JP4027872B2 - シースフロー形成装置およびそれを備えた試料分析装置 - Google Patents

シースフロー形成装置およびそれを備えた試料分析装置 Download PDF

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Description

この発明はシースフロー形成装置およびそれを備えた試料分析装置に関する。
この発明に関連する背景技術として、分析すべき粒子を含むサンプル液を貯留し底部に下方に延びるノズルを有する容器と、ノズルの先端部が挿入されたフローセルと、ノズルから流入したサンプル液流を囲って流すシース液をフローセルに注入する流量Ｑ１の第１ポンプと、フローセルの下流側を構成する透明な容器を流れるシース液に囲まれたサンプル液中の粒子を撮像する撮像手段と、を備えた装置であって、サンプル液容器の上部が大気に開放されており、かつフローセルの透明な管路の下流にフローセル内の液体を吸引する第２ポンプを設け、サンプル液の流量Ｑｓを（Ｑ２−Ｑ１）によって決定するようにした、粒子分析装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２８８０５３号公報
このような従来の装置においては、サンプル液の流量Ｑｓが各ポンプの流量の差（Ｑ２−Ｑ１）によって決定される。そこで、第１および第２ポンプの駆動源の変動によって一方の流量が変動すると、流量Ｑｓは流量Ｑ１、Ｑ２に比べて十分に小さい（例えば１００分の１）ため、流量Ｑｓが大きく変動する。従って、そのような場合には、サンプル液中の粒子の流れが不安定となって測定精度が低下し、場合によっては測定不能になるという問題がある。
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、流量Ｑ１、Ｑ２がポンプの駆動源の影響によって変動しても流量Ｑｓを常に一定に維持することが可能なシースフロー形成装置およびそれを備えた試料分析装置を提供するものである。
この発明は、シース液受給口と試料受給口とシース液および試料液の混合液を排出する排出口とを有するシースフローセルと、シース液受給口へシース液を供給する第１ポンプと、排出口から混合液を吸引する第２および第３ポンプと、第１ポンプと第２ポンプを連動して駆動する単一の第１駆動源と、第３ポンプを駆動する第２駆動源とを備え、第１および第２ポンプは流量が互いに等しく、第３ポンプの流量によってシースフローセルへの試料液供給量が設定されるシースフロー形成装置を提供するものである。
この発明によれば、第１ポンプ第２ポンプ、第３ポンプの流量をそれぞれＱ１、Ｑ２、Ｑ３とし、シースフローセルへの試料液供給量をＱｓとすると、
Ｑｓ＝（Ｑ２＋Ｑ３）−Ｑ１…（１）
となる。
この発明では、第１および第２ポンプは単一の駆動源で駆量され、かつ、流量が互いに等しくＱ１＝Ｑ２であるので、駆動源が変動して第１ポンプの流量Ｑ１が△Ｑ１だけ増量し、Ｑ１＋△Ｑ１になると、それに連動して第２ポンプの流量Ｑ２も△Ｑ１だけ増量してＱ１＋△Ｑ１になる。
従って、（１）式よりＱｓ＝（Ｑ１＋△Ｑ１＋Ｑ３）−（Ｑ１＋△Ｑ１）＝Ｑ３
となり、試料液の流量Ｑｓは、第１および第２ポンプの駆動源が変動してもその影響をうけることがない。
この発明のシースフロー形成装置は、シース液受給口と試料受給口とシース液および試料液の混合液を排出する排出口とを有するシースフローセルと、シース液受給口へシース液を供給する第１ポンプと、排出口から混合液を吸引する第２および第３ポンプと、第１ポンプと第２ポンプを連動して駆動する単一の第１駆動源と、第３ポンプを駆動する第２駆動源とを備え、第１および第２ポンプは流量が互いに等しく、第３ポンプの流量によってシースフローセルへの試料液供給量が設定されることを特徴とする。
この発明におけるシースフロー形成装置は、サブミクロンから数百ミクロンの径を有する種々の粒子を光学情的又は電気的に測定するフローサイトメータに適用できる。
この発明の対象粒子には、ヒトや哺乳動物などの体液に含まれる有形成分や、食品添加物のような有機粉末や、トナーや顔料のような無機粉末などを含む。
また、シースフローセルの試料液受給口に上部が開放された試料液容器を接続することができるので、対象粒子の比重が大きく試料液中に沈殿し易い場合でも撹拌器を挿入して試料の撹拌分散操作を容易に行うことができる。
この発明において、第１ポンプが第１ピストンと第１シリンダからなるシリンジポンプであり、第２ポンプが第２ピストンと第２シリンダからなるシリンジポンプであり、第１ピストンと第２ピストンが互いに同径であることが好ましい。
第１ピストンと第２ピストンとが機械的に結合され、第１駆動源は結合された第１および第２ピストンに直線運動を与える駆動源であってもよい。
第１駆動源が、ステッピングモータと、ステッピングモータの回転を直線運動に変換する機構であってもよい。
なお、この変換機構には、回転運動をタイミングベルト、ボールねじ、又はワイヤーによって直線運動に変換する機構が好適である。
第３ポンプがシリンジポンプであり、第２駆動源がステッピングモータであってもよい。
また、別の観点から、この発明は、シースフローセル中の試料液に光を照射する光源と、試料液から光学情報を検出する検出部と、検出された光学情報を解析する解析部とを備えた試料分析装置を提供するものである。
光源には、白色光源、レーザ光源などを用いることができる。
検出部には、ビデオカメラ、ＣＣＤカメラのようなカメラやフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトマルチプライヤチューブのような光検出器を用いることができる。
また、解析部には、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータを用いることができる。
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによってこの発明が限定されるものではない。
試料分析装置の流体系と光学系
図１はこの発明に係る試料分析装置の流体系と光学系を示す構成説明図である。
同図に示すように、シースフローセルＦＣは、シース液受給口１と、試料液受給口２と、シース液と試料液の混合液を排出する排出口３を有する。試料液容器Ｃ１は上部が開放され内部に試料液を貯留し電磁バルブ（以下、バルブという）ＳＶ１を介して試料液受給口２に接続されている。
シリンジポンプＣＬ１は２つの吸引・吐出口４、５を有し、吸引・吐出口４は、バルブＳＶ４を介してシースフローセルＦＣのシース液受給口１に接続され、吸引・吐出口５は、バルブＳＶ６を介してシース液容器Ｃ２に接続される。
シリンジポンプＣＬ２は２つの吸引・吐出口４ａ、５ａを有し、シリンジポンプＣＬ３は２つの吸引・吐出口６、７を有する。シリンジポンプＣＬ２の吸引・吐出口４ａはシリンジポンプＣＬ３の吸引・吐出口６に接続される。
シースフローセルＦＣの排出口３はバルブＳＶ２、ＳＶ５を介してシリンジポンプＣＬ２の吸引・吐出口５ａに接続されると共に、バルブＳＶ２、ＳＶ３を介して排出液容器Ｃ３へ接続される。
そして、シリンジポンプＣＬ３の吸引・吐出口７はバルブＳＶ７を介してシース液容器Ｃ２に接続される。
シリンジポンプＣＬ１、ＣＬ２は単一の第１駆動源８によって連動して駆動され、シリンジポンプＣＬ３は第２駆動源９によって駆動されるようになっている。第１駆動源８は、ステッピングモータＳＭ１と、モータＳＭ１の回転運動を直線運動に変換してシリンジポンプＣＬ１とＣＬ２に伝達する伝達機構１０とを備える。
第２駆動源９は、ステッピングモータＳＭ２と、モータＳＭ２の回転運動を直線運動に変換してシリンジポンプＣＬ３に伝達する伝達機構１１を備える。試料液容器Ｃ１には、開放された上部から撹拌器１２が挿入され、容器Ｃ１に貯留された試料液が撹拌されるようになっている。
また、シースフローセルＦＣには、シース液に包まれて細く絞られた試料液流に光を照射するための光源ＬＳと、試料液流中の粒子を撮像するための対物レンズＯＬおよびビデオカメラＶＣが設けられている。
シリンジポンプと駆動源の構成
図２は図１に示す第１駆動源８の詳細な構成説明図である。同図に示すように、シリンジポンプＣＬ１、ＣＬ２は同一寸法で同一構造を有し、互いに逆方向に直列に支持板１３の表面に固定される。シリンジポンプＣＬ１は、シリンダ１４と、その先端がシリンダ１４内に挿入されるピストン１５と、シリンダ１４とピストン１５との間隙を密閉するパッキン１６と、吸引・吐出口４、５にそれぞれ設けられたニップル１７、１８を備える。
また、シリンジポンプＣＬ２は、シリンダ１４ａと、その先端がシリンダ１４ａ内に挿入されるピストン１５ａと、シリンダ１４ａとピストン１５ａとの間隙を密閉するパッキン１６ａと、吸引・吐出口４ａ、５ａにそれぞれ設けられたニップル１７ａ、１８ａを備える。ピストン１５と１５ａは互いに同径である。
ピストン１５と１５ａは互いに同軸になるようにそれぞれの後端が結合部材１９によって結合される。ステッピングモータＳＭ１はその出力軸が支持板１３の表面に突出するように、支持板１３の裏面に固定され、出力軸駆動プーリＰＬ１が設けられる。
また、支持板１３の表面には、対応する従動プーリＰＬ２が設けられ、駆動プーリＰＬ１と従動プーリＰＬ２との間にタイミングベルトＴＢがピストン１５、１５ａと平行に張設される。そして、タイミングベルトＴＢと結合部材１９とが接続部材ＣＭによって接続される。
そこで、ステッピングモータＳＭ１が回転すると、接続部材ＣＭがタイミングベルトＴＢによってピストン１５、１５ａの軸方向（矢印Ａ又はＢ方向）に直線的に移動する。つまり、駆動および従動プーリＰＬ１、ＰＬ２とタイミングベルトＴＢは、ステッピングモータＳＭ１の回転運動を矢印Ａ又はＢ方向の直線運動に変換してシリンジポンプＣＬ１とＣＬ２に同時に伝達する伝達機構を構成する。
そして、ピストン１５、１５ａが矢印Ａ方向に移動すると、シリンジポンプＣＬ１は吐出動作を、シリンジポンプＣＬ２は吸引動作を行う。一方、ピストン１５、１５ａが矢印Ｂ方向に移動すると、シリンジポンプＣＬ１、ＣＬ２はそれぞれ逆の動作を行う。
制御系
図３は、図１に示す試料分析装置に係る制御系のブロック図である。パーソナルコンピュータ２０は、ビデオカメラＶＣからの画像信号をうけて画像処理を行い粒子の画像データを生成する画像処理部２１と、粒子の画像データに基づいて粒子の形態や色調から粒子の認識と計数を行い粒子を系統的に分析する分析部２２と、駆動回路部２４を制御する制御部２３を備える。分析部２２における分析結果は、出力部（例えばＣＲＴ）２５から出力される。制御部２３によって制御される駆動回路部２４は、バルブＳＶ１〜ＳＶ７と、ステッピングモータＳＭ１、ＳＭ２と、光源ＬＳをそれぞれ駆動するドライバー回路を備える。
分析動作
このような構成における試料分析装置の分析動作について説明する。
図１において、シリンジポンプＣＬ１をピストン１５がシリンダ１４から引き出された状態（吐出動作可能状態）に、シリンジポンプＣＬ２をピストン１５ａがシリンダ１４ａ内へ押し込まれた状態（吸引動作可能状態）にそれぞれ設定する。また、シリンジポンプＣＬ３も吸引動作可能状態に設定する。
次に、バルブＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ６を開く。
シース液容器Ｃ２にはあらかじめ陽圧が印加されているので、シース液は容器Ｃ２からバルブＳＶ６、シリンジポンプＣＬ１、バルブＳＶ４、シースフローセルＦＣ、バルブＳＶ２、ＳＶ３を通って排出液容器Ｃ３へ排出される。
そして、バルブＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４、ＳＶ６を閉じる。
それによって、シース液がシリンジポンプＣＬ１に充填される。
次に、バルブＳＶ３、ＳＶ５、ＳＶ７を開く。
シース液は容器Ｃ２からバルブＳＶ７、シリンジポンプＣＬ３、シリンジポンプＣＬ２、バルブＳＶ５、バルブＳＶ３を通って排出容器Ｃ３へ排出される。
そして、バルブＳＶ３、ＳＶ５、ＳＶ７を閉じる。
それによって、シース液がシリンジポンプＣＬ２、ＣＬ３に充填される。
次に、バルブＳＶ２、ＳＶ４、ＳＶ５を開き、ステッピングモータＳＭ１、ＳＭ２を駆動してシリンジポンプＣＬ１に流量吐出動作を、シリンジポンプＣＬ２に流量Ｑの吸引動作をシリンジポンプＣＬ３に流量Ｑｓの吸引動作を行わせる。
それによって、シースフローセルＦＣにシリンジポンプＣＬ１から流量Ｑのシース液が流入すると共に試料容器Ｃ１から流量Ｑｓの試料液が流入する。試料液は、シースフローセルＦＣにおいてシース液に包まれ細い試料液流に変換された後、シース液と混合された流量（Ｑ＋Ｑｓ）の混合液となってシースフローセルＦＣから排出される。
排出された混合液の内、流量Ｑの混合液はシリンジポンプＣＬ２によって吸引され、流量Ｑｓの混合液はシリンジポンプＣＬ３によって吸引される。
この時、シースフローセルＦＣに形成される試料液流に光源ＬＳから光を照射し、試料液に含まれる粒子をビデオカメラＶＣにより撮像する。
そこで、図３に示すパーソナルコンピュータ２０はビデオカメラＶＣから撮像信号を受けて画像処理を行い、得られた粒子画像に基づいて粒子の種類と数を認識して統計的な分析を行い、分析結果を出力部２５に出力する。
試料流の安定性
この発明の試料分析装置におけるシースフローの流量の変動に対する試料流の流量の安定性を確認するために、次のような試験を行った。
図１において、バルブＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ４、ＳＶ５を開いた状態で、シリンジポンプＣＬ１を第１駆動源８で駆動すると共に、シリンジポンプＣＬ２を第１駆動源８とは独立した第３駆動源で駆動し、第１駆動源８によってシリンジポンプＣＬ１の流量を周期的に変動させた。
この時、図１において、シリンジポンプＣＬ１の吸引・吐出口４とバルブＳＶ４との間の流路の点Ｐ１における流量Ｑの時間的変化を図４の（ａ）に示す。
また、シリンジポンプＣＬ２の吸引・吐出口５ａとバルブＳＶ５との間の流路点Ｐ２における流量Ｑの時間的変化を図４の（ｂ）に示す。さらに、バルブＳＶ１と試料液受給口２との間の流路の点Ｐ３における流量Ｑの時間的変化を図４の（ｃ）に示す。
図４の（ａ）に示すように、点Ｐ１における流量Ｑは、１００ｍＬ／ｓｅｃを中心にして１ｍＬ／ｓｅｃの振幅、４秒の周期で変動している。
そして、点Ｐ２における流量Ｑは図４の（ｂ）に示すように１００ｍＬ／ｓｅｃ一定に保持されている。
この場合、点Ｐ３における流量Ｑは図４の（ｃ）に示すように１ｍＬ／ｓｅｃを中心にして１ｍＬ／ｓｅｃの振幅、４秒の周期で変動する。
つまり、シリンジポンプＣＬ１、ＣＬ２の一方の流量Ｑが変動すると、その変動流量分だけ試料液の流量Ｑが変動する。ここでは、一方のシース液の流量が±０．５％変動すると、試料液の流量が±５０％変動することが分る。
これに対し、本願発明のようにシリンジポンプＣＬ１とＣＬ２を同一の駆動源８で駆動し、駆動源８によってシリンジポンプＣＬ１とＣＬ２の流量を同時に変動させる。この場合の図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の対応図を図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
図５の（ａ）、（ｂ）に示すように点Ｐ１および点Ｐ２における流量Ｑは、１００ｍＬ／ｓｅｃを中心にして１ｍＬ／ｓｅｃの振幅、４秒の周期で同位相で変動している。
この場合、点Ｐ３における流量Ｑは図５の（ｃ）に示すように１ｍＬ／ｓｅｃ一定に保持される。
つまり、この発明では、シリンジポンプＣＬ１、ＣＬ２を駆動する駆動源が単一であるので、駆動源の変動により、シリンジポンプＣＬ１、ＣＬ２の流量が変動しても、その変動は同相で変動分が互いに等しくなり、それによって試料流の流量が一定に保持されることになる。
この発明の試料分析装置に係る流体系と光学系を示す構成説明図である。 この発明の試料分析装置の要部構成説明図である。 この発明の試料分析装置に係る制御系を示すブロック図である。 この発明の試料分析装置における試験結果を示すタイムチャートである。 この発明の試料分析装置における試験結果を示すタイムチャートである。
符号の説明
ＦＣ シースフローセル
Ｃ１ 試料容器
Ｃ２ シース液容器
Ｃ３ 排出液容器
ＳＶ１ 電磁バルブ
ＳＶ２ 電磁バルブ
ＳＶ３ 電磁バルブ
ＳＶ４ 電磁バルブ
ＳＶ５ 電磁バルブ
ＳＶ６ 電磁バルブ
ＳＶ７ 電磁バルブ
ＣＬ１ シリンジポンプ
ＣＬ２ シリンジポンプ
ＣＬ３ シリンジポンプ
ＳＭ１ ステッピングモータ
ＳＭ２ ステッピングモータ
ＬＳ 光源
ＯＬ 対物レンズ
ＶＣ ビデオカメラ
ＴＢ タイミングベルト
ＰＬ１ 駆動プーリ
ＰＬ２ 従動プーリ
ＣＭ 接続部材
１ シース液受給口
２ 試料液受給口
３ 排出口
４ 吸引・吐出口
４ａ 吸引・吐出口
５ 吸引・吐出口
５ａ 吸引・吐出口
６ 吸引・吐出口
７ 吸引・吐出口
８ 第１駆動源
９ 第２駆動源
１０ 伝達機構
１１ 伝達機構
１２ 攪拌器
１３ 支持板
１４ シリンダ
１４ａ シリンダ
１５ ピストン
１５ａ ピストン
１６ パッキン
１６ａ パッキン
１７ ニップル
１７ａ ニップル
１８ ニップル
１８ａ ニップル
１９ 結合部材
２０ パーソナルコンピュータ
２１ 画像処理部
２２ 分析部
２３ 制御部
２４ 駆動回路部
２５ 出力部

Claims (6)

  1. シース液受給口と試料受給口とシース液および試料液の混合液を排出する排出口とを有するシースフローセルと、シース液受給口へシース液を供給する第１ポンプと、排出口から混合液を吸引する第２および第３ポンプと、第１ポンプと第２ポンプを連動して駆動する単一の第１駆動源と、第３ポンプを駆動する第２駆動源とを備え、第１および第２ポンプは流量が互いに等しく、第３ポンプの流量によってシースフローセルへの試料液供給量が設定されるシースフロー形成装置。
  2. 第１ポンプが第１ピストンと第１シリンダからなるシリンジポンプであり、第２ポンプが第２ピストンと第２シリンダからなるシリンジポンプであり、第１ピストンと第２ピストンが互いに同径である請求項１記載のシースフロー形成装置。
  3. 第１ピストンと第２ピストンとが機械的に結合され、第１駆動源は結合された第１および第２ピストンに直線運動を与える駆動源である請求項２記載のシースフロー形成装置。
  4. 第１駆動源が、ステッピングモータと、ステッピングモータの回転を直線運動に変換する機構とを備える請求項１〜３のいずれか１つに記載のシースフロー形成装置。
  5. 第３ポンプがシリンジポンプであり、第２駆動源がステッピングモータを備える請求項１〜４のいずれか１つに記載のシースフロー形成装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のシースフロー形成装置と、シースフローセル中の試料液に光を照射する光源と、試料液から光学情報を検出する検出部と、検出された光学情報を解析する解析部とを備えた試料分析装置。
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