JP2009162660A - Detection method and detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微小粒子等の試料を検出する方法及びこの方法を利用した検出装置に関する。より詳しくは、試料を含むサンプル液で層流を形成し、その中に含まれる試料を検出する技術に関する。 The present invention relates to a method for detecting a sample such as a microparticle and a detection apparatus using the method. More specifically, the present invention relates to a technique for forming a laminar flow with a sample liquid containing a sample and detecting the sample contained therein.
一般に、細胞、微生物及びリポソーム等の生体関連微小粒子を識別する場合は、フローサイトメトリー(フローサイトメーター)を用いた光学的測定方法が利用されている(例えば、非特許文献1参照。)。フローサイトメトリーは、流路内を1列になって通流する微小粒子に特定波長のレーザ光を照射し、各微小粒子から発せられた蛍光又は散乱光を検出することで、複数の微小粒子を1個ずつ識別する方法である。 In general, in order to identify biologically relevant microparticles such as cells, microorganisms, and liposomes, an optical measurement method using flow cytometry (flow cytometer) is used (for example, see Non-Patent Document 1). Flow cytometry irradiates laser light of a specific wavelength to minute particles that flow in a line in a flow path, and detects fluorescence or scattered light emitted from each minute particle, thereby detecting a plurality of minute particles. This is a method for identifying one by one.
具体的には、フローセル内において、測定対象の微小粒子を含むサンプル液と、その周囲を流れるシース(鞘)液とで層流を形成し、更に、サンプル液とシース液との間にわずかな圧力差を生じさせることで、サンプル液中に含まれる複数の微小粒子を1列に並べる。その状態でフローセルにレーザ光を照射すると、微小粒子がレーザービームを横切るように1個ずつ通過する。このとき、レーザ光により励起されて各微小粒子から発せられた蛍光及び/又は散乱光を、電気光学検出器を用いて測定する。 Specifically, in the flow cell, a laminar flow is formed by a sample liquid containing microparticles to be measured and a sheath (sheath) liquid flowing around the sample liquid, and a slight amount is further formed between the sample liquid and the sheath liquid. By creating a pressure difference, a plurality of microparticles contained in the sample liquid are arranged in a line. When the flow cell is irradiated with laser light in this state, fine particles pass one by one so as to cross the laser beam. At this time, fluorescence and / or scattered light emitted from each microparticle excited by the laser light is measured using an electro-optic detector.
また、従来、微小粒子に波長の異なる複数のレーザ光を照射するフローサイトメーターも提案されている(特許文献1参照)。図12は特許文献1に記載の従来のフローサイトメーターの構成を模式的に示す図である。図12に示すように、特許文献1に記載のフローサイトメーター101は、蛍光色素で修飾された細胞をフローセル内で1列に配列するための流体(フロー)系102と、各細胞に波長の異なる複数のレーザ光を照射し、散乱光及び蛍光等の検出対象光を検出するための光学系103と、光学系103から出力された散乱光及び蛍光に関する電気信号を制御・処理する信号処理装置104とで構成されている。
Conventionally, a flow cytometer for irradiating a plurality of laser beams having different wavelengths to a microparticle has also been proposed (see Patent Document 1). FIG. 12 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional flow cytometer described in
そして、この従来のフローサイトメーター101では、光源106a,106b,106cから互いに異なる波長を有する複数のレーザ光を、所定の周期及び互いに異なる位相で照射し、更に、導光部材107によりこの複数のレーザ光を同一の入射光路上に導光して、細胞105に集光することで、複数の蛍光色素で修飾された微小粒子から発せられる複数の蛍光を検出可能にしている。
In this
更に、従来、フローセルを使用せず、微細な流路が形成された基板を使用する方法も提案されている(例えば、特許文献2及び3参照。)。図13は特許文献2に記載された平板状フローセル装置の構成を示す斜視図である。図13に示す平板状フローセル装置110では、透明基板111に、細胞や粒子を含むサンプル液を貯留するサンプル液ポート112と、シース液を貯留するシース液ポート113a,113bとが形成されている。また、サンプル液ポート112及びシース液ポート113a,113bには、それぞれ流路114,115a,115bが連設されている。
Furthermore, conventionally, there has been proposed a method using a substrate on which a fine flow path is formed without using a flow cell (see, for example,
これら流路113,115a,115bは、合流して1本の流路117となっている。これにより、各流路を通流する液は、合流点116においてサンプル液がシース液に挟まれるように合流し、サンプル液が層流を形成する。そして、この流路117においてレーザ光が照射され、測定が行われる。更に、流路117の末端には廃液ポート118が形成されている。
These
一方、特許文献3に記載の細胞分析分離装置においては、サンプル液導入流路と、その両側に形成された2本のシース流形成流路とが、一旦合流した後2以上の流路に分岐している。この細胞分析装置では、合流部分が測定部となり、分岐した各流路が微量粒子を分離・回収するための微小粒子分別流路となる。 On the other hand, in the cell analysis / separation device described in Patent Document 3, the sample solution introduction flow path and the two sheath flow forming flow paths formed on both sides thereof once merge and then branch into two or more flow paths. is doing. In this cell analyzer, the merged portion serves as a measurement unit, and each branched flow channel serves as a fine particle sorting flow channel for separating and collecting trace particles.
しかしながら、前述した従来の技術はいずれも、測定対象となる試料を含む液が通流する流路が微細であるため、試料が目詰まりしやすく、メンテナンスを頻繁に行わなければならないという問題点がある。また、従来の方法では、細胞及び微小粒子等の試料を1列に並べ、1個ずつ測定を行っているため、試料の濃度が高くなるに従い、測定時間も長くなり、流路の目詰まりも発生しやすくなるという問題点もある。 However, each of the above-described conventional techniques has a problem that the sample is easily clogged and the maintenance must be frequently performed because the flow path through which the liquid containing the sample to be measured flows is fine. is there. Further, in the conventional method, samples such as cells and fine particles are arranged in a line, and measurement is performed one by one. Therefore, as the concentration of the sample increases, the measurement time becomes longer and the flow path is clogged. There is also a problem that it is likely to occur.
更に、従来の方法には、サンプル液に複数の試料が含まれていると、近傍を通流する試料から発せられた光が、測定対象の試料から発せられた光に漏れ込み、検出信号にクロストークが生じてしまい、試料の検出精度が低下するという問題点もある。 Furthermore, in the conventional method, when the sample liquid includes a plurality of samples, light emitted from the sample flowing in the vicinity leaks into the light emitted from the sample to be measured, and is detected in the detection signal. There is also a problem that crosstalk occurs and the detection accuracy of the sample decreases.
そこで、本発明は、試料の目詰まりを防止すると共に、濃度が高い複数の試料を高精度でかつ短時間に検出することができる検出方法及び検出装置を提供することを主目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a main object of the present invention to provide a detection method and a detection apparatus capable of preventing a sample from being clogged and detecting a plurality of samples having a high concentration with high accuracy in a short time.
本発明に係る検出方法は、流路内を通流する試料に光を照射し、前記試料から発せられた光を検出する方法であって、前記試料を含むサンプル液で帯状の層流を形成し、この層流状態のサンプル液の幅方向に光を走査しながら照射する。
本発明においては、サンプル液で帯状の層流を形成しているため、試料が目詰まりしにくい。また、照射光をその層流状態のサンプル液の幅方向に走査しているため、一度の走査で複数の試料を検出することができる。
この検出方法において、前記試料が微小粒子である場合、層流状態のサンプル液中において前記微小粒子が面内方向に二次元的に配置されることが望ましい。
また、層流状態のサンプル液に波長が異なる複数の光を時分割で照射することもできる。
更に、前記試料から発せられる蛍光及び/又は散乱光を検出してもよい。
更にまた、帯状の層流は、例えば前記サンプル液をシース液で挟み込み、その状態で前記流路を通流させることにより形成することができる。
更にまた、前記流路の側壁にも光を照射し、前記側壁に由来する検出光に基づいて、前記試料の通流位置を特定してもよい。
その場合、前記通流位置情報及び前記試料に照射した光の強度分布に基づいて、検出信号を補正することができる。
又は、前記通流位置情報及び前記サンプル液の流速分布に基づいて、前記光の走査速度を調節してもよい。
一方、前記試料に照射する主照射光の周囲に、補正用の複数の補助照射光を照射し、それぞれの検出信号を演算処理して、周囲を通流する試料からの漏れ込み信号を除去することもできる。
A detection method according to the present invention is a method of irradiating a sample flowing through a flow path with light and detecting light emitted from the sample, and forming a strip-shaped laminar flow with the sample liquid containing the sample Then, irradiation is performed while scanning light in the width direction of the sample liquid in the laminar flow state.
In the present invention, since the strip-shaped laminar flow is formed with the sample liquid, the sample is not easily clogged. Further, since the irradiation light is scanned in the width direction of the sample liquid in the laminar flow state, a plurality of samples can be detected by one scanning.
In this detection method, when the sample is a fine particle, it is desirable that the fine particle is two-dimensionally arranged in an in-plane direction in a sample liquid in a laminar flow state.
In addition, it is possible to irradiate a sample liquid in a laminar flow state with a plurality of lights having different wavelengths in a time division manner.
Furthermore, fluorescence and / or scattered light emitted from the sample may be detected.
Furthermore, the strip-shaped laminar flow can be formed, for example, by sandwiching the sample liquid with a sheath liquid and allowing the flow path to flow in that state.
Furthermore, the side wall of the channel may be irradiated with light, and the flow position of the sample may be specified based on detection light derived from the side wall.
In that case, the detection signal can be corrected based on the flow position information and the intensity distribution of the light applied to the sample.
Alternatively, the scanning speed of the light may be adjusted based on the flow position information and the flow velocity distribution of the sample liquid.
On the other hand, a plurality of auxiliary irradiation lights for correction are irradiated around the main irradiation light that irradiates the sample, and the respective detection signals are processed to remove leakage signals from the sample flowing through the surroundings. You can also.
本発明に係る他の検出方法は、帯状の層流を形成し、この層流中に含まれる試料を、前記層流の幅方向に検出手段を走査しながら検出する。
本発明においては、帯状の層流を形成しているため、試料の目詰まりが発生しにくく、また、層流の幅方向に検出しているため、一度に複数の試料が検出可能となる。
この検出方法における前記検出手段としては、例えば磁場又は電場が挙げられる。
また、前記試料が微小粒子である場合は、層流状態のサンプル液中において前記微小粒子が面内方向に二次元的に配置されることが望ましい。
更に、前記サンプル液をシース液で挟み込み、その状態で前記流路を通流させることにより、帯状の層流を形成してもよい。
Another detection method according to the present invention forms a laminar laminar flow, and detects a sample contained in the laminar flow while scanning a detecting means in the width direction of the laminar flow.
In the present invention, since a strip-shaped laminar flow is formed, clogging of the sample is unlikely to occur, and since detection is performed in the width direction of the laminar flow, a plurality of samples can be detected at one time.
Examples of the detection means in this detection method include a magnetic field or an electric field.
Further, when the sample is a microparticle, it is desirable that the microparticle is two-dimensionally arranged in the in-plane direction in the laminar flow sample liquid.
Furthermore, a strip-shaped laminar flow may be formed by sandwiching the sample liquid with a sheath liquid and allowing the flow path to flow in that state.
本発明に係る検出装置は、流路内を通流する試料に光を照射し、前記試料から発せられた光を検出する検出装置であって、試料を含むサンプル液で帯状の層流を形成する層流形成部と、層流状態のサンプル液に対してその幅方向に走査しながら光を照射する光照射部と、前記試料から発せられた光を検出する検出部とを有するものである。
本発明においては、サンプル液で帯状の層流を形成しているため、試料が目詰まりしにくくなる。また、サンプル液の幅方向に走査しながら光を照射しているため、一度の走査で複数の試料を検出することができる。
この検出装置では、前記試料が微小粒子である場合は、前記層流形成部において、前記サンプル液中の微小粒子が面内方向に二次元的に配置される。
また、層流状態のサンプル液に、波長が異なる複数の光を時分割で照射することもできる。
更に、前記検出部において、前記試料から発せられる蛍光及び/又は散乱光を検出してもよい。
更にまた、前記サンプル液をシース液で挟み込み、その状態で前記流路を通流させることにより、帯状の層流を形成することもできる。
一方、この検出装置では、前記流路の側壁にも光を照射することができ、その場合、前記側壁に由来する検出光に基づいて、前記試料の通流位置を特定することもできる。
そして、前記通流位置情報及び前記試料に照射した光の強度分布に基づいて、検出信号を補正したり、又は、前記通流位置情報及び前記サンプル液の流速分布に基づいて、前記光の走査速度を調節したりすることができる。
また、前記試料に照射される主照射光の周囲に、補正用の複数の補助照射光を照射することもでき、その場合、それぞれの検出信号を演算処理することにより、周囲を通流する試料からの漏れ込み信号を除去することができる。
A detection apparatus according to the present invention is a detection apparatus that irradiates a sample flowing in a flow path with light and detects light emitted from the sample, and forms a laminar laminar flow with a sample solution containing the sample A laminar flow forming unit, a light irradiation unit that irradiates light while scanning the laminar sample liquid in the width direction, and a detection unit that detects light emitted from the sample. .
In the present invention, since the strip-shaped laminar flow is formed with the sample liquid, the sample is less likely to be clogged. In addition, since light is irradiated while scanning in the width direction of the sample liquid, a plurality of samples can be detected by a single scan.
In this detection apparatus, when the sample is a microparticle, the microparticle in the sample liquid is two-dimensionally arranged in the in-plane direction in the laminar flow forming portion.
In addition, a plurality of lights having different wavelengths can be irradiated in a time-sharing manner to a sample liquid in a laminar flow state.
Furthermore, the detection unit may detect fluorescence and / or scattered light emitted from the sample.
Furthermore, a strip-shaped laminar flow can be formed by sandwiching the sample liquid with a sheath liquid and allowing the flow path to flow in that state.
On the other hand, in this detection apparatus, it is possible to irradiate the side wall of the flow path with light, and in this case, the flow position of the sample can be specified based on the detection light derived from the side wall.
Then, the detection signal is corrected based on the flow position information and the intensity distribution of light applied to the sample, or the light scanning is performed based on the flow position information and the flow velocity distribution of the sample liquid. You can adjust the speed.
In addition, it is possible to irradiate a plurality of auxiliary irradiating lights for correction around the main irradiating light irradiating the sample. In this case, the sample flowing through the surroundings by calculating each detection signal Leakage signals from can be removed.
本発明に係る他の検出装置は、帯状の層流を形成し、この層流中に含まれる試料を、前記層流の幅方向に検出手段を走査しながら検出するものである。
本発明においては、帯状の層流を形成しているため、試料の目詰まりが発生しにくい。また、層流の幅方向に検出しているため、1回の走査で複数の試料が検出可能である。
この検出装置では、前記検出手段として、磁場又は電場を適用することができる。
また、前記試料が微小粒子である場合、層流状態のサンプル液中において前記微小粒子が面内方向に二次元的に配置されていることが望ましい。
更に、帯状の層流を形成する際は、前記サンプル液をシース液で挟み込み、その状態で前記流路を通流させればよい。
Another detection apparatus according to the present invention forms a laminar laminar flow, and detects a sample contained in the laminar flow while scanning a detection means in the width direction of the laminar flow.
In the present invention, since a laminar laminar flow is formed, the sample is hardly clogged. Moreover, since the detection is performed in the laminar flow width direction, a plurality of samples can be detected by one scan.
In this detection apparatus, a magnetic field or an electric field can be applied as the detection means.
When the sample is a microparticle, it is desirable that the microparticle is two-dimensionally arranged in the in-plane direction in the laminar sample liquid.
Furthermore, when forming a strip-shaped laminar flow, the sample liquid may be sandwiched between sheath liquids, and the flow path may be passed in that state.
本発明によれば、帯状の層流を形成し、その幅方向に検出しているため、試料の目詰まりを防止できると共に、1度の走査で複数の試料を検出することができるようになり、その結果、メンテナンス回数を低減することができると共に、測定時間を大幅に短縮することが可能となる。また、複数の試料からの漏れ込み信号を除去することで、より正確な検出信号を得ることができる。 According to the present invention, a laminar laminar flow is formed and detected in the width direction, so that clogging of the sample can be prevented and a plurality of samples can be detected by one scan. As a result, the number of maintenance operations can be reduced and the measurement time can be greatly shortened. Further, more accurate detection signals can be obtained by removing leakage signals from a plurality of samples.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below.
先ず、本発明の第1の実施形態に係る検出方法について、細胞及びマイクロビーズ等の微小粒子を検出する場合を例にして説明する。図1(a)は本実施形態の検出方法におけるサンプル液の通流状態を示す断面図であり、図1(b)は図1(a)に示すA−A線による断面図である。図1(a)及び(b)に示すように、本実施形態の検出方法では、先ず、内部に軸方向に対して垂直な断面が矩形状の流路が設けられたフローセル1に、複数の微小粒子4を含有するサンプル液2を、シース液3a,3bで両側から挟み込むようにして通流させ、通流方向5に対して垂直な断面が横長である帯状の層流を形成する。
First, the detection method according to the first embodiment of the present invention will be described taking as an example the case of detecting fine particles such as cells and microbeads. FIG. 1A is a cross-sectional view showing a sample liquid flow state in the detection method of the present embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), in the detection method of the present embodiment, first, a plurality of
このとき、本実施形態のようにサンプル液中に複数の微小粒子4が含まれており、これらを個別に検出する必要がある場合には、例えば、層流状態のサンプル液2の厚さdを調節する等して、複数の微小粒子4を面内方向に二次元的に配置することが望ましい。このように、帯状層流となっているサンプル液2において、その厚さ方向で微小粒子4が重なり合わないようにすることにより、後述する検出工程における微小粒子4の検出精度を向上させることができる。
At this time, when a plurality of
そして、本実施形態の検出方法においては、層流状態のサンプル液2に対して、その幅方向wに走査しながらレーザ光6を照射し、微小粒子4から発せられた蛍光及び/又は散乱光を検出する。図2は本実施形態の検出方法における光学系の構成の一例を模式的に示す図である。本実施形態の検出方法を実現するための光学系としては、例えば、図2に示すように、フローセル1の一方の面側に、レーザ光6を照射するための光照射部、及び微小粒子4から発せられた散乱光10を検出する散乱光検出部を設けると共に、フローセル1の他方の面側に、微小粒子4から発せられた蛍光11を検出する蛍光検出部を設けた構成とすることができる。
In the detection method of this embodiment, the
図2に示す光学系における光照射部は、例えば、レーザ発振器、ミラー及び集光レンズ7等を備えており、レーザ発振器から出射され、ミラーによりフローセル1の方向に反射されたレーザ光6を、集光レンズ7で集光してサンプル液2に照射する。その際、レーザ発振器は、測定内容等に応じて適宜選択することができるが、例えば、YAGレーザ等の固体レーザ、半導体レーザ及びフェムト秒レーザ等を使用することができる。なお、照射するレーザ光6の大きさは、測定する試料の大きさと略同じにすることが望ましい。これにより、近傍を通流する試料に起因する漏れ込み信号を低減することができる。
The light irradiation unit in the optical system shown in FIG. 2 includes, for example, a laser oscillator, a mirror, a
また、レーザ光6を走査する方法としては、例えば、音響光学素子(Acousto-Optic Modulator;AOM)やMEMS(micro electro mechanical systems)により光ビームを操作させる方法、光学系のうち集光レンズ部分のみを機械的に走査させる方法等を適用することが可能である。
As a method of scanning the
一方、蛍光検出部及び散乱光検出部は、例えば、CCD(Charge Coupled Device;電荷結合素子)及びPMT(Photo-Multiplier Tube;光電子増倍管)等の光検出装置、分光素子、ミラー及び集光レンズ等を備えた構成とすることができる。図2に示す光学系の場合は、複数の集光レンズ8aがマトリクス状に配置されたフライアイレンズ8と、集光レンズ8aよりも大径の集光レンズ9とが、各レンズの光軸が相互に並行になるように配置されている。そして、フローセル1から出射した蛍光11は、フライアイレンズ8のいずれかの集光レンズ8aで集光された後、更に、フライアイレンズ8よりも外側に配置された集光レンズ9で集光される。このような構成にすることにより、レーザ光6を層流の幅方向に走査することによりその光軸が幅方向に変化した場合でも、効率よく蛍光11を集光することができる。
On the other hand, the fluorescence detection unit and the scattered light detection unit include, for example, a photodetection device such as a CCD (Charge Coupled Device) and a PMT (Photo-Multiplier Tube), a spectroscopic element, a mirror, and a condensing element. It can be set as the structure provided with the lens etc. In the case of the optical system shown in FIG. 2, a fly-
更に、フローセル1の集光レンズ8側の内面、即ち、蛍光11が出射する側の内面にダイクロイックフィルター12を設けてもよい。これにより、試料に照射したレーザ光6の波長をダイクロイックフィルター12で除去することができるため、CCD又はPMT等の光検出装置に、試料から発せられる光のみを入射させることができる。
Furthermore, a
図3は図2に示す光学系で蛍光強度を測定した結果を示す図である。図3に示すように、上述した構成の検出装置により、微小粒子4の蛍光強度を測定すると、1回の走査で複数の微小粒子4から発せられた蛍光11を検出することができる。そして、この測定データを解析することで、各微小粒子4の大きさ、形状、内部状態、表面状態及び表面抗体反応等を識別することができる。
FIG. 3 is a diagram showing the result of measuring the fluorescence intensity with the optical system shown in FIG. As shown in FIG. 3, when the fluorescence intensity of the
なお、本実施形態の検出方法においては、波長の異なる複数のレーザ光を時分割で照射してもよい。これにより、1回の走査で励起波長が異なる微小粒子4を検出することができるため、測定効率を更に向上させることができる。
In the detection method of the present embodiment, a plurality of laser beams having different wavelengths may be irradiated in a time division manner. Thereby, since the
上述の如く、本実施形態の検出方法においては、測定対象の微小粒子4を含むサンプル液2で、通流方向5に垂直な断面が横長である帯状の層流を形成しているため、従来の検出方法よりも流路の軸方向(液通流方向)に垂直な断面の面積が大きくなる。これにより、微小粒子4が目詰まりしにくくなり、メンテナンス回数を低減することができる。
As described above, in the detection method of the present embodiment, the
また、本実施形態の検出方法では、従来の検出方法のようにレーザ光の照射位置を固定するのではなく、サンプル液2の幅方向にレーザ光6を走査しているため、1回の走査で複数の微小粒子4を測定することが可能である。そして、波長が異なる複数のレーザ光を時分割照射することにより、測定効率を更に向上させることができる。その結果、従来の検出方法に比べて、測定に要する時間を大幅に短縮することができる。
Further, in the detection method of the present embodiment, the laser light irradiation position is not fixed as in the conventional detection method, but the
更に、本実施形態の検出方法では、従来の検出方法よりもサンプル液の流量を多くすることができるため、検出結果に基づいて行う微小粒子の分取の速度も向上する。更に、従来の検出方法よりも流量を多くして、流体圧力を下げることが可能であるため、微小粒子にかかる圧力を下げ、微小粒子に与えるダメージを低減することができる。この効果は、細胞等の生体物質を測定する場合に、特に有効である。 Furthermore, in the detection method of the present embodiment, the flow rate of the sample liquid can be increased as compared with the conventional detection method, so that the speed of sorting the fine particles performed based on the detection result is also improved. Furthermore, since the fluid pressure can be reduced by increasing the flow rate compared to the conventional detection method, the pressure applied to the microparticles can be reduced and the damage to the microparticles can be reduced. This effect is particularly effective when measuring biological materials such as cells.
本実施形態の検出方法においては、各種方法で近傍を通流する試料に起因する試料からの漏れ込み信号を除去することで、より正確な検出信号を得ることができる。また、走査している照射光から得られる通流位置情報を用いることで、検出信号の強度補正及び試料の通流調整が可能となる。その結果、試料を更に高精度に検出することができると共に、より詳細に解析を行うことができる。 In the detection method of the present embodiment, a more accurate detection signal can be obtained by removing the leak signal from the sample caused by the sample flowing in the vicinity by various methods. Further, by using the flow position information obtained from the scanning irradiation light, it is possible to correct the detection signal intensity and adjust the flow of the sample. As a result, it is possible to detect the sample with higher accuracy and to perform analysis in more detail.
なお、本実施形態の検出方法では、試料が細胞及びビーズ等の微小粒子である場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、DNA、タンパク質、血液及び組織片等の検出に適用することが可能である。本実施形態の検出方法は、特に、フィルタ等によって大きさ毎の分別を行っていないDNA、タンパク質、血液及び組織片を測定する場合に好適である。 In the detection method of the present embodiment, the case where the sample is a microparticle such as a cell and a bead has been described. However, the present invention is not limited to this, and detection of DNA, protein, blood, a tissue piece, and the like is performed. It is possible to apply to. The detection method of the present embodiment is particularly suitable for measuring DNA, protein, blood, and tissue fragments that are not sorted by size with a filter or the like.
また、試料に照射する光もレーザ光に限定されるものではなく、可視光、赤外光及び紫外光等各種波長の光を照射することが可能であり、その際検出する光も、照射光及び試料の特性に応じて適宜選択することができる。特に、照射光として、レーザ又は発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)から発せられる光を用いることが好ましい。 Also, the light applied to the sample is not limited to the laser light, and it is possible to irradiate light of various wavelengths such as visible light, infrared light, and ultraviolet light. And it can select suitably according to the characteristic of a sample. In particular, it is preferable to use light emitted from a laser or a light emitting diode (LED) as the irradiation light.
更に、流路の形状も、軸方向(通流方向)に垂直な断面形状が矩形の場合に限定されるものではない。図4(a)及び(b)は流路の断面形状を示す図である。具体的には、軸方向に垂直な断面形状が矩形状の流路以外に、例えば、図4(a)に示すフローセル13のように軸方向に垂直な断面形状が正方形状、又は、図4(b)に示すフローセル14ように軸方向に垂直な断面形状が円形状でもよく、更には、軸方向に垂直な断面形状が楕円形状の流路等を適用することもできる。
Further, the shape of the flow path is not limited to the case where the cross-sectional shape perpendicular to the axial direction (flow direction) is rectangular. 4A and 4B are diagrams showing the cross-sectional shape of the flow path. Specifically, in addition to the channel whose cross-sectional shape perpendicular to the axial direction is rectangular, for example, the cross-sectional shape perpendicular to the axial direction is square like the
更にまた、流路内を通流する試料を検出する手法も光照射に限定されるものではなく、例えば、試料が磁気ビーズ又は磁気修飾された細胞等のように磁場で検出可能なものである場合には、ホール素子若しくは磁気的光素子等の磁場検出素子で検出する方法を適用することができる。また、試料が微小導電体等のように電場で検出可能なものである場合は、微小対向電極素子等の電場検出素子で、例えば電気抵抗の変化等を検出する方法を適用することができる。図5は電場又は磁場によって試料を検出する方法を模式的に示す図である。その場合、図5に示すように、磁気検出素子又は電場検出素子からなる検出素子33aを、複数個配列した磁気検出素子アレイ又は電場検出素子アレイ33を、各検出素子33aが流路の幅方向に並ぶように配置することで、磁場又は電場を流路の幅方向に走査することができる。
Furthermore, the method for detecting the sample flowing in the flow path is not limited to light irradiation, and for example, the sample can be detected by a magnetic field such as magnetic beads or magnetically modified cells. In this case, a method of detecting with a magnetic field detection element such as a Hall element or a magnetic optical element can be applied. In addition, when the sample can be detected by an electric field such as a minute conductor, a method of detecting a change in electric resistance, for example, by an electric field detection element such as a minute counter electrode element can be applied. FIG. 5 is a diagram schematically showing a method for detecting a sample by an electric field or a magnetic field. In this case, as shown in FIG. 5, a magnetic detection element array or electric field
次に、本発明の第2の実施形態に係る検出方法について説明する。前述した第1の実施形態の検出方法ではフローセルを使用して試料を検出しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、微細流路が形成された基板等を使用することもできる。そこで、本実施形態の検出方法においては、基板に形成された微細流路内で帯状の層流を形成し、その中に含まれる試料を検出する。 Next, a detection method according to the second embodiment of the present invention will be described. In the detection method of the first embodiment described above, the sample is detected using the flow cell, but the present invention is not limited to this, and it is also possible to use a substrate or the like on which a fine channel is formed. it can. Therefore, in the detection method of the present embodiment, a strip-shaped laminar flow is formed in the fine channel formed on the substrate, and the sample contained therein is detected.
図6は本実施形態の検出方法において、帯状の層流を形成するための流路構造の一例を模式的に示す斜視図であり、図7は図6に示す流路内をサンプル液が流れる状態を模式的に示す斜視図である。基板に形成された流路内で帯状の層流を形成する場合、例えば基板内に図6に示す流路構造を設ければよい。具体的には、基板内に、サンプル液導入流路21の両側から2本のシース液導入流路22a,22bが合流して1本の流路となった後、サンプル液導入方向xに同一平面上で直交する方向yに屈曲する第1屈曲部23、方向x及び方向yに対して垂直な方向zに屈曲する第2屈曲部24、サンプル液導入方向xに屈曲する第3屈曲部25がこの順に設けられた構造の流路を形成すればよい。この流路構造の場合、第3屈曲部25よりも下流の任意の位置に測定部26が設けられる。
FIG. 6 is a perspective view schematically showing an example of a channel structure for forming a strip-shaped laminar flow in the detection method of the present embodiment, and FIG. 7 is a sample solution flowing in the channel shown in FIG. It is a perspective view which shows a state typically. When a strip-shaped laminar flow is formed in a channel formed on a substrate, for example, a channel structure shown in FIG. 6 may be provided in the substrate. Specifically, the two sheath
この図6に示す流路にサンプル液27及びシース液28a,28bを通流させると、図7に示すように、サンプル液導入流路21とシース液導入流路22a,22bとの合流部において、サンプル液27は両側からシース液28a,28bに挟み込まれて帯状の流れを形成する。このとき、各液は方向xに向かい、方向yに対してシース液28a,サンプル液27及びシース液28bの順に通流している。その後、第1屈曲部23において通流方向が同一平面上で略90°回転して方向yとなり、更に第2屈曲部24では垂直方向に90°回転して方向zになる。更に、第3屈曲部25において、通流方向はサンプル液導入流路21と同じ方向xとなり、各液の配置は方向zに向かってシース液28a、サンプル液27及びシース液28bの順となる。そして、この第3屈曲部25を通過したサンプル液27は、通流方向に対して垂直な断面が横長である帯状の層流となる。
When the
また、本実施形態の検出方法においても、前述した第1の実施形態の検出方法と同様に、層流状態のサンプル液27に対して、その幅方向に走査しながら光を照射し、その中に含まれる試料から発せられた光を検出する。例えば、図6に示す流路構造が設けられた基板を使用する場合は、測定部26において、サンプル液27の幅方向、即ち、方向yに平行な方向に走査しながらレーザ光等の光を照射する。
Also in the detection method of the present embodiment, similarly to the detection method of the first embodiment described above, the
なお、基板に設けられる流路の構造は図6及び図7に示す構造に限定されるものではなく、帯状の層流を形成することができる構造であればよい。図8(a)は帯状の層流を形成するための流路の他の構造例を模式的に示す斜視図であり、図8(b)は図8(a)に示す流路内をサンプル液が流れる状態を模式的に示す斜視図である。例えば、図6及び図7に示す構造以外にも、図8(a)及び(b)に示すように、屈曲部が1つしかない構造の流路でも、帯状の層流を形成することが可能である。この流路構造の場合、屈曲部29よりも下流の任意の位置に測定部26が設けられる。
Note that the structure of the flow path provided in the substrate is not limited to the structure shown in FIGS. 6 and 7, and any structure that can form a strip-like laminar flow may be used. FIG. 8A is a perspective view schematically showing another structural example of the flow path for forming a strip-shaped laminar flow, and FIG. 8B is a sample inside the flow path shown in FIG. It is a perspective view which shows the state through which a liquid flows typically. For example, in addition to the structures shown in FIGS. 6 and 7, a strip-shaped laminar flow can be formed even in a flow path having a structure having only one bent portion as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). Is possible. In the case of this flow path structure, the
また、図6及び図7示す流路の第3屈曲部25、又は図8に示す流路の屈曲部29よりも下流側に、シース液導入流路を設け、帯状の層流を形成しているサンプル液をその幅方向から挟み込むようにシース液を導入する構造にすることもできる。これにより、帯状の層流の幅を容易に調節することが可能となる。
Also, a sheath liquid introduction channel is provided downstream of the third
本実施形態の検出方法においても、サンプル液27で帯状の層流を形成し、その幅方向に走査しながら光を照射しているため、試料の目詰まりを防止すると共に、複数の試料を短時間で検出することができる。これにより、フロー系のメンテナンス回数を低減することができると共に、測定時間を大幅に短縮することが可能となる。また、本実施形態の検出方法では、基板に形成された流路内において層流を形成しているため、容易にかつ安定して帯状の層流を形成することができる。
Also in the detection method of the present embodiment, the
更に、本実施形態の検出方法は、レーザ光の入射方向を基板面に対して垂直にすることができるため、光学系の設置が容易、複数の基板上の点で検出可能、及び光学顕微鏡等の観察装置と組み合わせ可能等の特徴がある。更にまた、本実施形態の検出方法では、上述した流路を基板上に複数形成し、更にこれらを並列化することにより、更なる高速化が可能となる。 Furthermore, since the detection method of the present embodiment can make the incident direction of the laser light perpendicular to the substrate surface, the optical system can be easily installed, can be detected at points on a plurality of substrates, and an optical microscope, etc. It can be combined with other observation devices. Furthermore, in the detection method of the present embodiment, it is possible to further increase the speed by forming a plurality of the above-described flow paths on the substrate and further parallelizing them.
なお、本実施形態の検出方法における上記以外の構成及び効果は、前述した第1の実施形態の検出方法と同様である。 The configuration and effects other than those described above in the detection method of the present embodiment are the same as those of the detection method of the first embodiment described above.
一方、前述した第1及び第2の実施形態の検出方法のように、帯状の層流を形成し、レーザ光照射により検出を行う場合、光を走査するためのAOM素子への光の入射位置により、レーザ光に強度分布が生じてしまうため、AOMを透過した後のレーザスポットの光量が、流路の中央部では大きく、端に近づくに従い減少するため、流路の側面近傍を通流する試料に由来する検出信号が、中央部を通流する試料に由来する検出信号に比べて小さくなることがある。このような場合、流路内における各試料の通流位置と、AOM透過後のレーザ強度の分布とに基づいて、蛍光及び散乱光等の検出光の信号量や感度を補正することが望ましい。 On the other hand, as in the detection methods of the first and second embodiments described above, when a band-shaped laminar flow is formed and detection is performed by laser light irradiation, the incident position of light on the AOM element for scanning light As a result, an intensity distribution is generated in the laser beam, so that the amount of light of the laser spot after passing through the AOM is large at the center of the flow path and decreases as it approaches the end. The detection signal derived from the sample may be smaller than the detection signal derived from the sample flowing through the central portion. In such a case, it is desirable to correct the signal amount and sensitivity of detection light such as fluorescence and scattered light based on the flow position of each sample in the flow path and the distribution of the laser intensity after transmission through the AOM.
図9(a)は横軸に流路内での幅方向の位置、縦軸に信号強度をとって、補正前の検出信号を示す図であり、図9(b)はその際の幅方向におけるAOM透過後のレーザ光の強度分布を示す図である。また、図10(a)は横軸に流路内での幅方向の位置、縦軸に信号強度をとって、補正後の検出信号を示す図であり、図10(b)はAOM透過後のレーザ強度の補正係数を示す図である。なお、図9(a)及び図10(a)に示す各検出信号のうち、幅方向の位置が最も外側の信号が側壁からの検出信号であり、それよりも内側の信号が微小粒子からの信号である。 FIG. 9A is a diagram showing the detection signal before correction, with the horizontal axis representing the position in the width direction in the flow path and the vertical axis representing the signal intensity, and FIG. 9B shows the width direction at that time. It is a figure which shows intensity distribution of the laser beam after AOM permeation | transmission in. FIG. 10 (a) is a diagram showing the corrected detection signal, with the horizontal axis representing the position in the width direction in the flow path and the vertical axis representing the signal intensity, and FIG. 10 (b) shows the signal after the AOM transmission. It is a figure which shows the correction coefficient of laser intensity | strength. Of the detection signals shown in FIGS. 9 (a) and 10 (a), the signal at the outermost position in the width direction is the detection signal from the side wall, and the signal at the inner side is the signal from the microparticle. Signal.
具体的には、サンプル液で帯状の層流を形成し、その幅方向に走査しながらレーザ光を照射する際に、サンプル液だけでなく、流路の側壁にもレーザ光を照射し、この部分からの散乱光、回折光、反射光又は透過光等を検出する。そして、この流路側壁に由来する検出信号に基づいて、流路内におけるレーザスポットの位置を算出すると共に、AOM透過後のレーザ強度の補正係数を読み出し、図9(a)に示す各検出信号を、対応する試料の位置情報に基づいて、図10(b)に示す補正係数で補正する。これにより、図10(a)に示す検出信号が得られる。 Specifically, a laminar flow is formed with the sample liquid, and when irradiating laser light while scanning in the width direction, not only the sample liquid but also the side wall of the flow path is irradiated with laser light. Scattered light, diffracted light, reflected light or transmitted light from the part is detected. Then, based on the detection signal derived from the side wall of the flow path, the position of the laser spot in the flow path is calculated, the correction coefficient of the laser intensity after AOM transmission is read, and each detection signal shown in FIG. Is corrected with the correction coefficient shown in FIG. 10B based on the position information of the corresponding sample. Thereby, the detection signal shown in FIG.
また、帯状層流の流速は、いわゆるハーゲンポアイズユ分布により、中央部分が最も早く、端になるほど遅くなるため、流路の側面近傍を通流する試料に由来する検出信号が、中央部を通流する試料に由来する検出信号に比べて大きくなることがある。このような場合は、レーザ光の走査速度を、流路内での試料の通流速度に合わせて補正することが望ましい。これにより、検出信号の強度、検出感度及び精度等を向上させることができる。 In addition, the flow velocity of the laminar flow is the fastest at the center due to the so-called Hagen-Poeisyu distribution, and slows toward the end, so that the detection signal derived from the sample flowing near the side of the flow path passes through the center. It may be larger than the detection signal derived from the flowing sample. In such a case, it is desirable to correct the scanning speed of the laser light in accordance with the flow speed of the sample in the flow path. Thereby, the intensity | strength, detection sensitivity, accuracy, etc. of a detection signal can be improved.
その場合も同様に、サンプル液で帯状の層流を形成し、その幅方向に走査しながらレーザ光を照射する際に、サンプル液だけでなく、流路の側壁にもレーザ光を照射し、この部分から発せられる蛍光又は散乱光を検出する。そして、流路側壁に由来する検出信号に基づき、流路内におけるレーザスポットの位置を算出すると共に、流路内での試料の通流速度係数を読み出し、各検出信号を、対応する試料の位置情報に基づいて、流速補正係数で補正すればよい。 Similarly in that case, when forming a laminar laminar flow with the sample liquid and irradiating the laser beam while scanning in the width direction, not only the sample liquid but also the side wall of the channel is irradiated with the laser beam, Fluorescence or scattered light emitted from this part is detected. Based on the detection signal derived from the flow channel side wall, the position of the laser spot in the flow channel is calculated, the flow rate coefficient of the sample in the flow channel is read, and each detection signal is converted to the corresponding sample position. Based on the information, correction may be made with a flow velocity correction coefficient.
更に、前述した第1及び第2の実施形態の検出方法のように、流路内を複数の微小粒子が通流していると、検出レーザ光が1つの場合、近傍を通流する複数の試料からの蛍光又は散乱光が重なり合い、検出信号にクロストークが発生することがある。この場合、試料に照射する主照射光の周囲に、補正用の複数の補助照射光を照射し、それぞれの検出信号を演算処理して、周囲を通流する試料からの漏れ込み信号を除去することが望ましい。 Further, as in the detection methods of the first and second embodiments described above, when a plurality of microparticles flow through the flow path, a plurality of samples that flow in the vicinity when there is one detection laser beam. Fluorescence or scattered light from each other may overlap, and crosstalk may occur in the detection signal. In this case, a plurality of auxiliary irradiation lights for correction are irradiated around the main irradiation light to be irradiated on the sample, and the detection signals are subjected to arithmetic processing to remove leakage signals from the sample flowing through the surroundings. It is desirable.
具体的には、主レーザ光に加えて、その周囲に複数の補助レーザ光を照射し、主レーザ光による検出信号と、補助レーザ光による検出信号とをそれぞれ演算することにより、漏れ込み信号を除去すればよい。これにより、主レーザ光による検出信号のSN比を向上させることができる。 Specifically, in addition to the main laser beam, a plurality of auxiliary laser beams are irradiated around it, and a leak signal is calculated by calculating a detection signal by the main laser beam and a detection signal by the auxiliary laser beam, respectively. Remove it. Thereby, the S / N ratio of the detection signal by the main laser beam can be improved.
図11は補助レーザ光の照射位置の一例を示す図である。具体的には、図11に示すように、サンプル液2で帯状の層流を形成し、その幅方向に走査しながら主レーザ光31を照射すると共に、その周囲に複数の補助レーザ光32を照射し、各微小粒子4から発せられた蛍光又は散乱光を検出する。このとき、サンプル液2だけでなく、流路の側壁30にも各レーザ光31,32を照射する。そして、流路側壁に由来する検出信号に基づき、流路内におけるレーザスポットの位置を算出し、各検出信号を、対応する試料の位置情報に基づいて、主レーザ光31による検出信号と、補助レーザ光32による検出信号とをそれぞれ演算すればよい。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the irradiation position of the auxiliary laser beam. Specifically, as shown in FIG. 11, a strip-like laminar flow is formed with the
その際の演算処理方法は、各種信号処理方法を適用することができるが、例えば、主レーザ光の検出信号をA、補助レーザ光の検出信号をB、適応係数をα(0<α<1)としたとき、クロストーク補正後の信号Cは下記数式1により求めることができる。
Various signal processing methods can be applied to the arithmetic processing method at that time. For example, the detection signal of the main laser beam is A, the detection signal of the auxiliary laser beam is B, and the adaptation coefficient is α (0 <α <1). ), The signal C after crosstalk correction can be obtained by the following
なお、図8においては、補助レーザ光32を4つ設けた場合を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、補助レーザ光の数、配置及び強度並びに演算方法は、微小粒子の密度及び流速等に応じて適宜設定することができる。
Although FIG. 8 shows a case where four
1、13、14 フローセル
2、27 サンプル液
3a、3b、28a、28b シース液
4 微小粒子
5 通流方向
6 レーザ光
7、8a、9 集光レンズ
8 フライアイレンズ
10 散乱光
11 蛍光
12 ダイクロイックフィルター
21 サンプル液導入流路
22a、22b シース液導入流路
23、24、25、29 屈曲部
26 測定部
30 側壁
31 主レーザ光
32 補助レーザ光
33 検出素子アレイ
33a 磁場検出素子又は電場検出素子
101 フローサイトメーター
102 流体
103 光学系
104 信号処理装置
105 細胞
106a、106b、106c 光源
107 導光部材
110 フローセル装置
111 透明基板
112 サンプル液ポート
113a、113b シース液ポート
114、115a、115b、117 流路
116 合流点
118 廃液ポート
DESCRIPTION OF
Claims (26)
前記試料を含むサンプル液で帯状の層流を形成し、この層流状態のサンプル液の幅方向に光を走査しながら照射する検出方法。 A method of irradiating a sample flowing through a flow path with light and detecting light emitted from the sample,
A detection method in which a strip-shaped laminar flow is formed with a sample liquid containing the sample, and irradiation is performed while scanning light in the width direction of the sample liquid in the laminar flow state.
試料を含むサンプル液で帯状の層流を形成する層流形成部と、
層流状態のサンプル液に対してその幅方向に走査しながら光を照射する光照射部と、
前記試料から発せられた光を検出する検出部と、を有する検出装置。 A detection device that irradiates light to a sample flowing in a flow path and detects light emitted from the sample,
A laminar flow forming part that forms a laminar laminar flow with a sample liquid containing a sample;
A light irradiation unit that irradiates light while scanning the sample liquid in a laminar flow state in the width direction;
A detection unit that detects light emitted from the sample.
The detection apparatus according to any one of claims 23 to 25, wherein a band-like laminar flow is formed by sandwiching the sample liquid with a sheath liquid and allowing the flow path to flow in that state. .
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