微粒子の連続分離機構及び装置
【課題】合成高分子、無機粉体、金属粉体、動植物細胞、微生物、エマルジョンなどの粒子を、粒径の近い場合でも連続かつ正確に大きさによって分離すること。
【解決手段】入口２２ａおよび２２ｂから，粒子を含む流体１００Ｐと粒子を含まない流体１００Ｎを導入すると同時に、部分２７における流体１００Ｐの幅が、分離対象とする最小の粒子の粒径よりも小さくする事により、部分２７において流れと垂直な方向における粒子の位置を、粒子の大きさによって一定にし、粒子の中心位置が存在する領域の流れだけを効率良くそれぞれの出口流路に分配する事により、粒径の近い粒子も分離できる。
【解決手段】入口２２ａおよび２２ｂから，粒子を含む流体１００Ｐと粒子を含まない流体１００Ｎを導入すると同時に、部分２７における流体１００Ｐの幅が、分離対象とする最小の粒子の粒径よりも小さくする事により、部分２７において流れと垂直な方向における粒子の位置を、粒子の大きさによって一定にし、粒子の中心位置が存在する領域の流れだけを効率良くそれぞれの出口流路に分配する事により、粒径の近い粒子も分離できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続粒子分離機構及びその装置に関し、詳細には、合成高分子、無機粉体、金属粉体、動植物細胞、微生物、エマルジョンなどの粒子を連続的に分級する際に用いて好適な連続粒子分離機構及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、合成高分子、無機粉体、金属粉体、動植物細胞、微生物、エマルジョンなどの粒子を分級する技術は、基礎研究のみならず、粉体工業、電子産業、食品産業、医薬品産業等における特定の大きさの粒子の選抜や、粒径分布の分析などの幅広い分野において重要であると認識されている。
【０００３】
粒子を分級する従来の技術としては、例えば、液体サイクロンによる分級法、クロマトグラフィーを利用した分級法、フィールドフローフラクショネーションによる分級法、あるいはピンチドフローフラクショネーション（例えば非特許文献１参照）による分級法などが知られている。
【非特許文献１】Ｍ．Ｙａｍａｄａ，Ｍ．Ｎａｋａｓｈｉｍａ，ａｎｄ Ｍ．Ｓｅｋｉ，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７６，５４６５−５４７１（２００４）
【０００４】
しかしながら、液体サイクロンによる分級法では、一度に大量処理が可能である反面、分級精度が低い、粒径が極めて小さい粒子の分級が困難、連続的な処理ができない、といった問題点があった。
【０００５】
また、クロマトグラフィーやフィールドフローフラクショネーションを利用した分級法では、分級精度が高く、粒径１マイクロメートル以下の粒子にも対応しており、主に分析的な用途に用いられている反面、分離に長い時間がかかる、一度に処理できる量が少ない、連続的な処理ができない、といった問題点があった。
【０００６】
また、ピンチドフローフラクショネーションを利用した分級法では、粒径１マイクロメートル程度の粒子にも対応し、連続的に粒子を導入することで、迅速かつ大量に分級できるが、粒径の近い粒子の分離が困難であるといった問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の技術の有する上記で述べたような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、合成高分子、無機粉体、金属粉体、動植物細胞、微生物、エマルジョンなどの粒子を分級する際、高い分級精度で連続的に大量処理でき、また粒径の近い粒子についても分級することができるようにした連続粒子分離機構及びその装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、一本の流路に複数の分岐から流体を導入し、流れに垂直な方向における粒子の中心位置を制御し、その中心位置の違いによって複数の分岐に粒子を分離し導入する時に、それぞれの出口分岐に分配される流量を制御する事で効率的に粒子を分離できる事に着目してなされたものである。
【発明の効果】
【０００９】
以下に本発明の特徴とその効果を示す。
【００１０】
まず、流路内に粒子を含む流体と粒子を含まない流体をそれぞれ導入するためには、流路がその入口において複数の分岐を持つ必要がある。
【００１１】
また、粒子を粒径の違いにより分離し、別々に回収するためには、流路がその出口において複数の分岐を持つ必要がある。
【００１２】
本発明のうち請求項１に記載の発明は、流路Ｘの両端が複数に分岐し、片方の端からはそれぞれ別の入口につながる複数の分岐流路を有し、もう片方の端からはそれぞれ別の出口につながる複数の分岐流路を有した流路構造を利用し、前記入口のうち少なくとも一つ以上の入口から微粒子を含む流体を導入し、また前記入口のうち少なくとも一つ以上の入口から微粒子を含まない流体を導入し、導入する流体の流量をそれぞれ調節する事により、流路Ｘにおいて微粒子を流路壁面に並べ、粒径の違いによる粒子の中心位置の差を生じさせる事により、前記それぞれ別の出口につながる複数の分岐流路へと粒子を分離し導入するのであるが、その際に前記それぞれ別の出口につながる複数の分岐流路のうち少なくとも一つ以上の流路が、分配される流量が他の流路と異なる事によって、粒子の中心位置の差を効率的に増幅させ、粒子を粒径の違いによってそれぞれ別の出口につながる分岐流路に分離し導入するというものである。
【００１３】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路の幅、深さ、長さ等が他の出口につながる複数の分岐流路と異なる流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴としている。
【００１４】
従って、本発明のうち請求項２に記載の発明によれば、それぞれの出口分岐に分配される流量を簡単に且つ大幅に変える事ができる。
【００１５】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路内部もしくは流路下流に調節可能なバルブを持つ流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴としている。
【００１６】
従って、本発明のうち請求項３に記載の発明によれば、バルブを制御する事により、分級操作を実施している際にそれぞれの流路に分配される流量を制御でき、粒子の分級と回収をより正確に行うことができるようになる。
【００１７】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路内部に流体を導入または排出する事のできる分岐流路Ｚを持つ流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴としている。
【００１８】
従って、本発明のうち請求項４に記載の発明によれば、分岐流路Ｚから流体を導入または排出する事により、分級操作を実施している際にそれぞれの流路に分配される流量を制御でき、粒子の分級と回収をより正確に行うことができるようになる。
【００１９】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路の温度を制御する事により、流路内の流体の粘度を制御できる流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴としている。
【００２０】
従って、本発明のうち請求項５に記載の発明によれば、温度を制御する事により、分級操作を実施している際にそれぞれの流路に分配される流量を制御でき、粒子の分級と回収をより正確に行うことができるようになる。
【００２１】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、請求項２、請求項３、請求項４及び請求項５に記載の連続粒子分離機構及びその装置のうち、少なくとも２つ以上を任意に組み合わせた事を特徴としている。
【００２２】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５及び請求項６のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、前記流路の幅、深さ、直径などのいずれかのスケールがセンチメートル以下のオーダーであり、前記流路内において流体は安定な層流を保ちながら流れる事を特徴としている。
【００２３】
従って、本発明のうち請求項７に記載の発明によれば、導入したそれぞれの流体は安定な層流を保って流れるため、粒子の位置のより安定な制御が可能となり、粒子の分級と回収をより正確に行うことができるようになる。
【００２４】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、導入される流体として液体を用いる事を特徴としている。
【００２５】
従って、本発明のうち請求項８に記載の発明によれば、細胞やエマルジョン等、液体中に懸濁している粒子の分級を行うことができる。
【００２６】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、導入される流体として気体を用いる事を特徴としている。
【００２７】
従って、本発明のうち請求項９に記載の発明によれば、粒子を液体へ懸濁させることなく分級を行うことが可能となる。
【００２８】
また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８及び請求項９いずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、流路Ｘの幅、深さ、直径等のうち少なくとも一つのスケールが異なる複数の前記流路構造を、複数直列に接続することにより、多段階で分級を行う事を特徴としている。
【００２９】
従って、本発明のうち請求項１０に記載の発明によれば、広い粒度分布を持つ粒子群を分級する際においても、精度の高い分級が可能となる。
【００３０】
また、本発明のうち請求項１１に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９及び請求項１０のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、前記流路構造がマイクロチップに形成されたチャネルである事を特徴としている。
【００３１】
従って、本発明のうち請求項１１に記載の発明によれば、流路の形状を正確にコントロールする事ができ、また流路の多段化及び並列化も容易になるため、分級精度の向上や、処理量の向上が期待できる。
【００３２】
また、本発明のうち請求項１１に記載の発明によれば、流路のスケールがナノメートルからマイクロメートルのオーダーになるため、非常に微小な粒子の正確な分離も可能となる。
【００３３】
また、本発明のうち請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、請求項３に記載のバルブがマイクロ膜バルブである事を特徴としている。
【００３４】
従って、本発明のうち請求項１２に記載の発明によれば、バルブの作製や制御を簡単に行う事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、添付の書類に基づいて、本発明による連続粒子分離機構及びその装置の最良の形態を説明するものとする。
【００３６】
図１に本発明による連続粒子分離機構及びその装置の最良の形態である流路構造の模式図を示す。
【００３７】
流路構造１１の一方の端は、２つの分岐（分岐１４ａ、１４ｂ）になっており、もう一方の端は５つの分岐（分岐１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ）になっており、それぞれ流体の入口及び出口へとつながっているが、出口分岐の数は多ければ多いほど精密な分級が可能となり、必要に応じて任意の数に決める事ができ、流路の幅、深さ、長さ等も必要に応じて任意の値に設定する事が可能である。
【００３８】
また、流体１００Ｑと、流体１００Ｒは、それぞれ粒子を含む流体と、粒子を含まない流体であり、粒子２００ａ、２００ｂ、２００ｃは、それぞれ相対的に大きな粒子、中ぐらいの粒子及び小さな粒子を示している。
【００３９】
ここで、分岐１４ａ側から粒子を含む流体を導入し、１４ｂ側から粒子を含まない流体を導入し、導入する流体の流量を調節する事により、部分１７において流れと垂直な方向における粒子の位置を粒子の大きさによって制御する。
【００４０】
その際に、部分１７における粒子の中心位置が存在しない領域の流れを、請求項２に記載の方法によって、分岐１５ｅに多く分配されるように設計する事により、粒子の中心位置の存在する領域の流れを効率よく残りの分岐（分岐１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）に分配する事ができるため、粒径の近い粒子の分離が可能となる。
【００４１】
また、少なくとも請求項３、請求項４及び請求項５のいずれか一項に記載の連続粒子分離機構及びその装置を分岐１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄに設ける事によって、分配される流れを分級操作を実施している際に微調整でき、粒径の違いによって、より正確に粒子を分級し別々に取り出す事ができる。
【実施例】
【００４２】
以下、添付の書類に基づいて、本発明による連続粒子分離機構及びその装置の実施例を詳細に説明するものとする。
【００４３】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）には、本発明による連続粒子分離機構及びその装置の実施形態を備えたマイクロチップ２０が示されており、図２（ｂ）は図２（ａ）における部分Ａの拡大図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）における部分Ｂの拡大図である。
【００４４】
このマイクロチップ２０は、粒子をその大きさにより分離するためのマイクロチップであり、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの高分子の基板の片面に流路構造２１が形成されており、流路構造２１が形成されている面と平らな基板をはりあわせる事により流路構造は形成されている。
【００４５】
流路構造２１の深さは２０μｍ程度であるが、この値は１００ｎｍから１ｃｍまでの任意の値に設定することが可能である。
【００４６】
流路構造２１は、入口側ポート２２ａ、２２ｂ、及び出口側ポート２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊ、２３ｋ、２３ｌ、２３ｍを有し、入口側ポート２２ａ、２２ｂは、それぞれ粒子を含む流体と粒子を含まない流体の入口であり、出口側ポート２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊ、２３ｋ、２３ｌ、２３ｍは流体の出口である。
【００４７】
また、流路構造２１の一方の端は、２つの分岐（分岐２４ａ、２４ｂ）になっており、もう一方の端は１３個の分岐（分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５ｌ、２５ｍ）とそれに続く１２個の流路（流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌ）になっている。
【００４８】
ここで、分岐２４ａ、２４ｂは、それぞれ入口側ポート２２ａ、２２ｂへ接続されており、また分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５ｌは、それぞれ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌを経て出口側ポート２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊ、２３ｋ、２３ｌへ接続されており、分岐２５ｍは出口側ポート２３ｍに接続されている。
【００４９】
なお、流路構造２１の全体の長さ、つまり、入口側ポート２２ａ、２２ｂのある一方の端から、出口側ポート２３ｇの端までの長さは２１ｍｍであり、部分２７の長さは１００μｍであり、分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５１の長さは３ｍｍであり、分岐２５ｍの長さは１．５ｍｍであり、流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌの長さは１０．６ｍｍであるが、これらの値は１μｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００５０】
また、部分２７の幅は２０μｍであり、分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５ｌ、２５ｍの幅は２００μｍであり、流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌの幅は５０μｍであるが、これらの値はそれぞれ１００ｎｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００５１】
また分岐２４ａ、２４ｂの幅は、１００μｍであるが、これらの値はそれぞれ１００ｎｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００５２】
本実施例では、出口分岐の数は１３個であるが、出口分岐が多い方が、より精密な分級が可能となり、分岐の数は任意の値に設定する事が可能である。
【００５３】
以上の構成において、上記で示したマイクロチップ２０を用いて合成高分子、無機粉体、金属粉体、動植物細胞、微生物、エマルジョンなどの粒子を分離する連続粒子分離機構及びその装置について説明する。
【００５４】
流路構造２１に導入された粒子は、流体の流れと共に下流方向に移動するが、この時、２つの入口側ポート２２ａ、２２ｂから導入された流体の流量を適切に調節することで、流路構造２１における部分２７において、流れと垂直な方向における粒子の位置を粒子の大きさによって制御することができる。
【００５５】
以下に、図２（ｃ）を用いて粒子の位置を制御する機構を説明する。ここで、流体１００Ｐと、斜線で示した流体１００Ｎは、それぞれ粒子を含む流体と、粒子を含まない流体であり、粒子２００ｄ、２００ｅは、それぞれ相対的に大きな粒子と相対的に小さな粒子を示している。
【００５６】
まず、粒子を含む流体１００Ｐ及び粒子を含まない流体１００Ｎを、シリンジポンプなどを用いて２つの入口側ポート２２ａ、２２ｂからそれぞれ連続的に供給する。この時、流路構造２１内では、それぞれの流体が安定な層流を保ちながら流れる。
【００５７】
そして、粒子を含む流体１００Ｐ及び粒子を含まない流体１００Ｎの流量を調節することで、部分２７における流体１００Ｐの幅が、分離対象とする最小の粒子の粒径よりも小さくなるようにする。この操作により、分離対象とする全ての粒子は、部分２７における片方の壁２７ａに沿って流れるようになり、部分２７において流れと垂直な方向における粒子の位置を、粒子の大きさによって一定にすることができる。
【００５８】
そして、部分２７における流れが、分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５ｌ、２５ｍに分配される時に、粒子はその中心位置が存在する流れに乗ってそれぞれの分岐に分離し、導入される。
【００５９】
流路構造２１では、粒子の中心位置が存在しない壁２７ｂ側の流れの８０％が２５ｍに流れるように設計されているので、粒子の中心位置の存在する残りの２０％の流れを分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５ｌに分配するため、粒径の近い粒子の分離が可能となる。
【００６０】
実際に、このマイクロチップ２０を用い、流体としては０．５ｗｔ％ツイーン８０水溶液を用いて、直径１．０μｍ及び２．１μｍのポリスチレン−ジビニルベンゼンビーズ混合物の分級に成功している。
【００６１】
これ以外にも、血液中からの血球の分離や酵母と大腸菌の分離などにも成功している。
【００６２】
上記で述べた連続粒子分離機構及びその装置の実施形態を備えた流路構造２１は、請求項２に記載の連続粒子分離機構及びその装置であるが、これに限られるものではないことは勿論であり、請求項２及び請求項３に記載の連続粒子分離機構及びその装置の組み合わせを図３（ａ）（ｂ）に示す。
【００６３】
図３（ａ）（ｂ）には、本発明による連続粒子分離機構及びその装置の実施形態を備えたマイクロチップ３０が示されており、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＣ−Ｃ線による断面図である。
【００６４】
このマイクロチップ３０は、粒子をその大きさにより分離するためのマイクロチップであり、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの高分子の基板３８の下面３８ａに流路構造３１ａが形成されており、また基板３９の上面３９ａに流路３１ｂが形成されており、基板３８ａと基板３９ａはＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの高分子の薄膜３００を介して貼り合わせられている。
【００６５】
流路構造３１ａの深さは１５μｍ程度であり、流路構造３１ｂの深さは３５μｍ程度であるが、この値は１００ｎｍから１ｃｍまでの任意の値に設定することが可能である。
【００６６】
流路構造３１ａは、入口側ポート３２ａ、３２ｂ、及び出口側ポート３３ａ、３３ｂ、３３ｃを有し、入口側ポート３２ａ、３２ｂは、それぞれ粒子を含む流体と粒子を含まない流体の入口であり、出口側ポート３３ａ、３３ｂ、３３ｃは流体の出口である。
【００６７】
また、流路構造３１ａの一方の端は、２つの分岐（分岐３４ａ、３４ｂ）になっており、もう一方の端は３つの分岐（分岐３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）になっている。
【００６８】
ここで、分岐３４ａ、３４ｂは、それぞれ入口側ポート３２ａ、３２ｂへ接続されており、また分岐３５ａ、３５ｂ、３５ｃはそれぞれ出口側ポート３３ａ、３３ｂ、３３ｃへ接続されている。
【００６９】
なお、流路構造３１ａの全体の長さ、つまり、入口側ポート３２ａ、３２ｂのある一方の端から、出口側ポート３３ｂの端までの長さは２０．３ｍｍであり、部分３７の長さは５０μｍであり、分岐３５ａ、３５ｂの長さは１２ｍｍであり、分岐３５ｃの長さは５ｍｍであるが、これらの値は１μｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００７０】
また、部分３７の幅は２０μｍであり、分岐３５ａ、３５ｂの幅は１００μｍであり、分岐３５ｃの幅は２００μｍであるが、これらの値はそれぞれ１００ｎｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００７１】
また分岐３４ａ、３４ｂの幅は、５０μｍであるが、これらの値はそれぞれ１００ｎｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００７２】
また、流路構造３１ｂの一方の端はポート３２ｃへ接続されており、もう一方の端は閉鎖されている。
【００７３】
また流路構造３１ｂの幅は３００μｍであるが、この値は１００ｎｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００７４】
また、分岐３５ａの一部と流路構造３１ｂの一部は膜３００を介して重なっている。
【００７５】
ここで、ポート３２ｃから圧力制御する事により流路３５ａと流路構造３１ｂとに挟まれた部分の膜３００が上下に移動し、分岐３５ａへ流れる流量を制御できる。
【００７６】
これによって、それぞれの出口につながる分岐流路に流れる流量を微調整する事ができ、粒子を粒径の違いによって別々に回収しやすくなる。
【００７７】
実際に、このマイクロチップ３０を用い、流体としては０．５ｗｔ％ツイーン８０水溶液を用いて、直径１．０μｍ及び５．０μｍのポリスチレン−ジビニルベンゼンビーズ混合物の分級に成功している。
【００７８】
上記の発明による連続粒子分離機構及びその装置の実施形態を備えたマイクロチップ３０は、請求項２及び請求項３に記載の連続粒子分離機構及びその装置の組み合わせであるが、出口やバルブの数は任意に設定する事が可能である。
【００７９】
上記の発明による連続粒子分離機構及びその装置の実施形態を備えたマイクロチップ２０及び３０では、分離対象とする粒子の最大直径が図２及び図３における部分２７及び部分３７の幅よりも小さくなくてはならないが、分級する目的の粒子の径に合わせてそれらの幅を変えることで、例えば１ナノメートルから１センチメートルの、任意の大きさの粒子を分級することができる。
【００８０】
また、分離対象とする粒子群の粒度分布が広い場合には、分級された後に複数の出口側ポートから回収された粒子を、続いて、図２及び図３における部分２７及び部分３７の幅を変えた流路に導入し、更なる分級を行えばよい。
【００８１】
さらに、分級処理量は流路の数に比例するため、大量処理を目的とする場合には同型の流路を並列化すればよく、流路がマイクロチップ上に形成されたマイクロチャネルの場合には、一つのマイクロチップ上に容易に多数の同型の流路を並列化することができる。
【００８２】
これ以外にも、分級対象とする粒子の最大直径が、図２及び図３における部分２７及び部分３７の幅以下であれば、任意の大きさの粒子を分級する事ができる。
【００８３】
また、粒子を懸濁させる流体には、任意の液体または気体を用いることができる。
【００８４】
なお、粒子を含む流体と粒子を含まない流体は、どちらも同じ流体から構成されていても良く、また、それぞれ２種類以上の異なる流体から構成されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による連続粒子分離機構及びその装置の最良の形態を示す模式図である。
【図２】本発明による連続粒子分離機構及びその装置を備えたマイクロチップ２０を示し、（ｂ）は（ａ）における部分Ａの拡大図であり、（ｃ）は（ｂ）における部分Ｂの拡大図である。
【図３】本発明による連続粒子分離機構及びその装置を備えたマイクロチップ３０を示し、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線による断面図である。
【符号の説明】
１１ 流路構造
１４ａ〜１４ｂ 入口側分岐
１５ａ〜１５ｅ 出口側分岐
１７ 流路１１の部分
２０ マイクロチップ
２１ 流路構造
２２ａ〜２２ｂ 入口側ポート
２３ａ〜２３ｍ 出口側ポート
２４ａ〜２４ｂ 入口側分岐
２５ａ〜２５ｍ 出口側分岐
２６ａ〜２６ｌ 出口側流路
２７ 流路２１の部分
２７ａ〜２７ｂ 部分２７の内壁
３０ マイクロチップ
３１ａ 流路構造
３１ｂ 流路構造
３２ａ〜３２ｂ 入口側ポート
３３ａ〜３３ｃ 出口側ポート
３４ａ〜３４ｂ 入口側分岐
３５ａ〜３５ｃ 出口側分岐
３７ 流路３１ａの部分
３８ 基板
３８ａ 基板３８下面
３９ 基板
３９ａ 基板３９上面
１００Ｑ 流体
１００Ｒ 流体
１００Ｐ 流体
１００Ｎ 流体
２００ａ〜ｅ 粒子
３００ 膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続粒子分離機構及びその装置に関し、詳細には、合成高分子、無機粉体、金属粉体、動植物細胞、微生物、エマルジョンなどの粒子を連続的に分級する際に用いて好適な連続粒子分離機構及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、合成高分子、無機粉体、金属粉体、動植物細胞、微生物、エマルジョンなどの粒子を分級する技術は、基礎研究のみならず、粉体工業、電子産業、食品産業、医薬品産業等における特定の大きさの粒子の選抜や、粒径分布の分析などの幅広い分野において重要であると認識されている。
【０００３】
粒子を分級する従来の技術としては、例えば、液体サイクロンによる分級法、クロマトグラフィーを利用した分級法、フィールドフローフラクショネーションによる分級法、あるいはピンチドフローフラクショネーション（例えば非特許文献１参照）による分級法などが知られている。
【非特許文献１】Ｍ．Ｙａｍａｄａ，Ｍ．Ｎａｋａｓｈｉｍａ，ａｎｄ Ｍ．Ｓｅｋｉ，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７６，５４６５−５４７１（２００４）
【０００４】
しかしながら、液体サイクロンによる分級法では、一度に大量処理が可能である反面、分級精度が低い、粒径が極めて小さい粒子の分級が困難、連続的な処理ができない、といった問題点があった。
【０００５】
また、クロマトグラフィーやフィールドフローフラクショネーションを利用した分級法では、分級精度が高く、粒径１マイクロメートル以下の粒子にも対応しており、主に分析的な用途に用いられている反面、分離に長い時間がかかる、一度に処理できる量が少ない、連続的な処理ができない、といった問題点があった。
【０００６】
また、ピンチドフローフラクショネーションを利用した分級法では、粒径１マイクロメートル程度の粒子にも対応し、連続的に粒子を導入することで、迅速かつ大量に分級できるが、粒径の近い粒子の分離が困難であるといった問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の技術の有する上記で述べたような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、合成高分子、無機粉体、金属粉体、動植物細胞、微生物、エマルジョンなどの粒子を分級する際、高い分級精度で連続的に大量処理でき、また粒径の近い粒子についても分級することができるようにした連続粒子分離機構及びその装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、一本の流路に複数の分岐から流体を導入し、流れに垂直な方向における粒子の中心位置を制御し、その中心位置の違いによって複数の分岐に粒子を分離し導入する時に、それぞれの出口分岐に分配される流量を制御する事で効率的に粒子を分離できる事に着目してなされたものである。
【発明の効果】
【０００９】
以下に本発明の特徴とその効果を示す。
【００１０】
まず、流路内に粒子を含む流体と粒子を含まない流体をそれぞれ導入するためには、流路がその入口において複数の分岐を持つ必要がある。
【００１１】
また、粒子を粒径の違いにより分離し、別々に回収するためには、流路がその出口において複数の分岐を持つ必要がある。
【００１２】
本発明のうち請求項１に記載の発明は、流路Ｘの両端が複数に分岐し、片方の端からはそれぞれ別の入口につながる複数の分岐流路を有し、もう片方の端からはそれぞれ別の出口につながる複数の分岐流路を有した流路構造を利用し、前記入口のうち少なくとも一つ以上の入口から微粒子を含む流体を導入し、また前記入口のうち少なくとも一つ以上の入口から微粒子を含まない流体を導入し、導入する流体の流量をそれぞれ調節する事により、流路Ｘにおいて微粒子を流路壁面に並べ、粒径の違いによる粒子の中心位置の差を生じさせる事により、前記それぞれ別の出口につながる複数の分岐流路へと粒子を分離し導入するのであるが、その際に前記それぞれ別の出口につながる複数の分岐流路のうち少なくとも一つ以上の流路が、分配される流量が他の流路と異なる事によって、粒子の中心位置の差を効率的に増幅させ、粒子を粒径の違いによってそれぞれ別の出口につながる分岐流路に分離し導入するというものである。
【００１３】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路の幅、深さ、長さ等が他の出口につながる複数の分岐流路と異なる流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴としている。
【００１４】
従って、本発明のうち請求項２に記載の発明によれば、それぞれの出口分岐に分配される流量を簡単に且つ大幅に変える事ができる。
【００１５】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路内部もしくは流路下流に調節可能なバルブを持つ流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴としている。
【００１６】
従って、本発明のうち請求項３に記載の発明によれば、バルブを制御する事により、分級操作を実施している際にそれぞれの流路に分配される流量を制御でき、粒子の分級と回収をより正確に行うことができるようになる。
【００１７】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路内部に流体を導入または排出する事のできる分岐流路Ｚを持つ流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴としている。
【００１８】
従って、本発明のうち請求項４に記載の発明によれば、分岐流路Ｚから流体を導入または排出する事により、分級操作を実施している際にそれぞれの流路に分配される流量を制御でき、粒子の分級と回収をより正確に行うことができるようになる。
【００１９】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路の温度を制御する事により、流路内の流体の粘度を制御できる流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴としている。
【００２０】
従って、本発明のうち請求項５に記載の発明によれば、温度を制御する事により、分級操作を実施している際にそれぞれの流路に分配される流量を制御でき、粒子の分級と回収をより正確に行うことができるようになる。
【００２１】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、請求項２、請求項３、請求項４及び請求項５に記載の連続粒子分離機構及びその装置のうち、少なくとも２つ以上を任意に組み合わせた事を特徴としている。
【００２２】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５及び請求項６のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、前記流路の幅、深さ、直径などのいずれかのスケールがセンチメートル以下のオーダーであり、前記流路内において流体は安定な層流を保ちながら流れる事を特徴としている。
【００２３】
従って、本発明のうち請求項７に記載の発明によれば、導入したそれぞれの流体は安定な層流を保って流れるため、粒子の位置のより安定な制御が可能となり、粒子の分級と回収をより正確に行うことができるようになる。
【００２４】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、導入される流体として液体を用いる事を特徴としている。
【００２５】
従って、本発明のうち請求項８に記載の発明によれば、細胞やエマルジョン等、液体中に懸濁している粒子の分級を行うことができる。
【００２６】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、導入される流体として気体を用いる事を特徴としている。
【００２７】
従って、本発明のうち請求項９に記載の発明によれば、粒子を液体へ懸濁させることなく分級を行うことが可能となる。
【００２８】
また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８及び請求項９いずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、流路Ｘの幅、深さ、直径等のうち少なくとも一つのスケールが異なる複数の前記流路構造を、複数直列に接続することにより、多段階で分級を行う事を特徴としている。
【００２９】
従って、本発明のうち請求項１０に記載の発明によれば、広い粒度分布を持つ粒子群を分級する際においても、精度の高い分級が可能となる。
【００３０】
また、本発明のうち請求項１１に記載の発明は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９及び請求項１０のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、前記流路構造がマイクロチップに形成されたチャネルである事を特徴としている。
【００３１】
従って、本発明のうち請求項１１に記載の発明によれば、流路の形状を正確にコントロールする事ができ、また流路の多段化及び並列化も容易になるため、分級精度の向上や、処理量の向上が期待できる。
【００３２】
また、本発明のうち請求項１１に記載の発明によれば、流路のスケールがナノメートルからマイクロメートルのオーダーになるため、非常に微小な粒子の正確な分離も可能となる。
【００３３】
また、本発明のうち請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、請求項３に記載のバルブがマイクロ膜バルブである事を特徴としている。
【００３４】
従って、本発明のうち請求項１２に記載の発明によれば、バルブの作製や制御を簡単に行う事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、添付の書類に基づいて、本発明による連続粒子分離機構及びその装置の最良の形態を説明するものとする。
【００３６】
図１に本発明による連続粒子分離機構及びその装置の最良の形態である流路構造の模式図を示す。
【００３７】
流路構造１１の一方の端は、２つの分岐（分岐１４ａ、１４ｂ）になっており、もう一方の端は５つの分岐（分岐１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ）になっており、それぞれ流体の入口及び出口へとつながっているが、出口分岐の数は多ければ多いほど精密な分級が可能となり、必要に応じて任意の数に決める事ができ、流路の幅、深さ、長さ等も必要に応じて任意の値に設定する事が可能である。
【００３８】
また、流体１００Ｑと、流体１００Ｒは、それぞれ粒子を含む流体と、粒子を含まない流体であり、粒子２００ａ、２００ｂ、２００ｃは、それぞれ相対的に大きな粒子、中ぐらいの粒子及び小さな粒子を示している。
【００３９】
ここで、分岐１４ａ側から粒子を含む流体を導入し、１４ｂ側から粒子を含まない流体を導入し、導入する流体の流量を調節する事により、部分１７において流れと垂直な方向における粒子の位置を粒子の大きさによって制御する。
【００４０】
その際に、部分１７における粒子の中心位置が存在しない領域の流れを、請求項２に記載の方法によって、分岐１５ｅに多く分配されるように設計する事により、粒子の中心位置の存在する領域の流れを効率よく残りの分岐（分岐１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）に分配する事ができるため、粒径の近い粒子の分離が可能となる。
【００４１】
また、少なくとも請求項３、請求項４及び請求項５のいずれか一項に記載の連続粒子分離機構及びその装置を分岐１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄに設ける事によって、分配される流れを分級操作を実施している際に微調整でき、粒径の違いによって、より正確に粒子を分級し別々に取り出す事ができる。
【実施例】
【００４２】
以下、添付の書類に基づいて、本発明による連続粒子分離機構及びその装置の実施例を詳細に説明するものとする。
【００４３】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）には、本発明による連続粒子分離機構及びその装置の実施形態を備えたマイクロチップ２０が示されており、図２（ｂ）は図２（ａ）における部分Ａの拡大図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）における部分Ｂの拡大図である。
【００４４】
このマイクロチップ２０は、粒子をその大きさにより分離するためのマイクロチップであり、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの高分子の基板の片面に流路構造２１が形成されており、流路構造２１が形成されている面と平らな基板をはりあわせる事により流路構造は形成されている。
【００４５】
流路構造２１の深さは２０μｍ程度であるが、この値は１００ｎｍから１ｃｍまでの任意の値に設定することが可能である。
【００４６】
流路構造２１は、入口側ポート２２ａ、２２ｂ、及び出口側ポート２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊ、２３ｋ、２３ｌ、２３ｍを有し、入口側ポート２２ａ、２２ｂは、それぞれ粒子を含む流体と粒子を含まない流体の入口であり、出口側ポート２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊ、２３ｋ、２３ｌ、２３ｍは流体の出口である。
【００４７】
また、流路構造２１の一方の端は、２つの分岐（分岐２４ａ、２４ｂ）になっており、もう一方の端は１３個の分岐（分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５ｌ、２５ｍ）とそれに続く１２個の流路（流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌ）になっている。
【００４８】
ここで、分岐２４ａ、２４ｂは、それぞれ入口側ポート２２ａ、２２ｂへ接続されており、また分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５ｌは、それぞれ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌを経て出口側ポート２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊ、２３ｋ、２３ｌへ接続されており、分岐２５ｍは出口側ポート２３ｍに接続されている。
【００４９】
なお、流路構造２１の全体の長さ、つまり、入口側ポート２２ａ、２２ｂのある一方の端から、出口側ポート２３ｇの端までの長さは２１ｍｍであり、部分２７の長さは１００μｍであり、分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５１の長さは３ｍｍであり、分岐２５ｍの長さは１．５ｍｍであり、流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌの長さは１０．６ｍｍであるが、これらの値は１μｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００５０】
また、部分２７の幅は２０μｍであり、分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５ｌ、２５ｍの幅は２００μｍであり、流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ、２６ｊ、２６ｋ、２６ｌの幅は５０μｍであるが、これらの値はそれぞれ１００ｎｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００５１】
また分岐２４ａ、２４ｂの幅は、１００μｍであるが、これらの値はそれぞれ１００ｎｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００５２】
本実施例では、出口分岐の数は１３個であるが、出口分岐が多い方が、より精密な分級が可能となり、分岐の数は任意の値に設定する事が可能である。
【００５３】
以上の構成において、上記で示したマイクロチップ２０を用いて合成高分子、無機粉体、金属粉体、動植物細胞、微生物、エマルジョンなどの粒子を分離する連続粒子分離機構及びその装置について説明する。
【００５４】
流路構造２１に導入された粒子は、流体の流れと共に下流方向に移動するが、この時、２つの入口側ポート２２ａ、２２ｂから導入された流体の流量を適切に調節することで、流路構造２１における部分２７において、流れと垂直な方向における粒子の位置を粒子の大きさによって制御することができる。
【００５５】
以下に、図２（ｃ）を用いて粒子の位置を制御する機構を説明する。ここで、流体１００Ｐと、斜線で示した流体１００Ｎは、それぞれ粒子を含む流体と、粒子を含まない流体であり、粒子２００ｄ、２００ｅは、それぞれ相対的に大きな粒子と相対的に小さな粒子を示している。
【００５６】
まず、粒子を含む流体１００Ｐ及び粒子を含まない流体１００Ｎを、シリンジポンプなどを用いて２つの入口側ポート２２ａ、２２ｂからそれぞれ連続的に供給する。この時、流路構造２１内では、それぞれの流体が安定な層流を保ちながら流れる。
【００５７】
そして、粒子を含む流体１００Ｐ及び粒子を含まない流体１００Ｎの流量を調節することで、部分２７における流体１００Ｐの幅が、分離対象とする最小の粒子の粒径よりも小さくなるようにする。この操作により、分離対象とする全ての粒子は、部分２７における片方の壁２７ａに沿って流れるようになり、部分２７において流れと垂直な方向における粒子の位置を、粒子の大きさによって一定にすることができる。
【００５８】
そして、部分２７における流れが、分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５ｌ、２５ｍに分配される時に、粒子はその中心位置が存在する流れに乗ってそれぞれの分岐に分離し、導入される。
【００５９】
流路構造２１では、粒子の中心位置が存在しない壁２７ｂ側の流れの８０％が２５ｍに流れるように設計されているので、粒子の中心位置の存在する残りの２０％の流れを分岐２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ、２５ｌに分配するため、粒径の近い粒子の分離が可能となる。
【００６０】
実際に、このマイクロチップ２０を用い、流体としては０．５ｗｔ％ツイーン８０水溶液を用いて、直径１．０μｍ及び２．１μｍのポリスチレン−ジビニルベンゼンビーズ混合物の分級に成功している。
【００６１】
これ以外にも、血液中からの血球の分離や酵母と大腸菌の分離などにも成功している。
【００６２】
上記で述べた連続粒子分離機構及びその装置の実施形態を備えた流路構造２１は、請求項２に記載の連続粒子分離機構及びその装置であるが、これに限られるものではないことは勿論であり、請求項２及び請求項３に記載の連続粒子分離機構及びその装置の組み合わせを図３（ａ）（ｂ）に示す。
【００６３】
図３（ａ）（ｂ）には、本発明による連続粒子分離機構及びその装置の実施形態を備えたマイクロチップ３０が示されており、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＣ−Ｃ線による断面図である。
【００６４】
このマイクロチップ３０は、粒子をその大きさにより分離するためのマイクロチップであり、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの高分子の基板３８の下面３８ａに流路構造３１ａが形成されており、また基板３９の上面３９ａに流路３１ｂが形成されており、基板３８ａと基板３９ａはＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの高分子の薄膜３００を介して貼り合わせられている。
【００６５】
流路構造３１ａの深さは１５μｍ程度であり、流路構造３１ｂの深さは３５μｍ程度であるが、この値は１００ｎｍから１ｃｍまでの任意の値に設定することが可能である。
【００６６】
流路構造３１ａは、入口側ポート３２ａ、３２ｂ、及び出口側ポート３３ａ、３３ｂ、３３ｃを有し、入口側ポート３２ａ、３２ｂは、それぞれ粒子を含む流体と粒子を含まない流体の入口であり、出口側ポート３３ａ、３３ｂ、３３ｃは流体の出口である。
【００６７】
また、流路構造３１ａの一方の端は、２つの分岐（分岐３４ａ、３４ｂ）になっており、もう一方の端は３つの分岐（分岐３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）になっている。
【００６８】
ここで、分岐３４ａ、３４ｂは、それぞれ入口側ポート３２ａ、３２ｂへ接続されており、また分岐３５ａ、３５ｂ、３５ｃはそれぞれ出口側ポート３３ａ、３３ｂ、３３ｃへ接続されている。
【００６９】
なお、流路構造３１ａの全体の長さ、つまり、入口側ポート３２ａ、３２ｂのある一方の端から、出口側ポート３３ｂの端までの長さは２０．３ｍｍであり、部分３７の長さは５０μｍであり、分岐３５ａ、３５ｂの長さは１２ｍｍであり、分岐３５ｃの長さは５ｍｍであるが、これらの値は１μｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００７０】
また、部分３７の幅は２０μｍであり、分岐３５ａ、３５ｂの幅は１００μｍであり、分岐３５ｃの幅は２００μｍであるが、これらの値はそれぞれ１００ｎｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００７１】
また分岐３４ａ、３４ｂの幅は、５０μｍであるが、これらの値はそれぞれ１００ｎｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００７２】
また、流路構造３１ｂの一方の端はポート３２ｃへ接続されており、もう一方の端は閉鎖されている。
【００７３】
また流路構造３１ｂの幅は３００μｍであるが、この値は１００ｎｍ以上の任意の値に設定することが可能である。
【００７４】
また、分岐３５ａの一部と流路構造３１ｂの一部は膜３００を介して重なっている。
【００７５】
ここで、ポート３２ｃから圧力制御する事により流路３５ａと流路構造３１ｂとに挟まれた部分の膜３００が上下に移動し、分岐３５ａへ流れる流量を制御できる。
【００７６】
これによって、それぞれの出口につながる分岐流路に流れる流量を微調整する事ができ、粒子を粒径の違いによって別々に回収しやすくなる。
【００７７】
実際に、このマイクロチップ３０を用い、流体としては０．５ｗｔ％ツイーン８０水溶液を用いて、直径１．０μｍ及び５．０μｍのポリスチレン−ジビニルベンゼンビーズ混合物の分級に成功している。
【００７８】
上記の発明による連続粒子分離機構及びその装置の実施形態を備えたマイクロチップ３０は、請求項２及び請求項３に記載の連続粒子分離機構及びその装置の組み合わせであるが、出口やバルブの数は任意に設定する事が可能である。
【００７９】
上記の発明による連続粒子分離機構及びその装置の実施形態を備えたマイクロチップ２０及び３０では、分離対象とする粒子の最大直径が図２及び図３における部分２７及び部分３７の幅よりも小さくなくてはならないが、分級する目的の粒子の径に合わせてそれらの幅を変えることで、例えば１ナノメートルから１センチメートルの、任意の大きさの粒子を分級することができる。
【００８０】
また、分離対象とする粒子群の粒度分布が広い場合には、分級された後に複数の出口側ポートから回収された粒子を、続いて、図２及び図３における部分２７及び部分３７の幅を変えた流路に導入し、更なる分級を行えばよい。
【００８１】
さらに、分級処理量は流路の数に比例するため、大量処理を目的とする場合には同型の流路を並列化すればよく、流路がマイクロチップ上に形成されたマイクロチャネルの場合には、一つのマイクロチップ上に容易に多数の同型の流路を並列化することができる。
【００８２】
これ以外にも、分級対象とする粒子の最大直径が、図２及び図３における部分２７及び部分３７の幅以下であれば、任意の大きさの粒子を分級する事ができる。
【００８３】
また、粒子を懸濁させる流体には、任意の液体または気体を用いることができる。
【００８４】
なお、粒子を含む流体と粒子を含まない流体は、どちらも同じ流体から構成されていても良く、また、それぞれ２種類以上の異なる流体から構成されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による連続粒子分離機構及びその装置の最良の形態を示す模式図である。
【図２】本発明による連続粒子分離機構及びその装置を備えたマイクロチップ２０を示し、（ｂ）は（ａ）における部分Ａの拡大図であり、（ｃ）は（ｂ）における部分Ｂの拡大図である。
【図３】本発明による連続粒子分離機構及びその装置を備えたマイクロチップ３０を示し、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線による断面図である。
【符号の説明】
１１ 流路構造
１４ａ〜１４ｂ 入口側分岐
１５ａ〜１５ｅ 出口側分岐
１７ 流路１１の部分
２０ マイクロチップ
２１ 流路構造
２２ａ〜２２ｂ 入口側ポート
２３ａ〜２３ｍ 出口側ポート
２４ａ〜２４ｂ 入口側分岐
２５ａ〜２５ｍ 出口側分岐
２６ａ〜２６ｌ 出口側流路
２７ 流路２１の部分
２７ａ〜２７ｂ 部分２７の内壁
３０ マイクロチップ
３１ａ 流路構造
３１ｂ 流路構造
３２ａ〜３２ｂ 入口側ポート
３３ａ〜３３ｃ 出口側ポート
３４ａ〜３４ｂ 入口側分岐
３５ａ〜３５ｃ 出口側分岐
３７ 流路３１ａの部分
３８ 基板
３８ａ 基板３８下面
３９ 基板
３９ａ 基板３９上面
１００Ｑ 流体
１００Ｒ 流体
１００Ｐ 流体
１００Ｎ 流体
２００ａ〜ｅ 粒子
３００ 膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路Ｘの両端が複数に分岐し、片方の端からはそれぞれ別の入口につながる複数の分岐流路を有し、もう片方の端からはそれぞれ別の出口につながる複数の分岐流路を有した流路構造を利用し、前記入口のうち少なくとも一つ以上の入口から微粒子を含む流体を導入し、また前記入口のうち少なくとも一つ以上の入口から微粒子を含まない流体を導入し、導入する流体の流量をそれぞれ調節する事により、流路Ｘにおいて微粒子を流路壁面に並べ、粒径の違いによる粒子の中心位置の差を生じさせる事により、前記それぞれ別の出口につながる複数の分岐流路へと粒子を分離し導入するのであるが、その際に前記それぞれ別の出口につながる複数の分岐流路のうち少なくとも一つ以上の流路が、分配される流量が他の流路と異なる事によって、粒子の中心位置の差を効率的に増幅させ、粒子を粒径の違いによってそれぞれ別の出口につながる分岐流路に分離し導入する連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項２】
請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路の幅、深さ、長さ等が他の出口につながる複数の分岐流路と異なる流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項３】
請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路内部もしくは流路下流に調節可能なバルブを持つ流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項４】
請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路内部に流体を導入または排出する事のできる分岐流路Ｚを持つ流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項５】
請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路の温度を制御する事により、流路内の流体の粘度を制御できる流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項６】
請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、請求項２、請求項３、請求項４及び請求項５に記載の連続粒子分離機構及びその装置のうち、少なくとも２つ以上を任意に組み合わせた事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項７】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５及び請求項６のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、前記流路の幅、深さ、直径などのいずれかのスケールがセンチメートル以下のオーダーであり、前記流路内において流体は安定な層流を保ちながら流れる事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項８】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、導入される流体として液体を用いる事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項９】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、導入される流体として気体を用いる事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項１０】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８及び請求項９のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、流路Ｘの幅、深さ、直径等のうち少なくとも一つのスケールが異なる複数の前記流路構造を、複数直列に接続することにより、多段階で分級を行う事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項１１】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９及び請求項１０のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、前記流路構造がマイクロチップに形成されたチャネルである事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、請求項３に記載のバルブがマイクロ膜バルブである事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項１】
流路Ｘの両端が複数に分岐し、片方の端からはそれぞれ別の入口につながる複数の分岐流路を有し、もう片方の端からはそれぞれ別の出口につながる複数の分岐流路を有した流路構造を利用し、前記入口のうち少なくとも一つ以上の入口から微粒子を含む流体を導入し、また前記入口のうち少なくとも一つ以上の入口から微粒子を含まない流体を導入し、導入する流体の流量をそれぞれ調節する事により、流路Ｘにおいて微粒子を流路壁面に並べ、粒径の違いによる粒子の中心位置の差を生じさせる事により、前記それぞれ別の出口につながる複数の分岐流路へと粒子を分離し導入するのであるが、その際に前記それぞれ別の出口につながる複数の分岐流路のうち少なくとも一つ以上の流路が、分配される流量が他の流路と異なる事によって、粒子の中心位置の差を効率的に増幅させ、粒子を粒径の違いによってそれぞれ別の出口につながる分岐流路に分離し導入する連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項２】
請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路の幅、深さ、長さ等が他の出口につながる複数の分岐流路と異なる流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項３】
請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路内部もしくは流路下流に調節可能なバルブを持つ流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項４】
請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路内部に流体を導入または排出する事のできる分岐流路Ｚを持つ流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項５】
請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、分配される流量が他の流路と異なる流路として、流路の温度を制御する事により、流路内の流体の粘度を制御できる流路を少なくとも一つ以上有する事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項６】
請求項１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、請求項２、請求項３、請求項４及び請求項５に記載の連続粒子分離機構及びその装置のうち、少なくとも２つ以上を任意に組み合わせた事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項７】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５及び請求項６のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、前記流路の幅、深さ、直径などのいずれかのスケールがセンチメートル以下のオーダーであり、前記流路内において流体は安定な層流を保ちながら流れる事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項８】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、導入される流体として液体を用いる事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項９】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、導入される流体として気体を用いる事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項１０】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８及び請求項９のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、流路Ｘの幅、深さ、直径等のうち少なくとも一つのスケールが異なる複数の前記流路構造を、複数直列に接続することにより、多段階で分級を行う事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項１１】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９及び請求項１０のいずれか１項に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、前記流路構造がマイクロチップに形成されたチャネルである事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の連続粒子分離機構及びその装置において、請求項３に記載のバルブがマイクロ膜バルブである事を特徴とした連続粒子分離機構及びその装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【図２】
【図３】
【図２】
【図２】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２６３６９３（Ｐ２００６−２６３６９３Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２０２８６（Ｐ２００５−１２０２８６）
【出願日】平成１７年３月２２日（２００５．３．２２）
【出願人】（５０４４０２４７４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２２日（２００５．３．２２）
【出願人】（５０４４０２４７４）
【Ｆターム（参考）】
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