細胞濃縮装置、細胞濃縮システムおよび細胞濃縮方法
【課題】
負の誘電泳動力を利用して、培地中の細胞を細胞への負荷少なくかつ効率よく濃縮する装置を提供する。
【解決手段】
培地６に含まれる細胞７を濃縮する細胞濃縮装置であって、細胞が含まれる培地を入れる細胞懸濁液の容器５と、前記細胞懸濁液の容器に対して移動するピストン型容器１と、前記ピストン型容器の底面に配置される電極２と、前記電極間に設けた前記ピストン容器の底面を貫通する貫通孔と、前記電極に交流を印加する電源３と、細胞懸濁液の容器に対して、前記ピストン型容器を上下移動させる駆動機構８と、前記貫通孔を通って前記ピストン型容器に入る培地を排出する排出機構９と、を有する。
負の誘電泳動力を利用して、培地中の細胞を細胞への負荷少なくかつ効率よく濃縮する装置を提供する。
【解決手段】
培地６に含まれる細胞７を濃縮する細胞濃縮装置であって、細胞が含まれる培地を入れる細胞懸濁液の容器５と、前記細胞懸濁液の容器に対して移動するピストン型容器１と、前記ピストン型容器の底面に配置される電極２と、前記電極間に設けた前記ピストン容器の底面を貫通する貫通孔と、前記電極に交流を印加する電源３と、細胞懸濁液の容器に対して、前記ピストン型容器を上下移動させる駆動機構８と、前記貫通孔を通って前記ピストン型容器に入る培地を排出する排出機構９と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞濃縮装置、細胞濃縮システムおよび細胞濃縮方法に関し、特に、負の誘電泳動力を利用した細胞濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞やバクテリアの濃縮に関しては、これまで多くの方法が提案され実用化されている。例えば、膜分離法、遠心分離法、沈降分離法などがある。しかし、膜分離法は、目詰まりが起こりやすい、膜の孔より小さい細胞に効果がない、ランニングコストが高いなどの課題がある。遠心分離法は、処理量が少ない、遠心力による細胞への負荷が大きい、遠心分離装置が大型で高価などの課題がある。沈降分離法は、濃縮の時間が長いという課題がある。
【０００３】
細胞を操作する有効な技術としては、誘電泳動が注目されている。誘電泳動に関する系統的な研究と理論解析は、１９７０年代にＰｏｈｌによって始められた（非特許文献１）。バクテリアや細胞などのマイクロサイズ生体物質は、初期の研究から既に主な操作対象として取り上げられており、バイオテクノロジーは主要な応用分野の一つであった。
【０００４】
誘電体粒子に働く誘電泳動力ＦＤＥＰは、以下の式１で与えられる（非特許文献１）。以下、誘電体粒子が細胞である場合を例として説明する。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ここで、ａ：球形近似したときの細胞の半径、ε０：真空の誘電率、εｍ：培地の比誘電率、Ｅ：電界強度であり、∇は勾配を表す演算子である。この場合、∇Ｅ２は、電界強度の二乗Ｅ２の勾配なので、その位置でどれだけＥ２が傾斜をもっているか、つまり電界が空間的にどれだけ急に変化をするかを意味する。また、Ｋはクラウジウス・モソッティ数と呼ばれ、式２で表される。ここで、εｂ＊およびεｍ＊はそれぞれ、細胞および培地の複素誘電率を表す。Ｒｅ［Ｋ］は、クラウジウス・モソッティ数の実部を表すと定義すると、Ｒｅ［Ｋ］＞０は正の誘電泳動を表し、細胞は電界勾配と同方向、つまり、電界集中部に向かって泳動される。Ｒｅ［Ｋ］＜０は負の誘電泳動を表し、電界集中部から遠ざかる方向、すなわち弱電界部に向かって泳動される。
【０００７】
【数２】
【０００８】
一般に複素誘電率εｒ＊は式３で表される。
【０００９】
【数３】
【００１０】
ここで、εｒ：細胞あるいは培地の比誘電率、σ：細胞あるいは培地の導電率、ω：印加電界の角周波数を表す。式１、式２、式３から、誘電泳動力は、細胞の半径、クラウジウス・モソッティ数の実部および電界強度に依存することがわかる。また、クラウジウス・モソッティ数の実部は、培地および細胞の複素誘電率、電界周波数に依存して変化することがわかる。
【００１１】
誘電泳動を利用した微生物数測定法として、誘電泳動とインピーダンス計測を組合せたＤＥＰＩＭ法が提案されている。ＤＥＰＩＭ法では、これらのパラメータを適切に選択し、微生物に働く正の誘電泳動力を十分に大きくし、微生物を電極ギャップに捕集すると同時に、電気的計測を行い、試料液中の微生物数を定量測定することを特徴としている（非特許文献２）。
【００１２】
また、負の誘電泳動を利用して細胞懸濁液内から不要細胞を除外して必要な細胞を高濃度で培養する培養装置が公開されている（特許文献１、特許文献２）。
【００１３】
また、正の誘電泳動を利用して目的の領域に細胞を効率よく捕捉し、かつ機能性細胞の活性を損なわないで捕捉する方法と装置が公開されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−２９１０９７号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／００５７５０５号明細書
【特許文献３】特開２００８−５４５１１号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｈ．Ｐｏｈｌ：Ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ（１９７８）
【非特許文献２】Ｊ．Ｓｕｅｈｉｒｏ，Ｒ．Ｙａｔｓｕｎａｍｉ，Ｒ．Ｈａｍａｄａ，Ｍ．Ｈａｒａ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３２（１９９９）２８１４−２８２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、誘電泳動原理を利用した細胞の濃縮方法はまだ報告されていない。
本発明は、負の誘電泳動を利用して、培地中の細胞を細胞への負荷少なくかつ効率よく濃縮する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願において開示される発明のうち代表的なものを挙げれば、次の通りである。
【００１８】
本発明の細胞濃縮装置は、培地に含まれる細胞を濃縮する細胞濃縮装置であって、細胞が含まれる培地を入れる細胞懸濁液の容器と、前記細胞懸濁液の容器に対して移動するピストン型容器と、前記ピストン型容器の底面に配置される電極と、前記電極間に設けた前記ピストン容器の底面を貫通する貫通孔と、前記電極に交流を印加する電源と、細胞懸濁液の容器に対して、前記ピストン型容器を上下移動させる駆動機構と、前記貫通孔を通って前記ピストン型容器に入る培地を排出する排出機構と、を有することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の細胞濃縮装置において、更に、前記ピストン底面の電極と前記細胞懸濁液容器の底面電極の間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置を有し、計測したインピーダンスによって培地中の細胞数を推定するようにしても良い。
また、本発明の細胞濃縮装置において、更に、前記電極の位置を計測する位置センサを有し、計測した電極の位置から細胞懸濁液の体積を求め、細胞濃度を計測するようにしても良い。
【００２０】
本発明の細胞濃縮装置は、培地に含まれる細胞を濃縮する細胞濃縮装置であって、細胞が含まれる培地を入れる細胞懸濁液の容器と、前記細胞懸濁液の容器の内壁に多層状に配置される複数の電極と、前記電極間に設けた貫通孔と、前記電極に交流を印加する電源と、
交流を印加する、前記複数の電極を切り替えるスイッチと、前記細胞懸濁液の容器に入る培地を排出する排出機構と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、培地中の細胞を細胞への負荷少なくかつ効率よく濃縮することが可能となる。また、電気信号による細胞濃度の計測を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１の細胞濃縮装置を示す図である。
【図２】交流電界の周波数とクラウジウス・モソッティ数の実部Ｒｅ［Ｋ］の関係を示す図である。
【図３】本発明に係る誘電泳動による細胞濃縮を示す原理図である。
【図４】本発明の実施例１の細胞濃縮装置の濃縮の流れＡ〜Ｄを示す図である。
【図５】本発明の実施例２の細胞濃縮装置を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の細胞濃縮装置の濃度計測の流れＡ〜Ｄを示す図である。
【図７】電極間の細胞の等価回路を説明する図である。
【図８】本発明の実施例３の細胞濃縮システムを示す図である。
【図９】本発明の実施例３の細胞濃縮システムの制御フローチャートを示す図である。
【図１０】本発明の実施例４の多層電極構造を有する細胞濃縮装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。各図面において、同一の構成要素には同一の番号を付し、繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００２４】
本発明の実施例１の細胞濃縮装置の一構成例を、図１に基づいて説明する。
【００２５】
図１において、１はピストン型容器、２はピストン型容器１の底面に設ける電極対２ａ，２ｂを含む濃縮電極である。３は交流電源、４は濃縮電極２と交流電源３の間のスイッチである。５は細胞懸濁液の容器、６は細胞７が含まれた培地である。８は支持機構８Ａを備える駆動機構である。９は排出チューブ１０を備える排出機構である。
【００２６】
ピストン型容器１底面の濃縮電極２は、金属ワイヤなどで直接形成する、または、ガラス、シリコン、石英、またはプラスチック類およびポリマー類等の絶縁性の固体基板に金属を蒸着または固定し、さらに電極間に貫通孔を設けることによって形成することが可能である。さらに、上記電極や支持体は、培地との化学反応や細胞への影響を抑える材質とすることが望ましい。電極の材料は、白金、金、クロム、パラジウム、ロジウム、銀、アルミニウム、タングステン、ＩＴＯ、またはこれらの組み合わせの材料からなるものを用いることができる。なお、濃縮電極の断面形状は、円形が望ましいが、四角形や多角形などの形状でもよいことは言うまでもない。
【００２７】
細胞培養、特に動物細胞培養には、イオンリッチの高導電率培地（１０００ｍＳ／ｍ以上）が一般的に使われている。図２は、交流電界の周波数とクラウジウス・モソッティ数の実部Ｒｅ［Ｋ］の関係を示す図である。培地の導電率が１０００ｍＳ／ｍ以上になると、誘電泳動が周波数１０９Ｈｚ以内において全て負の誘電泳動になることがわかる。つまり、細胞は電界集中部から遠ざかる方向、すなわち弱電界部に向かって泳動される。なお、誘電泳動力は、Ｒｅ［Ｋ］の大きさに比例するため、印加周波数は１０７Ｈｚ以内が望ましい。
【００２８】
本発明の細胞濃縮原理を図３に基づいて説明する。培地６に置かれる細胞７には、重力Ｇ、浮力ＦＢ、粘性力ＦＤＲＡＧが働く。ここで、前記交流電圧を印加する濃縮電極２が細胞７に近づくと、さらに細胞７には誘電泳動力ＦＤＥＰが働く。垂直の上方向から濃縮電極２を細胞懸濁液の容器５に挿入する場合、ＦＤＥＰ＋Ｇ＞ＦＤＲＡＧ＋ＦＢの条件に満足できれば、培地中の細胞７は濃縮電極２と共に、細胞懸濁液の容器５の底方向に移動される。それと同時に、培地は濃縮電極２の電極間の孔を通過してピストン型容器１に入り、排出される。その結果、細胞濃縮が実現できる。
【００２９】
なお、本実施例では、濃縮電極２は細胞懸濁液の容器５の垂直の上から挿入する方法を説明したが、濃縮電極２は下からまたは横から挿入してもよいことはいうまでもない。しかし、重力Ｇと誘電泳動力の同方向を利用することで細胞濃縮効果を高めることができるため、垂直の上から挿入する方法が望ましい。
【００３０】
本実施例の細胞濃縮の流れを、図４Ａ〜Ｄに基づいて説明する。まず、図４Ａにおいて、スイッチ４を閉にし、濃縮電極２に交流を加える。次に、図４Ｂに示すように、駆動機構８によりピストン型容器１を細胞懸濁液の容器５に移動させる。細胞７は、誘電泳動力により容器５の底に集積するのに対し、培地６は濃縮電極２の貫通孔を通り抜けて、上部へ移動する。次に、図４Ｃに示すように、排出機構９と排出チューブ１０を利用して、上部へ移動した培地６を細胞懸濁液の容器５から外部に排出する。最後に、図４Ｄに示すように、スイッチ４を開にして、駆動機構８によりピストン型容器１を図４Ａの元の位置に移動させる。上記動作により、細胞懸濁液の容器５中の細胞懸濁液を濃縮することができる。
【００３１】
ここで、細胞濃縮電極２のギャップ間距離、印加電圧および印加周波数について説明する。
【００３２】
細胞濃縮電極間の電界強度Ｅは、式４で表すことができる。
【００３３】
【数４】
【００３４】
ここで、Ｅ：電界強度、Ｖ：印加電圧、ｄ：電極ギャップ間距離を表す。
【００３５】
細胞培養用培地の主な組成である水は、理論上１．２３Ｖで電気分解を起こすため、印加電圧Ｖは１．２３Ｖ以下にする必要がある。また、式１に示すように、誘電泳動力は印加電圧に比例し、２０ｍＶより低くなると誘電泳動力が小さくなり、細胞を動かす力が小さくなるので、印加電圧Ｖは２０ｍＶ以上が好ましい。
【００３６】
また、細胞を操作する場合では、電界強度Ｅは、１×１０４Ｖ／ｍ以上にする必要があるため、電極ギャップ間距離ｄは、１２３μｍ以下になる。さらに、濃縮対象細胞が動物細胞の場合では、平均直径が１０μｍとなるため、電極ギャップ間の距離は２０μｍ〜３０μｍが望ましい。
【００３７】
式５は、上記電極間のインピーダンスの大きさを表す。
【００３８】
【数５】
【００３９】
式中のＳは、電極間対向面積である。式５より、電極ギャップ間距離ｄが一定となる時、印加周波数ｆが大きくなればなるほど、インピーダンスが小さくなることがわかる。つまり、高周波数を印加すると、電極間の抵抗が小さくなり、流れる電流が大きくなる。その結果、培地の温度が上昇し、細胞に適した培養環境を逸脱し、電流制御系の複雑化を招く。さらに、高周波発生装置の実現手段などを考慮すると、印加周波数は、１０ＭＨｚ以下が望ましい。また、培地の電気伝導率が大きくなると、低周波の交流電圧を印加しても電気分解が起こるので、印加周波数は１００Ｈｚ以上が好ましい。
【００４０】
本実施形態によれば、本発明の細胞濃縮装置は、従来の膜分離法、遠心分離法、沈降分離法などの代わりに、誘電泳動力で簡便かつ高効率に細胞を濃縮することができる。
【実施例２】
【００４１】
本実施例は、本発明における濃縮電極と底面電極間のインピーダンスを計測することによって細胞濃度を計測するものである。本実施例を、図５に基づいて説明する。以下、実施例１と同じ部品には同符号を付してその説明を省略し、異なる部品のみ説明する。
【００４２】
１３は細胞懸濁液容器の底面に設ける底面電極、１１は底面電極１３に電気的繋ぐインピーダンス計測装置、１２は濃縮電極２とインピーダンス計測装置を繋ぐスイッチである。１４は濃縮電極の位置センサ、１５は位置センサ用の磁気シートである。
【００４３】
本実施例の細胞濃度計測の流れを図６Ａ〜Ｄに基づいて説明する。まず、図６Ａにおいて、スイッチ４を閉、スイッチ１２を開にする。次に、図６Ｂに示すように、駆動機構８によりピストン型容器１を細胞懸濁液の容器５の方向に移動させる。細胞７は、誘電泳動力により容器５の底に集積するのに対し、培地６は濃縮電極２の貫通孔を通り抜けて、上部へ移動する。次に、図６Ｃに示すように、排出機構９と排出チューブ１０を利用して、上部へ移動した培地６を細胞懸濁液の容器５から外部に排出する。ここで、スイッチ４を開、スイッチ１２を閉にする。インピーダンス計測装置１１は濃縮電極２と底面電極１３の間のインピーダンスを計測して培地中の細胞数を推定する。さらに位置センサ１４により細胞懸濁液の体積を計測する。その結果、濃縮後の細胞濃度を計測することができる。最後に、図６Ｄに示すように、スイッチ１２を開にして駆動機構８によりピストン型容器１を図６Ａの元の位置に移動させる。上記動作により、細胞懸濁液の容器５中の細胞懸濁液を濃縮し、さらに濃縮後の細胞濃度を計測することができる。
【００４４】
ここで、濃縮電極２と底部電極１３間のインピーダンスを計測することによって細胞濃度を計測する方法について説明する。
【００４５】
以下、濃縮電極と底部電極間のインピーダンスをＺ、静電容量をＣ、リアクタンスをｘ、レジスタンスをｒ、抵抗をＲとして、図７と式６〜式１０を用いて説明する。
【００４６】
【数６】
【００４７】
【数７】
【００４８】
【数８】
【００４９】
【数９】
【００５０】
【数１０】
【００５１】
式６はＣＲ並列等価回路の合成インピーダンスＺを表す式、式７はＣＲ並列等価回路のレジスタンスｒを表す式、式８はＣＲ並列等価回路のリアクタンスｘを表す式、式９はＣＲ並列等価回路の抵抗Ｒを表す式、式１０はＣＲ並列等価回路の静電容量Ｃを表す式である。
【００５２】
図７は、培養容器の下部電極１６間の電気的状態を等価回路で示したものである。電極１６間には細胞を含んだ培地が存在している。細胞が電極間のギャップに移動する前には、培地を電極間誘電体として構成される静電容量Ｃ１７と培地による電気伝導抵抗Ｒ１８とが、並列に電極１６間を結んでいる。
【００５３】
培地は均一な液体である。これに対し、細胞はほとんど絶縁性に近い細胞膜がついているので、電気的な静電気容量と電気抵抗は培地とくらべて大きな差がある。言い換えれば、予め培地の静電容量と電気抵抗を計測しておいて、細胞が培地に入った時、その静電容量と電気抵抗の変化量で細胞数を計測する。インピーダンスは静電容量と電気抵抗で評価することができるので、予め細胞数とインピーダンスの関係を評価しておいて、インピーダンスから細胞数を推定できる。つまり、濃縮電極と底部電極間のインピーダンスによって細胞の数を推定することができる。
【実施例３】
【００５４】
本発明の実施例３の細胞濃縮システムについて、図８を用いて説明する。
【００５５】
図８において、制御処理器１９、モニタ２０以外の部分については実施例２と同様である。なお、図８中の破線は制御処理器１９と各電気制御部品に繋ぐ電気信号線である。
【００５６】
図８の細胞濃縮システムでは、前記実施例２で述べた細胞濃縮および細胞濃度計測を制御しモニタリングすることができる。まず、スイッチ４を閉、スイッチ１２を開にする。次に、駆動機構８によりピストン型容器１を細胞懸濁液の容器５に移動させる。次に、排出機構９と排出チューブ１０を利用して、培地６を細胞懸濁液の容器５から外部に排出する。ここで、スイッチ４を開、スイッチ１２を閉にする。インピーダンス計測装置１１は、濃縮電極２と底面電極１３の間のインピーダンスを計測して培地中の細胞数を推定する。さらに、位置センサ１４により細胞懸濁液の体積を計測する。その結果、濃縮後の細胞濃度を計測することができる。最後に、スイッチ１２を開にして駆動機構８によりピストン型容器１を元の位置に移動させる。上記動作により、細胞懸濁液の容器５中の細胞懸濁液を濃縮し、さらに、濃縮後の細胞濃度を計測する。ここで、駆動機構８の駆動速度、濃縮電極の位置、細胞懸濁液の体積および細胞濃度をモニタリングできる。
【００５７】
上記機能を利用すれば、目標細胞濃度に細胞を濃縮することが可能となる。その制御フローチャートを、図９に示す。まず、処理が開始されると、ステップＳＴ１において設定細胞濃度になっているかを判断する。満足する場合は、ステップＳＴ２に進み、スイッチ４開、スイッチ１２開にしてステップＳＴ２が終了すると、ステップＳＴ５において制御がメインルーチンに移される。一方、満足しない場合は、処理がステップＳＴ３に進み、スイッチ４閉、交流電源３ＯＮ、駆動機構８が下に駆動することにより、培地中の細胞が濃縮される。さらに、処理がステップＳＴ４に進みスイッチ４開、スイッチ１２閉、交流電源ＯＦＦ、インピーダンス計測装置１１ＯＮとなり、インピーダンス計測および位置計測を実施する。ＳＴ３の設定細胞濃度に近づく処理、およびＳＴ４の計測処理をステップＳＴ１の条件を満足するまで行なう。
【実施例４】
【００５８】
本発明の実施例４の細胞濃縮装置について、図１０を用いて説明する。以下、実施例１，２の説明と同じ部品には同符号を付してその説明を省略し、異なる部品のみ説明する。
【００５９】
ここで、濃縮電極２は細胞懸濁液の容器５の壁に多層構造の電極２Ａ〜２Ｃで配置される。それぞれの濃縮電極２と交流電源３の間にそれぞれのスイッチ４Ａ〜４Ｃを設ける。
【００６０】
本実施例の細胞濃縮の流れを図１０Ａ〜Ｃに基づいて説明する。まず、図１０Ａにおいて、スイッチ４Ａ閉、スイッチ４Ｂ開、スイッチ４Ｃ開にし、濃縮電極２Ａに交流を加えて、濃縮電極２Ａの下方に細胞を集積する。次に、スイッチ４Ａ開、スイッチ４Ｂ閉、スイッチ４Ｃ開にし、濃縮電極２Ｂに交流を加えて、濃縮電極２Ｂの下方に細胞を集積する。次に、図１０Ｂに示すように、スイッチ４Ａ開、スイッチ４Ｂ開、スイッチ４Ｃ閉にし、濃縮電極２Ｃに交流を加えて、濃縮電極２Ｃの下方に細胞を集積する。最後に、図１０Ｃに示すように、排出機構９と排出チューブ１０を利用して、濃縮電極２Ｃの上方の培地６を細胞懸濁液の容器５から外部に排出する。上記動作により、細胞懸濁液の容器５中の細胞懸濁液を濃縮することができる。なお、本実施例では、３層の濃縮電極を説明したが、２層でも、或いは４層以上でもよいことは言うまでもない。
【００６１】
上記本発明に関する説明は、主に細胞濃縮について述べたが、本発明の装置とシステムを逆に利用すれば、要求細胞濃度への希釈も実現できる。
【００６２】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１‥ピストン型容器
２‥濃縮電極
３‥交流電源
４‥スイッチ
５‥細胞懸濁液の容器
６‥培地
７‥細胞
８‥駆動機構
８Ａ‥支持機構
９‥排出機構
１０‥排出チューブ
１１‥インピーダンス計測装置
１２‥スイッチ
１３‥底面電極
１４‥位置センサ
１５‥磁気シート
１６‥電極
１７‥静電容量Ｃ
１８‥抵抗Ｒ
１９‥制御処理器
２０‥モニタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞濃縮装置、細胞濃縮システムおよび細胞濃縮方法に関し、特に、負の誘電泳動力を利用した細胞濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞やバクテリアの濃縮に関しては、これまで多くの方法が提案され実用化されている。例えば、膜分離法、遠心分離法、沈降分離法などがある。しかし、膜分離法は、目詰まりが起こりやすい、膜の孔より小さい細胞に効果がない、ランニングコストが高いなどの課題がある。遠心分離法は、処理量が少ない、遠心力による細胞への負荷が大きい、遠心分離装置が大型で高価などの課題がある。沈降分離法は、濃縮の時間が長いという課題がある。
【０００３】
細胞を操作する有効な技術としては、誘電泳動が注目されている。誘電泳動に関する系統的な研究と理論解析は、１９７０年代にＰｏｈｌによって始められた（非特許文献１）。バクテリアや細胞などのマイクロサイズ生体物質は、初期の研究から既に主な操作対象として取り上げられており、バイオテクノロジーは主要な応用分野の一つであった。
【０００４】
誘電体粒子に働く誘電泳動力ＦＤＥＰは、以下の式１で与えられる（非特許文献１）。以下、誘電体粒子が細胞である場合を例として説明する。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ここで、ａ：球形近似したときの細胞の半径、ε０：真空の誘電率、εｍ：培地の比誘電率、Ｅ：電界強度であり、∇は勾配を表す演算子である。この場合、∇Ｅ２は、電界強度の二乗Ｅ２の勾配なので、その位置でどれだけＥ２が傾斜をもっているか、つまり電界が空間的にどれだけ急に変化をするかを意味する。また、Ｋはクラウジウス・モソッティ数と呼ばれ、式２で表される。ここで、εｂ＊およびεｍ＊はそれぞれ、細胞および培地の複素誘電率を表す。Ｒｅ［Ｋ］は、クラウジウス・モソッティ数の実部を表すと定義すると、Ｒｅ［Ｋ］＞０は正の誘電泳動を表し、細胞は電界勾配と同方向、つまり、電界集中部に向かって泳動される。Ｒｅ［Ｋ］＜０は負の誘電泳動を表し、電界集中部から遠ざかる方向、すなわち弱電界部に向かって泳動される。
【０００７】
【数２】
【０００８】
一般に複素誘電率εｒ＊は式３で表される。
【０００９】
【数３】
【００１０】
ここで、εｒ：細胞あるいは培地の比誘電率、σ：細胞あるいは培地の導電率、ω：印加電界の角周波数を表す。式１、式２、式３から、誘電泳動力は、細胞の半径、クラウジウス・モソッティ数の実部および電界強度に依存することがわかる。また、クラウジウス・モソッティ数の実部は、培地および細胞の複素誘電率、電界周波数に依存して変化することがわかる。
【００１１】
誘電泳動を利用した微生物数測定法として、誘電泳動とインピーダンス計測を組合せたＤＥＰＩＭ法が提案されている。ＤＥＰＩＭ法では、これらのパラメータを適切に選択し、微生物に働く正の誘電泳動力を十分に大きくし、微生物を電極ギャップに捕集すると同時に、電気的計測を行い、試料液中の微生物数を定量測定することを特徴としている（非特許文献２）。
【００１２】
また、負の誘電泳動を利用して細胞懸濁液内から不要細胞を除外して必要な細胞を高濃度で培養する培養装置が公開されている（特許文献１、特許文献２）。
【００１３】
また、正の誘電泳動を利用して目的の領域に細胞を効率よく捕捉し、かつ機能性細胞の活性を損なわないで捕捉する方法と装置が公開されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−２９１０９７号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／００５７５０５号明細書
【特許文献３】特開２００８−５４５１１号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｈ．Ｐｏｈｌ：Ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ（１９７８）
【非特許文献２】Ｊ．Ｓｕｅｈｉｒｏ，Ｒ．Ｙａｔｓｕｎａｍｉ，Ｒ．Ｈａｍａｄａ，Ｍ．Ｈａｒａ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３２（１９９９）２８１４−２８２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、誘電泳動原理を利用した細胞の濃縮方法はまだ報告されていない。
本発明は、負の誘電泳動を利用して、培地中の細胞を細胞への負荷少なくかつ効率よく濃縮する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願において開示される発明のうち代表的なものを挙げれば、次の通りである。
【００１８】
本発明の細胞濃縮装置は、培地に含まれる細胞を濃縮する細胞濃縮装置であって、細胞が含まれる培地を入れる細胞懸濁液の容器と、前記細胞懸濁液の容器に対して移動するピストン型容器と、前記ピストン型容器の底面に配置される電極と、前記電極間に設けた前記ピストン容器の底面を貫通する貫通孔と、前記電極に交流を印加する電源と、細胞懸濁液の容器に対して、前記ピストン型容器を上下移動させる駆動機構と、前記貫通孔を通って前記ピストン型容器に入る培地を排出する排出機構と、を有することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の細胞濃縮装置において、更に、前記ピストン底面の電極と前記細胞懸濁液容器の底面電極の間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置を有し、計測したインピーダンスによって培地中の細胞数を推定するようにしても良い。
また、本発明の細胞濃縮装置において、更に、前記電極の位置を計測する位置センサを有し、計測した電極の位置から細胞懸濁液の体積を求め、細胞濃度を計測するようにしても良い。
【００２０】
本発明の細胞濃縮装置は、培地に含まれる細胞を濃縮する細胞濃縮装置であって、細胞が含まれる培地を入れる細胞懸濁液の容器と、前記細胞懸濁液の容器の内壁に多層状に配置される複数の電極と、前記電極間に設けた貫通孔と、前記電極に交流を印加する電源と、
交流を印加する、前記複数の電極を切り替えるスイッチと、前記細胞懸濁液の容器に入る培地を排出する排出機構と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、培地中の細胞を細胞への負荷少なくかつ効率よく濃縮することが可能となる。また、電気信号による細胞濃度の計測を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１の細胞濃縮装置を示す図である。
【図２】交流電界の周波数とクラウジウス・モソッティ数の実部Ｒｅ［Ｋ］の関係を示す図である。
【図３】本発明に係る誘電泳動による細胞濃縮を示す原理図である。
【図４】本発明の実施例１の細胞濃縮装置の濃縮の流れＡ〜Ｄを示す図である。
【図５】本発明の実施例２の細胞濃縮装置を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の細胞濃縮装置の濃度計測の流れＡ〜Ｄを示す図である。
【図７】電極間の細胞の等価回路を説明する図である。
【図８】本発明の実施例３の細胞濃縮システムを示す図である。
【図９】本発明の実施例３の細胞濃縮システムの制御フローチャートを示す図である。
【図１０】本発明の実施例４の多層電極構造を有する細胞濃縮装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。各図面において、同一の構成要素には同一の番号を付し、繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００２４】
本発明の実施例１の細胞濃縮装置の一構成例を、図１に基づいて説明する。
【００２５】
図１において、１はピストン型容器、２はピストン型容器１の底面に設ける電極対２ａ，２ｂを含む濃縮電極である。３は交流電源、４は濃縮電極２と交流電源３の間のスイッチである。５は細胞懸濁液の容器、６は細胞７が含まれた培地である。８は支持機構８Ａを備える駆動機構である。９は排出チューブ１０を備える排出機構である。
【００２６】
ピストン型容器１底面の濃縮電極２は、金属ワイヤなどで直接形成する、または、ガラス、シリコン、石英、またはプラスチック類およびポリマー類等の絶縁性の固体基板に金属を蒸着または固定し、さらに電極間に貫通孔を設けることによって形成することが可能である。さらに、上記電極や支持体は、培地との化学反応や細胞への影響を抑える材質とすることが望ましい。電極の材料は、白金、金、クロム、パラジウム、ロジウム、銀、アルミニウム、タングステン、ＩＴＯ、またはこれらの組み合わせの材料からなるものを用いることができる。なお、濃縮電極の断面形状は、円形が望ましいが、四角形や多角形などの形状でもよいことは言うまでもない。
【００２７】
細胞培養、特に動物細胞培養には、イオンリッチの高導電率培地（１０００ｍＳ／ｍ以上）が一般的に使われている。図２は、交流電界の周波数とクラウジウス・モソッティ数の実部Ｒｅ［Ｋ］の関係を示す図である。培地の導電率が１０００ｍＳ／ｍ以上になると、誘電泳動が周波数１０９Ｈｚ以内において全て負の誘電泳動になることがわかる。つまり、細胞は電界集中部から遠ざかる方向、すなわち弱電界部に向かって泳動される。なお、誘電泳動力は、Ｒｅ［Ｋ］の大きさに比例するため、印加周波数は１０７Ｈｚ以内が望ましい。
【００２８】
本発明の細胞濃縮原理を図３に基づいて説明する。培地６に置かれる細胞７には、重力Ｇ、浮力ＦＢ、粘性力ＦＤＲＡＧが働く。ここで、前記交流電圧を印加する濃縮電極２が細胞７に近づくと、さらに細胞７には誘電泳動力ＦＤＥＰが働く。垂直の上方向から濃縮電極２を細胞懸濁液の容器５に挿入する場合、ＦＤＥＰ＋Ｇ＞ＦＤＲＡＧ＋ＦＢの条件に満足できれば、培地中の細胞７は濃縮電極２と共に、細胞懸濁液の容器５の底方向に移動される。それと同時に、培地は濃縮電極２の電極間の孔を通過してピストン型容器１に入り、排出される。その結果、細胞濃縮が実現できる。
【００２９】
なお、本実施例では、濃縮電極２は細胞懸濁液の容器５の垂直の上から挿入する方法を説明したが、濃縮電極２は下からまたは横から挿入してもよいことはいうまでもない。しかし、重力Ｇと誘電泳動力の同方向を利用することで細胞濃縮効果を高めることができるため、垂直の上から挿入する方法が望ましい。
【００３０】
本実施例の細胞濃縮の流れを、図４Ａ〜Ｄに基づいて説明する。まず、図４Ａにおいて、スイッチ４を閉にし、濃縮電極２に交流を加える。次に、図４Ｂに示すように、駆動機構８によりピストン型容器１を細胞懸濁液の容器５に移動させる。細胞７は、誘電泳動力により容器５の底に集積するのに対し、培地６は濃縮電極２の貫通孔を通り抜けて、上部へ移動する。次に、図４Ｃに示すように、排出機構９と排出チューブ１０を利用して、上部へ移動した培地６を細胞懸濁液の容器５から外部に排出する。最後に、図４Ｄに示すように、スイッチ４を開にして、駆動機構８によりピストン型容器１を図４Ａの元の位置に移動させる。上記動作により、細胞懸濁液の容器５中の細胞懸濁液を濃縮することができる。
【００３１】
ここで、細胞濃縮電極２のギャップ間距離、印加電圧および印加周波数について説明する。
【００３２】
細胞濃縮電極間の電界強度Ｅは、式４で表すことができる。
【００３３】
【数４】
【００３４】
ここで、Ｅ：電界強度、Ｖ：印加電圧、ｄ：電極ギャップ間距離を表す。
【００３５】
細胞培養用培地の主な組成である水は、理論上１．２３Ｖで電気分解を起こすため、印加電圧Ｖは１．２３Ｖ以下にする必要がある。また、式１に示すように、誘電泳動力は印加電圧に比例し、２０ｍＶより低くなると誘電泳動力が小さくなり、細胞を動かす力が小さくなるので、印加電圧Ｖは２０ｍＶ以上が好ましい。
【００３６】
また、細胞を操作する場合では、電界強度Ｅは、１×１０４Ｖ／ｍ以上にする必要があるため、電極ギャップ間距離ｄは、１２３μｍ以下になる。さらに、濃縮対象細胞が動物細胞の場合では、平均直径が１０μｍとなるため、電極ギャップ間の距離は２０μｍ〜３０μｍが望ましい。
【００３７】
式５は、上記電極間のインピーダンスの大きさを表す。
【００３８】
【数５】
【００３９】
式中のＳは、電極間対向面積である。式５より、電極ギャップ間距離ｄが一定となる時、印加周波数ｆが大きくなればなるほど、インピーダンスが小さくなることがわかる。つまり、高周波数を印加すると、電極間の抵抗が小さくなり、流れる電流が大きくなる。その結果、培地の温度が上昇し、細胞に適した培養環境を逸脱し、電流制御系の複雑化を招く。さらに、高周波発生装置の実現手段などを考慮すると、印加周波数は、１０ＭＨｚ以下が望ましい。また、培地の電気伝導率が大きくなると、低周波の交流電圧を印加しても電気分解が起こるので、印加周波数は１００Ｈｚ以上が好ましい。
【００４０】
本実施形態によれば、本発明の細胞濃縮装置は、従来の膜分離法、遠心分離法、沈降分離法などの代わりに、誘電泳動力で簡便かつ高効率に細胞を濃縮することができる。
【実施例２】
【００４１】
本実施例は、本発明における濃縮電極と底面電極間のインピーダンスを計測することによって細胞濃度を計測するものである。本実施例を、図５に基づいて説明する。以下、実施例１と同じ部品には同符号を付してその説明を省略し、異なる部品のみ説明する。
【００４２】
１３は細胞懸濁液容器の底面に設ける底面電極、１１は底面電極１３に電気的繋ぐインピーダンス計測装置、１２は濃縮電極２とインピーダンス計測装置を繋ぐスイッチである。１４は濃縮電極の位置センサ、１５は位置センサ用の磁気シートである。
【００４３】
本実施例の細胞濃度計測の流れを図６Ａ〜Ｄに基づいて説明する。まず、図６Ａにおいて、スイッチ４を閉、スイッチ１２を開にする。次に、図６Ｂに示すように、駆動機構８によりピストン型容器１を細胞懸濁液の容器５の方向に移動させる。細胞７は、誘電泳動力により容器５の底に集積するのに対し、培地６は濃縮電極２の貫通孔を通り抜けて、上部へ移動する。次に、図６Ｃに示すように、排出機構９と排出チューブ１０を利用して、上部へ移動した培地６を細胞懸濁液の容器５から外部に排出する。ここで、スイッチ４を開、スイッチ１２を閉にする。インピーダンス計測装置１１は濃縮電極２と底面電極１３の間のインピーダンスを計測して培地中の細胞数を推定する。さらに位置センサ１４により細胞懸濁液の体積を計測する。その結果、濃縮後の細胞濃度を計測することができる。最後に、図６Ｄに示すように、スイッチ１２を開にして駆動機構８によりピストン型容器１を図６Ａの元の位置に移動させる。上記動作により、細胞懸濁液の容器５中の細胞懸濁液を濃縮し、さらに濃縮後の細胞濃度を計測することができる。
【００４４】
ここで、濃縮電極２と底部電極１３間のインピーダンスを計測することによって細胞濃度を計測する方法について説明する。
【００４５】
以下、濃縮電極と底部電極間のインピーダンスをＺ、静電容量をＣ、リアクタンスをｘ、レジスタンスをｒ、抵抗をＲとして、図７と式６〜式１０を用いて説明する。
【００４６】
【数６】
【００４７】
【数７】
【００４８】
【数８】
【００４９】
【数９】
【００５０】
【数１０】
【００５１】
式６はＣＲ並列等価回路の合成インピーダンスＺを表す式、式７はＣＲ並列等価回路のレジスタンスｒを表す式、式８はＣＲ並列等価回路のリアクタンスｘを表す式、式９はＣＲ並列等価回路の抵抗Ｒを表す式、式１０はＣＲ並列等価回路の静電容量Ｃを表す式である。
【００５２】
図７は、培養容器の下部電極１６間の電気的状態を等価回路で示したものである。電極１６間には細胞を含んだ培地が存在している。細胞が電極間のギャップに移動する前には、培地を電極間誘電体として構成される静電容量Ｃ１７と培地による電気伝導抵抗Ｒ１８とが、並列に電極１６間を結んでいる。
【００５３】
培地は均一な液体である。これに対し、細胞はほとんど絶縁性に近い細胞膜がついているので、電気的な静電気容量と電気抵抗は培地とくらべて大きな差がある。言い換えれば、予め培地の静電容量と電気抵抗を計測しておいて、細胞が培地に入った時、その静電容量と電気抵抗の変化量で細胞数を計測する。インピーダンスは静電容量と電気抵抗で評価することができるので、予め細胞数とインピーダンスの関係を評価しておいて、インピーダンスから細胞数を推定できる。つまり、濃縮電極と底部電極間のインピーダンスによって細胞の数を推定することができる。
【実施例３】
【００５４】
本発明の実施例３の細胞濃縮システムについて、図８を用いて説明する。
【００５５】
図８において、制御処理器１９、モニタ２０以外の部分については実施例２と同様である。なお、図８中の破線は制御処理器１９と各電気制御部品に繋ぐ電気信号線である。
【００５６】
図８の細胞濃縮システムでは、前記実施例２で述べた細胞濃縮および細胞濃度計測を制御しモニタリングすることができる。まず、スイッチ４を閉、スイッチ１２を開にする。次に、駆動機構８によりピストン型容器１を細胞懸濁液の容器５に移動させる。次に、排出機構９と排出チューブ１０を利用して、培地６を細胞懸濁液の容器５から外部に排出する。ここで、スイッチ４を開、スイッチ１２を閉にする。インピーダンス計測装置１１は、濃縮電極２と底面電極１３の間のインピーダンスを計測して培地中の細胞数を推定する。さらに、位置センサ１４により細胞懸濁液の体積を計測する。その結果、濃縮後の細胞濃度を計測することができる。最後に、スイッチ１２を開にして駆動機構８によりピストン型容器１を元の位置に移動させる。上記動作により、細胞懸濁液の容器５中の細胞懸濁液を濃縮し、さらに、濃縮後の細胞濃度を計測する。ここで、駆動機構８の駆動速度、濃縮電極の位置、細胞懸濁液の体積および細胞濃度をモニタリングできる。
【００５７】
上記機能を利用すれば、目標細胞濃度に細胞を濃縮することが可能となる。その制御フローチャートを、図９に示す。まず、処理が開始されると、ステップＳＴ１において設定細胞濃度になっているかを判断する。満足する場合は、ステップＳＴ２に進み、スイッチ４開、スイッチ１２開にしてステップＳＴ２が終了すると、ステップＳＴ５において制御がメインルーチンに移される。一方、満足しない場合は、処理がステップＳＴ３に進み、スイッチ４閉、交流電源３ＯＮ、駆動機構８が下に駆動することにより、培地中の細胞が濃縮される。さらに、処理がステップＳＴ４に進みスイッチ４開、スイッチ１２閉、交流電源ＯＦＦ、インピーダンス計測装置１１ＯＮとなり、インピーダンス計測および位置計測を実施する。ＳＴ３の設定細胞濃度に近づく処理、およびＳＴ４の計測処理をステップＳＴ１の条件を満足するまで行なう。
【実施例４】
【００５８】
本発明の実施例４の細胞濃縮装置について、図１０を用いて説明する。以下、実施例１，２の説明と同じ部品には同符号を付してその説明を省略し、異なる部品のみ説明する。
【００５９】
ここで、濃縮電極２は細胞懸濁液の容器５の壁に多層構造の電極２Ａ〜２Ｃで配置される。それぞれの濃縮電極２と交流電源３の間にそれぞれのスイッチ４Ａ〜４Ｃを設ける。
【００６０】
本実施例の細胞濃縮の流れを図１０Ａ〜Ｃに基づいて説明する。まず、図１０Ａにおいて、スイッチ４Ａ閉、スイッチ４Ｂ開、スイッチ４Ｃ開にし、濃縮電極２Ａに交流を加えて、濃縮電極２Ａの下方に細胞を集積する。次に、スイッチ４Ａ開、スイッチ４Ｂ閉、スイッチ４Ｃ開にし、濃縮電極２Ｂに交流を加えて、濃縮電極２Ｂの下方に細胞を集積する。次に、図１０Ｂに示すように、スイッチ４Ａ開、スイッチ４Ｂ開、スイッチ４Ｃ閉にし、濃縮電極２Ｃに交流を加えて、濃縮電極２Ｃの下方に細胞を集積する。最後に、図１０Ｃに示すように、排出機構９と排出チューブ１０を利用して、濃縮電極２Ｃの上方の培地６を細胞懸濁液の容器５から外部に排出する。上記動作により、細胞懸濁液の容器５中の細胞懸濁液を濃縮することができる。なお、本実施例では、３層の濃縮電極を説明したが、２層でも、或いは４層以上でもよいことは言うまでもない。
【００６１】
上記本発明に関する説明は、主に細胞濃縮について述べたが、本発明の装置とシステムを逆に利用すれば、要求細胞濃度への希釈も実現できる。
【００６２】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１‥ピストン型容器
２‥濃縮電極
３‥交流電源
４‥スイッチ
５‥細胞懸濁液の容器
６‥培地
７‥細胞
８‥駆動機構
８Ａ‥支持機構
９‥排出機構
１０‥排出チューブ
１１‥インピーダンス計測装置
１２‥スイッチ
１３‥底面電極
１４‥位置センサ
１５‥磁気シート
１６‥電極
１７‥静電容量Ｃ
１８‥抵抗Ｒ
１９‥制御処理器
２０‥モニタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培地に含まれる細胞を濃縮する細胞濃縮装置であって、
細胞が含まれる培地を入れる細胞懸濁液の容器と、
前記細胞懸濁液の容器に対して移動するピストン型容器と、
前記ピストン型容器の底面に配置される電極と、
前記電極間に設けた前記ピストン容器の底面を貫通する貫通孔と、
前記電極に交流を印加する電源と、
細胞懸濁液の容器に対して、前記ピストン型容器を上下移動させる駆動機構と、
前記貫通孔を通って前記ピストン型容器に入る培地を排出する排出機構と、
を有することを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項２】
請求項1に記載の細胞濃縮装置において、
前記ピストン型容器の底面に配置される電極が、負の誘電泳動力によって細胞懸濁液中の細胞を前記細胞懸濁液の容器の底に押すことを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項３】
請求項1に記載の細胞濃縮装置において、更に、
前記ピストン底面の電極と前記細胞懸濁液容器の底面電極の間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置を有し、
計測したインピーダンスによって培地中の細胞数を推定することを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項４】
請求項３に記載の細胞濃縮装置において、更に、
前記電極の位置を計測する位置センサを有し、計測した電極の位置から細胞懸濁液の体積を求め、細胞濃度を計測することを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項５】
培地に含まれる細胞を濃縮する細胞濃縮装置であって、
細胞が含まれる培地を入れる細胞懸濁液の容器と、
前記細胞懸濁液の容器の内壁に多層状に配置される複数の電極と、
前記電極間に設けた貫通孔と、
前記電極に交流を印加する電源と、
交流を印加する、前記複数の電極を切り替えるスイッチと、
前記細胞懸濁液の容器に入る培地を排出する排出機構と、
を有することを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項６】
請求項５に記載の細胞濃縮装置において、
前記細胞懸濁液の容器の内壁に多層状に配置される複数の電極が、負の誘電泳動力によって細胞懸濁液中の細胞を前記細胞懸濁液の容器の底に押すことを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の細胞濃縮装置において、
前記電極間の電場印加電圧は２０ｍＶ〜１．２３Ｖとすることを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の細胞濃縮装置において、
前記電極間の電場印加周波数は１００Ｈｚ〜１０ＭＨｚとすることを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の細胞濃縮装置において、
前記電極間のギャップ距離は１２３μｍ以下とすることを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の細胞濃縮装置において、
前記電極が、白金、金、クロム、パラジウム、ロジウム、銀、アルミニウム、タングステン、ＩＴＯ、またはこれらの組み合わせの材料からなる細胞濃縮装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の細胞濃縮装置と、当該細胞濃縮装置の各構成を制御する制御処理器を備えた細胞濃縮システム。
【請求項１２】
請求項１または請求項２に記載の細胞濃縮装置を用いた細胞濃縮方法であって、
前記細胞懸濁液の容器に細胞が含まれる培地を入れるステップと、
前記電極に交流を印加しつつ、前記ピストン型容器を下方に移動させるステップと、
前記貫通孔を通って前記ピストン型容器に入った培地を排出するステップと
を備えることを特徴とする細胞濃縮方法。
【請求項１３】
請求項４に記載の細胞濃縮装置を用いた細胞濃縮方法であって、
前記細胞懸濁液の容器に細胞が含まれる培地を入れるステップと、
前記電極に交流を印加しつつ、前記ピストン型容器を下方に移動させるステップと、
前記貫通孔を通って前記ピストン型容器に入った培地を排出するステップと、
前記インピーダンス計測装置により、前記ピストン底面の電極と前記細胞懸濁液容器の底面電極の間のインピーダンスを計測し、前記位置センサにより、細胞懸濁液の体積を求めるステップと、
計測したインピーダンスと細胞懸濁液の体積から、細胞濃度を求めるステップと、
求めた細胞濃度が設定細胞濃度に達していれば、細胞の濃縮を終了し、設定細胞濃度以下であれば、前記ピストン型容器を下方に移動させるステップに移行するステップと
を備えることを特徴とする細胞濃縮方法。
【請求項１４】
請求項５または請求項６に記載の細胞濃縮装置を用いた細胞濃縮方法であって、
前記細胞懸濁液の容器に細胞が含まれる培地を入れるステップと、
前記スイッチを切り替えることにより、前記多層状に配置される複数の電極に、一端から順に交流を印加するステップと、
前記貫通孔を通って前記細胞懸濁液の容器に入った培地を排出するステップと
を備えることを特徴とする細胞濃縮方法。
【請求項１】
培地に含まれる細胞を濃縮する細胞濃縮装置であって、
細胞が含まれる培地を入れる細胞懸濁液の容器と、
前記細胞懸濁液の容器に対して移動するピストン型容器と、
前記ピストン型容器の底面に配置される電極と、
前記電極間に設けた前記ピストン容器の底面を貫通する貫通孔と、
前記電極に交流を印加する電源と、
細胞懸濁液の容器に対して、前記ピストン型容器を上下移動させる駆動機構と、
前記貫通孔を通って前記ピストン型容器に入る培地を排出する排出機構と、
を有することを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項２】
請求項1に記載の細胞濃縮装置において、
前記ピストン型容器の底面に配置される電極が、負の誘電泳動力によって細胞懸濁液中の細胞を前記細胞懸濁液の容器の底に押すことを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項３】
請求項1に記載の細胞濃縮装置において、更に、
前記ピストン底面の電極と前記細胞懸濁液容器の底面電極の間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置を有し、
計測したインピーダンスによって培地中の細胞数を推定することを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項４】
請求項３に記載の細胞濃縮装置において、更に、
前記電極の位置を計測する位置センサを有し、計測した電極の位置から細胞懸濁液の体積を求め、細胞濃度を計測することを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項５】
培地に含まれる細胞を濃縮する細胞濃縮装置であって、
細胞が含まれる培地を入れる細胞懸濁液の容器と、
前記細胞懸濁液の容器の内壁に多層状に配置される複数の電極と、
前記電極間に設けた貫通孔と、
前記電極に交流を印加する電源と、
交流を印加する、前記複数の電極を切り替えるスイッチと、
前記細胞懸濁液の容器に入る培地を排出する排出機構と、
を有することを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項６】
請求項５に記載の細胞濃縮装置において、
前記細胞懸濁液の容器の内壁に多層状に配置される複数の電極が、負の誘電泳動力によって細胞懸濁液中の細胞を前記細胞懸濁液の容器の底に押すことを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の細胞濃縮装置において、
前記電極間の電場印加電圧は２０ｍＶ〜１．２３Ｖとすることを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の細胞濃縮装置において、
前記電極間の電場印加周波数は１００Ｈｚ〜１０ＭＨｚとすることを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の細胞濃縮装置において、
前記電極間のギャップ距離は１２３μｍ以下とすることを特徴とする細胞濃縮装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の細胞濃縮装置において、
前記電極が、白金、金、クロム、パラジウム、ロジウム、銀、アルミニウム、タングステン、ＩＴＯ、またはこれらの組み合わせの材料からなる細胞濃縮装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の細胞濃縮装置と、当該細胞濃縮装置の各構成を制御する制御処理器を備えた細胞濃縮システム。
【請求項１２】
請求項１または請求項２に記載の細胞濃縮装置を用いた細胞濃縮方法であって、
前記細胞懸濁液の容器に細胞が含まれる培地を入れるステップと、
前記電極に交流を印加しつつ、前記ピストン型容器を下方に移動させるステップと、
前記貫通孔を通って前記ピストン型容器に入った培地を排出するステップと
を備えることを特徴とする細胞濃縮方法。
【請求項１３】
請求項４に記載の細胞濃縮装置を用いた細胞濃縮方法であって、
前記細胞懸濁液の容器に細胞が含まれる培地を入れるステップと、
前記電極に交流を印加しつつ、前記ピストン型容器を下方に移動させるステップと、
前記貫通孔を通って前記ピストン型容器に入った培地を排出するステップと、
前記インピーダンス計測装置により、前記ピストン底面の電極と前記細胞懸濁液容器の底面電極の間のインピーダンスを計測し、前記位置センサにより、細胞懸濁液の体積を求めるステップと、
計測したインピーダンスと細胞懸濁液の体積から、細胞濃度を求めるステップと、
求めた細胞濃度が設定細胞濃度に達していれば、細胞の濃縮を終了し、設定細胞濃度以下であれば、前記ピストン型容器を下方に移動させるステップに移行するステップと
を備えることを特徴とする細胞濃縮方法。
【請求項１４】
請求項５または請求項６に記載の細胞濃縮装置を用いた細胞濃縮方法であって、
前記細胞懸濁液の容器に細胞が含まれる培地を入れるステップと、
前記スイッチを切り替えることにより、前記多層状に配置される複数の電極に、一端から順に交流を印加するステップと、
前記貫通孔を通って前記細胞懸濁液の容器に入った培地を排出するステップと
を備えることを特徴とする細胞濃縮方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４２６８２（Ｐ２０１３−４２６８２Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１３６９（Ｐ２０１１−１８１３６９）
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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