JP2012228197A - 分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体中に存在する粒子を、効率的に捕捉、分離または回収することができ、かつ、目詰まりを生じにくい分離装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる分離装置は、第１方向に沿って、標的となる粒子を含有する第１流体を流す第１流路と、前記第１流路に接続し、第２流体を前記第１流体に合流させる第２流路と、前記第１流路および前記第２流路の合流位置に対して前記第１方向の下流側に設けられ、前記粒子を濾別する濾過機構と、を有し、前記第２流体は、前記第１方向に垂直な速度成分を有して前記第１流体に合流される。
【選択図】図１

Description

本発明は、分離装置に関する。

近年、がんの新しい治療方法として、「樹状細胞療法（がん免疫療法）」が注目されている。樹状細胞療法は、患者末梢血を成分採血し、その中から単球のみを取り出し体外で樹状細胞に分化誘導したのちに患者がん抗原を認識させ、患者体内に投与するというプロトコルを経る治療法である。また、がんの新しい治療としては、がんの再発を防止するために、血液中の循環がん細胞（ＣＴＣ）（Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ Ｔｕｍｏｕｒ Ｃｅｌｌ）を除去する技術も注目されている。

これらの治療法ではいずれも、血液中で多数の血球とともに存在している単球やＣＴＣなどの少数の細胞を、血液中から採取あるいは除去する技術が必要となっており、これに適した分離技術の開発が望まれている。

細胞等を捕捉したり分離したりする技術としては、比重遠心法、接着法、磁気ビーズ法、フィルター法などが提案されてきている。これらのうち、フィルター法としては、例えば、マイクロポストと称する構造のフィルターを用いた技術がある。例えば、非特許文献１には、ＣＴＣの接着因子が固定化されたマイクロポストをフィルター（濾過機構）として利用したマイクロチップが開示されている。同文献に記載されたフィルターは、複数のマイクロポスト（円柱状）が等間隔に配置され、そのマイクロポストの側壁に、接着因子が固定化されている。そして、同文献に開示された方法では、マイクロポスト間に一定の流量で血液を送液する。そうすると、血液がマイクロポスト間を蛇行して流れ、これによって血液中の血球等が遠心力を受け、マイクロポストの側壁への血球等の接触機会が増大するとしている。同文献には、接着因子に特異的に接着するＣＴＣのみを接着捕獲することができ、ＣＴＣを他の血球等と分離することができる旨の記載がある。

Sun itha Nagrath et al., "Isolation of rare circulating tumour cells in cancer patients by microchip technology", vol450|20/27 December 2007| doi:10.1038/nature06385 LETTERS

しかしながら、非特許文献１に記載のマイクロチップでは、接着因子にＣＴＣを付着させる能力は、血液の流速、並びに円柱状のマイクロポストの大きさおよび間隔に依存する。例えば、血液の流速が小さいと、がん細胞と接着因子との接触機会が少なくなり、マイクロポストに付着するＣＴＣの数が少なくなってしまう場合がある。一方、血液の流速が大きいと、マイクロポストに付着したＣＴＣが流されてしまう場合がある。また、複数のマイクロポストの間の間隔が大きくなると、ＣＴＣと接着因子との接触機会が少なくなり、マイクロポストに付着するＣＴＣの数が少なくなってしまう。一方、複数のマイクロポストの間の間隔が小さくなると、血液を流すための抵抗が大きくなるうえ、付着したＣＴＣによって詰まりが生じる場合がある。

また、非特許文献１に記載のマイクロチップに限らず、単純にフィルターを用いて、流体中に分散された粒子（細胞等）を捕捉・分離する方法では、フィルターの目詰まりの生じやすさ（通過させる流体を流すための抵抗の増大しやすさ）と、粒子を捕捉・分離する能力（効率）とは、互いにトレードオフの関係となっている。したがって、このようなトレードオフの関係を脱した、目詰まりを生じにくく、かつ、標的粒子（細胞）を捕捉・分離する能力の高い分離装置が求められている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その幾つかの態様にかかる目的の一つは、流体中に存在する粒子を、効率的に捕捉、分離または回収することができ、かつ、目詰まりを生じにくい分離装置を提供することにある。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
本発明にかかる分離装置の一態様は、第１方向に沿って、標的となる粒子を含有する第１流体を流す第１流路と、前記第１流路に接続し、第２流体を前記第１流体に合流させる第２流路と、前記第１流路および前記第２流路の合流位置に対して前記第１方向の下流側に設けられ、前記粒子を濾別する濾過機構と、を有し、前記第２流体は、前記第１方向に垂直な速度成分を有して前記第１流体に合流されるものである。

本適用例の分離装置によれば、第２流路から導入される第２流体によって、第１流体の第１方向に対して垂直な方向における通過位置を偏らせることができる。これにより、濾過機構における第１流体が到達する位置に偏りを形成することができる。これにより、第１流体に含有される粒子を、濾過機構の偏った領域に導くことができる。したがって、本適用例の分離装置は、濾過機構全体で粒子を捕捉する場合に比べて、第１流体および第２流体が通過しやすい領域と、粒子が多く通過する、すなわち粒子が捕捉される領域を形成することができる。これにより、粒子による濾過機構の目詰まりが抑制され、第１流体および第２流体が濾過機構を通過する場合の抵抗を上昇しにくくすることができる。したがって、本適用例の分離装置によれば、濾過機構が詰まりにくい状態で使用することができるので、粒子を効率的に捕捉、分離または回収することができる。

［適用例２］
適用例１において、前記第１流路に接続し、第３流体を前記第１流体に合流させる第３流路をさらに有し、前記第３流体は、前記第１方向に垂直な速度成分を有して前記第１流体に合流され、前記第２流体が有する前記第１方向に垂直な速度成分と、前記第３流体が有する前記第１方向に垂直な速度成分とは、互いに対向していてもよい。

本適用例の分離装置によれば、第２流路および第３流路から導入される第２流体および第３流体によって、第１流路内における第１流体の通過位置を変化させることができる。これにより、濾過機構における第１流体が到達する位置を変化させることができ、第１流体の濾過機構における通過位置を調節することができる。したがって、第１流体に含有される粒子を、濾過機構の所定の領域に導くことができる。したがって、本適用例の分離装置によれば、濾過機構の各部分を効率的に使用することができるので、粒子を効率的に捕捉、分離または回収することができる。

［適用例３］
適用例１または適用例２において、前記濾過機構は、前記第１方向に交差する方向が長手方向である柱状体を有し、前記粒子は、前記柱状体によって形成される間隙に留まって濾別されてもよい。

本適用例の分離装置によれば、柱状体によって形成された濾過機構の間隙に、粒子を停留させて濾過することができる。これにより、粒子を、濾過機構の間隙の幅と粒子の直径の関係にしたがって精密に捕捉、分離または回収することができる。

［適用例４］
適用例１または適用例２において、前記濾過機構は、前記第１方向に交差する方向が長手方向である柱状体を有し、前記柱状体の表面には、前記粒子と特異的に結合する接着因子が配置され、前記粒子は、前記接着因子への結合によって濾別されてもよい。

本適用例の分離装置によれば、標的となる粒子を、柱状体の表面に配置された接着因子に、化学的に結合させる、または水素結合等によって物理的に吸着させることによって、捕捉することができる。これにより、粒子を表面の性質によってより精密に捕捉、分離または回収することができる。

［適用例５］
適用例４において、前記柱状体の表面には、第１接着因子および第２接着因子が配置され、前記第１接着因子および第２接着因子は、前記柱状体の長手方向において異なる位置に配置されていてもよい。

本適用例の分離装置によれば、濾過機構を変更することなく、捕捉する粒子の種類を変更することができる。すなわち、粒子をその表面の性質によって捕捉する場合に、第２流路から導入される第２流体によって、第１流路内における第１流体の柱状体の長手方向における通過位置を変更することができ、これにより、第１流体が通過する際に接触する、接着因子の種類を選択することができる。

［適用例６］
適用例３ないし適用例５のいずれか１例において、前記第１方向と垂直な平面による断面視において、前記柱状体は、前記柱状体の長手方向に沿って幅に分布を有し、かつ、前記柱状体の長手方向と、前記第２流体が有する前記第１方向に垂直な速度成分の方向とは、互いに平行の関係にあってもよい。

本適用例の分離装置によれば、濾過機構を変更することなく、捕捉する粒子の種類を変更することができる。すなわち、粒子をその直径によって捕捉する場合には、第２流路から導入される第２流体によって、第１流路内における第１流体の通過位置を変更することにより、第１流体の通過する柱状体における位置を選択することができ、これにより、第１流体が通過する間隙の幅を選択することができる。

［適用例７］
適用例１ないし適用例６のいずれか１例において、前記第１流体は、層流の状態で前記第１流路を通過してもよい。

本適用例の分離装置によれば、第１流体の流動の状態が層流であり、流動ベクトルが交差しないため、第１流体の濾過機構における通過位置を、より正確に調節することができる。ここで、層流の状態とは、レイノルズ数が２０００程度よりも小さい状態のことを指す。

実施形態に係る分離装置を模式的に示す透視斜視図。 実施形態に係る分離装置を模式的に示す透視側面図。 実施形態に係る分離装置を模式的に示す透視平面図。 実施形態に係る分離装置を模式的に示す透視斜視図。 実施形態に係る分離装置を模式的に示す透視側面図。 実施形態に係る分離装置を模式的に示す透視斜視図。 実施形態に係る分離装置を模式的に示す透視側面図。 実施形態に係る分離システムを模式的に示す図。

以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の例を説明するものである。本発明は、以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。なお以下の実施形態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
図１は、本実施形態の分離装置１００を模式的に示す透視斜視図である。図２および図３は、それぞれ分離装置１００の透視側面図および透視平面図（第１方向Ｘに垂直な平面による断面図、第１方向Ｘについては後述する。）である。図１ないし図３には、第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２の流動が、流線または流動ベクトルを用いて模式的に描かれている。

分離装置１００は、第１流路１０と、第２流路２０と、濾過機構３０と、を有する。

１．１．第１流路
第１流路１０は、第１方向Ｘに沿って流体を流すことができる形状を有する。第１方向Ｘは、重力の方向に無関係に、任意の方向を選ぶことができる。第１流路１０は、第１方向Ｘに沿って流体を流すことができるかぎり、直線状である必要はなく、屈曲したり湾曲したりしていてもよい。また第１流路１０の第１方向Ｘに直交する断面の形状も任意である。

第１流路１０は、第１構造体（図示せず）によって形成される。第１流路１０を形成する第１構造体の形状は、内部に流体を流通させる第１流路１０を形成できるかぎり、限定されず、例えば、円管状、角柱管状などとすることができる。また、第１構造体の第１流路１０を形成する面は、滑らかであっても凹凸を有していてもよい。図１ないし図３では、第１構造体は、透視されて描かれており、第１構造体の内壁面の形状が、第１流路１０の形状（角柱状）として描かれている。また、図１ないし図３では、第１流路１０は、直線状の形状を有している。

第１構造体の材質としては、特に制限されないが、例えば、無機材料（ガラス、シリコンなど）、樹脂材料（ＰＭＭＡ：ポリメタクリル酸メチル、ＰＣ：ポリカーボネート、ＰＤＭＳ：ポリジメチルシロキサンなど）、およびこれらの複合材料などとすることができる。第１構造体の材質に、例示した材質を選択すると、成型が容易で高精度な加工を行うことができる。

第１流路１０は、分離装置１００において、第１流体Ｆ１を濾過機構３０に導く機能を有する。また、第１流路１０には、第１流体Ｆ１の他に第２流体Ｆ２や第３流体Ｆ３が導入されてもよい。

第１流路１０の第１方向Ｘに垂直な方向の断面積は、特に制限されないが、第１流体Ｆ１が血液等の細胞の分散体であって、その中の標的となる細胞を分離装置１００によって採取・捕捉する場合には、１×１０^−９ｍ^２以上１×１０^−７ｍ^２以下であることが好ましい。第１流路１０の第１方向Ｘに垂直な方向の断面積が、１×１０^−９ｍ^２以上１×１０^−７ｍ^２以下であると、第１流路１０を流れる流体のレイノルズ数が２０００未満となりやすく層流を形成しやすい。そのため、第１流体Ｆ１の流動の状態を層流としやすく、流動ベクトルが交差しにくいため、第１流体Ｆ１の濾過機構３０における通過位置をさらに正確に調節することができる。

第１流路１０の第１方向Ｘにおける長さは、特に限定されないが、第１流体Ｆ１が血液等の細胞の分散体であって、その中の標的となる細胞を分離装置１００によって採取・捕捉する場合には、５０μｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。

１．２．第２流路
第２流路２０は、第１流路１０に接続している。第２流路２０は、第２流体Ｆ２を第１流体Ｆ１に合流させる。これにより第２流体Ｆ２は、第１流体Ｆ１とともに、第１流路１０内を流れることができる。なお、第１流路１０および第２流路２０の合流位置とは、第１流路１０および第２流路２０の接続している位置のことを指し、第１流路１０における合流位置という場合には、第１流路１０の第１方向Ｘにおける第２流路２０の接続している区間のことを指す。

第２流路２０は、第１流路１０の第１流体Ｆ１の流れる方向に対して交差する方向から接続される。例えば、第２流路２０は、図１および図２に示すように、第１流路１０の第１液体Ｆ１が流れる方向に対して垂直に接続されることができる。また、第２流路２０は、第１流路１０の第１液体Ｆ１が流れる方向に対して傾斜して接続されてもよい。

第２流路２０から第１流路１０へ合流される第２流体Ｆ２は、第１方向Ｘに垂直な速度成分を有して第１流体Ｆ１に合流される。第１流体Ｆ１に、第１方向Ｘに垂直な速度成分を有するように合流されるかぎり、第２流体Ｆ２は、第１流体Ｆ１の流れに対して垂直に合流しても傾斜して合流してもよい。第２流路２０の第１流路１０への接続の態様は、このような合流を行わせることができるように、接続の形状、大きさ、方向などを適宜設計される。

第２流路２０は、第２構造体によって形成される。第２流路２０を形成する第２構造体の形状は、内部に第２流体Ｆ２を流通させる第２流路２０を形成できるかぎり、限定されず、例えば、円管状、角柱管状などとすることができる。また、第２構造体の第２流路２０を形成する面は、滑らかであっても凹凸を有していてもよい。図１および図２では、第２構造体は、透視されて描かれており、第２構造体の内壁面の形状が、第２流路２０の形状（角柱状）として描かれている。また、図１および図２では、第２流路２０は、直線状の形状を有し、第１流路１０に対して垂直に接続されている。

第２構造体の材質としては、特に制限されず、第１構造体と同様とすることができる。第１構造体の材質と、第２構造体の材質は同じでも異なってもよい。また、第１構造体と第２構造体は、一体的に構成されてもよいし、別体で構成され、継ぎ手等を用いて適宜に接続されてもよい。

第２流路２０は、第２流体Ｆ２を第１流体Ｆ１に合流させることにより、第１流路１０における第１流体Ｆ１の流れる位置を偏らせる機能を有する。第２流体Ｆ２は、第１流体Ｆ１とともに濾過機構３０に導かれる。第１流路１０における第１流体Ｆ１の流量に対する第１流路１０における第２流体Ｆ２の流量の比は、１：９から９：１とすることができる。第１流体Ｆ１の流量に対する第１流路１０における第２流体Ｆ２の流量の比が、このような範囲であれば、第１流路１０における第１流体Ｆ１の流れる位置を良好な状態で偏らせることができる。

第２流路２０の第２流体Ｆ２が流れる方向に対して垂直な方向の断面積は、特に制限されないが、第１流体Ｆ１が血液等の細胞の分散体であって、含有された標的となる細胞を分離装置１００によって採取・捕捉する場合には、１×１０^−９ｍ^２以上１×１０^−７ｍ^２以下であることが好ましい。第２流路２０の長さは、特に限定されない。

１．３．第１流体
第１流体Ｆ１は、標的となる粒子を含有する流体である。流体とは、静止状態においてせん断応力が発生しない連続体であって、本明細書では、液体、または、液体中に液体若しくは固体が分散した状態のものを指す。粒子としては、固体、ミセル、ベシクル、細胞などが挙げられる。また、「標的となる」との文言は、「分離装置によって、捕捉、採取または除去しようとする」と読み替えることができる。したがって、標的となる粒子とは、例えば、所定の大きさを有する粒子、所定の表面性状を有する粒子、所定の生体物質を表面に有する粒子などのことを指す。標的となる粒子の少なくとも一部は、第１流体Ｆ１が分離装置１００を通過することによって、捕捉、採取または除去される。

第１流体Ｆ１には、標的となる粒子の他にも、他の粒子が含有されてもよい。第１流体Ｆ１に含有される粒子の量は、第１流体Ｆ１が流体としての性質を維持できるかぎり、特に限定されないが、例えば、第１流体Ｆ１の全量に対して、１質量％以上５０質量％以下とすることができる。

第１流体Ｆ１の具体例としては、各種の分散体、エマルション、血液、体液、細胞分散液などが挙げられる。第１流体Ｆ１が粒度分布を有する粉体の分散体である場合には、本実施形態の分離装置によって、例えば、所定の粒径の粉体が捕捉、採取または除去されることができる。また、第１流体Ｆ１が血液、体液等の細胞分散液である場合には、本実施形態の分離装置によって、例えば、所定の抗原を有する細胞を捕捉、採取または除去することができる。特に、第１流体Ｆ１が血液である場合には、本実施形態の分離装置によって、例えば、樹状細胞や単球を捕捉、採取または除去することができる。

第１流体Ｆ１は、公知のポンプ等によって、第１流路１０に導入され、濾過機構３０へ導かれる。

１．４．第２流体
第２流体Ｆ２は、流体の性状を有すれば特に限定されない。濾過機構３０の目詰まりを生じにくくする観点では、第２流体Ｆ２には、粒子が含有されないことが好ましい。

第２流体Ｆ２は、第１流体Ｆ１から粒子を除いたもの（分散媒）であることが好ましい。また、第２流体Ｆ２は、第１流体Ｆ１が細胞等を含む場合には、浸透圧によって細胞等を変形させないように塩濃度が調整された流体であることが好ましい。第１流体Ｆ１が細胞等を含む場合には、第２流体Ｆ２は、生理食塩水であってもよい。

第２流体Ｆ２は、公知のポンプ等によって、第２流路２０に導入され、第１流路１０を介して濾過機構３０へ導かれる。

１．５．濾過機構
濾過機構３０は、第１流路１０および第２流路２０の合流位置に対して、第１方向Ｘの下流側に設けられる。濾過機構３０は、例えば、第１流路１０を形成する第１構造体の、第１方向Ｘにおける下流側に接続される。濾過機構３０の外形形状は、限定されず、例えば、円管状、角柱管状などとすることができる。

濾過機構３０は、第１流体Ｆ１に含まれる標的となる粒子を捕捉して濾別することができる。濾過機構３０による粒子の捕捉は、濾過機構３０における液体の通過する間隙の幅よりも大きい粒子が通過しないようにする態様であってもよい。

また、濾過機構３０による粒子の捕捉は、濾過機構３０の構成の表面に、標的となる粒子と特異的に結合する接着因子を配置して、当該粒子を濾過機構３０の構成の表面に留まらせる態様であってもよい。当該結合は、化学結合であってもよいし、水素結合であってもよい。この場合では、標的となる粒子としては、白血球（単球、樹状細胞など）、がん細胞などが挙げられ、これらと特異的に結合する接着因子としては抗体を例示することができる。

さらに、標的となる粒子ががん細胞である場合には、抗体を分離対象のがん細胞の種類に応じて選択することができる。例えば、上皮がんに共通の表面抗原に対する抗体としては、Ｅｐ−ＣＡＭ抗体、Ｎ−カドヘリン抗体、ビメンチン抗体等が挙げられ、乳がん特有の表面抗原に対する抗体としては、ＨＥＲ２抗体等が挙げられ、大腸がん特有の表面抗原に対する抗体としては、ＮＳ１９−９抗体等が挙げられ、前立腺がん特有の表面抗原に対する抗体としては、ＣＤ４９、ＣＤ５４、ＣＤ５９抗体等が挙げられる。

濾過機構３０は、液体を透過させることができ、第１流体Ｆ１に含有される粒子が接触することができる部材を有する限り特に限定されない。濾過機構３０としては、例えば、フィルター、ストレーナー、くし型トラップを挙げることができる。濾過機構３０の材質としては、特に制限されず、例えば、無機材料、有機材料、およびこれらの複合材料などとすることができる。第１構造体の材質と、濾過機構３０の材質は同じでも異なってもよい。また、第１構造体と濾過機構３０は、一体的に構成されてもよいし、別体で構成され、継ぎ手等を用いて適宜に接続されてもよい。

図１ないし図３に示すように、濾過機構３０は、例えば、第１方向Ｘに交差する方向が長手方向である柱状体で構成されてもよい。濾過機構３０にこのような構成を採用すると、例えば、柱状体３２の表面を修飾する場合などにおいて製造が容易で、また、濾過機構３０の加工性を向上させることができる。このような構成の濾過機構３０においては、柱状体３２は、柱状であれば、その断面の形状は限定されず、例えば、円柱状、角柱状であってもよい。さらに、このような構成の濾過機構３０においては、柱状体３２の断面は、柱状体３２の全体で一様である必要はなく、柱状体３２の長手方向で異なる断面を有する形状であってもよい。

図１ないし図３の例では、濾過機構３０は、第１方向Ｘに直交する方向が長手方向である柱状体３２で構成されている。図１ないし図３に例示する濾過機構３０は、複数の柱状体３２を有するが、柱状体３２は単数であってもよい。柱状体３２が複数存在する場合には、それらの配置についても、目的に応じて適宜に配置できる。この例では、濾過機構３０は、透視されて描かれており、濾過機構３０の内部の複数の円柱状の柱状体３２が、平行にかつ第１方向Ｘに平行な平面による断面視において格子状に配置されている。

１．６．作用効果
本実施形態の分離装置１００は、第１流路１０に接続された第２流路２０を有し、第１流体Ｆ１に第２流体Ｆ２が合流され、合流された第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２が、濾過機構３０に到達する構成を有する。そのため、濾過機構３０の偏った位置に、第１流体Ｆ１が到達する。これにより、第１流体Ｆ１に含有される粒子を、濾過機構３０の偏った領域に導くことができ、濾過機構３０の一部に粒子が到達しにくい領域を形成することができる。したがって、分離装置１００は、濾過機構３０全体で粒子を捕捉する場合に比べて、第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２が通過しやすい領域を確保することができ、かつ、第１流体Ｆ１が到達した領域において粒子を捕捉することができる。これにより、粒子による濾過機構３０の目詰まりが抑制され、第１流体Ｆ１および第２流体Ｆ２が濾過機構３０を通過する場合の抵抗を上昇しにくくすることができる。したがって、分離装置１００によれば、濾過機構が詰まりにくい状態で使用することができるので、粒子を効率的に捕捉、分離または回収することができる。

２．第２実施形態
図４は、本実施形態の分離装置１２０を模式的に示す透視斜視図である。図５は、分離装置１２０の透視側面図である。図４および図５には、第１流体Ｆ１、第２流体Ｆ２および第３流体Ｆ３の流動が、流線または流動ベクトルを用いて模式的に描かれている。

分離装置１２０は、第１流路１０と、第２流路２０と、第３流路４０と、濾過機構３０と、を有する。本実施形態の分離装置１２０は、第３流路４０がさらに設けられている以外は、第１実施形態で述べた分離装置１００と同様である。第３流路４０以外の構成については、第１実施形態で用いたと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

また、第３流路４０から第１流路１０に合流される第３流体Ｆ３は、第１実施形態で述べた第２流体Ｆ２と実質的に同様であり、第３流体Ｆ３および第２流体Ｆ２は、互いに同じでも異なってもよい。

２．１．第３流路
第３流路４０は、第１流路１０に接続している。第３流路４０は、第３流体Ｆ３を第１流体Ｆ１、または第１流体および第２流体Ｆ２に合流させる。これにより第３流体Ｆ３は、第１流体Ｆ１とともに、第１流路１０内を流れることができる。第３流路４０は、濾過機構３０よりも、第１流体Ｆ１の流れにおける（第１方向Ｘにおける）上流側に設けられる。

第３流路４０は、第１流路１０の第１流体Ｆ１の流れる方向に対して交差する方向から接続される。例えば、第３流路４０は、図４および図５に示すように、第１流路１０の第１液体Ｆ１が流れる方向に対して垂直に接続されることができる。また、第３流路４０は、第１流路１０の第１液体Ｆ１が流れる方向に対して傾斜して接続されてもよい。

第３流路４０から第１流路１０へ合流される第３流体Ｆ３は、第１方向Ｘに垂直な速度成分を有して第１流体Ｆ１に合流される。第３流体Ｆ３が、第１流体Ｆ１に、第１方向Ｘに垂直な速度成分を有するように合流されれば、第１流体Ｆ１の流れに対して垂直に合流しても傾斜して合流してもよい。第３流路４０の第１流路１０への接続の態様は、このような合流が可能な限り限定されず、接続の形状、大きさ、方向などは適宜設計されることができる。

第３流路４０は、第３構造体によって形成される。第３流路４０を形成する第３構造体の形状は限定されず、例えば、円管状、角柱管状などとすることができる。また、第３構造体の第３流路４０を形成する面は、滑らかであっても凹凸を有していてもよい。図４および図５では、第３構造体は、透視されて描かれており、第３構造体の内壁面の形状が、第３流路４０の形状（角柱状）として描かれている。また、図４および図５では、第３流路４０は、直線状の形状を有し、第１流路１０に対して垂直に接続されている。

第３構造体の材質は、第２構造体と同様とすることができる。第１構造体と第３構造体は、一体的に構成されてもよいし、別体で構成され、継ぎ手等を用いて適宜に接続されてもよい。

第３流路４０は、第３流体Ｆ３を第１流体Ｆ１に合流させることにより、第１流路１０における第１流体Ｆ１の流れる位置を偏らせる機能を有する。第１流路１０における第１流体Ｆ１の流量に対する第１流路１０における第３流体Ｆ３の流量の比は、１：９から９：１とすることができる。第１流体Ｆ１の流量に対する第１流路１０における第３流体Ｆ３の流量の比が、このような範囲であれば、第１流路１０における第１流体Ｆ１の流れる位置を良好な状態で偏らせることができる。

第３流路４０の第３流体Ｆ３が流れる方向に対して垂直な方向の断面積は、特に制限されないが、第１流体Ｆ１が血液等の細胞の分散体であって、その中の標的となる細胞を分離装置１００によって採取・捕捉する場合には、１×１０^−９ｍ^２以上１×１０^−７ｍ^２以下とすることが好ましい。第３流路４０の長さは、特に限定されない。

第３流路４０および第２流路２０の位置関係は、特に限定されない。しかし、第２流体Ｆ２が有する第１方向Ｘに垂直な速度成分と、第３流体Ｆ３が有する第１方向Ｘに垂直な速度成分とが、互いに反対を向く（対向する）ように、第３流路４０を配置すると、第１流路１０内において、第１流体Ｆ１を狭窄して（収束させて）流動させることができる。例えば、図４および図５の例では、第３流路４０と第２流路２０が対向して設けられており、第１流路１０内を流れる第１流体Ｆ１が、第１流路１０の中央付近の高さに面状に収束されて流される様子を示している。そして、第２流体Ｆ２および第３流体Ｆ３の流量を調節することにより、第１流路１０内の任意の高さに第１流体Ｆ１を収束させて流すことができる。

本実施形態では、第１流路１０に対して第２流路２０および第３流路４０の２つの流路が接続される態様を示しているが、第１流路１０に接続される流路は、３つ以上あってもよい。その場合には、一つの流路を、第２流路２０とし、他の一つの流路を第３流路４０とみなすことができる。そして、図示しないが、第１流路１０に接続される流路が３つ以上ある場合には、これらの配置およびそれぞれに流す流体の流量を適宜設計することにより、第１流体Ｆ１を線状に収束させることができ、濾過機構３０の第１方向Ｘに垂直な面における任意の点状の領域に第１流体Ｆ１を導くことができる。

２．２．作用効果
本実施形態の分離装置１２０によれば、第２流路２０および第３流路４０から導入される第２流体Ｆ２および第３流体Ｆ３によって、第１流路１０内における第１流体Ｆ１の通過位置を変化させることができる。これにより、濾過機構３０における第１流体Ｆ１が到達する位置を変化させることができ、第１流体Ｆ１の濾過機構３０における通過位置を調節することができる。したがって、第１流体Ｆ１に含有される粒子を、濾過機構３０の所定の領域に導くことができる。分離装置１２０によれば、濾過機構３０の各部分を効率的に使用することができるので、粒子を効率的に捕捉、分離または回収することができる。

３．その他の実施形態
上記第１実施形態および第２実施形態において、濾過機構３０が柱状体によって構成される態様を採用する場合には、以下に例示するようないくつかの変形実施が可能である。

図６および図７は、それぞれ変形実施形態にかかる分離装置１４０を模式的に示す透視斜視図および透視側面図である。図６および図７には、第１流体Ｆ１ないし第３流体Ｆ３の流動が、流線または流動ベクトルを用いて模式的に描かれている。

分離装置１４０は、第１流路１０、第２流路２０、濾過機構３０、および第３流路４０を有する。

変形実施形態の分離装置１４０は、濾過機構３０を構成する柱状体が、長手方向に太さの分布を有する柱状体である以外は、上記実施形態で述べた分離装置と実質的に同様である。濾過機構３０以外の構成については、第１実施形態および第２実施形態で用いたと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

分離装置１４０においては、濾過機構３０は、第１方向Ｘに交差する方向が長手方向である柱状体３４で構成されている。図６および図７の例では、柱状体３４は、長手方向の一方側に向かって径が小さくなる円錐台の形状を有している。柱状体３４が、図６および図７に示すようなテーパー状である場合には、柱状体３４の長手方向の位置によって、柱状体３４の間隔が連続的に変化する。そのため、柱状体３４における第１流体Ｆ１が通過する位置を変化させることによって、第１流体Ｆ１に含有される標的となる粒子を大きさで捕捉する場合に、閾となる大きさを変化させることができる。

例えば、上記第１実施形態では、第２流体Ｆ２によって、第１流路１０において偏った第１流体Ｆ１の流れを形成できる。図示しないが、この場合において、濾過機構３０に柱状体３４を採用し、第１流体Ｆ１の偏りの方向を、柱状体３４の長手方向と一致させる（第１方向Ｘと垂直な平面による断面視において、柱状体の長手方向と、第２流体Ｆ２が有する第１方向Ｘに垂直な方向の速度成分とが互いに平行となるようにする）と、第１流体Ｆ１の偏らせ方によって、柱状体３４の長手方向における第１流体Ｆ１の通過位置を変化させることができ、濾過機構３０によって捕捉される粒子の大きさを、濾過機構３０を変更することなく、連続的に変化させることができる。なお、ここでの「平行」の程度は、完全に平行でなくてもよい。

同様に、例えば、上記第２実施形態では、第２流体Ｆ２および第３流体Ｆ３によって、第１流路１０において第１流体Ｆ１の流れる位置を変化させることができる。図６および図７に示すように、濾過機構３０に柱状体３４を採用し、第１流体Ｆ１を偏らせる方向を、柱状体３４の長手方向と一致させると、第１流体Ｆ１の柱状体３４における通過位置を変化させることができる。これにより、例えば、濾過機構３０によって捕捉される粒子の大きさを濾過機構３０を変更することなく、連続的に変化させることができる。

なお、図６および図７の例では、柱状体３４は、長手方向の一方側に向かって一様に径が小さくなる円錐台の形状を有しているが、柱状体３４の長手方向における径の変化は一様でなくてもよく、長手方向の各位置において、断面形状が異なるように形成されてもよい。

さらに、他の変形実施形態としては、柱状体の長手方向に、複数種類の接着因子を配置するものが挙げられる。例えば、互いに異なる第１接着因子および第２接着因子を、柱状体の長手方向において、異なる位置にそれぞれ配置することができる。例えば、上記第２実施形態で、このような柱状体で構成される濾過機構３０を採用すると、第２流体Ｆ２および第３流体Ｆ３によって、第１流路１０において第１流体Ｆ１の流れる位置を変化させることができるため、第１流体Ｆ１に含有される粒子が接触する接着因子の種類を濾過機構３０を変更することなく変化させることができる。すなわち、異なる種類の粒子を１つの濾過機構３０を用いて捕捉することができる。

このように、互いに異なる第１接着因子および第２接着因子を、柱状体の長手方向において、異なる位置にそれぞれ配置する方法としては、特に制限はない。しかし、あらかじめ、柱状体の表面全体に活性化したカルボキシル基を形成しておき、第１流体Ｆ１の代わりに、活性化したカルボキシル基と反応することによって接着因子を柱状体の表面に固定することができる化合物を含む流体を用いて柱状体の所定の位置に接着因子を配置することもできる。このような方法では、まず、柱状体の表面全体に例えばカルボジイミド法等により活性化したカルボキシル基を形成する。次に、第１流体Ｆ１の代わりに例えば抗Ｅｐ−ＣＡＭ等アミノ基を有するリガンドを含む溶液を用い、第２流体Ｆ２、第３流体Ｆ３の代わりに燐酸緩衝液を用いて、抗Ｅｐ−ＣＡＭ等のアミノ基を有するリガンドを含む溶液が柱状体の第１接着因子を配置したい位置に到達するように流れを調節すれば、その位置に第１接着因子として抗Ｅｐ−ＣＡＭを配置することができる。なお、適宜余剰なリガンドを洗浄除去する工程を有してもよく、また、第２接着因子についても同様に所定の位置に配置することができる。

以上述べた各実施形態および各変形実施形態は、機能を損なわない限り、互いに組み合わせることができる。

４．分離システム
上記実施形態で述べた分離装置を用いて、分離システムを構築することができる。分離システムは、分離装置、各種の容器、およびポンプなどを含んで構成される。このような分離システムの一例として、分離システム１０００を図８に模式的に示した。

分離システム１０００は、上述の分離装置１４０と、第１容器２００と、第２容器３００と、第３容器４００と、第４容器５００と、第１ポンプ２１０と、第２ポンプ３１０と第３ポンプ４１０と、これらをつなぐチューブＴと、を有する。

第１容器２００、第２容器３００、第３容器４００、および第４容器５００は、それぞれ流体を保持することができれば任意である。第１ポンプ２１０、第２ポンプ３１０および第３ポンプ４１０は、それぞれ流体を流動させることができれば任意である。また、チューブＴは、特に限定されないが、流体の流量や流体の性質に応じて適宜、径や内壁面の処理が選択される。

分離システム１０００では、分離装置１４０の第１流路１０の上流側に、第１容器２００が、第１ポンプ２１０およびチューブＴを介して接続されている。また、分離装置１４０の第２流路２０の上流側に、第２容器３００が、第２ポンプ３１０およびチューブＴを介して接続されている。同様に、分離装置１４０の第３流路４０の上流側に、第３容器４００が、第３ポンプ４１０およびチューブＴを介して接続されている。さらに、第４容器５００は、濾過機構３０の下流側にチューブＴを介して接続されている。

分離システム１０００は、例えば、以下のように使用される。第１容器２００には、第１流体Ｆ１が蓄えられており、第１ポンプ２１０によって、分離装置１４０の第１流路１０に第１流体Ｆ１が送液される。第２容器３００および第３容器４００には、それぞれ、第２流体Ｆ２および第３流体Ｆ３が蓄えられており、第２ポンプ３１０および第３ポンプ４１０によって、分離装置１４０の第２流路２０および第３流路４０に送液される。そして、第１流体Ｆ１に第２流体Ｆ２および第３流体Ｆ３が合流されてこれらの流体が濾過機構３０に到達する。濾過機構３０を透過した流体は、第４容器５００に回収される。

このような動作により、第１流体Ｆ１中の標的となる粒子が、濾過機構３０によって捕捉される。濾過機構３０に捕捉された粒子は、例えば、分離装置１４０に、粒子を含まない液体を流すこと等によって、他の容器に回収されることができる。これにより、第１流体Ｆ１に含有される標的となる粒子を、分離することができる。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、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また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、２０…第２流路、３０…濾過機構、３２，３４…柱状体、４０…第３流路、１００，１２０，１４０…分離装置、２００…第１容器、２１０…第１ポンプ、３００…第２容器、３１０…第２ポンプ、４００…第３容器、４１０…第３ポンプ、５００…第４容器、１０００…分離システム、Ｆ１…第１流体、Ｆ２…第２流体、Ｆ３…第３流体、Ｔ…チューブ、Ｘ…第１方向

Claims (7)

1. 第１方向に沿って、標的となる粒子を含有する第１流体を流す第１流路と、
   前記第１流路に接続し、第２流体を前記第１流体に合流させる第２流路と、
   前記第１流路および前記第２流路の合流位置に対して前記第１方向の下流側に設けられ、前記粒子を濾別する濾過機構と、
   を有し、
   前記第２流体は、前記第１方向に垂直な速度成分を有して前記第１流体に合流される、分離装置。
2. 請求項１において、
   前記第１流路に接続し、第３流体を前記第１流体に合流させる第３流路をさらに有し、
   前記第３流体は、前記第１方向に垂直な速度成分を有して前記第１流体に合流され、
   前記第２流体が有する前記第１方向に垂直な速度成分と、前記第３流体が有する前記第１方向に垂直な速度成分とは、互いに対向している、分離装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記濾過機構は、前記第１方向に交差する方向が長手方向である柱状体を有し、
   前記粒子は、前記柱状体によって形成される間隙に留まって濾別される、分離装置。
4. 請求項１または請求項２において、
   前記濾過機構は、前記第１方向に交差する方向が長手方向である柱状体を有し、
   前記柱状体の表面には、前記粒子と特異的に結合する接着因子が配置され、
   前記粒子は、前記接着因子への結合によって濾別される、分離装置。
5. 請求項４において、
   前記柱状体の表面には、第１接着因子および第２接着因子が配置され、
   前記第１接着因子および第２接着因子は、前記柱状体の長手方向において異なる位置に配置されている、分離装置。
6. 請求項３ないし請求項５のいずれか１項において、
   前記第１方向と垂直な平面による断面視において、前記柱状体は、前記柱状体の長手方向に沿って幅に分布を有し、かつ、前記柱状体の長手方向と、前記第２流体が有する前記第１方向に垂直な速度成分の方向とは、互いに平行の関係にある、分離装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、
   前記第１流体は、層流の状態で前記第１流路を通過する、分離装置。