JP2022000611A - 粒子ソーター、粒子分取方法およびマイクロ流路カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】標的粒子を十分な純度で分取するのに要する時間を短縮することを可能とする。【解決手段】この粒子ソーター２００は、検出領域１１、および、分取領域１２を有する第１流路１０と、標的粒子含有試料８１を第１流路１０の検出領域１１よりも上流に返送するための第２流路２０と、が形成されたマイクロ流路カートリッジ１００と、マイクロ流路カートリッジ１００の設置部１１０と、送液部１２０と、検出領域１１を通過する標的粒子９１に対応する信号を出力する検出部１３０と、検出部１３０からの信号に基づき、分取領域１２において、標的粒子含有試料８１の分取動作を行う分取機構部１４０と、分取された標的粒子含有試料８１を、第２流路２０を介して第１流路１０の検出領域１１よりも上流に返送するように送液部１２０を制御し、返送された標的粒子含有試料８１に対して分取動作を行うように、分取機構部１４０を制御する制御部１５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、試料中から標的粒子を分取するための粒子ソーター、粒子分取方法およびマイクロ流路カートリッジに関する。

特許文献１には、図３６に示すように、サンプルリザーバー９０１、廃液リザーバー９０２、シース液リザーバー９０３、ソーティング液リザーバー９０４、回収リザーバー９０５、主流路９０６、シース流路９０７およびソーティング流路９０８が形成された交換型流路カートリッジ９００が開示されている。試料がサンプルリザーバー９０１から主流路９０６に流れる。シース液がシース液リザーバー９０３からシース流路９０７を通じて主流路９０６に合流する。主流路９０６を流れる特定の粒子が検出領域９０９で検出される。ソーティング対象粒子と判定された粒子が主流路９０６とソーティング流路９０８との交差点を通過するタイミングにあわせて、パルス的な空気圧によりソーティング液リザーバー９０４から回収リザーバー９０５へ向かうソーティングパルス流を発生させることで、目的の粒子が分取される。

再公表特許第２０１６／１８２０３４号

上記特許文献１では、サンプルリザーバー９０１に貯留された試料が廃液リザーバー９０２へ送液されるとき、検出領域９０９で検出されたソーティング対象粒子を回収リザーバー９０５に分取する。サンプルリザーバー９０１に貯留された全ての試料が廃液リザーバー９０２へ送液されると分取処理を終了する。しかし、分取処理による標的粒子の純度（分取後の試料における総粒子に対する標的粒子の割合）と、スループット（単位時間当たりの処理粒子数）とが、トレードオフの関係にあるため、標的粒子を十分な純度で分取するためには、試料の流速を遅くする必要があり、長時間を要する。特に、存在率の極めて小さい標的粒子を、他の大多数の非標的粒子を含む試料から分取するような場合、合理的な時間内に標的粒子を十分な純度で分取することが困難である。

この発明は、標的粒子を十分な純度で分取するのに要する時間を短縮することを可能とする、粒子ソーター、粒子分取方法およびマイクロ流路カートリッジを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明による粒子ソーター（２００）は、図１に示すように、試料に含まれる標的粒子（９１）を検出するための検出領域（１１）、および、検出された標的粒子（９１）を含む標的粒子含有試料（８１）を分取するための分岐した分取領域（１２）を有する第１流路（１０）と、標的粒子含有試料（８１）を第１流路（１０）の検出領域（１１）よりも上流に返送するための第２流路（２０）と、が形成されたマイクロ流路カートリッジ（１００）と、マイクロ流路カートリッジ（１００）が設置される設置部（１１０）と、マイクロ流路カートリッジ（１００）内の液体を送液する送液部（１２０）と、検出領域（１１）を通過する標的粒子（９１）に対応する信号を出力する検出部（１３０）と、検出部（１３０）からの信号に基づき、分取領域（１２）において、標的粒子含有試料（８１）を分取するための分取動作を行う分取機構部（１４０）と、分取機構部（１４０）により分取された標的粒子含有試料（８１）を、第２流路（２０）を介して第１流路（１０）の検出領域（１１）よりも上流に返送するように送液部（１２０）を制御し、返送された標的粒子含有試料（８１）に対して分取動作を行うように、分取機構部（１４０）を制御する制御部（１５０）と、を備える。

第１の発明による粒子ソーター（２００）は、上記のように、分取機構部（１４０）により分取された標的粒子含有試料（８１）を、第２流路（２０）を介して第１流路（１０）の検出領域（１１）よりも上流に返送するように送液部（１２０）を制御し、返送された標的粒子含有試料（８１）に対して分取動作を行うように、分取機構部（１４０）を制御する制御部（１５０）を備える。これにより、マイクロ流路カートリッジ（１００）に形成された第２流路（２０）を用いて試料を返送することにより、マイクロ流路カートリッジ（１００）の内部で複数回の分取動作を繰り返し行える。ここで、分取動作によって得られた標的粒子含有試料（８１）には、分取領域（１２）において標的粒子（９１）の近くを流れる標的粒子（９１）以外の粒子も含まれる。そのため、複数回の分取動作を行うことにより、1回のみの分取処理を行う場合と比較して大きい速度で試料を流したとしても、高い純度で標的粒子（９１）を分取することができる。その結果、分取処理全体で、標的粒子（９１）を十分な純度で分取するのに要する時間を短縮することができる。

第２の発明による粒子分取方法は、図２に示すように、試料に含まれる標的粒子（９１）を検出するための検出領域（１１）および検出された標的粒子（９１）を分取するための分岐した分取領域（１２）を有する第１流路（１０）と、分取された標的粒子（９１）を含む標的粒子含有試料（８１）を第１流路（１０）の検出領域（１１）よりも上流に返送するための第２流路（２０）と、が形成されたマイクロ流路カートリッジ（１００）を用いて標的粒子（９１）を分取する方法であって、試料をマイクロ流路カートリッジ（１００）の第１流路（１０）へ送液し、検出領域（１１）を通過する標的粒子（９１）に対応する信号に基づいて、分取動作を行うことにより試料から標的粒子含有試料（８１）を分取する第１分取工程（Ｓ１）と、第１分取工程（Ｓ１）により分取された標的粒子含有試料（８１）を第２流路（２０）を介して第１流路（１０）へ返送する返送工程（Ｓ２）と、返送された標的粒子含有試料（８１）を第１流路（１０）の検出領域（１１）および分取領域（１２）へ送液し、検出領域（１１）を通過する標的粒子（９１）に対応する信号に基づいて、分取動作を行う第２分取工程（Ｓ３）と、を備える。

この第２の発明による粒子分取方法は、上記の返送工程（Ｓ２）を行うことにより、第１分取工程（Ｓ１）と第２分取工程（Ｓ３）との複数回の分取工程を繰り返し行える。複数回の分取工程を行うことにより、1回のみの分取処理を行う場合と比較して大きい速度で試料を流したとしても、高い純度で標的粒子（９１）を分取することができる。そのため、上記第１の発明と同様に、標的粒子（９１）を十分な純度で分取するのに要する時間を短縮することができる。

第３の発明によるマイクロ流路カートリッジ（１００）は、図１に示すように、標的粒子（９１）を含む試料を流す流路（ＭＣ）が形成された流路形成体（４０）を備え、流路（ＭＣ）は、試料に含まれる標的粒子（９１）を検出するための検出領域（１１）および検出された標的粒子（９１）を分取するための分岐した分取領域（１２）を有する第１流路（１０）と、分取された標的粒子（９１）を含む標的粒子含有試料（８１）を第１流路（１０）の検出領域（１１）よりも上流に返送するための第２流路（２０）と、を含む。

この第３の発明によるマイクロ流路カートリッジ（１００）は、上記のように、流路（ＭＣ）が、分取された標的粒子（９１）を含む標的粒子含有試料（８１）を第１流路（１０）の検出領域（１１）よりも上流に返送するための第２流路（２０）を含む。これにより、上記第１の発明と同様に、第２流路（２０）を用いて、複数回の分取動作を繰り返し行える。複数回の分取動作を行うことにより、1回のみの分取処理を行う場合と比較して大きい速度で試料を流したとしても、高い純度で標的粒子（９１）を分取することができる。その結果、標的粒子（９１）を十分な純度で分取するのに要する時間を短縮することができる。

本発明によれば、標的粒子を十分な純度で分取するのに要する時間を短縮することを可能とする、粒子ソーター、粒子分取方法およびマイクロ流路カートリッジを提供することができる。

マイクロ流路カートリッジおよび粒子ソーターの概要を説明するための図である。 粒子分取方法を示したフロー図である。 マイクロ流路カートリッジの構造例を示した斜視図である。 第２流路からサンプルチャンバへ標的粒子含有試料を返送する例を示した模式図である。 リザーバを備えるマイクロ流路カートリッジの構造例を示した斜視図である。 図５の模式的な平面図である。 リザーバを介した標的粒子含有試料の返送を説明する模式図である。 希釈工程を備える粒子分取方法の例を示したフロー図である。 希釈工程の第１の例を説明するための模式図である。 希釈工程の第２の例を説明するための模式図である。 第３流路を備えたマイクロ流路カートリッジを示した模式的な平面図である。 流路形成体の構造を示した模式的な縦断面図である。 流路形成体の基板およびシートを示した斜視図である。 シートの押圧により流路を開閉する例を示した模式図である。 分取機構部を説明するための模式図である。 変位拡大型の圧電アクチュエータによる流路開閉部を示した模式図である。 図１６の流路開閉部の斜視図である。 変位拡大型の圧電アクチュエータの他の例を示した模式図である。 図１６の変位拡大型の圧電アクチュエータの変形例を示した模式図である。 図１８の変位拡大型の圧電アクチュエータの変形例を示した模式図である。 変位拡大型の圧電アクチュエータの他の構成例を示した模式図である。 図２１とは異なる変位拡大型の圧電アクチュエータの構成例を示した模式図である。 設置部および分取機構部の具体的な構成例を示した斜視図である。 図２３の設置部および分取機構部の分解斜視図および平面図である。 分取機構部による開閉位置および送液制御バルブによる切替位置を説明するための流路の模式図である。 粒子ソーターの具体的構成例を説明するためのブロック図である。 検出部の出力信号を説明するためのグラフである。 制御部による分取機構部の分取動作制御を説明するための図（Ａ）および（Ｂ）である。 粒子ソーターの動作の流れを説明するための流路の模式図（Ａ）〜（Ｃ）である。 粒子ソーターの動作の流れを説明するための流路の模式図（Ｄ）〜（Ｆ）である。 第１分取工程を説明するためのフロー図（Ａ）および第２分取工程を説明するためのフロー図（Ｂ）である。 実施例による分取処理の結果を説明するための図である。 比較例１による分取処理の結果を説明するための図である。 実施例と比較例１との分取処理のスループットを比較したグラフである。 実施例および比較例３におけるスループットと純度との関係を示したグラフである。 従来技術を示す図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

［粒子ソーターの概要］
図１を参照して、本実施形態による粒子ソーターの概要について説明する。

図１に示すように、粒子ソーター２００は、マイクロ流路カートリッジ１００を用いて、マイクロ流路カートリッジ１００の流路ＭＣ内を流れる試料８０中の標的粒子９１を分取する処理を行う装置である。

分取とは、試料液から目的の物質を分離することを意味する。試料８０は、多数の粒子を含む液体である。試料８０は、標的粒子９１と、標的粒子９１以外の非標的粒子９２とを含む。

粒子は、小さい物体の総称であり、構成材料や構造は問わない。本明細書において、粒子は、細胞、高分子、無機材料または有機材料の粒状物質を含む広い概念である。標的粒子９１の例としては、（１）細胞、（２）エクソソームなどの顆粒、または、（３）所定の成分が封入された液滴、でありうる。細胞としては、たとえば、希少細胞（循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）、希少循環細胞（ＣＲＣ）、内皮がん細胞（Ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ ｃａｎｃｅｒ ｃｅｌｌ）など）、一次Ｂ細胞（ｐｒｉｍａｒｙ Ｂ ｃｅｌｌ）、抗体産生ハイブリドーマ、生殖細胞（精子、卵子、胚）、細胞間相互作用（Ｃｅｌｌ−Ｃｅｌｌ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）における各単体細胞、などである。液滴に含まれる所定の成分としては、たとえば、薬剤分子、ウイルス、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡなど）、タンパク質（抗体、バイオマーカー、酵素）、などである。

粒子ソーター２００は、流路ＭＣを流れる試料８０中から標的粒子９１を含んだ標的粒子含有試料８１を分離して回収する処理を行う。なお、本明細書で言う「分取」は、回収されたサンプルに標的粒子９１のみが含まれることを意味するものではない。粒子ソーター２００による分取処理は、サンプル中の総粒子数に対する標的粒子数の割合（純度）を増大させることである。標的粒子含有試料８１における標的粒子９１の純度が、分取前の試料８０における標的粒子９１の純度よりも上昇する。したがって、回収された標的粒子含有試料８１は、最初にマイクロ流路カートリッジ１００に導入された試料８０のうち、大部分の標的粒子９１を含み、一部の非標的粒子９２を含む。ただし、回収される標的粒子含有試料８１における標的粒子９１の数は、必ずしも非標的粒子９２の数よりも多いとは限らない。たとえば、標的粒子９１が、試料８０における存在率が極めて小さい希少粒子である場合、回収されるサンプルにおける標的粒子９１の数は、標的粒子９１とともに回収サンプルに混入した非標的粒子９２の数よりも少なくてもよい。

（粒子ソーターの構造）
粒子ソーター２００は、設置部１１０と、送液部１２０と、検出部１３０と、分取機構部１４０と、制御部１５０と、を備える。

設置部１１０は、マイクロ流路カートリッジ１００の設置場所を提供する。設置部１１０は、マイクロ流路カートリッジ１００の一部と接触して、マイクロ流路カートリッジ１００を保持する。設置部１１０は、たとえばマイクロ流路カートリッジ１００の下面を支持する。

本実施形態では、設置部１１０に設置されるマイクロ流路カートリッジ１００は、試料に含まれる標的粒子９１を検出するための検出領域１１、および、検出された標的粒子９１を含む標的粒子含有試料８１を分取するための分岐した分取領域１２を有する第１流路１０と、標的粒子含有試料８１を第１流路１０の検出領域１１よりも上流に返送するための第２流路２０と、が形成されたカートリッジである。第１流路１０において、上流側から、検出領域１１および分取領域１２が順番に配置されている。

送液部１２０は、マイクロ流路カートリッジ１００内の液体を送液するように構成されている。送液部１２０は、マイクロ流路カートリッジ１００内の試料８０を第１流路１０の上流から下流に向けて送液できる。送液部１２０は、分取領域１２を通過して分取された標的粒子含有試料８１を、第２流路２０の上流から下流に向けて送液できる。第２流路２０を通じた送液により、標的粒子含有試料８１が、第１流路１０に返送される。送液部１２０は、第１流路１０に返送した標的粒子含有試料８１を、第１流路１０の上流から下流に向けて送液できる。

送液部１２０は、たとえば、圧力により、マイクロ流路カートリッジ１００内の送液を行う。送液部１２０は、たとえば流路ＭＣの上流側に陽圧を付与することによって液体を加圧送液する。送液部１２０は、たとえば流路ＭＣの下流側に陰圧を付与することによって、液体を吸引する形態で送液してもよい。送液部１２０は、たとえば、ポンプおよびバルブを備える。

検出部１３０は、検出領域１１を通過する標的粒子９１に対応する信号を出力するように構成されている。つまり、送液部１２０によって第１流路１０の上流から下流に向けて流される試料８０中の標的粒子９１が、検出領域１１を通過するときに検出部１３０によって検出される。検出部１３０は、標的粒子９１の存在を反映した信号を制御部１５０に出力する。

検出部１３０による標的粒子９１の検出方法は、特に限定されない。検出のため、標的粒子９１は、標識されていてもよい。たとえば標的粒子９１に特異的に結合する標識抗体により、標的粒子９１が標識されうる。標識の方法は、公知の標識方法のうちから、検出方法に応じた方法が選択される。検出は、たとえば、蛍光検出、磁気検出、画像検出、電気検出などの手法が採用できる。蛍光検出では、検出部１３０は、蛍光標識から生じる蛍光を光検出器により検出することによって、標的粒子９１を検出する。磁気検出では、検出部１３０は、磁性粒子により標識した標的粒子９１を磁気検出器により検出する。画像検出では、検出部１３０は、検出領域１１を通過する標的粒子９１をイメージセンサにより撮影し、画像認識により標的粒子９１を検出する。電気検出では、検出部１３０は、検出領域１１に設けた電極間を標的粒子９１が通過することによる電気抵抗変化やインピーダンス変化に基づいて標的粒子９１を検出する。

分取機構部１４０は、検出部１３０からの信号に基づき、分取領域１２において、標的粒子含有試料８１を分取するための分取動作を行うように構成されている。分取領域１２で、第１流路１０は、分岐している。分岐数は少なくとも２である。図１の例では、分取領域１２は、第１誘導路１２ａと第２誘導路１２ｂとの２つに分岐している。分取機構部１４０は、検出領域１１において検出部１３０によって検出された標的粒子９１を、分取領域１２の特定の１つの流路（第１誘導路１２ａ）に流入させる。試料８０に含まれる標的粒子９１が次々と分取領域１２に到達すると、分取機構部１４０は、それらの標的粒子９１を同じ第１誘導路１２ａに流入させる。一方、分取機構部１４０は、非標的粒子９２を、標的粒子９１とは異なる流路（第２誘導路１２ｂ）に流入させる。これにより、分取領域１２において標的粒子含有試料８１が分取される。

分取機構部１４０による標的粒子９１の分取方法は、特に限定されない。分取機構部１４０は、分取のため、第１流路１０における標的粒子９１自体、または標的粒子９１を含んだ微小容積の試料８０に、何らかの外力を付与しうる。分取方法は、たとえば、レーザー方式、圧力方式、電気方式、磁気方式、音響波方式、流路切り替え方式、などの方式が採用できる。

レーザー方式では、分取機構部１４０は、分取領域１２を流れる試料８０にレーザー光を照射し、微小な気泡を発生させ圧力変化を引き起こすことによって、標的粒子９１を第１誘導路１２ａへ押し出す。圧力方式では、分取機構部１４０は、分取領域１２を横切る方向に圧力を印加することによって、標的粒子９１を第１誘導路１２ａへ送る。圧力は、マイクロ流路カートリッジ１００の外部から、またはマイクロ流路カートリッジ１００の内部に設けたアクチュエータを介して、印加される。電気方式では、分取機構部１４０は、標的粒子９１を帯電させ、誘電泳動の原理によって標的粒子９１を第１誘導路１２ａへ送る。磁気方式では、分取機構部１４０は、磁性粒子に結合させた標的粒子９１に磁力を作用させることによって、標的粒子９１を第１誘導路１２ａへ送る。音響波方式では、分取機構部１４０は、トランスデューサーにより分取領域１２に音響波を付与し、流路ＭＣ中に圧力勾配を形成することによって、標的粒子９１を第１誘導路１２ａへ送る。流路切り替え方式では、分取機構部１４０は、マイクロ流路カートリッジ１００内に設けたバルブ構造を駆動するか、または外部から第１誘導路１２ａおよび第２誘導路１２ｂを開閉することにより、標的粒子９１を第１誘導路１２ａへ送り、非標的粒子９２を第２誘導路１２ｂへ送る。

制御部１５０は、送液部１２０、検出部１３０および分取機構部１４０を制御するように構成されている。制御部１５０は、送液部１２０による送液の開始、停止、バルブの開閉などの制御を行う。制御部１５０は、検出部１３０を制御するとともに、検出部１３０からの信号を取得する。制御部１５０は、標的粒子９１に対応する信号に基づいて、分取機構部１４０による分取動作を制御する。制御部１５０は、コンピュータにより構成され、１つ以上のプロセッサと、揮発性メモリおよび不揮発性メモリを含む記憶部と、を備える。

分取動作において、非標的粒子９２を混入させることなく標的粒子９１だけを取り出すことは困難である。そのため、標的粒子含有試料８１には、分取された標的粒子９１と、標的粒子９１に混じって分取された非標的粒子９２とが含まれる。

制御部１５０は、分取機構部１４０により分取された標的粒子含有試料８１を、第２流路２０を介して第１流路１０の検出領域１１よりも上流に返送するように送液部１２０を制御し、返送された標的粒子含有試料８１に対して分取動作を行うように、分取機構部１４０を制御する。つまり、本実施形態では、試料８０に対して１回目の分取動作を行い、その結果分取された標的粒子含有試料８１に対して、２回目の分取動作を行う。分取動作は、３回以上行われてもよい。分取動作の繰り返しにより、非標的粒子９２の割合が減少し、標的粒子９１の純度が増大する。

（粒子ソーターの効果）
本実施形態の粒子ソーター２００は、上記のように、分取機構部１４０により分取された標的粒子含有試料８１を、第２流路２０を介して第１流路１０の検出領域１１よりも上流に返送するように送液部１２０を制御し、返送された標的粒子含有試料８１に対して分取動作を行うように、分取機構部１４０を制御する制御部１５０を備える。これにより、マイクロ流路カートリッジ１００に形成された第２流路２０を用いて試料を返送することにより、マイクロ流路カートリッジ１００の内部で複数回の分取動作を繰り返し行える。ここで、分取動作によって得られた標的粒子含有試料８１には、分取領域１２において標的粒子９１の近くを流れる標的粒子９１以外の粒子も含まれる。そのため、複数回の分取動作を行うことにより、1回のみの分取処理を行う場合と比較して大きい速度で試料を流したとしても、高い純度で標的粒子９１を分取することができる。その結果、分取処理全体で標的粒子９１を十分な純度で分取するのに要する時間を短縮することができる。

［粒子分取方法の概要］
次に、本実施形態による粒子分取方法の概要について説明する。本実施形態の粒子分取方法は、試料に含まれる標的粒子９１を検出するための検出領域１１および検出された標的粒子９１を分取するための分岐した分取領域１２を有する第１流路１０と、分取された標的粒子９１を含む標的粒子含有試料８１を第１流路１０の検出領域１１よりも上流に返送するための第２流路２０と、が形成されたマイクロ流路カートリッジ１００を用いて標的粒子９１を分取する方法である。また、上記した粒子ソーター２００は、制御部１５０が送液部１２０、検出部１３０および分取機構部１４０を制御することによって、本実施形態による粒子分取方法を実施する装置である。

図２に示すように、粒子分取方法は、少なくとも、第１分取工程Ｓ１と、返送工程Ｓ２と、第２分取工程Ｓ３と、を備える。

第１分取工程Ｓ１は、試料８０をマイクロ流路カートリッジ１００の第１流路１０へ送液し、検出領域１１を通過する標的粒子９１に対応する信号に基づいて、分取動作を行うことにより試料８０から標的粒子含有試料８１を分取することを含む。図１の構成例の場合、制御部１５０が送液部１２０を制御して、試料８０を第１流路１０の上流から下流に向けて送液させる。検出部１３０は、検出領域１１に到達した標的粒子９１に対応する信号を出力する。制御部１５０は、検出部１３０からの信号に基づいて、分取領域１２に到達した標的粒子含有試料８１を第１誘導路１２ａへ送るように、分取機構部１４０を制御する。制御部１５０は、分取領域１２に到達した標的粒子９１を含まない試料を、第２誘導路１２ｂへ送るように分取機構部１４０を制御する。

返送工程Ｓ２は、第１分取工程により分取された標的粒子含有試料８１を第２流路２０を介して第１流路１０へ返送することを含む。図１の構成例の場合、第１分取工程Ｓ１の後、制御部１５０が送液部１２０を制御して、第１誘導路１２ａへ送られた標的粒子含有試料８１を、第２流路２０の上流から下流に向けて送液させる。これにより、標的粒子含有試料８１が第１流路１０の検出領域１１よりも上流に戻される。

第２分取工程Ｓ３は、返送された標的粒子含有試料８１を第１流路１０の検出領域１１および分取領域１２へ送液し、検出領域１１を通過する標的粒子９１に対応する信号に基づいて、分取動作を行うことを含む。図１の構成例の場合、返送工程Ｓ２の後、制御部１５０が送液部１２０を制御して、標的粒子含有試料８１を第１流路１０の上流から下流に向けて送液させる。検出部１３０は、検出領域１１に到達した標的粒子９１に対応する信号を出力する。制御部１５０は、検出部１３０からの信号に基づいて、分取領域１２に到達した標的粒子含有試料８１を再度第１誘導路１２ａへ送るように、分取機構部１４０を制御する。制御部１５０は、分取領域１２に到達した標的粒子９１を含まない試料を、第２誘導路１２ｂへ送るように分取機構部１４０を制御する。返送工程Ｓ２および第２分取工程Ｓ３をさらに繰り返してもよい。

本実施形態による粒子分取方法は、上記の返送工程Ｓ２を行うことにより、第１分取工程Ｓ１と第２分取工程Ｓ３との複数回の分取工程を繰り返し行える。複数回の分取工程を行うことにより、1回のみの分取処理を行う場合と比較して大きい速度で試料を流したとしても、高い純度で標的粒子９１を分取することができる。そのため、標的粒子９１を十分な純度で分取するのに要する時間を短縮することができる。

［マイクロ流路カートリッジの概要］
図１を参照して、本実施形態によるマイクロ流路カートリッジの概要について説明する。

マイクロ流路カートリッジ１００は、流路ＭＣを備える。流路ＭＣは、流体が流通可能な管状要素である。マイクロ流路カートリッジ１００は、流路ＭＣ内で複数種類の粒子を含む試料８０中から標的粒子９１を分取することができる。

マイクロ流路カートリッジ１００は、標的粒子９１を含む試料を流す流路ＭＣが形成された流路形成体４０を備えている。流路形成体４０が、粒子ソーター２００の設置部１１０に設置される。

流路形成体４０の材料としては、たとえば、ガラス、シリコン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、環状オレフィン樹脂（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または金属などが採用されうる。

本実施形態では、流路ＭＣは、第１流路１０と、第２流路２０と、を含む。

第１流路１０は、試料に含まれる標的粒子９１を検出するための検出領域１１および検出された標的粒子９１を分取するための分岐した分取領域１２を有する。

検出領域１１は、第１流路１０の一部分であり、第１流路１０の上流端と下流端との間にある。検出領域１１は、分取領域１２よりも上流に配置されている。検出領域１１は、粒子ソーター２００の検出部１３０によって外部から標的粒子９１を検出可能に構成されている。たとえば光学的検出を行う場合、検出領域１１は、透光性を有し外部から流路ＭＣ内の標的粒子９１を光学的に検出できる。

分取領域１２は、第１流路１０の一部分であり、第１流路１０の上流端と下流端との間にある。分取領域１２は、検出領域１１よりも下流に配置されている。分取領域１２は、上流側で検出領域１１と接続している。分取領域１２の下流側は、少なくとも２つの流路に分岐している。図１では、分取領域１２は、それぞれ下流側に延びる第１誘導路１２ａと第２誘導路１２ｂとを含む。第１誘導路１２ａと第２誘導路１２ｂとは、上流端で互いに接続され、分岐路を形成している。第１誘導路１２ａは、直接、または間接的に、第２流路２０に連通している。第１誘導路１２ａは、標的粒子含有試料８１が流れる流路である。第２誘導路１２ｂは、第２流路２０とは非接続である。第２誘導路１２ｂは、非標的粒子９２が流れる流路である。

第２流路２０は、分取された標的粒子９１を含む標的粒子含有試料８１を第１流路１０の検出領域１１よりも上流に返送するために設けられている。第２流路２０における送液方向（図１の右から左）は、第１流路１０における送液方向（図１の左から右）とは反対である。第２流路２０の上流端に、分取された標的粒子９１を含む標的粒子含有試料８１が送られる。第２流路２０の上流側は、直接、または間接的に、第１誘導路１２ａと連通している。第２流路２０の下流側は、直接、または間接的に、第１流路１０に接続している。

第２流路２０から第１流路１０への標的粒子含有試料８１の返送位置は、少なくとも、検出領域１１より上流である。これにより、第１流路１０に返送された標的粒子含有試料８１を再度第１流路１０の下流へ向けて流すことにより、検出領域１１での標的粒子９１の検出と、検出部１３０からの信号に基づく分取領域１２での分取動作と、が実行される。

第１流路１０の上流から下流への送液、および第２流路２０の上流から下流への送液を行うため、マイクロ流路カートリッジ１００には、流路ＭＣを開閉するバルブ構造が設けられていてもよい。バルブ構造は、たとえば第１誘導路１２ａ、第２誘導路１２ｂおよび第２流路２０に１つずつ設けられる。バルブ構造は、流路ＭＣを開閉（すなわち、連通および遮断）するオンオフバルブでもよいし、下流から上流へ向かう流れ（逆流）を防止する逆止弁でもよい。また、後述するように、マイクロ流路カートリッジ１００の流路ＭＣの部分に外部から押圧力を作用させ、押圧箇所を変形させることにより流路ＭＣの開閉が行われてもよい。このため、マイクロ流路カートリッジ１００にはバルブ構造が設けられなくてもよい。

本実施形態によるマイクロ流路カートリッジ１００は、上記のように、流路ＭＣが、分取された標的粒子９１を含む標的粒子含有試料８１を第１流路１０の検出領域１１よりも上流に返送するための第２流路２０を含む。これにより、第２流路２０を用いて、複数回の分取動作を繰り返し行える。複数回の分取動作を行うことにより、1回のみの分取処理を行う場合と比較して大きい速度で試料を流したとしても、高い純度で標的粒子９１を分取することができる。その結果、標的粒子９１を十分な純度で分取するのに要する時間を短縮することができる。

（マイクロ流路カートリッジの構造例）
次に、マイクロ流路カートリッジ１００の構造について例示する。マイクロ流路カートリッジ１００は、試料８０や標的粒子含有試料８１などの液体を収容するための液体収容部を備えていてもよい。液体収容部は、たとえばチャンバ、リザーバ、ウェルなどでありうる。

図３に示す例では、流路形成体４０が平板形状を有し、平板形状の流路形成体４０の主表面から立ち上がるように、筒状のチャンバが設けられている。

図３に示すように、流路形成体４０には、第１流路１０の分取領域１２において分取された標的粒子含有試料８１を回収する回収チャンバ５１が形成されている。回収チャンバ５１は、分岐した分取領域１２の一方である第１誘導路１２ａの下流端に接続している。第１誘導路１２ａへ送られた標的粒子含有試料８１は、回収チャンバ５１に収容される。これにより、分取された標的粒子含有試料８１を外部に排出することなく、回収チャンバ５１に収容させた上で、第２流路２０に送液できる。標的粒子含有試料８１を外部に取り出すことなく返送できるので、複数回の分取動作を行ってもコンタミネーションのおそれなく分取処理を行える。

図３の例では、第２流路２０は、上流端が回収チャンバ５１と連通している。これにより、回収チャンバ５１から標的粒子含有試料８１を直接、第２流路２０に送液できる。たとえば第２流路２０に全ての標的粒子含有試料８１を収容可能にする場合と比べて、標的粒子含有試料８１の送液経路が不必要に長くなることがないので、送液経路に標的粒子９１が残留することを抑制できる。

図３の例では、マイクロ流路カートリッジ１００には、第１流路１０に送液される試料８０を貯留するサンプルチャンバ５２が形成されている。これにより、送液部１２０から試料８０を供給するのではなく、サンプルチャンバ５２に予め注入され貯留された試料８０が、送液部１２０によって第１流路１０内へ送液される。第２流路２０の下流端が、サンプルチャンバ５２に連通している。

この場合、図４に示すように、制御部１５０は、サンプルチャンバ５２から第１流路１０送液された試料８０（図３参照）から標的粒子含有試料８１を分取し、分取した標的粒子含有試料８１を第２流路２０およびサンプルチャンバ５２を介して第１流路１０へ返送するように、送液部１２０を制御する。これにより、元の試料８０を収容していたサンプルチャンバ５２に、分取された標的粒子含有試料８１を収容できる。つまり、１回目の分取動作における元の試料８０の送液と、２回目以降の分取動作における標的粒子含有試料８１の送液とを、同一の構成によって行える。そのため、元の試料８０と標的粒子含有試料８１とを別々のチャンバに収容する場合と比較して、粒子ソーター２００の構造および制御を簡素化できる。

図３および図４の例では、マイクロ流路カートリッジ１００には、分取領域１２において標的粒子含有試料８１として分取されなかった試料８２を貯留する廃棄チャンバ５５が形成されている。廃棄チャンバ５５は、分岐した分取領域１２の他方である第２誘導路１２ｂの下流端に接続している。第２誘導路１２ｂへ送られた試料８０は、廃棄チャンバ５５に収容される。これにより、分取されなかった試料８２を外部に排出することなく、分取動作を複数回繰り返し行える。特に、サンプルチャンバ５２、回収チャンバ５１および廃棄チャンバ５５を設けたマイクロ流路カートリッジ１００をディスポーザブル（使い捨て）とする場合、粒子ソーター２００が試料と接触することなく、試料８０の注入から、複数回のソーティング、廃棄までの一連の作業をマイクロ流路カートリッジ１００内で完結できる。

図５および図６に示す例では、流路形成体４０には、第１流路１０に送液する試料を貯留するサンプルチャンバ５２と、第２流路２０（図６参照）の下流端と連通するリザーバ５３と、リザーバ５３と、第１流路１０の検出領域１１よりも上流とをつなぐ接続流路５３ａと、が形成されている。リザーバ５３は、サンプルチャンバ５２とは別個に設けられている。

この場合、制御部１５０は、サンプルチャンバ５２から第１流路１０に送液された試料８０（図６参照）から標的粒子含有試料８１を分取するように分取機構部１４０（図１参照）を制御し、図７に示すように、分取した標的粒子含有試料８１を第２流路２０、リザーバ５３、および接続流路５３ａを介して第１流路１０へ返送するよう、送液部１２０を制御する。すなわち、第１分取工程では、サンプルチャンバ５２から試料８０が第１流路１０に送液される。分取された標的粒子含有試料８１は、回収チャンバ５１および第２流路２０を介してリザーバ５３に収容される。第２分取工程では、標的粒子含有試料８１が、リザーバ５３から接続流路５３ａを介して第１流路１０に送液される。

これにより、サンプルチャンバ５２とは別のリザーバ５３に標的粒子含有試料８１を収容することによって、サンプルチャンバ５２内の残留粒子が標的粒子含有試料８１中に混入することを防止できる。そのため、サンプルチャンバ５２に標的粒子含有試料８１を返送する場合と比較して、標的粒子含有試料８１中の標的粒子９１の純度を高くできる。

また、図６および図７に示す例では、流路形成体４０には、シース液を貯留するシース液チャンバ５４と、シース液チャンバ５４と連通するとともに、第１流路１０における検出領域１１より上流で、かつ、第１流路１０と接続流路５３ａとの合流点より下流につながるシース液流路５４ａと、が形成されている。制御部１５０は、分取動作において、試料８０または標的粒子含有試料８１を第１流路１０に送液するとともに、シース液チャンバ５４からシース液流路５４ａを介してシース液を第１流路１０に送液するように、送液部１２０を制御する。その結果、第１流路１０の検出領域１１の位置では、試料の流れがシース液流に包まれる。

これにより、シース液の流れによって試料中の粒子を整列させることができるので、検出領域１１における標的粒子９１の検出を容易かつ高精度に行える。そして、シース液流路５４ａが第１流路１０と接続流路５３ａとの合流点より下流につながるので、第２流路２０を介して返送された標的粒子含有試料８１に対する分取動作を行う場合にも、シース液の流れによる粒子の整列を行うことができる。

ところで、第１分取工程によって回収チャンバ５１に送液される標的粒子含有試料８１の液量は、廃棄チャンバ５５へ送られた試料８２の分だけ、初期の試料８０の液量よりも減少する。第２分取工程のため、分取された標的粒子含有試料８１を希釈してもよい。

図７において、制御部１５０は、標的粒子含有試料８１を希釈するように送液部１２０を制御し、希釈された標的粒子含有試料８１に対して、分取動作を行うように、分取機構部１４０を制御するように構成されうる。

これにより、希釈により標的粒子含有試料８１の液量を増大させることができるので、２回目以降の分取動作においても、安定した流速制御が可能となる。その結果、分取性能のばらつきを低減できる。

この場合、図８に示すように、制御部１５０は、第１分取工程Ｓ１と第２分取工程Ｓ３との間で、標的粒子含有試料８１を希釈する希釈工程Ｓ４を行うように、送液部１２０、検出部１３０および分取機構部１４０を制御する。すなわち、図８では、本実施形態の粒子分取方法が、第１分取工程Ｓ１と第２分取工程Ｓ３との間で、標的粒子含有試料８１を希釈する希釈工程Ｓ４をさらに備える。希釈工程Ｓ４は、返送工程Ｓ２の前に行われてもよいし、返送工程Ｓ２の後に行われてもよい。

具体的には、図９の例では、制御部１５０は、標的粒子含有試料８１を回収チャンバ５１内で希釈するように、送液部１２０を制御する。すなわち、制御部１５０は、第１分取工程の後、シース液チャンバ５４から、シース液流路５４ａ、第１流路１０および第１誘導路１２ａを介して、所定量のシース液を回収チャンバ５１に送液するよう、送液部１２０を制御する。これにより、たとえば第２流路２０中で希釈する場合と比べて、容易かつ均一に希釈を行える。

図１０の例では、第１分取工程の前に、予め、希釈用のシース液が回収チャンバ５１内に貯留されている。制御部１５０は、希釈液を貯留している回収チャンバ５１に標的粒子含有試料８１を送液することにより、標的粒子含有試料８１が回収チャンバ５１内で希釈されるように、送液部１２０を制御する。

これにより、分取した標的粒子含有試料８１を回収チャンバ５１に送液するだけで、簡単に標的粒子含有試料８１の希釈を行える。分取動作と、第２流路２０による標的粒子含有試料８１の返送動作との間で希釈液の送液を行う必要がないので、初回の分取動作の後、すぐに希釈された標的粒子含有試料８１を送液できる。

なお、希釈液は、マイクロ流路カートリッジ１００を設置部１１０に設置する際に、予めユーザによって回収チャンバ５１内に注入されてもよいし、第１分取工程の前に、シース液チャンバ５４（図９参照）から回収チャンバ５１へ希釈液を送液する工程が実施されてもよい。

その他の例として、制御部１５０は、返送工程Ｓ２の後、図６において、シース液チャンバ５４からリザーバ５３に希釈液を送液し、リザーバ５３に貯留されている標的粒子含有試料８１を希釈するように、送液部１２０を制御してもよい。

なお、第１および第２分取工程において、第１流路１０を流れる全ての標的粒子９１を第１誘導路１２ａへ分取することは容易ではなく、標的粒子９１のうち一部は、分取できずに第２誘導路１２ｂへ送られる。そのため、第２誘導路１２ｂへ送られた試料８２を、第１流路１０の上流へ返送可能としてもよい。

すなわち、図１１の例では、流路形成体４０には、第１流路１０の分取領域１２において標的粒子含有試料８１として分取されなかった試料を、第１流路１０の検出領域１１よりも上流に返送可能に構成された第３流路３０が、形成されている。

制御部１５０は、第１流路１０の分取領域１２において標的粒子含有試料８１として分取されなかった試料８２を、第３流路３０を介して、第１流路１０の検出領域１１よりも上流に返送し、返送された試料８２を第１流路１０の検出領域１１へ送液するように送液部１２０を制御し、検出部１３０（図１参照）からの信号に基づいて、分取動作を行うように、分取機構部１４０（図１参照）を制御する。

これにより、標的粒子含有試料８１に対する分取動作だけでなく、分取されなかった試料８２に対する分取動作を行うことにより、分取漏れによって第３流路３０から返送された標的粒子９１を回収できる。その結果、試料８０中の標的粒子９１の回収率を向上させることができる。

図１１では、第３流路３０の上流端が、廃棄チャンバ５５に接続している。流路形成体４０には、第３流路３０に加えて、第３流路３０の下流端と連通する第２リザーバ５６と、第２リザーバ５６と第１流路１０の検出領域１１よりも上流とをつなぐ接続流路５６ａと、が形成されている。第２リザーバ５６と接続流路５６ａとを設ける代わりに、第３流路３０の下流端をサンプルチャンバ５２またはリザーバ５３に接続してもよいし、第３流路３０の下流端を第１流路１０の検出領域１１よりも上流に接続してもよい。

〈流路形成体の構造〉
次に、流路形成体４０の構造例を示す。

図１２に示すように、流路形成体４０は、板状の基板４１と、基板４１に貼り合わされたシート４２と、を含む。流路ＭＣは、基板４１のシート４２側表面、および、シート４２の基板４１側表面、の少なくとも一方に形成された溝により形成される。図１３の例では、シート４２の基板４１側表面に、溝部４２ａが形成され、基板４１のシート４２側表面によって溝部４２ａが覆われることにより、液体を流通可能な管状構造の流路ＭＣが構成されている。これにより、基板４１にシート４２を貼り合わせるだけの簡単な構造で、流路形成体４０を構築できる。

第１流路１０および第２流路２０は、たとえば、深さＤが１μｍ以上１０００μｍ以下であり、幅Ｗが１μｍ以上１０００μｍ以下である。本実施形態の粒子ソーター２００は、このようなマイクロ流路を備えるマイクロ流路カートリッジ１００に対して特に好適である。

また、図１２の場合、サンプルチャンバ５２、回収チャンバ５１、シース液チャンバ５４およびリザーバ５３などの液体収容部は、基板４１のシート４２とは反対側の主表面に形成される。基板４１には、主表面からシート４２側表面まで基板４１を厚み方向に貫通する貫通孔４１ａが形成されている。貫通孔４１ａは、サンプルチャンバ５２、回収チャンバ５１、シース液チャンバ５４およびリザーバ５３などの液体収容部の内底部と、流路ＭＣ（シート４２の溝部４２ａ）とを接続する。これにより、サンプルチャンバ５２、回収チャンバ５１、シース液チャンバ５４およびリザーバ５３などの液体収容部の上面開口側に圧力を印加することによって、液体収容部の内部の液体が、貫通孔４１ａを介して流路ＭＣへと送液される。

また、図１４に示す例では、シート４２は、基板４１よりも柔軟で押圧により弾性変形可能な材料により形成されている。たとえば、基板４１がガラス基板であり、シート４２がＰＤＭＳシートである。そして、第１流路１０の分取領域１２は、シート４２が外部から押圧されることにより流路ＭＣが閉塞されることが可能に構成されている。図１３の例では。分取機構部１４０がシート４２に対して接近および離隔する方向に移動可能な押圧部１４２ａを有する。押圧部１４２ａによりシート４２が押圧される。

これにより、分取領域１２の流路部分を覆うシート４２に、外部から押圧力を付与するだけで、簡単に流路を開閉できる。そして、流路の開閉によって、分取領域１２に到達した標的粒子９１の分取を容易に行える。

（分取機構部の構成）
次に、分取機構部１４０の構成について説明する。

図１５に示す例では、分取機構部１４０は、第１流路１０の分取領域１２において分岐した流路の少なくとも１つを開閉する流路開閉部１４１を含む。これにより、流路開閉部１４１を設けるだけの簡素な構成によって、分取機構部１４０を構築できるので、粒子ソーター２００の構成を簡素化できる。

図１５の例では、第１流路１０の分取領域１２は、試料を回収チャンバ５１に導く第１誘導路１２ａと、第１誘導路１２ａとは異なる第２誘導路１２ｂとに、第１流路１０を分岐するように形成されている。流路開閉部１４１は、第１誘導路１２ａと第２誘導路１２ｂとに、１つずつ設けられている。

制御部１５０は、検出部１３０（図１参照）からの信号に基づいて、分取領域１２に送液された試料８０および標的粒子含有試料８１を第１誘導路１２ａに振り分けるように分取機構部１４０を制御するように構成されている。

これにより、分取機構部１４０は、第１誘導路１２ａと第２誘導路１２ｂとのいずれかに試料の流れを振り分けるという流路切替機構によって構成される。流路切り替えを行うだけで分取動作ができるので、分取機構部１４０の構成を簡素化できる。

流路開閉部１４１は、ピンチバルブである。流路開閉部１４１は、マイクロ流路カートリッジ１００の分岐した流路の少なくとも１つが形成された領域を外部から押圧して変形させることにより、分岐した流路の少なくとも１つを閉鎖するように構成されている。

これにより、マイクロ流路カートリッジ１００を外部から押圧するだけの簡素な構成で、流路開閉部１４１を構成できる。また、流路開閉部１４１がマイクロ流路カートリッジ１００の内部の液体と接触することがないので、コンタミネーションを防止できる。

図１６〜図２２は、流路開閉部１４１の構成例を示している。図１６〜図２２では、流路形成体４０の下面であるシート４２が図中上側に位置するように、上下を逆転させて示している。

図１６に示す例では、流路開閉部１４１は、変位拡大型の圧電アクチュエータを含む。これにより、応答性が高い圧電アクチュエータによって、流路ＭＣの開閉を高速で行えるので、分取された試料中に標的粒子９１以外の粒子が混入することを抑制できる。その一方、圧電アクチュエータは発生可能な変位量が小さいという欠点があるが、変位拡大型の圧電アクチュエータによって変位量を大きくできるので、マイクロ流路カートリッジ１００の流路ＭＣを外部から押圧する場合でも、確実に流路ＭＣの開閉を行える。

変位拡大型の圧電アクチュエータは、マイクロ流路カートリッジ１００の押圧位置に対向する押圧部１４２ａを有する可動部材１４２と、可動部材１４２を動かす圧電素子１４３と、圧電素子１４３および可動部材１４２を保持する固定部材１４４と、を含む。そして、可動部材１４２は、圧電素子１４３の変位量よりも大きな変位量で押圧部１４２ａを変位させるように構成されている。

これにより、可動部材１４２を介して圧電素子１４３の変位を拡大することによってマイクロ流路カートリッジ１００の流路ＭＣを確実に開閉するのに必要な押圧部１４２ａの変位量を容易に得ることができる。

図１６に示す例では、上下に延びる圧電素子１４３の一端が、固定部材１４４に固定されている。圧電素子１４３の他端には、可動部材１４２と接触する当接部材１４３ａが設けられている。圧電素子１４３は、複数の圧電体を変位発生方向に積層した、いわゆるスタック型の圧電アクチュエータである。圧電素子１４３は、電圧印加により、積層方向である上下方向に、伸縮する。可動部材１４２は、当接部材１４３ａと接触するように圧電素子１４３の他端側に配置されている。可動部材１４２は、固定部材１４４から流路形成体４０のシート４２に沿って延びる片持ち梁構造を有する。また、可動部材１４２は、直線の板状形状を有する。可動部材１４２の先端には、押圧部１４２ａが、シート４２に向けて凸状に設けられている。当接部材１４３ａは、可動部材１４２の固定端と、押圧部１４２ａとの間の位置で、可動部材１４２と接触するように配置されている。これにより、固定端から当接部材１４３ａまでの長さＬ１と、固定端から押圧部１４２ａまでの長さＬ２との比だけ、圧電素子１４３の変位が拡大される。すなわち、圧電素子１４３の変位ｄ１と、押圧部１４２ａの変位ｄ２とについて、ｄ２＝ｄ１×（Ｌ２／Ｌ１）の関係が成立する。なお、Ｌ１＜Ｌ２である。

図１７に示すように、固定部材１４４は、設置部１１０の下面（図１７中の上側の面）に設けられる。押圧部１４２ａは、設置部１１０の開口から露出した流路形成体４０の下面であるシート４２を、下側から押し上げることにより、流路ＭＣを閉鎖させる。

図１８に示す例では、可動部材１４２の一端に押圧部１４２ａが形成され、可動部材１４２の他端に圧電素子１４３の当接部材１４３ａが配置されている。そして、固定部材１４４が、押圧部１４２ａと当接部材１４３ａとの間の位置で、可動部材１４２を回動可能に保持している。圧電素子１４３が可動部材１４２の他端を押し上げると、可動部材１４２が固定部材１４４による保持位置を支点として回転し、押圧部１４２ａをシート４２に向けて変位させる。この場合、当接部材１４３ａから保持位置（支点）までの長さＬ３と、保持位置（支点）から押圧部１４２ａまでの長さＬ４との比（Ｌ３／Ｌ４）の分だけ、圧電素子１４３の変位が拡大される。なお、Ｌ３＜Ｌ４である。

なお、図１９および図２０に示すように、押圧部１４２ａが押圧を解除する方向に向けて、可動部材１４２を付勢する付勢部材１４５が圧電アクチュエータに設けられてもよい。付勢部材１４５により、流路ＭＣを閉じた後、再び流路ＭＣを開く時に、押圧部１４２ａを元の位置へ戻すことができるので、確実に流路ＭＣを開放できる。

〈変位拡大型の圧電アクチュエータの他の例〉
変位拡大型の圧電アクチュエータの構造には、様々な種類があり、特定の構造には限定されない。以下では、変位拡大型の圧電アクチュエータのバリエーションを例示する。

図２１では、可動部材１４２が、先端に押圧部１４２ａを有し、他端側にＹ字状に分岐した支持部１４２ｂ、１４２ｃを有する。一方の支持部１４２ｂは、弾性ヒンジ１４６を介して固定部材１４４に支持されている。他方の支持部１４２ｃは、弾性ヒンジ１４６を介して圧電素子１４３に連結されている。これにより、圧電素子１４３が伸張すると、弾性ヒンジ１４６を介して可動部材１４２が押圧され、押圧部１４２ａをシート４２側へ変位させる。

図２２では、可動部材１４２が、先端に押圧部１４２ａを有し、他端側にＹ字状の支持部１４２ｄ、１４２ｅを有する。一対の支持部１４２ｄ、１４２ｅが、複数の弾性ヒンジ１４６を介して環状に連結されている。圧電素子１４３は、環状部分の内側に配置され、両端が別々の弾性ヒンジ１４６に連結されている。これにより、圧電素子１４３が収縮すると、両端の弾性ヒンジ１４６を介して可動部材１４２が押圧され、押圧部１４２ａをシート４２側へ変位させる。

［粒子ソーターの具体的構成例］
図２３〜図２６を参照して、本実施形態の粒子ソーター２００の、より具体的な構成例を説明する。粒子ソーター２００に設置されるマイクロ流路カートリッジ１００は、図５および図６に示した構成を例に説明する。

試料８０は、たとえば、希釈および蛍光標識された血液であり、標的粒子９１は、たとえば蛍光標識された血中細胞である。マイクロ流路カートリッジ１００は、標的粒子９１である標的細胞を、非標的粒子９２である標的細胞以外の他の細胞から分取する。標的細胞は、血中を循環する希少細胞とされる。以下の実施形態において、標的細胞は、血中循環癌細胞（ＣＴＣ）であり、非標的細胞は、赤血球、白血球、および血小板などである。

〈設置部〉
図２３および図２４に示すように、設置部１１０は、カートリッジホルダ１１１および蓋部材１１２を含む。設置部１１０は、マイクロ流路カートリッジ１００を着脱可能に支持する。マイクロ流路カートリッジ１００は使い捨ての消耗部品である。マイクロ流路カートリッジ１００は、ユーザによって設置部１１０に設置され、分取処理に供される。分取処理が完了すると、設置部１１０から取り出される。別の試料８０について分取処理が行われる場合、新たなマイクロ流路カートリッジ１００が設置部１１０に設置される。

カートリッジホルダ１１１は、マイクロ流路カートリッジ１００の周縁部を下方から支持する底部１１１ａを有する。底部１１１ａは、マイクロ流路カートリッジ１００の検出領域１１および分取領域１２などの流路ＭＣの形成部分を下方に露出させるように、中央部が開口（図１７参照）した枠状形状を有する。

カートリッジホルダ１１１は、底部１１１ａの外周部から上方に立ち上がる壁状の側面部１１１ｂを有する。

蓋部材１１２は、カートリッジホルダ１１１の上面上に着脱可能（または開閉可能）に取り付けられている。蓋部材１１２は、カートリッジホルダ１１１に保持されたマイクロ流路カートリッジ１００における液体収容部の上面開口を覆うように設けられている。つまり、蓋部材１１２は、マイクロ流路カートリッジ１００のサンプルチャンバ５２、回収チャンバ５１、リザーバ５３、廃棄チャンバ５５、シース液チャンバ５４の各々の上面開口を、封止する。なお、蓋部材１１２の下面には、上面開口を気密封止するためのシール部材が設けられている。

図２４に示すように、蓋部材１１２には、サンプルチャンバ５２、回収チャンバ５１、リザーバ５３、廃棄チャンバ５５、シース液チャンバ５４の各々に対して１つずつ、連通孔１１２ａが形成されている。連通孔１１２ａは、蓋部材１１２を厚み方向に貫通している。各連通孔１１２ａは、蓋部材１１２の上面において、後述する管部材１２１（図２６参照）を介して１つずつ送液部１２０と接続されている。

設置部１１０の下部には、分取機構部１４０が設けられている。分取機構部１４０は、カートリッジホルダ１１１の下面に取り付けられるベース部材１４７と、ベース部材１４７に設けられた流路開閉部１４１と、を含む。また、送液部１２０は、マイクロ流路カートリッジ１００における液体の流通経路を切り替えて送液経路を制御するための送液制御バルブ１２２を備えている。これらの送液制御バルブ１２２も、ベース部材１４７に設けられている。

流路開閉部１４１は、変位拡大型の圧電アクチュエータ（図１７参照）を備えたピンチバルブにより構成されている。流路開閉部１４１は、ベース部材１４７から下向きに突出するように設けられている。流路開閉部１４１は、流路形成体４０の下面であるシート４２に対して、押圧部１４２ａが下から押し上げるように上向きに押圧することによって、流路ＭＣを閉鎖する。流路開閉部１４１は、分取領域１２の下流の第１誘導路１２ａおよび第２誘導路１２ｂ（図２５参照）に対応して、１つずつ設けられている。具体的には、２つの流路開閉部１４１は、図２５の第１誘導路１２ａの開閉位置Ｐ１と、第２誘導路１２ｂの開閉位置Ｐ２と、をそれぞれ押圧により閉鎖可能なように設けられている。

ベース部材１４７に設けられた送液制御バルブ１２２も、流路開閉部１４１と同様に、流路形成体４０のシート４２を押圧して変形させることにより、流路ＭＣを閉鎖するピンチバルブにより構成されている。そのため、送液制御バルブ１２２は、マイクロ流路カートリッジ１００の下面に対して上向きに設けられている。なお、送液制御バルブ１２２は、流路開閉部１４１とは異なり、エアシリンダによって押圧部を動作させるタイプのシリンダバルブである。

送液制御バルブ１２２は、処理工程に応じてマイクロ流路カートリッジ１００の流通経路を切り替えられるように、流路ＭＣ上に複数設けられている。

具体的には、図２５に示すように、送液制御バルブ１２２は、第１流路１０における接続流路５３ａとの接続位置の上流の切替位置Ｐ３と、一方のシース液流路５４ａ上の切替位置Ｐ４および他方のシース液流路５４ａ上の切替位置Ｐ５と、第２流路２０上の切替位置Ｐ６と、接続流路５３ａ上の切替位置Ｐ７と、に１つずつ設けられている。いずれかの位置の送液制御バルブ１２２をオンにすると、送液制御バルブ１２２がシート４２を押圧することにより、対応する流路を閉じる。送液制御バルブ１２２をオフにすると、送液制御バルブ１２２によるシート４２の押圧が解除され、対応する流路が開放される。

なお、第１誘導路１２ａおよび第２誘導路１２ｂには、送液制御バルブ１２２が設けられていない。すなわち、開閉位置Ｐ１における第１誘導路１２ａおよび開閉位置Ｐ２における第２誘導路１２ｂが、それぞれ対応する流路開閉部１４１によって開閉される。流路開閉部１４１は、分取動作のみならず、送液制御のための流路の開閉も行うように構成されている。

〈送液部〉
図２６に示すように、送液部１２０は、管部材１２１を介して、マイクロ流路カートリッジ１００の各液体収容部（回収チャンバ５１、サンプルチャンバ５２、リザーバ５３、シース液チャンバ５４、廃棄チャンバ５５）と個別に接続されている。また、送液部１２０は、上記した複数の送液制御バルブ１２２を含んでいる。

送液部１２０は、制御部１５０の制御の下、圧力を印加することにより、マイクロ流路カートリッジ１００の流路ＭＣに送液を行うように構成されている。送液部１２０は、回収チャンバ５１、サンプルチャンバ５２、リザーバ５３、シース液チャンバ５４、廃棄チャンバ５５に対して個別に陽圧を印加して内部の液体を流路ＭＣへ送り出すことが可能である。送液部１２０は、回収チャンバ５１、サンプルチャンバ５２、リザーバ５３、シース液チャンバ５４、廃棄チャンバ５５を、個別に大気開放して、流路ＭＣから送液された液体を内部へ収容させることが可能である。送液部１２０は、エアポンプなどの空圧源１２３と、圧力調整器（レギュレータ）１２４と、圧力供給部１２５と、を含みうる。送液部１２０は、制御部１５０の制御の下、圧力調整器１２４により空圧源１２３から供給される圧力を調整することにより、各チャンバ、リザーバからの送液速度を調整する。圧力供給部１２５は、各送液制御バルブ１２２への圧力供給のオンオフを個別に制御可能な多ポートのバルブターミナルを含む。送液部１２０は、制御部１５０の制御の下、圧力供給部１２５によって、空圧源１２３からの圧力供給のオンオフを送液制御バルブ１２２毎に個別に切り替えることにより、各送液制御バルブ１２２を個別に動作させる。

〈検出部〉
検出部１３０は、設置部１１０の下方に設けられている。検出部１３０は、流路形成体４０のうち、シート４２が配置される下面側から、標的粒子９１の検出を行う。検出部１３０は、検出領域１１を通る標的粒子９１に対して光学的検出を行うように構成されている。なお、図２４に示したように、ベース部材１４７には、押圧部１４２ａが配置される分取領域１２と、検出領域１１とを包含する範囲にわたって切欠状の貫通部１４７ａが形成されている。検出部１３０は、ベース部材１４７の下方から、貫通部１４７ａの領域ＬＰを介して検出領域１１を通過する標的粒子９１の検出を行う。図２６では、検出部１３０は、光源１３１と、光学系１３２と、光検出器１３３とを含む。

光源１３１は、標的粒子９１に結合した蛍光標識に対する励起光を発生させる。光源１３１は、たとえば半導体レーザ素子により構成される。

光学系１３２は、対物レンズ１３２ａと、ダイクロイックミラー１３２ｂおよび１３２ｃとを有する。

光検出器１３３は、励起光により励起された蛍光標識から発生した蛍光を検出し、蛍光強度に応じた信号を出力するように構成されている。光検出器１３３は、光子計数器（フォトンカウンタ）である。光検出器１３３には、たとえば光電子増倍管またはＭＰＰＣ（マルチピクセルフォトンカウンタ）などが用いられる。

光源１３１から出射された励起光は、ダイクロイックミラー１３２ｂに反射されて、対物レンズ１３２ａを通過して検出領域１１に照射される。検出領域１１を通る標的粒子９１に励起光が照射されると、蛍光標識から蛍光が発生する。蛍光は、対物レンズ１３２ａおよびダイクロイックミラー１３２ｂを通り、ダイクロイックミラー１３２ｃに反射されて、光検出器１３３により検出される。検出部１３０は、標的粒子９１に励起光が照射されたことにより発生した蛍光を検出すると、検出した蛍光に対応する電気信号を出力する。

〈制御部〉
制御部１５０は、たとえばＣＰＵにより構成される。制御部１５０は、記憶部１５１に記憶されたプログラムに基づいて各種の処理を行う。記憶部１５１は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等により構成される。

制御部１５０は、サンプルチャンバ５２、回収チャンバ５１、リザーバ５３、廃棄チャンバ５５、シース液チャンバ５４について個別に加圧または大気開放するように、送液部１２０を制御する。また、制御部１５０は、送液部１２０の送液制御バルブ１２２と、流路開閉部１４１とを制御して、流路ＭＣ上の各位置の開閉を行うことにより、液体の送液経路を切り替える。

制御部１５０は、ドライバ回路１５２を介して、２つの流路開閉部１４１に個別に接続されている。制御部１５０は、押圧部１４２ａを動作させて流路ＭＣを閉じる場合、流路開閉部１４１の圧電素子１４３に対して、ドライバ回路１５２から所定の作動電圧を印加させる。これにより、圧電素子１４３の伸縮動作に起因する押圧部１４２ａの変位の結果、流路ＭＣが閉じられる。

制御部１５０は、流路ＭＣを開く場合、流路開閉部１４１の圧電素子１４３に対するドライバ回路１５２からの電圧印加を停止させる。これにより、押圧部１４２ａがシート４２の押圧を解除する結果、流路ＭＣが開放される。

また、制御部１５０は、送液部１２０の圧力供給部１２５を介して、切替位置Ｐ３〜切替位置Ｐ７（図２５参照）に配置された各送液制御バルブ１２２を個別に制御する。

制御部１５０は、本実施形態の粒子分取方法を実施するための制御を行う。すなわち、制御部１５０は、図２に示したように、第１分取工程Ｓ１と、返送工程Ｓ２と、第２分取工程Ｓ３と、を行うように、送液部１２０、検出部１３０および分取機構部１４０を制御する。第１分取工程Ｓ１は、試料８０をマイクロ流路カートリッジ１００の第１流路１０へ送液するように送液部１２０を制御し、検出部１３０からの信号に基づいて、分取動作を行うように分取機構部１４０を制御することにより標的粒子含有試料８１を分取する工程である。返送工程Ｓ２は、第１分取工程Ｓ１により分取された標的粒子含有試料８１を第２流路２０を介して第１流路１０へ返送するように送液部１２０を制御する工程である。第２分取工程Ｓ３は、返送された標的粒子含有試料８１を第１流路１０の検出領域１１および分取領域１２へ送液するように送液部１２０を制御し、検出部１３０からの信号に基づいて、分取動作を行うように分取機構部１４０を制御する工程である。

これにより、返送工程Ｓ２を行うことにより、試料８０に対する第１分取工程Ｓ１と、第１分取工程Ｓ１によって分取された標的粒子含有試料８１に対する第２分取工程Ｓ３とを、マイクロ流路カートリッジ１００の内部で順次行える。なお、制御部１５０は、図８に示したように、さらに希釈工程Ｓ４を行うように、送液部１２０および分取機構部１４０を制御する。

〈分取動作の制御〉
次に、分取機構部１４０を用いた分取動作の制御について説明する。

図２６に示したように、制御部１５０は、送液部１２０により送液を行い、検出部１３０から信号を取得する。試料８０中の非標的粒子９２が検出領域１１を通過する際に励起光が非標的粒子９２に照射されても、標的粒子９１の蛍光標識に起因する特定波長の蛍光は生じない。試料８０中の標的粒子９１が検出領域１１を通過する場合、励起光により蛍光標識が励起され、発生した特定波長の蛍光が検出部１３０により検出される。この結果、検出部１３０の信号には、図２７に示すように、特定波長の蛍光強度の立ち上がり（ピーク）が生じる。制御部１５０は、検出された蛍光強度が予め設定された閾値ＴＨ以上となる場合に、標的粒子９１を検出したと判断する。制御部１５０は、検出された蛍光強度が閾値ＴＨ未満となる場合に、標的粒子９１を検出していないと判断する。

図２８（Ａ）に示すように、制御部１５０は、蛍光強度が閾値ＴＨ未満となる場合、第１誘導路１２ａの流路開閉部１４１により第１誘導路１２ａ（開閉位置Ｐ１）を閉鎖させ、第２誘導路１２ｂの流路開閉部１４１は第２誘導路１２ｂ（開閉位置Ｐ２）を開放させる。これにより、非標的粒子９２が第２誘導路１２ｂへ送られる。

図２８（Ｂ）に示すように、制御部１５０は、蛍光強度が閾値ＴＨ以上となる場合、第１誘導路１２ａの流路開閉部１４１に第１誘導路１２ａを開放させ、第２誘導路１２ｂの流路開閉部１４１には第２誘導路１２ｂを閉鎖させる。これにより、標的粒子９１が第１誘導路１２ａへ送られる。

ここで、第１流路１０における試料の流速は、送液部１２０により所定値に制御される。そのため、検出領域１１で検出された標的粒子９１が分取領域１２に到達するのに要する時間ｔ１は、既知である。制御部１５０は、図２７に示したように、閾値ＴＨ以上の蛍光強度が検出されてから時間ｔ１が経過したタイミングで、第１誘導路１２ａを開放させ、第２誘導路１２ｂを閉鎖させるように流路開閉部１４１を制御する。そして、制御部１５０は、第１誘導路１２ａを開放させ、第２誘導路１２ｂを閉鎖させた状態を、所定時間ｔ２の間、継続させる。所定時間ｔ２は、第１流路１０における流速に基づいて、分取領域１２に到達した標的粒子９１が流路開閉部１４１による開閉位置Ｐ１を確実に通過するための余裕時間である。

これにより、分取領域１２において標的粒子９１が第１誘導路１２ａへ分取される。分取される標的粒子含有試料８１は、所定時間ｔ２の間に、流路開閉部１４１による開閉位置Ｐ１を通過した試料成分（すなわち、標的粒子９１、非標的粒子９２および液相）を含む。所定時間ｔ２が経過すると、制御部１５０は、第１誘導路１２ａを閉鎖させ、第２誘導路１２ｂを開放させるように流路開閉部１４１を制御する。

〈粒子ソーターの動作〉
次に、図２９および図３０を参照して、粒子ソーター２００の動作の流れを説明する。なお、図２９および図３０において、マイクロ流路カートリッジ１００以外の構成については、図２３〜図２６を参照するものとする。

まず、事前準備として、ユーザが、新品のマイクロ流路カートリッジ１００のサンプルチャンバ５２に試料８０を注入し、シース液チャンバ５４にシース液を注入する。ユーザは、マイクロ流路カートリッジ１００を設置部１１０に設置して、蓋部材１１２を取り付ける。これにより、分取処理の準備が整う。その後、ユーザの操作入力に応じて、粒子ソーター２００による分取処理動作が開始される。

制御部１５０は、第１分取工程Ｓ１（図８、図３１（Ａ）参照）を開始する。図３１（Ａ）に示すように、制御部１５０は、ステップＳ１１において、サンプルチャンバ５２の試料８０およびシース液チャンバ５４のシース液を第１流路１０に送液する処理を実行する。具体的には、制御部１５０は、図２９（Ａ）に示すように、切替位置Ｐ３、切替位置Ｐ４、切替位置Ｐ５の流路を開放し、切替位置Ｐ６および切替位置Ｐ７の流路を閉鎖するように、各送液制御バルブ１２２を動作させる。制御部１５０は、サンプルチャンバ５２およびシース液チャンバ５４に陽圧を印加し、回収チャンバ５１、廃棄チャンバ５５およびリザーバ５３を大気開放するように、送液部１２０を制御する。これにより、サンプルチャンバ５２から試料８０が第１流路１０に送液され、シース液チャンバ５４からシース液がシース液流路５４ａを介して第１流路１０に送液される。試料およびシース液の送液は、第１分取工程Ｓ１が終了するまで、継続される。

送液を開始すると、ステップＳ１２において、制御部１５０は、検出部１３０の信号に基づき標的粒子９１を検出する。送液が継続されているため、第１流路１０を流れる試料８０が検出領域１１を通過する。標的粒子９１が検出領域１１で検出されない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、検出部１３０の信号から得られる蛍光強度が閾値ＴＨに達することがないので、制御部１５０は、第１誘導路１２ａを閉鎖し、第２誘導路１２ｂを開放する状態を維持するように、流路開閉部１４１を制御する。また、制御部１５０は、ステップＳ１２の検出処理を継続する。分取されなかった試料８２は、第２誘導路１２ｂを介して廃棄チャンバ５５へ送られる。

図２９（Ｂ）に示すように、標的粒子９１が検出領域１１を通過すると、検出部１３０の信号から得られる蛍光強度が閾値ＴＨ（図２７参照）以上になる（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）。この場合、制御部１５０は、ステップＳ１３において、標的粒子含有試料８１を第１誘導路１２ａへ分取する処理を実行する。具体的には、制御部１５０は、第１誘導路１２ａを開放し、第２誘導路１２ｂを閉鎖するように、流路開閉部１４１を制御する。これにより、標的粒子含有試料８１が第１誘導路１２ａへ分取される。所定時間ｔ２経過後、制御部１５０は、第１誘導路１２ａを閉鎖し、第２誘導路１２ｂを開放する状態に切り替える。次に制御部は、ステップＳ１４において、サンプルチャンバ５２の試料８０の全量が、第１流路１０に送液されたか否かを判断する。サンプルチャンバ５２の試料８０の全量が、第１流路１０に送液されていれば（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ４（図８参照）に進める。サンプルチャンバ５２の試料８０の全量が、第１流路１０に送液されていなければ（ステップＳ１４：Ｎｏ）、処理をステップＳ１２に戻す。なお、サンプルチャンバ５２の試料８０の全量が、第１流路１０に送液されたか否かの判断は、試料の体積および送液速度から全量の送液に必要な時間を算出しておき、試料の送液開始からの経過時間が算出した時間に達したか否かで判断することができる。

このようにして、第１分取工程Ｓ１が行われる。第１分取工程Ｓ１は、サンプルチャンバ５２内の試料８０の全量の送液が完了するまで、実施される。第１分取工程Ｓ１の完了後、第１誘導路１２ａへ分取された標的粒子含有試料８１は、すべて回収チャンバ５１内に貯留される。

次に、制御部１５０は、シース液を回収チャンバ５１へ送液することにより、標的粒子含有試料８１を希釈する希釈工程Ｓ４（図８参照）を実施する。具体的には、制御部１５０は、図２９（Ｃ）に示すように、切替位置Ｐ４、切替位置Ｐ５の流路を開放し、切替位置Ｐ３、切替位置Ｐ６および切替位置Ｐ７の流路を閉鎖するように、各送液制御バルブ１２２を動作させる。また、制御部１５０は、第１誘導路１２ａを開放し、第２誘導路１２ｂを閉鎖する状態を維持するように、流路開閉部１４１を制御する。制御部１５０は、シース液チャンバ５４に陽圧を印加し、サンプルチャンバ５２、回収チャンバ５１、廃棄チャンバ５５およびリザーバ５３を大気開放するように、送液部１２０を制御する。これにより、シース液チャンバ５４からのシース液が、シース液流路５４ａ、検出領域１１、第１誘導路１２ａを通って回収チャンバ５１に送液される。制御部１５０は、所定の流速で所定時間の間シース液の送液を継続することにより、予め設定された液量のシース液を、希釈液として回収チャンバ５１内に収容させる。その結果、標的粒子含有試料８１が所定倍率に希釈される。なお、希釈工程Ｓ４は、第１分取工程Ｓ１の前に実行されてもよい。これにより、回収チャンバ５１における標的粒子含有試料８１とシース液の混合をより効果的に行うことができる。

次に、制御部１５０は、返送工程Ｓ２（図８参照）を実施する。制御部１５０は、ステップＳ２において、回収チャンバ５１内の希釈された標的粒子含有試料８１を第１流路１０の検出領域１１より上流に返送するように、送液部１２０を制御する。具体的には、制御部１５０は、図３０（Ｄ）に示すように、切替位置Ｐ６の流路を開放し、切替位置Ｐ３、切替位置Ｐ４、切替位置Ｐ５および切替位置Ｐ７の流路を閉鎖するように、各送液制御バルブ１２２を動作させる。また、制御部１５０は、第１誘導路１２ａを閉鎖するように、流路開閉部１４１を制御する。制御部１５０は、回収チャンバ５１に陽圧を印加し、サンプルチャンバ５２、シース液チャンバ５４、廃棄チャンバ５５およびリザーバ５３を大気開放するように、送液部１２０を制御する。これにより、回収チャンバ５１内の希釈された標的粒子含有試料８１が、第２流路２０を通ってリザーバ５３に送液される。制御部１５０は、回収チャンバ５１内の標的粒子含有試料８１の全量を、リザーバ５３に収容させる。なお、回収チャンバ５１内の希釈された標的粒子含有試料８１の全量をリザーバ５３に収容させるためには、回収チャンバ５１の収容体積および送液速度から、回収チャンバ５１内の液体の全量の送液に必要な時間を算出しておき、算出した時間より長い期間、回収チャンバ５１から送液すればよい。

次に、制御部１５０は、第２分取工程Ｓ３（図８、図３１（Ｂ）参照）を開始する。図３１（Ｂ）に示すように、制御部１５０は、ステップＳ３１において、リザーバ５３の標的粒子含有試料８１およびシース液チャンバ５４のシース液を第１流路１０に送液する処理を実行する。具体的には、制御部１５０は、図３０（Ｅ）に示すように、切替位置Ｐ４、切替位置Ｐ５および切替位置Ｐ７の流路を開放し、切替位置Ｐ３および切替位置Ｐ６の流路を閉鎖するように、各送液制御バルブ１２２を動作させる。制御部１５０は、リザーバ５３およびシース液チャンバ５４に陽圧を印加し、サンプルチャンバ５２、回収チャンバ５１および廃棄チャンバ５５を大気開放するように、送液部１２０を制御する。これにより、標的粒子含有試料８１が、リザーバ５３から接続流路５３ａを介して第１流路１０に送液され、シース液がシース液チャンバ５４からシース液流路５４ａを介して第１流路１０に送液される。

第２分取工程Ｓ３における検出および分取動作の内容は、上記第１分取工程Ｓ１と同様である。すなわち、図３１（Ｂ）に示すように、制御部１５０は、検出処理（ステップＳ３２）、分取処理（ステップＳ３３）および全量送液判断処理（ステップＳ３４）を実行する。検出処理（ステップＳ３２）、分取処理（ステップＳ３３）および全量送液判断処理（ステップＳ３４）は、それぞれ、図３１（Ａ）の第１分取工程Ｓ１におけるステップＳ１２、ステップＳ１３、およびステップＳ１４の処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。図３０（Ｆ）に示すように、標的粒子９１が検出領域１１で検出され、検出部１３０の信号から得られる蛍光強度が閾値ＴＨ以上になると、制御部１５０は、第１誘導路１２ａを開放し、第２誘導路１２ｂを閉鎖するように、流路開閉部１４１を制御する。蛍光強度が閾値ＴＨ未満の状態では、制御部１５０は、第１誘導路１２ａを閉鎖し、第２誘導路１２ｂを開放する状態に切り替える。これにより、標的粒子含有試料８１が、再度、第１誘導路１２ａへ分取される。

第２分取工程Ｓ３は、リザーバ５３内の標的粒子含有試料８１の全量の送液が完了するまで、実施される。第２分取工程Ｓ３の完了後、第１誘導路１２ａへ再度分取された標的粒子含有試料８１は、すべて回収チャンバ５１内に貯留される。

なお、第１流路１０を流れる標的粒子含有試料８１は、第１分取工程Ｓ１の試料８０と比較して、非標的粒子９２の数が顕著に減少している。そのため、第２分取工程Ｓ３によって、標的粒子含有試料８１中に混入した非標的粒子９２がさらに除去され、標的粒子含有試料８１中の標的粒子９１の純度が高まる。

ここで、第２分取工程Ｓ３における送液速度は、第１分取工程Ｓ１における送液速度と同一でもよいが、第１分取工程Ｓ１における送液速度と異ならせてもよい。たとえば、制御部１５０は、第１分取工程Ｓ１における試料の流速が、第２分取工程Ｓ３における標的粒子含有試料８１の流速よりも大きくなるように、送液部１２０を制御する。言い換えると、第２分取工程Ｓ３における標的粒子含有試料８１の流速を、第１分取工程Ｓ１における試料の流速よりも小さくする。標的粒子含有試料８１の流速は、圧力調整器１２４を制御し、第１流路１０に供給される陽圧の大きさを変えることにより調整できる。

これにより、第１分取工程Ｓ１を短時間で完了させることができる。そして、第１分取工程Ｓ１によって標的粒子９１の純度が高められた標的粒子含有試料８１に対する第２分取工程Ｓ３では、相対的に小さい流速での送液により分取精度を向上できる。その結果、分取するのに要する時間を短縮しつつ、標的粒子の純度を効果的に向上させることができる。

以上のようにして、本実施形態の粒子ソーター２００による標的粒子９１の分取処理が行われる。上記の説明では、第１分取工程Ｓ１および第２分取工程Ｓ３の合計２回の分取工程を行う例を示したが、分取工程を３回以上行ってもよい。３回目以降の分取工程は、上記希釈工程Ｓ４、返送工程Ｓ２、第２分取工程Ｓ３の繰り返しになる。

［実施例］
次に、本実施形態の粒子ソーターに関する検証のために行った各種の実験結果について説明する。

（実施例）
本実施形態の粒子ソーターによって、図２５に示したマイクロ流路カートリッジ１００を用いて、第１分取工程および第２分取工程（すなわち、合計２回の分取工程）を行った場合の標的粒子９１の純度および所要時間を計測した。

〈試料およびシース液〉
下記のように、異なる種類の蛍光ビーズを標的粒子９１、非標的粒子９２とみなして試料を調製した。
標的粒子：緑色蛍光ビーズ（直径１５μｍ、Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製）
非標的粒子：赤色蛍光ビーズ（直径３．２μｍ、Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製）
シース液：２％界面活性剤含有の超純水

試料の体積、総粒子（標的粒子および非標的粒子の合計）の濃度および個数、標的粒子の個数、および標的粒子の純度は、下記の表１の通りである。

なお、標的粒子の純度＝（標的粒子数／総粒子数）である。試料中の標的粒子の純度（０．００５６％）は、血液試料中のＣＴＣなど、試料中の含有数が極めて小さい希少粒子を標的粒子とした分取処理を想定したものである。

試料およびシース液をマイクロ流路カートリッジ１００のサンプルチャンバ５２およびシース液チャンバ５４にそれぞれ注入した後、下記の条件で、粒子ソーター２００による分取処理（第１分取工程、希釈工程、返送工程、第２分取工程）を実施した。
〈実験条件〉
試料の流速：１２．２μＬ／ｍｉｎ（設定値）
シース液流速：１３０μＬ／ｍｉｎ
検出部のサンプリングレート：１００ｋＨｚ
流路開閉部の切り替え速度：３１０Ｈｚ
希釈工程におけるシース液の添加量：２００μＬ
なお、流速は、第１分取工程および第２分取工程において、同一条件とした。

実施例による分取処理（第１分取工程および第２分取工程後）の結果は、下記の表２の通りである。なお、粒子の個数は、回収された標的粒子含有試料をフローサイトメータで測定した結果である。

実施例による２回の分取工程（第１分取工程および第２分取工程）の結果、標的粒子の純度は２５．７％、処理時間は１４４２秒であった。表１および表２より、分取前試料における標的粒子の純度（０．００５６％）から、純度２５．７％まで、標的粒子が約４６００倍濃縮されたことがわかる。標的粒子の回収率は約８０％であった。また、処理効率の評価指標として、スループットを求めた。スループット＝（処理した総粒子数／処理時間）である。１つ１つの粒子に対する分取を、ｅｖｅｎｔと呼ぶ。実施例のスループットが８１１４（ｅｖｅｎｔ／ｓｅｃ）となった。

〈比較例１および比較例２〉
次に、比較例１および比較例２として、１回のみの分取工程で、実施例の純度（２５．７％）と同等の純度を得るために必要な所要時間を計測した。

実施例との対比のため、比較例１および比較例２では、実施例と同じマイクロ流路カートリッジを用いて、１回の分取工程のみを実施した。そのため、比較例１および比較例２では、第２流路２０およびリザーバ５３は使用されない。比較例１および比較例２で使用する粒子ソーター２００も、上記実施例と同じである。

〈試料およびシース液〉
比較例１および比較例２に使用した粒子およびシース液は、上記実施例と同一である。
〈実験条件〉
試料の流速：１０．５μＬ／ｍｉｎ（設定値）
シース液流速：１３０μＬ／ｍｉｎ
検出部のサンプリングレート：１００ｋＨｚ
流路開閉部の切り替え速度：３１０Ｈｚ

比較例１および比較例２における、試料の体積、総粒子（標的粒子および非標的粒子の合計）の濃度および個数、標的粒子の個数、および標的粒子の純度は、下記の表３の通りである。

ここで、比較例１および比較例２では、総粒子の濃度を、上記実施例と比較して１／１００に希釈した。分取前試料における標的粒子の純度は、０．５８％であった。

比較例１および比較例２による分取処理の結果は、下記の表４の通りである。

比較例１では、標的粒子の純度が２９．４％となり、比較例２では、標的粒子の純度が３７．９％となった。このため、比較例１および比較例２では、分取された標的粒子の純度に関して、上記実施例と概ね同等の結果が得られた。

比較例１では処理時間が３４３秒、比較例２では処理時間が５７０秒となった。比較例１のスループットが３０６（ｅｖｅｎｔ／ｓｅｃ）、比較例２のスループットが１８５（ｅｖｅｎｔ／ｓｅｃ）となった。

〈考察〉
図３２に示すように、上記実施例では、純度０．００５６％の分取前試料から、純度２５．７％の標的粒子含有試料を得るのに、１４４２秒を要した。一方、比較例１（図３３参照）では、実施例の１００倍である純度０．５８％の分取前試料から、実施例と同程度の純度の標的粒子含有試料を得るのに３４３秒を要した。比較例２では５７０秒を要した。

このように、比較例１および比較例２では、標的粒子の純度を上記実施例と同等にするためには、非標的粒子の数を１００倍にする必要があった。そのため、上記実施例で使用した試料（純度０．００５６％）の全量を、比較例１および２の手法で同等の結果が得られるように処理するためには、単純計算で１００倍の体積の試料を準備する必要があり、そのために必要な処理時間も１００倍となる。つまり、比較例１の場合、３４３００秒の処理時間を要することになる。このことから、上記実施例（１４４２秒）では、同じ分取前試料を同程度の純度まで処理する場合、比較例１（３４３００秒）と比較して、処理に要する時間を約１／２４に短縮できることが分かった。

この結果を端的に示すのが、スループットである。上記実施例では、１秒当たり８１１４個の粒子を処理しているのに対して、比較例１では１秒当たり３０６個、比較例２では１秒当たり１８５個の粒子しか処理できないことが分かる。図３４に示すように、実施例のスループットは、比較例１の約２７倍である。以上から、本実施形態の粒子ソーター２００、粒子分取方法およびマイクロ流路カートリッジ１００により、標的粒子を十分な純度で分取するのに要する時間を短縮できることが確認された。

〈比較例３〉
分取処理における標的粒子の純度とスループットとの関係を調査した結果を説明する。

比較例３では、下表５に示すように、標的粒子の割合を一定に調整し、総粒子の濃度を異ならせた３種類の分取前試料（サンプル１、サンプル２、サンプル３）を用いて、１回のみの分取工程を行った。各サンプルについて、分取工程の実験条件は上記比較例１および比較例２と同一である。

サンプル２は、サンプル１を２倍に希釈したものである。サンプル３は、サンプル２を２倍に希釈したものである。同一の実験条件で、２倍ずつ希釈されたサンプルを処理するため、スループットは、サンプル２がサンプル１の約１／２であり、サンプル３がサンプル２の約１／２となる。表５から分かるように、サンプル１では純度が２６．８％となり、サンプル２では純度が５７．６％となり、サンプル３では純度が８０．３％となった。

〈考察〉
サンプル１〜サンプル３について、スループットと、得られた純度との関係をプロットしたグラフを図３５に示す。図３５において、縦軸が標的粒子の純度であり、横軸がスループットである。図３５からは、分取処理のスループットと標的粒子の純度とには、トレードオフの関係があることが分かる。つまり、図３６の交換型流路カートリッジ９００のように、１回のみの分取処理を行うマイクロ流路カートリッジでは、スループットと純度との間で図３５に示すようなトレードオフ関係が成立し、この関係を超えてスループット（処理速度）を増大させることが困難であることが分かる。

図３５では、本実施形態のマイクロ流路カートリッジ１００を用いた上記実施例の結果もプロットしている。図３５から、本実施形態では、１回のみの分取処理では達成し得ない高いスループットでの処理が可能であることが確認された。これにより、本実施形態により、本実施形態の粒子ソーター２００、粒子分取方法およびマイクロ流路カートリッジ１００により、１回のみの分取処理を行う場合では達成し得ない処理時間の短縮が可能であることが裏付けられた。

また、本実施形態では、これに加えて、下記のような利点がある。

１回のみの分取処理を行う交換型流路カートリッジ９００（図３６参照）を利用して得られた標的粒子含有試料を、ユーザがピペッタなどにより回収し、再度、新たな交換型流路カートリッジ９００に注入することで、上記実施例と同様の複数回の分取工程を行うことが考えられる。しかし、この場合、カートリッジの外部に試料を取り出す作業が必要になることから、コンタミネーションおよびヒューマンエラーが発生する虞がある。また、ピペッティングに起因して標的粒子にダメージが加わる可能性がある。これに対して、本実施形態では、複数回の分取工程がマイクロ流路カートリッジ１００の内部だけで完結するため、試料を外部に取り出すことに起因するコンタミネーションの発生やヒューマンエラーの発生を防止できる。また、ピペッティングが不要であるので、標的粒子へのダメージが抑制される。このことは、特に細胞などを標的粒子９１として分取処理を行う場合に大きなメリットであると言える。

また、粒子ソーティングの他の手法として、フローサイトメータを利用したＦＡＣＳ（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｃｅｌｌ ｓｏｒｔｉｎｇ）がある。ＦＡＣＳは、高いスループットを実現できる一方、分取処理における粒子へのダメージが大きくなる点、および開放環境で処理が行われるため、コンタミネーションの虞がある点に問題がある。これに対して、本実施形態では、分取機構部１４０が流路の開閉を行うことによって分取を行うため、粒子へのダメージを抑制できる。また、分取処理がマイクロ流路カートリッジ１００の内部だけで実行されるため、コンタミネーションの発生を防止できる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

例えば、上記した実施形態では、送液部１２０、検出部１３０、分取機構部１４０、制御部１５０、記憶部１５１、およびドライバ回路１５２は、マイクロ流路カートリッジ１００とは別に設けられていたが、これらの少なくとも一部をマイクロ流路カートリッジ１００に組み込んでもよい。例えば、検出部１３０を構成する光源１３１、光学系１３２、および光検出器１３３をマイクロ流路カートリッジ１００に組み込んでもよいし、光検出器１３３を組み込んでもよい。また、分取機構部１４０をマイクロ流路カートリッジ１００に組み込んでもよいし、分取機構部１４０を構成する流路開閉部１４１を組み込んでもよいし、送液制御バルブ１２２を組み込んでもよい。

１０：第１流路、１１：検出領域、１２：分取領域、１２ａ：第１誘導路、１２ｂ：第２誘導路、２０：第２流路、３０：第３流路、４０：流路形成体、４１：基板、４２：シート、５１：回収チャンバ、５２：サンプルチャンバ、５３：リザーバ、５３ａ：接続流路、５４：シース液チャンバ、５４ａ：シース液流路、８０：試料、８１：標的粒子含有試料、８２：試料、９１：標的粒子、１００：マイクロ流路カートリッジ、１１０：設置部、１２０：送液部、１３０：検出部、１４０：分取機構部、１４１：流路開閉部、１４２：可動部材、１４２ａ：押圧部、１４３：圧電素子、１４４：固定部材、１５０：制御部、２００：粒子ソーター、ＭＣ：流路

Claims (24)

1. 試料に含まれる標的粒子を検出するための検出領域、および、検出された前記標的粒子を含む標的粒子含有試料を分取するための分岐した分取領域を有する第１流路と、前記標的粒子含有試料を前記第１流路の前記検出領域よりも上流に返送するための第２流路と、が形成されたマイクロ流路カートリッジと、
   前記マイクロ流路カートリッジが設置される設置部と、
   前記マイクロ流路カートリッジ内の液体を送液する送液部と、
   前記検出領域を通過する前記標的粒子に対応する信号を出力する検出部と、
   前記検出部からの信号に基づき、前記分取領域において、前記標的粒子含有試料を分取するための分取動作を行う分取機構部と、
   前記分取機構部により分取された前記標的粒子含有試料を、前記第２流路を介して前記第１流路の前記検出領域よりも上流に返送するように前記送液部を制御し、返送された前記標的粒子含有試料に対して前記分取動作を行うように、前記分取機構部を制御する制御部と、を備える、粒子ソーター。
2. 前記制御部は、
   前記試料を前記マイクロ流路カートリッジの前記第１流路へ送液するように前記送液部を制御し、前記検出部からの信号に基づいて、前記分取動作を行うように前記分取機構部を制御することにより前記標的粒子含有試料を分取する第１分取工程と、
   前記第１分取工程により分取された前記標的粒子含有試料を前記第２流路を介して前記第１流路へ返送するように前記送液部を制御する返送工程と、
   返送された前記標的粒子含有試料を前記第１流路の前記検出領域および前記分取領域へ送液するように前記送液部を制御し、前記検出部からの信号に基づいて、前記分取動作を行うように前記分取機構部を制御する第２分取工程と、
   を実行する、請求項１に記載の粒子ソーター。
3. 前記制御部は、前記第１分取工程における前記試料の流速が、前記第２分取工程における前記標的粒子含有試料の流速よりも大きくなるように、前記送液部を制御する、請求項２に記載の粒子ソーター。
4. 前記制御部は、前記標的粒子含有試料を希釈するように前記送液部を制御し、希釈された前記標的粒子含有試料に対して、前記分取動作を行うように、前記分取機構部を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子ソーター。
5. 前記マイクロ流路カートリッジには、分取された前記標的粒子含有試料を回収する回収チャンバがさらに形成されており、
   前記制御部は、前記標的粒子含有試料を前記回収チャンバ内で希釈するように、前記送液部を制御する、請求項４に記載の粒子ソーター。
6. 前記制御部は、希釈液を貯留している前記回収チャンバに前記標的粒子含有試料を送液することにより、前記標的粒子含有試料が前記回収チャンバ内で希釈されるように、前記送液部を制御する、請求項５に記載の粒子ソーター。
7. 前記マイクロ流路カートリッジには、前記第１流路に送液される前記試料を貯留するサンプルチャンバと、前記第２流路の下流端と連通するリザーバと、前記リザーバと、前記第１流路の前記検出領域よりも上流とをつなぐ接続流路と、が形成されており、
   前記制御部は、前記サンプルチャンバから前記第１流路に送液された前記試料から前記標的粒子含有試料を分取するように前記分取機構部を制御し、分取した前記標的粒子含有試料を前記第２流路、前記リザーバ、および前記接続流路を介して前記第１流路へ返送するよう、前記送液部を制御する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子ソーター。
8. 前記マイクロ流路カートリッジには、前記第１流路に送液される前記試料を貯留するサンプルチャンバが形成されており、
   前記制御部は、前記サンプルチャンバから前記第１流路に送液された前記試料から前記標的粒子含有試料を分取し、分取した前記標的粒子含有試料を前記第２流路および前記サンプルチャンバを介して前記第１流路へ返送するように、前記送液部を制御する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子ソーター。
9. 前記マイクロ流路カートリッジには、前記第１流路の前記分取領域において前記標的粒子含有試料として分取されなかった前記試料を、前記第１流路の前記検出領域よりも上流に返送するための第３流路が、さらに形成されており、
   前記制御部は、前記第１流路の前記分取領域において前記標的粒子含有試料として分取されなかった前記試料を、前記第３流路を介して、前記第１流路の前記検出領域よりも上流に返送し、返送された前記試料を前記第１流路の前記検出領域へ送液するように前記送液部を制御し、前記検出部からの信号に基づいて、前記分取動作を行うように、前記分取機構部を制御する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の粒子ソーター。
10. 前記マイクロ流路カートリッジには、分取された前記標的粒子含有試料を回収する回収チャンバがさらに形成されており、前記第１流路の前記分取領域は、前記試料を前記回収チャンバに導く第１誘導路と、前記第１誘導路とは異なる第２誘導路とに、前記第１流路を分岐するように形成されており、
    前記制御部は、前記検出部からの信号に基づいて、前記分取領域に送液された前記試料および前記標的粒子含有試料を前記第１誘導路に振り分けるように前記分取機構部を制御するように構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の粒子ソーター。
11. 前記分取機構部は、前記第１流路の前記分取領域において分岐した流路の少なくとも１つを開閉する流路開閉部を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の粒子ソーター。
12. 前記流路開閉部は、ピンチバルブであり、前記マイクロ流路カートリッジの前記分岐した流路の少なくとも１つが形成された領域を外部から押圧して変形させることにより、前記分岐した流路の少なくとも１つを閉鎖するように構成されている、請求項１１に記載の粒子ソーター。
13. 前記流路開閉部は、変位拡大型の圧電アクチュエータを含む、請求項１２に記載の粒子ソーター。
14. 前記変位拡大型の圧電アクチュエータは、前記マイクロ流路カートリッジの押圧位置に対向する押圧部を有する可動部材と、前記可動部材を動かす圧電素子と、前記圧電素子および前記可動部材を保持する固定部材と、を含み、
    前記可動部材は、前記圧電素子の変位量よりも大きな変位量で前記押圧部を変位させるように構成されている、請求項１３に記載の粒子ソーター。
15. 前記第１流路および前記第２流路は、深さが１μｍ以上１０００μｍ以下であり、幅が１μｍ以上１０００μｍ以下である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の粒子ソーター。
16. 試料に含まれる標的粒子を検出するための検出領域および検出された前記標的粒子を分取するための分岐した分取領域を有する第１流路と、分取された前記標的粒子を含む標的粒子含有試料を前記第１流路の前記検出領域よりも上流に返送するための第２流路と、が形成されたマイクロ流路カートリッジを用いて標的粒子を分取する方法であって、
    前記試料を前記マイクロ流路カートリッジの前記第１流路へ送液し、前記検出領域を通過する前記標的粒子に対応する信号に基づいて、分取動作を行うことにより前記試料から前記標的粒子含有試料を分取する第１分取工程と、
    前記第１分取工程により分取された前記標的粒子含有試料を前記第２流路を介して前記第１流路へ返送する返送工程と、
    返送された前記標的粒子含有試料を前記第１流路の前記検出領域および前記分取領域へ送液し、前記検出領域を通過する前記標的粒子に対応する信号に基づいて、前記分取動作を行う第２分取工程と、を備える、粒子分取方法。
17. 標的粒子を含む試料を流す流路が形成された流路形成体を備え、
    前記流路は、試料に含まれる前記標的粒子を検出するための検出領域および検出された前記標的粒子を分取するための分岐した分取領域を有する第１流路と、分取された前記標的粒子を含む標的粒子含有試料を前記第１流路の前記検出領域よりも上流に返送するための第２流路と、を含む、マイクロ流路カートリッジ。
18. 前記流路形成体には、前記第１流路の前記分取領域において分取された前記標的粒子含有試料を回収する回収チャンバがさらに形成されている、請求項１７に記載のマイクロ流路カートリッジ。
19. 前記第２流路は、上流端が前記回収チャンバと連通している、請求項１８に記載のマイクロ流路カートリッジ。
20. 前記流路形成体には、前記第１流路に送液する前記試料を貯留するサンプルチャンバと、前記第２流路の下流端と連通するリザーバと、前記リザーバと、前記第１流路の前記検出領域よりも上流とをつなぐ接続流路と、がさらに形成されている、請求項１７又は１８に記載のマイクロ流路カートリッジ。
21. 前記流路形成体には、シース液を貯留するシース液チャンバと、前記シース液チャンバと連通するとともに、前記第１流路における前記検出領域より上流で、かつ、前記第１流路と前記接続流路との合流点より下流につながるシース液流路と、がさらに形成されている、請求項２０に記載のマイクロ流路カートリッジ。
22. 前記流路形成体は、板状の基板と、前記基板に貼り合わされたシートと、を含む、請求項１７〜２１のいずれか１項に記載のマイクロ流路カートリッジ。
23. 前記シートは、前記基板よりも柔軟で押圧により弾性変形可能な材料により形成され、
    前記第１流路の前記分取領域は、前記シートが外部から押圧されることにより流路が閉塞されることが可能に構成されている、請求項２２に記載のマイクロ流路カートリッジ。
24. 前記流路形成体には、前記第１流路の前記分取領域において前記標的粒子含有試料として分取されなかった前記試料を、前記第１流路の前記検出領域よりも上流に返送可能に構成された第３流路が、さらに形成されている、請求項１７〜２３のいずれか１項に記載のマイクロ流路カートリッジ。

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