JP5966520B2 - マイクロチップローディング装置、マイクロチップ型フローサイトメータ及びマイクロチップローディング方法 - Google Patents

Description

本技術は、マイクロチップローディング装置、マイクロチップ型フローサイトメータ及びマイクロチップローディング方法に関する。より詳しくは、フローサイトメータなどの分析装置に簡便な操作でマイクロチップを搭載可能なマイクロチップローディング装置等に関する。

細胞などの微小粒子の特性を光学的に測定する微小粒子分析装置（例えばフローサイトメータ）が知られている。微小粒子分析装置では、所定の特性を有すると判定された微小粒子のみを分別して回収することも行われている。

例えば、フローサイトメータにおける細胞測定では、フローセル又はマイクロチップに形成された流路に細胞を含むサンプル液を送液し、流路を通流する細胞にレーザを照射して細胞から発生する蛍光及び散乱光を検出し、細胞の光学特性を測定している。さらに、細胞の分別を行う場合には、サンプル液をフローセル又はマイクロチップに形成されたオリフィスから流体ストリーム（サンプル液とシース液の層流）として射出し、オリフィスに振動を印加することによって液滴化する。そして、オリフィスから吐出される細胞を含む液滴に電荷を付与し、その移動方向を電気的に制御して、所望の特性を有する目的細胞を含む液滴とそれ以外の非目的細胞を含む液滴とを別々の回収容器に回収する。

例えば、特許文献１には、マイクロチップ型のフローサイトメータとして、「微小粒子を含む液体が通流される流路と、この流路を通流する液体をチップ外の空間に排出するオリフィスと、が配設されたマイクロチップと、オリフィスにおいて液体を液滴化して吐出するための振動素子と、吐出される液滴に電荷を付与するための荷電手段と、流路を通流する微小粒子の光学特性を検出する光学検出手段と、チップ外の空間に吐出された液滴の移動方向に沿って、移動する液滴を挟んで対向して配設された対電極と、対電極間を通過した液滴を回収する二以上の容器と、を備える微小粒子分取装置」が開示されている。

特開２０１０−１９０６８０号公報

微小粒子分析装置において高精度な分析を行うためには、レーザの光軸及び焦点位置に対してフローセル又はマイクロチップの位置を精緻に位置決めして、レーザが流路を通流する微小粒子に正確に照射されるようにする必要がある。

この位置決め操作は、従来、ユーザがレーザの位置を目視で確認しながらフローセル又はマイクロチップの位置を手動で調整することにより行われており、操作に習熟が必要で信頼性や安定性に問題があった。また、特に、フローセルに比して頻繁に部材の交換が行われるマイクロチップを搭載した微小粒子分析装置では、マイクロチップの交換の都度あるいは測定の都度に位置合わせを行う必要があり、非常に煩雑であった。

そこで、本技術は、マイクロチップを簡便な操作で搭載でき、自動で光学位置を調整可能なマイクロチップローディング装置を提供することを主な目的とする。

上記課題解決のため、本技術は、マイクロチップの第一の面に接触して該マイクロチップを押圧する押圧部と、前記マイクロチップの第二の面への接触面と、を有し、前記押圧部の前記マイクロチップの前記第一の面への接触面に、該第一の面に形成された流体の出入口の位置に対応して、前記流体の通流路が開口されており、対向して配置された前記押圧部と、前記マイクロチップの第二の面への接触面と、の間に前記マイクロチップを前記通流路と前記出入口とが接続された状態で挟み込んで保持するマイクロチップローディング装置を提供する。マイクロチップの保持機構である前記押圧部に、流体通流路を前記マイクロチップの流体出入口に接続するチャッキング機能を持たせることにより、装置の部品点数を減らして装置全体を小型化できる。
このマイクロチップローディング装置は、振動素子と、前記マイクロチップの前記第二の面への前記接触面を構成し、前記振動素子から印加される振動を前記マイクロチップに伝播する伝振部材と、を含んでなる加振部を有する。また、このマイクロチップローディング装置は、前記マイクロチップを前記押圧部と前記伝振部材との間に搬送する搬送部を有している。マイクロチップの保持機構である前記加振部に液滴化のための振動素子を配することにより、振動素子をマイクロチップ側に作り込む場合に比して、マイクロチップの搬送機構である前記搬送部の構成を簡略化して、装置全体を小型化できる。
このマイクロチップローディング装置は、前記押圧部、前記加振部及び前記搬送部を一体に位置変更する位置調整部を有している。上述のように、このマイクロチップローディング装置では、前記搬送部、前記押圧部及び前記振部を含む装置全体が小型化されているため、前記押圧部、前記加振部及び前記搬送部の位置を一体に位置変更でき、僅かな位置調整のみで前記マイクロチップの光学位置を最適化できる。

本技術に係るマイクロチップローディング装置において、前記押圧部は、前記伝振部材との対向方向に移動可能に構成されることが好ましい。
また、このマイクロチップローディング装置は、弾性を有する材料により形成され、前記通流路の開口に一部が該流通路外に露出した状態で挿入された管状部材を備え、前記押圧部は、前記伝振部材との間に挟み込んで保持した前記マイクロチップの前記第一の面に対して、前記管状部材を介して間接的に接触するよう構成されることが好ましい。
このマイクロチップローディング装置において、前記搬送部は、前記マイクロチップの前記表面に押し付けられて回転する第一のローラと、前記裏面に押し付けられて回転する第二のローラと、前記第二のローラを前記押圧部と前記伝振部材との対向方向に付勢するバネと、を含んでなることが好ましい。さらに、前記搬送部において、前記第一のローラと前記第二のローラは、前記マイクロチップの搬送方向に離間して複数対配置され、少なくとも一対の前記第一のローラと前記第二のローラが、前記押圧部と前記伝振部材との間に搬送された前記マイクロチップを挟持し得る位置に配置されることが好適となる。
本技術に係るマイクロチップローディング装置はマイクロチップ型フローサイトメータを構成するものとでき、本技術はこのマイクロチップローディング装置を備えたマイクロチップ型フローサイトメータをも提供する。この場合において、マイクロチップローディング装置の前記位置調整部は、前記マイクロチップに照射される光の光軸方向に、前記押圧部、前記加振部及び前記搬送部の位置を変更する焦点位置調節機構を含むことが好ましい。さらに、前記位置調整部は、前記光の光軸に対する、前記伝振部材の前記マイクロチップへの接触面の角度を変更する角度調節機構を含むことが好適である。

また、本技術は、マイクロチップの第一の面に接触し、接触面に前記第一の面に形成された流体の出入口の位置に対応して前記流体の通流路が開口された押圧部と、前記マイクロチップの第二の面への接触面と、の間に前記マイクロチップを搬送する手順と、対向して配置された前記押圧部と、前記マイクロチップの前記第二の面への前記接触面と、の間に前記マイクロチップを前記通流路と前記出入口とが接続された状態で挟み込んで保持する手順と、を含むマイクロチップローディング方法も提供する。

本技術において、「微小粒子」には、細胞や微生物、リポソームなどの生体関連微小粒子、あるいはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子などの合成粒子などが広く含まれるものとする。
生体関連微小粒子には、各種細胞を構成する染色体、リポソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)などが含まれる。細胞には、動物細胞(血球系細胞など)および植物細胞が含まれる。微生物には、大腸菌などの細菌類、タバコモザイクウイルスなどのウイルス類、イースト菌などの菌類などが含まれる。さらに、生体関連微小粒子には、核酸やタンパク質、これらの複合体などの生体関連高分子も包含され得るものとする。また、工業用粒子は、例えば有機もしくは無機高分子材料、金属などであってもよい。有機高分子材料には、ポリスチレン、スチレン・ジビニルベンゼン、ポリメチルメタクリレートなどが含まれる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、磁性体材料などが含まれる。金属には、金コロイド、アルミなどが含まれる。これら微小粒子の形状は、一般には球形であるのが普通であるが、非球形であってもよく、また大きさや質量なども特に限定されない。

本技術により、マイクロチップを簡便な操作で搭載でき、自動で光学位置を調整可能なマイクロチップローディング装置が提供される。

本技術に係るマイクロチップローディング装置１の構成を説明する斜視図である。（Ａ）はマイクロチップが挿入位置（ローディング前）にある状態、（Ｂ）はマイクロチップが保持位置（ローディング後）にある状態を示す。 マイクロチップローディング装置１の構成を説明する断面図である。 マイクロチップローディング装置１に搭載可能なマイクロチップの一例の構成を説明する図である。 マイクロチップローディング装置１に搭載可能なマイクロチップの一例のオリフィスの構成を説明する図である。 マイクロチップローディング装置１の位置調整機構の構成を説明する図である。 マイクロチップローディング装置１のマイクロチップ搭載時の制御ステップを説明するフローチャートである。 マイクロチップ２の搬送時のマイクロチップローディング装置１の構成を説明する断面図である。 マイクロチップ２を保持した状態のマイクロチップローディング装置１の構成を説明する断面図である。 送液コネクタ部４の接触面４０及びマイクロチップ２に設けられた位置決め手段の構成を説明する正面図である。 送液コネクタ部４の接触面４０及びマイクロチップ２に設けられた位置決め手段の構成を説明する断面図である。 サンプルライン口４１１、シースライン口４２３及び吸引ライン口４２４に挿入された管状部材（ゴムチューブ）８を説明する断面図である。 マイクロチップローディング装置１のマイクロチップ排出時の制御ステップを説明するフローチャートである。

以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、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。説明は以下の順序で行う。

１．マイクロチップローディング装置の構成
（１−１）ローディング部
（１−２）マイクロチップ
（１−３）送液コネクタ部
（１−４）チップ加振部
（１−５）位置調整機構
（１−６）制御部
２．マイクロチップローディング装置の制御
（２−１）マイクロチップ搭載時の制御
（２−１−１）チップ挿入検出ステップＳ_１１
（２−１−２）コネクタ部開放ステップＳ_１２
（２−１−３）チップ搬入ステップＳ_１３
（２−１−４）コネクタ部閉鎖ステップＳ_１４
（２−１−５）チップ位置原点復帰ステップＳ_１５
（２−１−６）チップ光学位置調整ステップＳ_１６
（２−２）マイクロチップ排出時の制御
（２−２−１）コネクタ部開放ステップＳ_２１
（２−２−２）チップ搬出ステップＳ_２２
（２−２−３）チップ排出検出ステップＳ_２３

１．マイクロチップローディング装置の構成
（１−１）ローディング部
図１及び図２は、本技術に係るマイクロチップローディング装置の構成を示す模式図である。図１（Ａ）はマイクロチップが挿入位置（ローディング前）にある状態、図１（Ｂ）はマイクロチップが保持位置（ローディング後）にある状態を示す。以下では、本技術に係るマイクロチップローディング装置が、微小粒子の光学特性分析に供されるマイクロチップを、マイクロチップ型の微小粒子分析装置に搭載するための装置であるものとして説明する。

マイクロチップローディング装置１は、チップ挿入口３１から内部に挿入されるマイクロチップ２を挿入位置（図１（Ａ）参照）から保持位置（図１（Ｂ）参照）へ搬送するローディング部３を有する。マイクロチップ２は、保持位置において、微小粒子分析装置が備える光学系及び分取系に対して位置決めされる。挿入位置から保持位置へのマイクロチップ２の搬送方向をＹ軸正方向によって示す。

ローディング部３の内部には、搬送機構として、マイクロチップ２の一面（表面２０１）に押し付けられて回転する抑えローラ（第一のローラ）と反対面（裏面２０２）に押し付けられて回転する送りローラとが構成されている（図２参照）。抑えローラと送りローラは、マイクロチップ２を挟んで対向して配置されている（対向方向をＺ軸方向で示す）。また、抑えローラと送りローラは、マイクロチップ２の搬送方向（Ｙ軸方向）に離間して二対（抑えローラ３３１と送りローラ３４１、抑えローラ３３２と送りローラ３４２）配置されている。なお、本技術に係るマイクロチップローディング装置において、抑えローラと送りローラは、３対以上を配置してもよい。

送りローラ３４１，３４２は、バネ３５によって抑えローラ３３１，３３２との対向方向（Ｚ軸正方向）に付勢されている。また、送りローラ３４１，３４２は、不図示のギア及びモータによって回転駆動される（図２中矢印はチップ搭載時の各ローラの回転方向を示す）。抑えローラ３３１と送りローラ３４１及び抑えローラ３３２と送りローラ３４２は、チップ挿入口３１から挿入されるマイクロチップ２を挟み込んで回転することによってマイクロチップ２を搬送する。

本技術に係るマイクロチップローディング装置において、ローディング部３内部の搬送機構は、上述のローラによるものに限定されず、例えばベルトコンベア、ラック・アンド・ピニオンなどであってもよいものとする。また、上記のバネ３５は、送りローラ３４１，３４２をＺ軸方向に付勢できればよく、コイルバネ、板バネ、弾性樹脂、マグネット、小型のエアシリンダ又はダイヤフラムシリンダなどであってよい。

（１−２）マイクロチップ
図３及び図４に、マイクロチップローディング装置１に搭載可能なマイクロチップ２の一例を示す。図３（Ａ）は上面模式図、（Ｂ）は（Ａ）中Ｐ−Ｐ断面に対応する断面模式図を示す。また、図４は、マイクロチップ２のオリフィス２１の構成を模式的に説明する図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は正面図を示す。図４（Ｂ）は、図３（Ａ）中Ｐ−Ｐ断面に対応する。なお、これらの図では後述する基準穴２６は図示を省略した。

マイクロチップ２は、サンプル流路２２が形成された基板層２ａ、２ｂが貼り合わされてなる。基板層２ａ、２ｂへのサンプル流路２２の形成は、金型を用いた熱可塑性樹脂の射出成形により行うことができる。熱可塑性樹脂には、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、環状ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン及びポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの従来マイクロチップの材料として公知のプラスチックを採用できる。

微小粒子を含むサンプル液は、次に説明する送液コネクタ部４からサンプルインレット２３に導入され、送液コネクタ部４からシースインレット２４に導入されるシース液と合流して、サンプル流路２２を送液される。シースインレット２４から導入されたシース液は、２方向に分かれて送液された後、サンプルインレット２３から導入されたサンプル液との合流部において、サンプル液を２方向から挟み込むようにしてサンプル液に合流する。これにより、合流部において、シース液層流の中央にサンプル液層流が位置された３次元層流が形成される。

符号２５は、サンプル流路２２に詰まりや気泡が生じた際に、サンプル流路２２内に負圧を加えて流れを一時的に逆流させて詰まりや気泡を解消するための吸引流路を示す。吸引流路２５の一端には、送液コネクタ部４を介して真空ポンプ等の負圧源に接続される吸引アウトレット２５１が形成されている。また、吸引流路２５の他端は、連通口２５２においてサンプル流路２２に接続している。

３次元層流は、送液方向に対する垂直断面の面積が送液方向上流から下流へ次第にあるいは段階的に小さくなるように形成された絞込部２６１（図３参照），２６２（図４参照）において層流幅を絞り込まれる。その後、３次元層流は、流路の一端に設けられたオリフィス２１から流体ストリームとなって排出される。

サンプル流路２２の絞込部２６１と絞込部２６２との間では、微小粒子分析装置が備える光学系によって微小粒子の特性検出が行われる。具体的には、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微小粒子に対してレーザが照射され、微小粒子から発生する散乱光や蛍光が検出器によって検出される。

サンプル流路２２のオリフィス２１への接続部は、直線状に形成されたストレート部２７とされている。ストレート部２７は、オリフィス２１から流体ストリームをＹ軸正方向に真っ直ぐ射出するために機能する。

オリフィス２１から射出される流体ストリームは、後述するチップ加振部によりオリフィス２１に印加される振動によって液滴化される。オリフィス２１は基板層２ａ、２ｂの端面方向に開口しており、その開口位置と基板層端面との間には切欠部２１１が設けられている。切欠部２１１は、オリフィス２１の開口位置と基板端面との間の基板層２ａ、２ｂを、切欠部２１１の径Ｌがオリフィス２１の開口径ｌよりも大きくなるように切り欠くことによって形成されている（図４（Ｃ）参照）。切欠部２１１の径Ｌは、オリフィス２１から吐出される液滴の移動を阻害しないように、オリフィス２１の開口径ｌよりも２倍以上大きく形成することが望ましい。

（１−３）送液コネクタ部
図１及び図２を再度参照して、マイクロチップローディング装置１のローディング部３以外の構成を説明する

図中符号４は、マイクロチップ２のサンプルインレット２３にサンプル液を、シースインレット２４にシース液を供給し、かつ吸引アウトレット２５１を負圧源に接続する送液コネクタ部を示す。送液コネクタ部４には、サンプルライン４１が接続可能とされている。また、送液コネクタ部４には、シース液タンクからシースライン４２１が、真空ポンプ等の負圧源から吸引ライン４２２が接続されている（図２参照）。なお、図１では、シースライン４２１及び吸引ライン４２２は一本の配管内に収容されたシース・吸引ライン４２として図示している。なお、本技術に係るマイクロチップローディング装置において、吸引ライン４２２は必須の構成となるものではない。

送液コネクタ部４は、ローディング部３によって保持位置（図１（Ｂ）参照）に搬送されたマイクロチップ２の表面２０１に接触して、マイクロチップ２を押圧して保持する（後述図８参照）。送液コネクタ部４のマイクロチップ２に対する接触面４０には、サンプルライン４１、シースライン４２１及び吸引ライン４２２の開口がサンプルライン口４１１、シースライン口４２３及び吸引ライン口４２４として設けられている。サンプルライン口４１１、シースライン口４２３及び吸引ライン口４２４は、保持位置にあるマイクロチップ２のサンプルインレット２３、シースインレット２４及び吸引アウトレット２５１に対応する位置に開口されている。送液コネクタ部４は、樹脂製であっても金属製であってもよい。

送液コネクタ部４は、マイクロチップ２との対向方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されており、エアースライダ４３によって駆動されてマイクロチップ２への接触位置と非接触位置との間を移動する（詳しくは後述する）。

図中符号４４は、マイクロチップ２の誤挿入を防止するためのシャッタを示す。シャッタ４４は、送液コネクタ部４からマイクロチップ２の侵入方向に延設され、一部がローディング部３の外側から２つのローラ対の間に差し込まれている。シャッタ４４は、送液コネクタ部４とともにＺ軸方向に移動されて挿入位置から保持位置へのマイクロチップ２の移動を制限あるいは解除する。

マイクロチップローディング装置１では、送液コネクタ部４に、サンプルライン４１等をマイクロチップ２のサンプルインレット２３等に接続するチャッキング機能と、マイクロチップ２を押圧して保持する機能の２つの機能を併せて付与している。このため、マイクロチップローディング装置１では、部品点数を減らして装置全体を小型化できる。

（１−４）チップ加振部
送液コネクタ部４によって押圧されたマイクロチップ２は、チップ加振部５の基準面５２１上に押し付けられて保持される。チップ加振部５は、ピエゾ素子等の振動素子５１を含んでおり、基準面５２１と送液コネクタ部４の接触面４０との間に挟み込まれて保持されたマイクロチップ２に対して、伝振部材５２を介して振動素子５１からの振動を印加する。

伝振部材５２は、硬質材料によって形成される。伝振部材５２を硬質材料によって形成することで、振動素子５１からの振動を減衰させることなく効果的にマイクロチップ２に伝播できる。伝振部材５２の材料は、振動素子５１からの振動を、マイクロチップ２の裏面２０２に接触する基準面５２１からマイクロチップ２のオリフィス２１に伝播可能である限り特に限定されず、アルミや鉄等の金属、又はガラスなどであってよい。

マイクロチップローディング装置１では、装置側に設けたチップ加振部５によってマイクロチップ２のオリフィス２１に振動を印加して、オリフィス２１から出射される流体ストリームの液滴化を行うことができる。このため、マイクロチップローディング装置１では、マイクロチップ側に作り込んだ振動素子によって液滴化を行う従来技術に比して、搬送機構であるローディング部３の構成を簡略化でき、装置全体を小型化できる。また、上記従来技術に比して、マイクロチップ２の構成も簡略化して製造コストを下げることができる。

（１−５）位置調整機構
図１及び図２に加えて、図５を参照して、マイクロチップローディング装置１が備える位置調整機構について説明する。

マイクロチップローディング装置１に保持されたマイクロチップ２のサンプル流路２２に対して、微小粒子分析装置が備える光源（不図示）から微小粒子の特性検出のためレーザが照射される。マイクロチップ２に対するレーザの照射方向はＺ軸正方向で示される。

Ｘ軸ステッピングモータ６は、レーザ光軸（Ｚ軸方向）及びマイクロチップ２のサンプル流路２２（Ｙ軸方向）に直交する方向（Ｘ軸方向）に、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５の位置を一体に変更する。これにより、Ｘ軸ステッピングモータ６は、レーザの照射位置がサンプル流路２２に一致するように、レーザに対するマイクロチップ２の光学位置を調整する。マイクロチップ２とレーザの光学位置調整は、好ましくは微小粒子が通流されるサンプル流路２２の中心、より好ましくは微小粒子の通流位置、にレーザが照射されるように行われる。

Ｚ軸ステッピングモータ７は、レーザの光軸方向（Ｚ軸方向）において、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５の位置を一体に変更する。これにより、Ｚ軸ステッピングモータ７は、レーザの焦点位置がサンプル流路２２に一致するように、レーザに対するマイクロチップ２の光学位置を調整する。マイクロチップ２とレーザの光学位置調整は、好ましくは、微小粒子が通流されるサンプル流路２２の中心にレーザがフォーカスされるように行われる。

η軸調整機構９及びθ軸調整機構１０は、マイクロチップ２を保持する送液コネクタ部４とチップ加振部５の傾きを変更し、チップ加振部５の基準面５２１（図２参照）のレーザ光軸に対する角度を変更し、レーザが発生する光学収差（コマ収差）を補正するために機能する。η軸調整機構９及びθ軸調整機構１０は、送液コネクタ部４とチップ加振部５に加えてローディング部３の角度をも変更する構成であってもよい。

上述のように、マイクロチップローディング装置１では、送液コネクタ部４をチャッキングとチップ保持の双方に機能させ、振動素子５１を装置側に配したことにより、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５を含む装置全体が小型化されている。このため、マイクロチップローディング装置１では、Ｘ軸ステッピングモータ６等の位置調整機構によってローディング部３等を僅かに位置調整するのみでマイクロチップ２の光学位置を最適化できる。また、マイクロチップローディング装置１では、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５の位置を一体に変更してマイクロチップの光学位置調整を行えるため、送液コネクタ部４からのサンプル液及びシース液の送液を停止することなく維持したまま光学位置の最適化が可能である。

（１−６）制御部等
マイクロチップローディング装置１は、上述の各部を制御するための制御部を備える。制御部は、ＣＰＵ、メモリ及びハードディスクなどを備える汎用のコンピュータによって構成でき、ハードディスク内にはＯＳと次に説明する制御ステップを実行するプログラムなどが格納される。また、マイクロチップローディング装置１はユーザインターフェースとしてキーボードなどの入力デバイスと、ディスプレイやスピーカなどの出力デバイスを備えていてもよい。

２．マイクロチップローディング装置の制御
（２−１）マイクロチップ搭載時の制御
（２−１−１）チップ挿入検出ステップＳ_１１
図６は、マイクロチップローディング装置１のマイクロチップ搭載時の制御ステップを説明するフローチャートである。マイクロチップローディング装置１では、上述のように、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５が小型化され、これらを一体にかつ僅かに位置調整するのみでマイクロチップ２の光学位置を調整することが可能とされている。このため、マイクロチップローディング装置１では、以下に説明する簡略な制御ステップによって自動的な光学位置の最適化が実現でき、従来ユーザが行っていた位置決め操作を不要とできる。以下、順に各ステップについて説明する。

チップ挿入検出ステップＳ_１１では、ユーザによりローディング部３のチップ挿入口３１に挿入されたマイクロチップ２の検出が行われる。チップ挿入口３１へのマイクロチップ２の挿入が検知されない場合には、マイクロチップローディング装置１は待機状態となっている。

マイクロチップ２がローディング部３のチップ挿入口３１に挿入された状態は図２を参照できる。マイクロチップ２は、抑えローラ３３１と送りローラ３４１がマイクロチップ２を挟み込むことができる位置まで挿入される。なお、この状態では、ローディング部３の外側から２つのローラ対の間に差し込まれているシャッタ４４によってマイクロチップ２の移動が制限される。このため、マイクロチップ２が誤って保持位置まで挿入されることはない。

チップ挿入口３１にはコンタクトスイッチ等のセンサ（不図示）が設置されており、センサが挿入されたマイクロチップ２を検出すると、信号が制御部に出力されて次のコネクタ部開放ステップＳ_１２が実行される。

チップ挿入口３１には、チップの有無を検出するセンサの他に、チップの挿し込み方向（上下方向）又は裏表を検出するセンサを設置してもよい。マイクロチップ２が挿し込み方向あるいは裏表が間違った状態でチップ挿入口３１に挿入された場合には、ディスプレイ上の画像や文字、あるいはスピーカからの音などによってユーザに警告を与えるようにすることが好ましい。

（２−１−２）コネクタ部開放ステップＳ_１２
挿入されたマイクロチップ２の検出信号が入力されると制御部は、エアースライダ４３に信号を出力して、送液コネクタ部４を閉鎖位置（図２参照）から開放位置（図７参照）へ移動させる。具体的には、エアースライダ４３は、送液コネクタ部４を基準面５２１との対向方向（Ｚ軸正方向）に移動させ、送液コネクタ部４を基準面５２１から離間する方向へ移動させる。これにより、送液コネクタ部４と伝振部材５２との間に、ローディング部３から搬送されてくるマイクロチップ２を挿入可能な空間が形成される。

送液コネクタ部４が開放位置にくると、ローディング部３の２つのローラ対の間に差し込まれていたシャッタ４４が引き抜かれる。これにより、シャッタ４４によるマイクロチップ２の移動制限が解除され、マイクロチップ２が挿入位置から保持位置へ搬送可能な状態となる。

マイクロチップローディング装置１は、送液コネクタ部４が開放位置あるいは閉鎖位置のいずれの位置にあるかを検出するため、ホール素子等のセンサ（不図示）を備える。チップ挿入検出ステップＳ_１１及び待機状態では、送液コネクタ部４が閉鎖位置に維持されていることがセンサによってモニターされている。

（２−１−３）チップ搬入ステップＳ_１３
送液コネクタ部４が開放位置に移動したことがセンサによって検出されると、その検出信号を受けた制御部は、ローディング部３のギアを駆動するモータに信号を出力し、ギアを回転させる。これにより、ギアにより駆動されて送りローラ３４１，３４２が回転し、マイクロチップ２が送液コネクタ部４と伝振部材５２との間の保持位置まで搬送される。図７に、マイクロチップ２がローディング部３により搬送されている状態を示す。

マイクロチップ２は、搬送方向先頭の一端が不図示の制動手段（制動板あるいは制動ピンなど）に突き当たるまで搬送される。保持位置にあるマイクロチップ２は、抑えローラ３３２と送りローラ３４２によって挟み込まれている（図８参照）。マイクロチップ２を排出する際に、逆回転する抑えローラ３３２と送りローラ３４２とがマイクロチップ２を搬出できるようにするためである。抑えローラと送りローラを３対以上配置する場合には、少なくとも一対が保持位置にあるマイクロチップ２を挟み込めるように配置する。

本ステップでは、送液コネクタ部４は開放位置に維持されており、送液コネクタ４はマイクロチップ２との非接触位置にある。マイクロチップ２は、送液コネクタ部４と伝振部材５２との間に形成された空間に搬入されるため、その表面及び裏面に送液コネクタ部４の接触面４０及びチップ加振部５の基準面５２１が接触することがない。従って、送液コネクタ４の接触面４０又は該面に開口されたサンプルライン口４１１、シースライン口４２３及び吸引ライン口４２４、あるいはチップ加振部５の基準面５２１が、マクロチップ２の表面又は裏面に接触して傷を付けることがない。

（２−１−４）コネクタ部閉鎖ステップＳ_１４
マイクロチップ２が保持位置に移動したことをコンタクトスイッチ等のセンサが検知すると、信号が制御部に出力されてコネクタ部閉鎖ステップＳ_１４が実行される。本ステップでは、制御部から信号により、エアースライダ４３が送液コネクタ部４を開放位置から閉鎖位置に移動させる。図８に、送液コネクタ部４が閉鎖位置にある状態を示す。

具体的には、エアースライダ４３は、送液コネクタ部４を基準面５２１との対向方向（Ｚ軸負方向）に移動させ、送液コネクタ部４の接触面４０をマイクロチップ２の表面に接触させる。これにより、マイクロチップ２が、チップ加振部５の基準面５２１上に押し付けられる。このとき、マイクロチップ２を挟み込んでいる送りローラ３４２も、これを支持するバネ３５が縮むことによってＺ軸負方向に移動する。

この際、送液コネクタ部４の接触面４０に形成された、サンプルライン口４１１、シースライン口４２３及び吸引ライン口４２４がそれぞれマイクロチップ２のサンプルインレット２３、シースラインレット２４及び吸引アウトレット２５１にチャッキングされる。

これらの手順により、マイクロチップ２は、サンプルライン４１等がサンプルインレット２３等に接続された状態でチップ加振部５の基準面５２１上に保持される。

チャッキングが完了し、送液コネクタ部４が閉鎖位置に移動したことをホール素子等のセンサが検知すると、次のチップ位置原点復帰ステップＳ_１５が実行される。送液コネクタ部４が閉鎖位置に移動しない場合、チャッキングが失敗であるため、ディスプレイ上の画像や文字、あるいはスピーカからの音などによってユーザにチップを排出してチップの状態を確認後、再試行するように促す。

チャッキングのため、サンプルライン口４１１、シースライン口４２３及び吸引ライン口４２４は、保持位置にあるマイクロチップ２のサンプルインレット２３、シースインレット２４及び吸引アウトレット２５１に対応する位置に開口されている。これに加えて、チャッキングをより確実に行うため、送液コネクタ部４の接触面４０とマイクロチップ２とに位置決め手段を設けることが好ましい。

図９及び図１０に、位置決め手段として送液コネクタ部４の接触面４０及びマイクロチップ２にそれぞれに設けられた基準ピン４５と基準穴２６を示す。図９は、マイクロチップローディング装置１及びマイクロチップ２の正面模式図である。図１０は、マイクロチップ２が保持位置にあり、かつ送液コネクタ部４が開放位置にある場合の装置断面を示す断面模式図である（見易さのため符号は一部のみを示した）。図１０は、図９中Ｐ−Ｐ断面に対応している。なお、図２は、図９中Ｑ−Ｑ断面に対応している。

基準穴２６の径は、基準ピン４５の径に対して同一あるいは僅かに大きく形成されており、送液コネクタ部４がマイクロチップ２に接触すると、接触面４０に突設された基準ピン４５がマイクロチップ２に穿設された基準穴２６に嵌合する。これにより、マイクロチップ２が接触面４０に対して位置決めされ、マイクロチップ２のサンプルインレット２３等の位置が接触面４０のサンプルライン口４１１等の位置が高精度に一致される。

送液コネクタ部４の接触面４０とチップ加振部５の基準面５２１との間に保持されたマイクロチップ２は、伝振部材５２を介した振動素子５１からの振動の伝播によって振動可能な状態で保持される。保持されたマイクロチップ２の振動を容易にするため、サンプルライン口４１１、シースライン口４２３及び吸引ライン口４２４には、弾性を有する材料により形成された管状部材を挿入し、送液コネクタ部４の接触面４０がこの管状部材を介して間接的にマイクロチップ２の表面に接触するようにすることが好ましい。

図１１は、サンプルライン口４１１、シースライン口４２３及び吸引ライン口４２４に挿入された管状部材を説明する図である。図１１は、マイクロチップ２を保持した状態のマイクロチップローディング装置１の構成を示す図８の部分拡大図である。サンプルライン口４１１、シースライン口４２３及び吸引ライン口４２４は、それぞれゴムチューブ８が挿入されており、ゴムチューブ８の一端は接触面４０から一部突出されて外部に露出している。送液コネクタ部４の接触面４０とチップ加振部５の基準面５２１との間に保持されたマイクロチップ２のサンプルインレット２３、シースインレット２４及び吸引アウトレット２５１にはそれぞれサンプルライン口４１１、シースライン口４２３及び吸引ライン口４２４から突出したゴムチューブ８がチャッキングされることにより、流体通流路としての液密性及び気密性が確保される。このチャッキング状態では、コネクタ部４の接触面４０は、ゴムチューブ８を介して間接的にマイクロチップ２に接触している。このため、マイクロチップ２は、ゴムチューブ８の弾性変形によって微動可能な状態で保持されるため、接触面４０が直接マイクロチップ２に接触する場合に比べて、伝振部材５２を介し伝播される振動によってより振動し易くされている。なお、管状部材の材料は、フッ素ゴムなどが好ましいが、ゴムに限定されるものではない。

（２−１−５）チップ位置原点復帰ステップＳ_１５
サンプルライン４１等のサンプルライン口４１１等へのチャッキングが完了し、送液コネクタ部４が閉鎖位置に移動したことが検知されると、Ｘ軸ステッピングモータ６及びＺ軸ステッピングモータ７が駆動し、マイクロチップ２を初期位置（原点）に復帰させる。Ｘ軸ステッピングモータ６及びＺ軸ステッピングモータ７は、初期位置を検出するための原点センサとしてホール素子を備える。

Ｘ軸ステッピングモータ６は、図５Ｘ軸方向に、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５の位置を一体に変更し、同方向におけるマイクロチップ２の位置を初期化する。また、Ｚ軸ステッピングモータ７は、図５Ｚ軸方向に、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５の位置を一体に変更し、同方向におけるマイクロチップ２の位置を初期化する。

（２−１−６）チップ光学位置調整ステップＳ_１６
本ステップでは、微小粒子の光学特性検出のためのレーザに対するマイクロチップ２の光学位置の調整が行われる。マイクロチップ２の光学位置の調整は、微小粒子分析装置が備える光源から照射されるレーザに対して、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５の位置を一体に変更することによって行われる。

具体的には、Ｘ軸ステッピングモータ６が、図５Ｘ軸方向に、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５の位置を一体に変更し、レーザの照射位置をサンプル流路２２に一致させる。また、Ｚ軸ステッピングモータ７が、図５Ｚ軸方向に、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５の位置を一体に変更し、レーザの焦点位置をサンプル流路２２に一致させる。マイクロチップ２とレーザの光学位置調整は、微小粒子から発生する蛍光又は散乱光の検出強度が最大化するように行われ、これにより、微小粒子が通流されるサンプル流路２２の中心にレーザが照射されフォーカスされる。

微小粒子の特性検出は、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微小粒子に対してレーザを照射し、微小粒子から発生する散乱光や蛍光を検出器によって検出することによって行われる。Ｘ軸ステッピングモータ６及びＺ軸ステッピングモータ７が、送液コネクタ部４とチップ加振部５との間に保持されたマイクロチップ２の光学位置を最適化することで、微小粒子の特性検出を高精度に行うことが可能となる。

マイクロチップローディング装置１では、送液コネクタ部４をチャッキングとチップ保持の双方に機能させ、振動素子５１を装置側に配したことにより、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５を含む装置全体が小型化されている。このため、本ステップでは、ローディング部３、送液コネクタ部４とチップ加振部５の位置を一体に変更する場合にも、最小限の動作による僅かな位置調整のみでマイクロチップ２の光学位置を最適化できる。

チップ光学位置調整ステップＳ_１６の完了後、マイクロチップローディング装置１は、マイクロチップ２の排出信号が入力されるまで待機状態となる。なお、この待機状態では、微小粒子分析装置がサンプルライン４１及びシースライン４２１へのサンプル液とシース液の送液と、マイクロチップ２のオリフィス２１からの流体ストリームの射出を開始し、微小粒子の分析及び分取が実行される。

（２−２）マイクロチップ排出時の制御
（２−２−１）コネクタ部開放ステップＳ_２１
図１２は、マイクロチップローディング装置１のマイクロチップ排出時の制御ステップを説明するフローチャートである。以下、順に各ステップについて説明する。

微小粒子分析装置による分析及び分取終了後、マイクロチップ２の排出信号が入力されると、制御部は、エアースライダ４３に信号を出力して、送液コネクタ部４を閉鎖位置（図８参照）から開放位置（図７参照）へ移動させる。排出信号は、ユーザにより、又は微小粒子分析装置により、制御部に入力される。

具体的には、エアースライダ４３は、送液コネクタ部４を基準面５２１との対向方向（Ｚ軸正方向）に移動させ、送液コネクタ部４をマイクロチップ２から離間させる。これにより、送液コネクタ部４によるマイクロチップ２の押圧が解除される。また、バネ３５によって付勢された送りローラ３４２がＺ軸正方向に移動し、これに伴ってマイクロチップ２が基準面５２１から離間する。

送液コネクタ部４が開放位置にくると、ローディング部３の２つのローラ対の間に差し込まれていたシャッタ４４が引き抜かれる。これにより、シャッタ４４によるマイクロチップ２の移動制限が解除され、マイクロチップ２が保持位置から搬出可能な状態となる。

（２−２−２）チップ搬出ステップＳ_２２
送液コネクタ部４が開放位置に移動したことがセンサによって検出されると、その検出信号を受けた制御部は、ローディング部３のギアを駆動するモータに信号を出力し、ギアを回転させる。これにより、ギアにより駆動されて送りローラ３４１，３４２が回転する。本ステップにおけるギア、送りローラ３４１，３４２の回転は、チップ搬入ステップＳ_１３における回転と逆方向である。

保持位置にあるマイクロチップ２は、抑えローラ３３２と送りローラ３４２によって挟み込まれている（図８参照）。従って、送りローラ３４２が回転すると、マイクロチップ２が送液コネクタ部４と伝振部材５２との間の保持位置から引き出されるようにして、チップ挿入口３１へ搬出される。

（２−２−３）チップ排出検出ステップＳ_２３
チップ排出検出ステップＳ_２３では、チップ挿入口３１に設置されたセンサによって搬出されたマイクロチップ２が検出される。チップ挿入口３１へのマイクロチップ２の搬出が検知されない場合、マイクロチップローディング装置１は、ディスプレイ上の画像や文字、あるいはスピーカからの音などによってユーザに警告を与え、手動によるチップ排出を促す。

マイクロチップ２がチップ挿入口３１に搬出されたことをセンサが検知すると、信号が制御部に出力される。そして、制御部から信号により、エアースライダ４３が送液コネクタ部４を開放位置から閉鎖位置に移動させる。

具体的には、エアースライダ４３は、送液コネクタ部４と伝振部材５２との間にマイクロチップ２の挿入空間がなくなるように、送液コネクタ部４を基準面５２１との対向方向（Ｚ軸負方向）に移動させる。送液コネクタ部４の閉鎖位置は、図２を参照できる。

送液コネクタ部４が閉鎖位置にくると、ローディング部３の２つのローラ対の間にシャッタ４４が差し込まれることによってマイクロチップ２の移動が制限され、マイクロチップ２の保持位置へ逆戻りが阻止される。

送液コネクタ部４が閉鎖位置に移動したことをセンサが検知すると、マイクロチップローディング装置１は、マイクロチップの排出動作が完了したものとして、ディスプレイ上の画像や文字、あるいはスピーカからの音などによってユーザにチップの取り出し又は交換を促す。

本技術に係るマイクロチップローディング装置は以下のような構成をとることもできる。
（１）マイクロチップの第一の面に接触して該マイクロチップを押圧する押圧部と、前記マイクロチップの第二の面への接触面と、を有し、前記押圧部の前記マイクロチップの前記第一の面への接触面に、該第一の面に形成された流体の出入口の位置に対応して、前記流体の通流路が開口されており、対向して配置された前記押圧部と、前記マイクロチップの第二の面への接触面と、の間に前記マイクロチップを前記通流路と前記出入口とが接続された状態で挟み込んで保持するマイクロチップローディング装置。
（２）振動素子と、前記マイクロチップの前記第二の面への前記接触面を構成し、前記振動素子から印加される振動を前記マイクロチップに伝播する伝振部材と、
を含んでなる加振部を有する上記（１）記載のマイクロチップローディング装置。
（３）前記マイクロチップを前記押圧部と前記伝振部材との間に搬送する搬送部を有する上記（１）又は（２）記載のマイクロチップローディング装置。
（４）前記押圧部、前記加振部及び前記搬送部を一体に位置変更する位置調整部を有する上記（３）記載のマイクロチップローディング装置。
（５）前記押圧部が、前記伝振部材との対向方向に移動可能に構成された上記（１）〜（４）のいずれかに記載のマイクロチップローディング装置。
（６）弾性を有する材料により形成され、前記通流路の開口に一部が該流通路外に露出した状態で挿入された管状部材を備え、前記押圧部は、前記伝振部材との間に挟み込んで保持した前記マイクロチップの前記第一の面に対して、前記管状部材を介して間接的に接触する上記（１）〜（５）のいずれかに記載のマイクロチップローディング装置。
（７）前記搬送部が、前記マイクロチップの前記表面に押し付けられて回転する第一のローラと、前記裏面に押し付けられて回転する第二のローラと、前記第二のローラを前記押圧部と前記伝振部材との対向方向に付勢するバネと、を含んでなる上記（３）〜（６）のいずれかに記載のマイクロチップローディング装置。
（８）前記搬送部において、前記第一のローラと前記第二のローラは、前記マイクロチップの搬送方向に離間して複数対配置され、少なくとも一対の前記第一のローラと前記第二のローラが、前記押圧部と前記伝振部材との間に搬送された前記マイクロチップを挟持し得る位置に配置された上記（７）記載のマイクロチップローディング装置。
（９）マイクロチップ型フローサイトメータを構成する上記（１）〜（８）のいずれかに記載のマイクロチップローディング装置。
（１０）前記位置調整部が、前記マイクロチップに照射される光の光軸方向に、前記押圧部、前記加振部及び前記搬送部の位置を変更する焦点位置調節機構を含んでなる上記（９）記載のマイクロチップローディング装置。
（１１）前記位置調整部が、前記光の光軸に対する、前記伝振部材の前記マイクロチップへの接触面の角度を変更する角度調節機構を含んでなる上記（９）又は（１０）記載のマイクロチップローディング装置。

また、本技術に係るマイクロチップ型フローサイトメータは以下のような構成をとることもできる。
（１２）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のマイクロチップローディング装置を備えるマイクロチップ型フローサイトメータ。

１：マイクロチップローディング装置、２：マイクロチップ、２０１：表面、２０２：裏面、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、２５１：吸引アウトレット、２６：基準穴、３：ローディング部、３１：チップ挿入口、３３１，３３２：抑えローラ、３４１，３４２：送りローラ、３５：バネ、４：送液コネクタ部、４０：接触面、４１：サンプルライン、４１１：サンプルライン口、４２：シース・吸引ライン、４２１：シースライン、４２２：吸引ライン、４２３：シースライン口、４２４：吸引ライン口、４３：エアースライダ、４４：シャッタ、４５：基準ピン、５：チップ加振部、５１：振動素子、５２：伝振部材、５２１：基準面、６：Ｘ軸ステッピングモータ、７：Ｚ軸ステッピングモータ、８：ゴムチューブ、９：η軸調整機構、１０：θ軸調整機構

Claims (10)

1. マイクロチップの第一の面に接触して該マイクロチップを押圧する押圧部と、
   前記マイクロチップの第二の面への接触面と、を有し、
   前記押圧部の前記マイクロチップの前記第一の面への接触面に、該第一の面に形成された流体の出入口の位置に対応して、前記流体の通流路が開口されており、
   対向して配置された前記押圧部と、前記マイクロチップの第二の面への接触面と、の間に前記マイクロチップを前記通流路と前記出入口とが接続された状態で挟み込んで保持するマイクロチップローディング装置において、
   振動素子と、
   前記マイクロチップの前記第二の面への前記接触面を構成し、前記振動素子から印加される振動を前記マイクロチップに伝播する伝振部材と、
   を含んでなる加振部を前記装置側に有し、
   前記マイクロチップを前記押圧部と前記伝振部材との間に搬送する搬送部を有し、
   前記押圧部、前記加振部及び前記搬送部を一体に位置変更する位置調整部を有するマイクロチップローディング装置。
2. 前記押圧部が、前記伝振部材との対向方向に移動可能に構成された請求項１記載のマイクロチップローディング装置。
3. 弾性を有する材料により形成され、前記通流路の開口に一部が該流通路外に露出した状態で挿入された管状部材を備え、
   前記押圧部は、前記伝振部材との間に挟み込んで保持した前記マイクロチップの前記第一の面に対して、前記管状部材を介して間接的に接触する請求項１又は２に記載のマイクロチップローディング装置。
4. 前記搬送部が、前記マイクロチップの前記表面に押し付けられて回転する第一のローラと、
   前記裏面に押し付けられて回転する第二のローラと、
   前記第二のローラを前記押圧部と前記伝振部材との対向方向に付勢するバネと、を含んでなる請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロチップローディング装置。
5. 前記搬送部において、前記第一のローラと前記第二のローラは、前記マイクロチップの搬送方向に離間して複数対配置され、
   少なくとも一対の前記第一のローラと前記第二のローラが、前記押圧部と前記伝振部材との間に搬送された前記マイクロチップを挟持し得る位置に配置された請求項４記載のマイクロチップローディング装置。
6. マイクロチップ型フローサイトメータを構成する請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロチップローディング装置。
7. 前記位置調整部が、前記マイクロチップに照射される光の光軸方向に、前記押圧部、前記加振部及び前記搬送部の位置を変更する焦点位置調節機構を含んでなる請求項６記載のマイクロチップローディング装置。
8. 前記位置調整部が、前記光の光軸に対する、前記伝振部材の前記マイクロチップへの接触面の角度を変更する角度調節機構を含んでなる請求項６又は７に記載のマイクロチップローディング装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロチップローディング装置を備えるマイクロチップ型フローサイトメータ。
10. マイクロチップの第一の面に接触し、接触面に前記第一の面に形成された流体の出入口の位置に対応して前記流体の通流路が開口された押圧部と、
    前記マイクロチップの第二の面への接触面と、の間に前記マイクロチップを搬送する手順と、
    対向して配置された前記押圧部と、前記マイクロチップの前記第二の面への前記接触面と、の間に前記マイクロチップを前記通流路と前記出入口とが接続された状態で挟み込んで保持する手順と、を含み、
    振動素子と、
    前記マイクロチップの前記第二の面への前記接触面を構成し、前記振動素子から印加される振動を前記マイクロチップに伝播する伝振部材と、
    を含んでなる加振部をマイクロチップローディング装置側に設け、
    前記マイクロチップを前記押圧部と前記伝振部材との間に搬送する搬送部を有し、
    前記押圧部、前記加振部及び前記搬送部を一体に位置変更する位置調整部を有することを特徴とするマイクロチップローディング方法。
    

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