JP6615499B2 - Separation and capture device for cells or liposome particles - Google Patents

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Description

本発明は、曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置に関する。   The present invention relates to a particle separation and capture device having a small bending elastic modulus.

従来より、細胞あるいはリポソーム等の曲げ弾性係数が小さい粒子を使用した研究が行われている。このような研究を行う上で、上記粒子を粒径により選別したり、粒子を捕捉して平面的に並べてアレイ化することが必要となる場合がある。   Conventionally, research using particles having a small bending elastic modulus such as cells or liposomes has been conducted. In conducting such research, it may be necessary to sort the particles according to particle size, or to capture the particles and arrange them in a plane to form an array.

このような目的で、例えば下記非特許文献1、2には、DLD(Deterministic lateral displacement 決定論的横置換法)によるPSビーズのサイズ分離方法が開示されている。また、下記非特許文献3、4には、マイクロ流体デバイスによる細胞やリポソームの並列空間配置方法が開示されている。   For this purpose, for example, Non-Patent Documents 1 and 2 listed below disclose a method for separating PS beads by DLD (Deterministic Lateral Displacement Deterministic Lateral Replacement Method). Non-Patent Documents 3 and 4 below disclose a method for arranging cells and liposomes in parallel space using a microfluidic device.

L. R. Huang et al., Science, 304, 987 (2004).L. R. Huang et al., Science, 304, 987 (2004). D. W. Inglis et al., Lab Chip, 6, 655 (2006).D. W. Inglis et al., Lab Chip, 6, 655 (2006). A. M. Skelley et al., Nat. Methods, 6, 147 (2009).A. M. Skelley et al., Nat. Methods, 6, 147 (2009). T. Robinson et al., Lab Chip, 14, 2852 (2014).T. Robinson et al., Lab Chip, 14, 2852 (2014).

しかし、上記従来の技術においては、細胞、リポソーム等の曲げ弾性係数が小さい粒子を粒径あるいは曲げ弾性係数により選別し、且つ平面的に並べることを連続して行うことができなかった。   However, in the above-described conventional technology, it has not been possible to continuously select particles such as cells and liposomes having a small bending elastic modulus based on the particle diameter or the bending elastic modulus and arrange them in a plane.

本発明の目的は、曲げ弾性係数が小さい粒子を粒径または曲げ弾性係数により選別し、且つ平面的に並べてアレイ化することを容易に行える曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a separation and capture device for particles having a small bending elastic modulus, which can easily sort particles having a small bending elastic modulus according to particle size or bending elastic modulus and arrange them in a plane. It is in.

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置であって、流体中に分散されて流れる曲げ弾性係数が小さい粒子のうち、特定の粒径または特定の曲げ弾性係数が分布の中心である粒子を捕捉し、平面的に配列する粒子捕捉部を備え、前記粒子捕捉部は、前記粒子を捕捉するトラップと、前記流体の、前記粒子捕捉部より上流側の流れの状態を層流に維持する流れ状態調整部と、を含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention is a particle separation / capture device having a small bending elastic modulus, and is a specific particle size among particles having a small bending elastic modulus flowing dispersedly in a fluid. Alternatively, the particle capturing unit includes a particle capturing unit that captures particles having a specific bending elastic modulus at the center of distribution and arranges the particles in a plane, and the particle capturing unit includes the trap for capturing the particles and the particle capturing unit for the fluid. And a flow state adjusting unit that maintains a laminar flow state on the upstream side.

また、本発明の他の実施形態は、曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置であって、流体中に分散されて流れる曲げ弾性係数が小さい粒子の軌道を、前記粒子の粒径または曲げ弾性係数に応じて異ならせ、粒径毎または曲げ弾性係数毎に分離する粒子分離部と、前記粒子分離部により分離された粒子のうち、特定の粒径または特定の曲げ弾性係数が分布の中心である粒子を捕捉し、平面的に配列する粒子捕捉部と、を備え、前記粒子捕捉部は、前記粒子を捕捉するトラップと、前記流体の、前記粒子分離部における流れの状態を層流に維持する流れ状態調整部と、を含むことを特徴とする。   Further, another embodiment of the present invention is a device for separating and capturing particles having a small bending elastic modulus, wherein the particle trajectory of the particles having a small bending elastic coefficient dispersed and flowing in a fluid is changed to the particle size or bending elasticity of the particles. The particle separation part that is separated according to the coefficient and separated for each particle diameter or each bending elastic modulus, and among the particles separated by the particle separation part, a specific particle diameter or a specific bending elastic coefficient is at the center of the distribution. A particle trap that traps certain particles and arranges the particles in a plane, and the particle trap maintains the laminar flow of the trap for trapping the particles and the fluid in the particle separator. And a flow state adjusting unit.

上記粒子分離部は、断面が矩形のトンネル状の流路に形成され、前記流体の流れ方向に直交し、前記トンネル状の流路の互いに対向する面の一方と他方との間を接続する柱状の障害物が、前記流体の流れ方向に対して一定の角度となるように配列されているのが好適である。   The particle separation portion is formed in a tunnel-shaped flow path having a rectangular cross section, and is perpendicular to the fluid flow direction, and connects a columnar shape between one and the other surfaces of the tunnel-shaped flow path. It is preferable that the obstacles are arranged at a constant angle with respect to the fluid flow direction.

また、上記粒子捕捉部は、断面が矩形のトンネル形状の流路に形成され、前記トラップは、前記トンネルの形状の流路の互いに対向する面の一方と他方との間を接続するとともに、前記流体の流れ方向の上流側に粒子を受け入れる開口を有し、下流側に流体の流れを確保する排液口を有するのが好適である。   The particle trapping portion is formed in a tunnel-shaped channel having a rectangular cross section, and the trap connects between one and the other of the mutually facing surfaces of the tunnel-shaped channel, and It is preferable to have an opening for receiving particles on the upstream side in the fluid flow direction and a drainage port for securing the fluid flow on the downstream side.

また、上記トラップは、前記開口に対して前記流体の流れ方向の上流側で、前記開口を形成する壁状突起部を延長する位置に配置され、且つ前記壁状突起部との間に排水路を形成する一対の門柱構造を備えるのが好適である。   The trap is disposed upstream of the opening in the fluid flow direction, at a position extending a wall-like protrusion that forms the opening, and between the wall-like protrusion and a drainage channel. It is preferable to provide a pair of gate pillar structures that form

また、上記流れ状態調整部には、前記流体の流れ方向の上流側に粒子を受け入れる開口を有するダミートラップが形成されているのが好適である。その場合、上流側に粒子を受け入れる開口とともに下流側に流体の流れを確保する排液口を持つダミートラップがより好ましい。   Moreover, it is preferable that the flow state adjusting unit is formed with a dummy trap having an opening for receiving particles on the upstream side in the fluid flow direction. In that case, a dummy trap having an opening for receiving particles on the upstream side and a drainage port for securing a fluid flow on the downstream side is more preferable.

また、上記ダミートラップには排液口が形成され、前記排液口は、前記トラップの排液口より大きな間隙に形成されているのが好適である。   Further, it is preferable that a drainage port is formed in the dummy trap, and the drainage port is formed in a gap larger than the drainage port of the trap.

本発明によれば、曲げ弾性係数が小さい粒子を粒径により選別し、且つ平面的に並べてアレイ化することを容易に行うことができる。   According to the present invention, it is possible to easily select particles having a small bending elastic modulus based on the particle diameter, and arrange them in a plane to form an array.

実施形態にかかる曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the isolation | separation capture device of the particle | grains with a small bending elastic modulus concerning embodiment. 実施形態にかかるマイクロピラーの配列方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the arrangement | sequence method of the micro pillar concerning embodiment. 実施形態にかかるトラップA、ダミートラップA’、B、B’、B”の幾何構造の例の平面図である。It is a top view of the example of the geometrical structure of the trap A concerning embodiment, dummy trap A ', B, B', B ". 実施形態にかかるトラップAの変形例の平面図である。It is a top view of the modification of trap A concerning an embodiment. 実施例に係る分離捕捉装置による分離捕捉操作後の粒径解析で得た粒径分布を示す図である。It is a figure which shows the particle size distribution obtained by the particle size analysis after the separation capture operation by the separation capture device concerning an Example.

以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という)を、図面に従って説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

図1(a)、(b)には、実施形態にかかる曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置の構成例が示される。図1(a)が平面図であり、図1(b)が図1(a)のb−b断面図である。   FIGS. 1A and 1B show a configuration example of a particle separation and capture device having a small bending elastic modulus according to the embodiment. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line bb in FIG.

図1(a)において、上記分離捕捉装置は、粒子分離部10と粒子捕捉部12とを備えている。粒子分離部10は、流体中に分散されて流れる曲げ弾性係数が小さい粒子(粒径は一定ではなく、種々の粒径が含まれている)の流れ方向(軌道)を上記粒子の粒径に応じて異ならせ、粒径毎に分離する。この粒子分離部10は、断面が矩形のトンネル状に形成された流路に、上記流体の流れ方向に直交し、トンネルの互いに対向する面の一方と他方(底面と天井面)との間を接続する柱状の障害物(以後、マイクロピラーと言うことがある。)が、上記流体の流れ方向に対して一定の角度となるように形成されており、DLDが形成されている。粒子分離部10のトンネル内を流れる流体は層流状態となるように設計され、この流体に上記粒子が流されて移動する。   In FIG. 1 (a), the separation / capture device includes a particle separation unit 10 and a particle capture unit 12. The particle separation unit 10 uses the flow direction (orbits) of particles having a small bending elastic modulus dispersed in the fluid (the particle size is not constant and includes various particle sizes) as the particle size of the particles. Different according to the particle size. The particle separation unit 10 is formed in a channel formed in a tunnel shape having a rectangular cross section, and is perpendicular to the fluid flow direction and between one side and the other side (bottom surface and ceiling surface) of the tunnel facing each other. A columnar obstacle to be connected (hereinafter sometimes referred to as a micro pillar) is formed at a certain angle with respect to the flow direction of the fluid, and a DLD is formed. The fluid flowing in the tunnel of the particle separation unit 10 is designed to be in a laminar flow state, and the particles are moved by the fluid to move.

図1(b)において、粒子分離部10の流路14は、断面が矩形のトンネル状となっており、マイクロピラー16はトンネル状の流路14の互いに対向する底面Uと天井面Cとの間を接続する柱状の障害物として形成されている。なお、図1(b)では、マイクロピラー16が3本記載されているが、これは断面図に現れるマイクロピラー16の概要を模式的に表現したものであり、マイクロピラー16の正確な配列を表現したものではない。   In FIG. 1B, the flow path 14 of the particle separation unit 10 has a tunnel shape with a rectangular cross section, and the micro pillar 16 has a bottom surface U and a ceiling surface C of the tunnel-shaped flow path 14 facing each other. It is formed as a columnar obstacle that connects them. In FIG. 1B, three micro pillars 16 are described. This is a schematic representation of the micro pillars 16 appearing in the cross-sectional view, and the accurate arrangement of the micro pillars 16 is shown. It is not a representation.

上記マイクロピラー16は、上記流体の流れ方向に対して一定の角度となるように配列されている。なお、図1(a)の例における粒子分離部10では、マイクロピラー16の配列の上記角度が異なる2つの分離領域10a、10bを含んでいる。この分離領域10a、10bについては後述するが、分離領域の数は2つに限定されず、分離する粒子の性状、粒径等に応じて、任意の数の分離領域を設けることができる。   The micro pillars 16 are arranged at a constant angle with respect to the fluid flow direction. The particle separation unit 10 in the example of FIG. 1A includes two separation regions 10a and 10b having different angles of the arrangement of the micro pillars 16. Although the separation regions 10a and 10b will be described later, the number of separation regions is not limited to two, and an arbitrary number of separation regions can be provided according to the properties, particle sizes, and the like of the particles to be separated.

また、図1(a)には、実施形態にかかる曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置への当該粒子及びこれを流すための流体の供給方法の例も示される。図1(a)において、適宜な流体に分散させた上記粒子は、流路Iにより粒子分離部10における上流側分離領域10aの流路中央から導入され、その両側から2つの流路II及びIIIを用いて粒子を分散させた流体と同じ流体が分離領域10aに導入される。その後、流体は、下流側の分離領域10b、さらに下流側に配置された粒子捕捉部12、粒子捕捉部12の下流側に配置された図示しない排水口の順序で流れる。上記粒子が分散された流体は、その両側に供給される流体により挟まれて分離領域10aに導入されるので、上記粒子を層流に乗せて粒子分離部10の流路内(分離領域10a、10b内)を移動させることが可能となる。   FIG. 1A also shows an example of a method for supplying the particles to the separation and capture device for particles having a small bending elastic modulus and a fluid for flowing the particles according to the embodiment. In FIG. 1A, the particles dispersed in an appropriate fluid are introduced from the flow path center of the upstream separation region 10a in the particle separation unit 10 by the flow path I, and two flow paths II and III from both sides thereof. The same fluid as the fluid in which the particles are dispersed using is introduced into the separation region 10a. Thereafter, the fluid flows in the order of the separation region 10b on the downstream side, the particle capturing unit 12 disposed further downstream, and the drain port (not shown) disposed on the downstream side of the particle capturing unit 12. The fluid in which the particles are dispersed is introduced into the separation region 10a by being sandwiched between the fluids supplied to both sides thereof, so that the particles are placed in a laminar flow in the flow path of the particle separation unit 10 (separation region 10a, 10b) can be moved.

なお、上記流体としては、蒸留水、超純水、脱イオン水、糖もしくは無機塩類を含む水溶液および緩衝液が好適である。また、上記粒子が細胞である場合には、細胞培養液や塩濃度の高い緩衝液が好適である。   As the fluid, distilled water, ultrapure water, deionized water, an aqueous solution containing sugar or inorganic salts, and a buffer solution are suitable. When the particles are cells, a cell culture solution or a buffer solution having a high salt concentration is preferable.

図2には、マイクロピラー16の配列方法の例が示される。図2において、マイクロピラー16は円柱形状であり、丸印(○)で示されている。また、流体の流れ方向が矢印Fで示されており、マイクロピラー16の中心を結ぶ線分に平行な線分がLcで示されている。なお、マイクロピラー16の形状としては、円柱形状に限定されず、例えば三角柱形状とすることもできる。   FIG. 2 shows an example of a method for arranging the micro pillars 16. In FIG. 2, the micro pillar 16 has a cylindrical shape and is indicated by a circle (◯). The fluid flow direction is indicated by an arrow F, and a line segment parallel to the line connecting the centers of the micro pillars 16 is indicated by Lc. The shape of the micro pillar 16 is not limited to a cylindrical shape, and may be a triangular prism shape, for example.

図2に示されるように、マイクロピラー16は、流体の流れ方向Fに対して、中心を結ぶ線分Lcが一定の角度θをなすように配列されている。上記角度θはマイクロピラー16のシフト率εによって決定される。ここで、シフト率εは、流体の流れ方向F(線分Lcに平行な方向)で隣接するマイクロピラー間の、流れ方向Fに直交する方向におけるマイクロピラーの中心間距離に対する中心のずれの割合である。すなわち、図2に示されるように、マイクロピラーの中心間距離(流体の流れ方向F及びこれに直交する方向での中心間距離)をλとすると、ε×λが、上記隣接するマイクロピラー間の、流れ方向Fに直交する方向における中心間のずれの長さとなる。また、図2において、gはマイクロピラーの壁間距離(表面の間の最短距離、すなわち流体の流れ方向Fに直交する方向での中心を結ぶ線分上における表面の間の距離)である。上記非特許文献2によれば、曲げ弾性係数が小さい粒子がマイクロピラーにより流れを邪魔されながらも流れ方向Fに沿って移動する粒径と、マイクロピラーに流れを邪魔されつつ、流れ方向Fに直交する方向の角度成分を持って移動する粒径との境界粒径が上記壁間距離g及びシフト率εの値によって決定される。   As shown in FIG. 2, the micro pillars 16 are arranged such that a line segment Lc connecting the centers forms a certain angle θ with respect to the fluid flow direction F. The angle θ is determined by the shift rate ε of the micro pillar 16. Here, the shift rate ε is the ratio of the center shift with respect to the center-to-center distance of the micropillars in the direction perpendicular to the flow direction F between the micropillars adjacent in the fluid flow direction F (direction parallel to the line segment Lc). It is. That is, as shown in FIG. 2, when the distance between the centers of the micro pillars (the distance between the centers in the fluid flow direction F and the direction perpendicular thereto) is λ, ε × λ is the distance between the adjacent micro pillars. Of the center in the direction orthogonal to the flow direction F. In FIG. 2, g is the distance between the walls of the micro pillar (the shortest distance between the surfaces, that is, the distance between the surfaces on the line segment connecting the centers in the direction orthogonal to the fluid flow direction F). According to Non-Patent Document 2, a particle having a small bending elastic modulus moves along the flow direction F while the flow is blocked by the micropillar, and the flow in the flow direction F while the flow is blocked by the micropillar. The boundary particle size with the particle size moving with the angle component in the orthogonal direction is determined by the values of the inter-wall distance g and the shift rate ε.

また、曲げ弾性係数が小さい粒子を粒子分離部10(DLD)に流すと、その粒径だけでなく、粒径が同じでも「曲げ弾性係数」により上記流れ方向(軌道)を異ならせることができる。このため、曲げ弾性係数による粒子の分離、選別も可能である。この場合、粒子の粒径が均一でない場合には、粒径と曲げ弾性係数の両者の相違に対して同時にDLDの原理が働くので、およそ一定の粒径で一定の曲げ弾性係数を有する粒子を選別することができる。なお、予め篩の原理等を使用してほぼ一定の粒径の粒子を選別しておき、これを粒子分離部10に流せば、曲げ弾性係数の相違のみで粒子を選別することができる。   Further, when particles having a small bending elastic modulus are caused to flow through the particle separation unit 10 (DLD), the flow direction (orbit) can be varied depending on the “bending elastic modulus” not only in the particle diameter but also in the same particle diameter. . For this reason, the separation and selection of particles based on the bending elastic modulus are possible. In this case, if the particle size is not uniform, the DLD principle works simultaneously on the difference between the particle size and the flexural modulus. Can be sorted. If particles having a substantially constant particle diameter are selected in advance using the principle of sieving and then flowed to the particle separator 10, the particles can be selected only by the difference in bending elastic modulus.

上述したように、粒子分離部10には2つの分離領域10a、10bが形成されているが、これらの分離領域10a、10bでは、分離領域10aにおけるシフト率εが分離領域10bにおけるシフト率εより小さく設定されている。図1(a)に示された分離領域10a、10bでは、上記壁間距離gを一定とし、シフト率εの値を分離領域10aと10bとで変更して分離される粒子の粒径あるいは曲げ弾性係数を制御している。   As described above, the particle separation unit 10 is formed with two separation regions 10a and 10b. In these separation regions 10a and 10b, the shift rate ε in the separation region 10a is greater than the shift rate ε in the separation region 10b. It is set small. In the separation regions 10a and 10b shown in FIG. 1A, the particle size or bending of the particles separated by changing the value of the shift rate ε between the separation regions 10a and 10b while keeping the distance g between the walls constant. The elastic modulus is controlled.

なお、以上に述べた粒子分離部10の分離領域10a、10bは、DLDにより構成されているが、これには限定されず、例えばピンチフロータイプの粒子分離装置を使用することもできる。   The separation regions 10a and 10b of the particle separation unit 10 described above are configured by DLD. However, the present invention is not limited to this, and for example, a pinch flow type particle separation device may be used.

また、上記粒子捕捉部12は、上記粒子分離部10により分離された粒子のうち、特定の粒径(以後、標的粒径という)が粒径分布の中心である粒子を捕捉し、平面的に配列する。なお、上述したように、曲げ弾性係数で分離された粒子のうち、特定の曲げ弾性係数が分布の中心である粒子を捕捉し、平面的に配列することもできる。   The particle capturing unit 12 captures particles having a specific particle size (hereinafter referred to as a target particle size) at the center of the particle size distribution among the particles separated by the particle separating unit 10 in a planar manner. Arrange. As described above, among the particles separated by the bending elastic modulus, particles having a specific bending elastic modulus being the center of distribution can be captured and arranged in a plane.

粒子捕捉部12は、上記粒子を捕捉するトラップと、流体の、上記粒子分離部10における流れの状態を層流に維持する流れ状態調整部と、を含む。図1(a)の例では、粒子捕捉部12に、標的粒径の粒子を捕捉するためのトラップAと、流れ状態調整部を構成するダミートラップA’、B、B’、B”が配置されている。トラップAとダミートラップA’、及びダミートラップB、B’、B”はそれぞれ同様の幾何構造とした。なお、これらを相似の幾何構造としてもよい。   The particle capturing unit 12 includes a trap that captures the particles and a flow state adjusting unit that maintains the flow state of the fluid in the particle separating unit 10 in a laminar flow. In the example of FIG. 1A, the trap A for trapping particles having a target particle diameter and the dummy traps A ′, B, B ′, B ″ constituting the flow state adjusting unit are arranged in the particle trap 12. Trap A, dummy trap A ′, and dummy traps B, B ′, B ″ have the same geometric structure. These may be similar geometric structures.

図3(a)、(b)には、トラップA、ダミートラップA’、B、B’、B”の幾何構造の例の平面図が示される。図3(a)がトラップA及びダミートラップA’の例であり、図3(b)がダミートラップB、B’、B”の例である。なお、図3(a)、(b)には、トラップA及びダミートラップA’、B、B’、B”の配列の一部が示されている。また、図の左側から流体が流れてくるものとする。   3A and 3B are plan views showing examples of the geometric structure of the trap A and the dummy traps A ′, B, B ′, and B ″. FIG. 3A shows the trap A and the dummy trap. This is an example of A ′, and FIG. 3B is an example of dummy traps B, B ′, B ″. 3A and 3B show a part of the arrangement of the trap A and the dummy traps A ′, B, B ′, B ″. Further, the fluid flows from the left side of the figure. Shall be included.

図3(a)において、トラップAは、上記流体の流れ方向の上流側に粒子を受け入れる開口18を有し、下流側(底部側)に流体の流れを確保する排液口20を有する。上記開口18は、上記流体の流れ方向の上流側に突出する2つの壁状突起部Pの間の領域として形成される。ここで、排液口20の間隙Gは捕捉された曲げ弾性係数が小さい粒子が変形を伴いながらすり抜けてしまわないように、マイクロファブリケーション上可能な限り小さくする必要がある。そこで、捕捉する粒子の標的粒径xに対してG=x/5〜x/4とするのが好適である。次に、粒径の大きな粒子によるトラップAの詰まりを防止しつつ、かつ前段(上流側)のトラップAを迂回した粒子の重心が後段(下流側)のトラップAに流れ込む層流に乗る確率を高くする必要がある。このため、トラップAの配置間隔Lは狭すぎても広すぎても不都合であるので、L=x+1〜x+3とするのが好適である。ここで、配置間隔とは、流体の流れ方向及び流れ方向に直交する方向におけるトラップAの壁間距離である。また、トラップAの上流側に形成された開口18の幅、及び開口18の両側の壁状突起部Pの幅は、いずれも上記Lと同じにするのが好適である。図3の例では、壁状突起部Pの流体の流れ方向における長さが3L/2とされているが、これに限定されるものではなく、上記前段のトラップAを迂回した粒子の重心が後段のトラップAに流れ込む層流に乗る確率を高くできればよい。また、ダミートラップA’もトラップAと同じ形状とする。   In FIG. 3A, the trap A has an opening 18 for receiving particles on the upstream side in the fluid flow direction, and a drain port 20 for securing the fluid flow on the downstream side (bottom side). The opening 18 is formed as a region between two wall-shaped protrusions P protruding upstream in the fluid flow direction. Here, it is necessary to make the gap G of the drainage port 20 as small as possible in the microfabrication so that the trapped particles having a small bending elastic modulus do not slip through with deformation. Therefore, it is preferable that G = x / 5 to x / 4 with respect to the target particle size x of the particles to be captured. Next, it is possible to prevent the trap A from being clogged with particles having a large particle diameter, and the probability that the center of gravity of the particle that bypasses the trap (A) on the front stage (upstream side) will ride on the laminar flow that flows into the trap A on the rear stage (downstream side). Need to be high. For this reason, it is inconvenient if the arrangement interval L of the trap A is too narrow or too wide, so it is preferable to set L = x + 1 to x + 3. Here, the arrangement interval is the distance between the walls of the trap A in the fluid flow direction and the direction orthogonal to the flow direction. Further, it is preferable that the width of the opening 18 formed on the upstream side of the trap A and the width of the wall-like protrusions P on both sides of the opening 18 are the same as L. In the example of FIG. 3, the length of the wall-shaped protrusion P in the fluid flow direction is 3L / 2. However, the length is not limited to this, and the center of gravity of the particles bypassing the trap A in the previous stage is It is only necessary to increase the probability of getting into the laminar flow flowing into the trap A at the subsequent stage. Further, the dummy trap A ′ has the same shape as the trap A.

図3(a)に示されるように、トラップAは平面的に配列されているので、トラップAに、細胞やリポソーム等の曲げ弾性係数が小さい粒子を捕捉すれば、同時に平面的な配列もできるので、上記粒子に対する各種試験、研究に大きく役立てることができる。   As shown in FIG. 3 (a), since traps A are arranged in a plane, if traps A capture particles such as cells and liposomes having a small bending elastic modulus, they can be arranged in a plane at the same time. Therefore, it can be greatly useful for various tests and research on the particles.

図3(b)において、ダミートラップB、B’、B”はトラップAと類似の形状に形成されている。これらの形状は、特にトラップB’においては、後述するように、標的粒径以上の大きな粒径の粒子が通過するため、配置間隔D’はトラップAのLより大きく設計するのが好適である。また、開口18の幅L’及び排液口20の間隙G’は、粒子分離部10における流れの状態を層流に維持するという流れ状態調整部の目的に応じて適宜決定する。その際、排液口20の間隙G’は、トラップ領域での層流が変化しないようにトラップAの排液口20の間隙Gに対し2倍から4倍にするのが好適である。なお、上述したように、トラップB’には標的粒径以上の大きな粒径の粒子が流れ込む可能性があるので、排液口20の間隙G’を決定する際にはこの点も考慮する。なお、粒子分離部10における流れの状態を層流に維持することができれば、ダミートラップB、B’、B”には排液口20を設けなくてもよい。   In FIG. 3B, the dummy traps B, B ′, B ″ are formed in a shape similar to that of the trap A. In particular, in the trap B ′, these shapes are larger than the target particle size. It is preferable that the arrangement interval D ′ is designed to be larger than L of the trap A. Further, the width L ′ of the opening 18 and the gap G ′ of the drainage port 20 are determined by the particle size. The flow state in the separation unit 10 is appropriately determined according to the purpose of the flow state adjusting unit for maintaining a laminar flow, and the gap G ′ of the drain port 20 is set so that the laminar flow in the trap region does not change. In addition, it is preferable that the gap G is 2 to 4 times the gap G of the drain port 20 of the trap A. As described above, particles having a larger particle size than the target particle size flow into the trap B ′. Since there is a possibility, the gap G ′ of the drainage port 20 is determined. This point is also taken into consideration when the flow is maintained in the particle separation unit 10 in a laminar flow, even if the dummy traps B, B ′, B ″ are not provided with the drain port 20. Good.

トラップA、ダミートラップA’、B、B’、B”も、図1(b)に示す断面が矩形のトンネル形状の流路内に形成され、マイクロピラー16と同様に、流路14の互いに対向する底面Uと天井面Cとの間を接続する高さとなっている。   The trap A and the dummy traps A ′, B, B ′, B ″ are also formed in a tunnel-shaped channel having a rectangular cross section shown in FIG. It is the height which connects between the bottom face U and the ceiling surface C which oppose.

以上の構成であるダミートラップA’、B、B’、B”がトラップAとともに粒子捕捉部12に形成されることにより、粒子分離部10及び粒子捕捉部12の流路全体で流体抵抗のバランスをとり、流路の中央軸に対して対称な流れ場を構成することができる。この結果、流路全体を通して流体が層流状態で流れ、粒径毎あるいは曲げ弾性係数毎に正確に粒子分離することができる。また、仮にダミートラップA’、B、B’、B”のいずれかがまたは全部がないとすると、トラップAに流入するべき標的粒径の粒子は、流体抵抗のより低いダミートラップがない領域を通って迂回する確率が高くなり、トラップAに捕捉されなくなるという不都合が生じる。   The dummy traps A ′, B, B ′, B ″ having the above-described configuration are formed in the particle capturing unit 12 together with the trap A, so that the fluid resistance balance in the entire flow path of the particle separating unit 10 and the particle capturing unit 12 is achieved. As a result, a fluid flow field that is symmetric with respect to the central axis of the flow path can be constructed, and as a result, the fluid flows in a laminar flow through the entire flow path, and the particles are separated accurately for each particle size or bending elastic modulus. Also, if any or all of the dummy traps A ′, B, B ′, B ″ are missing, the target particle size particles that should flow into the trap A will be a dummy with a lower fluid resistance. The probability of detouring through an area where there is no trap is increased, and there is a disadvantage that trap A is not captured.

図1(a)には、分離領域10a、10bを進行する粒子の軌道も示される。図1(a)において、分離領域10a、10bにおける上記壁間距離g及びシフト率εの値によって決定される標的粒径の粒子は、それより小さい粒径の粒子や大きい粒径の粒子から分離されて粒子捕捉部12に導かれる。図1(a)では、標的粒径の粒子の軌道がLtで、標的粒径より小さい粒径の粒子の軌道がLsで、標的粒径より大きい粒径の粒子の軌道がLbでそれぞれ示されている。   FIG. 1 (a) also shows the trajectories of particles traveling in the separation regions 10a and 10b. In FIG. 1A, particles having a target particle size determined by the values of the inter-wall distance g and the shift rate ε in the separation regions 10a and 10b are separated from particles having a smaller particle size or larger particles. And guided to the particle capturing unit 12. In FIG. 1 (a), the orbit of the target particle size is indicated by Lt, the orbit of the particle size smaller than the target particle size is indicated by Ls, and the orbit of the particle size larger than the target particle size is indicated by Lb. ing.

DLDにおいては、標的粒径より小さい粒径の粒子あるいは曲げ弾性係数が小さい粒子は、流路への導入方向と平行に移動し、標的粒径より大きい粒径の粒子あるいは曲げ弾性係数が大きい粒子はマイクロピラーの配置に沿って、流れ方向Fに直交する方向の角度成分を持って移動する。図1(a)の例では、上述したように、シフト率εの異なるマイクロピラーが形成された分離領域10a、10bを隣接させて配置することにより、標的粒径を持つ粒子あるいは目標とする曲げ弾性係数を有する粒子のみを軌道Ltに沿って移動させてトラップAに導くように設計されている。これにより、標的粒径の粒子あるいは目標とする曲げ弾性係数を有する粒子のみを精度よく分離することができる。なお、標的粒径より小さい粒径の粒子あるいは目標とする曲げ弾性係数より小さい曲げ弾性係数を有する粒子は軌道Lsに沿ってダミートラップB方向に流れ、標的粒径より大きい粒径の粒子あるいは目標とする曲げ弾性係数より大きい曲げ弾性係数を有する粒子は軌道Lbに沿ってダミートラップB’の方向に流れる。   In DLD, particles having a particle size smaller than the target particle size or particles having a small bending elastic modulus move parallel to the direction of introduction into the flow path, and particles having a particle size larger than the target particle size or a particle having a large bending elastic modulus. Moves along the arrangement of the micro pillars with an angular component in a direction perpendicular to the flow direction F. In the example of FIG. 1A, as described above, the separation regions 10a and 10b in which the micropillars having different shift rates ε are formed are arranged adjacent to each other, so that the particles having the target particle diameter or the target bending can be obtained. It is designed so that only particles having an elastic coefficient are moved along the trajectory Lt and guided to the trap A. Thereby, only particles having a target particle diameter or particles having a target bending elastic modulus can be accurately separated. Note that particles having a particle size smaller than the target particle size or particles having a bending elastic modulus smaller than the target bending elastic modulus flow in the direction of the dummy trap B along the trajectory Ls, and have a particle size larger than the target particle size or the target. Particles having a flexural modulus greater than the flexural modulus are expressed in the direction of the dummy trap B ′ along the trajectory Lb.

なお、標的粒径の粒子のみを精度よく分離するためには、図1(a)に示される、トラップAとダミートラップBとの中心間距離m及びトラップAとダミートラップB’との中心間距離nをなるべく大きくする必要がある。なぜなら、流体に分散された粒子の粒径は連続的に分布しており、かつ粒子の膜の曲げ弾性係数が小さく柔らかいことの影響もあり、DLDにおいて軌道が大きく分散し得るからである。ただし、m及びnの値を大きくしすぎると、分離捕捉装置が大きくなりすぎて作製が困難になる。このため、粒子の分離精度と分離捕捉装置の大きさとを勘案して、適宜m及びnの値を決定する。   In order to accurately separate only particles having a target particle size, the center distance m between the trap A and the dummy trap B and the center between the trap A and the dummy trap B ′ shown in FIG. It is necessary to increase the distance n as much as possible. This is because the particle size of the particles dispersed in the fluid is continuously distributed, and the bending elastic modulus of the particle film is small and soft, and the trajectory can be greatly dispersed in the DLD. However, if the values of m and n are too large, the separation / capture device becomes too large, making it difficult to manufacture. For this reason, the values of m and n are appropriately determined in consideration of the separation accuracy of the particles and the size of the separation capturing device.

図4には、トラップAの変形例の平面図が示される。図4において、トラップAは、上記開口18に対して上記流体の流れ方向の上流側で、上記開口18を形成する壁状突起部Pを延長する位置に配置され、且つ上記壁状突起部Pとの間に排水路22を形成する一対の門柱構造P’を備えている。この門柱構造P’の存在により、粒子が収容される空間が、上記流体の流れ方向の上流側に延長されるので、流体の流れ方向に複数の粒子を捕捉して収容することができる。   FIG. 4 shows a plan view of a modified example of the trap A. In FIG. 4, the trap A is arranged at a position extending the wall-shaped protrusion P forming the opening 18 on the upstream side of the opening 18 in the fluid flow direction, and the wall-shaped protrusion P. A pair of gate pillar structures P ′ forming a drainage channel 22 is provided. Due to the presence of the gate pillar structure P ′, the space in which the particles are accommodated extends to the upstream side in the fluid flow direction, so that a plurality of particles can be captured and accommodated in the fluid flow direction.

なお、ダミートラップA’、B、B’、B”は粒子を捕捉するためのものではないが、粒子分離部10及び粒子捕捉部12の流路全体で流体抵抗のバランスをとって流れの状態を調整するものであるので、トラップAと同じ形状とすることが好ましい。このため、ダミートラップA’、B、B’、B”にも上記門柱構造P’を形成してもよい。   The dummy traps A ′, B, B ′, B ″ are not for capturing particles, but the flow state is balanced by the fluid resistance in the entire flow path of the particle separating unit 10 and the particle capturing unit 12. Therefore, the gate pole structure P ′ may be formed also in the dummy traps A ′, B, B ′, and B ″.

上記実施形態にかかる曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置は、従来公知のフォトリソグラフィー技術を利用して作製することができる。材料としては、マイクロピラー、トラップ、ダミートラップにポリジメチルシロキサン、ガラス、アクリル、ポリカーボネート等を使用することができる。また、反応性イオンエッチングによりシリコンウエハーを直接エッチングし、マイクロピラー、トラップ、ダミートラップ等の凹凸のパターンを形成したのちにガラスと接合することにより分離捕捉装置を形成してもよい。   The particle separation / capturing device having a small bending elastic modulus according to the above-described embodiment can be manufactured using a conventionally known photolithography technique. As the material, polydimethylsiloxane, glass, acrylic, polycarbonate, or the like can be used for the micro pillar, trap, and dummy trap. Alternatively, the silicon wafer may be directly etched by reactive ion etching to form an uneven pattern such as a micro pillar, trap, dummy trap, etc., and then bonded to glass to form a separation / capture device.

また、以上に述べた実施形態においては、曲げ弾性係数(膜の曲げに必要なエネルギー)が小さい粒子として、変形しやすい粒子である細胞、リポソーム等が例示されるが、これらには限定されない。ここで、曲げ弾性係数が小さい粒子の曲げ弾性係数を例示すると、リポソームが8×10−14μJ、ただし、柔らかいリポソームでは3.4〜4.2×10−14μJ、赤血球が0.25〜2.05×10−13μJ、バクテリア(細胞性粘菌)0.940〜2.188×10−12μJである。従って、実施形態にかかる曲げ弾性係数が小さい粒子の分離捕捉装置は、上記曲げ弾性係数に近い値の曲げ弾性係数を有する粒子に適用できる。 In the embodiment described above, the particles having a small bending elastic modulus (energy required for bending the membrane) are exemplified by cells, liposomes and the like which are easily deformable particles, but are not limited thereto. Here, when the bending elastic modulus of a particle having a small bending elastic modulus is exemplified, the liposome is 8 × 10 −14 μJ, but the soft liposome is 3.4 to 4.2 × 10 −14 μJ, and the red blood cell is 0.25 to 0.25. 2.05 × 10 −13 μJ and bacteria (cellular slime mold) 0.940 to 2.188 × 10 −12 μJ. Therefore, the particle | grain separation / capture apparatus with a small bending elastic modulus concerning embodiment can be applied to the particle | grains which have a bending elastic modulus close | similar to the said bending elastic modulus.

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。なお、以下の実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。   Examples of the present invention will be specifically described below. In addition, the following examples are for facilitating understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these examples.

<分離捕捉装置の作製>
シリコンウエハー上に公知のフォトリソグラフィー技術を利用して以下の手順によりマイクロピラー並びにトラップ及びダミートラップを形成し、粒子分離部10と粒子捕捉部12とを備える分離捕捉装置を作製した。
<Production of separation and capture device>
A micropillar, a trap, and a dummy trap were formed on a silicon wafer using a known photolithography technique according to the following procedure, and a separation / capturing device including a particle separation unit 10 and a particle trapping unit 12 was manufactured.

まず、マスクレス露光装置(株式会社ナノシステムソリューションズ、D−light DLS−50)を用いて流路パターン(マイクロピラー並びにトラップ及びダミートラップ)に応じて透過部を有するフォトマスクを作製した。   First, using a maskless exposure apparatus (Nano System Solutions Co., Ltd., D-light DLS-50), a photomask having a transmission part was produced according to the flow path pattern (micropillars, traps, and dummy traps).

次に、シリコンウエハー上に、エポキシ樹脂ベースのネガティブフォトレジストであるSU8−25(MicroChem社製)をスピンコートし、熱硬化させた後にフォトマスクから流路パターンを転写した。   Next, an epoxy resin-based negative photoresist SU8-25 (manufactured by MicroChem) was spin-coated on a silicon wafer, thermally cured, and then the flow path pattern was transferred from the photomask.

現像後、流路パターンに応じて微細な凹凸形状を持つシリコン/SU8−25の鋳型が得られる。鋳型の厚みは標的粒径に合わせて設定した。鋳型の厚み(図1(b)に示されたトンネル状の流路14の底面Uと天井面Cとの間の距離に相当する。)は接触式表面形状測定器(株式会社アルバック、Dektak 6M)により測定した。実測値は標的粒径12、16、20μmに対してそれぞれ14.4、18.2、23.0μmとなった。   After development, a silicon / SU8-25 mold having a fine uneven shape according to the flow path pattern is obtained. The mold thickness was set according to the target particle size. The thickness of the casting mold (corresponding to the distance between the bottom surface U of the tunnel-shaped flow path 14 and the ceiling surface C shown in FIG. 1B) is a contact surface shape measuring instrument (ULVAC, Inc., Dektak 6M). ). The measured values were 14.4, 18.2, and 23.0 μm for the target particle sizes of 12, 16, and 20 μm, respectively.

作製した鋳型に対してポリジメチルシロキサン(PDMS、東レダウコーニング社製)を流し込み、硬化させることで型をとった。この型には、図1(a)、図3(a)、(b)に示したトラップAを96〜240個(標的粒径12、16、20μmに対応するものとして、それぞれ96、160、240個。ダミートラップA’も同数とした。)、ダミートラップBを56個、ダミートラップB’、B”を28〜35個配置した。   A mold was formed by pouring polydimethylsiloxane (PDMS, manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) into the produced mold and curing it. In this mold, 96 to 240 traps A shown in FIGS. 1 (a), 3 (a), and (b) (corresponding to target particle sizes 12, 16, and 20 μm, 96, 160, 240. The number of dummy traps A ′ is also the same.), 56 dummy traps B and 28 to 35 dummy traps B ′ and B ″ are arranged.

トラップAにおける配置間隔及び開口18の幅Lは、標的粒径12、16、20μmに対応するものとして、それぞれ14、18、22μm(標的粒径x+2μm)とし、排液口20の間隙Gは、それぞれ3、4、4μmとした。また、ダミートラップB、B’、B”における配置間隔D’は40μmとし、開口18の幅L’は32μmとし、排液口20の間隙G’は8μmとした。   The arrangement interval in the trap A and the width L of the opening 18 are respectively 14, 18, and 22 μm (target particle size x + 2 μm) corresponding to the target particle sizes 12, 16, and 20 μm, and the gap G of the drain port 20 is They were 3, 4, and 4 μm, respectively. The arrangement interval D ′ in the dummy traps B, B ′, B ″ is 40 μm, the width L ′ of the opening 18 is 32 μm, and the gap G ′ of the drainage port 20 is 8 μm.

また、図2に示したシフト率εは標的粒径毎に設定した。標的粒径が12μmに対しては、上流側の分離領域10aで1/17、下流側の分離領域10bで1/16とし、標的粒径が16μmに対しては、上流側の分離領域10aで1/10、下流側の分離領域10bで1/9とし、標的粒径が20μmに対しては、上流側の分離領域10aで1/7、下流側の分離領域10bで1/6とした。また、マイクロピラーの中心間距離λを60μmとし、マイクロピラーの壁間距離gを40μmとした。また、図1(a)に示したm=n=8λ=480μmとし、粒子分離部10の流れ方向の長さ(分離領域10a、10bの長さの合計)を、標的粒径12μmに対して15.84mm、標的粒径16μmに対して9.12mm、標的粒径20μmに対して6.24mmとした。   Further, the shift rate ε shown in FIG. 2 was set for each target particle size. For a target particle size of 12 μm, the upstream separation region 10a is 1/17, for the downstream separation region 10b, 1/16, and for a target particle size of 16 μm, the upstream separation region 10a is 1/10 for the separation region 10b on the downstream side, and 1/7 for the separation region 10a on the upstream side and 1/6 for the separation region 10b on the downstream side for a target particle size of 20 μm. Further, the distance λ between the centers of the micro pillars was set to 60 μm, and the distance g between the walls of the micro pillars was set to 40 μm. Further, m = n = 8λ = 480 μm shown in FIG. 1A, and the length of the particle separation unit 10 in the flow direction (the total length of the separation regions 10a and 10b) is set to a target particle size of 12 μm. 15.84 mm, 9.12 mm for a target particle size of 16 μm, and 6.24 mm for a target particle size of 20 μm.

得られたPDMSの薄片に対し、注入口、排水口を設ける穴あけ加工を施したのち、顕微鏡観察用のカバーグラス(松浪硝子工業社製)と接合することで目的のデバイス(分離捕捉装置)を得た。   The obtained PDMS flakes are drilled to provide an injection port and a drain port, and then bonded to a cover glass for microscope observation (manufactured by Matsunami Glass Industrial Co., Ltd.) to obtain the target device (separation and capture device). Obtained.

接合は、エッチング装置(サムコ株式会社、FA-1)を用いて接着面に酸素プラズマを照射し、活性化することでガラスとPDMSを直接接合する手法を用いた。   The bonding was performed using a technique of directly bonding glass and PDMS by irradiating the activated surface with oxygen plasma using an etching apparatus (Samco Corporation, FA-1) and activating it.

<リポソームの調製>
リポソームはTsumoto法を用いて調製した。Tsumoto法は、一枚膜のリポソームを高効率で調製可能な方法として知られている。
<Preparation of liposome>
Liposomes were prepared using the Tsumoto method. The Tsumoto method is known as a method capable of preparing a single membrane liposome with high efficiency.

リポソームを調製するための最も一般的な方法としては薄膜膨潤法が挙げられ、容器壁に堆積させた脂質二分子膜の薄膜を水を加えて膨潤させ、さらに機械的振動を加えることによりせん断することでリポソームを生成する。上記Tsumoto法では、上述の脂質薄膜に糖をドープすることにより脂質分子間の反発力を増し、一枚膜のリポソームが形成されやすくしている。   The most common method for preparing liposomes is the thin film swelling method. The thin film of lipid bilayer deposited on the container wall is swollen by adding water and then sheared by applying mechanical vibration. To produce liposomes. In the Tsumoto method, the repulsive force between lipid molecules is increased by doping sugar into the above-described lipid thin film, and single-film liposomes are easily formed.

本実施例では以下の手順でリポソームを調製した。   In this example, liposomes were prepared by the following procedure.

まず、1−パルミトイル−2−オレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン、1−パルミトイル−2−オレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホ−sn−グリセロール、コレステロール、β−BODIPY(登録商標) FL C12−HPC(Life Technologies社製)をクロロホルムで溶解したストック溶液と、フルクトースをメタノールに溶解したストック溶液から、6mLバイアル中に混合溶液500μLを調製した(クロロホルム/メタノール=9:1(体積分率v/v))。 First, 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phospho-sn-glycerol, cholesterol, β-BODIPY (registered trademark) FL From a stock solution obtained by dissolving C 12 -HPC (Life Technologies) in chloroform and a stock solution obtained by dissolving fructose in methanol, 500 μL of a mixed solution was prepared in a 6 mL vial (chloroform / methanol = 9: 1 (volume fraction). Rate v / v)).

次に、ロータリーエバポレーター(東京理化器械株式会社、N−1110V)を用いて溶媒を減圧留去し、バイアルの底部に脂質二分子膜の薄膜を形成した。その後常温で2〜3時間以上減圧乾燥した。   Next, the solvent was distilled off under reduced pressure using a rotary evaporator (Tokyo Rika Kikai Co., Ltd., N-1110V) to form a thin film of lipid bilayer at the bottom of the vial. Then, it dried under reduced pressure at normal temperature for 2 to 3 hours or more.

超純水(メルク株式会社製Milli−Qで製造した。)2mLを静かに流し入れ、40℃に保ったインキュベーター(和研薬株式会社、MODEL 2290)内で20分間静置した。その後、1時間に渡り弱い機械的振動を加えることでリポソームの形成を促した。   2 mL of ultrapure water (manufactured by Milli-Q manufactured by Merck & Co., Inc.) was gently poured and allowed to stand for 20 minutes in an incubator (Waken Pharmaceutical Co., Ltd., MODEL 2290) maintained at 40 ° C. Thereafter, a weak mechanical vibration was applied for 1 hour to promote liposome formation.

得られたリポソームは粒径が不均一であって、大きな粒径の粒子も存在する。そこで、リポソームの懸濁液をナイロン製プレフィルター(メルク株式会社)を用いてフィルトレーションしてから分離捕捉装置の流路導入に使用した。標的粒径12、16μmのデバイスに対しては孔径20μm、標的粒径20μmのデバイスに対しては孔径30μmのナイロン製プレフィルターを用い、大きな粒径のリポソームを予め取り除くことで流路の詰まりを防いだ。なお、フィルトレーションは、大きな粒径のリポソームを除去することが目的であり、フィルトレーション後であっても、懸濁液中のリポソームは粒径が不均一である。   The obtained liposome has a non-uniform particle size, and there are particles having a large particle size. Therefore, the liposome suspension was filtered using a nylon pre-filter (Merck Co., Ltd.) and then used for introducing the flow path of the separation and capture device. For devices with a target particle size of 12 and 16 μm, a nylon prefilter with a pore size of 30 μm is used for a device with a target particle size of 20 μm. It was prevented. The purpose of the filtration is to remove liposomes having a large particle size, and the liposomes in the suspension have a nonuniform particle size even after filtration.

<分離捕捉操作>
HPLC(高速液体クロマトグラフィー)用のマニュアルインジェクションバルブ(Rheodyne社製、Model 7000)を利用して、分離捕捉装置の流路内のバッファー溶液(リポソームの懸濁液に含まれるフルクトースの濃度と同濃度で調製したフルクトース水溶液)を迅速に置換した。
<Separation capture operation>
Using a manual injection valve for HPLC (High-Performance Liquid Chromatography) (Rheodyne, Model 7000), the same concentration as the concentration of the fructose contained in the liposome suspension in the flow path of the separation / capture device The aqueous fructose solution prepared in (1) was rapidly replaced.

次に、2台のシリンジポンプ(Harvard Apparatus製、Model 11 elite)を用いてリポソーム懸濁液とバッファー溶液それぞれの流量を独立に制御しつつ、リポソーム懸濁液は図1(a)に示した流路Iから、バッファー溶液は流路II及びIIIからそれぞれ分離捕捉装置に供給した。なお、高流量での導入はトラップに捕捉後のリポソームの破裂を引き起こすので、バッファー溶液とリポソーム懸濁液の流量をそれぞれ1300μL/h、300μL/hに設定して分離捕捉装置の流路内に供給した後、徐々にバッファー溶液の流量を330〜350μL/h、リポソーム懸濁液の流量を30μL/hに減少させることでトラップに捕捉後のリポソームの安定化を図った。なお、バッファー溶液の流量は、100〜2000μL/hの範囲で調整すれば、リポソームの破裂を防止できるとともに、トラップに安定的にリポソームを保持できる。   Next, the liposome suspension is shown in FIG. 1 (a) while independently controlling the flow rates of the liposome suspension and the buffer solution using two syringe pumps (Model 11 elite manufactured by Harvard Apparatus). From the channel I, the buffer solution was supplied to the separation / capture device from the channels II and III, respectively. Since introduction at a high flow rate causes rupture of the liposome after trapping in the trap, the flow rates of the buffer solution and the liposome suspension are set to 1300 μL / h and 300 μL / h, respectively, in the flow path of the separation / capture device. After the supply, the flow rate of the buffer solution was gradually decreased to 330 to 350 μL / h, and the flow rate of the liposome suspension was decreased to 30 μL / h to stabilize the liposome after trapping in the trap. If the flow rate of the buffer solution is adjusted in the range of 100 to 2000 μL / h, the liposome can be prevented from bursting and the liposome can be stably held in the trap.

<評価>
上記調製し粒径の不均一なリポソームを用いて、3種類の標的粒径(12、16、20μm)に対する分離捕捉性能を確認した。各標的粒径毎の分離捕捉装置の設定は上述したとおりである。
<Evaluation>
Separation and capture performance for three types of target particle sizes (12, 16, and 20 μm) were confirmed using the above prepared liposomes with non-uniform particle sizes. The setting of the separation and capture device for each target particle size is as described above.

バッファー溶液の流量が330〜350μL/h、リポソーム懸濁液の流量が30μL/hにおいて安定な層流が形成した時刻を0分とし、トラップへのリポソームの捕捉数の時間変化を解析したところ、標的粒径12、16、20μmに対してそれぞれ観察開始から20、70、40分後においてトラップと1対1で捕捉される(1個のトラップに対して1個のリポソームが捕捉される)リポソームの数が最大となった。   The time when the stable laminar flow was formed when the flow rate of the buffer solution was 330 to 350 μL / h and the flow rate of the liposome suspension was 30 μL / h was analyzed as 0 minutes. Liposomes that are trapped in a one-to-one relationship with traps (one liposome is trapped per trap) after 20, 70, and 40 minutes from the start of observation for target particle sizes of 12, 16, and 20 μm, respectively. The number of became the largest.

トラップと1対1で捕捉されるリポソームが最も多くなる時刻において粒径解析を行った。図5(a)、(b)、(c)には、粒径解析で得た粒径分布が示される。図5(a)が標的粒径12μmの場合、図5(b)が標的粒径16μmの場合、図5(c)が標的粒径20μmの場合である。また、図5(a)、(b)、(c)において、横軸が粒径、縦軸が個数である。図5(a)、(b)、(c)に示されるように、標的粒径12、16、20μmに対してそれぞれ平均粒径13.8、17.7、22.1μm、CV(変動係数)はそれぞれ5.3%(n=154)、9.7%(n=105)、11.8%(n=67)を得た。これにより、各標的粒径が粒径分布の中心である粒子が捕捉されていることがわかる。   The particle size analysis was performed at the time when the number of liposomes captured one-to-one with the trap was the largest. 5A, 5B, and 5C show particle size distributions obtained by particle size analysis. 5A shows a case where the target particle size is 12 μm, FIG. 5B shows a case where the target particle size is 16 μm, and FIG. 5C shows a case where the target particle size is 20 μm. In FIGS. 5A, 5B, and 5C, the horizontal axis represents the particle size and the vertical axis represents the number. As shown in FIGS. 5 (a), (b), and (c), the average particle diameters of 13.8, 17.7, 22.1 μm, and CV (coefficient of variation) are obtained with respect to the target particle diameters of 12, 16, and 20 μm, respectively. ) Obtained 5.3% (n = 154), 9.7% (n = 105) and 11.8% (n = 67), respectively. Thereby, it turns out that the particle | grains in which each target particle size is the center of particle size distribution are captured.

10 粒子分離部、10a、10b 分離領域、12 粒子捕捉部、14 流路、16 マイクロピラー、18 開口、20 排液口、22 排水路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Particle separation part, 10a, 10b Separation area | region, 12 particle | grain capture | acquisition part, 14 flow path, 16 micropillar, 18 opening, 20 Drainage port, 22 Drainage channel.

Claims (6)

流体中に分散されて流れる細胞またはリポソーム粒子の軌道を、前記粒子の粒径または曲げ弾性係数に応じて異ならせ、粒径毎または曲げ弾性係数毎に分離する粒子分離部と、
前記粒子分離部により分離された粒子のうち、特定の粒径または特定の曲げ弾性係数が分布の中心である粒子を捕捉し、平面的に配列する粒子捕捉部と、
を備え、
前記粒子捕捉部は、前記細胞またはリポソーム粒子を捕捉するトラップAが平面的に複数配列された領域と、前記流体の、前記粒子分離部における流れの状態を層流に維持する流れ状態調整部と、を含み、前記流れ状態調整部はトラップAと同形状のダミートラップA’及びトラップAと相似の形状のダミートラップB、B’、B”がそれぞれ平面的に複数配列された領域を、前記トラップAが平面的に複数配列された領域とともに、前記流体の流れ方向に直交する方向に並べて形成されている、細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。
A particle separation unit that separates the orbit of cells or liposome particles dispersed and flowing in a fluid according to the particle size or bending elastic modulus of the particles, and separates the particle or bending elastic modulus for each particle size;
Among the particles separated by the particle separation unit, particles having a specific particle diameter or a specific bending elastic modulus are captured at the center of the distribution, and the particle capturing unit is arranged in a plane.
With
The particle trapping unit includes a region in which a plurality of traps A that trap the cells or liposome particles are arranged in a plane, and a flow state adjusting unit that maintains a laminar flow state of the fluid in the particle separation unit, , only contains the flow conditioning unit, dummy traps a trap a the same shape 'dummy trap B of shape similar to the and trap a, B', a region B "is planarly arrayed respectively A device for separating and capturing cells or liposome particles , wherein the trap A is formed side by side in a direction orthogonal to the fluid flow direction together with a region in which a plurality of the traps A are arranged in a plane .
前記トラップA、ダミートラップA’、B、B’、B”は、前記流体の流れ方向に直交する方向に、ダミートラップB’、トラップA、ダミートラップB、A’、B”の順に並べて形成されている、請求項1に記載の細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。The trap A, the dummy traps A ′, B, B ′, and B ″ are formed by arranging the dummy trap B ′, the trap A, the dummy traps B, A ′, and B ″ in the direction orthogonal to the fluid flow direction. The apparatus for separating and capturing cells or liposome particles according to claim 1. 前記粒子分離部は、断面が矩形のトンネル状の流路に形成され、前記流体の流れ方向に直交し、前記トンネル状の流路の互いに対向する面の一方と他方との間を接続する柱状の障害物が、前記流体の流れ方向に対して一定の角度となるように配列されている、請求項1または2に記載の細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。 The particle separation portion is formed in a tunnel-shaped flow path having a rectangular cross section, is perpendicular to the fluid flow direction, and is connected to one side of the tunnel-shaped flow path facing each other. The apparatus for separating and capturing cells or liposome particles according to claim 1 or 2 , wherein the obstacles are arranged at a constant angle with respect to the flow direction of the fluid. 前記粒子捕捉部は、断面が矩形のトンネル形状の流路に形成され、前記トラップは、前記トンネル形状の流路の互いに対向する面の一方と他方との間を接続するとともに、前記流体の流れ方向の上流側に粒子を受け入れる開口を有し、下流側に流体の流れを確保する排液口を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。 The particle trapping portion is formed in a tunnel-shaped channel having a rectangular cross section, and the trap A connects between one and the other surfaces of the tunnel-shaped channel facing each other, and The apparatus for separating and capturing cells or liposome particles according to any one of claims 1 to 3, further comprising an opening for receiving particles on the upstream side in the flow direction and a drainage port for securing a fluid flow on the downstream side. . 前記トラップは、前記開口に対して前記流体の流れ方向の上流側で、前記開口を形成する壁状突起部を延長する位置に配置され、且つ前記壁状突起部との間に排水路を形成する一対の門柱構造を備える請求項に記載の細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。 The trap A is disposed on the upstream side in the fluid flow direction with respect to the opening at a position extending a wall-like protrusion that forms the opening, and a drainage channel is provided between the trap A and the wall-like protrusion. The apparatus for separating and capturing cells or liposome particles according to claim 4 , comprising a pair of gate pillar structures to be formed. 前記ダミートラップB’には排液口が形成され、前記排液口は、前記トラップの排液口より大きな間隙に形成されている、請求項1から5のいずれか一項に記載の細胞またはリポソーム粒子の分離捕捉装置。
The cell according to any one of claims 1 to 5 , wherein a drainage port is formed in the dummy trap B ', and the drainage port is formed in a gap larger than the drainage port of the trap A. Or a device for separating and capturing liposome particles.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004029221A2 (en) * 2002-09-27 2004-04-08 The General Hospital Corporation Microfluidic device for cell separation and uses thereof
JP2008538282A (en) * 2005-04-05 2008-10-23 セルポイント ダイアグノスティクス, インコーポレイテッド Device and method for enrichment and modification of circulating tumor cells and other particles
JP5231782B2 (en) * 2007-10-26 2013-07-10 学校法人常翔学園 Device having solid-liquid separation function and method for manufacturing the same
WO2009102783A1 (en) * 2008-02-11 2009-08-20 Massachusetts Institute Of Technology Particle capture devices and methods of use thereof
JP2011085469A (en) * 2009-10-15 2011-04-28 Hitachi Maxell Ltd Plate-like container
JP5354621B2 (en) * 2011-12-27 2013-11-27 一般財団法人生産技術研究奨励会 Microbead array method and array device
US9952126B2 (en) * 2012-02-29 2018-04-24 Fluidigm Corporation Methods for multiple single-cell capturing and processing using micro fluidics
JP6403190B2 (en) * 2013-08-06 2018-10-10 旭化成株式会社 Microchannel structure and particle separation method
JP6611223B2 (en) * 2015-03-13 2019-11-27 国立大学法人名古屋大学 Fine particle separation chip, fine particle separation system using the fine particle separation chip, fine particle separation method and fine particle extraction method using the partial particle separation system

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