特開 2023-73849 捕獲装置

(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】P2023073849

(43)【公開日】2023-05-26

(54)【発明の名称】捕獲装置

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/26 20060101AFI20230519BHJP

   B03C 5/00 20060101ALI20230519BHJP

   B01D 57/02 20060101ALI20230519BHJP

   B01J 19/00 20060101ALI20230519BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20230519BHJP

【ＦＩ】

C12M1/26

B03C5/00 Z

B01D57/02

B01J19/00 321

C12M1/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021186568

(22)【出願日】2021-11-16

(71)【出願人】

【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】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】上原 聡司

【テーマコード（参考）】

4B029

4D054

4G075

【Ｆターム（参考）】

4B029AA09

4B029BB13

4B029HA01

4B029HA09

4D054FA08

4D054FB01

4D054FB20

4G075AA13

4G075AA27

4G075AA39

4G075BB05

4G075CA14

4G075EB50

4G075EC21

4G075FA12

(57)【要約】

【課題】対象物を捕獲する効率を向上させること。
【解決手段】捕獲装置１００は、電極２と、第１流路１１と、第２流路１２と、を備えている。電極２は、対象物に電場を印加することで対象物に誘電泳動を作用させる。第１流路１１は、電極２の一面の法線方向の高さが第１高さｈ１であって、対象物が流れる。第２流路１２は、電極２の一面の法線方向の高さが第１高さｈ１よりも高い第２高さｈ２であって、第１流路１１からの対象物が流れる。電極２は、第１流路１１に設けられた第１電極２１と、第２流路１２に設けられた第２電極２２と、を有する。対象物が流れる方向において、第２流路１２の始端１４と、第２電極２２との間には、空隙Ｇ１が設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物に電場を印加することで前記対象物に誘電泳動を作用させる電極と、
前記電極の一面の法線方向の高さが第１高さであって、前記対象物が流れる第１流路と、
前記電極の一面の法線方向の高さが前記第１高さよりも高い第２高さであって、前記第１流路からの前記対象物が流れる第２流路と、を備え、
前記電極は、前記第１流路に設けられた第１電極と、前記第２流路に設けられた第２電極と、を有し、
前記対象物が流れる方向において、前記第２流路の始端と、前記第２電極との間には、空隙が設けられている、
捕獲装置。

【請求項2】

前記第１流路と前記第２流路とは、前記電極の一面の法線方向から見て前記第１流路の終端から前記第２流路の始端にかけて屈曲する第１屈曲部により接続されている、
請求項１に記載の捕獲装置。

【請求項3】

前記第１屈曲部は、前記電極の一面の法線方向から見てＵ字状である、
請求項２に記載の捕獲装置。

【請求項4】

前記第１流路は、複数の副流路を有しており、
前記複数の副流路のうち隣り合う副流路では、前記対象物の流れる向きが互いに逆であり、
前記隣り合う副流路は、前記電極の一面の法線方向から見て、一方の副流路の終端から他方の副流路の始端にかけて屈曲する第２屈曲部により接続されている、
請求項１～３のいずれか１項に記載の捕獲装置。

【請求項5】

前記第２流路は、始端から中間部にかけて、前記電極の一面の法線方向の高さが前記第１高さから前記第２高さまで変化する傾斜部を有する、
請求項１～４のいずれか１項に記載の捕獲装置。

【請求項6】

前記第２流路における前記電極の一面の法線方向及び前記対象物の流れ方向の両方に交差する幅方向の寸法は、前記第１流路における前記幅方向の寸法よりも大きい、
請求項１～５のいずれか１項に記載の捕獲装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、溶液中の微小な対象物を捕獲するための捕獲装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、誘電泳動によって試料中の細胞を捕捉するためのマイクロデバイスが開示されている。このマイクロデバイスは、流入口と、流出口と、流入口と流出口とを連通する流路チャンバーと、を有している。流路チャンバーは、流入口から流出口に向かって流路の断面積が拡大する拡大部を有している。また、流路チャンバーには、少なくとも拡大部又は拡大部の近傍に電界発生手段が配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－０５７３７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、対象物を捕獲する効率を向上させることのできる捕獲装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係る捕獲装置は、電極と、第１流路と、第２流路と、を備える。前記電極は、対象物に電場を印加することで前記対象物に誘電泳動を作用させる。前記第１流路は、前記電極の一面の法線方向の高さが第１高さであって、前記対象物が流れる。前記第２流路は、前記電極の一面の法線方向の高さが前記第１高さよりも高い第２高さであって、前記第１流路からの前記対象物が流れる。前記電極は、前記第１流路に設けられた第１電極と、前記第２流路に設けられた第２電極と、を有する。前記対象物が流れる方向において、前記第２流路の始端と、前記第２電極との間には、空隙が設けられている。

【発明の効果】

【0006】

本開示の一態様に係る捕獲装置によれば、対象物を捕獲する効率を向上させることができる、という利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施の形態に係る捕獲装置の概略構成を示す図である。

【図2】図２は、第１比較例の捕獲装置での課題についての説明図である。

【図3】図３は、対象物と電極との間の距離と、対象物に作用する誘電泳動力との相関の説明図である。

【図4】図４は、第２比較例の捕獲装置での課題についての説明図である。

【図5】図５は、第３比較例の捕獲装置での課題についての説明図である。

【図6A】図６Ａは、実施の形態に係る捕獲装置での対象物の流れについての説明図である。

【図6B】図６Ｂは、実施の形態に係る捕獲装置において傾斜部に第２電極が配置されていない場合の説明図である。

【図7】図７は、実施の形態に係る捕獲装置における第１電極と第２電極との間の距離の上限についての説明図である。

【図8】図８は、実施の形態に係る捕獲装置における空隙の長さの下限についての説明図である。

【図9】図９は、実施の形態の第１変形例に係る捕獲装置の概略構成を示す図である。

【図10】図１０は、実施の形態の第２変形例に係る捕獲装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

【0009】

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。

【0010】

また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。

【0011】

また、以下において、平行及び垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、矩形状などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する。

【0012】

（実施の形態）
実施の形態では、液体中に存在する対象物は、電極に交流電圧を印加することで生じる電場による誘電泳動（ＤＥＰ：Dielectrophoresis）が作用することにより、電極へと引き付けられて捕獲される。ここでいう「捕獲」とは、誘電泳動により対象物が電極へと引き付けられて、対象物が電極の引き付けられた位置から動かない状態になることを意味する。

【0013】

誘電泳動とは、不均一な電場にさらされた誘電体粒子に力が働く現象である。この力は、粒子の帯電を要求しない。

【0014】

対象物は、捕獲の対象となる粒子であって、例えば標的物質を含む粒子である。標的物質は、例えば病原性タンパク質等の分子、ウイルス（外殻タンパク質等）、又は細菌（多糖等）等を含み得る。実施の形態では、対象物は、標的物質に特異的に結合する特定物質が修飾された誘電体粒子に標的物質が結合した複合体粒子の他に、標的物質が結合していない誘電体粒子である未結合粒子を含み得る。また、対象物は、１種類の粒子に限らず、複数種類の粒子を含んでいてもよい。

【0015】

［捕獲装置の構成］
まず、実施の形態に係る捕獲装置１００の構成について図１を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る捕獲装置１００の概略構成を示す図である。図１の（ａ）は、捕獲装置１００の内部に設けられた流路部分の平面図を表している。図１の（ｂ）は、捕獲装置１００の平面図を表している。なお、図１の（ｂ）において、電極２は捕獲装置１００の表面に設置されているのではなく、後述するように流路部（つまり、第１流路１１及び第２流路１２）の内部に露出するように設置されている。図１の（ｃ）は、図１の（ｂ）に示すＩｃ－Ｉｃ線での断面図を表している。

【0016】

実施の形態に係る捕獲装置１００は、マイクロメートルのスケールで構成されるマイクロデバイスであって、例えば適宜のマイクロマシニング技術により製造される。図１に示すように、捕獲装置１００は、流入口１０１と、流出口１０２と、第１流路１１と、第２流路１２と、第１屈曲部１３と、電極２と、を備えている。

【0017】

流入口１０１は、対象物３及び液体４（図２参照）を含む試料を捕獲装置１００の内部へ流入させるための穴である。流入口１０１は、第１流路１１の始端に接続されている。したがって、流入口１０１から流入した試料は、第１流路１１へと流れることになる。ここでいう「始端」は、対象物３の流れる方向において上流側の端部をいう。

【0018】

流出口１０２は、第１流路１１、第２流路１２、及び第１屈曲部１３を流れた試料を捕獲装置１００の外部へ流出させるための穴である。流出口１０２は、第２流路１２の終端に接続されている。したがって、第２流路１２を流れた試料は、流出口１０２を介して捕獲装置１００の外部へと流出することになる。ここでいう「終端」は、対象物３の流れる方向において下流側の端部をいう。

【0019】

電極２は、流路部（つまり、第１流路１１及び第２流路１２）の内部に露出するように、第１流路１１及び第２流路１２の内底部にパターニングにより形成されている。電極２は、第１櫛形電極２ａと、第２櫛形電極２ｂと、を有している。第１櫛形電極２ａ及び第２櫛形電極２ｂは、いずれも第１流路１１（又は第２流路１２）の長さ方向と交差する方向に延びる複数の凸電極を有している。また、第１櫛形電極２ａ及び第２櫛形電極２ｂは、それぞれの凸電極が第１流路１１（又は第２流路１２）の長さ方向（図１における左右方向）に沿って交互に並ぶように配置されている。

【0020】

電極２は、第１櫛形電極２ａと第２櫛形電極２ｂとの間に交流電圧が印加されることにより、不均一な電場を生成する。したがって、電極２は、試料に含まれる対象物３に電場を印加することで対象物３に誘電泳動を作用させることが可能である。以下の説明では、電極２のうち第１流路１１の内底部に形成されている電極を「第１電極２１」という。言い換えれば、第１電極２１は、第１櫛形電極２ａ及び第２櫛形電極２ｂのうち、第１流路１１の内底部に形成されている部分に相当する。また、電極２のうち第２流路１２の内底部に形成されている電極を「第２電極２２」という。言い換えれば、第２電極２２は、第１櫛形電極２ａ及び第２櫛形電極２ｂのうち、第２流路１２の内底部に形成されている部分に相当する。つまり、電極２は、第１流路１１に設けられた第１電極２１と、第２流路１２に設けられた第２電極２２と、を有している。

【0021】

第１流路１１は、流入口１０１から流入した試料が流れる流路であって、その長さ方向は捕獲装置１００の長さ方向（図１における左右方向）に沿っている。第１流路１１の終端は、第１屈曲部１３の始端に接続されている。したがって、流入口１０１から流入した試料は、第１流路１１を通って第１屈曲部１３へと流れることになる。

【0022】

第１流路１１には、既に述べたように第１電極２１が設けられている。このため、第１流路１１は、第１電極２１に交流電圧が印加されることで生じる不均一な電場にさらされる。これにより、第１流路１１を流れる試料に含まれる対象物３には、第１電極２１が生じる不均一な電場による誘電泳動が作用する。

【0023】

第１屈曲部１３は、第１流路１１から流入した試料が流れる流路であって、平面視で（つまり、電極２の一面の法線方向から見て）第１流路１１の終端から第２流路１２の始端にかけて屈曲している。実施の形態では、第１屈曲部１３は、その始端から終端にかけて試料が流れる向きが逆になるように湾曲している。つまり、実施の形態では、第１流路１１と第２流路１２とでは、試料（対象物３）の流れる向きが互いに逆である。また、実施の形態では、第１屈曲部１３は、平面視で（つまり、電極２の一面の法線方向から見て）Ｕ字状である。

【0024】

第１屈曲部１３には、電極２が設けられていない。このため、第１屈曲部１３は、電極２の生じる不均一な電場にさらされることがない。これにより、第１屈曲部１３を流れる試料に含まれる対象物３には、電極２が生じる不均一な電場による誘電泳動が作用しない。

【0025】

第２流路１２は、第１屈曲部１３の終端から流入した試料が流れる流路であって、その長さ方向は捕獲装置１００の長さ方向に沿っている。また、第２流路１２は、捕獲装置１００の幅方向（図１における上下方向）において第１流路１１と並ぶように配置されている。第２流路１２の始端は、第１屈曲部１３の終端に接続されている。また、第２流路１２の終端は、流出口１０２に接続されている。したがって、第１屈曲部１３から流入した試料は、第２流路１２を通って流出口１０２へと流れることになる。

【0026】

第２流路１２には、既に述べたように第２電極２２が設けられている。このため、第２流路１２は、第２電極２２に交流電圧が印加されることで生じる不均一な電場にさらされる。これにより、第２流路１２を流れる試料に含まれる対象物３には、第２電極２２が生じる不均一な電場による誘電泳動が作用する。

【0027】

実施の形態では、第１流路１１の高さは、第１高さｈ１（図６Ａ参照）である。また、第２流路１２の高さは、第１高さｈ１よりも高い第２高さｈ２（図６Ａ参照）である。ここでいう「高さ」は、第１流路１１（又は第２流路１２）の内部における底面から天井までの距離である。言い換えれば、「高さ」は、電極２の一面（上面）の法線方向の高さである。つまり、第１流路１１は、電極２の一面の法線方向の高さが第１高さｈ１であって、対象物３が流れる流路である。また、第２流路１２は、電極２の一面の法線方向の高さが第１高さｈ１よりも高い第２高さｈ２であって、第１流路１１からの対象物３が流れる流路である。

【0028】

また、実施の形態では、第２流路１２の幅方向（図１の上下方向）の寸法は、第１流路１１の幅方向の寸法よりも大きくなっている。つまり、実施の形態では、第２流路１２における電極２の一面の法線方向及び対象物３の流れ方向の両方に交差する幅方向の寸法、第１流路１１における幅方向の寸法よりも大きくなっている。

【0029】

ここで、第２流路１２では、試料（対象物３）の流れる方向（図１における左右方向）において、第２流路１２の始端１４と、第２電極２２との間には、空隙Ｇ１が設けられている。言い換えれば、対象物３の流れる方向において、流路の高さが第１高さｈ１から第２高さｈ２へと変化する箇所と、第２電極２２との間には、空隙Ｇ１が設けられている。空隙Ｇ１の長さＬ１は、例えば数百μｍである。空隙Ｇ１は、言い換えれば、第１電極２１及び第２電極２２のいずれも配置されていない領域である。

【0030】

実施の形態では、第２流路１２の始端１４を境にして流路の高さが第１高さｈ１から第２高さｈ２へと急峻に変化している。なお、流路の高さが第１高さｈ１から第２高さｈ２へと変化する箇所は、第２流路１２の始端に限らず、例えば第１屈曲部１３の中間部分に設けられていてもよい。この場合も、対象物３の流れる方向において、少なくとも第２流路１２の始端１４と第２電極２２との間に空隙Ｇ１が設けられることになる。

【0031】

試料は、例えば送液ポンプにより流入口１０１から第１流路１１へと輸送される。これにより、試料が第１流路１１、第１屈曲部１３、第２流路１２、及び流出口１０２の順に流れる。実施の形態では、捕獲装置１００は、流入口１０１及び流出口１０２が水平面に沿うように、水平面に設置されている。したがって、実施の形態では、試料は重力に従って自然落下することで流入口１０１から流出口１０２へと流れるわけではなく、送液ポンプにより輸送されることで流入口１０１から流出口１０２へと流れる。なお、試料は、流出口１０２を陰圧とすることにより、流入口１０１から第１流路１１へと輸送されてもよい。

【0032】

［利点］
以下、実施の形態に係る捕獲装置１００の利点について、第１比較例～第３比較例との比較を交えて説明する。まず、第１比較例の捕獲装置２００について、図２を参照して説明する。図２は、第１比較例の捕獲装置２００での課題についての説明図である。

【0033】

第１比較例の捕獲装置２００は、図２に示すように、電極２０１と、流路２０２と、を備えている。電極２０１は、実施の形態に係る捕獲装置１００の電極２と同じ構成であり、ここでは説明を省略する。流路２０２は、実施の形態に係る捕獲装置１００の第１流路１１、第２流路１２、及び第１屈曲部１３と同様に、試料が流れる流路である。流路２０２の高さ（電極２０１の一面（上面）の法線方向の高さ）は一定であり、およそ第２高さｈ２である。

【0034】

ここで、対象物３に作用する誘電泳動力は、対象物３と電極（ここでは、電極２０１）との間の距離ｈに応じて変化する。図３は、対象物３と電極との間の距離ｈと、対象物３に作用する誘電泳動力との相関の説明図である。図３に示すグラフにおいて、縦軸が距離ｈを表しており、横軸が対象物３に作用する誘電泳動力を表している。図３に示すように、距離ｈが小さければ小さい程、対象物３に作用する誘電泳動力が指数関数的に大きくなるのに対して、距離ｈが大きければ大きい程、対象物３に作用する誘電泳動力が指数関数的に小さくなる。

【0035】

第１比較例の捕獲装置２００では、電極２０１の比較的近傍（例えば、距離ｈが数十μｍ）を流れる対象物３は、電極２０１が生じる不均一な電場による誘電泳動が作用しやすく、対象物３が流線を横切って電極２０１に向かって移動するため、電極２０１に捕獲されやすい。これに対して、電極２０１から比較的遠方（例えば、流路の天井付近）を流れる対象物３は、電極２０１が生じる不均一な電場による誘電泳動が作用しにくく、電極２０１に捕獲されることなく流されてしまう。したがって、第１比較例の捕獲装置２００では、多数の対象物３が電極２０１に捕獲されることなく流れてしまうため、対象物３を捕獲する効率が低くなる、という課題がある。

【0036】

次に、第２比較例の捕獲装置２１０について、図４を参照して説明する。図４は、第２比較例の捕獲装置２１０での課題についての説明図である。第２比較例の捕獲装置２１０は、図４に示すように、電極２１１と、流路２１２と、を備えている。電極２１１は、実施の形態に係る捕獲装置１００の電極２と同じ構成であり、ここでは説明を省略する。流路２１２は、実施の形態に係る捕獲装置１００の第１流路１１、第２流路１２、及び第１屈曲部１３と同様に、試料が流れる流路である。流路２１２の高さ（電極２１１の一面（上面）の法線方向の高さ）は一定であり、およそ第１高さｈ１である。

【0037】

第２比較例の捕獲装置２１０では、第１比較例の捕獲装置２００とは異なり、対象物３の多数が電極２１１の比較的近傍を流れる。このため、対象物３の多数に、電極２１１が生じる不均一な電場による誘電泳動が作用しやすくなる。しかしながら、第２比較例の捕獲装置２１０では、第１比較例の捕獲装置２００と比較して流路２１２の高さを低くしたために、流路の断面積が小さくなっていることから、対象物３の流速が速くなっている。このため、第２比較例の捕獲装置２１０では、対象物３に作用する誘電泳動力Ｆ２に対して、対象物３に作用する流体抵抗力Ｆ１の方が非常に大きいため、やはり多数の対象物３が電極２１１に捕獲されることなく流されてしまう。したがって、第２比較例の捕獲装置２１０では、第１比較例の捕獲装置２００と同様に、多数の対象物３が電極２１１に捕獲されることなく流れてしまうため、対象物３を捕獲する効率が低くなる、という課題が依然としてある。

【0038】

なお、第２比較例の捕獲装置２１０において、対象物３の流速を遅くして対象物３が電極２１１に捕獲されやすくするために、流路の幅方向（図４における紙面と垂直な方向）の寸法を大きくして断面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合、流路２１２を流れる試料（対象物３）の単位時間当たりの流量が小さくなるため、やはり対象物３を捕獲する効率が低くなる、という課題がある。

【0039】

次に、第３比較例の捕獲装置２２０について、図５を参照して説明する。図５は、第３比較例の捕獲装置２２０での課題についての説明図である。第３比較例の捕獲装置２２０は、第１流路２２１と、第２流路２２２と、電極２２３と、を備えている。第１流路２２１及び第２流路２２２は、それぞれ実施の形態に係る捕獲装置１００の第１流路１１及び第２流路１２と同様の構成であるため、ここでは説明を省略する。電極２２３は、以下の点を除いて、実施の形態に係る捕獲装置１００の電極２と同じ構成である。すなわち、電極２２３は、実施の形態に係る捕獲装置１００とは異なり、対象物３が流れる方向において、第１流路２２１及び第２流路２２２の内底部に連続して配置されるように形成されている。このため、第３比較例の捕獲装置２２０では、第２流路２２２の始端２２４においても途切れることなく電極２２３が配置されており、実施の形態に係る捕獲装置１００のような空隙Ｇ１が設けられていない。

【0040】

第３比較例の捕獲装置２２０では、第１流路２２１の第１高さｈ１が比較的低いことから、多数の対象物３に、電極２２３が生じる不均一な電場による誘電泳動が作用しやすくなる。このため、第１流路２２１においては、多数の対象物３は、電極２２３に引き付けられることにより電極２２３の近傍を流れるようになる。ここで、第１流路２２１は第１高さｈ１が比較的低いことから、対象物３の流れは層流となる。したがって、対象物３が第１流路２２１から第２流路２２２へと移動しても、この層流が維持されることで、多数の対象物３は第２流路２２２においても電極２２３の近傍を流れる。そして、第２流路２２２の第２高さｈ２は、第１流路２２１の第１高さｈ１と比較して高いことから、第２流路２２２の断面積が第１流路２２１の断面積よりも大きくなり、第２流路２２２において対象物３の流速が遅くなる。つまり、第２流路２２２においては、多数の対象物３は、電極２２３の近傍を比較的遅い流速で流れることになる。

【0041】

したがって、第３比較例の捕獲装置２２０では、第２流路２２２において対象物３に作用する流体抵抗力に対して、対象物３に作用する誘電泳動力が大きくなることから、対象物３が電極２２３で捕獲されやすくなる。

【0042】

ここで、対象物３が第２流路２２２の始端２２４を超えると、第２流路２２２の断面積の増大に伴って対象物３の流速も増大するが、対象物３の流速は急峻に低下するわけではなく、時間経過に伴って連続的に低下する。このため、第２流路２２２の始端２２４を超えた時点で流速が十分に低下した対象物３が電極２２３に捕獲される一方、流速が十分に低下していない対象物３は、第２流路２２２の始端２２４から離れた箇所にある電極２２３で捕獲されることになる。つまり、第３比較例の捕獲装置２２０では、対象物３が捕獲される箇所にばらつきが生じやすく、結果として対象物３を捕獲する効率が向上しにくい、という課題がある。特に、対象物３が複数種類の粒子を含んでいる場合、粒子の種類ごとの性質又は粒径の差等により、上記のばらつきが更に大きくなりやすい。

【0043】

そこで、実施の形態に係る捕獲装置１００では、対象物３の流れる方向において、第２流路１２の始端１４と第２電極２２との間に空隙Ｇ１を設けることにより、上記の課題の解決を図っている。以下、実施の形態に係る捕獲装置１００の利点について、図６Ａを参照して説明する。図６Ａは、実施の形態に係る捕獲装置１００での対象物３の流れについての説明図である。なお、図６Ａでは、説明をわかりやすくするため、第１屈曲部１３の図示を省略し、かつ、第１流路１１及び第２流路１２を直線状に並ぶように図示している。また、図６Ａでは、図１の（ｃ）とは異なり、第２流路１２が傾斜部１５を有しているが、この傾斜部１５については後述する。

【0044】

まず、第１流路１１では、第１流路１１の第１高さｈ１が比較的低いことから、多数の対象物３に、第１電極２１が生じる不均一な電場による誘電泳動が作用しやすくなる。一方、第１流路１１では、対象物３の流速が比較的速いことから、対象物３に作用する誘電泳動力Ｆ２１に対して、対象物３に作用する流体抵抗力Ｆ１１が大きくなっている。このため、第１流路１１においては、多数の対象物３は、流線を横切って第１電極２１の近傍にまで移動しつつ、第１電極２１に捕獲されることなく流れるため、層流となって第１電極２１の近傍を流れる。

【0045】

対象物３が第２流路１２の始端１４を超えると、流路の断面積の増大に伴って対象物３の流速が遅くなるが、層流が維持されるため、多数の対象物３は第２流路１２においても内底部の近傍を流れる。ここで、実施の形態に係る捕獲装置１００では、空隙Ｇ１が設けられている、つまり第２流路１２の始端１４から所定の間隔を空けて第２電極２２が配置されている。このため、対象物３が空隙Ｇ１を流れている間においては、第２電極２２が生じる不均一な電場による誘電泳動が作用することがなく、対象物３が空隙Ｇ１に留まることがない。そして、対象物が空隙Ｇ１を流れている間に、多数の対象物３の流速が十分に低下する。これにより、流速が十分に低下した多数の対象物３が第２電極２２の始端に差し掛かると、対象物３に作用する流体抵抗力Ｆ１２に対して、対象物３に作用する誘電泳動力Ｆ２２が大きくなることから、第２電極２２の始端にて多数の対象物３が捕獲されることになる。

【0046】

したがって、実施の形態に係る捕獲装置１００では、多数の対象物３が第２電極２２の始端に集中して捕獲されるため、第３比較例の捕獲装置２２０と比較して、対象物３を捕獲する効率を向上させることができる。なお、実施の形態に係る捕獲装置１００では、対象物３が複数種類の粒子を含んでいる場合であっても、上記と同様に対象物３を捕獲する効率を向上させることができる。

【0047】

また、実施の形態に係る捕獲装置１００では、図１に示すように、第１流路１１と第２流路１２とは、平面視で第１流路１１の終端から第２流路１２の始端にかけて屈曲する第１屈曲部１３により接続されている。このため、実施の形態に係る捕獲装置１００では、１つの電極２を２つの流路（第１流路１１及び第２流路１２）で共用することが可能である。したがって、実施の形態に係る捕獲装置１００では、以下のような利点がある。

【0048】

例えば、第１流路１１及び第２流路１２が直線状に並ぶように配置されている場合、空隙Ｇ１を設けるためには、第１流路１１用の第１電極２１と、第２流路１２用の第２電極２２とを、別体で構成する必要がある。この場合、第１電極２１がパターニングにより形成された第１流路１１と、第２電極２２がパターニングにより形成された第２流路１２とを接合するために、μｍスケールで精密な位置合わせを行う、つまりアライメントを行う必要が生じるため、製造工程が複雑化するという課題が生じる。

【0049】

これに対して、実施の形態に係る捕獲装置１００では、第１電極２１と第２電極２２とを別体に構成することなく空隙Ｇ１を設けることができるため、上記のようなアライメントを行う必要がなく、製造工程の簡素化を図ることができる、という利点がある。

【0050】

ところで、図１の（ｃ）では、第２流路１２の高さは、第２流路１２の始端１４において急峻に第１高さｈ１から第２高さｈ２まで変化しているが、これに限られない。例えば、図６Ａに示すように、第２流路１２は、傾斜部１５を有していてもよい。

【0051】

傾斜部１５は、第２流路１２の始端１４から中間部にかけて、電極２の一面（上面）の法線方向の高さが第１高さｈ１から第２高さｈ２まで変化するように構成されている。ここでは、傾斜部１５は、第２流路１２の天井が傾斜することにより構成されている。つまり、図６Ａでは、第２流路１２の高さは、第２流路１２の始端１４から連続的に変化している。

【0052】

第２流路１２が傾斜部１５を有しておらず、第２流路１２の高さが始端１４において急峻に変化する場合、流路の断面積の急峻な変化により渦が発生し、対象物３の流れに乱れが生じる可能性がある。これに対して、第２流路１２が傾斜部１５を有している場合、流路の断面積が急峻に変化するのを抑制することができるので、渦が発生しにくいことから対象物３の流れに乱れが生じにくく、対象物３が第２電極２２の始端にて捕獲されやすくなる、という利点がある。

【0053】

ここで、図６Ａに示す例では、傾斜部１５に第２電極２２の一部が配置されているが、図６Ｂに示す例のように、傾斜部１５に第２電極２２が配置されていなくてもよい。図６Ｂは、実施の形態に係る捕獲装置１００において傾斜部１５に第２電極２２が配置されていない場合の説明図である。図６Ｂに示す例では、図６Ａに示す例と比較して、空隙Ｇ１の長さＬ１が長くなっている。このため、図６Ｂに示す例では、傾斜部１５において対象物３の流れが十分に発達した後に、対象物３が第２電極２２の始端に差し掛かるため、対象物３が第２電極２２の始端にて更に捕獲されやすくなることが期待できる。

【0054】

以下、実施の形態に係る捕獲装置１００における空隙Ｇ１の長さＬ１について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、実施の形態に係る捕獲装置１００における第１電極２１と第２電極２２との間の距離Ｌ２の上限についての説明図である。図８は、実施の形態に係る捕獲装置１００における空隙Ｇ１の長さＬ１の下限についての説明図である。ここで、距離Ｌ２は、空隙Ｇ１の長さＬ１よりも長い距離である。したがって、空隙Ｇ１の長さＬ１の上限は、距離Ｌ２の上限よりも短くなる。

【0055】

図７に示すように、第１流路１１において第１電極２１に引き付けられた対象物３は、第１電極２１の終端から第２電極２２の始端までの電極２が存在しない箇所を移動していく間に、熱拡散によって流路の内底部から離れていく。このため、対象物３が流路の内底部から離れるのを抑制しつつ、第２電極２２の始端にて捕獲するために、第１電極２１の終端から第２電極２２の始端までの距離Ｌ２の上限は、以下に示す距離以下に設定されるのが好ましい。

【0056】

一般的に、溶媒中の粒子の拡散係数を「Ｄ」とした場合、時間「ｔ」内に拡散する代表長さ「ｘ」は、以下の数式により表される。

【0057】

【数1】

【0058】

また、拡散係数「Ｄ」は、以下の数式により表される。以下の数式において、「ｋ_Ｂ」はボルツマン定数、「Ｔ」は温度、「μ」は粘性、「ｒ」は分子半径を表している。

【0059】

【数2】

【0060】

粒子が平均速度「ｕ_ｙ」で流路内を流れるとき、拡散距離が、粒子に誘電泳動力が十分働く流路の内底部からの距離以内であればよいので、この長さを「ｈ」とすると、距離Ｌ２の上限「Ｌ_ｕｌ」は、以下の数式により見積もられる。

【0061】

【数3】

【0062】

例えば、第２流路１２が高さ×幅＝１００μｍ×１ｍｍであって、試料を流量１μＬ／ｍｉｎで送液している、と仮定する。代表的な例として、ｈ＝１０μｍとすると、粒子の直径が１μｍ、環境が室温下である場合、Ｌ_ｕｌ＝３．８ｍｍとなる。ここで、距離Ｌ２は、空隙Ｇ１の長さＬ１よりも長いため、空隙Ｇ１の長さＬ１の上限は、上記の数値よりも小さくなる。

【0063】

一方、図８に示すように、対象物３が第２電極２２の始端にて捕獲されるためには、対象物３の流れが第２流路１２において十分に発達した以降に、第２電極２２に到達する必要がある。このための指標として、管内での対象物３の流れの助走区間を考えると、管径「ｄ」の円管内での対象物３の流れが十分発達する距離、言い換えれば空隙Ｇ１の長さＬ１の下限「Ｌ_ｌｌ」は、レイノルズ数によって以下の数式で表される。以下の数式において、「Ｒｅ」はレイノルズ数を表している。

【0064】

【数4】

【0065】

そして、第２流路１２の高さ、及び第２流路１２における粒子の平均速度をそれぞれ代表長さ、及び代表速度としてレイノルズ数を表すと、空隙Ｇ１の長さＬ１の下限「Ｌ_ｌｌ」は、以下の数式で表される。以下の数式において、「ｈ_Ｈ」は第２流路１２の第２高さｈ２である。

【0066】

【数5】

【0067】

例えば第２流路１２が高さ×幅＝１００μｍ×１ｍｍであって、試料を流量１μＬ／ｍｉｎで送液している場合、Ｌ_ｌｌ＝８３３ｎｍとなる。よって、空隙Ｇ１の長さＬ１は、少なくとも数μｍを確保することが好ましい。

【0068】

［効果等］
以上のように、実施の形態に係る捕獲装置１００は、電極２と、第１流路１１と、第２流路１２と、を備えている。電極２は、対象物３に電場を印加することで対象物３に誘電泳動を作用させる。第１流路１１は、電極２の一面の法線方向の高さが第１高さｈ１であって、対象物３が流れる。第２流路１２は、電極２の一面の法線方向の高さが第１高さｈ１よりも高い第２高さｈ２であって、第１流路１１からの対象物３が流れる。電極２は、第１流路１１に設けられた第１電極２１と、第２流路１２に設けられた第２電極２２と、を有する。対象物３が流れる方向において、第２流路１２の始端１４と、第２電極２２との間には、空隙Ｇ１が設けられている。

【0069】

これによれば、対象物３が空隙Ｇ１を流れている間において、対象物３に誘電泳動が作用しないことから、空隙Ｇ１に留まることなく多数の対象物３の流速が十分に低下する。このため、流速が十分に低下した多数の対象物３が第２電極２２の始端に差し掛かると、対象物３に作用する流体抵抗力Ｆ１２に対して、対象物３に作用する誘電泳動力Ｆ２２が大きくなることから、第２電極２２の始端にて多数の対象物３が捕獲されることになる。つまり、これによれば、多数の対象物３が第２電極２２の始端に集中して捕獲されるため、対象物３を捕獲する効率を向上させることができる。

【0070】

また、実施の形態に係る捕獲装置１００では、第１流路１１と第２流路１２とは、電極２の一面の法線方向から見て第１流路１１の終端から第２流路１２の始端１４にかけて屈曲する第１屈曲部１３により接続されている。

【0071】

これによれば、１つの電極２を２つの流路（第１流路１１及び第２流路１２）で共用することが可能であることから、第１電極２１と第２電極２２とを別体に構成することなく空隙Ｇ１を設けることができるため、捕獲装置１００の製造工程においてアライメントを行う必要がなく、製造工程の簡素化を図ることができる、という利点がある。

【0072】

また、実施の形態に係る捕獲装置１００では、第１屈曲部１３は、電極２の一面の法線方向から見てＵ字状である。

【0073】

これによれば、第１屈曲部１３が平面視で直角の角を複数有する場合と比較して、試料（対象物３）が第１流路１１から第２流路１２へと流れやすくなる、という利点がある。

【0074】

また、実施の形態に係る捕獲装置１００では、第２流路１２は、始端１４から中間部にかけて、電極２の一面の法線方向の高さが第１高さｈ１から第２高さｈ２まで変化する傾斜部１５を有する。

【0075】

これによれば、流路の断面積が急峻に変化するのを抑制することができるので、渦が発生しにくいことから対象物３の流れに乱れが生じにくく、対象物３が第２電極２２の始端にて捕獲されやすくなる、という利点がある。

【0076】

また、実施の形態に係る捕獲装置１００では、第２流路１２における電極２の一面の法線方向及び対象物３の流れ方向の両方に交差する幅方向の寸法は、第１流路１１における幅方向の寸法よりも大きい。

【0077】

これによれば、第１流路１１及び第２流路１２の各々の幅方向の寸法が同じ場合と比較して、第２流路１２において対象物３の流速を更に遅くすることができるので、第２電極２２の始端にて対象物３を更に捕獲しやすくなる、という利点がある。

【0078】

（変形例）
以下、本開示の１つ又は複数の態様に係る捕獲装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

【0079】

［第１変形例］
以下、実施の形態の第１変形例に係る捕獲装置１００Ａについて、図９を参照して説明する。図９は、実施の形態の第１変形例に係る捕獲装置１００Ａの概略構成を示す図である。なお、以下では、第１変形例に係る捕獲装置１００Ａにおいて、実施の形態に係る捕獲装置１００と共通する構成については説明を省略する。

【0080】

図９に示すように、第１変形例に係る捕獲装置１００Ａでは、第１流路１１と第２流路１２とは、平面視で電極２を迂回するように折れ曲がった形状を有する第１屈曲部１３Ａにより接続されている。したがって、第１変形例に係る捕獲装置１００Ａでは、第１流路１１及び第２流路１２のいずれにおいても試料（対象物３）の流れる向きが同じである。

【0081】

第１変形例に係る捕獲装置１００Ａにおいても、実施の形態に係る捕獲装置１００と同様に、１つの電極２を２つの流路（第１流路１１及び第２流路１２）で共用することが可能である。

【0082】

［第２変形例］
以下、実施の形態の第２変形例に係る捕獲装置１００Ｂについて、図１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態の第２変形例に係る捕獲装置１００Ｂの概略構成を示す図である。図１０では、電極２の具体的な形状の図示を省略している。なお、以下では、第２変形例に係る捕獲装置１００Ｂにおいて、実施の形態に係る捕獲装置１００と共通する構成については説明を省略する。

【0083】

図１０に示すように、第２変形例に係る捕獲装置１００Ｂでは、第１流路１１は、複数（ここでは、２つ）の副流路１１Ａを有している。副流路１１Ａは、実施の形態に係る捕獲装置１００の第１流路１１と同様に、流入口１０１から流入した試料が流れる流路であって、第１電極２１が設けられている。また、副流路１１Ａの高さは、第１高さｈ１である。

【0084】

また、隣り合う２つの副流路１１Ａにおいて、一方の副流路１１Ａ（流入口１０１側の副流路１１Ａ）の終端と他方の副流路１１Ａ（流出口１０２側の副流路１１Ａ）の終端とは、第２屈曲部１３Ｂにより接続されている。さらに、他方の副流路１１Ａの終端と第２流路１２の始端１４とは、第２屈曲部１３Ｂにより接続されている。

【0085】

第２屈曲部１３Ｂは、実施の形態に係る捕獲装置１００の第１屈曲部１３と同様に、平面視で一端から他端にかけて試料（対象物３）が流れる向きが逆になるようにＵ字状に湾曲している。また、第２屈曲部１３Ｂには、実施の形態に係る捕獲装置１００の第１屈曲部１３と同様に、電極２が設けられていない。

【0086】

つまり、実施の形態の第２変形例に係る捕獲装置１００Ｂでは、第１流路１１は、複数の副流路１１Ａを有している。複数の副流路１１Ａのうち隣り合う副流路１１Ａでは、対象物３の流れる向きが互いに逆である。隣り合う副流路１１Ａは、電極２の一面の法線方向から見て、一方の副流路１１Ａの終端から他方の副流路１１Ａの始端にかけて屈曲する第２屈曲部１３Ｂにより接続されている。

【0087】

これによれば、複数の副流路１１Ａにより限られたスペースにおいて第１流路１１を長くすることができ、対象物３に誘電泳動を作用させる区間を稼ぐことができるので、対象物３が第１電極２１の近傍を流れやすくなる、という利点がある。

【0088】

［その他の変形例］
実施の形態に係る捕獲装置１００では、第１屈曲部１３は、平面視で（つまり、電極２の一面の法線方向から見て）Ｕ字状であるが、形状はこれに限られない。例えば、第１屈曲部１３は、平面視で多角形の辺をなすように折れ曲がった形状であってもよい。

【0089】

実施の形態に係る捕獲装置１００では、第１流路１１と第２流路１２とは第１屈曲部１３により接続されているが、これに限られない。例えば、捕獲装置１００は、第１屈曲部１３を備えていなくてもよい。この場合、第１流路１１と第２流路１２とは、直線状に並んでいればよい。また、この場合、第１電極２１と第２電極２２とは、別体で構成されていればよい。

【0090】

実施の形態に係る捕獲装置１００では、第２流路１２における電極２の一面の法線方向に沿った断面積は、第１流路１１における電極２の一面の法線方向に沿った断面積よりも大きいが、これに限られない。例えば、第１流路１１の上記断面積と、第２流路１２の上記断面積とは同じであってもよい。

【0091】

実施の形態に係る捕獲装置１００では、電極２は、第１流路１１及び第２流路１２の内底部に設置されているが、これに限られない。例えば、電極２は、第１流路１１及び第２流路１２の内部の天井、又は側壁に設置されていてもよい。

【0092】

また、実施の形態に係る捕獲装置１００では、電極２は、第１流路１１及び第２流路１２の内側に露出するように設置されているが、これに限られない。例えば、電極２は、電極２が生じる不均一な電場による誘電泳動が対象物３に対して十分に作用し得る位置であれば、流路の壁に埋め込み配置される等して、第１流路１１及び第２流路１２の内側に露出しないように設置されていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0093】

本開示は、例えば感染症等の原因となるウイルス等の微小な標的物質が結合した対象物を捕獲する捕獲装置として利用することができる。

【符号の説明】

【0094】

１１ 第１流路
１１Ａ 副流路
１２ 第２流路
１３、１３Ａ 第１屈曲部
１３Ｂ 第２屈曲部
１４ 始端
１５ 傾斜部
２ 電極
２ａ 第１櫛形電極
２ｂ 第２櫛形電極
２１ 第１電極
２２ 第２電極
３ 対象物
４ 液体
１００、１００Ａ、１００Ｂ 捕獲装置
１０１ 流入口
１０２ 流出口
２００ 第１比較例の捕獲装置
２０１ 電極
２０２ 流路
２１０ 第２比較例の捕獲装置
２１１ 電極
２１２ 流路
２２０ 第３比較例の捕獲装置
２２１ 第１流路
２２２ 第２流路
２２３ 電極
２２４ 始端
ｈ、Ｌ２ 距離
ｈ１ 第１高さ
ｈ２ 第２高さ
Ｆ１、Ｆ１１、Ｆ１２ 流体抵抗力
Ｆ２、Ｆ２１、Ｆ２２ 誘電泳動力
Ｇ１ 空隙
Ｌ１ 長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】