JP2680022B2 - 粒子計測装置 - Google Patents

粒子計測装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、細胞等の微粒子を検出するためのフローセ
ルに係り、特に光学的手段とともに電気的手段によつて
微粒子の性質と量を特定するのに好適なフローセルを用
いた粒子計測装置に関する。
〔従来の技術〕
従来のフローセルは、例えば特開昭48−74292に記載
のように管の組合せによつて、粒子を懸濁した第1の液
の流れを第2の液によつて包み込み、第1の液の流れの
径を細く絞り込む構造をしていた。また、これを応用し
た検出系としては、特開昭61−71337に示すように、絞
られた液流を透明な管内に通し、これにレーザ光を入射
して、光の信号から粒子の特性を検出していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来技術においては、第2図に示すような管路
の構造を例えばガラス管を用いて製作するため、寸法の
ばらつきは避けられず個々のフローセルの特性をそろえ
ることが困難であつた。したがつて所望の特性のフロー
セルを得るには、大量に作つたものの中から選別する必
要があるという問題点、また、機器に組込んだフローセ
ルを交換する度に機器の一部を調整しなおす必要がある
という問題点があつた。
またガラス面を透過する光で試料液中の粒子の数,性
状を計測するさいにガラス表面での光の散乱を防ぐた
め、ガラス管の外表面を光軸に垂直な平面に加工する必
要があつた。特に流路に細い絞りを形成し、絞りの前後
に電極を設置して試料液中の粒子の電気的な特性を計測
するフローセルでは、絞りの部分で光が散乱するので透
過光による粒子の計測との併用は不可能であつた。
本発明の目的は、透過光による粒子の計測と電気的計
測との併用に適し、寸法精度が高く、バツチ生産が可能
なフローセルの構造を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、流路の形状に加工された流路パターン部
を2枚の透明板にはさんで積層,接合すること、また、
望ましくは接合の界面に所望のパターンの電極層を形成
することにより達成される。
本発明の要旨は、粒子を懸濁した試料液の流れをシー
ス液で包み込み、前記シース液で包み込んだ前記試料液
を絞られた、かつ、透明な流路中に流し、その流路中の
流れの方向に対して垂直方向からレーザ光を入射させ、
その流路中からの透過光により前記粒子を光学的に計測
するフローセルを用いた粒子計測装置において、 (イ)前記試料液を流す第一の流路、(ロ)前記シー
ス液を流す第二の流路、(ハ)前記試料液の流れを前記
シース液で包み込むように前記第一のおよび第二の流路
を合流させる合流部および(ニ)前記合流部の下流側に
位置し、かつ、前記シース液で包み込んだ前記試料液を
絞るための第三の流路をシリコン単結晶基板をエッチン
グして打ち抜くことにより形成した部材と、 前記部材を第一および第二の透明板で挟んで積層する
ことにより構成したフローセルとを有することを特徴と
する粒子計測装置にある。
〔作用〕
例えば、単結晶シリコンウエハ、アルカリ水溶液等で
異方性エツチングすることにより、精度の高いエツチプ
ロフイルが板厚方向に得られる。これによつてフローセ
ルの流路の形状が高精度に、しかも再現性良く形成され
る。ガラスウエハはシリコンウエハとの間で陽極接合さ
れるので流路を完全にシールすることができる。またシ
リコンウエハをはさむ2枚のガラス面は平行であるか
ら、流路を光学的に観察するのに適する。
またガラスの内面に、流路の絞りの前後に位置するよ
うに1対の電極パターンを形成しておくことにより、光
学的観察と同時に、微粒子状の試料の電気的特性の観測
ができる。
以上の構造とすることにより、フローセルの製造上,
バツチ生産が可能であると同時に、その寸法精度が高
く、均一な特性を持つフローセルが大量に得られる。
〔実施例〕
以下に本発明を実施例を用いて説明する。
第1図a,bは本発明の一つの実施形態を示す平面図お
よび側面面である。その断面は第1b図に示すようにシリ
コン単結晶1を2枚のガラスウエハ21,22ではさんで積
層,接合した構造になつている。試料液3は、ガラスウ
エハ21に設けた穴23からシリコンウエハ内に入り、一方
試料液を包むシース液4は、同じくガラスウエハ21に設
けた穴24から導入されて試料液と出会い、絞り込まれて
排出穴25から排出される。この間、透過光5を用いた試
料液中の粒子数の計測や、1対の電極6,6′間の電気抵
抗の測定による粒子の性状の計測が行われる。
上記の構造を板厚の1/2の面で分割した概観を第3図
に示した。シリコン単結晶11の板面の結晶方位は(10
0)であるので、試料液の注入部のノズル12および流路1
3の壁面には異方性エツチングによつて形成される(11
1)結晶面が現れて精度良く加工される。特に複雑な構
造であるA−A断面の加工工程を第4a〜第4d図に順を追
つて示した。
素材となるシリコン単結晶ウエハ10は板面の結晶方位
が(100)である。第1工程でノズルの内面に相当する
部分の溝を加工する。この工程では、エツチングマスク
としてSiO2またはSi3N4の膜を使い、エツチヤントとし
てKOH水溶液を使う。この加工で形成される溝の斜面14
は(111)に一致する。
第2工程では、第4b図に示すように、ウエハ裏面から
ノズルの外面に相当する部分の凹みを上と同様に加工す
る。この加工で形成される溝の斜面15もまた(111)に
一致する。この工程では更にノズルとガラス面の間に空
間16を形成するため、この部分の材料をエツチングで除
去する。
次いで第4c図に示すようにシリコンウエハ10とガラス
ウエハ21(すでに穿孔加工が施されているもの)を静電
接合する。シリコンウエハの厚さが0.4mm,ガラスウエハ
の厚さが1mmの場合、直流電源17の電圧は900V、温度は4
00℃で十分な接合が行われる。接合後のシリコンウエハ
の表面をラツピング加工し、フローセル構造の2分割面
すなわち第4c図のB−B面から上の部分を除去する。
最後に第4d図に示すようにフローセル構造を2分割し
たもの同士を向い合せて接合することにより構造が完成
する。この接合のさいには、一方のシリコン面にフリツ
トガラスを約40μmの厚さにスパツタ蒸着し、もう一方
のシリコン面と向い合せて静電接合を行う。
なお、第3図における電極6および6′は、第4c図の
静電接合を行う前にあらかじめガラスウエハ面上に蒸着
しておくことにより流路から外部へ引出される。
本発明の第2の実施例を第5図に示す。この場合は急
峻な絞りを持つ流路が、ガラス面と垂直な壁面によつて
形成される。本実施例では、試料液3の注入のためのノ
ズル31をステンレスチユーブで形成しているが、主たる
流路はシリコン単結晶32およびガラスウエハ33から成つ
ている。なお、図ではシリコンウエハ32の上面に位置す
るガラスウエハを取除いて概観を示している。本実施例
では、シリコンウエハの板面方位を(110)に選び、流
路の壁面34,35が(111)に一致するように方位を選んで
異方性エツチングを施すことにより、板面に対して垂直
に直立した壁面が得られる。この構造のフローセルで
は、シース液4は導入穴36から流路に入り、排出穴37か
ら試料液とともに排出される。一対の電極38,38′はガ
ラスウエハ面上に形成され、外部へ引出されている。
上の実施例における加工工程は第4a〜第4b図の場合と
同様であるが、本実施例ではノズル部をシリコン上に加
工する必要が無いからシリコンウエハ32の上面に直接ガ
ラスウエハを接合してシールすればよい。なお、試料液
注入ノズル31とシリコンウエハとの間隙39を充てん樹脂
によつてシールする。
上の実施例では極めて細い絞りを流路に設定している
が、2枚の平行に設置されたガラス板に垂直に光軸が設
定されているので、電極を用いた電気的計測と、透過光
を用いた光学的計測とを同時に実施することが可能であ
る。具体的な例として、血液検査に使われる血球カウン
タにおいて、赤血球・白血球・血小板などの粒子の性状
を測定するにあたり、従来は血小板のように小さい粒子
は光学的計測用のフローセルで行い、一方、赤血球・白
血球のように体積密度が重要な粒子の計測には改めて電
気的計測用のフローセルを用いていた。これに対し、本
発明によつて、光学的および電気的計測を同時に一つの
フローセルで行うことが可能になつた。この結果、血液
検査に従事する者が血液を扱うための操作が半減し、病
源体に感染する危険も低減した。
第6図は、上記の血球カウンタの構成図である。血液
試料40は、リザーバ41に導入された後、レギユレータ42
で圧力を調整した液43によつて、フローセル46に押出さ
れる。一方シース液44は、同様にレギユレータ45で圧力
を調整されてフローセルに導かれる。フローセル46は血
液中の成分を光学的および電気的に検出する手段を備え
ている。
光学的手段としては、レーザ光源47およびレンズ系4
8,フオトマル49によつて構成された光学系がある。この
光軸を血球中の成分が横切る際の散乱光の信号50が信号
処理回路51に送られる。電気的手段としてはフローセル
の絞りの前後に挿入された一対の電極がある。これに一
定電圧を印加しておき、血液中の成分が絞りを通過する
際に回路に流れる微弱電流の信号53をとらえて、信号処
理回路51に送る。これらの複数の信号を処理して、血液
中の成分に関する情報、例えば病理学的診断結果を出力
54する。
さらに付随的な効果として、本フローセルは板状のコ
ンパクトな形状寸法になるので、血球カウンタ等の微粒
子計測装置の集積化が可能になつた。
なお、以上の実施例では、主にシリコンウエハとガラ
ス板によつて構成されるフローセルについて述べた。本
発明は上記実施例にとどまるものではなく、その本質は
2枚の透光性板の間に平面的な流路パターンおよび平面
的な電極パターンを挾み込んだ構成にあることは、自明
である。これを実現する手段として、例えば金属の薄板
に流路パターンを切り抜いたものを2枚のガラス板で挾
んで構成すること、また、感光性ガラス,感光性セラミ
クス(例えば(株)保谷硝子のPEG3,PEG3Cなど)、さら
に紫外線硬化樹脂(例えば(株)東洋インキ製造のライ
オキユアLAなど)に光学的に流路パターンを形成し、そ
の表裏面にガラス,樹脂等の透明板を貼り合せて構成す
ることは、本発明の範ちゆうに入る。このときに、流路
パターンと透明板との間に電極パターンを形成するこ
と、また、その電極の表面の一部を絶縁被覆することは
容易に実施できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば以下に述べる効果が得られる。
(1)バツチ生産が可能で、性能の一定したフローセル
が得られる。
(2)シリコンの異方性エツチングを使つて流路を形成
するので、流路の寸法精度が非常に良い。
(3)2枚の互いに平行なガラスウエハに光を入射する
ことができるので、光学的な計測に適し、特に流路に強
い絞りを与えて電気的な計測を行うさいにも、光学的な
計測を併用することが可能になる。
(4)本フローセルを備えた血球カウンタ等の微粒子計
測装置では、光学的・電気的計測を同時に実施できるの
で、検査員が検体に触れる可能性が減り、装置操作上の
安全性が高くなる。
(5)フローセルの構造が板状になり、血球カウンタ等
の微粒子計測装置の集積化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)(b)は本発明の一実施例を示すフローセ
ルの平面図及びその側断面図、第2図は従来のガラス製
フローセルの断面図、第3図は第1図の構造をその板厚
の1/2の断面で開いた概観図、第4図は、第3図のA−
A部分を形成する工程を示す断面図、第5図は、本発明
の第2の実施例の構造で上面のガラスを取除いてみた概
観図、第6図は本発明の一実施例を示す血球カウンタの
構成図である。 1,11,32……シリコンウエハ、21,22,33……ガラスウエ
ハ、3……試料液、4……シース液、6,6′……電極、
5……光、38,38′……電極、40……血球試料、46……
フローセル、47……レーザ光源、49……フオトマル。52
……電極、51……信号処理回路、54……出力、55……ポ
ンプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 紀夫 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日 立製作所那珂工場内 (56)参考文献 特開 昭51−23780(JP,A) 特開 昭53−74476(JP,A) 特開 昭56−52037(JP,A) 特開 昭60−262041(JP,A) 実開 昭61−115953(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粒子を懸濁した試料液の流れをシース液で
    包み込み、前記シース液で包み込んだ前記試料液を絞ら
    れた、かつ、透明な流路中に流し、その流路中の流れの
    方向に対して垂直方向からレーザ光を入射させ、その流
    路中からの透過光により前記粒子を光学的に計測するフ
    ローセルを用いた粒子計測装置において、 (イ)前記試料液を流す第一の流路、(ロ)前記シース
    液を流す第二の流路、(ハ)前記試料液の流れを前記シ
    ース液で包み込むように前記第一のおよび第二の流路を
    合流させる合流部および(ニ)前記合流部の下流側に位
    置し、かつ、前記シース液で包み込んだ前記試料液を絞
    るための第三の流路をシリコン単結晶基板をエッチング
    して打ち抜くことにより形成した部材と、 前記部材を第一および第二の透明板で挟んで積層するこ
    とにより構成したフローセルとを有することを特徴とす
    る粒子計測装置。
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WO2016163387A1 (ja) * 2015-04-07 2016-10-13 国立大学法人名古屋大学 電気測定用デバイス、及び電気測定装置
CN105486614B (zh) * 2015-12-25 2018-04-10 北京蓝柯工贸有限公司 制造液体不溶性颗粒检测装置检验块的方法及光学样品池

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