以下、本発明を実施するための最良の形� ��について、図面に基づいて説明する。

[概略]
 図1は、本発明の実施の形態に係る誘電体微 粒子濃縮装置1の概略図である。

 図1に示す誘電体微粒子濃縮装置1は、試料� �保持部10と、セル11と、リリース液保持部12� �、回収部13と、から主に構成されており、そ の他、流路系統には、流路系への流量を制御 可能な送液ポンプP、流路系の方向及び流量� �制御可能な電磁弁V ₁ ,V ₂ ,V ₃ が設けられ、微生物濃縮装置1には、送液ポ� �プP及び電磁弁を制御するコントロールユニ� ��ト14、セル11の誘電泳動電極に電圧を印加す る精密電圧発生装置15、電圧測定装置16が接� �されている。

 試料液保持部10は、検査対象となる誘電� �微粒子としての微生物を含む試料液を保持� �るものであり、試料液をセル11の誘電泳動電 極11a~11cに貫流するために試料液を流入出す� �。なお、試料液は、予め濾過することによ� �て粗大コンタミを除去することが好ましく� �また、イオン交換樹脂等を介した脱イオン� �理を施すことによって、高導電率を有する� �質を除去することが好ましい。なお、誘電� �微粒子としては、微生物の他に、ナノウィ� �ス、カビ、ナノパーティクル等も含まれる� �

 リリース液保持部12は、誘電泳動電極に� �流させて、誘電泳動電極によって捕集され� �微生物をリリースするためのリリース液を� �持している。リリース液は、りん酸緩衝液� �ど、誘電泳動電極に捕集されている微生物� �そのままの状態で回収することができるも� �を使用する。

 回収部13は、誘電泳動電極によって捕集� �れた微生物を回収するものであり、回収さ� �た微生物をさらに別の分析装置に利用する� �ど、様々な用途が可能である。試料液保持� �に保持された試料液から微生物のみを回収� �ることができるので、例えば試料液100ccに含 まれる微生物を1ccの溶液に濃縮して回収する ことができる。

[セル]
 図2は、セル11の概略図、図3は、セル11内の� ��電泳動電極のパターン図である。

 セル11は、基板(a)に流入口(h)と流出口(i)� �が設けられ、流路(d)を図面上右から左に試� �液が流れるように構成されている。流路(d)� �構成する流路カバー(b)の材質は、ガラス、� �クリル、軟性ポリジメチルシロキサン(PDMS)� �であって、限定されない。また、セル11には 、誘電泳動電極部(f)がその流路(d)中に設けら れている。

 誘電泳動電極部(f)は、図3に示すように、 10本の電極を等間隔に並列配置しており、同� ��の電極10本を対面から交互に組み合わせる� �とによって、櫛形の電極群(捕集部(e))を構成 してなる。例えば、1本の電極は幅100μmであ� �て、電極の間隔は10μmとすることができる。 また、電極には、微生物や細胞などの非特異 的反応を抑制して、その吸着を防止する界面 親和剤(主成分:りん脂質)を被膜として被覆し ている。

 なお、誘電泳動電極部(f)は、石英ガラス� ��板上にクロム、金、チタン等の誘電泳動力� ��働く材質を蒸着して作製しているが、基板� ��絶縁体であれば限定されない。

[流路系]
 図4は、本発明の実施の形態に係る誘電体微 粒子濃縮装置1の流路系概略図である。

 本発明の実施の形態に係る誘電体微粒子濃� ��装置1は、試料液保持部10と、セル11と、リ� �ース液保持部12と、回収部13と、染色液保持� ��17と、洗浄液保持部18と、から主に構成され ており、その他、流路系統には、流路系への 流量を制御可能な送液ポンプP、電磁弁V ₁ ,V ₂ ,V ₃ ,V ₄ ,V ₅ が設けられている。

 なお、電磁弁V ₁ はセル11への流入方向を制御可能な流入方向� ��御手段、電磁弁V ₅ はセル11からの流出方向を制御可能な流出方� ��制御手段として機能する。また、電磁弁V ₂ は流入方向制御手段と接続された第1方向制� �手段、電磁弁V ₃ 及びV ₄ は、それぞれT字継手19を介して第1方向制御� �段と接続された第2方向制御手段及び第3方向 制御手段として機能する。それぞれの方向制 御手段は、流出方向の制御のほかに流量の制 御も可能である。

 染色液保持部17は、誘電泳動電極によっ� �捕集された微生物に対して標識化物質を作� �させるための染色液を保持するものである� �染色液は、6-カルボキシルフルオレセイン・ ジアセテートをアセトンで希釈したCFDAアセ� �ン溶液等を用いることができる。

 洗浄液保持部18は、誘電体微粒子濃縮装� �1の流路系を洗浄するための洗浄液を保持す� ��もので、誘電泳動電極によって捕集された� ��生物をリリースする前に流路系を洗浄した� ��、使用後の誘電体微粒子濃縮装置1の流路系 を洗浄したりする際に用いる。

 リリース液保持部12と接続される電磁弁V ₄ の一端は、断続的に開放されることでリリー ス液内に気泡を断続的に混入することができ る。また、気泡を混入するために、図示しな い気泡を流入する装置を接続して、電磁弁V ₄ の開閉動作によって断続的な気泡の混入も可 能である。

 試料液保持部10とセル11とは流路F ₁ ,F ₂ で接続され、流路F ₁ -F ₂ 間には電磁弁V ₁ が設けられている。また、セル11と試料液保� ��部10とは流路F ₃ ,F ₅ で接続され、流路F ₃ -F ₅ 間には電磁弁V ₅ が設けられている。なお、流路F ₃ には送液ポンプPが設けられ、ポンプの正転� �作によって図面右向き、逆転動作によって� �面左向きに流水される。

 セル11と回収部13とは流路F ₃ ,F ₄ で接続され、流路F ₁ -F ₂ 間には電磁弁V ₅ が設けられている。

 続いて、流路F ₂ を通してセル11に流入される染色液、リリー� ��液、洗浄液の流路系について説明する。

 染色液、リリース液、洗浄液は、いずれか� ��択一的にセル11に流入されることから、流� �F ₇ を主路として、流路F ₇ -F ₂ 間には電磁弁V ₁ が設けられている。

 染色液は、染色液保持部17に接続された流� �F ₆ から供給され、電磁弁V ₂ によって流路F ₆ -F ₇ が開通されることでセル11に流入することが� ��能となる。

 リリース液は、リリース液保持部12に接続� �れた流路F ₁₀ から供給され、電磁弁V ₄ によって流路F ₁₀ -F ₉ が開通され、さらに、電磁弁V ₂ によって流路F ₈ -F ₇ が開通されることでセル11に流入することが� ��能となる。なお、流路F ₈ -F ₉ 間にはT字継手19が設けられているが、流路F ₈ -F ₉ は常時開通している。

 洗浄液は、洗浄液保持部18に接続された流� �F ₁₂ から供給され、電磁弁V ₃ によって流路F ₁₂ -F ₁₁ が開通され、電磁弁V ₂ によって流路F ₈ -F ₇ が開通されることでセル11に流入することが� ��能となる。なお、流路F ₈ -F ₁₁ 間にはT字継手19が設けられているが、流路F ₈ -F ₁₁ は常時開通している。

 以上の流路系を確保するために使用される� ��磁弁のうち、V ₁ ,V ₂ ,V ₄ ,V ₅ は3方向からの接続を確保するために三方電� �弁を使用するが、3方向からの接続を確保で� ��るものであれば、その種類を問わず、例え� ��、四方電磁弁のうち1方向を遮断することに よって、実質的に三方電磁弁と同じ機能を有 するものも含まれる。また、V ₃ は二方電磁弁を使用するが、2方向からの接� �を確保できるものであれば、その種類を問� �ず、例えば、三方電磁弁のうち1方向を遮断� ��ることによって、実質的に二方電磁弁と同� ��機能を有するものも含まれる。

 また、電磁弁V ₁ は、流路F ₁ -F ₂ と流路F ₇ -F ₂ とを形成するように、F ₂ が共通ポートに接続される。電磁弁V ₂ は、流路F ₆ -F ₇ と流路F ₈ -F ₇ とを形成するように、F ₇ が共通ポートに接続される。電磁弁V ₃ は、流路F ₁₁ -F ₁₂ を形成するように接続される。電磁弁V ₄ は、流路F ₁₀ -F ₉ を形成し、気泡を流路F ₉ に断続的に混入させるために、F ₉ が共通ポートに接続される。電磁弁V ₅ は、流路F ₃ -F ₅ と流路F ₃ -F ₄ とを形成するように、F ₃ が共通ポートに接続される。

 なお、電磁弁V ₁ は、流出側にセル11が、流入側に試料液保持� ��10と電磁弁V ₂ 乃至V ₄ を介した染色液保持部17,リリース液保持部12, 洗浄液保持部18が接続され、共通ポートとし� ��接続されたセル11に、試料液保持部10からの 試料液を流入するか、或いは、染色液保持部 17からの染色液,リリース液保持部12からのリ� ��ース液,洗浄液保持部18からの洗浄液のいず� ��かを流入するかを制御するものである。ま� ��、電磁弁V ₅ は、流入側にセル11が、流入側に試料液保持� ��10又は廃液保持部20と回収部13が接続され、� ��通ポートとして接続されたセル11から流出� �れる試料液又は廃液を試料液保持部10又は廃 液保持部20に流入するか、捕集された微生物� ��濃縮液として回収部13に流入するか、のい� �れかを制御するものである。

[捕集工程]
 図5は、本発明の実施の形態に係る誘電体微 粒子濃縮装置1を使用して微生物を捕集する� �集工程を説明するための流路系概略図であ� �。

 微生物を捕集する捕集工程においては、� ��料液保持部10から供給される試料液をセル11 内の誘電泳動電極に貫流して、セル11から流� ��する試料液を試料液保持部10に戻す。これ� �何度も繰り返すことで、試料液をセル11内に 循環させ、試料液に含まれる微生物の捕集を 確実にする。この際、誘電泳動電極には正弦 波電圧を印加することで、電極間の電極ギャ ップ部分に誘電体である微生物を捕集するこ とができる。

 流路系は、試料液保持部10から試料液を流� �する流路F ₁ と試料液保持部10に試料液を流入(還流)する� �路F ₅ とを確保するために、電磁弁V ₁ によって流路F ₁ -F ₂ を開通し、電磁弁V ₅ によって流路F ₃ -F ₅ を開通することで、流路F ₁ -F ₂ -F ₃ -F ₅ が形成される。換言すれば、微生物を捕集す る捕集工程においては、本発明は微生物の濃 縮を主目的としていることから、試料液保持 部10とセル11との流路系統を確保し、試料液� �体が回収部13に回収されないように回収部13� ��の流路系統を断ち、また、リリース液保持� ��12,染色液保持部17,洗浄液保持部18との流路� �統を断つように流路が形成される。また、� �料液保持部10とセル11とを循環する閉ループ� ��路を形成して、試料液をセル11内に循環さ� �、試料液に含まれる微生物の捕集を確実に� �る。

[染色工程]
 図6は、本発明の実施の形態に係る誘電体微 粒子濃縮装置1を使用して捕集した微生物を� �色する染色工程を説明するための流路系概� �図である。

 微生物を染色する染色工程においては、� ��色液保持部17から供給される染色液をセル11 内の誘電泳動電極に貫流して、セル11から流� ��する染色液を廃液保持部20に戻す。この際� �誘電泳動電極には正弦波電圧を印加してお� �、捕集された微生物が染色液とともに剥離� �れて流出しないようにする。なお、廃液保� �部20は、試料液保持部10と兼用することとし� ��もよい。

 流路系は、染色液保持部17から染色液を流� �する流路F ₆ とセル11に染色液を貫流するための流路F ₂ とを確保するために、電磁弁V ₂ によって流路F ₆ -F ₇ を開通し、電磁弁V ₁ によって流路F ₇ -F ₂ を開通する。さらに、セル11から染色液(染色 廃液)を流出して廃液保持部20に流入するため の流路F ₃ -F ₅ を電磁弁V ₅ によって形成する。これにより、流路F ₆ -F ₇ -F ₂ -F ₃ -F ₅ が形成される。換言すれば、微生物を染色す る染色工程においては、染色液保持部17とセ� ��11と廃液保持部20との流路系統を確保し、染 色液自体が回収部13に回収されないように回� ��部13との流路系統を断ち、また、リリース� �保持部12,洗浄液保持部18との流路系統を断つ ように流路が形成される。また、染色液保持 部17とセル11と廃液保持部20との開ループ流路 を形成して、染色液保持部17にセル11からの� �色廃液が流入されることのないようにする� �

[リリース前洗浄工程]
 図7は、本発明の実施の形態に係る誘電体微 粒子濃縮装置1を使用して捕集した微生物を� �リースする前のリリース前洗浄工程を説明� �るための流路系概略図である。

 リリース前洗浄工程は、セル11の誘電泳動� �極によって捕集された微生物を回収する前� �、染色工程によって染色液が流れた流路F ₆ -F ₇ -F ₂ -F ₃ -F ₅ と、リリース工程によって微生物を回収する 流路F ₁₀ -F ₉ -F ₈ -F ₇ -F ₂ -F ₃ -F ₄ とのうち、染色工程によって残存する染色液 がリリース液と混入して回収部13に回収され� ��ことのないように、両工程に共通する流路� ��うち、特にリリース液に染色液が混入する� ��能性が高い流路F ₇ ,F ₂ ,F ₃ とそれらに接続されるセル11や送水ポンプPを 洗浄することを目的とするものである。

 リリース前洗浄工程においては、洗浄液� ��持部18から供給される洗浄液をセル11内の誘 電泳動電極に貫流して、セル11から流出する� ��浄液(洗浄廃液)を廃液保持部20に戻す。この 際、誘電泳動電極には正弦波電圧を印加して おき、捕集された微生物が洗浄液とともに剥 離されて流出しないようにする。なお、廃液 保持部20は、試料液保持部10と兼用すること� �してもよい。

 流路系は、洗浄液保持部18から洗浄液を流� �する流路F ₁₂ とセル11に洗浄液を貫流するための流路F ₂ とを確保するために、電磁弁V ₅ によって流路F ₁₂ -F ₁₁ を開通し、電磁弁V ₂ によって流路F ₈ -F ₇ を開通し、電磁弁V ₁ によって流路F ₇ -F ₂ を開通する。さらに、セル11から洗浄廃液を� ��出して廃液保持部20に流入するための流路F ₃ -F ₅ を電磁弁V ₅ によって形成する。なお、流路F ₁₁ -F ₈ は、T字継手19によって常時形成されている。 これにより、流路F ₁₂ -F ₁₁ -F ₈ -F ₇ -F ₂ -F ₃ -F ₅ が形成される。換言すれば、リリース前洗浄 工程においては、洗浄液保持部18とセル11と� �液保持部20との流路系統を確保し、洗浄液自 体が回収部13に回収されないように回収部13� �の流路系統を断ち、また、染色液保持部17,� �リース液保持部12との流路系統を断つように 流路が形成される。また、洗浄液保持部18と� ��ル11と廃液保持部20との開ループ流路を形成 して、洗浄液保持部18に洗浄廃液が流入され� ��ことのないようにする。

 なお、T字継手19を用いることによって、洗� ��液が流路F ₉ に残存することとなり、リリース工程の際に 残存する洗浄液とリリース液とが混ざる可能 性がある。これが許されない場合は、T字継� �を三方弁にする。この場合は、流路F ₉ -F ₈ と流路F ₁₁ -F ₈ を形成する必要があることから、F ₈ を共通ポートに接続する。

[リリース工程]
 図8は、本発明の実施の形態に係る誘電体微 粒子濃縮装置1を使用して捕集した微生物を� �リースするリリース工程を説明するための� �路系概略図である。

 リリース工程においては、リリース液保持� ��12から供給されるリリース液をセル11内の誘 電泳動電極に貫流して、誘電泳動電極に捕集 されている微生物を剥離させ、リリース液と ともに濃縮液として回収部13に回収する。こ� ��際、誘電泳動電極への電圧印加は停止して� ��き、捕集された微生物がリリース液ととも� ��剥離されて流出するようにする。リリース� ��供給の際に、気泡を断続的に混入すること� ��、誘電泳動電極に捕集されている微生物を� ��り容易に剥離させることができる。なお、� ��続的としたのは、電磁弁V ₄ の機能上、流路F ₁₀ -F ₉ を形成するか、気泡混入のために開放された 側とF ₉ との流路を形成するかの択一的な選択しかで きないために、リリース液か気泡かを択一的 に供給することとなるからである。

 また、リリース工程において供給するリ� ��ース液は試料液よりも少量とすることで、� ��生物を濃縮して回収することができる。

 流路系は、リリース液保持部12からリリー� �液を流出する流路F ₁₀ とセル11にリリース液を貫流するための流路F ₂ とを確保するために、電磁弁V ₄ によって流路F ₁₀ -F ₉ を開通し、電磁弁V ₂ によって流路F ₈ -F ₇ を開通し、電磁弁V ₁ によって流路F ₇ -F ₂ を開通する。さらに、セル11からリリース液� ��含む微生物を流出して回収部13に流入する� �めの流路F ₃ -F ₄ を電磁弁V ₅ によって形成する。なお、流路F ₉ -F ₈ は、T字継手19によって常時形成されている。 これにより、流路F ₁₀ -F ₉ -F ₈ -F ₇ -F ₂ -F ₃ -F ₄ が形成される。換言すれば、リリース工程に おいては、リリース液保持部12とセル11と回� �部13との流路系統を確保するように流路が形 成される。また、リリース液保持部12とセル1 1と回収部13との開ループ流路を形成して、微 生物を濃縮して回収する。

[洗浄工程]
 図9、図10は、本発明の実施の形態に係る誘� ��体微粒子濃縮装置1の流路系を洗浄する洗浄 工程を説明するための流路系概略図である。

 図9においては、濃縮液回収後に回収部13を� ��液保持部20に替えて、洗浄液保持部18とセル 11と廃液保持部20との流路系統を確保する。� �なわち、電磁弁V ₃ によって流路F ₁₂ -F ₁₁ を開通し、電磁弁V ₂ によって流路F ₈ -F ₇ を開通し、電磁弁V ₁ によって流路F ₇ -F ₃ を開通し、電磁弁V ₅ によって流路F ₃ -F ₄ を開通することで、流路F ₁₂ -F ₁₁ -F ₈ -F ₇ -F ₂ -F ₃ -F ₄ が形成されるので、かかる流路の洗浄が可能 となる。

 図10においては、流路F ₅ を洗浄するために、洗浄液保持部18を流路F ₁ に接続し、廃液保持部20を流路F ₅ に接続する。すなわち、電磁弁V ₁ によって流路F ₁ -F ₂ を開通し、電磁弁V ₅ によって流路F ₃ -F ₅ を開通することで、流路F ₁ -F ₂ -F ₃ -F ₅ が形成されるので、かかる流路の洗浄が可能 となる。

[クロスフロー]
 図11は、本発明の実施の形態に係る誘電体� �粒子濃縮装置1の前処理機構であるクロスフ� ��ー装置2の流路系概略図である。

 クロスフロー装置2は、導入部30と、濃縮� ��ンプル部31と、ろ液回収部32と、クロスフロ ー部33と、から主に構成されており、その他� ��路系統には送液ポンプP、適宜にバルブが設 けられている。

 導入部30は、クロスフロー前のサンプル液� �は洗浄液が保持してクロスフロー装置2内に� ��ずれかの液が導入される。準備工程及び濃� ��工程においてはサンプル液が、洗浄工程に� ��いては洗浄液が導入される。導入部30は流� �F ₃₀ によって接続されている。

 濃縮サンプル部31は、クロスフロー部33で分 離された誘電体微粒子(微生物)を含む溶液を� ��収するもので、流入路F ₃₁ と流出路F ₃₃ とによって接続されている。なお、誘電体微 粒子濃縮装置1とクロスフロー装置2とを組み� ��わせて使用する場合は、濃縮サンプル部31� �試料液保持部10と同一に又は連結して構成す ることも可能である。

 ろ液回収部32は、クロスフロー部33で分離さ れた電解物質を含む溶液を回収するもので、 流入路F ₃₄ によって接続されている。

 クロスフロー部33は、電解物質を分離する� �めに、電解物質を透過可能で誘電体微粒子(� ��生物)を透過し難い中空糸膜を有し、流入路 F ₃₃ と流出路F ₃₂ 及びF ₃₄ によって接続されている。

 上記構成を有するクロスフロー装置2を使用 して電解物質を分離する工程について説明す ると、まず、流路F ₃₀ -F ₃₁ -F ₃₃ -F ₃₂ を形成して、換言すれば、導入部30と濃縮サ� ��プル部31とクロスフロー部33とを連通させて 、導入部30からクロスフロー前のサンプル液� ��上記形成された流路に充填される(準備工程 )。

 次に、流路F ₃₀ -F ₃₁ -F ₃₃ -F ₃₂ ,F ₃₄ を形成して、換言すれば、導入部30と濃縮サ� ��プル部31とろ液回収部32とクロスフロー部33� ��を連通させて、クロスフロー部33によって� �解物質を分離する(濃縮工程)。具体的には、 ポンプPからの圧力により中空糸膜の孔径よ� �小さい成分である電解物質は透過してろ液� �収部32に回収される。一方、中空糸膜の孔径 より大きい成分である誘電体微粒子(微生物)� ��透過せずに中空糸膜上に残る。また、ろ液� ��してろ液回収部32に回収された液量に相当� �る量のクロスフロー前のサンプル液が導入� �30から導入される。この濃縮工程は、導入部 30のサンプル液がなくなるまで続ける。

 導入部30のサンプル液がなくなると、流路F ₃₀ -F ₃₁ -F ₃₃ -F ₃₂ ,F ₃₄ を形成したまま、導入部30を洗浄液(純水)に� �えて、洗浄液を導入する(洗浄工程)。中空糸 膜上や流路中に残った誘電体微粒子(微生物)� ��濃縮サンプル部31に流し込む。

 最後に、流路F ₃₀ とF ₃₄ を断ち、流路F ₃₃ -F ₃₂ -F ₃₁ によって、流路中に残留している濃縮サンプ ルを別に導入する少量の洗浄液で洗い出して 濃縮サンプル部31に流し込む(回収工程)。

 このようにして、濃縮サンプル部31に導� �率を低減させた試料液が貯留される。なお� �濃縮量は、準備工程で濃縮サンプル部31に充 填したクロスフロー前のサンプル液と洗い出 しに用いた洗浄液量とから決定することがで きる。

 図12は、クロスフローによる媒質の導電� �低減を示す図であり、人工海水を使用して� �験を行った結果、クロスフロー回数が増え� �に従って媒質の導電率が低減していること� �わかる。