JP2008039405A - 微粒子測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを抑制しつつ、微粒子の形状や性質などの計測精度を向上させることが可能な微粒子測定装置を提供する。
【解決手段】シース液１４は、試料液１３よりも温度が高くなるようにヒータ１１にて加熱しながら、コンプレッサなどの圧力にてシース液容器１０から押し出し、フローセル２に注入するとともに、試料液１３は、シース液１４よりも温度が低くなるようにクーラ１２にて冷却しながら、コンプレッサなどの圧力にて試料液容器９から押し出し、シース液１４の中央に注入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は微粒子測定装置に関し、特に、シースフロー方式にて微粒子の形状や性質などを計測する方法に適用して好適なものである。

フローサイトメトリでは、微粒子を流体中に分散させ、その流体を細く流して、個々の微粒子を光学的に分析することにより、微粒子の種類や性質を解明することができ、医療分野やバイオテクノロジー分野などで主に使用されている。
図３は、このフローサイトメトリに用いられる従来の微粒子測定装置の概略構成を示す斜視図である。

図３において、サンプルＳａはサンプル容器１０１に蓄積され、生理食塩水等のシース液Ｓｈはシース容器１０２に蓄積されている。そして、サンプル容器１０１およびシース容器１０２の内部はそれぞれ気密にされ、加圧機構により加圧されている。そして、シースフロー原理によりフローセルチャンバ１０３内でサンプルがシース液に包まれて細い流れに収斂され、フローセル１０４の流通部を通過する。このときサンプル中に含まれる微粒子は分離されて１個ずつ順次流れる。このフローセル１０４を通過する個々の微粒子に対してレーザ光源１０５から出射されたレーザ光が、シリンドリカルレンズ１０６ａ、１０６ｂによって集光照射され、この結果として微粒子からは散乱光及び蛍光が発生する。そして、レンズ１０７によって散乱光を集光しながら、検出器８で光強度を検出することにより、個々の微粒子を光学的に分析することができる。

また、例えば、特許文献１には、サンプルを効率良くフローセルに供給することができるようにするために、シース液供給チューブに設けられシース液の送液を行なうシース液送液機構と、廃液チューブに設けられ廃液の送液を行なう廃液送液機構を設け、シース液送液機構と廃液送液機構との流量差によってサンプルの流量を決定する方法が開示されている。
特開平６−１９４２９９号公報

しかしながら、従来の微粒子測定装置では、検出対象粒子が小さい場合や、検出対象粒子が発光する蛍光の強度が非常に微弱である場合、計測精度を維持するためには、光源を高出力化したり、光検出器を高感度化したりして検出感度を向上させる必要があることから、コストアップを招くという問題があった。
そこで、本発明の目的は、コストアップを抑制しつつ、微粒子の形状や性質などの計測精度を向上させることが可能な微粒子測定装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の微粒子測定装置によれば、微粒子を含む試料液がシース液で包み込まれた試料流を形成するフローセルと、前記試料流に光を照射する光源と、前記試料流に含まれる微粒子からの光の強度を検出する光検出器と、前記フローセルを流れる試料液とシース液との間で温度差が発生するように、前記試料液および前記シース液のいずれか少なくとも一方の温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする。
また、請求項２記載の微粒子測定装置によれば、前記温度制御手段は、前記試料液の温度が前記シース液の温度よりも低くなるように、前記試料液および前記シース液のいずれか少なくとも一方の温度を制御することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、試料液とシース液との間に温度差に起因する屈折率差を生じさせることが可能となり、試料流に含まれる微粒子から発生する光がシース液を通過する時に光の進路を屈曲させることができる。このため、試料流に含まれる微粒子から発生する光の集光効率を向上させることが可能となり、光源の高出力化や光検出器の高感度化を伴うことなく、試料流に含まれる微粒子から発生する光の検出感度を向上させることが可能となることから、コストアップを抑制しつつ、微粒子の形状や性質などの計測精度を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る微粒子測定装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る微粒子測定装置の概略構成を示す側面図、図２（ａ）は、試料液１３とシース液１４との温度が等しい時の微粒子から発生した光路を図１のＡ−Ａ線に沿って示す断面図、図２（ｂ）は、試料液１３とシース液１４との温度が異なる時の微粒子から発生した光路を図１のＡ−Ａ線に沿って示す断面図である。

図１および図２において、微粒子測定装置１には、微粒子７を含む試料液１３がシース液１４で包み込まれた試料流を形成するフローセル２、試料流にレーザ光を照射するレーザ光源３、レーザ光源３から出射されたレーザ光を試料流に集光するレンズ４、試料流に含まれる微粒子７からの光の強度を検出する受光素子６、試料流に含まれる微粒子７からの光を受光素子６に集光するレンズ５、試料液１３をシース液１４の中央に注入するノズル（サンプルインサーションロッド）８、試料液１３を貯留する試料液容器９、シース液１４を貯留するシース液容器１０、試料液容器９に貯留された試料液１３を冷却するクーラ１２、およびシース液容器１０に貯留されたシース液１４を加熱するヒータ１１が設けられている。なお、シース液１４としては、微粒子１６の光学的な分析の妨害にならないようにするために、例えば、純水などを用いることができる。

ここで、フローセル２は、流体力学に基づいて設計されており、断面が四方形の細長いクォーツ製の中空チャンバで、レーザ光を透過させ、フローセル２内の微粒子７にレーザ光を照射させることができる。また、フローセル２内部は、入口からレーザ照射部に向けて次第に幅が狭くなり、レーザー照射部では正方形クォーツを構成することができる。

そして、シース液１４は、試料液１３よりも温度が高くなるようにヒータ１１にて加熱されながら、コンプレッサなどの圧力にてシース液容器１０から押し出され、フローセル２に注入されるとともに、試料液１３は、シース液１４よりも温度が低くなるようにクーラ１２にて冷却されながら、コンプレッサなどの圧力にて試料液容器９から押し出され、ノズル８を介してシース液１４の中央に注入される。そして、フローセル２内において、試料液１３とシース液１４の流れは層流を形成し、試料液１３とシース液１４とが混じり合うことなく、微粒子７を含む試料液１３がシース液１４で包み込まれた試料流を形成することができる。

ここで、試料液１３側の圧力をシース液１４側の圧力よりわずかに低い状態にすると、試料液１３は、シース液１４との層流を作る段階で流体力学的絞り込みが生じ、シース液１４に包まれた試料液１３の流径が細くなって、微粒子７を１列に並ばせることができ、微粒子７が１個ずつ順番にフローセル２中を流れて行く状態にすることができる。

なお、シース圧を変えることにより、フローセル２内を微粒子７が通過する速度を変えることができ、シース圧とサンプル圧の差（差圧）により、フローセル２内の微粒子７が流れる速度、すなわち測定速度を決めることができる。例えば、シース圧が一定の時、サンプル圧を高くすると差圧が小さくなり、試料流の絞り込みは少なくなることから、試料流の流路幅は太くなり、測定速度は上がる一方で、測定分解能が下がる。一方、サンプル圧を低くすると差圧が大きくなり、試料流の絞り込みが大きくなることから、試料流の流路幅は細くなり、分解能は向上する一方で、測定速度は遅くなり、同じ微粒子７を測定するならば、測定時間が長くなる。

そして、レーザ光源３から出射されたレーザ光はレンズ４にて集光された後、フローセル２内を流れる試料流に照射され、このレーザ光を横切るようにして微粒子７を１個ずつ順番にフローセル２内に流すことができる。そして、フローセル２内に流れる微粒子７にレーザ光が照射されると、この微粒子７からは散乱光及び蛍光が発生し、レンズ５によって散乱光を集光しながら、検出器８で光強度を検出することにより、個々の微粒子７を光学的に分析することができる。

ここで、試料液１３の温度がシース液１４の温度よりも低くなるように、試料液１３およびシース液１４の温度を制御することにより、試料液１３とシース液１４との間に温度差に起因する屈折率差を生じさせることが可能となり、試料液１３に含まれる微粒子から発生する光がシース液１４を通過する時に光の進路を屈曲させることができる。このため、試料液１３に含まれる微粒子７から発生する光の集光効率を向上させることが可能となり、レーザ光源３の高出力化や光検出器６の高感度化を伴うことなく、試料液１３に含まれる微粒子７から発生する光の検出感度を向上させることが可能となることから、コストアップを抑制しつつ、微粒子７の形状や性質などの計測精度を向上させることが可能となる。

例えば、試料液１３およびシース液１４が水（２０℃で屈折率が１．３３３）の場合、温度による水の屈折率の変化は約−０．０００１１（１／℃）である。そして、例えば、試料液１３の温度を５℃、シース液１４の温度を６０℃に設定した場合、試料液１３とシース液１４との温度差は６０℃となり、試料液１３とシース液１４との間に約０．００６６の屈折率差を生じる。また、この場合には、シース液１４の屈折率よりも試料液１３の屈折率の方が大きくなる。このため、試料液１３中の微粒子７から発生した光は、屈折率の高いシース液１４側に入射する時に、あたかも凸レンズを通過するときのように進路が曲げられ、試料液１３中の微粒子７から発生した光を効率よく集光することができる。

すなわち、図２（ａ）において、試料液１３およびシース液１４の温度が互いに等しい場合には、試料液１３とシース液１４との屈折率は互いに等しくなる。このため、試料液１３中の微粒子７から発生した光は、そのまま直進しながらシース液１４側に入射し、微粒子７から発生した光の集光効率は、レンズ５のＮＡ（開口数）にて決定される。
一方、図２（ｂ）において、試料液１３の温度がシース液１４の温度よりも低くなるように設定した場合には、シース液１４の屈折率よりも試料液１３の屈折率の方が大きくなる。このため、試料液１３中の微粒子７から発生した光は、試料液１３からシース液１４に入射する時に進路が曲げられ、微粒子７から発生した光の集光効率を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、試料液１３の温度をシース液１４の温度よりも低くするために、試料液１３を冷却するクーラ１２およびシース液１４を加熱するヒータ１１を設ける方法について説明したが、試料液１３を冷却するクーラ１２またはシース液１４を加熱するヒータ１１のいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。また、フローセル２内において試料液１３とシース液１４との熱伝導を小さくするために、フローセル２の流路はできる限り短くすることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る微粒子測定装置の概略構成を示す側面図である。 図２（ａ）は、試料液１３とシース液１４との温度が等しい時の微粒子から発生した光路を示す図、図２（ｂ）は、試料液１３とシース液１４との温度が異なる時の微粒子から発生した光路を示す図である。 従来の微粒子測定装置の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 微粒子測定装置
２ フローセル
３ レーザ光源
４、５ レンズ
６ 受光素子
７ 微粒子
８ ノズル
９ 試料液容器
１０ シース液容器
１１ ヒータ
１２ クーラ
１３ 試料液
１４ シース液

Claims (2)

1. 微粒子を含む試料液がシース液で包み込まれた試料流を形成するフローセルと、
   前記試料流に光を照射する光源と、
   前記試料流に含まれる微粒子からの光の強度を検出する光検出器と、
   前記フローセルを流れる試料液とシース液との間で温度差が発生するように、前記試料液および前記シース液のいずれか少なくとも一方の温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする微粒子測定装置。
2. 前記温度制御手段は、前記試料液の温度が前記シース液の温度よりも低くなるように、前記試料液および前記シース液のいずれか少なくとも一方の温度を制御することを特徴とする請求項１記載の微粒子測定装置。

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