JP6436955B2 - 粒子分取装置及び粒子分取方法 - Google Patents

Description

本発明は、粒子分取装置及び粒子分取方法に関する。

マイクロ流路に粒子を液体とともに流し、個々の粒子を順次に分析するフローサイトメータが知られている。また、このフローサイトメータの分析結果に基づいて、必要とする粒子を選別して分取する粒子分取装置が知られている。例えば粒子として細胞を分取する粒子分取装置では、マイクロ流路に細胞を流し細胞の特性ごとに分類することができる。これにより、同じ特性を有する大量の細胞を用いた分析を行うことができる。

粒子分取装置として誘電泳動力を利用したものが知られている。この誘電泳動力を利用した粒子分取装置では、マイクロ流路と、マイクロ流路に設けた一対の電極と、マイクロ流路から分岐される複数の分流路とを備える。一対の電極は、細胞の流れる方向と直交する方向に対向して設けられ、例えば分取すべき細胞が一対の電極間を通る間に、交流電圧が印加される。これにより、一対の電極間に不均一な電場、すなわち電場強度に勾配を有する電場を形成する。この不均一な電場中の細胞に誘電泳動力が生じ、流れと直交する方向に細胞が移動する。これにより、マイクロ流路内における細胞の進路を変えて、所望とする分流路に導く。ここで、誘電泳動力は、電場の不均一の程度、つまり一対の電極間の電場強度勾配、すなわち電気力線の密度の変化量で決まる。

また、スループット、すなわち単位時間当たりに処理できる細胞の個数を増やすようにした粒子分取装置が特許文献１によって知られている。この特許文献１の粒子分取装置では、流路に沿って配されたコモン電極に対向させて複数の電極指を並べて配することにより、１つの電極指とコモン電極とからなる複数の作用電極対を流路に沿って設けている。複数の作用電極対は、流路に沿って複数のグループに分けられ、グループのそれぞれの電圧印加を個別に制御する。これにより、各グループの作用電極対の間の粒子のそれぞれに対して誘電泳動力を生じさせるか否かを個別に制御する。

特開２０１２―９８０６３号公報

ところで、特許文献１のように作用電極対を流路に沿って複数設け、それら複数の作用電極対に同時に電圧を印加した場合、電場の不均一さが弱く（作用電極対の間における電気力線密度の変化量が小さく）なり、各々の作用電極対によって十分な誘電泳動力が得られなくなる。このため、細胞の流れを遅くする、あるいは電極指同士の間隔を十分に大きくする等の対策が必要であり、結果としてスループットを十分に高められないという問題があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、スループットを向上することができる粒子分取装置及び粒子分取方法を提供することを目的とする。

本発明は、流路内を液体と共に流れる粒子の進路を変化させて粒子を分取する粒子分取装置において、前記流路に沿って１列に配された複数の電極を有する電極アレイを含み、前記粒子の進路を変更させる偏向部と、前記偏向部よりも前記流路の下流に設けられ、複数の分流路を有する分岐部と、前記電極アレイから前記粒子の位置に応じた隣接した２つの電極を選択し、選択した２つの電極間に電圧を印加して前記流路内に電場を形成させる制御部とを備えるものである。

本発明によれば、選択した２つの電極間に電圧を印加することにより、十分な誘電泳動力を生じさせることができるので、単位時間あたりに処理できる粒子の個数、すなわちスループットを向上させることができる。

第１実施形態の粒子分取装置の構成を示す概略図である。 偏向部の構成を示す斜視図である。 粒子が流れる方向と直交する面での基板の断面を示す断面図である。 電極の先端を流路内に配した例を示す基板の断面図である。 ４本の分流路に分流する例を示す説明図である。 第２実施形態の偏向部の構成を示す概略図である。 第２実施形態の変形例（１）に係る偏向部の構成を示す概略図である。 第２実施形態の変形例（２）に係る偏向部の構成を示す概略図である。 第２実施形態の変形例（３）に係る偏向部の構成を示す概略図である。 発生する誘電泳動力の大きさを示すグラフである。 流路内での粒子の移動の状態を示す写真である。 流路内での選別粒子とその前後の粒子の移動長の変化を示すグラフである。 偏向部の構成の違いによる粒子Ｐに作用する誘電泳動力の違いをシミュレーションした結果を示したグラフである。 シミュレーション結果（１）を示す図であり、図１４Ａはモデルの模式図、図１４Ｂは誘電泳動力の向きと大きさを示す図、図１４Ｃは図１４Ｂの部分拡大図である。 シミュレーション結果（２）を示す図であり、図１５Ａはモデルの模式図、図１５Ｂは誘電泳動力の向きと大きさを示す図、図１５Ｃは図１５Ｂの部分拡大図である。 シミュレーション結果（３）を示す図であり、図１６Ａはモデルの模式図、図１６Ｂは誘電泳動力の向きと大きさを示す図、図１６Ｃは図１６Ｂの部分拡大図である。 シミュレーション結果（４）を示す図であり、図１７Ａはモデルの模式図、図１７Ｂは誘電泳動力の向きと大きさを示す図、図１７Ｃは図１７Ｂの部分拡大図である。 シミュレーション結果（５）を示す図であり、図１８Ａはモデルの模式図、図１８Ｂは誘電泳動力の向きと大きさを示す図、図１８Ｃは図１８Ｂの部分拡大図である。 最適な電極幅を求める際のシミュレーションに用いたモデルを示す概略図である。 最適な電極幅をシミュレーションした結果を示したグラフである。 電極幅と、電極と液滴間の距離との関係をシミュレーションした結果を示したグラフである。

１．第１実施形態
図１において、本発明を実施した粒子分取装置１０は、流路デバイス１１、供給部１２、検出部１３、分析部１４、制御部１５、及び電源部ＰＳ（図２参照）を備える。流路デバイス１１は、基板１６の内部にマイクロ流路（以下、単に流路という）１７が形成されるとともに、その内部に偏向部１８が設けられている。偏向部１８は、流路１７を挟んだ一方の側に配された電極アレイとしての信号電極部２２を有している。偏向部１８は、上記信号電極部２２に加え、流路１７を挟んだ他方の側に固定グランド電極２１を有していてもよい。

基板１６は、例えば流路１７となる溝等を設けたプレート１６ａ、１６ｂを、互いに溝を形成した面同士を接合することで形成されている。なお、プレート１６ａ、１６ｂのうちの一方に流路１７となる溝等を形成してもよい。また、基板１６の内部には、固定グランド電極２１及び信号電極部２２と制御部１５や電源部ＰＳとを接続する配線等があるが、図１では省略して描いてある。

流路１７は、Ｘ方向に延びており、その一端に供給部１２が接続されている。供給部１２は、粒子Ｐを含む液体を流路１７に供給する。これにより、流路１７内で粒子Ｐと液体とがＸ方向に流れる。供給部１２は、例えば流路１７に供給する液体の流量を調整することにより、流路１７内における粒子Ｐを一定の速さで流す。また、供給部１２は、粒子Ｐが等間隔で流れるように流路１７に粒子Ｐを供給する。粒子Ｐとしては、各種の細胞を挙げることができるが、これに限るものではない。粒子Ｐは、液滴でもよい。粒子Ｐが液滴である場合、液滴中に細胞、ＤＮＡ、結晶などを含むのが好ましい。流路１７は、その他端（下流）側の分岐部２３で第１分流路２４と第２分流路２５とに分岐している。

検出部１３は、例えば流路１７内の粒子Ｐが通る軌跡上に設定した検出位置にレーザ光を照射しており、検出位置を粒子Ｐが通過した際にレーザ光によって励起された粒子Ｐの蛍光物質からの蛍光を受光した受光結果と、粒子Ｐの通過タイミングを示すタイミング信号とを分析部１４に出力する。分析部１４は、検出部１３の受光結果から粒子Ｐを検査や調査等のために取得すべき粒子Ｐ（以下、他の粒子Ｐと区別する場合には選別粒子Ｐという）であるか否かを判別する。分析部１４は、選別粒子Ｐと判別した場合には、タイミング信号の入力から一定の遅延時間後に選別信号を制御部１５に出力する。なお、取得すべき粒子Ｐではなく、不要な粒子Ｐを選別粒子Ｐとしてもよい。本明細書では、説明の便宜上、取得すべき粒子Ｐを選別粒子Ｐとして説明する。

制御部１５は、選別信号が入力されると、詳細を後述するように、選別粒子Ｐが偏向部１８内の流路１７を流れる際に、その移動方向（Ｘ方向）と直交するＹ方向に選別粒子Ｐに誘電泳動力を作用させて、選別粒子Ｐを流路１７内でＹ方向に移動させて、進路を変える。これにより、選別粒子Ｐを第２分流路２５に流れるようにする。取得すべきと判別されなかった粒子Ｐは、偏向部１８で進路を変化しないことにより第１分流路２４に流す。

なお、この例では検出部１３での検出方法にレーザ光の照射による蛍光検出を用いているが、検出方法は、これに限るものではなく、例えば画像取得により粒子Ｐの形状情報を分析部１４に出力してもよい。そのほかにも、分光分析など、さまざまな検出方法が適用可能である。また、上記粒子Ｐの分取する基準は、任意であり、分取の基準に応じた検出手法、分析手法を用いることができる。

第１分流路２４、第２分流路２５には、取出口２４ａ、２５ａが設けられている。これにより、取出口２４ａからは、第１分流路２４に流れて取得すべきと判別されなかった粒子Ｐを取り出すことができ、取出口２５ａからは、第２分流路２５に流れた選別粒子Ｐを取り出すことができる。

図２に示すように、偏向部１８は、前述のように固定グランド電極２１と信号電極部２２を備え、信号電極部２２は、電極としての、複数の信号電極３１及び複数の第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂを有している。固定グランド電極２１は、その平坦な面が流路１７に沿って配されている。固定グランド電極２１、第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂは、常にグランドされている。

複数の信号電極３１は、固定グランド電極２１に対向して設けられ、固定グランド電極２１との間に流路１７を挟んでいる。各信号電極３１は、流路１７に沿って所定の間隔をあけて配されており、信号電極３１と信号電極３１との間には、第１補助グランド電極３２ａが配されている。この例では、各信号電極３１の幅（流路１７に沿った方向（Ｘ方向）の長さ）は、同じにしてある。また、各信号電極３１は、一定の配列ピッチで並べてあり、第１補助グランド電極３２ａとその両側にある各信号電極３１との各間隔は同じにしてある。さらに、信号電極３１のうち最上流に配された信号電極３１の上流側と最下流に配された信号電極３１の下流側とには、それぞれ第２補助グランド電極３２ｂを配してある。

固定グランド電極２１と信号電極３１のそれぞれとの間隔は同じになっている。これら信号電極３１は、電圧が印加されることによって、当該信号電極３１と固定グランド電極２１との間に不均一な電場、すなわちＹ方向に電場強度の勾配を有する電場を形成する。これにより、粒子Ｐに誘電泳動力を作用させて粒子ＰをＹ方向に移動させる。粒子Ｐに作用する誘電泳動力は、電場の不均一の程度、つまり信号電極３１と固定グランド電極２１との間の電場強度勾配、すなわち電気力線の密度の変化量で決まる。

各信号電極３１は、それぞれ制御部１５によって独立に電圧の印加が制御され、各々の信号電極３１と固定グランド電極２１の間の各電場の形成をそれぞれ独立に制御することができる。粒子Ｐは、この例では、電場強度が弱い領域から強い領域へ向かわせる誘電泳動力が作用して粒子Ｐが信号電極３１に寄る方向に移動するものとするが、電場強度が強い領域から弱い領域へ向かわせる誘電泳動力で逆方向に粒子Ｐが移動するものでもよい。

信号電極３１の幅は、これを狭くすることによって、電場の不均一さを強める（信号電極３１と固定グランド電極２１との間の電気力線密度の変化量を大きくする）ことができ、また順次流れてくる粒子Ｐを別々にＹ方向に移動するために必要な粒子Ｐ同士の間隔を狭くすることができる。一方で、信号電極３１の幅を広くすることによって、電場の集中による粒子Ｐの極端な変形や破壊を防止することができる。信号電極３１の幅は、粒子Ｐの直径に対し、１倍以上５倍以下であるのが好ましく、１．５倍以上３倍以下がより好ましく、２倍程度が最も好ましい。本実施形態の場合、信号電極３１の幅は、粒子Ｐの直径と略同一、もしくは粒子Ｐの直径よりも大きい。この例では、信号電極３１の幅を粒子Ｐの直径の約２倍にしている。このように信号電極３１の幅を広めに設定しても、後述するように、第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂの作用によって、信号電極３１が固定グランド電極２１との間に形成する電場の不均一さを強められるので、必要な誘電泳動力は得られる。なお、粒子Ｐの直径としては、例えば平均直径を用いることができる。

また、電場の集中を抑え粒子Ｐの極端な変形や破壊を防止するために、信号電極３１の先端部（流路１７側の端部）を、尖鋭ではない形状や角がない形状である丸みを帯びた形状としている。この例では、信号電極３１の先端部を半円形状にしている。このように、信号電極３１の先端部を丸みを帯びた形状とすることによって、信号電極３１の近傍で局所的に電場強度が極端に強くならないようにしている。信号電極３１の先端部の丸みを帯びた形状としては、例えば流路１７に対向する部分が直線状で両端の角が円弧状としたものでもよい。

上記のように、電場の集中を抑え粒子Ｐの極端な変形や破壊を防止するために、この例ではＸＹ平面で見た信号電極３１の先端部の形状を尖鋭ではない形状や角がない形状である丸みを帯びた形状としているが、変形や破壊を防止するための尖鋭ではない形状や角がない形状は、これに限るものではない。例えば、信号電極３１に厚みを持たせることで、ＹＺ平面から見た形状を尖鋭ではない形状とすることも可能である。また、ＹＺ平面から信号電極３１を見たときに、信号電極３１の角を丸めた形状することも好ましい。なお、Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ直交する方向である。

第１補助グランド電極３２ａは、上記のように信号電極３１の間に配されている。これら第１補助グランド電極３２ａは、複数の信号電極３１に電圧が同時に印加されるときに、電圧が印加された各信号電極３１と固定グランド電極２１との間にそれぞれ形成される電場の不均一さが弱まること、すなわち電場強度の勾配が小さくなることを抑制するために設けてある。これにより、複数の信号電極３１に電圧が同時に印加された場合であっても、粒子Ｐに十分な誘電泳動力を作用させる。

最上流の信号電極３１の上流側に設けた第２補助グランド電極３２ｂと、最下流の信号電極３１の下流側に設けた第２補助グランド電極３２ｂは、流路１７に沿って延びている。これにより、誘電泳動力を作用させる領域以外への電場の漏れ出しを防ぎ、信号電極部２２へ入る前の粒子Ｐへ誘電泳動力が作用することを防ぐことができる。

また、上記のように第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂを配設することによって、各信号電極３１は、その両側に一対の第１補助グランド電極３２ａが、または第１補助グランド電極３２ａと第２補助グランド電極３２ｂとが配置された構造となっている。これにより、信号電極３１と固定グランド電極２１との間にそれぞれ形成される電場の不均一さを強め、信号電極３１から従来よりも離れた位置の粒子Ｐにまで誘電泳動力を作用させて移動させることができる。

第１補助グランド電極３２ａと信号電極３１の間隔は、流路１７に流れる粒子Ｐの間隔よりも小さいことが好ましい。これにより、選別粒子Ｐのみに誘電泳動力を作用することができる。また、第１補助グランド電極３２ａの幅は、信号電極３１の幅に対して小さくすることが好ましい。これにより、第１補助グランド電極３２ａによって、誘電泳動力がほとんど作用しない領域をＸ方向について狭くすることができる。これら第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂと固定グランド電極２１との間隔は、信号電極３１と固定グランド電極２１との間隔と同じにしてある。第１補助グランド電極３２ａの先端は、信号電極３1と同様に丸みを帯びた形状としてある。信号電極３１に向いた第２補助グランド電極３２ｂの先端についても、信号電極３1と同様に丸みを帯びた形状としてある。このように第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂの先端を丸みを帯びた形状とすることにより、電場の過度な集中を避け、粒子Ｐへのダメージを抑制している。

制御部１５は、タイミング処理部３５と、スイッチ部３６とを有しており、各信号電極３１への電圧印加を制御する。各信号電極３１は、スイッチ部３６を介して電源部ＰＳに接続されて、電源部ＰＳからの交流の電圧が印加される。スイッチ部３６は、タイミング処理部３５によって制御される信号電極３１ごとのスイッチ回路で構成されており、通常は信号電極３１をグランドしており、電圧を印加する場合に信号電極３１を電源部ＰＳに接続する。

タイミング処理部３５には、分析部１４からの選別信号が入力される。タイミング処理部３５は、選別信号に応答して、選別粒子Ｐの位置に対応した信号電極３１に、スイッチ部３６を介して電源部ＰＳからの電圧を印加する。すなわち、タイミング処理部３５は、選別信号の入力タイミングと、分析部１４による選別粒子Ｐの検出から選別信号出力までの遅延時間と、流路１７内での粒子Ｐの移動する速さと、検出部１３での検出位置から各信号電極３１までの距離と、信号電極３１の幅等とに基づき、選別粒子Ｐが信号電極３１による誘電泳動力が作用する作用領域に入る第１タイミングと出る第２タイミングを信号電極３１ごとにそれぞれ求め、選別粒子Ｐが入っている作用領域に対応した信号電極３１に電圧を印加する。作用領域は、例えば信号電極３１と同じ幅の領域になっている。これにより、選別粒子Ｐの移動に同期して、上流側の信号電極３１から順番に電圧を印加し、選別粒子Ｐの進路を順次に変化させて第２分流路２５に導く。

図３に流路デバイス１１の断面を示すように、固定グランド電極２１、信号電極３１、第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂは、流路１７の外側に設けられている。このような構造は、流路１７内を流れる液体に接触することによる固定グランド電極２１、信号電極３１、第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂの劣化を防止する上で有利である。また、このような構造にすることによって、流路１７内を流れる液体の流れの乱れの発生や誘電泳動力による粒子Ｐの電極への接触を防止することができる。

また、この例では固定グランド電極２１、信号電極３１、第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂを流路１７の上下方向の中央の位置に設けている。固定グランド電極２１、信号電極３１、第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂの位置は、これに限るものではなく、例えば２点鎖線で示す流路１７の上部の位置や、流路１７の下部の位置に設けてもよい。信号電極３１と固定グランド電極２１との間で形成される電場は、流路１７内で上下方向にも広がるので、上下方向に固定グランド電極２１、信号電極３１、第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂの位置と粒子Ｐの位置とがずれていても、粒子Ｐに電場を作用させて誘電泳動力を生じさせることができる。

次に上記構成の作用について説明する。流路１７内には、次々と粒子Ｐが供給部１２から液体とともに供給されて、粒子Ｐがほぼ等間隔で流れる。粒子Ｐの間隔は、流路１７内において、前後する粒子Ｐが同じ信号電極３１の作用領域に同時に入らないように調整されており、例えば信号電極３１の配列ピッチとほぼ同じ間隔にされている。また、粒子Ｐは、Ｙ方向について流路１７内のほぼ中央あるいは固定グランド電極２１に寄った位置に流される。

供給される粒子Ｐが検出部１３の検出位置を通過する際に、レーザ光の照射によって励起された粒子Ｐの蛍光物質からの蛍光が検出部１３で受光される。検出部１３は、このように蛍光を受光すると、その受光結果と通過タイミングを示すタイミング信号を分析部１４に出力する。そして、分析部１４は、検出部１３からの受光結果に基づいて、検出された粒子Ｐが検査や調査等のために取得すべき粒子Ｐであるか否かを判別する。

上記判別において、例えば粒子Ｐが取得すべき粒子Ｐではないと判別した場合には、分析部１４は、選別信号を出力しない。したがって、この場合には、制御部１５のタイミング処理部３５は、その粒子Ｐに対しては、信号電極３１に電源部ＰＳからの電圧を印加する制御を行わない。このため、当該粒子Ｐは、進路が変わることなく偏向部１８の流路１７をそのまま進み、分岐部２３において第１分流路２４に流れる。そして、取出口２４ａから取得すべきと判別されなかった粒子Ｐとして取り出される。

一方、粒子Ｐが取得すべき粒子Ｐ、すなわち選別粒子Ｐであると判別した場合には、分析部１４は、検出部１３からのタイミング信号の入力から一定の遅延時間後に選別信号をタイミング処理部３５に出力する。この選別信号に応答して、タイミング処理部３５は、その選別信号に対応した選別粒子Ｐが各信号電極３１の作用領域に入る第１タイミングと出る第２タイミングをそれぞれ求める。

そして、最も上流側の１番目の信号電極３１についての第１タイミングになると、タイミング処理部３５はスイッチ部３６を介して、その１番目の信号電極３１に電圧を印加する。これにより、１番目の信号電極３１と固定グランド電極２１との間に、不均一な電場が形成される。そして、この１番目の信号電極３１で電場が形成されるタイミングで、選別粒子Ｐが１番目の信号電極３１の作用領域に入るから、形成された電場によって生じる誘電泳動力でＹ方向に移動しながら流路１７の下流に向けて流れる。

１番目の信号電極３１についての第２タイミングになると、１番目の信号電極３１に対する電圧の印加がタイミング処理部３５によって停止される。したがって、選別粒子Ｐが１番目の信号電極３１の作用領域に出るタイミングで、１番目の信号電極３１の電圧印加が停止される。

続いて、上流側から２番目の信号電極３１についての第１タイミングになると、タイミング処理部３５はスイッチ部３６を介して、その２番目の信号電極３１に電圧を印加する。これにより、２番目の信号電極３１と固定グランド電極２１との間に不均一な電場が形成される。そして、選別粒子Ｐは、電場の形成されるタイミングで２番目の信号電極３１の作用領域に入るから、その電場で生じる誘電泳動力によって、さらにＹ方向に移動しながら流路１７の下流に向けて流れる。

以降、同様にして、上流側から３番目、４番目、５番目の信号電極３１にそれぞれ対応する第１タイミングで電圧が印加され、第２タイミングで電圧の印加が停止される。そして、３番目、４番目、５番目の信号電極３１の電圧の印加によって形成される不均一な電場で１つの選別粒子ＰがＹ方向に移動しながら下流に進む。このようにして選別粒子Ｐは、信号電極３１側に寄った位置を流れるように進路が変えられるから、さらに下流に進んで分岐部２３に達すると、第２分流路２５に流れる。これにより、その選別粒子Ｐを取出口２５ａから取り出すことができる。

ところで、流路１７内では、前後する粒子Ｐがいずれも選別粒子Ｐとなることも、一方だけが選別粒子Ｐとなることもある。例えば、前後する粒子Ｐがいずれも選別粒子Ｐとなる場合では、それら選別粒子Ｐが第１補助グランド電極３２ａを挟む各信号電極３１の作用領域をそれぞれに同時に流れる状態になることもある。この場合には、第１補助グランド電極３２ａを挟む各信号電極３１のそれぞれに電圧が同時に印加される。これにより、２つの信号電極３１と固定グランド電極２１との間で電場が形成されることになる。

第１補助グランド電極３２ａが設けられていない場合では、隣接した各信号電極３１に電圧が印加されると、あたかもそれら各信号電極３１をまとめた大きな信号電極を固定グランド電極２１に対向させて電場を形成したような状態になる。そして、固定グランド電極２１に対向する信号電極の幅が大きくなることで、形成される電場の不均一さが弱まってしまい、選別粒子Ｐに作用する誘電泳動力が小さくなってしまう。したがって、各選別粒子ＰのＹ方向の移動長が十分でなくなる。

しかしながら、この例では、各信号電極３１の間に第１補助グランド電極３２ａが配されているため、形成される電場の不均一さが弱まることが抑制されて、各信号電極３１によって形成される電場の電場強度の勾配が十分な大きさに維持される。したがって、各選別粒子Ｐには、それぞれ十分な誘電泳動力が作用してＹ方向に移動し、十分なＹ方向への移動長が得られる。

上記のように第１補助グランド電極３２ａを挟む一対の信号電極３１に同時に電圧が印加される場合に限らず、３〜５個の信号電極３１に同時に電圧が印加される場合についても同様である。例えば、５個の選別粒子Ｐが信号電極３１の間隔と略同一程度で偏向部１８内の流路１７を同時に流れ、全ての信号電極３１に電圧が印加される場合であっても、各信号電極３１と固定グランド電極２１との間に形成される電場の不均一さが弱まることが第１補助グランド電極３２ａによって抑制されるので、５個の各選別粒子Ｐを十分な誘電泳動力でＹ方向に移動させることができる。

一方、前後する粒子Ｐの一方だけが選別粒子Ｐとなる場合には、第１補助グランド電極３２ａを挟んだ一対の信号電極３１のうち一方の信号電極３１に電圧が印加され、他方の信号電極３１には電圧が印加されない。そして、電圧が印加された一方の信号電極３１が固定グランド電極２１との間に形成する不均一な電場は、他方の信号電極３１との間に第１補助グランド電極３２ａが配されているため、その他方の信号電極３１の作用領域の粒子Ｐに対して誘電泳動力をほとんど生じさせない。

したがって、前後する粒子Ｐのうちの選別粒子ＰだけをＹ方向に移動することができる。同様にして、選別粒子Ｐとそうではない粒子Ｐとの様々な組み合わせ、例えば２個の選別粒子Ｐの間に選別粒子Ｐではない１個の粒子Ｐが並んでいるような場合や、その逆に選別粒子Ｐではない２個の粒子Ｐの間に１個の選別粒子Ｐが並んでいるような場合であっても、選別粒子ＰだけをＹ方向に移動させることができる。しかも、この場合であっても、十分な大きさの電場強度の勾配が得られ、各選別粒子Ｐに十分な誘電泳動力を作用させてＹ方向に移動させることができる。

上記のように粒子分取装置１０では、複数の信号電極３１に同時に電圧を印加した場合であっても、第１補助グランド電極３２ａによって、電場の不均一さが弱くなることが抑制されて、十分な誘電泳動力を選別粒子Ｐに作用させることができる。したがって、例えば、粒子ＰがＸ方向に移動する速さを大きくしても、粒子ＰをＹ方向に必要な移動長で移動させることができるから、単位時間あたりに処理することができる粒子Ｐの個数、すなわちスループットが向上する。また、信号電極３１同士の間隔を狭くしても、粒子ＰをＹ方向に必要な移動長で移動させることができるから、流路１７内における粒子Ｐの間隔（距離）を短くして個々の粒子Ｐを選別することができ、結果としてスループットが向上する。

上記の例では、固定グランド電極２１、信号電極３１、第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂを流路１７の外側に設けているが、図４に示すように、固定グランド電極２１、信号電極３１、第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂの先端を流路１７内に配してもよい。このような構造にすることによって、信号電極３１に印加する交流の電圧を低くすることができ、低電圧の電源部ＰＳを用いることができる他、信号電極３１と第１、第２補助グランド電極３２ａとの間の絶縁性能の条件を低くすることも可能になる。粒子Ｐが誘電泳動力によって信号電極３１から離れる方向に移動する場合（例えば、細胞）、信号電極３１の先端を流路１７内に配する構造は、選別粒子Ｐが信号電極３１に接触することを防止できるので、好適である。

上記実施形態では、粒子Ｐを第１分流路２４、第２分流路２５に分けているが、信号電極３１から従来よりも離れた位置の選別粒子Ｐにまで誘電泳動力を作用させて移動させることができるので、すなわちＹ方向の移動長を長くできるので、より多くの流路に分けることも可能である。例えば、図５に示す例では、第１〜第４流路４１〜４４に粒子Ｐを分けている。この場合、分岐すべき分流路に応じた個数の信号電極３１に順次電圧を印加して、粒子ＰのＹ方向の移動長を調節すればよい。

また、上記のように固定グランド電極２１、信号電極３１、第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂを設けた構成は、各信号電極３１に同時に電圧を印加した場合でも、各信号電極３１がそれぞれ大きな誘電泳動力を粒子Ｐに作用させることができるから、各信号電極３１を１つの信号電極部として常に同時に電圧を印加する粒子分取装置にも有用な構成である。この場合、信号電極部とグランド電極との間を１個の粒子Ｐが通過するまでは、それらの間に他の粒子Ｐを入れることはできないので粒子Ｐの間隔（距離）を大きくする必要があるが、粒子Ｐが移動する速さを大きくしても必要とするＹ方向への移動長が得られるため、結果としてスループットを高くすることができる。

制御部１５は、選別粒子Ｐが下流へいくほど、第１タイミングで信号電極３１に印加する電圧を小さくするのが好ましい。選別粒子Ｐは、下流へ流れながら作用する誘電泳動力によりＹ方向へ移動しているので、下流において上流と同じ電圧により大きい誘電泳動力を作用させると、流路１７の壁面に衝突し損傷してしまう恐れがある。このような選別粒子Ｐの損傷を防ぐため、制御部１５は、下流の信号電極３１ほど印加する電圧を小さくするのが望ましい。

２．第２実施形態
上記第１実施形態と同様の構成について同様の符号を付した図６を参照して、第２実施形態に係る偏向部について説明する。偏向部５０は、流路１７に沿って一列に配された複数の電極５１を有する電極アレイとしての第１電極アレイ５２Ａを、流路１７の一方の側にのみ備える。流路１７の他方の側には、いずれの電極も設けられていない。

電極５１は、ＸＹ平面視において略矩形状であり、電極５１の長手方向において幅が一定である。電極５１の幅は、粒子Ｐの直径に対し少なくとも１／５倍以上であれば足り、１倍以上５倍以下であるのが好ましく、１．５倍以上３倍以下がより好ましく、２倍程度が最も好ましい。本図の場合、電極５１の幅は、粒子Ｐの直径の約２倍にしている。電極５１は、先端を流路１７の中心に向け、長手方向を流路１７に対し直行する方向とし、流路１７に沿って所定の間隔をあけて配されている。各電極５１は、一定の配列ピッチで並べてある。各電極５１は、隣り合う電極５１間の流路１７中に不均一な電場、すなわちＹ方向に電場強度の勾配を有する電場を形成する。

制御部１５は、それぞれの電極５１に印加する電圧を制御することによって、隣り合う電極５１間の電場の形成をそれぞれ独立に制御する。制御部１５は、タイミング処理部３５と、スイッチ部３６とを有しており、電極５１への電圧印加を制御する。制御部１５は、電極５１ごとに印加する電圧を制御し、選択された隣接する２つの電極５１間に電圧を印加する。例えば、制御部１５は、選択した２つの電極５１のうち一方の電極５１をグランドとし、他方の電極５１に前記グランドを基準にした電圧を印加することとしてもよい。

次に上記構成の作用について説明する。流路１７内には、次々と粒子Ｐが供給部から液体とともに供給されて、粒子Ｐがほぼ等間隔で流れる。粒子Ｐの間隔は、流路１７内において、前後する粒子Ｐが同じ電極５１の作用領域に同時に入らないように調整されており、例えば電極５１の配列ピッチとほぼ同じ間隔にされている。

粒子Ｐが選別粒子Ｐである場合、最も上流側の１番目の電極５１についての第１タイミングになると、タイミング処理部３５はスイッチ部３６を介して、その１番目の電極５１に電圧を印加し、２番目の電極５１をグランドにする。これにより、１番目の電極５１と２番目の電極５１間の流路１７中に、不均一な電場が形成される。１番目の電極５１で電場が形成されるタイミングで、選別粒子Ｐが１番目の電極５１の作用領域に入るから、形成された電場によって生じる誘電泳動力でＹ方向に移動しながら流路１７の下流に向けて流れる。

タイミング処理部３５は、１番目の電極５１についての第２タイミングになると、１番目の電極５１に対する電圧の印加を停止する。したがって、選別粒子Ｐが１番目の電極５１の作用領域を出るタイミングで、１番目の電極５１の電圧印加が停止される。

続いて、上流側から２番目の電極５１についての第１タイミングになると、タイミング処理部３５はスイッチ部３６を介して、その２番目の電極５１に電圧を印加し、３番目の電極５１をグランドにする。これにより、２番目の電極５１と３番目の電極５１間の流路１７中に不均一な電場が形成される。選別粒子Ｐは、電場の形成されるタイミングで２番目の電極５１の作用領域に入るから、その電場で生じる誘電泳動力によって、さらにＹ方向に移動しながら流路１７の下流に向けて流れる。

以降、同様にして、上流側から３番目、４番目、５番目の電極５１にそれぞれ対応する第１タイミングで電圧が印加され、第２タイミングで電圧の印加が停止される。そして、３番目、４番目、５番目の電極５１の電圧の印加によって形成される不均一な電場で１つの選別粒子ＰがＹ方向に移動しながら下流に進む。このようにして選別粒子Ｐは、電極５１側に寄った位置を流れるように進路が変えられるから、さらに下流に進んで分岐部（本図には図示しない）に達すると、第２分流路２５に流れる。これにより、その選別粒子Ｐを取出口２５ａから取り出すことができる。

本実施形態の場合、隣り合う電極５１間に電圧を印加することにより、流路１７を流れる粒子Ｐに十分な誘電泳動力を生じさせることができるので、単位時間当たりに処理できる粒子Ｐの個数を向上することができる。

制御部１５は、選別粒子Ｐが下流へいくほど、第１タイミングで電極５１に印加する電圧を小さくするのが好ましい。選別粒子Ｐは、下流へ流れながら作用する誘電泳動力によりＹ方向へ移動しているので、下流において上流と同じ電圧により大きい誘電泳動力を作用させると、流路１７の壁面に衝突し損傷してしまう恐れがある。このような選別粒子Ｐの損傷を防ぐため、制御部１５は、下流の電極５１ほど印加する電圧を小さくするのが望ましい。

タイミング処理部３５は、連続した３以上、例えば１〜３番目の３つの電極５１を選択し、２番目の電極５１についての第１タイミングで、選択した電極５１のうち両端の電極５１である１，３番目の電極５１をグランドにするとともに、両端の１，３番目の電極５１の間の２番目の電極５１に電圧を印加し、両端の１，３番目の電極５１と２番目の電極５１との間に電圧を印加することとしてもよい。逆に、タイミング処理部３５は、２番目の電極５１についての第１タイミングで、選択した電極５１のうち両端の電極５１である１，３番目の電極５１に電圧を印加し、両端の１，３番目の電極５１の間の２番目の電極５１をグランドにし、両端の１，３番目の電極５１と２番目の電極５１との間に電圧を印加することとしてもよい。

前後する粒子がいずれも選別粒子Ｐとなる場合では、それら選別粒子Ｐが複数の電極５１の作用領域を同時に流れる状態になる。この場合には、前後する粒子Ｐごとに、対応した複数の電極５１の内の両端の電極５１をグランドにすると共に、両端の電極５１の間の電極５１に電圧を同時に印加することにより、前後する粒子Ｐに対応したそれぞれの作用領域に電場を形成することができる。

本実施形態の場合、選択した隣接する２つの電極５１のうち一方の電極５１をグランドとし、他方の電極５１に前記グランドを基準にした電圧を印加する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、一方の電極５１にも他方の電極５１に比べ低い電圧を印加することとしてもよい。

上記第２実施形態の場合、偏向部５０は、流路１７に沿って一列に配された複数の電極５１を有する第１電極アレイ５２Ａを、流路１７の一方の側にのみ備え、他方の側にはいずれの電極も備えていない場合について説明したが、本発明はこれに限らない。

例えば、図７に示す偏向部５４のように、流路１７の他方の側に、固定グランド電極２１を備えることとしてもよい。この場合、流路１７を挟んで電極５１と固定グランド電極２１間の電場の不均一さが強くなるので、作用領域に入った選別粒子Ｐに、より大きな誘電泳動力を作用させることができる。

また図８に示す偏向部５６のように、流路１７の一方の側に加え、他方の側にも、流路１７に沿って一列に配された複数の電極５１を有する電極アレイを備えることとしてもよい。本図に示す偏向部５６は、流路１７を挟んで一方の側に第１電極アレイ５２Ａ、他方の側に電極アレイとしての第２電極アレイ５２Ｂが設けられている。偏向部５６は、第１電極アレイ５２Ａと第２電極アレイ５２Ｂを備えることにより、流路１７のＹ方向の全域にわたって誘電泳動力を粒子Ｐに作用させることができるから、粒子Ｐをより多くの流路に分けることができる。

この場合、分析部１４は、選別粒子Ｐの種類に応じた選別信号をいずれかのタイミング処理部３５Ａ，３５Ｂに出力する。各タイミング処理部３５Ａ，３５Ｂは、選別信号を受け取った場合のみ、選別粒子Ｐに対し誘電泳動力を生じさせる。例えば、分析部１４は、選別粒子Ｐが第２電極アレイ５２Ｂ側の分流路に流す必要があると判別した場合、タイミング処理部５２Ｂにのみ選別信号を出力する。タイミング処理部５２Ｂは、選別信号に対応し、電場を形成し作用領域に所定の誘電泳動力を生じさせる。選別信号を受け取らなかったタイミング処理部５２Ａは、第１電極アレイ５２Ａの電極５１をグランドにする。上記のようにして誘電泳動力が作用した選別粒子Ｐは、第２電極アレイ５２Ｂ側の所定の分流路に流れる。

前後する粒子がいずれも選別粒子Ｐであり、先行する粒子Ｐを第１電極アレイ５２Ａ側、後行する粒子Ｐを第２電極アレイ５２Ｂ側に選別する場合では、それら選別粒子Ｐが複数の電極５１の作用領域を同時に流れる状態になる。この場合には、先行する粒子Ｐが入った作用領域に対応する第１電極アレイ５２Ａにおいて誘電泳動力を作用させると同時に、後行する粒子Ｐが入った作用領域に対応する第２電極アレイ５２Ｂにおいて誘電泳動力を作用させる。このようにして先行する粒子Ｐを第１電極アレイ５２Ａ側、後行する粒子Ｐを第２電極アレイ５２Ｂ側の分流路に流すことができる。

上記第２実施形態の場合、選択された隣接する２つの電極５１間に電圧を印加する例として、選択した２つの電極５１のうち一方の電極５１をグランド電極とし、他方の電極５１にグランドを基準にした電圧を印加する場合、及び第１タイミングで一方の電極５１にも他方の電極５１に比べ低い電圧を印加する場合について説明したが、本発明はこれに限らない。

例えば図９に示すように制御部１５は、電源部ＰＳに繋がる配線の一方に遅延回路５９を有することとしてもよい。制御部１５は、選択した隣接する２つの電極５１の一方の電極５１を基準とし、他方の電極５１に位相遅れとなる電圧を印加する。例えば、１番目の電極５１に電圧を印加し、１番目の電極５１に印加した電圧に対し位相遅れとする電圧を２番目の電極５１に印加する。３番目以降の電極は、２番目の電極と同じ位相遅れの電圧を印加する。これにより、１番目の電極と２番目の電極間の流路１７中に、不均一な電場が形成される。

なお、位相遅れがわずかでも存在すれば、１番目の電極５１と２番目の電極５１の間に電圧差が生じるため、誘電泳動力が生じる。このとき、位相遅れがπ／２以上であれば、標準的な操作方法（例えば１番目の電極５１をグランドとし、２番目の電極５１に交流電圧を印加する方法）と比較して、大きな誘電泳動力を生じさせることができる。特に、位相遅れがπとなったとき、もっとも効率よく誘電泳動力を生じさせることができる。

本実施形態の場合、電極５１の幅は、粒子Ｐの直径の約２倍である場合について説明したが本発明はこれに限らず、電極５１の幅が粒子Ｐの直径に対し十分に小さくてもよい。電極５１の幅が粒子Ｐの直径に対し十分に小さい場合、タイミング処理部３５は、連続した４以上、例えば１〜４番目の４つの電極５１を選択し、２，３番目の電極５１についての第１タイミングで、選択した電極５１のうち両端の電極５１である１，４番目の電極５１をグランドにするとともに、両端の１，４番目の電極５１の間の２，３番目の電極５１に電圧を印加し、両端の１，３番目の電極５１と２，３番目の電極５１との間に電圧を印加する。隣接した２，３番目の電極５１に電圧が印加されると、あたかも２，３番目の電極５１をまとめた大きな電極と両端の１，４番目の電極５１の間に電場を形成することができる。この場合、２，３番目の電極５１の幅と間隔を合わせた長さを電極幅とし、当該電極幅が粒子Ｐの直径に対し、１倍以上５倍以下、より好ましくは１．５倍以上３倍以下、最も好ましくは２倍程度とされる。例えば、電極５１の幅が粒子Ｐの直径の１／５倍であって、電極５１同士の間隔が幅と同じ場合、グランドにする両端の電極５１に挟まれる間の電極５１を３〜１３本とすることにより、粒子Ｐの直径に対する幅を、好ましくは１倍以上５倍以下、より好ましくは１．５倍以上３倍以下、最も好ましくは２倍程度とすることができる。

３．実施例
（実施例１）
図２に示す偏向部１８を用いて粒子ＰのＹ方向の移動を確認した。リン酸緩衝生理食塩水からなる液滴を粒子Ｐとし、その粒子Ｐと液体としての油（ヘキサデカン）とを流路１７に流した。粒子Ｐは、１秒間当たり２０００個を流した。流路１７における粒子Ｐの移動速度は、３８．８ｃｍ／秒に調整し、粒子Ｐの間隔を１９４μｍとした。粒子Ｐは、平均直径が６３μｍであった。

流路１７は、Ｙ方向の長さが１５０μｍとなるようにガラス製の基板１６ａ上に、溝が形成されたＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）製の基板１６ｂを接着させることで形成した。信号電極３１と流路１７との間隔及び第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂと流路１７との間隔は２５μｍ、固定グランド電極２１と流路１７との間隔は２５μｍとした。また、信号電極３１の幅を１００μｍ、第１補助グランド電極３２ａの幅を４０μｍとし、一対の信号電極３１の各間隔を１００μｍ、信号電極３１と第１補助グランド電極３２ａとの各間隔を３０μｍとした。上流側の第２補助グランド電極３２ｂは、上流側の信号電極３１との間に３０μｍをあけて配し、流路１７に沿って上流方向に６００μｍの幅で設けた。下流側の第２補助グランド電極３２ｂについても同様であり、下流側の信号電極３１との間に３０μｍをあけて配し、流路１７に沿って下流方向に６００μｍの幅で設けた。固定グランド電極２１は、Ｙ方向の幅が４０μｍであり、Ｘ方向の幅が２０００μｍであり、Ｘ方向について、その中心が５本の信号電極３１の中心に一致するように配した。電源部ＰＳとしては、出力電圧（Ｖｐｐ）が２３１０Ｖのものを用いた。

上記の構成における偏向部１８の誘電泳動力をシミュレーションした結果を図１０のグラフに示す。図１０のグラフは、横軸が信号電極３１に近い流路１７端面からのＹ方向の距離を示しており、縦軸が誘電泳動力の大きさの大小を示す指数値である。この指数値は、電場分布に依存した要素（ｇｒａｄ（電場の二乗））である。すなわち、縦軸の指数値に粒子Ｐの大きさや特性（誘電率）に依存する係数を掛けることにより、誘電泳動力となる。以下では、便宜的に簡単の為、図１０のグラフの縦軸の指数値を誘電泳動力と呼ぶ。なお、グラフの誘電泳動力は、例えば中央の信号電極３１のＸ方向の中心位置からＹ方向に沿った誘電泳動力の変化を示している。

図１０のグラフ中の符号Ｇ１で示す曲線は、１個の信号電極３１に単独で電圧を印加した場合の誘電泳動力を示し、符号Ｇ２で示す曲線は、５個全ての信号電極３１に電圧を印加した場合の誘電泳動力を示している。また、符号Ｇ３は、第１、第２補助グランド電極３２ａ、３２ｂを設けない構成において、５個全ての信号電極３１に電圧を印加した場合の誘電泳動力を示している。なお、各曲線Ｇ１〜Ｇ３には、固定グランド電極２１と各信号電極３１との間の各位置における誘電泳動力の分布を合わせて示す。

図１０のグラフから分かるように、第１補助グランド電極３２ａを設けた構成では、１個の信号電極３１に単独で電圧を印加した場合、十分な大きさの誘電泳動力が得られる。また、５個全ての信号電極３１に電圧を印加した場合の誘電泳動力は、信号電極３１に単独で電圧を印加した場合と比べて僅かに低下するが、それでもなお十分な誘電泳動力となっている。そして、このようなことから、様々な組み合わせで２個〜４個の信号電極３１に電圧を同時に印加した場合であっても、各信号電極３１について十分な誘電泳動力が得られることが分かる。一方、第１補助グランド電極３２ａを設けない構成では、５個全ての信号電極３１に電圧を印加した場合に得られる誘電泳動力は、第１補助グランド電極３２ａを設けた構成と比べてかなり小さくなることが分かる。

実際に流路１７に粒子Ｐを流し、１つの粒子Ｐを選別粒子Ｐとして、各信号電極３１に順次に電圧を印加した。このときの流路１７内の各粒子Ｐを観察した。このときの観察結果を図１１に示す。なお、図１１中で信号電極３１に対して付した矢印は、その信号電極３１に電圧を印加していることを示している。

図１１Ａは、最上流の信号電極３１に選別粒子Ｐが達する前の状態である。図１１Ｂは、上流側から選別粒子が１番目の信号電極３１の作用領域に入り、１番目の信号電極３１に電圧を印加した状態である。同様に、図１１Ｃ〜図１１Ｆは、２番目、３番目・・・５番目の信号電極３１の作用領域に選別粒子Ｐが入り、それぞれ対応する信号電極３１に電圧を印加した状態である。なお、選別粒子Ｐが作用領域に入っていない信号電極３１には電圧を印加していない。

また、図１２に選別粒子Ｐとその前後の粒子ＰのＹ方向の移動量の変化を示す。図１２に示すグラフは、その縦軸がＹ方向の位置を示し、基準位置におけるＹ方向の位置を基準「０」としてある。また、横軸がＸ方向の移動長であり、グラフ上部には、対応する信号電極３１の番号（上流側から１番目、２番目・・・）とともに、信号電極３１の幅（作用領域）を示す。図１２のグラフにおいて、符号Ｄ１が選別粒子Ｐの移動長を、符号Ｄ２が選別粒子Ｐに先行する粒子Ｐの移動長、符号Ｄ３が選別粒子Ｐに続く粒子Ｐの移動長の変化をそれぞれ示している。

図１１、図１２から分かるように、第１補助グランド電極３２ａを設けた構成では、選別粒子ＰだけがＹ方向に移動しており、その前後の粒子Ｐを含めて、他の粒子ＰをＹ方向に移動することなく、選別粒子Ｐだけを移動できることが確認できる。

（実施例２）
偏向部の構成の違いによる粒子Ｐに作用する誘電泳動力の違いをシミュレーションした結果を図１３に示す。図１３は、縦軸が誘電泳動力（ｎＮ）、横軸が流路１７内における粒子の中心位置（Ｙ方向）を示す。粒子として直径７０μｍの液滴をモデルとした。グラフの右横には、用いた偏向部のモデルを示す。

１番目のモデルは、流路を挟んで両側にそれぞれ信号電極部と第２補助グランド電極が配されている。流路の一方の側の信号電極部における信号電極のみに２０００Ｖの電圧を印加し、その他の電極は０Ｖとした。

２番目のモデルは、第１実施形態に対応し、流路の一方の側に信号電極部と第２補助グランド電極が配され、他方の側に固定グランド電極が配されている。信号電極部における信号電極のみに２０００Ｖの電圧を印加し、その他の電極は０Ｖとした。

３番目のモデルは、流路の一方の側に第１電極アレイが配され、他方の側に固定グランド電極が配されている。第１電極アレイの各電極は、交互に、位相がπずれた１０００Ｖの電圧を印加した。

４番目のモデルは、流路の一方の側にのみ信号電極部と第２補助グランド電極が配されている。信号電極部の信号電極のみに２０００Ｖの電圧を印加し、その他の電極は０Ｖとした。

５番目のモデルは、流路を挟んで両側にそれぞれ２個ずつ電極が配され、そのうちの１つの電極のみに２０００Ｖの電圧を印加し、その他の電極は０Ｖとした。

６番目のモデルは、流路の一方の側にのみ２個電極が配され、そのうちの１つの電極のみに２０００Ｖの電圧を印加し、その他の電極は０Ｖとした。

図１３から明らかなように、全てのモデルにおいて、粒子に誘電泳動力を作用できることが確認できた。特に、モデル１，２，３において、大きい誘電泳動力が得られた。このことから、流路を挟んで、一方の側に電極アレイを配し、他方の側に固定グランド電極又はグランドにした電極アレイを配することが、より大きい誘電泳動力を粒子に作用させるうえで有効といえる。

（実施例３）
第２実施形態の偏向部に対応した電極アレイと粒子に作用する誘電泳動力をシミュレーションした結果を図１４〜図１８に示す。各図Ａはシミュレーショに用いたモデル、各図Ｂは各粒子に作用する誘電泳動力の方向を矢印の向き、大きさを色の濃淡で表し、各図Ｃは図Ｂの拡大図である。電極５１は、幅が粒子Ｐの直径の１／５倍であって、電極５１同士の間隔を幅と同じとした。

図１４は、第１電極アレイ５２Ａが流路１７の一側にのみ配されている。流路１７には、粒子Ｐが等間隔で並んでいる。２５個の電極５１のうち、中央の３個の電極６０に電圧を印加し、他の電極５１は０Ｖとした。３個の電極６０に最も近い目標粒子に作用する誘電泳動力は３．７６×１０^５（Ｎ／ｍ^３）であった。これに対し、目標粒子の隣の粒子に作用する誘電泳動力は４．８７×１０^４（Ｎ／ｍ^３）であり、目標粒子の１３％であった。このことから目標粒子に作用させる誘電泳動力は、他の粒子にほとんど影響を与えないことが分かった。

図１５は、図１４に対しさらに流路１７を挟んで他側に第２電極アレイ５２Ｂが配されている。一側の第１電極アレイ５２Ａのうち３個の電極６０のみに電圧を印加し、他の電極５１は０Ｖとした。目標粒子に作用する誘電泳動力は、４．５１×１０^５（Ｎ／ｍ^３）であった。これに対し、目標粒子の隣の粒子に作用する誘電泳動力は４．６９×１０^４（Ｎ／ｍ^３）であり、目標粒子の１０％であった。したがって本モデルの方が、図１４のモデルに比べ、目標粒子の隣の粒子に与える影響を低減できることが確認できた。

図１６は、流路１７を挟んで両側に第１電極アレイ５２Ａ、第２電極アレイ５２Ｂがそれぞれ配されている。隣り合う２個の粒子Ｐに対し、第１電極アレイ５２Ａ又は第２電極アレイ５２Ｂの電極５１に電圧を印加した。具体的には、第１電極アレイ５２Ａの３個の電極６０に電圧を印加すると同時に、２個分の電極５１だけ離れた第２電極アレイ５２Ｂの３個の電極６２に電圧を印加し、他の電極５１は０Ｖとした。電極６０，６２に最も近い２個の目標粒子Ｐに作用する誘電泳動力は、大きさがそれぞれ２．８４（Ｎ／ｍ^３）であり、流路の幅方向の成分が大半を占めており、目標粒子Ｐの近くの印加電極に引き付けられる方向に向いていた。

図１７は、図１６と同じ構成において、各粒子Ｐを中心として５個の電極６０，６２に電圧を印加した。この場合、電極６０，６２に最も近い２個の目標粒子Ｐに作用する誘電泳動力は、大きさがそれぞれ３．３１（Ｎ／ｍ^３）であり、流路の幅方向において逆向きの成分が多かった。

図１８は、図１６と同じ構成において、各粒子Ｐを中心として７個の電極６０，６２に電圧を印加した。この場合、電極６０，６２に最も近い２個の目標粒子Ｐに作用する誘電泳動力は、大きさがそれぞれ１．５８（Ｎ／ｍ^３）であり、流路の幅方向において逆向きの成分も認められた。

図１６〜図１８の結果から、流路１７を挟んで両側に第１電極アレイ５２Ａ、第２電極アレイ５２Ｂがそれぞれが配された偏向部において、隣り合う粒子Ｐの一方を第１電極アレイ５２Ａ側、他方を第２電極アレイ５２Ｂ側に移動できることが確認できた。

図１９に示すモデルを用いて、粒子Ｐに対し効率的に誘電泳動力を作用し得る最適な電極幅Ｗを調べた。モデルは、流路６７を挟んで、グランド電極６４と、信号電極６５及び第１補助グランド電極６６とを備える。粒子Ｐは直径ｄが６０μｍの液滴とした。流路６７の幅は１８０μｍとした。その結果を図２０に示す。本図より、信号電極６５の幅Ｗは、粒子Ｐの直径に対し、１倍以上５倍以下であれば２５ｎＮ以上の誘電泳動力が得られ、１．５倍以上３倍以下であれば４０ｎＮ以上の誘電泳動力が得られる。本図に示すモデルにおいて、誘電泳動力は、粒子Ｐに対する信号電極６５の幅Ｗが２倍程度のときが最大で、４８ｎＮであった。

図１９に示すモデルを用いて、信号電極６５の幅Ｗと、信号電極６５と粒子Ｐ間の距離との関係をシミュレーションした結果を図２１に示す。粒子Ｐと信号電極６５の距離が近い程、信号電極６５の幅Ｗが小さい方が、より高い誘電泳動力が作用することが確認できた。

１０ 粒子分取装置
１１ 流路デバイス
１２ 供給部
１３ 検出部
１４ 分析部
１５ 制御部
１６ 基板
１７ マイクロ流路
１８ 偏向部
２１ 固定グランド電極
２２ 信号電極部（電極アレイ）
３１ 信号電極（電極）
３２ａ 第１補助グランド電極（電極）
３２ｂ 第２補助グランド電極（電極）
３５ タイミング処理部
３６ スイッチ部
Ｐ 粒子
ＰＳ 電源部

Claims (18)

1. 流路内を液体と共に流れる粒子の進路を変化させて粒子を分取する粒子分取装置において、
   前記流路に沿って１列に配された複数の電極を有する電極アレイを含み、前記粒子の進路を変更させる偏向部と、
   前記偏向部よりも前記流路の下流に設けられ、複数の分流路を有する分岐部と、
   前記電極アレイから前記粒子の位置に応じた隣接した２つの電極を選択し、選択した２つの電極間に電圧を印加して前記流路内に電場を形成させる制御部と
   を備え、
   前記制御部は、選択した前記電極の一方の電極をグランド電極とし、他方の電極に前記グランド電極を基準にした電圧を印加することを特徴とする粒子分取装置。
2. 流路内を液体と共に流れる粒子の進路を変化させて粒子を分取する粒子分取装置において、
   前記流路に沿って１列に配された複数の電極を有する電極アレイを含み、前記粒子の進路を変更させる偏向部と、
   前記偏向部よりも前記流路の下流に設けられ、複数の分流路を有する分岐部と、
   前記電極アレイから前記粒子の位置に応じた隣接した２つの電極を選択し、選択した２つの電極間に電圧を印加して前記流路内に電場を形成させる制御部と
   を備え、
   前記制御部は、連続した３以上の電極を選択し、選択した前記電極のうち両端の電極を等電位とするとともに両端の前記電極の間の各電極を等電位とし、両端の前記電極と両端の前記電極の間の各前記電極との間に電圧を印加することを特徴とする粒子分取装置。
3. 流路内を液体と共に流れる粒子の進路を変化させて粒子を分取する粒子分取装置において、
   前記流路に沿って１列に配された複数の電極を有する電極アレイを含み、前記粒子の進路を変更させる偏向部と、
   前記偏向部よりも前記流路の下流に設けられ、複数の分流路を有する分岐部と、
   前記電極アレイから前記粒子の位置に応じた隣接した２つの電極を選択し、選択した２つの電極間に電圧を印加して前記流路内に電場を形成させる制御部と
   を備え、
   前記制御部は、隣接した前記電極に互いに異なる位相の交流電圧を印加することを特徴とする粒子分取装置。
4. 流路内を液体と共に流れる粒子の進路を変化させて粒子を分取する粒子分取装置において、
   前記流路に沿って１列に配された複数の電極を有する電極アレイを含み、前記粒子の進路を変更させる偏向部と、
   前記偏向部よりも前記流路の下流に設けられ、複数の分流路を有する分岐部と、
   前記電極アレイから前記粒子の位置に応じた隣接した２つの電極を選択し、選択した２つの電極間に電圧を印加して前記流路内に電場を形成させる制御部と
   を備え、
   前記流路を挟んで対向して設けられた第１の前記電極アレイ及び第２の前記電極アレイを有し、
   前記制御部は、前記粒子の進路の変化方向に応じた第１の前記電極アレイまたは第２の前記電極アレイから、当該粒子の位置に対応した位置の前記電極を選択して前記流路内に電場を形成させ、
   前記制御部は、前記粒子の進路の変化方向に応じて、第１の前記電極アレイまたは第２の前記電極アレイの一方の電極アレイの各電極をグランドすることを特徴とする粒子分取装置。
5. 流路内を液体と共に流れる粒子の進路を変化させて粒子を分取する粒子分取装置において、
   前記流路に沿って１列に配された複数の電極を有する電極アレイを含み、前記粒子の進路を変更させる偏向部と、
   前記偏向部よりも前記流路の下流に設けられ、複数の分流路を有する分岐部と、
   前記電極アレイから前記粒子の位置に応じた隣接した２つの電極を選択し、選択した２つの電極間に電圧を印加して前記流路内に電場を形成させる制御部と
   を備え、
   前記制御部は、下流の前記電極ほど印加する電圧を小さくすることを特徴とする粒子分取装置。
6. 流路内を液体と共に流れる粒子の進路を変化させて粒子を分取する粒子分取装置において、
   前記流路に沿って１列に配された複数の電極を有する電極アレイを含み、前記粒子の進路を変更させる偏向部と、
   前記偏向部よりも前記流路の下流に設けられ、複数の分流路を有する分岐部と、
   前記電極アレイから前記粒子の位置に応じた隣接した２つの電極を選択し、選択した２つの電極間に電圧を印加して前記流路内に電場を形成させる制御部と
   を備え、
   前記電極は、前記流路の外側に設けられていることを特徴とする粒子分取装置。
7. 前記制御部は、両端の前記電極をグランド電極とし、両端の前記電極の間の各前記電極に前記グランド電極を基準にした電圧を印加することを特徴とする請求項２に記載の粒子分取装置。
8. 前記電極アレイは、前記グランド電極となる前記電極と前記グランド電極を基準にした電圧が印加される前記電極とが予め決められており、前記グランド電極となる前記電極と前記グランド電極を基準にした電圧が印加される前記電極とが交互に並べられていることを特徴とする請求項１または７に記載の粒子分取装置。
9. 前記制御部は、進路を変化させる前記粒子の位置に対応した位置の前記電極を選択し、前記粒子の流れに同期して選択する前記電極を下流に順次移動することを特徴とする請求項１〜３、７、８のいずれか１項に記載の粒子分取装置。
10. 前記流路を挟んで前記電極アレイに対向した固定グランド電極を有することを特徴とする請求項１、２、７、８のいずれか１項に記載の粒子分取装置。
11. 前記流路を挟んで対向して設けられた第１の前記電極アレイ及び第２の前記電極アレイを有し、
    前記制御部は、前記粒子の進路の変化方向に応じた第１の前記電極アレイまたは第２の前記電極アレイから、当該粒子の位置に対応した位置の前記電極を選択して前記流路内に電場を形成させることを特徴とする請求項１〜３、７〜９のいずれか１項に記載の粒子分取装置。
12. 前記制御部は、前記粒子の進路の変化方向に応じて、第１の前記電極アレイまたは第２の前記電極アレイの一方の電極アレイの各電極をグランドすることを特徴とする請求項１１に記載の粒子分取装置。
13. 前記制御部は、下流の前記電極ほど印加する電圧を小さくすることを特徴とする請求項１〜４、７〜１２のいずれか１項に記載の粒子分取装置。
14. 前記電極は、前記流路の外側に設けられていることを特徴とする請求項１〜５、７〜１３のいずれか１項に記載の粒子分取装置。
15. 流路内に液体とともに粒子を流す流動ステップと、
    前記流路に沿って１列に配された複数の電極を有する電極アレイから、前記粒子の位置に応じた隣接した２つの電極を選択し、選択した前記電極間に電圧を印加することによって、前記粒子の進路を変化させる進路変更工程と、
    変化後の前記粒子の進路に応じて、前記電極アレイよりも前記流路の下流に設けた分岐部で分岐する複数の分流路のいずれかに前記粒子を流す仕分工程とを有し、
    前記進路変更工程は、選択した前記電極の一方の電極をグランド電極とし、他方の電極に前記グランド電極を基準にした電圧を印加することを特徴とする粒子分取方法。
16. 流路内に液体とともに粒子を流す流動ステップと、
    前記流路に沿って１列に配された複数の電極を有する電極アレイから、前記粒子の位置に応じた隣接した２つの電極を選択し、選択した前記電極間に電圧を印加することによって、前記粒子の進路を変化させる進路変更工程と、
    変化後の前記粒子の進路に応じて、前記電極アレイよりも前記流路の下流に設けた分岐部で分岐する複数の分流路のいずれかに前記粒子を流す仕分工程とを有し、
    前記進路変更工程は、連続した３以上の電極を選択し、選択した前記電極のうち両端の電極を等電位とするとともに両端の前記電極の間の各電極を等電位とし、両端の前記電極と両端の前記電極の間の各前記電極との間に電圧を印加することを特徴とする粒子分取方法。
17. 流路内に液体とともに粒子を流す流動ステップと、
    前記流路に沿って１列に配された複数の電極を有する電極アレイから、前記粒子の位置に応じた隣接した２つの電極を選択し、選択した前記電極間に電圧を印加することによって、前記粒子の進路を変化させる進路変更工程と、
    変化後の前記粒子の進路に応じて、前記電極アレイよりも前記流路の下流に設けた分岐部で分岐する複数の分流路のいずれかに前記粒子を流す仕分工程とを有し、
    前記進路変更工程は、下流の前記電極ほど印加する電圧を小さくすることを特徴とする粒子分取方法。
18. 前記進路変更工程は、前記粒子の流れに同期し電圧を印加する前記電極を下流に順次移動することを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の粒子分取方法。

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