JP7006600B2 - 単一粒子捕捉用装置、単一粒子捕捉システム及び単一粒子の捕捉方法 - Google Patents

Description

本発明は、単一粒子捕捉用装置、単一粒子捕捉システム及び単一粒子の捕捉方法に関する。

近年、フローサイトメトリー等に代表される、細胞を単一で捕捉する技術が開発されている。細胞は、単一で捕捉された後、解析や培養に供される。

単一細胞を捕捉する方法として、例えば、特許文献１に記載の技術が開発されている。特許文献１には、細胞含有サンプルが流れる流路に、単一細胞が入る大きさのウエルが刻まれており、細胞含有サンプルが流れながらそのウエルに単一細胞が捕捉される、単一細胞捕捉アレイが開示されている（図１～図８）。また、ウエルにスリットを設けることで細胞が吸引される構造が開示されている（図２３、図２５等）。

米国特許出願公開第２０１３／００７８１６３号明細書

しかしながら、前記特許文献１の流路の構造では、ウエルに細胞が捕獲された後も他の細胞がウエルに吸引されて、捕捉された細胞に他の細胞が接着してしまい、複数の細胞が堆積されていく現象が起こっていた。
この原因の１つとして、細胞の供給量が過剰になりすぎることが考えられ、一度細胞が堆積されると、その堆積箇所を起点に堆積物が雪だるま状になり、流路を閉塞するまで巨大化する。一度堆積された細胞は、動かすことが困難であり、操作性に不便さがあった。

上記課題解決のため、本技術は、基材に流路を備え、前記流路の上に、山部と谷部を持つ波形構造を有し、前記山部の頂部に凹部を有し、前記凹部は引き込み用通路を有する、単一粒子捕捉用装置を提供する。
前記凹部の深さは、捕捉目的の粒子の粒径以下にすることができ、前記凹部の直径は、捕捉目的の粒子の粒径の１倍以上２倍未満の大きさにすることができる。
また、前記谷部から前記山部への高さは、捕捉目的の粒子の粒径と同じ又はそれよりも高く、前記山部間のピッチは、捕捉目的の粒子の粒径の２倍以上２０倍以下の長さにすることができ、前記流路の路幅は、相対的に前記山部で小さく、前記谷部で大きくすることができる。
また、前記引き込み用通路は、前記凹部と外部とを連通できる。
更に、前記山部と谷部は流路底面上に複数整列していてもよい。
また更に、前記流路及び波形構造は曲折していてもよい。
例えば、前記流路及び波形構造はU字型に曲折し、該U字型の内側は前記外部である。

本技術は、
基材に流路を備え、前記流路の上に、山部と谷部を持つ波形構造を有し、前記山部の頂部に凹部を有し、前記凹部は引き込み用通路を有する、単一粒子捕捉部と、
送液部と
を含む、単一粒子捕捉システムを提供することができる。
前記流路はバルブを備えることができる。また、前記単一粒子捕捉システムは、廃液部、単一粒子捕捉観察部、送液制御部を含んでもよい。

更に、本技術は、
基材上に流路を備え、前記流路は山部と谷部を持つ波形構造を有し、前記山部の頂部に凹部を有し、前記凹部は引き込み用通路を有する、単一粒子捕捉用装置に、
捕捉目的の粒子を含む試料を供給し該試料を送液しながら、前記凹部から前記引き込み用通路を介して外部へと吸引し、前記捕捉目的の粒子を捕捉する、単一粒子の捕捉方法を提供する。
前記単一粒子の捕捉方法は、前記送液を逆流させることを含むことができる。

本技術によれば、捕捉された粒子に他の粒子が堆積することを防ぎながら、粒子を１個ずつ凹部に捕捉することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の単一粒子捕捉用装置の横断面図である。 本技術の単一粒子捕捉用装置の山部、谷部、凹部、引き込み用通路を示す斜視図である。 本技術の単一粒子捕捉用装置におけるサンプルの流れと粒子の捕捉の様子を示す模式図である。 本技術の単一粒子捕捉用装置におけるサンプルの流れと粒子の捕捉の様子を示す模式図である。 本技術の単一粒子捕捉用装置のサイズの一例を示す概略図である。 本技術の単一粒子捕捉用装置の一例を示す模式図である。 従来技術の単一粒子捕捉用装置と粒子の捕捉の様子を示す図面代用写真である。 従来技術の単一粒子捕捉用装置と粒子の捕捉の様子を示す図面代用写真である。 単一粒子捕捉用装置と粒子の捕捉の様子を示す図面代用写真である。 単一粒子捕捉用装置と粒子の捕捉の様子を示す図面代用写真である。 本技術の単一粒子捕捉用装置と粒子の捕捉の様子を示す図面代用写真である。 本技術及び従来技術の単一粒子捕捉用装置と粒子の捕捉の様子を示す図面代用写真である。 本技術の単一粒子捕捉用装置と粒子の捕捉の様子を示す図面代用写真である。 本技術の単一粒子捕捉用装置の一例を示す図面代用写真である。 本技術の単一粒子捕捉用装置の一例を示す模式図である。 本技術の単一粒子捕捉用装置の一例を示す図である。 本技術の単一粒子捕捉用装置の一例を示す図である。 本技術の単一粒子捕捉システムの一例を示す模式図である。

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。説明は以下の順序で行う。
１．単一粒子捕捉用装置
２．実施形態
（１）実施形態１
（２）従来技術の例１
（３）従来技術の例２及び実施形態２
（４）実施形態３
（５）実施形態４
（６）実施形態５
（７）実施形態６
（８）実施形態７
（９）実施形態８
（１０）実施形態９
（１１）実施形態１０
３．単一粒子捕捉システム
４．単一粒子の捕捉方法

＜１．単一粒子捕捉用装置＞
本技術の単一粒子捕捉用装置が捕捉対象とする粒子の種類は、特に限定されない。例えば、細胞、ビーズ、半導体チップ、半導体の接続部の端子としてのマイクロバンプ、及びビーズ型太陽電池等が挙げられる。また、粒子の大きさ、形状等も特に限定されない。

本技術の単一粒子捕捉用装置を適用できる技術分野として、例えば、ハイブリッドバイオ・無機マテリアル、ナノハイブリッド環境センサー、環境センサー：センサアレイ形成技術、太陽電池のための集光材料、高密度実装モジュールのためのチップ状部品の自己組織的配置、発光デバイスの光取り出し効率向上等に必要なサブ波長（サブμｍ）サイズの周期的な凹凸構造の、自己組織化パターンをテンプレートにした形成技術、有機光スイッチングデバイスのための非線形有樹色素の光ポーリングによる疑似位相整合構造の形成、量子ドットメモリーのための金属ないし半導体ナノ粒子の自己組織化、及びナノクリスタルメモリのための高分子自己組織化材料等が挙げられる。

以下、図１及び図２を参照しながら説明する。
本技術の単一粒子捕捉用装置は、基材１１に流路１２を備える。
基材１１は特に限定されず、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル樹脂、ポリカーボネート、フッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリジメチルシロキサン等の樹脂、ガラス、金属等で形成される。
流路１２は、捕捉対象の粒子の大きさ、形状、種類、あるいは流路を流れるサンプルの量、粘度等で、流路の幅や高さを決定することができる。

流路１２の上には、山部１３と谷部１４を持つ波形構造を有し、山部１３の頂部１５には、凹部１６が形成される。凹部１６に、サンプル中の粒子が捕捉される。
流路１２内の底面を波形構造にすることにより、波型頂部の凹部に捕捉された細胞に他の細胞が接着することを防ぐことができるので、細胞が堆積していくことを防ぐことができる。

また、図３に示したように、天面１９を有する流路１２内では、サンプルの液流が層流となっており、常に流路１２の中央の流速が流路側面付近より早いという特性がある（左上の４本の矢印）。そのため、波形構造の波形頂部１５に凹部１６を設けることで頂部１５の流速が早くなる。よって、頂部１５に凹部１６を設けたことにより、粒子が凹部１６に２個以上入ろうとするダブレットを防ぐことができる（点線の丸）。つまり、ダブレットになろうとして２個目の細胞およびビーズが付着しても流速が早いため、中央層流に流されて２個目以降が入りにくくなると考えられる。例えば、液流の全体の流速に比べて、中央層流は約２０％も速くなる。

凹部１６は、更に引き込み用通路１７を有する。図４に示したように、サンプルが液の流れ方向２２に進み、バルブ２１が開放されて下流に進むと、凹部１６と外部（バルブ２１の下流側）を連通する引き込み用通路１７の存在により、流路１２側から外部１８の方向へ陽圧による引き込み２３の力が生ずる。流路１２内部と外部の圧力差によって、凹部１６に粒子が入りやすくなる。なお、図４において、外部は、バルブ２１の下流側の流路１２であり、流路１２と一連になっている。

なお、バルブの設置はこれに限定されるものではない。例えば、凹部１６が連なる流路１２の上流に、サンプル液を流すためのバルブを設置し、下流に、サンプル液を吸引するためのバルブを設置することもできる。

凹部１６の形状は、捕捉対象の粒子の形状等にあわせて決定することができる。凹部１６の形状は、例えば円柱型、円錐台型、逆円錐台型、楕円柱型、楕円台型、逆楕円錐台型、テーパー状、逆テーパー状、３角形柱以上の多角形柱等が挙げられる。

また、凹部１６の深さは、捕捉目的の粒子の粒径以下にすることが好ましい。そのような深さであると、凹部１６への粒子のダブレットや、捕捉された粒子に他の粒子が堆積することを防ぐことができる。

ここで、粒子の「粒径」とは、微粒子の長軸径と短軸径の平均値をいう。具体的には、微粒子であれば、顕微鏡を用い、画像処理ソフト等により任意の微粒子を相当数（例えば１００個）測定し、個数平均を求めることにより、粒径を算出することができる。

例えば、凹部１６の深さは、捕捉目的の粒子の粒径との比で好ましくは２以下、より好ましくは１以下、とすることができる。

あるいは、凹部１６の深さは、凹部１６の開口部における内接円の直径との比で好ましくは２以下、より好ましくは１以下、とすることができる。

更には、凹部１６の深さは、谷部１４から山部１３への高さとの比で好ましくは１以下、より好ましくは０．８以下、とすることができる。

また、凹部１６の立体的形状が、例えば円柱型や円錐台型、逆円錐台型、テーパー状、逆テーパー状のような、開口部が円形の場合、凹部１６の直径は、捕捉目的の粒子の粒径の１倍以上２倍未満の大きさであることが好ましい。また、凹部１６の開口部が３角形以上の多角形の場合、奇数のｎ角形であれば頂角から底辺への垂線、偶数のｎ角形であれば対角線を直径とみなすことができる。直径が１倍未満であると、凹部１６に単一細胞が入りづらくなり、２倍以上であると、複数の細胞が入ることがある。

谷部１４から山部１３への高さは、捕捉目的の粒子の粒径と同じ又はそれよりも高いことが好ましい。流路１２内の液の流速は、中央部に近づくほどに早くなる。このため、山部１３と谷部１４の高さが粒子の粒径より低い場合、山部１３付近でも粒子が受ける流速は遅くなる。山部１３付近の流速が遅いと、凹部１６に捕獲された粒子に後から流れてきた粒子が接着しやすくなる。流速が遅いことによって後から流れてきた粒子が衝突するエネルギーも少なくなり、捕捉された粒子にどんどん接着していき、粒子が堆積してしまう。

山部１３間のピッチは、捕捉目的の粒子の粒径の２倍以上２０倍以下の長さにすることができる。具体的には、山部１３の頂部１５から、谷部１４を一つはさみ、隣の山部１３の頂部１５までの間の距離が、捕捉目的の粒子の粒径の２倍以上２０倍以下である。２倍未満であると、谷部１４に粒子が入る可能性があり、２０倍を超えると山部１３の高さによっては、波形構造が平らな構造に近づき、本技術の効果を十分に発揮できないことがある。

なお、山部１３間のピッチは、より好ましくは捕捉目的の粒子の粒径の５倍以上１５倍以下の長さである。この範囲にすることにより、本技術の波形構造により奏される効果が発揮できる。また、本技術の単一粒子捕捉用装置が、マイクロオーダーの微小粒子を単一に捕捉するためのものである場合、微細な波形構造や凹部を基材上に形成しなければならず、その際の製造のしやすさも鑑み、上記範囲にすることができる。

なお、山部１３の左右のピッチは、同じでもよいし、異なっていてもよい。

また、流路１２は、底面と天面を平行にし、底面上に波形構造を形成すると、流路１２の路幅は、相対的に山部１３で小さく、谷部１４で大きくすることができる。このような路幅にすることによって、液流の中央層流が早いために、頂部１５で滞っている粒子を流すことができる。

以上に述べた、単一粒子捕捉用装置の各部のサイズの一例を図５に示す。ここでの単一粒子捕捉用装置は、直径１０μｍの大きさの単一細胞やビーズを捕捉することを想定している。

図５において、山部１３の幅は７０μｍ、山部１３の高さは１５μｍ、頂部１５の幅は２０μｍ、凹部１６の開口部の直径は１５μｍ、凹部１６の深さは１０μｍ、引き込み用通路１７の長さは３５μｍ、引き込み用通路の幅は３μｍである。

＜２．実施形態＞
（１）実施形態１
図６に、実施形態１の単一粒子捕捉用装置を示す。当該単一粒子捕捉用装置における捕捉対象の粒子は、１５μｍΦのポリスチレンビーズである。基材は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を材料とし、原盤となる型に入れてＰＤＭＳ樹脂を成形して作製した流路とマイクロウエルを備えたチップを作製した。作製したチップであるＰＤＭＳ基板をＯ _２：１０ｃｃ、１００Ｗ、３０ｓｅｃでダイレクトプラズマ（ＤＰ）アッシングして表面を親水化させ、大気中でカバーガラスと貼り合せた。

前記作製方法で製造された単一粒子捕捉用装置１００は、基材プレートの中央部に流路１２が形成されている。流路１２には、天面側に前述の波形構造３１及び凹部１６が形成され、底面側に外部１８が形成されている。よって、波形構造３１により天面側流路と底面側流路（外部２８）が構成される。基材プレートの左上のポートは流路１２につながっており、このポートに粒子含有サンプルを導入する。そして、基材プレートの右側にバイパス２４が設置されており、該バイパス２４は天面側流路と底面側流路とを連絡しており、バイパス２４にはバルブ２１が設置されている。左下のポートは、天面側流路から底面側流路を流れたサンプル液が流入する部分である。

左上のウエルから導入された粒子含有サンプルは、天面側流路における粒子含有サンプルを導入する力、下流側に流れる力、バイパス２４に設置されたバルブ２１の開閉により生じるサンプル液が流れる力、及び左下のポートからサンプル液を吸引する力等のいずれか、又は適宜組み合わせて、流路１２内に流すことができる。

（２）従来技術の例１
図７及び図８に、従来技術による単一粒子捕捉用装置を示す。該単一粒子捕捉用装置は、波形構造を平面構造にした以外は、実施形態１と同様の方法で作製した。

図７に示したように、従来技術による単一粒子捕捉用装置では、天面側の流路１２の平面に凹部１６が形成され、凹部１６と外部１８とを連通するように引き込み用通路１７が形成されている。粒子含有サンプルを、図７の左上矢印の方向から天面側の流路１２に導入し、サンプルの液流が、インクリメント２６を備えかつ天面側の流路１２と外部１８を連結するチューブ２５内を通って外部１８へ進み、図７の左下の矢印方向に排出される。

前記図７の従来技術の単一粒子捕捉用装置を用いて、ビーズの捕捉実験を行った。
まず、粒子含有サンプルを調製すべく、２０μｍΦのポリスチレンビーズの原液を１０００倍希釈した。

前記単一粒子捕捉用装置を治具に装着し、入口ポート（図７の左上矢印部分）より前記ビーズ希釈液をシリンジポンプで挿入し、出口ポート（図７の左下矢印部分）より吸引ポンプで流路内を減圧し、液を流れやすくした。

吸引は、－１０ｋＰａから開始し徐々に吸引量を大きくして－３５ｋＰａにした。吸引圧力は、１．１ｍｍのインクリメント２６でチューブ２５を０．７ｍｍほど圧縮することにより調節した。シリンジポンプで送液する最初の流速を５０μＬ／ｍｉｎに設定し、徐々に流速を上げて１００μＬ／ｍｉｎにした。

図７に示すように、従来技術による単一粒子捕捉用装置の凹部１６に、ビーズ１０２が捕捉され始めた。しかし、ビーズ希釈液を流しつづけると、図８に示すように、凹部１６に２個以上のビーズが入り込み、あるいは捕捉されたビーズに他のビーズが付着する現象がみられた。

（３）従来技術の例２及び実施形態２
図９の９Ａに、実施形態２として波形構造を有する単一粒子捕捉用装置を示した。９Ｃに、従来技術の例２として平面を有する単一粒子捕捉用装置を示した。９Ｂに、点線から左側に平面構造、右側に波形構造を有する単一粒子捕捉用装置を示した。

粒子含有サンプルとして、１５μｍΦのポリスチレンビーズの原液を１０００倍希釈し、ビーズ濃度が１．７個μｌ、Ｔｗｅｅｎ２０が０．０５%となるようにビーズ希釈液を調製した。

ビーズ希釈液を９Ａ、９Ｂ、９Ｃに示したそれぞれの単一粒子捕捉用装置に流した。９Ａでは、波形構造の頂部にある凹部にビーズが１～２個ずつ捕捉されたことが観察された。
９Ｃでは、平面構造にある凹部にビーズが捕捉され、該捕捉されたビーズに他のビーズが付着し、堆積したことが観察された。
９Ｂでは、同一の流路に平面構造及び波形構造が配置されているにもかかわらず、平面構造の凹部にはビーズが堆積し、波形構造の凹部にはビーズが堆積しなかったことが観察された。

なお、図１０の１０Ａ及び１０Ｂに、凹部のサイズを示す。
１０Ａの波形構造の凹部の直径は１５μｍ、深さは２５μｍであった。深さがビーズ粒径の１５μｍΦよりも深く、凹部に２個のビーズが捕捉された。
１０Ｂの平面構造の凹部の直径は１５μｍ、深さは２５μｍであった。凹部に複数のビーズが捕捉されただけでなく、捕捉されたビーズに他のビーズが付着し堆積した。

（４）実施形態３
図１１の１１Ａ及び１１Ｂに、本技術の単一粒子捕捉用装置を示す。実施形態１と同様の方法で単一粒子捕捉用装置を作製した。なお、凹部の深さは１０μｍであった。
該単一粒子捕捉用装置を治具に装着し、入口ポートよりビーズ希釈液をシリンジポンプで挿入し、出口ポートより吸引ポンプで流路内を減圧し、液が流れやすくした。

操作条件は以下の通りである。
シリンジポンプ流速：６ｍＬ／ｈ（＝１００ｍＬ／ｍｉｎ）
吸引圧力：－１０ｋＰａ維持（バイパスチューブ潰し量０．７ｍｍ）
ビーズ流量：０．２８個／ｓｅｃ
内部の流速：０．６ｍｌ／ｈ＝０．１６７ｕｌ／ｓｅｃ

また、粒子含有サンプルとして、１５μｍΦのポリスチレンビーズの原液を１０００倍希釈し、ビーズ濃度が１．７個μｌ、Ｔｗｅｅｎ２０が０．０５%となるようにビーズ希釈液を調製した。

前記ビーズ希釈液を単一粒子捕捉用装置に流すと、１１Ａに示すように、安定して単一ビーズが凹部に入った。これは、流路内に配置された波形構造の流路側面と山部の頂部に配置した凹部によって、１個目のビーズが凹部に捕捉された後に、次のビーズが凹部に吸引されて、捕捉されたビーズに接着しようとしても、頂部の流速が側壁よりも２０％程度速いため、接着しようとしたビーズが後発のビーズや液流とぶつかって下流に流されていき、捕捉されたビーズがダブレットになりにくいと考えられた。

しかし、ビーズ供給が過剰になると、１１Ｂに示すように、波形構造に沿ってビーズが堆積する現象が見られた。このビーズの堆積は、吸引圧力を解放することにより、ビーズ希釈液の流れが変わり、再分散させることができた。

（５）実施形態４
［脈動により粒子を分散させる検討１］
図１２に点線の左側が平面上に形成された凹部（平面ウエル）、右側に波形構造上に形成された凹部（波型ウエル）を有する単一粒子捕捉用装置を示した。
該単一粒子捕捉用装置にビーズ希釈液を供給すると、図１２の一番上の「整列」の写真に示したように、平面ウエルでは、凹部に捕捉された粒子に他の粒子が付着し始めた。更にビーズ希釈液を供給しつづけると、図１２の「堆積」の写真に示したように、平面ウエルではビーズが堆積し、波型ウエルでも堆積し始めた。

ここで、図１２の流路に減圧、加圧を繰り返し付与し、ビーズ希釈液の流れを脈動させると、図１２の「脈動」の写真に示したように、堆積していたビーズが動いたことが観察された。

しかし、脈動によりビーズを分散させる機能は奏されるが、平面ウエルでは、ビーズが戻ってくる過程で後続のビーズが付着し集積化し、結局脈動前後で同じような堆積状態になった（図１２の「ウオッシュアウト」の写真）。脈動による粒子分散効果は、平面ウエルよりも波型ウエルで良好な結果であった。

（６）実施形態５
［脈動により粒子を分散させる検討２］
波形構造を有する単一粒子捕捉用装置の流路の中央部と端部における脈動による粒子分散効果を検討した。

図１３に示すように、単一粒子捕捉用装置１００の流路中央部の波形構造の凹部をみると、ビーズ希釈液が供給過剰になるとビーズの堆積が観察された。流路端部の波形構造の凹部をみると、ビーズが捕捉されていない箇所が多く観察された。

次に、流路に減圧、加圧を繰り返し付与し、ビーズ希釈液を脈動させたところ、ビーズが再分散されて、中央部のビーズ堆積箇所は堆積が解消され（ウオッシュアウト）、端部のビーズ未捕捉だった凹部には単一ビーズが捕捉された（再整列）。

以上のことから、ビーズ供給が過剰になると流路形状に沿って堆積するが、粒子含有サンプルの圧力を定期的に解放することで、堆積した粒子の再分散が可能となり、操作しながら空の凹部に粒子を捕捉させて、かつ粒子を流し移動できることが明らかとなった。

（７）実施形態６
［吸引経路と送液経路が独立した高密度化配置の単一粒子捕捉用装置の例］
図１４に示したように、横U字型の流路を有し、横U字の内側に波形構造及び凹部を形成し、横U字の内側中央に吸引用の外部を形成し、凹部と外部とを連通する引き込み用通路を有する単一粒子捕捉用装置を作製した。サンプルは、細い矢印で示した方向に流し、吸引は太い矢印で示した方向に行った。

このように、一筆書き様の１本流路において側面が正弦波のような波形構造になっており、その頂部に凹部が配置され、凹部の底面に引き込み用通路が配置され、流路の左右側面上下側面それぞれに、波形構造及び凹部が形成されている、高密度化配置の単一粒子捕捉用装置を作製することができる。このように、一次元流路を複数並列に配置することにより、粒子の捕捉数を向上させることが可能となる。

なお、本技術においては、曲折はU字型に限定されるものではなく、C字型、E字型、H字型、I字型、L字型、M字型、N字型、S字型、T字型、V字型、W字型、X字型、Y字型、蛇行型、らせん型等、あらゆる曲折パターンが含まれる。

（８）実施形態７
［立体高密度化配置の単一粒子捕捉用装置の例］
図１５に模式的に示したように、立体高密度化配置も作製できる。１５Ｃは、波形構造の山部を円錐台形にし、その頂部に凹部を形成した例である。この円錐台を縦横に密に整列させた配置を上及び横から見た例が１５Ａ、列をずらせた配置を上及び横から見た例が１５Ｂである。

このように、平面上に、頂部に凹部を有する円錐台を密に配置することで一次元波形流路を平面展開して配置することができる。そして、平面へは一方向から流れが起きるようにしておくことで、一次元の波形流路と同等の効果を得ることができる。

（９）実施形態８
［流路の並列化の例］
図１６に流路を並列に配置した単一粒子捕捉用装置を示した。１６Ａは、３列の流路が配置され、１６Ｂは流路の左端の構造が見えるように拡大し、１６Ｃは流路の右端の構造が見えるように拡大したものである。
各流路には、１６Ｅ及び１６Ｆの斜視図に示したように、両側（流路の上下内側）にそれぞれ波形構造、凹部及び引き込み用通路が形成されている。
粒子含有サンプルは１６Ａの左側の導入部から供給され、各流路を通り、右端で流れが二手に分かれてサンプル液が外部を流れることにより、引き込み用通路の存在により陽圧が生じ、粒子が各凹部に捕捉される。ビーズが捕捉される前の写真が１６Ｄ、捕捉後の写真が１６Ｇである。ビーズが流路両側の凹部に捕捉されたことが観察された（１６Ｇ）。

（１０）実施形態９
［ＩＣチップを自己整列化させるための実装技術の例］
オンチップＩＣ（ＳｏＣ：システムオンシリコン）基板から本技術の単一粒子捕捉用装置を作製した。

捕捉目的の粒子として、シリコンウエハ上に半導体プロセスによって作製した高密度のＩＣチップをウエハ上からダイサーで１００μｍ角に切りだしたものを準備する。ＩＣチップの数は切り出すサイズと切断するためののりしろの幅にもよるが、３００ｍｍウエハで７００万個にも上る数を準備する。

従来、これを自己整列化して等間隔狭ピッチで配列沙汰状態に実装するには、チップマウンターでは限界（０．４ｍｍｘ０．２ｍｍ角）があった。
しかし、本技術に係る波形構造３１を有する流路を使用したセルフアセンブリの方式を利用することで、狭ピッチの微小チップを等間隔単一に実装させることができる。

波形構造の頂部の凹部に配置されたＩＣチップは、その後のプロセスによって別のチップと合体させて配線を行うこともできる。
また、波形流路の頂部周辺に別の電気回路基板を作りこんでおき、ＩＣチップが凹部に捕獲されたところで配線をワイヤーボンダー等で行って拡大配置して、流路基板と一体化した基板を作製することができる。
更に切り出すことによって、オンチップＩＣデバイスの効率的な作製が可能になる。

（１１）実施形態１０
［マイクロＬＥＤディスプレイ作製への応用］
図１７に示す単一粒子捕捉用装置を作製した。波形構造を有する流路を独立に３レーン用意して、それぞれのレーンに異なったマイクロＬＥＤチップを液に分散させて、図１７の左側矢印方向へ送液して、レーン毎に赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤを流すことにより、１５０μｍピッチの等間隔でＬＥＤを実装することができる。

波形構造３１の頂部で捕捉したＬＥＤチップを、捕捉した凹部とその下側に配置したグローバル電極２７にワイヤーボンダーで配線することで、マイクロＬＥＤディスプレイとして使用できる。

また、有機ＥＬなどのアクティブ駆動式ディスプレイの場合においても、この実装技術を応用し、現状ポリシリコンで作製しているＩＣ回路を各画素に独立したＩＣチップを等間隔ピッチで実装することができる。そのため、高価格で歩留りが劣悪なアクティブマトリックス用のポリシリコン回路を、安定動作するＩＣチップに置き換えることができる。

＜３．単一粒子捕捉システム＞
本技術の単一粒子捕捉システムは、前記単一粒子捕捉用装置に送液部を備えたものである。

図１８に単一粒子捕捉システム１０１の例を示す。
単一粒子捕捉部１０２は、バルブ２１を介して送液部１０３と連結している。送液部１０３は、粒子含有サンプルを単一粒子捕捉部１０２に供給する。サンプルの流れは、バルブ２１を開閉することにより制御できる。この制御は、送液制御部１０６で行うことができる。制御プログラムをコンピュータに備えておき、自動的に送液を制御するようにしてもよい。送液の制御により、サンプルを流す・止めるだけでなく、逆流や、一定間隔で流れを変化させる脈動流をも生じさせることができる。

また、単一粒子捕捉システム１０１は、単一粒子観察部１０５を備えていてもよい。単一粒子観察部１０５は特に限定されないが、流路や粒子が流れて捕捉される様子を顕微鏡等で拡大して肉眼で観察してもよいし、画像処理装置等で肉眼によらずデータ処理できるようにしてもよい。ここでの観察結果を送液制御部１０６にフィードバックして、サンプルの流れを更に制御することができる。

更に、単一粒子捕捉システム１０１は、下流側に廃液部１０４を備えていてもよく、粒子含有量が減少したサンプル液を廃液として回収することができる。廃液部１０４の上流側又は下流側に更にバルブやポンプを備え、単一粒子捕捉部１０２の流路に吸引力を作用させてもよい。

＜４．単一粒子の捕捉方法＞
本技術の単一粒子の捕捉方法は、前記単一粒子捕捉用装置に、捕捉目的の粒子を含む試料を供給し該試料を送液しながら、前記凹部から前記引き込み用通路を介して外部へと吸引し、前記捕捉目的の粒子を捕捉する方法である。
前述のように、送液は、逆流させることもできる。順流と逆流を繰り返し生じさせることにより、粒子の堆積を分散させ、粒子がすべての凹部に入るようにすることができる。

なお、本技術は、以下のような構成も採ることができる。
〔１〕基材に流路を備え、
前記流路の上に、山部と谷部を持つ波形構造を有し、
前記山部の頂部に凹部を有し、
前記凹部は引き込み用通路を有する、
単一粒子捕捉用装置。
〔２〕前記凹部の深さは、捕捉目的の粒子の粒径以下である、〔１〕に記載の単一粒子捕捉用装置。
〔３〕前記凹部の直径は、捕捉目的の粒子の粒径の１倍以上２倍未満の大きさである、〔１〕又は〔２〕に記載の単一粒子捕捉用装置。
〔４〕前記谷部から前記山部への高さは、捕捉目的の粒子の粒径と同じ又はそれよりも高い、〔１〕～〔３〕のいずれかに記載の単一粒子捕捉用装置。
〔５〕前記山部間のピッチは、捕捉目的の粒子の粒径の２倍以上２０倍以下の長さである、〔１〕～〔４〕のいずれかに記載の単一粒子捕捉用装置。
〔６〕前記流路の路幅は、相対的に前記山部で小さく、前記谷部で大きい、〔１〕～〔５〕のいずれかに記載の単一粒子捕捉用装置。
〔７〕前記引き込み用通路は、前記凹部と外部を連通している、〔１〕～〔６〕のいずれかに記載の単一粒子捕捉用装置。
〔８〕前記外部は、前記流路と連結している、〔７〕に記載の単一粒子捕捉用装置。
〔９〕前記山部と谷部は流路底面上に複数整列している、〔１〕～〔８〕のいずれかに記載の単一粒子捕捉用装置。
〔１０〕前記流路及び波形構造は曲折している、〔１〕～〔９〕に記載の単一粒子捕捉用装置。
〔１１〕前記流路及び波形構造はU字型に曲折し、該U字型の内側は前記外部である、〔１０〕に記載の単一粒子捕捉用装置。
〔１２〕基材に流路を備え、
前記流路の上に、山部と谷部を持つ波形構造を有し、
前記山部の頂部に凹部を有し、
前記凹部は引き込み用通路を有する、
単一粒子捕捉部と、
送液部と
を含む、単一粒子捕捉システム。
〔１３〕前記流路はバルブを備える、〔１２〕に記載の単一粒子捕捉システム。
〔１４〕廃液部を含む、〔１２〕又は〔１３〕に記載の単一粒子捕捉システム。
〔１５〕前記単一粒子捕捉部を観察する単一粒子捕捉観察部を含む、〔１２〕～〔１４〕のいずれかに記載の単一粒子捕捉システム。
〔１６〕前記送液部を制御する送液制御部を含む、〔１２〕～〔１５〕のいずれかに記載の単一粒子捕捉システム。
〔１７〕基材上に流路を備え、
前記流路は山部と谷部を持つ波形構造を有し、
前記山部の頂部に凹部を有し、
前記凹部は引き込み用通路を有する、
単一粒子捕捉用装置に、
捕捉目的の粒子を含む試料を供給し該試料を送液しながら、前記凹部から前記引き込み用通路を介して外部へと吸引し、前記捕捉目的の粒子を捕捉する、単一粒子の捕捉方法。
〔１８〕前記送液を逆流させることを含む、〔１７〕に記載の単一粒子の捕捉方法。

１１ 基材
１２ 流路
１３ 山部
１４ 谷部
１５ 頂部
１６ 凹部
１７ 引き込み用通路
１８ 外部
１９ 天面
２１ バルブ
２２ 液の流れ方向
２３ 陽圧による引き込み
２４ バイパス
２５ チューブ
２６ インクリメント
２７ グローバル配線
３１ 波形構造
１００ 単一粒子捕捉用装置
１０１ 単一粒子捕捉システム
１０２ ビーズ
１０３ 送液部
１０４ 廃液部
１０５ 単一粒子観察部
１０６ 送液制御部

Claims (13)

1. 基材に流路および外部流路が設けられ、
   前記流路が複数に分かれて複数の前記外部流路に接続し、
   前記流路の内側面には、山部と谷部が複数整列した波形構造を、複数有し、
   前記山部の頂部に凹部を有し、
   前記凹部は引き込み用通路を有し、
   前記引き込み用通路は、複数の前記外部流路と連通する、
   単一粒子捕捉用装置。
2. 前記凹部の深さは、捕捉目的の粒子の粒径以下である、請求項１に記載の単一粒子捕捉用装置。
3. 前記凹部の直径は、捕捉目的の粒子の粒径の１倍以上２倍未満の大きさである、請求項１または２に記載の単一粒子捕捉用装置。
4. 前記谷部から前記山部への高さは、捕捉目的の粒子の粒径と同じ又はそれよりも高い、請求項１から３のいずれか一項に記載の単一粒子捕捉用装置。
5. 前記山部間のピッチは、捕捉目的の粒子の粒径の２倍以上２０倍以下の長さである、請求項１から４のいずれか一項に記載の単一粒子捕捉用装置。
6. 前記流路の路幅は、相対的に前記山部で小さく、前記谷部で大きい、請求項１から５のいずれか一項に記載の単一粒子捕捉用装置。
7. 基材に流路および外部流路が設けられ、
   前記流路が複数に分かれて複数の前記外部流路に接続し、
   前記流路の内側面には、山部と谷部が複数整列した波形構造を、複数有し、
   前記山部の頂部に凹部を有し、
   前記凹部は引き込み用通路を有し、
   前記引き込み用通路は、複数の前記外部流路と連通する、
   単一粒子捕捉部と、
   送液部と
   を含む、単一粒子捕捉システム。
8. 前記流路はバルブを備える、請求項７に記載の単一粒子捕捉システム。
9. 廃液部を含む、請求項７または８に記載の単一粒子捕捉システム。
10. 前記単一粒子捕捉部を観察する単一粒子捕捉観察部を含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の単一粒子捕捉システム。
11. 前記送液部を制御する送液制御部を含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の単一粒子捕捉システム。
12. 基材に流路および外部流路が設けられ、
    前記流路が複数に分かれて複数の前記外部流路に接続し、
    前記流路の内側面には、山部と谷部が複数整列した波形構造を、複数有し、
    前記山部の頂部に凹部を有し、
    前記凹部は引き込み用通路を有し、
    前記引き込み用通路は、複数の前記外部流路と連通する、
    単一粒子捕捉用装置に、
    捕捉目的の粒子を含む試料を供給し該試料を送液しながら、前記凹部から前記引き込み用通路を介して外部流路へと吸引し、前記捕捉目的の粒子を捕捉する、単一粒子の捕捉方法。
13. 前記送液を逆流させることを含む、請求項１２に記載の単一粒子の捕捉方法。

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