JP5628971B1 - マイクロ流体デバイス及び誘電泳動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大量の粒子を精度よく分離するのに適したマイクロ流体デバイス及び誘電泳動装置を提供する。【解決手段】マイクロ流体デバイス１０は、絶縁性の透明フィルム１２とスペーサ１８と第１電極、第２電極及び接地電極を備えている。透明フィルム１２は、導体軸１１、つまり中心軸の周りに巻回され、中心軸に垂直な断面における形状が渦巻状である。スペーサ１８によって、透明フィルム１２の所定の周とその外側の周との間に配置されて所定の周と外側の周にある透明フィルム１２の間に隙間が設けられる。スペーサ１８による隙間で、中心軸に垂直な断面における形状が渦巻状であって中心軸に沿って延びる流路２が形成される。第１電極、第２電極及び接地電極は透明フィルム１２上に形成されており、これら電極に高周波電圧が印加されることによって流路２を流れる流体内で誘電泳動が生じる。【選択図】図１１

Description

本発明は、マイクロ流体デバイス及びマイクロ流体デバイスを使用する誘電泳動装置に関する。

近年、経済性や環境保護の観点から、ガラスなどの小さな基板に微細な溝や空洞を形成し、化学反応、細胞培養、分離検出等のプロセスに用いる粒子などの量をできるだけ減らすことが試みられている。このようなプロセスに用いられるマイクロ流体デバイスとして、例えば、特許文献１（特開２００６−２６７９１号公報）には、厚さ１ｍｍのガラス基板の上に、幅及び高さが各２００μｍ、長さが５０ｍｍの微細流路を持つマイクロ流体デバイスが記載されている。
また、特許文献２には、このようなラボオンアチップ（Lab-on-a-chip）の大量生産を可能にするため、１枚の樹脂フィルムを打ち抜いてスリットを形成し、このスリットが形成されている部分を他の２枚の樹脂フィルムで挟むマイクロ流体デバイスの製造方法が開示されている。この特許文献２には、単に３枚の樹脂フィルムのサンドイッチ構造でラボオンアチップを形成するだけでなく、複数のスリットを有するサンドイッチ構造の樹脂フィルムを巻き取ることにより、ロール状に形成されたラボオンアチップを得る技術が示されている。

特開２００６−２６７９１号公報 特開２００４−２４３１９３号公報

ところで、特許文献１や特許文献２に記載されている従来のマイクロ流体デバイスは、一般的に、図１８（ａ）に示されているマイクロ流体デバイス１００のように、２枚の基板１０１，１０２と、それらを対向させて形成された微細流路１０３と、微細流路１０３に形成されている誘電泳動用の電極１０４，１０５と、一方の基板１０２を開口させて形成されている液流入口１０６及び液流出口１０７と側壁形成部材１０８とを備えている。特許文献２のロール状に形成されたラボオンアチップも多数のスリットの各々は、前述のような構成になっている。
このようなマイクロ流体デバイス１００を使って行われる、流体内に存在する異種の粒子１２０の分離は、特定の誘電率帯の粒子１２０を電極１０４，１０５間に引き付けるなどしてトラップすることで実現される。電極１０４，１０５間が粒子で埋め尽くされる（飽和する）と、それ以上粒子１２０をトラップできず、粒子の分離が行われなくなる。そこで、分離能力を向上させるには電極面積を拡大させるのが有効であることが分かる。しかし、そのためには微細流路１０３を大きくせざるを得ず、従来のマイクロ流体デバイス１００の構造は、大量の粒子を処理するということには不向きである。
また、微細流路１０３に高低差があると、そこに流体のよどみが発生し、粒子１２０が滞留、粒子の回収率が低下してしまう。例えば、図１８（ｂ）には、このようなよどみが発生するマイクロ流体デバイス１００の一部領域ＡＡが拡大されて示されている。誘電泳動の対象となっている粒子１２０が矢印１２２の方向に流れている流体１２１によって移動している状態において、よどみ領域１１０では、流体１２１の流速が遅くなるため、流体がよどんで粒子１２０の溜りができてしまう。このような粒子の溜りができると、粒子の分離精度が低下する。
さらに、トラップする粒子数が多くなると、トラップされている粒子１２０に後方から新たに流れてくる粒子１２０が衝突し、トラップされるべきものが意図せずに押し出されて分離精度（分留精度）が低下してしまう可能性がある。

本発明の課題は、大量の粒子を精度よく分離するのに適したマイクロ流体デバイス及び誘電泳動装置を提供することにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係るマイクロ流体デバイスは、中心軸の周りに巻回され、中心軸に垂直な断面における形状の少なくとも一部が渦巻状である絶縁シートと、絶縁シートの所定の周とその外側の周との間に配置されて所定の周と外側の周にある絶縁シートの間に隙間を設け、中心軸に垂直な断面における形状の少なくとも一部が渦巻状であって中心軸に沿って延びる流路を形成するスペーサと、絶縁シート上に形成され、流路を流れる流体内で誘電泳動を生じさせる電界を形成するための電極と、を備えるものである。
このように構成されたマイクロ流体デバイスでは、巻かれた絶縁シートの断面に占める渦巻状の流路の占有割合が大きくなるとともに粒子の溜りなどができ難くなり、大量の粒子を精度よく分離し易くなる。

マイクロ流体デバイスは、絶縁シートの最外周に沿う内壁を有し、一方の開口部から他方の開口部に向けて渦巻状の流路を通して流体を流すための中空筒状のケースをさらに備えて構成されてもよい。
このように構成されたマイクロ流体デバイスでは、一方の開口部から他方の開口部に向けてケース内に流体を流すことによって、流路に流体を導けるので大量の流体をマイクロ流体デバイスに通しやすくなり、大量の粒子の分離が容易になる。

マイクロ流体デバイスは、ケースの他方の開口部に取り付けられ、流路を通過した流体を回収するための漏斗をさらに備えてもよい。
このように構成されたマイクロ流体デバイスでは、流路を通過した流体の回収が漏斗によって容易になる。

電極は、絶縁シートの表面に形成されている電圧印加電極と、絶縁シートの裏面に矩形状に形成されている接地電極とを含むものであってもよい。
この場合、巻回された絶縁シートにおいて、適切な位置に接地電極を配置し易くなる。

電圧印加電極は、複数の櫛歯を有する櫛型電極であってもよい。この場合、粒子をトラップする箇所を増やすことができ、大量の粒子を分離し易くなる。
櫛型電極は、複数の前記櫛歯の延びる方向が、流路の延びる方向に対して直交する向きよりも傾斜した向きであって直交する向きとのなす角が４５度までの範囲で設定されていてもよい。この場合、櫛型電極の間に既にトラップされている粒子があっても、後から流れてくる粒子がトラップされている粒子を避けて通りやすくなり、大量の粒子を分離するときの精度が向上する。

マイクロ流体デバイスは、中心軸に沿って絶縁シートの最内周に配置され、接地電極に電気的に接続されている棒状の導体軸をさらに備えるものであってもよい。
このように構成されたマイクロ流体デバイスでは、導体軸によって、絶縁シートに巻き込まれる接地電極の接地が容易になる。

流路は、絶縁シートの巻き始めと巻き終わりの隙間の間隔が変化する領域を除いた隙間の間隔が一定の領域に形成されているものであってもよい。
この場合、流路の高さを一定に揃えることができるので、渦巻状の流路の高さに起因する流速の差を小さくでき、高い粒子の分離精度を得やすくなる。

本発明の一見地に係る誘電泳動装置は、上述のマイクロ流体デバイスと、マイクロ流体デバイスに対して流体を流すための送液装置と、電極に電力を供給するための電源部と、
を備えるものである。

本発明によれば、マイクロ流体デバイスにおいて、大量の粒子を精度よく分離することができる。また、このようなマイクロ流体デバイスを備える誘電泳動装置においても同様の効果を奏する。

第１実施形態に係る誘電泳動装置の構成の概要を示す概念図。 図１の検査部を説明するための概念図。 第１実施形態に係るマイクロ流体デバイスの外観を示す斜視図。 第１電極と第２電極が形成されている表面側の透明フィルムの平面図。 接地電極が形成されている裏面側の透明フィルムの平面図。 スペーサの配置を説明するための拡大平面図。 マイクロ流体デバイスの製造方法の一例を説明するためのフローチャート。 （ａ）スペーサフィルムの貼られた長尺の透明フィルムの模式的な断面図、（ｂ）ダイカットロールによるスペーサフィルムのカットを示す模式的な断面図、（ｃ）スペーサフィルムからのスペーサの分離を示す模式的な断面図。 （ａ）透明フィルムを漏斗に嵌め込む工程を示す模式図、（ｂ）導体軸にガイドを取り付ける工程を示す模式図、（ｃ）ケースを被せる工程を示す模式図、（ｄ）ケースを収縮させる工程を示す模式図、（ｅ）ガイドを除去する工程を説明するための模式図。 巻き始めの透明フィルムの構造を説明するための模式的な断面図。 渦巻状に巻かれた透明フィルムの構造を説明するための模式的な断面図。 マイクロ流体デバイスの中心軸に沿う方向の断面図。 （ａ）図１２のＡＢ部の拡大断面図、（ｂ）図１２のＡＣ部の拡大断面図。 粒子のトラップを説明するための透明フィルムの模式的な断面図。 （ａ）第２実施形態のマイクロ流体デバイスの透明フィルムの平面図、（ｂ）第２実施形態の誘電泳動装置の一部の構成を示す概念図。 第２実施形態における粒子のトラップを説明するための透明フィルムの模式的な断面図。 （ａ）変形例における透明フィルムの電極の平面形状を説明するための拡大平面図、（ｂ）図１７（ａ）の透明フィルムをスクロール状に巻いた状態を示す斜視図。 （ａ）従来のマイクロ流体デバイスの構成を説明するための模式的な断面図、（ｂ）従来のマイクロ流体デバイスにおけるよどみを説明するための模式的な断面図。

＜第１実施形態＞
（１）誘電泳動装置の構成の概要
図１及び図２を用いて、マイクロ流体デバイスを使用する誘電泳動装置の構成の概要について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る誘電泳動装置の構成の概念図である。図２は、第１実施形態の誘電泳動装置の検出機能を説明するための概念図である。図１に示されている誘電泳動装置１は、交流電界を掛けたときの異種粒子の流体中の挙動の差異を利用して、同種の粒子ごとに分離する機能を有している。そのために、誘電泳動装置１は、マイクロ流体デバイス１０と、送液ポンプ２０と、サンプル回収部３０と、電源部４０と、検出部５０と、制御デバイス６０とを備えている。このような誘電泳動装置１は、送液ポンプ２０からマイクロ流体デバイス１０を通ってサンプル回収部３０に流体が流れ、そのために送液ポンプ２０とマイクロ流体デバイス１０とサンプル回収部３０が送液チューブ（図示せず）で接続されている。
送液ポンプ２０は、例えば、流体が充填されているシリンジ（図示せず）を含んでいる。シリンジには、流体と一緒に、分離対象の異種の粒子が入っている。そして、このシリンジによって流体に一定の圧力が加えられ、流体がマイクロ流体デバイス１０からサンプル回収部３０の各部において一定の流速で流れる。また、シリンジには粒子が入っているので、粒子が、流体の流れに乗ってマイクロ流体デバイス１０を通ってサンプル回収部３０に運ばれる。ここでは、送液ポンプ２０のシリンジが流体供給機能と粒子供給機能の２つの機能を兼用する場合について説明したが、これらの機能を異なる機器に分担して流体と粒子を別の機器からそれぞれ供給させるように送液ポンプ２０を構成することもできる。
サンプル回収部３０は、第１サンプル回収部３１と第２サンプル回収部３２と切換バルブ３３とを有している。マイクロ流体デバイス１０から流れてくる流体は、切換バルブ３３の接続に応じて、第１サンプル回収部３１又は第２サンプル回収部３２に回収される。ここでは、流体を２つの第１サンプル回収部３１と第２サンプル回収部３２で回収する場合について示しているが、サンプル回収部は３つ以上あってもよい。

電源部４０は、発生する高周波電圧の周波数を変更する機能を有する高周波電源４１と接地端子４２とを有する。これら高周波電源４１も接地端子４２もマイクロ流体デバイス１０の電極に接続される。この電源部４０とマイクロ流体デバイス１０との接続については後ほど詳しく説明する。
検出部５０は、検出デバイス５１と検出プローブ５２とを有する。これら検出デバイス５１と検出プローブ５２にどのような種類のものを用いるかは、検出方法などに応じて適宜選択される。図２には、光学的な検出によってマイクロ流体デバイス１０を流れる粒子の検出を行う場合の検出部５０の構成が示されているが、図２の検出部５０についての説明は後ほど行う。
上述の送液ポンプ２０とサンプル回収部３０と電源部４０と検出部５０は、制御デバイス６０によって制御される。それにより、例えば、自動的に、送液を行って検出を行いながら適切なタイミングで切換バルブ３３を切り換え、第１サンプル回収部３１と第２サンプル回収部３２にそれぞれ所望の粒子を回収することができる。

（２）検出部の概観
図２は、検出部の構成の一例を説明するための概念図である。この図２には、マイクロ流体デバイス１０の断面が示されている。マイクロ流体デバイス１０は、透明のホルダー５３に固定されており、その中を光が透過するように構成されている。
図２に示されている検出部５０は、光学検査を行うために、検出プローブ５２が光ファイバ５２ａと光源５２ｂで構成されている。光源５２ｂは、光ファイバ５２ａに与える光を発する例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を有している。光源５２ｂから入射した光は、光ファイバ５２ａを通してマイクロ流体デバイス１０に導かれ、マイクロ流体デバイス１０の中を通過して再び光ファイバ５２ａに戻る。マイクロ流体デバイス１０の中を通過した光は、光ファイバ５２ａから検出デバイス５１に入射する。
検出デバイス５１は、例えば分光器５１ａとフィッティング処理デバイス５１ｂとモニタ出力デバイス５１ｃとで構成される。検出デバイス５１に入射した光は、例えば分光器５１ａのＣＣＤ（電荷結合素子）を使って分光される。フィッティング処理デバイス５１ｂは、分光器５１ａから分光に関するデータを受信する。モニタ出力デバイス５１ｃは、フィッティング処理デバイス５１ｂからフィッティング処理の結果を受信して検出結果を表示する。フィッティング処理デバイス５１ｂは、例えば分光フィッティング処理により得られる照射光に対する反射光のピークシフトの違いから、マイクロ流体デバイス１０の電極間に粒子がトラップされているか否かを識別する。例えば、フィッティング処理デバイス５１ｂにおいて干渉スペクトルの波長変化を観測することで、流体中に含まれている特定種類の粒子を検出することができる。
また、検出部５０の他の例としては、検出プローブ５２にＣＣＤカメラを用い、検出デバイス５１としてＣＣＤカメラが捕らえた映像を拡大して表示する表示装置を用いることができる。このような構成を用いれば、例えばマイクロ流体デバイス１０に捕集された細胞の様子を高倍率のＣＣＤカメラを使って観察することができる。

（３）マイクロ流体デバイスの構造
図３には、マイクロ流体デバイス１０を斜め上から見た状態が示されている。図３に表れているマイクロ流体デバイス１０を構成している部材は、円柱棒状の導体軸１１と、導体軸１１の周りに巻回されている絶縁性の透明フィルム１２と、透明フィルム１２を収納している中空円筒状の透明のケース１３と、透明フィルム１２の下部に取り付けられている剛性の高い樹脂製の漏斗１４と、透明フィルム１２に形成されている第１電極１５及び第２電極１６の一部である。後述するように、ケース１３は熱収縮する材料で構成されており、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のシュリンクフィルムを用いることができる。
図４に示されているように、第１電極１５及び第２電極１６は、透明フィルム１２の表面側に形成されており、第１電極１５も第２電極１６も透明の導電材料で構成されている。マイクロ流体デバイス１０は、図４及び図５に示されているように、透明フィルム１２の裏面側に形成されている接地電極１７及びスペーサ１８をさらに備えている。接地電極１７も、第１電極１５や第２電極１６と同様に、光透過性と屈曲性を有する導電材料で形成されている。

（３−１）透明フィルム
透明フィルム１２は、ＰＥＴ、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）及びポリウレタンなどの透明な樹脂からなる。これらの樹脂は、高い絶縁性を有している。透明フィルム１２の厚みは、巻回して流路を形成することを考慮すると、５０μｍ〜５００μｍ程度が好ましい。なお、第１実施形態においては、検出部５０で光学的な検出を行うため透明フィルム１２が使用されるが、光を用いない方法で検出を行う場合や検出部５０を設けないような誘電泳動装置の場合には不透明な絶縁シートを用いることもできる。
透明フィルム１２には、第１電極１５と第２電極１６をそれぞれ外部の配線に接続するための電極取り出し部１２ａ，１２ｂが設けられている。この電極取り出し部１２ａ，１２ｂにそれぞれ形成されている引き出し部１５ｂ，１６ｂが形成されている。図４の矢印ＡＷ１の方向が流体の流れる方向、つまり流路の向きである。この電極取り出し部１２ａ，１２ｂは、流体が流れる方向に長く延びているので、透明フィルム１２を円筒に巻いたときに円筒の上端部よりも外に突出すように構成できる。

（３−２）電極
第１電極１５、第２電極１６及び接地電極１７は、透明フィルム１２と同様の理由から第１実施形態においては、光透過性と屈曲性を有するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、金属ナノファイバ、金属メッシュ及び薄膜めっきなどで形成されている。ここでいう金属とは、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）及び金（Ａｕ）などである。
第１電極１５と第２電極１６は、図４に示されているように、櫛歯１５ａ，１６ａが交互に並ぶように配置されている一対の櫛型電極である。図４に示されている第１電極１５と第２電極１６の櫛歯１５ａ，１６ａは、流路に対して直交する向きに延びている。つまり、流体の流れる方向である矢印ＡＷ１に対して櫛歯１５ａ，１６ａが直交するように配置されている。
接地電極１７の形成されている透明フィルム１２の裏面側が、透明フィルム１２を巻回しするときに内側に巻き込まれる。つまり、一対の第１電極１５と第２電極１６の形成されている表面側が円筒の外側に表れる。

（３−３）スペーサ
スペーサ１８は、絶縁体である。スペーサ１８は、例えば円柱、球、ドーム、四角柱などの形状に設計される。スペーサ１８の高さは、例えば１００μｍ〜５００μｍに設定されるのが好ましい。このスペーサ１８の配置は、例えば、図６に示されているような千鳥配置にすることができる。千鳥配置にするときの横方向のピッチＰｃと縦方向のピッチＰｌは、例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内で設定されるのが好ましい。スペーサ１８の材料には、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ＰＣ、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）及びレジストなどが用いられる。スペーサ１８は、透明であってもよく、不透明であってもよい。

（４）マイクロ流体デバイスの製造方法
（４−１）製造工程の概要
マイクロ流体デバイスの製造方法について、図７乃至図１１を用いて説明する。図７は、マイクロ流体デバイス１０の製造工程の概要を示すフローチャートである。マイクロ流体デバイス１０の製造においては、まず、図４及び図５に示されている第１電極１５、第２電極１６及び接地電極１７が形成される電極パターニング工程Ｓ１が実施される。電極のパターニングは、両面に金属箔が形成されている、透明フィルム１２の材料である長尺の透明フィルム８０（図８（ａ）参照）を用いて連続的に行われる。例えばスクリーン印刷などによってマスキングした後に、金属箔がエッチングされることによって、図４及び図５に示されているような形状に金属箔がパターニングされて、第１電極１５、第２電極１６及び接地電極１７が形成される。
次に、スペーサ配置工程Ｓ２が実施される。図５及び図６に示されているスペーサ１８は、スペーサフィルムを用いる方法、フォトレジストをパターニングする方法及びドットスペーサを配置する方法などを用いて形成される。これらのうちのスペーサフィルムを用いる方法について後述する。これらの方法も長尺の透明フィルム８０に対して連続して行うことができる。
次に、第１電極１５、第２電極１６及び接地電極１７並びにスペーサ１８が形成された長尺の透明フィルム８０の外形がカットされる（フィルム外形カット工程Ｓ３）。このカットによって、平面形状が長方形をした透明フィルム１２が形成される。そして、透明フィルム１２の一辺に沿って導体軸１１が接着される（軸・フィルム接着工程Ｓ４）。導体軸１１と透明フィルム１２の接着が完了した後、例えば接着剤が乾燥した後に、透明フィルム１２が導体軸１１の周りにスクロール状に巻き付けられる（フィルム巻き付け工程Ｓ５）。最後に、導体軸１１に巻き付けられた透明フィルム１２が円筒状のケース１３に組み込まれる（ケース組込み工程Ｓ６）。これらフィルム巻き付け工程Ｓ５とケース組込み工程Ｓ６を含むマイクロ流体デバイスの組み立てについては後ほど説明する。

（４−２）スペーサの形成
図８（ａ）に示されているのは、第１電極１５、第２電極１６及び接地電極１７の形成された長尺の透明フィルム８０に長尺のスペーサフィルム８１が貼合された状態である。次に、図８（ｂ）に示されているように、ダイカットロール８２によってスペーサ１８になる部分とそれ以外の部分を分離できるようにスペーサフィルム８１がハーフカットされる。長尺のスペーサフィルム８１の不要な部分８１ａが除去されて、スペーサ１８が長尺の透明フィルム８０に残る（図８（ｃ）参照）。このように不要な部分８１ａが除去された長尺の透明フィルム８０はロール状に巻き取られて保管される。そして、マイクロ流体デバイス１０の製造時に、必要な枚数の透明フィルム１２が長尺の透明フィルム８０から切り出される。

（４−３）マイクロ流体デバイスの組み立て
図９（ａ）乃至図９（ｅ）には、マイクロ流体デバイス１０の組立工程が示されている。導体軸１１に巻き付けられた円筒状の透明フィルム１２は、まず、図９（ａ）に示されているように、その下方の端部が漏斗１４に嵌め込まれる。次に、図９（ｂ）に示されている円筒状のガイド８５が導体軸１１の上方の端部に嵌め込まれる。この円筒状のガイド８５の外径は、円筒状の透明フィルム１２の外径と同じか、又は透明フィルム１２の外径よりも少し大きく設定されている。ただし、ガイド８５の外径は、漏斗１４の外径と同じか、又は漏斗１４の外径よりも小さく設定されている。このガイド８５の外側を通って中空円筒状のケース１３が漏斗１４の外周に嵌め込まれる（図９（ｃ）参照）。このようにケース１３が漏斗１４に嵌るように、ケース１３の内径は、漏斗１４の外径よりも大きく設定されている。ケース１３が熱で収縮する材料で形成されていることから、図９（ｃ）の状態で全体を加熱することによりケース１３が収縮して、図９（ｄ）に示されている状態になる。図９（ｄ）の状態になるように加熱を停止させるため、例えばケース１３の外径がガイド８５の外径に一致したところを基準として加熱停止のタイミングがはかられる。加熱が停止されてケース１３の収縮が止まったら、ガイド８５が導体軸１１から外されてマイクロ流体デバイス１０の組み立てが完了する（図９（ｅ）参照）。ケース１３が熱収縮してケース１３の内壁が透明フィルム１２の最外周に密着し、かつケース１３の内壁が漏斗１４の外周で固定されることにより、円筒状に巻かれた透明フィルム１２の外側が支持されて漏斗１４と透明フィルム１２は固定される。

（４−４）透明フィルム１２の巻き始めと巻き終わり
まず、巻き始め（軸心側）の透明フィルム１２の構造について説明する。図１０において、導体軸１１は例えば導電性接着剤が塗られた接地電極１７の上に置かれる。そして、導体軸１１は、矢印ＡＷ２の方向に一周だけ接地電極１７に巻き付けられる。従って、透明フィルム１２の軸心側の接着領域Ａｒ１は、導体軸１１の外周と同じ長さを有している。図１０からも分かるように、この接着領域Ａｒ１には、導体軸１１と接地電極１７との電気的な接続を行わせるため、スペーサ１８は配置されていない。
ところで、透明フィルム１２を導体軸１１の周りに巻き付けると、巻き始めと巻き終わりを除き、スペーサ１８によって任意の周とその外側の周との間に、一定の間隔の隙間が形成される。そして、この隙間が流路２になる。流路２は、導体軸１１が延びる中心軸方向に向かって延びている。この流路２によって、導体軸１１の長手方向に対して垂直な断面（中心軸に対して垂直な断面）において透明フィルム１２が渦巻状になる（図１２参照）。つまり、流路２も渦巻状の断面形状を持つことになる。
図１２は、図１１のＩ−Ｉ線に沿って切断した断面図である。図１１と図１２を参照すると、巻き始めと巻き終わりに断面形状が楔形をした透明のスペーサ１９ａ，１９ｂが挿入されているのが分かる。例えば、導体軸１１の周りに透明フィルム１２が巻き付けられるときに、これら楔形のスペーサ１９ａ，１９ｂを一緒に巻き込む。それにより、図１２の流路領域Ａｒ２に流体が流れる。このようなスペーサ１９ａ，１９ｂによって巻き始めと巻き終わりの隙間の間隔が一定でないところに流体が流れなくなるということは、言い換えると、流路の高さが一定になるということである。流路の高さが一定になると、誘電泳動によって均一な粒子の分離が行えるので、粒子の分析や粒子の分留の精度が向上する。このような誘電泳動としては、例えば数種類の粒子が混在している懸濁液の中から粒子の誘電率の違いを利用して分離する誘電泳動がある。

また、巻き始めと巻き終わりには、図４に示されている電極取り出し分１２ａ，１２ｂが配置される。図１３（ａ）は、図１２に示されているマイクロ流体デバイス１０の一部領域ＡＢを模式的に示す拡大断面図であり、図１３（ｂ）はマイクロ流体デバイス１０の他の領域ＡＣを模式的に示す拡大断面図である。電源部４０の高周波電源４１は、一方の電源端子４１ａが引き出し部１５ｂに接続され、他方の電源端子４１ｂが引き出し部１６ｂに接続される。また、導体軸１１には電源部４０の接地端子４２が接続される。
高周波電源４１から第１電極１５と第２電極１６との間に高周波電圧を印加すると、図１４に示されているように、異なる２種類の粒子３ａ，３ｂのうち、一方の粒子３ａが第１電極１５と第２電極１６との間にトラップされ、他方の粒子３ｂがトラップされずに流路２を流れる。なお、図１４において、第１電極１５と第２電極１６との間に描かれている曲線は電界を表しており、矢印ＡＷ３が流体の流れる向きを表している。この状態で光ファイバ５２ａ（図２参照）から光が照射されると、トラップされている粒子３ａの特性に応じた周波数の光の吸収や反射などが生じる。従って、図２に示されている検出デバイス５１を使って、光ファイバ５２ａで受光した光を分光器５１ａで分光してフィッティング処理デバイス５１ｂで処理することで、モニタ出力デバイス５１ｃに粒子３ａのトラップに関する表示を行うことができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係るマイクロ流体デバイス及び誘電泳動装置は、電極の形態を除いては第１実施形態のマイクロ流体デバイス１０及び誘電泳動装置１と同じである。第１実施形態のマイクロ流体デバイス１０が第１電極１５と第２電極の２つの櫛型電極を有しているのに対し、第２実施形態のマイクロ流体デバイスは一つの櫛型電極しか有していない点が異なっている。そのため、以下においては、第２実施形態のマイクロ流体デバイスの透明フィルムと電極について説明し、他の構成については説明を省略する。

（５）透明フィルムと電極
図１５（ａ）には、第２実施形態の透明フィルムと電極が模式的に示されている。なお、透明フィルム１２Ａと櫛型電極１５Ａ以外のマイクロ流体デバイス１０Ａの構成は、マイクロ流体デバイス１０と同様であるので、図１５（ａ）では図示省略されている。透明フィルム１２Ａは、第１実施形態の透明フィルム１２と同じ材質で形成され、厚みも同じに構成される。なお、第１実施形態と同様に第２実施形態においても、検出部５０で光を用いない方法で検出を行う場合や検出部５０を設けないような誘電泳動装置の場合には不透明な絶縁シートを用いることができる。
透明フィルム１２Ａには、一つの電極取り出し部１２Ａａが設けられている。これは、一つの櫛型電極１５Ａのみが透明フィルム１２Ａの表面側に形成されているためである。透明フィルム１２Ａの裏面側には、接地電極１７Ａが形成されている。この透明フィルム１２Ａは第１実施形態の透明フィルム１２と同様にスクロール状に巻回される（図１５（ｂ）参照）。そして、櫛型電極１５Ａは、図１５（ｂ）に示されている電源部４０Ａの高周波電源４１の一方の電源端子４１ａに接続され、接地電極１７Ａは、高周波電源４１の他方の電源端子４１ｂに接続される。ここでは、他方の電源端子４１ｂが接地端子４２に接続されている。このような第２実施形態の誘電泳動装置１Ａは、この電源部４０Ａの構成を除いて第１実施形態の誘電泳動装置１と同様に構成できる。そのため、図１５（ｂ）では、電源部４０Ａと導体軸１１と透明フィルム１２Ａと櫛型電極１５Ａ以外の誘電泳動装置１Ａの構成は、誘電泳動装置１と同様であるので、図示省略されている。
図１６には、マイクロ流体デバイス１０Ａの内部で異種の粒子が分離されている状態が示されている。図１６において、矢印ＡＷ４が流体の流れる方向である。高周波電界は、櫛型電極１５Ａと接地電極１７Ａとの間で生じている。図１６に示されている高周波電界では、粒子３ｃがトラップされ、粒子３ｄが流路２Ａを通過している。この高周波電界の周波数が変化すると、粒子３ｃのトラップを解除することができる。

（６）特徴
（６−１）
以上説明したように、透明フィルム１２，１２Ａ（絶縁シートの例）は、中心軸の周りに巻回され、図１１などに示されているように、中心軸に垂直な断面における形状が渦巻状である。また、図１２などに示されているように、例えば透明フィルム１２，１２Ａの所定の周ｒ１とその外側の周ｒ２との間に配置されて所定の周ｒ１と外側の周ｒ２にある透明フィルム１２の間にスペーサ１８が配置され、隙間が設けられている。この隙間が流路２，２Ａであって、流路２，２Ａは、導体軸１１に垂直な断面、つまり中心軸に垂直な断面における形状が渦巻状であって中心軸に沿って延びている。円筒状のマイクロ流体デバイス１０，１０Ａのケース１３の断面内周のうち薄い透明フィルム１２，１２Ａと導体軸が占める面積以外のほぼ全てが渦巻状の流路２，２Ａであり、巻かれた透明フィルム１２，１２Ａの断面に占める渦巻状の流路の占有割合が大きくなるので、大量の粒子を精度よく分離し易くなる。

マイクロ流体デバイス１０，１０Ａの電極には、透明フィルム１２，１２Ａの表面に形成されている第１電極１５及び第２電極１６や櫛型電極１５Ａ（電圧印加電極の例）並びに透明フィルム１２，１２Ａの裏面に矩形状に形成されている接地電極１７がある。この場合、スクロール状に巻回された透明フィルム１２，１２Ａにおいて、図１４や図１６などに示されているように、隣接する流路２，２Ａの第１電極１５及び第２電極１６の電界を接地電極１７でシールドできるなど、適切な位置に接地電極１７を配置し易くなる。

上述の説明では、第１電極１５及び第２電極１６や櫛型電極１５Ａが流体の流れる方向に対して直交する向きに櫛歯１５ａ，１６ａが延びる場合について説明した。しかし、図１７のマイクロ流体デバイス１０Ｂにおいて、一対の第１電極１５Ｂ（櫛型電極の例）及び第２電極１６Ｂ（櫛型電極の例）は、交互に並ぶ櫛歯１５Ｂａ，１６Ｂａの延びる方向が、流路の延びる方向（矢印ＡＷ５の方向）に対して直交する向きよりも傾斜した向きであって直交する方向とのなす角が４５度（矢印ＡＷ６の方向）までの範囲で設定されている。この場合、第１電極１５Ｂと第２電極１６Ｂの櫛歯１５Ｂａ，１６Ｂａの間に既にトラップされている粒子３ｅがあっても、後から流れてくる粒子３ｆがトラップされている粒子３ｅを避けて通りやすくなり、大量の粒子を分離するときの精度が向上する。
櫛歯１５ａ，１６ａが延びる方向についてもう少し詳しく説明する。まず、図１７の矢印ＡＷ７の方向が流路の延びる方向（矢印ＡＷ５の方向）に対して直交する向きである。この矢印ＡＷ７の向きよりもθ度だけ傾斜した向きが矢印ＡＷ８の方向である。
なお、この矢印ＡＷ７の方向とのなす角θが４５度よりも大きいと（例えば矢印ＡＷ９の向きに櫛歯１５ａ，１６ａが延びると）、トラップすべき粒子３ｅが流体の流れによって流されやすくなるので、傾斜する角度θは４５度以下が好ましい。つまり、矢印ＡＷ６の方向が直交する向きとのなす角が４５度の方向であるから、矢印ＡＷ６の方向を境界として矢印ＡＷ８のある方が好ましい方向で矢印ＡＷ９のある方が好ましくない方向である。
また、図１５に示されている櫛型電極１５Ａの場合も、櫛歯１５Ａａの延びる方向が櫛歯１５Ｂａ，１６Ｂａと同様に傾斜していてもよい。

マイクロ流体デバイス１０，１０Ａの導体軸１１は、中心軸に沿って透明フィルム１２，１２Ａの最内周に配置され、接地電極１７，１７Ａに電気的に接続されている。そのため、導体軸１１を電源部４０の接地端子４２に接続すれば接地電極１７，１７Ａが接地でき、絶縁性の透明フィルム１２，１２Ａに巻き込まれる接地電極１７，１７Ａの接地が容易になる。

誘電泳動装置１，１Ａは、上述のマイクロ流体デバイス１０，１０Ａを備え、そしてマイクロ流体デバイス１０，１０Ａに対して流体を流すための送液ポンプ２０（送液装置の例）と、電極に電力を供給するための電源部４０とを備えているので、誘電泳動装置１，１Ａも大量の粒子を精度よく分離することができる。

（６−２）
中空円筒状のケース１３は、図１２などに示されているように、透明フィルム１２，１２Ａの最外周に沿う内壁１３ａを有している。このケース１３によって、ケース１３の一方の開口部１３ｂから他方の開口部１３ｃに向けて流路２，２Ａを通して流体が流れるように構成されている。一方の開口部１３ｂから他方の開口部１３ｃに向けてケース１３の中に流体を流すことによって、流路２，２Ａに流体を導けるので大量の流体をマイクロ流体デバイス１０，１０Ａに通しやすくなり、大量の粒子の分離が容易になる。

（６−３）
図３などに示されている漏斗１４は、ケース１３の他方の開口部１３ｃに取り付けられている。この漏斗１４を使って、流路２，２Ａを通過した流体が回収される。このように流路２，２Ａを通過した流体は、漏斗１４によって簡単に回収される。

（６−４）
流路２，２Ａは、楔形のスペーサ１９ａ、１９ｂによって巻き始めと巻き終わりの部分に流体が流れないように構成される。つまり、透明フィルム１２，１２Ａの巻き始めと巻き終わりの隙間の間隔が変化する領域を除いた隙間の間隔が一定の領域に形成されている。この場合、流路２，２Ａの高さを一定に揃えることができるので、渦巻状の流路２，２Ａの高さに起因する流速の差を小さくでき、高い粒子の分離精度を得やすくなる。

（７）変形例
（７−１）
上記第１実施形態及び第２実施形態では、流路２は中心軸に対する垂直な断面において渦巻状に繋がった形状の場合について説明した。つまり、所定の周とその外周にある透明フィルム１２，１２Ａの隙間が島状に点在するスペーサ１８によって形成されて流路２が形成されている。そのため、断面渦巻状の流路２は、渦巻きの方向に流体が移動できるものとなっている。しかし、渦巻きに沿う方向への流体の流れを、例えば中心軸に沿って伸びるリブなどによって制限し、中心軸方向に沿う流体の流れを整えるように構成することもできる。

（７−２）
上記第１実施形態及び第２実施形態では、一枚の透明フィルム１２，１２Ａの表面側と裏面側とを用いて流路２が構成されている。このように、一枚の透明フィルム１２，１２Ａで構成する方が、材料が少なくて済むという点で好ましい。しかし、例えば、２枚の絶縁シートをそれぞれ表面側と裏面側に別々に配して、それらをスクロール状に巻いて断面渦巻状の流路を構成してもよく、流路を構成するための絶縁シートは一枚の場合に限られない。

（７−３）
上記第１実施形態及び第２実施形態では、透明フィルム１２，１２Ａの巻き始めや巻き終わりに、透明の楔形のスペーサ１９ａ，１９ｂを挿入する場合について説明したが、スペーサ１９ａ，１９ｂが挿入されている領域に流体を流さない構成はこれだけには限られない。例えば、この部分を遮蔽するような壁を設けて、巻き始めと巻き終わりの隙間の間隔が変化する領域を、流路２から分離された中空のスペースとすることもできる。例えば中空のスペースを形成するための壁が透明であれば、検出用の光を透過させることもできる。

（７−４）
上記第１実施形態及び第２実施形態では、ケース１３が円筒状で、透明フィルム１２，１２Ａの最外周が円筒状である場合について説明したが、ケース１３の内壁１３ａや透明フィルム１２，１２Ａの最外周の断面形状は円には限られない。例えば、正方形や正方形以外の多角形などであってもよい。

（７−５）
上記第１実施形態及び第２実施形態では、検出部５０を備える誘電泳動装置１，１Ａについて説明したが、検出部を設けないで、本願発明の誘電泳動装置を単に分留装置として用いることもできる。
以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。

１，１Ａ 誘電泳動装置
２，２Ａ 流路
１０，１０Ａ，１０Ｂ マイクロ流体デバイス
１２，１２Ａ 透明フィルム
１３ ケース
１４ 漏斗
１５，１５Ｂ 第１電極
１５Ａ 櫛型電極
１６，１６Ｂ 第２電極
１７ 接地電極
１８ スペーサ
２０ 送液ポンプ
３０ サンプル回収部
４０ 電源部
５０ 検出部

Claims (9)

1. 中心軸の周りに巻回され、前記中心軸に垂直な断面における形状の少なくとも一部が渦巻状である絶縁シートと、
   前記絶縁シートの所定の周とその外側の周との間に配置されて、前記絶縁シートの巻き始めと巻き終わりを除く前記所定の周と前記外側の周にある前記絶縁シートの間に一定の間隔の隙間を設け、前記中心軸に垂直な断面における形状の少なくとも一部が渦巻状であって前記中心軸に沿って延び、両端が前記中心軸の軸方向に開口する流路を形成するスペーサと、
   前記絶縁シート上に形成され、前記流路を流れる流体内で誘電泳動を生じさせる電界を形成するための電極と、
   前記絶縁シートの巻き始めと巻き終わりの前記隙間の間隔が一定でない領域に前記流体が流れないように、その領域に構成された壁又は断面形状が楔形のスペーサと、
   を備える、マイクロ流体デバイス。
2. 前記絶縁シートは、前記電極を外部の配線に接続する電極取り出し部を備え、
   前記電極取り出し部は、前記流路の方向に長く延び、渦巻状の前記絶縁シートの上端部よりも外に突出する、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
3. 前記絶縁シートの最外周に沿う内壁を有し、一方の開口部から他方の開口部に向けて渦巻状の前記流路を通して前記流体を流すための中空筒状のケースをさらに備える、
   請求項１又は２に記載のマイクロ流体デバイス。
4. 前記ケースの前記他方の開口部に取り付けられ、前記流路を通過した前記流体を回収するための漏斗をさらに備える、
   請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
5. 前記電極は、前記絶縁シートの表面に形成されている電圧印加電極と、前記絶縁シートの裏面に矩形状に形成されている接地電極とを含む、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
6. 前記電圧印加電極は、複数の櫛歯を有する櫛型電極である、
   請求項５に記載のマイクロ流体デバイス。
7. 前記櫛型電極は、複数の前記櫛歯の延びる方向が、前記流路の延びる方向に対して直交する向きよりも傾斜した向きであって直交する向きとのなす角が４５度までの範囲で設定されている、請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
8. 前記中心軸に沿って、前記絶縁シートの最内周に配置され、前記接地電極に電気的に接続されている棒状の導体軸をさらに備える、請求項５から７のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の前記マイクロ流体デバイスと、
   前記マイクロ流体デバイスに対して流体を流すための送液装置と、
   前記電極に電力を供給するための電極部と、
   を備える、誘電泳動装置。

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