JP6871116B2 - セルソータ - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、検体液の中から特定の細胞等の微粒子を分取するセルソータに関する。
近年、細胞生物学の分野においては、検体液中の細胞集団の中から特定の細胞だけを分取するセルソータが使用されている。このセルソータでは、液滴状に射出された検体液（細胞の浮遊液や懸濁液）にレーザ光を照射し、散乱光や蛍光等を測定することで、細胞を識別することができる。さらに、電界や磁界の印加により、特定の細胞を所定のチューブに分取することができる。
しかし、この種の装置では、分取の過程で細胞にダメージを与える、分取の精度が低い、分取のスループットが低い等の問題があった。さらに、各細胞の分取が適切に為されたかどうかを観察できていないという問題がある。
この問題を解決するために、マイクロ流体デバイスを用いたセルソータが提案されている。これらの手法では、細胞はマイクロ流体デバイス中の液中を流れ、その分取は誘電泳動（ＤＥＰ）などで行われることにより、細胞へのダメージを低減することができる。しかしながら、従来技術と同様に分取が適切に為されたかどうかを観察できていないという問題が解消されていなかった。
特開２００９−１００６９８号公報 特許第５７１２３９６号公報 特開２０１０−１８１３９９号公報 特許第５９９１２３６号公報 特開２０１７−７５９５８号公報
発明が解決しようとする課題は、検体液中の細胞等の粒子にダメージを与えることなく、検体液中の特定の粒子を分取することができ、且つ分取精度の向上と分取の成否を観察し得るセルソータを提供することである。
実施形態のセルソータは、基板の表面部に設けられ、一端側から粒子を含む検体液が供給される流路と、前記基板の表面部に設けられ、前記流路の他端側に接続された複数の分岐流路と、前記流路から前記分岐流路までをカバーする画素領域を有するイメージセンサと、前記イメージセンサの前記流路の部分の画素領域の計測信号から、前記検体液中の粒子の特徴を判定する判定部と、前記流路と前記分岐流路との接続部に隣接して設けられ、前記判定部の判定結果に基づいて、前記検体液中の粒子を前記分岐流路の何れかに導く分取部と、前記イメージセンサの計測信号から、前記粒子の移動を観察する観察部と、を具備している。
第１の実施形態に係わるセルソータの概略構成を示す平面図である。 図１のＩ−Ｉ’断面図である。 図１のセルソータにおける判定部，分取部，及び観察部の関係を示す模式図である。 判定部及び分取部の動作を説明するためのフローチャートである。 観察部の動作を説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態に係わるセルソータの概略構成を示す平面図である。 第３の実施形態に係わるセルソータの概略構成を示す平面図である。 第４の実施形態に係わるセルソータの概略構成を示す平面図である。 第５の実施形態に係わるセルソータの概略構成を示す平面図である。 ３つの色素と免疫染色との関係を説明するための図である。
以下、実施形態のセルソータを、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態に係わるセルソータの概略構成を説明するためのもので、図１は平面図、図２は図１のＩ−Ｉ’断面図である。
Ｓｉ等を基材とする半導体基板等の基板１０上に、ＰＤＭＳ（poly dimethyl siloxane）等の樹脂からなる流路構造体１１が積層されている。この流路構造体１１を選択エッチングすることにより、流路（第１の流路）２０、分岐流路（第２の流路）２１，２２、入力部３０、及び出力部３１，３２が設けられている。各流路の２０，２１，２２の上面は、流路構造体１１と同様の材料からなる蓋体１２で覆われている。なお、蓋体１２は、流路２０，２１，２２内への犠牲層の埋め込み、薄膜の堆積、及び犠牲層の除去によって形成すればよい。
流路構造体１１及び蓋体１２は、照明光を透過し、散乱及び自家蛍光が少ない材料であれば良く、必ずしもＰＤＭＳに限らず、他の成型可能なプラスチック材料やガラスを用いることも可能である。入力部３０は基板１０上の一端側（例えば左側）に設けられ、検体液を供給可能になっている。出力部３１，３２は基板１０上の他端側（例えば右側）に例えばＹ方向に離間して設けられており、検体液を溜めることが可能となっている。
流路２０は、一端側が入力部３０と接続され、Ｘ方向に沿って直線状に設けられている。分岐流路２１，２２は、流路２０の他端側と出力部３１，３２とを接続するように、一部屈曲して設けられている。即ち、分岐流路２１の一端は流路２０の他端に接続され、分岐流路２１の他端は出力部３１に接続されている。分岐流路２２の一端は流路２０の他端に接続され、分岐流路２２の他端は出力部３２に接続されている。また、入力部３０及び出力部３１，３２の少なくとも一方に水圧調整ポンプ等を接続することにより、検体液を入力部３０から出力部３１，３２に流すようになっている。
基板１０には、流路２０及び分岐流路２１，２２の全体の領域をカバーするように、ＣＭＯＳやＣＣＤ等のイメージセンサ４０が設けられている。そして、流路２０の一部に隣接するように判定部５０が設けられ、流路２０と分岐流路２１，２２との接続部に隣接するように分取部６０が設けられている。ここで、判定部５０及び分取部６０はイメージセンサ４０の撮像領域（画素領域）内に位置するものとなっている。
なお、イメージセンサ４０は、該センサ４０と同じ面積の画素領域を有するものとしたが、判定部５０及び分取部６０の全体を画素領域でカバーできるものであれば良い。図１及び図２の例では、イメージセンサ４０の領域を画素領域と見なし、その周囲の領域（例えば、基板１０に相当する領域）にイメージセンサが設けられていても良い。
判定部５０は、流路２０内の検体液に光を照射する光源５１、検体液からの光を計測するセンサ（イメージセンサ４０）、及び光学フィルタ５２等から構成されている。そして、検体液からの散乱光や蛍光等から流路２０内の検体液中の細胞の特徴を判定するようになっている。なお、光学フィルタ５２としては、誘電体多層膜フィルタ、且つ又は染料若しくは顔料からなるカラーフィルタを用いることができる。
分取部６０は、誘電泳動、電気泳動、超音波、空気圧制御、光ピンセット、磁気等により、流路２０内の検体液中の微粒子を分岐流路２１，２２の何れかに導くようになっている。例えば、誘電泳動の場合、図３に示すように、流路２０の下流端近傍を挟んでＹ方向に電極６１（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ），６２（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ）を対向配置すればよい。これらの電極６１，６２は、互いに大きさが異なっていても良いし、電極６１，６２をＹ方向に離間して複数個設けても良い。電極６１，６２による電界の力で、微粒子に対してＹ方向の力を加えることができる。即ち、電極６１，６２により所定の電場強度勾配を形成し、微粒子に誘電動力を与えることができる。そして、判定部５０の判定結果に基づいて、分取部６０の電極６１，６２の印加電圧を制御することにより、検体液中の細胞等の微粒子を分岐流路２１，２２の何れかに導くようになっている。
なお、電極６１，６２は、櫛歯状の電極としても良い。この場合、６１ａ，６１ｂ，６１ｃは櫛歯状電極６１の電極指となり、６２ａ，６２ｂ，６２ｃは櫛歯状電極６２の電極指となる。
より具体的には、図３に示すように、判定部５０は、流路２０の上流側に対応するイメージセンサ４０の画素領域の計測信号に基づいて、微粒子の特徴を電気的に判定する判定回路５３を有している。分取部６０は、電極６１，６２に所定の周波数のＡＣ電圧を印加するための駆動回路６３を有している。そして、判定回路５３の判定結果に基づいて、駆動回路６３で電極６１，６２に周波数且つ又は印加する電圧を制御することにより、検体液中の微粒子を分岐流路２１，２２の何れかに導くようになっている。
判定回路５３は、イメージセンサと同一の基板１０上に混載して実装されても良いし、イメージセンサから読み出された計測信号を処理する装置として、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵ、ＣＰＵなどの各種ＩＣを用いて実装されても良い。さらには、処理装置を実装したＩＣと基板１０を積層的に張り合わせても良い。
また、イメージセンサ４０の全体の画素領域の計測信号を基に、流路２０，２１，２２内の微粒子の動きを電気的に観察する観察回路４１が設けられている。
このような構成において、流路２０，２１，２２内に液体（例えばリン酸緩衝生理食塩水）等を充填した状態で、入力部３０に細胞等の微粒子を含む検体液を供給すると、検体液は流路２０の上流側から下流側に流れる。このとき、光源５１から光を照射し、流路２０を透過した光をイメージセンサ４０で受光することにより、判定回路５３で流路２０内を通過する微粒子の特徴を判定する。
即ち、図４のフローチャートに示すように、検体液を入力部３０に供給（ステップＳ１）した後、微粒子が判定部５０を通過したか否かを計測する（ステップＳ２）。Ｓ２で微粒子が通過したと計測された場合、微粒子の特徴量が閾値以上か否かを判定する（ステップＳ３）。
光源５１から光学フィルタ５２を通過する波長の光を照射した場合、検体液中に微粒子が存在するとそれによって屈折した光が生じる。このため、イメージセンサ４０で屈折光を計測することにより、微粒子の形状を判定することができる。具体的には、微粒子の形状を分析することにより、その大きさ、球形からの崩れの程度、内部構造などを計測することができ、これにより分取すべき微粒子のみを判定することができる。
また、光源５１から蛍光発生のための励起光を照射した場合、検体液中に微粒子が存在すると、この微粒子に対応する蛍光が発生する。このため、イメージセンサ４０で所定の波長の蛍光を計測することにより、微粒子の蛍光的特徴量を判定することができる。ここで、光学フィルタ５２により蛍光の波長を選択することによって、分取すべき蛍光的特徴量のみを判定することができる。
より具体的に蛍光的特徴量とは、目的とする細胞に対して予め実施された蛍光色素による免疫染色や遺伝子導入技術により所定の条件で発現された蛍光タンパク質等が示す対象の生化学的特徴である。
判定部５０の光源５１からは蛍光を効率良く発生する波長の励起光を照射する。そして、光学フィルタ５２を通過した蛍光をイメージセンサ４０で計測することにより、目的とする細胞の蛍光の有無や強度を判定することができる。
先のステップＳ３で微粒子の特徴量が閾値以上と判定された場合、即ち流路２０内の微粒子が分取すべき微粒子であれば、分取部６０で誘電泳動により図１の上側の分岐流路２１に導く（ステップＳ４）。これにより、微粒子は出力部３１に溜められる。ステップＳ３で微粒子の特徴量が閾値以上でないと判定された場合、即ち分取すべき微粒子でない場合は、分取部６０で誘電泳動により下側の第２の分岐流路２２に導く（ステップＳ５）。このようにして、必要な微粒子のみを出力部３１に溜めることができる。
一方、観察回路４１では、上記の判定及び分取の操作と同時に、図５のフローチャートに示すように、イメージセンサ４０で、検体液が流路２０及び分岐流路２１，２２を流れる様子を連続的に観察する（ステップＳ１１）。そして、所定の分岐流路に微粒子が移動したか否かを判定する（ステップＳ１２）。判定がＯＫの場合は、分取操作を繰り返す（ステップＳ１３）。判定がＮＯの場合は、誤判定を記録、装置を停止する等の所定の操作を実施する（ステップＳ１４）
このように本実施形態では、イメージセンサ４０の流路２０の部分の計測信号に基づいて、流路２０内を通過する検体液中の微粒子の特徴を、判定部５０で判定することができる。さらに、判定部５０の判定結果に基づいて分取部６０で、誘電泳動により微粒子を分岐流路２１，２２の何れかに導くことにより、必要な微粒子のみを分取することができる。その際、判定部の結果に応じた電界が微粒子に対して印加され、微粒子は所定の分岐流路に導かれる。分取の過程で液滴の射出を伴わないため、微粒子に与えるダメージを少なくすることができる。
また、流路２０及び分岐流路２１，２２の全体をカバーするようにイメージセンサ４０を設けているため、観察回路４１により、流路２０から分岐流路２１，２２までの微粒子の移動を観察することができる。これにより、微粒子の分取精度の向上をはかり、分取の成否を客観的に記録することができる。
従来は、顕微鏡等で流路２０内の一部を局所的に観察するのみであり、微粒子の実際の移動は確認できない。このため、微粒子が分取されたか否かを確認するには、分取された検体液を再度分析するなどの検査が必要であった。また、このような再検査を従来装置で行う場合、微粒子へのダメージが増長されるため、実施そのものができない場合もある。これに対して本実施形態では、流路２０及び分岐流路２１，２２までをカバーするイメージセンサ４０の計測信号に基づいて、流路２０から分岐流路２１，２２までの微粒子の移動を正確に確認することができるため、再検査の必要もなくすことができる。
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係わるセルソータの概略構成を示す平面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態と同様の構成のセルソータ要素を複数個並列に設けたことである。
基板１０上に、流路２０、分岐流路２１，２２、入力部３０、出力部３１，３２、判定部５０、及び分取部６０からなる第１のセルソータ要素１００が設けられている。第１のセルソータ要素１００とＹ方向に離間して、第１のセルソータ要素１００と同様の構成の第２のセルソータ要素２００が設けられている。イメージセンサ４０は、第１のセルソータ要素１００の流路２０及び分岐流路２１，２２と共に第２のセルソータ要素２００の流路２０及び分岐流路２１，２２をカバーするように、複数のセルソータ要素１００，２００に跨って形成されている。
ここで、判定部５０は、複数のセルソータ要素１００，２００で共通としても良い。即ち、イメージセンサ４０の流路２０側の画素出力から、セルソータ要素１００の流路２０内を通る微粒子の特徴を判定すると共に、セルソータ要素２００の流路２０内を通る微粒子の特徴を判定するようにしても良い。また、第１のセルソータ要素１００における判定部５０と第２のセルソータ要素１００における判定部５０で判定する微粒子は同種であっても良いし、異なる種であっても良い。
なお、図６では２つのセルソータ要素を並列に設けた例を示したが、更に多数のセルソータ要素を並列に設けても良い。
このような構成であれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、微粒子の分取を並列処理することができる。このため、微粒子の分取のスループット向上をはかることができる。これは、検体液中の微粒子の分取の高速化に繋がる。
また、複数のセルソータ要素を同一基板上に作製することができ、しかも各部を共通のプロセス及び部材で形成することができるため、１つセルソータ要素を作製する場合と実質的に同じコストで作製することができる。即ち、複数のセルソータ要素を有する装置の製造コストの低減をはかることができる。
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係わるセルソータの概略構成を示す平面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態と同様の構成の１段目のセルソータ要素の後段に、２段目のセルソータ要素を設けたことである。
１段目のセルソータ要素の流路（第１の流路）２０、１段目の分岐流路（第２の流路）２１，２２、入力部３０、第１の判定部５０、第１の分取部６０は、第１の実施形態と同様である。１段目の分岐流路２１の他端側には、２段目の再分岐流路（第３の流路）２１ａ，２１ｂの一端側が接続され、再分岐流路２１ａ，２１ｂの他端側は出力部３１ａ，３１ｂに接続されている。１段目の分岐流路２２の他端側には、２段目の再分岐流路（第３の流路）２２ａ，２２ｂの一端側が接続され、再分岐流路２２ａ，２２ｂの他端側は出力部３２ａ，３２ｂに接続されている。
また、分岐流路２１，２２内の検体液中の微粒子を判定するための第２の判定部５５が設けられている。さらに、分岐流路２１内の微粒子を再分岐流路２１ａ，２１ｂの何れかに導くと共に、分岐流路２２内の微粒子を再分岐流路２２ａ，２２ｂの何れかに導くための第２の分取部６５が設けられている。イメージセンサ４０は、流路２０、分岐流路２１，２２、及び再分岐流路２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの全てをカバーするように設けられている。
第２の判定部５５の構成は、第１の判定部５０と同様であり、イメージセンサ４０の分岐流路２１の部分の画素領域の計測信号に基づいて微粒子の特徴を判定するようになっている。第２の分取部６５の構成は、第１の分取部５０と同様である。即ち、分岐流路２１と再分岐流路２１ａ，２１ｂとの接続部に隣接するように誘電泳動のための電極が設けられ、分岐流路２２と再分岐流路２２ａ，２２ｂとの接続部に隣接するように誘電泳動のための電極が設けられている。
このように本実施形態では、１段目のセルソータ要素の後段に２段目のセルソータ要素を設け、第１の判定部５０及び分取部６０と第２の判定部５５及び分取部６５とを直列に配置したことにより、より精度の高い分取を行うことができる。例えば、第１の判定部５０及び第１の分取部６０による１段目の分取が失敗し、ＮＧの細胞がＯＫになった場合でも、第２の判定部５５及び第２の分取部６５による２段目でこの細胞をＮＧに分取することができる。即ち、分取精度の更なる向上をはかることができる。ここで、ＯＫの細胞又はＮＧの細胞とは、判定部で計測される特徴量に対して設定した閾値によって分けられた２つの集団のことを指す。
また、第２の判定部５５で計測する蛍光波長と第１の判定部５０で計測する蛍光波長を異なるようにすれば、多項目の蛍光判定を行うことも可能となる。
なお、本実施形態では、セルソータ要素を２段に設け、２ステップの４分別の例を説明したが、更に多段にセルソータ要素を設けるようにしても良い。例えば、セルソータ要素を３段に設けることにより、８分別が可能である。
（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係わるセルソータの概略構成を示す平面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、流路２０の他端側から流路２０の一端側への帰還流路２５を設けたことである。即ち、流路２０及び分岐流路２１，２２と同様に、基板１０上に帰還流路２５が設けられている。流路２０の他端側は分岐流路２１，２２と共に帰還流路２５の一端側に接続され、帰還流路２５の他端側は流路２０の一端側に接続されている。
このように帰還流路２５を設けたことにより、サイクリックな判定及び分取を行うことができる。
１回目の判定で目的とする微粒子の特徴量の閾値に対する大小（ＯＫ／ＮＧ）が確定できないもの（例えば、複数細胞の重なりなど）は、帰還流路２５を通して入力側に戻し、再判定させる。具体的には、１回目の判定で、ＯＫが確定したものは分岐流路２１に導き、出力部３１に溜める。ＮＧが判定したものは分岐流路２２に導き、出力部３２に溜める。ＯＫ，ＮＧが確定しないものは帰還流路２５に戻す。そして、２回目の判定で再度の分取を行うことにより、収率の向上をはかることができる。
このように、ＯＫが微妙なものは帰還させて再判定することにより、収率の向上及び分取の精度を高めることも可能となる。
また、１項目目でＯＫのものを入力側に戻し、別の項目で判定し、ＡＮＤが取れたもののみをＯＫに流すことも可能である。具体的には、１回目の判定では、判定部５０で第１の波長の蛍光を計測することにより、１項目目でＯＫのものを帰還流路２５に導き、ＮＧのものは分岐流路２２に導く。そして、２回目の判定では、判定部５０で第１の波長とは異なる波長の蛍光を計測し、２項目目でＯＫのものを分岐流路２１に導き、ＮＧのものは分岐流路２２に導く。これにより、１項目目と２項目目の両方でＯＫのもののみを分岐流路２１に導き、２つの項目の判定が共にＯＫのもののみを出力部３１に流すことが可能である。
このように本実施形態では、同一の特徴判定を繰り返すサイクリックな判定により、収率の向上及び分取の精度を高めることができ、異なる特徴判定を逐次的に行う逐次比較の判定により、多項目判定による分取を行うことができる。
（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態に係わるセルソータの概略構成を示す平面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態と同様の構成のセルソータ要素１００，２００，３００を直列に設け、判定部で判定された蛍光的特徴量が閾値以上の場合の除外すべき判定項目を上流部に設けることである。ここで、除外すべきとは、次段のセルソータ要素が接続されない流路に分取することである。
１段目の第１のセルソータ要素１００は、入力部３０1 、流路２０1 、分岐流路２１1 ，２２1 、出力部３２1 、イメージセンサ４０1 、判定部５０1 、分取部６０1 を有している。２段目の第２のセルソータ要素２００は、流路２０2 、分岐流路２１2 ，２２2 、出力部３２2 、イメージセンサ４０2 、判定部５０2 、分取部６０2 を有している。第２のセルソータ要素２００の流路２０2 の一端は、第１のセルソータ要素１００の分岐流路２１1 の他端に接続されている。３段目の第３のセルソータ要素２００は、流路２０3 、分岐流路２１3 ，２２3 、出力部３１3 ，３２3 、イメージセンサ４０3 、判定部５０3 、分取部６０3 を有している。第３のセルソータ要素２００の流路２０3 の一端は、第２のセルソータ要素２００の分岐流路２１2 の他端に接続されている。
第１〜第３のセルソータ要素１００〜３００における各判定部５０（５０1 ，５０2 ，５０3 ）は、各イメージセンサ４０（４０1 ，４０2 ，４０3 ）の前段に異なる波長の光学フィルタ（図示せず）を有し、互いに異なる微粒子を判定するようになっている。
ここで、検体液中の細胞は、３つの色素（例えば7-AAD，PE，BV510）を用いて免疫染色を行っているものとする。図１０に示すように、第１の色素（BV510）は陰性に対する免疫染色を行うもの、第２の色素（7-AAD）は死細胞が蛍光で染まるもの、第３の色素（PE）は陽性に対する免疫染色を行うものとする。そして、本実施形態では、死細胞でなく、陰性に対する免疫染色の蛍光的特徴量が閾値未満で、陽性に対する免疫染色の蛍光的特徴量が閾値以上の細胞のみを分取するものとする。
第１のセルソータ要素１００の判定部５０1 では、第１の色素（BV510）に対応する蛍光を計測し、第２のセルソータ要素２００の判定部５０2 では、第２の色素（7-AAD）に対応する蛍光を計測し、第３のセルソータ要素３００の判定部５０3 では、第３の色素（ＰＥ）に対応する蛍光を計測する。
複数の色素を用いて免疫染色を行った場合、波長の異なる蛍光が同時に発生するため、蛍光の混色が生じる。第１の色素に対応する蛍光Ａは混色が小さく、第２の色素に対応する蛍光Ｂは混色が中程度であり、第３の色素に対応する蛍光Ｃは混色が最も大きくなっている。本実施形態では、蛍光の混色が小さいものから順に除外するものとする。
本実施形態のような構成において、各流路２０、各分岐流路２１，２２内に液体（例えば電解液）等を充填した状態で、入力部３０1 に細胞等の微粒子を含む検体液を供給すると、検体液は上流側から下流側に、即ち第１のセルソータ要素１００から第３のセルソータ要素３００へと流れる。
このとき、第１のセルソータ要素１００で、光学フィルタ５２1 を用い、検体液中の細胞のうち第１の陰性に対する免疫染色色素に対応する蛍光を発生するものを除外する。即ち、判定部５０1 で蛍光（BV510）の特徴量が閾値以上であれば、検体液中の細胞を分取部６０1 で分岐流路２２1 に導き、出力部３２１ に蓄える。それ以外は、分岐流路２１1 に導き、第２のセルソータ要素２００に導く。
第２のセルソータ要素２００で、光学フィルタ５２2 を用い、検体液中の細胞で第２の色素に対応する蛍光を発生するものを除外する。即ち、判定部５０2 で蛍光（7-AAD）の特徴量が閾値以上であれば分取部６０2 で分岐流路２２2 に導き、出力部３２2 に蓄える。それ以外は、分岐流路２１2 に導き、第３のセルソータ要素３００に導く。その際、第１のセルソータ要素１００では含まれていた第１の色素による蛍光（BV510）を発する細胞は検体液中には含まれないため、混色なく判定を行うことができる。
第３のセルソータ要素１００で、光学フィルタ５２3 を用い、検体液中の細胞で第３の色素に対応する蛍光を発生するものを取り出す。即ち、判定部５０3 で蛍光（PE）の特徴量が閾値以上であれば分取部６０3 で分岐流路２２3 に導き、出力部３２3 に蓄える。その際、第１のセルソータ要素１００では含まれていた第１の色素による蛍光（BV510）及び第２のセルソータ要素１００では含まれていた第２の色素による蛍光（7-AAD）を発する細胞はいずれも検体液中には含まれないため、混色なく判定を行うことができる。それ以外は、分岐流路２１3 に導き、出力部３１3 に蓄える。これにより、出力部３２3 に目的とする細胞のみを溜めることができる。
つまり、第１のセルソータ要素１００においては、蛍光的特徴量が閾値以下である場合に微粒子を分岐流路２１１ に導き、蛍光的特徴量が閾値以上である場合に微粒子を分岐流路２２１ に導く。同様に、第２のセルソータ要素２００においては、蛍光的特徴量が閾値以下である場合に微粒子を分岐流路２１２ に導き、蛍光的特徴量が閾値以上である場合に微粒子を分岐流路２２２ に導く。そして、第３のセルソータ要素３００においては、蛍光的特徴量が閾値以下である場合に微粒子を分岐流路２１３ に導き、蛍光的特徴量が閾値以上である場合に微粒子を分岐流路２２３ に導く。
ここで、セルソータ要素は３段に限るものではなく、更に多数の段に接続することも可能である。このとき、セルソータ要素を多段に配置した流路部は、上流側の１つ以上のセルソータ要素からなる上流側セルソータ要素群と、上流側セルソータ要素群よりも下流側の１つ以上のセルソータ要素からなる下流側セルソータ要素群と、に分けられる。そして、上流側セルソータ要素群においては判定部による第１の蛍光的特徴量が閾値以下である場合に微粒子を分岐流路の一方に導き、下流側セルソータ要素群においては判定部による第２の蛍光的特徴量が閾値以上である場合に微粒子を分岐流路の一方に導く。例えば、セルソータ要素が８段の場合、１〜４段目までは「閾値以下」を分岐流路の一方に導き、５段目〜８段目は「閾値以上」を分岐流路の一方に導く。
図９の例では、第１及び第２のセルソータ要素１００，２００を上流側セルソータ要素群とし、第３のセルソータ要素３００を下流側セルソータ要素群とし、上流側のセルソータ要素群においては、判定部５０による第１の蛍光的特徴量（(BV510)及び(7-AAD)の特徴量）が閾値以下である場合に微粒子を分岐流路の一方（２１側）に導き、下流側セルソータ要素群においては判定部５０による第２の蛍光的特徴量（(PE)の特徴量）が閾値以上である場合に微粒子を分岐流路の一方（２１側）に導く。
このように本実施形態では、複数のセルソータ要素１００，２００，３００を直列に接続し、各々のセルソータ要素１００，２００，３００で異なる細胞の分取を行うことにより、検体液中に複数種の細胞が混在する場合であっても、目的とする細胞のみを正確に分取することができる。そしてこの場合、蛍光を発すると除外すべきものから順に除外しているため、混色の影響を少なくすることができる。従って、分取の精度を向上させることができる。
なお、本実施形態では、３段のセルソータ要素を直列に設けたが、各段の何れかにおいて、セルソータ要素を並列に設けるようにしても良い。
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。
実施形態では、１つの流路に接続される分岐流路は２つとしたが、１つの流路に３つ以上の分岐流路を接続しても良い。
イメージセンサは、必ずしもＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサに限るものではなく、流路から分岐流路に渡って連続的に撮像でき、且つ細胞レベルの微粒子の存在を撮像できるものであれば良い。
分取部は、必ずしも誘電泳動を利用したものに限らず、電気泳動、超音波、空気圧制御、光ピンセット、或いは磁気等を利用したものであっても良い。
また、本発明は、細胞の分取に限るものではなく、各種の微粒子の分取に適用することが可能である。
本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１０…基板
２０…流路（第１の流路）
２１，２２…分岐流路（第２の流路）
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ…再分岐流路（第３の流路）
２５…帰還流路
３０…入力部
３１，３２…出力部
４０…イメージセンサ
４１…観察回路（観察部）
５０…判定部
５１…光源
５２…光学フィルタ
５３…判定回路
６０…分取部
６１，６２…電極
６３…駆動回路

Claims (12)

  1. 基板の表面部に設けられ、一端側から粒子を含む検体液が供給される流路と、
    前記基板の表面部に設けられ、前記流路の他端側に接続された複数の分岐流路と、
    前記基板に設けられ且つ前記流路及び前記分岐流路の下に位置し、前記流路から前記分岐流路までをカバーする画素領域を有するイメージセンサと、
    前記イメージセンサの前記流路の部分の画素領域の計測信号から、前記検体液中の粒子の特徴を判定する判定部と、
    前記流路と前記分岐流路との接続部に隣接して設けられ、前記判定部の判定結果に基づいて、前記検体液中の粒子を前記分岐流路の何れかに導く分取部と、
    前記イメージセンサの計測信号から、前記粒子の前記流路から前記分岐流路への移動を観察する観察部と、
    を具備したことを特徴とするセルソータ。
  2. 前記判定部は、特定の波長を遮断する光学フィルタを有することを特徴とする、請求項１に記載のセルソータ。
  3. 前記分取部は、前記流路の下流側に設けられた電極を有することを特徴とする、請求項２に記載のセルソータ。
  4. 前記流路、前記分岐流路、前記イメージセンサ、前記判定部、前記分取部、及び前記観察部からなるセルソータ要素が複数個並列に配置され、
    前記イメージセンサは、異なるセルソータ要素で共通であることを特徴とする、請求項１に記載のセルソータ。
  5. 前記基板の表面部に、前記流路の一端側と他端側を接続するように設けられた帰還流路を更に有し、前記分取部は、前記判定部の判定結果に基づいて、前記検体液中の粒子を前記分岐流路の何れか又は前記帰還流路に導くことを特徴とする、請求項１に記載のセルソータ。
  6. 基板の表面部に設けられ、一端側から粒子を含む検体液が供給される第１の流路と、
    前記基板の表面部に設けられ、前記第１の流路の他端側に一端が接続された複数の第２の流路と、
    前記基板の表面部に設けられ、前記第２の流路の各々の他端側にそれぞれ複数個が接続された第３の流路と、
    前記基板に設けられ且つ前記第１、第２及び第３の流路の下に位置し、前記第１の流路から前記第３の流路までをカバーする画素領域を有するイメージセンサと、
    前記イメージセンサの前記第１の流路の部分の画素領域の計測信号から、前記検体液中の粒子の特徴を判定する第１の判定部と、
    前記第１の流路と前記第２の流路との接続部に隣接して設けられ、前記第１の判定部の判定結果に基づいて、前記第１の流路内の前記検体液中の粒子を前記第２の流路の何れかに導く第１の分取部と、
    前記イメージセンサの前記第２の流路の部分の画素領域の計測信号から、前記検体液中の粒子の特徴を判定する第２の判定部と、
    前記第２の流路と前記第３の流路との接続部に隣接して設けられ、前記第２の判定部の判定結果に基づいて、前記第２の流路内の前記検体液中の粒子を前記第３の流路の何れかに導く第２の分取部と、
    前記イメージセンサの計測信号から、前記粒子の前記第１の流路から前記第３の流路への移動を観察する観察部と、
    を具備したことを特徴とするセルソータ。
  7. 基板上に複数のセルソータ要素を直列に配置してなるセルソータであって、
    前記セルソータ要素の各々は、前記基板の表面部に設けられ、一端側から粒子を含む検体液が供給される流路及び該流路の他端側に一端が接続された複数の分岐流路と、前記基板に設けられ且つ前記流路及び前記分岐流路の下に位置し、前記流路から前記分岐流路までをカバーする画素領域を有するイメージセンサと、前記イメージセンサの前記流路の部分の画素領域の計測信号から、前記検体液中の粒子の特徴を判定する判定部と、前記流路と前記分岐流路との接続部に隣接して設けられ、前記判定部の判定結果に基づいて、前記流路内の前記検体液中の粒子を前記分岐流路の何れかに導く分取部と、前記イメージセンサの計測信号から、前記粒子の前記流路から前記分岐流路への移動を観察する観察部とを具備し、
    上流側のセルソータ要素の前記分岐流路の一方の他端に下流側のセルソータ要素の前記流路の一端が接続され、
    前記各セルソータ要素の前記判定部は、粒子の異なる特徴を判定するものであることを特徴とするセルソータ。
  8. 前記判定部は、前記計測信号に基づいて前記粒子の蛍光的特徴量を判定するものであり、
    前記分取部は、前記蛍光的特徴量が閾値以上でない場合に前記粒子を前記分岐流路の一方に導き、前記蛍光的特徴量が閾値以上の場合に前記粒子を前記分岐流路の他方に導くことを特徴とする、請求項７に記載のセルソータ。
  9. 基板の表面部に設けられ、一端側から粒子を含む検体液が供給される第１の流路及び前記第１の流路の他端側に一端が接続された複数の分岐流路を有するセルソータ要素を多段に配置した流路部と、
    前記基板に設けられ且つ前記第１の流路及び前記分岐流路の下に位置し、前記セルソータ要素毎に前記第１の流路及び前記分岐流路をカバーする画素領域を有する、又は前記基板に設けられ且つ前記流路部の下に位置し、前記流路部をカバーする画素領域を有するイメージセンサと、
    前記セルソータ要素毎に、前記イメージセンサの前記第１の流路の部分の画素領域の計測信号から、前記検体液中の粒子の特徴を判定する判定部と、
    前記セルソータ要素毎に、前記第１の流路と前記分岐流路との接続部に隣接して設けられ、前記判定部の判定結果に基づいて、前記第１の流路内の前記検体液中の粒子を前記分岐流路の何れかに導く分取部と、
    前記イメージセンサの計測信号から、前記粒子の前記流路部内の移動を観察する観察部とを具備したセルソータ。
  10. 前記多段に配置した前記セルソータ要素は、各段の何れかにおいて、並列にも設けられていることを特徴とする請求項９に記載のセルソータ。
  11. 前記セルソータ要素を多段に配置した流路部は、上流側のセルソータ要素の前記分岐流路の一方の他端に下流側のセルソータ要素の前記第１の流路の一端が接続されることによって多段に配置しており、
    前記各セルソータ要素の前記判定部は、粒子の異なる特徴を判定することができるものであることを特徴とする請求項９に記載のセルソータ。
  12. 前記判定部は、前記計測信号に基づいて前記粒子の蛍光的特徴量を判定するものであり、
    前記セルソータ要素を多段に配置した流路部は、上流側の１つ以上のセルソータ要素からなる上流側セルソータ要素群と前記上流側セルソータ要素群よりも下流側の１つ以上のセルソータ要素からなる下流側セルソータ要素群とを有し、
    前記上流側セルソータ要素群においては前記判定部による第１の蛍光的特徴量が閾値以下である場合に前記粒子を前記分岐流路の一方に導き、前記下流側セルソータ要素群においては前記判定部による第２の蛍光的特徴量が閾値以上である場合に前記粒子を前記分岐流路の一方に導くことを特徴とする、請求項１１に記載のセルソータ。
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