WO2013150869A1 - フローセル、これを用いた分析装置、及び分析方法 - Google Patents

フローセル、これを用いた分析装置、及び分析方法 Download PDF

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松井　拓也
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Definitions

  • the present invention relates to a flow cell for sending a solution containing a biological substance such as a cell or bacteria to a device and arranging them all at a single and independent position, an analysis apparatus using the flow cell, and It relates to the analysis method.
  • Analysis of biologically relevant substances such as cells and bacteria is generally performed by a method of obtaining an average value of a large number of biologically relevant substances after growing the biologically relevant substance by a culture method.
  • a method for analyzing a single biological substance has been proposed, and cell response and suppression mechanisms, cell-cell interactions, and stem cell differentiation have been studied.
  • this method can analyze a single biological substance, it can analyze biological substances that are difficult to grow using culture methods and small numbers of biological substances, and also eliminate the process of growing culturable biological substances. It can also be analyzed early.
  • the independent position means that the device for analyzing a single biological substance is in a position where they can be identified.
  • a method of arranging biologically related substances at a single and independent position is based on a method using fluid dynamics, such as electricity, light, magnetism, and ultrasonic force. It can be broadly divided into methods that use, surface treatment and chemical bonds. What should be noted here is that the expression of the biological substance is not changed when the biological substance is arranged.
  • the most common method for analyzing a single biological substance is to observe a solution containing the biological substance between a slide glass and a cover glass.
  • slide glass coated with agarose gel or blocking agents BSA, Casein, etc.
  • there are methods to prevent denaturation and non-specific adsorption of biological materials, and solutions containing biological materials to the microchip channels There is also a method of observing in a stationary state after feeding.
  • the biological substance can be arranged at a single and independent position.
  • a solution containing 10 ⁇ l of a biological substance is sealed in a gap (0.025 mm) between a slide glass and a cover glass (20 mm ⁇ 20 mm).
  • a solution containing a biological substance may be prepared.
  • the position of the biological substance varies irregularly due to Brownian motion, the mobility of the biological substance itself, etc., except when the biological substance is non-specifically adsorbed on a slide glass or a cover glass. Therefore, since it is difficult to identify the same biological substance again when the biological substance is out of the observation field, and the interval between the biological substances is an average value, the biological substance is always in an independent position. It may not be present but may be adjacent to another biological substance (in this case, the analyzer cannot identify that the biological substances are adjacent to each other), and it is difficult to follow the movement of the biological substance It is a problem to be. Further, only a very small amount of a solution containing a biological substance (in this case, 10 ⁇ l) can be used for analysis.
  • a method using a microtiter plate As another method, there is a method using a microtiter plate. This is achieved by dispensing a solution containing a biologically relevant substance whose concentration is adjusted to a microtiter plate in which a large number of microwells having a size from fL (10 -15 L) to pL (10 -12 L) are prepared. Thus, one bacterium is allowed to enter one microwell. Further, by designing the size of the microwells to be slightly larger than the size of the biological substance to be arranged, it is possible to prevent a plurality of biological substances from entering the same microwell. An example in which a single cell (several tens of ⁇ m) is introduced into 80-90% microwells using this method has been reported.
  • a structure for capturing the biological substance is provided in the flow path of the microchip, and the solution containing the biological substance is captured while flowing. There is a way to do it. Since a necessary amount of the biological substance can be fed, it is not necessary to adjust the concentration of the solution containing the biological substance, and even a very dilute solution can be used. In the following, the outline and problems of the report on the arrangement method of the biological material based on this method will be described.
  • Non-Patent Document 2 a trapezoidal capture structure provided with three slits of several ⁇ m smaller than the cells is used as a structure for capturing about 10 ⁇ m CD34 cells.
  • a solution containing a biological substance By feeding a solution containing a biological substance, the solution passes through the slit portion and is introduced into the trapezoidal capture structure. If the trapezoidal trapping structure does not have a slit, it is difficult to expel air (bubbles) that exists before the solution is fed, which is not practical. As long as the solution containing the biological substance is discharged from the slit portion, the biological substance-containing solution can be introduced into the trapezoidal capture structure.
  • the trapezoidal capture structure is similar in size to CD34 cells, the probability of multiple CD34 cells entering the same capture structure is reduced, and most capture structures capture a single CD34 cell. be able to.
  • the ratio of the solution containing the biological substance that can be introduced into the capture structure changes, and as a result, the capture rate for capturing the biological substance changes. In this case, there are the following four problems.
  • the biologically related substance can be captured by setting the slit width to be less than that, but a narrower slit is created as the size of the biologically related substance decreases.
  • CD34 cells are about 10 ⁇ m, but the short axis of bacteria is about 0.5 to 1.0 ⁇ m. Since the value obtained by adding the maximum processing error of the slit to the design value of the slit width must be less than the size of the biological substance, high processing accuracy of 0.1 ⁇ m unit is required. Therefore, the manufacturing cost is increased. Moreover, the capture rate of a biological substance is lowered by using a narrow slit.
  • the capture structure similar to the size of the biological material, the probability that multiple biological materials will be captured by the same capture structure is reduced.
  • related substances are captured, when the size and shape of the bio-related substance are widened, a plurality of bio-related substances are captured by one capture structure.
  • the length of bacteria is a short axis (about 0.2 to 1.0 ⁇ m) and a long axis (about 1 to 10 ⁇ m), and covers a wide range.
  • the third is that not all biological substances can be captured by the capture structure, and only the captured biological substances are analyzed, so there is a risk of missing important information and the number of biological substances. There is a problem that cannot be quantified.
  • Patent Document 1 looks like a capturing structure that does not have a slit at first glance, but has a gap of 2 ⁇ m in the Z direction and has the same function as the slit of Non-Patent Document 2.
  • Non-Patent Document 3 a single E. coli is captured at different capture structure positions using a capture structure having a slit of about 0.8 ⁇ m. Unlike Non-Patent Document 2 and Patent Document 1, by making the capture structure sufficiently larger than the size of the bio-related substance and reducing the probability that the bio-related substance is captured, the same capture structure can be obtained as a result.
  • One biological substance is captured. However, it has the following problems. The first is that E. coli of 0.8 ⁇ m or less is not captured. Furthermore, it is reported in Non-Patent Document 4 that Escherichia coli can pass through even a flow path half of its short axis depending on conditions. In this case, even 1.6 ⁇ m E. coli will pass depending on the conditions.
  • the second is that not all biological substances have been captured by the capturing structure, and the conditions have not been studied.
  • Thirdly there is a possibility that stress is generated in the biological material and the expression is changed by continuing to receive the force with which the biological material is drawn into the slit portion.
  • the present invention provides an analyzer that can meet all of these requirements.
  • a flow cell used for analysis according to the present invention is a flow cell used for analysis of a biological substance having a flow path, and an inlet and an outlet connected to the flow path.
  • a capture structure that captures a related substance is provided, and the capture structure is a structure that forms a dead water area, and captures the biological substance in the dead water area.
  • a solution containing biological substances such as cells or bacteria can be sent to the device and placed in a single and independent position for analysis. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
  • An example of fluid simulation to a capture structure An example of fluid simulation to a capture structure.
  • An example of fluid simulation to a capture structure An example of fluid simulation to a capture structure.
  • Schematic regarding parameters for capturing all biological materials Capture rate and number of capture structures. (Liquid feeding direction) Number of capture structures (liquid feeding direction) and channel length. Probability that at least two or more bio-related substances are captured by the same capturing structure. Probability that two biological materials will be captured by the same capture structure. Probability that three biological materials will be captured by the same capture structure.
  • Schematic which shows an example of a capture structure Schematic which shows an example of an analyzer.
  • Schematic which shows an example of an analyzer Schematic which shows an example of a flow cell.
  • the flowchart which shows the example of the control procedure at the time of washing
  • the flowchart which shows the example of the control procedure at the time of a flow cell internal washing
  • the flowchart which shows the example of the procedure which attracts
  • the flowchart which shows the example of the procedure of the reagent injection
  • the schematic diagram which shows the relationship of the pressure change in a flow cell, and the timing of the insertion / separation to the injection port of a sampling nozzle, and the drive of the plunger of a micro syringe.
  • the flowchart which shows the example of the procedure of a detection.
  • the present invention can be applied to general analyzers that perform analysis by arranging a plurality of biological substances at single and independent positions.
  • an example where the present invention is applied to bacterial analysis will be described.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a capture structure according to the present invention.
  • the capture structure 1 is a structure in which a structure 1a having a slit and a structure 1b having no slit are a pair, and a plurality of the structures are arranged.
  • the structure 1a having a slit is composed of a left side 1a L of the structure having a slit and a right side 1a R of the structure having a slit, and a slit 2 exists between them.
  • a solution containing a bio-related substance 4 (not shown) is injected from an inlet (see FIG. 14) on the upper side of FIG. 1 and fed through the flow path 3 and discharged at the lower side of FIG. 1 (see FIG. 14). ).
  • the height of the capture structure 1 is assumed to be equal to the height of the flow path.
  • the solution containing the biological substance 4 flows into the structure 1a having the slit with a certain probability, passes through the slit 2, and the structure 1a having the slit and the structure not having the slit. It flows out of the two gaps 1b.
  • the biological material 4 is captured in the dead water area 5 with a certain probability.
  • the dead water area 5 is an area that is not related to flow rate communication in a spiral place even if there is no flow or a flow.
  • the biological material 4 that has passed through the slit 2 is trapped in the dead water region 5 with a certain probability by diffusion, inertial force, or its mobility.
  • the dead water area 5 is formed in a region such as a sudden expansion portion, a sudden reduction portion, or a curved portion. It is also possible to widen the area of the dead water area 5 by optimizing the structure such as making a dent in a place near the dead water area of the structure 1b that does not have a slit.
  • the biological material 4 trapped in the dead water area 5 receives almost no fluid force. Therefore, no stress is generated in the biological material 4 and it does not dissolve.
  • the structure 1b which does not have a slit exists in the downstream of the dead water area 5. FIG. Therefore, even if the biological substance 4 is small, it does not flow downstream from the dead water area 5.
  • the structure 1a having the slit has an action of filling the solution containing the biological substance 4 from the downstream side of the flow path of the structure 1b having no slit through the slit 2 to the upstream side of the flow path, bubbles are easily removed.
  • the structure 1a having a slit and the structure 1b not having a slit are configured by a part of an elliptical arc, but may be configured by a part of an arc or a part of a triangle. Due to the difference in structure shape, a difference in flow occurs, resulting in a difference in the capture rate of the biological substance 4.
  • FIG. 2A shows a fluid simulation result when the capture structure is placed in the center of a 1 mm wide channel and fed from the left side to the right side at a flow rate of 1 mm / s.
  • the width of the slit is 5 ⁇ m.
  • FIG. 2B is an enlarged view of the region of the capturing structure, and the direction in which the solution flows is indicated by an arrow.
  • the solution that has passed through the slit branches and flows out toward the two gaps between the structure 1a having the slit and the structure 1b having no slit. Therefore, the dead water area is formed in the branching area.
  • FIG. 3A shows a fluid simulation result when the capture structure is placed at a position shifted from the center of the channel having a width of 1 mm and fed from the left side to the right side at a flow rate of 1 mm / s.
  • the width of the slit is 5 ⁇ m.
  • FIG. 3B is an enlarged view of the region of the capturing structure, and the direction in which the solution flows is indicated by an arrow.
  • the solution that has passed through the slit flows out toward one of the two gaps between the structure 1a having the slit and the structure 1b having no slit. Further, a flow from one gap to the other gap is formed. Therefore, unlike FIG. 2, since there is no branching area, the dead water area is not formed.
  • FIG. 4A shows a fluid simulation result when the capture structure is placed at a position shifted from the center of the 1 mm wide channel and fed from the left side to the right side at a flow rate of 1 mm / s.
  • the conditions are the same as in FIG. 3 except that the width of the slit is 30 ⁇ m.
  • FIG. 4B is an enlarged view of the region of the capturing structure, and the direction in which the solution flows is indicated by an arrow.
  • the solution that has passed through the slit branches and flows out toward the two gaps between the structure 1a having the slit and the structure 1b having no slit. Therefore, unlike the case of FIG. 3, the dead water area is formed in the branching area. Therefore, the structure having the slit has an advantage that a dead water area can be formed by adjusting parameters such as the width of the slit.
  • the capture rate of the biological substance to the capture structure is [ ⁇ : (flow rate flowing into the capture structure) / (total flow rate)] ⁇ [ ⁇ : the capture structure.
  • ⁇ may be multiplied by a safety factor.
  • the capture rate (/ 1 capture structure) can be calculated by [(width of the slit) ⁇ (average flow velocity in the slit)] / [(width of the flow channel) / (average flow velocity of the flow channel)]. .
  • the capture rate (/ 1 capture structure) is calculated as 0.000002 at [(0.005 mm) / (0.0004 mm / s)] / [(1 mm) / (1 mm / s)]. Is done. This is the probability that two of the one million biological substances can be captured by the capturing structure.
  • FIG. 4 in which only the slit width is changed from 5 ⁇ m in FIG.
  • the capture rate (/ 1 capture structure) is [(0.03 mm) / (0.0001 mm / s)] / [( 1mm) / (1mm / s)] is 0.00005, which is approximately 25 times larger. Therefore, the structure having the slit adjusts the capture rate (/ 1 capture structure) by adjusting parameters such as the interval between the capture structures, the width of the slit, the width of the flow path, and the flow velocity. There are advantages you can do. For example, the capture rate (/ 1 capture structure) increases to 0.001 simply by changing the width 1 mm of the flow path in FIG. 4 to 0.36 mm. However, as shown in FIGS.
  • the flow direction of the solution containing the biological substance changes immediately before it flows into the capture structure, but since the inertial force acts on the biological substance, the solution suddenly The direction cannot be changed, and it tends to flow into the capture structure. Therefore, the actual capture rate (/ 1 capture structure) is higher than the calculation result of the flow rate ratio. Therefore, the higher the flow velocity, the stronger the inertial force works, and the higher the actual capture rate (/ 1 capture structure).
  • FIG. 5 shows parameters for calculating conditions for capturing all bacteria. If the capture rate of one capture structure is known, the conditions for capturing all the biological substances can be calculated. #Bacteria is the number of bacteria before feeding to the capture structure, and # Non-trapped Bacteria is the number of bacteria after feeding to the capture structure. The liquid feeding direction is the direction indicated by the arrow of Flow direction. Trap rate is the rate at which bacteria are trapped in the trapping structure and is calculated as [(#Bacteria)-(# Non-trapped Bacteria)] / (# Bacteria).
  • the capture structure is shown in a simplified manner by a semicircular arc, and the interval between adjacent capture structures is defined as TrapTinterval (x) and Trap interval (y).
  • the x direction is a direction parallel to the liquid feeding direction
  • the y direction is a direction perpendicular thereto.
  • #Trap Object (Column) is the number of captured structures arranged in the y direction
  • #Trap Object (Row) is the number of captured structures arranged in the x direction.
  • Channel length is the length of the channel in which the capturing structure in the liquid feeding direction (x direction) is formed, and is calculated as Trap interval (x) ⁇ # Trap Object (Row).
  • Channel width is the length of the channel in which the capture structure in the y direction is formed, and is calculated as Trap interval (y) ⁇ # Trap Object (Column).
  • Trap rate (/ width) indicates the trapping rate when passing through one row of the trapping structures arranged in the y direction.
  • #Trapped bacteria (1st column) is the number of bacteria trapped in the capture structure of the first column, and is calculated by [Trap rate (/ width)] ⁇ (#Bacteria). #Trapped bacteria (1st column) becomes smaller as the number of captured structures passing through increases.
  • Trap rate (/ width) is equal to the trap rate (/ 1 trapping structure) when the width of the flow path is TrapTinterval (y) in FIGS. This is because the capture rate of the trap structure per Trap interval (y) is the same as the trap rate when a plurality of trap structures are arranged in parallel.
  • Fig. 6 shows the relationship between Trap rate and #Trap object (Row) when Trap rate (/ width) is swung from 0.0001 to 0.1.
  • Trap rate (/ width) is 0.01
  • the trapping structure of 300 rows for 95% trapping, 470 rows for 99% trapping, and 700 rows for 99.9% trapping is used in the direction of liquid feed ( It is necessary to arrange in the x direction.
  • TrapTrate (/ width) is 0.001, 3000 rows to capture 95%, 4700 rows to capture 99%, and 7000 rows to capture 99.9% It is necessary to arrange in the (x direction).
  • Fig. 7 shows the relationship between #Trap object (Row) and Channel length (mm) when Trap interval (x) is swung from 10 to 1000 ⁇ m.
  • Trap interval (x) is 100 ⁇ m
  • 700 capture structure that traps 99.9% with Trap rate (/ width) is 0.01, 70mm
  • Trap rate (/ width) is 0.
  • a Channel length of 700 mm is required.
  • a typical microchip is easy to handle for users and the upper limit is about a postcard size (100 mm x 150 mm), in order to realize a 700 mm channel length, it is realized with a meandering channel. There is a need to.
  • the minimum trapping structure size for trapping bacteria is obtained, and the minimum Trap interval (x) is obtained.
  • the maximum value of Channel length including a meandering flow path can be obtained and divided by the minimum Trap interval (x).
  • #Trapped bacteria (1st column) is 1 or less, all bacteria can be placed in a single and independent position. Since #Trapped bacteria (1st column) is [Trap rate (/ width)] ⁇ (#Bacteria), Trap rate (/ width) may be set to 1 / # Bacteria or less. For example, if the number of #Bacteria is 1000, all bacteria can be arranged in a single and independent position by setting Trap rate (/ width) to 0.001 or less. If #Bacteria is not known, #Trapped bacteria (1st column) may be larger than 1, so that a plurality of bacteria may be captured by the same capturing structure.
  • #Trapped bacteria (1st column) is reduced by dividing the solution containing # Bacteria, or Trap rate (/ width) is designed to be sufficiently small, so that #Trapped bacteria (1st There is a possibility that column) can be 1 or less.
  • the table below shows the probability of each captured state when #Trapped bacteria (1st column) is 10 and #Trap object (Column) is 100.
  • the semicircle in the capture example column indicates the capture structure, and the black circle ( ⁇ ) indicates the captured bacteria.
  • Fig. 8 shows the relationship between #Trap object (Column) when #Trapped bacteria (1st column) is shaken from 1 to 28 and the probability that at least two bacteria are captured by the same capture structure. From this, when #Trapped bacteria (1st column) is 10 and #Trap object (Column) is 100, at least two or more bacteria are captured by the same capture structure with a probability of 0.37 (37%).
  • #Trapped bacteria (1st column) is 10
  • #Trap object (Column) is 100
  • Fig. 9 shows the relationship between #Trap object (Column) when #Trapped bacteria (1st column) is shaken from 1 to 28 and the probability that only two bacteria are captured by the same capture structure.
  • #Trappedactbacteria (1st column) is 10
  • #Trap object (Column) is 100
  • only two bacteria are captured by the same capturing structure with a probability of 0.75 (75%).
  • the probability of multiple capture is 0.37
  • the concentration of the solution containing bacteria must be adjusted.
  • a structure for capturing bacteria is provided in the flow path of the microchip, and captured while flowing a solution containing bacteria. Since a necessary amount of a solution containing bacteria can be fed, it is not necessary to adjust the concentration of the solution containing bacteria, and even a very dilute solution can be used.
  • bacteria are captured by the slits, external force is applied and stress is generated. Bacteria are not captured by slits, but are captured in dead water areas, so no external force is applied.
  • a plurality of bacteria are captured by one capturing structure.
  • #Trapped bacteria (1st column) it is possible to prevent multiple bacteria from being captured by one capture structure.
  • Bacteria may be lysed when pumped at high speed. No external force from the fluid is applied to trap the bacteria in the dead water area.
  • this invention has the following three advantages by setting it as the structure which is a pair of the structure which has a slit, and the structure which does not have a slit.
  • the structure having the slit can fill the solution from the downstream side of the flow path to the upstream side of the flow path of the structure having no slit through the slit, the bubbles are easily removed.
  • a structure having a slit can form a dead water area by adjusting parameters such as the width of the slit.
  • the structure having slits can change the capture rate by adjusting parameters such as the interval between the capture structures, the width of the slits, and the flow velocity. By increasing the capture rate, all biological substances can be captured.
  • the slit 2 shown in FIG. 1 is one place, a plurality of slits may be provided as in Non-Patent Document 2.
  • the capture rate of the biological substance to the capture structure is [ ⁇ : (flow rate flowing into the capture structure) / (total flow rate)] ⁇ [ ⁇ : bio-related substance in the capture structure It was calculated by [Capture rate] and explained that it can be approximated by ⁇ . It has been explained that ⁇ can be increased to 0.001 by changing the width of the slit and the width of the flow path because the larger ⁇ is, the smaller the number of necessary capturing structures.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of an arrangement for setting ⁇ to 1. Since the solution containing all the biological substances 4 passes through the slits of the capturing structure, it can be regarded as a shape in which the interval between the capturing structures in FIG. A solution containing a biological substance 4 (not shown) is injected from an inlet (not shown) on the upper side of FIG. 11, is fed through the flow path 3, and is discharged from an outlet (not shown) on the lower side of FIG. 11. In this process, the solution containing the biological material 4 (not shown) passes through the slit 2a and flows out from the slit 2b or 2b ′. At this time, the biological material 4 is captured in the dead water area 5 with a certain probability.
  • the dead water area 5 is an area that is not related to flow rate communication in a spiral place even if there is no flow or a flow.
  • the biological material 4 that has passed through the slit 2 is trapped in the dead water region 5 with a certain probability by diffusion, inertial force, or its mobility. Therefore, unlike a filter, it is not captured by a slit (hole) having a size smaller than that of the biological substance 4. It is also possible to collect the biological material 4 captured in the dead water area. This is because the biological substance 4 captured in the dead water area deviates from the area of the dead water area 5 due to its own diffusion and mobility when the liquid feeding is stopped. Next, the solution is fed in the opposite direction.
  • the recovery liquid is injected from an inlet (not shown) on the lower side of FIG. 11, passes through the slit 2b or 2b ′ through the flow path 3, and flows out of the slit 2a.
  • the recovered liquid is discharged together with the biological substance 4 from the outlet. Since FIG. 11 has a vertically symmetric shape, when the recovery liquid is injected from an inlet (not shown) on the lower side of FIG. 11, the dead water area 5 that originally existed disappears, and instead the slits 2b and 2b ′ are located on the upper side of the figure. A dead water area is formed. Therefore, even when liquid is fed in the reverse direction, there is a possibility of being caught before reaching a discharge port (not shown).
  • the biological material can be recovered from the discharge port by repeating only the liquid feeding and the liquid feeding stop without changing the liquid feeding direction. If the biological substance 4 can be recovered, the nucleic acid can be extracted and analyzed such as gene analysis such as PCR.
  • FIG. 12 is a schematic view showing an example of an analysis apparatus (bacteria analysis apparatus) according to the present invention
  • FIG. 12 (a) is a schematic plan view
  • FIG. 12 (b) is a schematic front view thereof.
  • An explanation will be given by setting the XYZ axes as shown in the figure.
  • the analyzer includes a reagent rack table 13 on which a reagent rack 12 that holds a plurality of reagent containers 11 is placed, a flow cell stage 31 that can move while holding one or a plurality of flow cells 30, and a liquid from the tip.
  • Nozzle 20 capable of sucking / discharging the sample, nozzle drive mechanism for driving the sampling nozzle 20 to a desired three-dimensional position, a cleaning tank 68 for cleaning the sampling nozzle 20, and a biological body captured in the flow cell 30 by reagent injection
  • a detection unit 40 is provided for analyzing the reaction with the substance and the biological substance itself.
  • the reagent suction / discharge, cleaning, and the like by the sampling nozzle 20 are executed by a liquid feeding system (not shown). The liquid feeding system will be described in detail with reference to FIG.
  • Each part of the analysis device is under the control of the control / calculation unit 50, and the control / calculation unit 50 controls the analysis device according to a program set in the control / calculation unit 50 via the input unit 51 and continuously operates.
  • the memory of the control / arithmetic unit 50 includes analysis procedures, coordinate positions of a plurality of reagent containers 11 and cleaning tanks 68 arranged in the reagent rack 12, types of reagents contained in each reagent container, and reagent in the flow cell 30. And information such as the coordinate position of the injection port for injecting the cleaning liquid and the processing procedure of the detection result by the detection unit 40 are stored.
  • the control / arithmetic unit 50 controls each part of the apparatus according to the analysis program while referring to the information stored in the memory, and executes the analysis.
  • the sampling nozzle 20 is a hollow nozzle made of a metal material, for example, SUS, having an outer diameter of 1 mm, an inner diameter of 0.5 mm, and a length of about 150 mm.
  • a desired amount of reagent can be aspirated from a desired reagent container 11 placed in the reagent rack 12 and discharged to the flow cell 30 or the like.
  • the sampling nozzle 20 has a material and a structure suitable for liquid level detection.
  • the liquid level detection is performed by the control / calculation unit 50 using a known method for detecting the liquid level from a change in capacitance when the tip of the metal sampling nozzle 20 comes into contact with a conductive region such as the liquid level. It is executed by the provided liquid level detection unit 53.
  • the liquid level detection signal output from the liquid level detection unit 53 is used for subsequent device control.
  • the nozzle drive mechanism includes a guide rail 21, a linear movement unit 22 that linearly moves in the X-axis direction along the guide rail 21, and an arm 24 that can be rotated around a rotation shaft 23 provided in the linear movement unit 22.
  • a sampling nozzle 20 is fixed to a portion of the arm 24 opposite to the rotating shaft 23.
  • the linear movement unit 22 has, for example, a pinion that meshes with a rack provided on the guide rail 21 and can move to a desired position in the X-axis direction by rotationally driving the pinion by a stepping motor.
  • the rotary shaft 23 can be rotated in the XY plane by a stepping motor and moved up and down in the Z-axis direction to position the tip of the sampling nozzle 20 at a desired Z-axis direction position.
  • the sampling nozzle 20 combines the linear movement in the X-axis direction by the nozzle drive mechanism, the rotational movement around the rotation axis 23, and the vertical movement in the Z-axis direction, thereby combining the reagent container 11 at an arbitrary position arranged in the reagent rack 12.
  • the washing tank 68, and an access port of the flow cell described later can be accessed.
  • the detection unit 40 includes a light source 41 that irradiates the flow cell, and a diffraction grating, a mirror, a filter, a slit, and a confocal detection that disperses Raman light generated from a biological substance present in the flow cell 30 by light irradiation from the light source. It is detected by an imaging device 42 such as a CCD through an optical component such as a hole.
  • the detection unit 40 is capable of bright field, dark field, phase difference, differential interference, fluorescence, light emission, and the like by selecting an optical system, and is not limited to Raman observation.
  • the flow cell 30 can be moved in the XY axis directions by the flow cell stage 31.
  • the flow cell 30 When the flow cell 30 is subjected to operations such as reagent injection and washing via the sampling nozzle 20, it is located at a position off the lower side of the detection unit 40 as shown in the figure, and when performing detection using the detection unit 40. Is moved to a position below the detection unit 40 by the flow cell stage 31.
  • Input information input from the input unit 51, information on an analysis process such as a captured image by the detection unit 40, information on the current apparatus state and apparatus parameters, information on completed processes in all analysis processes, analysis results, etc. Is displayed on the display unit 52.
  • the detection unit 40 can detect the reagent while discharging the reagent from the sampling nozzle 20 from the upper side of the flow cell 30.
  • the flow cell 30 is not limited to the horizontal arrangement of FIG.
  • the flow cell 30 can be arranged vertically, and detection can be performed by the detection unit 40 arranged vertically while feeding liquid.
  • the specific gravity of the bacteria is lighter than that of the reagent, buoyancy can be captured, and when the specific gravity is heavy, it can be captured using gravity.
  • FIG. 13 is a schematic view showing an example of a liquid feeding system incorporated in the analyzer of this embodiment.
  • the reagent suction / discharge from the tip of the sampling nozzle 20 and the cleaning of the sampling nozzle 20 are performed by this liquid feeding system.
  • the liquid feeding system of the present embodiment includes a microsyringe 60 for weighing and aspirating and discharging a reagent from the tip of the sampling nozzle 20, a first flow path 62 for supplying the cleaning liquid to the sampling nozzle 20 and the cleaning tank 68, and A second flow path 63 is provided.
  • the cleaning liquid stored in the cleaning liquid tank 64 is sucked up by the pump 65 that is continuously operated, and returned to the cleaning liquid tank 64 again through the cleaning liquid circulation channel 66.
  • the cleaning liquid is constantly circulated in the direction of the arrow through the cleaning liquid circulation channel 66 by the pump 65.
  • the first channel 62 one end of which is connected to the cleaning liquid circulation channel 66 via the first electromagnetic valve 71, communicates with the inside of the sampling nozzle 20 via the microsyringe 60.
  • the second flow path 63 whose one end is connected to the cleaning liquid circulation flow path 66 via the second electromagnetic valve 72 has the other end opened to the side wall of the cleaning tank 68.
  • pure water is used as the cleaning liquid.
  • the tip of the sampling nozzle 20 When the tip of the sampling nozzle 20 is moved into the cleaning tank 68 by the nozzle driving mechanism, and only the first electromagnetic valve 71 is opened in this state, the cleaning liquid pumped from the pump 65 passes through the sampling nozzle 20 and the cleaning tank 68. The inside of the sampling nozzle 20 can be cleaned thereby. During cleaning, the plunger 61 of the microsyringe 60 may or may not be moved. Further, when only the second electromagnetic valve 72 is opened, the cleaning liquid is ejected from the inner wall of the cleaning tank 68, whereby the outside of the sampling nozzle 20 can be cleaned. Furthermore, when the first electromagnetic valve 71 and the second electromagnetic valve 72 are simultaneously opened, the inside and the outside of the sampling nozzle 20 can be simultaneously cleaned in the cleaning tank 68. The opening / closing control of the first electromagnetic valve 71 and the second electromagnetic valve 72 is performed by the control / calculation unit 50.
  • the ratio of the cleaning liquid supplied to the sampling nozzle 20 via the first flow path 62 and the cleaning liquid supplied to the cleaning tank 68 via the second flow path 63 is provided at a location near the cleaning tank 68 of the second flow path 63.
  • the flow rate adjusting throttle 67 is set.
  • the cleaning liquid that has cleaned the sampling nozzle 20 is stored in the waste liquid tank 69.
  • the cleaning liquid stored in the cleaning tank 68 can be stored in the waste liquid tank 69 using a waste liquid discharge pump (not shown).
  • the cleaning liquid can also be sent from the cleaning liquid tank 64 by sealing the cleaning tank 68, opening the second electromagnetic valve 72, and pulling it with the waste liquid discharge pump.
  • the liquid in the first flow path 62, the second flow path 63, and the cleaning liquid circulation path 66 can be removed by emptying the cleaning liquid tank 64 and performing the same operation, and further opening the first electromagnetic valve 71.
  • the cleaning liquid does not come out from the cleaning tank 68, so that the sampling nozzle 20 cannot be cleaned. In this case, since the nozzle level detection function does not work, a failure can be detected. Further, the cleaning liquid in the cleaning liquid tank 64 is consumed by performing the cleaning operation.
  • the cleaning liquid tank 64 is provided with a liquid level sensor, and when the cleaning liquid in the cleaning liquid tank 64 becomes low, the cleaning liquid tank 64 is replenished with the cleaning liquid from a separately installed cleaning liquid replenishment tank (not shown).
  • a large amount of cleaning liquid can be supplied to the inside and outside of the sampling nozzle or both inside and outside by a pump in a short time, and adheres to the sampling nozzle after use. Can be sufficiently washed in a short time. Therefore, it is possible to avoid the contamination of the reagent and improve the analysis accuracy.
  • the cleaning time can be shortened to improve the analysis throughput.
  • the reagent rack 12 is provided with a temperature control unit such as a temperature sensor and a Peltier element, and the reagent held in the reagent container 11 is maintained at a constant temperature.
  • a temperature control unit such as a temperature sensor and a Peltier element
  • the reagent held in the reagent container 11 is maintained at a constant temperature.
  • the reagent group held in the first region 12a of the reagent rack is maintained at room temperature
  • the reagent group held in the second region 12b is maintained at 4 ° C.
  • the temperature control of the reagent rack 12 can also be performed from the control / calculation unit 50.
  • the reagent rack 12 is provided with a premixing container 14 for use in preparing the mixed reagent.
  • the respective reagents sucked by the sampling nozzle 20 from the separate reagent containers 11 are once discharged into the premixing container 14, and the mixed reagent prepared by mixing in the premixing container 14 is again used.
  • the sample is sucked by the sampling nozzle 20 and supplied to the flow cell 30.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating an example of a flow cell.
  • 14A is a perspective view of the flow cell
  • FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line XX ′ of FIG. 14A.
  • the flow cell of this example includes an injection port 32, a discharge port 33, and a flow path 34 through which a liquid flows.
  • a flow path 34 is formed between the upper substrate 36 and the lower substrate 37, and the flow cell 30 is designed so that the capturing structure 1 shown in FIG.
  • the flow path 34 functions as a flow path to which a reagent for bacterial analysis and a cleaning liquid are supplied, and also functions as a reaction chamber in which a reaction occurs.
  • a spacer 38 is disposed between the upper substrate 36 and the lower substrate 37 in order to secure a space for the flow path 34.
  • the spacer 38 is integrated with the upper substrate 36 or the lower substrate 37, so that the flow cell 30 having the capturing structure of FIG. 1 or FIG. 11 can be manufactured.
  • the reagent is injected from the injection port 32 and discharged from the discharge port 33.
  • the thickness of the spacer can be 50 to 100 ⁇ m
  • the width of the flow path can be 1 to 30 mm
  • the length of the flow path can be 75 to 100 mm, but is not limited to these values.
  • the upper substrate 36 on the side facing the detection unit 40 is made of glass, quartz, sapphire, PDMS, or resin such as acrylic resin or cycloolefin polymer that can transmit excitation light and fluorescence.
  • FIG. 14 shows an example of the flow cell 30 in which three flow paths are formed, but the number of flow paths is not limited to three. When the number of channels is large, a large number of reactions can be performed at one time, and high-throughput analysis is possible.
  • the flow cell 30 is controlled to a predetermined temperature by a temperature control unit provided in the flow cell stage 31.
  • the control / calculation unit 50 first controls the nozzle driving mechanism to move the sampling nozzle 20 to the cleaning tank 68 (S11).
  • the controller / arithmetic unit 50 controls the first electromagnetic valve 71 connected to the cleaning liquid circulation channel 66 in which the cleaning liquid is circulated by the pump 65 to open (S12).
  • the plunger 61 of the microsyringe 60 may or may not be moved as long as it is being cleaned.
  • the cleaning liquid pumped from the pump 65 enters the microsyringe 60 through the first electromagnetic valve 71 and the first flow path 62, and is directly jetted from the nozzle tip into the cleaning tank 68 through the sampling nozzle 20.
  • the In this state the inside of the nozzle is cleaned. Pure water was used as the cleaning liquid.
  • the control / calculation unit 50 controls the second electromagnetic valve 72 connected to the cleaning liquid circulation channel 66 to open (S13). Then, the cleaning liquid pumped from the pump 65 is ejected from the inner wall of the cleaning tank 68 through the second electromagnetic valve 72 and the second flow path 63 into the cleaning tank 68, and the sampling nozzle 20 located in the cleaning tank 68. The outside is cleaned. In this way, as shown in FIG. 5, the inside and outside of the sampling nozzle 20 are cleaned. When the cleaning is completed, the control / calculation unit 50 closes the first electromagnetic valve 71 and the second electromagnetic valve 72 (S14).
  • the first electromagnetic valve 71 and the second electromagnetic valve 72 may be opened simultaneously. In this case, the inside and outside of the sampling nozzle are cleaned simultaneously. The order of cleaning may be first outside the nozzle and then inside the nozzle.
  • the microsyringe 60 and the sampling nozzle 20 are connected from the first flow path 62 connected to the cleaning liquid circulation flow path 66.
  • the tip is filled with the cleaning liquid.
  • the cleaning method of the present embodiment can supply a large amount of cleaning liquid to the inside and outside of the sampling nozzle or both inside and outside in a short time, thereby shortening the cleaning time and improving the analysis throughput. .
  • the control / calculation unit 50 controls the nozzle drive mechanism to move the sampling nozzle 20 to a position above the injection port 32 of the flow cell 30 (S21). Next, the sampling nozzle is lowered and the tip of the nozzle is inserted into the injection port (S22). Next, the control / calculation unit opens the first electromagnetic valve 71 (S23). At this time, the plunger 61 of the microsyringe 60 may be fixed or moved. Then, the cleaning liquid pumped from the pump 65 enters the microsyringe 60 through the first electromagnetic valve 71 and the first flow path 62, and further flows from the tip of the sampling nozzle 20 through the injection port 32 to the flow path 34 of the flow cell 30. The flow cell is washed.
  • the cleaning liquid that has cleaned the flow path of the flow cell is stored in the waste liquid tank 69.
  • the control / calculation unit 50 closes the first electromagnetic valve 71 (S24).
  • the controller / arithmetic unit 50 controls the nozzle driving mechanism to raise the sampling nozzle 20 and separate it from the injection port 32 (S25).
  • the control / arithmetic unit 50 does not immediately close the first electromagnetic valve 71 and instructs the nozzle drive mechanism to raise the sampling nozzle, but is determined in advance as the time until the pressure of the cleaning liquid in the flow cell is stabilized. Command the sampling nozzle to rise. This will be described in more detail in the section of reagent injection into the flow cell.
  • Reagent Aspiration from Reagent Container A procedure for aspirating a reagent from the reagent container 11 at a predetermined position in the reagent rack 12 by the sampling nozzle 20 will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the reagent will be described as a solution containing bacteria.
  • the control / calculation unit 50 determines the type of reagent to be aspirated and the amount to be aspirated according to a preprogrammed procedure, and then determines the correspondence between the position of the reagent container stored in the memory and the type of reagent. The moving position of the sampling nozzle is determined with reference to the information. Next, the control / calculation unit 50 controls the nozzle driving mechanism to move the sampling nozzle 20 to a position above the reagent container containing the target reagent (S31). Subsequently, the sampling nozzle is lowered and the tip of the nozzle is inserted into the reagent container (S32). At this time, the liquid level detection function of the liquid level detection unit 53 is used to detect the reagent liquid level in the reagent container.
  • the sampling nozzle When the reagent liquid level is detected, the sampling nozzle is further lowered by a certain distance, and the sampling nozzle is stopped with the nozzle tip inserted into the reagent solution by a predetermined depth (S33).
  • the control / calculation unit 50 drives the plunger 61 of the microsyringe 60 by a predetermined amount to the suction side, and sucks and holds a predetermined amount of reagent at the tip of the cleaning liquid filled in the sampling nozzle 20. (S34).
  • control / arithmetic unit 50 controls the nozzle driving mechanism to drive the sampling nozzle upward to remove the tip of the nozzle from the reagent container, and further move the sampling nozzle to the cleaning tank 68 (S35). Thereafter, the control / calculation unit 50 opens the second electromagnetic valve 72. Then, the cleaning liquid is ejected from the inner wall surface of the cleaning tank 68, and the reagent adhering to the outside of the sampling nozzle 20 is washed away (S36). The reagent sucked into the sampling nozzle is held in the nozzle as it is without being washed. When the outside of the sampling nozzle is cleaned, the control / calculation unit 50 closes the second electromagnetic valve 72 and controls the nozzle driving mechanism to move the sampling nozzle 20 upward.
  • the tip of the sampling nozzle 20 is inserted into the reagent to the minimum depth by utilizing the liquid level detection function, the amount of the reagent that adheres to the outside of the sampling nozzle 20 and is washed away in the washing tank 68 is always determined. It can be suppressed to the minimum. Further, as another advantage of detecting the liquid level of the reagent, the remaining amount of the reagent can be known from information on the shape of the reagent container and the liquid level. This makes it possible to calculate the number of remaining bases that can be analyzed and to inform the user of the time for reagent replacement.
  • the control / calculation unit 50 controls the nozzle drive mechanism to move the sampling nozzle 20 to a position above the injection port 32 of the flow cell 30.
  • the sampling nozzle 20 is lowered and the tip of the nozzle is inserted into the injection port 32 (S41).
  • the control / calculation unit 50 drives the plunger 61 of the microsyringe 60 in the discharge direction, and injects the reagent sucked into the tip of the cleaning liquid filled in the sampling nozzle 20 into the flow cell 30 through the injection port 32 ( S42).
  • a large number of capture structures 1 shown in FIG. 1 are arranged in the flow cell 30, and bacteria contained in the reagent are captured and captured by the capture structure.
  • the control / calculation unit 50 waits until the pressure in the flow cell 30 is stabilized (S43), and controls the nozzle driving mechanism to raise the sampling nozzle upward (S44).
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing the relationship between the pressure change in the flow cell and the timing of inserting / removing the sampling nozzle into / from the injection port and driving the plunger of the microsyringe.
  • the horizontal axis is time.
  • FIG. 19 shows that the sampling nozzle 20 is inserted into the injection port 32 of the flow cell at time t0 and is pulled upward from the injection port 32 at time t4.
  • the plunger 61 of the microsyringe 60 is driven to discharge the reagent from time t1 to time t2.
  • the reagent is pressure-injected into the flow cell of the flow cell having a small conductance by driving the plunger 61 of the microsyringe 60. Therefore, immediately after the driving of the plunger 61 is stopped (time t2), the pressure in the flow cell 30 is high, and if the sampling nozzle 20 is immediately pulled away from the injection port 32, the reagent may flow backward and overflow from the injection port 32.
  • time t2 end time t2 until the pressure in the flow cell 30 stabilizes, the sampling nozzle 20 is separated from the injection port 32 and pulled upward. That is, the time t4 when the sampling nozzle 20 is pulled up from the injection port 32 is set to t4> t3.
  • the waiting time until the pressure in the flow cell stabilizes (t3-t2) is determined depending on the viscosity of the reagent to be injected, the injection speed, the flow path resistance of the flow cell, and the like, but typically 0.5 seconds to 1 Just wait about a second.
  • control / calculation unit 50 controls the nozzle drive mechanism to move the sampling nozzle 20 to the cleaning tank 68. Then, the inside and outside of the sampling nozzle are cleaned by the procedure shown in “(1) Sampling nozzle cleaning” to prepare for the next operation.
  • the amount of reagent to be injected from the sampling probe into the flow cell is the volume of the dead space generated at the injection port 32 of the flow cell. An extra amount is sufficient.
  • the volume of dead space is estimated to be 5 ⁇ L or less. Therefore, the amount of the reagent to be injected into the flow cell 30, that is, the amount of the reagent to be sucked into the sampling nozzle 20 from the reagent container 11 is required to be at least the volume of the flow cell, but at most about 5 ⁇ L to 10 ⁇ L for the volume of the flow cell The amount added is sufficient.
  • the amount of reagent sucked from the reagent container for injection into the flow cell is small, and the amount of reagent that adheres to the outside of the sampling nozzle 20 and is washed away is small. That is, the amount of the reagent used is small and the reagent is not wasted.
  • the reagent aspiration and the liquid feeding to the flow cell are realized by the sampling nozzle, and the liquid feeding time can be shortened as compared with the method using the tube and the switching valve. Also, there is very little reagent carryover, and a purer reagent can be supplied to the flow cell.
  • the temperature of the flow cell 30 is controlled to the optimum temperature (S51).
  • the control / calculation unit 50 performs “(3) Reagent aspiration from the reagent container” with respect to the processing described in the above “(2) Flow cell cleaning” or the cleaning liquid (reagent) placed on the reagent rack 12.
  • (4) Reagent injection into the flow cell ” can be executed to clean the inside of the cell (S52).
  • the control / arithmetic unit 50 controls the flow cell stage 31 to move the flow cell 30 to a position below the detection unit 40 (S53).
  • a phase contrast microscope When confirming transparent biological materials such as cells and bacteria, a phase contrast microscope is generally used. When the bacteria are observed with a phase contrast microscope, relatively strong light called halo is generated around the bacteria. The size of bacteria is as small as a few microns, but the size of the halo is so large that it is out of focus of the microscope and can be tens of microns. Therefore, by finding the halo in order to find the capture structure in which the bacteria are captured, the bacteria are present at the center of the halo, and further, the deviation from the focus of the microscope can be corrected by the size of the halo.
  • the control / calculation unit 50 emits light from the detection unit 40 and detects Raman light emitted from the bacteria in the flow cell 30 (S54).
  • Gram determination reagent and drug sensitivity determination can be performed by feeding a Gram determination reagent or a reagent for drug sensitivity test to bacteria trapped in the flow cell.
  • Bacteria collection is performed at the stage when the detection of (5) in the flow cell is completed.
  • the controller / arithmetic unit 50 controls the nozzle driving mechanism to insert the sampling nozzle 20 into the injection port 32 of the flow cell 30 in which the reaction has ended (S91).
  • the plunger 61 of the microsyringe 60 is driven to the suction side to suck bacteria in the flow cell 30 (S92).
  • the plunger 61 of the microsyringe 60 may be sucked at the same liquid feeding speed while feeding liquid in the direction of the sampling nozzle 20 using a pump (not shown) on the discharge side of the flow cell.
  • control / arithmetic unit 50 controls the nozzle driving mechanism to move the sampling nozzle 20 to the container for the collected reagent prepared in the reagent rack 12 (S93), and discharges the bacteria sucked into the container. And collected (S94).
  • a container for recovered bacteria is prepared for each sample separately.
  • the biological material can be recovered from the discharge port by repeating only the liquid feeding and the liquid feeding stop without changing the liquid feeding direction.
  • the control / calculation unit 50 controls the nozzle drive mechanism to move the sampling nozzle 20 to the cleaning tank 68, cleans the inside and outside of the sampling nozzle 20, and prepares for the next operation.
  • the reagent recovered in the recovery reagent container can be used in the same manner as a reagent in a normal reagent container.
  • the collected bacteria can be used for analysis such as extraction of nucleic acids and identification of bacteria by a nucleic acid amplification method such as PCR.
  • the liquid feeding system of the above embodiment has a cleaning liquid circulation channel 66 including a pump 65, and the cleaning liquid is transferred from the cleaning liquid circulation channel 66 to the first channel 62 or the second channel 63 via the electromagnetic valves 71 and 72.
  • the cleaning liquid circulation channel is not necessarily essential.
  • the Example which applied this invention to the bacteria analysis was demonstrated.
  • the application of the present invention is not limited to bacterial analysis, but a solution containing biologically relevant substances such as cells or bacteria is sent to the device and placed in a single and independent position for analysis.
  • the biological substance refers to a substance such as a small molecule, protein, antigen antibody, hormone, bacterium, cell or the like, or a combination of them with an artificial substance such as a fine particle.
  • the device can be carried by hand and installed in a Raman microscope or the like, and can also be analyzed automatically using a liquid feeding system as disclosed in the present invention.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
  • Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a recording device such as a memory, a hard disk, and an SSD, or a recording medium such as an IC card, an SD card, and a DVD.
  • the number of trapped bacteria #Trapped bacteria is 0.90569 in the 100th row, 0.779 in the 250th row, 0.660698 in the 500th row, and 0.50 in the 1000th row.
  • 36806 2000th row is 0.135335, 3000th row is 0.097662, 4000th row is 0.018297, 5000th row is 0.0000672, 6000th row is 0.00002473, 7000 rows It will decrease to 0.0009 with your eyes. Therefore, the number of bacteria captured per 1000 rows is 632 for 1 to 1000 rows, 233 for 1000 to 2000 rows, 85 for 2000 to 3000 rows, 11 for 3000 to 4000 rows, and 4 for 5000 to 6000 rows. The number is reduced to 2 in 6000-7000 rows.
  • the same capture rate (99.9%) can be achieved with the number of capture structures in fewer than 7000 rows, the detection area becomes narrow, and the detection time is shortened. This can be achieved by capturing the same number of bacteria in each row, which is accomplished by changing the capture rate in each row. As described with reference to FIG. 7, the number of bacteria captured in each row is desirably one or less so that a plurality of bacteria are not captured by the same capturing structure. Accordingly, the case where one bacterium is captured in each row will be described below.
  • #Bacteria which is the number of bacteria before being sent to the capture structure, is 1000, and one bacterium is captured in each row. Therefore, if there are 1000 rows, all bacteria can be captured.
  • the trap rate (/ width) is increased by increasing the size of the capture structure 1 toward the downstream side of the flow path 3, thereby reducing the amount of liquid that passes between the capture structures.
  • Trap rate (/ width) is finally set to 1, it is possible to set the flow rate passing between the trapping structures as in the structure disclosed in FIG. Since it can arrange
  • FIG. 22 enlarges the dimensions of all the capture structures 1, but only certain specific dimensions such as the thickness of the capture structure 1 may be changed. In FIG.
  • the Trap rate (/ width) is increased by increasing the width of the slit 2 toward the downstream side of the flow path 3. Since it can arrange
  • the width of the slit 2 is not limited, but is preferably 1 to 50 ⁇ m. If you want to set Trap rate (/ width) to 1 in the end, there is a limit to just increasing the slit 2 width. In that case, it can be realized by combining with a structure in which the flow rate passing through between the capturing structures is 0 as in the structure disclosed in FIG. In FIG.
  • the trap rate (/ width) is increased by increasing the number of capture structures 1 toward the downstream side of the flow path 3.
  • Trap rate (/ width) is finally set to 1, it is possible to set the flow rate passing between the trapping structures as in the structure disclosed in FIG.
  • the outer shape of the capturing structure 1 can be made equal, but the number of capturing structures and the distance between the structure centers in each row are changed.
  • 22 to 24 may be replaced with another configuration, another configuration may be added to a configuration, and another configuration may be added to, deleted from, or replaced with a configuration. It goes without saying that it is possible.
  • FIG. 25 describes a case where the size of the biological material 4 is smaller than the width of the slit 2 but larger than the gap between the two portions of the structure 1a having the slit and the structure 1b having no slit.
  • the biological material 4 can pass through the slit 2, but cannot pass through the gaps at two locations of the structure 1a having the slit and the structure 1b having no slit. Therefore, the biological material 4 is reliably captured by the capturing structure 1.
  • the gap between the two locations of the structure 1a having a slit and the structure 1b having no slit is partially blocked, so that Trap rate (/ width ) Is smaller than before the biological material 4 is captured.
  • the probability that a plurality of biological substances 4 are captured by the same capturing structure 1 is reduced. Therefore, a single biological substance 4 can be captured by many capture structures 1. Since this method is considered effective when the minor axis of the biological substance 4 is preferably 5 ⁇ m or more, it can be applied to cells in general.
  • the present invention can be applied to cancer cells in blood such as CTC (Circulating Tumor Cell), stem cells (iPS, ES cells) and the like, which are less deformed than blood cells. Furthermore, when captured, the capture rate is greatly reduced.
  • CTC Cosmetic Tumor Cell
  • stem cells iPS, ES cells
  • the size of the biological material 4 is smaller than the width of the slit 2 and smaller than the gap between the two structures 1 a having the slit and the structure 1 b having no slit. Instead, it is captured in the dead water area 5 with a certain probability.
  • FIG. 26 shows a structure in which a recess is provided in the structure 1b having no slit in order to widen the dead water area 5. Thereby, the capture rate of the biological substance which passed through the slit can be improved.
  • FIG. 27 shows a modification of the capturing structure.
  • FIG. 27A shows the structure 1a having a slit and the structure 1b not having a slit rounded in order to smooth a part of the apex thereof. By rounding, there is an effect such as elimination of fluid flow separation. Since a shape that stabilizes the flow can be realized by utilizing fluid simulation or the like, the slit portion in FIG. 27A can also be streamlined.
  • FIG. 27B shows a capturing structure in which a structure 1a having a slit is formed of a part of a triangle.
  • the shape of the structure 1a having a slit and the structure 1b having no slit can be formed of a part of an arc, an elliptic arc, or a triangle. Moreover, you may incorporate other shapes, such as a hyperbola, as needed.
  • FIG. 27 (c) shows a structure in which two semicircular shapes are added to the structure 1a having a slit so that the biological material 4 can be recovered.
  • FIG. 27D shows a case where the structure 1a having slits has two slits. Also in this case, the biological substance 4 can be captured in the dead water area 5.
  • the position of the slit 2 is a line-symmetrical position with respect to the structure 1a having the slit, but may be arranged at a position that is not line-symmetrical as shown in FIG. This is effective when, for example, the flow rates of the gaps at the two positions of the structure 1a having a slit and the structure 1b having no slit are different.

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Abstract

　細胞または細菌などの生体関連物質全てを単一かつ独立した位置に配置する。本発明のフローセルは、流路と、前記流路に接続された注入口及び排出口とを有する、生体関連物質の分析に用いるフローセルであって、前記流路内には、前記生体関連物質を捕捉する捕捉構造体が設けられ、前記捕捉構造体は死水域を形成する構造であり、前記死水域に前記生体関連物質を捕捉する。

Description

フローセル、これを用いた分析装置、及び分析方法
　本発明は、細胞または細菌などの生体関連物質を含む溶液をデバイスへ送液して、それら全てを単一かつ独立した位置に配置して、分析を行うフローセル、これを用いた分析装置、及び分析方法に関する。
　細胞や細菌などの生体関連物質の解析は、培養法で生体関連物質を増殖してから多数の生体関連物質の平均値を求める手法で行うのが一般的である。これに対して、近年単一の生体関連物質を解析する方法が提案されており、細胞応答や抑制のメカニズム、細胞－細胞相互作用、幹細胞分化の研究が行われている。その結果、多数の生体関連物質の平均化された振る舞いと、単一の生体関連物質の振る舞いが大きく異なることが明らかとなっている。本方法では１個の生体関連物質を解析できることから、培養法で増殖が困難な生体関連物質や数の少ない生体関連物質を解析できるだけではなく、培養可能な生体関連物質を増殖させる工程を省いて早期に解析することもできる。このことにより現状培養困難と言われる９９.９％の細菌や、幹細胞など数の少ない患者由来の細胞や細菌を早期に解析できることが期待されるため、単一の生体関連物質の解析はますます重要となっている。近年では血液中に存在するがん細胞であるＣＴＣ（Circulating Tumor Cell）や細菌の同定も行われている。
　単一の生体関連物質を解析するためには、複数の生体関連物質を、単一かつ独立した位置に配置する必要がある。ここで、独立した位置とは、単一の生体関連物質を分析する装置において、それらが識別できる位置にあることを意味する。生体関連物質を単一かつ独立した位置に配置する方法は、非特許文献１のレビュー論文に記載されているように、流体力学を利用した方法、電気、光、磁気、超音波などの外力を利用する方法、表面処理や化学結合を利用する方法に大別できる。ここで注意すべき点は、生体関連物質を配置する際に、生体関連物質の表現形が変わらないようにすることである。例えば表面処理や化学結合により生体関連物質を配置する場合には、生体関連物質が化学変化や構造変化を起こす可能性があり、実際とは異なる生体関連物質の振る舞いを分析してしまう可能性がある。また外力を用いた方法は制御が難しいため、流体力学のみに基づく生体関連物質の配置方法が最も望ましいと考えられる。従って以下流体力学に基づく生体関連物質の配置方法の報告について、概要と課題を説明する。
　単一の生体関連物質を解析する最も一般的な方法は、スライドガラスとカバーガラスの間に生体関連物質を含む溶液を封入して観察する方法である。アガロースゲルやブロッキング剤（ＢＳＡ、Caseinなど）を塗布したスライドガラスを用いることで、生体関連物質の変性や非特異吸着を防ぐ方法があるほか、生体関連物質を含む溶液をマイクロチップの流路へ送液してから静止状態で観察する方法もある。いずれの方法も、生体関連物質を含む溶液の濃度を調製することで、生体関連物質を単一かつ独立した位置に配置できる。例えば、スライドガラスとカバーガラス（２０mm×２０mm）との間の隙間（０.０２５mm）の部分に１０μｌの生体関連物質を含む溶液を封入した場合を考える。生体関連物質を平均１mm間隔で配置したい場合には４×１０4個／ml（４０個／μｌ）、平均０.１mm間隔で配置したい場合には４×１０6個／ml（４０００個／μｌ）にそれぞれ生体関連物質を含む溶液を調製すればよい。但し上述の方法では、生体関連物質がスライドガラスやカバーガラスなどへ非特異吸着した場合を除いて、生体関連物質の位置はブラウン運動や生体関連物質自体の運動性などにより不規則に変化する。従って生体関連物質が観察視野から外れると再び同一の生体関連物質を特定することが困難であること、生体関連物質同士の間隔はあくまで平均値であるために、生体関連物質は常に独立した位置に存在するわけではなく別の生体関連物質と隣接する場合があること（この場合、分析装置では生体関連物質同士が隣接していることは識別できない）、生体関連物質の動きを追従することが困難であることが課題である。また生体関連物質を含む微量な溶液（この場合は１０μｌ）しか解析に用いることができない。
　また別の方法として、マイクロタイタープレートを用いた方法がある。これはｆＬ（１０-15Ｌ）からｐＬ（１０-12Ｌ）の大きさのマイクロウエルが多数作製されたマイクロタイタープレートに、濃度を調整した生体関連物質を含む溶液を分注して、確率的に１つの細菌が１つのマイクロウエルに入るようにしたものである。更にマイクロウエルの大きさを配置したい生体関連物質の大きさより少しだけ大きく設計することで、複数の生体関連物質が同じマイクロウエルへ入らないようにできる。この方法を用いて８０－９０％のマイクロウエルに単一の細胞（数十μｍ）を導入した例が報告されている。但し例えば細菌のように大きさが数μｍと小さい場合、形状が球状ではなく棒状の場合、それ自体が運動性を有する場合には適用がより困難となる。またマイクロウエルとカバーガラスの隙間が液体で満たされている場合、運動性を有する細菌などが流出する可能性がある。またマイクロウエル内の溶液を交換するためには、置換効率が悪いために多くの液量と時間を要するほか、生体関連物質の回収が困難な課題がある。また生体関連物質を含む微量な溶液しか解析に用いることができない。
　生体関連物質を含む微量な溶液しか解析できない課題を解決する方法として、マイクロチップの流路内に生体関連物質を捕捉するための構造体を設けておき、生体関連物質を含む溶液を流しながら捕捉する方法がある。生体関連物質を必要な量だけ送液できるため、生体関連物質を含む溶液の濃度を調製する必要が無く、非常に希薄な溶液でも使用することができる。以下本方法に基づく生体関連物質の配置方法の報告について、概要と課題を説明する。
　非特許文献２では、約１０μｍのＣＤ３４細胞を捕捉するための構造体として、細胞より小さい数μｍのスリットを３箇所設けた籠形状の捕捉構造体を用いている。生体関連物質を含む溶液を送液することで、上記スリット部を溶液が通過して、籠形状の捕捉構造体に溶液が導入される。なお籠形状の捕捉構造体がスリットを有さない場合には、溶液を送液する前に存在する空気（気泡）を追い出すことが困難となるため、実用的ではない。上記スリット部から生体関連物質を含む溶液が排出される分だけ、生体関連物質を含む溶液を籠形状の捕捉構造体に導入できる。その際に生体関連物質が導入されるとスリットを通過できないために、籠形状の捕捉構造体に捕捉される。籠形状の捕捉構造体は、ＣＤ３４細胞と類似した大きさであるため、複数のＣＤ３４細胞が同一の捕捉構造体に入る確率を下げ、大部分の捕捉構造体に単一のＣＤ３４細胞を捕捉することができる。捕捉構造体のスリットの幅や数を変えることで、捕捉構造体に導入できる生体関連物質を含む溶液の割合が変わるため、結果として生体関連物質を捕捉する捕捉率が変化する。この場合には以下４つの課題がある。一つ目は、大きさ既知の生体関連物質であればスリット幅をそれ未満に設定することで、生体関連物質を捕捉できるが、生体関連物質の大きさが小さくなるほど狭い幅のスリットを作製する必要がある。例えばＣＤ３４細胞は約１０μｍだが、細菌の短軸は約０.５～１.０μｍである。スリット幅の設計値にスリットの最大加工誤差を加えた値が、生体関連物質の大きさ未満でなければならないため、０.１μｍ単位の高い加工精度が要求される。従って製造コストが高くなる。また狭い幅のスリットを用いることで生体関連物質の捕捉率は低くなる。二つ目は、捕捉構造体を生体関連物質の大きさと類似させることで、複数の生体関連物質が同一の捕捉構造体に捕捉される確率を下げ、大部分の捕捉構造体に単一の生体関連物質を捕捉しているが、生体関連物質の大きさや形状に広がりがある場合には、１つの捕捉構造体に複数の生体関連物質が捕捉されてしまう。例えば細菌の長さは、短軸（約０.２～１.０μｍ）と長軸（約１～１０μｍ）であり、広い範囲に亘る。三つ目は、全ての生体関連物質を捕捉構造体に捕捉できておらず、捕捉された生体関連物質のみを解析対象としているため、重要な情報を見逃す恐れがあることや生体関連物質の個数を定量できない課題がある。四つ目は、生体関連物質がスリット部に引き込まれる力を受け続けることで、生体関連物質にストレスが発生して表現形が変わる可能性があることである。特許文献１では、一見スリットを有さない捕捉構造体に見えるが、Ｚ方向に２μｍの隙間があり、非特許文献２のスリットと同様の機能を有している。
　非特許文献３では、約０.８μｍのスリットを有する捕捉構造体を用いて、単一の大腸菌を異なる捕捉構造体位置に捕捉している。非特許文献２や特許文献１とは異なり、捕捉構造体を生体関連物質の大きさより十分大きくし、かつ生体関連物質が捕捉される確率を下げることで、結果的に同一の捕捉構造体に単一の生体関連物質を捕捉している。但し以下の課題を抱えている。一つ目は、０.８μｍ以下の大腸菌は捕捉されないことである。更に大腸菌は、条件によって自身の短軸の半分の流路でも通過できることが非特許文献４で報告されている。この場合１.６μｍの大腸菌でも条件によっては通過することになる。二つ目は、全ての生体関連物質を捕捉構造体に捕捉できておらず、またその条件も検討されていないことである。三つ目は、生体関連物質がスリット部に引き込まれる力を受け続けることで、生体関連物質にストレスが発生して表現形が変わる可能性があることである。四つ目は、非特許文献３で述べられているが、高速で送液した場合に、細菌が溶解する可能性があることである。
ＵＳ２０１０／０００３６６６
Analytica Chimica Acta 649 (2009) 141-157 Biomicrofluidics 5, 024106 (2011) Lab Chip, 2011, 11, 1089 PNAS, 2009, 106, 14861-66
　上記背景技術を纏めると、細胞または細菌などの生体関連物質全てを単一かつ独立した位置に配置するには、次のような課題がある。
１．生体関連物質が小さいほど狭い幅のスリットを作製しなければならない。
　狭い幅のスリットを作製すると製造コストが高くなる。また狭い幅のスリットを用いることで生体関連物質の捕捉率は低くなる。捕捉構造体がスリットを有さない場合には、溶液を送液する前に存在する空気（気泡）を追い出すことが困難となる。
２．生体関連物質をスリットで捕捉するため、外力が加わりストレスが発生する。
　生体関連物質にストレスが加わると、表現形が変わる可能性がある。またスリットに挟まっている生体関連物質に対して、流れ場からのせん断力も発生する。
３．高速で送液したときに、生体関連物質が溶解する可能性がある。
　上記背景技術で説明した方法を用いて、部分的に解決できている課題もあるが全てではない。本発明は、これらの要請全てに応えることのできる分析装置を提供するものである。
　本発明による分析に用いるフローセルは、流路と、前記流路に接続された注入口及び排出口とを有する、生体関連物質の分析に用いるフローセルであって、前記流路内には、前記生体関連物質を捕捉する捕捉構造体が設けられ、前記捕捉構造体は死水域を形成する構造であり、前記死水域に前記生体関連物質を捕捉する。
　細胞または細菌などの生体関連物質を含む溶液をデバイスへ送液して、単一かつ独立した位置に配置して、分析できる。上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
捕捉構造体の一例を示す概略図。 捕捉構造体への流体シミュレーションの一例。 捕捉構造体への流体シミュレーションの一例。 捕捉構造体への流体シミュレーションの一例。 全ての生体関連物質を捕捉するためのパラメータに関する概略図。 捕捉率と捕捉構造体数。（送液方向） 捕捉構造体数（送液方向）とチャネル長さ。 少なくとも２個以上の生体関連物質が同一の捕捉構造体に捕捉される確率。 ２個の生体関連物質が同一の捕捉構造体に捕捉される確率。 ３個の生体関連物質が同一の捕捉構造体に捕捉される確率。 捕捉構造体の一例を示す概略図。 分析装置の一例を示す概略図。 分析装置の一例を示す概略図。 フローセルの一例を示す概略図。 サンプリングノズルの洗浄時の制御手順の例を示すフローチャート。 フローセル内部洗浄時の制御手順の例を示すフローチャート。 試薬容器から試薬を吸引する手順の例を示すフローチャート。 フローセルへの試薬注入の手順の例を示すフローチャート。 サンプリングノズルの注入ポートへの挿入・離脱、及びマイクロシリンジのプランジャの駆動のタイミングと、フローセル内の圧力変化の関係を示す模式図。 検出の手順の例を示すフローチャート。 回収の手順の例を示すフローチャート。 列ごとの捕捉率を変えた構造体の一例を示す概略図。 列ごとの捕捉率を変えた構造体の一例を示す概略図。 列ごとの捕捉率を変えた構造体の一例を示す概略図。 捕捉構造体の一例を示す概略図。 捕捉構造体の死水域を広げた一例を示す概略図。 捕捉構造体の変形例を示す概略図。
　以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明は、複数の生体関連物質を単一かつ独立した位置に配置して、分析を行う方式の分析装置一般に適用可能である。ここでは、本発明を細菌分析に適用した場合の例について説明する。
　図１は、本発明による捕捉構造体の一例を示す概略図である。捕捉構造体１は、スリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂが一対である構造体であり、複数配置されている。スリットを有する構造体１ａは、スリットを有する構造体の左側１ａLとスリットを有する構造体の右側１ａRから構成され、その間にはスリット２が存在する。図１の上側にある注入口（図１４ご参照）から図示しない生体関連物質４を含む溶液を注入し、流路３を通して送液され、図１の下側にある排出口（図１４ご参照）から排出される。捕捉構造体１の高さは流路の高さと等しいとする。この過程において、図示しない生体関連物質４を含む溶液は、ある確率で、スリットを有する構造体１ａに流入し、スリット２を通過して、スリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂの２箇所の隙間から流出する。この際に、ある確率で、生体関連物質４は死水域５で捕捉される。死水域５は、流れのない場所あるいは流れがあっても渦状の場所で流量の疎通に関係のない領域である。スリット２を通過した生体関連物質４は、拡散、慣性力、またはその運動性により、ある確率で死水域５に捕捉される。死水域５は、急拡大部、急縮小部、湾曲部などの領域に形成される。スリットを有さない構造体１ｂの死水域に近い場所にくぼみをつけるなど構造を最適化することで、死水域５の領域を広げることも可能である。死水域５に捕捉された生体関連物質４は、流体の力を殆ど受けない。従って生体関連物質４にストレスは発生せず、溶解することもない。また死水域５の下流側は、スリットを有さない構造体１ｂが存在する。従って生体関連物質４が小さくても、死水域５から下流側へ流れることはない。スリットを有する構造体１ａは、スリット２を通して、スリットを有さない構造体１ｂの流路下流側から生体関連物質４を含む溶液を流路上流側へ満たす作用があるため、気泡が除去しやすい。スリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂは、楕円弧の一部から構成されているが、これ以外にも円弧の一部や三角形の一部から構成することもできる。構造体形状の違いにより、流れの違いが発生し、結果として生体関連物質４の捕捉率の違いとなる。
　図２Ａは、幅１mmの流路の中央部に前記捕捉構造体を置き、左側から右側へ１mm／ｓの流速で送液した時の流体シミュレーション結果である。前記スリットの幅は５μｍである。また図２Ｂは、前記捕捉構造体の領域を拡大した図であり、溶液が流れる方向を矢印で示している。これより、前記スリットを通過した溶液は、スリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂの２箇所の隙間へ向かって、分岐して流出される。従って分岐する領域において、前記死水域が形成される。
　一方図３Ａは、幅１mmの流路の中央部からずらした部分に前記捕捉構造体を置き、左側から右側へ１mm／ｓの流速で送液した時の流体シミュレーション結果である。前記スリットの幅は５μｍである。また図３Ｂは、前記捕捉構造体の領域を拡大した図であり、溶液が流れる方向を矢印で示している。これより、前記スリットを通過した溶液は、スリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂの２箇所の隙間のうち１箇所へ向かって流出される。また一方の隙間から他方の隙間へ向かう流れが形成されている。従って図２とは異なり、分岐する領域が無いため、前記死水域は形成されない。
　また図４Ａは、幅１mmの流路の中央部からずらした部分に前記捕捉構造体を置き、左側から右側へ１mm／ｓの流速で送液した時の流体シミュレーション結果である。前記スリットの幅が３０μｍである以外は、図３と同じ条件である。また図４Ｂは、前記捕捉構造体の領域を拡大した図であり、溶液が流れる方向を矢印で示している。これより、前記スリットを通過した溶液は、スリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂの２箇所の隙間へ向かって、分岐して流出される。従って図３の場合と異なり、分岐する領域において、前記死水域が形成される。ゆえに、前記スリットを有する構造体は、前記スリットの幅などのパラメータを調整することで、死水域を形成できる利点がある。
　次に全ての前記生体関連物質を捕捉する条件について説明する。まず前記捕捉構造体への前記生体関連物質の捕捉率（／１捕捉構造体）は、［α：（前記捕捉構造体へ流入する流量）／（全流量）］×［β：前記捕捉構造体における前記生体関連物質の捕捉率］で計算される。βは０～１の範囲であるが、前記パラメータを調整することでβ＝１（前記捕捉構造体に流入した前記生体関連物質が全て捕捉）になるとすると、捕捉率（／１捕捉構造体）はαで近似できる。もちろんαに安全係数を乗じてもよい。従って捕捉率（／１捕捉構造体）は、［（前記スリットの幅）×（前記スリットにおける平均流速）］／［（前記流路の幅）／（前記流路の平均流速）］で計算できる。図３の例では、捕捉率（／１捕捉構造体）は、［（０.００５mm）／（０.０００４mm／ｓ）］／［（１mm）／（１mm／ｓ）］で０.０００００２と計算される。これは、１００万個の前記生体関連物質のうち２個を前記捕捉構造体へ捕捉できる確率である。同様に図３の５μｍからスリット幅のみを３０μｍに変えた図４の例では、捕捉率（／１捕捉構造体）は、［（０.０３mm）／（０.００１６mm／ｓ）］／［（１mm）／（１mm／ｓ）］で０.００００５と約２５倍となる。ゆえに、前記スリットを有する構造体は、前記捕捉構造体同士の間隔、前記スリットの幅、前記流路の幅、流速などのパラメータを調整することで、捕捉率（／１捕捉構造体）を調整できる利点がある。例えば図４の流路の幅１mmを０.３６mmに変えるだけで、捕捉率（／１捕捉構造体）は、０.００１と大きくなる。但し図２～図４に示すように、前記生体関連物質を含む溶液は、前記捕捉構造体に流入する直前に流れ方向が変わるが、前記生体関連物質には慣性力が働くため、急激には方向を変えることができず、前記捕捉構造体へ流入しやすくなる。従って実際の捕捉率（／１捕捉構造体）は、流量比の計算結果より高くなる。従って流速が速いほど、慣性力は強く働くため、実際の捕捉率（／１捕捉構造体）は高くなる。
　図５は、全ての細菌を捕捉する条件を計算するためのパラメータである。１個の捕捉構造体での捕捉率がわかれば、全ての前記生体関連物質を捕捉する条件を計算することができる。#Bacteriaは、前記捕捉構造体へ送液する前の細菌数であり、#Non-trapped Bacteriaは前記捕捉構造体へ送液した後の細菌数である。送液方向はFlow directionの矢印で示された方向である。Trap rateは、細菌が前記捕捉構造体へ捕捉される割合であり、［（#Bacteria）－（#Non-trapped Bacteria）］／（#Bacteria）で計算される。前記捕捉構造体は、半円の弧で簡略化して示しており、隣接する前記捕捉構造体の間隔を、Ｔrap interval (x)とTrap interval (y)とした。ここでｘ方向は送液方向と平行な向きで、ｙ方向はそれと垂直な向きとする。また#Trap Object (Column)は、ｙ方向に並べられた捕捉構造体数であり、#Trap Object (Row)は、ｘ方向に並べられた捕捉構造体数である。Channel lengthは送液方向（ｘ方向）の捕捉構造体が形成された流路の長さであり、Trap interval (x)×#Trap Object (Row)で計算される。同様にChannel widthはｙ方向の捕捉構造体が形成された流路の長さであり、Trap interval (y)×#Trap Object (Column)で計算される。Trap rate (/width)は、ｙ方向に配置された捕捉構造体１列を通過した時の捕捉率を示す。#Trapped bacteria (1st column)は、１列目の捕捉構造体において捕捉される細菌数であり、［Trap rate (/width)］×（#Bacteria）で計算される。#Trapped bacteria (1st column)は、通過する捕捉構造体の列が増えるにつれて小さくなる。Trap rate (/width)は、図２～図４において、流路の幅がTrap interval (y)とした時の捕捉率（／１捕捉構造体）と等しい。なぜならば、Trap interval (y)あたりの捕捉構造体の捕捉率と、それを複数個並列に並べた場合の捕捉率は同じになるためである。
　図６は、Trap rate (/width)を０.０００１から０.１まで振った時のTrap rateと#Trap object (Row)との関係である。Trap rate (/width)が０.０１の時、９５％捕捉するには３００列、９９％捕捉するには４７０列、９９.９％捕捉するには７００列の捕捉構造体を送液方向（ｘ方向）に配置する必要がある。またＴrap rate (/width)が０.００１の時、９５％捕捉するには３０００列、９９％捕捉するには４７００列、９９.９％捕捉するには７０００列の捕捉構造体を送液方向（ｘ方向）に配置する必要がある。
　図７は、Trap interval (x)を１０から１０００μｍまで振った時の#Trap object (Row)とChannel length (mm)との関係である。Trap interval (x)が１００μｍの時、Trap rate (/width)が０.０１で９９.９％捕捉する７００列の捕捉構造体を配置する場合には７０mm、Trap rate (/width)が０.００１で９９.９％捕捉する７０００列の捕捉構造体を配置する場合には７００mmのChannel lengthが必要となる。一般的なマイクロチップが、ユーザーが扱いやすい大きさで、ハガキ程度の大きさ（１００mm×１５０mm）が上限であると考えると、７００mmのChannel lengthを実現させるためには、蛇行流路などで実現する必要がある。最大の#Trap object (Row)を見積もるためには、細菌を捕捉するための最小の捕捉構造体の大きさを求めて、最小のTrap interval (x)を求めておく。また蛇行流路などを含めたChannel lengthの最大値を求めておき、最小のTrap interval (x)で割り算をして算出できる。
　次に全ての細菌を単一で独立した位置に配置するための条件を説明する。#Trapped bacteria (1st column)が１以下であれば、全ての細菌を単一で独立した位置に配置できる。#Trapped bacteria (1st column)は、［Trap rate (/width)］×（#Bacteria）であることから、Trap rate (/width)を１／#Bacteria以下にすればよい。例えば、#Bacteriaが１０００個であれば、Trap rate (/width)を０.００１以下にすることで、全ての細菌を単一で独立した位置に配置できる。#Bacteriaがわからない場合には、#Trapped bacteria (1st column)が１より大きくなる可能性があるため、同一の捕捉構造体に複数の細菌が捕捉される場合がある。この場合、#Bacteriaを含む溶液を分割することで#Trapped bacteria (1st column)を小さくすることや、Trap rate (/width)が十分小さくなるように設計しておくことで、#Trapped bacteria (1st column)を１以下にできる可能性はある。下表は#Trapped bacteria (1st column)が１０で、#Trap object (Column)が１００の時に、各捕捉状態の確率を計算したものである。捕捉例の欄の半円は捕捉構造体を、黒丸（●）は捕捉された細菌を示す。
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　図８は、#Trapped bacteria (1st column)を１から２８まで振った時の#Trap object (Column)と少なくとも２個以上の細菌が同一の捕捉構造体に捕捉される確率との関係である。これより#Trapped bacteria (1st column)が１０で、#Trap object (Column)が１００の時に、０.３７（３７％）の確率で、少なくとも２個以上の細菌が同一の捕捉構造体に捕捉される。
　図９は#Trapped bacteria (1st column)を１から２８まで振った時の#Trap object (Column)と２細菌のみが同一の捕捉構造体に捕捉される確率との関係である。これより#Trapped bacteria (1st column)が１０で、#Trap object (Column)が１００の時に、０.７５（７５％）の確率で、２細菌のみが同一の捕捉構造体に捕捉される。複数で捕捉される確率が０.３７であることから、０.２０（＝０.３７×０.７５）の確率で２細菌のみが同一の捕捉構造体に捕捉される。この場合、残りの８細菌は単一で捕捉構造体に捕捉される。
　図１０は#Trapped bacteria (1st column)を１から２８まで振った時の#Trap object (Column)と３細菌のみが同一の捕捉構造体に捕捉される確率との関係である。これより#Trapped bacteria (1st column)が１０で、#Trap object (Column)が１００の時に、０.０５５（５.５％）の確率で、３細菌のみが同一の捕捉構造体に捕捉される。複数で捕捉される確率が０.３７であることから、０.０２（＝０.３７×０.０５５）の確率で３細菌のみが同一の捕捉構造体に捕捉される。この場合、残りの７細菌は単一で捕捉構造体に捕捉される。以上より、#Trapped bacteria (1st column)が１０で、#Trap object (Column)が１００の時に、２個以上の細菌が同一の捕捉構造体に捕捉される確率が０.３７、そのうち２細菌のみが同一の捕捉構造体に捕捉される確率が０.２０、３細菌のみが同一の捕捉構造体に捕捉される確率が０.０２であることから、４細菌以上が同一の捕捉構造体に捕捉される確率は、０.１５［＝０.３７－（０.２０＋０.０２）］となる。また#Trapped bacteria (1st column)が大きく、#Trap object (Column)の数が少ないほど、同一の捕捉構造体に複数の細菌が捕捉される確率は大きくなる。
　本発明の効果を以下に示す。
１．細菌を含む溶液の濃度を調製しなければならない。
　マイクロチップの流路内に細菌を捕捉するための構造体を設けておき、細菌を含む溶液を流しながら捕捉する。細菌を含む溶液を必要な量だけ送液できるため、細菌を含む溶液の濃度を調製する必要が無く、非常に希薄な溶液でも使用できる。
２．細菌が小さいほど狭い幅のスリットを作製しなければならない。
　スリットで細菌を捕捉する原理ではないため、狭い幅のスリットを作製する必要はない。
３．全ての細菌を捕捉できない。
　１個あたりの捕捉構造体の捕捉率を計算することで、全ての細菌を捕捉する捕捉構造体数を算出できる。
４．細菌をスリットで捕捉するため、外力が加わりストレスが発生する。
　スリットで細菌を捕捉するのではなく、死水域で捕捉するため、外力は加わらない。
５．１つの捕捉構造体に複数の細菌が捕捉される。
　#Trapped bacteria (1st column)を１以下にすることで、１つの捕捉構造体に複数の細菌が捕捉されるのを回避できる。
６．高速で送液したときに、細菌が溶解する可能性がある。
　細菌を死水域で捕捉するため、流体からの外力は加わらない。
　また本発明は、スリットを有する構造体とスリットを有さない構造体が一対である構造体とすることで、以下３つの利点がある。
１．スリットを有する構造体は、スリットを通して、スリットを有さない構造体の流路下流側から流路上流側へ溶液を満たせるため、気泡が除去しやすい。
２．スリットを有する構造体は、スリットの幅などのパラメータを調整することで、死水域を形成できる。
３．スリットを有する構造体は、捕捉構造体同士の間隔、スリットの幅、流速などのパラメータを調整することで、捕捉率を変えることができる。捕捉率を大きくすることで、全ての生体関連物質を捕捉することができる。図１に示したスリット２は１箇所であるが、非特許文献２のように、スリットを複数個設けてもよい。
　捕捉構造体への生体関連物質の捕捉率（／１捕捉構造体）は、［α：（捕捉構造体へ流入する流量）／（全流量）］×［β：捕捉構造体における生体関連物質の捕捉率］で計算され、αで近似できることを説明した。αが大きいほど必要な捕捉構造体数が少なくなるため、スリットの幅や流路の幅を変えることでαが０.００１まで大きくできることを説明した。
　図１１は、αを１にするための配置の一例を示す概略図である。全ての生体関連物質４を含む溶液は、捕捉構造体のスリットを通過するため、図１の捕捉構造体同士の間隔を０にした形状とみなせる。図１１の上側にある図示しない注入口から図示しない生体関連物質４を含む溶液を注入し、流路３を通して送液され、図１１の下側にある図示しない排出口から排出される。この過程において、図示しない生体関連物質４を含む溶液は、スリット２ａを通過して、スリット２ｂまたは２ｂ′から流出する。この際に、ある確率で、生体関連物質４は死水域５で捕捉される。死水域５は、流れのない場所あるいは流れがあっても渦状の場所で流量の疎通に関係のない領域である。スリット２を通過した生体関連物質４は、拡散、慣性力、またはその運動性により、ある確率で死水域５に捕捉される。従って、フィルタのように、生体関連物質４より小さい大きさのスリット（孔）で捕捉するわけではない。また死水域に捕捉した生体関連物質４を回収することも可能である。これは、死水域に捕捉した生体関連物質４は、送液を停止すると、自身の拡散や運動性により死水域５の領域から逸脱する。次に逆方向へ送液する。つまり図１１の下側にある図示しない注入口から回収液を注入し、流路３を通してスリット２ｂまたは２ｂ′を通過して、スリット２ａから流出することで、図１１の上側にある図示しない排出口から生体関連物質４とともに回収液が排出される。図１１は上下対称の形状であるため、図１１の下側にある図示しない注入口から回収液を注入した場合、当初存在した死水域５は無くなり、代わりにスリット２ｂと２ｂ′の図上側に死水域が形成される。従って逆方向へ送液した場合でも図示しない排出口へ到達する前に捕捉される可能性がある。その場合には、再び送液を停止することで、生体関連物質４の拡散や運動性により死水域の領域から逸脱させ、その後送液するという手順を繰り返すことで、最終的に生体関連物質４を回収できる。あるいは送液方向は変えずに、送液と送液停止のみを繰り返すことで、排出口から生体関連物質を回収することもできる。生体関連物質４を回収できれば、その核酸を抽出して、ＰＣＲなどの遺伝子解析などの解析を行うこともできる。
　図１２は、本発明による分析装置（細菌分析装置）の一例を示す概略図であり、図１２（ａ）は平面模式図、図１２（ｂ）はその正面模式図である。図のようにＸＹＺ軸を設定して説明する。
　本実施例の分析装置は、複数の試薬容器１１を保持する試薬ラック１２を載置する試薬ラック台１３、１個又は複数個のフローセル３０を保持して移動可能なフローセルステージ３１、先端から液体を吸引・吐出することのできるサンプリングノズル２０、サンプリングノズル２０を所望の３次元位置に駆動するノズル駆動機構、サンプリングノズル２０を洗浄する洗浄槽６８、試薬注入によってフローセル３０内に捕捉された生体関連物質との反応や生体関連物質自体を分析するための検出ユニット４０を備える。サンプリングノズル２０による試薬の吸引・吐出、洗浄などは、図示しない送液システムによって実行される。送液システムについては、図１３を用いて詳述する。
　分析装置の各部は制御・演算部５０の制御下にあり、制御・演算部５０は、入力部５１を介して制御・演算部５０に設定されたプログラムに従って分析装置を制御して連続運転する。制御・演算部５０のメモリには、分析の手順、試薬ラック１２に配置されている複数の試薬容器１１や洗浄槽６８の座標位置、各試薬容器に入っている試薬の種類、フローセル３０に試薬や洗浄液を注入する注入ポートの座標位置、検出ユニット４０による検出結果の処理手順等の情報が格納されている。制御・演算部５０は、メモリに格納された情報を参照しながら、分析プログラムに従って装置各部を制御し、分析を実行する。
　サンプリングノズル２０は、一例として、先端部が外径１mm、内径０.５mm、長さ１５０mm程度の金属材料、例えばＳＵＳでできた中空ノズルであり、後述する送液システムに接続されて、先端部に試薬ラック１２に配置された所望の試薬容器１１から所要量の試薬を吸引し、フローセル３０等に吐出することができる。また、サンプリングノズル２０は、液面検知に適した材質と構造を有する。液面検知は、例えば、金属製のサンプリングノズル２０の先端が液面などの導電性領域に接触したときの静電容量変化から液面検知を行う既知の方式を用いて制御・演算部５０に設けられた液面検知部５３で実行される。液面検知部５３から出力される液面検知信号は、その後の装置制御に利用される。
　ノズル駆動機構は、ガイドレール２１、ガイドレール２１に沿ってＸ軸方向に直線移動する直線移動ユニット２２、直線移動ユニット２２に設けられた回転軸２３の回りに回動可能なアーム２４を有する。アーム２４の回転軸２３と反対側の部分にサンプリングノズル２０が固定されている。直線移動ユニット２２は、例えば、ガイドレール２１に設けられたラックと噛み合うピニオンを有し、ピニオンをステッピングモータによって回転駆動することによって、Ｘ軸方向の所望位置に移動することができる。また、回転軸２３は、同様にステッピングモータによってＸＹ平面内に回転すると共に、Ｚ軸方向に上下動してサンプリングノズル２０の先端を所望のＺ軸方向位置に位置付けることができる。サンプリングノズル２０は、ノズル駆動機構によるＸ軸方向の直線移動、回転軸２３の回りの回転移動、Ｚ軸方向の上下移動を組み合わせることにより、試薬ラック１２に配置された任意の位置の試薬容器１１、洗浄槽６８、後述するフローセルの注入ポートにアクセスすることができる。
　検出ユニット４０は、フローセルを照射する光源４１、及び光源からの光照射によってフローセル３０内に存在する生体関連物質から発生されたラマン光を分散させる回折格子、ミラー、フィルタ、スリット、共焦点検出用のホールなどの光学部品を通して、ＣＣＤ等の撮像装置４２で検出される。検出ユニット４０は、光学系を選択することで、明視野、暗視野、位相差、微分干渉、蛍光、発光なども可能であり、ラマン観察に限定されるものではない。
　フローセル３０は、フローセルステージ３１によってＸＹ軸方向に移動可能である。フローセル３０は、サンプリングノズル２０を介した試薬注入や洗浄等の操作を受ける際には、図示するように検出ユニット４０の下方から外れた場所に位置し、検出ユニット４０を用いた検出を行う際には、フローセルステージ３１によって検出ユニット４０の下方位置に移動される。入力部５１から入力された入力情報、検出ユニット４０による撮像画像などの分析過程の情報、現在の装置状態や装置パラメータなどの情報、分析の全工程中での終了済み工程に関する情報、分析結果などの情報は表示部５２に表示される。
　また一般的な生物顕微鏡の配置のように、検出ユニット４０をフローセル３０の下側に配置することも可能である。この配置では、フローセル３０の上側からサンプリングノズル２０から試薬を吐出しながら、検出ユニット４０で検出することが可能である。同様にフローセル３０は、図１２の水平配置だけではなく、傾斜配置や垂直配置も可能である。例えばフローセル３０を垂直配置して、送液しながら垂直に配置された検出ユニット４０で検出することもできる。垂直配置されたフローセル３０の下側から上側へ送液することで、フローセル３０内の気泡を除去しやすくなる。また細菌の比重が試薬の比重より軽い場合には浮力を、重い場合には重力を利用して捕捉させることもできる。
　図１３は、本実施例の分析装置に組み込まれている送液システムの一例を示す概略図である。サンプリングノズル２０先端からの試薬の吸引・吐出、及びサンプリングノズル２０の洗浄が、この送液システムによって行われる。本実施例の送液システムは、サンプリングノズル２０の先端から試薬を秤量して吸引・吐出するためのマイクロシリンジ６０と、洗浄液をサンプリングノズル２０及び洗浄槽６８にそれぞれ供給する第１流路６２及び第２流路６３を有する。本実施例では、洗浄液タンク６４に貯留された洗浄液は、連続運転されているポンプ６５によって吸い上げられ、洗浄液循環流路６６を通して再び洗浄液タンク６４に戻される。すなわち、洗浄液はポンプ６５によって洗浄液循環流路６６を矢印方向に常時循環されている。第１電磁弁７１を介して一端が洗浄液循環流路６６と接続された第１流路６２は、他端が、マイクロシリンジ６０を介してサンプリングノズル２０の内部に連通している。同様に第２電磁弁７２を介して一端が洗浄液循環流路６６と接続された第２流路６３は、他端が、洗浄槽６８の側壁に開口している。洗浄液としては、例えば純水が使用される。
　ノズル駆動機構によってサンプリングノズル２０の先端部を洗浄槽６８内に移動させ、その状態で、第１電磁弁７１のみを開状態にすると、ポンプ６５から圧送された洗浄液がサンプリングノズル２０を通して洗浄槽６８内に噴出され、それによってサンプリングノズル２０の内側を洗浄することができる。洗浄中、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は動かしても、動かさなくても良い。また、第２電磁弁７２のみを開状態にすると、洗浄槽６８の内壁から洗浄液が噴出し、それによってサンプリングノズル２０の外側を洗浄することができる。更に、第１電磁弁７１及び第２電磁弁７２を同時に開状態にすると、洗浄槽６８内でサンプリングノズル２０の内側と外側を同時に洗浄することができる。第１電磁弁７１及び第２電磁弁７２の開閉制御は、制御・演算部５０によって行われる。
　第１流路６２を介してサンプリングノズル２０へ供給する洗浄液と第２流路６３を介して洗浄槽６８へ供給する洗浄液の割合は、第２流路６３の洗浄槽６８に近い箇所に設けられた流量調節絞り６７により設定される。サンプリングノズル２０を洗浄した洗浄液は廃液タンク６９に貯留される。図示しない廃液排出ポンプを用いて、洗浄槽６８に貯留された洗浄液を廃液タンク６９に貯留することができる。洗浄槽６８を封止して第２電磁弁７２を開放して、廃液排出ポンプで引くことで、洗浄液タンク６４から洗浄液を送液することもできる。また洗浄液タンク６４を空にして同様の操作を行い、更に第１電磁弁７１を開放することで、第１流路６２、第２流路６３、洗浄液循環流路６６の液体を除くこともできる。またポンプ６５、第２電磁弁７２、配管が正しく接続されていない場合には、洗浄槽６８から洗浄液が出ないため、サンプリングノズル２０を洗浄できない。この場合、ノズルの液面検知機能が働かないため、故障を検知することができる。また、洗浄動作を行うことで洗浄液タンク６４内の洗浄液は消費される。洗浄液タンク６４には液面センサが設置され、洗浄液タンク６４内の洗浄液が少なくなったときは、別途設置した図示しない洗浄液補充タンクから洗浄液タンク６４に洗浄液が補充される。このように、本実施例の送液システムによると、ポンプによって短時間に多量の洗浄液をサンプリングノズルの内側や外側、あるいは内側と外側の両方に供給することができ、使用後にサンプリングノズルに付着している試薬を短時間で十分に洗浄することができる。従って、試薬のコンタミネーションを回避して分析精度を向上することができる。また、洗浄時間を短縮して分析のスループットを向上することができる。
　試薬ラック１２には温度センサとペルチェ素子等の温度調節ユニットが設けられ、試薬容器１１に保持された試薬を一定温度に維持している。例えば、試薬ラックの第１領域１２ａに保持されている試薬群は室温に維持され、第２領域１２ｂに保持されている試薬群は４℃に維持されている。試薬ラック１２の温度制御も、制御・演算部５０から行うことができる。また、試薬の種類によっては、使用直前に複数の試薬を混合してからフローセルに供給することが望ましいものがある。そのため、試薬ラック１２には、混合試薬の調製に使用するための予混合容器１４が設けられている。混合試薬の使用に当たっては、別々の試薬容器１１からサンプリングノズル２０によって吸引したそれぞれの試薬を一旦、予混合容器１４内に吐出し、予混合容器１４内で混合して調製された混合試薬を再びサンプリングノズル２０で吸引してフローセル３０に供給する。
　図１４は、フローセルの一例を示す概略図である。図１４（ａ）はフローセルの斜視図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＸ－Ｘ′断面図である。この例のフローセルは、注入ポート３２と排出ポート３３、及び液が流れる流路３４を有する。上部基板３６と下部基板３７との間に流路３４が形成されており、フローセル３０は、図１に示す捕捉構造体１が生体関連物質４を捕捉するように設計されている。流路３４は、細菌分析のための試薬や洗浄液が供給される流路として機能するとともに、反応が起こる反応チャンバとしても機能する。例えばフローセル３０に捕捉した細菌に対して、グラム染色反応を行うことにより、グラム陽性菌であれば紫色に、グラム陰性菌であればピンク色に染色されるのを検出ユニット４０で観察できる。また、流路３４のための空間を確保するために、上部基板３６と下部基板３７の間にはスペーサ３８が配置されている。スペーサ３８は、上部基板３６または下部基板３７と一体であることで、図１または図１１の捕捉構造体を有するフローセル３０を作製することができる。試薬は、注入ポート３２より注入されて、排出ポート３３より排出される。一例として、スペーサの厚さは５０～１００μｍ、流路の幅は１～３０mm、流路の長さは７５～１００mmとすることができるが、これらの数値に限定されるものではない。検出ユニット４０に対向する側の上部基板３６は、励起光及び蛍光を透過することのできるガラス、石英、サファイア、ＰＤＭＳ、あるいはアクリル樹脂やシクロオレフィンポリマー等の樹脂からなる。図１４には、流路が３つ形成されたフローセル３０の例を示すが、流路の数は３つに限定されない。流路の数が多い場合、一度に多数の反応を行うことができ、高スループットの分析が可能である。ラマン分析中、フローセル３０は、フローセルステージ３１が備える温度制御ユニットによって所定の温度に制御される。
　次に、分析装置の試薬ラック台１３に試薬ラック１２を設置し、フローセルステージ３１にフローセル３０を設置した状態から、試薬をフローセルに供給して分析を行う手順について説明する。
　（１）サンプリングノズル洗浄
　まず、サンプリングノズル２０の洗浄を行う。このときの制御・演算部５０による制御の手順を図１５に示す。制御・演算部５０は、最初にノズル駆動機構を制御して、サンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動する（Ｓ１１）。次に、制御・演算部５０は、ポンプ６５によって洗浄液が循環している洗浄液循環流路６６に接続されている第１電磁弁７１を制御して開状態にする（Ｓ１２）。マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は、洗浄中であれば動かしても動かさなくてもよい。この状態では、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第１電磁弁７１、第１流路６２を通ってマイクロシリンジ６０に入り、そのままサンプリングノズル２０を通ってノズル先端から洗浄槽６８内に噴出される。この状態で、ノズル内側の洗浄が行われる。洗浄液としては純水を使用した。
　次に、制御・演算部５０は、洗浄液循環流路６６に接続している第２電磁弁７２を制御して開状態にする（Ｓ１３）。すると、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第２電磁弁７２、第２流路６３を通って洗浄槽６８の内壁から洗浄槽内に噴出し、洗浄槽６８内に位置しているサンプリングノズル２０の外側が洗浄される。こうして、図５に示すように、サンプリングノズル２０の内側と外側の洗浄が行われる。洗浄が終了したら、制御・演算部５０は、第１電磁弁７１及び第２電磁弁７２を閉じる（Ｓ１４）。
　なお、最初に第１電磁弁７１を開いて、次に第２電磁弁７２を開く代わりに、第１電磁弁７１と第２電磁弁７２を同時に開いてもよい。この場合には、サンプリングノズルの内側と外側の洗浄が同時に行われることになる。また、洗浄の順序を、最初にノズルの外側とし、次にノズルの内側としてもよい。
　いずれの場合でも、サンプリングノズル内側の洗浄が終了し、第１電磁弁７１を閉じた時点で、洗浄液循環流路６６に接続されている第１流路６２から、マイクロシリンジ６０、及びサンプリングノズル２０の先端までが、洗浄液で満たされた状態になる。
　本実施例の洗浄方法は、短時間に多量の洗浄液をサンプリングノズルの内側や外側、あるいは内側と外側の両方に供給することができ、洗浄時間を短縮して分析のスループットを向上することができる。
　（２）フローセル洗浄
　次に、フローセル３０の内部を洗浄する。このときの制御・演算部５０による制御の手順を図１６のフローチャートに示す。
　制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御して、サンプリングノズル２０をフローセル３０の注入ポート３２の上方位置に移動させる（Ｓ２１）。次に、サンプリングノズルを下降させ、ノズル先端を注入ポートに挿入させる（Ｓ２２）。次に、制御・演算部は、第１電磁弁７１を開く（Ｓ２３）。このとき、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は固定しておいてもよいし、動かしてもよい。すると、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第１電磁弁７１、第１流路６２を通ってマイクロシリンジ６０に入り、更にサンプリングノズル２０の先端から注入ポート３２を通ってフローセル３０の流路３４に流れ込み、フローセルの洗浄が行われる。フローセルの流路を洗浄した洗浄液は、廃液タンク６９に溜められる。予め設定された時間の間、第１電磁弁７１を開いてフローセルの洗浄が終了したら、制御・演算部５０は、第１電磁弁７１を閉じる（Ｓ２４）。その後、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を上昇させ、注入ポート３２から離す（Ｓ２５）。このとき、制御・演算部５０は、第１電磁弁７１を閉じて直ちにノズル駆動機構にサンプリングノズルの上昇を指令するのではなく、フローセル内における洗浄液の圧力が安定するまでの時間として予め定められた時間だけ待ってからサンプリングノズルの上昇を指令する。これについては、フローセルへの試薬注入の個所で更に詳述する。
　（３）試薬容器からの試薬吸引
　図１７のフローチャートを参照して、試薬ラック１２中の所定位置の試薬容器１１からサンプリングノズル２０によって試薬を吸引する手順について説明する。ここで試薬は、細菌を含む溶液として説明する。
　制御・演算部５０は、予めプログラムされている手順に従って、吸引すべき試薬の種類及び吸引量を決定し、次に、メモリに格納されている試薬容器の位置と試薬の種類との対応関係の情報を参照してサンプリングノズルの移動位置を決定する。次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御して、サンプリングノズル２０を目的の試薬が入っている試薬容器の上方位置に移動させる（Ｓ３１）。続いて、サンプリングノズルを下降させてノズル先端を試薬容器内に挿入していく（Ｓ３２）。このとき、液面検知部５３による液面検知機能を利用して試薬容器内の試薬液面を検知する。試薬液面を検知したら、そこから更に一定距離だけサンプリングノズルを下降させ、ノズル先端が所定深さだけ試薬溶液内に挿入した状態で、サンプリングノズルを停止させる（Ｓ３３）。次に、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に所定量だけ駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に、決められた量の試薬を吸引して保持する（Ｓ３４）。
　次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズルを上方に駆動してノズル先端を試薬容器から出し、更にサンプリングノズルを洗浄槽６８に移動させる（Ｓ３５）。その後、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を開く。すると、洗浄槽６８の内壁面から洗浄液が噴出し、サンプリングノズル２０の外側に付着した試薬を洗い流す（Ｓ３６）。サンプリングノズルに吸引した試薬は、洗浄されずにそのままノズル内に保持される。サンプリングノズル外側の洗浄が終わると、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を閉じ、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を上方に移動させる。
　液面検知機能を利用してサンプリングノズル２０の先端は試薬中に必要最小限の深さだけ挿入されているため、サンプリングノズル２０の外側に付着し、洗浄槽６８で洗い流される試薬の量を常に最小限度に抑制することができる。また、試薬の液面検知を行うことの別の利点として、試薬容器の形状と液面高さの情報から試薬残量を知ることができる。これにより解析できる残り塩基数を計算したり、ユーザーに試薬交換の時期を知らせたりすることが可能になる。
　（４）フローセルへの試薬注入
　図１８のフローチャートを参照して、サンプリングノズル２０の先端に吸引・保持している試薬をフローセル３０に注入する手順について説明する。
　最初に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０をフローセル３０の注入ポート３２の上方位置に移動させる。次に、サンプリングノズル２０を下降させ、ノズル先端を注入ポート３２に挿入させる（Ｓ４１）。続いて、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吐出方向に駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に吸引した試薬を、注入ポート３２を通してフローセル３０に注入する（Ｓ４２）。フローセル３０には図１に示す捕捉構造体１が多数並べられており、試薬に含まれる細菌は送液されることにより、捕捉構造体で捕捉される。制御・演算部５０は、プランジャ６１の駆動が完了した後、フローセル３０内の圧力が安定するまで待って（Ｓ４３）、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズルを上方に引き上げる（Ｓ４４）。
　図１９は、注入ポートへのサンプリングノズルの挿入・離脱、及びマイクロシリンジのプランジャの駆動のタイミングと、フローセル内の圧力変化の関係を示す模式図である。横軸は時間である。図１９は、サンプリングノズル２０が時刻ｔ０にフローセルの注入ポート３２に挿入され、時刻ｔ４に注入ポート３２から上方に引き上げられることを示している。また、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は時刻ｔ１～ｔ２に亘って、試薬吐出のために駆動されている。
　試薬は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を駆動してコンダクタンスの小さなフローセルの流路に加圧注入されている。そのため、プランジャ６１の駆動停止直後（時刻ｔ２）にはフローセル３０内の圧力が高く、サンプリングノズル２０をすぐに注入ポート３２から引き離すと、試薬が逆流して注入ポート３２からあふれ出すことがある。本実施例では、試薬注入動作終了時刻ｔ２から、フローセル３０内の圧力が安定するまでの時間待った後、サンプリングノズル２０を注入ポート３２から離して上方に引き上げる。すなわち、サンプリングノズル２０を注入ポート３２から引き上げる時刻ｔ４を、ｔ４＞ｔ３に設定する。フローセル内の圧力が安定するまでの待ち時間（ｔ３－ｔ２）は、注入する試薬の粘性、注入速度、フローセルの流路抵抗などに依存して決まるが、典型的には０.５秒から１秒程度待てばよい。
　フローセルへの試薬注入後、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動する。そして、「（１）サンプリングノズル洗浄」に示した手順にてサンプリングノズルの内側及び外側を洗浄し、次の動作に備える。
　なお、本実施例に示した試薬吸引及び試薬注入の手順に従うと、サンプリングプローブからフローセルに注入すべき試薬の量は、フローセルの容積に、フローセルの注入ポート３２の個所で生じるデッドスペース分の容積を余分に付加した量で十分である。デッドスペースの容積は、５μＬ以下と見積もられる。従って、フローセル３０に注入すべき試薬の量、すなわち試薬容器１１からサンプリングノズル２０に吸引すべき試薬の量は、少なくともフローセルの容積分が必要ではあるが、フローセルの容積分にせいぜい５μＬから１０μＬ程度を付加した量で十分である。従って、本実施例によると、フローセルに注入するために試薬容器から吸引する試薬量が少なく、サンプリングノズル２０の外側に付着して洗い流される試薬量が少ない。つまり、使用試薬の量が少なく、試薬の無駄も少ない。こうして、本実施例によると、高価な試薬を有効に活用することが可能になる。
　更に、本実施例ではサンプリングノズルで試薬吸引とフローセルへの送液を実現しており、チューブと切り替えバルブを用いた方式に比べて送液時間を短縮することが可能である。また試薬キャリーオーバが非常に少なく、より純粋な試薬をフローセルに供給できる。
　（５）検出
　次に、検出の手順について、図２０のフローチャートを参照して説明する。
　フローセル内に試薬を注入して細菌を捕捉した後、フローセル３０の温度を最適温度に制御する（Ｓ５１）。必要に応じて、制御・演算部５０は、上記「（２）フローセル洗浄」に説明した処理、又は試薬ラック１２に置かれた洗浄液（試薬）に対して「（３）試薬容器からの試薬吸引と（４）フローセルへの試薬注入」に説明した処理を実行し、セル内を洗浄することができる（Ｓ５２）。次に、制御・演算部５０は、フローセルステージ３１を駆動制御し、フローセル３０を検出ユニット４０の下方位置に移動させる（Ｓ５３）。
　細胞や細菌などの透明な生体関連物質を確認する場合、一般的に位相差顕微鏡が用いられる。位相差顕微鏡で細菌を観察した場合、細菌の周りにハローと呼ばれる比較的強い光が発生する。細菌の大きさは数ミクロンと小さいが、ハローの大きさは顕微鏡の焦点から外れているほど大きく、数十ミクロンある場合もある。従って細菌の捕捉されている捕捉構造体を見つけるために、ハローを見つけることで、ハロー中心に細菌が存在し、更にハローの大きさで顕微鏡の焦点からのずれがわかるため、それを補正できる。次に、制御・演算部５０は、検出ユニット４０から光照射し、フローセル３０内の細菌から発せられるラマン光を検出する（Ｓ５４）。ラマン光を分析することにより、原子・分子の振動や回転運動に関する知見を得ることができるため、細菌種のグラム判定、菌種同定、菌株判定に応用できる。また一例として、グラム判定試薬や薬剤感受性試験用の試薬を、フローセル中に捕捉された細菌へ送液することで、細菌のグラム判定や薬剤感受性判定が可能である。
　（６）回収
　次に、分析した細菌の回収手順について、図２１のフローチャートを参照して説明する。
　細菌の回収は、フローセル内での（５）の検出が終了した段階で実行する。制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を反応が終了したフローセル３０の注入ポート３２に挿入する（Ｓ９１）。次に、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に駆動し、フローセル３０内の細菌を吸引する（Ｓ９２）。またはフローセルの排出側に図示しないポンプを用いて、サンプリングノズル２０の方向へ送液しながら、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を同じ送液スピードで吸引してもよい。次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を試薬ラック１２に用意されている回収試薬用の容器に移動させ（Ｓ９３）、その容器内に吸引した細菌を吐出して回収する（Ｓ９４）。当然ながら、回収細菌用の容器は、サンプルごとに別々に用意する。あるいは送液方向は変えずに、送液と送液停止のみを繰り返すことで、排出口から生体関連物質を回収することもできる。細菌の回収が終わったら、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動し、サンプリングノズル２０の内側及び外側の洗浄を行い、次の動作に備える。回収試薬用の容器に回収した試薬は、通常の試薬容器の試薬と同様に使用することができる。回収した細菌は、一例として、核酸を抽出してＰＣＲなどの核酸増幅法により細菌同定を行うなどの分析に利用することができる。
　上記実施例の送液システムは、ポンプ６５を備える洗浄液循環流路６６を有し、洗浄液は洗浄液循環流路６６から電磁弁７１、７２を介して第１流路６２あるいは第２流路６３に供給する構成をとったが、洗浄液循環流路は必ずしも必須ではない。
　以上、本発明を細菌分析に適用した実施例について説明した。しかし、本発明の適用は細菌分析だけに限られるものではなく、細胞または細菌などの生体関連物質を含む溶液をデバイスへ送液して、それらを単一かつ独立した位置に配置して、分析する方法一般に適用できる。生体関連物質とは、小分子、タンパク質、抗原抗体、ホルモン、細菌、細胞などの物質、またはそれらと微粒子などの人工物との結合物を指す。生体関連物質を捕捉したデバイスさえあれば、そのデバイスを手で持ち運んでラマン顕微鏡などに設置して分析できるほか、本発明で開示したような送液システムを用いて自動で解析することもできる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
　以下に様々な変形例について、その一例を説明する。まず図６と比較して、より少ない列の捕捉構造体数で同じ捕捉率を達成する方法について開示する。図６では、Trap rate (/width)が０.００１の時、９５％捕捉するには３０００列、９９％捕捉するには４７００列、９９.９％捕捉するには７０００列の捕捉構造体を送液方向（ｘ方向）に配置する必要があるとした。各列での捕捉率が等しいため、Trap rateは1-[1-{Traprate(/width)}]#Trap(x)(/Channellength)で計算している。この場合、捕捉構造体へ送液される前の細菌数である#Bacteriaが１０００個、Trap rate (/width)が０.００１とすると、１列目の捕捉構造体で捕捉される細菌数#Trapped bacteria (1st column)は１個（＝１０００×｛１－（１－０.００１）＾１｝）、２列目の捕捉構造体で捕捉される細菌数#Trapped bacteria (2nd column)は０.９９９個［＝１０００×｛１－（１－０.００１）＾２｝］、３列目の捕捉構造体で捕捉される細菌数#Trapped bacteria (3rd column)は０.９９８００１個［＝１０００×｛１－（１－０.００１）＾３｝］と減っていく。計算を続けていくと、捕捉される細菌数#Trapped bacteriaは、１００列目で０.９０５６９個、２５０列目で０.７７９個、５００列目で０.６０６９８個、１０００列目で０.３６８０６個、２０００列目で０.１３５３３５個、３０００列目で０.０４９７６２個、４０００列目で０.０１８２９７個、５０００列目で０.００６７２個、６０００列目で０.００２４７３個、７０００列目で０.０００９個と減っていく。ゆえに１０００列ごとに捕捉される細菌数は、１～１０００列で６３２個、１０００～２０００列で２３３個、２０００～３０００列で８５個、３０００～４０００列で１１個、５０００～６０００列で４個、６０００～７０００列で２個と少なくなっていく。７０００列より少ない列の捕捉構造体数で同じ捕捉率（９９.９％）を達成できれば、検出領域が狭くなるため、検出時間が短縮する。そのためには各列で同じ数の細菌を捕捉すればよく、これは各列での捕捉率を変えることによって達成される。各列で捕捉する細菌数は、図７に説明した通り、複数の細菌が同じ捕捉構造体に捕捉されない１個以下の個数であることが望ましい。従って以下各列で１個の細菌を捕捉する場合について説明する。捕捉構造体へ送液される前の細菌数である#Bacteriaが１０００個、Trap rate (/width)が０.００１とすると、１列目の捕捉構造体で捕捉される細菌数#Trapped bacteria (1st column)は１個（＝１０００×｛１－（１－０.００１）＾１｝）、２列目の捕捉構造体で捕捉される細菌数#Trapped bacteria (2nd column)は０.９９９個［＝１０００×｛１－（１－０.００１）＾２｝］と減っていく。２列目の捕捉構造体で捕捉される細菌数#Trapped bacteria (2nd column)を１列目同様に１個にするためには、２列目のTrap rate (/width)を０.００１から０.００１００１００１［＝１／（１０００－（２－１））］に上げればよい。同様に３列目は０.００１００２００４［＝１／（１０００－（３－１））］、１００列目は０.００１１０９８７８［＝１／（１０００－（１００－１））］、２５０列目は０.００１３３１５５８［＝１／（１０００－（２５０－１））］、５００列目は０.００１９９６００８［＝１／（１０００－（５００－１））］、７５０列目は０.００３８９８４０６４［＝１／（１０００－（７５０－１））］、９００列目は０.００９９００９９［＝１／（１０００－（９００－１））］、９９０列目は０.０９０９０９０［＝１／（１０００－（９９０－１））］、９９９列目は０.５［＝１／（１０００－（９９９－１））］、１０００列目は１［＝１／（１０００－（１０００－１））］とすればよい。９９.９％の捕捉率でいい場合には、１０００列目のTrap rate (/width)が１の捕捉構造体は不要となる。捕捉構造体へ送液される前の細菌数である#Bacteriaが１０００個で、各列で１個の細菌を捕捉するため、１０００列あれば全ての細菌を捕捉できる。これはTrap rate (/width)が全ての列で０.００１である場合（７０００列で９９.９％の捕捉率）と比較して、１／７の列数である。従って図７に示すChannel lengthも１／７で済むほか、検出時間も短縮できる。以上が図６と比較してより少ない列の捕捉構造体数で同じ捕捉率を達成する原理である。ここでTrap rate (/width)が変えられることは、図２～図４で説明した通りであり、前記スリットの幅、前記流路の幅、流速などのパラメータを流体シミュレーション等により調整することで達成できる。その一例を図２２に示す。図２２は、流路３の下流側になるほど捕捉構造体１を大きくすることで、捕捉構造体同志の間を抜ける液量を下げることにより、Trap rate (/width)を大きくしている。最終的にTrap rate (/width)を１にする場合、図１１に開示した構造体のように捕捉構造体同志の間を抜ける流量を０とすることも可能である。各列での捕捉構造体数を変えずに配置できるため、構造体中心の間隔を等しくできる。但しTrap rate (/width)が１の場合は、全ての細菌を捕捉できるため、この限りではない。捕捉構造体を大きくする場合、図２２は全ての捕捉構造体１の寸法を拡大しているが、捕捉構造体１の厚さなどある特定の寸法のみを変えてもよい。図２３は、流路３の下流側になるほどスリット２の幅を大きくすることで、Ｔrap rate (/width)を大きくしている。各列での捕捉構造体数を変えずに配置できるため、構造体中心の間隔と外形を等しくできる。スリット２の幅に制約はないが、１～５０μｍとすることが好ましい。最終的にTrap rate (/width)を１にしたい場合、スリット２幅を大きくするだけでは限界がある。その場合には、図１１に開示した構造体のように捕捉構造体同志の間を抜ける流量を０とする構造体と組み合わせることで実現できる。図２４は、流路３の下流側になるほど捕捉構造体１の数を増やすことで、Trap rate (/width)を大きくしている。最終的にTrap rate (/width)を１にする場合、図１１に開示した構造体のように捕捉構造体同志の間を抜ける流量を０とすることも可能である。この場合、捕捉構造体１の外形は等しくできるが、各列での捕捉構造体数と構造体中心の間隔が変わる。図２２～図２４の構成の一部を他の構成に置き換えること、またある構成に他の構成を加えること、またある構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能であることは言うまでもない。
　次に図２５は、生体関連物質４の大きさがスリット２の幅より小さいが、スリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂの２箇所の隙間より大きい場合について記載した。この条件が成立する場合、生体関連物質４はスリット２を通過できるが、スリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂの２箇所の隙間は通過できない。従って生体関連物質４は捕捉構造体１に確実に捕捉される。一旦生体関連物質４が捕捉構造体１に捕捉されると、スリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂの２箇所の隙間が部分的に塞がれるため、Trap rate (/width)は生体関連物質４を捕捉する前と比較して小さくなる。従って複数の生体関連物質４が同一の捕捉構造体１に捕捉される確率が小さくなる。ゆえに多くの捕捉構造体１で単一の生体関連物質４を捕捉できる。本方法は生体関連物質４の短軸が好ましくは５μｍ以上ある場合に有効と考えられるため、細胞一般に適用可能である。特に血球細胞と比較して変形が小さいＣＴＣ（Circulating Tumor Cell）などの血液中のがん細胞や、幹細胞（ｉＰＳ、ＥＳ細胞）などに適用することができる。更には捕捉されると捕捉率が大きく低下する。一方図１では、生体関連物質４の大きさがスリット２の幅より小さく、スリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂの２箇所の隙間より小さいため、生体関連物質４は全てではなく、ある確率で死水域５に捕捉される。
　また図２６は、死水域５の領域を広げるために、スリットを有さない構造体１ｂにくぼみを設けたものである。これによりスリットを通過した生体関連物質の捕捉率を向上できる。
　また図２７は、捕捉構造体の変形例である。図２７（ａ）は、スリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂの頂点の一部を滑らかにするために、丸みをつけたものである。丸みをつけることで、流体流れの剥離を無くするなどの効果がある。流体シミュレーションなどを活用して、流れを安定させる形状を実現できるため、図２７（ａ）のスリット部も流線形にすることも可能である。図２７（ｂ）は、スリットを有する構造体１ａが三角形の一部から構成されている捕捉構造体である。このようにスリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂの形状は、円弧、楕円弧、三角形の一部から構成することができる。また必要に応じて双曲線など他の形状を取り入れてもよい。図２７（ｃ）は、スリットを有する構造体１ａに半円形状を２つ加えた構造体とすることで生体関連物質４を回収できるようにしたものである。半円形状を加えることで、スリットを有さない構造体１ｂからスリットを有する構造体１ａの方向に送液した時に、死水域５からスリットを有する構造体１ａの方向に送液できるため、生体関連物質４を回収できる。一方半円形状が無い場合には、死水域５からスリットを有する構造体１ａの方向に送液できないため、生体関連物質４の回収は困難となる。図２７（ｄ）は、スリットを有する構造体１ａが２つのスリットを持つ場合である。この場合も死水域５に生体関連物質４を捕捉することができる。スリット２の位置はスリットを有する構造体１ａに対して線対称な位置であるが、図２７（ｅ）に示すように線対称ではない位置に配置することもできる。これはスリットを有する構造体１ａとスリットを有さない構造体１ｂの２箇所の隙間の流量が異なる場合などに有効である。
１　補足構造体
１ａ　スリットを有する構造体
１ａL　スリットを有する構造体の左側
１ａR　スリットを有する構造体の右側
１ｂ　スリットを有さない構造体
２、２ａ、２ｂ　スリット
３、３４　流路
４　生体関連物質
５　死水域
１１　試薬容器
１２　試薬ラック
１３　試薬ラック台
１４　予混合容器
２０　サンプリングノズル
２１　ガイドレール
２２　直線移動ユニット
２３　回転軸
２４　アーム
３０　フローセル
３１　フローセルステージ
３２　注入ポート
３３　排出ポート
３６　上部基板
３７　下部基板
３８　スペーサ
４０　検出ユニット
４１　光源
４２　撮像装置
５０　制御・演算部
５１　入力部
５２　表示部
５３　液面検知部
６０　マイクロシリンジ
６１　プランジャ
６２　第１流路
６３　第２流路
６４　洗浄液タンク
６５　ポンプ
６６　洗浄液循環流路
６７　流量調節絞り
６８　洗浄槽
６９　廃液タンク
７１　第１電磁弁
７２　第２電磁弁

Claims (18)

  1. 　流路と、前記流路に接続された注入口及び排出口とを有する、生体関連物質の分析に用いるフローセルであって、
    　前記流路内には、前記生体関連物質を捕捉する捕捉構造体が設けられ、前記捕捉構造体は死水域を形成する構造であり、前記死水域に前記生体関連物質を捕捉することを特徴とするフローセル。
  2. 　請求項１において、
    　前記捕捉構造体は、前記生体関連物質を通すスリットを有するスリット部材と、該スリット部材の下流側に該スリット部材に対向して設けられ、前記生体関連物質を収容する収容部材とを備えていることを特徴とするフローセル。
  3. 　請求項２において、
    　前記収容部材は、Ｕ字型の湾曲形状を有することを特徴とする、フローセル。
  4. 　請求項３において、
    　前記収容部材は、前記スリットに対向する位置に窪みを有することを特徴とする、フローセル。
  5. 　請求項１において、
    　前記捕捉構造体は、液が流れる方向及びその方向に直行する方向に行列状に並んでおり、
    　捕捉構造体は、行方向に等間隔に並んでおり、
    　偶数行目に配置された隣接する捕捉構造体の略中間に、奇数行目の捕捉構造体が配置されていることを特徴とする、フローセル。
  6. 　請求項１において、
    　前記捕捉構造体の高さは、前記流路の高さと同じであることを特徴とする、フローセル。
  7. 　請求項１において、
    　前記捕捉構造体は、一対の平行な曲線波形の構造体であり、この曲線波形は、周期性を持っており、かつ、各周期の波形は対称であり、
    　一対の構造体の一方は、上端にスリットを有しており、他方は、下端にスリットを有しており、それぞれのスリットは所定の間隔で設けられていることを特徴とする、フローセル。
  8. 　請求項２において、
    　前記捕捉構造体の捕捉率は下流側に近づくにつれて高くなることを特徴とする、フローセル。
  9. 　請求項８において、
    　前記捕捉構造体の大きさは、下流側に近づくにつれて大きくなることを特徴とする、フローセル。
  10. 　請求項８において、
    　前記スリット部材のスリットの間隔は、下流側に近づくにつれて大きくなることを特徴とする、フローセル。
  11. 　請求項８において、
    　前記捕捉構造体の行方向の数は、下流側に近づくにつれて多くなることを特徴とする、フローセル。
  12. 　流路と、前記流路に接続された注入口及び排出口とを有する、フローセルを用いて生体関連物質の分析を行う分析方法であって、
    　前記流路内に設けられた、前記生体関連物質を捕捉する捕捉構造体によって死水域を形成し、前記死水域に前記生体関連物質を捕捉する工程を有することを特徴とする分析方法。
  13. 　請求項１２において、
    　前記生体関連物質が細菌、細胞、またはそれらの少なくともいずれか一方と微粒子との結合体のいずれかであることを特徴とする、分析方法。
  14. 　請求項１２において、
    　前記捕捉構造体は、前記生体関連物質を通すスリットを有するスリット部材と、該スリット部材の下流側に該スリット部材に対向して設けられ、前記生体関連物質を収容する収容部材とを備えており、
    　前記生体関連物質に対して、前記スリットの間隔が大きく、かつ、前記スリット部材と前記収容部材との隙間の間隔よりも大きいことを特徴とする、分析方法。
  15. 　請求項１２において、
    　捕捉した生体関連物質を検出する工程を有することを特徴とする、分析方法。
  16. 　請求項１５において、
    　前記検出する工程では、ラマン、明視野、暗視野、位相差、微分干渉、蛍光、発光、電子顕微鏡のいずれかを用いることを特徴とする、分析方法。
  17. 　請求項１５において、
    　前記検出する工程後に、送液速度、または送液速度と送液方向を変化させて生体関連物質を回収する工程を有することを特徴とする、分析方法。
  18. 　流路及び前記流路に接続された注入口及び排出口を有するフローセルと、
    　前記注入口からサンプルを注入する注入機構と、
    　前記フローセル内に捕捉された生体関連物質を検出する検出機構と、を備えた生体関連物質の分析に用いる分析装置であって、
    　前記流路内には、前記生体関連物質を捕捉する捕捉構造体が設けられ、前記捕捉構造体は死水域を形成する構造であり、前記死水域に前記生体関連物質を捕捉することを特徴とする、分析装置。
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