JP2021175984A - 粒子分取装置及び粒子分取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流路を通流するシースフローから目的とする微小粒子のみを高速かつ安定して取り出すことが可能な微小粒子分取技術を提供する。【解決手段】アボート処理を行わずに、目標粒子を含む全体試料から当該目標粒子を含む分取試料を分取する第一分取部と、前記分取試料に対してアボート処理を行い、前記目標粒子のみを分取する第二分取部と、を備える、粒子分取装置。【選択図】図１

Description

本技術は、粒子分取装置及び粒子分取方法に関する。より詳しくは、流路を通流するシースフローから目的とする微小粒子のみを高速かつ安定して取り出すことが可能な粒子分取装置等に関する。

この種の粒子分取装置としては、例えば、流路内に微小粒子を含むシースフローを形成し、シースフロー中の微小粒子に光を照射して微小粒子から発生する蛍光及び散乱光を検出し、所定の光学特性を示す微小粒子群を分別回収する微小粒子分取装置が知られている。例えば、フローサイトメータでは、サンプル中に含まれる複数種類の細胞を蛍光色素により標識し、各細胞に標識された蛍光色素を光学的に識別することによって、特定の種類の細胞のみを分別、回収することが行われている。

前記フローサイトメータにおいては、特許文献１に示されているような、フローセルやマイクロチップなどから排出される流体を液滴化して、その液滴にプラス（＋）又はマイナス（−）の電荷を付与し、目的粒子を分取する、所謂液滴荷電方式や、特許文献２に示されているような、マイクロチップ内で分取を行うマイクロ流路方式などが知られている。

このようなフローサイトメータの技術は、例えば免疫細胞療法などの分野で臨床用途として活用されることが期待され、無菌対応が可能で扱い易く、目的とする細胞を高純度で高速に分取することができる分取装置が求められている。（非特許文献１、非特許文献２）

特開２００９−１４５２１３号公報 特開２０１４−０３６６０４号公報

Leukemia (2016) 30, 492-500; doi:10.1038/leu.2015.247; published online 6 October 2015 Baghbaderani et al., cGMP-Manufactured Human Induced Pluripotent Stem Cells Are Available for Preclinical and Clinical Applications, Stem Cell Reports (2015), http://dx.doi.org/10.1016/j.stemcr.2015.08.015

しかし、従来の粒子分取技術では、分取を行う際にはある有限の体積中に存在する液体と粒子を一緒に取り込むため、目的粒子を分取しようとする場合、空間的に隣接する粒子との距離が近い場合には、その隣接粒子を伴連れして取り込む可能性が高くなる。このため、フローサイトメータにおいて目的粒子の高速分取を実現しようとすると、目的粒子と共に目的外粒子を伴連れする確率が高まり、分取された全体試料に対する目的粒子の比率（「純度」、「ピューリティ」ともいう）が低下するという問題があった。
また、純度の低下が許容できない場合、隣接粒子との通過時間間隔が短い粒子に関してはその粒子が目的粒子である場合にも、処理系に置いて分取を行わないという判断（以下、「アボート」ともいう）を行う必要があり、投入した目的粒子数に対する分取された目的粒子数の比率（「収率」、「イールド」ともいう）が低下し、その結果として分取を高速化できないという問題があった。
更に、粒子の分取を高速化するための手段としては、複数の分取機構を並列化して同時駆動させる方法が考えられるが、シース形成部に加えて、例えば染色された粒子の蛍光色素を励起するための励起光学系や、蛍光を検出するための検出系、検出した光を光電変換素子で電気信号に変換しそれを増幅しデジタル化する電気系、その信号に基づいて分取するかどうかを判断する処理系、などが分取機構の並列数に比例して粒子分取装置の大型化やコストアップを招くという問題があった。

本技術は、アボート処理を行わずに、目標粒子を含む全体試料から当該目標粒子を含む分取試料を分取する第一分取部と、前記分取試料に対してアボート処理を行い、前記目標粒子のみを分取する第二分取部と、を備える、粒子分取装置を提供する。
本技術に係る粒子分取装置において、前記第一分取部及び第二分取部は互いに別部材として形成され、第一分取部による分取後、前記第二分取部による分取が行われる構成であってもよい。
また本技術に係る粒子分子装置において、前記第一分取部及び第二分取部は同一部材として形成され、第一分取部による分取後、前記第二分取部による分取が行われる構成であってもよい。
更に本技術に係る粒子分子装置において、前記第一分取部により分取された分取試料における粒子間隔を無作為状態に戻す撹拌部と、を備えていてもよい。
また本技術に係る粒子分子装置において、前記全体試料に対する目標粒子の比率を測定する測定部と、前記測定部による測定結果に基づいて、前記第一分取部による分取作業と第二分取部による分取作業とを並列作業に切り替える分取切り替え部と、を備えていてもよい。

本技術は、アボート処理を行わずに、目標粒子を含む全体試料から当該目標粒子を含む分取試料を分取する第一分取工程と、前記分取試料に対してアボート処理を行い、前記目標粒子のみを分取する第二分工程と、を含む、粒子分取方法をも提供する。
本技術に係る粒子分取方法において、前記第一分取工程を行った後、前記分取試料における粒子間隔を無作為状態に戻す撹拌工程と、を含んでいてもよい。
また本技術に係る粒子分取方法において、更に、前記全体試料に対する目標粒子の比率に基づいて、前記第一分取工程と第二分取工程とを並列に実行させる分取切り替え工程と、を含んでいてもよい。

更に、本技術は、アボート処理を行わずに、目標粒子を含む全体試料から当該目標粒子を含む分取試料を分取する第一分取部と、前記分取試料に対してアボート処理を行い、前記目標粒子のみを分取する第二分取部と、を備える、粒子分取用マイクロチップをも提供する。

本技術において、「目的粒子」には、細胞や微生物、リボソームなどの生体関連微小粒子、あるいはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子などの合成粒子などが広く含まれるものとする。

前記生体関連微小粒子には、各種細胞を構成する染色体、リボソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)などが含まれる。細胞には、動物細胞(血球系細胞など)および植物細胞が含まれる。微生物には、大腸菌などの細菌類、タバコモザイクウイルスなどのウイルス類、イースト菌などの菌類などが含まれる。さらに、生体関連微小粒子には、核酸やタンパク質、これらの複合体などの生体関連高分子も包含され得るものとする。また、工業用粒子は、例えば有機もしくは無機高分子材料、金属などであってもよい。有機高分子材料には、ポリスチレン、スチレン・ジビニルベンゼン、ポリメチルメタクリレートなどが含まれる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、磁性体材料などが含まれる。金属には、金コロイド、アルミなどが含まれる。これら微小粒子の形状は、一般には球形であるのが普通であるが、非球形であってもよく、また大きさや質量なども特に限定されない。

本技術によれば、流路を通流するシースフローから目的とする微小粒子のみを高速かつ安定して取り出すことが可能な微小粒子分取技術が提供される。
なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術に係る粒子分取装置の第一実施形態の概念を模式的に示す模式概念図である。 図１に示す粒子分取装置が備える第一分取部における分取処理を模式的に示す模式概念図である。 図１に示す粒子分取装置が備える第二分取部における分取処理を模式的に示す模式概念図である。 第一分取部において目的粒子を捕獲する際の、目的粒子と目的外粒子との位置関係を模式的に示す模式概念図である。 第一分取部における分取直後に後続粒子を取り込めない時間帯を模式的に示す模式概念図である。 第一分取部において、目的粒子を捕獲する際、当該目的粒子の近傍に存在する目的粒子を取り込む確率を説明するための模式概念図である。 本技術に係る粒子分取装置の第二実施形態の概念を模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る粒子分取装置の第三実施形態の概念を模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る粒子分取用マイクロチップの第一実施形態の概念を模式的に示す模式概念図である。 図９に示す分取動作を説明する図である。 図９に示すマイクロチップが備える圧力室の機能を示す図である。 図９に示すマイクロチップの撹拌部の側面図である。 図９に示すマイクロチップが備える撹拌部の詳細を示す拡大図である。 本技術に係る第一実施形態の粒子分取方法を示すフローチャートである。 本技術に係る第二実施形態の粒子分取方法を示すフローチャートである。 パラメータ１に基づいた、縦続方式と並列方式による性能比較の結果を示す図面代用グラフである。 パラメータ２に基づいた、縦続方式と並列方式による性能比較の結果を示す図面代用グラフである。 パラメータ３に基づいた、縦続方式と並列方式による性能比較の結果を示す図面代用グラフである。 パラメータ４に基づいた、縦続方式と並列方式による性能比較の結果を示す図面代用グラフである。

以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第一実施形態に係る粒子分取装置
（１）収容部
（２）送液部
（３）第一分取部
（３−１）検出系
（３−２）処理系
（３−３）分取系
（４）撹拌部
（５）第二分取部
（５−１）分取系
（６）貯留部
２．第二実施形態に係る粒子分取装置
（１）第一バルブ
（２）第二バルブ
（３）分取試料収容部
３．第三実施形態に係る粒子分取装置
（１）第一バルブ
（２）第二バルブ
（３）第三バルブ
（４）第四バルブ
４．第一実施形態に係る粒子分取用マイクロチップ
（１）第一分取区間
（２）送液区間
（３）第二分取区間
５．第一実施形態に係る粒子分取方法
（１）全体試料流入工程
（２）第一分取工程
（３）撹拌工程
（４）第二分取工程
（５）目的粒子貯留工程
６．第二実施形態に係る粒子分取方法

＜１．第一実施形態に係る粒子分取装置＞
図１〜６を用いて、本技術に係る粒子分取装置の第一実施形態について説明する。
本技術に係る粒子分取装置１は、少なくとも、第一分取部１１と、第二分取部１２と、を備える。また、当該粒子分取装置１は、必要に応じて、攪拌部１３、収容部１４、貯留部１５、送液部１６を備えていてもよい。以下、粒子が流れる順に即して各部について説明する。当該粒子分取装置１では、第一分取部１１による分取と、第二分取部１２による分取と、二回の分取作業が行われる。尚、本技術に係る粒子分取装置１において、分取回数は特に限定されず、分取部が二以上備えている構成であればよい。

（１）収容部
本技術に係る粒子分取装置１は、前記収容部１４を備える。当該収容部１４には、分取対象である目的粒子が含まれる全体試料が収容される。この収容部１４の構成としては特に限定されず、目的粒子の保存環境状況や、粒子分取装置の使用環境などに応じて適宜変更することができ、公知の構造を採用することができる。例えば、目的粒子を外部雰囲気から隔離する必要があるような場合には、逆止弁などを備えて外部から他の試料が混入することができない構造や、試験管などの外部雰囲気と全体試料が触れた状態の容器の構造など多種多様な構造が考えられる。

（２）送液部
本技術に係る粒子分取装置１は、必要に応じて、送液部１６を備えていてもよい。この送液部１６は、前記収容部１４内に収容された全体試料を前記第一分取部１１へと流入させる。この送液部１６の構造としては、全体試料を第一分取部１１へと送り出すことができる構成であればよく、公知の構造を採用することができる。
例えば、前記収容部１４に管状部材（チューブなど）が接続され、当該管状部材を介して全体試料が第一分取部１１へと送液されるような場合には、送液部１６の構成としては、公知の送液ポンプなどが考えられる。

（３）第一分取部
本技術に係る粒子分取装置１は、前記全体試料から目的試料を分取するための第一分取部１１を備える。この第一分取部１１は、全体試料から目的粒子を検出する検出系１１０と、検出系１１０の検出結果に基づいて目的粒子の分取を行う分取系１２０と、検出された光学情報を電気情報に変換する処理系１３０と、を備える。各系について、以下に説明する。

（３−１）検出系
本技術に係る第一分取部１１では、前記送液部１６により前記全体試料が検出系１１０へと送り出されるようになっている。
この検出系１１０は、例えば、前記全体試料が流入する試料流路と、シース液が流入するシース液流路が形成され、流路内に目的粒子を含むシースフローが形成される構成となっている。
また、この検出系１１０は、シースフロー中の目的粒子に対して蛍光色素を標識する標識部（図示外）や、シースフロー中の全体試料に対して励起光を照射する照射部（図示外）、当該照射部による光の照射により目的粒子から発せられる蛍光及び／又は散乱光を検出する光検出部（図示外）を備えている。
前記標識部の構成としては特に限定されず、公知の構成を採用することができる。また、前記標識部が前記目的粒子に対して標識する蛍光色素の種類及び数は特に限定されるものではなく、ＦＩＴＣ（fluorescein isothiocyanete：Ｃ_２１Ｈ_１１ＮＯ_５Ｓ）、ＰＥ（phycoerythrin）、ＰｅｒＣＰ（periidininchlorophyll protein）、ＰＥ−Ｃｙ５及びＰＥ−Ｃｙ７などの公知の色素を、必要に応じて適宜選択して使用することができる。更に、各分取対象試料が複数の蛍光色素で修飾されていてもよい。

また、前記照射部の構成も特に限定されず、公知の構成を採用することができる、当該照射部が備える光源としては、特に限定されず、例えば、半導体レーザすなわちレーザダイオード、固体レーザまたはガスレーザ等であってもよい。このうち、半導体レーザを用いることで、装置を小型かつ安価に構成することができる。
また、前記照射部から照射される光の波長は特に限定されず、目的粒子の種類により適宜変更することができる。例えば、前記目的粒子が細胞である場合、300nm以下の波長は目的粒子にダメージを与える可能性があるので使用しないことが好ましい。

更に、光検出部の構成としても特に限定されず、公知の構成を採用することができる。この光検出部では、前記目的粒子から発せられた蛍光及び/又は散乱光を検出し、その光学信号を電気信号へと変換する。この信号変換方法としては特に限定されず、公知の方法を用いることができる。そして、前記光検出部により検出された電気信号は前記処理系１３０へと出力される。

（３−２）処理系
前記第一分取部１１における処理系１３０では、入力された電気信号に基づいて分取系１２０により分取された分取試料の光学特性を判定する。そして、光学特性に応じて、目的粒子が含まれる分取試料が前記分取系１２０により分取されるよう、分取情報を分取系１２０に出力する。その一方で、目的粒子が含まれていない試料に関しては廃棄されるよう、廃棄情報を分取系１２０に出力する。
この処理系１３０の構成は特に限定されず、前記分取情報及び廃棄情報の出力処理を実行するためのプログラムとＯＳが格納されたハードディスク、ＣＰＵ及びメモリにより構成してもよい。

（３−３）分取系
第一分取部１１における分取系１２０では、処理系１３０から出力された情報に基づいて、全体試料から、目的粒子が含まれる分取試料を分取する。
具体的には、図２を用いて説明する。図２において、左右方向は全体試料が流れる時間軸ｔを示しており、四角は目的粒子を示し、△は目的外粒子を示している。図２に示すように、第一分取部１１の分取系１２０では、全体試料が流れている中で、目的粒子だけでなく、目的粒子に隣接して目的外粒子が存在している場合であっても、アボート処理（分取を行わないという判断）を行わずに、当該目的外粒子及び目的粒子を含む分取試料を分取する。
当該分取系１２０による分取方法は特に限定されず、アボート処理を行わず、目的粒子を含む分取試料を分取する構成であればよく、公知の方法を採用することができる。

（４）撹拌部
本技術に係る粒子分取装置１は、必要に応じて、攪拌部１３を備えていてもよい。
この撹拌部１３は、前記第一分取部１１と第二分取部１２との間に設けられ、前記分取試料における粒子間隔の変更を行う。具体的には、第一分取部１１により分取された分取試料中の粒子間隔を、全体試料時と同様、無作為な状態に戻す。そして、粒子間隔が無作為な状態となった分取試料を前記第二分取部１２へと送液する。
この撹拌部１３の構成としては特に限定されず、公知の撹拌器等を採用することができる。第一分取部１１と第二分取１２とは管状部材により接続され、当該管状部材の内部を分取試料が流れる構成である場合、攪拌部１３としては、例えば所謂ペリスタルティック・ドージングポンプなどが挙げられ、これにより前記管状部材を圧迫・弛緩する構成が考えられる。
尚、前記分取試料を撹拌する方法としては特に限定されず、公知の方法を採用することができ、例えば、前記分取試料に対して圧力を負荷する方法などが挙げられる。

（５）第二分取部
本技術に係る粒子分取装置１は、前記分取試料から目的粒子を分取する第二分取部１２を備える。この第二分取部１２は、分取試料から目的粒子を検出する検出系２１０と、検出系２１０の検出結果に基づいて目的粒子の分取を行う分取系２２０と、検出された光学信号を電気信号に変換する処理系２３０と、を備える。各系について、以下に説明する。
尚、検出系２１０に関しては、検出対象が分取試料であること以外は、第一分取部１１の検出系１１０と同一の構成であるため、その説明は省略する。また、前記処理系２３０の構成に関しても、第一分取部１１の処理系１３０と同一であるため、その説明を省略する。

（５−１）分取系
第二分取部１２における分取系２２０では、処理系２３０から出力された情報に基づいて、分取試料から目的粒子を分取する。
具体的には、図３を用いて説明する。図３において、左右方向は全体試料が流れる時間軸ｔを示しており、四角は目的粒子を示し、△は目的外粒子を示している。図３に示すように、分取系２２０では、第一分取部１１の分取系１２０とは異なり、目標粒子のみを分取し、目的外粒子を認識した場合にはアボート処理を行う。
尚、当該分取系２２０による分取方法は特に限定されず、目的粒子のみを分取する構成であればよく、公知の方法を採用することができる。

（６）貯留部
本技術に係る粒子分取装置１は、必要に応じて、貯留部１６を備えていてもよい。
この貯留部１６には、前記第二分取部１２により分取された目的粒子のみが貯留されるようになっている。
当該貯留部１６の構成としては特に限定されず、目的粒子の保存環境状況や粒子分取装置の使用環境などに応じて適宜変更することができ、公知の構造を採用することができる。例えば、目的粒子が外部環境により損傷を受けやすい等の条件がある場合には、貯留された目的粒子が外部雰囲気に触れない密閉容器などが挙げられる。

以上のような本技術に係る粒子分取装置１では、例えば、第一分取部１１及び第二分取部１２により分取作業が二回行われるが、最終的に、目的粒子の回収率（以下、「イールド（Yield）」ともいう）を所望の値以上とする必要がある。
このため、本技術に係る粒子分取装置１では、第一分取部１１による分取作業の際の、単位時間あたりの全体試料の検出数を、最終的な目的粒子の所望の回収率Ｙｓとの関係で設定することが望ましい。
具体的には、例えば、第一分取部１１における、単位時間あたりの全体試料の検出数λが、下記数式１が成り立つ範囲で設定する一態様が考えられる。

以下、前記数式１を算出する方法について、図４〜６を用いて説明する。
ここで前述の如く、本技術に係る粒子分取装置１では、シースフローを形成して目的粒子の分取を行っており、いわゆるフローサイトメータの構成をなしている。
このフローサイトメータの性能指標を、下記表１に示すように定義する。

以下、表１に示される定義に基づいて、前記数式１を導き出すための各パラメータについて説明する。
すなわち、フローサイトメータでは一般的に、単位時間当たりに検出部を通過する粒子数はＰｏｉｓｓｏｎ分布に従うことが知られている。
ここで、単位時間当たりの平均通過粒子数をλとすると，ｔ時間当たりの平均通過粒子数はλｔで表される。またｔ時間当たりにｘ個の目的粒子が通過する確率は、下記数式２で表される。

更に、ｔ時間の間に、目的粒子が通過しない確率は、前記数式２に基づいて、下記数式３で表すことができる。

また、ある目的粒子に着目し、当該目的粒子の前方Ｔ_０時間の間に粒子が存在せず，且つその後方Ｔ_１時間の間に粒子が存在しない確率は、前記数式２に基づいて、下記数式４で表すことができる。

更に、フローサイトメータに関しては、目的粒子を分取するにあたり、当該目的粒子（単位時間当たりの通過数をλ_Ｔとする）と目的外粒子（単位時間当たりの通過数をλ_Ｕとする）とが混在することが考えられる。また、ある目的粒子を捕獲する場合、当該目的粒子とこの目的粒子の前後に存在する目的外粒子からなるλ_Ｕ＋１個の集合を考えると、この集合に含まれる粒子は互いに相関が無いので，目的粒子の前方Ｔ_０時間の間に目的外粒子が通過せず且つその後方Ｔ_１時間の間に目的外粒子が通過しない確率は、下記数式５で表すことができる。

次に、検出した目的粒子に対する分取効率Ｅについて、図４を用いて以下に説明する。
ここで、一回の分取動作で取り込まれる到来粒子群の時間幅（以下、「捕獲時間幅」という）をＴ_ｐと表す。
そして、フローサイトメータでは一般的に、分取試料中の目的粒子比率Ｐを確保するため、図４中、Ｔ_０＋Ｔ_１＞Ｔ_ｐである場合はその目的粒子の取り込みを行う。その一方で、Ｔ_０＋Ｔ_１≦Ｔ_ｐである場合はその目的粒子の取り込みを行わないという判断（アボート処理）を行う。
このため、検出した目的粒子に対する分取効率Ｅは、下記数式６で表すことができる。

また、フローサイトメータにより分取を行う際、特にマイクロ流路方式を採用している場合は図５に示すように、分取直後に後続粒子を取り込めない時間帯（以下、「デッドタイムＴ_Ｄ」という）が存在する。従って、数式１に基づいて、本技術に係る粒子分取装置１の第一分取部１１における単位時間あたりの全体試料の検出数λを、最終的な目的粒子の回収率Ｙとの関係で示す場合には、前記デッドタイムＴ_Ｄをも考慮する必要がある。

更に、フローサイトメータにおいて、アボート処理を行わない場合、分取部に到達した目的粒子を捕獲する時、当該目的粒子の近傍に存在する目的粒子をも取り込む可能性がある。
かかる場合、捕獲しようとしている粒子より時間軸上過去に存在する粒子は既に全て捕獲されているはずなので、図６に示すように、一緒に取り込まれる可能性のある粒子は捕獲しようとしている粒子より未来の時間幅Ｔ_ｐ／２内に存在している粒子だけと認識できる。
このため、捕獲される目的粒子一個に対して残りλ_ｒ−１個の目的粒子集団がＴ_ｐ／２の時間幅に混入する確率を考慮すると、一回の分取動作で捕獲される目的粒子数の平均値は、下記数式７で表すことができる。

また、フローサイトメータにおいて、アボート処理を行う場合に、ある目的粒子の捕獲を試みてから実際に目的粒子を捕獲するのに要する時間の期待値Ｔ_ｃを考慮する必要がある。
ここで、目的粒子の平均到来時間間隔は１／λ_Ｔであるため、ｅ^{−λＵＴＰ}≡Ｅと定義すると、期待値Ｔ_ｃは、下記数式８で表すことができる。ここで、数式８の第１項目は最初の粒子をアボートせずに取り込む場合、第２項目は１番目の粒子をアボートし２番目の粒子を取り込む場合、第３項目は１、２番目の粒子をアボートし３番目の粒子を取り込む場合、第４項目は１、２、３番目の粒子をアボートし４番目の粒子を取り込む場合、等々、の時間を表している。

この数式８に基づいて、下記数式９が算出される。

尚、前記数式９の算出には、下記数式１０に示す関係式を用いた。

更に前述の如く、フローサイトメータにおいて、分取を行う上で、目的粒子と目的外粒子が混入する場合がある。
ここで、例えば、目的粒子が第一分取部１１を通過する際の単位時間当たりの通過数をλ_Ｔと示し、目的外粒子が第一分取部１１を通過する際の単位時間当たりの通過数をλ_Ｕと示した場合、粒子分取装置に投入される全体試料は、下記数式１１で表すことができる。

更に前記数式１１により、全粒子数に対する目的粒子数の比率ｒは、下記数式１２で表すことができる。

以上から、目的粒子が第一分取部１１を通過する際の単位時間当たりの通過数をλｒと目的外粒子が第一分取部１１を通過する際の単位時間当たりの通過数λ_Ｕは、下記数式１３で表すことができる。

数式２〜１３に示すパラメータを用いて、本技術に係る第一分取部１１における分取すべき全体試料に対する回収率Ｙ１を算出することができる。
ここで、単位時間当たりの分取回数をＮとすると、アボートで費やされる時間はＮ・Ｔ_ｃとなり、デッドタイムで費やされる時間はＮ・Ｔ_Ｄとなる。このため、単位時間当たり分取に寄与する有効な時間は１−Ｎ・Ｔ_Ｄ−Ｎ・Ｔ_ｃで表される。従って、単位時間当たりに捕獲される目的粒子数の平均値に関しては、下記数式１４に示す等式が成り立つ。

前記数式１４を変換することにより、Ｎを下記数式１５で表すことができる。

この数式１５からすれば、単位時間当たりに捕獲される目的粒子数の平均値は、下記数式１６で表すことができる。

そして、本技術における第一分取部１１では、アボート処理を行わないため、前記数式Ｔ_ｃの値が０となり、数式１６は下記数式１７に変換される。この値は単位時間当たりに第二分取部１２に投入される目的粒子数λ_Ｔ２になる。

これと同様に、単位時間当たりに捕獲される目的外粒子数の平均値は、下記数式１８で表すことができる。この値は単位時間当たりに第二分取部１２に投入される目的粒子数λ_Ｕ２になる。

以上の結果から、第一分取部１１における分取すべき全体試料に対する回収率Ｙ１は、「分取された目的粒子数（数式１７）」を「投入した全体試料中の目的粒子数λ_Ｔ」で除した値であり、下記数式１９で示すことができる。

次に、第二分取部１２における分取すべき分取試料に対する目的粒子の回収率Ｙ２について算出する。
先ず、単位時間当たりに捕獲される目的粒子数の平均値に関しては、下記数式２０に示す等式が成り立つ。

前記数式２０を変換することにより、Ｎを下記数式２１で表すことができる。

この数式２１からすれば、単位時間当たりに捕獲される目的粒子数の平均値は、下記数式２２で表すことができる。

第二分取部１２における回収率Ｙ２は、「分取された目的粒子数（数式２２）」を「投入した全体試料中の目的粒子数λ_Ｔ２」で除した値である。
このため、回収率Ｙ２は、下記数式２３で表すことができる。

本技術に係る粒子分取装置１では、第一分取部１１による分取と第二分取部１２による分取とが行われることから、当該粒子分取装置１の分取による目的粒子の回収率Ｙ_{Ｃａｓｃｏｄｅ}は、下記数式２４に示されるように、第一分取部１１における回収率Ｙ１と第二分取部１２における回収率Ｙ２とを掛け合わせた値となる。

この数式２４により、本技術に係る粒子分取装置１では、前記回収率Ｙ_{Ｃａｓｃｏｄｅ}が、最終的な目的粒子の所望の回収率Ｙｓ以上であることが好ましい。

以上のように構成された本技術に係る粒子分取装置１によれば、第一分取部１１及び第二分取部１２を備え、分取を担う構成を複数備えているため、高速且つ高純度で目的粒子の分取を行うことができる。
また、第一分取部１１及び第二分取部１２により重畳した分取作業を可能としており、単純に分取機構を複数設ける構成としているわけではないため、粒子分取装置の大型化やコストアップを可及的に避けることができる。
更に、本技術に係る粒子分取装置１において、回収率Ｙ_{Ｃａｓｃｏｄｅ}が、最終的な目的粒子の所望の回収率Ｙｓ以上となるように、第一分取部１１における単位時間あたりの全体試料の検出数λを設定することにより、より高純度で目的粒子を分取することができる。

＜２．第二実施形態に係る粒子分取装置＞
次に、図７を用いて、本技術に係る粒子分取装置の第二実施形態について説明する。
図１等に示す本技術に係る粒子分取装置１では、第一分取部１１と第二分取部１２とが互いに別部材として構成されているが、第二実施形態に係る粒子分取装置２では、第一分取部１１と第二分取部１２が同一部材として形成され、単一の分取部２１が第一実施形態に係る第一分取部１１及び第二分取部１２の機能を担う構成となっている。これに伴い、目的粒子を循環させるための第一バルブ２２、第二バルブ２３及び分取試料収容部２４を備えている。
以下では、第一実施形態に係る粒子分取装置１と異なる構成、すなわち前記第一バルブ２２、第二バルブ２３及び分取試料収容部２４の構成を中心に説明し、第一実施形態に係る粒子分取装置１と共通する構成については同一の符号を付してその説明を割愛する。
尚、本実施形態が備える単一の分取部の構成は、第一実施形態に係る粒子分取装置１の第一分取部１１及び第二分取部１２の構成と同一であるため、その説明に関しても割愛する。

（１）第一バルブ
第二実施形態に係る粒子分取装置２は、目的粒子を含む全体試料が流れる流路上に、第一バルブ２２を備える。この第一バルブ２２は、前記全体試料を分取部２１へと送る流路Ｌと、分取部２１により分取された粒子が通流する流路Ｍとの連結領域に設けられており、流路Ｌ上に設けられる開閉弁２２ａ，２２ｂと、流路Ｍ上に設けられる開閉弁２２ｃと、を備える。

（２）第二バルブ
粒子分取装置２は、分取部２１により分取された粒子が流れる流路上に第二バルブ２３を備える。この第二バルブ２３は、分取部２１により分取された粒子が流れる流路Ｎと、前記貯留部１５に接続される流路Ｏと、前記流路Ｍと、の連結領域に設けられており、前記流路Ｍ上に設けられる開閉弁２３ａと、前記流路Ｎ上に設けられる開閉弁２３ｂと、流路Ｏ上に設けられる開閉弁２３ｃと、を備える。

（３）分取試料収容部
第二実施形態に係る粒子分取装置２は、前記流路Ｍに連結された分取試料収容部２４を備える。この分取試料収容部２４は、前記流路Ｍに連結されていることから、分取部２１によって分取された前記分取試料が収容されるようになっている。
また、第二実施形態に係る粒子分取装置２では、前記分取試料収容部２４において、分取試料の撹拌が行われ、分取試料内の粒子間隔が無作為状態に戻される。すなわち、第二実施形態に係る粒子分取装置２では、分取試料収容部２４が第一実施形態に係る撹拌部１３としても機能している。
この分取試料収容部２４の構成としては特に限定されず、目的粒子の保存環境状況や粒子分取装置の使用環境などに応じて適宜変更することができ、公知の構造を採用することができる。

このような第二実施形態に係る粒子分取装置２では先ず、前記第一バルブ２２の開閉弁２２ａ，２２ｂを開き、且つ、開閉弁２２ｃを閉めた状態とする。また、第二バルブ２３の開閉弁２３ａ，２３ｂを開き、且つ、開閉弁２３ｃを閉めた状態とする。
かかる状態で、送液部１６を駆動させることにより、収容部１４内の全体試料が分取部２１へと送液される。
その後、分取部２１は第一実施形態の第一分取部１１と同一に機能し、全体試料から、目的粒子を含む分取試料を分取する。そして、分取された分取試料は、前記流路Ｎ、Ｍ内を通流し、最終的に分取試料収容部２４へと収容される。更に、当該分取試料収容部２４内にて、分取試料が撹拌され、分取試料内の粒子間隔が無作為状態に戻される。

その後、前記第一バルブ２２の開閉弁２２ａを閉め、且つ、開閉弁２２ｂ，２２ｃを開いた状態とし、また第二バルブ２３の開閉弁２３ａを閉め、且つ、開閉弁２３ｂ，２３ｃを開いた状態とする。
かかる状態で、送液部１６を駆動させることにより、分取試料収容部２４内の分取試料は流路Ｍ、流路Ｌ内を通流し、再び前記分取部２１に流入するようになっている。
この際には、分取部２１が第一実施形態の第二分取部１２と同一に機能し、分取試料から目的粒子が分取される。そして、分取された目的粒子は、流路Ｎ、流路Ｏを通流して前記貯留部１５へと貯留されるようになる。

すなわち、第二実施形態に係る粒子分取装置２では、目的粒子が流路Ｌ，Ｎ，Ｍを循環して分取が二回行われるようになっている。
このような粒子分取装置２によっても、高速且つ高純度で目的粒子の分取を行うことができる。また、単純に分取機構を複数設ける構成としているわけではないため、粒子分取装置の大型化やコストアップを可及的に避けることができる。
更に、本技術に係る粒子分取装置２において、回収率Ｙ_{Ｃａｓｃｏｄｅ}が、最終的な目的粒子の所望の回収率Ｙｓ以上となるように、一巡目の分取部２１における単位時間あたりの全体試料の検出数λを設定することにより、より高純度で目的粒子を分取することができる。

尚、図７に示す第一バルブ２２及び第二バルブ２３の構成は一例に過ぎず、目的粒子が流路Ｌ，Ｎ，Ｍを循環して分取が複数回行われる構成であれば、他の構成を採用しても差し支えない。

＜３．第三実施形態に係る粒子分取装置＞
次に、図８を用いて、本技術に係る粒子分取装置の第三実施形態について説明する。
ここで、全体試料における目的粒子の比率が所定の閾値よりも低い場合には、第一実施形態及び第二実施形態に係る粒子分取装置１，２のように、前記第一分取部１１及び第二分取部１２により縦続的な分取を行うことが好ましい（以下、「縦続方式」という）。その一方で、全体試料における目的粒子の比率が所定の閾値よりも高い場合には、第一分取部１１による分取と、第二分取部１２による分取と、を並列的に行う方が分取の高速化に適している（以下、「並列方式」という）。
このため、第三実施形態に係る粒子分取装置３では、全体試料における目的粒子の比率に応じて、第一分取部１１及び第二分取部１２による分取方法を切り替えることができるように構成されている。これに伴い、第一バルブ３１、第二バルブ３２、第三バルブ３３及び第四バルブ３４を備える。
以下では、第一実施形態に係る粒子分取装置１と異なる構成を中心に説明し、第一実施形態に係る粒子分取装置１と共通する構成については同一の符号を付してその説明を割愛する。

第三実施形態に係る粒子分取装置３では、予め検出系１１０に対して少量のサンプルを流し、当該検出系１１０により、全体試料における目的粒子の比率を測定する。
尚、ユーザが全体試料における目的粒子の比率を認識することができる場合には、予め検出系１１０にて全体試料における目的粒子の比率を測定する必要はない。

（１）第一バルブ
第三実施形態に係る粒子分取装置３は、第一バルブ３１を備える。この第一バルブ３１は、前記収容部１４と撹拌部１３とを連結する流路Ｌ上に設けられている。そして、当該第一バルブ３１は、全体試料における目的粒子の比率に応じて、流路Ｌの開放・閉塞を行う。
この第一バルブ３１の構成としては特に限定されず、流路Ｌの開放・閉塞を行うことが可能な構成であればよく、公知の開閉バルブなどを採用することができる。

（２）第二バルブ
第三実施形態に係る粒子分取装置３は、第二バルブ３２を備える。この第二バルブ３２は、第二分取部１２と貯留部１５とを連結する流路Ｍから分岐して前記撹拌部１３に連結される流路Ｎ上に設けられている。そして、当該第二バルブ３２は、全体試料における目的粒子の比率に応じて、流路Ｎの開放・閉塞を行う。
この第二バルブ３２の構成としては特に限定されず、流路Ｎの開放・閉塞を行うことが可能な構成であればよく、公知の開閉バルブなどを採用することができる。

（３）第三バルブ
第三実施形態に係る粒子分取装置３は、第三バルブ３３を備える。この第三バルブ３３は、前記流路Ｌと、当該流路Ｌから分岐して第二分取部１２と連結する流路Ｏと、の連結領域に設けられ、流路Ｌ上に設けられる開閉弁３３ａ，３３ｃと、流路Ｏ上に設けられる開閉弁３３ｂと、を備える。

（４）第四バルブ
第三実施形態に係る粒子分取装置３は、第四バルブ３４をも備える。この第四バルブ３４は、前記流路Ｎと、当該流路Ｎから分岐して第一分取部１１と連結する流路Ｐと、の連結領域に設けられ、流路Ｎ上に設けられる開閉弁３４ａ，３４ｃと、流路Ｐ上に設けられる開閉弁３４ｂと、を備える。

このような第三実施形態に係る粒子分取装置３において、全体試料における目的粒子の比率が閾値（縦続方式における回収率Ｙ_{Ｐａｒａｌｌｅｌ}と並列方式における回収率Ｙ_{Ｃａｓｃｏｄｅ}が互いに等しくなる目的粒子比率）よりも低い場合には、第一バルブ３１及び第三バルブ３３の閉塞弁３３ａを閉めて流路Ｌを閉塞する。また、第二バルブ３２及び第四バルブ３４の閉塞弁３４ａを閉めて流路Ｎを閉塞する。
その結果として、目的粒子を含む全体試料は送液部１６の駆動により第一分取部１１へと送られるようになる。そして、当該第一分取部１１により、全体試料から分取試料のみが分取される。
この分取試料は、前記流路Ｐ、攪拌部１３、流路Ｏの順に通流し、前記第二分取部１２へと流入する。そして、当該第二分取部１２により分取試料から目的試料のみが分取され、当該目的粒子は流路Ｍを通流して、前記貯留部１５に貯留される。

かかる場合には、第一実施形態に係る粒子分取装置１と同一の構成であるため、第一分取部１１における、単位時間あたりの全体試料の検出数λが、下記数式２５が成り立つ範囲で設定することが好ましい。

一方、全体試料における目的粒子の比率が前記閾値よりも高い場合には、第一バルブ３１を開き、且つ、第三バルブ３３において開閉弁３３ｃを閉める一方、開閉弁３３ａ，３３ｂを開く。これにより、前記流路Ｌと流路Ｏとを連通させる。
また、第二バルブ３１を開き、且つ、第四バルブ３４において開閉弁３４ｃを閉める一方、開閉弁３４ａ，３４ｂを開く。これにより、前記流路Ｐ、流路Ｎ、流路Ｍを連通させる。
このように設定することにより、送液部１６の駆動により収容部１４から排出された全体試料は、第一分取部１１による分取及び第二分取部１２による分取に同時に供され、最終的には各分取部１１，１２により分取された目的粒子は貯留部１５に貯留される。

ここで、単位時間当たりの分取回数をＮとすると、アボートで費やされる時間はＮ・Ｔ_ｃとなり、デッドタイムで費やされる時間はＮ・Ｔ_Ｄとなる。このため、単位時間当たり分取に寄与する有効な時間は１−Ｎ・Ｔ_Ｄ−Ｎ・Ｔ_ｃで表される。従って、単位時間当たりに捕獲される目的粒子数の平均値に関しては、下記数式２６に示す等式が成り立つ。

前記数式２６を変換することにより、Ｎを下記数式２７で表すことができる。

この数式２７からすれば、単位時間当たりに捕獲される目的粒子数の平均値は、下記数式２８で表すことができる。

ここで、一回の分取における回収率は、「分取された目的粒子数（数式２８）」を「投入した全体試料中の目的粒子数λ_Ｔ」で除した値、と定義することができるため、当該回収率Ｙは、下記数式２９で表すことができる。

そして、並列方式とした場合、並列数をＭとすると、数式２９におけるλ_Ｔ及びλ_Ｕはそれぞれ、λ_Ｔ／Ｍ及びλ_Ｕ／Ｍに置き換えることができる。その結果、並列方式の場合における回収率Ｙ_{Ｐａｒａｌｌｅｌ}は、下記数式３０で表すことができる。

以上から、第三実施形態に係る粒子分取装置３において、並列方式を採用する場合には、各分取部１１，１２における、単位時間あたりの全体試料の検出数λが、下記数式３１に示されるように、分取部１１，１２による回収率Ｙ_{Ｐａｒａｌｌｅｌ}が最終的な目的粒子の所望の回収率Ｙｓ以上となるように、設定することが好ましい。

縦続方式と並列方式との切り替え基準についてより具体的に説明すると、前記数式３０を満たす最大のイベントレートを「λ_{Ｐａｒａｌｌｅｌ_ｍａｘ}」とし、前記数式２５を満たす最大のイベントレートを「λ_{Ｃａｓｃｏｄｅ_ｍａｘ}」とした場合、下記数式３２の条件の場合には、並列方式を選択する。一方で、下記数式３３の条件の場合には、縦続方式を選択する。

このような第三実施形態に係る粒子分取装置３では、前記第一バルブ３１、第二バルブ３２、第三バルブ３３及び第四バルブ３４の開閉により、縦続式と並列式が切り替わるようになっている。
すなわち、これら第一バルブ３１、第二バルブ３２、第三バルブ３３及び第四バルブ３４が、本技術に係る分取切り替え部に相当する。

以上のような第三実施形態に係る粒子分取装置３によれば、並列方式と縦続方式の切り替えが可能であるため、全体試料における目的粒子の比率に応じて高純度且つ高速に目的粒子の分取を行うことができる。
更に言えば、縦続方式を選択した場合には、高速且つ高純度で目的粒子の分取を行うことができる。また、単純に分取機構を複数設ける構成としているわけではないため、粒子分取装置の大型化やコストアップを可及的に避けることができる。また、本技術に係る粒子分取装置３において、回収率Ｙ_{Ｃａｓｃｏｄｅ}が最終的な目的粒子の所望の回収率Ｙｓ以上となるように、第一分取部１１における単位時間あたりの全体試料の検出数λを設定することにより、より高純度で目的粒子を分取することができる。
一方、並列方式を選択した場合であっても、高速且つ高純度で目的粒子の分取を行うことができる。また、単純に分取機構を複数設ける構成としているわけではないため、粒子分取装置の大型化やコストアップを可及的に避けることができる。

＜４．第一実施形態に係る粒子分取用マイクロチップ＞
本技術は、粒子分取用マイクロチップをも提供する。
図９〜１３を用いて、本技術に係る粒子分取用マイクロチップの第一実施形態について説明する。

本技術に係る粒子分取用マイクロチップ４（以下、「マイクロチップ」ともいう）は、全体試料から目的粒子を含む分取試料を分取する第一分取区間Ａと、第一分取区間４Ａにて分取された分取試料を送液する送液区間４Ｂと、前記分取試料から目的粒子のみを分取する第二分取区間４Ｃと、を備える。各区間の構成について、以下に説明する。

（１）第一分取区間
マイクロチップ４は、目的粒子を含む全体試料を導入するための試料インレット４１を備える。この試料インレット４１には全体試料が通流する試料流路４２が接続されている。また、このマイクロチップ４は、シース液を導入するためのシース液インレット４３を備える。このシース液インレット４３からは二本のシース液流路４４，４４が分岐しており、前記シース液はこれらシース液流路４４，４４内を通流する。更に、これらシース液流路４４，４４は、前記試料流路４２と合流して一本の主流路４５を形成している。この主流路４５において、試料流路４２を送液される全体試料の層流と、シース液流路４４，４４を送液されるシース液層流と、が合流し、全体試料の層流がシース液層流に挟み込まれたシースフローを形成する。

また、前記主流路４５では、当該主流路４５内を流れる全体試料、特に目的粒子に対して、照射部７Ａにより励起光が照射される。この光照射により前記全体試料から発せられた蛍光及び／又は散乱光は、光検出部８Ａにより検出される。この光検出部８Ａにより検出された光学信号は電気信号へと変換され、駆動部９Ａへと出力される。この駆動部９Ａは、後述する圧力室４７における圧力調整を行い、目的粒子を含む分取試料を前記圧力室４７へと送り込む機能を発揮する。当該駆動部９Ａが行う処理については後述する。

更に、主流路４５は下流において、三つの流路に分岐している。具体的には、主流路４５は、分取流路４６及び二本の廃棄流路４８，４８に分岐している。このうち、分取流路４６は、目的粒子を含み、所定の光学特性を満たすと前記駆動部９Ａによって判定された分取試料が取り込まれる流路である。また、分取流路４６の下流には、目的粒子を含む分取試料が取り込まれる圧力室４７が設けられている。この圧力室４７の内空は、平面方向（分取流路４６の幅方向）に拡張されるとともに、断面方向（分取流路４６の高さ方向）にも拡張されている。すなわち、圧力室４７では全体試料及びシース液の流れ方向に対する垂直断面が大きくなるように形成されている。
一方、駆動部９Ａによって所定の光学特性を満たさないと判定された、目的粒子を含まない全体試料は、分取流路４６内に取り込まれることなく、二本の廃棄流路４８，４８のいずれか一方に流れる。その後、廃棄ポート４９より外部に排出される。

すなわち、マイクロチップ１０１において、前記照射部７Ａ、光検出部８Ａ、駆動部９Ａ、分取流路４６及び圧力室４７は、本技術の第一分取部に相当し、図１に示す粒子分取装置１の第一分取部１１と同一の機能を発揮する。

目的粒子の分取流路４６内への取り込みは、駆動部９Ａによって分取流路４６内に負圧を発生させ、この負圧を利用して目的粒子を分取流路４６内に吸い込むことによって行われる。負圧を発生させる構成としては、前記圧力室４７の体積を増減させるアクチュエータが考えられ、一例としてピエゾ素子などの圧電素子が考えられる。

前記アクチュエータは、印加される電圧の変化に伴って伸縮力を発生し、圧力室４７内に圧力変化を生じさせる。これに伴って分取流路４６内に流動が生じると、同時に、分取流路４６内の体積が変化する。分取流路４６内の体積は、印加電圧に対応したアクチュエータの変位量によって規定される体積に到達するまで変化する。

以下、図１０及び１１を用いて、駆動部９Ａにより分取について詳細に説明する。
駆動部９Ａは、入力される電気信号に基づいて、全体試料、特に目的粒子の光学特性を判定する。粒子が目的粒子と判定された場合、駆動部９Ａは、図１０Ａ及びＢに示すように、当該目的粒子を含む分取試料が主流路４５から分岐部に移動するまでの時間（遅れ時間）を経過した後に、アクチュエータに当該取試料を取得するための駆動信号を出力する。

具体的には、アクチュエータがピエゾ素子である場合、駆動部９Ａは、ピエゾ収縮となる電圧を印加し、圧力室４７の容積を増加させ、分取流路４６の内圧を負圧にすることで、分取試料を主流路４５内から分取流路４６内へ取り込む。

一方、微小粒子が目的外粒子と判定された場合、駆動部９Ａは、図１０Ｃ及びＤに示すように、アクチュエータに非取得の駆動信号を出力する。かかる場合、アクチュエータは動作せず、目的外粒子は二本の廃棄流路４８，４８のいずれか一方に流れる。

駆動部９Ａは、目的粒子の光学特性の判定と、アクチュエータへの駆動信号の出力とを分析終了まで繰り返し（図１０Ｅ〜Ｆ参照）、目的粒子を含む分取試料のみを分取流路４６内に蓄積する（図１０Ｆ参照）。

分取流路４６内へ引き込まれた目的粒子は、図１１Ａに示すように、圧力室４７内に取り込まれる。図中、符号Ｐは、圧力室４７内に取り込まれた分取試料を示し、符号４７ａは、圧力室４７への分取試料Ｐの取込口を示す。分取試料Ｐの流れは、内空が拡張された圧力室４７に流入する際に噴流（ジェット）となり、流路壁面から剥離する（図１１Ａ中矢印参照）。このため、分取試料Ｐは、取込口４７ａから離れて、圧力室４７の奥まで取り込まれる。

前述の如く、第一分取区間４Ａでは、図１に示す第一分取部１１と同一の機能を発揮する。このため、第一分取区間４Ａにおける、単位時間あたりの全体試料の検出数λは、下記数式３４が成り立つ範囲で設定されることが好ましい。

（２）送液区間
次に、送液区間４Ｂについて説明する。この送液区間４Ｂには、第一分取区間４Ａに設けられる圧力室４７に接続される分取試料流路５１と、分取試料を撹拌する撹拌部５２と、攪拌部５２を通流した分取試料が通流する排出流路５３と、分取試料流路５１及び排出流路５３上に設けられる二つのダンパー５４，５４と、を備える。
この送液区間４Ｂでは、第一分取区間４Ａから流出された分取試料を送液する機能を発揮し、更に前記撹拌部５２にて、分取試料の粒子間隔を全体試料の時と同様、再び無作為の状態とする。

分取試料流路５１は前記圧力室４７と接続されており、第一分取区間４Ａにて分取された分取試料が送液されるようになっている。そして、分取流路５１内を通流した分取試料は、撹拌部５２内へと送液される。

次に、前記分取試料を撹拌する撹拌部５２について、図１２及び１３を用いて説明する。
撹拌部５２は、所謂ペリスタルティック・ドージングポンプの構成を採用しており、分取試料流路５１及び排出流路５３に接続される撹拌流路５５と、当該撹拌流路５５の圧縮・弛緩を行う回転盤５６と、を備える。前記撹拌流路５５は、前記回転盤５６の回転軸Ｓを中心に周方向に沿って平面視略Ｕ字状に湾曲している。

一方、前記回転盤５６は、回転軸Ｓを中心に矢線Ｘ方向に回転駆動することができる。この回転盤５６は、前記回転軸Ｓに対して半径方向に沿って設けられるローラ５７を三つ備える。三つのローラ５７，５７，５７は、前記回転軸Ｓに対して周方向に沿って等間隔に配置される。
そして、回転盤５６が回転軸Ｓを中心に回転すると、各ローラ５７，５７，５７は、ローラ回転軸Ｔを中心に回転する。この際、各ローラ５７，５７，５７の軌跡は、前記撹拌流路５５に沿って形成される。

このように構成された回転盤５６が回転することにより、撹拌流路５５の圧迫・弛緩が繰り返し行われるようになっている。その結果、第一分取区間４Ａにより、粒子間隔が整った分取試料は、攪拌流路５５内にて、その粒子間隔が全体試料の時と同様、再び無作為の状態になる。
そして、攪拌された分取試料は、排出流路５３内を通流し、第二分取区間４Ｃへと送液される。

尚、図１２等で示す撹拌部５２は、ペリスタルティック・ドージングポンプの構成を採用しているが、当該撹拌部５２の構成は特に限定されず、前記分取試料における粒子間隔を再び無作為の状態とすることができる構成であれば、公知の構成を用いてもよい。

前述のように、この送液区間４Ｂでは、撹拌部５２が所謂ペリスタルティック・ドージングポンプの構成を採用しており、攪拌流路５５を圧迫・弛緩する。このため、攪拌流路５５において、脈流が発生することとなる。このため、本技術に係る粒子分取用マイクロチップでは、前記一対のダンパー５４により、攪拌流路５５で発生する脈流を吸収するように構成されている。

（３）第二分取区間
前記撹拌部５２によって撹拌された分取試料は、前記排出流路５３を通流して第二分取区間４Ｃへと送液される。
この第二分取区間４Ｃは、排出流路５３を通流してきた分取試料を導入するための試料インレット６１を備える。この試料インレット６１には前記分取試料が通流する分取試料流路６２が接続されている。また、シース液を導入するためのシース液インレット６３も備える。このシース液インレット６３からは二本のシース液流路６４，６４が分岐しており、前記シース液はこれらシース液流路６４，６４内を通流する。更に、これらシース液流路６４，６４は、前記試料流路６２と合流して、一本の主流路６５を形成している。この主流路６５において、試料流路６２を送液される分取試料の層流と、シース液流路６４，６４を送液されるシース液層流と、が合流し、分取試料の層流がシース液層流に挟み込まれたシースフローを形成される。

更に、前記主流路６５では、当該主流路６５内を流れる分取試料、特に目的粒子に対して、照射部７Ｂにより励起光が照射される。この光照射により前記分取試料から発せられた蛍光及び／又は散乱光は、光検出部８Ｂにより検出される。この光検出部８Ｂにより検出された光学信号は電気信号へと変換され、駆動部９Ｂへと出力される。この駆動部９Ｂは、前記主流路６５と連結された圧力室６７における圧力調整を行い、目的粒子のみを前記圧力室６７へと送り込む機能を発揮する。

更に、主流路６５は下流において、三つの流路に分岐している。具体的には、主流路６５は、分取流路６６及び二本の廃棄流路６８，６８に分岐している。このうち、分取流路６６は、所定の光学特性を満たすと前記駆動部９Ｂによって判定された目的粒子が取り込まれる流路である。また、分取流路６６の下流には、目的粒子のみが取り込まれる圧力室６７が設けられている。
この圧力室６７には貯留流路６９が接続され、圧力室６７内の目的粒子は当該貯留流路６９を通流して、目的粒子が貯留される貯留部（図示外）に送液される。
一方、駆動部９Ｂによって所定の光学特性を満たさないと判定された、目的外粒子は、分取流路６６内に取り込まれることなく、二本の廃棄流路６８，６８のいずれか一方に流れる。その後、廃棄ポート７０より外部に排出される。

以上のような第二分取区間４Ｃにおいて、試料インレット６１は第一分取区間４Ａの試料インレット４２に、分取試料流路６２は同試料流路４２に、シース液インレット６３は同シース液インレット４３に、シース液流路６４は同シース液流路４４に、主流路６５は同主流路４５に、分取流路６６は同分取流路４６に、圧力室６７は同圧力室４７に、廃棄流路６８は同廃棄流路４８に、廃棄ポート７０は同廃棄ポート４９に対応しており、同一の構成をなしている。また、照射部７Ｂは第一分取区間４Ａの照射部７Ａに、光検出部８Ｂは同光検出部８Ａに、駆動部９Ｂは同駆動部９Ａに対応し、構造自体は同一である。

但し、第二分取区間４Ｃでは、前記照射部７Ｂ、光検出部８Ｂ、駆動部９Ｂ、分取流路６６及び圧力室６７が、本技術の第二分取部に相当し、図１に示す粒子分取装置１の第二分取部１２と同一の機能を発揮するようになっている。すなわち、第二分取区間４Ｃでは、分取試料から目的粒子のみが分取される。

以上のように構成されたマイクロチップ４は三層の基板層からなり、試料流路４２、シース液流４４、主流路４５、分取流路４６、圧力室４７、廃棄流路４８、試料流路６２、シース液流６４、主流路６５、分取流路６６、圧力室６７、分取試料流路５１、攪拌流路５５及び排出流路５３は、１層目の基板層ａ１と２層目の基板層ａ２により形成されている（図１２参照）。
一方、試料インレット４１、分取試料流路５１、貯留流路６８、廃棄ポット７０は２層目の基板層ａ２と３層目の基板層ａ３により形成されている。

このマイクロチップ４は、主流路４５等が形成された基板層を貼り合わせて構成できる。
基板層への主流路４５等の形成は、金型を用いた熱可塑性樹脂の射出成形により行うことができる。熱可塑性樹脂には、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、環状ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）及びシクロオレフィンポリマーなどの従来マイクロチップの材料として公知のプラスチックを採用できる。

前述の如く、本技術に係るマイクロチップ４では、攪拌部５２により撹拌流路５５を圧迫・弛緩することにより分取試料における粒子間隔を無作為な状態に戻すことが好ましい。このため、攪拌部５２の各ローラ５３が接触する基板層ａ_１は比較的軟質な樹脂で形成されていることが好ましく、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などが挙げられる。
なお、マイクロチップ４の基板層の層構造は、三層に限定されることはないものとする。

以上のような本技術に係るマイクロチップ４によれば、第一分取区間４Ａ及び第二分取区間４Ｃを備え、分取を担う構成を複数備えているため、高速且つ高純度で目的粒子の分取を行うことができる。
また、第一分取区間４Ａ及び第二分取区間４Ｃにより重畳した分取作業を可能としており、単純に分取機構を複数設ける構成としているわけではないため、マイクロチップ自体の大型化やコストアップを可及的に避けることができる。
更に、本技術に係るマイクロチップ４において、回収率Ｙ_{Ｃａｓｃｏｄｅ}が、最終的な目的粒子の所望の回収率Ｙｓ以上となるように、第一分取区間４Ａにおける単位時間あたりの全体試料の検出数λを設定することにより、より高純度で目的粒子を分取することができる。

＜５．第一実施形態に係る粒子分取方法＞
本技術は、目的粒子を分取するための粒子分取方法をも提供する。
図１４は、第一実施形態に係る粒子分取方法のフローチャートである。
当該方法は、少なくとも、第一分取工程Ｓ２と、第二分取工程Ｓ４と、を含み、必要に応じて、全体試料流入工程Ｓ１、攪拌工程Ｓ３、目的粒子貯留工程Ｓ５を含んでいてもよい。各工程について、工程が行われる順序に即して以下に説明する。

（１）全体試料流入工程
本技術に係る粒子分取方法では、目的粒子を含む全体試料を、例えば、図１に示す粒子分取装置１に流入させる全体試料流入工程Ｓ１を含んでいてもよい。
全体試料を流入させる方法としては特に限定されず、例えば、前記送液部１６を用いて全体試料が通流する流路を圧迫・弛緩し、前記収容部１４内の全体試料を流入させる方法が考えられる。

（２）第一分取工程
流入された全体試料は、例えば、図１に示す粒子分取装置１における第一分取部１１により分取作業に供される。
第一分取工程Ｓ２では、前記第一分取部１１と同様、アボート処理を行わずに、目的粒子を含む分取試料を分取する。
具体的には、全体試料の層流がシース液層流に挟み込まれたシースフローを形成し、フローサイトメトリー原理を用いて分取を行う。
すなわち、前記第一分取部１１と同様、シースフロー中の目的粒子に光を照射して目的粒子から発生する蛍光及び／又は散乱光を検出し、所定の光学特性を示す目的粒子が含まれる分取試料のみを分別する。
この第一分取工程Ｓ２では、前記第一分取部１１と同様、単位時間あたりの全体試料の検出数λは、下記数式３５が成り立つ範囲で設定されることが好ましい。

尚、第一分取工程Ｓ１による分取方法は特に限定されず、アボート処理を行わず、目的粒子を含む分取試料を分取する構成であればよく、公知の方法を採用することができる。

（３）撹拌工程
本技術に係る粒子分取方法は、第一分取工程Ｓ２により分取された分取試料を撹拌する撹拌工程Ｓ３を含んでいてもよい。
具体的には、この撹拌工程Ｓ３では、第一分取工程Ｓ２により粒子間隔が調整された分子試料を撹拌し、その粒子間隔が全体試料の時と同様、再び無作為の状態とする。
この撹拌工程Ｓ３における撹拌方法は特に限定されず、例えば、公知のペリスタルティック・ドージングポンプを用いて、分取試料が通流する流路を圧迫・弛緩する方法等が挙げられる。

（４）第二分取工程
本技術に係る粒子分取方法は、第一分取工程Ｓ２により分取された分取試料から目的粒子のみを分取する第二分取工程Ｓ４を含んでいる。
この第二分取工程Ｓ４は、第一分取工程Ｓ２と同様、フローサイトメトリー原理を用いて分取を行う。すなわち、分取試料の層流がシース液層流に挟み込まれたシースフローを形成し、当該シースフロー中の目的粒子に光を照射して目的粒子から発生する蛍光及び／又は散乱光を検出し、所定の光学特性を示す目的粒子のみを分別する。
換言すると、この第二分取工程Ｓ４では、図１に示す粒子分取装置１が備える第二分取部１２と同様の分取が行われる。

（５）目的粒子貯留工程
本技術に係る粒子分取方法は、必要に応じて、目的粒子を貯留するための目的粒子貯留工程Ｓ５を含んでいてもよい。
この目的粒子貯留工程Ｓ５では、前記第二分取工程Ｓ４により分取された目的粒子の貯留を行う。
目的粒子を貯留する方法としては特に限定されず、目的粒子に適した保存環境などを考慮し、公知の方法を採用することができる。目的粒子が細胞である場合には、例えば、貯留工程Ｓ５にて、細胞を貯留するために適した温度調整や、培養等を適用しても差し支えない。
本技術に係る粒子分取方法は、当該目的粒子貯留工程Ｓ５が終了することにより、完了する。

以上の本技術に係る粒子分取方法によれば、第一分取工程Ｓ１及び第二分取工程Ｓ２を備え、分取を担う構成を複数備えているため、高速且つ高純度で目的粒子の分取を行うことができる。
また、本技術に係る粒子分取方法において、回収率Ｙ_{Ｃａｓｃｏｄｅ}が、最終的な目的粒子の所望の回収率Ｙｓ以上となるように、第一分取工程Ｓ１における単位時間あたりの全体試料の検出数λを設定することにより、より高純度で目的粒子を分取することができる。

＜６．第二実施形態に係る粒子分取方法＞
図１５を用いて、本技術に係る粒子分取方法の第二実施形態について説明する。
本技術の粒子分取技術において、全体試料における目的粒子の比率が所定の閾値よりも低い場合には、第一分取工程Ｓ１及び第二分取工程Ｓ４を縦続的に行うことが好ましい（以下、「縦続方式」という）。その一方で、全体試料における目的粒子の比率が所定の閾値よりも高い場合には、第一分取工程Ｓ１と第二分取工程Ｓ４とを並列的に行う方が分取の高速化に適している（以下、「並列方式」という）。
このため、本技術は、全体試料における目的粒子の比率に応じて、縦続方式と並列方式とを切り替えることが可能な粒子分取方法をも提供する。
当該方法は、図８に示される粒子分取装置３を用いた粒子分取方法に関する。
尚、図１５は、第二実施形態に係る粒子分取方法における、分取切り替え工程を示すフローチャートである。

この粒子分取方法では先ず、前記第一分取部１１と第二分取部１２とが従属的に接続された状態に設定する（縦続式設定工程Ｓ１０１）。
そして、ユーザが全体試料における目的粒子の比率を知っているか否かを判定し（Ｓ１０２）、ユーザは当該比率を知らない場合には（Ｓ１０２におけるＮＯ）、目的粒子比率の測定工程Ｓ１０３へと進む。
この測定工程Ｓ１０３では、前記第一分取部１１に対して全体試料を流入させ、当該第一分取部１１における検出系１１０、処理系１３０を用いて、目的粒子の比率を測定する。尚、目的粒子を測定する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
そして、全体試料における目的試料の比率が既知の状態となったら（Ｓ１０２におけるＹＥＳ）、目的粒子の比率が所定の閾値よりも低いか否かの判定を行う（Ｓ１０４）。

ここで前述の如く、縦続方式において、第一分取部１１における、単位時間あたりの全体試料の検出数λは、下記数式３６が成り立つ範囲で設定されることが好ましい。

一方、並列方式として場合には、各分取部１１，１２における、単位時間あたりの全体試料の検出数λが、下記数式３７に示されるように、分取部１１，１２による回収率Ｙ_{Ｐａｒａｌｌｅｌ}が最終的な目的粒子の所望の回収率Ｙｓ以上となるように、設定することが好ましい。

以上から、前記数式３６を満たす最大のイベントレートを「λ_{Ｐａｒａｌｌｅｌ_ｍａｘ}」とし、前記数式３５を満たす最大のイベントレートを「λ_{Ｃａｓｃｏｄｅ_ｍａｘ}」とした場合、縦続方式と並列方式との切り替え基準となる前記閾値は、下記数式３８で表すように、縦続方式における回収率Ｙ_{Ｐａｒａｌｌｅｌ}と並列方式における回収率Ｙ_{Ｃａｓｃｏｄｅ}が互いに等しくなる目的粒子比率で表される。

そして、判定工程Ｓ１０４において、全体試料における目的粒子の比率が前記閾値よりも低いと判定された場合には（Ｓ１０４におけるＮＯ）、下記数式３９が成立するため、並列方式への変更が行われる（並列式変更工程Ｓ１０５）。
その後、第一分取部１１による分取と第二分取部１２による分取が開始される（Ｓ１０６）。

かかる場合、各分取部１１，１２における、単位時間あたりの全体試料の検出数λが、下記数式４０に示されるように、分取部１１，１２による回収率Ｙ_{Ｐａｒａｌｌｅｌ}が最終的な目的粒子の所望の回収率Ｙｓ以上となるように、設定することが好ましい。

一方、判定工程Ｓ１０４において、全体試料における目的粒子の比率が前記閾値よりも高いと判定された場合には（Ｓ１０４におけるＹＥＳ）、下記数式４１が成立するため、切り替え作業は行わず、縦続方式にて、第一分取部１１による分取と第二分取部１２による分取が開始される（Ｓ１０６）。

かかる場合、第一分取部１１における、単位時間あたりの全体試料の検出数λは、下記数式４２が成り立つ範囲で設定することが好ましい。

以上のような第二実施形態に係る粒子分取方法によれば、並列方式と縦続方式の切り替えが可能であるため、全体試料における目的粒子の比率に応じて高純度且つ高速に目的粒子の分取を行うことができる。
更に言えば、縦続方式を選択した場合には、高速且つ高純度で目的粒子の分取を行うことができる。また、回収率Ｙ_{Ｃａｓｃｏｄｅ}が最終的な目的粒子の所望の回収率Ｙｓ以上となるように、第一分取部１１における単位時間あたりの全体試料の検出数λを設定することにより、より高純度で目的粒子を分取することができる。
一方、並列方式を選択した場合であっても、高速且つ高純度で目的粒子の分取を行うことができる。また、単純に分取機構を複数設ける構成としているわけではないため、粒子分取装置の大型化やコストアップを可及的に避けることができる。
尚、図１５に示す本技術に係る粒子分取方法では、測定工程Ｓ１０３により、全体試料における目的粒子の比率を測定しているが、予め検出系１１０に対して少量のサンプルを流し、全体試料における目的粒子の比率を測定するようにしてもよく、測定工程Ｓ１０３を含まなくともよい。

なお、本技術に係る粒子分取装置は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
アボート処理を行わずに、目標粒子を含む全体思料から当該目標粒子を含む分取試料を分取する第一分取部と、
前記第一分取部により分取された前記分取試料に対してアボート処理を行い、前記目標粒子のみを分取する第二分取部と、
を備える、粒子分取装置。
（２）
前記第一分取部及び第二分取部は互いに別部材として形成され、第一分取部による分取後、前記第二分取部による分取が行われる、（１）記載の粒子分取装置。
（３）
前記第一分取部及び第二分取部は同一部材として形成され、第一分取部による分取後、前記第二分取部による分取が行われる、（１）記載の粒子分取装置。
（４）
更に、前記第一分取部により分取された分取試料における粒子間隔を無作為状態に戻す撹拌部と、を備える、（２）又は（３）に記載の粒子分取装置。
（５）
更に、前記全体試料に対する目標粒子の含有率を測定する測定部と、
前記測定部による測定結果に基づいて、前記第一分取部による分取作業と第二分取部による分取作業とを並列作業に切り替える分取切り替え部と、を備える、（１）〜（４）のいずれか一つに記載の粒子分取装置。

また、本技術に係る位粒子分取方法は、以下のような構成も取ることができる。
（６）
アボート処理を行わずに、目標粒子を含む全体思料から当該目標粒子を含む分取試料を分取する第一分取工程と、
前記第一分取部により分取された前記分取試料に対してアボート処理を行い、前記目標粒子のみを分取する第二分工程と、
を含む、粒子分取方法。
（７）
前記第一分取工程を行った後、前記分取試料における粒子間隔を無作為状態に戻す撹拌工程と、を含む、（６）に記載の粒子分取装置。
（８）
更に、前記全体試料に対する目標粒子の比率に基づいて、前記第一分取工程と第二分取工程とを並列に実行させる分取切り替え工程と、を含む、（６）又は（７）に記載の粒子分取装置。

以下、実施例に基づいて本技術を更に詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例は、本技術の代表的な実施例の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

実施例として、本願発明者らは、縦続方式により分取を行う粒子分取装置と、並列方式により分取を行う粒子分取装置と、の性能比較を実施した。
具体的には、前述の導き出された数式に基づいて、幾つかのパラメータ（パラメータ１〜４）を設定して性能比較を行い、本技術に係る粒子分取方法の効果を定量的に示した。各パラメータに基づいた性能比較結果を図１６〜１９に示す。ここで、各図において、横軸は、Ｅｖｅｎｔ Ｒａｔｅであり、縦軸はＹｉｅｌｄである．更に、各図において、一点鎖線は並列方式の結果を、二点鎖線は縦続方式の結果を示す。

図１６は、パラメータ１に基づいた、縦続方式と並列方式による性能比較の結果を示す図面代用グラフである。パラメータ１としては、Ｒ＝１．０、ｒ＝０．０３、Ｔ_ｐ＝５０ｕｓ、Ｔ_Ｄ＝７５ｕｓに設定した。
図１６から把握されるように、パラメータ１の場合、Ｅｖｅｎｔ Ｒａｔｅ＝０−１００ｋｅｐｓの範囲では、常に縦続方式のほうが並列方式と比べて高収率を実現できることが確認された。
すなわち、例えばＹｉｅｌｄスペックが８０％の場合、縦続方式では約３５ｋｅｐｓ動作が可能であることが確認された。

図１７は、パラメータ２に基づいた、縦続方式と並列方式による性能比較の結果を示す図面代用グラフである。パラメータ１としては、Ｒ＝０．９、ｒ＝０．０３、Ｔ_ｐ＝５０ｕｓ、Ｔ_Ｄ＝７５ｕｓに設定した。
図１７から把握されるように、パラメータ２の場合、Ｅｖｅｎｔ Ｒａｔｅ＝０−５ｋｅｐｓの範囲では並列方式が、Ｅｖｅｎｔ Ｒａｔｅ＝５ｋ−１００ｋｅｐｓの範囲では縦続方式の方が高収率を実現できることが確認された。
すなわち、例えばＹｉｅｌｄスペックが８０％の場合、並列方式による分取が有利で、約４ｋｅｐｓ動作が可能であることが確認された。
一方、Ｙｉｅｌｄスペックが少し低い６０％の場合には、縦続方式による分取で約４８ｋｅｐｓ動作が可能であることが確認された。

図１８は、パラメータ３に基づいた、縦続方式と並列方式による性能比較の結果を示す図面代用グラフである。パラメータ３としては、Ｒ＝１．０、ｒ＝０．１０、Ｔ_ｐ＝５０ｕｓ、Ｔ_Ｄ＝７５ｕｓに設定した。
図１８から把握されるように、パラメータ３の場合、Ｅｖｅｎｔ Ｒａｔｅ＝０−１００ｋｅｐｓの範囲では、常に縦続方式の方が並列方式に比べて高収率を実現できることが確認された。
すなわち、例えばＹｉｅｌｄスペックが８０％の場合、縦続方式では約１４ｋｅｐｓ動作が可能であることが確認された。

図１９は、パラメータ４に基づいた、縦続方式と並列方式による性能比較の結果を示す図面代用グラフである。パラメータ４としては、Ｒ＝０．９、ｒ＝０．１０、Ｔ_ｐ＝５０ｕｓ、Ｔ_Ｄ＝７５ｕｓに設定した。
図１９から把握されるように、パラメータ４の場合、Ｅｖｅｎｔ Ｒａｔｅ＝０−１０ｋｅｐｓの範囲では並列方式が，Ｅｖｅｎｔ Ｒａｔｅ＝１０ｋ−１００ｋｅｐｓの範囲では縦続方式の方が高収率を実現できることが確認された。
すなわち、例えばＹｉｅｌｄスペックが８０％の場合には並列方式による分取が有利で、約５ｋｅｐｓ動作が可能であることは確認された。
一方、Ｙｉｅｌｄスペックが少し低い６０％の場合には縦続方式による分取で約２０ｋｅｐｓ動作が可能であることが確認された。

１、２、３ 粒子分取装置
１１ 第一分取部
１２ 第二分取部

Claims (1)

1. アボート処理を行わずに、目標粒子を含む全体試料から当該目標粒子を含む分取試料を分取する第一分取部と、
   前記分取試料に対してアボート処理を行い、前記目標粒子のみを分取する第二分取部と、
   を備える、粒子分取装置。
   

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