JP2003088357A - 微量試料処理装置 - Google Patents

微量試料処理装置

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JP2003088357A JP2001343713A JP2001343713A JP2003088357A JP 2003088357 A JP2003088357 A JP 2003088357A JP 2001343713 A JP2001343713 A JP 2001343713A JP 2001343713 A JP2001343713 A JP 2001343713A JP 2003088357 A JP2003088357 A JP 2003088357A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ウエルに微量の試料を注入する際
に試料が他のウエルに移動し、或いは溢れ出ることを防
止するための構造、及び注入された試料のウエル内にお
ける位置を調整し、或いは、次のウエルに制御しながら
試料を移動させることができる構造を提供することを目
的とする。 【解決手段】 複数のウエルが流体に対して抵抗を有す
る部分を介して相互に連通しており、且つ夫々のウエル
が試料を注入・吸出するための管及び、必要に応じ、注
入・吸出時の圧力の変化を緩和するための管を備えてい
る場合において、それ等複数の管が上端部において液体
を収納できる空間を共有していることを特徴とする微量
試料処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微量の液体試料を
処理するための装置に関わる。より詳しくは、反応・分
析・検出等のために、液体試料を収納するための微小な
ウエルに試料を注入する際に、試料が溢出し、或いは、
連通する他のウエルに移動することを防止すると共に、
微小なウエルの内部で試料の位置を調整することができ
る構造を備えた微量試料処理装置に関わる。
【０００２】更に、本発明は、細胞が一定方向に自力で
移動するか否かの判定、細胞が自力で移動する状態の観
察、或いは自力で移動した細胞の数を計数するための装
置、即ち、細胞走化性検出装置に関わる。また、本発明
は、細胞が選択的に自力で移動することを利用する細胞
の分離装置に関わる。より詳しくは、検出・分離等のた
めに、細胞懸濁液又は検体試料を収納するための微小な
ウエルに試料を注入する際に、試料が溢出し、或いは、
連通する他のウエルに移動することを防止すると共に、
微小なウエルの内部で試料の位置を調整することができ
る構造を備えた細胞走化性検出又は走化細胞分離装置に
関わる。
【０００３】
【従来の技術】ナノテクノロジーの発展と展開の下で、
細胞、蛋白質、遺伝子等を数個のレベルで取扱うように
なり、極微量の試料を、反応・分析或いは検出のために
容器（ウエル）に注入し、処理することが必要とされる
ようになった。反応・分析・検出等をマイクロチップ上
で一連の流れとして行わせるために、複数のウエルがパ
イプや溝、或いは流路で互いに連絡している場合があ
る。このような場合は、試料が注入時の圧力により隣の
ウエルに移動しないように注意する必要があり、マニュ
アルで行う場合は勿論、自動注入装置による場合であっ
ても、操作に困難を伴う。更に、微小なウエルに注入さ
れた試料の位置を調整し、或いは、次のウエルに、制御
しながら試料を移動させることも望まれる。
【０００４】従来、微量の試料をウエルに注入するため
に、コンピュータープログラムによる制御の下でマイク
ロピペットが使用されてきたが、ウエルを含む反応・分
析・検出装置の構造において、微量試料の注入時の問題
を解決する試みは、本発明者等による提案以外に知られ
ていない。
【０００５】即ち、本発明者等は、試料を収納するウエ
ルが、マイクロピペット等により試料を注入し又は吸出
するための管を備えている場合において、試料を注入し
又は吸出する際のウエル内における圧力の急激な変化を
緩和させるために、試料を注入し又は吸出するための管
と連通する関係にある管を備えることを先に提案した
（特願2000−278280号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる装置
において、ウエルに微量の試料を注入する際に試料が他
のウエルに移動し、或いは溢れ出ることをより確実に防
止するための構造を提供することを目的の一つとし、更
には、注入された試料のウエル内における位置を調整
し、或いは、次のウエルに制御しながら試料を移動させ
る構造を提供することを目的とする。また、試料の注
入、移動における制御が自動化された微量試料処理装置
を提供することを目的とする。
【０００７】更に、本発明は、上記機能を有する構造を
応用した細胞走化性検出又は走化細胞分離装置を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数のウエル
が流体に対して抵抗を有する部分を介して相互に連通し
ており、且つ夫々のウエルが試料を注入・吸出するため
の管及び、必要に応じ、注入・吸出時の圧力の変化を緩
和するための管を備えている構造において、それ等複数
の管が上端部において液体を収納できる空間を共有して
いることを特徴とする微量試料処理装置であり、流体に
対して抵抗を有する部分は、１乃至複数の細いパイプ、
狭い間隙、細い溝、フィルター、樹脂カラム、その他流
体を通過させ得るが抵抗性を有する構造から選ぶことが
できる。
【０００９】また、本発明は、ウエルに設けられた管の
上端部が、流体に対して抵抗を有する部分を介して相対
する１又は複数のウエルに設けられた管の上端部よりも
高く設定されていることを特徴とする微量試料処理装置
である。
【００１０】本発明の微量試料処理装置は、流路を介し
て互いに連通しているウエルの何れか一方又は双方にお
いて、流路の近傍における液体試料の量を制限するため
に流路に直交して壁が設けられていても良い。
【００１１】本発明は、上記微量試料処理装置よりなる
単位ユニットの１つ、同一又は複数種のユニットを複数
個集積させてなる集積ユニット、又は複数の集積ユニッ
トよりなるユニット部及び該ユニット部において液面を
調節するためのピペットを備え、且つ、該液面調節ピペ
ットの作動を制御する機構を備えていることを特徴とす
る微量試料処理装置であり、更には、液面調節ピペット
が、ユニット部の各ユニットの上端部において複数の管
により共有されている空間からそこに存在する液体を所
定量吸引してウエル内における試料の位置を調整し、或
いは、次のウエルに試料を移動させ、必要に応じ該空間
に先に吸引した量の液体を供給し液面を元に戻すよう制
御されることを特徴とする自動化された微量試料処理装
置であり、必要に応じて、試料貯蔵部、検体貯蔵部及び
ピペット洗浄部並びにこれ等各部を移動する試料供給ピ
ペット及び検体供給ピペット並びにこれ等ピペットの作
動を制御する機構を備えることができる。ここで、ピペ
ットの材質は、ガラスに限らず、金属、プラスチック等
適宜選んで使用できる。
【００１２】本発明は、流体に対して抵抗を有する流路
を介して複数のウエルが互いに連通していること、各ウ
エルが試料を注入・採取するための管及び必要に応じ、
試料の注入・採取による圧力の変化を緩和するための管
を備えていること、それ等複数の管が上端部において液
体を収納できる空間を共有していること、及びウエルは
管が設けられている側とは反対の側においてガラス基板
と密着していることを特徴とする細胞走化性検出又は走
化細胞分離装置を含む。
【００１３】本発明は、上記の細胞走化性検出又は細胞
分離のための装置において、細胞を収納するためのウエ
ルに設けられた管の上端部が、流体に対して抵抗を有す
る流路を介して相対する１又は複数のウエルに設けられ
た管の上端部よりも高く設定されていることを特徴とす
る細胞走化性検出又は走化細胞分離装置である。
【００１４】更に、本発明の装置は、流体に対して抵抗
を有する流路が、ガラス基板との間で、狭い隙間を形成
する土手であることが好ましく、この場合において、流
路において、土手の上部にテラスが設けられており、該
テラスはガラス基板との間で細胞の径又はその変形能に
合わせた隙間を形成していてもよく、或いは、流路にお
いて、土手の上部に細胞の径又はその変形能に合わせた
幅の溝を１乃至複数本構成する障壁が設けられており、
必要に応じ、障壁と共にテラスが形成されており、該テ
ラスもガラス基板との間で細胞の径又はその変形能に合
わせた隙間を形成していてもよい。流路において、相対
するウエルに向かう方向の複数本の溝は、これに直交す
る１乃至複数本の溝で互いに連通していることができ、
更には、流路において、相対するウエルに向かう方向の
複数本の溝の幅が、これに直交する１乃至複数の溝を横
切る度に段階的に変化することができ、また、流路にお
いて、相対するウエルに向かう方向の複数本の溝が、こ
れに直交する１乃至複数本の溝を横切る度に、相互の位
置をシフトさせて形成されていてもよい。更には、流路
において、溝を構成する障壁の列が土手の中央に設けら
れたテラスを挟んで2箇所に形成されていてもよい。ま
た、流路に設けられた土手に、ガラス基板との間で異な
る深さの隙間を形成するべく、テラスが多段に形成され
ていてもよい。更には、流路を介して互いに連通してい
るウエルの何れか一方又は双方において、流路の近傍に
おける液体試料の量を制限するために流路に直交して壁
が設けられていてもよい。
【００１５】本発明は、上記の細胞走化性検出又は走化
細胞分離装置よりなる単位ユニットの１つ、同一又は複
数種のユニットを複数個集積させてなる集積ユニット、
又は複数の集積ユニットよりなるユニット部、細胞貯蔵
部、検体貯蔵部、これ等各部を移動する液面調節ピペッ
ト、細胞供給ピペット、検体供給ピペット及びユニット
部における細胞の移動を検出し、必要に応じて検出結果
を記録する検出部をユニット部と一体化して設けるか、
または、複数のユニット部に対応可能な様に設け、且
つ、液面調節ピペット、細胞供給ピペット及び検体供給
ピペットの移動を制御する機構及び、必要に応じ、ユニ
ット部を検出部に移動させると共に次のユニット部をピ
ペットの動線の位置に移動させるための機構を備えてい
ることを特徴とする自動化された細胞走化性検出又は走
化細胞分離装置であり、また、必要に応じ、ピペット洗
浄部を備えていても良い。
【００１６】更に本発明は、細胞供給ピペットが細胞貯
蔵部から所定量の細胞懸濁液を、必要に応じ攪拌後、吸
引して、これをユニット部に供給し、次いで、液面調節
ピペットがユニット部の各ユニットにおいて複数の管の
上端部により共有されている空間からそこに存在する液
体を所定量吸引してウエル内の細胞の位置を調整し、次
いで液面調節ピペットが該空間に先に吸引した量の液体
を供給して液面を元の位置にまで戻し、次いで検体供給
ピペットが検体貯蔵部から所定量の検体を吸引し、これ
をユニット部に供給後、必要に応じ、ピペット洗浄部に
移動し、洗浄液の吸排を反復繰り返してピペットを洗浄
するよう、各ピペットの作動が制御されることを特徴と
する自動化された細胞走化性検出又は走化細胞分離装置
である。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明において、液体又は懸濁液
よりなる試料が注入されるウエルを備えた微量試料処理
装置とは、有機・無機化学物質、タンパク質等の高分
子、遺伝子、細胞等を溶液又は懸濁液の状態で取扱う装
置である。本発明の構造は、取扱う試料の量に特別の制
限はないが、試料の量が数ミリリッター乃至マイクロリ
ッターのオーダー又はそれ以下の場合に、技術的効果が
高いことが期待される。
【００１８】本発明は、流体の通過に対して抵抗性を有
する構造物を介して相互に連通している複数のウエルの
夫々が試料を注入し又は吸出するための管を備えおり、
必要に応じ、ウエルの夫々が試料を注入し又は吸出する
際の圧力の増減を緩和させるための管を備えている場合
に適用される。即ち、これらの装置は、全体として複数
の管を備えていることになり、本発明は、かかる装置に
おいて、設けられている複数の管が上端部において液体
を収納できる空間を共有する構造を採用することによ
り、試料の注入・吸出時におけるウエル内の圧力の急激
な変化によって生ずる試料の不測の移動・溢出或いは、
装置の水平が崩れた時の試料の不測の移動をより効果的
に防止するものである。
【００１９】更に、複数の管が上端部において液体を収
納できる空間を共有する構造を採用することにより、ウ
エル内において位置を調整する必要がある試料、又は次
のウエルに移動させる必要がある試料を取扱う場合に、
微小なウエル内での位置の調節が可能となり、また次の
ウエルへの移動を制御しながら行うことが可能となる。
かかる調節・移動をより的確に行うために、該試料を収
納するためのウエルに設けられた管の上端が、他のウエ
ルに設けられた管の上端よりも高く設定される。
【００２０】なお、複数のウエルの間で試料の移動を可
能とするために、細いパイプ、狭い間隙、細い溝、フィ
ルター、樹脂カラム或いは流路等で相互に連絡している
のが通常である。本発明は、複数のウエルが、かかる流
体の通過に対して抵抗性を有する構造物を介して相互に
連通している装置に関わる。
【００２１】本発明を、複数のウエルが流路を介して互
いに連通している構造の装置、例えば、細胞走化性検出
又は走化細胞分離装置に適用した場合について説明すれ
ば次の通りである。但し、本発明が、細胞走化性検出又
は走化細胞分離装置に限られるものではなく、種々な装
置に適用可能であることは、以上述べたとこらから明ら
かであろう。
【００２２】細胞走化性を検出し、或いは細胞を分離す
るための装置は、ウエルの一つに細胞懸濁液を、他方の
ウエルに検体溶液を夫々入れ、検体溶液が収容されてい
るウエルに向かって細胞が移動するか否かを検出し、或
いは、選択的に移動した細胞を採取する装置である。例
えば、細胞懸濁液を収容するウエルと検体溶液を収容す
るウエルとが相互に流路でつながっており、流路を細胞
が通過する状態を観察し、或いは通過中又は通過した細
胞数を計数する装置である。
【００２３】流路が、１個ずつの細胞が通過する状況を
観察乃至検出できるスケールのものであれば、流体に対
して抵抗性を有する。かかる流路を備えた装置において
は、試料として用いられる細胞の量が少なくて済み、希
少な細胞の検査に優れると共に、定量的検討も可能とな
るという利点がある。しかし、装置全体が小型になるた
め、極微量の試料を取扱うことになり、ウエルへの注入
によって生じる昇圧の影響が生じやすく、細胞が検体溶
液を収容するウエルに向かって不測の移動を起こしやす
い。また、注入後においてウエルが完全に水平に維持さ
れていない場合も細胞の移動が起こる。細胞の不測の移
動は、検体が走化性因子であるのか否かの判定を混乱さ
せる原因となる。よって、細胞が自力で検体溶液を収容
するウエルに向かって移動することを正確に検出するた
めには、試料注入時や注入後における細胞の移動を防止
することが必要である。
【００２４】そのための対策の一つとして、注入時の昇
圧を緩和するために、夫々のウエルに、試料注入のため
の管以外に、それと連通する関係にある管を設ける構造
を、本発明者等が提案した（特願2001−226466号）。そ
の概要を図１及び図2により説明すれば次の通りであ
る。
【００２５】図１に示す装置においては、ウエル2Aに、
管3Aを通して細胞懸濁液が注入される。ウエル2Bには検
体溶液が管3Bを通して注入され、その検体が細胞走化性
因子を含む場合は、細胞がウエル2Aからウエル2Bに向か
って移動しようとして、流路１を通過する。図1の場
合、流路1は、基板５に設けられた土手８と透明なガラ
ス基板６との間で、細胞の大きさに相当する隙間が形成
されているが、1個の細胞が通過できる細い溝を複数本
構成する障壁が形成されていても良い。流路１を通過す
る細胞の状況は、ガラス基板６を通して、例えば顕微鏡
９で観察される。図２は基板5の下面図である。
【００２６】図１及び図２に示す装置は、各ウエルにお
いて管３Aと４A、３Bと４Bが相互に連通した構造であ
り、連通管を通して圧力を分散させる構造である。これ
に対し、本発明は、各ウエルに設けられている総ての管
の上端部が液体を収容きる空間を共有する構造を採用す
るもので、かかる構造により注入時の移動をより確実に
緩和させ、或いは、移動の制御を可能とするものである
(図３、図４参照)。
【００２７】図３は、本発明に関わる構造の一例を示す
もので、基板５、ブロック７及びガラス基板６から構成
されるユニットを示している。図３において、10で示す
空間が、各ウエルに設けられた管３A、３Bの上端部3A
b、3Bbにより共有される空間であり、装置全体は、細胞
走化性に影響を与えない液体、例えば緩衝液等で満たさ
れている。その液体の量は該空間10の少なくとも一部を
満たす量である。この液体により、装置全体が同一の圧
力下に置かれ、且つ、液体の抵抗により、注入圧及びウ
エルの水平が崩れた場合による試料の急激な移動が抑制
される。
【００２８】図4は、本発明に関わる構造の他の例を示
すもので、各ウエルが試料注入のための管3A、3B以外
に、それと連通する関係にある管4A、4Bを有し、それ等
総ての管の上端部3Ab、4Ab、3Bb、4Bｂが空間10を共有
するユニットの構造を示す。
【００２９】なお、移動した細胞を検体収容ウエルから
採取するために、該ウエルに設けられている管から吸引
する際に、内部が減圧になりウエル間の試料が相互に入
り混じることが起こるが、図4の構造の場合は、特に効
果的にその影響が緩和される。
【００３０】細胞の走化性を検出し、或いは分離する場
合、注入された細胞は、当初、ウエル内において流路の
近傍に集められることが望ましい。図３で示す細胞走化
性検出又は走化細胞分離装置のユニットを例にとれば、
管３Aを通してウエル2Aに注入された細胞は、流路１の
近傍に存在することが望ましい。即ち、試料である細胞
は、ウエル内での位置を調整することが望まれる試料の
例である。この位置の調節は、流路を介して相対するウ
エル2Bの管3Bから適当量の液体を適当な速度で吸引する
ことにより行うことができる。吸引する液体の量は、空
間10の液体を除いた後の、管及びウエルの容積から求め
られる。吸引する液体の量及び吸引速度はコンピュータ
ープログラムにより容易に制御することができる。
【００３１】本発明は、上記構造の変形として、試料、
例えば、細胞懸濁液を収納するためのウエルに設けられ
た管の上端部が、流路を介して相対するウエルに設けら
れた管の上端部よりも高く設定されている構造を有する
微量試料処理装置、例えば、細胞走化性検出装置を含む
(図５乃至図７参照)。図５において、管が設けられてい
るブロック７は、ウエル2Bに設けられた管3Bの上端部3B
bの周辺で掘り下げられており、ウエル2Aの管3Aの上端
部3Abが管3Bの上端部3Bbより高く形成されている。装置
全体を満たす液体は、当初は、その液面が、管3Aの上端
部3Abより上に来るよう、図中、矢印Iで示される位置に
来るよう液量を調節する。その状態で、管3Aを通じてウ
エル2Aに注入された細胞は、装置全体の均一な圧力と液
体の抵抗により、急激な移動が抑制され、管3A内及びウ
エル2A内に散在している。次に、空間10から液体を吸引
除去して液面を矢印IIの位置、即ち、管3Aの上端部3Ab
が露出する位置まで下げ、更に、適量の液体を吸引する
ことにより、管3A内及びウエル2A内に散在していた細胞
を、ウエル2A内の流路の近傍に集めることができる。吸
引する液量は、管3A及びウエル2Aの容積に基づき算出で
き、通常は、該容積の3分の1乃至10分の1で目的が達せ
られる。なお、ウエル2Bへの検体溶液の注入も、液面を
再び矢印Iの位置に戻した状態で行うことにより、注入
時の急激な圧力変化が緩和される。
【００３２】液面を再び矢印Iの位置にまで戻す場合に
使用する液体として、予め装置内に存在する液体（緩衝
液等の水溶液）より比重が軽い液体を用いると、各ウエ
ルの管の上部が軽い液体により蓋がされた形になり、遮
断効果により、試料の無用の拡散が防止される。かかる
液体としては、試料に対して不活性であり、水に不溶
で、比重が1.0未満であれば適宜選択して使用できる。
そのような液体の例として、ミネラルオイル(比重0.84
／シグマ社製M3516)、流動パラフィン等が挙げられる。
【００３３】図6は、各ウエルが試料を注入するための
管３A、３Bと共に、これと連通する関係にある管４A、
４Bを備えている場合において、ウエル2Aの管の上端部3
Ab、4Abがウエル2Bの管の上端部3Bb、4Bｂより高く設定
されている場合を示す。図７は、ブロック７に斜面を形
成させることによりウエル2Aの管の上端部を高く設定し
た場合を示す。これらは、一方の管の上端部を他方のそ
れより高く設定する場合の例示であり、同一の目的を達
するために、他にも種々の変形がありうる。
【００３４】上記の、一部の管の上端部を他の管の上端
部よりも高く設定する構造は、次のようなウエルの連通
様式においても効果を発揮する。即ち、流路を介したウ
エルの連通様式として、図３乃至図７に例示する如き２
連式の他に、必要に応じて更に結合させ、連通させるこ
ともでき、例えば、図８に例示する３連式が考えられ
る。図8において、例えば、ウエル2Aに細胞を、ウエル2
Cに走化性因子を入れ、ウエル2Bに検体溶液入れること
により、検体溶液が走化性因子の阻害作用を有するか否
かを調べることができる。多連式にすれば、その他に
も、種々の目的に応用することが可能となる。
【００３５】図９に例示するように、一つのウエルの周
りに流路を介して複数のウエルを連通させた、所謂、同
心状の形式をとることもできる。更には、図９のタイプ
の変形として、図11の如く、同心円状にすることもでき
る。図11は、3連式を同心円状にした例であるが、2連式
でも良い。図９の場合、貫通孔３Ａaに管３Ａが設けら
れており、貫通孔３Ｂ1〜4aには管３Ｂ1〜4が、貫通孔
４Ｂ1〜4aには管４Ｂ1 〜4が夫々設けられる。ウエル２
Ａに管3Aを通して細胞浮遊液を入れ、ウエル２Ｂ1〜4に
種々の検体を入れることにより、複数の走化性因子の検
索を同時に行うことができる。更に、複数種の細胞を含
む試料をウエル２Ａに入れることにより、細胞を種類別
に分離することを一度に行うことができる（ソーティン
グ）。例えば、ウエル２Ｂ1〜4に細胞の種類に対応した
走化性因子を入れ、中央のウエル２Ａに複数種の細胞を
含む試料、例えば、全血を入れる。試料に含まれる細胞
は、夫々の細胞走化性因子が存在する各ウエル２Ｂ1〜4
に向かって移動する。一定時間経過後に各ウエル２Ｂ
1〜4から、管３B1〜4を通じて細胞を採取し、或いは、
各ウエル２Ｂ1〜4に移動した細胞を同定する。
【００３６】図８、9、11に示されるようなウエルの連
通様式において、管3及び4はそれ等が存在するウエル２
において互いに連通している。これ等の連通様式におい
て、総ての管の上端部が一つの空間10を共有しており、
細胞が注入されるウエルの管の上端部を他のウエルの管
の上端部より高く設定し、空間10に、細胞が注入される
ウエルの管の上端部が覆われる高さになるように、液体
を入れる(図10参照)。図10は、図９に示す装置の一点破
線における断面図であり、ウエル2Aの管3A、４Aの上端
部3Ab、4Abが、他のウエル２Ｂ1〜4の管３B1〜4の上端
部３B1〜4bよりも高くなるように設定されている。矢印
Iは、空間10を満たす液体の液面の位置が管3A、４Aの上
端部3Ab、4Abより上にあることを示す。管3Aを通してウ
エル2Aに注入された細胞は、管3A及びウエル2A内に散在
しているが、空間10の液体を吸引除去して、液面を管3A
の上端部3Abが露出する、矢印IIの位置まで下げた後、
更に適量を吸引することにより、ウエル2A内において細
胞をウエル２Ｂ1〜4の方向に向かって移動させ、各ウエ
ルに向かう流路１の近傍に集めることができる。吸引す
る液量は、管3A及びウエル2Aの容積から算出できる。か
くして、ウエル2A内の細胞は、ウエル2B1〜4に対して、
位置的に同一の条件で走化性の有無を調べることが可能
となる。
【００３７】本発明の構造を適用することができる、他
の場面として、例えば、図21に示す如き装置が考えられ
る。即ち、図21は、ウエル2Aで反応を行わせ、次いでカ
ラム16を通して処理を行い、吸着されずに通過したもの
をウエル2Bから採取する装置の概念図である。この場
合、カラムが流体に対し抵抗性を有する障害を形成して
いる。液面が矢印Iの状態で、ウエル2Aに反応させる物
質を入れ、反応終了後、液面を矢印IIまで下げて、更に
吸引することによりウエル2Aの反応混合物はカラム16に
移動する。更に吸引することにより、カラムを通過した
物質がウエル2Bに移動する。なお、カラムに吸着した物
質が目的物である場合は、ウエル2Aを経由して溶出液を
カラムに供給し、溶出物をウエル2Bに集めることができ
る。
【００３８】上記以外にも種々の応用が可能であり、互
いに連通したウエルの間における試料の移動を制御する
ことで、物質間の相互作用を微量のレベルで調べること
ができる。例えば、抗原抗体反応、酵素と基質との反
応、可溶性受容体とリガンド等種々の反応に用いること
ができる。
【００３９】例えば、図５の装置のウエル2Aにおいて、
一定の大きさのプラスチックビーズを結合させた抗体と
抗原蛋白混合物とを反応させた後、空間10の液面をIか
らIIに下げ、更に液体を吸引することにより、未反応の
抗原蛋白は障壁12の溝を通過してウエル2Bに移動する。
しかし、プラスチックビーズが結合した抗体と反応した
抗原蛋白は、ビーズのために障壁12の溝を通過すること
ができず、未反応の抗原蛋白と分離される。かくして、
ビーズの粒径と溝の幅を適当に組合わせることにより、
物質を分離することができる。
【００４０】更に、磁気ビーズを利用することもでき
る。即ち、可磁化物質(例えば、γFe2O3とFe3O4)を均一
に分布させた高分子ポリマーのコアを親水性ポリマーで
覆った、粒子径が均一な磁気ビーズ(magnetic beads)が
市販されており(DYNAL社、ノルウエー／商品名 Dynabe
ads)、この表面に種々の抗体を結合させることにより、
磁気ビーズを細胞やタンパク質に結合させることができ
る。磁気ビーズは強力磁石(MPC)を近づけると磁化され
て磁力に引き寄せられ、磁石を離すと磁性を失って元通
り分散するという性質を有しており、それを利用して細
胞やタンパク質の精製等に利用されている。例えば、Ka
negasaki, S. et al, J.Biochem. 117:758-765(1995)
においては、CD19抗体でコートされた磁気ポリスチレン
ビーズ(DYNAL社)を用いて末梢血Bリンパ球を単離してい
る。
【００４１】図22に例示するような装置において、液面
がIの状態でウエル2Aに蛋白質の混合液と磁気ビーズで
ラベルされた抗体(磁気抗体ビーズ)を注入し、ウエル2A
の底部に設置したマグネット24で、抗体と反応した蛋白
質を吸着した後、液面をIIまで下げ、更に空間10から液
体を吸引すると、マグネット24で吸着されない蛋白質の
みがウエル2Bに移動する。かくして、抗体を適当に選ぶ
ことにより、所望の蛋白質を分離し、或いは、不要の蛋
白質を除去することができる。従来、磁性体を用いる蛋
白質の分離は、カラムを用いて行われてきたが、処理容
量がミリリッターのスケールであり、微量の蛋白質を処
理するのには不向きであった。本発明の装置によれば、
数マイクロリッター又はそれ以下ののスケールでも、蛋
白質の分離を行うことができる。
【００４２】本発明によれば、かかる装置の全体を小型
化することが可能であり、試料の処理を微量で行うこと
ができ、しかも各ユニットを多数集積させて、多数検体
の処理を同時に行うことが可能となる。更に、液体の吸
引・注入量のプログラム制御により自動化して行うこと
が容易である。
【００４３】即ち、装置の自動化は、上記微量試料処理
装置のユニット単体、同一又は複数種のユニットを複数
個集積させてなる集積ユニット、或いは複数の集積ユニ
ットよりなるユニット部及び液面調節ピペットと液面調
節ピペットの作動を制御する機構を備えることにより達
成することができる。液面調節ピペットの作動は、液面
調節ピペットが、ユニット部の各ユニットの上端部にお
いて複数の管により共有されている空間からそこに存在
する液体を所定量吸引してウエル内における試料の位置
を調整し、或いは、次のウエルに試料を移動させ、必要
に応じ該空間に先に吸引した量の液体を供給し液面を元
に戻すよう制御される。この制御は、コンピュータープ
ログラムにより容易に行われる。
【００４４】なお、ユニット部と共に試料貯蔵部、検体
貯蔵部、及びこれ等各部を移動する試料供給ピペットと
検体供給ピペットを備え、且つ、これ等ピペットの作動
を制御する機構を備えることにより、試料・検体・試薬
等の供給・採取も含めた装置全体を自動制御することが
できる。更に、必要に応じて、ピペット洗浄部及びピペ
ット洗浄部におけるピペットの洗浄操作を制御する機構
を付加することもできる。
【００４５】本発明に関わる装置の構造を、細胞走化性
検出装置を例にして更に具体的に説明すれば次の通りで
ある。但し本発明は、細胞走化性検出装置に限られるも
のではなく、他の装置においても同様な技術的問題点を
解決するために採用し得ることは上述した通りである。
【００４６】１）ユニットの構造 図３に例示するように、流路１及びウエル２A、2Bは基
板５上に一体的に構築され、基板５には各ウエルに通じ
る管３A、3Bと連絡する穴（貫通孔）３Aa、3Baが設けら
れる。管３A、3Bを穿ったブロック７が、各管が基板５
上の各貫通孔３Aa、3Baに合致するように固着される。
ブロック７の上部には管３A、3Bの上端部３Ab、3Bbによ
り共有される空間10が設けられる。基板５の下面には光
学研磨したガラス基板６を密着させる。なお、ブロック
７、基板５及びガラス基板６はＯ−リングやパッキング
等を介して締め付けることにより圧着・固定してもよい
(図20参照)。或いは、基板５とガラス基板６とが一体化
した構造を形成していてもよく、更には、基板ｒ、ガラ
ス基板６及びブロック７とが一体化した構造を形成して
いてもよい。なお、ウエル２A、2Bに設けられる管は図
４に示すように、試料の注入・採取のための管３A、3B
等と共に圧力の変化を緩和するための管４A、４B等を備
えていても良い。また、空間10は、図５、図６等に示す
ように一部が深く掘り窪められていてもよく、或いは、
図７外に示すように斜めに高低差がつけられていても良
い。
【００４７】２）ウエル ウエル２は、試料、即ち、細胞浮遊液又は走化性因子含
有溶液、同阻害剤含有溶液等の検体溶液を収納するもの
で、容積は、特に制限は無く、必要最小限の液量を収納
できればよい。例えば、深さ0.05〜0.1ｍｍ程度、幅1.2
ｍｍ程度、長さ2.5ｍｍ程度あれば充分である。なお、
流路を介して互いに連通しているウエルの何れか一方、
例えば細胞を収納するウエル、又は双方において、流路
の近傍における液体又は細胞懸濁液の量を制限するべ
く、流路に直交して壁を設けることにより、ウエル内に
おける細胞の位置を調整してもよい(図24)。図24は、流
路１を介してウエル２Ａ、２Ｂが連通しており、夫々の
ウエルに、流路１に直交して壁24Ａ及び24Ｂが設けられ
ている場合を示す。壁24と流路１との間隔は任意に設定
できるが、通常は50〜300μｍから選ばれる。
【００４８】図25は、流路に直交して壁を設けたウエル
と流路の変形例を示しており、(１)はウエルの幅の一部
に流路が設けられている場合を、（２）は流路が中央で
二分され、流路を挟んで一個のウエル(２Ａ)に対し二個
のウエル(２Ｂ、２Ｃ)が設けられていると共にウエル２
Ａ側にのみ壁24が設けられている場合を、(３)は流路に
おいて障壁の列がテラス11を挟んで二列設けられている
場合を、夫々示している。このような変形は例示として
挙げたもので、これ等に限られないことは云うまでもな
い。また、必要に応じ、流路に直交して設けた壁と土手
の間をテラスにしてもよい。
【００４９】３）流路 流路１(図１、図３、図４参照)の構造の一例を図12によ
り説明すれば次の通りである。流路１は、両端のウエル
２Ａとウエル２Ｂを隔てる土手８（基板５上の突出部）
及びガラス基板６により構成される。土手８は、流路１
の両端にあるウエル２Ａ、２Ｂを隔てるもので、土手８
のサイズは、特に限定されるものではないが、例えば、
高さ0.003〜0.1 mm程度、相対するウエルに向かう方向
における長さとして0.01〜0.5 mm程度、相対するウエル
に向かう方向に直交する方向における長さとして1.2 mm
程度あればよい。
【００５０】好ましい態様としては、土手の上に、図13
〜図15に例示されるような複数の障壁12が設けられ、細
胞が通過する溝13が形成される。土手の上部に溝を構成
する障壁を設けない場合は、土手の上面がガラス基板と
の間で細胞の径又は細胞の変形能に合わせた深さ乃至隙
間であるテラスを形成する。この場合の深さは、細胞の
種類に合わせて、通常３〜50μmから選ばれる。好中
球、好酸球、好塩基球、単球・マクロファージ、Ｔ細
胞、Ｂ細胞等の場合は３〜10μｍ、例えば４、５、8又
は10μｍから選ばれ、がん細胞や組織に存在する細胞の
場合は8〜20μｍの幅が選ばれる。
【００５１】土手の上面に、障壁を挟んで、平面である
テラスを設けると細胞の通過が観察しやすくなる。テラ
ス11(図12)は、必須なものではないが、設けることが好
ましい。テラス11を設ける場合、その相対するウエルに
向かう方向の長さは約0.0１ｍｍ乃至約0.5ｍｍから適宜
選ばれる。
【００５２】なお、図23に例示するように、テラス11を
多段式に形成することにより、ウエル内で細胞等の試料
の位置を調整するために、一方のウエル側から吸引する
と、他方に入れた試料が土手８の近傍に集まり易くな
る。例えば、試料が好中球、好酸球、好塩基球等である
場合、テラス11-2 及び11-3のガラス基板６からの距離
（図においては障壁12の高さ）を３μm、テラス11-1及
び11-4のガラス基板６からの距離を4.5μmとし、ウエル
２Ａに細胞を入れ、ウエル２Ｂ側から吸引すると、これ
らの細胞はテラス11-1で一度止まった後、テラス11-2と
ガラス基板６との間に集まり易くなる。各テラス11
-1〜4のガラス基板６からの距離は、取扱う試料に応じ
て適宜設定することができ、概ね3乃至５μmの範囲で設
定され得るが、これに限定されるわけではない。ここ
で、細胞を収納するウエルの反対側のテラス（11-3）の
長さを、細胞を収納するウエルの側のテラス（テラス11
-2）より約1.5乃至５倍長くすると、溝を通り抜けた細
胞の観察や計数をより容易に行うことができる。なお、
図23は障壁1２が設けられている場合を示しているが、
テラス11-2 及び11-3のガラス基板６からの距離が細胞
の径又は変形能に相当する場合は、障壁は必ずしも必要
ではない。
【００５３】土手の上面に障壁12(図12〜14参照)を設け
る場合、障壁12により構成される溝13の断面は、Ｖ字型
断面、凹型断面、半円型断面等、任意の形状とすること
ができる。溝13の幅は、細胞の径又はその変形能に合わ
せた幅であることが好ましい。ここに、細胞の変形能と
は、細胞が弾力性を有するものであるとき、その弾力性
のために容易に形を変え、扁平状やひも状などの形態を
とり、通常、細胞が自由空間でとる形状（球状）におい
て有する径よりも狭い間隔の溝を通り抜けることを言
う。かかる溝を設けることにより、細胞を個々のレベル
で観察することが可能となり、又、細胞を所望の種類ご
とに分離することができる。溝13の幅は通常３〜50μm
から選ばれ、対象とする細胞が１個づつ通過するだけの
幅であることが好ましく、細胞の種類に合わせて好適な
幅が選ばれる。好中球、好酸球、好塩基球、単球・マク
ロファージ、Ｔ細胞、Ｂ細胞等の場合は３〜10μｍ、例
えば３、５、8又は10μｍから選ばれ、がん細胞や組織
に存在する細胞の場合は８〜20μｍの幅が選ばれる。溝
５の数は、流路の幅に対する障壁の幅と溝の幅で決定さ
れる。例えば、流路の幅１ｍｍ、障壁の幅10μｍ、溝の
幅５μｍの場合、溝の数は最大で66本となる。検出・観
察に適した溝５の数は、1乃至約100本、好ましくは好ま
しくは約10乃至約７0本である。
【００５４】障壁12の長さは、約５〜約400μｍから選
ばれ、例えば、５、15、20、30、40、60、100、200、30
0又は400μｍのものが用いられる。障壁12自体の幅は適
宜選ぶことができる。また、後述する図3８の場合は、
縦横の長さがほぼ等しい方が効果的である。
【００５５】流路１を形成する溝13は、図15に例示する
ごとく、相対するウエルに向かう方向に直交する1乃至
複数本の溝14で互いに連通していてもよい。かくするこ
とにより、一方のウエルに入れた物質が他方のウエルに
向かって拡散するのを均一化させ、或いは、、細胞が通
過する様子をより正確に把握することができる。その場
合、 溝13の幅を、相対するウエルに向かう方向でこれ
に直交する溝14を横切る度に段階的に変化させてもよい
(図36、図37参照)。或いは、流路を挟んで相対するウエ
ルに向かう方向の溝が、これに直交する溝を横切るごと
に相互の位置関係を変えてもよい(図38参照)。図38で
は、2分の1ピッチ、直行する方向にシフトしている場合
を示す。更には、障壁が相対するウエルに向かう方向に
繋がっていてもよい(図39参照)。また、土手の中央にテ
ラスを設け、テラスをはさんで 障壁の列を2箇所に形
成することもできき(図25(3)、図40参照)、かかる構造と
することにより、溝を通過した後の細胞の観察・計数が
容易に行われる。なお、中央のテラスの大きさは、顕微
鏡の視野でカバーできる大きさであることが望ましい。
図40において、(１)は上面図、(２)は断面図である。
【００５６】障壁12の高さ（溝の深さ）は、細胞の移動
を観察する際の顕微鏡やCCDカメラ等の対物レンズの焦
点深度内に収まる深さであると便利であり、例えば、10
〜40倍の対物レンズの焦点深度に合わせると３〜4.5μ
ｍ程度が好ましいが、これに限定される必要はない。
【００５７】４）ウエルと流路の作製 基板５の材質としては、微細加工が容易で、細胞に対し
比較的不活性なシリコン単結晶が好ましい。流路１の障
壁12及び溝13は、このシリコン単結晶に集積回路の製作
で使用されるフォトリソグラフィやエッチング、例えば
ウエットエッチングやドライエッチング等により工作さ
れる。ウエル２及び貫通孔３a、４aは障壁12や溝13に比
べれば比較的大きいので様々な既知の工作技術を適用し
て作製することができる。例えば、サンドトラスト法や
ドライエッチング法を適用することができる。シリコン
単結晶以外にも、硬質ガラス、硬質プラスチック、金属
等も流路における微細な構造が構築可能であれば使用で
きる。プラスチックを使用する場合は、表面に親水性を
付与するための処理、例えば、表面に親水性薄膜を形成
させる処理を行うことが好ましい。なお、流路１とウエ
ル２を夫々別に作製し、組合わせてもよい。
【００５８】５）ブロック及び管 ブロック７は図３に例示するように、基板５上にあって
ウエルに通じる管を有する部分である。管の断面は、通
常は四角形又は円形から選ばれる。管の太さは、特に限
定されるものではないが、四角形の場合は１辺が１ｍｍ
程度でよく、円形の場合は直径が１ｍｍ程度でよい。長
さは、細胞浮遊液、検体溶液の容量を保持する上から、
２ｍｍ〜１０ｍｍ程度は必要である。ブロック又は管を
構成する材質は、ガラス、アクリル等のプラスチックス
又は金属から選ぶことができ、管は、通常の工作手段、
例えば、ドリルやレーザー光線による鑿孔その他により
容易に作製される。ブロック７に、管の上端部により共
有される空間を設けることも通常の工作技術により行う
ことができる。
【００５９】各ユニットに手作業(マニュアル)で、細胞
又は検体を注入する場合のために、夫々の注入管の上端
部の周りを、注入管の径よりも大きくロート状に掘り窪
めておくと、ピペットの挿入が容易となる(図３５
(１)、（２）における29)。
【００６０】６）ガラス基板 ガラス基板６は、図３に例示するように、基板５に圧着
して液体を収納する空間を構成し、且つ流路を通過する
細胞の観察を可能とするもので、光学的に透明且つ平面
性を保持し、細胞が接着する面を提供するものである。
かかる目的に適うものであれば、ガラス以外にも、透明
アクリル等のプラスチックも使用できる。厚さは、基板
に圧着させる際にゆがみが生じない限り特に限定される
ものではないが、0.7〜２ｍｍあれば充分である。
【００６１】７）多数のユニットの配列 流路を介して連通した複数のウエルを１ユニットとし
て、複数のユニットを1枚の基板上に配置乃至集積して
多数検体を同時に処理する装置とすることができる。同
じタイプのユニットを並列に配置し、又は、異種のユニ
ットを配列することが可能である。以下に各図に基づい
て配置乃至集積の様式を説明するが、もとよりこれ等は
例示であり、これ等に限定されるものではなく、目的に
応じて種々の組み合わせを採ることができる。
【００６２】図16は、図４に示す、2つのウエルが流路
を介して連通してなるユニットが、１辺が16ｍｍの正方
形である一枚の基板５上に12個設けられた例を示す。こ
の例では、１ユニットの大きさは長辺が５.7ｍｍ、短辺
が1.2ｍｍであり、各ユニットは0.8ｍｍの間隔で配置さ
れている。
【００６３】図1７は、図16に示される多数ユニットの
集積を更に集積させた場合の一例を示す。即ち、図1７
においてＡ1〜4、Ｂ1〜4、Ｃ1〜4で表される四辺形の夫
々が図16で示される集積である。ここで、Ａ行、Ｂ行及
びＣ行は互いに異なったタイプのユニットの集積である
ことができる。
【００６４】図18は、2連式の独立したユニットが円形
に集積されている例を示す。図18の一点破線においける
断面を図19に示す。大きさの一例を示せば、ウエル２Ａ
及び２Ｂは半径方向の幅が１.５ｍｍ、流路１の半径方
向の幅は0.５ｍｍであり、流路１には10μｍ幅の溝13が
設けられている。この場合、ユニット全体としての円の
半径は5.0ｍｍとなる。
【００６５】図26は、図24に示すタイプのユニットが12
個集積配置された場合を示す。
【００６６】これら、多数のユニットを集積させる場合
において、ブロック7やガラス基板６は、ユニット全体
をカバーするように1個又は1枚とすることができる(図2
0参照)。
【００６７】図20は、多数ユニットを集積させた細胞走
化性検出及び細胞分離装置を組立てる場合の一例を示
す。カバーキャップ17と中間支持体21の間に多数ユニッ
トを集積させた基板５、パッキング５'とそれをカバー
する1個のブロック７をおき、中間支持体21と底支持体2
2の間に1枚のガラス基板６をおき、ネジで締め付ける。
ブロック7と基板５との位置関係は中間支持体21で規定
され、中間支持体21に設けられたガイドピン20とブロッ
ク７の底面に設けられたガイドピン受孔19によって固定
される。なお、基板5とブロック７とは直接圧着させて
も良い。
【００６８】なお、図２０において、集積ユニットの代
わりに、1つのユニット、即ち、1対のウエルと流路を設
けた基板５を用い、全体を組み立てたユニットを、一定
の間隔で複数個配置することも可能である。この場合、
ユニット毎に逐次交換することができる。
【００６９】８）自動制御機構 本発明の微量試料処理装置の自動制御機構を、細胞走化
性検出装置を例にして具体的に説明すれば次の通りであ
る。なお、これは例示であり、自動化という目的を達成
するために、種々の態様を採用し得ることは云うまでも
ない。
【００７０】本発明に関わる細胞走化性検出装置の自動
制御機構の例を図27に示す。図27において、Ｕはユニッ
ト部、Ｃは細胞貯蔵部、Ｓは検体貯蔵部、Ｗはピペット
洗浄部を示す。直線Ｘ−Ｘ'は、横列に配置された複数
個(図では6個)の検体供給ピペットの動線の例を示し、
直線Ｙ−Ｙ'は、横列に配置された複数個の細胞供給ピ
ペットの動線の例を示す。ユニット部Ｕはピペットの動
線位置にセットされており、各ユニットの上端部の空間
には液体が満たされている。細胞貯蔵部Ｃには、細胞が
収納されており、検体貯蔵部Ｓには各種の検体が収納さ
れている。横列に配置された複数個の液面調節ピペット
はユニット部Ｕの４Ｂ〜４Ａ上にセットされており、そ
の動線は、例えば図28のＺ−Ｚ'で示される。各ピペッ
トの動きの一例を説明すれば以下の如きであるが、これ
に限られないことは云うまでもない。
【００７１】細胞供給ピペットが細胞貯蔵部Ｃから所定
量の細胞懸濁液を吸引し、動線Ｙ−Ｙ'上をユニット部
Ｕまで移動し、各ユニットのウエル２Ａに細胞注入管３
Ａを通して細胞懸濁液を供給する。その後、細胞供給ピ
ペットはＣの位置に戻り、作動を停止するか、後続のユ
ニットに細胞懸濁液を供給するために移動する。なお、
細胞は重力下で沈殿するので、細胞供給ピペットの排出
吸入動作を利用し、細胞を吸引採取する直前に、細胞貯
蔵容器25内の細胞懸濁液を攪拌することが好ましい。
【００７２】次いで、図28に示す如く、液面調節ピペッ
トが各ユニットの空間部10の液体を吸引し、液面をIIの
位置まで下げた後、更に所定量を吸引してウエル２Ａ内
の細胞の位置を調整する。その後、液面調節ピペットは
液面Ｉの位置又はそれより高い位置まで上昇後、動線Ｚ
−Ｚ'上の何れかの位置で先に吸引した量の液体を排出
し、空間10の液面をＩの位置に戻す。その後、液面調節
ピペットは更に上昇し、作動を停止するか、後続のユニ
ット上に移動する。
【００７３】次に、検体供給ピペットが検体貯蔵部Ｓか
ら所定量の検体を吸引し、動線Ｘ−Ｘ'上をユニット部
Ｕまで移動し、検体注入管３Ｂを通してウエル２Ｂに検
体を供給する。その後、検体供給ピペットは動線Ｘ−
Ｘ'上をピペット洗浄部Ｗまで移動し、洗浄槽の洗浄液
を反復吸排してピペットを洗浄する。その後、ピペット
は洗浄槽の液面上まで上昇し、作動を停止するか、後続
のユニット部Ｕに検体を供給するために移動する。
【００７４】かくして細胞懸濁液及び検体が供給された
ユニット部Ｕは図27の矢印⇒の方向に移動し、流路１が
検出部に合致する位置で停止し、細胞の状態が検出・記
録される。ユニット部Ｕの移動により、次のユニット部
Ｕの列がピペットの動線位置にまで移動し、上記の一連
の作動が繰り返される。なお、ユニット部Ｕを検体貯蔵
部Ｓと一緒に移動させることもでき、その場合は、ユニ
ット部Ｕ及び検体貯蔵部Ｓの移動により、次のユニット
部Ｕ及び検体貯蔵部Ｓの列がピペットの動線位置にまで
移動することになる。
【００７５】細胞貯蔵部Ｃは、ユニット部Ｕに供給され
る細胞を一時的に収容するための容器を備えており、そ
の機能を有すれば、容器は如何なる形状でも良い。図29
は、細胞貯蔵部Ｃの形体の一例を示すもので、ユニット
部Ｕにおける各ユニットの配置及び複数の細胞供給ピペ
ットに対応して複数の細胞貯蔵容器25が配置されてい
る。図29には、各容器への細胞の注入を容易にし、細胞
を無駄なく使用するために注入部26が斜面の形で設けら
れている場合が示されている。更に、各容器には細胞懸
濁液が無駄なく、且つ、容器内に入り易くするための導
入部27を設けることが好ましい。このような構造を採用
することにより、細胞懸濁液を細胞貯蔵部の任意の箇所
で注入すれば、総ての容器に細胞懸濁液が供給されるた
め、夫々の容器に注入する手間を省くことができる。な
お、細胞懸濁液が無駄なくピペットに吸引されるため
に、細胞貯蔵容器25の底部を絞ることが好ましい。図29
において、（１）は斜視図、（２）は上面図、（３）は
図（２）の破線Ａ−Ａ'における'断面図であり、（４）
は図（２）の破線Ｂ−Ｂ'における断面図である。
【００７６】検体貯蔵部Ｓは、ユニット部Ｕに供給され
る検体を一時的に収容するための容器を備えており、そ
の機能を有すれば、容器は如何なる形状でも良い。多種
類の検体がユニット部Ｕに供給される場合は、各検体を
マイクロピペット等を用いた手作業により検体貯蔵部Ｓ
の容器に注入することが多いが、その場合、手作業によ
る注入を容易にするために、図30に例示するように、容
器の口径よりも大きな径を有するピペット先端部の導入
口29を設けることが好ましい。また、容器から検体試料
を取り出した際、残留する量を少なくするために、図30
に例示するように、容器の底部を細く絞ることが望まし
い。図30において、（１）は斜視図、(２)は断面図、
（３）は上面図である。なお、図30（２）には、マニュ
アル操作により検体を注入する際に、ピペットの先端部
34がピペット先端部の導入口29から容器28の内部にまで
挿入されている状態を示してある。図3１には、複数個
の検体貯蔵容器が、検体供給ピペットの動線Ｘ−Ｘ'に
沿って配列された場合を示す。図の如く、注入口が交互
に反対側になる様に配置すれば、容器の間隔をユニット
部Ｕにおけるユニットの間隔に合わせることができる。
なお、検体貯蔵容器は角型であってもよく、その例を図
32に示し、図33には複数個の検体貯蔵容器が、検体供給
ピペットの動線Ｘ−Ｘ'に沿って配列された場合を示
す。
【００７７】本発明の装置において使用されるピペット
は、その移動及び液体の吸引・排出をコンピューターで
制御できるもので、図3４に例示するような、マルチチ
ャネルシリンジを有するタイプのものが好ましい。ピペ
ットのニードル(先端部)は、ガラス、金属、プラスチッ
ク等から作られる。図34において（１）は上面図、
（２）は横面図である。
【００７８】本発明において用いられる検出手段は、流
路を移動する細胞又は移動した後の細胞を検出できる手
段であればよく、必要に応じ検出結果を記録するための
手段を含む。細胞を検出・記録するために知られている
手段であれば何れも使用可能であり、例えば、顕微鏡、
顕微鏡とビデオカメラの組合せ等である。対物レンズに
ＣＣＤカメラを取り付けた構造を採用することもでき
る。集積ユニットの検出においては、対物レンズが各ユ
ニットの流路を順次スキャンする構造を採用することが
好ましい。
【００７９】検出手段は、通常は、図４に示すように、
ユニットの流路に設定されるが、多数ユニットを集積さ
せた自動装置においては、所定の位置に設置された検出
部に各ユニットの列が順次移動し、検出・記録を行う構
造を採ることもできる。検出は、直線上に並んでいる各
ユニットの流路を検出器がスキャンすることにより行わ
れる。スキャンする検出器は1個でも良いし、複数個で
もよい。かくすることにより、比較的少ない数の検出装
置で多数の集積ユニットに対応することが可能となる。
【００８０】流路上を通過する細胞の検出・計数は、細
胞を直接顕微鏡で捉えることにより行うこともできる
が、常法に従い、予め細胞を発光・蛍光物質でマーキン
グしておき、その発光・蛍光を捕捉することにより容易
に検出・計数することができる。
【００８１】
【発明の効果】本発明の構造によれば、ウエルに液体試
料を注入する際に試料が他のウエルに移動し、或いは溢
れ出ることを防止することができ、また、注入された試
料のウエル内における位置を調整し、或いは、次のウエ
ルに試料を制御しながら移動させることができる。
【００８２】本発明の構造は、溶液や懸濁液等の、微量
の試料を取扱う場合に適用する場合、或いは、細胞や粒
子を大きさにより分離する場合に、特に技術的効果が高
いものであり、広く応用が可能である。
【００８３】本発明の構造を、細胞走化性検出装置又は
細胞の走化性を利用する細胞分離装置に応用するとき、
高い技術的効果が得られる。即ち、細胞や検体溶液等の
試料を注入・吸引する際の圧力変化による試料の不測の
移動を抑制することができ、更には、装置の水平が崩れ
た時でも試料の不測の移動を抑制し、細胞の自力による
運動を正確に捉え、或いは、所望の細胞を取出すことが
できる。即ち、走化性因子又は阻害剤の作用と細胞の性
質を忠実に反映させた結果を得ることができる。
【００８４】本発明に関わる細胞走化性検出装置又は細
胞の走化性を利用する細胞分離装置の構造において、ウ
エルとウエルの間に存在する流路に土手を設けること、
或いは土手に所定の溝を構成する障壁を設けること又は
土手の上面に形成された平面がガラス基板との間で所定
の隙間を形成することにより、一方のウエル細胞懸濁液
を入れ、他方のウエルの側から適量の液体を吸引すると
き、細胞が流路の近傍に集まり、細胞の進行方向に向か
って並ぶという状態が容易に作り出される。その結果、
細胞の走化性有無がより正確に検出できる。
【００８５】本発明の構造によれば、装置の小型化を図
ることができ、細胞走化性検出又は走化細胞分離装置に
適用すれば、使用する細胞の量を、従来使用されてきた
ボイデンチャンバーに比べ、50分の１乃至1000分の１と
することが可能である。即ち、本発明の装置において
は、試料として全血のような生体試料そのものを用いる
ことができ、かくして全血を試料としたとき、好中球の
走化性を検出する場合は0.1μlの血液でよく、好酸球、
単球又は好塩基球では１μl程度の血液で測定可能であ
る。
【００８６】本発明の構造によれば、液体の注入に際
し、微妙な調整を要しないところから装置の自動化が容
易に行えるというメリットがある。
【００８７】本発明に関わる装置の単位ユニットは微小
なものとすることができるため、多数のユニットを集積
させることが容易であり、多数検体の同時処理が可能な
装置を組み立てることができる。また、その場合、液体
の注入及び検出が自動化された装置とすることが容易で
ある。
【００８８】多数のユニットを集積させるに当たり、異
なったタイプのユニットを組み合わせて集積させること
により、目的を異にする検出・分離を同時に行うことが
でき、処理の効率を上げることが可能となる。例えば、
細胞走化性検出装置の場合、同一種の細胞に対して種々
の走化性因子またはその阻害剤の検索を行うとき、或い
は、同一の走化性因子について異なる細胞の走化性を調
べるとき等においてその検索を一度に行うことが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明者らが先に提案した、細胞走化性検出及
び細胞分離のための装置の一例を示す概念図。
【図２】図1の装置の下面図。
【図３】本発明の構造を、細胞走化性検出及び細胞分離
装置に適用した場合の一例を示す概念図。矢印は、装置
を満たす液体の液面の位置を示す。
【図４】本発明の構造を、細胞走化性検出及び細胞分離
装置に適用した場合の他の例であって、ウエルに試料を
注入・採取するための管３と試料の注入・採取時におけ
る昇圧・減圧を回避するための管４が設けられている装
置の構造を示す概念図。矢印は、装置を満たす液体の液
面の位置を示す。
【図５】本発明の構造を、細胞走化性検出及び細胞分離
装置に適用した場合の他の例であって、細胞を入れるウ
エル2Aの管3Aの上端部3Abが、他のウエル2Bの管3Bの上
端部3Bbより高く設定されている構造を示す概念図。矢
印I及び矢印IIは、装置を満たす液体の液面の位置を示
す。
【図６】本発明の構造を、細胞走化性検出及び細胞分離
装置に適用した場合の他の例であって、ウエルに試料を
注入・採取するための管３と試料の注入・採取時におけ
る昇圧・減圧を回避するための管４が設けられている装
置において、細胞を入れるウエル2Aの管3A、4Aの上端部
3Ab、4Abが他のウエル2Bの管3B、4Bの上端部3Bb、4Bbよ
り高く設定されている構造を示す概念図。矢印I及び矢
印IIは、装置を満たす液体の液面の位置を示す。
【図７】図6の構造の変形例を示す。矢印I及び矢印II
は、装置を満たす液体の液面の位置を示す。
【図８】ウエルが流路を介して3連式に連通する場合の
基板の上面図を示す。
【図９】複数のウエル2B1〜4が流路１を介して1つのウ
エル2Aに連通している場合の基板の上面図を示す。
【図10】図９の基板を備えた装置であって、図９の一点
破線における断面図を示す。矢印I及び矢印IIは、装置
を満たす液体の液面の位置を示す。
【図11】図９の連通様式が円形に構成された場合の上面
図を示す。
【図12】流路１の構造の一例を示す。
【図13】流路１における障壁12と溝13の配列例を示す。
矢印は、相対するウエルに向かう方向を示す。
【図14】図13の流路１の断面図を示す。
【図15】流路１を挟んで相対するウエルに向かう方向の
溝13が、これに直交する２本の溝14で連通している場合
を示す。矢印は、相対するウエルに向かう方向を示す。
【図16】多数ユニットの集積例であり、同一タイプのユ
ニットの集積例を示す。
【図17】複数種のユニットを多数集積させた例を示す説
明図である。
【図18】多数のユニットを円形に集積させた例を示す。
【図19】図18の一点破線における断面図である。
【図20】細胞走化性検出及び細胞分離装置の組立例を示
す図であり、(1)は部品毎の斜視図、(2)は対応する断面
図である。
【図21】反応させるウエルと目的物を収納するウエルと
がカラムを介して連通している装置の概念図である。矢
印I及び矢印IIは、装置を満たす液体の液面の位置を示
す。
【図22】物質を分離する装置の概念図。矢印I及び矢印I
Iは、装置を満たす液体の液面の位置を示す。
【図23】流路１における土手８が多段式のテラス１１
-1〜4を有する場合を示す。
【図24】流路に沿って壁が設けられたウエルの例を示す
図である。
【図25】流路に沿って壁が設けられたウエルの他の例を
示す図である。
【図26】図24のウエルが集積配置された例を示す図であ
る。
【図27】本発明に関わる装置の自動制御機構の例を示す
図である。
【図28】液面調節ピペットの動きを示す図である。
【図29】細胞貯蔵部における容器の例を示す図である。
【図30】検体貯蔵部における容器の例を示す図である。
【図31】検体貯蔵部における図30の容器の配置例を示す
図である。
【図32】検体貯蔵部における容器の他の例を示す図であ
る。
【図33】検体貯蔵部における図32の容器の配置例を示す
図である。
【図34】本発明で使用されるピペットの例を示す図であ
る。
【図35】試料注入・採取用管の上部にピペット先端部の
導入口を設けた例を示す。
【図36】流路を挟んで相対するウエルに向かう方向の溝
が、これに直交する２本の溝で連通していると共に、相
対するウエルに向かう方向の溝の幅が直交する溝を横切
るごとに段階的に変化する場合を示す。図中矢印は相対
するウエルに向かう方向を示す。図は、障壁自体の幅が
変化する場合を示す。
【図37】図36の変形例で、障壁の大きさは同じである
が、その数が増減する場合を示す。図中矢印は相対する
ウエルに向かう方向を示す。
【図38】流路を挟んで相対するウエルに向かう方向の溝
が、これに直交する３本の溝で連通していると共に、相
対するウエルに向かう方向の溝が、これに直交する溝を
横切るごとに相互の位置関係を変えている場合を示す。
図では、2分の1ピッチ、直行する方向にシフトしている
場合を示す。図中矢印は相対するウエルに向かう方向を
示す。
【図39】障壁が相対するウエルに向かう方向に繋がって
いる場合を示す。図中矢印は相対するウエルに向かう方
向を示す。
【図40】土手の中央にテラスを設け、テラスをはさんで
障壁の列を2箇所に形成した例を示す。
【符号の説明】
１：流路 ２：ウエル。添字のA、B、B1〜n、Cはウエルの区別を意
味する。 ３：試料注入・採取用管。添字のA、B、B1〜n、Cはウエ
ルの区別を、aは管３に対応する基板５の貫通孔を、bは
管３の上端部を夫々意味する。 ４：試料の注入・採取時における昇圧・減圧を回避する
ための管。添字のA、B、B1〜n、Cはウエルの区別を、a
は管４に対応する基板５の貫通孔を、bは管４の上端部
を夫々意味する。 ５：基板 ５'：パッキング ６：ガラス基板 ７：管を穿ったブロック ８：土手 ９：検出器 １０：管の上端部により共有される空間 １１、１１-1〜4：テラス １２：流路１における障壁 １３：流路を挟んで相対するウエルに向かう方向の溝 １４：溝１３に直交する溝 １５：マグネット １６：ウエルの間に存在するカラム １７：カバーキャップ １８：０−リング １９：ガイドピン受孔 ２０：ガイドピン ２１：中間支持体 ２２：底支持体 ２３：底部基板 ２４：流路に沿って設けられた壁 ２５：細胞貯蔵容器 ２６：細胞注入部 ２７：液体導入部 ２８：検体貯蔵容器 ２９：ピペット先端部の導入口 ３０：ピペット洗浄部 ３１：マルチチャネルシリンジ ３２：アクチュエーター ３３：自動ピペットのニードル ３４：マニュアル操作用ピペットの先端部 ← ：装置を満たす液体の液面の位置 ←I：上位にある管の上端部が覆われる液面の位置 ←II：上位にある管の上端部が露出する液面の位置 Ｘ―Ｘ'：検体供給ピペットの動線 Ｙ−Ｙ'：細胞供給ピペットの動線 Ｚ−Ｚ'：液面調節ピペットの動線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 裕子 北海道小樽市桂岡町14番30 Ｆターム(参考） 2G045 AA24 CB01 FA16 GC22 2G058 AA09 BA07 DA07 EA11 GA01 4B029 AA08 AA09 BB01 CC01 GA03 GB04 GB06 HA05 HA09

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のウエルが流体に対して抵抗を有す
    る部分を介して相互に連通しており、且つ夫々のウエル
    が試料を注入・吸出するための管及び、必要に応じ、注
    入・吸出時の圧力の変化を緩和するための管を備えてい
    る構造において、それ等複数の管が上端部において液体
    を収納できる空間を共有していることを特徴とする微量
    試料処理装置。
  2. 【請求項２】 流体に対して抵抗を有する部分が、１乃
    至複数の細いパイプ、狭い間隙、細い溝、フィルター、
    樹脂カラム、その他流体を通過させ得るが抵抗性を有す
    る構造である請求項１記載の微量試料処理装置。
  3. 【請求項３】 ウエルに設けられた管の上端部が、流体
    に対して抵抗を有する部分を介して相対する１又は複数
    のウエルに設けられた管の上端部よりも高く設定されて
    いることを特徴とする請求項１記載の微量試料処理装
    置。
  4. 【請求項４】 流路を介して互いに連通しているウエル
    の何れか一方又は双方において、流路の近傍における液
    体の量を制限するために、流路に直交して壁を設けるこ
    とを特徴とする請求項１記載の微量試料処理装置。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４記載の微量試料処理装置
    よりなる単位ユニットの１つ、同一又は複数種のユニッ
    トを複数個集積させてなる集積ユニット、又は複数の集
    積ユニットよりなるユニット部及び該ユニット部におい
    て液面を調節するためのピペットを備え、且つ、該液面
    調節ピペットの作動を制御する機構を備えていることを
    特徴とする微量試料処理装置。
  6. 【請求項６】 液面調節ピペットが、ユニット部の各ユ
    ニットの上端部において複数の管により共有されている
    空間からそこに存在する液体を所定量吸引してウエル内
    における試料の位置を調整し、或いは、次のウエルに試
    料を移動させ、必要に応じ該空間に先に吸引した量の液
    体を供給し液面を元に戻すよう制御されることを特徴と
    する請求項５記載の微量試料処理装置。
  7. 【請求項７】 試料貯蔵部、検体貯蔵部、及びこれ等各
    部を移動する試料供給ピペットと検体供給ピペットを備
    え、且つ、試料供給ピペットと検体供給ピペットの作動
    を制御する機構を備えることを特徴とする請求項５記載
    の微量試料処理装置。
  8. 【請求項８】 ピペット洗浄部を備え、ピペットがピペ
    ット洗浄部において洗浄液を吸引・排出するよう制御さ
    れることを特徴とする請求項７記載の微量試料処理装
    置。
  9. 【請求項９】 流体に対して抵抗を有する流路を介して
    複数のウエルが互いに連通していること、各ウエルが試
    料を注入・採取するための管及び必要に応じ、試料の注
    入・採取による圧力の変化を緩和するための管を備えて
    いること、それ等複数の管が上端部において液体を収納
    できる空間を共有していること、及びウエルは管が設け
    られている側とは反対の側においてガラス基板と密着し
    ていることを特徴とする細胞走化性検出又は走化細胞分
    離装置。
  10. 【請求項10】 細胞を収納するためのウエルに設けられ
    た管の上端部が、流体に対して抵抗を有する流路を介し
    て相対する１又は複数のウエルに設けられた管の上端部
    よりも高く設定されていることを特徴とする請求項９記
    載の細胞走化性検出又は走化細胞分離装置。
  11. 【請求項11】 流体に対して抵抗を有する流路が、ガラ
    ス基板との間で、狭い隙間を形成する土手であることを
    特徴とする請求項９記載の細胞走化性検出又は走化細胞
    分離装置。
  12. 【請求項12】 流路において、土手の上部にテラスが設
    けられており、該テラスはガラス基板との間で細胞の径
    又はその変形能に合わせた隙間を形成することを特徴と
    する請求項11記載の細胞走化性検出又は走化細胞分離装
    置。
  13. 【請求項13】 流路において、土手の上部に細胞の径又
    はその変形能に合わせた幅の溝を１乃至複数本構成する
    障壁が設けられており、必要に応じ、障壁と共にテラス
    が形成されており、該テラスもガラス基板との間で細胞
    の径又はその変形能に合わせた隙間を形成することを特
    徴とする請求11記載の細胞走化性検出又は走化細胞分離
    装置。
  14. 【請求項14】 流路において、相対するウエルに向かう
    方向の複数本の溝が、これに直交する１乃至複数本の溝
    で互いに連通していることを特徴とする請求項13記載の
    細胞走化性検出又は走化細胞分離装置。
  15. 【請求項15】 流路において、相対するウエルに向かう
    方向の複数本の溝の幅が、これに直交する１乃至複数の
    溝を横切る度に段階的に変化することを特徴とする請求
    項14記載の細胞走化性検出又は走化細胞分離装置。
  16. 【請求項16】 流路において、相対するウエルに向かう
    方向の複数本の溝が、これに直交する１乃至複数本の溝
    を横切る度に、相互の位置をシフトさせて形成されてい
    ることを特徴とする請求項14又は15記載の細胞走化性検
    出及び走化細胞分離装置。
  17. 【請求項17】 流路において、溝を構成する障壁の列が
    土手の中央に設けられたテラスを挟んで2箇所に形成さ
    れていることを特徴とする請求項13乃至16記載の細胞走
    化性検出及び走化細胞分離装置。
  18. 【請求項18】 流路に設けられた土手に、ガラス基板と
    の間で異なる深さの隙間を形成するべく、テラスが多段
    に形成されていることを特徴とする請求項11記載の細胞
    走化性検出又は走化細胞分離装置。
  19. 【請求項19】 流路において、土手に細胞の径又はその
    変形能に合わせた幅の溝を１乃至複数本構成する障壁が
    設けられており、且つ、土手にテラスが多段に形成され
    ていることを特徴とする請求項11記載の細胞走化性検出
    又は走化細胞分離装置。
  20. 【請求項20】 流路を介して互いに連通しているウエル
    の何れか一方又は双方において、流路の近傍における液
    体の量を制限するために、流路に直交して壁を設けるこ
    とを特徴とする請求項９記載の細胞走化性検出及び細胞
    分離装置。
  21. 【請求項21】 請求項９乃至20記載の細胞走化性検出又
    は走化細胞分離装置よりなる単位ユニットの１つ、同一
    又は複数種のユニットを複数個集積させてなる集積ユニ
    ット、又は複数の集積ユニットよりなるユニット部、細
    胞貯蔵部、検体貯蔵部、これ等各部を移動する液面調節
    ピペット、細胞供給ピペット、検体供給ピペットを備
    え、且つ、ユニット部における細胞の移動を検出し、必
    要に応じて検出結果を記録する検出部をユニット部と一
    体化して設けるか、または、複数のユニット部に対応可
    能な様に設け、液面調節ピペット、細胞供給ピペット及
    び検体供給ピペットの移動を制御する機構及び、必要に
    応じ、ユニット部を検出部に移動させると共に次のユニ
    ット部をピペットの動線の位置に移動させるための機構
    を備えていることを特徴とする自動化された細胞走化性
    検出又は走化細胞分離装置。
  22. 【請求項22】 ピペット洗浄部を備え、ピペットがピペ
    ット洗浄部において洗浄液を吸引・排出するよう制御さ
    れることを特徴とする請求項21記載の細胞走化性検出又
    は走化細胞分離装置。
  23. 【請求項23】 細胞供給ピペットが細胞貯蔵部から所定
    量の細胞懸濁液を、必要に応じ攪拌後、吸引して、これ
    をユニット部に供給し、次いで、液面調節ピペットがユ
    ニット部の各ユニットにおいて複数の管により共有され
    ている空間からそこに存在する液体を所定量吸引してウ
    エル内の細胞の位置を調整し、次いで液面調節ピペット
    が該空間に先に吸引した量の液体を供給して液面を元の
    位置にまで戻し、次いで検体供給ピペットが検体貯蔵部
    から所定量の検体を吸引し、これをユニット部に供給
    後、ピペット洗浄部に移動し、洗浄液の吸排を反復繰り
    返してピペットを洗浄するよう、各ピペットの作動が制
    御されることを特徴とする請求項22記載の自動化された
    細胞走化性検出又は走化細胞分離装置。
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