JP6666016B2 - Cell sorting device - Google Patents
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Description
本発明は、細胞分取装置に関する。 The present invention relates to a cell sorting device.
細胞材料は、他の材料と異なり、細胞ごとの個体差が大きいため、細胞生物学および細胞工学において、その個体差を理解し、操作・選別することの重要性が高まっている。 Cell materials, unlike other materials, have large individual differences for each cell. Therefore, in cell biology and cell engineering, understanding and manipulating / selecting the individual differences has become increasingly important.
近年、単一細胞分析技術によって個々の細胞の特性を判別し、判別した細胞を個々に分取することが可能となっている。代表的な単一細胞分析技術としては、蛍光標識細胞分取(fluorescence activated cell sorting:FACS)が知られている。 In recent years, it has become possible to determine the characteristics of individual cells by single-cell analysis technology and to sort the determined cells individually. As a typical single cell analysis technique, a fluorescence-activated cell sorting (FACS) is known.
また、ガラス等の基板にマイクロ流路を設けたマイクロチップを用い、標識された細胞を含む液体をマイクロ流路に流し、細胞の特性に応じて流路を変えて分取する技術も知られている。例えば、特許文献1には、標識された細胞を含む液体をマイクロチャネル内に流し、マイクロバブルの圧力により、選択された細胞を別の流路に押し出して分取する細胞選別装置が提案されている。 Also known is a technique in which a liquid containing labeled cells is flowed through a microchannel using a microchip provided with a microchannel on a substrate such as glass, and the flow is changed according to the characteristics of the cells to perform sorting. ing. For example, Patent Literature 1 proposes a cell sorting apparatus in which a liquid containing labeled cells is caused to flow into a microchannel, and the pressure of the microbubbles is used to push out and sort the selected cells into another flow path. I have.
上述のとおり、細胞材料は細胞ごとの個体差が大きいため、希少な標的細胞を、より確実に、より効率よく分取することが求められている。 As described above, since cell materials have large individual differences between cells, it is required to sort rare target cells more reliably and more efficiently.
そこで本発明は、より確実に、より効率よく標的細胞を分取することが可能な細胞分取装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a cell sorting device that can sort target cells more reliably and more efficiently.
本発明に係る細胞分取装置は、基板と、前記基板に形成され、流れ方向に沿って細胞が1つずつ並んだ細胞列を含む液体が上流から下流に向けて流通し、一面が開放した開放面を備えた細胞分取領域を有する流路と、前記細胞分取領域の前記液体に、前記開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波を与え、第1の標的細胞を前記細胞列から分離して前記開放面に向けて移動させる第1の圧力波付与機構と、前記細胞分取領域の前記開放面側に配置され、前記第1の標的細胞を含む液滴を受け取る第1の収液槽とを備えることを特徴とする。 In the cell sorting apparatus according to the present invention, a substrate and a liquid formed on the substrate and including a cell row in which cells are arranged one by one along a flow direction flow from upstream to downstream, and one surface is open. A flow path having a cell sorting area with an open surface, and applying a pressure wave from the opposite side of the open face to the open face to the liquid in the cell sorting area, A first pressure wave applying mechanism that separates from the cell array and moves toward the open surface, and a first pressure wave applying mechanism that is disposed on the open surface side of the cell sorting region and receives a droplet including the first target cell. And one liquid collection tank.
本発明によれば、細胞分取装置は、細胞を含んだ液体が流れる流路の一部に、一面が開放した開放面を備えた細胞分取領域を有している。細胞分取領域には、液体に対して開放面の逆側から開放面に向けた圧力波を与える第1の圧力波付与機構が配置されているので、この第1の圧力波付与機構からの圧力波によって、液体中の目的とする第1の標的細胞を細胞分取領域の開放面に向けて移動させることができる。 According to the present invention, the cell sorting device has a cell sorting region having an open surface that is open on one side in a part of a flow path through which a liquid containing cells flows. In the cell sorting region, a first pressure wave applying mechanism for applying a pressure wave to the liquid from the opposite side to the open surface is disposed. By the pressure wave, the target first target cells in the liquid can be moved toward the open surface of the cell sorting area.
細胞分取領域においては流路の一部の一面が開放していることから、開放面に向けて移動した第1の標的細胞は、液滴となって流路を流通する液体から離れる。こうして液体を離れた第1の標的細胞を含む液滴は、細胞分取領域の開放面側に配置された第1の収液槽に回収される。 In the cell sorting region, since one surface of the flow channel is partially open, the first target cells that have moved toward the open surface are separated from the liquid flowing through the flow channel as droplets. The droplet containing the first target cell that has left the liquid in this way is collected in the first liquid collection tank arranged on the open side of the cell sorting area.
このように、一面に開放面を備えた流路に細胞を含んだ液体を流通させ、開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波を付与することによって、より確実に、より効率よく、液体中の第1の標的細胞を分取することができる。 In this way, by flowing a liquid containing cells through a flow path having an open surface on one side and applying a pressure wave from the opposite side of the open surface toward the open surface, more reliably and more efficiently. First, the first target cells in the liquid can be sorted.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、各実施形態に係る細胞分取装置は、本発明の効果が損なわれない範囲で適宜組み合わせて構成することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the cell sorting devices according to the embodiments can be appropriately combined and configured as long as the effects of the present invention are not impaired.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る細胞分取装置10の全体構成について、図1,2を参照して説明する。図2は、図1におけるX−X断面の構成を示している。なお、図2は理解を容易にするために模式的に示したものであり、実際のスケールとは必ずしも一致していない。
[First Embodiment]
The overall configuration of the
(全体構成)
細胞分取装置10は、流路12が形成された基板11を備えている。流路12は、基板11の一端11aから他端11bに向けて基板11内部を貫通して設けられ、下面が開放した開放面を備えた細胞分取領域13を有している。この流路12内には、複数の細胞15を含む液体14が流通する。
(overall structure)
The
本実施形態においては、基板11は20mm×50mm×1mm程度のガラス製である。流路12は、例えばポリジメチルシロキサン(PDMS)樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)樹脂、ポリエチルテレフタレート(PET)樹脂等の透明樹脂により形成してもよい。流路12の幅は、例えば50〜500μm程度とすることができる。流路12の深さは、例えば20〜200μm程度とすることができる。細胞分取領域13の長さは、細胞の大きさよりも十分に長い範囲で適宜設定することができる。例えば、細胞の大きさが10〜100μmの場合には、細胞分取領域13の長さは30〜300μm以上とすることができる。
In the present embodiment, the
細胞分取領域13における基板11の上には第1の圧力波付与機構22が設けられ、細胞分取領域13の下には第1の収液槽24が設けられる。図示していないが、第1の収液槽24には培養液が満たされている。
A first pressure
流路12は、下流の高さが上流の高さと実質的に等しく形成されていることが好ましい。図示していないが、流路12内へ液体14を押し込む流入促進機構と、流路12外へ液体14を引き出す排出促進機構とを備えることが好ましい。流入促進機構と排出促進機構としては、例えばシリンジポンプ、高性能圧力送液ポンプなどを用いることができる。流入促進機構と排出促進機構とを設けた場合には、所望の速度で液体14を流通させることが可能となる。流路12内を流通する液体14に圧力勾配が生じないように、流路12への液体14の流入速度と、流路12からの液体14の流出速度とを調整することが望まれる。
The
流路12内面において、下面を親水性として側面を疎水性とすることも、上流から下流への液体14の流通を促進するために有効である。
Making the lower surface hydrophilic and the side hydrophobic on the inner surface of the
液体14は、矢印Aで示されるように上流から下流に向けて流路12内を流通する。液体14中の複数の細胞15は、流れ方向に沿って1つずつ並んで細胞列16を構成している。
The
図2のX−X断面に示すように、図示しない第1の圧力波付与機構22は、細胞分取領域13の液体14に矢印Bで示される縦方向の圧力波20を与える。本実施形態では、流路12における開放面は下面に設けられているので、開放面の逆側から開放面に向けた方向は、上から下に向けた縦方向となる。圧力波としては、レーザー光の照射に起因する衝撃波、および表面弾性波(Surface Acoustic Wave:SAW)が挙げられる。なお、図2に基板11は示していないが、図1に示した通り、流路12は基板11内部に設けられたものである。
As shown in the XX section of FIG. 2, a first pressure wave applying mechanism 22 (not shown) applies a
本実施形態においては、第1の圧力波付与機構22として、フェムト秒レーザー光22Aを発振するパルスレーザー発振器を用い、対物レンズ23を介して細胞分取領域13の液体14にフェムト秒レーザー光22Aを照射する。フェムト秒レーザー光22Aは、例えば、波長800nm、パルス幅50〜300fs程度、パルスエネルギー10〜1500nJ/pulse程度で照射することができる。
In the present embodiment, a pulse laser oscillator that oscillates a
細胞分取領域13の下には、第1の標的細胞15aを含む液滴を受け取る第1の収液槽24が配置されている。第1の収液槽24は、例えばガラス、PDMS樹脂、PMMA樹脂、PET樹脂製等とすることができる。第1の収液槽24は、第1の標的細胞15aを含む液滴を受け取ることができればよく、大きさや形状は特に制限されない。
Below the
(作用および効果)
細胞分取装置10においては、第1の圧力波付与機構22としてのパルスレーザー発振器から、細胞15を含む液体14にフェムト秒レーザー光22Aが集光照射される。フェムト秒レーザー光22Aが集光照射されると、図3に示すように多光子吸収によってキャビテーションバブルCBが液体14中に発生する。キャビテーションバブルCBは圧力波の発生源となって、液体14中に圧力波(衝撃波)PWが誘起される。これによって、目的とされる第1の標的細胞15aが移動する。第1の標的細胞15aは、図2に示すように細胞列16から分離されて開放した下面に移動する。
(Action and effect)
In the
本実施形態においては、流路12内を流通する液体14に対して、上から下に向けて縦方向の圧力波20を作用させることによって、第1の標的細胞15aを細胞列16から分離して液体14の下側に移動させることができる。流路12は下面が開放していることから、第1の標的細胞15aが液体14から押し出される際には重力も作用する。これによって、第1の標的細胞15aは液滴として液体14を離れて、下側に設けられた第1の収液槽24に収容されることとなる。第1の収液槽24に培養液が満たされているので、分取された第1の標的細胞15aを確実に回収することができる。
In the present embodiment, the
このように、本実施形態においては重力が作用しているので、例えば横方向に押し出すような重力が作用しない場合と比較すると、より確実に、より効率よく第1の標的細胞15aを分取することができる。しかも、本実施形態での第1の標的細胞15aの分取は、重力が作用しない場合と比較して、より簡便に行なうことが可能となる。
As described above, in the present embodiment, since the gravity acts, the
特に、フェムト秒レーザー光を発振するレーザーを用いた場合には、他のレーザー光を用いた場合と比較して、より小さなエネルギーでより小さなバブルを発生させることができる。一般的には、ナノ秒レーザー光は、パルス幅5〜20ns程度、パルスエネルギー100〜1000μJ/pulse程度で照射される。フェムト秒レーザー光のパルス幅はナノ秒レーザー光の約10万分の1程度であり、フェムト秒レーザー光のパルスエネルギーはナノ秒レーザーの約1000分の1程度である。 In particular, when a laser that oscillates femtosecond laser light is used, smaller bubbles can be generated with smaller energy than when other laser light is used. Generally, a nanosecond laser beam is irradiated with a pulse width of about 5 to 20 ns and a pulse energy of about 100 to 1000 μJ / pulse. The pulse width of the femtosecond laser light is about one hundred thousandth of the nanosecond laser light, and the pulse energy of the femtosecond laser light is about one thousandth of the nanosecond laser.
ナノ秒レーザー光の照射により発生するバブルの直径は、最小で100μm程度とされている。これに対して、フェムト秒レーザー光を照射した場合には、直径10μm以下の微小なキャビテーションバブルCBを発生させることができる。しかも、フェムト秒レーザー光の照射により発生したバブルの寿命(維持時間)は1μs以下である。この寿命は、ナノ秒レーザー光の場合(10μs)の1/10と短いので、フェムト秒レーザー光を用いることによって迅速なスイッチングが期待できる。 The diameter of the bubble generated by the irradiation of the nanosecond laser beam is set to a minimum of about 100 μm. On the other hand, when a femtosecond laser beam is irradiated, minute cavitation bubbles CB having a diameter of 10 μm or less can be generated. In addition, the lifetime (maintenance time) of the bubble generated by the irradiation of the femtosecond laser beam is 1 μs or less. Since this lifetime is as short as 1/10 of the case of a nanosecond laser beam (10 μs), rapid switching can be expected by using a femtosecond laser beam.
また、フェムト秒レーザー光を用いた場合には、バブルの最大半径Rmax(μm)と維持時間Tc(μs)との間には、Rmax/Tc≧10(m/s)といった関係が成立する。このことは、細胞15の直径が10μmの場合には、1秒間に最大で100万個を処理できることを表している。
When a femtosecond laser beam is used, a relationship such as Rmax / Tc ≧ 10 (m / s) is established between the maximum radius Rmax (μm) of the bubble and the maintenance time Tc (μs). This indicates that when the diameter of the
FACSのような従来の単一細胞分析技術においては、1秒間に処理できる細胞の個数(スループット)は、最高でも10万個程度とされている。これと比較すると、本実施形態の細胞分取装置は、従来より極めて高いスループットで細胞を分取可能であることがわかる。 In a conventional single cell analysis technique such as FACS, the number of cells that can be processed per second (throughput) is about 100,000 at the maximum. In comparison with this, it can be seen that the cell sorting apparatus of the present embodiment can sort cells at a much higher throughput than before.
このように、細胞列16を含む液体14が流通する流路12の下面の一部を開放し、第1の圧力波付与機構22から縦方向の圧力波20を発生させることによって、所望の細胞を、より確実に、より効率よく分取することが可能となった。
As described above, by opening a part of the lower surface of the
(変形例)
第1の圧力波付与機構22としては、ピコ秒レーザー光を発振するパルスレーザー発振器を用いることもできる。ピコ秒レーザー光を用いた場合も、フェムト秒レーザー光を用いる場合と同様の装置構成で同様の効果が得られる。
(Modification)
As the first pressure
第1の圧力波付与機構22においては、複数のレーザー光を照射するように構成してもよい(変形例(1))。例えば、図4に示すように、複数のフェムト秒レーザー光22Aが液体14に同時に集光照射する。複数のフェムト秒レーザー光22Aに起因した圧力波20が干渉することによって、より確実に第1の標的細胞15aを分取することが可能となる。このような多点集光系は、例えば、λ/2波長板とビームスプリッターとミラーとを組み合わせて構成することができる。
The first pressure
液体14に対して同時に集光照射されるフェムト秒レーザー光22Aが多いほど、第1の標的細胞15aは、より確実に分離されることとなって、よりいっそう高い効果が得られる。
The greater the number of
第1の圧力波付与機構22としては、ナノ秒レーザー光22Bを発振するパルスレーザー発振器を用いることもできる。この場合には、図5,6に示すようにナノ秒レーザー光22Bの一部を吸収する光吸収ターゲットとして金属膜28を流路12に設ける。金属膜28は、ナノ秒レーザー光22Bの一部を吸収する任意の金属を用いて形成することができる。ここで用い得る金属としては、例えば金、クロム、およびタングステン等が挙げられる。こうした金属はワイヤー状であってもよい。
As the first pressure
金属膜28は、図5の細胞分取装置10Aに示すように、細胞分取領域13の液体14の上に設けることができる。具体的には、金属膜28は、細胞分取領域13における流路12の上面を画定している基板11内部に金属を埋め込んで設けられる(変形例(2))。この場合には、第1の圧力波付与機構22から照射されたナノ秒レーザー光22Bの一部が金属膜28に集光照射されるため、ナノ秒レーザー光を用いた場合でも、フェムト秒レーザー光に匹敵する大きな吸収を達成することができる。
The
ナノ秒レーザー光を発振するレーザー発振器は、フェムト秒レーザー光を発振するレーザー発振器より小型で安価である。ナノ秒レーザー光の一部を吸収する金属膜28を設けることによって、より小型で安価なレーザー発振器を用いた場合でも、フェムト秒レーザー光を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
A laser oscillator that emits nanosecond laser light is smaller and less expensive than a laser oscillator that emits femtosecond laser light. By providing the
金属膜28は、図6の細胞分取装置10Bに示すように、細胞分取領域13の液体14の下に設けることもできる。具体的には、金属膜28は、細胞分取領域13の上流側で流路12の下面を画定している基板11に、金属ワイヤを取り付けて設けられる(変形例(3))。この場合には、第1の圧力波付与機構22から照射されたナノ秒レーザー光22Bの集光部が液体14中の細胞列16に近づくことから、より小さいエネルギーで第1の標的細胞15aを分取することが可能となる。このように細胞分取領域13の液体14の下に金属膜28を設けた場合も、フェムト秒レーザー光を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
The
ナノ秒レーザー光の代わりにマイクロ秒レーザー光を発振するパルスレーザー発振器を第1の圧力波付与機構22として用いた場合も、同様の装置構成で同様の効果が得られる。
When a pulse laser oscillator that oscillates microsecond laser light instead of nanosecond laser light is used as the first pressure
細胞分取領域13においては、流路12の上面が開放されていてもよい。この場合には、流路12の上面を開放して細胞分取領域13の上に第1の収液槽24を配置し、細胞分取領域13における基板11の下面側に第1の圧力波付与機構22を配置する以外は、図1の細胞分取装置10と実質的に同様に構成することができる。第1の収液槽24は、開口の大きさを1mm未満程度として、上述したように培養液を収容しておく。第1の収液槽24の開口が下向きであっても、表面張力が作用するために内容物が落下することはない。
In the
こうした構成の場合には、流路12内を流通する液体14に対して、下から上に向けて縦方向の圧力波20が作用することになる。上述と同様、縦方向の圧力波20の作用によって、第1の標的細胞15aが細胞列16から分離されて、液体14の上側に移動する。第1の標的細胞15aは、液滴として液体14の上面から離れて第1の収液槽24に収容される。
In the case of such a configuration, the
開放面が流路12の上面に設けられている場合には、開放面の逆側から開放面に向けた方向は、下から上に向けた縦方向となる。このような構成は、例えば図1に示した細胞分取装置10を、流路12を軸として180°回転させて配置を反転することによって達成することができる。
When the open surface is provided on the upper surface of the
開放面の逆側から開放面に向けた方向は、縦方向に限定されるものではない。図1に示した細胞分取装置10を、流路12を軸として任意の角度で回転させることによって、例えば横方向といった任意の方向を、開放面の逆側から開放面に向けた方向とすることも可能である。これは、以降の実施形態においても適用される。
The direction from the opposite side of the open surface to the open surface is not limited to the vertical direction. By rotating the
[第2実施形態]
(全体構成)
次に、本発明の第2実施形態に係る細胞分取装置10Cの全体構成について、第1実施形態に係る細胞分取装置10と同様の構成について同様の符号を付した図7を参照して説明する。
[Second embodiment]
(overall structure)
Next, the entire configuration of the
図7は、細胞分取装置10Cの細胞分取領域13の一部を上側からみた構成を模式的に表したものであるが、説明のために、細胞分取領域13における基板11の上に配置された第1の圧力波付与機構22も示している。
FIG. 7 schematically shows a configuration in which a part of the
細胞分取装置10Cは、干渉軽減素子32を備えた干渉軽減領域33を有する。干渉軽減領域33は、第1の圧力波付与機構22から縦方向の圧力波が付与される部分の上流側で、流路12の側面を画定する基板11に埋め込んで設けることができる。本実施形態においては、干渉軽減素子32としては、圧力波として表面弾性波を発生する表面弾性波デバイス、特に圧電素子を用いる。
The
(作用および効果)
細胞分取装置10Cにおける液体14は、矢印Aで示されるように上流から下流に向けて流路12内を流れる。液体14は、第1の圧力波付与機構22から縦方向の圧力波を付与される前に、干渉軽減領域33を通過する。
(Action and effect)
The liquid 14 in the
干渉軽減領域33では、干渉軽減素子32が、流路12の一側面12aから矢印C1で示される横方向の圧力波を液体14に与える。横方向の圧力波の作用によって、液体14中の細胞列の並びが乱れて、矢印C2で示すように流路12の対向側面12bに向けて細胞が移動する。こうして細胞同士の干渉が軽減されて、目的とする第1の標的細胞15aが前後の細胞15b,15cから隔離される。
In the
液体14が流路12内を矢印A方向に流れる速度と同等以上の速度で、細胞を対向側面12bに移動させることが好ましい。この場合には、液体14中における細胞同士の干渉を実質的に回避することができる。
It is preferable to move the cells to the
上述したとおり、第1の圧力波付与機構22は、液体14に縦方向の圧力波を与えて第1の標的細胞15aを下方向(図中、紙面の奥行方向)に移動させる。第1の標的細胞15aが前後の細胞15b,15cから隔離されて細胞同士の干渉が軽減されたことによって、縦方向の圧力波を第1の標的細胞15aによりいっそう確実に作用させることが可能となる。第1の圧力波付与機構22からの縦方向の圧力波が、前後の細胞15b,15cに作用する虞れは減少して、分取の失敗確率の低減につながる。
As described above, the first pressure
細胞同士の干渉が軽減されているので、細胞間の長さよりも大きく、作用時間(寿命)が長いキャビテーションバブルを作用させた場合でも、第1の標的細胞15aをより確実に分取することが可能となる。例えば、直径10μmの細胞を含む液体14が10m/sで流通する場合には、直径が5〜10μm程度のキャビテーションバブルを作用させても第1の標的細胞を分取することができる。直径が10μm程度のキャビテーションバブルは、例えば、パルス幅50〜300fs程度、パルスエネルギー50〜1500nJ/pulse程度でフェムト秒レーザー光を照射することによって発生させることができる。
Since interference between cells is reduced, even when a cavitation bubble longer than the length between the cells and having a long operation time (lifetime) is applied, the
(変形例)
干渉軽減素子32は、液体14に第1の圧力波付与機構22から縦方向の圧力波が付与される前に、横方向の圧力波を付与できれば、任意の場所に設けることができる。干渉軽減素子32は、基板11のいずれかの表面に配置してもよい。
(Modification)
The
干渉軽減領域33において液体14に横方向の圧力波を与える干渉軽減素子32としては、表面弾性波デバイスの他に、レーザー発振器を用いることもできる。干渉軽減素子32としてのレーザー発振器は、液体14に縦方向の圧力波を与える第1の圧力波付与機構22としてのレーザー発振器と同一でも異なっていてもよい。
As the
干渉軽減素子32は、流路12の対向側面12b側に設けることもできる。この場合には、上述の例とは逆方向に、流路の対向表面12bから一表面12aに向けて細胞15を移動させることができる。干渉軽減素子32は、流路12を挟んで両側に設けてもよい。この場合には、流路12の任意の側の側面に細胞15を移動させることが可能となる。
The
図8の細胞分取装置10Dに示すように、圧力波吸収部34を設けることによって、流れ方向における干渉軽減領域33の長さdを制限してもよい。圧力波吸収部34としては、干渉軽減素子32から付与される横方向の圧力波の一部を吸収する任意の部材を用いることができ、特に限定されない。圧力波吸収部34は、例えばガラス、PDMS樹脂、PMMA樹脂、PET樹脂を基板11の上に配置して構成することができる。
As shown in the
上述したような干渉軽減素子32からの横方向の圧力波は、流路12の上面に開放面を設けて下から上に向けた縦方向の圧力波が付与される場合にも、同様にして適用することができる。
The above-described lateral pressure wave from the
なお、開放面の逆側から開放面に向けた方向が横方向となる構成の場合には、干渉軽減素子32からの圧力波の方向は縦方向となる。言い換えると、干渉軽減素子32からの圧力波の方向は、開放面の逆側から開放面に向けた方向を横切るような方向である。
In the case where the direction from the opposite side of the open surface to the open surface is the horizontal direction, the direction of the pressure wave from the
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る細胞分取装置10Eの全体構成について、第1実施形態に係る細胞分取装置10と同様の構成について同様の符号を付した図9を参照して説明する。
[Third embodiment]
Next, the entire configuration of the
細胞分取装置10Eにおいては、表面弾性波デバイス38が流路12の上に配置されている。図示する細胞分取装置10Eにおける表面弾性波デバイス38は、流路12の上面を画定する基板11の上に設けられているが、表面弾性波デバイス38の一部または全部が、流路12の上面を画定する基板11に埋め込まれていてもよい。
In the
表面弾性波デバイス38は、細胞分取領域13の液体14の下面を波立たせて、さざ波(表面張力波)36を発生させる。細胞分取領域13においては、すでに説明したように、第1の圧力波付与機構22からの縦方向の圧力波20の作用によって、第1の標的細胞15aが液体14の下側に移動する。この際、液体14表面のさざ波36は、第1の標的細胞15aを含む液滴が液体14から離れるのを補助することとなる。これによって、第1の標的細胞15aを、よりいっそう確実に分取することができ、分取の失敗確率の低減につながる。
The surface
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係る細胞分取装置10Fの全体構成について、第1実施形態に係る細胞分取装置10と同様の構成について同様の符号を付した図10を参照して説明する。
[Fourth embodiment]
Next, the entire configuration of the
細胞分取装置10Fにおいては、細胞分取領域13の上流側に分離補助素子40が配置されている。図示する細胞分取装置10Fにおける分離補助素子40は、流路12の上面を画定する基板11の上に設けられているが、分離補助素子40の一部または全部が流路12の上面を画定する基板11に埋め込まれていてもよい。
In the
分離補助素子40としては、表面弾性波デバイスを用いることができる。表面弾性波デバイスは、液体14に縦方向の圧力波を付与して、液体14内の細胞15を下面に誘導する。すでに説明したように、第1の圧力波付与機構22からの縦方向の圧力波20の作用によって、第1の標的細胞15aが液体14の下側に移動する。この際、縦方向の圧力波が付与されるので、第1の標的細胞15aを含む液滴が液体14から離れるのを補助することができる。これによって、第1の標的細胞15aを、よりいっそう確実に分取することができ、分取の失敗確率の低減につながる。
As the
細胞15は、誘電泳動の作用によって液体14の下面に向けて誘導してもよい。この場合には、細胞分取領域13の上流側に分離補助素子40として、電場の勾配を生成するための電極が配置される。誘電泳動によっても、細胞15が液体14の下面に誘導されることから、第1の標的細胞15aをよりいっそう確実に分取することができる。
The
[第5実施形態]
本実施形態においては、流路を挟んで両側面に配置した2つの表面弾性波デバイスを、第1の圧力波付与機構として用いる。表面弾性波デバイスは、流路の両側面を画定する基板に埋め込むことができる。流路の両側面の2つの表面弾性波デバイスから発生した圧力波としての表面弾性波によって定在波が生成され、それよって、第1の圧力波付与機構としてレーザー発振器を用いた場合と同様に、第1の標的細胞をより確実により効率よく分取することができる。
[Fifth Embodiment]
In the present embodiment, two surface acoustic wave devices arranged on both sides of the flow path are used as the first pressure wave applying mechanism. The surface acoustic wave device can be embedded in a substrate that defines both sides of the flow path. A standing wave is generated by a surface acoustic wave as a pressure wave generated from two surface acoustic wave devices on both side surfaces of the flow path, and therefore, as in the case where a laser oscillator is used as a first pressure wave applying mechanism. In addition, the first target cells can be more reliably and efficiently sorted.
[第6実施形態]
本発明の第6実施形態に係る細胞分取装置10Gの全体構成について、第1実施形態に係る細胞分取装置10と同様の構成について同様の符号を付した図11を参照して説明する。
[Sixth embodiment]
The overall configuration of the
細胞分取装置10Gにおいては、細胞分取領域13の下に配置される第1の収液槽24Aは、XY方向にマトリクス状に設けられた複数の収液室26を備えている。第1の収液槽24Aは、XY方向に移動可能である。第1の収液槽24Aの各収液室26には、培養液が満たされている。
In the
すでに説明したように、第1の圧力波付与機構22からの縦方向の圧力波20によって第1の標的細胞15aが液体14の下側に移動する。第1の標的細胞15aが液滴として回収される収液室26に培養液が満たされているので、分取された第1の標的細胞15aを確実に回収することができる。
As described above, the
また、複数の収液室26を備えた第1の収液槽24AをXY方向に可動することによって、第1の標的細胞15aを任意の収液室26に回収することが可能となる。
In addition, the
図示していないが、第2の圧力波付与機構を用い、第1の収液槽24AをXY方向に可動して、第1の標的細胞15aとは異なる第2の標的細胞を任意の収液室26に分取することもできる。
Although not shown, the first
このような第1の収液槽24Aを備えることによって、細胞分取装置10Gにおいては、所望の標的細胞をより確実により効率よく分取することが可能となる。
By providing such a first
[第7実施形態]
本実施形態においては、複数の圧力波付与機構と複数の収液槽とを設ける。具体的には、第1の圧力波付与機構に加え第2の圧力波付与機構を細胞分取領域の上にさらに設け、第1の収液槽に加え第2の収液槽を細胞分取領域の下にさらに設ける。
[Seventh embodiment]
In the present embodiment, a plurality of pressure wave applying mechanisms and a plurality of liquid collecting tanks are provided. Specifically, a second pressure wave applying mechanism is further provided on the cell collection area in addition to the first pressure wave applying mechanism, and the second liquid collecting tank is provided in addition to the first liquid collecting tank. Further provided below the region.
細胞分取領域の液体に縦方向の圧力波を与える圧力波付与機構による照射位置と照射タイミングを制御することにより、標的細胞を目的の収液槽のある位置で細胞列から分離して、開放した下面に向けて移動させる。 By controlling the irradiation position and irradiation timing by the pressure wave applying mechanism that applies a vertical pressure wave to the liquid in the cell sorting area, the target cells are separated from the cell row at the target collection tank and opened. To the lower surface.
複数の圧力波付与機構および複数の収液槽を配置することによって、異なる標的細胞を分取するマルチ分取を、より確実により効率よく行なうことができる。本実施形態の細胞分取装置によれば、異なる標的細胞を分取するための分岐流路は必要とされないので、マルチ分取を容易に行なうことが可能となる。 By arranging a plurality of pressure wave applying mechanisms and a plurality of collecting tanks, multi-sorting for sorting different target cells can be performed more reliably and efficiently. According to the cell sorting device of the present embodiment, since a branch channel for sorting different target cells is not required, multi-sorting can be easily performed.
また、第3、第4といったさらなる圧力波付与機構および収液槽を、細胞分取領域に設けることによって、より多くの種類の異なる標的細胞を分取することができる。 Further, by providing the third and fourth additional pressure wave applying mechanisms and the liquid collecting tank in the cell sorting region, more types of different target cells can be sorted.
[第8実施形態]
次に、本発明の第8実施形態に係る細胞分取装置10Hの全体構成について、第1実施形態に係る細胞分取装置10と同様の構成について同様の符号を付した図12を参照して説明する。
[Eighth Embodiment]
Next, the entire configuration of the cell sorting apparatus 10H according to the eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. explain.
細胞分取装置10Hにおいては、細胞分取領域13の下に第1の標的細胞15aを含む液滴を受け取る収液流路44が配置されている。収液流路44には、流路12の細胞分取領域13に対応するように受容開口48が設けられている。収液流路44内には、流路12内を流通する液体より低速の流体46が流通する。
In the cell sorting device 10H, a collection channel 44 that receives a droplet containing the
すでに説明したように、第1の圧力波付与機構22からの縦方向の圧力波20によって第1の標的細胞15aが液体14の下側に移動する。第1の標的細胞15aを含む液滴は、流路12の細胞分取領域13から収液流路44の受容開口48を介して低速の流体46中に回収される。
As described above, the
このような収液流路44を備えることによって、細胞分取装置10Hにおいては、所望の細胞を、より確実により効率よく連続的に分取することが可能となる。 Providing such a liquid collecting flow path 44 enables the cell sorting apparatus 10H to sort desired cells more reliably and efficiently continuously.
10,10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G,10H 細胞分取装置
11 基板
11a 一端
11b 他端
12 流路
13 細胞分取領域
14 液体
15 細胞
15a 第1の標的細胞
16 細胞列
20 圧力波
22 第1の圧力波付与機構
22A フェムト秒レーザー光
22B ナノ秒レーザー光
23 対物レンズ
24,24A 第1の収液槽
26 収液室
28 金属膜
32 干渉軽減素子
33 干渉軽減領域
34 圧力波吸収部
38 表面弾性波デバイス
40 分離補助素子
44 収液流路
46 流体
48 受容開口
CB キャビテーションバブル
PW 圧力波
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H
Claims (16)
前記基板に形成され、流れ方向に沿って細胞が1つずつ並んだ細胞列を含む液体が上流から下流に向けて流通し、一面が開放した開放面を備えた細胞分取領域を有する流路と、
前記細胞分取領域の前記液体に、前記開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波を与え、第1の標的細胞を前記細胞列から分離して前記開放面に向けて移動させる第1の圧力波付与機構と、
前記細胞分取領域の前記開放面側に配置され、前記第1の標的細胞を含む液滴を受け取る第1の収液槽と
を備え、
前記流路内へ前記液体を押し込む流入促進機構と、前記流路外へ前記液体を引き出す流出促進機構とをさらに備えることを特徴とする細胞分取装置。 Board and
A flow path formed on the substrate and including a cell row in which cells are arranged one by one along a flow direction flows from upstream to downstream, and has a cell sorting region having an open surface that is open on one side. When,
Applying a pressure wave toward the open surface from the opposite side of the open surface to the liquid in the cell sorting area, separating a first target cell from the cell row and moving toward the open surface. 1 pressure wave applying mechanism,
A first liquid collecting tank disposed on the open surface side of the cell sorting area and receiving a droplet containing the first target cell ;
An inlet promotion mechanism to push the liquid to the flow channel, further comprising cell sorting apparatus according to claim Rukoto the outflow promotion mechanism to draw the liquid into the passage outside.
前記基板に形成され、流れ方向に沿って細胞が1つずつ並んだ細胞列を含む液体が上流から下流に向けて流通し、一面が開放した開放面を備えた細胞分取領域を有する流路と、
前記細胞分取領域の前記液体に、前記開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波を与え、第1の標的細胞を前記細胞列から分離して前記開放面に向けて移動させる第1の圧力波付与機構と、
前記細胞分取領域の前記開放面側に配置され、前記第1の標的細胞を含む液滴を受け取る第1の収液槽と
を備え、
前記第1の圧力波付与機構は、前記流路の前記開放面と逆側に配置され、前記圧力波の発生源となるバブルを前記液体中に誘起するパルスレーザー発振器であり、
前記パルスレーザー発振器はナノ秒レーザー光またはマイクロ秒レーザー光を発振し、前記ナノ秒レーザー光または前記マイクロ秒レーザー光の一部を吸収する金属膜が、前記流路に設けられていることを特徴とする細胞分取装置。 Board and
A flow path formed on the substrate and including a cell row in which cells are arranged one by one along a flow direction flows from upstream to downstream, and has a cell sorting region having an open surface that is open on one side. When,
Applying a pressure wave toward the open surface from the opposite side of the open surface to the liquid in the cell sorting area, separating a first target cell from the cell row and moving toward the open surface. 1 pressure wave applying mechanism,
A first liquid collection tank disposed on the open surface side of the cell sorting area and receiving a droplet containing the first target cell;
With
The first pressure wave imparting mechanism is a pulsed laser oscillator that is arranged on the opposite side of the open surface of the flow path and that induces a bubble serving as a source of the pressure wave in the liquid,
The pulse laser oscillator oscillates nanosecond laser light or microsecond laser light, and a metal film that absorbs a part of the nanosecond laser light or the microsecond laser light is provided in the flow path. and to that fine胞分winding device.
前記基板に形成され、流れ方向に沿って細胞が1つずつ並んだ細胞列を含む液体が上流から下流に向けて流通し、一面が開放した開放面を備えた細胞分取領域を有する流路と、
前記細胞分取領域の前記液体に、前記開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波を与え、第1の標的細胞を前記細胞列から分離して前記開放面に向けて移動させる第1の圧力波付与機構と、
前記細胞分取領域の前記開放面側に配置され、前記第1の標的細胞を含む液滴を受け取る第1の収液槽と
を備え、
前記第1の圧力波付与機構は、前記流路の前記開放面と逆側に配置され、前記圧力波の発生源となるバブルを前記液体中に誘起するパルスレーザー発振器であり、
前記流路の一側面から前記液体に圧力波を与え、前記細胞列における前記細胞の並びを乱して前記流路の対向側面に向けて移動させる干渉軽減素子を備えた干渉軽減領域が、前記開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波が付与される部分より上流に設けられていることを特徴とする細胞分取装置。 Board and
A flow path formed on the substrate and including a cell row in which cells are arranged one by one along a flow direction flows from upstream to downstream, and has a cell sorting region having an open surface that is open on one side. When,
Applying a pressure wave toward the open surface from the opposite side of the open surface to the liquid in the cell sorting area, separating a first target cell from the cell row and moving toward the open surface. 1 pressure wave applying mechanism,
A first liquid collection tank disposed on the open surface side of the cell sorting area and receiving a droplet containing the first target cell;
With
The first pressure wave imparting mechanism is a pulsed laser oscillator that is arranged on the opposite side of the open surface of the flow path and that induces a bubble serving as a source of the pressure wave in the liquid,
Applying a pressure wave to the liquid from one side surface of the flow path, the interference reduction area having an interference reduction element that disturbs the arrangement of the cells in the cell row and moves toward the opposite side surface of the flow path, opposite from preparative胞分fine you, characterized in that the open surface pressure waves towards is provided upstream from the portion to be imparted device open faces.
前記基板に形成され、流れ方向に沿って細胞が1つずつ並んだ細胞列を含む液体が上流から下流に向けて流通し、一面が開放した開放面を備えた細胞分取領域を有する流路と、
前記細胞分取領域の前記液体に、前記開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波を与え、第1の標的細胞を前記細胞列から分離して前記開放面に向けて移動させる第1の圧力波付与機構と、
前記細胞分取領域の前記開放面側に配置され、前記第1の標的細胞を含む液滴を受け取る第1の収液槽と
を備え、
前記細胞分取領域に露出する前記液体の表面を波立たせるための表面弾性波デバイスが、前記流路の前記細胞分取領域の前記開放面の逆側に設けられていることを特徴とする細胞分取装置。 Board and
A flow path formed on the substrate and having a cell sorting region having an open surface having an open surface, wherein a liquid including a cell row in which cells are arranged one by one along a flow direction flows from upstream to downstream. When,
Applying a pressure wave toward the open surface from the opposite side of the open surface to the liquid in the cell sorting area, separating a first target cell from the cell row and moving toward the open surface. 1 pressure wave applying mechanism,
A first collection tank disposed on the open surface side of the cell sorting area and receiving a droplet containing the first target cell;
With
A surface acoustic wave device for rippling the surface of the liquid exposed to the cell sorting region is provided on a side of the flow channel opposite to the open surface of the cell sorting region. that fine胞分winding device.
前記基板に形成され、流れ方向に沿って細胞が1つずつ並んだ細胞列を含む液体が上流から下流に向けて流通し、一面が開放した開放面を備えた細胞分取領域を有する流路と、
前記細胞分取領域の前記液体に、前記開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波を与え、第1の標的細胞を前記細胞列から分離して前記開放面に向けて移動させる第1の圧力波付与機構と、
前記細胞分取領域の前記開放面側に配置され、前記第1の標的細胞を含む液滴を受け取る第1の収液槽と
を備え、
前記細胞を前記細胞分取領域の前記開放面に向けるための分離補助素子が、前記細胞分取領域の上流側に設けられていることを特徴とする細胞分取装置。 Board and
A flow path formed on the substrate and including a cell row in which cells are arranged one by one along a flow direction flows from upstream to downstream, and has a cell sorting region having an open surface that is open on one side. When,
Applying a pressure wave toward the open surface from the opposite side of the open surface to the liquid in the cell sorting area, separating a first target cell from the cell row and moving toward the open surface. 1 pressure wave applying mechanism,
A first liquid collection tank disposed on the open surface side of the cell sorting area and receiving a droplet containing the first target cell;
With
Auxiliary separating element for directing said open surface of said cell region preparative said cell fraction is collected胞分fine you characterized in that provided on the upstream side of the cell sorting region unit.
前記基板に形成され、流れ方向に沿って細胞が1つずつ並んだ細胞列を含む液体が上流から下流に向けて流通し、一面が開放した開放面を備えた細胞分取領域を有する流路と、
前記細胞分取領域の前記液体に、前記開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波を与え、第1の標的細胞を前記細胞列から分離して前記開放面に向けて移動させる第1の圧力波付与機構と、
前記細胞分取領域の前記開放面側に配置され、前記第1の標的細胞を含む液滴を受け取る第1の収液槽と
を備え、
前記第1の圧力波付与機構は、前記流路を挟んで両側面に配置され、前記圧力波により定在波を生成する2つの表面弾性波デバイスから構成されることを特徴とする細胞分取装置。 Board and
A flow path formed on the substrate and including a cell row in which cells are arranged one by one along a flow direction flows from upstream to downstream, and has a cell sorting region having an open surface that is open on one side. When,
Applying a pressure wave toward the open surface from the opposite side of the open surface to the liquid in the cell sorting area, separating a first target cell from the cell row and moving toward the open surface. 1 pressure wave applying mechanism,
A first liquid collection tank disposed on the open surface side of the cell sorting area and receiving a droplet containing the first target cell;
With
Said first pressure wave imparting mechanism is arranged on both sides across the flow path, the cells characterized in that it is composed of two surface acoustic wave device for generating a standing wave by the pressure wave Sorting device.
前記基板に形成され、流れ方向に沿って細胞が1つずつ並んだ細胞列を含む液体が上流から下流に向けて流通し、一面が開放した開放面を備えた細胞分取領域を有する流路と、
前記細胞分取領域の前記液体に、前記開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波を与え、第1の標的細胞を前記細胞列から分離して前記開放面に向けて移動させる第1の圧力波付与機構と、
前記細胞分取領域の前記開放面側に配置され、前記第1の標的細胞を含む液滴を受け取る第1の収液槽と
を備え、
前記細胞分取領域の前記液体に、前記開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波を与え、第1の標的細胞とは異なる第2の標的細胞を前記細胞列から分離して前記開放面に向けて移動させる第2の圧力波付与機構と、
前記細胞分取領域の前記開放面側に配置され、前記第2の標的細胞を含む液滴を受け取る第2の収液槽と
を備えることを特徴とする細胞分取装置。 Board and
A flow path formed on the substrate and including a cell row in which cells are arranged one by one along a flow direction flows from upstream to downstream, and has a cell sorting region having an open surface that is open on one side. When,
Applying a pressure wave toward the open surface from the opposite side of the open surface to the liquid in the cell sorting area, separating a first target cell from the cell row and moving toward the open surface. 1 pressure wave applying mechanism,
A first liquid collection tank disposed on the open surface side of the cell sorting area and receiving a droplet containing the first target cell;
With
A pressure wave directed from the opposite side of the open surface to the open surface is applied to the liquid in the cell sorting area, and a second target cell different from a first target cell is separated from the cell row to separate the target cells. A second pressure wave imparting mechanism for moving toward the open surface;
Wherein disposed on the open face side of the cell sorting region, fine胞分winding device you anda second Osamueki tank to receive the liquid droplets containing a second target cell.
前記基板に形成され、流れ方向に沿って細胞が1つずつ並んだ細胞列を含む液体が、第1の速度で上流から下流に向けて流通し、一面が開放した開放面を備えた細胞分取領域を有する流路と、
前記細胞分取領域の前記液体に、前記開放面の逆側から前記開放面に向けた圧力波を与え、標的細胞を前記細胞列から分離して前記開放面に向けて移動させる圧力波付与機構と、
前記細胞分取領域の前記開放面側に配置され、前記第1の速度より小さな第2の速度の流体が流通し、前記標的細胞を含む液滴を受け取る収液流路と
を備え、
前記流路内へ前記液体を押し込む流入促進機構と、前記流路外へ前記液体を引き出す流出促進機構とをさらに備えることを特徴とする細胞分取装置。 Board and
A liquid formed on the substrate and including a cell row in which cells are arranged one by one along a flow direction flows from an upstream to a downstream at a first speed, and a cell component having an open surface that is open on one side. A flow path having a taking area;
A pressure wave applying mechanism that applies a pressure wave toward the open surface from the opposite side of the open surface to the liquid in the cell sorting area, and separates target cells from the cell row and moves toward the open surface. When,
A liquid collection channel that is disposed on the open surface side of the cell sorting region, through which a fluid having a second speed smaller than the first speed flows, and that receives a droplet containing the target cell ;
An inlet promotion mechanism to push the liquid to the flow channel, further comprising cell sorting apparatus according to claim Rukoto the outflow promotion mechanism to draw the liquid into the passage outside.
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