WO2018154886A1 - 粒子捕捉用チップ、粒子捕捉用装置及び粒子捕捉方法 - Google Patents

粒子捕捉用チップ、粒子捕捉用装置及び粒子捕捉方法 Download PDF

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particle
particles
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健介 小嶋
増原　慎
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ソニー株式会社
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    • B01L2200/0668—Trapping microscopic beads

Definitions

  • the present technology relates to a particle capturing chip, a particle capturing apparatus, and a particle capturing method.
  • Patent Document 1 discloses a structure in which a well in which a cell enters is engraved in a flow path through which a cell-containing sample flows, and a cell is sucked by providing a slit in the well (FIG. 23). , FIG. 25 etc.).
  • the main object of the present technology is to provide a particle capturing chip having a structure for capturing particles and preventing the captured particles from being greatly deformed by a suction force.
  • the present technology includes a first flow path, a second flow path, a first recess opening on the first flow path side, and a second recess provided in parallel with the first recess.
  • a particle trapping chip comprising: a connecting portion that connects the first concave portion and the second concave portion; and a communication portion that communicates the second concave portion and the second flow path.
  • the particle capturing chip may include a plug member accommodated in the second recess.
  • the plug member may be a bead.
  • a binding substance that binds to the test substance may be immobilized on the surface of the plugging member.
  • the connecting portion may be formed of an elastic member.
  • a joint portion between the second recess and the communication portion may be provided below the second recess.
  • a joint portion between the second recess and the communication portion may be provided on a side of the second recess.
  • the lower surface of the first channel may have a corrugated structure including a peak and a valley, and the first recess may be provided at the top of the peak.
  • the present technology also includes a first flow path, a second flow path, a first recess opening to the first flow path side, and a second recess provided in parallel with the first recess.
  • a particle-supplementing chip comprising: a connecting part that connects the first concave part and the second concave part; and a communication part that communicates the second concave part and the second flow path.
  • the particle capturing apparatus may include a waste liquid part.
  • the particle capturing apparatus may include an observation unit that observes the first recess.
  • the particle capturing apparatus may include a liquid feeding control unit that controls the liquid feeding unit.
  • the present technology also includes a first flow path, a second flow path, a first recess opening to the first flow path side, and a second recess provided in parallel with the first recess.
  • a particle supplementing chip comprising: a connecting portion that connects the first concave portion and the second concave portion; and a communicating portion that communicates the second concave portion and the second flow path.
  • a sample containing a plug member is fed to the first flow path, the plug member is captured in the first recess, and the captured plug member is sucked through the communication portion to the second recess.
  • a particle capturing method for transporting a sample containing particles to the first channel and capturing the particles in the first recess.
  • the present technology also includes a first flow path, a second flow path, a first recess opening to the first flow path side, and a second recess provided in parallel with the first recess.
  • a connecting portion that connects the first concave portion and the second concave portion, a communication portion that communicates the second concave portion and the second flow path, and a plug accommodated in the second concave portion.
  • a particle capturing method is provided in which a sample containing particles is fed to the first flow path and the particles are captured in the first recess. The particle capturing method may include causing the liquid to flow backward.
  • the present technology also includes a first flow path, a second flow path, a first recess opening to the first flow path side, and a second recess provided in parallel with the first recess.
  • a particle supplementing chip comprising: a connecting portion that connects the first concave portion and the second concave portion; and a communicating portion that communicates the second concave portion and the second flow path.
  • a sample containing a plug member in which a binding substance that binds to the test substance is immobilized is fed to the first channel, and the plug member is captured in the first recess, and the captured plug member is And, after moving to the second recess by suction through the communication portion, feeding a sample containing particles to the first channel and capturing the particles in the first recess; Reacting the test substance derived from the particles with the binding substance, and removing the plugging member from the second recess. It includes, to provide a method of obtaining test substance.
  • the present technology also includes a first flow path, a second flow path, a first recess opening to the first flow path side, and a second recess provided in parallel with the first recess.
  • a connecting portion that connects the first concave portion and the second concave portion, a communication portion that communicates the second concave portion and the second flow path, and the second concave portion.
  • a particle-capturing tip comprising a plugging member on which a binding substance that binds to a test substance is fixed, a sample containing particles is fed into the first channel, and the particles are transferred to the first recess.
  • a method for acquiring a test substance comprising: a step of capturing; a process of reacting the test substance derived from the particles with the binding substance; and a step of removing the plug member from the second recess. I will provide a.
  • the stopper member may be taken out from the second recess using a capillary.
  • a liquid flow in a direction opposite to the suction direction is generated to cause the plug member to flow out from the second recess to the first flow path, and then plugged from the first flow path.
  • the member-containing liquid may be collected, and the plug member may be taken out from the plug member-containing liquid.
  • a particle capturing chip having a structure for capturing particles while preventing the captured particles from being greatly deformed by a suction force.
  • the effect of this technique is not necessarily limited to the effect described here, The effect described in this specification may be sufficient.
  • Particle Capture Chip The type of particles targeted by the particle capture chip of the present technology is not particularly limited. Examples include bio-related particles such as cells, microorganisms, and liposomes, synthetic particles such as latex particles and gel particles, industrial particles, or semiconductor chips, micro bumps as terminals of semiconductor connection parts, and bead type solar cells. It is done. Further, the size and shape of the particles are not particularly limited.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the particle capturing chip 1
  • FIG. 2 is a perspective view of the particle capturing chip 1.
  • the particle capturing chip 1 includes a first flow path 11 in a substrate 10.
  • the first flow path 11 is formed on the upper surface side of the substrate 10. A sample flows through the first flow path 11.
  • the material of the substrate 10 is not particularly limited.
  • Resin such as polydimethylsiloxane, glass, metal and the like.
  • the particle trapping chip 1 of the present technology includes a first recess 13 that opens to the first flow path 11 side, a second recess 14 that is arranged in parallel with the first recess 13, and a first recess 13. And a connecting portion 15 that connects the second recessed portion 14.
  • the first recess 13 is formed on the lower surface of the first flow path 11. Particles contained in the sample flowing through the first channel 11 can be captured in the first recess 13.
  • the second recess 14 is provided on the lower surface side of the first recess 13 and is connected to the first recess 13 via the connecting portion 15.
  • the particle capturing chip 1 includes a second flow path 12 and a communication section 16 that communicates the second recess 14 and the second flow path 12.
  • the second flow path 12 is formed on the lower surface side of the substrate 10.
  • a plug member can be accommodated in the second recess 14 (details will be described later).
  • FIG. 3 is a schematic view showing an example of particle trapping in the particle trapping chip 1.
  • the first flow path 11 and the second flow path 12 are connected, and a valve 21 is provided at the connection portion.
  • the sample S including the particles 30 proceeds in the liquid flow direction 22, and further proceeds downstream when the valve 21 is opened.
  • the first recess 13 opened to the first flow path 11 side, the second recess 14 connected to the first recess 13, and the second recess 14 and the second flow path 12 are connected.
  • a suction force 23 by positive pressure is generated from the first flow path 11 to the second flow path 12 through the communicating portion 16 that communicates. Due to the suction force 23, the particles 30 are attracted toward the first recess 13 and are captured inside the first recess 13.
  • valve installation is not limited to this.
  • a valve for flowing a sample upstream of the first flow path 11 may be installed, and a valve for sucking the sample downstream of the second flow path 12 may be installed.
  • the particle capturing chip 1 When capturing the single particle, the particle capturing chip 1 preferably has a corrugated structure 20 including a peak portion 17 and a valley portion 18 on the lower surface of the first flow path 11. It is preferable that the first concave portion 13 is formed in the top portion 19. By having the corrugated structure 20, it becomes difficult for other particles to adhere to the particles trapped in the first recess 13 located at the top 19, and particle deposition can be prevented. Thereby, it is possible to avoid a state where two or more particles are captured in one first recess 13.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of particle trapping in the first flow path 11.
  • the liquid flow of the sample S is a laminar flow in the first flow path 11, and the flow velocity at the center of the first flow path 11 is always faster than the vicinity of the flow path side surface. There is. Therefore, by providing the first concave portion 13 at the top portion 19 of the corrugated structure 20, it is possible to prevent doublets in which two or more particles try to enter the first concave portion 13 (dotted circle).
  • the flow rate is fast, so it is considered that the second and subsequent particles are less likely to enter the central laminar flow.
  • the central laminar flow is about 20% faster than the overall flow rate of the liquid flow.
  • the width and height of the first flow path 11 and the second flow path 12 are not particularly limited, depending on the size, shape and type of particles to be captured, or the amount and viscosity of the sample flowing through the flow path. Can be determined.
  • the shape of the 1st recessed part 13 and the 2nd recessed part 14 is not specifically limited, For example, circular shape, truncated cone shape, inverted truncated cone shape, elliptic cylinder shape, elliptical truncated cone shape, inverted elliptical truncated cone shape, taper shape, reverse A taper shape, a polygonal column more than a triangular column, etc. are mentioned.
  • the depth of the first recess 13 is preferably equal to or smaller than the particle size of the target particles. With such a depth, it is possible to prevent doublets of particles in the first recess 13 and other particles from being deposited on the captured particles.
  • the “particle size” of the particle means the average value of the major axis diameter and minor axis diameter of the particle.
  • the particle diameter can be calculated by measuring a considerable number (for example, 100) of arbitrary fine particles using image processing software or the like using a microscope and obtaining the number average.
  • the depth of the first recess 13 can be preferably 2 or less, more preferably 1 or less, as a ratio to the particle size of the particles to be captured. Or the depth of the 1st recessed part 13 becomes like this. Preferably it is 2 or less by ratio with the diameter of the inscribed circle in the opening part of the 1st recessed part 13, More preferably, it is 1 or less.
  • the 1st flow path 11 has the waveform structure 20 provided with the peak part 17 and the trough part 18, the depth of the 1st recessed part 13 is ratio with the height from the trough part 18 to the peak part 17.
  • it is 1 or less, More preferably, it can be 0.8 or less.
  • the diameter of the first recessed portion 13 Is preferably at least 1 and less than 2 times the particle size of the particles to be captured.
  • the opening of the first recess 13 is a polygon of a triangle or more, if it is an odd-numbered n-gon, the vertical line can be regarded as a perpendicular line, and if it is an even-numbered n-angle, a diagonal line can be regarded as a diameter. If the diameter is less than 1 time, it is difficult for a single cell to enter the first recess 13, and if it is 2 times or more, a plurality of cells may enter.
  • the 1st flow path 11 has the waveform structure 20 provided with the peak part 17 and the trough part 18, the height from the trough part 18 to the peak part 17 is the same as or larger than the particle size of the particle
  • the flow rate of the sample in the first flow path 11 increases as it approaches the center. For this reason, when the heights of the peaks 17 and the valleys 18 are lower than the particle size of the particles, the flow velocity received by the particles also becomes slow even in the vicinity of the peaks 17.
  • the flow velocity in the vicinity of the peak portion 17 is slow, particles that have flowed later easily adhere to the particles captured in the first recess 13. Due to the low flow velocity, the energy of the particles that flow after the collision also decreases, and the particles adhere to the trapped particles and accumulate.
  • the pitch between the peaks 17 can be set to a length that is not less than 2 times and not more than 20 times the particle size of the particles to be captured.
  • the length from the top portion 19 of the peak portion 17 to the peak portion 18 of the peak portion 17 and the top portion 19 of the adjacent peak portion 17 is 2 times or more and 20 times the particle size of the particles to be captured. It is as follows. If it is less than 2 times, particles may enter the valley 18, and if it exceeds 20 times, depending on the height of the peak 17, the corrugated structure 20 approaches a flat structure, and the effect of the present technology is fully exhibited. There are things that cannot be done.
  • the pitch between the peaks 17 is more preferably 5 to 15 times the particle size of the particles to be captured.
  • the effect produced by the waveform structure 20 of the present technology is improved.
  • the particle capturing apparatus of the present technology to be described later is for capturing microscopic microparticles in a single unit, a fine corrugated structure or a first recess must be formed on the substrate. In view of the ease of production at that time, the above range can be adopted.
  • left and right pitches of the mountain portion 17 may be the same or different.
  • the road width of the first channel 11 is relatively small at the peak portion 17 and the valley portion 18. Can be enlarged. By using such a road width, since the central laminar flow of the liquid flow is fast, particles staying at the top portion 19 can be flowed.
  • the connecting portion 15 may be formed to be narrower than the first recessed portion 13 and the second recessed portion 14 in order to prevent the particles captured in the first recessed portion 13 from flowing out to the second recessed portion 14. preferable.
  • the connection part 15 shown in FIG.1 and FIG.2 has predetermined length in an up-down direction, the shape of the connection part 15 is not limited to this.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of the connecting portion 15. As shown in FIG. 5, the connecting portion 15 may have a constricted shape having no length.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the size of each part of the particle capturing chip 1.
  • the particle capturing chip 1 is assumed to capture particles having a diameter of 10 ⁇ m.
  • the peak portion 17 has a width of 70 ⁇ m
  • the peak portion 17 has a height of 15 ⁇ m
  • the top portion 19 has a width of 20 ⁇ m.
  • the diameter of the opening of the first recess 13 is 15 ⁇ m
  • the depth of the first recess 13 is 10 ⁇ m
  • the width of the connecting portion 15 is 10 ⁇ m
  • the width of the second recess 14 is 18 ⁇ m
  • the width of the second recess 14 is The height is 14 ⁇ m
  • the length of the communication part 16 is 18 ⁇ m
  • the width of the communication part 16 is 3 ⁇ m.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the particle capturing chip 1.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • O 2 direct plasma
  • the first channel 11 and the second channel 12 are formed at the center of the substrate 10 in the particle capturing chip 1 shown in FIG. Between the 1st flow path 11 and the 2nd flow path 12, the 1st recessed part, the connection part, the 2nd recessed part, and the communication part are formed (not shown).
  • a port 24 located at the upper left of the substrate 10 is connected to the first flow path 11, and a particle-containing sample is introduced into this port 24.
  • a bypass 25 is provided on the right side of the substrate 10, and the bypass 25 communicates the first flow path 11 and the second flow path 12.
  • a valve 21 is provided in the bypass 25.
  • the port 26 located at the lower left of the substrate 10 is a portion into which the sample that has passed through the first flow path 11 and the second flow path 12 flows.
  • the particle-containing sample introduced from the upper left port 24 includes a force for introducing the particle-containing sample in the first flow path 11, a force flowing downstream, a force for flowing the sample by opening and closing the valve 21 provided in the bypass 25, And the inside of the 1st flow path 11 and the 2nd flow path 12 can be flowed by either the force etc. which suck
  • FIG. 8 is a schematic view showing a partial cross section of the particle capturing chip 1.
  • the particle trapping chip 1 preferably includes a plugging member 2 accommodated in the second recess 14.
  • the present inventor provided the second recess 12 between the first recess 11 and the communication portion 16, and plugged member 2 inside the second recess. It has been found that an abrupt increase in suction force inside the first concave portion 11 can be suppressed by arranging. Thereby, it is possible to prevent an excessive suction pressure from being applied to the particles trapped in the first recess 11 and to prevent the particles from being greatly deformed. Moreover, since the plugging member 2 plays a role of blocking the captured particles from flowing out below the first recess 11, the captured particles can be retained in the first recess 11. .
  • the particle capturing chip of the present technology including the second recess capable of accommodating the plugging member has a structure capable of preventing deformation and outflow of the captured particles.
  • the particle trapping chip of this technology attenuates the suction force applied to the cells and applies stress to the cells. Since it can be reduced, it is suitable for capturing cells.
  • the plugging member 2 is connected to the connecting portion 15 inside the second recess 14. It is preferable that it is the magnitude
  • the joint 161 between the second recess 14 and the communication portion 16 is the second Is provided below the recess 14.
  • the position of the joint 161 is not limited to this.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of the communication unit 16.
  • two communicating portions 16 are provided for one second recessed portion 14, and the joint portions 161 and 161 between the second recessed portion 14 and the communicating portions 16 and 16 are respectively second.
  • a suction force can be generated in the direction indicated by the arrow in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a procedure for housing the plugging member 2 in the second recess 14.
  • FIG. 10A shows a state where the sample including the plug member 2 is fed to the first flow path 11 as shown in FIG. 3 and the plug member 2 is captured in the first recess 13. The suction force is generated in the downward arrow direction in the figure. Next, the suction pressure is increased and the stopper member 2 is sucked toward the second recess 14.
  • FIG. 10B shows a state where the plugging member 2 is deformed by a high suction pressure and moves from the first recess 13 to the second recess 14 via the connecting portion 15.
  • FIG. 10C shows a state after the plugging member 2 has moved to the second recess 14 by the suction force. By such a procedure, the stopper member 2 can be accommodated in the second recess 14.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a procedure for housing the plugging member 2 in the second recess 14.
  • FIG. 11A shows a state in which a sample including the plug member 2 is fed into the second flow path 12 and the plug member 2 is drawn into the communication portion 16 via the suction force generated in the upward arrow direction. .
  • a suction force in the direction opposite to that in FIG. 10 is generated.
  • the suction pressure is increased, and the plugging member 2 captured by the communication portion 16 is sucked to the second recess 14 side.
  • FIG. 11B shows a state where the plugging member 2 is deformed by a high suction pressure and moves from the communication portion 16 to the second recess 14.
  • FIG. 11C shows a state after the plugging member 2 has moved to the second recess 14 by the suction force. By such a procedure, the stopper member 2 can be accommodated in the second recess 14.
  • the plugging member is arranged in the manufacturing process of the particle capturing chip. Specifically, after the second recess is formed in the substrate, a plug member is disposed inside the second recess, and then a cover glass is pasted on the substrate to form the second recess. A plugging member can be accommodated.
  • beads are used in sorting and analysis of fine particles from the viewpoint of easy availability.
  • the material of the plugging member is not particularly limited.
  • the plugging member when the plugging member is accommodated in the second recess by the suction force via the communication portion as shown in FIGS. 10 and 11, the plugging member has elasticity that can be deformed by the suction force.
  • a material is preferred.
  • the connecting portion is formed of an elastic member in order to reduce the load generated when the plugging member passes through the connecting portion.
  • the communication portion in order to reduce the load generated when the plugging member passes through the communication portion, is preferably formed of an elastic member.
  • the connecting portion or only the communicating portion may be formed of an elastic member, it is preferable to form the substrate itself from an elastic material from the viewpoint of manufacturing effort and cost.
  • the shape of the plugging member is not particularly limited, but is preferably a spherical shape so that the suction pressure applied to the plugging member is not biased when the plugging member is accommodated in the second recess by the suction force.
  • the number of plugging members is not particularly limited, but it is preferable to accommodate one plugging member in one second recess.
  • two or more plugging members are accommodated in one second recess, it is necessary to increase the suction pressure for drawing the particles to be captured into the first recess as compared with the case where one plugging member is accommodated. That is, if the number of plugging members accommodated in the second recess is one, the suction pressure can be suppressed, and therefore the load on the particle trapping chip can be reduced.
  • the particle capturing chip of the present technology can also be used to acquire substances derived from particles such as secretions and contents.
  • a configuration for acquiring a test substance using a plugging member in which a particle to be captured is a cell and a binding substance that binds to the test substance derived from the cell is immobilized will be described.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a cross section of a part of a particle capturing chip that captures particles. As shown in FIG. 12, the cells 40 are captured in the first recess 13. A binding substance that binds to the test substance is immobilized on the surface of the plugging member 2 shown in FIG. 12 (not shown).
  • the test substance can be a cell-derived substance such as a nucleic acid, protein, peptide, sugar chain, or the like.
  • a nucleic acid an antibody against the nucleic acid, a nucleic acid probe that hybridizes to the nucleic acid, a protein that binds to the nucleic acid, or the like can be used as the binding substance.
  • an antibody against the protein, an antibody against the peptide, or the like can be used as the binding substance.
  • the test substance is a sugar chain
  • an antibody against the sugar chain, a lectin against the sugar chain, or the like can be used as the binding substance.
  • the method for immobilizing the binding substance on the stopper member is not particularly limited, and a known method can be used.
  • FIG. 13 is an enlarged view of a portion surrounded by an alternate long and short dash line A in FIG.
  • a suction force in the direction of the arrow in the figure is generated, and the secretion 41 secreted from the cells (not shown) captured in the first recess 13 is the first recess. 13 flows into the second recess 14 and moves inside the second recess 14 in the direction of the arrow.
  • a binding substance 50 that binds to the secretion 41 is fixed on the surface of the plugging substance 2, and the secretion 41 that flows inside the second recess 14 is bound to the binding substance 50. Thereafter, the secretion 41 bound to the binding substance 50 can be obtained by collecting the plugging substance 2.
  • the captured cells can be crushed in the first recess to elute the test substance such as nucleic acid, and the test substance and the binding substance on the plugging member can be combined.
  • the test substance bonded to the binding substance on the plug member can be obtained.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a conventional method for obtaining a cell-derived test substance.
  • a method of fixing a binding substance 61 on the bottom surface of the well 60 and binding a test substance 62 floating in the well 60 to the binding substance 61 is generally used.
  • the particle capturing chip of the present technology as shown in FIG. 13 above, allows the test substance to flow through a narrow area between the plugging member 2 and the second recess 14. And the binding efficiency of the binding substance is higher than that of the conventional method. Thereby, it is possible to acquire a test substance more efficiently than the conventional method.
  • the particle trapping chip of the present technology can be applied as a technology for stacking single particles up and down by providing the first concave portion and the second concave portion. For example, a large number of first and second recesses are provided, an IC chip is accommodated in the first recess, and an LED is accommodated in the second recess. Sometimes it is possible to obtain a large number.
  • FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an example of the particle capturing apparatus 100.
  • the particle capturing apparatus 100 includes the particle capturing chip 101 of the present technology described above.
  • the particle trapping chip 101 is connected to the liquid feeding unit 102 via the valve 21.
  • the liquid feeding unit 102 supplies the particle-containing sample to the particle capturing chip 101.
  • the flow of the sample can be controlled by opening and closing the valve 21. This control can be performed by the liquid feeding control unit 105.
  • By controlling the liquid feeding not only can the sample flow and stop, but also a reverse flow and a pulsating flow that changes the flow at regular intervals can be generated.
  • the particle capturing device 100 may include an observation unit 104.
  • the observation unit 104 is not particularly limited, the state of particles flowing and captured may be magnified with a microscope or the like and observed with the naked eye, or may be processed with the image processing apparatus or the like without depending on the naked eye. The observation result here can be fed back to the liquid feeding control unit 105 to further control the flow of the sample.
  • the particle capturing apparatus 100 may be provided with a waste liquid portion 103 on the downstream side, and a sample having a reduced particle content can be recovered as a waste liquid.
  • a valve or a pump may be further provided on the upstream side or the downstream side of the waste liquid unit 103, and a suction force may be applied to the flow path on the particle capturing chip 101.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of the particle capturing method of the present technology.
  • a particle capturing chip that does not include a plugging member in the second recess is used.
  • a sample including a plug member is fed to the first flow path (step S11), and the plug member is captured in the first recess (step S12).
  • the plugging member is moved to the second recess by the suction force through the communication part (step S13).
  • the sample containing the particles to be captured is fed to the first channel (step S14), and the particles are captured in the first recess (step S15).
  • steps S14 and S15 shown in FIG. 16 may be performed.
  • the liquid feeding can also be reversed.
  • the particles deposited on the lower surface of the first channel can be dispersed, so that more particles can be captured.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating an example of a test substance acquisition method according to the present technology.
  • a particle capturing chip that does not include a plugging member in the second recess is used.
  • a sample including a plug member to which a binding substance that binds to a test substance is immobilized is fed to the first flow path (step S21), and the plug member is captured in the first recess (step S22).
  • the plugging member is moved to the second recess by the suction force via the communication part (step S23).
  • the sample containing the particles to be captured is fed to the first flow path (step S24), and the particles are captured in the first recess (step S25).
  • the test substance derived from the captured particles is reacted with the binding substance fixed on the surface of the plugging member (step S26).
  • the test substance bound to the binding substance of the plugging member is acquired (step S27).
  • steps S24 to S27 shown in FIG. 17 may be performed.
  • the method for taking out the plug member from the second recess is not particularly limited.
  • the stopper member may be taken out using a capillary.
  • a liquid flow in a direction opposite to the direction of suction through the communication portion is generated, and the plug member is caused to flow out from the second recess to the first flow path with the pressure of the liquid flow, and then the first flow
  • the plug member-containing liquid may be collected from the path, and the plug member may be taken out from the plug member-containing liquid.
  • this technique can also take the following structures.
  • a first flow path A second flow path; A first recess opening on the first flow path side; A second recess disposed in parallel with the first recess; A connecting portion that connects the first recess and the second recess; A particle capturing chip comprising: a communication portion that communicates the second recess and the second flow path.
  • the particle capturing chip according to [1] further including a plug member accommodated in the second recess.
  • [4] The particle capturing chip according to [2] or [3], wherein a binding substance that binds to a test substance is immobilized on a surface of the plugging member.
  • [5] The particle capturing chip according to any one of [1] to [4], wherein the connecting portion is formed of an elastic member.
  • [6] The particle capturing chip according to any one of [1] to [5], wherein a joint between the second recess and the communication portion is provided below the second recess.
  • [7] The particle trapping chip according to any one of [1] to [6], wherein a joint portion between the second recess and the communication portion is provided on a side of the second recess.
  • the chip for capturing particles as described. [9] a first flow path; A second flow path; A first recess opening on the first flow path side; A second recess disposed in parallel with the first recess; A connecting portion that connects the first recess and the second recess; A particle capturing chip comprising: a communicating portion that communicates the second recess and the second flow path; A device for capturing particles, comprising: a liquid feeding unit; [10] The particle capturing apparatus according to [9], including a waste liquid section.
  • the particle capturing apparatus according to [9] or [10], further including an observation unit that observes the first recess.
  • a first flow path A second flow path; A first recess opening on the first flow path side; A second recess disposed in parallel with the first recess; A connecting portion that connects the first recess and the second recess;
  • a particle-capturing chip comprising a communication portion that communicates the second recess and the second flow path, A sample containing a plug member is fed to the first flow path, the plug member is captured in the first recess, and the captured plug member is sucked through the communication portion by the second portion.
  • a particle trapping method in which, after being moved to a recess, a sample containing particles is fed to the first channel and the particles are trapped in the first recess.
  • a particle capturing chip comprising a plug member housed in the second recess, A particle capturing method for feeding a sample containing particles to the first channel and capturing the particles in the first recess.
  • the particle trapping method according to [15] comprising reversing the liquid feeding.
  • a first flow path A second flow path; A first recess opening on the first flow path side; A second recess disposed in parallel with the first recess; A connecting portion that connects the first recess and the second recess;
  • a particle-capturing chip comprising a communication portion that communicates the second recess and the second flow path, A sample containing a plug member in which a binding substance that binds to a test substance is immobilized is fed to the first channel, the plug member is captured in the first recess, and the captured plug member is captured. Moving the sample containing particles to the first flow path after being moved to the second recess by suction through the communication portion, and capturing the particles in the first recess.
  • a first flow path comprising: a plug member housed in the second recess and having a binding substance immobilized thereon that binds to a test substance, Feeding a sample containing particles into the first channel and capturing the particles in the first recess; Reacting the test substance derived from the particles with the binding substance; Removing the plug member from the second recess.

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Abstract

粒子を捕捉しつつ、捕捉された当該粒子が吸引力によって大きく変形することを防止するための構造を備えた粒子補足用チップを提供する。　これに対し、本技術では、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子捕捉用チップを提供する。

Description

粒子捕捉用チップ、粒子捕捉用装置及び粒子捕捉方法
　本技術は、粒子捕捉用チップ、粒子捕捉用装置及び粒子捕捉方法に関する。
　近年、フローサイトメトリー等に代表される、細胞を捕捉する技術が開発されている。細胞は、捕捉された後、解析や培養に供される。
　細胞を捕捉する方法として、例えば、特許文献１に記載の技術が開発されている。特許文献１には、細胞含有サンプルが流れる流路に、細胞が入る大きさのウエルが刻まれており、当該ウエルにスリットを設けることで細胞が吸引される構造が開示されている（図２３、図２５等）。
米国特許出願公開第２０１３／００７８１６３号明細書
　しかしながら、上記特許文献１の流路構造では、スリットを介した吸引力によって捕獲された細胞が大きく変形し、これにより細胞が多大なストレスを受けたり細胞がスリット内に引き込まれたりして、ウエル内で細胞を適切に維持することが困難な場合があった。一方、吸引力を弱めると、細胞がウエルの配置された壁面まで到達しなかったり、壁面まで到達してもウエル内部にまで細胞を吸引できない場合があった。
　そこで、本技術は、粒子を捕捉しつつ、捕捉された当該粒子が吸引力によって大きく変形することを防止するための構造を備えた粒子補足用チップを提供することを主目的とする。
　すなわち、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子捕捉用チップを提供する。
　前記粒子捕捉用チップは前記第２の凹部に収容された施栓部材を備えていてもよい。
　前記施栓部材はビーズであってもよい。
　前記施栓部材の表面に被検物質と結合する結合物質が固定化されていてもよい。
　前記連結部は弾性部材で形成されていてもよい。
　前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の下方に設けられていてもよい。
　前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の側方に設けられていてもよい。
　前記第１の流路の下面が山部と谷部とを備える波形構造を有し、前記山部の頂部に前記第１の凹部を備えていてもよい。
　また、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップと、送液部と、を備える粒子捕捉用装置を提供する。
　前記粒子捕捉用装置は廃液部を備えていてもよい。
　前記粒子捕捉用装置は前記第１の凹部を観察する観察部を備えていてもよい。
　前記粒子捕捉用装置は前記送液部を制御する送液制御部を備えていてもよい。
　また、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、前記第１の流路に施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法を提供する。
　また、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、前記第２の凹部に収容された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法を提供する。
　前記粒子捕捉方法は前記送液を逆流させることを含んでもよい。
　また、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、前記第１の流路に、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法を提供する。
　また、本技術は、第１の流路と、第２の流路と、前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、前記第２の凹部に収容され、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法を提供する。
　前記被検物質の取得方法において、キャピラリーを用いて、前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出してもよい。
　前記被検物質の取得方法において、前記吸引と逆方向の液流を発生させて、前記施栓部材を前記第２の凹部から前記第１の流路に流出させ、前記第１の流路から施栓部材含有液を回収し、前記施栓部材含有液から前記施栓部材を取り出してもよい。
　本技術によれば、粒子を捕捉しつつ、捕捉された当該粒子が吸引力によって大きく変形することを防止するための構造を備えた粒子捕捉用チップを提供することができる。なお、本技術の効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
粒子捕捉用チップの横断面図である。 粒子捕捉用チップの斜視図である。 粒子捕捉用チップにおける粒子捕捉の一例を示す模式図である。 第１の流路における粒子捕捉の一例を示す模式図である。 連結部の一例を示す模式図である。 粒子捕捉用チップの各部のサイズの一例を示す図である。 粒子捕捉用チップの一例を示す模式図である。 粒子捕捉用チップの一部の横断面を示す模式図である。 連通部の一例を示す模式図である。 施栓部材を第２の凹部に収容する手順の一例を示す図である。 施栓部材を第２の凹部に収容する手順の一例を示す図である。 粒子を捕捉した粒子補足用チップの一部の横断面を示す模式図である。 図１２中の一点鎖線Ａで囲まれた部分の拡大図である。 細胞由来の被検物質を取得するための従来法を示す模式図である。 粒子捕捉用装置の一例を示す模式図である。 粒子捕捉方法の一例を示すフローチャートである。 被検物質の取得方法の一例を示すフローチャートである。
　以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。説明は以下の順序で行う。
　１．粒子捕捉用チップ
　２．粒子捕捉用装置
　３．粒子捕捉方法
　４．被検物質の取得方法
１．粒子捕捉用チップ
　本技術の粒子捕捉用チップが捕捉対象とする粒子の種類は、特に限定されない。例えば、細胞や微生物、リポソーム等の生体関連粒子、ラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子等の合成粒子、あるいは半導体チップ、半導体の接続部の端子としてのマイクロバンプ、及びビーズ型太陽電池等が挙げられる。また、粒子の大きさ、形状等も特に限定されない。
　次に、図１及び図２を参照して、本技術の粒子捕捉用チップ１の構造について説明する。図１は粒子捕捉用チップ１の横断面図であり、図２は粒子捕捉用チップ１の斜視図である。粒子捕捉用チップ１は、基板１０に第１の流路１１を備える。第１の流路１１は基板１０の上面側に形成されている。第１の流路１１には試料が通流する。
　基板１０の材質は特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル樹脂、ポリカーボネート、フッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリジメチルシロキサン等の樹脂、硝子、金属等が挙げられる。
　本技術の粒子捕捉用チップ１は、第１の流路１１側に開口する第１の凹部１３と、第１の凹部１３に並設された第２の凹部１４と、第１の凹部１３と第２の凹部１４とを連結する連結部１５と、を備える。
　第１の凹部１３は、第１の流路１１の下面に形成されている。第１の凹部１３には、第１の流路１１を通流する試料に含まれる粒子が捕捉されうる。第２の凹部１４は、第１の凹部１３の下面側に設けられており、連結部１５を介して第１の凹部１３と連結されている。
　また、粒子捕捉用チップ１は、第２の流路１２と、第２の凹部１４と第２の流路１２とを連通する連通部１６と、を備える。第２の流路１２は、基板１０の下面側に形成されている。第２の凹部１４には、施栓部材を収容することができる（詳細は後述）。
　次に、構成について更に説明する前に、粒子捕捉用チップ１における粒子の流れについて図３を参照して説明する。図３は、粒子捕捉用チップ１における粒子捕捉の一例を示す模式図である。図３に示す例では、第１の流路１１と第２の流路１２とが連結されており、連結部分にバルブ２１が設けられている。粒子３０を含む試料Ｓは液の流れ方向２２に進み、バルブ２１が開放されると更に下流に進む。すると、第１の流路１１側に開口している第１の凹部１３、第１の凹部１３と連結する第２の凹部１４、及び、第２の凹部１４と第２の流路１２とを連通する連通部１６を介して、第１の流路１１から第２の流路１２の方向へ陽圧による吸引力２３が生じる。この吸引力２３により、粒子３０は第１の凹部１３の方へ吸い寄せられて、第１の凹部１３の内部に捕捉される。
　なお、バルブの設置はこれに限定されるものではない。例えば、第１の流路１１の上流に試料を流すためのバルブを設置し、第２の流路１２の下流に試料を吸引するためのバルブを設置することもできる。
　図１及び図２に戻り、第１の流路１１について更に説明する。粒子捕捉用チップ１は、単一粒子の捕捉を目的とする場合、第１の流路１１の下面に、山部１７と谷部１８を備える波形構造２０を有することが好ましく、山部１７の頂部１９に第１の凹部１３が形成されることが好ましい。波形構造２０を有することで、頂部１９に位置する第１の凹部１３に捕捉された粒子に他の粒子が接着しにくくなり、粒子の堆積を防止することができる。これにより、１つの第１の凹部１３に２個以上の粒子が捕捉される状態を回避することができる。
　次に、第１の流路１１における粒子の流れについて図４を参照して説明する。図４は、第１の流路１１における粒子捕捉の一例を示す模式図である。図４に示すように、第１の流路１１内では、試料Ｓの液流が層流となっており、常に第１の流路１１の中央の流速が流路側面付近よりも速いという特性がある。そのため、波形構造２０の頂部１９に第１の凹部１３を設けることで、粒子が第１の凹部１３に２個以上入ろうとするダブレットを防ぐことができる（破線の丸）。つまり、ダブレットになろうとして２個目の粒子が付着しても流速が速いため、中央層流に流されて２個目以降が入りにくくなると考えられる。例えば、液流の全体の流速に比べて、中央層流は約２０％速くなる。
　再び図１及び図２に戻り、粒子捕捉用チップ１の構成について更に説明する。
　第１の流路１１及び第２の流路１２の幅及び高さは特に限定されず、捕捉対象の粒子の大きさ、形状及び種類、又は流路を流れる試料の量及び粘度等に応じて決定することができる。
　第１の凹部１３及び第２の凹部１４の形状は特に限定されず、例えば、円形状、円錐台状、逆円錐台状、楕円柱状、楕円台状、逆楕円錐台状、テーパー状、逆テーパー状、三角形柱以上の多角形柱等が挙げられる。
　第１の凹部１３の深さは、捕捉目的の粒子の粒径以下とすることが好ましい。そのような深さであると、第１の凹部１３での粒子のダブレットや、捕捉された粒子に他の粒子が堆積することを防ぐことができる。
　ここで、粒子の「粒径」とは、粒子の長軸径と短軸径の平均値をいう。具体的には、微粒子であれば、顕微鏡を用い、画像処理ソフト等により任意の微粒子を相当数（例えば１００個）測定し、個数平均を求めることにより、粒径を算出することができる。
　例えば、第１の凹部１３の深さは、捕捉目的の粒子の粒径との比で好ましくは２以下、より好ましくは１以下とすることができる。あるいは、第１の凹部１３の深さは、第１の凹部１３の開口部分における内接円の直径との比で好ましくは２以下、より好ましくは１以下とすることができる。また、第１の流路１１が、山部１７及び谷部１８を備える波形構造２０を有する場合、第１の凹部１３の深さは、谷部１８から山部１７への高さとの比で好ましくは１以下、より好ましくは０．８以下とすることができる。
　また、第１の凹部１３の立体的形状が、例えば円柱状や円錐台状、逆円錐台状、テーパー状、逆テーパー状のような、開口部分が円形の場合、第１の凹部１３の直径は、捕捉目的の粒子の粒径の１倍以上２倍未満の大きさであることが好ましい。また、第１の凹部１３の開口部分が三角形以上の多角形の場合、奇数のｎ角形であれば頂角から底辺への垂線、偶数のｎ角形であれば対角線を直径とみなすことができる。直径が１倍未満であると第１の凹部１３に単一の細胞が入りづらくなり、２倍以上であると複数の細胞が入ることがある。
　第１の流路１１が、山部１７及び谷部１８を備える波形構造２０を有する場合、谷部１８から山部１７への高さは、捕捉目的の粒子の粒径と同じ又はそれよりも高いことが好ましい。第１の流路１１内での試料の流速は、中央部に近づくほどに早くなる。このため、山部１７と谷部１８の高さが粒子の粒径よりも低い場合、山部１７付近でも粒子が受ける流速は遅くなる。山部１７付近の流速が遅いと、第１の凹部１３に捕捉された粒子に後から流れてきた粒子が接着しやすくなる。流速が遅いことによって後から流れてきた粒子が衝突するエネルギーも少なくなり、捕捉された粒子にどんどん接着していき、粒子が堆積してしまう。
　山部１７間のピッチは、捕捉目的の粒子の粒径の２倍以上２０倍以下の長さとすることができる。具体的には、山部１７の頂部１９から、谷部１８を一つはさみ、隣の山部１７の頂部１９までの間の長さが、捕捉目的の粒子の粒径の２倍以上２０倍以下である。２倍未満であると、谷部１８に粒子が入る可能性があり、２０倍を超えると山部１７の高さによっては波形構造２０が平らな構造に近づき、本技術の効果を十分に発揮できないことがある。
　なお、山部１７間のピッチは、より好ましくは捕捉目的の粒子の粒径の５倍以上１５倍以下の長さである。この範囲にすることにより、本技術の波形構造２０により奏される効果が向上する。また、後述する本技術の粒子捕捉用装置が、マイクロオーダーの微小粒子を単一に捕捉するためのものである場合、微細な波形構造や第１の凹部を基板上に形成しなければならず、その際の製造のしやすさも鑑み、上記範囲にすることができる。
　なお、山部１７の左右のピッチは、同じでもよいし、異なっていてもよい。
　また、第１の流路１１は、下面と上面を平行にした上で下面に波形構造２０を形成すると、第１の流路１１の路幅は相対的に山部１７で小さく、谷部１８で大きくすることができる。このような路幅にすることによって、液流の中央層流が速いために、頂部１９で滞っている粒子を流すことができる。
　連結部１５は、第１の凹部１３に捕捉された粒子が第２の凹部１４に流出することを防ぐため、幅が第１の凹部１３及び第２の凹部１４よりも狭く形成されることが好ましい。図１及び図２に示す連結部１５は上下方向に所定の長さを有しているが、連結部１５の形状はこれに限定されない。図５は、連結部１５の一例を示す模式図である。図５に示すように、連結部１５は長さを有しない括れ状であってもよい。
　次に、図６を参照して、各部のサイズの一例について説明する。図６は、粒子捕捉用チップ１の各部のサイズの一例を示す図である。ここでの粒子捕捉用チップ１は、直径１０μｍの大きさの粒子を捕捉することを想定している。図６において、山部１７の幅は７０μｍ、山部１７の高さは１５μｍ、頂部１９の幅は２０μｍである。また、第１の凹部１３の開口部分の直径は１５μｍ、第１の凹部１３の深さは１０μｍ、連結部１５の幅は１０μｍ、第２の凹部１４の幅は１８μｍ、第２の凹部１４の高さは１４μｍ、連通部１６の長さは１８μｍ、連通部１６の幅は３μｍである。
　次に、図７を参照して、本技術の粒子捕捉用チップ１の一例を説明する。図７は、粒子捕捉用チップ１の一例を示す模式図である。ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を材料とし、原盤となる型に入れてＰＤＭＳ樹脂を成形し、上述した流路、凹部及び連通部などを備える基板１０を作製した。作製した基板１０をＯ２：１０ｃｃ、１００Ｗ、３０ｓｅｃでダイレクトプラズマ（ＤＰ）アッシングして表面を親水化させた後に、大気中でカバーガラスと貼り合わせて、粒子捕捉用チップ１を製造した。
　図７に示す粒子捕捉用チップ１において、基板１０の中央部に第１の流路１１及び第２の流路１２が形成されている。第１の流路１１と第２の流路１２との間には、第１の凹部、連結部、第２の凹部、連通部が形成されている（図示せず）。基板１０の左上に位置するポート２４は第１の流路１１と繋がっており、このポート２４に粒子含有試料を導入する。基板１０の右側にはバイパス２５が設けられており、バイパス２５は第１の流路１１と第２の流路１２とを連絡している。バイパス２５にはバルブ２１が設けられている。基板１０の左下に位置するポート２６は、第１の流路１１及び第２の流路１２を通過した試料が流入する部分である。
　左上のポート２４から導入された粒子含有試料は、第１の流路１１における粒子含有試料を導入する力、下流側に流れる力、バイパス２５に設けられたバルブ２１の開閉により試料が流れる力、及び左下のポート２６から試料を吸引する力等のいずれか、又はこれらの組み合わせにより、第１の流路１１及び第２の流路１２の内部を通流することができる。
　次に、図８を参照して、本技術の粒子捕捉用チップ１について更に説明する。図８は、粒子捕捉用チップ１の一部の横断面を示す模式図である。粒子捕捉用チップ１は、図８に示すように、第２の凹部１４に収容された施栓部材２を備えることが好ましい。
　上述の図３に示したように粒子を含む試料を通流させると、図８に示す連通部１６において下矢印方向の吸引力が発生するが、施栓部材２によって吸引圧力を緩和することができるため、第１の凹部１１に掛かる吸引力が減衰される。
　上記特許文献１に記載の技術のように、細胞が入るウエルにスリットが設けられた構造の場合、スリットを介した吸引力によって細胞が大きく変形し、これにより細胞が多大なストレスを受けたり細胞がスリット内に引き込まれたりして、ウエル内で細胞を適切に維持することが困難な場合があった。吸引力を弱めれば細胞の変形を防止することは可能であるが、細胞がウエルの配置された壁面まで到達しなかったり、壁面まで到達してもウエル内部にまで細胞を吸引できない場合があった。本発明者は、吸引力を機械的に又は手動で微調整することを検討したが、チューニングが困難であり、また、チューニングする際に発生する吸引圧の変動によって捕捉した粒子がスリット内に引き込まれてしまう場合があった。
　本発明者は、吸引力に着目して鋭意検討を重ねた結果、第１の凹部１１と連通部１６との間に第２の凹部１２を設けて、第２の凹部の内部に施栓部材２を配置することにより、第１の凹部１１の内部における急激な吸引力増加を抑制できることを見出した。これにより、第１の凹部１１に捕捉された粒子に過大な吸引圧が掛かることを防止して、粒子が大きく変形することを防止することができる。また、施栓部材２は、捕捉された粒子が第１の凹部１１よりも下に流れ出さないようにブロックする役割を果たすため、捕捉された粒子を第１の凹部１１に留めておくことができる。
　つまり、施栓部材を収容可能な第２の凹部を備える本技術の粒子捕捉用チップは、捕捉された粒子の変形及び流出を防止することが可能な構造を備えている。
　また、細胞の解析においては、余計なストレスを与えずに細胞を回収することが望まれる場合があるところ、本技術の粒子捕捉用チップは細胞に掛かる吸引力を減衰させて細胞に与えるストレスを軽減させることが可能であることから、細胞の捕捉に好適である。
　第１の凹部１３に捕捉された粒子が、連結部１５を通過して第２の凹部１４へと流出することを防止するため、施栓部材２は、第２の凹部１４の内部において連結部１５を覆う大きさであることが好ましい。また、連通部１６において発生する吸引力をより効果的に緩和するため、施栓部材２は、第２の凹部１４の内部において連通部１６を覆う大きさであることが好ましい。
　第１の凹部１３及び第２の凹部１４に対して効率的に吸引力を発生させる観点から、図８に示す例では、第２の凹部１４と連通部１６との接合部１６１は、第２の凹部１４の下方に設けられている。しかしながら、接合部１６１の位置はこれに限定されない。
　例えば、第２の凹部１４と連通部１６との接合部１６１を第２の凹部１４の側方に設けてもよい。図９は、連通部１６の一例を示す模式図である。図９に示す例では、１つの第２の凹部１４に対して連通部１６が２つ設けられ、第２の凹部１４と連通部１６，１６との接合部１６１，１６１は、それぞれ、第２の凹部１４の異なる側方に設けられている。連通部１６，１６のそれぞれにおいて、図９中の矢印で示す方向に吸引力が発生しうる。第２の凹部１４の両側方に接合部１６１，１６１を設けることにより、吸引力によって施栓部材２が片側の連通部１６の方へ吸い寄せられて片側の接合部１６１を閉塞したとしても、反対側の接合部１６１は開放された状態を維持しうる。これにより、過度な吸引力低下を防止することができる。
　また、図８と図９に示した構成を組み合わせて、第２の凹部１４の下面及び側面の両方に接合部１６１を設けてもよい。
　次に、図１０を参照して、施栓部材２を第２の凹部１４に収容する方法の一例を説明する。図１０は、施栓部材２を第２の凹部１４に収容する手順の一例を示す図である。図１０Ａは、例えば図３に示したように第１の流路１１に施栓部材２を含む試料を送液して、第１の凹部１３に施栓部材２を捕捉した状態を示している。吸引力は、図中の下矢印方向に発生している。次に、吸引圧を高くして、施栓部材２を第２の凹部１４側へ吸引する。図１０Ｂは、施栓部材２が高い吸引圧によって変形して、第１の凹部１３から連結部１５を経由して第２の凹部１４へ移動する様子を示している。図１０Ｃは、吸引力によって施栓部材２が第２の凹部１４へ移動した後の様子を示している。このような手順により、施栓部材２を第２の凹部１４に収容することが可能である。
　次に、図１１を参照して、施栓部材２を第２の凹部１４に収容する方法の別の一例を説明する。図１１は、施栓部材２を第２の凹部１４に収容する手順の一例を示す図である。図１１Ａは、第２の流路１２に施栓部材２を含む試料を送液し、上矢印方向に発生させた吸引力を介して、連通部１６内に施栓部材２を引き込む様子を示している。このように、図１１Ａでは、図１０と逆方向の吸引力を発生させている。次に、吸引圧を高くして、連通部１６に捕捉した施栓部材２を第２の凹部１４側へ吸引する。図１１Ｂは、施栓部材２が高い吸引圧によって変形して、連通部１６から第２の凹部１４へ移動する様子を示している。図１１Ｃは、吸引力によって施栓部材２が第２の凹部１４へ移動した後の様子を示している。このような手順により、施栓部材２を第２の凹部１４へ収容することができる。
　施栓部材を第２の凹部に収容する別の方法としては、例えば、粒子捕捉用チップの製造過程において施栓部材を配置することが挙げられる。具体的には、基板に第２の凹部を形成した後に、当該第２の凹部の内部に施栓部材を配置して、その後、基板の上にカバーガラスを貼り付けることで、第２の凹部に施栓部材を収容することができる。
　施栓部材は、入手容易性の観点から、微小粒子の分取や解析において一般に用いられているビーズ（マイクロビーズ）を用いることが好ましい。
　施栓部材の材料は特に限定されないが、例えば図１０及び図１１に示したように連通部を介した吸引力によって施栓部材を第２の凹部へ収容する場合、吸引力によって変形し得る弾性を有する材料であることが好ましい。
　また、図１０の場合、施栓部材が連結部を通過する際に発生する負荷を軽減するため、連結部が弾性部材で形成されていることが好ましい。図１１の場合、施栓部材が連通部を通過する際に発生する負荷を軽減するため、連通部が弾性部材で形成されていることが好ましい。連結部のみや連通部のみを弾性部材で形成してもよいが、製造上の手間及びコストの観点からは基板自体を弾性を有する材料で形成することが好ましい。
　施栓部材の形状は特に限定されないが、吸引力によって施栓部材を第２の凹部へ収容する場合に施栓部材に掛かる吸引圧に偏りが生じないよう、球形であることが好ましい。
　施栓部材の数は特に限定されないが、１つの第２の凹部に１個の施栓部材を収容することが好ましい。１つの第２の凹部に２個以上の施栓部材を収容すると、１個の施栓部材を収容した場合よりも、第１の凹部に捕捉対象粒子を引き込むための吸引圧を高める必要がある。つまり、第２の凹部に収容する施栓部材の数を１個にした方が、吸引圧を抑えることができるため、粒子捕捉用チップに掛かる負荷を軽減することが可能である。
　また、本技術の粒子捕捉用チップは、分泌物や内容物等の粒子に由来する物質を取得するために用いることも可能である。一例として、捕捉対象の粒子を細胞とし、当該細胞由来の被検物質と結合する結合物質が固定化されている施栓部材を用いて被検物質を取得するための構成について説明する。
　図１２は、粒子を捕捉した粒子補足用チップの一部の横断面を示す模式図である。図１２に示すように、第１の凹部１３には細胞４０が捕捉されている。また、図１２に示す施栓部材２の表面には、被検物質と結合する結合物質が固定化されている（図示せず）。
　被検物質は、例えば、核酸、タンパク質、ペプチド、糖鎖等の細胞由来の物質とすることができる。被検物質が核酸である場合、結合物質として、核酸に対する抗体、核酸にハイブリダイズする核酸プローブ、核酸と結合するタンパク質等を用いることができる。被検物質がタンパク質又はペプチドである場合、結合物質として、タンパク質に対する抗体、ペプチドに対する抗体などを用いることができる。被検物質が糖鎖である場合、結合物質として、糖鎖に対する抗体、糖鎖に対するレクチン等を用いることができる。結合物質を施栓部材に固定化する方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
　次に、図１３を参照して、施栓部材２の表面に結合物質が固定化されている場合の一例について更に説明する。図１３は、図１２中の一点鎖線Ａで囲まれた部分の拡大図である。第２の凹部１４の内部では、図中矢印方向の吸引力が発生しており、第１の凹部１３に捕捉された細胞（図示せず）から分泌された分泌物４１が、第１の凹部１３から第２の凹部１４に流入して、第２の凹部１４の内部を矢印方向に向かって移動している。施栓物質２の表面には、分泌物４１と結合する結合物質５０が固定化されており、第２の凹部１４の内部を流れる分泌物４１が結合物質５０に結合する。その後、施栓物質２を回収することにより、結合物質５０に結合した分泌物４１を取得することができる。
　また、例えば、捕捉された細胞を第１の凹部内で破砕して核酸等の被検物質を溶出させ、当該被検物質と施栓部材上の結合物質とを結合させることも可能である。施栓部材を回収することにより、施栓部材上の結合物質に結合した被検物質を取得することができる。
　図１４は、細胞由来の被検物質を取得するための従来法を示す模式図である。図１４に示すように、従来は、ウエル６０の底面に結合物質６１を固定化して、ウエル６０内に浮遊する被検物質６２を上記結合物質６１に結合させる方法が一般的であった。一方、本技術の粒子捕捉用チップは、上記図１３に示したように、施栓部材２と第２の凹部１４との間にある狭いエリアを被検物質が通流していくため、被検物質と結合物質との結合効率が従来法よりも高くなる。これにより、従来法よりも効率的に被検物質を取得することが可能である。
　また、本技術の粒子捕捉用チップは、第１の凹部と第２の凹部とを備えることにより、単一の粒子を上下に積層する技術として応用可能である。例えば、第１の凹部及び第２の凹部を多数設けておき、第１の凹部にＩＣチップを収容し、第２の凹部にＬＥＤを収容することで、上下に整列したＩＣチップ及びＬＥＤを一時に多数取得することが可能である。
２．粒子捕捉用装置
　図１５を参照して、本技術に係る他の実施形態である粒子捕捉用装置について説明する。図１５は、粒子捕捉用装置１００の一例を示す模式図である。粒子捕捉用装置１００は、上述した本技術の粒子捕捉用チップ１０１を備える。粒子捕捉用チップ１０１は、バルブ２１を介して送液部１０２と連結している。送液部１０２は、粒子含有試料を粒子捕捉用チップ１０１に供給する。試料の流れは、バルブ２１を開閉することにより制御できる。この制御は、送液制御部１０５で行うことができる。送液の制御により、試料を流す・止めるだけでなく、逆流や、一定間隔で流れを変化させる脈動流を生じさせることもできる。
　また、粒子補足用装置１００は、観察部１０４を備えていてもよい。観察部１０４は特に限定されないが、粒子が流れて捕捉される様子を顕微鏡等で拡大して肉眼で観察してもよいし、画像処理装置等で肉眼によらず処理できるようにしてもよい。ここでの観察結果を送液制御部１０５にフィードバックして、試料の流れを更に制御することができる。
　更に、粒子捕捉用装置１００は、下流側に廃液部１０３を備えていてもよく、粒子含有量が減少した試料を廃液として回収することができる。廃液部１０３の上流側又は下流側に更にバルブやポンプを備え、粒子捕捉用チップ１０１上の流路に吸引力を作用させてもよい。
３．粒子捕捉方法
　図１６を参照して、本技術に係る他の実施形態である粒子捕捉方法について説明する。図１６は、本技術の粒子捕捉方法の一例を示すフローチャートである。図１６に示す粒子捕捉方法では、第２の凹部に施栓部材を備えない粒子捕捉用チップ用いる。
　まず、施栓部材を含む試料を第１の流路に送液し（ステップＳ１１）、施栓部材を第１の凹部に捕捉する（ステップＳ１２）。次に、連通部を介した吸引力により施栓部材を第２の凹部に移動させる（ステップＳ１３）。その後、捕捉対象の粒子を含む試料を第１の流路に送液し（ステップＳ１４）、粒子を第１の凹部に捕捉する（ステップＳ１５）。
　第２の凹部に施栓部材を備える粒子捕捉用チップを用いて粒子を捕捉する場合は、図１６に示したステップＳ１４及びＳ１５を行えばよい。
　本技術の粒子捕捉方法においては、送液を逆流させることもできる。順流と逆流を繰り返し生じさせることにより、第１の流路の下面に堆積した粒子を分散させることができるため、より多くの粒子を捕捉することが可能である。
４．被検物質の取得方法
　図１７を参照して、本技術の他の実施形態である被検物質の取得方法について説明する。図１７は、本技術に係る被検物質の取得方法の一例を示すフローチャートである。図１７に示す被検物質の取得方法では、第２の凹部に施栓部材を備えない粒子捕捉用チップを用いる。
　まず、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材を含む試料を第１の流路に送液し（ステップＳ２１）、施栓部材を第１の凹部に捕捉する（ステップＳ２２）。次に、連通部を介した吸引力により施栓部材を第２の凹部に移動させる（ステップＳ２３）。その後、捕捉対象の粒子を含む試料を第１の流路に送液し（ステップＳ２４）、粒子を第１の凹部に捕捉する（ステップＳ２５）。捕捉した粒子に由来する被検物質と、施栓部材の表面に固定された結合物質と、を反応させる（ステップＳ２６）。第２の凹部から施栓部材を取り出すことにより、施栓部材の結合物質に結合した被検物質を取得する（ステップＳ２７）。
　第２の凹部に施栓部材を備える粒子捕捉用チップを用いて被検物質を取得する場合は、図１７に示したステップＳ２４～Ｓ２７を行えばよい。
　本技術に係る被検物質の取得方法において、第２の凹部から施栓部材を取り出す方法は特に限定されない。例えば、キャピラリーを用いて施栓部材を取り出してもよい。また、連通部を介した吸引の方向と逆方向の液流を発生させて、当該液流の圧力で施栓部材を第２の凹部から第１の流路に流出させ、その後、第１の流路から施栓部材含有液を回収して、当該施栓部材含有液から施栓部材を取り出してもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
〔１〕第１の流路と、
　第２の流路と、
　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子捕捉用チップ。
〔２〕前記第２の凹部に収容された施栓部材を備える、〔１〕に記載の粒子捕捉用チップ。
〔３〕前記施栓部材がビーズである、〔２〕に記載の粒子捕捉用チップ。
〔４〕前記施栓部材の表面に被検物質と結合する結合物質が固定化されている、〔２〕又は〔３〕に記載の粒子捕捉用チップ。
〔５〕前記連結部が弾性部材で形成されている、〔１〕から〔４〕のいずれかに記載の粒子捕捉用チップ。
〔６〕前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の下方に設けられている、〔１〕から〔５〕のいずれかに記載の粒子捕捉用チップ。
〔７〕前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の側方に設けられている、〔１〕から〔６〕のいずれかに記載の粒子捕捉用チップ。
〔８〕前記第１の流路の下面が山部と谷部とを備える波形構造を有し、前記山部の頂部に前記第１の凹部を備える〔１〕から〔７〕のいずれかに記載の粒子捕捉用チップ。
〔９〕第１の流路と、
　第２の流路と、
　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップと、
　送液部と、を備える粒子捕捉用装置。
〔１０〕廃液部を備える、〔９〕に記載の粒子捕捉用装置。
〔１１〕前記第１の凹部を観察する観察部を備える、〔９〕又は〔１０〕に記載の粒子捕捉用装置。
〔１２〕前記送液部を制御する送液制御部を備える、〔９〕から〔１１〕のいずれかに記載の粒子捕捉用装置。
〔１３〕第１の流路と、
　第２の流路と、
　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、
　前記第１の流路に施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法。
〔１４〕前記送液を逆流させることを含む、〔１３〕に記載の粒子捕捉方法。
〔１５〕第１の流路と、
　第２の流路と、
　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、
　前記第２の凹部に収容された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、
　前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法。
〔１６〕前記送液を逆流させることを含む、〔１５〕に記載の粒子捕捉方法。
〔１７〕第１の流路と、
　第２の流路と、
　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、
　前記第１の流路に、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、
　前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、
　前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法。
〔１８〕キャピラリーを用いて、前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す、〔１７〕に記載の被検物質の取得方法。
〔１９〕前記吸引と逆方向の液流を発生させて、前記施栓部材を前記第２の凹部から前記第１の流路に流出させ、前記第１の流路から施栓部材含有液を回収し、前記施栓部材含有液から前記施栓部材を取り出す、〔１７〕に記載の被検物質の取得方法。
〔２０〕第１の流路と、
　第２の流路と、
　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、
　前記第２の凹部に収容され、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、
　前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、
　前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、
　前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法。
１，１０１　粒子捕捉用チップ
１０　基板
１１　第１の流路
１２　第２の流路
１３　第１の凹部
１４　第２の凹部
１５　連結部
１６　連通部
１７　山部
１８　谷部
１９　頂部
２０　波形構造
２１　バルブ
２２　流れ方向
２３　吸引力
２４，２６　ポート
２５　バイパス
３０　粒子
４０　細胞
４１　分泌物
５０　結合物質
１００　粒子捕捉用装置
１０２　送液部
１０３　廃液部
１０４　観察部
１０５　送液制御部
１６１　接合部

Claims (20)

  1. 　第１の流路と、
    　第２の流路と、
    　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
    　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
    　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
    　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子捕捉用チップ。
  2. 　前記第２の凹部に収容された施栓部材を備える、請求項１に記載の粒子捕捉用チップ。
  3. 　前記施栓部材がビーズである、請求項２に記載の粒子捕捉用チップ。
  4. 　前記施栓部材の表面に被検物質と結合する結合物質が固定化されている、請求項２に記載の粒子捕捉用チップ。
  5. 　前記連結部が弾性部材で形成されている、請求項１に記載の粒子捕捉用チップ。
  6. 　前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の下方に設けられている、請求項１に記載の粒子捕捉用チップ。
  7. 　前記第２の凹部と前記連通部との接合部が前記第２の凹部の側方に設けられている、請求項１に記載の粒子捕捉用チップ。
  8. 　前記第１の流路の下面が山部と谷部とを備える波形構造を有し、前記山部の頂部に前記第１の凹部を備える、請求項１に記載の粒子捕捉用チップ。
  9. 　第１の流路と、
    　第２の流路と、
    　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
    　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
    　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
    　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップと、
    　送液部と、を備える粒子捕捉用装置。
  10. 　廃液部を備える、請求項９に記載の粒子捕捉用装置。
  11. 　前記第１の凹部を観察する観察部を備える、請求項９に記載の粒子捕捉用装置。
  12. 　前記送液部を制御する送液制御部を備える、請求項９に記載の粒子捕捉用装置。
  13. 　第１の流路と、
    　第２の流路と、
    　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
    　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
    　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
    　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、
    　前記第１の流路に施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法。
  14. 　前記送液を逆流させることを含む、請求項１３に記載の粒子捕捉方法。
  15. 　第１の流路と、
    　第２の流路と、
    　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
    　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
    　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
    　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、
    　前記第２の凹部に収容された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、
    　前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する粒子捕捉方法。
  16. 　前記送液を逆流させることを含む、請求項１５に記載の粒子捕捉方法。
  17. 　第１の流路と、
    　第２の流路と、
    　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
    　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
    　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
    　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、を備える粒子補足用チップを用い、
    　前記第１の流路に、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材を含む試料を送液して前記施栓部材を前記第１の凹部に捕捉し、捕捉された前記施栓部材を、前記連通部を介した吸引により前記第２の凹部に移動させた後に、前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、
    　前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、
    　前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法。
  18. 　キャピラリーを用いて、前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す、請求項１７に記載の被検物質の取得方法。
  19. 　前記吸引と逆方向の液流を発生させて、前記施栓部材を前記第２の凹部から前記第１の流路に流出させ、前記第１の流路から施栓部材含有液を回収し、前記施栓部材含有液から前記施栓部材を取り出す、請求項１７に記載の被検物質の取得方法。
  20. 　第１の流路と、
    　第２の流路と、
    　前記第１の流路側に開口する第１の凹部と、
    　前記第１の凹部に並設された第２の凹部と、
    　前記第１の凹部と前記第２の凹部とを連結する連結部と、
    　前記第２の凹部と前記第２の流路とを連通する連通部と、
    　前記第２の凹部に収容され、被検物質と結合する結合物質が固定化された施栓部材と、を備える粒子補足用チップを用い、
    　前記第１の流路に粒子を含む試料を送液して前記粒子を前記第１の凹部に捕捉する工程と、
    　前記粒子に由来する前記被検物質と、前記結合物質と、を反応させる工程と、
    　前記第２の凹部から前記施栓部材を取り出す工程と、を含む、被検物質の取得方法。
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