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JP3182151B2 - 混合物を分離するための装置 - Google Patents

混合物を分離するための装置

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JP3182151B2
JP3182151B2 JP51813693A JP51813693A JP3182151B2 JP 3182151 B2 JP3182151 B2 JP 3182151B2 JP 51813693 A JP51813693 A JP 51813693A JP 51813693 A JP51813693 A JP 51813693A JP 3182151 B2 JP3182151 B2 JP 3182151B2
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electrode structure
particles
chamber
flow
electric field
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JP51813693A
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ベッツ，ウォルター・バーナード
ホークス，ジェレミー・ジョン
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BTG International Ltd
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BTG International Ltd
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Publication date
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Publication of JP3182151B2 publication Critical patent/JP3182151B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D57/00—Separation, other than separation of solids, not fully covered by a single other group or subclass, e.g. B03C
    • B01D57/02—Separation, other than separation of solids, not fully covered by a single other group or subclass, e.g. B03C by electrophoresis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
    • B03C5/02—Separators
    • B03C5/022—Non-uniform field separators
    • B03C5/026—Non-uniform field separators using open-gradient differential dielectric separation, i.e. using electrodes of special shapes for non-uniform field creation, e.g. Fluid Integrated Circuit [FIC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/04—Cell isolation or sorting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44756—Apparatus specially adapted therefor
    • G01N27/44773—Multi-stage electrophoresis, e.g. two-dimensional electrophoresis

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  • Electrostatic Separation (AREA)
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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Silver Salt Photography Or Processing Solution Therefor (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、誘電泳動現象を用いて、微生物を含む粒子
を分離するための方法及び装置に関する。
非均一な電界において誘電的に分極可能な粒子は、そ
のような粒子が実効電荷を有していない場合でも、その
ような粒子の有効分極率が周囲の媒体の分極率と異なっ
ている場合には、「誘電泳動（dielectrophoretic）」
力を受けることは周知である。その運動は、より広く知
られている電気泳動現象におけるように粒子の電荷では
なく、誘電特性（導電率及び誘電率）によって決定され
る。体積ｖ及び有効分極率ｐを有する粒子が受ける力Ｆ
は、 Ｆ＝pv（Ｅ・▽）Ｅ の関係で与えられるが、この式において、Ｅは、粒子の
位置における電界強度であり、また、▽は、ベクトル微
分演算子である。
電界強度がいずれの点においても振動性であるが電界
パターンは固定されている交番電界においては、電界が
周期的に変動する場合には、粒子に作用する誘電泳動力
は振動性であり且つ単向性である。粒子は、そのような
粒子が懸濁している媒体よりも分極性が高い場合には、
電界強度を高める方向へ移動し、このことは、その間に
電界が確立されている複数の電極の１つに向かって移動
することを意味する。粒子の分極率、従って、粒子に与
えられる極性及び誘電泳動力の大きさは、総ての物質の
誘電特性が固有振動数に依存する成分を有しているの
で、与えられる電界の周波数の関数として変化する。
コラムセパレータ（column separator）の如きセパ
レータすなわち分離装置は、コラムを通って流れる粒子
を一時的に滞留させるマトリックス（matrix）を用いて
おり、その滞留時間は、粒子の物理的な性質に依存す
る。粒子の混合物すなわち粒子混合物がマトリックスを
通過する際に、異なったタイプの粒子はそれぞれ異なっ
た速度で遅延され、各成分に分離される。クロマトグラ
フ型のセパレータにおいては、粒子の遅延は、それぞれ
のサイズに起因し、また、イオン交換型のセパレータに
おいては、粒子の遅延は、それぞれのイオン強度に依存
する。電気泳動型のセパレータは、粒子によって搬送さ
れる電荷に依存して動作するので、中性の粒子には、分
離が生ずる前に、最初に電荷を与えなければならない。
帯電した粒子は次に、電界の影響を受けてマトリックス
を通過し、上記電界が、量子のサイズ及び電荷に従っ
て、異なったタイプの粒子を遅延させる。上述の総ての
セパレータにおいて、各成分が通過する順序は、セパレ
ータのタイプ及びマトリックスのタイプに依存して制限
を受ける。
誘電泳動的な分光分析を行うための周知の装置は、電
極の間に粒子を滞留させ、存在する粒子のタイプ又は量
を決定するために、収集した粒子の何等かの性質を検査
するように構成されている。しかしながら、滞留時間が
長いと、粒子（特に細胞）が電極に永続的に固着する可
能性が高くなる。
電気泳動による帯電粒子の分離は、米国特許第4,061,
560号に記載されるように、緩衝溶液を用いることを必
要とし、系のゼータ電位は、緩衝溶液に電解質を入れる
ことによって影響を受ける。
米国特許第4,441,972号は、細胞を分解し、その後、
隣接する細胞の中身を融解する技術を開示している。こ
の米国特許はまた、細胞を検査のためだけに分離あるい
は分類し、その後細胞を収集して抜き出すことも教示し
ている。
本発明のある特徴によれば、粒子混合物を分離するた
めの装置が提供され、該装置は、入口及び出口を有する
チャンバと、上記入口と出口との間に溶離流をもたらす
手段と、上記チャンバの中に設けられ少なくとも２つの
電極から成る電極構造と、上記電極の間に交流電圧を与
える手段とを備え、上記電極構造は、当該装置が作動し
ている時に励起されると、上記溶離流の中に空間的に非
均一な交番電界を確立するようになされており、これに
より、上記溶離流の中にあって上記チャンバに流入する
粒子が、上記電極構造を通過して各成分に分離されるよ
うに構成されている。
粒子がチャンバを通過する際に、別個のタイプの粒子
が個別に遅延されて別個の粒子バンドに分離される。
本装置はまた、サンプルをチャンバの中へ導入する手
段も備える。溶離流体の流れをチャンバに通す手段は、
ポンプ又は重力を用いることができる。
本発明の別の特徴によれば、粒子混合物を分離するた
めの方法が提供され、該方法は、空間的に非均一な交番
電界をチャンバにもたらす段階と、上記チャンバ及び電
界に溶離流を通す段階と、該溶離流によって上記混合物
の限定されたサンプルを溶離させる段階と、上記溶離さ
れたサンプルを上記電界に通す段階と、上記混合物の中
の異なるタイプの粒子をそれぞれ別個に遅延させる段階
と、溶離流によって分離された異なったタイプの粒子の
成分流を形成する段階とを備えている。
本方法は、通常は幾つかの事前検討により最適に選択
された単一の周波数の交流電圧を上記電極構造に付与す
る段階を含む、電界が特定の周波数で変化すると、別個
のタイプの粒子が、それぞれの分極率の違いに起因する
異なる誘電泳動力を受ける。従って、チャンバを通る各
々のタイプの粒子の流れは、各々のタイプの粒子が電極
構造を通過する際に受ける引力の変化に起因して個別に
遅延される。その結果、混合物は、溶離流体が、別個の
速度でチャンバを通過する各々のタイプの粒子を洗う際
に、別個のタイプのバンド又は成分に分離される。
チャンバを通って流れる粒子が受ける誘導泳動力従っ
て遅延は、溶離流体のpH及び導電率、並びに、電極構造
に付与される電圧の周波数に依存する。上記電圧の周波
数を変えることにより、粒子が分離される順番並びに分
解の程度を変えることができる。
電極構造への信号をオン・オフすることにより、更に
高い柔軟性が得られる。この信号の脈動は、粒子がチャ
ンバを通過するに必要な時間を延ばすことなく、溶離バ
ンドをシャープにすることができると共に、粒子を電極
構造に永続的に固着させる電荷移動の可能性を減じるこ
とができる。単一の粒子の挙動とは異なる挙動を示し従
って本装置の作用を阻害する恐れのある粒子の凝集を防
止することもできる。操作が完了した後に、電極をオフ
にし、また、別の溶離流体又は他の流体を高速で通過さ
せることにより、粒子を完全に除去することができる。
本発明の更に別の特徴によれば、上記装置の電極構造
のヘッドに均一な始動バンドを形成する方法が提供さ
れ、該方法は、サスペンションの状態の粒子の流れを上
記電極構造に通す段階と、粒子を上記電極構造の最初の
部分にバンドとして収集するに十分な高い電圧で上記電
極構造を限定された時間にわたって励起し、次にその電
圧を低下させる段階と、上記収集された粒子から成るバ
ンドをチャンバに沿って洗浄して分離作用を行わせる段
階とを備えている。
本発明の別の特徴によれば、上記装置の上記電極構造
のヘッドに均一な始動バンドを形成する方法が提供さ
れ、該方法は、流体の流れる方向に関して上記主電極構
造の上流側に少なくとも２つの電極から成る補助的な電
極構造を設ける段階と、該補助的な電極構造に粒子を収
集するに十分な高い電圧で上記補助的な電極構造を限定
された時間にわたって励起する段階と、上記補助的な電
極構造に作用する電圧を低下させる段階と、上記収集さ
れた粒子から成るバンドを上記チャンバに沿って洗浄し
て分離作用を行わせる段階とを備えている。
本発明の更に別の特徴によれば、サスペンションの状
態の粒子混合物から濃度が高まった特定のタイプの粒子
を収集するための装置が提供され、該装置は、入口及び
出口を有するチャンバと、上記入口と上記出口との間に
上記混合物の流れをもたらす手段と、上記チャンバの中
に設けられた少なくとも２つの電極から成る電極構造
と、上記電極の間に交流電圧を与える手段とを備え、上
記電極構造は、最初は、該電極構造の最初の部分に粒子
に均一な始動バンドを集めるに十分に高い電界強度の空
間的に非均一な交番電界を上記流体に確立するように励
起可能であり、その後、低下したレベルで励起され、こ
れにより、上記チャンバを通って流れる粒子が、上記電
極構造を通過し、特定のタイプの粒子から成る高い濃度
を有する別個のバンドに分離される。
本発明の別の特徴によれば、サスペンション中の粒子
混合物から特定のタイプの粒子の増大した濃度を収集す
るための方法が提供され、該方法は、空間的に非均一な
交番電界をチャンバの中にもたらす段階と、上記チャン
バ及び電界にサスペンションの状態の混合物の流れをも
たらす段階と、サスペンションの状態の上記混合物を上
記チャンバの最初の部分に粒子の均一な始動バンドを集
めるに十分に高い電界に通す段階と、上記電界の強度を
低下させて集められた上記粒子の始動バンドを上記チャ
ンバによって洗い、これにより、別個のタイプの粒子を
個別に遅延させ、上記流体の流れによって分離された特
定のタイプの粒子の増大した濃度の別個のバンドを含む
混合物の流れを生じさせる段階とを備えている。
最後に述べた装置及び方法においては、サスペンショ
ンの中の異なったタイプの粒子から成る混合物が溶離流
として用いられるが、チャンバから分離した各々の粒子
バンドは、最初の混合物におけるよりも高い濃度の特定
のタイプの粒子を含んでおり、他の総てのタイプの粒子
は、ある程度そのバンドの中に存在する。
本発明の更に別の特徴によれば、サスペンションの状
態の別個のタイプの粒子及びたの材料を含む混合物から
特定の範囲の特性を有する粒子を選択する方法が提供さ
れ、該方法は、上述の装置の電極構造に上記混合物を通
す段階と、上記電極構造に別個のタイプの粒子を集める
に十分に高い電圧で限定された時間にわたって上記電極
構造を励起する段階と、上記電圧を低下させ、これによ
り、上記集められた粒子を上記チャンバから洗い落とし
て分離させるか後に検査するようにする段階とを備えて
いる。
粒子の均一な始動バンドを主電極構造に集める代わり
に、上述の補助的な電極構造を用いることができる。補
助的な電極構造を設けた場合には、この補助的な電極構
造への電圧が低下して集められた粒子が補助的な電極構
造から洗い落とされた後に、上記補助的な電極構造は、
粒子を集めるに十分に高い電圧で再度励起される。補助
的な電極構造に付与される電圧及び周波数が、総ての粒
子を溶離流体の中に集めるように選択されていれば、チ
ャンバを通って流れる溶離流体は最初の混合物の粒子を
全く含まない。このようにすると、チャンバから出る各
々の粒子バンドが純粋な溶離流体の中に懸濁する。
本発明の別の特徴によれば、電極ハウジングが提供さ
れ、該電極ハウジングは、透明な基材と、少なくとも２
つの電極から成る電極構造の形態を有していて上記基材
に設けられた電極材料の層と、上記電極材料の上に設け
られた透明なカバーと、上記基材と上記カバーとの間に
設けられた分離手段とを備え、上記分離手段及びカバー
は、上記基材と共に、上記電極構造の上に入口及び出口
を有するシールされた通路を形成し、上記ハウジング
は、上記出口の付近に、電磁放射線のビームが上記電極
構造から阻害されることなく通過するための上記通路を
通る経路を有している。
また、少なくとも１つの電極は、１又はそれ以上のグ
リッド状構造から形成することができ、これらグリッド
状構造は、溶離流体が、実質的に該グリッド状構造を通
るように上記チャンバの中に配列される。
上述の周波数は一般に、10Hz乃至10MHzあるいはそれ
以上の範囲であり、励起された時のパルスは30秒程度で
ある。
２又はそれ以上の電極ハウジングを一緒に用いること
ができる。
本発明の実施例を添付の図面を参照いて以下に説明す
るが、図面において、 図１は、サンプルを分離するために、あるいは、サン
プルを最初に形成するために使用することのできる装置
の概要を示している。
図２は、サンプルを分離するために使用することので
きる図１の装置に使用可能な別の電極ハウジングの概要
を示している。
図３は、図１又は図２の装置に使用可能な電極ハウジ
ングを分解して示している。
図４は、上記電極によって形成される空間的に非均一
な電界を示している。
図５は、チャンバの中に設けられる別の補助的な電極
構造を示している。
図６は、チャンバの中に設けられる別の主電極構造を
示している。
図１に示すように、適宜な形態を有する電極ハウジン
グ１には、電極構造２が設けられており、上記電極ハウ
ジングを通って入口３から出口４まで流体の流通路が設
けられている。電極構造を以下に詳細に説明する。蠕動
タイプであるのが都合が良いポンプ５を電極ハウジング
の出口に用いて、流体を電極ハウジングに通し、電極構
造を通過させる。流体は、流体又は溶離流体の中に懸濁
する別個のタイプの粒子から成る混合物とすることがで
き、そのような流体６及び７のそれぞれの流体源は、コ
ラムハウジングの入口に選択的に接続されるようになさ
れている。本装置が、通常のコラムセパレータのよう
に、別個のタイプの粒子を純粋な各成分に分離するため
に使用される場合には、電極ハウジングは先ずサンプル
に接続され、その後に溶離流体に接続される。この作動
モードにおいては、電極ハウジングの出口には、限定さ
れたサイズのサンプルをコラムの中へ引き込むための注
射器９用のコネクター８、あるいは、同様な装置を設け
ることができる。装置が、サンプルからある特定のタイ
プの粒子を収集するために、すなわち、サイズ、形状、
密度の如き特定の範囲の特性を有する粒子を選択するた
めに使用される場合には、電極ハウジングは、混合物に
だけ接続される。装置はまた、電極構造に与えられる通
常は数十ボルトの交流電圧を発生する信号発生器10又は
他の発生源あるいは交流電圧も備える。通常この電圧
は、電極構造の前後に少なくとも200Kv/mの電界を発生
し、10Hz乃至10MHzあるいはそれ以上の範囲の周波数を
有する。そのような範囲を総ての実施例において完全に
満たす必要はない。
電極構造は、流れの方向に沿って通路を形成する厚い
光硬化性樹脂すなわちホトレジストの帯状片で覆うこと
ができ、上記通路は、コラムハウジングを流下する細胞
のバンドを案内し、該細胞のバンドがコラムハウジング
を通過する際に、流れの力によって分解されるのを防止
する。また、電極構造には滑らかで非接着性のコーティ
ングを設け、これにより、細胞のバンドがコラムハウジ
ングを通過する際に水平方向の不整合を生ずるのを防止
することができる。
また、光線11又は他の放射線を電極構造の下流側の位
置において電極ハウジングに投射するようになされた光
源（図示せず）と、チャンバを透過した光線の強度に対
して感受性を有する光検知器12又は同様な装置とが設け
られる。従って、光検知器は、光線の吸収又は散乱の増
大又は減少に対して感受性を有し、そのような増大又は
減少は、上記位置において光線に横切られる流体の中に
懸濁した粒子の濃度の増大又は減少を示す。光検知器は
通常、コンピュータ又はチャートレコーダの如き記録装
置13に取り付けられ、該記録装置の出力は、時間に対す
る光線の測定強度を表す。従って、分離された粒子のバ
ンドの存在が、そのような粒子が電極ハウジングを出る
際に表示され、成分コレクタすなわち成分収集器の中に
収集することができる、また、光検知器は、関連する画
像分析装置を有する光顕微鏡とすることができる。セパ
レータの各運転に対する合計時間は一般に、10秒よりも
短い。幾つかの電極ハウジングを直列にして用いて、分
離の精度を高めるか、あるいは、並列に使用して分離さ
れる容積を増大することができる。
電極構造のヘッドにサンプルの均一な始動バンドを形
成するのか望ましい。電極構造は、最初の幾つかの電極
に粒子を集めるに十分に高い電圧（例えば10−20ボル
ト）で、限定された時間にわたって励起される。その電
圧は次に、例えば５ボルトまで低下され、これにより、
電極構造に沿って均一な始動バンドを洗って分離を起こ
させる。
図１に示す電極ハウジングの別の例が図２に示されて
いる。補助的な電極構造15が、流体の流れ方向に関して
主電極構造２の上流側で、コラムハウジング１の中に設
けられている。補助的な電極構造は、該補助的な電極構
造に粒子を集めるに十分に高い電圧（例えば、10−20ボ
ルト）で、限定された時間にわたって、信号発生器10に
よってスイッチ16を介して励起することができる。次
に、補助的な電極構造に作用する電圧を低下させ、ま
た、主電極構造に与えられる電圧のスイッチを入れ、こ
れにより、均一な始動バンドをコラムハウジングに沿っ
て洗って分離を生じさせる。補助的な電極構造に作用す
る電圧が、始動バンドが補助的な電極構造から洗い落と
されると同時に、流体の中の総ての粒子を集めるに十分
に高い電圧まで戻った場合には、補助的な電極構造を通
って流れる総ての粒子が収集される。電極ハウジングの
残りの部分に沿って始動バンドを洗う流体は、粒子を全
く含んでおらず（従って、純粋な溶離流体である）、コ
ラムハウジングから出るものは、純粋な溶離流体の中に
存在する各成分である。
電極ハウジングは、他のコラムハウジングとすること
さえできる認識装置又は他の分離装置用の予備フィルタ
として用いることもできる。電極構造は、特定の範囲の
特性を有する別個のタイプの粒子のサンプルを電極構造
に集めるに十分に高い電圧（例えば10−20ボルト）で限
定された時間にわたって励起される。その電圧は次に低
下され、上記サンプルが電極ハウジングから洗い出され
るようにする。
電極ハウジングから出るものは、それが、溶離流体の
中で濃度が増大された混合物中の特定のタイプの粒子の
純粋な成分であろうと、あるいは、特定の範囲の特性を
有する粒子の選択であろうと、英国特許出願番号892678
1号に概ね記載されるように、誘導泳動装置のループに
分流されて周波数走査及び純粋なスペクトルが行われ
る。以前に決定した特定の滞留時間から粒子のタイプを
判定することもできる。
図３に示すように、電極ハウジングは、適宜な電極材
料の層をエッチングすることにより形成することがで
き、そのような電極材料は、顕微鏡スライドの如き透明
な基材20の上で一般には1mmの厚みまで蒸着あるいは堆
積されたアルミニウムとすることができる。エッチング
された層は２つの電極を形成し、これら電極は、互いに
かみ合ったフィンガ部21、22と、接続タブ23、24とを有
しており、電極の隣接するいずれの２つのフィンガ部の
間の距離も約50μｍである。電極構造上で２−5mmの距
離で分離され約100μｍの厚みを有する２つの細長いス
ペーサブロック25、26を設けることにより、一方の電極
のフィンガ部の端部、並びに、他方の電極のフィンガ部
の接続部は、同じブロックによって覆われ、流体が流れ
るための経路が形成される。スペーサブロックの上には
透明なカバー27が設けられ、該カバーは、電極構造の上
を流体が流れるための入口及び出口を有するシールされ
た通路が形成される。通路の寸法（幅２−5mm、高さ100
μｍ、長さ5cm）は、使用される懸濁粒子のサイズに応
じて広い範囲で変えることができる。各々のフィンガ部
の長さの中央部は、流体と電極との間の実際の接触を行
うために非接着性の保護フィルムを設けることができる
が、その内側の流体に接触する。電極構造に沿って流体
の中に懸濁した粒子の流れを案内するための通路を形成
するホトレジストの帯状片を設け、これにより、流体経
路の不完全性によって生ずる形成された粒子バンドの不
整合を阻止することができる。出口付近には通路の領域
28が設けられ、紫外線の如き光線が、電極構造から阻害
されることなく上記領域を照射することができる。
電極の形状は、図４に概略的な形態で示すように、こ
れら電極の間に電圧が付与された時に、それぞれの電極
のすぐ近くに空間的に非常に非均一な電界を形成するよ
うな形状になされる。作用においては、対の電極（30及
び31）の間に付与された電圧は、通路全体に空間的に非
均一な電界を形成し、これにより、通路を通って流れる
総ての粒子が影響を受けるようなものでなければならな
い。上述の種類の電極ハウジングに関しては、16ボルト
程度の指示出力で動作するHewlett Packard 8116Aの
如き信号発生器が、例えば、生きたイースト菌及び死ん
たイースト菌から成る混合物の顕著な分離を行う。
上述のように、電極構造は、アルミニウムとすること
ができ、基材上に金属の層を蒸着又は堆積させ、次に、
エッチングを施して所望の電極パターンをもたらすこと
により形成することができる。アルミニウムの代わり
に、エッチング技術又は「リフトオフ（lift−off）」
技術で形成される白金あるいは金をメッキしたクロム電
極を用いることができ、そのような技術においては、金
属の層を堆積させる前に、ホトレジスト材料の如き適宜
な材料を用いて上記基材上にパターンマスクを形成し、
その後、堆積した材料の不必要な領域をパターンマスク
を除去することにより取り除き、これにより、上記基材
の上に直接堆積されていた領域にだけ金属を残す。
上述の電極構造は、例えば、一般に10μｍであるイー
スト菌細胞の如き数ミクロン程度の直径を有する細胞を
分離するために使用される。例えば５μｍ程度のより狭
い電極間隔も可能であり、そのような電極間隔は、0.5
μｍの直径を一般に有するバクテリアに対して適してい
るが、そのような狭い電極構造を製造する際には、短絡
及び電極のフィンガ部の破損を生じないように注意を払
う必要がある。
図５（等スケールではない）は、別の補助的な電極構
造を収容するチャンバを示している。入口51から出口52
まで２つのグリッド状電極53、54を通っている流体経路
50が設けられている。上記２つのグリッド状電極は、ス
ペーサ（例えばPTFEリングとすることができる）55によ
って互いに隔置されており、２つのＯリングによってス
ペーサに接した状態で保持されている。一方Ｏリング
は、チャンバの２つの半部58、59の間に保持されてお
り、これら半部には２つの孔60、61が形成されている。
上記２つの半部は、２つのボルト62、63によって締め付
けられており、これらボルトは、Ｏリング、グリッド及
びスペーサを適所に保持している。銅接点64、65が、各
々のグリッド状電極の一方の側に接触し、グリッドとＯ
リングとの間に捕捉されている。各々の接点は、各々の
半部の孔66又は67を通過し、信号発生器（図１に示すよ
うに）に接続されている。チャンバの２つの半部の間の
接続部をシラスティックシール材の如きシール材でシー
ルすることによりリークすなわち漏洩が更に防止されて
おり、上記シラスティックシール材は、分解及び電極の
交換を行うために容易に壊すことができる。
この例においては、グリッドの厚みは150μｍであ
り、スペーサの幅は200乃至250μｍ（８μｍ程度まで小
さくすることができる）であり、グリッド−スペーサ−
グリッドの全幅は0.56mm±0.02mmである。適宜なグリッ
ドは、フォトリトグラフ的にエッチングされて円形の穴
から成るゲーシ状の構造を形成するステンレス鋼のシー
トである。直径が13mmであるグリッドは、1mm2当たり20
の穴を有しており、各々の穴は、約150μｍの直径を有
している。グリッドは、金又は白金の如き適宜な導電性
材料でメッキすることができる。ピーク間の電圧が16ボ
ルトである交流電圧を図示しない信号発生器によってグ
リッドに与え、1kHz乃至1MHzの周波数を用いることがで
きる。
粒子の検知は、英国特許出願番号8926781号に記載さ
れる如き分光光度手段によって行うことができ、該分光
光度手段に光ファイバを接続するための孔がチャンバの
各々の半部に設けられる。光ファイバケーブルは、図示
しない顕微鏡検知器に接続することができる。
図５に示す電極ハウジングは、上述の補助的な電極構
造として使用することができる。収集された粒子のバン
ドを解放して主電極構造を通過させることができ、ま
た、グリッドに対する電圧を総ての粒子を流体の中に集
めるに十分に高い電圧まで戻すことにより、溶離流体が
グリッドから出て流れて主電極構造を通過し、総ての粒
子を自由にする。電極ハウジングをそのような方法で用
いた場合には、十分な数の粒子を集めることが可能とな
り、別の分析を行うことができる。本方法は、労力を有
する濾過及び遠心分離を含む。
またその代わりに、主電極のハウジングには、重なり
合ったグリッド状電極から成る三次元的な電極構造をも
たらすように銅接点77、78によって信号発生器に接続さ
れた図６に示す如き隔置されたグリッド列75、76を設け
ることができる。
２つのグリッド構造、あるいは、多数のグリッド構造
のいずれにおいても、「直線的に通過する」流体経路を
防止するために、開口は整合されないのが好ましい。
特定の実施例に関して本発明を説明したが、電極ハウ
ジングの形状あるいは電極構造の構成等を本発明の範囲
から逸脱することなく変形することができることは理解
されよう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホークス，ジェレミー・ジョン イギリス国ヨーク ワイオー１・４ビー エイチ，フィッシャーゲイト，グラン ジ・ストリート 24 (56)参考文献 特開 平５−126796（ＪＰ，Ａ) 国際公開91／8284（ＷＯ，Ａ１) 国際公開91／11262（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/447 B01D 57/02 ＣＡ（ＳＴＮ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】いくつかの粒子（６、７）の選択的な遅延
    によってサスペンションの状態の粒子（６、７）の混合
    物を分離するための装置であって、入口（３）及び出口
    （４）を有するチャンバ（１）と、前記入口（３）と出
    口（４）との間に溶離流体の流れをもたらす手段（５）
    と、前記チャンバ（１）の中に設けられ少なくとも２つ
    の電極（21、22）から成る電極構造（２）と、前記電極
    （21、22）の間に交流電圧を与える手段（10）とを備
    え、前記電極構造（２）は、前記装置の作動時に励起さ
    れると、前記溶離流体の中に空間的に非均一の交番電界
    が確立されるようになっており、これにより、前記溶離
    流体の流れの中にあって前記チャンバ（１）を通って流
    れる粒子（６、７）が、前記電極構造（２）を通過して
    各成分に分離されるように構成されている装置におい
    て、 補助的な電極構造が、前記主の電極構造（２）の上流側
    に配置され、使用時前記補助的な電極構造は、粒子
    （６、７）を共に収集するように附勢され、前記補助的
    な電極構造は、その後、前記粒子（６、７）がチャンバ
    （１）内に流れ得るように除勢されることを特徴とする
    装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の装置において、前記チャ
    ンバに前記溶離流体の流れをもたらす前記手段（５）が
    ポンプ（５）である装置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の装置において、前記チャ
    ンバに前記溶離流体の流れをもたらす前記手段（５）が
    重力を用いる装置。
  4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の装置
    において、前記電極構造（２）の少なくとも１つの電極
    が、１又はそれ以上のグリッド状構造体（21、22）から
    構成されている装置。
  5. 【請求項５】請求項４に記載の装置において、前記電極
    構造（２）は、直線的に通過する流れを阻害するように
    整列されて介挿されたグリッド状構造体（21、22）を備
    える装置。
  6. 【請求項６】請求項１に記載の装置を使用してサスペン
    ションの状態の粒子（６、７）の混合物を分離するため
    の方法において、混合物内の粒子を共に収集しかつ補助
    的な電極構造を附勢及び除勢することによってチャンバ
    内に粒子を解放する段階と、空間的に非均一な交番電界
    をチャンバ（１）内にもたらす段階と、前記チャンバ及
    び電界に溶離流体の流れを通す段階と、該溶離流体によ
    って前記混合物の限定されたサンプルを溶離させる段階
    と、前記溶離されたサンプルを前記電界に通す段階と、
    前記混合物中の異なるタイプの粒子をそれぞれ別個に遅
    延させる段階と、溶離流体の流れによって分離された異
    なったタイプの粒子の成分流を形成する段階とを備える
    方法。
  7. 【請求項７】前記電極構造のヘッドに均一な始動バンド
    を形成するための、請求項６に記載の方法において、サ
    スペンションの状態の粒子の流れを前記電極構造に通す
    段階と、粒子を前記電極構造の最初の部分にバンドとし
    て収集するのに十分に高い電圧で前記電極構造を限定さ
    れた時間にわたって励起し、次にその電圧を低下させる
    段階と、前記収集された粒子からなるバンドをチャンバ
    に沿って洗浄して分離作用を行わせる段階とを備える方
    法。
  8. 【請求項８】請求項７に記載の方法において、以前に収
    集された粒子（６、７）が前記補助的な電極構造から洗
    い落とされた後に、前記補助的な電極構造が再度励起さ
    れる方法。
  9. 【請求項９】請求項６に記載の方法において、該補助的
    な電極構造に粒子（６、７）を収集するのに十分な高い
    電圧で前記補助的な電極構造を所望の時間にわたって励
    起することによって、前記空間的に非均一な電界の上流
    側に混合物の均一な始動バンドが形成され、その後、電
    圧が下げられ、それによって前記始動バンドが分離のた
    めに前記チャンバに沿って洗浄される方法。
  10. 【請求項１０】請求項６ないし９のいずれかに記載の方
    法において、前記非均一な交番電界の周波数を変え、前
    記粒子が分離される順番を変えることを含む方法。
  11. 【請求項１１】請求項10に記載の方法において、前記非
    均一な交番電界の周波数を変え、特定タイプの粒子の増
    大した濃度の各成分又は別個のバンドの間の分離の程度
    をある程度まで変えることを含む方法。
  12. 【請求項１２】請求項９ないし11のいずれかに記載の方
    法において、前記非均一な交番電界をオン・オフし、特
    定のタイプの粒子の増大した濃度の成分又は別個のバン
    ドをより明瞭にすることを含む方法。
  13. 【請求項１３】請求項１に記載の装置において、チャン
    バが、透明な基材と、電極構造を構成する、前記基材に
    設けられた電極材料の層と、前記電極材料を被って設け
    られた透明なカバーと、前記基材と前記カバーとの間に
    設けられた分離手段とを備え、前記分離手段及びカバー
    は、前記基材と共に、入口と出口を有するシールされた
    通路を前記電極構造に亘って形成し、前記チャンバは、
    前記出口の近くに、電磁放射線のビームが前記電極構造
    から阻害されることなく通過するための前記通路を通る
    経路を有する装置。
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WO2007046485A1 (ja) * 2005-10-19 2007-04-26 Sharp Kabushiki Kaisha 誘電泳動チップおよび誘電泳動装置並びに誘電泳動システム
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