JP6884901B2

JP6884901B2 - 粒子分別装置

Info

Publication number: JP6884901B2
Application number: JP2020051161A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　大紀; 大紀佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2021-06-09
Anticipated expiration: 2040-03-23
Also published as: JP2020201239A

Description

本発明は粒子分別装置に関する。

細胞などの微小な被検査体を解析する手法の一つとして、フローサイトメトリ法と呼ばれる方法がある。この方法では、微細な被検査体が分散した液体をマイクロ流路に流しながら光学的に分析する。そして、このフローサイトメトリ法を利用し、誘電泳動法による被検査体を分析した結果を基に粒子を分別する粒子分別装置も存在する。

上述のような粒子分別装置の一例として、特許文献１ではマイクロ流路内に細胞を含む流体を流し、流路内の複素インピーダンスおよび複素誘電率を計測した結果に基づいて細胞の種類を特定し、誘電泳動によって細胞を振り分け、粒子の分別を行う粒子分別装置が開示されている。

また、複雑な構造のセンサを構成し、当該センサを集積化することによって小型化・高機能化を図る際にはセンサと誘電泳動電極とを同一の半導体基板に構成することが考えられる。特許文献２では誘電泳動により粒子を操作するための装置が開示されており、さらに実施例の１例では集積回路技術によって粒子を検出するためのセンサと誘電泳動電極とが同一の半導体基板上に構成されている。

特開２０１４−１６９９２５号公報特表２００２−５４３９７２号公報

しかし、集積回路としてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）集積回路を用いて誘電泳動電極を形成し、ＣＭＯＳ集積回路表面に流れる粒子に誘電泳動力を与える場合では、誘電泳動電極をＣＭＯＳ集積回路の最上位メタル層で形成することにより、当該粒子に誘電泳動力を与える効率が向上する。そこで、ＣＭＯＳ集積回路を用いて誘電泳動電極を形成した場合では、ＣＭＯＳ集積回路はシリコン半導体基板の最表面に酸化シリコン及び窒化シリコンなどが積層することにより構成されたパッシベーション層により被膜されている。

そのため、微小流路をＣＭＯＳ集積回路上に形成し、当該微小流路に検体が含まれる流体を流す場合では、ＣＭＯＳ集積回路の表面と、誘電泳動電極との間にパッシベーション層が存在する。そして、誘電泳動電極に与える信号電圧により液体中に電界が発生することにより、検体に働く誘電泳動力が生じる。しかし、ＣＭＯＳ集積回路の表面に形成されたパッシベーション層の厚さによっては、液体中においての電界強度が弱化し、誘電泳動力が低下することにより検体を分別する効率が低下するという課題がある。また、パッシベーション層の厚さは、ＣＭＯＳ集積回路の形成において、ＣＯＭＳ集積回路の製造時の歩留まりに影響を与える。さらにパッシベーション層の厚さは、誘電泳動力のばらつきに影響する虞がある。

（１）本発明の一実施形態は、特定の上面に沿って形成される流路と、誘電泳動により、複数の粒子を上記上面と略垂直な方向に分別する分別用電極とを備える粒子分別装置であって、前記粒子分別装置は半導体基板を含み、前記分別用電極上を含む前記流路と同じ方向の半導体基板上に溝を形成し、前記溝の底面は前記分別用電極の表面と一致するよう、同じ高さに形成する、粒子分別装置。
（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、１組以上の前記分別用電極を一対として分別用電極対を形成し、複数の前記分別用電極対を前記流路にそって複数配置する、粒子分別装置。
（３）また、本発明のある実施形態は、上記（１）または、上記（２）の構成に加え、１組以上の前記分別用電極に対応したスイッチ回路を備え、前記スイッチ回路によって前記分別用電極への交流電圧の印加を制御する、粒子分別装置。
（４）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）または、上記（３）の構成に加え、前記分別用電極の上面を流れる前記粒子の通過に伴って、前記分別用電極対の直上にあると推定されるときのみ、前記スイッチ回路によって前記分別用電極への交流電圧の印加を与える、粒子分別装置。
（５）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）または、上記（４）の構成に加え、記複数の粒子を個別に区別するための光を受光する複数のフォトダイオードを備え、前記複数のフォトダイオードの各々の出力信号を参照して、複数の粒子中における第１粒子が上記分別用電極の上を通過するタイミングを特定し、当該タイミングの特定結果に基づいて、上記分別用電極を駆動させる期間を制御する制御部を備えている、粒子分別装置。
（６）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）または、上記（５）の構成に加え、前記溝の底面が、前記フォトダイオード上の表面まで形成され、かつ同じ高さに形成される、粒子分別装置。

上述した構成により、誘電泳動電極上のパッシベーション層の影響が無くなることから、誘電泳動力を低下させることなく、粒子を分別することができる。さらに、流路にそって誘電泳動電極の表面と、層間絶縁膜との段差が無くなることにより、検体に含まれる粒子の流れを安定させることができ、目的の粒子を検出する分別効率が高くなる。

（ａ）本発明の一実施形態に係る粒子分別装置の断面の模式図であり、（ｂ）本発明の一実施形態に係る粒子分別装置の別の断面の模式図である。本発明の一実施形態に係る粒子分別装置における粒子にかかる力を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る粒子分別装置の一例を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る粒子分別装置の別の一例を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る粒子分別装置における粒子の分別方法を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る粒子分別装置における粒子の分別方法を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る粒子分別装置における粒子の分別の方法を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る粒子分別装置における粒子の分別の方法を示すフロー図である。

以下、本発明の一実施形態に係る粒子分別装置について説明する。

＜粒子分別装置の概要について＞
粒子分別装置１の概要について、図１の（ａ）、図１の（ｂ）および図２を用いて説明する。

図１の（ａ）は、粒子分別装置のマイクロ流路の断面の模式図であり、図１の（ｂ）は、マイクロ流路の図１の（ａ）とは別の断面を示す模式図である。また、図２は、粒子分別装置の粒子分別装置における粒子にかかる力を示す模式図である。

〔粒子にかかる力について〕
粒子分別装置１において粒子にかかる力（誘電泳動力）について図２を用いて説明する。なお、図２では、粒子４０が液体４１により紙面向かって左から右に移動し、誘電泳動電極１８と誘電泳動電極１９とにかかる誘電泳動力により粒子４０にかかる力について説明する。

粒子４０に角周波数ωの正弦波電圧信号により、液体４１中の粒子４０に及ぼされる誘電泳動力、

は、液体４１の複素誘電率、

、粒子４０の複素誘電率、

、粒子４０の半径ｒ、および正弦波電圧によって発生する電界強度の実効値Ｅ_ＲＭＳを用いて、以下の式（４）で表すことが出来る。

そして、液体４１中の粒子４０に及ぼされる誘電泳動力において、

が負の場合では、電界強度の強い方向へ向かう力に反発する力（負の誘電泳動力）が粒子４０に働く。また、式（５）が正の場合では、誘電体粒子に対して電界強度の強い方向へ向かう力（正の誘電泳動力）が粒子４０に働く。そして、これらの正の誘電泳動力および負の誘電泳動力は、式（６）に示すように電界強度の実効値を自乗した勾配の絶対値に比例する。

また、図２に示すように、誘電泳動電極（分別用電極）１８および誘電泳動電極（分別用電極）１９（誘電泳動電極対（分別用電極対）３３）の表面は基板溝１２の底を形成している。換言すれば、誘電泳動電極対３３は、パッシベーション層１５から液体４１中に露出している。それにより、液体４１中の電界強度は、誘電泳動電極対３３がパッシベーション層１５に覆われている構造（不図示）に比べ、パッシベーション層１５に電界が遮られない。それにより、誘電泳動電極対３３がパッシベーション層１５に覆われていない構造における液体４１中の電界強度は、大きくなる。

なお、電界強度の実効値は、一般的に誘電泳動電極対から離れるほど、指数関数的に減少する。そのため、上記式（４）より、電界強度の強化は、誘電泳動力の強化に等しい。また、ＣＭＯＳ集積回路のような集積回路を構成するトランジスタなどの素子は、電圧の所定の上限耐圧が定められている。そのため、上述の素子に上限耐圧を超えて電圧を印加することにより、集積回路が故障するリスクを有する。そのため、集積回路にマイクロ流路（流路）１４を形成する場合、無制限に交流電圧の実効値を高めることが困難であり、後述する信号源３８から供給する信号の電圧振幅に対し、効率よく電界強度を高める必要がある。

＜粒子分別装置＞
本発明の実施形態に係る粒子分別装置１について図１〜図８を用いて説明する。図１は、ＣＭＯＳ集積回路とマイクロ流体システムとで構成される粒子分別装置の模式図である。図２は、粒子分別装置の一面における断面の模式図である。図３は、粒子分別装置の図２とは異なる断面における模式図である。図４は、粒子分別装置におけるパッシベーション層を除去した場合における断面の模式図である。図５〜図７は、粒子分別装置における粒子の分別の様子を示す断面の模式図である。図８は粒子分別装置における粒子の分別方法についてのフロー図である。

〔粒子分別装置の構成〕
粒子分別装置１は、制御装置３９、ＣＭＯＳ集積回路（半導体基板）１０、およびマイクロ流体システム１１を含み、ＣＭＯＳ集積回路１０に形成される基板溝１２と、マイクロ流体システム１１に形成される流路溝１３とによりマイクロ流路１４が形成される。なお、ＣＭＯＳ集積回路１０およびマイクロ流体システム１１は、積層するように形成される。粒子分別装置１はＣＭＯＳ集積回路１０を単数含んでもよく、同一の基板上に、ＣＭＯＳ集積回路１０と同様の回路を複数含んでもよい。ＣＭＯＳ集積回路１０と同様の回路を複数含むことにより、目的となる粒子を一層精度よく分別できる。

（制御装置）
制御装置３９は、フォトダイオード（第１のセンサ）３６およびフォトダイオード（第２のセンサ）３７から伝えられる信号を受信し、誘電泳動電極１６〜２３（誘電泳動電極１６、誘電泳動電極１７、誘電泳動電極１８、誘電泳動電極１９、誘電泳動電極２０、誘電泳動電極２１、誘電泳動電極２２、および誘電泳動電極２３）と、誘電泳動電極１６〜２３に接続される信号源３８とを接続するスイッチ回路２４〜３１（スイッチ回路２４、スイッチ回路２５、スイッチ回路２６、スイッチ回路２７、スイッチ回路２８、スイッチ回路２９、スイッチ回路３０、およびスイッチ回路３１）との接続状態を、開放状態もしくは短絡状態となるように、スイッチ回路２４〜３１のそれぞれを個別に制御する。制御装置３９の機能は、記憶装置（不図示）に格納されたプログラムを、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が実行することで実現されてもよい。また、制御装置３９は、例えばＣＰＵから独立して粒子分別装置１に内蔵されていてもよいし、粒子分別装置１の外部の情報処理装置に搭載されていてもよい。制御装置３９が外部の情報処理装置に搭載される場合、例えば、第１のセンサ３６および第２のセンサ３７から伝えられる信号を情報処理装置と制御装置３９との間で送受信することにより、誘電泳動電極１６〜２３と、誘電泳動電極１６〜２３に接続される信号源３８との接続を開放状態もしくは短絡状態に切り換える。

（ＣＭＯＳ集積回路）
ＣＭＯＳ集積回路１０は、フォトダイオード（第１のセンサ）３６、フォトダイオード（第２のセンサ）３７、誘電泳動電極１６〜２３、およびスイッチ回路２４〜３１を有し、マイクロ流体システム１１に対向する面側に基板溝１２が形成される。そして、ＣＭＯＳ集積回路１０の、マイクロ流体システム１１に対向する面側に、パッシベーション層１５が形成される。フォトダイオード（第１のセンサ）３６、フォトダイオード（第２のセンサ）３７、誘電泳動電極１６〜２３、およびスイッチ回路２４〜３１は、同一のＣＭＯＳ集積回路１０に形成される。

ＣＭＯＳ集積回路１０は、当該ＣＭＯＳ集積回路１０の、マイクロ流体システム１１に対向する面側に絶縁膜４２が積層するように形成され、さらにパッシベーション層１５が絶縁膜４２のマイクロ流体システム１１に対向する面側に積層するように形成される。そして、誘電泳動電極１６〜２３は、絶縁膜４２と略面一となるように当該絶縁膜４２に埋設されて形成される。それにより、誘電泳動電極同士（例えば誘電泳動電極１６および誘電泳動電極１７）の間が絶縁膜４２により絶縁されることにより、ＣＭＯＳ集積回路１０に誤作動などが発生することを抑制できる。なお、基板溝１２は、パッシベーション層１５が除去される、またはパッシベーション層１５が形成されないことにより形成されてよい。

フォトダイオード（第１のセンサ）３６、およびフォトダイオード（第２のセンサ）３７は、目的とする粒子４０を検出できれば特に限定されないが、フォトダイオードを第１のセンサおよび第２のセンサとして用いることにより、粒子４０を検出する精度を向上させることができる。また、第１のセンサ３６と、第２のセンサ３７とで粒子４０を検出する機構を変更してもよい。さらに、１つのセンサで粒子４０の流れる速さを測定できれば、第１のセンサおよび第２のセンサと２つセンサを設けなくてもよい。

第１のセンサ３６および第２のセンサ３７は、ＣＭＯＳ集積回路１０に埋設される。また、第１のセンサ３６および第２のセンサ３７は、後述するマイクロ流路１４において、誘電泳動電極１６〜２３の上流側に形成される。ここで、上流側とは、マイクロ流路１４において、粒子４０および液体４１がマイクロ流路１４に流入する側（図２では紙面左側）であり、下流側とは、マイクロ流路１４において、粒子４０および液体４１がマイクロ流路１４から流出する側（図２では紙面右側）である。なお、液体４１は、図示しないポンプにより上流側から下流側へ移動する。そして、粒子４０は液体４１に追従して上流側から下流側へ移動する。

誘電泳動電極１６〜２３は、ＣＭＯＳ集積回路１０において、それぞれの誘電泳動電極１６〜２３が枕木状に配置され、少なくとも誘電泳動電極１６〜２３の一部がマイクロ流路１４と接するように形成される。換言すれば、誘電泳動電極１６〜２３は、マイクロ流路１４を形成する基板溝１２の底面（基板溝１２のマイクロ流体システム１１に対向する面）を形成する。誘電泳動電極１６〜２３の基板溝１２の底面における露出は、図１の（ｂ）のように、誘電泳動電極１６〜２３の一部であってよい。なお、ＣＭＯＳ集積回路１０において、上述の誘電泳動電極を複数備えることにより、粒子にかかる誘電泳動力を向上させることができ、粒子を分別する精度を向上できる。

誘電泳動電極１６〜２３は、それぞれスイッチ回路２４〜３１を介して、信号源３８と接続される。そして、信号源３８により誘電泳動電極１６〜２３が印加されることにより、誘電泳動力を発生させる。なお、誘電泳動力は、誘電泳動電極を２つ用いて誘電泳動電極対を形成し発生させる。そのため、例えば、誘電泳動電極１６と誘電泳動電極１７とを組み合わせることにより誘電泳動電極対３２を形成し、誘電泳動力を発生させてよい。同様に、誘電泳動電極１８と誘電泳動電極１９とを組み合わせることにより誘電泳動電極対３３、誘電泳動電極２０と誘電泳動電極２１とを組み合わせることにより誘電泳動電極対３４、または誘電泳動電極２２と誘電泳動電極２３とを組み合わせることにより誘電泳動電極対３５を形成してよい。このように、複数の誘電泳動電極対を有することにより、１組の誘電泳動電極（１つの誘電泳動電極対）を用いた場合に比べ、誘電泳動力を強めることができ、粒子をより確実に分別することができる。また、誘電泳動電極１６〜２３が、それぞれスイッチ回路２４〜３１を介して信号源と接続されることにより、目的の粒子と目的外の粒子とが混入した場合であっても、スイッチ回路２４〜３１を切り換えることにより、目的の粒子のみに誘電泳動力をかけることができる。それにより、個別の粒子の分別を確実に行うことが出来る。

また、誘電泳動電極１６〜２３は、図３に示すように、ＣＭＯＳ集積回路１０のマイクロ流体システム１１側に対向する面からマイクロ流体システム１１までの距離と、誘電泳動電極１６〜２３のマイクロ流体システム１１に対向する面からマイクロ流体システム１１までの距離との距離が、略一致することが好ましい。換言すれば、図４に示すように、ＣＭＯＳ集積回路１０のマイクロ流体システム１１側に対向する面と、誘電泳動電極１６〜２３のマイクロ流体システム１１に対向する面とが凸凹にならなれければよい。凸凹により液体４１の流れが不均一にならないため、液体４１の流れを一定にでき、粒子４０を分別する効率を高めることができる。

パッシベーション層１５は、通常、パッシベーション層として従来一般的な材料により構成されれば特に制限されない。また、パッシベーション層１５は、１μｍ以上の厚みを有する。そのため、マイクロ流路１４において、誘電泳動電極とパッシベーション層１５とが積層した箇所では、パッシベーション層１５により、誘電泳動電極から放出される誘電泳動力の一部が遮られるため、誘電泳動力が低下する。

基板溝１２は、例えば最表面配線層を用いてパッド電極を形成する。そして、基板溝１２の形状に沿って、ＣＭＯＳ集積回路１０をリソグラフィ技術によって選択的にエッチングするなどにより形成することができる。

（マイクロ流体システム）
マイクロ流体システム１１は、特に限定されず、マイクロ流体システム１１に流路溝１３を形成できれば、特に限定されない。マイクロ流体システム１１を形成する材料は、例えばシリコーンゴムの一種である、ポリジメチルシロキサン（ＰＭＤＳ）であってよい。

流路溝１３は、例えばマイクロ流体システム１１をリソグラフィ技術によって選択的にエッチングするなどにより形成することができる。

（マイクロ流路）
マイクロ流路１４は、基板溝１２および流路溝１３から成り、誘電泳動電極１６〜２３の下流側に前方出口６０および後方出口６１が形成される。そして、マイクロ流路１４では、ＣＭＯＳ集積回路１０に形成される誘電泳動電極１６〜２３から発生する誘電泳動力により粒子４０を移動させることにより、粒子４０を分別する。

なお、図１〜図８に示すマイクロ流路１４では、マイクロ流路１４の内部を流れる液体４１は、慣性よりも粘性が支配的となる層流となっている。そのため、上流側でマイクロ流路１４の上方（例えば図３において紙面上方、流路溝１３側）を通る液体４１の流れは、前方出口６０と後方出口６１との分岐において、上層へ片寄り前方出口６０へ流れる。また、上流側でマイクロ流路１４の下方（例えば図３において紙面下方、基板溝１２側）を通る液体４１の流れは、前方出口６０と後方出口６１との分岐において、下層へ片寄り後方出口６１へ流れる。

〔粒子分別装置による分別〕
粒子分別装置１による分別の一例を図５〜図８を用いて説明する。

図５〜図７に示すように、目的粒子Ａ５０、目的外粒子５１および目的粒子Ｂ５２が上述した順番で上流から下流に流れる場合を例にとり説明する。そして、下流において、ＣＭＯＳ集積回路１０の上面に対し、略垂直な方向に分別する粒子分別装置１を用いて説明する。なお、粒子分別装置１において、目的粒子Ａ５０、目的外粒子５１および目的粒子Ｂ５２は、マイクロ流路１４において、下方（基板溝１２側）を通る流れ構造を例として挙げる。また、目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２は、蛍光分子によるマーカーが付与された場合を示すが、マーカーは、蛍光分子に限定されない。

図８に示すように、まず、目的粒子か否かを判定する（Ｓ１０１）。目的粒子か否かの判定は、例えば、図５〜図７に示すように、レーザ２を粒子に照射することにより、目的粒子にマーカーとして付与した蛍光分子を励起させ、励起した蛍光分子をフォトダイオード（第１のセンサ）３６およびフォトダイオード（第２のセンサ）３７にて測定することにより目的粒子か否かを判定してよい。目的の粒子を判定できれば、判定する機構は特に制限されない。

そして、判定の結果、測定した粒子が目的外粒子５１であった場合（Ｓ１０１にてＮｏ．）、液体４１を流れる他の粒子（例えば目的粒子Ｂ５２など）が目的粒子か否かの判定を行う。

なお、図５〜図７では、目的外粒子５１に蛍光分子が付与されていない。そのため、目的外粒子５１にレーザ２を照射した場合であっても、当該粒子が励起されず、フォトダイオード３６および３７では蛍光を検出（受光）しない。そのため、フォトダイオード３６および３７から制御装置３９に向けて信号が出力されず、誘電泳動電極対３２〜３５において、誘電泳動力が働かない。それにより、目的外粒子５１は下方を通る流れのまま移動する。

一方、判定の結果、測定した粒子が目的粒子Ａ５０または目的粒子Ｂ５２であった場合（Ｓ１０１にてＹｅｓ）、目的粒子Ａ５０または目的粒子Ｂ５２がフォトダイオード３６およびフォトダイオード３７を通過するまでに要した時間を検出する（Ｓ１０２）。そして、フォトダイオード３６からフォトダイオード３７までの距離を用いて、目的粒子Ａ５０または目的粒子Ｂ５２が流れる速さを算出する（Ｓ１０３）。

そして、算出した目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２の流れる速さから、目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２が、誘電泳動電極対３２〜３６（誘電泳動電極１６〜２３）に到着する時間（タイミング）を推定する（Ｓ１０４）。そして、制御装置３９は、誘電泳動電極対３２〜３５に目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２が到着するタイミングに、スイッチ回路２４〜３１を稼働させ、誘電泳動電極対３２〜３５に印加すべき交流電圧を与える。それにより、目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２に対して誘電泳動力を働かせる（Ｓ１０５）。なお、例として、目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２に対し、負の誘電泳動力を働かせる交流電圧を与えた場合では、目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２は、誘電泳動電極対３２〜３５から離れる方向に移動する。換言すれば、図６に示すように、目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２は、流路溝１３側へ移動する。このように、目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２にのみ誘電泳動力を掛けることにより、目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２のみを確実に分別することが出来る。また、図５〜図７に示すように、粒子が、目的粒子Ａ５０、目的外粒子５１、そして目的粒子Ｂ５２のように目的の粒子と、目的外の粒子とが混在している場合であっても、スイッチ回路２４〜３１を用いることにより、分別する精度を向上させることができる。

そして、目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２は、前方出口６０と後方出口６１とを区切る壁面６２により前方出口６０から排出される。また、目的外粒子５１では、壁面６２により区切られず、後方出口６１から排出される。それにより、目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２と、目的外粒子５１とを区別できる。また、目的粒子Ａ５０および目的粒子Ｂ５２に対して、別のマーカーを付与し、上述の処理（Ｓ１０１〜Ｓ１０５）を繰り返すことにより、目的となる粒子を分別する精度を向上させることができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１粒子分別装置
２レーザ
１０ＣＭＯＳ集積回路
１１マイクロ流体システム
１２基板溝
１３流路溝
１４マイクロ流路
１５パッシベーション層
１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、３２誘電泳動電極
２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１スイッチ回路
３２、３３、３４、３５誘電泳動電極対
３６フォトダイオード（第１のセンサ）
３７フォトダイオード（第２のセンサ）
３８信号源
３９制御装置
４０粒子
４１液体
４２絶縁膜
５１目的外粒子
６０前方出口
６１後方出口
６２壁面
５０目的粒子Ａ
５１目的外粒子
５２目的粒子Ｂ

Claims

流路と、誘電泳動により、前記流路を流れる複数の粒子を分別する分別用電極とを備える粒子分別装置であって、
前記粒子分別装置は、前記分別用電極が埋設された絶縁膜と、パッシベーション層と、がこの順に積層された半導体基板を備え、
前記流路は、前記パッシベーション層を選択的に配置しないことにより前記パッシベーション層に形成された溝であって、前記分別用電極と前記絶縁膜とで構成される底面と前記パッシベーション層で構成される側面とを有する前記溝であり、
前記分別用電極は、前記流路を横断するように枕木状に複数配置され、
２つの前記分別用電極を一対とした分別用電極対が１組以上形成されており、前記分別用電極対は、交流電圧が印加されることにより発生する誘電泳動力により、前記流路を流れる前記複数の粒子を前記底面に対して略垂直方向に分別し、
前記分別用電極は、前記底面において前記分別用電極と前記絶縁膜とが略面一となるように前記絶縁膜に埋設されていることを特徴とする粒子分別装置。
前記流路には、前記粒子を含む液体が流れ、
前記分別用電極の上面は、前記底面において上記液体中に露出している
ことを特徴とする請求項１に記載の粒子分別装置。
前記粒子分別装置は、
前記分別用電極に対応したスイッチ回路を更に備え、前記スイッチ回路によって前記分別用電極への交流電圧の印加を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の粒子分別装置。
前記分別用電極の上面を流れる前記粒子の通過に伴って、前記分別用電極対の直上にあると推定されるときのみ、前記スイッチ回路によって前記分別用電極へ交流電圧を印加することを特徴とする請求項３に記載の粒子分別装置。
前記粒子分別装置は、
目的粒子にマーカーとして付与した蛍光分子を励起させ、前記複数の粒子から前記目的粒子を区別するための光を前記蛍光分子に発光させる装置と、
前記流路において前記流路を流れる前記複数の粒子が前記分別用電極対よりも先に通過する場所に配置されており、前記蛍光分子から発光された光を受光する複数のフォトダイオードと、
前記複数のフォトダイオードの各々の出力信号を参照して、前記複数の粒子中における前記目的粒子が各前記分別用電極の上を通過するタイミングを特定するタイミング特定結果を出力する制御装置と
を更に備え、
前記制御装置のタイミング特定結果に基づいて、前記推定を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の粒子分別装置。