JP2019117064A - Particle detector and method for detecting particles - Google Patents

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Abstract

To provide a particle detector and a method for detecting particles that can continuously and separately detect particles in a wide range.SOLUTION: The particle detector includes: a particle separation flow path 110 for separating particles into a direction perpendicular to the direction of fluid flow according to the diameter of the particles; and at least two particles recovery flow paths 102a and 102b connected to the particle separation flow path 110 separately, the particles recovery flow paths 102a and 102b having particle detection parts 103a and 103b with an aperture and an electric detector.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、粒子検出装置及び粒子検出方法に関する。   The present invention relates to a particle detection apparatus and a particle detection method.

粒子を個々に1つずつ測定することで、マイノリティーな粒子群を正確に検出可能な技術として、電気的検出を用いるコールター法(電気的検知帯法;以下ESZ)(例えば、非特許文献1参照)が知られている。この手法は、各検出手段から得られる情報(シグナル)が、各粒子に対して1対1で対応しているため粒子個々の評価をすることが可能であり、数的に含まれる割合の少ない粒子でも正確に測定が可能となるが、測定できる粒子径範囲(ダイナミックレンジ)が比較的狭いという課題がある。例えば、ESZではアパーチャと呼ばれる小さい穴に粒子を通過させた際に発生する電気的シグナルを用いて粒子径を算出するが、一般にそのダイナミックレンジはアパーチャ径の2〜60%といわれている。また、ESZでは、アパーチャよりも大きい粒子が存在した場合、その粒子によりアパーチャが閉塞し、その後測定ができなくなるため、アパーチャ径以下の口径を持つフィルターにより大きい粒子を除去してからの測定が必要となる。しかしながら、フィルタリング操作では、フィルター基材への粒子の吸着が少なからず発生するため、サンプルの一部のロスが懸念される。また、この時点で定量的な結果を得られる可能性が減ってしまうという課題もあるため、サンプル中の粒子径分布を正確に測定した場合は、フィルタリング操作を行うことは望ましくない。   Coulter method (electrical detection zone method; hereinafter ESZ) using electrical detection as a technique capable of accurately detecting minority particle groups by measuring particles one by one, for example, see Non-Patent Document 1 )It has been known. In this method, the information (signals) obtained from each detection means correspond to each particle on a one-to-one basis, so that individual particles can be evaluated, and the percentage included in numbers is small. Although particles can be measured accurately, there is a problem that the measurable particle size range (dynamic range) is relatively narrow. For example, in ESZ, the particle diameter is calculated using an electrical signal generated when particles are allowed to pass through a small hole called an aperture, but generally the dynamic range is said to be 2 to 60% of the aperture diameter. Also, in ESZ, if particles larger than the aperture are present, the particles will clog the aperture and will not be able to be measured thereafter, so it is necessary to take measurements after removing larger particles with a filter with an aperture smaller than the aperture diameter. It becomes. However, in the filtering operation, since a considerable amount of adsorption of particles to the filter substrate occurs, some loss of the sample is a concern. In addition, there is also a problem that the possibility of obtaining a quantitative result at this point is reduced, so it is not desirable to perform the filtering operation when the particle size distribution in the sample is accurately measured.

R.W.De Blois.et al、The Review of Scientific Instruments、Volume 41、Number 7、pp909−916(1970)R. W. De Blois. et al, The Review of Scientific Instruments, Volume 41, Number 7, pp 909-916 (1970)

本発明の課題は、広範囲の粒子を個々にかつ連続的に検出できる粒子検出装置、及び粒子検出方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a particle detection apparatus and a particle detection method capable of detecting a wide range of particles individually and continuously.

本発明者らは上記課題に鑑み、粒子をその粒子径に応じて流体の流れに対して垂直方向へ分離した後、検出器で検出することで広範な分布を持つ粒子試料測定が可能となることを見出した。   In view of the above problems, the present inventors separate particles in the direction perpendicular to the flow of fluid according to their particle diameter, and then use a detector to detect particle samples with a wide distribution. I found out.

すなわち、本発明は、粒子がその粒子径に応じて流体の流れに対して垂直方向へ分離される粒子分離流路と、前記粒子分離流路に分岐して接続された2以上の粒子回収流路とを有する粒子検出装置であって、前記粒子回収流路が、アパーチャと電気検出器とを含む粒子検出部を備えることを特徴とする、粒子検出装置に関する。   That is, according to the present invention, a particle separation channel in which particles are separated in a direction perpendicular to the fluid flow according to the particle diameter, and two or more particle collection streams branched and connected to the particle separation channel The present invention relates to a particle detection device having a channel, wherein the particle recovery flow path includes a particle detection unit including an aperture and an electric detector.

また、本発明において、各粒子回収流路にある粒子検出部のアパーチャで検出できる粒子径範囲は互いに異なっていてもよく、アパーチャで検出できる粒子径範囲の一部が互いに重複していてもよい。   Further, in the present invention, the particle diameter ranges detectable by the apertures of the particle detection unit in each particle recovery channel may be different from each other, or part of the particle diameter ranges detectable by the apertures may overlap each other .

さらに、本発明において、前記粒子回収流路の本数、分岐部の形状、幅、高さ、長さのうち少なくとも1つのパラメーターが調整され、ある一定以上の大きさの粒子が混入しない流路構造とする。これにより、アパーチャの詰まりを避けることができる。また、これらのパラメーターを調整することで、各粒子回収流路のアパーチャにより検出可能な粒子径の粒子を粒子回収流路へと流入させることができる。   Furthermore, in the present invention, a flow path structure in which at least one parameter of the number of the particle collection flow paths, the shape, the width, the height, and the length of the branch portion is adjusted and particles of a certain size or more are not mixed I assume. Thereby, clogging of the aperture can be avoided. In addition, by adjusting these parameters, it is possible to cause particles of a particle diameter that can be detected by the apertures of each particle collection flow channel to flow into the particle collection flow channel.

さらに、本発明において、前記粒子分離流路は、ピンチドフローフラクショネーションの原理を利用した流路構造としてもよい。具体的に粒子分離流路に、ピンチドフローフラクショネーションの原理を利用した流路構造を形成することができる。これにより、流体の流れに対して、垂直方向に粒子径に応じて粒子の分離が可能となる。   Furthermore, in the present invention, the particle separation channel may have a channel structure using the principle of pinched flow fractionation. Specifically, in the particle separation channel, a channel structure using the principle of pinched flow fractionation can be formed. This makes it possible to separate the particles according to the particle size in the direction perpendicular to the fluid flow.

また、本発明の別の態様として、流体中に含まれる粒子を検出する方法であって、
粒子をその粒子径に応じて流体の流れに対して垂直方向へ分離し、
分離された粒子を2以上の流路に分断し、
前記流路に設置されたアパーチャを挟んで配置された電極を含む電気検出器で前記粒子を検出することを特徴とする方法も挙げられる。
In another aspect of the present invention, there is provided a method of detecting particles contained in a fluid, comprising:
The particles are separated in the direction perpendicular to the fluid flow according to their particle size,
Divide the separated particles into two or more channels,
There is also a method characterized in that the particles are detected by an electric detector including an electrode arranged across an aperture installed in the flow path.

前記方法において、前記電気検出器の検出できる粒子径範囲が設置している流路によって異なっていてもよく、検出できる粒子径範囲の一部が設置している流路によって互いに重複していてもよい。また、本数、分岐部の形状、幅、高さ、長さのうち少なくとも1つのパラメーターを調整し、ある一定以上の大きさの粒子が混入しない流路構造とすることで、粒子を2以上の流路に分断したり、ピンチドフローフラクショネーションの原理を利用して粒子を分離してもよい。本発明の方法は、一例として本発明の粒子検出装置を駆動することにより実施される。   In the above method, the detectable particle size range of the electric detector may be different depending on the installed flow path, and even if a part of the detectable particle size range overlaps with each other installed flow path Good. In addition, by adjusting at least one parameter of number, shape of branch, width, height, and length, and having a flow channel structure in which particles of a certain size or more do not mix, two or more particles can be obtained. The particles may be separated by dividing into channels or using the principle of pinched flow fractionation. The method of the present invention is implemented by driving the particle detection device of the present invention as an example.

本発明により、より広範な粒子径分布を持つサンプルを精度よく連続的に検出する事ができ、バッチ処理の分離技術と比較して、大量な粒子サンプルの測定が可能になる。   According to the present invention, samples having a wider particle size distribution can be detected accurately and continuously, and a large amount of particle samples can be measured as compared with the separation technique of batch processing.

図1(a)(b)は、本発明の一実施形態を示す図であり、粒子分離流路110へ水力学的ろ過(Hydrodynamic Filtration:HDF)を応用したものを示す。図1(a)は、マイクロチップ10の上面図であり、図1(b)は図1(a)における領域190の拡大図である。FIGS. 1 (a) and 1 (b) are diagrams showing an embodiment of the present invention, showing application of hydrodynamic filtration (HDF) to a particle separation channel 110. FIG. FIG. 1 (a) is a top view of the microchip 10, and FIG. 1 (b) is an enlarged view of the region 190 in FIG. 1 (a). 図2(a)は、本発明の一実施形態を示す図であり、粒子検出部103を直列に2つ配置した場合の態様を示す。図2(b)は、2つの粒子検出部103を1つの粒子が連続的に通過した場合の、測定している電流値の経時変化の様子を模式的に示した図で、上側のグラフが上流側の粒子検出部103により測定されたもので、下側のグラフが下流側の粒子検出部103により測定されたことを示す。ここで、便宜上、2つの粒子検出部103のグラフの縦軸の位置をずらしたが、実際は粒子が通過しないときのベースラインとなる電流値はほぼ同一である。FIG. 2A is a view showing an embodiment of the present invention, and shows an aspect in which two particle detection units 103 are arranged in series. FIG. 2 (b) is a diagram schematically showing how the current value being measured changes with time when one particle continuously passes through two particle detectors 103, and the upper graph shows It is measured by the upstream particle detection unit 103, and the lower graph shows that it is measured by the downstream particle detection unit 103. Here, for convenience, the positions of the vertical axes of the graphs of the two particle detection units 103 are shifted, but in actuality, the current values that become the baseline when the particles do not pass are substantially the same. 図3(a)は、本発明の一実施形態を示す図であり、アパーチャを直列に2つ配置した場合であり、図2とは異なり、電極を1対のみ用いた場合の態様を示す。図3(b)は、2つのアパーチャを粒子が連続的に通過した場合の測定している電流値の経時変化の様子を模式的に示した図である。FIG. 3A is a view showing an embodiment of the present invention, in which two apertures are arranged in series, and unlike FIG. 2, shows an aspect in the case where only one pair of electrodes is used. FIG. 3 (b) is a view schematically showing how the current value being measured changes with time when particles pass continuously through the two apertures. 図4(a)は、本発明の一実施形態を示す図であり、1つの粒子回収流路102に対して複数の粒子検出部103が並列に設置された場合の態様を示す。図4(b)は、図4(a)の等価回路を示す。FIG. 4A is a view showing an embodiment of the present invention, and shows an aspect in the case where a plurality of particle detection units 103 are installed in parallel to one particle recovery flow channel 102. FIG. 4 (b) shows an equivalent circuit of FIG. 4 (a). 図5(a)は、本発明の一実施形態を示す図であり、1つの粒子回収流路102に対して複数の粒子検出部103が並列に設置された場合の態様を示し、複数の粒子検出部103が、流体的に下流側の電極から電圧を印加することで、複数の粒子検出部103間での電気的干渉を低減する態様を示す。図5(b)は、図5(a)の等価回路を示し、複数の粒子回収流路102が独立していることを示す。FIG. 5A is a view showing an embodiment of the present invention, and shows an aspect in the case where a plurality of particle detection units 103 are installed in parallel with respect to one particle recovery channel 102, and a plurality of particles are shown. The detection part 103 shows the aspect which reduces the electrical interference between the several particle | grain detection parts 103 by applying a voltage from a downstream electrode in a fluidly. FIG. 5 (b) shows the equivalent circuit of FIG. 5 (a) and shows that a plurality of particle collection channels 102 are independent. 図6は、本発明の一実施形態を示す図であり、1つの粒子回収流路102に対して複数のアパーチャが並列に設置され、より低コストな装置として利用できる態様を示す。FIG. 6 is a view showing an embodiment of the present invention, and shows an aspect in which a plurality of apertures are disposed in parallel to one particle recovery channel 102 and can be used as a lower cost apparatus. 図7は、中継流路60と電極挿入口59を用いた、より安価に粒子検出部103を作製するための態様を示している。FIG. 7 shows an embodiment for manufacturing the particle detection unit 103 more inexpensively using the relay flow channel 60 and the electrode insertion port 59. 図8(a)〜(c)は、本発明の一実施形態を示す図であり、粒子分離流路110でHDFを応用した態様を示す。図8(a)は、粒子回収流路102が2つのものを示し、図8(b)は、粒子回収流路102が3つのものを示し、図8(c)は、粒子回収流路102が3つで粒子分離流路110に分岐流路105をもつものを示す。FIGS. 8 (a) to 8 (c) are diagrams showing an embodiment of the present invention, showing an aspect in which HDF is applied to the particle separation channel 110. FIG. 8 (a) shows two particle recovery channels 102, FIG. 8 (b) shows three particle recovery channels 102, and FIG. 8 (c) shows particle recovery channels 102. 3 shows that the particle separation channel 110 has a branch channel 105. 図9(a)は、図8(b)の分岐部110Aでの流体の流れを示す図であり、図9(b)は、図9(a)の直線流路部分の拡大図を示す。Fig.9 (a) is a figure which shows the flow of the fluid in the branch part 110A of FIG.8 (b), and FIG.9 (b) shows the enlarged view of the linear flow path part of Fig.9 (a). 図10(a)は、層流条件下における直線流路内での粒子の流れを示す図であり、図10(b)は、粒子拡散流路110Bでの粒子の流れの軌道を示す。FIG. 10 (a) is a diagram showing the flow of particles in a straight flow channel under laminar flow conditions, and FIG. 10 (b) shows the trajectory of the flow of particles in the particle diffusion flow channel 110B. 図11(a)〜(c)は、本発明の一実施形態を示す図であり、粒子分離流路110でPFFを応用した態様を示す。図11(a)は、粒子回収流路102が2つのものを示し、図11(b)は、粒子回収流路102が3つのものを示し、図11(c)は、図11(a)(b)の領域21の拡大図を示す。FIGS. 11 (a) to 11 (c) are diagrams showing an embodiment of the present invention, showing an aspect in which PFF is applied in the particle separation channel 110. FIG. 11 (a) shows two particle recovery channels 102, FIG. 11 (b) shows three particle recovery channels 102, and FIG. 11 (c) shows FIG. 11 (a). The enlarged view of the area | region 21 of (b) is shown. 図12(a)は、本発明の一実施形態を示す図であり、粒子分離流路110で非対称PFFを応用した態様を示す。図12(b)及び(c)は、図12(a)の領域21の拡大図を示す。FIG. 12A is a view showing an embodiment of the present invention, and shows an aspect in which an asymmetric PFF is applied to the particle separation channel 110. 12 (b) and (c) show an enlarged view of the region 21 of FIG. 12 (a). 図13(a)は、本発明の一実施形態を示す図であり、粒子分離流路110で非対称PFFを応用し、拡大流路17の狭窄流路壁面16b側の壁面が徐々に拡大する場合の態様を示す。図13(b)は、図13(a)の領域21の拡大図を示す。FIG. 13A is a view showing an embodiment of the present invention, in which the asymmetric PFF is applied in the particle separation channel 110, and the wall surface on the narrowed channel wall surface 16b side of the expanded channel 17 is gradually enlarged Aspect of the invention. FIG.13 (b) shows the enlarged view of the area | region 21 of Fig.13 (a). 図14は、本発明の一実施形態を示す図であり、2つのアパーチャで粒子検出部103が構成され、それぞれのアパーチャの下流がアウトレットへ接続されており、各アウトレットが電極挿入口59としても機能するようにした態様を示す。FIG. 14 is a view showing an embodiment of the present invention, in which two apertures constitute the particle detection unit 103, the downstream of each aperture is connected to the outlet, and each outlet is also used as the electrode insertion port 59. The embodiment which is made to function is shown. 図15(a)は、実施例1で用いたマイクロチップ10の概要図を示す。図15(b)は、図15(a)の領域21の拡大図を示す。FIG. 15A shows a schematic view of the microchip 10 used in the first embodiment. FIG.15 (b) shows the enlarged view of the area | region 21 of Fig.15 (a). 図16は、実施例1において粒子検出部102aで検出された、0.1、0.2μm粒子の電気的シグナルの一例を示した図である。FIG. 16 is a diagram showing an example of the electric signal of 0.1 μm, 0.2 μm particles detected by the particle detection unit 102 a in Example 1. 図17は、実施例1において粒子検出部102cで検出された、0.2、0.5μm粒子の電気的シグナルの一例を示した図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of an electrical signal of 0.2 0.5 μm particles detected by the particle detection unit 102 c in the first embodiment. 図18(a)(b)は、実施例1において粒子検出部102bで検出された、0.5、1.0、2.0μm粒子の電気的シグナルの一例を示した図であり、図18(a)は0.5、1.0μm粒子を、図18(b)は2.0μm粒子の電気的シグナルを示している。18 (a) and 18 (b) are diagrams showing an example of electric signals of 0.5, 1.0, and 2.0 μm particles detected by the particle detection unit 102b in Example 1, and FIG. (A) shows 0.5 and 1.0 μm particles, and FIG. 18 (b) shows an electric signal of 2.0 μm particles. 図19は、実施例1における測定結果から作成された、混合粒子サンプルの粒度分布を示す。FIG. 19 shows the particle size distribution of the mixed particle sample prepared from the measurement results in Example 1. 図20は、比較例1における測定結果から作成された、混合粒子サンプルの粒度分布を示す。FIG. 20 shows the particle size distribution of the mixed particle sample prepared from the measurement results in Comparative Example 1. 図21は、実施例2における測定結果から作成された、抗体凝集体サンプルの粒度分布を示す。FIG. 21 shows the particle size distribution of antibody aggregate samples prepared from the measurement results in Example 2. 図22(a)は、本発明の一実施形態を示す図であり、粒子分離流路110でHDFによる粒子分離後に、3つの粒子回収流路と、各粒子回収流路に2つ設置された粒子検出部を備える態様を示す。図22(b)は、領域21の拡大図を示す。FIG. 22 (a) is a view showing an embodiment of the present invention, in which three particle recovery channels and two in each particle recovery channel are provided after particle separation by HDF in the particle separation channel 110. The aspect provided with a particle | grain detection part is shown. FIG. 22 (b) shows an enlarged view of the area 21. 図23は、実施例3における測定結果から作成された、混合粒子サンプルの粒度分布を示す。FIG. 23 shows the particle size distribution of the mixed particle sample prepared from the measurement results in Example 3.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し本発明は異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示にのみ限定されるものでは無い。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention can be practiced in different forms, and is not limited to only the embodiments and examples shown below.

本発明による粒子検出装置の装置構成の一実施例を示す模式図である図1をもとに本発明の実施形態についての詳細を説明する。マイクロチップ10における流路の断面は、流路構造の作製上の容易さから、矩形であることが望ましいが、円形や楕円形、多角形などの断面であってもよく、また部分的に矩形以外の形状であってもよい。また、流路高さは作製の容易さから均一であることが好ましいが、部分的に深さが異なっていてもよい。   The details of the embodiment of the present invention will be described based on FIG. 1 which is a schematic view showing an example of the apparatus configuration of the particle detection apparatus according to the present invention. The cross section of the flow path in the microchip 10 is preferably rectangular in view of the ease of fabrication of the flow path structure, but may be a cross section such as a circle, an ellipse, or a polygon, or partially rectangular Other shapes may be used. Moreover, although it is preferable that the flow path height is uniform from the ease of preparation, the depth may differ partially.

粒子を含むサンプルは、インレット14から導入され、送液部によって流路下流へと送液され、粒子導入流路101、粒子分離流路110、粒子回収流路102aまたは102b、それぞれ対応する粒子検出部103aまたは103bを通過して、アウトレット104aまたは104bへ流出する。粒子分離流路110において、粒子径に応じて粒子が流体の流れに対して垂直方向へ分離され、分離された粒子が、粒子回収流路102aまたは102bへと流れる。粒子回収流路102aまたは102bを経て到達した粒子検出部103a、103bにおいて、電気的検出が行われる。この時、粒子検出部103a、103bの内部は電解質を含む溶液で満たされ、電極54a、54bにそれぞれ接続された導線55を介して電気測定器56、電源57に接続されている。粒子検出時は、電源57により任意の値の電流が流れており、アパーチャ53を介した閉回路ができている。さらに電気測定器56は解析部61に接続されており、電気測定器56から得られた検出シグナルを解析部61で計算し、粒子径分布を作成する。   The sample containing the particles is introduced from the inlet 14 and sent to the downstream of the flow channel by the liquid sending portion, and the particle detection flow channel 101, the particle separation flow channel 110, the particle recovery flow channel 102a or 102b, respectively corresponding particle detection It passes through the section 103a or 103b and flows out to the outlet 104a or 104b. In the particle separation channel 110, the particles are separated in the direction perpendicular to the fluid flow according to the particle size, and the separated particles flow to the particle collection channel 102a or 102b. Electrical detection is performed in the particle detection units 103a and 103b that have arrived via the particle collection flow channel 102a or 102b. At this time, the insides of the particle detection units 103a and 103b are filled with a solution containing an electrolyte, and are connected to the electric measurement device 56 and the power supply 57 via the leads 55 respectively connected to the electrodes 54a and 54b. At the time of particle detection, a current of an arbitrary value flows by the power supply 57, and a closed circuit via the aperture 53 is formed. Further, the electric measuring device 56 is connected to the analyzing unit 61, and the detecting unit 61 calculates the detection signal obtained from the electric measuring device 56 to create a particle size distribution.

粒子を含むサンプルは、測定対象とする粒子を含んだ流体である。本発明における粒子とは、粒径が1nm〜100μm、好ましくは10nm〜10μmの範囲にあり、例えば、核酸、タンパク質、小胞、細胞外小胞、無機粉末、金属コロイド、高分子粒子、ウイルス、細胞、細胞塊、タンパク質凝集体などが含まれる。また本発明における流体は、導電性の流体であり、好ましくは電解質を含む水溶液であるが、導電性のオイルや油を用いることもできる。   The sample containing particles is a fluid containing particles to be measured. The particles in the present invention have a particle size in the range of 1 nm to 100 μm, preferably 10 nm to 10 μm, and include, for example, nucleic acids, proteins, vesicles, extracellular vesicles, inorganic powders, metal colloids, polymer particles, viruses, It includes cells, cell masses, protein aggregates and the like. The fluid in the present invention is a conductive fluid, preferably an aqueous solution containing an electrolyte, but a conductive oil or oil can also be used.

インレット14は、粒子を含むサンプルを保持できる構造であればよく、凹型構造であることが好ましい。また材質としては、溶出物が少ない金属やガラス、セラミクスを用いてもよいが、安価に製造するために高分子材料で形成されることが好ましい。粒子導入流路101は、インレット14と、粒子分離流路110との間に形成される。粒子導入流路101は、粒子分離流路110における粒子の分離を補助するために配置されるが、マイクロチップ10を小型化するために省いてもよい。   The inlet 14 may have a structure that can hold a sample containing particles, and is preferably a concave structure. Further, as the material, metal, glass, or ceramics having a small amount of elution may be used, but in order to manufacture at low cost, it is preferable to be formed of a polymer material. The particle introduction channel 101 is formed between the inlet 14 and the particle separation channel 110. The particle introduction channel 101 is disposed to assist the separation of particles in the particle separation channel 110, but may be omitted to miniaturize the microchip 10.

送液部は、シリンジポンプやペリスタポンプ、圧送ポンプ等の圧力勾配により送液させる方法を用いてもよいし、マイクロチップ10の流路断面における不均一な速度分布を抑制するために電気浸透流ポンプを用いてもよい。この場合、ポンプから接続された配管はインレット14へ直接接続することでインレット14内に保持されているサンプルへ圧力を印加することで送液する。また、アウトレットへ配管を介してポンプを接続し、陰圧をかけることによりマイクロチップ10の流路内の流体を吸引させることで送液してもよい。さらに、インレット14の液面を、アウトレット104aまたはアウトレット104bの液面よりも高くすることで、液面差により送液してもよく、この場合送液部は不要となる。より定量的な測定をするためには圧力勾配により粒子を通過させた方が好ましく、脈動がより少ない圧送ポンプで送液する態様が最も好ましい。   The liquid feeding unit may use a method of feeding liquid by a pressure gradient such as a syringe pump, a peristaltic pump, a pressure pump or the like, or an electroosmotic flow pump to suppress uneven velocity distribution in the flow path cross section of the microchip 10 May be used. In this case, the pipe connected from the pump is directly connected to the inlet 14 to feed the sample held in the inlet 14 by applying pressure to the sample. Alternatively, the pump may be connected to the outlet through a pipe, and the fluid in the flow path of the microchip 10 may be suctioned by applying a negative pressure to send the liquid. Furthermore, by making the liquid level of the inlet 14 higher than the liquid level of the outlet 104a or the outlet 104b, the liquid may be fed due to the liquid level difference, and in this case, the liquid feeding portion becomes unnecessary. In order to make a more quantitative measurement, it is preferable to pass the particles by a pressure gradient, and it is most preferable to use a pressure-fed pump with less pulsation.

送液部の流量は、流路の断面積やアパーチャの断面積により任意の値に設定することが好ましく、一例として、0.1μL/hourから1mL/hourの間に設定することが好ましい。   The flow rate of the liquid transfer unit is preferably set to an arbitrary value depending on the cross-sectional area of the flow path and the cross-sectional area of the aperture, and for example, is preferably set between 0.1 μL / hour and 1 mL / hour.

粒子回収流路102は、測定可能粒子径範囲(ダイナミックレンジ)を拡げる観点で2以上設ける。ここで、粒子検出部103は粒子回収流路102の内部または下流に設けられており、粒子回収流路102へ流入してきた粒子を検出するために用いられる。1つの粒子回収流路102に対して少なくとも1つの粒子検出部103が設けられている必要があり、2以上の粒子検出部103が設けられていてもよい(図2〜6)。また、測定可能粒子径範囲を外れる粒子を回収する流路をさらに設けることもできる。1つの粒子回収流路102に対して2以上の粒子検出部103が設けられた態様においては、前記2以上の粒子検出部103は直列に配置されてもよい(図2、3)。例えば2つの粒子検出部103が直列に配置された場合、2つの粒子検出部103を通過した同一の粒子から生成されたシグナルの間隔から、流路内の粒子の通過速度を算出することができ、粒子の通過速度は回収流路102の流量に一般に比例するため、回収流路内の流体の流量を見積もることが可能となる。この時、図2に示す通り電極に印加する電圧は、上流側のアパーチャ53’の上流側の電極と、下流側のアパーチャ53’’の下流側の電極から印加する態様が好ましい。上流側のアパーチャ53’の下流側の電極54b’または下流側のアパーチャ53’’の上流側の電極54a’’から電圧を印加した場合、前記2つの電極間で電圧降下が生じ、一方のアパーチャの電流値変化が、他方のアパーチャの電流値へと影響を及ぼすため、それらの影響を考慮しながら測定する必要がある。従って、2つまたは2つ以上のアパーチャを含む粒子検出部103を用いる場合、図3に示す通り上流側のアパーチャ53’の上流側の電極54a’と、下流側のアパーチャ53’’の下流側の電極54b’’のみを用いて測定してもよい。なお、図7に示すように、粒子検出流路の上流と下流それぞれへ、中継流路60を介して流体的かつ電気的にアパーチャと接続している電極挿入口59を設け、ここへ電極54を浸漬させることでESZによる粒子検出を行ってもよい。   Two or more particle collection flow paths 102 are provided in view of expanding the measurable particle size range (dynamic range). Here, the particle detection unit 103 is provided inside or downstream of the particle collection flow channel 102, and is used to detect particles flowing into the particle collection flow channel 102. At least one particle detection unit 103 needs to be provided for one particle collection flow channel 102, and two or more particle detection units 103 may be provided (FIGS. 2 to 6). Moreover, a flow path for collecting particles out of the measurable particle diameter range can also be further provided. In an aspect in which two or more particle detection units 103 are provided for one particle collection flow channel 102, the two or more particle detection units 103 may be arranged in series (FIGS. 2 and 3). For example, when two particle detection units 103 are arranged in series, it is possible to calculate the passage velocity of particles in the flow path from the interval of the signal generated from the same particle that has passed through two particle detection units 103. Since the particle passage speed is generally in proportion to the flow rate of the recovery channel 102, it is possible to estimate the flow rate of the fluid in the recovery channel. At this time, as shown in FIG. 2, it is preferable that the voltage applied to the electrodes be applied from an electrode on the upstream side of the upstream aperture 53 'and an electrode on the downstream side of the downstream aperture 53' '. When a voltage is applied from the electrode 54b 'on the downstream side of the upstream aperture 53' or the electrode 54a '' on the upstream side of the downstream aperture 53 '', a voltage drop occurs between the two electrodes and one of the apertures It is necessary to measure while considering the influence of the change of the current value on the other aperture current value. Therefore, when using the particle detection unit 103 including two or more apertures, the upstream electrode 54a 'of the upstream aperture 53' and the downstream side of the downstream aperture 53 '' as shown in FIG. The measurement may be performed using only the electrode 54 b ′ ′ of As shown in FIG. 7, an electrode insertion port 59 fluidly and electrically connected to the aperture through the relay channel 60 is provided upstream and downstream of the particle detection channel, and the electrode 54 The particles may be detected by ESZ by immersing them.

また、1つの粒子回収流路102に対して2つ以上の粒子検出部103が設けられた態様において、前記2以上の粒子検出部103は並列に配置されてもよい(図4〜6)。本態様により粒子検出部103の並列化された数に比例して処理量が増加するという優れた効果が得られる。この時、電気的に検出するための電極54は、各アパーチャを挟むように配置され、粒子検出部103の数の2倍あれば測定は可能である。一方で、図6に示したように、各アパーチャに対して上流側に1本、下流側に粒子検出部103の数の分だけ電極を配置した態様でも測定は可能であり、電極の数を減らすことによる低コスト化という観点からは、こちらの態様の方が好ましい。ここで、粒子検出部103を並列化し、各アパーチャへ同時に電圧を印加した場合、各アパーチャを挟むように配置される複数の電極対へ電圧を同時に印加すると、図4(a)に示すように、等価回路は複雑なものとなり、あるアパーチャの電流値変化が、他のアパーチャの電流値へと影響を及ぼすため、それら影響を考慮する必要がある。一方で、電圧を各アパーチャで個々に印加し、それぞれ個別に検出したい場合、測定しないアパーチャをグラウンド、シャーシへ接続せず、開回路の状態にすることで実施可能であり、前述の他のアパーチャへの影響はなくなる。この時、開回路の状態にするために、電極54と電源57の間にスイッチング回路を用いてもよく、リレー方式やフォトモス方式によるもので開回路の状態にしてもよい。粒子検出部103は、測定時に電磁ノイズが極力影響しない測定系を構築する方が好ましく、この点でスイッチング回路には、電磁石を用いるリレー方式よりも、フォトモスセンサーのような光電流を用いた方式の方が好ましい。但し、図5の通り、アパーチャの下流側の電極から上流側へ向けて電圧を印加した場合、あるアパーチャの電流値変化が、他のアパーチャの電流値へと影響を及ぼさないため、本態様を用いてもよい。   Furthermore, in an aspect in which two or more particle detection units 103 are provided for one particle collection flow channel 102, the two or more particle detection units 103 may be arranged in parallel (FIGS. 4 to 6). According to this aspect, an excellent effect of increasing the amount of processing in proportion to the number of parallelized particle detection units 103 can be obtained. At this time, the electrodes 54 for electrical detection are disposed so as to sandwich the respective apertures, and measurement is possible if the number of particle detection units 103 is twice. On the other hand, as shown in FIG. 6, the measurement is possible even in the aspect in which one electrode is disposed on the upstream side with respect to each aperture and the number of the particle detection unit 103 is provided downstream. This embodiment is preferable from the viewpoint of cost reduction by reduction. Here, when the particle detection unit 103 is arranged in parallel and voltages are simultaneously applied to the respective apertures, if voltages are simultaneously applied to a plurality of electrode pairs disposed so as to sandwich the respective apertures, as shown in FIG. Since the equivalent circuit becomes complicated and the change in current value of one aperture affects the current value of the other aperture, it is necessary to take account of these effects. On the other hand, when it is desired to individually apply a voltage to each aperture and detect each individually, it can be implemented by making an aperture not to be measured open, without connecting to the ground or chassis, and other apertures mentioned above There will be no impact on it. At this time, a switching circuit may be used between the electrode 54 and the power supply 57 in order to bring it into an open circuit state, or it may be brought into an open circuit state by a relay system or a photo MOS system. It is preferable that the particle detection unit 103 construct a measurement system in which electromagnetic noise is not affected as much as possible at the time of measurement. In this respect, the switching circuit uses a photocurrent such as a photo MOS sensor rather than a relay method using an electromagnet. The method is preferred. However, as shown in FIG. 5, when a voltage is applied from the electrode on the downstream side of the aperture to the upstream side, the change in the current value of one aperture does not affect the current value of the other apertures. You may use.

粒子検出部103は、アパーチャ53と電気検出器とを含む。アパーチャ53は、流路内に形成された流路直径よりも小さい穴を指し、粒子検出流路62とアパーチャ形成構造52により規定される。アパーチャの断面形状は、その製造工程によって種々の形状をとってもよく、エッチングやレーザー照射による加工では円、楕円の形状をとり、フォトリソグラフィーとソフトリソグラフィーによるポリジメチルシロキサン(以下PDMS)等の高分子材料による成形の場合は矩形となる。アパーチャの断面積は、測定する粒子よりも大きければよいが、一般にESZで測定可能な粒子径範囲は、アパーチャ断面積の2〜60%といわれているため、流入してくると想定される粒子の大きさに応じて設計する必要がある。また、図2、3及び14に示すように、2つのアパーチャで粒子検出部103が構成されてもよい。また、図4〜6に示すように、複数の粒子検出部を備えることで複数のアパーチャを構成し、それぞれのアパーチャの下流がアウトレットへ接続されており、各アウトレットが電極挿入口59としても機能するようにした構成としてもよい。この場合、アパーチャの体積が凡そ同一であれば各アパーチャから得られるシグナルは凡そ同一となる。すなわち、各アパーチャ上流の回収流路へ流れてきた粒子全てを検出することが可能であり、濃度の定量的な測定という観点で好ましい態様といえる。ESZによる粒子検出の感度は、アパーチャと電極までの間の流路抵抗に比例して低下するため、得られたシグナルから粒子径を算出する場合は、このシグナル低下を加味する必要がある(式(1)参照)。
粒子検出部103の電気検出器は、電極54、電極54に導線55を介して接続される電気測定器56、及び電源57から主に構成される。2つの電極54は、アパーチャ53を挟んで配置される。電気測定器56は、電気的特性を検知するものであればよく、電流測定器、電圧測定器、抵抗測定器、電荷量測定器が挙げられ、ESZの測定においては電流測定器を用いるのが最も好ましい。また、IVアンプを用いて、電流電圧変換後に利得を上げて、微小な電流値変化を検出することが、より微小な粒子を検出する上で好ましい。またアパーチャ内を通過した粒子を取りこぼしなく検出するために、電気測定器56のサンプリング時間間隔は、粒子がアパーチャを通過するのに要する時間よりも十分短いことが好ましく、1秒間に1万回以上サンプリングすることが好ましく、1秒間に2万回以上サンプリングすることがさらに好ましい。
The particle detection unit 103 includes an aperture 53 and an electric detector. The aperture 53 refers to a hole smaller than the flow passage diameter formed in the flow passage, and is defined by the particle detection flow passage 62 and the aperture forming structure 52. The cross-sectional shape of the aperture may take various shapes depending on the manufacturing process, and when it is processed by etching or laser irradiation, it takes a circular or elliptical shape, and is a polymer material such as polydimethylsiloxane (hereinafter PDMS) by photolithography and soft lithography. In the case of molding by The cross-sectional area of the aperture should be larger than the particle to be measured, but generally the particle size range that can be measured by ESZ is said to be 2 to 60% of the aperture cross-sectional area It is necessary to design according to the size of. Further, as shown in FIGS. 2, 3 and 14, the particle detection unit 103 may be configured by two apertures. Further, as shown in FIGS. 4 to 6, a plurality of particle detection units are provided to constitute a plurality of apertures, the downstream of each aperture is connected to the outlet, and each outlet also functions as the electrode insertion port 59 It is good also as composition made to do. In this case, if the volume of the apertures is approximately the same, the signals obtained from each aperture will be approximately the same. That is, it is possible to detect all the particles that have flowed into the recovery flow channel upstream of each aperture, and it can be said that this is a preferable embodiment from the viewpoint of quantitative measurement of the concentration. Since the sensitivity of particle detection by ESZ decreases in proportion to the flow path resistance between the aperture and the electrode, it is necessary to take this signal reduction into consideration when calculating the particle size from the obtained signal (equation (Refer to (1)).
The electric detector of the particle detection unit 103 mainly includes an electrode 54, an electric measuring device 56 connected to the electrode 54 via a lead 55, and a power source 57. The two electrodes 54 are disposed across the aperture 53. The electrical measuring device 56 may be any device that detects electrical characteristics, and may include a current measuring device, a voltage measuring device, a resistance measuring device, a charge amount measuring device, and a current measuring device may be used to measure ESZ. Most preferred. Further, it is preferable to detect a minute current value change by increasing the gain after current-voltage conversion using an IV amplifier in order to detect more minute particles. Also, in order to detect particles passing through the aperture without being dropped, the sampling time interval of the electric measuring device 56 is preferably sufficiently shorter than the time required for particles to pass through the aperture, and more than 10,000 times per second. It is preferable to sample, and it is more preferable to sample 20,000 times or more in 1 second.

解析部61では、測定結果を演算するための演算装置と、測定結果又はそれに由来する演算結果を記録するための記録媒体とを具備することができる。あるいは、これらの演算装置及び記録媒体は、電気測定器56と一体化していてよいし、電気測定器56に対して接続可能な外部装置であってもよい。記録媒体に記録されるデータには、サンプリングした電流値と、粒子が通過した際に発生する電流値変化、またその電流値変化から算出される粒子径、粒子数、粒子濃度、検出時間又は測定開始時からの経過時間が含まれる。   The analysis unit 61 can include an arithmetic device for calculating the measurement result, and a recording medium for recording the measurement result or the calculation result derived therefrom. Alternatively, the computing device and the recording medium may be integrated with the electrical measurement device 56 or may be an external device connectable to the electrical measurement device 56. The data recorded on the recording medium includes the sampled current value, the change in the current value generated when the particle passes, and the particle diameter, the number of particles, the particle concentration, the detection time or the measurement calculated from the change in the current value. It includes the elapsed time from the start time.

粒子分離流路110で用いる分離手法において水力学的ろ過(Hydrodynamic Filtration:HDF)を用いる場合、粒子分離流路110の上流部の末端が粒子導入流路101と接続しており、流体が流出する下流部の末端の分岐部110Aを介して粒子回収流路102へと接続していればよい(図8)。この時、分岐部110Aは、粒子を分離するために少なくとも2つ以上の粒子回収流路102へと流体的に接続されている必要があり、粒子回収流路を含む下流の流体力学的抵抗を考慮して、各流路やアパーチャの断面積、体積を設定する必要がある。例えば、図8(b)、図9の通り回収流路102を3つ設けた場合、各回収流路へ流れる流量をQa、Qb、Qcとすると、各流量の比は流路の幅w、高さh、長さLから算出され、具体的にはハーゲンポアズイユの式から直線流路内における流量は式(2)に従い計算される。
When using hydrodynamic filtration (HDF) in the separation method used in the particle separation channel 110, the end of the upstream part of the particle separation channel 110 is connected to the particle introduction channel 101, and the fluid flows out It may be connected to the particle collection flow path 102 via the branched part 110A at the end of the downstream part (FIG. 8). At this time, the branch portion 110A needs to be fluidly connected to at least two or more particle collection channels 102 in order to separate particles, and the downstream hydrodynamic resistance including the particle It is necessary to set the cross-sectional area and volume of each flow path and aperture in consideration. For example, when three recovery channels 102 are provided as shown in FIG. 8B and FIG. 9, assuming that the flow rates flowing to the respective recovery channels are Qa, Qb and Qc, the ratio of the respective flow rates is the width w of the channels. It is calculated from the height h and the length L, and specifically, the flow rate in the straight flow path is calculated according to the equation (2) from the Hagen-Poiseuille equation.

また、拡大図9(b)の通り、層流条件下でのマイクロチップの流路内の速度分布は放物線となり、一般に式(3)中のu(r)で表される(この時、w0は円管の半径、rは円管中心からの距離、μは粘度、Lは円管の長さ、ΔPは圧力損失を示す。)。
Further, as shown in the enlarged view 9 (b), the velocity distribution in the flow path of the microchip under laminar flow conditions is parabolic, and is generally represented by u (r) in the equation (3) (at this time, w 0 Is the radius of the tube, r is the distance from the center of the tube, μ is the viscosity, L is the length of the tube, and ΔP is the pressure drop.

流路壁面からの任意の距離w1とw2で区切られる放物線内の面積Sa、Sb、Scの比は、各回収流路へ流れる流量Qa、Qb、Qcの比と等しくなる。この時、流路内に存在する粒子のうち、その粒子の中心または重心位置がw1よりも流路壁面近くに存在している粒子が回収流路102aへ流入し、w2よりも流路壁面近くに存在している粒子が回収流路102bへ流入し、w1とw2の間に存在する粒子は、回収流路102cへ流入する。従って、回収流路102a、102bへ流れる最も大きい粒子の半径はそれぞれw1、w2となるため、アパーチャの断面形状が円形の場合は、アパーチャの半径をw1またはw2以上とする必要があり、アパーチャの断面形状が略円形や楕円形の場合は、略円形または楕円形の中心または重心を通る最小半径をw1またはw2以上とする必要がある。また、アパーチャの断面形状が矩形の場合、2組の対向する辺それぞれがw1またはw2の2倍以上の長さである必要がある。加えてアパーチャの断面形状が多角形の場合、その内接円の半径をw1またはw2以上とする必要がある。   The ratio of the areas Sa, Sb, and Sc in the parabola divided by the arbitrary distances w1 and w2 from the channel wall is equal to the ratio of the flow rates Qa, Qb, and Qc flowing to the respective recovery channels. At this time, among particles present in the flow channel, particles whose center or center of gravity of the particles is present closer to the flow channel wall than w1 flow into the collection flow channel 102a, and are closer to the flow channel wall than w2. The particles present in flow into the recovery flow channel 102b, and the particles present between w1 and w2 flow into the recovery flow channel 102c. Therefore, the radius of the largest particle flowing to the recovery flow channels 102a and 102b is w1 and w2, respectively. Therefore, when the cross-sectional shape of the aperture is circular, the radius of the aperture needs to be w1 or w2 or more. When the cross-sectional shape is substantially circular or elliptical, the minimum radius passing through the center or center of gravity of the substantially circular or elliptical shape needs to be w1 or w2 or more. In addition, when the cross-sectional shape of the aperture is rectangular, it is necessary for each of the two pairs of opposing sides to be at least twice as long as w1 or w2. In addition, when the sectional shape of the aperture is a polygon, the radius of the inscribed circle needs to be w1 or w2 or more.

ここで、粒子分離流路110の末端以外の箇所に分岐部110A(図8に図示されていない)を複数設け、1以上の分岐流路105を設ける態様をとってもよい(図8(c))。分岐流路105は一方の流路壁面側のみに設けてもよいし、流路壁面の両側へ設けてもよい。また1以上の分岐流路105は、下流の回収流路102において同時に合流してもよく、徐々に合流する態様をとってもよい。   Here, a mode may be adopted in which a plurality of branch portions 110A (not shown in FIG. 8) are provided at locations other than the end of the particle separation channel 110, and one or more branch channels 105 are provided (FIG. 8 (c)). . The branch flow channel 105 may be provided only on one flow channel wall side, or may be provided on both sides of the flow channel wall. Further, one or more branch channels 105 may be joined simultaneously in the downstream recovery channel 102, or may be gradually joined.

さらに、粒子分離流路110の分岐部110A(図10に図示されていない)の流体的に上流側に、粒子拡散流路110Bを形成してもよい(図10(b))。粒子拡散流路110Bの流体的な上流側が粒子導入流路101へと接続されており、流体的な下流側が分岐部110Aへと接続している。また、粒子導入流路101を用いない態様の場合は、粒子拡散流路110Bの流体的な上流側が直接インレットへと接続される。   Furthermore, the particle diffusion channel 110B may be formed on the fluid upstream side of the branch portion 110A (not shown in FIG. 10) of the particle separation channel 110 (FIG. 10 (b)). The fluid upstream side of the particle diffusion channel 110B is connected to the particle introduction channel 101, and the fluid downstream side is connected to the branch 110A. Further, in the case where the particle introduction channel 101 is not used, the fluid upstream side of the particle diffusion channel 110B is directly connected to the inlet.

粒子拡散流路110Bは、流体的な上流側から下流側へ向けて、流路の幅または高さ、もしくは両方が拡大していく構造をとることが好ましい。これは、粒子回収流路が、粒子拡散流路110Bの流路幅方向に複数存在するのか、高さ方向に複数存在するのかで好ましい態様が異なるが、一般的なフォトリソグラフィーとソフトリソグラフィーによるマイクロチップの流路形成技術を用いる場合、その作製の容易さという点で、流路の幅が拡大していく構造が好ましい。   The particle diffusion channel 110B preferably has a structure in which the width or height, or both, of the channel is expanded from the fluid upstream side to the downstream side. This is different from the preferred embodiment in that there are a plurality of particle recovery channels in the channel width direction of the particle diffusion channel 110B or in the height direction. In the case of using a chip flow path forming technology, a structure in which the width of the flow path is expanded is preferable in terms of the easiness of the production thereof.

この粒子拡散流路110Bでは、単位時間当たりの粒子のブラウン運動、つまり拡散距離がその粒子径の平方根に反比例することを利用し、粒子拡散流路110Bを粒子が流れていく際に、その粒子径に応じて粒子が流路の拡大する方向へ拡散するため、拡大した流路壁面付近では、粒子径の小さい粒子の存在確率が高くなり、濃縮効果が得られる。ここで、図10の流路壁面aと粒子拡散流路壁面aの接続する角度θa、流路壁面bと粒子拡散流路壁面bの接続する角度θbは、流路幅を拡大させる点で180°未満である必要がある。また、流路壁面a、流路壁面bで囲まれる流路内の流速1m/秒以上となるような高流量の条件では、拡大部分での渦流れの発生が懸念されるため、1m/秒未満となるような比較的低流量な条件で送液をするか、角度θa、θbを90°よりも大きくすることが好ましい。一方で、粒子拡散流路110Bへ粒子が流入した際、粒子はその重さに応じて粒子が流れてきた方向(流体力学的な下流方向で、分岐部110Aが存在する方向)に慣性力を受ける。つまり、粒子の密度が同じ場合、粒子径の大きい粒子ほど流路中央に近づく方向に慣性力を受けるため、より流路壁面では粒子径の小さい粒子の存在割合が高くなり、HDFにおける更なる分離能向上へと寄与する。また、角度θa、θbは非対称でも良く、一方の壁面を略直線に接続し、対向する他方の壁面のみを180°未満の角度で拡大させて接続してもよい。   In the particle diffusion channel 110B, the Brownian motion of the particle per unit time, that is, the fact that the diffusion distance is inversely proportional to the square root of the particle diameter, the particle flows as it flows through the particle diffusion channel 110B. Since the particles diffuse in the expanding direction of the flow path according to the diameter, in the vicinity of the expanded wall surface of the flow path, the probability of existence of particles having a small particle size increases, and a concentration effect is obtained. Here, the angle θa at which the flow path wall surface a and the particle diffusion flow path wall surface a are connected and the angle θb at which the flow path wall surface b and the particle diffusion flow path wall surface b are connected in FIG. Should be less than °. Further, under conditions of high flow rate such that the flow velocity in the flow channel surrounded by the flow channel wall surface a and the flow channel wall surface b is 1 m / sec or more, the occurrence of vortex flow in the enlarged portion may be concerned. It is preferable to feed the liquid under relatively low flow conditions such that it is less than the above, or to make the angles θa and θb larger than 90 °. On the other hand, when the particles flow into the particle diffusion channel 110B, the particles carry an inertial force in the direction in which the particles flow according to their weight (the direction in which the branch 110A is present in the hydrodynamic downstream direction). receive. In other words, when the particle density is the same, the larger the particle diameter, the more the particle with a smaller particle diameter will be present in the flow path wall, since the inertial force will be closer to the center of the channel. Contribute to the improvement of Further, the angles θa and θb may be asymmetrical, and one wall surface may be connected in a substantially straight line, and only the other wall surface opposed may be enlarged and connected at an angle of less than 180 °.

粒子分離流路110で用いる分離手法においてHDFを用いた場合、図8における粒子検出部103a、103bで検出できる粒子径範囲は、それぞれ全く同一でもよいが、広範な粒子径範囲を持つサンプルを測定するために異なる粒子径範囲を測定できるよう設定することが好ましく、その一部がお互いに重複している方が、分離しきれなかった粒子を検出でき、よりロバストな結果を得られる点でさらに好ましい。図8(a)に示したように、粒子回収流路102が2本の場合、粒子検出部103a、103bで検出できる粒子径範囲は、粒子検出部103aを大きい粒子径範囲にし、粒子検出部103bを小さい粒子径範囲に設定してもよく、その逆でも問題はない。但しHDFの理論に基づき、アパーチャが粒子により閉塞されないよう設定する必要がある。   When HDF is used in the separation method used in the particle separation channel 110, the particle size ranges that can be detected by the particle detection units 103a and 103b in FIG. 8 may be completely the same, but samples having a wide particle size range are measured. It is preferable to set different particle size ranges so that it is possible to detect particles that could not be separated if part of them overlaps with each other, and more robust results can be obtained. preferable. As shown in FIG. 8A, when there are two particle collection flow paths 102, the particle diameter range that can be detected by the particle detection units 103a and 103b makes the particle detection unit 103a a large particle diameter range, and the particle detection unit 103b may be set to a small particle size range, or vice versa. However, based on the HDF theory, it is necessary to set the aperture not to be blocked by particles.

粒子のカウント数からの濃度換算においては、各粒子回収流路102へ流れる流量は設定した送液部の流量と式(1)を用いて算出されるため、測定時間当たりの粒子のカウント数をこれで割ることにより、粒子濃度を算出する。   In the concentration conversion from the particle count number, the flow rate flowing to each particle collection channel 102 is calculated using the set flow rate of the liquid sending unit and equation (1), so the particle count number per measurement time By dividing by this, the particle concentration is calculated.

続いて、粒子分離流路110においてピンチドフローフラクショネーション(PFF)の原理を利用した流路を用いる場合の構成の一例を図11に示した。PFFの原理を利用した流路を用いる場合、粒子分離流路110は、分岐流路18a、分岐流路18b、狭窄流路16、及び拡大流路17を含む。粒子を含む流体100Pおよび粒子を含まない流体100Nを保持するインレット14a、14bはそれぞれ分岐流路18a、分岐流路18bと流体的に接続している。分岐流路18a、分岐流路18bはその下流で合流し、狭窄流路16の上流側へと流体的に接続される。その後、PFFの原理に基づいて狭窄流路16の下流と接続している拡大流路17で粒子分離がされる。拡大流路17の流路幅は、所定の位置で一定となり、拡大流路17の下流で流体的に接続される回収流路102a、102bで粒子が回収され、回収流路の下流で接続される検出部103a、103bで粒子が検出される。ここで、回収流路は何本設置してもよいが、流路の小型化、低コスト化の観点で5本以下にすることが好ましく、3本以下が最も好ましい。   Subsequently, an example of the configuration in the case of using a flow path utilizing the principle of pinched flow fractionation (PFF) in the particle separation flow path 110 is shown in FIG. When using a flow path utilizing the principle of PFF, the particle separation flow path 110 includes a branch flow path 18 a, a branch flow path 18 b, a narrowed flow path 16, and an enlarged flow path 17. The inlets 14a and 14b holding fluid 100P containing particles and fluid 100N not containing particles are fluidly connected to the branch flow channel 18a and the branch flow channel 18b, respectively. The branch flow channel 18 a and the branch flow channel 18 b merge downstream thereof and are fluidly connected to the upstream side of the narrowed flow channel 16. Thereafter, particle separation is performed in the enlarged flow path 17 connected to the downstream of the narrowing flow path 16 based on the principle of PFF. The channel width of the expanded channel 17 is constant at a predetermined position, and the particles are collected by the collection channels 102 a and 102 b fluidly connected downstream of the expanded channel 17 and connected downstream of the collection channel. The particles are detected by the detection units 103a and 103b. Here, although any number of recovery channels may be installed, it is preferably 5 or less, and most preferably 3 or less, in view of downsizing and cost reduction of the channels.

また、非対称PFFの原理に基づいて、拡大流路17を形成してもよい。この場合、図12及び13に示される通り、拡大流路17にドレイン流路22を設置してもよく、粒子の分離能を向上させる点では、この態様がより好ましい。ドレイン流路22は、アウトレット23と接続されており、流体が排出又は回収される。ドレイン流路へは50%以上の流体が流れるよう設計することが好ましく、70%以上の流体が流れるよう設計することがさらに好ましい。   Moreover, you may form the expansion flow path 17 based on the principle of asymmetrical PFF. In this case, as shown in FIGS. 12 and 13, the drain channel 22 may be provided in the expanded channel 17, and this embodiment is more preferable in terms of improving the particle separation performance. The drain channel 22 is connected to the outlet 23 so that fluid can be drained or collected. It is preferable to design that 50% or more of the fluid flows into the drain channel, and it is more preferable to design so that 70% or more of the fluid may flow.

さらに、狭窄流路16と拡大流路17が接続する構造は、図12(c)に示すように拡大開始点で、流路幅が段状に拡大してもよいし、図11(c)や図13(b)に示すように流路幅が徐々に拡大するように構成してもよい。流路幅が徐々に拡大する場合、拡大流路の壁面17bが直線を描くように拡大して、スロープ40を形成してもよいし、曲線を描くように拡大してもよい。拡大流路17の流路幅が、段状に拡大するか又は直線的に拡大する場合、狭窄流路の壁面16a、16bと、当該壁面に続く拡大流路17の壁面17a、17bとの間の角度24a、24bにより、拡大流路を規定することができる。例えば、段状に拡大する場合の角度24a、24bは90°である。拡大流路17の壁面が、徐々に直線的に拡大する場合、角度24a、24bは、90°〜180°で表される。拡大領域の壁面の角度24a、24bは、独立に90°〜180°の間の任意の角度をとることができ、一例として、120°、135°、150°、180°をとることができる。ただし、狭窄流路壁面16bに対する拡大流路壁面17bの角度24bは90°またはそれ未満の場合であっても、それが部分的な構造で、実質的には徐々に拡大していくような構造であれば、大半の流体は徐々にアウトレット23の方向へ流れることから問題ない。   Furthermore, in the structure in which the narrowed channel 16 and the expanded channel 17 are connected, as shown in FIG. 12C, the channel width may be expanded stepwise at the expansion start point, as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 13 (b), the channel width may be gradually expanded. When the channel width is gradually expanded, the wall surface 17b of the expanded channel may be expanded to form a straight line to form the slope 40 or may be expanded to form a curve. When the channel width of the expanded channel 17 is expanded stepwise or linearly, it is between the wall surfaces 16a and 16b of the narrowed channel and the wall surfaces 17a and 17b of the expanded channel 17 following the wall surface. The enlarged flow path can be defined by the angles 24a and 24b of. For example, angles 24a and 24b in the case of stepwise expansion are 90 degrees. When the wall surface of the expanded flow path 17 linearly expands gradually, the angles 24 a and 24 b are represented by 90 ° to 180 °. The wall angles 24a, 24b of the enlarged area may independently be any angle between 90 ° and 180 °, for example 120 °, 135 °, 150 °, 180 °. However, even if the angle 24b of the enlarged flow path wall 17b with respect to the narrowing flow path wall 16b is 90 ° or less, it is a partial structure and the structure is such that it is substantially gradually expanded If this is the case, there is no problem because most of the fluid gradually flows in the direction of the outlet 23.

拡大流路17の下流に接続する複数の粒子回収流路102は、少なくとも2つ設けられる必要があり、測定したい粒子径範囲に応じてその数を任意に増やすことが好ましい。各粒子回収流路102は、少なくとも1つの粒子検出部103があり、複数を設けてもよい。   At least two of the plurality of particle collection flow channels 102 connected downstream of the expanded flow channel 17 need to be provided, and it is preferable to optionally increase the number according to the particle diameter range to be measured. Each particle collection flow channel 102 has at least one particle detection unit 103, and a plurality of particle collection channels may be provided.

拡大流路17は、HDFの項で記載した粒子拡散流路110Bとしての機能も持たせることで、さらに粒子の分離能を促進させる機能を付与させてもよいが、この場合は、拡大流路の長さは、粒子が拡散できる十分な長さを持つ必要があり、少なくとも1μm以上は必要となる。拡大流路17の流路長さは、拡大する流路幅と角度24a、24bにより任意の値に決定される。   The expanded channel 17 may have a function to further promote the separation ability of particles by giving the function as the particle diffusion channel 110B described in the paragraph of HDF, but in this case, the expanded channel The length needs to be long enough for the particles to diffuse, and at least 1 μm or more. The flow path length of the expanded flow path 17 is determined to an arbitrary value by the expanded flow path width and the angles 24 a and 24 b.

また、拡大流路を用いず、狭窄流路16の下流に直接複数の粒子回収流路102を設けてもよい。   In addition, a plurality of particle recovery channels 102 may be provided directly downstream of the narrowing channel 16 without using the expanded channel.

粒子分離流路110にPFFの原理を利用した流路を用いた場合、粒子は狭窄流路壁面16a側から16b側へ向けて存在しうる粒子の直径が大きくなっていくため、例えば図11(a)の場合、粒子検出部103aが小径粒子を検出し、粒子検出部103bが大径粒子を検出するようにアパーチャの断面積を設定すること好ましい。また、図11(c)の場合、粒子検出部103aが小径粒子を検出し、粒子検出部103cが中径粒子を検出し、粒子検出部103bが大径粒子を検出するようにアパーチャの断面積を設定することが好ましい。つまり、狭窄流路壁面16aに近い粒子検出部103ほど、小さい粒子を検出できるようアパーチャの断面積を設定することが好ましい。例えば、0.1〜2.0μmの粒子を検出しようとする場合、図11(c)、図12、図13の場合、粒子検出部103aでは直径0.1〜0.3μmの粒子を検出するためにアパーチャ断面積が0.4μm^2(幅1μm、高さ0.4μmの矩形状のもの、または半径0.36μmの円形状のもの)のものを設置し、粒子検出部103cでは直径0.2〜0.8μmの粒子を検出するためにアパーチャ断面積が2μm^2(幅2μm、高さ1μmの矩形状のもの、または半径0.8μmの円形状のもの)のものを設置し、粒子検出部103bでは直径0.4〜2.0μmの粒子を検出するためにアパーチャ断面積が14μm^2(幅3.5μm、高さ4μmの矩形状のもの、または半径2.1μmの円形状のもの)のものを設置してもよい。   When the particle separation channel 110 uses a channel that utilizes the principle of PFF, the diameter of the particles that can be present increases from the side of the narrowing channel wall 16a toward the side 16b, for example, as shown in FIG. In the case of a), it is preferable to set the cross-sectional area of the aperture so that the particle detection unit 103a detects small diameter particles and the particle detection unit 103b detects large diameter particles. In the case of FIG. 11C, the particle detection unit 103a detects small diameter particles, the particle detection unit 103c detects medium diameter particles, and the particle detection unit 103b detects large diameter particles. It is preferable to set That is, it is preferable to set the cross-sectional area of the aperture so as to be able to detect smaller particles as the particle detection unit 103 is closer to the narrowed flow passage wall surface 16a. For example, in the case of detecting particles of 0.1 to 2.0 μm, in the case of FIG. 11 (c), FIG. 12 and FIG. 13, the particle detecting unit 103a detects particles of 0.1 to 0.3 μm in diameter. In order to set the aperture cross-sectional area of 0.4 μm ^ 2 (a rectangular one with a width of 1 μm and a height of 0.4 μm or a circular one with a radius of 0.36 μm), 2) An aperture cross section of 2 μm ^ 2 (a rectangular one with a width of 2 μm and a height of 1 μm or a circular one with a radius of 0.8 μm) is installed to detect particles of 2 to 0.8 μm, In order to detect particles having a diameter of 0.4 to 2.0 μm, the particle detection unit 103 b has an aperture cross section of 14 μm 2 (a rectangular one having a width of 3.5 μm and a height of 4 μm, or a circular shape having a radius of 2.1 μm) ) May be installed.

また粒子分離流路110でPFFの原理を利用した流路を用いる場合、送液部により設定される流量は、0.1μL/hourから1mL/hourの間に設定することが好ましく、粒子を含まない流体100Nの流量が、粒子を含む流体100Pよりも2倍以上多いことが好ましい。粒子を含まない流体100Nの流量が、粒子を含む流体100Pよりも何倍以上であることが好ましいかについては、狭窄流路16の流路幅と分離したい粒子の直径に依存し、例えば、分離したい粒子の直径が狭窄流路16の流路幅の1/4であった場合、粒子を含まない流体100Nの流量が、粒子を含む流体100Pよりも3倍以上であることが好ましく、分離したい粒子の直径が狭窄流路16の流路幅の1/10であった場合、粒子を含まない流体100Nの流量が、粒子を含む流体100Pの流量よりも9倍以上であることが好ましい。つまり、PFFの原理に基づいて分離したい粒子の直径に対して、狭窄流路16の流路幅がN倍であった場合、粒子を含まない流体100Nの流量が、粒子を含む流体100PよりもN-1倍以上多いことが好ましい。前記流量比であれば、分離したい粒子は狭窄流路の壁面16aを滑流することになるため、PFFの原理に基づいた粒子分離が可能となる。   Moreover, when using the flow path using the principle of PFF in the particle separation flow path 110, it is preferable to set the flow rate set by the liquid transfer unit between 0.1 μL / hour and 1 mL / hour, and include particles. Preferably, the flow rate of the fluid 100N is twice or more than that of the fluid 100P containing particles. How many times the flow rate of the fluid 100N containing no particles is greater than that of the fluid 100P containing particles depends on the channel width of the narrowed channel 16 and the diameter of the particles to be separated, for example, separation If the diameter of the desired particle is 1⁄4 of the channel width of the narrowing channel 16, the flow rate of the particle-free fluid 100N is preferably at least three times higher than that of the particle-containing fluid 100P. When the diameter of the particles is 1/10 of the channel width of the narrowed channel 16, it is preferable that the flow rate of the fluid 100N containing no particles is 9 or more times the flow rate of the fluid 100P containing particles. That is, when the channel width of the narrowing channel 16 is N times the diameter of the particle to be separated based on the principle of PFF, the flow rate of the particle-free fluid 100N is higher than that of the particle-containing fluid 100P. It is preferable that N-1 times or more. With the flow rate ratio, particles to be separated will slide on the wall surface 16a of the narrowing channel, so particle separation based on the PFF principle becomes possible.

さらに、粒子分離流路110でPFFの原理を利用した流路を用いる場合において、粒子を含む流体100Pに含まれる粒子全てを狭窄流路壁面16aに滑流させる必要はなく、相対的に大きい粒子径を持つ粒子のみを狭窄流路壁面16aに滑流させてもよい。例えば図11(b)、図12、図13の場合、小粒径の粒子を検出する粒子検出部103aで検出できる最大粒子径以下の粒子を、狭窄流路壁面16aへ滑流させれば、最大粒子径以下の粒子が狭窄流路壁面16aに整列されなかったとしても、粒子検出部103aでその分布をESZの原理に基づいて作成することができる。すなわち、PFFで分離しきれなかった粒子がいたとしても、粒子検出部でその粒子径分布が作成できるため、ESZがPFFの分離能を補完するという優れた効果が得られる。   Furthermore, when using the PFF principle in the particle separation channel 110, it is not necessary to cause all the particles contained in the fluid 100P containing particles to slide on the narrowed channel wall surface 16a, and relatively large particles are used. Only particles having a diameter may be made to slide on the narrowed channel wall surface 16a. For example, in the case of FIG. 11 (b), FIG. 12, and FIG. 13, if particles smaller than the maximum particle diameter detectable by the particle detection unit 103a that detects particles of small particle diameter are made to Even if particles smaller than the maximum particle diameter are not aligned with the narrowing channel wall surface 16a, the distribution can be created by the particle detection unit 103a based on the principle of ESZ. That is, even if there are particles that could not be separated by PFF, the particle size distribution can be created in the particle detection unit, so that the excellent effect that ESZ complements the separation ability of PFF can be obtained.

また、小粒径の粒子を検出する粒子検出部103aで検出できる最大粒子径以上の粒子までしか狭窄流路壁面16aへ滑流させられない流量条件下であっても、前述のHDFの理論に基づき、粒子検出部103aのアパーチャが閉塞する粒子径の粒子が流入しないよう流路抵抗を設定することで、本発明の目的としている広範な粒子径分布を持つサンプルの測定が可能となる。すなわち、PFFによる中粒径、大粒径粒子の分離と、HDFによる小粒径粒子の分離と、ESZによる精密な粒子径分布の作成により、広範な粒子径分布を持つサンプルの測定が可能になるという優れた効果が得られる。この時、PFFにおける拡大流路17が、前述の粒子拡散流路110Bの役割も併せて果たすため、単位時間あたりの拡散距離の大きい小粒径粒子の分離を促進させるという優れた効果が得られる。またこの態様において、小粒径粒子は粒子検出部103cにも流入し、場合によっては粒子検出部102bにも流入するため、粒子検出部103aへ流入してくる小粒径粒子は粒子サンプルを含む流体100Pの一部となる。その流入量は、粒子拡散流路110Bの役割を果たす拡大流路17の長さが、小粒径粒子が拡散するのに十分な距離であれば、粒子回収流路102aとその下流の流路構造から算出される流量に比例するため、その算出された値から定量することができる。ここで、拡大流路17の長さにおける「小粒径粒子が拡散するのに十分な距離」とは、粒子を含まない流体100Nの流量と粒子を含む流体100Pの流量の和が0.1μL/hourから1mL/hourの範囲であれば、1μm以上が好ましく、より好ましくは100μm以上が好ましい。   In addition, even under flow conditions where only particles with a particle diameter greater than or equal to the maximum particle diameter detectable by the particle detection unit 103a that detects particles with small particle diameters can flow to the narrowing channel wall surface 16a, the above-mentioned HDF theory Based on this, by setting the flow channel resistance so that particles of a particle diameter that the aperture of the particle detection unit 103a blocks does not flow in, measurement of a sample having a wide particle diameter distribution, which is an object of the present invention, becomes possible. That is, separation of medium and large particles by PFF, separation of small particles by HDF, and precise particle size distribution by ESZ enable measurement of samples with a wide range of particle size distributions. The excellent effect of At this time, the expanded flow path 17 in PFF also plays the role of the above-mentioned particle diffusion flow path 110B, so that the excellent effect of promoting the separation of the small particle diameter particles having a large diffusion distance per unit time can be obtained. . Further, in this embodiment, the small particle diameter flows into the particle detection unit 103c, and in some cases also flows into the particle detection unit 102b, the small particle diameter flowing into the particle detection unit 103a includes the particle sample. It becomes part of the fluid 100P. If the length of the expanded channel 17 which plays the role of the particle diffusion channel 110B is a distance sufficient for the small particle diameter to diffuse, the inflow amount is the particle collection channel 102a and the downstream channel Because it is proportional to the flow rate calculated from the structure, it can be quantified from the calculated value. Here, “the distance sufficient for small-sized particles to diffuse” in the length of the expanded channel 17 means that the sum of the flow rate of the fluid 100N containing no particles and the flow rate of the fluid 100P containing particles is 0.1 μL. If it is the range of / hour to 1 mL / hour, 1 micrometer or more is preferable, More preferably, 100 micrometers or more are preferable.

製造実施例:粒子検出装置の製造
本発明による粒子検出装置の実施形態を備えたマイクロチップ10は、一般的なフォトリソグラフィーとソフトリソグラフィー技術を用いて作製した。具体的な手順を以下の通り示す。
Production Example: Production of Particle Detection Device The microchip 10 provided with the embodiment of the particle detection device according to the present invention was produced using general photolithography and soft lithography techniques. The concrete procedure is shown as follows.

4インチベアシリコンウェハ(株式会社フィルテック)上へ、フォトレジストSU−8 3005(Microchem社)を滴下後、スピンコーター(MIKASA社)を用いてフォトレジスト薄膜を形成した。この時、目的膜厚に応じて、SU−8 3005へ希釈剤Cyclopentanone(東京応化工業社)を添加した。続いて、マスクアライナー(ウシオ電機社)と、任意のパターンを形成したクロムマスクを用いて流路パターンをフォトレジスト膜へ形成し、SU−8Developer(Microchem社)を用いて流路パターンを現像することで、用いたい流路の鋳型を作製した。   After dropping a photoresist SU-8 3005 (Microchem) onto a 4-inch bare silicon wafer (Philtech Inc.), a photoresist thin film was formed using a spin coater (MIKASA). At this time, according to the target film thickness, the diluent Cyclopentanone (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was added to SU-8 3005. Subsequently, a flow path pattern is formed on a photoresist film using a mask aligner (USHIO Inc.) and a chromium mask on which an arbitrary pattern is formed, and the flow path pattern is developed using SU-8 Developer (Microchem). In this way, a mold for the flow path desired to be used was produced.

続いて、作製した鋳型へ、未硬化のLSR7070FC(モメンティブパフォーマンス社)を流し込み、80℃で2時間加熱することで、流路の形状を転写されたポリジメチルシロキサン(PDMS)を作製した。硬化したPDMSを鋳型から慎重に剥がし、カッターで任意の大きさに成形後、パンチャーを用いて流路のインレット、アウトレットを形成した。剥離したPDMSとスライドガラス(松浪ガラス社)を酸素プラズマ発生装置(メイワフォーシス社)で表面処理後、PDMSとスライドガラスを貼り合わせることでマイクロチップ10を作製した。   Subsequently, uncured LSR 7070 FC (Momentive Performance, Inc.) was poured into the produced mold and heated at 80 ° C. for 2 hours to produce polydimethylsiloxane (PDMS) to which the shape of the flow path was transferred. The cured PDMS was carefully peeled from the mold and formed into an arbitrary size with a cutter, and a puncher was used to form the inlet and outlet of the flow path. The surface of the peeled PDMS and slide glass (Matsunami Glass Co., Ltd.) was surface-treated with an oxygen plasma generator (Meiwa Pfosis Co., Ltd.), and then the PDMS and slide glass were attached to each other to produce a microchip 10.

電気検出実施例:ESZによる粒子の電気的検出
作製したマイクロチップ10は、基板上へ載置され、マイクロチップ10内の複数の粒子検出部103へ電極を接続した。電極は一対の白金線より構成され、一方の電極は導線を介してプログラマブル電流増幅器CA5350(エヌエフ回路社)へ接続され、ADコンバーターを介してPCへと接続され、送信されてきたデジタルの信号をLabViewにより解析した。また粒子検出部103へ接続される電極のもう一方は9Vの乾電池へ導線を介して接続した。
Electrical Detection Example: Electrical Detection of Particles by ESZ The prepared microchip 10 was placed on a substrate, and electrodes were connected to a plurality of particle detection units 103 in the microchip 10. The electrodes are composed of a pair of platinum wires, and one of the electrodes is connected to a programmable current amplifier CA 5350 (NFC circuit company) via a conductor, connected to a PC via an AD converter, and transmitted digital signals It analyzed by LabView. The other of the electrodes connected to the particle detection unit 103 was connected to a 9 V dry cell via a lead.

各インレットは、テフロンチューブを介してプレッシャーポンプP-PumpBasic(Dolomite社)へ接続し、一定の流量で送液した。   Each inlet was connected to a pressure pump P-PumpBasic (Dolomite) via a Teflon tube and fed at a constant flow rate.

サンプル調製実施例:標準粒子を用いた場合
分離対象の粒子を含有する流体100P中の粒子として標準粒子を用いる場合、
0.1μm粒子としてポリスチレン標準粒子3100A(ThermoFisher製)0.2μm粒子としてポリスチレン標準粒子3200A(ThermoFisher製)
0.5μm粒子としてポリスチレン標準粒子3500A(ThermoFisher製)
1.0μm粒子としてポリスチレン標準粒子4009A(ThermoFisher製)
2.0μm粒子としてポリスチレン標準粒子4202A(ThermoFisher製)
を用いた。分離対象の粒子を含有する流体100Pとしては、0.05%(v/v)ツイーン20含有の1×PBS溶液(リン酸緩衝液)を用いた。0.05%(v/v)ツイーン20含有の1×PBS溶液は、実験前にポアサイズ0.1μmのシリンジフィルター(メルクミリポア社製)を用いて異物除去を行ってから用いた。
Sample preparation example: When using standard particles When using standard particles as particles in fluid 100P containing particles to be separated :
Polystyrene standard particles 3100A (manufactured by ThermoFisher) as 0.1 μm particles Polystyrene standard particles 3200A (manufactured by ThermoFisher) as 0.2 μm particles
Polystyrene standard particles 3500A (manufactured by ThermoFisher) as 0.5 μm particles
Polystyrene standard particles 4009A (manufactured by ThermoFisher) as 1.0 μm particles
Polystyrene standard particles 4202A (manufactured by ThermoFisher) as 2.0 μm particles
Was used. As a fluid 100 P containing particles to be separated, a 1 × PBS solution (phosphate buffer solution) containing 0.05% (v / v) Tween 20 was used. The 1x PBS solution containing 0.05% (v / v) Tween 20 was used after removing foreign substances using a syringe filter (manufactured by Merck Millipore) with a pore size of 0.1 μm before the experiment.

サンプル調製実施例:抗体凝集体を用いた場合
独自に作製したマウスモノクローナル抗体を、0.05%(v/v)ツイーン20含有の1×PBS溶液により0.66mg/mLへ調製し、乾燥機にて摂氏90度で15分加熱させることで人為的に抗体凝集体を作製した。
Sample preparation Example: When antibody aggregates were used A mouse monoclonal antibody prepared specifically was prepared to 0.66 mg / mL with a PBS solution containing 0.05% (v / v) Tween 20 and dried The antibody aggregates were artificially produced by heating at 90 ° C. for 15 minutes.

実施例1:AsyPFFによる粒子分離後に、3つの粒子回収流路と、各粒子回収流路に2つ設置された粒子検出部により粒子検出を行う粒子検出装置による、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0μm標準粒子混合サンプルの検出
図15で示されるマイクロチップ10を、粒子検出流路として上述の製造実施例に基づき作製し、上述のサンプル調製実施例に基づき調製した。0.1、0.2、0.5、1.0、2.0μm標準粒子は、0.05%(v/v)ツイーン20含有の1×PBS溶液により、それぞれ5μg/mLの濃度となるよう調製した。従って、サンプル中に含まれるポリスチレン粒子全体の濃度は25μg/mLとなるよう調製した。
この時、マイクロチップ10の各流路について、流路13の高さは粒子検出部103a、粒子検出部103c以外すべて4.5μmとし、流路13の端部に、基板11の上面に貫通するインレット14a、14b、アウトレット104a、104a’、104b、104b’、104c、104c’、23(それぞれ穴の径2mm)を設けた。また流路13は、分岐流路18a(幅20μm、長さ1.5mm)、分岐流路18b(幅40μm、長さ500μm)、狭窄流路16(幅6μm、長さ20μm)、拡大流路17(拡大角度135度、最大拡大時流路幅600μm、長さ0.5mm)、ドレイン流路22(幅500μm、長さ1.7mm)、粒子回収流路102a(幅75μm、長さ4mm)、粒子回収流路102c(幅140μm、長さ7.5mm)、粒子回収流路102b(幅512μm、長さ3.75mm)とした。また、粒子検出部102aの2つのアパーチャは、どちらも幅1μm、高さ0.4μm、長さ10μmとし、粒子検出部102cの2つのアパーチャは、どちらも幅2μm、高さ0.8μm、長さ10μmとし、粒子検出部102bの2つのアパーチャは、どちらも幅3.5μm、高さ4.5μm、長さ20μmとした。各粒子検出部の形状は図14と同様であり、また式(1)において算出されるk値は、アパーチャ抵抗と、アパーチャから電極が挿入されているアウトレットまでの流路の抵抗比から、2.6とした。
Example 1: After particle separation by AsyPFF, three particle recovery flow paths and particle detection units installed in each particle recovery flow path by two particle detection units, according to particle detection devices 0.1, 0.2, Detection of 0.5, 1.0, and 2.0 μm Standard Particle Mixed Samples The microchip 10 shown in FIG. 15 is manufactured as a particle detection channel based on the above-described production example, and is based on the above-described sample preparation example. Prepared. 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0 μm standard particles are each brought to a concentration of 5 μg / mL with 1 × PBS solution containing 0.05% (v / v) Tween 20. Prepared. Therefore, the concentration of the entire polystyrene particles contained in the sample was adjusted to 25 μg / mL.
At this time, for each flow path of the microchip 10, the height of the flow path 13 is 4.5 μm for all except the particle detection unit 103a and the particle detection unit 103c, and the end of the flow passage 13 penetrates the upper surface of the substrate 11. The inlets 14a and 14b, and the outlets 104a, 104a ', 104b, 104b', 104c, 104c 'and 23 (the diameter of each hole is 2 mm) are provided. Further, the flow path 13 is a branch flow path 18a (width 20 μm, length 1.5 mm), branch flow path 18 b (width 40 μm, length 500 μm), constriction flow path 16 (width 6 μm, length 20 μm), enlarged flow path 17 (enlargement angle 135 degrees, flow path width 600 μm at maximum expansion, length 0.5 mm), drain flow path 22 (width 500 μm, length 1.7 mm), particle collection flow path 102 a (width 75 μm, length 4 mm), The particle collection flow channel 102 c (width 140 μm, length 7.5 mm) and the particle collection flow channel 102 b (width 512 μm, length 3.75 mm) were used. The two apertures of the particle detection unit 102a both have a width of 1 μm, a height of 0.4 μm, and a length of 10 μm, and the two apertures of the particle detection unit 102c each have a width of 2 μm, a height of 0.8 μm, and a length The two apertures of the particle detection unit 102b each have a width of 3.5 μm, a height of 4.5 μm, and a length of 20 μm. The shape of each particle detection unit is the same as in FIG. 14, and the k value calculated in equation (1) is 2 from the resistance ratio of the aperture and the flow path from the aperture to the outlet where the electrode is inserted. .6.

上述のマイクロチップ10を用い、インレット14aへ調製した粒子懸濁液を2.5μL/hourの流量で送液し、インレット14bへ0.05%(v/v)ツイーン20含有の1×PBSを10μL/hourの流量で送液した。続いて、上述の電気検出実施例に基づき3つの各粒子回収流路102へ流入した粒子を1分間検出した。この時の、粒子回収流路102aの粒子検出部103aの電流値変化の測定の様子の一部を図16に示し、粒子回収流路102cの粒子検出部103cの電流値変化の測定の様子の一部を図17に示し、粒子回収流路102bの粒子検出部103bの電流値変化の測定の様子の一部を図18に示した。図16より粒子検出部103aでは0.1、0.2μm標準粒子が、図17より粒子検出部103cでは0.2、0.5μm標準粒子が、図18より粒子検出部103bでは1.0、2.0μm標準粒子の電流値変化が確認された。   Using the microchip 10 described above, send the particle suspension prepared to the inlet 14a at a flow rate of 2.5 μL / hour, and add 1 × PBS containing 0.05% (v / v) Tween 20 to the inlet 14b. The solution was fed at a flow rate of 10 μL / hour. Subsequently, the particles flowing into each of the three particle collection channels 102 were detected for one minute based on the above-described electric detection example. FIG. 16 shows a part of the measurement of the current value change of the particle detection unit 103a of the particle collection flow channel 102a at this time, and the measurement of the current value change of the particle detection unit 103c of the particle collection flow channel 102c. A part is shown in FIG. 17, and a part of a state of measurement of a current value change of the particle detection unit 103b of the particle collection flow channel 102b is shown in FIG. 16, 0.1 and 0.2 μm standard particles in the particle detection unit 103a, 0.2 and 0.5 μm standard particles in the particle detection unit 103c in FIG. 17, and 1.0 in the particle detection unit 103b and FIG. A change in the current value of the 2.0 μm standard particle was confirmed.

また、測定結果1つのヒストグラムへまとめると図19の通りとなり、混合粒子でもピークが分離することを確認した。また、測定結果から得られた0.1μm標準粒子の濃度は、5.41μg/mLであり、0.2μm標準粒子の濃度は、3.52μg/mLであり、0.5μm標準粒子の濃度は、6.29μg/mLであり、1.0μm標準粒子の濃度は、5.02μg/mLであり、2.0μm標準粒子の濃度は、5.92μg/mLであった。また、測定結果から得られた0.1μm標準粒子の平均粒径は、0.107μmであり、0.2μm標準粒子の平均粒径は、0.192μmであり、0.5μm標準粒子の平均粒径は、0.52μmであり、1.0μm標準粒子の平均粒径は、0.98μmであり、2.0μm標準粒子の平均粒径は、2.05μmであった。
以上から、本発明を用いて、複数の断面積の異なるアパーチャ、すなわち複数の検出可能粒子径範囲をもつ粒子検出部103を用いて、0.1〜2μmという広範な分布を持つサンプルでも、正確な粒子径測定が可能であること確認した。
In addition, it was as shown in FIG. 19 when it was put together into one histogram as the measurement result, and it was confirmed that the peaks were separated even in the mixed particles. The concentration of 0.1 μm standard particles obtained from the measurement results is 5.41 μg / mL, the concentration of 0.2 μm standard particles is 3.52 μg / mL, and the concentration of 0.5 μm standard particles is , 6.29 μg / mL, the concentration of 1.0 μm standard particles was 5.02 μg / mL, and the concentration of 2.0 μm standard particles was 5.92 μg / mL. The average particle size of 0.1 μm standard particles obtained from the measurement results is 0.107 μm, and the average particle size of 0.2 μm standard particles is 0.192 μm, and the average particle size of 0.5 μm standard particles is The diameter was 0.52 μm, the average particle diameter of the 1.0 μm standard particles was 0.98 μm, and the average particle diameter of the 2.0 μm standard particles was 2.05 μm.
From the above, even with a sample having a wide distribution of 0.1 to 2 μm using the present invention, a plurality of apertures having different cross-sectional areas, that is, a particle detection unit 103 having a plurality of detectable particle diameter ranges, Particle size measurement is possible.

比較例1:レーザー回折散乱法(LD)による粒子検出装置を用いた0.1、0.2、0.5、1.0、2.0μm標準粒子混合サンプルの検出
実施例1と同様にして混合粒子サンプルを調製し、AggregatesSizer(島津製作所社)により測定を行った。
測定結果を示す図20の通り、0.2と2μmのピークが消失し、0.1μmのピークが増大していることから、混合粒子サンプルでの正確な測定は難しいことが確認された。
Comparative Example 1 Detection of 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, and 2.0 μm Standard Particle Mixed Sample Using Particle Detection Device by Laser Diffraction Scattering (LD) As in Example 1 A mixed particle sample was prepared and measured by Aggregates Sizer (Shimadzu Corporation).
As shown in FIG. 20 showing the measurement results, the peaks of 0.2 and 2 μm disappeared and the peaks of 0.1 μm increased, so that it was confirmed that accurate measurement with the mixed particle sample was difficult.

実施例2:AsyPFFによる粒子分離後に、3つの粒子回収流路と、各粒子回収流路に2つ設置された粒子検出部により粒子検出を行う粒子検出装置による、抗体凝集体サンプルの検出
実施例1と同じマイクロチップ10を用い、サンプル調製実施例に基づいて作製した抗体凝集体を同様に測定した。
測定結果を示す図21の通り、抗体凝集体においても測定が可能であることを確認した。
Example 2: Detection of antibody aggregate sample by a particle detection device that performs particle detection by three particle recovery flow paths and two particle detection units installed in each particle recovery flow path after particle separation by AsyPFF Example The antibody aggregate produced based on the sample preparation example was similarly measured using the same microchip 10 as 1.
As shown in FIG. 21 showing the measurement results, it was confirmed that measurement was possible even in antibody aggregates.

実施例3:HDFによる粒子分離後に、3つの粒子回収流路と、各粒子回収流路に2つ設置された粒子検出部により粒子検出を行う粒子検出装置による、0.1、0.5、2.0μm標準粒子混合サンプルの検出
図22で示されるマイクロチップ10を、粒子検出流路として上述の製造実施例に基づき作製し、上述のサンプル調製実施例に基づき調製した。0.1、0.5、2.0μm標準粒子は、0.05%(v/v)ツイーン20含有の1×PBS溶液により、それぞれ5μg/mLの濃度となるよう調製した。従って、サンプル中に含まれるポリスチレン粒子全体の濃度は15μg/mLとなるよう調製した。
Example 3: After particle separation by HDF, three particle recovery flow paths and particle detection units installed in each particle recovery flow path by two particle detection units: 0.1, 0.5, 0.5 Detection of 2.0 μm Standard Particle Mixed Sample The microchip 10 shown in FIG. 22 was prepared as a particle detection channel based on the above-described production example and was prepared based on the above-described sample preparation example. 0.1, 0.5, and 2.0 μm standard particles were prepared with a 0.05% (v / v) Tween 20-containing 1 × PBS solution to a concentration of 5 μg / mL, respectively. Therefore, the concentration of the whole polystyrene particles contained in the sample was adjusted to 15 μg / mL.

この時、マイクロチップ10の各流路について、流路13の高さは粒子検出部103a、粒子検出部103c以外すべて4.0μmとし、流路13の端部に、基板11の上面に貫通するインレット14a、アウトレット104a、104a’、104b、104b’、104c、104c’、23(それぞれ穴の径2mm)を設けた。また流路13は、粒子導入流路101(幅20μm、長さ1.5mm)、狭窄流路16(幅6μm、長さ20μm)、拡大流路17(拡大角度135度、最大拡大時流路幅800μm、長さ0.5mm)、粒子回収流路102a(幅75μm、長さ4mm)、粒子回収流路102c(幅140μm、長さ7.5mm)、粒子回収流路102b(幅512μm、長さ3.75mm)とした。また、粒子検出部102aの2つのアパーチャは、どちらも幅1μm、高さ0.4μm、長さ5μmとし、粒子検出部102cの2つのアパーチャは、どちらも幅3μm、高さ1.2μm、長さ5μmとし、粒子検出部102bの2つのアパーチャは、どちらも幅3.5μm、高さ4.0μm、長さ20μmとした。各粒子検出部の形状は図14と同様であり、また式(1)において算出されるk値は、アパーチャ抵抗と、アパーチャから電極が挿入されているアウトレットまでの流路の抵抗比から、3.0とした。   At this time, for each flow path of the microchip 10, the height of the flow path 13 is 4.0 μm except for the particle detection portion 103a and the particle detection portion 103c, and the end portion of the flow path 13 penetrates the upper surface of the substrate 11. The inlet 14a, the outlet 104a, 104a ', 104b, 104b', 104c, 104c 'and 23 (the diameter of each hole is 2 mm) are provided. Further, the flow channel 13 includes a particle introduction flow channel 101 (width 20 μm, length 1.5 mm), a narrow flow channel 16 (width 6 μm, length 20 μm), an enlarged flow channel 17 (enlargement angle 135 °, flow channel width at maximum expansion) 800 μm, length 0.5 mm), particle collection flow channel 102 a (width 75 μm, length 4 mm), particle collection flow channel 102 c (width 140 μm, length 7.5 mm), particle collection flow channel 102 b (width 512 μm, length) It was 3.75 mm). The two apertures of the particle detection unit 102a both have a width of 1 μm, a height of 0.4 μm, and a length of 5 μm, and the two apertures of the particle detection unit 102c each have a width of 3 μm, a height of 1.2 μm, and a length The two apertures of the particle detection unit 102b each have a width of 3.5 μm, a height of 4.0 μm, and a length of 20 μm. The shape of each particle detection unit is the same as in FIG. 14, and the k value calculated in equation (1) is 3 from the resistance ratio of the aperture and the flow path from the aperture to the outlet where the electrode is inserted. .0.

上述のマイクロチップ10を用い、インレット14aへ調製した粒子懸濁液を2.5μL/hourの流量で送液し、インレット14bへ0.05%(v/v)ツイーン20含有の1×PBSを4μL/hourの流量で送液した。続いて、上述の電気検出実施例に基づき3つの各粒子回収流路102へ流入した粒子を1分間検出した。この時の、粒子回収流路102aの粒子検出部103aの電流値変化の測定の様子は図16と同様に0.1μm標準粒子が確認され、粒子回収流路102cの粒子検出部103cの電流値変化の測定の様子は図17と同様に0.5μm標準粒子が確認され、粒子回収流路102bの粒子検出部103bの電流値変化の測定の様子は図18と同様に2.0μm標準粒子が確認された。   Using the microchip 10 described above, send the particle suspension prepared to the inlet 14a at a flow rate of 2.5 μL / hour, and add 1 × PBS containing 0.05% (v / v) Tween 20 to the inlet 14b. The solution was fed at a flow rate of 4 μL / hour. Subsequently, the particles flowing into each of the three particle collection channels 102 were detected for one minute based on the above-described electric detection example. At this time, 0.1 μm standard particles are confirmed as in the measurement of the current value change of the particle detection unit 103a of the particle collection flow channel 102a, and the current value of the particle detection unit 103c of the particle collection flow channel 102c The state of measurement of the change was confirmed to be 0.5 μm standard particles as in FIG. 17, and the state of measurement of the current value change of the particle detection unit 103b of the particle collection channel 102b was 2.0 μm standard particles as in FIG. confirmed.

また、測定結果を1つのヒストグラムへまとめると図23の通りとなり、混合粒子でもピークが分離することを確認した。また、測定結果から得られた0.1μm標準粒子の濃度は、4.41μg/mLであり、0.5μm標準粒子の濃度は、3.66μg/mLであり、2.0μm標準粒子の濃度は、6.08μg/mLであった。また、測定結果から得られた0.1μm標準粒子の平均粒径は、0.112μmであり、0.5μm標準粒子の平均粒径は、0.470μmであり、2.0μm標準粒子の平均粒径は、2.09μmであった。
以上から、本発明を用いて、複数の断面積の異なるアパーチャ、すなわち複数の検出可能粒子径範囲をもつ粒子検出部103を用いて、0.1〜2μmという広範な分布を持つサンプルでも、正確な粒子径測定が可能であることを確認した。
The measurement results are summarized in one histogram, as shown in FIG. 23, and it was confirmed that the peaks were separated even in the mixed particles. The concentration of 0.1 μm standard particles obtained from the measurement results is 4.41 μg / mL, the concentration of 0.5 μm standard particles is 3.66 μg / mL, and the concentration of 2.0 μm standard particles is , 6.08 μg / mL. The average particle size of 0.1 μm standard particles obtained from the measurement results is 0.112 μm, and the average particle size of 0.5 μm standard particles is 0.470 μm, and the average particle size of 2.0 μm standard particles is The diameter was 2.09 μm.
From the above, even with a sample having a wide distribution of 0.1 to 2 μm using the present invention, a plurality of apertures having different cross-sectional areas, that is, a particle detection unit 103 having a plurality of detectable particle diameter ranges, Particle size measurement is possible.

10 マイクロチップ
11 基板
11a 基板
11b 下面
13 流路
14、14a、14b インレット
16 狭窄流路
16a サンプル液側狭窄流路壁面
16b シース液側狭窄流路壁面
17 拡大流路
17a サンプル液側拡大流路壁面
17b シース液側狭拡大路壁面
18a、18b 入口側分岐流路
19 拡大開始点
21 領域
22 ドレイン流路
23 アウトレット
24a、24b 角度
25a、25b 角度
40 スロープ部分
50 粒子
51 粒子の流れる方向
52 アパーチャ形成構造
53 アパーチャ
54、54a、54b 電極
55 導線
56 電気測定器
57 電源
58 導電性溶液
59 電極挿入口
60 中継流路
61 解析部
62 粒子検出流路
100 流体
100P 流体
100N 流体
101 粒子導入流路
102a〜c 粒子回収流路
103a〜c 粒子検出部
104a〜c アウトレット
110 粒子分離流路
110A 分岐部
110B 粒子拡散流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 microchip 11 substrate 11a substrate 11b lower surface 13 flow path 14, 14a, 14b inlet 16 narrowing flow path 16a sample liquid side narrowing flow path wall surface 16b sheath liquid side narrowing flow path wall 17 expanded flow path 17a sample liquid side expanded flow path wall surface 17b Sheath fluid side narrow expansion channel wall surface 18a, 18b Inlet side branch channel 19 Expansion start point 21 area 22 drain channel 23 outlet 24a, 24b Angle 25a, 25b Angle 40 Slope portion 50 Particle 51 Particle flow direction 52 Aperture formation structure 53 aperture 54, 54a, 54b electrode 55 lead 56 electric measuring instrument 57 power source 58 conductive solution 59 electrode insertion port 60 relay flow path 61 analysis unit 62 particle detection flow path 100 fluid 100 P fluid 100 N fluid 101 particle introduction flow path 102 ac Particle recovery flow 103a~c particle detector 104a~c outlet 110 particles separation channel 110A bifurcation 110B particle diffusion channel

Claims (10)

粒子がその粒子径に応じて流体の流れに対して垂直方向へ分離される粒子分離流路と、前記粒子分離流路に分岐して接続された2以上の粒子回収流路とを含む粒子検出装置であって、前記粒子回収流路がアパーチャと電気検出器とを含む粒子検出部を備えることを特徴とする、前記粒子検出装置。   Particle detection including a particle separation channel in which particles are separated in a direction perpendicular to a fluid flow according to the particle diameter, and two or more particle collection channels branched and connected to the particle separation channel The particle detection device according to claim 1, wherein the particle collection flow path includes a particle detection unit including an aperture and an electric detector. 各粒子回収流路にある粒子検出部のアパーチャで検出できる粒子径範囲が互いに異なることを特徴とする、請求項1に記載の粒子検出装置。   The particle detection device according to claim 1, wherein the particle diameter ranges detectable by the apertures of the particle detection units in the respective particle collection flow paths are different from each other. 各粒子回収流路にある粒子検出部のアパーチャで検出できる粒子径範囲の一部が、互いに重複していることを特徴とする、請求項1又は2に記載の粒子検出装置。   The particle detection device according to claim 1 or 2, wherein a part of the particle size ranges detectable by the aperture of the particle detection part in each particle collection channel overlap each other. 前記粒子回収流路の、本数、分岐部の形状、幅、高さ、長さのうち少なくとも1つのパラメーターが調整され、ある一定以上の大きさの粒子が混入しない流路構造であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の粒子検出装置。   At least one parameter of the number, shape, width, height, and length of the branch portion of the particle collection channel is adjusted, and it is a channel structure in which particles of a certain size or more are not mixed. The particle detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein 前記粒子分離流路に粒子拡散流路又はピンチドフローフラクショネーションの原理を利用した流路を形成することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の粒子検出装置。   The particle detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the particle separation flow channel or a flow channel using a principle of pinched flow fractionation is formed in the particle separation flow channel. 流体中に含まれる粒子を検出する方法であって、
粒子をその粒子径に応じて流体の流れに対して垂直方向へ分離し、
分離された粒子を2以上の流路に分断し、
前記流路に設置されたアパーチャを挟んで配置された電極を含む電気検出器で前記粒子を検出することを
特徴とする、前記方法。
A method of detecting particles contained in a fluid, comprising:
The particles are separated in the direction perpendicular to the fluid flow according to their particle size,
Divide the separated particles into two or more channels,
Detecting the particles with an electrical detector comprising an electrode arranged across an aperture located in the flow path.
前記電気検出器の検出できる粒子径範囲が設置している流路によって異なることを特徴とする、請求項6に記載の方法。   The method according to claim 6, characterized in that the detectable particle size range of the electrical detector is different depending on the installed flow path. 前記電気検出器の検出できる粒子径範囲の一部が設置している流路によって互いに重複していることを特徴とする、請求項6又は7に記載の方法。   Method according to claim 6 or 7, characterized in that parts of the detectable particle size range of the electrical detector overlap each other by means of the installed flow channels. 前記流路の本数、分岐部の形状、幅、高さ、長さのうち少なくとも1つのパラメーターが調整され、ある一定以上の大きさの粒子が混入しない流路構造とすることで、粒子を2以上の流路に分断することを特徴とする、請求項6〜8のいずれか一項に記載の方法。   At least one parameter of the number of flow channels, the shape, width, height, and length of the bifurcations is adjusted, and particles are made to have a flow channel structure in which particles of a certain size or more do not mix. The method according to any one of claims 6 to 8, wherein the flow path is divided into the above channels. 前記分離工程が、ピンチドフローフラクショネーションの原理を利用して、粒子を分離することを特徴とする、請求項6〜9のいずれか一項に記載の方法。   10. A method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the separating step separates particles using the principle of pinched flow fractionation.
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