WO2014199889A1 - マイクロ流体デバイス及び誘電泳動装置 - Google Patents

マイクロ流体デバイス及び誘電泳動装置 Download PDF

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WO2014199889A1
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microfluidic device
insulating sheet
flow path
transparent film
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麻子 阪下
鉄矢 中山
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Nissha Printing Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a microfluidic device and a dielectrophoresis apparatus using the microfluidic device.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-26791 discloses a width and height of 200 ⁇ m and a length on a glass substrate having a thickness of 1 mm. A microfluidic device with a 50 mm microchannel is described.
  • Patent Document 2 in order to enable mass production of such lab-on-a-chip, a single resin film is punched to form a slit, and this slit is formed.
  • a method of manufacturing a microfluidic device in which a portion is sandwiched between two other resin films.
  • Patent Document 2 a lab formed in a roll shape by winding a sandwich-structured resin film having a plurality of slits as well as forming a lab-on-a-chip with a sandwich structure of three resin films. Techniques for obtaining on-a-chip are shown.
  • the conventional microfluidic devices described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are generally two substrates 101 and 102 like the microfluidic device 100 shown in FIG. A microchannel 103 formed by facing them, electrodes 104 and 105 for dielectrophoresis formed in the microchannel 103, and a liquid inlet formed by opening one substrate 102 106, a liquid outlet 107, and a side wall forming member 108.
  • each of a large number of slits is configured as described above. Separation of different kinds of particles 120 existing in the fluid performed using the microfluidic device 100 is realized by trapping the particles 120 having a specific dielectric constant band between the electrodes 104 and 105.
  • FIG. 18B shows an enlarged partial area AA of the microfluidic device 100 in which such stagnation occurs.
  • the flow rate of the fluid 121 becomes slow in the stagnation region 110, so that the fluid stagnates and the particles 120 The pool can be made. If such particles can accumulate, the separation accuracy of the particles decreases. Further, when the number of trapped particles increases, the particles 120 newly flowing from behind collide with the trapped particles 120, and what is to be trapped is unintentionally pushed out and is separated (fractionation accuracy). May be reduced.
  • An object of the present invention is to provide a microfluidic device and a dielectrophoresis apparatus suitable for accurately separating a large amount of particles.
  • a microfluidic device includes an insulating sheet wound around a central axis and having a spiral shape in a cross section perpendicular to the central axis, a predetermined circumference of the insulating sheet, and A gap is provided between an insulating sheet disposed between the outer circumference and a predetermined circumference, and at least a part of the shape in a cross section perpendicular to the central axis is spiral and along the central axis And an electrode for forming an electric field which is formed on the insulating sheet and causes dielectrophoresis in the fluid flowing through the flow path.
  • the occupation ratio of the spiral channel in the cross section of the wound insulating sheet is increased, and it is difficult to collect particles, and it is easy to separate a large amount of particles with high accuracy. Become.
  • the microfluidic device has an inner wall along the outermost periphery of the insulating sheet, and further includes a hollow cylindrical case for flowing fluid through a spiral flow path from one opening to the other opening. May be.
  • a hollow cylindrical case for flowing fluid through a spiral flow path from one opening to the other opening. May be.
  • the microfluidic device may further include a funnel that is attached to the other opening of the case and collects the fluid that has passed through the flow path.
  • a funnel that is attached to the other opening of the case and collects the fluid that has passed through the flow path.
  • the electrode may include a voltage application electrode formed on the surface of the insulating sheet and a ground electrode formed in a rectangular shape on the back surface of the insulating sheet. In this case, it becomes easy to arrange the ground electrode at an appropriate position in the wound insulating sheet.
  • the voltage application electrode may be a comb electrode having a plurality of comb teeth.
  • the comb-shaped electrode is set in a range in which the extending direction of the plurality of comb teeth is inclined with respect to the direction orthogonal to the direction in which the flow path extends and the angle formed by the orthogonal direction is up to 45 degrees. It may be. In this case, even if there are already trapped particles between the comb electrodes, it will be easier for the particles that flow later to avoid the trapped particles and improve the accuracy when separating a large number of particles To do.
  • the microfluidic device may further include a rod-shaped conductor shaft that is disposed on the innermost periphery of the insulating sheet along the central axis and is electrically connected to the ground electrode.
  • the grounding electrode wound around the insulating sheet is easily grounded by the conductor shaft.
  • the flow path may be formed in a region where the gap interval is constant except for the region where the gap interval between the beginning and end of winding of the insulating sheet changes.
  • the height of the flow path can be made constant, the difference in flow velocity due to the height of the spiral flow path can be reduced, and high particle separation accuracy can be easily obtained.
  • a dielectrophoresis device includes the above-described microfluidic device, a liquid feeding device for flowing a fluid to the microfluidic device, and a power supply unit for supplying power to the electrode. It is.
  • a large amount of particles can be accurately separated in a microfluidic device.
  • the same effect can be obtained in a dielectrophoresis apparatus including such a microfluidic device.
  • the conceptual diagram which shows the outline
  • inspection part of FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a microfluidic device according to a first embodiment.
  • (b) The expanded sectional view of AC part of FIG. The typical sectional view of the transparent film for explaining the trap of particles.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a configuration of a dielectrophoresis device according to the first exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the detection function of the dielectrophoresis device of the first embodiment.
  • the dielectrophoresis apparatus 1 shown in FIG. 1 has a function of separating particles of the same kind by utilizing the difference in behavior of different particles in a fluid when an AC electric field is applied.
  • the dielectrophoresis apparatus 1 includes a microfluidic device 10, a liquid feed pump 20, a sample recovery unit 30, a power supply unit 40, a detection unit 50, and a control device 60.
  • a fluid flows from the liquid feed pump 20 through the microfluidic device 10 to the sample collection unit 30, and for this reason, the liquid feed pump 20, the microfluidic device 10, and the sample collection unit 30 include a liquid supply tube.
  • the liquid feed pump 20 includes, for example, a syringe (not shown) filled with fluid. The syringe contains different kinds of particles to be separated together with the fluid.
  • the liquid feed pump 20 can also be configured so that The sample collection unit 30 includes a first sample collection unit 31, a second sample collection unit 32, and a switching valve 33.
  • the fluid flowing from the microfluidic device 10 is recovered by the first sample recovery unit 31 or the second sample recovery unit 32 according to the connection of the switching valve 33.
  • the case where the fluid is recovered by the two first sample recovery units 31 and the second sample recovery unit 32 is shown, but there may be three or more sample recovery units.
  • the power supply unit 40 includes a high frequency power supply 41 having a function of changing the frequency of the generated high frequency voltage and a ground terminal 42. Both the high frequency power supply 41 and the ground terminal 42 are connected to the electrodes of the microfluidic device 10. The connection between the power supply unit 40 and the microfluidic device 10 will be described in detail later.
  • the detection unit 50 includes a detection device 51 and a detection probe 52. The type of detection device 51 and detection probe 52 to be used is appropriately selected according to the detection method and the like.
  • FIG. 2 shows the configuration of the detection unit 50 in the case where particles flowing through the microfluidic device 10 are detected by optical detection. The detection unit 50 in FIG. 2 will be described later.
  • the liquid feed pump 20, the sample collection unit 30, the power supply unit 40, and the detection unit 50 are controlled by the control device 60.
  • the switching valve 33 is switched at an appropriate timing while automatically performing liquid feeding and detection, and desired particles are respectively collected in the first sample collecting unit 31 and the second sample collecting unit 32. Can do.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining an example of the configuration of the detection unit.
  • a cross section of the microfluidic device 10 is shown.
  • the microfluidic device 10 is fixed to a transparent holder 53, and is configured so that light is transmitted therethrough.
  • the detection probe 52 includes an optical fiber 52a and a light source 52b in order to perform optical inspection.
  • the light source 52b includes, for example, an LED (light emitting diode) that emits light to be applied to the optical fiber 52a. Light incident from the light source 52b is guided to the microfluidic device 10 through the optical fiber 52a, passes through the microfluidic device 10, and returns to the optical fiber 52a again.
  • the light that has passed through the microfluidic device 10 enters the detection device 51 from the optical fiber 52a.
  • the detection device 51 includes, for example, a spectroscope 51a, a fitting processing device 51b, and a monitor output device 51c.
  • the light incident on the detection device 51 is split using, for example, a CCD (charge coupled device) of the spectroscope 51a.
  • the fitting processing device 51b receives spectroscopic data from the spectroscope 51a.
  • the monitor output device 51c receives the result of the fitting process from the fitting process device 51b and displays the detection result.
  • the fitting processing device 51b identifies whether or not particles are trapped between the electrodes of the microfluidic device 10 based on a difference in peak shift of reflected light with respect to irradiation light obtained by, for example, spectral fitting processing. For example, by observing the wavelength change of the interference spectrum in the fitting processing device 51b, it is possible to detect a specific type of particles contained in the fluid.
  • a CCD camera can be used as the detection probe 52, and a display device that enlarges and displays an image captured by the CCD camera can be used as the detection device 51.
  • FIG. 3 shows a state in which the microfluidic device 10 is viewed obliquely from above.
  • the members constituting the microfluidic device 10 shown in FIG. 3 contain a cylindrical rod-shaped conductor shaft 11, an insulating transparent film 12 wound around the conductor shaft 11, and the transparent film 12.
  • the case 13 is made of a heat-shrinkable material.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the first electrode 15 and the second electrode 16 are formed on the surface side of the transparent film 12, and both the first electrode 15 and the second electrode 16 are made of a transparent conductive material. ing. As shown in FIGS. 4 and 5, the microfluidic device 10 further includes a ground electrode 17 and a spacer 18 formed on the back side of the transparent film 12. Similarly to the first electrode 15 and the second electrode 16, the ground electrode 17 is also formed of a conductive material having optical transparency and flexibility.
  • the transparent film 12 is made of a transparent resin such as PET, polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), and polyurethane. These resins have high insulating properties.
  • the thickness of the transparent film 12 is preferably about 50 ⁇ m to 500 ⁇ m in consideration of winding to form a flow path.
  • the transparent film 12 is used for optical detection by the detection unit 50. However, when performing detection by a method that does not use light, or when the detection unit 50 is not provided, dielectrophoresis is performed. In the case of an apparatus, an opaque insulating sheet can also be used.
  • the transparent film 12 is provided with electrode extraction portions 12a and 12b for connecting the first electrode 15 and the second electrode 16 to external wirings, respectively.
  • Electrode extraction portions 12a and 12b are formed in the electrode lead portions 12a and 12b, respectively.
  • the direction of arrow AW1 in FIG. 4 is the direction in which the fluid flows, that is, the direction of the flow path. Since the electrode extraction portions 12a and 12b extend long in the direction in which the fluid flows, the electrode extraction portions 12a and 12b can be configured to protrude outward from the upper end portion of the cylinder when the transparent film 12 is wound around the cylinder.
  • the first electrode 15, the second electrode 16, and the ground electrode 17 are carbon nanotubes (CNT) having light transmittance and flexibility in the first embodiment for the same reason as the transparent film 12. It is formed of poly 3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT), metal nanofiber, metal mesh, thin film plating, and the like. Examples of the metal herein include copper (Cu), silver (Ag), aluminum (Al), and gold (Au).
  • the first electrode 15 and the second electrode 16 are a pair of comb-shaped electrodes in which comb teeth 15 a and 16 a are arranged alternately.
  • the comb teeth 15a and 16a of the first electrode 15 and the second electrode 16 shown in FIG. 4 extend in a direction orthogonal to the flow path.
  • the comb teeth 15a and 16a are arranged so as to be orthogonal to the arrow AW1 that is the direction in which the fluid flows.
  • the back side of the transparent film 12 on which the ground electrode 17 is formed is wound inside when the transparent film 12 is wound. That is, the surface side on which the pair of first electrode 15 and second electrode 16 is formed appears outside the cylinder.
  • the spacer 18 is an insulator.
  • the spacer 18 is designed in the shape of, for example, a cylinder, a sphere, a dome, or a quadrangular column.
  • the height of the spacer 18 is preferably set to 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, for example.
  • the arrangement of the spacers 18 can be, for example, a staggered arrangement as shown in FIG.
  • the horizontal pitch Pc and the vertical pitch Pl in the staggered arrangement are preferably set within a range of 0.5 mm to 3 mm, for example.
  • the spacer 18 As the material of the spacer 18, PET, PMMA, PC, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polydimethylsiloxane (PDMS), polyimide (PI), polyether ether ketone (PEEK), resist, and the like are used.
  • the spacer 18 may be transparent or opaque.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an outline of the manufacturing process of the microfluidic device 10.
  • an electrode patterning step S1 in which the first electrode 15, the second electrode 16, and the ground electrode 17 shown in FIGS. 4 and 5 are formed is performed.
  • the patterning of the electrodes is continuously performed using a long transparent film 80 (see FIG. 8A), which is a material of the transparent film 12, on which metal foil is formed on both sides.
  • the metal foil is etched to pattern the metal foil into a shape as shown in FIGS.
  • the spacers 18 shown in FIGS. 5 and 6 are formed using a method using a spacer film, a method for patterning a photoresist, a method for arranging dot spacers, and the like. A method using a spacer film among these will be described later. These methods can also be performed continuously on the long transparent film 80.
  • the outer shape of the long transparent film 80 on which the first electrode 15, the second electrode 16, the ground electrode 17, and the spacer 18 are formed is cut (film outer shape cutting step S3). By this cutting, the transparent film 12 having a rectangular planar shape is formed.
  • the conductor shaft 11 is bonded along one side of the transparent film 12 (axis / film bonding step S4). After the adhesion between the conductor shaft 11 and the transparent film 12 is completed, for example, after the adhesive is dried, the transparent film 12 is wound around the conductor shaft 11 in a scroll shape (film winding step S5). Finally, the transparent film 12 wound around the conductor shaft 11 is incorporated into the cylindrical case 13 (case incorporation step S6).
  • the assembly of the microfluidic device including the film winding step S5 and the case incorporation step S6 will be described later.
  • FIG. 8A shows a long spacer film on a long transparent film 80 on which the first electrode 15, the second electrode 16 and the ground electrode 17 are formed.
  • 81 is bonded.
  • the spacer film 81 is half-cut so that the portion that becomes the spacer 18 and the other portion can be separated by the die-cut roll 82.
  • the unnecessary portion 81a of the long spacer film 81 is removed, and the spacer 18 remains on the long transparent film 80 (see FIG. 8C).
  • the long transparent film 80 from which the unnecessary portion 81a has been removed is wound into a roll and stored. Then, when the microfluidic device 10 is manufactured, a necessary number of transparent films 12 are cut out from the long transparent film 80.
  • FIGS. 9A to 9E show an assembly process of the microfluidic device 10.
  • the cylindrical transparent film 12 wound around the conductor shaft 11 is first fitted into the funnel 14 at its lower end as shown in FIG.
  • the cylindrical guide 85 shown in FIG. 9B is fitted into the upper end of the conductor shaft 11.
  • the outer diameter of the cylindrical guide 85 is set to be the same as the outer diameter of the cylindrical transparent film 12 or slightly larger than the outer diameter of the transparent film 12.
  • the outer diameter of the guide 85 is set to be equal to or smaller than the outer diameter of the funnel 14.
  • the hollow cylindrical case 13 is fitted to the outer periphery of the funnel 14 through the outside of the guide 85 (see FIG. 9C).
  • the inner diameter of the case 13 is set larger than the outer diameter of the funnel 14 so that the case 13 fits into the funnel 14. Since the case 13 is formed of a material that contracts by heat, the case 13 contracts by heating the whole in the state of FIG. 9C, and the state shown in FIG. 9D is obtained. . In order to stop the heating so as to be in the state of FIG. 9D, for example, the timing of stopping the heating is taken on the basis of the case where the outer diameter of the case 13 coincides with the outer diameter of the guide 85. When the heating is stopped and the contraction of the case 13 stops, the guide 85 is removed from the conductor shaft 11 to complete the assembly of the microfluidic device 10 (see FIG. 9E).
  • the case 13 is thermally shrunk so that the inner wall of the case 13 is in close contact with the outermost periphery of the transparent film 12, and the inner wall of the case 13 is fixed on the outer periphery of the funnel 14. Is supported and the funnel 14 and the transparent film 12 are fixed.
  • the conductor shaft 11 is placed on the ground electrode 17 coated with, for example, a conductive adhesive.
  • the conductor shaft 11 is wound around the ground electrode 17 only once in the direction of the arrow AW2. Therefore, the adhesive region Ar ⁇ b> 1 on the axial center side of the transparent film 12 has the same length as the outer periphery of the conductor shaft 11.
  • the spacer 18 is not disposed in the bonding region Ar ⁇ b> 1 in order to make electrical connection between the conductor shaft 11 and the ground electrode 17.
  • the transparent film 12 when the transparent film 12 is wound around the conductor shaft 11, a gap having a constant interval is formed between an arbitrary circumference and an outer circumference by the spacer 18 except for the winding start and the winding end.
  • This gap becomes the flow path 2.
  • the flow path 2 extends toward the central axis direction in which the conductor shaft 11 extends.
  • the transparent film 12 With this flow path 2, the transparent film 12 becomes spiral in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the conductor shaft 11 (cross section perpendicular to the central axis) (see FIG. 12). That is, the flow path 2 also has a spiral cross-sectional shape.
  • 12 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. Referring to FIGS.
  • transparent spacers 19a and 19b having a wedge-shaped cross section are inserted at the start and end of winding.
  • the transparent film 12 is wound around the conductor shaft 11
  • the wedge-shaped spacers 19a and 19b are wound together.
  • the fluid flows through the flow path region Ar2 in FIG.
  • the fact that such a spacer 19a, 19b prevents fluid from flowing where the gap between the winding start and winding ends is not constant means that the height of the flow path is constant.
  • uniform particle separation can be performed by dielectrophoresis, which improves the accuracy of particle analysis and particle fractionation.
  • dielectrophoresis there is dielectrophoresis in which, for example, a suspension in which several types of particles are mixed is separated using a difference in dielectric constant of the particles.
  • FIG. 13A is an enlarged cross-sectional view schematically showing a partial area AB of the microfluidic device 10 shown in FIG. 12, and FIG. 13B shows another area AC of the microfluidic device 10. It is an expanded sectional view showing typically.
  • the high frequency power supply 41 of the power supply unit 40 has one power supply terminal 41a connected to the lead-out part 15b and the other power supply terminal 41b connected to the lead-out part 16b.
  • the conductor shaft 11 is connected to the ground terminal 42 of the power supply unit 40.
  • one of the two different types of particles 3a and 3b becomes the first particle 3a. It is trapped between the first electrode 15 and the second electrode 16, and the other particle 3b flows through the flow path 2 without being trapped.
  • the curve drawn between the first electrode 15 and the second electrode 16 represents an electric field
  • the arrow AW3 represents the direction in which the fluid flows.
  • the microfluidic device and the dielectrophoresis apparatus according to the second embodiment of the present invention are the same as the microfluidic device 10 and the dielectrophoresis apparatus 1 of the first embodiment except for the form of electrodes.
  • the microfluidic device 10 of the first embodiment has two comb-shaped electrodes of the first electrode 15 and the second electrode, whereas the microfluidic device of the second embodiment has only one comb-shaped electrode. Not different. Therefore, in the following, the transparent film and electrodes of the microfluidic device of the second embodiment will be described, and description of other configurations will be omitted.
  • FIG. 15A schematically shows the transparent film and electrode of the second embodiment.
  • the configuration of the microfluidic device 10A other than the transparent film 12A and the comb-shaped electrode 15A is the same as that of the microfluidic device 10, and is not shown in FIG.
  • the transparent film 12A is formed of the same material as the transparent film 12 of the first embodiment and has the same thickness.
  • an opaque insulating sheet Can be used as in the first embodiment, in the second embodiment as well, in the case where detection is performed by a method that does not use light in the detection unit 50 or in the case of a dielectrophoresis apparatus that does not include the detection unit 50.
  • One electrode extraction part 12Aa is provided in the transparent film 12A.
  • the comb electrode 15A is connected to one power supply terminal 41a of the high frequency power supply 41 of the power supply section 40A shown in FIG. 15B, and the ground electrode 17A is connected to the other power supply terminal 41b of the high frequency power supply 41. Connected.
  • the other power supply terminal 41 b is connected to the ground terminal 42.
  • Such a dielectrophoresis apparatus 1A of the second embodiment can be configured in the same manner as the dielectrophoresis apparatus 1 of the first embodiment except for the configuration of the power supply unit 40A.
  • FIG. 15B the configuration of the dielectrophoresis apparatus 1A other than the power supply unit 40A, the conductor shaft 11, the transparent film 12A, and the comb-shaped electrode 15A is the same as that of the dielectrophoresis apparatus 1, and is not shown.
  • FIG. 16 shows a state where different kinds of particles are separated inside the microfluidic device 10A.
  • the arrow AW4 is the direction in which the fluid flows.
  • a high-frequency electric field is generated between the comb electrode 15A and the ground electrode 17A. In the high frequency electric field shown in FIG. 16, the particles 3c are trapped and the particles 3d pass through the flow path 2A. When the frequency of the high-frequency electric field changes, the trap of the particles 3c can be released.
  • the transparent films 12 and 12A are wound around the central axis, and the shape in a cross section perpendicular to the central axis is spiral as shown in FIG. It is. Further, as shown in FIG. 12 and the like, for example, the transparent film disposed between the predetermined circumference r1 of the transparent films 12 and 12A and the outer circumference r2 and located on the predetermined circumference r1 and the outer circumference r2. A spacer 18 is arranged between the two and a gap is provided.
  • This gap is the flow path 2, 2 ⁇ / b> A, and the flow path 2, 2 ⁇ / b> A has a spiral shape in a cross section perpendicular to the conductor shaft 11, that is, a cross section perpendicular to the central axis, and extends along the central axis. .
  • Almost all of the inner circumference of the cross section of the case 13 of the cylindrical microfluidic devices 10 and 10A except for the thin transparent films 12 and 12A and the area occupied by the conductor shaft are the spiral flow paths 2 and 2A. Since the occupation ratio of the spiral channel in the cross section of the films 12 and 12A is increased, it becomes easy to separate a large amount of particles with high accuracy.
  • the electrodes of the microfluidic devices 10 and 10A include a first electrode 15 and a second electrode 16 formed on the surface of the transparent films 12 and 12A, a comb-shaped electrode 15A (an example of a voltage application electrode), and the transparent films 12 and 12A.
  • a ground electrode 17 which is formed in a rectangular shape on the back surface. In this case, in the transparent films 12 and 12A wound in a scroll shape, the electric fields of the first electrode 15 and the second electrode 16 of the adjacent flow paths 2 and 2A as shown in FIG.
  • the ground electrode 17 can be shielded by the ground electrode 17, and the ground electrode 17 can be easily disposed at an appropriate position.
  • the pair of first electrodes 15B (examples of comb-shaped electrodes) and second electrodes 16B (examples of comb-shaped electrodes) are arranged such that the extending directions of the comb teeth 15Ba and 16Ba are alternately arranged.
  • the angle between the direction perpendicular to the direction in which the flow path extends (the direction of the arrow AW5) and the direction orthogonal to the direction that is orthogonal is set in a range of up to 45 degrees (the direction of the arrow AW6).
  • the direction in which the comb teeth 15a and 16a extend will be described in more detail.
  • the direction of arrow AW7 in FIG. 17 is the direction orthogonal to the direction in which the flow path extends (direction of arrow AW5).
  • the direction inclined by ⁇ degrees from the direction of the arrow AW7 is the direction of the arrow AW8.
  • the inclination angle ⁇ is preferably 45 degrees or less. That is, since the angle between the direction of the arrow AW6 and the direction orthogonal to the direction is 45 degrees, the direction with the arrow AW8 is preferable with the direction of the arrow AW6 as the boundary, and the direction with the arrow AW9 is not preferable. . Also in the case of the comb-shaped electrode 15A shown in FIG. 15, the extending direction of the comb teeth 15Aa may be inclined similarly to the comb teeth 15Ba and 16Ba.
  • the conductor shaft 11 of the microfluidic devices 10 and 10A is disposed on the innermost circumference of the transparent films 12 and 12A along the central axis, and is electrically connected to the ground electrodes 17 and 17A. Therefore, if the conductor shaft 11 is connected to the ground terminal 42 of the power supply unit 40, the ground electrodes 17 and 17A can be grounded, and the ground electrodes 17 and 17A wound around the insulating transparent films 12 and 12A can be easily grounded.
  • the dielectrophoresis apparatus 1, 1 ⁇ / b> A includes the above-described microfluidic devices 10, 10 ⁇ / b> A, and a liquid feed pump 20 (an example of a liquid feed apparatus) for flowing a fluid to the microfluidic devices 10, 10 ⁇ / b> A, and power to the electrodes Since the power supply unit 40 is supplied to the dielectrophoresis apparatuses 1 and 1A, a large amount of particles can be accurately separated.
  • the hollow cylindrical case 13 has an inner wall 13a along the outermost periphery of the transparent films 12 and 12A.
  • the case 13 is configured such that a fluid flows through the flow paths 2 and 2A from one opening 13b of the case 13 toward the other opening 13c.
  • the fluid can be guided to the flow paths 2 and 2A, so that a large amount of fluid can be easily passed through the microfluidic devices 10 and 10A. Separation of a large amount of particles becomes easy.
  • the flow paths 2 and 2A are configured so that the fluid does not flow to the winding start and winding end portions by the wedge-shaped spacers 19a and 19b. That is, the gap interval is formed in a constant region except for the region where the gap interval between the winding start and the winding end of the transparent films 12 and 12A changes. In this case, since the heights of the flow paths 2 and 2A can be made uniform, the difference in flow velocity due to the height of the spiral flow paths 2 and 2A can be reduced, and high particle separation accuracy can be easily obtained. .
  • the flow path 2 demonstrated the case where it was the shape connected in the spiral shape in the cross section perpendicular
  • the fluid flow in the direction along the spiral may be limited by, for example, a rib extending along the central axis, and the fluid flow along the central axis direction may be adjusted.
  • the flow path 2 is comprised using the surface side and back surface side of one transparent film 12 and 12A.
  • one transparent film 12 and 12A it is preferable to use a single transparent film 12, 12A because less material is required.
  • two insulating sheets may be separately arranged on the front surface side and the back surface side, respectively, and they may be wound in a scroll shape to form a spiral cross-sectional flow path.
  • the insulation sheet is not limited to a single sheet.
  • the transparent wedge-shaped spacers 19a and 19b are inserted at the start and end of winding of the transparent films 12 and 12A.
  • the spacers 19a and 19b are inserted.
  • the configuration in which the fluid does not flow in the region is not limited to this.
  • a wall that shields this portion may be provided, and the region where the gap between the winding start and the winding end changes may be a hollow space separated from the flow path 2.
  • the wall for forming the hollow space is transparent, detection light can be transmitted.
  • the case 13 is cylindrical and the outermost periphery of the transparent films 12 and 12A is cylindrical.
  • the inner wall 13a of the case 13 and the transparent films 12 and 12A The outermost cross-sectional shape is not limited to a circle. For example, it may be a square or a polygon other than a square.
  • the dielectrophoresis apparatuses 1 and 1A including the detection unit 50 have been described.
  • the dielectrophoresis apparatus according to the present invention may be simply used as a fractionation apparatus without providing the detection unit. it can.
  • the first embodiment and the second embodiment of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. In particular, a plurality of embodiments and modifications described in this specification can be arbitrarily combined as necessary.

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Abstract

【課題】大量の粒子を精度よく分離するのに適したマイクロ流体デバイス及び誘電泳動装置を提供する。 【解決手段】マイクロ流体デバイス１０は、絶縁性の透明フィルム１２とスペーサ１８と第１電極、第２電極及び接地電極を備えている。透明フィルム１２は、導体軸１１、つまり中心軸の周りに巻回され、中心軸に垂直な断面における形状が渦巻状である。スペーサ１８によって、透明フィルム１２の所定の周とその外側の周との間に配置されて所定の周と外側の周にある透明フィルム１２の間に隙間が設けられる。スペーサ１８による隙間で、中心軸に垂直な断面における形状が渦巻状であって中心軸に沿って延びる流路２が形成される。第１電極、第２電極及び接地電極は透明フィルム１２上に形成されており、これら電極に高周波電圧が印加されることによって流路２を流れる流体内で誘電泳動が生じる。

Description

マイクロ流体デバイス及び誘電泳動装置
　本発明は、マイクロ流体デバイス及びマイクロ流体デバイスを使用する誘電泳動装置に関する。
　近年、経済性や環境保護の観点から、ガラスなどの小さな基板に微細な溝や空洞を形成し、化学反応、細胞培養、分離検出等のプロセスに用いる粒子などの量をできるだけ減らすことが試みられている。このようなプロセスに用いられるマイクロ流体デバイスとして、例えば、特許文献１（特開２００６－２６７９１号公報）には、厚さ１ｍｍのガラス基板の上に、幅及び高さが各２００μｍ、長さが５０ｍｍの微細流路を持つマイクロ流体デバイスが記載されている。
　また、特許文献２には、このようなラボオンアチップ（Lab-on-a-chip）の大量生産を可能にするため、１枚の樹脂フィルムを打ち抜いてスリットを形成し、このスリットが形成されている部分を他の２枚の樹脂フィルムで挟むマイクロ流体デバイスの製造方法が開示されている。この特許文献２には、単に３枚の樹脂フィルムのサンドイッチ構造でラボオンアチップを形成するだけでなく、複数のスリットを有するサンドイッチ構造の樹脂フィルムを巻き取ることにより、ロール状に形成されたラボオンアチップを得る技術が示されている。
特開２００６－２６７９１号公報 特開２００４－２４３１９３号公報
　ところで、特許文献１や特許文献２に記載されている従来のマイクロ流体デバイスは、一般的に、図１８（ａ）に示されているマイクロ流体デバイス１００のように、２枚の基板１０１，１０２と、それらを対向させて形成された微細流路１０３と、微細流路１０３に形成されている誘電泳動用の電極１０４，１０５と、一方の基板１０２を開口させて形成されている液流入口１０６及び液流出口１０７と側壁形成部材１０８とを備えている。特許文献２のロール状に形成されたラボオンアチップも多数のスリットの各々は、前述のような構成になっている。
　このようなマイクロ流体デバイス１００を使って行われる、流体内に存在する異種の粒子１２０の分離は、特定の誘電率帯の粒子１２０を電極１０４，１０５間に引き付けるなどしてトラップすることで実現される。電極１０４，１０５間が粒子で埋め尽くされる（飽和する）と、それ以上粒子１２０をトラップできず、粒子の分離が行われなくなる。そこで、分離能力を向上させるには電極面積を拡大させるのが有効であることが分かる。しかし、そのためには微細流路１０３を大きくせざるを得ず、従来のマイクロ流体デバイス１００の構造は、大量の粒子を処理するということには不向きである。
　また、微細流路１０３に高低差があると、そこに流体のよどみが発生し、粒子１２０が滞留、粒子の回収率が低下してしまう。例えば、図１８（ｂ）には、このようなよどみが発生するマイクロ流体デバイス１００の一部領域ＡＡが拡大されて示されている。誘電泳動の対象となっている粒子１２０が矢印１２２の方向に流れている流体１２１によって移動している状態において、よどみ領域１１０では、流体１２１の流速が遅くなるため、流体がよどんで粒子１２０の溜りができてしまう。このような粒子の溜りができると、粒子の分離精度が低下する。
　さらに、トラップする粒子数が多くなると、トラップされている粒子１２０に後方から新たに流れてくる粒子１２０が衝突し、トラップされるべきものが意図せずに押し出されて分離精度（分留精度）が低下してしまう可能性がある。
　本発明の課題は、大量の粒子を精度よく分離するのに適したマイクロ流体デバイス及び誘電泳動装置を提供することにある。
　以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
　本発明の一見地に係るマイクロ流体デバイスは、中心軸の周りに巻回され、中心軸に垂直な断面における形状の少なくとも一部が渦巻状である絶縁シートと、絶縁シートの所定の周とその外側の周との間に配置されて所定の周と外側の周にある絶縁シートの間に隙間を設け、中心軸に垂直な断面における形状の少なくとも一部が渦巻状であって中心軸に沿って延びる流路を形成するスペーサと、絶縁シート上に形成され、流路を流れる流体内で誘電泳動を生じさせる電界を形成するための電極と、を備えるものである。
　このように構成されたマイクロ流体デバイスでは、巻かれた絶縁シートの断面に占める渦巻状の流路の占有割合が大きくなるとともに粒子の溜りなどができ難くなり、大量の粒子を精度よく分離し易くなる。
　マイクロ流体デバイスは、絶縁シートの最外周に沿う内壁を有し、一方の開口部から他方の開口部に向けて渦巻状の流路を通して流体を流すための中空筒状のケースをさらに備えて構成されてもよい。
　このように構成されたマイクロ流体デバイスでは、一方の開口部から他方の開口部に向けてケース内に流体を流すことによって、流路に流体を導けるので大量の流体をマイクロ流体デバイスに通しやすくなり、大量の粒子の分離が容易になる。
　マイクロ流体デバイスは、ケースの他方の開口部に取り付けられ、流路を通過した流体を回収するための漏斗をさらに備えてもよい。
　このように構成されたマイクロ流体デバイスでは、流路を通過した流体の回収が漏斗によって容易になる。
　電極は、絶縁シートの表面に形成されている電圧印加電極と、絶縁シートの裏面に矩形状に形成されている接地電極とを含むものであってもよい。
　この場合、巻回された絶縁シートにおいて、適切な位置に接地電極を配置し易くなる。
　電圧印加電極は、複数の櫛歯を有する櫛型電極であってもよい。この場合、粒子をトラップする箇所を増やすことができ、大量の粒子を分離し易くなる。
　櫛型電極は、複数の前記櫛歯の延びる方向が、流路の延びる方向に対して直交する向きよりも傾斜した向きであって直交する向きとのなす角が４５度までの範囲で設定されていてもよい。この場合、櫛型電極の間に既にトラップされている粒子があっても、後から流れてくる粒子がトラップされている粒子を避けて通りやすくなり、大量の粒子を分離するときの精度が向上する。
　マイクロ流体デバイスは、中心軸に沿って絶縁シートの最内周に配置され、接地電極に電気的に接続されている棒状の導体軸をさらに備えるものであってもよい。
　このように構成されたマイクロ流体デバイスでは、導体軸によって、絶縁シートに巻き込まれる接地電極の接地が容易になる。
　流路は、絶縁シートの巻き始めと巻き終わりの隙間の間隔が変化する領域を除いた隙間の間隔が一定の領域に形成されているものであってもよい。
　この場合、流路の高さを一定に揃えることができるので、渦巻状の流路の高さに起因する流速の差を小さくでき、高い粒子の分離精度を得やすくなる。
　本発明の一見地に係る誘電泳動装置は、上述のマイクロ流体デバイスと、マイクロ流体デバイスに対して流体を流すための送液装置と、電極に電力を供給するための電源部と、を備えるものである。
　本発明によれば、マイクロ流体デバイスにおいて、大量の粒子を精度よく分離することができる。また、このようなマイクロ流体デバイスを備える誘電泳動装置においても同様の効果を奏する。
第１実施形態に係る誘電泳動装置の構成の概要を示す概念図。 図１の検査部を説明するための概念図。 第１実施形態に係るマイクロ流体デバイスの外観を示す斜視図。 第１電極と第２電極が形成されている表面側の透明フィルムの平面図。 接地電極が形成されている裏面側の透明フィルムの平面図。 スペーサの配置を説明するための拡大平面図。 マイクロ流体デバイスの製造方法の一例を説明するためのフローチャート。 （ａ）スペーサフィルムの貼られた長尺の透明フィルムの模式的な断面図、（ｂ）ダイカットロールによるスペーサフィルムのカットを示す模式的な断面図、（ｃ）スペーサフィルムからのスペーサの分離を示す模式的な断面図。 （ａ）透明フィルムを漏斗に嵌め込む工程を示す模式図、（ｂ）導体軸にガイドを取り付ける工程を示す模式図、（ｃ）ケースを被せる工程を示す模式図、（ｄ）ケースを収縮させる工程を示す模式図、（ｅ）ガイドを除去する工程を説明するための模式図。 巻き始めの透明フィルムの構造を説明するための模式的な断面図。 渦巻状に巻かれた透明フィルムの構造を説明するための模式的な断面図。 マイクロ流体デバイスの中心軸に沿う方向の断面図。 （ａ）図１２のＡＢ部の拡大断面図、（ｂ）図１２のＡＣ部の拡大断面図。 粒子のトラップを説明するための透明フィルムの模式的な断面図。 （ａ）第２実施形態のマイクロ流体デバイスの透明フィルムの平面図、（ｂ）第２実施形態の誘電泳動装置の一部の構成を示す概念図。 第２実施形態における粒子のトラップを説明するための透明フィルムの模式的な断面図。 （ａ）変形例における透明フィルムの電極の平面形状を説明するための拡大平面図、（ｂ）図１７（ａ）の透明フィルムをスクロール状に巻いた状態を示す斜視図。 （ａ）従来のマイクロ流体デバイスの構成を説明するための模式的な断面図、（ｂ）従来のマイクロ流体デバイスにおけるよどみを説明するための模式的な断面図。
　＜第１実施形態＞
（１）誘電泳動装置の構成の概要
　図１及び図２を用いて、マイクロ流体デバイスを使用する誘電泳動装置の構成の概要について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る誘電泳動装置の構成の概念図である。図２は、第１実施形態の誘電泳動装置の検出機能を説明するための概念図である。図１に示されている誘電泳動装置１は、交流電界を掛けたときの異種粒子の流体中の挙動の差異を利用して、同種の粒子ごとに分離する機能を有している。そのために、誘電泳動装置１は、マイクロ流体デバイス１０と、送液ポンプ２０と、サンプル回収部３０と、電源部４０と、検出部５０と、制御デバイス６０とを備えている。このような誘電泳動装置１は、送液ポンプ２０からマイクロ流体デバイス１０を通ってサンプル回収部３０に流体が流れ、そのために送液ポンプ２０とマイクロ流体デバイス１０とサンプル回収部３０が送液チューブ（図示せず）で接続されている。
　送液ポンプ２０は、例えば、流体が充填されているシリンジ（図示せず）を含んでいる。シリンジには、流体と一緒に、分離対象の異種の粒子が入っている。そして、このシリンジによって流体に一定の圧力が加えられ、流体がマイクロ流体デバイス１０からサンプル回収部３０の各部において一定の流速で流れる。また、シリンジには粒子が入っているので、粒子が、流体の流れに乗ってマイクロ流体デバイス１０を通ってサンプル回収部３０に運ばれる。ここでは、送液ポンプ２０のシリンジが流体供給機能と粒子供給機能の２つの機能を兼用する場合について説明したが、これらの機能を異なる機器に分担して流体と粒子を別の機器からそれぞれ供給させるように送液ポンプ２０を構成することもできる。
　サンプル回収部３０は、第１サンプル回収部３１と第２サンプル回収部３２と切換バルブ３３とを有している。マイクロ流体デバイス１０から流れてくる流体は、切換バルブ３３の接続に応じて、第１サンプル回収部３１又は第２サンプル回収部３２に回収される。ここでは、流体を２つの第１サンプル回収部３１と第２サンプル回収部３２で回収する場合について示しているが、サンプル回収部は３つ以上あってもよい。
　電源部４０は、発生する高周波電圧の周波数を変更する機能を有する高周波電源４１と接地端子４２とを有する。これら高周波電源４１も接地端子４２もマイクロ流体デバイス１０の電極に接続される。この電源部４０とマイクロ流体デバイス１０との接続については後ほど詳しく説明する。
　検出部５０は、検出デバイス５１と検出プローブ５２とを有する。これら検出デバイス５１と検出プローブ５２にどのような種類のものを用いるかは、検出方法などに応じて適宜選択される。図２には、光学的な検出によってマイクロ流体デバイス１０を流れる粒子の検出を行う場合の検出部５０の構成が示されているが、図２の検出部５０についての説明は後ほど行う。
　上述の送液ポンプ２０とサンプル回収部３０と電源部４０と検出部５０は、制御デバイス６０によって制御される。それにより、例えば、自動的に、送液を行って検出を行いながら適切なタイミングで切換バルブ３３を切り換え、第１サンプル回収部３１と第２サンプル回収部３２にそれぞれ所望の粒子を回収することができる。
（２）検出部の概観
　図２は、検出部の構成の一例を説明するための概念図である。この図２には、マイクロ流体デバイス１０の断面が示されている。マイクロ流体デバイス１０は、透明のホルダー５３に固定されており、その中を光が透過するように構成されている。
　図２に示されている検出部５０は、光学検査を行うために、検出プローブ５２が光ファイバ５２ａと光源５２ｂで構成されている。光源５２ｂは、光ファイバ５２ａに与える光を発する例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を有している。光源５２ｂから入射した光は、光ファイバ５２ａを通してマイクロ流体デバイス１０に導かれ、マイクロ流体デバイス１０の中を通過して再び光ファイバ５２ａに戻る。マイクロ流体デバイス１０の中を通過した光は、光ファイバ５２ａから検出デバイス５１に入射する。
　検出デバイス５１は、例えば分光器５１ａとフィッティング処理デバイス５１ｂとモニタ出力デバイス５１ｃとで構成される。検出デバイス５１に入射した光は、例えば分光器５１ａのＣＣＤ（電荷結合素子）を使って分光される。フィッティング処理デバイス５１ｂは、分光器５１ａから分光に関するデータを受信する。モニタ出力デバイス５１ｃは、フィッティング処理デバイス５１ｂからフィッティング処理の結果を受信して検出結果を表示する。フィッティング処理デバイス５１ｂは、例えば分光フィッティング処理により得られる照射光に対する反射光のピークシフトの違いから、マイクロ流体デバイス１０の電極間に粒子がトラップされているか否かを識別する。例えば、フィッティング処理デバイス５１ｂにおいて干渉スペクトルの波長変化を観測することで、流体中に含まれている特定種類の粒子を検出することができる。
　また、検出部５０の他の例としては、検出プローブ５２にＣＣＤカメラを用い、検出デバイス５１としてＣＣＤカメラが捕らえた映像を拡大して表示する表示装置を用いることができる。このような構成を用いれば、例えばマイクロ流体デバイス１０に捕集された細胞の様子を高倍率のＣＣＤカメラを使って観察することができる。
（３）マイクロ流体デバイスの構造
　図３には、マイクロ流体デバイス１０を斜め上から見た状態が示されている。図３に表れているマイクロ流体デバイス１０を構成している部材は、円柱棒状の導体軸１１と、導体軸１１の周りに巻回されている絶縁性の透明フィルム１２と、透明フィルム１２を収納している中空円筒状の透明のケース１３と、透明フィルム１２の下部に取り付けられている剛性の高い樹脂製の漏斗１４と、透明フィルム１２に形成されている第１電極１５及び第２電極１６の一部である。後述するように、ケース１３は熱収縮する材料で構成されており、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のシュリンクフィルムを用いることができる。
　図４に示されているように、第１電極１５及び第２電極１６は、透明フィルム１２の表面側に形成されており、第１電極１５も第２電極１６も透明の導電材料で構成されている。マイクロ流体デバイス１０は、図４及び図５に示されているように、透明フィルム１２の裏面側に形成されている接地電極１７及びスペーサ１８をさらに備えている。接地電極１７も、第１電極１５や第２電極１６と同様に、光透過性と屈曲性を有する導電材料で形成されている。
　（３－１）透明フィルム
　透明フィルム１２は、ＰＥＴ、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）及びポリウレタンなどの透明な樹脂からなる。これらの樹脂は、高い絶縁性を有している。透明フィルム１２の厚みは、巻回して流路を形成することを考慮すると、５０μｍ～５００μｍ程度が好ましい。なお、第１実施形態においては、検出部５０で光学的な検出を行うため透明フィルム１２が使用されるが、光を用いない方法で検出を行う場合や検出部５０を設けないような誘電泳動装置の場合には不透明な絶縁シートを用いることもできる。
　透明フィルム１２には、第１電極１５と第２電極１６をそれぞれ外部の配線に接続するための電極取り出し部１２ａ，１２ｂが設けられている。この電極取り出し部１２ａ，１２ｂにそれぞれ形成されている引き出し部１５ｂ，１６ｂが形成されている。図４の矢印ＡＷ１の方向が流体の流れる方向、つまり流路の向きである。この電極取り出し部１２ａ，１２ｂは、流体が流れる方向に長く延びているので、透明フィルム１２を円筒に巻いたときに円筒の上端部よりも外に突出すように構成できる。
　（３－２）電極
　第１電極１５、第２電極１６及び接地電極１７は、透明フィルム１２と同様の理由から第１実施形態においては、光透過性と屈曲性を有するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ポリ３，４－エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、金属ナノファイバ、金属メッシュ及び薄膜めっきなどで形成されている。ここでいう金属とは、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）及び金（Ａｕ）などである。
　第１電極１５と第２電極１６は、図４に示されているように、櫛歯１５ａ，１６ａが交互に並ぶように配置されている一対の櫛型電極である。図４に示されている第１電極１５と第２電極１６の櫛歯１５ａ，１６ａは、流路に対して直交する向きに延びている。つまり、流体の流れる方向である矢印ＡＷ１に対して櫛歯１５ａ，１６ａが直交するように配置されている。
　接地電極１７の形成されている透明フィルム１２の裏面側が、透明フィルム１２を巻回しするときに内側に巻き込まれる。つまり、一対の第１電極１５と第２電極１６の形成されている表面側が円筒の外側に表れる。
　（３－３）スペーサ
　スペーサ１８は、絶縁体である。スペーサ１８は、例えば円柱、球、ドーム、四角柱などの形状に設計される。スペーサ１８の高さは、例えば１００μｍ～５００μｍに設定されるのが好ましい。このスペーサ１８の配置は、例えば、図６に示されているような千鳥配置にすることができる。千鳥配置にするときの横方向のピッチＰｃと縦方向のピッチＰｌは、例えば０．５ｍｍ～３ｍｍの範囲内で設定されるのが好ましい。スペーサ１８の材料には、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ＰＣ、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）及びレジストなどが用いられる。スペーサ１８は、透明であってもよく、不透明であってもよい。
（４）マイクロ流体デバイスの製造方法
　（４－１）製造工程の概要
　マイクロ流体デバイスの製造方法について、図７乃至図１１を用いて説明する。図７は、マイクロ流体デバイス１０の製造工程の概要を示すフローチャートである。マイクロ流体デバイス１０の製造においては、まず、図４及び図５に示されている第１電極１５、第２電極１６及び接地電極１７が形成される電極パターニング工程Ｓ１が実施される。電極のパターニングは、両面に金属箔が形成されている、透明フィルム１２の材料である長尺の透明フィルム８０（図８（ａ）参照）を用いて連続的に行われる。例えばスクリーン印刷などによってマスキングした後に、金属箔がエッチングされることによって、図４及び図５に示されているような形状に金属箔がパターニングされて、第１電極１５、第２電極１６及び接地電極１７が形成される。
　次に、スペーサ配置工程Ｓ２が実施される。図５及び図６に示されているスペーサ１８は、スペーサフィルムを用いる方法、フォトレジストをパターニングする方法及びドットスペーサを配置する方法などを用いて形成される。これらのうちのスペーサフィルムを用いる方法について後述する。これらの方法も長尺の透明フィルム８０に対して連続して行うことができる。
　次に、第１電極１５、第２電極１６及び接地電極１７並びにスペーサ１８が形成された長尺の透明フィルム８０の外形がカットされる（フィルム外形カット工程Ｓ３）。このカットによって、平面形状が長方形をした透明フィルム１２が形成される。そして、透明フィルム１２の一辺に沿って導体軸１１が接着される（軸・フィルム接着工程Ｓ４）。導体軸１１と透明フィルム１２の接着が完了した後、例えば接着剤が乾燥した後に、透明フィルム１２が導体軸１１の周りにスクロール状に巻き付けられる（フィルム巻き付け工程Ｓ５）。最後に、導体軸１１に巻き付けられた透明フィルム１２が円筒状のケース１３に組み込まれる（ケース組込み工程Ｓ６）。これらフィルム巻き付け工程Ｓ５とケース組込み工程Ｓ６を含むマイクロ流体デバイスの組み立てについては後ほど説明する。
　（４－２）スペーサの形成
　図８（ａ）に示されているのは、第１電極１５、第２電極１６及び接地電極１７の形成された長尺の透明フィルム８０に長尺のスペーサフィルム８１が貼合された状態である。次に、図８（ｂ）に示されているように、ダイカットロール８２によってスペーサ１８になる部分とそれ以外の部分を分離できるようにスペーサフィルム８１がハーフカットされる。長尺のスペーサフィルム８１の不要な部分８１ａが除去されて、スペーサ１８が長尺の透明フィルム８０に残る（図８（ｃ）参照）。このように不要な部分８１ａが除去された長尺の透明フィルム８０はロール状に巻き取られて保管される。そして、マイクロ流体デバイス１０の製造時に、必要な枚数の透明フィルム１２が長尺の透明フィルム８０から切り出される。
　（４－３）マイクロ流体デバイスの組み立て
　図９（ａ）乃至図９（ｅ）には、マイクロ流体デバイス１０の組立工程が示されている。導体軸１１に巻き付けられた円筒状の透明フィルム１２は、まず、図９（ａ）に示されているように、その下方の端部が漏斗１４に嵌め込まれる。次に、図９（ｂ）に示されている円筒状のガイド８５が導体軸１１の上方の端部に嵌め込まれる。この円筒状のガイド８５の外径は、円筒状の透明フィルム１２の外径と同じか、又は透明フィルム１２の外径よりも少し大きく設定されている。ただし、ガイド８５の外径は、漏斗１４の外径と同じか、又は漏斗１４の外径よりも小さく設定されている。このガイド８５の外側を通って中空円筒状のケース１３が漏斗１４の外周に嵌め込まれる（図９（ｃ）参照）。このようにケース１３が漏斗１４に嵌るように、ケース１３の内径は、漏斗１４の外径よりも大きく設定されている。ケース１３が熱で収縮する材料で形成されていることから、図９（ｃ）の状態で全体を加熱することによりケース１３が収縮して、図９（ｄ）に示されている状態になる。図９（ｄ）の状態になるように加熱を停止させるため、例えばケース１３の外径がガイド８５の外径に一致したところを基準として加熱停止のタイミングがはかられる。加熱が停止されてケース１３の収縮が止まったら、ガイド８５が導体軸１１から外されてマイクロ流体デバイス１０の組み立てが完了する（図９（ｅ）参照）。ケース１３が熱収縮してケース１３の内壁が透明フィルム１２の最外周に密着し、かつケース１３の内壁が漏斗１４の外周で固定されることにより、円筒状に巻かれた透明フィルム１２の外側が支持されて漏斗１４と透明フィルム１２は固定される。
　（４－４）透明フィルム１２の巻き始めと巻き終わり
　まず、巻き始め（軸心側）の透明フィルム１２の構造について説明する。図１０において、導体軸１１は例えば導電性接着剤が塗られた接地電極１７の上に置かれる。そして、導体軸１１は、矢印ＡＷ２の方向に一周だけ接地電極１７に巻き付けられる。従って、透明フィルム１２の軸心側の接着領域Ａｒ１は、導体軸１１の外周と同じ長さを有している。図１０からも分かるように、この接着領域Ａｒ１には、導体軸１１と接地電極１７との電気的な接続を行わせるため、スペーサ１８は配置されていない。
　ところで、透明フィルム１２を導体軸１１の周りに巻き付けると、巻き始めと巻き終わりを除き、スペーサ１８によって任意の周とその外側の周との間に、一定の間隔の隙間が形成される。そして、この隙間が流路２になる。流路２は、導体軸１１が延びる中心軸方向に向かって延びている。この流路２によって、導体軸１１の長手方向に対して垂直な断面（中心軸に対して垂直な断面）において透明フィルム１２が渦巻状になる（図１２参照）。つまり、流路２も渦巻状の断面形状を持つことになる。
　図１２は、図１１のＩ－Ｉ線に沿って切断した断面図である。図１１と図１２を参照すると、巻き始めと巻き終わりに断面形状が楔形をした透明のスペーサ１９ａ，１９ｂが挿入されているのが分かる。例えば、導体軸１１の周りに透明フィルム１２が巻き付けられるときに、これら楔形のスペーサ１９ａ，１９ｂを一緒に巻き込む。それにより、図１２の流路領域Ａｒ２に流体が流れる。このようなスペーサ１９ａ，１９ｂによって巻き始めと巻き終わりの隙間の間隔が一定でないところに流体が流れなくなるということは、言い換えると、流路の高さが一定になるということである。流路の高さが一定になると、誘電泳動によって均一な粒子の分離が行えるので、粒子の分析や粒子の分留の精度が向上する。このような誘電泳動としては、例えば数種類の粒子が混在している懸濁液の中から粒子の誘電率の違いを利用して分離する誘電泳動がある。
　また、巻き始めと巻き終わりには、図４に示されている電極取り出し分１２ａ，１２ｂが配置される。図１３（ａ）は、図１２に示されているマイクロ流体デバイス１０の一部領域ＡＢを模式的に示す拡大断面図であり、図１３（ｂ）はマイクロ流体デバイス１０の他の領域ＡＣを模式的に示す拡大断面図である。電源部４０の高周波電源４１は、一方の電源端子４１ａが引き出し部１５ｂに接続され、他方の電源端子４１ｂが引き出し部１６ｂに接続される。また、導体軸１１には電源部４０の接地端子４２が接続される。
　高周波電源４１から第１電極１５と第２電極１６との間に高周波電圧を印加すると、図１４に示されているように、異なる２種類の粒子３ａ，３ｂのうち、一方の粒子３ａが第１電極１５と第２電極１６との間にトラップされ、他方の粒子３ｂがトラップされずに流路２を流れる。なお、図１４において、第１電極１５と第２電極１６との間に描かれている曲線は電界を表しており、矢印ＡＷ３が流体の流れる向きを表している。この状態で光ファイバ５２ａ（図２参照）から光が照射されると、トラップされている粒子３ａの特性に応じた周波数の光の吸収や反射などが生じる。従って、図２に示されている検出デバイス５１を使って、光ファイバ５２ａで受光した光を分光器５１ａで分光してフィッティング処理デバイス５１ｂで処理することで、モニタ出力デバイス５１ｃに粒子３ａのトラップに関する表示を行うことができる。
　＜第２実施形態＞
　本発明の第２実施形態に係るマイクロ流体デバイス及び誘電泳動装置は、電極の形態を除いては第１実施形態のマイクロ流体デバイス１０及び誘電泳動装置１と同じである。第１実施形態のマイクロ流体デバイス１０が第１電極１５と第２電極の２つの櫛型電極を有しているのに対し、第２実施形態のマイクロ流体デバイスは一つの櫛型電極しか有していない点が異なっている。そのため、以下においては、第２実施形態のマイクロ流体デバイスの透明フィルムと電極について説明し、他の構成については説明を省略する。
（５）透明フィルムと電極
　図１５（ａ）には、第２実施形態の透明フィルムと電極が模式的に示されている。なお、透明フィルム１２Ａと櫛型電極１５Ａ以外のマイクロ流体デバイス１０Ａの構成は、マイクロ流体デバイス１０と同様であるので、図１５（ａ）では図示省略されている。透明フィルム１２Ａは、第１実施形態の透明フィルム１２と同じ材質で形成され、厚みも同じに構成される。なお、第１実施形態と同様に第２実施形態においても、検出部５０で光を用いない方法で検出を行う場合や検出部５０を設けないような誘電泳動装置の場合には不透明な絶縁シートを用いることができる。
　透明フィルム１２Ａには、一つの電極取り出し部１２Ａａが設けられている。これは、一つの櫛型電極１５Ａのみが透明フィルム１２Ａの表面側に形成されているためである。透明フィルム１２Ａの裏面側には、接地電極１７Ａが形成されている。この透明フィルム１２Ａは第１実施形態の透明フィルム１２と同様にスクロール状に巻回される（図１５（ｂ）参照）。そして、櫛型電極１５Ａは、図１５（ｂ）に示されている電源部４０Ａの高周波電源４１の一方の電源端子４１ａに接続され、接地電極１７Ａは、高周波電源４１の他方の電源端子４１ｂに接続される。ここでは、他方の電源端子４１ｂが接地端子４２に接続されている。このような第２実施形態の誘電泳動装置１Ａは、この電源部４０Ａの構成を除いて第１実施形態の誘電泳動装置１と同様に構成できる。そのため、図１５（ｂ）では、電源部４０Ａと導体軸１１と透明フィルム１２Ａと櫛型電極１５Ａ以外の誘電泳動装置１Ａの構成は、誘電泳動装置１と同様であるので、図示省略されている。
　図１６には、マイクロ流体デバイス１０Ａの内部で異種の粒子が分離されている状態が示されている。図１６において、矢印ＡＷ４が流体の流れる方向である。高周波電界は、櫛型電極１５Ａと接地電極１７Ａとの間で生じている。図１６に示されている高周波電界では、粒子３ｃがトラップされ、粒子３ｄが流路２Ａを通過している。この高周波電界の周波数が変化すると、粒子３ｃのトラップを解除することができる。
（６）特徴
　（６－１）
　以上説明したように、透明フィルム１２，１２Ａ（絶縁シートの例）は、中心軸の周りに巻回され、図１１などに示されているように、中心軸に垂直な断面における形状が渦巻状である。また、図１２などに示されているように、例えば透明フィルム１２，１２Ａの所定の周ｒ１とその外側の周ｒ２との間に配置されて所定の周ｒ１と外側の周ｒ２にある透明フィルム１２の間にスペーサ１８が配置され、隙間が設けられている。この隙間が流路２，２Ａであって、流路２，２Ａは、導体軸１１に垂直な断面、つまり中心軸に垂直な断面における形状が渦巻状であって中心軸に沿って延びている。円筒状のマイクロ流体デバイス１０，１０Ａのケース１３の断面内周のうち薄い透明フィルム１２，１２Ａと導体軸が占める面積以外のほぼ全てが渦巻状の流路２，２Ａであり、巻かれた透明フィルム１２，１２Ａの断面に占める渦巻状の流路の占有割合が大きくなるので、大量の粒子を精度よく分離し易くなる。
　マイクロ流体デバイス１０，１０Ａの電極には、透明フィルム１２，１２Ａの表面に形成されている第１電極１５及び第２電極１６や櫛型電極１５Ａ（電圧印加電極の例）並びに透明フィルム１２，１２Ａの裏面に矩形状に形成されている接地電極１７がある。この場合、スクロール状に巻回された透明フィルム１２，１２Ａにおいて、図１４や図１６などに示されているように、隣接する流路２，２Ａの第１電極１５及び第２電極１６の電界を接地電極１７でシールドできるなど、適切な位置に接地電極１７を配置し易くなる。
　上述の説明では、第１電極１５及び第２電極１６や櫛型電極１５Ａが流体の流れる方向に対して直交する向きに櫛歯１５ａ，１６ａが延びる場合について説明した。しかし、図１７のマイクロ流体デバイス１０Ｂにおいて、一対の第１電極１５Ｂ（櫛型電極の例）及び第２電極１６Ｂ（櫛型電極の例）は、交互に並ぶ櫛歯１５Ｂａ，１６Ｂａの延びる方向が、流路の延びる方向（矢印ＡＷ５の方向）に対して直交する向きよりも傾斜した向きであって直交する方向とのなす角が４５度（矢印ＡＷ６の方向）までの範囲で設定されている。この場合、第１電極１５Ｂと第２電極１６Ｂの櫛歯１５Ｂａ，１６Ｂａの間に既にトラップされている粒子３ｅがあっても、後から流れてくる粒子３ｆがトラップされている粒子３ｅを避けて通りやすくなり、大量の粒子を分離するときの精度が向上する。
　櫛歯１５ａ，１６ａが延びる方向についてもう少し詳しく説明する。まず、図１７の矢印ＡＷ７の方向が流路の延びる方向（矢印ＡＷ５の方向）に対して直交する向きである。この矢印ＡＷ７の向きよりもθ度だけ傾斜した向きが矢印ＡＷ８の方向である。
　なお、この矢印ＡＷ７の方向とのなす角θが４５度よりも大きいと（例えば矢印ＡＷ９の向きに櫛歯１５ａ，１６ａが延びると）、トラップすべき粒子３ｅが流体の流れによって流されやすくなるので、傾斜する角度θは４５度以下が好ましい。つまり、矢印ＡＷ６の方向が直交する向きとのなす角が４５度の方向であるから、矢印ＡＷ６の方向を境界として矢印ＡＷ８のある方が好ましい方向で矢印ＡＷ９のある方が好ましくない方向である。
　また、図１５に示されている櫛型電極１５Ａの場合も、櫛歯１５Ａａの延びる方向が櫛歯１５Ｂａ，１６Ｂａと同様に傾斜していてもよい。
　マイクロ流体デバイス１０，１０Ａの導体軸１１は、中心軸に沿って透明フィルム１２，１２Ａの最内周に配置され、接地電極１７，１７Ａに電気的に接続されている。そのため、導体軸１１を電源部４０の接地端子４２に接続すれば接地電極１７，１７Ａが接地でき、絶縁性の透明フィルム１２，１２Ａに巻き込まれる接地電極１７，１７Ａの接地が容易になる。
　誘電泳動装置１，１Ａは、上述のマイクロ流体デバイス１０，１０Ａを備え、そしてマイクロ流体デバイス１０，１０Ａに対して流体を流すための送液ポンプ２０（送液装置の例）と、電極に電力を供給するための電源部４０とを備えているので、誘電泳動装置１，１Ａも大量の粒子を精度よく分離することができる。
　（６－２）
　中空円筒状のケース１３は、図１２などに示されているように、透明フィルム１２，１２Ａの最外周に沿う内壁１３ａを有している。このケース１３によって、ケース１３の一方の開口部１３ｂから他方の開口部１３ｃに向けて流路２，２Ａを通して流体が流れるように構成されている。一方の開口部１３ｂから他方の開口部１３ｃに向けてケース１３の中に流体を流すことによって、流路２，２Ａに流体を導けるので大量の流体をマイクロ流体デバイス１０，１０Ａに通しやすくなり、大量の粒子の分離が容易になる。
　（６－３）
　図３などに示されている漏斗１４は、ケース１３の他方の開口部１３ｃに取り付けられている。この漏斗１４を使って、流路２，２Ａを通過した流体が回収される。このように流路２，２Ａを通過した流体は、漏斗１４によって簡単に回収される。
　（６－４）
　流路２，２Ａは、楔形のスペーサ１９ａ、１９ｂによって巻き始めと巻き終わりの部分に流体が流れないように構成される。つまり、透明フィルム１２，１２Ａの巻き始めと巻き終わりの隙間の間隔が変化する領域を除いた隙間の間隔が一定の領域に形成されている。この場合、流路２，２Ａの高さを一定に揃えることができるので、渦巻状の流路２，２Ａの高さに起因する流速の差を小さくでき、高い粒子の分離精度を得やすくなる。
（７）変形例
　（７－１）
　上記第１実施形態及び第２実施形態では、流路２は中心軸に対する垂直な断面において渦巻状に繋がった形状の場合について説明した。つまり、所定の周とその外周にある透明フィルム１２，１２Ａの隙間が島状に点在するスペーサ１８によって形成されて流路２が形成されている。そのため、断面渦巻状の流路２は、渦巻きの方向に流体が移動できるものとなっている。しかし、渦巻きに沿う方向への流体の流れを、例えば中心軸に沿って伸びるリブなどによって制限し、中心軸方向に沿う流体の流れを整えるように構成することもできる。
　（７－２）
　上記第１実施形態及び第２実施形態では、一枚の透明フィルム１２，１２Ａの表面側と裏面側とを用いて流路２が構成されている。このように、一枚の透明フィルム１２，１２Ａで構成する方が、材料が少なくて済むという点で好ましい。しかし、例えば、２枚の絶縁シートをそれぞれ表面側と裏面側に別々に配して、それらをスクロール状に巻いて断面渦巻状の流路を構成してもよく、流路を構成するための絶縁シートは一枚の場合に限られない。
　（７－３）
　上記第１実施形態及び第２実施形態では、透明フィルム１２，１２Ａの巻き始めや巻き終わりに、透明の楔形のスペーサ１９ａ，１９ｂを挿入する場合について説明したが、スペーサ１９ａ，１９ｂが挿入されている領域に流体を流さない構成はこれだけには限られない。例えば、この部分を遮蔽するような壁を設けて、巻き始めと巻き終わりの隙間の間隔が変化する領域を、流路２から分離された中空のスペースとすることもできる。例えば中空のスペースを形成するための壁が透明であれば、検出用の光を透過させることもできる。
　（７－４）
　上記第１実施形態及び第２実施形態では、ケース１３が円筒状で、透明フィルム１２，１２Ａの最外周が円筒状である場合について説明したが、ケース１３の内壁１３ａや透明フィルム１２，１２Ａの最外周の断面形状は円には限られない。例えば、正方形や正方形以外の多角形などであってもよい。
　（７－５）
　上記第１実施形態及び第２実施形態では、検出部５０を備える誘電泳動装置１，１Ａについて説明したが、検出部を設けないで、本願発明の誘電泳動装置を単に分留装置として用いることもできる。
　以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
１，１Ａ　　　誘電泳動装置
２，２Ａ　流路
１０，１０Ａ，１０Ｂ　マイクロ流体デバイス
１２，１２Ａ　透明フィルム
１３　ケース
１４　漏斗
１５，１５Ｂ　第１電極
１５Ａ　櫛型電極
１６，１６Ｂ　第２電極
１７　接地電極
１８　スペーサ
２０　送液ポンプ
３０　サンプル回収部
４０　電源部
５０　検出部
 

Claims (9)

  1. 　中心軸の周りに巻回され、前記中心軸に垂直な断面における形状の少なくとも一部が渦巻状である絶縁シートと、
    　前記絶縁シートの所定の周とその外側の周との間に配置されて前記所定の周と前記外側の周にある前記絶縁シートの間に隙間を設け、前記中心軸に垂直な断面における形状の少なくとも一部が渦巻状であって前記中心軸に沿って延び、両端が前記中心軸の軸方向に開口する流路を形成するスペーサと、
    　前記絶縁シート上に形成され、前記流路を流れる流体内で誘電泳動を生じさせる電界を形成するための電極と、
    を備える、マイクロ流体デバイス。
  2. 　前記絶縁シートの最外周に沿う内壁を有し、一方の開口部から他方の開口部に向けて渦巻状の前記流路を通して前記流体を流すための中空筒状のケースをさらに備える、
    請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  3. 　前記ケースの前記他方の開口部に取り付けられ、前記流路を通過した前記流体を回収するための漏斗をさらに備える、
    請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
  4. 　前記電極は、前記絶縁シートの表面に形成されている電圧印加電極と、前記絶縁シートの裏面に矩形状に形成されている接地電極とを含む、
    請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  5. 　前記電圧印加電極は、複数の櫛歯を有する櫛型電極である、
    請求項４に記載のマイクロ流体デバイス。
  6. 　前記櫛型電極は、複数の前記櫛歯の延びる方向が、前記流路の延びる方向に対して直交する向きよりも傾斜した向きであって直交する向きとのなす角が４５度までの範囲で設定されている、
    請求項５に記載のマイクロ流体デバイス。
  7. 　前記中心軸に沿って前記絶縁シートの最内周に配置され、前記接地電極に電気的に接続されている棒状の導体軸をさらに備える、
    請求項４から６のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  8. 　前記流路は、前記絶縁シートの巻き始めと巻き終わりの前記隙間の間隔が変化する領域を除いた前記隙間の間隔が一定の領域に形成されている、
    請求項１から７のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  9. 　請求項１から８のいずれかに記載の前記マイクロ流体デバイスと、
    　前記マイクロ流体デバイスに対して流体を流すための送液装置と、
    　前記電極に電力を供給するための電源部と、
    を備える、誘電泳動装置。
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