WO2021171794A1

WO2021171794A1 - 粒子分離装置

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Publication number: WO2021171794A1
Application number: PCT/JP2021/000370
Authority: WO
Inventors: 雄輝室田; 匠吉富; 直広藤澤
Original assignee: Nok株式会社
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2021-09-02
Also published as: CN115151807A; JPWO2021171794A1; EP4113100A1; US20230077861A1

Abstract

粒子分離装置は、液体が貯留される少なくとも３つの液体室と、隣り合う液体室を接続する少なくとも２つの液体通路と、液体室の１つにサイズが異なる複数の粒子が分散された液体を導入するための導入口と、液体室の少なくとも２つの液体室の内部にそれぞれ配置され、液体に異なる電位を与える少なくとも２つの電極とを有する。少なくとも２つの液体通路の断面積は互いに異なる。

Description

粒子分離装置

　本発明は、混在する異なるサイズの粒子を分離する粒子分離装置に関する。

　エクソソーム、花粉、ウイルス、細菌などの粒子を解析するために、２つの空間を有する粒子解析装置が提案されている（特許文献１～４）。この種の粒子解析装置は、２つの空間を接続する孔を有しており、一方の空間には液体が貯留され、他方の空間には解析されるべき粒子を含有する液体が貯留される。これらの空間には異なる電位が与えられ、電気泳動によって、粒子が孔を通過する。粒子が孔を通過する時、液体を流れる電流値が変化する。電流値の変化を観察することにより、孔を通過した粒子の特徴（例えば、種類、形状、サイズ）が解析される。例えば、液体に含まれたある種類の粒子の数を計測することが可能である。

特開２０１４－１７４０２２号公報特開２０１７－１５６１６８号公報国際公開第２０１３／１３６４３０号国際公開第２０１３／１３７２０９号

　サイズが異なる複数の粒子が分散された液体を解析する場合、液体内で混在する粒子から異なるサイズの粒子を容易に分離することができると便利である。

　そこで、本発明は、サイズが異なる複数の粒子が分散された液体中の異なるサイズの粒子を容易に分離することが可能な粒子分離装置を提供する。

　本発明のある態様に係る粒子分離装置は、液体が貯留される少なくとも３つの液体室と、隣り合う液体室を接続する少なくとも２つの液体通路と、前記液体室の１つにサイズが異なる複数の粒子が分散された液体を導入するための導入口と、前記液体室の少なくとも２つの液体室の内部にそれぞれ配置され、前記液体に異なる電位を与える少なくとも２つの電極とを有する。前記少なくとも２つの液体通路の断面積は互いに異なる。

　この態様においては、電極に与えられる電位差に起因する電気泳動によって、液体に含有される粒子が１つの液体室から他の液体室に引き付けられる。液体通路を通過可能な小さいサイズを有する粒子は、液体通路を通過して、１つの液体室から他の液体室に移動するが、大きいサイズを有する粒子は元の液体室にとどまる。少なくとも３つの液体室の間に配置された少なくとも２つの液体通路の断面積が互いに異なることによって、少なくとも３つの液体室に、少なくとも３段階のサイズの粒子を分配することができる。したがって、サイズが異なる複数の粒子が分散された液体中の異なるサイズの粒子を容易に分離することが可能である。

本発明の実施形態に係る粒子分離装置の主アセンブリを示す斜視図である。図１の主アセンブリの分解斜視図である。図１の主アセンブリの断面図である。使用の初期段階の実施形態に係る粒子分離装置の模式図である。図４の次の段階の粒子分離装置の模式図である。図５の次の段階の粒子分離装置の模式図である。図６の次の段階の粒子分離装置の模式図である。本発明の実施形態の変形例に係る粒子分離装置の模式図である。

　以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施形態を説明する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。

　図１、図２、および図３に示すように、本発明の実施形態に係る粒子分離装置は、複数のパネルまたはブロックを有する積層体である主アセンブリ２を有する。

　主アセンブリ２は、５つのパネルまたはブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５と、４つの液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、３つの液体通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有する。

　ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５は、互いに同大な、ほぼ直方体の輪郭を有する。液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５の間に設けられている。液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の各々は、ほぼ直方体の形状を有しており、液体を貯留することができる。

　ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５は、電気的および化学的に不活性で絶縁性の材料から形成されている。各ブロックは、剛性材料から形成してもよいし、弾性材料から形成してもよい。好ましい剛性材料としては、樹脂材料、例えばポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、アクリル、環状オレフィン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル等が含まれる。好ましい弾性材料としては、エラストマー、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を含有するシリコーンゴムまたはウレタンゴムが含まれる。これらのブロックは同じ材料から形成されてもよいし、異なる材料から形成されてもよい。

　これらのブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５は、接着剤で接合することが可能である。但し、液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４への有機物の望ましくない流入を防止または低減するため、真空紫外線または酸素プラズマ照射を用いて、ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５を接合することが好ましい。

　第１のブロックＢ１の１つの面には、ほぼ直方体の形状を有する凹部１０が形成されている。凹部１０は隣の第２のブロックＢ２に向けられている。

　第２のブロックＢ２には、凹部１０と連通する円柱孔２０と、円柱孔２０に連通する直方体の凹部２１が形成されている。ブロックＢ１，Ｂ２が接合されることにより、凹部１０と円柱孔２０は第１の液体室Ｃ１を構成する。凹部２１は隣の第３のブロックＢ３に向けられている。

　第３のブロックＢ３には、凹部２１と連通するほぼ直方体の形状を有する凹部３０と、凹部３０に連通する円柱孔３１と、円柱孔３１に連通する直方体の凹部３２が形成されている。ブロックＢ２，Ｂ３が接合されることにより、凹部３０と円柱孔３１は第２の液体室Ｃ２を構成する。凹部３２は隣の第４のブロックＢ４に向けられている。

　第４のブロックＢ４には、凹部３２と連通するほぼ直方体の形状を有する凹部４０と、凹部４０に連通する円柱孔４１と、円柱孔４１に連通する直方体の凹部４２が形成されている。ブロックＢ３，Ｂ４が接合されることにより、凹部４０と円柱孔４１は第３の液体室Ｃ３を構成する。凹部４２は隣の第５のブロックＢ５に向けられている。

　第５のブロックＢ５には、凹部４２と連通するほぼ直方体の形状を有する凹部５０が形成されている。ブロックＢ４，Ｂ５が接合されることにより、凹部５０は第４の液体室Ｃ４を構成する。

　凹部２１，３２，４２には、直方体のナノポアチップＮ１，Ｎ２，Ｎ３がそれぞれ嵌め入れられている。ナノポアチップＮ１，Ｎ２，Ｎ３には、それぞれ液体通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が形成されている。

　ナノポアチップＮ１は、第１の液体室Ｃ１と第２の液体室Ｃ２を隔てる。ナノポアチップＮ１を厚さ方向に貫通する液体通路（ナノポア）Ｐ１は、第１の液体室Ｃ１と第２の液体室Ｃ２を接続（すなわち連通）する。実施形態において、１つの液体通路Ｐ１が形成されているが、２つ以上の液体通路Ｐ１がナノポアチップＮ１に形成されていてもよい。

　ナノポアチップＮ２は、第２の液体室Ｃ２と第３の液体室Ｃ３を隔てる。ナノポアチップＮ２を厚さ方向に貫通する液体通路（ナノポア）Ｐ２は、第２の液体室Ｃ２と第３の液体室Ｃ３を接続（すなわち連通）する。実施形態において、１つの液体通路Ｐ２が形成されているが、２つ以上の液体通路Ｐ２がナノポアチップＮ２に形成されていてもよい。

　ナノポアチップＮ３は、第３の液体室Ｃ３と第４の液体室Ｃ４を隔てる。ナノポアチップＮ３を厚さ方向に貫通する液体通路（ナノポア）Ｐ３は、第３の液体室Ｃ３と第４の液体室Ｃ４を接続（すなわち連通）する。実施形態において、１つの液体通路Ｐ３が形成されているが、２つ以上の液体通路Ｐ３がナノポアチップＮ３に形成されていてもよい。

　液体通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各々の長さ、輪郭、断面形状、および位置は、任意であって、粒子分離装置の用途（例えば、分離される粒子の特徴）に適合するように設計される。例えば、図示の液体通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各々は、四角錐台の形状を有するが、四角柱の形状、円柱の形状、円錐台の形状であってもよい。

　ナノポアチップＮ１，Ｎ２，Ｎ３は、電気的および化学的に不活性で絶縁性の材料、例えば、ガラス、サファイア、セラミックス、樹脂、エラストマー、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、またはＡｌ_２Ｏ_３により形成されてよい。好ましくは、各ナノポアチップは、ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５の材料よりも硬い材料、例えばガラス、サファイア、セラミックス、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、またはＡｌ_２Ｏ_３から形成されるが、樹脂またはエラストマーで各ナノポアチップを形成してもよい。これらのナノポアチップは同じ材料から形成されてもよいし、異なる材料から形成されてもよい。使用者は、粒子分離装置の用途に応じて、適切な各ナノポアチップを選択することができる。

　液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、液体通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で接続されているので、１つの液体室に液体が導入されると、他のすべての液体室に液体が流入する。後述するように、電極に与えられる電位差に起因する電気泳動によって、液体に含有される粒子が１つの液体室から他の液体室に引き付けられる。液体通路を通過可能な小さいサイズを有する粒子は、液体通路を通過して、１つの液体室から他の液体室に移動するが、大きいサイズを有する粒子は元の液体室にとどまる。すなわち、液体通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各々は、隣り合う液体室の間において、粒子をフィルタリングするゲートウェイとして機能する。

　液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のうち、まず、第１の液体室Ｃ１に、サイズが異なる複数の粒子が分散された液体が導入される。電気泳動によって、第１の液体室Ｃ１から第２の液体室Ｃ２へ小さい粒子が移動し、第２の液体室Ｃ２から第３の液体室Ｃ３へさらに小さい粒子が移動し、第３の液体室Ｃ３から第４の液体室Ｃ４へさらに小さい粒子が移動するよう意図されている。つまり、第１の液体室Ｃ１が電気泳動における粒子の最上流側であり、第４の液体室Ｃ４が最下流側である。

　この実施形態では、粒子の下流側の液体通路の断面積が上流側の液体通路の断面積より小さく決定されている。図３は、液体通路Ｐ２の最小幅Ｗ２は、最上流側の液体通路Ｐ１の最小幅Ｗ１より小さく、最下流側の液体通路Ｐ３の最小幅Ｗ３は液体通路Ｐ２の最小幅Ｗ２より小さいことを示す（但し、図３は、液体通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を誇張して示し、幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は実際には非常に小さい）。

　したがって、電気泳動による粒子の移動の結果、４つの液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に４段階のサイズの粒子を分配することができる。すなわち、第１の液体室Ｃ１に最大サイズ段階の粒子が滞留し、第２の液体室Ｃ２に２番目に大きいサイズ段階の粒子が滞留し、第３の液体室Ｃ３に３番目に大きいサイズ段階の粒子が滞留し、第４の液体室Ｃ４に最小サイズ段階の粒子が流入する。このようにして、サイズが異なる複数の粒子が分散された液体中の異なるサイズの粒子を容易に分離することが可能である。

　電気泳動を引き起こすための４つの電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４が４つの液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の内部にそれぞれ配置される。この実施形態では、各電極は円柱形状の棒であるが、各電極は他の形状を有していてもよい。

　主アセンブリ２には、電極挿入孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４が形成されており、電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４は電極挿入孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４にそれぞれ挿入される。

　電極挿入孔Ｈ１は、主アセンブリ２の上面から延びて液体室Ｃ１の凹部１０に連通する。電極挿入孔Ｈ１は、第１のブロックＢ１に形成された半円柱形の溝１３と、第２のブロックＢ２に形成された半円柱形の溝２２から構成される。

　電極挿入孔Ｈ２は、主アセンブリ２の上面から延びて液体室Ｃ２の凹部３０に連通する。電極挿入孔Ｈ２は、第２のブロックＢ２に形成された半円柱形の溝２３と、第３のブロックＢ３に形成された半円柱形の溝３３から構成される。

　電極挿入孔Ｈ３は、主アセンブリ２の上面から延びて液体室Ｃ３の凹部４０に連通する。電極挿入孔Ｈ３は、第３のブロックＢ３に形成された半円柱形の溝３４と、第４のブロックＢ４に形成された半円柱形の溝４３から構成される。

　電極挿入孔Ｈ４は、主アセンブリ２の上面から延びて液体室Ｃ４の凹部５０に連通する。電極挿入孔Ｈ４は、第４のブロックＢ４に形成された半円柱形の溝４４と、第５のブロックＢ５に形成された半円柱形の溝５４から構成される。

　こうして、各液体室に１つの電極が設けられる。電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４は、電極挿入孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４に着脱可能であってもよいし、電極挿入孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４に固定されてもよい。

　主アセンブリ２には、液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の内部から液体（電気泳動による粒子分離の結果、粒子を含む）を取り出すための出口として使用されるポートＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４が形成されている。この実施形態では、各ポートは円柱形状の孔であるが、各ポートは他の形状を有していてもよい。

　ポートＱ１は、主アセンブリ２の上面から延びて液体室Ｃ１の凹部１０に連通する。ポートＱ１を通じて、粒子（後述する最大サイズ段階の粒子Ｇ１）を含みうる液体を液体室Ｃ１から取り出すことができる。ポートＱ１は、第１のブロックＢ１に形成された半円柱形の溝１４と、第２のブロックＢ２に形成された半円柱形の溝２４から構成される。

　ポートＱ２は、主アセンブリ２の上面から延びて液体室Ｃ２の凹部３０に連通する。ポートＱ２を通じて、粒子（後述する２番目に大きいサイズ段階の粒子Ｇ２）を含みうる液体を液体室Ｃ２から取り出すことができる。ポートＱ２は、第２のブロックＢ２に形成された半円柱形の溝２５と、第３のブロックＢ３に形成された半円柱形の溝３４から構成される。

　ポートＱ３は、主アセンブリ２の上面から延びて液体室Ｃ３の凹部４０に連通する。ポートＱ３を通じて、粒子（後述する３番目に大きいサイズ段階の粒子Ｇ３）を含みうる液体を液体室Ｃ３から取り出すことができる。ポートＱ３は、第３のブロックＢ３に形成された半円柱形の溝３５と、第４のブロックＢ４に形成された半円柱形の溝４５から構成される。

　ポートＱ４は、主アセンブリ２の上面から延びて液体室Ｃ４の凹部５０に連通する。ポートＱ４を通じて、粒子（後述する最小サイズ段階の粒子Ｇ４）を含みうる液体を液体室Ｃ４から取り出すことができる。ポートＱ４は、第４のブロックＢ４に形成された半円柱形の溝４６と、第５のブロックＢ５に形成された半円柱形の溝５６から構成される。

　ポートを通じて液体室から液体を取り出す手法の例は吸引である。例えば、ポートに管（図示せず）を挿入し、管に接続されたポンプ（図示せず）で液体室から液体を取り出してもよいし、ポートに先端が挿入されたシリンジまたはピペット（図示せず）で液体室から液体を取り出してもよい。

　第１の液体室Ｃ１に連通するポートＱ１は、サイズが異なる複数の粒子が分散された液体を導入するための導入口として使用することができる。液体は、ポートＱ１に挿入された管で導入されてもよいし、ポートＱ１に先端が挿入されたシリンジまたはピペットで導入されてもよい。

　次に、図４から図７を参照して、実施形態に係る粒子分離装置の使用方法を説明する。図４から図７の各々は、粒子分離装置の模式図であり、図１から図３と要素の相対的位置および形状が異なる。但し、要素の相対的位置および形状は、本発明において重要ではなく、他の相対的位置および形状を採用してもよい。

　本明細書で、「粒子が液体室へ移動する」とは、粒子のゲートウェイである液体通路を通過可能なサイズの粒子が液体に含まれていれば、当該粒子が液体室へ移動するという意味である。液体通路を通過可能なサイズの粒子が液体に含まれていなければ、当然、移動する粒子はない。

　同様に、本明細書で、「粒子が液体室に滞留する」とは、液体通路を通過不可能なサイズの粒子が液体に含まれていれば、当該粒子が液体室に滞留するという意味である。液体通路を通過不可能なサイズの粒子が液体に含まれていなければ、当然、滞留する粒子はない。

　まず、図４に示すように、サイズが異なる複数の粒子が分散された液体が液体室Ｃ１に導入される。液体室Ｃ１に液体が導入されると、液体通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通じて他のすべての液体室Ｃ２，Ｃ３、Ｃ４に液体が流入する。

　次に、電極Ｅ１，Ｅ２を用いて、液体室Ｃ１，Ｃ２内の液体に直流電流を流す。図５に示すように、電極Ｅ１には負の電位が与えられ、電極Ｅ２には正の電位が与えられる。電極Ｅ１，Ｅ２に与えられる電位差に起因する電気泳動によって、液体に含有される粒子が第１の液体室Ｃ１から第２の液体室Ｃ２に引き付けられる。電気泳動によって、液体通路Ｐ１を通過可能なサイズを有する粒子が第１の液体室Ｃ１から第２の液体室Ｃ２へ移動し、液体通路Ｐ１を通過不可能な最大サイズ段階の粒子Ｇ１が第１の液体室Ｃ１に滞留する。

　液体室Ｃ１に導入された液体に分散された粒子のすべてが液体通路Ｐ１を通過するように、液体通路Ｐ１の断面積を最大粒子に対して大きく設計してもよい。この場合には、液体室Ｃ１に滞留する粒子はない。

　図５の段階で、液体を流れる電流値を電流計６０で測定し、電流値の変化を観察および／または記録してもよい。この場合には、粒子分離装置は、粒子解析装置として使用することができ、粒子の分離と分析を効率的に行うことができる。粒子が孔（図５の段階では液体通路Ｐ１）を通過する時、液体を流れる電流値が変化する。電流値の変化を観察することにより、孔を通過した粒子の特徴（例えば、種類、形状、サイズ）および数が解析される。図５の段階では、様々なサイズの粒子が液体通路Ｐ１を通過する。通過する粒子のサイズが液体通路Ｐ１の断面積に対して大きい場合には、電流値の変化は大きく、通過する粒子のサイズが液体通路Ｐ１の断面積に対して小さい場合には、電流値の変化は小さい。通過する粒子のサイズが液体通路Ｐ１の断面積に対して極めて小さい場合には、電流値の変化はノイズ程度に小さく無視しうる。

　次に、電極Ｅ２，Ｅ３を用いて、液体室Ｃ２，Ｃ３内の液体に直流電流を流す。図６に示すように、電極Ｅ２には負の電位が与えられ、電極Ｅ３には正の電位が与えられる。電極Ｅ２，Ｅ３に与えられる電位差に起因する電気泳動によって、液体に含有される粒子が第２の液体室Ｃ２から第３の液体室Ｃ３に引き付けられる。電気泳動によって、液体通路Ｐ２を通過可能なサイズを有する粒子が第２の液体室Ｃ２から第３の液体室Ｃ３へ移動し、液体通路Ｐ２を通過不可能な２番目に大きいサイズ段階の粒子Ｇ２が第２の液体室Ｃ２に滞留する。

　図６の段階で、液体を流れる電流値を電流計６０で測定し、電流値の変化を観察および／または記録してもよい。この場合には、粒子分離装置は、粒子解析装置として使用することができ、粒子の分離と分析を効率的に行うことができる。粒子が孔（図６の段階では液体通路Ｐ２）を通過する時、液体を流れる電流値が変化する。電流値の変化を観察することにより、孔を通過した粒子の特徴および数が解析される。

　次に、電極Ｅ３，Ｅ４を用いて、液体室Ｃ３，Ｃ４内の液体に直流電流を流す。図７に示すように、電極Ｅ３には負の電位が与えられ、電極Ｅ４には正の電位が与えられる。電極Ｅ３，Ｅ４に与えられる電位差に起因する電気泳動によって、液体に含有される粒子が第３の液体室Ｃ３から第４の液体室Ｃ４に引き付けられる。電気泳動によって、液体通路Ｐ３を通過可能な最小サイズ段階の粒子Ｇ４が第３の液体室Ｃ３から第４の液体室Ｃ４へ移動し、液体通路Ｐ３を通過不可能な３番目に大きいサイズ段階の粒子Ｇ３が第３の液体室Ｃ３に滞留する。

　図７の段階で、液体を流れる電流値を電流計６０で測定し、電流値の変化を観察および／または記録してもよい。この場合には、粒子分離装置は、粒子解析装置として使用することができ、粒子の分離と分析を効率的に行うことができる。粒子が孔（図７の段階では液体通路Ｐ３）を通過する時、液体を流れる電流値が変化する。電流値の変化を観察することにより、孔を通過した粒子Ｇ４の特徴および数が解析される。

　以上のように、４つの液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の間に配置された３つの液体通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の断面積が互いに異なることによって、４つの液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に、４段階のサイズの粒子Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を分配することができる。したがって、サイズが異なる複数の粒子が分散された液体中の異なるサイズの粒子を容易に分離することが可能である。分離される粒子は、エクソソーム、花粉、ウイルス、細菌などであってよい。

　具体的には、液体通路は、導入口であるポートＱ１から遠いほど、小さい断面積を有する。したがって、ポートＱ１に最も近い液体室Ｃ１に最も大きいサイズの粒子Ｇ１がとどまり、導入口から最も遠い液体室に最も小さいサイズの粒子Ｇ４が移動する。

　実施形態に係る粒子分離装置は、４つの液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のそれぞれの内部から液体を取り出すための４つのポートＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を有する。したがって、４つの液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に分配された異なるサイズの粒子Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を個別に取り出して、これらの粒子を解析することが可能である。

　実施形態においては、各液体室に１つの電極が設けられている。したがって、上記のように、段階的に粒子をフィルタリングすることができる。つまり各段階で２つの電極を用いて、電極に対応する２つの隣り合う液体室で電気泳動を実行することができる。また、必要に応じて、隣り合う液体室に設けられた２つの電極を用いて、液体を流れる電流値を測定し、液体室の間の液体通路を通過する粒子の特徴および／または数を解析することが可能である。

　出願人は、実施形態に係る粒子分離装置を製造して、粒子分離機能を確認する実験を行った。

　製造された粒子分離装置において、ナノポアチップＮ１，Ｎ２，Ｎ３は、表面層がＳｉＮであるＳｉ製であった。液体通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の形状は円柱形であった。液体通路Ｐ１の直径は３μｍ、液体通路Ｐ２の直径は１．２μｍ、液体通路Ｐ３の直径は２００ｎｍであった。

　実験で使用された液体サンプルは、粒径が異なる３種類のポリスチレン製の球状粒子が分散されたＰＢＳ（リン酸緩衝生理食塩水）であった。使用したＰＢＳは、カルシウムおよびマグネシウムを含まないＰＢＳ(－)であった。球状粒子の直径は、２μｍ、７５０ｎｍ、２００ｎｍであった。球状粒子は、Polysciences, Inc.（米国、ペンシルベニア）が製造したポリスチレン製のビーズであった。電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４としては、銀－塩化銀電極を使用した。液体サンプルは、ポートＱ１を通じて、液体室Ｃ１に供給された。

　実験において、直径２μｍの球状粒子は、液体室Ｃ１から液体室Ｃ２に移動し、液体室Ｃ２に滞留した。直径７５０ｎｍの球状粒子は、液体室Ｃ１から液体室Ｃ２を経て液体室Ｃ３に移動し、液体室Ｃ３に滞留した。直径２００ｎｍの粒子は、液体室Ｃ１から液体室Ｃ２，Ｃ３を経て液体室Ｃ４に移動した。このようにして、実施形態に係る粒子分離装置の粒子分離機能が確認できた。また、実験において、粒子が各液体通路を通過する時、電流値の変化を観察することができた。

　以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。

　例えば、上記の実施形態においては、各液体室に１つの電極が設けられている。しかし、図８に示すように、電気泳動における粒子の最上流側の第１の液体室Ｃ１内に配置された電極Ｅ１と、粒子の最下流側の第４の液体室Ｃ４内に配置された電極Ｅ４を用いて、液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４内の液体に直流電流を流してもよく、この場合には、電極Ｅ２，Ｅ３（および電極挿入孔Ｈ２，Ｈ３）を排除してもよい。この場合、一度に粒子分離すなわち多段階のフィルタリングを行うことができ、４つの液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に、４段階のサイズの粒子Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を分配することができる。したがって、電極の数は少なくとも２つであってよい。

　図８の変形例においても、液体を流れる電流値を電流計６０で測定し、電流値の変化を観察および／または記録してもよい。この場合には、粒子分離装置は、粒子解析装置として使用することができ、粒子の分離と分析を効率的に行うことができる。

　但し、第１の液体室Ｃ１内に複数の電極Ｅ１が設けられ、第４の液体室Ｃ４内に複数の電極Ｅ４が設けられてもよい。さらに、各液体室に複数の電極が設けられていてもよい。これらの複数の電極を用いて、液体の異なる部分を流れる複数の電流値を同時に測定してもよい。

　上記の実施形態においては、電極挿入孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４に加えて、液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から液体を取り出すためのポートＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４が設けられている。しかし、ポートＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を排除してもよい。この場合、電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４が電極挿入孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４に着脱可能であれば、電極挿入孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４を液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から液体を取り出すための出口として使用してもよい。この場合、電極挿入孔Ｈ１をサイズが異なる複数の粒子が分散された液体を導入するための導入口として使用してもよい。

　上記の実施形態に係る粒子分離装置は、４つの液体室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、３つの液体通路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有する。しかし、変形例として、粒子分離装置は、３つの液体室と２つの液体通路を有していてもよい。あるいは、粒子分離装置は、５つ以上の液体室と４つ以上の液体通路を有していてもよい。

　本発明の態様は、下記の番号付けされた条項にも記載される。

条項１．　液体が貯留される少なくとも３つの液体室と、
　隣り合う液体室を接続する少なくとも２つの液体通路と、
　前記液体室の１つにサイズが異なる複数の粒子が分散された液体を導入するための導入口と、
　前記液体室の少なくとも２つの液体室の内部にそれぞれ配置され、前記液体に異なる電位を与える少なくとも２つの電極とを有し、
　前記少なくとも２つの液体通路の断面積が互いに異なることを特徴とする
粒子分離装置。

条項２．　前記液体通路は、前記導入口から遠いほど、小さい断面積を有する
ことを特徴とする条項１に記載の粒子分離装置。

　この条項によれば、導入口に最も近い液体室に最も大きいサイズの粒子がとどまり、導入口から最も遠い液体室に最も小さいサイズの粒子が移動する。

条項３．　前記液体室のそれぞれの内部から液体を取り出すための複数の出口をさらに有する
ことを特徴とする条項１または２に記載の粒子分離装置。

　この条項によれば、少なくとも３つの液体室に分配された粒子を個別に取り出して、これらの粒子を解析することが可能である。

条項４．　前記液体室の各々に少なくとも１つの電極が設けられている
ことを特徴とする条項１から３のいずれか１項に記載の粒子分離装置。

　この条項によれば、例えば、第１の液体室と第２の液体室に設けられた２つの電極を用いて、第１の液体室と第２の液体室の間の液体通路を通過可能な粒子を第１の液体室から第２の液体室へ移動させ、第２の液体室と第３の液体室に設けられた２つの電極を用いて、第２の液体室と第３の液体室の間の液体通路を通過可能な粒子を第２の液体室から第３の液体室へ移動させることができる。必要に応じて、隣り合う液体室に設けられた２つの電極を用いて、液体を流れる電流値を測定し、液体室の間の液体通路を通過する粒子の特徴および／または数を解析することが可能である。

２　主アセンブリ
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５　ブロック
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４　液体室
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３　液体通路
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３　ナノポアチップ
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４　電極
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４　電極挿入孔
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４　ポート（出口）
Ｑ１　ポート（導入口）
Ｇ１　最大サイズ段階の粒子
Ｇ２　２番目に大きいサイズ段階の粒子
Ｇ３　３番目に大きいサイズ段階の粒子
Ｇ４　最小サイズ段階の粒子

Claims

　液体が貯留される少なくとも３つの液体室と、
　隣り合う液体室を接続する少なくとも２つの液体通路と、
　前記液体室の１つにサイズが異なる複数の粒子が分散された液体を導入するための導入口と、
　前記液体室の少なくとも２つの液体室の内部にそれぞれ配置され、前記液体に異なる電位を与える少なくとも２つの電極とを有し、
　前記少なくとも２つの液体通路の断面積が互いに異なることを特徴とする
粒子分離装置。
　前記液体通路は、前記導入口から遠いほど、小さい断面積を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の粒子分離装置。
　前記液体室のそれぞれの内部から液体を取り出すための複数の出口をさらに有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の粒子分離装置。
　前記液体室の各々に少なくとも１つの電極が設けられている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の粒子分離装置。