JP7173004B2 - 流体デバイス及び被分離物質の分離方法 - Google Patents

Description

本発明は流体デバイス及びその使用に関する。本願は、２０１７年６月２１日に、日本に出願された特願２０１７－１２１３５３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

臨床検査では、血液から血球成分を分離し、血漿や血清が回収されている。一般的には、遠心機を用いた遠心分離により、血液中の血球成分を沈殿させ、上清を回収することで血漿や血清を得る場合が多い。しかしながら、この方法では、血球成分の分離に時間を要し、また、少量サンプルの処理が困難である。

また、フィルターを通して血液から血球成分を分離する方法も知られている。しかしながら、この方法では、フィルターのろ過方向に圧力がかかり、血球成分がフィルターに詰まりやすく、溶血が起こりやすい。フィルターの目詰まりを抑制するために、孔のサイズが厚み方向に変化する非対称性多孔質膜を用いることが提案されているが（例えば、特許文献１参照）、構成が複雑となり、十分に溶血を防ぐこともできない。

少量の血液から、溶血させずに血球成分を効率よく分離することができる新たなデバイスが必要である。

特表平１１－５０５３２７号公報

一実施形態に係る流体デバイスは、被分離物質を含む第１の流体が導入される第１流体導入部と、前記被分離物質を回収する第２の流体が導入される第２流体導入部と、前記第１の流体の流れ、及び／又は前記第２の流体の流れを調節する流体調節部と、を含み、前記第１流体導入部及び前記第２流体導入部の少なくとも一方は流路形状を有し、前記第１流体導入部及び前記第２流体導入部の少なくとも一部は、前記被分離物質を選択的に透過させるフィルター、又は、前記被分離物質以外の所定の物質を選択的に透過させないフィルターを介して互いに連通している。

一実施形態に係る被分離物質を分離する方法は、流体デバイスを用いて、被分離物質を含む第１の流体から被分離物質を分離する方法であって、前記流体デバイスは、前記第１の流体が導入される第１流体導入部と、前記被分離物質を回収する第２の流体が導入される第２流体導入部と、前記第１の流体の流れ、及び／又は前記第２の流体の流れを調節する流体調節部と、を含み、前記第１流体導入部及び前記第２流体導入部の少なくとも一方は流路形状を有し、前記第１流体導入部及び前記第２流体導入部の少なくとも一部は、前記被分離物質を選択的に透過させるフィルター、又は、前記被分離物質以外を選択的に透過させないフィルターを介して互いに連通している流体デバイスであって、前記分離部の前記第１流体導入部に、前記第１の流体を導入し、前記第２流体導入部に前記第２の流体を導入する工程と、前記第１の流体の流れ、及び／又は前記第２の流体の流れを調節する流体調節部を作動させて前記第１の流体及び／又は前記第２の流体を移動させる工程と、前記第２流体導入部中の流体を回収する工程と、を含む。

一実施形態に係る流体デバイスは、被分離物質を含む第１の流体から被分離物質を分離する分離部であって、前記第１の流体を流す第１の流路と、前記被分離物質を回収する流体を流す第２の流路と、前記第１の流体の流れを調節するポンプ部、及び／又は前記第２の流体の流れを調節するポンプ部と、を含み、前記第１の流路及び前記第２の流路の少なくとも一部は、前記被分離物質を選択的に透過させるフィルター、又は、前記被分離物質以外の所定の物質を選択的に透過させないフィルターを介して互いに連通している、分離部、を含む。

一実施形態に係る被分離物質を分離する方法は、流体デバイスを用いて、被分離物質を含む第１の流体から被分離物質を分離する方法であって、前記流体デバイスは、被分離物質を含む第１の流体から被分離物質を分離する分離部であって、前記第１の流体を流す第１の流路と、前記被分離物質を回収する第２の流体を流す第２の流路と、前記第１の流体の流れを調節するポンプ部、及び／又は前記第２の流体の流れを調節するポンプ部と、を含み、前記第１の流路及び前記第２の流路の少なくとも一部は、前記被分離物質を選択的に透過させるフィルター、又は、前記被分離物質以外を選択的に透過させないフィルターを介して互いに連通している、分離部を含み、前記分離部の前記第１の流路に、前記第１の流体を導入し、前記第２の流路に前記第２の流体を導入する工程と、前記第１の流体の流れを調節するポンプ部、及び／又は前記第２の流体の流れを調節するポンプ部を作動させて前記第１の流体及び／又は前記第２の流体を移動させる工程と、前記第２の流体を回収する工程と、を含む。

流体デバイスの一実施形態を説明する模式図である。 流体デバイスの変形例を示す模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、ダイアフラムバルブの構造を説明する断面図である。 （ａ）～（ｄ）は、３個のダイアフラムバルブを備えるポンプの動作を説明する断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、ダイアフラムバルブの一実施形態の構造を説明する断面図である。 （ａ）は、分離部の一実施形態を説明する斜視図である。（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ’線における矢視断面図である。 実験例１で製造した分離部の写真である。 実験例２において、第１の流路に疑似血液を導入し、第２の流路にリン酸バッファー（ＰＢＳ）を導入した分離部の写真である。 実験例２において、実験開始から約２５０秒後の分離部の写真である。 実験例２の結果を示すグラフである。

以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一又は対応する符号を付し、重複する説明は省略する。なお、各図における寸法比は、説明のため誇張している部分があり、必ずしも実際の寸法比とは一致しない。

［流体デバイス］
本実施形態において、流体デバイスは、被分離物質を含む第１の流体が導入される第１流体導入部と、前記被分離物質を回収する第２の流体が導入される第２流体導入部と、前記第１の流体の流れ、及び／又は前記第２の流体の流れを調節する流体調節部と、を含み、前記第１流体導入部及び前記第２流体導入部の少なくとも一方は流路形状を有し、前記第１流体導入部及び前記第２流体導入部の少なくとも一部は、前記被分離物質を選択的に透過させるフィルター、又は、前記被分離物質以外の所定の物質を選択的に透過させないフィルターを介して互いに連通している。

本実施形態の流体デバイスは、流体から被分離物質を分離するための分離部を有するということもできる。この場合、分離部は、被分離物質を含む第１の流体を流す第１の流路と、前記被分離物質を回収する第２の流体を流す第２の流路と、前記第１の流体の流れを調節するポンプ部、及び／又は前記第２の流体の流れを調節するポンプ部と、を含み、前記第１の流路及び前記第２の流路の少なくとも一部は、前記被分離物質を選択的に透過させるフィルター、又は、前記被分離物質以外の所定の物質を選択的に透過させないフィルターを介して互いに連通している。

図１は、本実施形態の流体デバイスを説明する模式図である。図１に示すように、流体デバイスは、第１流体導入部１１０と、第２流体導入部１２０と、流体調節部１３０と、を含み、第１流体導入部１１０及び第２流体導入部１２０の少なくとも一部は、フィルター１４０を介して互いに連通している。

図１は、本実施形態の流体デバイスの分離部の一例を示す模式図であるということもできる。図１に示すように、分離部１００は、第１の流路（第１流体導入部）１１０と、第２の流路（第２流体導入部）１２０と、ポンプ部（流体調節部）１３０と、を備え、第１の流路１１０及び第２の流路１２０の一部は、フィルター１４０を介して互いに連通している。

第１の流路１１０は、被分離物質を含む流体を流すためのものである。また、第２の流路１２０は、被分離物質を回収する流体を流すためのものである。つまり、第１の流路（第１流体導入部）及び第２の流路（第２流体導入部）は、いずれも流路形状を有していてもよい。また、ポンプ部１３０は、第１の流路１１０中の流体の流れを調節するものである。また、フィルター１４０は、被分離物質を選択的に透過させるもの、又は被分離物質以外の所定の物質を選択的に透過させないものである。第１流体導入部と第２流体導入部とは、略平行になる部分を有しており、該平行部分にフィルターが設けられていてもよい。

図１に示すように、第１の流路１１０には、第１の流路１１０の内部に流体を導入するための流入用流路１１１が接続されていてもよい。また、第１の流路１１０には、第１の流路１１０の内部の流体を外部に排出するための排出用流路１１２が接続されていてもよい。また、分離部１００は、流入用流路１１１と第１の流路１１０の連通を開状態又は閉状態に制御するためのバルブ１１３を備えていてもよい。また、分離部１００は、排出用流路１１２と第１の流路１１０の連通を開状態又は閉状態に制御するためのバルブ１１４を備えていてもよい。

また、第２の流路１２０には、第２の流路１２０の内部に流体を導入するための流入用流路１２１が接続されていてもよい。また、第２の流路１２０には、第２の流路１２０の内部の流体を外部に排出するための排出用流路１２２が接続されていてもよい。また、分離部１００は、流入用流路１２１と第２の流路１２０の連通を開状態又は閉状態に制御するためのバルブ１２３を備えていてもよい。また、分離部１００は、排出用流路１２２と第２の流路１２０の連通を開状態又は閉状態に制御するためのバルブ１２４を備えていてもよい。

バルブ１１３、１１４、１２３、１２４としては流体デバイスに使用される任意のバルブを用いることができるが、例えば、後述する、ポンプ部１３０を構成するバルブと同様のものを用いることができる。

ここで、分離部１００を用いて、被分離物質を含む第１の流体から、被分離物質を分離する方法について、例を挙げて説明する。

まず、分離部１００の第１の流路１１０に、被分離物質を含む第１の流体を導入する。被分離物質としては、特に限定されないが、ここでは、一例として、血液サンプルから被分離物質として血漿成分を分離して回収する場合を説明する。すなわち、ここでは、被分離物質を含む第１の流体は血液サンプルである。血液サンプルは、全血であってもよく、全血から前処理によって一部の成分が除かれたものであってもよい。血液は、血漿成分の他、赤血球、白血球、血小板等の血球成分を含んでおり、臨床検査のためには、赤血球、白血球、血小板等を取り除いた血漿成分を回収することが必要な場合がある。

まず、バルブ１１３及びバルブ１１４をいずれも開状態にする。この結果、流入用流路１１１、第１の流路１１０及び排出用流路１１２が連通した状態になる。続いて、流入用流路１１１から血液サンプルを導入する。導入された血液サンプルは、第１の流路１１０を満たした後、余剰分が排出用流路１１２から排出される。第１の流路１１０に血液サンプルが満たされたら、バルブ１１３及びバルブ１１４をいずれも閉状態にする。この結果、第１の流路１１０は閉じた回路を形成することとなる。

後述するように、第１の流路１１０が閉じた回路を形成することにより、第１の流路１１０中の流体を繰り返し循環させることが可能になり、被分離物質の分離を効率よく行うことが容易になる。

なお、第１の流路１１０は、閉じた回路を形成していなくてもよい。第１の流路をループ状にせず、第１の流体を一方向に流して、被分離物質を分離することもできる。

続いて、第２の流路１２０に、前記被分離物質を回収する流体を導入する。本例においては、血漿成分を溶解又は分散させて回収する流体として、例えば生理食塩水を用いればよい。第１の流路１１０と第２の流路１２０に流体を導入する順序は限定されない。

まず、バルブ１２３及びバルブ１２４をいずれも開状態にする。この結果、流入用流路１２１、第２の流路１２０及び排出用流路１２２が連通した状態になる。続いて、流入用流路１２１から生理食塩水を導入する。導入された生理食塩水は、第２の流路１２０を満たした後、余剰分が排出用流路１２２から排出される。第２の流路１２０に生理食塩水が満たされたら、バルブ１２３及びバルブ１２４をいずれも閉状態にする。この結果、第２の流路１２０は閉じた回路を形成することとなる。

後述するように、第２の流路１２０が閉じた回路を形成することにより、第２の流路１２０中の流体を繰り返し循環させることが可能になり、被分離物質の分離・濃縮を効率よく行うことが容易になる。

なお、第２の流路１２０は、閉じた回路を形成していなくてもよい。第２の流路をループ状にせず、第２の流体を一方向に流して、被分離物質を回収することもできる。

続いて、ポンプ部１３０を作動させる。その結果、第１の流体、すなわち血液サンプルが第１の流路１１０の内部を循環する。これにより、血球成分は流路方向、すなわちフィルター１４０と平行な方向に力を受け、フィルターのろ過方向には力を受けにくくなる。そのため、血球成分によってフィルターに目詰まりを生じることや、血球成分が壊れて溶血することを抑えることができる。

一方、フィルター１４０を透過できる被分離物質は、第１の流路１１０から第２の流路１２０に移動する。後述するように、ポンプ部１３０として、第１の流路１１０に配置された複数のバルブを使用する場合、ポンプを作動させバルブを閉めることによって第１の流路の体積がわずかに減少することから、被分離物質が第２の流路に適度に押し出され、効率よく被分離物質を分離することができる。

フィルター１４０は、被分離物質のみ選択的に透過させるものであってもよく、被分離物質以外の所定の物質を選択的に透過させないものであってもよい。後者の場合、フィルター１４０として、被分離物質に含まれることが望ましくない所定の物質を選択的に透過させないものを使用することができる。この場合、被分離物質に加えて、被分離物質と分離できなくてもよい他の物質がフィルター１４０を透過することもあり得る。本例の場合、フィルター１４０としては、赤血球、白血球及び血小板を選択的に透過させず、血漿成分（被分離物質）を透過させるものを使用する。例えば、孔径が１μｍ程度のフィルターシートを用いることができる。フィルターの詳細については後述する。

続いて、第２の流路１２０中の第２の流体、すなわち血漿成分を含む生理食塩水を回収する。

まず、バルブ１２３及びバルブ１２４をいずれも開状態にする。この結果、流入用流路１２１、第２の流路１２０及び排出用流路１２２が連通した状態になる。続いて、排出用流路１２２から血漿成分が溶解又は分散した生理食塩水を排出させ、回収する。以上の操作により、血液サンプルから血漿成分を分離することができる。

本実施形態の分離部１００により分離できる被分離物質は、血漿成分に限られない。例えば、溶液中のリポソームをサイズ毎に分画することもできるし、ビーズを含む混合液からビーズを分離することもできるし、環境や呼気などの気体から微粒子（ゴミ）や菌、ウイルスを分離するために用いることもできる。すなわち、被分離物質としては、血漿成分、リポソーム、ビーズ、その他の微粒子、微生物等が挙げられる。

本実施形態では、被分離物質（血漿成分）を回収することを目的としている。したがって、被分離物質以外の成分が、第２の流路１２０に十分に移動した後、第１の流路内の流体を回収する。また、被分離物質が第２の流路に移動した後、第１の流路内に残存した物質を回収してもよい。

このように、本実施形態により新たな分離部を提供することができる。本実施形態の分離部を備える流体デバイスによれば、例えば、微量の血液を用いた臨床検査を小型のデバイス上で実施することが可能になる。この場合、第１の流路１１０及び第２の流路１２０の幅又は深さは、例えば、数μｍから数百ｍｍ程度、数μｍから数十ｍｍ程度、数μｍから数ｍｍ程度であってもよい。

このような分離部を用いることにより、例えば、血液から迅速に血漿成分を分離することができる。また、後述するように血球がフィルターに詰まりにくい構成にすることが容易であり、溶血を起きにくくすることができる。また、操作を行うために特殊な技術を習得する必要がない。また、分離部は使い捨てにできることから、検体同士のコンタミネーションや、検体に含まれる病原微生物等による感染のリスクが低減される。また、少量の検体に対応することができる。

（変形例）
上述した分離部１００では、ポンプ部１３０が第１の流路１１０のみに配置されていた。しかしながら、ポンプ部は第２の流路１２０のみに配置されていてもよいし、第１の流路１１０及び第２の流路１２０の双方に配置されていてもよい。

図２は、流体調節部が第１流体導入部１１０及び第２流体導入部１２０の双方に配置された流体デバイスを説明する模式図である。図２に示すように、本変形例の流体デバイスは、流体調節部１３０に加えて、流体調節部１３５を更に備える以外は上述した分離部１００と同様の構成を有している。流体調節部１３５は、第２流体導入部１２０中の流体の流れを調節するものである。

図２は、本変形例の流体デバイスの分離部の一例を示す模式図であるということもできる。図２に示すように、分離部２００は、ポンプ部（流体調節部）１３０に加えて、ポンプ部（流体調節部）１３５を更に備える以外は分離部１００と同様の構成を有している。ポンプ部１３５は、第２の流路（第２流体導入部）１２０中の流体の流れを調節するものである。

分離部２００を用いた被分離物質の分離においては、ポンプ部１３０に加えてポンプ部１３５も作動させることができる。その結果、第１の流路１１０中の第１の流体のみでなく、第２の流路１２０中の第２の流体も循環させることができ、第１の流路１１０の内部の流体中の被分離物質の濃度、及び第２の流路１２０の内部の流体中の被分離物質の濃度が平衡に達するまでの時間を更に短縮することができる。

ここで、ポンプ部１３０により循環させる第１の流路１１０中の第１の流体の流れの方向、及びポンプ部１３５により循環させる第２の流路１２０中の第２の流体の流れの方向は特に限定されない。流体の流れは、フィルター１４０の第１の流路側及びフィルター１４０の第２の流路側で同じ方向であってもよいし、異なる方向であってもよい。

上述した例では、第１の流路１１０及び第２の流路１２０の内部に導入される流体は液体であった。しかしながら、第１の流路１１０及び第２の流路１２０の内部に導入される流体は液体に限られず、気体であってもよい。この場合、被分離物質としては、例えば、ゴミなどの微粒子、菌、ウイルス等が挙げられる。このような物質を分離する場合、フィルター１４０としては、例えば、フッ素樹脂フィルター等を用いることができる。

以下、本実施形態の分離部の各構成について説明する。
（ポンプ部（流体調節部））
ポンプ部１３０又は１３５は、３連以上のバルブを備えていてもよい。また、上記のバルブは、ダイアフラム部材を備えるダイアフラムバルブであり、ダイアフラム部材はエラストマー材料から形成されていてもよい。

図３（ａ）及び（ｂ）は、ダイアフラムバルブの構造の一例を説明する断面図である。図３（ａ）はダイアフラムバルブ３００の開状態を示し、図３（ｂ）はダイアフラムバルブ３００の閉状態を示す。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ダイアフラムバルブ３００は、第１の基板３１０と、エラストマー材料からなるダイアフラム部材３３０と、第２の基板３２０とを備えている。第２の基板３２０とダイアフラム部材３３０とは密着した状態で接着されている。また、第１の基板３１０とダイアフラム部材３３０との間の空間は流体が流れる流路３１５を形成している。また、第２の基板３２０の一部には貫通孔３４０が設けられている。また、貫通孔３４０においては、ダイアフラム部材３３０が露出している。

ダイアフラムバルブ３００は、流路３１５に配置されており、流路３１５の内部の流体の流れを調節するものである。

図３（ａ）に示すダイアフラムバルブ３００の開状態では、流路３１５の内部を流体が流れることができる。一方、図３（ｂ）に示すように、ダイアフラムバルブ３００の貫通孔３４０からバルブ制御用の流体を供給し、貫通孔３４０の内部を加圧すると、ダイアフラム部材３３０が変形し、変形したダイアフラム部材３３０の一部が第１の基板３１０と密着する。この状態は、ダイアフラムバルブ３００の閉状態である。その結果、流路３１５の内部の流体の流れが遮断される。

ここで、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ダイアフラムバルブ３００の閉状態をより強固なものとするために、貫通孔３４０と対向する第１の基板３１０の領域には凸部３１１が形成されていてもよい。

バルブ制御用の流体としては、Ｎ_２ガス、空気等の気体、水、油等の液体等が挙げられる。バルブ制御用の流体は、例えば、貫通孔３４０に接続されたチューブ等により供給することができる。

また、ダイアフラム部材３３０を形成するエラストマー材料としては、貫通孔３４０の内部の圧力変化に応じて貫通孔３４０の軸線方向に変形可能な材料であれば特に限定されず、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン等のシリコーン系エラストマー等が挙げられる。

図３（ｂ）に示す閉状態のダイアフラムバルブ３００において、貫通孔３４０の内部に印加していた圧力を低下させると、変形していたダイアフラム部材３３０が元の形状に戻り、再び図３（ａ）に示す開状態となる。その結果、再び流路３１５の内部を流体が流れることができるようになる。

３連以上のバルブにより、すなわちバルブを３個以上並べることにより、ポンプを形成することができる。図４（ａ）～（ｄ）は、３個のダイアフラムバルブ３００ａ、３００ｂ及び３００ｃを備えるポンプの一例の動作を説明する断面図である。

図４（ａ）に示す状態では、３個のバルブ３００ａ、３００ｂ及び３００ｃは、いずれも開状態である。この状態では、流路３１５の内部の流体の流れは制御されていないため、流体は図４（ａ）に向かって右側に流れる場合もあるし、左側に流れる場合もあるし、流体の流れが停止している場合もある。

続いて、図４（ｂ）に示すように、バルブ３００ａを閉状態に制御し、バルブ３００ｂ及び３００ｃは開状態のままにする。この結果、流路３１５の内部の流体の流れはバルブ３００ａによって堰き止められる。

続いて、図４（ｃ）に示すように、バルブ３００ａ及びバルブ３００ｂを閉状態に制御し、バルブ３００ｃは開状態のままにする。ここで、バルブ３００ｂが開状態から閉状態に変化する過程で、ダイアフラム部材３３０が変形することにより、バルブ３００ｂの周囲に存在していた流体が押しのけられる。ところが、バルブ３００ａが閉状態にあることから、押しのけられた流体は図４（ｃ）の矢印で示す方向、すなわち、図４（ｃ）に向かって右側に移動する。この結果、流体に矢印で示す方向の流れが生じる。

続いて、図４（ｄ）に示すように、バルブ３００ｂ及び３００ｃを閉状態に制御する。すると、バルブ３００ｃが開状態から閉状態に変化する過程で、ダイアフラム部材３３０が変形することにより、バルブ３００ｃの周囲に存在していた流体が押しのけられる。ところが、バルブ３００ａが閉状態にあることから、押しのけられた流体は図４（ｄ）の矢印で示す方向、すなわち、図４（ｄ）に向かって右側に移動する。この結果、流体に矢印で示す方向の流れが更に加速される。この時、バルブ３００ａは図４（ｄ）に示すように開状態に制御してもよいし、閉状態のまま維持してもよい。

続いて、再び図４（ａ）に示すように、バルブ３００ａ、３００ｂ及び３００ｃを、いずれも開状態に制御する。ここでは、慣性により、流路３１５の内部の流体は、図４（ａ）に向かって右側に移動し続けている場合がある。

更に、以上の工程を繰り返すことにより、流路３１５の内部の流体の流れを制御することができる。

以上の工程は、３個のバルブを備えるポンプの制御方法の一例であり、３個のバルブを備えるポンプの制御方法はこれに限られない。例えば、上述したバルブの制御において、バルブ３００ａとバルブ３００ｃの開閉のタイミングを逆にすることにより、流路３１５の内部の流体の流れを上述したものと逆方向に制御することもできる。また、図４（ａ）～図４（ｄ）の動作を繰り返す周期を調節して、パルス的な微小溶液のフローを形成し、フィルター１４０への夾雑物の詰まりを抑制したり、分離速度を制御したりすることもできる。また、バルブ３００ａ～３００ｃを駆動する気体の圧力やバルブの径を調節することによっても、フィルター１４０を介した溶液のフローを制御することができる。これによって、フィルター１４０への夾雑物の詰まりを抑制したり、分離速度を制御したりしてもよい。

また、バルブを４個以上備えるポンプにより、流路３１５の内部の流体の流れを制御することも可能である。

また、ダイアフラムバルブの構造も、上述したものに限られない。例えば、ダイアフラムバルブとして、国際公開第２０１６／００６６１５号に記載された、外筒部と内筒部とを有する筒状構造体と、前記内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、前記薄膜部の周縁を一周し、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁に沿って密着したアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備えたバルブを用いることもできる。

図５（ａ）及び（ｂ）は、国際公開第２０１６／００６６１５号に記載されたダイアフラムバルブの構造を説明する断面図である。図５（ａ）はバルブ５００の開状態を示し、図５（ｂ）はバルブ５００の閉状態を示す。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、バルブ５００は、上述したバルブ３００と比較すると、ダイアフラム部材３３０が第２の基板３２０の全面に配置されておらず、バルブ５００の周囲のみに局所的に配置されている点が主に異なっている。

バルブ５００のダイアフラム部材３３０は、アンカー部３３１を備えていることにより、ダイアフラム部材３３０を加圧により変形させた場合においても、ダイアフラム部材３３０が破損して第２の基板３２０から剥離することがない。

本実施形態の分離部において、他に使用可能なバルブとしては、例えば、２つの金型を使って、樹脂部分とエラストマー部分を連続的に成形して得られた、２色成型バルブを上げることができる。２色成型バルブは、製造に要する時間が短く、樹脂とエラストマーとの密着性が高い利点がある。

なお、以上はポンプ部が第１の流路１１０及び第２の流路１２０に配置されている例について説明したが、ポンプ部は、必ずしも第１の流路又は第２の流路に配置されていなくてもよい。例えば、第２の流路１２０が閉じた回路になっていない場合、第２の流路の一端に第２の流体を供給するリザーバを接続し、他端に被分離物質を含む第２の流体を回収するリザーバを接続し、リザーバに吸引部を設けて吸引することで、第２の流路１２０内に第２の流体を移動させることができる。

（フィルター）
本実施形態の分離部において、フィルター１４０は、一例として、フィルター１４０のろ過方向が、第１の流路１１０中を流体が流れる方向及び第２の流路１２０中を流体が流れる方向と略直交するように配置されている。本明細書において、フィルター１４０のろ過方向とは、被分離物質がフィルター１４０を透過する方向を意味する。

図１及び図２に示すように、分離部１００及び分離部２００では、フィルター１４０のろ過方向が、第１の流路１１０中を流体が流れる方向及び第２の流路１２０中を流体が流れる方向と直交している。これにより、第１の流体に含まれる被分離物質以外の物質が、第１の流体によって直接フィルター１４０のろ過方向に力を受けて目詰まりすることを抑制することができる。被分離物質以外の物質とは、例えば、血液から血漿成分を分離する場合における、赤血球、白血球、血小板等を意味する。

本実施形態の分離部において、フィルターは、スクリーンフィルターであってもデプスフィルターであってもよい。スクリーンフィルターとは、孔径が正確に決められたフィルターであり、円筒状の細孔が均一に分布している構造を有し、対象物はフィルター表面で捕捉されるという特徴を有する。デプスフィルターは、対象物がフィルターの表面及びフィルターの内部で捕捉されるフィルターである。

本実施形態のフィルターは、メンブレンフィルターであってもよい。メンブレンフィルターは、孔径の揃った多孔性の膜であり、フッ素樹脂、セルロースアセテート、ポリカーボネート樹脂等で製造されたものが市販されている。メンブレンフィルターは、対象物を表面で捕捉するスクリーンフィルターの一種であり、目的に応じて、異なる孔径のフィルターが選択される。フィルターとしてメンブレンフィルターを用いることにより、孔径に基づいた被分離物質の分離をより正確に行うことができる。

本実施形態の分離部において、第１の流路１１０及び第２の流路１２０の壁面と、フィルター１４０の周縁とは、ダイアフラムバルブのダイアフラム部材３３０を構成するエラストマー材料と同一の成分からなるエラストマー材料で固定されていてもよい。

ダイアフラムバルブ３００を備える分離部は、例えば、流路やバルブ形成用の貫通孔３４０が形成された樹脂からなる第１の基板３１０と、エラストマー材料のシートからなるダイアフラム部材３３０と、流路やバルブ形成用の貫通孔３４０が形成された樹脂からなる第２の基板３２０とを積層し、熱圧着すること等により製造することができる。

また、例えば、第１の流路１１０の一部となる溝（凹部）を第１の基板３１０の表面に形成し、第２の流路１２０の一部となる溝（凹部）を第２の基板３２０の表面に形成し、これらの溝に形成される流路がフィルター１４０を介して連通するように構成する場合、ダイアフラム部材３３０は、フィルター１４０に対応する部分を、フィルター１４０より少し小さく刳り貫いておく。そして、第１の基板３１０と、ダイアフラム部材３３０と、フィルター１４０と、第２の基板３２０とを積層して、熱圧着等することにより、フィルター１４０をダイアフラム部材３３０と第２の基板３２０との間に固定することができる。

図６（ａ）は、分離部２００の一例を説明する斜視図である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）のｂ－ｂ’線における矢視断面図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の基板３１０の表面には、第１の流路１１０の一部となる溝が形成されている。また、第２の基板３２０の表面には、第２の流路１２０の一部となる溝が形成されている。

分離部２００では、これらの溝により形成される第１の流路１１０及び第２の流路１２０が、フィルター１４０を介して連通するように構成されている。

ダイアフラム部材３３０は、ダイアフラム部材３３０とフィルター１４０とが接触する部分において、フィルター１４０より少し小さく切り抜かれている。その結果、ダイアフラム部材３３０の切り抜かれた部分の周縁部とフィルター１４０の周縁部とは重なって接触している。そして、第１の基板３１０、ダイアフラム部材３３０、フィルター１４０、第２の基板３２０は、この順に積層されて熱圧着等により接着されている。

これにより、フィルター１４０は、ダイアフラム部材３３０と第２の基板３２０との間に固定されている。実施例において後述するように、発明者らは、このような構造により、第１の流路１１０及び第２の流路１２０の内部を流れる流体が漏れることがなく、フィルター１４０を強固に固定することができることを明らかにした。

なお、フィルター１４０とダイアフラム部材３３０とを積層する順序はこれに限定されず、例えば、第１の基板３１０、フィルター１４０、ダイアフラム部材３３０、第２の基板３２０の順に積層されて熱圧着等により接着されていてもよい。

［被分離物質の分離方法］
本実施形態の被分離物質の分離方法は、流体デバイスを用いて、被分離物質を含む第１の流体から被分離物質を分離する方法であって、前記流体デバイスは、前記第１の流体が導入される第１流体導入部と、前記被分離物質を回収する第２の流体が導入される第２流体導入部と、前記第１の流体の流れ、及び／又は前記第２の流体の流れを調節する流体調節部と、を含み、前記第１流体導入部及び前記第２流体導入部の少なくとも一方は流路形状を有し、前記第１流体導入部及び前記第２流体導入部の少なくとも一部は、前記被分離物質を選択的に透過させるフィルター、又は、前記被分離物質以外を選択的に透過させないフィルターを介して互いに連通している流体デバイスであって、前記分離部の前記第１流体導入部に、前記第１の流体を導入し、前記第２流体導入部に前記第２の流体を導入する工程と、前記第１の流体の流れ、及び／又は前記第２の流体の流れを調節する流体調節部を作動させて前記第１の流体及び／又は前記第２の流体を移動させる工程と、前記第２流体導入部中の流体を回収する工程と、を含む。

本実施形態の被分離物質の分離方法は、上述した流体デバイスの分離部の前記第１の流路に、被分離物質を含む第１の流体を導入し、前記第２の流路に前記被分離物質を回収する第２の流体を導入する工程と、前記第１の流体の流れを調節するポンプ部、及び／又は前記第２の流体の流れを調節するポンプ部（流体調節部）を作動させて前記第１の流体及び／又は前記第２の流体を移動させる工程と、前記第２の流体ごと前記被分離物質を回収する工程と、を備える方法であるということもできる。

流体デバイスにおいて、第１流体導入部及び第２流体導入部は、いずれも流路形状を有し、且つ閉じた回路を形成していてもよい。また、第１の流体及び第２の流体の流れを調節する流体調節部は、それぞれ第１流体導入部及び第２流体導入部に配置され、且つ、それぞれ３連以上のバルブを含んでいてもよい。

また、第１の流体と第２の流体は、それぞれ第１流体導入部と第２流体導入部を反対回りに移動してもよい。

本実施形態の分離方法により、例えば、血液から迅速に血漿成分を分離することができる。また、分離部のフィルターを、フィルターのろ過方向が、第１の流路中を流体が流れる方向及び前記第２の流路中を流体が流れる方向と略直交するように配置することにより、被分離物質がろ過方向に直接力を受けてフィルターに詰まるのを抑制することができる。このため、例えば、血球がフィルターに詰まるのを抑制することができ、溶血が起きにくい。

また、本実施形態の分離方法は、操作を行うために特殊な技術を習得する必要がない。また、分離部は使い捨てにできることから、検体同士のコンタミネーションや、検体に含まれる病原微生物等による感染のリスクが低減される。また、少量の検体に対応することができる。

次に実施例を示して本実施形態を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実験例１］
（分離部の製造）
図７に写真を示す分離部を有する流体デバイスを製造した。分離部は、第１の流路１１０と、第２の流路１２０と、前記第１の流路に配置されたポンプ部１３０と、第２の流路に配置されたポンプ部１３５とを備えていた。また、第１の流路１２０及び第２の流路１２０の一部は、フィルター１４０を介して互いに連通していた。

また、第１の流路１１０には、流入用流路１１１と、排出用流路１１２が接続されていた。また、分離部は、流入用流路１１１と第１の流路１１０との連通を開状態又は閉状態に制御するためのバルブ１１３と、排出用流路１１２と第１の流路１１０の連通を開状態又は閉状態に制御するためのバルブ１１４とを備えていた。

また、第２の流路１２０には、流入用流路１２１と、排出用流路１２２が接続されていた。また、分離部は、流入用流路１２１と第２の流路１２０の連通を開状態又は閉状態に制御するためのバルブ１２３と、排出用流路１２２と第２の流路１２０の連通を開状態又は閉状態に制御するためのバルブ１２４とを備えていた。

［実験例２］
（分離部を用いた分離）
実験例１で製造した分離部に、被分離物質を含む流体を導入して被分離物質を分離した。

被分離物質を含む流体として、ビーズを分散させた色水を使用した。これは、血液を模したものであり、ビーズは赤血球、白血球等の血球を想定したものであり、以下、「疑似血液」という場合がある。色水としては、色素を溶解させたリン酸バッファー（ＰＢＳ）を使用した。本実験例では、被分離物質は色素に対応する。また、被分離物質を回収する流体として、色素を含まないＰＢＳを使用した。

まず、第１の流路１１０に疑似血液を導入し、第２の流路にＰＢＳを導入した。図８は、この段階の分離部の写真である。左上の「００：０５」は、実験開始から５秒後であることを示す。

続いて、ポンプ部１３０及び１３５を作動させて、第１の流路１１０中の流体及び第２の流路１２０中の流体を流した。これにより、第１の流路中の疑似血液中の色素が、フィルター１４０を透過して第２の流路１２０中のＰＢＳ中に移動し、疑似血液から分離された。一方、ビーズはフィルター１４０を透過することができないため、第１の流路１１０中の流体中に残留した。また、ポンプ部を作動させたことにより、色素の移動が平衡に達するまでの時間が短縮された。

図９は、実験開始から約２５０秒後の分離部の写真である。左上の「０４：１０」は、実験開始から４分１０秒後（２５０秒後）であることを示す。図９では、色素の濃度が平衡に達し、第１の流路中の色素の濃度と第２の流路中の色素の濃度がほぼ同じ濃度となったことが分かる。

図１０は、第２の流路中の色素の濃度を経時的に測定した結果を示すグラフである。その結果、疑似血液から色素を分離した場合に、色素が平衡到達率９０％に達するまでに２４５秒かかったことが明らかとなった。

なお、平衡到達率９０％は次のようにして決定した。すなわち、第２の流路中の色素の濃度を光検出により測定した結果、光強度の変動がほとんどなくなった、実験開始から７０１秒後～９００秒後の光強度を平衡とし、平衡における光強度の９０％の光強度に達した時点を平衡到達率９０％とした。

１００，２００…分離部、１１０…第１の流路（第１流体導入部）、１２０…第２の流路（第２流体導入部）、１１１，１２１…流入用流路、１１２，１２２…排出用流路、１１３，１１４，１２３，１２４…バルブ、１３０，１３５…ポンプ部（流体調節部）、１４０…フィルター、３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，５００…ダイアフラムバルブ、３１０…第１の基板、３１１，３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ…凸部、３１５…流路、３２０…第２の基板、３３０…ダイアフラム部材、３３１…アンカー部、３４０，３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃ…貫通孔。

Claims (11)

1. 第１の流路と、
   前記第１の流路と接続し、前記第１の流路に被分離物質を含む第１の流体を導入する第１の流入用流路と、
   前記第１の流路と接続し、前記第１の流路から前記第１の流体を排出する第１の排出用流路と、
   前記第１の流入用流路及び前記第１の排出用流路にそれぞれ設けられ、前記第１の流路との接続を開閉可能とし、且つ、共に閉状態とすることで前記第１の流路を閉じた回路とするバルブと、
   前記第１の流路の一部に形成され、前記第１の流体から前記被分離物質をろ過して分離するフィルターと、
   前記フィルターを介して前記第１の流路と接続し、分離された前記被分離物質を回収する第２の流体が導入される第２の流路と、
   前記第１の流路に配置され、前記第１の流路中の前記第１の流体の流れを調節する第１の流体調節部と、
   を備える、
   流体デバイス。
2. 前記第２の流路と接続し、前記第２の流路に前記第２の流体を導入する第２の流入用流路と、
   前記第２の流路と接続し、前記第２の流路から前記第２の流体を排出する第２の排出用流路と、
   前記第２の流入用流路及び前記第２の排出用流路にそれぞれ設けられ、前記第２の流路との接続を開閉可能とし、且つ、共に閉状態とすることで前記第２の流路を閉じた回路とするバルブと、を備える
   請求項１に記載の流体デバイス。
3. 前記第２の流体の流れを調節する第２の流体調節部を備え、
   前記第２の流体調節部は前記第２の流路に配置される、請求項１又は２に記載の流体デバイス。
4. 貼り合わされた少なくとも２枚の基板を備え、
   第１の基板と対向する第２の基板の表面に、前記第１の流路の少なくとも一部となる第１の凹部が形成され、
   第２の基板と対向する第１の基板の表面に、前記第２の流路の少なくとも一部となる第２の凹部が形成され、
   前記フィルターは、前記第１の基板と前記第２の基板に挟持され、
   前記第１の凹部と前記第２の凹部が前記フィルターを介して対向する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の流体デバイス。
5. 前記フィルターはダイアフラム部材を備え、
   前記ダイアフラム部材は前記第１の基板と前記第２の基板に挟持されている、
   請求項４に記載の流体デバイス。
6. 前記ダイアフラム部材は、前記フィルターと接触して固定されている、
   請求項５に記載の流体デバイス。
7. 前記第１の流体は血液サンプルである、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の流体デバイス。
8. 前記フィルターのろ過方向が、前記第１の流路を流体が流れる方向及び前記第２の流路を流体が流れる方向と略直交するように配置されている、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の流体デバイス。
9. 前記第１の流路と前記第２の流路とが略平行になる部分を有し、前記略平行になる部分に前記フィルターが設けられている、
   請求項１～８のいずれか一項に記載の流体デバイス。
10. 前記フィルターはメンブレンフィルターである、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の流体デバイス。
11. 流体デバイスを用いて、被分離物質を含む第１の流体から前記被分離物質を分離する方法であって、
    前記流体デバイスは、
    第１の流路と、
    前記第１の流路と接続し、前記第１の流路に被分離物質を含む第１の流体を導入する第１の流入用流路と、
    前記第１の流路と接続し、前記第１の流路から前記第１の流体を排出する第１の排出用流路と、
    前記第１の流入用流路及び前記第１の排出用流路にそれぞれ設けられ、前記第１の流路との接続を開閉可能とし、且つ、共に閉状態とすることで前記第１の流路を閉じた回路とするバルブと、
    前記第１の流路の一部に形成され、前記第１の流体から前記被分離物質をろ過して分離するフィルターと、
    前記フィルターを介して前記第１の流路と接続し、分離された前記被分離物質を回収する第２の流体が導入される第２の流路と、
    前記第１の流路に配置され、前記第１の流路中の前記第１の流体の流れを調節する第１の流体調節部と、
    を備え、
    （ａ）前記第１の流路に、前記第１の流体を導入し、前記第２の流路に前記第２の流体を導入する工程と、
    （ｂ）前記バルブを閉状態として前記第１の流路を閉じた回路とすると共に、前記第１の流体調節部により前記第１の流路の中で前記第１の流体を移動させ、前記フィルターを介して前記第１の流体から前記第２の流体に前記被分離物質を移動させる工程と、
    （ｃ）前記第２の流路の中の前記第２の流体を回収する工程と、
    （ｄ）前記第１の流路から前記第１の流体を排出させる工程と、
    を含む、被分離物質の分離方法。

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