JP6919215B2 - マイクロチップ及び微小粒子分取装置 - Google Patents

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Description

本技術は、マイクロチップ及び微小粒子分取装置に関する。より詳細には、微小粒子の分取に適した構造を有するマイクロチップ及び当該マイクロチップを有する微小粒子分取装置に関する。
微小粒子を分取するために、これまで種々の装置が開発されてきている。例えばフローサイトメータにおいて用いられる微小粒子分取系において、フローセル又はマイクロチップに形成されたオリフィスから、細胞を含むサンプル液とシース液とから構成される層流が吐出される。吐出される際に所定の振動が当該層流に与えられて、液滴が形成される。当該形成された液滴の移動方向が、目的の微小粒子を含むか含まないかによって、電気的に制御されて、目的の微小粒子が分取されうる。
上記のように液滴を形成せずに、マイクロチップ内で目的の微小粒子を分取する技術も開発されている。例えば、下記特許文献１には、「微小粒子を含むサンプル液が通流するサンプル液導入流路と、該サンプル液導入流路にその両側から合流し、前記サンプル液の周囲にシース液を導入する少なくとも１対のシース液導入流路と、前記サンプル液導入流路及びシース液導入流路に連通し、これらの流路を通流する液体が合流して通流する合流流路と、該合流流路に連通し、回収対象の微小粒子を吸引して引き込む負圧吸引部と、 該負圧吸引部の両側に設けられ、前記合流流路に連通する少なくとも１対の廃棄用流路と、を有するマイクロチップ。」（請求項１）が記載されている。当該マイクロチップにおいて、目的の微小粒子は吸引によって負圧吸引部へと回収される。
また、下記特許文献２には、「主流路を通流する液体中の微小粒子を、前記主流路に連通する分岐流路内に負圧を発生させることにより該分岐流路内に取り込む手順を含み、該手順において、前記主流路と前記分岐流路との連通口に、前記分岐流路側から前記主流路側へ向かう液体の流れを形成させておく微小粒子分取方法。」（請求項１）が記載されている。当該分取方法において、当該主流路側へ向かう液体の流れによって、非分取動作時において非目的粒子又はこれを含むサンプル液及びシース液が分取流路に進入するのを抑制する。また、下記特許文献２には、当該微小粒子分取方法を実施可能な微小粒子分取用マイクロチップも記載されている（請求項９）。
特開２０１２−１２７９２２号公報 特開２０１４−３６６０４号公報
上記特許文献１及び２に記載のマイクロチップにおいて、主流路を流れる液体が目的の微小粒子を含まない場合には当該液体は例えば廃棄用流路へと流れ、主流路を流れる液体が目的の微小粒子を含む場合にのみ当該液体が所定の流路内に導かれることで、目的の微小粒子が回収される。このように、これらマイクロチップは、主流路を流れる液体が目的の微小粒子を含むかどうかによって当該液体の流れが変更される部分、すなわち目的の微小粒子を分取する為の分岐部分を有する。
本技術は、上記のような分岐部分を有するマイクロチップにおいて、微小粒子をより高速に分取することを目的とする。
本発明者らは、上記分岐部分において特定の構造を採用することにより、上記の課題を解決できることを見出した。
すなわち、本技術は、
微小粒子を含む液体が通流される主流路と、
前記主流路から分岐する分岐流路と、
前記主流路と同軸上にあるオリフィス部と
を有し、
前記主流路の断面積が、分岐開始位置まで一定であり又は当該分岐開始位置に向かって連続的に減少し、
前記分岐流路の最小断面積が、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下であり、且つ
前記分岐流路の断面積は、分岐流路の開始位置から、液の流れの進行方向に沿って連続的に減少する、
マイクロチップを提供する。
前記マイクロチップにおいて、前記主流路の側壁と前記分岐流路の側壁とを連結する側壁は、オリフィス入り口から０μｍ〜３００μｍの間にありうる。
前記マイクロチップにおいて、前記主流路の側壁と前記分岐流路の側壁とを連結する側壁の曲率半径Ｒは０．５ｍｍ以下でありうる。
前記マイクロチップにおいて、前記分岐流路の最大断面積は、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下でありうる。
前記マイクロチップにおいて、前記分岐流路は、前記主流路からＹ字状に分岐していてもよい。
前記マイクロチップにおいて、前記分岐流路の断面積は、分岐開始位置から所定の位置まで、液の流れの進行方向に沿って連続的に減少し、当該所定の位置から、液の流れの進行方向に沿って連続的に増加しうる。
前記所定の位置は、前記分岐流路の開始位置から１０００μｍ以内にあってよい。
前記マイクロチップにおいて、前記オリフィス部と連結する分岐流路の側壁は、前記主流路の軸に向かって曲げられていてもよい。
前記マイクロチップにおいて、前記主流路の軸に対する、前記オリフィス部と連結する分岐流路の側壁の角度は、１１５〜１６０度でありうる。
前記マイクロチップにおいて、前記主流路の軸に対する、前記オリフィス部と連結する分岐流路の側壁の角度は、１２５〜１６０度でありうる。
前記マイクロチップにおいて、前記オリフィス部に圧力室が連通されていてもよく、当該圧力室内の圧力が減少又は増加されうる。
前記マイクロチップにおいて、前記圧力室内の圧力を減少させることによって、微小粒子をオリフィス部内に導き、又は、前記圧力室内の圧力を増加させることによって、微小粒子を分岐流路へと進行させうる。
前記マイクロチップにおいて、前記オリフィス部に、前記オリフィス部から主流路に向かう液体の流れを形成する為の流路が備えられていてもよく、当該形成された流れによって、微小粒子を分岐流路へと進行させうる。

また、本技術は、
微小粒子を含む液体が通流される主流路と、
前記主流路から分岐する分岐流路と、
前記主流路と同軸上にあるオリフィス部と
を有し、
前記主流路の断面積が、分岐開始位置まで一定であり又は当該分岐開始位置に向かって連続的に減少し、
前記分岐流路の最小断面積が、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下であり、且つ、
前記分岐流路の断面積は、分岐流路の開始位置から、液の流れの進行方向に沿って連続的に減少する、
マイクロチップが搭載された微小粒子分取装置も提供する。
前記微小粒子分取装置は、
前記主流路を通流する微小粒子に光を照射する光照射部と、
前記微小粒子から発せられた散乱光及び／又は蛍光を検出する検出部と、
前記検出部で検出されたデータに基づいて、前記主流路を通流する微小粒子の進行方向を制御する制御部と
を有しうる。
前記微小粒子分取装置において、前記制御部は、前記オリフィス部に連通された圧力室内の圧力を制御するものであってもよい。
前記微小粒子分取装置において、前記制御部は、前記オリフィス部から主流路に向かう液体の流れを形成する為に備えられている流路内の液体の流れを制御するものであってもよい。
本技術によれば、微小粒子をより高速に分取することが可能となる。なお、本技術により奏される効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術のマイクロチップの模式図である。 本技術のマイクロチップの分岐部分を示す図である。 本技術のマイクロチップの分岐部分の斜視図である。 本技術のマイクロチップの分岐部分の拡大図である。 関連技術のマイクロチップの模式図である。 関連技術のマイクロチップの分岐部分の拡大図である。 分岐部分における流れのシミュレーション結果を示す図である。 微小粒子のｙ方向における位置を解析した結果を示す図である。 微小粒子の流れのシミュレーション結果を示す図である。 オリフィス入り口付近のｘ方向における流速の測定結果を示すグラフである。 分岐部分における流れのシミュレーション結果を示す図である。 粒子追跡解析結果を示す図である。 分岐部分における流れのシミュレーション結果を示す図である。 粒子追跡解析結果を示す図である。 分岐部分における流れのシミュレーション結果を示す図である。 粒子追跡解析結果を示す図である。 分岐部分における流れのシミュレーション結果を示す図である。 粒子追跡解析結果を示す図である。 微小粒子のｙ方向における位置を解析した結果を示す図である。 オリフィス入り口付近のｘ方向における流速の測定結果を示すグラフである。 微小粒子の捕捉率を示すグラフである。 分岐部分の模式図である。 分岐流路内の流速を示すグラフである。 分岐部分の模式図である。 分岐流路内の流速を示すグラフである。
以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
１．関連技術の説明
２．第１の実施形態（マイクロチップ）
（１）マイクロチップの構成
（２）分岐部分の構成
３．第２の実施形態（微小粒子分取装置）
４．実施例
１．関連技術の説明
マイクロチップ内で目的の微小粒子を分取する技術を、図５を参照しながら以下に説明する。図５は、そのようなマイクロチップの一例の模式図である。
図５に示されるとおり、マイクロチップ５００には、サンプル液インレット５０１及びシース液インレット５０３が設けられている。これらインレットからサンプル液及びシース液が、それぞれサンプル液流路５０２及びシース液流路５０４に導入される。当該サンプル液に微小粒子が含まれている。
シース液導入流路５０４を流れるシース液は、サンプル液流路５０２の両側から流れるサンプル液と合流して、サンプル液の周囲がシース液で囲まれた層流を形成する。当該層流は、主流路５０５を、分岐部分５０７に向かって流れる。
マイクロチップ５００には、分岐部分５０７が設けられている。分岐部分５０７において、主流路５０５を流れてきた前記層流は、分岐流路５０８へと流れる。また、分岐部分５０７において、回収されるべき粒子が流れてきた場合にのみ、粒子分取流路５０９への流れが形成されて、当該粒子が回収される。当該粒子が粒子分取流路５０９へと吸い込まれる際には、前記層流を構成するサンプル液又は前記層流を構成するサンプル液及びシース液も、粒子分取流路へと流れうる。このようにして、微小粒子は、分岐部分５０７において分取される。
分岐部分５０７のうち、一方の分岐流路だけを表示するように拡大した図を図６に示す。すなわち、図６において、分岐部分５０７を主流路の軸で切った場合の半分だけが表示されている。図６に示されるとおり、主流路５０５と粒子分取流路５０９とは、主流路５０５と同軸上にあるオリフィス部６０１を介して連通されている。回収されるべき粒子は、オリフィス部６０１を通って、粒子分取流路５０９へと流れる。また、回収されるべきでない粒子がオリフィス部６０１を通って粒子分取流路５０９へと入ることを防ぐために、オリフィス部６０１にはゲート流インレット６０２が備えられうる（図示されていない）。当該ゲート流インレット６０２からシース液が導入され、オリフィス部６０１から主流路５０５の方向への流れが形成されることで、回収されるべきでない粒子が粒子分取流路５０９へと入ることが防がれる。
このような流路構造を有するマイクロチップにおいて、粒子が回収される場合に、主流路５０５からオリフィス部６０１を通って粒子分取流路５０９へと進む流れ（以下、「粒子回収時の流れ」ともいう。）が形成される。粒子が回収される場合以外においては、当該流れは形成されない。粒子が回収される場合以外においては、例えば前記ゲート流インレット６０２から導入されたシース液によってオリフィス部６０１から主流路５０５への流れが形成されうる。
上記粒子回収時の流れが形成された後、再度オリフィス部６０１から主流路５０５への流れが形成されることによって、分岐部分５０７における流れが変化する。そして、分岐部分５０７における流れが静定した後に、回収されるべき他の粒子がオリフィス部付近に近づいたときに、再度粒子回収時の流れが形成される。
分岐部分５０７における流れが静定する前に再度粒子回収時の流れを形成すると、回収されるべき微小粒子が回収されない可能性及び／又は回収されるべきでない微小粒子が粒子分取流路５０９に進入する可能性が高まる。そのため、微小粒子分取を高速化するためには、粒子回収時の流れが形成されてから分岐部分における流れが静定するまでの時間（以下、「連続分取可能間隔」ともいう）を短縮する必要がある。
本発明者らが、特許文献１及び２に記載されたマイクロチップにおける連続分取可能間隔を測定したところ、連続分取可能間隔は最高でも約２００μｓであった。そこで、本発明者らは、連続分取可能間隔をさらに短縮するための手段を検討した。
上記検討において分岐部分５０７の構造に着目した。分岐部分５０７を有する流路において、分岐流路内の圧力損失を最小にするために、一般的には、分岐部分に近づくにつれて主流路の断面積が大きくなる。また、分岐後の流路の断面積が主流路の断面積以上でありうる。このような流路構造（以下、「一般的な流路構造」ともいう）が一般的には採用される。
当該一般的な流路構造を有する分岐部分の例は上記図６に示されるとおりである。図６に示されるとおり、一般的な流路構造において、主流路５０５中を流れる液体は分岐流路５０８へと進む。主流路５０５の幅は、分岐部分に近づくにつれて大きくなり、すなわち主流路５０５の断面積が分岐部分に近づくにつれて大きくなっている。また、図６には示されていないが、分岐後の流路の断面積は主流路の断面積以上とされる。
本発明者らは、上記分岐部分において、流路を流れる液体に淀み点（図６のＡ及びＢの部分）が生じること、及び、この淀み点付近において液体の流速が遅くなることを発見した。粒子分取の高速化のためには、液体の流速を速くすることが必要である。
また、本発明者らは、オリフィス部の前の淀み点（図６のＢ）において、特には目的の微小粒子の回収後に、微小粒子が停留することを発見した。微小粒子が停留することによって、不要な粒子が誤って分取される確率が上がる。そのため、目的の微小粒子を回収した後には、できるだけ速やかに回収前の流れへと静定させること、及び、停留している粒子を分岐流路５０８へと流すことが必要である。
また、本発明者らは、上記淀み点付近において、コア流れが広がるということも発見した。すなわち、主流路の中心からずれた部分を微小粒子が流れうること及び／又はサンプル液の流れが広がりうることも発見した。コア流れが広がると、目的の微小粒子を分取するためにはより多く流体を上記所定の流路内に導く必要がある。その結果、分取効率が低下する。そのため、コア流れの広がりを抑制する必要がある。
本発明者らは、上記分岐部分における以上の課題を発見した。本技術により、以上の課題の一つ又はそれ以上が解決されうる。
２．第１の実施形態（マイクロチップ）
（１）マイクロチップの構成
図１に、本技術のマイクロチップの構成の概略を示す。なお、当該構成は、好適な実施形態の一例であり、本技術のマイクロチップは当該構成のものに限定されるものでない。以下、本技術のマイクロチップの構成を、図１を参照して説明する。
本技術のマイクロチップ１００は、図１に示されるとおりの流路構造を有しうる。マイクロチップ１００には、サンプル液インレット１０１及びシース液インレット１０３が設けられている。これらインレットからサンプル液及びシース液が、それぞれサンプル液流路１０２及びシース液流路１０４に導入される。
シース液導入流路１０４を流れるシース液は、サンプル液流路１０２の両側から流れるサンプル液と合流して、サンプル液の周囲がシース液で囲まれた層流又はサンプル液がシース液に挟まれた層流を形成する。当該層流は、主流路１０５を、分岐部分１０７に向かって流れる。
主流路１０５には、検出領域１０６が備えられうる。検出領域１０６において、サンプル液中の粒子に対して光が照射されうる。当該光の照射によって生じた蛍光及び／又は散乱光に基づき、当該粒子が回収されるべきものであるかどうかが判定されうる。
マイクロチップ１００には、分岐部分１０７が設けられている。分岐部分１０７において、主流路１０５を流れてきた前記層流は、分岐流路１０８へと流れる。また、分岐部分１０７において、回収されるべき粒子が流れてきた場合にのみ、粒子分取流路１０９への流れが形成される。粒子分取流路１０９への流れによって、回収されるべき粒子が粒子分取流路１０９へと吸い込まれる。当該粒子が粒子分取流路１０９へと吸い込まれる際には、前記層流を構成するサンプル液又は前記層流を構成するサンプル液及びシース液も、粒子分取流路１０９へと流れうる。
なお、図１において、分岐流路１０８へと流れた層流は、分岐流路末端１１０にて、マイクロチップの外部へと吐出されうる。また、粒子分取流路１０９へと流れた粒子及び当該粒子の周囲のサンプル液又は当該粒子の周囲のサンプル液及びシース液は、粒子分取流路末端１１１にて、マイクロチップの外部へと吐出されうる。
（２）分岐部分の構成
分岐部分１０７の拡大図を図２に示す。図２に示されるとおり、主流路１０５と粒子分取流路１０９とは、主流路と同軸上にあるオリフィス部２０１を介して連通されている。すなわち、回収されるべき粒子は、オリフィス部２０１を通って、粒子分取経路１０９へと流れる。
オリフィス部２０１には、ゲート流インレット２０２が備えられていてもよい。ゲート流インレット２０２から、シース液又はサンプル液がオリフィス部に導入されうる。ゲート流インレット２０２から導入されたシース液又はサンプル液によって、オリフィス部２０１から主流路１０５に向かう流れが形成される。当該流れにより、回収されるべきでない粒子が粒子分取流路１０９へと入ることが防がれる。回収されるべきでない粒子は、分岐流路１０８へと流れる。
なお、ゲート流インレット２０２はオリフィス部に備えられていなくてもよい。この場合、例えば粒子分取流路１０９内の圧力を変えることによって粒子分取流路１０９から主流路へ向かう流れが形成されてよく、又は、主流路１０５から粒子分取流路１０９への流れが形成されないように、当該圧力が維持されうる。その結果、微小粒子が粒子分取流路１０９へと入ることが防がれる。回収されるべきでない粒子は、分岐流路１０８へと流れる。
本技術のマイクロチップは、分岐部分１０７において特定の構造を有することを特徴とする。すなわち、本技術のマイクロチップにおいて、（ａ）主流路の断面積が、分岐開始位置まで一定であり又は当該分岐開始位置に向かって連続的に減少し、且つ、（ｂ）分岐流路の最小断面積が、当該分岐開始位置での主流路の断面積の半分以下であることを特徴とする。上記（ａ）及び（ｂ）の特徴について、図３を参照して以下で説明する。
（ａ）の特徴について
図３は、分岐部分１０７の斜視図である。主流路１０５の断面積は、オリフィス部２０１に向かって一定であり又は連続的に減少する。当該断面積が増加し始めるところを、分岐開始位置３０４という。すなわち、主流路１０５の断面積は、分岐開始位置３０４まで一定であり又は分岐開始位置に向かって連続的に減少する。
（ｂ）の特徴について
図３において、分岐流路の断面３０２及び３０３が示されている。断面３０３において、分岐流路の断面積が、分岐流路１０８において最小になる。本技術のマイクロチップにおいて、分岐流路の最小断面積が、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下である。すなわち、図３において、断面３０３の断面積が、分岐開始位置３０４における主流路の断面３０１の断面積の半分以下である。
また、本技術のマイクロチップにおいて、分岐流路の最小断面積は、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の例えば１／５以上、好ましくは１／４以上、より好ましくは１／３以上でありうる。このような最小断面積の下限値によって、液の詰まりが抑制されうる。
本技術において、上記（ａ）及び（ｂ）の特徴によって、微小粒子をより高速に分取することが可能となるという効果を奏する。
また、本技術のマイクロチップにおいて、前記主流路の側壁と前記分岐流路の側壁とを連結する側壁は、オリフィス入り口から０μｍ〜３００μｍの間にあるという特徴をさらに有しうる。当該特徴により、微小粒子をより高速に分取することが可能となりうる。当該特徴について、図４を参照して以下で説明する。
図４は、分岐部分１０７のうち、一方の分岐流路だけを表示するように拡大した図である。すなわち、図４において、当該分岐部分を主流路の軸で切った場合の半分だけが表示されている。
図４において、主流路１０５の側壁４０１と分岐流路１０８の側壁４０２とが側壁４０３によって連結されている。当該側壁４０３を、主流路の側壁と分岐流路の側壁とを連結する側壁（以下、単に「連結側壁」ともいう）という。主流路１０５の側壁４０１は、上記分岐開始位置までの流路の側壁をいう。分岐流路１０８の側壁４０２は、上記主流路の側壁と分岐流路の側壁とを連結する側壁以降の側壁をいう。
本技術において、前記連結側壁の主流路側の端が、オリフィス入り口から３００μｍ以内にありうる。すなわち前記分岐開始位置がオリフィス入り口から３００μｍ以内にありうる。なお、本技術において、オリフィス入り口とは、図４における４０４の位置を指す。また、オリフィス入り口からの距離は、図４において、Ｘ軸（主流路の軸）上のオリフィス入り口からの距離をいう。すなわち、前記連結側壁の主流路側の端が、オリフィス入り口から３００μｍ以内にあることは、図４において、距離１が３００μｍ以下であることを意味する。これは、主流路がオリフィス入り口から３００μｍ以内の距離に達するまで、主流路の断面積が一定であり又は当該断面積が連続的に減少するとも言える。また、流路の断面積が増加に転じる位置が分岐開始位置であり、この分岐開始位置がオリフィス入り口から３００μｍ以内にあるとも言える。
前記連結側壁の主流路側の端がオリフィス入り口から３００μｍ以内にあることによって、主流路の側壁から分岐流路の側壁への側壁の方向の遷移が、オリフィスの直前で始まる。当該遷移がオリフィスの直前で始まることで、微小粒子をより高速に分取することが可能となりうる。
上記距離１は、好ましくは２８０μｍ以下であり、より好ましくは２５０μｍ以下、さらにより好ましく２００μｍ以下でありうる。
また、本技術において、前記連結側壁の主流路側の端がオリフィス入り口から３００μｍ以内にあり、且つ、前記連結側壁の分岐流路側の端がオリフィス入り口から０μｍ以上の距離にありうる。このことは、図４において、距離１が３００μｍ以下であり、且つ、距離２が０μｍ以上であることを意味する。
前記連結側壁の主流路側の端がオリフィス入り口から３００μｍ以内にあり且つ前記連結側壁の分岐流路側の端がオリフィス入り口から０μｍ以上の距離にあることによって、主流路の側壁から分岐流路の側壁への側壁の方向の遷移が、オリフィスの直前になって始まり且つ終了する。当該遷移がオリフィスの直前になって始まり且つ終了することで、微小粒子をより高速に分取することが可能となりうる。
上記距離２は、好ましくは１０μｍ以上であり、より好ましくは２０μｍ以上であり、さらにより好ましくは３０μｍ以上でありうる。
本技術において、前記連結側壁は、曲面又は平面であってもよく、好ましくは曲面でありうる。前記連結側壁が曲面である場合、当該連結側壁の曲率半径Ｒは０．５ｍｍ以下であり、より好ましくは０．４ｍｍ以下、さらにより好ましくは０．３ｍｍ以下でありうる。当該曲率半径によって、微小粒子をより高速に分取することが可能となりうる。前記連結側壁が平面である場合、当該平面は、主流路の側壁の方向から分岐流路の側壁の方向へと段階的に遷移するように複数の平面から構成されていてもよく、又は一つの平面で構成されていてもよい。
本技術において、前記分岐流路の最大断面積は、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下でありうる。前記最大断面積は、前記分岐流路の前記最小断面積を有する位置からオリフィス側の分岐流路における最大断面積をいう。例えば図３においては、当該最大断面積は３０２の断面積をいう。特には、前記マイクロチップは、前記分岐流路の最大断面積が、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下であり、且つ、前記分岐流路の断面積が、分岐流路の開始位置から、液の流れの進行方向に沿って連続的に減少する構造を有しうる。このような構造を有することにより、粒子分取が高速化されうる。
また、前記最大断面積は、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の例えば１／５以上、好ましくは１／４以上、より好ましくは１／３以上でありうる。このような最小断面積の下限値によって、液の詰まりが抑制されうる。
本技術において、前記分岐流路は、前記分岐流路の断面積が、分岐流路の開始位置から、液の流れの進行方向に沿って連続的に減少する構造を有しうる。ここで、前記分岐流路の開始位置とは、前記連結側壁の分岐流路側の端の位置と同じである。前記分岐流路の断面積の減少は、分岐流路内の所定の位置まで連続しうる。当該所定の位置は、以下で述べる効果を奏するように当業者により適宜設定されてよいが、例えば分岐流路の開始位置から１０００μｍ以内、好ましくは３００μｍ以内にありうる。また、本技術において、前記分岐流路は、分岐開始位置から所定の位置まで、液の流れの進行方向に沿って連続的に減少し、当該所定の位置から、液の流れの進行方向に沿って連続的に増加する構造を有しうる。すなわち、前記分岐流路の断面積が最大となる位置から、液の流れの進行方向に沿って、分岐流路の断面積が連続的に減少し、そして、分岐流路の断面積が最小となった後に、再度、液の流れの進行方向に沿って、流路の断面積が連続的に増加する構造（本明細書内において、分岐流路のうち、分岐流路の断面積が最小となる位置から分岐流路末端側の分岐流路を「分岐後流路」ともいう）を本技術のマイクロチップは有しうる。このような構造によって、分岐流路内に淀み点が発生することを防ぐ効果及び／又は分岐流路の壁面近傍における流速が高まるという効果が奏されうる。その結果、粒子分取が高速化されうる。
本技術において、前記分岐流路は、主流路から１つ又は２つ以上の分岐流路へと分岐していてよい。１つの分岐流路へと分岐する場合は、例えば、主流路とオリフィス部とが同軸上にあり、且つ、当該分岐流路が、当該軸から分岐するように設けられていてよい。好ましくは、主流路は２つの分岐流路へと分岐している。当該２つの分岐流路は、好ましくはＹ字状に分岐している。Ｙ字状に分岐していることで、分岐流路内への液の流れがよりスムーズになりうる。当該Ｙ字状に分岐した分岐流路の中央に、前記オリフィス部が設けられうる。また、主流路は、３つの分岐流路又は４つの分岐流路へと分岐していてもよい。
本技術において、前記分岐後流路の断面積は、前記分岐流路の断面積が最小である位置から、前記液体が流れる方向に沿って連続的に増加していてもよい。これにより、圧損が低減され、低圧力で高流量流すことが可能となる。前記分岐後流路の断面積の増加は、所定の位置まで連続しうる。当該所定の位置は、当業者により適宜設定されてよいが、例えば図１に示されるとおり、分岐流路末端１１０へ向けて分岐後流路が曲げられているところでありうる。
本技術において、前記オリフィス部と連結する分岐流路の側壁は、前記主流路の軸に向かって曲げられていてもよい。分岐流路内では、最高流速部分が、流路の中心でなく、粒子分取流路側にある場合がある。すなわち、分岐流路内の粒子分取流路側における流速とその反対側の流速との間に差が生じうる。その結果、分岐流路内に淀みが生じうる。分岐流路の側壁が前記主流路の軸に向かって曲げられていることで、分岐流路内の粒子分取流路側における流速とその反対側の流速との間に差が減少し、すなわちこれら流速のアンバランスが解消され、その結果、分岐流路内における淀みの発生が抑制されうる。淀みの発生の抑制によって、分岐流路内の流速が向上し、より高速な微小粒子分取が達成されうる。
本技術において、前記主流路の軸に対する、前記オリフィス部と連結する分岐流路の側壁の角度は、好ましくは１１５〜１６０度であり、さらにより好ましくは１２５〜１６０度でありうる。当該角度が１１５度以上であることで、オリフィス部入り口付近での淀みの発生が防がれうる。また、当該角度が１２５度以上であることで、オリフィス部入り口への粒子の衝突が抑制されうる。また、当該角度が１６０度以下であることで、マイクロチップの製造がより容易になりうる。
本技術のマイクロチップは、前記オリフィス部に圧力室が連通されていてもよい。当該圧力室は粒子分取流路に備えられていてもよく、又は、粒子分取流路自体が圧力室として機能してもよい。当該圧力室内の圧力は、減少又は増加されうる。当該圧力室内の圧力を減少させることによって、微小粒子をオリフィス部内に導き、又は、当該圧力室内の圧力を増加させることによって、微小粒子のオリフィス部内への侵入を防ぐ。このような当該圧力室内の圧力の調節によって、回収されるべき粒子のみの分取が可能となりうる。
また、本技術のマイクロチップにおいて、前記オリフィス部に、前記オリフィス部から主流路に向かう液体の流れ（本明細書内において、ゲート流ともいう）を形成する為の流路が備えられていてもよく、当該形成された流れによって、微小粒子の粒子分取流路へと進行させうる。当該ゲート流によって、回収されるべきでない粒子のオリフィス部内への侵入の阻止が可能になる。本技術において、粒子分取を実施している間は常に上記ゲート流がオリフィス部に導入されていてもよく、微小粒子を粒子分取流路に導くときにだけ当該圧力室の圧力が減少されうる。当該圧力の減少によって、ゲート流により生じるオリフィス部から当該主流路への流れよりも強い流れが、当該主流路から当該粒子分取流路に向かって形成され、その結果、目的の粒子が当該粒子分取流路内に分取されうる。
本技術において、微小粒子は当業者により適宜選択されてよい。本技術において、微小粒子には、細胞、微生物、及びリポソームなどの生物学的微小粒子、並びに、ラテックス粒子、ゲル粒子、及び工業用粒子などの合成粒子などが包含されうる。生物学的微小粒子には、各種細胞を構成する染色体、リポソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)などが含まれうる。細胞には、動物細胞(血球系細胞など)および植物細胞が含まれうる。微生物には、大腸菌などの細菌類、タバコモザイクウイルスなどのウイルス類、イースト菌などの菌類などが含まれうる。さらに、生物学的微小粒子には、核酸、タンパク質、これらの複合体などの生物学的高分子も包含されうる。また、合成粒子は、例えば有機若しくは無機高分子材料又は金属などからなる粒子でありうる。有機高分子材料には、ポリスチレン、スチレン、ジビニルベンゼン、及びポリメチルメタクリレートなどが含まれうる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、及び磁性体材料などが含まれうる。金属には、金コロイド及びアルミなどが含まれうる。微小粒子の形状は、一般には球形又は略球形であってよく、又は非球形であってもよい。微小粒子の大きさ及び質量は、マイクロチップの流路のサイズによって当業者により適宜選択されうる。他方で、マイクロチップの流路のサイズも、微小粒子の大きさ及び質量によって適宜選択されうる。本技術において、微小粒子には、必要に応じて化学的又は生物学的な標識、例えば蛍光色素など、が取り付けられうる。当該標識によって、当該微小粒子の検出がより容易になりうる。取り付けられるべき標識は、当業者により適宜選択されうる。
本技術のマイクロチップは、当技術分野で既知の方法により製造されうる。本技術のマイクロチップは、例えば、上記で述べたとおりの流路が形成された２枚の基板を貼り合わせることにより製造することができる。流路は、２枚の基板の両方に形成されていてもよく、又は、一方の基板にのみ形成されていてもよい。基板の貼り合わせ時の位置の調整をより容易にするために、流路は、一方の基板にのみ形成されていることが好ましい。
本技術のマイクロチップを形成する材料として、当技術分野で既知の材料が用いられうる。例えば、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス、及びシリコンが挙げられるがこれらに限定されない。特に、加工性に優れており且つ成形装置を使用して安価にマイクロチップを製造することができることから、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン等の高分子材料が特に好ましい。
３．第２の実施形態（微小粒子分取装置）
本技術の微小粒子分取装置は、微小粒子を含む液体が通流される主流路と、前記主流路から分岐する分岐流路と、前記主流路と同軸上にあるオリフィス部とを有し、前記主流路の断面積が、分岐開始位置まで一定であり又は当該分岐開始位置に向かって連続的に減少し、且つ、前記分岐流路の最小断面積が、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下であるマイクロチップを有するものである。当該マイクロチップは、上記２．第１の実施形態において説明したものであるので、当該マイクロチップについての説明は省略する。
本技術の微小粒子分取装置は、前記主流路を通流する微小粒子に光を照射する光照射部と、前記微小粒子から発せられた散乱光及び／又は蛍光を検出する検出部と、前記検出部で検出されたデータに基づいて、前記主流路を通流する微小粒子の進行方向を制御する制御部とを有しうる。以下、当該光照射部、当該検出部、及び当該制御部について説明する。
本技術において、前記光照射部は、前記主流路を通流する微小粒子に光（励起光）を照射する。当該光照射部は、励起光を出射する光源と、主流路を通流する微小粒子に対して励起光を集光する対物レンズとを含みうる。光源は、分析の目的に応じてレーザダイオード、ＳＨＧレーザ、固体レーザ、ガスレーザ、及び高輝度ＬＥＤなどから適宜選択されうる。光照射部は、光源及び対物レンズに加えて、必要に応じて他の光学素子を含んでいてもよい。
本技術において、前記検出部は、前記光照射部による光の照射によって前記微小粒子から発せられた散乱光及び／又は蛍光を検出する。当該検出部は、微小粒子から発生する蛍光及び／又は散乱光を集光する集光レンズと検出器とを含みうる。当該検出器として、ＰＭＴ、フォトダイオード、ＣＣＤ、及びＣＭＯＳなどが用いられうるがこれらに限定されない。当該検出部は、集光レンズ及び検出器に加えて、必要に応じて他の光学素子を含んでいてもよい。
前記検出部により検出される蛍光は、微小粒子そのものから発生する蛍光及び微小粒子に標識された物質、例えば蛍光物質など、から発生する蛍光でありうるがこれらに限定されない。検出部により検出される散乱光は、前方散乱光、側方散乱光、レイリー散乱、及び／又はミー散乱でありうるが、これらに限定されない。
本技術において、前記制御部は、前記検出部で検出されたデータに基づいて、前記主流路を通流する微小粒子を分岐流路に進行させるか又は粒子分取流路内に吸い込むかを制御する。前記検出部により検出された蛍光及び散乱光は、電気信号に変換されうる。すなわち、本技術の微小粒子分取装置は、電気信号変換部を有しうる。当該電気信号変換部は、制御部に含まれていてもよく、制御部に含まれていなくてもよい。当該制御部は、当該電気信号を受け取り、当該電気信号に基づいて、微小粒子の光学特性を判定しうる。当該制御部は、当該判定の結果に基づき、微小粒子が回収されるべきものである場合は、微小粒子がオリフィス部を通って微小粒子分取流路に進行するように、流路内の流れを変更しうる。当該流れの変更は例えば、圧力室内の圧力を減少することにより行われうる。また、微小粒子の回収後は、当該制御部は、流路内の流れを再度変更しうる。当該流れの再度の変更は、圧力室内の圧力を増加することにより行われうる。すなわち、当該制御部は、前記検出部で検出されたデータに基づいて、前記オリフィス部に連通された圧力室内の圧力を制御するものでありうる。また、当該制御部は、前記オリフィス部から主流路に向かう液体の流れを形成する為に備えられている流路内の液体の流れを制御するものであってもよい。当該制御部は、特開２０１４−０３６６０４号公報に記載された駆動部と同様の機能を有しうる。
４．実施例
４−１．比較例１（一般的な流路構造の分岐部分を有するマイクロチップ）
分岐部分に近づくにつれて主流路の断面積を大きくし且つ分岐後の流路の断面積が主流路の断面積以上である流路構造の分岐部分を有するマイクロチップ（以下、「比較例１のマイクロチップ」という）内における液体の流れを、ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ｖ５．１を用いてシミュレーションした。当該分岐部分は、図６に示したとおりである。当該分岐部分において、主流路の断面積が大きくなる位置は、オリフィス入り口から３００μｍ超離れた距離にある。
上記シミュレーションにおける解析条件は以下のとおりである。
シース液の流速：５ｍｌ／分
サンプル液の流速：０．２５ｍｌ／分
ゲート流の流速：０．３ｍｌ／分
出口圧力：大気圧
粒子分取流路末端からの排出速度：０．０４５ｍｌ／分
上記解析条件下での分岐部分における流れをシミュレーションした結果を、図７に示す。図７上図が、シミュレーション結果を示し、図７下図は、シミュレーション結果により得られた流速を矢印によって模式的に示す図である。図７下図において、矢印は液体の流れの方向を示す。また、矢印の太さが太いほど、流速が大きいことを示す。なお、流速を表す矢印の太さ及び方向は、より分かりやすくするために簡略化されているので、正確な方向及び流速を反映していないことに留意されたい（他の図面においても同様である）。図７に示されるとおり、オリフィス付近において渦流れが形成されている。当該渦流れは剥離流が形成されていることによると考えられる。また、図７に示されるとおり、オリフィスに近づくにつれて流速が低下することも確認された。当該渦流れの形成及び当該流速低下は、オリフィス入り口に向かって主流路の断面積が大きくなっていることによりひき起こされていると考えられる。
次に、微小粒子の流れについて、上記ソフトウェアを用いて粒子追跡解析を行った。解析結果を図８に示す。図８に示されるとおり、オリフィス直前（図８においてｘ方向位置０．０１４ｍ付近の点線で囲まれた部分）において、粒子がｙ方向（図４に示されるｙ方向。すなわち、主流路の液体が流れる方向をｘ方向とした場合、当該ｘ方向に対して直角の方向をｙ方向という。）に広がっていることが示された。
次に、粒子分取流路に設けられたピエゾ素子（ＰＺＴ）駆動時における微小粒子の流れがシミュレーションされた。すなわち、当該ピエゾ素子の駆動によって、粒子分取流路内の容積（特には圧力室の容積）を増加させる。当該容積増加により、粒子分取流路内の圧力が減少されて、主流路からオリフィス入り口を通って粒子分取流路へ進む流れが形成される。当該流れが形成された場合の微小粒子の流れがシミュレーションされた。
当該容積の増加のためにピエゾ素子に付与される電圧の変化の形状は、パルス波形であった。当該ピエゾ素子の駆動条件は、Ｔｆ／Ｔｒ：１５μｓ、ＰＷ：５０μｓ、パルス間隔：３００μｓ、ＰＺＴ変位：１μｍであった。Ｔｆは、当該パルス波形における電圧の立ち下げ時間であり、Ｔｒは当該パルス波形における電圧の立ち上げ時間である。ＰＷは、ＰＺＴ変位量が０．５ｕｍ以上である時間間隔である。当該立ち下げ時間において、当該容積が増加されて、微小粒子を粒子分取流路内に吸い込む流れが形成される。当該立ち上げ時間において当該容積が減少されて、当該吸い込む流れが消え、オリフィス部から主流路へ向かう流れが形成される。
上記シミュレーションの結果を図９に示す。図９に示されるとおり、ＰＺＴ立ち上げ時に、オリフィス入り口に噴流が発生し、オリフィス入り口付近で旋回渦が発生する。また、これに伴い粒子は、流路の急拡大部（主流路の断面積が大きくなる部分）の方向へと移動する挙動も示しうる。これらの結果、分取されるべきでない微小粒子が分岐部分において停留する。当該分取されるべきでない微小粒子を分岐流路へと流し去り且つ当該旋回渦が消滅する前に再度ピエゾ素子が駆動した場合、分取されるべき微小粒子が分取されない可能性が高まるとともに、分取されるべきでない微小粒子が分取される可能性も高まる。そのため、より高速の微小粒子分取のためには、できる限り速やかに、当該分取されるべきでない微小粒子を分岐流路へと流し去り且つ当該旋回渦を消滅させることが必要であると考えられる。
次に、オリフィス入り口から所定距離におけるｘ方向における流速を測定した結果を図１０に示す。図１０において、流速が正方向に急上昇している部分が、微小粒子をオリフィスへと吸い込んだときを示す。流速が正方向に急上昇した後、流れの変更に伴い、流速は、特にオリフィス近傍において、負となる。その後、流速が微小粒子を吸い込む前の状態にもどるまでに約２００μｓ要している。すなわち、静定に要する時間が約２００μｓである。静定するまでに約２００μｓも要している理由は、以上で図７〜９を参照して述べた問題点に加え、上記急拡大部における流速が遅いことも一因であると考えられる。静定に要する時間を短くすることで、より高速の微小粒子分取が可能になると考えられる。
４−２．実施例１（本技術のマイクロチップ）
主流路の断面積が分岐開始位置まで一定であり且つ分岐流路の最小断面積が当該分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下である流路構造の分岐部分を有するマイクロチップ（以下、「実施例１のマイクロチップ」という）内における液体の流れを、ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ｖ５．１を用いてシミュレーションした。当該分岐部分は、図１１に示したとおりである。当該マイクロチップにおいて、主流路に対する分岐流路の角度は１１０度であった。主流路の幅は２００μｍであり、分岐流路の入り口部の幅は９０μｍであった。当該分岐部分において、主流路の側壁と分岐流路の側壁とを連結する側壁は、オリフィス入り口から０μｍ〜３００μｍの間にあった。
上記シミュレーションにおける解析条件は以下のとおりであった。
シース液の流速：５ｍｌ／分
サンプル液の流速：０．２５ｍｌ／分
ゲート流の流速：０．２〜０．６ｍｌ／分
出口圧力：大気圧
粒子分取流路末端からの排出速度：０．０４５ｍｌ／分
シミュレーションの結果を図１１に示す。図１１上図が、シミュレーション結果を示し、図１１下図は、シミュレーション結果により得られた流速を矢印によって模式的に示す図である。図１１に示されるとおり、主流路の側壁と分岐流路の側壁とを連結する側壁付近（主流路から分岐流路への曲がり角付近）における渦流れが生じていない。また、比較例１と比べて、オリフィス付近における流速が向上した。一方で、オリフィス入り口の前に渦が発生していた。
また、微小粒子の流れを、上記ソフトウェアを用いて粒子追跡解析を行った。解析結果を図１２に示す。図１２に示されるとおり、主流路の中心付近を流れる粒子は曲がりきれずに壁にぶつかり、そこで留まってしまうことが確認された。これは、主流路と分岐流路の角度が１１０度であり、直角に近いことによると考えられる。
４−３．実施例２（本技術のマイクロチップ）
主流路に対する分岐流路の角度を１５０度としたこと以外は、実施例１と同じ条件でシミュレーションを行った。当該シミュレーションにおいて用いられた分岐部分は、図１３に示されるとおりである。
シミュレーションの結果は図１３に示されるとおりである。図１３上図が、シミュレーション結果を示し、図１３下図は、シミュレーション結果により得られた流速を矢印によって模式的に示す図である。図１３に示されるとおり、主流路の側壁と分岐流路の側壁とを連結する側壁付近（主流路から分岐流路への曲がり角付近）における渦流れが生じていない。また、比較例１と比べて、オリフィス付近における流速が向上した。さらに、実施例１のシミュレーション結果において見られたオリフィス入り口の前の渦も発生しなかった。
次に、微小粒子の流れを、上記ソフトウェアを用いて粒子追跡解析を行った。解析結果を図１４に示す。図１４に示されるとおり、オリフィス付近における粒子の停留は、ゲート流の流速が０．６ｍｌ／分であるときには観察されなかった。
４−４．実施例３（本技術のマイクロチップ）
主流路に対する分岐流路の角度を１２０度としたこと以外は、実施例１と同じ条件でシミュレーションを行った。当該シミュレーションにおいて用いられた分岐部分は、図１５に示されるとおりである。
シミュレーションの結果は図１５に示されるとおりである。図１５上図が、シミュレーション結果を示し、図１５下図は、シミュレーション結果により得られた流速を矢印によって模式的に示す図である。図１５に示されるとおり、主流路から分岐流路への曲がり角部分における渦流れが生じていない。また、比較例１と比べて、オリフィス付近における流速が向上した。さらに、実施例１のシミュレーション結果において見られたオリフィス入り口の前の渦も発生しなかった。
次に、微小粒子の流れを、上記ソフトウェアを用いて粒子追跡解析を行った。解析結果を図１６に示す。図１６に示されるとおり、主流路の中心付近を流れる粒子は曲がりきれずに分岐流路の壁にぶつかり留まってしまうことが確認された。
４−５．実施例４（本技術のマイクロチップ）
主流路に対する分岐流路の角度を、分岐直後は１３０度とし、その後１３５度としたこと以外は、実施例１と同じ条件でシミュレーションを行った。当該シミュレーションにおいて用いられた分岐部分は、図１７に示されるとおりである。図１７に示されるとおり、分岐直後の分岐流路の主流路に対する角度が１３０度である。その後、分岐流路が曲げられ当該角度が１３５度になり、すなわち分岐流路が粒子分取流路側に曲げられる。
シミュレーションの結果は図１７に示されるとおりである。図１７上図が、シミュレーション結果を示し、図１７下図は、シミュレーション結果により得られた流速を矢印によって模式的に示す図である。図１７に示されるとおり、主流路から分岐流路への曲がり角部分における渦流れが生じていない。また、比較例１と比べて、オリフィス付近における流速が向上した。さらに、実施例１のシミュレーション結果において見られたオリフィス入り口の前の渦も発生しなかった。
次に、微小粒子の流れを、上記ソフトウェアを用いて粒子追跡解析を行った。解析結果を図１８に示す。図１８に示されるとおり、オリフィス付近における粒子の停留も観察されなかった。
また、実施例２と比べて、分岐流路と粒子分取流路との間隔が広いため、加工がより容易である。
比較例１と同様に、微小粒子の流れについて解析した。解析結果を図１９に示す。図１９に示されるとおり、オリフィス直前において、粒子がｙ方向に広がっていないことが示された。すなわち、実施例４のマイクロチップにおいて、コア流れの広がりが抑制されている。
比較例１と同様に、オリフィス入り口から所定距離におけるｘ方向における流速を測定した。測定結果を図２０に示す。図２０に示されるとおり、粒子がオリフィス内に吸い込まれた後約１００μｓで、ｘ方向における流速が、粒子を吸い込む前の状態にもどっている。すなわち、静定時間が約１００μｓである。また、噴流の影響もオリフィス入り口から３５０μｍまでであることが分かる。
実施例４のマイクロチップ及び比較例１のマイクロチップについて、実際に微小粒子分取実験を行った。当該実験では、パルス駆動間隔、すなわち種々の粒子分取間隔における微小粒子の捕捉率を測定した。ＰＺＴ駆動波形はＴｆ／Ｔｒ１５μｓ且つＰＷ３５μｓとした。測定結果を図２１に示す。図２１に示されるとおり、実施例４のマイクロチップを用いた場合は、比較例１のマイクロチップと比べて、１００〜１２５μｓにおける補足率が高い。この結果より、連続分取可能間隔を約１００μｓとすることが可能であることが確認された。
４−６．実施例５（分岐流路の断面積についての検討）
分岐流路の断面積が、分岐直後の位置から液の流れの進行方向に向かって連続的に減少し、且つ、分岐流路の断面積が最小となった後に、再度、液の流れの進行方向に向かって連続的に増加する構造を有することによる影響を検討した。
上記構造の模式図が図２２のａに示されている。また、分岐流路の断面積が一定である構造の模式図が図２２のｂに示されている。これらの構造のそれぞれについて、実施例１で用いたソフトウェアによって、流路内の流速をシミュレーションした。その結果、シミュレーション結果が図２２の上部に示されている。また、図２２の下部は、当該シミュレーション結果の模式的に表した図である。図２２のｂの分岐流路内の流速より、図２２ａの分岐流路内の流速のほうが大きいことが示された。
また、上記２つの構造における分岐流路内の或る断面における流速を比較した結果を図２３に示す。当該流速が測定された位置は、図２２に示されたとおりである。図２３に示されるとおり、断面積が上記のとおり変更される場合は、断面積が一定の場合と比べて、内側壁面の流速が高く、移流性能が高い。また、断面積が上記のとおり変更される場合は、断面積が一定の場合と比べて、低速領域も狭い。よって、断面積を上記のとおり変更することで、分岐流路内の淀み点の発生が防止されうる。
４−７．実施例６（分岐流路の屈曲についての検討）
分岐流路の方向を粒子分取流路側に曲げることの影響を検討した。
分岐流路の方向が粒子分取流路側に曲げられている構造における分岐流路内の流速を、実施例１で用いたソフトウェアによってシミュレーションした。同様に、分岐流路の方向が変化しない構造における分岐流路内の流速もシミュレーションした。流速を測定した位置は、図２４に示されるとおりである。図２５に、流速の測定結果を示す。図２５に示されるとおり、分岐流路の方向が曲げられている構造は、分岐流路の方向が変化しない構造と比べて、微小粒子分取流路側の壁付近の流速とその反対側の壁付近の流速との間の差が小さい。すなわち、流路の内側及び外側のアンバランスが解消される。その結果、分岐流路ないに淀み点が発生することが防止される。
なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
〔１〕微小粒子を含む液体が通流される主流路と、
前記主流路から分岐する分岐流路と、
前記主流路と同軸上にあるオリフィス部と
を有し、
前記主流路の断面積が、分岐開始位置まで一定であり又は当該分岐開始位置に向かって連続的に減少し、且つ、
前記分岐流路の最小断面積が、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下である、
マイクロチップ。
〔２〕前記主流路の側壁と前記分岐流路の側壁とを連結する側壁が、オリフィス入り口から０μｍ〜３００μｍの間にある、〔１〕に記載のマイクロチップ。
〔３〕前記主流路の側壁と前記分岐流路の側壁とを連結する側壁の曲率半径Ｒが０．５ｍｍ以下である、〔１〕又は〔２〕に記載のマイクロチップ。
〔４〕前記分岐流路の最大断面積が、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下である、〔１〕〜〔３〕のいずれか一つに記載のマイクロチップ。
〔５〕前記分岐流路が、前記主流路からＹ字状に分岐している、〔１〕〜〔４〕のいずれか一つに記載のマイクロチップ。
〔６〕前記分岐流路の断面積が、分岐流路の開始位置から、液の流れの進行方向に沿って連続的に減少する、〔１〕〜〔５〕のいずれか一つに記載のマイクロチップ。
〔７〕前記分岐流路の断面積が、分岐流路の開始位置から所定の位置まで、液の流れの進行方向に沿って連続的に減少し、当該所定の位置から、液の流れの進行方向に沿って連続的に増加する、〔１〕〜〔５〕のいずれか一つに記載のマイクロチップ。
〔８〕前記オリフィス部と連結する分岐流路の側壁が、前記主流路の軸に向かって曲げられている、〔１〕〜〔７〕のいずれか一つに記載のマイクロチップ。
〔９〕前記主流路の軸に対する、前記オリフィス部と連結する分岐流路の側壁の角度が、１１５〜１４５度である、〔１〕〜〔８〕のいずれか一つに記載のマイクロチップ。
〔１０〕前記主流路の軸に対する、前記オリフィス部と連結する分岐流路の側壁の角度が、１２５〜１４５度である、〔１〕〜〔９〕のいずれか一つに記載のマイクロチップ。
〔１１〕前記オリフィス部に圧力室が連通されており、当該圧力室内の圧力が減少又は増加される、〔１〕〜〔１０〕のいずれか一つに記載のマイクロチップ。
〔１２〕前記圧力室内の圧力を減少させることによって、微小粒子をオリフィス部内に導き、又は、前記圧力室内の圧力を増加させることによって、微小粒子を分岐流路へと進行させる、〔１１〕に記載のマイクロチップ。
〔１３〕前記オリフィス部に、前記オリフィス部から主流路に向かう液体の流れを形成する為の流路が備えられており、当該形成された流れによって、微小粒子を分岐流路へと進行させる、〔１〕〜〔１２〕のいずれか一つに記載のマイクロチップ。
〔１４〕微小粒子を含む液体が通流される主流路と、
前記主流路から分岐する分岐流路と、
前記主流路と同軸上にあるオリフィス部と
を有し、
前記主流路の断面積が、分岐開始位置まで一定であり又は当該分岐開始位置に向かって連続的に減少し、且つ、
前記分岐流路の最小断面積が、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下である
マイクロチップが搭載された微小粒子分取装置。
〔１５〕前記主流路を通流する微小粒子に光を照射する光照射部と、
前記微小粒子から発せられた散乱光及び／又は蛍光を検出する検出部と、
前記検出部で検出されたデータに基づいて、前記主流路を通流する微小粒子の進行方向を制御する制御部と
を有する、〔１４〕に記載の微小粒子分取装置。
〔１６〕前記制御部が、前記オリフィス部に連通された圧力室内の圧力を制御する、〔１５〕に記載の微小粒子分取装置。
〔１７〕前記制御部が、前記オリフィス部から主流路に向かう液体の流れを形成する為に備えられている流路内の液体の流れを制御する、〔１５〕又は〔１６〕に記載の微小粒子分取装置。
１００、５００ マイクロチップ
１０１、５０１ サンプル液インレット
１０２、５０２ サンプル液流路
１０３、５０３ シース液インレット
１０４、５０４ シース液流路
１０５、５０５ 主流路
１０６、５０６ 検出領域
１０７、５０７ 分岐部分
１０８、５０８ 分岐流路（廃棄流路）
１０９、５０９ 粒子分取流路
１１０ 分岐流路末端
１１１ 分取流路末端
２０１、６０１ オリフィス部
２０２ ゲート流インレット
３０１ 分岐開始位置における主流路の断面
３０２ 分岐流路の断面
３０３ 分岐流路の断面積が最小となる断面
３０４ 分岐開始位置
４０１ 主流路の側壁
４０２ 分岐流路の側壁
４０３ 主流路の側壁と分岐流路の側壁とを連結する側壁
４０４ オリフィス入り口

Claims (17)

  1. 微小粒子を含む液体が通流される主流路と、
    前記主流路から分岐する分岐流路と、
    前記主流路と同軸上にあるオリフィス部と
    を有し、
    前記主流路の断面積が、分岐開始位置まで一定であり又は当該分岐開始位置に向かって連続的に減少し、
    前記分岐流路の最小断面積が、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下であり、且つ
    前記分岐流路の断面積が、分岐流路の開始位置から、液の流れの進行方向に沿って連続的に減少する、
    マイクロチップ。
  2. 前記主流路の側壁と前記分岐流路の側壁とを連結する側壁が、オリフィス入り口から０μｍ〜３００μｍの間にある、請求項１に記載のマイクロチップ。
  3. 前記主流路の側壁と前記分岐流路の側壁とを連結する側壁の曲率半径Ｒが０．５ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載のマイクロチップ。
  4. 前記分岐流路の最大断面積が、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
  5. 前記分岐流路が、前記主流路からＹ字状に分岐している、請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
  6. 前記分岐流路の断面積が、分岐流路の開始位置から所定の位置まで、液の流れの進行方向に沿って連続的に減少し、当該所定の位置から、液の流れの進行方向に沿って連続的に増加する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
  7. 前記所定の位置が、前記分岐流路の開始位置から１０００μｍ以内にある、請求項６に記載のマイクロチップ。
  8. 前記オリフィス部と連結する分岐流路の側壁が、前記主流路の軸に向かって曲げられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
  9. 前記主流路の軸に対する、前記オリフィス部と連結する分岐流路の側壁の角度が、１１５〜１６０度である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
  10. 前記主流路の軸に対する、前記オリフィス部と連結する分岐流路の側壁の角度が、１２５〜１６０度である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
  11. 前記オリフィス部に圧力室が連通されており、当該圧力室内の圧力が減少又は増加される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
  12. 前記圧力室内の圧力を減少させることによって、微小粒子をオリフィス部内に導き、又は、前記圧力室内の圧力を増加させることによって、微小粒子を分岐流路へと進行させる、請求項１１に記載のマイクロチップ。
  13. 前記オリフィス部に、前記オリフィス部から主流路に向かう液体の流れを形成する為の流路が備えられており、当該形成された流れによって、微小粒子を分岐流路へと進行させる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
  14. 微小粒子を含む液体が通流される主流路と、
    前記主流路から分岐する分岐流路と、
    前記主流路と同軸上にあるオリフィス部と
    を有し、
    前記主流路の断面積が、分岐開始位置まで一定であり又は当該分岐開始位置に向かって連続的に減少し、
    前記分岐流路の最小断面積が、前記分岐開始位置での前記主流路の断面積の半分以下であり、且つ
    前記分岐流路の断面積が、分岐流路の開始位置から、液の流れの進行方向に沿って連続的に減少する、
    マイクロチップが搭載された微小粒子分取装置。
  15. 前記主流路を通流する微小粒子に光を照射する光照射部と、
    前記微小粒子から発せられた散乱光及び／又は蛍光を検出する検出部と、
    前記検出部で検出されたデータに基づいて、前記主流路を通流する微小粒子の進行方向を制御する制御部と
    を有する、請求項１４に記載の微小粒子分取装置。
  16. 前記制御部が、前記オリフィス部に連通された圧力室内の圧力を制御する、請求項１５に記載の微小粒子分取装置。
  17. 前記制御部が、前記オリフィス部から主流路に向かう液体の流れを形成する為に備えられている流路内の液体の流れを制御する、請求項１５又は１６に記載の微小粒子分取装置。

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