JP2003287519A - ミクロ流体成分と流体内の粒子を選別する方法 - Google Patents
ミクロ流体成分と流体内の粒子を選別する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フローサイトメーターとして流体内の粒子を
選別しミクロ流体成分およびそれを調製する方法を提供
する。 【解決手段】 流体成分は、望ましくは誘電泳動により
粒子に特異的に影響を与えそれを分離する調製区域、粒
子を特徴付ける測定チャネル区域、および誘電泳動によ
り測定チャネル区域で同定された粒子を選別するための
選別区域を含む。選別は測定チャネル区域で記録された
規準と一致する２個またはそれ以上のサブチャネルへの
粒子の活性誘導を可能にするスイッチエレメントを含
む。フローサイトメーターに使用のためのこのような方
法で構成された流体成分により、粒子、とりわけ懸濁液
での生物細胞の粒子の敏速で正確な選別を実行すること
ができる。
選別しミクロ流体成分およびそれを調製する方法を提供
する。 【解決手段】 流体成分は、望ましくは誘電泳動により
粒子に特異的に影響を与えそれを分離する調製区域、粒
子を特徴付ける測定チャネル区域、および誘電泳動によ
り測定チャネル区域で同定された粒子を選別するための
選別区域を含む。選別は測定チャネル区域で記録された
規準と一致する２個またはそれ以上のサブチャネルへの
粒子の活性誘導を可能にするスイッチエレメントを含
む。フローサイトメーターに使用のためのこのような方
法で構成された流体成分により、粒子、とりわけ懸濁液
での生物細胞の粒子の敏速で正確な選別を実行すること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体流動、とりわ
け液体流動内で粒子を選別するために、個別粒子を誘導
するチャネルを持つ基質より成るミクロ流体成分に関
し、また更に粒子を選別する方法に関する。
け液体流動内で粒子を選別するために、個別粒子を誘導
するチャネルを持つ基質より成るミクロ流体成分に関
し、また更に粒子を選別する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】浮遊粒子の操作は、一般に公知である
（例えば、非特許文献１参照。）。ここで浮遊粒子は、
いずれの望ましい粒子であってもよく、さもなければ生
物細胞であってもよい。従って以下の本文では、一般に
ただ粒子という語が使用される。ミクロシステムは、そ
れを通じて粒子を持つ懸濁液が流れるように操作される
とりわけチャネル構造を形成する。チャネル構造におい
ては、超小型電極がチャネル壁にはめあわされ、それに
適用される高周波電場を持つ。２個の電極間の高周波電
場の作用の下で、分極力が負または正の誘電泳動を基礎
にして懸濁粒子内で産生され、前記力は電極による斥力
または引力を可能にし、また懸濁液内で流動力の交互作
用において、チャネル内での粒子の操作を可能にする
（例えば、特許文献１参照。）。
（例えば、非特許文献１参照。）。ここで浮遊粒子は、
いずれの望ましい粒子であってもよく、さもなければ生
物細胞であってもよい。従って以下の本文では、一般に
ただ粒子という語が使用される。ミクロシステムは、そ
れを通じて粒子を持つ懸濁液が流れるように操作される
とりわけチャネル構造を形成する。チャネル構造におい
ては、超小型電極がチャネル壁にはめあわされ、それに
適用される高周波電場を持つ。２個の電極間の高周波電
場の作用の下で、分極力が負または正の誘電泳動を基礎
にして懸濁粒子内で産生され、前記力は電極による斥力
または引力を可能にし、また懸濁液内で流動力の交互作
用において、チャネル内での粒子の操作を可能にする
（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】インピーダンス分光学によるマイクロチャ
ネルでの細胞を分析することが公知である（例えば、非
特許文献２、非特許文献３参照。）。この場合、用途は
チャネルに包埋された電極から作られ、そのため少なく
とも２個の場区域が産生され、そこでインピーダンスの
測定が行われる。次いで評価が差分測定により、例えば
測定ブリッジにより実行される。更なる詳細について
は、測定原理と先行技術に関連し、これらの刊行物と、
そこで与えられた説明が参考にされる。
ネルでの細胞を分析することが公知である（例えば、非
特許文献２、非特許文献３参照。）。この場合、用途は
チャネルに包埋された電極から作られ、そのため少なく
とも２個の場区域が産生され、そこでインピーダンスの
測定が行われる。次いで評価が差分測定により、例えば
測定ブリッジにより実行される。更なる詳細について
は、測定原理と先行技術に関連し、これらの刊行物と、
そこで与えられた説明が参考にされる。
【０００４】このような分析の結果は、次いで細胞選別
を実行するのに使用することができる。ここで同様に、
誘電泳動に基づいて細胞選別を行うことは公知である。
例えば、誘電泳動により、石油から硫黄を分離すること
は公知である（例えば、特許文献２参照。）。
を実行するのに使用することができる。ここで同様に、
誘電泳動に基づいて細胞選別を行うことは公知である。
例えば、誘電泳動により、石油から硫黄を分離すること
は公知である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】また、混合物から生細胞を連続選別する方
法と装置を開示し、ここで１個またはそれ以上の電極を
通過する細胞は、そのサイズ、物理的構造、化学的組成
物および電気特性に従って選別され、この電極はそこで
無線周波発生機と接続される（例えば、特許文献３参
照。）。
法と装置を開示し、ここで１個またはそれ以上の電極を
通過する細胞は、そのサイズ、物理的構造、化学的組成
物および電気特性に従って選別され、この電極はそこで
無線周波発生機と接続される（例えば、特許文献３参
照。）。
【０００６】前記の方法において、粒子に対する異なっ
た電気泳動特性は、これらを流体流動から導き出すのに
使用される。これは、粒子が誘導されるかされないかに
関する特異的な決定がなし得ないために、受動選別であ
る。
た電気泳動特性は、これらを流体流動から導き出すのに
使用される。これは、粒子が誘導されるかされないかに
関する特異的な決定がなし得ないために、受動選別であ
る。
【０００７】粒子、とりわけ生物細胞を特徴付け、選別
し、計数する従来公知の装置（例えば、血球計算器）
は、非常に複雑な装置により際立っており、その装置は
一般に、ＦＡＣＳ（蛍光表示式細胞分取器）に基づく光
学分析装置または光学および電気測定装置を組合せたも
のより成る。純粋な電気検出および選別は行われない。
従ってこれらの装置の場合には、光学分析のための粒子
の追加の調製が必要とされる。これはこのような装置に
よる分析を複雑なものとし、また時間を余計にかけるこ
とにつながる。
し、計数する従来公知の装置（例えば、血球計算器）
は、非常に複雑な装置により際立っており、その装置は
一般に、ＦＡＣＳ（蛍光表示式細胞分取器）に基づく光
学分析装置または光学および電気測定装置を組合せたも
のより成る。純粋な電気検出および選別は行われない。
従ってこれらの装置の場合には、光学分析のための粒子
の追加の調製が必要とされる。これはこのような装置に
よる分析を複雑なものとし、また時間を余計にかけるこ
とにつながる。
【０００８】
【特許文献１】国際公開第００ ００ ２９３号パンフ
レット
レット
【特許文献２】米国特許第４，３２６，９３４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，４８９，５０６号明細書
【非特許文献１】Ｇ．フュール他著，「ナトゥールヴィ
ッセンシャフテン」８１巻，１９９４年 ５２８ページ
以下
ッセンシャフテン」８１巻，１９９４年 ５２８ページ
以下
【非特許文献２】Ｓ．ガワード他著，「医学および生物
学におけるマイクロ工学に関する第１回年次国際ＩＥＥ
Ｅ−ＥＭＢＳ 特殊論題会議，２０００年１０月１２−
１４日，フランス，リヨン」，１−５ページ
学におけるマイクロ工学に関する第１回年次国際ＩＥＥ
Ｅ−ＥＭＢＳ 特殊論題会議，２０００年１０月１２−
１４日，フランス，リヨン」，１−５ページ
【非特許文献３】Ｓ．ガワード他著，「チップに関する
ラボ」，２００１年１月，７６乃至８２ページ
ラボ」，２００１年１月，７６乃至８２ページ
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、ミク
ロ工学またはナノ工学での基質上でできる限り速やかに
かつ正確に同定および計数ならびに選別を可能にする電
気的フローサイトメーター（流動細胞高度測定器）を提
案する目的に基礎を置く。
ロ工学またはナノ工学での基質上でできる限り速やかに
かつ正確に同定および計数ならびに選別を可能にする電
気的フローサイトメーター（流動細胞高度測定器）を提
案する目的に基礎を置く。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、この目
的は、請求項１に記載される基質を含むミクロ流体成
分、および請求項１６記載の方法により達成される。装
置の更なる有利で精緻な改良は、従属請求項に記載され
たものより得ることができる。
的は、請求項１に記載される基質を含むミクロ流体成
分、および請求項１６記載の方法により達成される。装
置の更なる有利で精緻な改良は、従属請求項に記載され
たものより得ることができる。
【００１１】すなわち、前記の目的を達成するために、
ミクロ流体成分と流体を選別する方法を、以下の（１）
〜（２２）のとおりに構成する。
ミクロ流体成分と流体を選別する方法を、以下の（１）
〜（２２）のとおりに構成する。
【００１２】（１）一つの基質より成るミクロ流体成分
であって、流体に個別粒子１７を通す少なくとも１個の
チャネル２と、粒子１７に特異的に影響し、かつそれを
分離するための調製区域６と、粒子１７を特徴付ける電
極装置を持つ測定チャネル区域と、誘電泳動により測定
チャネル区域７で同定される粒子１７を選別する電極装
置を持つ選別区域８と、電極への信号と電極からの信号
を伝送するために、個別区域６−８において、電極１
３，１４′，１４″，２０−３０に電気的に接続される
導線トラックを持つ基質より成ることを特徴とするミク
ロ流体成分。
であって、流体に個別粒子１７を通す少なくとも１個の
チャネル２と、粒子１７に特異的に影響し、かつそれを
分離するための調製区域６と、粒子１７を特徴付ける電
極装置を持つ測定チャネル区域と、誘電泳動により測定
チャネル区域７で同定される粒子１７を選別する電極装
置を持つ選別区域８と、電極への信号と電極からの信号
を伝送するために、個別区域６−８において、電極１
３，１４′，１４″，２０−３０に電気的に接続される
導線トラックを持つ基質より成ることを特徴とするミク
ロ流体成分。
【００１３】（２）前記（１）記載の成分であって、こ
こで測定チャネル区域７でのチャネル２の断面が、調製
区域６および選別区域８の断面よりもかなり小さいこと
を特徴とするミクロ流体成分。
こで測定チャネル区域７でのチャネル２の断面が、調製
区域６および選別区域８の断面よりもかなり小さいこと
を特徴とするミクロ流体成分。
【００１４】（３）前記（１）または（２）記載の成分
であって、ここで粒子１７が、電極装置により調製区域
６において誘電泳動により影響を受け、第１電極は、ま
ず粒子１７を分離し次いで流体流動での特異的な位置に
粒子を留める電極配列９を持つことを特徴とするミクロ
流体成分。
であって、ここで粒子１７が、電極装置により調製区域
６において誘電泳動により影響を受け、第１電極は、ま
ず粒子１７を分離し次いで流体流動での特異的な位置に
粒子を留める電極配列９を持つことを特徴とするミクロ
流体成分。
【００１５】（４）前記（３）記載の成分であって、こ
こで粒子１７を分離する電極配列９が、流動方向に対し
て斜めに配列されまたほぼ煙突状の配列を持ち、また流
動方向でこれらに続いて通路開口部１９のある煙突状配
列で間隙をあけて平行に配置された第２電極１４′，１
４″を持つことを特徴とするミクロ流体成分。
こで粒子１７を分離する電極配列９が、流動方向に対し
て斜めに配列されまたほぼ煙突状の配列を持ち、また流
動方向でこれらに続いて通路開口部１９のある煙突状配
列で間隙をあけて平行に配置された第２電極１４′，１
４″を持つことを特徴とするミクロ流体成分。
【００１６】（５）前記（３）記載の成分であって、こ
こで位置決めのための電極配列９が、粒子１７を流体流
動物理的中心に留める電極２０，２１を持つことを特徴
とするミクロ流体成分。
こで位置決めのための電極配列９が、粒子１７を流体流
動物理的中心に留める電極２０，２１を持つことを特徴
とするミクロ流体成分。
【００１７】（６）前記（５）記載の成分であって、電
極配列９が、流動方向に対して斜めに配列され、側壁１
５，１６からチャネル２に突出し中央通路開口部１９を
形成する電極アーム２２と共に煙突形状に配列される電
極２０，２１を持ち、また直接それに隣接して通路開口
部１９から離れて、平行に走る電極アーム２２，２３を
持ち、第１電極アーム２２は粒子１７を流体流動の中心
の平面に整列するのに役立ち、また第２電極アームは粒
子１７を流体流動の中心線に沿って整列させるのに役立
つことを特徴とするミクロ流体成分。
極配列９が、流動方向に対して斜めに配列され、側壁１
５，１６からチャネル２に突出し中央通路開口部１９を
形成する電極アーム２２と共に煙突形状に配列される電
極２０，２１を持ち、また直接それに隣接して通路開口
部１９から離れて、平行に走る電極アーム２２，２３を
持ち、第１電極アーム２２は粒子１７を流体流動の中心
の平面に整列するのに役立ち、また第２電極アームは粒
子１７を流体流動の中心線に沿って整列させるのに役立
つことを特徴とするミクロ流体成分。
【００１８】（７）前記（６）記載の成分であって、こ
こで第２電極アーム２３が平衡状態にある電極間の空間
内で粒子１７に作用する力を与えるのに十分な長さを持
つことを特徴とするミクロ流体成分。
こで第２電極アーム２３が平衡状態にある電極間の空間
内で粒子１７に作用する力を与えるのに十分な長さを持
つことを特徴とするミクロ流体成分。
【００１９】（８）前記（２）乃至（７）のいずれか１
項記載の成分であって、ここで電極１３，１４′，１
４″の間の距離が粒子径の２乃至４倍であることを特徴
とするミクロ流体成分。
項記載の成分であって、ここで電極１３，１４′，１
４″の間の距離が粒子径の２乃至４倍であることを特徴
とするミクロ流体成分。
【００２０】（９）前記（１）乃至（８）のいずれか１
項記載の成分であって、ここで測定チャネル区域７のチ
ャネル２にある電極装置が、それぞれの区域でインピー
ダンスを測定するための少なくとも２個の探知区域を持
つことを特徴とするミクロ流体成分。
項記載の成分であって、ここで測定チャネル区域７のチ
ャネル２にある電極装置が、それぞれの区域でインピー
ダンスを測定するための少なくとも２個の探知区域を持
つことを特徴とするミクロ流体成分。
【００２１】（１０）前記（１）乃至（９）のいずれか
１項記載の成分であって、ここで測定チャネル区域７の
チャネル２がその間を流動する粒子１７のサイズより僅
かばかり大きい断面を持つことを特徴とするミクロ流体
成分。
１項記載の成分であって、ここで測定チャネル区域７の
チャネル２がその間を流動する粒子１７のサイズより僅
かばかり大きい断面を持つことを特徴とするミクロ流体
成分。
【００２２】（１１）前記（１）乃至（９）のいずれか
１項記載の成分であって、ここで測定チャネル区域７内
でのチャネル２の電極装置が、測定チャネル内での特異
的経路に粒子１７を案内する第１電極配列２６と、それ
ぞれの区域でインピーダンスを測定するために２個の探
知区域２４，２５を産生する第２電極配列とを持ち、一
つの探知区域２４は測定される粒子１７の経路に配列さ
れ、また他の探知区域２５は基準インピーダンスを提供
するために経路の外側に配列されることを特徴とするミ
クロ流体成分。
１項記載の成分であって、ここで測定チャネル区域７内
でのチャネル２の電極装置が、測定チャネル内での特異
的経路に粒子１７を案内する第１電極配列２６と、それ
ぞれの区域でインピーダンスを測定するために２個の探
知区域２４，２５を産生する第２電極配列とを持ち、一
つの探知区域２４は測定される粒子１７の経路に配列さ
れ、また他の探知区域２５は基準インピーダンスを提供
するために経路の外側に配列されることを特徴とするミ
クロ流体成分。
【００２３】（１２）前記（１）乃至（１１）のいずれ
か１項記載の成分であって、ここで選別区域８にある電
極装置が、第１選別電極配列２９および少なくとも第２
選別電極配列３０を持ち、第１選別電極配列２９は粒子
１７の経路３３に配列され、また第２選別電極配列３０
は第１選別電極配列２９により選別された粒子１７を特
異的に前方向に誘導するために、粒子の経路の側面に配
列されることを特徴とするミクロ流体成分。
か１項記載の成分であって、ここで選別区域８にある電
極装置が、第１選別電極配列２９および少なくとも第２
選別電極配列３０を持ち、第１選別電極配列２９は粒子
１７の経路３３に配列され、また第２選別電極配列３０
は第１選別電極配列２９により選別された粒子１７を特
異的に前方向に誘導するために、粒子の経路の側面に配
列されることを特徴とするミクロ流体成分。
【００２４】（１３）前記（１２）記載の成分であっ
て、ここで第２選別電極配列が、誘導方向に対して斜め
に配列され、また粒子１７の経路のための出口開口部を
持つことを特徴とするミクロ流体成分。
て、ここで第２選別電極配列が、誘導方向に対して斜め
に配列され、また粒子１７の経路のための出口開口部を
持つことを特徴とするミクロ流体成分。
【００２５】（１４）前記（１３）記載の成分であっ
て、ここで第２選別電極配列の後、フォーク３２が選別
区域８のチャネル２に配列されることを特徴とするミク
ロ流体成分。
て、ここで第２選別電極配列の後、フォーク３２が選別
区域８のチャネル２に配列されることを特徴とするミク
ロ流体成分。
【００２６】（１５）前記（１２）乃至（１４）のいず
れか１項記載の成分であって、ここで第１選別電極配列
２９の上流での粒子経路の選別区域８で、粒子１７をア
ラインメントするために電極配列２７，２８が配列さ
れ、この配列は、測定チャネル区域７からの測定チャネ
ル２より生じる粒子１７を、流体流動でのもっとも狭く
することの可能な経路に案内され、また第１選別電極配
列２９の電極が、粒子１７の経路で斜めに配列され、か
つ経路の幅にほぼ合致する長さを持つことを特徴とする
ミクロ流体成分。
れか１項記載の成分であって、ここで第１選別電極配列
２９の上流での粒子経路の選別区域８で、粒子１７をア
ラインメントするために電極配列２７，２８が配列さ
れ、この配列は、測定チャネル区域７からの測定チャネ
ル２より生じる粒子１７を、流体流動でのもっとも狭く
することの可能な経路に案内され、また第１選別電極配
列２９の電極が、粒子１７の経路で斜めに配列され、か
つ経路の幅にほぼ合致する長さを持つことを特徴とする
ミクロ流体成分。
【００２７】（１６）ミクロ流体成分により流体流動に
おける粒子を選別するための一つの方法であって、それ
が、 Ａ．誘電泳動により粒子を分離し、次いで粒子を流体流
動の物理的中心に位置決めし、 Ｂ．インピーダンス測定により測定チャネル区域７の狭
い流体流動に分離粒子を導いて特徴付け、 Ｃ．第１粒子経路３３から粒子を有効に選別して誘電泳
動によりステップＢで定義される特徴を基礎にして測定
チャネル区域７で記録された粒子を選別し、選別された
粒子を、第１粒子経路３３にほぼ平行して走る第２粒子
経路３４に向けて特異的に誘導し、 Ｄ．粒子経路３３，３４を分割し、 Ｅ．必要とあれは、ステップＣとＤを繰返す、 ことより成ることを特徴とする流体内の粒子を選別する
方法。
おける粒子を選別するための一つの方法であって、それ
が、 Ａ．誘電泳動により粒子を分離し、次いで粒子を流体流
動の物理的中心に位置決めし、 Ｂ．インピーダンス測定により測定チャネル区域７の狭
い流体流動に分離粒子を導いて特徴付け、 Ｃ．第１粒子経路３３から粒子を有効に選別して誘電泳
動によりステップＢで定義される特徴を基礎にして測定
チャネル区域７で記録された粒子を選別し、選別された
粒子を、第１粒子経路３３にほぼ平行して走る第２粒子
経路３４に向けて特異的に誘導し、 Ｄ．粒子経路３３，３４を分割し、 Ｅ．必要とあれは、ステップＣとＤを繰返す、 ことより成ることを特徴とする流体内の粒子を選別する
方法。
【００２８】（１７）前記（１６）記載の方法であっ
て、ここで粒子１７を特徴付けるために、電場が測定チ
ャネルに生成され、また各場を比較することにより、粒
子の電気特性が決定されることを特徴とする流体内の粒
子を選別する方法。
て、ここで粒子１７を特徴付けるために、電場が測定チ
ャネルに生成され、また各場を比較することにより、粒
子の電気特性が決定されることを特徴とする流体内の粒
子を選別する方法。
【００２９】（１８）前記（１７）記載の方法であっ
て、ここで１ｋＨｚ乃至２００ＭＨｚの周波数を持つ１
個または異なる電圧が電場を生成するために使用される
ことを特徴とする流体内の粒子を選別する方法。
て、ここで１ｋＨｚ乃至２００ＭＨｚの周波数を持つ１
個または異なる電圧が電場を生成するために使用される
ことを特徴とする流体内の粒子を選別する方法。
【００３０】（１９）前記（１７）記載の方法であっ
て、ここで最高最低電圧がせいぜい２ボルトであること
を特徴とする流体内の粒子を選別する方法。
て、ここで最高最低電圧がせいぜい２ボルトであること
を特徴とする流体内の粒子を選別する方法。
【００３１】（２０）前記（１６）乃至（１９）のいず
れか１項記載の方法であって、ここで選別前に、粒子の
速度が光学的または電気的に測定されることを特徴とす
る流体内の粒子を選別する方法。
れか１項記載の方法であって、ここで選別前に、粒子の
速度が光学的または電気的に測定されることを特徴とす
る流体内の粒子を選別する方法。
【００３２】（２１）前記（１６）乃至（２０）のいず
れか１項記載の方法であって、ここで選別前に、粒子が
流体流動の粒子経路に集められることを特徴とする流体
内の粒子を選別する方法。
れか１項記載の方法であって、ここで選別前に、粒子が
流体流動の粒子経路に集められることを特徴とする流体
内の粒子を選別する方法。
【００３３】（２２）前記（２１）記載の方法であっ
て、ここで粒子が、第１電場障壁を設定しまたは除去す
ることにより粒子経路３３から継続して誘導され、また
第１粒子経路３３にほぼ平行する粒子経路３４に更なる
電場障壁３０に沿って誘導され、また流体流動が２個の
粒子経路３３，３４に従って続いて分割されることを特
徴とする流体内の粒子を選別する方法。
て、ここで粒子が、第１電場障壁を設定しまたは除去す
ることにより粒子経路３３から継続して誘導され、また
第１粒子経路３３にほぼ平行する粒子経路３４に更なる
電場障壁３０に沿って誘導され、また流体流動が２個の
粒子経路３３，３４に従って続いて分割されることを特
徴とする流体内の粒子を選別する方法。
【００３４】
【発明の実施の形態】本発明の基本的な考えは、個別粒
子が流体内で誘導される少なくとも１個の伸長チャネル
で、以下で基質と呼ばれる担体物質上で前記粒子がまず
第２測定チャネル区域での測定を続けるために流体流動
での測定区域で調製され、次いで測定チャネル区域を出
た後で、粒子は粒子の記録された特徴に基づいて第３区
域、すなわち選別区域で分離される。この場合、２個の
異なる型以上に分離を行うことはもち論可能である。従
って、チャネルは、特異的に粒子に影響を与え、望まし
くは誘電泳動により粒子を分離する第１電極装置を持つ
調製区域より成る。これに続いて測定チャネル区域があ
り、これは粒子を特徴付ける第２電極装置を持つ。さら
に続いて選別区域があり、これは誘電泳動により測定区
域で同定された粒子を選別するための第３電極を持つ。
もち論、基質上では、更に加えて導線トラックが存在
し、これは電極からあるいは電極へと信号を伝送するた
めに、それぞれの電極に電気的に接続されている。この
目的のために、流体成分は、本発明の目的ではないが、
適切な測定装置および制御装置と接続されねばならな
い。
子が流体内で誘導される少なくとも１個の伸長チャネル
で、以下で基質と呼ばれる担体物質上で前記粒子がまず
第２測定チャネル区域での測定を続けるために流体流動
での測定区域で調製され、次いで測定チャネル区域を出
た後で、粒子は粒子の記録された特徴に基づいて第３区
域、すなわち選別区域で分離される。この場合、２個の
異なる型以上に分離を行うことはもち論可能である。従
って、チャネルは、特異的に粒子に影響を与え、望まし
くは誘電泳動により粒子を分離する第１電極装置を持つ
調製区域より成る。これに続いて測定チャネル区域があ
り、これは粒子を特徴付ける第２電極装置を持つ。さら
に続いて選別区域があり、これは誘電泳動により測定区
域で同定された粒子を選別するための第３電極を持つ。
もち論、基質上では、更に加えて導線トラックが存在
し、これは電極からあるいは電極へと信号を伝送するた
めに、それぞれの電極に電気的に接続されている。この
目的のために、流体成分は、本発明の目的ではないが、
適切な測定装置および制御装置と接続されねばならな
い。
【００３５】この場合、個々の断面は、測定チャネル区
域でのチャネル（測定チャネル）の断面が、調製区域お
よび選別区域での断面よりもかなり小さい形であるよう
に変化している。
域でのチャネル（測定チャネル）の断面が、調製区域お
よび選別区域での断面よりもかなり小さい形であるよう
に変化している。
【００３６】誘電泳動との関連で使用される電極配列
は、いつも一対の同一の電極より成り、これは原則とし
て横方向で、あるいは上面および底面でチャネル壁に嵌
合され、そのため個別電極間の符合する区域において、
電場を構築し、それが粒子に望ましい動きをさせる原因
となる。従って、これからの明細書中で、電極または電
極対は同義語として使用されるであろう。
は、いつも一対の同一の電極より成り、これは原則とし
て横方向で、あるいは上面および底面でチャネル壁に嵌
合され、そのため個別電極間の符合する区域において、
電場を構築し、それが粒子に望ましい動きをさせる原因
となる。従って、これからの明細書中で、電極または電
極対は同義語として使用されるであろう。
【００３７】特徴づけと続く選別をともかく可能にする
ために、調製区域では粒子を分離する必要があり、ここ
では粒子を凝集させてクラスターにすることができ、次
いでそれらを制御したやり方で測定チャネル区域に供給
することが可能である。これはとりわけ対応する電極配
列により行われ、それにより粒子を誘電泳動、およびそ
の結果として粒子に作用する力を利用して分解し、適切
な粒子経路にもたらされる。
ために、調製区域では粒子を分離する必要があり、ここ
では粒子を凝集させてクラスターにすることができ、次
いでそれらを制御したやり方で測定チャネル区域に供給
することが可能である。これはとりわけ対応する電極配
列により行われ、それにより粒子を誘電泳動、およびそ
の結果として粒子に作用する力を利用して分解し、適切
な粒子経路にもたらされる。
【００３８】
【実施例】望ましい実施例において、粒子を分離する電
極装置は電極配列を持ち、この電極配列は、流動方向に
対して斜めに配列されまたほぼ煙突状の配列を持つ第１
電極と、それに続いて流動方向で経路開口部を有する同
じく煙突状配列にある離れて平行する第２電極を含む電
極配列を持つ。この場合、続く平行第２電極は継続して
電位で保持され、そのため流入する粒子は持ち上げられ
粒子が個別に通過するように経路開口部を通過すること
ができる。より大きなクラスターは通過することができ
ない。形状の結果として、経路開口部はチャネル内で狭
いスリットを構成する。経路開口部の上流に位置するク
ラスターを分離するために、第１電極にパルスを与え、
その結果生じる力により逃れようとしまた加工中である
粒子は他の粒子群から離脱する。電極間の距離は、望ま
しくは粒子径の２乃至４倍である。
極装置は電極配列を持ち、この電極配列は、流動方向に
対して斜めに配列されまたほぼ煙突状の配列を持つ第１
電極と、それに続いて流動方向で経路開口部を有する同
じく煙突状配列にある離れて平行する第２電極を含む電
極配列を持つ。この場合、続く平行第２電極は継続して
電位で保持され、そのため流入する粒子は持ち上げられ
粒子が個別に通過するように経路開口部を通過すること
ができる。より大きなクラスターは通過することができ
ない。形状の結果として、経路開口部はチャネル内で狭
いスリットを構成する。経路開口部の上流に位置するク
ラスターを分離するために、第１電極にパルスを与え、
その結果生じる力により逃れようとしまた加工中である
粒子は他の粒子群から離脱する。電極間の距離は、望ま
しくは粒子径の２乃至４倍である。
【００３９】これに続いて、粒子は流体流動でアライメ
ントされ、そのため粒子は定められた粒子経路を検知す
る。更なる望ましい実施例に従って、分離のための第１
電極配列は定められた粒子経路に粒子をアライメントす
る第２電極配列に直接続く。分離電極配列は、望ましく
は更にアライメントのための電極配列と結合され、ここ
で前記の経路開口部を持つ第２平行電極は、経路開口部
（ギャップ）の間隔をあけて平行に延伸する電極アーム
を持つ。従ってこの電極配列は、ギャップ幅のあき空間
に配列された２個の上部電極アームと２個の関連する下
部電極アームとより成り、それぞれの場合、場が関連上
部および下部電極上に構築される。４個の電極アームを
配列する結果として、粒子は丁度中心部で平衡状態を見
つけ出すように企てる。この場合には、溶液の流速に関
連して、平衡状態に到達できるように十分に長い電極ア
ームの長さが必要となる。経路開口部の幅と電極アーム
のあき空間は、粒子よりもいくらか大きい。
ントされ、そのため粒子は定められた粒子経路を検知す
る。更なる望ましい実施例に従って、分離のための第１
電極配列は定められた粒子経路に粒子をアライメントす
る第２電極配列に直接続く。分離電極配列は、望ましく
は更にアライメントのための電極配列と結合され、ここ
で前記の経路開口部を持つ第２平行電極は、経路開口部
（ギャップ）の間隔をあけて平行に延伸する電極アーム
を持つ。従ってこの電極配列は、ギャップ幅のあき空間
に配列された２個の上部電極アームと２個の関連する下
部電極アームとより成り、それぞれの場合、場が関連上
部および下部電極上に構築される。４個の電極アームを
配列する結果として、粒子は丁度中心部で平衡状態を見
つけ出すように企てる。この場合には、溶液の流速に関
連して、平衡状態に到達できるように十分に長い電極ア
ームの長さが必要となる。経路開口部の幅と電極アーム
のあき空間は、粒子よりもいくらか大きい。
【００４０】このように調製されたこれらの粒子は、次
いで測定チャネル区域に入り、それは流入する粒子より
もほんの僅かばかり大きい断面を持つ。その典型的なチ
ャネルサイズは５乃至１０μｍであることができる。粒
子、とりわけ例えば個別細胞の粒子の経路は、電気イン
ピーダンスの変化により記録されまた同定され、これは
細胞の場合には、細胞サイズで、細胞膜および細胞質と
の関係を持つ。電極の測定と配列については、前記ガワ
ード他による文献を参照されたい。
いで測定チャネル区域に入り、それは流入する粒子より
もほんの僅かばかり大きい断面を持つ。その典型的なチ
ャネルサイズは５乃至１０μｍであることができる。粒
子、とりわけ例えば個別細胞の粒子の経路は、電気イン
ピーダンスの変化により記録されまた同定され、これは
細胞の場合には、細胞サイズで、細胞膜および細胞質と
の関係を持つ。電極の測定と配列については、前記ガワ
ード他による文献を参照されたい。
【００４１】もひとつの望ましい実施例に従って、幅広
い測定チャネルが使用され、これは遮断のリスクが減少
するという利点を持つ。この幅広の測定チャネルで、個
別粒子は誘電泳動によりチャネルの一側面の特異的経路
に偏向され、次いで２個の電極間の測定場を通過し、基
準場は粒子が全然移動しない区域に配列される。
い測定チャネルが使用され、これは遮断のリスクが減少
するという利点を持つ。この幅広の測定チャネルで、個
別粒子は誘電泳動によりチャネルの一側面の特異的経路
に偏向され、次いで２個の電極間の測定場を通過し、基
準場は粒子が全然移動しない区域に配列される。
【００４２】チャネルの大きさは、測定される典型的な
粒子サイズの大きさの桁、または前記の大きさの桁にあ
る。電極は同一チャネル内の少なくとも２個の検出区域
を提供するために、各種の方法で側壁に配列することが
できる。電極はチャネルの一側面に次々に配列すること
ができ、上側だけに、または上と下にあるいは横方向に
チャネルを取り囲む。もし電極がチャネルの一側面にの
み次々に配列されるならば、測定期間中に粒子位置に大
きく影響する。もし粒子の位置が正確に測定されるべき
であるとすれば、分枝上部または下部電極対の間の微分
測定により測定を行うことは適切である。これは粒子の
垂直アライメントに依存して、上部および下部電極は多
少とも影響を受けるという効果を持つ。同じように、こ
れは側壁でも実行することができる。
粒子サイズの大きさの桁、または前記の大きさの桁にあ
る。電極は同一チャネル内の少なくとも２個の検出区域
を提供するために、各種の方法で側壁に配列することが
できる。電極はチャネルの一側面に次々に配列すること
ができ、上側だけに、または上と下にあるいは横方向に
チャネルを取り囲む。もし電極がチャネルの一側面にの
み次々に配列されるならば、測定期間中に粒子位置に大
きく影響する。もし粒子の位置が正確に測定されるべき
であるとすれば、分枝上部または下部電極対の間の微分
測定により測定を行うことは適切である。これは粒子の
垂直アライメントに依存して、上部および下部電極は多
少とも影響を受けるという効果を持つ。同じように、こ
れは側壁でも実行することができる。
【００４３】個別粒子が測定チャネル区域を通過した後
に、粒子はより大きな断面を持つ選別電極区域に入る。
望ましい実施例に従って適切な選別が可能であるために
は、粒子を流体流動でもっとも狭い通路に誘導するため
に、選別電極配列の上流で粒子をアライメントするため
の電極配列が存在する。これは高速で正確な選別を可能
にするが、その理由は対応する電極が小さな電極長を持
つことができ、従って粒子経路から誘導される選別粒子
の経路が電極に沿って小さく、従って新しい選別をその
後比較的速やかに行えるためである。
に、粒子はより大きな断面を持つ選別電極区域に入る。
望ましい実施例に従って適切な選別が可能であるために
は、粒子を流体流動でもっとも狭い通路に誘導するため
に、選別電極配列の上流で粒子をアライメントするため
の電極配列が存在する。これは高速で正確な選別を可能
にするが、その理由は対応する電極が小さな電極長を持
つことができ、従って粒子経路から誘導される選別粒子
の経路が電極に沿って小さく、従って新しい選別をその
後比較的速やかに行えるためである。
【００４４】本発明のとりわけ望ましい実施例に従っ
て、選別区域での電極装置は第１選別電極配列と少なく
とも第２選別電極配列を持ち、第１選別電極配列は粒子
の経路に配列され、また第２選別電極配列は、第１選別
電極配列で選別された粒子を特異的に誘導するために、
粒子の経路の側方で配列される。第２選別電極配列は、
望ましくは粒子を通過させる出力を持ち、そのため選別
された粒子は、第１粒子経路にほぼ平行した第２経路に
移動する。これに続き、チャネルにフォークが配列さ
れ、これは粒子経路に基づく流体流動を分割する。従っ
て基質は、１個の入口と少なくとも２個の出口を持つ。
出口は次いで適切な保持コンテナーまたは類似のものに
送られる。
て、選別区域での電極装置は第１選別電極配列と少なく
とも第２選別電極配列を持ち、第１選別電極配列は粒子
の経路に配列され、また第２選別電極配列は、第１選別
電極配列で選別された粒子を特異的に誘導するために、
粒子の経路の側方で配列される。第２選別電極配列は、
望ましくは粒子を通過させる出力を持ち、そのため選別
された粒子は、第１粒子経路にほぼ平行した第２経路に
移動する。これに続き、チャネルにフォークが配列さ
れ、これは粒子経路に基づく流体流動を分割する。従っ
て基質は、１個の入口と少なくとも２個の出口を持つ。
出口は次いで適切な保持コンテナーまたは類似のものに
送られる。
【００４５】光学的方法による観察と検出を可能にする
ために、基質を透明にすることも適切である。
ために、基質を透明にすることも適切である。
【００４６】従って本発明に基づく基質は、できる限り
小さな空間で通過する大量の粒子から秒当り１００個ま
たはそれ以上の桁で個別粒子を決定することを可能にす
る。本発明は、粒子の位置決め、インピーダンスの測
定、測定チャネルに流入する粒子の速度と位置、および
選別区域での流動切換配列を可能にし、この流動切換え
配列は、測定区域での前もって定義された基準に従っ
て、２個またはそれ以上のサブチャネルへの誘導を容易
にする。このようなマイクロ工学的に産出された成分
は、細胞を計数し、それを識別し、その型、サイズ、細
胞膜特性、特異的な膜受容体の存在およびまたは活性に
従ってそれらを選別するために使用することができる。
小さな空間で通過する大量の粒子から秒当り１００個ま
たはそれ以上の桁で個別粒子を決定することを可能にす
る。本発明は、粒子の位置決め、インピーダンスの測
定、測定チャネルに流入する粒子の速度と位置、および
選別区域での流動切換配列を可能にし、この流動切換え
配列は、測定区域での前もって定義された基準に従っ
て、２個またはそれ以上のサブチャネルへの誘導を容易
にする。このようなマイクロ工学的に産出された成分
は、細胞を計数し、それを識別し、その型、サイズ、細
胞膜特性、特異的な膜受容体の存在およびまたは活性に
従ってそれらを選別するために使用することができる。
【００４７】流体流動内で粒子をミクロ流体成分により
選別する方法に従って、下記のステップが実施される。
選別する方法に従って、下記のステップが実施される。
【００４８】Ａ．誘電泳動により粒子を分離し、続いて
粒子を流体流動の物理的中心に配置し、 Ｂ．インピーダンス測定により測定チャネル区域での小
幅の流体流動での分離粒子を特徴付け、 Ｃ．粒子経路から粒子を活発に選別し誘電泳動によりＢ
で定義された特性を基礎にして測定チャネル区域で記録
された粒子を選別し、また選別された粒子を、第１粒子
経路とほぼ平行に走る第２粒子経路に特異的に誘導し、 Ｄ．粒子経路に対応する流体流動を分割し、また Ｅ．もし必要とあればステップＣとＤを繰返す 更に再分割および選別が行われるべきであるような場合
には、ステップＣとＤが適切な回数繰返される。
粒子を流体流動の物理的中心に配置し、 Ｂ．インピーダンス測定により測定チャネル区域での小
幅の流体流動での分離粒子を特徴付け、 Ｃ．粒子経路から粒子を活発に選別し誘電泳動によりＢ
で定義された特性を基礎にして測定チャネル区域で記録
された粒子を選別し、また選別された粒子を、第１粒子
経路とほぼ平行に走る第２粒子経路に特異的に誘導し、 Ｄ．粒子経路に対応する流体流動を分割し、また Ｅ．もし必要とあればステップＣとＤを繰返す 更に再分割および選別が行われるべきであるような場合
には、ステップＣとＤが適切な回数繰返される。
【００４９】電場を生成するためには、望ましくは１ｋ
Ｈｚ乃至２００ＭＨｚの周波数で、適切にはせいぜい２
Ｖの最高最低電圧での１個または異なる電圧が使用され
る。
Ｈｚ乃至２００ＭＨｚの周波数で、適切にはせいぜい２
Ｖの最高最低電圧での１個または異なる電圧が使用され
る。
【００５０】選別の前には、粒子の速度は光学的にまた
は電気的に有利に測定される。
は電気的に有利に測定される。
【００５１】原則としては、成分上に配列および組込ま
れた装置により、または場産出のための外部装置でこの
方法を実行することは可能である。
れた装置により、または場産出のための外部装置でこの
方法を実行することは可能である。
【００５２】本発明を更に詳細に説明するために、本発
明は例となる実施例を添付する図面と併用して以下で詳
細に説明されるであろう。
明は例となる実施例を添付する図面と併用して以下で詳
細に説明されるであろう。
【００５３】図１の略図は、ミクロ流体成分１の平面図
を示し、ここで伸長チャネル２が示され、これは左側面
に入口開口部３を、また右側面に出口開口部４および５
を持っている。もち論対応する成分１は、必要とあれば
複数の出口開口部または入口開口部を持つこともでき
る。入口開口部は、液体または多分気体でもよい流体を
供給するための適切な装置と接続されている。従って出
口開口部４および５は、同じように選別された粒子に適
合する適切な装置と接続されている。以下の説明書で
は、例となる実施例と関連して、液体が流体であると仮
定され、それは各種の型の粒子、例えば生物細胞を輸送
する。
を示し、ここで伸長チャネル２が示され、これは左側面
に入口開口部３を、また右側面に出口開口部４および５
を持っている。もち論対応する成分１は、必要とあれば
複数の出口開口部または入口開口部を持つこともでき
る。入口開口部は、液体または多分気体でもよい流体を
供給するための適切な装置と接続されている。従って出
口開口部４および５は、同じように選別された粒子に適
合する適切な装置と接続されている。以下の説明書で
は、例となる実施例と関連して、液体が流体であると仮
定され、それは各種の型の粒子、例えば生物細胞を輸送
する。
【００５４】チャネル２は調製区域６、測定チャネル区
域７、および選別区域８に分かれる。個別区域の断面は
異なっており、とりわけ測定チャネル区域７は他の二つ
の区域６および８よりもかなり狭い。個別区域６乃至８
では電極配列９乃至１１が略図で示され、これは関連す
る導線トラック１２を経由して、図示されてはいないが
外部の制御および測定装置に接続することができる。電
極配列を具えた個別区域は、図と関連して以下の明細書
で更に詳細に説明される。
域７、および選別区域８に分かれる。個別区域の断面は
異なっており、とりわけ測定チャネル区域７は他の二つ
の区域６および８よりもかなり狭い。個別区域６乃至８
では電極配列９乃至１１が略図で示され、これは関連す
る導線トラック１２を経由して、図示されてはいないが
外部の制御および測定装置に接続することができる。電
極配列を具えた個別区域は、図と関連して以下の明細書
で更に詳細に説明される。
【００５５】このような成分の産出は例えば以下のよう
にして行われる。すなわち、例えば、ガラス基質上でま
ず第一に、電極の位置を決定するために、リフトオフレ
ジスト（耐食膜）が写真平板で適用される。例えばチタ
ンなどの接着層の適用に続き、電極材料として例えばプ
ラチナなどの貴金属および電極の接続のために例えば銅
などの導線材料が蒸着される。リフトオフレジストの除
去に続き、ポリイミドがチャネル壁をして写真平板で適
用される。基質は次いで同質の基質と一緒にされ、封入
されたチャネルと電極を持つサンドイッチ構造を形成さ
れる。この場合ポリイミド層は１乃至２０μｍである。
にして行われる。すなわち、例えば、ガラス基質上でま
ず第一に、電極の位置を決定するために、リフトオフレ
ジスト（耐食膜）が写真平板で適用される。例えばチタ
ンなどの接着層の適用に続き、電極材料として例えばプ
ラチナなどの貴金属および電極の接続のために例えば銅
などの導線材料が蒸着される。リフトオフレジストの除
去に続き、ポリイミドがチャネル壁をして写真平板で適
用される。基質は次いで同質の基質と一緒にされ、封入
されたチャネルと電極を持つサンドイッチ構造を形成さ
れる。この場合ポリイミド層は１乃至２０μｍである。
【００５６】異なる材料、例えばプラスチックを基質材
料として使用し、またレプリカ作成法を使用することも
可能である。
料として使用し、またレプリカ作成法を使用することも
可能である。
【００５７】図２は、粒子を分離する各種の方法を示
す。図２ａは、第１分離電極１３と第２分離電極１４′
および１４″を持つ電極配列の平面図を示す。２個の分
離電極は、側壁１５，１６に対して斜めに配列され、そ
の結果煙突様形状を持ち、それはこのチャネル区域に移
動する粒子１７または粒子クラスター１８が場の力を基
礎にして移動する作用を有する。
す。図２ａは、第１分離電極１３と第２分離電極１４′
および１４″を持つ電極配列の平面図を示す。２個の分
離電極は、側壁１５，１６に対して斜めに配列され、そ
の結果煙突様形状を持ち、それはこのチャネル区域に移
動する粒子１７または粒子クラスター１８が場の力を基
礎にして移動する作用を有する。
【００５８】続く図面の各平面図では、一般に上部電極
のみが示される。前にも述べた通り、誘電泳動を基礎に
して粒子に影響を与えるために、対応する下部電極があ
ることは明らかであり、これは上部電極と相互作用し、
従って対応する電場を構築し、これが粒子に影響を与え
る作用を有する。
のみが示される。前にも述べた通り、誘電泳動を基礎に
して粒子に影響を与えるために、対応する下部電極があ
ることは明らかであり、これは上部電極と相互作用し、
従って対応する電場を構築し、これが粒子に影響を与え
る作用を有する。
【００５９】分離電極１３は、先端に向けて先細になる
斜めの電極部分を持つように構築される。電極１４′，
１４″は、第１分離電極１３にほぼ平行して側壁１５，
１６に対して斜めに配列される。分離電極１３と異な
り、それらは末端でお互いに接触することなく、粒子１
７の通路として開口部１９を残す。開口部１９は平均粒
子径とほぼ一致するかもしくは少しばかり大きい。分離
電極１４′，１４″は永続的に接続され、従って障壁を
構成し、粒子クラスター１８を保持する。電極１３はパ
ルスされ、そのためクラスターを砕く。これは図２ｂに
基づく側面図で例として示される。粒子１７が粒子クラ
スター１８から分離されるとすぐに、それらは開口部１
９を通過できる。
斜めの電極部分を持つように構築される。電極１４′，
１４″は、第１分離電極１３にほぼ平行して側壁１５，
１６に対して斜めに配列される。分離電極１３と異な
り、それらは末端でお互いに接触することなく、粒子１
７の通路として開口部１９を残す。開口部１９は平均粒
子径とほぼ一致するかもしくは少しばかり大きい。分離
電極１４′，１４″は永続的に接続され、従って障壁を
構成し、粒子クラスター１８を保持する。電極１３はパ
ルスされ、そのためクラスターを砕く。これは図２ｂに
基づく側面図で例として示される。粒子１７が粒子クラ
スター１８から分離されるとすぐに、それらは開口部１
９を通過できる。
【００６０】図２ｃは相互に配列された複数の分離電極
１３と１４の異なる構成を持つも一つの変形を示す。す
べての実施例で、分離電極１３と分離電極１４との間の
距離は、それが粒子径よりは大きく、しかし予期された
粒子クラスターサイズよりは小さいものであるように選
択される。
１３と１４の異なる構成を持つも一つの変形を示す。す
べての実施例で、分離電極１３と分離電極１４との間の
距離は、それが粒子径よりは大きく、しかし予期された
粒子クラスターサイズよりは小さいものであるように選
択される。
【００６１】チャネル２での望ましい位置で経路の粒子
１７の次のアライメントに対して、図３ａに基づく電極
配列を使用することができる。この図は、煙突状に位置
する電極２０と２１の平面図を示し、そのそれぞれが側
壁１５と１６に対して斜めに走る電極アーム２２と平行
の電極アーム２３とを持つ。これらすべての電極はスイ
ッチが入れられ、位置決め電極アーム２２は、チャネル
内で移動する粒子１７が中心に向けて横方向に移動する
作用を持つ。位置決め電極アーム２３は、図３ｂで示さ
れるように、粒子の垂直方向位置決めに作用する。前に
述べたように、その反対側にチャネルの下部に対応する
電極がある平行位置決め電極アーム２３の長さは十分に
長く、平衡状態を見出するように垂直方向の力が粒子に
作用できるようにし、そのため粒子１７の出口経路の高
さが一定であり、またこの場合チャネルの中心に集ま
る、ということはここで重要である。下部電極の結果と
して、全体として４個の電極があり、粒子１７に対する
力が対称電極設計の場合に高くなるために、前記電極は
中心部に集中する傾向がある。電極の間隔あけは、従っ
て粒子が両方の電場（電極アーム２２からの場と電極ア
ーム２３からの場）に影響を受けるように選択されねば
ならない。位置決め電極アーム２２と２３の間のあき間
隔は、粒子径よりも僅かばかり大きい。
１７の次のアライメントに対して、図３ａに基づく電極
配列を使用することができる。この図は、煙突状に位置
する電極２０と２１の平面図を示し、そのそれぞれが側
壁１５と１６に対して斜めに走る電極アーム２２と平行
の電極アーム２３とを持つ。これらすべての電極はスイ
ッチが入れられ、位置決め電極アーム２２は、チャネル
内で移動する粒子１７が中心に向けて横方向に移動する
作用を持つ。位置決め電極アーム２３は、図３ｂで示さ
れるように、粒子の垂直方向位置決めに作用する。前に
述べたように、その反対側にチャネルの下部に対応する
電極がある平行位置決め電極アーム２３の長さは十分に
長く、平衡状態を見出するように垂直方向の力が粒子に
作用できるようにし、そのため粒子１７の出口経路の高
さが一定であり、またこの場合チャネルの中心に集ま
る、ということはここで重要である。下部電極の結果と
して、全体として４個の電極があり、粒子１７に対する
力が対称電極設計の場合に高くなるために、前記電極は
中心部に集中する傾向がある。電極の間隔あけは、従っ
て粒子が両方の電場（電極アーム２２からの場と電極ア
ーム２３からの場）に影響を受けるように選択されねば
ならない。位置決め電極アーム２２と２３の間のあき間
隔は、粒子径よりも僅かばかり大きい。
【００６２】図４は、図３ａと図２ａに基づく電極の組
合せからの電極配列を示し、本例の実施例でのパルスさ
れた分離電極１３は、先端部に向けて先細になるように
構成される。斜めの電極部品のあき間隔は、粒子径の２
乃至４倍である。
合せからの電極配列を示し、本例の実施例でのパルスさ
れた分離電極１３は、先端部に向けて先細になるように
構成される。斜めの電極部品のあき間隔は、粒子径の２
乃至４倍である。
【００６３】図５は、適切な電極配列１０を持つ測定チ
ャネル区域７でのチャネル２の例による実施例を示す。
この実施例での電極配列１０は、既知の方法で、２個の
間隔をあけた電極対２４と２５より成り、この電極対２
４，２５はそれらの間に電場を構成するのに使用され
る。液体と粒子は、測定チャネル区域７のチャネル２を
通じて流動する。多くの場合、液体は、粒子とは異なる
インピーダンスの電解質を含む。電極対２４と２５は、
ここで図示されてはいないが一つの電気システムに接続
され、それは個別電極を交差する電圧を測定しました測
量電極対２４，２５で形成される区域に通じる電流を測
定する。粒子が第１測定電極対２４を通過する毎に、前
記の電気パラメーターは変化する。測定電極対２５の区
域は変化せず、基準として役立つ。その行動は、粒子１
７が第２電極対２５を通過する時に、適切に逆転され
る。
ャネル区域７でのチャネル２の例による実施例を示す。
この実施例での電極配列１０は、既知の方法で、２個の
間隔をあけた電極対２４と２５より成り、この電極対２
４，２５はそれらの間に電場を構成するのに使用され
る。液体と粒子は、測定チャネル区域７のチャネル２を
通じて流動する。多くの場合、液体は、粒子とは異なる
インピーダンスの電解質を含む。電極対２４と２５は、
ここで図示されてはいないが一つの電気システムに接続
され、それは個別電極を交差する電圧を測定しました測
量電極対２４，２５で形成される区域に通じる電流を測
定する。粒子が第１測定電極対２４を通過する毎に、前
記の電気パラメーターは変化する。測定電極対２５の区
域は変化せず、基準として役立つ。その行動は、粒子１
７が第２電極対２５を通過する時に、適切に逆転され
る。
【００６４】電気パラメーターの変化は、複数の交流周
波数と同時に測定され、それはパラメーターのよりよい
分化とより正確な測定を可能にする。測定されたパラメ
ーターは、以下の選別を実行するためにここで図示され
てはいないが、一つの制御および測定装置により使用さ
れる。
波数と同時に測定され、それはパラメーターのよりよい
分化とより正確な測定を可能にする。測定されたパラメ
ーターは、以下の選別を実行するためにここで図示され
てはいないが、一つの制御および測定装置により使用さ
れる。
【００６５】図５ｂは、測定チャネル区域７のより広い
チャネル２と、測定電極対２４に誘導する特異的な粒子
経路に流入粒子を偏向させる一対の偏向電極とを持つ異
なる構成を示す。測定電極対２５は、粒子１７が存在し
ないチャネルの区域に配列される。従って測定電極対２
５は、絶えず基準として役に立つ。この構成は、遮断の
リスクがより大きなチャネル幅により減少するという利
点を持つ。しかし拡張されたチャネル幅にも拘らず、測
定は電極の対応する小さな構成のものにより実行するこ
とができる。従って電場は、粒子サイズに関連して集中
され、すなわち場の大きな粒子の影響は、より小さい粒
子の影響よりも大きくなる。従って粒子が場で可能な限
りもっとも大きな区域にわたる場合には、測定はより正
確なものとなる。関連する測定電子工学技術は、（この
点について）何のも示しておらず、またここで説明され
たものを更に説明してはいない（この点に関しては、
Ｓ.ガワードによる前記の論文を参照されたい）。
チャネル２と、測定電極対２４に誘導する特異的な粒子
経路に流入粒子を偏向させる一対の偏向電極とを持つ異
なる構成を示す。測定電極対２５は、粒子１７が存在し
ないチャネルの区域に配列される。従って測定電極対２
５は、絶えず基準として役に立つ。この構成は、遮断の
リスクがより大きなチャネル幅により減少するという利
点を持つ。しかし拡張されたチャネル幅にも拘らず、測
定は電極の対応する小さな構成のものにより実行するこ
とができる。従って電場は、粒子サイズに関連して集中
され、すなわち場の大きな粒子の影響は、より小さい粒
子の影響よりも大きくなる。従って粒子が場で可能な限
りもっとも大きな区域にわたる場合には、測定はより正
確なものとなる。関連する測定電子工学技術は、（この
点について）何のも示しておらず、またここで説明され
たものを更に説明してはいない（この点に関しては、
Ｓ.ガワードによる前記の論文を参照されたい）。
【００６６】図６は、選別区域８における各種の電極配
列１１を示す。この電極配列は、粒子の敏速な選別を可
能にする。図６ａは、２個のアライメント電極２７，２
８を示し、これは例としての実施例で測定チャネルから
流入する粒子１７を、チャネル２の１個の側壁１５近く
にある区域にもたらす。両アライメント電極はスイッチ
を入れられる。電極２９は、実際の選別電極であり、そ
れはアライメント電極２７と２８により前もって決定さ
れた経路に留まるべきかどうかに依存してスイッチを切
られ、または粒子１７が偏向されるべきならば、それは
スイッチを入れられる。偏向電極３０は偏向粒子を遠く
に運び開口部３１により粒子を出現させることを可能に
し、そのため図１に基づく２個の出口部４および５の方
向で、粒子の分割が次のフォーク３２により可能とな
る。図６ｂは、アライメント電極２７と２８のも一つの
代替配列を示し、電極２７は続く選別電極２９よりも短
く設計されており、またそれは粒子１７を側壁１５から
遠くにまで運ぶのに役立つ。偏向電極３０は、産出結果
に影響を与えることなく、ここで一つの例としてここで
異なる幾何学的配列を示している。図６ａと６ｂでは、
偏向電極の場合に、両電極、すなわち上部および下部電
極は平行に図示されており、これは下部および上部偏向
電極が平行で示される区域においてのみ、粒子１７の望
ましい誘導が生じるという事実を示すためである。残る
区域では、通路の開口部３１が産出される。
列１１を示す。この電極配列は、粒子の敏速な選別を可
能にする。図６ａは、２個のアライメント電極２７，２
８を示し、これは例としての実施例で測定チャネルから
流入する粒子１７を、チャネル２の１個の側壁１５近く
にある区域にもたらす。両アライメント電極はスイッチ
を入れられる。電極２９は、実際の選別電極であり、そ
れはアライメント電極２７と２８により前もって決定さ
れた経路に留まるべきかどうかに依存してスイッチを切
られ、または粒子１７が偏向されるべきならば、それは
スイッチを入れられる。偏向電極３０は偏向粒子を遠く
に運び開口部３１により粒子を出現させることを可能に
し、そのため図１に基づく２個の出口部４および５の方
向で、粒子の分割が次のフォーク３２により可能とな
る。図６ｂは、アライメント電極２７と２８のも一つの
代替配列を示し、電極２７は続く選別電極２９よりも短
く設計されており、またそれは粒子１７を側壁１５から
遠くにまで運ぶのに役立つ。偏向電極３０は、産出結果
に影響を与えることなく、ここで一つの例としてここで
異なる幾何学的配列を示している。図６ａと６ｂでは、
偏向電極の場合に、両電極、すなわち上部および下部電
極は平行に図示されており、これは下部および上部偏向
電極が平行で示される区域においてのみ、粒子１７の望
ましい誘導が生じるという事実を示すためである。残る
区域では、通路の開口部３１が産出される。
【００６７】図６ｃは、偏向電極対３０の更なる可能な
構成を示す。
構成を示す。
【００６８】選別操作は、図６ｄを用いることによりよ
り詳細に説明されるであろう。これは粒子１７の２個の
可能な経路を示している。前にも述べたように、アライ
メント電極２７，２８と偏向電極３０は絶えずスイッチ
が入れられている。選別電極対２９は、粒子１９が選別
される時にスイッチを入れて始動される。これは、粒子
が固有に提供される粒子経路３３から偏向され、流体流
動により粒子経路３４に沿って移動する効果を持つ。偏
向電極３０は、同じ部分で重なり合うことはなく、その
ため結果として、これらは粒子のための開口部３１を形
成し、これは次いで粒子経路３３にほぼ平行な経路に進
むことができる。敏速な選別を達成するために、選別電
極２９の長さができるだけ短く、しかしそれにスイッチ
が入れられた時に、粒子１７が電極３０に向かう経路を
続け、次の粒子のため選別電極対２９のスイッチを切る
行為をできるだけ早く実施できるようにする時には、そ
の電極２９の長さは十分に長くなければならない、とい
うことが重要である。偏向電極３０は、選別電極２９で
選別されない粒子が、偏向電極３０によりあまりにも大
きく影響されないでこれらの経路を継続できるように配
列される。
り詳細に説明されるであろう。これは粒子１７の２個の
可能な経路を示している。前にも述べたように、アライ
メント電極２７，２８と偏向電極３０は絶えずスイッチ
が入れられている。選別電極対２９は、粒子１９が選別
される時にスイッチを入れて始動される。これは、粒子
が固有に提供される粒子経路３３から偏向され、流体流
動により粒子経路３４に沿って移動する効果を持つ。偏
向電極３０は、同じ部分で重なり合うことはなく、その
ため結果として、これらは粒子のための開口部３１を形
成し、これは次いで粒子経路３３にほぼ平行な経路に進
むことができる。敏速な選別を達成するために、選別電
極２９の長さができるだけ短く、しかしそれにスイッチ
が入れられた時に、粒子１７が電極３０に向かう経路を
続け、次の粒子のため選別電極対２９のスイッチを切る
行為をできるだけ早く実施できるようにする時には、そ
の電極２９の長さは十分に長くなければならない、とい
うことが重要である。偏向電極３０は、選別電極２９で
選別されない粒子が、偏向電極３０によりあまりにも大
きく影響されないでこれらの経路を継続できるように配
列される。
【００６９】誘電泳動により制御されるプロセスに関し
て、１０ボルトの領域での電圧と１００ｋＨｚ乃至１０
ＭＨｚの周波数が液体と粒子に依存して使用される。測
定チャネルでの測定に関しては電圧は２ボルト以下であ
り、周波数は１０ｋＨｚ乃至２００ＭＫｚである。
て、１０ボルトの領域での電圧と１００ｋＨｚ乃至１０
ＭＨｚの周波数が液体と粒子に依存して使用される。測
定チャネルでの測定に関しては電圧は２ボルト以下であ
り、周波数は１０ｋＨｚ乃至２００ＭＫｚである。
【００７０】
【発明の効果】以上記載したミクロ流体成分を利用する
ことにより、結合された敏速で費用効率の高いオンチッ
プ検出および続く分割が容易に可能となる。
ことにより、結合された敏速で費用効率の高いオンチッ
プ検出および続く分割が容易に可能となる。
【図１】 ミクロ流体成分について個別区域のチャネル
を概略表示する平面図。
を概略表示する平面図。
【図２】 分離粒子の配列の各種実施例を示す図。第１
配列の平面図（図２ａ）、チャネルの中心部の対応する
断面図（図２ｂ）、および分離のためのも一つの電極配
列の平面図（図２ｃ）。
配列の平面図（図２ａ）、チャネルの中心部の対応する
断面図（図２ｂ）、および分離のためのも一つの電極配
列の平面図（図２ｃ）。
【図３】 流体流動で粒子の位置付けのための電極配列
を示す図。平面図（図３ａ）および横方向断面図（図３
ｂ）。
を示す図。平面図（図３ａ）および横方向断面図（図３
ｂ）。
【図４】 平面図で図２ａおよび図３ａに基づく電極配
列の組合せを示す図。
列の組合せを示す図。
【図５】 測定チャネル区域のための２個の異なる電極
配列を示す図。細幅測定チャネル（図５ａ）および広幅
チャネル（図５ｂ）。
配列を示す図。細幅測定チャネル（図５ａ）および広幅
チャネル（図５ｂ）。
【図６】 アライメントと選別区域での選別のための２
個の各種の異なる電極配列を示す図。第１幾何学的配列
を持つもの（図６ａ）、第２幾何学的配列を持つもの
（図６ｂ）、選別された粒子を遠く離れて運ぶ電極のみ
の第３幾何学的配列（図６ｃ）、粒子の経路を持ち拡大
された現場での図６ａに基づく配列（図６ｄ）。 １ ミクロ流体成分 ２ チャネル ３ 入口開口部 ４ 出口開口部 ５ 出口開口部 ６ 調製区域 ７ 測定チャネル区域 ８ 選別区域 ９ 電極配列 １０ 電極配列 １１ 電極配列 １２ 導線トラック １３ 電極、分離電極 １４′電極、分離電極 １４″電極、分離電極 １５ 側壁 １６ 側壁 １７ 粒子 １８ 粒子クラスター １９ 通路開口部 ２０ 電極 ２１ 電極 ２２ 第１電極アーム ２３ 第２電極アーム ２４ 探知区域、測定電極対 ２５ 探知区域、測定電極対 ２６ 第１電極配列、偏向電極 ２７ 電極配列、アライメント電極 ２８ 電極配列、アライメント電極 ２９ 第１選別電極配列 ３０ 第２選別電極配列、偏向電極 ３１ 開口部 ３２ フォーク ３３ 経路、第１粒子経路 ３４ 経路、第２粒子経路
個の各種の異なる電極配列を示す図。第１幾何学的配列
を持つもの（図６ａ）、第２幾何学的配列を持つもの
（図６ｂ）、選別された粒子を遠く離れて運ぶ電極のみ
の第３幾何学的配列（図６ｃ）、粒子の経路を持ち拡大
された現場での図６ａに基づく配列（図６ｄ）。 １ ミクロ流体成分 ２ チャネル ３ 入口開口部 ４ 出口開口部 ５ 出口開口部 ６ 調製区域 ７ 測定チャネル区域 ８ 選別区域 ９ 電極配列 １０ 電極配列 １１ 電極配列 １２ 導線トラック １３ 電極、分離電極 １４′電極、分離電極 １４″電極、分離電極 １５ 側壁 １６ 側壁 １７ 粒子 １８ 粒子クラスター １９ 通路開口部 ２０ 電極 ２１ 電極 ２２ 第１電極アーム ２３ 第２電極アーム ２４ 探知区域、測定電極対 ２５ 探知区域、測定電極対 ２６ 第１電極配列、偏向電極 ２７ 電極配列、アライメント電極 ２８ 電極配列、アライメント電極 ２９ 第１選別電極配列 ３０ 第２選別電極配列、偏向電極 ３１ 開口部 ３２ フォーク ３３ 経路、第１粒子経路 ３４ 経路、第２粒子経路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｎ 27/02 Ｇ０１Ｎ 37/00 １０１
37/00 １０１ Ｃ１２Ｍ 1/00 Ａ
// Ｃ１２Ｍ 1/00 Ｇ０１Ｎ 27/26 ３３１Ｚ
(72)発明者 フィリップ ルノー
スイス，ツェーハー−1028 プレヴェラン
ジュ，セアシュ．ヌフ 11ベ
Ｆターム(参考） 2G060 AA06 AD06 AE40 AF06 AG04
AG11 GA01 HA03 HC07 HC10
KA09
4B029 AA07 AA27 BB11 CC01 FA04
FA10 FA15
4D054 FB02 FB09 FB20
Claims (22)
- 【請求項１】 一つの基質より成るミクロ流体成分であ
って、 流体に個別粒子１７を通す少なくとも１個のチャネル２
と、粒子１７に特異的に影響し、かつそれを分離するた
めの調製区域６と、 粒子１７を特徴付ける電極装置を持つ測定チャネル区域
と、 誘電泳動により測定チャネル区域７で同定される粒子１
７を選別する電極装置を持つ選別区域８と、 電極への信号と電極からの信号を伝送するために、個別
区域６−８において、電極１３，１４′，１４″，２０
−３０に電気的に接続される導線トラックを持つ基質よ
り成ることを特徴とするミクロ流体成分。 - 【請求項２】 請求項１記載の成分であって、ここで測
定チャネル区域７でのチャネル２の断面が、調製区域６
および選別区域８の断面よりもかなり小さいことを特徴
とするミクロ流体成分。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の成分であって、
ここで粒子１７が、電極装置により調製区域６において
誘電泳動により影響を受け、第１電極は、まず粒子１７
を分離し次いで流体流動での特異的な位置に粒子を留め
る電極配列９を持つことを特徴とするミクロ流体成分。 - 【請求項４】 請求項３記載の成分であって、ここで粒
子１７を分離する電極配列９が、流動方向に対して斜め
に配列されまたほぼ煙突状の配列を持ち、また流動方向
でこれらに続いて通路開口部１９のある煙突状配列で間
隙をあけて平行に配置された第２電極１４′，１４″を
持つことを特徴とするミクロ流体成分。 - 【請求項５】 請求項３記載の成分であって、ここで位
置決めのための電極配列９が、粒子１７を流体流動物理
的中心に留める電極２０，２１を持つことを特徴とする
ミクロ流体成分。 - 【請求項６】 請求項５記載の成分であって、電極配列
９が、流動方向に対して斜めに配列され、側壁１５，１
６からチャネル２に突出し中央通路開口部１９を形成す
る電極アーム２２と共に煙突形状に配列される電極２
０，２１を持ち、また直接それに隣接して通路開口部１
９から離れて、平行に走る電極アーム２２，２３を持
ち、第１電極アーム２２は粒子１７を流体流動の中心の
平面に整列するのに役立ち、また第２電極アームは粒子
１７を流体流動の中心線に沿って整列させるのに役立つ
ことを特徴とするミクロ流体成分。 - 【請求項７】 請求項６記載の成分であって、ここで第
２電極アーム２３が平衡状態にある電極間の空間内で粒
子１７に作用する力を与えるのに十分な長さを持つこと
を特徴とするミクロ流体成分。 - 【請求項８】 請求項２乃至７のいずれか１項記載の成
分であって、ここで電極１３，１４′，１４″の間の距
離が粒子径の２乃至４倍であることを特徴とするミクロ
流体成分。 - 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか１項記載の成
分であって、ここで測定チャネル区域７のチャネル２に
ある電極装置が、それぞれの区域でインピーダンスを測
定するための少なくとも２個の探知区域を持つことを特
徴とするミクロ流体成分。 - 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１項記載の
成分であって、ここで測定チャネル区域７のチャネル２
がその間を流動する粒子１７のサイズより僅かばかり大
きい断面を持つことを特徴とするミクロ流体成分。 - 【請求項１１】 請求項１乃至９のいずれか１項記載の
成分であって、ここで測定チャネル区域７内でのチャネ
ル２の電極装置が、測定チャネル内での特異的経路に粒
子１７を案内する第１電極配列２６と、それぞれの区域
でインピーダンスを測定するために２個の探知区域２
４，２５を産生する第２電極配列とを持ち、一つの探知
区域２４は測定される粒子１７の経路に配列され、また
他の探知区域２５は基準インピーダンスを提供するため
に経路の外側に配列されることを特徴とするミクロ流体
成分。 - 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれか１項記載
の成分であって、ここで選別区域８にある電極装置が、
第１選別電極配列２９および少なくとも第２選別電極配
列３０を持ち、第１選別電極配列２９は粒子１７の経路
３３に配列され、また第２選別電極配列３０は第１選別
電極配列２９により選別された粒子１７を特異的に前方
向に誘導するために、粒子の経路の側面に配列されるこ
とを特徴とするミクロ流体成分。 - 【請求項１３】 請求項１２記載の成分であって、ここ
で第２選別電極配列が、誘導方向に対して斜めに配列さ
れ、また粒子１７の経路のための出口開口部を持つこと
を特徴とするミクロ流体成分。 - 【請求項１４】 請求項１３記載の成分であって、ここ
で第２選別電極配列の後、フォーク３２が選別区域８の
チャネル２に配列されることを特徴とするミクロ流体成
分。 - 【請求項１５】 請求項１２乃至１４のいずれか１項記
載の成分であって、ここで第１選別電極配列２９の上流
での粒子経路の選別区域８で、粒子１７をアライメント
するために電極配列２７，２８が配列され、この配列
は、測定チャネル区域７からの測定チャネル２より生じ
る粒子１７を、流体流動でのもっとも狭くすることの可
能な経路に案内され、また第１選別電極配列２９の電極
が、粒子１７の経路で斜めに配列され、かつ経路の幅に
ほぼ合致する長さを持つことを特徴とするミクロ流体成
分。 - 【請求項１６】 ミクロ流体成分により流体流動におけ
る粒子を選別するための一つの方法であって、それが、 Ａ．誘電泳動により粒子を分離し、次いで粒子を流体流
動の物理的中心に位置決めし、 Ｂ．インピーダンス測定により測定チャネル区域７の狭
い流体流動に分離粒子を導いて特徴付け、 Ｃ．第１粒子経路３３から粒子を有効に選別して誘電泳
動によりステップＢで定義される特徴を基礎にして測定
チャネル区域７で記録された粒子を選別し、選別された
粒子を、第１粒子経路３３にほぼ平行して走る第２粒子
経路３４に向けて特異的に誘導し、 Ｄ．粒子経路３３，３４を分割し、 Ｅ．必要とあれは、ステップＣとＤを繰返す、ことより
成ることを特徴とする流体内の粒子を選別する方法。 - 【請求項１７】 請求項１６記載の方法であって、ここ
で粒子１７を特徴付けるために、電場が測定チャネルに
生成され、また各場を比較することにより、粒子の電気
特性が決定されることを特徴とする流体内の粒子を選別
する方法。 - 【請求項１８】 請求項１７記載の方法であって、ここ
で１ｋＨｚ乃至２００ＭＨｚの周波数を持つ１個または
異なる電圧が電場を生成するために使用されることを特
徴とする流体内の粒子を選別する方法。 - 【請求項１９】 請求項１７記載の方法であって、ここ
で最高最低電圧がせいぜい２ボルトであることを特徴と
する流体内の粒子を選別する方法。 - 【請求項２０】 請求項１６乃至１９のいずれか１項記
載の方法であって、ここで選別前に、粒子の速度が光学
的または電気的に測定されることを特徴とする流体内の
粒子を選別する方法。 - 【請求項２１】 請求項１６乃至２０のいずれか１項記
載の方法であって、ここで選別前に、粒子が流体流動の
粒子経路に集められることを特徴とする流体内の粒子を
選別する方法。 - 【請求項２２】 請求項２１記載の方法であって、ここ
で粒子が、第１電場障壁を設定しまたは除去することに
より粒子経路３３から継続して誘導され、また第１粒子
経路３３にほぼ平行する粒子経路３４に更なる電場障壁
３０に沿って誘導され、また流体流動が２個の粒子経路
３３，３４に従って続いて分割されることを特徴とする
流体内の粒子を選別する方法。
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