JP2008259489A - 細胞破砕装置及び流路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】細胞を含有する微少なサンプルからでも簡便かつ迅速に細胞内容物を抽出可能な手段を提供する。
【解決手段】流路基板１は、ガラス製の支持体１１に、膜状電極１４及び感光性樹脂層１２を順に積層して形成され、感光性樹脂層１２を部分的に除去することで、溶液槽２１，２１及び流路２３が形成されている。流路２３の一対の側壁２３ａ，２３ａは、平面視円弧状であり、流路方向中央部で最も流路幅が狭くなるように張り出している。溶液槽２１，２１の底面は膜状電極１４，１４で構成されており、これにより流路２３に駆動電圧を印加すると、流路２３に投入された試料溶液中の細胞Ｃが移動し、細胞径よりも流路幅が狭くなった部分に挟み込まれる。この部分に破砕用電極２７，２７を近接し、高周波電圧を印加することで細胞Ｃを破砕できる。細胞Ｃの内容物は流路２３中を流れ他方の溶液槽２１に至る。
【選択図】図１

Description

本発明は簡便に細胞を破砕可能な細胞破砕装置及び流路基板に関するものである。

従来、ＤＮＡ（ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）やＲＮＡ（ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）などの細胞内容物を抽出するために、細胞壁や細胞膜の破壊を化学的に行っている。例えば、特許文献１では、ＤＮＡを抽出しようとする場合、界面活性剤や蛋白変性剤を含む溶液に細胞を溶解させている。この場合、以後のＤＮＡ抽出操作を行うためには、細胞の溶解後に、細胞を溶解した溶液を分離する操作が必要になる。
特開平１１−１６９１７０号公報

しかしながら、化学的方法では、上述のように多段階の操作を必要とし、細胞から核酸等を抽出するまでには複雑な操作を要し、手間と時間がかかる。また、微少なサンプルをもとに多段階の操作を経ると、夫々の操作で歩留りが発生するため、目的の細胞内容物を得ることが困難になる。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、細胞を含有する微少なサンプルからでも簡便かつ迅速に細胞内容物を抽出可能な手段を提供することを目的とする。

また、流路は微細でかつ表面に沿って延在させているため、環境条件により、例えば、顕微鏡の照明に長時間照らされる場合や、高温・乾燥時などには、流路内に導入した液体が蒸発し、必要な液量を下回ってしまう場合があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、更にその目的は流路基板の流路内の液体の蒸発・乾燥を防ぐことにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１による細胞破砕装置は、溝状の流路が平面に沿って延在形成された流路基板と、前記流路に導入される流体又は流体中の物質を流動させる駆動装置と、前記流路中に局所的に細胞破砕用の電圧を印加する破砕電圧印加装置と、を備え、前記流路の側壁は、流路幅が狭くなる方向に平面視円弧状に張り出した凸部を備えることを特徴とする。

この細胞破砕装置によれば、細胞壁や細胞膜の破壊を簡単かつ確実に行うことができるので、細胞を含有する微少なサンプルからでも簡便かつ迅速に細胞内容物を抽出できる。

本発明の請求項２による細胞破砕装置は、請求項１において、前記駆動装置は、前記流路に駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段で構成されることを特徴とする。

本発明の請求項３による細胞破砕装置は、請求項２において、前記駆動電圧印加手段は、前記流路に駆動電圧を印加する１対の駆動用電極を備えており、前記１対の駆動用電極は、前記流路の流路方向両端側部分を構成する流路基板部分に、膜状電極としてそれぞれ一体形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項４による細胞破砕装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記破砕電圧印加装置は、前記細胞破砕用の電圧として、交流電圧を印加するものであることを特徴とする。

本発明の請求項５による細胞破砕装置は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記破砕電圧印加装置は、前記凸部が最も張り出した部分の近傍の流路中に、局所的に細胞破砕用の電圧を印加するものであることを特徴とする。

本発明の請求項６による細胞破砕装置は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記破砕電圧装置は、前記流路基板の表面に近接し、細胞破砕用の電圧を印加する１対の破砕用電極を備え、前記１対の破砕用電極は、それぞれ前記流路方向の近接位置が調整可能に構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項７による細胞破砕装置は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記流路基板は、前記流路の側壁が感光性樹脂で形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項８による細胞破砕装置は、請求項１〜７のいずれか１項において、前記流路基板を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする。これによれば、流路基板が冷却されるので、流路内の液体の蒸発が抑えられ、長時間の作業等が可能である。

前記冷却手段は、ペルチェ素子であることが好ましい。また、前記ペルチェ素子は、その吸熱面が前記流路基板の底面と接するように配置されることが好ましい。また、前記ペルチェ素子の放熱面を冷却する第２の冷却手段を設けることが好ましい。

本発明の請求項１２による細胞破砕装置は、請求項１乃至１１のいずれか１項において、前記駆動装置としてマイクロポンプを備えることを特徴とする。

前記マイクロポンプは、前記流路に連通するポンプ流路を移動可能に配置された磁性体の物体及び非磁性体の物体と、前記ポンプ流路に沿って配置された複数の電磁石と、を備え、前記磁性体の物体に近い電磁石に電力を供給することにより、発生した磁力により前記磁性体の物体を、前記非磁性体の物体と共に、前記ポンプ流路内で所定の方向に移動させることにより、前記流体又は流体中の物質を前記流路において流動させることを特徴とする。

上記マイクロポンプによれば、磁性体の物体に近い電磁石に電力を供給することにより、発生した磁力により磁性体の物体を、非磁性体の物体と共に、ポンプ流路内で所定の方向に移動させることにより、流体を一定方向に導くことができるので、モータやダイヤフラム等を用いることなく流体の圧送が可能であり、極めてシンプルな構造で、小型化が容易に可能で、高い耐久性を有する。かかるマイクロポンプにより、流路基板において流体又は流体中の物質を流路内で流動させることができる。

本発明の請求項１４による細胞破砕装置は、請求項１乃至１１のいずれか１項において、前記流路基板の流路で流体又は流体中の物質を流動させるために遠心装置に取り付けられて使用されることを特徴とする。これによれば、細胞破砕装置を遠心装置に取り付けて回転させて遠心力を作用させることで流体又は流体中の物質を流路基板の流路内で流動させることができる。このため電気浸透流発生のための電界印加が不要となるので、電界印加による検出対象の物質への影響がない。

前記遠心装置は、流体を収容した前記流路基板を取り付けて所定の回転軸を中心に回転する回転盤と、前記流路基板内における流体中の物質の状態を目視により観察するための顕微鏡と、を具備し、前記流路基板内の流体又は流体中の物質に対して遠心力を作用させることで前記流体から所定の物質を分離または合成させる可視下遠心装置であることを特徴とする。

本発明の請求項１６による流路基板は、請求項１〜１５のいずれかに記載の細胞破砕装置に用いられる前記流路基板であることを特徴とする。

本発明によれば、細胞を含有する微少なサンプルからでも簡便かつ迅速に細胞内容物を抽出できる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

〈第１の実施の形態〉

図１（ａ）は第１の実施の形態に係る流路基板１の平面図、同図（ｂ）は（ａ）の流路基板１の積層構成を示す図、図２は図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面図、図３は第１の実施の形態に係る流路基板１及び破砕電圧印加装置３を示す図である。

図３に示す細胞破砕装置は、流路基板１と、駆動電圧供給装置（図示省略）と、破砕電圧印加装置３と、を備えて構成される。

（流路基板について）
流路基板１は、図１（ｂ）に示すように、１対の膜状電極１４，１４及び感光性樹脂層１２をガラス製の支持体１１に順に積層して形成されている。

支持体１１は、膜状電極１４や感光性樹脂層１２を支持する支持体である。本実施の形態では、支持体１１として、長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの市販の板状の硼珪酸ガラス（商品名：パイレックス（登録商標））を用いる。

膜状電極１４は、外部の駆動電圧供給装置に接続し、後述の流路２３に駆動電圧を印加するものであり、図１（ａ）では、互いに分離して１対形成されている。駆動電圧は、後述するが、流路２３に導入される試料溶液を駆動する電場を形成するために印加される。なお、図１（ａ）には、分かりやすくするために、膜状電極１４の形成領域をハッチングで示している。このうち、破線のハッチングは感光性樹脂層１２の下部に形成されている部分を示し、実線のハッチングは膜状電極１４が露出している部分を示す。本実施の形態では、レジスト等により支持体１１にマスクパターンを形成した後、スパッタリングによりＴｉを下地として表面をＰｔの反応保護膜で覆った二層構造の膜状電極１４を形成している。このように、Ｔｉを下地とすることで支持体１１との密着性を向上させることができ、Ｐｔで覆うことで、試料溶液にさらされた際の電極反応を抑制できる。

感光性樹脂層１２は、感光性樹脂を光反応させることで形成されたものであり、支持体１１表面に所定の２次元パターンが所定の厚みをもって形成されている。この感光性樹脂層１２の形成部分と未形成部分との間の厚みの差によって、流路基板１表面に、試料溶液を収容する凹部（後述する）２が形成される。本実施の形態では、化薬マイクロケム社製のネガ型フォトレジスト（商品名：ＳＵ−８）を支持体１１にスピンコータで塗布し、パターンマスクを介して紫外光を露光し、現像液で未硬化部分を溶解、除去することで、厚さ２５μｍの感光性樹脂層１２を形成している。

次に、凹部２の構成について説明する。図１（ａ）では、凹部２は、横方向に延びる流路２３と、流路２３の両端部にそれぞれ接続する平面視略四角状の溶液槽２１，２１と、からなる。

流路２３は、感光性樹脂層１２で形成された１対の側壁２３ａ，２３ａが、流路方向中央付近で流路幅が最も狭くなるように、始端から終端に至るまで平面視円弧状に湾曲形成されている。本実施の形態では、対向する１対の側壁２３ａ，２３ａは、流路２３を挟んで対称的な形状に形成されている。そして、最も狭くなった部分の流路幅は、試料溶液中の破砕対象となる細胞の径よりも小さく設定されている。また、流路深さは、破砕対象の細胞径よりも大きく設定されている。本実施の形態では、最も狭くなった部分の流路幅を１０μｍとし、流路深さは感光性樹脂層１２の厚さと同じ２５μｍとしている。

以上、流路２３の全体が凸部に相当する。

溶液槽２１，２１は、試料溶液を投入又は回収するために用いられる。これら溶液槽２１，２１の形成領域には、１対の膜状電極１４，１４が夫々形成され、表面に露出しており、溶液槽２１，２１の底面を夫々構成している。

（駆動電圧供給装置及び破砕電圧印加装置について）
駆動電圧供給装置は、流路基板１が着脱可能に構成され、駆動電圧を生成して、当該流路基板１の１対の膜状電極１４，１４に供給する。駆動電圧は、直流電圧（例えば、３０Ｖ）でも交流電圧でもよい。なお、上記１対の膜状電極１４，１４及び駆動電圧供給装置が、駆動装置に相当する。

また、破砕電圧印加装置３は、１対の破砕用電極２７，２７を備えて構成され、細胞破砕用の高周波電圧（例えば、０．１〜１ＭＨｚ）を生成し、当該破砕用電極２７，２７を介して流路中に局所的な細胞破砕用の電圧を印加する。破砕用電極２７，２７は、装置筐体から延び、先端２７ａ，２７ａが流路基板１の表面に近接配置されている。その先端２７ａは、流路基板１の表面に対して平行な短い棒状になっていて、流路２３の幅方向に沿って配されている。また、破砕用電極２７，２７の付け根部分は、装置筐体内部で流路方向に沿って移動可能に支持されており、１対の破砕用電極の先端２７ａ，２７ａ間の距離が調整可能になっている。

（細胞破砕装置の動作及び作用効果について）
次に、上記構成の細胞破砕装置の動作、及び、本実施の形態の作用効果について説明する。

細胞破砕装置の使用時には、まず流路基板１を駆動電圧供給装置に装着する。そして、破砕対象となる細胞を含む試料溶液を、流路基板１の凹部２内に投入する。この状態で、駆動電圧供給装置を動作させ、１対の膜状電極１４，１４に駆動電圧を印加する。例えば、一方の膜状電極１４を正極、他方を負極として直流電圧を印加した場合、試料溶液に正極側から負極側に向かって電気浸透流が発生し、これに伴って試料溶液中の細胞も流路２３を移動する。

流路２３は、上記のように側壁２３ａが平面視円弧状であり、流路方向端部側から流路方向中央に向かうに従って徐々に流路幅が狭くなっているため、流路２３を流れる細胞Ｃは、その径よりも流路幅が狭くなった部分で側壁２３ａ，２３ａに挟み込まれて停止する（図４（ａ）参照）。この状態で、破砕電圧印加装置の破砕用電極２７，２７を細胞Ｃが拘束された部分の表面に近接させ、当該細胞Ｃを流路方向両側から破砕用電極２７，２７で挟み込むことのできる位置に調整して、高周波電圧を印加する。これにより、細胞Ｃが通電破砕し、その内容物が試料溶液に溶出し、電気浸透流によって負極側の溶液槽２１に向かって移動する。なお、破砕用電極２７，２７の近接位置は、細胞Ｃが実際に拘束された部分を顕微鏡で確認しながら調整してもよいし、あらかじめ細胞径から定める位置に設定してもよい。

一方、図４（ａ）に示したよりも細胞Ｃの径が小さい場合には（図４（ｂ）参照）、細胞Ｃは図４（ａ）に示す場合よりも流路方向中央よりの部分まで進行するが、最も狭い部分は細胞Ｃの径よりも流路幅が小さく設定されているため、通り抜けることはできず、その付近で両側の側壁２３ａ，２３ａに挟み込まれて停止する。以後は、図４（ａ）に示す場合と同様に、細胞Ｃが挟み込まれた部分の表面に破砕用電極２７，２７を近接させることで、破砕することができる。

以上のように、流路２３の側壁２３ａを平面視円弧状に形成し、流路２３が流路方向端部側から流路方向中央に向かうに従って徐々に流路幅が狭くなるように形成することにより、種々の大きさの細胞に対して同じ流路基板１を適用できる。従って、細胞は、一般に同じ個体や組織に由来するものでも大きさにバラツキがあるが、上記流路基板１を用いれば確実に破砕できる。また、側壁２３ａを平面視円弧状にすると、渦流の発生等を抑制でき、試料溶液の流動を円滑にできるので、試料溶液中の細胞以外の物質が滞留したり、一度側壁２３ａに挟み込んだ細胞の拘束が緩んだりするのを防止できる。

（その他の構成例について）
なお、本発明の適用は上記実施の形態に限定されない。例えば、上記実施の形態では、流路方向の始端から終端まで、流路２３の側壁２３ａ全体を凸部としているが、流路２３の流路方向の一部に凸部を設けてもよい。但し、流路方向の全体を平面視円弧状に形成することで、流路幅を大きく変化させることができるので、より種々の大きさの細胞に対応できる。また、一対の側壁２３ａ，２３ａが流路２３を挟んで対称的に形成される必要はなく、非対称であってもよく、同様に流路方向中央を挟んで両側を対称的にする必要はなく、流路方向の少なくとも一方に向かうに従って流路幅が狭くなる部分があればよい。また、凸部を１の曲率で形成する必要はなく、各部分で異なる曲率の円弧を連続的に形成してもよい。

また、駆動装置による駆動方式は、上記実施の形態のように電気浸透現象による場合に限定されず、例えば、ポンプ等を用いて駆動する方式であってもよく、後述のようなマイクロポンプを用いることができる。また、上記１対の膜状電極１４，１４は、流路２３を挟んで対称的な形状に形成されているが、非対称的な形状に形成してもよい。また、膜状電極１４に限らず、ワイヤ状の電極を流路２３に挿入することによって、電圧を印加してもよい。

破砕電圧印加装置も上記実施の形態に限定されず、例えば、破砕用電極の先端２７ａの形状は棒状でなく、球状などであってもよい。また、先端２７ａをワイヤ状にして、流路２３中に直接挿入することで電圧を印加するようにしてもよい。また、駆動電圧を印加する膜状電極１４と同様に、膜状電極として流路基板１に一体形成してもよい。この場合、例えば、１対に限らず複数の膜状電極を凸部の流路方向に沿って等間隔に形成し、細胞が実際に側壁２３ａ，２３ａに拘束された位置を挟んで両側に位置する１対の膜状電極を選択して破砕用の電圧を印加するようにしてもよい。また、上記実施の形態では細胞が側壁２３ａ，２３ａに挟み込まれた部分を目視で確認し、手動で破砕用電極の位置決めを行っているが、顕微鏡画像を画像処理することで細胞が挟みこまれた位置を特定し、自動で位置決めする機構を設けてもよい。

また、流路基板１の構成材料は、上記実施の形態に示すものに限定されない。例えば、支持体１１には、支持体として必要な強度を有する材料であれば用いることができるが、なお、ガラス（硼珪酸ガラス、石英ガラス等）の他、例えば、プラスチック（ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリエステル等）やガラス繊維とプラスチックの複合材も用いることができる。

また、膜状電極１４には、上記材料に限らず一般的な電極材料を用いることができるが、表面部分はＰｔ、Ａｕ、Ａｇ等の比較的標準電極電位の高い（正の値を持つような）材料で構成すると、試料溶液にさらした際の電解腐食を防止できるので好ましい。また、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極を用いると、流路基板１の透明性が維持できるので、流路基板１の光学的解析を行う場合等に好適である。また、スパッタリングにより形成することで、支持体１１との密着性を高めることができるが、これに限らず、化学蒸着やイオンプレーティングその他の物理蒸着によって形成することもできる。

感光性樹脂としては、上記実施の形態で示した光を照射した部分が硬化するネガ型の感光性樹脂に限定されず、光を照射した部分が可溶性になるポジ型の感光性樹脂も用いることができる。但し、層の厚さや強度を確保する観点からは、ネガ型の感光性樹脂であって、光硬化時に重合反応により架橋ポリマーとなるものが好ましい。重合反応は、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合等のいずれであってもよい。架橋ポリマーを形成する感光性樹脂としては、モノマー及び／又はオリゴマーを主成分とし、さらに光重合開始剤や各種添加剤（安定剤、フィラー、顔料等）を含有する公知の感光性樹脂を用いることができる。このモノマーとしては、例えば、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレートやトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル系モノマーを用いることができる。また、オリゴマーとしては、例えば、エポキシ樹脂の（メタ）アクリル酸エステル、ポリエーテル樹脂の（メタ）アクリル酸エステル、分子末端に（メタ）アクリロイル基を有するポリウレタン樹脂を用いることができる。光重合開始剤としては、例えば、ベンゾイン系光重合開始剤（ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル等）、アセトフェノン系光重合開始剤（２−２′−ジエトキシアセトフェノン等）を用いることができる。

〈第２の実施の形態〉

第２の実施の形態は、細胞破砕装置において上述の流路基板がペルチェ素子等の冷却手段を備えたものである。

図５は第２の実施の形態の細胞破砕装置の機能ブロック図、図６は細胞破砕装置の外観を示す図（（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。）、図７は本実施の形態で用いるペルチェ素子の概略構成を示す図である。

本実施の形態の細胞破砕装置は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｌ字板状の基台５０に支持板３３ｂが水平に取り付けられており、この支持板３３ｂの上面側に平板状のペルチェ素子３１が固定され、そのペルチェ素子３１の上面に密着させるようにして流路基板１が載置されている。また、支持板３３ｂ上にはコネクタ４１が取り付けられており、流路基板１はこのコネクタ４１の接続口に挿入されている。このコネクタ４１は、反対側の接続口４１ｂにて図５に示す電圧印加装置４２と接続可能になっており、流路基板１と電圧印加装置４２とを電気的に接続する。また、支持板３３ｂの下方には水冷器本体３３ａが取り付けられている。

流路基板１は、平面に沿って流路２３を形成したものであり、電圧を印加することで当該流路２３に導入された試料溶液が流動可能に構成されており、例えば、図１，図２と同様に構成される。

ペルチェ素子３１は、ペルチェ効果によって吸熱又は放熱する熱電変換素子であり、本実施の形態では図７に示すような構成であり、表面及び裏面のいずれか一方が吸熱面となり、他方の面が放熱面となるペルチェ素子を用いる。図７はペルチェ素子３１の一部を示し、そのペルチェ素子３１は、一対の基板３１ａ，３１ａの間に、複数のＰ型熱電半導体３１ｐ及びＮ型熱電半導体３１ｎを配置し、これらを基板３１ａに積層される銅電極３１ｃで交互に直列接続したものである。図７に示すようにＮ型熱電半導体３１ｎからＰ型熱電半導体３１ｐに向かって電流を流すと、紙面上側に向く面が吸熱面となって、紙面下側に向く面が放熱面となる。一方、逆方向に電流を流すと、紙面上側に向く面が放熱面となり、紙面下側に向く面が吸熱面となる。細胞破砕装置では、上記のように、ペルチェ素子３１を流路基板１に密着させ、流路基板１の温度を調整する。

また、ペルチェ素子３１の上面側には図６（ｂ）のように温度センサ３４が貼着されており、流路基板１との接触面の温度が検出可能になっている。温度センサ３４は、例えば温度に応じて抵抗が変化するサーミスタを用いる。なお、使用する温度センサの種類はこれに限定されない。

また、ペルチェ素子３１は、１対の導線３１ｂ，３１ｂを介して図５に示すペルチェコントローラ３２に電気的に接続されており、このペルチェコントローラ３２からの駆動電流を受けて目的の温度に調整される。ペルチェコントローラ３２は、図５のように、温度センサ３４の検出信号が入力されるようになっており、これに基づき流路基板１を目的の温度にするための駆動電流の大きさを算出し、当該大きさに調整した駆動電流を出力する。このペルチェ素子３１が冷却手段に相当する。

水冷器３３は、図６（ａ）〜（ｃ）のように、金属製の支持板３３ｂと、支持板３３ｂの下面側に取り付けられた水冷器本体３３ａと、からなる。水冷器本体３３ａは、金属製のブロック内部に冷却液の通路が設けられており、流入口３３ｃから導入された冷却液が当該冷却液通路を通って流出口３３ｄから排出されるようになっている。この冷却液は、水道から直接引き込んでもよいし、さらにポンプやラジエータなどを備えた２次冷却装置を設け、当該２次冷却装置で冷却した冷却液を循環させてもよい。この水冷器３３が第２の冷却手段に相当する。

以上のような構成の細胞破砕装置を使用するときには、流路基板１をコネクタ４１に装着し、電圧印加装置４２を電源オンにし、流路基板１の電極１４，１４に駆動電圧を印加して凹部２に導入した試料溶液を駆動する。これと共に、ペルチェコントローラ３２も電源オンにする。ペルチェコントローラ３２はペルチェ素子３１の吸熱面が予め設定した温度を上回っていることを検出すると、ペルチェ素子３１を駆動し、流路基板１を冷却する。これにより、流路基板１が予め設定した温度以下に保たれるので、試料溶液の蒸発が抑えられる。このため、作業に長時間を要する場合などに、作業の途中で試料溶液が干上がったりすることなく、ある程度の溶液量を維持して作業をすることができる。この場合、例えば、図３のような破砕用電極に高周波電圧を印加することで細胞を破砕できる。

なお、本発明は第２の実施の形態に限定されない。例えば、流路基板１を冷却するための手段は、ペルチェ素子３１に限らず、例えば、流路基板にヒートシンクを接触するように配置し、このヒートシンクに向かってファンから送風することで、冷却させてもよい。但し、空冷時には流路基板１に風が当たらないようにしないと、試料溶液がかえって乾燥しやすくなるおそれがある。この点、ペルチェ素子３１を用いることが好ましい。また、ペルチェ素子３１を用いると、高精度な冷却が可能であるので、温度感受性の高い生体高分子を取り扱う場合にも限られた温度範囲に保つことができ、また装置を小型化でき、静穏かつ無振動で動作可能であるので好適である。

また、図６（ａ）〜（ｃ）の細胞破砕装置は、流路基板１を１枚だけ載せる構成となっているが、コネクタ４１を複数設け、複数の流路基板１が同時に載置できる構成としてもよい。この場合、ペルチェ素子３１を複数設け、流路基板１毎に冷却してもよいし、単一のペルチェ素子３１に複数の流路基板１を載置してもよい。ペルチェ素子３１を複数設け、ペルチェ素子３１毎にコントロール可能にすれば、各流路基板１を高精度に冷却できる。

また、ペルチェ素子３１と流路基板１の密着性を高めるべく、流路基板１を下方に押さえつける機構をコネクタ４１に設けてもよいし、シリコングリースを塗布してもよい。

また、流路基板１も上記構成に限定されない。例えば、流路２３は、２以上としてよく、図４（ａ）、（ｂ）のような構成としてもよい。また、第２の実施の形態では、温度センサ３４をペルチェ素子３１側に設けているが、流路基板１の下面に設けてもよいし、流路基板１の凹部２に一体形成させてもよい。さらに、流路基板１とペルチェ素子３１を１チップに一体的に形成させてもよい。

〈第３の実施の形態〉

第３の実施の形態は、微量の液体を圧送するマイクロポンプを用いて試料溶液を流すようにした流路基板である。

図８は、第３の実施の形態にかかるマイクロポンプの側面断面図である。図９は、図８の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。

マイクロポンプＭは、ハウジング１００と蓋部材２００とから以下のようにして構成される。図８，図９において、ブロック状のハウジング１００は、平面である上面１ａに、断面が半円形状などの環状の溝１ｂを形成している。ハウジング１００の素材としては、ガラス基板、シリコン基板、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙ-ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、セラミック基板などを用いることができる。ガラス基板上に溝１ｂを作製する場合は、ガラス基板上に光硬化樹脂または熱硬化樹脂、レジスト類や、ポリミドなどをスピンコートすることによって膜を形成して、露光、現像、エッチングなどを経て微小溝を作製する。そのほかにも、基板本体のウェットエッチング、ＲＩＥによるドライエッチングなどを用いて流路をエッチングするための各種加工手法を用いて作製してもよい。

一方、ハウジング１００と同様な素材から形成できる板状の蓋部材２００は、平面である下面２ａに、溝１ｂに対応して断面が半円形状などの環状の溝２ｂを形成している。ハウジング１００に蓋部材２００を重ね合わせたとき、溝１ｂ、２ｂが対向することで、環状の循環路Ｒが形成されることとなる。

蓋部材２００は、ハウジング１００に対して、接着剤、フッ酸を用いた接合、陽極接合、機械的な固定などをもちいて貼り合わせを行い、循環路Ｒを外気から孤立させる機能を有するが、高圧流体を流す必要がなければ特に機械固定をする必要はない。尚、循環路Ｒに対して接線方向に接続するようにして、直線状の供給路Ｉと排出路Ｏとが同様な手法で形成され、外部に対して開口している。

かかる循環路Ｒ内には、それぞれ供給路Ｉと排出路Ｏより大きい径を有している、例えば１１個の非磁性体の微小球３００と、１個の磁性体の微小球４００とが転動自在に配置されている。微小球４００としては強磁性材料を含む鉄球などを用いてもよいし、表面を保護するために各種メッキ、蒸着や表面処理加工などを行ってよい。微小球３００としては、磁性材料以外の金属や樹脂、セラミックなどを用いることができる。尚、微小球３００，４００の径は数μｍオーダーまで小さくできる。

蓋部材２００の上面には、循環路Ｒに沿って例えば６つの電磁石５Ａ〜５Ｆが周方向に等間隔に配置されている。電磁石５Ａ〜５Ｆは、駆動回路ＤＲにより選択的に駆動され、励磁されるようになっている。

本実施の形態の動作について説明する。図１０（ａ）〜（ｃ）は、マイクロポンプＭの動作を示す図９と同様な図である。供給路Ｉは流体の供給源、排出路Ｏは流体の供給部に接続されている。まず、図１０（ａ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、不図示のセンサにより磁性体の微小球４００（ハッチングで示す）の位置を検出し、それより時計回り方向に離れた電磁石５Ａを選択して励磁する。すると、電磁石５Ａから発生した磁力により、磁性体である微小球４００が付勢され、時計回りに移動しようとする。残りの微小球３００は磁力の影響を受けないので、微小球４００に押されて同方向に移動する。循環路Ｒ内の微小球３００，４００が全て同方向に回転移動すると、その内部の流体もつれて同方向に移動するようになる。これにより、供給路Ｉから取り込んだ流体を、排出路Ｏから排出することが可能となる。

続いて図１０（ｂ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、磁性体の微小球４００が電磁石５Ａに接近したことを検出したときは、電磁石５Ａの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石５Ｂを選択して励磁する。すると、電磁石５Ｂから発生した磁力により、磁性体である微小球４００が同方向に付勢され、電磁石５Ａを通り過ぎて他の微小球３００と共に更に時計回りに移動しようとする。

更に図１０（ｃ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、磁性体の微小球４００が電磁石５Ｂに接近したことを検出したときは、電磁石５Ｂの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石５Ｃを選択して励磁する。すると、電磁石５Ｃから発生した磁力により、磁性体である微小球４００が同方向に付勢され、電磁石５Ｂを通り過ぎて他の微小球３００と共に更に時計回りに移動しようとする。以上の制御を繰り返すことで、微小球３００，４００を連続的に回転移動させることができ、流体の連続圧送が可能となる。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、別な実施の形態にかかるマイクロポンプの動作を示す図９と同様な図である。本実施の形態においては、循環路Ｒ内に、例えば１０個の非磁性体の微小球３００と、１８０度位相で２個の磁性体の微小球４００とが転動自在に配置されている。それ以外の構成については上述の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

本実施の形態の動作を説明すると、図１１（ａ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、不図示のセンサにより磁性体の２つの微小球４００，４００の位置を検出し、それぞれ時計回り方向に離れた電磁石５Ａ、５Ｄを選択して励磁する。すると、電磁石５Ａ、５Ｄから発生した磁力により、磁性体である微小球４００，４００が付勢され、時計回りに移動しようとする。残りの微小球３００は磁力の影響を受けないので、微小球４００に押されて同方向に移動する。循環路Ｒ内の微小球３００，４００が全て同方向に移動すると、その内部の流体もつれて同方向に移動するようになる。これにより、供給路Ｉから取り込んだ流体を、排出路Ｏから排出することが可能となる。

続いて図１１（ｂ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、磁性体の微小球４００，４００が電磁石５Ａ、５Ｄに接近したことを検出したときは、電磁石５Ａ、５Ｄの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石５Ｂ，５Ｅを選択して励磁する。すると、電磁石５Ｂ，５Ｅから発生した磁力により、磁性体である微小球４００，４００が同方向に付勢され、電磁石５Ａ、５Ｄを通り過ぎて他の微小球３００と共に更に時計回りに移動しようとする。

更に、図１１（ｃ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、磁性体の微小球４００，４００が電磁石５Ｂ，５Ｅに接近したことを検出したときは、電磁石５Ｂ，５Ｅの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石５Ｃ，５Ｆを選択して励磁する。すると、電磁石５Ｃ，５Ｆから発生した磁力により、磁性体である微小球４００、４００が同方向に付勢され、電磁石５Ｂ，５Ｅを通り過ぎて他の微小球３００と共に更に時計回りに移動しようとする。以上の制御を繰り返すことで、微小球３００，４００を連続的に回転移動させることができ、流体の連続圧送が可能となる。本実施の形態によれば、２個の微小球４００が同時に付勢されるので、回転速度が約２倍となり流体の高速圧送が可能となる。

図１２は、本実施の形態の変形例を示す図８と同様な図である。図１２（ａ）に示す変形例においては、ハウジング１００の上面１ａにのみ環状の溝１ｂが形成され、蓋部材２００の下面には環状の溝が形成されていない。これに対し、図１２（ｂ）に示す変形例においては、蓋部材２００の下面２ａにのみ環状の溝２ｂが形成され、ハウジング１００の上面には環状の溝が形成されていない。

更に、図１２（ｃ）に示す変形例においては、蓋部材２００の上面に電磁石５Ａ〜５Ｆを配置する代わりに、薄厚のハウジング１００の下面に、電磁石５Ａ〜５Ｆを配置している。又、図１２（ｄ）に示す変形例においては、蓋部材２００の上面に電磁石５Ａ〜５Ｆを配置する代わりに、ハウジング１００と蓋部材２００の側面に凹部１ｃ、２ｃを全周にわたって形成し、組み付け時に凹部１ｃ、２ｃで形成される環状の空間内に電磁石５Ａ〜５Ｆを埋設配置している。更に、図１２（ｅ）に示す変形例においては、蓋部材２００の上面に電磁石５Ａ〜５Ｆを配置する代わりに、ハウジング１００と蓋部材２００の側面に対向して、その外方に外部の電磁石５Ａ〜５Ｆを配置している。

図１３に第３の実施の形態による流路基板の平面図を示す。図１３の流路基板１’は、上述の図８，図９と同様のマイクロポンプＭを配置し、流路２３内で試料溶液を流動させるようにしたものである。すなわち、図１３のように、図１（ａ）、（ｂ）と同様の凹部２を支持体１１上に形成し、更に、凹部２と同様にして溝状の送出路２８及び排出路２９を形成し、送出路２８を一方の溶液槽２１ａに接続し、排出路２９を他方の溶液槽２１ｂに接続し、マイクロポンプＭを形成する際に、マイクロポンプＭの排出路Ｏを送出路２８に接続し、供給路Ｉを排出路２９に接続している。なお、図８，図９の循環路Ｒがポンプ流路を構成する。

図８，図９のハウジング１００の代わりに図１（ｂ）の支持体１１上に凹部２と同様にして溝１ｂを形成し、支持体１１上を図１２（ａ）のように蓋部材２００で覆い、蓋部材２００上に電磁石５Ａ〜５Ｆを配置することで、マイクロポンプＭを備えた流路基板１’を得ることができる。マイクロポンプＭを図１０（ａ）〜（ｃ）のようにして作動させることで、試料溶液を一方の溶液槽２１ａから他方の溶液槽２１ｂに向かって流路２３内を流動させることができる。上記流路基板１’は図３、図６の各細胞破砕装置に用いることができる。

なお、図１３においてマイクロポンプＭの電磁石５Ａ〜５Ｆ（図８）と駆動回路ＤＲ（図８）とを接続するための接続手段を別途設けることができる。また、流路基板１’は凹部２を単数備えるが、複数備えるようにしてもよい。また、流路基板１’に第２の実施の形態のようにペルチェ素子等の冷却手段を設けてもよい。

また、上述のようなマイクロポンプを基板等に形成するための加工方法としては、本発明者の一人が先に特願２００６−１９５５０１で提案したエッチング加工や膜材料を用いた加工や金型を用いた成形加工を用いることができる。

〈第４の実施の形態〉

第４の実施の形態は、遠心力を用いて流路基板の流路で試料溶液を流し、その試料溶液で分離や合成を行う場合にその反応過程をモニタで観察可能にしたものである。

図１４は第４の実施の形態に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。図１５は図１４の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。図１６は図１４の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。図１７は図１４の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。図１８はスピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット６２８を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。

以下、第４の実施の形態に係る可視下遠心装置について、添付図面を参照して説明する。図１４〜図１８には、本実施の形態に係る可視下遠心装置(以下、単に「装置」ともいう)ＡＰが示されており、装置ＡＰには、所定の回転軸６０２を中心に回転する回転盤６０４と、回転盤６０４に配設され、サンプル（流体）を収容して回転盤６０４とともに回転する反応用の流路基板１と、流路基板１内におけるサンプルの状態を目視により観察するための顕微鏡６０８とが備えられている。そして、装置ＡＰは、流路基板１内のサンプルに対して遠心力を作用させることで、サンプルから所定の物質(液体、固体および気体、若しくはこれらの混合体など)を分離、あるいは合成させている。

なお、装置ＡＰの大きさや形状、具体的には、回転盤６０４の大きさや形状は、遠心分離あるいは遠心合成させるサンプルの性質や数などに応じて任意に設定すればよいが、本実施の形態においては、回転盤６０４が直径２２０ｍｍの円盤として構成されている場合を、一例として想定する。

また、流路基板１は、その内部に所定のサンプルを収容し、サンプルを遠心分離反応あるいは遠心合成反応させることが可能であり、図１（ａ）、（ｂ）、図２と同様に構成され、平面に沿って流路２３が形成されている。流路基板１は、内部にサンプルを収容した状態で、回転盤６０４に対して固定され、回転盤６０４とともに回転することで、遠心力により流路２３でサンプル（流体）が流動可能である。また、流路基板１は、図３，図４（ａ）、（ｂ）のような構成であってもよく、また、試料溶液移送のために電極と遠心力を併用するようにしてもよく、また、個々のサンプルの特性に応じて電極と遠心力のいずれかを選択するようにしてもよい。さらに、試料溶液流動のための電極を省略してもよい。また、流路２３は単数であるが、複数でもよい。

装置ＡＰにおいて、顕微鏡６０８は、流路基板１内におけるサンプルの状態を観察可能となるように回転盤６０４の所定位置へ固定されており、回転盤６０４には、顕微鏡６０８で捉えた流路基板１内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影するための撮像デバイス６１０と、撮像デバイス６１０で撮影された顕微鏡画像の撮影像を、リアルタイムで動画として無線により伝送するための映像無線伝送デバイス６１２が取り付けられている。なお、本実施の形態において、顕微鏡６０８は、一例として、流路基板１内におけるサンプルの状態を捉える対物レンズ６０８ａと、対物レンズ６０８ａが捉えた顕微鏡画像を撮像デバイス６１０まで伝達するための光路が内部に形成された鏡筒６０８ｂとを備えて構成されている。また、撮像デバイス６１０には、顕微鏡６０８で捉えた流路基板１内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能な各種の撮像装置を適用することができるが、本実施の形態においては、撮像デバイス６１０としてＣＣＤカメラを適用した場合を一例として想定する。

この場合、顕微鏡６０８は、鏡筒６０８ｂ内において、顕微鏡６０８の光路が回転盤６０４の盤面(図１７の上側の面)６０４ａに対して所定の角度で部分的に屈折されており、撮像デバイス(以下、ＣＣＤカメラという)１０は、前記所定角度で屈折された顕微鏡６０８の光路上で、上述した顕微鏡画像を撮影可能となるように、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられている。なお、以下の説明においては、上述した顕微鏡６０８の光路を観察光路と呼び、観察光路を進む光を観察光と呼ぶ。

本実施の形態においては、一例として、図１７に示すように、顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂ内へミラー６１４を観察光路の屈折角に応じて任意に設定される所定角度だけ観察光路に対して傾斜して配設している。なお、図１７に示す構成において、装置ＡＰは、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａが流路基板１内のサンプル状態を垂直方向(同図の上下方向)の上方から捉えるとともに、回転盤６０４の回転中心の近傍で回転盤６０４の盤面６０４ａに対して平行する方向(水平方向)から対物レンズ６０８ａが捉えた顕微鏡画像をＣＣＤカメラ６１０で撮影する構造を成している。このため、ミラー６１４を観察光の進入方向に対して約１３５°の角度で後傾させて顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂ内に配設することで、進入した観察光を約９０°だけ屈折させ、回転盤６０４の盤面６０４ａに対して平行となるようにさらに進行させている。なお、顕微鏡６０８は、その鏡筒６０８ｂを略直角に屈折させることで、鏡筒６０８ｂ内に略直角に屈折した観察光路を形成した構成とすればよい。

この場合、顕微鏡６０８を回転盤６０４の周縁部へ位置付けることで、垂直方向から進入した観察光がミラー６１４によって回転盤６０４の周方向から中心方向へ向けて回転盤６０４の盤面６０４ａと平行して屈折するように、その進行方向を変化させる構成とすることができる。この結果、顕微鏡６０８は、その観察光(すなわち、顕微鏡画像)が回転盤６０４の中心部、すなわち回転盤６０４の回転中心の方向へ向けて到達(収束)される構造となり、ＣＣＤカメラ６１０を観察光路の到達(収束)先へ位置付けることで、ＣＣＤカメラ６１０が回転盤６０４の回転中心の近傍で顕微鏡の観察光を捉えること、具体的には、顕微鏡画像を撮影することが可能な構成とすることができる。

このため、ＣＣＤカメラ６１０を回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けることができ、回転盤６０４が回転することによって遠心力が生じた場合であっても、ＣＣＤカメラ６１０に対して作用する遠心力を軽減させることができ、遠心力によってＣＣＤカメラ６１０の性能が阻害されることや撮影時の顕微鏡画像がブレることがなく、ＣＣＤカメラ６１０において常に安定した顕微鏡画像の撮影を行うことが可能となる。

また、上述したように顕微鏡６０８を観察光路がミラー６１４によって屈折される構造とすることで、顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂの高さ(図１７の上下方向の距離)を抑えることができる。これにより、回転盤６０４が回転することで回転振動が発生した場合であっても、回転振動に対する顕微鏡６０８の剛性を高めることができ、顕微鏡６０８において常に安定した流路基板１内におけるサンプル状態の観察を行うことが可能となる。ただし、鏡筒６０８ｂの高さを抑えるためには、顕微鏡６０８を観察光路の屈折角度が０°より大きく９０°以下となる構造とすることが好ましい。

なお、顕微鏡６０８は、その鏡筒６０８ｂが流路基板１に対して垂直方向(鉛直方向(図１７の上下方向))へ上下動可能な構造を成しており、このような構造を成すことにより、流路基板１(具体的には、サンプル)と対物レンズ６０８ａとの間の距離(焦点距離)を調整することができるようになっている。この場合、回転盤６０４には、その盤面６０４ａに対して垂直方向へ所定の長さで延出したガイド(以下、Ｚ軸ガイドという)６２０が設けられており、鏡筒６０８ｂをＺ軸ガイド６２０に沿ってスライドさせることで、顕微鏡６０８は、サンプルと対物レンズ６０８ａとの焦点距離を調整する構造となっている。

また、本実施の形態においては、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａと流路基板１とを同一部品(以下、固定部品という)６１６の内部に収容するとともに、収容された対物レンズ６０８ａおよび流路基板１を固定部品６１６と一体的に回転盤６０４へ固定することで、対物レンズ６０８ａと流路基板１との間の外部振動(具体的には、回転盤６０４の回転によって生ずる回転振動)による相対変位を極小化させている。これにより、顕微鏡６０８は、常に安定して流路基板１内のサンプル状態をブレのないクリアな画像として捉えることができ、分離過程あるいは合成過程におけるサンプルの状態を正確且つ確実に観察することが可能となる。

この場合、固定部品６１６の内部には、図１５に示すように、所定の照明装置(例えば、エッジ式のＬＥＤ(Light Emitting Diode)バックライト)６２２が設けられており、サンプルを顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとは反対側から照明装置６２２で照らして透過させた状態で観察できるようにしている。これにより、流路基板１内におけるサンプルの状態をより鮮明に観察することができ、対物レンズ６０８ａによってサンプル状態を、よりクリアな顕微鏡画像として捉えることができる。なお、照明装置(エッジ式のＬＥＤバックライト)２２の光源であるＬＥＤ２２ａは、上述したＣＣＤカメラ６１０と同様に、回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられている。

ここで、照明装置６２２は、サンプルを照らして透過させた状態で観察することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、サンプルの性質や種類などに応じて、任意の照明装置を選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社モリテックス製のＬＥＤ照明(エッジ式バックライト)ＭＥＢＬ−ＣＷ２５を用いている。ただし、例えば、かかる照明装置６２２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する照明装置であってもよい。

また、固定部品６１６は、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとサンプルとの焦点距離を調整し、適正距離に設定された状態で、対物レンズ６０８ａとサンプルとの相対位置、具体的には、対物レンズ６０８ａのサンプルに対する高さを固定している。これにより、分離反応中あるいは合成反応中、サンプルに対する顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａの高さを一定に維持することができ、サンプルの状態を安定して観察することが可能となる。

また、本実施の形態においては、回転盤６０４に対し、上述した顕微鏡画像を動画として撮影するＣＣＤカメラ６１０とともに、ＣＣＤカメラ６１０で撮影された顕微鏡画像のカメラ映像(撮影像)をリアルタイムで動画として無線伝送するための映像無線伝送デバイス６１２が取り付けられている。このように、ＣＣＤカメラ６１０で撮影された映像を外部受信機(図示しない)に対して伝送する方式として、有線方式ではなく無線方式を採用することで、回転盤６０４とともにＣＣＤカメラ６１０ならびに映像無線伝送デバイス６１２を回転させた場合であっても、これらから直接信号線を取り出す必要がなく、信号線の取り回しを考慮する必要が全くない。この結果、ＣＣＤカメラ６１０および映像無線伝送デバイス６１２の周辺構造を容易に簡略化させることができる。

また、信号線の取り回しを考慮する必要がないため、ＣＣＤカメラ６１０ならびに映像無線伝送デバイス６１２を回転盤６０４(具体的には、顕微鏡６０８および流路基板１内のサンプル)とともに回転させる構造とすることができ、回転盤６０４の回転数による制約を受けることなく、任意の高フレームレート(コマ数)でＣＣＤカメラ６１０によって顕微鏡画像を撮影することができ、撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部の受信装置(図示しない)に対して伝送することができる。これにより、かかる外部受信装置として、例えば、液晶パネルやＣＲＴ(Cathode Ray Tube)ディスプレイなどの表示器を設けることで、上述したカメラ映像(すなわち、流路基板１の内部におけるサンプルの状態)を、かかる表示器においてリアルタイムに確認しながらサンプルの分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。また、パソコンなどを介して収録したカメラ映像を解析することにより、サンプル(具体的には、その内部物質や、分離物質あるいは合成物質など)の挙動をモニタし、回転盤６０４の最適な回転条件(別の捉え方をすれば、サンプルに作用させる遠心力の最適な大きさ)を推定するとともに、推定された最適条件(例えば、回転速度や回転時間など)で回転盤６０４を回転制御することも可能となる。

この場合、映像無線伝送デバイス６１２は、上述したＣＣＤカメラ６１０と同様に、回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられており、ＣＣＤカメラ６１０によって撮影されたカメラ映像の映像データを所定のアンテナ６１８から外部受信装置(受信機に接続された液晶パネルやＣＲＴディスプレイなどの表示器)に対して無線伝送している。また同様に、アンテナ６１８も回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍、具体的には、回転盤６０４の回転中心の延長線上に立ち上がる構成としている。

なお、映像無線伝送デバイス６１２がカメラ映像の映像データ(映像信号)を外部受信装置(図示しない)へ無線伝送する際、映像データの伝送速度(ビットレート)やデータ形式(周波数や圧縮・非圧縮の有無など)は、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて任意に設定すればよい。例えば、本実施の形態においては、一例として、ＣＣＤカメラ６１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を、映像無線伝送デバイス６１２によって周波数が２．４ＧＨｚの非圧縮デジタル信号の映像データに変換し、映像データを外部受信装置に対して無線伝送している。これにより、映像無線伝送デバイスから送信された映像信号を欠落させることなく、外部受信装置に対して送信することができ、外部受信装置においてサンプル状態をクリアで安定した映像で確認しながら、分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。ただし、映像無線伝送デバイス６１２から外部受信装置へ伝送する映像データは、上述した非圧縮のデジタル信号に代えて、圧縮信号であってもよいし、アナログ信号としてあってもよい。

ここで、ＣＣＤカメラ６１０は、顕微鏡６０８で捉えた流路基板１内におけるサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて、任意のＣＣＤカメラを選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社モスウェル製のカラーボードカメラＭＳＣ−９０を用いている。ただし、例えば、かかるＣＣＤカメラ６１０と同等、若しくはそれ以上の性能を有するＣＣＤカメラであってもよい。

また、映像無線伝送デバイス６１２は、ＣＣＤカメラ６１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部受信装置(図示しない)に対して無線伝送することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて、任意の映像無線伝送デバイスを選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社アイデンビデオトロニクス製のＴＲＸ２４ｍｉｎｉを用いている。ただし、例えば、かかる映像無線伝送デバイス６１２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する映像無線伝送デバイスであってもよい。

なお、上述したＣＣＤカメラ６１０、映像無線伝送デバイス６１２、ならびに照明装置６２２など、装置ＡＰに設けられた各種の電装部品は、図１４および図１６に示すように、所定の電源装置(例えば、バッテリー)６２４によって駆動されている。この場合、電源装置６２４は、かかる各種の電装部品(ＣＣＤカメラ６１０、映像無線伝送デバイス６１２、ならびに照明装置６２２など)を正常に動作させることが可能な電力を、サンプルに対する分離反応中あるいは合成反応中、安定して供給可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上述した各種の電装部品が要する電力の大きさなどに応じて、任意の電源装置を選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、ＵＬＴＲＡ ＬＩＦＥ株式会社製のバッテリーであるＵＢＢＰ０１(電圧３．７ｖ、バッテリー容量１．８Ａｈ)を用いている。ただし、例えば、かかる電源装置６２４と同等、若しくはそれ以上の性能を有する電源装置であってもよい。

本実施の形態においては、かかる電源装置(バッテリー)６２４を４個直列で使用し、これら４つのバッテリー６２４を、回転盤６０４の回転中心に対して対称となる位置へ(１８０°の位相差で)２つずつ均等に配置しているとともに、顕微鏡６０８、流路基板１および固定部品６１６に対して９０°の位相差で配置している(図１６参照)。この場合、バッテリー６２４は、一例として、回転盤６０４の盤面６０４ａを凹状に窪ませて成る取付部へ埋設され、板状部材６２６で固定されて回転盤６０４に対して取り付けられている。

ここで、かかる装置ＡＰにおいて、回転盤６０４の回転軸６０２は、図示しない所定の駆動装置(例えば、スピンドルモータなど)によって回転されているとともに、各種の軸受６２７によって回転自在に支持されており、図１７には、一例として、転動体として玉を適用した転がり軸受６２７によって回転軸６０２を支持した構成が示されている。この場合、転がり軸受６２７は、転動体として玉を適用した各種の玉軸受の他、転動体として各種のころ(円筒ころ、円すいころおよび球面ころなど)を適用したころ軸受であってもよい。また、図１７に示す構成においては、回転軸６０２を２つの軸受６２７で支持する構造としているが、回転軸６０２は、１つの軸受６２７で支持してもよいし、３つ以上の軸受６２７で支持してもよい。

なお、軸受６２７として、上述した各種の転がり軸受に代えてエア軸受を適用し、回転軸６０２をエア軸受によって回転自在に支持することで、回転盤６０４が回転する際に生ずる回転振動を格段に軽減させることができ、ひいては、顕微鏡６０８やＣＣＤカメラ６１０の回転振動を抑制させ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態の安定した観察ならびに撮影を行うことが可能となり、さらに好ましい。ここで、一例として、エア軸受は、回転軸６０２の外周面を全周に亘って覆うように位置付けられた筒状のハウジングによって回転軸６０２を回転自在に支持する構造を成し、ハウジングの内周面(回転軸６０２の外周面に対する対向面)に設けた複数の噴出口(噴出孔)から回転軸６０２の外周面へ向けてエアを吹き付け、ハウジングの内周面と回転軸６０２の外周面とを非接触状態に保つことで、回転軸６０２を非常に滑らかに回転させることができる。

また、本実施の形態において、回転軸６０２および回転軸６０２を回転自在に支持する軸受６２７は、これらがハウジングとともに一体を成すスピンドルユニット６２８として構成されており、スピンドルユニット６２８が回転盤６０４に装着されることで、回転盤６０４が回転軸６０２を中心として回転される構造となっている。この場合、回転盤６０４には、その中央部が上側(顕微鏡６０８、流路基板１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などが配設されている側)へ所定の大きさで凸状に突出し、回転盤６０４の下側(上述した各部品などが配設されている側とは反対側)を凸状に窪ませて形成されたスピンドルユニット取付部６０４ｂが設けられており、スピンドルユニット６２８は、回転盤６０４の下側からスピンドルユニット取付部６０４ｂへ挿入されて、回転盤６０４に対して取り付けられている。

このように、装置ＡＰをスピンドルユニット６２８に対して回転盤６０４が被さるような構造とすることで、顕微鏡６０８、流路基板１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などが配設された回転盤６０４の回転時における回転重心と、回転軸６０２が軸受６２７によって回転自在に支持された軸支部分との距離を狭めることができ、軸支部分に生じる回転モーメントを有効に軽減させることができる。

なお、上述した本実施の形態において、装置ＡＰの構成部材の材料については特に言及しなかったが、装置ＡＰの使用態様や使用目的などに応じて各種の素材を任意に選択して使用すればよい。一例として、本実施の形態においては、回転盤６０４の材料、ならびに顕微鏡６０８、流路基板１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などを回転盤６０４に対して取り付けるための各種の取付部材を高強度Ａｌ合金(A2017)製とすることで、回転時における剛性を十分に確保しながら、これらの部材の軽量化を図っている。

また、本実施の形態においては、回転時における装置ＡＰの重量バランスを均等にし、回転時に生じるスピンドルユニット６２８に対する振れ回り応力を減少させるため、回転盤６０４に対し、顕微鏡６０８および流路基板１の配設位置と回転中心に対して略対称となる位置(回転中心に対して反対側)へ所定のバランスウェイト６３０を設けている。バランスウェイト６３０の重量、および配設位置は、回転盤６０４に配設された顕微鏡６０８、流路基板１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などの各種の部材重量やそのバランス(重心)などに応じて、上述したスピンドルユニット６２８に対する振れ回り応力が小さくなるように調整すればよい。

なお、装置ＡＰにおいて、より高精度にサンプルの分離反応あるいは合成反応を観察する場合、スピンドルユニット６２８として、回転軸６０２が上述したエア軸受によって回転自在に支持されたエアスピンドルユニットを回転盤６０４に対して装着する構成としてもよい。これにより、回転盤６０４が回転する際に生じる回転振動を格段に軽減させることができ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態をさらに安定した高画質のカメラ映像により観察することが可能となる。この場合、エアスピンドルユニットとしては、例えば、日本精工株式会社製のＧＢＳ１００Ｈなどを用いることができる。

次に、上述のように流路基板１を可視下遠心装置ＡＰに装着し回転させて発生する遠心力をサンプル（流体）に作用させて流体を駆動し流動させることによる作用効果について説明する。

流路基板１に外部機器との流体接続（流体駆動に例えば図７〜図１３のようなポンプを利用する場合）、及び、電気的接続（流体駆動に例えば図１，図４のように電気浸透流などを利用する場合）が不要となり、流路基板１の構造が簡素化できる。この効果として、流路基板１の取り扱いが容易となり、自動化しやすく、解析速度も向上する。また、流路基板１をさらに小型化することができ、より微小サンプルでの解析が可能となる。この場合は、細胞は電気的に破砕することができないので、力学的な衝突によって破砕させる。

また、周辺機器も小型化できるため、測定系全体を小型化できる。

また、サンプルの化学的な特性に影響されず、流体を駆動させることができる。特に、電界印加により電気分解し易い溶液を主体とするサンプルでも、駆動（解析）が可能である。また、電気的な刺激によって、変化する可能性のあるサンプルに対しても、これらの影響を気にせず利用でき、適用範囲が広がり好ましい。

また、サンプルの遠心分離効果を同時に発生させることができ、サンプルの比重による分離が可能である。

さらに、本実施の形態の可視下遠心装置を利用することによって、低回転数（低遠心力）の領域での反応であっても、情報が欠落（コマ落ち）することなく、検出状態を把握することができる。

次に、図１４〜図１８の可視下遠心装置ＡＰにサンプルに対し上方から照明をあてる落射照明装置を付加した構成について図１９を参照して説明する。図１９は可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を付加した構成を示す図１７と同様の縦断面図である。

溶液中の細胞やガラスビーズなど、背景と光学的な透過率が同程度（透明）の物質を観察する場合、バックライトによる投下照明では、形状による陰影（コントラスト）が得難く、観察が困難である。この対策として、図１９のように、可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を設けた。

すなわち、対物レンズ６０８ａの上部のミラー６１４をハーフミラー６１４ａとし、ハーフミラー６１４ａの上方にＬＥＤ照明部６４０を設けることで同軸（落射）照明装置を構成した。ＬＥＤ照明部６４０からの照明光ｍがハーフミラー６１４ａを透過し対物レンズ６０８ａを通して流路基板１内のサンプルを照射する。また、サンプルからの反射光ｎは対物レンズ６０８ａを通してハーフミラー６１４ａで反射しＣＣＤカメラ６１０へ到達する。

ＬＥＤ照明部６４０には、例えば、市販の高輝度緑色ＬＥＤ(OPTSOURCE社製 100047シリーズ、φ３ｍｍ、光度６８００mcd)を利用できるが、対象サンプルによって色調、輝度を選択することができる。また、遠心強度（回転数、時間）によってＬＥＤの破損が懸念される場合には、光源（ＬＥＤ）を回転中心付近に配置して光ファイバで顕微鏡に誘導することもできる。

図１９の落射照明装置を付加した構成によれば、流路基板１内のサンプルからの反射光を観察することによって、光学的透過率が背景と周程度でもサンプル表面の反射による陰影（コントラスト）を得ることができるので、サンプルの挙動を明瞭に観察することができる。

次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

本実施例は、上述の可視下遠心装置ＡＰをポリスチレンビーズのサイズ選別に利用したものである。すなわち、図２０のようなダンベル型流路（両端に円形の溶液槽を設け、溶液槽同士を直線流路で接続した形状の流路）を形成した流路基板を作製し、可視下遠心装置ＡＰに設置し、流路基板内を溶液で満たした状態で反遠心側ヘサイズの異なるポリスチレンビーズ溶液を導入しビーズが遠心力によって流路内を通過する速度を測定した。

流路基板は、図２０のような微細流路パターンを形成したＰＤＭＳ樹脂をガラス基板上へ貼り付けた構造である。流路パターンは、直径３ｍｍの円形の溶液層を７００μｍ幅の直線流路で接続した形状で、深さ約１２０μｍである。溶液層の片側には溶液導入用の孔が空けてあり、ここからビーズ溶液を導入することができる。

溶液導入用の孔を反遠心側にして直線流路部分がＣＣＤカメラで観察できるように可視下遠心装置ＡＰに取り付ける。このとき、流路内はテスト溶液（０．１Ｍマンニトール水溶液）で満たされている。溶液導入孔からポリスチレン溶液を導入し、可視下遠心装置ＡＰを駆動すると、遠心力によってポリスチレンビーズが直線流路を介して遠心側の溶液槽へ移動する。可視下遠心装置ＡＰでは、ポリスチレンビーズが直線流路内を移動する速度を任意の回転数（遠心力）で測定できるため、ポリスチレンビーズの移動速度ｖを正確に測定することができる。

直径１０μｍと直径４０μｍのポリスチレンビーズ（モリテックス社製 ４０００シリーズ）をサンプルとして、各遠心力下における移動（沈降）速度ｖの違いを測定した。その測定結果を図２１に示す。図２１から理解されるように、直径の大きいビーズの方が移動速度が大きく、各ビーズの挙動を観察しながらサイズ選別が可能なことが実証された。

以上のように、本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能であり、かかる変形例も本発明の範囲内である。

第１の実施の形態に係る流路基板の平面図（ａ）、及び、図１（ａ）の流路基板の積層構成を示す図である。 図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。 第１の実施形態に係る流路基板及び破砕電圧印加装置を示す図である。 第１の実施形態において大きい細胞を破砕する場合を示す図（ａ）、小さい細胞を破砕する場合を示す図（ｂ）である。 第２の実施の形態の細胞破砕装置の機能ブロック図である。 図５の細胞破砕装置の外観を示す図（（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。）である。 第２の実施の形態で用いるペルチェ素子の概略構成を示す図である。 第３の実施の形態にかかるマイクロポンプの側面断面図である。 図８の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。 マイクロポンプの動作（ａ）〜（ｃ）を示す図９と同様な図である。 別な実施の形態にかかるマイクロポンプ（ａ）〜（ｃ）の動作を示す図９と同様な図である。 図８のマイクロポンプの変形例（ａ）〜（ｅ）を示す図８と同様な図である。 第３の実施の形態による流路基板の平面図である。 第４の実施の形態に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。 図１４の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。 図１４の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。 図１４の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。 スピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット６２８を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。 可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を付加した構成を示す図１７と同様の縦断面図である。 本実施例で使用した流路基板の流路パターンを概略的に示す平面図である。 本実施例において直径の異なるポリスチレンビーズが直線流路内を移動するときの遠心加速度と移動速度の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 流路基板
２ 凹部
３ 破砕電圧印加装置
１１ 支持体
１２ 感光性樹脂層
１４ 膜状電極
２１ 溶液槽
２３ 流路
２７ 破砕用電極
２７ａ 破砕用電極の先端
３１ ペルチェ素子
３３ 水冷器
４２ 電圧印加装置
１’ 流路基板
Ｍ マイクロポンプ
ＡＰ 可視下遠心装置

Claims (16)

1. 溝状の流路が平面に沿って延在形成された流路基板と、
   前記流路に導入される流体又は流体中の物質を流動させる駆動装置と、
   前記流路中に局所的に細胞破砕用の電圧を印加する破砕電圧印加装置と、を備え、
   前記流路の側壁は、流路幅が狭くなる方向に平面視円弧状に張り出した凸部を備えることを特徴とする細胞破砕装置。
2. 前記駆動装置は、前記流路に駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段で構成されることを特徴とする請求項１に記載の細胞破砕装置。
3. 前記駆動電圧印加手段は、前記流路に駆動電圧を印加する１対の駆動用電極を備えており、
   前記１対の駆動用電極は、前記流路の流路方向両端側部分を構成する流路基板部分に、膜状電極としてそれぞれ一体形成されていることを特徴とする請求項２に記載の細胞破砕装置。
4. 前記破砕電圧印加装置は、前記細胞破砕用の電圧として、交流電圧を印加するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の細胞破砕装置。
5. 前記破砕電圧印加装置は、前記凸部が最も張り出した部分の近傍の流路中に、局所的に細胞破砕用の電圧を印加するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の細胞破砕装置。
6. 前記破砕電圧装置は、前記流路基板の表面に近接し、細胞破砕用の電圧を印加する１対の破砕用電極を備え、
   前記１対の破砕用電極は、それぞれ前記流路方向の近接位置が調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の細胞破砕装置。
7. 前記流路基板は、前記流路の側壁が感光性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の細胞破砕装置。
8. 前記流路基板を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の細胞破砕装置。
9. 前記冷却手段は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項８に記載の細胞破砕装置。
10. 前記ペルチェ素子は、その吸熱面が前記流路基板の底面と接するように配置されることを特徴とする請求項９に記載の細胞破砕装置。
11. 前記ペルチェ素子の放熱面を冷却する第２の冷却手段を設けたことを特徴とする請求項９又は１０に記載の細胞破砕装置。
12. 前記駆動装置としてマイクロポンプを備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の細胞破砕装置。
13. 前記マイクロポンプは、前記流路に連通するポンプ流路を移動可能に配置された磁性体の物体及び非磁性体の物体と、前記ポンプ流路に沿って配置された複数の電磁石と、を備え、前記磁性体の物体に近い電磁石に電力を供給することにより、発生した磁力により前記磁性体の物体を、前記非磁性体の物体と共に、前記ポンプ流路内で所定の方向に移動させることにより、前記流体又は流体中の物質を前記流路において流動させることを特徴とする請求項１２に記載の細胞破砕装置。
14. 前記流路基板の流路で流体又は流体中の物質を流動させるために遠心装置に取り付けられて使用されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の細胞破砕装置。
15. 前記遠心装置は、流体を収容した前記流路基板を取り付けて所定の回転軸を中心に回転する回転盤と、前記流路基板内における流体中の物質の状態を目視により観察するための顕微鏡と、を具備し、前記流路基板内の流体又は流体中の物質に対して遠心力を作用させることで前記流体から所定の物質を分離または合成させる可視下遠心装置であることを特徴とする請求項１４に記載の細胞破砕装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の細胞破砕装置に用いられる前記流路基板。

Images