JP2006043500A - 粒子分別採取装置およびその採取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学的な検出ユニットや高電圧が不要な簡単な構成で安価であり、複雑な制御を必要とせずに、濃い濃度で迅速に粒子を分別採取できる粒子分別採取装置を提供する。
【解決手段】 磁化力の異なる磁性粒子を含む液体から液滴を作る手段と、磁性粒子の磁化力の大きさに応じて磁性粒子の進行方向を偏向させる手段と、偏向量に応じた液滴を集める手段、とを有する粒子分別採取装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、サンプル液中の細胞、細胞器官、微生物などの生物学的粒子の特性に応じて粒子を分別採取するセルソータに代表される粒子分別採取装置およびその採取方法に関する。

従来のセルソータの一例として、図４に示すような装置が実用化されている。

細胞浮遊液であるサンプル液及びシース液をそれぞれサンプル容器１及びシース容器１２に蓄え、コンプレッサ又は窒素ガスボンベとレギュレータ等により加圧してノズル３へ導き、ここから大気中に細流４として噴出させる。ノズル３に取り付けられた振動子５の振動によって細流４は後に液滴６となって落下する。細流４にはレーザ光源１３からのレーザ光が照射され、細流中の細胞から発する散乱光強度及び蛍光強度を光検出器１４．１５にて測光する。この結果からリアルタイムに細胞の性状を解析し、その結果に応じて不図示のチャージング手段により流体に対して正又は負又は０のいずれかの荷電電圧をかけることにより、液滴６は正又は負又は０に帯電される。液滴の落下軌道には高電圧の静電偏向板１６ａ、１６ｂが対向して配置されており、落下する細胞はその電荷に応じた向きに偏向され、異なる容器１７、１８、１９内に落下して採取される。こうして、細胞をその性状に応じて分別し採取することかできる。

また、特公平０６−０４００６１号公報には流れてくる細胞等の粒子を受け取る捕獲管を移動して捕獲の有無を制御するセルソータが開示されている。

さらにＹ． Ｂａｂａ ｅｔ ａｌ．，”Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ ２００２”，Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，ｐｐ．３２６−３２８には、連続フロー中で磁性粒子は垂直方向の磁界によって、粒子ボリューム、流量、磁界の勾配、粘性に応じて、層流方向から逸れることを利用したチップ上での磁気泳動（ｍａｇｎｅｔｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）による磁性粒子の分離についての開示がある。
特公平０６−０４００６１号公報 Ｙ． Ｂａｂａ ｅｔ ａｌ．，"Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ ２００２"，Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，ｐｐ．３２６−３２８

以上のように、種々の方法の粒子分別採取装置が提案されているが、液滴にして荷電電圧を用いるものは光学的な検出ユニットおよび高電圧が必要で装置が大型化し、高価となり、かつ複雑な制御も必要となる。また、捕獲管の移動を行うものは、やはり検出ユニットが必要で、かつ複雑な制御が必要となり、分別採取した粒子の濃度が薄くなる。

磁気泳動で磁性粒子を分離するものでは、分別採取した粒子の濃度が薄くなり、かつ分別採取に時間がかかる。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、光学的な検出ユニットや高電圧が不要な簡単な構成で安価であり、複雑な制御を必要とせずに、濃い濃度で迅速に粒子を分別採取できる粒子分別採取装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る粒子分別採取装置は、磁化力の異なる磁性粒子を含む液体から液滴を作る手段と、磁性粒子の磁化力の大きさに応じて磁性粒子の進行方向を偏向させる手段と、偏向量に応じた液滴を集める手段、とを有することを特徴とする。

以上説明したように本発明に係る粒子分別採取装置は、安価な構成でありながら、複雑な制御を必要とせずに、濃い濃度で迅速に粒子を分別採取できる。また、磁性粒子に吸着または結合したまま、核酸やタンパク質などの複数種類の分別物質を濃縮工程なしで次のプロセスに移行でき、また磁性粒子を利用した移動や検出を容易にできるという効果もある。

本発明の粒子分別装置は、磁性粒子を含むサンプル溶液を液滴に変換し決められた速度あるいは加速度で液滴を移動させ、少なくとも液滴が移動している時間内に液滴に移動方向を偏向させる力を液滴に印加することで液滴の着弾点を変化させることでほぼ同じ特性の磁性粒子を分別するものである。

溶液を液滴に変換する方法は、ノズル（吐出口）に振動を加振することでノズルから吐出された細流を液滴に変換するあるいはインクジェットプリンタに用いられているインクジェットヘッドのように、ノズルに吐出エネルギーを加えることであることができる。吐出エネルギーとしては、熱エネルギー等がある。熱エネルギーを用いたインクジェットヘッドの場合、ヒーターによって熱エネルギーを与えて気泡を発生させ、液滴をノズルから吐出することができる。

液滴中に内包される磁性粒子は、１個であることが好ましい。液滴中に内包される磁性粒子は、１個であることが好ましい理由は、液的中に２以上の磁性粒子が内包されると、磁場と磁性粒子との相互作用で磁性粒子が変位する量が一定しなくなるからである。

このために、サンプル溶液は十分に希釈され、更に、ノズルの開口径は十分に小さくしておくことが好ましい。

液滴の偏向量は、磁場中を液滴が通過する時間が長いほうが大きくなるので、例えば、液滴を水平方向に吐出させ、液滴の移動方向に磁場を発生する例えば磁石を配置することがより好ましい。

偏向量ばらつきは、その大部分が、液滴の吐出速度・液滴の重量・内包する磁性粒子の重量の偏差により決定されるといえるので、液滴のサイズおよび吐出速度を制御可能であり、更に、液滴を水平方向に吐出可能な点からインクジェットに用いられているインクジェットヘッドを用いて液滴を吐出する方法は好ましいといえる。

（第１の実施例）
本発明の第１の実施例の粒子分別採取装置を、図面を用いて詳細に説明する。

図１は第１の実施例の粒子分別採取装置の概略構成を示す図である。図４の従来例と同一または同様の部材は同一の符号を付与した。

粒子分別採取装置は、磁性粒子上に標的物質がハイブリダイゼーションされた複数の磁性粒子を含むサンプル溶液Ｓａを貯えるサンプル容器１とサンプル溶液Ｓａをノズル３に供給するチューブ２と、ノズル３に振動を加える振動子５とサンプル溶液をノズル３に供給し、ノズル３の射出口から細流４として射出するための圧力をサンプル容器に供給するコンプレッサまたはレギュレータが取り付けられた窒素ボンベ（不図示）で形成されている。

図１では、ノズル３から射出された細流４がノズルの真下に向かうようにノズル３は配置されているが、特に図示はしないが水平あるいは他の方向に射出されるように配置されていても良い。

ノズル３から射出された細流４は、ノズル３に振動子５により振動が加振され、この振動により落下の途中で液滴６になる。

細流４の落下経路の下には複数の部屋に区切られた分別採取容器８が配置され、細流６の落下経路で、細流４が液滴６となる位置よりも下方に磁石７が配置されている。分別採取容器８は、ノズル３の真下から磁石７に向かってＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４部屋に分割されている。
尚、図１では、希釈されたサンプル液Ｓａがノズルに供給される例を示したが、図４と同様にシース液をノズルに供給しノズル内でサンプル液Ｓａを希釈する構成にすることができることは言うまでもない。

以下に、３種類の寸法の磁性粒子を含むサンプル液Ｓａを用いて磁性粒子の寸法毎に分別する方法を詳細に説明する。

液滴６の落下経路の周囲には磁石７が配置され、ノズル３の下方には分別採取容器８が配置されている。分別採取容器８は、ノズル３の真下から磁石７に向かってＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４部屋に分割されている。

磁性粒子は一般に酸化鉄の磁性体を含む球状粒子で、直径０．１〜１０μｍのものが多く市販されている。本実施例では直径が、４μｍ、４．５μｍ、５μｍの３種類の磁性粒子ｂ、ｃ、ｄを用いた。そして磁性粒子ｂ、ｃ、ｄそれぞれの磁性粒子には異なる配列をもったＤＮＡプローブが結合している。これらの磁性粒子に血液等の検体から抽出されたＤＮＡをハイブリダイゼーション反応させ、ハイブリダイゼーション反応に影響のない塩濃度の溶液で十分に希釈されている。この溶液がサンプル液Ｓａとしてサンプル容器１に蓄えられている。

サンプル液Ｓａは十分に希釈されているので、液滴６は磁性粒子を含むものばかりでなく、磁性粒子を含まないものもできる。この磁性粒子を含まない液滴は磁石７による磁場の影響を受けずに真下に落下し、分別採取容器８の部屋Ａに入る。一方、磁性粒子ｂ、ｃ、ｄを含む液滴の場合は、磁性粒子の大きさに応じて、すなわち粒子径の大きい磁性粒子は酸化鉄含量が多いために、磁化されたときに粒子径の小さい磁性粒子よりもより大きな磁化力を持つので磁石に引き寄せられる。この結果、磁性粒子ｂ、ｃ、ｄの順により磁石に近づくように偏向し、それぞれ分別採取容器８の部屋Ｂ、Ｃ、Ｄに入る。

この際、粒子径、酸化鉄含有量、液滴の液体量、ＤＮＡ量にばらつきがあると落下位置は紙面左右方向に多少ずれるが、分別採取容器８の部屋Ｂ、Ｃ、Ｄは十分に広い面積をもっているため、確実に分別採取される。こうして磁性粒子の大きさに応じて、すなわちＤＮＡの配列に応じてＢ、Ｃ、Ｄの３種類に分別採取することができる。

これら分別採取された磁性粒子にハイブリダイゼーション反応したＤＮＡは、磁性粒子に結合しているので、濃縮が必要であれば別の磁石または電磁石を用いて容易に濃縮することができ、磁界を利用した移動を行うこともできる。また、必要であれば、ある塩濃度の溶液、熱などによって容易に磁性粒子からはずすことができ、残りのＤＮＡ配列、ＤＮＡ量を調べたり、別の目的に用いることもできる。

なお、磁性粒子は必ずしも単一種類の材質から構成される必要はなく、少なくとも１つの磁性粒子がその磁性粒子よりも大きい、磁場の影響を殆ど受けない粒子で覆われていたり、磁性粒子が磁場の影響を殆ど受けない粒子を覆う構成の粒子でもよい。更に、いずれの粒子においても形状は必ずしも球状である必要はなく、立体対称性のない、不均一な形状であってもよい。

尚、本実施例では、ノズル部で２ｍ／秒の流速になるようにサンプル容器の圧力を調整印加し、ノズルの射出口径２０μｍ、ノズルには、５０ＫＨｚの振動を印加し、０．９テスラの磁石を用いた。分別採取容器と射出口の距離を１４ｃｍとしたところ、分別採取器の部屋は、１辺を１．１ｃｍとして、部屋Ａの中心がノズルの直下に来るように配置することで各直径の磁性粒子を分別して採取することができた。

また、この条件の際に液滴中に２以上の磁性粒子を含ませないためには、サンプル溶液中に含まれる磁性粒子の数が４×１０⁷個／ｃｃ以下になるように希釈すれば良い。
（実施例２）
図２は第２の実施例の概略構成を示す図である。図４の従来例と同一または同様の部材は同一の符号を付与した。

複数の磁性粒子を含むサンプル液Ｓａがチューブ９を通って液滴吐出ノズル１０に導かれ、液滴吐出ノズル１０によって個々の粒子を含む液滴６が下方に向けて吐出され落下する。液滴吐出ノズル１０はインクジェット方式のプリンタ用のインクジェットヘッドとして良く知られた構成のもので、本実施例ではヒーターによって熱エネルギーを与えて気泡を発生させ、液滴が吐出する方式のノズルを使用している（例えば、特開２００４−２０２８００号公報等を参照）。

液滴６の落下経路の周囲には電磁石１１が配置され、液滴吐出ノズル１０の下方には分別採取容器８が配置されている。分別採取容器８は、液滴吐出ノズル１０の真下から電磁石１１に向かって部屋Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４部屋に分割されている。

本例では、液滴吐出ノズルの開口径を２０μｍｍとして、液滴のサイズが８ｐｌ、吐出速度１２ｍ／ｓになるように制御した結果実施例１と同様の結果が得られた。
（第３の実施例）
第３の実施例では、磁性粒子とそれを用いたサンプルについて説明する。本実施例で用いる磁性粒子は図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すようなＭｅｒｃｋ社製の品名ＥＭ１−１００／２０，３０，４０の磁性マイクロスフィアを用いた。

この磁性粒子は、フェライトが内側に存在し、ポリスチレンで外側を覆っている構造をしている。この磁性粒子の大きさは０．９μｍ〜１．８μｍである。図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）ではそれぞれ、フェライトの含有率を１５〜２５％、２６〜３５％、３６〜５０％と変化させている。

また、それぞれの磁性粒子には標的物質を捕捉するための捕捉体が固定化されており、ここではストレプトアビジン修飾した図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の磁性粒子にビオチン修飾した抗ＣＥＡ抗体、抗ＡＦＰ抗体、抗ＰＳＡ抗体を結合させる。

これらの磁性粒子に血液検体を反応させた。血液検体中に癌のマーカーとして知られているＣＥＡ、ＡＦＰ、ＰＳＡの各種抗原が存在するならば、それぞれ磁性粒子表面の抗ＣＥＡ抗体、抗ＡＦＰ抗体、抗ＰＳＡ抗体に抗原抗体反応で結合する。この反応液を、液滴を作る際に１滴中に複数の磁性粒子が含まれないように十分に希釈した。この溶液がサンプル液Ｓａとして液滴吐出ノズル１０に導かれる。

次に本実施例の装置の動作の説明を行う。サンプル液Ｓａは十分に希釈されているので、液滴６は磁性粒子を含むものばかりでなく、磁性粒子を含まないものもできる。この磁性粒子を含まない液滴は落下して電磁石１１による磁場の影響を受けずに真下に落下し、分別採取容器８の部屋Ａに入る。一方、磁性粒子ｂ、ｃ、ｄのいずれか１個を含む液滴の場合は、フェライトの含有率に応じて、すなわちフェライトの含有率の大きい磁性粒子は、磁化されたときにフェライトの含有率の小さい磁性粒子よりもより大きな磁化力をもち磁石に集まりやすいので、磁性粒子ｂ、ｃ、ｄの順により磁石に近づくように偏向し、それぞれ分別採取容器８の部屋Ｂ、Ｃ、Ｄに入る。

この際、粒子径、フェライト含有量、液滴の液体量、抗体量にばらつきがあると落下位置は紙面左右方向に多少ずれるが、分別採取容器８の部屋Ｂ、Ｃ、Ｄは十分に広い面積をもっているため、確実に分別採取される。こうしてフェライト含有量に応じて、すなわち抗原の種類に応じてＢ、Ｃ、Ｄの３種類に分別採取することができる。

実施例１と同じ条件で分別した結果実施例１と略同様な結果を得ることができた。

実施例１〜３で磁性粒子のサイズあるいは磁性体の含有量で分別された磁性微粒子は、サンプル溶液では希釈されているが、磁性粒子を内包した液滴のみが分別採取されているので実質的に濃縮された状態で採取されている。

これら分別採取された抗原は磁性粒子に結合しているので、更に濃縮が必要であれば別の磁石または電磁石を用いて磁性粒子を固定して溶液を除去することで容易に濃縮することができ、また、磁界を利用した移動を行うこともできるので、抗原量を調べたり、さらに詳しい検査を行うことができる。

なお、以上の実施例では磁性粒子に捕捉する物質を血液等の検体から抽出されたＤＮＡと血液中のマーカー抗原としたが、ＲＮＡやその他のタンパク質でもその捕捉物質に応じた修飾を磁性粒子の表面に行えば適用可能である。

また、以上の実施例では同一の磁性体の量で磁性粒子の磁化力を変化させているが、磁性粒子や磁性体の形状で磁化力を変化させても良いし、異なる磁性体を用いて磁化力を変化させても良い。

実施の形態の粒子分別採取装置の構成図である。 別の実施の形態の粒子分別採取装置の構成図である。 磁性粒子の構成図である。 従来装置の構成図である。

符号の説明

１ サンプル容器
２ チューブ
３ ノズル
４ 細粒
５ 振動子
６ 液滴
７ 磁石
８ 分別採取容器
９ チューブ
１０ 液滴吐出ノズル１０
１１ 電磁石
１２ シース容器
１３ レーザ光源
１４、１５ 光検出器
１６ 偏向板
１７、１８、１９ 容器

Claims (10)

1. 磁化力の異なる磁性粒子を含む液体から液滴を作る手段と、液滴に含まれる磁性粒子の磁化力の大きさに応じて液滴の進行方向を偏向させる手段と、偏向量に応じた液滴を集める手段とを有することを特徴とする粒子分別採取装置。
2. 前記磁化力の異なる磁性粒子に異なる分別物質を吸着または結合したことを特徴とする請求項１に記載の粒子分別採取装置。
3. 前記磁化力の異なる磁性粒子が大きさの異なる磁性粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載の粒子分別採取装置。
4. 前記液滴中に含まれる磁性粒子が１個であることを特徴とする請求項１または２に記載の粒子分別採取装置。
5. 前記液滴を作る手段が吐出口と吐出エネルギー発生手段とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の粒子分別採取装置。
6. 磁化力の異なる磁性粒子を含む液体から液滴を作る工程と、磁性粒子の磁化力の大きさに応じて磁性粒子の進行方向を偏向させる工程と、偏向量に応じた液滴を集める工程とを含むことを特徴とする粒子分別採取方法。
7. 磁化力の異なる磁性粒子に異なる分別物質を吸着または結合させる工程と、該分別物質が吸着または結合した磁性粒子を含む液体から液滴を作る工程と、液滴に含まれる磁性粒子の磁化力の大きさに応じて液滴の進行方向を偏向させる工程と、偏向量に応じた液滴を集める工程、とを含むことを特徴とする粒子分別採取方法。
8. 前記磁化力の異なる磁性粒子が大きさの異なる磁性粒子であることを特徴とする請求項６または７に記載の粒子分別採取方法。
9. 前記液滴中に含まれる磁性粒子が１個であることを特徴とする請求項６または７に記載の粒子分別採取方法。
10. 前記液滴を吐出エネルギーの作用により吐出口から吐出させて形成することを特徴とする請求項６または７に記載の粒子分別採取方法。
    
    

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