方向に沿って周方向に略平行間隔をあけて交互に極性を異ならせて管状に配列された複数の直線状の電極を備える細胞分離用電極ユニットを提供する。 Further, the present invention is arranged in a flow path for circulating the cell suspension, and the axial direction is made coincident with the flow direction, and the polarities are alternately different at substantially parallel intervals in the circumferential direction along the axial direction. An electrode unit for cell separation comprising a plurality of linear electrodes arranged in a tubular shape is provided.
本発明によれば、流路内に配置された状態で隣接する電極間に高周波電圧を加えることにより、各電極回りに強度が変化する高周波不平等電界が形成される。この状態で、流路内に細胞懸濁液を流通させると、細胞懸濁液内の細胞には、その誘電泳動特性に基づく大きさおよび符号の誘電泳動力が作用する。管状に配列された直線状の電極により囲まれ他空間には、その中心に向かって傾度が高くなる高周波不平等電界が形成されるので、正の誘電泳動特性を有する細胞は、誘電泳動力によって電極の中心に向かって引き寄せられる。一方、負の誘電泳動特性を有する細胞は、電極の隙間から半径方向外方に流れる。これにより、細胞懸濁液内の細胞が、その誘電泳動特性に基づいて分離される。 According to the present invention, a high frequency unequal electric field whose intensity changes around each electrode is formed by applying a high frequency voltage between adjacent electrodes while being arranged in the flow path. In this state, when the cell suspension is circulated in the flow path, a dielectrophoretic force having a size and a sign based on the dielectrophoretic characteristics acts on the cells in the cell suspension. A high-frequency unequal electric field is formed in the other space surrounded by the linear electrodes arranged in a tubular shape, and the gradient increases toward the center of the other spaces. It is drawn toward the center of the electrode. On the other hand, cells having negative dielectrophoretic characteristics flow radially outward from the gaps between the electrodes. Thereby, the cells in the cell suspension are separated based on their dielectrophoretic properties.
この場合においても、直線状の電極を周方向に間隔をあけて管状に配列することで、従来の平面状に形成された電極と比較して、空間を有効に利用することができ、小さい体積で面積を確保して、装置のコンパクト化を図りながら、分離能力を高めることができる。 Even in this case, by arranging the linear electrodes in a tubular shape with an interval in the circumferential direction, it is possible to effectively use the space and to reduce the volume as compared with the conventional electrodes formed in a planar shape. Thus, it is possible to increase the separation capability while securing an area and reducing the size of the apparatus.
上記発明においては、前記管状に配列された電極が径方向に間隔をあけて複数配置されていてもよい。
このようにすることで、径方向に間隔をあけて配置された直線状の電極に異なる周波数の高周波電圧を加えて、異なる高周波不平等電界を形成し、それぞれ誘電泳動特性の異なる細胞を引き寄せることができる。これにより、径方向の中央近傍の流路、その外側の各電極に対応する半径方向位置近傍の環状の流路に、誘電泳動特性の異なる細胞を集めることができ、細胞懸濁液内の細胞をさらに細かく分離することができる。
In the above-described invention, a plurality of the electrodes arranged in the tubular shape may be arranged at intervals in the radial direction.
By doing so, high frequency voltages of different frequencies are applied to linear electrodes arranged at intervals in the radial direction to form different high frequency unequal electric fields and attract cells with different dielectrophoretic characteristics. Can do. As a result, cells having different dielectrophoretic characteristics can be collected in a flow path near the center in the radial direction and an annular flow path in the vicinity of the radial position corresponding to each of the outer electrodes. Can be further finely separated.
また、本発明は、細胞懸濁液を流通させる流路と、該流路内に配置された上記いずれかの細胞分離用電極ユニットとを備える細胞分離装置を提供する。
本発明によれば、電極間に高周波電圧を加えた状態で流路に細胞懸濁液を流通させると、環状の電極の周囲に高周波不平等電界が形成されるので、電極近傍を通過する細胞には、その誘電泳動特性に応じた誘電泳動力が作用する。これにより、環状の電極内に留められる細胞と、電極間の隙間を貫通して電極の外側に流れ出す細胞とが発生し、細胞懸濁液内の細胞を誘電泳動特性に応じて分離することが可能となる。
The present invention also provides a cell separation apparatus comprising a flow path for circulating a cell suspension and any one of the cell separation electrode units disposed in the flow path.
According to the present invention, when a cell suspension is circulated through the flow path with a high frequency voltage applied between the electrodes, a high frequency unequal electric field is formed around the annular electrode, so that cells passing near the electrode A dielectrophoretic force in accordance with the dielectrophoretic characteristics acts on. As a result, cells that are retained in the annular electrode and cells that flow through the gap between the electrodes and flow outside the electrode are generated, and the cells in the cell suspension can be separated according to the dielectrophoretic characteristics. It becomes possible.
本発明によれば、面積を確保して分離能力を高めつつ、体積を小さくコンパクトに構成することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the volume can be reduced and the configuration can be made compact while securing the area and increasing the separation capability.
以下、本発明の第1の実施形態に係る細胞分離用電極ユニットおよび細胞分離装置について、図1〜図4を参照して説明する。
本実施形態に係る細胞分離装置1は、図1および図2に示されるように、細胞懸濁液を貯留する容器2と、該容器2に接続された流路3と、流路3内に配置された細胞分離用電極ユニット4と、流路3を流通してきた細胞を回収する細胞回収部5とを備えている。
Hereinafter, an electrode unit for cell separation and a cell separation device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
容器2には、例えば、ヒトから採取した脂肪組織を消化酵素液とともに攪拌することにより単離させた脂肪由来細胞を含む細胞懸濁液が貯留されている。
流路3は、円管状に形成されている。
In the
The
細胞分離用電極ユニット4は、図3に示されるように、ワイヤを加工することにより、円筒の籠状に形成された電極体4Aと、該電極体4Aに高周波電圧を加える電圧供給部4Bを備えている。電極体4Aは、流路の長手方向に間隔をあけて複数配列された円環状の環状電極6と、周方向に間隔をあけて複数配列され、円環状の電極を相互に連結する直棒状の棒状電極7とから構成されている。環状電極6の径寸法は直径約1mmである。隣接する環状電極6間の距離および隣接する棒状電極7間の距離は約100μmである。
As shown in FIG. 3, the cell
電圧供給部4Bは、電極体4Aの隣接する環状電極6どうしおよび棒状電極7どうしに、それぞれ、異なる極性の高周波電圧を加え、各電極6,7から離れるに従って徐々に電位傾度が小さくなる高周波不平等電解を形成するようになっている。
電極体4Aに加えられる高周波電圧の周波数としては、分離したい細胞の誘電泳動特性に合わせて、正の誘電泳動特性または負の誘電泳動特性が大きくなる周波数が選択されるようになっている。
The
As a frequency of the high frequency voltage applied to the
例えば、第1の細胞は、一の周波数において大きな負の誘電泳動特性を有し、第2の細胞は、同じ周波数において大きな正の誘電泳動特性を有するような周波数が選択されることが好ましい。あるいは、第1の細胞は第1の周波数において大きな負の誘電泳動特性を有するが第2の周波数においては小さな誘電泳動特性しか有さず、第2の細胞は第1の周波数においては小さな誘電泳動特性しか有しないが第2の周波数においては大きな正の誘電泳動特性を有するような周波数が選択できる場合には両方の周波数を含む高周波電圧を加えることが好ましい。 For example, it is preferable that the first cell has a large negative dielectrophoretic characteristic at one frequency and the second cell is selected such that it has a large positive dielectrophoretic characteristic at the same frequency. Alternatively, the first cell has a large negative dielectrophoretic characteristic at the first frequency but a small dielectrophoretic characteristic at the second frequency, and the second cell has a small dielectrophoretic characteristic at the first frequency. In the case where a frequency having only a characteristic but having a large positive dielectrophoretic characteristic can be selected at the second frequency, it is preferable to apply a high frequency voltage including both frequencies.
細胞回収部5は、流路3の下流の半径方向の中央部分と、周縁部分とにそれぞれ接続された回収容器8,9を備えている。各回収容器8,9によって、流路3の半径方向の中央近傍を流動してきた細胞懸濁液および流路3の周縁の電極体4A近傍を流動してきた細胞懸濁液をそれぞれ別々に回収することができるようになっている。
The
このように構成された本実施形態に係る細胞分離用電極ユニット4および細胞分離装置1の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る細胞分離装置1を用いて、細胞懸濁液内に含まれる細胞を分離するには、容器2内に細胞懸濁液を収容しておき、細胞分離用電極ユニット4の電圧供給部4Bを作動させて電極体4Aに高周波電圧を加えた状態で、容器2内の細胞懸濁液を流路3内に流入させる。
The operation of the cell
In order to separate the cells contained in the cell suspension using the
電極体4Aには、半径方向内方に向かって徐々に傾度が低くなる高周波不平等電界が発生する。したがって、電極体4Aの半径方向内方には、半径方向の中心に向かって漸次傾度が低くなり、中心で最低となる高周波不平等が発生する。
In the
容器2から流路3を介して細胞分離用電極ユニット4の電極体4A内に流入した細胞懸濁液の内、加えられた高周波電圧の周波数において正の誘電泳動特性を有する細胞S1は、図4に塗りつぶされた円で示されるように、電位傾度の高くなる方向、すなわち、電極体4Aに近接する方向に引き寄せられるように半径方向外方に移動する。逆に、加えられた高周波電圧の周波数において負の誘電泳動特性を有する細胞S2は、図4に白抜きの円で示されるように、電極体4Aから離れて電極体4Aの半径方向の中心位置近傍に保持される。
Of the cell suspension that has flowed from the
これにより、流路3の径方向の中央に負の誘電泳動特性を有する細胞S1を多く含む細胞懸濁液が流動し、流路3の径方向の外周側に配置された電極体4Aの近傍には、正の誘電泳動特性を有する細胞S2を多く含む細胞懸濁液が流動するようになる。
細胞分離用電極ユニット4の電極体4Aの下流側には、半径方向の中央と外周とにそれぞれ回収容器8,9が接続されているので、それぞれの回収容器8,9には、異なる誘電泳動特性を有する細胞S1,S2がそれぞれ別々に回収されることになる。
As a result, a cell suspension containing a large amount of cells S1 having negative dielectrophoretic characteristics flows in the center of the
Since the
この場合において、本実施形態に係る細胞分離用電極ユニット4および細胞分離装置1によれば、電極体4Aを円筒の籠状に形成することで、従来の平面状に形成された電極と比較して、空間を有効に利用することができ、小さい体積で面積を確保して、装置のコンパクト化を図りながら、分離能力を高めることができるという利点がある。
In this case, according to the cell
次に、本発明の第2の実施形態に係る細胞分離用電極ユニット4’および細胞分離装置1’について、図5を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る細胞分離用電極ユニット4および細胞分離装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
Next, a cell
In the description of the present embodiment, the same reference numerals are given to the portions having the same configurations as those of the cell
本実施形態に係る細胞分離用電極ユニット4’は、図5に示されるように、半径寸法の異なる円筒の籠状の2つの電極体4A,4A’を備えている。2つの電極体4A,4A’は、各電極体4A,4A’を構成する環状電極6,6’の径寸法が異なるもので、半径方向に間隔をあけて同軸に配置され、2重管状に形成されている。
As shown in FIG. 5, the cell
これにより、流路3内には、内側の電極体4A’によって囲まれる第1の流路3Aと、その外側に配置され、2つの電極体4A,4A’によって囲まれる円管状の第2の流路3Bとが形成されている。容器2は第1の流路3Aに接続されており、容器2から流動してくる細胞懸濁液は、全て第1の流路3Aに流入させられるようになっている。
Thereby, in the
2つの電極体4A,4A’には、電圧供給部4Bによって隣接する環状電極6,6’および棒状電極7,7’に、それぞれ、異なる極性の高周波電圧が加えられ、各電極6,6’,7,7’から離れるに従って徐々に電位傾度が小さくなる高周波不平等電解が形成されるようになっている。また、2つの電極体4A,4A’には、異なる周波数の高周波電圧が加えられるようになっている。
電極体4A,4A’に加えられる高周波電圧の周波数としては、分離したい細胞の誘電泳動特性に合わせて、正の誘電泳動特性または負の誘電泳動特性が大きくなる周波数が選択されるようになっている。
The two
As the frequency of the high frequency voltage applied to the
例えば、第1の細胞は、第1の周波数において大きな負の誘電泳動特性を有するが第2の周波数においては小さな誘電泳動特性しか有さず、第2の細胞は、同じ第1の周波数において大きな正の誘電泳動特性を有するが第2の周波数においては小さな誘電泳動特性しか有さず、第3の細胞は、第1の周波数においては小さな誘電泳動特性しか有しないが第2の周波数においては大きな正の誘電泳動特性を有するような周波数が選択されることが好ましい。 For example, a first cell has a large negative dielectrophoretic characteristic at a first frequency but a small dielectrophoretic characteristic at a second frequency, and a second cell is large at the same first frequency. Has positive dielectrophoretic properties but only small dielectrophoretic properties at the second frequency, and the third cell has small dielectrophoretic properties at the first frequency but large at the second frequency. Preferably, a frequency is selected that has positive dielectrophoretic properties.
細胞回収部5は、流路3の半径方向の中央の下流と、2つの電極体4A,4A’の配されている半径方向位置の下流とにそれぞれ接続された3つの回収容器8,9を備えている。各回収容器8,9によって、流路3の半径方向の中央近傍を流動してきた細胞懸濁液および各電極体4A,4A’の近傍を流動してきた細胞懸濁液をそれぞれ別々に回収することができるようになっている。
The
このように構成された本実施形態に係る細胞分離装置1’の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る細胞分離装置1’を用いて、細胞懸濁液内に含まれる細胞を分離するには、容器2内に細胞懸濁液を収容しておき、細胞分離用電極ユニット4の電圧供給部4Bに高周波電圧を加えた状態で、容器2内の細胞懸濁液を流路内に流入させる。
The operation of the
In order to separate the cells contained in the cell suspension using the
2つの電極体4A,4A’には、それぞれ半径方向内方に向かって徐々に傾度が低くなる高周波不平等電界が発生する。したがって、内側の電極体4Aの半径方向内方には、半径方向の中心に向かって漸次傾度が低くなり、中心で最低となる高周波不平等が発生する。
A high-frequency unequal electric field is generated in the two
また、2つの電極体に4A,4A’は、それぞれ異なる周波数の高周波電圧が加えられ、異なる高周波不平等電界が発生する。
容器2から細胞分離用電極ユニット4の内側の電極体4Aの半径方向内方に流入した細胞懸濁液の内、電極体4Aに加えられた高周波電圧の第1の周波数および/または第2の周波数において正の誘電泳動特性を有する細胞は、電位傾度の高くなる方向、すなわち、2つの電極体4A,4A’にそれぞれ近接する方向に引き寄せられるように半径方向外方に移動する。
In addition, high frequency voltages of different frequencies are applied to the two
Of the cell suspension that has flowed inward in the radial direction of the
逆に、電極体4A,4A’に加えられた高周波電圧の第1の周波数および/または第2の周波数において負の誘電泳動特性を有する細胞S1は、電極体4A,4A’から離れて電極体4A,4A’の半径方向の中心位置近傍に保持される。
さらに、内側の電極体4Aに加えられた高周波電圧の第1の周波数において大きな正の誘電泳動特性を有するが、外側の電極体4A’に加えられた高周波電圧の第2の周波数においては小さい誘電泳動特性しか有しない細胞は、内側の電極体4A近傍の位置に保持される。
Conversely, the cells S1 having negative dielectrophoretic characteristics at the first frequency and / or the second frequency of the high-frequency voltage applied to the
Furthermore, it has a large positive dielectrophoretic characteristic at the first frequency of the high-frequency voltage applied to the
さらに、外側の電極体に加えられた高周波電圧の第2の周波数において大きな正の誘電泳動特性を有するが、内側の電極体4Aに加えられた高周波電圧の第1の周波数においては小さい誘電泳動特性しか有しない細胞は、内側の電極体4Aを透過して外側の電極体4A’近傍の位置に保持される。
Furthermore, it has a large positive dielectrophoretic characteristic at the second frequency of the high frequency voltage applied to the outer electrode body, but has a small dielectrophoretic characteristic at the first frequency of the high frequency voltage applied to the
これにより、流路3の径方向の中央に負の誘電泳動特性を有する細胞を多く含む細胞懸濁液が流動し、2つの電極体4A,4A’近傍には、異なる周波数において正の誘電泳動特性を有する細胞を多く含む細胞懸濁液がそれぞれ流動するようになる。
細胞分離用電極ユニット4’の電極体4A,4A’の下流側には、半径方向の中央と各電極体4A,4A’の下流位置にそれぞれ回収容器8,9が接続されているので、それぞれの回収容器8,9には、異なる誘電泳動特性を有する細胞がそれぞれ別々に回収されることになる。
As a result, a cell suspension containing a large number of cells having negative dielectrophoretic properties flows in the center of the
The
すなわち、本実施形態に係る細胞分離用電極ユニット4’および細胞分離装置1’によれば、負の誘電泳動特性を有する細胞を流路3の半径方向の中央位置近傍に集めるとともに、異なる正の誘電泳動特性を有する細胞を2つの電極体4A,4A’の半径方向位置近傍に集めるので、細胞懸濁液をさらに細かく分離することができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、電極体4A,4A’の数が2つの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、3以上の電極体を有することにしてもよい。
That is, according to the cell
In the present embodiment, the case where the number of
また、上記各実施形態においては、電極体4A,4A’として、軸方向に間隔をあけて複数配列された環状電極6,6’および周方向に間隔をあけて複数配列された棒状電極7,7’の両方を有する場合について説明したが、これに代えて、いずれか一方の電極6’,6,7,7’を有することにしてもよい。
In each of the above embodiments, as the
1,1’ 細胞分離装置
3 流路
3A 第1の流路
3B 第2の流路
4,4’ 細胞分離用電極ユニット
5 細胞回収部
6,6’ 環状電極(電極)
7,7’ 棒状電極(電極)
DESCRIPTION OF
7,7 'Rod electrode (electrode)
Claims (6)
該流路内に配置された請求項1から請求項4のいずれかに記載の細胞分離用電極ユニットとを備える細胞分離装置。 A flow path for circulating the cell suspension;
A cell separation apparatus comprising the cell separation electrode unit according to any one of claims 1 to 4 disposed in the flow path.
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