JP6566319B2 - 分離ユニット、分離方法、流体デバイス、複合型流体デバイス及びキット - Google Patents

分離ユニット、分離方法、流体デバイス、複合型流体デバイス及びキット Download PDF

Info

Publication number
JP6566319B2
JP6566319B2 JP2015551492A JP2015551492A JP6566319B2 JP 6566319 B2 JP6566319 B2 JP 6566319B2 JP 2015551492 A JP2015551492 A JP 2015551492A JP 2015551492 A JP2015551492 A JP 2015551492A JP 6566319 B2 JP6566319 B2 JP 6566319B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filter
structural material
secondary side
liquid component
separation unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2015551492A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2015083646A1 (ja
Inventor
一木　隆範
隆範 一木
博美 宝田
博美 宝田
久皇 鈴木
久皇 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
University of Tokyo NUC
Original Assignee
Nikon Corp
University of Tokyo NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp, University of Tokyo NUC filed Critical Nikon Corp
Publication of JPWO2015083646A1 publication Critical patent/JPWO2015083646A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6566319B2 publication Critical patent/JP6566319B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N1/4077—Concentrating samples by other techniques involving separation of suspended solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D33/00—Filters with filtering elements which move during the filtering operation
    • B01D33/01—Filters with filtering elements which move during the filtering operation with translationally moving filtering elements, e.g. pistons
    • B01D33/015—Filters with filtering elements which move during the filtering operation with translationally moving filtering elements, e.g. pistons with flat filtering elements
    • B01D33/0183—Filters with filtering elements which move during the filtering operation with translationally moving filtering elements, e.g. pistons with flat filtering elements supported
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D33/00—Filters with filtering elements which move during the filtering operation
    • B01D33/70—Filters with filtering elements which move during the filtering operation having feed or discharge devices
    • B01D33/74—Filters with filtering elements which move during the filtering operation having feed or discharge devices for discharging filtrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502753—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/041—Connecting closures to device or container
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681—Filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B01L2300/123—Flexible; Elastomeric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0406—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces capillary forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N1/4077—Concentrating samples by other techniques involving separation of suspended solids
    • G01N2001/4088—Concentrating samples by other techniques involving separation of suspended solids filtration

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Description

本発明は、分離ユニット、分離方法、流体デバイス、複合型流体デバイス及びキットに関する。
本願は、２０１３年１２月３日に、日本に出願された特願２０１３−２４９９８６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、血液から血球を分離して血漿を得るためのフィルターを備えた装置として、特許文献１〜２に記載された装置が知られている。
特表２０１２−５３０２５６号公報 特表平１０−５０５５４２号公報
特許文献１に記載の装置においては、フィルターの下面に比較的剛直な平板が固定した状態で配置され、フィルターの下面と平板の間隙に血漿が浸み出す構成を有する。しかし、この場合、濾過を促すためにはフィルターの上面側から空気を押し込んで加圧する必要がある。この加圧によって血球が溶血し、血球の一部が血漿に混入する恐れがある。さらに、濾過された血漿を上記間隙から装置外部へ引き出す際の流路抵抗が大きいため、血漿を回収するために要する手間と時間が余計にかかる問題がある。
特許文献２に記載の装置においては、２枚の可撓性のシートの間にフィルターが挟まれて固定された状態で配置され、フィルターの上下一対の両面と各シートの間隙に血漿が浸み出す構成を有する。可撓性のシートを使用しているため、折り畳んだり巻いたりした状態で装置内に配置できる利点が謳われているが、特許文献１の装置と同様の問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、分析物を含む試料から、目的の分析物を得ることが可能な、分離ユニット、分離方法、流体デバイス、複合型流体デバイス及びキットの提供を課題とする。
（１）試料からフィルターの孔径よりも大きい成分を選択的に分離するフィルターと、
前記フィルターの二次側に配置された可撓性を有する構造材と、を備えた分離ユニットであって、前記構造材は、前記フィルターの二次側の面を覆うように前記フィルターに密着又は近接して配置されており、前記フィルターの二次側の面と前記構造材の間隙によって構成される濾液収容部に溜まった濾液の荷重によって降下して、前記フィルターの二次側の面から離れるように変形することを特徴とする分離ユニット。
（２）試料導入用のインレットと、
前記試料からフィルターの孔径よりも大きい成分を選択的に分離するフィルターと、
前記フィルターの二次側に配置された可撓性を有する構造材と、 を備えた流体デバイスであって、
前記フィルターと前記構造材との間隙に連通するアウトレットと、を備え、
前記構造材は、前記フィルターの二次側の面を覆うように前記フィルターに密着又は近接して配置されており、前記フィルターの二次側の面と前記構造材の間隙によって構成される濾液収容部に溜まった濾液の荷重によって降下して、フィルターの二次側の面から離れるように変形することを特徴とする流体デバイス。
（３）前記（１）に記載の分離ユニット又は前記（２）に記載の流体デバイスを使用して、試料からフィルターの孔径よりも大きい成分を分離することを特徴とする分離方法。
（４）液体成分と固体成分とを含む試料を、前記試料から前記液体成分を選択的に濾過するフィルターの一次側に供給する工程と、 毛細管現象により前記フィルター内部に浸み込み、前記フィルターの二次側に到達した液体成分を、前記フィルターの二次側に配置された可撓性を有する構造材であって、前記フィルターの二次側の面を覆うように前記フィルターに密着又は近接して配置されており、前記フィルターの二次側の面と前記構造材の間隙によって構成される濾液収容部に溜まった濾液の荷重によって降下して、前記フィルターの二次側の面から離れるように変形する前記構造材と前記フィルターとの間隙の体積を拡大するとともに、 押し下げられた前記構造材が、濾過された前記液体成分を介して更に前記毛細管現象を継続させる工程と、 を含む分離方法。
（５）前記（１）に記載の分離ユニットと、その分離ユニットに備えられたフィルターに含まれる液体と、を有することを特徴とするキット。
（６）前記（１）に記載の分離ユニット又は前記（２）に記載の流体デバイスを使用して、血液を含む試料から血球を分離して得られた血漿中のエキソソームが内包する生体分子を検出する複合型流体デバイスであって、前記分離ユニット又は前記流体デバイスを備えた前処理部と、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物で修飾された層を有するエキソソーム精製部と、生体分子検出部と、を備えたことを特徴とする複合型流体デバイス。
（７）液体成分と固体成分とを含む試料から前記液体成分を選択的に濾過するフィルターと、前記フィルターの二次側に配置された可撓性を有する構造材と、を備え、 前記フィルターは、前記試料を一次側に供給した際に前記液体成分が毛細管現象により前記フィルター内部に浸み込み、 前記構造材は、前記フィルターの二次側の面を覆うように前記フィルターに密着又は近接して配置されており、前記フィルターの二次側の面と前記構造材の間隙によって構成される濾液収容部に溜まった濾液の荷重によって降下して、前記フィルターの二次側の面から離れるように変形し、前記フィルターと前記構造材との間隙の体積が拡大するとともに、濾過された前記液体成分を介して更に前記毛細管現象を継続させることを特徴とする分離ユニット。
本発明によれば、不要な夾雑物の混入が低減された分析物を得ることができる。
本発明にかかる流体デバイスの実施形態の一例を示す斜視図である。 本発明にかかる流体デバイスの実施形態の上板の一例を示す斜視図である。 本発明にかかる流体デバイスの実施形態の下板の一例を示す斜視図である。 本発明にかかる流体デバイスの実施形態の一例を組み立てる様子を示す分解斜視図である。 本発明にかかる流体デバイスの実施形態の一例を示す断面図である。 （ａ）本実施形態における流体デバイスの実施形態の一例に試料を導入した様子を示す断面図である。（ｂ）本実施形態における流体デバイスの実施形態の一例において試料が濾過される様子を示す断面図である。（ｃ）本実施形態における流体デバイスの実施形態の一例において濾過された試料が導出される様子を示す断面図である。 （ａ）本実施形態におけるキャピラリーの上部から開口部に向けて、液体成分が重力に従って降りてきた様子を示す断面図である。（ｂ）本実施形態におけるキャピラリーの開口部における液体成分にかかる表面張力を表す断面図である。 本実施形態における、キャピラリーの開口部における液体成分の様子を表す断面図（左）と、その開口部の液体成分に平板を接触させた様子を表す断面図（右）である。 本実施形態における、キャピラリーの開口部における液体成分に柔軟な薄膜材を接触させた様子を表す断面図（左）と、その薄膜材を開口部から離して下降させた様子を示す断面図（右）である。 本実施形態におけるキャピラリーの開口部における液体成分が柔軟な薄膜材を下降させた変位量Ｌを示す断面図である。 本発明にかかる流体デバイスの実施形態の上板の変形例を示す斜視図である。 本発明にかかる流体デバイスの実施形態の下板の変形例を示す斜視図である。 本発明にかかる複合型流体デバイスの実施形態の一例を構成する各部とそれらを繋ぐ流路を示す模式図である。 本発明にかかる複合型流体デバイスの実施形態の一例を構成する各部とそれらを繋ぐ流路を示す模式図である。 本発明にかかる複合型流体デバイスの実施形態の一例を構成する各部とそれらを繋ぐ流路及びバルブの詳細を示す模式図である。 実施例で使用した流体デバイスの上板の斜視図である。 実施例で使用した流体デバイスの上板の斜視図である。 実施例で使用した流体デバイスにおける、構造材の降下速度と血漿取得量の関係を示すグラフである。
本発明者らは前述の課題を解決するために鋭意研究を行った結果、フィルターの下面（フィルターの二次側の面）に構造材を接触させることによって、フィルター下面に到達した液体成分（分析物）の表面張力によって生じるフィルター外への流出に対する抵抗を低減させること、及び、その流出に対する抵抗の低減を継続させることによって、外部からフィルターへ圧力をかけることなく穏やかに濾過を継続できることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、本発明の実施形態の一例を説明する。
《流体デバイス》
図１は、本発明にかかる流体デバイスの実施形態の一例である。本実施形態の流体デバイス１には、一例として、１０×８×０．５ｃｍサイズの蓋体を構成する透明樹脂製の上板２と、同じサイズの底体を構成する透明樹脂製の下板３と、メンブレンフィルター及びその下面を覆う構造材を有する分離ユニット４と、が備えられている。例えば、本実施形態における流体デバイス１の本体部は上板２と下板３とで構成される。分離ユニット４を構成するメンブレンフィルターの上面に、固体成分及び液体成分を含む試料Ｓが注入されている。なお、試料Ｓは本実施形態の流体デバイスの必須な構成要素ではない。
図２に示すように、一例として、上板の下面２ａには、深さ０．８ｍｍの矩形の窪み２ｂが形成されており、四つの角が丸く取られている。窪み２ｂの外側の周囲にはゴム製のＯリングを嵌め込むことが可能な深さ１．３ｍｍの溝２ｃが設けられている。窪み２ｂ内の対向する二つの角の近くに、空気が流通可能な貫通孔２ｄがそれぞれ一つずつ開けられている。
図３に示すように、一例として、下板の上面３ａには、上板に設けられた窪み２ｂと同形の深さ３．０ｍｍの矩形の窪み３ｂが形成されており、四つの角が丸く取られている。
窪み３ｂの外側の周囲にはゴム製のＯリングを嵌め込むことが可能な溝３ｃが設けられている。窪み３ｂ内の一角には、空気が流通可能な貫通孔３ｄが開けられている。また、溝３ｃの外側に、溝３ｃを囲む深さ０．３ｍｍの矩形の段部３ｅが形成されている。段部３ｅには分離ユニット４を構成するメンブレンフィルター及び構造材の周縁部が嵌合可能とされている。さらに、窪み３ｂの一辺から下板の側部に通じるように切り込まれた溝３ｆが形成されている。この溝３ｆは、濾液（濾過された液体成分）を流体デバイスの外へ流通させる濾液導出用アウトレットとして機能し得る管（不図示）を接続することができる。
図４に示すように、上板の窪み２ｂと下板の窪み３ｂの向きを揃えて対向させ、両板の間にメンブレンフィルター及び構造材を有する分離ユニット４を挟み、両基板を押し付けた状態でクリップ等を用いて固定することにより、流体デバイス１を組み立てることができる。分離ユニット４を構成するメンブレンフィルター及びその下面を覆う構造材（不図示）の周縁部は、下板３の段部３ｅに嵌合し、更に上板２によって挟まれることによって、上板２及び下板３の間に固定される。
図５に、流体デバイス１の模式的な断面図を示す。上板２の窪み２ｂと下板３の窪み３ｂとが向かい合わされて形成された空間は、両基板の間において、メンブレンフィルター５及び構造材６によって、上板２側の第一の空間部２ｚと、下板３側の第二の空間部３ｚとに仕切られている。また、上板及び下板の窪み２ｂ、３ｂに沿って設けられた溝２ｃには一例として、直径２ｍｍ程度のＯリング７が嵌め込まれているため、窪み２ｂ及び窪み３ｂが向かい合って形成された空間は、貫通孔２ｄ，３ｄ及び溝３ｆを除いて、液体が漏れ出ない液密構造（気密構造）とされている。
下板３の側部に設けられた溝３ｆにはアウトレットを構成する管８が挿入されている。
管８の第一端部は、分離ユニット４を構成するメンブレンフィルター５と構造材６の間隙に挿入されている。管８の第二端部は流体デバイス１の外部にある。
図６に、流体デバイス１の作動メカニズムを簡略に示す。まず、上板２の貫通孔２ｄから第一空間部２ｚにシリンジを用いて試料Ｓを注入する。注入された試料Ｓはメンブレンフィルター５の上面に広がる（図６(ａ)）。試料Ｓはメンブレンフィルター５の内部に浸透し、液体成分がメンブレンフィルター５の下面に到達する。メンブレンフィルター５の下面には、構造材６としての薄い樹脂フィルムが密着又は近接するように予め配置されている。このため、メンブレンフィルター５の下面において、液体成分が構造材６に接触する。この接触により、液体成分は構造材６の表面に引き寄せられて、構造材６とメンブレンフィルター５の下面の間隙を満たす。
仮に、構造材６が配置されていない場合には、メンブレンフィルター５の下面に到達した液体成分は、その下面に開口する空孔から滴り落ちることはない、あるいは、滴り落ちるのが遅い。これは、メンブレンフィルター５の下面における液体成分の表面張力が、液体成分にかかる重力と比べて強力であるためである。一方、本実施形態においては、メンブレンフィルター５の下面を覆うように構造材６である薄い樹脂フィルムが配置されており、液体成分が前記下面に到達すると直ぐに構造材６に接触するため、前記下面における液体成分の表面張力が容易に解消される。つまり、前記下面に到達した液体成分は、構造材６に接触している限り、自身の表面張力に妨げられることなく重力に従う。また、構造材上の隙間にたまった液体がその自重の作用により構造材の変形とともに降下する際に、メンブレンフィルター下面に負圧が発生し、メンブレンフィルターの空孔内の液体成分を吸引する効果が発生することにより、更に濾過が促進される。
この結果、試料Ｓはメンブレンフィルター５の毛細管現象及び重力によって自然に濾過され、その濾過速度に合わせて液体成分は構造材６を押し下げる。濾過は自然に継続され、濾過された液体成分によってメンブレンフィルター５の下面と構造材６の間隙によって構成される濾液収容部６ｚの体積が拡大され、液溜まりＷを形成する（図６(ｂ)）。濾液収容部６ｚの体積と液溜まりＷの体積は殆ど同じであり、濾液収容部６に空気が入る余地は殆どない。
メンブレンフィルター５の上面の試料Ｓが無くなるまで、濾過が自然に継続し得る。このため、第一空間部２ｚに外部から圧力をかけて、第一空間部２ｚを陽圧にする必要はない。この結果、試料Ｓに含まれる固体成分を損傷又は崩壊させることなく、液体成分を選択的に濾過して得ることができる。
メンブレンフィルター５の下面と同じ水準（高さ）において、濾液収容部６ｚに挿入された管８の第一端部は液溜まりＷ内にある。管８を第二端部から軽く吸引して、管内を陰圧にし、第二端部を第一端部よりも低い位置に置くことにより、サイホンの原理が働き、濾液収容部６ｚ内に濾過された液体成分からなる液溜まりＷは、管８を通って流体デバイス１の外部へ導出される（図６(ｃ)）。
液体成分が導出されて濾液収容部６ｚの体積が減少するにつれて、構造材６が自然に上昇する。濾液収容部６内の液溜まりＷが殆ど全て無くなるまで、サイホンの原理による液体成分の導出は自然に継続される。液体成分を取り出すことにより、構造材６はメンブレンフィルター５の下面に再び密着するため、メンブレンフィルター５の下の空間を限りなくゼロに近づけることができる。このため、液体成分が少量であっても残らず取り出すことが可能である。
以上の作動メカニズムによって、管８の第二端部から、目的の液体成分を高い回収率で得ることができる。
＜フィルター下面における液体成分の挙動に関する考察＞
液体成分は毛細管現象を利用してフィルター内を透過すると考えられる。このフィルターの毛細管を親水性のキャピラリー（細管）でモデル化し、フィルターの下面における液体成分の挙動を考察する。
図７（ａ）は、キャピラリーの上部から開口部に向けて、液体成分が重力に従って降りてきた様子を示している。この状態において、キャピラリー内の液体成分には、親水性のキャピラリー壁に対する親和力、表面張力δ、液体成分の圧力ＰＩ、キャピラリー外部の気体圧力Ｐｇ、及び重力ｇがかかっている。この重力は、キャピラリー内の液体成分自身にかかる重力と、キャピラリー上部の液体成分（メンブレンフィルターの上面の試料Ｓに相当）にかかる重力との和、即ち、キャピラリー先端部よりも上方にある液体成分の自重（重量）である。キャピラリーが親水性であれば、外部から圧力を加えなくても、液体成分の重力とキャピラリー壁面に対する親和力によって、液体成分はキャピラリーの先端の開口部（メンブレンフィルターの下面の開口部に相当）に向かって流れる。
キャピラリーの開口部に到達した液体成分は、更に開口部の先端へ引っ張られる。開口部の先端においては、液体に対するキャピラリーの親和力が水平方向（図７（ｂ）における紙面左右方向）に向かうため、液体成分の重力のみによっては、その表面張力を破れない。この結果、図示するようにキャピラリーの先端から液体成分が垂れ下がった状態で停止する。
この停止した状態において、キャピラリーの上部から大きな圧力をかければ、その表面張力を破って液体を流出させることは可能と考えられる。しかし、メンブレンフィルターの下面における挙動を考えた場合、メンブレンフィルターの下面の全体に存在するキャピラリーの全ての先端から同時に流出させることは事実上不可能と考えられる。よって、メンブレンフィルター内の流れが不均一になり、フィルターが有する濾過面積を有効に使用することができなくなり、また、部分的に流速が速くなることによって固体成分の損傷又は崩壊を招きやすくなる問題が発生すると考えられる。
次に、キャピラリーの先端から液体成分が垂れ下がった状態（前記停止した状態）において圧力をかける代わりに、キャピラリー開口部に板材を配置した場合（メンブレンフィルターの下面に板材を配置した場合に相当）を考える。図８に示すように、下向きの液滴の厚みをｄ２として、キャピラリー開口部の下にｄ２’の距離で平滑な板を近づけた時、ｄ２≧ｄ２’であれば、開口部と平滑な板材の間で濡れが進行し、開口部から液体が引き出されて、間隙ｄ２’は液体成分で満たされる。
メンブレンフィルターの下面の全体に存在するキャピラリーの開口部と、その距離ｄ２’の間隙が液体成分に満たされると、開口部に到達した液体成分が自身の表面張力を破る必要はない。このため、メンブレンフィルターを構成する全キャピラリー内において、液体成分の流出に対する抵抗力は流路抵抗のみとなる。
しかしながら、キャピラリー開口部（メンブレンフィルターの下面）と板材の間隙の距離ｄ２’は、前記距離ｄ２よりも更に短いため、この間隙に満たされた液体成分を取り出すことは容易ではない。なぜならば、板材の上面とキャピラリー開口部（メンブレンフィルターの下面）の間隙を液体成分が流れるためには、平板間流れにおける流路抵抗を破る必要があるからである。この流路抵抗を破るために、仮にキャピラリーの上部（メンブレンフィルターの上面）を陽圧にしたとしても、実際にはキャピラリー（メンブレンフィルターの毛細管）の孔径ｄ１が極めて細いため、キャピラリー開口部と板材の間隙にある液体成分を横方向に押し出す程の圧力は伝達されず、上記流路抵抗を破ることは難しい。また、仮にキャピラリー開口部（メンブレンフィルターの下面）と板材の間隙にある液体成分を吸い出してその間隙を陰圧にしたとしても、板材がキャピラリー開口部（メンブレンフィルターの下面）に吸い付いてしまい、平板間の流路（前記間隙）を押し潰すことになる。このため、メンブレンフィルターの下面と板材の間隙を満たした液体を取り出すことは困難である。このように困難である理由は、板材を構成する材料が、メンブレンフィルター下面に到達した微量な液体成分の自重によっては容易に変形しない程度に剛直であるためである。
次に、キャピラリーの先端から液体成分が垂れ下がった状態（前記停止した状態）においてキャピラリー開口部に板材を配置する代わりに、そのキャピラリー開口部に柔軟な薄膜材を配置した場合（メンブレンフィルターの下面に柔軟な薄膜材を配置した場合に相当）を考える。図９に示すように、前記板材を配置した場合と同様に、キャピラリー開口部と柔軟な薄膜材の間で濡れが進行し、開口部から液体が引き出されて、距離ｄ２’の間隙は液体成分で満たされる。
メンブレンフィルターの下面の全体に存在するキャピラリーの先端と、その距離ｄ２’の間隙が液体成分に満たされると、開口部に到達した液体成分が自身の表面張力を破る必要はない。このため、メンブレンフィルターを構成する全キャピラリー内において、液体成分の流出に対する抵抗力は流路抵抗のみとなる。
この間隙に液体成分が満たされるとともに、この液体成分の自重によって柔軟な薄膜材が変形して降下する。この際、溜まった液体成分の重さに対する柔軟な薄膜材の反力はほぼゼロであり、溜まった液体成分に対する重力は、キャピラリー内の液体成分を引き出す力に寄与する。この結果、キャピラリー内の液体成分が継続して引き出されるとともに、引き出されて溜まった液体成分の自重の増加に従って、柔軟な薄膜材は降下し続け、間隙の距離ｄ２”は許容される限り広がる。この際、メンブレンフィルターの下面に濾過された液体成分と押し下げられる薄膜材の接触は維持される。
距離ｄ２”の間隙に満たされた液体成分は、その流路抵抗が小さいため、容易に取り出すことができる。メンブレンフィルターの下面と薄膜材の間隙を吸引して、その間隙を陰圧にすると、液体成分が取り出されるにつれて、薄膜材が変形しながら上昇し、最終的には元の位置、即ちメンブレンフィルターの下面に接触する位置に戻る。このように、間隙を陰圧にしても、薄膜材が下降することにより流路が拡大されているため、液体成分を吸引するための流路が直ちに押し潰されることはなく、間隙内の液体成分を残さずに効率的に回収することができる。
本実施形態の流路デバイス１においては、上記の様に、構造材６としての柔軟な薄膜材を、メンブレンフィルター５の下面を覆うように配置している。
＜柔軟な薄膜材＞
流路デバイス１の構造材６として好適な、柔軟かつ可塑性又は弾性を有する薄膜材を、図１０を参照しながら以下に説明する。
厚み（Ｈ）の柔軟な薄膜材の変位量（Ｌ）は、（Ｌ）∝曲げモーメント（Ｍ）／{弾性率（Ｅ）×断面２次モーメント（Ｉ）}と表せる。変位に必要な力（Ｐ）は、（Ｐ）∝（Ｅ）×（Ｉ）であり、（Ｉ）∝（Ｈ）３であるため、（Ｐ）∝（Ｅ）×（Ｈ）３となる。
このように、薄膜材を変形させるために必要な力Ｐは弾性率（Ｅ）と厚み（Ｈ）の３乗との積であるため、厚み（Ｈ）が特に重要である。つまり、厚み（Ｈ）が薄いことが好ましい。また、弾性率（Ｅ）が小さいことが好ましい。
例えば、食品分野で市販されている樹脂製薄膜材であるラップは、耐水性及び水不透過性を有し、弾性率が低く、厚みが極めて薄いので、変形に必要な力（Ｐ）は実質的にゼロといえる。したがって、本実施形態の構造材６として、ラップやフィルム等の樹脂製薄膜材が好適である。
このような耐水性及び水不透過性を有する樹脂製薄膜材として、例えば、以下に例示する複数の合成樹脂からなる群から選ばれる何れか１以上の合成樹脂を原材料とする薄膜材が挙げられる。
・低密度ポリエチレン（通称：ＬＤＰＥ、引張弾性率：１００〜２４０ＭＰａ、伸び：９０〜８００％）
・高密度ポリエチレン（通称：ＨＤＰＥ、引張弾性率：４００〜１０００ＭＰａ、伸び：１５〜１００％）
・ポリプロピレン（引張弾性率：１０００〜１４００ＭＰａ、伸び：２００〜７００％）
・ポリ塩化ビニリデン（引張弾性率：３４０〜５５０ＭＰａ、伸び：２５０％）
・ポリ塩化ビニル（引張弾性率：１５０〜３００ＭＰａ、伸び：２００〜４５０％）
・ポリメチルテンペン（引張弾性率：８００〜２０００ＭＰａ、伸び：５０〜１００％）
・エチレン・酢酸ビニル共重合体（引張弾性率：１０〜５０ＭＰａ、伸び：６５０〜９００％）
・ポリエチレンテレフタレート（引張弾性率：３０００〜４０００ＭＰａ、伸び：７０〜１３０％）
・ポリアミド（引張弾性率：６００〜２８００ＭＰａ、伸び：２５〜３２０％）
・ポリカーボネート（引張弾性率：１１００〜２５００ＭＰａ、伸び：６０〜１００％）
＜構造材６の概要＞
本実施形態の流体デバイス１に備えられた分離ユニット４は、少なくともフィルター５及び構造材６を有する。
分離ユニット４に適用可能な構造材６は、上記の薄膜材に限られず、フィルター５の下面を覆うように配置することが可能であり、フィルター５から濾過される液体成分との接触を維持したままの状態において降下又は上昇が可能な様に、フィルター５の下面側に可動自在に配置できる構造材であれば制限なく適用可能である。
ここで、「可動自在」の用語は、能動的に可動である場合と受動的に可動である場合の両方を意味する。能動的に可動である場合としては、例えば構造材６を制御する別の部材を取り付けて、この部材を押し上げたり押し下げたりすることにより、構造材６の上昇及び降下を制御する場合が例示できる。この場合、構造材６は、柔軟である必要はない。また、受動的に可動である場合としては、前述したように、濾過された液体成分の荷重によって自然に変形して降下し、濾過された液体成分（液溜まり）を吸引することによって自動的に変形して上昇したりする場合が例示できる。
また、「可動自在」の用語は、上記の意味に基づいて、「移動自在」または「自由に移動可能」の用語に置換することができる。
本実施形態の分離ユニット４における構造材６は、一例として、前記濾過された液体成分の荷重によって降下するように配置されている。また、本実施形態における構造材６は、メンブレンフィルター５から濾過される分析物の荷重によって所定の方向（例、フィルター５の面（例、下面）と交差又は直交する方向、下方や重力方向など）に移動（例、降下）するように配置されている。
本実施形態の分離ユニット４においては、構造材６が、フィルター５の下面を覆い、前記下面から液体成分が流出するにつれて前記下面から離れるように変形可能な柔軟性又は可撓性を有する。また、本実施形態の分離ユニット４における構造材６は、例えば、水不透過性を有することが好ましい。なお、本実施形態における構造材６は、メンブレンフィルター５によって濾過される液体成分（例、分析物）を透過させない不透過性を有している。
ここで、「柔軟性又は可撓性」は、前記下面から液体成分が流出することを妨げない程度の柔軟な性質又は撓み等の変形が可能な性質を含む。可撓性を有する構造材６としては、例えば、公知の可撓性フィルム、可撓性シート、可撓性基板、薄膜材等が挙げられる。
一例として、構造材６の厚みは、１．０μｍ〜２００μｍが好ましく、１μｍ〜１００μｍがより好ましく、３μｍ〜２０μｍが更に好ましい。例えば、１．０μｍ以上の厚みであると、十分な構造的強度及び水不透過性が得られ易い。また、例えば、２００μｍ以下であると、十分な柔軟性、可撓性及び／又は弾性が得られ易い。なお、前記厚みはＪＩＳ Ｋ７１３０ Ａ法の規格に準拠した方法によって測定できる。
一例として、構造材６の引張弾性率は、１０ＭＰａ〜４０００ＭＰａが好ましい。例えば、１０ＭＰａ以上の引張弾性率であると、十分な構造的強度が得られ易い。また、例えば、４０００ＭＰａ以下であると、十分な柔軟性、可撓性及び／又は弾性が得られ易い。
なお、前記引張弾性率はＡＳＴＭＤ６３８：９５の規格に準拠した方法によって、２３℃で測定した縦方向の測定値と横方向の測定の平均値として求めることができる。
なお、本明細書及び請求の範囲における「引張弾性率」は初期引張弾性率を意味する。
一例として、構造材６の密着性は、０．５ｍＪ〜５．０ｍＪが好ましく、０．５ｍＪ〜３．０ｍＪがより好ましく、０．７ｍＪ〜２．５ｍＪが更に好ましい。例えば、０．５ｍＪ以上の密着性であると、メンブレンフィルターの下面に対する薄膜材の十分な密着力が得られ易い。また、例えば、２．５ｍＪ以下であると、濾過された液体成分の重量に従ってメンブレンフィルターの下面から薄膜材が離れ、更に薄膜材自身の密着が解除され易い。なお、前記密着性は、公知方法である旭化成法に準拠した方法によって、２３℃において２５ｃｍ２の薄膜材を使用した際の所定の仕事量として求めることができる。
また、構造材６が合成樹脂によって構成される、薄膜材、シート又はフィルムである場合、その表面が凹凸加工されていてもよい。その凹凸加工としては、例えば、皺加工、エンボス加工又はプリーツ加工が好ましい加工として挙げられる。
これらの凹凸加工が施された構造材６を用いると、濾過された液体成分によって自然に降下することが一層容易になる。さらに、濾過された液体成分の液溜まりを吸引して、構造材６を上昇させながら液体成分を導出する際に、構造材６に深い溝（偏った皺）が形成されることを防止し、その深い溝の中に濾過された液体成分がトラップされて回収不能になることを防止することができる。
＜フィルター５の概要＞
本実施形態の流体デバイス１に備えられた分離ユニット４は、少なくともフィルター５及び構造材６を有する。
分離ユニット４に適用可能なフィルター５は、上記のメンブレンフィルターに限られず、前述の構造材６を配置可能な下面と、その下面に対向し、試料の液体成分を展開することが可能な上面を有するフィルターであれば制限なく適用可能である。
フィルター５は試料Ｓに含まれる固体成分を透過させず、液体成分を選択的に透過させる機能を有する。このため、フィルター５は、固体成分の直径よりも小さい孔径を有することが好ましい。この孔径は、固体成分の直径の５〜８割程度の長さであることが好ましい。
一例として、試料Ｓが血液を含む試料又は血液（全血）であり、固体成分が血球を含む成分又は血球であり、液体成分が血漿を含む成分又は血漿である場合、フィルター５の孔径は、１μｍ〜１０μｍであることが好ましく、２μｍ〜７μｍであることがより好ましく、３μｍ〜５μｍであることがさらに好ましい。
ここで、血球は赤血球、白血球、好中球及び好酸球からなる群から選ばれる何れか１以上の血球を指す。分離する血球の種類に応じて、上記範囲から適宜、フィルター５の孔径を選択すればよい。
フィルター５の孔径は、厚み方向に均一である必要はなく、固体成分を透過させない程度に小さい孔径の空孔（細管）が、少なくともフィルター５の厚み方向の何れかの位置に分布していればよい。例えば、メンブレンフィルター５の上面において前記空孔の開口部が面方向に配置されていてもよいし、メンブレンフィルターの下面において前記空孔の開口部が面方向に配置されていてもよいし、メンブレンフィルター５の上面と下面の間において前記空孔が面方向に配置されていてもよい。
フィルター５の下面に配置された空孔は、下面において所定の孔径を有する開口部を有する。この開口部に到達した液体成分の表面張力を破るために、前述したように、構造材６がフィルター５の下面に密着又は近接して配置される。
試料Ｓが血液を含む場合、フィルター５として、一例には、フィルターの空孔の孔径が上面から下面へ向けて徐々に小さくされた、上面側と下面側とで孔径が異なる非対称設計のメンブレンフィルターを使用する。このように空孔の孔径が漸次的に小さくなるように配置されていると、フィルター上面において血球が目詰まりすることを低減し、より多くの血液試料を濾過することができる。あるいは、空孔の孔径の異なる複数のフィルターを組み合わせて用い、上面側に空孔の孔径が大きいフィルターを配置し、下面側に空孔の孔径が小さいフィルターを配置することでも、同様の効果が得られる。
一例として、フィルター５の厚みは、１００μｍ〜１０００μｍが好ましく、２００μｍ〜６００μｍがより好ましく、３００μｍ〜５００μｍが更に好ましい。例えば、１００μｍ以上の厚みであると、固体成分の除去を充分に行うことができる。また、例えば、１０００μｍ以下の厚みであると、フィルター厚み方向の流路抵抗が大きくなり過ぎず、液体成分の毛細管現象及び重力による自然な濾過が容易になる。また、フィルター内部に残留する液体成分の量が少なくなるため、処理効率がより向上する。
一例として、フィルター５の単位面積当たりの濾過速度は、１μＬ〜１００μＬ／ｃｍ２・分が好ましく、５μＬ〜６０μＬ／ｃｍ２・分がより好ましく、１０μＬ〜５０μＬ／ｃｍ２・分が更に好ましい。濾過速度が遅すぎるフィルターを用いると、処理効率が悪くなる。フィルターの濾過速度が速いに越したことはないが、濾過速度が速すぎるフィルターを用いると、実際には血球がフィルターを透過してしまう恐れがある。
＜分離ユニット４の概要＞
本実施形態の分離ユニット４は、少なくともフィルター５及び構造材６を有する。
フィルター５は、液体成分及び固体成分を含む試料から液体成分を選択的に濾過することが可能なフィルターであり、例えば前述した性質を有するフィルターが好適である。
本明細書及び請求の範囲において、「液体成分を選択的に濾過する」とは、液体成分を固体成分よりも優先的に濾過し、且つ、その優先度合が極めて高いことを意味する。
前記試料から液体成分を選択的に濾過するフィルターは、実質的には固体成分を透過させないことが好ましい。
フィルター５は、液体成分及び固体成分を含む試料から液体成分を選択的に抽出することが可能なフィルターであってもよい。
構造材６は、フィルター５から濾過される液体成分との接触を維持したまま、濾過が促進されるようにフィルター５の下面側に可動自在に配置されていることが好ましく、例えば、前述した性質を有する構造材を用いることにより、濾過を促進することができる。
本明細書及び請求の範囲において、「濾過が促進される」とは、液体成分が重力及びフィルターの毛細管現象の少なくとも一方に従って、自然に濾過される状態を継続させ得ることを含む意味である。また、この継続によって、濾過速度が向上することを含む意味である。
分離ユニット４によれば、外部からフィルター５へ圧力をかけることなく穏やかに濾過を継続し、濾過された液体成分をスムーズに回収できるため、試料に含まれる固体成分の損傷又は崩壊を防ぎ、固体成分の一部が液体成分中に混入することを防ぐことができる。
この結果、不要な夾雑物の混入が低減された液体成分を得ることができる。
本実施形態の分離ユニットによって濾過される前記液体成分は、より広義には、分析物と言い換えることができる。したがって、フィルター５は、分析物を含む試料から分析物を選択的に濾過するフィルターである。この言い換えは、本明細書を通じて適用され得る。
本実施形態の分離ユニットを構成するフィルター５について、便宜的に、上面とその上面に対向する（上面と対をなす）下面とを有するフィルターの場合を例示して説明した。
ただし、「フィルター５の上面」は、フィルター５の一次側の面、フィルター５が前記分析物を含む試料と接触する面、又はフィルター５において前記分析物が浸み込む面と言い換えることができる。また、「フィルター５の下面」は、フィルター５の二次側の面、フィルター５の一次側の面に対向する面、又はフィルター５において前記分析物が表出する（浸み出す）面と言い換えることができる。ここで、上記一次側の面と二次側の面とは互いに略平行であってもよいし、平行でなくても構わない。これらの言い換えは、本明細書を通じて適用され得る。
本明細書及び請求の範囲において、「フィルター５の一次側」は、基本的にはフィルター５の一次側の面（表面(ひょう面)）を意味するが、当該面の近傍の空間を含む意味であってもよい。同様に、「フィルター５の二次側」は、基本的にはフィルター５の二次側の面（表面(ひょう面)）を意味するが、当該面の近傍の空間を含む意味であってもよい。フィルター５の表面を特に指す場合は、フィルター５の一次側の面（フィルター５の上面）又はフィルター５の二次側の面（フィルター５の下面）、というように明記する。
また、フィルター５の一次側、二次側は、それぞれフィルター５の一方面の側、他方面の側と言い換えても構わない。
＜流体デバイス１の概要＞
本実施形態の流体デバイス１は、少なくともフィルター５及び構造材６を有する分離ユニット４を備えている。
流体デバイス１は、フィルター５の上面側に試料Ｓを注入可能な第一空間部２ｚを形成し、且つ、第一空間部２ｚとは独立してフィルター５の下面側に構造材６を収容する第二空間部３ｚを形成する筐体（即ち、上板２及び下板３）と、前記筐体に設けられ、第一空間部２ｚに連通する試料導入用のインレット（即ち、上板２の貫通孔２ｄ）と、前記筐体に設けられ、第二空間部３ｚにおいてフィルター５と構造材６との間隙に連通するアウトレット（即ち、溝３ｆに挿し込まれた管８）と、を更に備えている。
流体デバイス１において、構造材６がフィルター５の下面を覆い、構造材６の周縁部がフィルター５の下面の周縁部に固定され、構造材６の中央部がフィルター５の下面から第二空間部３ｚを構成する筐体（即ち、下板３）までの間で可動自在に配置されたことにより、構造材６とフィルター５の下面との間隙に、体積可変の濾液収容部６ｚが形成されている。また、前記アウトレットを構成する管８が、濾液収容部６ｚと流体デバイス１の外部とを連通している。
流体デバイス１において、濾過された液体成分を流体デバイス１の外へ導出するアウトレットを構成する溝３ｆ及び管８は、フィルター５の下面と同じ水準（高さ）に設けられている。アウトレットの設置箇所は、この位置に限られず、例えば、下板３の窪み３ｂの一角に設けられた空気抜き用の貫通孔３ｄをアウトレットとして使用してもよい。この場合、貫通孔３ｄから管８を第二空間部３ｚへ挿入し、さらに管８の第一端部を濾液収容部６ｚに挿入すればよい。
サイホンの原理を利用して濾液収容部６ｚから液体成分を回収する場合、液体成分の粘度にもよるが、管８の内径は０．２〜２ｍｍ程度であることが好ましい。内径が小さ過ぎると流路抵抗が大きくなり、内径が大き過ぎると管を吸引することなく濾液が漏れ出し、サイホンの原理を利用できなくなる恐れがある。
流体デバイス１を構成する筐体は、第一空間部２ｚを形成し、フィルター５の上面を覆う凹部（窪み）２ｂを備えた蓋体（即ち、上板２）と、第二空間部３ｚを形成し、フィルター５の下面及び構造材６を覆う凹部（窪み）３ｂを備えた底体（即ち、下板３）と、によって構成されている。蓋体及び底体の形状は必ずしも板状でなくてもよい。
流体デバイス１を構成する上板２及び下板３の変形例として、図１１及び図１２の上板１２及び下板１３が挙げられる。上板１２の下面１２ａに形成された窪み１２ｂは八角形であり、その底面に２つの貫通孔１２ｄが設けられている。また、窪み１２ｂの外周に沿って、Ｏリングを嵌め込むことが可能な溝１２ｃが形成されている。下板１３の上面１３ａに形成された窪み１３ｂも上板１２の窪み１２ｂと同様に八角形であり、その底面に一つの貫通孔１３ｄが設けられている。
また、下板１３の窪み１３ｂの中央部に、その長手方向に沿って直方体状の支柱１３ｇが設けられている。支柱１３ｇの高さは窪み１３ｂと同じか又は少し低くされている。支柱１３ｇは、メンブレンフィルター５及び構造材６からなる分離ユニット４を下から支えるために配置されている。支柱１３ｇは細身であるため、液体成分によって構造材６が降下する際、構造材６の一部の降下を妨げることはあっても、構造材６の全部の降下を妨げることはない。支柱１３ｇを設けることにより、流体デバイス１の運搬時などの、未使用時における構造材６の不要な降下を防止することができる。
下板１３の窪み１３ｂの外周に沿って、Ｏリングを嵌め込むことが可能な溝１３ｃが形成されており、さらに溝１３ｃを囲むように、溝１３及び窪み１３ｂよりも浅い段部１３ｅが設けられている。段部１３ｅには分離ユニット４を構成するメンブレンフィルター及び構造材の周縁部が嵌合可能とされている。さらに、窪み１３ｂの一辺から下板の側部に通じるように切り込まれた溝１３ｆが形成されている。この溝１３ｆは、濾液を流体デバイスの外へ流通させる濾液導出用アウトレットとして機能し得る管（不図示）を接続することができる。
流体デバイス１を構成する上板２及び下板３並びに変形例の上板１２及び下板１３は、それぞれメタクリルスチレンからなる透明樹脂材料によって構成されている。上板２及び下板３の構成材料は、観察や操作が容易であり、加工し易いことから、透明樹脂であることが好ましいが、例えば、不透明な樹脂、金属、セラミック等の透明樹脂以外の材料を使用しても構わない。前記透明樹脂及び不透明樹脂を構成する合成樹脂の種類は特に制限されず、公知の合成樹脂を適用できる。
流体デバイス１によれば、外部からフィルター５へ圧力をかけることなく穏やかに濾過を継続し、濾過された液体成分をスムーズに回収できるため、試料に含まれる固体成分の損傷又は崩壊を防ぎ、固体成分の一部が液体成分中に混入することを防ぐことができる。
この結果、不要な夾雑物の混入が低減された液体成分を得ることができる。
《分離方法》
本発明にかかる分離方法の実施形態の一つは、前述の分離ユニット４又は流体デバイス１を使用して、液体成分及び固体成分を含む試料から固体成分を分離し、液体成分を得る方法である。以下、分離ユニット４を備えた流体デバイス１を使用した分離方法の一例を、図６を参照して説明する。
液体成分及び固体成分を含む試料Ｓをフィルター５の上面に供給し、試料Ｓのうち少なくとも液体成分を毛細管現象によりフィルター５内部に浸み込ませ、フィルター５の下面に到達した液体成分を、フィルター５の下面に密着又は近接させた構造材６に接触させることにより前記毛細管現象を継続させる（図６（ａ））。
これにより、フィルター５の上面から供給される試料Ｓをフィルター５で徐々に濾過するにつれて、フィルター５の下面から流出する液体成分（濾過された成分）が構造材６を押し下げ、フィルター５と構造材６との間隙（濾液収容部６ｚ）の体積を拡大するとともに、押し下げられた構造材６が、濾過された液体成分を介して更に毛細管現象を継続させる（図６（ｂ））。
上記の様に濾過を進行させるためには、濾過された液体成分の表面張力による張り出し部分がフィルター５の下面の極近傍（表面）において構造材６と接触することが重要である。このため、試料Ｓを供給する前に、フィルター５と構造材６との間の濾液収容部６ｚの空気を抜く予め抜いておき、フィルター５の下面に構造材６を密着又は近接させておくことが好ましい。
濾過が進行すると、フィルター５の下の濾液収容部６ｚに液溜まりＷが形成される。気泡がフィルター５の下面に入ると、フィルター５の上面から下面に到達した液体成分が自身の表面張力を破れず、濾過の流れが止まってしまう恐れがある。よって、濾過を継続して進行させるためには、液溜まりＷは常にフィルター５の下面及び構造材６に接触していることが重要である。通常、濾過の前に予め濾液収容部６ｚの空気を抜いておき、構造材６をフィルター５の下面に密着させておけば、濾過処理中に空気が入ることは殆どない。
濾過前のフィルター５の内部に含まれる空気を除くために、例えば、予めフィルター５に液体を含ませておき、フィルター５を液体で湿潤状態にしておく。さらには、一例として、フィルター５を液体に浸漬しておき、フィルター５内部を液体で満たしておく。フィルター５に含ませる液体は、濾過される液体成分に悪影響を与える性質を有さなければ特に制限されない。例えば、試料Ｓが血液を含む場合、固体成分である血球を溶血させないことを考慮して、生理的塩類溶液の使用が挙げられる。
濾液収容部６ｚに溜まった液溜まりＷは、適当なタイミングで管８から流体デバイス１の外部へ回収することができる。管８を外部から吸引することにより、濾液収容部６ｚを減圧すれば、サイホンの原理によって容易に濾過された液体成分を外部へ導出することができる。また、液溜まりＷの体積が減少するにつれて、構造材６が徐々に上昇し、最終的には元の位置に戻り、フィルター５の下面に密着する。この際、管８の第一端部をフィルター５の下面と同じ水準（高さ）に設置しておくと、構造材６がフィルター５の下面に戻って密着するまで、濾過された液体成分を濾液収容部６ｚから残さずに管８を介して外部へ導出することができる。
上記の濾過において、フィルター５の下面と構造材６との離間距離が広がる速度と、フィルター５の単位面積当たりの濾過速度とは、通常、正の相関を有する。また、一例として、フィルター５の下面から構造材６の中央部が離れる速度を１０μｍ／分〜１０００μｍ／分となるように調整することが好ましく、５０μｍ／分〜５００μｍ／分がより好ましく、１００μｍ／分〜３００μｍ／分がさらに好ましい。上記速度が遅すぎると濾過処理の効率が悪くなる。上記速度が速すぎると、濾液収容部６ｚに外部から空気を引き込む恐れが出てくる。
また、フィルター５の下面と構造材６との離間距離が広がる速度が、フィルター５の単位面積当たりの濾過速度以下であることが好ましい。
例えば、前記離間距離が広がる速度が１００μｍ／分〜３００μｍ／分である場合、前記濾過速度が１００μＬ／（ｍｍ２・分）〜３００μＬ／（ｍｍ２・分）であることが好ましい。
上記速度を調整する方法は特に制限されず、例えば、フィルター５の上面に注入する試料Ｓを多くすれば、上記速度を速めることができるし、その逆もまた然りである。また、構造材６の中央部にタブを取り付けて、そのタブを機械的に下方へ引くことによって上記速度を速めても構わない。
以上で説明した分離方法を、分離ユニット４を備えた流体デバイス１に適用することにより、血液を含む試料Ｓから固体成分である血球を分離して、液体成分である血漿を得ることができる。この分離方法によれば、濾過するために外部からフィルター５の上面及び／又は下面に強い圧力をかける必要がなく、フィルター５の毛細管現象と液体成分の重力を利用して自然に濾過するので、溶血させることなく血漿を得ることができる。
本実施形態に係る分離ユニット４によれば、一例として、免疫したウサギやヒツジから採取した血液からポリクローナル抗体を含む血漿を得ることができる。
《キット》
前述したように分離ユニット４を構成するフィルター５には、例えば、予め液体を含ませておく。したがって、分離ユニット４と、分離ユニット４が備えるフィルター５に含まれる液体と、を有するキットを準備してもよい。
《複合型流体デバイス》
図１３は、本発明にかかる複合型流体デバイス５１の実施形態の一例を示す模式図である。複合型流体デバイス５１は、分離ユニット４又は分離ユニット４を備えた流体デバイス１を使用して、血液を含む試料から血球を分離して得られた血漿中のエキソソームが内包する生体分子を検出する複合型流体デバイスであって、分離ユニット４又は流体デバイス１を備えた前処理部７１と、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物で修飾された層を有するエキソソーム精製部５２と、生体分子精製部５３と、生体分子検出部５４と、前処理部７１とエキソソーム精製部５２を繋ぐ第一の流路７２と、エキソソーム精製部５２と生体分子精製部５３を繋ぐ第二の流路５５と、生体分子精製部５３と生体分子検出部５４を繋ぐ第三の流路５６と、を備えている。
本実施形態の複合型流体デバイス５１は、前処理部７１において血液を含む試料から血球を除去した血漿を含むサンプルを得て、第一の流路７２を通じてエキソソーム精製部５２に供給される前記サンプル中のエキソソームが内包する生体分子を検出するデバイスである。
本実施形態において、第二の流路５５は、エキソソームの破砕液をエキソソーム精製部５２から生体分子精製部５３に送液する流路であり、第三の流路５６は、精製された生体分子を含む溶液を生体分子検出部５４に送液する流路である。
エキソソームは、細胞の分泌物であり、分泌元の細胞由来の生体分子、例えばタンパク質、核酸、ｍｉＲＮＡなどを内包している。生体内に存在するがん細胞等の異常細胞は、その細胞膜の内部に特有のタンパク質や核酸、ｍｉＲＮＡなどを発現している。
そのため、エキソソームに内包される生体分子を分析することで分泌元の細胞の異常を検出することができる。エキソソームに内包される生体分子を取り出す（抽出する）手段として、一例にはエキソソームの脂質二重膜の破砕などが挙げられる。
更に、エキソソームは、生体内で循環している血液、尿、唾液などの体液中で検出されるため、エキソソームを分析することで、バイオプシー検査をしなくとも、生体内の異常を検出することができる。
分析に用いるサンプルによる二次感染を防止する観点から、本実施形態の複合型流体デバイス５１は、一例として図１４に示すように更に廃液槽５７、５８、５９を備えている。なお、図１４においては三つの廃液槽を示しているが一つ又は二つの廃液槽に集約しても構わない。
本実施形態の複合型流体デバイス５１における各構成の一例について、図１５を用いて説明する。
エキソソーム精製部５２は、前処理部７１から供給されるサンプルに含まれるエキソソームの固定と、エキソソームの破砕を行う部分であり、インレットと、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物で修飾された層を有するエキソソーム固定部５２ｄを備える。図１５に示すように、エキソソーム精製部５２は、導入する試薬別にインレットを備えることが好ましい。即ち、エキソソーム精製部５２は、サンプル導入用インレット５２ｂと破砕液導入用インレット５２ｃを備えることが好ましく、更に洗浄液導入用インレット５２ａを備えることがより好ましい。
サンプル導入用インレット５２ｂには、前処理部７１から血漿を含むサンプルが導出される第一の流路７２（アウトレット）が接続されている。
本実施形態の複合型流体デバイス５１において、前処理部７１以外の各部の液体の駆動は、外部吸引ポンプによってなされ、液体の流れはバルブの開閉によって制御される。
図１５に示すように、エキソソームの分析において、まず上述したエキソソーム精製部において、前処理部７１からサンプル導入用インレット５２ｂに血漿を含むサンプルを注入し、流路５２ｉのバルブ５２ｆを開き、吸引によりサンプルをエキソソーム固定部５２ｄに導入する。
エキソソーム固定部５２ｄに導入されたサンプル中のエキソソームは、上述した疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物によって捕捉される。
血液を構成する血漿中には、エキソソーム以外にもマイクロベシクルやアポトーシス小体等の細胞外小胞が含まれており、これら細胞外小胞もエキソソーム固定部５２ｄに固定される可能性がある。エキソソーム固定部５２ｄからこれらの細胞外小胞を除去する観点から、エキソソーム固定部５２ｄ上のエキソソームを洗浄することが好ましい。
次いで、エキソソーム固定部５２ｄに固定されたエキソソームを破砕する。図１５に示すように、流路５２ｊ上のバルブ５２ｇを開き、破砕液導入用インレット５２ｃに破砕液を注入し、吸引により破砕液をエキソソーム固定部５２ｄへ導入する。破砕液としては、例えば細胞溶解に用いられる従来公知のものが挙げられる。
破砕液がエキソソーム固定部５２ｄを通ることにより、エキソソーム固定部５２ｄ上に捕捉されたエキソソームが破砕され、エキソソームに内包される生体分子が放出される。
エキソソームから放出された生体分子は、バルブ５５ａを介して第二の流路５５を通り生体分子精製部５３へ送られる。
図１５に示すように、生体分子精製部５３は、生体分子回収液導入用インレット５３ｂと、生体分子固定部５３ｃとを備えることが好ましく、更に生体分子洗浄液導入用インレット５３ａを備えることがより好ましい。
本実施形態において、生体分子固定部５３ｃが固定する生体分子はｍｉＲＮＡであることが好ましい。生体分子固定部５３ｃをエキソソーム破砕液が通過することにより、生体分子固定部５３ｃ上に生体分子が捕捉される。
次いで、生体分子固定部５３ｃに固定された生体分子を溶出させる。図１５に示すように、流路５３ｇのバルブ５３ｆを開け、生体分子回収液導入用インレット５３ｂに生体分子回収液を注入し、生体分子回収液を生体分子固定部５３ｃに導入する。
次いで、生体分子固定部５３ｃから生体分子を回収する。生体分子は第三の流路５６を通り、生体分子検出部５４へ送られる。
生体分子検出部５４は、一例として、生体分子に親和性を有する物質が固定されてなる基板を備えている。生体分子をｍｉＲＮＡとする場合には、標的ｍｉＲＮＡに相補的なプローブが固定されてなる基板５４ｃを備えていることが好ましい（図１５参照。）。標的ｍｉＲＮＡに相補的なプローブが固定されてなる基板としては、例えば従来公知のＤＮＡチップが挙げられる。
図１５に示すように、生体分子検出部５４は、更に洗浄液導入用インレット５４ｂを備えていることが好ましい。
生体分子が生体分子検出部５４へ送られた後、バルブ５４ｄを開け、検出プローブ導入用インレット５４ａに検出プローブ溶解液を注入する。
次いで、生体分子と検出プローブ溶解液を生体分子検出部内で循環させ、混合する。
次いで、捕捉プローブが固定されてなる基板（図１５における基板５４ｃ）を洗浄し、該基板上の非特異的吸着物を取り除くことが好ましい。
次いで、基板５４ｃ上に形成された複合体の標識物質の強度を測定する。標識物質の強度は、生体分子の存在量を反映するため、本実施形態によれば、サンプル中に含まれる生体分子の量を定量することができる。
標識物質の強度の測定は、一例として、図示略の顕微鏡、光源、パソコンなどの制御部により行われる。
本実施形態によれば、従来は１日以上要したエキソソームの分析をわずか一時間程度で迅速に行うことができる。
本デバイスのエキソソーム精製部で上述のようにエキソソームを固定した後、エキソソーム精製部においてエキソソームの表面に存在する生体分子を検出してもよい。
基板に固定されたエキソソームの表面に存在する生体分子の検出方法は、エキソソームの表面に存在する生体分子と該生体分子と特異的に結合する第１の分子とを相互作用させて複合体を形成し、基板上の複合体（第１の分子−エキソソーム複合体）を検出することを含む。
第１の分子−エキソソーム複合体を検出する方法は、例えば蛍光標識した第１の分子−エキソソーム複合体の蛍光を検出する工程である。また、ＥＬＩＳＡによる検出方法を利用してもよい。
第１の分子とエキソソームの相互作用の一例として、例えば抗原−抗体反応といった結合反応が挙げられる。また、第１の分子としては、抗体に限られず、アプタマーも好適に用いられる。アプタマーの一例として、核酸アプタマーやペプチドアプタマーが挙げられる。
上記のようなエキソソームの表面に存在する生体分子の検出と、そのエキソソームに内包されるｍｉＲＮＡの検出とを本デバイス上で行うことによって、エキソソームを二段階で分析することができる。
本実施形態の複合型流体デバイスによれば、バイオプシー検査をしなくとも、一例として、生体内で循環している血液中のエキソソームを分析することで、生体内の異常を検出することができる。
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
［血漿分離デバイスの作製］
１０×８×０．５ｃｍのメタクリルスチレン樹脂の２枚の板材に、図２及び図３のような切削加工を行い、上板２及び下板３を作製した。具体的には、上板の下面２ａに、角を丸く取った深さ０．８ｍｍの窪み２ｂを施し、その窪み２ｂの周辺に直径２ｍｍのＯリングを嵌め込むための深さ１．３ｍｍの溝２ｃを形成した。下板の上面３ａには、上板２と同様の角を取った３ｍｍの窪み３ｂを設けた。窪み３ｂの面積は約４０ｃｍ２となった。
更に、上板２の上面から窪み２ｂに貫通する２つの孔が、血液導入孔及び空気抜き孔として２カ所開けられており、下板３には、窪み３ｂの一辺から板材の側面に通じる溝３ｆと空気抜きとしての貫通孔３ｄ、及びメンブレンを収納する深さ０．３ｍｍの四角形の段部３ｅを形成した。
図４に示すように、厚み１０μｍ、引張弾性率２２０ＭＰａの低密度ポリエチレン薄膜フィルム６（図示された分離ユニット４の一部である。以下、薄膜フィルム６と呼ぶ。）を下板の段部３ｅの上に置き、血漿分離用メンブレンフィルター５（日本ポール株式会社製“ビビッド血漿分離メンブレン”ＧＲグレード）（図示された分離ユニット４の一部である。以下、メンブレン５と呼ぶ。）を薄膜フィルム６の上に重ねた。
図５に示すように、メンブレン５と薄膜フィルム６の間に、外径２ｍｍのシリコーンチューブ８（以下、チューブ８と呼ぶ。）の一方の端部（第一端部）を約２ｍｍ差し入れ、他方の端部（第二端部）を下板の窪み３ｂの外部へ出した状態で、チューブ８を下板の窪み３ｂから側面に通じる溝３ｆに嵌め込んだ。
上板の窪み２ｂの外周を囲む溝２ｃに、直径２ｍｍのシリコーン製Ｏリング７を嵌め込み、メンブレン６と薄膜フィルム５からなる分離ユニット４をセットした下板３に重ね置き、締め付け金具を用いて上板２と下板３とを一体化することによって、図５に示すような流体デバイス１（血漿分離デバイス）を組み立てた。メンブレン５と薄膜フィルム６は、ともにＯリング７で下板３に押さえつけられた状態であり、メンブレン５側の第一空間部２ｚ及び薄膜フィルム６側の第二空間部３ｚによって形成された空間は、貫通孔２ｄ，３ｄを除いて、気密構造（液密構造）とされている。
［前準備］
流体デバイス１の上板２内の窪み２ｂとメンブレン５で構成される第一空間部２ｚに、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）０.７ｍｌを導入し、メンブレン５の上面の全体にＰＢＳを展開させた。ＰＢＳがメンブレン５に吸収された後、メンブレン５と薄膜フィルム６の間に差し込んだチューブ８から内部（濾液収容部６ｚ）の空気を吸引し、薄膜フィルム６をメンブレン５の下面に密着させた。
［血漿分離操作］
常法により凝固防止処理を施したヒト全血３ｍｌをメンブレン５上方の第一空間部２ｚに導入した。使用したヒト全血には血漿５５％が含まれる。第一空間２ｚには、空気が少し残った以外は、血液（全血）でほぼ満たされた状態になった。
メンブレン５上面から血液が吸収されるにつれ、メンブレン５下面と薄膜フィルム６の間の濾液収容部６ｚに血漿を含む黄色い水分が溜まった。これに伴い、薄膜フィルム６はその重さで降下し、メンブレン５から最大１．５ｍｍ離れ、血漿が溜まった水袋状態となった。この状態において、メンブレン５上方の第一空間部２ｚには、まだ少量の血液が残留していた。
血液を導入してから約３分後に、流体デバイス１の濾液収容部６ｚに挿し込んであるシリコーンチューブ８を吸引して、血漿及びＰＢＳを含む液体成分をチューブ８の外に引き出した。サイホンの原理によって濾液収容部６ｚから外部へ液体成分が流れ出すにつれて、メンブレン５上面に残っていた血液が、次第にメンブレン５に吸収された。
メンブレン５上の血液が減り、メンブレン５下の液体成分の導出が進むと、メンブレン５から離れて下降していた薄膜フィルム６は、血漿が減少するにつれて上昇してメンブレン５に近づいた。さらにメンブレン５上の血液が減るにつれて、メンブレン５は上板２に引き寄せられ、窪み２ｂの天井に貼り付いた。血液を導入してから１０分後には、ほとんどの液体成分がチューブ８から外部へ導出されて、薄膜フィルム６は再びメンブレン５の下面の全体に密着した。メンブレン５上の血液はほとんど全て濾過された。
チューブ８の第二端部から回収できた液体成分の体積は、１．７ｍｌであり、溶血による血球の混入は無かった。前準備において導入したＰＢＳ０．７ｍｌと、その後に導入した３ｍｌの血液中の血漿量１．６５ｍｌとの合計の液体量は２．３５ｍｌである。よって、液体成分の回収率は７２．３％であった。前準備においてメンブレン５中に浸透したＰＢＳが全て回収されているとすると、チューブ８の第二端部から回収できた液体成分からＰＢＳ分を差し引いた血漿の体積は１．０ｍｌであり、血漿の回収率は６０．６％であった。この結果を表１に併記する。
＜実施例２＞
実施例１の流体デバイス１の作製において、薄膜フィルム６に皺加工を施したフィルム６を用い、たるみを持たせて下板３に乗せた。その他については実施例１同様にして流体デバイス１を作製した。
ＰＢＳ０．７ｍｌを導入してメンブレン５を湿らせ、メンブレン５と薄膜フィルム６内の空気を吸引したところ、予め皺加工を施した薄膜フィルム６はメンブレン５の下面に密着し、その薄膜フィルム６の表面に細かい縮緬皺が現れた。
流体デバイス１の第一空間部２ｚに、凝固防止処理を施した全血３ｍｌを導入し、実施例１と同様に血漿分離操作を行った。その結果、シリコーンチューブ８から血漿を含む液体成分を回収することができた。溶血は起こらず、液体成分中に血球の混入は無かった。
その処理スピードは実施例１よりも早く、８分程度でほぼ完了した。回収した液体成分の体積は、実施例１よりも若干多く、１．９ｍｌであった。この結果を表１に併記する。
＜実施例３＞
実施例２の流体デバイス１の作製において、図１６に示す上板２２を用いた以外は実施例２と同様に血漿分離操作を行った。
上板２２の下面２２ａには、角が丸められた矩形の深さ０．８ｍｍの窪み２２ｂを形成し、窪み２２ｂの外側の周囲には深さ１．３ｍｍの溝２２ｃを設けた。窪み２２ｂの天井面（底面）には、対向する二つの角の近くに貫通孔２２ｄ−１，２２ｄ−２をそれぞれ一つずつ開けた。さらに、窪み２２ｂの天井面には、図１６に示すように、血液の流れを制御する凸型の模様２２ｈを付けた。模様２２ｈは、天井面から０．２ｍｍ程度突き出した、幅０．５ｍｍのライン形状である。第一の貫通孔２２ｄ−１（血液導入孔）から、円弧と放射線（直線）を組み合わせた模様２２ｈによって、血液を窪み２２ｈの全体に広げ、第二の貫通孔２２ｄ−２（空気抜き孔）に導くように配置してある。その他については実施例２と同様にして流体デバイス１を作製した。
実施例２と同様に、流体デバイス１にＰＢＳを導入してメンブレン５を湿らせた後、チューブ８から空気を抜き、薄膜フィルム６をメンブレン５に密着させた。
流体デバイス１の上板２の第一空間部２ｚに、凝固防止剤を入れた全血３ｍｌを導入したところ、血液は上板２の天井面につけた模様２２ｈに沿って展開され、第一空間部２ｚの全体にスムーズに広がった。この模様２２ｈによって血液の流れ及び空気の排出を制御できたため、実施例１及び２よりも、第一空間部２ｚに残った空気の量が少なかった。
実施例２と同様に、シリコーンチューブ８から血漿を含む液体成分を回収することができた。血液の導入から液体成分の回収までに要する時間は実施例１及び２よりも短く、７分程度であった。回収した液体成分の体積は、２．０ｍｌであった。溶血は起こらず、液体成分中に血球の混入は無かった。この結果を表１に併記する。
血液を導入する際にメンブレン５上方の第一空間部２ｚから空気が効率的に排出され、空気の残留が少なかったため、効率的に濾過が進行した。このため、第一空間部２ｚ内に残留する血液量は実施例１よりも少なく、ほとんど全ての血液を濾過することができた。
Figure 0006566319
＜比較例１＞
実施例１の流体デバイスの作製において、メンブレン５の下面に薄膜フィルム６を用いず、メンブレン５のみを流体デバイス内に配置した以外は、実施例１と同様にして、流体デバイスを作製した。実施例１と同様に、この流体デバイスにＰＢＳ０．７ｍｌを導入してメンブレン５を湿らせた後、凝固防止済を入れた血液３ｍｌを導入した。
メンブレン５上の血液はメンブレン５に少し吸収されたが、ほとんどの血液はメンブレン５上に留まり続け、血漿を含む液体成分はメンブレン５の下面から落ちなかった。
シリコーンチューブ８の第二端部を吸引して、下板の第二空間部３ｚに負圧をかけたが、メンブレン５の下に血漿を引き出すことはできず、血漿を含む液体成分を回収することはできなかった。そこで、さらに強い負圧をかけたところ、メンブレン５の下面から赤く色付いた液体が出てきた。この液体中には赤血球及び溶血した成分が混入していた。さらに、この流体デバイスの上板の第一空間部２ｚに対して、シリンジポンプを用いて加圧したが、メンブレン５の下面へ血漿を含む液体成分を押し出すことは殆どできなかった。この加圧により、メンブレン５の形状が変形して凹み、メンブレン５上には血液溜まりができてしまった。
＜比較例２＞
実施例１の流体デバイスの作製において、メンブレン５の下面に設置する薄膜フィルム６の代わりに、樹脂製の厚み２ｍｍの比較的剛直な平板（以下、樹脂板と呼ぶ。）を接触させて配置した他は、実施例１と同様にして流体デバイスを作製した。チューブ８を設置するために、樹脂板に溝を切り、そこにチューブ８を嵌め込んだ。
実施例１と同様に血液を流体デバイスに導入したところ、樹脂板とメンブレン５との間隙に、血漿を含む液体成分が浸み出した。しかし、チューブ８に負圧をかけても、液体成分を回収することは困難であった。チューブ８に負圧をかけると、少量の液体成分を取ることができたが、負圧の影響でメンブレン５の下面に樹脂板が強力に貼り付き、メンブレン５の下面に液体成分が浸み出すことを妨げてしまった。このため、濾過処理が遅々として進まず、長い時間を費やしても濾過処理を完了することはできなかった。
また、チューブ８に負圧をかけず、徐々に出てくるのを待ったが、２０分以上かけても、メンブレン５の上部には血液が溜まったままであった。
＜実施例４：メンブレンの血液ろ過速度の測定＞
［実験装置の作製］
図１７に示す上板３２を作製した。上板３２の下面３２ａの中央に直径２ｃｍの円柱型の窪み３２ｂを切削し、窪み３２ｂ内に第一の貫通孔３２ｄ−１（血液導入孔）と第二の貫通孔３２ｄ−２（空気抜き孔）を設けた。また、上板の窪み３２ｂに嵌合可能な直径１．６ｃｍの円柱を上面に設置した下板（不図示）を作製した。
実施例１で使用したメンブレンと同じメンブレンを用意した。このメンブレンを円柱状の窪み３２ｂの底面よりも大きな円形に成形して、窪み３２ｂを覆うように下面３２ａに貼り付けた。この下面３２ａを下に向けた状態の上板３２をスタンド式の治具に固定した。また、下板を上下移動可能なステージに乗せ、上板の円柱状の窪み３２ｂに下板の円柱が重なる位置でステージ上に固定した。
［下板の降下速度の測定］
下板の円柱の上面が上板のメンブレンに接触する位置までステージを上げ、その高さを原点とした。次に、原点から下板を５ｍｍ下げた。
上板の血液導入孔から凝固防止済を入れた血液を導入し、上板の窪み３２ｂ内を血液で満たした。この際、血液導入孔および空気抜き孔も血液で満たした。血液はメンブレンに浸透しているが、メンブレンからは滴り落ちない状態であった。
下板を乗せたステージを上昇させ、下板の円柱の上面とメンブレンを接触させた後、ステージを一定速度で降下させた。この降下にともない、濾過が促進され、メンブレンと円柱の間隙に血漿が引き出された。２分おきに、上板の円柱空間からメンブレン下へ濾過された血液の量を測定した。この測定は、上板の円柱空間を血液で再度満たす際に必要な血液量を計測して行った。
ステージの降下中に横から観察したところ、メンブレン下面と円柱の間には血漿が満たされており、その液溜まりは表面張力で柱状になっていた。この際、ステージの降下速度が速いと、メンブレン下面からの血漿の供給（濾過）が追いつかず、血漿の柱は下板の円柱より細った状態になった。このため、血漿の柱の直径が下板の円柱の直径の２／３以下になった場合は下板の降下を一時停止した。その後、血漿の柱が下板の円柱と同様の太さになるまで待ってから、再び降下を再開した。上板の血液の減少がほとんどなくなったときに実験を終了し、下板のステージを下げて観察したところ、下板の円柱上には血漿が溜まった状態であった。
この実験における構造材（下板の円柱）の降下速度と血漿取得量の関係を図１８のグラフに示す。なお、グラフにおける５００μｍ／分と７５０μｍ／分の降下速度の実験においては、血漿の柱が細ったため、途中で降下を一時停止している。
このグラフから、血漿分離用メンブレン（日本ポール（株）製“ビビッド血漿分離メンブレン”ＧＲグレード）の下面に構造材を当接させて、構造材を降下させながら血液を濾過させる場合、構造材の降下速度は、２５０μｍ／分以上５００μｍ／分未満が好ましいといえる。
本発明によれば、血液などの試料から、不要な夾雑物の混入が低減された分析物を得ることができる。そのため、本発明は産業上有用である。
１…流体デバイス、Ｓ…試料、２…上板、２ａ…上板の下面、２ｂ…窪み、２ｃ…溝、２ｄ…貫通孔、２ｚ…第一空間部、３…下板、３ａ…下板の上面、３ｂ…窪み、３ｃ…溝、３ｄ…貫通孔、３ｅ…段部、３ｆ…切り込み（溝）、３ｚ…第二空間部、４…分離ユニット、５…フィルター、６…構造材、６ｚ…濾液収容部、７…Ｏリング、８…管、Ｗ…液溜まり、Ｐｇ…気体圧力、ＰＩ…液体圧力、δ…液体の表面張力、θ…キャピラリー壁に対する液体の接触角、ｄ１…孔径、ｇ…キャピラリー内及びキャピラリー上方に載せられた液体にかかる重力、ｄ２’…間隙（間隙の距離）、ｄ２”…間隙（間隙の距離）、Ｌ…変位量、１２…上板、１２ａ…上板の下面、１２ｂ…窪み、１２ｃ…溝、１２ｄ…貫通孔、１３…下板、１３ａ…下板の上面、１３ｂ…窪み、１３ｃ…溝、１３ｄ…貫通孔、１３ｅ…段部、１３ｆ…切り込み（溝）、１３ｇ…支柱、２２…上板、２２ａ…上板の下面、２２ｂ…窪み、２２ｃ…溝、２２ｄ−１…第一の貫通孔（血液導入孔）、２２ｄ−２…第二の貫通孔（空気抜き孔）、２２ｈ…凸型の模様、３２…上板、３２ａ…上板の下面、３２ｂ…窪み、３２ｄ−１…血液導入孔、３２ｄ−２…空気抜き孔、５１…複合型流体デバイス、５２…エキソソーム精製部、５２ａ…洗浄液導入用インレット、５２ｂ…サンプル導入用インレット、５２ｃ…破砕液導入用インレット、５２ｄ…エキソソーム固定部、５２ｅ…バルブ、５２ｆ…バルブ、５２ｇ…バルブ、５２ｈ…流路、５２ｉ…流路、５２ｊ…流路、５３…生体分子精製部、５３ａ…生体分子洗浄液導入用インレット、５３ｂ…生体分子回収液導入用インレット、５３ｃ…生体分子固定部、５３ｄ…バルブ、５３ｅ…流路、５３ｆ…バルブ、５３ｇ…流路、５４…生体分子検出部、５４ａ…検出プローブ導入用インレット、５４ｂ…洗浄液導入用インレット、５４ｃ…基板、５４ｄ…バルブ、５４ｅ…バルブ、５５…第二の流路、５５ａ…バルブ、５６…第三の流路、５７…廃液槽、５８…廃液槽、５９…廃液槽、６０…第四の流路、６０ａ…バルブ、６１…第五の流路、６１ａ…バルブ、６２…第六の流路、６２ａ…バルブ、７１…前処理部、７２…第一の流路

Claims (31)

  1. 試料からフィルターの孔径よりも大きい成分を選択的に分離するフィルターと、
    前記フィルターの二次側に配置された可撓性を有する構造材と、を備えた分離ユニットであって、
    前記構造材は、前記フィルターの二次側の面を覆うように前記フィルターに密着又は近接して配置されており、前記フィルターの二次側の面と前記構造材の間隙によって構成される濾液収容部に溜まった濾液の荷重によって降下して、前記フィルターの二次側の面から離れるように変形することを特徴とする分離ユニット。
  2. 前記構造材が、前記フィルターの二次側を覆い、前記濾液が濾過するにつれて前記フィルターの二次側から離れるように変形可能な可撓性を有する、請求項１に記載の分離ユニット。
  3. 前記構造材が、水不透過性を有する請求項１又は２に記載の分離ユニット。
  4. 前記構造材の構成材料が合成樹脂である請求項１〜３の何れか一項に記載の分離ユニット。
  5. 前記構造材が薄膜材、シート又はフィルムである請求項１〜４の何れか一項に記載の分離ユニット。
  6. 前記構造材の厚みが１．０μｍ〜１００μｍである請求項１〜５の何れか一項に記載の分離ユニット。
  7. 前記構造材の引張弾性率が１０ＭＰａ〜４０００ＭＰａである請求項１〜６の何れか一項に記載の分離ユニット。
  8. 前記構造材が薄膜材、シート又はフィルムであり、前記薄膜材、シート又はフィルムの表面が凹凸加工された請求項５〜７の何れか一項に記載の分離ユニット。
  9. 前記凹凸加工は皺加工、エンボス加工又はプリーツ加工である、請求項８に記載の分離ユニット。
  10. 前記フィルターを構成する孔の孔径が一次側から二次側へ向けて徐々に小さくされた非対称設計である、請求項１〜９の何れか一項に記載の分離ユニット。
  11. 前記試料が血液であり、前記濾液が血漿である請求項１〜１０の何れか一項に記載の分離ユニット。
  12. 試料導入用のインレットと、
    前記試料からフィルターの孔径よりも大きい成分を選択的に分離するフィルターと、
    前記フィルターの二次側に配置された可撓性を有する構造材と、 を備えた流体デバイスであって、
    前記フィルターと前記構造材との間隙に連通するアウトレットと、を備え、
    前記構造材は、前記フィルターの二次側の面を覆うように前記フィルターに密着又は近接して配置されており、前記フィルターの二次側の面と前記構造材の間隙によって構成される濾液収容部に溜まった濾液の荷重によって降下して、フィルターの二次側の面から離れるように変形することを特徴とする流体デバイス。
  13. 前記フィルターの一次側に試料を注入可能な第一空間部と、前記第一空間部とは独立して前記フィルターの二次側に前記構造材を収容する第二空間部と、を形成する筐体が更に備えられたことを特徴とする請求項１２に記載の流体デバイス。
  14. 前記構造材が前記フィルターの二次側を覆い、前記構造材の周縁部が前記フィルターの二次側の周縁部に固定され、前記構造材の中央部が前記フィルターの二次側の面から前記第二空間部を構成する筐体までの間で可動自在に配置されたことにより、 前記構造材と前記フィルターの二次側の面との間隙に、体積可変の前記濾液収容部が形成された請求項１３に記載の流体デバイス。
  15. 前記アウトレットが、前記濾液収容部に連通する管からなる請求項１４に記載の流体デバイス。
  16. 前記筐体において、前記アウトレットが前記フィルターの二次側の面と同じ水準に設けられた請求項１３〜１５の何れか一項に記載の流体デバイス。
  17. 前記筐体において、前記アウトレットが前記フィルターの二次側の面の下方に設けられた請求項１３〜１５の何れか一項に記載の流体デバイス。
  18. 前記筐体が、
    前記第一空間部を形成し、前記フィルターの一次側を覆う凹部を備えた蓋体と、
    前記第二空間部を形成し、前記フィルターの二次側及び構造材を覆う凹部を備えた底体と、
    によって構成された請求項１３〜１７の何れか一項に記載の流体デバイス。
  19. 前記試料が血液であり、前記濾液が血漿である請求項１２〜１６の何れか一項に記載の流体デバイス。
  20. 請求項１〜１１の何れか一項に記載の分離ユニット又は請求項１２〜１９の何れか一項に記載の流体デバイスを使用して、試料からフィルターの孔径よりも大きい成分を分離することを特徴とする分離方法。
  21. 液体成分と固体成分とを含む試料を、前記試料から前記液体成分を選択的に濾過するフィルターの一次側に供給する工程と、
    毛細管現象により前記フィルター内部に浸み込み、前記フィルターの二次側に到達した液体成分を、前記フィルターの二次側に配置された可撓性を有する構造材であって、前記フィルターの二次側の面を覆うように前記フィルターに密着又は近接して配置されており、前記フィルターの二次側の面と前記構造材の間隙によって構成される濾液収容部に溜まった濾液の荷重によって降下して、前記フィルターの二次側の面から離れるように変形する前記構造材と前記フィルターとの間隙の体積を拡大するとともに、
    押し下げられた前記構造材が、濾過された前記液体成分を介して更に前記毛細管現象を継続させる工程と、
    を含む分離方法。
  22. 前記フィルターの二次側の面と前記構造材との離間距離が広がる速度が、前記フィルターの単位面積当たりの濾過速度以下である請求項２０又は２１に記載の分離方法。
  23. 前記フィルターの二次側の面と前記構造材との離間距離が広がる速度と、前記フィルターの単位面積当たりの濾過速度とが、正の相関を有する請求項２０又は２１に記載の分離方法。
  24. 前記フィルターで濾過された液体成分を前記間隙から導出する工程を含む、請求項２１〜２３の何れか一項に記載の分離方法。
  25. 前記試料を供給する前に、前記フィルターと前記構造材との間の空気を抜く工程を含む、請求項２１〜２４の何れか一項に記載の分離方法。
  26. 前記間隙の体積が拡大された後、前記間隙を減圧する工程を含む、請求項２１〜２５の何れか一項に記載の分離方法。
  27. 前記フィルターの一次側に前記試料を供給する前に、予め前記フィルターに液体を含ませる工程を含む、請求項２１〜２６の何れか一項に記載の分離方法。
  28. 前記試料は血球と血漿とを含む血液であり、前記フィルターで濾過された濾液は血漿である請求項２０〜２７の何れか一項に記載の分離方法。
  29. 請求項１〜１１の何れか一項に記載の分離ユニットと、前記分離ユニットが備えるフィルターに含まれる液体と、を有することを特徴とするキット。
  30. 請求項１〜１１の何れか一項に記載の分離ユニット又は請求項１２〜１９の何れか一項に記載の流体デバイスを使用して、血液を含む試料から血球を分離して得られた血漿中のエキソソームが内包する生体分子を検出する複合型流体デバイスであって、前記分離ユニット又は前記流体デバイスを備えた前処理部と、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物で修飾された層を有するエキソソーム精製部と、生体分子検出部と、
    を備えたことを特徴とする複合型流体デバイス。
  31. 液体成分と固体成分とを含む試料から前記液体成分を選択的に濾過するフィルターと、
    前記フィルターの二次側に配置された可撓性を有する構造材と、を備え、
    前記フィルターは、前記試料を一次側に供給した際に前記液体成分が毛細管現象により前記フィルター内部に浸み込み、
    前記構造材は、前記フィルターの二次側の面を覆うように前記フィルターに密着又は近接して配置されており、前記フィルターの二次側の面と前記構造材の間隙によって構成される濾液収容部に溜まった濾液の荷重によって降下して、前記フィルターの二次側の面から離れるように変形し、
    前記フィルターと前記構造材との間隙の体積が拡大するとともに、濾過された前記液体成分を介して更に前記毛細管現象を継続させることを特徴とする分離ユニット。
JP2015551492A 2013-12-03 2014-11-28 分離ユニット、分離方法、流体デバイス、複合型流体デバイス及びキット Expired - Fee Related JP6566319B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013249986 2013-12-03
JP2013249986 2013-12-03
PCT/JP2014/081598 WO2015083646A1 (ja) 2013-12-03 2014-11-28 分離ユニット、分離方法、流体デバイス、複合型流体デバイス及びキット

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2015083646A1 JPWO2015083646A1 (ja) 2017-03-16
JP6566319B2 true JP6566319B2 (ja) 2019-08-28

Family

ID=53273409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015551492A Expired - Fee Related JP6566319B2 (ja) 2013-12-03 2014-11-28 分離ユニット、分離方法、流体デバイス、複合型流体デバイス及びキット

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160274010A1 (ja)
EP (1) EP3078956A4 (ja)
JP (1) JP6566319B2 (ja)
WO (1) WO2015083646A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6762494B2 (ja) * 2016-02-29 2020-09-30 国立大学法人大阪大学 エクソソームの形状分布の解析装置、がん検査装置、エクソソームの形状分布の解析方法、及びがん検査方法
CN108732001B (zh) * 2017-04-24 2021-03-05 光宝电子(广州)有限公司 血浆血球分离装置及其分离方法
KR102056939B1 (ko) * 2018-01-26 2019-12-17 (주)메타포어 진동자를 가진 생체분자 필터 및 이를 이용한 생체분자 동적 분리 장치
WO2019147070A1 (ko) * 2018-01-25 2019-08-01 (주)메타포어 생체분자 필터 및 이를 이용한 생체분자 동적 분리 장치
WO2019152970A1 (en) 2018-02-05 2019-08-08 Clemson University Research Foundation Channeled fibers in separation of biologically active nanoparticles
WO2020067716A1 (ko) * 2018-09-27 2020-04-02 한국과학기술원 멤브레인을 기반으로 하는 액상 유체 전처리용 디바이스
KR102164207B1 (ko) * 2020-03-04 2020-10-12 (주) 테크로스 초음파 탁도제거장치
JP2023144563A (ja) * 2022-03-28 2023-10-11 藤森工業株式会社 接着フィルム並びにそれを用いた金属端子及び二次電池

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4212280A1 (de) * 1992-04-11 1993-10-14 Boehringer Mannheim Gmbh Asymmetrisch poröse Membranen
FR2735702B1 (fr) 1995-06-22 1997-07-25 Inst Textile De France Dispositif de separation physico-chimique de constituants d'un fluide
JP2005265685A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Arkray Inc 血漿成分分析装置
GB0525997D0 (en) * 2005-12-21 2006-02-01 Oxford Biosensors Ltd Micro-fluidic structures
JP4844318B2 (ja) * 2006-09-22 2011-12-28 住友ベークライト株式会社 マイクロ流路デバイス
AU2008223632B2 (en) * 2007-03-02 2012-11-01 Smith & Nephew Plc Apparatus and method for solid/liquid separation by filtration
EP2055384A1 (de) * 2007-10-31 2009-05-06 Leukocare AG Vorrichtung zum Nachweis von Bestandteilen in einem Fluid
JP5475692B2 (ja) * 2008-02-27 2014-04-16 ベーリンガー インゲルハイム マイクロパーツ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 血漿の分離装置
JP5297463B2 (ja) * 2008-09-02 2013-09-25 テルモ株式会社 血液処理器具
EP2264453B1 (en) 2009-06-17 2013-04-03 Leukocare Ag Method for filtering blood
WO2011027092A1 (en) * 2009-09-01 2011-03-10 F. Hoffmann-La Roche Ag Micro-fluidic structures
CN103229053B (zh) * 2010-07-27 2015-06-24 西北大学 过滤血浆的装置和方法
KR101254675B1 (ko) * 2010-10-25 2013-04-15 주식회사 싸이토젠 세포 채집 장치
CN103620369B (zh) * 2011-06-27 2016-06-29 Emd密理博公司 用于过滤液体样品的方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2015083646A1 (ja) 2017-03-16
WO2015083646A1 (ja) 2015-06-11
EP3078956A1 (en) 2016-10-12
EP3078956A4 (en) 2017-06-28
US20160274010A1 (en) 2016-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6566319B2 (ja) 分離ユニット、分離方法、流体デバイス、複合型流体デバイス及びキット
US11016108B2 (en) Microfluidic devices and methods for performing serum separation and blood cross-matching
US11371983B2 (en) Vacuum-assisted plasma separation
EP2443451B1 (en) Blood filter
US9339815B2 (en) Diagnostic cartridge and control method for diagnostic cartridge
EP3486309A1 (en) Collection of suspended cells using a transferable membrane
US11426699B2 (en) Capillary pressure re-set mechanism and applications
EP2260300B1 (en) Method and device for particle removal and droplet preparation for qualitative and quantitative bioanalysis
JP2007304016A (ja) 血液分離装置
JP2004508114A (ja) 生物流体から不溶解成分を分離する装置および方法
JP2004361419A (ja) 血液濾過ユニット
KR20150039051A (ko) 혈액으로부터 혈장 또는 혈청을 분리하는 혈액 필터 장치 및 그의 용도
CN104155462B (zh) 一种微流控免疫检测分析芯片及其分析仪器
WO2017066884A1 (en) Fluidic circuits and methods for bacterial screening
TWI627991B (zh) 自驅式微流體過濾裝置、微流體過濾裝置及微流體驅動裝置
JP3833830B2 (ja) 血液成分分離器
US20100240119A1 (en) Microseparation structure and devices formed therewith
CA3102269C (en) Biological fluid separation device
US20100264099A1 (en) Separation device comprising a physical barrier
JP4609323B2 (ja) 検体採取液容器
JP2007003482A (ja) 臨床検査キット
KR101551644B1 (ko) 연속 유동식 혈액 분리 구조를 갖는 바이오칩
WO2009068026A1 (en) Micro capillaries and a separation device comprising them
JP2008076158A (ja) 血液分離装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160516

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171120

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171120

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20171120

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20181026

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181204

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20190130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190318

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190618

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190718

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6566319

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees