特許 6755178 粒子操作装置及び前記装置を用いた粒子分級方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6755178

(24)【登録日】2020年8月27日

(45)【発行日】2020年9月16日

(54)【発明の名称】粒子操作装置及び前記装置を用いた粒子分級方法

(51)【国際特許分類】

   B03B 5/02 20060101AFI20200907BHJP

   B01J 19/00 20060101ALI20200907BHJP

   C12M 3/00 20060101ALI20200907BHJP

【ＦＩ】

   B03B5/02

   B01J19/00 N

   C12M3/00 Z

【請求項の数】15

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2016-532960(P2016-532960)

(86)(22)【出願日】2015年7月8日

(86)【国際出願番号】JP2015069705

(87)【国際公開番号】WO2016006642

(87)【国際公開日】20160114

【審査請求日】2018年5月11日

(31)【優先権主張番号】特願2014-140590(P2014-140590)

(32)【優先日】2014年7月8日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2015-118471(P2015-118471)

(32)【優先日】2015年6月11日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000003300

【氏名又は名称】東ソー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100077517

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100087871

【弁理士】

【氏名又は名称】福本 積

(74)【代理人】

【識別番号】100087413

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 哲次

(74)【代理人】

【識別番号】100117019

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100150810

【弁理士】

【氏名又は名称】武居 良太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100166165

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 英直

(72)【発明者】

【氏名】小原 拓

(72)【発明者】

【氏名】片山 晃治

(72)【発明者】

【氏名】桐谷 英昭

(72)【発明者】

【氏名】飯嶋 和樹

(72)【発明者】

【氏名】豊嶋 俊薫

【審査官】 佐々木 典子

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１６３０１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６３−２１４３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０８１６２１４９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００６−２９７３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０８２７２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０３Ｂ １／００−１３／０６

Ｂ０１Ｊ １０／００−１２／０２、

１４／００−１９／３２

Ｃ１２Ｍ ３／００

Ｇ０１Ｎ １／００− １／４４、

１５／００、３７／００

Ｂ０１Ｄ ４３／００

Ｂ０１Ｌ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１又は複数の流体導入口と、１又は複数の流体排出口とを備える粒子を含む流体の流路、及び
連続的に送液されている主流に対し交わる方向に周期的に往復する流動を発生させる１又は複数の加減圧手段、及び
前記流体排出口に繋がれた粒子の通過を検出可能な検出装置
を含む粒子分離検出装置であって、前記往復する流動における流体の変位量を示す波形が非線対称波形を有する、前記粒子分離検出装置。

【請求項2】

前記流路が、上面基板部材と、下面基板部材と、側面部材との間に形成される、請求項１に記載の粒子分離検出装置。

【請求項3】

前記上面基板部材、前記下面基板部材、及び前記側面部材からなる群から選ばれる１又は複数の部材に対し、前記加減圧手段が配置される、請求項２に記載の粒子分離検出装置。

【請求項4】

粒子を含む流体の流路と、往復する流動を発生させる１または複数の加減圧手段とを備えた、粒子操作装置であって、
前記加減圧手段が、前記流路における前記流体の導入方向に対し平行又は交わる方向に往復する流動を発生させる手段であり、
前記往復する流動における流体の変位量を示す波形が非線対称波形を有し、
かつ前記流路に１又は複数の凹凸部を設けた、前記粒子操作装置。

【請求項5】

前記流路が、上部基板部材と、下部基板部材と、側面部材との間に形成された、請求項４に記載の粒子操作装置。

【請求項6】

前記凹凸部は、上部基板部材及び下部基板部材のいずれか一方又は両方に配置され、前記流路における流体の導入方向に対して平行方向に延在する、請求項５に記載の粒子操作装置。

【請求項7】

流路に設ける凹凸部が直線状に延在する、請求項６に記載の粒子操作装置。

【請求項8】

直線状に延在する凹凸部の断面が非線対称形状を有する、請求項７に記載の粒子操作装置。

【請求項9】

加減圧手段が、前記流路における前記流体の導入方向に対し垂直方向に往復する流動を発生させる手段である、請求項４から８のいずれか一項に記載の粒子操作装置。

【請求項10】

粒子を含む流体の流路に粒子排出口を複数設け、かつ粒子を含む流体の導入方向に対し前記粒子排出口を垂直方向に設けた、請求項４から９のいずれか一項に記載の粒子操作装置。

【請求項11】

各粒子排出口から径の異なる粒子が排出される、請求項１０に記載の粒子操作装置。

【請求項12】

請求項４から１１のいずれか一項に記載の粒子操作装置を用いた、流体中に含まれる粒子を分級する方法。

【請求項13】

粒子を含む流体の流路と、往復する流動を発生させる１または複数の加減圧手段とを備えた、粒子操作装置であって、
前記加減圧手段が、前記流路における前記流体の導入方向に対し平行方向に往復する流動を発生させる手段であり、
前記往復する流動における流体の変位量を示す波形が非線対称波形を有し、
かつ前記流路に１又は複数の凹凸部を設けた、前記粒子操作装置。

【請求項14】

前記流路が、上部基板部材と、下部基板部材と、側面部材との間に形成された、請求項１３に記載の粒子操作装置。

【請求項15】

前記凹凸部は、上部基板部材及び下部基板部材のいずれか一方又は両方に配置され、前記流路における流体の導入方向に対して交わる方向に延在する、請求項１４に記載の粒子操作装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体中に含まれる粒子の操作装置及び前記装置を用いた流体中に含まれる粒子を操作する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

無機物、有機物、金属などから構成された固形物を様々な産業分野に材料として適用する場合、例えば１次原料としては粉末での供給、また粉末を球状粒子に成形するか、他の形状に成形して製品として供給されている。これらの素材（固形物）は最終製品の性能を向上させるべく物性等を吟味して設計されている。また、最終製品として球状粒子が適用される例も数多く存在し、例えば粉砕用ボール（アルミナ、ジルコニア、シリカ等）、液晶用スペーサー（樹脂、シリカ等）、クロマトグラフィー用分離材、その他吸着剤などが挙げられる。このような粒子製品は一般的に形状、サイズ、密度が均一なものが最終形態としての製品の特徴に大きく影響し、より均一な粒子が求められているのが現状である。

【0003】

このような粒子の製造法としては、最初から均一な粒子を製造する技術を開発する方法（特許文献１，２）と、均一ではない分布がある粒子から必要なサイズ、密度、形状のものを取り出す方法（特許文献３，４）の２つが存在する。前者は比較的に新しい技術であり製造設備の更新が必要であるが、後者については現行設備に追加することが可能なため比較的容易に製造プロセスに取り込まれやすい。後者の技術として数十μｍ以上の粒子であれば、例えばフィルター分離法（篩分級も含む）、重力分級法、遠心分離法、サイクロン分離法、などが存在する。

【0004】

上記に挙げた分離、または分級法は数十μｍ以下の粒子、特に１０μｍ以下の粒子分離は極めて難しいこと、また一般的にはバッチ式のプロセスであり連続的に分離することが困難であった。バッチ式のプロセスでは分離収率により１回の処理量が決まるため比較的に大きな設備（元原料のストック容器、供給設備、不必要な製品の回収容器）が必要となる。例えば、篩分級法は大量処理に向いているが篩の目のサイズを徐々変える必要があるため、バッチ式プロセスとなる。重力分級法も、基本的には篩分級法と同様バッチプロセスであり、粒子サイズが小さくなるにつれ処理するのに膨大な時間がかかる。遠心分離法やサイクロン分離法は高速処理に適するものの、大型装置が必要であり、連続プロセスには不向きである。

【0005】

しかし、連続的に分級ができれば元原料の仕込み量及び製造量を極限まで小さくすることが可能である。また、医療関係においても抗原抗体反応を用い検査する際に粒子に吸着した蛍光物質と反応していない成分を分離するためにＢ／Ｆ分離と呼ばれる工程が存在し、このような微少量の検体検査にも粒子分離が利用されている。しかしここで用いられている粒子分離の多くが磁性粒子を用いて磁石による粒子分離と洗浄を行うため、本工程分の時間がかかる課題が存在している。

【0006】

また、更に微細な粒子（ＤＮＡ、ワクチン等）を分離する技術としてはブラウニアラチェットという微細加工した鈎状の突起を規則的にならべ粒子のブラウン振動を使って主流となる流動軌跡から目的のサイズのＤＮＡあるいはワクチンを分流（分離）するという技術も存在する（非特許文献１）。ただしこの方法は、分離モードとしてブラウン振動による分流形成であるため、分離速度が遅く、主となる流動形成は電気泳動という形態で実施されており、分離に時間がかかること、特に径１μｍ以上の粒子に対しては分離に長大な時間を要し、その間の乱れの影響を受けることなどにより、実用に耐えないことが課題として存在した。

【0007】

また細胞を大きさに基づいて分離又は分級する方法としては、フローサイトメーターを用いて、前方散乱光を測定することにより細胞の大きさを測定する方法が知られている。フローサイトメーターは、大量の粒子から大まかに目的物を分離することが可能であるが、細胞の形状や屈折率の影響のため少量を正確に分離することは困難であり、また衝撃に弱い目的物は破壊される可能性がある。

【0008】

様々な大きさを有する粒子の中から特定の大きさの粒子を分離する技術及び装置が存在しており、例えば篩分級法、重力分級法、遠心分離法、電気泳動法などが挙げられるが、それぞれバッチ式処理には適しているものの、連続的な分級処理には不向きであった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第３７４６７６６号

【特許文献2】特許第４０３２１２８号

【特許文献3】特許第４７６０３３０号

【特許文献4】特許第４４６２０５８号

【特許文献5】ＷＯ２００４／００８１３２号

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】D0387A Vol.96,NO.23 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America PAGE.13165-13169 1999

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明の第一の課題は、流体中に含まれる粒子の操作を可能にする粒子操作装置、及び粒子操作方法の開発である。流体中に含まれる様々な性質を有する粒子の中から特定の性質の粒子の操作を可能にする粒子操作装置及び粒子操作方法が求められている。本発明の第二の課題は、粒子を含む流体から当該粒子を操作する装置であって、小型化が可能な装置であり、かつ前記粒子の操作により前記粒子の分級が可能な装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明者らは上記第一の課題を鑑み、様々な性質を有する粒子を含有する流体に対して、往復する流動を適用した場合に、粒子の大きさ、形状、質量、密度などに応じた粒子固有の移動度で移動することに着目し、流体中に含まれる粒子を、往復する流動により操作する装置及び方法の発明に至った。

【0013】

したがって、第一の観点において、本発明は以下のものに関する：
［１］ 粒子を含む流体の流路、及び
往復する流動を発生させる１又は複数の加減圧手段
を含む粒子操作装置であって、流体中の粒子が、前記往復する流動の１の方向に、粒子固有の移動度で移動することにより、粒子の移動、分離、又は分級を可能にする、前記粒子操作装置。
［２］ 往復する流動が、周期的な流動である、項目１に記載の粒子操作装置。
［３］ 前記周期的な流動における流体の変位量を示す波形が、非線対称波形を有する、項目２に記載の粒子操作装置。
［４］ 前記流路が、上面基板部材と、下面基板部材と、側面部材との間に形成される、項目１〜３のいずれか１項に記載の粒子操作装置。
［５］ 前記上面基板部材、前記下面基板部材、及び前記側面部材からなる群から選ばれる１以上の部材に対し、前記加減圧手段が配置される、項目４に記載の粒子操作装置。
［６］ 前記流路が、１又は複数の流体導入口と、１又は複数の流体排出口とを備える、項目１〜５に記載の粒子操作装置。
［７］ 前記往復する流動の方向に対して交わる方向に、前記流体導入口から前記流体排出口への流れを形成維持できるように前記流体導入口及び前記流体排出口が配置される、項目６に記載の粒子操作装置。
［８］ 粒子を含む流体に往復する流動を適用する工程；及び
当該粒子を、当該往復する流動の１の方向に、粒子固有の移動度で移動させる工程
を含む、粒子操作方法。
［９］ 前記往復する流動が、周期的な流動である、項目８記載の粒子操作方法。
［１０］ 前記周期的な流動における流体の変位量を示す波形が、非線対称波形を有する、項目９に記載の粒子操作方法。
［１１］ 前記方法が、移動した粒子を取得する工程を含み、粒子の分級又は分離を可能にする、項目８〜１０のいずれか一項に記載の粒子操作方法。
［１２］ 前記往復する流動の方向に対して平行に、前記流体導入口から前記流体排出口への流れを形成維持できるように前記流体導入口及び前記流体排出口が配置される、項目６に記載の粒子操作装置。

【0014】

さらに上記第二の課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、第二の観点における以下の発明に到達した。
すなわち第二の観点の本発明の第一の態様は、
粒子を含む流体の流路と、往復する流動を発生させる１または複数の加減圧手段とを備えた、粒子操作装置であって、
前記加減圧手段が、前記流路における前記流体の導入方向に対し交わる方向に往復する流動を発生させる手段であり、
前記往復する流動における流体の変位量を示す波形が非線対称波形を有し、
かつ前記流路に１又は複数の凹凸部を設けた、前記粒子操作装置である。

【0015】

また第二の観点の本発明の第二の態様は、前記流路が、上部基板部材と、下部基板部材と、側面部材との間に形成された、第一の態様に記載の粒子操作装置である。

【0016】

また第二の観点の本発明の第三の態様は、前記凹凸部は、上部基板部材及び下部基板部材のいずれか一方又は両方に配置され、前記流路における流体の導入方向に対して平行方向に延在する、前記第二の態様に記載の粒子操作装置である。

【0017】

また第二の観点の本発明の第四の態様は、流路に設ける凹凸部が直線状に延在する、前記三の態様に記載の粒子操作装置である。

【0018】

また第二の観点の本発明の第五の態様は、直線状に延在する凹凸部の断面が非線対称形状を有する、前記第四の態様に記載の粒子操作装置である。

【0019】

また第二の観点の本発明の第六の態様は、加減圧手段が、前記流路における前記流体の導入方向に対し垂直方向に往復する流動を発生させる手段である、前記第一から第五の態様のいずれかに記載の粒子操作装置である。

【0020】

また第二の観点の本発明の第七の態様は、粒子を含む流体の流路に粒子排出口を複数設け、かつ粒子を含む流体の導入方向に対し前記粒子排出口を垂直方向に設けた、前記第一から第六の態様のいずれかに記載の粒子操作装置である。

【0021】

また第二の観点の本発明の第八の態様は、各粒子排出口から径の異なる粒子が排出される、前記第七の態様に記載の粒子操作装置である。

【0022】

さらに第二の観点の本発明の第九の態様は、前記第一から第八の態様のいずれかに記載の粒子操作装置を用いた、流体中に含まれる粒子を分級する方法である。

【0023】

さらに第二の観点の本発明の第十の態様は、
粒子を含む流体の流路と、往復する流動を発生させる１または複数の加減圧手段とを備えた、粒子操作装置であって、
前記加減圧手段が、前記流路における前記流体の導入方向に対し平行方向に往復する流動を発生させる手段であり、
前記往復する流動における流体の変位量を示す波形が非線対称波形を有し、
かつ前記流路に１又は複数の凹凸部を設けた、前記粒子操作装置である。

【0024】

また第二の観点の本発明の第十一の態様は、前記流路が、上部基板部材と、下部基板部材と、側面部材との間に形成された、第十の態様に記載の粒子操作装置である。

【0025】

また第二の観点の本発明の第十二の態様は、前記凹凸部は、上部基板部材及び下部基板部材のいずれか一方又は両方に配置され、前記流路における流体の導入方向に対して交わる方向に延在する、前記第十一の態様に記載の粒子操作装置である。

【発明の効果】

【0026】

第一の観点の本発明により、流路に対して交わる方向又は平行に往復する流動を与えることで、流体中に含まれる粒子を、固有の移動度で移動をさせることができ、粒子を分級することが可能になる。
また、第二の観点の本発明は、粒子を含む流体の流路と、往復する流動を発生させる１または複数の加減圧手段とを備えた、粒子操作装置において、前記加減圧手段が前記流路における前記流体の導入方向に対し交わる方向又は平行に往復する流動を発生させる手段であり、前記往復する流動における流体の変位量を示す波形が非線対称波形を有し、かつ前記流路に１又は複数の凹凸部を設けたことを特徴としている。第二の観点の本発明の粒子操作装置により、流体中に含まれる粒子を連続的に分級することもできる。また第二の観点の本発明の粒子操作装置は装置構成が簡素なため、小型化も容易である。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、第一の観点の本発明の粒子操作装置の側面図である。

【図2】図２Ａは、流路構造体の側面を模式的に示した図である。図２Ｂは、複数の導入口及び排出口を備える流路構造体の下面基板、側面部材、上面部材の斜視図である。

【図3】図３Ａは、流路が振動部材により変形されることにより生じる液体の流れを模式的に示す図である。図３Ｂは、振動部材９Ｌ及び９Ｒに対して印可する電圧を示している。図３Ｃは、電圧を印可した場合の圧電素子の伸縮を示す図である。

【図4】図４Ａは、流路構造体の側面を模式的に示した図である。図４Ｂは、流路構造体を構成する側面部材の上面図である。側面部材は、厚さ１１ｍｍのシリコーンゴムシートがくり抜かれたものであり、くり抜かれた部分が、上面基板と下面基板とに挟まれて流路を構成する。

【図5】図５Ａは、図４の流路構造体において、１の流体導入口に対し、複数の流体排出口を設け、流体排出口を粒子取得口とした流路構造体を構成する側面部材の上面図である。図５Ｂは、流路構造体を含む第一の観点の本発明の粒子操作装置の写真である。

【図6】図６は、粒子の移動速度の算出法を示す。高速カメラでの観察ビデオの１フレームの画像それぞれに対し２値化処理を施し、封入した粒子を検出する。

【図7】図７は、印可電圧の波形を変形させた場合における粒子の移動度を示す。図７Ａは、正の変形（０°、３０°、６０°、１２０°、及び１５０°）を有する波形の電圧を印可した場合における移動度を示し、図７Ｂは、負の変形（−０°、−３０°、−６０°、−１２０°、及び−１５０°）を有する波形の電圧を印可した場合における移動度を示す。

【図8】図８は、正の変形を有する波形を印可した場合における移動度を示しており、１８０°の変形を有する波形（ノコギリ波）を印可した場合に、ほかの波形の場合とは異なり、逆方向に移動したことを示す。

【図9】図９は、粒子を分散させる溶媒をエタノールからフィコールに置換した場合における移動度の変化を示す。

【図10】図１０Ａは、流路構造体の側面を模式的に示した図である。図１０Ｂは、流路構造体を構成する側面部材の上面図である。側面部材は、厚さ１１ｍｍのシリコーンゴムシートがくり抜かれたものであり、くり抜かれた部分が、上面基板と下面基板とに挟まれて流路を構成する。

【図11】図１１Ａは、細胞分離用の流路構造体の写真である。図１１Ｂは、流路の拡大図であり、癌細胞と血液細胞が分離されたことを示す図である。

【図12】図１２は、第一の観点の本発明の粒子操作装置の別の態様の側面図である。

【図13】図１３は、第一の観点の本発明の粒子操作装置のさらに別の態様の側面図である。

【図14】図１４は、バッチ単位での粒子の分離／測定が可能な第一の観点の本発明の粒子操作装置の原理図である。

【図15】図１５は、バッチ単位での粒子の分離／測定が可能な第一の観点の本発明の粒子操作装置の一態様を示す構成図である。

【図16】第二の観点の本発明の粒子操作装置の一例を示した図（側面図）。

【図17】図１６に示す粒子操作装置を構成する流路構造体のうち、下部基板部材の上面図。

【図18】図１６に示す粒子操作装置を構成する流路構造体のうち、上部基板部材の上面図。

【図19】図１６に示す粒子操作装置を構成する流路構造体のうち、側面部材の上面図。

【図20】図１６に示す粒子操作装置において、圧電素子の伸張／収縮による流動発生を示した模式図。

【図21】実施例６で作製した粒子操作装置を構成する流路構造体のうち、側面部材の上面図。

【図22】実施例６における粒子の移動を示した模式図。

【図23】実施例７の結果を示した図。黒丸または黒四角がφ２００μｍの粒子の結果であり、白丸および白四角がφ８０μｍの粒子の結果である。

【図24】実施例８の結果を示した図。黒丸または白丸がφ２００μｍの粒子の結果であり、白四角および白四角がφ８０μｍの粒子の結果であり、黒三角および白三角がφ４０μｍの粒子の結果である。

【図25】比較例１における粒子の移動を示した模式図。

【図26】第二の観点の本発明の粒子操作装置で、連続分級を可能にする流路構造体の下部基板部材、上部基板部材、及び側面部材の一例を示した図。

【発明を実施するための形態】

【0028】

第一の観点の本発明は、粒子を含む流体の流路、及び往復する流動を発生させる１又は複数の加減圧手段を含む粒子操作装置に関する。第二の観点の本発明は、粒子を含む流体の流路と、前記流路における前記流体の導入方向に対し交わる方向に往復する流動を発生させる加減圧手段とを備えた、粒子操作装置に関する。両観点において、本発明の粒子操作装置は、粒子固有の性質、例えば、以下のものに限定されるものではないがサイズ、密度、形状、及び質量などに応じて粒子を移動させる装置である。本発明の粒子操作装置は、往復する流動を発生させることにより流路に含まれる流体中の粒子が、往復する流動のうちの１の方向に、粒子固有の移動度で移動することに基づいており、それにより粒子の操作、すなわち移動、分離、又は分級が可能になる。粒子固有の移動度は、様々な条件によって変化することから、条件として例えば流体、流路長、粒子取得口の位置、流体の変位量を示す波形などを適宜選択することにより、所望の粒子群を取得することが可能になる。

【0029】

本発明において移動、分離、又は分級される粒子は、流体中に不溶性の物質であれば特に限定されず、例えばビーズ、粉砕用ボール、液晶用スペーサー、クロマトグラフィー用の分離剤、吸着剤などの工業材料をはじめ、細胞、ＤＮＡ、ワクチン、ウイルス、コロイド、ミセルなどの研究用や医療用材料も挙げられる。本発明は、流体の往復する流動により分離を行なうことから、静電荷や誘電特性に依存しない分離が可能であり、壊れやすい粒子、例えば細胞、液滴、気泡、分離基材、触媒、医薬品顆粒、カプセルなどの分離により適している。

【0030】

移動、分離、又は分級される細胞としては、任意の細胞が挙げられるが、例えば血液中の細胞や、培養細胞が移動、分離、又は分級に供される。血液中の細胞は、血球として、赤血球、白血球及び血小板に大きく分けられるが、それ以外の細胞、例えば癌細胞などが存在することもある。赤血球の大きさは、直径７〜８μｍ、厚さ２μｍ程であり血球の大部分を占めている。白血球は、単球、リンパ球（Ｔ細胞、Ｂ細胞、ナチュラルキラー細胞など）、好中球、好酸球、好塩基球を含んでおり、その大きさも細胞種に応じて６〜３０μｍ程である。血小板は、１〜４μｍ程である。その一方で、血液やリンパ液の流れに乗って循環し、離れた臓器に転移を引き起こす血中循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）の大きさは、２０μｍ〜２００μｍと血球にくらべかなり大きいことが知られている。しかしながら、血液中に存在するＣＴＣの割合は極めて低く、血液１０ｍｌ当たり数個から数十個程度しか存在しておらずその検出及び分離は困難であった。本発明では、大きさに応じて、細胞を分離することも可能であり、血液中に存在する細胞群から、ＣＴＣを検出及び分離するのに有効である。また、培養細胞を分離する場合、例えば幹細胞から分化誘導を行った際に、分化した所望の細胞群を大きさに応じて分離して取得することもできる。

【0031】

上述のとおり、第一の観点において、本発明は以下の粒子操作装置を提供する：
［１］ 粒子を含む流体の流路、及び
往復する流動を発生させる１又は複数の加減圧手段
を含む粒子操作装置であって、流体中の粒子が、前記往復する流動の１の方向に、粒子固有の移動度で移動することにより、粒子の移動、分離、又は分級を可能にする、前記粒子操作装置。

【0032】

第一の観点の本発明において流路には、流体導入口と流体排出口が備えられており、流体導入口から流体排出口に対して流体を流すことができる。その流体が流れる方向を主流方向と定義し、流れを主流と定義する。分級する間、流体排出口に栓をし、さらに好ましくは流体導入口にも栓をして、流体を流路に留めることができる。液体を流路に留めて本発明の粒子操作装置を作動させると、バッチ単位で粒子を操作することができる。バッチ単位の処理により分級された粒子を取得するため、複数の粒子取得口を設けてもよい。一方で、流体導入口から流体排出口に対して、流体を連続的に流している状態で本発明の粒子操作装置を作動させることができ、それにより連続的に粒子を分級することができる。流路の流体排出口を粒子取得口としてもよいし、流体排出口とは別に粒子取得口を形成することができる。粒子取得口の大きさは、液体排出口の大きさと同一又は異なってもよいが、主流の流れを乱さないようにする観点から、流体排出口の大きさの１／２、より好ましくは１／５であり、さらに好ましくは１／１０である。面状の流路を形成する場合、主流の乱れを軽減する観点から複数の流体導入口及び複数の流体排出口を設けることもできる。連続的に粒子を分級する場合、往復する流動は、主流方向に対し交わる方向に適用される。主流方向に交わる方向とは、往復する流動の方向と、主流方向とが、平行にならないことをいう。したがって、往復する流動の方向は、主流方向と、任意の角度となる方向、より好ましくは、主流方向に対し直交する方向に適用される。連続的な分級を可能とする粒子操作装置は、バッチ式の粒子操作装置と比較して装置構成を小さくすることができる点でより好ましい。
バッチ単位で粒子を分級する場合は、往復する流動を、主流方向に対し平行に適用してもよい。流体導入口から一定の流速で送液し、静止した後、往復する流動を、主流方向に対し平行に加えることでクロマトグラフィーと同様な粒子の分級が可能となる。前記態様は、従来の方法では分級が困難な、数十μｍ以下の粒子においても分級及び測定が容易となる点で好ましい。

【0033】

流路の形状は、管状、面状など任意の形状であってよい。バッチ単位で粒子を操作する場合には、管状の流路が用いられてもよい。その一方で、分級された粒子を連続的に取得する観点では、面状に流路を形成し、主流を形成しつつかかる流路に対し複数の粒子取得口を備えることが好ましい。かかる面状に形成された流路は、例えば上面基板部材と、下面基板部材と、さらに側面部材との間に形成されてもよい。面状に形成された流路は、往復する流動による分離能を高めるため、往復する流動を分岐させる形状や、ある範囲の固有の移動度で移動した粒子を集めるような形状であってもよい。上面基板部材と下面基板部材は、剛性の平板であれば任意のものを使用することができるが、粒子を観察する観点から、透明な部材、好ましくはガラス板、ポリカーボネート板などが用いられる。上面基板部材と下面基板部材は、任意の形状であってよいが、同一形状が好ましく、例えば四角形である。側面部材は、剛性であってもよいし、柔軟性又は伸縮性の部材であってもよい。振動部材を適用して、往復する流動を発生させる観点から、柔軟性又は伸縮性の部材が好ましく、例えばシリコーンゴム、フッ素系ゴム、ＰＤＭＳ、エラストマー樹脂、高分子ゲル、ウレタン樹脂などが用いられる。側面部材は、上面基板部材と、下面基板部材により挟まれて、流路を形成する。したがって、流路からの流体の漏出を軽減する観点から、側面部材は、板状の部材の中央部を、適切な形にくり抜いて形成されることが好ましい。

【0034】

流路の長さは、求められる粒子の分離能や、分離しようとする粒子の性質及び／又は流路を流れる流体の性質及び流速に応じて適宜選択することができる。例えば、粒径２００μｍ程度の粒子を連続分級する場合、高い分離能を達成する観点から長さは、５ｃｍ以上のものが用いられるし、１０ｃｍ以上の長さが用いられてもよい。さらに工業スケールで分級を行う場合、３０ｃｍ以上であってよい。一方、剛性の上面基板部材および下面基板部材を用いる観点から、１０ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは５ｃｍ以下である。その一方で、分級装置を小型化する観点や、分離時間を低減する観点から、１ｃｍ以下のものが用いられてもよいが、これらの数値に限定されることを意図するものではない。また、バッチ単位で分級又は測定を行なう場合は分離時間の長さと分離能力とが比例することから、流路の長さは送液及び往復する流動を生成可能な範囲で適宜選択することが好ましい。

【0035】

流体導入口については、流体を導入することができれば特に限定がないが、１つ又は複数の流体導入口が形成されてもよい。流体導入口は、送液チューブを介して、送液ポンプに繋がれていてもよい。面状に形成された流路を用いる場合、主流の乱れを低減する観点から、複数の流体導入口を設けることが好ましい。複数の流体導入口を設ける場合、その全てから分離すべき粒子が導入されてもよいが、流体導入口からの流路に対して交わる方向への移動度により粒子を分級する観点から、粒子が導入される流体導入口は一部であることが好ましく、さらに好ましくは１カ所であり、その他の流体導入口からは粒子を含まない流体のみが導入されることが好ましい。面状の流路が形成される場合、流体導入口は、上面基板部材、下面基板部材、及び／又は側面部材のいずれか１以上に形成されてもよく、例えば上面基板部材上に導入口を設けることもできる。

【0036】

流体排出口については、流体を排出することができれば特に限定がないが、１つ又は複数の排出口が形成されてもよい。流体排出口は、排液チューブを介して、排液タンク又は吸引ポンプに繋がれていてもよいし、分離された粒子の通過を検出可能な検出装置または粒子径サイズの検出装置が繋がれてもよい、また、粒子取得口として機能してもよく、その場合粒子取得チューブを介して又は直接粒子を含む液体が分取される。面状に形成された流路を用いる場合、主流の乱れを低減する観点から、複数の流体導入口を設け、同数又は異なる数の流体排出口を設けることできる。上面基板部材、下面基板部材、及び側面部材との間に面状の流路が形成される場合、流体排出口は、上面基板部材、下面基板部材、及び側面部材のいずれか１以上に形成されてもよく下面基板部材又は側面部材、特に下面基板部材に設けることもできる。

【0037】

第一の観点の本発明の粒子操作装置は、主流方向に対し交わる方向又は平行に往復する流動を発生させる加減圧手段を含む。かかる加減圧手段は、例えばアクチュエーターや圧電素子などの振動手段を用いてもよいし、ポンプなどの液流又は気流発生手段を用いてもよいし、粒子を分離する流路とは別に往復する流動の発生装置を設置してもよい。流路と一体化された振動手段を用いる場合、振動手段により流路を変形させることにより、往復する流動が形成する。流路が、上面基板部材、下面基板部材、及び／又は側面部材により構成される場合には、上面基板部材、下面基板部材、及び／又は側面部材のいずれか１以上に振動手段が設けられる。上面基板部材、下面基板部材、及び／又は側面部材にかかる手段が設けられた場合、それぞれの部材のたわみなどの変形により、往復する流動が形成されてもよい。さらに好ましい態様では、側面部材に伸縮性部材を用い、さらに上面基板部材又は下面基板部材に振動手段を設けることにより、いずれかの基板部材の側面端を上下に振動させることで、往復する液流が発生する。好ましい態様では、上面基板部材の１の側面端を上下に振動させることで、又は２以上の側面端を２以上の振動手段により上下に交互に振動させることで、往復する液流を発生させることができる。２以上の振動手段が用いられる場合、振動数は同一であっても、異なってもよい。ポンプなどの液流又は気流発生手段を用いる場合、例えば片側の側面部材に、複数のポンプ接続孔を配置し、当該接続孔がポンプに接続されて、正圧と負圧を交互に与えてもよい。別の態様では両側の側面部材に、それぞれ複数のポンプ接続孔を配置し、当該接続孔がポンプに接続されて正圧を交互に付与してもよい。一方の側面部材に配置された複数のポンプ接続孔は、１のポンプに接続されていてもよいし、複数のポンプに接続されていてもよい。

【0038】

加減圧手段により発生される往復する流動は、周期的な流動であることが好ましい。このような周期的な流動における流体の変位量を示す波形が、非線対称波形を有することが好ましい。１の態様では、これらの往復する流動は、振動手段の駆動信号として、往復する波形を有する駆動信号を用いることにより発生することができる。したがって、流体の変位量を示す波形は、そのまま振動手段の駆動信号の波形に相当してもよい。往復する波形を有する駆動信号とは、電圧又は電流のどちらであってもよい。このような信号は、短時間に急峻な変化をするパルスであってもよいし、連続した変化をする連続波であってもよい。分離能の再現性を担保する観点から、このような波形は、周期的であることが好ましい。駆動信号の波形に応じて、往復する流動が生じるため、駆動信号を周期的とすると、往復する流動も周期的になる。このような周期的な波形としては、任意の波形を挙げることができ、点対称の波形、非点対称の波形、線対称の波形、又は非線対称の波形であってもよい。点対称とは、信号強度が０となる点からみて波形が対称となっていることをいう。また、線対称とは、最短繰り返し周期の半周期毎に信号が極性反転して繰り返すことをいい、線対称の場合には、時間軸に対して正の信号値と負の信号値が対称となっている。点対称でありかつ線対称である波形も存在する一方で、点対称のみの波形、又は線対称のみの波形も存在する。点対称であり、かつ線対称である波形として、例えば正弦波、矩形波、三角波が挙げられる。点対称であるが、非線対称である波形として、例えばノコギリ波が挙げられる。しかしながら、これらの例示に限定されることはなく、定義に含まれる任意の合成波を包含するものとする。粒子を移動させる観点から、往復する流動が、非線対称波形であることが好ましい。

【0039】

第一の観点の本発明において流路を流れる流体としては、液体又は気体が挙げられるが、より高い分離能を達成する観点では液体が好ましい。液体を用いる場合、分離する粒子に応じて任意の液体を選択することができる。分離する粒子が、工業材料である場合には、製造の際に用いられた溶媒をそのまま用いてもよいし、水などの安価かつ無害な溶媒によって置換して粒子操作装置に供してもよい。分離する粒子が、細胞やウイルス、抗体などの生物材料の場合、元々これらの粒子が分散していた液体を使用することが好ましく、特に細胞を用いる場合には、細胞の生存を担保する観点から、培養培地、血液、血漿、生理食塩水（ＰＢＳ、ＴＢＳなど）を用いることができる。これらの液体に対しては、任意の賦形剤、例えばｐＨ調製剤、安定剤、増粘剤、保存剤、抗生物質などを用いることができる。分離能を高める観点から、粒子のサイズ、密度、形状に応じて、適切な粘性の液体を選択することができる。流体として気体を用いる場合には、往復する流動を発生させる手段として、振動手段を用いる他に、圧力発生手段を用いることが好ましいこともある。

【0040】

以下に、第一の観点の本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。第一の観点の本発明における粒子操作装置は、例えば下記の流路構造体２、及び往復液流発生装置１、及び送液ポンプ３により実現される（図１）。さらに粒子の分離が適切に行われていることを確認するために、粒子観測装置７，８を設置してもよい。第一の観点の本発明の粒子操作装置で用いられる周期的に往復する液流２６、２７の形成する方法についても以下に詳細に説明する。

【0041】

流路構造体
一の態様では、流路構造体２は、上面基板部材１８と、下面基板部材２０と、側面部材１９により形成される（図２Ａ）。上面基板部材１８又は下面基板部材２０のいずれかに導入口２２と、排出口２３を設け、導入口２２から排出口２３への方向を流路方向又は主流方向と呼ぶ（図２）。上面基板部材１８又は下面基板部材２０の任意の場所に粒子取得口２５を配置することができる（図２）。上面基板部材１８の非流路面に、振動部材接着点２１を配置する（図２Ｂ）。振動部材接着点２１は、複数設けられてもよく、好ましくは２つである。好ましくは２つの振動部材接着点２１を結ぶ直線は、主流方向に対し交わっていればよく、好ましくは垂直になるように２つの振動部材接着点２１が配置される。さらに好ましくは、２つの振動部材接着点２１は、上面基板部材１８の重心を挟んで均等な位置に配置される。側面部材１９としては、流路を形成できれば任意の部材であってよいが、好ましくは伸縮性のある部材を用いることができる。側面部材１９は、流路２４となる部分をくりぬいたゴムシートであってもよいし、下面基板部材の面上に設けたゴムパッキンであってもよい。下面基板部材２０上に側面部材１９を載せ、さらに上面基板部材１８を載せることにより、これらの部材に挟まれた領域に、第一の観点の本発明の流路２４が形成される。

【0042】

振動流形成装置
往復液流発生装置１は、前記流路構造体２を保持する機構を備えた基板ホルダー１１、及び振動部材９Ｌ、９Ｒを具備してよい（図１）。振動部材９Ｌ、９Ｒは、振動部材駆動信号出力１３Ｌ，１３Ｒを介して、振動部材９Ｌ、９Ｒを駆動する振動部材駆動電源１２Ｌ、１２Ｒに接続され得る。かかる振動部材駆動電源１２Ｌ、１２Ｒは、波形出力１６Ｌ、１６Ｒを介してさらに波形発生装置１５に接続されてよい。振動部材は１つであってもよいが、複数の振動部材を配置することもできる。例えば２の振動部材を用いる場合、その振動の波形は、同期していてもよいし、同期していなくてもよい。時間軸に対して線対称の波形を用いることもできる（図３）。
また、往復液流発生装置１のうち振動部材９Ｌ、９Ｒは、当該振動部材で振動されるダイヤフラム流路３０が粒子分離流路３１の導入口、排出口に接続され、粒子分離流路３１
内で往復液流を生成できれば、粒子分離流路３１と別に配置してもよい（図１２）。さらに振動部材を粒子分離流路３１とは別に配置する場合、一つの振動部材９Ｌのみを配置してもよい（図１３）。なお図１２および１３に示す往復液流発生装置１において、ダイヤフラム流路３０に設置された導入／排出口４７、および粒子分離流路３１に接続された導入／排出口４８には、往復液流の形成を阻害しないように流れの方向を制限するチェックバルブ、または振動部材９Ｌに同期した電動バルブを設置することが好ましい。

【0043】

粒子観測装置
前記流路構造体中央部を観測可能なズームレンズ８、カメラ７から構成される粒子観測装置を振動流形成装置に設置することができる（図１）。これにより、粒子の動きをモニターすることができ、適切な振動数、流速などを設定することができる。

【0044】

往復する液流の形成方法
往復する液流２６、２７は、振動部材９Ｌ、９Ｒが、上面基板部材を押し上げと押し下げを行うことにより生じる（図３Ａ）。
なお、粒子分離流路３１内に振動流が形成されるように接続されていれば、図１２及び１３に示すように、振動部材９Ｌ、９Ｒ及び上面基板部分を押し上げと押し下げを行うダイヤフラム流路３０が粒子分離流路３１から分離されている状態でもよい。

【0045】

振動部材の駆動方法
往復する液流の形成法としては、振動部材９Ｌ、９Ｒとして圧電素子を用い、振動部材駆動電源１２Ｌ、１２Ｒとしてピエゾドライバーを用いることができる。振動部材９Ｌに振動部材駆動電源１２Ｌの出力駆動部材駆動信号出力１３Ｌ、振動部材９Ｒに振動部材駆動電源１３Ｒの出力駆動部材駆動信号出力８Ｒを接続する。また振動部材駆動電源１２Ｌ、１２Ｒの入力振動部材駆動元信号入力１４Ｌ、１４Ｒには波形信号生成器１５の波形出力１６Ｌ，１６Ｒを接続する（図１）。
往復する液流の形成においては波形信号生成器１５の波形出力１６Ｌ，１６Ｒの波形は１８０度位相をずらすか、あるいは信号を反転することによりピエゾ素子の伸張、収縮を交互に駆動することができ、それにより往復する液流を形成してよい（図３）。
この波形信号生成器１５の波形出力１６Ｌは振動部材駆動電源１２Ｌの振動部材駆動元信号入力１４Ｌへ、波形信号生成器１５の波形出力１６Ｒは振動部材駆動電源１２Ｒの振動部材駆動元信号入力１４Ｒへ接続する。波形信号生成器１５の出力波形は任意に生成でき、例えば、点対称若しくは非点対称及び／又は線対称若しくは非線対称の波形であってもよい。代表的には正弦波、三角波、方形波、台形波、ノコギリ波である。波形信号生成器の出力波形が、流路内の往復する液流の波形となる。より高い分離能を得る観点から、非線対称波形であるノコギリ波が好ましい。

【0046】

粒子の導入・排出方法
流路構造体２の内、上面基板部材１８又は下面基板部材２０に直径１ｍｍ貫通穴を形成することで、導入口２２及び／又は排出口２３を設置する（図２Ｂ）。この貫通穴に外形１ｍｍハトメを接着剤で固定化し、このハトメと送液ポンプ３を送液チューブ５で連結し、粒子２８の導入・排出を行う（図１）。主流方向に交わる方向に移動した粒子２８の採取を行う場合は、排出口に加えて、さらに粒子取得口２５である貫通穴を、下面基板部材２０又は上面基板部材１８に追加するのが望ましい（図２Ｂ、図５）。

【0047】

粒子の観察方法
振動流による粒子の移動状況の観察及び測定は図１のカメラ５及びズームレンズ６により実施してよい。カメラ５は粒子の振動まで観察する場合は高速カメラ（朋栄製 ＶＦＣ−１０００）、低速にて観測する場合はソニー製ＣＣＤカメラ（ＸＣＤ−Ｖ５０）を状況により切り換えて使用するのが望ましい。粒子を観測するためには、上面基板部材１８は透明な部材、例えばガラスやポリカーボネートでできていることが好ましい。

【0048】

粒子の移動速度の算出法
カメラ５の高速カメラでの観察ビデオの１フレームの画像それぞれに対し２値化処理を施し、封入した粒子を検出する。検出した粒子の重心に対し位置を計測（図６）するソフトウェアをＬａｂＶＩＥＷ（商品名）にて作製した。これらの情報を時間的な変化としてデータ化することで粒子の移動軌跡を計測する。

【0049】

上述のとおり、第二の観点において、本発明は以下の粒子操作装置を提供する：
粒子を含む流体の流路と、往復する流動を発生させる１または複数の加減圧手段とを備えた、粒子操作装置であって、
前記加減圧手段が、前記流路における前記流体の導入方向に対し交わる方向又は平行に往復する流動を発生させる手段であり、
前記往復する流動における流体の変位量を示す波形が非線対称波形を有し、
かつ前記流路に１又は複数の凹凸部を設けた、前記粒子操作装置。

【0050】

第二の観点の本発明の粒子操作装置を用いた、流体中に含まれる粒子の分級操作の一態様として、粒子を含む流体の流路の排出口側を閉じ、さらに好ましくは導入口側も閉じて、粒子を含む流体を流路に留めた後、前記流路に対して交わる方向又は平行に往復する流動を発生させることで、バッチ単位で粒子を移動／分級させる操作がある。粒子を含む流体の流路が複数の排出口を設けている場合、前述したバッチ単位の操作後、排出口を開けることで、各排出口から径の異なる（分級された）粒子を回収することができる。本発明の粒子操作装置を用いた、流体中に含まれる粒子の分級操作の別の態様として、粒子を含む流体を流路の導入口側から連続的に導入し、前記流路に対して交わる方向又は平行に往復する流動を連続的に発生させることで、流体中に含まれる粒子を連続的に分級することができる。連続的な分級を可能とすることで、バッチ単位で操作する場合と比較し、粒子操作装置の装置構成を小さくすることができる。

【0051】

粒子の排出口は流体の排出口と共通の排出口としてもよいし、異なる排出口としてもよい。粒子の排出口を流体の排出口と異なる排出口として設ける場合、流体中に含まれる粒子の流路の流れを乱さないようにする観点から、流体排出口の径に対し１／２以下の径とするとよく、１／５以下の径とするとより好ましく、１／１０以下の径とするとさらに好ましい。粒子を含む流体の流路が面状の場合、当該流路の流れの乱れを軽減する観点から、複数の流体導入口と複数の流体排出口を設けるとよい。

【0052】

第二の観点の本発明の粒子操作装置に備える、粒子を含む流体の流路の形状に制限はなく、管状であってもよいし、面状であってもよい。ただし第二の観点の本発明の粒子操作装置が、流体中に含まれる粒子を連続的に分級する装置の場合、面状の流路とし、粒子の排出口を複数設けると好ましい。面状の流路の一例として、上部基板部材と下部基板部材と側面部材との間に形成された流路があげられる。面状に形成された流路は、往復する流動による分離能を高めるため、往復する流動を分岐させる形状や、ある範囲の固有の移動度で移動した（分級された）粒子を集めるような形状としてもよい。上部基板部材および下部基板部材は、剛性の平板であれば任意のものを使用することができるが、粒子を観察する観点から、ガラス板、ポリカーボネート板等の透明な材料で作製すると好ましい。上部基板部材と下部基板部材は、任意の形状であってよいが、同一形状（例えば、互いに同じ四角形）とすると好ましい。側面部材は、剛性の部材であってもよいし、柔軟性または伸縮性の部材であってもよいが、柔軟性または伸縮性の部材を側面部材として用いると、上部基板部材および下部基板部材を上下方向に振動させることで往復する流動を発生できる点で好ましい。柔軟性または伸縮性の部材の一例として、シリコーンゴム、フッ素系ゴム、ＰＤＭＳ、エラストマー樹脂、高分子ゲル、ウレタン樹脂が例示できる。側面部材は、上部基板部材と下部基板部材により挟まれることで、流路を形成する。したがって側面部材は、流路からの流体の漏出を軽減する観点から、板状の部材の中央部を、適切な形にくり抜くことで作製すると好ましい。

【0053】

第二の観点の本発明の粒子操作装置に備える、粒子を含む流体の流路の長さは、必要とされる粒子の分離能や、分離しようとする粒子の性質および／または流路を流れる流体の性質ならびに流速に応じて、適宜選択すればよい。例えば、粒径２００μｍ程度の粒子を高分離能で分級する場合、長さは５ｃｍ以上とするとよく、１０ｃｍ以上としてもよい。工業スケールで分級を行なう場合は、３０ｃｍ以上の長さとしてもよい。上部基板部材および下部基板部材の剛性を維持する観点からは、長さを１０ｃｍ以下とするとよく、５ｃｍ以下とするとより好ましい。粒子操作装置の小型化や、分離時間の短縮を目的とする場合は、長さ１ｃｍ以下としてもよい。

【0054】

第二の観点の本発明の粒子操作装置に備える、粒子を含む流体の流路の導入口は、前記流体を導入できれば特に限定はなく、導入口の数は１つであってもよいし、複数であってもよい。また流路の導入口は、送液チューブを介して送液ポンプに繋がれていてもよい。粒子を含む流体の流路が面状に形成されている場合、前記流路の流れの乱れを低減する観点から、導入口を複数設けると好ましい。導入口を複数設ける場合、全ての導入口から分離すべき粒子を含む流体を導入してもよいが、前記流路における前記流体の導入方向に対し交わる方向に往復する流動により前記粒子を移動／分級する観点から、粒子を含む流体を導入する導入口は複数あるうちの一部とすると好ましく、さらに１箇所に限定すると好ましい。なお粒子を含む流体を導入する導入口以外の導入口には、溶媒のみを導入すればよい。粒子を含む流体の流路を面状に形成する場合、導入口は、上部基板部材、下部基板部材、側面部材のいずれか１部材以上に形成すればよく、例えば、上部基板部材に導入口を設ける態様が例示できる。

【0055】

第二の観点の本発明の粒子操作装置に備える、粒子を含む流体の排出口は、前記流体を排出することができれば特に限定はなく、排出口の数は１つであってもよいし、複数であってもよい。また流体の排出口は、排液チューブを介して、排液タンクまたは吸引ポンプに繋がれていてもよいし、粒子の排出口と併用する場合は、粒子取得チューブを介して、または直接排出口から、粒子を含む流体を回収してもよい。粒子を含む流体の流路が面状に形成されている場合、前記流路の流れの乱れを低減する観点から、排出口も導入口と同様、複数設けると好ましい。排出口の設置数は導入口と同数としてもよいし、異なる数としてもよい。粒子を含む流体の流路を面状に形成する場合、排出口は、上部基板部材、下部基板部材、側面部材のいずれか１部材以上に形成すればよく、例えば、下部基板部材に排出口を設ける態様が例示できる（図２６）。

【0056】

第二の観点の本発明の粒子操作装置に備える、粒子を含む流体の流路における前記流体の導入方向に対し交わる方向又は平行に往復する流動を発生させることで、前記粒子を移動させる加減圧手段の一例として、アクチュエーターや圧電素子等の振動手段や、ポンプ等の液流発生手段を用いて往復する流動を発生させて、前記粒子を移動させる手段があげられる。粒子を含む流体の流路が上部基板部材、下部基板部材および側面部材で構成され、かつ振動手段を用いて往復する流動を発生させる場合、前述した部材のいずれか１以上の部材に振動手段を設け、当該振動手段で各部材を変形させることで往復する流動を発生させればよい。特に側面部材が柔軟性または伸縮性の部材である場合は、上部基板部材または下部基板部材に振動手段を設け、当該振動手段を設けた部材の側面端を上下に振動させることで、往復する流動を発生させればよい。好ましい態様では、上部基板部材の１の側面端を上下に振動させることで、または２以上の側面端を２以上の振動手段で上下に交互に振動させることで、往復する流動を発生させることができる。複数の振動手段を設ける場合、振動数は同一であっても、異なってもよい。ポンプ等の液流または気流発生手段を用いて往復する流動を発生させる場合、例えば、一方の側面部材に複数のポンプ接続孔を配置し、当該接続孔がポンプに接続された状態で正圧と負圧を交互に与えることで流動を発生させばよい。また両側の側面部材に、それぞれ複数のポンプ接続孔を配置し、当該接続孔がポンプに接続された状態で正圧を交互に与えることで流動を発生させてもよい。一方の側面部材に配置された複数のポンプ接続孔は、１つのポンプに接続されていてもよいし、複数のポンプに接続されていてもよい。なお前記加減圧手段により発生させる往復する流動の方向は、粒子を含む流体の流路における前記流体の導入方向に対し交わる方向としても平行方向としてもよいが、前記流体の導入方向に対し交わる方向とする場合は垂直とすると好ましい。

【0057】

前述した方法により形成された往復する流動は、周期的な流動であると好ましい。振動手段で流動を発生させる際は、往復する波形を有する駆動信号を振動手段の駆動信号として用いることで発生させることができる。したがって、流体の変位量を示す波形は、そのまま振動手段の駆動信号の波形に相当するといえる。往復する波形を有する駆動信号とは、電圧、電流のいずれかであってもよい。前記駆動信号は、短時間に急峻な変化をするパルスであってもよいし、連続した変化をする連続波であってもよい。分離能の再現性を担保する観点から、このような波形は、周期的であることが好ましい。駆動信号の波形に応じて、往復する流動が発生するため、駆動信号を周期的とすると、往復する流動も周期的になる。第二の観点の本発明の粒子操作装置では、往復する流動の波形をノコギリ型波等の非線対称の波形を有した波形としており、当該波形とすることで流動の進行方向の切替わり前後での速度が異なるため、流体中に含まれる粒子を効率的に移動させることができる。ここで線対称とは、最短繰り返し周期の半周期毎に信号が極性反転して繰り返すことをいい、線対称の場合は時間軸に対して正の信号値と負の信号値が対称となっている。なお本発明の粒子操作装置で用いる往復する流動の波形は、非線対称の波形を有していればよく、その他（正弦波、三角波、矩形波等）の波との合成波であってもよい。

【0058】

第二の観点の本発明の粒子操作装置で導入する流体としては、液体または気体があげられるが、より高い分離能を達成できる点では液体が好ましい。液体を用いる場合、分離する粒子に応じて適宜選択することができる。分離する粒子が工業材料の場合、製造時に用いた溶媒をそのまま導入液体として用いてもよいし、水等の安価かつ無害な溶媒で置換した液体を用いてもよい。分離する粒子が、細胞、ウイルス、抗体等の生物材料の場合、当該生物材料が分散していた溶媒を用いると好ましく、特に細胞を用いる場合には、細胞の生存を担保する観点から、培養培地、血液、血漿、生理食塩水（ＰＢＳ（Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｓａｌｉｎｅ）、ＴＢＳ（Ｔｒｉｓ Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｓａｌｉｎｅ）等）を溶媒として用いるとよい。これらの液体に対しては、任意の賦形剤、例えばｐＨ調製剤、安定剤、増粘剤、保存剤、抗生物質等をさらに含んでもよい。分離能を高める観点から、粒子のサイズ、密度、形状に応じて、適切な粘性の液体を選択してもよい。

【0059】

第二の観点の本発明の粒子操作装置は、粒子を含む流体の流路に１又は複数の凹凸部を設けていることを特徴としている。本発明において、凹凸部は、凸部のみで構成されていてもよいし、凹部のみで構成されていてもよく、また凹部と凸部の組合せにより構成されてもよい。凹凸部の形状に特に限定はなく、例えば、円錐形、円柱形、角錐形、角柱形があげられる。さらに凹凸部は、一の方向に直線状又は曲線状に延在していてもよい。凹凸部が延在する場合、その断面は、任意の形状であってよく、例えば点対称、非点対称、線対称、又は非線対称の形状であってもよい。中でも、粒子を含む流体の流路に設ける凹凸部としては、直線状に延在し、その断面が非線対称である凹凸部が好ましく、ノコギリ形状のような非線対称で直線状に延在する凹凸部を採用すると、流体中に含まれる粒子が効率的に一方向へ移動できる点でさらに好ましい。なお凹凸を設ける位置に特に限定はなく、流体の導入方向に対し、平行方向に設けてもよいし、交差する方向、例えば垂直方向に設けてもよいが、前記加減圧手段が前記流路における前記流体の導入方向に対し交差する方向に往復する流動を発生させる手段である場合は、前記流路における流体の導入方向に対して平行方向に設けると好ましく、前記加減圧手段が前記流路における前記流体の導入方向に対し平行方向に往復する流動を発生させる手段である場合は、前記流路における流体の導入方向に対して交差する方向に設けると好ましい。

【0060】

以下、図面を用いて第二の観点の本発明の粒子操作装置を詳細に説明する。
本発明の粒子操作装置の一例を図１６に示す。図１６に示す粒子操作装置２１００は、粒子を含む液体を導入する流路構造体２１０と、振動流発生装置（加減圧手段）２２０と、流路構造体２１０に導入した粒子の移動を観察するための粒子観測装置２３０とを備えている。
流路構造体２１０は、下から下部基板部材２１１、側面部材２１３、上部基板部材２１２の順に重ね合わせることで形成した（図１６）。下部基板部材２１１は厚み０．９ｍｍ１０ｃｍ角のＰＣ（ポリカーボネート）基板であり、そのうち５０ｍｍ×９０ｍｍの領域に、幅２００μｍ、高さ５μｍのノコギリ波状の断面を有する直線状に延在する凹凸部１１ａを複数設けた（図１７）。上部基板部材２１２は厚み１ｍｍ１０ｃｍ角のガラス基板であり、当該基板上の中央線上かつ端面から１ｃｍの部位に導入口、排出口としてφ１ｃｍの貫通穴２１２ａを２つ（導入口２１２ａａ・排出口２１２ａｂ）形成させた（図１８）。なお貫通穴２１２ａには、ＰＴＦＥチューブとの接続のため、金属製の電気ハトメを接着剤で固定している。前記電気ハトメおよび前記ＰＴＦＥチューブとシリンジポンプとを連結させることで粒子を含む液体の導入および排出を行なう。粒子の移動状況の観察時には排出口２１２ａｂは１つで十分であるが、粒子を含む液体の導入方向から垂直方向に移動した粒子の採取を行なう場合は排出口２１２ａｂを追加した方が好ましい（図２６）。側面部材１３は、厚み１．５ｍｍ、１０ｃｍ角のシリコンゴムシートであり、そのうち５０ｍｍ×９０ｍｍの領域（直線状に延在する凹凸部２１１ａを設けた領域と一致）をくり抜き、開口部２１３ａを設けることで、面状の流路を形成させた（図１９）。なお直線状に延在する凹凸部２１１ａは、粒子を含む液体の流路における前記液体の導入方向（すなわち、導入口２１２ａａから排出口２１２ａｂへの方向）に対して平行方向に形成されている。また前述した流路構造体２１０は数十μｍから数百μｍの粒子を分級するのに好ましい構造体である。

【0061】

振動流発生装置２２０は、流路構造体２１０を保持する基板ホルダー（不図示）と、流路構造体１０の厚さ方向に変位可能な圧電素子２２１（翔栄システム製）と、圧電素子２２１を変異させて振動流（往復する流動）を発生させるためのピエゾドライバー２２２（翔栄システム製、ＳＳＬ−１４０−１ＣＨ）および駆動信号発生器２２３（ＮＦ回路ブロック製ＷＦ１６４６Ｂ）とを設けている。圧電素子２２１は、流路構造体２１０に設けた直線状の凹凸部２１１ａに対して上方かつ流路構造体２１０基板端より１ｃｍの位置２４０に接触する形で２箇所設けており、流路構造体２１０の厚さ方向に１００μｍ変位可能である。具体的には、圧電素子２２１ａとピエゾドライバー２２２ａの出力とを、圧電素子２２１ｂとピエゾドライバー２２２ｂの出力とを、それぞれ接続し、ピエゾドライバー２２２ａ・２２２ｂの入力と駆動信号発生器２２３の出力とを接続することで流路構造体２１０に収容した液体に対し振動流を形成させる。振動流の形成は、駆動信号発生器２２３のピエゾドライバー２２２ａへの出力波形の位相とピエゾドライバー２２２ｂの出力波形の位相とを１８０度ずらして、または前記信号を反転させて、圧電素子２２１の伸張、収縮を交互に駆動させることで、粒子を含む液体の流路における前記液体の導入方向（すなわち、導入口２１２ａａから排出口２１２ａｂへの方向）に対して垂直方向に振動流を形成した（図２０）。駆動信号発生器２２３のピエゾドライバー２２２への出力波形は任意に生成でき、その一例として正弦波、三角波、方形波、ノコギリ波がある。

【0062】

粒子観測装置２３０は、流路構造体２１０のうち少なくとも直線状に延在する凹凸部２１１ａを設けた領域を観察可能なズームレンズ２３１（モリテックス製）およびカメラ２３２（ＳＯＮＹ製ＣＣＤカメラＸＣＤ−Ｖ５０、または朋栄製高速カメラＶＦＣ−１０００）を、流路構造体２１０の基板中央部に、微動機構（不図示）を付与して備えている。なおカメラ２３２は、状況に応じて、粒子の振動まで観察する場合は高速カメラに、低速で観測する場合はＣＣＤカメラに、それぞれ切り換えて使用すると好ましい。なおカメラ２３２（高速カメラ）での観察ビデオの１フレームの画像それぞれに対し２値化処理を施すことで、流路構造体２１０へ導入した粒子を検出後、当該検出した粒子の重心における位置を計測し、当該位置情報を時間的な変化としてデータ化することで、粒子の移動軌跡を計測できる。

【実施例】

【0063】

以下、実施例および比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら例に限定されるものではない。

【0064】

１．流路構造体の製造
上面基板部材として１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ１．１ｍｍの青板ガラスに粒子導入口／排出口２２／２３として直径１ｍｍの貫通孔を２つ加工した。その位置は、図４Ｂの側面部材の上面図において符号２２／２３で表した位置である。また、下面基板部材としては、貫通孔がない点を除き上面基板部材と同じものを使用した。１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ１ｍｍのシリコーンゴムシートを図４Ｂに示すように、直径３２ｍｍの円形部と、幅５ｍｍ長さ４２ｍｍの流路を形成するように切り抜き、これを上面基板部材と下面基板部材との間に配置して側面部材とした。上面基板部材及び下面基板部材とシリコーンゴムシートは、シリコーンゴムシートの粘着力で接合して液漏れが最小限となるように構成した。上面基板部材上において、シリコーンゴムシートの円形くり抜き部の中心の位置を、振動部材９Ｌ及び９Ｒの配置位置とした。試料導入／排出ポートは液体を導入・排出できるように可撓性チューブを接続できるように上蓋基板部材の貫通孔にハトメを接着剤で固定しチューブを接続できるようにして、流路構造体を製造した。

【0065】

２．往復液流発生装置
前記流路構造体２を保持する機構を備えた基板ホルダー１１及び前記流路構造体２の振動部材配置位置に対して、基板端より１ｃｍの位置に基板厚み方向に１００μｍ変位可能な圧電素子（翔栄システム製）を、振動部材９Ｌ，９Ｒとして配置した。２つの圧電素子に対し、振動流形成させるため振動部材駆動電源としてピエゾドライバーＳＳＬ−１４０−１ＣＨ（翔栄システム製）を２台設置した。また波形信号生成器１５としてＷＦ１６４６Ｂ（ＮＦ回路ブロック製）を接続した（図１）。

【0066】

３．粒子観測装置
前記微小流路構造体中央部を観測可能なズームレンズ（モリテックス製）、ＣＣＤカメラ（ＳＯＮＹ製 ＸＣＤ−Ｖ５０）または高速カメラ（朋栄製 ＶＦＣ−１０００）を基板中央部に微動機構を付与して設置した（図１）。

【0067】

実施例１：エタノール中での粒径２００μｍの粒子の移動
上記の粒子観測装置を備えた往復液流発生装置に対し、流路構造体をセットし、流路構造体中に粒子を含む液体を導入した。導入した粒子は、粒径約２００μｍの東ソー製トヨパールゲルであり、９９．５％エタノール（密度：０．７８９２ｇ／ｃｍ³）に置換・分散させて用いた。また、粒子を導入した後に試料導入／排出ポートはポートに接着剤で固定化したハトメを封止して試料を密閉してバッチ処理に供した。

【0068】

２つの圧電素子の駆動波形としては図３Ｂのように９Ｌと９Ｒの伸縮が反転するように駆動波形を設定した。この時の円形部分の圧縮／伸長による流動の変化を考えやすいように図３Ｃに示す。ここでは波形の一周期を３６０°と表現し、図３Ｃ上で線対称な振動として三角波の頂点を０°と表現する。この状態から三角波の頂点を最大±１８０°変化させ粒子の移動を観測した。また、この時の駆動波形の周波数は５Ｈｚ、圧電素子の最大駆動電圧を２Ｖ（５Ｖｍａｘで１００μｍ変動）圧電素子の伸長４０μｍに設定した。圧電素子の振動による粒子の移動軌跡は図６に示すように画像解析による粒子位置の自動計測により測定した。

【0069】

このような状態にて図３Ｃに示すように圧電素子を駆動させたところ、往復信号波形が時間軸に対し線対称、つまり三角波の頂点が０°（つまり図３Ｃの０°の三角波）の場合は、２００μｍ粒子は振動するが一方向への移動は観測できなかった。その一方で、時間軸に対し線対称（つまり三角波の頂点が０°）以外の場合、すなわち６０°〜１５０°の非線対称波形の場合、往復する流体の変位量も、非線対称波形となる。このときの粒子の位置を測定したところ、図７Ａに示すように右方向に移動することを確認した。

【0070】

また、−６０°〜−１５０°とすると図７Ｂに示すように粒子の移動が左側に移動することを確認し、それぞれの三角波からの頂点のずれが大きい程、粒子の移動量が大きいことも確認した。また、三角波の頂点が±１８０°とすることで移動方向が逆転し、且つ移動量が飛躍的に向上することが確認された（図８）。

【0071】

実施例２：フィコール中での粒径２００μｍの粒子の移動
粒子を分散する溶媒として、フィコール（密度１．０７７ｇ／ｃｍ³）を用いた点と駆動波形を変更した点を除き、実施例１と同様に実験を行なった。圧電素子の駆動波形として三角波の頂点から＋１５０°、−１５０°変化させた波形を用いた。この時の駆動波形の周波数は５Ｈｚ、圧電素子の最大駆動電圧を２Ｖ（５Ｖｍａｘで１００μｍ変動）圧電素子の伸長４０μｍに設定し、圧電素子の振動による粒子の移動軌跡は図６に示すように画像解析による粒子位置の自動計測により測定した。

【0072】

その結果、図８に示すように移動方向の正負は変化しないがエタノールでの移動速度に比べ大幅に減少した。また、溶液中に気泡（０．００１２ｇ／ｃｍ³）を混入したところ２００μｍ粒子とは真逆に移動することを確認した。

【0073】

実施例３：連続フロー系でのポリスチレンビーズ２０μｍの粒子の移動
上で使用した流路構造体において、幅１０ｍｍの直線状の流路部分に、１の粒子導入口と、その反対側に５の粒子取得口とを形成するように、シリコーンゴムシートを切り抜き、さらに上面基板に貫通孔を開けた（図５）。貫通孔にハトメを接着剤で固定しチューブを接続できるようにした。あらかじめ、流路内を水で満たし、排出口の１，３，５に取り付けたシリコーンチューブの反対側の出口を採取容器に設置し、排出口２，４に取り付けたシリコーンチューブの先端は閉止した。粒子導入口から粒子を含む液を導入しながら、写真の２つの圧電素子の駆動波形としては２つの圧電素子の伸縮が反転するように駆動波形を設定した。圧電素子の駆動波形形状としては図３Ｃ１８０°の場合のようにこぎり波状の波形を与えた。この時の駆動波形の周波数は５Ｈｚ、圧電素子の最大駆動電圧を２Ｖ（５Ｖｍａｘで１００μｍ変動）圧電素子の伸長４０μｍに設定した。

【0074】

粒子試料としては粒径２０μｍのポリマー標準粒子（Ｄｕｋｅ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ＣａｔＮｏ．４２２０Ａ）、及び、粒径１．０μｍの蛍光粒子（Ｆｌｕｏｒｏ−Ｍａｘ（ＴＭ） Ｃａｔ Ｎｏ．Ｇ０１００）の２種を純水に分散させ、２つの円形部分を連通させる流路に連通する導入ポートにシリンジポンプから１００μＬ／ｍｉｎで導入した。

【0075】

このような状態を安定して動作させている最中に、排出口１，３，５から排出した液を一定時間分取した。分取したポート１，３，５からの液量はそれぞれ、０．６５ｇ、０．７４ｇ、０．６０ｇであった。その後、採取した液を、均一に撹拌しながら５０μＬ分取して顕微鏡で観察した。２０μｍ粒子の含有数を数えたところ、ポート１，３，５からそれぞれ、９個、５７個、４３個となりポート３、５から多く分取することができた。また、１μｍの粒子はどのポートからも多数検出された。このように、分離したい粒子を複数形成した排出ポートから効率的に分取することが可能であることを確認した。

【0076】

実施例４：癌細胞と血球の分離
使用した流路は図１０に示すように上面基板部材として１０ｃｍ角、厚さ１．１ｍｍの青板ガラスに試料導入／排出ポートとして直径１ｍｍ貫通孔を２つ加工した。また、下面基板部材としては貫通孔がないものを使用し、これら上面基板部材と下面基板部材の中間に厚さ１ｍｍのシリコンゴムシートを図２のように直径３２ｍｍφの圧電素子で圧迫されて液流を発生する２つの円形部分を作成した。この円形部分は前記上基板の貫通孔と連通するように切り抜いてある。また、２つの円形部分を連通させるように幅５ｍｍの直線状の流路を形成した。このように作成した上面基板部材基板とシリコンゴムシート、下面基板部材には櫛模様のパターニングを施し、シリコンゴムシートの粘着力で接合して液漏れが最小限となる構造体とした。試料導入／排出ポートは液体を導入・排出できるように可撓性チューブを接続できるように上面基板部材基板の貫通孔にハトメを接着剤で固定しチューブを接続できるようにした。注射針で圧電素子圧迫部の円形部分と円形部分を連通する流路の中央に粒子導入口２９を作成し、血球と癌細胞の希釈液を導入した。

【0077】

あらかじめマンニトール液を導入／排出口２２／２３から充填後、マンニトールで１％に希釈した全血に癌細胞（ＳＫＢＲ）を加えた溶液を粒子導入口２９から導入し、全ての導入／排出口２２／２３を接着テープで密閉した。上記の構造体を図１に示すように圧電素子２Ｌ、２Ｒの伸縮部分３の中心が図１０の圧電素子接触点（円形の中心付近）に合せた。図１の２つの圧電素子の駆動波形としては図３Ｂのように２Ｌと２Ｒの伸縮が反転するように駆動波形を設定した。この時の円形部分の圧縮／伸長による流動の変化を考えやすいように図３Ｃに示す。ここでは波形の一周期を３６０度と表現し図３Ｃ上で対称な振動として三角波頂点を０°と表現する。この状態から三角波頂点を＋１８０°とし血球及びがん細胞の移動状況を観測した。また、この時の駆動波形の周波数は１Ｈｚ、圧電素子の最大駆動電圧を３Ｖ（５Ｖｍａｘで１００μｍ変動）圧電素子の伸長６０μｍに設定した。粒子の移動については高速カメラでの観察が困難であったため、１２０秒駆動した後静止させそれぞれの粒子の移動状況を観測した。その結果、図１１に示すように直線状流路中央より左側に全体粒子は移動し、特に癌細胞（ＳＫＢＲ）が最も左側に移動することがわかった。

【0078】

実施例５：バッチ単位で粒子を操作する装置
バッチ単位で粒子の分級／測定が可能な本発明の粒子操作装置の一態様を図１４（原理図）及び１５（構成の一態様）に示す。導入口３２と排出口３４を連通する粒子分離流路３５において、サンプル導入口３３から一定量の流体（サンプル）を導入した後に閉止すると同時に、振動流形成装置３８により、導入口３２から排出口３４への流れ方向（主流方向）と平行に振動流３６を形成することで、サンプル導入口３３から導入したサンプルに含まれる粒子は、排出口３４に向かって粒子径に基づき分離される。この際、排出口３４側にＵＶ検出器等の光学検出装置４４を接続すると、分離ピーク４５の検出が可能となり、クロマトグラフィーと同様な粒径分布の測定が可能となる。なお光学検出装置４４として光散乱検出器を用いると、粒径測定も可能となる。

【0079】

実施例６
（１）以下に示す、本発明の粒子操作装置２１００を作製した。
（１−１）下部基板部材２１１
厚み０．９ｍｍ１０ｃｍ角のＰＣ（ポリカーボネート）基板であり、そのうち５０ｍｍ×９０ｍｍの領域に幅２００μｍ、高さ２０μｍのノコギリ波状の断面を有し直線状に延在する凹凸部２１１ａを設けた（図１７）。
（１−２）上部基板部材２１２
図１６に示す本発明の粒子操作装置２１００と同じである。
（１−３）側面部材２１３
厚み１．５ｍｍ、１０ｃｍ角のシリコンゴムシートであり、そのうち７０ｍｍ×９０ｍｍの六角形領域をくり抜き、開口部２１３ａを設けることで、面状の流路を形成させた（図２１）。
（１−４）振動流発生装置２２０
駆動信号発生器２２３のピエゾドライバー２２２ａへの出力信号とピエゾドライバー２２２ｂへの出力信号とを反転させ、圧電素子２２１の伸張／収縮を交互に駆動させることで、粒子を含む液体の流路における前記液体の導入方向（すなわち、導入口２１２ａａから排出口２１２ａｂへの方向）に対して垂直方向に振動流を発生させた他は、図１６に示す本発明の粒子操作装置２１００と同じである。
（１−５）粒子観測装置２３０
図１６に示す本発明の粒子操作装置２１００と同じである。
（２）（１）で作製した本発明の粒子操作装置２１００の導入口２１２ａａから、φ２００μｍのトヨパール（東ソー製）粒子を含む９９．５％エタノール溶液を、ＰＴＦＥチューブを介して、シリンジを用いて開口部２１３ａに溶液が満たされるまで導入した。
（３）駆動信号発生器２２３から、図２２のパターン（ａ）およびパターン（ｂ）に示すノコギリ波を出力し、トヨパール粒子を移動させた。
結果、パターン（ａ）のノコギリ波を出力したときは粒子は左方向に、パターン（ｂ）のノコギリ波を出力したときは粒子は右方向に、それぞれ移動した。

【0080】

実施例７
（１）下部基板部材２１１に設けるノコギリ波状の直線状に延在する凹凸部２１１ａを幅２００μｍ、高さ５μｍとした他は、実施例６（１）で作製した粒子操作装置２１００と同様の装置を作製した。
（２）粒子を含む溶液として、φ２００μｍおよびφ８０μｍのトヨパール（東ソー製）粒子を含む９９．５％エタノール溶液を用いた他は、実施例６（２）から（３）の記載と同様な方法でトヨパール粒子を移動させた。
（３）粒子観測装置２３０（カメラ２３２は朋栄製高速カメラＶＦＣ−１０００使用）で得られた観察ビデオの１フレームの画像それぞれに対し２値化処理を施すことで、流路構造体２１０へ導入した粒子を検出後、当該検出した粒子の重心における位置を計測し、当該位置情報を時間的な変化としてデータ化することでトヨパール粒子の移動軌跡を計測した。
結果を図２３に示す。相対的に、粒子径が大きいφ２００μｍのトヨパール粒子の移動速度が速く、粒子径が小さいφ８０μｍのトヨパール粒子の移動速度が遅いことがわかる。また粒子振動幅が、ノコギリ波状に延在する凹凸部２１１ａの間隔（２００μｍ）を超えると、粒子の移動速度が飛躍的に速くなることがわかる。

【0081】

実施例８
（１）下部基板部材２１１に設けるノコギリ波状の直線状に延在する凹凸部２１１ａを幅５０μｍ、高さ１μｍとした他は、実施例７で作製した粒子操作装置２１００と同様の装置を作製した。
（２）粒子を含む溶液として、φ２００μｍ、φ８０μｍおよびφ４０μｍのトヨパール（東ソー製）粒子を含む９９．５％エタノール溶液を用いた他は、実施例７（２）及び（３）に記載と同様な方法でトヨパール粒子を移動させた。
（３）実施例７（３）の記載と同様な方法でトヨパール粒子の移動軌跡を計測した。
結果を図２４に示す。相対的に、粒子径が大きい順（φ２００μｍ＞φ８０μｍ＞φ４０μｍ）にトヨパール粒子の移動速度が速いことがわかる。また粒子振動幅が、ノコギリ波状の直線状に延在する２１１ａの間隔（５０μｍ）を超えると、粒子の移動速度が飛躍的に速くなることがわかる。
図２３よび図２４に示す結果から、第二の観点の本発明の粒子操作装置では、粒子を含む液体の導入方向（すなわち、導入口２１２ａａから排出口２１２ａｂへの方向）に対して垂直方向に粒子排出口を設けることで粒子の大きさ（径）による分級が可能であることが示唆される。

【0082】

比較例１
（１）実施例６で作製した粒子操作装置２１００を用いて、実施例７（２）と同様な方法で、粒子を含む溶液を開口部２１３ａが当該溶液で満たされるまで導入した。
（２）駆動信号発生器２２３から、図２５のパターン（ａ）およびパターン（ｂ）に示す正弦波を出力し、トヨパール粒子を移動させた。
結果、いずれのパターンの正弦波を出力したときも、トヨパール粒子は振動するのみで、物理的な移動は確認できなかった。また正弦波を、三角波または矩形波に変更しても同じ結果となった。この結果から、本発明の粒子操作装置において、振動流における液体の変位量を示す波形を点対称波形のみまたは線対称波形のみとすると、粒子が移動しないことがわかる。

【符号の説明】

【0083】

１ 往復液流発生装置
２ 流路構造体
３ 送液ポンプ
４ タンク
５ 送液チューブ
６ 排液／流体取得チューブ
７ カメラ
８ ズームレンズ
９Ｌ 振動部材
９Ｒ 振動部材
１０ 振動部材保持部
１１ 基板ホルダー
１２Ｌ 振動部材駆動電源
１２Ｒ 振動部材駆動電源
１３Ｌ 振動部材駆動信号出力
１３Ｒ 振動部材駆動信号出力
１４Ｌ 振動部材駆動元信号入力
１４Ｒ 振動部材駆動元信号入力
１５ 波形信号生成器
１６Ｌ １２Ｌ用波形出力
１６Ｒ １２Ｒ用波形出力
１７ １００μｍ伸縮可能な圧電素子の伸縮部分の拡大図
１８ 上面基板
１９ 側面部材
２０ 下面基板
２１ 振動部材接着点
２２ 流体導入口
２３ 流体排出口
２４ 流路
２５ 粒子取得口
２６ 右方向への液流
２７ 左方向への液流
２８ 粒子
２９ 粒子導入口
３０ ダイヤフラム流路
３１ 粒子分離流路
３２ 液体導入口
３３ サンプル導入口（サンプルインジェクター）
３４ 溶液排出口
３５ 粒子分離流路
３６ 振動流
３７ 分離バンドイメージ
３８ 振動流形成装置
３９ 溶液レザーバー
４０ 送液ポンプ
４１ 振動流形成装置
４２ サンプルインジェクター
４３ 分離流路
４４ 光学検出器
４５ 分離ピーク
４６ 排出口
４７ ダイヤフラム導入／排出口
４８ 粒子分離流路導入／排出口
２１００ 粒子操作装置
２１０ 流路構造体
２１１ 下部基板部材
２１１ａ 直線状に延在する凹凸部
２１１ａｂ 排出口
２１２ 上部基板部材
２１２ａａ 導入口
２１２ａｂ 排出口
２１３ 側面部材
２１３ａ 開口部
２２０ 振動流発生装置（加減圧手段）
２２１ 圧電素子
２２２ ピエゾドライバー
２２３ 駆動信号発生器
２３０ 粒子観測装置
２３１ ズームレンズ
２３２ カメラ
２４０ 流路構造体における圧電素子の接点
２２００ 振動流（往復する流動）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】