JP5978715B2

JP5978715B2 - 微小粒子分取装置及び微小粒子分取装置の制御方法

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Publication number: JP5978715B2
Application number: JP2012080862A
Authority: JP
Inventors: 学治橋本; 月原　浩一; 浩一月原; 瀬尾　勝弘; 勝弘瀬尾; 達夫堀; 俊平鈴木; 真角田; 久根来
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP2013210292A

Description

本技術は、微小粒子分取装置及び微小粒子分取装置の制御方法に関する。より詳しくは、マイクロチップ型の微小粒子分取装置の制御方法であって、微小粒子の光学特性を検出するための光学系を構成する対物レンズへの水滴付着を防止可能な方法等に関する。

細胞などの微小粒子の特性を光学的、電気的あるいは磁気的に検出し、所定の特性を有する微小粒子のみを分別して回収する微小粒子分取装置（例えばフローサイトメータ）が知られている。

フローサイトメータにおける細胞分別では、まず、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（細胞を含むサンプル液とシース液の層流）を発生させ、オリフィスに振動を印加して流体ストリームを液滴化し、液滴に電荷を付与する。そして、オリフィスから吐出される細胞を含む液滴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とそれ以外の非目的細胞とを別々の回収容器に回収している。

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

微小粒子分取装置においては、フローセル又はマイクロチップに形成された流路を通流する微小粒子の光学特性を高感度に検出するため、光学検出系の構成に関する工夫がなされてきている。

本技術は、特にマイクロチップ型の微小粒子分取装置において、光学検出系を簡略に構成し得る装置の制御方法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、流体が通流される流路と、該流路の一端に流体ストリームを発生するオリフィスと、が形成されたマイクロチップと、前記流路の前記オリフィスの上流部位にレーザを集光照射する対物レンズと、の間の距離を変更する手順を含む、微小粒子分取装置の制御方法を提供する。
この制御方法は、前記流体ストリームを発生させる手順と、発生させた前記流体ストリームを検出する手順と、これらの手順の後に、前記マイクロチップと前記対物レンズの相対位置を変更し、前記対物レンズを前記マイクロチップに対する焦点位置に移動させる手順と、を含む。前記流体ストリームの発生前には、前記マイクロチップと前記対物レンズとの間の距離を、前記対物レンズの前記マイクロチップに対する作動距離よりも大きく維持される。流体ストリームが安定して射出された後に対物レンズを焦点位置に移動させるようにすることで、流体ストリームが出始めるときにオリフィスに水滴が生じたとしても、水滴が対物レンズに付着することがない。
また、この制御方法は、前記マイクロチップと前記対物レンズの相対位置を変更し、前記マイクロチップと前記対物レンズとの間の距離を前記作動距離よりも大きくなるように変更した後、前記オリフィスからの前記流体ストリームの射出を停止する手順を含む。これにより、流体ストリームの出射を停止するときにオリフィスに水滴が生じた場合にも、対物レンズへの水滴の付着を防止できる。
この制御方法において、前記流体ストリームの検出は、前記流体ストリームの画像中の輝点を画像認識によって検出することにより行うことができる。

また、本技術は、流体が通流される流路と、該流路の一端に流体ストリームを発生するオリフィスと、が形成されたマイクロチップが搭載され、前記流路の前記オリフィスの上流部位にレーザを集光照射する対物レンズと、前記オリフィスから射出される前記流体ストリームを検出するストリーム検出部と、前記マイクロチップと前記対物レンズとの間の距離を変更する位置調整部と、を備える微小粒子分取装置を提供する。
この微小粒子分取装置では、マイクロチップと対物レンズとの間の距離を変更可能に構成し、ストリーム検出部を設けたことにより、対物レンズを、オリフィスから流体ストリームが射出されるまではマイクロチップから遠ざけておき、流体ストリームが出射された後に焦点位置まで近付けるようにできる。
この微小粒子測定装置において、前記ストリーム検出部は、前記流体ストリームを撮像するカメラと、前記流体ストリームに光を照射する流体ストリーム検出光光源と、を含む。
また、この微小粒子測定装置は、前記カメラによって撮像された画像中の輝点を画像認識によって検出し、前記位置調整部に信号を出力して前記距離を調整する制御部を備える。
この微小粒子測定装置は、前記オリフィスと前記対物レンズとの間に、前記オリフィスから前記対物レンズの方への前記流体の移動を阻止する部材が配置されていることが好ましい。この場合において、前記部材は、前記流体に対して吸収性を有することが好適となる。

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、マイクロチップ型の微小粒子分取装置において、光学検出系を簡略に構成し得る装置の制御方法が提供される。

マイクロチップ型フローサイトメータとして構成された本技術の第一実施形態に係る微小粒子分取装置１（フローサイトメータ１）の構成を説明するための図である。フローサイトメータ１のチップローディングモジュール１１の構成を説明するための図である。フローサイトメータ１に搭載可能なマイクロチップ２の一例の構成を説明するための図である。マイクロチップ２のオリフィス２１の構成を説明するための図である。フローサイトメータ１の光照射検出部を構成する対物レンズ１４を説明するための図である。チップローディングモジュール１１へのマイクロチップ２の搭載完了後、分析が開始されるまでのフローサイトメータ１における位置制御を説明するためのフローチャートである。フローサイトメータ１の各位置制御ステップにおけるマイクロチップ２と対物レンズ１４の位置を説明する図である。分析完了後のフローサイトメータ１における位置制御を説明するためのフローチャートである。水滴阻止板１５の構成を説明するための図である。

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．微小粒子分取装置の装置構成
（１）チップローディングモジュール
（２）マイクロチップ
（３）光照射検出部
（４）位置調整部
（５）ストリーム検出ユニット
（６）偏向板
（７）コレクションチューブホルダー
（８）制御部
２．微小粒子分取装置の制御
（１）分析開始時における位置制御
（１−１）チップ位置初期化ステップＳ_１
（１−２）流体ストリーム発生ステップＳ_２
（１−３）ストリーム検出ステップＳ_３
（１−４）チップ位置移動ステップＳ_４
（２）分析終了時における位置制御
（２−１）チップ位置復帰ステップＳ_５
（２−２）流体ストリーム停止ステップＳ_６

１．微小粒子分取装置の装置構成
図１は、マイクロチップ型フローサイトメータとして構成された本技術の第一実施形態に係る微小粒子分取装置１（以下「フローサイトメータ１」とも称する）の構成を説明する模式図である。図２は、フローサイトメータ１のチップローディングモジュールの構成を説明する模式図である。図２（Ａ）はマイクロチップが挿入位置にある状態、図２（Ｂ）はマイクロチップが保持位置にある状態を示す。

フローサイトメータ１は、マイクロチップ２を保持するチップローディングモジュール１１と、マイクロチップ２のオリフィス２１から射出される流体ストリームＳ（あるいは吐出される液滴）を挟んで対向して配置された一対の偏向板１２，１２と、流体ストリームＳを受け容れるコレクションチューブ３が配置されるコレクションチューブホルダー１３と、を備えている。さらに、フローサイトメータ１は、オリフィス２１から射出される流体ストリームＳを検出するストリーム検出ユニット１６と、図１及び図２に示されない光照射検出部と位置調整部を備える。光照射検出部は、マイクロチップ２の流路を通流する細胞の光学特性を検出するために機能する。また、位置調整部は、光照射検出部を構成する対物レンズとマイクロチップ２との間の距離を変更するために機能する。以下、各構成について順に説明する。

（１）チップローディングモジュール
チップローディングモジュール１１は、チップ挿入口１１２から内部に挿入されるマイクロチップ２を挿入位置（図２（Ａ）参照）から保持位置（図２（Ｂ）参照）へ搬送するローディング部１１１を有する。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１１１の内部には、搬送機構として、チップ挿入口１１２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搬送する回転ローラが配設されている（不図示）。なお、本技術に係る微小粒子分取装置において、ローディング部１１１の搬送機構は、回転ローラによるものに限定されない。

また、チップローディングモジュール１１は、保持されたマイクロチップ２に細胞を含むサンプル液及びシース液等を供給する送液コネクタ部１１４を含む。送液コネクタ部１１４には、サンプルライン１１５が接続可能とされている。また、送液コネクタ部１１４には、シース液タンクからシースラインが、真空ポンプ等の負圧源から吸引ラインが接続されている。図２では、シースライン及び吸引ラインは一本の配管内に収容されたシース・吸引ライン１１６として図示している。なお、本技術に係る微小粒子分取装置において、吸引ラインは必須の構成となるものではない。

さらに、チップローディングモジュール１１は、マイクロチップ２に形成されたオリフィス２１に振動を印加して、流体ストリームＳを液滴化して吐出させるチップ加振部と、吐出される液滴に電荷を付与する荷電部と、を含む（いずれも不図示）。

（２）マイクロチップ
図３及び図４に、フローサイトメータ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の構成を示す模式図であり、（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。

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。

サンプル液は、送液コネクタ部１１４からサンプルインレット２３に導入され、送液コネクタ部１１４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１１４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、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Ｓ（図１参照）となって排出される。図１中、オリフィス２１からの流体ストリームＳの排出方向をＹ軸正方向によって示す。

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Ｓ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Ｓは、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。

（３）光照射検出部
また、フローサイトメータ１は、マイクロチップローディングモジュール１１に保持されたマイクロチップ２のサンプル流路２２を通流する細胞の光学特性を検出するための光照射検出部を備える。細胞の光学特性の検出は、例えば、サンプル流路２２の絞込部２６１と絞込部２６２との間で行われる。

光照射検出部は、レーザ光源と、サンプル流路２２の絞込部２６１と絞込部２６２との間に対してレーザを集光・照射する対物レンズやダイクロイックミラー、バンドパスフィルター等からなる照射系を含む。

図５に、照射系の構成のうち対物レンズのみをマイクロチップ２とともに示す。対物レンズ１４は、不図示のレーザ光源からのレーザＬ_１を、サンプル流路２２を３次元層流の中心に一列に配列して通流する細胞Ｐに対して集光・照射する。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。なお、図では、便宜上、レーザＬ_１が照射されている細胞Ｐのみを示した。図中、符号１５は、対物レンズ１４への水滴の付着を防止するための水滴阻止板を示す。水滴阻止板１５については後段で詳しく説明する。

光照射検出部には、レーザＬ_１の照射によって細胞Ｐから発生する測定対象光を検出する検出系も含まれる。検出系は、ＰＭＴ（photo multiplier tube）や、ＣＣＤやＣＭＯＳ素子等のエリア撮像素子等によって構成される。上述の対物レンズ１４は、測定対象光を集光するためにも機能し得る。検出系により検出される測定対象光は、測定光の照射によって細胞Ｐから発生する光であって、例えば、前方散乱光や側方散乱光、レイリー散乱やミー散乱等の散乱光や蛍光などとすることができる。これらの測定対象光は電気信号に変換され、細胞Ｐの光学特性判定に供される。

（４）位置調整部
さらに、フローサイトメータ１は、マイクロチップ２と対物レンズ１４との間の距離（図５中符号Ｄ参照）を変更する位置調整部をも備える。位置調整部は、マイクロチップ２を保持するチップローディングモジュール１１及び／又は対物レンズ１４の位置をレーザの光軸方向（Ｚ軸方向）に変更するものである。位置調整部は、例えば、チップローディングモジュール１１及び対物レンズ１４のどちらか一方又は双方に備えられたＺ軸ステッピングモータとできる。図１には、チップローディングモジュール１１にＺ軸ステッピングモータ１１３を設ける構成を示した。位置調整部は、チップローディングモジュール１１又は対物レンズ１４の位置を検知するためのホール素子等のセンサを備える。

（５）ストリーム検出ユニット
フローサイトメータ１は、流体ストリームＳを撮像するＣＣＤカメラ１６１を備える。また、フローサイトメータ１は、流体ストリームＳにレーザＬ_２を照射する流体ストリーム検出光光源１６２と、Ｚ軸モータ１６３と、を含んで構成されるストリーム検出ユニット１６を備える（図１参照）。

流体ストリーム検出光光源１６２は、偏向板１２，１２の対向方向（Ｘ軸方向）に平行にレーザＬ_２を出射するように構成されることが好ましい。また、ストリーム検出ユニット１６は、Ｚ軸モータ１６３によって、流体ストリームＳの射出方向（Ｙ軸方向）及びレーザＬ_２の方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されることが好ましい。図１中矢印ｆは、ストリーム検出ユニット１６の移動方向を示す。なお、ＣＣＤカメラ１６１は、ラインセンサ、単板のフォトダイオード等の光電変換素子などの撮像手段であってもよく、流体ストリーム検出光光源４２にはＬＥＤやＬＤなどのレーザ光源以外にも、例えばキセノンライトや白熱電球の光源を用いることも可能である。

フローサイトメータ１では、搭載されるマイクロチップ２の個体差によってオリフィス２１から射出される流体ストリームＳの軌道が異なり、マイクロチップ２の交換の度に流体ストリームＳの位置が図中Ｚ軸方向（及びＸ軸方向）に変化し得る。また、同一のマイクロチップ２であっても測定の都度に流体ストリームＳの位置が同様に変化する場合がある。ストリーム検出ユニット１６を、レーザＬ_２をＸ軸方向に出射し、Ｚ軸方向に移動可能に構成することで、流体ストリームＳのＺ軸方向における位置が変化した場合にも、その位置変化にレーザＬ_２を追随させることが可能となる。

（６）偏向板
図１中符号１２，１２は、オリフィス２１から射出される流体ストリームＳ（あるいは吐出される液滴）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１２，１２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。図１中、偏光板１２，１２の対向方向をＸ軸方向によって示す。

（７）コレクションチューブホルダー
フローサイトメータ１において、流体ストリームＳ（あるいはその液滴）は、偏向板１２，１２の対向方向（Ｘ軸方向）に一列に配設された複数のコレクションチューブ（回収容器）３のいずれかに受け入れられる。コレクションチューブ３は、研究用途に汎用のプラスチック製チューブあるいはガラス製チューブであってよい。コレクションチューブ３の数は特に限定されないが、ここでは５本設置する場合を図示した。オリフィス２１から発生する流体ストリームＳは、偏向板１２，１２との間の電気的な作用力の有無あるいはその大小によって、５本のコレクションチューブ３のいずれか一つに誘導され、回収される。コレクションチューブ３は、コレクションチューブホルダー１３に交換可能に設置される。

（８）制御部
フローサイトメータ１は、上述の構成に加え、通常のフローサイトメータが備える、細胞の光学特性判定のためのデータ解析部、サンプル液及びシース液を貯留するタンク部及びここまでに説明した各構成を制御するための制御部などを備える。

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と次に説明する位置制御の各ステップを実行するプログラムなどが格納されている。また、フローサイトメータ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．微小粒子分取装置の制御
（１）分析開始時における位置制御
図６に、チップローディングモジュール１１へのマイクロチップ２の搭載完了後、分析が開始されるまでのフローサイトメータ１における位置制御をフローチャートにより示す。制御ステップは、「チップ位置初期化ステップＳ_１」、「流体ストリーム発生ステップＳ_２」、「ストリーム検出ステップＳ_３」及び「チップ位置移動ステップＳ_４」の手順を含む。以下、各手順について説明する。

（１−１）チップ位置初期化ステップＳ_１
チップローディングモジュール１１へのマイクロチップ２の搭載完了後、ユーザにより分析の開始指示が入力されると、制御部は、位置調整部に信号を出力して、マイクロチップ２と対物レンズ１４との距離Ｄを初期値Ｄ_０に設定する（図７（Ａ）参照）。あるいは、制御部は、距離Ｄが初期値Ｄ_０となっていることを確認する。距離Ｄの初期値Ｄ_０への設定は、マイクロチップ２を保持するチップローディングモジュール１１及び／又は対物レンズ１４のどちらか少なくとも一方の位置を変更することにより行うことができるが、以下ではチップローディングモジュール１１の位置（マイクロチップ２の位置に同義）のみを変更する場合を例として説明する。チップローディングモジュール１１あるいは対物レンズ１４の位置は、位置調整部が備えるセンサによって検知され、制御部に出力されている。

（１−２）流体ストリーム発生ステップＳ_２
本ステップＳ_２では、送液コネクタ部１１４が、マイクロチップ２のサンプルインレット２３及びシースインレット２４へのサンプル液及びシース液の送液を開始し、オリフィス２１から流体ストリームＳが射出される。制御部は、送液コネクタ部１１４に信号を出力し、サンプル液及びシース液の送液を開始させる。また、制御部は、チップ加振部からのオリフィス２１への加振を開始させ、流体ストリームＳを液滴化させる。

この際、オリフィス２１から流体ストリームＳが出始めるときに、オリフィス２１に水滴Ｗができてしまう場合がある（図７（Ｂ）参照）。この水滴Ｗが飛散して対物レンズ１４に付着すると、対物レンズ１４が汚れてしまい、細胞の光学特性検出が不能となったり、検出精度が低下したりしてしまうおそれがある。また、対物レンズ１４周辺に配置される光照射検出部の構成部品に水滴Ｗが付着した場合にも同様の問題が生じ得る。このため、フローサイトメータ１においては、マイクロチップ２と対物レンズ１４との距離Ｄの初期値Ｄ_０を、飛散した液滴Ｗが対物レンズ１４及びその周辺に到達し得ないような十分な距離に設定している。初期値Ｄ_０は、分析対象とするサンプル液の種類、サンプル液及びシース液の送液圧、あるいはオリフィス２１の開口径ｌなどに応じて適宜設定することができる。

（１−３）ストリーム検出ステップＳ_３
本ステップＳ_３では、制御部は、ストリーム検出ユニット１６をＺ軸モータ１６３により駆動させてＺ軸方向に移動させながら（図１矢印ｆ参照）、ＣＣＤカメラ１６１によりオリフィス２１から射出される流体ストリームＳ（あるいは吐出される液滴）の撮像を行う。ストリーム検出ユニット１６の移動により、ＣＣＤカメラ１６１と流体ストリーム検出光光源１６２もＺ軸方向に移動され、流体ストリーム検出光光源１６２から出射されるレーザＬ_２がＺ軸方向に走査される。

ＣＣＤカメラ１６１により撮像された流体ストリームＳの画像は制御部に出力され、制御部は画像中の輝点を検出する。ストリーム検出ユニット１６をＺ軸方向に移動させ、レーザＬ_２を同方向に走査していくと、ある位置においてレーザＬ_２が流体ストリームＳを照射する。図１は、レーザＬ_２が流体ストリームＳの照射位置にある場合のストリーム検出ユニット１６の位置を示している。

レーザＬ_２が流体ストリームＳの照射位置にある場合、流体ストリームＳのレーザＬ_２照射箇所が、ＣＣＤカメラ１６１により撮像される流体ストリームＳの画像中において高輝度の画素（輝点）として検出される。一方、レーザＬ_２が流体ストリームＳの照射位置にない場合、流体ストリームＳにおいてレーザＬ_２によって照明される箇所は生じないため、ＣＣＤカメラ１６１により撮像される流体ストリームＳの画像中に輝点は検出されない。

すなわち、流体ストリームＳの画像中の輝点を検出することによって、オリフィス２１から射出される流体ストリームＳ（あるいは吐出される液滴）を検出でき、オリフィス２１において安定した流体ストリームＳが形成されていることを確認することができる。なお、流体ストリームＳが検出できない場合、制御部は、エラーを表す文字や画像、音などを出力デバイスから出力してユーザに提示するとともに、サンプル液及びシース液の送液を停止する。

（１−４）チップ位置移動ステップＳ_４
流体ストリームＳの画像中の輝点の検出により、オリフィス２１からの流体ストリームＳの射出が確認されると、制御部は、位置調整部に信号を出力して、マイクロチップ２と対物レンズ１４との距離Ｄを作動距離Ｄ_ｆ（Ｄ_ｆ＜Ｄ_０）に設定する（図７（Ｃ）参照）。本ステップＳ_４では、既に安定した流体ストリームＳが形成された状態となっているため、オリフィス２１に水滴Ｗは存在し得ない。

作動距離Ｄ_ｆは、対物レンズ１４によって集光されるレーザＬ_１がサンプル流路２２を通流する細胞Ｐにフォーカスされる距離である。図５は、マイクロチップ２と対物レンズ１４が作動距離Ｄ_ｆの位置にある場合を示している。

作動距離Ｄ_ｆは、対物レンズ１４のレンズ特性に応じて予め設定、記憶された値であってもよい。あるいは、作動距離Ｄ_ｆは、細胞Ｐに先立ってサンプル流路２２に送流される標準サンプル（キャリブレーションビーズ）からの測定対象光の検出強度が最大となるように都度最適化される値であってもよい。本ステップＳ_４の実行後、フローサイトメータ１は、細胞Ｐの分析を開始する。

以上のように、フローサイトメータ１は、オリフィス２１から安定した流体ストリームＳが射出されたことが検出されてから、マイクロチップ２と対物レンズ１４を両者間の距離が初期値Ｄ_０から作動距離Ｄ_ｆになるように移動させている。初期値Ｄ_０は作動距離Ｄ_ｆに対して十分に大きく設定されている。すなわち、フローサイトメータ１では、オリフィス２１から流体ストリームＳが安定して射出されまでは対物レンズ１４をマイクロチップ２から遠ざけておき、流体ストリームＳが出射された後に焦点位置まで近付けるようにしている。このため、フローサイトメータ１では、オリフィス２１から流体ストリームＳが出始めるときにオリフィス２１に水滴Ｗ（図７（Ｂ）参照）が生じたとしても、水滴Ｗが対物レンズ１４及びその周辺に付着したり、対物レンズ１４及びその周辺にまで飛散したりすることがない。

対物レンズ１４への水滴Ｗの付着を防止するため、初期値Ｄ_０は、作動距離Ｄ_ｆ対して十分に大きく設定することが好ましい。初期値Ｄ_０は、例えば１ｍｍ以上が好ましい。

（２）分析終了時における位置制御
図８に、分析完了後のフローサイトメータ１における位置制御ステップをフローチャートにより示す。制御ステップは、「チップ位置復帰ステップＳ_５」及び「流体ストリーム停止ステップＳ_６」の手順を含む。以下、各手順について説明する。

（２−１）チップ位置復帰ステップＳ_５
分析の終了時には、制御部は、位置調整部に信号を出力して、チップローディングモジュール１１を、マイクロチップ２との間の距離Ｄが作動距離Ｄ_ｆから初期値Ｄ_０となる位置に復帰させる（図７（Ａ）参照）。本ステップＳ_５では、オリフィス２１から安定した流体ストリームＳが射出された状態が維持されている

（２−２）流体ストリーム停止ステップＳ_６
対物レンズ１４の位置が、初期位置に復帰したことがセンサによって検知されると、制御部は、送液コネクタ部１１４によるサンプル液及びシース液の供給を停止し、オリフィス２１からの流体ストリームＳの射出（及び液滴の吐出）を停止させる。

オリフィス２１からの流体ストリームＳの射出を停止するときにも、オリフィス２１に水滴Ｗができることがある（図７（Ｂ）参照）。この水滴Ｗが飛散して対物レンズ１４に付着すると、対物レンズ１４が汚れてしまい、次回測定時に、細胞の光学特性検出が不能となったり、検出精度が低下したりしてしまうおそれがある。また、次回測定時までに、対物レンズ１４のクリーニングを行うことが必要となる。このため、フローサイトメータ１では、マイクロチップ２と対物レンズ１４との距離Ｄを、飛散した水滴Ｗが対物レンズ１４及びその周辺に到達し得ないような十分な距離Ｄ_０に変更した後に、流体ストリームＳの射出を停止するようにしている。本ステップＳ_６の実行後、フローサイトメータ１は、待機状態となり、必要に応じてマイクロチップ２の取り出しを促す文字や画像、音などを出力デバイスから出力し、ユーザに提示する。

オリフィス２１に生じた水滴Ｗが対物レンズ１４に付着しないようにするためには、対物レンズ１４に作動距離Ｄ_ｆ（ワーキングディスタンス）を大きくとれる大口径レンズを用いたり、マイクロチップ２と対物レンズ１４をゲルカップリングさせたりする方法も考えられる。しかし、大口径レンズを用いた場合には、装置が高価となり、大型化してしまう。また、ゲルカップリングはマイクロチップの交換（ディスポーザブルユース）を前提とするマイクロチップ型のフローサイトメータでは不向きである。

これに対して、フローサイトメータ１では、マイクロチップ２と対物レンズ１４との間の距離Ｄを変更可能とすることで、ワーキングディスタンスの小さい安価なレンズを採用した簡略な装置構成であっても、対物レンズ１４への水滴Ｗの付着を防止できる。そして、これにより、フローサイトメータ１では、メンテナンスフリーで高精度な分析が可能とされている。

オリフィス２１に生じた水滴Ｗが対物レンズ１４に付着しないようにするため、フローサイトメータ１は、上述の位置制御に加えて、あるいはこれに替えて、水滴阻止板１５（図５参照）を備えていてもよい。水滴阻止板１５は、マイクロチップ２と対物レンズ１４との間に配設され、オリフィス２１に生じた水滴Ｗが対物レンズ１４及びその周辺へ移動するのを防止する。水滴阻止板１５の形状は、オリフィス２１から対物レンズ１４への水滴Ｗの飛散を阻止できる限りにおいて特に限定されず、板状の部材でなくてもよい。水滴Ｗの対物レンズ１４及びその周辺への飛散を効果的に阻止するため、水滴阻止板１５は、サンプル液及びシース液の溶媒（通常は水）に対して吸収性を有する部材とすることが好ましい。吸収性部材としては、吸収紙や不織布などを用いることができ、これらはマイクロチップ２と対物レンズ１４との間に交換可能に配置してもよい。毛細管現象により水滴Ｗを吸い取ることが可能な吸収紙や不織布を用いることで、水滴Ｗを対物レンズ１４よりも水滴阻止板１５へ優先して移動させるようでできる。

水滴阻止板１５の好適な形状の一例を図９に示す。符号１５３は、水滴阻止板１５のマイクロチップ２に対向するチップ側面１５１に貼り付けられた不織布を示す。チップ側面１５１には、対物レンズ１４の方への飛散を阻止されて該面上に溜まった水滴Ｗが下方へ流れ出すＶ字溝１５４が形成されている。水滴阻止板１５はアースを行って帯電を防止することが好ましい。水滴阻止板１５が帯電すると、オリフィス２１から射出された流体ストリームＳの軌道に影響を与える可能性があるためである。

本技術に係る微小粒子分取装置の制御方法は以下のような構成をとることもできる。
（１）流体が通流される流路と、該流路の一端に流体ストリームを発生するオリフィスと、が形成されたマイクロチップと、前記流路の前記オリフィスの上流部位にレーザを集光照射する対物レンズと、の間の距離を変更する手順を含む、微小粒子分取装置の制御方法。
（２）前記流体ストリームを発生させる手順と、発生させた前記流体ストリームを検出する手順と、これらの手順の後に、前記マイクロチップと前記対物レンズの相対位置を変更し、前記対物レンズを前記マイクロチップに対する焦点位置に移動させる手順と、を含む上記（１）記載の微小粒子分取装置の制御方法。
（３）前記流体ストリームの発生前に、前記マイクロチップと前記対物レンズとの間の距離を、前記対物レンズの前記マイクロチップに対する作動距離よりも大きく維持する上記（１）又は（２）記載の微小粒子分取装置の制御方法。
（４）前記マイクロチップと前記対物レンズの相対位置を変更し、前記マイクロチップと前記対物レンズとの間の距離を前記作動距離よりも大きくなるように変更した後、前記オリフィスからの前記流体ストリームの射出を停止する手順を含む上記（２）又は（３）記載の微小粒子分取装置の制御方法。
（５）前記流体ストリームの画像中の輝点を画像認識によって検出することにより、前記流体ストリームの検出を行う上記（２）〜（４）のいずれかに記載の微小粒子分取装置の制御方法。

また、本技術に係る微小粒子分取装置は以下のような構成をとることもできる。
（１）流体が通流される流路と、該流路の一端に流体ストリームを発生するオリフィスと、が形成されたマイクロチップが搭載され、前記流路の前記オリフィスの上流部位にレーザを集光照射する対物レンズと、前記オリフィスから射出される前記流体ストリームを検出するストリーム検出部と、前記マイクロチップと前記対物レンズとの間の距離を変更する位置調整部と、を備える微小粒子分取装置。
（２）前記ストリーム検出部は、前記流体ストリームを撮像するカメラと、前記流体ストリームに光を照射する流体ストリーム検出光光源と、を含む上記（１）記載の微小粒子分取装置。
（３）前記カメラによって撮像された画像中の輝点を画像認識によって検出し、前記位置調整部に信号を出力して前記距離を調整する制御部を備える上記（２）記載の微小粒子分取装置。
（４）前記オリフィスと前記対物レンズとの間に、前記オリフィスから前記対物レンズの方への前記流体の移動を阻止する部材が配置されている上記（１）〜（３）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（５）前記部材は、前記流体に対して吸収性を有する上記（４）記載の微小粒子分取装置。

１：微小粒子分取装置（フローサイトメータ）、１１：チップローディングモジュール、１１１：ローディング部、１１２：チップ挿入口、１１３：Ｚ軸ステッピングモータ、１１４：送液コネクタ部、１１５：サンプルライン、１１６：シース・吸引ライン、１２：偏向板、１３：コレクションチューブホルダー、１４：対物レンズ、１５：水滴阻止板、２：マイクロチップ、２１：オリフィス、３：コレクションチューブ、１６：ストリーム検出ユニット、１６１：ＣＣＤカメラ、１６２：流体ストリーム検出光光源、１６３：Ｚ軸モータ、Ｌ_１，Ｌ_２：レーザ、Ｐ：細胞、Ｓ：流体ストリーム、Ｗ：水滴

Claims

流体が通流される流路と、該流路の一端に流体ストリームを発生するオリフィスと、が形成されたマイクロチップと、
前記流路の前記オリフィスの上流部位にレーザを集光照射する対物レンズと、
を有する微小粒子分取装置において、
前記流体ストリームの発生前に、前記マイクロチップと前記対物レンズとの間の距離を、前記対物レンズの前記マイクロチップに対する作動距離よりも大きく維持する手順と、
前記流体ストリームを発生させる手順と、
発生させた前記流体ストリームを検出する手順と、
これらの手順の後に、前記マイクロチップと前記対物レンズの相対位置を変更し、前記対物レンズを前記マイクロチップに対する焦点位置に移動させる手順と、
前記マイクロチップと前記対物レンズの相対位置を変更し、前記マイクロチップと前記対物レンズとの間の距離を前記作動距離よりも大きくなるように変更した後、前記オリフィスからの前記流体ストリームの射出を停止する手順を含む、
前記微小粒子分取装置の制御方法。
前記流体ストリームの画像中の輝点を画像認識によって検出することにより、前記流体ストリームの検出を行う請求項１に記載の微小粒子分取装置の制御方法。
流体が通流される流路と、該流路の一端に流体ストリームを発生するオリフィスと、が形成されたマイクロチップが搭載され、
前記流路の前記オリフィスの上流部位にレーザを集光照射する対物レンズと、
前記オリフィスから射出される前記流体ストリームを検出するストリーム検出部と、
前記マイクロチップと前記対物レンズとの間の距離を変更する位置調整部と、
を備え、
前記ストリーム検出部は、前記流体ストリームを撮像するカメラと、前記流体ストリームに光を照射する流体ストリーム検出光光源と、を含み、
前記オリフィスと前記対物レンズとの間に、前記オリフィスから前記対物レンズの方への前記流体の移動を阻止する部材が配置されている、
微小粒子分取装置。
前記カメラによって撮像された画像中の輝点を画像認識によって検出し、前記位置調整部に信号を出力して前記距離を調整する制御部を備える請求項３に記載の微小粒子分取装置。
前記部材は、前記流体に対して吸収性を有する請求項３又は４に記載の微小粒子分取装置。