JP2012223683A - 微粒子分離装置および微粒子分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分離効率が向上した微粒子分離装置等を提供すること。
【解決手段】本発明に係る微粒子分離装置は、第１仮想直線に沿って形成され、第１導入口と、接続口と、を有する第１流路と、前記第１仮想直線と交差する第２仮想直線に沿って形成され、第２導入口と、前記接続口と連続し前記接続口と対向する第１内壁面を有する接続部と、を有する第２流路と、前記接続部と連続する第３流路と、前記第３流路を構成する内壁面のうち、前記第１内壁面と連続する第２内壁面に配置されるフィルタ部と、前記フィルタ部を介して前記第３流路と連続する第４流路と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、微粒子分離装置および微粒子分離方法に関する。

液相および固相の混濁液、あるいは液体中に固体粒子が分散した分散液から、所望の固相又は固体粒子を分離するための微粒子分離装置であって、数百マイクロメートル程度の微細なマイクロ流路を備えた微粒子分離装置が知られている。数百マイクロメートル程度の微細なマイクロ流路では、電場・遠心場などの外部操作を行わずとも、流れの体積に比べて表面積が非常に大きくなるため、その中に流体を導入すると、安定的に層流が形成される。このような微粒子分離装置は、例えば、工業的に均一な粒径をもつ合成粒子を製造する場合や、数種類の細胞が混合した細胞混合液（例えば、生体の血液など）から所望の粒径の細胞のみを分離回収する場合などに用いられる。

例えば、非特許文献１には、２つの流路が合流するマイクロ流路を備える微粒子分離装置が開示されている。一方の流路には粒子を含む粒子分散液を連続的に導入し、他方の流路には粒子を含まない溶液を連続的に導入し、合流した流路内において、導入された粒子が片方の側壁に押し付けられながら流れる層流（流体が所定の方向に流れ、渦などの不規則な変動がほとんど発生しない状態）を形成し、壁からの粒子の中心位置（直径）の違いに基づいて、粒子を連続的に分離することが開示されている。

しかしながら、非特許文献１で開示される分離装置では、例えば変形しやすい細胞のように流路の壁と粒子の中心位置との距離が変動する粒子を分離する場合には、所望のサイズの粒子を精度良く回収することは難しかった。また、回収される粒子のサイズ範囲を明確に決定することも難しく、高い分離精度を確保することは難しかった。

「マイクロ流路を用いた粒子の分級」（山田真澄、関実）、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ（真空）Ｖｏｌ．４９、Ｎｏ．７、２００６、ｐ．１０−ｐ．１４

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、分離効率が向上した微粒子分離装置および微粒子分離方法を提供することができる。

（１）本形態に係る微粒子分離装置は、第１仮想直線に沿って形成され、第１導入口と、接続口と、を有する第１流路と、前記第１仮想直線と交差する第２仮想直線に沿って形成され、第２導入口と、前記接続口と連続し前記接続口と対向する第１内壁面を有する接続部と、を有する第２流路と、前記接続部と連続する第３流路と、前記第３流路を構成する内壁面のうち、前記第１内壁面と連続する第２内壁面に配置されるフィルタ部と、前記フィルタ部を介して前記第３流路と連続する第４流路と、を含む。

本形態に係る微粒子分離装置は、第３流路の上流側となる接続部において、第２流路と第１流路とが接続する。これによれば、接続部において、第１流路の接続口から流入した液体の圧力によって、第２流路を流れる液体は、第１内壁面側に押し当てられる。したがって、本形態に係る微粒子分離装置によれば、第２流路に粒子を含む液体が導入された場合に、該粒子は接続部において第１内壁面側に押し当てられて第３流路に導入されるため、第３流路の第２内壁面において、フィルタ部と該粒子との接触機会が増加する。したがって、積極的に該粒子をフィルタ部に接触させることができるため、微粒子分離装置の分離効率が向上する。

また、本形態に係る微粒子分離装置は、フィルタ部が、第３流路の第２内壁面において、第３流路と第４流路とを連通する。フィルタ部が、第３流路が形成される方向（第３仮想直線）と平行な位置関係にあるため、フィルタ部を通過できない粒子は、フィルタ部に係留されにくく、第３流路の第１排出口側へ容易に流れることができる。したがって、本形態に係る微粒子分離装置は、フィルタ部が流路を塞ぐように設けられる場合（例えば、第３流路内の流れが全てフィルタ部を通過するようにフィルタ部が設けられる場合）と比べて、フィルタ部が詰まりにくい構造を有しているため、微粒子分離装置の分離効率が向上する。

（２）本形態に係る微粒子分離装置において、前記第３流路は、前記第２流路の前記第２導入口と連続していてもよい。

これによれば、仮に、フィルタ部を通過できる粒子が分離されなかった場合であっても、第３流路が第２導入口と連続しているため、粒子を含む液体が再度導入される。したがって、分離されなかった粒子を循環させてフィルタ部に接触させることでより確実に粒子を分離することができるため、微粒子分離装置の分離精度がさらに向上する。

（３）本形態に係る微粒子分離装置において、前記第２流路に前記第１流路が接続する角度は、０度よりも大きく、９０度以下であってもよい。

これによれば、第１流路および第２流路に液体が導入された場合に、第２流路から導入された液体を、層流を維持しつつ、フィルタ部の側へ寄せることができる。したがって、液体に含まれる粒子とフィルタ部５０との接触機会をより増加させることができるため、微粒子分離装置の分離効率がさらに向上する。

（４）本形態に係る微粒子分離装置において前記フィルタ部は、さらに、前記第１内壁面に配置され、前記第４流路は、前記フィルタ部を介して前記第２流路と連続してもよい。

これによれば、第２流路の接続部においてもフィルタ部が配置されるため、フィルタ部と粒子との接触機会がさらに増加し、微粒子分離装置の分離効率がさらに向上する。

（５）本形態に係る微粒子分離装置において、前記第１流路、前記第２流路、および前記第３流路の流路幅は、１０μｍ以上、１００μｍ以下であってもよい。

これによれば、本形態に係る微粒子分離装置に導入された液体の流れを容易に層流とすることができる。

（６）本形態に係る微粒子分離方法は、微粒子分離装置を用いて微粒子を分離する微粒子分離方法であって、前記微粒子分離装置は、第１仮想直線に沿って形成され、第１導入口と接続口とを有する第１流路と、前記第１仮想直線と交差する第２仮想直線に沿って形成され、第２導入口と、前記接続口と連続し、前記接続口と対向する第１内壁面を有する接続部と、を有する第２流路と、前記接続部と連続する第３流路と、前記第３流路を構成する内壁面のうち、前記第１内壁面と連続する第２内壁面に配置されるフィルタ部と、前記フィルタ部を介して前記第３流路と連続する第４流路と、を含み、前記微粒子分離方法は、分散媒からなる第１溶液を前記第１導入口に導入することと、分散媒に互いに異なる粒径を有する複数の粒子が分散した第２溶液を、前記第２導入口に導入することと、前記接続口から流入する前記第１溶液を用いて、前記第２溶液に含まれる前記粒子を前記接続部の前記第１内壁面側に押し付けることと、前記フィルタ部において、複数の前記粒子のうち、所定の粒径以下の粒子を前記第４流路へ通過させることと、を含む。

本形態に係る微粒子分離方法は、第２流路の接続部において、接続口から流入する第１溶液でもって、第２溶液に含まれる粒子を接続部の第１内壁面側に押し付ける工程を有する。これによれば、次の工程である、粒子を分離する工程において、液中を流れる粒子のフィルタ部に対する接触機会を増加させることができる。したがって、微粒子分離方法の分離効率が向上する。

また、本形態に係る微粒子分離方法は、粒子を分離する工程において、フィルタを用いて粒子を分離する。これによれば、フィルタを通過できる粒子と、フィルタを通過できない粒子とを精度よく分離することができる。したがって、微粒子分離方法の分離精度が向上する。

第１実施形態に係る微粒子分離装置を模式的に示す断面図。 第２実施形態に係る微粒子分離装置を模式的に示す断面図。 第３実施形態に係る微粒子分離装置を模式的に示す断面図。 第４実施形態に係る微粒子分離装置を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る微粒子分離装置を適用した微粒子分離方法を模式的に説明する断面図。 第１〜第４実施形態に係る微粒子分離装置を適用した微粒子分離方法を説明するフローチャート図。 第１〜第４実施形態に係る微粒子分離装置を適用した微粒子分離システムを説明するブロック図。 第１実施形態に係る微粒子分離装置のシミュレーションにおけるモデル断面図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 第１実施形態に係る微粒子分離装置
図１は、第１実施形態に係る微粒子分離装置１００を模式的に表す断面図である。図１に示すように、第１実施形態に係る微粒子分離装置１００は、互いに異なる粒径を有する粒子βと粒子γ（図の例では、粒子γの粒径＞粒子βの粒径）が分散した溶液が導入された場合に、粒子βと粒子γとを分離することを目的とする。以下、その他の実施形態においても同様である。

なお、図１は、微粒子分離装置１００の第1仮想直線Ａおよび第２仮想直線Ｂを含む平面における断面を模式的に示している。以下、図２ないし図５においても同様である。

また、本実施形態の説明においては、微粒子分離装置１００が設置される仮想平面上において第３流路３０が形成される方向をＸ軸方向とし（図１参照）、Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向（第３流路３０の流路幅方向）とし、Ｘ軸およびＹ軸に直交する方向をＺ軸方向（第３流路３０の深さ方向）として説明する。以下、その他の実施形態においても同様である。

第１実施形態に係る微粒子分離装置１００は、図１に示すように、第１導入口１１を有し、第１仮想直線Ａに沿って形成され、接続口１７を有する第１流路１０と、第２導入口２１を有し、第１仮想直線Ａと交差する第２仮想直線Ｂに沿って形成され、第１流路１０の接続口１７が連続する接続部２８を有する第２流路２０と、第２流路２０の接続部２８と連続し、第３仮想直線Ｃに沿って形成され、第１排出口３１を有する第３流路３０と、第４仮想直線Ｄに沿って形成され、第２排出口４１を有する第４流路４０と、第３流路０と第４流路４０との間に設けられるフィルタ部５０と、を含む。

第１流路１０は、図１に示すように、第１導入口１１を有し、第１仮想直線Ａに沿って形成され、接続口１７を有する。接続口１７は、接続部２８において後述される第２流路２０と接続する。本実施形態において、第１仮想直線Ａは、Ｙ軸方向に沿った直線である。図１においては、第１仮想直線Ａは、第１流路１０の流路幅（Ｘ軸方向における幅）の中心位置と重なっている。

第１流路１０の、Ｙ軸方向に垂直な面で切った断面（以後「第１流路１０の垂直断面」と記載する。）の形状は特に限定されない。第１流路１０の垂直断面の形状は、例えば、矩形（正方形又は長方形）であってもよい。また、第１流路１０の垂直断面の形状は、第１導入口１１から接続口１７までの間において同一であってもよいし、異なる箇所があってもよい。

第１流路１０の流路幅（図示の例では、Ｘ軸方向の幅）、流路深さ（図示の例では、Ｚ軸方向の幅）および流路長さ（図示の例では、Ｙ軸方向の長さ）は、特に限定されないが、第１流路１０の流路幅は、例えば、１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。第１流路１０の流路深さは、例えば、１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。つまりは、第１流路１０は、流路の幅および深さが、マイクロメートルのオーダーとなるように加工されたマイクロ流路であることが好ましい。これによれば、第１流路１０に導入された液体の流れの体積に比べて表面積を非常に大きくすることができる。したがって、第１流路１０に連続的に導入された液体の流れの状態を、容易に層流状態とすることができる。

第１流路１０は内壁面１５によって構成される。第１流路１０の垂直断面の形状が矩形である場合、第１流路１０は、４つの内壁面１５から構成される（図においては、４つの内壁面１５うち２つを図示）。また、図示はされないが、第１流路１０の垂直断面の形状が略円形である場合、円筒状に連続した内壁面から構成されていてもよい。

第２流路２０は、図１に示すように、第２導入口２１を有し、第１仮想直線Ａと交差する第２仮想直線Ｂに沿って形成され、第１流路１０の接続口１７が連続する接続部２８を有する。本実施形態において、第２仮想直線Ｂは、Ｘ軸に平行な直線である。すなわち、本実施形態において、第２仮想直線Ｂは第１仮想線Ａと直交している。図１に示すように、第２仮想直線Ｂは、第２流路２０の流路幅（Ｙ軸方向における幅）の中心位置と重なっている。

第２流路２０の、Ｘ軸方向に垂直な面で切った断面（以後「垂直断面」と記載する。）の形状は特に限定されない。第２流路２０の垂直断面の形状は、例えば、矩形（正方形又は長方形）であってもよい。また、第２流路２０の垂直断面の形状は、第２導入口２１から接続部２８までの間において同一であってもよいし、異なる箇所があってもよい。

第２流路２０の流路幅（図示の例では、Ｙ軸方向の幅）、流路深さ（図示の例では、Ｚ軸方向の深さ）および流路長さ（図示の例では、Ｘ軸方向の長さ）は、特に限定されない。第２流路２０の流路幅および流路深さは、例えば、第１流路１０の流路幅および流路深さとそれぞれ同じであってもよい。これにより、第２流路２０に連続的に導入された液体の流れの状態を、容易に層流状態とすることができる。

第２流路２０は流路を区画する内壁面２５によって構成される。第２流路２０の垂直断面の形状が矩形である場合、第２流路２０は、４つの内壁面２５から構成される（図示の例では、両側面と底面のみ図示）。

接続部２８は、図１に示すように、第１流路１０の接続口１７が第２流路に連続する部分であり、第１仮想直線Ａと第２仮想直線Ｂとが交差する部分である。接続部２８は、第２流路２０の一部であるため、内壁面２５によって構成される。図１に示すように、接続部２８を構成する内壁面２５は、接続口１７（の開口面）と対向する領域である第１内壁面２６を有する。第１内壁面２６は、内壁面２５の内、接続口１７が接続した部分とは反対側の内壁面である。

本実施形態において、図１に示すように、第２流路２０に第１流路１０が接続する接続角度αは、９０度である。接続角度αは、第１仮想直線Ａと第２仮想直線Ｂとのなす角度のうち第１流路側の角度である。

第３流路３０は、図１に示すように、第２流路２０の下流側において、第２流路２０の接続部２８と連続し、第３仮想直線Ｃに沿って形成され、第１排出口３１を有する。本実施形態において、第３仮想直線Ｃは、Ｘ軸方向に沿った直線であって、第２仮想線Ｂと同一直線である。図１に示すように、第３仮想直線Ｃは、第３流路３０の流路幅（Ｙ軸方向における幅）の中心位置と重なっている。

第３流路３０の、Ｘ軸方向に垂直な面で切った断面（以後「垂直断面」と記載する。）の形状は特に限定されない。第３流路３０の垂直断面の形状は、例えば、矩形（正方形又は長方形）であってもよい。また、第３流路３０の垂直断面の形状は、接続部２８と連続する部分から第１排出口３１までの間において同一であってもよいし、異なる箇所があってもよい。

第３流路３０の流路幅（図示の例では、Ｙ軸方向の幅）、流路深さ（図示の例では、Ｚ軸方向の深さ）および流路長さ（図示の例では、Ｘ軸方向の長さ）は、特に限定されない。第３流路３０の流路幅および流路深さは、例えば、第２流路２０の流路幅および流路深さとそれぞれ同じであってもよい。これにより、第３流路３０に連続的に導入された液体の流れの状態を、容易に層流状態とすることができる。

第３流路３０は流路を区画する内壁面３５によって構成される。第３流路３０の垂直断面の形状が矩形である場合、第３流路３０は、４つの内壁面３５から構成される（図示の例では、両側面と底面のみ図示）。ここで、図１に示すように、第３流路３０を構成する内壁面３５のうち、接続部２８の第１内壁面２６と連続する内壁面を第２内壁面３６とする。

本実施形態に係る微粒子分離装置１００の変形例として、第３流路３０の第１排出口３１は、第２流路２０の第２導入口２１と連続した循環経路と接続されていてもよい。つまりは、第２流路２０と第３流路３０は、連続した循環流路であってもよい。これによれば、後述されるフィルタ部５０を通過できる粒子が仮に分離されなかった場合であっても、循環経路から第２流路２０へ再度導入される。したがって、分離されなかった粒子を循環させてフィルタ部５０に接触させることで確実に分離することができるため、微粒子分離装置１００の分離精度をより向上させることができる。

第４流路４０は、図１に示すように、第４仮想直線Ｄに沿って形成され、第２排出口４１を有する。第４流路４０は、後述されるフィルタ部５０を介して第３流路３０と連通する。本実施形態において、第４仮想直線Ｄの形成される方向は特に限定されない。例えば、図１に示すように、第４仮想直線ＤはＸ軸方向に沿った直線であって、第３仮想線Ｃと平行な直線であってもよい。図示はされないが、第４仮想直線Ｄはフィルタ部５０からＹ軸方向に形成される直線であってもよい。図１に示すように、第４仮想直線Ｄは、第４流路４０の流路幅（Ｙ軸方向における幅）の中心位置と重なっている。

第４流路４０の、Ｙ軸方向に垂直な面で切った断面（以後「垂直断面」と記載する。）の形状は液体を流すことができる限り特に限定されない。第４流路４０の垂直断面の形状は、例えば、矩形（正方形又は長方形）であってもよい。また、第４流路４０の垂直断面の形状は、フィルタ部５０と連続する部分から第２排出口４１までの間において同一であってもよいし、異なる箇所があってもよい。

第４流路４０の流路幅（図示の例では、Ｙ軸方向の幅）、流路深さ（図示の例では、Ｚ軸方向の深さ）および流路長さ（図示の例では、Ｘ軸方向の長さ）は、特に限定されない。第４流路４０の流路幅および流路深さは、例えば、第３流路３０の流路幅および流路深さとそれぞれ同じであってもよい。また、第４流路４０の流路幅および流路深さは、例えば、第３流路３０の流路幅および流路深さよりも、それぞれ大きくてもよい。

フィルタ部５０は、図１に示すように、第３流路３０と第４流路４０との間に設けられる。フィルタ部５０は、第３流路３０を構成する内壁面３５のうち、第１内壁面２６と連続する第２内壁面３６において、第３流路３０と第４流路４０とを連通させる。言い換えれば、第３流路３０の第２内壁面３６の一部は、フィルタ部５０から構成されている。

フィルタ部５０の構成は、所定の粒径以下の粒子を通過させることができる限り、特に限定されない。例えば、フィルタ部５０は、複数の通路５１（第３流路３０と第４流路４０とを連通する通路）が一定の間隔で隣り合うように形成されたスリット状のフィルタ部であってもよい。また、フィルタ部５０は、複数の通路５１（第３流路３０と第４流路４０とを連通する通路）が一定の間隔で隣り合うように形成されたメッシュ状のフィルタ部であってもよい。

フィルタ部５０は、第３流路３０の第２内壁面３６の少なくとも一部領域において、第３流路３０と第４流路４０とを連通するように設けられていればよい。例えば、図１に示すように、接続部２８の第１内壁面２６の下流側（第３流路３０側）と第２内壁面３６に設けられたフィルタ部５０とが連続するように設けられていてもよい。また、図示はされないが、第３流路３０の第２内壁面３６の全面においてフィルタ部５０が設けられていてもよい。

また、フィルタ部５０の通路５１の幅は、分離する粒子の大きさに応じて適宜設計することができる。例えば、本実施形態の微粒子分離装置１００を用いて生体の血液成分を含む液体から単球を分離する場合、フィルタ部５０の通路５１の幅は、６．５μｍ以上１６．８μｍ以下であってもよい。

以上の構成により、第１実施形態に係る微粒子分離装置１００を構成する。第１流路１０、第２流路２０および第３流路３０が形成される部材の材料は、特に限定されない。材料としては、例えば、ガラス、シリコーンなどの無機材料、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、シリコーン樹脂（ＰＤＭＳ）などの樹脂材料、又はそれらを組み合わせたハイブリッド材料などを挙げることができる。

微粒子分離装置１００の製造方法は、特に限定されず、公知の成型加工やマイクロマシン微細加工技術（ＭＥＭＳ；Micro Electro Mechanical Systems）によって製造することができる。例えば、公知のフォトリソグラフィー技術などによって溝が形成された基板や穴が形成された基板を適宜組み合わせることによって、第１実施形態に係る微粒子分離装置１００を製造してもよい。

以上により、第１実施形態に係る微粒子分離装置１００を構成することができる。前述のように、第１実施形態に係る微粒子分離装置１００は、互いに異なる粒径を有する粒子βと粒子γ（図の例では、粒子γの粒径＞粒子βの粒径）が分散した溶液が導入された場合に、粒子βと粒子γとを分離することを目的とする。図１に示すように、液体に分散した粒子βと粒子γは、上流側である第２導入口２１から導入され、下流側である第３流路３０へと流れる。ここで、接続部２８において、第２流路２０に第１流路１０が接続されているため、粒子βおよび粒子γは、第１流路１０の接続口１７と対向する第１内壁面２６側に押し付けなれながら第３流路３０へ流入する。このとき、粒子βおよび粒子γは、第３流路３０の第１内壁面２６と連続する第２内壁面３６に配置されたフィルタ部５０に接触する。粒子βおよび粒子γ（粒子γの粒径＞粒子βの粒径）を分離する場合、フィルタ部５０の通路５１の幅は、粒子γよりも小さく、かつ、粒子βよりも大きくなるように選択される。したがって、粒子βはフィルタ部５０を通過して第４流路４０へ流れ、粒子γはフィルタ部５０を通過しないため、粒子βと粒子γとを分離することができる。

本実施形態に係る微粒子分離装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

本形態に係る微粒子分離装置１００は、第３流路３０の上流側となる接続部２８において、第２流路２０に第１流路１０が接続する。これによれば、接続部２８において、第１流路１０の接続口１７から流入した液体の圧力によって、第２流路２０を流れる液体は、第１内壁面２６側に押し当てられる。したがって、微粒子分離装置１００によれば、第２流路２０に粒子を含む液体が導入された場合、該粒子は接続部２８において第１内壁面側に押し当てられて第３流路３０に導入されるため、第３流路３０の第２内壁面３６において、フィルタ部５０と該粒子との接触機会が増加する。したがって、単に第２流路２０に粒子を含む液体を流通させる場合と比較して積極的に該粒子をフィルタ部に接触させることができるため、微粒子分離装置１００の分離効率が向上する。

また、本形態に係る微粒子分離装置１００は、フィルタ部５０が、第３流路３０の第２内壁面３６において、第３流路３０と第４流路４０とを連通する。フィルタ部５０が、第３流路３０が形成される方向（第３仮想直線Ｃ）と平行な位置関係にあるため、フィルタ部５０を通過できない粒子は、フィルタ部５０に係留されにくく、第３流路３０の第１排出口３１側へ容易に流れることができる。したがって、フィルタ部５０が詰まりにくい構造を有しているため、微粒子分離装置１００の分離効率が向上する。

また、本形態に係る微粒子分離装置１００では、所定の粒径以下の粒子のみがフィルタ部５０を通過することができる。これによれば、フィルタ部５０を通過できる粒子と、フィルタ部５０を通過できない粒子とを精度よく分離することができる。したがって、微粒子分離装置１００の分離精度が向上する。

また、本形態に係る微粒子分離装置１００では、フィルタ部５０の通路５１の幅は、例えば、６．５μｍ以上、１６．８μｍ以下であってもよい。ここで、一般的な単球の直径は、他の血液成分と比べてサイズの大きい１３〜２０μｍ程度である。これによれば、単球を通過させず、かつ、その他の血液成分を通過させるように、通路５１の幅を選択することで、血液から単球を精度よく分離することができる。したがって、フィルタ部５０の通路５１の幅は、一般的な単球の直径に対して５０〜８０％となる６．５μｍ以上１６．８μｍ以下の範囲から選択されてもよい。

２． 第２実施形態に係る微粒子分離装置
図２は、第２実施形態に係る微粒子分離装置２００を模式的に表す断面図である。第１実施形態に係る微粒子分離装置１００と同様な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る微粒子分離装置２００では、図２に示すように、第２流路２０に第１流路１０が接続する接続角度αは、９０度より小さい。第１流路１０が沿って形成される第１仮想直線Ａは、第２仮想直線Ｂと直交せず、直交する位置よりも第２流路側に傾斜して形成される。すなわち、本実施形態においては、接続角度αは、０度＜α＜９０度を満たす。より好適には、接続角度αは、２０度＜α＜９０度を満たす。例えば、接続角度αは、第１仮想直線Ａが、フィルタ部５０と交差するように調整されてもよい。

第２実施形態に係る微粒子分離装置２００においても、第１実施形態に係る微粒子分離装置１００と同様な効果を奏する。

また、第２実施形態に係る微粒子分離装置２００によれば、第１流路１０の形成される方向（第１仮想直線Ａ）の延長線上に、フィルタ部５０が配置される（図２参照）。これによれば、第１流路１０および第２流路２０に液体が導入された場合に、第２流路から導入された液体を、フィルタ部５０の側へ寄せることができる。言い換えれば、第２実施形態に係る微粒子分離装置２００は、第１実施形態に係る微粒子分離装置１００に比べて、第１流路１０からフィルタ部５０（第４流路４０）へ向かう流れをより積極的に形成することができる。したがって、液体に含まれる粒子とフィルタ部５０との接触機会をより増加させることができるため、微粒子分離装置２００の分離効率をより向上させることができる。

３． 第３実施形態に係る微粒子分離装置
図３は、第３実施形態に係る微粒子分離装置３００を模式的に表す平面図である。第１実施形態に係る微粒子分離装置１００と同様な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る微粒子分離装置３００では、図３に示すように、フィルタ部５０ａは、さらに、接続部２８と第４流路４０との間に連続して設けられる。言い換えれば、フィルタ部５０ａは、第２流路２０の第１内壁面２６及び第３流路３０の第２内壁面３６に形成される。フィルタ部５０ａは、第１内壁面２６の全面に形成されていてもよいし、第１内壁面２６の少なくとも一部に形成されていてもよい。

第３実施形態に係る微粒子分離装置３００においても、第１実施形態に係る微粒子分離装置１００と同様な効果を奏する。

また、第３実施形態に係る微粒子分離装置３００においても、「２．第２実施形態に係る微粒子分離装置」の項で説明した種々の変形と同様の変形が可能であり、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第３実施形態に係る微粒子分離装置３００によれば、第２流路２０の接続部２８においてもフィルタ部５０ａが配置されるため、フィルタ部５０ａと液体に含まれる粒子との接触機会がさらに増加し、微粒子分離装置の分離効率がさらに向上する。

４． 第４実施形態に係る微粒子分離装
図４は、第４実施形態に係る微粒子分離装置４００を模式的に表す平面図である。第１実施形態に係る微粒子分離装置１００と同様な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る微粒子分離装置４００では、図４に示すように、第２仮想直線Ｂと、第３仮想直線Ｃ´とが同一直線上に配置されず、接続部２８において互いに交差する直線である。本実施形態において、第１仮想直線Ａ、第２仮想直線Ｂおよび第３仮想直線Ｃ´は、それぞれ異なる方向に形成され、接続部２８において互いに交差する直線である。

第４実施形態に係る微粒子分離装置４００においても、第１実施形態に係る微粒子分離装置１００と同様な効果を奏する。

また、第４実施形態に係る微粒子分離装置４００においても、「２．第２実施形態に係る微粒子分離装置」および「３．第３実施形態の変形例に係る微粒子分離装置」の項で説明した種々の変形と同様の変形が可能である。

５． 微粒子分離方法
以下において、微粒子分離方法について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、第１実施形態に係る微粒子分離装置１００を適用した場合の微粒子分離方法として説明するが、第２実施形態に係る微粒子分離装置２００、第３実施形態に係る微粒子分離装置３００および第４実施形態に係る微粒子分離装置４００も同様に適用することができる。

図５（Ａ）は、本実施形態に係る微粒子分離装置１００の接続部２８よりも上流側の第２流路２０において、液体が流れる状態を説明する図であり、図５（Ｂ）は、本実施形態に係る微粒子分離装置１００の接続部２８周辺において、液体が流れる状態を説明する図である。図６は、微粒子分離方法を説明するフローチャート図である。

本実施形態に係る微粒子分離方法は、図６に示すように、微粒子分離装置１００（２００、３００、４００）を準備する工程（Ｓ１）と、分散媒のみからなる第１溶液と、分散媒に互いに異なる粒径を有する複数の粒子が分散した第２溶液と、を準備する工程（Ｓ２）と、第１導入口１１に第１溶液を、第２導入口２１に第２溶液を、それぞれ導入する工程（Ｓ３）と、第２流路２０の接続部２８において、接続口１７から流入する第１溶液でもって、第２溶液に含まれる粒子を接続部２８の第１内壁面２６側に押し付ける工程（Ｓ４）と、フィルタ部５０において、複数の粒子の内、所定の粒径以下の粒子を第４流路４０へ通過させ、所定粒径より大きい粒子を第１排出口３１から排出することで、粒子を粒径によって分離する工程（Ｓ５）と、を含む。

まず、微粒子分離装置１００を準備する（Ｓ１）。準備される微粒子分離装置は、第１〜第４実施形態のいずれかに係る微粒子分離装置であってもよいし、それぞれの実施形態を組み合わせた変形例に係る微粒子分離装置であってもよい。

次に、第１溶液および第２溶液を準備し、微粒子分離装置１００に導入する（Ｓ２、Ｓ３）。

第１流路１０の第１導入口１１に導入される液体である第１溶液は、固相又は固体粒子などを含まない、分散媒からなる溶液である。図１に示すように、第１導入口１１から導入された第１溶液は、第１流路１０を流れて、接続口１７から接続部２８（第２流路２０）に流入する。ここで、図示されないポンプを介して、所定の圧力でもって第１溶液を導入してもよい。第１溶液を第１流路１０に導入する圧力をＰ１とする。

第２流路２０の第２導入口２１に導入される液体である第２溶液は、固相又は固体粒子などが分散媒に分散した溶液である。例えば、図５（Ａ）に示すように、第２溶液では、分散媒に互いに異なる粒径を有する複数の粒子（図示の例では、「粒子γ」と「粒子β」であり、「粒子γの粒径＞粒子βの粒径」とする）が分散している。図１に示すように、第２溶液は、上流側である第２流路２０から接続部２８を介して下流側である第３流路３０へ流れる。ここで、図示されないポンプを介して、所定の圧力でもって第２溶液を導入してもよい。第２溶液を第２流路２０に導入する圧力をＰ２とする。

第２溶液は、例えば、生体の血液成分（リンパ球や単球など）が分散されて含まれている液体であってもよい。第２溶液は、例えば、血液そのものであってもよいし、成分採血した血液や、血液と他の液体との混合液であってもよい。なお、第１溶液と第２溶液の液相は同じ成分を含む液体であっても、異なる成分が含まれてもよい。すなわち、第１溶液は第２溶液から粒子を除いた液体であっても、別途調製された液体であっても良い。例えば、第２溶液が血液成分を含む場合には、第１溶液は生理食塩水等であっても良い。

ここで、図５（Ａ）に示すように、第２導入口２１から導入された第２溶液は、Ｘ軸方向（流路方向）に流れる層流Ｆ１を形成する。ここで、図５（Ａ）および図５（Ｂ）における矢印は、液体の流れる向きと流速を示す。図５（Ａ）に示すように、層流状態の液体は、流路の中心ほど流速が速く（矢印が長く）、内壁面に近いほど摩擦によって流速が遅い（矢印が短い）。

次に、接続部２８において、接続口１７から流入する第１溶液でもって、第２溶液に含まれる粒子を接続部２８の第１内壁面２６側に押し付ける（Ｓ４）。

接続部２８には第１流路１０と連通した接続口１７が設けられている。接続口１７からは、Ｙ軸方向に流れる第１溶液が流入し、層流Ｆ１（第２溶液）を第１内壁面２６側へ押し当てる。したがって、接続部２８では、第１内壁面２６側に押し当てられた層流Ｆ１´が形成される。これに伴い、層流Ｆ１´に含まれる複数の粒子（「粒子β」と「粒子γ」）も、接続部２８において第１内壁面２６側に押し当てられる。

次に、フィルタ部５０において、複数の粒子の内、所定の粒径以下の粒子を第４流路４０へ通過させ、所定粒径より大きい粒子を第１排出口３１から排出することで、粒子を粒径によって分離する（Ｓ５）。

層流Ｆ１´は、第１内壁面２６側に押し当てられて、第３流路３０に導入される。第３流路３０の第１内壁面２６と連続する第２内壁面３６において、第３流路３０と第４流路４０とを連通するフィルタ部５０が設けられているため、層流Ｆ１´は、慣性によってフィルタ部５０に押し当てられ、異なる粒径を有する複数の粒子は、粒径により分離される。例えば、図５（Ｂ）に示すように、フィルタ部５０を通過できない粒径を有する粒子γは、そのまま第３流路３０を流れ、第１排出口３１から排出される。また、例えば、図５（Ｂ）に示すように、フィルタ部５０を通過できる粒径を有する粒子βは、フィルタ部５０を通過して第４流路４０へ流れ、第２排出口４１から排出される。

ここで、第３流路においてフィルタ部５０よりも下流の液体を第３溶液とし、第４流路の液体を第４溶液とする。すなわち、第３溶液はフィルタ部５０を通過できない粒径を有する粒子γを含み、第４溶液はフィルタ部５０を通過した粒子βを含む。この場合、図示されないイジェクターを介して、所定の圧力でもって第３溶液を第１排出口３１から排出してもよい。ここで、第３溶液を第３流路３０から排出する圧力をＰ３とする。また、図示されないイジェクターを介して、所定の圧力でもって第４溶液を第２排出口４１から排出してもよい。ここで、第４溶液を第４流路４０から排出する圧力をＰ４とする。

本実施形態に係る微粒子分離方法において、第１溶液を導入する圧力Ｐ１、第２溶液を導入する圧力Ｐ２、第３溶液を排出する圧力Ｐ３および第４溶液を排出する圧力Ｐ４は、同じ圧力に設定してもよい。

また、本実施形態に係る微粒子分離方法において、第１溶液を導入する圧力Ｐ１が第２溶液を導入する圧力Ｐ２よりも大きな圧力となるように設定してもよい。これによれば、第１溶液で粒子を押し付ける工程（Ｓ４）において、より確実に粒子を第１内壁面２６側へ押し当てることができ、さらには、フィルタ部５０で粒子を分離する工程（Ｓ５）において、第３流路３０から第４流路４０側へ向かう流れをより強くすることができるため、分離の確実性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る微粒子分離方法において、第３溶液を排出する圧力Ｐ３が第２溶液を導入する圧力Ｐ２よりも大きな圧力となるように設定してもよい。これによれば、含む第３流路３０を流れる液体の流速をより速くすることができるため、フィルタ部５０周辺からフィルタ部５０を通過しなかった粒子を移動させやすい。したがって、フィルタ部５０を詰まりにくくすることができる。

６． 微粒子分離システム
図７は、微粒子分離システム１０００を説明するためのブロック図である。図７において、白矢印は液体の流れおよび配管を示している。

微粒子分離システム１０００は、微粒子分離装置１００（２００、３００、４００）、第１溶液が収容される第１容器１１０、第２溶液が収容される第２容器１１２、第１排出口３１から排出される溶液を回収する第１回収容器１２４および第２排出口４１から排出される溶液を回収する第２回収容器１３０を含む。

図７に示される例では、微粒子分離システム１０００は、上記構成に加えて、ポンプ１１４、１１５、バルブ１２２を含んで構成されている。図示はされないが、微粒子分離システム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリーとを有するコンピューターなどからなる制御部や、制御部と電気的に接続された圧力センサーなどをさらに含んでいてもよい。制御部は、圧力センサーによる圧力の検出結果に基づいて、バルブの開閉やポンプの動作を制御する。

第１容器１１０には、第１溶液が収容される。第１溶液の例としては、例えば、洗浄液（例えば、生理食塩水、培養液、緩衝液など）を挙げることができる。第２容器１１２には、第２溶液が収容される。第２溶液の例としては、例えば、生体の血液成分を含む液体を挙げることができる。

第１溶液は、ポンプ１１４によって第１導入口１１に導入され、第２溶液は、ポンプ１１５によって第２導入口２１に導入される。

バルブ１２２は、三方弁バルブであり、フィルタ部５０を通過しない粒子を含む第３溶液の流れを制御する。バルブ１２２は、第３溶液を第１回収容器１２４又は微粒子分離装置１００の第２導入口２１へ送ることができる。ここで、図示はしないが、バルブ１２２と第２導入口２１との間にポンプが設けられていてもよい。

第１回収容器１２４は、微粒子分離装置１００（２００、３００、４００）の第３流路３０の第１排出口３１から排出される液体を収容する。血液から単球を分離する場合には、第１回収容器１２４に、フィルタ部５０を通過しなかった血液成分として単球が回収されてもよい。

第１回収容器１２４は、単球を樹状細胞に誘導するための試薬を添加したり、培地交換したりするためのバルブが設けられていてもよい。第１回収容器１２４の内壁面は、樹状細胞が剥離しやすい構造や材質で構成されていることが好ましい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））などの撥水性材料、親水コート表面を持つ高分子有機化合物又は無機化合物などで構成されていたり、微小凹凸やマイクロポスト状の構造を有していたりしてもよい。

第２回収容器１３０は、微粒子分離装置１００（２００、３００、４００）の第４流路４０の第２排出口４１から排出される液体を収容する。第２回収容器１３０には、フィルタ部５０を通過した血液成分が回収されていてもよい。

７． シミュレーション例
次に、シミュレーション例について説明する。シミュレーションソフトには、ＳＴＡＲ−ＬＴ（株式会社シーディー・アダプコ・ジャパン社製）を用いた。液体の物性条件は水の物性をモデルとし、分子量１８、参照温度２９３．１Ｋ、密度９９８．２ｋｇ／ｍ３、体積膨張率０、比熱４１８３Ｊ／ｋｇ・Ｋ、分子粘性０．００１００２Ｐａ・ｓ、熱伝導率０．６０３Ｗ／ｍ・Ｋ、形成熱−１５８７００００、形成温度２９８．１Ｋとした。

図８は、シミュレーション例について説明するための微粒子分離装置のモデル断面図である。図８に示されるモデルでは、第１流路１０に第１導入口１１が設けられ、第２流路２０に第２導入口２１が設けられている。フィルタ部５０は、複数の通路５１がスリット状に形成されている。液体の流れる方向から見た第１流路１０、第２流路２０および第３流路３０の断面の形状は長方形、幅は１００μｍ、高さは３０μｍである。また、フィルタ部５０の通路５１の幅は５μｍである。

上記条件において、各流路における液体の速度ベクトル（流れの状態）ついてのシミュレーションを行った。

図８の第１流路１０、第２流路２０、第３流路３０およびフィルタ部５０内に表示される矢印は、液体の速度ベクトルを表す。

図８に示すように。第２流路２０において液体は層流状態であった。第１流路から流入した液体の流れによって、第２流路を流れる液体は、第１内壁面２６側へ押し付けられており、これによって、フィルタ部５０を通過する流れが発生したことがわかった。

以上のシミュレーション結果から、微粒子分離装置１００（２００、３００、４００）は、第３流路３０の上流側となる接続部２８において、第２流路２０に第１流路１０が接続することによって、フィルタ部５０へ向かう流れが発生することが確認された。これにより、第２流路２０を流れる粒子が、接続部２８において、第１内壁面２６側へ押し付けられ、フィルタ部５０との接触機会が増加することが確認された。

なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態および各変形例は、複数を適宜組み合わせることが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１０ 第１流路、１１ 第１導入口、１５ 内壁面、１７ 接続口、２０ 第２流路、
２１ 第２導入口、２５ 内壁面、２６ 第１内壁面、２８ 接続部、３０ 第３流路、
３１ 第１排出口、３５ 内壁面、３６ 第２内壁面、４０ 第４流路、
４１ 第２排出口、５０、５０ａ フィルタ部、５１ 通路、
１００、２００、３００、４００ 微粒子分離装置、
１１０ 第１容器、１１２ 第２容器、１１４、１１５ ポンプ、１２２ バルブ、
１２４ 第１回収容器、１３０ 第２回収容器、１０００ 微粒子分離システム

Claims (6)

1. 第１仮想直線に沿って形成され、第１導入口と、接続口と、を有する第１流路と、
   前記第１仮想直線と交差する第２仮想直線に沿って形成され、第２導入口と、前記接続口と連続し前記接続口と対向する第１内壁面を有する接続部と、を有する第２流路と、
   前記接続部と連続する第３流路と、
   前記第３流路を構成する内壁面のうち、前記第１内壁面と連続する第２内壁面に配置されるフィルタ部と、
   前記フィルタ部を介して前記第３流路と連続する第４流路と、
   を含む、微粒子分離装置。
2. 請求項１において、
   前記第３流路は、前記第２流路の前記第２導入口と連続する、微粒子分離装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第２流路に前記第１流路が接続する角度は、０度よりも大きく、９０度以下である、微粒子分離装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項において、
   前記フィルタ部は、さらに、前記第１内壁面に配置され、
   前記第４流路は、前記フィルタ部を介して前記第２流路と連続する、微粒子分離装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項において、
   前記第１流路、前記第２流路、および前記第３流路の流路幅は、１０μｍ以上、１００μｍ以下である、微粒子分離装置。
6. 微粒子分離装置を用いて微粒子を分離する微粒子分離方法であって、
   前記微粒子分離装置は、
   第１仮想直線に沿って形成され、第１導入口と接続口とを有する第１流路と、
   前記第１仮想直線と交差する第２仮想直線に沿って形成され、第２導入口と、前記接続口と連続し、前記接続口と対向する第１内壁面を有する接続部と、を有する第２流路と、
   前記接続部と連続する第３流路と、
   前記第３流路を構成する内壁面のうち、前記第１内壁面と連続する第２内壁面に配置されるフィルタ部と、
   前記フィルタ部を介して前記第３流路と連続する第４流路と、
   を含み、
   前記微粒子分離方法は、
   分散媒からなる第１溶液を前記第１導入口に導入することと、
   分散媒に互いに異なる粒径を有する複数の粒子が分散した第２溶液を、前記第２導入口に導入することと、
   前記接続口から流入する前記第１溶液を用いて、前記第２溶液に含まれる前記粒子を前記接続部の前記第１内壁面側に押し付けることと、
   前記フィルタ部において、複数の前記粒子のうち、所定の粒径以下の粒子を前記第４流路へ通過させることと、を含む、微粒子分離方法。