(実施の形態1)
 以下、本発明の実施の形態1における成分分 離デバイス及びこれを用いた成分分離方法に ついて図面を用いて説明する。図1は本発明� �実施の形態1における成分分離デバイスの構� ��を示す平面図である。図2は図1の分解斜視� �である。図3は音響波発生装置11の構成を示� �断面図である。同一の要素については、同� �の符号で表す。

 図2において、1はシリコンからなる基板� �あり、この基板1のA面(表面)に所定の幅と深� ��をもつ流路2を設け、さらに基板1のB面(裏面 )に流路2に音響波を発生させることのできる� ��響波発生装置11が形成されている。音響波� �生装置11を基板1のB面に形成することで、生� ��性に優れた構成とすることができる。これ� ��A面側には封止部10を設けることから、A面は 平坦な平面を有していることが好ましく、ま た、薄膜プロセスによって音響波発生装置11� ��形成する時、平坦なB面に形成することが好 ましいからである。

 なお、この音響波発生装置11は流路2の内� ��に音響波を発生させることができれば、基� ��1のA面または基板1の側面に形成しても良い� ��

 この音響発生装置11を用いて音響波を発� �させることによって流路2の内部に音響波を� ��射し、流路2の内部を流れる液体に定在波を 発生させる構成としている。

 ここで、流路2の幅をW、流路2に導入する� ��液の音速をv、音響波を発生させる周波数を fとすると、f=(n/2)×v/W(nは自然数)の数式を満� �する周波数fの音響波が流路2に照射されると 、その音響波が流路2の内部で反射を繰り返� �、重なり合うことで流路2の内部に定在波を� ��生させることができる。そして、この溶液� ��に固形粒子20が浮遊しているとすると、こ� �固形粒子20は定在波の節38近傍に集めること� ��できる。

 流路2はガラスからなる封止部10で陽極接� ��により封止されている。ガラスを用いるこ� ��で、上面より固形粒子20の移動状態を観察� �ながら調整および成分の分離を行うことが� �きる。

 ここで、封止部10はプラスチックあるい� �シリコンを用いても良く、材料に合わせて� �宜接合方法は変更することができる。

 図1において、流路2に固形粒子20を含む第 一の溶液23を導入するための第一の導入路3と 第二の溶液24を導入するための第二の導入路4 を形成している。さらに、流路2からそれぞ� �の溶液を導出する第一の導出路5を設けてい� ��。これらの流路2、第一の導入路3、第二の� �入路4及び第一の導出路5に示した溝の形状は 、基板1にシリコンを用いた場合、フォトリ� �ブラフィー法やドライエッチング法を用い� �ことで、効率よく精度の高い寸法形状の成� �分離デバイスを実現することができる。

 なお、ここでは精度よく流路2を形成する ことができるシリコンを基板1に用いている� �、音響波を伝達することができる物質であ� �ば、プラスチックやガラスなどを用いても� �い。

 また、基板1のB面に第一の導入路3を流れ� ��固形粒子20に濃度勾配を形成することので� �る濃度勾配形成装置12となる音響波発生装置 を設けている。この音響波発生装置を用いて 濃度勾配を形成する方法は、前記流路2に設� �た音響波発生装置11の作用と同様の方法によ って第一の導入路3の内部において、固形粒� �20に対して濃度勾配を形成することができる 。この濃度勾配形成装置12は導入路3を流れる 固形粒子20に濃度勾配を形成することのでき� ��方法であれば良い。例えば導入路3の内部の 固形粒子20に作用する位置に電極を配置し電� ��泳動現象を利用する方法、あるいは導入路3 の内部にピラーまたは分岐流路を設けて固形 粒子20の流れ方向を制限する方法などを用い� ��もよい。

 このような構成とすることによって、第� ��の導入路3には固形粒子20の濃度勾配が形成� ��れ、第一の導入路3の幅方向に対する固形粒 子20の位置のばらつきを低減することができ� ��次の流路2における抽出、分離を効率的に確 実に行うことができ、回収率の高い成分分離 デバイスとすることができる。

 また、濃度勾配形成装置12を音響波発生� �置とすることで、固形粒子20に対し非接触で 作用させることが可能であり、簡単な構造で 電気的に動作を制御することによって所望の 位置に濃度勾配を形成することができるとい う利点を有する。

 また、音響波発生装置11と濃度勾配形成� �置12に同一の音響波発生機構を用いても良い が、個別に音響波の特性を制御可能とするこ とで固形粒子20の分離、抽出に対する自由度� ��向上する。例えば、第一の導入路3の流路幅 と流路2の流路幅は異なっており、定在波を� �生させる周波数が異なることから、個別に� �御することが好ましい。また、それぞれの� �液23,24の流量を制御するときにおいても、個 別に制御できるようにしておくことによって 効率的に分離、抽出ができるという利点を有 する。

 次に、音響波発生装置11もしくは濃度勾� �形成装置12となる音響波発生装置の構成を図 3に示す。濃度勾配形成装置12も音響波を発生 させるものを用いることが出来るので、同様 の構造となる。図3に示すように、この音響� �発生装置は第一の電極層13と圧電体層14と第� ��の電極層15からなる積層構造で構成した圧� �アクチュエータとしている。流路2などを形� ��したシリコン基板の一面に薄膜形成法など� ��利用し、小型で高精度な寸法形状の音響波� ��生装置11を設けることができる。従って、� �分分離デバイスの小型化を容易に実現する� �とができる。

 次に、この成分分離デバイスを用いて固� ��粒子20を抽出する方法について図1、図4A、� �4B、図5A及び図5Bを用いて説明する。なおこ� �では、濃度勾配発生手段12が音響波発生装置 である場合について説明する。図4A、図4Bは� �発明の実施の形態1における成分分離デバイ� ��の導入路断面図である。図5A、図5Bは本発明 の実施の形態1における成分分離デバイスの� �路断面図である。

 図1において、第一の導入路3へ送液手段� �用いて矢印30の方向に第一の溶液23と固形粒� ��20の混合液を導入する。固形粒子20は溶液23� ��均等に混ざっている。このとき図4Aに示す� �うに、第一の導入路3の中央に定在波の節38� �発生するように濃度勾配発生手段12である音 響波発生装置を駆動させる。すると、そこを 流れる固形粒子20はその音響波からの放射圧� ��よって、第一の導入路3の中央に向かう方向 に定在波の影響力を受け、音響波の圧力の最 も少ない音響波の節に集まってくる。この例 の場合は、音響波の節は第一の導入路の中央 線上なので、図4Bに示すように、固形粒子20� �その中央線の上に集まってくる。即ち、音� �波の放射圧によって、固形粒子20に、第一の 導入路3の中央で濃度が高まるような濃度勾� �を形成させることができる。

 次に、固形粒子20は第一の導入路3で形成� ��た濃度勾配を保ちつつ、第一の溶液23とと� �に流路2に導入される。一方、第二の導入路4 へ、送液手段(図示せず)を用いて矢印31の方� �に第二の溶液24が導入されている。このとき 、流路2の構成として定在波の節38が第二の溶 液の流れの内部に存在するように構成するこ とが不可欠である。それを実現するために、 流路形状、導入量、もしくは音響波発生装置 11の全体的な設計によって調整することが重� ��である。

 図5A、図5Bは本発明の実施の形態1におけ� �成分分離デバイスの流路の断面図である。� �こで、図5Aに示すように、流路2の中央に定� �波の節38が発生するように音響波発生装置11� ��駆動させた場合について説明する。固形粒� ��20は音響波の放射圧により定在波の節38の方 向、つまり、流路2の中央方向に力を受け、� �の結果、図5Bに示すように第一の溶液23から� ��二の溶液24中に移動させることができる。

 そして、この固形粒子20の移動を完了し� �第一の溶液23と第二の溶液24は流路2の後方に 設けた第一の導出路5へ導入される。

 この第一の導出路5の流路形状及び流路長 さの設計などにより、固形粒子20を含んだ第� ��の溶液24を矢印32の方向へ導出し、第一の溶 液23を矢印33の方向へ別々に導出することが� �能となる。

 以上説明してきたように、第一の導入路3 において第一の溶液23の内部に浮遊している� ��形粒子20に対して濃度勾配を形成した後、� �路2の内部で固形粒子20を第一の溶液23から第 二の溶液24中へ抽出移動させることによって� ��精度良く整列させることができる。このこ� ��から、固形粒子20の移動距離のばらつきを� �減することができるため、固形粒子20の抽出 を短時間で連続的に精度良く行うことが可能 となる。

 以下、この成分分離デバイスの応用例と� ��て、培養液中に保存している細胞を分離抽� ��する場合について説明する。このとき、上� ��の説明は、固形粒子20を細胞、第一の溶液23 を細胞の培養液、および第二の溶液24を細胞� ��液と置き換えて説明することができる。こ� ��細胞外液とはK+イオンが4mM程度、Na+イオン� �145mM程度、Cl-イオンが123mM程度添加された電� ��液であり、細胞の電気生理現象を測定する� ��きに用いる測定液である。

 ここで、細胞は培養液中に存在している� ��合は長期間活性を保つことができるが、培� ��液中には不明瞭なイオン成分が多数存在し� ��おり、培養液中では精度の高い細胞の電気� ��理現象の測定を行うことはできない。精度� ��高い細胞の電気生理現象の測定を行うため� ��は細胞を細胞外液中に抽出する必要がある� ��しかしながら、細胞は細胞外液中に存在し� ��いると徐々に活性を失っていくことから、� ��胞の抽出は検査に必要な量を速やかに行う� ��とが重要である。

 これに対して、本実施の形態1にて説明し てきた成分分離デバイスを用いて培養液中の 細胞の分離操作を行うことによって、細胞の 培養液から必要な量を細胞外液中へ細胞を速 やかに分離、抽出することができることから 、細胞の活性を保ちつつ精度の高い細胞の電 気生理現象の測定を行うことができる。

 また、HEK細胞やCHO細胞に代表される付着� ��細胞は、細胞を培養中に培養容器と付着す� ��。この付着性細胞の電気生理現象の測定を� ��う場合、トリプシン溶液により培養容器か� ��剥離する必要がある。しかしながら、この� ��リプシン溶液は細胞の活性を著しく低下さ� ��るため、細胞を剥離後速やかに培養液中も� ��くは細胞外液中に抽出する必要がある。

 これに対して、固形粒子20を細胞とし、� �一の溶液23をトリプシン溶液とし、第二の溶 液24を細胞の培養液もしくは細胞外液とする� ��とによって、細胞をトリプシン溶液から細� ��の培養液もしくは細胞外液中へ速やかに抽� ��、分離することができる。この一旦剥離さ� ��た細胞は細胞の培養液を攪拌することで細� ��の培養液中に浮遊した状態にして保存して� ��くことが可能であり、細胞の活性を保ちつ� ��保存することができる。また、細胞を細胞� ��液中へ抽出することによってそのまま速や� ��に細胞の電気生理現象の測定を行うことが� ��きる。

 次に、本実施の形態1における別の例であ る成分分離デバイスおよびこれを用いた成分 分離方法について図面を用いて説明する。図 6は、異なった大きさの固形粒子20a,20bを含む� ��液の中から選択的に特定の固形成分20(例え� ��20a)のみを分離する方法を説明するための実 施の形態1に係る成分分離デバイスの平面図� �ある。なお、ここでは濃度勾配発生手段12と して音響波発生装置を用いた場合について説 明する。

 図6に示すように、音響波の影響を受けや すい第一の固形粒子20aと、第一の固形粒子20a よりも音響波の影響を受けにくい第二の固形 粒子20bとが第一の溶液23内に混入している。� ��一の導入路3へ送液手段(図示していない)を� ��いて矢印30の方向に第一の溶液23を送り、こ の混入した固形粒子20a、20bを選択的に分離す る場合がある。例えば血液中に存在する赤血 球と白血球を分離して検査分析を行うときな どがある。

 このような混合溶液に対して、第一の導� ��路3の中央に第一の固形粒子20aと第二の固形 粒子20bとの両方の濃度が高くなるように濃度 勾配発生手段12を駆動させて所定の定在波の� ��38を発生させる。すると、第一の固形粒子20 aが先に、第二の固形粒子が後から第一の固� �粒子20aが後から、導入路3の中心線上に集ま� ��てくる。結局、第一の固形粒子20aと第二の� ��形粒子20bとはその濃度勾配を保ちつつ第一� ��溶液23と共に流路2に導入される。

 一方、第二の導入路4へ送液手段(図示し� �いない)を用いて矢印31の方向に第二の溶液24 を導入する。

 流路2の中央に定在波の節が発生するよう に音響波発生装置11を駆動させる。このこと� ��よって、第一の固形粒子20a及び第二の固形� ��子20bは音響波の放射圧により定在波の節38� �方向、つまり、流路2の中央方向に力を受け� ��。固形粒子は、一般にその体積が大きいほ� ��音響波の影響を受けやすく動きやすい。音� ��波発生装置11の出力を調整して、体積の大� �い固形粒子20aのみが音響波の影響を受け流� �2の中を流れる過程で実際に流路2の中央線部 に動くようにする。つまり、体積の小さな固 形粒子20bは、流路2の区間を流れる間には、� �干の音響波の影響を受けるものの、流路2の� ��央線部までは動いていかないように出力を� ��整する。こうして、第一の第一の溶液23か� �第二の溶液24中に固形粒子20aのみを移動させ る。そして、第二の固形粒子20bを含んだ第一 の溶液23は第一の導出路5bへ導出し、第一の� �形粒子20aを含んだ第二の溶液24は第一の導出 路5aへ分岐して導出することができる。この� ��一の導出路5a、5bの流路形状及び長さを最適 な条件に設計することにより、効率よく第二 の溶液24と第一の固形粒子20aを矢印32に示す� �向に導出させ、第一の溶液23と第二の固形粒 子20bを矢印33に示す方向に導出することが可� ��である。

 以上説明してきたように、図6に示した構 成とすることによって、第一の導入路3にお� �て第一の固形粒子20aと第二の固形粒子20bの� �度勾配を形成した後、次の流路2で第一の溶� ��23から第二の溶液24へ第一の固形粒子20aのみ を抽出する。このことで、固形粒子20aの移動 距離のばらつきを低減することができること から、高い回収率で効率よく固形粒子20a、20b の抽出、分離を連続的に行うことが可能とな る。

 このような成分分離デバイスを用いる用� ��として、第一の固形粒子20aと第二の固形粒� ��20bを大きさの異なる細胞の抽出、分離に用� ��ることができる。例えば、血液中の血球成� ��である赤血球と白血球は異なる大きさ、形� ��を有しておりその音響波特性は異なる。こ� ��血液中から赤血球または白血球のみを抽出� ��分離する場合に用いることが可能である。� ��るいは、培養された細胞では同種の細胞で� ��っても細胞分裂した後の経過時間、あるい� ��凝集により大きさが異なることで音響波特� ��が異なり、細胞の解析において細胞の形状� ��均一性は測定精度に大きく影響を及ぼすこ� ��がある。この細胞の培養液から均一な形状� ��細胞のみを抽出、分離することが可能であ� ��。

 このように、図6で示した成分分離デバイ ス及び成分分離方法を用いることで、異なっ た形状、大きさを有する細胞の中から必要な 細胞を精度良く短時間で抽出、分離すること ができることから、細胞の解析において測定 精度及び速度を向上させることができる。

 (実施の形態2)
 以下、本発明の実施の形態2における成分分 離デバイスについて図面を用いて説明する。 図7は本発明の実施の形態2における成分分離� ��バイスの構成を示す平面図である。

 図7に示すように、第一の導入路3には固� �粒子20の濃度が高くなる領域に分岐7を設け� �いる。この分岐7によって分岐された第一の� ��入路3の間に導入孔8及び第二の導入路4を設� ��ており、この分岐された第一の導入路3と第 二の導入路4はいずれも同一の流路2に接続し� ��いる。このような構成により、第一の導入� ��3から導入する第一の溶液23の固形粒子20の� �度が高い領域と、第二の導入路4から導入す� ��第二の溶液24が、流路2において接するよう� ��流すことができる。

 このような構成とすることで、固形粒子2 0の濃度分布の濃いところの近傍に第二の溶� �24を合流させることができる。これによって 、固形粒子20の分離と抽出に要する移動距離� ��短くすることが可能であり、効率的な分離� ��抽出を行うことができる。また、分岐した� ��れをいずれも流路2に接続することで、固形 粒子20のロスを低減することができる。さら� ��、第二の溶液24の両側で第一の溶液23と接す るような流れを容易に実現できることから、 少量の第二の溶液24で多くの固形粒子20の分� �、抽出が可能となる利点を有する。

 次に、図7に示すように、上記の基本の(� �段の)構成を直列に(数段)接続することによ� �上記作用を繰り返すことが可能である。つ� �り、次段として、流路2にて濃度分布をもた� ��中央線上に固形粒子20を集めた流れに対し� �その中央線上に更に第二の分岐7aを設置し、 第二の導入孔8aから第二の溶液24を導入し第� �の導入路2aとする。この合流を第二の流路2a� ��し、再度音波発生器11にて固形粒子20を中心 線上に集める。そして、更に次段として、第 二の流路2aにて濃度分布をもたせ中央線上に� ��形粒子20を集めた流れに対し、その中央線� �に更に第三の分岐7bを設置し、第三の導入孔 8bから第二の溶液24を導入し第四の導入路2bと する。この繰り返しで、第二の溶液24に第一� ��溶液23が混入してくることを大幅に低減し� �第二の溶液24の純度を高めていくことができ る。そのため、分離、抽出の純度を容易に向 上させることができる。

 (実施の形態3)
 以下、本発明の実施の形態3における成分分 離デバイス及びこれを用いた成分分離方法に ついて、図面を用いて説明する。図8は本発� �の実施の形態3における成分分離デバイスの� ��成の概要を説明するための平面図である。� ��9は図8の分解斜視図である。

 図8と図9とにおいて、1はシリコンからな� ��基板であり、この基板1の第1面に所定の幅� �深さをもつ流路2を設け、さらに基板1の他方 の面に流路2に音響波を発生させることがで� �る音響波発生装置11を形成している。これに よって、生産性に優れた構成とすることがで きる。これは、流路2を形成した基板1の第1面 には封止部10を設けることから、基板1の第1� �は平坦な平面を有していることが好ましく� �また、薄膜プロセスによって音響波発生装� �11を形成する時、溝加工などの無い平坦な第 2面に形成することが好ましい。

 そして、この音響波発生装置11を用いて� �響波を発生させることによって、流路2の内� ��に音響波を放射し、流路2の内部を流れる液 体に定在波を発生させる構成としている。こ の定在波を制御することによって、固形粒子 20を分離抽出することができる。

 ここで、流路2の幅をW、流路2に導入する� ��液の音速をv、音響波を発生させる周波数を fとすると、f=(n/2)×v/W(nは自然数)の数式を満� �する周波数fの音響波が流路2に照射されると 、その音響波が流路2の内部で反射を繰り返� �、重なり合うことで流路2の内部に定在波を� ��生させることができる。そして、流路2の内 部に、固形粒子20が浮遊している溶液が存在� ��ると、この固形粒子20は定在波の節38bの近� �に集めることができる。なお、この音響波� �生装置11は流路2の内部に音響波を発生させ� �ことができれば、基板1の第1面または側面に 形成しても良い。

 次に、流路2の上面はガラスからなる封止 部10で陽極接合により封止した構成としてい� ��。封止部10にガラスを用いることで、上面� �り固形粒子20の移動状態を観察しながら流量 、音響波の強度などの調整および最適な成分 の分離を行うことができる。なお、封止部10� ��プラスチックあるいはシリコンを用いても� ��く、材料に合わせて適宜その接合方法は変� ��することができる。

 次に、前記流路2に固形粒子20を含む第一� ��溶液23を導入するための第一の導入路3と第� ��の溶液24を導入するための第二の導入路4を� ��成している。この第一の導入路3は固形粒子 20を含む第一の溶液23を導入し、固形粒子20を 所定の位置に配置するように揃えるために濃 度勾配形成装置12を設けている。図2に示すよ うに、基板1の第2面に第一の導入路3を流れる 固形粒子20に濃度勾配を形成することのでき� ��濃度勾配形成装置12となる音響波発生装置� �設けており、この音響波発生装置を用いて� �度勾配を形成する方法は、前記流路2に設け� ��音響波発生装置11の作用と同様の方法によ� �て第一の導入路3の内部において、固形粒子2 0に対して濃度勾配を形成することができる� �

 なお、この濃度勾配形成装置12は第一の� �入路3を流れる固形粒子20に濃度勾配を形成� �ることのできる方法であれば良く、例えば� �一の導入路3の内部の固形粒子20に作用する� �置に電極を配置し電気泳動現象を利用する� �法などを用いてもよい。

 また、第二の導出路6は濃度勾配形成装置 12によって整列された固形粒子20を含んだ第� �の溶液23の固形粒子20を含まない一部を除去� ��るためのものであり、これによって固形粒� ��20の濃度を高められることから、第二の溶� �24の使用量を抑制することができる。

 図8では二つの第二の導出路6を形成して� �るが、この第二の導出路6は少なくとも一つ� ��れば良い。第二の導出路6を複数設けること によって固形粒子20の濃度をより高めた第一� ��溶液23を流路2へ送液することができる。第� ��の導入路3では濃度勾配形成装置12を設けて� ��形粒子20の濃度勾配を形成し、余分となっ� �第一の溶液23を第二の導出路6から導出する� �とによって、第一の導入路3の幅方向に対す� ��固形粒子20の位置のばらつきおよび移動距� �を低減することができる。従って、次の音� �波発生装置11を有する流路2における固形粒� �20の抽出、分離を効率的に確実に行うことが でき、回収率の高い成分分離デバイスとする ことができる。

 第二の導入路4は抽出された固形粒子20を� ��散させるための第二の溶液24を導入するた� �に設けている。第二の導入路4と同じ側面に� ��少なくとも一つの第二の導出路6を形成する ことによって、高い濃度の固形粒子20を含ん� ��第一の溶液23と第二の導入路4から導入され� ��第二の溶液24が流路2において接する界面を� ��易に形成することが可能となり、固形粒子2 0の移動距離を低減し、速やかに固形粒子20を 第二の溶液24の中に抽出、分離することがで� ��る。

 すなわち、図8に示すように、導入路3は� �第二の導入路4と同じ側面の支流6a(導出路6)� �流路2に繋がる本流3aと端の部分が側方に逃� �る支流6bとに分流している。このうち本流3a� ��、濃度の高い中心線上の領域を含む。第二� ��導入路4と同じ側面の支流6aと本流3aとの分� �点は、導入路3の中心線からほんの少しずれ� ��ところにある。そこで、本流3aは、導入路4� ��の側面に固形粒子20の濃度が高い部分を持� �ながら、導入路4との合流である流路2に流れ 込む。

 合流するときに、導入路4の幅は、本流3a� ��幅より幅広い。音波発生装置11によって作� �される音響波の節は流路2の中心線上に設定� ��れる。そこで、音響波の節は導入路4に相当 する側の流路3の中にある。固形粒子20は、こ の節に向かって移動する。もともと本流3aの� ��では、固形粒子20の濃度の高い部分は、導� �路4側に寄っているので、上記の移動は短い� ��離の間で行うことが出来る。

 次に、流路2からそれぞれの溶液を導出す る少なくとも二つの第一の導出路5を設けて� �る。このうち、一つの第一の導出路5は固形� ��子20が分散していた第一の溶液23を回収する ためにあり、もう一つの第一の導出路5は流� �2で固形粒子20を取り込んだ第二の溶液24を回 収するために設けている。即ち、第一の溶液 23を導出する第一の導出路5は、本流3aと同じ� ��になっており、また、第二の溶液24を導出� �るための第一の導出路5は、導入路4と同じ幅 になっている。流路2の中心線に集まってい� �固形粒子20は、太いほうの導出路、すなわち 、第二の溶液の導出路の方に導出される。

 (実施の形態4)
 次に本発明の成分分離デバイスの実施の形� ��4について、図10を用いて説明する。図10は� �発明の実施の形態4における成分分離デバイ� ��の構成を示す平面図である。本実施の形態� ��は、多数の第二の導出路を設けている。図1 0に示すように第二の導出路6の内径の大きさ� ��固形粒子20の外径よりも小さくしているこ� �を特徴としている。これによって、うまく� �列させることができなかった固形粒子20が第 二の導出路6から出て行くのを防ぐことがで� �る。

 そして、このような第二の導出路6を複数 設けることによって効率よく第一の溶液23を� ��出することができる。さらに、複数の第二� ��導出路6を勾配を有するように配置させるこ とによって、さらに固形粒子20の濃度を高め� ��第一の溶液23を流路2へ送液することが可能� ��なる。

 (実施の形態5)
 次に、本発明の成分分離デバイスの実施の� ��態5について図面を用いて説明する。図11は� ��発明の実施の形態5における成分分離デバイ スの構成を示す平面図である。異なった大き さの固形粒子20a,20bを含む溶液の中から選択� �に特定の粒子、例えば固形粒子20aのみを分� �する方法を説明するための図である。ここ� �は音響波の影響を受けやすい第一の固形粒� �20aと音響波の影響を受けにくい第二の固形� �子20bとが混入している場合について、濃度� �配形成装置12として音響波発生装置を用いた 成分分離デバイスについて説明する。

 図11に示す本実施の形態は、図8および図9 で示した実施の形態3と基本的な構成は同じ� �ある。異なるのは、体積の大きな固形粒子20 aと体積の小さな固形粒子20bとを振り分ける� �めの構造である。そして、振り分けのため� �構造は、先に図6にて示した嫉視の形態1の他 の例での。二種類の固形粒子の振り分け構造 と、基本的な部分は同じである。

 すなわち、第一の導入路3の中央に第一の 固形粒子20aと第二の固形粒子20bとの両方の濃 度が高くなるように濃度勾配発生手段12を駆� ��させて所定の定在波の節38を発生させる。� �ると、第一の固形粒子20aが先に、第二の固� �粒子が後から第一の固形粒子20aが後から、� �入路3の中心線上に集まってくる。結局、第� ��の固形粒子20aと第二の固形粒子20bとはその� ��度勾配を保ちつつ第一の溶液23と共に流路2� ��導入される。このとき、両サイドの第二の� ��出路6にて、固形粒子を殆ど含まない第一の 溶液23は、外部に導出される。

 一方、第二の導入路4へ送液手段(図示し� �いない)を用いて矢印31の方向に第二の溶液24 を導入する。

 流路2の中央に定在波の節が発生するよう に音響波発生装置11を駆動させる。このこと� ��よって、第一の固形粒子20a及び第二の固形� ��子20bは音響波の放射圧により定在波の節38� �方向、つまり、流路2の中央方向に力を受け� ��。固形粒子は、一般にその体積が大きいほ� ��音響波の影響を受けやすく動きやすい。音� ��波発生装置11の出力を調整して、体積の大� �い固形粒子20aのみが音響波の影響を受け流� �2の中を流れる過程で実際に流路2の中央線部 に動くようにする。つまり、体積の小さな固 形粒子20bは、流路2の区間を流れる間には、� �干の音響波の影響を受けるものの、流路2の� ��央線部までは動いていかないように出力を� ��整する。こうして、第一の第一の溶液23か� �第二の溶液24中に固形粒子20aのみを移動させ る。

 しかし、固形成分20bも流路2内で、若干で はあるが平均的に中心線側に動く。そこで、 第一の溶液23を導出する導出路5bは、導入路� �本流3aの幅よりも太い幅で、しかも第二の溶 液24の導出路5aよりは狭い幅で形成されてい� �。この導出路5a、5bの流路形状及び長さを最� ��な条件に設計することにより、効率よく第� ��の溶液24と第一の固形粒子20aを矢印32に示す 方向に導出させ、第一の溶液23と第二の固形� ��子20bを矢印33に示す方向に導出することが� �能である。

 (実施の形態6)
 以下、本発明の実施の形態6における成分分 離デバイス及びこれを用いた成分分離方法に ついて図面を用いて説明する。図12は本発明� ��実施の形態6における成分分離デバイスの構 成を示す平面図である。図13はその分解斜視� ��である。

 図12と図13において、基本構造は、実施の 形態1と同じである。実施の形態1と同じ構成� ��素には同じ符号を付与する。実施の形態1と 異なる箇所は分岐と合流の構造である。

 基板1の同一平面上には、流路2に固形粒� �20を含む第一の溶液23を導入するための第一� ��導入路3と、この第一の導入路3を分岐する� �一の分岐部7と、第二の溶液24を導入するた� �の第二の導入路4と、この第二の導入路4を分 岐する第二の分岐部8と、流路2からそれぞれ� ��溶液23、24を導出する複数の導出路5を設け� �いる。

 このような構成とすることによって、第� ��の導入路3には固形粒子20の濃度勾配を形成� ��、固形粒子20の濃度が高い領域を第一の分� �部7によって分岐した流れと、第二の導入路4 と第二の分岐部8から第二の溶液24の流れを流 路2に導入することができ、これによって固� �粒子20の濃度が高い第一の溶液23の領域と第� ��の溶液24が流路2において流体の界面を形成� ��るような流れを形成することが可能であり� ��前段において流体の界面近傍に固形粒子20� �移動させていることから、固形粒子20の移動 距離を低減し、速やかに第一の溶液23から第� ��の溶液24の中に固形粒子20の抽出、分離を行 うことができる。これによって、固形粒子20� ��回収率を高めることができる。

 第一の分岐部7及び第二の分岐部8の形状� �固形粒子20の形状、大きさ、重さによって任 意の形状とすることができ、その断面形状を 直線状、曲線状、階段状などの形状とするこ とができる。

 図12において、第一の分岐部7は、第一の� ��入路3の中心線上にある。このことで中心線 上にある固形粒子20が分岐後は流れの片側の� ��に寄って流路2に流れていく。流路2で第二� �溶液24と合流するが、このとき、第一の溶液 23に関しては、第二の溶液24と合流する側に� �形粒子20が寄っている。流路2は、第一の溶� �23の流れてきた幅よりも、第二の溶液24の流� ��てきた幅の方が幅広であり、両者の幅の和� ��幅をもつ。音響発生装置11からの音響波の� �38は、流路の中心にある。従って、合流時に 第一の溶液23の片側に寄っていた固定粒子20� �、音響波により、非常に短い距離を移動す� �だけで、この音響波の節38に集められる。集 められた固形粒子20は、導出路から第二の溶� ��24と共に導出される。

 以上説明してきたように、第一の導入路3 において第一の溶液23の内部に分散している� ��形粒子20に対して濃度勾配を形成し、固形� �子20の濃度が高い領域を第一の分岐部7によ� �て分岐する。第一の溶液23の中に濃度勾配を 形成した流体の流れを流路2に導入するとと� �に、第一の導入路3に対向させるように配置� ��た第二の導入路4から第二の溶液24を第二の� ��岐部8を介して導入することで、固形粒子20� ��濃度が高い領域と第二の溶液24とが流路2に� ��いて界面を形成するように流体の流れを形� ��できる。流路2の内部で固形粒子20を第一の� ��液23から定在波の節38が存在する第二の溶液 24の中へ抽出移動させる。これによって、固� ��粒子20の移動距離を短くし、高い回収率で� �実に固形粒子20を第二の溶液24の中へ移動さ� ��ることができる。

 (実施の形態7)
 次に、本実施の形態7における別の例の成分 分離デバイスの構成について図面を用いて説 明する。図14は本発明の実施の形態7における 成分分離デバイスの構成を示す平面図である 。図14の構成は、基本部分は図12、図13で示し た実施の形態6と同様である。同じ構成要素� �は同一の符号を付与する。本実施の形態が� �実施の形態6と異なるところは、体積の大き� ��固形粒子20aと体積の小さな固形粒子20bとを� ��り分けるための構造である。

 このように、体積の大きな固形粒子20aと� ��積の小さな固形粒子20bとが混合した溶液に� ��いても、第一の導入路3においては、実施の 形態6で説明したのと同じく、両方の固形粒� �は中心線上に集まる。第一の分岐部7は、第� ��の導入路3の中心線上にある。このことで中 心線上にある第一の固形粒子20aと第二の固形 粒子20bは両方、分岐後は流れの片側の端に寄 って流路2に流れていく。流路2で第二の溶液2 4と合流するが、このとき、第一の溶液23に関 しては、第二の溶液24と合流する側に両方の� ��形粒子が寄っている。流路2は、第一の溶液 23の流れてきた幅よりも、第二の溶液24の流� �てきた幅の方が幅広であり、両者の幅の和� �幅をもつ。音響発生装置11からの音響波の節 38は、流路の中心にある。従って、合流時に� ��一の溶液23の片側に寄っていた固定粒子20は 、音響波により、非常に短い距離を移動する だけで、この音響波の節38に集められる。集� ��られた固形粒子20は、導出路から第二の溶� �24と共に導出される。

 この時に、固形粒子の体積の大きさによ� ��、移動の速度、または移動の応答速度が異� ��る。大きな体積のものほど早く移動する。� ��ち、第一の固形粒子20aの方が移動が早い。� ��こで、流路2における音響波発生器11の条件� ��流路2の条件、第一の導出路5の条件を、実� �の形態5にて説明した条件と同様にすると、� ��施の形態5と同様に、体積の異なる固形粒子 の片方だけを取り出すことができる。

 以上説明してきたように、図6に示した構 成とすることによって、第一の導入路3にお� �て少なくとも第一の固形粒子20aの濃度勾配� �形成する。その後、第一の固形粒子20aの濃� �が高い領域を第一の分岐部7によって分岐し� ��流れを流路2に導入するとともに、第一の分 岐部7と同一側面に形成した第二の導入路4か� ��第二の溶液24を導入することで、固形粒子20 の濃度が高い領域と第二の溶液24が流路2にお いて接するように流れを形成する。そして、 次の流路2で第一の溶液23から第二の溶液24へ� ��一の固形粒子20aのみを抽出する。このこと� ��、固形粒子20aの移動距離とばらつきを低減� ��ることができることから、高い回収率で効� ��良く、それぞれの固形粒子20a、20bの抽出、� ��離を連続的に行うことが可能となる。

 このように、図14で示した成分分離デバ� �ス及び成分分離方法を用いることで、異な� �た形状、大きさを有する細胞の中から、必� �な細胞を精度良く短時間で抽出、分離する� �とができることから、細胞の解析において� �定精度及び速度を向上させることができる� �