微芯片和微粒分离装置的制作方法

微芯片和微粒分离装置
1.本技术是申请号为201880011295.9的中国专利申请的分案申请。
2.相关申请的交叉引证
3.本技术要求于2017年2月17日提交的日本优先权专利申请jp 2017-027583的权益，其全部内容通过引证结合于本文中。
技术领域
4.本技术涉及微芯片和微粒分离装置。更具体地，本技术涉及具有适用于分离微粒的结构的微芯片以及包括该微芯片的微粒分离装置。


背景技术：

5.迄今为止已经开发了分离微粒的各种装置。例如，在流式细胞仪中使用的微粒分离系统中，由包含细胞和鞘液的样品液体组成的层流从在流式细胞或微芯片中形成的孔排出。当层流排出时，将预定的振动施加于该层流上以形成液滴。根据所形成的液滴是否包含或不包含目标微粒而以电力方式控制每一个形成的液滴的运动方向，从而可以分离目标微粒。
6.还开发了在没有形成如上所述的液滴的情况下分离微芯片中的目标微粒的技术。例如，以下专利文献1公开了“一种微芯片，包括：样品液体引入流路，包含微粒的样品液体流过该样品液体引入流路；至少一对鞘液引入流路，从其两侧加入样品液体引入流路并且引入包围样品液体的鞘液；加入流路，与样品液体引入流路和鞘液引入流路连通并且流过流路的液体在其中加入和流动；负压吸入单元，与加入流路连通并且吸入和吸引要被收集的微粒；以及至少一对处理流路，设置在负压吸入单元的两侧上并且与加入流路连通”(权利要求1)。在该微芯片中，目标微粒由负压吸入单元通过吸入来收集。
7.另外，以下专利文献2公开了“一种用于分离微粒的方法，包括通过在分支流路中生成负压分离通过主流路流动到与主流路连通的分支流路中的液体中的微粒的步骤，其中，在该步骤中，在主流路和分支流路的连通端口中形成从分支流路侧引导至主流路侧的液体的流动”(权利要求1)。在该分离方法中，由于引导至主流路侧的液体的流动，在非分离操作期间抑制非目标粒子或包含该非目标粒子和鞘液的样品液体的进入。此外，专利文献2还公开了能够执行用于分离微粒的方法的用于分离微粒的微芯片(权利要求9)。
8.引用列表
9.专利文献
10.专利文献1：jp 2012-127922a
11.专利文献2：jp 2014-036604a


技术实现要素：

12.技术问题
13.在上述专利文献1和2中公开的每一个微芯片中，当流过主流路的液体不包含目标
微粒时，该液体例如流至处理流路并且该液体被引导到预定流路中，使得仅在流过主流路的液体包含目标微粒时收集目标微粒。以此方式，根据流过主流路的液体是否包含目标微粒，每一个微芯片具有其中该液体的流动改变的部分，即，被配置为分离目标微粒的分支部分。
14.本技术的目的是以更高的速度在具有如上所述的分支部分的微芯片中分离微粒。
15.问题的解决方案
16.本技术的发明人发现可以通过在分支部分中采用特定结构实现上述目的。
17.即，本技术的实施方式提供一种微芯片，包括：主流路，包含微粒的液体流过该主流路；以及分支流路，该分支流路从主流路进行分支。主流路的一部分的横截面积直到分支开始位置基本上不变或者朝向分支开始位置减小，并且连接主流路的侧壁和分支流路的侧壁的侧壁的曲率半径r为0.5mm或更小且大于0mm。
18.在微芯片中，设置了与主流路同轴的孔部分；并且从孔入口到所述孔部分的连接所述主流路的侧壁和所述分支流路的侧壁的所述侧壁在0μm和300μm之间。
19.在微芯片中，通向分支开始位置的主流路的一部分的横截面积基本上不变或者减小，使得所述侧壁的曲率半径r开始从所述主流路使所述分支流路分支。
20.在微芯片中，分支流路的最大横截面积不大于分支开始位置处的主流路的横截面积的一半。
21.在微芯片中，分支流路从主流路分支成y形。
22.在微芯片中，分支流路的横截面积从分支流路的开始位置在沿液体流动的前进方向上连续减小。
23.在微芯片中，分支流路的横截面积从分支流路的开始位置至预定位置在沿液体流动的前进方向上连续减小，并且从预定位置在沿液体流动的前进方向上连续增大。
24.在微芯片中，连接至孔部分的分支流路的侧壁朝向主流路的轴线弯曲。
25.在微芯片中，设置了与主流路同轴的孔部分；并且连接至孔部分的分支流路的侧壁相对于主流路的轴线的角度为115至160度。
26.在微芯片中，设置了与主流路同轴的孔部分；并且连接至孔部分的分支流路的侧壁相对于主流路的轴线的角度为125至160度。
27.在微芯片中，设置了与主流路同轴的孔部分；并且压力室与孔部分连通并且压力室中的压力减少或增加。
28.在微芯片中，通过减少压力室中的压力而将微粒引导到孔部分中，或者通过增加压力室中的压力而将微粒推至分支流路。
29.在微芯片中，设置了与主流路同轴的孔部分；并且被配置为形成将液体流从孔部分引导至主流路的流路被设置在孔部分中，使得由于所形成的流动将微粒推至分支流路。
30.在微芯片中，通向分支开始位置的主流路的一部分的横截面积直到分支开始位置是不变的；并且随着主流路沿着侧壁从分支开始位置延伸，主流路的第二部分的横截面积增大。
31.本技术的实施方式提供了能够容纳微芯片的微粒分类装置，该微芯片包括：主流路，包含微粒的液体流过该主流路；以及分支流路，从主流路进行分支。主流路的一部分的横截面积直到分支开始位置是基本上不变的或者朝向分支开始位置减小，并且连接主流路
的侧壁和分支流路的侧壁的侧壁的曲率半径r为0.5mm或更小。
32.微粒分类装置可包括：光照射单元，被配置为利用光照射流过主流路的微粒；检测单元，被配置为检测从微粒发射的散射光和/或荧光；以及控制单元，被配置为基于由检测单元检测出的数据控制流过主流路的微粒的前进方向。
33.在微粒分类装置中，控制单元可以控制与孔部分连通的压力室中的压力。
34.在微粒分类装置中，控制单元可以控制在设置为形成将从孔部分引导至主流路的液体流的流路中的液体流。
35.本发明的有利效果
36.根据本技术，可以以更高的速度分离微粒。应注意，通过本技术实现的效果不必局限于本文中描述的效果，而且可以是本说明书中描述的任一效果。
附图说明
37.[图1]图1是根据本技术的实施方式的微芯片的示意图。
[0038]
[图2]图2是示出了根据本技术的实施方式的微芯片的分支部分的示图。
[0039]
[图3]图3是根据本技术的实施方式的微芯片的分支部分的透视图。
[0040]
[图4]图4是根据本技术的实施方式的微芯片的分支部分的放大图。
[0041]
[图5]图5是根据相关技术的微芯片的示意图。
[0042]
[图6]图6是根据相关技术的微芯片的分支部分的放大图。
[0043]
[图7]图7是示出了分支部分中的流动的模拟结果的示图。
[0044]
[图8]图8是用于描述通过分析微粒在y轴方向上的位置获得的结果的示图。
[0045]
[图9]图9是示出了微粒流动的模拟结果的示图。
[0046]
[图10]图10是用于描述在x轴方向上的孔入口附近的流速的测量结果的曲线图。
[0047]
[图11]图11是示出了分支部分中的流动的模拟结果的示图。
[0048]
[图12]图12是示出了粒子跟踪分析结果的示图。
[0049]
[图13]图13是示出了分支部分中的流动的模拟结果的示图。
[0050]
[图14]图14是示出了粒子跟踪分析结果的示图。
[0051]
[图15]图15是示出了分支部分中的流动的模拟结果的示图。
[0052]
[图16]图16是示出了粒子跟踪分析结果的示图。
[0053]
[图17]图17是示出了分支部分中的流动的模拟结果的示图。
[0054]
[图18]图18是示出了粒子跟踪分析结果的示图。
[0055]
[图19]图19是用于描述通过分析微粒在y轴方向上的位置获得的结果的示图。
[0056]
[图20]图20是用于描述在x轴方向上的孔入口附近的流速的测量结果的曲线图。
[0057]
[图21]图21是用于描述微粒的捕获率的曲线图。
[0058]
[图22]图22是分支部分的示意图。
[0059]
[图23]图23是用于描述分支流路中的流速的曲线图。
[0060]
[图24]图24是分支部分的示意图。
[0061]
[图25]图25是用于描述分支流路中的流速的曲线图。
具体实施方式
[0062]
在下文中，将描述用于执行本技术的优选实施方式。应注意，以下将描述的实施方式示出了本技术的代表性实施方式，并且因此非狭义地解释本技术的范围。将按照以下顺序进行描述。
[0063]
1.相关技术的描述
[0064]
2.第一实施方式(微芯片)
[0065]
(1)微芯片的配置
[0066]
(2)分支部分的配置
[0067]
3.第二实施方式(微粒分离装置)
[0068]
4.实例
[0069]
1.相关技术的描述
[0070]
以下参考图5将描述用于分离微芯片中的目标微粒的技术。图5是示出了这种微芯片的实例的示意图。
[0071]
如图5所示，微芯片500包括样品液体入口501和鞘液入口503。样品液体和鞘液被从该入口引入到样品液体流路502和鞘液流路504中。微粒包含在该样品液体中。
[0072]
流过鞘液流路504的鞘液加入从样品液体流路502的两侧流动的样品液体，并且形成层流，在层流中样品液体由鞘液包围。层流通过主流路505流向分支部分507。
[0073]
微芯片500包括分支部分507。流过主流路505并且到达分支部分507的层流流至分支部分507中的分支流路508。此外，只有当要被收集的粒子流动并到达分支部分507时，在分支部分507中形成到粒子分离流路509的流，并且收集粒子。当粒子被吸入到粒子分离流路509中时，组成层流的样品液体或者组成层流的样品液体和鞘液还可以流至粒子分离流路。以此方式，在分支部分507中分离微粒。
[0074]
图6是仅示出了分支部分507的一个分支流路的放大图。换言之，在图6中，仅示出了当分支部分507沿着其主流路的轴线切割时的分支部分507的一半。如图6所示，主流路505和粒子分离流路509经由与主流路505同轴的孔部分601互相连通。要被收集的粒子经由孔部分601流至粒子分离流路509。此外，为了防止要被收集的粒子通过孔部分601进入粒子分离流路509，孔部分601可以包括闸流入口602(未示出)。鞘液从闸流入口602被引入，并且形成从孔部分601至主流路505的方向的流动，使得可以防止未被收集的粒子进入至粒子分离流路509。
[0075]
当在具有该流路结构的微芯片中收集粒子时，形成从主流路505经由孔部分601流至粒子分离流路509的流(在下文中，还被称为“粒子收集时的流”)。除了当收集粒子时之外，不会形成该流。例如，除了当收集粒子时之外，通过从闸流入口602引入的鞘液形成从孔部分601至主流路505的流。
[0076]
在形成粒子收集时的流之后，再次形成从孔部分601至主流路505的流，并且因此分支部分507中的流改变。此外，在解决分支部分507中的流之后，当要被收集的其他粒子接近孔部分附近时，再次在粒子收集时形成流。
[0077]
当在解决分支部分507中的流动之前再次形成粒子收集时的流时，未收集到要被收集的微粒的可能性和/或未被收集的微粒进入粒子分离流路509的可能性增大。为此，为了加速微粒的分离，必须缩短从在粒子收集时的流的形成至使分支部分中的流稳定的时间
(在下文中，还被称为“连续可分离间隔”)。
[0078]
当本技术的发明人测量专利文献1和2中所公开的微芯片中的连续可分离间隔时，连续可分离间隔最多约200μs。因此，本技术的发明人验证了进一步缩短连续可分离间隔的方式。
[0079]
在上述检验中，着重于分支部分507的结构。在具有分支部分507的流路中，通常，其主流路的横截面积朝向分支部分增大以使分支流路中的压力损失最小。此外，进行分支之后的流路的横截面积可以大于或等于其主流路的横截面积。一般采用此类流路结构(在下文中，还被称为“一般的流路结构”)。
[0080]
如图6中示出了具有此类一般的流路结构的分支部分的实例。如在图6中所示，在一般的流路结构中，在主流路505中流动的液体向前移动至分支流路508。主流路505的宽度朝向分支部分增大。换言之，主流路505的横截面积朝向分支部分增大。此外，尽管在图6中未示出，但是进行分支之后的流路的横截面积被设置为等于或大于主流路的横截面积。
[0081]
本技术的发明人发现在流过分支部分中的流路的液体中生成滞流点(stagnation points)(图6中的部分a和b)并且液体的流速在滞流点附近减小。为了加速粒子的分离，必须增加液体的流速。
[0082]
另外，本技术的发明人发现特别在收集到目标微粒之后，微粒停留在孔部分前面的滞流点(图6中的b)处。当微粒停留时，不必要的粒子被错误分离的可能性增加。为此，在收集到目标微粒之后，必须在收集之前尽快解决流的流动，并且使得停留的粒子流至分支流路508。
[0083]
本技术的发明人还发现中心流在滞流点附近扩散。换言之，还发现了微粒可以流过偏离主流路的中心的一部分和/或样品液体的流可以扩散。当中心流扩散时，必须将较大量的流体引导到预定流路中以分离目标微粒。因此，分离效率降低。为此，必须抑制中心流的扩散。
[0084]
本技术的发明人在上述分支部分中发现上述问题。根据本技术，可以解决至少一个上述问题。
[0085]
2.第一实施方式(微芯片)
[0086]
(1)微芯片的配置
[0087]
图1示意性地示出了根据本技术的实施方式的微芯片的配置。应注意，该配置是优选实施方式的实例并且本技术的微芯片不限于该配置。以下参考图1将描述根据本技术的实施方式的微芯片的配置。
[0088]
根据本技术的实施方式的微芯片100可包括图1中示出的流路结构。微芯片100包括样品液体入口101和鞘液入口103。样品液体和鞘液被从该入口引入到样品液体流路102和鞘液流路104中。
[0089]
流过鞘液流路104的鞘液与从样品液体流路102的两侧流动的样品液体会和，并且形成其中样品液体由鞘液包围的层流或者其中样品液体夹在鞘液之间的层流。这种层流通过主流路105流向分支部分107。
[0090]
主流路105可包括检测区域106。在检测区域106中，可以用光照射样品液体中的粒子。可以基于由于光的照射而生成的荧光和/或散射光来确定是否收集该粒子。
[0091]
微芯片100包括分支部分107。流过主流路105并且到达分支部分107的层流流至分
支部分107中的分支流路108。此外，只有当要被收集的粒子流动并到达分支部分107时，才在分支部分107中形成粒子分离流路109的流动。要被收集的粒子使用到粒子分离流路109的流而被吸入到粒子分离流路109中。当粒子被吸入到粒子分离流路109中时，组成层流的样品液体或者组成层流的样品液体和鞘液还可以流至粒子分离流路109。
[0092]
应注意，在图1中，可以将流至分支流路108的层流在分支流路末端110处排出至微芯片的外部。此外，可以将流至粒子分离流路109的粒子以及包围粒子的样品液体，或者包围粒子的样品液体和鞘液在粒子分离流路末端111处排放至微芯片的外部。
[0093]
(2)分支部分的配置
[0094]
图2是分支部分107的放大图。如图2所示，主流路105和粒子分离流路109经由与其主流路同轴的孔部分201互相连通。换言之，要被收集的粒子通过孔部分201流至粒子分离流路109。
[0095]
孔部分201可包括闸流入口202。鞘液或样品液体可以通过闸流入口202被引入孔部分中。使用从闸流入口202引入的鞘液或样品液体来形成从孔部分201朝向主流路105的流。由于该流，可以防止未被收集的粒子进入到粒子分离流路109中。未被收集的粒子流至分支流路108。
[0096]
应注意，闸流入口202可不包括孔部分。在这种情况下，例如，由于粒子分离流路109中的压力的变化可以形成从粒子分离流路109朝向其主流路的流，或者可以保持该压力使得不会形成从主流路105至粒子分离流路109的流。因此，可以防止微粒进入到粒子分离流路109中。未被收集的粒子流至分支流路108。
[0097]
在根据本技术的实施方式的微芯片中，分支部分107具有特定结构。换言之，在根据本技术的实施方式的微芯片中，(a)主流路的横截面积直到分支开始位置是不变的，或者是朝向该分支开始位置连续减小的，并且(b)分支流路的最小横截面积等于或小分支开始位置处的主流路的横截面积的一半。以下参考图3将描述上述特征(a)和(b)。
[0098]
关于特征(a)
[0099]
图3是分支部分107的透视图。主流路105的横截面积是不变的或者是朝向孔部分201连续减小的。其中该横截面积开始增大的一部分被称为分支开始位置304。换言之，主流路105的横截面积是不变的或者是朝向分支开始位置连续减小的。
[0100]
关于特征(b)
[0101]
在图3中，示出了分支流路的横截面302和303。在横截面303中，分支流路的横截面积在分支流路108中最小。在根据本技术的实施方式的微芯片中，分支流路的最小横截面积不大于分支开始位置处的主流路的横截面积的一半。换言之，在图3中，横截面303的横截面积不大于分支开始位置304处的主流路的横截面301的横截面积的一半。
[0102]
另外，例如，在根据本技术的实施方式的微芯片中，分支流路的最小横截面积可以是分支开始位置处的主流路的横截面积的1/5或更大，优选地，是1/4或更大，并且更优选地，是1/3或更大。可以抑制由于该最小横截面积的下限尺寸导致的液体的堵塞。
[0103]
在本技术中，由于上述特征(a)和(b)实现能够以更高的速度分离微粒的效果。
[0104]
另外，在根据本技术的实施方式的微芯片中，被配置为连接主流路的侧壁和分支流路的侧壁的侧壁可以距孔入口0μm和300μm之间。由于该特征，微粒可以被高速分离。以下参考图4将描述该特征。
[0105]
图4是仅示出了分支部分107的一个分支流路的放大图。换言之，在图4中，仅示出了当分支部分沿着它的主流路的轴线切割时的分支部分的一半。
[0106]
在图4中，主流路105的侧壁401和分支流路108的侧壁402通过侧壁403连接。侧壁403是指被配置为连接主流路的侧壁和分支流路的侧壁的侧壁(在下文中，还简单地称为“连接侧壁”)。主流路105的侧壁401是指直到分支开始位置的流路的侧壁。分支流路108的侧壁402是指在被配置为连接主流路的侧壁和分支流路的侧壁的侧壁之后的侧壁。
[0107]
在本技术的实施方式中，主流路侧上的连接侧壁的端部可以距孔入口300μm之内。换言之，分支开始位置可以距孔入口300μm之内。应注意，在本技术中，孔入口由图4中的参考标号404表示。此外，在图4中，距孔入口的距离是指在x轴线(主流路的轴线)上距孔入口的距离。换言之，在图4中，其主流路上的连接侧壁的末端距孔入口300μm之内是指距离1在300μm内或更小。这还可以说是主流路的横截面积是不变的或者其横截面积是连续减小的，直到主流路达到距孔入口300μm之内的距离。此外，还可以说其中流路的横截面积增加的位置是分支开始位置，并且分支开始位置距孔入口300μm内。
[0108]
主流路侧上的连接侧壁的末端距孔入口在300μm之内，使得在紧靠孔之前开始沿从主流路的侧壁至分支流路的侧壁的侧壁的方向的转变。通过使得在紧靠孔之前开始转变，可以以较高的速度分离微粒。
[0109]
距离1可以优选为280μm或更小，更优选地为250μm或更小，并且甚至更优选地为200μm或更小。
[0110]
另外，在本技术的实施方式中，主流路侧上的连接侧壁的末端可以距孔入口300μm之内，并且分支流路侧上的连接侧壁的末端可以位于距孔入口0μm或更大的距离处。这意味着在图4中距离1为300μm或更小并且距离2为0μm或更大。
[0111]
主流路上的连接侧壁的末端距孔入口在300μm之内，并且分支流路侧上的连接侧壁的末端在距孔入口0μm或更多的距离处，使得沿从主流路的侧壁至分支流路的侧壁的侧壁的方向的转变在紧接孔之前开始和结束。该转变在紧靠孔之前开始和结束，使得可以以较高的速度分离微粒。
[0112]
距离2可以优选为10μm或更大，更优选地20μm或更大，并且甚至更优选地30μm或更大。
[0113]
在本技术的实施方式中，连接侧壁可以是弯曲表面或平坦表面，并且可以优选地是弯曲表面。当连接侧壁是弯曲表面时，连接侧壁的曲率半径r可以是0.5mm或更小，更优选地0.4mm或更小，并且甚至更优选地0.3mm或更小。曲率半径r可以大于0mm。在本技术的一些实施方式中，曲率半径r可以是0.5mm或更小并且大于0mm。利用该曲率半径，可以以较高的速度分离微粒。当连接侧壁是平坦表面时，该平坦表面可以由多个平坦表面组成或者可以由一个平坦表面组成，使得从主流路的侧壁的方向至分支流路的侧壁的方向逐渐进行转变。
[0114]
在本技术的实施方式中，分支流路的最大横截面积可以不大于分支开始位置处的主流路的横截面积的一半。最大横截面积是指从具有最小横截面积的分支流路的位置的孔上的分支流路的最大横截面积。例如，在图3中，该最大横截面积是指由参考标号302表示的横截面积。具体地，微芯片可具有这样的结构：其中分支流路的最大横截面积不大于分支开始位置处的主流路的横截面积的一半，并且分支流路的横截面积从分支流路的开始位置沿
液体流动的前进方向连续减小。利用该结构，可以加速粒子的分离。
[0115]
另外，例如，最大横截面积可以是分支开始位置处的主流路的横截面积的1/5或更大，优选地1/4或更大，并且更优选地1/3或更大。通过这种最小横截面积的下线尺寸，可以抑制液体的堵塞。
[0116]
在本技术的实施方式中，分支流路可具有的结构在于分支流路的横截面积从分支流路的开始位置沿液体流动的前进方向连续减小。在此，分支流路的开始位置与分支流路侧上的连接侧壁的末端的位置相同。分支流路的横截面积的减小可以延续至分支流路的预定位置。尽管可以由本领域中的普通技术人员适当地设置预定位置使得实现以下将描述的效果，例如，预定位置可以在距分支流路的开始位置的1000μm之内，并且优选地为300μm。此外，在本技术的实施方式中，分支流路可具有这样的结构：其中分支流路从分支开始位置至其预定位置沿液体流动的前进方向连续减小并且从其预定位置沿液体流动的前进方向连续增大。换言之，根据本技术的实施方式的微芯片可具有这样的结构：其中分支流路的横截面积从其中分支流路的横截面积最大的位置沿液体流动的前进连续减小，分支流路的横截面积最大，然后流路的横截面积再次沿液体流动的前进方向连续增大(在本说明书中，从其中分支流路的横截面积最小的位置的在分支流路末端侧上的分支流路中的分支流路还被称为“分支后的流路”。)。利用此结构，可以实现防止在分支流路中发生滞流点的效果和/或在分支流路的壁表面附近增加流速的效果。因此，可以加速粒子的分离。
[0117]
在本技术的实施方式中，分支流路可以从主流路分支为一两个或更多个分支流路。在分支成一个分支流路的情况下，例如，主流路和孔部分彼此同轴，并且分支流路可以从其轴线分支。主流路可以分为两个分支流路。两个分支流路优选地分支成y形。通过将流路分支成y形，分支流路中的液体流动可以更顺畅。孔部分可以设置在y形分支的分支流路的中心上。此外，主流路可以分支成三个分支流路或四个分支流路。
[0118]
在本技术的实施方式中，分支之后的流路的横截面积可以从其中分支流路的横截面积最小的位置沿液体流动的方向连续增大。因此，减少压力损失，使得可以在低压下实现高流速。分支之后的流路的横截面积可以连续增大至预定位置。尽管可以由本领域中的普通技术人员适当地设置预定位置，例如，如图1所示，预定位置可以是分支之后的流路朝向分支流路末端110弯曲的位置。
[0119]
在本技术的实施方式中，连接至孔部分的分支流路的侧壁可以朝向主流路的轴线弯曲。在分支流路中，在一些情况下，最大流速部分位于粒子分离流路侧而不是流路的中心。换言之，在粒子分离流路侧上的分支流路中的流速和其对侧上的流速之间可能出现差异。因此，在分支流路中可能出现滞流。分支流路的侧壁朝向主流路的轴线弯曲，使得粒子分离流路侧上的分支流路中的流速和其对侧上的流速减小，即，消除了流速之间的不平衡，并且因此可以抑制分支流路中出现滞流。可以提高分支流路中的流速，并且可以通过抑制滞流的出现以较高的速度分离微粒。
[0120]
在本技术的实施方式中，连接至孔部分的分支流路的侧壁相对于主流路的轴线的角度可以优选为115至160度，并且更优选地，125至160度。该角度为115度或更大，使得可以防止在孔部分附近出现滞流。此外，该角度为125度或更大，使得可以抑制粒子与孔部分入口的碰撞。该角度为160度或更小，使得可以更容易地制造微芯片。
[0121]
在根据本技术的实施方式的微芯片中，压力室可以与孔部分连通。压力室可以包
括在粒子分离流路中，或者粒子分离流路本身可以起到压力室的作用。可以减少或增加该压力室中的压力。减少压力室中的压力使得微粒被引导到孔部分中，或者增加压力室中的压力使得防止微粒进入到孔部分中。如上所述，可以通过调整压力室中的压力仅分离要被收集的粒子。
[0122]
另外，在根据本技术的实施方式的微芯片中，被配置为形成从孔部分引导至主流路的液体的流动(在本说明书中，还被称为“闸流”)的流路可以设置在孔部分中并且由于所形成的流动导致液体可以前进到微粒的粒子分离流路。可以通过此闸流防止未被收集的粒子进入到孔部分中。在本技术的实施方式中，在粒子被分离的同时闸流可以随时被引入到孔部分中，并且只有当微粒被引导到粒子分离流路中时才可以减少压力室中的压力。由于压力的减少导致从主流路至粒子分离流路形成比由闸流导致的从孔部分至主流路的流动更猛烈的流动，并且因此可以在粒子分离流路中分离目标粒子。
[0123]
在本技术的实施方式中，可以由本领域中的普通技术人员适当地选择微粒。在本技术的实施方式中，微粒可包括：生物微粒，诸如，细胞、微生物和脂质体；合成粒子，诸如，胶乳粒子、凝胶粒子和工业粒子等。生物微粒可包括组成各种细胞的染色体、脂质体、线粒体、细胞器(细胞器官)等。细胞可包括动物细胞(血球细胞等)和植物细胞。微生物可包括诸如大肠杆菌的细菌、诸如烟草花叶病毒的病毒、以及诸如酵母的真菌。此外，生物微粒还可包括诸如核苷酸、蛋白质及其合成物的生物高分子。合成粒子例如可以是由有机或无机聚合物材料、金属等制成的粒子。有机聚合物材料可包括聚苯乙烯、苯乙烯、二乙烯基苯、聚甲基丙烯酸甲酯等。无机聚合物材料可包括玻璃、二氧化硅、磁性材料等。金属可包括金胶体、铝等。微粒的形状通常可以是球形形状或者基本上的球形形状、或者非球形形状。可由本领域中的普通技术人员根据微芯片的流路的大小适当地选择微粒的大小和质量。另一方面，还可以根据微粒的大小和质量适当地选择微芯片的流路的大小。在本技术的实施方式中，化学或生物标签，例如，荧光染料等根据需要附着于微粒。可以使用该标签更容易地检测出该微粒。可以由本领域中的普通技术人员适当地选择要附着的标签。
[0124]
可以通过相关技术中的已知方法制造根据本技术的实施方式的微芯片。例如，通过粘合其中形成有如上所述的流路的两个基板，可以制造根据本技术的实施方式的微芯片。流路可以形成在两个基板上或者仅可以形成在一个基板上。为了在粘合基板时易于调整位置，理想的是仅在一个基板上形成流路。
[0125]
作为用于形成根据本技术的实施方式的微芯片的材料，可以使用相关技术中的已知材料。材料的实例包括聚碳酸酯、环烯烃聚合物、聚丙烯、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚乙烯、聚苯乙烯、玻璃和硅酮，但是本技术不限于此。具体地，具体优选的是诸如聚碳酸酯、环烯烃聚合物和聚丙烯的聚合物材料，因为聚合物材料具有优良的可加工性并且可以使用成形装置廉价地制造微芯片。
[0126]
3.第二实施方式(微粒分离装置)
[0127]
根据本技术的实施方式的微粒分离装置(在本文中还被称为微粒分类装置)包括：主流路，包含微粒的液体流过该主流路；分支流路，被配置为从主流路分支；孔部分，与主流路同轴；以及微芯片，其中主流路的横截面积恒定到分支开始位置或者朝向分支开始位置连续减小，并且分支流路的最小横截面积是分支开始位置处的主流路的横截面积的一半或更小。由于在2中以上描述的第一实施方式中已经描述了该微芯片，因此将省略微芯片的描
述。
[0128]
根据本技术的实施方式的微粒分离装置可包括：光照射单元，被配置为利用光照射流过主流路的微粒；检测单元，被配置为检测从微粒发射的散射光和/或荧光；以及控制单元，被配置为基于由检测单元检测到的数据控制流过主流路的微粒的前进方向。以下将描述光照射单元、检测单元和控制单元。
[0129]
在本技术的实施方式中，光照射单元利用光(激发光)照射流过主流路的微粒。光照射单元可包括：光源，被配置为发射激发光；以及物镜，被配置为将激发光汇集到流过主流路的微粒。根据分析的目的，可以从激光二极管、二次谐波发生(shg)激光、固体激光器、气体激光器、高亮度发光二极管(led)等中适当地选择光源。光照射单元根据需要可包括除了光源和物镜之外的其他光学元件。
[0130]
在本技术的实施方式中，检测单元使用光照射单元通过光照射检测从微粒发射的散射光和/或荧光。检测单元可包括被配置为汇集从微粒发射的荧光和/或散射光的聚光透镜以及检测器。光电倍增管(pmt)、光电二极管、电荷耦合器件(ccd)、互补金属氧化物半导体(cmos)等用作该检测器，但是本技术不限于此。检测单元根据需要可包括除了聚光透镜和检测器之外的其他光学元件。
[0131]
由检测单元检测出的荧光可以是从微粒本身、标注在微粒上的物质(例如，荧光物质)等生成的荧光生成的荧光，但是本技术不限于此。由检测单元检测出的散射光可以是前向散射光、侧向散射光、瑞利散射和/或米氏散射，但是本技术不限于此。
[0132]
在本技术的实施方式中，控制单元基于由检测单元检测出的数据控制流过主流路的微粒是否前进至分支流路或者被吸入到粒子分离流路中。由检测单元检测出的荧光和散射光可以转换为电信号。换言之，根据本技术的实施方式的微粒分离装置可包括电信号转换单元。电信号转换单元可以包括在控制单元中并且可以不包括在控制单元中。控制单元可以接收此类电信号并且基于该电信号确定微粒的光学特性。当要收集微粒时，控制单元可以基于确定结果改变流路中的流动，使得微粒通过孔部分前进到微粒分离流路。例如，可以通过减少压力室中的压力对流动做出改变。此外，在收集到微粒之后，控制单元可以再次改变流路中的流动。可以通过增加压力室中的压力再次对流动做出此类改变。换言之，控制单元可以基于由检测单元检测出的数据控制与孔部分连通的压力室中的压力。此外，控制单元可以控制在设置为形成从孔部分引导至主流路的液体流动的流路中的液体流动。控制单元可具有与jp 2014-036604a中公开的驱动单元的功能相同的功能。
[0133]
[实例]
[0134]
4.实例
[0135]
4-1.比较例1(包括具有普遍的流路结构的分支部分的微芯片)
[0136]
使用comsol多物理场v5.1模拟包括具有流路结构的分支部分的微芯片(在下文中，被称为“比较例1的微芯片”)中的液体流动，在该流路结构中，主流路的横截面积朝向分支部分增大并且分支之后的流路的横截面积是主流路的横截面积或更大。如图6中示出了分支部分。其中主流路的横截面积增大的分支部分的位置远离孔入口大于300μm。
[0137]
上述模拟中的分析条件如下。
[0138]
鞘液的流速：5ml/min
[0139]
样品液体的流速：0.25ml/min
[0140]
闸流的流速：0.3ml/min
[0141]
出口压力：大气压力
[0142]
从粒子分离流路末端的排出速度：0.045ml/min
[0143]
图7示出了在上述条件下通过模拟分支部分中的流动获得的结果。图7中的上图示出了模拟结果并且图7中的下图是使用箭头示意性地示出了通过模拟结果获得的流速的示图。在图7中的下图中，箭头表示液体的流动。此外，当箭头的宽度越宽时，流速越高。应注意，由于为了更易于理解简化了表示流速的箭头的宽度和方向，因此未反应精确的方向和流速(上述情况也适用于其他示图)。如图7所示，在孔附近形成涡流。认为涡流是由形成分离流所引起的。此外，如图7所示，还确认流速朝向孔减小。认为涡流的形成和流速的减小是由增大主流路朝向孔入口的横截面积所引起的。
[0144]
随后，使用上述软件对微粒的流动执行粒子跟踪分析。图8示出了分析结果。如图8所示，在紧接孔之前的一部分(在图8中在沿x轴方向的0.014m位置附近有虚线围绕的一部分)中，看到粒子沿y轴方向扩散(当图4中示出的y轴方向，即，其中主流路的液体流动的方向被假设为x轴方向，则垂直于x轴方向的方向被称为y轴方向。)。
[0145]
随后，模拟压电元件(pzt)设置在粒子分离流路中时的微粒的流动。换言之，通过驱动该压电元件增大粒子分离流路中的容积(具体地，压力室的容积)。由于容积增大导致粒子分离流路中的压力减少，并且因此从主流路经由孔入口引导至粒子分离流路的流动形成。模拟形成该流动时的微粒的流动。
[0146]
由于容积的增大导致施加到压电元件的电压的变化的形状是脉冲波形。压电元件的驱动条件是tf/tr：15μs、pw：50μs、脉冲间隔300μs以及pzt位移：1μm。tf是脉冲波形中的电压的下降时间，并且tr是脉冲波形中的电压的上升时间。pw是其中pzt位移的量为0.5μm或更大的时间间隔。在下降时间，容积增加并且因此形成流动以将微粒吸入粒子分离流路中。在上升时间，容积减小，吸入流消失，并且因此形成从孔部分引导至主流路的流动。
[0147]
图9示出了该模拟的结果。如图9所示，当pzt启动时，在孔入口中出现喷射，并且在孔入口附近出现漩涡。此外，粒子及其还可以呈现沿流路的突然扩张部分(其中主流路的横截面积变大的部分)的方向移动的行为。因此，未被分离的微粒停留在分支部分中。当在未被分离的微粒流至分支流路之前再次驱动压电元件并且漩涡消失时，要被分离的微粒未被分离的可能性增大并且不被分离的微粒被分离的可能性也增大。为此，为了以较高的速度分离微粒，认为必须使不被分离的微粒尽快流至分支流路并且消除漩涡。
[0148]
接下来，图10示出了通过测量距孔入口预定距离处的x方向上的流速而获得的结果。在图10中，每一个流速沿正方向迅速增加的部分表示微粒已经被吸入孔中的时间。在流速沿正方向迅速增加之后，根据流动的变化，流速具有负值，尤其在孔附近。此后，需要约200μs将流速返回至吸入微粒之前的状态。换言之，需要约200μs确定流速。因为以上参考图7至图9所描述的问题以及突然扩张部分中的慢流速，因此认为需要约200μs确定流速。认为可以以较高的速度通过缩短确定所需的时间分离微粒。
[0149]
4-2.实例1(根据本技术的实施方式的微芯片)
[0150]
使用comsol多物理场v5.1模拟包括具有流路结构的分支部分的微芯片(在下文中，被称为“实例1的微芯片”)中的液体流动，在该流路结构中，主流路的横截面积恒定到分支开始位置并且分支流路的最小横截面积不大于分支开始位置处的主流路的横截面积的
一半。如图11中示出了分支部分。在微芯片中，分支流路相对于主流路的角度为110度。主流路的宽度为200μm并且分支流路的入口的宽度为90μm。在分支部分中，被配置为连接主流路的侧壁和分支流路的侧壁的侧壁距孔入口在0μm和300μm之间。
[0151]
上述模拟中的分析条件如下。
[0152]
鞘液的流速：5ml/min
[0153]
样品液体的流速：0.25ml/min
[0154]
闸流的流速：0.2至0.6ml/min
[0155]
出口压力：大气压力
[0156]
从粒子分离流路末端的排出速度：0.045ml/min
[0157]
图11示出了通过模拟获得的结果。图11中的上图示出了模拟结果，并且图11中的下图是使用箭头示意性地示出了通过模拟结果获得的流速的示图。如图11所示，涡流不会出现在被配置为连接主流路的侧壁和分支流路的侧壁的侧壁附近(在从主流路至分支流路的转折点附近)。此外，与比较例1相比，孔附近的流速提高。另一方面，在孔入口前面产生涡流。
[0158]
另外，微粒的流动使用上述软件进行粒子跟踪分析。图12示出了分析结果。如图12所示，确认在主流路的中心附近流动的粒子在不弯曲的情况下碰撞壁并且停留在壁附近。认为这是由于主流路和分支流路之间的角度为110度并且接近直角。
[0159]
4-3.实例2(根据本技术的实施方式的微芯片)
[0160]
除了分支流路相对于主流路的角度被设置为150度之外，在与实例1相同的条件下执行模拟。如图13示出了在该模拟中使用的分支部分。
[0161]
图13示出了通过模拟获得的结果。图13中的上图示出了模拟结果，并且图13中的下图是使用箭头示意性地示出了通过模拟结果获得的流速的示图。如图13所示，涡流不会出现在被配置为连接主流路的侧壁和分支流路的侧壁的侧壁附近(在从主流路至分支流路的转折点附近)。此外，与比较例1相比，孔附近的流速提高。在实例1的模拟结果中看到在孔入口的前面也不会出现涡流。
[0162]
接下来，微粒的流动使用上述软件进行粒子跟踪分析。图14示出了分析结果。如图14所示，当闸流的流速为0.6ml/min时，在孔附近不会观测到粒子的滞流。
[0163]
4-4.实例3(根据本技术的实施方式的微芯片)
[0164]
除了分支流路相对于主流路的角度被设置为120度之外，在与实例1相同的条件下执行模拟。如图15示出了在该模拟中使用的分支部分。
[0165]
图15示出了通过模拟获得的结果。图15中的上图示出了模拟结果，并且图15中的下图是使用箭头示意性地示出了通过模拟结果获得的流速的示图。如图15所示，在从主流路至分支流路的转折点部分中不会出现涡流。此外，与比较例1相比，孔附近的流速提高。在实例1的模拟结果中看到在孔入口的前面也不会出现涡流。
[0166]
接下来，微粒的流动使用上述软件进行粒子跟踪分析。图16示出了分析结果。如图16所示，确认在主流路的中心附近流动的粒子在不弯曲的情况下碰撞分支流路的壁并且停留在此。
[0167]
4-5.实例4(根据本技术的实施方式的微芯片)
[0168]
除了紧接着分支的分支流路相对于主流路的角度被设置为130度然后被设置为
135度，在与实例1中的相同条件下执行模拟。如图17示出了在该模拟中使用的分支部分。如图17所示，紧接着分支的分支流路相对于主流路的角度为130度。然后，分支流路是弯曲的，使得该角度为135度。换言之，分支流路朝向粒子分离流路弯曲。
[0169]
图17示出了通过模拟获得的结果。图17中的上图示出了模拟结果，并且图17中的下图是使用箭头示意性地示出了通过模拟结果获得的流速的示图。如图17所示，在从主流路至分支流路的转折点部分中不会出现涡流。此外，与比较例1相比，孔附近的流速提高。在实例1的模拟结果中看到在孔入口的前面也不会出现涡流。
[0170]
接下来，微粒的流动使用上述软件进行粒子跟踪分析。图18示出了分析结果。如图18所示，在孔附近不会观测到粒子的滞流。
[0171]
另外，因为分支流路和粒子分离流路之间的间隔比实例2的间隔更宽，因此该处理更容易。
[0172]
如在比较例1中一样分析了微粒的流动。图19示出了分析结果。如图19所示，示出了粒子不会在紧接孔之前的y轴方向上扩散。换言之，在实例4的微芯片中，中心流的扩散被抑制。
[0173]
如在比较例1中一样，测量了距孔入口为预定距离的x轴方向上的流速。图20示出了测量结果。如图20所示，在粒子被吸入孔中之后，x轴方向上的流速返回至粒子以约100μs被吸入之前的状态。换言之，确定时间约为100μs。此外，能够看出射流还影响从孔入口至350μm的一部分。
[0174]
实例4的微芯片和比较例1的微芯片实际上进行了微粒分离实验。在该实验中，测量了微粒以脉冲驱动间隔(即，不同的粒子分离间隔)的捕获率。pzt驱动波形被设置为tf/tr15μs和pw35μs。图21示出了测量结果。如图21所示，当使用实例4的微芯片时，100至125μs的捕获率高于比较例1的微芯片。从这个结果，确认连续的可分离间隔可以被设置为约100μs。
[0175]
4-6.实例5(评估分支流路的横截面积)
[0176]
评估了提供当其中分支流路沿液体流动的前进方向从紧接着分支的位置连续减小，分支流路的横截面积最小，然后分支流路的横截面积再次沿液体流动的前进方向连续增大的结构时的影响。
[0177]
图22的(a)示出了上述结构的示意图。此外，图22的(b)示出了其中分支流路的横截面积不变的结构的示意图。使用实例1中的软件模拟该结构的流路中的流速。因此，在图22中的上部中示出了模拟结果。此外，在图22的下部中示出了通过示意性地示出该模拟结果获得的示图。可见图22的(a)的分支流路中的流速大于图22的(b)的分支流路中的流速。
[0178]
另外，图23示出了通过比较上述两个结构中的分支流路中的某个横截面中的流速获得的结果。如图22示出了测量该流速的位置。如图23所示，如上所述改变横截面积时的内侧壁的流速和平流性能高于横截面积恒定的情况。此外，如上所述改变横截面积时的低速区域比横截面积不变的情况的低速区域更窄。因此，可以通过改变如上所述的横截面积防止在分支流路出现滞流点。
[0179]
4-7.实例6(评估分支流路的弯曲)
[0180]
评估朝向粒子分离流路弯曲分支流路的方向的效果。
[0181]
使用在实例1中使用的软件模拟在其中分支流路的方向朝向粒子分离流路弯曲的
结构中的分支流路中的流速。同样地，模拟在其中分支流路的方向不改变的结构中的分支流路中的流速。如图24示出了测量该流速的位置。图25示出了流速的测量结果。如图25所示，在分支流路的方向弯曲的结构的情况下，微粒分离流路侧上的壁附近的流速与其对侧上的壁附近的流速之间的差异小于分支流路的方向不改变的结构的情况。换言之，流路的内侧和外侧之间的不平衡被消除。因此，防止在分支流路中出现滞流点。
[0182]
本领域技术人员应理解，只要在所附权利要求或其等同物的范围内，根据设计需求和其他因素可以做出各种修改、组合、子组合以及更改。
[0183]
另外，还可以如下配置本技术。
[0184]
(1)一种微芯片，包括：
[0185]
主流路，包含微粒的液体流过该主流路；以及
[0186]
分支流路，从主流路进行分支；
[0187]
其中：
[0188]
主流路的一部分的横截面积直到分支开始位置基本上不变或者朝向分支开始位置减小，并且
[0189]
连接主流路的侧壁和分支流路的侧壁的侧壁的曲率半径r为0.5mm或更小且大于0mm。
[0190]
(2)根据项(1)所述的微芯片，其中，设置了与主流路同轴的孔部分；并且从孔入口到所述孔部分的连接所述主流路的侧壁和所述分支流路的侧壁的所述侧壁在0μm和300μm之间。
[0191]
(3)根据项(1)或(2)所述的微芯片，其中，通向分支开始位置的主流路的一部分的横截面积基本上不变或者减小，使得所述侧壁的曲率半径r开始从所述主流路使所述分支流路分支。
[0192]
(4)根据项(1)至(3)中任一项所述的微芯片，其中，分支流路的最大横截面积不大于分支开始位置处的主流路的横截面积的一半。
[0193]
(5)根据项(1)至(4)中任一项所述的微芯片，其中，分支流路从主流路分支成y形。
[0194]
(6)根据项(1)至(5)中任一项所述的微芯片，其中，分支流路的横截面积从分支流路的开始位置在沿液体流动的前进方向上连续减小。
[0195]
(7)根据项(1)至(5)中任一项所述的微芯片，其中，分支流路的横截面积从分支流路的开始位置至预定位置在沿液体流动的前进方向上连续减小，并且从预定位置在沿液体流动的前进方向上连续增大。
[0196]
(8)根据项(1)至(7)中任一项所述的微芯片，其中，连接至孔部分的分支流路的侧壁朝向主流路的轴线弯曲。
[0197]
(9)根据项(1)至(8)中任一项所述的微芯片，其中，设置了与主流路同轴的孔部分；并且连接至孔部分的分支流路的侧壁的相对于主流路的轴线的角度为115至160度。
[0198]
(10)根据项(1)至(9)中任一项所述的微芯片，其中，设置了与主流路同轴的孔部分；并且连接至孔部分的分支流路的侧壁的相对于主流路的轴线的角度为125至160度。
[0199]
(11)根据项(1)至(10)中任一项所述的微芯片，其中，设置了与主流路同轴的孔部分；并且压力室与孔部分连通且压力室中的压力减少或增加。
[0200]
(12)根据项(11)所述的微芯片，其中，通过减少压力室中的压力而将微粒引导到
孔部分中，或者通过增加压力室中的压力将微粒推至分支流路。
[0201]
(13)根据项(1)至(12)中任一项所述的微芯片，其中，设置了与主流路同轴的孔部分；并且被配置为形成将液体流从孔部分引导至主流路的流路被设置在孔部分中，使得由于所形成的流将微粒推至分支流路。
[0202]
(14)根据项(1)至(13)中任一项所述的微芯片，其中，通向分支开始位置的主流路的一部分的横截面积直到分支开始位置是不变的；并且随着主流路沿着侧壁从分支开始位置延伸，主流路的第二部分的横截面积增大。
[0203]
(15)一种能够容纳微芯片的微粒分类装置，该微芯片包括：
[0204]
主流路，包含微粒的液体流过该主流路；以及
[0205]
分支流路，从主流路进行分支；
[0206]
其中：
[0207]
主流路的一部分的横截面积直到分支开始位置基本上是不变的或者朝向分支开始位置减小，并且
[0208]
连接主流路的侧壁和分支流路的侧壁的侧壁的曲率半径r为0.5mm或更小。
[0209]
(16)根据项(15)所述的微粒分类装置，包括：
[0210]
光照射单元，被配置为利用光照射流过主流路的微粒；
[0211]
检测单元，被配置为检测从微粒发射的散射光和/或荧光；以及
[0212]
控制单元，被配置为基于由检测单元检测出的数据来控制流过主流路的微粒的前进方向。
[0213]
(17)根据项(16)所述的微粒分类装置，其中，控制单元控制与孔部分连通的压力室中的压力。
[0214]
(18)根据项(16)或(17)所述的微粒分类装置，其中，控制单元控制被设置为形成将从所述孔部分引导至所述主流路的液体流的流路中的液体流。
[0215]
[参考符号列表]
[0216]
100、500 微芯片
[0217]
101、501 样品液体入口
[0218]
102、502 样品液体流路
[0219]
103、503 鞘液入口
[0220]
104、504 鞘液流路
[0221]
105、505 主流路
[0222]
106、506 检测区域
[0223]
107、507 分支部分
[0224]
108、508 分支流路(无用流路)
[0225]
109、509 粒子分离流路
[0226]
110 分支流路末端
[0227]
111 分离流路末端
[0228]
201、601 孔部分
[0229]
202 闸流入口
[0230]
301 分支开始位置中的主流路的横截面
[0231]
302 分支流路的横截面
[0232]
303 其中分支流路的横截面积最小的横截面
[0233]
304 分支开始位置
[0234]
401 主流路的侧壁
[0235]
402 分支流路的侧壁
[0236]
403 被配置为连接主流路的侧壁和分支流路的侧壁的侧壁
[0237]
404 孔入口。