CN103364325A

CN103364325A - 微粒分选装置以及确定携带微粒的喷射流轨道的方法

Info

Publication number: CN103364325A
Application number: CN2013100954250A
Authority: CN
Inventors: 村木洋介; 辻明子
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: JP5924077B2; US20200011783A1; JP2013210270A; US11193874B2; CN103364325B; US20130258075A1

Abstract

本发明提供了微粒分选装置以及确定携带微粒的喷射流轨道的方法。流式细胞仪包括用于评价携带微粒的喷射流的轨道的装置。该流可以从微流控芯片的微喷嘴喷射出来。该装置包括成像设备和至少一个处理器，所述至少一个处理器被构造成评价在至少两个方向例如聚焦方向和与聚焦方向横切的方向上喷射流的轨道。基于检测的轨道，如果轨道指示异常情况，则系统可以执行报警功能，或者可以移动样本收集容器，从而调节喷射流轨道中所测量的偏离。

Description

微粒分选装置以及确定携带微粒的喷射流轨道的方法

技术领域

本发明涉及微粒分选装置（micro-particle sorting apparatus）以及确定微粒分选装置的喷射流（ejected stream）轨道（轨迹，trajectory）的方法。更具体地，本发明涉及自动确定携带从喷嘴喷射出的微粒的液流（流体流股，fluid stream）等的轨道的微粒分选装置。

背景技术

已经存在微粒分选装置（例如，流式细胞仪（flow cytometer）），其用光、电或者磁性检测微粒例如细胞的特征，并且使微粒分馏或者分选，从而仅仅收集具有预定特征的微粒。

在用流式细胞仪分馏微粒中，首先从在流动池中形成的喷嘴处产生液流（样液和包含细胞的鞘液（sheath liquid）的层流），将振动施加到喷嘴处从而使液流转化为液滴的形式，并且将电荷施加到液滴上。然后，用电控制包含从喷嘴排出的微粒的液滴的移动方向，从而收集具有期望特征的目标微粒，并且具有不同于那些期望特征的非目标微粒分选到独立的收集容器中。

例如，在通过参考并入本文中的日本未审查专利申请公开号2010-190680中，将根据一个实施方式的微芯片流式细胞仪描述为：“微粒分选装置包括：微芯片，其中设置有包含微粒的液体流过其中的流动路径和穿过其流过流动路径的液体排出到芯片外部的空间中的喷嘴；振动元件，被构造成将液体转化为液滴的形式并且排出在喷嘴中的液滴；充电装置，用于将电荷添加到排出的液滴中；光学检测装置，用于检测流过流动路径的微粒的光学特征；一对电极，被提供以便彼此相对，移动的液滴沿着排出到芯片外部空间中的液滴的移动方向置于其间；以及两个或更多个容器，收集穿过该对电极之间的液滴”。

发明内容

在微粒分选装置中，期望设计液体收集（流体收集），使得从在流动池（flow cell）或者微芯片中形成的喷嘴处产生的液流或者液滴进入收集容器内部。因此，需要防止液流或者液滴偏离假定的方向。在现有技术中，通过用使用者目视观察，检查喷射的液流等，已经执行了偏离的预防，并且产生了关于可靠性和稳定性的问题，而且其依赖于使用者的经验水平。而且，在装置的构造中使用目视观察执行偏离的确定是极其复杂的。

期望提供能够自动检测携带微粒的喷射液流或者液滴的轨道偏离的微粒分选装置。

在本发明中，术语“微粒”广泛地包括生物相关的微粒，例如细胞、微生物、脂质体等，以及合成的颗粒，例如乳胶颗粒、凝胶颗粒、工业颗粒等。

生物相关的微粒包括构成各种细胞的染色体、脂质体、线粒体、细胞器等。细胞包括动物细胞（造血细胞等）和植物细胞。微生物包括细菌例如大肠杆菌、病毒例如烟草花叶病毒以及真菌例如酵母细胞。生物相关的微粒包括核酸、蛋白质以及生物相关的大分子，例如其复合体。工业颗粒可以是例如有机或者无机高聚合物材料、金属等。有机聚合物材料包括聚苯乙烯、苯乙烯-二乙烯基苯、聚甲基丙烯酸甲酯等。无机聚合物材料包括玻璃、硅石、磁性材料等。金属包括金胶体、铝等。微粒的形状通常是球形的，然而其可以是非球形的，并且其尺寸、重量等不受具体限制。

根据本发明，提供了能够自动检测喷射液流或者液滴的轨道偏离的微粒分选装置。根据一些实施方式，流式细胞仪包括微喷嘴（micro-orifice），其被构造成喷射液流（fluidic stream）；以及成像设备，其被构造成使喷射流成像，其中喷射流是从微喷嘴喷射出的液流的至少一部分。流式细胞仪可以进一步包括至少一个处理器，其被构造成接收和处理由成像设备所成像的喷射流的图像，检测对中地（中心地，居中地，centrally）位于喷射流内的一个或多个对比点（contrasted spot），并且根据接收的图像评价喷射流的轨道。喷射流可以包括连续的液流，或者包括分离的液滴流。微喷嘴可以是微流控芯片（micro-fluidic chip）的出口喷嘴（exit orifice）。

在一些实施方式中，流式细胞仪可以进一步包括静电偏转装置（electrostatic deflection apparatus），其被构造成偏转液滴；以及充电装置（装料装置，charging apparatus），其被构造成将电荷施加到单个液滴中，使得可以根据预先选择的分选标准来分选携带微粒的单个液滴。在一些实施方式中，流式细胞仪可以进一步包括自动聚焦装置（automated focusingapparatus），其中至少一个处理器进一步被构造成测量在液流或者液滴的至少一个中央区域的第一亮度级（brightness level），以及在液流或者液滴的至少一个剩余部分中的第二亮度级，并且基于测量的第一亮度级和第二亮度级控制聚焦装置，以便改变接收图像的焦点（focus）。根据从第一亮度级和第二亮度级计算的对比率（contrast ratio）可以改变接收图像的焦点。

根据一些实施方式，至少一个处理器可以被构造成基于在喷射流的图像内检测的一个或多个对比点的排列，评价喷射流的轨道。至少一个处理器可以被构造成通过鉴别连接一个或多个对比点的线来评价轨道。在一些实施方式中，至少一个处理器可以被构造成计算与喷射流的轨道相关的角度。计算的角度可以是喷射流与预定方向的偏离的度量（measure）。根据一些实施方式，至少一个处理器可以进一步被构造成如果计算的角度大于预定的阈值则检测流式细胞仪操作中的异常。检测的异常可以与具有微喷嘴的微流控芯片相关或者归因于具有微喷嘴的微流控芯片。在一些实施方式中，至少一个处理器可以进一步被构造成如果计算的角度大于预定的阈值则实施报警功能（alerting function）。

在一些实施方式中，流式细胞仪可以进一步包括可移动的样本收集管（movable sample collection tube），其被构造成以与确定喷射流的轨道偏离预定轨道的至少一个处理器相对应的自动方式移动。

根据一些实施方式，至少一个处理器可以被构造成基于喷射流的第一部分的第一聚焦条件（focus condition）以及喷射流的第二部分的第二聚焦条件而计算在聚焦方向上喷射流的轨道。通过聚焦靠近喷射流的第一末端的对中地在喷射流中的第一对比点可以评价第一聚焦条件，而通过聚焦靠近喷射流的第二末端的对中地在喷射流中的第二对比点来评价第二聚焦条件。在一些实施方式中，至少一个处理器可以被构造成基于与第一聚焦条件和第二聚焦条件相关的位置差异来计算喷射流的轨道。

在一些实施方式中，至少一个处理器可以进一步被构造成鉴别接收图像中的喷射流的宽度，并且基于鉴别的喷射流的宽度确定微喷嘴的直径。

在流式细胞仪中可以以任何组合执行流式细胞仪的上述的实施方式和特征。

实施方式还包括用于流式细胞仪的轨道评价系统。轨道评价系统可以包括成像设备，其被构造成使喷射流成像，其中喷射流是从流式细胞仪的微喷嘴喷射出的液流的至少一部分。轨道评价系统可以进一步包括至少一个处理器，其被构造成接收和处理由成像设备所成像的喷射流的图像，检测对中地位于喷射流内的一个或多个对比点，并且评价来自接收图像的喷射流的轨道。喷射流可以包括连续的液流或者包括单个的液滴流。微喷嘴可以是微流控芯片的出口喷嘴。

根据一些实施方式，轨道评价系统可以包括自动聚焦装置，其中至少一个处理器进一步被构造成测量在液流或者液滴流的至少一个中心区域内的第一亮度级，以及在液流或者液滴的至少一个剩余部分内的第二亮度级，并且基于测量的第一亮度级和第二亮度级而控制聚焦装置，以便改变接收图像的焦点。根据由第一亮度级和第二亮度级计算的对比率可以改变接收图像的焦点。

根据一些实施方式，至少一个处理器可以被构造成基于在喷射流的图像内检测的一个或多个对比点的排列而评价喷射流的轨道。通过鉴别连接一个或多个对比点的线，至少一个处理器可以被构造成评价轨道。在一些实施方式中，至少一个处理器可以被构造成计算与喷射流的轨道相关的角度。计算的角度可以是喷射流与预定方向偏离的度量。根据一些实施方式，至少一个处理器可以进一步被构造成如果计算的角度大于预定的阈值则检测在流式细胞仪操作中的异常。检测的异常可以与具有微喷嘴的微流控芯片相关或者归因于具有微喷嘴的微流控芯片。在一些实施方式中，至少一个处理器可以进一步被构造成如果计算的角度大于预定的阈值则实施报警功能。

在一些实施方式中，轨道评价系统可以提供信号用于移动可移动的样本收集管，所述可移动的样本收集管被构造成以与确定喷射流的轨道偏离预定轨道的至少一个处理器相对应的自动方式移动。

根据一些实施方式，至少一个处理器可以被构造成基于喷射流的第一部分的第一聚焦条件以及喷射流的第二部分的第二聚焦条件，计算在聚焦方向上喷射流的轨道。通过聚焦靠近喷射流的第一末端的对中地在喷射流中的第一对比点可以评价第一聚焦条件，而通过聚焦靠近喷射流的第二末端的对中地在喷射流中的第二对比点来评价第二聚焦条件。在一些实施方式中，至少一个处理器可以被构造成基于与第一聚焦条件和第二聚焦条件相关的位置差异计算喷射流的轨道。

在一些实施方式中，至少一个处理器可以进一步被构造成鉴别在接收图像中的喷射流的宽度，并且基于鉴别的喷射流的宽度确定微喷嘴的直径。

在用于流式细胞仪的轨道评价系统中，可以以任何组合实施轨道评价系统的上述实施方式和特征。

实施方式还包括测量在流式细胞仪中喷射流的轨道的方法。该方法可以包括用成像设备使喷射流成像的行为，其中喷射流是从流式细胞仪的微喷嘴喷射出的液流的至少一部分。该方法可以进一步包括通过至少一个处理器接收由成像设备所成像的喷射流的图像，并且通过至少一个处理器处理接收的图像从而检测对中地位于喷射流内的一个或多个对比点，以及评价喷射流的轨道。喷射流可以包括连续的液流或者包括分开的（单独的）液滴流。微喷嘴可以是微流控芯片的出口喷嘴。

根据一些实施方式，测量轨道的方法可以包括自动聚焦的行为，其中至少一个处理器测量在液流或者液滴的至少一个中心区域内的第一亮度级，以及在液流或者液滴的至少一个剩余部分中的第二亮度级，并且基于测量的第一亮度级和第二亮度级控制聚焦装置，以便改变接收图像的焦点。根据由第一亮度级和第二亮度级计算出的对比率可以改变接收图像的焦点。

根据一些实施方式，测量轨道的方法可以包括基于在喷射流的图像内检测的一个或多个对比点的排列，通过至少一个处理器评价喷射流的轨道。至少一个处理器可以通过鉴别连接一个或多个对比点的线来评价轨道。在一些实施方式中，至少一个处理器可以计算与喷射流的轨道相关的角度。计算的角度可以是喷射流偏离预定方向的度量。根据一些实施方式，如果计算的角度大约预定的阈值，则至少一个处理器可以检测在流式细胞仪操作中的异常。检测的异常可以与具有微喷嘴的微流控芯片相关或者归因于具有微喷嘴的微流控芯片。在一些实施方式中，如果计算的角度大于预定的阈值，则至少一个处理器可以实施报警功能。

在一些实施方式中，测量轨道的方法可以包括，通过至少一个处理器提供信号用于移动可移动的样本收集管，所述可移动的样本收集管被构造成以与确定喷射流轨道偏离预定轨道的至少一个处理器相对应的自动方式移动。

根据一些实施方式，测量轨道的方法可以包括，基于喷射流的第一部分的第一聚焦条件以及喷射流的第二部分的第二聚焦条件，通过至少一个处理器计算在聚焦方向上的喷射流的轨道。通过聚焦靠近喷射流的第一末端的对中地在喷射流中的第一对比点可以评价第一聚焦条件，而通过聚焦靠近喷射流的第二末端的对中地在喷射流中的第二对比点来评价第二聚焦条件。在一些实施方式中，至少一个处理器可以基于与第一聚焦条件和第二聚焦条件相关的位置差异来计算喷射流的轨道。

在一些实施方式中，测量轨道的方法可以进一步包括通过至少一个处理器鉴别在接收图像中的喷射流的宽度，并且基于鉴别的喷射流的宽度确定微喷嘴的直径。

在流式细胞仪中，可以以任何组合实施在流式细胞仪中测量喷射流轨道的方法的上述实施方式和特征。

结合附图根据下面的描述，能够更加全面地理解本教导的上述和其他方面、实施方式以及特征。

附图说明

本领域技术人员可以理解，本文中描述的附图仅仅是为了说明的目的。应该理解，在一些情况下可以夸大或者扩大地显示实施方式的各个方面从而有助于理解实施方式。在附图中，同样的参考符号通常指整个各个附图中功能相似和/或结构相似元件的同样的特征。附图不需要按照比例，相反重点要放在说明教导的原理。附图不是以任何方式用来限制本教导的范围。

图1是示出了根据本发明的实施方式的微粒分选装置（流式细胞仪）的分选系统的构造的示意图。流式细胞仪可以被配置为微芯片流式细胞仪。

图2A和2B是示出了可安装在流式细胞仪上的微芯片的实例的构造的示意图。

图3A到3C是示出了微芯片的喷嘴的构造的示意图。

图4是示出了用于确定流式细胞仪的液流等的轨道的步骤的流程图。

图5A和5B是示出了聚焦之前和之后由流式细胞仪的液滴照相机（droplet camera）所成像的图像的实例的图。

图6A和6B是示出了具有与由流式细胞仪的液滴照相机所成像的彼此不同宽度的液流的图像的示意图。

图7A和7B是示出了由流式细胞仪的液滴照相机所成像的液流和液滴的图像的实例的图。

图8A和8B是示出了由流式细胞仪的液滴照相机所成像的液流和液滴的图像的实例的图。

图9A和9B是示出了由流式细胞仪的液滴照相机所成像的液滴的图像的实例的图。

图10A和10B是示出了由流式细胞仪的液滴照相机所成像的液流的图像的实例的示意图。

当结合附图时根据下面陈述的详细描述，本实施方式的特征和优点会变得更加显而易见。

具体实施方式

下文中，参考附图描述根据本发明的实施方式。下文中描述的实施方式是本发明的代表性实施方式的实例，并且本发明的范围不受实施方式的限制。描述是按照下面的顺序进行。

1.根据本发明的实施方式的微粒分离装置的装置构造

1-1.芯片输入模块

1-2.微芯片

1-3.偏转板

1-4.收集单元

1-5.液滴照相机

1-6.控制单元等

2.根据本发明的另一个实施方式确定微粒分选装置的流轨道的方法

2-1.液流产生步骤S₁

2-2.液滴照相机Z轴扫描以及液流成像步骤S₂

2-3.聚焦步骤S₃

2-4.中心线检测步骤S₄

2-5.显示步骤S₅

2-6.轨道方向确定步骤S₆

2-6-1.Z轴方向确定步骤S₆₁

2-6-2.X轴方向确定步骤S₆₂

2-7.报警步骤S₇

2-8.收集管移动和对齐步骤S₈

3.各种另外的实施方式

1.根据本发明的实施方式的微粒分选装置的装置构造

图1是示出了根据本发明的实施方式的微粒分选装置1（下文中，也称为“流式细胞仪1”）的分选系统的构造的示意图。根据一个实施方式，流式细胞仪被配置为微芯片流式细胞仪。

1-1.芯片输入模块

在附图中参考数字11表示储存微芯片2的芯片输入模块。芯片输入模块11包括芯片输入单元，其执行转运从而将由外部插入的微芯片2储存到预定的位置；以及转运液体连接单元，其将样液、鞘液（sheath liquid）等，包括微粒供应到储存的微芯片2中（两个都没有显示）。另外，芯片输入模块11包括芯片振动单元，其在微芯片2中形成，并且将振动施加到产生样液和鞘液的层流（流动流S）的喷嘴21上，从而将液流S转变为液滴的形式，并且排出液滴；以及电荷单元（electric charge unit），其将电荷施加到排出的液滴上（两个都没有显示）。

1-2.微芯片

图2A到3C示出了可安装在流式细胞仪1上的微芯片2的实例。图2A示出了上表面的示意图，图2B示出了沿着图2A的线IIB-IIB截取的横截面示意图。图3A到3C是示意地示出了微芯片2的喷嘴21的一种构造的图。图3A示出了上表面的示意图，图3B示出了横截面示意图，图3C示出了平面图。图3B是沿着图2A的线IIIB-IIIB所截取的横截面图。

通过结合其上形成样本流动路径（ample flow path）22的基板层2a和2b，可以形成微芯片2。使用模具通过热塑性树脂的注射成型，能够形成在基板层2a和2b上的样本流动路径22。对于热塑性树脂，可以使用现存的现有技术的塑料作为微芯片的材料，例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯树脂（PMMA）、环状聚烯烃、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等。

样液从转运液体连接单元引入到样本入口23，并且与从转运液体连接单元引入到鞘流入口（sheath inlet）24的鞘液结合，从而将液体运输到样本流动路径22中。通过分成两个方向，运输从鞘流入口24引入的鞘液。然后，在与从样本入口23引入的样液结合的部分中，鞘液与样液结合，以便调解（interpose）来自两个方向的样液。因此，在连接部分中，形成三维的层流，其中样液的层流位于鞘液的层流的中心。

参考数字25表示吸收流动路径（suction flow path），当在样本流动路径22中产生结渣和气泡时，其通过引起在样本流动路径22内的负压从而暂时逆流，除去结渣和气泡。在吸收流动路径25的一个末端，形成通过转运液体连接单元的吸收出口251，其连接到负压来源例如真空泵等上，并且其另一个末端连接到在通信端口252上的样本流动路径22上。

在收缩单元（narrowing units）261（参见图2A和2B）和262（参见图3A到3C）中，可以形成逐渐缩小的三维层流的层流宽度，使得垂直横截面关于转运液体方向的区域在转运液体方向上从上游到下游逐渐或者逐步变小。之后，三维层流变为液流S（参见图1），并且从设置在流动路径一个末端上的喷嘴21中排出。在图1中，来自喷嘴21的液流S的排出方向显示作为正Y轴方向。

在样本流动路径22的收缩单元261和收缩单元262之间，可以检测微粒的特征。例如，在通过光辐射检测单元（没有示出）的光学检测中，关于微粒发射激光，微粒排列在三维层流中心的线上从而流到样本流动路径22内，并且通过一个或多个光检测器，可以检测由微粒产生的散射光和荧光。

样本流动路径22和喷嘴21的连接单元设置为形成线性的直线单元（straight unit）27。直线单元27起在正Y轴方向上直线地从喷嘴21喷射液流S的作用。

通过经由芯片振动单元将振动施加到喷嘴21上，可以将从喷嘴21喷射出的液流S转化为液滴的形式。在基底层2a和2b的末端表面方向上，喷嘴21是打开的，在打开位置和基底层的末端表面之间设置有切断部（cut-out portion）211。通过切断在喷嘴21的打开位置和基底的末端表面之间的基底层2a和2b，形成切断部211，使得切断部221的直径L大于喷嘴21打开的直径l（参见图3C）。期望形成的切断部211的直径L比喷嘴21打开的直径l大超过两倍，以便不中断从喷嘴21排出的液滴的移动。

1-3.偏转板

在图1中的参考数字12和12表示一对偏转板，通过插入从喷嘴21喷射出并且通过下面描述的液滴照相机4所成像的液流S（或者排出的液滴）使一对偏转板彼此相对排列。偏转板12和12包括电极，所述电极通过与施加到液滴上的电荷相互作用的电力，控制从喷嘴21排出的液滴的移动方向。另外，偏转板12和12通过与施加到液流S上的电荷相互作用的电力，也控制从喷嘴21产生的液流S的轨道。在图1中，偏转板12和12的相对方向显示作为X轴方向。

1-4.收集单元

在流式细胞仪1中，在任意多个收集管（收集容器）3中可以收集液流S（或者其液滴D），收集管设置在偏转板12和12的相对方向（X轴方向）的线上（参见图1）。收集管3可以是通用的塑料管或者实验的玻璃管。收集管3的数量不是具体限制的，但是实施方式示出了设置有五个收集管的情况。从喷嘴21产生的液流S引入到五个收集管S中的任意一个中，这依赖于在偏转板12和12之间作用的电力的存在或者不存在或者大小，并且将其收集在其中。

收集管3可以以可交换的方式布置在收集管容器31中。收集管3以可移动的方式布置在图1中箭头F1所示的移动方向上（X轴方向）。例如，可以布置收集管3，使得在收集管容器31固定的状态下，仅仅收集管3在X轴方向上移动，或者收集管3可以随着收集管容器31的移动而可移动地布置。

收集管容器31可以布置在Z轴平台（stage）32上，所述Z轴平台32被构造成在垂直于来自喷嘴21的液流S的排出方向（Y轴方向）并且垂直于偏转板12和12的相对方向（X轴方向）的方向上（Z轴方向）可移动。在图1中的箭头F2表示Z轴平台32的移动方向。图中的参考数字321表示在Z轴平台32上设置的废液口（waste liquid port）。在流式细胞仪1中，收集管容器31和Z轴平台32构成由Z轴马达（没有示出）所驱动的收集单元33。

1-5.液滴照相机

液滴照相机4可以是任何合适的照相机（CCD照相机、CMOS图像传感器等），用于使从微芯片2的喷嘴21喷射出的液流S或者从那里排出的液滴成像（参见图1）。液滴照相机4可以被设计以能够在至少一个处理器的控制下对在液流S或者液滴的捕捉图像执行自动聚焦。由液滴照相机4捕捉的图像可以显示在显示单元例如显示器上，并且使用者可以用其来检查喷嘴21的液滴的形成状态（液滴的大小、形状、间隔等）。

在流式细胞仪1中，从喷嘴21喷射出的液流S（或者液滴）的轨道依赖于安装的微芯片2的个体差异而不同，并且在每次交换微芯片2时，在图中Z轴方向（和X轴方向）上能够改变液流S的位置。持续喷射液流S或者持续排出液滴可以导致微芯片2的劣化等，使得随着时间在图中Z轴方向（和X轴方向）上能够改变液流S（或者液滴）的位置。液滴照相机4也起到检测在Z轴方向（和X轴方向）上液流S（或者液滴）的上述位置改变的作用。

1-6.控制单元等

除了上面所描述的构造以外，流式细胞仪1包括光辐射检测单元，用于检测微粒的光学特征；数据分析单元，用于确定特征；槽单元（tank unit），其储存样液和鞘液；以及控制单元，用于控制包括在通常的流式细胞仪中的其每一种构造。

通过通用的计算机可以配制控制单元，通用的计算机包括至少一个CPU、存储器或者硬盘等，以及OS。至少一个CPU可以执行的机器可读指令可以储存在存储器中，当由至少一个CPU执行时，具体地使计算机适合于执行下面将描述的位置控制的每一个步骤，以及流式细胞仪的其他过程。

通过激光源，包括关于微粒冷凝和发射激光的冷凝镜头、二向色镜、带通滤波器等的激光系统，以及通过激光的激发检测由微粒产生的测量目标光的检测系统，可以配置光辐射检测单元。通过区域成像设备等，例如PMT（光电增倍管）、CCD或者CMOS元件，可以配置检测系统。

由光辐射检测单元的检测系统检测的测量目标光是通过测量光的发射由微粒产生的光，并且可以是散射光，例如向前散射光、向后散射光、瑞利散射（Rayleigh-scattered）或者Mie散射光或者荧光。上述测量目标光转变为电信号、输出到控制单元中，提供来确定微粒的光学特征。

流式细胞仪1可以以磁或者电检测微粒的特征。在这种情况下，在微芯片2的样本流动路径22中，微电极彼此相对设置，并且测量电阻值、电容值、电感值、阻抗、电极之间电场的变化值或者磁化强度的变化、磁场等。

2-1.液流产生步骤S₁

图4是根据一个实施方式示出了用于确定流式细胞仪1的液流S（或者液滴）的轨道的步骤的流程图。用于确定轨道的步骤包括“液流产生步骤S₁”、“液滴照相机Z轴扫描以及液流成像步骤S₂”、“聚焦步骤S₃”、“中心线检测步骤S₄”、“显示步骤S₅”、“轨道方向确定步骤S₆”、“报警步骤S₇”和“收集管移动和对齐步骤S₈”的过程。下文中，将描述每一个过程。

首先，在液流产生步骤S₁中，转运液体连接单元开始将样液和鞘液转运到微芯片2的样本入口23和鞘流入口24中，并且从喷嘴21喷射出液流S（参见图4）。控制单元将信号输出到转运液体连接单元，并且开始转运样液和鞘液。从喷嘴21喷射出的液流S可以收集在废液口321中，并且可以丢弃。

在该步骤S₁中，芯片振动单元将振动施加到喷嘴21上，可以从喷嘴中排出液滴而不是连续的液流S，使得液滴能够收集在废液口321中，并且可以丢弃。

2-2.液滴照相机Z轴扫描以及液流成像步骤S₂

在步骤S₂中，控制单元将信号输出到液滴照相机4中，并且接收信号的液滴照相机4可以在Z轴方向上移动（参见图4），例如，位于流的图像的中心。然后，控制单元将信号输出到液滴照相机4中，并且接收信号的液滴照相机4执行液流S（或者液滴）的成像。

2-3.聚焦步骤S₃

在步骤S₃中，在通过控制单元检测液流S（或者液滴）的图像的情况下，当通过液滴照相机4使液流S（或者液滴）的图像成像时，在X轴方向上可以执行聚焦（参见图4）。由液滴照相机4所成像的液流S（或者液滴）的图像可以输出到控制单元中，并且控制单元可以执行聚焦控制，直到在聚焦步骤S₃的图像中检测对比点或者亮点（bright point）。本文中，亮点表示在由液滴照相机4所成像的液流S（或者液滴）的图像中具有比预定阈值更高亮度的一个或多个像素。对比点或者斑点（点，spot）可以是亮度或者颜色显著不同于（例如，大于约10%差异）点周围的背景亮度或者颜色的点。例如，在记录的图像中，对比点可以是在白色背景上的灰点、在红色背景上的黄点、在黑色背景上的白点等。

图5A代表示出了执行成像液滴的聚焦之前的状态的实例的图（参见图5A），图5B代表示出了执行成像液滴的聚焦之后的状态的实例的图（参见图5B）。如在图5B中所显示，因为执行了图像P的聚焦，所以可以检测到在每个液滴D的中心位置的至少一个亮点B。甚至在从喷嘴喷射出液流S而不是液滴D的情况下，可以以相同的方式沿着液流S的轨道在中心部分检测到至少一个亮点B。因此，在步骤S₄中，实施液滴照相机4的聚焦，直到在捕捉的图像P中检测到至少一个亮点B。同时，在图像P的对比率在预定的范围内的情况下，控制单元能够确定图像P是否处于聚焦状态。

当液流S由液滴照相机4成像时，基于在捕捉的图像P中，垂直于液流S的轨道的方向（Z轴方向）上检测到的液流S的宽度，控制单元可以确定喷嘴的直径。

图6A和6B示出了两个捕捉图像的示意图，两个捕捉图像具有彼此不同的液流S的宽度（图6A和6B）。例如，通过基于储存在存储器单元中的信息而评价在图6A中显示的液流S的宽度，控制单元可以被构造成准确地确定喷嘴的直径是100μm等。在具有不同于图6A所示出的液流S的宽度的图6B所示出的实例中，例如，通过基于储存在存储器单元中的信息而评价液流S的宽度，控制单元可以被构造成准确地确定喷嘴的直径是70μm等。控制单元可以记录或者显示所确定的喷嘴直径作为在流式细胞仪1中使用的芯片的喷嘴直径。因此，不需要使用者手动设置或者记录喷嘴的直径，因而，可以防止设置错误，例如错误设置或者错误记录喷嘴的直径。

2-4.中心线检测步骤S₄

在步骤S₄中，控制单元根据由液滴照相机4所成像的液流S（或者液滴D）的图像中的一个或多个亮点，可以检测液流S的中心线，并且可以将预设的中心线信息与检测到的中心线比较（参见图4）。

图7A和7B示出了当在捕捉的图像中检测到液流S（或者液滴D）的中心线L时的状态。当从喷嘴喷射出液流S时，控制单元可以被构造成检测由多个亮点形成的直线作为中心线L，在由液滴照相机4所成像的液流S的图像中沿着液流S的喷射方向显示多个亮点。详细地，如图7A所示，控制单元可以将在液流S的捕捉图像P中的亮点B确定为中心线L。

当从喷嘴排出液滴D时，控制单元可以被构造成检测通过连接显示在每个液滴D中的一个或多个亮点形成的直线，作为中心线L。详细地，如图7B所示，当液滴D成像时，控制单元可以将通过连接每个液滴的亮点形成的线确定为液滴的中心线L。在这种情况下，根据每个液滴D的亮点的连接方法，当能够产生多个中心线L时，控制单元可以将大约最接近后面将详细描述的中心线信息的线设定为中心线。

2-5.显示步骤S₅

在步骤S₅中，控制单元能够在显示单元，例如显示监视器上显示捕捉的图像（参见图4）。

如图7A和7B所示，控制单元能够基于上面所描述的中心线L，设置和显示这样的显示器中心捕捉图像的液流S（参见图7A）或者液滴D（参见图7B）。更详细地，例如，首先，控制单元可以在Z轴方向上对齐（定位，align）液滴照相机4。控制单元可以基于捕捉图像P执行对齐，直到通过将中心线L设置为正侧像素和负侧像素之间的边界，Z轴方向的正方向侧和负方向侧的像素的数量变得相同。

因此，在流式细胞仪1中，能够自动对齐液流S（或者液滴D）的图像P，并且显示在显示器的中心。

2-6.轨道方向确定步骤S₆

在步骤S₆中，控制单元可以确定液流S（或者液滴D）的轨道（参见图4）。更详细地，控制单元可以确定在Z轴方向上轨道的偏离，并且还可以确定在X轴方向上轨道的偏离。下文中，包括“Z轴方向确定步骤S₆₁”和“X轴方向确定步骤S₆₂”的过程。后面将描述每个过程。

2-6-1.Z轴方向确定步骤S₆₁

在步骤S₆₁中，控制单元可以确定在Z轴方向上液流S（或者液滴D）的轨道。

如在图7A和7B中所描述，控制单元可以比较中心线L和预先储存在存储器单元中的预定的中心线信息。关于液流S（或者液滴D），如上面所述检测中心线L。预定的中心线信息可以是代表与预先储存在存储器单元中的XZ平面垂直的直线的信息，并且可以进一步代表在捕捉的图像中通过将预定的中心线设置为边界而使Z轴方向的正方向侧和负方向侧的像素的数量相同的线。

本文中，除了图7A和7B之外，当进一步参考图8A和8B时将描述中心线L和预先储存在存储器单元中的预定中心线信息I之间的比较。图8A和8B还示出了以与图7A和7B相同的方式在捕捉的图像中检测液流S（或者液滴D）的确定的中心线L的状态。

在图8A所示出的实例中，在YZ平面上中心线L关于预定的中心线信息I偏离θ1度（参见图8A）。以相同的方式，在图8B所示出的实例中，当与预定的中心线信息I相比较时在YZ平面上中心线偏离θ2度（参见图8B）。在图8A所示出的实例中，省略了通过控制单元的显示步骤S₅的过程，其通过将中心线L设置为边界用于使Z轴方向的正方向侧和负方向侧的像素的数量相同。

同时，在图7A和7B所示出的实例的情况下，控制单元可以确定在YZ平面上中心线L关于预定的中心线信息I几乎没有偏离（参见图7A和7B）。

控制单元还可以被构造成基于中心线L和中心线信息I的比较而确定检测的中心线L相对于中心线信息I的倾斜角度（例如角度θ1或θ2），超过预定的阈值，并且确定微芯片是异常的。如上面所描述，通过比较中心线信息I和中心线L，控制单元能够确定在Z轴方向上液流S（或者液滴D）的轨道的偏离，并且当轨道偏离时，控制单元能够自动确定微芯片等是在故障状态（堵塞等的异常状态）。可以导致异常确定的倾斜角度可以是在一些实施方式中大于0.5度的倾斜角度、在一些实施方式中大于1度、在一些实施方式中大于2度、在一些实施方式中大于5度、在一些实施方式中大于10度或者在一些实施方式中大于20度。异常的倾斜角度可以是在收集器不再捕集到喷射流的角度。

2-6-2.X轴方向确定步骤S₆₂

在步骤S₆₂中，控制单元可以确定在X轴方向上的液流S（或者液滴D）的轨道（参见图4）。

图9A和9B示出了可以执行聚焦的液滴图像的实例的图。如图9A所示，当在X轴方向上液滴D的轨道没有偏离时，因为基于控制单元的信号执行了液滴照相机4的聚焦，所以检测聚焦区域R1的图像中流的长度，而不用检测非聚焦区域R2。

同时，如图9B所示，当在X轴方向上液滴D的轨道偏离时，因为基于控制单元的信号执行了液滴照相机4的聚焦，所以检测聚焦区域R1的流长度的一部分，并且还检测非聚焦区域R2。

因为控制单元检测在图像P中的非聚焦区域R2和聚焦区域R1两者，所以能够确定微芯片等的异常。因此，当鉴别在液流S或者液滴D的图像中非聚焦区域R2的存在并且确认非聚焦区域R2的存在时，控制单元确定在X轴方向上液流S或者液滴D的轨道发生偏离。因而，在流式细胞仪1中，当在X轴方向上轨道偏离时，控制单元可以自动确定微芯片等处于故障状态（堵塞等的异常状态）。

图10A和10B示出了检测至少一个亮点的液流S的图像的示意图。如图10A和10B所示，例如，控制单元可以执行在Y轴方向的负方向侧的聚焦，并且可以检测至少一个亮点B（参见图10A）。而且，控制单元可以执行在Y轴方向的正方向侧的聚焦，并且在第二聚焦位置可以检测至少一个亮点B，第二聚焦位置不同于发现在图10A所示的至少一个亮点B的第一聚焦位置（参见图10B）。因此，控制单元能够执行在液流S的图像P中液流S的末端部分的两个部分（正Y轴方向侧的末端部分和负Y方向侧的末端部分）的聚焦。因而，控制单元能够获得对应于X轴方向上轨道的偏离的位置信息，并且在后面将描述的收集管移动和对齐步骤S₈中，通过使用检测的位置信息，能够执行在X轴方向上收集管3的对齐。

2-7.报警步骤S₇

在步骤S₇中，在评价Z轴方向和/或X轴方向上流或者液滴轨道之后，控制单元可以确定倾斜或者偏离角度超过预定的阈值。相应地，控制单元可以执行关于使用者的报警（参见图4）。在这种情况下，各种方法，例如通过显示单元例如显示器显示光或者信息的方法，或者提供在流式细胞仪1中输出单元以及通过音频输出报警的方法等，能够用作警报使用者的方法。因而，使用者能够检查芯片的故障、损坏等。

2-8.收集管移动和对齐步骤S₈

在收集管移动和对齐步骤S₈中，基于与上面所描述的在X轴方向上轨道偏离相对应的位置信息，控制单元可以执行收集管3的定位（参见图4）。详细地，将关于在X轴方向上的液流S（或者液滴D）的轨道的信息转化为相同方向上的收集管3的位置信息，并且收集管3移动到与转化的位置信息相对应的位置上。因此，布置在收集管容器31中的收集管3和液流S在X轴方向上对齐，并且喷射的液流S可以准确地到达收集管3。

另外，在收集管移动和对齐步骤S₈中，基于通过上面描述的Z轴方向的对齐而获得的位置信息，控制单元可以执行收集管容器31的定位。详细地，将关于Z轴方向上液流S（或者液滴D）的轨道的信息转化为相同方向上收集管3的位置信息，并且使Z轴平台32移动到与转化的位置信息相对应的位置上。因而，布置在收集管容器31中的收集管3以及液流S在Z轴方向上对齐，并且喷射的液流S可以准确地到达收集管3。在上面的描述中，已经按顺序描述了步骤S₁到S₈的每个过程，然而本发明不限制于按该顺序实施。例如，步骤S₇的过程可以在步骤S₈的过程之后实施。在一些实施方式中，可以不执行所有的步骤。在一些实施方式中，可以重复一个或多个步骤。

3.各种另外的实施方式

还预期了装置和相关方法的另外的实施方式。在一些实施方式中，微粒分选装置包括成像设备，所述成像设备使从喷嘴喷射出的液流或者从喷嘴排出的液滴成像；以及控制单元。控制单元可以被构造成根据由成像设备所成像的液流或者液滴的图像中的对比点，检测液流或者多个液滴的中心线，并且比较中心线和预设的中心线信息。微粒分选装置可以进一步包括显示图像的显示单元。根据一些实施方式，成像设备可以被构造成聚焦所捕捉的图像，并且控制单元可以执行在图像的至少部分区域上聚焦。控制单元可以被构造成基于落在预定范围内的所选择图像部分的对比率确定图像是在聚焦状态或者在非聚焦状态。根据一些实施方式，微粒分选装置可以包括微芯片流式细胞仪，其中喷嘴设置在微芯片中。

在一些实施方式中，控制单元可以被构造成鉴别或者设置与液流的多个对比点相对应的直线，在由成像设备所成像的液流的图像中，沿着喷射方向显示液流的多个对比点。直线可以确定为中心线或者从喷嘴喷射的液流的轨道。在一些实施方式中，控制单元可以被构造成鉴别或者设置与液滴的多个对比点相对应的直线，在由成像设备所成像的液流的图像中，沿着从喷嘴排出的喷射方向显示液滴的多个对比点，并且将直线确定为中心线或者液滴的轨道。控制单元可以被构造成通过计算鉴别的中心线和预定的参考线之间的倾斜值（inclination value），确定喷射的液流或者液滴的异常。当中心线和参考线之间的比较超过预定的阈值时，可以确定异常。

在微粒分选装置的一些实施方式中，控制单元可以被构造成确定在液流或者多个液滴的图像中非聚焦区域的存在。当在液流或者多个液滴的图像中检测非聚焦区域和聚焦区域时，控制单元可以确定在图像中的异常。

根据一些实施方式，微粒分选装置可以包括一对偏转板，所述偏转板相对于彼此布置，其中由成像设备所成像的液流或者液滴置于其间。微粒分选装置可以进一步包括至少一个收集容器，所述收集容器被构造成收集液流并且能够至少在与成像设备的成像方向平行的方向上移动。控制单元可以被构造成基于与通过在液流的图像中的至少两个部分聚焦而获得的液流的轨道方向的偏离相关的信息而调整收集容器的位置。两个部分的聚焦可以包括在液流的图像中液流的两个末端部分的聚焦。

在一些实施方式中，控制单元可以被构造成基于与由成像设备所成像的图像的液流的轨道方向垂直的方向上检测到的液流的宽度而确定喷嘴的直径。

可以以任何组合执行微粒分选装置的上述实施方式和特征。

实施方式还包括确定微粒分选装置的液流或者液滴的轨道的方法。该方法按顺序可以包括，获得喷射的液流或者液滴的图像、根据在图像内的对比点检测中心线、比较中心线和预设的参考线信息以及显示信息的操作。对比点可以对中地位于喷射的液流或者液滴内。

如上面所描述，在流式细胞仪1中，能够自动确定液流S（或者液滴）的轨道。因此，在流式细胞仪1中，能够简单地执行高度准确的分析。

本发明包括与在2012年3月30日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-080366中所披露的有关的主题，将其全部内容并入本文作为参考。

本领域的技术人员应当理解，可以根据设计要求和其它因素进行各种变更、组合、子组合、以及改变，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims

1.一种流式细胞仪，包括：

微喷嘴，被构造成喷射液流；

成像设备，被构造成使喷射流成像，所述喷射流是从所述微喷嘴喷射出的所述液流的至少一部分；以及

至少一个处理器，被构造成接收和处理由所述成像设备所成像的所述喷射流的图像，检测对中地位于所述喷射流内的一个或多个对比点，并且根据接收的图像评价所述喷射流的轨道。

2.根据权利要求1所述的流式细胞仪，其中所述喷射流包括连续的液流或者包括分开的液滴流。

3.根据权利要求2所述的流式细胞仪，进一步包括：

静电偏转装置，被构造成偏转所述液滴；以及

充电装置，被构造成将电荷施加至单个液滴，使得可以根据预先选择的分选标准分选携带微粒的单个液滴。

4.根据权利要求2所述的流式细胞仪，进一步包括自动聚焦装置，其中所述至少一个处理器进一步被构造成测量在所述液流或者液滴的至少一个中心区域内的第一亮度级以及在所述液流或者液滴的至少一个剩余部分中的第二亮度级，并且基于测量的第一亮度级和第二亮度级控制所述聚焦装置，以便改变接收图像的焦点。

5.根据权利要求4所述的流式细胞仪，其中根据由所述第一亮度级和第二亮度级计算的对比率改变接收图像的焦点。

6.根据权利要求1所述的流式细胞仪，其中所述至少一个处理器被构造成基于在所述喷射流的所述图像内检测的一个或多个亮点的排列评价所述喷射流的所述轨道。

7.根据权利要求6所述的流式细胞仪，其中所述至少一个处理器被构造成通过鉴别连接所述一个或多个亮点的线来评价所述轨道。

8.根据权利要求1所述的流式细胞仪，其中所述至少一个处理器进一步被构造成计算与所述喷射流的所述轨道相关的角度。

9.根据权利要求8所述的流式细胞仪，其中所计算的角度是所述喷射流与预定方向偏离的度量。

10.根据权利要求8所述的流式细胞仪，其中所述至少一个处理器进一步被构造成如果所计算的角度大于预定的阈值则检测所述流式细胞仪操作中的异常。

11.根据权利要求10所述的流式细胞仪，其中所检测的异常与具有微喷嘴的微流控芯片相关。

12.根据权利要求10所述的流式细胞仪，其中所述至少一个处理器进一步被构造成如果所计算的角度大于预定的阈值则实施报警功能。

13.根据权利要求1所述的流式细胞仪，进一步包括可移动的样本收集管，所述可移动的样本收集管被构造成以与确定所述喷射流的所述轨道偏离预定轨道的所述至少一个处理器相对应的自动方式移动。

14.根据权利要求1所述的流式细胞仪，其中所述至少一个处理器被构造成基于所述喷射流的第一部分的第一聚焦条件以及所述喷射流的第二部分的第二聚焦条件而计算在聚焦方向上所述喷射流的所述轨道。

15.根据权利要求14所述的流式细胞仪，其中通过聚焦靠近所述喷射流的第一末端的对中地在所述喷射流中的第一亮点来评价所述第一聚焦条件，而通过聚焦靠近所述喷射流的第二末端的对中地在所述喷射流中的第二亮点来评价所述第二聚焦条件。

16.根据权利要求14所述的流式细胞仪，其中所述至少一个处理器被构造成基于与所述第一聚焦条件和第二聚焦条件相关的位置差异来计算所述喷射流的所述轨道。

17.根据权利要求1所述的流式细胞仪，其中所述至少一个处理器进一步被构造成鉴别在所接收图像中所述喷射流的宽度，并且基于所鉴别的所述喷射流的宽度确定所述微喷嘴的直径。

18.根据权利要求1所述的流式细胞仪，其中所述微喷嘴是微流控芯片的出口喷嘴。

19.根据权利要求1所述的流式细胞仪，其中所述流式细胞仪被配置为微芯片流式细胞仪。

20.一种用于流式细胞仪的喷射流的轨道评价系统，所述轨道评价系统包括：

成像设备，被构造成使所述喷射流成像，其中所述喷射流是从所述流式细胞仪的微喷嘴喷射出的液流的至少一部分；以及

至少一个处理器，被构造成接收和处理由所述成像设备所成像的所述喷射流的图像，检测对中地位于所述喷射流内的一个或多个对比点，并且基于所述一个或多个对比点根据所接收的图像评价所述喷射流的轨道。

21.一种测量流式细胞仪中喷射流的轨道的方法，所述方法包括：

用成像设备使所述喷射流成像，其中所述喷射流是从所述流式细胞仪的微喷嘴喷射出的液流的至少一部分；

通过至少一个处理器，接收由所述成像设备所成像的所述喷射流的图像；以及

通过所述至少一个处理器处理所接收的图像，从而检测对中地位于所述喷射流内的一个或多个对比点，并且基于所述一个或多个对比点评价所述喷射流的轨道。