JP2015051430A - Micro-flow passage structure, and separation method of particle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ流路構造体及びそのマイクロ流路構造体を用いた粒子の分離方法に関する。 The present invention relates to a microchannel structure and a particle separation method using the microchannel structure.
診断医療、生化学研究、精密機械産業及び食品・化粧品製造等の様々な分野において、粒子をサイズによって分離する技術は必須とされており、この技術によれば、例えば、血液分析を行う際に白血球と赤血球を分離することや、血液中に存在する癌細胞を分離して選抜し、癌を早期発見することが可能となる。さらに、iPS細胞等を用いた幹細胞生物学研究や再生医療において、特定の分化段階にある細胞を選抜する必要があり、また、単分散微粒子等の機能性マテリアルの合成等においてもサイズによる微粒子分離が必要であることからも、当該技術は必須とされている。 In various fields such as diagnostic medicine, biochemical research, precision machinery industry and food / cosmetics manufacturing, it is essential to separate particles according to size. According to this technology, for example, when blood analysis is performed. It becomes possible to separate leukocytes and erythrocytes, or to separate and select cancer cells present in blood to detect cancer early. Furthermore, in stem cell biology research and regenerative medicine using iPS cells and the like, it is necessary to select cells in a specific differentiation stage. Also, in the synthesis of functional materials such as monodisperse fine particles, fine particle separation by size Therefore, this technology is indispensable.
ここで、従来、粒子を分離する技術としては、マイクロ流路を用いた手法が提案されており、マイクロメートルサイズの粒子を分離可能とすることが期待されている。かかる分離の原理としては、磁場や電場を利用する手法、重力や遠心力を用いる手法、又は、流路内層流を利用する手法等が挙げられるが、これらの中でも特に、流路内層流を利用する手法では、単純に粒子の懸濁液を導入することにより粒子がサイズに基づき分離されることから、有用であると期待されている。 Here, conventionally, as a technique for separating particles, a technique using a microchannel has been proposed, and it is expected that particles of a micrometer size can be separated. The principle of such separation includes a method using a magnetic field or an electric field, a method using gravity or centrifugal force, or a method using a laminar flow in a flow channel. Among these, in particular, a laminar flow in a flow channel is used. This approach is expected to be useful because the particles are separated based on size by simply introducing a suspension of particles.
近年、このようなマイクロ流路構造体として、例えば下記非特許文献1〜3に記載されたものが知られている。下記非特許文献1に記載された構造では、狭隘部(ピンチ部)を有する流路内における粒子位置の差異を利用し、粒子をサイズに基づき分離することが図られている。下記非特許文献2に記載された構造では、一の主流路及び複数の分岐流路(枝流路)に粒子懸濁液を導入すると共に、分岐流路への流体導入量を制御することで、粒子をサイズに基づき分離することが図られている。下記非特許文献3に記載された構造では、流路内に複数のピラーを設置し、これらピラー間の距離や位相差を制御することによって粒子をサイズに基づき分離することが図られている。 In recent years, as such a microchannel structure, for example, those described in Non-Patent Documents 1 to 3 below are known. In the structure described in Non-Patent Document 1 below, it is intended to separate particles based on size by utilizing the difference in particle position in a flow path having a narrow portion (pinch portion). In the structure described in Non-Patent Document 2 below, the particle suspension is introduced into one main channel and a plurality of branch channels (branch channels), and the amount of fluid introduced into the branch channels is controlled. It is intended to separate particles based on size. In the structure described in Non-Patent Document 3 below, a plurality of pillars are installed in a flow path, and particles are separated based on size by controlling the distance and phase difference between the pillars.
また、下記特許文献1では、第一・第二分離流路が交差部でのみ互いに連通しており、流路に対する電位等の印加によって複数の物質を含む流体から目的物質を分離するデバイスおよび物質分離方法が記載されている。下記特許文献2では、所定の場所に配置された3Dストラクチャー表面に細胞親和性物質をコートすることで、目的細胞をある一定方向にローリングさせて目的細胞を分離する技術が記載されている。 Further, in Patent Document 1 below, a device and a substance, in which the first and second separation channels communicate with each other only at the intersection, and the target substance is separated from a fluid containing a plurality of substances by applying a potential or the like to the channel. A separation method is described. Patent Document 2 below describes a technique for separating target cells by rolling the target cells in a certain direction by coating a 3D structure surface arranged at a predetermined location with a cytophilic substance.
ところで、上述したようなマイクロ流路構造体としては、前述(非特許文献1〜3)のように、例えば様々な分野にてマイクロメートルサイズ等の粒子を自由に分離可能とすることが期待される中、その分離精度(分離性能)が高いものが望まれている。 By the way, as described above (Non-Patent Documents 1 to 3), the microchannel structure as described above is expected to be able to freely separate particles of, for example, a micrometer size in various fields. In particular, those having high separation accuracy (separation performance) are desired.
なお、特許文献1に記載のデバイスは、サイズに基づいた分離法ではなく、電場等の駆動力の印加に対する移動度の差を利用して物質を濃縮しているに過ぎない。さらに、電場等を印加しやすいよう第一・第二分離流路は同一平面上ではなく、延在方向に直交する方向にずれて配設され交差部で互いに連通しているが、サイズ分離に基づいた分離の場合同一平面上に互いの流路が配置されていることが必須であることからも全く異なる技術である。 Note that the device described in Patent Document 1 is not a separation method based on size, but merely concentrates a substance using a difference in mobility with respect to application of a driving force such as an electric field. Furthermore, the first and second separation flow paths are arranged not in the same plane but shifted in the direction perpendicular to the extending direction so as to easily apply an electric field or the like and communicate with each other at the intersection. In the case of separation based on this, it is a completely different technique because it is essential that the flow paths are arranged on the same plane.
また、特許文献2に記載の分離方法は、サイズに基づく分離とは原理が全く異なり、また一部サイズの違いを利用した分離に関する記載はあるが、原理や機構については一切記載が無く、また分離サイズを自由に設定可能な概念に関する記載もない。 The separation method described in Patent Document 2 is completely different from the separation based on size, and there is a description about separation using a difference in size, but there is no description about the principle or mechanism, There is no description about the concept which can set separation size freely.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、粒子をサイズに基づいて精度よく分離することが可能なマイクロ流路構造体及びそれを用いた分離方法を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the microchannel structure which can isolate | separate particle | grains accurately based on size, and the separation method using the same.
上記課題を解決するため、本発明に係るマイクロ流路構造体は、流体中の粒子をサイズに基づき分離するためのマイクロ流路構造体であって、所定方向における一方側から他方側へ前記流体を流通させる本体部と、本体部に流体を流入する入口部と、本体部から流体を流出させる出口部と、を備え、本体部は、所定方向に対し傾斜する第1傾斜方向に沿って延びると共に、本体部内に並設された複数の主流路と、上記の所定方向に対し第1傾斜方向とは反対側に傾斜する第2傾斜方向に沿って延びると共に、本体部内において主流路と交差するように並設された複数の枝流路と、を有し、主流路と複数の枝流路とは、本体部の同一平面上に存在し、所定方向に対する第1傾斜方向の傾斜角は、0°よりも大きく、45°よりも小さい角度を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a microchannel structure according to the present invention is a microchannel structure for separating particles in a fluid based on a size, and the fluid flows from one side to the other side in a predetermined direction. A main body part that circulates fluid, an inlet part that allows fluid to flow into the main body part, and an outlet part that causes fluid to flow out from the main body part, and the main body part extends along a first inclined direction that is inclined with respect to a predetermined direction. Along with the plurality of main flow paths arranged side by side in the main body and a second inclined direction inclined to the opposite side of the first inclined direction with respect to the predetermined direction, the main flow paths intersect with the main flow path in the main body. A plurality of branch flow paths arranged side by side, and the main flow path and the plurality of branch flow paths exist on the same plane of the main body, and the inclination angle of the first inclination direction with respect to the predetermined direction is: Has an angle greater than 0 ° and less than 45 ° It is characterized by that.
このマイクロ流路構造体では、本体部において流体が全体的には所定方向に流れる中で、主流路及び枝流路の交差部にて非対称な流量分配が生じ、小さな粒子は枝流路に進入する一方、大きな粒子は主流路をそのまま流通する。このことが、複数の主流路及び複数の枝流路において繰り返され、その結果、大きな粒子については主流路が傾斜する側へと流通させながら、小さな粒子については枝流路が傾斜する側へと流通させることが可能となる。すなわち、複数の主流路及び複数の枝流路でもって粒子を連続的に分離させ、粒子を精度よく分離することが可能となる。 In this micro-channel structure, asymmetrical flow distribution occurs at the intersection of the main channel and the branch channel while the fluid flows in a predetermined direction as a whole in the main body, and small particles enter the branch channel. On the other hand, large particles flow through the main channel as they are. This is repeated in the plurality of main channels and the plurality of branch channels. As a result, the large particles are circulated to the side where the main channel is inclined, while the small particles are moved to the side where the branch channel is inclined. It becomes possible to distribute. That is, it is possible to separate the particles continuously with a plurality of main flow paths and a plurality of branch flow paths, and to separate the particles with high accuracy.
また、このマイクロ流路構造体において、複数の主流路における任意の主流路の幅と、その任意の主流路の任意の長さに対して第2傾斜方向側に設けられた枝流路の本数とによって、任意の主流路から第2傾斜方向側の枝流路へ導入する粒子のサイズが設定されると好適である。つまり、主流路の幅と、その主流路の任意の長さに対して第2傾斜方向側に設けられた枝流路の本数とを制御することで、主流路及び枝流路の交差部にて所望の流量分配を生じさせることができ、ある設定値よりも小さな粒子は枝流路に進入する一方、設定値よりも大きな粒子は主流路をそのまま流通する。このことが、複数の主流路及び複数の枝流路において繰り返され、その結果設定値よりも大きな粒子については主流路が傾斜する側へと流通させながら、設定値よりも小さな粒子については枝流路が傾斜する側へと流通させることが可能となる。すなわち、複数の主流路及び複数の枝流路で粒子を所望のサイズに基づいて連続的に精度よく分離することができる。 Further, in this microchannel structure, the number of branch channels provided on the second inclined direction side with respect to the width of an arbitrary main channel in the plurality of main channels and the arbitrary length of the arbitrary main channel Thus, it is preferable that the size of particles to be introduced from any main channel into the branch channel on the second inclined direction side is set. In other words, by controlling the width of the main channel and the number of branch channels provided on the second inclined direction side with respect to an arbitrary length of the main channel, the intersection of the main channel and the branch channel is controlled. Thus, a desired flow rate distribution can be generated, and particles smaller than a certain set value enter the branch channel, while particles larger than the set value flow through the main channel as they are. This is repeated in the plurality of main channels and the plurality of branch channels, and as a result, particles larger than the set value are circulated to the inclined side of the main channel, while particles smaller than the set value are branched. It becomes possible to distribute to the side where the road is inclined. That is, the particles can be continuously separated with high accuracy based on the desired size in the plurality of main channels and the plurality of branch channels.
また、このマイクロ流路構造体において、複数の主流路における任意の主流路と任意の主流路に交差する一つの枝流路との交差部の中心である交差点Apと、交差点Apから所定方向の他方側へ延びる延長線と、任意の主流路に隣接し、且つ延長線に交差する他の主流路の中心線との交点である交差点Bpと、交差点Apを通る枝流路と交差点Bpを通る他の主流路との交差部の中心である交差点Cpと、を結ぶ三角形において、他の主流路における交差点Bpと交差点Cpとの間において第2傾斜方向側の枝流路の本数nは、2≦n<3356を満たす態様とすることができる。 Further, in this microchannel structure, an intersection Ap that is the center of an intersection between an arbitrary main channel in the plurality of main channels and one branch channel that intersects the arbitrary main channel, and a predetermined direction from the intersection Ap. An intersection Bp that is an intersection of the extension line extending to the other side and the center line of another main channel that is adjacent to and intersects the arbitrary main channel, and a branch channel that passes through the intersection Ap and the intersection Bp In the triangle connecting the intersection Cp, which is the center of the intersection with the other main channel, the number n of branch channels on the second inclined direction side between the intersection Bp and the intersection Cp in the other main channel is 2 It can be set as the aspect which satisfy | fills <= n <3356.
また、このマイクロ流路構造体において、主流路と枝流路とは直交しており、主流路の幅W0、主流路の第2傾斜方向側に設けられた枝流路の本数n、枝流路の幅W2、主流路の第2傾斜方向側で互いに隣接する枝流路同士の間隔d、上記の所定方向に対する第1傾斜方向の傾斜角θ、及び枝流路の長さLが以下の式1を満たすと共に、L>W0である態様とすることができる。 In this microchannel structure, the main channel and the branch channel are orthogonal to each other, the width W 0 of the main channel, the number n of branch channels provided on the second inclined direction side of the main channel, and the branches The width W 2 of the channel, the distance d between the branch channels adjacent to each other on the second tilt direction side of the main channel, the tilt angle θ in the first tilt direction with respect to the predetermined direction, and the length L of the branch channel fulfills the following formula 1, it may be embodiments in which L> W 0.
また、このマイクロ流路構造体において、主流路の幅は、流体中の粒子によって閉塞しない幅に設定されている態様とすることができる。 In this microchannel structure, the width of the main channel may be set to a width that is not blocked by particles in the fluid.
また、このマイクロ流路構造体の一態様として、本体部は、上記の所定方向における一方側に設けられ主流路及び枝流路に接続された第1境界流路と、主流路の並設方向に沿う一方側及び他方側の少なくとも何れかに設けられ、所定方向に沿って延びる第2境界流路とを有し、入口部は、第1境界流路に接続され粒子の懸濁液を導入する第1入口ポートと、第1境界流路に接続されバッファ液を導入する第2入口ポートとを有し、出口部は、流体を導出する複数の出口ポートを有し、出口ポートは、複数の主流路のうちの一部、及び複数の枝流路のうちの一部に接続されていると共に、主流路の並設方向に沿う方向に隣接して並ぶように設けられており、複数の出口ポートのうち第1傾斜方向側の端に位置する出口ポートに最も近接して開口した一端を有する主流路の他端が第1境界流路に開口している態様とすることができる。 Further, as one aspect of the microchannel structure, the main body portion is provided on one side in the predetermined direction and is connected to the main channel and the branch channel, and the parallel direction of the main channel And a second boundary channel that extends along a predetermined direction, and the inlet portion is connected to the first boundary channel and introduces a suspension of particles. A first inlet port that is connected to the first boundary channel and a second inlet port that introduces the buffer solution, the outlet portion has a plurality of outlet ports that lead out the fluid, and the outlet port includes a plurality of outlet ports. Are connected to a part of the main flow path and a part of the plurality of branch flow paths, and are arranged adjacent to each other in a direction along the parallel arrangement direction of the main flow paths. Opening closest to the outlet port located at the end of the first inclined direction side of the outlet ports The other end of the main channel having one end that can be manner which opens the first interface passage.
また、このマイクロ流路構造体の具体的態様として、本体部は、所定方向における一方側に設けられ主流路及び枝流路に接続された第1境界流路を有し、入口部は、第1境界流路に接続され粒子の懸濁液を導入する第1入口ポートを有することが好適である。 As a specific aspect of the microchannel structure, the main body portion has a first boundary channel provided on one side in a predetermined direction and connected to the main channel and the branch channel, It is preferable to have a first inlet port connected to one boundary channel and introducing a suspension of particles.
このとき、入口部は、第1境界流路に接続されバッファ液を導入する1又は複数の第2入口ポートをさらに有することが好適である。この場合、導入したバッファ液によって、懸濁液ひいては粒子の流れを制御することが可能となる。さらに粒子の分離精度を高めるためには、入口部の第2入口ポートの少なくとも1つが第1入口ポートよりも第1傾斜方向側に配置されていることが好ましい。 At this time, it is preferable that the inlet portion further includes one or a plurality of second inlet ports that are connected to the first boundary channel and introduce the buffer solution. In this case, the introduced buffer solution makes it possible to control the suspension and thus the flow of particles. In order to further improve the particle separation accuracy, it is preferable that at least one of the second inlet ports of the inlet portion is disposed on the first inclined direction side of the first inlet port.
また、出口部は、流体を導出する複数の出口ポートを有し、出口ポートは、複数の主流路のうちの一部及び複数の枝流路のうちの一部に接続されていると共に、主流路の並設方向に沿う方向に隣接して並ぶように設けられていることが好適である。この場合、例えば、複数の出口ポートのうち一部の出口ポートからはより大きな粒子を導出させて回収すると共に、他部の出口ポートからはより小さな粒子を導出させて回収することが可能となる。 In addition, the outlet portion has a plurality of outlet ports that lead out the fluid, and the outlet port is connected to a part of the plurality of main flow paths and a part of the plurality of branch flow paths, and the main flow It is preferable that they are provided adjacent to each other in a direction along the direction in which the roads are arranged side by side. In this case, for example, it is possible to derive and collect larger particles from some of the plurality of outlet ports and collect and collect smaller particles from the other outlet ports. .
また、好ましいとして、主流路及び枝流路の少なくとも一方は、その流路断面が矩形形状を呈する場合がある。さらにまた、好ましいとして、本体部は、主流路の並設方向に沿う方向の一方側及び他方側の少なくとも何れかに設けられ所定方向に沿って延びる第2境界流路を有する場合がある。 In addition, as a preference, at least one of the main channel and the branch channel may have a rectangular channel cross section. Furthermore, as a preference, the main body may have a second boundary channel that is provided on at least one of the one side and the other side in the direction along the parallel direction of the main channels and extends along a predetermined direction.
また、本発明は、上記のいずれかのマイクロ流路構造体を用いて流体中の粒子をサイズに基づき分離する粒子の分離方法である。 Moreover, this invention is a particle | grain separation method which isolate | separates the particle | grains in a fluid based on size using any one of said microchannel structures.
この分離方法において、入口部は、粒子の懸濁液を導入する第1入口ポートと、バッファ液を導入する第2入口ポートとを有し、第1入口ポートから導入される粒子の懸濁液の流量1.0に対し、第2入口ポートから導入されるバッファ液の流量が0.5以上とすることができる。 In this separation method, the inlet portion has a first inlet port for introducing a suspension of particles and a second inlet port for introducing a buffer solution, and the suspension of particles introduced from the first inlet port. The flow rate of the buffer liquid introduced from the second inlet port can be 0.5 or more with respect to the flow rate of 1.0.
この粒子の分離方法において、入口部は、粒子の懸濁液を導入する第1入口ポートと、バッファ液を導入する第2入口ポートとを有し、第1入口ポートから粒子の懸濁液を導入し、複数の第2入口ポートを第1入口ポートの一方、及びまたは両側に設ける態様とすることができる。 In this particle separation method, the inlet portion has a first inlet port for introducing a suspension of particles and a second inlet port for introducing a buffer solution, and the suspension of particles is supplied from the first inlet port. A plurality of second inlet ports may be introduced and provided on one and / or both sides of the first inlet port.
また、上記の粒子が細胞であり、上記のマイクロ流路構造体を用いて流体中の細胞をサイズに基づき分離する態様とすることができる。 In addition, it is possible to adopt an aspect in which the particles are cells and the cells in the fluid are separated based on the size using the microchannel structure.
また、上記の粒子が細胞である場合において、血液又は細胞含有液をマイクロ流路構造体の入口部に導入する工程と、マイクロ流路構造体の出口部の一部から分離した細胞を採取する工程と、を含む態様とすることができる。 Further, in the case where the particles are cells, a step of introducing blood or a cell-containing liquid into the inlet portion of the microchannel structure and a cell separated from a part of the outlet portion of the microchannel structure are collected. And a process.
本発明によれば、粒子をサイズに基づいて精度よく分離することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to accurately separate particles based on size.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、左、右、上、下の語は図示する方向に基づいており便宜的なものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Further, the terms “left”, “right”, “upper”, and “lower” are based on the illustrated directions and are for convenience.
図1は一実施形態に係るマイクロ流路構造体を示す概略正面図であり、図2は図1のマイクロ流路構造体における粒子の動きを説明する拡大図である。また、図3は、本実施形態に係るマイクロ流路構造体の変形例の概略を示す正面図である。また、図4は図1のマイクロ流路構造体において分離される粒子のサイズを設定する概略図である。また、図5は主流路幅と枝流路本数nとで分離される粒子のサイズが制御可能であることを説明する概略図である。図1,2に示すように、本実施形態のマイクロ流路構造体1は、懸濁液中の粒子をサイズに基づき精度よく分離するものであって、いわゆる微粒子分級のための水力学的アレイフィルトレーションを構成する。 FIG. 1 is a schematic front view showing a microchannel structure according to an embodiment, and FIG. 2 is an enlarged view for explaining the movement of particles in the microchannel structure of FIG. FIG. 3 is a front view showing an outline of a modified example of the microchannel structure according to the present embodiment. FIG. 4 is a schematic view for setting the size of particles separated in the microchannel structure of FIG. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining that the size of particles separated by the main channel width and the number of branch channels n can be controlled. As shown in FIGS. 1 and 2, the microchannel structure 1 of the present embodiment separates particles in a suspension with accuracy based on size, and is a so-called hydrodynamic array for fine particle classification. Configure filtration.
本明細書中、流体とは、粘性、密度、温度、pH、浸透圧比、イオン性など特に限定されるものではないが、例えば水、高分子含有液体、血漿、血液、体液、細胞含有液、培養液、タンパク液、生理食塩液などが挙げられ、再生医療への展開の観点からより好ましくは血液、細胞含有液や培養液であり、最も好ましくは血液及び細胞含有液である。 In the present specification, the fluid is not particularly limited to viscosity, density, temperature, pH, osmotic pressure ratio, ionicity, etc., for example, water, polymer-containing liquid, plasma, blood, body fluid, cell-containing liquid, Examples thereof include a culture solution, a protein solution, and a physiological saline solution. From the viewpoint of development in regenerative medicine, blood, a cell-containing solution and a culture solution are more preferable, and blood and a cell-containing solution are most preferable.
また、マイクロ流路構造体1に適用可能な粒子としては、特に限定されるものではないが、例えば、合成微粒子、磁気ナノ粒子、蛍光粒子、血球、細胞(動植物細胞、生細胞、死細胞、抗原特異性T細胞、iPS細胞、ES細胞、幹細胞、肝細胞、癌細胞、腫瘍細胞、希少細胞、グリア細胞、神経細胞、等々を含む)、DNA、タンパク質、ウイルス、細胞核、ミトコンドリア、葉緑体、リソソーム、及び微生物等が挙げられる。 The particles applicable to the microchannel structure 1 are not particularly limited. For example, synthetic fine particles, magnetic nanoparticles, fluorescent particles, blood cells, cells (animal and plant cells, live cells, dead cells, Antigen-specific T cells, iPS cells, ES cells, stem cells, hepatocytes, cancer cells, tumor cells, rare cells, glial cells, nerve cells, etc.), DNA, proteins, viruses, cell nuclei, mitochondria, chloroplasts , Lysosomes, microorganisms and the like.
このマイクロ流路構造体1は、本体部2、入口部3及び出口部4を備えている。本体部2は、全体的な流れとして、所定方向Aにおける一方側(図示上側)から他方側(図示下側)へ流体を流通させる。この本体部2は、所定方向Aに長尺の板状外形を有しており、例えば、長手方向の長さが4cmとされ、短手方向の長さが1.5cmとされている。 The microchannel structure 1 includes a main body portion 2, an inlet portion 3, and an outlet portion 4. The main body 2 circulates fluid from one side (upper side in the drawing) in the predetermined direction A to the other side (lower side in the drawing) as an overall flow. The main body 2 has a long plate-like outer shape in the predetermined direction A. For example, the length in the longitudinal direction is 4 cm and the length in the short direction is 1.5 cm.
この本体部2は、当該本体部2内にて平面的に構成されるように画設された流路として、主流路5、枝流路6、側部境界流路(第2境界流路)7及び入口側境界流路(第1境界流路)8を有している。主流路5は、所定方向Aに対して傾斜する第1傾斜方向Bに沿って、枝流路6と同一平面上で直線状に延在している。換言すると、主流路5は、所定方向Aに延びながら、下流側に行くに従って本体部2の短手方向の一側部側(図示右側)へ傾斜している。 The main body 2 has a main flow path 5, a branch flow path 6, and a side boundary flow path (second boundary flow path) as flow paths provided so as to be configured in a plane in the main body 2. 7 and an inlet side boundary flow path (first boundary flow path) 8. The main flow path 5 extends linearly on the same plane as the branch flow path 6 along the first inclined direction B inclined with respect to the predetermined direction A. In other words, the main channel 5 extends in the predetermined direction A and inclines toward one side (the right side in the drawing) in the short direction of the main body 2 as it goes downstream.
所定方向Aに対する第1傾斜方向Bの傾斜角θは、粒子を精度よく分離させるために好ましいとして、0°よりも大きく45°よりも小さい角度とされている。この理由については、後述する。主流路5は、本体部2における上流側(所定方向Aの一方側)の端部及び短手方向の両側部以外の領域にて、一例として一定間隔で並設されている。ここでの主流路5は、一例として、その流路断面が矩形形状を呈している。また、主流路5の幅W0は、流体中の粒子によって閉塞しない幅である。 The inclination angle θ of the first inclination direction B with respect to the predetermined direction A is an angle larger than 0 ° and smaller than 45 ° as preferable for separating particles with high accuracy. The reason for this will be described later. The main flow path 5 is juxtaposed at regular intervals as an example in a region other than the upstream end (one side in the predetermined direction A) of the main body 2 and both sides in the short direction. As an example, the main channel 5 here has a rectangular channel cross section. Further, the width W 0 of the main channel 5 is a width that is not blocked by particles in the fluid.
なお、主流路5の本数は任意に設定可能であるが、例えば、後述の変形例に係るマイクロ流路構造体1A(図4参照)のように、主流路5同士の間隔が一定で、分離精度の観点から、第1傾斜方向B側の端に位置する出口ポート126に最も近接して開口した端部(一端)5aを有する主流路5の他端5bが、入口側境界流路8に開口する態様では、入口側境界流路(第1境界流路)8に開口している主流路5が4本以上存在することが好ましく、さらに分離精度向上させるためには6本以上、最も好ましくは10本以上であることが好ましい。 The number of the main flow paths 5 can be arbitrarily set. For example, as in a micro flow path structure 1A (see FIG. 4) according to a modified example described later, the intervals between the main flow paths 5 are constant and separated. from the viewpoint of precision, the other end 5b of the main channel 5 having closest to open end to the outlet port 12 6 (one end) 5a on the edge of the first inclined direction B side, the inlet-side interface passage 8 It is preferable that there are four or more main flow paths 5 opened in the inlet side boundary flow path (first boundary flow path) 8, and in order to further improve the separation accuracy, 6 or more Preferably it is 10 or more.
枝流路6は、所定方向Aに対し第1傾斜方向Bとは反対側に傾斜する第2傾斜方向Cに沿って、直線状に延在している。換言すると、枝流路6は、所定方向Aに延びながら、下流側に行くに従って本体部2の短手方向の他側部側(図示左側)へ傾斜している。 The branch channel 6 extends linearly along a second inclined direction C that is inclined to the opposite side of the first inclined direction B with respect to the predetermined direction A. In other words, the branch flow path 6 extends in the predetermined direction A and is inclined toward the other side (the left side in the drawing) in the short direction of the main body 2 as it goes downstream.
枝流路6は、主流路5から分岐して隣接する主流路5を繋ぐように延びる分岐流路を構成する。具体的には、枝流路6は、本体部2における上流側の端部及び短手方向の両側部以外の領域にて、主流路5と交差されており、全ての枝流路6が主流路5と完全に交差されていなくとも良く、枝流路6の一部が主流路5と交差された状態でも良い。但し、分離精度と効率の観点からすると、主流路5と枝流路6とは完全に交差していることがより好ましい。 The branch channel 6 constitutes a branch channel that branches from the main channel 5 and extends so as to connect the adjacent main channels 5. Specifically, the branch channel 6 intersects with the main channel 5 in a region other than the upstream end portion and the lateral sides of the main body 2, and all the branch channels 6 are mainstream. It may not be completely intersected with the path 5, and a part of the branch channel 6 may intersect with the main channel 5. However, from the viewpoint of separation accuracy and efficiency, it is more preferable that the main channel 5 and the branch channel 6 completely intersect.
主流路5と複数の枝流路6が本体部2の同一平面上に存在するとは、概略平面状の部材の一面に主流路5と枝流路6とが設けられていることを意味する。従って、立体である一つの部材の一面側から他面側に亘って各流路が設けられている状態や、複数の部材に各流路が設けられ、流路が対面している状態を意味しない。主流路5の深さとそれに直接接続された枝流路6の深さとは、実質的に一致しているのが好ましい。深さは本体部2内全てで一定でなく段階的に変動しても良いが、製造上の観点から全て一定であることがより好ましい。 The presence of the main flow path 5 and the plurality of branch flow paths 6 on the same plane of the main body 2 means that the main flow path 5 and the branch flow paths 6 are provided on one surface of a substantially planar member. Therefore, it means a state in which each flow path is provided from one surface side to the other surface side of one solid member, or a state in which each flow path is provided in a plurality of members and the flow paths face each other. do not do. It is preferable that the depth of the main channel 5 and the depth of the branch channel 6 directly connected to the main channel 5 substantially coincide with each other. The depth is not constant throughout the main body 2 but may vary stepwise, but it is more preferable that the depth is constant from the viewpoint of manufacturing.
なお、主流路5及び枝流路6の流路断面の形状は特に限定されるものではなく、例えば半円弧形状としてもよい。しかし、主流路5から枝流路6へ導入される流量を精度良く制御する上で、主流路5及び枝流路6の少なくとも一方は、その流路断面が矩形形状を呈することが好ましく、より好ましくは主流路5及び枝流路6の両方が矩形形状を呈することである。 In addition, the shape of the channel cross section of the main channel 5 and the branch channel 6 is not particularly limited, and may be a semicircular arc shape, for example. However, in order to accurately control the flow rate introduced from the main flow path 5 to the branch flow path 6, at least one of the main flow path 5 and the branch flow path 6 preferably has a rectangular cross section. Preferably, both the main channel 5 and the branch channel 6 have a rectangular shape.
また、枝流路6は、主流路5と必ずしも直交していなくともよいが、直交している方がサイズに基づいた分離設計が容易であるためより好ましい。加えて、枝流路6は本体部2において常に一定間隔で並設されていなくともよく、例えば段階的に間隔が変動してもよいが、製造容易の点からすると一定間隔の方がより好ましい。 Further, the branch channel 6 does not necessarily have to be orthogonal to the main channel 5, but it is more preferable that the branch channel 6 is orthogonal because separation design based on size is easy. In addition, the branch flow paths 6 do not always have to be arranged at regular intervals in the main body 2. For example, the intervals may vary stepwise, but the regular intervals are more preferable from the viewpoint of easy manufacture. .
側部境界流路7は、本体部2の境界領域の流路を構成するものであり、主流路5の並設方向に沿う一方側及び他方側の両方に設けられ、所定方向Aに沿って延びる流路である。具体的には、本体部2の短手方向の両側部にて所定方向Aに沿って直線状に延在している。側部境界流路7は、主流路5及び枝流路6に接続されて連通されている。ここでの側部境界流路7は、主流路5及び枝流路6と同様に、その流路断面が矩形形状を呈している。なお、側部境界流路7は、主流路5及び枝流路6の少なくとも一方に対し連通されない場合もある。また、本実施形態に係る側部境界流路7は、主流路5の並設方向に沿う一方側及び他方側の両方に設けられているが、どちらか一方側にのみ設けるようにしてもよい。 The side boundary flow path 7 constitutes a flow path in the boundary region of the main body 2 and is provided on both one side and the other side along the parallel direction of the main flow path 5, along the predetermined direction A. It is an extending flow path. Specifically, it extends linearly along a predetermined direction A at both lateral sides of the main body 2. The side boundary channel 7 is connected to and communicates with the main channel 5 and the branch channel 6. As with the main channel 5 and the branch channel 6, the side boundary channel 7 here has a rectangular channel cross section. The side boundary channel 7 may not be communicated with at least one of the main channel 5 and the branch channel 6. Moreover, although the side boundary flow path 7 which concerns on this embodiment is provided in both the one side and the other side along the parallel arrangement direction of the main flow path 5, you may make it provide only in either one side. .
入口側境界流路8は、所定方向Aにおける一方側に設けられ主流路5及び枝流路6に接続された流路であり、具体的には、本体部2における上流側の端部に設けられ、主流路5と枝流路6と側部境界流路7とに接続されて連通されている。 The inlet-side boundary flow path 8 is a flow path provided on one side in the predetermined direction A and connected to the main flow path 5 and the branch flow path 6, specifically, provided at the upstream end of the main body 2. The main flow path 5, the branch flow path 6, and the side boundary flow path 7 are connected to and communicated with each other.
入口部3は、本体部2に流体を流入するものであり、本体部2の所定方向Aの一方側に設けられている。この入口部3は、第1入口ポート9と、複数(ここでは、2つ)の第2入口ポート10,11と、を有している。第1入口ポート9は、粒子の懸濁液を導入する導入口である。第1入口ポート9は、入口側境界流路8において、短手方向の中央部他側部寄りの位置に接続されて連通されている。また、第1入口ポート9は、直線状に延びる導入流路9xを含んでいる。 The inlet portion 3 flows fluid into the main body portion 2 and is provided on one side of the main body portion 2 in the predetermined direction A. The inlet portion 3 has a first inlet port 9 and a plurality (two in this case) of second inlet ports 10 and 11. The first inlet port 9 is an inlet for introducing a suspension of particles. The first inlet port 9 is connected to and communicated with a position closer to the other side portion in the short side direction in the inlet side boundary flow path 8. The first inlet port 9 includes an introduction flow path 9x extending linearly.
第2入口ポート10,11は、バッファ液を導入する導入口である。これら第2入口ポート10,11は、第1入口ポート9を短手方向に挟むように配設されている。具体的には、第2入口ポート10は、入口側境界流路8において第1入口ポート9よりも他側部側の位置に接続されて連通されていると共に、第2入口ポート11は、入口側境界流路8において第1入口ポート9よりも一側部側の位置に接続されて連通されている。また、第2入口ポート10は、直線状に延びる導入流路10xを含んでいる一方、第2入口ポート11は、下流側に向かって分岐(ここでは、四分岐)する導入流路11xを含んでいる。なお、本実施形態では、第1入口ポート9の両側に第2入口ポート10,11を設ける態様にて説明するが、第1入口ポート9の一方側にのみ第2入口ポート10または第2入口ポート11を設ける態様であっても良い。 The second inlet ports 10 and 11 are inlets for introducing a buffer solution. These second inlet ports 10 and 11 are arranged so as to sandwich the first inlet port 9 in the short direction. Specifically, the second inlet port 10 is connected to and communicated with the position on the other side of the first inlet port 9 in the inlet side boundary flow path 8, and the second inlet port 11 The side boundary channel 8 is connected to and communicated with a position on one side of the first inlet port 9. The second inlet port 10 includes an introduction flow path 10x that extends in a straight line, while the second inlet port 11 includes an introduction flow path 11x that branches toward the downstream side (four branches in this case). It is out. In the present embodiment, the second inlet ports 10 and 11 are provided on both sides of the first inlet port 9. However, the second inlet port 10 or the second inlet is provided only on one side of the first inlet port 9. It is also possible to provide the port 11.
また、第1入口ポート9、第2入口ポート10、11の入口側境界流路8へ接続される位置は特に限定するものではないが、例えば第2入口ポート10xは出口ポート121、第1入口ポート9xは出口ポート122、第2入口ポート11x(ここでは四分岐)の4つが夫々出口ポート123、124、125、126、から所定方向Aに対して対面に位置することで、本体部2を流れる流体が入口部3から出口部4に向って均等に流れやすくなる為好ましい。 Further, the positions of the first inlet port 9 and the second inlet ports 10 and 11 connected to the inlet-side boundary flow path 8 are not particularly limited. For example, the second inlet port 10x includes the outlet port 12 1 , the first inlet port 10x, and the first inlet port 10x. The inlet port 9x has four outlet ports 12 2 and a second inlet port 11x (four branches in this case) located opposite to each other in the predetermined direction A from the outlet ports 12 3 , 12 4 , 12 5 , 12 6 . Thus, it is preferable because the fluid flowing through the main body portion 2 easily flows from the inlet portion 3 toward the outlet portion 4 evenly.
出口部4は、バッファ液を含む懸濁液としての流体を本体部2から流出させるものであり、本体部2の所定方向Aの他端側に設けられている。この出口部4は、複数(ここでは、6つ)の出口ポート121〜126を有している。複数の出口ポート121〜126は、流体を分けて導出する導出口であって、流体中に分散した粒子をサイズ毎に分離して導出可能にする。 The outlet portion 4 allows the fluid as a suspension containing the buffer liquid to flow out from the main body portion 2, and is provided on the other end side of the main body portion 2 in the predetermined direction A. The outlet portion 4 has a plurality of (here, six) outlet ports 12 1 to 12 6 . The plurality of outlet ports 12 1 to 12 6 are outlets through which the fluid is divided and led out, and the particles dispersed in the fluid can be separated and led out for each size.
また、複数の出口ポート121〜126は、場合によっては複数の出口ポート121〜126の導出先で統合し、回収出口の穴数を低減させることで、製造し易くかつ効率よく回収することもできる。加えて、複数の出口ポート121〜126(ここでは6つ)の導出先の流路幅、深さや長さを調節することによって各出口からの流量比を制御し、粒子の分離精度や効率を設定することも可能である。 Further, a plurality of outlet ports 12 1 to 12 6, in some cases to integrate a plurality of outlet ports 12 1 to 12 6 derivation destination, by reducing the number of holes of collection outlets, easy to manufacture and efficient recovery You can also In addition, the flow rate ratio from each outlet is controlled by adjusting the flow path width, depth and length of the outlets of the plurality of outlet ports 12 1 to 12 6 ( six here), It is also possible to set the efficiency.
これらの出口ポート121〜126は、本体部2の短手方向(主流路5の並設方向に沿う方向)に隙間なく隣接して並ぶように配設されており、複数の主流路5のうちの一部及び複数の枝流路6のうちの一部にそれぞれ接続されている。 These outlet ports 12 1 to 12 6 are arranged adjacent to each other in the short direction of the main body 2 (the direction along the parallel direction of the main flow paths 5) without gaps, and the plurality of main flow paths 5 are arranged. And a part of the plurality of branch channels 6 are respectively connected.
次に、所定方向A、主流路5の第1傾斜方向B、及び枝流路6の第2傾斜方向Cと粒子のサイズの制御との相関について説明する。なお、以下の説明において、主流路5の第1傾斜方向Bが所定方向Aに対して短手方向の一側部側(図示右側)を向く場合、つまり、第1傾斜方向Bが所定方向Aを基準にして第2傾斜方向Cとは反対側を向く場合、第1傾斜方向Bの傾斜角(以下、「第1傾斜角」という)θは正であり、所定方向Aと同方向の場合は“0°”、所定方向Aを基準にして第2傾斜方向Cと同じ側を向く場合は第1傾斜角θは負であることを前提として説明する。 Next, the correlation between the predetermined direction A, the first inclined direction B of the main channel 5, the second inclined direction C of the branch channel 6, and the particle size control will be described. In the following description, when the first inclined direction B of the main flow path 5 faces one side (the right side in the drawing) in the short direction with respect to the predetermined direction A, that is, the first inclined direction B is the predetermined direction A. When the direction is opposite to the second inclination direction C with reference to the angle, the inclination angle of the first inclination direction B (hereinafter referred to as “first inclination angle”) θ is positive and the same direction as the predetermined direction A Will be described on the premise that the first inclination angle θ is negative when it is “0 °” and faces the same side as the second inclination direction C with respect to the predetermined direction A.
第1傾斜角θは、粒子の懸濁液を導入する第1入口ポート9とバッファ液を導入する第2入口ポート10、11の入口側境界流路8へ導入される流量が等しい場合、第1傾斜角θが小さい方(0°に近い方)が、粒子は主流路5へ流れ易いため、小さい粒子の出口は、第1傾斜角θが大きい場合に比べて第1傾斜方向B寄りの出口ポートへシフトする。 When the flow rate introduced into the inlet side boundary flow path 8 of the first inlet port 9 for introducing the particle suspension and the second inlet ports 10 and 11 for introducing the buffer liquid is equal, Since particles with a smaller inclination angle θ (closer to 0 °) are more likely to flow into the main flow path 5, the outlet of the smaller particles is closer to the first inclination direction B than when the first inclination angle θ is large. Shift to exit port.
しかし、このような場合においても、第2入口ポート11の入口側境界流路8へ導入される流量を、第1入口ポート9及びバッファ液を導入する第2入口ポート10に対して相対的に大きくすることで、小さい粒子の出口を第2傾斜方向C寄りの出口ポートへシフトさせることができる。但し、第1傾斜角θが0°以下の場合、主流路5が第2傾斜方向C側に延伸するため、何れの入口ポート9、10、11の流量を制御しても全ての粒子が第2傾斜方向C寄りの出口ポートから導出されて分離ができない。従って、第1傾斜角θは0°よりも大きいことが好ましい。 However, even in such a case, the flow rate introduced into the inlet-side boundary flow path 8 of the second inlet port 11 is set relatively to the first inlet port 9 and the second inlet port 10 for introducing the buffer solution. By increasing the size, the outlet of small particles can be shifted to the outlet port closer to the second inclined direction C. However, when the first inclination angle θ is 0 ° or less, the main flow path 5 extends in the second inclination direction C side, so that all particles are in the first position regardless of the flow rate of any of the inlet ports 9, 10, 11. 2 Derived from the exit port near the inclined direction C, separation is not possible. Therefore, the first inclination angle θ is preferably larger than 0 °.
一方で、第1傾斜角θが0°より大きい場合、粒子は枝流路6へ流れ易くなるため、枝流路6の幅より小さい粒子は枝流路6へ導入され易くなり、大きい粒子の出口は第2傾斜方向C寄りの出口ポートへシフトする。しかし、第2入口ポート10の入口側境界流路8へ導入される流量を第1入口ポート9及び第2入口ポート11に対して相対的に大きくすることで、大きい粒子の出口を第1傾斜方向B寄りの出口ポートへシフトさせることができる。但し、第1傾斜角θが45°以上になると第2入口ポート10の流量を大きくしても枝流路6への粒子の導入を抑制できなくなるため、枝流路6の幅より小さい粒子の大部分が枝流路6へ導入されるようになり、全ての粒子が第2傾斜方向C寄りの出口ポートから導出され分離できない。 On the other hand, when the first inclination angle θ is larger than 0 °, the particles easily flow into the branch channel 6, so that particles smaller than the width of the branch channel 6 are easily introduced into the branch channel 6, The outlet shifts to an outlet port near the second inclined direction C. However, by increasing the flow rate introduced into the inlet-side boundary flow path 8 of the second inlet port 10 relative to the first inlet port 9 and the second inlet port 11, the outlet of large particles is inclined to the first slope. It is possible to shift to an exit port closer to direction B. However, when the first inclination angle θ is 45 ° or more, the introduction of particles into the branch channel 6 cannot be suppressed even if the flow rate of the second inlet port 10 is increased. Most of the particles are introduced into the branch channel 6 and all particles are led out from the outlet port near the second inclined direction C and cannot be separated.
以上より、所定方向Aに対する第1傾斜角θは、0°よりも大きく45°よりも小さいことが必要である。また、第1傾斜角θが小さいほど本体部2が所定方向Aに長くなるため、製造し難くなると同時に大量処理の目的で複数のマイクロ流路構造体1を並列化した場合にスペースの有効利用が難しくなる。従って、第1傾斜角θは5°以上、40°以下がより好ましく、さらに好ましくは10°以上35°以下、最も好ましくは15°以上30°以下である。 As described above, the first inclination angle θ with respect to the predetermined direction A needs to be larger than 0 ° and smaller than 45 °. In addition, since the main body 2 becomes longer in the predetermined direction A as the first inclination angle θ is smaller, it becomes difficult to manufacture, and at the same time, when a plurality of microchannel structures 1 are arranged in parallel for the purpose of mass processing, the space is effectively used. Becomes difficult. Accordingly, the first inclination angle θ is more preferably 5 ° or more and 40 ° or less, further preferably 10 ° or more and 35 ° or less, and most preferably 15 ° or more and 30 ° or less.
なお、大きい粒子を第1傾斜方向B寄りの出口ポートから導出して分離精度を上げるためには、図3に示された変形例に係るマイクロ流路構造体1Aが好ましい。マイクロ流路構造体1Aの場合、複数の出口ポート121〜126のうち、第1傾斜方向B側の端に位置する出口ポート126に最も近接して開口した一端5aを有する主流路5の他端5bが、入口側境界流路(第1境界流路)8に開口している。 Note that the microchannel structure 1A according to the modification shown in FIG. 3 is preferable in order to derive large particles from the outlet port closer to the first inclination direction B and increase the separation accuracy. If the microchannel structure 1A, among the plurality of outlet ports 12 1 to 12 6, the main channel 5 having a closest to one end 5a which is open to the outlet port 12 6 on the edge of the first inclined direction B side The other end 5b of the first end is opened to the inlet side boundary flow path (first boundary flow path) 8.
次に、図4、及び図5を参照して、サイズに基づいた粒子の分離について説明する。なお、上記のマイクロ流路構造体1とマイクロ流路構造体1Aとの基本的な原理は同じであるため、以下の説明ではマイクロ流路構造体1に基づいて説明する。 Next, particle separation based on size will be described with reference to FIGS. 4 and 5. Since the basic principle of the microchannel structure 1 and the microchannel structure 1A is the same, the following description is based on the microchannel structure 1.
サイズに基づいた粒子の分離は、主流路5の幅W0(図5(a)参照)と、主流路5の第2傾斜方向C側に設けられた枝流路6の本数n(図5(b)参照)とによって設定される。具体的には、複数の主流路5、及び複数の枝流路6が同じ条件(幅や形など)で形成されていると仮定する。ここで、複数の主流路5のうち、任意の主流路5を基準の主流路5として特定し、さらに、基準の主流路5の任意の長さを基準長さDbとして特定する。さらに、基準の主流路5の基準長さDbに対して第2傾斜方向C側に設けられた枝流路6の本数nを設定することでサイズに基づいた粒子の分離が可能になる。なお、基準の主流路5の基準長さDbに対しての第2傾斜方向C側に設けられた枝流路6の本数nとは、基準の主流路5に全ての枝流路6が交差している場合、基準長さDbの範囲で主流路5に交差する枝流路6の本数nと考えることもできる。 The separation of the particles based on the size is performed by dividing the width W 0 of the main channel 5 (see FIG. 5A) and the number n of the branch channels 6 provided on the second inclined direction C side of the main channel 5 (FIG. 5). (See (b)). Specifically, it is assumed that the plurality of main channels 5 and the plurality of branch channels 6 are formed under the same conditions (width, shape, etc.). Here, among the plurality of main flow paths 5, an arbitrary main flow path 5 is specified as the reference main flow path 5, and an arbitrary length of the reference main flow path 5 is specified as the reference length Db. Further, by setting the number n of the branch flow paths 6 provided on the second inclined direction C side with respect to the reference length Db of the reference main flow path 5, it is possible to separate particles based on the size. Note that the number n of the branch flow paths 6 provided on the second inclination direction C side with respect to the reference length Db of the reference main flow path 5 intersects the reference main flow path 5 with all the branch flow paths 6. In this case, the number of branch channels 6 that intersect the main channel 5 in the range of the reference length Db can be considered as n.
ここで、例えば、主流路5を流れる流体が層流である場合、主流路5を流れる流体の速度分布は図4に示す様に放物線を示す。この時、枝流路6に導入される粒子Psの最大半径をW1、主流路5を流れる流量をQ0、枝流路6への導入流量Q1とするとき、Q0に対するQ1の比は放物線の面積S1+S2に対するS1の比に等しいといえる。すなわち、Q0:Q1=S1+S2:S1である。ここで、S1を0からW1までを範囲とした放物線の積分値とし、S1+S2を0からW0までを範囲とした放物線の積分値とし、Q0を100%とした時にQ1へ導入される割合をQ1%とすると、以下の(式I)が導出される。 Here, for example, when the fluid flowing through the main channel 5 is a laminar flow, the velocity distribution of the fluid flowing through the main channel 5 shows a parabola as shown in FIG. In this case, when W 1 the maximum radius of the particle Ps introduced into Edaryuro 6, the flow through the main passage 5 Q 0, and the introduction flow rate to Q 1 to Edaryuro 6, for Q 1 for Q 0 The ratio can be said to be equal to the ratio of S 1 to the parabolic area S 1 + S 2 . That is, Q 0 : Q 1 = S 1 + S 2 : S 1 . Here, S 1 is a parabolic integral value in the range from 0 to W 1 , S 1 + S 2 is a parabolic integral value in the range from 0 to W 0 , and Q 0 is 100% When the ratio introduced into 1 is Q 1 %, the following (formula I) is derived.
例えばマイクロ流路構造体1において、本体部2を流れる流体が入口部3から出口部4に向って均等に流れるとした場合、図4において枝流路6を流れる流量Q1は、粒子が任意のある主流路5から第2傾斜方向C側の次の主流路5へ到達するために最低通過しなければならない枝流路6の本数nに反比例することと言える。すなわち、以下の(式II)が成り立つ。 For example, in the micro channel structure 1, if the fluid flowing through the main body portion 2 has a flow uniformly toward the inlet portion 3 to outlet portion 4, the flow rate Q 1 through the branch passage 6 in Figure 4, any particles It can be said that this is inversely proportional to the number n of branch channels 6 that must pass through at least in order to reach the next main channel 5 on the side of the second inclination direction C from the main channel 5 with the above. That is, the following (formula II) is established.
これは、例えば主流路5の幅W0が一定の場合、枝流路6の幅に関係なく主流路5の第2傾斜方向C側に設けられた枝流路本数nが多いほど一つの枝流路6への導入量が少なくなるため、枝流路6へ導入される粒子のサイズは小さくなり、逆に主流路5へ接続される枝流路本数nが少ないほど一つの枝流路6への導入量が多くなり、枝流路6へ導入される粒子は大きくなることを表す。 This is because, for example, when the width W 0 of the main flow path 5 is constant, one branch increases as the number of branch flow paths n provided on the second inclined direction C side of the main flow path 5 increases regardless of the width of the branch flow path 6. Since the amount introduced into the channel 6 is reduced, the size of the particles introduced into the branch channel 6 is reduced. Conversely, the smaller the number n of branch channels connected to the main channel 5 is, the smaller one branch channel 6 is. This indicates that the amount introduced into the flow path increases, and the particles introduced into the branch channel 6 increase.
さらに例を挙げると、主流路5へ接続される枝流路本数nが一定の場合、主流路5の幅W0が大きいほど一つの枝流路6への導入量が多くなるため、枝流路6へ導入される粒子は大きくなり、逆に主流路5の幅W0が小さいほど枝流路6へ導入される粒子は小さくなる。従って、Q0を100%とした時に式Iと式IIより、式IIIが導出される。 For example, when the number of branch channels n connected to the main channel 5 is constant, the larger the width W 0 of the main channel 5, the larger the amount introduced into one branch channel 6. The particles introduced into the channel 6 increase, and conversely, the smaller the width W 0 of the main channel 5, the smaller the particle introduced into the branch channel 6. Therefore, Formula III is derived from Formula I and Formula II when Q 0 is 100%.
この式IIIにより、主流路5から枝流路6へ導入される粒子のサイズは主流路幅W0と主流路5へ接続される枝流路本数nによって自由に設定可能と言える。但し、設計上設定した主流路幅W0や枝流路本数nは製造技術上ある誤差範囲を持って製造されることに加え、実質的な適用範囲が存在し、その範囲内で式IIIは成立する。例えば、式IIIから算出されたnに対して、実際の製造上の精度からnの値は10%程度の誤差範囲を持っているため、式IIIから算出されたnはn×0.9以上、n×1.1以下の自然数の範囲となる。 From this formula III, it can be said that the size of particles introduced from the main channel 5 to the branch channel 6 can be freely set by the main channel width W 0 and the number of branch channels n connected to the main channel 5. However, the main flow path width W 0 and the number of branch flow paths n set in the design have a substantial application range in addition to being manufactured with a certain error range in the manufacturing technology, and within that range, the formula III is To establish. For example, with respect to n calculated from Formula III, the value of n has an error range of about 10% due to actual manufacturing accuracy. Therefore, n calculated from Formula III is n × 0.9 or more. , And a natural number range of n × 1.1 or less.
主流路5を流れる流体が層流を形成する限り主流路5内の速度分布は放物線を描き式IIIが成立する。一般的にマイクロ流路内ではレイノルズ数が約1.0以下の層流であるため主流路幅W0は特に限定されないが、層流を形成するための主流路幅W0の範囲について説明する。 As long as the fluid flowing through the main flow path 5 forms a laminar flow, the velocity distribution in the main flow path 5 draws a parabola and Formula III is established. Generally, since the Reynolds number is a laminar flow having a Reynolds number of about 1.0 or less in the microchannel, the main channel width W 0 is not particularly limited, but the range of the main channel width W 0 for forming the laminar flow will be described. .
主流路5へ導入される流体の導入圧力Pを0.1〜1.0気圧とする。これは実際に流体を流す際に主流路5の端点間に生じる圧力差の最小、最大範囲を反映している。 The introduction pressure P of the fluid introduced into the main channel 5 is set to 0.1 to 1.0 atm. This reflects the minimum and maximum range of the pressure difference generated between the end points of the main flow path 5 when the fluid is actually flowed.
初めに導入圧力0.1気圧とし、流体は水とし、粘度μ=1(mPa・sec)、比重ρ=1×103(kgm−3)とする。流路は計算上円管とする。円管の直径d5(m)、主流路5の長さL5は主流路幅W0である円管直径d5のおよそ1,000倍(L5=1,000d5)であるため、円管直径d5、円管の長さL5=1000d5の流路を流れる流量は、ハーゲンポアズイユの式より、ΔP=128×μ×L×Q/(π×d5 4)であることから、流量Q=78.125×π×d5 3(m3/sec)である。 First, the introduction pressure is 0.1 atm, the fluid is water, the viscosity μ = 1 (mPa · sec), and the specific gravity ρ = 1 × 10 3 (kgm −3 ). The flow path is a circular pipe for calculation. Since the diameter d 5 (m) of the circular pipe and the length L 5 of the main flow path 5 are approximately 1,000 times the circular pipe diameter d 5 which is the main flow path width W 0 (L 5 = 1,000 d 5 ), From the Hagen Poiseuille's equation, the flow rate flowing through the circular tube diameter d 5 and circular tube length L 5 = 1000d 5 is ΔP = 128 × μ × L × Q / (π × d 5 4 ). Therefore, the flow rate Q = 78.125 × π × d 5 3 (m 3 / sec).
これを円管断面積で除して平均線速度vに換算するとv=312.5d5(m/sec)となる。この時のレイノルズ数Re=ρ×v×d5/μより、Re=3.125×108×d5 2である。層流となる最大のレイノルズ数2,000とすると、この時の円管直径d5=2.5mmより、主流路幅W0は2.5mm未満であることが好ましい。実際に用いられる矩形流路において、主流路幅25μm、主流路深さ20μmの場合のレイノルズ数Re=0.196、円管直径25μmのレイノルズ数Re=0195であり、矩形形状と円管形状でレイノルズ数に大きな乖離はなく、共に層流の範囲内である。 When this is divided by the cross-sectional area of the tube and converted to an average linear velocity v, v = 312.5d 5 (m / sec). From Reynolds number Re = ρ × v × d 5 / μ at this time, Re = 3.125 × 10 8 × d 5 2 . Assuming that the maximum Reynolds number is 2,000, which is a laminar flow, the main channel width W 0 is preferably less than 2.5 mm from the circular tube diameter d 5 = 2.5 mm at this time. In a rectangular channel actually used, the Reynolds number Re = 0.196 when the main channel width is 25 μm and the main channel depth is 20 μm, and the Reynolds number Re = 0195 with a circular tube diameter of 25 μm. Reynolds numbers are not significantly different and both are within the range of laminar flow.
また、ここで主流路5の長さL5=1,000d5としたが、例えば主流路長(L5)が短い500d5の時、レイノルズ数2,000未満となる主流路幅は1.8mm未満であり、逆に主流路長が長い2,000d5の時は3.6mm未満となる。さらに、粒子懸濁液を導入する流量を2倍にした場合、導入圧力P=0.2気圧となり、L5=2,000d5の時のレイノルズ数2,000未満の主流路幅W0は2.5mm未満、L5=1,000d5の時は1.8mm未満、L5=500d5の時は1.3mm未満となる。想定される最大導入圧力P=1.0気圧の時、L5=2,000d5の時のレイノルズ数2,000未満の主流路幅W0は1.1mm未満、L5=1,000d5の時は0.8mm未満、L5=500d5の時は0.6mm未満となる。 Also, here was the length L 5 = 1,000 D 5 of the main flow passage 5, for example, the main flow path length (L 5) when the short 500d 5, the main channel width as a Reynolds number less than 2,000 1. less than 8 mm, less than 3.6mm when the main channel length conversely long 2,000d 5. Furthermore, when the flow rate for introducing the particle suspension is doubled, the main flow path width W 0 with a Reynolds number of less than 2,000 when the introduction pressure P = 0.2 atm and L 5 = 2,000d 5 is less than 2.5 mm, less than 1.8mm when L 5 = 1,000d 5, when L 5 = 500d 5 is less than 1.3 mm. When the assumed maximum introduction pressure P = 1.0 atm, L 5 = 2,000d 5 and the Reynolds number less than 2,000, the main flow path width W 0 is less than 1.1 mm, and L 5 = 1,000d 5 Is less than 0.8 mm, and when L 5 = 500d 5 is less than 0.6 mm.
主流路幅W0の下限は、実用上の観点からすると流体中を流れる粒子の最大直径より大きい必要がある。すなわち、W0≧2W1であることが好ましい。以上より、主流路幅W0は2W1以上3.6mm未満が層流であるために好ましく、より好ましくは2W1以上2.5mm未満、さらに好ましくは2W1以上1.1mm未満、最も好ましくは2W1以上0.8mm未満である。この範囲内であれば式IIIを満たす。 From the practical viewpoint, the lower limit of the main flow path width W 0 needs to be larger than the maximum diameter of the particles flowing in the fluid. That is, it is preferable that W 0 ≧ 2W 1 . From the above, the main flow path width W 0 is preferably 2 W 1 or more and less than 3.6 mm because it is a laminar flow, more preferably 2 W 1 or more and less than 2.5 mm, more preferably 2 W 1 or more and less than 1.1 mm, and most preferably 2 W 1 or more. It is less than 0.8 mm. Within this range, the formula III is satisfied.
前述に加えて、例えばW0=100W1の様に分離する最大粒子半径のサイズに対して著しく主流路幅W0が大きい場合、大量処理の目的で複数のマイクロ流路構造体を並列化した際にスペースを有効利用できないため好ましくない。よって、2W1≦W0<100W1すなわち任意の主流路5に接続された枝流路本数nは2以上3,356未満(2≦n<3356)であることが好ましく、さらに好ましくは2W1≦W0<80W1つまりnは2以上2,151未満、最も好ましくは2W1≦W0<50W1つまりnは2以上845未満である。 In addition to the above, when the main channel width W 0 is remarkably large with respect to the size of the maximum particle radius to be separated, for example, W 0 = 100 W 1 , a plurality of micro channel structures are parallelized for the purpose of mass processing. It is not preferable because the space cannot be effectively used. Therefore, it is preferable that 2W 1 ≦ W 0 <100W 1, that is, the number of branch channels n connected to an arbitrary main channel 5 is 2 or more and less than 3,356 (2 ≦ n <3356), more preferably 2W 1 ≦ W 0 <80 W 1, that is, n is 2 or more and less than 2,151, and most preferably 2W 1 ≦ W 0 <50 W 1, that is, n is 2 or more and less than 845.
さらに枝流路本数nについて詳述する。最初に、例えば、図5(b)に示されるように、複数の主流路5における任意の主流路5と、この主流路5に交差する一つの枝流路6との交差部のおおよその中心点を交差点Ap(図5(b)参照)として特定する。次に、交差点Apから所定方向Aの他方側へ延びる延長線Arと、任意の主流路5に隣接し、且つ延長線Arに交差する他の主流路5の中心線との交点である交差点Bpを特定する。次に、交差部Apを通る枝流路6と交差部Bpを通る他の主流路5との交差部のおおよその中心である交差点Cpを特定し、交差点Ap,Bp,Cpを直線で結んで三角形Tを特定する。ここで、他の主流路5における交差点Bpと交差点Cpとの間において第2傾斜方向C側に設けられた枝流路の本数nは、上記の枝流路本数nに相当する。 Further, the number of branch channels n will be described in detail. First, for example, as shown in FIG. 5B, the approximate center of the intersection of an arbitrary main flow path 5 in the plurality of main flow paths 5 and one branch flow path 6 that intersects the main flow path 5. The point is specified as an intersection Ap (see FIG. 5B). Next, an intersection Bp that is an intersection of an extension line Ar extending from the intersection Ap to the other side in the predetermined direction A and a center line of another main channel 5 adjacent to the arbitrary main channel 5 and intersecting the extension line Ar. Is identified. Next, the intersection Cp that is the approximate center of the intersection between the branch channel 6 passing through the intersection Ap and the other main channel 5 passing through the intersection Bp is specified, and the intersections Ap, Bp, Cp are connected by a straight line. A triangle T is specified. Here, the number n of branch channels provided on the second inclined direction C side between the intersection Bp and the intersection Cp in the other main channels 5 corresponds to the number n of the branch channels described above.
さらに、枝流路6の幅W2は任意に設定可能であるが、枝流路6に導入したい粒子の最大直径よりも大きい幅に設定することが好ましく、主流路幅W0よりも小さい幅であることが好ましい。また使用する製造装置のスペックに因るが、例えば流路の幅に対する流路の深さの比をいうアスペクト比が2未満である必要がある場合、枝流路6の幅は深さの2分の1以上である必要がある。つまり枝流路6の幅W2は、2W0以上かつ枝流路の深さをアスペクト比で除した値以上であることが好ましい。 Furthermore, the width W 2 of Edaryuro 6 can be arbitrarily set, it is preferable to set the maximum diameter greater width than the particles to be introduced into Edaryuro 6, the main channel width smaller than the width W 0 It is preferable that Also, depending on the specifications of the manufacturing apparatus to be used, for example, when the aspect ratio, which is the ratio of the depth of the flow path to the width of the flow path, needs to be less than 2, the width of the branch flow path 6 is 2 of the depth. It must be at least 1 / min. That is, the width W 2 of the branch channel 6 is preferably 2W 0 or more and not less than the value obtained by dividing the depth of the branch channel by the aspect ratio.
前述した枝流路6と主流路5が直交する場合、図5(b)で示すように枝流路6の長さL、第1傾斜角θ、主流路5の第2傾斜方向C側に設けられた枝流路6の本数n、枝流路6の幅W2、主流路5の第2傾斜方向C側で互いに隣接する枝流路6同士の間隔d、枝流路本数n、とすると三角関数より、以下の式IVが成り立つ。 When the branch channel 6 and the main channel 5 are orthogonal to each other, as shown in FIG. 5B, the length L of the branch channel 6, the first inclination angle θ, and the second inclination direction C side of the main channel 5. The number n of branch channels 6 provided, the width W 2 of the branch channels 6, the distance d between the branch channels 6 adjacent to each other on the second inclined direction C side of the main channel 5, the number n of branch channels, Then, the following formula IV is established from the trigonometric function.
この時のLは主流路幅W0よりも大きいと好ましい。例えば血球のような数十ミクロンのサイズを分離するような場合、本体部2のサイズ全体をコンパクトにし、複数の本体部2を併用する場合でもスペースを有効利用する観点で、Lは、約1cm未満程度であることが好ましい。 Preferably the L of time is greater than the main channel width W 0. For example, when separating a size of several tens of microns such as a blood cell, L is about 1 cm from the viewpoint of making the entire body 2 compact and making effective use of space even when a plurality of bodies 2 are used together. It is preferable to be less than about.
上述の実施形態のマイクロ流路構造体1の材質としては、好ましいものとして、シリコーンゴムの一種であるPDMS(ポリジメチルシロキサン)を用いることができ、この場合、例えばプラズマを用いて活性化させることによって他の部材(ガラス等)に容易に接合させることが可能となる。なお、マイクロ流路構造体1の材質としては、特に限定されるものではなく、例えば、PDMS/ガラスの他に、アクリル等の各種ポリマー材料、シリコン、セラミクス、金属(ステンレス等)を用いることができ、或いは、これらの材料を単体で又は組み合わせて用いることも可能である。 As a material of the microchannel structure 1 of the above-described embodiment, PDMS (polydimethylsiloxane) which is a kind of silicone rubber can be preferably used. In this case, for example, activation is performed using plasma. Therefore, it is possible to easily join to another member (glass or the like). The material of the microchannel structure 1 is not particularly limited. For example, in addition to PDMS / glass, various polymer materials such as acrylic, silicon, ceramics, metal (stainless steel, etc.) are used. Alternatively, these materials can be used alone or in combination.
また、マイクロ流路構造体1は、一例として、ソフトリソグラフィ(つまり、フォトリソグラフィプロセスでパターニングした微細構造を鋳型とするモールディング)によって作製することができる。なお、マイクロ流路構造体1の作製方法としては、限定されるものではなく、例えば、その他のモールディング、エンボッシング、ウェットエッチング、ドライエッチング、レーザー加工、電子線直接描画、機械加工等を用いることができる。 Further, as an example, the microchannel structure 1 can be manufactured by soft lithography (that is, molding using a microstructure patterned by a photolithography process as a template). The method for producing the microchannel structure 1 is not limited, and for example, other molding, embossing, wet etching, dry etching, laser processing, electron beam direct drawing, machining, or the like may be used. it can.
上述のマイクロ流路構造体1では、以下に例示するように、微細な流路内に形成された層流を用いつつ、細胞を正確・簡便かつ効率的に分離可能となる。なお、変形例に係るマイクロ流路構造体1Aも実質的に同様の作用、効果を奏する。 In the microchannel structure 1 described above, as exemplified below, cells can be separated accurately, simply and efficiently while using a laminar flow formed in a fine channel. Note that the microchannel structure 1A according to the modification also has substantially the same operations and effects.
図1に示すように、血液又は細胞含有液を第1入口ポート9から連続的に導入すると共に、バッファ液を第2入口ポート10,11から連続的に導入する。これにより、本体部2において全体的な流れは所定方向Aとなるが、各交差点(各格子点又は各分岐点とも称す)では、非対称な流量分配が生じる。そのため、図2に示すように、血液又は細胞含有液中の小さな細胞PSについては、S字運動で流動する。具体的には、枝流路6から主流路5に進入し該主流路5を流れた後に再び、枝流路6に進入する。一方、血液又は細胞含有液中の大きな細胞PBについては、枝流路6へ進入することなく、主流路5をそのまま直進する。 As shown in FIG. 1, blood or cell-containing liquid is continuously introduced from the first inlet port 9, and buffer liquid is continuously introduced from the second inlet ports 10 and 11. As a result, the overall flow in the main body 2 is in the predetermined direction A, but asymmetrical flow distribution occurs at each intersection (also referred to as each grid point or each branch point). Therefore, as shown in FIG. 2, the small cells PS in the blood or the cell-containing liquid flow with S-shaped movement. Specifically, after entering the main channel 5 from the branch channel 6 and flowing through the main channel 5, the branch channel 6 is entered again. On the other hand, the large cells P B in the blood or cell-containing liquid go straight through the main channel 5 without entering the branch channel 6.
より具体的には、図4に示すように、例えば、枝流路6へ引き抜かれて流入する流体幅W1よりも細胞半径rpが大きい(rp>W1となる)細胞PBは、各分岐点において枝流路6に導入されることなく主流路5を直進する。一方で、細胞半径rpが流体幅W1以下の(rp≦W1となる)細胞PSは、各分岐点においてS字運動で流動することとなる。 More specifically, as shown in FIG. 4, for example, the cell P B having a cell radius r p larger than the fluid width W 1 drawn into the branch channel 6 and flowing in (r p > W 1 ) The main flow path 5 goes straight without being introduced into the branch flow path 6 at each branch point. On the other hand, cell radius r p is the fluid width W 1 below (the r p ≦ W 1) cell P S becomes possible to flow at S-motion at each branch point.
なお、例えば、主流路5及び枝流路6の傾斜角度及び本数密度比をそれぞれ一定の値とした上で、主流路5の幅を増加させると、枝流路6へ引き抜かれて流入する流体幅W1を増加させることができ、より大きな粒子を枝流路6へ分画させることができる。また、例えば、主流路5及び枝流路6の傾斜角度及び流路幅をそれぞれ一定の値とした上で、枝流路6の本数密度比を増加させると、枝流路6へ引き抜かれて流入するW1を減少させることができ、より小さな粒子のみを枝流路6へ分画させることができる。このように主流路5の流路幅、並びに、主流路5及び枝流路6の本数密度比等を適宜設定し、流体幅W1を増減させることにより、分離する粒子のサイズを制御することができる。 For example, when the width of the main flow path 5 is increased after the inclination angle and the number density ratio of the main flow path 5 and the branch flow path 6 are set to constant values, the fluid that is drawn into the branch flow path 6 and flows in The width W 1 can be increased and larger particles can be fractionated into the branch channel 6. Further, for example, if the inclination density and the channel width of the main channel 5 and the branch channel 6 are set to constant values and the number density ratio of the branch channel 6 is increased, the main channel 5 and the branch channel 6 are pulled out to the branch channel 6. Incoming W 1 can be reduced, and only smaller particles can be fractionated into the branch channel 6. Thus, the size of the particles to be separated is controlled by appropriately setting the channel width of the main channel 5 and the number density ratio of the main channel 5 and the branch channel 6 and increasing / decreasing the fluid width W 1. Can do.
ちなみに、理論的には、例えば、主流路5の幅が25μm、主流路5及び枝流路6の本数密度比が1:40である場合、W1はおよそ2.5μmとなり、直径5μmより小さい粒子PBは枝流路6へと分離されると考えられる。 Incidentally, theoretically, for example, when the width of the main flow path 5 is 25 μm and the number density ratio of the main flow path 5 and the branch flow path 6 is 1:40, W1 is about 2.5 μm, and the particles are smaller than 5 μm in diameter. P B is considered to be separated into the branch channel 6.
このことが、複数の主流路5及び複数の枝流路6において繰り返され、その結果、図2に示すように、ある一定の大きさの細胞PBについては、全体の流れから分離され、主流路5でもって図示右下方向(主流路5が傾斜する側)へと流通し、小さい細胞PSから分離される。そして、複数の出口ポート121〜126の中の図示右側(出口ポート126、出口ポート125,126、若しくは出口ポート124〜126)から導出される。 This is repeated in the plurality of main flow paths 5 and the plurality of branch flow paths 6. As a result, as shown in FIG. 2, the cells P B having a certain size are separated from the entire flow, with at road 5 flows into shown lower right direction (the side of the main channel 5 is inclined), it is separated from the smaller cells P S. Then, it derived from a plurality of outlet ports 12 1 to 12 6 the right side in (outlet port 12 6, the outlet ports 12 5, 12 6 or outlet port 12 4-12 6).
これと同時に、小さな細胞PSについては、全体の流れから分離され、枝流路6でもって左下方向(枝流路6が傾斜する側)へと流通し、大きい細胞PBから分離される。そして、複数の出口ポート121〜126の中の図示左側(出口ポート121、出口ポート121,122、若しくは出口ポート121〜123)から導出される。 At the same time, the small cell P S, is separated from the entire flow, it flows into the lower left direction (the side where Edaryuro 6 is inclined) with at Edaryuro 6, is separated from the large cell P B. Then, it derived from the left side of the plurality of outlet ports 12 1 to 12 6 (outlet port 12 1, the outlet port 12 1, 12 2, or outlet port 12 1 to 12 3).
より高処理量で粒子を分離する場合は、2次元的な並列化に加えて、マイクロ流路構造体1を3次元的に積層することによって高処理量実現の可能性が期待できる。 In the case of separating particles at a higher throughput, in addition to the two-dimensional parallelization, the possibility of realizing a higher throughput can be expected by stacking the microchannel structures 1 three-dimensionally.
また、マイクロ流路構造体1を用いて粒子の分離を行う場合、第1入口ポート9xから入口側境界流路(第1境界流路)8へ導入される粒子の懸濁液の流量を1.0とした時に、第2入口ポート10x、11x(ここでは四つ)の各入口ポートから入口側境界流路(第1境界流路)8へ導入されるバッファ液の流量が0.5以上であることが好ましく、より分離精度を向上するには11xの各流量を1.0以上にすることが好ましく、分離精度に加えて分離効率もより向上するには、10x、11x全ての各流量を1.0以上とすることが好ましい。 When the microchannel structure 1 is used to separate particles, the flow rate of the particle suspension introduced from the first inlet port 9x into the inlet side boundary channel (first boundary channel) 8 is set to 1. 0, the flow rate of the buffer liquid introduced from the respective inlet ports of the second inlet ports 10x and 11x (here, four) into the inlet side boundary flow path (first boundary flow path) 8 is 0.5 or more. In order to further improve the separation accuracy, it is preferable to set each flow rate of 11x to 1.0 or more, and in order to further improve the separation efficiency in addition to the separation accuracy, all flow rates of 10x and 11x Is preferably 1.0 or more.
また、例えば異物が混入している流体や、血液の様な凝集しやすい流体中の粒子を分離する場合、異物や凝集物が主流路5や枝流路6に導入されないよう、入口側境界流路8に粗いフィルターの様な機能が付与されていることが好ましい。特に形状や構造が限定されるものではないが、具体的には柱のようなピンを立てたメッシュ構造が用いられる。 For example, when separating particles in a fluid that contains foreign substances or fluids that easily aggregate such as blood, the boundary flow on the inlet side is prevented so that the foreign substances and aggregates are not introduced into the main flow path 5 and the branch flow paths 6. The path 8 is preferably provided with a function like a coarse filter. Although the shape and structure are not particularly limited, specifically, a mesh structure in which pins such as pillars are erected is used.
ちなみに、上記実施形態は、一例としてサイズに基づき2種類の粒子を分離したが、例えば主流路5及び枝流路6の傾斜格子構造を適宜設定することにより、3種類以上の粒子を多段階的に分離することも可能である。また、例えば左右線対称な傾斜格子構造を用いることにより、分離する粒子を効率的に濃縮することも可能となる。このような点においても、上記実施形態では、診断医療等で必要となる量の細胞を効率的に分離、回収可能となる。 Incidentally, in the above-described embodiment, two types of particles are separated based on the size as an example. However, for example, by appropriately setting the inclined lattice structure of the main channel 5 and the branch channel 6, three or more types of particles can be divided into multiple stages. It is also possible to separate them. Further, for example, by using a tilted grating structure that is symmetrical to the left and right lines, it is possible to efficiently concentrate the particles to be separated. Also in this respect, in the above-described embodiment, it is possible to efficiently separate and collect an amount of cells required for diagnostic medical treatment or the like.
以上、本実施形態、及び変形例に係るマイクロ流路構造体1、1Aを説明したが、これらのマイクロ流路構造体1、1A、及び、これらを用いた粒子の分離方法によれば、本体部2において流体が全体的には所定方向Aに流れる中で、主流路5及び枝流路6の交差部にて非対称な流量分配が生じ、小さな粒子は枝流路6に進入する一方、大きな粒子は主流路5をそのまま流通する。このことが、複数の主流路5及び複数の枝流路6において繰り返され、その結果、大きな粒子については主流路5が傾斜する側へと流通させながら、小さな粒子については枝流路6が傾斜する側へと流通させることが可能となる。すなわち、複数の主流路5及び複数の枝流路6でもって粒子を連続的に分離させ、粒子を精度よく分離することが可能となる。 As described above, the microchannel structures 1 and 1A according to the present embodiment and the modified examples have been described. However, according to the microchannel structures 1 and 1A and the method of separating particles using these, the main body While the fluid flows in the predetermined direction A as a whole in the part 2, an asymmetric flow distribution occurs at the intersection of the main channel 5 and the branch channel 6, and small particles enter the branch channel 6 while large The particles flow through the main channel 5 as they are. This is repeated in the plurality of main channels 5 and the plurality of branch channels 6. As a result, the branch channel 6 is inclined for small particles while the main particles 5 are circulated toward the inclined side. It becomes possible to distribute to the side to do. That is, the particles can be continuously separated by the plurality of main channels 5 and the plurality of branch channels 6, and the particles can be accurately separated.
また、本実施形態では、複数の主流路5における任意の主流路5の幅W0と、その任意の主流路5の任意の長さ(基準長さ)Dbに対して第2傾斜方向C側に設けられた枝流路6の本数とによって、任意の主流路5から第2傾斜方向C側の枝流路6へ導入する粒子のサイズが設定されるので好適である。つまり、主流路5の幅W0と、その主流路W0の任意の長さ(基準長さ)Dbに対して第2傾斜方向C側に設けられた枝流路6の本数nとを制御することで、主流路5及び枝流路6の交差部にて所望の流量分配を生じさせることができ、ある設定値よりも小さな粒子は枝流路6に進入する一方、設定値よりも大きな粒子は主流路5をそのまま流通する。このことが、複数の主流路5及び複数の枝流路6において繰り返され、その結果設定値よりも大きな粒子については主流路5が傾斜する側へと流通させながら、設定値よりも小さな粒子については枝流路6が傾斜する側へと流通させることが可能となる。すなわち、複数の主流路5及び複数の枝流路6で粒子を所望のサイズに基づいて連続的に精度よく分離することができる。 In the present embodiment, the width W 0 of the arbitrary main flow path 5 in the plurality of main flow paths 5 and the second inclination direction C side with respect to the arbitrary length (reference length) Db of the arbitrary main flow path 5 The size of the particles to be introduced from the arbitrary main channel 5 to the branch channel 6 on the second inclined direction C side is preferably set according to the number of the branch channels 6 provided in the channel. That is, the width W 0 of the main flow path 5 and the number n of the branch flow paths 6 provided on the second inclined direction C side with respect to the arbitrary length (reference length) Db of the main flow path W 0 are controlled. By doing so, a desired flow rate distribution can be generated at the intersection of the main flow path 5 and the branch flow path 6, and particles smaller than a certain set value enter the branch flow path 6 while larger than the set value. The particles flow through the main channel 5 as they are. This is repeated in the plurality of main flow paths 5 and the plurality of branch flow paths 6, and as a result, for particles larger than the set value, the particles smaller than the set value are circulated to the side where the main flow path 5 is inclined. Can be distributed to the side on which the branch channel 6 is inclined. That is, the particles can be continuously separated with high accuracy based on the desired size by the plurality of main channels 5 and the plurality of branch channels 6.
また、本実施形態に係る粒子の分離方法では、第1入口ポート9から導入される粒子の懸濁液の流量1.0に対し、第2入口ポート10,11から入口側境界流路(第1境界流路)8へ導入されるバッファ液の流量が0.5以上とすることができる。なお、本実施形態では、第2入口ポート10,11を第1入口ポート9の両側に設けていたが、どちらか一方だけであってもよい。 Further, in the particle separation method according to the present embodiment, the second boundary ports 10 and 11 are connected to the inlet side boundary flow path (the first boundary flow path (the first flow rate) with respect to the flow rate 1.0 of the particle suspension introduced from the first inlet port 9. The flow rate of the buffer liquid introduced into the (one boundary flow path) 8 can be 0.5 or more. In the present embodiment, the second inlet ports 10 and 11 are provided on both sides of the first inlet port 9, but only one of them may be provided.
また、分離される粒子を細胞として細胞を分離する方法(粒子の分離方法)とすることもできる。この細胞を分離する方法において、血液又は細胞含有液をマイクロ流路構造体1,1Aの入口部3に導入する工程と、マイクロ流路構造体1,1Aの出口部4の一部から分離した細胞を採取する工程と、を含む態様とすることもできる。 Moreover, it can also be set as the method (particle separation method) which isolate | separates a cell by making the particle | grains isolate | separated into a cell. In this method of separating cells, blood or a cell-containing liquid was introduced into the inlet portion 3 of the microchannel structure 1, 1A and separated from a part of the outlet portion 4 of the microchannel structure 1, 1A. And a step of collecting cells.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by a following example.
なお、本発明において、主流路幅と枝流路本数とを制御することで、分離される粒子のサイズを自由に設定可能であるが、特に、前述の主流路幅の範囲内であれば層流となるため、式IIIが成立して枝流路本数の制御によって粒子のサイズを設定可能である。したがって以下の実施例は代表の一つとして主流路幅25μmでの結果を示すこととする。なお、各実施例、比較例に係るマイクロ流路構造体の仕様は、表1に示した。 In the present invention, the size of the separated particles can be freely set by controlling the main channel width and the number of branch channels. Therefore, the size of the particles can be set by controlling the number of branch flow paths. Therefore, the following example shows the result when the main flow path width is 25 μm as one representative. The specifications of the microchannel structure according to each example and comparative example are shown in Table 1.
[実施例1]
上述の実施形態に対応したマイクロ流路構造体1(実施例1)を用いて、蛍光粒子の分離実験を行った。ここで、主流路5の第1傾斜角θ15°、主流路5の流路幅(主流路幅)25μm、枝流路6の流路幅(枝流路幅)15μm、枝流路の間隔20μmとした。主流路5及び枝流路6の流路深さ(高さ)は、ともに25μmとした。主流路5及び枝流路6は互いに常に直交するように形成し、枝流路本数nは35、100の間で変化させた。以上より、任意の主流路5に交差する枝流路本数n、つまり任意の主流路5の第2傾斜方向側に設けられた枝流路本数nを35、100の間で変化させる実験を行った。
[Example 1]
Using the microchannel structure 1 (Example 1) corresponding to the above-described embodiment, a fluorescent particle separation experiment was performed. Here, the first inclination angle θ15 ° of the main channel 5, the channel width of the main channel 5 (main channel width) is 25 μm, the channel width of the branch channel 6 (branch channel width) is 15 μm, and the interval between the branch channels is 20 μm. It was. The channel depths (heights) of the main channel 5 and the branch channel 6 were both 25 μm. The main channel 5 and the branch channel 6 were always formed to be orthogonal to each other, and the number of branch channels n was changed between 35 and 100. As described above, an experiment was performed in which the number of branch channels n intersecting the arbitrary main channel 5, that is, the number of branch channels n provided on the second inclined direction side of the arbitrary main channel 5 was changed between 35 and 100. It was.
実施例1に係るマイクロ流路構造体1に対し、第1入口ポート9から懸濁液を20μL/minで連続的に導入すると共に、その両側の第2入口ポート10,11からバッファ液を20μL/min及び80μL/minでそれぞれ連続的に導入した。粒子としては直径3.0μm、及び直径9.9μmの蛍光粒子を用い、一部直径4.8μmの蛍光粒子も用いた。バッファ液としては0.5%Tween80水溶液(オレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン)を用いた。その結果を図6に示す。なお、図6は、粒子分離実験の結果を示すグラフである。 Suspension is continuously introduced at 20 μL / min from the first inlet port 9 into the microchannel structure 1 according to the first embodiment, and 20 μL of buffer solution is supplied from the second inlet ports 10 and 11 on both sides thereof. / Min and 80 μL / min, respectively. As the particles, fluorescent particles having a diameter of 3.0 μm and a diameter of 9.9 μm were used, and fluorescent particles having a diameter of 4.8 μm were also used. A 0.5% Tween 80 aqueous solution (polyoxyethylene sorbitan oleate) was used as the buffer solution. The result is shown in FIG. FIG. 6 is a graph showing the results of the particle separation experiment.
図6において、枝流路本数nが35の場合の結果、及び枝流路本数nが100の場合の結果を表している。なお、横軸の数字のそれぞれは、出口ポート121〜126に対応している(図7〜図11において同様)。 In FIG. 6, the result when the branch channel number n is 35 and the result when the branch channel number n is 100 are shown. Each number on the horizontal axis corresponds to the outlet ports 12 1 to 12 6 (the same applies to FIGS. 7 to 11).
まず、枝流路本数n35の場合、上述の式IIIに基づいて分離される粒子サイズが直径5.0μmとなるように設定し、本実験によって検証した。本実験の結果、図6に示すように、5.0μmよりも小さい4.8μmの粒子は出口2及び3から約80%導出され、9.9μmの粒子は出口5から70%以上導出されており、設定したサイズに応じた粒子の分離が認められた。 First, in the case of the number of branch flow paths n35, the particle size separated based on the above-mentioned formula III was set to have a diameter of 5.0 μm and verified by this experiment. As a result of this experiment, as shown in FIG. 6, 4.8 μm particles smaller than 5.0 μm are derived from the outlets 2 and 3 by about 80%, and 9.9 μm particles are derived from the outlet 5 by 70% or more. Thus, separation of particles according to the set size was observed.
次に、同じ条件で、枝流路本数nのみを100に変更し、分離される粒子サイズが直径3.0μmとなるように設定して実験した。その結果、図6に示すように、ほぼ同サイズの3.0μmの粒子は出口2及び3より90%以上導出され、4.8μmの粒子は出口4及び5から約76%導出され、9.9μmの粒子は出口6から約84%導出されており、3種類の粒子が夫々に異なる出口から分離可能であった。 Next, under the same conditions, only the branch channel number n was changed to 100, and the experiment was performed by setting the size of the separated particles to be 3.0 μm in diameter. As a result, as shown in FIG. 6, more than 90% of 3.0 μm particles having substantially the same size are derived from the outlets 2 and 3, and about 76% of 4.8 μm particles are derived from the outlets 4 and 5. About 84% of the 9 μm particles were derived from the outlet 6, and three types of particles were separable from different outlets.
[実施例2]
主流路5の傾斜角θ30°、枝流路本数n41と100を用いた以外は実施例1と同様の実験を行った。実施例2の結果を図7に示す。
[Example 2]
The same experiment as in Example 1 was performed except that the inclination angle θ30 ° of the main channel 5 and the number of branch channels n41 and 100 were used. The result of Example 2 is shown in FIG.
まず、枝流路本数nが41の場合、上述の式IIIに基づいて分離される粒子サイズが直径4.5μmとなるように設定して実験した。その結果、図7に示すように、4.5μmよりも小さい3.0μmの粒子は出口1から約92%導出され、9.9μmの粒子は出口5及び6から99%以上導出されており、設定したサイズに応じた粒子の分離が認められた。次に、同じ条件で、枝流路本数nのみを100に変更し、分離される粒子サイズが直径3.0μmとなるように設定して実験した。その結果、図7に示すように、分離される粒子サイズは直径3.0μmとなり、ほぼ同サイズの3.0μmの粒子は出口2及び3より100%導出され、9.9μmの粒子は出口5及び6から100%導出され、2種類のサイズの粒子が夫々に異なる出口から分離可能であった。 First, when the number of branch channels n was 41, the experiment was performed by setting the particle size separated based on the above-described formula III to be 4.5 μm in diameter. As a result, as shown in FIG. 7, particles of 3.0 μm smaller than 4.5 μm are derived from the outlet 1 by about 92%, and particles of 9.9 μm are derived from the outlets 5 and 6 by 99% or more, Separation of particles according to the set size was observed. Next, under the same conditions, only the branch channel number n was changed to 100, and the experiment was performed by setting the size of the separated particles to be 3.0 μm in diameter. As a result, as shown in FIG. 7, the particle size to be separated is 3.0 μm in diameter, and 3.0 μm particles of approximately the same size are derived 100% from the outlets 2 and 3, and the 9.9 μm particle is the outlet 5. And 6 to 100%, the two sizes of particles could be separated from different outlets.
[実施例3]
主流路5の傾斜角θ15°、枝流路本数nが193にすると共に、分離される粒子サイズが直径2.1μmとなるように設定されたマイクロ流路構造体1(実施例3)を用い、調製血液及び末梢血液を用いた血球分離実験を行った。実施例3の実験結果の詳細を説明する前に、「調製血液の作製」、「末梢血液」、及び「血球回収率の算出」の説明を先に行う。
[Example 3]
The microchannel structure 1 (Example 3) in which the inclination angle θ of the main channel 5 is 15 °, the number of branch channels n is 193, and the size of the separated particles is 2.1 μm in diameter is used. Then, blood cell separation experiments using prepared blood and peripheral blood were performed. Before describing the details of the experimental results of Example 3, “prepared blood preparation”, “peripheral blood”, and “calculation of blood cell recovery rate” will be described first.
(調製血液の作製)
健常人(健常ヒト)新鮮末梢血液に抗凝固剤としてACD−A(acid citrate dextrose-A)を血液:ACD−A=8:1となるように添加し十分に転倒混和した。密度勾配遠心分離媒体であるFicoll−Paque PLUS(GEヘルスケア社製)15mLを50mL遠沈管に添加し、その上にD−PBS(Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline)溶液(Life Technologies社製)で2倍希釈したACD−A添加末梢血液30mLを明瞭な界面ができるよう慎重に重層した。アクセル、ブレーキなしで800xg、15分間遠心後、単核球が豊富なバフィーコート層を約7mL採取し、別の遠沈管に移した。バフィーコート層をさらにアクセル、ブレーキありで1,430xg、10分間遠心後、上清約6.2mLを除去した。残渣の細胞浮遊液を30μmのメッシュに通液させて、ACD−A添加末梢血液と1:1で混和し、調製血液とした。必要量の調製血液を0.5%BSA(Bovine Serum Albumin)添加D−PBS溶液で5倍希釈した。
(Preparation of prepared blood)
ACD-A (acid citrate dextrose-A) as an anticoagulant was added to fresh peripheral blood of a healthy person (healthy human) so that the ratio of blood: ACD-A = 8: 1 was added, and the mixture was thoroughly mixed by inversion. 15 mL of Ficoll-Paque PLUS (manufactured by GE Healthcare), which is a density gradient centrifugation medium, is added to a 50 mL centrifuge tube, and then diluted 2-fold with a D-PBS (Dulbecco's Phosphate Buffered Saline) solution (manufactured by Life Technologies). The ACD-A-added peripheral blood 30 mL was carefully layered so that a clear interface was formed. After centrifuging at 800 × g for 15 minutes without an accelerator or brake, about 7 mL of a buffy coat layer rich in mononuclear cells was collected and transferred to another centrifuge tube. The buffy coat layer was further centrifuged at 1,430 × g for 10 minutes with an accelerator and a brake, and then about 6.2 mL of the supernatant was removed. The residual cell suspension was passed through a 30 μm mesh and mixed 1: 1 with peripheral blood added with ACD-A to prepare prepared blood. The required amount of prepared blood was diluted 5-fold with a D-PBS solution containing 0.5% BSA (Bovine Serum Albumin).
(末梢血液)
健常人(健常ヒト)新鮮末梢血液に抗凝固剤としてACD−A(acid citrate dextrose-A)を血液:ACD−A=8:1となるように添加し十分に転倒混和し、末梢血液とした。
(Peripheral blood)
ACD-A (acid citrate dextrose-A) as an anticoagulant was added to fresh peripheral blood of healthy persons (healthy humans) so that blood: ACD-A = 8: 1 was added, and the mixture was thoroughly inverted to obtain peripheral blood. .
(血球分離)
作製したマイクロ流路構造体1の入口部3における第1入口ポート9から、5倍希釈した調製血液又は末梢血液をシリンジポンプを用いて導入し、その両側の第2入口ポート10,11から0.5%BSA添加D−PBS溶液を導入した。各々の導入速度は、入口ポート9,10については15μL/min、入口ポート11については60μL/minであった。出口1,2と、出口3,4と、出口5,6と、から回収された溶液を各々一つの容器に回収し、回収細胞溶液を得た。
(Separation of blood cells)
Prepared blood or peripheral blood diluted 5 times is introduced from the first inlet port 9 at the inlet 3 of the manufactured microchannel structure 1 using a syringe pump, and the second inlet ports 10 and 11 on both sides of the blood are introduced from 0 to 0. A D-PBS solution containing 5% BSA was introduced. The respective introduction speeds were 15 μL / min for the inlet ports 9 and 10 and 60 μL / min for the inlet port 11. The solutions recovered from the outlets 1 and 2, the outlets 3 and 4, and the outlets 5 and 6 were each collected in one container to obtain a recovered cell solution.
(血球回収率の算出)
多項目自動血球分析装置(Sysmex社製、型式XS−800i)を用い、調製血液、5倍希釈した調製血液と回収細胞溶液との白血球濃度、赤血球濃度、及び血小板濃度を測定した。各検体中の白血球数、赤血球数及び血小板数は、各濃度に溶液の容量を掛けて算出した。次に、白血球中のリンパ球比率、単球比率及び顆粒球比率を測定した。各検体について抗ヒトCD45−FITC抗体と抗ヒトCD14―PE抗体とで染色後溶血処理を行い、フローサイトメトリー(ベックマンコールター社製、型式Cytomics FC500)でCD14陽性細胞比率を測定した。各検体の単球数は、白血球数 × CD14陽性比率で算出される。各出口(出口1,2、出口3,4、出口5,6)から回収した溶液中の赤血球回収率、血小板回収率、白血球回収率、リンパ球回収率及び単球回収率は、下記式(A)〜(E)より算出した。
(Calculation of blood cell recovery rate)
Using a multi-item automatic blood cell analyzer (manufactured by Sysmex, model XS-800i), the white blood cell concentration, red blood cell concentration, and platelet concentration of the prepared blood, 5 times diluted prepared blood and the collected cell solution were measured. The number of white blood cells, red blood cells, and platelets in each specimen was calculated by multiplying each concentration by the volume of the solution. Next, the lymphocyte ratio, monocyte ratio, and granulocyte ratio in leukocytes were measured. Each specimen was stained with an anti-human CD45-FITC antibody and an anti-human CD14-PE antibody and then subjected to hemolysis treatment, and the CD14 positive cell ratio was measured by flow cytometry (manufactured by Beckman Coulter, model Cytomics FC500). The number of monocytes in each specimen is calculated by the white blood cell count × CD14 positive ratio. The red blood cell recovery rate, platelet recovery rate, white blood cell recovery rate, lymphocyte recovery rate and monocyte recovery rate in the solution recovered from each outlet (exit 1, 2, exit 3, 4, exit 5, 6) are expressed by the following formula ( Calculated from A) to (E).
・赤血球回収率(%)=(回収細胞溶液の赤血球濃度×回収細胞溶液の容量)/(5倍希釈血液の赤血球濃度×シリンジポンプから吐出した5倍希釈血液の容量)×100・・・式(A)
・血小板回収率(%)=(回収細胞溶液の血小板濃度×回収細胞溶液の容量)/(5倍希釈血液の血小板濃度×シリンジポンプから吐出した5倍希釈血液の容量)×100・・・式(B)
・白血球回収率(%)=回収細胞溶液の白血球数/5倍希釈血液の白血球数×100・・・式(C)
・リンパ球回収率(%)=回収細胞溶液のリンパ球数/5倍希釈血液のリンパ球数×100・・・式(D)
・単球回収率(%)=回収細胞溶液の単球数/5倍希釈血液の単球数×100・・・式(E)
Red blood cell recovery rate (%) = (Red blood cell concentration of recovered cell solution × Volume of recovered cell solution) / (Red blood cell concentration of 5-fold diluted blood × Volume of 5-fold diluted blood discharged from syringe pump) × 100 (A)
Platelet recovery rate (%) = (platelet concentration of recovered cell solution × capacity of recovered cell solution) / (platelet concentration of 5-fold diluted blood × volume of 5-fold diluted blood discharged from syringe pump) × 100 (B)
・ White blood cell recovery rate (%) = white blood cell count of recovered cell solution / 5 white blood cell count of diluted blood × 100 formula (C)
・ Lymphocyte recovery rate (%) = number of lymphocytes in recovered cell solution / 5 times number of lymphocytes in diluted blood × 100 Formula (D)
Monocyte recovery rate (%) = Monocyte count of recovered cell solution / 5 monocyte count of diluted blood × 100 Expression (E)
実施例3の血球分離実験の結果を図8に示す。グラフは出口1,2をまとめたものを出口1に、出口3,4をまとめたものを出口3に、出口5,6をまとめたものを出口5に示した。 The results of the blood cell separation experiment of Example 3 are shown in FIG. In the graph, the outlets 1 and 2 are grouped into the outlet 1, the outlets 3 and 4 are grouped into the outlet 3, and the outlets 5 and 6 are grouped into the outlet 5.
調製血液の血球分離の結果、直径約6〜20μmの白血球は約100%出口5,6から回収され、厚み2〜3μmの赤血球と直径2〜3μmの血小板は出口5,6からの回収率は夫々2.6%と1.2%であった。また赤血球及び血小板は、出口1〜4から殆ど回収され、各々回収率は約88%と約96%であった。すなわち、サイズの小さい赤血球や血小板のみが枝流路6へ引き抜かれ、直径の大きい白血球は主流路5を直進し、出口1〜4からは赤血球及び血小板が回収され、出口5,6からは高純度かつ高回収率で白血球が得られ、白血球と赤血球・血小板の分離が確認できた。 As a result of blood cell separation of the prepared blood, leukocytes with a diameter of about 6 to 20 μm are collected from the outlets 5 and 6, and red blood cells with a thickness of 2 to 3 μm and platelets with a diameter of 2 to 3 μm are collected from the outlets 5 and 6. They were 2.6% and 1.2%, respectively. Red blood cells and platelets were almost recovered from outlets 1 to 4, and the recoveries were about 88% and about 96%, respectively. That is, only small erythrocytes and platelets are drawn into the branch channel 6, and white blood cells having a large diameter go straight through the main channel 5, and red blood cells and platelets are collected from the outlets 1 to 4, and high from the outlets 5 and 6. Leukocytes were obtained with high purity and high recovery rate, and separation of leukocytes from erythrocytes and platelets was confirmed.
次に末梢血の血球分離の結果、白血球は約93%出口5,6から回収され、赤血球と血小板の出口5,6からの回収率は夫々0.0%と0.0%と高効率な白血球分離が確認できた。また赤血球及び血小板は、出口1〜4から殆ど回収され、各々回収率は約100%と約75%であり、白血球と赤血球・血小板の分離が確認できた。 Next, as a result of blood cell separation of peripheral blood, leukocytes are recovered from about 93% outlets 5 and 6, and recovery rates of red blood cells and platelets from outlets 5 and 6 are as high as 0.0% and 0.0%, respectively. Leukocyte separation was confirmed. Red blood cells and platelets were almost recovered from outlets 1 to 4, and the recovery rates were about 100% and about 75%, respectively, and separation of white blood cells and red blood cells / platelets could be confirmed.
[実施例4]
主流路5の傾斜角θ30°、枝流路本数nが41にすると共に、分離される粒子サイズが直径4.5μmとなるように設定した以外は、実施例3と全く同じマイクロ流路構造体1(実施例4)を用い、実施例3と同様の血球分離実験を行った。結果を図9に示す。グラフは出口1,2をまとめたものを出口1に、出口3,4をまとめたものを出口3に、出口5,6をまとめたものを出口5に示した。
[Example 4]
Exactly the same microchannel structure as in Example 3, except that the inclination angle θ of the main channel 5 is 30 °, the number of branch channels n is 41, and the size of the separated particles is 4.5 μm in diameter. 1 (Example 4) was used, and the same blood cell separation experiment as in Example 3 was performed. The results are shown in FIG. In the graph, the outlets 1 and 2 are grouped into the outlet 1, the outlets 3 and 4 are grouped into the outlet 3, and the outlets 5 and 6 are grouped into the outlet 5.
調製血液の血球分離の結果、白血球の中でも直径約12〜20μmとサイズの大きい単球は出口5〜6から約73%回収され、厚み2〜3μmの赤血球と直径2〜3μmの血小板は出口1〜2から夫々98%と100%回収された。また白血球の中でも直径6〜14μmサイズの小さいリンパ球は、出口1〜4から約77%回収された。すなわち、分離サイズ4.5μmよりもはるかに大きい単球は出口5〜6からは高純度かつ高回収率で得られ、赤血球・血小板・リンパ球と単球の分離が確認できた。 As a result of blood cell separation of the prepared blood, among leukocytes, monocytes having a large size of about 12 to 20 μm are recovered from the outlet 5 to about 73%, and red blood cells having a thickness of 2 to 3 μm and platelets having a diameter of 2 to 3 μm are extracted from the outlet 1. From 98 to 98% and 100% were recovered respectively. Among leukocytes, small lymphocytes having a diameter of 6 to 14 μm were recovered from the outlets 1 to 4 by about 77%. That is, monocytes far larger than the separation size of 4.5 μm were obtained from the outlets 5 to 6 with high purity and high recovery rate, and separation of erythrocytes, platelets, lymphocytes and monocytes could be confirmed.
次に末梢血液の血球分離の結果、単球は約90%出口5〜6から回収され、赤血球と血小板の出口1〜4からの回収率は夫々約95%と約84%回収された。リンパ球は出口1〜4から約94%回収された。すなわち、分離サイズ4.5μmよりもはるかに大きい単球は出口5〜6のみから高純度かつ高回収率で得られ、赤血球・血小板・リンパ球と単球の分離が確認できた。 Next, as a result of blood cell separation of peripheral blood, monocytes were collected from about 90% outlets 5 to 6, and recovery rates of red blood cells and platelets from outlets 1 to 4 were collected about 95% and about 84%, respectively. Lymphocytes were recovered about 94% from outlets 1-4. That is, monocytes far larger than the separation size of 4.5 μm were obtained with high purity and high recovery rate only from the outlets 5 to 6, and separation of erythrocytes, platelets, lymphocytes and monocytes could be confirmed.
[比較例1]
主流路5の傾斜角θ45°、枝流路本数nを14とした以外は、実施例1と同様の実験を行った。比較例1の結果を図10に示す。図10に示すように、傾斜角θが45°の場合、分離される粒子サイズとして設定した直径が、8.2μmにもかかわらず、8.2μmよりも大きい9.9μmの粒子も出口1及び2から約76%導出されており、設定したサイズに応じた粒子の分離が認められなかった。
[Comparative Example 1]
The same experiment as in Example 1 was performed except that the inclination angle θ45 ° of the main flow path 5 and the number of branch flow paths n were set to 14. The result of Comparative Example 1 is shown in FIG. As shown in FIG. 10, when the inclination angle θ is 45 °, the diameter set as the particle size to be separated is 8.2 μm, but the particles having a diameter of 9.9 μm larger than 8.2 μm are also discharged from the outlet 1 and About 76% was derived from 2, and no separation of particles according to the set size was observed.
[比較例2]
主流路5の傾斜角θ45°、枝流路本数nを14とした以外は、実施例3の調製血液を用いた実験と同様の実験を行った。比較例2の結果を図11に示す。図11に示すように、傾斜角45°の場合、分離されるサイズとして設定した直径が8.2μmにもかかわらず、直径8.2μmよりも大きい単球も出口1及び2から57%導出されており、設定したサイズに応じた細胞の分離が認められなかった。
[Comparative Example 2]
An experiment similar to the experiment using the prepared blood of Example 3 was performed except that the inclination angle θ45 ° of the main channel 5 and the number of branch channels n were set to 14. The result of Comparative Example 2 is shown in FIG. As shown in FIG. 11, when the inclination angle is 45 °, monocytes larger than the diameter of 8.2 μm are derived from the outlets 1 and 2 by 57% even though the diameter set as the separated size is 8.2 μm. The cell separation according to the set size was not observed.
1、1A…マイクロ流路構造体、2…本体部、3…入口部、4…出口部、5…主流路、6…枝流路、7…側部境界流路(第2境界流路)、8…入口側境界流路(第1境界流路)、9…第1入口ポート、10,11…第2入口ポート、121、122、123、124、125、126…出口ポート、A…所定方向、B…第1傾斜方向、C…第2傾斜方向。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A ... Microchannel structure, 2 ... Main-body part, 3 ... Inlet part, 4 ... Outlet part, 5 ... Main channel, 6 ... Branch channel, 7 ... Side boundary channel (2nd boundary channel) , 8... Entrance side boundary channel (first boundary channel), 9... First inlet port, 10, 11..., Second inlet port, 12 1 , 12 2 , 12 3 , 12 4 , 12 5 , 12 6 . Outlet port, A ... predetermined direction, B ... first tilt direction, C ... second tilt direction.
Claims (11)
所定方向における一方側から他方側へ前記流体を流通させる本体部と、
前記本体部に前記流体を流入する入口部と、
前記本体部から前記流体を流出させる出口部と、を備え、
前記本体部は、
前記所定方向に対し傾斜する第1傾斜方向に沿って延びると共に、前記本体部内に並設された複数の主流路と、
前記所定方向に対し前記第1傾斜方向とは反対側に傾斜する第2傾斜方向に沿って延びると共に、前記本体部内において前記主流路と交差するように並設された複数の枝流路と、を有し、
前記主流路と前記複数の枝流路とは、前記本体部の同一平面上に存在し、
前記所定方向に対する前記第1傾斜方向の傾斜角は、0°よりも大きく45°よりも小さい角度を有する、マイクロ流路構造体。 A microchannel structure for separating particles in a fluid based on size,
A main body for circulating the fluid from one side to the other side in a predetermined direction;
An inlet for flowing the fluid into the main body;
An outlet for allowing the fluid to flow out of the main body,
The main body is
A plurality of main flow paths that extend along the first inclined direction that is inclined with respect to the predetermined direction, and that are arranged in parallel in the main body,
A plurality of branch channels extending in a second inclined direction inclined to the opposite side of the first inclined direction with respect to the predetermined direction, and arranged side by side so as to intersect the main channel in the main body portion; Have
The main channel and the plurality of branch channels exist on the same plane of the main body,
The microchannel structure, wherein an inclination angle of the first inclination direction with respect to the predetermined direction is greater than 0 ° and less than 45 °.
前記交差点Apから前記所定方向の前記他方側へ延びる延長線と、前記任意の主流路に隣接し、且つ前記延長線に交差する他の前記主流路の中心線との交点である交差点Bpと、
前記交差点Apを通る前記枝流路と前記交差点Bpを通る前記他の主流路との交差部の中心である交差点Cpと、を結ぶ三角形において、
前記他の主流路における前記交差点Bpと前記交差点Cpとの間において前記第2傾斜方向側の前記枝流路の本数nは、2≦n<3356を満たす請求項1または2記載のマイクロ流路構造体。 An intersection Ap that is the center of the intersection of any of the plurality of main channels and one branch channel that intersects the arbitrary main channel;
An intersection Bp that is an intersection of an extension line extending from the intersection Ap to the other side in the predetermined direction and a center line of another main flow path adjacent to the arbitrary main flow path and intersecting the extension line;
In a triangle connecting the intersection Cp, which is the center of the intersection of the branch flow path passing through the intersection Ap and the other main flow path passing through the intersection Bp,
3. The microchannel according to claim 1, wherein the number n of the branch channels on the second inclined direction side between the intersection Bp and the intersection Cp in the other main channel satisfies 2 ≦ n <3356. Structure.
前記入口部は、前記第1境界流路に接続され前記粒子の懸濁液を導入する第1入口ポートと、前記第1境界流路に接続されバッファ液を導入する第2入口ポートとを有し、
前記出口部は、前記流体を導出する複数の出口ポートを有し、
前記出口ポートは、前記複数の主流路のうちの一部、及び複数の前記枝流路のうちの一部に接続されていると共に、前記主流路の並設方向に沿う方向に隣接して並ぶように設けられており、
前記複数の出口ポートのうち前記第1傾斜方向側の端に位置する出口ポートに最も近接して開口した一端を有する前記主流路の他端が前記第1境界流路に開口している請求項1〜5の何れか一項記載のマイクロ流路構造体。 The main body portion is provided on the one side in the predetermined direction and is connected to the main flow channel and the branch flow channel, and at least one side and the other side along the parallel direction of the main flow channel A second boundary channel that is provided in any one direction and extends along the predetermined direction;
The inlet has a first inlet port connected to the first boundary channel and introducing the suspension of particles, and a second inlet port connected to the first boundary channel and introduced a buffer solution. And
The outlet portion has a plurality of outlet ports for leading the fluid,
The outlet port is connected to a part of the plurality of main flow paths and a part of the plurality of branch flow paths, and is arranged adjacent to the direction along the parallel arrangement direction of the main flow paths. Is provided as
The other end of the main channel having one end opened closest to an outlet port located at an end on the first inclined direction side among the plurality of outlet ports is open to the first boundary channel. The microchannel structure according to any one of 1 to 5.
前記第1入口ポートから導入される前記粒子の懸濁液の流量1.0に対し、前記第2入口ポートから導入される前記バッファ液の流量が0.5以上とする請求項7記載の粒子の分離方法。 The inlet portion has a first inlet port for introducing the suspension of particles and a second inlet port for introducing a buffer solution,
The particle according to claim 7, wherein a flow rate of the buffer liquid introduced from the second inlet port is 0.5 or more with respect to a flow rate of 1.0 of the suspension of the particles introduced from the first inlet port. Separation method.
前記第1入口ポートから前記粒子の懸濁液を導入し、複数の前記第2入口ポートを前記第1入口ポートの一方、または両側に設ける請求項7または8記載の粒子の分離方法。 The inlet portion has a first inlet port for introducing the suspension of particles and a second inlet port for introducing a buffer solution,
The particle separation method according to claim 7 or 8, wherein the particle suspension is introduced from the first inlet port, and a plurality of the second inlet ports are provided on one side or both sides of the first inlet port.
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