特開 2022-175529 流路構造体の粒子検出部における逆流生成機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022175529

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】流路構造体の粒子検出部における逆流生成機構

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/12 20060101AFI20221117BHJP

【ＦＩ】

G01N15/12 D

G01N15/12 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021081996

(22)【出願日】2021-05-13

(71)【出願人】

【識別番号】000003300

【氏名又は名称】東ソー株式会社

(72)【発明者】

【氏名】古川 琴浩

(72)【発明者】

【氏名】片山 晃治

(57)【要約】

【課題】
流路構造体が有するアパーチャの閉塞を解消する機構を提供する。
【解決手段】
アパーチャと、アパーチャ下流側にアウトレットを有する流路を備えた流路構造体に対して、
アパーチャ下流側アウトレットにピン構造物を押し込み
アパーチャ下流側アウトレットに充填された流体と接触させて逆洗浄し
アパーチャ閉塞を解消する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粒子検出用のアパーチャと、アパーチャ下流側にアウトレットを有する流路を備えた流路構造体に対して、
アパーチャ下流側アウトレットにピン構造物を押し込み、
アパーチャ下流側アウトレットに充填された流体とピン構造物を接触させて逆洗浄し、
アパーチャ閉塞を解消することを特徴とする逆流生成機構。

【請求項2】

ピンチドフローフラクショネーション（ＰＦＦ）用の狭窄流路と、粒子検出用のアパーチャと、アパーチャ下流側にアウトレットを有する流路を備えた流路構造体に対して、
アパーチャ下流側アウトレットにピン構造物を押し込み、
アパーチャ下流側アウトレットに充填された流体とピン構造物を接触させて逆洗浄し、
アパーチャ閉塞を解消することを特徴とする請求項１に記載の逆流生成機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流路構造体の粒子検出部における閉塞を解消する機構に関する。

【背景技術】

【0002】

粒子を個々に１つずつ測定することで、マイノリティーな粒子群を正確に検出可能な技術として、電気的検出を用いるコールター法（電気的検知帯法；以下、ＥＳＺと記載）が知られている。この手法は、検出時に得られる情報（シグナル）が、各粒子に対して１対１で対応しているため粒子個々の評価をすることが可能であり、数的に含まれる割合の少ない粒子でも正確に測定できる。ＥＳＺ法ではアパーチャに粒子を通過させた際に発生する電気的シグナルを用いて粒子径を算出するが、一般にそのダイナミックレンジはアパーチャ径の２～６０％といわれている。ＥＳＺ法の欠点であるダイナミックレンジの狭さを解消するため粒子を分級し、異なるアパーチャ径を持つＥＳＺ法で検出する方法が開発されている（例えば、特許文献：ＷＯ２０１８／１４７４６２号公報）。特許文献１のように連続的な分離を可能にする技術として、マイクロ流路を用いたピンチドフローフラクショネーション（Ｐｉｎｃｈｅｄ Ｆｌｏｗ Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）（以下、ＰＦＦと記載）が利用されている。

【0003】

ＥＳＺ法は原理上、アパーチャ内が閉塞した場合に粒子検出不可となることが課題である。粒子がアパーチャを通過せずに吸着した場合、また、アパーチャ径を超えるサイズの粒子がアパーチャに流入した場合に閉塞が発生する。

【0004】

アパーチャが閉塞した場合の解決策として、逆洗浄、すなわち粒子を流す向きと逆方向の流れを作り出してアパーチャを洗浄する方法が有効である。しかし、特許文献１のようなＰＦＦ法を用いた流路（以下、ＰＦＦ流路と記載）の構造は複雑であり、流路内の粒子検出部に十分な勢いの流れを作り出して逆洗浄する方法は未確立であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＷＯ２０１８／１４７４６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、流路構造体が有するアパーチャの閉塞を解消する機構を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。
すなわち本発明の態様は、
粒子検出用のアパーチャと、アパーチャ下流側にアウトレットを有する流路を備えた流路構造体に対して、
アパーチャ下流側アウトレットにピン構造物を押し込み、
アパーチャ下流側アウトレットに充填された流体とピン構造物を接触させて逆洗浄し、
アパーチャ閉塞を解消することを特徴とする逆流生成機構である。

【発明の効果】

【0008】

本発明により、ナノ～マイクロレベルの微小な粒子を広範囲に定量的に評価できる流路構造体のアパーチャで発生した閉塞を解消することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１及び比較例１、２で使用した流路の全体図である。

【図2】実施例１及び比較例１、２で使用した流路の領域２１の拡大図である。

【図3】実施例１及び比較例１、２で使用した流路の領域１０３の拡大図である。

【図4】アパーチャに異物が閉塞した流路の写真である。

【図5】アパーチャに異物が閉塞した流路に実施例１の条件で逆洗浄を実施した後の写真である。

【図6】アパーチャに異物が閉塞した流路に比較例１の条件で逆洗浄を実施した後の写真である。

【図7】アパーチャに異物が閉塞した流路に比較例２の条件で逆洗浄を実施した後の写真である。

【図8】アウトレット１０４に押し込むピン構造物の一例である。

【図9】簡便に逆洗浄するためのピン構造物を備えた冶具の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し本発明は異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示にのみ限定されるものでは無い。

【0011】

粒子分離検出流路の一例を示す模式図である図１と図３をもとに本発明の実施形態についての詳細を説明する。

【0012】

図１に示す通り、粒子を含む流体１００Ｐおよび粒子を含まない流体１００Ｎは、それぞれ流体導入口であるインレット１４ａおよび１４ｂから導入され、送液部によって流路下流へと送液され、狭窄流路１６、拡大流路１７、粒子回収流路１０２ａまたは１０２ｂまたは１０２ｃ、それぞれ対応する粒子検出部１０３ａまたは１０３ｂまたは１０３ｃを通過して、流体排出口であるアウトレット１０４ａまたは１０４ｂまたは１０４ｃへ流出する。拡大流路１７を流れる粒子は粒子回収流路１０２へと流れ、粒子回収流路１０２を経て到達した粒子検出部１０３において、電気的検出が行われる。この時、粒子検出部１０３の内部と、アウトレット１０４は電解質を含む溶液で満たされ、図３に示す電極５４ａ、５４ｂが浸漬されている。さらに、電極５４ａ、５４ｂへは、それぞれに接続された導線５５を介して電気測定器５６、電源５７が接続されている。粒子検出時は、電源５７により任意の値の電流が流れており、アパーチャ５３を介した閉回路ができている。さらに電気測定器５６は解析部６１に接続されており、電気測定器５６から得られた検出シグナルを解析部６１で計算し、粒子径分布を作成する。マイクロチップ１０における流路の断面は、流路構造の作製上の容易さから、矩形であることが望ましいが、円形や楕円形、多角形などの断面であってもよく、また部分的に矩形以外の形状であってもよい。また、流路高さは作製の容易さから均一であることが好ましいが、部分的に深さが異なっていてもよい。

【0013】

流路構造体は、アパーチャを複数個備えていても良く、その場合アパーチャ下流側にアウトレットを１つ以上有していることが好ましい。

【0014】

流路構造体の材質としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、アクリル等の各種ポリマー材料、ガラス、シリコーン、セラミクス、ステンレスなどの各種金属、半導体などを用いることができ、またこれらの材料のうち、任意の２種類の基板を組み合わせて用いることも可能である。ただし、流路自体を安価に作製し提供するためには、少なくとも部分的にポリマー材料を用いることが好ましい。

【0015】

流路がＰＤＭＳ等の伸縮可能な材質であれば、上述したピン構造物は硬質の材料、例えばアクリル等の各種ポリマー材料であればガラス、シリコーン、セラミクス、ステンレスなどの各種金属が好ましい。逆に流路が前記硬質の材料であればＰＤＭＳやブタジエンースチレンゴムなどの伸縮可能な材料を用いることで、液を圧入することができる。

【0016】

本発明における流体は、水溶液であり、好ましくは界面活性剤を含む水溶液であるが、塩類が入っていても良い。また、水溶性の有機溶媒や、非水溶性の有機溶媒を用いることもでき、それらに界面活性剤や塩類が含まれていても良い。

【0017】

ピン構造物は、図９に示すようなピン構造物を押し込むための冶具を用いて圧入すると、簡便かつ再現性が良くなり好ましい。ピン構造物がアウトレット１０４に圧入された際にすき間ができないよう、ピン構造物の大きさは、断面積がアウトレット１０４と同じであることが好ましいが、アウトレット１０４に圧入できるのであればピン構造物の断面積の方が大きくてもよい。治具を用いる場合、ピン構造物は複数備えていても良い。流路がＰＤＭＳ等の伸縮可能な材質であれば、上述したピン構造物は硬質の材料、例えばアクリル等の各種ポリマー材料であればガラス、シリコーン、セラミクス、ステンレスなどの各種金属が好ましい。逆に流路が前記硬質の材料であればＰＤＭＳやブタジエン－スチレンゴムなどの伸縮可能な材料を用いることで、流体を圧入することができる。

【0018】

ピン構造物をアウトレット１０４へ圧入する際、圧入後にアウトレットに充填された流体１００Ｎとピン構造物が接触する圧入条件とすることが好ましい。圧入条件の調節には、アウトレット１０４に充填された流体１００Ｎの量を調節してもよく、ピン構造物の圧入距離を調節してもよい。

【0019】

アウトレットに充填する流体１００Ｎは、本発明においては水溶液であり、好ましくは界面活性剤を含む水溶液であるが、塩類が入っていても良い。また水溶性の有機溶媒や、非水溶性の有機溶媒を用いることもでき、それらに界面活性剤や塩類が含まれていても良い。

【実施例0020】

（実施例１）
一般的なフォトリソグラフィーとソフトリソグラフィー技術を用いて、図１に示すマイクロチップ１０を作製した。具体的な手順は、特許文献１の実施例に記載の方法と同様である。この時、マイクロチップ１０の各流路について、流路１３の高さは粒子検出部１０３ａ、粒子検出部１０３ｃ以外すべて４．５μｍとし、流路１３の端部に、基板１１の上面に貫通するインレット１４ａ、１４ｂ、アウトレット１０４ａ、１０４ａ’、１０４ｂ、１０４ｂ’、１０４ｃ、１０４ｃ’、２３（それぞれ穴の径１．９ｍｍ、穴の高さ５ｍｍ）を設けた。また流路１３は、分岐流路１８ａ（幅２０μｍ、長さ１．５ｍｍ）、分岐流路１８ｂ（幅４０μｍ、長さ５００μｍ）、狭窄流路１６（幅６μｍ、長さ２０μｍ）、拡大流路１７（２４ｂ角度１３５度、最大拡大時流路幅６００μｍ、長さ０．５ｍｍ）、ドレイン流路２２（幅５００μｍ、長さ１．７ｍｍ）、粒子回収流路１０２ａ（幅７５μｍ、長さ４ｍｍ）、粒子回収流路１０２ｃ（幅１４０μｍ、長さ７．５ｍｍ）、粒子回収流路１０２ｂ（幅５１２μｍ、長さ３．７５ｍｍ）とした。また、粒子検出部１０２ａの２つのアパーチャは、どちらも幅１μｍ、高さ０．４μｍ、長さ１０μｍとし、粒子検出部１０２ｃの２つのアパーチャは、どちらも幅２μｍ、高さ０．８μｍ、長さ１０μｍとし、粒子検出部１０２ｂの２つのアパーチャは、どちらも幅３．５μｍ、高さ４．５μｍ、長さ２０μｍとした。

【0021】

アパーチャの閉塞したマイクロチップ１０（図４参照）のアウトレット１０４に流体１００Ｎとして０．０５％（ｖ／ｖ）ツイーン２０含有の１×ＰＢＳ溶液（リン酸緩衝液）（以下、ＰＢＳ－Ｔと記載）を１０μＬ導入し、アウトレット１０４の底面から気液界面までの距離を３．５ｍｍとした。図９に示す冶具でアウトレット１０４へピン構造物を圧入した。このとき圧入後のピン構造物の先端からアウトレット１０４の底面までの距離を３．０ｍｍとし、アウトレット１０４に充填された流体１００Ｎとピン構造物が接触した状態で圧入した。圧入後にアパーチャ５３を顕微鏡観察したところ、アパーチャ５３の閉塞が解消されたことを確認した（図５参照）。

【0022】

（比較例１）
実施例１と同様にアパーチャの閉塞したマイクロチップ１０に対して、アウトレット１０４に流体１００ＮとしてＰＢＳ－Ｔを７μＬ導入し、アウトレット１０４の底面から気液界面までの距離を２．５ｍｍとした。図９に示す冶具でアウトレット１０４へピン構造物を圧入した。このとき圧入後のピン構造物の先端からアウトレット１０４の底面までの距離を３．０ｍｍとし、アウトレット１０４に充填された流体１００Ｎの気液界面とピン構造物が接触せず０．５ｍｍのすき間が空く状態で圧入した。圧入後にアパーチャ５３を顕微鏡観察し、アパーチャ５３の閉塞が解消されていないことを確認した（図６参照）。

【0023】

（比較例２）
実施例１と同様にアパーチャの閉塞したマイクロチップ１０に対して、アウトレット１０４に流体１００ＮとしてＰＢＳ－Ｔを５μＬ導入し、アウトレット１０４の底面から気液界面までの距離を１．８ｍｍとした。図９に示す冶具でアウトレット１０４へピン構造物を圧入した。このとき圧入後のピン構造物の先端からアウトレット１０４の底面までの距離を３．０ｍｍとし、アウトレット１０４に充填された流体１００Ｎの気液界面とピン構造物が接触せず１．２ｍｍのすき間が空く状態で圧入した。圧入後にアパーチャ５３を顕微鏡観察し、アパーチャ５３の閉塞が解消されていないことを確認した（図７参照）。

【符号の説明】

【0024】

８ アパーチャを閉塞した粒子
１０ マイクロチップ
１１ 基板
１２ 基板
１３ 流路
１４ａ、１４ｂ 入口側ポート
１６ 狭窄流路
１６ａ サンプル液側狭窄流路壁面
１６ｂ シース液側狭窄流路壁面
１７ 拡大流路
１７ａ サンプル液側拡大流路壁面
１７ｂ シース液側狭拡大路壁面
１８ａ、１８ｂ 入口側分岐
２２ ドレイン流路
２３ ドレインアウトレット
５０ 粒子
５１ 粒子の流れる方向
５２ アパーチャ形成構造
５３ アパーチャ
５４ａ、５４ｂ 電極
５５ 導線
５６ 電気測定器
５７ 電源
６０ 中継流路
６１ 解析部
６２ 粒子検出流路
１００Ｐ 粒子を含む流体
１００Ｎ 粒子を含まない流体
１０２ａ～ｃ 粒子回収流路
１０３ａ～ｃ 粒子検出部
１０４ａ～ｃ アウトレット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】