JP2021025866A - 粒子分別装置及び粒子分別方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】粒子をより高い精度でかつより安定的に分別する。【解決手段】第１撮像素子１２０は、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を取得する。制御部１５０は、画像１２４に含まれるジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量に基づいて、サイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔc、または、振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0を制御する。【選択図】図５

Description

本発明は、粒子分別装置及び粒子分別方法に関する。
バイオテクノロジーの発展に伴い、医学や生物学をはじめ様々な分野で、粒子の一例である多数の細胞粒子に対して分別または分析などの処理を行う装置の需要が増大してきている。このような装置の一例として、特開２０１７−２０１２７８号公報（特許文献１）は、セルソータを開示している。
特開２０１７−２１０２７８号公報
本発明の目的は、粒子をより高い精度でかつより安定的に分別することができる粒子分別装置及び粒子分別方法を提供することである。
本発明の一局面の粒子分別装置は、フローセルと、振動素子と、電荷供給部と、撮像素子と、ソート部と、制御部とを備える。振動素子は、フローセルから排出されるジェットフローに振動を印加する。電荷供給部は、ジェットフローに含まれるジェットフロー液滴のうちジェットフローのブレークオフポイントに最も近位する最終ジェットフロー液滴に電荷を供給する。撮像素子は、ジェットフロー、ジェットフローから分離された液滴またはサテライト滴の少なくとも一つの画像を取得する。ソート部は、液滴を偏向させる。制御部は、画像に含まれるジェットフロー、液滴またはサテライト滴の少なくとも一つの特徴量に基づいて、ソート部によって偏向された液滴によって形成されるサイドストリームのばらつきが基準範囲内となるように、振動素子の振動の一周期において電荷供給部から最終ジェットフロー液滴に電荷の供給を開始するタイミング、または、振動素子に印加される駆動電圧の振幅を制御する。
本発明の一局面の粒子分別方法は、本発明の一局面の粒子分別方法は、フローセルから排出されるジェットフローに振動素子から振動を印加することと、ジェットフローに含まれるジェットフロー液滴のうちジェットフローのブレークオフポイントに最も近位する最終ジェットフロー液滴に、電荷供給部から電荷を供給することと、ジェットフロー、ジェットフローから分離された液滴またはサテライト滴の少なくとも一つの画像を撮像素子を用いて取得することと、ソート部を用いて液滴を偏向させることとを備える。本発明の一局面の粒子分別方法は、画像に含まれるジェットフロー、液滴またはサテライト滴の少なくとも一つの特徴量に基づいて、ソート部によって偏向された液滴によって形成されるサイドストリームのばらつきが基準範囲内となるように、振動素子の振動の一周期において電荷供給部から最終ジェットフロー液滴に電荷の供給を開始するタイミング、または、振動素子に印加される駆動電圧の振幅を制御することをさらに備える。
本発明の一局面の粒子分別装置及び本発明の一局面の粒子分別方法によれば、粒子をより高い精度でかつより安定的に分別することができる。
実施の形態１から実施の形態３の粒子分別装置の概略断面図である。 実施の形態１から実施の形態３の粒子分別装置に含まれる光学系を示す概略図である。 実施の形態１から実施の形態３の粒子分別装置に含まれるソート部及びサンプル収集部の概略部分拡大図である。 実施の形態１から実施の形態３の粒子分別装置の制御ブロック図である。 実施の形態１及び実施の形態２の粒子分別方法におけるタイミングチャートを示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１撮像素子で取得される画像の例を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１撮像素子で取得される画像の例を示す図である。 （Ａ）から（Ｃ）は、第１撮像素子で取得される画像の例を示す図である。 実施の形態１の粒子分別方法で行われる、振動素子の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部から最終ジェットフロー液滴に電荷の供給を開始するタイミングの制御のフローチャートを示す図である。 （Ａ）から（Ｇ）は、振動素子の振動の一周期において電荷供給部から最終ジェットフロー液滴に電荷の供給を開始するタイミング、または、振動素子に印加される駆動電圧の振幅を徐々に変化させたときの第１撮像素子で取得される画像の例を示す図である。 第２撮像素子で取得されたサイドストリームの画像の例を示す図である。 第２撮像素子で取得されたサイドストリームの画像の例を示す図である。 第２撮像素子で取得されたサイドストリームの画像の例を示す図である。 実施の形態２の粒子分別方法で行われる、振動素子に印加される駆動電圧の振幅の制御のフローチャートを示す概略図である。 実施の形態３の粒子分別方法で行われる、振動素子の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部から最終ジェットフロー液滴に電荷の供給を開始するタイミングのさらなる制御のフローチャートを示す図である。 実施の形態３の粒子分別方法で行われる、振動素子の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部から最終ジェットフロー液滴に電荷の供給を開始するタイミングのさらなる制御の一つの具体例のフローチャートを示す図である。 実施の形態３の粒子分別方法におけるタイミングチャートを示す図である。
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
（実施の形態１）
図１から図５を参照して、実施の形態１の粒子分別装置１を説明する。粒子分別装置１は、フローチャンバ１０と、振動素子４４と、電荷供給部４６と、第１光源部７０と、検出光学系８３と、光強度検出器９９と、ソート部１１０と、収集部１１３と、第１撮像素子１２０と、ストロボ１２３と、制御部１５０と、記憶部１５５と、基台５と、壁６とを主に備える。粒子分別装置１は、振動電極３０と、第２撮像素子１４５と、第２光源部１４８とをさらに備える。
壁６は、基台５に固定されている。フローチャンバ１０と、ソート部１１０と、収集部１１３とは、壁６に対して一方側に配置されている。振動素子４４と、電荷供給部４６と、検出光学系８３と、光強度検出器９９と、第１撮像素子１２０と、第２撮像素子１４５と、制御部１５０とは、壁６に対して他方側に配置されている。
フローチャンバ１０は、チャンバ１１と、フローセル６０とを含む。
チャンバ１１の内部に空洞１２が設けられている。チャンバ１１の空洞１２には、第１タンク２０に接続されている第１導管２１が挿入されている。粒子分別装置１を用いて粒子１０５を分別する場合には、粒子１０５を含むサンプル液が、第１タンク２０に貯蔵されている。粒子１０５は、例えば、蛍光染料及び蛍光抗体のような蛍光物質で標識された生物学的粒子（細胞または染色体）のようなサンプル粒子である。フローセル６０をアライメントする場合には、粒子１０５は、例えば、蛍光ビーズ（例えば、SPHERO(TM) Rainbow Calibration Particles RCP-30-5）である。チャンバ１１の空洞１２には、第２タンク２２に接続されている第２導管２３が挿入されている。第２タンク２２は、シース液を貯蔵している。
第２タンク２２に貯蔵されているシース液が、第２導管２３を通じて、チャンバ１１の空洞１２に供給される。第１タンク２０に貯蔵されている粒子１０５を含む液体が、第１導管２１を通じて、チャンバ１１の空洞１２に供給される。シース液で満たされたチャンバ１１の空洞１２内に、粒子１０５を含む液体が供給される。チャンバ１１の空洞１２内において、粒子１０５を含む液体がシース液で包囲されて、シースフローが形成される。
フローセル６０は、チャンバ１１に取り付けられている。フローセル６０は、チャンバ１１に着脱可能に結合されてもよい。フローセル６０は、フローセル本体部６１を含む。フローセル本体部６１は、レーザ光７１、蛍光７７、側方散乱光７７ｓ及び前方散乱光７７ｆ（図２を参照）に対して透明な材料（例えば、石英のような透明無機材料または透明樹脂材料）で形成されている。蛍光７７及び側方散乱光７７ｓは、レーザ光７１が照射された粒子１０５から放射される。
フローセル本体部６１に、フローチャネル６５が設けられている。フローセル本体部６１に、フローチャネル６５に連通するノズル受容部６３が設けられている。フローチャネル６５は、チャンバ１１の空洞１２に連通している。シースフローは、空洞１２からフローセル６０のフローチャネル６５に流れる。フローチャネル６５では、フローチャネル６５に沿って、シースフローに含まれる粒子１０５が一列に整列される。フローセル６０は、ノズル６８を含む。ノズル６８の一部は、ノズル受容部６３に収容されている。
図２に示されるように、第１光源部７０から、フローチャネル６５において一列に整列された粒子１０５に、レーザ光７１が照射される。レーザ光７１は、複数の波長のレーザ光を含んでもよい。具体的には、第１光源部７０は、レーザ７０ａ，７０ｂを含む。レーザ７０ａ，７０ｂが放射するレーザ光の波長は、互い異なっている。第１光源部７０から放射されたレーザ光７１は、光合波部７２を介して、フローチャネル６５を流れる粒子１０５に照射される。光合波部７２は、例えば、ダイクロイックミラーを含む。粒子１０５から、蛍光７７、前方散乱光７７ｆ及び側方散乱光７７ｓが放射される。複数の波長の光を含むレーザ光７１は、各粒子１０５の複数の識別情報を一度に得ることを可能にする。粒子１０５が効率的に分別され得る。
図１及び図２に示されるように、検出光学系８３は、透明窓部材８１を介して、フローセル６０（フローセル本体部６１の側面）に対向している。透明窓部材８１は、壁６の開口部６ｂに嵌め込まれている。蛍光７７及び側方散乱光７７ｓは、透明窓部材８１を通って、検出光学系８３に入射する。検出光学系８３は、蛍光７７及び側方散乱光７７ｓを、光強度検出器９９に導く。
図１及び図２に示されるように、検出光学系８３は、検出側レンズ光学系８４と、光ファイバアレイ９０と、波長分離部９２とを含む。検出側レンズ光学系８４は、蛍光７７及び側方散乱光７７ｓを、低い色収差及び低い像収差で、光ファイバアレイ９０の入射面に結像させる。光ファイバアレイ９０は、検出側レンズ光学系８４と、波長分離部９２との間に配置されている。光ファイバアレイ９０は、複数の光ファイバ９１ａ，９１ｂを含む。複数の光ファイバ９１ａ，９１ｂは、複数のレーザ７０ａ，７０ｂにそれぞれ対応するように配置されている。光ファイバアレイ９０は、蛍光７７及び側方散乱光７７ｓを光強度検出器９９（第１光検出器９６ａ−９６ｆ、第３光検出器９８）に伝送する。
波長分離部９２は、光ファイバアレイ９０と光強度検出器９９（具体的には、第１光検出器９６ａ−９６ｆ、第３光検出器９８）との間に配置されて、蛍光７７及び側方散乱光７７ｓを分光する。波長分離部９２は、ダイクロイックミラー９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄ，９３ｅと、波長フィルタ９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄ，９４ｅ，９４ｆ，９４ｇとを含む。ダイクロイックミラー９３ａ−９３ｅは、各々、互いに異なる波長領域の光を反射及び透過させる。波長フィルタ９４ａ−９４ｆは、各々、互いに異なる波長領域の光を透過させ、他の波長領域の光を遮断する。波長フィルタ９４ａ−９４ｆは、第１光検出器９６ａ−９６ｆにおける蛍光７７の検出精度を向上させる。波長フィルタ９４ｇは、側方散乱光７７ｓを透過させ、蛍光７７を遮断する。波長フィルタ９４ｇは、第３光検出器９８における側方散乱光７７ｓの検出精度を向上させる。
光強度検出器９９は、フローチャネル６５を流れる液体に含まれる粒子１０５から放射される光の強度を検出するように構成されている。具体的には、光強度検出器９９は、第１光検出器９６ａ−９６ｆと、第２光検出器９７と、第３光検出器９８とを含む。第１光検出器９６ａ−９６ｆは、粒子１０５から放射される蛍光７７の強度を測定するように構成されている。第２光検出器９７は、粒子１０５から放射される前方散乱光７７ｆの強度を測定するように構成されている。第３光検出器９８は、粒子１０５から放射される側方散乱光７７ｓの強度を測定するように構成されている。第１光検出器９６ａ−９６ｆ、第２光検出器９７及び第３光検出器９８は、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）またはフォトダイオードである。光強度検出器９９で検出された蛍光７７の強度、前方散乱光７７ｆの強度または側方散乱光７７ｓの強度の少なくとも一つを制御部１５０で分析することによって、粒子１０５の識別情報が得られる。
波長フィルタ９４ｈは、フローセル６０（フローセル本体部６１）と第２光検出器９７との間に配置されている。波長フィルタ９４ｈは、前方散乱光７７ｆの波長を含む波長領域の光を透過させ、他の波長領域の光を遮断する。波長フィルタ９４ｈは、第２光検出器９７における前方散乱光７７ｆの検出精度を向上させる。
図１に示されるように、振動電極３０は、チャンバ１１の空洞１２からチャンバ１１の外部まで延在している。振動電極３０は、壁６の開口部６ａを通って、壁６を貫通している。振動電極３０は、振動電極部分３１と、導電部分３５とを含む。振動電極部分３１の複数の凸部（図示せず）は導電部分３５の複数の凹部（図示せず）に嵌合されて、振動電極部分３１は導電部分３５に電気的及び機械的に接続される。振動電極部分３１は、導電部分３５に対して位置決めされ得る。
振動電極部分３１はチャンバ１１に設けられている。振動電極部分３１は、チャンバ１１の空洞１２からチャンバ１１の外部まで延在している。振動電極部分３１の端面３３は、チャンバ１１の空洞１２に露出している。振動電極部分３１の端面３３は、チャンバ１１の空洞１２の表面１６に滑らかに連なっている。チャンバ１１の空洞１２内におけるシースフローが振動電極部分３１の端面３３により乱されることが防止され得る。
導電部分３５は、壁６の開口部６ａに挿入されており、壁６に取り付けられている。導電部分３５は、開口部６ａを通って、壁６を貫通している。具体的には、導電部分３５は、絶縁スリーブ４０内に収容されている。絶縁スリーブ４０は、開口部６ａに挿入されている。
振動電極部分３１は、導電部分３５に対して着脱可能に接続されている。そのため、フローチャンバ１０は、壁６に対して着脱可能である。使用済みのフローチャンバ１０は、放射線または熱を印加することによって滅菌処理されたフローチャンバ１０に容易に交換され得る。
振動素子４４は、振動電極３０に接続されている。具体的には、振動素子４４は、導電部分３５に結合されている。振動素子４４はリング形状を有しており、導電部分３５は振動素子４４の孔に嵌合されている。振動素子４４の振動（例えば、超音波振動）は、振動電極３０を介して、チャンバ１１の空洞１２内のシースフローに伝わる。振動素子４４は、例えば、ピエゾ圧電素子である。
ノズル６８から、ジェットフロー１００が噴出する。ジェットフロー１００には、振動素子４４で発生した振動が伝達されている。すなわち、振動素子４４は、フローセル６０から排出されるジェットフロー１００に振動を印加する。そのため、ジェットフロー１００の下端部であるブレークオフポイント１０１において、ジェットフロー１００から液滴１０４が分離する。単位時間当たりに生成される液滴１０４の数は、単位時間当たりにフローセル６０を流れる粒子１０５の数よりも多い。粒子１０５は、液滴１０４の一部に含まれている。こうして、液滴１０４のストリーム１０７が得られる。
電荷供給部４６は、導電部分３５に接続されている。電荷供給部４６は、振動電極３０、シースフロー及びジェットフロー１００を介して、最終ジェットフロー液滴１０２ｆに、粒子１０５の識別情報に応じた電荷を供給する。最終ジェットフロー液滴１０２ｆは、ジェットフロー１００に含まれるジェットフロー液滴１０２のうち、ジェットフロー１００のブレークオフポイント１０１に最も近位している。具体的には、電荷供給部４６は、最終ジェットフロー液滴１０２ｆに含まれる粒子１０５の識別情報に応じて、最終ジェットフロー液滴１０２ｆに供給する電荷の極性及び量を変化させる。
本明細書においてジェットフロー液滴１０２は、液滴１０４に分離する前のジェットフロー１００に含まれる液滴１０４を意味する。ジェットフロー液滴１０２は、ジェットフロー１００のくびれ部１０３で互いに接続されている。ジェットフロー液滴１０２の一部は、粒子１０５を含む。くびれ部１０３は、各々、粒子１０５を含んでいない。
図３に示されるように、ソート部１１０は、液滴１０４の落下方向を変更するように構成されている偏向器である。ソート部１１０は、壁６に取り付けられている。具体的には、ソート部１１０は、一対の偏向電極１１１，１１２を含む。偏向電極１１１，１１２の間に電圧を印加することで、偏向電極１１１，１１２の間に電場が形成される。電荷供給部４６から電荷が供給された液滴１０４は、偏向電極１１１，１１２の間の電場により力を受ける。液滴１０４に供給された電荷の極性及び量に応じて、液滴１０４の落下方向が変更される。液滴１０４のストリーム１０７は、ソート部１１０によって落下方向が変更されなかった液滴１０４によって形成されるセンターストリーム１０８と、ソート部１１０によって落下方向が変更された液滴１０４によって形成されるサイドストリーム１０９とに別れる。
収集部１１３は、複数のサンプル収集部材１１４と、廃液回収部材１１５とを含む。収集部１１３は、複数のサンプル収集部材１１４と廃液回収部材１１５とを保持するホルダー１１６をさらに含む。ホルダー１１６は、壁６に取り付けられている。サイドストリーム１０９に含まれる液滴１０４は、それぞれ、対応するサンプル収集部材１１４に捕集される。こうして、液滴１０４に含まれる粒子１０５は、粒子１０５の識別情報に応じて分別され得る。センターストリーム１０８に含まれる液滴１０４は、廃液回収部材１１５に捕集される。
ストロボ１２３は、ジェットフロー１００、ジェットフロー１００から分離された液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つを照明するように構成されている。特定的には、ストロボ１２３は、ジェットフロー１００、液滴１０４及びサテライト滴１０６を照明する。液滴１０４は、粒子１０５を含む。サテライト滴１０６は、液滴１０４よりも小さいサイズを有しており、かつ、粒子１０５を含んでいない。
図５に示されるように、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおけるストロボ１２３の発光タイミングｔsは、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcに同期している。そのため、第１撮像素子１２０を用いて、タイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を取得することが可能になる。本実施の形態では、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcの変化に合わせて、ストロボ１２３の発光タイミングｔsも変化する。ストロボ１２３は、例えば、ＬＥＤランプである。
第１撮像素子１２０は、壁６の開口部６ｃに嵌め込まれている透明窓部材１２１に面している。第１撮像素子１２０は、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を取得するように構成されている。特定的には、第１撮像素子１２０は、ジェットフロー１００、液滴１０４及びサテライト滴１０６の画像１２４を取得する。第１撮像素子１２０によって取得された画像１２４には、ブレークオフポイント１０１の画像が含まれてもよい。第１撮像素子１２０は、特に限定されないが、例えば、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラである。
第２光源部１４８は、サイドストリーム１０９に向けて第２照明光１４９を放射するように構成されている。第２光源部１４８は、例えば、レーザまたはランプである。サイドストリーム１０９に第２照明光１４９が照射されると、サイドストリーム１０９で散乱光が発生する。
第２撮像素子１４５は、壁６の開口部６ｄに嵌め込まれている透明窓部材１４６に面している。第２撮像素子１４５は、サイドストリーム１０９からの散乱光を撮像するように構成されている。第２撮像素子１４５によって取得された画像から、サイドストリーム１０９の各々のばらつきの程度が分かる。第２撮像素子１４５は、特に限定されないが、例えば、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラである。
図４に示されるように、制御部１５０は、振動素子４４と、電荷供給部４６と、光強度検出器９９（第１光検出器９６ａ−９６ｆ、第２光検出器９７、第３光検出器９８）と、偏向電極１１１，１１２と、第１撮像素子１２０と、ストロボ１２３と、第２撮像素子１４５と、第２光源部１４８と、記憶部１５５とに通信可能に接続されている。
記憶部１５５は、例えば、ハードディスクまたは半導体メモリである。記憶部１５５には、例えば、第１光検出器９６ａ−９６ｆで測定された蛍光７７の強度、第２光検出器９７で測定された前方散乱光７７ｆの強度、第３光検出器９８で測定された側方散乱光７７ｓの強度、第１撮像素子１２０で取得された画像１２４、及び、第２撮像素子１４５で取得された画像などの情報が格納されている。制御部１５０は、これらの情報を記憶部１５５に送信したり、記憶部１５５から読み出したりするように構成されている。
制御部１５０は、例えば、ＣＰＵようなプロセッサである。制御部１５０は、第１光検出器９６ａ−９６ｆで測定された蛍光７７の強度を受信するように構成されている。制御部１５０は、第２光検出器９７で測定された前方散乱光７７ｆの強度を受信するように構成されている。制御部１５０は、第３光検出器９８で測定された側方散乱光７７ｓの強度を受信するように構成されている。制御部１５０は、光強度検出器９９で検出された蛍光７７の強度、前方散乱光７７ｆの強度または側方散乱光７７ｓの強度の少なくとも一つを分析して、粒子１０５の識別情報を得るように構成されている。
制御部１５０は、振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0及び周波数などを制御するように構成されている。こうして、振動素子４４からジェットフロー１００に供給される振動（例えば、超音波振動）の振幅及び周波数などが制御される。本実施の形態では、制御部１５０は、振動素子４４の駆動電圧の振幅Ｖ0を一定に制御している。また、制御部１５０は、偏向電極１１１，１１２の間に印加される電場を制御するように構成されている。
制御部１５０は、電荷供給部４６を制御するように構成されている。具体的には、制御部１５０は、粒子１０５の識別情報に応じて、電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに供給される電荷の極性及び量を制御するように構成されている。また、制御部１５０は、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcを変化させるように構成されている。タイミングｔcを変化させることによって、例えば、図１０（Ａ）から図１０（Ｇ）に示されるように、タイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の状態を変化させることができる。
制御部１５０は、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおけるストロボ１２３の発光タイミングｔsが、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcに同期するように、ストロボ１２３を制御している。そのため、第１撮像素子１２０を用いて、タイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を取得することが可能になる。
制御部１５０は、第１撮像素子１２０で取得された画像１２４を画像処理するように構成されている。例えば、制御部１５０は、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を画像処理して、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量を算出する。制御部１５０は、第２撮像素子１４５で取得された画像を画像処理するように構成されている。
制御部１５０は、第１撮像素子１２０で取得された画像１２４に含まれるジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量に基づいて、ソート部１１０によって偏向された液滴１０４によって形成されるサイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcを制御する。サイドストリーム１０９のばらつきの基準範囲内にあることは、例えば、第２撮像素子１４５で取得された画像において、サイドストリーム１０９の各々が一本に見えることである。振動の一周期Ｔは、振動素子４４からジェットフロー１００に印加される振動の周波数の逆数である。振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の状態を適切な範囲内に維持することができて、サイドストリーム１０９のばらつきが低減され得る。
画像１２４から取得される特徴量の例を、以下説明する。
特徴量の第一の例は、図６（Ａ）に示されるように、最終ジェットフロー液滴１０２ｆの長さ、幅、周囲長または面積の少なくとも一つを含む。最終ジェットフロー液滴１０２ｆの長さは、ジェットフロー１００の流れ方向（ｚ方向）における最終ジェットフロー液滴１０２ｆの長さを意味する。最終ジェットフロー液滴１０２ｆの幅は、ジェットフロー１００の流れ方向（ｚ方向）に垂直な方向における最終ジェットフロー液滴１０２ｆの長さを意味する。
最終ジェットフロー液滴１０２ｆの長さ、幅、周囲長または面積は、画像１２４のうち、最終くびれ部１０３ｆに外接する矩形枠５１内の領域を画像処理することによって算出される。矩形枠５１は、画像１２４を画像処理することによって定められ得る。例えば、最終ジェットフロー液滴１０２ｆの長さは、最終ジェットフロー液滴１０２ｆに外接する矩形枠５１の長さで与えられる。最終ジェットフロー液滴１０２ｆの幅は、矩形枠５１の幅で与えられる。
特徴量の第二の例は、図６（Ｂ）に示されるように、最終ジェットフロー液滴１０２ｆに接続されているジェットフロー１００の最終くびれ部１０３ｆの長さ、下端幅、周囲長または面積の少なくとも一つを含む。最終くびれ部１０３ｆは、ジェットフロー１００に含まれるくびれ部１０３のうちジェットフロー１００のブレークオフポイント１０１に最も近位している。最終くびれ部１０３ｆの長さは、ジェットフロー１００の流れ方向（ｚ方向）における最終くびれ部１０３ｆの長さを意味する。
最終くびれ部１０３ｆの長さ、下端幅、周囲長または面積は、画像１２４のうち、最終くびれ部１０３ｆに外接する矩形枠５２内の領域を画像処理することによって算出される。矩形枠５２は、画像１２４を画像処理することによって定められ得る。例えば、最終くびれ部１０３ｆの長さは、矩形枠５２の長さで与えられる。最終くびれ部１０３ｆの下端幅は、矩形枠５２の下端幅で与えられる。
特徴量の第三の例は、図７（Ａ）に示されるように、最終ジェットフロー液滴１０２ｆ及び最終くびれ部１０３ｆの長さ、周囲長または面積の少なくとも一つを含む。最終ジェットフロー液滴１０２ｆ及び最終くびれ部１０３ｆの長さは、ジェットフロー１００の流れ方向（ｚ方向）における最終ジェットフロー液滴１０２ｆ及び最終くびれ部１０３ｆの長さを意味する。
最終ジェットフロー液滴１０２ｆ及び最終くびれ部１０３ｆの長さ、周囲長または面積は、画像１２４のうち、最終ジェットフロー液滴１０２ｆ及び最終くびれ部１０３ｆに外接する矩形枠５３内の領域を画像処理することによって算出される。矩形枠５３は、画像１２４を画像処理することによって定められ得る。例えば、最終ジェットフロー液滴１０２ｆ及び最終くびれ部１０３ｆの長さは、矩形枠５３の長さで与えられる。
特徴量の第四の例は、図７（Ｂ）に示されるように、画像１２４に含まれるジェットフロー１００の長さ、幅、周囲長、面積、または、ジェットフロー１００の流れ方向（ｚ方向）の重心の位置の少なくとも一つを含む。ジェットフロー１００の長さは、ジェットフロー１００の流れ方向（ｚ方向）におけるジェットフロー１００の長さを意味する。ジェットフロー１００の幅は、ジェットフロー１００の流れ方向（ｚ方向）に垂直な方向おけるジェットフロー１００の長さを意味する。
画像１２４に含まれるジェットフロー１００の長さ、幅、周囲長、面積、または、重心の位置は、画像１２４のうち、ジェットフロー１００に外接する矩形枠５４内の領域を画像処理することによって算出される。矩形枠５４は、画像１２４を画像処理することによって定められ得る。例えば、ジェットフロー１００の長さは、矩形枠５３の長さで与えられる。ジェットフロー１００の幅は、矩形枠５３の幅で与えられる。ジェットフロー１００の重心の位置は、例えば、以下の工程で算出される。画像１２４を二値化処理して、ジェットフロー１００の輪郭を特定する。ジェットフロー１００の輪郭に基づいて、ジェットフロー１００の重心の位置を算出する。
特徴量の第五の例は、図８（Ａ）に示されるように、最終ジェットフロー液滴１０２ｆに最も近位する第１液滴１０４ｆの長さ、幅、周囲長、面積、もしくは、前記ジェットフローの流れ方向（ｚ方向）の重心の位置、または、最終ジェットフロー液滴１０２ｆの下端と第１液滴１０４ｆの上端との間の距離（最終ジェットフロー液滴１０２ｆと第１液滴１０４ｆとの間の間隔）の少なくとも一つ）を含む。第１液滴１０４ｆは、液滴１０４のうち、最終ジェットフロー液滴１０２ｆに最も近位している。
第１液滴１０４ｆの長さ、幅、周囲長、面積、または、前記ジェットフローの流れ方向（ｚ方向）の重心の位置は、画像１２４のうち、第１液滴１０４ｆに外接する矩形枠５５ａ内の領域を画像処理することによって算出される。矩形枠５５ａは、画像１２４を画像処理することによって定められ得る。例えば、第１液滴１０４ｆの長さは、矩形枠５５ａの長さで与えられる。第１液滴１０４ｆの幅は、矩形枠５５ａの幅で与えられる。第１液滴１０４ｆの重心の位置は、例えば、以下の工程で算出される。画像１２４を二値化処理して、第１液滴１０４ｆの輪郭を特定する。第１液滴１０４ｆの輪郭に基づいて、第１液滴１０４ｆの重心の位置を算出する。
最終ジェットフロー液滴１０２ｆの下端と第１液滴１０４ｆの上端との間の距離（最終ジェットフロー液滴１０２ｆと第１液滴１０４ｆとの間の間隔）は、画像１２４のうち第１液滴１０４ｆ及び最終ジェットフロー液滴１０２ｆを含む矩形枠５５ｂ内の領域を画像処理することによって算出される。
特徴量の第六の例は、図８（Ｂ）に示されるように、第１サテライト滴１０６ｆの長さ、幅、周囲長もしくは面積、最終ジェットフロー液滴１０２ｆの下端と第１サテライト滴１０６ｆの下端との間の距離、または、最終ジェットフロー液滴１０２ｆの下端と第１サテライト滴１０６ｆの上端との間の距離（最終ジェットフロー液滴１０２ｆと第１サテライト滴１０６ｆとの間の間隔）の少なくとも一つを含む。第１サテライト滴１０６ｆは、サテライト滴１０６のうち、ブレークオフポイント１０１に最も近位している。
第１サテライト滴１０６ｆの長さ、幅、周囲長または面積は、画像１２４のうち第１サテライト滴１０６ｆに外接する矩形枠５６ａ内の領域を画像処理することによって算出される。矩形枠５６ａは、画像１２４を画像処理することによって定められ得る。例えば、第１サテライト滴１０６ｆの長さは、矩形枠５６ａの長さで与えられる。第１サテライト滴１０６ｆの幅は、矩形枠５６ａの幅で与えられる。
最終ジェットフロー液滴１０２ｆの下端と第１サテライト滴１０６ｆの下端との間の距離、または、最終ジェットフロー液滴１０２ｆの下端と第１サテライト滴１０６ｆの上端との間の距離は、画像１２４のうち第１サテライト滴１０６ｆ及び最終ジェットフロー液滴１０２ｆを含む矩形枠５６ｂ内の領域を画像処理することによって算出される。
特徴量の第七の例は、図８（Ｃ）に示されるように、最終くびれ部１０３ｆの上端と第１液滴１０４ｆの上端との間にある、最終くびれ部１０３ｆ、最終ジェットフロー液滴１０２ｆ及び第１サテライト滴１０６ｆの、面積もしくは周囲長、または、最終くびれ部１０３ｆの上端と第１液滴１０４ｆの上端との間の距離の少なくとも一つを含む。
最終くびれ部１０３ｆの上端と第１液滴１０４ｆの上端との間にある、最終くびれ部１０３ｆ、最終ジェットフロー液滴１０２ｆ及び第１サテライト滴１０６ｆの、面積もしくは周囲長、または、最終くびれ部１０３ｆの上端と第１液滴１０４ｆの上端との間の距離は、画像１２４のうち矩形枠５７内の領域を画像処理することによって算出される。矩形枠５７の上端は、最終くびれ部１０３ｆの上端に接している。矩形枠５７の下端は、第１液滴１０４ｆの上端に接している。
特徴量の第八の例は、特徴量の第一の例から第七の例の少なくとも二つの組み合わせである。振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の状態を適切な範囲内に維持するために、相対的に大きな領域を画像処理することによって得られる特徴量の第四の例（図７（Ｂ））と、相対的に小さな領域を画像処理することによって得られる特徴量の第一から例から第三の例及び特徴量の第五の例から第七の例（図６（Ａ）から図７（Ａ）及び図８（Ａ）から図８（Ｃ））のいずれか一つとの組み合わせが望ましい。
実施の形態１の粒子分別方法を説明する。
本実施の形態の粒子分別方法では、光強度検出器９９及び制御部１５０で得られた粒子１０５の識別情報に基づいて粒子１０５を分別しながら、第１撮像素子１２０を用いて取得された画像１２４に含まれるジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量に基づいて、ソート部１１０によって偏向された液滴１０４によって形成されるサイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcを制御する。振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の状態を適切な範囲内に維持することができて、サイドストリーム１０９のばらつきが低減され得る。
具体的には、フローセル６０から排出されるジェットフロー１００に振動素子４４から振動を印加する。最終ジェットフロー液滴１０２ｆに、電荷供給部４６から電荷を供給する。電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに供給する電荷の極性及び量は、最終ジェットフロー液滴１０２ｆに含まれる粒子１０５の識別情報に応じて変わる。ソート部１１０を用いて液滴１０４を偏向させる。こうして、粒子１０５は分別される。
粒子１０５を分別しながら、図９に示される以下の工程が行われる。本実施の形態では、以下の工程の間、制御部１５０は、振動素子４４の駆動電圧の振幅Ｖ0を一定に制御している。
ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を第１撮像素子１２０を用いて取得する（Ｓ１）。制御部１５０は、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcに同期した発光タイミングｔsで第１照明光１２３ａがジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つに照射されるように、ストロボ１２３を制御する。そのため、第１撮像素子１２０を用いて、タイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を取得することが可能になる。制御部１５０は、画像１２４を記憶部１５５に保存する。
それから、第１撮像素子１２０を用いて取得された画像１２４に含まれるジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量に基づいて、ソート部１１０によって偏向された液滴１０４によって形成されるサイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcを制御する。
具体的には、制御部１５０は、記憶部１５５に保存された画像１２４を画像処理して、画像１２４に含まれるジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量を取得する（Ｓ２）。制御部１５０は、特徴量を、記憶部１５５に保存する。
制御部１５０は、記憶部１５５から特徴量と基準特徴量とを読み出して、特徴量が基準特徴量の範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ３）。ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの基準特徴量の範囲は、サイドストリーム１０９のばらつきの基準範囲の一例である。特徴量が基準特徴量の範囲内にあるとき、工程Ｓ１に戻る。
特徴量が基準特徴量の範囲内にないとき、制御部１５０は、特徴量が基準特徴量の範囲内となるように、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcを制御する（Ｓ４）。こうして、サイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、タイミングｔcは制御される。振動素子４４の振動の一周期Ｔにおけるストロボ１２３の発光タイミングｔsも、タイミングｔcの変化に合わせて、制御される。タイミングｔcを制御した結果、特徴量が基準特徴量の範囲内になると、工程Ｓ１に戻る。
サイドストリーム１０９のばらつきの基準範囲は、粒子１０５を分別する前に取得されて、記憶部１５５に保存される。サイドストリーム１０９のばらつきの基準範囲の一例である、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの基準特徴量の範囲の取得方法を以下説明する。
基準特徴量の範囲を取得する間、粒子１０５を含まないシース液をフローセル６０に流す。制御部１５０は、光強度検出器９９からの出力信号とは無関係に電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷を供給して、サイドストリーム１０９を得る。
振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcを変化させながら、第１撮像素子１２０を用いて、タイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を取得する。タイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を取得するために、タイミングｔcに同期した発光タイミングｔsで、ストロボ１２３から、第１照明光１２３ａを、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つに照射する。タイミングｔcを変化させると、第１撮像素子１２０で取得される画像１２４は、例えば、図１０（Ａ）から図１０（Ｇ）のように変化する。
さらに、タイミングｔcを変化させながら、第２照明光１４９をサイドストリーム１０９に照射する。サイドストリーム１０９に第２照明光１４９が照射されると、サイドストリーム１０９で散乱光が発生する。第２撮像素子１４５を用いて、サイドストリーム１０９からの散乱光を撮像する。タイミングｔcを変化させると、第２撮像素子１４５で取得される画像は、例えば、図１１から図１３のように変化する。
第１撮像素子１２０で取得される画像１２４が図１０（Ａ）から図１０（Ｄ）の時は、サイドストリーム１０９の各々は、図１１に示されるように複数本の部分サイドストリームに分離している。サイドストリーム１０９の各々のばらつきは、基準範囲を超えている。第１撮像素子１２０で取得される画像１２４が図１０（Ｅ）及び図１０（Ｆ）の時は、サイドストリーム１０９の各々は、図１２に示されるように一本に見えている。サイドストリーム１０９の各々のばらつきは、基準範囲内にある。第１撮像素子１２０で取得される画像１２４が図１０（Ｇ）の時は、サイドストリーム１０９の各々は、図１３に示されるように複数本の部分サイドストリームに分離している。サイドストリーム１０９の各々のばらつきは、基準範囲を超えている。制御部１５０は、図１０（Ｅ）及び図１０（Ｆ）に示される画像１２４を基準画像として、記憶部１５５に保存する。
制御部１５０は、記憶部１５５に保存された基準画像の各々を画像処理して、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの基準特徴量を算出する。基準画像から得られる基準特徴量の例は、第１撮像素子１２０で取得された画像１２４から得られる特徴量の例と同様である。制御部１５０は、基準画像の各々から得られた基準特徴量に基づいて、基準特徴量の範囲を算出する。制御部１５０は、基準特徴量の範囲を、記憶部１５５に保存する。
本実施の形態の粒子分別装置１及び粒子分別方法の効果を説明する。
本実施の形態の粒子分別装置１は、フローセル６０と、振動素子４４と、電荷供給部４６と、撮像素子（第１撮像素子１２０）と、ソート部１１０と、制御部１５０とを備える。振動素子４４は、フローセル６０から排出されるジェットフロー１００に振動を印加する。電荷供給部４６は、ジェットフロー１００に含まれるジェットフロー液滴１０２のうちジェットフロー１００のブレークオフポイント１０１に最も近位する最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷を供給する。撮像素子（第１撮像素子１２０）は、ジェットフロー１００、ジェットフロー１００から分離された液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を取得する。ソート部１１０は、液滴１０４を偏向させる。制御部１５０は、画像１２４に含まれるジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量に基づいて、ソート部１１０によって偏向された液滴１０４によって形成されるサイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcを制御する。
本実施の形態の粒子分別方法は、フローセル６０から排出されるジェットフロー１００に振動素子４４から振動を印加することと、ジェットフロー１００に含まれるジェットフロー液滴１０２のうちジェットフロー１００のブレークオフポイント１０１に最も近位する最終ジェットフロー液滴１０２ｆに、電荷供給部４６から電荷を供給することと、ジェットフロー１００、ジェットフロー１００から分離された液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を撮像素子（第１撮像素子１２０）を用いて取得することと、ソート部１１０を用いて液滴１０４を偏向させることとを備える。本実施の形態の粒子分別方法は、画像１２４に含まれるジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量に基づいて、ソート部１１０によって偏向された液滴１０４によって形成されるサイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcを制御することをさらに備える。
本実施の形態の粒子分別装置１及び本実施の形態の粒子分別方法によれば、サイドストリーム１０９のばらつきが低減され得る。粒子１０５はより高い精度でかつより安定的に分別され得る。
（実施の形態２）
本実施の形態の粒子分別装置１は、実施の形態１の粒子分別装置１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
本実施の形態では、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcと、振動素子４４の振動の一周期Ｔに対するストロボ１２３の発光タイミングｔsとは、固定されている。なお、実施の形態１と同様に、ストロボ１２３の発光タイミングｔsは、タイミングｔcに同期している。
制御部１５０は、振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0を変化させ得る。振動素子４４の駆動電圧の振幅Ｖ0を変化させることによって、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の状態を変化させることができる。
制御部１５０は、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcを固定するように、電荷供給部４６を制御している。制御部１５０は、振動素子４４の振動の一周期Ｔに対するストロボ１２３の発光タイミングｔsを固定するように、ストロボ１２３を制御している。なお、実施の形態１と同様に、制御部１５０は、ストロボ１２３の発光タイミングｔsがタイミングｔcに同期するように、ストロボ１２３を制御している。そのため、第１撮像素子１２０を用いて、タイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を取得することが可能になる。
制御部１５０は、第１撮像素子１２０で取得された画像１２４に含まれるジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量に基づいて、サイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0を制御する。振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の状態を適切な範囲内に維持することができて、サイドストリーム１０９のばらつきが低減され得る。
本実施の形態の粒子分別方法は、実施の形態１の粒子分別方法と同様の工程を備えるが、以下の点で主に異なる。
本実施の形態の粒子分別方法では、光強度検出器９９及び制御部１５０で得られた粒子１０５の識別情報に基づいて粒子１０５を分別しながら、画像１２４に含まれるジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量に基づいて、サイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0を制御する。振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の状態を適切な範囲内に維持することができて、サイドストリーム１０９のばらつきが低減され得る。
具体的には、図１４に示される工程Ｓ１から工程Ｓ４ｂが行われる。工程Ｓ１からＳ４ｂの間、制御部１５０は、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcを固定するように、電荷供給部４６を制御するとともに、振動素子４４の振動の一周期Ｔに対するストロボ１２３の発光タイミングｔsを固定するように、ストロボ１２３を制御している。
本実施の形態の工程Ｓ１から工程Ｓ３は、図９に示される工程Ｓ１から工程Ｓ３と同様である。本実施の形態では、特徴量が基準特徴量の範囲内にないとき、制御部１５０は、特徴量が基準特徴量の範囲内となるように、振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0を制御する（Ｓ４ｂ）。こうして、サイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0は制御される。振動素子４４の駆動電圧の振幅Ｖ0を制御して特徴量が基準特徴量の範囲内になると、工程Ｓ１に戻る。
本実施の形態における、サイドストリーム１０９のばらつきの基準範囲の一例である、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの基準特徴量の範囲の取得方法を以下説明する。本実施の形態における基準特徴量の範囲の取得方法は、実施の形態１の基準特徴量の範囲の取得方法と同様であるが、以下の点で主に異なっている。
本実施の形態では、振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0を変化させながら、第１撮像素子１２０を用いて、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcにおける、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を取得する。振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0を変化させると、第１撮像素子１２０で取得される画像１２４は、例えば、図１０（Ａ）から図１０（Ｇ）のように変化する。
さらに、振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0を変化させながら、第２照明光１４９をサイドストリーム１０９に照射する。サイドストリーム１０９に第２照明光１４９が照射されると、サイドストリーム１０９で散乱光が発生する。第２撮像素子１４５を用いて、サイドストリーム１０９からの散乱光を撮像する。振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0を変化させると、第２撮像素子１４５で取得される画像は、例えば、図１１から図１３のように変化する。実施の形態１と同様に、制御部１５０は、図１０（Ｅ）及び図１０（Ｆ）に示される画像１２４を基準画像として、記憶部１５５に保存する。
実施の形態１と同様に、制御部１５０は、記憶部１５５に保存された基準画像の各々を画像処理して、ジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの基準特徴量を算出する。制御部１５０は、基準画像の各々から得られた基準特徴量に基づいて、基準特徴量の範囲を算出する。制御部１５０は、基準特徴量の範囲を、記憶部１５５に保存する。
本実施の形態の粒子分別装置１及び粒子分別方法の効果を説明する。
本実施の形態の粒子分別装置１は、フローセル６０と、振動素子４４と、電荷供給部４６と、撮像素子（第１撮像素子１２０）と、ソート部１１０と、制御部１５０とを備える。振動素子４４は、フローセル６０から排出されるジェットフロー１００に振動を印加する。電荷供給部４６は、ジェットフロー１００に含まれるジェットフロー液滴１０２のうちジェットフロー１００のブレークオフポイント１０１に最も近位する最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷を供給する。撮像素子（第１撮像素子１２０）は、ジェットフロー１００、ジェットフロー１００から分離された液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を取得する。ソート部１１０は、液滴１０４を偏向させる。制御部１５０は、画像１２４に含まれるジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量に基づいて、ソート部１１０によって偏向された液滴１０４によって形成されるサイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0を制御する。
本実施の形態の粒子分別方法は、フローセル６０から排出されるジェットフロー１００に振動素子４４から振動を印加することと、ジェットフロー１００に含まれるジェットフロー液滴１０２のうちジェットフロー１００のブレークオフポイント１０１に最も近位する最終ジェットフロー液滴１０２ｆに、電荷供給部４６から電荷を供給することと、ジェットフロー１００、ジェットフロー１００から分離された液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの画像１２４を撮像素子（第１撮像素子１２０）を用いて取得することと、ソート部１１０を用いて液滴１０４を偏向させることとを備える。本実施の形態の粒子分別方法は、画像１２４に含まれるジェットフロー１００、液滴１０４またはサテライト滴１０６の少なくとも一つの特徴量に基づいて、ソート部１１０によって偏向された液滴１０４によって形成されるサイドストリーム１０９のばらつきが基準範囲内となるように、振動素子４４に印加される駆動電圧の振幅Ｖ0を制御することをさらに備える。
本実施の形態の粒子分別装置１及び本実施の形態の粒子分別方法によれば、サイドストリーム１０９のばらつきが低減され得る。粒子１０５はより高い精度でかつより安定的に分別され得る。
（実施の形態３）
図１から図４及び図１５から図１７を参照して、実施の形態３の粒子分別装置１及び粒子分別方法を説明する。本実施の形態の粒子分別装置１は、実施の形態１及び実施の形態２の粒子分別装置１と同様の構成を備え、本実施の形態の粒子分別方法は、実施の形態１及び実施の形態２の粒子分別方法と同様の工程を備えるが、以下の点で主に異なる。
粒子１０５のサイズが大きくなると、粒子１０５を含むジェットフロー１００、粒子１０５を含む液滴１０４、または、サテライト滴１０６の状態が変化する。そのため、粒子１０５のサイズが大きくなると、実施の形態１及び実施の形態２の粒子分別方法を用いても、サイドストリーム１０９の各々のばらつきを十分に低減させることができなくなることがある。そして、粒子１０５のサイズに起因する、ジェットフロー１００、液滴１０４、またはサテライト滴１０６の状態の変化の程度は、液滴１０４の落下方向（ｚ方向）における液滴１０４内の粒子１０５の位置と相関がある。
本実施の形態では、制御部１５０は、液滴１０４内の粒子１０５のサイズと液滴１０４の落下方向（ｚ方向）における液滴１０４内の粒子１０５の位置とに応じて、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcをさらに制御するように構成されている。本実施の形態の粒子分別方法では、液滴１０４内の粒子１０５のサイズと液滴１０４の落下方向（ｚ方向）における液滴１０４内の粒子１０５の位置とに応じて、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcをさらに制御している。そのため、粒子１０５のサイズが大きくなっても、サイドストリーム１０９の各々のばらつきが低減され得る。
なお、このようなタイミングｔcのさらなる制御は、粒子１０５を分別している間に行われる。特定的には、図９及び図１４に示される工程Ｓ３において特徴量が基準特徴量の範囲内にあるときは、タイミングｔcのさらなる制御は、工程Ｓ３の後かつ工程Ｓ１に戻る前に行われる。図９及び図１４に示される工程Ｓ３において特徴量が基準特徴量の範囲内にないときは、タイミングｔcのさらなる制御は、図９に示されるＳ４の後かつ工程Ｓ１に戻る前、または、図１４に示されるＳ４ｂの後かつ工程Ｓ１に戻る前に行われる。
具体的には、図１５から図１７に示されるように、液滴１０４内の粒子１０５のサイズが基準サイズ以上であるか否かを判定する（Ｓ１１）。例えば、光強度検出器９９（第２光検出器９７または第３光検出器９８）を用いて、前方散乱光７７ｆの強度または側方散乱光７７ｓの強度を検出する（Ｓ１２）。制御部１５０は、前方散乱光７７ｆの強度または側方散乱光７７ｓ強度が閾値Ｉth以上であるか否かを判定する（Ｓ１３）。閾値Ｉthは、記憶部１５５に保存されている。粒子１０５のサイズが基準サイズ未満である場合、すなわち、前方散乱光７７ｆの強度または側方散乱光７７ｓ強度が閾値Ｉth未満である場合には、サイドストリーム１０９の各々のばらつきは十分に低減されている。そのため、タイミングｔcは、実施の形態１または実施の形態２のタイミングｔcと同じである。液滴１０４内の粒子１０５のサイズが基準サイズ未満である場合、すなわち、前方散乱光７７ｆの強度または側方散乱光７７ｓ強度が閾値Ｉth未満である場合には、工程Ｓ１１（例えば、工程Ｓ１２及びＳ１３）の後に、実施の形態１または実施の形態２の工程Ｓ１に戻る。
液滴１０４内の粒子１０５のサイズが基準サイズ以上である場合、すなわち、前方散乱光７７ｆの強度または側方散乱光７７ｓ強度が閾値Ｉth以上である場合には、サイドストリーム１０９の各々のばらつきは大きくなっている。この場合には、制御部１５０は、液滴１０４の落下方向（ｚ方向）における液滴１０４内の粒子１０５の位置に応じて、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcをさらに制御する（Ｓ１４）。
振動の一周期Ｔで一つの液滴１０４が生成される。振動の一周期Ｔは、液滴１０４の落下方向（ｚ方向）における液滴１０４の長さに対応している。そのため、液滴１０４の落下方向（ｚ方向）における液滴１０４内の粒子１０５の位置は、振動の一周期Ｔにおける粒子１０５の検出タイミングΔＴ（図１７を参照）に反映されている。
そこで、例えば、制御部１５０は、振動の一周期Ｔにおける粒子１０５の検出タイミングΔＴに応じて、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcをさらに制御する（Ｓ１５）。振動の一周期Ｔにおける粒子１０５の検出タイミングΔＴに応じて、タイミングｔcを、ストロボ１２３の発光タイミングｔsからずらす。すなわち、粒子１０５のサイズに起因する、ジェットフロー１００、液滴１０４、またはサテライト滴１０６の状態の変化に応じて、タイミングｔcを、実施の形態１または実施の形態２におけるタイミングｔcからずらず。こうして、サイドストリーム１０９の各々のばらつきを十分に低減させることができる。工程Ｓ１４（例えば、工程Ｓ１５）の後に、実施の形態１または実施の形態２の工程Ｓ１に戻る。
本実施の形態の粒子分別装置１及び粒子分別方法は、実施の形態１の粒子分別装置１及び粒子分別方法の効果に加えて、以下の効果を奏する。
本実施の形態の粒子分別装置１では、制御部１５０は、液滴１０４内の粒子１０５のサイズと液滴１０４の落下方向（ｚ方向）における液滴１０４内の粒子１０５の位置とに応じて、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcをさらに制御する。
本実施の形態の粒子分別方法では、液滴１０４内の粒子１０５のサイズと液滴１０４の落下方向（ｚ方向）における液滴１０４内の粒子１０５の位置とに応じて、振動素子４４の振動の一周期Ｔにおいて電荷供給部４６から最終ジェットフロー液滴１０２ｆに電荷の供給を開始するタイミングｔcをさらに制御する。
本実施の形態の粒子分別装置１及び粒子分別方法によれば、電荷供給部４６は、最終ジェットフロー液滴１０２ｆに、より適切なタイミングで電荷を供給することができる。サイドストリーム１０９のばらつきが低減され得る。粒子１０５は、より高い精度でかつより安定的に分別され得る。
今回開示された実施の形態１−３はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
１ 粒子分別装置、５ 基台、６ 壁、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 開口部、１０ フローチャンバ、１１ チャンバ、１２ 空洞、１６ 表面、２０ 第１タンク、２１ 第１導管、２２ 第２タンク、２３ 第２導管、３０ 振動電極、３１ 振動電極部分、３３ 端面、３５ 導電部分、４０ 絶縁スリーブ、４４ 振動素子、４６ 電荷供給部、５１−５７ 矩形枠、６０ フローセル、６１ フローセル本体部、６３ ノズル受容部、６５ フローチャネル、６８ ノズル、７０ 第１光源部、７０ａ，７０ｂ レーザ、７１ レーザ光、７２ 光合波部、７７ 蛍光、７７ｆ 前方散乱光、７７ｓ 側方散乱光、８１，１２１，１４６ 透明窓部材、８３ 検出光学系、８４ 検出側レンズ光学系、９０ 光ファイバアレイ、９１ａ，９１ｂ 光ファイバ、９２ 波長分離部、９３ａ−９３ｅ ダイクロイックミラー、９４ａ−９４ｈ 波長フィルタ、９６ａ 第１光検出器、９７ 第２光検出器、９８ 第３光検出器、９９ 光強度検出器、１００ ジェットフロー、１０１ ブレークオフポイント、１０２ ジェットフロー液滴、１０２ｆ 最終ジェットフロー液滴、１０３ くびれ部、１０３ｆ 最終くびれ部、１０４ 液滴、１０４ｆ 第１液滴、１０５ 粒子、１０６ サテライト滴、１０６ｆ 第１サテライト滴、１０７ ストリーム、１０８ センターストリーム、１０９ サイドストリーム、１１０ ソート部、１１１，１１２ 偏向電極、１１３ 収集部、１１４ サンプル収集部材、１１５ 廃液回収部材、１１６ ホルダー、１２０ 第１撮像素子、１２３ ストロボ、１２３ａ 第１照明光、１２４ 画像、１４５ 第２撮像素子、１４８ 第２光源部、１４９ 第２照明光、１５０ 制御部、１５５ 記憶部。

Claims (11)

  1. フローセルと、
    前記フローセルから排出されるジェットフローに振動を印加する振動素子と、
    前記ジェットフローに含まれるジェットフロー液滴のうち前記ジェットフローのブレークオフポイントに最も近位する最終ジェットフロー液滴に電荷を供給する電荷供給部と、
    前記ジェットフロー、前記ジェットフローから分離された液滴またはサテライト滴の少なくとも一つの画像を取得する撮像素子と、
    前記液滴を偏向させるソート部と、
    前記画像に含まれる前記ジェットフロー、前記液滴または前記サテライト滴の前記少なくとも一つの特徴量に基づいて、前記ソート部によって偏向された前記液滴によって形成されるサイドストリームのばらつきが基準範囲内となるように、前記振動の一周期において前記電荷供給部から前記最終ジェットフロー液滴に前記電荷の供給を開始するタイミング、または、前記振動素子に印加される駆動電圧の振幅を制御する制御部とを備える、粒子分別装置。
  2. 前記特徴量は、前記最終ジェットフロー液滴の長さ、幅、周囲長または面積の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の粒子分別装置。
  3. 前記特徴量は、前記最終ジェットフロー液滴に接続されている前記ジェットフローの最終くびれ部の長さ、下端幅、周囲長または面積の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の粒子分別装置。
  4. 前記特徴量は、前記最終ジェットフロー液滴及び前記最終ジェットフロー液滴に接続されている前記ジェットフローの最終くびれ部の長さ、周囲長または面積の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の粒子分別装置。
  5. 前記特徴量は、前記画像に含まれる前記ジェットフローの長さ、幅、周囲長、面積、または、前記ジェットフローの流れ方向の重心の位置の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の粒子分別装置。
  6. 前記特徴量は、前記最終ジェットフロー液滴に最も近位する第１液滴の長さ、幅、周囲長、面積、もしくは、前記ジェットフローの流れ方向の重心の位置、または、前記最終ジェットフロー液滴の下端と前記第１液滴の上端との間の距離の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の粒子分別装置。
  7. 前記特徴量は、前記サテライト滴のうち前記ブレークオフポイントに最も近位する第１サテライト滴の長さ、幅、周囲長もしくは面積、前記最終ジェットフロー液滴の下端と前記第１サテライト滴の下端との間の距離、または、前記最終ジェットフロー液滴の前記下端と前記第１サテライト滴の上端との間の距離の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の粒子分別装置。
  8. 前記特徴量は、前記最終ジェットフロー液滴に接続されている前記ジェットフローの最終くびれ部の上端と前記最終ジェットフロー液滴に最も近位する第１液滴の上端との間にある、前記最終くびれ部、前記最終ジェットフロー液滴及び前記サテライト滴のうち前記ブレークオフポイントに最も近位する第１サテライト滴の、面積もしくは周囲長、または、前記最終くびれ部の前記上端と前記第１液滴の上端との間の距離の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の粒子分別装置。
  9. 前記制御部は、前記液滴内の粒子のサイズと前記液滴の落下方向における前記液滴内の前記粒子の位置とに応じて前記タイミングをさらに制御する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の粒子分別装置。
  10. フローセルから排出されるジェットフローに振動素子から振動を印加することと、
    前記ジェットフローに含まれるジェットフロー液滴のうち前記ジェットフローのブレークオフポイントに最も近位する最終ジェットフロー液滴に、電荷供給部から電荷を供給することと、
    前記ジェットフロー、前記ジェットフローから分離された液滴またはサテライト滴の少なくとも一つの画像を撮像素子を用いて取得することと、
    ソート部を用いて前記液滴を偏向させることと、
    前記画像に含まれる前記ジェットフロー、前記液滴または前記サテライト滴の前記少なくとも一つの特徴量に基づいて、前記ソート部によって偏向された前記液滴によって形成されるサイドストリームのばらつきが基準範囲内となるように、前記振動の一周期において前記電荷供給部から前記最終ジェットフロー液滴に前記電荷のを供給を開始するタイミング、または、前記振動素子に印加される駆動電圧の振幅を制御することとを備える、粒子分別方法。
  11. 前記液滴内の粒子のサイズと前記液滴の落下方向における前記液滴内の前記粒子の位置とに応じて前記タイミングをさらに制御する、請求項１０に記載の粒子分別方法。
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