JP2011237201A - 微小粒子分取装置、マイクロチップ及びマイクロチップモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】サンプル間のクロスコンタミネーションや高価なフローセルとオリフィス部品の利用を排除して、高速な解析、安全で高速で安価な分取を行うことができる微小粒子分取装置の提供。
【解決手段】微小粒子を含む液体が通流されるサンプル流路１１と、該液体をチップ外の空間に排出するオリフィス１２とが基板層の貼り合わせによって形成され、オリフィス部のサンプル流路１１が基板層間に埋設された微細管の管腔によって構成されたマイクロチップ１と、液体を液滴化して吐出させるための振動素子２と、液滴に電荷を付与する荷電手段と、サンプル流路１１を通流する微小粒子に光を照射して微小粒子から発生する光を検出する光学検出手段３と、液滴の移動方向に沿って対向して配設された対電極４，４と、液滴を回収する二以上の容器５１，５２，５３と、を備える微小粒子分取装置Ａを提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、微小粒子分取装置、マイクロチップ及びマイクロチップモジュールに関する。より詳しくは、マイクロチップに形成された流路を通流する微小粒子の特性をチップ内において検出した後、微小粒子を含む液滴をチップ外に吐出し、微小粒子の特性に基づいて液滴の移動方向を制御して分取する微小粒子分取装置等に関する。
従来、細胞や微生物、リポソームなどの生体関連微小粒子、あるいはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子などの合成粒子などの微小粒子の特性を判別するため、微小粒子の分散液を流路内に導入し、流路内へ導入された微小粒子の特性を光学的に測定する装置が用いられている。
特に生体関連微小粒子については、フローサイトメトリー（フローサイトメータ）と呼ばれる装置が広く用いられている（非特許文献１参照）。フローサイトメトリーには、微小粒子の特性測定のみを目的としたものや、さらに測定結果に基づいて所望の特性を備えた微小粒子のみを分取できるように構成されたものがある。後者のうち、特に細胞を分取対象とした装置を「セルソータ」と呼んでいる。現在、市販されているセルソータでは、毎秒数千〜数万個という高速で細胞の特性を測定し、分取することが可能である。
従来のフローサイトメトリーでは、以下のようにして、細胞やマイクロビーズ等の微小粒子の大きさや構造等の特性を測定している。まず、フローセルにおいて測定対象とする微小粒子を含むサンプル溶液をシース液の層流の中心に流し、フローセル内に微小粒子を一列に配列させる。次に、光学検出部において、フローセル内に配列されて通流する微小粒子に測定光を照射し、微小粒子から生じる散乱光や蛍光を検出して微小粒子の特性を測定する。続いて、微小粒子の分取を行う場合には、サンプル液を、微小粒子を含む液滴としてフローセル外の空間に吐出し、液滴の移動方向を制御して、所望の特性を備えた微小粒子を分取する。
特許文献１（第７図）には、従来のセルソータとして、蛍光標識試薬などで染色された細胞をフローセル内で一列に配列するための流体系と、細胞にレーザー光を照射して散乱光や蛍光を検出するための光学系と、フローセル外の空間に吐出された液滴の移動方向を制御するための分取系と、からなる装置が開示されている。
これら従来のフローサイトメトリー（セルソータ）では、流路系を構成するフローセル部品が高価な石英製であることや、このフローセルとは別体のオリフィス部品から構成されており、使用者が簡単に使い捨て可能な構成とされていない。そのため、測定の都度にフローセル部品やオリフィス部品を十分に洗浄しても、測定間でのサンプルのクロスコンタミネーションが生じるおそれがあった。このようなサンプル間のクロスコンタミネーションや高価なフローセルとオリフィス部品の利用は、特に、セルソータによって分取した幹細胞等を再生医療に用いるような場合には大きな障害となっている。
サンプル間のクロスコンタミネーションや高価なフローセルとオリフィス部品の利用を解決するための技術として、近年、シリコンやガラス製の基板上に化学的及び生物学的分析を行うための領域や流路を設けたマイクロチップが開発されてきている。このようなマイクロチップを用いた分析システムは、μ−ＴＡＳ（micro-total-analysis system）やラボ・オン・チップ、バイオチップ等と称されている。
微小粒子分取技術へのμ−ＴＡＳの応用例として、マイクロチップ上に配設された流路や領域内で微小粒子の特性を光学的、電気的あるいは磁気的に分析する微小粒子分析技術がある。例えば、特許文献２には、基板上に、微粒子含有溶液導入流路と、当該流路の少なくとも一方の側部に配置されたシース流形成流路と、導入された微粒子を計測するための微粒子計測部位と、該微粒子計測部位の下流に設置された微粒子を分別回収するための２以上の微粒子分別流路と、を有する微粒子分別マイクロチップが開示されている。このマイクロチップは微粒子計測部位から微粒子分別流路への流路口付近に電極を有している。このマイクロチップを備える微小粒子分取装置によれば、電極電界との相互作用によって微粒子の移動方向を制御し、微小粒子の分取を行うことが可能である。
μ−ＴＡＳを応用したフローサイトメトリー（セルソータ）では、ディスポーザブルユース（使い捨て）が可能なマイクロチップにより流路系を構成することができるため、測定間でのサンプルのクロスコンタミネーションが生じない。また、分取系をチップ上に配設された気密流路内に構成することができるため、測定の際にエアロゾル等の汚染物質がサンプルに混入することがない。しかし、一方で、チップ上に配設された流路内に微小粒子を含む液体を高圧で送液する必要があり、微小粒子の移動方向の制御を微小粒子が液体中を通流している状態で行う必要がある。そのため、微小粒子の通流速度や分取速度を高めることが困難で、従来のフローサイトメトリー（セルソータ）のように毎秒数千〜数万個という高速で細胞の特性を測定し、分取することが難しかった。
特開２００７−４６９４７号公報 特開２００３−１０７０９９号公報
「細胞工学別冊 実験プロトコルシリーズ フローサイトメトリー自由自在」、中内啓光、秀潤社、第2版、2006年8月31日発行
上述の通り、従来のフローサイトメトリー（セルソータ）では、流路系を構成するフローセルが使い捨て可能な構成とされていないため、サンプル間のクロスコンタミネーションが生じるおそれがあった。また、μ−ＴＡＳを応用したフローサイトメトリー（セルソータ）においても、微小粒子の通流速度や分取速度を高めることが困難なため、解析のハイスループット化が難しいという問題があった。
そこで、本発明は、サンプル間のクロスコンタミネーションや高価なフローセルとオリフィス部品の利用を排除して、高速な解析、安全で高速で安価な分取を行うことができる微小粒子分取装置を提供することを主な目的とする。
上記課題解決のため、本発明は、（１）微小粒子を含む液体が通流されるサンプル流路と、該液体をサンプル流路内からチップ外の空間に排出するオリフィスとが基板層の貼り合わせによって形成され、オリフィス部のサンプル流路が基板層間に埋設された微細管の管腔によって構成されたマイクロチップと、（２）オリフィスにおいて液体を液滴化して吐出させるための振動素子と、（３）吐出される液滴に電荷を付与する荷電手段と、（４）オリフィスよりも送液方向上流においてサンプル流路を通流する微小粒子に光を照射して微小粒子から発生する光を検出する光学検出手段と、（５）チップ外の空間に吐出された液滴の移動方向に沿って、移動する液滴を挟んで対向して配設された対電極と、（６）対電極間を通過した液滴を回収する二以上の回収手段と、を備え、光学検出手段からの光が照射される光照射部とオリフィス部との間のサンプル流路に、流路の断面形状が送液方向に従って四角形状から円形状に変化する変換流路が構成された微小粒子分取装置を提供する。
また、本発明は、（１）微小粒子を含む液体が通流されるサンプル流路と、該液体をサンプル流路内からチップ外の空間に排出するオリフィスとが基板層の貼り合わせによって形成され、（２）オリフィス部のサンプル流路が基板層間に埋設された微細管の管腔によって構成され、（３）サンプル流路の所定部位が、通流する微小粒子に光を照射して微小粒子から発生する光を検出するための光照射部として構成され、（３）光照射部とオリフィス部との間のサンプル流路に、流路の断面形状が送液方向に従って四角形状から円形状に変化する変換流路が構成されたマイクロチップを提供する。
本発明に係る微小粒子分取装置及びマイクロチップにおいて、前記微細管は、金属製又はセラミック製であり、管腔表面に貴金属被膜が形成されていることが好適となる。
また、前記変形流路の流路断面面積は、送液方向に従って次第にあるいは段階的に小さくなるように形成してもよい。
マイクロチップには、一端が前記サンプル流路に連通された吸引流路を形成してもよい。この場合、微小粒子分取装置には、吸引流路の他端に接続されて流路内に負圧を付与する吸引手段を設けることが好適となる。
また、マイクロチップには、前記光照射部よりも送液方向上流において、サンプル流路を通流する液体の層流中に、微小粒子を含む他の液体の層流を導入する微小管を設けてもよい。この場合、前記吸引手段に接続される流路のサンプル液流路への連通口は、微小管の開口よりも送液方向下流であって、かつ前記変換流路よりも上流に設けることが好適となる。
マイクロチップは、マイクロチップを保持するホルダーと、マイクロチップ上に配され、オリフィスにおいて液体を液滴化して吐出させるための振動素子と、を備え、前記サンプル流路への液体の供給路が接続されるシースポートと、前記微小管への微小粒子を含む液体の供給路が接続されるサンプルポートと、前記吸引流路を負圧源に接続する吸引ポートと、がホルダーと一体に配設されたマイクロチップモジュールとして構成され得る。
本発明において、「微小粒子」には、細胞や微生物、リポソームなどの生体関連微小粒子、あるいはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子などの合成粒子などが広く含まれるものとする。
生体関連微小粒子には、各種細胞を構成する染色体、リポソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)などが含まれる。細胞には、動物細胞(血球系細胞など)および植物細胞が含まれる。微生物には、大腸菌などの細菌類、タバコモザイクウイルスなどのウイルス類、イースト菌などの菌類などが含まれる。さらに、生体関連微小粒子には、核酸やタンパク質、これらの複合体などの生体関連高分子も包含され得るものとする。また、工業用粒子は、例えば有機もしくは無機高分子材料、金属などであってもよい。有機高分子材料には、ポリスチレン、スチレン・ジビニルベンゼン、ポリメチルメタクリレートなどが含まれる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、磁性体材料などが含まれる。金属には、金コロイド、アルミなどが含まれる。これら微小粒子の形状は、一般には球形であるのが普通であるが、非球形であってもよく、また大きさや質量なども特に限定されない。
本発明により、サンプル間のクロスコンタミネーションや高価なフローセルとオリフィス部品の利用を排除して、高速な解析、安全で高速で安価な分取を行うことができる微小粒子分取装置が提供される。
本発明に係る微小粒子分取装置Ａの概略構成を説明する図である。 本発明に係る微小粒子分取装置Ａの概略構成を説明する図である。 本発明に係る微小粒子分取装置Ａの概略構成を説明する図である。 微小粒子分取装置Ａの概略構成を模式的に示す図である。 本発明に係る微小粒子分取装置Ａの変形例を説明する図である。 本発明に係るマイクロチップ１の概略構成を示す図である。 マイクロチップ１の微小管１６及び絞込流路１７の近傍のサンプル流路１１の構造と、通流するサンプル液層流及びシース液層流の様子を説明する断面模式図である。 マイクロチップ１の変換流路１３及びオリフィス１２の近傍のサンプル流路１１の構造と、通流するサンプル液層流及びシース液層流の様子を説明する断面図模式図である。 マイクロチップ１の変換流路１３及びオリフィス１２の近傍のサンプル流路１１の構造と、オリフィス１２から液滴化されて吐出されるサンプル液及びシース液を模式的に示す図である。 マイクロチップ１０１の変換流路１３及びオリフィス１２の近傍のサンプル流路１１の構造と、通流するサンプル液層流及びシース液層流の様子を説明する断面図模式図である。 マイクロチップ１０１の変換流路１３及びオリフィス１２の近傍のサンプル流路１１の構造と、オリフィス１２から液滴化されて吐出されるサンプル液及びシース液を模式的に示す図である。 サンプル流路１１の幅及び深さを説明する断面模式図である。（Ａ）は微小管１６の開口位置、（Ｂ）は光照射部３３、（Ｃ）はオリフィス１２におけるサンプル流路１１の断面を示す。 本発明に係るマイクロチップモジュールの構成を説明する図である。 微小粒子分取装置Ａによる微小粒子の分取を模式的に示す図である。
以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。

１．微小粒子分取装置
２．マイクロチップ
（１）第一実施形態
（１−１）サンプル流路
（１−２）吸引流路
（１−３）微小管と絞込流路
（１−４）光照射部
（１−５）変換流路と微細管
（２）第二実施形態
（２−１）変換流路と微細管
３．マイクロチップの各部位における流路幅及び深さ
４．マイクロチップモジュール
（１）振動素子
（２）ホルダーとポート
５．微小流分取装置の動作
１．微小粒子分取装置
図１〜３は、本発明に係る微小粒子分取装置の概略構成を説明する図である。図中、符号Ａで示す微小粒子分取装置は、本体Ａ１のカバーＡ２によって保護される部位に、さらにソーティングカバーＡ３によって保護される微小粒子分取場が設けられている。この微小粒子分取場は、ソーティングカバーＡ３の上部開口に挿入されて取り付けられるマイクロチップ１を含んで構成される。図２中、ブロック矢印は、マイクロチップ１を構成要素とするマイクロチップモジュールのソーティングカバーＡ３への挿入方向を示す。なお、図３では、便宜上、ソーティングカバーＡ３の図示を省略し、さらにソーティングカバーＡ３に差し込まれたマイクロチップモジュールのうち、マイクロチップ１以外の部分を省略して図示した。
微小粒子分取場は、マイクロチップ１と、本体Ａ１に設けられた、マイクロチップ１の所定部位に光を照射する光学検出手段３と一対の対電極４，４、３つの回収手段（容器５１，５２，５３）を含む。容器５１〜５３は、本体Ａ１に着脱可能に取り付けられている。
微小粒子分取場の構成について、図４を参照しながら詳しく説明する。図４は、微小粒子分取装置Ａの概略構成を模式的に示す図である。図には、マイクロチップ１と光学検出手段３、対電極４，４、容器５１〜５３が示されている。図中、符号２は、マイクロチップ１上に配設された振動素子を示している。また、符号６，６は、グランド接地された接地電極を示す。
マイクロチップ１には、分取対象とする微小粒子を含む液体（サンプル液）が通流されるサンプル流路１１が形成されている。光学検出手段３は、サンプル流路１１の所定部位に光（測定光）を照射し、サンプル流路１１を通流する微小粒子から発生する光（測定対象光）を検出する。以下、サンプル流路１１において光検出手段３からの測定光が照射される部位を「光照射部」というものとする。
マイクロチップ１は、ガラスや各種プラスチック（ＰＰ，ＰＣ，ＣＯＰ、ＰＤＭＳなど）により形成できる。マイクロチップの材質は、光学検出手段３から照射される測定光に対して透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差が少ない材質とすることが望ましい。
マイクロチップ１へのサンプル流路１１の成形は、ガラス製基板のウェットエッチングやドライエッチングによって、またプラスチック製基板のナノインプリントや射出成型、機械加工によって行うことができる。マイクロチップ１は、サンプル流路１１等を成形した基板を、同じ材質又は異なる材質の基板で封止することで形成することができる。
光学検出手段３は、従来のフローサイトメトリーと同様に構成することができる。具体的には、レーザー光源と、微小粒子に対してレーザー光を集光・照射する集光レンズやダイクロイックミラー、バンドパスフィルター等からなる照射系と、レーザー光の照射によって微小粒子から発生する測定対象光を検出する検出系と、によって構成される。検出系は、例えば、PMT（photo multiplier tube）や、CCDやCMOS素子等のエリア撮像素子等によって構成される。なお、図では、光学検出手段３として集光レンズのみを示している。また、図では、照射系と検出系を同一の光学経路により構成した場合を示したが、照射系と検出系は別個の光学経路により構成してもよい。
光学検出手段３の検出系により検出される測定対象光は、測定光の照射によって微小粒子から発生する光であって、例えば、前方散乱光や側方散乱光、レイリー散乱やミー散乱等の散乱光や蛍光などとすることができる。これらの測定対象光は電気信号に変換され、微小粒子の光学特性はこの電気信号に基づいて検出される。
光照射部を通過したサンプル液は、サンプル流路１１の一端に設けられたオリフィス１２からチップ外の空間に排出される。この際、振動素子２によってマイクロチップ１を振動させることで、サンプル液を液滴化してチップ外の空間に吐出することができる。図中、符号Ｄは、チップ外の空間に吐出された液滴を示している。
液滴Ｄには、分取対象とする微小粒子が含まれ得る。対電極４，４は、チップ外の空間に吐出された液滴の移動方向に沿って配設されており、移動する液滴を挟んで対向するように配置されている。吐出された液滴には不図示の荷電手段によって電荷が付与され、対電極４，４は液滴に付与された電荷との電気的な反発力（又は吸引力）によって液滴の移動方向を制御し、液滴を容器５１〜５３のいずれかに誘導する。なお、液滴を回収する容器５１〜５３は、図示したような、通常利用されるプラスチック製の試験管容器などでもよいし、プラスチック基板上に９６個のウェルなどが設けられている分注プレート容器などでもよい。
微小粒子分取装置Ａは、このように、光学検出手段３による微小粒子の特性検出までをマイクロチップ１において行い、その後、微小粒子の移動方向の制御をチップ外の空間において行う。微小粒子分取装置Ａでは、光学検出手段３により検出された微小粒子の光学特性に基づいて、その微小粒子が含まれる液滴の移動方向を対電極４，４により制御することで、所望の特性を備えた微小粒子を容器５１〜５３のいずれかに回収し、分取することができる。
なお、微小粒子分取装置Ａにおいて、光学検出手段３は、例えば、電気的又は磁気的な検出手段に置換されてもよい。微小粒子の特性を電気的又は磁気的に検出する場合には、サンプル流路１１に両側に微小電極を対向させて配設し、抵抗値、容量値（キャパシタンス値）、インダクタンス値、インピーダンス、電極間の電界の変化値、あるいは、磁化、磁界変化、磁場変化等を測定する。この場合、微小粒子の分取は、微小粒子の電気的又は磁気的な特性に基づいて行われる。
また、ここでは、対電極４と接地電極６を本体Ａ１側に固定されたものとする場合を例に説明したが、これらの電極は、図５に示すように、ソーティングカバーＡ３側に設けてもよい。すなわち、対電極４は、ソーティングカバーＡ３を構成する基材のカバー内側面に、対電極４を外部と電気的に接続するための対電極端子４３が外側面に露出するようにして配設することもできる。同様に、接地電極６も、ソーティングカバーＡ３を構成する基材のカバー内側面に、接地電極６を外部と電気的に接続するための接地電極端子６３が外側面に露出するようにして配設されてよい。外側面に露出する対電極端子４３と接地電極端子６３は、ソーティングカバーＡ３の本体Ａ１への取り付けの際に、本体Ａ１側と電気的に接続される。
なお、図５中、符号５１１，５２１，５３１は、ソーティングカバーＡ３内において対電極４，４によって電気的に移動方向を制御される液滴を容器５１〜５３に排出する分取口を示す。対電極４と接地電極６が液滴と接触することを防止するため、ソーティングカバーＡ３を構成する基材には、図に示すように、液滴の移動空間と対電極４あるいは接地電極６とを区切る隔壁を設けることが好ましい。
以下、微小粒子分取装置Ａの各構成の詳細とその機能について順に説明する。
２．マイクロチップ
（１）第一実施形態
（１−１）サンプル流路
まず、図６〜図９を参照して、第一実施形態に係るマイクロチップ１について説明する。図６は、マイクロチップ１の概略構成を示す図である。マイクロチップ１には、サンプル液が導入されるサンプルインレット１５と、シース液が導入されるシースインレット１４と、シース液に浸漬される荷電電極（荷電手段）が差し込まれる荷電電極インレット２０が形成されている。シースインレット１４に導入されたシース液は、荷電電極インレット２０に通流された後、Ｙ軸正方向及び負方向の２方向に分岐してサンプル流路１１を送液され、略９０度に２回折り曲げられた後に合流し、下流に送液される。
（１−２）吸引流路
マイクロチップ１には、一端がサンプル流路１１に連通された吸引流路１８が形成されている。符号１８１は、吸引流路１８のサンプル流路１１への連通口を示す。吸引流路１８の連通口１８１と反対側の端には、不図示の吸引手段（負圧源）が接続される吸引アウトレット１９が形成されている。真空ポンプ等によって構成される吸引手段は、吸引流路１８内に負圧を付与する。サンプル流路１１（特に後述する変換流路１３や微細管１２１）内で微小粒子や気泡の詰まりが生じた場合には、吸引手段によって吸引流路１８内に負圧を付与し、サンプル流路１１内のサンプル液及びシース液を連通口１８１から吸引する。これにより、サンプル流路１１内のサンプル液等の流れを一時的に逆流させて、微小粒子や気泡の詰りを解消することができる。吸引流路１８は、図に示すように、２つの流路を一対として配することが好ましい。吸引流路１８を２つ配することで、一方の流路にサンプル流路１１内から逆流した微小粒子や気泡が詰まった場合にも、他方の流路を機能させることができる。
（１−３）微小管と絞込流路
サンプル流路１１のシース液が合流する部位には、サンプルインレット１５から導入されたサンプル液をシース液層流中に導入するための微小管１６が配設されている。サンプル液の層流は、微小管１６内を通流して、シースインレット１４から導入されてサンプル流路１１を通流するシース液層流中に導入される。これにより、サンプル液層流を、周囲がシース液層流によって取り囲まれた状態で、サンプル流路１１下流に送液することができる。
吸引流路１８のサンプル液流路１１への連通口１８１は、微小管１６の開口１６１よりも送液方向下流に設けることが好ましい。連通口１８１を開口１６１よりも上流に設けると、吸引手段によって吸引流路１８内に負圧を付与し、サンプル流路１１内のサンプル液等を吸引し逆流させた際に、逆流する微小粒子や気泡が開口１６１から微小管１６内に侵入して詰まるおそれがあるためである。
図６中、符号１７は、サンプル流路１１に構成された絞込流路を示す。絞込流路１７は、送液方向に対する垂直断面の面積が、送液方向上流から下流へ次第にあるいは段階的に小さくなるように形成されている。
図７は、微小管１６の配設部位と絞込流路１７の近傍のサンプル流路１１の構造と、通流するサンプル液層流及びシース液層流の様子を説明する断面模式図である。（Ａ）は水平断面図（ＸＹ断面図）、（Ｂ）は垂直断面図（ＺＸ断面図）を示す。図中、符号Ｓはサンプル液層流、符号Ｔはシース液層流を示し、符号Ｐはサンプル液に含まれる微小粒子を示している。また、符号１ａ，１ｂは基板層を示す。マイクロチップ１及びサンプル流路１１等の流路やオリフィス１２は、これらの基板層の貼り合わせによって形成されている。
サンプル液層流Ｓは、微小管１６によってサンプル流路１１を通流するシース液層流Ｔ中に導入され、図に示すように、シース液層流Ｔで取り囲まれた状態（３次元層流）となって送液されている。
絞込流路１７の流路側壁は送液方向に従って図中Ｙ軸方向に狭窄するように形成されており、絞込流路１７はその上面視において次第に細くなる錘形とされている。この形状によって、絞込流路１７は、シース液とサンプル液の層流幅を図中Ｙ軸方向に絞り込んで送液する。また、絞込流路１７は、その流路底面が上流から下流に向かって深さ方向（Ｚ軸正方向）に高くなる傾斜面となるように形成されており、同方向にも層流幅の絞り込みを行う。
このように、サンプル液層流Ｓがシース液層流Ｔによって取り囲まれた３次元層流を形成し、この３次元層流の層流幅を絞り込んで送液することにより、絞り込まれたサンプル液層流Ｓ中に微小粒子Ｐをひとつずつ配列させて送流することができる。そして、サンプル流路１１内における微小粒子Ｐの送流位置を位置決めして、光学検出手段３からの測定光を精度良く微小粒子Ｐに照射することが可能となる。
特に、絞込流路１７によれば、マイクロチップ１の水平方向（図７（Ａ）Ｙ軸方向）のみならず、垂直方向（同（Ｂ）Ｚ軸方向）にもサンプル液層流Ｓの層流幅を絞り込むことができるため、サンプル流路１１の深さ方向における測定光の焦点位置を微小粒子Ｐの送流位置と精緻に一致させることできる。このため、微小粒子Ｐに精度良く測定光を照射して高い測定感度を得ることが可能となる。
ここで、サンプル流路１１を十分に細い流路として形成し、サンプル流路１１を通流するシース液層流Ｔ中に、径の小さい微小管１６を用いてサンプル液層流Ｓを導入すれば、予め層流幅が絞り込まれた３次元層流を形成することも可能と考えられる。しかしながら、この場合には、微小管１６の径を小さくすることによって、微小管１６に微小粒子Ｐが詰まる可能性がある。
マイクロチップ１では、絞込流路１７を設けたことにより、サンプル液中に含まれる微小粒子Ｐの径に対して十分に大きい径の微小管１６を用いて３次元層流の形成を行った後に、層流幅の絞り込みを行うことができる。従って、上記のような微小管１６の詰まりの問題が生じない。
図７では、微小管１６を、その中心がサンプル流路１１の中心と同軸上に位置するように配設した場合を示した。この場合、サンプル液層流Ｓは、サンプル流路１１を通流するシース液層流Ｔの中心に導入されることになる。シース液層流Ｔ中におけるサンプル液層流Ｓの位置は、サンプル流路１１内における微小管１６の開口位置を調節することによって任意に設定することができる。また、層流幅の絞込みのためには、絞込流路１７は、送液方向に対する垂直断面の面積が、流路上流から下流へ次第に小さくなるように形成されていればよく、図に示した形状に限られず、例えば流路底面及び上面の両方を傾斜面として形成し絞り込みを行うこともできる。
微小管１６の内径は、分取対象とする微小粒子Ｐの径に応じて適宜設定することができる。例えば、サンプル液として血液を用い、血球細胞の分析を行う場合には、好適な微小管１６の内径は１０〜５００μｍ程度である。また、微小管１６の開口位置におけるサンプル流路１１の幅及び深さは、微小粒子Ｐの径を反映した微小管１６の外径に応じて適宜設定すればよい。例えば、微小管１６の内径が１０〜５００μｍ程度である場合、微小管１６の開口位置におけるサンプル流路１１の幅及び深さはそれぞれ１００〜２０００μｍ程度が好適である。なお、微小管の断面形状は、円形以外にも、楕円形や四角形、三角形など任意の形状とすることができる。
絞込流路１７における絞り込み前のサンプル液層流Ｓ及びシース液層流Ｔの層流幅は、サンプル流路１１の幅及び深さと微小管１６の径に依存して変化し得るが、絞込流路１７の送液方向に対する垂直断面の面積を適宜調整することによって任意の層流幅にまで絞り込むことができる。例えば、図７（Ｂ）において、絞込流路１７の流路長をＬ、流路底面の傾斜角度をθ３とした場合、絞込流路１７における３次元層流の絞り込み幅はＬ・ｔａｎθ３となる。従って、流路長L及び傾斜角度θ３を適宜調整することによって任意の絞り込み幅を設定することが可能である。さらに、図７（A）中、絞込流路１７流路側壁のＹ軸方向における狭窄角度をそれぞれθ１、θ２とし、これらと上記θ３を「θ３＝２×θ１、θ１＝θ２」となるように形成することで、サンプル液層流Sとシース液層流Tを等方的に縮小して、微小管１６により形成された３次元層流を乱すことなく層流幅を絞り込むことができる。
ここで、本発明に係るマイクロチップにおいて、絞込流路１７は必須の構成とはならないものとする。例えば、サンプル流路１１を十分に細い流路として形成し、サンプル流路１１を通流するシース液層流Ｔ中に、径の小さい微小管１６を用いてサンプル液層流Ｓを導入して、予め層流幅が絞り込まれた３次元層流を形成できる場合には、絞込流路１７を設けなくてもよい。すなわち、微小管１６の配設部位と次に説明する光照射部の流路幅及び深さを同じにしてもよい。さらに、本発明に係るマイクロチップとして、光照射部の流路幅及び深さが、微小管１６の配設部位の流路幅等よりも大きくされているようなものも除外されないものとする。
（１−４）光照射部
図６中、符号３３は、光学検出手段３からの測定光が照射される光照射部を示す。光照射部３３では、光学検出手段３からの測定光の照射によって微小粒子から発生する測定対象光の検出が行われる。
既に説明したように、光照射部３３では、絞込流路１７によってサンプル液層流及びシース液層流の層流幅が絞り込まれているため、サンプル流路１１内におけるサンプル液層流Ｓの送流位置に測定光の焦点位置を精緻に一致させ、微小粒子に精度良く測定光を照射することが可能である。
光照射部３３におけるサンプル液層流Ｓ及びシース液層流Ｔの層流幅は、絞込流路１７の送液方向に対する垂直断面の面積を適宜調整することによって任意の層流幅とすることができるが、サンプル流路１１の幅及び深さでそれぞれ２０〜２０００μｍ程度が好適である。
（１−５）変換流路と微細管
図６中、符号１２は、光照射部３３を通過したシース液及びサンプル液をチップ外の空間に排出するオリフィスを示す。シース液及びサンプル液は、次に説明する振動素子２の作用によってオリフィス１２で液滴化され、チップ外に吐出される。
オリフィス１２は、貼り合わされた基板層１ａ，１ｂによって形成されるものであるが、基板層の貼り合わせのみによってオリフィス１２を形成しようとする場合には、以下のような問題が生じる。すなわち、まず、基板層１ａ，１ｂのそれぞれに半円形状でオリフィスを成形する際、金型の作成に高い精度が求められ、両半円形状の径や真円度を数〜数十μｍ誤差で合わせるのが難しい。また、基板層１ａ，１ｂを貼り合わせる際、両半円形状の位置合わせに高い精度が求められ、高い真円度のオリフィスを作成するのが困難である。オリフィスの真円度が低い場合には、吐出される液滴の形状が不整となり、対電極４，４による移動方向の制御精度が低下してしまう。さらに、オリフィスの径を変更する際に、金型を作成し直す必要があり高コストになるという問題もある。
そこで、マイクロチップ１では、オリフィス部のサンプル流路１１を、基板層１ａ，１ｂ間に埋設した微細管１２１の管腔によって構成している。微細管１２１は、サンプル流路１１と同軸上に成形した溝に微細管１２１を埋め込み、接着剤で封止して、サンプル流路１１を送液されてくるサンプル液等が管腔内に導入されるように配置される。微細管１２１の管腔内に導入されたサンプル液等は、微細管１２１の端部と一致されたオリフィス１２から排出される。
このようにオリフィス部を微細管１２１によって構成することで、真円度の高いオリフィスを作成でき、吐出される液滴の形状が安定し、対電極４，４による移動方向の制御を再現性及び精度を高く行うことが可能となる。また、基板層１ａ，１ｂには微細管１２１を埋め込むための溝のみを成形すればよいため、金型作成や貼り合わせ時の位置合わせにおける許容誤差範囲を大きくでき、チップの製造コストを下げることが可能となる。さらに、微細管１２１の内径を適宜変更することで、容易にオリフィスの径を変更することができ、微細管１２１の外径をそのままにして内径のみを変更すれば金型を作成し直す必要もないため低コストである。
ここでは、サンプル流路１１や微細管１２１を埋め込むための溝などを基板層１ｂに形成し、基板層１ａと貼り合せる場合を例に説明したが、サンプル流路１１や溝などは基板層１ａ，１ｂにそれぞれ一部が成形され、貼り合せられたものとしてもよい。
微細管１２１は、金属製あるいはセラミック製、石英製、樹脂製とでき、好適には金属製あるいはセラミック製とされる。微細管１２１の管腔表面には、金やプラチナ等の貴金属被膜を形成することが好ましい。金属製あるいはセラミック製とすることで、オリフィス部の耐久性を高められる。また、管腔表面に貴金属被膜を形成することで、特に微小粒子を細胞等とする場合に、微小粒子が管腔表面に付着したり、管腔に詰まったりするのを防止できる。微細管１２１により構成するオリフィス部の流路の長さは、３０００ｍ以下、好ましくは１００〜５００μｍ以下、さらに好ましくは１００〜３００μｍ以下とすることで、送液圧の損失を抑制できる。
符号１３は、オリフィス１２よりも送液方向上流であって、光照射部３３よりも下流のサンプル流路１１に構成された変換流路を示す。変換流路１３は、サンプル流路１１の断面形状を微細管１２１の断面形状へ移行させるための流路である。すなわち、変換流路１３は、流路の断面形状が送液方向に従って四角形状から円形状に変化するように構成されている（図９も参照）。
さらに、変換流路１３は、送液方向に対する垂直断面の面積が、送液方向に従って次第にあるいは段階的に小さくなるように形成されている。すなわち、絞込流路１７と同様に、流路側壁が送液方向に従って図中Ｙ軸方向に狭窄するように形成されており、流路底面が上流から下流に向かって深さ方向（Ｚ軸正方向）に高くなる傾斜面となるように形成されている。
図８は、変換流路１３とオリフィス１２の近傍のサンプル流路１１の構造と、通流するサンプル液層流及びシース液層流の様子を説明する断面図模式図である。（Ａ）は水平断面図（ＸＹ断面図）、（Ｂ）は垂直断面図（ＺＸ断面図）を示す。図中、符号Ｓはサンプル液層流、符号Ｔはシース液層流を示し、符号Ｐはサンプル液に含まれる微小粒子を示している。また、図９は、変換流路１３及びオリフィス１２近傍のサンプル流路１１の構造と、オリフィス１２から液滴化されて吐出されるサンプル液及びシース液を模式的に示す図である。
変換流路１３は、送液方向に従って、流路の断面形状が四角形状から円形状に変化し、断面面積が小さくなるように形成されている。これにより、サンプル液層流Ｓ及びシース液層流Ｔは、微小管１６によって形成された３次元層流を維持したまま、図中Ｙ軸方向及びＺ軸方向に層流幅を絞り込まれて、微細管１２１の管腔に導入される。この層流幅の絞り込みによって、変換流路１３は、サンプル流路１１内におけるサンプル液及びシース液の送液圧を高め、これらをオリフィス１２から高圧で排出させる。オリフィス１２からのサンプル液等の排出圧を高めることで、オリフィス１２において高い周波数で液滴を形成でき、微小粒子の高速分取が可能となる。図中、吐出された液滴の移動方向を符号Ｆで示す。
変換流路１３内及び微細管１２１管腔では、層流幅が大きく絞り込まれることとなるため、微小粒子や気泡の詰まりが生じるおそれがある。微小粒子の詰まりが生じた場合には、上述の吸引手段によって吸引流路１８内に負圧を付与し、サンプル液等の流れを一時的に逆流させて、微小粒子の詰りを解消する。このため、吸引流路１８のサンプル流路１１への連通口１８１は、変換流路１３よりも送液方向上流に設けられる。
微細管１２１におけるサンプル液層流Ｓ及びシース液層流Ｔの層流幅は、変換流路１３の送液方向に対する垂直断面の面積を適宜調整することによって任意の層流幅にまで絞り込むことができる。例えば、図８（Ｂ）において、変換流路１３の流路長をｌ、流路底面の傾斜角度をθ３とした場合、変換流路１３における３次元層流の絞り込み幅はＬ・ｔａｎθ３となる。従って、流路長ｌ及び傾斜角度θ３を適宜調整することによって任意の絞り込み幅を設定することが可能である。微細管１２１におけるサンプル液層流Ｓ及びシース液層流Ｔの層流幅（径）は、２０〜５００μｍ程度が好適である。
なお、サンプル液層流Ｓとシース液層流Ｔの層流幅の絞り込みは、変換流路１３の流路底面及び上面の両方を傾斜面として行うこともでき、変換流路１３の形状は図に示す形状に限定されない点は、絞込流路１７に同じである。また、図８（Ａ）中、変換流路１３流路側壁のＹ軸方向における狭窄角度θ１、θ２及びＺ軸方向における狭窄角度θ３を、「θ３＝２×θ１、θ１＝θ２」となるように形成することで、微小管１６により形成された３次元層流を等方的に縮小し、乱すことなく層流幅を絞り込むことができる点も、絞込流路１７で説明した通りである。
ここで、本発明に係るマイクロチップにおいて、変換流路１３の送液方向に対する垂直断面の面積は、送液方向に従って小さくなるように形成されなくてもよい場合がある。例えば、上述の絞込流路１７による３次元層流の層流幅の絞込みが十分である場合には、変換流路１３断面は形状のみの変化としてもよい。また、例えば、微細管１２１の内径が光照射部の流路幅及び深さに対して十分大きい場合にも、変換流路１３断面は形状のみの変化としてもよい。すなわち、これらの場合、光照射部の流路断面面積と微細管１２１の断面面積が同じであってもよい。さらに、用いる微細管１２１の内径によっては、本発明に係るマイクロチップとして、変換流路１３の断面面積が、光照射部の流路断面面積よりも大きくされているようなものも除外されないものとする。
（２）第二実施形態
（２−１）変換流路と微細管
次に、図１０・１１を参照して、第二実施形態に係るマイクロチップ１０１について説明する。
マイクロチップ１０１の構成は、変換流路と微細管を除いて、サンプル流路及び吸引流路、微小管、絞込流路、光照射部については、第一実施形態に係るマイクロチップ１と同様である。そのため、以下、マイクロチップ１０１の変換流路と微細管の構成についてのみ説明する。
図１０は、変換流路１３とオリフィス１２の近傍のサンプル流路１１の構造と、通流するサンプル液層流及びシース液層流の様子を説明する断面図模式図である。（Ａ）は水平断面図（ＸＹ断面図）、（Ｂ）は垂直断面図（ＺＸ断面図）を示す。図中、符号Ｓはサンプル液層流、符号Ｔはシース液層流を示し、符号Ｐはサンプル液に含まれる微小粒子を示している。また、図１１は、変換流路１３及びオリフィス１２近傍のサンプル流路１１の構造と、オリフィス１２から液滴化されて吐出されるサンプル液及びシース液を模式的に示す図である。
マイクロチップ１０１では、サンプル流路１１のうち、オリフィス部の流路に加えて変換流路１３についても微細管１２１の管腔によって構成している点で、上述のマイクロチップ１と異なっている。
微細管１２１は、基板層１ａ，１ｂ間に、サンプル流路１１と同軸上に成形した穴に埋め込まれて、接着剤で封止され、サンプル流路１１を送液されてくるサンプル液等が管腔内に導入されるように配置されている。微細管１２１の外周面には、基板層１ａ，１ｂへの接着性を高めるための切れ込み部や凸部を周状に設けている。
変換流路１３は、サンプル流路の断面面積が、微細管１２１の端面において大きく拡張された後、送液方向に従って小さくなるように形成されている。このように、サンプル流路の微細管１２１の入口で流路断面面積を拡張させることで、サンプル液層流Ｓ及びシース液層流Ｔを、３次元層流を維持したまま、図中Ｙ軸方向及びＺ軸方向に層流幅を絞り込むことができる。変換流路１３は、層流幅の絞り込みによって、サンプル流路１１内におけるサンプル液及びシース液の送液圧を高め、オリフィス１２から高圧で排出させる。オリフィス１２からのサンプル液等の排出圧を高めることで、オリフィス１２において高い周波数で液滴を形成でき、微小粒子の高速分取が可能となる。図中、吐出された液滴の移動方向を符号Ｆで示す。
図では、変換流路１３を、流路断面形状が送液方向に従って四角形状から円形状に変化するように示したが、本実施形態に係るマイクロチップでは、変換流路１３の断面形状を、一貫して円形状としてもよいものとする。すなわち、サンプル流路の微細管１２１の入口における流路断面が、オリフィス部における流路断面に比して十分に大きく拡張されている場合、変換流路１３は円錐形状とできる。
３．マイクロチップの各部位における流路幅及び深さ
図１２は、サンプル流路１１の各部位における幅及び深さを説明する断面模式図である。図は、サンプル流路１１のＹＺ断面を示し、（Ａ）は微小管１６の開口位置、（Ｂ）は光照射部３３、（Ｃ）はオリフィス１２におけるサンプル流路１１の断面を示す。
図１２（Ａ）に示すように、微小管１６の開口位置では、サンプル液層流Ｓとシース液層流Ｔは、サンプル液層流Ｓの周囲をシース液層流Ｔが取り囲んだ３次元層流として送液されている。既に説明したように、微小管１６の開口位置におけるサンプル流路１１の幅及び深さは、微小粒子Ｐの径を反映した微小管１６の外径に応じて適宜設定され、例えば、１００〜２０００μｍ程度とされる。
微小管１６により形成された３次元層流は、絞込流路１７によって層流幅を絞り込まれた状態で光照射部３３に送液されてくる（図７参照）。絞込流路１７によって層流幅を絞り込むことにより、光照射部３３には、サンプル液層流Ｓ中に微小粒子Ｐがひとつずつ配列されて送流されてくる。
光照射部３３におけるサンプル液層流Ｓ及びシース液層流Ｔの層流幅は、絞込流路１７の送液方向に対する垂直断面の面積を適宜調整することによって任意に設定できる。光照射部３３におけるサンプル流路１１の幅（Ｗ）及び深さ（Ｈ）は、光検出手段３による光学的検出角度（光学系の開口数）を十分大きくするため、それぞれ２０〜２０００μｍ程度とすることが好ましい。
さらに、光照射部３３におけるサンプル流路１１の形状は、深さ（Ｈ）に対して幅（Ｗ）を大きくし、光検出手段３による測定光の照射方向に対して長方形形状とすることが好ましい。光照射部３３におけるサンプル流路１１をこのような幅広な形状とすることで、光学系の開口数をより大きくとることが可能となる。
光照射部３３を通過したサンプル液層流Ｓ及びシース液層流Ｔは、変換流路１３によって、図８に示したように再度層流幅を絞り込まれてオリフィス１２に送液される。変換流路１３よって層流幅を絞り込むことにより、オリフィス１２からのサンプル液及びシース液の排出圧を高めることができる。
オリフィス１２におけるサンプル液層流Ｓ及びシース液層流Ｔの層流幅は、変換流路１３の送液方向に対する垂直断面の面積を適宜調整することによって任意に設定できる。オリフィス１２において、高速で高周波の液滴を形成するためには、オリフィス１２におけるサンプル液層流Ｓ及びシース液層流Ｔの層流幅を小さくして、サンプル液及びシース液の排出圧を十分に高めることが好ましい。このため、オリフィス部の流路を構成する微細管１２１の内径ｄは、２０〜５００μｍ程度とすることが好適となる。
４．マイクロチップモジュール
（１）振動素子
図１３は、上記マイクロチップ１を要素として含むマイクロチップモジュールの構成を示す図である。
図中、符号２は、マイクロチップ１上に配設された振動素子を示している。振動素子２は、マイクロチップ１を振動させることにより、オリフィス１２においてサンプル液及びシース液を液滴化してチップ外の空間に吐出させる。さらに、振動素子２は、マイクロチップ１の振動を所定の周波数とすることにより、吐出される液滴Ｄに微小粒子Ｐがひとつずつ含まれるようにサンプル液等を液滴化する（図６も参照）。
この際、振動素子２の振動周波数は、光照射部３３（図３参照）において光学検出手段３により検出される微小粒子Ｐの送流速度（流速）、マイクロチップ１の共振周波数、オリフィス１２における送液圧、オリフィス１２の径などに応じて設定される。
このような振動素子を用いたサンプル液及びシース液の液滴化は、従来のフローセルを用いたフローサイトメトリーと同様にして行うことができる。振動素子２としては、例えば、インクジェットプリンタにも採用されるピエゾ振動素子等が用いられる。
振動素子２は、マイクロチップ１の裏面、すなわちマイクロチップモジュールをソーティングカバーＡ３に差し込んで取り付けた状態において本体Ａ１側となる面、に配されることが好ましい（図４も参照）。振動素子２を裏面に配することで、マイクロチップモジュールの取り付け時において、振動素子２によってサンプル流路が被覆されなくなる。そのため、サンプル流路の視認性を確保して、流路内に微小粒子や気泡の詰まりが生じていないかを確認することができる。また、振動素子２は、振動をオリフィス１２に効率的に伝達するため、オリフィス１２に近い位置に配設することが好ましい。なお、振動素子２は、本体Ａ１側に配設されていてもよく、この場合、マイクロチップモジュールの取り付け時（図３参照）において、マイクロチップ１の一部に当接するように本体Ａ１に配設してもよいものとする。
（２）ホルダーとポート
図１３中、符号７は、マイクロチップ１を保持して、マイクロチップ１を装置本体に取り付けのためのアダプターとして機能するホルダーを示す。ホルダー７は、マイクロチップ１と同様の光透過性を有する材質とし、マイクロチップ１に形成されたサンプル流路や吸引流路等の視認性を確保することが好ましい。これにより、流路内に微小粒子や気泡の詰まりが生じた場合に、詰まった箇所を容易に確認できる。
ホルダー７には、吸引ポート７１、シースポート７２、サンプルポート７３、コネクタ７４が直線上に配置されている。吸引ポート７１は、吸引アウトレット１９に連通し、負圧源が接続される。シースポート７２とサンプルポート７３は、それぞれサンプルインレット１５とシースインレット１４に連通し、サンプル液又はシース液の供給路が接続される。
コネクタ７４は、振動素子２用の２つの電極と１つの荷電電極とが一体化されてなり、これらの電極には、本体から配線が接続される。コネクタ７４の振動素子２用の電極からは、マイクロチップ１の裏面に配設された振動素子２への配線が延設されている。また、コネクタ７４の荷電電極は、マイクロチップ１の荷電電極インレット２０に挿入され、シース液内に浸漬される。荷電電極は、サンプル流路１１を通流するシース液及びサンプル液に対し、正又は負の電荷を付与する荷電手段として機能する。サンプル液及びシース液は、サンプル流路１１の一端に設けられたオリフィス１２において液滴化され、チップ外の空間に吐出される。このとき、荷電電極に電圧を印加することで、吐出される液滴に正又は負の電荷を付与できる。
本発明に係るマイクロチップモジュールは、吸引アウトレット１９及びサンプルインレット１５、シースインレット１４、荷電電極インレット２０をマイクロチップの中央（図中、Ｙ軸方向中央）に一列に配し、これらに対応する吸引ポート７１及びシースポート７２、サンプルポート７３、コネクタ７４をホルダー７上に直線状に配列させている。これにより、マイクロチップ１に形成されたサンプル流路や吸引流路等の視認性を高めている。
５．微小粒子分取装置の動作
続いて、微小粒子分取装置Ａの動作について図１４を参照しながら説明する。
サンプル流路１１の光照射部を通過したサンプル液及びシース液は、オリフィス１２からチップ外の空間に排出される。光照射部では、光学検出手段によって、微小粒子の光学特性の検出と同時に、微小粒子の送流速度（流速）及び微小粒子の間隔等の検出が行われている。検出された微小粒子の光学特性、流速及び間隔等は、電気的信号に変換され装置の全体制御部（不図示）に出力される。全体制御部は、この信号に基づいて振動素子２の振動数を制御し、オリフィス１２において形成される液滴Ｄ中に微小粒子Ｐがひとつずつ含まれるようにマイクロチップ１を振動させる。
さらに、全体制御部は、荷電電極インレット２０に差し込まれる荷電電極に印加される電圧を、振動素子２の振動周波数に同調させて制御する。これにより、全体制御部は、サンプル流路１１を通流するシース液及びサンプル液に付与される電荷の正負を切り換え、オリフィス１２において形成される液滴Ｄに正又は負の電荷を付与する。光学検出手段によって検出された微小粒子の光学特性は、電気信号に変換されて全体制御部に出力される。全体制御部は、この信号に基づいて荷電電極に印加される電圧を制御し、各液滴に含まれる微小粒子の光学特性に応じて液滴に付与する電荷を決定する。具体的には、全体制御部は、例えば、所望の特性を有する分取対象微小粒子を含む液滴を正に、分取対象微小粒子を含まない液滴を負に帯電させる。
この際、液滴Ｄの荷電状態を安定化させるため、微小粒子分取装置Ａでは、オリフィス１２近傍に、チップ外の空間に吐出された液滴の移動方向に沿って、接地電極６，６を配置している。接地電極６，６は、移動する液滴を挟んで対向するように配置されており、微小粒子の移動方向を制御するための対電極４１，４２とオリフィス１２との間に配設される。
オリフィス１２から荷電されて吐出される液滴Ｄは、対電極４１，４２との間に作用する電気的力によって移動方向を制御される。この際、移動方向の制御を正確に行うためには、安定した電荷が液滴に付与されていることが必要である。対電極４１，４２には、非常に高い電圧が印加されるため、対電極４１，４２の高電位が、オリフィス１２において微小管１６から液滴Ｄに付与される電荷に影響を与えると、液滴Ｄの荷電状態が不安定になるおそれがある。そこで、微小粒子分取装置Ａでは、オリフィス１２と対電極４１，４２との間に接地された接地電極６，６を配することで、このような対電極４１，４２の高電位による影響を排除している。
オリフィス１２から吐出される液滴Ｄの移動方向の制御は、例えば、以下のように行われる。すなわち、所望の特性を有する分取対象微小粒子が含まれる液滴を正に、分取対象微小粒子を含まない液滴を負に帯電させる先の例では、対電極４１を正に、対電極４２を負に帯電させることにより、分取対象微小粒子のみを容器５３に分取することができる。具体的には、正電荷が付与された分取対象微小粒子を含む液滴は、対電極４１との電気的反発力及び対電極４２との電気的吸引力によって、移動方向を矢印ｆ３方向に制御され容器５３に誘導される。一方、負電荷が付与された分取対象微小粒子を含まない液滴は、動方向を矢印ｆ２方向に制御され容器５２に誘導される。
あるいは、例えば、所望の特性を有する分取対象微小粒子が含まれる液滴に電荷を付与せず、分取対象微小粒子を含まない液滴を正又は負に帯電させ、対電極４１，４２を正又は負に帯電させれば、分取対象微小粒子のみを容器５１に分取することができる。その他、液滴Ｄに付与する電荷と、対電極４１，４２による液滴の移動方向の制御は、従来のフローサイトメトリーと同様に様々な組合せにおいて行うことができる。なお、液滴Ｄを回収するための容器は２以上設けられ、３つに限定されることはないものとする。さらに、これらの容器は、回収した液滴を貯留することなく排出する排出路として構成されていてもよく、回収された分取対象でない微小粒子が破棄されるようにしてもよい。
ここでは、液滴Ｄに、その液滴に含まれる微小粒子の特性に基づいて正又は負の電荷を切り換えて付与して分取を行う場合を例に説明した。液滴の分取は、液滴Ｄには全てに正又は負のどちらかに帯電させ、対電極４１，４２に印加する電圧のほうを微小粒子の特性に基づいて切り換えることにより行うこともできる。また、光学検出手段を電気的又は磁気的な検出手段に置換した場合にも、微小粒子の電気的又は磁気的特性に基づき同様にして液滴の移動方向を制御することで、所望の特性を備えた微小粒子を容器５１〜５３のいずれかに回収し、分取することが可能である。
先に説明したように、従来のフローセルを用いたフローサイトメトリーでは、層流形成のための流路系を構成するフローセル部品と、液滴を形成するためのオリフィス部品が、高価で、それぞれの位置を層流が乱れないように微調整（アライメント）する必要があり、使い捨て可能な構成とされていないため、サンプル間のクロスコンタミネーションが生じるおそれがあった。これに対して、微小粒子分取装置Ａでは、層流形成及び微小粒子の特性検出を、フローセル部品とオリフィス部品を一体としたディスポーザブルユースが可能なマイクロチップ１において行うため、測定間でのサンプルのクロスコンタミネーションが生じない。さらに、従来のようなアライメントが不要になり、使用者がより簡便に分取を行うことが可能となる。
また、微小粒子分取装置Ａでは、微小粒子の移動方向の制御をチップ外の空間で行うことで、従来のμ−ＴＡＳを応用したフローサイトメトリーのように、微小粒子の移動方向の制御を通流する液体中で行う必要がなく、より高い分取速度を達成することができる。さらに、微小粒子分取装置Ａでは、サンプル流路１１内においてサンプル液及びシース液の送液圧を十分に高め、オリフィス１２から高速で高周波の液滴を吐出することが可能であり、高い分取速度が得られる。
Ａ：微小粒子分取装置、Ａ１：本体、Ａ２：カバー、Ａ３：ソーティングカバー、Ｄ：液滴、Ｐ：微小粒子、Ｓ：サンプル液層流、Ｔ：シース液層流、１，１０１：マイクロチップ、１ａ，１ｂ：基板層、１１：サンプル流路、１２：オリフィス、１２１：微細管、１３：変換流路、１４：シースインレット、１５：サンプルインレット、１６：微小管、１６１：開口、１７：絞込流路、１８：吸引流路、１８１：連通口、１９：吸引アウトレット、２：振動素子、２０：荷電電極インレット、３：光学検出手段、３３：光照射部、４，４１，４２：対電極、４３：対電極端子、５１，５２，５３：容器、６：接地電極、６３：接地電極端子、７：ホルダー、７１：吸引ポート、７２：シースポート、７３：サンプルポート、７４：コネクタ

Claims (11)

  1. 微小粒子を含む液体が通流されるサンプル流路と、該液体をサンプル流路内からチップ外の空間に排出するオリフィスとが基板層の貼り合わせによって形成され、オリフィス部のサンプル流路が基板層間に埋設された微細管の管腔によって構成されたマイクロチップと、
    オリフィスにおいて液体を液滴化して吐出させるための振動素子と、
    吐出される液滴に電荷を付与する荷電手段と、
    オリフィスよりも送液方向上流においてサンプル流路を通流する微小粒子に光を照射して微小粒子から発生する光を検出する光学検出手段と、
    チップ外の空間に吐出された液滴の移動方向に沿って、移動する液滴を挟んで対向して配設された対電極と、
    対電極間を通過した液滴を回収する二以上の回収手段と、を備え、
    光学検出手段からの光が照射される光照射部とオリフィス部との間のサンプル流路に、流路の断面形状が送液方向に従って四角形状から円形状に変化する変換流路が構成された微小粒子分取装置。
  2. 前記微細管が金属製又はセラミック製であり、管腔表面に貴金属被膜が形成された請求項１記載の微小粒子分取装置。
  3. 前記変形流路の流路断面面積が送液方向に従って次第にあるいは段階的に小さくなるように形成された請求項２記載の微小粒子分取装置。
  4. 前記マイクロチップに、一端が前記サンプル流路に連通された流路が形成され、
    該流路の他端に接続されて流路内に負圧を付与する吸引手段を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の微小粒子分取装置。
  5. 前記光照射部よりも送液方向上流において、サンプル流路を通流する液体の層流中に、微小粒子を含む他の液体の層流を導入する微小管を備え、
    前記吸引手段に接続される流路のサンプル液流路への連通口が、微小管の開口よりも送液方向下流であって、かつ前記変換流路よりも上流に設けられた請求項４記載の微小粒子分取装置。
  6. 微小粒子を含む液体が通流されるサンプル流路と、該液体をサンプル流路内からチップ外の空間に排出するオリフィスとが基板層の貼り合わせによって形成され、
    オリフィス部のサンプル流路が基板層間に埋設された微細管の管腔によって構成され、
    サンプル流路の所定部位が、通流する微小粒子に光を照射して微小粒子から発生する光を検出するための光照射部として構成され、
    光照射部とオリフィス部との間のサンプル流路に、流路の断面形状が送液方向に従って四角形状から円形状に変化する変換流路が構成されたマイクロチップ。
  7. 前記微細管が金属製又はセラミック製であり、管腔表面に貴金属被膜が形成された請求項６記載のマイクロチップ。
  8. 前記変形流路の流路断面面積が送液方向に従って次第にあるいは段階的に小さくなるように形成された請求項７記載のマイクロチップ。
  9. 一端が前記サンプル流路に連通し、他端が負圧源に接続される吸引流路が形成された請求項６〜８のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
  10. 前記光照射部よりも送液方向上流において、サンプル流路を通流する液体の層流中に、微小粒子を含む他の液体の層流を導入する微小管を備え、
    前記吸引流路のサンプル液流路への連通口が、微小管の開口よりも送液方向下流であって、かつ前記変換流路よりも上流に設けられた請求項９記載のマイクロチップ。
  11. 請求項１０記載のマイクロチップと、マイクロチップを保持するホルダーと、マイクロチップ上に配され、オリフィスにおいて液体を液滴化して吐出させるための振動素子と、を備え、
    前記サンプル流路への液体の供給路が接続されるシースポートと、前記微小管への微小粒子を含む液体の供給路が接続されるサンプルポートと、前記吸引流路を負圧源に接続する吸引ポートと、がホルダーと一体に配設されたマイクロチップモジュール。
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