JP2016077925A - Flow channel device and method of using flow channel device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離する流路デバイスに関し、特に、目的物へのダメージが少なく、長期連続的に使用できる流路デバイスに関する。 The present invention relates to a flow path device that concentrates or separates an object contained in a liquid sample, and more particularly to a flow path device that can be used continuously for a long time with little damage to the object.
混合物から純物質を分離する方法として、ろ過、クロマトグラフィー、抽出等が知られている。例えば、ナノサイズの微粒子を分離する方法は難しく、超遠心を用いた分離方法、試薬を用いた分離方法、フィルタを用いた分離方法等が知られている。 As a method for separating a pure substance from a mixture, filtration, chromatography, extraction and the like are known. For example, a method for separating nano-sized fine particles is difficult, and a separation method using ultracentrifugation, a separation method using a reagent, a separation method using a filter, and the like are known.
超遠心を用いた分離方法は、目的物のサイズに応じて回転数を変えた遠心分離を複数回実施することで、目的物を分離する方法である。例えば、非特許文献１においては、ＲＮＡを含有するエクソソームを超遠心により単離することが記載されている。また、試薬を用いた分離方法は、目的物に試薬を結合させ、単離する方法である。例えば、非特許文献２、３においては、エクソソームを単離するための試薬が開示されている。また、フィルタを用いた分離方法は、フィルタにより目的物を分離する方法である。例えば、非特許文献４には、遠心式フィルタユニット、いわゆるスピンカラムが開示されている。また、フィルタとして、透析膜等を用いることも知られている。 The separation method using ultracentrifugation is a method of separating a target object by carrying out a plurality of times of centrifugal separation with different rotation speeds according to the size of the target object. For example, Non-Patent Document 1 describes isolating exosomes containing RNA by ultracentrifugation. In addition, the separation method using a reagent is a method in which a reagent is bound to an object and isolated. For example, Non-Patent Documents 2 and 3 disclose reagents for isolating exosomes. Moreover, the separation method using a filter is a method of separating a target object using a filter. For example, Non-Patent Document 4 discloses a centrifugal filter unit, a so-called spin column. It is also known to use a dialysis membrane or the like as a filter.
例えば超遠心を用いた分離方法では、サンプルに大きな力が加わるため、目的物が変形したり破壊したりするというダメージが生じる場合がある。さらに、サンプルが小さくなるにつれて遠心力は弱くなるため、サイズが小さくなるほど分離に時間がかかり、かつ遠心力が効果的に働かない生体分子サイズになると分離不可能になるという問題がある。また、試薬を用いた分離方法は、超遠心を用いた分離方法に比べて処理時間および工程数が少ないという利点があるものの、目的物には試薬が結合しており、単体での分離ができない。そのため、目的物から試薬を除去する際に、目的物にダメージが生じる場合がある。また、フィルタ、特に機械的なフィルタを用いた分離方法では、フィルタが目詰まりした時点で使用できなくなるという問題がある。また、これらの方法はバッチ処理であるため、連続的に大量のサンプルを処理できない。 For example, in a separation method using ultracentrifugation, since a large force is applied to the sample, damage may occur in which the target object is deformed or destroyed. Furthermore, since the centrifugal force becomes weaker as the sample becomes smaller, there is a problem that separation becomes longer as the size becomes smaller, and separation becomes impossible when the biomolecule size is such that centrifugal force does not work effectively. In addition, although the separation method using a reagent has the advantage that the processing time and the number of steps are shorter than the separation method using ultracentrifugation, the reagent is bound to the target substance, so that it cannot be separated alone. . Therefore, when removing the reagent from the target object, the target object may be damaged. In addition, a separation method using a filter, particularly a mechanical filter, has a problem that it cannot be used when the filter is clogged. Moreover, since these methods are batch processes, a large amount of samples cannot be processed continuously.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、濃縮または分離の対象である目的物へのダメージが少なく、長期連続的に使用できる流路デバイスを提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is a main object of the present invention to provide a flow path device that can be used continuously for a long period of time with little damage to a target object to be concentrated or separated.
上記課題を解決するために、本発明においては、第一流路と、第二流路と、上記第一流路および上記第二流路を連結するイオン交換膜とを有し、液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離する流路デバイスであって、上記第一流路は、上記液体サンプルが流れる流路であり、上記液体サンプルを投入する投入部と、上記投入部に接続された第一流路部とを有し、上記第二流路は、電圧印加用液体が流れる流路であり、二つの電極部と、上記二つの電極部の間に接続された第二流路部とを有し、上記イオン交換膜は、上記第一流路部および上記第二流路部の間を連結していることを特徴とする流路デバイスを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention includes a first flow path, a second flow path, and an ion exchange membrane that connects the first flow path and the second flow path, and is included in a liquid sample. A flow path device for concentrating or separating a target object, wherein the first flow path is a flow path through which the liquid sample flows, and a first flow path connected to the charging section and a charging section into which the liquid sample is charged. The second channel is a channel through which the voltage application liquid flows, and has two electrode units and a second channel unit connected between the two electrode units. The ion exchange membrane provides a flow path device characterized in that the first flow path section and the second flow path section are connected to each other.
本発明によれば、第一流路および第二流路をイオン交換膜で連結することで、濃縮または分離の対象である目的物へのダメージが少ない流路デバイスとすることができる。さらに、本発明の流路デバイスは、超遠心等のバッチ処理とは異なり、長期連続的に使用できるという利点を有する。 According to the present invention, by connecting the first flow path and the second flow path with the ion exchange membrane, a flow path device with little damage to the target object to be concentrated or separated can be obtained. Furthermore, unlike the batch processing such as ultracentrifugation, the flow channel device of the present invention has an advantage that it can be used continuously for a long time.
上記発明においては、上記目的物のサイズが、１ｍｍ以下であることが好ましい。 In the said invention, it is preferable that the size of the said target object is 1 mm or less.
上記発明においては、上記第一流路部が、上記イオン交換膜よりも上記投入部側に、分岐流路部を有することが好ましい。 In the said invention, it is preferable that a said 1st flow path part has a branched flow path part in the said input part side rather than the said ion exchange membrane.
上記発明においては、上記第一流路部が、上記液体サンプルの流れ方向において、複数の上記イオン交換膜を有することが好ましい。 In the said invention, it is preferable that a said 1st flow-path part has a plurality of said ion exchange membranes in the flow direction of the said liquid sample.
上記発明においては、複数の上記第一流路部が、厚さ方向において積層されていることが好ましい。 In the said invention, it is preferable that several said 1st flow-path part is laminated | stacked in the thickness direction.
上記発明においては、上記第一流路部および上記第二流路部が、上記イオン交換膜を介して、厚さ方向において積層されていることが好ましい。 In the said invention, it is preferable that the said 1st flow-path part and said 2nd flow-path part are laminated | stacked in the thickness direction through the said ion exchange membrane.
また、本発明においては、第一流路と、第二流路と、上記第一流路および上記第二流路を連結するイオン交換膜とを有し、上記第一流路は、液体サンプルが流れる流路であり、上記液体サンプルを投入する投入部と、上記投入部に接続された第一流路部とを有し、上記第二流路は、電圧印加用液体が流れる流路であり、二つの電極部と、上記二つの電極部の間に接続された第二流路部とを有し、上記イオン交換膜は、上記第一流路部および上記第二流路部の間を連結している流路デバイスの使用方法であって、上記二つの電極部の間に電圧を印加することにより上記イオン交換膜に生じる空乏層を利用して、上記液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離すること特徴とする流路デバイスの使用方法を提供する。 Further, in the present invention, the first flow path, the second flow path, and the ion exchange membrane connecting the first flow path and the second flow path, the first flow path is a flow through which a liquid sample flows. A second flow path connected to the charging section, the second flow path is a flow path through which a voltage application liquid flows, and has two flow paths. An electrode section and a second flow path section connected between the two electrode sections, and the ion exchange membrane connects the first flow path section and the second flow path section. A method of using a flow path device, wherein a target is contained in the liquid sample by using a depletion layer generated in the ion exchange membrane by applying a voltage between the two electrode portions. A method of using the flow path device is provided.
本発明によれば、上述した流路デバイスを用いることで、ダメージが少ない状態で目的物を濃縮または分離することができる。さらに、上述した流路デバイスを用いることで、超遠心等のバッチ処理とは異なり、長期連続的に使用できる。 According to the present invention, by using the above-described flow path device, it is possible to concentrate or separate a target object with little damage. Furthermore, by using the above-described flow path device, it can be used continuously for a long time unlike batch processing such as ultracentrifugation.
本発明においては、濃縮または分離の対象である目的物へのダメージが少ない流路デバイスを提供できるという効果を奏する。 In this invention, there exists an effect that the flow-path device with little damage to the target object which is the object of concentration or isolation | separation can be provided.
以下、本発明の流路デバイスおよび流路デバイスの使用方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the flow channel device of the present invention and the method of using the flow channel device will be described in detail.
Ａ．流路デバイス
図１は、本発明の流路デバイスの一例を示す概略平面図である。図１（ａ）に示すように、流路デバイス１００は、第一流路１０と、第二流路２０と、第一流路１０および第二流路２０を連結するイオン交換膜３０とを有する。図１（ａ）において、第一流路部１２および第二流路部２２は、流路形成部材４２によって覆われているため、破線で示している。一方、図１（ｂ）においては、流路の形状を明確化するために、流路形成部材４２を厚さ方向において切断した場合の概略平面図を示す。
A. Channel Device FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of a channel device of the present invention. As shown in FIG. 1A, the flow channel device 100 includes a first flow channel 10, a second flow channel 20, and an ion exchange membrane 30 that connects the first flow channel 10 and the second flow channel 20. In FIG. 1A, the first flow path portion 12 and the second flow path portion 22 are covered with the flow path forming member 42 and are therefore indicated by broken lines. On the other hand, FIG. 1B shows a schematic plan view when the flow path forming member 42 is cut in the thickness direction in order to clarify the shape of the flow path.
図１（ｂ）に示すように、第一流路１０は、液体サンプルが流れる流路であり、液体サンプルを投入する投入部１１と、投入部１１に接続された第一流路部１２と、第一流路部１２に接続された回収部１３とを有する。なお、後述するように、流路デバイスの用途によっては、第一流路１０は回収部１３を有しなくても良い。また、必要に応じて、投入部１１に電極部１４が設けられていても良く、回収部１３に電極部１５が設けられていても良い。例えば、電極部１４および電極部１５の間に電圧を印加することで、液体サンプルの移動を促進することができる。 As shown in FIG. 1B, the first channel 10 is a channel through which the liquid sample flows. The first channel 11 into which the liquid sample is introduced, the first channel unit 12 connected to the input unit 11, and the first channel 10. And a collection unit 13 connected to one flow path unit 12. As will be described later, the first flow path 10 may not have the collection unit 13 depending on the use of the flow path device. Moreover, the electrode part 14 may be provided in the input part 11 and the electrode part 15 may be provided in the collection | recovery part 13 as needed. For example, the movement of the liquid sample can be promoted by applying a voltage between the electrode unit 14 and the electrode unit 15.
また、図１（ｂ）に示すように、第二流路２０は、電圧印加用液体が流れる流路であり、電極部２４および電極部２５と、その間に接続された第二流路部２２とを有する。また、図１（ｂ）には、投入部１１および回収部１３と同様に、開口部２１および開口部２３が形成されている。開口部２１および開口部２３では、例えば電圧印加用液体の投入および回収を行うことができる。なお、開口部２１および開口部２３を設けずに、他の任意の開口部により、電圧印加用液体の投入および回収を行っても良い。 As shown in FIG. 1B, the second flow path 20 is a flow path through which the voltage application liquid flows, and the electrode section 24 and the electrode section 25 and the second flow path section 22 connected therebetween. And have. Further, in FIG. 1 (b), an opening 21 and an opening 23 are formed in the same manner as the input unit 11 and the collection unit 13. In the opening 21 and the opening 23, for example, charging and collecting of a voltage application liquid can be performed. In addition, without providing the opening 21 and the opening 23, the voltage application liquid may be charged and recovered through another arbitrary opening.
図２は、図１（ａ）に示す流路デバイスの概略断面図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）に示す流路デバイス１００のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図およびＣ−Ｃ断面図である。図２（ａ）に示すように、流路デバイス１００は、基板４１と、基板４１上に形成され、例えば熱硬化性材料から構成される流路形成部材４２とを有する。また、図２（ｂ）に示すように、イオン交換膜３０は、第一流路部１２および第二流路部２２の間を連結している。一方、図２（ｃ）に示すように、第一流路部１２および第二流路部２２は、通常、イオン交換膜３０を除き、流路として互いに独立している。すなわち、第二流路部２２を含む第二流路２０は、通常、後述する空乏層を第一流路部１２内に生じさせるための流路である。 2 is a schematic cross-sectional view of the flow path device shown in FIG. 1A, and FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views taken along line AA of the flow path device 100 shown in FIG. 1A, respectively. , BB sectional view and CC sectional view. As shown in FIG. 2A, the flow channel device 100 includes a substrate 41 and a flow channel forming member 42 formed on the substrate 41 and made of, for example, a thermosetting material. In addition, as shown in FIG. 2B, the ion exchange membrane 30 connects the first flow path portion 12 and the second flow path portion 22. On the other hand, as shown in FIG. 2C, the first flow path portion 12 and the second flow path portion 22 are usually independent from each other as a flow path except for the ion exchange membrane 30. That is, the second flow path 20 including the second flow path portion 22 is usually a flow path for generating a depletion layer to be described later in the first flow path portion 12.
ここで、図１（ｂ）において、例えば、イオン交換膜３０が陽イオン交換膜であり、第二流路部２２に電圧印加用液体として水が流通する場合を考える。この状態で、電極部２４および電極部２５の間に電圧を印加すると、イオン交換膜３０に含まれる陽イオンは低電位側の電極部に移動する。一方、イオン交換膜３０に含まれる陰イオンは膜内を移動することができない。そのため、イオン交換膜３０の電荷のバランスが崩れ、イオン交換膜３０に空乏層が形成される。イオン交換膜３０は、第一流路部１２および第二流路部２２の間を連結しているため、第一流路１０におけるイオン交換膜３０にも空乏層が形成される。 Here, in FIG. 1B, for example, a case is considered where the ion exchange membrane 30 is a cation exchange membrane, and water circulates in the second flow path portion 22 as a voltage application liquid. In this state, when a voltage is applied between the electrode part 24 and the electrode part 25, the cation contained in the ion exchange membrane 30 moves to the electrode part on the low potential side. On the other hand, the anion contained in the ion exchange membrane 30 cannot move in the membrane. Therefore, the charge balance of the ion exchange membrane 30 is lost, and a depletion layer is formed on the ion exchange membrane 30. Since the ion exchange membrane 30 connects the first flow path portion 12 and the second flow path portion 22, a depletion layer is also formed on the ion exchange membrane 30 in the first flow path 10.
具体的には、図３（ａ）に示すように、第一流路１０におけるイオン交換膜３０に空乏層３１が形成される。電荷を有する荷電物質５１は、空乏層３１の影響を受け、空乏層３１を通過することができず、空乏層３１の近傍に滞留する。一方、図３（ｂ）に示すように、電荷を有しない中性物質５２は、空乏層３１の影響を受けないために、空乏層３１を通過することができる。その結果、図３（ｃ）に示すように、空乏層３１の通過の可否によって、荷電物質５１および中性物質５２が分離される。なお、図３では、便宜上、荷電物質５１および中性物質５２のサイズが、空乏層３１の厚さよりも若干小さい場合を例示したが、荷電物質５１および中性物質５２のサイズが、空乏層３１の厚さよりも十分に小さい場合、より多くの荷電物質５１が、空乏層３１の近傍に滞留する。 Specifically, as shown in FIG. 3A, a depletion layer 31 is formed on the ion exchange membrane 30 in the first flow path 10. The charged substance 51 having an electric charge is affected by the depletion layer 31, cannot pass through the depletion layer 31, and stays in the vicinity of the depletion layer 31. On the other hand, as shown in FIG. 3B, the neutral substance 52 having no charge can pass through the depletion layer 31 because it is not affected by the depletion layer 31. As a result, as shown in FIG. 3C, the charged substance 51 and the neutral substance 52 are separated depending on whether or not the depletion layer 31 can pass through. In FIG. 3, the case where the sizes of the charged substance 51 and the neutral substance 52 are slightly smaller than the thickness of the depletion layer 31 is illustrated for convenience. However, the sizes of the charged substance 51 and the neutral substance 52 are When the thickness is sufficiently smaller than the thickness, a larger amount of the charged substance 51 stays in the vicinity of the depletion layer 31.
図４は、図３（ｃ）を平面から観察した概略平面図である。図４に示すように、投入部１１に、荷電物質５１および中性物質５２を含む液体サンプルを投入すると、空乏層３１によって、荷電物質５１および中性物質５２が分離される。もし、目的物が荷電物質５１である場合、目的物が空乏層３１の近傍で濃縮されたことになる。その場合、荷電物質５１が十分に濃縮された後に、電極部２４および電極部２５の間に電圧を印加することを停止することで、濃縮された荷電物質５１を回収部１３から回収することができる。一方、目的物が中性物質５２である場合、目的物が空乏層３１によって、分離されたことになる。また、目的物が荷電物質５１である場合、図５に示すように、イオン交換膜３０よりも投入部１１側に、分岐流路部１６と、分岐流路部１６に接続された分岐回収部１７とを設けることで、荷電物質５１を分岐回収部１７に誘導し、分離することができる。 FIG. 4 is a schematic plan view of FIG. 3C observed from the plane. As shown in FIG. 4, when a liquid sample containing a charged substance 51 and a neutral substance 52 is introduced into the input unit 11, the charged substance 51 and the neutral substance 52 are separated by the depletion layer 31. If the target object is the charged substance 51, the target object is concentrated in the vicinity of the depletion layer 31. In that case, after the charged substance 51 is sufficiently concentrated, the concentrated charged substance 51 can be recovered from the recovery unit 13 by stopping applying a voltage between the electrode unit 24 and the electrode unit 25. it can. On the other hand, when the target object is the neutral substance 52, the target object is separated by the depletion layer 31. Further, when the target object is the charged substance 51, as shown in FIG. 5, the branch channel unit 16 and the branch recovery unit connected to the branch channel unit 16 are closer to the input unit 11 than the ion exchange membrane 30. 17, the charged substance 51 can be guided to the branch collection unit 17 and separated.
このように、本発明によれば、第一流路および第二流路をイオン交換膜で連結することで、濃縮または分離の対象である目的物へのダメージが少ない流路デバイスとすることができる。さらに、本発明の流路デバイスは、超遠心等のバッチ処理とは異なり、長期連続的に使用できるという利点を有する。 As described above, according to the present invention, by connecting the first flow path and the second flow path with the ion exchange membrane, a flow path device with little damage to the target object to be concentrated or separated can be obtained. . Furthermore, unlike the batch processing such as ultracentrifugation, the flow channel device of the present invention has an advantage that it can be used continuously for a long time.
上述したように、超遠心等の遠心分離は、サンプルに大きな力が加わるため、目的物が変形したり破壊したりするというダメージが生じる場合がある。これに対して、本発明においては、サンプルに大きな力が加わらないため、物理的なダメージが生じにくいという利点がある。また、遠心分離はバッチ式であるため、一度の処理で得られる目的物の量には限界があった。これに対して、本発明においては、液体サンプルを連続的に処理できるため、十分な量の目的物を短時間で効率良く得ることができる。また、遠心分離後に目的物のみを選択的に回収し、洗浄するためには、高度な技能が必要であった。そのため、作業者の技能によって、結果および収率にバラつきが生じる場合があった。これに対して、本発明においては、作業者の技能によらないため、結果および収率にバラつきが生じないという利点がある。 As described above, in centrifugal separation such as ultracentrifugation, a large force is applied to the sample, so that damage may occur such that the target object is deformed or destroyed. On the other hand, the present invention has an advantage that physical damage is unlikely to occur because a large force is not applied to the sample. Moreover, since the centrifugal separation is a batch type, there is a limit to the amount of the target product obtained by one treatment. On the other hand, in the present invention, since a liquid sample can be processed continuously, a sufficient amount of an object can be efficiently obtained in a short time. Further, in order to selectively collect and wash only the target product after centrifugation, a high level of skill is required. Therefore, the result and the yield may vary depending on the skill of the operator. On the other hand, in the present invention, there is an advantage that there is no variation in results and yield because it does not depend on the skill of the operator.
また、上述したように、試薬を用いた分離方法では、目的物に試薬が結合しており、単体での分離ができない。そのため、目的物から試薬を除去する際に、目的物にダメージが生じる場合がある。これに対して、本発明においては、試薬を用いる必要がないため、化学的なダメージが生じにくいという利点がある。また、本発明の流路デバイスには、以下のような利点もある。すなわち、本発明においては、第一流路部に、ほとんど電流が流れないため、電気的なダメージが生じにくいという利点がある。また、本発明における空乏層による分離は、ろ過のようにフィルタを介して分離する機構ではないため、目詰まりが発生せず、連続的な処理が可能であるという利点がある。また、空乏層は荷電物質を通過させない性質を有するため、イオン交換膜の性能を低下させる一つの要因であった。これに対して、本発明では、空乏層の上記性質を濃縮または分離に積極的に活用している点で、新規なコンセプトに基づく発明であるといえる。
以下、本発明の流路デバイスについて、構成ごとに説明する。
In addition, as described above, in the separation method using a reagent, the reagent is bound to the target product, so that it cannot be separated alone. Therefore, when removing the reagent from the target object, the target object may be damaged. On the other hand, in the present invention, since it is not necessary to use a reagent, there is an advantage that chemical damage hardly occurs. The flow channel device of the present invention also has the following advantages. In other words, the present invention has an advantage that electrical damage hardly occurs because almost no current flows through the first flow path portion. Further, the separation by the depletion layer in the present invention is not a mechanism for separation through a filter like filtration, and therefore has an advantage that clogging does not occur and continuous processing is possible. Moreover, since the depletion layer has the property of not allowing charged substances to pass through, it is one factor that deteriorates the performance of the ion exchange membrane. On the other hand, the present invention can be said to be an invention based on a novel concept in that the above properties of the depletion layer are actively utilized for concentration or separation.
Hereinafter, the flow path device of the present invention will be described for each configuration.
１．第一流路
本発明における第一流路は、液体サンプルが流れる流路である。また、本発明においては、液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離する。目的物のサイズは、特に限定されるものではないが、例えば１ｍｍ以下である。中でも、目的物のサイズは、１００μｍ以下であっても良く、１０μｍ以下であっても良く、１μｍ以下であっても良く、５００ｎｍ以下であっても良い。目的物のサイズが小さくなるほど、目的物にダメージを与えることなく濃縮または分離を行うことが困難になるが、本発明においては、特にナノサイズ以下の目的物に対しても、基本的にダメージを与えることなく、濃縮または分離を行うことができる。
1. First channel The first channel in the present invention is a channel through which a liquid sample flows. In the present invention, the target substance contained in the liquid sample is concentrated or separated. The size of the object is not particularly limited, but is, for example, 1 mm or less. Among them, the size of the target product may be 100 μm or less, 10 μm or less, 1 μm or less, or 500 nm or less. The smaller the size of the target object, the more difficult it is to concentrate or separate without damaging the target object. Concentration or separation can be performed without giving.
目的物の種類は、特に限定されるものではなく、任意の物質を挙げることができる。目的物は、有機物質であっても良く、無機物質であっても良く、生体物質であっても良い。また、目的物は粒子であっても良い。目的物を例示すると、エクソソーム、リポソーム（ドラッグデリバリシステム用を含む）、イオン、分子、ウィルス、バクテリア、血球、細胞、粒子状物質(Particulate Matter)等を挙げることができる。また、目的物は、液体サンプルに分散していても良く、溶解していても良い。液体サンプルに含まれる目的物は、一種であっても良く、二種以上であっても良い。また、液体サンプルの種類については、特に限定されるものではないが、例えば、尿、血液、腹水、髄液等の体液、細胞培養液等を挙げることができる。液体サンプルに含まれる液体成分も、特に限定されるものではないが、例えば、水（例えば生理食塩水）、有機溶媒等を挙げることができる。液体サンプルに含まれる液体成分は、極性物質であっても良く、非極性物質であっても良く、無極性物質であっても良い。 The kind of target object is not specifically limited, Arbitrary substances can be mentioned. The target product may be an organic substance, an inorganic substance, or a biological substance. The target object may be particles. Examples of the target substance include exosomes, liposomes (including those for drug delivery systems), ions, molecules, viruses, bacteria, blood cells, cells, particulate matter (Particulate Matter) and the like. Moreover, the target object may be disperse | distributed to the liquid sample and may be melt | dissolved. The target object contained in the liquid sample may be one kind or two or more kinds. Further, the type of the liquid sample is not particularly limited, and examples thereof include body fluids such as urine, blood, ascites, and cerebrospinal fluid, cell culture fluid, and the like. The liquid component contained in the liquid sample is not particularly limited, and examples thereof include water (for example, physiological saline), an organic solvent, and the like. The liquid component contained in the liquid sample may be a polar substance, a nonpolar substance, or a nonpolar substance.
また、本発明における第一流路は、液体サンプルを投入する投入部と、投入部に接続された第一流路部とを少なくとも有する。さらに、必要に応じて、第一流路部に接続された回収部を有していても良い。ここで、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第一流路部１２の高さをＨ１とし、第一流路部１２の幅をＷ１とし、イオン交換膜の厚さをＴ１とする。Ｈ１は、例えば１０ｎｍ以上であり、１μｍ以上であっても良く、１０μｍ以上であっても良い。一方、Ｈ１は、例えば３ｍｍ以下であり、１ｍｍ以下であっても良く、１００μｍ以下であっても良い。また、Ｗ１は、例えば１０ｎｍ以上であり、１μｍ以上であっても良く、１０μｍ以上であっても良い。一方、Ｗ１は、例えば１０ｍ以下であり、１ｍ以下であっても良く、１ｃｍ以下であっても良く、５００μｍ以下であっても良い。また、Ｔ１は、例えば１ｎｍ以上であり、５００ｎｍ以上であっても良く、１μｍ以上であっても良い。一方、Ｔ１は、例えば３ｍｍ以下であり、１ｍｍ以下であっても良く、１０μｍ以下であっても良い。 In addition, the first flow path in the present invention has at least an input section for supplying a liquid sample and a first flow path section connected to the input section. Furthermore, you may have the collection | recovery part connected to the 1st flow path part as needed. Here, as shown in FIGS. 6A and 6B, the height of the first flow path portion 12 is H 1 , the width of the first flow path portion 12 is W 1, and the thickness of the ion exchange membrane is T 1. Set to 1 . H 1 is, for example, 10 nm or more, may be 1 μm or more, and may be 10 μm or more. On the other hand, H 1 is, for example, 3 mm or less, 1 mm or less, or 100 μm or less. Moreover, W1 is 10 nm or more, for example, may be 1 micrometer or more, and may be 10 micrometers or more. On the other hand, W 1 is, for example, 10 m or less, 1 m or less, 1 cm or less, or 500 μm or less. T 1 is, for example, 1 nm or more, 500 nm or more, or 1 μm or more. On the other hand, T 1 is, for example, 3 mm or less, 1 mm or less, or 10 μm or less.
また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、空乏層の厚さをＴ２とし、空乏層の幅をＷ２とする。Ｔ２は、より大きいことが好ましい。特に、Ｔ２は、Ｈ１と同じ値以上であることが好ましい。すなわち、厚さ方向において流路を全て塞ぐように、空乏層が形成されていることが好ましい。なお、濃縮または分離の目的によっては、厚さ方向または幅方向において流路の一部のみを塞ぐように、空乏層が形成されていても良い。Ｗ２は、より大きいことが好ましく、例えば１００ｎｍ以上であることが好ましい。Ｗ２が小さすぎると、空乏層が十分に機能しない可能性があるからである。一方、Ｗ２は、例えば３００μｍ以下であることが好ましい。 Further, as shown in FIG. 6 (a), (b) , the thickness of the depletion layer and T 2, the width of the depletion layer W 2. T 2 is preferably larger. In particular, T 2 is preferably not less than the same value as H 1 . That is, it is preferable that the depletion layer is formed so as to block all the flow paths in the thickness direction. Depending on the purpose of concentration or separation, a depletion layer may be formed so as to block only a part of the flow path in the thickness direction or the width direction. W 2 is preferably larger, for example, preferably 100 nm or more. This is because if W 2 is too small, the depletion layer may not function sufficiently. On the other hand, W 2 is preferably 300 μm or less, for example.
また、第一流路部は、図５に示したように、イオン交換膜３０よりも投入部側１１に、分岐流路部を有していても良い。一方、第一流路部は、図４に示したように、分岐流路部を有しなくても良い。第一流路部の平面視形状は特に限定されるものではなく、直線であっても良く、曲線であっても良い。 Further, as shown in FIG. 5, the first flow path part may have a branch flow path part on the input part side 11 with respect to the ion exchange membrane 30. On the other hand, as shown in FIG. 4, the first flow path part may not have the branch flow path part. The plan view shape of the first flow path portion is not particularly limited, and may be a straight line or a curved line.
第一流路部において、液体サンプルの流れ場を形成する方法、すなわち、液体サンプルを移動させる方法は特に限定されるものではない。例えば、第一流路部の両端、例えば、投入部および回収部における液面の高さに差を設けることで、圧力差による流れ場が形成される。具体的には、第一流路部内に液体が満たされている状態において、投入部に液体サンプルを投入すれば、投入部および回収部に液面の高さに起因する圧力差が生じ、液体サンプルが移動する。同様に、第一流路部内に液体が満たされている状態において、回収部から処理後の液体を除去することで、投入部および回収部に液面の高さに起因する圧力差が生じ、液体サンプルが移動する。また、その他の方法として、投入部にポンプ等の送液手段を設けることにより、液体サンプルを移動させる方法を挙げることができる。 The method for forming the flow field of the liquid sample in the first flow path section, that is, the method for moving the liquid sample is not particularly limited. For example, the flow field by a pressure difference is formed by providing a difference in the liquid level height at both ends of the first flow path part, for example, the charging part and the recovery part. Specifically, in a state where the liquid is filled in the first flow path portion, if a liquid sample is charged into the charging portion, a pressure difference due to the height of the liquid level is generated in the charging portion and the recovery portion, and the liquid sample Move. Similarly, in the state where the liquid is filled in the first flow path portion, removing the treated liquid from the recovery portion causes a pressure difference due to the height of the liquid surface in the input portion and the recovery portion, and the liquid The sample moves. In addition, as another method, a liquid sample can be moved by providing liquid feeding means such as a pump in the input part.
２．第二流路
本発明における第二流路は、電圧印加用液体が流れる流路である。また、第二流路は、イオン交換膜に空乏層を生じさせるための流路である。上記のように、空乏層は、イオン交換膜の電荷のバランスが崩れることで生じる。一般的に、イオン交換膜は、陽イオンおよび陰イオンの一方が移動でき、他方が移動できない性質を有するため、その種類を問わず、空乏層は発生する。そのため、本発明におけるイオン交換膜の種類は特に限定されない。すなわち、イオン交換膜として、任意の陽イオン交換膜および任意の陰イオン交換膜を採用できる。陽イオン交換膜の一例としては、例えば、ナフィオン（登録商標）、ネオセプタ（登録商標）等を挙げることができる。また、電圧印加用液体は、イオン交換膜に空乏層を形成可能な液体であれば特に限定されるものではないが、例えば、水、イオン液体等を挙げることができる。
2. Second channel The second channel in the present invention is a channel through which the voltage application liquid flows. The second channel is a channel for generating a depletion layer in the ion exchange membrane. As described above, the depletion layer is generated when the charge balance of the ion exchange membrane is lost. In general, since an ion exchange membrane has a property that one of a cation and an anion can move and the other cannot move, a depletion layer is generated regardless of the type. Therefore, the type of ion exchange membrane in the present invention is not particularly limited. That is, any cation exchange membrane and any anion exchange membrane can be employed as the ion exchange membrane. Examples of the cation exchange membrane include Nafion (registered trademark) and Neoceptor (registered trademark). The voltage application liquid is not particularly limited as long as it is a liquid capable of forming a depletion layer on the ion exchange membrane, and examples thereof include water and ionic liquid.
また、本発明における第二流路は、二つの電極部と、その二つの電極部の間に接続された第二流路部とを有する。電極部の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、金（Ａｕ）および白金（Ｐｔ）等を挙げることができる。金（Ａｕ）および白金（Ｐｔ）は化学的安定性が高いという利点がある。また、第二流路における二つの電極部に印加する電圧は、所望の空乏層が得られる電圧であれば特に限定されるものではないが、通常、０Ｖよりも大きく、１Ｖ以上であっても良く、１０Ｖ以上であっても良い。印加する電圧が小さすぎると、十分な空乏層が形成されない可能性がある。一方、上記電圧は、例えば、３００Ｖ以下であり、１００Ｖ以下であることが好ましい。印加する電圧が大きすぎると、目的物に電気的なダメージを与える可能性がある。また、本発明の流路デバイスは、上記二つの電極部の間の電圧を制御する電圧制御部を有していても良い。電圧制御部は特に限定されるものではなく、一般的な電圧制御部を採用することができる。 Moreover, the 2nd flow path in this invention has two electrode parts and the 2nd flow path part connected between the two electrode parts. The material of the electrode part is not particularly limited, and examples thereof include gold (Au) and platinum (Pt). Gold (Au) and platinum (Pt) have the advantage of high chemical stability. The voltage applied to the two electrode portions in the second flow path is not particularly limited as long as it is a voltage at which a desired depletion layer can be obtained, but is usually larger than 0V and 1V or more. It may be 10V or more. If the applied voltage is too small, a sufficient depletion layer may not be formed. On the other hand, the voltage is, for example, 300 V or less, and preferably 100 V or less. If the applied voltage is too large, there is a possibility that the target object is electrically damaged. In addition, the flow channel device of the present invention may have a voltage control unit that controls the voltage between the two electrode units. A voltage control part is not specifically limited, A general voltage control part is employable.
また、第二流路部の寸法については、所望の空乏層が得られる寸法であれば特に限定されるものではない。第二流路部の寸法は、例えば、上述した第二流路部の寸法の範囲と同様であっても良い。 Moreover, about the dimension of a 2nd flow-path part, if it is a dimension from which a desired depletion layer is obtained, it will not specifically limit. The dimension of the second flow path part may be the same as the range of the dimension of the second flow path part described above, for example.
３．流路デバイス
本発明の流路デバイスの構成は、特に限定されるものではないが、例えば、上述した図２（ａ）に示したように、基板４１と、基板４１上に形成された流路形成部材４２とを有する流路デバイスを挙げることができる。基板は、リジッドな材料であっても良く、フレキシブルな材料であっても良い。基板の材料としては、例えば、ガラス、金属、ゴム、樹脂等を挙げることができる。流路形成部材も、基板と同様に、リジッドな材料であっても良く、フレキシブルな材料であっても良い。流路形成部材の材料としては、例えば、ガラス、金属、ゴム、樹脂等を挙げることができる。また、基板と流路形成部材とが同じ材料であっても良い。
3. Channel Device The configuration of the channel device of the present invention is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 2A described above, a substrate 41 and a channel formed on the substrate 41 A flow path device having the forming member 42 can be exemplified. The substrate may be a rigid material or a flexible material. Examples of the material for the substrate include glass, metal, rubber, resin, and the like. Similarly to the substrate, the flow path forming member may be a rigid material or a flexible material. Examples of the material for the flow path forming member include glass, metal, rubber, and resin. Further, the substrate and the flow path forming member may be the same material.
また、本発明における第一流路部は、液体サンプルの流れ方向において、複数のイオン交換膜を有していても良い。具体的には、図７に示すように、第一流路部１２が、液体サンプルの流れ方向Ｄにおいて、複数のイオン交換膜３０を有していても良い。複数のイオン交換膜を直列に配置することで、濃縮率または分離率が格段に向上する。例えば、一つのイオン交換膜の濃縮率がｒである場合、ｎ個のイオン交換膜を直列に配置することで、濃縮率は、ｒｎ倍になる。 Further, the first flow path portion in the present invention may have a plurality of ion exchange membranes in the flow direction of the liquid sample. Specifically, as shown in FIG. 7, the first flow path portion 12 may have a plurality of ion exchange membranes 30 in the flow direction D of the liquid sample. By arranging a plurality of ion exchange membranes in series, the concentration rate or the separation rate is remarkably improved. For example, if the concentration rate of one ion-exchange membrane is r, by arranging the n-number of ion-exchange membrane in series, concentration ratio will r n times.
本発明においては、複数の第一流路部が、厚さ方向において積層されていても良い。具体的には、図８（ａ）に示すように、複数の第一流路部１２が、厚さ方向において積層されていても良い。複数の第一流路部を並列に配置することで、単位時間当たりの処理量が向上する。例えば、ｎ個の第一流路部を積層することで、単位時間当たりの処理量がｎ倍になる。なお、図８（ａ）では、同一平面上に配置された第一流路部１２および第二流路部２２を、複数積層している。また、図８（ａ）では、第一流路部１２および第二流路部２２を有する流路形成部材４２を支持する基板４１も複数積層しているが、図８（ｂ）に示すように、第一流路部１２および第二流路部２２を有する流路形成部材４２のみを積層しても良い。 In the present invention, a plurality of first flow path portions may be stacked in the thickness direction. Specifically, as shown to Fig.8 (a), the some 1st flow-path part 12 may be laminated | stacked in the thickness direction. By arranging the plurality of first flow path portions in parallel, the processing amount per unit time is improved. For example, by stacking n first flow path portions, the processing amount per unit time becomes n times. In FIG. 8A, a plurality of first flow path portions 12 and second flow path portions 22 arranged on the same plane are stacked. Further, in FIG. 8A, a plurality of substrates 41 that support the flow path forming member 42 having the first flow path portion 12 and the second flow path portion 22 are also stacked, but as shown in FIG. 8B. Alternatively, only the flow path forming member 42 having the first flow path portion 12 and the second flow path portion 22 may be laminated.
本発明におけるイオン交換膜の配置方法は特に限定されるものではない。例えば、図２（ｂ）に示すように、第一流路部１２および第二流路部２２が同一平面上に配置され、対向する第一流路部１２および第二流路部２２の側面の一部に、イオン交換膜３０が配置されていても良い。また、例えば、図９（ａ）に示すように、第一流路部１２および第二流路部２２が同一平面上に配置され、第一流路部１２および第二流路部２２の側面の全体に、イオン交換膜３０が配置されていても良い。すなわち、第一流路部１２および第二流路部２２が、イオン交換膜３０のみによって区画されていても良い。また、例えば、図９（ｂ）に示すように、第一流路部１２および第二流路部２２が、イオン交換膜３０を介して、厚さ方向において積層されていても良い。この場合、例えば第一流路部１２の幅を十分に大きくすることで、高収率な流路デバイスとすることができる。 The arrangement method of the ion exchange membrane in the present invention is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 2B, the first flow path portion 12 and the second flow path portion 22 are arranged on the same plane, and one side surface of the opposed first flow path portion 12 and second flow path portion 22 is disposed. The ion exchange membrane 30 may be disposed in the part. Further, for example, as shown in FIG. 9A, the first channel portion 12 and the second channel portion 22 are arranged on the same plane, and the entire side surfaces of the first channel portion 12 and the second channel portion 22 are arranged. In addition, an ion exchange membrane 30 may be disposed. That is, the first flow path portion 12 and the second flow path portion 22 may be partitioned only by the ion exchange membrane 30. Further, for example, as shown in FIG. 9B, the first flow path portion 12 and the second flow path portion 22 may be stacked in the thickness direction via the ion exchange membrane 30. In this case, for example, by making the width of the first flow path portion 12 sufficiently large, a high yield flow path device can be obtained.
また、本発明においては、複数の第一流路部を共有するように、一つの第二流路部が形成されていても良い。例えば、図１０（ａ）に示すように、二つの第一流路部１２および一つの第二流路部２２が同一平面上に配置され、二つの第一流路部１２を共有するように、一つの第二流路部２２が形成されていても良い。共有化により省スペース化を図ることができる。また、例えば、図１０（ｂ）に示すように、第一流路部１２、第二流路部２２および第一流路部１２が、イオン交換膜３０を介して、厚さ方向において積層されていても良い。 In the present invention, one second flow path portion may be formed so as to share a plurality of first flow path portions. For example, as shown in FIG. 10A, two first flow path portions 12 and one second flow path portion 22 are arranged on the same plane and share the two first flow path portions 12. Two second flow path portions 22 may be formed. Space saving can be achieved by sharing. Further, for example, as shown in FIG. 10B, the first flow path portion 12, the second flow path portion 22, and the first flow path portion 12 are laminated in the thickness direction via the ion exchange membrane 30. Also good.
本発明の流路デバイスの形状は特に限定されるものではないが、例えば、平板型、捲回型等を挙げることができる。 The shape of the flow channel device of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a flat plate type and a wound type.
本発明の流路デバイスは、第一流路部における塩濃度を調整する濃度調整部を有していても良い。目的物が生体物質である場合、例えば食塩水濃度の調整が重要になる。そのため、食塩水濃度を制御する機構を有していても良い。濃度調整部としては、例えば、第一流路部における塩濃度を測定する測定部と、第一流路部に目的とする塩濃度よりも高い塩濃度を有する液体を供給する高濃度液体供給部と、第一流路部に目的とする塩濃度よりも低い塩濃度を有する液体を供給する低濃度液体供給部と、測定部により得られた結果に基づいて、高濃度液体供給部または低濃度液体供給部を作動させる制御部とを有するものを挙げることができる。なお、濃度調整部は、高濃度液体供給部または低濃度液体供給部のいずれかのみを有するものであっても良い。 The flow channel device of the present invention may have a concentration adjusting unit that adjusts the salt concentration in the first flow channel unit. When the target object is a biological material, for example, adjustment of the saline concentration is important. Therefore, it may have a mechanism for controlling the saline concentration. As the concentration adjustment unit, for example, a measurement unit that measures the salt concentration in the first flow channel unit, a high concentration liquid supply unit that supplies a liquid having a salt concentration higher than the target salt concentration to the first flow channel unit, A low-concentration liquid supply unit that supplies a liquid having a salt concentration lower than the target salt concentration to the first flow path unit, and a high-concentration liquid supply unit or a low-concentration liquid supply unit based on the result obtained by the measurement unit And a controller having a control unit for operating the. The concentration adjusting unit may include only either the high concentration liquid supply unit or the low concentration liquid supply unit.
本発明の流路デバイスは、液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離する任意の用途に適用できる。特に、濃縮という機能に着目すると、増幅器（アンプリファイア）として有用である。目的物の濃度が検出限界以下である液体サンプルを、本発明の流路デバイスに投入することで、目的物の濃度を格段に向上させることができる。さらに、本発明の流路デバイスでは連続的な処理が可能であるため、例えば、測定機器の測定部の上流に、増幅器として本発明の流路デバイスを設置することで、目的物の濃度が検出限界以下である液体サンプルを効率良く測定することができる。なお、分離という機能に着目し、測定機器の測定部の上流に、分離器として本発明の流路デバイスを設置することで、混合物から目的物を効率良く測定することができる。これらの場合、第一流路は回収部および分岐回収部を有しなくても良い。 The flow channel device of the present invention can be applied to any application for concentrating or separating an object contained in a liquid sample. In particular, focusing on the function of concentration, it is useful as an amplifier. By introducing a liquid sample whose target concentration is below the detection limit into the flow channel device of the present invention, the concentration of the target can be significantly improved. Furthermore, since the flow channel device of the present invention can perform continuous processing, for example, the concentration of the target object can be detected by installing the flow channel device of the present invention as an amplifier upstream of the measurement unit of the measuring instrument. Liquid samples that are below the limit can be measured efficiently. In addition, paying attention to the function of separation, by installing the flow path device of the present invention as a separator upstream of the measurement unit of the measuring instrument, the target object can be efficiently measured from the mixture. In these cases, the first flow path may not have the recovery part and the branch recovery part.
本発明の流路デバイスの製造方法は、上述した流路デバイスを得ることができる方法であれば、特に限定されるものではない。図１１は、本発明の流路デバイスの製造方法の一例を示す概略断面図である。図１１においては、まず基板４１を準備する（図１１（ａ））。次に、基板４１の表面上にイオン交換膜３０を形成する（図１１（ｂ））。なお、図示しないが、イオン交換膜３０の形成前または形成後に、第二流路の電極部を形成する。最後に、第一流路部１２および第二流路部２２のパターンが形成された流路形成部材４２を準備し、上記パターンと、基板４１の表面上に形成されたイオン交換膜３０とが対向するように積層し、流路デバイス１００を得る（図１１（ｃ））。 The method for producing a flow channel device of the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the above-described flow channel device. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a flow channel device of the present invention. In FIG. 11, first, a substrate 41 is prepared (FIG. 11A). Next, the ion exchange membrane 30 is formed on the surface of the substrate 41 (FIG. 11B). Although not shown, the electrode part of the second channel is formed before or after the ion exchange membrane 30 is formed. Finally, a flow path forming member 42 in which patterns of the first flow path portion 12 and the second flow path portion 22 are formed is prepared, and the pattern and the ion exchange membrane 30 formed on the surface of the substrate 41 are opposed to each other. Thus, the flow channel device 100 is obtained (FIG. 11C).
また、図１１（ｂ）において、基板４１の表面上にイオン交換膜３０を形成する方法について、図１２を用いて詳細に説明する。図１２においては、まず基板４１を準備する（図１２（ａ））。次に、基板４１の表面上に、例えばシリコーンゴムから構成されるイオン交換膜形成用パターン６１を配置する（図１２（ｂ））。次に、イオン交換膜形成用パターン６１の空隙部分に、イオン交換膜形成用溶液３０ａを流し込む（図１２（ｃ））。この状態で加熱処理を行うことで、硬化したイオン交換膜３０を形成し、イオン交換膜形成用パターン６１を基板４１から除去する（（図１２（ｄ））。このようにして、基板４１の表面上にイオン交換膜３０を形成することができる。 11B, the method for forming the ion exchange membrane 30 on the surface of the substrate 41 will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 12, first, a substrate 41 is prepared (FIG. 12A). Next, an ion exchange membrane forming pattern 61 made of, for example, silicone rubber is disposed on the surface of the substrate 41 (FIG. 12B). Next, the ion exchange membrane forming solution 30a is poured into the void portion of the ion exchange membrane forming pattern 61 (FIG. 12C). By performing heat treatment in this state, the cured ion exchange membrane 30 is formed, and the ion exchange membrane formation pattern 61 is removed from the substrate 41 ((FIG. 12D). An ion exchange membrane 30 can be formed on the surface.
また、図１１（ｃ）において、第一流路部１２および第二流路部２２のパターンが形成された流路形成部材４２を準備する方法について、図１３を用いて詳細に説明する。図１３においては、まず、ガラス基板７１、クロム遮光膜７２ａおよびフォトレジスト膜７３ａを有するブランクスを準備する（図１３（ａ））。次に、フォトレジスト膜７３ａにレーザー描画を行い、現像することで、レジストパターン７３を形成する（図１３（ｂ））。次に、レジストパターン７３から露出するクロム遮光膜７２ａをエッチングで除去し、遮光部７２を形成する（図１３（ｃ））。次に、レジストパターン７３を遮光部７２から除去することで、フォトマスク７０が得られる（図１３（ｄ））。 In addition, in FIG. 11C, a method for preparing the flow path forming member 42 in which the patterns of the first flow path portion 12 and the second flow path portion 22 are formed will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 13, first, blanks having a glass substrate 71, a chromium light shielding film 72a, and a photoresist film 73a are prepared (FIG. 13A). Next, a laser pattern is drawn on the photoresist film 73a and developed to form a resist pattern 73 (FIG. 13B). Next, the chromium light shielding film 72a exposed from the resist pattern 73 is removed by etching to form a light shielding portion 72 (FIG. 13C). Next, the photomask 70 is obtained by removing the resist pattern 73 from the light shielding portion 72 (FIG. 13D).
その後、シリコン基板８１およびフォトレジスト膜８２ａを有するモールド形成用積層体を準備し、フォトレジスト膜８２と、フォトマスク７０の遮光部７２とを対向させて配置する（図１３（ｅ））。その状態で、露光を行う（図１３（ｆ））。次に、現像を行うことで、パターン部８２が形成され、モールド８０が得られる（図１３（ｇ））。次に、モールド８０に、流路形成部材形成用材料４２ａを流し込む（図１３（ｈ））。この状態で加熱処理を行うことで、硬化した流路形成部材４２を形成し、流路形成部材形成用材料４２ａをモールド８０から除去する（（図１３（ｉ））。このようにして、第一流路部１２および第二流路部２２のパターンが形成された流路形成部材４２を準備できる。 Thereafter, a mold-forming laminate having a silicon substrate 81 and a photoresist film 82a is prepared, and the photoresist film 82 and the light shielding portion 72 of the photomask 70 are arranged to face each other (FIG. 13E). In this state, exposure is performed (FIG. 13 (f)). Next, by developing, the pattern part 82 is formed and the mold 80 is obtained (FIG.13 (g)). Next, the flow path forming member forming material 42a is poured into the mold 80 (FIG. 13 (h)). By performing the heat treatment in this state, the cured flow path forming member 42 is formed, and the flow path forming member forming material 42a is removed from the mold 80 ((FIG. 13 (i)). A flow path forming member 42 in which patterns of the one flow path portion 12 and the second flow path portion 22 are formed can be prepared.
Ｂ．流路デバイスの使用方法
本発明の流路デバイスの使用方法は、上述した流路デバイスの使用方法であって、上記二つの電極部の間に電圧を印加することにより上記イオン交換膜に生じる空乏層を利用して、上記液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離すること特徴とする。
B. Method of using flow channel device The method of using the flow channel device of the present invention is a method of using the flow channel device described above, and is a depletion that occurs in the ion exchange membrane by applying a voltage between the two electrode portions. A layer is used to concentrate or separate a target contained in the liquid sample.
本発明によれば、上述した流路デバイスを用いることで、ダメージが少ない状態で目的物を濃縮または分離することができる。さらに、上述した流路デバイスを用いることで、超遠心等のバッチ処理とは異なり、長期連続的に使用できる。 According to the present invention, by using the above-described flow path device, it is possible to concentrate or separate a target object with little damage. Furthermore, by using the above-described flow path device, it can be used continuously for a long time unlike batch processing such as ultracentrifugation.
本発明における流路デバイスについては、上述した「Ａ．流路デバイス」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。また、目的物の性質に応じて、第一流路の形状および寸法、第一流路におけるイオン交換膜の厚さおよび配置、第二流路において印加する電圧、液体サンプルの流量等を設定することが好ましい。 Since the flow channel device in the present invention is the same as the content described in the above-mentioned “A. flow channel device”, description thereof is omitted here. In addition, the shape and dimensions of the first flow path, the thickness and arrangement of the ion exchange membrane in the first flow path, the voltage applied in the second flow path, the flow rate of the liquid sample, etc. can be set according to the properties of the object. preferable.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the technical idea described in the claims of the present invention has substantially the same configuration and exhibits the same function and effect regardless of the case. It falls within the technical scope of the invention.
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
［実施例］
図１１と同様の方法で流路デバイスを作製した。まず、カラスから構成される基板４１を準備した（図１１（ａ））。次に、基板４１の表面上に、ナフィオン（登録商標）から構成されるイオン交換膜３０を形成した（図１１（ｂ））。なお、図示しないが、イオン交換膜３０の形成後に、第二流路の電極部として、金（Ａｕ）薄膜から構成される電極部を形成した。最後に、流路形成部材４２として、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）から構成される部材を準備し、上記パターンと、基板４１の表面上に形成されたイオン交換膜３０とが対向するように積層し、流路デバイス１００を得た（図１１（ｃ））。
[Example]
A flow path device was produced in the same manner as in FIG. First, a substrate 41 composed of crows was prepared (FIG. 11A). Next, an ion exchange membrane 30 made of Nafion (registered trademark) was formed on the surface of the substrate 41 (FIG. 11B). Although not shown, after the ion exchange membrane 30 was formed, an electrode portion composed of a gold (Au) thin film was formed as the electrode portion of the second flow path. Finally, a member made of polydimethylpolysiloxane (PDMS) is prepared as the flow path forming member 42 and laminated so that the pattern and the ion exchange membrane 30 formed on the surface of the substrate 41 face each other. Thus, the flow channel device 100 was obtained (FIG. 11C).
得られた流路デバイス１００は、図５に示すように、第一流路１０が、第一流路部１２と、分岐流路部１６とを有している。第一流路部１２の幅は３００μｍであり、分岐流路部１６の幅は１００μｍであった。また、イオン交換膜３０の厚さは５μｍであった。また、第二流路部に、電圧印加用液体として水を投入し、第二流路の二つの電極部間に１００Ｖの電圧を印加した。また、液体サンプルとして、サイズが１００ｎｍ程度の単一のエクソソームを含む生理食塩水を用意し、第一流路の投入部に投入した。その結果を図１４に示す。図１４に示すように、イオン交換膜の周囲に空乏層が形成されていることが確認された。また、エクソソームは荷電物質であるため、空乏層を通過することができず、分岐流路部に流入することが確認された。 As for the obtained flow-path device 100, as shown in FIG. 5, the 1st flow path 10 has the 1st flow-path part 12 and the branch flow-path part 16. As shown in FIG. The width of the first flow path portion 12 was 300 μm, and the width of the branch flow path portion 16 was 100 μm. The thickness of the ion exchange membrane 30 was 5 μm. In addition, water was added as a voltage application liquid to the second flow path portion, and a voltage of 100 V was applied between the two electrode portions of the second flow path. Moreover, the physiological saline containing the single exosome about 100 nm in size was prepared as a liquid sample, and it injected into the insertion part of the 1st flow path. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 14, it was confirmed that a depletion layer was formed around the ion exchange membrane. Moreover, since exosome is a charged substance, it was confirmed that it cannot pass through the depletion layer and flows into the branch flow path.
１０…第一流路、 １１…投入部、 １２…第一流路部、 １３…回収部、 １４、１５…電極部、 １６…分岐流路部、 １７…分岐回収部、 ２０…第二流路、 ２１…開口部、 ２２…第二流路部、 ２３…開口部、 ２４、２５…電極部、 ３０…イオン交換膜、 ３１…空乏層、 ４１…基板、 ４２…流路形成部材、 ５１…荷電物質、 ５２…中性物質、 ６１…イオン交換膜形成用パターン６１、 ７１…ガラス基板、 ７２…遮光部、 ７３…レジストパターン、 ８１…シリコン基板、 ８２…パターン部、 １００…流路デバイス DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st flow path, 11 ... Input part, 12 ... 1st flow path part, 13 ... Recovery part, 14, 15 ... Electrode part, 16 ... Branch flow path part, 17 ... Branch recovery part, 20 ... 2nd flow path, DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Opening part, 22 ... Second flow path part, 23 ... Opening part, 24, 25 ... Electrode part, 30 ... Ion exchange membrane, 31 ... Depletion layer, 41 ... Substrate, 42 ... Channel formation member, 51 ... Charge Substance: 52 ... Neutral substance 61: Ion exchange membrane forming pattern 61, 71 ... Glass substrate, 72 ... Light shielding part, 73 ... Resist pattern, 81 ... Silicon substrate, 82 ... Pattern part, 100 ... Channel device
Claims (7)
前記第一流路は、前記液体サンプルが流れる流路であり、前記液体サンプルを投入する投入部と、前記投入部に接続された第一流路部とを有し、
前記第二流路は、電圧印加用液体が流れる流路であり、二つの電極部と、前記二つの電極部の間に接続された第二流路部とを有し、
前記イオン交換膜は、前記第一流路部および前記第二流路部の間を連結していることを特徴とする流路デバイス。 A flow path device that has a first flow path, a second flow path, and an ion exchange membrane that connects the first flow path and the second flow path, and concentrates or separates an object contained in a liquid sample. ,
The first flow path is a flow path through which the liquid sample flows, and has a charging section for charging the liquid sample, and a first flow path section connected to the charging section,
The second flow path is a flow path through which a voltage application liquid flows, and has two electrode parts and a second flow path part connected between the two electrode parts,
The channel device characterized in that the ion exchange membrane connects between the first channel portion and the second channel portion.
前記二つの電極部の間に電圧を印加することにより前記イオン交換膜に生じる空乏層を利用して、前記液体サンプルに含まれる目的物を濃縮または分離すること特徴とする流路デバイスの使用方法。 A first channel, a second channel, and an ion exchange membrane connecting the first channel and the second channel, wherein the first channel is a channel through which a liquid sample flows, and the liquid sample A first flow path portion connected to the input section, the second flow path is a flow path through which a voltage application liquid flows, and includes two electrode portions and the two flow paths. A second flow path portion connected between the electrode portions, and the ion exchange membrane is a method of using a flow path device that connects the first flow path portion and the second flow path portion. There,
A method of using a flow channel device, wherein a target contained in the liquid sample is concentrated or separated using a depletion layer generated in the ion exchange membrane by applying a voltage between the two electrode portions. .
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