JP2021517640A - 微小粒子分析装置及び微小粒子分析方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本技術に係る微小粒子分析装置では、前記制御部は、複数の前記写真によって特定された前記液滴がブレイクオフするタイミングに基づいて、前記振動素子の電圧を調整してもよい。
また、本技術に係る微小粒子分析装置では、前記制御部は、一周期内における位相の連続写真を取得し、該連続写真において、前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相を特定してもよい。この場合、前記制御部は、前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相の前後の位相を更に分割した連続写真を取得し、該分割した連続写真において前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相を特定してもよい。また、この場合、前記撮像部は、ストロボを備え、前記ストロボのストロボ発光開始時間を変化させて得られた連続位相写真を用いて、前記特定を行ってもよい。
更に、本技術に係る微小粒子分析装置では、前記制御部は、前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相が、前記液滴に電荷をチャージする位相の逆方位に対応する位相となるように制御してもよく、また、前記制御部は、前記微小粒子に電荷チャージする位相が、前記液滴の前の液滴が液柱からちぎれる位相から前記液滴のサテライトが液柱からちぎれる位相までの間に来るように制御してもよい。
本技術に係る微小粒子分析方法では、前記制御ステップにおいて、複数の前記写真によって特定された前記液滴がブレイクオフするタイミングに基づいて、前記振動素子の電圧を調整してもよい。
なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
1.微小粒子分析装置1
(1)流路
(1−1)マイクロチップ2
(2)液滴形成部
(3)電荷チャージ部11
(4)撮像部3
(5)制御部4
[制御例1]
[制御例2]
[制御例3]
[制御例4]
(6)検出部5
(7)偏向板61、62
(8)回収容器71〜73
(9)解析部8
(10)記憶部9
(11)表示部10
(12)入力部
(13)その他
2.微小粒子分析方法
(1)液滴形成ステップ
(2)電荷チャージステップ
(3)撮像ステップ
(4)制御ステップ
[微小粒子分析の流れの一例]
図1は、本技術に係る微小粒子分析装置1の実施形態の一例を示す模式図である。本技術に係る微小粒子分析装置1(フローサイトメータ)は、流路と、液滴形成部と、電荷チャージ部11と、撮像部3と、制御部4と、を少なくとも備える。また、必要に応じて、検出部5、偏向板61、62、回収容器71〜73、解析部8、記憶部9、表示部10、入力部等を備えていてもよい。以下、各部について、詳細に説明する。
流路は、微小粒子を含むサンプル流と、該サンプル流を内包するように流れるシース流と、からなる流体が通流する。この流路は、本技術に係る微小粒子分析装置1に予め備えられていてもよいが、流路が設けられた使い捨てのチップ等を、微小粒子分析装置1に設置し、解析や分取を行うことも可能である。
図2は、図1の微小粒子分析装置1に使用可能なマイクロチップ2の構成の一例を示す模式図であり、図3は、図1の微小粒子分析装置1に使用可能なマイクロチップ2のオリフィス21の構成の一例を示す模式図である。図2のAは上面模式図、図2のBはA中のP−P断面に対応する断面模式図を示す。また、図3のAは上面図、図3のBは断面図、図3のCは正面図を示す。なお、図3のBは、図2のA中のP−P断面の一部に対応する。
液滴形成部は、振動素子13を用いて前記流体に振動を与えて前記流体に液滴を形成する。振動素子13は、前記流路に接するように設けられていることが好ましく、図1に示すように前記流路の流体吐出口の付近に設けられることがより好ましい。特に、マイクロチップ2を用いた場合は、前述したマイクロチップ2のオリフィス21の付近に設けられることが好ましい。
電荷チャージ部11は、前記微小粒子を内包する液滴にプラス又はマイナスの電荷をチャージする。マイクロチップ2を用いた場合は、マイクロチップ2に形成されたオリフィス21から吐出される液滴に対して電荷を付与する。電荷チャージ部11は、例えば、図1に示すように、後述する撮像部3の上流に配置される。液滴のチャージは、電荷チャージ部11と電気的に接続され、マイクロチップ2に設けられたサンプルインレット23に挿入される電極12によって行われる。なお、電極12は、マイクロチップ2のいずれかの箇所に、流路を送液されるサンプル液又はシース液に電気的に接触するように挿入されていればよい。
撮像部3は、ある時間における位相(液滴の画像)の写真を得る。図1中の符号31は、マイクロチップ2のオリフィス21から吐出される液滴を撮像するための、CCDカメラ、CMOSセンサ等のドロップレットカメラ32である。ドロップレットカメラ32は、後述する検出部5の下流に配置され、前記流体の少なくとも一部を撮像する。また、ドロップレットカメラ32は、撮像した液滴の画像の焦点調節を行うことが可能である。ドロップレットカメラ32において撮像するための光源としては、例えば、後述するストロボ31が用いられる。なお、撮像部3では、複数の前記写真を得ることもでき、一定周期内の写真を連続して取得することもできる。ここでいう「一定周期」とは特に限定されず、後述する一周期でもよいし、複数周期でもよい。複数周期の場合は、それぞれの周期が時間的に連続していてもよく、不連続であってもよい。
制御部4は、撮像部3で得た前記写真に基づいて、前記液滴がブレイクオフするタイミングを制御する。
本制御例1では、まず、微小粒子を内包する液滴を自動調整して、しぶかない液滴を作る(図5のA参照)。その後、ストロボを振って、ある一周期内の位相の連続写真を取得し、該連続写真において、前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相(前記液滴がちぎれる位相)を特定する(図5のB参照)。具体的には、例えば、ストロボの発光周期を一定等分(例えば、16等分)して、一周期の連続写真の画像の中から前記液滴がちぎれる位相を検出する。その後、この位相の前後の位相を更に分割した連続写真を取得し、該分割した連続写真において前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相をより正確に特定する(図5のC参照)。具体的には、例えば、ストロボの発光周期を再分割し、一定等分(例えば、40等分)して、一周期の連続写真の画像の中から前記液滴がちぎれる位相をより正確に検出する。
本制御例2では、制御例1と同様に、まず、微小粒子を内包する液滴を自動調整して、しぶかない液滴を作る(図7のA参照)。その後、ストロボを振って、ある一周期内の位相の連続写真を取得し、該連続写真において、液滴がちぎれる位相(前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相)を特定する(図7のB参照)。この特定では、前述した制御例1ほど厳密にちぎれた位相を特定しているわけではないが、ちぎれて生じた隙間の距離が十分に小さければ、制御例1と同様に制御可能である。
制御例3は、Fast satelliteが発生している場合の制御例である。本制御例3では、まず、微小粒子を内包する液滴を作る(この時点では、液滴がしぶいていてもよい)(図8のA参照)。その後、前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相が、ある一周期内において前記微小粒子に電荷をチャージする位相の逆方位に対応する位相となるように振動素子13の電圧を調整する(図8のB参照)。
制御例4は、Slow Satelliteが発生している場合の制御例である。本制御例4では、まず、微小粒子を内包する液滴を作る(この時点では、液滴がしぶいていてもよい)(図9のA参照)。その後、ストロボを振って、ある時間における位相の写真を複数取得し、前記液滴のサテライトの切れ方を調べ、前記液滴(目的の微小粒子を内包する液滴)の前の液滴が液柱からちぎれる位相と、前記液滴のサテライトが液柱からちぎれる位相と、を特定する(図9のB及びC参照)。そして、これらのサテライトのちぎれの位相差を調べて、例えば、その真ん中に電荷をチャージする位相がくるように、振動素子13の電圧を調整する。
図1中の符号5は、光源51から発せられるレーザL1の照射によって細胞等の微小粒子から発生する測定対象光を検出する検出部5を示す。検出部5は、流路内を流通する流体中の微小粒子を検出する。検出部5は、サンプル流路22の絞込部261と絞込部262との間で、細胞の特性検出を行う。当該特性検出は特に限定されるものではないが、例えば光学的検出の場合、サンプル流路22中を3次元層流の中心に一列に配列して送流される細胞に対するレーザL1(図1参照)の照射により、細胞から発生する散乱光や蛍光が検出部5によって検出される。
図1中の符号61、62は、オリフィス21から射出され、撮像部3により撮像された液滴を挟んで対向して配置された一対の偏向板を示す。偏向板61、62は、オリフィス21から吐出される液滴の移動方向を、液滴に付与された電荷との電気的な作用力によって制御する電極を含んで構成される。また、偏向板61、62は、オリフィス21から発生する液滴の軌道も、液滴に付与された電荷との電気的な作用力によって制御する。図1中、偏光板61、62の対向方向をX軸方向によって示す。
本技術に係る微小粒子分析装置1において、液滴は、偏向板61、62の対向方向(X軸方向)に一列に配設された複数の回収容器71〜73のいずれかに受け入れられる。回収容器71〜73は、実験用として汎用のプラスチック製チューブ、或いは、ガラス製チューブであってよい。回収容器71〜73の数は特に限定されないが、ここでは3本設置する場合を図示している。オリフィス21から発生する液滴は、偏向板61,62との間の電気的な作用力の有無やその大小によって、3本の回収容器71〜73のいずれか一つに誘導され、回収される。
解析部8は、検出部5と接続され、検出部5で検出した微小粒子に対する光の検出値を解析する。
記憶部9では、検出部5で検出された値、解析部8にて算出された特徴量、分取制御信号、入力部にて入力された分取条件等の測定に関わるあらゆる事項を記憶する。
表示部10では、検出部5で検出された値等の分析に関わるあらゆる事項を表示することができる。好ましくは、表示部10は、解析部8にて算出された各微小粒子に対する特徴量がスキャッタグラムとして表示することができる。
入力部(不図示)は、オペレータ等のユーザが操作するための部位である。ユーザは、入力部を通じて、制御部3にアクセスし、本技術に係る微小粒子分析装置1の各部を制御することができる。好ましくは、入力部は、表示部10に表示されたスキャッタグラムに対して注目領域を設定し、分取条件を決定することが可能である。
なお、本技術では、本技術に係る微小粒子分析装置1の各部で行われる機能を、パーソナルコンピュータや、CPU等を含む制御部及び記録媒体(例えば、不揮発性メモリ(例えば、USBメモリ等)、HDD、CD等)等を備えるハードウェア資源にプログラムとして格納し、パーソナルコンピュータや制御部によって機能させることも可能である。
本技術に係る微小粒子分析方法では、液滴形成ステップと、電荷チャージステップと、撮像ステップと、制御ステップと、を少なくとも行う。また、必要に応じて、他のステップを行ってもよい。以下、各ステップについて、詳細に説明する。
液滴形成ステップでは、微小粒子を含むサンプル流と、該サンプル流を内包するように流れるシース流と、からなる流体に振動素子を用いて振動を与えて前記流体に液滴を形成する。液滴形成ステップで行う具体的な方法は、前述した液滴形成部で行われる方法と同様であるため、ここでは説明を割愛する。
電荷チャージステップでは、前記微小粒子を内包する液体に電荷をチャージする。電荷チャージステップで行う具体的な方法は、前述した電荷チャージ部11で行われる方法と同様であるため、ここでは説明を割愛する。
撮像ステップでは、ある時間における位相の写真を得る。撮像ステップで行う具体的な方法は、前述した撮像部3で行う方法と同様であるため、ここでは説明を割愛する。
制御ステップで行う具体的な方法は、前述した制御部4で行われる方法と同様であるため、ここでは説明を割愛する。
本技術に係る微小粒子分析方法を用いた微小粒子分析の流れの一例について、図10を参照しながら説明する。なお、図10に示すフローチャートの各ステップの処理は、例えば、前述した各部によって行われる。
(1)
微小粒子を含むサンプル流と、該サンプル流を内包するように流れるシース流と、からなる流体が通流する流路と、
振動素子を用いて前記流体に振動を与えて前記流体に液滴を形成する液滴形成部と、
前記微小粒子を内包する液滴に電荷をチャージする電荷チャージ部と、
ある時間における位相の写真を得る撮像部と、
前記写真に基づいて、前記液滴がブレイクオフするタイミングを制御する制御部と、
を少なくとも備える、微小粒子分析装置。
(2)
前記制御部は、複数の前記写真によって特定された前記液滴がブレイクオフするタイミングに基づいて、前記振動素子の電圧を調整する、(1)に記載の微小粒子分析装置。
(3)
前記制御部は、一周期内における位相の連続写真を取得し、該連続写真において、前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相を特定する、(1)又は(2)に記載の微小粒子分析装置。
(4)
前記制御部は、前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相の前後の位相を更に分割した連続写真を取得し、該分割した連続写真において前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相を特定する、(3)に記載の微小粒子分析装置。
(5)
前記撮像部は、ストロボを備え、
前記ストロボのストロボ発光開始時間を変化させて得られた連続位相写真を用いて、前記特定を行う、(3)又は(4)に記載の微小粒子分析装置。
(6)
前記制御部は、前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相が、前記液滴に電荷をチャージする位相の逆方位に対応する位相となるように制御する、(1)から(5)のいずれかに記載の微小粒子分析装置。
(7)
前記制御部は、前記液滴に電荷をチャージする位相が、前記液滴の前の液滴が液柱からちぎれる位相から前記液滴のサテライトが液柱からちぎれる位相までの間に来るように制御する、(1)から(6)のいずれかに記載の微小粒子分析装置。
(8)
微小粒子を含むサンプル流と、該サンプル流を内包するように流れるシース流と、からなる流体に振動素子を用いて振動を与えて前記流体に液滴を形成する液滴形成ステップと、
前記微小粒子を内包する液滴に電荷をチャージする電荷チャージステップと、
ある時間における位相の写真を得る撮像ステップと、
前記写真に基づいて、前記液滴がブレイクオフするタイミングを制御する制御ステップと、
を少なくとも行う、微小粒子分析方法。
(9)
前記制御ステップにおいて、複数の前記写真によって特定された前記液滴がブレイクオフするタイミングに基づいて、前記振動素子の電圧を調整する、(8)に記載の微小粒子分析方法。
11:電荷チャージ部
12:電極
13:振動素子
2:マイクロチップ
2a、2b:基板層
21:オリフィス
22:サンプル流路
23:サンプルインレット
24:シースインレット
25:吸引流路
27:ストレート部
211:切欠部
251:吸引アウトレット
252:連通口
261、262:絞込部
3:撮像部
31:ストロボ
32:ドロップレットカメラ
4:制御部
5:検出部
51:光源
61、62:偏向板
71〜73:回収容器
8:解析部
9:記憶部
10:表示部
Claims (9)
- 微小粒子を含むサンプル流と、該サンプル流を内包するように流れるシース流と、からなる流体が通流する流路と、
振動素子を用いて前記流体に振動を与えて前記流体に液滴を形成する液滴形成部と、
前記微小粒子を内包する液滴に電荷をチャージする電荷チャージ部と、
ある時間における位相の写真を得る撮像部と、
前記写真に基づいて、前記液滴がブレイクオフするタイミングを制御する制御部と、
を少なくとも備える、微小粒子分析装置。 - 前記制御部は、複数の前記写真によって特定された前記液滴がブレイクオフするタイミングに基づいて、前記振動素子の電圧を調整する、請求項1に記載の微小粒子分析装置。
- 前記制御部は、一周期内における位相の連続写真を取得し、該連続写真において、前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相を特定する、請求項1に記載の微小粒子分析装置。
- 前記制御部は、前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相の前後の位相を更に分割した連続写真を取得し、該分割した連続写真において前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相を特定する、請求項3に記載の微小粒子分析装置。
- 前記撮像部は、ストロボを備え、
前記ストロボのストロボ発光開始時間を変化させて得られた連続位相写真を用いて、前記特定を行う、請求項3に記載の微小粒子分析装置。 - 前記制御部は、前記液滴がブレイクオフするタイミングの位相が、前記液滴に電荷をチャージする位相の逆方位に対応する位相となるように制御する、請求項1に記載の微小粒子分析装置。
- 前記制御部は、前記液滴に電荷をチャージする位相が、前記液滴の前の液滴が液柱からちぎれる位相から前記液滴のサテライトが液柱からちぎれる位相までの間に来るように制御する、請求項1に記載の微小粒子分析装置。
- 微小粒子を含むサンプル流と、該サンプル流を内包するように流れるシース流と、からなる流体に振動素子を用いて振動を与えて前記流体に液滴を形成する液滴形成ステップと、
前記微小粒子を内包する液滴に電荷をチャージする電荷チャージステップと、
ある時間における位相の写真を得る撮像ステップと、
前記写真に基づいて、前記液滴がブレイクオフするタイミングを制御する制御ステップと、
を少なくとも行う、微小粒子分析方法。 - 前記制御ステップにおいて、複数の前記写真によって特定された前記液滴がブレイクオフするタイミングに基づいて、前記振動素子の電圧を調整する、請求項8に記載の微小粒子分析方法。
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