JP2022102382A - 粒子分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、大量のサンプル液を短時間かつ高速で処理することを可能とする粒子分離装置を提供すること。【解決手段】粒子分離装置１０は、標的粒子を含むサンプル液Ｓａを流通させるＤＬＤマイクロ流路を備える第１分離部２０と、第１分離部２０から排出された標的粒子濃縮液Ｓｂを流通させるＤＬＤマイクロ流路を備える第２分離部３０とを有する。第１分離部２０は、サンプル液が導入されるサンプル液導入口２１と、ＤＬＤマイクロ流路構造を備え、サンプル液導入口２１から導入されたサンプル液Ｓａを流通させて標的粒子の濃度が上昇した液と標的粒子がほぼ除去された液とに分離するＤＬＤ流路部と、標的粒子の濃度が上昇した液を標的粒子濃縮液Ｓｂとして排出する標的粒子濃縮液排出口２２と、標的粒子がほぼ除去された液を排出する標的粒子除去液排出口２３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、標的粒子を含む液体中から該標的粒子を分離する粒子分離装置に関する。

がんの原発腫瘍組織または転移腫瘍組織から、腫瘍細胞が血中へ遊離して、血液と共に体内を循環することが知られている。このような腫瘍細胞は、血中循環腫瘍細胞（ＣＴＣ：Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ Ｔｕｍｏｒ Ｃｅｌｌｓ）と呼ばれ、末梢血中の血中循環腫瘍細胞を分離して調べることにより、がんの進行状態や治療効果の把握、あるいは再発・転移の早期発見等のための情報が得られるものと期待されている。

血中循環腫瘍細胞を簡便に分離するための粒子分離技術としては、血中循環腫瘍細胞が血球細胞よりもサイズが大きい傾向があることを利用した、水力学的層流分離の一つである決定論的横置換（ＤＬＤ：Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ Ｌａｔｅｒａｌ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）法を用いた方法が知られている（例えば非特許文献１参照）。

この分離技術を利用した分離装置として、例えば下記の特許文献１には、圧力供給部から分岐管を通じて押圧してサンプル液およびバッファ液を押し出すことで、同量のサンプル液およびバッファ液をＤＬＤマイクロ流路チップ内に導入することが可能な粒子分離装置が開示されている。

また、例えば下記の特許文献２には、試料中の粒子を濃縮または分離するために、１つまたは複数のステージを持つアレイを多重化して構成されたチップ（デバイス）の様々な設計態様が開示されている。

また、例えば下記の非特許文献２には、ＤＬＤマイクロ流路を備え、バッファ液およびサンプル液（血液）が導入されてＣＴＣおよび白血球を含むバッファ液と赤血球および血小板等を含む液とに分離する第１チップと、慣性力フォーカシング用流路および磁気泳動による分離部を備え、ＣＴＣおよび白血球を含むバッファ液を、ＣＴＣを含む液と白血球を含む液とに分離する第２チップが直列に接続された構成が開示されている。

国際公開２０１９／１７２４２８号公報 特表２００８－５３８２８３号公報

Ｈｕａｎｇ ｅｔ ａｌ．，"Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ Ｌａｔｅｒａｌ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ"，Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ．３０４，ｐｐ．９８７－９９０，２００４ Ｋａｒａｂａｃａｋ， ｅｔ ａｌ．， "Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ， ｍａｒｋｅｒ－ｆｒｅｅ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｕｍｏｒ ｃｅｌｌｓ ｆｒｏｍ ｂｌｏｏｄ ｓａｍｐｌｅｓ"，Ｎａｔｕｒｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ Ｖｏｌ．９，ｐｐ．６９４－７１０，２０１４

しかしながら、特許文献１に開示されている粒子分離装置では、ＤＬＤマイクロ流路チップの処理速度に限界があり、大量のサンプル液を処理するために膨大な時間を要するため、実質的に大量のサンプル液から標的粒子を分離することが困難であるという問題がある。

また、特許文献２に開示されているチップは複雑であり、このような複雑化されたＤＬＤマイクロ流路を備えたチップを製造することは容易ではなく、また、１つのチップで処理可能なサンプルの量には限界があるという問題がある。

また、非特許文献２に開示されている構成に関しても、特許文献１に開示されている粒子分離装置と同様に、ＤＬＤマイクロ流路チップの処理速度に限界があり（非特許文献２に開示されている構成ではサンプル液の処理速度が毎分１２０μＬ程度）、大量のサンプル液を処理するために膨大な時間を要するため、実質的に大量のサンプル液から標的粒子を分離することが困難であるという問題がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、大量のサンプル液を短時間かつ高速で処理することを可能とする粒子分離装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る粒子分離装置は、
標的粒子を含むサンプル液を流通させる複数の微細なピラーが配設されたＤＬＤマイクロ流路を備える第１分離部と、
前記第１分離部に接続されており、前記第１分離部から排出された標的粒子濃縮液を流通させる複数の微細なピラーが配設されたＤＬＤマイクロ流路を備える第２分離部と、
を有する粒子分離装置であって、
前記第１分離部が、
前記サンプル液が導入されるサンプル液導入口と、
ＤＬＤマイクロ流路構造を備え、前記サンプル液導入口から導入された前記サンプル液を流通させて前記標的粒子の濃度が上昇した液と前記標的粒子がほぼ除去された液とに分離するＤＬＤ流路部と、
前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子の濃度が上昇した液を前記標的粒子濃縮液として排出する標的粒子濃縮液排出口と、
前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子がほぼ除去された液を排出する標的粒子除去液排出口と、
を備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、第１分離部がサンプル液を標的粒子の濃度が上昇した液（標的粒子濃縮液）と標的粒子がほぼ除去された液とに分離して、サンプル液と比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液を排出し、第２分離部が、この標的粒子濃縮液に係る処理を行うことで、第２分離部による処理時間が大幅に短縮され、大量のサンプル液を短時間かつ高速で処理できるようになる。

さらに、本発明に係る粒子分離装置において、
前記第２分離部が、
前記第１分離部の前記標的粒子濃縮液排出口から排出される前記標的粒子濃縮液が導入される標的粒子濃縮液導入口と、
バッファ液が導入されるバッファ液導入口と、
ＤＬＤマイクロ流路構造を備え、前記標的粒子濃縮液導入口から導入された前記標的粒子濃縮液と前記バッファ液導入口から導入された前記バッファ液とが接するように並行して流通させて前記標的粒子を含むバッファ液と前記標的粒子がほぼ除去された液とに分離するＤＬＤ流路部と、
前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子がほぼ除去された液を排出する排出口と、
前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子を含むバッファ液を排出する排出口と、
を備えていてもよい。

上記の構成によれば、第２分離部が、サンプル液と比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液に含まれる標的粒子をバッファ液に移動させて、標的粒子を含むバッファ液と標的粒子がほぼ除去された液とに分離できるようになる。

さらに、本発明に係る粒子分離装置は、前記サンプル液を前記第１分離部に供給するサンプル液収容部と、前記第１分離部と前記第２分離部との間に介在し、前記第１分離部の前記標的粒子濃縮液排出口から排出された前記標的粒子濃縮液を収容するとともに、前記標的粒子濃縮液を前記第２分離部に供給する標的粒子濃縮液収容部と、前記第１分離部の前記標的粒子除去液排出口から排出された液を収容する標的粒子除去液回収部と、前記バッファ液を前記第２分離部に供給するバッファ液収容部と、を備え、前記サンプル液収容部内の気圧を前記標的粒子濃縮液収容部内の気圧より高くし、かつ、前記標的粒子濃縮液収容部内の気圧、前記標的粒子除去液回収部内の気圧および前記バッファ液収容部内の気圧をほぼ等しくした状態を維持してもよい。

上記の構成によれば、気圧差により、第１分離部内へのサンプル液の導入、第１分離部からの標的粒子濃縮液の排出および第２分離部内への標的粒子濃縮液の導入が適切に行われて、連続した粒子分離が実現されるようになる。

さらに、本発明に係る粒子分離装置は、前記バッファ液を前記第２分離部に供給するバッファ液収容部と、前記バッファ液収容部内の前記バッファ液の液面レベルを検出する液面センサと、前記液面センサの検出結果に基づいて外部より前記バッファ液を補充して、前記バッファ液収容部内の前記バッファ液の量を調整する制御部と、を備えていてもよい。

上記の構成によれば、バッファ液収容部内のバッファ液を適量に保つことができるようになる。

さらに、本発明に係る粒子分離装置において、
前記第２分離部が、
前記第１分離部の前記標的粒子濃縮液排出口から排出される前記標的粒子濃縮液が導入される標的粒子濃縮液導入口と、
ＤＬＤマイクロ流路構造を備え、前記標的粒子濃縮液導入口から導入された前記標的粒子濃縮液を流通させて前記標的粒子の濃度が上昇した液と前記標的粒子がほぼ除去された液とに分離するＤＬＤ流路部と、
前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子の濃度が上昇した液を排出する排出口と、
前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子がほぼ除去された液を排出する排出口と、
を備えていてもよい。

上記の構成によれば、第２分離部が、サンプル液と比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液を、標的粒子の濃度がさらに上昇した液と標的粒子がほぼ除去された液とに分離できるようになる。

さらに、本発明に係る粒子分離装置は、前記サンプル液を前記第１分離部に供給するサンプル液収容部と、前記第１分離部と前記第２分離部との間に介在し、前記第１分離部の前記標的粒子濃縮液排出口から排出された前記標的粒子濃縮液を収容するとともに、前記標的粒子濃縮液を前記第２分離部に供給する標的粒子濃縮液収容部と、前記第１分離部の前記標的粒子除去液排出口から排出された液を収容する標的粒子除去液回収部と、を備え、前記サンプル液収容部内の気圧を前記標的粒子濃縮液収容部内の気圧より高くし、かつ、前記標的粒子濃縮液収容部内の気圧と前記標的粒子除去液回収部内の気圧とをほぼ等しくした状態を維持してもよい。

上記の構成によれば、気圧差により、第１分離部内へのサンプル液の導入、第１分離部からの標的粒子濃縮液の排出および第２分離部内への標的粒子濃縮液の導入が適切に行われて、連続した粒子分離が実現されるようになる。

さらに、本発明に係る粒子分離装置は、前記第１分離部と前記第２分離部との間に介在し、前記第１分離部の前記標的粒子濃縮液排出口から排出された前記標的粒子濃縮液を収容するとともに、前記標的粒子濃縮液を前記第２分離部に供給する標的粒子濃縮液収容部と、前記標的粒子濃縮液収容部内の前記標的粒子濃縮液の液面レベルを検出する液面センサと、前記液面センサの検出結果に基づいて、前記標的粒子濃縮液収容部内の前記標的粒子濃縮液の量を調整する制御部と、を備えていてもよい。

上記の構成によれば、標的粒子濃縮液収容部内の標的粒子濃縮液を適量に保つことができるようになる。

さらに、本発明に係る粒子分離装置は、前記サンプル液を前記第１分離部に供給するサンプル液収容部と、前記サンプル液収容部内の前記サンプル液の液面レベルを検出する液面センサと、前記液面センサの検出結果に基づいて外部より前記サンプル液を補充して、前記サンプル液収容部内の前記サンプル液の量を調整する制御部と、を備えていてもよい。

上記の構成によれば、サンプル液収容部内のサンプル液を適量に保つことができるようになる。

さらに、本発明に係る粒子分離装置において、前記サンプル液は、前記標的粒子とサイズの異なる非標的粒子を含んでいてもよい。

上記の構成によれば、サンプル液が標的粒子とサイズの異なる非標的粒子を含む場合であっても、標的粒子を分離することができる。

さらに、本発明に係る粒子分離装置において、前記標的粒子は細胞であってもよく、さらに、前記サンプル液は、血中循環腫瘍細胞を前記標的粒子として含んでいてもよい。

上記の構成によれば、血中循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）等の細胞を好適に分離することができる。

本発明の第１実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）の構成の一例を示す図である。 本発明に係るＤＬＤマイクロ流路の粒子分離の原理を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）で用いられる第１分離部の構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）で用いられる第１分離部内のＤＬＤ流路部の構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）で用いられる第２分離部の構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）の構成の派生例を示す図である。 本発明の第２実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）の構成の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）で用いられる第１分離部の構成の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）の構成の派生例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

以下、標的粒子および該標的粒子とサイズの異なる非標的粒子が分散したサンプル液から該標的粒子を分離（分画）するための、本発明が適用された粒子分離装置の実施形態として、血球を非標的粒子として、血中循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）を標的粒子として含む血液由来の液をサンプル液とし、該サンプル液から血中循環腫瘍細胞を分離するＣＴＣ分離装置について説明する。

ただし、本発明は、血中循環腫瘍細胞を分離するものに限定されず、血中循環腫瘍細胞以外の細胞を標的粒子として、該標的粒子とサイズの異なる細胞を非標的粒子として含む体液（血液、リンパ液、唾液、尿、涙等を含む）から標的粒子に係る細胞を分離するものに適用可能である。また、標的粒子および非標的粒子としては、細胞にも限定されず、サイズの異なる２種以上の粒子が分散した液体中から標的粒子に係る粒子を分離するものに広く適用可能である。なお、ここでいう「分散」とは、粒子（細胞）が液体中に粒子単体で浮遊している場合のみならず、その一部または全部がクラスターとして浮遊している場合が含まれ、また、液体中に散らばって浮遊している場合のみならず、ある程度沈降している場合も含まれる。対象とする標的粒子および非標的粒子の粒径は、０．１～１０００μｍ程度である。

さらに、本発明において、サンプル液は分離対象である標的粒子を含むものであればよく、該標的粒子とサイズの異なる非標的粒子は、必ずしも含んでいる必要はない。例えば、単一サイズの粒子または所定のサイズ以上の粒径を有する複数種の粒子を含むバッファ液の交換（粒子を含むバッファ液をサンプル液として、該サンプル液と成分の異なるまたは同一の他のバッファ液に該粒子を移す）を行う場合や粒子の濃度の濃縮を行う場合にも、本発明は適用可能である。ここでいう「濃縮」とは、粒子分離の一態様であり、標的粒子を含むサンプル液等の液体を、標的粒子の濃度が上昇した液体と該標的粒子がほぼ除去された液体とに分離して標的粒子の濃度が上昇した液体を回収することを意味する。また、「標的粒子」とは分離の対象の粒子という意味であり、何らかの利用（例えば検査）に供するために分離回収したい粒子という意味のみならず、不要なために分離除去したい（取り除きたい）粒子という意味も含まれる。また、「標的粒子がほぼ除去された液体」とは、標的粒子を実質的に含まない液体（標的粒子をごく僅かにしか含まない液体、または、理想的には標的粒子をまったく含まない液体）を意味しており、「標的粒子の濃度が上昇した液体」と比較して「標的粒子の濃度が低下した液体」と表現することができる。

＜第１実施形態＞
図１を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る基本的な概念について説明する。図１は、本発明の第１実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、本実施形態における粒子分離装置１０は、サンプル液収容部１１、第１分離部２０、標的粒子濃縮液収容部１２、標的粒子除去液回収部１３、バッファ液収容部１４、第２分離部３０、第２標的粒子除去液回収部１５、バッファ液回収部１６を概略備えて構成されている。

サンプル液収容部１１は、分離対象である標的粒子を含むサンプル液Ｓａが収容される容器であり、例えばシリンジのバレル等によって構成することができる。サンプル液Ｓａは、分離対象である標的粒子を含むものであればよいが、血中循環腫瘍細胞を標的粒子とする場合には、例えば血中循環腫瘍細胞を含む血液に抗凝固剤として終濃度２ｍＭのＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）を加えたもの等を用いることができる。

サンプル液収容部１１の収容空間は、気密状態とすることができるようになっている。さらに、図１に模式的に示されているように、サンプル液収容部１１の収容空間に連通した不図示の圧力発生装置（空圧ポンプ）等により、サンプル液収容部１１内の気圧（気圧Ａ）を制御できるようになっている。一例として、サンプル液収容部１１の上方に位置する開口部に、不図示の圧力発生装置に接続された送気チューブが貫通した蓋（バレル上部を密閉するアダプタ）を着脱可能に装着できるようにし、この蓋をサンプル液Ｓａが収容されたサンプル液収容部１１に装着することで、サンプル液収容部１１の収容空間を気密状態とし、かつ、サンプル液収容部１１内の気圧Ａを制御することができる。

また、サンプル液収容部１１には、収容されたサンプル液Ｓａが排出可能となる位置（例えば、サンプル液収容部１１の底面）に、サンプル液Ｓａを排出するための排出口が設けられている。サンプル液収容部１１の排出口は、第１管路４１の一端に接続されている。

第１分離部２０は、ＤＬＤ法の基本的な構造に基づいて設計されており、複数の微細なピラー（マイクロピラー）が配設されたＤＬＤマイクロ流路構造を有している（後述する図２を参照）。

第１分離部２０は、液体導入口としてサンプル液導入口２１を備え、液体排出口として標的粒子濃縮液排出口２２および標的粒子除去液排出口２３を備えている。サンプル液導入口２１は第１管路４１の他端に接続されており、サンプル液収容部１１の排出口から排出されたサンプル液Ｓａが、第１管路４１を通じてサンプル液導入口２１へ導入されるようになっている。また、標的粒子濃縮液排出口２２は第２管路４２の一端に接続されており、標的粒子除去液排出口２３は第３管路４３の一端に接続されている。

第１分離部２０は、サンプル液導入口２１から導入されたサンプル液Ｓａを流通させて、標的粒子の濃度が上昇した液と標的粒子がほぼ除去された液とに分離する。標的粒子の濃度が上昇した液は標的粒子濃縮液Ｓｂとして標的粒子濃縮液排出口２２から排出され、標的粒子がほぼ除去された液は標的粒子除去液Ｓｃとして標的粒子除去液排出口２３から排出される。第１分離部２０は標的粒子を濃縮する濃縮チップとしての機能を有し、サンプル液Ｓａと比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液Ｓｂを排出することができる。なお、第１分離部２０の詳細な構成および機能については、図３および図４を参照しながら後述する。

標的粒子濃縮液収容部１２は、第１分離部２０から排出された標的粒子濃縮液Ｓｂを収容する容器であり、例えばシリンジのバレル等によって構成することができる。標的粒子濃縮液収容部１２の収容空間には第２管路４２の他端が連通されており、第１分離部２０の標的粒子濃縮液排出口２２から排出された標的粒子濃縮液Ｓｂが、第２管路４２を通じて標的粒子濃縮液収容部１２内へ導入されるようになっている。

標的粒子濃縮液収容部１２の収容空間は、気密状態とすることができるようになっている。さらに、図１に模式的に示されているように、標的粒子濃縮液収容部１２の収容空間に連通した不図示の圧力発生装置（空圧ポンプ）等により、標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧（気圧Ｂ）を制御できるようになっている。一例として、標的粒子濃縮液収容部１２の上方に位置する開口部に、不図示の圧力発生装置に接続された送気チューブおよび第２管路４２が貫通した蓋（バレル上部を密閉するアダプタ）を着脱可能に装着できるようにし、この蓋を標的粒子濃縮液収容部１２に装着することで、標的粒子濃縮液収容部１２の収容空間を気密状態とし、かつ、標的粒子濃縮液収容部１２の気圧Ｂを制御することができる。

また、標的粒子濃縮液収容部１２には、収容された標的粒子濃縮液Ｓｂが排出可能となる位置（例えば、標的粒子濃縮液収容部１２の底面）に、標的粒子濃縮液Ｓｂを排出するための排出口が設けられている。標的粒子濃縮液収容部１２の排出口は、第４管路４４の一端に接続されている。

標的粒子除去液回収部１３は、第１分離部２０から排出された標的粒子除去液Ｓｃを収容する容器であり、例えばシリンジのバレル等によって構成することができる。標的粒子除去液回収部１３の収容空間には第３管路４３の他端が連通されており、第１分離部２０の標的粒子除去液排出口２３から排出された標的粒子除去液Ｓｃが、第３管路４３を通じて標的粒子除去液回収部１３内へ導入されるようになっている。

標的粒子除去液回収部１３の収容空間は、気密状態とすることができるようになっている。さらに、図１に模式的に示されているように、標的粒子除去液回収部１３の収容空間に連通した不図示の圧力発生装置（空圧ポンプ）等により、標的粒子除去液回収部１３内の気圧（気圧Ｂ）を制御できるようになっている。一例として、標的粒子除去液回収部１３の上方に位置する開口部に、不図示の圧力発生装置に接続された送気チューブおよび第３管路４３が貫通した蓋（バレル上部を密閉するアダプタ）を着脱可能に装着できるようにし、この蓋を標的粒子除去液回収部１３に装着することで、標的粒子除去液回収部１３の収容空間を気密状態とし、かつ、標的粒子除去液回収部１３内の気圧Ｂを制御することができる。

バッファ液収容部１４は、バッファ液Ｂａを収容する容器であり、例えばシリンジのバレル等によって構成することができる。バッファ液Ｂａは、液体であれば特に限定されず、例えばＰＢＳまたはグリセリン含有ＰＢＳ等を用いることができる。なお、緩衝作用のある液体を用いることが多いため便宜上バッファ液と呼んでいるが、本明細書における「バッファ液」は緩衝作用のない液体も含む。

バッファ液収容部１４の収容空間は、気密状態とすることができるようになっている。さらに、図１に模式的に示されているように、バッファ液収容部１４の収容空間に連通した不図示の圧力発生装置（空圧ポンプ）等により、バッファ液収容部１４内の気圧（気圧Ｂ）を制御できるようになっている。一例として、バッファ液収容部１４の上方に位置する開口部に、不図示の圧力発生装置に接続された送気チューブが貫通した蓋（バレル上部を密閉するアダプタ）を着脱可能に装着できるようにし、この蓋をバッファ液Ｂａが収容されたバッファ液収容部１４に装着することで、バッファ液収容部１４の収容空間を気密状態とし、かつ、バッファ液収容部１４内の気圧Ｂを制御することができる。

また、バッファ液収容部１４には、収容されたバッファ液Ｂａが排出可能となる位置（例えば、バッファ液収容部１４の底面）に、バッファ液Ｂａを排出するための排出口が設けられている。バッファ液収容部１４の排出口は、第５管路４５の一端に接続されている。

第２分離部３０は、ＤＬＤ法の基本的な構造に基づいて設計されており、複数の微細なピラー（マイクロピラー）が配設されたＤＬＤマイクロ流路構造を有している（後述する図２を参照）。

第２分離部３０は、液体導入口として標的粒子濃縮液導入口３１およびバッファ液導入口３２を備え、液体排出口として第２標的粒子除去液排出口３３およびバッファ液排出口３４を備えている。標的粒子濃縮液導入口３１は第４管路４４の他端に接続されており、標的粒子濃縮液収容部１２の排出口から排出された標的粒子濃縮液Ｓｂが、第４管路４４を通じて標的粒子濃縮液導入口３１へ導入されるようになっている。バッファ液導入口３２は第５管路４５の他端に接続されており、バッファ液収容部１４の排出口から排出されたバッファ液Ｂａが、第５管路４５を通じてバッファ液導入口３２へ導入されるようになっている。また、第２標的粒子除去液排出口３３は第６管路４６の一端に接続されており、バッファ液排出口３４は第７管路４７の一端に接続されている。

第２分離部３０は、標的粒子濃縮液導入口３１から導入された標的粒子濃縮液Ｓｂおよびバッファ液導入口３２から導入されたバッファ液Ｂａを並行して流通させて標的粒子濃縮液Ｓｂに含まれる標的粒子をバッファ液Ｂａへ移動させることで、標的粒子を含むバッファ液と標的粒子がほぼ除去された液とに分離する。標的粒子がほぼ除去された液は第２標的粒子除去液Ｓｄとして第２標的粒子除去液排出口３３から排出され、標的粒子を含むバッファ液は回収バッファ液Ｂｂとしてバッファ液排出口３４から排出される。第２分離部３０は標的粒子を回収バッファ液Ｂｂ内に取り出す分取チップとしての機能を有している。なお、第２分離部３０の詳細な構成および機能については、図５を参照しながら後述する。

第２標的粒子除去液回収部１５は、第２分離部３０から排出された第２標的粒子除去液Ｓｄを収容する容器である。第２標的粒子除去液回収部１５の収容空間には第６管路４６の他端が連通されており、第２分離部３０の第２標的粒子除去液排出口３３から排出された第２標的粒子除去液Ｓｄが、第６管路４６を通じて第２標的粒子除去液回収部１５内へ導入されるようになっている。第２標的粒子除去液回収部１５の収容空間は気密である必要はなく、第２標的粒子除去液回収部１５内の気圧は大気圧と等しくてもよい。

バッファ液回収部１６は、第２分離部３０から排出された回収バッファ液Ｂｂを収容する容器である。バッファ液回収部１６の収容空間には第７管路４７の他端が連通されており、第２分離部３０のバッファ液排出口３４から排出された回収バッファ液Ｂｂが、第７管路４７を通じてバッファ液回収部１６内へ導入されるようになっている。バッファ液回収部１６に収容された回収バッファ液Ｂｂは、例えばサンプル液Ｓａ中の標的粒子の数を測定するために使用され得る。バッファ液回収部１６の収容空間は気密である必要はなく、バッファ液回収部１６内の気圧は大気圧と等しくてもよい。

第１分離部２０および第２分離部３０の構成および機能について説明する。図２は、本発明に係るＤＬＤマイクロ流路の粒子分離の原理を示す模式図である。

第１分離部２０および第２分離部３０は、ＤＬＤ法の基本的な構造に基づいて設計されている。第１分離部２０および第２分離部３０はそれぞれ、例えば非特許文献１に記載されているようなＤＬＤ法の原理に基づいて複数の微細なピラー（マイクロピラー）が配設されたＤＬＤマイクロ流路構造を有している。

ＤＬＤ法によれば、図２に示すように、所定の規則に従って配設された複数のピラーＰからなるピラー群に粒子の分散液を流した場合には、小さい粒子は流れの方向に沿って進み、大きい粒子はピラーＰの存在によって流れの方向に沿う進行を妨げられる結果として、流れの方向に対して斜めに進む。ピラーＰの間隔Ｇとシフト量ｄとで決まるしきい値を適宜設定することにより、しきい値未満の径の粒子としきい値以上の径の粒子とを分離することができる。

図３および図４を参照しながら、第１分離部２０の構成および機能について説明する。図３は、本発明の第１実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）で用いられる第１分離部の構成の一例を示す図である。図４は、本発明の第１実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）で用いられる第１分離部内のＤＬＤ流路部の構成の一例を示す図である。

第１分離部２０は、図３に示されているように、１つのサンプル液導入口２１と、２つの排出口（標的粒子濃縮液排出口２２および標的粒子除去液排出口２３）と、ＤＬＤ流路部２４と、合流用流路２５とを備えて構成されている。

ＤＬＤ流路部２４は、複数の微細なピラーが配設されたＤＬＤマイクロ流路構造を有している。ＤＬＤ流路部２４の上流側には、サンプル液導入口２１が配置されており、サンプル液導入口２１から導入された標的粒子を含むサンプル液Ｓａが、ＤＬＤ流路部２４内に形成されているＤＬＤマイクロ流路を流通できるようになっている。

ＤＬＤ流路部２４内には、図４に示されているように、複数本（例えば１０本）のＤＬＤマイクロ流路（鏡像となるＤＬＤマイクロ流路を含む）が並列に配置されている。各ＤＬＤマイクロ流路において、サンプル液Ｓａに含まれる比較的大きい径の標的粒子（例えば１２～１５μｍ程度の血中循環腫瘍細胞）は、サンプル液Ｓａの流れ方向に対して斜めに進み、サンプル液Ｓａの流れ方向に対して垂直方向の一方側（鏡像では反対側）に集まるように移動する。その結果、各ＤＬＤマイクロ流路の下流側では所定の位置に標的粒子が集まり、サンプル液Ｓａは、標的粒子の濃度が上昇した液と、標的粒子がほぼ除去された液とに分離される。

合流用流路２５は標的粒子の濃度が上昇した液を合流させるための流路である。各ＤＬＤマイクロ流路におけるサンプル液の流通により得られる標的粒子の濃度が上昇した液は合流用流路２５を通って合流して、２つの排出口のうちの一方の排出口（標的粒子濃縮液排出口２２）から標的粒子濃縮液Ｓｂとして排出される。

一方、各ＤＬＤマイクロ流路におけるサンプル液の流通により得られる標的粒子がほぼ除去された液はＤＬＤ流路部２４内で合流して、２つの排出口のうちの他方の排出口（標的粒子除去液排出口２３）から標的粒子除去液Ｓｃとして排出される。

このように、第１分離部２０は標的粒子を濃縮する濃縮チップとしての機能を有し、サンプル液Ｓａと比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液Ｓｂを排出することができる。例えば、第１分離部２０は、標的粒子濃縮液Ｓｂの量を、サンプル液導入口２１から導入されたサンプル液Ｓａの量の１／１０程度まで減量させることができる。

第１分離部２０はサンプル液Ｓａのみが導入される構成であり、ＤＬＤマイクロ流路全体をサンプル液Ｓａの流通（処理）に用いることができるため、２種の液体（サンプル液Ｓａとバッファ液）が導入される構成と比べて、サンプル液Ｓａの処理速度を速くすることができる。また、第１分離部２０はサンプル液Ｓａのみが導入される構成であり、サンプル液Ｓａのみを各ＤＬＤマイクロ流路に分配すればよいため、２種の液体（サンプル液Ｓａとバッファ液）が導入される構成と比べて、ＤＬＤマイクロ流路を並列化しても構造が複雑化しにくく、さらに、バッファ液の流量をサンプル液Ｓａの流量に応じて調節する必要が無い。第１分離部２０はＤＬＤマイクロ流路を並列化することで大量のサンプル液Ｓａを短時間かつ高速で処理することができ、第１分離部２０における液体（サンプル液Ｓａ）の処理速度（流速）は、第２分離部３０に比べて大幅に速く、その処理速度は、例えば毎分２ｍＬである。

図１に示す粒子分離装置１０に組み込まれた第１分離部２０は、サンプル液収容部１１に収容されているサンプル液Ｓａがサンプル液導入口２１へ導入されると、標的粒子濃縮液排出口２２から標的粒子濃縮液収容部１２内へ標的粒子濃縮液Ｓｂを排出し、標的粒子除去液排出口２３から標的粒子除去液回収部１３内へ標的粒子除去液Ｓｃを排出することができる。

図５を参照しながら、第２分離部３０の構成および機能について説明する。図５は、本発明の第１実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）で用いられる第２分離部の構成の一例を示す図である。

第２分離部３０は、図５に示されているように、標的粒子濃縮液導入口３１と、バッファ液導入口３２と、第２標的粒子除去液排出口３３と、バッファ液排出口３４と、ＤＬＤ流路部３５とを備えて構成されている。

ＤＬＤ流路部３５は、複数の微細なピラーが配設されたＤＬＤマイクロ流路構造を有している。ＤＬＤ流路部３５の上流側には、標的粒子濃縮液導入口３１およびバッファ液導入口３２が配置されており、標的粒子濃縮液導入口３１から導入された標的粒子を含む標的粒子濃縮液Ｓｂと、バッファ液導入口３２から導入されたバッファ液Ｂａとが、ＤＬＤ流路部３５内に形成されているＤＬＤマイクロ流路を流通できるようになっている。

ＤＬＤ流路部３５内には、ＤＬＤマイクロ流路が配置されている。ＤＬＤマイクロ流路において、標的粒子濃縮液Ｓｂに含まれる比較的大きい径の標的粒子（例えば１２～１５μｍ程度の血中循環腫瘍細胞）は、標的粒子濃縮液Ｓｂの流れ方向に対して斜めに進み、該標的粒子濃縮液Ｓｂに接しながら層流として並行して流れるバッファ液Ｂａに移動する。一方、ＤＬＤマイクロ流路において、標的粒子濃縮液Ｓｂに含まれる比較的小さい径の非標的粒子（例えば８μｍ程度の血球）は、標的粒子濃縮液Ｓｂの流れ方向に沿って進む。その結果、ＤＬＤマイクロ流路の下流側では、標的粒子濃縮液Ｓｂからバッファ液Ｂａに移動した標的粒子を含む回収バッファ液Ｂｂと、標的粒子がほぼ除去された第２標的粒子除去液Ｓｄとに分離される。

ＤＬＤマイクロ流路における液体流通により得られる標的粒子がほぼ除去された第２標的粒子除去液Ｓｄは、第２標的粒子除去液排出口３３から排出される。一方、ＤＬＤマイクロ流路における液体流通により得られる標的粒子を含む回収バッファ液Ｂｂは、バッファ液排出口３４から排出される。

なお、ＤＬＤマイクロ流路内において、標的粒子濃縮液Ｓｂとバッファ液Ｂａとは、互いに接しながら層流として並行して流れる際に互いに僅かに混入し合うため、第２標的粒子除去液排出口３３から排出される第２標的粒子除去液Ｓｄには回収バッファ液Ｂｂの一部が含まれ、バッファ液排出口３４から排出される回収バッファ液Ｂｂには第２標的粒子除去液Ｓｄの一部が含まれる場合がある。

このように、第２分離部３０は、標的粒子濃縮液Ｓｂに含まれる標的粒子をバッファ液Ｂａに移動させることで、標的粒子を回収バッファ液Ｂｂ内に取り出す分取チップとしての機能を有している。第２分離部３０における液体（標的粒子濃縮液Ｓｂ）の処理速度は、第１分離部２０に比べて遅く、その処理速度は、例えば毎分０．１ｍＬである。

図１に示す粒子分離装置１０に組み込まれた第２分離部３０は、標的粒子濃縮液収容部１２に収容されている標的粒子濃縮液Ｓｂが標的粒子濃縮液導入口３１へ導入され、バッファ液収容部１４に収容されているバッファ液Ｂａがバッファ液導入口３２へ導入されると、第２標的粒子除去液排出口３３から第２標的粒子除去液回収部１５内へ第２標的粒子除去液Ｓｄを排出し、バッファ液排出口３４からバッファ液回収部１６内へ回収バッファ液Ｂｂを排出することができる。

図１に示す粒子分離装置１０の動作例について説明する。

初めに、すべてのＤＬＤ流路部とそれらの液体導入管路（第１管路４１、第４管路４４、第５管路４５）等を液体（例えばバッファ液）で満たすことが好ましい。その後、サンプル液Ｓａをサンプル液収容部１１に、バッファ液Ｂａをバッファ液収容部１４に収容する。サンプル液収容部１１内の気圧Ａを標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧Ｂ（例えば大気圧）、標的粒子除去液回収部１３内の気圧Ｂ（例えば大気圧）およびバッファ液収容部１４内の気圧Ｂ（例えば大気圧）より高くすると、サンプル液収容部１１に収容されているサンプル液Ｓａが、第１管路４１を介して第１分離部２０内に圧送される。第１分離部２０に導入されたサンプル液Ｓａは、標的粒子の濃度が上昇した液（標的粒子濃縮液Ｓｂ）と標的粒子がほぼ除去された液（標的粒子除去液Ｓｃ）とに分離された後、標的粒子濃縮液Ｓｂは標的粒子濃縮液収容部１２内に排出され、標的粒子除去液Ｓｃは標的粒子除去液回収部１３内に排出される。

標的粒子濃縮液収容部１２に標的粒子濃縮液Ｓｂが適量溜まった状態で、標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧Ｂ、標的粒子除去液回収部１３内の気圧Ｂおよびバッファ液収容部１４内の気圧Ｂを、第２標的粒子除去液回収部１５内の気圧（例えば大気圧）およびバッファ液回収部１６内の気圧（例えば大気圧）よりも高くすることで、標的粒子濃縮液収容部１２に収容されている標的粒子濃縮液Ｓｂおよびバッファ液収容部１４に収容されているバッファ液Ｂａが、それぞれ第４管路４４および第５管路４５を介して第２分離部３０内に圧送される。第２分離部３０に導入された標的粒子濃縮液Ｓｂおよびバッファ液Ｂａは、標的粒子を含むバッファ液（回収バッファ液Ｂｂ）と標的粒子がほぼ除去された液（第２標的粒子除去液Ｓｄ）とに分離された後、第２標的粒子除去液Ｓｄは第２標的粒子除去液回収部１５内に排出され、回収バッファ液Ｂｂはバッファ液回収部１６内に排出される。

第２標的粒子除去液回収部１５内の気圧およびバッファ液回収部１６内の気圧を例えば大気圧とし、標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧Ｂ、標的粒子除去液回収部１３内の気圧Ｂおよびバッファ液収容部１４内の気圧Ｂを大気圧より高くし（気圧Ｂ＞大気圧）、さらに、サンプル液収容部１１内の気圧Ａを気圧Ｂより高くする（気圧Ａ＞気圧Ｂ）ことで、各収容部内の液体が粒子分離の作用を受ける方向へ連続して圧送され、連続した粒子分離が実現されるようになる。一例として、気圧Ａおよび気圧Ｂは１．５～２．５気圧（ただし気圧Ａ＞気圧Ｂ）に設定される。

標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧および標的粒子除去液回収部１３内の気圧を等圧（気圧Ｂ）とすることで、標的粒子濃縮液Ｓｂおよび標的粒子除去液Ｓｃが偏りなく適切に第１分離部２０から排出されるようになる。さらに、標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧およびバッファ液収容部１４内の気圧を等圧（気圧Ｂ）とすることで、バッファ液Ｂａおよび標的粒子濃縮液Ｓｂを同じ流量で適切に第２分離部３０内に導入できるようになる。標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧、標的粒子除去液回収部１３内の気圧およびバッファ液収容部１４内の気圧は、標的粒子濃縮液収容部１２、標的粒子除去液回収部１３およびバッファ液収容部１４を、同一の圧力発生装置に接続して等圧（気圧Ｂ）となるように構成されてもよい。また、標的粒子濃縮液収容部１２、標的粒子除去液回収部１３およびバッファ液収容部１４を、気体が流通する管路で接続して等圧となるようにしたうえで、その管路に圧力発生装置を接続して気圧Ｂを制御するように構成されてもよい。さらに、標的粒子濃縮液収容部１２、標的粒子除去液回収部１３およびバッファ液収容部１４を、気体が流通する管路で接続して等圧となるようにしたうえで、第１分離部２０から標的粒子濃縮液Ｓｂが標的粒子濃縮液収容部１２へ、標的粒子除去液Ｓｃが標的粒子除去液回収部１３へそれぞれ排出されることによって、間接的に気圧Ｂが高まるように構成されてもよい。

図１に示す粒子分離装置１０の動作を中断または中止させる場合には、サンプル液収容部１１内の気圧Ａ、標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧Ｂ、標的粒子除去液回収部１３内の気圧Ｂ、バッファ液収容部１４内の気圧Ｂをすべて大気圧とすればよい（気圧Ａ＝気圧Ｂ＝大気圧）。気圧Ａおよび気圧Ｂを大気圧にすると上流側と下流側との圧力差がなくなり、液体の圧送を停止させることができる。

図１に示す粒子分離装置１０は、第１分離部２０における処理および第２分離部３０における処理の２段階の処理が行われるように構成されている。第１分離部２０は、速い処理速度でサンプル液Ｓａから標的粒子濃縮液Ｓｂを得ることができる。標的粒子濃縮液Ｓｂは、サンプル液Ｓａと比べて大幅に減量され、標的粒子が濃縮された液体である。第１分離部２０でサンプル液Ｓａと比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液Ｓｂを得てから、得られた標的粒子濃縮液Ｓｂを第２分離部３０内に導入することで、第２分離部３０における処理（標的粒子の分取）に要する時間が大幅に短縮され、大量のサンプル液を短時間かつ高速で処理できるようになる。

また、本実施形態においては、任意選択的に、標的粒子濃縮液収容部１２に収容されている標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを検出する液面センサ５１が設けられてもよい。液面センサ５１は、標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを検出できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば標的粒子濃縮液収容部１２の外部から光や超音波等を照射して、その透過光や反射波等から標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを測定することが可能な非接触式センサを用いることができ、複数設けられてもよい。

液面センサ５１により検出される標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを監視することで、標的粒子濃縮液収容部１２に収容されている標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを一定レベルに維持し、標的粒子濃縮液Ｓｂを適量に保つことができるようになる。例えば、液面センサ５１によって標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルが所定レベル（降下しきい値）より降下したことが検出された場合には、標的粒子濃縮液Ｓｂの量を増加させるようにしてもよい。この場合、サンプル液収容部１１内の気圧Ａを高くする、標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧Ｂを低くする、またはその両方を行って気圧Ａと気圧Ｂとの差を大きくすることで、標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを上昇させることができる。また、例えば、液面センサ５１によって標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルが所定レベル（上昇しきい値）より上昇したことが検出された場合には、標的粒子濃縮液Ｓｂの量を減少させるようにしてもよい。この場合、サンプル液収容部１１内の気圧Ａを低くする、標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧Ｂを高くする、またはその両方を行って気圧Ａと気圧Ｂとの差を小さくすることで、標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを降下させることができる。

標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを上昇または降下させるために気圧Ａおよび／または気圧Ｂを調整する方法は、特に限定されるものではない。一例として、圧力発生装置から供給される空気圧を手動で調整してもよく、液面センサ５１により検出された液面レベルに応じて圧力発生装置から供給される空気圧を自動で調整できるようにしてもよい。また、好適には、標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧Ｂを調整する場合には、標的粒子除去液回収部１３内の気圧Ｂおよびバッファ液収容部１４内の気圧Ｂも同時かつ同様に調整して、標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧、標的粒子除去液回収部１３内の気圧、バッファ液収容部１４内の気圧が等圧（気圧Ｂ）となるようにしてもよい。

次に、図６を参照しながら、本実施形態の派生例について説明する。図６は、本発明の第１実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）の構成の派生例を示す図である。なお、図６の説明に際し、図１と同様の構成要素については説明を簡略化または省略することがある。

図６に示す粒子分離装置１００は、図１に示す粒子分離装置１０と同様、サンプル液収容部１１、第１分離部２０、標的粒子濃縮液収容部１２、標的粒子除去液回収部１３、バッファ液収容部１４、第２分離部３０、第２標的粒子除去液回収部１５、バッファ液回収部１６を概略備えて構成されている。

図６に示す粒子分離装置１００は、さらに、液面センサ５１～５６、圧力発生装置７１、７２、バッファ液供給部７３、チューブポンプ７４、制御部７５を備えている。

液面センサ５１は、図１に示すものと同様であり、標的粒子濃縮液収容部１２に収容されている標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを検出する機能を有している。液面センサ５１は、不図示の信号線を介して制御部７５に接続されており、検出した標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを含む信号を制御部７５へ出力できるように構成されている。上述したように、液面センサ５１は、標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを検出できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば非接触式センサを用いることができ、複数設けられてもよい。

液面センサ５２は、バッファ液収容部１４に収容されているバッファ液Ｂａの液面レベルを検出する機能を有している。液面センサ５２は、不図示の信号線を介して制御部７５に接続されており、検出したバッファ液Ｂａの液面レベルを含む信号を制御部７５へ出力できるように構成されている。液面センサ５２は、バッファ液Ｂａの液面レベルを検出できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば非接触式センサを用いることができ、複数設けられてもよい。

液面センサ５３は、サンプル液収容部１１に収容されているサンプル液Ｓａの液面レベルを検出する機能を有している。液面センサ５３は、不図示の信号線を介して制御部７５に接続されており、検出したサンプル液Ｓａの液面レベルを含む信号を制御部７５へ出力できるように構成されている。液面センサ５３は、サンプル液Ｓａの液面レベルを検出できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば非接触式センサを用いることができ、複数設けられてもよい。

液面センサ５４は、標的粒子除去液回収部１３に収容されている標的粒子除去液Ｓｃの液面レベルを検出する機能を有している。液面センサ５４は、不図示の信号線を介して制御部７５に接続されており、検出した標的粒子除去液Ｓｃの液面レベルを含む信号を制御部７５へ出力できるように構成されている。液面センサ５４は、標的粒子除去液Ｓｃの液面レベルを検出できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば非接触式センサを用いることができ、複数設けられてもよい。

液面センサ５５は、第２標的粒子除去液回収部１５に収容されている第２標的粒子除去液Ｓｄの液面レベルを検出する機能を有している。液面センサ５５は、不図示の信号線を介して制御部７５に接続されており、検出した第２標的粒子除去液Ｓｄの液面レベルを含む信号を制御部７５へ出力できるように構成されている。液面センサ５５は、第２標的粒子除去液Ｓｄの液面レベルを検出できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば非接触式センサを用いることができ、複数設けられてもよい。

液面センサ５６は、バッファ液回収部１６に収容されている回収バッファ液Ｂｂの液面レベルを検出する機能を有している。液面センサ５６は、不図示の信号線を介して制御部７５に接続されており、検出した回収バッファ液Ｂｂの液面レベルを含む信号を制御部７５へ出力できるように構成されている。液面センサ５６は、回収バッファ液Ｂｂの液面レベルを検出できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば非接触式センサを用いることができ、複数設けられてもよい。

圧力発生装置７１は、サンプル液収容部１１内の気圧（気圧Ａ）を所望の気圧に制御することが可能な装置である。また、圧力発生装置７２は、標的粒子濃縮液収容部１２内の気圧Ｂ、標的粒子除去液回収部１３内の気圧Ｂおよびバッファ液収容部１４内の気圧Ｂを等圧かつ所望の気圧となるよう制御することが可能な装置である。圧力発生装置７１、７２は、それぞれ信号線８１、８２を介して制御部７５に接続されており、制御部７５による動作制御が可能なように構成されている。圧力発生装置７１、７２は、圧縮空気を発生できるものであれば特に限定されず、可動部としてローターを備える電動ロータリーポンプ、可動部としてダイヤフラムを備える電動ダイヤフラムポンプ、可動部としてプランジャーを備える電動プランジャーポンプ、可動部としてピストンを備える電動ピストンポンプ等を用いることができる。

バッファ液供給部７３は、バッファ液収容部１４内にバッファ液Ｂａを補充することが可能な装置である。バッファ液供給部７３は、信号線８３を介して制御部７５に接続されており、制御部７５による動作制御が可能なように構成されている。バッファ液供給部７３は、バッファ液収容部１４内にバッファ液Ｂａを補充できるものであれば特に限定されない。

チューブポンプ７４は、サンプル液収容部１１内にサンプル液Ｓａを補充することが可能な装置である。チューブポンプ７４は、信号線８４を介して制御部７５に接続されており、制御部７５による動作制御が可能なように構成されている。チューブポンプ７４は、例えば、サンプル液Ｓａが送通可能なチューブ、チューブを押し潰しながら回転するローラーを備えたローター等により構成されており、ローターの連続した回転動作によりチューブ内のサンプル液Ｓａをサンプル液収容部１１内に送り出すことができるようになっている。

制御部７５は、液面センサ５１～５６、圧力発生装置７１、７２、バッファ液供給部７３、チューブポンプ７４と接続されており、液面センサ５１～５６から供給された各収容部または回収部内の液体の液面レベルに基づいて、圧力発生装置７１、７２、バッファ液供給部７３、チューブポンプ７４の動作制御を行って、各収容部または回収部内の液体の量を調整するように構成されている。制御部７５は、例えばＣＰＵ等のプロセッサにより構成されており、各収容部または回収部内の液体の液面レベルに応じた圧力発生装置７１、７２、バッファ液供給部７３、チューブポンプ７４の動作制御手順が規定されたプログラム命令を実行することで、圧力発生装置７１、７２、バッファ液供給部７３、チューブポンプ７４が所望の動作を行うよう制御することができる。なお、図６に示す粒子分離装置１００は、各液面センサ５１～５６や動作制御対象の各装置に対応した複数の制御部７５を備えていてもよい。

図６に示す粒子分離装置１００の動作例について説明する。

図６に示す粒子分離装置１００において、サンプル液Ｓａから粒子分離を行って、標的粒子を含む回収バッファ液Ｂｂを得る過程は、図１に示す粒子分離装置１０と同様である。すなわち、図６に示す粒子分離装置１００では、図１に示す粒子分離装置１０と同様に、サンプル液収容部１１に収容されているサンプル液Ｓａが第１分離部２０へ導入されると、標的粒子濃縮液Ｓｂおよび標的粒子除去液Ｓｃを排出し、さらに、標的粒子濃縮液Ｓｂおよびバッファ液Ｂａが第２分離部３０へ導入されると、第２標的粒子除去液Ｓｄおよび回収バッファ液Ｂｂを排出することができる。

液面センサ５１は、標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを所定周期で検出し、検出された液面レベルを含む信号を制御部７５に出力する。

液面センサ５１によって標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルが所定レベル（降下しきい値）より降下したことが検出された場合、制御部７５は、圧力発生装置７１に対して気圧Ａを所定値まで高くするよう指示を行うか、圧力発生装置７２に対して気圧Ｂを所定値まで低くするよう指示を行うか、またはその両方を行うことで、気圧Ａと気圧Ｂとの差を大きくする。その結果、標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを上昇させることができる。

また、液面センサ５１によって標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルが所定レベル（上昇しきい値）より上昇したことが検出された場合、制御部７５は、圧力発生装置７１に対して気圧Ａを所定値まで低くするよう指示するか、圧力発生装置７２に対して気圧Ｂを所定値まで高くするよう指示するか、またはその両方を行うことで、気圧Ａと気圧Ｂとの差を小さくする。その結果、標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを降下させることができる。

このように、液面センサ５１による液面レベルの検出結果に基づいて、制御部７５が圧力発生装置７１、７２の動作制御を行うことで、オペレータが常時監視を行う必要をなくし、標的粒子濃縮液収容部１２内の標的粒子濃縮液Ｓｂを適量に保つことができるようになる。

液面センサ５２は、バッファ液Ｂａの液面レベルを所定周期で検出し、検出された液面レベルを含む信号を制御部７５に出力する。

液面センサ５２によってバッファ液Ｂａの液面レベルが所定レベル（下限しきい値）より降下したことが検出された場合、制御部７５は、バッファ液供給部７３に対して、一定量のバッファ液Ｂａの補充を行うよう指示する。その結果、バッファ液Ｂａの液面レベルを上昇させることができる。なお、制御部７５は、圧力発生装置７１、７２の動作制御を行って気圧Ａおよび気圧Ｂを大気圧にして粒子分離装置１００の動作を一時的に中断させたうえで、バッファ液供給部７３に対してバッファ液Ｂａの補充指示を行ってもよく、あるいは、警告音の出力や発光等によりオペレータの注意を促して、バッファ液Ｂａの補充を行わせるようにしてもよい。

このように、液面センサ５２による液面レベルの検出結果に基づいて、制御部７５がバッファ液供給部７３の動作制御を行うことで、オペレータが常時監視を行う必要をなくし、バッファ液収容部１４内のバッファ液Ｂａを適量に保つことができるようになる。

液面センサ５３は、サンプル液Ｓａの液面レベルを所定周期で検出し、検出された液面レベルを含む信号を制御部７５に出力する。

液面センサ５３によってサンプル液Ｓａの液面レベルが所定レベル（下限しきい値）より降下したことが検出された場合、制御部７５は、チューブポンプ７４に対して、一定量のサンプル液Ｓａの補充を行うよう指示する。その結果、サンプル液Ｓａの液面レベルを上昇させることができる。なお、制御部７５は、圧力発生装置７１、７２の動作制御を行って気圧Ａおよび気圧Ｂを大気圧にして粒子分離装置１００の動作を一時的に中断させたうえで、チューブポンプ７４に対してサンプル液Ｓａの補充指示を行ってもよく、あるいは、警告音の出力や発光等によりオペレータの注意を促して、サンプル液Ｓａの補充を行わせるようにしてもよい。

このように、液面センサ５３による液面レベルの検出結果に基づいて、制御部７５がチューブポンプ７４の動作制御を行うことで、オペレータが常時監視を行う必要をなくし、サンプル液収容部１１内のサンプル液Ｓａを適量に保つことができるようになる。

また、液面センサ５４～５６はそれぞれ、標的粒子除去液Ｓｃ、第２標的粒子除去液Ｓｄ、回収バッファ液Ｂｂの液面レベルを所定周期で検出し、検出された液面レベルを含む信号を制御部７５に出力する。

液面センサ５４によって標的粒子除去液Ｓｃの液面レベルが所定レベル（上限しきい値）より上昇したことが検出された場合、制御部７５は、不図示の回収機構を制御して、標的粒子除去液回収部１３内から標的粒子除去液Ｓｃを回収する。また、液面センサ５５によって第２標的粒子除去液Ｓｄの液面レベルが所定レベル（上限しきい値）より上昇したことが検出された場合、制御部７５は、不図示の回収機構を制御して、第２標的粒子除去液回収部１５内から第２標的粒子除去液Ｓｄを回収する。また、液面センサ５６によって回収バッファ液Ｂｂの液面レベルが所定レベル（上限しきい値）より上昇したことが検出された場合、制御部７５は、不図示の回収機構を制御して、バッファ液回収部１６内から回収バッファ液Ｂｂを回収する。なお、制御部７５は、圧力発生装置７１、７２の動作制御を行って気圧Ａおよび気圧Ｂを大気圧にして粒子分離装置１００の動作を一時的に中断させたうえで、標的粒子除去液Ｓｃ、第２標的粒子除去液Ｓｄ、回収バッファ液Ｂｂの回収指示を行ってもよく、あるいは、警告音の出力や発光等によりオペレータの注意を促して、標的粒子除去液Ｓｃ、第２標的粒子除去液Ｓｄ、回収バッファ液Ｂｂの回収を行わせるようにしてもよい。

このように、液面センサ５４～５６により検出される液面レベルを監視することで、標的粒子除去液Ｓｃ、第２標的粒子除去液Ｓｄ、回収バッファ液Ｂｂを適切なタイミングで回収することができるようになる。

図６に示す粒子分離装置１００では、合計６箇所に液面センサ５１～５６を設けているが、すべての液面センサ５１～５６を設ける必要はなく、液面センサ５１～５６のうちのいずれか１つのみの液面センサ、または、液面センサ５１～５６から任意に選択された複数の液面センサを設けてもよい。例えば、液面センサ５１～５３を設ける一方、液面センサ５４～５６を設けないようにしてもよい。この場合、液面センサ５２、５３の検出結果に基づいてバッファ液Ｂａまたはサンプル液Ｓａを補充する際に、標的粒子除去液Ｓｃの回収、第２標的粒子除去液Ｓｄの回収、回収バッファ液Ｂｂの回収を同時に行うようにしてもよい。

図６に示す粒子分離装置１００においても、図１に示す粒子分離装置１０と同様、第１分離部２０でサンプル液Ｓａと比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液Ｓｂを得てから、得られた標的粒子濃縮液Ｓｂを第２分離部３０内に導入することで、第２分離部３０における処理（標的粒子の分取）に要する時間が大幅に短縮され、大量のサンプル液を短時間かつ高速で処理できるようになる。さらに、各収容部または回収部内の液体の液面レベルを液面センサ５１～５６で検出し、各収容部または回収部内の液体が適量となるように制御することで、オペレータが常時監視を行うことなく大量のサンプル液の処理を自動化できるようになる。

＜第２実施形態＞
図７および図８を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る基本的な概念について説明する。図７は、本発明の第２実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）の構成の一例を示す図である。図８は、本発明の第２実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）で用いられる第１分離部の構成の一例を示す図である。なお、図７の説明に際し、図１と同様の構成要素については説明を簡略化または省略することがある。

図７に示すように、本実施形態における粒子分離装置２００は、サンプル液収容部２１１、第１分離部２０ａ、標的粒子濃縮液収容部２１２、標的粒子除去液回収部２１３、第２分離部２０ｂ、第２標的粒子濃縮液回収部２１４、第２標的粒子除去液回収部２１５を概略備えて構成されている。

サンプル液収容部２１１は、図１に示すサンプル液収容部１１と同様の構成要素である。サンプル液収容部２１１には、分離対象である標的粒子を含むサンプル液Ｓａが収容される。サンプル液Ｓａを排出するための排出口は、第１管路２４１の一端に接続されている。

第１分離部２０ａは、液体導入口としてサンプル液導入口２１ａを備え、液体排出口として標的粒子濃縮液排出口２２ａおよび標的粒子除去液排出口２３ａを備えている。サンプル液導入口２１ａは第１管路２４１の他端に接続されており、サンプル液収容部２１１の排出口から排出されたサンプル液Ｓａが、第１管路２４１を通じてサンプル液導入口２１ａへ導入されるようになっている。また、標的粒子濃縮液排出口２２ａは第２管路２４２の一端に接続されており、標的粒子除去液排出口２３ａは第３管路２４３の一端に接続されている。

第１分離部２０ａは、図８に示されているように、図３および図４に示す濃縮チップを複数設けてかつ並列化してある。図８に示す第１分離部２０ａは濃縮チップが３つであるが、これに限定されることなく、任意の数の濃縮チップを並列化することができる。サンプル液導入口２１ａから導入されたサンプル液Ｓａはそれぞれの濃縮チップに分配され、それぞれの濃縮チップにおいて標的粒子の濃度が上昇した液と標的粒子がほぼ除去された液とに分離され、それぞれの濃縮チップから排出される標的粒子の濃度が上昇した液を合流させた標的粒子濃縮液Ｓｂが標的粒子濃縮液排出口２２ａから排出され、それぞれの濃縮チップから排出される標的粒子がほぼ除去された液を合流させた標的粒子除去液Ｓｃが標的粒子除去液排出口２３ａから排出される。

第１分離部２０ａはサンプル液Ｓａのみが導入される構成であり、ＤＬＤマイクロ流路全体をサンプル液Ｓａの流通（処理）に用いることができるため、２種の液体（サンプル液Ｓａとバッファ液）が導入される構成と比べて、サンプル液Ｓａの処理速度を速くすることができる。また、第１分離部２０ａはサンプル液Ｓａのみが導入される構成であり、サンプル液Ｓａのみを各チップに分配すればよいため、２種の液体（サンプル液Ｓａとバッファ液）が導入される構成と比べて、チップを並列化しても構造が複雑化しにくく、さらに、バッファ液の流量をサンプル液Ｓａの流量に応じて調節する必要が無い。第１分離部２０ａはチップを並列化することで大量のサンプル液Ｓａを短時間かつ高速で処理することができる。

標的粒子濃縮液収容部２１２は、図１に示す標的粒子濃縮液収容部１２と同様の構成要素である。標的粒子濃縮液収容部２１２の収容空間には、第２管路２４２の他端が連通されており、第１分離部２０ａから排出された標的粒子濃縮液Ｓｂが収容される。標的粒子濃縮液Ｓｂを排出するための排出口は、第４管路２４４の一端に接続されている。

標的粒子除去液回収部２１３は、図１に示す標的粒子除去液回収部１３と同様の構成要素である。標的粒子除去液回収部２１３の収容空間には、第３管路２４３の他端が連通されており、第１分離部２０ａから排出された標的粒子除去液Ｓｃが収容される。

第２分離部２０ｂは、液体導入口として標的粒子濃縮液導入口２１ｂを備え、液体排出口として第２標的粒子濃縮液排出口２２ｂおよび第２標的粒子除去液排出口２３ｂを備えている。標的粒子濃縮液導入口２１ｂは第４管路２４４の他端に接続されており、標的粒子濃縮液収容部２１２の排出口から排出された標的粒子濃縮液Ｓｂが、第４管路２４４を通じて標的粒子濃縮液導入口２１ｂへ導入されるようになっている。また、第２標的粒子濃縮液排出口２２ｂは第５管路２４５の一端に接続されており、第２標的粒子除去液排出口２３ｂは第６管路２４６の一端に接続されている。

第２分離部２０ｂは、図１に示す第１分離部２０と同様に、図３および図４に示す濃縮チップとしての機能を有している。第２分離部２０ｂは、標的粒子濃縮液導入口２１ｂから導入された標的粒子濃縮液Ｓｂを、標的粒子の濃度が上昇した液と標的粒子がほぼ除去された液とに分離する。標的粒子の濃度が上昇した液は第２標的粒子濃縮液Ｓｅとして第２標的粒子濃縮液排出口２２ｂから排出され、標的粒子がほぼ除去された液は第２標的粒子除去液Ｓｆとして第２標的粒子除去液排出口２３ｂから排出される。第２標的粒子濃縮液Ｓｅは、標的粒子濃縮液Ｓｂと比べて大幅に減量され、標的粒子がさらに濃縮された液体である。

第２標的粒子濃縮液回収部２１４は、第２分離部２０ｂから排出された第２標的粒子濃縮液Ｓｅを収容する容器である。第２標的粒子濃縮液回収部２１４の収容空間には第５管路２４５の他端が連通されており、第２分離部２０ｂの第２標的粒子濃縮液排出口２２ｂから排出された第２標的粒子濃縮液Ｓｅが、第５管路２４５を通じて第２標的粒子濃縮液回収部２１４内へ導入されるようになっている。第２標的粒子濃縮液回収部２１４の収容空間は気密である必要はなく、第２標的粒子濃縮液回収部２１４内の気圧は大気圧と等しくてもよい。

第２標的粒子除去液回収部２１５は、第２分離部２０ｂから排出された第２標的粒子除去液Ｓｆを収容する容器である。第２標的粒子除去液回収部２１５の収容空間には第６管路２４６の他端が連通されており、第２分離部２０ｂの第２標的粒子除去液排出口２３ｂから排出された第２標的粒子除去液Ｓｆが、第６管路２４６を通じて第２標的粒子除去液回収部２１５内へ導入されるようになっている。第２標的粒子除去液回収部２１５の収容空間は気密である必要はなく、第２標的粒子除去液回収部２１５内の気圧は大気圧と等しくてもよい。

図７に示す粒子分離装置２００の動作例について説明する。

初めに、すべてのＤＬＤ流路部とそれらの液体導入管路（第１管路２４１、第４管路２４４）等を液体（例えばバッファ液）で満たすことが好ましい。その後、サンプル液Ｓａをサンプル液収容部２１１に収容する。サンプル液収容部２１１内の気圧Ａを標的粒子濃縮液収容部２１２内の気圧Ｂ（例えば大気圧）および標的粒子除去液回収部２１３内の気圧Ｂ（例えば大気圧）より高くすると、サンプル液収容部２１１に収容されているサンプル液Ｓａが、第１管路２４１を介して第１分離部２０ａ内に圧送される。第１分離部２０ａに導入されたサンプル液Ｓａは、標的粒子の濃度が上昇した液（標的粒子濃縮液Ｓｂ）と標的粒子がほぼ除去された液（標的粒子除去液Ｓｃ）とに分離された後、標的粒子濃縮液Ｓｂは標的粒子濃縮液収容部２１２内に排出され、標的粒子除去液Ｓｃは標的粒子除去液回収部２１３内に排出される。

標的粒子濃縮液収容部２１２に標的粒子濃縮液Ｓｂが適量溜まった状態で、標的粒子濃縮液収容部２１２内の気圧Ｂおよび標的粒子除去液回収部２１３内の気圧Ｂを、第２標的粒子濃縮液回収部２１４内の気圧（例えば大気圧）および第２標的粒子除去液回収部２１５内の気圧（例えば大気圧）よりも高くすることで、標的粒子濃縮液収容部２１２に収容されている標的粒子濃縮液Ｓｂが、第４管路２４４を介して第２分離部２０ｂ内に圧送される。第２分離部２０ｂに導入された標的粒子濃縮液Ｓｂは、標的粒子の濃度が上昇した液（第２標的粒子濃縮液Ｓｅ）と標的粒子がほぼ除去された液（第２標的粒子除去液Ｓｆ）とに分離された後、第２標的粒子濃縮液Ｓｅは第２標的粒子濃縮液回収部２１４内に排出され、第２標的粒子除去液Ｓｆは第２標的粒子除去液回収部２１５内に排出される。

第２標的粒子濃縮液回収部２１４内の気圧および第２標的粒子除去液回収部２１５内の気圧を例えば大気圧とし、標的粒子濃縮液収容部２１２内の気圧Ｂおよび標的粒子除去液回収部２１３内の気圧Ｂを大気圧より高くし（気圧Ｂ＞大気圧）、さらに、サンプル液収容部２１１内の気圧Ａを気圧Ｂより高くする（気圧Ａ＞気圧Ｂ）ことで、各収容部内の液体が粒子分離の作用を受ける方向へ連続して圧送され、連続した粒子分離が実現されるようになる。また、気圧Ａおよび気圧Ｂを大気圧とすることで、粒子分離装置２００の動作を中断または中止させることができる。

標的粒子濃縮液収容部２１２内の気圧および標的粒子除去液回収部２１３内の気圧を等圧（気圧Ｂ）とすることで、標的粒子濃縮液Ｓｂおよび標的粒子除去液Ｓｃが偏りなく適切に第１分離部２０ａから排出されるようになる。標的粒子濃縮液収容部２１２内の気圧および標的粒子除去液回収部２１３内の気圧は、標的粒子濃縮液収容部２１２および標的粒子除去液回収部２１３を、同一の圧力発生装置に接続して等圧（気圧Ｂ）となるように構成されてもよい。また、標的粒子濃縮液収容部２１２および標的粒子除去液回収部２１３を、気体が流通する管路で接続して等圧となるようにしたうえで、その管路に圧力発生装置を接続して気圧Ｂを制御するように構成されてもよい。さらに、標的粒子濃縮液収容部２１２および標的粒子除去液回収部２１３を、気体が流通する管路で接続して等圧となるようにしたうえで、第１分離部２０ａから標的粒子濃縮液Ｓｂが標的粒子濃縮液収容部２１２へ、標的粒子除去液Ｓｃが標的粒子除去液回収部２１３へそれぞれ排出されることによって、間接的に気圧Ｂが高まるように構成されてもよい。

図７に示す粒子分離装置２００は、第１分離部２０ａにおける処理および第２分離部２０ｂにおける処理の２段階の処理が行われるように構成されている。第１分離部２０ａは、速い処理速度でサンプル液Ｓａから標的粒子濃縮液Ｓｂを得ることができる。標的粒子濃縮液Ｓｂは、サンプル液Ｓａと比べて大幅に減量され、標的粒子が濃縮された液体である。第１分離部２０ａでサンプル液Ｓａと比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液Ｓｂを得てから、得られた標的粒子濃縮液Ｓｂを第２分離部２０ｂに導入することで、第２分離部２０ｂにおける処理（標的粒子の濃縮および標的粒子の除去）に要する時間が大幅に短縮され、大量のサンプル液を短時間かつ高速で処理できるようになる。

また、本実施形態においては、任意選択的に、標的粒子濃縮液収容部２１２に収容されている標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを検出する液面センサ５１を設け、標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルの検出結果に基づいて、標的粒子濃縮液収容部２１２内の標的粒子濃縮液Ｓｂを適量に保つようにしてもよい。

次に、図９を参照しながら、本実施形態の派生例について説明する。図９は、本発明の第２実施形態における粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）の構成の派生例を示す図である。なお、図９の説明に際し、図６および図７と同様の構成要素については説明を簡略化または省略することがある。

図９に示す粒子分離装置３００は、図７に示す粒子分離装置２００と同様、サンプル液収容部２１１、第１分離部２０ａ、標的粒子濃縮液収容部２１２、標的粒子除去液回収部２１３、第２分離部２０ｂ、第２標的粒子濃縮液回収部２１４、第２標的粒子除去液回収部２１５を概略備えて構成されている。

図９に示す粒子分離装置３００は、さらに、図６に示す粒子分離装置１００の構成の一部と同様、液面センサ５１、５３～５６、圧力発生装置７１、７２、チューブポンプ７４、制御部７５を備えている。

液面センサ５１は、図７に示すものと同様であり、標的粒子濃縮液収容部２１２に収容されている標的粒子濃縮液Ｓｂの液面レベルを検出する機能を有している。液面センサ５３は、サンプル液収容部２１１に収容されているサンプル液Ｓａの液面レベルを検出する機能を有している。液面センサ５４は、標的粒子除去液回収部２１３に収容されている標的粒子除去液Ｓｃの液面レベルを検出する機能を有している。液面センサ５５は、第２標的粒子除去液回収部２１５に収容されている第２標的粒子除去液Ｓｆの液面レベルを検出する機能を有している。液面センサ５６は、第２標的粒子濃縮液回収部２１４に収容されている第２標的粒子濃縮液Ｓｅの液面レベルを検出する機能を有している。

圧力発生装置７１は、サンプル液収容部２１１内の気圧（気圧Ａ）を所望の気圧に制御することが可能な装置である。また、圧力発生装置７２は、標的粒子濃縮液収容部２１２内の気圧Ｂおよび標的粒子除去液回収部２１３内の気圧Ｂを等圧かつ所望の気圧となるよう制御することが可能な装置である。

制御部７５は、液面センサ５１、５３～５６、圧力発生装置７１、７２、チューブポンプ７４と接続されており、液面センサ５１、５３～５６から供給された各収容部または回収部内の液体の液面レベルに基づいて、圧力発生装置７１、７２、チューブポンプ７４の動作制御を行って、各収容部または回収部内の液体の量を調整するように構成されている。制御部７５は、例えばＣＰＵ等のプロセッサにより構成されており、各収容部または回収部内の液体の液面レベルに応じた圧力発生装置７１、７２、チューブポンプ７４の動作制御手順が規定されたプログラム命令を実行することで、圧力発生装置７１、７２、チューブポンプ７４が所望の動作を行うよう制御することができる。

液面センサ５１による液面レベルの検出結果に基づいて、制御部７５が圧力発生装置７１、７２の動作制御を行うことで、オペレータが常時監視を行う必要をなくし、標的粒子濃縮液収容部２１２内の標的粒子濃縮液Ｓｂを適量に保つことができるようになる。液面センサ５３による液面レベルの検出結果に基づいて、制御部７５がチューブポンプ７４の動作制御を行うことで、オペレータが常時監視を行う必要をなくし、サンプル液収容部２１１内のサンプル液Ｓａを適量に保つことができるようになる。

液面センサ５４によって標的粒子除去液Ｓｃの液面レベルが所定レベル（上限しきい値）より上昇したことが検出された場合、制御部７５は、不図示の回収機構を制御して、標的粒子除去液回収部２１３内から標的粒子除去液Ｓｃを回収する。また、液面センサ５５によって第２標的粒子除去液Ｓｆの液面レベルが所定レベル（上限しきい値）より上昇したことが検出された場合、制御部７５は、不図示の回収機構を制御して、第２標的粒子除去液回収部２１５内から第２標的粒子除去液Ｓｆを回収する。また、液面センサ５６によって第２標的粒子濃縮液Ｓｅの液面レベルが所定レベル（上限しきい値）より上昇したことが検出された場合、制御部７５は、不図示の回収機構を制御して、第２標的粒子濃縮液回収部２１４内から第２標的粒子濃縮液Ｓｅを回収する。なお、制御部７５は、圧力発生装置７１、７２の動作制御を行って気圧Ａおよび気圧Ｂを大気圧にして粒子分離装置３００の動作を一時的に中断させたうえで、標的粒子除去液Ｓｃ、第２標的粒子除去液Ｓｆ、第２標的粒子濃縮液Ｓｅの回収指示を行ってもよく、あるいは、警告音の出力や発光等によりオペレータの注意を促して、標的粒子除去液Ｓｃ、第２標的粒子除去液Ｓｆ、第２標的粒子濃縮液Ｓｅの回収を行わせるようにしてもよい。液面センサ５４～５６により検出される液面レベルを監視することで、標的粒子除去液Ｓｃ、第２標的粒子除去液Ｓｆ、第２標的粒子濃縮液Ｓｅを適切なタイミングで回収することができるようになる。

図９に示す粒子分離装置３００では、合計５箇所に液面センサ５１、５３～５６を設けているが、すべての液面センサ５１、５３～５６を設ける必要はなく、液面センサ５１、５３～５６のうちのいずれか１つのみの液面センサ、または、液面センサ５１、５３～５６から任意に選択された複数の液面センサを設けてもよい。例えば、液面センサ５１、５３を設ける一方、液面センサ５４～５６を設けないようにしてもよい。この場合、液面センサ５３の検出結果に基づいてサンプル液Ｓａを補充する際に、標的粒子除去液Ｓｃの回収、第２標的粒子除去液Ｓｆの回収、第２標的粒子濃縮液Ｓｅの回収を同時に行うようにしてもよい。

図９に示す粒子分離装置３００においても、図７に示す粒子分離装置２００と同様、第１分離部２０ａでサンプル液Ｓａと比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液Ｓｂを得てから、得られた標的粒子濃縮液Ｓｂを第２分離部２０ｂ内に導入することで、第２分離部２０ｂにおける処理（標的粒子の濃縮および標的粒子の除去）に要する時間が大幅に短縮され、大量のサンプル液を短時間かつ高速で処理できるようになる。さらに、各収容部または回収部内の液体の液面レベルを液面センサ５１、５３～５６で検出し、各収容部または回収部内の液体が適量となるように制御することで、オペレータが常時監視を行うことなく大量のサンプル液の処理を自動化できるようになる。

上述した第１実施形態における粒子分離装置１０、１００では、前段に濃縮チップ、後段に分取チップを配置して、標的粒子をバッファ液内に取り出すことができるように構成されている。これに対して、第２実施形態における粒子分離装置２００、３００では、前段に並列化した濃縮チップ、後段に濃縮チップを配置しており、標的粒子をバッファ液内に取り出すことはできないが、より短時間かつ高速でサンプル液Ｓａから標的粒子を除去することができるように構成されている。

上述した粒子分離装置１０、１００では、第１分離部２０に１つの濃縮チップを設けているが、粒子分離装置２００、３００の第１分離部２０ａと同様にチップを複数設けてかつ並列化してもよい。また、粒子分離装置２００、３００では、第１分離部２０ａに濃縮チップを複数設けてかつ並列化しているが、より多数のＤＬＤマイクロ流路を並列化した大型の濃縮チップ１つとしてもよく、大型の濃縮チップを並列化してもよい。第１分離部２０、２０ａはサンプル液Ｓａのみが導入される構成であり、サンプル液Ｓａのみを各ＤＬＤマイクロ流路または各チップに分配すればよいため、２種の液体（サンプル液Ｓａとバッファ液）が導入される構成と比べて、ＤＬＤマイクロ流路またはチップを並列化しても構造が複雑化しにくく、さらに、バッファ液の流量をサンプル液Ｓａの流量に応じて調節する必要が無い。第１分離部２０、２０ａにおいて、濃縮チップ内のＤＬＤマイクロ流路の並列化と濃縮チップの並列化とを適切に組み合わせることで、大量のサンプル液を短時間かつ高速で処理できるようになる。

また、上述した粒子分離装置１０、１００、２００、３００を、血液透析装置、アフェレシス装置、人工心肺装置等に利用される血液を体外へ取り出したのち再び体内へ戻す機構と組み合わせて、体外へ取り出した血液（サンプル液Ｓａ）から標的粒子が除去された液体（標的粒子除去液Ｓｃ、第２標的粒子除去液Ｓｄ、Ｓｆ）を体内へ戻すことで、血中循環腫瘍細胞等のような特定サイズ以上の粒径を有する標的粒子を血液から分離（除去、分取、濃縮）できるようにしてもよい。

以下、本発明に係る粒子分離装置の作用について説明する。

本発明に係る粒子分離装置１０、１００、２００、３００は、標的粒子を含むサンプル液Ｓａを流通させる複数の微細なピラーが配設されたＤＬＤマイクロ流路を備える第１分離部２０、２０ａと、第１分離部２０、２０ａに接続されており、第１分離部２０、２０ａから排出された標的粒子濃縮液Ｓｂを流通させる複数の微細なピラーが配設されたＤＬＤマイクロ流路を備える第２分離部３０、２０ｂとを有している。第１分離部２０、２０ａは、サンプル液Ｓａが導入されるサンプル液導入口２１、２１ａと、ＤＬＤマイクロ流路構造を備え、サンプル液導入口２１、２１ａから導入されたサンプル液Ｓａを流通させて標的粒子の濃度が上昇した液と標的粒子がほぼ除去された液とに分離するＤＬＤ流路部２４と、ＤＬＤ流路部２４で分離された標的粒子の濃度が上昇した液（標的粒子濃縮液Ｓｂ）を排出する標的粒子濃縮液排出口２２、２２ａと、ＤＬＤ流路部２４で分離された標的粒子がほぼ除去された液（標的粒子除去液Ｓｃ）を排出する標的粒子除去液排出口２３、２３ａとを備えている。

上記の構成によれば、第１分離部２０、２０ａがサンプル液Ｓａを標的粒子の濃度が上昇した液（標的粒子濃縮液Ｓｂ）と標的粒子がほぼ除去された液（標的粒子除去液Ｓｃ）とに分離して、サンプル液Ｓａと比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液Ｓｂを排出し、第２分離部３０、２０ｂが、この標的粒子濃縮液Ｓｂに係る処理を行うことで、第２分離部３０、２０ｂによる処理時間が大幅に短縮され、大量のサンプル液Ｓａを短時間かつ高速で処理できるようになる。

第１実施形態に係る粒子分離装置１０、１００では、第２分離部３０が、第１分離部２０の標的粒子濃縮液排出口２２から排出される標的粒子濃縮液Ｓｂが導入される標的粒子濃縮液導入口３１と、バッファ液Ｂａが導入されるバッファ液導入口３２と、ＤＬＤマイクロ流路構造を備え、標的粒子濃縮液導入口３１から導入された標的粒子濃縮液Ｓｂとバッファ液導入口３２から導入されたバッファ液Ｂａとが接するように並行して流通させて標的粒子を含むバッファ液と標的粒子がほぼ除去された液とに分離するＤＬＤ流路部３５と、ＤＬＤ流路部３５で分離された標的粒子がほぼ除去された液（第２標的粒子除去液Ｓｄ）を排出する第２標的粒子除去液排出口３３と、ＤＬＤ流路部３５で分離された標的粒子を含むバッファ液（回収バッファ液Ｂｂ）を排出するバッファ液排出口３４とを備えていてもよい。

上記の構成によれば、第２分離部３０が、サンプル液Ｓａと比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液Ｓｂに含まれる標的粒子をバッファ液Ｂａに移動させて、標的粒子を含むバッファ液（回収バッファ液Ｂｂ）と標的粒子がほぼ除去された液（第２標的粒子除去液Ｓｄ）とに分離できるようになる。

第２実施形態に係る粒子分離装置２００、３００では、第２分離部２０ｂが、第１分離部２０ａの標的粒子濃縮液排出口２２ａから排出される標的粒子濃縮液Ｓｂが導入される標的粒子濃縮液導入口２１ｂと、ＤＬＤマイクロ流路構造を備え、標的粒子濃縮液導入口２１ｂから導入された標的粒子濃縮液Ｓｂを流通させて標的粒子の濃度が上昇した液と標的粒子がほぼ除去された液とに分離するＤＬＤ流路部２４と、ＤＬＤ流路部２４で分離された標的粒子の濃度が上昇した液（第２標的粒子濃縮液Ｓｅ）を排出する第２標的粒子濃縮液排出口２２ｂと、ＤＬＤ流路部２４で分離された標的粒子がほぼ除去された液（第２標的粒子除去液Ｓｆ）を排出する第２標的粒子除去液排出口２３ｂとを備えていてもよい。

上記の構成によれば、第２分離部２０ｂが、サンプル液Ｓａと比べて大幅に減量された標的粒子濃縮液Ｓｂを、標的粒子の濃度がさらに上昇した液（第２標的粒子濃縮液Ｓｅ）と標的粒子がほぼ除去された液（第２標的粒子除去液Ｓｆ）とに分離できるようになる。

以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上述した実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属するすべての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１０、１００、２００、３００ 粒子分離装置（ＣＴＣ分離装置）
１１、２１１ サンプル液収容部
１２、２１２ 標的粒子濃縮液収容部
１３、２１３ 標的粒子除去液回収部
１４ バッファ液収容部
１５、２１５ 第２標的粒子除去液回収部
１６ バッファ液回収部
２０、２０ａ 第１分離部
２０ｂ、３０ 第２分離部
２１、２１ａ サンプル液導入口
２１ｂ、３１ 標的粒子濃縮液導入口
２２、２２ａ 標的粒子濃縮液排出口
２２ｂ 第２標的粒子濃縮液排出口
２３、２３ａ 標的粒子除去液排出口
２３ｂ、３３ 第２標的粒子除去液排出口
２４、３５ ＤＬＤ流路部
２５ 合流用流路
３２ バッファ液導入口
３４ バッファ液排出口
４１、２４１ 第１管路
４２、２４２ 第２管路
４３、２４３ 第３管路
４４、２４４ 第４管路
４５、２４５ 第５管路
４６、２４６ 第６管路
４７ 第７管路
５１～５６ 液面センサ
７１、７２ 圧力発生装置
７３ バッファ液供給部
７４ チューブポンプ
７５ 制御部
２１４ 第２標的粒子濃縮液回収部
Ｓａ サンプル液
Ｓｂ 標的粒子濃縮液
Ｓｃ 標的粒子除去液
Ｓｄ、Ｓｆ 第２標的粒子除去液
Ｓｅ 第２標的粒子濃縮液
Ｂａ バッファ液
Ｂｂ 回収バッファ液

Claims (11)

1. 標的粒子を含むサンプル液を流通させる複数の微細なピラーが配設されたＤＬＤマイクロ流路を備える第１分離部と、
   前記第１分離部に接続されており、前記第１分離部から排出された標的粒子濃縮液を流通させる複数の微細なピラーが配設されたＤＬＤマイクロ流路を備える第２分離部と、
   を有する粒子分離装置であって、
   前記第１分離部が、
   前記サンプル液が導入されるサンプル液導入口と、
   ＤＬＤマイクロ流路構造を備え、前記サンプル液導入口から導入された前記サンプル液を流通させて前記標的粒子の濃度が上昇した液と前記標的粒子がほぼ除去された液とに分離するＤＬＤ流路部と、
   前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子の濃度が上昇した液を前記標的粒子濃縮液として排出する標的粒子濃縮液排出口と、
   前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子がほぼ除去された液を排出する標的粒子除去液排出口と、
   を備えることを特徴とする粒子分離装置。
2. 前記第２分離部が、
   前記第１分離部の前記標的粒子濃縮液排出口から排出される前記標的粒子濃縮液が導入される標的粒子濃縮液導入口と、
   バッファ液が導入されるバッファ液導入口と、
   ＤＬＤマイクロ流路構造を備え、前記標的粒子濃縮液導入口から導入された前記標的粒子濃縮液と前記バッファ液導入口から導入された前記バッファ液とが接するように並行して流通させて前記標的粒子を含むバッファ液と前記標的粒子がほぼ除去された液とに分離するＤＬＤ流路部と、
   前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子がほぼ除去された液を排出する排出口と、
   前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子を含むバッファ液を排出する排出口と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の粒子分離装置。
3. 前記サンプル液を前記第１分離部に供給するサンプル液収容部と、
   前記第１分離部と前記第２分離部との間に介在し、前記第１分離部の前記標的粒子濃縮液排出口から排出された前記標的粒子濃縮液を収容するとともに、前記標的粒子濃縮液を前記第２分離部に供給する標的粒子濃縮液収容部と、
   前記第１分離部の前記標的粒子除去液排出口から排出された液を収容する標的粒子除去液回収部と、
   前記バッファ液を前記第２分離部に供給するバッファ液収容部と、
   を備え、前記サンプル液収容部内の気圧を前記標的粒子濃縮液収容部内の気圧より高くし、かつ、前記標的粒子濃縮液収容部内の気圧、前記標的粒子除去液回収部内の気圧および前記バッファ液収容部内の気圧をほぼ等しくした状態を維持することを特徴とする請求項２に記載の粒子分離装置。
4. 前記バッファ液を前記第２分離部に供給するバッファ液収容部と、
   前記バッファ液収容部内の前記バッファ液の液面レベルを検出する液面センサと、
   前記液面センサの検出結果に基づいて外部より前記バッファ液を補充して、前記バッファ液収容部内の前記バッファ液の量を調整する制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の粒子分離装置。
5. 前記第２分離部が、
   前記第１分離部の前記標的粒子濃縮液排出口から排出される前記標的粒子濃縮液が導入される標的粒子濃縮液導入口と、
   ＤＬＤマイクロ流路構造を備え、前記標的粒子濃縮液導入口から導入された前記標的粒子濃縮液を流通させて前記標的粒子の濃度が上昇した液と前記標的粒子がほぼ除去された液とに分離するＤＬＤ流路部と、
   前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子の濃度が上昇した液を排出する排出口と、
   前記ＤＬＤ流路部で分離された前記標的粒子がほぼ除去された液を排出する排出口と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の粒子分離装置。
6. 前記サンプル液を前記第１分離部に供給するサンプル液収容部と、
   前記第１分離部と前記第２分離部との間に介在し、前記第１分離部の前記標的粒子濃縮液排出口から排出された前記標的粒子濃縮液を収容するとともに、前記標的粒子濃縮液を前記第２分離部に供給する標的粒子濃縮液収容部と、
   前記第１分離部の前記標的粒子除去液排出口から排出された液を収容する標的粒子除去液回収部と、
   を備え、前記サンプル液収容部内の気圧を前記標的粒子濃縮液収容部内の気圧より高くし、かつ、前記標的粒子濃縮液収容部内の気圧と前記標的粒子除去液回収部内の気圧とをほぼ等しくした状態を維持することを特徴とする請求項５に記載の粒子分離装置。
7. 前記第１分離部と前記第２分離部との間に介在し、前記第１分離部の前記標的粒子濃縮液排出口から排出された前記標的粒子濃縮液を収容するとともに、前記標的粒子濃縮液を前記第２分離部に供給する標的粒子濃縮液収容部と、
   前記標的粒子濃縮液収容部内の前記標的粒子濃縮液の液面レベルを検出する液面センサと、
   前記液面センサの検出結果に基づいて、前記標的粒子濃縮液収容部内の前記標的粒子濃縮液の量を調整する制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の粒子分離装置。
8. 前記サンプル液を前記第１分離部に供給するサンプル液収容部と、
   前記サンプル液収容部内の前記サンプル液の液面レベルを検出する液面センサと、
   前記液面センサの検出結果に基づいて外部より前記サンプル液を補充して、前記サンプル液収容部内の前記サンプル液の量を調整する制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の粒子分離装置。
9. 前記サンプル液は、前記標的粒子とサイズの異なる非標的粒子を含むことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の粒子分離装置。
10. 前記標的粒子は細胞であることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の粒子分離装置。
11. 前記サンプル液は、血中循環腫瘍細胞を前記標的粒子として含むことを特徴とする請求項１０に記載の粒子分離装置。

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