JP6186812B2 - 粒子分取装置及び粒子分取方法 - Google Patents
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Description
前記分取制御部は、例えば、前後の粒子の到達時間差を算出し、該到達時間差が閾値以下の粒子は、非回収と判断する。
前記速度検出用光は前記励起光と波長が異なるものでもよい。
その場合、前記到達時間算出部は、前記励起光に由来する散乱光と前記速度検出用光に由来する散乱光の検出時間差から各粒子の到達時間を算出することができる。
また、前記励起光照射部は、異なる波長の光を出射する2以上の光源を備えていてもよい。
前記分取部は、前記流路に連通する負圧吸引部を有していてもよい。
その場合、前記分取制御部は、前記光検出部で検出された各粒子のデータと、前記到達時間算出部で算出された到達時間に基づいて、前記負圧吸引部の動作を制御する。
また、前記分取制御部は、前記光検出部で検出された各粒子のデータと、前記到達時間算出部で算出された到達時間に基づいて、前記分取部に前記粒子を回収するタイミングを制御することもできる。
前記分取制御工程は、前後の粒子の到達時間差を算出し、該到達時間差が閾値以下の粒子は、非回収と判断してもよい。
また、前記速度検出用光として前記励起光とは波長が異なる光を用いることもできる。
その場合、前記到達時間算出工程において、前記励起光に由来する散乱光と前記速度検出用光に由来する散乱光の検出時間差から各粒子の到達時間を算出してもよい。
前記励起光照射工程は、2以上の光源からそれぞれ異なる波長の光を出射することもできる。
一方、前記分取部は前記流路に連通する負圧吸引部を有していてもよく、その場合、前記分取制御工程は、前記光検出工程で検出した各粒子のデータと、前記到達時間算出工程で算出した到達時間に基づいて、前記負圧吸引部の動作を制御する。
また、前記分取制御工程において、前記光検出工程で検出した各粒子のデータと、前記到達時間算出工程で算出した到達時間に基づいて、前記分取部に前記粒子を回収するタイミングを制御することもできる。
1.第1の実施の形態
(分取制御部を備える粒子分取装置の例)
2.第1の実施の形態の変形例
(モード切り替え機能を備える粒子分取装置の例)
先ず、本開示の第1の実施形態に係る粒子分取装置について説明する。図1は本開示の第1の実施形態の粒子分取装置の概略構成を示す図である。また、図2は光検出部7での検出データを示す図である。
図1に示すように、本実施形態の粒子分取装置1は、光学的手法などにより分析した結果に基づいて粒子10を分別して回収するものである。この粒子分取装置1は、例えば、流路1、分取部2、励起光照射部3、速度検出用光照射部4、光検出部7、到達時間算出部8及び分取制御部9などを備えている。
本実施形態の粒子分取装置1により分析され、分取される粒子10には、細胞、微生物及びリボゾームなどの生体関連粒子、又はラテックス粒子、ゲル粒子及び工業用粒子などの合成粒子などが広く含まれる。
流路1は、マイクロチップ内に形成されており、分取対象分取対象とする粒子10を含む液体(サンプル液)が導入される。ここで、流路1を備えるマイクロチップは、ガラスや各種プラスチック(PP、PC、COP、PDMSなど)により形成することができる。また、マイクロチップの材質は、励起光照射部3及び速度検出用光照射部4から照射される光に対して透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差が少ない材質とすることが望ましい。
分取部2は、回収対象の粒子10を分取するものであり、マイクロチップ内に形成されている。この分取部2は、流路13の下流側端部に連通し、吸引流路21及び負圧吸引部22などで構成されている。負圧吸引部22は、所定のタイミングで回収対象の微小粒子を吸引することができれば、その構成は特に限定されるものではないが、例えば、アクチュエータ(図示せず)などにより、負圧吸引部22の体積を任意のタイミングで拡張可能な構成とすることができる。
励起光照射部3には、レーザ光などの励起光を発生する光源31と、スポット形状を成形する光学系32、ミラー33などが設けられている。そして、例えばマイクロチップ内に形成された流路1内を通流する粒子10に励起光を照射する。なお、図1には光源31が1個の場合を例に示しているが、本開示はこれに限定されるものではなく、2以上の光源31が設けられていてもよく、その場合、各光源31から異なる波長の光を出射してもよい。
速度検出用光照射部4には、速度検出用光を発生する光源41と、スポット形状を成形する光学系42、ミラー43などが設けられている。そして、例えばマイクロチップ内に形成された流路1内を通流する粒子10に、前述した励起光とは異なる位置で速度検出用光を照射する。この速度検出用光は、励起光と同じ波長の光としてもよいが、装置構成の簡素化の観点から、励起光と波長が異なる光を用いることが好ましい。
光検出部7は、流路1を通流する粒子10から発生する光(散乱光・蛍光など)を検出するものであり、0次光除去部材71、ミラー72a〜72d、光検出器73a〜73dなどで構成されている。光検出器73a〜73dには、例えばPMT(Photo Multiplier Tube)や、CCDやCMOS素子などのエリア撮像素子を用いることができる。
励起光に由来する光と速度検出用光に由来する光の検出時間差から、各粒子10が流路に連通する分取部2に到達する時間を個別に算出する。到達時間の算出方法は、特に限定されるものではないが、例えば、図2に示すように、光検出部7で検出された励起光に由来する前方散乱光(Ch1のデータ)と、速度検出用光に由来する前方散乱光(Ch2のデータ)の検出時間差から各粒子10の到達時間を算出する。
分取制御部9は、粒子10の分取を制御するものであり、光検出部7で検出された各粒子10のデータと、到達時間算出部8で算出された到達時間に基づいて、粒子10を回収するか否かを判断する。この分取制御部9では、例えば、前後の粒子10の到達時間差を算出し、算出された到達時間差が予め設定された閾値以下の粒子は、「非回収」と判断する。これにより、粒子10が近接して通流している場合に、回収対象の粒子の前後の粒子を巻き込んで取得してしまうことを防止できる。
次に、本実施形態の粒子分取装置の動作について説明する。本実施形態の粒子分取装置により粒子を分取する際は、マイクロチップ内に設けられたサンプルインレットに、分取対象の粒子を含むサンプル液が、シースインレットにシース液が、それぞれ導入される。そして、流路1を通流する粒子10に励起光を照射すると共に、励起光とは異なる位置で粒子10に速度検出用光を照射する。このとき、図1に示すように、励起光及び速度検出用光が1つの集光レンズ5によって集光され、粒子10に照射されてもよいが、それぞれ別の集光レンズで集光されてもよい。
次に、本開示の第1の実施形態の変形例に係る粒子分取装置について説明する。本変形例の粒子分取装置では、回収するか否かを判断する際に、「純度」を優先するか、「取得率」を優先するかを、ユーザーが選択可能となっている。
イベント検出回路は、Ch1及びCh2の検出信号でトリガーをかけて各Chの波形を読み込み、図4Aに示す幅、高さ、面積を計算する。そして、励起光に由来する前方散乱光に関するCh1の検出データと、速度検出用光に由来する前方散乱光に関するCh2の検出データについては、波形中心の時間を計算し、検出時間とする。
到達時間計算回路は、Ch1及びCh2の検出時間(T1,T2)を使用して、上記数式1などから到達時間を算出し、それを、イベントパケットの”Sorting Time”とする。
ゲーティング回路は、予め設定した閾値に基づいて、粒子10の「取得/非取得」を判断し、イベントパケットの”Gate Flag”を設定する。例えば、ゲーティング取得動作開始前に、制御用コンピュータ上のGUIなどで、図5Aに示すヒストグラムチャートや、図5Bに示す2Dチャートなどをプロットし、取得する粒子の集団(目的とする特性を持つ粒子集団)を例えば幾何形状などで括り、指定する。
出力待ち行列回路は、各粒子10の検出データ(イベント)を、分取部到達時間(”Sorting Time”)に基づき、分取部到達順に並べ替える。その後、「純度優先」や「取得率優先」などのユーザーにより選択された分取モードに応じて、「取得/非取得」の判断を行う。そして、その結果に基づいて、”Sort Flag”を設定する。
出力タイミング生成回路は、出力待ち行列の最も先に取得するイベントの時刻(Sorting time)を読み出し、Clock Counter値と比較して、その時刻に出力タイミング信号を生成する。
出力信号生成回路は、出力タイミング信号を検知し、分取部2のアクチュエーションデバイスを制御する波形信号を出力する。
(1)
流路を通流する粒子に励起光を照射する励起光照射部と、
前記粒子に前記励起光とは異なる位置で速度検出用光を照射する速度検出用光照射部と、
前記粒子から発せられた光を検出する光検出部と、
前記励起光に由来する光と前記速度検出用光に由来する光の検出時間差から、各粒子が前記流路に連通する分取部に到達する時間を個別に算出する到達時間算出部と、
前記粒子の分取を制御する分取制御部と、を有し、
前記流路及び前記分取部はマイクロチップ内に設けられており、
前記分取制御部は、前記光検出部で検出された各粒子のデータと、前記到達時間算出部で算出された到達時間に基づいて、前記粒子を回収するか否かを判断する粒子分取装置。
(2)
前記分取制御部は、前後の粒子の到達時間差を算出し、該到達時間差が閾値以下の粒子は、非回収と判断する(2)に記載の粒子分取装置。
(3)
前記速度検出用光は前記励起光と波長が異なる(1)又は(2)に記載の粒子分取装置。
(4)
前記到達時間算出部は、前記励起光に由来する散乱光と前記速度検出用光に由来する散乱光の検出時間差から各粒子の到達時間を算出する(3)に記載の粒子分取装置。
(5)
前記励起光照射部は、異なる波長の光を出射する2以上の光源を備える(1)〜(4)のいずれかに記載の粒子分取装置。
(6)
前記分取部は、前記流路に連通する負圧吸引部を有する(1)〜(5)のいずれかに記載の粒子分取装置。
(7)
前記分取制御部は、前記光検出部で検出された各粒子のデータと、前記到達時間算出部で算出された到達時間に基づいて、前記負圧吸引部の動作を制御する(6)に記載の粒子分取装置。
(8)
前記分取制御部は、前記光検出部で検出された各粒子のデータと、前記到達時間算出部で算出された到達時間に基づいて、前記分取部に前記粒子を回収するタイミングを制御する(1)〜(7)のいずれかに記載の粒子分取装置。
(9)
マイクロチップ内に設けられた流路を通流する粒子に励起光を照射する励起光照射工程と、
前記粒子に前記励起光とは異なる位置で速度検出用光を照射する速度検出用光照射工程と、
前記粒子から発せられた光を検出する光検出工程と、
前記励起光に由来する光と前記速度検出用光に由来する光の検出時間差から、前記マイクロチップ内に設けられ前記流路に連通する分取部に、各粒子が到達する時間を、個別に算出する到達時間算出工程と、
前記光検出工程で検出した各粒子のデータと、前記到達時間算出工程で算出した到達時間に基づいて、前記粒子を回収するか否かを判断する分取制御工程と、
を有する粒子分取方法。
(10)
前記分取制御工程は、前後の粒子の到達時間差を算出し、該到達時間差が閾値以下の粒子は、非回収と判断する(9)に記載の粒子分取方法。
(11)
前記速度検出用光として前記励起光とは波長が異なる光を用いる(9)又は(10)に記載の粒子分取方法。
(12)
前記到達時間算出工程は、前記励起光に由来する散乱光と前記速度検出用光に由来する散乱光の検出時間差から各粒子の到達時間を算出する(11)に記載の粒子分取方法。
(13)
前記励起光照射工程は、2以上の光源からそれぞれ異なる波長の光を出射する(9)〜(12)のいずれかに記載の粒子分取方法。
(14)
前記分取部は前記流路に連通する負圧吸引部を有し、
前記分取制御工程は、前記光検出工程で検出した各粒子のデータと、前記到達時間算出工程で算出した到達時間に基づいて、前記負圧吸引部の動作を制御する(9)〜(13)のいずれかに記載の粒子分取方法。
(15)
前記分取制御工程は、前記光検出工程で検出した各粒子のデータと、前記到達時間算出工程で算出した到達時間に基づいて、前記分取部に前記粒子を回収するタイミングを制御する(9)〜(14)のいずれかに記載の粒子分取方法。
2 分取部
3 励起光照射部
4 速度検出用光照射部
5、6 対物レンズ
7 光検出部
8 到達時間算出部
9 分取制御部
10 粒子
21 吸引流路
22 負圧吸引部
31、41 光源
32、42 光学系
33、43、72a〜72d ミラー
71 0次光除去部材
73a〜73d 光検出器
Claims (13)
- 流路を通流する粒子に励起光を照射する励起光照射部と、
前記粒子に前記励起光とは異なる位置で速度検出用光を照射する速度検出用光照射部と、
前記粒子から発せられた光を検出する光検出部と、
前記励起光に由来する光と前記速度検出用光に由来する光の検出時間差から、各粒子が前記流路に連通する分取部に到達する時間を個別に算出する到達時間算出部と、
前記粒子の分取を制御する分取制御部と、を有し、
前記流路及び前記分取部はマイクロチップ内に設けられており、
前記分取制御部は、前記光検出部で検出された各粒子のデータと、前記到達時間算出部で算出された到達時間に基づいて、前記粒子を回収するか否かを判断し、かつ、前後の粒子の到達時間差を算出し、該到達時間差が閾値以下の粒子は、非回収と判断し、
前記分取制御部における前記粒子を回収するか否かの判断では、捕獲粒子の純度と取得粒子の取得率のいずれを優先するかを選択可能である粒子分取装置。 - 前記速度検出用光は前記励起光と波長が異なる請求項1に記載の粒子分取装置。
- 前記到達時間算出部は、前記励起光に由来する散乱光と前記速度検出用光に由来する散乱光の検出時間差から各粒子の到達時間を算出する請求項2に記載の粒子分取装置。
- 前記励起光照射部は、異なる波長の光を出射する2以上の光源を備える請求項1〜3のいずれか一項に記載の粒子分取装置。
- 前記分取部は、前記流路に連通する負圧吸引部を有する請求項1〜4のいずれか一項に記載の粒子分取装置。
- 前記分取制御部は、前記光検出部で検出された各粒子のデータと、前記到達時間算出部で算出された到達時間に基づいて、前記負圧吸引部の動作を制御する請求項5に記載の粒子分取装置。
- 前記分取制御部は、前記光検出部で検出された各粒子のデータと、前記到達時間算出部で算出された到達時間に基づいて、前記分取部に前記粒子を回収するタイミングを制御する請求項1〜6のいずれか一項に記載の粒子分取装置。
- マイクロチップ内に設けられた流路を通流する粒子に励起光を照射する励起光照射工程と、
前記粒子に前記励起光とは異なる位置で速度検出用光を照射する速度検出用光照射工程と、
前記粒子から発せられた光を検出する光検出工程と、
前記励起光に由来する光と前記速度検出用光に由来する光の検出時間差から、前記マイクロチップ内に設けられ前記流路に連通する分取部に、各粒子が到達する時間を、個別に算出する到達時間算出工程と、
前記光検出工程で検出した各粒子のデータと、前記到達時間算出工程で算出した到達時間に基づいて、前記粒子を回収するか否かを判断し、かつ、前後の粒子の到達時間差を算出し、該到達時間差が閾値以下の粒子は、非回収と判断する分取制御工程と、
を有し、
前記分取制御工程における前記粒子を回収するか否かの判断では、捕獲粒子の純度と取得粒子の取得率のいずれを優先するかを選択可能である粒子分取方法。 - 前記速度検出用光として前記励起光とは波長が異なる光を用いる請求項8に記載の粒子分取方法。
- 前記到達時間算出工程は、前記励起光に由来する散乱光と前記速度検出用光に由来する散乱光の検出時間差から各粒子の到達時間を算出する請求項9に記載の粒子分取方法。
- 前記励起光照射工程は、2以上の光源からそれぞれ異なる波長の光を出射する請求項8〜10のいずれか一項に記載の粒子分取方法。
- 前記分取部は前記流路に連通する負圧吸引部を有し、
前記分取制御工程は、前記光検出工程で検出した各粒子のデータと、前記到達時間算出工程で算出した到達時間に基づいて、前記負圧吸引部の動作を制御する請求項8〜11のいずれか一項に記載の粒子分取方法。 - 前記分取制御工程は、前記光検出工程で検出した各粒子のデータと、前記到達時間算出工程で算出した到達時間に基づいて、前記分取部に前記粒子を回収するタイミングを制御する請求項8〜12のいずれか一項に記載の粒子分取方法。
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