JP3913189B2 - 微細粒子分離回収装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種類以上の微細粒子を含有する液体を搬送しながら、特定種類の微細粒子を１個単位で分離回収する微細粒子分離回収装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微量成分の検出技術の進歩は、臨床検査の分野で各種疾病の早期診断や予後の診断に大きな役割を演じてきた。しかも自動化により多数の検体処理が可能になった。
【０００３】
例えば、血液サンプル等の粒子浮遊液中に含まれる細胞粒子や染色体などの多数の微粒子を１個ずつ分離して流し、個々の粒子を光学的あるいは電気的手法を用いて測定する装置はフローサイトメータや粒子カウンタ等として実用化されている。
【０００４】
さらに、近年においては、分析にとどまらず、測定した微細粒子の中で所望の種類の微細粒子だけを分離して回収するシステムが提案されており、例えば、非特許文献１の第４７１ページ〜第４７３ページに掲載されたＫ．Ｔａｓｈｉｒｏらにより提案された「Ａ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ Ｓｏｒｔｉｎｇ Ｍｉｃｒｏ Ｆｌｏｗ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｇｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔｈｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ」がある。
【０００５】
上記システムは、微細粒子を１個ずつ搬送し、検出部にて微細粒子を検出し、検出結果に基づいて、下流部にある二股の分岐部にて、バルブ装置を用いて搬送する流路を選択することにより、微細粒子１個単位の分離回収を行うもので、微細粒子の搬送液体にメチルセルロースの水溶液を用い、メチルセルロース水溶液を加熱してゲル化させ、微小流路中のバルブの役割を担わせることにより、機械的な構造のバルブ装置を必要としないことを特徴とする。
【０００６】
【非特許文献１】
“Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ ２００１”μＴＡＳ２００１、ｐ．４７１〜４７３、２００１年
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記非特許文献１のシステムにおいては、加熱源にＩＲレーザを用い、バルブの目的を担うゲル化を行う箇所のスイッチングにガルバノメータ・ミラーを使用する光学系を用いており、システムの設備が大型化してしまう。
さらに、３種類以上の分離回収システムに応用する場合、複数のレーザ源もしくは複雑な切り替えを必要とする光学系が必要となり、システムが複雑化してしまい、操作面、コスト面からも好ましいものではない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みたものであり、２種類以上の微細粒子を含有する液体を搬送しながら、特定種類の微細粒子を分離回収することが可能な小型で簡素な微細粒子分離回収装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、２種類以上の微細粒子を含有し、温度の上昇によってゲル化し温度の低下によってゾル化する液体を搬送しながら前記微細粒子中の特定種類の微細粒子を分離回収するための微細粒子分離回収装置であって、前記微細粒子を含有する液体を搬送する流路と該流路から分岐して設けられた２つ以上の分岐流路からなる液体搬送手段と、前記流路に設けられた特定種類の微細粒子を検出するための検出手段と、前記検出手段で検出された特定種類の微細粒子を分岐流路を開閉して特定の分岐流路に搬送して分離回収するための流路開閉手段とを有し、該流路開閉手段が分岐流路に設けられた発熱素子に電気エネルギーをパルス状に印加して前記液体の温度を制御するものであることを特徴とする微細粒子分離回収装置である。
【００１０】
具体的には、本発明の微細粒子分離回収装置は、複数種類の微細粒子を含有する液体を分離するための液体搬送装置であって、前記液体を注入するための注入部と、前記注入された液体を搬送するための分岐部を有する流路と、前記分岐部より上流側に位置し、前記複数種の微細粒子の中から特定の微細粒子を検出するための検出部と、前記液体を排出するための排出部とを備え、前記分岐後の各複数の分岐流路の上流側に発熱素子を有し、前記発熱素子は、前記検出部で検出された前記特定の微細粒子を分岐部から分岐される一方の分岐流路に流すための微細粒子分離装置であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、２種類以上の微細粒子の混合物が含まれる搬送用の液体を注入する注入口と、前記注入口と連通し、前記注入された搬送用の液体が流路に流され、流路の途中に設けられた検出位置を含む流通部と、前記検出位置にて、前記２種類以上の微細粒子の混合物から特定種類の微細粒子を検出する検出部と、前記測定位置の下流部に分岐部を介して連通する流路から分岐して設けられ複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各先端部に設けられた前記搬送用の液体を排出する排出部と、前記複数の分岐流路各々に電気熱変換型の発熱素子を具備することにより、大規模な搬送用液体の加熱源及び加熱箇所の切り替え装置を必要としない、微細粒子分離回収装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の微細粒子分離回収装置によれば、搬送用液体の加熱源に発熱素子を使用することにより、微細粒子分離回収装置の小型化が可能となる。
また、３種類以上の微細粒子の分離回収に応用が可能である。
【００１３】
次に、本発明の微細粒子分離回収装置の好ましい実施態様を示す。
本発明は、２種類以上の微細粒子の混合物が含まれる搬送用の液体を注入する注入口と、前記注入口と連通し、前記注入された搬送用の液体が流され、途中に検出位置を含む流路の流通部と、前記検出位置にて、前記微細粒子の混合物から特定種類の微細粒子を検出する検出部と、前記測定位置の下流部に分岐部を介して連通する複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各先端部に設けられた前期搬送用の液体を排出する排出部と、前記複数の分岐流路各々に設けられたバルブの機能を有する装置を有し、前記バルブの機能を有する装置が、前記分岐流路部に設けられた電気熱変換型の発熱素子であることを特徴とする。
【００１４】
前記微細粒子搬送用の液体は、液体の温度の上昇によってゲル化することにより、流路中のバルブの機能を有することを特徴とする。
前記液体の温度の上昇によりゲル化する物質は、メチルセルロース水溶液であることを特徴とする。
【００１５】
前記微細粒子分離回収装置を用いて、複数種の微細粒子混合溶液を注入部から注入し、分岐部上流にて、微細粒子を検出し、検出した信号に応じて、微細粒子の種類ごとに予め定められた排出部の分岐流路に設置された発熱素子を駆動させ、前記微細粒子を流通させない分岐流路の発熱素子上の液体をゲル化させることにより、該微細粒子を流通させる分岐流路以外の搬送液の流通を妨げることによって、当該微細粒子を予め定められた分岐流路に誘導することにより、分離回収することを特徴とする微細粒子の分離回収方法である。
【００１６】
一つの微細粒子を分離回収する際の、前記発熱素子を駆動させておく一連の操作時間において、前記発熱素子に供給するエネルギーは、操作開始時に供給する単位時間あたりのエネルギー供給量が最も大きく、以降の単位時間あたりのエネルギー供給量はその時点までに供給されたエネルギーの総量の時間平均値よりも下回るように供給することにより、前記発熱素子を駆動させることを特徴とする。
【００１７】
前記発熱素子に供給するエネルギーは、一つの微細粒子を分離回収する際の前記発熱素子を駆動させておく一連の操作時間において、電気的エネルギーをパルス状に印加し、パルスの印加する時間間隔を印加回数が増加するにしたがって大きくしていくことにより供給することを特徴とする。
【００１９】
前記発熱素子に供給するエネルギーは、一つの微細粒子を分離回収する際の前記発熱素子を駆動させておく一連の操作時間において、電気的エネルギーをパルス状に印加し、パルスの幅を印加回数が増加するにしたがって小さくしていくことにより供給することを特徴とする。
【００２０】
前記発熱素子に供給するエネルギーは、一つの微細粒子を分離回収する際の前記発熱素子を駆動させておく一連の操作時間において、電気的エネルギーを複数のパルスによって構成されるパルス群によって印加し、パルス群の印加する時間間隔をパルス群の印加回数が増加するにしたがって大きくしていくことにより供給することを特徴とする。
【００２１】
微細粒子の前記流通部内の搬送用液体の平均速度は、前記検出部から前記分岐部までの長さを、前記発熱素子を駆動させ搬送用液体がバルブの機能を発現させる時間で除した値より小さくなるように定められることを特徴とする。
【００２２】
前記微細粒子分離回収装置の排出部と別の前記微細粒子分離回収装置の注入部とを接続して、複数の微細粒子分離回収装置を連結する多段階微細粒子分離回収装置が好ましい。
分離する微細粒子の種類をｎ１、必要な前記分離回収装置の数をｎ２とするとき、「ｎ１−ｎ２＝１」を満たすことを特徴とする。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００２４】
実施例１
本発明の実施例の一形態として、多種類の微細粒子混合物から、特定の１種類の微細粒子を分離回収する微細粒子分離回収装置（以降、分離回収装置と略記する）について説明する。
図１は分離回収装置の構造を示す断面の概略図、図２は分離回収装置を上方から見た平面概略図である。
【００２５】
本実施例の分離回収装置は上面基板１０と下面基板２０とを接合した構成を有する。上面基板はガラス基板、下面基板はシリコン基板である。
これら基板の接合により、分離回収装置内部には、微細粒子混合物を搬送する液体が流通する空間３０が形成される。
上面基板１０には、微細粒子混合物を搬送する液体などを注入するための孔である注入口１１が設けられ、分離回収装置外部から、空間３０に液体を注入することができる。
【００２６】
空間３０は流路３１と、該流路３１から分岐して分岐部３２を介して設けられた複数の分岐流路３３からなり、分岐流路は一端に分岐部３２があり、もう一端は排出口１２と連通している。排出口１２は、分岐流路３３各々に設けられており、各々の分岐流路を通じて搬送された液体などを排出するための孔で、注入口１１と同様に、上面基板１０に設けられている。これにより液体搬送手段が構成される。
【００２７】
分岐流路３３が形成されている面の下面基板２０上には、発熱素子２１が設けられている。この発熱素子２１はパルス状の電気的エネルギーが与えられることにより発熱し、この熱エネルギーによって発熱素子２１上部近傍の液体を加熱することができる。この発熱素子の作用により、液体をゲル化させて分岐流路を閉じ、開いている特定の分岐流路に微細粒子を搬送して分離回収する流路開閉手段が構成される。
【００２８】
また、前記流路３１を形成する箇所の下面基板２０の上面基板１０接合側表面には、上記液体加熱源としての発熱素子２１とともに、搬送液体中の微細粒子の検出を行うための感応素子からなる検出部２２が設けられる。具体的には光学的に微細粒子を検出するために、光検出素子、波長選択機能を有する光学フィルタが形成され、微細粒子からの蛍光や散乱光を検出する。以上の部材によって搬送液体中の微細粒子を検出する検出部を構成している。これにより検出手段が構成される。
【００２９】
なお、本実施例では光学的に微細粒子を検出する例を示したが、上記方法に限定されることはなく、例えば二つの電極間のインピーダンス測定といった電気的な方法や電磁誘導による起電力検知といった磁気的な方法を用いて検出するようにしてもよい。
【００３０】
以下に上記装置による分離回収の例として、搬送液体中の特定種類の微細粒子を分離回収する工程を示す。
図３（ａ）〜（ｄ）は、分離回収装置中の作用メカニズムを説明するための模式図である。Ａの分岐流路を所望の微細粒子の回収に使用し、Ｂの分岐流路をその他の微細粒子の回収に使用するものとする。
また、図中において、所望の微細粒子３４の位置を「☆」印、それ以外の微細粒子の位置を「○」印と模式的に表す。
【００３１】
注入口１１から複数種の微細粒子が含まれる搬送用液体を注入する。搬送用液体中の微細粒子の密度は極めて希薄であるが、分岐流路を使用することにより流通に必要な搬送用液体の量は多くの量を必要としない（図３（ａ）参照）。
【００３２】
検出部２２にて、微細粒子の種類を判別する（図３（ｂ）参照）。
検出した微細粒子が所望のものである場合、Ｂの分岐流路の発熱素子を駆動させ、発熱素子上の搬送用液体をゲル化させ（図３（ｃ）参照）、所望の微細粒子がＡの分岐流路に流通した後、発熱素子の駆動を停止し、搬送用液体を元に戻す。
【００３３】
検出した微細粒子が所望のものでない場合、Ａの分岐流路の発熱素子を駆動させ、発熱素子上の搬送用液体をゲル化させ（図３（ｄ）参照）、その他の微細粒子がＢの分岐流路に流通した後、発熱素子の駆動を停止し、加熱した部分の温度が下がり、搬送用液体は元の状態に戻る。
【００３４】
発熱素子の駆動方法としては、短い時間の駆動パルスを複数回与え、搬送用液体をゲル化するのに必要なエネルギーを供給することにより達成される。発熱素子への投入エネルギーは、使用する搬送用液体及び下面基板の熱伝導率や、発熱素子−搬送用液体間の熱伝達係数、流通しているときの温度及びゲル化する温度、流路内の流量、発熱素子に使用される材質の導電性や単位面積単位時間あたりに供給可能なエネルギー量及び発熱素子のエネルギー供給可能な有効面積等によって異なる。
【００３５】
一つの微細粒子を分離回収する一連の操作時間において、エネルギーの供給方法は、一定量のエネルギーを供給し続けるだけでは操作上の不都合が生じてしまう。例えば発熱素子は発熱素子上の液体をゲル化するのに十分なエネルギーを極めて短い時間に供給することが可能であるが、大量のエネルギーを一連の操作時間において一定量供給するだけでは、想定している液体の加熱領域全体が目標の温度に到達する前に発熱素子近傍の液体の温度だけが上昇して搬送用液体の気化や化学変化を起こし、エネルギーの供給を停止しても元の状態に戻すことができなくなる問題が発生し得る。反対に少量のエネルギーを徐々に供給して加熱することによって上述の問題を回避する方法もあるが、搬送用液体が所望の温度に到達するのに時間がかかってしまうため、加熱の途中で搬送用液体の加熱した領域が下流に移動してしまい、発熱素子上の搬送用液体の温度が上昇しない場合や、たとえ搬送用液体の移動速度を遅くして上述の問題を回避しても、操作時間が長くなるため、分離回収装置としての効率が著しく低下する問題が発生し得る。以上の問題を解決するためには、エネルギー投入量を制御して加熱温度を制御する必要がある。
【００３６】
制御方法としては、一つの微細粒子を分離回収する際の発熱素子を駆動させておく一連の操作時間において、前記発熱素子に供給するエネルギーを、操作開始時に供給する単位時間あたりのエネルギー供給量が最も大きくなるようにして、以降のエネルギー供給量は単位時間あたりに換算した場合、その時点までに供給されたエネルギーの総量の時間平均値よりも下回るように供給することにより、前記発熱素子を駆動させる。すなわち、連続的にエネルギーを供給した場合に、単位時間あたりのエネルギー供給量が、操作時間の経過とともに減少するようにエネルギーを供給してやればよい。
【００３７】
したがって、操作条件に基づいて操作開始時に供給するエネルギー量と、操作時間の経過とともにエネルギー供給量の変化の割合を決めてやればよく、具体的には発熱素子上の上面基板に温度センサを取り付け、使用する系に応じて予め実験的に求めておき、使用条件に応じた制御方法を記憶手段に記憶しておき、装置稼動時に実行することによって可能となる。
【００３８】
また発熱素子へのエネルギーの供給方法としては、駆動パルスによって離散的に供給する方法が挙げられる。例えば駆動パルス幅を固定にして印加する時間間隔を印加の回数が増加するにしたがって大きくしていく方法、駆動パルスの幅を印加の回数が増加するにしたがって駆動パルスの幅を小さくしていく方法、上記２つの方法の組合せた方法や、駆動パルスの駆動電圧を変化させる方法による制御が挙げられる。
【００３９】
また、分離回収装置に用いる搬送用の液体としては、「Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ ２００１」誌の第４７１ページ〜第４７３ページに掲載されたＫ．Ｔａｓｈｉｒｏらにより提案された「Ａ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ Ｓｏｒｔｉｎｇ ＭｉｃｒｏＦｌｏｗ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｇｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔｈｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ」によれば、架橋したメチルセルロース１重量パーセント水溶液は、液体温度を５５℃まで上昇させることにより、その状態をゾルからゲルに変化することが知られている。したがって、前記水溶液を搬送用液体として用いることができる。
【００４０】
また、ゲルからゾルに戻し液体にする場合は、発熱素子へのエネルギー供給を停止することにより行なうことができる。これにより、分岐流路は開き液体を搬送することができる。
【００４１】
さらに、本実施例の分離回収装置を複数組み合わせることにより、複雑な分離回収装置の構築が可能となる。
図４は、多段階式の微細粒子分離回収装置を表す概念図である。
図４のように、微細粒子分離回収装置の排出口を別の微細粒子分離回収装置の注入口にカスケード状に接続することにより、一連のフロー装置にて３種類以上の種類の微細粒子を分離することが可能な装置を構築できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、搬送用液体を加熱してゲル化させることにより流路内にバルブの機能を持たせて微細粒子を誘導する微細粒子分離回収装置において、搬送用液体の加熱源に流路上に設けられた発熱素子を使用したため、加熱源を小型化して、微細粒子分離回収装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の分離回収装置の構造を示す断面概略図である。
【図２】実施例の分離回収装置を上方から見た平面概略図である。
【図３】分離回収装置中の作用メカニズムを説明するための模式図である。
【図４】多段階分離回収装置を表す概念図である。
【符号の説明】
１０ 上面基板
１１ 注入口
１２ 排出口
２０ 下面基板
２１ 発熱素子
２２ 検出部
３０ 空間
３１ 流路
３２ 分岐部
３３ 分岐流路
３４ 微細粒子
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種類以上の微細粒子を含有する液体を搬送しながら、特定種類の微細粒子を１個単位で分離回収する微細粒子分離回収装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微量成分の検出技術の進歩は、臨床検査の分野で各種疾病の早期診断や予後の診断に大きな役割を演じてきた。しかも自動化により多数の検体処理が可能になった。
【０００３】
例えば、血液サンプル等の粒子浮遊液中に含まれる細胞粒子や染色体などの多数の微粒子を１個ずつ分離して流し、個々の粒子を光学的あるいは電気的手法を用いて測定する装置はフローサイトメータや粒子カウンタ等として実用化されている。
【０００４】
さらに、近年においては、分析にとどまらず、測定した微細粒子の中で所望の種類の微細粒子だけを分離して回収するシステムが提案されており、例えば、非特許文献１の第４７１ページ〜第４７３ページに掲載されたＫ．Ｔａｓｈｉｒｏらにより提案された「Ａ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ Ｓｏｒｔｉｎｇ Ｍｉｃｒｏ Ｆｌｏｗ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｇｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔｈｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ」がある。
【０００５】
上記システムは、微細粒子を１個ずつ搬送し、検出部にて微細粒子を検出し、検出結果に基づいて、下流部にある二股の分岐部にて、バルブ装置を用いて搬送する流路を選択することにより、微細粒子１個単位の分離回収を行うもので、微細粒子の搬送液体にメチルセルロースの水溶液を用い、メチルセルロース水溶液を加熱してゲル化させ、微小流路中のバルブの役割を担わせることにより、機械的な構造のバルブ装置を必要としないことを特徴とする。
【０００６】
【非特許文献１】
“Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ ２００１”μＴＡＳ２００１、ｐ．４７１〜４７３、２００１年
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記非特許文献１のシステムにおいては、加熱源にＩＲレーザを用い、バルブの目的を担うゲル化を行う箇所のスイッチングにガルバノメータ・ミラーを使用する光学系を用いており、システムの設備が大型化してしまう。
さらに、３種類以上の分離回収システムに応用する場合、複数のレーザ源もしくは複雑な切り替えを必要とする光学系が必要となり、システムが複雑化してしまい、操作面、コスト面からも好ましいものではない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みたものであり、２種類以上の微細粒子を含有する液体を搬送しながら、特定種類の微細粒子を分離回収することが可能な小型で簡素な微細粒子分離回収装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、２種類以上の微細粒子を含有し、温度の上昇によってゲル化し温度の低下によってゾル化する液体を搬送しながら前記微細粒子中の特定種類の微細粒子を分離回収するための微細粒子分離回収装置であって、前記微細粒子を含有する液体を搬送する流路と該流路から分岐して設けられた２つ以上の分岐流路からなる液体搬送手段と、前記流路に設けられた特定種類の微細粒子を検出するための検出手段と、前記検出手段で検出された特定種類の微細粒子を分岐流路を開閉して特定の分岐流路に搬送して分離回収するための流路開閉手段とを有し、該流路開閉手段が分岐流路に設けられた発熱素子に電気エネルギーをパルス状に印加して前記液体の温度を制御するものであることを特徴とする微細粒子分離回収装置である。
【００１０】
具体的には、本発明の微細粒子分離回収装置は、複数種類の微細粒子を含有する液体を分離するための液体搬送装置であって、前記液体を注入するための注入部と、前記注入された液体を搬送するための分岐部を有する流路と、前記分岐部より上流側に位置し、前記複数種の微細粒子の中から特定の微細粒子を検出するための検出部と、前記液体を排出するための排出部とを備え、前記分岐後の各複数の分岐流路の上流側に発熱素子を有し、前記発熱素子は、前記検出部で検出された前記特定の微細粒子を分岐部から分岐される一方の分岐流路に流すための微細粒子分離装置であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、２種類以上の微細粒子の混合物が含まれる搬送用の液体を注入する注入口と、前記注入口と連通し、前記注入された搬送用の液体が流路に流され、流路の途中に設けられた検出位置を含む流通部と、前記検出位置にて、前記２種類以上の微細粒子の混合物から特定種類の微細粒子を検出する検出部と、前記測定位置の下流部に分岐部を介して連通する流路から分岐して設けられ複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各先端部に設けられた前記搬送用の液体を排出する排出部と、前記複数の分岐流路各々に電気熱変換型の発熱素子を具備することにより、大規模な搬送用液体の加熱源及び加熱箇所の切り替え装置を必要としない、微細粒子分離回収装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の微細粒子分離回収装置によれば、搬送用液体の加熱源に発熱素子を使用することにより、微細粒子分離回収装置の小型化が可能となる。
また、３種類以上の微細粒子の分離回収に応用が可能である。
【００１３】
次に、本発明の微細粒子分離回収装置の好ましい実施態様を示す。
本発明は、２種類以上の微細粒子の混合物が含まれる搬送用の液体を注入する注入口と、前記注入口と連通し、前記注入された搬送用の液体が流され、途中に検出位置を含む流路の流通部と、前記検出位置にて、前記微細粒子の混合物から特定種類の微細粒子を検出する検出部と、前記測定位置の下流部に分岐部を介して連通する複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各先端部に設けられた前期搬送用の液体を排出する排出部と、前記複数の分岐流路各々に設けられたバルブの機能を有する装置を有し、前記バルブの機能を有する装置が、前記分岐流路部に設けられた電気熱変換型の発熱素子であることを特徴とする。
【００１４】
前記微細粒子搬送用の液体は、液体の温度の上昇によってゲル化することにより、流路中のバルブの機能を有することを特徴とする。
前記液体の温度の上昇によりゲル化する物質は、メチルセルロース水溶液であることを特徴とする。
【００１５】
前記微細粒子分離回収装置を用いて、複数種の微細粒子混合溶液を注入部から注入し、分岐部上流にて、微細粒子を検出し、検出した信号に応じて、微細粒子の種類ごとに予め定められた排出部の分岐流路に設置された発熱素子を駆動させ、前記微細粒子を流通させない分岐流路の発熱素子上の液体をゲル化させることにより、該微細粒子を流通させる分岐流路以外の搬送液の流通を妨げることによって、当該微細粒子を予め定められた分岐流路に誘導することにより、分離回収することを特徴とする微細粒子の分離回収方法である。
【００１６】
一つの微細粒子を分離回収する際の、前記発熱素子を駆動させておく一連の操作時間において、前記発熱素子に供給するエネルギーは、操作開始時に供給する単位時間あたりのエネルギー供給量が最も大きく、以降の単位時間あたりのエネルギー供給量はその時点までに供給されたエネルギーの総量の時間平均値よりも下回るように供給することにより、前記発熱素子を駆動させることを特徴とする。
【００１７】
前記発熱素子に供給するエネルギーは、一つの微細粒子を分離回収する際の前記発熱素子を駆動させておく一連の操作時間において、電気的エネルギーをパルス状に印加し、パルスの印加する時間間隔を印加回数が増加するにしたがって大きくしていくことにより供給することを特徴とする。
【００１９】
前記発熱素子に供給するエネルギーは、一つの微細粒子を分離回収する際の前記発熱素子を駆動させておく一連の操作時間において、電気的エネルギーをパルス状に印加し、パルスの幅を印加回数が増加するにしたがって小さくしていくことにより供給することを特徴とする。
【００２０】
前記発熱素子に供給するエネルギーは、一つの微細粒子を分離回収する際の前記発熱素子を駆動させておく一連の操作時間において、電気的エネルギーを複数のパルスによって構成されるパルス群によって印加し、パルス群の印加する時間間隔をパルス群の印加回数が増加するにしたがって大きくしていくことにより供給することを特徴とする。
【００２１】
微細粒子の前記流通部内の搬送用液体の平均速度は、前記検出部から前記分岐部までの長さを、前記発熱素子を駆動させ搬送用液体がバルブの機能を発現させる時間で除した値より小さくなるように定められることを特徴とする。
【００２２】
前記微細粒子分離回収装置の排出部と別の前記微細粒子分離回収装置の注入部とを接続して、複数の微細粒子分離回収装置を連結する多段階微細粒子分離回収装置が好ましい。
分離する微細粒子の種類をｎ１、必要な前記分離回収装置の数をｎ２とするとき、「ｎ１−ｎ２＝１」を満たすことを特徴とする。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００２４】
実施例１
本発明の実施例の一形態として、多種類の微細粒子混合物から、特定の１種類の微細粒子を分離回収する微細粒子分離回収装置（以降、分離回収装置と略記する）について説明する。
図１は分離回収装置の構造を示す断面の概略図、図２は分離回収装置を上方から見た平面概略図である。
【００２５】
本実施例の分離回収装置は上面基板１０と下面基板２０とを接合した構成を有する。上面基板はガラス基板、下面基板はシリコン基板である。
これら基板の接合により、分離回収装置内部には、微細粒子混合物を搬送する液体が流通する空間３０が形成される。
上面基板１０には、微細粒子混合物を搬送する液体などを注入するための孔である注入口１１が設けられ、分離回収装置外部から、空間３０に液体を注入することができる。
【００２６】
空間３０は流路３１と、該流路３１から分岐して分岐部３２を介して設けられた複数の分岐流路３３からなり、分岐流路は一端に分岐部３２があり、もう一端は排出口１２と連通している。排出口１２は、分岐流路３３各々に設けられており、各々の分岐流路を通じて搬送された液体などを排出するための孔で、注入口１１と同様に、上面基板１０に設けられている。これにより液体搬送手段が構成される。
【００２７】
分岐流路３３が形成されている面の下面基板２０上には、発熱素子２１が設けられている。この発熱素子２１はパルス状の電気的エネルギーが与えられることにより発熱し、この熱エネルギーによって発熱素子２１上部近傍の液体を加熱することができる。この発熱素子の作用により、液体をゲル化させて分岐流路を閉じ、開いている特定の分岐流路に微細粒子を搬送して分離回収する流路開閉手段が構成される。
【００２８】
また、前記流路３１を形成する箇所の下面基板２０の上面基板１０接合側表面には、上記液体加熱源としての発熱素子２１とともに、搬送液体中の微細粒子の検出を行うための感応素子からなる検出部２２が設けられる。具体的には光学的に微細粒子を検出するために、光検出素子、波長選択機能を有する光学フィルタが形成され、微細粒子からの蛍光や散乱光を検出する。以上の部材によって搬送液体中の微細粒子を検出する検出部を構成している。これにより検出手段が構成される。
【００２９】
なお、本実施例では光学的に微細粒子を検出する例を示したが、上記方法に限定されることはなく、例えば二つの電極間のインピーダンス測定といった電気的な方法や電磁誘導による起電力検知といった磁気的な方法を用いて検出するようにしてもよい。
【００３０】
以下に上記装置による分離回収の例として、搬送液体中の特定種類の微細粒子を分離回収する工程を示す。
図３（ａ）〜（ｄ）は、分離回収装置中の作用メカニズムを説明するための模式図である。Ａの分岐流路を所望の微細粒子の回収に使用し、Ｂの分岐流路をその他の微細粒子の回収に使用するものとする。
また、図中において、所望の微細粒子３４の位置を「☆」印、それ以外の微細粒子の位置を「○」印と模式的に表す。
【００３１】
注入口１１から複数種の微細粒子が含まれる搬送用液体を注入する。搬送用液体中の微細粒子の密度は極めて希薄であるが、分岐流路を使用することにより流通に必要な搬送用液体の量は多くの量を必要としない（図３（ａ）参照）。
【００３２】
検出部２２にて、微細粒子の種類を判別する（図３（ｂ）参照）。
検出した微細粒子が所望のものである場合、Ｂの分岐流路の発熱素子を駆動させ、発熱素子上の搬送用液体をゲル化させ（図３（ｃ）参照）、所望の微細粒子がＡの分岐流路に流通した後、発熱素子の駆動を停止し、搬送用液体を元に戻す。
【００３３】
検出した微細粒子が所望のものでない場合、Ａの分岐流路の発熱素子を駆動させ、発熱素子上の搬送用液体をゲル化させ（図３（ｄ）参照）、その他の微細粒子がＢの分岐流路に流通した後、発熱素子の駆動を停止し、加熱した部分の温度が下がり、搬送用液体は元の状態に戻る。
【００３４】
発熱素子の駆動方法としては、短い時間の駆動パルスを複数回与え、搬送用液体をゲル化するのに必要なエネルギーを供給することにより達成される。発熱素子への投入エネルギーは、使用する搬送用液体及び下面基板の熱伝導率や、発熱素子−搬送用液体間の熱伝達係数、流通しているときの温度及びゲル化する温度、流路内の流量、発熱素子に使用される材質の導電性や単位面積単位時間あたりに供給可能なエネルギー量及び発熱素子のエネルギー供給可能な有効面積等によって異なる。
【００３５】
一つの微細粒子を分離回収する一連の操作時間において、エネルギーの供給方法は、一定量のエネルギーを供給し続けるだけでは操作上の不都合が生じてしまう。例えば発熱素子は発熱素子上の液体をゲル化するのに十分なエネルギーを極めて短い時間に供給することが可能であるが、大量のエネルギーを一連の操作時間において一定量供給するだけでは、想定している液体の加熱領域全体が目標の温度に到達する前に発熱素子近傍の液体の温度だけが上昇して搬送用液体の気化や化学変化を起こし、エネルギーの供給を停止しても元の状態に戻すことができなくなる問題が発生し得る。反対に少量のエネルギーを徐々に供給して加熱することによって上述の問題を回避する方法もあるが、搬送用液体が所望の温度に到達するのに時間がかかってしまうため、加熱の途中で搬送用液体の加熱した領域が下流に移動してしまい、発熱素子上の搬送用液体の温度が上昇しない場合や、たとえ搬送用液体の移動速度を遅くして上述の問題を回避しても、操作時間が長くなるため、分離回収装置としての効率が著しく低下する問題が発生し得る。以上の問題を解決するためには、エネルギー投入量を制御して加熱温度を制御する必要がある。
【００３６】
制御方法としては、一つの微細粒子を分離回収する際の発熱素子を駆動させておく一連の操作時間において、前記発熱素子に供給するエネルギーを、操作開始時に供給する単位時間あたりのエネルギー供給量が最も大きくなるようにして、以降のエネルギー供給量は単位時間あたりに換算した場合、その時点までに供給されたエネルギーの総量の時間平均値よりも下回るように供給することにより、前記発熱素子を駆動させる。すなわち、連続的にエネルギーを供給した場合に、単位時間あたりのエネルギー供給量が、操作時間の経過とともに減少するようにエネルギーを供給してやればよい。
【００３７】
したがって、操作条件に基づいて操作開始時に供給するエネルギー量と、操作時間の経過とともにエネルギー供給量の変化の割合を決めてやればよく、具体的には発熱素子上の上面基板に温度センサを取り付け、使用する系に応じて予め実験的に求めておき、使用条件に応じた制御方法を記憶手段に記憶しておき、装置稼動時に実行することによって可能となる。
【００３８】
また発熱素子へのエネルギーの供給方法としては、駆動パルスによって離散的に供給する方法が挙げられる。例えば駆動パルス幅を固定にして印加する時間間隔を印加の回数が増加するにしたがって大きくしていく方法、駆動パルスの幅を印加の回数が増加するにしたがって駆動パルスの幅を小さくしていく方法、上記２つの方法の組合せた方法や、駆動パルスの駆動電圧を変化させる方法による制御が挙げられる。
【００３９】
また、分離回収装置に用いる搬送用の液体としては、「Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ ２００１」誌の第４７１ページ〜第４７３ページに掲載されたＫ．Ｔａｓｈｉｒｏらにより提案された「Ａ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ Ｓｏｒｔｉｎｇ ＭｉｃｒｏＦｌｏｗ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｇｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔｈｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ」によれば、架橋したメチルセルロース１重量パーセント水溶液は、液体温度を５５℃まで上昇させることにより、その状態をゾルからゲルに変化することが知られている。したがって、前記水溶液を搬送用液体として用いることができる。
【００４０】
また、ゲルからゾルに戻し液体にする場合は、発熱素子へのエネルギー供給を停止することにより行なうことができる。これにより、分岐流路は開き液体を搬送することができる。
【００４１】
さらに、本実施例の分離回収装置を複数組み合わせることにより、複雑な分離回収装置の構築が可能となる。
図４は、多段階式の微細粒子分離回収装置を表す概念図である。
図４のように、微細粒子分離回収装置の排出口を別の微細粒子分離回収装置の注入口にカスケード状に接続することにより、一連のフロー装置にて３種類以上の種類の微細粒子を分離することが可能な装置を構築できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、搬送用液体を加熱してゲル化させることにより流路内にバルブの機能を持たせて微細粒子を誘導する微細粒子分離回収装置において、搬送用液体の加熱源に流路上に設けられた発熱素子を使用したため、加熱源を小型化して、微細粒子分離回収装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の分離回収装置の構造を示す断面概略図である。
【図２】実施例の分離回収装置を上方から見た平面概略図である。
【図３】分離回収装置中の作用メカニズムを説明するための模式図である。
【図４】多段階分離回収装置を表す概念図である。
【符号の説明】
１０ 上面基板
１１ 注入口
１２ 排出口
２０ 下面基板
２１ 発熱素子
２２ 検出部
３０ 空間
３１ 流路
３２ 分岐部
３３ 分岐流路
３４ 微細粒子
Claims (1)
- ２種類以上の微細粒子を含有し、温度の上昇によってゲル化し温度の低下によってゾル化する液体を搬送しながら前記微細粒子中の特定種類の微細粒子を分離回収するための微細粒子分離回収装置であって、前記微細粒子を含有する液体を搬送する流路と該流路から分岐して設けられた２つ以上の分岐流路からなる液体搬送手段と、前記流路に設けられた特定種類の微細粒子を検出するための検出手段と、前記検出手段で検出された特定種類の微細粒子を分岐流路を開閉して特定の分岐流路に搬送して分離回収するための流路開閉手段とを有し、該流路開閉手段が分岐流路に設けられた発熱素子に電気エネルギーをパルス状に印加して前記液体の温度を制御するものであることを特徴とする微細粒子分離回収装置。
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