JP5583269B2 - 微細流体装置及びこれを用いたターゲットの分離方法 - Google Patents

微細流体装置及びこれを用いたターゲットの分離方法 Download PDF

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Description

本発明は微細流体装置に関し、より詳しくはサンプル(Sample)からターゲット(Target)を分離するための微細流体装置及びこれを用いたターゲットの分離方法に関する。
近年、人間の疾病を治療するための動物試験及び臨床試験に対する規制が強化している。このような動物試験及び臨床試験を取り替えるために、人間の血液から生きている細胞(Live cell)を採集するための研究と技術の開発が活発に進んでいる。細胞の採集は、微細流体装置(Microfluidic device)、CTCチップ(Circulating tumor cells chip)、フィルター(Filter)などの多様な細胞採集装置によって実施されている。
特許文献1に開示されている微細流体装置は、上部層(Top layer)、下部層(Bottom layer)及び複数の障害物(Obstacles)からなっている。障害物の表面に結合剤部分(Binding moiety)、例えば抗体(Antibody)、荷電ポリマー(Charged polymer)、細胞(Cells)と結合される分子(Molecule)がコートされている。障害物は、上部層または下部層の表面から高さ方向に形成されているマイクロポスト(Micropost)からなっている。サンプル、例えば血液は、上部層の入口(Inlet)を通じて導入した後、チャネル(Channel)に沿って流れて上部層の出口(Outlet)を通じて排出される。血液に含まれている細胞は結合剤部分に捕獲される。
米国特許出願公開第2007/0259424A1号明細書
しかし、前述したような微細流体装置は、ターゲットを単純に結合剤部分に結合して捕獲するため、ターゲットの捕獲率が非常に低い問題がある。また、前述したような微細流体装置は、結合剤部分に捕獲されているターゲットを別に採取しにくく、多量の血液からターゲットを分離して検査及び分析するのに適しない問題がある。
本発明は前述した様々な問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、サンプルに含まれているターゲットを効率よく分離することができる微細流体装置及びこれを用いたターゲットの分離方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、サンプルに含まれているノンターゲットとターゲットの中でターゲットのみを漏斗で捕獲した後、漏斗をターゲットの捕獲方向と反対の方向に裏返してターゲットを分離して簡便に採集することができる微細流体装置及びこれを用いたターゲットの分離方法を提供することにある。
このような目的を達成するための本発明の特徴は、複数類型のターゲットを含んでいるサンプルの導入のための入口と前記サンプルの排出のための出口とを持つチャネルが形成されているケースと、前記チャネルの上流に配置され、前記複数類型のターゲットを捕獲するように前記サンプルの流れ方向と直交する方向に沿って配列されている複数の第1漏斗を持つ第1キャプチャーアレイと、前記第1キャプチャーアレイの下流に配置され、前記複数類型のターゲットを捕獲するように前記サンプルの流れ方向と直交する方向に沿って配列されている複数の第2漏斗を持つ第2キャプチャーアレイと、を含む、微細流体装置にある。
本発明の他の特徴は、複数類型のターゲットを含んでいるサンプルの流れのためのチャネルが形成されているケースと、前記チャネルに前記複数類型のターゲットを捕獲するように前記サンプルの流れ方向と直交する方向に沿って配列されている複数の漏斗を持ち、前記ケースの上下が反転されて配置されるとき、前記複数の漏斗に捕獲されている前記複数類型のターゲットが前記サンプルの流れ方向と反対の方向に流動されるように誘導する逆方向流動誘導手段を持ち、前記サンプルの流れ方向に沿って多段に配列されている複数のキャプチャーアレイとを含む微細流体装置を準備する段階と、前記サンプルを前記チャネルに供給して前記複数の漏斗によって前記複数類型のターゲットを捕獲する段階と、前記複数の漏斗の上下が反転されるように前記ケースを裏返して配置する段階と、反転された前記複数の漏斗に捕獲されている前記複数類型のターゲットを前記ケースの外に排出するために運搬媒体を前記チャネルに供給する段階と、前記ケースの外に排出される前記複数類型のターゲットを採集する段階とを含む、微細流体装置を用いたターゲットの分離方法にある。
本発明による微細流体装置及びこれを用いたターゲットの分離方法は、サンプルに含まれているターゲットを効率よく捕獲して分離することができる。また、サンプルに含まれているノンターゲットとターゲットの中でターゲットのみを漏斗で捕獲した後、漏斗をターゲットの捕獲方向と反対の方向に裏返してターゲットを分離して簡便に採集することができるので、人間の血液などから細胞を分離して採集するのに非常に有用に使われることができる。
本発明による微細流体装置の第1実施例の構成を示した斜視図である。 本発明による第1実施例の微細流体装置からケースを分離して示した斜視図である。 本発明による第1実施例の微細流体装置の構成を示した断面図である。 本発明による第1実施例の微細流体装置からケースのアッパーケースを分離したロウアーケースの構成を示した斜視図である。 本発明による第1実施例の微細流体装置の分散装置の構成を示した正面図である。 本発明による第1実施例の微細流体装置の第1及び第2キャプチャーアレイの構成を示した正面図である。 本発明による第1実施例の微細流体装置の第1及び第2キャプチャーアレイの他の実施例を示した断面図である。 本発明による第1実施例の微細流体装置のケースをスタンドに裏返して設置することを説明するために示した斜視図である。 本発明による第1実施例の微細流体装置のケースがスタンドに裏返されて設置されている構成を断面図である。 本発明による第1実施例の微細流体装置の第1及び第2キャプチャーアレイからターゲットを分離することを説明するために示した正面図である。 本発明による微細流体装置の第2実施例を示した斜視図である。 本発明による微細流体装置の第2実施例からケースを分離して示した斜視図である。 本発明による第2実施例の微細流体装置の構成を示した断面図である。 本発明による第2実施例の微細流体装置からケースのアッパーケースを分離したロウアーケースの構成を示した斜視図である。 本発明による第2実施例の微細流体装置のキャプチャーアレイの構成を示した正面図である。 本発明による第2実施例の微細流体装置のケースがスタンドに裏返されて設置されている構成を断面図である。 本発明による第2実施例の微細流体装置のキャプチャーアレイからターゲットを分離することを説明するために示した正面図である。 本発明による微細流体装置の第3実施例の構成を示した斜視図である。 本発明による第3実施例の微細流体装置の構成を示した断面図である。 本発明による第3実施例の微細流体装置からアッパーケースが分離されている仕切板の構成を示した斜視図である。 本発明による第3実施例の微細流体装置のケースと仕切板の構成を分離して示した斜視図である。 本発明による第3実施例の微細流体装置の第1及び第2キャプチャーアレイの構成を示した正面図である。 本発明による第3実施例の微細流体装置のケースがスタンドに裏返されて設置されている構成を断面図である。 本発明による第3実施例の微細流体装置の第1及び第2キャプチャーアレイからターゲットを分離することを説明するために示した正面図である。 本発明による微細流体装置の第4実施例からアッパーケースが分離されている仕切板の構成を示した斜視図である。 本発明による第4実施例の微細流体装置のケースと仕切板の構成を分離して示した斜視図である。 本発明による第4実施例の微細流体装置の第2キャプチャーアレイの構成を示した正面図である。 本発明による第3実施例の微細流体装置のキャプチャーアレイからターゲットを分離することを説明するために示した正面図である。
本発明のその外の目的、特定の利点と新規の特徴は添付図面に基づく以下の詳細な説明と好適な実施例からより明らかになるであろう。
以下、本発明による微細流体装置の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
まず、図1〜図10には本発明による微細流体装置の第1実施例が示されている。図1〜図4を参照すれば、本発明による第1実施例の微細流体装置は外観をなすケース10を備えている。ケース10は、アッパーケース(Upper case)10aとアッパーケース10aの後面に分離可能に結合されているロウアーケース(Lower case)10bとからなっている。ケース10の内側には、上流からサンプル2を流入して下流に流すためのチャネル12が形成されている。サンプル2の流入のための入口14がチャネル12の上流に連結されている。サンプル2の排出のための出口16がチャネル12の下流に連結されている。入口14はアッパーケース10aの前面上部に形成されている。出口16はロウアーケース10bの後面下部に形成されている。
図5及び図6に示すように、サンプル2は相異なるサイズを持つ複数類型のターゲット4;4a、4b、4cと複数のノンターゲット(Non−target)6を含む。ターゲット4は、第1類型のターゲット4a、第2類型のターゲット4b及び第3類型のターゲット4cでなる。第1類型のターゲット4aは第1直径(d1)を持ち、第2類型のターゲット4bは第2直径(d2)を持ち、第3類型のターゲット4cは第3直径(d3)を持つ。第1直径(d1)は第2直径(d2)より大きく、第2直径(d2)は第3直径(d3)より大きい。ノンターゲット6は第3類型のターゲット4cの第3直径(d3)より小さな直径(d)を持つ。
サンプル2は人間または動物の唾液、汗、小便などの生理学的流体、血液、血清(Serum)でなる。また、サンプル2は、人間、動物、植物の細胞、組職などのターゲット4を含む流体、ウイルス、バクテリアなどを含む流体など、多様に選択できる。サンプル2として血液が選択される場合、ターゲット4は血液に含まれており、相異なるサイズを持つ細胞でなる。血液中の細胞は赤血球(Red blood cell)、白血球(White blood cell)などがある。
図2、図4及び図5を参照すれば、本発明による第1実施例の微細流体装置は、チャネル12の上流にサンプル2の流れ方向に沿ってサンプル2の流れを分散させるために配列されている複数の分散装置20;20−1、20−2、20−3を備えている。分散装置20は、サンプル2の流れ方向に沿って多段に配列されている第1分散装置20−1、第2分散装置20−2及び第3分散装置20−3でなっている。
第1〜第3分散装置20−1、20−2、20−3のそれぞれはサンプル2の流れ方向とサンプル2の流れ方向に直交する方向に沿って間隔を置いて配列されている複数のポスト22を持つポストアレイ(Post array)24;24−1、24−2でなっている。ポスト22の間の間隔はターゲット4が通過するように維持されている。第1〜第3分散装置20−1、20−2、20−3のそれぞれのポストアレイ24の中でチャネル12の上流から下流に向かって起算される奇数番目のポストアレイ24−1のポスト22と偶数番目のポストアレイ24−2のポスト22は互いにずれるように配列されている。このようなポスト22の配列によって奇数番目のポストアレイ24−1を入口14から見たとき、奇数番目のポストアレイ24−1のポスト22の間に偶数番目のポストアレイ24−2のポスト22が見えるようになる。
第1〜第3分散装置20−1、20−2、20−3のそれぞれのポスト22は、その直径がサンプル2の流れ方向に沿って漸進的に減少するように配列されている。例えば、第1分散装置20−1のポスト22の直径は300〜400μmに形成され、第2分散装置20−2のポスト22の直径は200〜300μmに形成され、第3分散装置20−3のポスト22の直径は100〜200μmに形成できる。図5にはポスト22は円形断面に形成されていることが示されているが、これは例示的なもので、ポスト22の断面はサンプル2の流れを効率よく分散させることができる楕円形、三角形、四角形、五角形などの多様な形状に構成できる。
図2、図4、図6及び図7を参照すれば、本発明による第1実施例の微細流体装置は、分散装置20の下流に、ターゲット4を捕獲するようにサンプル2の流れ方向に沿って配置されている第1キャプチャーアレイ(Capture array)30−1と第2キャプチャーアレイ30−2を備えている。第1キャプチャーアレイ30−1は分散装置20の下流に近接するように配置されている。第1キャプチャーアレイ30−1はサンプル2の流れ方向に直交する方向に沿って交番に配列されている複数の第1漏斗(Funnel)40−1と複数の第1逆漏斗(Reverse funnel)50−1でなっている。第2キャプチャーアレイ30−2は、第1キャプチャーアレイ30−1の下流に近接するように配置されている。第2キャプチャーアレイ30−2はサンプル2の流れ方向に直交する方向に沿って交番に配列されている複数の第2漏斗40−2と複数の第2逆漏斗50−2でなっている。第1及び第2逆漏斗50−1、50−2は、ケース10の上下が反転されて配置されるとき、第1及び第2漏斗40−1、40−2のそれぞれに捕獲されている複数類型のターゲット4の流動をサンプル2の流れ方向と反対の方向に誘導する逆方向流動誘導手段(Reverse flow inducing means)である。
第1及び第2漏斗40−1、40−2のそれぞれは、サンプル2の流れ方向に沿ってチャネル12の上流に配置されている入口42とチャネル12の下流に配置されている出口44を持つ。第1及び第2漏斗40−1、40−2のそれぞれの断面積は入口42から出口44に向かって漸進的に減少するように形成されている。第1及び第2逆漏斗50−1、50−2のそれぞれは、サンプル2の流れ方向に沿ってチャネル12の下流に配置されている入口52とチャネル12の上流に配置されている出口54を持つ。第1及び第2逆漏斗50−1、50−2のそれぞれの断面積は入口52から出口54に向かって漸進的に減少するように形成されている。第1漏斗40−1の出口44の断面積と第1逆漏斗50−1の出口54の断面積は等しく形成されている。第2漏斗40−2の出口44の断面積と第2逆漏斗50−2の出口54の断面積は等しく形成されている。
第1及び第2漏斗40−1、40−2のそれぞれは対をなす第1ガイド(Guide)46と第2ガイド48によって構成されている。第1及び第2ガイド46、48のそれぞれの向い合う面及び反対面は互いに平行に傾く第1斜面46a、48aと第2斜面46b、48bでなっている。第1及び第2ガイド46、48のそれぞれの上端は入口42に向かって傾く第3斜面46c、48cでなっており、下端は第2斜面46b、48bから出口44に向かって傾く第4斜面46d、48dでなっている。第1及び第2ガイド46、48のそれぞれの第1〜第4斜面46a〜46d、48a〜48dが合う角部には丸いコーナー(Rounded coner)46e、48eがそれぞれラウンディング(Rounding)されている。丸いコーナー46e、48eはターゲット4の流れをなだらかにして損傷を防止する。
第1及び第2逆漏斗50−1、50−2のそれぞれは、第1及び第2漏斗40−1、40−2の中で隣り合う二つの漏斗の間に配列されている。第1及び第2逆漏斗50−1、50−2のそれぞれは二つの漏斗の中で右側に配置されている漏斗の第1ガイド46と左側に配置されている漏斗の第2ガイド48によって構成される。第1漏斗40−1と第2漏斗40−2のそれぞれは互いにずれるように配置されている。第1逆漏斗50−1と第2逆漏斗50−2のそれぞれは互いにずれるように配置されている。すなわち、第2漏斗40−2は第1逆漏斗50−1の下方に整列されており、第2逆漏斗50−2は第1漏斗40−1の下方に整列されている。第1漏斗40−1と第2逆漏斗50−2はサンプル2の流れ方向に平行な第1同軸60上に整列されている。第1逆漏斗50−1と第2漏斗40−2はサンプル2の流れ方向に平行な第2同軸62上に整列されている。
第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2はサンプル2の流れ方向に沿って多段に配列されている複数でなっている。複数の第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2のそれぞれはサンプル2の流れ方向に沿って交番に配列されている。図4及び図6に複数の第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2のそれぞれは四つずつ総8列の多段に配列されているものが示されているが、これは例示的なもので、第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2のそれぞれの個数は必要によって適宜変更可能である。第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2は、第1及び第2漏斗40−1、40−2のそれぞれの出口44の断面積がサンプル2の流れ方向に沿って下流に行くほど漸進的に小さくなるように配置されている。第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2は第1及び第2逆漏斗50−1、50−2のそれぞれの出口44の断面積がサンプル2の流れ方向と反対の方向に沿って上流に行くほど漸進的に広くなるように配置されている。
第1サポーター(Support)64が複数の第1及び第2漏斗40−1、40−2のそれぞれの出口44の下流に近接している。第1サポーター64は出口44から抜け出るターゲット4を沮止して第1及び第2漏斗40−1、40−2によるターゲット4の捕獲を補助する。ターゲット4が第1及び第2漏斗40−1、40−2によって捕獲される捕獲方向と反対の方向に流れて出口54から抜け出るように第2サポーター66が第1及び第2逆漏斗50−1、50−2のそれぞれの上流に近接している。第2サポーター66はターゲット4の流れを第1及び第2漏斗40−1、40−2に誘導するガイドの機能を有する。図7に示すように、第1及び第2サポーター64、66は省略可能である。この場合、ターゲット4は第1及び第2漏斗40−1、40−2内に捕獲される。
図1〜図3を参照すれば、本発明による第1実施例の微細流体装置は、ケース10が斜めに載せられるスタンド(Stand)70を備えている。スタンド70は、ケース10が斜めに載せられる傾斜テーブル(Slant table)72と、傾斜テーブル72の上面にケース10の周縁部を保持することができるホルダー(Holder)74からなっている。スタンド70の内側にはサンプル2を収容する空間76が形成されている。傾斜テーブル72の上面一側には、ケース10の出口16を通じて排出されるサンプル2を空間76に流入するための導入孔76aが形成されている。コンテナ(Container)78は、スタンド70の空間76に流入するサンプル2の収容のために、傾斜テーブル72の下方に位置するように装着されている。導入孔76aはコンテナ78の上方に整列されている。コンテナ78は空間76に引き出し式で開閉するように装着されている。
本発明による第1実施例の微細流体装置は、サンプル2を保存してケース10の入口14に供給するサンプル供給装置80として注射器82を備えている。注射器82のシリンダー84はサンプル2を保存するためのボア84a、サンプル2を流入するための入口84b及びサンプル2を排出するための出口84cを持つ。注射器82のピストン(Piston)86は入口84bを通じてボア84aに挟まれ、ボア84aに沿って往復運動して出口84cを通じてサンプル2を排出する。出口84cはホース(Hose)88を介してケース10の入口14に連結されている。サンプル供給装置80は、定量のサンプル2をポンピングしてケース10のチャネル12に供給することができるシリンジポンプ(Syringe pump)、プランジャポンプ(Plunger pump)などで構成できる。また、サンプル2の一例として人間の血液が選択される場合、サンプル供給装置80は血液を保存して供給することができる採血官(Blood collection tube)、バッグ(Bag)、パック(Pack)などの多様な形態に構成されることもできる。
これからは、このような構成を持つ本発明による第1実施例の微細流体装置の作用を説明する。
図1〜図4を参照すれば、ケース10がホルダー74に結合されれば、ケース10は傾斜テーブル72の上面に傾くように置かれる。ケース10の入口14は傾斜テーブル72の上方に露出され、出口16はスタンド70の導入孔76aと連結される。シリンダー84の出口84cがホース88を介してケース10の入口14に連結される。ピストン86がシリンダー84のボア84aに沿って前進すれば、サンプル2は出口84cを通じて排出され、ホース88とケース10の入口14を通じてチャネル12の上流に流入する。
図5に示すように、サンプル2は第1〜第3分散装置20−1、20−2、20−3のそれぞれのポスト22の間を通りながら、サンプル2の流れ方向に直交する方向に分散される。サンプル2に含まれているターゲット4とノンターゲット6はサンプル2の流れにつれてチャネル12の幅方向に均一に分散される。サンプル2の一例として人間の血液はその粘度によってチャネル12の一部位に偏重して流れることができる。血液の流れは第1〜第3分散装置20−1、20−2、20−3を順次通りながら分散され、血液の分散流れは第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2によるターゲット4の捕獲率を高める。
図6に示すように、サンプル2は第1漏斗40−1のそれぞれの入口42から出口44に向かって流れる。第1漏斗40−1のそれぞれの出口44の幅が15〜20μmに形成されている場合、ターゲット4の中で15μm以上の大きさを持つ第1類型のターゲット4aは出口44を通過することができなく、15μm未満の大きさを持つ第2及び第3類型のターゲット4b、4cとノンターゲット6は出口44を通過する。第1サポーター64は第1漏斗40−1の出口44から抜け出る第1類型のターゲット4aを沮止し、第1類型のターゲット4aは第1漏斗40−1に捕獲される。
ついで、第1漏斗40−1を通ったサンプル2は第2漏斗40−2のそれぞれの入口42から出口44に向かって流れる。第2漏斗40−2のそれぞれの出口44の幅が10〜15μmに形成されている場合、ターゲット4の中で10μm以上の大きさを持つ第2類型のターゲット4bは出口44を通過することができなく、10μm未満の大きさを持つ第3類型のターゲット4cとノンターゲット6は出口44を通過する。第1キャプチャーアレイ30−1と第2キャプチャーアレイ30−2の間に配列されている第2サポーター66はターゲット4の流れを第2漏斗40−2に誘導する。
第3類型のターゲット4cは第2キャプチャーアレイ30−2の下流に多段に配置されている第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2のいずれかに捕獲される。ノンターゲット6は複数の第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2のいずれも通過する。出口44の最小幅は5μmに形成できる。ノンターゲット6の一例として人間の赤血球のような正常細胞は細胞核を取り囲んでいる細胞質(Cytoplasm)の変形によってその直径より小さな直径の孔を易しく抜けることができる。ターゲット4の一例として細胞質の変形率の低い細胞はその直径より小さな直径の出口44をほとんど通過することができない。正常細胞の細胞質は第1サポーター64に接触すれば変形して出口44と第1サポーター64の間を易しく抜ける。サンプル2とノンターゲット6は、ケース10の出口16、スタンド70の導入孔76aを通じて空間76に流入した後、コンテナ78内に収容される。
このように、多段に配置されている複数の第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2によってターゲット4が大きさ別に濾過されて分離されるので、例えば人間の血液から直径12〜25μmの白血球を効率よく捕集することができる。一方、出口44の幅が5μmに形成されている場合、直径6〜8μmの赤血球はその細胞質の変形によって出口44を通過する。
図8〜図10を参照すれば、本発明による第1実施例の微細流体装置は、第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2に捕獲されているターゲット4を分離して採集するために、運搬流体(Carrier fluidic)、例えばソリューション(Solution)8を供給する運搬流体供給装置90を備えている。運搬流体供給装置90は注射器92でなっている。注射器92は、シリンダー94、ピストン96及びホース98でなっている。注射器92の構成と作用はサンプル供給装置80の注射器82と同様であるので、その詳細な説明は省略する。運搬流体供給装置90は、定量のソリューション8をポンピングして供給することができるシリンジポンプ、プランジャポンプなどで構成できる。
本発明による第1実施例の微細流体装置を用いたターゲットの分離方法によっては、複数の第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2から捕集されたターゲット4を分離して採集する。まず、作業者は、ターゲット4の採集のために、入口14が下方に向かい出口16が上方に向かうようにケース10を裏返してホルダー74に結合する。作業者は、ケース10の入口14をスタンド70の導入孔76aに連結する。ケース10の上下が反転されて傾斜テーブル72に配置されれば、第1及び第2漏斗40−1、40−2のそれぞれは入口42がチャネル12の下流に配置されて出口44がチャネル12の上流に配置されるように、濾過方向と反対の方向に置かれる。また、第1及び第2逆漏斗50−1、50−2のそれぞれは、入口52がチャネル12の上流に配置されて出口44がチャネル12の下流に配置されるように置かれる。
ケース10の出口16とピストン96がホース98によって連結された後、ピストン96がシリンダー94内で前進すれば、ソリューション8はシリンダー94から排出されてホース98、ケース10の出口16を通じてチャネル12に流入する。ソリューション8は第2逆漏斗50−2の入口52から出口54に向かって流れる。また、ソリューション8は第2漏斗40−2の出口44から入口42に向かって流れる。したがって、第2漏斗40−2に捕獲されているターゲット4、例えば第2類型のターゲット4bは第2漏斗40−2の入口42から抜け出てチャネル12に沿って第1キャプチャーアレイ30−1に向かって流れる。
ついで、ターゲット4は第1逆漏斗50−1の入口52を通じて第1逆漏斗50−1に流入した後、出口54に向かって流れる。捕獲方向と反対の方向に流れるターゲット4は出口54と第2サポーター66の間を易しく通過する。第1逆漏斗50−1の出口54を通過した第2類型のターゲット4bと第1漏斗40−1に捕獲されていた第1類型のターゲット4aはソリューション8の流れにつれて第3分散装置20−3、第2分散装置20−2、第1分散装置20−1、ケース10の入口14とスタンド70の導入孔76aを順次通過して空間76に流入する。空間76に流入するターゲット4とソリューション8はコンテナ78に収容される。作業者は、コンテナ78を開き、コンテナ78に収容されているターゲット4を採集する。
図11〜図17に本発明による微細流体装置の第2実施例が示されている。本発明による第2実施例の微細流体装置において、第1実施例の微細流体装置と同様な構成は同一符号を付与し、その構成及び作用についての詳細な説明は省略する。
図11〜図13を参照すれば、本発明による第2実施例の微細流体装置は、外観をなすケース110を備えている。ケース110は、アッパーケース110aとアッパーケース110aの後面にチャネル112を形成するように装着されているロウアーケース110bからなっている。チャネル112の上流には、サンプル2の流入のための入口114aを持つ第1ボス114が連結され、チャネル112の下流にサンプル2の排出のための出口116aを持つ第2ボス116が連結されている。第1及び第2ボス114、116のそれぞれはケース110の前面上下部に突出している。
図12、図14及び図15を参照すれば、本発明による第2実施例の微細流体装置は、分散装置20の下流にターゲット4を捕獲するように、サンプル2の流れ方向に沿って間隔を置いて配置されている複数のキャプチャーアレイ130;130−1〜130−nを備えている。複数のキャプチャーアレイ130のそれぞれはサンプル2の流れ方向に直交する方向に沿って配列されている複数の漏斗140;140−1〜140−nを持つ。漏斗140のそれぞれはサンプル2の流れ方向に沿ってチャネル112の上流に配置されている入口142とチャネル112の下流に配置されている出口144を持つ。漏斗140のそれぞれの断面積は入口142から出口144に向かって漸進的に減少するように形成されている。漏斗140のそれぞれは、出口144の断面積がサンプル2の流れ方向に沿って下流に行くほど漸進的に小さくなるように配置されている。
図15及び図17を参照すれば、漏斗140のそれぞれに捕獲されている複数類型のターゲット4の流動をサンプル2の流れ方向と反対の方向に誘導する逆方向流動誘導手段として排出通路150がキャプチャーアレイ130の間に形成されている。排出通路150は、キャプチャーアレイ130の間に形成されている複数の水平通路152と、漏斗140の間に水平通路152を連結するように形成されている複数の垂直通路154とからなっている。垂直通路154のそれぞれは水平通路152にジグザグ型(Zigzag−type)に連結されるように配置されている。
図11〜図13を再び参照すれば、スタンド170は、ケース110が斜めに載せられる傾斜テーブル172と、傾斜テーブル172の上面にケース110の周縁部を保持することができるホルダー174とからなっている。スタンド170の内側には、サンプル2を収容する空間176が形成されている。スタンド170の上面一側には、ケース110の出口116aを通じて排出されるサンプル2を空間176に流入するための導入孔176aを持つボス176bが形成されている。コンテナ178はスタンド170の空間176に流入するサンプル2の収容のために装着されている。導入孔176aはコンテナ178の上方に整列されている。コンテナ178は空間176に引き出し式で開閉するように装着されている。
ケース110の第1ボス114はサンプル供給装置80の注射器82とホース88を介して連結されている。ケース110の第2ボス116はスタンド170のボス176bとホース118を介して連結されている。サンプル2は注射器82から、ホース88、入口114a、チャネル112、出口116a、ホース118及び導入孔176aを通じて空間176に流れた後、コンテナ178に収容される。
図16に示すように、ケース110の第1ボス114が下方に向かい第2ボス116が上方に向かうようにケース10が反転されてホルダー174に装着されている場合、第1ボス114はスタンド170のボス176bとホース118を介して連結される。運搬流体供給装置90の注射器92から供給されるソリューション8は、ホース98、出口116a、チャネル112、入口114a、ホース118及び導入孔176aを通じて空間176に流れた後、コンテナ178に収容される。
このように、ケース110の第1ボス114または第2ボス116とスタンド170の導入孔176aをホース118を介して連結する構造によって、ケース110を簡便に裏返してホルダー174に装着することができる。このような第2実施例の微細流体装置のケース110とスタンド170は必要によって第1実施例の微細流体装置のケース10とスタンド70に適用できる。
これからは、このような本発明による第2実施例の微細流体装置の作用を説明する。
図11〜図14を参照すれば、サンプル2はホース188とケース110の入口114aを通じてチャネル112の上流に流入した後、第1〜第3分散装置20−1、20−2、20−3のそれぞれのポスト22の間を通りながら、サンプル2の流れ方向に直交する方向に分散される。
図15に示すように、サンプル2は漏斗140のそれぞれの入口142から出口144に向かって流れる。サンプル2は、複数のキャプチャーアレイ130の中で第1キャプチャーアレイ130−1の第1漏斗140−1を通過する。第1漏斗140−1は第1類型のターゲット4aを捕獲する。第2キャプチャーアレイ130−2の第2漏斗140−2は第2類型のターゲット4bを捕獲する。最後番目のキャプチャーアレイ130−nの最後番目の漏斗140−nは第3類型のターゲット4cを捕獲する。ノンターゲット6は複数のキャプチャーアレイ130のすべてを通過する。サンプル2とノンターゲット6はケース110の出口116a、スタンド170の導入孔178aを通じて空間176に流入した後、コンテナ178内に収容される。
図16及び図17を参照すれば、本発明による第2実施例の微細流体装置を用いたターゲットの分離方法は、複数のキャプチャーアレイ130から捕集されたターゲット4を分離して採集する。作業者は、ターゲット4の採集のために、入口114aが下方に向かい出口116aが上方に向かうようにケース110を裏返してホルダー164に結合する。ケース110の上下が反転されて傾斜テーブル172に載せられれば、漏斗140の入口142はチャネル112の下流に配置され、出口144はチャネル112の上流に、濾過方向と反対の方向に配置される。
注射器92の作動によってソリューション8はチャネル112に流入した後、漏斗140の出口144から入口142に向かって流れる。したがって、漏斗140に捕獲されているターゲット4は入口142から抜け出てチャネル112と排出通路150に沿ってケース110の入口116aに向かって流れる。捕獲方向と反対の方向に流れるターゲット4はキャプチャーアレイ130の間の排出通路150をなだらかに通過する。ターゲット4はソリューション8の流れにつれて分散装置20、ケース110の入口114aとスタンド170の導入孔178aを順次通過して空間176に流入する。空間176に流入するターゲット4とソリューション8はコンテナ178に収容される。
図18〜図24には本発明による微細流体装置の第3実施例が示されている。図18及び図19を参照すれば、第2実施例の微細流体装置のケース110及びスタンド170は前述した第2実施例の微細流体装置のケース110及びスタンド170と同様に構成されているので、その構成及び作用は第2実施例の微細流体装置を参照し、その詳細な説明は省略する。第3実施例の微細流体装置の分散装置20、第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2、サンプル供給装置80、ソリューション供給装置90は前述した第1実施例の微細流体装置の分散装置20、第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2、サンプル供給装置80、ソリューション供給装置90と同様に構成されているので、その構成及び作用は第1実施例の微細流体装置を参照して詳細な説明は省略する。
図18〜図21を参照すれば、第3実施例の微細流体装置は、ケース110のアッパーケース110aとロウアーケース110bの間に積層された複数の仕切板(Partition plate)200;200−1〜200−nを備えている。複数の仕切板200は、チャネル112を複数の分割チャネル202に区画するように、アッパーケース110aとロウアーケース110bの間に積層されている。仕切板200の上下部に分割チャネル202を互いに連結するように第1通路204aと第2通路204bがそれぞれ形成されている。
アッパーケース110aは、仕切板200の中で最前方に配置されている一番目仕切板200−1の前方に一番目仕切板200−1の分割チャネル202を覆うように装着されている。ロウアーケース110bは、仕切板200の中で最後方に配置されている最後番目仕切板200−nの後面に装着されている。ケース110と仕切板200は複数のネジ206の締結によって結合されている。分散装置20、第1キャプチャーアレイ30−1と第2キャプチャーアレイ30−2はロウアーケース110bの前面と仕切板200の前面にそれぞれ配列されている。
図18、図19及び図22を参照すれば、サンプル2は、ホース188とケース110の入口114aを通じて一番目仕切板200−1の分割チャネル202の上流に流入する。一番目仕切板200−1の分割チャネル202に流入するサンプル2は仕切板200のそれぞれの第1通路204aを通じて仕切板200のそれぞれの分割チャネル202に分岐されて流れる。
図22に示すように、サンプル2は第1〜第3分散装置20−1、20−2、20−3のそれぞれのポスト22の間を通りながら、サンプル2の流れ方向に直交する方向に分散される。サンプル2は第1漏斗40−1のそれぞれの入口42から出口44に向かって流れる。第1類型のターゲット4aは第1漏斗40−1に捕獲される。第1漏斗40−1を通ったサンプル2は第2漏斗40−2のそれぞれの入口42から出口44に向かって流れる。第2類型のターゲット4bは第2漏斗40−2に捕獲される。第3類型のターゲット4cは第2キャプチャーアレイ30−2の下流に多段に配置されている第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2のいずれか一方に捕獲される。ノンターゲット6は第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2をすべて通過する。
サンプル2とノンターゲット6は複数の第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2をすべて通過した後、仕切板200のそれぞれの第2通路204bを通じて一番目仕切板200−1の分割チャネル202に流れる。サンプル2とノンターゲット6は一番目仕切板200−1の分割チャネル202から出口116b、スタンド170の導入孔176aを通じて空間176に流入した後、コンテナ178内に収容される。
このように、多量のサンプル2が仕切板200の分割チャネル202のそれぞれに分岐された後、第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2によってターゲット4が捕獲される構造によってサンプル2の処理時間が短縮される。また、多段に配置されている第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2によってターゲット4が大きさ別に濾過されて分離されるので、例えば人間の血液から白血球を効率よく捕集することができる。
図21及び図22を参照すれば、本発明による第3実施例の微細流体装置を用いたターゲットの分離方法は、複数の第1及び第2キャプチャーアレイ30−1、30−2から捕集されたターゲット4を分離して採集する。まず、作業者は、ターゲット4の採集のために、入口114aが下方に向かい出口116aが上方に向かうように、ケース110を裏返してホルダー174に結合する。作業者は、入口114aをスタンド170の導入孔176aに連結する。
ケース110の出口116aとピストン96がホース98を介して連結された後、ソリューション8は注射器92の作動によってホース98、出口116aを通じてチャネル112に流入する。ソリューション8は仕切板200の第2通路204bを通じて分割チャネル202に分岐される。
ついで、ソリューション8は第2逆漏斗50−2の入口52から出口54に向かって流れる。また、ソリューション8は第2漏斗40−2の出口44から入口42に向かって流れる。したがって、第2漏斗40−2に捕獲されているターゲット4、例えば第2類型のターゲット4bは第2漏斗40−2の入口42から抜け出てチャネル112に沿って第1キャプチャーアレイ30−1に向かって流れる。
ついで、ターゲット4は第1逆漏斗50−1の入口52を通じて第1逆漏斗50−1に流入した後、出口54に向かって流れる。捕獲方向と反対の方向に流れるターゲット4は出口54と第2サポーター66の間を易しく通過する。第1逆漏斗50−1の出口54を通過した第2類型のターゲット4bと第1漏斗40−1に捕獲されていた第1類型のターゲット4aはソリューション8の流れにつれて第3分散装置20−3、第2分散装置20−2、第1分散装置20−1、第1通路204a、入口116a及び導入孔176aを順次通過して空間176に流入する。空間176に流入するターゲット4とソリューション8はコンテナ178に収容される。作業者は、コンテナ178を開き、コンテナ178に収容されているターゲット4を採集する。
図25〜図28には本発明による微細流体装置の第4実施例が示されている。図25〜図28を参照すれば、第4実施例の微細流体装置のケース110及び複数の仕切板200;201−1〜201−nは前述した第3実施例の微細流体装置のケース110及び複数の仕切板200;201−1〜201−nと同様に構成されているので、その構成及び作用は第3実施例の微細流体装置を参照し、その詳細な説明は省略する。第4実施例の微細流体装置の複数の分散装置20;20−1、20−2、20−3、複数のキャプチャーアレイ130;130−1〜130−n及び排出通路150は前述した第2実施例の微細流体装置の複数の分散装置20;20−1、20−2、20−3、複数のキャプチャーアレイ130;130−1〜130−n及び排出通路150と同様に構成されているので、その構成及び作用は第2実施例の微細流体装置を参照し、その詳細な説明は省略する。
第4実施例の微細流体装置は、仕切板200の前面とロウアーケース110bの前面に複数の分散装置20;20−1、20−2、20−3、複数のキャプチャーアレイ130;130−1〜130−n及び排出通路150がそれぞれ構成されている。サンプル2は注射器82の作動によってチャネル112の上流に流入した後、仕切板200のそれぞれの第1通路204aを通じて分割チャネル202に分岐されて流れる。サンプル2は第1〜第3分散装置20−1、20−2、20−3のそれぞれのポスト22の間を通りながら、サンプル2の流れ方向に直交する方向に分散される。ターゲット4はキャプチャーアレイ130のそれぞれの漏斗140に捕獲され、ノンターゲット6はキャプチャーアレイ130をすべて通過する。
図28に示すように、漏斗140がターゲット4の捕獲方向と反対の方向に反転されている状態で、ソリューション8は漏斗140の出口144から入口142に向かって流れる。したがって、漏斗140に捕獲されているターゲット4は入口142から抜け出て分割チャネル202と排出通路150に沿って流れ、第1通路204aと入口114aを通じてケース110の外に排出される。捕獲方向と反対の方向に流れるターゲット4はキャプチャーアレイ130の間の排出通路150をなだらかに通過する。
以上説明した実施例は本発明の好適な実施例を説明したものに過ぎなく、本発明の権利範囲は説明された実施例に限定されるものではないし、本発明の技術的思想と特許請求内でこの分野の当業者によって多様な変更、変形または置換が可能であり、そのような実施例は本発明の範囲に属するものに理解しなければならない。

Claims (20)

  1. 複数類型のターゲットを含んでいるサンプルの導入のための入口と、前記サンプルの排出のための出口と、を持つチャネルが形成されているケースと、
    前記チャネルの上流に配置され、前記複数類型のターゲットを捕獲するように前記サンプルの流れ方向と直交する方向に沿って配列されている複数の第1漏斗を持つ第1キャプチャーアレイと、
    前記第1キャプチャーアレイの下流に配置され、前記複数類型のターゲットを捕獲するように前記サンプルの流れ方向と直交する方向に沿って配列されている複数の第2漏斗を持つ第2キャプチャーアレイと、
    前記入口が鉛直方向上側、前記出口が鉛直方向下側にある状態から、前記出口が鉛直方向上側、前記入口が鉛直方向下側にある状態へ、前記ケースが反転されて配置されるとき、前記複数の第1及び第2漏斗に捕獲されている前記複数類型のターゲットが前記サンプルの流れ方向と反対の方向に流動して前記入口を通じて回収できるように誘導する逆方向流動誘導手段と、
    を含み、
    前記逆方向流動誘導手段は、
    前記複数の第1漏斗と交番に配列されている複数の第1逆漏斗と、
    前記複数の第2漏斗と交番に配列されている複数の第2逆漏斗と、
    を含んでなる、
    微細流体装置。
  2. 前記複数の第1及び第2漏斗は互いにずれるように配列されている、
    請求項に記載の微細流体装置。
  3. 前記複数の第1漏斗と前記複数の第2逆漏斗は同軸上に整列され、前記複数の第1逆漏斗と前記複数の第2漏斗は同軸上に整列されている、
    請求項に記載の微細流体装置。
  4. 前記複数の第1及び第2漏斗と前記複数の第1及び第2逆漏斗のそれぞれは入口及び出口を持ち、
    前記複数の第1漏斗の出口と前記複数の第1逆漏斗の出口は同一大きさの断面積を持ち、
    前記複数の第2漏斗の出口と前記複数の第2逆漏斗の出口は同一大きさの断面積を持つ、
    請求項に記載の微細流体装置。
  5. 前記複数の第1漏斗の出口の断面積は前記複数の第2漏斗の出口の断面積より大きく形成され、
    前記複数の第1逆漏斗の出口の断面積は前記複数の第2逆漏斗の出口の断面積より大きく形成されている、
    請求項に記載の微細流体装置。
  6. 前記第1及び第2漏斗の出口から抜け出る前記複数類型のターゲットを沮止するように前記第1及び第2漏斗の出口の下流に第1サポーターが近接している、
    請求項に記載の微細流体装置。
  7. 前記第1又は第2漏斗の出口の下流に配置される第1サポーターを備え、
    前記第1又は第2漏斗の出口と前記第1のサポーターの間隔は、前記第1又は第2漏斗の出口の間隔よりも狭い、
    請求項1に記載の微細流体装置。
  8. 前記複数類型のターゲットが前記第1及び第2漏斗のそれぞれによって捕獲される捕獲方向と反対の方向に流れて前記第2逆漏斗の出口から抜け出るように前記第2逆漏斗の出口の上流に第2サポーターが近接している、
    請求項に記載の微細流体装置。
  9. 前記第1又は第2逆漏斗の出口の上流に配置される第2サポーターを備え、
    前記第1又は第2逆漏斗の出口と前記第2のサポーターの間隔は、前記第1又は第2逆漏斗の出口の間隔よりも狭い、
    請求項1に記載の微細流体装置。
  10. 前記複数の第1及び第2漏斗は対をなす第1ガイドと第2ガイドでなり、
    前記第1及び第2ガイドの向い合う面及び反対面は互いに平行に傾く第1斜面と第2斜面に形成され、
    前記第1及び第2ガイドの上端は前記複数の第1及び第2漏斗の入口に向かって傾く第3斜面で形成され、
    前記第1及び第2ガイドの下端は前記第2斜面から前記複数の第1及び第2漏斗の入口に向かって傾く第4斜面で形成され、
    前記第1〜第4斜面が会う角に丸いコーナーがラウンディングされている、
    請求項に記載の微細流体装置。
  11. 前記第1の漏斗及び前記第1の逆漏斗を構成する、前記サンプルの流れ方向と直交する方向に沿って交互に配列し、傾斜の向きが互いに異なる複数の第1及び第2ガイドを備え、
    前記第1及び第2ガイドの、下流に向かうに従って間隔が狭まる側が前記第1の漏斗とされ、上流に向かうに従って間隔が狭まる側が前記第1の逆漏斗とされる、
    請求項1に記載の微細流体装置。
  12. 前記第2の漏斗及び前記第2の逆漏斗を構成する、前記サンプルの流れ方向と直交する方向に沿って交互に配列し、傾斜の向きが互いに異なる複数の第1及び第2ガイドを備え、
    前記第1及び第2ガイドの、下流に向かうに従って間隔が狭まる側が前記第2の漏斗とされ、上流に向かうに従って間隔が狭まる側が前記第2の逆漏斗とされる、
    請求項1に記載の微細流体装置。
  13. 前記入口と前記第1キャプチャーアレイとの間の前記チャネルに、前記サンプルの流れを分散するように設置されている分散装置をさらに備えている、
    請求項1に記載の微細流体装置。
  14. 前記分散装置は、前記サンプルの流れ方向と前記サンプルの流れ方向と直交する方向とに沿って前記複数類型のターゲットが通過するように間隔を置いて配列されている複数のポストでなる、
    請求項13に記載の微細流体装置。
  15. 前記複数のポストの中で前記チャネルの上流から下流に向かって起算される奇数番目のポストアレイと偶数番目のポストアレイとは互いにずれるように配列されている、
    請求項14に記載の微細流体装置。
  16. 前記分散装置は複数でなり、
    前記複数の分散装置は前記サンプルの流れ方向に沿って多段に配列され、
    前記複数の分散装置のそれぞれの複数のポストはその直径が前記サンプルの流れ方向に沿って漸進的に減少するように配列されている、
    請求項15に記載の微細流体装置。
  17. 前記ケースが斜めに載せられるスタンドと、前記サンプルを保存して前記入口に供給するサンプル供給装置と、をさらに備えている、
    請求項1に記載の微細流体装置。
  18. 複数類型のターゲットを含んでいるサンプルの流れのためのチャネルであって、前記サンプルの導入のための入口と、前記サンプルの排出のための出口と、を持つチャネルが形成されているケースと、前記チャネルに前記複数類型のターゲットを捕獲するように前記サンプルの流れ方向と直交する方向に沿って配列されている複数の漏斗を持ち、前記入口が鉛直方向上側、前記出口が鉛直方向下側にある状態から、前記出口が鉛直方向上側、前記入口が鉛直方向下側にある状態へ、前記ケースの上下が反転されて配置されるとき、前記複数の漏斗に捕獲されている前記複数類型のターゲットが前記サンプルの流れ方向と反対の方向に流動されるように誘導する逆方向流動誘導手段を持ち、前記サンプルの流れ方向に沿って多段に配列されている複数のキャプチャーアレイと、を含む微細流体装置を準備する段階と、
    前記サンプルを前記チャネルに供給して前記複数の漏斗によって前記複数類型のターゲットを捕獲する段階と、
    前記複数の漏斗の上下が反転されるように前記ケースの上下を反転して配置する段階と、
    反転された前記複数の漏斗に捕獲されている前記複数類型のターゲットを前記ケースの外に排出するために運搬媒体を前記チャネルに供給する段階と、
    前記ケースの外に排出される前記複数類型のターゲットを採集する段階と、
    を含む、微細流体装置を用いたターゲットの分離方法。
  19. 前記複数のキャプチャーアレイの上流において前記サンプルの流れを分散装置によって分散する段階をさらに含む、
    請求項18に記載の微細流体装置を用いたターゲットの分離方法。
  20. 前記チャネルは互いに連結されている複数の分割チャネルに区画され、
    前記複数の分割チャネルのそれぞれに前記複数のキャプチャーアレイが備えられ、
    前記逆方向流動誘導手段は前記複数の漏斗と交番に配列されている複数の逆漏斗でなる、
    請求項19に記載の微細流体装置を用いたターゲットの分離方法。
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