JP7058448B2 - フローセル、フローチャンバ、粒子分別装置及び粒子分別装置用カートリッジ - Google Patents

フローセル、フローチャンバ、粒子分別装置及び粒子分別装置用カートリッジ Download PDF

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Description

本発明は、フローセル、フローチャンバ、粒子分別装置及び粒子分別装置用カートリッジに関する。
バイオテクノロジーの発展に伴い、医学や生物学をはじめ様々な分野で、生物学的粒子の一例である多数の細胞粒子に対して分別または分析などの処理を行う装置の需要が増大してきている。このような装置の一例として、特開２０１７－２０１２７８号公報（特許文献１）は、セルソータを開示している。具体的には、特許文献１に開示されたセルソータは、フローセルと、透明窓部材と、光学機構とを備えている。フローセルには、シース液で包囲されたサンプル液が流れる。透明窓部材は、フローセルが配置されている空間から、光学機構を流体的に隔離している。光学機構は、レーザ光を照射された細胞粒子から放射された光（蛍光または散乱光）を検出して細胞粒子の識別情報を検出する受光部を含んでいる。細胞粒子から放射される蛍光または散乱光は、透明窓部材を通して、受光部に入射される。
特許文献1：特開２０１７－２０１２７８号公報
しかし、特許文献１に開示されたセルソータでは、受光部で受光し得る光の角度が限定されてしまい、細胞粒子を特徴付ける識別情報を高感度で検出することが困難であった。本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、向上された感度で粒子を特徴付ける識別情報を検出するとともに、向上された分別精度で粒子を分別することを可能にするフローセル、フローチャンバ、粒子分別装置及び粒子分別装置用カートリッジを提供することである。
本発明のフローセルは、フローセル本体部を備える。フローセル本体部は、第１端部と、第１端部とは反対側の第２端部と、第１端部と第２端部との間に延在する外側面とを有している。フローセル本体部にはフローチャネルが設けられている。第２端部にはフローチャネルに連通するノズル受容部が設けられている。フローチャネルは第１端部からノズル受容部まで延在している。ノズル受容部はフローチャネルに向かうにつれて先細となっている。本発明のフローセルは、凸レンズを備える。凸レンズは、フローセル本体部の外側面のうち第２端部に近位する部分上に取り付けられている。ノズル受容部は、凸レンズの光軸に対して第２端部に近位する側に位置している。
本発明のフローチャンバは、本発明のフローセルと、フローセルに取り付けられたチャンバとを備える。チャンバの空洞はフローチャネルに連通している。
本発明の粒子分別装置は、本発明のフローチャンバと、凸レンズに光学的に結合している検出光学系とを備える。検出光学系は検出側レンズ光学系を含む。
本発明の粒子分別装置用カートリッジは、本発明のフローチャンバと、フローチャンバを収容するカートリッジ筐体と、凸レンズに面する透明窓部材と、本発明のフローセルから排出された液滴を回収するサンプル収集部材とを備える。
本発明のフローセル、フローチャンバ、粒子分別装置及び粒子分別装置用カートリッジは、向上された感度で粒子を特徴付ける識別情報を検出するとともに、向上された分別精度で粒子を分別することを可能にする。
実施の形態１の粒子分別装置の概略断面図である。 実施の形態１の粒子分別装置の概略部分拡大断面図である。 実施の形態１のフローセルの概略部分拡大断面図である。 実施の形態１のフローセルの図３に示される断面線ＩＶ－ＩＶにおける概略部分拡大断面図である。 実施の形態１の粒子分別装置の光学系を示す概略図である。 実施の形態１の粒子分別装置の光学系を示す概略部分拡大図である。 実施の形態１の粒子分別装置に含まれる検出光学系の概略部分拡大図である。 実施の形態１の粒子分別装置に含まれる検出光学系の概略部分拡大図である。 実施の形態１の粒子分別装置に含まれるソート部及びサンプル収集部の概略部分拡大図である。 実施の形態１の粒子分別方法のフローチャートを示す図である。 実施の形態１の粒子分別方法におけるフローチャネルを検出側レンズ光学系に対してアライメントするステップのフローチャートを示す図である。 実施の形態１の粒子分別方法における粒子を分別するステップのフローチャートを示す図である。 実施の形態２の粒子分別装置（粒子分別装置用カートリッジが筐体に装着されている）の概略断面図である。 実施の形態２の粒子分別装置（粒子分別装置用カートリッジが筐体から取り外されている）の概略断面図である。 実施の形態３の粒子分別装置の概略断面図である。 実施の形態３のフローセルの概略部分拡大断面図である。 実施例１の、ＦＩＴＣチャネルにおける蛍光データを示す図である。 実施例２の、ＰＥチャネルにおける蛍光データを示す図である。
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
（実施の形態１）
図１から図９を参照して、実施の形態１のフローセル９０、フローチャンバ４０及び粒子分別装置３０を説明する。粒子分別装置３０は、以下のようにして、サンプル液に含まれる粒子１４５（図３を参照）を分別する。サンプル液に含まれる粒子１４５に励起光１１１（図５及び図６を参照）を照射する。粒子１４５から放射された光１１７（例えば、蛍光または散乱光。図３から図５を参照）を検出することによって得られる粒子１４５の固有の識別情報に基づいて、フローセル９０から噴出される液滴１４４に選択的に電荷を与える。液滴１４４が落下する経路上に、直流電場を形成して、液滴１４４の進路を振り分ける。こうして、液滴１４４に含まれる粒子１４５は分別される。粒子１４５は、例えば、細胞粒子のような生体粒子である。
粒子分別装置３０は、フローチャンバ４０と、振動電極６０と、振動素子７４と、電荷供給部７６と、透明窓部材１２１と、検出光学系１２３と、ソート部１５０（偏向板１５１，１５２。図９を参照）と、収集部１５３（サンプル収集部材１５４，１５５、廃液回収部材１５６。図９を参照）と、アライメント部８０と、制御部１７０と、筐体３５とを主に備える。フローチャンバ４０は、フローセル９０と、チャンバ４１とを含む。
筐体３５は、隔壁３６を含む。隔壁３６は、筐体３５の内部空間を、第１空間３７と第２空間３８とに仕切る。第１空間３７は、隔壁３６によって、第２空間３８から流体的に隔離されている。第１空間３７は、筐体３５によって、外部空間から流体的に隔離されている。
第１空間３７には、フローチャンバ４０（フローセル９０、チャンバ４１）が収容されている。第１空間３７には、ソート部１５０（偏向板１５１，１５２）と、収集部１５３とが収容されている。本実施の形態では、第１空間３７は、閉鎖空間であり、第１空間３７内は気密状態に保たれている。第１空間３７の内部は、過酸化水素水の蒸気などによって滅菌処理され得る。液滴１４４が収集部１５３に衝突する等のために、ソート部１５０（偏向板１５１，１５２）及び収集部１５３が位置する第１空間３７の下方部分にエアロゾルが発生する。第１空間３７の下方部分は、エアロゾルで汚染される。第１空間３７を過酸化水素水の蒸気などによって滅菌処理することによって、エアロゾルによる第１空間３７の下方部分の汚染が確実に除去され得る。第１空間３７では無菌状態が確保されて、無菌環境下で、サンプル液に含まれる粒子１４５を分別することができる。
第２空間３８には、振動素子７４と、検出光学系１２３と、アライメント部８０と、制御部１７０とが収容されている。
チャンバ４１は、その内部に空洞４２が設けられている。チャンバ４１には、空洞４２に連通する第１入口４３及び第２入口４４が設けられている。第１入口４３には、サンプル液源部５０に接続されている第１導管５１が挿入される。サンプル液源部５０は、粒子１４５を含むサンプル液を貯蔵しており、第１空間３７内に配置されている。第１導管５１を通じて、サンプル液源部５０から、粒子１４５を含むサンプル液がチャンバ４１の空洞４２に供給される。
第２入口４４には、シース液源部５２に接続されている第２導管５３が挿入される。シース液源部５２は、シース液を貯蔵しており、筐体３５（第１空間３７）の外部に配置されている。第２導管５３は、筐体３５を貫通している。シース液源部５２は筐体３５（第１空間３７）の外部に配置されているため、シース液に菌が混入することがある。この菌を除去するために、第２導管５３内にフィルタ５４が設けられている。第２導管５３を通じて、シース液源部５２からシース液がチャンバ４１の空洞４２に供給される。シース液で満たされたチャンバ４１の空洞４２内にサンプル液を供給する。こうして、チャンバ４１の空洞４２内において、サンプル液がシース液で包囲されるシースフローが形成される。
フローセル９０は、チャンバ４１に取り付けられている。フローセル９０は、チャンバ４１に着脱可能に結合されてもよい。フローセル９０は、フローセル本体部９１を含む。フローセル本体部９１は、石英のような透明無機材料で形成されてもよいし、透明樹脂材料で形成されてもよい。
フローセル本体部９１は、第１端部９２ａと、第１端部９２ａとは反対側の第２端部９２ｂと、第１端部９２ａと第２端部９２ｂとの間に延在する外側面９２ｓとを有している。フローセル本体部９１の第１端部９２ａは、チャンバ４１に近位する端部である。フローセル本体部９１の第２端部９２ｂは、チャンバ４１に遠位する端部である。
フローセル本体部９１にはフローチャネル９５が設けられている。フローセル本体部９１の第２端部９２ｂには、フローチャネル９５に連通するノズル受容部９３が設けられている。フローチャネル９５は、第１端部９２ａからノズル受容部９３まで延在している。フローチャネル９５は、チャンバ４１の空洞４２に連通している。シース液で包囲されたサンプル液は、空洞４２からフローセル９０のフローチャネル９５に流れる。図３に示されるように、フローチャネル９５では、フローチャネル９５の中心軸に沿って、サンプル液に含まれる粒子１４５が一列に配列される。個々の粒子１４５は、例えば、一つ以上の種類の標識材料（例えば、蛍光色素）で標識されている。
図４に示されるように、フローセル９０では、第３の方向（ｙ方向）におけるフローチャネル９５の第１長さＬ1は、第２の方向（ｘ方向）におけるフローチャネル９５の第２長さＬ2よりも大きい。第２の方向（ｘ方向）は、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐが延在する方向である。第３の方向（ｙ方向）は、フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と第２の方向（ｘ方向）とに垂直である。そのため、粒子１４５から放射された光１１７のうちフローチャネル９５によってケラレる光の量が減少する。
フローセル９０は、凸レンズ１２０をさらに含む。図３に示されるように、凸レンズ１２０は、粒子１４５から放射された光１１７を屈折させて、光１１７の拡がり角を減少させる。そのため、凸レンズ１２０は、より広い角度範囲に放射された光１１７を検出光学系１２３に導くことができる。凸レンズ１２０は、石英のような透明無機材料で形成されてもよいし、透明樹脂材料で形成されてもよい。凸レンズ１２０は、フローセル本体部９１と同じ材料で形成されてもよいし、フローセル本体部９１とは異なる材料で形成されてもよい。
凸レンズ１２０は、フローセル本体部９１の外側面９２ｓのうち第２端部９２ｂに近位する部分（第１端部９２ａに遠位する部分）上に取り付けられている。そのため、ノズルチャネル１０６を凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができる。ジェットフロー１４０が液滴１４４に分離するブレイクオフポイントを凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができ、ブレイクオフポイントのより近くで、粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することができる。向上された分別精度で、粒子１４５は分別され得る。なお、本明細書において、第２端部９２ｂに近位する当該部分は、フローセル本体部９１の外側面９２ｓのうち、第１端部９２ａと第２端部９２ｂとの間の中間線に対して第２端部９２ｂ側の部分を意味する。
フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面において、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐとノズル受容部９３に近位するフローチャネル９５の端部９６との間の第１距離ｄ1（図３を参照）は、例えば、２．０ｍｍ以下である。第１距離ｄ1は、１．５ｍｍ以下であってもよく、１．０ｍｍ以下であってもよい。ノズルチャネル１０６は凸レンズ１２０の光軸１２０ｐの近くに配置され得る。ジェットフロー１４０が液滴１４４に分離するブレイクオフポイントを凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができ、ブレイクオフポイントのより近くで、粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することができる。向上された分別精度で、粒子１４５は分別され得る。
凸レンズ１２０は、フローセル本体部９１の外側面９２ｓに直接取り付けられている。そのため、凸レンズ１２０とフローチャネル９５の表面との間の距離が減少する。凸レンズ１２０は、より広い角度範囲に放射された光１１７を検出光学系１２３に導くことができる。向上された感度で粒子を特徴付ける識別情報が検出され得る。本明細書において、凸レンズ１２０がフローセル本体部９１の外側面９２ｓに直接取り付けられていることは、凸レンズ１２０とフローセル本体部９１との間に、透明窓部材１２１及びレンズのような他の光学部材が介在していないことを意味する。凸レンズ１２０は、例えば、フローセル本体部９１の外側面９２ｓに融着されている。凸レンズ１２０は、フローセル本体部９１と一体成形されてもよい。凸レンズ１２０は、例えば、透明接着剤を用いてフローセル本体部９１の外側面９２ｓに接着されてもよい。
凸レンズ１２０の開口数ＮＡは、例えば、０．８０以上である。凸レンズ１２０の開口数ＮＡは、０．９０以上であってもよく、１．００以上であってもよい。そのため、凸レンズ１２０は、より広い角度範囲に放射された光１１７を検出光学系１２３に導くことができる。向上された感度で粒子を特徴付ける識別情報が検出され得る。なお、本明細書では、凸レンズ１２０の開口数ＮＡは、フローセル本体部９１の屈折率ｎと、ｓｉｎθとの積で与えられる。第１角度θは、フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面において、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐと、凸レンズ１２０によって検出光学系１２３に導かれるフローセル本体部９１内の光１１７との間の最大角度である。言い換えると、第１角度θは、フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面において、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐと、凸レンズ１２０によって捕捉されるフローセル本体部９１内の光１１７との間の最大角度である。第１角度θは、ｓｉｎ-1（ＮＡ／ｎ）で与えられる。
凸レンズ１２０は、作動距離ＷＤ（図７を参照）を長くすることができる。作動距離ＷＤは、例えば、１０ｍｍ以上である。そのため、凸レンズ１２０と検出光学系１２３との間に透明窓部材１２１を配置しても、透明窓部材１２１が検出光学系１２３に機械的に干渉することなく、検出光学系１２３を粒子分別装置３０に容易に組み込むことができる。なお、作動距離ＷＤは、検出光学系１２３の光軸（凸レンズ１２０の光軸１２０ｐ）における、フローチャネル９５の表面と、検出側レンズ光学系１２４のうち最もフローセル９０の近くに配置されたレンズ１２４ａのフローセル９０に近位する側の表面との間の距離として定義される。
ノズル受容部９３は、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに対して第２端部９２ｂに近位する側に位置している。ノズル受容部９３はフローチャネル９５に向かうにつれて先細となっている。そのため、粒子１４５から放射された光１１７のうちノズル受容部９３のテーパ面９４（ノズル１００）によってケラレる光の量が減少する。向上された感度で粒子を特徴付ける識別情報が検出され得る。フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面において、ノズル受容部９３のテーパ面９４と光軸１２０ｐとの間の第２角度αは、３０°以上である。第２角度αは、３５°以上であってもよく、４０°以上であってもよい。第２角度αは、７０°以下であってもよく、６０°以下であってもよい。特定的には、フローセル９０は、光１１７がノズル受容部９３のテーパ面９４（ノズル１００）によってケラレないように構成されている。例えば、第２角度αは、第１角度θ以上である。そのため、向上された感度で粒子を特徴付ける識別情報が検出され得る。
凸レンズ１２０の光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）からの平面視において、ノズル受容部９３は、凸レンズ１２０の一部に重なっている。そのため、ノズルチャネル１０６を凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができる。ジェットフロー１４０が液滴１４４に分離するブレイクオフポイントを凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができ、ブレイクオフポイントのより近くで、粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することができる。向上された分別精度で粒子１４５は分別され得る。
図５に示されるように、光源部１１０から、フローチャネル９５において一列に配列された粒子１４５の各々に、励起光１１１が照射される。励起光１１１は、一つ以上の波長の光を含んでいる。本実施の形態では、励起光１１１は、複数の波長の光を含んでいる。図５及び図６に示されるように、光源部１１０は、例えば、レーザ部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ，１１０ｆ，１１０ｇを含む。レーザ部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ，１１０ｆ，１１０ｇが放射するレーザ光の波長は、互い異なっている。複数の波長の光を含む励起光１１１は、各粒子１４５の複数の識別情報を一度に得ることを可能にする。粒子１４５が効率的に分別され得る。
図５及び図６に示されるように、光源部１１０から放射された励起光１１１は、光路変換部１１２を介して、フローチャネル９５を流れる粒子１４５に照射される。光路変換部１１２は、例えば、反射ミラーである。粒子１４５から、光１１７が放射される。光源部１１０と光路変換部１１２とを含む入射光学系は、筐体３５に固定されている。
透明窓部材１２１は、隔壁３６の開口部３６ｂに気密に嵌め込まれており、筐体３５（隔壁３６）に固定されている。透明窓部材１２１は、凸レンズ１２０に面している。透明窓部材１２１は、凸レンズ１２０と検出光学系１２３との間に配置されている。透明窓部材１２１は、検出光学系１２３を第１空間３７から流体的に分離している。そのため、透明窓部材１２１は、液滴１４４が収集部１５３に衝突する等のために第１空間３７に発生するエアロゾルによって、検出光学系１２３が汚染されることが防止され得る。また、第１空間３７に滅菌用の気体を供給して第１空間３７を滅菌処理しても、滅菌用の気体が検出光学系１２３に接触することが防止される。このため、当該気体により検出光学系１２３がダメージを受けることが防止される。
検出光学系１２３は、凸レンズ１２０に光学的に結合されている。粒子１４５から放射された光１１７は、凸レンズ１２０及び透明窓部材１２１を通って、検出光学系１２３に入射する。検出光学系１２３は筐体３５（隔壁３６）に固定されてもよい。検出側レンズ光学系１２４は、透明窓部材１２１に対して凸レンズ１２０に遠位する側に配置されている。検出光学系１２３は、検出側レンズ光学系１２４を含む。検出側レンズ光学系１２４は、一つ以上のレンズによって構成されている。図７に示されるように、本実施の形態では、検出側レンズ光学系１２４は、複数のレンズ１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ，１２４ｅ，１２４ｆ，１２４ｇ，１２４ｈ，１２４ｉ，１２４ｊ，１２４ｋによって構成されている。検出側レンズ光学系１２４は、粒子１４５から放射された光１１７を、低い色収差及び低い像収差で、光ファイバアレイ１３０の入射面に結像させるように構成されている。
図１、図５及び図８に示されるように、検出光学系１２３は、光ファイバアレイ１３０と、光検出部１３２とをさらに含む。光ファイバアレイ１３０は、検出側レンズ光学系１２４と、光検出部１３２との間に配置されている。光ファイバアレイ１３０を構成する複数の光ファイバ１３０ｆは、複数のレーザ部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ，１１０ｆ，１１０ｇにそれぞれ対応するように、配置される。光ファイバアレイ１３０は、光１１７を光検出部１３２に伝送する。
光検出部１３２は、複数の光検出器１３２ｆを含む。複数の光検出器１３２ｆは、例えば、光電子増倍管である。検出光学系１２３は、波長分離部１３１（図示せず）をさらに含んでもよい。波長分離部１３１は、光ファイバアレイ１３０と光検出部１３２との間に配置されて、光１１７を分光する。波長分離部１３１は、波長フィルタ１３１ｆと、反射ミラー１３１ｇとを含む。
振動電極６０は、チャンバ４１の空洞４２からチャンバ４１の外部に延在する。振動電極６０は、振動電極部分６１と、導電部分６５とを含む。導電部分６５は、隔壁３６の開口部３６ａに挿入されている。導電部分６５は、隔壁３６の開口部３６ａを通って、第２空間３８から第１空間３７まで延在している。具体的には、導電部分６５は、絶縁スリーブ７０内に収容されている。絶縁スリーブ７０は、封止部材７２の孔に挿入されている。封止部材７２は、隔壁３６の開口部３６ａに挿入されている。封止部材７２は、例えば、ゴムシールのような弾性シールである。封止部材７２は、弾性変形し得る。
フローチャンバ４０は、振動電極部分６１を含む。振動電極部分６１は、チャンバ４１に設けられている。振動電極部分６１は、チャンバ４１の空洞４２からチャンバ４１の外部に延在する。振動電極部分６１は、隔壁３６に面するチャンバ４１の側面上に設けられている。振動電極部分６１は、第１フランジ部６２と、第１フランジ部６２から延在する第１軸部６３とを含む。第１フランジ部６２は、隔壁３６に面するチャンバ４１の側面上に設けられている。第１軸部６３は、チャンバ４１の当該側面からチャンバ４１の空洞４２まで延在している。第１軸部６３の端面６３ａは、チャンバ４１の空洞４２に露出している。第１軸部６３の端面６３ａは、チャンバ４１の空洞４２の表面４６に滑らかに連なっている。そのため、チャンバ４１の空洞４２内におけるシース液及びサンプル液の流れが振動電極部分６１の端面６３ａにより乱されることが防止され得る。振動電極部分６１は、複数の凸部６４を含む。複数の凸部６４は、第１フランジ部６２に設けられている。
導電部分６５は、第２フランジ部６６と、第２フランジ部６６から延在する第２軸部６７とを含む。第２フランジ部６６は、第１フランジ部６２に面している。導電部分６５には、複数の凹部６８が形成されている。複数の凹部６８は、第２フランジ部６６に形成されている。複数の凸部６４は複数の凹部６８に嵌合されて、振動電極部分６１は導電部分６５に電気的及び機械的に接続される。振動電極部分６１は、導電部分６５に対して安定的に位置決めされ得る。複数の凸部６４と複数の凹部６８とは、導電部分６５に対する振動電極部分６１の位置を規定する位置決め機構として機能する。位置決め機構としては、例えば、振動電極部分６１に複数の凹部６８を形成し、導電部分６５に複数の凸部６４を形成してもよい。振動電極部分６１と導電部分６５との間の電気的接続性を向上させるため、振動電極部分６１と導電部分６５との接続部に、金属層（例えば、ニッケルメッキ層）を形成してもよい。
図２に示されるように、振動電極部分６１は、導電部分６５に対して着脱可能に接続されている。そのため、フローチャンバ４０（またはチャンバ４１）は、筐体３５（隔壁３６）に対して着脱可能である。使用済みのフローチャンバ４０（またはチャンバ４１）を、放射線または熱を印加することによって滅菌処理を行ったフローチャンバ４０（またはチャンバ４１）に交換してもよい。無菌状態での粒子１４５の分別が、低コストで行われ得る。
振動素子７４は、振動電極６０に接続されている。具体的には、振動素子７４は、導電部分６５に結合されている。振動素子７４はリング状の形状を有しており、導電部分６５は振動素子７４の孔に挿入されている。振動素子７４から導電部分６５に印加された超音波振動は、振動電極部分６１に伝播し、さらにチャンバ４１の空洞４２内のシースフローとジェットフロー１４０とに伝わる。振動電極部分６１は、チャンバ４１の空洞４２内のシース液およびサンプル液とジェットフロー１４０とに、超音波振動を伝達する。振動素子７４は、例えば、ピエゾ圧電素子である。
導電部分６５は、電荷供給部７６に接続されている。電荷供給部７６は、導電部分６５に電荷を供給する。導電部分６５に供給された電荷は、振動電極部分６１を介してチャンバ４１の空洞４２内のシースフローとジェットフロー１４０とに供給される。振動電極部分６１は、チャンバ４１の空洞４２内のシース液およびサンプル液とジェットフロー１４０とに、電荷を供給する。この電荷は、粒子１４５を含む液滴１４４をソート部１５０で分別するために、液滴１４４に供給される。
振動電極６０は、チャンバ４１が配置された第１空間３７に電気配線のコネクタを露出させることなく、チャンバ４１の空洞４２内のシースフローとジェットフロー１４０とに、電荷及び超音波振動を供給することを可能にする。そのため、サンプル液のエアロゾルによる汚染を除去するために第１空間３７を滅菌用の気体を用いて滅菌処理するときに、振動電極部分６１の上記コネクタが滅菌用の気体によりダメージを受けることが防止され得る。第１空間３７が、殺菌用の気体を用いて、容易に滅菌処理され得る。
図１及び図３に示されるように、フローセル９０は、ノズル１００をさらに備える。ノズル１００は、フローセル本体部９１と同じ材料で形成されてもよいし、フローセル本体部９１と異なる材料で形成されてもよい。本実施の形態では、フローセル本体部９１は石英で形成されているのに対し、ノズル１００は金属材料で形成されている。ノズル１００を金属材料で構成することによって、ノズル１００のコストが減少され得る。
ノズル１００は、テーパ状の第３端部１０４を含む。ノズル１００の第３端部１０４には、フローチャネル９５に連通するノズルチャネル１０６が設けられている。第３端部１０４はテーパ状であるため、粒子１４５から放射された光１１７のうちノズル１００によってケラレる光の量が減少する。第３端部１０４はノズル受容部９３に収容されている。そのため、ノズルチャネル１０６を凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができる。ジェットフロー１４０が液滴１４４に分離するブレイクオフポイントを凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができ、ブレイクオフポイントのより近くで、粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することができる。向上された分別精度で、粒子１４５は分別され得る。第３端部１０４は凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに対して第２端部９２ｂに近位する側に位置している。
第３角度βは、第２角度αに等しい。第３角度βは、フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面における、ノズル１００のテーパ面１０１と光軸１２０ｐとの間の角度である。そのため、ノズル１００のテーパ面１０１は、ノズル受容部９３のテーパ面９４に面接触する。ノズル１００は、フローチャネル９５にセルフアライメントされて、ノズルチャネル１０６は、フローチャネル９５にアライメントされる。向上された分別精度で粒子１４５は分別され得る。
フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面において、第３角度βは、３０°以上である。第３角度βは、３５°以上であってもよく、４０°以上であってもよい。第３角度βは、７０°以下であってもよく、６０°以下であってもよい。特定的には、ノズル１００は、光１１７がノズル１００によってケラレないように構成されている。例えば、第３角度βは、第１角度θ以上である。そのため、向上された感度で粒子を特徴付ける識別情報が検出され得る。
ノズルチャネル１０６から、サンプル液がシース液で包囲されたジェットフロー１４０が噴出する。ジェットフロー１４０は、フローチャネル９５よりも小さな断面積を有するノズルチャネル１０６から噴出し、かつ、ジェットフロー１４０には、振動素子７４で発生した振動が伝達されている。そのため、ジェットフロー１４０の下端部であるブレイクオフポイントにおいて、ジェットフロー１４０が液滴１４４に分離する。
フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と凸レンズ１２０の光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面において、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐとフローチャネル９５に近位するノズルチャネル１０６の端部１０７との間の第２距離ｄ2（図３を参照）は、凸レンズ１２０の開口数（ＮＡ）と、凸レンズの倍率と、光ファイバアレイ１３０において互いに隣り合う２本の光ファイバ１３０ｆの間の中心間隔とによって決定される。第２距離ｄ2は、第１距離ｄ1に等しい、または、第１距離ｄ1よりも大きい。第２距離ｄ2は、例えば、２．０ｍｍ以下である。第２距離ｄ2は、１．５ｍｍ以下であってもよく、１．０ｍｍ以下であってもよい。ノズルチャネル１０６は凸レンズ１２０の光軸１２０ｐの近くに配置される。ジェットフロー１４０が液滴１４４に分離するブレイクオフポイントを凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができ、ブレイクオフポイントのより近くで、粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することができる。向上された分別精度で、粒子１４５は分別され得る。
ノズル１００には、フローチャネル９５及びノズルチャネル１０６に連通するテーパチャネル１０８が設けられてもよい。テーパチャネル１０８は、ノズルチャネル１０６に対してフローチャネル９５に近位する側に設けられており、かつ、ノズルチャネル１０６に接続されている。テーパチャネル１０８は、ノズルチャネル１０６に近づくにつれて先細となる形状を有している。テーパチャネル１０８の断面積は、ノズルチャネル１０６に近づくにつれて次第に減少している。そのため、フローチャネル９５から流れ出たシースフローがノズルチャネル１０６に流入する際に、シースフローに乱流が発生することが抑制される。シースフロー中のサンプル液の位置が乱れることが抑制され得る。そのため、向上された分別精度で粒子１４５が分別され得る。
フローチャネル９５に近位するテーパチャネル１０８の端部は、例えば、フローチャネル９５と同じ断面積を有している。ノズルチャネル１０６に近位するテーパチャネル１０８の端部は、例えば、ノズルチャネル１０６と同じ断面積を有している。ノズルチャネル１０６の断面積は、ノズルチャネル１０６が延在する方向（ｚ方向）に垂直な断面におけるノズルチャネル１０６の面積である。テーパチャネル１０８の断面積は、テーパチャネル１０８が延在する方向（ｚ方向）に垂直な断面におけるテーパチャネル１０８の面積である。
ノズル１００には、ノズルチャネル１０６に連通するノズル空洞部１０５が設けられている。ノズル空洞部１０５は、ノズルチャネル１０６及びフローチャネル９５よりも大きな断面積を有している。ノズル空洞部１０５の断面積は、ノズル空洞部１０５が延在する方向（ｚ方向）に垂直な断面におけるノズル空洞部１０５の面積である。ジェットフロー１４０は、ノズル空洞部１０５を通って、ノズル１００の外部に噴出する。ノズル１００は、フローセル本体部９１の第２端部９２ｂに接触するフランジ部１０３を含んでいる。
図９に示されるように、ソート部１５０は、一対の偏向板１５１，１５２を含む。偏向板１５１，１５２は基本的に同様の構成を備えている。偏向板１５１を代表例としてその構成を説明する。偏向板１５１には隔壁３６に向けて延びる延在部１５１ａが形成されている。コネクタ１６０は、隔壁３６の開口部３６ｃに気密に嵌合されている。コネクタ１６０には、開口部１６１が形成されている。延在部１５１ａは、開口部１６１に挿入される。偏向板１５１は、コネクタ１６０に着脱可能であってもよい。延在部１５１ａと開口部１６１の内壁との間に封止部材としてのＯリング１６２が配置されている。延在部１５１ａは、配線を介して制御部１７０に接続されている。
偏向板１５１，１５２の間に電圧を印加することで、偏向板１５１，１５２の間に電場が形成される。光検出部１３２によって検出された各粒子１４５の識別情報に応じた電荷が、振動電極部分６１から、チャンバ４１の空洞４２内のシースフロー及びジェットフロー１４０を介して液滴１４４に供給される。液滴１４４は、偏向板１５１，１５２の間の電場により力を受ける。液滴１４４に供給された電荷に応じて、液滴１４４の落下方向が変更される。
図９に示されるように、収集部１５３は、複数のサンプル収集部材１５４，１５５と、廃液回収部材１５６とを含む。サンプル収集部材１５４，１５５は、筐体３５（隔壁３６）に取り付けられている。サンプル収集部材１５４，１５５は、筐体３５（隔壁３６）に着脱可能に取り付けられてもよい。ソート部１５０において落下方向が変更された液滴１４４は、それぞれ、対応するサンプル収集部材１５４，１５５に捕集される。こうして、液滴１４４に含まれる粒子１４５を、その識別情報に応じて分別することができる。不要な液滴１４４は、廃液回収部材１５６に捕集される。
図１を参照して、アライメント部８０は、検出側レンズ光学系１２４に対してフローチャネル９５をアライメントするように構成されている。アライメント部８０は、例えば、三軸移動機構であり、フローチャネル９５を、第１の方向（ｚ方向）と第２の方向（ｘ方向）と第３の方向（ｙ方向）とに動かすように構成されている。アライメント部８０は、固定部７９を介して、隔壁３６に取り付けられている。アライメント部８０は、可動部材７８を介して、振動電極６０（導電部分６５）に連結されている。封止部材７２が弾性変形し得る範囲（例えば、±１．０ｍｍの弾性変形量）内で、振動電極６０（導電部分６５）は移動し得る。アライメント部８０は、可動部材７８及び振動電極６０を移動させて、フローチャンバ４０（チャンバ４１）を移動させる。
図１及び図５に示されるように、粒子分別装置３０は、撮像部１３７と、反射部材１３４とをさらに備える。反射部材１３４は、例えば、ハーフミラーである。反射部材１３４は、検出側レンズ光学系１２４と光ファイバアレイ１３０との間に配置される。反射部材１３４は、粒子１４５から放射される光１１７の少なくとも一部を、撮像部１３７に向けて反射する。フローチャネル９５の画像と、粒子１４５から放射される光１１７の画像とは、撮像部１３７によって取得される。撮像部１３７で取得されたこれら画像のデータは、制御部１７０に出力される。
撮像部１３７から出力される画像のデータに基づいて、制御部１７０はアライメント部８０を制御する。例えば、粒子１４５から放射される光１１７の強度が最大となるように、制御部１７０はアライメント部８０を制御する。アライメント部８０は、可動部材７８及び振動電極６０を介して、フローチャンバ４０を移動させる。こうして、フローチャネル９５は、入射光学系及び検出光学系１２３（検出側レンズ光学系１２４）に対してアライメントされる。フローチャンバ４０を粒子分別装置３０に装着するたびに、アライメント部８０を用いて、フローチャネル９５が、励起光１１１の光軸及び検出光学系１２３の光軸（凸レンズ１２０の光軸１２０ｐ）に対してアライメントされる。そのため、粒子分別装置３０の高い粒子検出感度が維持され得る。
粒子分別装置３０は、反射部材１３４を移動させる反射部材駆動部１３５をさらに備えてもよい。フローチャンバ４０を検出光学系１２３に対してアライメントする際には、反射部材駆動部１３５は、反射部材１３４を検出光学系１２３の光軸（凸レンズ１２０の光軸１２０ｐ）上に位置させる。粒子１４５から放射された光１１７を検出して各粒子１４５を特徴付ける固有の識別情報を検出する際には、反射部材駆動部１３５は、反射部材１３４を検出光学系１２３の光軸（凸レンズ１２０の光軸１２０ｐ）から退避させる。そのため、粒子１４５から放射された光１１７を検出して各粒子１４５を特徴付ける固有の識別情報を検出する際に、粒子１４５から放射された光１１７の一部が、反射部材１３４によって、光検出部１３２に到達しなくなることが防止される。粒子分別装置３０の粒子検出感度が低下することが防止される。
制御部１７０は、振動素子７４と、電荷供給部７６と、アライメント部８０と、光検出部１３２と、反射部材駆動部１３５と、撮像部１３７と、偏向板１５１，１５２とに電気的に接続されている。制御部１７０は、振動素子７４を制御して、振動素子７４から振動電極６０に印加される超音波振動のオン／オフ及び周波数などを制御するように構成されている。制御部１７０は、アライメント部８０を制御して、フローチャンバ４０の移動方向及び移動距離を制御するように構成されている。
制御部１７０は、電荷供給部７６を制御している。具体的には、制御部１７０は、光検出部１３２によって検出された各粒子１４５の識別情報を受信し、この識別情報に応じて、電荷供給部７６から振動電極６０に供給される電荷の極性及び量を制御するように構成されている。制御部１７０は、反射部材駆動部１３５を制御するように構成されている。制御部１７０は、撮像部１３７が取得したフローチャネル９５の画像のデータ及び粒子１４５から放射される光１１７の画像のデータを受信し、これら画像のデータに基づいてアライメント部８０を制御するように構成されている。制御部１７０は、偏向板１５１，１５２の間に印加される電場を制御するように構成されている。
図１０から図１２を参照して、粒子分別装置３０を用いた粒子分別方法を説明する。
図１０を参照して、本実施の形態の粒子分別方法は、フローチャンバ４０を筐体３５（隔壁３６）に装着すること（Ｓ１０）を備える。具体的には、フローチャンバ４０、第１導管５１及び第２導管５３に放射線または熱を印加することによって、フローチャンバ４０、第１導管５１及び第２導管５３を滅菌処理する。チャンバ４１の第１入口４３に第１導管５１を挿入し、チャンバ４１の第２入口４４に第２導管５３を挿入する。フローチャンバ４０を、筐体３５の隔壁３６に装着する。具体的には、振動電極部分６１を、筐体３５（隔壁３６）に固定された導電部分６５に装着する。振動電極部分６１の複数の凸部６４が、導電部分６５の複数の凹部６８に嵌合される。振動電極部分６１は、導電部分６５に対して位置決めされる。
図１０を参照して、本実施の形態の粒子分別方法は、フローチャネル９５を検出光学系１２３に対してアライメントすること（Ｓ２０）を備える。すなわち、アライメント部８０を用いて、フローチャンバ４０が検出光学系１２３に対してアライメントされる。
図１１を参照して、反射部材駆動部１３５を用いて、反射部材１３４を検出光学系１２３の光軸（凸レンズ１２０の光軸１２０ｐ）上に位置させる（Ｓ２１）。サンプル液及びシース液をチャンバ４１の空洞４２に供給する（Ｓ２２）。具体的には、シース液が、第２導管５３を通じて、シース液源部５２からがチャンバ４１の空洞４２に供給される。チャンバ４１の空洞４２は、シース液で満たされる。それから、サンプル液が、第１導管５１を通じて、サンプル液源部５０からチャンバ４１の空洞４２に供給される。チャンバ４１の空洞４２内において、サンプル液がシース液で包囲されたシースフローが形成される。シースフローは、チャンバ４１の空洞４２からフローセル９０のフローチャネル９５に流れる。フローチャネル９５では、フローチャネル９５の中心軸に沿って、サンプル液に含まれる粒子１４５が一列に配列される。個々の粒子１４５は、例えば、一つ以上の種類の標識材料（例えば、蛍光色素）で標識されている。
光源部１１０を用いて、励起光１１１を、フローチャネル９５において一列に配列された個々の粒子１４５に照射する（Ｓ２３）。粒子１４５は、光１１７を放射する。粒子１４５から放射された光１１７は、凸レンズ１２０、透明窓部材１２１及び検出側レンズ光学系１２４を通って、反射部材１３４に入射する。光１１７の少なくとも一部は反射部材１３４で反射されて、撮像部１３７に入射する。撮像部１３７を用いて、フローチャネル９５の画像と、粒子１４５から放射される光１１７の画像とを取得する（Ｓ２４）。撮像部１３７は、これら画像のデータを、制御部１７０に出力する。
撮像部１３７で取得された画像のデータに基づいて、フローチャンバ４０を検出光学系１２３に対してアライメントする（Ｓ２５）。撮像部１３７から出力される画像のデータに基づいて、制御部１７０はアライメント部８０を制御する。光源部１１０と光路変換部１１２とを含む入射光学系と、検出光学系１２３とは、筐体３５（隔壁３６）に固定されている。粒子１４５から放射される光１１７の強度が最大となるように、制御部１７０はアライメント部８０を制御する。アライメント部８０は、可動部材７８及び振動電極６０を介して、フローチャンバ４０を移動させる。こうして、フローチャネル９５は、入射光学系及び検出光学系１２３（検出側レンズ光学系１２４）に対してアライメントされる。それから、反射部材駆動部１３５を用いて、反射部材１３４を検出光学系１２３の光軸（凸レンズ１２０の光軸１２０ｐ）から退避させる（Ｓ２６）。
図１０を参照して、本実施の形態の粒子分別方法は、粒子１４５を分別することを備える（Ｓ３０）。図１２を参照して、具体的には、サンプル液及びシース液をチャンバ４１の空洞４２に供給する（Ｓ３１）。チャンバ４１の空洞４２内において、サンプル液がシース液で包囲されたシースフローが形成される。シースフローは、チャンバ４１の空洞４２からフローセル９０のフローチャネル９５に流れる。フローチャネル９５では、フローチャネル９５の中心軸に沿って、サンプル液に含まれる個々の粒子１４５が一列に配列される。個々の粒子１４５は、例えば、一つ以上の種類の標識材料（例えば、蛍光色素）で標識されている。
光源部１１０を用いて、励起光１１１を、フローチャネル９５において一列に配列された個々の粒子１４５に照射する（Ｓ３２）。粒子１４５は、光１１７を放射する。粒子１４５から放射された光１１７は、凸レンズ１２０、透明窓部材１２１及び検出側レンズ光学系１２４を通って、光ファイバアレイ１３０に入射する。粒子１４５から放射された光１１７は、光ファイバアレイ１３０の入射面に結像する。光ファイバアレイ１３０は、粒子１４５から放射された光１１７を光検出部１３２に伝送する。粒子１４５から放射された光１１７は、光検出部１３２で検出されて、各粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出する（Ｓ３３）。粒子１４５から放射された光１１７は、波長分離部１３１で分光されて、それから光検出部１３２で検出されてもよい。
光検出部１３２によって検出された各粒子１４５の識別情報に応じた電荷を液滴１４４に供給する（Ｓ３４）。具体的には、光検出部１３２によって検出された各粒子１４５の識別情報に応じた電荷が、振動電極部分６１から、チャンバ４１の空洞４２内のシースフロー及びジェットフロー１４０を介して液滴１４４に供給される。不要な液滴１４４には、電荷は供給されない。
各粒子１４５の識別情報に応じて、粒子１４５を分別する（Ｓ３５）。具体的には、偏向板１５１，１５２の間に電圧を印加して、偏向板１５１，１５２の間に電場を形成する。液滴１４４はこの電場により力を受ける。液滴１４４に供給された電荷に応じて、液滴１４４の落下方向が変更される。落下方向が変更された液滴１４４は、それぞれ、対応するサンプル収集部材１５４，１５５に捕集される。こうして、液滴１４４に含まれる粒子１４５を、粒子１４５の識別情報に応じて分別することができる。不要な液滴１４４は、廃液回収部材１５６に捕集される。
本実施の形態のフローセル９０、フローチャンバ４０及び粒子分別装置３０の効果を説明する。
本実施の形態のフローセル９０は、フローセル本体部９１を備える。フローセル本体部９１は、第１端部９２ａと、第１端部９２ａとは反対側の第２端部９２ｂと、第１端部９２ａと第２端部９２ｂとの間に延在する外側面９２ｓとを有している。フローセル本体部９１には、フローチャネル９５が設けられている。第２端部９２ｂには、フローチャネル９５に連通するノズル受容部９３が設けられている。フローチャネル９５は、第１端部９２ａからノズル受容部９３まで延在している。ノズル受容部９３は、フローチャネル９５に向かうにつれて先細となっている。フローセル９０は、凸レンズ１２０をさらに備える。凸レンズ１２０は、フローセル本体部９１の外側面９２ｓのうち第２端部９２ｂに近位する部分上に取り付けられている。ノズル受容部９３は、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに対して第２端部９２ｂに近位する側に位置している。
粒子１４５から放射された光１１７は、フローセル本体部９１の外側面９２ｓに取り付けられている凸レンズ１２０で屈折される。凸レンズ１２０は、光１１７の拡がり角を減少させる。凸レンズ１２０は、より広い角度範囲に放射された光１１７を検出光学系１２３に導くことができる。また、ノズル受容部９３はフローチャネル９５に向かうにつれて先細となっているため、粒子１４５から放射された光１１７のうちノズル１００によってケラレる光の量が減少する。フローセル９０は、より多くの光１１７によってフローチャネル９５を流れる各粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することを可能にする。そのため、フローセル９０は、向上された感度で各粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することを可能にする。
凸レンズ１２０は、フローセル本体部９１の外側面９２ｓのうち第２端部９２ｂに近位する部分上に取り付けられている。そのため、ノズルチャネル１０６を凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができる。ジェットフロー１４０が液滴１４４に分離するブレイクオフポイントを凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができ、ブレイクオフポイントのより近くで、粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することができる。フローセル９０は、向上された分別精度で粒子１４５を分別することを可能にする。
本実施の形態のフローセル９０では、第２角度αは、第１角度θ以上である。第１角度θは、ｓｉｎ-1（ＮＡ／ｎ）で与えられる。ＮＡは、凸レンズ１２０の開口数を表し、ｎはフローセル本体部９１の屈折率を表す。第２角度αは、フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と凸レンズ１２０の光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面における、ノズル受容部９３のテーパ面９４と凸レンズ１２０の光軸１２０ｐとの間の角度である。そのため、凸レンズ１２０によって検出光学系１２３に導かれるフローセル本体部９１内の光１１７が、ノズル受容部９３のテーパ面９４（ノズル１００）によってケラレることが防止され得る。フローセル９０は、向上された感度で粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することを可能にする。
本実施の形態のフローセル９０では、フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と凸レンズ１２０の光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面において、ノズル受容部９３のテーパ面９４と凸レンズ１２０の光軸１２０ｐとの間の角度は３０°以上である。粒子１４５から放射された光１１７のうちノズル受容部９３のテーパ面９４（ノズル１００）によってケラレる光の量が減少する。フローセル９０は、向上された感度で粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することを可能にする。
本実施の形態のフローセル９０では、フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と凸レンズ１２０の光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面において、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐとノズル受容部９３に近位するフローチャネル９５の端部９６との間の第１距離ｄ1は、２．０ｍｍ以下である。そのため、ノズルチャネル１０６は凸レンズ１２０の光軸１２０ｐの近くに配置され得る。ジェットフロー１４０が液滴１４４に分離するブレイクオフポイントを凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができ、ブレイクオフポイントのより近くで、粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することができる。向上された分別精度で、粒子１４５は分別され得る。
本実施の形態のフローセル９０では、第３の方向（ｙ方向）におけるフローチャネル９５の第１長さＬ1は、第２の方向（ｘ方向）におけるフローチャネル９５の第２長さＬ2よりも大きい。第２の方向（ｘ方向）は、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐが延在する方向である。第３の方向（ｙ方向）は、フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と第２の方向（ｘ方向）とに垂直である。そのため、粒子１４５から放射された光１１７のうちフローチャネル９５の表面でケラレる光の量が減少する。フローセル９０は、向上された感度で粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することを可能にする。
本実施の形態のフローセル９０は、ノズル１００をさらに備える。ノズル１００は、テーパ状の第３端部１０４を含む。第３端部１０４はノズル受容部９３に収容されている。ノズル１００にはフローチャネル９５に連通するノズルチャネル１０６が設けられている。ノズルチャネル１０６はフローチャネル９５よりも小さな断面積を有している。第３端部１０４は、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに対して第２端部９２ｂに近位する側に位置している。
第３端部１０４はテーパ状である。第３端部１０４は、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに対して第２端部９２ｂに近位する側に位置している。そのため、粒子１４５から放射された光１１７のうちノズル１００によってケラレる光の量が減少する。フローセル９０は、向上された感度で粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することを可能にする。
さらに、第３端部１０４はノズル受容部９３に収容されている。そのため、ノズルチャネル１０６を凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができる。ジェットフロー１４０が液滴１４４に分離するブレイクオフポイントを凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができ、ブレイクオフポイントのより近くで、粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することができる。フローセル９０は、向上された分別精度で粒子１４５を分別することを可能にする。
本実施の形態のフローセル９０では、第３角度βは、第２角度αに等しい。第２角度αは、フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と凸レンズ１２０の光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面における、ノズル受容部９３のテーパ面９４と凸レンズ１２０の光軸１２０ｐとの間の角度である。第３角度βは、当該断面における、ノズル１００のテーパ面１０１と凸レンズ１２０の光軸１２０ｐとの間の角度である。そのため、ノズル１００のテーパ面１０１は、ノズル受容部９３のテーパ面９４に面接触する。ノズル１００は、フローチャネル９５にセルフアライメントされて、ノズルチャネル１０６は、フローチャネル９５にアライメントされる。粒子１４５が向上された精度で分別され得る。
本実施の形態のフローセル９０では、フローチャネル９５が延在する第１の方向（ｚ方向）と凸レンズ１２０の光軸１２０ｐが延在する第２の方向（ｘ方向）とによって規定される断面において、凸レンズ１２０の光軸１２０ｐとフローチャネル９５に近位するノズルチャネル１０６の端部１０７との間の第２距離ｄ2は、２．０ｍｍ以下である。そのため、ノズルチャネル１０６は凸レンズ１２０の光軸１２０ｐの近くに配置される。ジェットフロー１４０が液滴１４４に分離するブレイクオフポイントを凸レンズ１２０の光軸１２０ｐに近づけることができ、ブレイクオフポイントのより近くで、粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することができる。向上された分別精度で、粒子１４５は分別され得る。
本実施の形態のフローチャンバ４０は、本実施の形態のフローセル９０と、フローセル９０に取り付けられたチャンバ４１とを備える。チャンバ４１の空洞４２はフローチャネル９５に連通している。フローチャンバ４０は、フローセル９０を備えているため、向上された感度で粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出するとともに、向上された分別精度で粒子１４５を分別することを可能にする。
本実施の形態の粒子分別装置３０は、本実施の形態のフローチャンバ４０と、凸レンズ１２０に光学的に結合されている検出光学系１２３とを備える。検出光学系１２３は、検出側レンズ光学系１２４を含む。本実施の形態の粒子分別装置３０は、フローセル９０を備えているため、向上された感度で粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出するとともに、向上された分別精度で粒子１４５を分別することができる。
本実施の形態の粒子分別装置３０は、検出側レンズ光学系１２４に対してフローチャネル９５をアライメントするアライメント部８０をさらに備える。アライメント部８０を用いて、フローチャネル９５は検出側レンズ光学系１２４に対してアライメントされるため、粒子分別装置３０は、向上された感度で粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することができる。
本実施の形態の粒子分別装置３０は、撮像部１３７と、制御部１７０とをさらに備える。撮像部１３７は、検出側レンズ光学系１２４に光学的に結合している。制御部１７０は、撮像部１３７からの出力に基づいてアライメント部８０を制御するように構成されている。そのため、粒子分別装置３０は、向上された感度で粒子１４５を特徴付ける識別情報を検出することができる。
本実施の形態の粒子分別装置３０は、筐体３５と、透明窓部材１２１とをさらに備える。筐体３５は、滅菌処理が可能な第１空間３７を含む。透明窓部材１２１は、筐体３５の開口部３６ｂに気密に嵌め込まれている。フローセル９０及びチャンバ４１が第１空間３７内に配置されている。透明窓部材１２１は、検出側レンズ光学系１２４を第１空間３７から流体的に分離している。検出側レンズ光学系１２４にダメージを与えることなく、第１空間３７が滅菌処理され得る。さらに、凸レンズ１２０は、作動距離ＷＤ（図７を参照）を長くすることができる。そのため、凸レンズ１２０と検出光学系１２３との間に透明窓部材１２１を配置しても、透明窓部材１２１が検出光学系１２３に機械的に干渉することなく、検出光学系１２３を粒子分別装置３０に容易に組み込むことができる。
（実施の形態２）
図１３及び図１４を参照して、実施の形態２の粒子分別装置３０ｂ及び粒子分別装置用カートリッジ１８０を説明する。本実施の形態の粒子分別装置３０ｂは、実施の形態１の粒子分別装置３０と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
本実施の形態では、筐体３５は、第１空間３７を含んでいない。隔壁３６は、第２空間３８と開放空間である外部空間とを仕切っている。粒子分別装置３０ｂは、粒子分別装置用カートリッジ１８０を備えている。粒子分別装置用カートリッジ１８０は、筐体３５に着脱可能である。粒子分別装置用カートリッジ１８０は、サンプル液に含まれる粒子１４５を分別し終えたら、使い捨てられる。そのため、クロスコンタミネーション及びキャリーオーバー無しに、サンプル液に含まれる粒子１４５が分別され得る。
粒子分別装置用カートリッジ１８０は、カートリッジ筐体１８１と、フローチャンバ４０と、透明窓部材１２１と、サンプル収集部材１５４，１５５とを主に備える。粒子分別装置用カートリッジ１８０は、廃液回収部材１５６をさらに備えてもよい。カートリッジ筐体１８１の内部空間である第１空間３７内に、フローチャンバ４０が収容されている。第１空間３７は、閉鎖空間であり、第１空間３７は気密状態に保たれている。第１空間３７は、放射線または熱を印加することによって滅菌されており、第１空間３７は無菌状態に保たれている。透明窓部材１２１は、カートリッジ筐体１８１の開口部１８１ｂに気密に嵌め込まれている。収集部１５３（サンプル収集部材１５４，１５５、廃液回収部材１５６）は、カートリッジ筐体１８１に取り付けられている。具体的には、収集部１５３（サンプル収集部材１５４，１５５、廃液回収部材１５６）は、カートリッジ筐体１８１の開口部１８１ｄに気密に嵌め込まれている。
粒子分別装置用カートリッジ１８０は、サンプル液源部５０と、第１導管５１とをさらに備えている。粒子分別装置用カートリッジ１８０は、シース液源部５２と、第２導管５３とをさらに備えてもよい。サンプル液源部５０と、第１導管５１と、シース液源部５２と、第２導管５３とは、第１空間３７内に収容されている。安全キャビネット等の無菌空間で、サンプル液源部５０と、第１導管５１と、シース液源部５２と、第２導管５３とは、第１空間３７内に組み込まれる。粒子分別装置用カートリッジ１８０は、振動電極部分６１をさらに備えてもよい。振動電極部分６１は、カートリッジ筐体１８１の開口部１８１ａに挿入されている。カートリッジ筐体１８１の開口部１８１ａは、振動電極部分６１とチャンバ４１とによって閉塞されている。粒子分別装置用カートリッジ１８０は、偏向板１５１，１５２をさらに備えてもよい。偏向板１５１，１５２の延在部１５１ａ，１５２ａは、カートリッジ筐体１８１の開口部１８１ｃに気密に嵌合されている。
本実施の形態の粒子分別装置３０ｂ及び粒子分別装置用カートリッジ１８０は、実施の形態１の粒子分別装置３０の効果に加えて、以下の効果を奏する。
本実施の形態の粒子分別装置用カートリッジ１８０は、フローチャンバ４０と、カートリッジ筐体１８１と、透明窓部材１２１と、サンプル収集部材１５４，１５５とを備える。カートリッジ筐体１８１は、フローチャンバ４０を収容している。透明窓部材１２１は、凸レンズ１２０に面しており、かつ、カートリッジ筐体１８１の開口部１８１ｂに気密に嵌め込まれている。サンプル収集部材１５４，１５５は、フローセル９０から排出された液滴１４４を回収し、かつ、カートリッジ筐体１８１に取り付けられている。粒子分別装置用カートリッジ１８０は、サンプル液に含まれる粒子１４５を分別し終えたら、使い捨てられる。本実施の形態の粒子分別装置３０ｂ及び粒子分別装置用カートリッジ１８０によれば、クロスコンタミネーション及びキャリーオーバー無しに、サンプル液に含まれる粒子１４５が分別され得る。
（実施の形態３）
図１５及び図１６を参照して、実施の形態３のフローセル９０、フローチャンバ４０及び粒子分別装置３０ｃを説明する。本実施の形態のフローセル９０、フローチャンバ４０及び粒子分別装置３０ｃは、実施の形態１のフローセル９０、フローチャンバ４０及び粒子分別装置３０と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
本実施の形態では、筐体３５は、第１空間３７を含んでいない。隔壁３６は、第２空間３８と開放空間である外部空間とを仕切っている。フローチャンバ４０は、外部空間に配置されている。ソート部１５０（例えば、偏向板１５１，１５２）及び収集部１５３（例えば、サンプル収集部材１５４，１５５、廃液回収部材１５６）は、外部空間に配置されている。図１５に示されるように、本実施の形態では、振動電極６０ｃは、振動電極部分６１（図１を参照）と導電部分６５（図１を参照）とが一体化されている。透明窓部材１２１は、省略されてもよい。
図１６に示されるように、ノズル１００は、フローセル本体部９１に着脱可能に結合されている。一例では、ノズル１００は、ネジ、ビスまたはピンのような固定部材１９０を用いて、フローセル本体部９１に着脱可能に取り付けられてもよい。別の例では、ノズル１００は、フローセル本体部９１に着脱可能に螺合されてもよい。
本実施の形態のフローセル９０、フローチャンバ４０及び粒子分別装置３０ｃは、実施の形態１のフローセル９０、フローチャンバ４０及び粒子分別装置３０の効果に加えて以下の効果を奏する。ノズルチャネル１０６は、フローチャネル９５よりも小さな断面積を有しているため、サンプル液に含まれる粒子１４５は、ノズルチャネル１０６において最も詰まりやすい。本実施の形態のフローセル９０では、ノズル１００は、フローセル本体部９１に着脱可能に結合されている。そのため、粒子１４５がノズルチャネル１０６に詰まった場合には、フローチャンバ４０全体を交換する必要はなく、ノズル１００を交換するだけでよい。たとえ、フローチャンバ４０が筐体３５から取り外すことができなくても、ノズル１００が低コストかつ容易に交換され得る。
（実施例）
図１７及び図１８を参照して、実施例を説明する。本実施例では、実施の形態１の粒子分別装置３０を用いて、粒子１４５を分別した。具体的には、フローセル本体部９１及び凸レンズ１２０は、石英で形成されている。凸レンズ１２０は、フローセル本体部９１の外側面９２ｓに融着されている。第１角度θは４３．３°であり、凸レンズ１２０は、１．００の開口数（ＮＡ）を有している。凸レンズ１２０の光軸１２０ｐとノズルチャネル１０６の端部１０７との間の第２距離ｄ2は、１．０ｍｍである。フローチャネル９５は、例えば、１６０μｍ（第１長さＬ1）×１５０μｍ（第２長さＬ2）の断面積を有している。ノズルチャネル１０６は、例えば、７０μｍ×７０μｍの断面積を有している。
本実施例に用いられた粒子１４５は、１０，０００個のビーズ（SPHEROTM Rainbow Calibration Particles RCP-30-5）である。ビーズは、互いに異なる波長の蛍光（光１１７）を放射する５種類の蛍光色素の少なくとも１つで標識されているビーズと、蛍光色素で標識されていないビーズとを含む。
実施例１では、フルオレッセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）チャネルにおける、１０，０００個のビーズの蛍光データを取得した。図１７に示される蛍光データの横軸は蛍光強度を表し、縦軸はビーズの個数を表す。実施例１の蛍光データから、粒子分別装置３０の検出感度の指標として、７５のＭＥＳＦが得られた。
実施例２では、フィコエリトリン（ＰＥ）チャネルにおける、１０，０００個のビーズの蛍光データを取得した。図１８に示される蛍光データの横軸は蛍光強度を表し、縦軸はビーズの個数を表す。実施例２の蛍光データから、粒子分別装置３０の検出感度の指標として、２８のＭＥＳＦが得られた。
ＭＥＳＦは、Molecular Equivalent of Soluble Fluorophoreの略語であり、本実施例では、ビーズ１個当たりの蛍光分子数を意味する。ＭＥＳＦが低いほど、粒子分別装置３０は、高い感度で、ビーズを特徴付ける識別情報を検出することができる。実施例１及び実施例２では、１００以下のＭＥＳＦを有する高感度の粒子分別装置３０が得られた。
今回開示された実施の形態１－３はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態１－３の少なくとも２つを組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１及び実施の形態２におけるノズル１００は、実施の形態３のノズル１００のように、フローセル本体部９１に着脱可能に結合されてもよい。実施の形態３の振動電極６０ｃは、実施の形態１の振動電極６０に置き換えられてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
３０，３０ｂ，３０ｃ 粒子分別装置、３５ 筐体、３６ 隔壁、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，１６１，１８１ａ，１８１ｂ，１８１ｃ，１８１ｄ 開口部、３７ 第１空間、３８ 第２空間、４０ フローチャンバ、４１ チャンバ、４２ 空洞、４３ 第１入口、４４ 第２入口、４６ 表面、５０ サンプル液源部、５１ 第１導管、５２ シース液源部、５３ 第２導管、５４ フィルタ、６０，６０ｃ 振動電極、６１ 振動電極部分、６２ 第１フランジ部、６３ 第１軸部、６３ａ 端面、６４ 凸部、６５ 導電部分、６６ 第２フランジ部、６７ 第２軸部、６８ 凹部、７０ 絶縁スリーブ、７２ 封止部材、７４ 振動素子、７６ 電荷供給部、７８ 可動部材、７９ 固定部、８０ アライメント部、９０ フローセル、９１ フローセル本体部、９２ａ 第１端部、９２ｂ 第２端部、９２ｓ 外側面、９３ ノズル受容部、９４ テーパ面、９５ フローチャネル、９６ 端部、１００ ノズル、１０１ テーパ面、１０３ フランジ部、１０４ 第３端部、１０５ ノズル空洞部、１０６ ノズルチャネル、１０７ 端部、１０８ テーパチャネル、１１０ 光源部、１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｅ，１１０ｆ，１１０ｇ レーザ部、１１１ 励起光、１１２ 光路変換部、１１７ 光、１２０ 凸レンズ、１２０ｐ 光軸、１２１ 透明窓部材、１２３ 検出光学系、１２４ 検出側レンズ光学系、１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ，１２４ｅ，１２４ｆ，１２４ｇ，１２４ｈ，１２４ｉ，１２４ｊ，１２４ｋ レンズ、１３０ 光ファイバアレイ、１３０ｆ 光ファイバ、１３１ 波長分離部、１３１ｆ 波長フィルタ、１３１ｇ 反射ミラー、１３２ 光検出部、１３２ｆ 光検出器、１３４ 反射部材、１３５ 反射部材駆動部、１３７ 撮像部、１４０ ジェットフロー、１４４ 液滴、１４５ 粒子、１５０ ソート部、１５１，１５２ 偏向板、１５１ａ，１５２ａ 延在部、１５３ 収集部、１５４，１５５ サンプル収集部材、１５６ 廃液回収部材、１６０ コネクタ、１６２ Ｏリング、１７０ 制御部、１８０ 粒子分別装置用カートリッジ、１８１ カートリッジ筐体、１９０ 固定部材、ＮＡ 開口数、ＷＤ 作動距離。

Claims (15)

  1. フローセル本体部を備え、前記フローセル本体部は、第１端部と、前記第１端部とは反対側の第２端部と、前記第１端部と前記第２端部との間に延在する外側面とを有しており、前記フローセル本体部にはフローチャネルが設けられており、前記第２端部には前記フローチャネルに連通するノズル受容部が設けられており、前記フローチャネルは前記第１端部から前記ノズル受容部まで延在しており、前記ノズル受容部は前記フローチャネルに向かうにつれて先細となっており、さらに、
    前記外側面のうち前記第２端部に近位する部分上に取り付けられている凸レンズを備え、前記ノズル受容部は、前記凸レンズの光軸に対して前記第２端部に近位する側に位置している、フローセル。
  2. 第２角度は、第１角度以上であり、
    前記第１角度は、ｓｉｎ-1（ＮＡ／ｎ）で与えられ、ＮＡは、前記凸レンズの開口数を表し、ｎは前記フローセル本体部の屈折率を表し、
    前記第２角度は、前記フローチャネルが延在する第１の方向と前記光軸が延在する第２の方向とによって規定される断面における、前記ノズル受容部のテーパ面と前記光軸との間の角度である、請求項１に記載のフローセル。
  3. 前記フローチャネルが延在する第１の方向と前記光軸が延在する第２の方向とによって規定される断面において、前記ノズル受容部のテーパ面と前記光軸との間の第２角度は３０°以上である、請求項１に記載のフローセル。
  4. 前記フローチャネルが延在する第１の方向と前記光軸が延在する第２の方向とによって規定される断面において、前記光軸と前記ノズル受容部に近位する前記フローチャネルの端部との間の第１距離は、２．０ｍｍ以下である、請求項１に記載のフローセル。
  5. 第３の方向における前記フローチャネルの第１長さは、第２の方向における前記フローチャネルの第２長さよりも大きく、
    前記第２の方向は、前記凸レンズの前記光軸が延在する方向であり、
    前記第３の方向は、前記フローチャネルが延在する第１の方向と前記第２の方向とに垂直である、請求項１に記載のフローセル。
  6. テーパ状の第３端部を含むノズルをさらに備え、
    前記第３端部は前記ノズル受容部に収容されており、前記ノズルには前記フローチャネルに連通するノズルチャネルが設けられており、前記ノズルチャネルは前記フローチャネルよりも小さな断面積を有しており、前記第３端部は前記凸レンズの前記光軸に対して前記第２端部に近位する側に位置している、請求項１に記載のフローセル。
  7. 第３角度は、第２角度に等しく、
    前記第２角度は、前記フローチャネルが延在する第１の方向と前記光軸が延在する第２の方向とによって規定される断面における、前記ノズル受容部のテーパ面と前記光軸との間の角度であり、
    前記第３角度は、前記断面における、前記ノズルの前記テーパ面と前記光軸との間の角度である、請求項６に記載のフローセル。
  8. 前記フローチャネルが延在する第１の方向と前記光軸が延在する第２の方向とによって規定される断面において、前記光軸と前記フローチャネルに近位する前記ノズルチャネルの端部との間の第２距離は、２．０ｍｍ以下である、請求項６に記載のフローセル。
  9. 前記ノズルは、前記フローセル本体部に着脱可能に結合されている、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のフローセル。
  10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の前記フローセルと、
    前記フローセルに取り付けられたチャンバとを備え、
    前記チャンバの空洞は前記フローチャネルに連通している、フローチャンバ。
  11. 請求項１０に記載の前記フローチャンバと、
    前記凸レンズに光学的に結合されている検出光学系とを備え、前記検出光学系は検出側レンズ光学系を含む、粒子分別装置。
  12. 前記検出側レンズ光学系に対して前記フローチャネルをアライメントするアライメント部をさらに備える、請求項１１に記載の粒子分別装置。
  13. 前記検出側レンズ光学系に光学的に結合する撮像部と、
    前記撮像部からの出力に基づいて前記アライメント部を制御するように構成されている制御部とをさらに備える、請求項１２に記載の粒子分別装置。
  14. 滅菌処理が可能な第１空間を含む筐体と、
    前記筐体の開口部に気密に嵌め込まれている透明窓部材とをさらに備え、
    前記フローセル及び前記チャンバが前記第１空間内に配置されており、
    前記透明窓部材は、前記検出側レンズ光学系を前記第１空間から流体的に分離している、請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の粒子分別装置。
  15. 請求項１０に記載の前記フローチャンバと、
    前記フローチャンバを収容するカートリッジ筐体と、
    前記凸レンズに面し、かつ、前記カートリッジ筐体の開口部に気密に嵌め込まれている透明窓部材と、
    前記フローセルから排出された液滴を回収し、かつ、前記カートリッジ筐体に取り付けられているサンプル収集部材とを備える、粒子分別装置用カートリッジ。
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