JP2012095550A - 細胞分取装置、細胞分取チップ及び細胞分取方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
この細胞分取チップは、基板と、流路と、第1及び第2の分岐流路と、細胞保持部と、流出部とを具備する。流路は、基板に設けられ、細胞を含む流体が流れる。第1及び第2の分岐流路は、基板に設けられ、流路より分岐する。細胞保持部は、第1の分岐流路に設けられ、第1の分岐流路を流れる流体に含まれる細胞を保持する。流出部は、第1の分岐流路と第2の分岐流路とを結合し、第1の分岐流路及び第2の分岐流路より流れる液体を外部に流出させるためのものである。
【選択図】図6
Description
分岐後の細胞を容器に導入する方法として、例えば特許文献1に記載されているように、配管を介して細胞を含む流れを装置外に引き出す方法がある。
分岐部は、細胞を含む流体が流れる流路を第1の分岐流路と第2の分岐流路とに分岐する。
結合部は、第1の分岐流路と第2の分岐流路とを結合する。
流出部は、結合部により結合された第1の分岐流路及び第2の分岐流路より流れる液体を外部に流出させるためのものである。
本発明に係る細胞分取チップは、基板と、流路と、第1及び第2の分岐流路と、細胞保持部と、流出部とを具備する。
流路は、基板に設けられ、細胞を含む流体が流れる。
第1及び第2の分岐流路は、基板に設けられ、流路より分岐する。
細胞保持部は、第1の分岐流路に設けられ、第1の分岐流路を流れる流体に含まれる細胞を保持する。
流出部は、第1の分岐流路と第2の分岐流路とを結合し、第1の分岐流路及び第2の分岐流路より流れる液体を外部に流出させるためのものである。
本発明では、細胞保持部が外部より穿孔可能な膜状の部位を有するので、膜状の部位を介して細胞保持部内へピペットを差し込む等により、細胞保持部に保持された細胞をピペット等により簡単に外部に取り出すことが可能である。
次に、記第1の分岐流路と第2の分岐流路とを結合する。
そして、記結合された第1の分岐流路及び第2の分岐流路より流れる液体を外部に流出させる。
本発明では、一旦分岐した第1の分岐流路と第2の分岐流路とが再び結合しているので、第1の分岐流路及び第2の分岐流路より流れる液体を外部に流出させる際にこれらの分岐流路間で圧力差が生じることはなく、正確な細胞の分取を行うことができる。
(細胞機能分析・分取システムの概略)
図1は本発明の一実施形態に係る細胞機能分析・分取システムの概念的な図である。
Cは、サンプリングされた細胞Cを含む液体が例えばポンプなどを使った圧力容器(図示を省略)を介して投入される。
分取部5は、投入部3から投入された複数種類の細胞Cのうち、所望とする細胞Cを細胞保持部5に、それ以外の細胞Cを細胞保持部6に分取する。
細胞保持部6、7を通過した液体は流出部10より例えばポンプを使った圧力容器を介して外部に排出される。投入部3の加圧と流出部10の減圧によって、流路2に圧力差が生じるようになっている。
図2は図1に示した細胞機能分析・分取システムに適用する細胞分取チップの構成を示す斜視図である。
図2に示すように、チップ11は、基板12及び高分子膜等からなるシート状の部材13を有する。基板12には、流路2、投入部3としての液体投入部3a、分岐部9、細胞保持部6、7、流出部10が設けられている。これらは、基板12の表面に溝などを形成し、その表面をシート状の部材13で覆うことで構成される。細胞Cを含め液体が投入される細胞投入部3bは、シート状の部材13の微細な孔を設けて構成され、その上にピペットで細胞Cを含む液体を垂らすと、微細な孔を介して流路2を流れる液体に巻き込まれるように流路2の下流に流れていく。微細な孔であることから、細胞Cは複数まとめて流路2に流れ込むことなく、1個ずつ流路2に流れ込んでいく。
貫通孔26は、チップ11が細胞機能分析部等を有する装置本体に装着されたときの位置決め用の孔である。
図3は図2に示した分取部5の構成を示す平面図、図4は図3の断面図である。
図3及び図4に示すように、分取部5は、電場印加部8と、分岐部9とを有する。
電場印加部8は、流路2の所定の位置に設けられた電極16、17を有する。電極16と電極17とが流路2を流れる流体の方向(X方向)とは異なる例えばY方向に流路2を挟むように対向して配置されている。電極16、17は、シート状の部材13の裏面(流路2内の天面)に設けられている。電極16は、例えば信号が印加される電極で、電極17に向けて多数の電極指16aが突出するように構成される。電極17は、例えばコモン電極で、電極16に対して凹凸を持たないように構成される。以下では、一つの電極指16aと電極17との組み合わせを電極対18と呼ぶ。このように電極対18を構成することで、電極16、17に信号が印加されたときに、各電極対18でそれぞれY方向に勾配を有する電場が印加される。
図6は細胞保持部及び流出部の構成を示す平面図、図7はその断面図である。
図6及び図7に示すように、分岐流路2aの途中には、細胞保持部6が設けれ、分岐流路2bの途中には細胞保持部7が設けられている。分岐流路2aの終端と分岐流路2bの終端とは、流出部10において再び結合している。従って、分岐流路2aを流れる液体は、細胞保持部6を通り流出部10流れ、分岐流路2bを流れる液体は、細胞保持部7を通り流出部10に流れるようになっている。
各細胞保持部6、7は、流路急拡大部として作用し、細胞Cが流出部10に流れ込むことはなくこれらの細胞保持部6、7に保持される。
さて、細胞Cが細胞保持部6、7を通過するために必要な時間tは次のように求まる。
t=L/u2=L/u1・A2/A1
このとき、tの間に細胞Cが沈降する距離zsは次のようになる。
zs=vst
zs=vst>h
であればよい。
さらに具体的な数値を用いて説明する。
流体の例としての水の密度ρH2Oは、20(℃)において、1000(kg/m3)、粘性係数μは、20(℃)において、0.001Pa・Sとする。
そうすると、重力方向への沈降速度vsは、ストークスの式から、
vs=2/9・(ρcell−ρH2O)gr2/μ
=2.2(μm/s)
となる。
また、重力方向への沈降速度vsは、より一般的な球の抗力式から、
vs=3.8(μm/s)
となる。
ここで、細胞保持部6、7の主流方向長さLを、L=5(mm)、
分岐流路2a、2bの平均断面積A1と細胞保持部6、7の平均断面積A2との比Sr(A1:A2)を、Sr=100、
細胞Cの分岐流路2a、2b内の主流方向(X方向)の平均流速u1を、u1=10(μm/s)のとき、
分岐流路2a、2b内の流路高さhは、h=50(μm)、
細胞Cが細胞保持部6、7を通過する時間tは、t=50(s)であるとすると、
このt時間の間に細胞Cが沈降する距離zsは、zs=vst=3.8(μm/s)*50(s)=190(μm)となり、
以上より、チップ11の実用上の寸法と、この装置で用いる分取速度を考慮した場合、達成可能な設計解が存在することが分かる。
(作用効果)
ポンプ等を使った圧力容器を用いて圧力差により流路内に流体を送出する方法は、密閉構造にすることにより外気圧から隔離できるため、本質的に脈動の存在するポンプによる送液に比して、安定的な送液が可能である。この場合、分岐部9から各流出部10a、10bへと流出する流体に関して、各流出部10a、10bでの静圧は安定であり、かつ各流出部10a、10bにおける静圧は等しく、または所望の比率に、常に厳密に保たれなければなければならない。なぜならば、各流出部10a、10bでの静圧が変化すると、主流から分岐部9を経て各分岐流路2a、2bへと流れ込む各流量は、分岐部9における静圧と各流出部10a、10bにおける静圧との差圧の比率に応じて変化するからである。各流量が変化してしまえば細胞の流れ込む分岐流路2a、2bは容易に移ろい、如何に分岐部9手前で細胞そのももあるいは細胞を含む流体全体に対して分取のための駆動力を印加しようとも、最早所望の流出部10a、10bへと細胞を送り込むことは不可能である。
そこで、本実施形態では、圧力駆動する場合、各流出部を一に結合し、低圧側圧力容器に外部に排出することによって、圧力変動のない安定的な送液が可能となる。すなわち、本実施形態によれば、各分岐流路2a、2b間で圧力差が生じず、流路2内での細胞分取に必須である安定的な送液を容易に実現できる。また、チップ11内の細胞保持部6、7に分取後の細胞Cが留まり、空中を飛ばすことはおろか、別途配管や容器を準備する必要さえないため、コンタミフリーを容易かつ安価に実現でき、再生医療への応用が可能である。
なお、本発明は、上記の実施形態には限定されず、その技術思想の範囲内で様々な変形が可能あり、その変形の範囲も本発明の技術的範囲に属するものである。
上記の実施形態では、分岐流路が2つの場合を例示しが、3つ以上の分岐流路を設けても構わない。
上記の実施形態では、細胞保持部を各分岐流路に設けた例を示したが、細胞の分取を行う分岐流路のみに細胞保持部を設けるように構成しても構わない。
細胞保持部の形状や大きさ等は、上記実施形態に限定されず、もちろん様々な態様にて実施可能である。
2a、2b 分岐流路
6、7 細胞保持部
9 分岐部
10 流出部
11 細胞分取チップ
12 基板
13 シート状の部材
C 細胞
Claims (5)
- 細胞を含む流体が流れる流路を第1の分岐流路と第2の分岐流路とに分岐する分岐部と、
前記第1の分岐流路と前記第2の分岐流路とを結合する結合部と、
前記結合部により結合された前記第1の分岐流路及び前記第2の分岐流路より流れる液体を外部に流出させるための流出部と
を具備する細胞分取装置。 - 請求項1に記載の細胞分取装置であって、さらに、
前記第1の分岐流路に設けられ、前記細胞を保持する細胞保持部を具備し、
前記細胞が前記細胞保持部を通過する間に前記細胞が沈降する距離が前記第1の分岐流路の高さよりも大きくなるよう、前記細胞保持部の長さ及び前記細胞保持部の平均断面積と前記第1の分岐流路の平均断面積との比が設定されている
細胞分取装置。 - 基板と、
基板に設けられ、細胞を含む流体が流れる流路と、
前記基板に設けられ、前記流路より分岐する第1及び第2の分岐流路と、
前記第1の分岐流路に設けられ、前記第1の分岐流路を流れる流体に含まれる細胞を保持する細胞保持部と、
前記第1の分岐流路と前記第2の分岐流路とを結合し、前記第1の分岐流路及び前記第2の分岐流路より流れる液体を外部に流出させるための流出部と
を具備する細胞分取チップ。 - 請求項3に記載の細胞分取チップであって、
前記細胞保持部は、外部より穿孔可能な膜状の部位を有する
細胞分取チップ。 - 細胞を含む流体が流れる流路を第1の分岐流路と第2の分岐流路とに分岐し、
前記第1の分岐流路と前記第2の分岐流路とを結合し、
前記結合された前記第1の分岐流路及び前記第2の分岐流路より流れる液体を外部に流出させる
細胞分取方法。
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