JP5053810B2

JP5053810B2 - 微粒子カウンター及び微粒子カウンターチップ

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Publication number: JP5053810B2
Application number: JP2007300677A
Authority: JP
Inventors: 一喜山本; 良教赤木
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2027-11-20
Also published as: JP2009128057A

Description

本発明は、微粒子含有液体中の微粒子数の計測を行うことを可能とする微粒子カウンター及び微粒子カウンターチップに関し、より詳細には、微粒子含有マイクロ流体中の微粒子の数をインピーダンス変化により計測する微粒子カウンター及び微粒子カウンターチップに関する。

従来、液体中の微粒子の数を計測する装置として、コールターカウンターがー広く知られている。コールターカウンターでは、装置内部に設けられた液収容部からポンプにより、微粒子含有液体が流路に供給される。この流路の一部に、例えば、微粒子が１つだけ通過し得る、幅の細いアパーチャ部が設けられている。アパーチャ部を微粒子が通過する際のインピーダンス変化により、微粒子の通過が確認され、それによって通過した微粒子の数がカウントされている。

従来のコールターカウンターでは、微粒子の数、例えば、ラテックス粒子や白血球、赤血球のような微粒子の数が測定されていた。この場合、サンプルとしての微粒子含有液体が変更される度に、上記アパーチャ部を含む流路を洗浄しなければならなかった。

上記のような洗浄がかなり煩雑であるため、下記の特許文献１には、流路及びアパーチャ部が設けられたカートリッジが、計測部を有する計測装置本体に着脱可能とされている細胞数計測装置が開示されている。ここでは、着脱されるカートリッジに上記アパーチャ部が設けられた流路と、該アパーチャ部におけるインピーダンス変化を測定するための一対の電極とが配置されている。カートリッジを装置本体に装着されると、上記一対の電極が計測部と電気的に接続され、アパーチャ部を通過する細胞の数をカウントすることが可能とされている。
特開２００７−１７３０３号公報

特許文献１に記載の細胞数計測装置のように、従来のコールターカウンターと称されている微粒子カウンターでは、流路の一部に設けられた幅の狭いアパーチャ部を微粒子が通過する際のインピーダンス変化により、微粒子数がカウントされる。そのためには、アパーチャ部において対向されている流路壁間の隙間の大きさは、微粒子が通過し得る大きさであることが必要である。隙間が小さすぎると、アパーチャ部が詰まり、微粒子数の計測を行うことが困難となる。逆に、隙間が大きすぎると、再現性が低下する。

さらに、計測しようとする微粒子の大きさに制限があった。すなわち、様々な大きさの微粒子をカウントしなければならない場合、高精度に、全微粒子数をカウントすることができなかった。そのため、例えば、直径７μｍ程度の赤血球の数を測定する場合には、アパーチャ部の上記隙間は、１０μｍ程度とすることが望ましいとされている。

他方、特許文献１に記載の細胞数計測装置に用いられているカートリッジなどでは、量産性を高め、コストを低減する上では、カートリッジを合成樹脂で構成することが求められている。しかしながら、合成樹脂を用い、１０μｍ程度の非常に小さな隙間を精密に形成しつつ量産することは、非常に困難を伴う。そのため、歩留りが低下するおそれがあった。また、歩留りの低下を抑制するには、非常に高価な設備が必要となる。

また、上記細胞数計測装置のような従来の微粒子カウンターでは、アパーチャ部を通過する微粒子間の間隔が十分に確保される必要があった。そのため、測定に先立ち、微粒子分散液を十分に希釈しておかねばならなかった。よって、事前の希釈操作が必要であり、かつ測定された値を校正したり、読み替えたりする必要があった。そのため、事前の希釈操作や上記数値の校正もしくは読み替えが煩雑であり、かつ操作ミスや校正もしくは読み替えの際のミスにより正確な計数値を得ることができないおそれがあった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、計測しようとする微粒子の大きさの制限が少なく、様々な大きさの微粒子の数をも高精度にカウントすることができ、さらに非常に小さな微粒子を測定するためのアパーチャ部を高い歩留りで容易にかつ安価に形成することが可能であり、煩雑な準備操作を省略することも可能な微粒子カウンター及び微粒子カウンターチップを提供することにある。

本願の第１の発明によれば、微粒子含有液体が通過されるアパーチャ部を有し、該アパーチャ部におけるインピーダンス変化により微粒子数を計測する微粒子カウンターであって、前記アパーチャ部に連ねられたマイクロ流路を有し、前記微粒子の直径よりも大きな流路幅の第１，第２の分岐流路が前記アパーチャ部よりも上流側に位置している分岐点において前記マイクロ流路から分岐されており、前記第１の分岐流路が前記マイクロ流路を挟んで前記第２の分岐流路と反対側に配置されており、該第１，第２の分岐流路が、前記分岐点よりも下流側であって前記アパーチャ部よりも上流側で前記マイクロ流路に再度合流されていることを特徴とする、微粒子カウンターが提供される。

本願の第２の発明では、微粒子含有液体が搬送されるマイクロ流路を形成している流路形成部材を備え、前記マイクロ流路の一部に、微粒子含有液体におけるインピーダンス変化により微粒子の数を計測するためのアパーチャ部が形成されており、前記アパーチャ部におけるインピーダンス変化を検出するように設けられた第１，第２の電極をさらに備える微粒子カウンターであって、前記アパーチャ部に連ねられたマイクロ流路を有し、前記微粒子の直径よりも大きな流路幅の第１，第２の分岐流路が前記アパーチャ部よりも上流側に位置している分岐点において前記マイクロ流路から分岐されており、前記第１の分岐流路が前記マイクロ流路を挟んで前記第２の分岐流路と反対側に配置されており、該第１，第２の分岐流路が、前記分岐点よりも下流側であって前記アパーチャ部よりも上流側で前記マイクロ流路に再度合流されていることを特徴とする、微粒子カウンターが提供される。

本発明（第１，第２の発明を、以下本発明と総称する）のある特定の局面では、上記第１，第２の電極が、上記アパーチャ部においてマイクロ流路に配置されている。

また、本発明の他の特定の局面では、前記マイクロ流路の前記アパーチャ部よりも上流側の部分においてマイクロ流路から分岐されており、前記アパーチャ部においてマイクロ流路に再度合流されており、前記微粒子の直径よりも大きな流路幅を有する第３，第４の分岐流路をさらに備え、第３，第４の分岐流路に、それぞれ、前記第１，第２の電極が配置されている。

すなわち、第１，第２の電極は、上記のように、アパーチャ部においてマイクロ流路に配置されていてもよく、上記第３，第４の分岐流路に配置されていてもよく、アパーチャ部を通過する微粒子によるインピーダンス変化を測定し得る限り、その位置は特に限定されるものではない。

本発明に係る微粒子カウンターチップは、本発明に係る微粒子カウンターが構成されているプレートをさらに備え、該プレートに、上記微粒子含有液体が導入されるサンプル導入部とストップバルブが設けられている。従って、プレートのサンプル導入部から微粒子含有液体を導入し、上記第１，第２の電極間のインピーダンス変化を計測することにより、微粒子数を計測することができる。この場合、第１，第２の電極を外部の計測装置と電気的に接続することにより、プレートのみを交換して様々な微粒子含有液体の微粒子数を計測することができる。従って、特許文献１に記載のカートリッジと同様に、プレートを交換することにより、煩雑な洗浄操作を省略することができるととともに、より高精度に様々な微粒子含有液体中の微粒子数を計測することができる。

本発明に係る微粒子カウンターチップでは、好ましくは、上記プレート、微粒子含有液体を搬送するためのガスポンプが上記マイクロ流路に接続されるように備えられている。ガスポンプをプレートに内蔵させることにより、外部のポンプ等の駆動源等を省略することができる。

本発明に係る微粒子カウンターチップでは、好ましくは、前記プレートに、毛管現象とラプラスバルブによる秤取希釈機構が更に備えられている。

本発明の微粒子カウンターチップの他の特定の局面では、上記プレートが上面に開いておりかつ上記マイクロ流路を形成するための溝が形成されたベースプレートと、ベースプレートの上面に積層されて上記溝を閉成することにより、上記マイクロ流路を形成するプレート材とを備える。その場合には、ベースプレートとプレート材を積層することにより、上記マイクロ流路が形成されたプレートを容易に得ることができる。

本発明（第１，第２の発明）に係る微粒子カウンターでは、第１，第２の分岐流路の流路幅が微粒子よりも大きいが、マイクロ主流路の流速と、第１，第２の分岐流路における流速との比を分岐流路の幅と長さとで制御することにより、第１，第２の分岐流路に分散媒である液体のみを流入させることができる。従って、アパーチャ部の上流側で、第１，第２の分岐流路から供給される分散媒が再度マイクロ主流路に合流した後には、中央を微粒子含有分散媒が、その両側を分散媒のみが流れる三層流が形成されることとなる。従って、同じ大きさの微粒子の数を測定する場合、アパーチャ部の上記隙間を、三層流でない場合よりも大幅に広げることができる。よって、アパーチャ部の隙間を形成する加工が従来の微粒子カウンターに比べて、格段に容易となる。そのため、合成樹脂を用いて、上記アパーチャ部を備えたマイクロ流路を容易にかつ安価な製造装置で高い歩留りで製造することが可能となる。

加えて、上記アパーチャ部の隙間を大きくしても、微粒子を高精度にカウントすることができるため、色々な大きさの微粒子が含まれている場合においても、これらの微粒子の合計を高精度に計数することができる。

加えて、流体駆動源であるガスポンプと、秤取希釈流路をチップ上に備えている場合には、サンプルの希釈を自動的に行なうため、測定前に事前の希釈操作等の煩雑な前処理を必要としない。従って、前処理や校正もしくは読み替えによる煩雑な操作も省略することが可能であり、このような煩雑な操作による測定ミスを生じ難い。

以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。図２及び図３は、本発明の一実施形態に係る微粒子カウンターチップの外観を示す斜視図及び分解斜視図であり、図１は、本実施形態の要部を示す模式的平面図である。

図２に示すように、微粒子カウンターチップは、矩形板状のベースプレート２と、ベースプレート２上に積層されたプレート材３とを有する。ベースプレート２とプレート材３とは、接着等の適宜の方法で一体化されている。

図３に示すように、ベースプレート２の上面には、上面側に開いた凹状の溝が形成されている。この溝が、平板状のプレート材３の下面を積層することにより閉成されて、後述のマイクロ主流路４などが形成されている。溝と流路の双方に参照番号を付すると、説明が煩雑になるため、以下、上記溝を閉成することにより構成された各流路に参照番号を付して説明することとする。

また、プレート材３には、貫通孔３ａ，３ｂと貫通孔１０ａ，１１ａが形成されている。貫通孔３ａがサンプル導入部で、貫通孔３ｂがサンプル排出部とされている。もっとも、後述の変形例のように、サンプル排出部は必ずしも設けられずともよく、チップ内に廃液溜まり等を設けてもよい。

ベースプレート２の上面には、本流路としてマイクロ主流路４が形成されている。マイクロ主流路４は、上流側の端部に、貫通孔３ａに連なるサンプル導入側端部４ａを有する。サンプル導入側端部４ａの平面形状は、貫通孔３ａと等しくされており、かつ貫通孔３ａに重なり合わされている。もっとも、サンプル導入側端部４ａは、サンプル中の微粒子を堰き止めない様に連結しているのであれば、貫通孔３ａの平面積よりも大きくともよいし、小さくともよい。

マイクロ主流路４は、上記サンプル導入側端部４ａから矩形のベースプレート２の長さ方向さに沿って延ばされている。マイクロ主流路４の途中には、アパーチャ部５が設けられている。アパーチャ部５は、インピーダンス変化により、微粒子含有液体中の微粒子数を計測する部分である。マイクロ主流路４の残りの部分に比べて、対向流路壁間の隙間Ａ（図１及び図４参照）が狭くされて、アパーチャ部５が構成されている。アパーチャ部５においては、両側に流路６，７が連ねられている。この流路６，７は、アパーチャ部５の一部を構成しており、該流路６，７にそれぞれ、第１，第２の電極８，９が配置されている。第１，第２の電極８，９間のインピーダンス変化により、隙間Ａの部分を通過した微粒子の数を計測することが可能とされている。

なお、流路６，７の端部には、図１に位置を模式的に示す電解液導入部１０，１１が設けられている。電解液導入部１０，１１は、プレート材３に設けられたピンホール１０ａ，１１ａに連通されている。ピンホール１０ａ，１１ａから電解液導入部１０，１１に電解液を注入することにより、電極８，９を電解液に漬し、アパーチャまで電気的に接続する。電解液に替えて、ジェル状の塩橋を用いることもできる。

上記アパーチャ部５よりも下流側には、微粒子含有液体排出端部４ｂが設けられており、該微粒子含有液体排出端部４ｂは、貫通孔３ｂに重ねられており、かつ貫通孔３ｂと同じ平面形状を有する。流されてきた廃液としての微粒子含有液体が、上記サンプル排出部４ｂに至る。また、上記サンプル排出部４ｂと貫通孔３ｂとが連通されており、それによって、マイクロ主流路４の下流側端部が大気に連通されている。

第１，第２の電極８，９は、配線１２，１３により、端子電極１４，１５に電気的に接続されている。端子電極１４，１５は、微粒子カウンターチップ１を計測装置の計測部に電気的に接続するために設けられている。従って、端子電極１４，１５は、ベースプレート２の上面から側面２ａに至るように形成されていることが望ましい。あるいは、端子電極１４，１５を露出させるように、プレート材３に図３に破線で示す切欠Ｂ，Ｃが設けられていてもよい。

本実施形態の微粒子カウンターチップ１の特徴は、上記アパーチャ部５と、アパーチャ部５の上流側に設けられた分岐流路の構造にある。

すなわち、アパーチャ部５よりも上流側において、マイクロ主流路４からマイクロ主流路４の一方側において、マイクロ主流路４から分岐された複数の第１の分岐流路１７〜１９が形成されている。マイクロ主流路４の逆の側においても、複数の第２の分岐流路２０〜２２が形成されている。第１の分岐流路１７〜１９及び第２の分岐流路２０〜２２には、アパーチャ部５よりも上流側の分岐点においてマイクロ主流路４から分岐しており、かつ分岐点よりも下流側であって、アパーチャ部５よりも上流側において、マイクロ主流路４に再合流している。

上記第１の分岐流路１７〜１９及び第２の分岐流路２０〜２２の流路幅は、測定される微粒子の直径よりも大きくされている。微粒子の直径とは、微粒子を被覆し得る数学的最小球の直径をいうものとする。マイクロ主流路４を微粒子含有液体が流れる流速に比べて、分岐流路１７〜１９，２０〜２２における流速を十分に小さくすくように流速を制御すれば、ある大きさよりも大きい微粒子が分岐流路１７〜２２には流れ込まないようにすることができる。

具体的な条件を導出するにあたって、理解しやすいように、ここではマイクロ主流路４と分岐流路１７〜１９，２０〜２２の流路深さは共通であり、主流路も分岐流路も流路幅が一定であるとみなしうるとして話を進める。また、分岐流路は全て同じ流路幅であり、分岐流路の断面が正方形に近い矩形で、マイクロ主流路はひどく扁平であるとして計算するが、本発明はこの制約が課せられるものではない。

さて、分岐流路内流れは矩形管流れで、主流路内の流れは Hele-Shaw流れで近似される。深さが共通の複数の矩形管路において、分岐点と合流点でそれぞれの矩形管路の始点と終点が共有されていると、それぞれの矩形管路内の圧力勾配は、それぞれの矩形管路の流路長に反比例する。流速は圧力勾配に比例する。したがって、それぞれの矩形管路内の流速は、流路長に反比例する。また、長さが同じ扁平流路と矩形管路と比べると、側壁が無視できる分、扁平流路に発達するHele-Shaw流れの方が矩形管流れの約２倍の速度になる。

今、分岐流路iの流路長がマイクロ主流路の分岐部から合流部までの長さのｎ_i倍であるとすると、扁平流路内の流速は、主流路内の流速の概略2ｎ_i分の１となる。さらに、主流路内の流速をＶ₀、i番目の分岐流路内の流速をＶ_i、微粒子の直径をｄ、分岐流路の幅をｗとすると、
微粒子が分岐流路に落ち込まない条件は、
Ｖ₀／Ｖ_i＞｛ｗ−（１／√２）（ｄ／２）｝／｛（１−１／√２）（ｄ／２）｝
＞｛（２ｗ／ｄ）−１／√２｝／（１−１／√２）
となり、先に示した関係から、Ｖ₀／Ｖ_i＝２ｎ_iであるから、
ｎ_i＞｛（２ｗ／ｄ）−１／√２｝／｛２（１−１／√２）｝
の関係が導かれる。

したがって、例えば、分岐流路の幅が微粒子の直径の１．５倍あっても、分岐流路の流路長が主流路の分岐部から合流部までの長さの４倍以上あれば、粒子は分岐流路に流れ込むことなく、分散媒のみが流れ込むこととなる。同様に、分岐流路の幅が微粒子の直径の２倍あっても、分岐流路の流路長が主流路の分岐部から合流部までの長さの５．７倍以上あれば、粒子は分岐流路に流れ込むことなく、分散媒のみが流れ込むこととなる。

分岐流路は複数あり、いずれの分岐流路においても分散媒のみが流れる。その結果、図４にアパーチャ部近傍を拡大して示すように、分岐流路１７〜２２が合流した部分よりも下流側においては、マイクロ主流路を流れてきた微粒子含有分散媒流２３の両側に分散媒流２４，２５が流れ、三層流が形成されることとなる。そして、アパーチャ部５においては、隙間Ａが他のマイクロ主流路４部分よりも狭くされているが、その部分においても、三層流状態を維持する。その結果、アパーチャ部５における隙間Ａよりも比較的小さい微粒子Ｘの数を高精度に計測することができる。

例えば、上記アパーチャ部５の隙間Ａにおいて、微粒子含有分散媒流２３の幅と、分散媒流２４，２５の幅が全て等しいとした場合には、微粒子含有分散媒流２３の径は隙間Ａの３分の１となり、隙間Ａの３分の１のアパーチャ部を設けた従来例に相当の小さな微粒子Ｘを測定することができる。言い換えれば、アパーチャ部の隙間Ａについては、三層流でない場合の３倍程度に広げることができ、それによって、アパーチャ部５の加工の難易度を大きく低減することができる。

第１の分岐流路１７〜１９及び第２の分岐流路２０〜２２の流路幅は、測定対象物である微粒子の直径よりも大きい。微粒子の直径よりも小さいと、微粒子が分岐流路に詰まりがちとなる。また、上記分岐流路１７〜１９，２０〜２２の流路幅が大きすぎると、粒子が詰まり難いが、粒子が分岐流路に入ってしまう結果となる。粒子が分岐流路に入らないように分岐流路の流路長を長くとるにしても限界がある。従って、第１，第２の分岐流路１７〜２２の流路幅は、微粒子の直径の１．１倍〜３倍の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１．２倍〜２倍程度である。また、赤血球や白血球等をカウントする場合を例にとると、上記分岐流路の流路幅は１０μｍ〜２０μm程度とすることが好ましい。この分岐流路の流路幅は、粒子の直径よりも大きいので、必ずしも精密に成形される必要がないことは、量産時の歩留まり確保するうえで重要である。

また、上記マイクロ主流路４及びアパーチャ部５を流れる微粒子含有液体の流速は、特に限定されるわけではないが、１ｍｍ／ｓｅｃ〜１０００ｍｍ／ｓｅｃ、より好ましくは１０ｍｍ／ｓｅｃ〜１００ｍｍ／ｓｅｃ程度とすることが望ましい。流速が速過ぎると、高圧が必要となることがあり、遅過ぎると、粒子をカウントするサンプル全てを処理するのに時間が掛かり過ぎる。

上記マイクロ主流路４の流路幅については、分岐流路の本数、分岐流路の流路長とのバランスによって設計されるべきものであるため、一義的には定めない。

概算としては、６Σ_N（ｗ／ｎ_i）程度が適当である。ここで、Σ_Nは、ｉについて、１からＮまでの場合の総和をとることを意味している。Ｎは、片側の分岐数である。

例えば、ｎ_iがいずれも４程度であって、分岐流路が片側４本であるならば、マイクロ主流路の幅は、分岐流路の１本の幅の６倍程度が適当である。同様に、ｎ_iがいずれも６程度であって、分岐流路が片側１０本程度であるならば、主流路の幅は、分岐流路の１本の幅の１０倍程度が適当である。なお、この計算は目安であって、実施においては、±５０％程度の変更は許容される。

上記第３，第４の分岐流路３２，３３の流路幅は、第１，第２の分岐流路１７〜１９，２０〜２２と同様に、微粒子の大きさの１．１倍〜３倍の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１．２倍〜２倍程度である。もっとも、第３，第４の分岐流路３２，３３の流路幅は、第１，第２の１７〜１９，２０〜２２の流路幅と等しくする必要は必ずしもない。

本実施形態では、第１の分岐流路１７〜１９と、第２の分岐流路２０〜２２とは、マイクロ主流路４の搬送方向に延びる中心線に対して、対称に形成されていたが、第１の分岐流路と第２の分岐流路は必ずしも対称に形成されている必要はない。また、図１に示したように、第１の分岐流路１７〜１９及び第２の分岐流路２０〜２２は、マイクロ主流路４に直交する方向に延びるように分岐された第１の部分と、マイクロ主流路４に平行の延び、第１の部分に連なられた第２の部分と、第２の部分に連ねられており、マイクロ主流路４に直交する方向に延び、再合流する第３の部分とを有していたが、このような形状に限定されるものではない。例えば、図５に示す変形例のように、曲線状の第１の分岐流路１７Ａ〜１９Ａ及び曲線状の第２の分岐流路２０Ａ〜２２Ａを形成してもよい。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る微粒子カウンターチップを説明するための模式的平面図であり、第１の実施形態について示した図１に相当する図である。第２の実施形態の微粒子カウンターチップ３１では、第１の分岐流路１７〜１９及び第２の分岐流路２０〜２２に加えて、第３の分岐流路３２と、第４の分岐流路３３とが備えられている。ここでは、第３の分岐流路３２及び第４の分岐流路３３は、マイクロ主流路４を挟んで両側に配置されている。第３の分岐流路３２と第４の分岐流路３３とは、マイクロ主流路４を挟んで対称に構成されているが、必ずしも対称に構成されている必要はない。

第３の分岐流路３２及び第４の分岐流路３３は、本実施形態では、第１の分岐流路１７及び第２の分岐流路２０の分岐点よりも上流側でマイクロ主流路４から分岐しており、かつアパーチャ部５に接続されている。すなわち、第３の分岐流路３２及び第４の分岐流路３４の下流側端部が、アパーチャ部５に接続されており、第１，第２の電極８，９はアパーチャ部５ではなく、アパーチャ部に接続されている流路３２，３３の途中に設けられている。言い換えれば、分岐流路３２，３３がアパーチャ部５に接続されている部分近傍において、分岐流路３２，３３に第１，第２の電極８，９が配置されている。このように、アパーチャ部５を構成する流路６，７を別途形成せずに、上記第３，第４の分岐流路３２，３３を設け、該分岐流路３２，３３においてアパーチャ部５近傍に電極８，９を配置してもよい。

第３，第４の分岐流路３２，３３は、第１，第２の分岐流路と同様に、測定される微粒子の直径よりも大きな流路幅を有している。従って、流速の制御により第３，第４の分岐流路３２，３３にも、分散媒のみを流すことができる。また、本実施形態においても、第１の分岐流路１７〜２０と、第２の分岐流路２０〜２２とが再合流した部分よりも下流側では、三層流が形成されるため、第１の実施形態と同様に、アパーチャ部５の隙間Ａを大きくすることができ、アパーチャ部５の加工精度を大幅に低減することができる。

また、第１の実施形態と同様に、大きさが異なる微粒子が通過する場合であっても、アパーチャ部５における隙間Ａを測定対象の微粒子に比べて十分大きくすることができるので、様々な微粒子を含む微粒子の合計数を確実に計測することができる。

図７は、図６に示した第２の実施形態の微粒子カウンターチップ３１の変形例に係る微粒子カウンターチップを示す平面図である。本変形例では、第３，第４の分岐流路３４，３５が、第１，第２の分岐流路１７〜１９，２０〜２２の再合流地点よりも下流側において、マイクロ主流路４から分岐されている。このように、第３，第４の分岐流路３４，３５は、第１の分岐流路１７〜１９及び第２の分岐流路２０〜２２の再合流地点よりも下流側において、マイクロ主流路４から分岐されていてもよい。

図７に示した変形例では、第３，第４の分岐流路３４，３５は第１，第２の分岐流路１７〜２２よりも下流側に配置されることとなるため、図６に示した第２の実施形態に比べて、マイクロ主流路４と直交する方向の寸法を小さくすることができる。

なお、上記第１，第２の実施形態及び各変形例では、マイクロ主流路４の横方向両側にのみ第１，第２の分岐流路１７〜１９，２０〜２２が形成されていたが、図８に模式的正面断面図で示すように、マイクロ主流路４の上層側と下層側にも複数の第２の分岐流路４３，４４を追加して形成してもよい。これにより、アパ―チャ部の流れは、鞘管流れ(シースフロー)となる。

上述した第１，第２の実施形態の微粒子カウンターチップ１，３１は、上記分岐流路及びアパーチャ部が設けられている部分のみを有していたが、図９及び図１０に示す各変形例のように、マイクロ主流路４の上流側及び下流側に、他の様々なマイクロ流路部分を設けてもよい。

なお、図９及び図１０は、図１と同様に微粒子カウンターチップの流路構造を模式的に示す平面図である。

図９に示す微粒子カウンターチップ５１では、第２の実施形態に係る微粒子カウンターチップ３１と同様に、マイクロ主流路４と、第１の分岐流路１７〜１９と、第２の分岐流路２０〜２２と、第３，第４の分岐流路３２，３３とが形成されている。そして、アパーチャ部５に接続されている第３，第４の分岐流路３２，３３において、電極８，９が配置されている。ここでは、第２の実施形態に構造に加えて、マイクロ主流路４の上流側において、サンプル導入側端部４ｃが配置されており、該サンプル導入側端部４ｃの上方には、サンプルが供給される貫通孔が設けられている。ここでは、サンプル導入側端部４ｃに、駆動源５２が接続されている。駆動源５２は、図９ではその位置のみが略図的に示されている。駆動源５２としては、外部シリンジポンプ、外部ガス圧源、間接駆動電気浸透流ポンプ、光等の外部刺激によりガスを発生する適宜の材料が内蔵されているガスポンプ等を用いることができる。微粒子カウンターチップに内蔵されるガスポンプは、ベースプレート２及び／またはプレート材３を透光性材料で形成し、光を照射することにより、ガスポンプ５２に内蔵されている上記物質からガスを発生させる。このガス圧によりサンプル導入側端部４ｃに供給された微粒子含有液体をマイクロ主流路４側に向って搬送させることができる。

そして、本実施形態では、上記マイクロ主流路４の下流側に、十分な長さ、及び幅の廃液流路部４ｄが連ねられている。廃液流路部４ｄが十分な面積及び長さ、すなわち十分な体積を有すると、測定が終了した微粒子含有液体が廃液流路部４ｄに貯留され、外部には漏洩しない。さらに、本実施形態では、廃液流路部４ｄの下流側端部に、ストップバルブ５３が形成されている。ストップバルブ５３としては、廃液流路部４ｄよりも流路幅が非常に小さいパッシブバルブ等の適宜のストップバルブを用いることができる。ストップバルブ５３の存在により、微粒子含有液体の漏洩を防止することができる。

図１０に示す変形例の微粒子カウンターチップ６１では、図９のサンプル導入側端部４ｃの上流側に、さらに下記の構造が備えられている。サンプル導入側端部４ｃに、マイクロ流路６２からサンプルとしての微粒子含有液体が供給される。このマイクロ流路６２の上流側端部には、外部からサンプルを供給するための貫通孔が下方に位置している供給部６２ａが連ねられている。サンプル供給部６２ａには、ガスポンプ６３が接続されている。ガスポンプ６３を駆動することにより、供給された微粒子含有液体すなわちサンプルが、マイクロ流路６２に供給される。マイクロ流路６２の途中には、サンプル導入側端部４ｃに接続されたサンプル秤取流路６４が接続されている。サンプル秤取流路６４は、サンプル導入側端部４ｃに一定量のサンプルを供給し得るように、その容積が定められている。サンプル秤取流路６４の先端には、サンプル秤取流路６４よりも径が小さい接続部６５が設けられている。

他方、サンプル導入側端部４ｃには、希釈液を供給するための溶液溜まり６６が設けられている。ここでは、ミアンダ状の流路を形成することにより、十分の量の希釈液を貯留するための溶液溜まり６６が形成されている。溶液溜まり６６の上流側にガスポンプ６７が接続されている。ガスポンプ６７はガスポンプ６３と同様に構成されている。

本変形例では、ガスポンプ６３を駆動し、サンプル供給部６２ａに供給された微粒子含有液体がマイクロ流路６２に搬送され、秤取流路６４に充填される。そして、ガスの通過とストップバルブ５４による流れの停止に伴うガス圧の上昇によって、秤取流路６４に秤取された一定量の微粒子含有液体が接続部６５を介してサンプル導入側端部４ｃに吐出される。同時に、ガスポンプ６７を駆動して溶液溜まり６６に収納されていた希釈液がサンプル導入側端部４ｃに供給される。それによって微粒子含有液体を希釈液により希釈した後、マイクロ主流路４に供給することができる。このように、マイクロ主流路４の上流側に希釈構造を設けてもよい。

なお、本発明に係る微粒子カウンターチップは、上記のような様々な微粒子カウンターに用いることができる。もっとも、上記微粒子カウンターチップのように、非常に小さなカード型の微粒子カウンターチップに適用した場合、本発明に従ってアパーチャ部の加工精度を低減することができるため、本発明の効果は大きい。

また、本発明に係る微粒子カウンターチップは、白血球などの細胞数を計測するのに好適に用いられるが、白血球などの細胞だけでなく、ラテックス微粒子や無機粒子などの様々な微粒子を含有する液体中の微粒子数の計測に用いることができる。すなわち、本発明の微粒子カウンターの用途は特に限定されるものではない。

本発明の第１の実施形態に係る微粒子カウンターチップの流路構造を示す模式的平面図である。本発明の第１の実施形態に係る微粒子カウンターチップの外観を示す斜視図である。第１の実施形態の微粒子カウンターチップの分解斜視図である。第１の実施形態の微粒子カウンターチップのアパーチャ部及びその近傍における微粒子含有液体と微粒子分散状態とを説明するための模式図である。第１の実施形態の微粒子カウンターチップの変形例を説明するための模式的平面図である。本発明の第２の実施形態に係る微粒子カウンターチップを説明するための模式的平面図である。第２の実施形態の変形例に係る微粒子カウンターチップを説明するための模式的平面図である。本発明の微粒子カウンターチップにおける第１，第２の分岐流路の変形例を説明するための部分切欠正面断面図である。第２の実施形態の微粒子カウンターチップの変形例を説明するための模式的平面図である。第２の実施形態の微粒子カウンターチップの他の変形例を説明するための模式的平面図である。

符号の説明

１…微粒子カウンターチップ
２…ベースプレート
２ａ…側面
３…プレート材
３ａ…貫通孔
３ｂ…貫通孔
４…マイクロ主流路
４ａ…サンプル導入側端部
４ｄ…微粒子含有液体廃液流路部
５…アパーチャ部
６，７…流路
８，９…第１，第２の電極
１０，１１…電解液導入部
１２，１３…配線
１４，１５…端子電極
１７〜１９…第１の分岐流路
１７Ａ〜１９Ａ…第１の分岐流路
２０〜２２…第２の分岐流路
２０Ａ〜２２Ａ…第２の分岐流路
３１…微粒子カウンターチップ
３２，３３…第３，第４の分岐流路
４１，４２…第１の分岐流路
４３，４４…第２の分岐流路
５１…微粒子カウンターチップ
５２…駆動源
５３…ストップバルブ
６１…微粒子カウンターチップ
６２…マイクロ流路
６２a…サンプル供給部
６３…ガスポンプ
６４…秤取流路
６５…接続部
６６…溶液溜まり
６７…ガスポンプ

Claims

微粒子含有液体が通過されるアパーチャ部を有し、該アパーチャ部におけるインピーダンス変化により微粒子数を計測する微粒子カウンターであって、
前記アパーチャ部に連ねられたマイクロ流路を有し、前記微粒子の直径よりも大きな流路幅の第１，第２の分岐流路が前記アパーチャ部よりも上流側に位置している分岐点において前記マイクロ流路から分岐されており、前記第１の分岐流路が前記マイクロ流路を挟んで前記第２の分岐流路と反対側に配置されており、該第１，第２の分岐流路が、前記分岐点よりも下流側であって前記アパーチャ部よりも上流側で前記マイクロ流路に再度合流されており、
前記マイクロ流路の前記アパーチャ部よりも上流側の部分においてマイクロ流路から分岐されており、前記アパーチャ部においてマイクロ流路に再度合流されており、前記微粒子の直径よりも大きな流路幅を有する第３，第４の分岐流路をさらに備え、第３，第４の分岐流路に、それぞれ、第１，第２の電極が配置されていることを特徴とする、微粒子カウンター。
微粒子含有液体が搬送されるマイクロ流路を形成している流路形成部材を備え、
前記マイクロ流路の一部に、微粒子含有液体におけるインピーダンス変化により微粒子数を計測するためのアパーチャ部が形成されており、
前記アパーチャ部におけるインピーダンス変化を検出するように設けられた第１，第２の電極をさらに備える微粒子カウンターであって、
前記アパーチャ部に連ねられたマイクロ流路を有し、前記微粒子の直径よりも大きな流路幅の第１，第２の分岐流路が前記アパーチャ部よりも上流側に位置している分岐点において前記マイクロ流路から分岐されており、前記第１の分岐流路が前記マイクロ流路を挟んで前記第２の分岐流路と反対側に配置されており、該第１，第２の分岐流路が、前記分岐点よりも下流側であって前記アパーチャ部よりも上流側で前記マイクロ流路に再度合流されており、
前記マイクロ流路の前記アパーチャ部よりも上流側の部分においてマイクロ流路から分岐されており、前記アパーチャ部においてマイクロ流路に再度合流されており、前記微粒子の直径よりも大きな流路幅を有する第３，第４の分岐流路をさらに備え、第３，第４の分岐流路に、それぞれ、前記第１，第２の電極が配置されていることを特徴とする、微粒子カウンター。
請求項１または２に記載の微粒子カウンターが構成されているプレートをさらに備え、該プレートに、前記微粒子含有液体が導入されるサンプル導入部とストップバルブが設けられている、微粒子カウンターチップ。
前記プレートに、前記マイクロ流路に接続されておりかつ前記微粒子含有液体を搬送するためのガスポンプがさらに備えられている、請求項３に記載の微粒子カウンターチップ。
前記プレートに、毛管現象とラプラスバルブによる秤取希釈機構が更に備えられている、請求項４に記載の微粒子カウンターチップ。
前記プレートが、上面に開いておりかつ前記マイクロ流路を形成するための溝が形成されたベースプレートと、前記ベースプレートの上面に積層されて前記溝を閉成して前記マイクロ流路を形成しているプレート材とを備える、請求項５に記載の微粒子カウンターチップ。