特許 6811381 誘電泳動に適した濃縮装置およびそれを用いて粒子を濃縮する方法

(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】6811381

(24)【登録日】2020年12月17日

(45)【発行日】2021年1月13日

(54)【発明の名称】誘電泳動に適した濃縮装置およびそれを用いて粒子を濃縮する方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 57/02 20060101AFI20201228BHJP

   B03C 5/00 20060101ALI20201228BHJP

   C12N 7/02 20060101ALI20201228BHJP

【ＦＩ】

   B01D57/02

   B03C5/00 Z

   C12N7/02

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2018-546139(P2018-546139)

(86)(22)【出願日】2017年3月15日

(86)【国際出願番号】JP2017010339

(87)【国際公開番号】WO2018073991

(87)【国際公開日】20180426

【審査請求日】2019年9月27日

(31)【優先権主張番号】特願2016-206610(P2016-206610)

(32)【優先日】2016年10月21日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100115554

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 幸一

(72)【発明者】

【氏名】榛葉 教子

(72)【発明者】

【氏名】西尾 和晃

【審査官】 田中 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００５−５０６１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８７６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０６９１２２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ３５／０６

Ｂ０１Ｄ ４３／００

Ｂ０１Ｄ ５７／００−５７／０２

Ｂ０３Ｃ ３／００−１１／００

Ｃ１２Ｎ １／００− ７／０８

Ｇ０１Ｎ ２７／２６−２７／４０４

Ｇ０１Ｎ ２７／４１−２７／４１６

Ｇ０１Ｎ ２７／４２−２７／４９

Ｇ０１Ｎ ３３／００−３３／４６

Ｇ０１Ｎ ３５／００−３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電泳動に適した濃縮装置であって、
第１基板、
前記第１基板に対向するように設けられた第２基板、
前記第１基板および前記第２基板の間に、試料溶液がＹ軸方向に流れるように形成されている流路、
前記流路内に配置された第１ピラー電極行、および
前記流路内に配置された第２ピラー電極行、
を具備し、
ここで、
前記第１ピラー電極行および前記第２ピラー電極行は、Ｘ軸方向に平行であり、
前記第１ピラー電極行および前記第２ピラー電極行は、２以上の第１ピラー電極および２以上の第２ピラー電極を含み、
各第１ピラー電極は、第１の頂点Ｐ１および第２の頂点Ｐ２を含み、
各第２ピラー電極は、第１の頂点Ｑ１および第２の頂点Ｑ２を含み、
各第１ピラー電極に含まれる前記第１の頂点Ｐ１および前記第２の頂点Ｐ２を結ぶ線分は、Ｘ軸方向に平行であり、
各第２ピラー電極に含まれる前記第１の頂点Ｑ１および前記第２の頂点Ｑ２を結ぶ線分は、Ｙ軸方向に平行であり、
平面視において、前記Ｘ軸方向は前記Ｙ軸方向に直交しており、
ピラー電極群が、
前記第２ピラー電極行に含まれる前記２以上の第１ピラー電極から選択される１つの左側第１ピラー電極Ｌ、
前記第２ピラー電極行に含まれる前記２以上の第１ピラー電極から選択される１つの右側第１ピラー電極Ｒ、
前記第１ピラー電極行に含まれる前記２以上の第２ピラー電極から選択される１つの第２ピラー電極Ａ、および
前記第２ピラー電極行に含まれる前記２以上の第２ピラー電極から選択される１つの第２ピラー電極Ｂ、
から構成され、
平面視において、前記左側第１ピラー電極Ｌの前記第２の頂点Ｐ２および前記右側第１ピラー電極Ｒの前記第１の頂点Ｐ１が互いに向かい合うように、前記左側第１ピラー電極Ｌおよび前記右側第１ピラー電極Ｒは互いに隣接し、
平面視において、前記第２ピラー電極Ａの前記第２の頂点Ｑ２および前記第２ピラー電極Ｂの第１の頂点Ｑ１を通る直線が前記Ｙ軸方向に平行であり、
以下の数式（Ｉ）が充足される：
Ｌ３≧５マイクロメートル（Ｉ）
ここで、
Ｌ３＝Ａ１−Ａ２
Ａ１は、前記第２ピラー電極Ａの前記第２の頂点Ｑ２および中心点Ｏの間の距離を表し、
Ａ２は、前記第２ピラー電極Ｂの前記第１の頂点Ｑ１および前記中心点Ｏの間の距離を表し、
前記中心点Ｏは、線分Ｑおよび線分Ｐの交点であり、
前記線分Ｑは、前記第２ピラー電極Ａの前記第２の頂点Ｑ２および前記第２ピラー電極Ｂの前記第１の頂点Ｑ１の間を結ぶ線分であり、かつ
前記線分Ｐは、前記左側第１ピラー電極Ｌの前記第２の頂点Ｐ２および前記右側第１ピラー電極Ｒの前記第１の頂点Ｐ１の間を結ぶ線分である、
濃縮装置。

【請求項2】

試料溶液に含有される粒子を濃縮する方法であって、以下の工程：
（ａ） 請求項１に記載の濃縮装置を用意する工程、かつ
（ｂ） 前記第１ピラー電極行から第２ピラー電極行に向かう方向に前記試料溶液を流しながら第１ピラー電極および第２ピラー電極の間に交流電圧を印加して、前記中心点Ｏおよびその周りに前記粒子を濃縮する工程、
を具備する、方法。

【請求項3】

請求項２に記載の方法であって、
前記粒子は、１００ナノメートル以下の粒径を有する、方法。

【請求項4】

請求項２に記載の方法であって、
前記交流電圧が２０ボルトｐｐ以下の電圧を有する、方法。

【請求項5】

請求項２に記載の方法であって、
前記Ａ２の値が１．４マイクロメートル以下である、方法。

【請求項6】

請求項２に記載の方法であって、
前記線分Ｐが、２．８マイクロメートル以下の長さを有する、方法。

【請求項7】

請求項２に記載の方法であって、
前記粒子が、インフルエンザウィルスである、方法。

【請求項8】

請求項２に記載の方法であって、
前記粒子が、ノロウィルスである、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘電泳動に適した濃縮装置およびそれを用いて粒子を濃縮する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

図２５は、特許文献１に含まれる図１の写しである。特許文献１は、媒質に懸濁され、交流電界の作用に付される誘電体粒子、特に生物細胞を取り扱う誘電泳動システムを開示している。該電界の分配は、局部域(L)を区画し得る、電極(E1、E2)の規則的なネットワーク(R)を用いて不均一にされており、ここで、負の誘電泳動力の作用の結果として該局部域(L)に粒子を集中させるために、電界は最小限である。本発明のシステムは、電極(E1、E2)の配列(R)が多層基板(1)の表面に形成されていることを特徴とする。さらに、該システムは、配列(R)の同極性の電極(E1、E2)が、電極のネットワーク(R)の下に位置して中間レベルに形成された条導体(C1、C2)の2つのネットワーク(R1、R2)を介して共通電源接点(P1、P2)に接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００５−５０６１９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、誘電泳動に適した濃縮装置およびそれを用いて粒子を濃縮する方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、誘電泳動に適した濃縮装置を提供する。当該濃縮装置は、
第１基板、
前記第１基板に対向するように設けられた第２基板、
前記第１基板および前記第２基板の間に形成されている流路、
前記流路内に配置された第１ピラー電極行、および
前記流路内に配置された第２ピラー電極行、
を具備する。
ここで、
前記第１ピラー電極行および前記第２ピラー電極行は、Ｘ軸方向に平行であり、
前記第１ピラー電極行および前記第２ピラー電極行は、２以上の第１ピラー電極および２以上の第２ピラー電極を含み、
各第１ピラー電極は、第１の頂点Ｐ１および第２の頂点Ｐ２を含み、
各第２ピラー電極は、第１の頂点Ｑ１および第２の頂点Ｑ２を含み、
各第１ピラー電極に含まれる前記第１の頂点Ｐ１および前記第２の頂点Ｐ２を結ぶ線分は、Ｘ軸方向に平行であり、
各第２ピラー電極に含まれる前記第１の頂点Ｑ１および前記第２の頂点Ｑ２を結ぶ線分は、Ｙ軸方向に平行であり、
平面視において、前記Ｘ軸方向は前記Ｙ軸方向に直交しており、
ピラー電極群が、
前記第２ピラー電極行に含まれる前記２以上の第１ピラー電極から選択される１つの左側第１ピラー電極Ｌ、
前記第２ピラー電極行に含まれる前記２以上の第１ピラー電極から選択される１つの右側第１ピラー電極Ｒ、
前記第１ピラー電極行に含まれる前記２以上の第２ピラー電極から選択される１つの第２ピラー電極Ａ、および
前記第２ピラー電極行に含まれる前記２以上の第２ピラー電極から選択される１つの第２ピラー電極Ｂ、
から構成され、
平面視において、前記左側第１ピラー電極Ｌの前記第２の頂点Ｐ２および前記右側第１ピラー電極Ｒの前記第１の頂点Ｐ１が互いに向かい合うように、前記左側第１ピラー電極Ｌおよび前記右側第１ピラー電極Ｒは互いに隣接し、
平面視において、前記第２ピラー電極Ａの前記第２の頂点Ｑ２および前記第２ピラー電極Ｂの第１の頂点Ｑ１を通る直線が前記Ｙ軸方向に平行であり、
以下の数式（Ｉ）が充足される：
Ｌ３≧５マイクロメートル （Ｉ）
ここで、
Ｌ３＝Ａ１−Ａ２
Ａ１は、前記第２ピラー電極Ａの前記第２の頂点Ｑ２および中心点Ｏの間の距離を表し、
Ａ２は、前記第２ピラー電極Ｂの前記第１の頂点Ｑ１および前記中心点Ｏの間の距離を表し、
前記中心点Ｏは、線分Ｑおよび線分Ｐの交点であり、
前記線分Ｑは、前記第２ピラー電極Ａの前記第２の頂点Ｑ２および前記第２ピラー電極Ｂの前記第１の頂点Ｑ１の間を結ぶ線分であり、かつ
前記線分Ｐは、前記左側第１ピラー電極Ｌの前記第２の頂点Ｐ２および前記右側第１ピラー電極Ｒの前記第１の頂点Ｐ１の間を結ぶ線分である。

【発明の効果】

【0006】

本発明は、誘電泳動に適した濃縮装置およびそれを用いて粒子を濃縮する方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】図１Ａは、実施形態による濃縮装置の平面図を示す。

【図1B】図１Ｂは、図１Ａに含まれる線１Ｂ−１Ｂに沿った断面図を示す。

【図1C】図１Ｃは、図１Ａに含まれる線１Ｃ−１Ｃに沿った断面図を示す。

【図1D】図１Ｄは、第１基板１１０の裏側の面の概略図を示す。

【図2】図２は、第１ピラー電極３０１および第２ピラー電極３０２の平面図を示す。

【図3】図３は、隣接する２つの第１ピラー電極３０１およびそれらに近接する１つの第２ピラー電極３０２の平面図を示す。

【図4】図４は、２つの第１ピラー電極３０１および２つの第２ピラー電極３０２の平面図を示す。

【図5】図５は、実施例１において、交流電圧が印加されずに試料溶液が流れている流路１０３の蛍光顕微鏡写真の図である。

【図6】図６は、実施例１において、交流電圧が印加されながら試料溶液が流れている流路１０３の蛍光顕微鏡写真の図である。

【図7】図７は、実施例１において、交流電圧の印加の終了から５秒後の流路１０３の蛍光顕微鏡写真の図である。

【図8】図８は、実施例２において、交流電圧が印加されずに試料溶液が流れている流路１０３の蛍光顕微鏡写真の図である。

【図9】図９は、実施例２において、交流電圧が印加されながら試料溶液が流れている流路１０３の蛍光顕微鏡写真の図である。

【図10】図１０は、実施例２において、交流電圧の印加の終了から５秒後の流路１０３の蛍光顕微鏡写真の図である。

【図11】図１１は、実施例３において、交流電圧が印加される前に撮影された蛍光顕微鏡写真の図である。

【図12】図１２は、実施例３において、交流電圧が印加されている間に撮影された蛍光顕微鏡写真の図である。

【図13】図１３は、シミュレーション例Ａ１におけるシミュレーションの結果を示す平面図である。

【図14】図１４は、シミュレーション例Ａ２におけるシミュレーションの結果を示す平面図である。

【図15】図１５は、シミュレーション例Ａ３におけるシミュレーションの結果を示す平面図である。

【図16】図１６は、２つの第１ピラー電極３０１および２つの第２ピラー電極３０２の平面図を示す。

【図17】図１７は、シミュレーション例Ｂ１の結果を示すグラフである。

【図18】図１８は、シミュレーション例Ｂ２の結果を示すグラフである。

【図19】図１９は、シミュレーション例Ｂ３の結果を示すグラフである。

【図20】図２０は、シミュレーション例Ｂ４の結果を示すグラフである。

【図21】図２１は、シミュレーション例Ｂ５の結果を示すグラフである。

【図22】図２２は、シミュレーション例Ｂ６の結果を示すグラフである。

【図23】図２３は、シミュレーション例Ｂ７の結果を示すグラフである。

【図24A】図２４Ａは、実施形態による濃縮装置を製造する方法に含まれる１工程におけるシリコン基板９０の断面図を示す。

【図24B】図２４Ｂは、図２４Ａに示される工程に続いて、当該方法に含まれる１工程におけるシリコン基板９０の断面図を示す。

【図24C】図２４Ｃは、図２４Ｂに示される工程に続いて、当該方法に含まれる１工程におけるシリコン基板９０の断面図を示す。

【図24D】図２４Ｄは、図２４Ｃに示される工程に続いて、当該方法に含まれる１工程におけるシリコン基板９０の断面図を示す。

【図24E】図２４Ｅは、図２４Ｄに示される工程に続いて、当該方法に含まれる１工程におけるシリコン基板９０の断面図を示す。

【図24F】図２４Ｆは、図２４Ｅに示される工程に続いて、当該方法に含まれる１工程におけるシリコン基板９０の断面図を示す。

【図25】図２５は、特許文献１に含まれる図１の写しである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施形態が、図面を参照しながら詳細に説明される。図１Ａは、実施形態による濃縮装置の平面図を示す。図１Ｂは、図１Ａに含まれる線１Ｂ−１Ｂに沿った断面図を示す。図１Ｃは、図１Ａに含まれる線１Ｃ−１Ｃに沿った断面図を示す。

【0009】

図１Ｂおよび図１Ｃに示されるように、実施形態による濃縮装置は、第１基板１１０および第２基板１０５を具備している。第２基板１０５は、第１基板１１０に対向している。第１基板１１０および第２基板１０５の間には、流路１０３が形成されている。流路１０３は、高さＨおよび幅Ｗを有している。

【0010】

図１Ｄは、第１基板１１０の裏側の面の概略図を示す。図１Ａは、第１基板１１０の表側の面の概略図でもある。図１Ａ〜図１Ｄに示されるように、第１基板１１０は、注入孔１０１および排出孔１０２を具備している。注入孔１０１および排出孔１０２は、貫通孔である。注入孔１０１は、流路１０３を通じて排出孔１０２に連通している。従って、試料溶液は、注入孔１０１から注入され、流路１０３を流れ、そして排出孔１０２から排出される。図１Ａ〜図１Ｄから明らかなように、実施形態による濃縮装置は、濃縮のためのチップ（以下、「濃縮チップ」とも呼ばれ得る）でもある。

【0011】

第１基板１１０の裏面には、第１くし形電極２０１および第２くし形電極２０２が設けられている。第１くし形電極２０１および第２くし形電極２０２は、互いに係合している。

【0012】

流路１０３の内部には、第１ピラー電極３０１および第２ピラー電極３０２が設けられている。第１ピラー電極３０１は、第１くし形電極２０１に電気的に接続されている。第２ピラー電極３０２は、第２くし形電極２０２に電気的に接続されている。言うまでもないが、第１ピラー電極３０１は、第２くし形電極２０２からは電気的に絶縁されている。同様に、第２ピラー電極３０２は、第１くし形電極２０１からは電気的に絶縁されている。

【0013】

以下、第１ピラー電極３０１および第２ピラー電極３０２が詳細に説明される。図２は、第１ピラー電極３０１および第２ピラー電極３０２の平面図を示す。平面視において、第１ピラー電極３０１は、ラグビーボールの形状を有している。第２ピラー電極３０２もまた、ラグビーボールの形状を有している。複数の第１ピラー電極３０１および複数の第２ピラー電極３０２により、１本のピラー電極行３０３が形成されている。言い換えれば、１本のピラー電極行３０３は、複数の第１ピラー電極３０１および複数の第２ピラー電極３０２を含む。流路１０３には、複数のピラー電極行３０３が形成されている。各ピラー電極行３０３は、Ｘ軸方向に平行である。このように、流路１０３内には、２以上のピラー電極行３０３が設けられている。

【0014】

図３は、隣接する２つの第１ピラー電極３０１およびそれらに近接する１つの第２ピラー電極３０２の平面図を示す。各第１ピラー電極３０１は、第１の頂点Ｐ１および第２の頂点Ｐ２を含む。各第１ピラー電極３０１に含まれる第１の頂点Ｐ１および第２の頂点Ｐ２を結ぶ線分は、Ｘ軸方向に平行であり、かつ長さＬ１を有する。各第２ピラー電極３０２は、第１の頂点Ｑ１および第２の頂点Ｑ２を含む。各第２ピラー電極３０２に含まれる第１の頂点Ｑ１および第２の頂点Ｑ２を結ぶ線分は、Ｙ軸方向に平行であり、かつ長さＬ２を有する。第１の頂点Ｑ１は、頂点Ｐ１および頂点Ｐ２に近い。一方、第２の頂点Ｑ２は、頂点Ｐ１および頂点Ｐ２から遠い。言い換えれば、図２に示されるように、第１ピラー電極行３０３ａに含まれる第２ピラー電極３０２に含まれる第２の頂点Ｑ２の方が、第１ピラー電極行３０３ａに含まれる第２ピラー電極３０２に含まれる第１の頂点Ｑ１よりも、第２ピラー電極行３０２ｂに近い。第３のピラー電極行３０３ｃが設けられ得る。いうまでもないが、Ｘ軸方向はＹ軸方向に直交している。

【0015】

図４は、図２に含まれる点線により囲まれた領域Ｕの拡大図を示す。図４は、領域Ｕに含まれる１つのピラー電極群を示す図でもある。図４に示されるように、１つのピラー電極群が、以下の（Ｉ）〜（ＩＶ）の４つの電極から構成される。
（Ｉ） 第２ピラー電極行３０３ｂに含まれる２以上の第１ピラー電極３０１から選択される１つの左側第１ピラー電極３０１Ｌ、
（ＩＩ） 第２ピラー電極行３０３ｂに含まれる２以上の第１ピラー電極３０１から選択される１つの右側第１ピラー電極３０１Ｒ、
（ＩＩＩ） 第１ピラー電極行３０３ａに含まれる２以上の第２ピラー電極３０２から選択される１つの第２ピラー電極３０２Ａ、および
（ＩＶ） 第２ピラー電極行３０３ｂに含まれる２以上の第２ピラー電極３０２から選択される１つの第２ピラー電極３０２Ｂ。
左側第１ピラー電極３０１Ｌの第２の頂点Ｐ２および右側第１ピラー電極３０１Ｒの第１の頂点Ｐ１が互いに向かい合うように、左側第１ピラー電極３０１Ｌおよび右側第１ピラー電極３０１Ｒは互いに隣接している。
図４から明らかなように、左側第１ピラー電極３０１Ｌの第２の頂点Ｐ２および右側第１ピラー電極３０１Ｒの第１の頂点Ｐ１を通る直線はＸ軸方向に平行である。
第２ピラー電極Ａの第２の頂点Ｑ２および第２ピラー電極Ｂの第１の頂点Ｑ１を通る直線はＹ軸方向に平行である。

【0016】

図４に示されるように、中心点Ｏ、線分Ｑ、および線分Ｐが、以下のように定義される。
中心点Ｏは、線分Ｑおよび線分Ｐの交点である。１つのピラー電極群に含まれる４つの電極は、平面視において中心点Ｏを取り囲む。
線分Ｑは、第２ピラー電極３０２Ａの第２の頂点Ｑ２および第２ピラー電極３０２Ｂの第１の頂点Ｑ１の間を結ぶ線分である。
線分Ｐは、左側第１ピラー電極３０１Ｌの第２の頂点Ｐ２および右側第１ピラー電極３０１Ｒの第１の頂点Ｐ１の間を結ぶ線分である。

【0017】

本実施形態は、以下の数式（Ｉ）が充足されることによって特徴づけられる。
Ｌ３≧５マイクロメートル （Ｉ）
ここで、
Ｌ３＝Ａ１−Ａ２
Ａ１は、第２ピラー電極３０２Ａの第２の頂点Ｑ２および中心点Ｏの間の距離を表し、かつ
Ａ２は、第２ピラー電極３０２Ｂの第１の頂点Ｑ１および中心点Ｏの間の距離を表す。

【0018】

本実施形態では、Ｌ３の値が５マイクロメートル以上であるので、シミュレーション例Ｂ１〜Ｂ７において実証されているように、誘電泳動力が引力として中心点Ｏを流れる粒子に与えられる。このため、粒子は流路１０３を流れる流体（すなわち、試料溶液）の流れに逆らって中心点Ｏおよびその周りにのみトラップされる。このようにして、粒子は中心点Ｏおよびその周りに濃縮される。Ｌ３の値が０マイクロメートルである場合には、シミュレーション例Ｂ１〜Ｂ７において実証されているように、誘電泳動力が斥力として中心点Ｏを流れる粒子に与えられる。このため、当該斥力が、流路１０３を流れる粒子の流れを加速させる。その結果、粒子はトラップされず、そして流路１０３の下流に向けてより速く流れる。

【0019】

シミュレーション例Ｂ１〜Ｂ４において実証されているように、Ｌ３の値は、５マイクロメートル以上であることが望ましい。図１７〜図２０を参照せよ。

【0020】

シミュレーション例Ｂ５において実証されているように、Ａ２の値は２．８マイクロメートル以下であることが望ましい。図２１を参照せよ。

【0021】

シミュレーション例Ｂ６において実証されているように、線分Ｐの長さは、５．６マイクロメートル以下であることが望ましい。図２２を参照せよ。

【0022】

（製造方法）
以下、実施形態による濃縮装置を製造する方法が図２４Ａ〜図２４Ｆを参照しながら説明される。実施形態による濃縮装置は、半導体装置の一般的な製造方法を利用して製造され得る。

【0023】

まず、図２４Ａに示されるように、底面に絶縁層９１を具備するシリコン基板９０の上面に、第１レジスト９０１がパターニングされる。次いで、図２４Ｂに示されるように、さらに第２レジスト９０２がパターニングされる。その後、図２４Ｃに示されるように、第１レジスト９０１も第２レジスト９０２のどちらも形成されていない部分のシリコン基板９０が、第１レジスト９０１および第２レジスト９０２の両者をマスクとして用いるエッチングされる。エッチングされた部分の底部は、シリコン基板９０の内部に位置する。

【0024】

図２４Ｄに示されるように、第２レジスト９０２が除去される。次いで、図２４Ｅに示されるように、シリコン基板９０が、第１レジスト９０１をマスクとして用いてエッチングされる。エッチングされた部分の底部は、絶縁層９１の表側の面に到達する。このとき、高さＨおよび幅Ｗを有する流路１０３が形成される。最後に、図２４Ｆに示されるように、第１レジスト９０１が除去される。このようにして、第１基板１１０が形成される。注入孔１０１および排出孔１０２が形成された後、第１基板１１０は第２基板１０５に貼り合わされる。

【0025】

（濃縮方法）
以下、実施形態による濃縮装置を用いて、試料溶液に含有される粒子を濃縮する方法が説明される。本実施形態では、粒子は、３０ナノメートル以上１００ナノメートル以下の粒径を有し得る。粒子の例は、インフルエンザウィルス（粒径：およそ１００ナノメートル）またはノロウィルス（粒径：およそ３０ナノメートル）である。

【0026】

まず、実施形態による濃縮装置が用意される。具体的には、濃縮装置のユーザーは、この特許の権利者またはそのライセンシーから、実施形態による濃縮装置を購入する。

【0027】

次に、第１基板１１０および第２基板１０５の間に試料溶液が供給される。具体的には、注入孔１０１から試料溶液が注入される。注入された試料溶液は、流路１０３を流れる。

【0028】

試料溶液が流路１０３を流れている間に、第１くし形電極２０１および第２くし形電極２０２を介して、各第１ピラー電極３０１および各第２ピラー電極３０２の間に交流電圧が印加される。望ましくは、印加される交流電圧は、５ボルトｐｐ以上２０ボルトｐｐ以下の電圧、および５０キロヘルツ以上２０メガヘルツ以下の周波数を有する。用語「ｐｐ」とは、ピークツーピークを意味する。

【0029】

この交流電圧は、中心点Ｏおよびその周囲において、著しく高い電場を有する領域を形成する。この高い電場は、中心点Ｏおよびその周囲において、粒子に引力としての誘電泳動力を与える。この引力としての誘電泳動力のため、粒子は、流路１０３を流れる流体（すなわち、試料溶液）の流れに逆らって中心点Ｏおよびその周りにのみトラップされる。言い換えれば、この引力としての誘電泳動力は、流路１０３を流れる試料溶液から粒子が受ける力（すなわち＋Ｙ方向に向けて粒子を流す力）よりも大きい。このようにして、粒子は中心点Ｏおよびその周りでのみ濃縮される。最後に、試料溶液は排出孔１０２から排出される一方で、粒子は中心点Ｏおよびその周りに残される。

【0030】

上述したように、Ｌ３の値は５マイクロメートル以上である。Ｌ３の値が０マイクロメートルである場合には、シミュレーション例Ｂ１〜Ｂ７において実証されているように、粒子に与えられる斥力としての誘電泳動力が、粒子の速度を加速させる。そのため、粒子はトラップされず、そして流路１０３の下流に向けて（すなわち＋Ｙ方向に向けて）より速く流れる。

【0031】

本明細書において用いられる用語「平行」は、５度以下の角度誤差を含み得る。同様に、用語「垂直」もまた、５度以下の角度誤差を含み得る。

【0032】

（実施例）
以下、以下の実施例を参照しながら、本発明がより詳細に説明される。

【0033】

（実施例１）
実施例１では、蛍光ポリスチレン粒子を含有する試料溶液が用いられた。試料溶液は、蛍光ポリスチレン粒子（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ社から入手、商品名：Ｆｌｕｏｒｅｓｂｒｉｔｅ Ｙｅｌｌｏｗ Ｇｒｅｅｎ Ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ、粒径：０．１マイクロメートル、ｗ／ｖ濃度：２．６％）を１％Ｔｗｅｅｎ２０水溶液で１０万倍希釈することにより調製された。試料溶液は、約４．７×１０^８個／ｍｌの蛍光ポリスチレン粒子濃度を有していた。

【0034】

ＳＯＩ基板が図２４Ａ〜図２４Ｆに示されるようにエッチングされ、第１基板１１０を製造した。第１基板１１０は、第２基板１０５に貼り合わされた。このようにして、実施例１による濃縮装置が製造された。

【0035】

以下の表１は、実施例１による濃縮装置の詳細を示す。

【0036】

【表1】

【0037】

次に、注入孔１０１からエタノールが２０マイクロリットル／分の流速で５分間供給された。このようにして、流路１０３から空気が除去された。さらに、注入孔１０１から１％Ｔｗｅｅｎ２０水溶液が２０マイクロリットル／分の流速で５分間供給された。このようにして、流路１０３からエタノールが除去された。流路１０３は１％Ｔｗｅｅｎ２０水溶液で満たされた。

【0038】

次に、注入孔１０１から、試料溶液が２０マイクロリットル／分の流速で５分間供給された。図５は、試料溶液が流れている流路１０３の蛍光顕微鏡写真である。この時点では、交流電圧は印加されていなかった。

【0039】

第１くし形電極２０１および第２くし形電極２０２を介して、第１ピラー電極３０１および第２ピラー電極３０２の間に、１４．１４ボルトｐｐの電圧および５メガヘルツの周波数を有する交流電圧が印加されながら、試料溶液の供給が続けられた。図６は、交流電圧が印加されながら試料溶液が流れている流路１０３の蛍光顕微鏡写真である。

【0040】

最後に、交流電圧の印加が停止された。試料溶液の供給は続けられた。図７は、交流電圧の印加が停止されてから５秒後の流路１０３の蛍光顕微鏡写真である。

【0041】

図５〜図７から明らかなように、試料溶液の供給が続けられていても、交流電圧が印加されている間は、粒子が中心点Ｏおよびその周りに濃縮される。

【0042】

（実施例２）
実施例２では、交流電圧が７ボルトｐｐの電圧および１００ＫＨｚの周波数を有すること以外は、実施例１と同様の実験が行われた。図８〜図１０は、それぞれ、図５〜図７に対応する蛍光顕微鏡写真である。図８〜図１０から明らかなように、実施例２においても、試料溶液の供給が続けられていても、交流電圧が印加されている間は、粒子が中心点Ｏおよびその周りに濃縮される。

【0043】

（実施例３）
実施例３では、試料溶液が蛍光ポリスチレン粒子ではなく、不活性化インフルエンザウィルス粒子を含有していたこと、および交流電圧が１０ボルトｐｐの電圧および５００ｋＨｚの周波数を有すること以外は、実施例１と同様の実験が行われた。図１１は、交流電圧が印加される前に撮影された蛍光顕微鏡写真である。図１２は、交流電圧が印加されているときに撮影された蛍光顕微鏡写真である。図１１および図１２の両者において、試料溶液の供給が続けられていた。図１１および図１２から明らかなように、実施例３においても、試料溶液の供給が続けられていても、交流電圧が印加されている間は、インフルエンザウィルス粒子が中心点Ｏおよびその周りに濃縮された。

【0044】

不活性化インフルエンザウィルス粒子を含有している試料溶液は、以下のように調製された。インフルエンザウィルスは、北海道大学大学院獣医学研究室において培養された鶏卵の漿尿液中に含有されるＨ１Ｎ１型Ａ／Ｈｙｏｇｏ／ＹＳ／２０１１株であった。インフルエンザウィルスは、β−プロピオラクトンを用いて不活化された。

【0045】

次に、不活性化インフルエンザウィルスは、以下のように染色された。蛍光色素（Ｂｉｏｔｉｕｍ社から入手、商品名：３００２２ ＣｅｌｌＢｒｉｔｅＯｒａｎｇｅ Ｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｄｙｅ １ｍｌ ＤｉＩ ｃｅｌｌ ｌａｂｅｌｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ、５マイクロリットル）が、５００ミリリットルの容積を有する生理食塩水で希釈された。その直後に、蛍光色素を含有する生理食塩水は、不活性化インフルエンザウィルスの水溶液（５００ミリリットル）と混合され、混合液を得た。混合液は、摂氏３７度で２０分間放置された。このようにして、不活性化インフルエンザウィルスは染色された。

【0046】

次に、不活性化インフルエンザウィルスの水溶液に、マンニトール水溶液（濃度：２８０ｍＭ、容積：１ミリリットル）が添加された。水溶液は０．４５μｍのフィルターでろ過された。これにより、０．４５マイクロメートル以上の粒径を有する狭雑物が除去された。その後に、１００ｋＤａの分子量のろ過精度を有する遠心フィルターを用いて、水溶液を、容積が約６０マイクロリットルになるように濃縮した。最後に、水溶液が０．７８ｍＳ／ｃｍの導電率を有するように、マンニトール水溶液（濃度：２８０ｍＭ、容積：６００μＬ）が添加された。このようにして、不活性化インフルエンザウィルスを含有している試料溶液が調製された。

【0047】

（シミュレーション例Ａ１）
シミュレーション例Ａ１では、シミュレーター（ＣＯＭＳＯＬ社から入手、商品名：ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ）を用いて、粒子の濃縮が以下の表２に示される条件下でシミュレートされた。

【0048】

【表2】

【0049】

図１３は、シミュレーション例Ａ１におけるシミュレーションの結果を示す平面図である。黒点の濃度が増えるに従って、電場が増加する。図１３から明らかなように、中心点Ｏおよびその周囲において、著しく高い電場を有する領域が形成される。

【0050】

（シミュレーション例Ａ２）
シミュレーション例Ａ２では、平面視での第１ピラー電極３０１の形状が菱形かつ正方形であったこと以外を除き、シミュレーション例Ａ１と同様のシミュレーションが行われた。図１４は、シミュレーション例Ａ２におけるシミュレーションの結果を示す平面図である。図１４から明らかなように、中心点Ｏおよびその周囲において、著しく高い電場を有する領域が形成される。

【0051】

（シミュレーション例Ａ３）
シミュレーション例Ａ３では、平面視での第２ピラー電極３０２の形状が菱形かつ正方形であったこと以外を除き、シミュレーション例Ａ１と同様のシミュレーションが行われた。図１５は、シミュレーション例Ａ３におけるシミュレーションの結果を示す平面図である。図１５から明らかなように、中心点Ｏおよびその周囲において、著しく高い電場を有する領域が形成される。

【0052】

図１３〜図１５から明らかなように、以下の４つの条件（Ｉ）〜（ＩＶ）が満たされる限り、平面視における第１ピラー電極３０１および第２ピラー電極３０２の形状は限定されない。
（Ｉ） 各第１ピラー電極３０１は、第１の頂点Ｐ１および第２の頂点Ｐ２を含む。
（ＩＩ） 各第２ピラー電極３０２は、第１の頂点Ｑ１および第２の頂点Ｑ２の頂点を含む。
（ＩＩＩ） 第１の頂点Ｐ１および第２の頂点Ｐ２を結ぶ線分は、Ｘ軸方向に平行である。
（ＩＶ） 第１の頂点Ｑ１および第２の頂点Ｑ２を結ぶ線分は、Ｙ軸方向に平行である。

【0053】

（シミュレーション例Ｂ１）
シミュレーション例Ｂ１では、以下の表３に示される条件下で粒子に与えられる誘電泳動力がシミュレートされた。

【0054】

【表3】

【0055】

シミュレーション例Ｂ１では、図１６に示されるように、中心点Ｏを通り、線分Ｐに対して４５度傾いている直線ＬＬ上に位置する粒子に与えられる誘電泳動力がシミュレートされた。図１６に示されるように、中心点Ｏから粒子が＋Ｘ−Ｙ方向に位置している場合には、当該粒子および中心点Ｏの間の距離は負と定義される。一方、中心点Ｏから粒子が−Ｘ＋Ｙ方向に位置している場合には、当該粒子および中心点Ｏの間の距離は正と定義される。いうまでもないが、流路１０３を流れる試料溶液の流れる方向は＋Ｙ方向である。

【0056】

図１７は、シミュレーション例Ｂ１の結果を示すグラフである。図１７に示されるグラフにおいて、横軸は、直線ＬＬ上に位置する粒子の中心点Ｏからの距離である。縦軸は、粒子に与えられる誘電泳動力である。正の値は引力としての誘電泳動力を表す。負の値は斥力としての誘電泳動力を表す。言い換えれば、図１７に示されるグラフの上半分の領域では、粒子に引力が与えられ、粒子は中心点Ｏに引き寄せられる。一方、図１７に示されるグラフの下半分の領域では、粒子に斥力が与えられ、粒子は中心点Ｏから＋Ｙ方向に遠ざけられる。

【0057】

図１７から明らかなように、Ｌ３の値が５マイクロメートル以上であれば、粒子に引力としての誘電泳動力が与えられる。この引力としての誘電泳動力のため、粒子は、流路１０３を流れる流体（すなわち、試験試料）の流れに逆らって中心点Ｏおよびその周りにのみトラップされる。このようにして、粒子は中心点Ｏおよびその周りにのみ濃縮される。

【0058】

一方、Ｌ３の値が０マイクロメートルである場合、流路１０３を流れる流体（すなわち、試験試料）の流れに沿って粒子が中心点Ｏに近づく間に粒子に斥力としての誘電泳動力が与えられる。粒子に与えられる斥力としての誘電泳動力は、粒子の速度を加速させる。そのため、粒子はトラップされず、そして流路１０３の下流に向けてより速く流れる。従って、粒子は濃縮されない。

【0059】

（シミュレーション例Ｂ２）
シミュレーション例Ｂ２では、粒子の粒径が３０ナノメートルであったことを除き、シミュレーション例Ｂ１と同様のシミュレーションが行われた。図１８は、シミュレーション例Ｂ２の結果を示すグラフである。

【0060】

図１８から明らかなように、Ｌ３の値が５マイクロメートル以上であれば、粒子に引力としての誘電泳動力が与えられる。従って、粒子は中心点Ｏおよびその周りにのみ濃縮される。一方、Ｌ３の値が０マイクロメートルであれば、流路１０３を流れる流体（すなわち、試験試料）の流れに沿って粒子が中心点Ｏに近づく間に粒子に斥力としての誘電泳動力が与えられる。従って、粒子は濃縮されない。

【0061】

（シミュレーション例Ｂ３）
シミュレーション例Ｂ３では、交流電圧が５ボルトｐｐの電圧を有していたことを除き、シミュレーション例Ｂ１と同様のシミュレーションが行われた。図１９は、シミュレーション例Ｂ３の結果を示すグラフである。

【0062】

図１９から明らかなように、Ｌ３の値が５マイクロメートル以上であれば、粒子に引力としての誘電泳動力が与えられる。従って、粒子は中心点Ｏおよびその周りにのみ濃縮される。一方、Ｌ３の値が０マイクロメートルであれば、流路１０３を流れる流体（すなわち、試験試料）の流れに沿って粒子が中心点Ｏに近づく間に粒子に斥力としての誘電泳動力が与えられる。従って、粒子は濃縮されない。

【0063】

（シミュレーション例Ｂ４）
シミュレーション例Ｂ４では、交流電圧が２０ボルトｐｐの電圧を有していたことを除き、シミュレーション例Ｂ１と同様のシミュレーションが行われた。図２０は、シミュレーション例Ｂ４の結果を示すグラフである。

【0064】

図２０から明らかなように、Ｌ３の値が５マイクロメートル以上であれば、粒子に引力としての誘電泳動力が与えられる。従って、粒子は中心点Ｏおよびその周りにのみ濃縮される。一方、Ｌ３の値が０マイクロメートルであれば、流路１０３を流れる流体（すなわち、試験試料）の流れに沿って粒子が中心点Ｏに近づく間に粒子に斥力としての誘電泳動力が与えられる。従って、粒子は濃縮されない。

【0065】

（シミュレーション例Ｂ５）
シミュレーション例Ｂ５では、Ａ２の値が０．７マイクロメートルまたは２．８マイクロメートルであったことを除き、シミュレーション例Ｂ１と同様のシミュレーションが行われた。図２１は、シミュレーション例Ｂ５の結果を示すグラフである。

【0066】

図２１から明らかなように、Ａ２の値に拘わらず、粒子に引力としての誘電泳動力が与えられる。従って、Ａ２の値に拘わらず、粒子は中心点Ｏおよびその周りにのみ濃縮される。Ａ２の値の減少に伴い、粒子により大きな引力としての誘電泳動力が与えられる。

【0067】

（シミュレーション例Ｂ６）
シミュレーション例Ｂ６では、Ｐの値が０．７マイクロメートルまたは２．８マイクロメートルであったことを除き、シミュレーション例Ｂ１と同様のシミュレーションが行われた。図２２は、シミュレーション例Ｂ６の結果を示すグラフである。

【0068】

図２２から明らかなように、Ｐの値に拘わらず、粒子に引力としての誘電泳動力が与えられる。従って、Ｐの値に拘わらず、粒子は中心点Ｏおよびその周りにのみ濃縮される。Ｐの値の減少に伴い、粒子により大きな引力としての誘電泳動力が与えられる。

【0069】

（シミュレーション例Ｂ７）
シミュレーション例Ｂ７では、Ｌ１の値が２５．５マイクロメートルまたは３９．６マイクロメートルであったことを除き、シミュレーション例Ｂ１と同様のシミュレーションが行われた。図２３は、シミュレーション例Ｂ７の結果を示すグラフである。

【0070】

図２３から明らかなように、Ｌ１の値に拘わらず、粒子に引力としての誘電泳動力が与えられる。従って、Ｌ１の値に拘わらず、粒子は中心点Ｏおよびその周りにのみ濃縮される。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明は、低い濃度を有するウィルスを濃縮するためのセンサーに用いられ得る。

【符号の説明】

【0072】

１０１ 注入口
１０２ 排出口
１０３ 流路
１１０ 第１基板
１０５ 第２基板
２０１ 第１くし型電極
２０２ 第２くし型電極
３０１ 第１ピラー電極
３０１Ｒ 右側第１ピラー電極
３０１Ｌ 左側第１ピラー電極
３０２ 第２ピラー電極
３０２Ａ 第１ピラー電極行に含まれる第２ピラー電極Ａ
３０２Ｂ 第２ピラー電極行に含まれる第２ピラー電極Ｂ
３０３ａ 第１ピラー電極行
３０３ｂ 第２ピラー電極行
３０３ｃ 第３ピラー電極行
Ａ１ 第２ピラー電極Ａの第２の頂点Ｑ２および中心点Ｏの間の距離
Ａ２ 第２ピラー電極Ｂの第１の頂点Ｑ１および中心点Ｏの間の距離
Ｈ 流路の高さ
Ｌ１ 第１ピラー電極の長さ
Ｌ２ 第２ピラー電極の長さ
Ｌ３ Ａ１からＡ２を減算して得られる距離
ＬＬ 直線
Ｏ 中心点
Ｐ 線分
Ｐ１ 第１ピラー電極の第１の頂点
Ｐ２ 第１ピラー電極の第２の頂点
Ｑ 線分
Ｑ１ 第２ピラー電極の第１の頂点
Ｑ２ 第２ピラー電極の第２の頂点
Ｗ 流路の幅
Ｕ ピラー電極群の領域

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【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24A】

【図24B】

【図24C】

【図24D】

【図24E】

【図24F】

【図25】