JP3628351B2 - Fine particle separation method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、光による微粒子の分別に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、レーザー光によって微粒子を分別する方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】
細胞、微生物、リボソーム等の生体関連粒子、あるいはラテックス粒子、ゲル粒子、工業用粒子等の合成粒子等のマイクロメーターオーダーの粒子を分別するため、種々の方法、装置が従来より開発され利用されている。
このうち、レーザー光を集光して微粒子を空間内に閉じこめるいわゆるレーザートラッピングを利用して微粒子を分別し補足することが報告されている[H. Misawa, et al. Chem.Lett.,469(1991) ]。
【0003】
これは、光の反射と屈折によって生ずる輻射圧により粒子を閉じ込める作用を利用して微粒子を分別し補足しようとするもので、以下の原理に基づくものである。
すなわち、溶媒よりも大きな屈折率を有する微粒子を分散した溶液に、レンズによって集光させられたレーザー光のようなコヒーレントで、かつビームの中心から外側に向かって光強度の勾配を有する光ビームを集光照射すると、この光は微粒子内で屈折し、この時、運動量保存の法則により光の屈折による光量子の運動量変化に相当する力(光の輻射圧)が微粒子に働く。この光の輻射圧は微粒子を光の進行方向に押しやる光圧力(放射圧)とビームの光軸方向に微粒子を引き込む光勾配力の2つの力に分けることができる。これらの光圧力および光勾配力により微粒子は、光の進行方向および光の強度分布の強い方向へと加速される。そして、光圧力および光勾配力は、いずれも光強度そして光軸方向の強度分布、つまり、レンズ等による集光の度合いおよび光軸に垂直方向の強度分布に依存するものであり、また、微粒子の屈折率や吸収率(反射率)および微粒子の粒径等にも依存するものである。これらの力のうち、主に光勾配力を有効に利用することで、微粒子を光の強度分布の強い方向に引き寄せ、光強度の最も強いレンズの焦点に微粒子を捕捉することができる。
【0004】
そして、上述のレーザートラッピングを利用した微粒子の分別方法では、主として、大きさの異なる2種類のポリスチレン微粒子を水に分散させたものに、レーザー光を光干渉させ多重リング状の強度分布を有する光を集光照射する。そうすると、光勾配力により多数の微粒子は各リング上にトラップされる。この状態においてリングの大きさを変化させるとトラッピング力の弱い小さい粒子がリングの外にはじき出されて排除され、大きな粒子のみがリング上にトラップされ続け、結果として大きな粒子が選択的に分別されるというものである。
【0005】
しかしながら、上記の分別方法は、粒径のみが相違する同種の微粒子、すなわち、同一材質からなる粒子群を捕獲することができるだけであり、3種類以上の粒子群を同時に分別をすることができず、また、分別性能が高いものとはいえなかった。
このような事情から、この発明の発明者等は、これらの限界を克服することのできる方法として、すでに、3種類以上の粒子群を同時に分別することのできる方法とその装置を提案している。
【0006】
この方法は、移動する粒子に対してレーザー光による干渉光を、粒子の移動方向と直交する方向から照射することにより、粒子の種類に応じた作用力を与えて粒子の分別を行うことを主な内容としている。また、別の方法は、移動する粒子に対してレーザー光の走査光を粒子の移動方向と直交する方向から照射することにより、粒子の種類に応じた作用力を与えて粒子の分別を行うことを特徴とし、さらに、別の方法では、粒子が移動する非直線状の流路の複数領域に粒子の移動方向と直交する方向からレーザー光の干渉光または走査光を照射することによって、粒子の種類に応じた作用力を与えて粒子の分別を行うことを特徴としている。
【0007】
これらは、前述の粒子の分別にレーザートラッピングを利用したものと比べ、3種類以上の粒子を同時に効率よく分別することができるようになった点で有用であるが、レーザー光の干渉光または走査光を粒子の移動方向と直交する方向から粒子に照射するため、レーザー光の光軸を正確に調整する必要があり、そのためには高度な熟練と長時間の調整を必要とするという欠点があった。また粒子の移動方向と直交する方向から照射される干渉光または走査光では、粒子へ与える作用力に限界があり、分別効率を所定以上に上げることができなかった。しかも、干渉光または走査光を照射する手段、干渉光または走査光の光軸を調整する手段等を粒子の移動方向と直交する方向に備えることが必要であり、そのため装置の構造が複雑、大型とならざるを得なかった。
【0008】
この発明は、以上の通りの従来技術の欠点を解消するためになされたものであり、光の輻射圧のうち主に光圧力を有効に利用することにより、粒径や屈折率の異なる多種類多様の微粒子を同時に高性能で簡便に分別することのできる新しい方法とそのための装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するものとして、微粒子分散溶液を満たした直線状の流路に、光を直線状の流路の軸方向から照射し、光の輻射圧により微粒子を光の照射方向に沿って加速をすることで微粒子の分別を行うことを特徴とする。
【0010】
さらには、微粒子分散溶液が満たされた直線状の流路中の溶液に光の照射方向とは逆方向から液体輸送力を与え、光の輻射圧と液体輸送力とを平衡させることにより微粒子を光の照射方向に沿って分別させるようにしてもよい。
そして、微粒子分別装置としては、微粒子分散溶液を移動させる直線状の流路と、直線状の流路の溶液中に分散した微粒子に、直線状の流路の軸線方向から光を照射して光の輻射圧を与えるための光照射手段とを有することを特徴とする。
【0011】
また、微粒子分散溶液が満たされた直線状の流路中の溶液に光の照射方向とは逆方向から液体輸送力を与える付与手段を配設してもよい。
さらに、直線状の流路の途中に粒子測定手段を配設してもよい。
【0012】
【作用】
この発明では、微粒子分別方法として、微粒子分散溶液を満たした直線状の流路に光を照射するため、微粒子は光の輻射圧の作用を受け、加速され、微粒子の粒径および/または屈折率に応じて分別される。分別の程度は、光の強度を変化させるといった簡単な操作を行うことで容易に調整できる。
【0013】
また、光の照射を直線状の流路の軸線方向から行うと、光の光軸の調整が容易である。
さらにまた、直線状の流路中の溶液に光の照射方向とは逆方向から液体輸送力を与え、光の輻射圧と液体輸送力とを平衡させるようにすると、微粒子を微粒子の粒径および/または屈折率に応じた所定位置に停止させて分別することができるようになる。
【0014】
そのため、多種類(3種類以上)の微粒子を分別することができる。
微粒子分別装置としては、光の輻射圧を有効に利用するものであるため構造が単純となる。そして、直線状の流路の軸線方向から光の輻射圧を与えるように光照射手段を配設すれば、光軸の調整が容易であり、小型化が可能となる。
【0015】
【実施例】
以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。もちろんこの発明は以下の例によって限定されるものではない。
実施例1
図1はこの発明の分別方法とその装置の一実施例を示す装置構成図である。
【0016】
図1に例示されるように、この発明の分別装置では、試料容器(1)、分別容器(6)、直線状のキャピラリーチューブ(4)、粒子測定手段(5)、光集束レンズ(9)、レーザー光源(10)、分散媒体供給手段(11)、微粒子分散溶液供給手段(12)、分別粒子排出手段(13)が配設されている。
試料容器(1)には透明ガラス板(2)が設けられており、集光レンズ(9)で集光されたレーザー光(8)が該ガラス板(2)を透過し試料容器(1)中の微粒子分散溶液(3)に照射されるようになっている。そして、レーザー光(8)の光軸とキャピラリーチューブ(4)の軸線とが同一線上になるように、キャピラリーチューブ(4)が試料容器(1)内部にまで挿入配設されている。微粒子分散溶液(3)は粒径や屈折率の異なる多種類(3種類以上)の微粒子と分散媒体からなるものを用いることができる。ここで、分散媒体は微粒子と同程度の比重を有しているものを適宜選択するが、通常、水、緩衝溶液等が用いられる。そして、粒径や屈折率の異なる微粒子とは、(イ)粒径が異なるもの、(ロ)屈折率が異なるもの、(ハ)粒径および屈折率が異なるもののいずれかを意味するものであり、細胞、ウイルス、微生物、リボソーム、DNA、RNA等の生体関連粒子や分子、あるいはラテックス粒子、工業用粒子等の合成粒子、あるいはゴミ等の異物が対象となるものである。
【0017】
分別操作に当たり分別容器(6)には、当初、微粒子を含まない分散媒体(7)を満たす。この分別容器(6)と試料容器(1)にはキャピラリーチューブ(4)が挿入配設され、キャピラリーチューブ(4)は、水平となっている。なお、分散媒体または分散溶液を試料容器(1)からキャピラリーチューブ(4)を介し分別容器(6)に送液するために適宜な送液手段(図示せず)を設けることが好ましい。
【0018】
粒子測定手段(5)はキャピラリーチューブ(4)の途中に設けられている。該粒子測定手段(5)としては、光学的、光電気的、電気的、磁気的、音響光学的な原理を利用したものを用いることができる。レーザー光源(10)で発生させられたレーザー光(8)は集束レンズ(9)で集束され、透明ガラス板(2)を透過し、キャピラリーチューブ(4)に導入される。分散溶液中の微粒子はレーザー光(8)により光の放射圧、とりわけ、光圧力の作用、を受け、加速されキャピラリーチューブ(4)内に流れ込む。粒子測定手段(5)によって測定し、粒子測定手段(5)の設けられた位置を通過する微粒子の粒径や屈折率をもとに分別状態を知ることができる。
【0019】
レーザー光源(10)には必要に応じビームエキスパンダが設けられている。このレーザー光源(10)から出射されるレーザー光の波長としては、微粒子の光吸収が少ない波長領域が好ましく、微粒子が細胞等の生体関連粒子である場合は、光照射による損傷が少ない近赤外〜赤外の波長域が好ましい。これには、YAGレーザー等の固体レーザー、アルゴンレーザー等のガスレーザー、半導体レーザー等TEM00モード(ガウシアンビーム)のレーザー光源が使用できる。なお、レーザー光源に限らずコヒーレントな光を生成する光源であれば使用できることはいうまでもない。 レーザー光の輻射圧は微粒子の粒径および/または屈折率、レーザー光量に依存することから、微粒子の粒径や屈折率に応じて微粒子を分別するための閾値を設定するには、レーザー光の照射強度を調整できるようにすることが必要である。そのために、レーザー光源の発光強度の調整手段を設けるか、光路中に変調素子やフィルター等の照射光量調整手段を設けるか、レンズ系やビームエキスパンダの拡大率を調整できるようにするか、または光波長変更素子を備えた粒子分別閾値変更手段を設けることが好ましい。このような各種の手段を用い、レーザー光の照射条件を変更することで様々な種類の微粒子の分別を柔軟に行うことができるようになる。
【0020】
以上の構成からなる分別装置の動作について説明すると、まず分散媒体供給手段(11)から分散媒体のみを供給し試料容器(1)、キャピラリーチューブ(4)、分別容器(6)に満たす。次に、分別容器(6)から分散媒体を排出手段(13)を介し排出するとともに、微粒子分散溶液供給手段(12)から分散溶液を供給し、分別容器(6)、キャピラリーチューブ(4)には分散媒体のみが満たされ、試料容器(1)には分散溶液が追加された状態とする。この状態で、レーザー光(8)を集光レンズ(9)で集光し、試料容器(1)中の微粒子分散溶液(3)に照射する。図2は、チューブ(4)内での集光を例示した概要図である。微粒子はレーザー光(8)の光勾配力により光の強度分布の強い光軸方向に引き寄せられるとともに、光圧力により光の進行方向に推進作用が与えられる。キャピラリーチューブ(4)の軸心方向からレーザー光が導入されることから、キャピラリーチューブ(4)中では光圧力が微粒子に作用し、微粒子は加速されることになる。微粒子への光圧力は微粒子の粒径および/または屈折率、単位面積当たりの光量、波長により相違し、レーザー光(8)の光軸とキャピラリーチューブ(4)の軸線は同一であるため、分散溶液(3)中の微粒子は、キャピラリーチューブ(4)中で分別される。そこで、粒子測定手段(5)によって、分別された粒子の粒径および/または屈折率を測定しつつ同じ性質の微粒子を分別容器(6)に排出させ、排出手段(13)を介し同じ性質の微粒子毎に分離する。こういった操作を繰り返すことにより、3種類以上の微粒子を分散溶液から分別し、分離、濃縮する。
【0021】
実施例2
図3は、この発明の分別装置の他の例を示す装置構成図である。
この図2に例示されるように、図1の分別装置に電気浸透流による流体搬送手段を備えたものである。
電気浸透流は界面導電現象の一種として知られており、ガラス管壁と溶液との界面の電気二重層において生じる電位差によって発生し、通常、ガラス管壁はシラノール基の解離により負に帯電しているため溶液全体は陽イオンのように振舞い、負極側に向かって流れる。実施例1と同一な構成は説明を省略するが、この分別装置は、試料容器(1)と分別容器(6)とにそれぞれ電源(14)に連結された電極(15)、(16)が挿入されており、これによって、分別容器(6)から試料容器(1)に向かって溶媒に電気浸透作用により輸送力(送液力)が生じるようしたものである。この方向の輸送力を溶媒に与えるには、溶媒の種類に応じ試料容器(1)と分別容器(6)とに挿入する電極(15)、(16)の極性を変えることにより行うことができる。緩衝溶液の場合は、試料容器(1)に挿入する電極(15)を正極とし、分別容器(6)に挿入する電極(16)を負極とすることで、電気浸透作用により溶媒に輸送力を発生させることができ、溶液は一定速度で試料容器(1)に向かって流れるようになる。
【0022】
従って、この例の装置は以下のように動作するものである。
すなわち、実施例1におけるのと同様にして分別容器(6)、キャピラリーチューブ(4)には緩衝液用分散溶媒(7)が満たされ、試料容器(1)には分散溶液が満たされるようにする。試料容器(1)に挿入する電極(15)を正極とし、分別容器(6)に挿入する電極(16)を負極として、電気浸透作用により溶媒に分別容器(6)から試料容器(1)に向かう溶媒輸送力を与えるとともに、レーザー光(8)を試料容器(1)中の微粒子分散溶液(3)に照射して、キャピラリーチューブ(4)内に導入し、微粒子に分別容器(6)に向かう光圧力を与える。微粒子には光圧力が推進力として、溶媒輸送力が制動力として作用する。そうすると、微粒子に働く光圧力は、微粒子の粒径および/または屈折率、単位面積当たりの光量、波長に依存し、一方、微粒子の溶媒の輸送力は、微粒子の粒径に依存する。従って、微粒子に働く光圧力と溶媒輸送力との作用の平衡するキャピラリーチューブ(4)の所定の位置で微粒子毎に停止する。このように、キャピラリーチューブ(4)の所定位置に分別された微粒子を分別容器(6)に排出することで、微粒子を分離、濃縮する。
【0023】
実施例3
溶媒に輸送力を与えるには、前述の電気浸透流によるものばかりでなく、その他の方法、ポンプ等による圧力送液法、重力による送液法等適宜な方法が採用できる。溶媒に送液力を加えることで微粒子の分離能を調製したり、微粒子を濃縮した後に分取すること等ができるようになる。
【0024】
そこで、図1の装置を垂直に、もしくは傾斜させて配置し、溶媒に重力が作用する装置を用いた微粒子の分別を行った。その結果を紹介すると、直径1μm,3μm,および6μmの3種のポリスチレン粒子から、レーザー光(8)の焦点近傍領域に径の最も小さい1μm微粒子が分別され、次いで、粒径6μm微粒子が、さらに焦点から最も離れた領域に径の大きい6μm微粒子が分別されることが確認された。
【0025】
【発明の効果】
この発明では、以上詳しく説明したように構成されているので、微粒子分別方法として、微粒子分散溶液を満たした直線状の流路に光を照射するため、微粒子は光の輻射圧、とりわけ、光圧力、の作用を受け、加速され、微粒子の粒径および/または屈折率に応じて分別される。また、分別の程度は、光の強度を変化させるといった簡単な操作を行うことで容易に調整できる。
【0026】
さらにまた、光の照射を直線状の流路の軸線方向から行うと、光の光軸の調整が容易となる。 また、直線状の流路中の溶液に光の照射方向とは逆方向から液体輸送力を与え、光の輻射圧と液体輸送力とを平衡させるようにすると、微粒子を微粒子の粒径および/または屈折率に応じた所定位置に停止させて効率よく分別することができるようになる。
【0027】
そのため、高度な熟練を要することなく、容易に多種類(3種類以上)の微粒子を分別することができる。
微粒子分別装置としては、光の輻射圧、とりわけ、光圧力、を有効に利用するものであるため構造が単純となる。そして、直線状の流路の軸線方向から光の輻射圧を与えるように光照射手段を配設すれば、光軸の調整が容易であり、調整に長時間を必要とせず、小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例にかかる分別装置を示す概要図である。
【図2】チューブ内での集光を例示した概要図である。
【図3】他の実施例にかかる分別装置を示す概要図である。
【符号の説明】
1 試料容器
2 透明ガラス板
4 キャピラリーチューブ
5 粒子計測手段
9 レーザー集光レンズ
10 レーザー光源
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to the separation of fine particles by light. More particularly, the present invention relates to a method and apparatus for separating fine particles with laser light.
[0002]
[Prior art and its problems]
Various methods and devices have been developed and used in the past to separate micrometer-order particles such as cells, microorganisms, biological particles such as ribosomes, or synthetic particles such as latex particles, gel particles, and industrial particles. Yes.
Among these, it is reported that the fine particles are separated and supplemented by using so-called laser trapping that condenses the laser light to confine the fine particles in the space [H. Misawa, et al. Chem. Lett. , 469 (1991)].
[0003]
This is to separate and supplement the fine particles by utilizing the action of confining the particles by the radiation pressure generated by the reflection and refraction of light, and is based on the following principle.
That is, a light beam having a light intensity gradient from the center of the beam toward the outside is coherent like a laser beam condensed by a lens in a solution in which fine particles having a refractive index larger than that of a solvent are dispersed. When condensed and irradiated, this light is refracted in the fine particle, and at this time, a force (radiation pressure of light) corresponding to a change in the momentum of the photon by refraction of the light acts on the fine particle according to the law of conservation of momentum. The light radiation pressure can be divided into two forces: a light pressure (radiation pressure) that pushes the fine particles in the light traveling direction and a light gradient force that draws the fine particles in the optical axis direction of the beam. By these light pressure and light gradient force, the fine particles are accelerated in the direction of light travel and the direction of strong light intensity distribution. The light pressure and the light gradient force both depend on the light intensity and the intensity distribution in the optical axis direction, that is, the degree of condensing by the lens or the like and the intensity distribution in the direction perpendicular to the optical axis. This also depends on the refractive index and the absorptivity (reflectance) and the particle size of the fine particles. Of these forces, by effectively utilizing mainly the light gradient force, the fine particles can be attracted in the direction of strong light intensity distribution, and the fine particles can be captured at the focal point of the lens having the strongest light intensity.
[0004]
In the fine particle separation method using laser trapping described above, light having a multi-ring intensity distribution is obtained by optically interfering laser light with water in which two types of polystyrene fine particles having different sizes are dispersed in water. Is condensed and irradiated. Then, a large number of fine particles are trapped on each ring by the light gradient force. If the ring size is changed in this state, small particles with weak trapping force will be ejected out of the ring and removed, and only large particles will continue to be trapped on the ring, resulting in selective separation of large particles. That's it.
[0005]
However, the above-described separation method can only capture the same kind of fine particles having different particle sizes only, that is, a group of particles made of the same material, and cannot simultaneously separate three or more types of particle groups. Also, it could not be said that the separation performance was high.
Under such circumstances, the inventors of the present invention have already proposed a method and apparatus capable of simultaneously separating three or more types of particle groups as a method capable of overcoming these limitations. .
[0006]
This method mainly separates particles by irradiating the moving particles with interference light from a laser beam from a direction orthogonal to the moving direction of the particles, and applying an action force according to the type of the particles. Content. Another method is to irradiate the moving particles with laser scanning light from the direction orthogonal to the moving direction of the particles, thereby applying an action force according to the type of the particles to perform particle sorting. Further, in another method, by irradiating laser light interference light or scanning light from a direction perpendicular to the moving direction of the particles to a plurality of regions of the non-linear flow path in which the particles move, It is characterized in that particles are separated by applying an action force according to the type.
[0007]
These are useful in that three or more types of particles can be efficiently and simultaneously separated as compared with the above-described method using particle trapping. In order to irradiate the particle from the direction perpendicular to the moving direction of the particle, it is necessary to accurately adjust the optical axis of the laser beam, which requires a high degree of skill and long adjustment. It was. In addition, interference light or scanning light irradiated from a direction orthogonal to the moving direction of the particles has a limit in the acting force on the particles, and the separation efficiency cannot be increased beyond a predetermined level. In addition, it is necessary to provide means for irradiating interference light or scanning light, means for adjusting the optical axis of interference light or scanning light, etc. in a direction perpendicular to the moving direction of the particles. I had to be.
[0008]
The present invention has been made in order to eliminate the drawbacks of the prior art as described above, and by effectively using mainly the light pressure among the radiation pressures of light, various types having different particle diameters and refractive indexes. It is an object of the present invention to provide a new method and an apparatus therefor that can easily and efficiently sort various fine particles simultaneously.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention irradiates light from the axial direction of the linear flow path to the linear flow path filled with the fine particle dispersion solution, and irradiates the fine particles with light radiation pressure. It is characterized by separating fine particles by accelerating along the direction .
[0010]
Furthermore, a liquid transport force is applied to the solution in the linear flow path filled with the fine particle dispersion solution in the direction opposite to the light irradiation direction, and the fine particles are formed by balancing the light radiation pressure and the liquid transport force. You may make it fractionate along the irradiation direction of light.
The fine particle separation device includes a linear flow path for moving the fine particle dispersion solution and fine particles dispersed in the solution in the linear flow path by irradiating light from the axial direction of the linear flow path. And a light irradiating means for applying the radiation pressure.
[0011]
In addition, an imparting unit that applies a liquid transport force from a direction opposite to the light irradiation direction to the solution in the linear flow path filled with the fine particle dispersion solution may be provided.
Furthermore, particle measuring means may be arranged in the middle of the linear flow path.
[0012]
[Action]
In this invention, as a method for fractionating fine particles, light is irradiated to a linear flow path filled with a fine particle dispersion solution, so that the fine particles are accelerated by the action of light radiation pressure, and the particle size and / or refractive index of the fine particles are accelerated. Sorted according to The degree of separation can be easily adjusted by performing a simple operation such as changing the light intensity.
[0013]
Further, when the light irradiation is performed from the axial direction of the linear flow path, it is easy to adjust the optical axis of the light.
Furthermore, when a liquid transport force is applied to the solution in the linear flow channel from the direction opposite to the light irradiation direction, and the light radiation pressure and the liquid transport force are balanced, the fine particles are reduced in size. It becomes possible to perform separation by stopping at a predetermined position corresponding to the refractive index.
[0014]
Therefore, many types (three or more types) of fine particles can be separated.
Since the fine particle sorting apparatus effectively uses the radiation pressure of light, the structure becomes simple. If the light irradiation means is arranged so as to apply the radiation pressure of light from the axial direction of the linear flow path, the adjustment of the optical axis is easy and the size can be reduced.
[0015]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Of course, the present invention is not limited to the following examples.
Example 1
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram showing an embodiment of the separation method and apparatus of the present invention.
[0016]
As illustrated in FIG. 1, in the separation apparatus of the present invention, the sample container (1), the separation container (6), the linear capillary tube (4), the particle measuring means (5), and the light focusing lens (9). A laser light source (10), a dispersion medium supply means (11), a fine particle dispersion solution supply means (12), and a sorted particle discharge means (13) are disposed.
The sample container (1) is provided with a transparent glass plate (2), and the laser beam (8) condensed by the condenser lens (9) passes through the glass plate (2) and the sample container (1). The fine particle dispersion solution (3) therein is irradiated. The capillary tube (4) is inserted into the sample container (1) so that the optical axis of the laser beam (8) and the axis of the capillary tube (4) are on the same line. As the fine particle dispersion solution (3), a solution composed of many kinds (three or more kinds) of fine particles having different particle diameters and refractive indexes and a dispersion medium can be used. Here, a dispersion medium having a specific gravity similar to that of the fine particles is appropriately selected, but usually water, a buffer solution, or the like is used. The fine particles having different particle sizes and refractive indexes mean either (a) those having different particle sizes, (b) those having different refractive indexes, or (c) those having different particle sizes and refractive indexes. It is intended for biologically related particles and molecules such as cells, viruses, microorganisms, ribosomes, DNA and RNA, synthetic particles such as latex particles and industrial particles, and foreign substances such as dust.
[0017]
In the separation operation, the separation container (6) is initially filled with the dispersion medium (7) containing no fine particles. A capillary tube (4) is inserted and disposed in the sorting container (6) and the sample container (1), and the capillary tube (4) is horizontal. In addition, it is preferable to provide an appropriate liquid feeding means (not shown) for feeding the dispersion medium or the dispersion solution from the sample container (1) to the separation container (6) through the capillary tube (4).
[0018]
The particle measuring means (5) is provided in the middle of the capillary tube (4). As the particle measuring means (5), one utilizing an optical, photoelectric, electrical, magnetic, or acoustooptic principle can be used. The laser light (8) generated by the laser light source (10) is focused by the focusing lens (9), passes through the transparent glass plate (2), and is introduced into the capillary tube (4). The fine particles in the dispersion solution are accelerated and flow into the capillary tube (4) by the action of the radiation pressure of the light, especially the light pressure, by the laser beam (8). It can be measured by the particle measuring means (5), and the fractionation state can be known based on the particle size and refractive index of the fine particles passing through the position where the particle measuring means (5) is provided.
[0019]
The laser light source (10) is provided with a beam expander as necessary. The wavelength of the laser light emitted from the laser light source (10) is preferably a wavelength region in which the light absorption of the fine particles is small. When the fine particles are living body related particles such as cells, the near infrared light is less damaged by light irradiation. The infrared wavelength region is preferred. For this, a TEM00 mode (Gaussian beam) laser light source such as a solid laser such as a YAG laser, a gas laser such as an argon laser, or a semiconductor laser can be used. Needless to say, the light source is not limited to a laser light source, and any light source that generates coherent light can be used. Since the radiation pressure of laser light depends on the particle size and / or refractive index of the fine particles and the amount of laser light, in order to set the threshold for separating the fine particles according to the particle size and refractive index of the fine particles, It is necessary to be able to adjust the irradiation intensity. Therefore, a means for adjusting the light emission intensity of the laser light source, a means for adjusting the amount of irradiation light such as a modulation element or a filter in the optical path, a lens system or a beam expander that can be adjusted for magnification, or It is preferable to provide a particle classification threshold value changing unit including an optical wavelength changing element. By using such various means and changing the laser light irradiation conditions, it becomes possible to flexibly sort various kinds of fine particles.
[0020]
The operation of the separation apparatus having the above configuration will be described. First, only the dispersion medium is supplied from the dispersion medium supply means (11) to fill the sample container (1), the capillary tube (4), and the separation container (6). Next, the dispersion medium is discharged from the separation container (6) via the discharge means (13), and the dispersion solution is supplied from the fine particle dispersion solution supply means (12) to the separation container (6) and the capillary tube (4). Is filled with only the dispersion medium and the dispersion solution is added to the sample container (1). In this state, the laser beam (8) is condensed by the condenser lens (9), and irradiated to the fine particle dispersion solution (3) in the sample container (1). FIG. 2 is a schematic view illustrating light collection in the tube (4). The fine particles are attracted in the direction of the optical axis where the intensity distribution of the light is strong due to the light gradient force of the laser light (8), and a propelling action is given in the light traveling direction by the light pressure. Since the laser light is introduced from the axial direction of the capillary tube (4), the light pressure acts on the fine particles in the capillary tube (4), and the fine particles are accelerated. The light pressure applied to the fine particles varies depending on the particle size and / or refractive index of the fine particles, the amount of light per unit area, and the wavelength, and the optical axis of the laser beam (8) and the axis of the capillary tube (4) are the same, so dispersion The fine particles in the solution (3) are separated in the capillary tube (4). Therefore, the particle measuring means (5) discharges fine particles having the same property to the separation container (6) while measuring the particle size and / or refractive index of the separated particles, and the particles having the same property are discharged via the discharging device (13). Separate for each fine particle. By repeating these operations, three or more kinds of fine particles are separated from the dispersion solution, separated and concentrated.
[0021]
Example 2
FIG. 3 is an apparatus configuration diagram showing another example of the sorting apparatus according to the present invention.
As illustrated in FIG. 2, the separation device of FIG. 1 is provided with fluid conveying means by electroosmotic flow.
Electroosmotic flow is known as a kind of interfacial conduction phenomenon, and is generated by a potential difference that occurs in the electric double layer at the interface between the glass tube wall and the solution. Normally, the glass tube wall is negatively charged by the dissociation of silanol groups. Therefore, the whole solution behaves like a cation and flows toward the negative electrode side. Although the description of the same configuration as that of Example 1 is omitted, this separation apparatus includes electrodes (15) and (16) connected to a power source (14) in the sample container (1) and the separation container (6), respectively. Thus, a transport force (liquid feeding force) is generated by electroosmotic action in the solvent from the separation container (6) to the sample container (1). The transport force in this direction can be applied to the solvent by changing the polarity of the electrodes (15) and (16) inserted into the sample container (1) and the separation container (6) according to the type of the solvent. . In the case of a buffer solution, the electrode (15) inserted into the sample container (1) is used as a positive electrode, and the electrode (16) inserted into the separation container (6) is used as a negative electrode. Can be generated, and the solution will flow toward the sample container (1) at a constant rate.
[0022]
Therefore, the apparatus of this example operates as follows.
That is, in the same manner as in Example 1, the separation container (6) and the capillary tube (4) are filled with the dispersion solvent for buffer solution (7), and the sample container (1) is filled with the dispersion solution. To do. Using the electrode (15) inserted into the sample container (1) as a positive electrode and the electrode (16) inserted into the separation container (6) as a negative electrode, the solvent is separated from the separation container (6) into the sample container (1) by electroosmosis. In addition to providing a solvent transporting force, laser light (8) is applied to the fine particle dispersion (3) in the sample container (1) to be introduced into the capillary tube (4), and the fine particles are separated into the separation container (6). Give the light pressure to go. The light pressure acts as a driving force and the solvent transport force acts as a braking force on the fine particles. Then, the light pressure acting on the fine particles depends on the particle size and / or refractive index of the fine particles, the amount of light per unit area, and the wavelength, while the transport force of the fine particle solvent depends on the particle size of the fine particles. Accordingly, each fine particle is stopped at a predetermined position of the capillary tube (4) where the effects of the light pressure acting on the fine particles and the solvent transport force are balanced. In this way, the fine particles separated at a predetermined position of the capillary tube (4) are discharged into the separation container (6), whereby the fine particles are separated and concentrated.
[0023]
Example 3
In order to give a transport force to the solvent, not only the above-described electroosmotic flow but also other methods, such as a pressure liquid feeding method using a pump or the like, a liquid feeding method using gravity, and the like can be adopted. By applying a liquid feeding force to the solvent, it is possible to adjust the separation ability of the fine particles, or to collect the fine particles after concentrating them.
[0024]
Therefore, the apparatus of FIG. 1 was arranged vertically or inclined, and the fine particles were separated using an apparatus in which gravity acts on the solvent. Introducing the results, 1 μm fine particles with the smallest diameter are separated from the three types of polystyrene particles having diameters of 1 μm, 3 μm, and 6 μm in the vicinity of the focal point of the laser beam (8). It was confirmed that 6 μm fine particles having a large diameter were separated in a region farthest from the focal point.
[0025]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described in detail above, as a method for separating fine particles, light is irradiated to a linear flow path filled with a fine particle dispersion solution. , Accelerated, and fractionated according to the particle size and / or refractive index of the fine particles. The degree of separation can be easily adjusted by performing a simple operation such as changing the intensity of light.
[0026]
Furthermore, when the light irradiation is performed from the axial direction of the linear flow path, the optical axis of the light can be easily adjusted. Further, when a liquid transport force is applied to the solution in the linear flow path from the direction opposite to the light irradiation direction, and the light radiation pressure and the liquid transport force are balanced, the fine particles are reduced in size and / or Alternatively, it can be efficiently separated by stopping at a predetermined position corresponding to the refractive index.
[0027]
Therefore, many kinds (three or more kinds) of fine particles can be easily separated without requiring a high degree of skill.
The fine particle sorting apparatus has a simple structure because it effectively uses the radiation pressure of light, especially the light pressure. And if the light irradiation means is arranged so as to give the radiation pressure of light from the axial direction of the linear flow path, it is easy to adjust the optical axis, and it does not require a long time for adjustment and can be downsized. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a sorting apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view illustrating light collection in a tube.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a sorting apparatus according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample container 2 Transparent glass plate 4 Capillary tube 5 Particle measuring means 9 Laser condensing lens 10 Laser light source

Claims (5)

微粒子分散溶液を満たした直線状の流路に、光を直線状の流路の軸方向から照射し、光の輻射圧により微粒子を光の照射方向に沿って加速をすることで微粒子の分別を行うことを特徴とする微粒子の分別方法。The linear flow path filled with the fine particle dispersion solution is irradiated with light from the axial direction of the linear flow path, and the fine particles are accelerated along the light irradiation direction by the radiation pressure of the light to separate the fine particles. A method for fractionating fine particles, which is performed. 微粒子分散溶液が満たされた直線状の流路中の溶液に光の照射方向と逆方向から液体輸送力を与え、光の輻射圧と液体輸送力とを平衡させることにより微粒子を光の照射方向に沿って分別させることを特徴とする請求項1記載の微粒子の分別方法。Applying liquid transport force to the solution in the linear flow path filled with the fine particle dispersion solution from the opposite direction of the light irradiation direction, and balancing the light radiation pressure and liquid transport force, the light irradiation direction of the fine particles The method of fractionating fine particles according to claim 1 , wherein the fractionation is performed along the line. 微粒子分散溶液を移動させる直線状の流路と、直線状の流路の溶液中に分散した微粒子に、直線状の流路の軸線方向から光を照射して光の輻射圧を与えるための光照射手段とを有することを特徴とする微粒子分別装置。 Light for irradiating light from the direction of the axis of the linear flow path and applying light radiation pressure to the linear flow path for moving the fine particle dispersion solution and the fine particles dispersed in the solution in the linear flow path fractionator fine particles and having an irradiation unit. 微粒子分散溶液が満たされた直線状の流路中の溶液に光の照射方向と逆方向から液体輸送力を与える付与手段を配設したことを特徴とする請求項3記載の微粒子の分別装置。4. The fine particle separation device according to claim 3, further comprising an applying means for applying a liquid transport force to the solution in the linear flow path filled with the fine particle dispersion solution from the direction opposite to the light irradiation direction. 直線状の流路の途中に粒子測定手段を配設したことを特徴とする請求項3または4記載の微粒子の分別装置。5. The fine particle sorting apparatus according to claim 3 , wherein a particle measuring means is disposed in the middle of the linear flow path.
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