非接触型連続的磁気分離装置および分離方法。
【課題】本発明は、懸濁液に分散された被分離対象微粒子を、非接触で連続的に、かつ、高い分離率をもって分離することのできる非接触型連続的磁気分離装置、およびその磁気分離方法を提供することを目的とする。
【解決手段】流路の長手方向にマイクロメーターオーダーの幅のライン状の強磁性体を配設し、流路の幅方向に磁界を印加することによって、流路の幅方向に磁束密度の大きさによって分画された領域をマイクロメーターオーダーで形成する。上記流路に連続的に懸濁液を圧送することによって、被分離微粒子が自身の磁化率に基づいて、流路に形成された磁束密度によって分画された流路領域を選択して流れこむ。このようにして形成された被分離微粒子の流れを好適に分流し回収する。
【解決手段】流路の長手方向にマイクロメーターオーダーの幅のライン状の強磁性体を配設し、流路の幅方向に磁界を印加することによって、流路の幅方向に磁束密度の大きさによって分画された領域をマイクロメーターオーダーで形成する。上記流路に連続的に懸濁液を圧送することによって、被分離微粒子が自身の磁化率に基づいて、流路に形成された磁束密度によって分画された流路領域を選択して流れこむ。このようにして形成された被分離微粒子の流れを好適に分流し回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気を利用して懸濁液の中から微粒子を分離する装置および方法に関し、より詳細には、懸濁液に分散された被分離対象微粒子を、非接触かつ連続的に分離する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、血液に代表される生体懸濁液の成分分離にはもっぱら遠心分離法が用いられていた。しかしながら、遠心分離法には、遠心力に起因する細胞への損傷や細胞の凝集を引き起こすという問題があり、また、微量のサンプルの分離が難しいという問題があった。
【０００３】
一方で、懸濁液に分散している微粒子を分離する方法として、磁気分離法が種々検討されており、その中でも、懸濁媒体と被分離微粒子との磁性差を利用した高勾配磁気分離方式（ＨＧＭＳ方式）が注目されている。このＨＧＭＳ装置においては、超電導マグネットによる強磁界空間中に懸濁液を導き、該懸濁液中に数１０〜１００μｍの直径のステンレス鋼線などの強磁性線からなる磁気フィルタを配置して被分離微粒子をフィルタに吸着する。
【０００４】
さらに、被分離微粒子をフィルタなどに吸着させるのではなく、被分離微粒子を非接触で分離するべく、被分離対象である懸濁液をマイクロメーターオーダーの所定の流路に流し、該流路の外部に所定の強磁性体を配置して、流路の長手方向に垂直な外部磁界を印加することによって微粒子を分離する方法が検討されている。例えば、特開平７−２３２０９７号公報（特許文献１）には、流路の内部にあって、強磁性体の近傍とそれ以外の部分との間に生じる微粒子の流速の違いを利用した磁気クロマトグラフィー法なるものが開示されており、特開２００２−１１６３号公報（特許文献２）、および特開２００２−８６０１５号公報（特許文献３）には、微粒子を、強磁性体が配置された流路の途中にてトラップして分離する構成が開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたシステムでは、どの程度の分離能が達成されるのか不明であり、特許文献２および３に開示されたシステムでは、非接触とはいえども被分離微粒子を流れに逆らって一旦トラップすることにはかわりなく、別途、トラップした被分離微粒子を回収するステップが必要となるものであって、所望の成分を連続的に分離しうるものではなかった。
【０００６】
上述したように、血液に代表される生体懸濁液の成分分離において、遠心分離法に比べて利点の多い磁気分離法を応用し、赤血球などの生体成分粒子を非接触でかつ連続的に分離することが可能な磁気分離システムであって、より簡便で分離能の高い磁気分離システムの構築が求められていた。
【特許文献１】特開平７−２３２０９７号公報
【特許文献２】特開２００２−１１６３号公報
【特許文献３】特開２００２−８６０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、本発明は、懸濁液に分散された被分離対象微粒子を、非接触で連続的に、かつ、高い分離率をもって分離することのできる非接触型連続的磁気分離装置、およびその磁気分離方法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】
【０００８】
図８は、強磁性体８０がライン状に挿設された表面Ｓに対し、強磁性体８０の長手方向Ｙに対して直行する矢印Ｂ方向に磁界を印加した場合の磁力線８２を概念的に示した図である。図８は、磁力線８２が強磁性体８０に引きつけられる態様を概念的に示している。図９は、図８における表面Ｓの破線Ｘ上の位置［Ｘ］と磁束密度［Ｂ（Ｘ）］との関係、すなわち、表面Ｓ近傍の磁束密度分布を概念的に示した図である。図９に示されるように、強磁性体８０が挿設された表面位置［Ｘ］においては、強磁性体８０のところで磁束密度［Ｂ（Ｘ）］が小さくなり、結果的に表面Ｓ近傍は不均一磁場となる。本発明者は、ライン状に挿設された強磁性体の長手方向に対して直行する方向に磁界を印加した場合に、該強磁性体に起因して生じるこの不均一磁場に着目し、磁気分離システムの流路の幅方向に磁束密度の大きさによって分画された領域を、マイクロメーターオーダーで形成することよって、被分離微粒子を磁気によって懸濁液の流れに逆らってトラップするのではなく、被分離微粒子とそれ以外の粒子とを仕切りのない共通の流路内で共に流下させながらも、それぞれの粒子が自身の磁化率に基づいて、磁束密度によって分画された別々の流路領域を選択して流れこむようにし、ひいては、この各流路領域の流れを好適に分流することで、被分離微粒子を非接触で連続的に、かつ、高い分離率をもって分離することに成功し、本発明に至ったのである。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、流体の導入口と、流体の導出口と、該導入口と該導出口の間に延びる流路と、該流路の底面に沿って該流路の長手方向にライン状に配設された強磁性体と、該流路の幅方向に磁場を印加する磁場発生手段とを備え、前記流路は、前記強磁性体が配設されているか否かによって幅方向に分画された第１の流路領域と第２の流路領域とを含み、前記導出口は、前記第１の流路領域を流れる流体と前記第２の流路領域を流れる流体とを個別に導出可能に設けられた磁気分離装置が提供される。
【００１０】
本発明においては、前記ライン状に配設された強磁性体の幅を５〜１０００μｍとすることができる。また、前記磁場発生手段を、永久磁石、電磁石、超電導磁石からなる群より選ばれる少なくとも一つの手段とすることができる。
【００１１】
また、本発明の別の構成によっては、懸濁液から、被分離対象微粒子と懸濁媒体の磁性率の差を利用して被分離対象微粒子を連続的に分離する方法であって、流路の幅方向に磁束密度の大きい第１の流路領域と磁束密度の小さい第２の流路領域とを形成するステップと、前記懸濁液を前記流路に連続的に圧送するステップと、前記第１の流路領域を流れる流体と前記第２の流路領域を流れる流体とを個別に連続的に回収するステップとを含む方法が提供される。
【００１２】
本発明においては、前記懸濁液が血液であり、前記懸濁媒体が血漿であり、前記被分離対象微粒子が赤血球である方法が提供され、前記血液を前記流路に圧送するステップの前に、前記血漿に常磁性物質を添加するステップをさらに含むことができる。
【００１３】
前記常磁性物質は、常磁性塩、常磁性塩のキレート化合物、常磁性ナノ粒子、強磁性ナノ粒子からなる群より選ばれる少なくとも１種の物質を含むものとすることができ、前記常磁性物質は、ＭｎＣｌ２、Ｍｎ−ＥＤＴＡ、Ｇｄ−ＤＴＰＡからなる群より選ばれる少なくとも１種の物質を含むものとすることができる。
【００１４】
また、前記血液を前記流路に圧送するステップの前に、前記赤血球に含まれるヘモグロビンを脱酸素化するステップをさらに含むことができ、前記脱酸素化するステップは、前記血液にアスコルビン酸を添加するステップ、あるいは、前記血液に窒素バブリングを施すステップを含むことができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように、本発明によれば、懸濁液に分散された被分離対象微粒子を、非接触で連続的に、かつ、高い分離率をもって分離することのできる非接触型連続的磁気分離装置、およびその磁気分離方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体的な実施の形態をもって説明するが、本発明は、後述する実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明の非接触型連続的磁気分離装置１０の斜視図である。図１においては、説明の便宜のため分解図として示してある。本発明の非接触型連続的磁気分離装置１０（以下、磁気分離装置１０として参照する）は、血液などの懸濁液を注入する流路部１２と、流路部１２の内部に不均一磁場を生じさせるための磁気変調部１４とを含んで構成される。流路部１２はさらに、底面部１６、スペーサー部１８、および上面部２０を含んで構成されている。スペーサー部１８は所定の厚みを持ったプレート状の部材であり、その長手方向に所定の幅で開口部を有しており、開口部は一方の端部において二股に分かれた形で形成されている。この開口部によって、懸濁液の流路２２が画成される。スペーサー部１８を、同じくプレート状の底面部１６と上面部２０との間に挟み固着することによって、上面部２０、スペーサー部１８、および底面部１６の三層からなる流路部１２が形成される。
【００１８】
本発明においては、スペーサー部１８を、シリコンゴム、高分子フィルムなどによって形成することができる。また、底面部１６および上面部２０を、ガラス、高分子フィルムなどによって形成することができる。
【００１９】
ここで、最終的に形成される流路２２の幅および厚みはマイクロメーターオーダーであることが好ましい。本実施形態においては、流路２２の幅を５〜１０００μｍとすることができ、より好ましくは、１０〜１００μｍにすることができ、流路２２の厚み、すなわち高さを５〜１０００μｍとすることができ、より好ましくは、１０〜１００μｍにすることができる。また、底面部１６の厚さは、磁気変調部１４が生じさせる不均一磁場の影響によって流路２２内部に磁束密度の大きさによって分画された領域が生じうる程度の厚さであることが好ましく、後述する磁気変調子３０の幅よりも薄いことが好ましい。なお、上面部２０には懸濁液の導入口２４が、底面部１６には、分流液の導出口２６、２８がそれぞれ設けられている。
【００２０】
磁気変調部１４には、Ａｌのような非強磁性体からなる立方体の表面に、ライン状の磁気変調子３０が設けられている。このようなライン状の磁気変調子３０を含む磁気変調部１４は、磁気変調子３０となる所定の厚さのプレートを他の非強磁性体からなるプレートで挟むことで作ることができる。磁気変調子３０は、磁力線を引きつけることによって不均一磁場を発生させる強磁性体であればよく、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、あるいはこれらを含む合金などを磁気変調子３０として用いることができる。磁気変調子３０の幅は、５００μｍ〜１ｍｍ程度にすることができる。
【００２１】
流路部１２は、流路２２の長手方向と磁気変調子３０の長手方向Yとが平行になるように磁気変調部１４の上に位置決めされ固定される。また、流路２２は、その下に磁気変調子３０が存在する部分と、その下に磁気変調子３０が存在しない部分とが形成されるように磁気変調部１４の上に位置決めされ固定される。すなわち、流路２２の幅方向に図示しない磁場発生装置によって磁場Ｂが印加された場合に、流路２２の幅方向において不均一磁場が生じるように、流路２２は磁気変調子３０の上方に位置決めされて配置される。本発明においては、磁場発生装置として、永久磁石、電磁石、超電導磁石などを適宜用いることができる。
【００２２】
本実施形態においては、磁気変調子３０を含む磁気変調部１４と、流路部１２とを別個に形成する態様を示したが、本発明においては、磁気変調子３０の形成態様をこれに限定するものではなく、たとえば、Ｆｅなどの強磁性体物質をメッキ法や蒸着法によって底面部１６や上面部２０などにライン状に直接形成することもできる。
【００２３】
図２は、磁気分離装置１０の上面図を示した図であり、流路２２の中で、被分離微粒子の流れが形成され分流される態様を概念的に示した図である。図中、●は、反磁性微粒子ａを示し、○は、常磁性の懸濁媒体ｂを示す。また、説明の便宜のため、流路２２を幅方向に二分割し、一方をＬ側ライン、他方をＲ側ラインとして図示している。以下、図２を参照しながら、懸濁液Ｋから反磁性の被分離微粒子ａを分離する場合を例にとって、本発明の磁気分離装置１０の機構を説明する。
【００２４】
まず、懸濁液Ｋが、図示しないシリンダポンプなどの供給装置から一定の流速をもって導入口２４から圧送される。ここで、懸濁液Ｋとは、反磁性微粒子ａが常磁性の懸濁媒体ｂに拡散してなる流体である。懸濁液Ｋが流路２２に流入されると、拡散していた懸濁液Ｋの中の反磁性微粒子ａは、Ｒ側ラインに移動を始め、常磁性の懸濁媒体ｂは、Ｌ側ラインに移動を始める。これは、流路２２のＲ側ラインの下には、図示しない底面部１６に沿って磁気変調子３０が設けられており、図示しない磁場発生装置によって流路２２の幅方向に磁場Ｂが印加されているため、Ｒ側ラインにおける磁束密度がＬ側ラインにおけるそれに比べて小さくなるような不均一磁場が形成されていることに起因する。すなわち、流路２２に磁束密度の大きさによって幅方向に分画された二つの領域である、Ｒ側ラインおよびＬ側ラインが形成されることによって、反磁性、すなわち、磁場の印加方向と逆向きに磁化される性質をもつ反磁性微粒子ａは、エネルギー的に安定化しうる磁束密度の小さいＲ側ラインに移動し、常磁性、すなわち、磁場の印加方向と同方向に弱く磁化する性質をもつ懸濁媒体ｂは、磁束密度の大きいＬ側ラインに移動することになる。
【００２５】
以上説明したように、本発明においては、流路２２は、磁束密度の大きさの観点から二つの領域に分けられる。すなわち、磁束密度の小さいＲ側ラインと磁束密度の大きいＬ側ラインである。ここで、各領域の幅ｗをマイクロメーターオーダーとすることによって、反磁性微粒子ａのＬ側ラインからＲ側ラインへの移動、あるいは、懸濁媒体ｂのＲ側ラインからＬ側ラインへの移動が速やかに生じる。各領域の幅ｗが広くなりすぎると、各粒子に働く拡散力によって上述した各成分ごとの流れの形成が阻害される。
【００２６】
しかし、本発明においては、流路２２自体の幅Ｗを限定するものでないことを理解されたい。本発明においては、磁束密度の大きさによって幅方向に分画される流路領域の各区画の幅ｗがマイクロメーターオーダーであればよい。この点については、後述する第２の実施形態のところでより詳細に説明する。
【００２７】
このようにして、懸濁液Ｋが流路２２を流下していく過程において、懸濁液Ｋの成分は、それぞれが有する磁性率の差によって徐々にそれぞれが別個の流れを形成しながら、分岐点Ｓに到達する。そして、分岐点Ｓにおいて流路が二つに分岐し、Ｒ側ラインを流れていた反磁性微粒子ａは、導出口２６から導出され、Ｌ側ラインを流れていた懸濁媒体ｂは、導出口２８から導出される。すなわち、懸濁液Ｋが導入口２４から連続的に圧送されるに伴って、導出口２６および２８のそれぞれから各成分が連続的に導出され、回収される。以上が、本発明の磁気分離装置１０による、反磁性微粒子ａの連続的な分離の機構である。
【００２８】
図３は、本発明の第２の実施形態である非接触型連続的磁気分離装置４０の上面図を示す図である。本発明の非接触型連続的磁気分離装置４０（以下、磁気分離装置４０として参照する）は、流路領域形成部４２と分流部４４と回収部４６とを含んで構成されている。流路領域形成部４２には、流路２２が形成されている。流路２２の厚み、すなわち高さは、第１の実施形態のところで述べたのと同様であり、マイクロメーターオーダーであることが好ましく、５〜１０００μｍとすることができ、より好ましくは１０〜１００μｍとすることができる。
【００２９】
磁気分離装置４０においては、磁気変調子３０が流路領域形成部４２の上面および底面に沿って、流路領域形成部４２の長手方向、すなわち、被分離対象の流下方向に４本のラインが平行に配設されている。磁気変調子３０のラインの幅は、マイクロメーターオーダーであることが好ましく、５〜１０００μｍとすることができ、より好ましくは１０〜１００μｍとすることができる。このように磁気変調子３０が配設された流路２２の幅方向に図示しない磁場発生装置によって磁場Ｂが印加されることによって、流路２２にはその幅方向において不均一磁場が生じる。すなわち、流路２２にはその幅方向において、磁気変調子３０の位置に符合して、磁束密度の小さい領域と磁束密度の大きい領域とが、いずれもマイクロメーターオーダーの幅ｗで交互に形成されるようになっている。
【００３０】
なお、本実施形態においては、流路２２の幅Ｗについて特に制限するものではない。本実施形態においては、説明の便宜のため、磁気変調子３０のラインを4本としているが、本発明においては、磁気変調子３０のラインの本数を限定するものではなく、磁気変調子３０のラインの本数を増やして、流路領域形成部４２の幅Ｗを適宜広げることによって、一度に処理しうる流体量を増やすことが可能である。
【００３１】
導入口２４から流入された懸濁液Ｋは、流路領域形成部４２で幅Ｗの流れとなって矢印Ｄ方向に進む。懸濁液Ｋ中に分散された反磁性微粒子ａは、その流下の過程において、磁気変調子３０のラインに沿って流路２２に形成された磁束密度の小さいマイクロメーターオーダーの幅の領域に移動する一方、常磁性の懸濁媒体ｂは、磁束密度の大きい同じくマイクロメーターオーダーの幅の領域に移動する。これらの移動は非常に速やかに行なわれるため、流路２２の下流に向かうに従って、最終的に、各成分は流路内で流路の幅方向に８つの流れを形成するようになる。すなわち、磁性微粒子ａの流れと常磁性の懸濁媒体ｂの流れとが磁気変調子３０の位置に符合して交互に形成されたのち、分流部４４に到達するようになっている。
【００３２】
分流部４４においては、磁気変調子３０が形成されている部分と形成されていない部分とを境にして８つの分流路に分流する。この８つの分流路は、４つの反磁性微粒子ａの流れのグループと４つの常磁性の懸濁媒体ｂの流れのグループに分けられ、回収部４６において各グループごとに回収されるようになっている。
【００３３】
図４は、本発明の磁気分離装置４０の断面を示し、図４（ａ）〜（ｅ）は、上から図３に示すａａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄ、およびｅｅの断面を示す図である。図４（ａ）は、流路領域形成部４２における断面図であり、流路２２の上面および底面に沿って磁気変調子３０がマイクロメーターオーダーの所定の間隔をおいて設けられている態様を示す。磁気変調子３０と流路２２内の流体とが直接接触しないよう流路２２の壁面を適宜コーティングすることが好ましく、例えば、抗血栓性のコーティングを施すこともできる。図４（ｂ）は、流路領域形成部４２の下流域における断面図である。流路領域形成部４２の下流域においては、すでに、反磁性微粒子ａの流れと常磁性の懸濁媒体ｂの流れとが別々にほぼ形成されるため、つづく分流部４４における各分流路への分岐に対応しうるよう、流路２２の分画領域ごとに少しずつ高低差が設けられている。
【００３４】
図４（ｃ）は、分流部４４における断面図であり、反磁性微粒子ａの流れを分流するための４つの分流路４８ａと、常磁性の懸濁媒体ｂの流れを分流するための４つの分流路４８ｂとが交互に段違いで形成されている態様を示している。図４（ｄ）は、回収部４６の導入部の断面図であり、上述した４つの分流路４８ａが合流して、再びひとつの流路５０ａとなり、４つの分流路４８ｂが合流して、再びひとつの流路５０ｂとなった態様を示している。図４（ｅ）は、排出部の断面図であり、流路５０ａおよび流路５０ｂが、それぞれ導出口２６および導出口２８に収束される態様を示す。
【００３５】
図５は、懸濁液Ｋが分離される態様を概念的に示すために磁気分離装置４０の断面を示す図である。図５中、●は、反磁性微粒子ａを示し、○は、常磁性の懸濁媒体ｂを示し、図５（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ図４（ａ）〜（ｅ）に対応するものである。
【００３６】
本発明の非接触型連続的磁気分離装置は、被分離対象の磁化率などしたがって、懸濁液の圧送の流速および印加する磁場の大きさを適宜最適化することができる。また、本発明の非接触型連続的磁気分離方法は、懸濁液の中に分散した微粒子と懸濁媒体の磁性率の差を利用してこれを分離するものであり、その分離対象を特に限定するものではない。本発明者は、数ある分離対象のなかでも、血液中の赤血球に着目し、その分離方法について鋭意検討した。以下、本発明の非接触型連続的磁気分離装置を用いた血液分離方法について詳細に説明する。
【００３７】
赤血球は、含有するヘモグロビンと酸素分子との結合状態によって磁性が変化することが知られており、酸素分子が結合した場合には反磁性を示し、酸素分子が離れた場合は、磁化率の大きい常磁性を示す。まず最初に、ヘモグロビンに酸素分子が結合した反磁性の赤血球を分離する方法を以下説明する。
【００３８】
赤血球が反磁性の場合、赤血球を本発明の非接触型連続磁気分離装置によって分離するためには、赤血球と血液における懸濁媒体に該当する血漿との間に磁化率の差を生じさせることが必要となる。そこで、本発明の磁気分離装置に投入する前に、全血に常磁性の物質を加える。常磁性の物資を加えられた血漿は常磁性化し、赤血球と血漿との間に磁化率の差が生じる。その後、この常磁性の物質を加えた全血を本発明の磁気分離装置にかけ、磁気変調子が設けられた位置と符合した流路領域を流れる流体を分流、回収することで赤血球が分離される。この方法において、血漿に加える常磁性の物質としては、常磁性塩あるいは常磁性のキレート化合物が挙げられ、具体的には、ＭｎＣｌ２、ＦｅＣｌ３、ＣｕＳＯ４、Ｍｎ−ＥＤＴＡ、Ｆｅ−ＥＤＴＡ、Ｇｄ−ＤＴＰＡなどが挙げられる。
【００３９】
一方、血漿に人体に有害な常磁性の添加剤を加えられない場合においては、赤血球を常磁性にする必要がある。そこで、本発明の磁気分離装置に投入する前に、全血に人体に無害なアスコルビン酸を加えることができる。すると、赤血球の中の酸素結合型のヘモグロビンは脱酸素化され、その磁性を常磁性へと変化させる。その後、この常磁性となった赤血球を含んだ全血を本発明の磁気分離装置にかけ、磁気変調子が設けられない位置と符合した流路領域を流れる流体を分流、回収することで赤血球が分離される。
【００４０】
さらに、血漿に一切添加剤を加えずに赤血球を分離する方法としては、窒素バブリングによって赤血球の中の酸素結合型のヘモグロビンを脱酸素化する方法がある。窒素バブリングは、窒素ガスを充填した空間内にガス透過性の管を通し、その管の中に全血を流すことによって行なうことができる。窒素バブリングによって赤血球内のヘモグロビンの脱酸素化処理が施され、赤血球の磁性は常磁性へと変化する。窒素バブリング後、この常磁性となった赤血球を含んだ全血を本発明の磁気分離装置にかけ、磁気変調子が設けられない位置と符合した流路領域を流れる流体を分流、回収することで赤血球が分離される。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の磁気分離装置１０について、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。本発明の磁気分離装置１０の分離能を評価する実験を後述する手順で行なった。
【００４２】
（磁気分離装置１０の作製）
本発明の磁気分離装置１０は、以下の手順にて作製した。まず、スペーサーとして厚さ２０μｍのポリエチレンテレフタレートのフィルムを用意し、幅５００μｍ、長さ５０ｍｍの長方形の開口部を形成し、その開口部の一端からさらに二つ開口部を分岐させて、Ｙ字型の開口部を形成した。Ｙ字型の開口部を形成したスペーサーの下側を厚さ６０μｍのポリエチレンのフィルムで、その上側を厚さ４００μｍのポリエチレンテレフタレートのフィルムで挟み、スペーサーの厚み、すなわち、流路の厚みが２００μｍとなるように調整した上で、両面接着テープで接着し流路部１２を作製した。また、厚さ１ｍｍの鉄の板とアルミの板を交互に並べてたて、磁気変調子としての鉄のスリットを形成し磁気変調部１４を作製した。
【００４３】
流路部１２のスペーサーの開口部の幅方向の右半分、すなわち流路の幅方向の右半分が、鉄のスリットの上にくるように、流路部１２を磁気変調部１４の上に正確に位置決めしたのちテープで固定して、本発明の磁気分離装置１０を作製した。
【００４４】
（試料の調整）
実験にあたり、全血を採取し、採取した全血を常磁性塩、あるいは常磁性のキレート化合物の水溶液で１０倍に希釈して試料とした。具体的には、全血を、ＭｎＣｌ２水溶液（０．１２Ｍ）、Ｍｎ−ＥＤＴＡ水溶液（０．１２Ｍ）、およびＧｄ−ＤＴＰＡ水溶液（０．１２Ｍ）でそれぞれ１０倍に希釈して試料を調整した。
【００４５】
上記試料の他、全血を０．２Ｍのアスコルビン酸水溶液で１０倍に希釈して試料を調整した。なお、上述した試料には、血液凝固防止剤として、ＥＤＴＡ２Ｎａ二水和物を適宜加えた。
【００４６】
（分離能評価実験）
本発明の磁気分離装置１０の分離能を評価するために行なった実験装置について図６を参照しながら、以下説明する。まず、磁気分離セル５１を電磁石５２のＡ極とＢ極との間に水平に固定した。ここで、磁気分離セル５１とは、流路部１２と磁気変調部１４とがユニット化されたものである。この際、電磁石５２から、磁気分離セル５１の磁気変調部１４の鉄のスリットの長手方向に対し垂直に磁場が印加されるように、磁気分離セル５１を正確に位置決めして固定した。さらに、磁気分離装置１０の導入口２４とシリンダポンプ５４（ＫＤＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、ＩＣ−３１００）とをパイプ５６で接続し、磁気分離装置１０の二つの導出口２６、２８にもそれぞれパイプ５６を接続し、各導出口２６、２８から排出される液体を、それぞれ容器５８および容器６０へと回収可能に設置した。また、磁気分離装置１０の流路部１２のスペーサーの開口部におけるＹ字の分岐部分Ｓの上方に分流する様子を撮影するためのＣＣＤカメラ（キーエンス、ＶＨ−５０００）をセットした。
【００４７】
分離能評価実験は以下の手順で行なった。まず、電磁石５２によって、２．１Ｔの磁場を印加した。次に、調整した試料をシリンダポンプ５４にセットし、１６ｍｍ／ｓの一定流速で磁気分離セル５１に圧送した。磁気分離セル５１内を流下後、鉄のスリットが配設された流路領域を流れたものは、導出口２６を経て容器５８に回収され、鉄のスリットが配設されない流路領域を流れたものは、導出口２８を経て容器６０に回収された。それぞれの容器に回収された液体について、含まれる赤血球の濃度（赤血球の個数／体積（ｍｌ））を測定した。赤血球濃度の測定は、血球測定板（ＨＩＲＳＣＨＭＡＮＮ、ＥＭ ＴＥＣＨＣＯＬＯＲ、８１００１０１）を用いて行なった。
【００４８】
（実験結果）
上述した手順によって、調整した各試料について赤血球の分離率を求めた。分離率は、（注入した試料の赤血球濃度−容器６０の回収液中の赤血球濃度）／（注入した試料の全赤血球濃度）によって求めた。求めた試料ごとの分離率を下記表１にまとめて示す。
【００４９】
【表１】
上記表１に示されるように、本発明の磁気分離装置１０は、全血からの赤血球の分離において、何れの添加剤を加えた試料についても高い分離率を示した。特に、Ｇｄ−ＤＴＰＡを添加剤として加えた試料に関しては、９９．１％という極めて高い分離率を得た。この数値は、従来の遠心分離法に比較しても遜色ない数値であり、本発明の磁気分離装置１０の高い分離能が示された。
【００５０】
図７は、Ｇｄ−ＤＴＰＡを添加剤として加えた試料を磁気分離装置１０で分離したときの、流路部１２のＹ字の分岐部分を上方からＣＣＤカメラで撮影した写真を示す。図７は、本発明の磁気分離装置１０により、分岐点の手前で赤血球の流れと、血漿の流れが鮮明に分画され、分岐点を境にして赤血球を含む流れが好適に分離される態様を示している。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上説明したように、本発明によれば、懸濁液に分散された被分離対象微粒子を、非接触で連続的に、かつ、高い分離率をもって分離することのできる非接触型連続的磁気分離装置、およびその磁気分離方法が提供される。特に、本発明によれば、生体懸濁液である血液中の赤血球に代表される生体成分をその生理状態を損なうことなく好適に分離することができ、また、検体が微量の場合であっても、また逆に大量の場合であっても、簡便にかつ短時間で所望の生体成分を分離することが可能となることから、臨床または医療研究の現場において更なる作業の効率化に資することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の磁気分離装置１０の斜視図。
【図２】本発明の磁気分離装置１０の上面図。
【図３】本発明の第２の実施形態である磁気分離装置４０の上面図。
【図４】本発明の磁気分離装置４０の断面図。
【図５】懸濁液Ｋが分離される態様を概念的に示す磁気分離装置４０の断面図。
【図６】本発明の磁気分離装置１０の分離能を評価するために行なった実験装置図。
【図７】Ｇｄ−ＤＴＰＡを添加剤として加えた試料を磁気分離装置１０で分離したときの、流路部１２のＹ字の分岐部分を上方からＣＣＤカメラで撮影した写真。
【図８】磁力線８２がライン状の強磁性体８０に吸収される態様を示した概念図。
【図９】表面Ｓ近傍の磁束密度分布を概念的に示した図。
【符号の説明】
【００５３】
１０…磁気分離装置、１２…流路部、１４…磁気変調部、１６…底面部、１８…スペーサー部、２０…上面部、２２…流路、２４…導入口、２６…導出口、２８…導出口、３０…磁気変調子、４０…磁気分離装置、４２…流路領域形成部、４４…分流部、４６…回収部、４８…分流路、５０…流路、５１…磁気分離セル、５２…電磁石、５４…シリンダポンプ、５６…パイプ、５８…容器、６０…容器、８０…強磁性体、８２…磁力線、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気を利用して懸濁液の中から微粒子を分離する装置および方法に関し、より詳細には、懸濁液に分散された被分離対象微粒子を、非接触かつ連続的に分離する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、血液に代表される生体懸濁液の成分分離にはもっぱら遠心分離法が用いられていた。しかしながら、遠心分離法には、遠心力に起因する細胞への損傷や細胞の凝集を引き起こすという問題があり、また、微量のサンプルの分離が難しいという問題があった。
【０００３】
一方で、懸濁液に分散している微粒子を分離する方法として、磁気分離法が種々検討されており、その中でも、懸濁媒体と被分離微粒子との磁性差を利用した高勾配磁気分離方式（ＨＧＭＳ方式）が注目されている。このＨＧＭＳ装置においては、超電導マグネットによる強磁界空間中に懸濁液を導き、該懸濁液中に数１０〜１００μｍの直径のステンレス鋼線などの強磁性線からなる磁気フィルタを配置して被分離微粒子をフィルタに吸着する。
【０００４】
さらに、被分離微粒子をフィルタなどに吸着させるのではなく、被分離微粒子を非接触で分離するべく、被分離対象である懸濁液をマイクロメーターオーダーの所定の流路に流し、該流路の外部に所定の強磁性体を配置して、流路の長手方向に垂直な外部磁界を印加することによって微粒子を分離する方法が検討されている。例えば、特開平７−２３２０９７号公報（特許文献１）には、流路の内部にあって、強磁性体の近傍とそれ以外の部分との間に生じる微粒子の流速の違いを利用した磁気クロマトグラフィー法なるものが開示されており、特開２００２−１１６３号公報（特許文献２）、および特開２００２−８６０１５号公報（特許文献３）には、微粒子を、強磁性体が配置された流路の途中にてトラップして分離する構成が開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたシステムでは、どの程度の分離能が達成されるのか不明であり、特許文献２および３に開示されたシステムでは、非接触とはいえども被分離微粒子を流れに逆らって一旦トラップすることにはかわりなく、別途、トラップした被分離微粒子を回収するステップが必要となるものであって、所望の成分を連続的に分離しうるものではなかった。
【０００６】
上述したように、血液に代表される生体懸濁液の成分分離において、遠心分離法に比べて利点の多い磁気分離法を応用し、赤血球などの生体成分粒子を非接触でかつ連続的に分離することが可能な磁気分離システムであって、より簡便で分離能の高い磁気分離システムの構築が求められていた。
【特許文献１】特開平７−２３２０９７号公報
【特許文献２】特開２００２−１１６３号公報
【特許文献３】特開２００２−８６０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、本発明は、懸濁液に分散された被分離対象微粒子を、非接触で連続的に、かつ、高い分離率をもって分離することのできる非接触型連続的磁気分離装置、およびその磁気分離方法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】
【０００８】
図８は、強磁性体８０がライン状に挿設された表面Ｓに対し、強磁性体８０の長手方向Ｙに対して直行する矢印Ｂ方向に磁界を印加した場合の磁力線８２を概念的に示した図である。図８は、磁力線８２が強磁性体８０に引きつけられる態様を概念的に示している。図９は、図８における表面Ｓの破線Ｘ上の位置［Ｘ］と磁束密度［Ｂ（Ｘ）］との関係、すなわち、表面Ｓ近傍の磁束密度分布を概念的に示した図である。図９に示されるように、強磁性体８０が挿設された表面位置［Ｘ］においては、強磁性体８０のところで磁束密度［Ｂ（Ｘ）］が小さくなり、結果的に表面Ｓ近傍は不均一磁場となる。本発明者は、ライン状に挿設された強磁性体の長手方向に対して直行する方向に磁界を印加した場合に、該強磁性体に起因して生じるこの不均一磁場に着目し、磁気分離システムの流路の幅方向に磁束密度の大きさによって分画された領域を、マイクロメーターオーダーで形成することよって、被分離微粒子を磁気によって懸濁液の流れに逆らってトラップするのではなく、被分離微粒子とそれ以外の粒子とを仕切りのない共通の流路内で共に流下させながらも、それぞれの粒子が自身の磁化率に基づいて、磁束密度によって分画された別々の流路領域を選択して流れこむようにし、ひいては、この各流路領域の流れを好適に分流することで、被分離微粒子を非接触で連続的に、かつ、高い分離率をもって分離することに成功し、本発明に至ったのである。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、流体の導入口と、流体の導出口と、該導入口と該導出口の間に延びる流路と、該流路の底面に沿って該流路の長手方向にライン状に配設された強磁性体と、該流路の幅方向に磁場を印加する磁場発生手段とを備え、前記流路は、前記強磁性体が配設されているか否かによって幅方向に分画された第１の流路領域と第２の流路領域とを含み、前記導出口は、前記第１の流路領域を流れる流体と前記第２の流路領域を流れる流体とを個別に導出可能に設けられた磁気分離装置が提供される。
【００１０】
本発明においては、前記ライン状に配設された強磁性体の幅を５〜１０００μｍとすることができる。また、前記磁場発生手段を、永久磁石、電磁石、超電導磁石からなる群より選ばれる少なくとも一つの手段とすることができる。
【００１１】
また、本発明の別の構成によっては、懸濁液から、被分離対象微粒子と懸濁媒体の磁性率の差を利用して被分離対象微粒子を連続的に分離する方法であって、流路の幅方向に磁束密度の大きい第１の流路領域と磁束密度の小さい第２の流路領域とを形成するステップと、前記懸濁液を前記流路に連続的に圧送するステップと、前記第１の流路領域を流れる流体と前記第２の流路領域を流れる流体とを個別に連続的に回収するステップとを含む方法が提供される。
【００１２】
本発明においては、前記懸濁液が血液であり、前記懸濁媒体が血漿であり、前記被分離対象微粒子が赤血球である方法が提供され、前記血液を前記流路に圧送するステップの前に、前記血漿に常磁性物質を添加するステップをさらに含むことができる。
【００１３】
前記常磁性物質は、常磁性塩、常磁性塩のキレート化合物、常磁性ナノ粒子、強磁性ナノ粒子からなる群より選ばれる少なくとも１種の物質を含むものとすることができ、前記常磁性物質は、ＭｎＣｌ２、Ｍｎ−ＥＤＴＡ、Ｇｄ−ＤＴＰＡからなる群より選ばれる少なくとも１種の物質を含むものとすることができる。
【００１４】
また、前記血液を前記流路に圧送するステップの前に、前記赤血球に含まれるヘモグロビンを脱酸素化するステップをさらに含むことができ、前記脱酸素化するステップは、前記血液にアスコルビン酸を添加するステップ、あるいは、前記血液に窒素バブリングを施すステップを含むことができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように、本発明によれば、懸濁液に分散された被分離対象微粒子を、非接触で連続的に、かつ、高い分離率をもって分離することのできる非接触型連続的磁気分離装置、およびその磁気分離方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体的な実施の形態をもって説明するが、本発明は、後述する実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明の非接触型連続的磁気分離装置１０の斜視図である。図１においては、説明の便宜のため分解図として示してある。本発明の非接触型連続的磁気分離装置１０（以下、磁気分離装置１０として参照する）は、血液などの懸濁液を注入する流路部１２と、流路部１２の内部に不均一磁場を生じさせるための磁気変調部１４とを含んで構成される。流路部１２はさらに、底面部１６、スペーサー部１８、および上面部２０を含んで構成されている。スペーサー部１８は所定の厚みを持ったプレート状の部材であり、その長手方向に所定の幅で開口部を有しており、開口部は一方の端部において二股に分かれた形で形成されている。この開口部によって、懸濁液の流路２２が画成される。スペーサー部１８を、同じくプレート状の底面部１６と上面部２０との間に挟み固着することによって、上面部２０、スペーサー部１８、および底面部１６の三層からなる流路部１２が形成される。
【００１８】
本発明においては、スペーサー部１８を、シリコンゴム、高分子フィルムなどによって形成することができる。また、底面部１６および上面部２０を、ガラス、高分子フィルムなどによって形成することができる。
【００１９】
ここで、最終的に形成される流路２２の幅および厚みはマイクロメーターオーダーであることが好ましい。本実施形態においては、流路２２の幅を５〜１０００μｍとすることができ、より好ましくは、１０〜１００μｍにすることができ、流路２２の厚み、すなわち高さを５〜１０００μｍとすることができ、より好ましくは、１０〜１００μｍにすることができる。また、底面部１６の厚さは、磁気変調部１４が生じさせる不均一磁場の影響によって流路２２内部に磁束密度の大きさによって分画された領域が生じうる程度の厚さであることが好ましく、後述する磁気変調子３０の幅よりも薄いことが好ましい。なお、上面部２０には懸濁液の導入口２４が、底面部１６には、分流液の導出口２６、２８がそれぞれ設けられている。
【００２０】
磁気変調部１４には、Ａｌのような非強磁性体からなる立方体の表面に、ライン状の磁気変調子３０が設けられている。このようなライン状の磁気変調子３０を含む磁気変調部１４は、磁気変調子３０となる所定の厚さのプレートを他の非強磁性体からなるプレートで挟むことで作ることができる。磁気変調子３０は、磁力線を引きつけることによって不均一磁場を発生させる強磁性体であればよく、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、あるいはこれらを含む合金などを磁気変調子３０として用いることができる。磁気変調子３０の幅は、５００μｍ〜１ｍｍ程度にすることができる。
【００２１】
流路部１２は、流路２２の長手方向と磁気変調子３０の長手方向Yとが平行になるように磁気変調部１４の上に位置決めされ固定される。また、流路２２は、その下に磁気変調子３０が存在する部分と、その下に磁気変調子３０が存在しない部分とが形成されるように磁気変調部１４の上に位置決めされ固定される。すなわち、流路２２の幅方向に図示しない磁場発生装置によって磁場Ｂが印加された場合に、流路２２の幅方向において不均一磁場が生じるように、流路２２は磁気変調子３０の上方に位置決めされて配置される。本発明においては、磁場発生装置として、永久磁石、電磁石、超電導磁石などを適宜用いることができる。
【００２２】
本実施形態においては、磁気変調子３０を含む磁気変調部１４と、流路部１２とを別個に形成する態様を示したが、本発明においては、磁気変調子３０の形成態様をこれに限定するものではなく、たとえば、Ｆｅなどの強磁性体物質をメッキ法や蒸着法によって底面部１６や上面部２０などにライン状に直接形成することもできる。
【００２３】
図２は、磁気分離装置１０の上面図を示した図であり、流路２２の中で、被分離微粒子の流れが形成され分流される態様を概念的に示した図である。図中、●は、反磁性微粒子ａを示し、○は、常磁性の懸濁媒体ｂを示す。また、説明の便宜のため、流路２２を幅方向に二分割し、一方をＬ側ライン、他方をＲ側ラインとして図示している。以下、図２を参照しながら、懸濁液Ｋから反磁性の被分離微粒子ａを分離する場合を例にとって、本発明の磁気分離装置１０の機構を説明する。
【００２４】
まず、懸濁液Ｋが、図示しないシリンダポンプなどの供給装置から一定の流速をもって導入口２４から圧送される。ここで、懸濁液Ｋとは、反磁性微粒子ａが常磁性の懸濁媒体ｂに拡散してなる流体である。懸濁液Ｋが流路２２に流入されると、拡散していた懸濁液Ｋの中の反磁性微粒子ａは、Ｒ側ラインに移動を始め、常磁性の懸濁媒体ｂは、Ｌ側ラインに移動を始める。これは、流路２２のＲ側ラインの下には、図示しない底面部１６に沿って磁気変調子３０が設けられており、図示しない磁場発生装置によって流路２２の幅方向に磁場Ｂが印加されているため、Ｒ側ラインにおける磁束密度がＬ側ラインにおけるそれに比べて小さくなるような不均一磁場が形成されていることに起因する。すなわち、流路２２に磁束密度の大きさによって幅方向に分画された二つの領域である、Ｒ側ラインおよびＬ側ラインが形成されることによって、反磁性、すなわち、磁場の印加方向と逆向きに磁化される性質をもつ反磁性微粒子ａは、エネルギー的に安定化しうる磁束密度の小さいＲ側ラインに移動し、常磁性、すなわち、磁場の印加方向と同方向に弱く磁化する性質をもつ懸濁媒体ｂは、磁束密度の大きいＬ側ラインに移動することになる。
【００２５】
以上説明したように、本発明においては、流路２２は、磁束密度の大きさの観点から二つの領域に分けられる。すなわち、磁束密度の小さいＲ側ラインと磁束密度の大きいＬ側ラインである。ここで、各領域の幅ｗをマイクロメーターオーダーとすることによって、反磁性微粒子ａのＬ側ラインからＲ側ラインへの移動、あるいは、懸濁媒体ｂのＲ側ラインからＬ側ラインへの移動が速やかに生じる。各領域の幅ｗが広くなりすぎると、各粒子に働く拡散力によって上述した各成分ごとの流れの形成が阻害される。
【００２６】
しかし、本発明においては、流路２２自体の幅Ｗを限定するものでないことを理解されたい。本発明においては、磁束密度の大きさによって幅方向に分画される流路領域の各区画の幅ｗがマイクロメーターオーダーであればよい。この点については、後述する第２の実施形態のところでより詳細に説明する。
【００２７】
このようにして、懸濁液Ｋが流路２２を流下していく過程において、懸濁液Ｋの成分は、それぞれが有する磁性率の差によって徐々にそれぞれが別個の流れを形成しながら、分岐点Ｓに到達する。そして、分岐点Ｓにおいて流路が二つに分岐し、Ｒ側ラインを流れていた反磁性微粒子ａは、導出口２６から導出され、Ｌ側ラインを流れていた懸濁媒体ｂは、導出口２８から導出される。すなわち、懸濁液Ｋが導入口２４から連続的に圧送されるに伴って、導出口２６および２８のそれぞれから各成分が連続的に導出され、回収される。以上が、本発明の磁気分離装置１０による、反磁性微粒子ａの連続的な分離の機構である。
【００２８】
図３は、本発明の第２の実施形態である非接触型連続的磁気分離装置４０の上面図を示す図である。本発明の非接触型連続的磁気分離装置４０（以下、磁気分離装置４０として参照する）は、流路領域形成部４２と分流部４４と回収部４６とを含んで構成されている。流路領域形成部４２には、流路２２が形成されている。流路２２の厚み、すなわち高さは、第１の実施形態のところで述べたのと同様であり、マイクロメーターオーダーであることが好ましく、５〜１０００μｍとすることができ、より好ましくは１０〜１００μｍとすることができる。
【００２９】
磁気分離装置４０においては、磁気変調子３０が流路領域形成部４２の上面および底面に沿って、流路領域形成部４２の長手方向、すなわち、被分離対象の流下方向に４本のラインが平行に配設されている。磁気変調子３０のラインの幅は、マイクロメーターオーダーであることが好ましく、５〜１０００μｍとすることができ、より好ましくは１０〜１００μｍとすることができる。このように磁気変調子３０が配設された流路２２の幅方向に図示しない磁場発生装置によって磁場Ｂが印加されることによって、流路２２にはその幅方向において不均一磁場が生じる。すなわち、流路２２にはその幅方向において、磁気変調子３０の位置に符合して、磁束密度の小さい領域と磁束密度の大きい領域とが、いずれもマイクロメーターオーダーの幅ｗで交互に形成されるようになっている。
【００３０】
なお、本実施形態においては、流路２２の幅Ｗについて特に制限するものではない。本実施形態においては、説明の便宜のため、磁気変調子３０のラインを4本としているが、本発明においては、磁気変調子３０のラインの本数を限定するものではなく、磁気変調子３０のラインの本数を増やして、流路領域形成部４２の幅Ｗを適宜広げることによって、一度に処理しうる流体量を増やすことが可能である。
【００３１】
導入口２４から流入された懸濁液Ｋは、流路領域形成部４２で幅Ｗの流れとなって矢印Ｄ方向に進む。懸濁液Ｋ中に分散された反磁性微粒子ａは、その流下の過程において、磁気変調子３０のラインに沿って流路２２に形成された磁束密度の小さいマイクロメーターオーダーの幅の領域に移動する一方、常磁性の懸濁媒体ｂは、磁束密度の大きい同じくマイクロメーターオーダーの幅の領域に移動する。これらの移動は非常に速やかに行なわれるため、流路２２の下流に向かうに従って、最終的に、各成分は流路内で流路の幅方向に８つの流れを形成するようになる。すなわち、磁性微粒子ａの流れと常磁性の懸濁媒体ｂの流れとが磁気変調子３０の位置に符合して交互に形成されたのち、分流部４４に到達するようになっている。
【００３２】
分流部４４においては、磁気変調子３０が形成されている部分と形成されていない部分とを境にして８つの分流路に分流する。この８つの分流路は、４つの反磁性微粒子ａの流れのグループと４つの常磁性の懸濁媒体ｂの流れのグループに分けられ、回収部４６において各グループごとに回収されるようになっている。
【００３３】
図４は、本発明の磁気分離装置４０の断面を示し、図４（ａ）〜（ｅ）は、上から図３に示すａａ、ｂｂ、ｃｃ、ｄｄ、およびｅｅの断面を示す図である。図４（ａ）は、流路領域形成部４２における断面図であり、流路２２の上面および底面に沿って磁気変調子３０がマイクロメーターオーダーの所定の間隔をおいて設けられている態様を示す。磁気変調子３０と流路２２内の流体とが直接接触しないよう流路２２の壁面を適宜コーティングすることが好ましく、例えば、抗血栓性のコーティングを施すこともできる。図４（ｂ）は、流路領域形成部４２の下流域における断面図である。流路領域形成部４２の下流域においては、すでに、反磁性微粒子ａの流れと常磁性の懸濁媒体ｂの流れとが別々にほぼ形成されるため、つづく分流部４４における各分流路への分岐に対応しうるよう、流路２２の分画領域ごとに少しずつ高低差が設けられている。
【００３４】
図４（ｃ）は、分流部４４における断面図であり、反磁性微粒子ａの流れを分流するための４つの分流路４８ａと、常磁性の懸濁媒体ｂの流れを分流するための４つの分流路４８ｂとが交互に段違いで形成されている態様を示している。図４（ｄ）は、回収部４６の導入部の断面図であり、上述した４つの分流路４８ａが合流して、再びひとつの流路５０ａとなり、４つの分流路４８ｂが合流して、再びひとつの流路５０ｂとなった態様を示している。図４（ｅ）は、排出部の断面図であり、流路５０ａおよび流路５０ｂが、それぞれ導出口２６および導出口２８に収束される態様を示す。
【００３５】
図５は、懸濁液Ｋが分離される態様を概念的に示すために磁気分離装置４０の断面を示す図である。図５中、●は、反磁性微粒子ａを示し、○は、常磁性の懸濁媒体ｂを示し、図５（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ図４（ａ）〜（ｅ）に対応するものである。
【００３６】
本発明の非接触型連続的磁気分離装置は、被分離対象の磁化率などしたがって、懸濁液の圧送の流速および印加する磁場の大きさを適宜最適化することができる。また、本発明の非接触型連続的磁気分離方法は、懸濁液の中に分散した微粒子と懸濁媒体の磁性率の差を利用してこれを分離するものであり、その分離対象を特に限定するものではない。本発明者は、数ある分離対象のなかでも、血液中の赤血球に着目し、その分離方法について鋭意検討した。以下、本発明の非接触型連続的磁気分離装置を用いた血液分離方法について詳細に説明する。
【００３７】
赤血球は、含有するヘモグロビンと酸素分子との結合状態によって磁性が変化することが知られており、酸素分子が結合した場合には反磁性を示し、酸素分子が離れた場合は、磁化率の大きい常磁性を示す。まず最初に、ヘモグロビンに酸素分子が結合した反磁性の赤血球を分離する方法を以下説明する。
【００３８】
赤血球が反磁性の場合、赤血球を本発明の非接触型連続磁気分離装置によって分離するためには、赤血球と血液における懸濁媒体に該当する血漿との間に磁化率の差を生じさせることが必要となる。そこで、本発明の磁気分離装置に投入する前に、全血に常磁性の物質を加える。常磁性の物資を加えられた血漿は常磁性化し、赤血球と血漿との間に磁化率の差が生じる。その後、この常磁性の物質を加えた全血を本発明の磁気分離装置にかけ、磁気変調子が設けられた位置と符合した流路領域を流れる流体を分流、回収することで赤血球が分離される。この方法において、血漿に加える常磁性の物質としては、常磁性塩あるいは常磁性のキレート化合物が挙げられ、具体的には、ＭｎＣｌ２、ＦｅＣｌ３、ＣｕＳＯ４、Ｍｎ−ＥＤＴＡ、Ｆｅ−ＥＤＴＡ、Ｇｄ−ＤＴＰＡなどが挙げられる。
【００３９】
一方、血漿に人体に有害な常磁性の添加剤を加えられない場合においては、赤血球を常磁性にする必要がある。そこで、本発明の磁気分離装置に投入する前に、全血に人体に無害なアスコルビン酸を加えることができる。すると、赤血球の中の酸素結合型のヘモグロビンは脱酸素化され、その磁性を常磁性へと変化させる。その後、この常磁性となった赤血球を含んだ全血を本発明の磁気分離装置にかけ、磁気変調子が設けられない位置と符合した流路領域を流れる流体を分流、回収することで赤血球が分離される。
【００４０】
さらに、血漿に一切添加剤を加えずに赤血球を分離する方法としては、窒素バブリングによって赤血球の中の酸素結合型のヘモグロビンを脱酸素化する方法がある。窒素バブリングは、窒素ガスを充填した空間内にガス透過性の管を通し、その管の中に全血を流すことによって行なうことができる。窒素バブリングによって赤血球内のヘモグロビンの脱酸素化処理が施され、赤血球の磁性は常磁性へと変化する。窒素バブリング後、この常磁性となった赤血球を含んだ全血を本発明の磁気分離装置にかけ、磁気変調子が設けられない位置と符合した流路領域を流れる流体を分流、回収することで赤血球が分離される。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の磁気分離装置１０について、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。本発明の磁気分離装置１０の分離能を評価する実験を後述する手順で行なった。
【００４２】
（磁気分離装置１０の作製）
本発明の磁気分離装置１０は、以下の手順にて作製した。まず、スペーサーとして厚さ２０μｍのポリエチレンテレフタレートのフィルムを用意し、幅５００μｍ、長さ５０ｍｍの長方形の開口部を形成し、その開口部の一端からさらに二つ開口部を分岐させて、Ｙ字型の開口部を形成した。Ｙ字型の開口部を形成したスペーサーの下側を厚さ６０μｍのポリエチレンのフィルムで、その上側を厚さ４００μｍのポリエチレンテレフタレートのフィルムで挟み、スペーサーの厚み、すなわち、流路の厚みが２００μｍとなるように調整した上で、両面接着テープで接着し流路部１２を作製した。また、厚さ１ｍｍの鉄の板とアルミの板を交互に並べてたて、磁気変調子としての鉄のスリットを形成し磁気変調部１４を作製した。
【００４３】
流路部１２のスペーサーの開口部の幅方向の右半分、すなわち流路の幅方向の右半分が、鉄のスリットの上にくるように、流路部１２を磁気変調部１４の上に正確に位置決めしたのちテープで固定して、本発明の磁気分離装置１０を作製した。
【００４４】
（試料の調整）
実験にあたり、全血を採取し、採取した全血を常磁性塩、あるいは常磁性のキレート化合物の水溶液で１０倍に希釈して試料とした。具体的には、全血を、ＭｎＣｌ２水溶液（０．１２Ｍ）、Ｍｎ−ＥＤＴＡ水溶液（０．１２Ｍ）、およびＧｄ−ＤＴＰＡ水溶液（０．１２Ｍ）でそれぞれ１０倍に希釈して試料を調整した。
【００４５】
上記試料の他、全血を０．２Ｍのアスコルビン酸水溶液で１０倍に希釈して試料を調整した。なお、上述した試料には、血液凝固防止剤として、ＥＤＴＡ２Ｎａ二水和物を適宜加えた。
【００４６】
（分離能評価実験）
本発明の磁気分離装置１０の分離能を評価するために行なった実験装置について図６を参照しながら、以下説明する。まず、磁気分離セル５１を電磁石５２のＡ極とＢ極との間に水平に固定した。ここで、磁気分離セル５１とは、流路部１２と磁気変調部１４とがユニット化されたものである。この際、電磁石５２から、磁気分離セル５１の磁気変調部１４の鉄のスリットの長手方向に対し垂直に磁場が印加されるように、磁気分離セル５１を正確に位置決めして固定した。さらに、磁気分離装置１０の導入口２４とシリンダポンプ５４（ＫＤＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、ＩＣ−３１００）とをパイプ５６で接続し、磁気分離装置１０の二つの導出口２６、２８にもそれぞれパイプ５６を接続し、各導出口２６、２８から排出される液体を、それぞれ容器５８および容器６０へと回収可能に設置した。また、磁気分離装置１０の流路部１２のスペーサーの開口部におけるＹ字の分岐部分Ｓの上方に分流する様子を撮影するためのＣＣＤカメラ（キーエンス、ＶＨ−５０００）をセットした。
【００４７】
分離能評価実験は以下の手順で行なった。まず、電磁石５２によって、２．１Ｔの磁場を印加した。次に、調整した試料をシリンダポンプ５４にセットし、１６ｍｍ／ｓの一定流速で磁気分離セル５１に圧送した。磁気分離セル５１内を流下後、鉄のスリットが配設された流路領域を流れたものは、導出口２６を経て容器５８に回収され、鉄のスリットが配設されない流路領域を流れたものは、導出口２８を経て容器６０に回収された。それぞれの容器に回収された液体について、含まれる赤血球の濃度（赤血球の個数／体積（ｍｌ））を測定した。赤血球濃度の測定は、血球測定板（ＨＩＲＳＣＨＭＡＮＮ、ＥＭ ＴＥＣＨＣＯＬＯＲ、８１００１０１）を用いて行なった。
【００４８】
（実験結果）
上述した手順によって、調整した各試料について赤血球の分離率を求めた。分離率は、（注入した試料の赤血球濃度−容器６０の回収液中の赤血球濃度）／（注入した試料の全赤血球濃度）によって求めた。求めた試料ごとの分離率を下記表１にまとめて示す。
【００４９】
【表１】
上記表１に示されるように、本発明の磁気分離装置１０は、全血からの赤血球の分離において、何れの添加剤を加えた試料についても高い分離率を示した。特に、Ｇｄ−ＤＴＰＡを添加剤として加えた試料に関しては、９９．１％という極めて高い分離率を得た。この数値は、従来の遠心分離法に比較しても遜色ない数値であり、本発明の磁気分離装置１０の高い分離能が示された。
【００５０】
図７は、Ｇｄ−ＤＴＰＡを添加剤として加えた試料を磁気分離装置１０で分離したときの、流路部１２のＹ字の分岐部分を上方からＣＣＤカメラで撮影した写真を示す。図７は、本発明の磁気分離装置１０により、分岐点の手前で赤血球の流れと、血漿の流れが鮮明に分画され、分岐点を境にして赤血球を含む流れが好適に分離される態様を示している。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上説明したように、本発明によれば、懸濁液に分散された被分離対象微粒子を、非接触で連続的に、かつ、高い分離率をもって分離することのできる非接触型連続的磁気分離装置、およびその磁気分離方法が提供される。特に、本発明によれば、生体懸濁液である血液中の赤血球に代表される生体成分をその生理状態を損なうことなく好適に分離することができ、また、検体が微量の場合であっても、また逆に大量の場合であっても、簡便にかつ短時間で所望の生体成分を分離することが可能となることから、臨床または医療研究の現場において更なる作業の効率化に資することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の磁気分離装置１０の斜視図。
【図２】本発明の磁気分離装置１０の上面図。
【図３】本発明の第２の実施形態である磁気分離装置４０の上面図。
【図４】本発明の磁気分離装置４０の断面図。
【図５】懸濁液Ｋが分離される態様を概念的に示す磁気分離装置４０の断面図。
【図６】本発明の磁気分離装置１０の分離能を評価するために行なった実験装置図。
【図７】Ｇｄ−ＤＴＰＡを添加剤として加えた試料を磁気分離装置１０で分離したときの、流路部１２のＹ字の分岐部分を上方からＣＣＤカメラで撮影した写真。
【図８】磁力線８２がライン状の強磁性体８０に吸収される態様を示した概念図。
【図９】表面Ｓ近傍の磁束密度分布を概念的に示した図。
【符号の説明】
【００５３】
１０…磁気分離装置、１２…流路部、１４…磁気変調部、１６…底面部、１８…スペーサー部、２０…上面部、２２…流路、２４…導入口、２６…導出口、２８…導出口、３０…磁気変調子、４０…磁気分離装置、４２…流路領域形成部、４４…分流部、４６…回収部、４８…分流路、５０…流路、５１…磁気分離セル、５２…電磁石、５４…シリンダポンプ、５６…パイプ、５８…容器、６０…容器、８０…強磁性体、８２…磁力線、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の導入口と、流体の導出口と、該導入口と該導出口の間に延びる流路と、該流路の底面に沿って該流路の長手方向にライン状に配設された強磁性体と、該流路の幅方向に磁場を印加する磁場発生手段とを備え、
前記流路は、前記強磁性体が配設されているか否かによって幅方向に分画された第１の流路領域と第２の流路領域とを含み、
前記導出口は、前記第１の流路領域を流れる流体と前記第２の流路領域を流れる流体とを個別に導出可能に設けられた
磁気分離装置。
【請求項２】
前記ライン状に配設された強磁性体の幅が５〜１０００μｍである、
請求項１に記載の磁気分離装置。
【請求項３】
前記磁場発生手段は、永久磁石、電磁石、超電導磁石からなる群より選ばれる少なくとも一つの手段である、
請求項１または２にいずれか１項に記載の磁気分離装置。
【請求項４】
懸濁液から、被分離対象微粒子と懸濁媒体の磁性率の差を利用して被分離対象微粒子を連続的に分離する方法であって、
流路の幅方向に磁束密度の大きい第１の流路領域と磁束密度の小さい第２の流路領域とを形成するステップと、
前記懸濁液を前記流路に連続的に圧送するステップと、
前記第１の流路領域を流れる流体と前記第２の流路領域を流れる流体とを個別に連続的に回収するステップと
を含む方法。
【請求項５】
前記懸濁液は血液であり、前記懸濁媒体は血漿であり、前記被分離対象微粒子は赤血球である、
請求項４に記載の分離方法。
【請求項６】
前記血液を前記流路に圧送するステップの前に、前記血漿に常磁性物質を添加するステップをさらに含む
請求項５に記載の分離方法。
【請求項７】
前記常磁性物質は、常磁性塩、常磁性塩のキレート化合物、常磁性ナノ粒子、強磁性ナノ粒子からなる群より選ばれる少なくとも１種の物質を含む
請求項６に記載の分離方法。
【請求項８】
前記常磁性物質は、ＭｎＣｌ２、Ｍｎ−ＥＤＴＡ、Ｇｄ−ＤＴＰＡからなる群より選ばれる少なくとも１種の物質を含む
請求項６に記載の分離方法。
【請求項９】
前記血液を前記流路に圧送するステップの前に、前記赤血球に含まれるヘモグロビンを脱酸素化するステップをさらに含む
請求項５に記載の分離方法。
【請求項１０】
前記脱酸素化するステップは、前記血液にアスコルビン酸を添加するステップを含む
請求項９に記載の分離方法。
【請求項１１】
前記脱酸素化するステップは、前記血液に窒素バブリングを施すステップを含む
請求項９に記載の分離方法。
【請求項１】
流体の導入口と、流体の導出口と、該導入口と該導出口の間に延びる流路と、該流路の底面に沿って該流路の長手方向にライン状に配設された強磁性体と、該流路の幅方向に磁場を印加する磁場発生手段とを備え、
前記流路は、前記強磁性体が配設されているか否かによって幅方向に分画された第１の流路領域と第２の流路領域とを含み、
前記導出口は、前記第１の流路領域を流れる流体と前記第２の流路領域を流れる流体とを個別に導出可能に設けられた
磁気分離装置。
【請求項２】
前記ライン状に配設された強磁性体の幅が５〜１０００μｍである、
請求項１に記載の磁気分離装置。
【請求項３】
前記磁場発生手段は、永久磁石、電磁石、超電導磁石からなる群より選ばれる少なくとも一つの手段である、
請求項１または２にいずれか１項に記載の磁気分離装置。
【請求項４】
懸濁液から、被分離対象微粒子と懸濁媒体の磁性率の差を利用して被分離対象微粒子を連続的に分離する方法であって、
流路の幅方向に磁束密度の大きい第１の流路領域と磁束密度の小さい第２の流路領域とを形成するステップと、
前記懸濁液を前記流路に連続的に圧送するステップと、
前記第１の流路領域を流れる流体と前記第２の流路領域を流れる流体とを個別に連続的に回収するステップと
を含む方法。
【請求項５】
前記懸濁液は血液であり、前記懸濁媒体は血漿であり、前記被分離対象微粒子は赤血球である、
請求項４に記載の分離方法。
【請求項６】
前記血液を前記流路に圧送するステップの前に、前記血漿に常磁性物質を添加するステップをさらに含む
請求項５に記載の分離方法。
【請求項７】
前記常磁性物質は、常磁性塩、常磁性塩のキレート化合物、常磁性ナノ粒子、強磁性ナノ粒子からなる群より選ばれる少なくとも１種の物質を含む
請求項６に記載の分離方法。
【請求項８】
前記常磁性物質は、ＭｎＣｌ２、Ｍｎ−ＥＤＴＡ、Ｇｄ−ＤＴＰＡからなる群より選ばれる少なくとも１種の物質を含む
請求項６に記載の分離方法。
【請求項９】
前記血液を前記流路に圧送するステップの前に、前記赤血球に含まれるヘモグロビンを脱酸素化するステップをさらに含む
請求項５に記載の分離方法。
【請求項１０】
前記脱酸素化するステップは、前記血液にアスコルビン酸を添加するステップを含む
請求項９に記載の分離方法。
【請求項１１】
前記脱酸素化するステップは、前記血液に窒素バブリングを施すステップを含む
請求項９に記載の分離方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２０９９６２（Ｐ２００７−２０９９６２Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５７７５（Ｐ２００６−３５７７５）
【出願日】平成１８年２月１３日（２００６．２．１３）
【出願人】（３０５０２７４０１）公立大学法人首都大学東京 (385)
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１３日（２００６．２．１３）
【出願人】（３０５０２７４０１）公立大学法人首都大学東京 (385)
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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