JP7247607B2 - Discharge device and discharge method - Google Patents
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Description
本発明は、吐出装置および吐出方法に関する。 The present invention relates to an ejection device and an ejection method.
細胞を使用して薬剤の薬効・毒性評価などを行う場合、細胞を取り巻く環境によって試薬に対する耐性に違いが現れることが知られている。したがって、評価試験に使用する細胞サンプルを複数作製する場合、各サンプルに含まれる細胞数をそろえることが非常に重要である。 It is known that when cells are used to evaluate the efficacy and toxicity of drugs, the resistance to reagents varies depending on the environment surrounding the cells. Therefore, when preparing multiple cell samples to be used in evaluation tests, it is very important to match the number of cells contained in each sample.
規定数の細胞を分注する方法としては、セルソーターを使用して、希薄な細胞懸濁液から細胞を1つずつ目視でカウントしながら測り取る方法や、細胞懸濁液から吐出される液滴を撮影した画像に基づいて液滴内の細胞数をカウントする方法(例えば、特許文献1)が知られている。 As a method for dispensing a specified number of cells, there is a method using a cell sorter to visually count and measure cells one by one from a dilute cell suspension, and a method for measuring droplets ejected from a cell suspension. A method of counting the number of cells in a droplet based on a photographed image is known (for example, Patent Document 1).
しかしながら、希薄な細胞懸濁液を用いる分注方法は、薬効・毒性評価を対象とした1000個以上の細胞を分注しようとすると、大量のサンプルを作製することに膨大な時間を要することに加え、作製されるサンプルにおいて、細胞に対する液の量が過剰になるという問題があった。また、撮影画像を使用する方法は、装置が大がかりになることに加え、複雑な画像解析が必要になるという問題があった。 However, the dispensing method using a dilute cell suspension requires an enormous amount of time to prepare a large amount of samples when attempting to dispense more than 1,000 cells for efficacy and toxicity evaluation. In addition, there is a problem that the sample to be prepared has an excessive amount of liquid with respect to the cells. In addition, the method using the photographed image has the problem that the apparatus becomes large-scaled and complicated image analysis is required.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、粒子を懸濁させるために必要となる液の量を少なくできるとともに、複雑な画像処理を行うことなく、吐出した液滴に含まれる粒子の数を算出できる吐出装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and can reduce the amount of liquid required to suspend particles, and can reduce the amount of particles contained in ejected droplets without performing complicated image processing. It is an object of the present invention to provide a discharge device capable of calculating the number.
上記の課題を解決するための手段としての本発明の吐出装置は、
光の照射を受けて発光を生ずる発光粒子を含む液滴を吐出する液滴吐出手段と、
液滴吐出手段が吐出した液滴に対して光を照射する光照射手段と、
液滴に含まれる発光粒子が、光照射手段が照射した光を受けて生ずる発光を検出する光検出手段と、
光検出手段が発光粒子において生じた発光を検出したか否かに応じて液滴に含まれる発光粒子の有無を判定し、発光粒子の有無に基づいて求めた、吐出した全液滴における発光粒子が含まれない液滴の割合から、全液滴における、一つの液滴に含まれる発光粒子の数の平均である平均粒子数を算出する平均粒子数算出手段と、を有し、前記平均粒子数が1以上2以下である。
The ejection device of the present invention as a means for solving the above problems is
droplet ejection means for ejecting droplets containing luminescent particles that emit light when irradiated with light;
a light irradiation means for irradiating the droplets discharged by the droplet discharge means with light;
a light detection means for detecting light emitted by the luminescent particles contained in the droplets upon receiving the light irradiated by the light irradiation means;
The presence or absence of the luminescent particles contained in the droplet is determined according to whether or not the light detection means detects the luminescence generated in the luminescent particles, and the luminescent particles in all the ejected droplets are obtained based on the presence or absence of the luminescent particles. and an average particle number calculation means for calculating an average number of particles, which is the average number of luminescent particles contained in one droplet in all droplets, from the ratio of droplets that do not contain The number is 1 or more and 2 or less .
上述したように、本発明によれば、粒子を懸濁させるために必要となる液の量を少なくできるとともに、複雑な画像処理を行うことなく、吐出した液滴に含まれる粒子の数を算出できる吐出装置が提供される。 As described above, according to the present invention, the amount of liquid required to suspend particles can be reduced, and the number of particles contained in an ejected droplet can be calculated without performing complicated image processing. A dispensing device is provided that can.
本発明の吐出装置は、光の照射を受けて発光を生ずる発光粒子を含む液滴を吐出する液滴吐出手段と、液滴吐出手段が吐出した液滴に対して光を照射する光照射手段と、液滴に含まれる発光粒子が、光照射手段が照射した光を受けて生ずる発光を検出する光検出手段と、光検出手段が発光粒子において生じた発光を検出したか否かに応じて液滴に含まれる発光粒子の有無を判定し、発光粒子の有無に基づいて求めた、吐出した全液滴における発光粒子が含まれない液滴の割合から、全液滴における、一つの液滴に含まれる発光粒子の数の平均である平均粒子数を算出する平均粒子数算出手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。 The ejection apparatus of the present invention includes droplet ejection means for ejecting droplets containing luminescent particles that emit light upon being irradiated with light, and light irradiation means for irradiating the droplets ejected by the droplet ejection means with light. a light detection means for detecting light emission generated by the light emitting particles contained in the droplet upon receiving the light irradiated by the light irradiation means; The presence or absence of luminescent particles contained in the droplets is determined, and from the ratio of droplets not containing luminescent particles to all ejected droplets obtained based on the presence or absence of luminescent particles, one droplet in all droplets is determined. average particle number calculation means for calculating an average number of luminescent particles contained in the light emitting particles, and further includes other means as necessary.
また、本発明の吐出方法は、光の照射を受けて発光を生ずる発光粒子を含む液滴を吐出する液滴吐出工程と、液滴吐出工程において吐出した液滴に対して光を照射する光照射工程と、液滴に含まれる発光粒子が、光照射手段が照射した光を受けて生ずる発光を検出する光検出工程と、光検出工程で発光粒子において生じた発光を検出したか否かに応じて液滴に含まれる発光粒子の有無を判定し、発光粒子の有無に基づいて求めた、吐出した全液滴における発光粒子が含まれない液滴の割合から、全液滴における、一つの液滴に含まれる発光粒子の数の平均である平均粒子数を算出する平均粒子数算出工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を有する。 Further, the ejection method of the present invention comprises a droplet ejection step of ejecting droplets containing luminescent particles that emit light upon being irradiated with light; a step of irradiating, a step of detecting light emitted from the luminescent particles contained in the droplet upon receiving the light emitted by the light irradiating means, and determining whether or not the light emitted from the luminescent particles is detected in the step of detecting light. The presence or absence of luminescent particles in the droplets is determined according to the presence of luminescent particles. an average particle number calculation step of calculating an average particle number, which is the average number of luminescent particles contained in the droplet, and further includes other steps as necessary.
本発明の吐出方法は、本発明の吐出装置により好適に行うことができる。また、液滴吐出工程は液滴吐出手段により好適に行うことができ、光照射工程は光照射手段により好適に行うことができ、光検出工程は光検出手段により好適に行うことができ、平均粒子数算出工程は平均粒子数算出手段により好適に行うことができる。 The ejection method of the present invention can be suitably performed by the ejection device of the present invention. Further, the droplet discharging step can be suitably performed by droplet discharging means, the light irradiation step can be suitably performed by light irradiation means, and the light detection step can be suitably performed by light detection means. The particle number calculation step can be suitably performed by an average particle number calculation means.
本発明は、従来の吐出装置では、サンプルの作製や粒子の計数に長い時間がかかるとともに、サンプル作製に多くの液が必要となる場合があるという知見に基づくものである。
画像解析を用いる従来の吐出装置においては、液滴の画像を撮影するカメラにより取得された画像に基づいて、液滴内の粒子数を液滴毎にカウントする。このため、従来の吐出装置では、撮影した画像のデータの取り込み及び解析に時間がかかることがある。さらに、従来の吐出装置では、液滴内に粒子が複数入る場合に粒子数を判定することが困難になるときがあるため、希薄な粒子懸濁液を使用する必要があり、多量の粒子が必要なサンプルを作製する際には長い時間がかかる。また、従来の吐出装置においては、希薄な粒子懸濁液を使用する必要があることに伴い、サンプル作製に多くの液が必要となるため、過剰な液の使用につながる場合がある。
The present invention is based on the knowledge that the conventional ejection device takes a long time to prepare a sample and count particles, and sometimes requires a large amount of liquid to prepare the sample.
In a conventional ejection device using image analysis, the number of particles in each droplet is counted based on an image obtained by a camera that captures an image of the droplet. Therefore, in the conventional ejection device, it may take time to acquire and analyze the data of the photographed image. Furthermore, with conventional ejection devices, it is sometimes difficult to determine the number of particles when there are multiple particles in a droplet, so it is necessary to use a dilute particle suspension, and a large amount of particles must be used. It takes a long time to prepare the required samples. In addition, in the conventional ejection device, a large amount of liquid is required for sample preparation due to the need to use a dilute particle suspension, which may lead to the use of excessive liquid.
一方、本発明の吐出装置は、光の照射を受けて発光を生ずる発光粒子を含む液滴を吐出する液滴吐出手段と、液滴吐出手段が吐出した液滴に対して光を照射する光照射手段と、液滴に含まれる発光粒子が、光照射手段が照射した光を受けて生ずる発光を検出する光検出手段と、光検出手段が発光粒子において生じた発光を検出したか否かに応じて液滴に含まれる発光粒子の有無を判定し、発光粒子の有無に基づいて求めた、吐出した全液滴における発光粒子が含まれない液滴の割合から、全液滴における、一つの液滴に含まれる発光粒子の数の平均である平均粒子数を算出する平均粒子数算出手段と、を有する。
これにより、本発明の吐出装置は、希薄なサンプルを作製する必要がないため、サンプル作製に必要な時間を短くすることができるとともに、サンプル作製に必要な液を少なくして、過剰な液の使用を抑制することができる。さらに、本発明の吐出装置においては、画像解析を用いる従来の吐出装置とは異なり、液滴の画像を撮影するカメラや複雑な画像処理を行う計算機を有することを必須としないため、装置自体を複雑な構成とすることなくコンパクトにできる。すなわち、本発明の吐出装置は、粒子を懸濁させるために必要となる液の量を少なくできるとともに、複雑な画像処理を行うことなく、吐出した液滴に含まれる粒子の数を算出できる。
On the other hand, the ejection apparatus of the present invention includes droplet ejection means for ejecting droplets containing luminescent particles that emit light when irradiated with light, and light for irradiating the droplets ejected by the droplet ejection means. irradiating means, light detecting means for detecting luminescence generated by the luminous particles contained in the droplet upon receiving the light irradiated by the light irradiating means, and determining whether or not the luminescence generated in the luminous particles is detected by the light detecting means. The presence or absence of luminescent particles in the droplets is determined according to the presence of luminescent particles. and average particle number calculation means for calculating an average particle number, which is the average number of luminescent particles contained in the droplet.
As a result, the ejection apparatus of the present invention does not require preparation of a dilute sample, so that the time required for sample preparation can be shortened. Use can be suppressed. Further, unlike the conventional ejection apparatus using image analysis, the ejection apparatus of the present invention does not necessarily have a camera for capturing images of droplets or a computer for performing complicated image processing. It can be made compact without a complicated configuration. That is, the ejecting apparatus of the present invention can reduce the amount of liquid required to suspend particles, and can calculate the number of particles contained in ejected droplets without performing complicated image processing.
ここで、本発明の一実施形態に係る吐出装置と、液滴を撮影した画像に基づいて液滴内の細胞数をカウントする技術などの画像解析を用いる従来の吐出装置との差異の一例を下記の表1に示す。 Here, an example of the difference between an ejection apparatus according to an embodiment of the present invention and a conventional ejection apparatus using image analysis such as a technique for counting the number of cells in a droplet based on an image of the droplet is shown. It is shown in Table 1 below.
以上説明したように、本発明の吐出装置は、従来の吐出装置における諸問題を解決し、本発明の目的を達成することができる。 As described above, the ejection device of the present invention can solve various problems in conventional ejection devices and achieve the object of the present invention.
以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。 The present invention will be described below with reference to embodiments, but the present invention is not limited to the embodiments described later. In addition, in each figure referred to below, the same reference numerals are used for common elements, and the description thereof will be omitted as appropriate.
図1は、本発明の実施形態である吐出装置100の構成を示す模式図である。本実施形態の吐出装置100は、発光粒子の懸濁液から規定数の粒子を容器60に分注するための装置であり、制御装置10と、液滴吐出手段20と、光照射手段30と、受光手段40とを含んで構成されている。ここでいう容器60とは、例えば、マイクロウェルプレートのウェルがこれに相当する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an
図12は、本発明の実施形態に係る吐出装置100の一例を示す模式図である。図12を用いて、吐出装置100について詳細に説明する。
図12において、10は制御装置であり、20は液滴吐出手段であり、21は液滴吐出手段20の液室であり、22は液滴吐出手段のノズルであり、30は光照射手段であり、40は受光手段であり、50は液滴吐出手段のノズル22より吐出された液滴である。また、図12において、70は光の照射を受けて発光を生ずる発光粒子であり、81はレーザー光を示す矢印であり、82は受光手段40への光を示す矢印であり、83は液滴の吐出方向を示す矢印である。なお、受光手段40は制御装置10に接続されている。
FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of the
12, 10 is a control device, 20 is droplet ejection means, 21 is a liquid chamber of the droplet ejection means 20, 22 is a nozzle of the droplet ejection means, and 30 is light irradiation means. 40 is a light receiving means, and 50 is a droplet ejected from the
図12に示すように、液滴吐出手段20は、液室21内に発光粒子70を懸濁した粒子懸濁液を収容し、液室21に配置された圧電素子の変形により、発光粒子70を含む球体、楕円体又はこれらが若干に変形した液滴50を、吐出方向を示す矢印83の向きに吐出することができる。
As shown in FIG. 12, the liquid droplet ejection means 20 accommodates a particle suspension in which
液滴吐出手段20は、発光粒子70を含む液滴50を吐出させる手段である。
液滴吐出手段20としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、圧電素子を用いた圧電加圧方式、ヒータを用いたサーマル方式、静電引力によって液を誘導する静電方式、圧電素子を用いたメンブレン振動方式等のインクジェットヘッド、セルソーターなどが挙げられる。これらの中でも、インクジェットヘッドとしては、メンブレン振動方式のインクジェットヘッドが好ましい。メンブレン振動方式のインクジェットヘッドは、振動による慣性力で液滴を吐出する方式であり、インクジェットヘッドの上部を大気解放することが可能であるため、特に粒子が細胞である場合、細胞に対する熱、電場、圧力などのダメージを低減できる。
メンブレン振動方式のインクジェットヘッドに用いる圧電素子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いた素子が好ましい。
The droplet ejection means 20 is means for ejecting
The droplet ejection means 20 is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Inkjet heads, cell sorters, and the like, such as electrostatic type ink jet heads, membrane vibration type ink jet heads using piezoelectric elements, and the like. Among these, the inkjet head of the membrane vibration type is preferable as the inkjet head. Membrane vibrating inkjet heads eject droplets using the inertial force of vibration. , damage such as pressure can be reduced.
The piezoelectric element used in the membrane vibration type inkjet head is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, an element using lead zirconate titanate (PZT) is preferable.
液室21は、発光粒子70を懸濁した粒子懸濁液を保持する液体保持部であり、下面側には貫通孔であるノズル22が形成されている。液室21は、例えば、金属やシリコン、セラミック等から形成することができる。制御装置10は、液滴吐出手段20の圧電素子と電気的に接続されており、圧電素子に駆動電圧を印加し、圧電素子を変形させることにより、発光粒子70を含む液滴50を吐出方向を示す矢印83の向きに吐出させる。
発光粒子70の一例としては、照明光を受光して蛍光を発光することが可能な粒子(以下、「蛍光粒子」とも称することがある)などが挙げられる。蛍光粒子としては、例えば、蛍光色素によって染色された無機粒子、蛍光色素によって染色された有機ポリマー粒子、蛍光色素によって染色された細胞、蛍光タンパク質などが挙げられる。また、蛍光に基づく発光ではなく、ラマン散乱光に基づく発光をする粒子を用いることもできる。
The
Examples of the
蛍光色素により染色された有機ポリマー粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、SPHERO Fluorescent NileRed particles(ベイバイオサイエンス株式会社製、1%(w/v)、直径10μm~14μm)などが挙げられる。 The organic polymer particles dyed with a fluorescent dye are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. 10 μm to 14 μm in diameter).
蛍光色素によって染色された細胞における細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、真核細胞、原核細胞、多細胞生物細胞、単細胞生物細胞を問わず、すべての細胞について使用することができる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 Cells in cells stained with a fluorescent dye are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. cells. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
真核細胞としては、特に制限はなく、目的応じて適宜選択することができ、例えば、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、真菌、藻類、原生動物などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、動物細胞、真菌が好ましい。 Eukaryotic cells are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include animal cells, insect cells, plant cells, fungi, algae, and protozoa. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among these, animal cells and fungi are preferred.
接着性細胞としては、組織や器官から直接採取した初代細胞でもよく、組織や器官から直接採取した初代細胞を何代か継代させたものでもよく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、分化した細胞、未分化の細胞などが挙げられる。 Adhesive cells may be primary cells directly collected from a tissue or organ, or primary cells directly collected from a tissue or organ that have been subcultured for several generations. Examples include differentiated cells and undifferentiated cells.
分化した細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、肝臓の実質細胞である肝細胞;星細胞;クッパー細胞;血管内皮細胞;類道内皮細胞、角膜内皮細胞等の内皮細胞;繊維芽細胞;骨芽細胞;砕骨細胞;歯根膜由来細胞;表皮角化細胞等の表皮細胞;気管上皮細胞;消化管上皮細胞;子宮頸部上皮細胞;角膜上皮細胞等の上皮細胞;乳腺細胞;ペリサイト;平滑筋細胞、心筋細胞等の筋細胞;腎細胞;膵ランゲルハンス島細胞;末梢神経細胞、視神経細胞等の神経細胞;軟骨細胞;骨細胞などが挙げられる。 Differentiated cells are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, hepatocytes, which are parenchymal cells of the liver; Endothelial cells such as cells; fibroblasts; osteoblasts; osteoclasts; periodontal ligament-derived cells; epidermal cells such as epidermal keratinocytes; Epithelial cells such as epithelial cells; breast cells; pericytes; muscle cells such as smooth muscle cells and myocardial cells; renal cells; .
未分化の細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、未分化細胞である胚性幹細胞、多分化能を有する間葉系幹細胞等の多能性幹細胞;単分化能を有する血管内皮前駆細胞等の単能性幹細胞;iPS細胞などが挙げられる。 The undifferentiated cells are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Unipotent stem cells such as vascular endothelial progenitor cells having unipotency; iPS cells and the like.
真菌としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カビ、酵母菌などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、細胞周期を調節することができ、1倍体を使用することができる点から、酵母菌が好ましい。細胞周期とは、細胞が増えるとき、細胞分裂が生じ、細胞分裂で生じた細胞(娘細胞)が再び細胞分裂を行う細胞(母細胞)となって新しい娘細胞を生み出す過程を意味する。 The fungus is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include molds, yeasts, and the like. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among these, yeast is preferable because it can regulate the cell cycle and can use a haploid. The cell cycle means a process in which cell division occurs when cells multiply, and cells (daughter cells) produced by cell division become cells (mother cells) that undergo cell division again to produce new daughter cells.
酵母菌としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、細胞周期をG1期に制御するフェロモン(性ホルモン)の感受性が増加したBar-1欠損酵母が好ましい。酵母菌がBar-1欠損酵母であると、細胞周期が制御できていない酵母菌の存在比率を低くすることができるため、容器内に収容された細胞の特定の核酸の数の増加等を防ぐことができる。 The yeast is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, Bar-1-deficient yeast with increased sensitivity to pheromones (sex hormones) that regulate the cell cycle to the G1 phase is preferred. When the yeast is Bar-1-deficient yeast, the abundance of yeast whose cell cycle cannot be controlled can be reduced, so an increase in the number of specific nucleic acids in the cells housed in the container can be prevented. be able to.
原核細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、真正細菌、古細菌などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 Prokaryotic cells are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include eubacteria and archaea. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
蛍光タンパク質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、緑色蛍光タンパク質(GFP:Green Fluorescent Protein)、赤色蛍光タンパク質(RFP:Red Fluorescent Protein)、黄色蛍光タンパク質(YFP:Yellow Fluorescent Protein)などが挙げられる。染色細胞における蛍光色素としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、セルトラッカーオレンジ、セルトラッカーレッドなどが挙げられる。 The fluorescent protein is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, green fluorescent protein (GFP), red fluorescent protein (RFP), yellow fluorescent protein (YFP : Yellow Fluorescent Protein) and the like. The fluorescent dye in the stained cells is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include Cell Tracker Orange and Cell Tracker Red.
なお、粒子が凝集する場合、液滴吐出手段20の液室21に充填する発光粒子70などの粒子を含む懸濁液の粒子の濃度を調整することにより、懸濁液中の粒子の濃度と、懸濁液中の粒子の個数とがポアソン分布に従う理論から、懸濁液中の粒子の個数を調整することができる。懸濁液の液成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イオン交換水などが挙げられる。
液滴の直径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、25μm以上150μm以下が好ましい。液滴の直径が25μm以上であると、液滴の径が小さくなく、内包する粒子の直径が小さいものだけになりにくく、適用できる粒子の種類が少なくなりにくい。150μm以下であると、液滴としては問題なく、液滴を吐出するためには、インクジェットヘッドの穴径を大きくする必要もなく、液滴の吐出が不安定となりにくい。また、液滴の直径をRとし、粒子の直径をrとすると、R>3rであることが好ましい。R>3rであると、粒子の直径が液滴の直径に対して大きくないため、液滴の縁の影響を受けにくく、粒子の計数精度が低下しにくい。
When the particles aggregate, the concentration of the particles in the suspension and the concentration of the particles in the suspension may be adjusted by adjusting the concentration of the particles in the suspension containing the particles such as the
The diameter of the droplet is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose, but is preferably 25 μm or more and 150 μm or less. When the diameter of the droplet is 25 μm or more, the diameter of the droplet is not small, and it is difficult for the particles contained therein to have a small diameter. If the diameter is 150 μm or less, there is no problem as a droplet, and there is no need to increase the hole diameter of the inkjet head to eject the droplet, and the ejection of the droplet is less likely to be unstable. Further, it is preferable that R>3r, where R is the diameter of the droplet and r is the diameter of the particle. When R>3r, the diameter of the particles is not large relative to the diameter of the droplet, so that the edge of the droplet is less likely to affect the particle counting accuracy.
光照射手段30は、液滴吐出手段20から吐出された液滴50に光を照射する手段である。光照射手段30は、制御装置10から同期信号を入力される。同期信号を入力された光照射手段30は、液滴吐出手段20による液滴50の吐出タイミングに合わせて、照明光となるレーザー光81を液滴50に照射する。
The light irradiation means 30 is means for irradiating the
光照射手段30としては、液滴吐出手段20による液滴50の吐出に同期して光を照射できるものが好ましい。これにより、液滴吐出手段20から吐出された液滴50に、光をより確実に照射することができる。ここで、同期するとは、液滴50が吐出されて所定位置に達したときに光照射手段30がレーザー光81を照射することを意味する。つまり、光照射手段30は、液滴吐出手段20による液滴50の吐出に対して、所定時間だけ遅延して光を照射する。
As the light irradiating means 30 , it is preferable to irradiate light in synchronization with ejection of the
光照射手段30としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、固体レーザー、半導体レーザー、色素レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、例えば、YAGレーザー、ルビーレーザー、ガラスレーザーなどが挙げられる。YAGレーザーの市販品としては、例えば、Explorer ONE-532-200-KE(スペクトラ・フィジックス株式会社製、SHGにより出力波長は532nm)などが挙げられる。これらの中でも、パルス発振によりパルス光を照射できることが好ましい。 The light irradiation means 30 is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include solid lasers, semiconductor lasers, dye lasers, and the like. Examples of solid-state lasers include YAG lasers, ruby lasers, and glass lasers. Commercially available YAG lasers include, for example, Explorer ONE-532-200-KE (manufactured by Spectra Physics, Inc., output wavelength is 532 nm by SHG). Among these, it is preferable to be able to irradiate pulse light by pulse oscillation.
パルス光のパルス幅としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10μs以下が好ましく、1μs以下がより好ましい。
単位パルスあたりのエネルギーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、集光の有無等の光学系に大きく依存するが、0.1μJ以上が好ましく、1μJ以上がより好ましい。ただし、蛍光粒子によってはフォトブリーチングが発生するため、この場合は、単位パルスあたり又は単位時間あたりのエネルギーを制限することが好ましい。同様に、蛍光粒子又はその他の発光粒子の利用目的に応じて、光照射が悪影響を与える場合があり、この場合にも、単位パルスあたり又は単位時間あたりのエネルギーを制限することが好ましい。
The pulse width of the pulsed light is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose, but is preferably 10 μs or less, more preferably 1 μs or less.
The energy per unit pulse is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Although it greatly depends on the optical system such as the presence or absence of light condensing, it is preferably 0.1 μJ or more, more preferably 1 μJ or more. . However, since photobleaching occurs depending on the fluorescent particles, it is preferable in this case to limit the energy per unit pulse or per unit time. Similarly, depending on the intended use of the fluorescent particles or other luminescent particles, light irradiation may have adverse effects, and in this case also it is preferable to limit the energy per unit pulse or unit time.
光検出手段(受光手段)40は、液滴に含まれる発光粒子が、光照射手段が照射した光を受けて生ずる発光を検出(受光)する手段である。受光手段40は、光照射手段30、制御装置10と電気的に接続されており、制御装置10から同期信号を入力される。同期信号を入力された受光手段40は、光照射手段30のレーザー光81により発光粒子70が発光するタイミングに合わせて、光82を受光する。
The light detecting means (light receiving means) 40 is a means for detecting (light receiving) the light emitted by the light emitting particles contained in the droplet upon receiving the light irradiated by the light irradiation means. The light receiving means 40 is electrically connected to the light irradiation means 30 and the
受光手段40は、液滴50に含まれる発光粒子70の有無を計測可能な光センシングデバイス/モジュールである。受光手段40は電気的に接続された制御装置10に受光情報を出力し、これら受光素子の情報を基に、制御装置10は液滴50に含まれる発光粒子70の有無を計測することができる。
The light receiving means 40 is an optical sensing device/module capable of measuring the presence or absence of the
受光手段40は、制御装置10と連携して発光粒子70の有無を計測することができればよいため、取得情報量の少ない光センシングデバイス/ユニットを用いることができ、例えば、フォトマルチューブ(PMT、光電子増倍管)、アバランシュフォトダイオード(APD)、ピンフォトダイオード(pin-PD)、低解像度CMOS撮像素子などを用いることができる。これらは、高速及び高周波数でのサンプリングが可能であると同時に、光利用効率も高く、液滴50に含まれる発光粒子70の微弱な蛍光を受光した場合に、必要な信号雑音比(SNR)を確保した適切な量の情報を制御装置に出力することができる。
Since the light receiving means 40 only needs to be able to measure the presence or absence of the
受光手段40にAPDを用いた場合、APDは蛍光粒子70から1次元情報となる発光光量を制御装置10に出力できる。APDは、APDモジュール、例えば、APD410(帯域100MHz、直径1mm、感度1×105V/W、松定プレシジョン株式会社製)、APD130A(帯域50MHz、直径1mm、感度2.5×106V/W、ソーラボジャパン株式会社製)、C10508-01(帯域100MHz、直径1mm、感度1.3×107V/W、浜松ホトニクス株式会社製)、APD410A(帯域10MHz、直径1mm、感度2.7×107V/W、ソーラボジャパン株式会社製)などから、目的や利用する照明光の種類などに応じて、適切な帯域と感度とを考慮して選定することができる。
When an APD is used as the light receiving means 40 , the APD can output the amount of emitted light from the
受光手段40としては、液滴吐出手段20による液滴50の吐出に同期して発光粒子70からの光82を受光できることが好ましい。これにより、液滴吐出手段20から吐出された液滴50に、光照射手段30からレーザー光81が照射され、蛍光粒子70からの光82をより確実に受光することができる。なお、ここで、同期するとは、例えば、液滴50が吐出されて所定位置に達したときに液滴50にレーザー光81が照射され、発光粒子70が発光するタイミングで、受光手段40が光82を受光することを意味する。つまり、受光手段40は、液滴吐出手段20による液滴50の吐出、及び光照射手段30によるレーザー光81の照射に対して、それぞれ所定時間だけ遅延して光82を検出する。また、このような遅延調整は、別途となるファンクションジェネレータと連携することにより、ファンクションジェネレータよりそれぞれに遅延を考慮した同期信号を出力しても実現できる。さらには、このファンクションジェネレータの機能を、液滴吐出手段20と一体化してもよい。
It is preferable that the light receiving means 40 can receive the light 82 from the
なお、受光手段40は、光照射手段30が照射するレーザー光81と比較して、発光粒子70からの光が弱い場合、受光手段40の受光面側にレーザー光81の波長域を減衰させるフィルタを有することが好ましい。このフィルタを有することにより、ノイズの少ない状態で受光手段40が発光による光を受光できる。フィルタとしては、例えば、光の波長を含む特定波長域を減衰させる光学濃度6以上のノッチフィルタなどが挙げられる。
When the light from the
制御装置10は、例えば、デジタイザーやデータロガーやオシロスコープなどをその一部に含むことができる。デジタイザーは、ADC(アナログデジタル変換器)を搭載したモジュール(製品)であり、例えば、パーソナルコンピュータ(PC)の増設ボードとして提供されているAPX-510(16bit・100MHzサンプリング、株式会社アバルデータ製)、DIG-100M1002-PCI(10bit・100MHzサンプリング、株式会社コンテック製)などがある。また、制御装置10は、複数のPCなどによって実現されていてもよく、この場合、制御装置10の行う処理を分散させて実行してもよい。なお、制御装置10が複数のPCを有する場合、それぞれのPCは、ネットワークにより接続されている形態であってもよい。さらに、制御装置10が行う処理は、クラウド型のコンピュータにより実行されてもよい。
デジタイザーなどにより受光手段40から出力されたアナログの情報をデジタル化することにより、このデジタイザーと接続された制御装置10の一部である情報処理部に出力してもよい。デジタル化された発光粒子70の取得情報が1次元情報と少ない取得情報であるにもかかわらず、情報処理部は、定めた発光光量の閾値量基準や発光光量の時間軸プロファイル基準などから蛍光粒子の有無を判定し、蛍光粒子の有無を計測することができる。制御装置10の一部である情報処理部は、パーソナルコンピュータ(PC)及びPCにインストールした画像処理ソフトなどを用いることができる。
The
By digitizing the analog information output from the light receiving means 40 using a digitizer or the like, the digitized information may be output to the information processing section which is a part of the
発光粒子70の有無を計測することは、発光粒子70に基づく発光を確認すればよい定性計測であるため、取得情報量が少ない場合でも発光粒子70の個数の計測と比べて高精度な計測、つまり高正答率となる計測を実現できる。また、取得情報量が少なくてもよいことの効果として、受光手段40による光82に関する情報取得動作及び取得情報の出力、制御装置10による取得情報の情報処理が単純になるため、同時に高速な計測を実現することができる。
Measuring the presence or absence of the
以上、本実施形態の吐出装置100の構成について説明したが、続いて、制御装置10の機能構成を図2に示す機能ブロック図に基づいて説明する。
The configuration of the
図2に示すように、本実施形態の制御装置10は、液滴吐出制御部12と、発光検出部13と、光照射制御部14と、平均粒子数算出手段19とを有し、更に必要に応じてその他の手段(部)を有する。
平均粒子数算出手段19は、判定処理を行う判定部15と、算出処理を行う算出部17とを有し、計数処理を行う計数部18を有することが好ましく、更に必要に応じてその他の部を有する。本実施形態においては、平均粒子数算出手段19は、判定部15と、算出部17と、計数部18とを有する。なお、吐出装置100は、上記の各手段(部)が協働して動作することにより、所定数の発光粒子70を容器60に分注する分注処理を行うことができる。
As shown in FIG. 2, the
The average particle number calculation means 19 preferably has a
液滴吐出制御部12は、液滴吐出手段20を制御して所定液量の液滴を吐出させる手段である。
The droplet
光照射制御部14は、光照射手段30を制御して、液滴吐出手段20が吐出する液滴に対して光を照射させる手段である。なお、光照射制御部14は、吐出された液滴が容器60に着滴する前に、液滴に光が照射されるように、光照射手段30の照射タイミングを液滴吐出手段20の吐出タイミングに同期させることが好ましい。
The light irradiation control section 14 is means for controlling the light irradiation means 30 to irradiate the droplets discharged by the droplet discharge means 20 with light. Note that the light irradiation control unit 14 controls the irradiation timing of the
発光検出部13は、受光手段40が受光した光の検出強度に基づいて、液滴吐出手段20が吐出する液滴に含まれる発光粒子の発光を検出する手段である。
The
平均粒子数算出手段19における判定部15は、光検出手段の一例である受光手段40が発光粒子70において生じた発光82を検出したか否かに応じて液滴50に含まれる発光粒子70の有無を判定する処理である判定処理を行う。
The determining
平均粒子数算出手段19における算出部17は、発光粒子70の有無(判定部15の判定結果)に基づいて求めた、吐出した全液滴における発光粒子70が含まれない液滴50の割合から、全液滴における、一つの液滴50に含まれる発光粒子70の数の平均である平均粒子数を算出する算出処理を行う。
The
より具体的には、算出部17は、判定部15の判定結果に基づき、液滴に発光粒子が含まれていないと判定した回数を液滴の総吐出回数(全液滴の数)で除した値を、液滴吐出手段20が吐出する液滴に発光粒子が含まれていない割合(確率)として算出する。
続いて、算出部17は、算出した確率に基づいて、液滴吐出手段20が吐出する液滴に含まれる発光粒子の平均数(以下、平均粒子数という)を算出する。
また、本実施形態において、算出部17が算出した平均粒子数は、液滴吐出手段20が吐出する液滴に発光粒子が含まれていない確率に基づいて算出した推定値となる。このため、以下においては、算出部17が平均粒子数を推定するという表現を用いることがある。
More specifically, the
Subsequently, the
Further, in the present embodiment, the average number of particles calculated by the
平均粒子数算出手段19における計数部18は、算出部17が推定した平均粒子数と、液滴吐出手段20が吐出した全液滴の数とを乗じることにより、液滴吐出手段20が吐出した全液滴における発光粒子の数を計数する。こうすることにより、吐出装置100は、規定数の粒子を容器60に分注できる。
The
以上、制御装置10の機能構成について説明したが、続いて、制御装置10を構成する判定部15および算出部17が実行する処理の内容を説明する。
The functional configuration of the
まず、判定部15が液滴に含まれる発光粒子の有無を判定する方法を説明する。
First, the method by which the determining
図3Aに示すように、液滴吐出手段20から吐出された液滴に1以上の発光粒子が含まれている場合、その発光粒子が光照射手段30から照射される光を受けて発光し、発光した光が受光手段40によって受光される。一方、図3Bに示すように、液滴吐出手段20から吐出された液滴に発光粒子が含まれていない場合には、受光手段40は受光しない。 As shown in FIG. 3A, when the droplets ejected from the droplet ejecting means 20 contain one or more luminescent particles, the luminescent particles receive light emitted from the light irradiation means 30 and emit light, The emitted light is received by the light receiving means 40 . On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the droplets ejected from the droplet ejection means 20 do not contain luminescent particles, the light receiving means 40 does not receive light.
このことを前提として、判定部15は、図4に示すように、液滴吐出手段20の吐出タイミングを表わす信号と受光手段40が受光した光の光検出強度信号を比較し、液滴の吐出タイミングと同期して、所定の閾値以上の光検出強度が検出された場合に、当該液滴に発光粒子が含まれていると判定し、所定の閾値以上の光検出強度が検出されなかった場合には、当該液滴に発光粒子が含まれていないと判定する。なお、液滴の吐出タイミングと同期して光検出強度が検出される状態とは、吐出タイミングから所定の閾値時間以上遅延することなく光検出強度が検出される状態を意味する。
Assuming this, the
次に、算出部17が平均粒子数を推定する方法を説明する。
Next, a method for estimating the average number of particles by the
発光粒子懸濁液中の粒子分布がポアソン分布に則ると仮定すると、液滴吐出手段20から吐出される液滴内の粒子分布もポアソン分布に則ると仮定できる。この仮定に従えば、吐出される一滴の液滴に含まれる発光粒子の平均粒子数がλのときに、吐出される一滴の液滴にx個の発光粒子が含まれている確率P(λ,x)は、下記式(1)で表すことができる。なお、下記式(1)において、eはネイピア数を表し、x!はxの階乗を表す。 Assuming that the particle distribution in the luminescent particle suspension conforms to the Poisson distribution, it can be assumed that the particle distribution in the droplets ejected from the droplet ejection means 20 also conforms to the Poisson distribution. According to this assumption, the probability P(λ , x) can be represented by the following formula (1). In the following formula (1), e represents Napier's number, and x! represents the factorial of x.
上記式(1)に示すように、確率P(λ,x)は平均粒子数λと液滴に含まれる発光粒子の粒子数xの関数であるため、平均粒子数λが決まると一意にポアソン分布が決定される。図5は、平均粒子数λ=1、2、5におけるポアソン分布を示す。 As shown in the above formula (1), the probability P (λ, x) is a function of the average particle number λ and the particle number x of the luminescent particles contained in the droplet, so once the average particle number λ is determined, Poisson A distribution is determined. FIG. 5 shows the Poisson distribution for average particle number λ=1, 2, 5.
吐出される液滴に発光粒子が含まれていない確率P(x=0)は、λに対して単調減少であるため、P(x=0)が分かれば、平均粒子数λが一意に決まる。このことを前提として、算出部17は、確率P(x=0)を求め、求めた確率P(x=0)を利用して前記式(2)により平均粒子数λを推定する。P(x=0)が大きい場合、つまり吐出される液滴に発光粒子が含まれていない確率が大きい場合はλが小さくなり、逆に、P(x=0)が小さい場合、つまり吐出される液滴に発光粒子が含まれていない確率が小さい場合はλが大きくなる。
Since the probability P(x=0) that the ejected droplets do not contain any luminescent particles monotonously decreases with respect to λ, the average number of particles λ can be uniquely determined if P(x=0) is known. . Based on this, the
図6は、上述した方法で推定される平均粒子数λのシミュレーション結果を示す。本シミュレーションでは、液滴に含まれる発光粒子の平均数を一定とし、吐出装置100が吐出する液滴に含まれる発光粒子の数としてポアソン分布で乱数を発生させ、液滴を予め設定した回数(1千回、3千回、1万回、3万回、10万回、30万回、100万回)吐出した際の判定処理の結果に基づいて確率P(x=0)を算出し、算出した確率P(x=0)に基づいて平均粒子数λを推定した。本シミュレーションでは、上述した試行を100回繰り返し、100回の試行で得られた平均粒子数λの平均値と標準偏差から変動係数(CV)を計算した。
FIG. 6 shows simulation results of the average particle number λ estimated by the method described above. In this simulation, the average number of luminescent particles contained in a droplet is constant, random numbers are generated by a Poisson distribution as the number of luminescent particles contained in droplets ejected by the
図6は、100回の試行の結果を、横軸を平均粒子数λとし、縦軸を変動係数(CV)としてプロットした図である。図6に示されるように、平均粒子数λが1~2のときにばらつき(CV)が最も小さく、平均粒子数λが5のときでも、ばらつき(CV)が許容範囲に収まっていることがわかる(吐出回数:10万回→CV=0.8%、吐出回数:千回→CV=8.7%)。すなわち、平均粒子数としては、1以上2以下であることが好ましい。平均粒子数が1以上2以下であることによって、吐出装置100は、液滴に含まれる発光粒子の数のばらつきを抑制して、より正確に所定数の発光粒子を分注することができる。
また、上記の許容範囲(許容される粒子の数のばらつきの範囲)としては、CVが15%以下であることが好ましい。粒子の数のばらつきの範囲が上記の好ましい範囲であることで、米国FDA(Food and Drug Administration)によるBioanalytical Method Validation Guidance for Industryの基準を満たすことができる。
FIG. 6 is a diagram plotting the results of 100 trials with the average number of particles λ on the horizontal axis and the coefficient of variation (CV) on the vertical axis. As shown in FIG. 6, the variation (CV) is the smallest when the average particle number λ is 1 to 2, and even when the average particle number λ is 5, the variation (CV) is within the allowable range. (Number of ejections: 100,000 → CV = 0.8%, Number of ejections: 1,000 → CV = 8.7%). That is, the average number of particles is preferably 1 or more and 2 or less. By setting the average number of particles to be 1 or more and 2 or less, the
In addition, the CV is preferably 15% or less as the allowable range (allowable range of variation in the number of particles). When the range of variation in the number of particles is within the preferred range described above, it is possible to satisfy the standards of the Bioanalytical Method Validation Guidance for Industry by the US FDA (Food and Drug Administration).
以上、判定部15および算出部17が実行する処理の内容を説明したが、続いて、本実施形態の吐出装置100が実行する分注処理を説明する。なお、以下では、吐出装置100が備える3種類の実行モードについて、順を追って説明する。
The content of the processing executed by the
(第1の実行モード)
第1の実行モードでは、吐出装置100は、液滴吐出制御部12、発光検出部13、光照射制御部14、判定部15、および算出部17の協働により事前に平均粒子数λを推定した後に、推定した平均粒子数λを利用して計数部18が吐出した発光粒子の数を計数し、発光粒子を分注する。ここでは、まず、図7に示すフローチャートに基づいて平均粒子数λを算出(推定)する算出処理を説明する。
(first execution mode)
In the first execution mode, the
まずステップ101で、液滴の吐出回数y(=吐出された液滴の数y)と、液滴に発光粒子が含まれていないことを判定した判定回数kを初期値(0)にセットする。 First, in step 101, the number of droplet ejections y (=the number of ejected droplets y) and the number of determinations k for determining that the droplets do not contain luminescent particles are set to initial values (0). .
続くステップ102で、液滴吐出手段20から発光粒子懸濁液の所定液量の液滴を一滴吐出させ、続くステップ103で、吐出回数yを1増分する。なお、図6で説明したシミュレーションの結果から粒子平均数がおよそ1以上2以下でCVが低くなることから、液滴の液量をコントロールするとメリットはあるが、液滴の液量を大きく制御することは難しい。従って、粒子平均数を1以上2以下に設定するためには、発光粒子懸濁液の粒子濃度をコントロールするのが好ましい(後述する他の実行モードにおいても同様)。
In the subsequent step 102, one droplet of a predetermined liquid volume of the luminescent particle suspension is discharged from the
続くステップ104では、吐出された液滴に含まれる発光粒子の有無を上述した方法で判定し、液滴に発光粒子が含まれていると判定した場合は(ステップ105、No)、処理はステップ107に進んで、吐出回数yが予め設定した設定回数Nに達しているか否かを判定し、達していない場合は(ステップ107、No)、ステップ102に戻る。
In subsequent step 104, the presence or absence of luminescent particles contained in the ejected droplet is determined by the method described above. If it is determined that the droplet contains luminescent particles (
一方、液滴に発光粒子が含まれていないと判定した場合は(ステップ105、Yes)、処理はステップ106に進み、判定回数kを1増分する。その後、続くステップ107で、吐出回数yが設定回数Nに達しているか否かを判定し、達していない場合は(ステップ107、No)、ステップ102に戻る。
On the other hand, if it is determined that the droplet does not contain the light-emitting particles (
以降、吐出回数yが設定回数Nに達するまで、上述した一連の処理(ステップ102~107)を繰り返し、吐出回数yが設定回数Nに達した時点で(ステップ107、Yes)、処理はステップ108に進む。
Thereafter, the above-described series of processes (steps 102 to 107) are repeated until the number of ejections y reaches the set number of times N. When the number of ejections y reaches the set number of times N (
続くステップ108では、その時点における判定回数kをその時点における吐出回数yで除した値を、液滴に発光粒子が含まれていない確率P(x=0)として算出する。 In the subsequent step 108, the value obtained by dividing the determination number k at that time by the ejection number y at that time is calculated as the probability P (x=0) that the droplet does not contain the luminescent particles.
続くステップ109では、先のステップ108で算出した確率P(x=0)を使用して、上述した方法で平均粒子数λを推定する。 In subsequent step 109, the probability P(x=0) calculated in previous step 108 is used to estimate the average number of particles λ by the method described above.
次に、吐出装置100が実行する分注処理を図8に示すフローチャートに基づいて説明する。
Next, the dispensing process executed by the
まず、ステップ201で、液滴の吐出回数yと、分注された発光粒子の数(以下、分注数という)の期待値Eを初期値(0)にセットする。 First, in step 201, the expected value E of the number of droplet ejection times y and the number of dispensed luminescent particles (hereinafter referred to as the dispensed number) is set to an initial value (0).
続くステップ202で、液滴吐出手段20から発光粒子懸濁液の所定液量の液滴を一滴吐出させ、続くステップ203で、吐出回数yを1増分する。
In the following step 202, one droplet of a predetermined liquid volume of the luminescent particle suspension is discharged from the
続くステップ204では、下記式(3)に基づき、先の算出処理で推定した平均粒子数λに対して、その時点における吐出回数yを乗じた値を分注数の期待値Eとして算出する。 In the following step 204, based on the following equation (3), the average number of particles λ estimated in the previous calculation process is multiplied by the number of ejections y at that time to calculate the expected value E of the number of dispensing.
続くステップ205では、期待値Eが予め設定した目標値に達したか否かを判定し、以降、期待値Eが目標値に達するまで(ステップ205、No)、上述した一連の処理(ステップ202~204)を繰り返し実行する。その後、期待値Eが目標値に達した時点で(ステップ205、Yes)、処理を終了する。 In the subsequent step 205, it is determined whether or not the expected value E has reached a preset target value. 204) are repeatedly executed. After that, when the expected value E reaches the target value (step 205, Yes), the process ends.
以上、第1の実行モードについて説明した。従来の吐出装置では、低濃度の粒子懸濁液を使用して、液滴に含まれる粒子の平均数が1未満という条件でソーティングすることが一般的であるのに対し、本実施形態によれば、図6のシミュレーション結果が示すように、液滴に含まれる粒子の平均数が1~5という高濃度の粒子懸濁液を使用した場合であっても粒子数を精度良く計数できるので、分注時間を短縮化できる(後述する他の実行モードにおいても同様)。 The first execution mode has been described above. In the conventional ejection device, sorting is generally performed using a low-concentration particle suspension under the condition that the average number of particles contained in the droplets is less than 1. For example, as the simulation results in FIG. 6 show, even when using a high-concentration particle suspension in which the average number of particles contained in a droplet is 1 to 5, the number of particles can be counted with high accuracy. Dispensing time can be shortened (the same applies to other execution modes to be described later).
(第2の実行モード)
第1の実行モードでは、事前に推定した平均粒子数λを使用して分注処理を行うのに対し、第2の実行モードでは、吐出装置100は、液滴吐出制御部12、発光検出部13、光照射制御部14、判定部15、算出部17および計数部18が協働して、平均粒子数λの推定と分注処理を同時的に行う。以下、第2の実行モードの分注処理を図9に示すフローチャートに基づいて説明する。
(second execution mode)
In the first execution mode, the dispensing process is performed using the pre-estimated average particle number λ. 13, the light irradiation control unit 14, the
まず、ステップ301で、液滴の吐出回数yと、液滴に発光粒子が含まれていないことを判定した判定回数kと、分注数の期待値Eを初期値(0)にセットする。 First, in step 301, the number y of ejections of droplets, the number k of determinations that the droplets do not contain luminescent particles, and the expected value E of the number of dispensed are set to initial values (0).
続くステップ302で、液滴吐出手段20から発光粒子懸濁液の所定液量の液滴を一滴吐出させ、続くステップ303で、吐出回数yを1増分する。 In the subsequent step 302, one droplet of a predetermined liquid volume of the luminescent particle suspension is discharged from the droplet discharge means 20, and in the subsequent step 303, the number of times of discharge y is incremented by one.
続くステップ304では、吐出された液滴に含まれる発光粒子の有無を上述した方法で判定し、液滴に発光粒子が含まれていると判定した場合は(ステップ305、No)、処理はステップ307に進む。一方、液滴に発光粒子が含まれていないと判定した場合は(ステップ305、Yes)、処理はステップ306に進み、判定回数kを1増分した後にステップ307に進む。 In subsequent step 304, the presence or absence of luminescent particles contained in the ejected droplet is determined by the method described above. If it is determined that the droplet contains luminescent particles (step 305, No), the process proceeds to step Go to 307. On the other hand, if it is determined that the droplet does not contain any luminescent particles (step 305 , Yes), the process proceeds to step 306 , incrementing the number of determinations k by 1, and then proceeds to step 307 .
続くステップ307では、その時点における判定回数kをその時点における吐出回数yで除した値を、液滴に発光粒子が含まれていない確率P(x=0)として算出する。 In the subsequent step 307, the value obtained by dividing the determination number k at that time by the ejection number y at that time is calculated as the probability P (x=0) that the droplet does not contain the luminescent particles.
続くステップ308では、先のステップ307で算出した確率P(x=0)を使用して、上述した方法で平均粒子数λを推定する。 In the subsequent step 308, the probability P(x=0) calculated in the previous step 307 is used to estimate the average number of particles λ by the method described above.
続くステップ309では、先のステップ308で推定した最新の平均粒子数λに対して、その時点における吐出回数yを乗じた値を分注数の期待値Eとして算出する。 In the next step 309, the latest average number of particles λ estimated in the previous step 308 is multiplied by the number of ejections y at that time to calculate the expected value E of the number of dispensing.
続くステップ310では、期待値Eが予め設定した目標値に達したか否かを判定し、以降、期待値Eが目標値に達するまで(ステップ310、No)、上述した一連の処理(ステップ302~310)を繰り返し実行する。この間、新たな液滴が吐出される度に、確率P(x=0)が再算出され、再算出された確率P(x=0)に基づいて平均粒子数λが再推定され、再推定された最新の平均粒子数λにその時点の吐出回数yを乗じた値が分注数として計数される。そして、期待値Eが目標値に達した時点で(ステップ310、Yes)、処理を終了する。
すなわち、第2の実行モードにおいては、平均粒子数算出手段は、新たな液滴が吐出される度に、全液滴における発光粒子が含まれない液滴の割合を求め、求めた割合に基づいて平均粒子数を再算出し、再算出した平均粒子数と、液滴吐出手段が吐出した全液滴の数とを乗じることにより、液滴吐出手段が吐出した全液滴における発光粒子の数を計数する。
In the subsequent step 310, it is determined whether or not the expected value E has reached a preset target value. 310) is repeatedly executed. During this time, every time a new droplet is ejected, the probability P (x=0) is recalculated, and the average particle number λ is reestimated based on the recalculated probability P (x=0). A value obtained by multiplying the latest average number of particles λ by the number of ejections y at that time is counted as the number of dispensing. Then, when the expected value E reaches the target value (step 310, Yes), the process ends.
That is, in the second execution mode, each time a new droplet is ejected, the average particle number calculating means obtains the ratio of droplets that do not contain luminescent particles in all droplets, and based on the obtained ratio, and multiplying the recalculated average particle number by the total number of droplets ejected by the droplet ejection means, the number of luminescent particles in all the droplets ejected by the droplet ejection means. to count.
以上、第2の実行モードについて説明した。第2の実行モードでは、平均粒子数λを推定するための事前処理を行わないため、試料が無駄にならず、すぐに分注を開始できるという利点がある。 The second execution mode has been described above. Since the second execution mode does not perform preprocessing for estimating the average number of particles λ, there is an advantage that the sample is not wasted and dispensing can be started immediately.
(第3の実行モード)
第2の実行モードでは、判定部15が判定したすべての判定結果に基づいて確率P(x=0)を算出するのに対し、第3の実行モードでは、所定時間が経過する度に、それ以降に得られた判定結果に基づいて確率P(x=0)を算出する。以下、第3の実行モードの分注処理を図10に示すフローチャートに基づいて説明する。
(Third execution mode)
In the second execution mode, the probability P(x=0) is calculated based on all the determination results determined by the
まず、ステップ401で、液滴の吐出回数yと、液滴に発光粒子が含まれていないことを判定した判定回数kと、分注数の期待値Eを初期値(0)にセットする。 First, in step 401, the number y of ejections of droplets, the number k of determinations that the droplets do not contain luminescent particles, and the expected value E of the number of dispensed are set to initial values (0).
続くステップ402で、所定時間Tのタイマーをセットする。 In step 402, a timer for a predetermined time T is set.
続くステップ403では、第2の実行モードにおけるステップ302~ステップ309(図9参照)と同じ処理を実行する。 At subsequent step 403, the same processing as steps 302 to 309 (see FIG. 9) in the second execution mode is executed.
続くステップ404では、期待値Eが予め設定した目標値に達したか否かを判定する。
その結果、目標値に達していない場合は(ステップ404、No)、続くステップ405で、所定時間Tが経過したか否かを判定し、所定時間Tが経過していない場合は(ステップ405、No)、ステップ403に戻る。一方、所定時間Tが経過した場合は(ステップ405、Yes)、続くステップ406で、吐出回数yと判定回数kの値を初期値(0)にリセットした後、ステップ401に戻る。
In subsequent step 404, it is determined whether or not the expected value E has reached a preset target value.
As a result, if the target value has not been reached (step 404, No), it is determined whether or not the predetermined time T has elapsed in the following step 405, and if the predetermined time T has not elapsed (step 405, No), return to step 403 . On the other hand, if the predetermined time T has passed (step 405, Yes), in step 406, the ejection count y and determination count k are reset to the initial values (0), and the process returns to step 401.
以降、期待値Eが目標値に達するまで、上述した一連の処理(ステップ402~406)を繰り返し実行し、期待値Eが目標値に達した時点で(ステップ404、Yes)、処理を終了する。
すなわち、第3の実行モードにおいては、平均粒子数算出手段19は、所定時間が経過する度に、それ以降に得られた発光粒子の有無の情報に基づいて、全液滴における発光粒子が含まれない液滴の割合を求める。
After that, the above-described series of processes (steps 402 to 406) are repeatedly executed until the expected value E reaches the target value, and when the expected value E reaches the target value (step 404, Yes), the process ends. .
That is, in the third execution mode, the average particle number calculating means 19 calculates the number of luminescent particles in all droplets based on the information on the presence or absence of luminescent particles obtained after each elapse of a predetermined period of time. Determine the percentage of droplets that do not
以上、第3の実行モードについて説明した。第3の実行モードでは、予め設定した所定時間Tが経過する度に、それ以前に得られた粒子有無の判定結果が破棄され、それ以降に得られた判定結果に基づいて確率P(x=0)が再算出されるので、液滴吐出手段20内部の粒子の沈降や外乱が生じた場合の計数精度に対する影響が最小化されるという利点がある。 The third execution mode has been described above. In the third execution mode, each time a preset predetermined time T elapses, the particle presence/absence determination results obtained before that time are discarded, and based on the determination results obtained after that, the probability P (x= 0) is recalculated, there is the advantage of minimizing the influence on the counting accuracy in the event of sedimentation of particles inside the droplet ejection means 20 or disturbance.
以上、本実施形態の吐出装置100が実行する分注処理ならびに吐出装置100を使用した吐出方法について説明してきたが、続いて、上述した方法を使用して、それ自体が発光しない粒子の数を計数する方法を説明する。
The dispensing process executed by the
(非発光性粒子の計数方法)
まず最初に、任意の発光粒子(例えば、蛍光ポリマー粒子)を所定濃度で含む懸濁液1と、計数したい任意の粒子であって、上記発光粒子を発光させる光を受けても発光しない非発光性粒子を所定濃度で含む懸濁液2を調製する。
(Method for counting non-luminescent particles)
First, a
次に、調製した既知濃度の懸濁液1と、既知濃度の懸濁液2を所定の混合比(容量比)で混合して混合懸濁液を調製する。
Next, the
次に、調製した混合懸濁液を吐出装置100にセットして混合懸濁液から作製される所定液量の液滴を連続的に容器に吐出し、上述したのと同じ方法で、容器に吐出された発光粒子の数を計数する。
Next, the prepared mixed suspension is set in the
最後に、計数された発光粒子の数と混合懸濁液の混合比(容量比)に基づいて、容器に吐出された非発光性粒子の数を算出する。具体的には、計数された発光粒子の数に対して、混合懸濁液の混合比(非発光粒子の懸濁液2/発光粒子の懸濁液1)を乗じた値を非発光性粒子の数として計数する。
すなわち、本発明において非発光性粒子の数を計数する場合には、発光粒子の既知濃度の懸濁液と、光の照射を受けて発光を生じない非発光性粒子の既知濃度の懸濁液とを所定の混合比で混合して混合懸濁液を調製し、混合懸濁液の前記液滴を吐出する際に、吐出した全液滴における発光粒子の数を計数し、計数した発光粒子の数と混合比とに基づいて、吐出した全液滴における非発光性粒子の数を計数することが好ましい。
Finally, the number of non-luminescent particles discharged into the container is calculated based on the counted number of luminescent particles and the mixing ratio (volume ratio) of the mixed suspension. Specifically, the number of the counted luminescent particles is multiplied by the mixture ratio of the mixed suspension (
That is, when counting the number of non-luminescent particles in the present invention, a suspension with a known concentration of luminescent particles and a suspension with a known concentration of non-luminescent particles that do not emit light when irradiated with light are used. are mixed at a predetermined mixing ratio to prepare a mixed suspension, and when the droplets of the mixed suspension are discharged, the number of luminescent particles in all the discharged droplets is counted, and the counted luminescent particles It is preferable to count the number of non-luminescent particles in all ejected droplets based on the number of particles and the mixing ratio.
上述した方法を使用すれば、それ自体が発光しない粒子であっても、本実施形態の吐出装置100を使用して計数することができる。なお上述した方法では、図6で説明したシミュレーション結果を踏まえて、混合懸濁液から吐出される液滴に含まれる発光粒子の平均数が1以上2以下となるように混合懸濁液を調製することが、計数精度の観点から好ましい。
Using the method described above, even particles that do not themselves emit light can be counted using the
以上、説明したように、本実施形態によれば、簡易な構成で、分注を精度よく、且つ、短時間で行うことが可能になる。なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる種々の設計変更は本発明の範囲に含まれる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to perform dispensing with high accuracy and in a short time with a simple configuration. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes conceivable by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.
例えば、吐出装置100は、図11に示すように、n種類(nは2以上の整数。以下同様。)の異なる波長の光を同時に照射する光照射手段と、n種類の光に対応するn個の受光手段を設けて、励起波長の異なるn種類の発光粒子の数を計数できるように構成してもよい。この場合、例えば、異なる蛍光を発するn種類の細胞をその種類ごとに計数して細胞の割合を調べたり、レポーター遺伝子(GFPレポーターなど)の発現割合を求めたりすることが可能になる。
For example, as shown in FIG. 11, the
なお、上述した実施形態の各機能は、C、C++、C#、Java(登録商標)などで記述されたプログラムにより実現でき、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、CD-ROM、MO、DVD、フレキシブルディスク、EEPROM、EPROMなどの記録媒体に格納して頒布することができ、また他の装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。 Each function of the above-described embodiment can be realized by a program written in C, C++, C#, Java (registered trademark), etc., and the program of the present embodiment can be implemented by hard disk devices, CD-ROMs, MOs, DVDs, etc. , a flexible disk, an EEPROM, an EPROM, or the like, and can be distributed, or can be transmitted over a network in a format that can be used by other devices.
10…制御装置
12…液滴吐出制御部
13…発光検出部
14…光照射制御部
15…判定部
17…算出部
18…計数部
19…平均粒子数算出手段
20…液滴吐出手段
30…光照射手段
40…光検出手段(受光手段)
50…液滴
60…容器
70…発光粒子
100…吐出装置
DESCRIPTION OF
50...
Claims (12)
前記液滴吐出手段が吐出した前記液滴に対して前記光を照射する光照射手段と、
前記液滴に含まれる前記発光粒子が、前記光照射手段が照射した前記光を受けて生ずる前記発光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段が前記発光粒子において生じた前記発光を検出したか否かに応じて前記液滴に含まれる前記発光粒子の有無を判定し、前記発光粒子の有無に基づいて求めた、吐出した全液滴における前記発光粒子が含まれない前記液滴の割合から、前記全液滴における、一つの前記液滴に含まれる前記発光粒子の数の平均である平均粒子数を算出する平均粒子数算出手段と、
を有し、
前記平均粒子数が1以上2以下であることを特徴とする吐出装置。 droplet ejection means for ejecting droplets containing luminescent particles that emit light when irradiated with light;
light irradiation means for irradiating the light onto the droplets discharged by the droplet discharge means;
a light detection means for detecting the light emitted by the light-emitting particles contained in the droplets upon receiving the light emitted by the light irradiation means;
The presence or absence of the luminescent particles contained in the droplet is determined according to whether or not the light detection means detects the luminescence generated in the luminescent particles, and based on the presence or absence of the luminescent particles, the ejected liquid is obtained. The average number of particles for calculating the average number of the luminescent particles contained in one of the droplets in all the droplets from the ratio of the droplets that do not contain the luminescent particles in all the droplets. calculating means;
has
The ejection device , wherein the average number of particles is 1 or more and 2 or less .
n種類(nは2以上の整数。 以下同様。 )の異なる波長の前記光を同時に照射する前記光照射手段と、n種類の前記光に対応するn個の前記光検出手段を有し、The light irradiation means for simultaneously irradiating n types of light with different wavelengths (n is an integer of 2 or more; the same shall apply hereinafter), and n light detection means corresponding to the n types of light,
前記平均粒子数算出手段は、 The average particle number calculation means is
励起波長の異なるn種類の前記発光粒子の数を計数する、請求項2又は3に記載の吐出装置。4. The ejection device according to claim 2, wherein the number of n types of luminescent particles having different excitation wavelengths is counted.
新たな前記液滴が吐出される度に前記割合を求め、求めた前記割合に基づいて前記平均粒子数を再算出し、
再算出した前記平均粒子数と、前記液滴吐出手段が吐出した前記全液滴の数とを乗じることにより、前記液滴吐出手段が吐出した前記全液滴における前記発光粒子の数を計数する、請求項1~6のいずれか一項に記載の吐出装置。 The average particle number calculation means is
obtaining the ratio each time a new droplet is ejected, and recalculating the average number of particles based on the obtained ratio;
By multiplying the recalculated average number of particles by the total number of droplets ejected by the droplet ejection means, the number of the luminescent particles in the total droplets ejected by the droplet ejection means is counted. The discharge device according to any one of claims 1 to 6 .
前記液滴吐出手段が吐出した前記液滴に対して前記光を照射する光照射手段と、
前記液滴に含まれる前記発光粒子が、前記光照射手段が照射した前記光を受けて生ずる前記発光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段が前記発光粒子において生じた前記発光を検出したか否かに応じて前記液滴に含まれる前記発光粒子の有無を判定し、前記発光粒子の有無に基づいて求めた、吐出した全液滴における前記発光粒子が含まれない前記液滴の割合から、前記全液滴における、一つの前記液滴に含まれる前記発光粒子の数の平均である平均粒子数を算出する平均粒子数算出手段と、
を有し、
前記平均粒子数算出手段は、
新たな前記液滴が吐出される度に前記割合を求め、求めた前記割合に基づいて前記平均粒子数を再算出し、
再算出した前記平均粒子数と、前記液滴吐出手段が吐出した前記全液滴の数とを乗じることにより、前記液滴吐出手段が吐出した前記全液滴における前記発光粒子の数を計数することを特徴とする吐出装置。 droplet ejection means for ejecting droplets containing luminescent particles that emit light when irradiated with light;
light irradiation means for irradiating the light onto the droplets discharged by the droplet discharge means;
a light detection means for detecting the light emitted by the light-emitting particles contained in the droplets upon receiving the light emitted by the light irradiation means;
The presence or absence of the luminescent particles contained in the droplet is determined according to whether or not the light detection means detects the luminescence generated in the luminescent particles, and based on the presence or absence of the luminescent particles, the ejected liquid is obtained. The average number of particles for calculating the average number of the luminescent particles contained in one of the droplets in all the droplets from the ratio of the droplets that do not contain the luminescent particles in all the droplets. calculating means;
has
The average particle number calculation means is
obtaining the ratio each time a new droplet is ejected, and recalculating the average number of particles based on the obtained ratio;
By multiplying the recalculated average number of particles by the total number of droplets ejected by the droplet ejection means, the number of the luminescent particles in the total droplets ejected by the droplet ejection means is counted. An ejection device characterized by :
所定時間が経過する度に、それ以降に得られた前記発光粒子の有無の情報に基づいて前記割合を求める、請求項7または8に記載の吐出装置。 The average particle number calculation means is
9. The ejection device according to claim 7 , wherein each time a predetermined period of time elapses, the ratio is obtained based on the information on the presence or absence of the luminescent particles obtained thereafter.
前記液滴吐出工程において吐出した前記液滴に対して前記光を照射する光照射工程と、
前記液滴に含まれる前記発光粒子が、前記光照射工程において照射した前記光を受けて生ずる前記発光を検出する光検出工程と、
前記光検出工程で前記発光粒子において生じた前記発光を検出したか否かに応じて前記液滴に含まれる前記発光粒子の有無を判定し、前記発光粒子の有無に基づいて求めた、吐出した全液滴における前記発光粒子が含まれない前記液滴の割合から、前記全液滴における、一つの前記液滴に含まれる前記発光粒子の数の平均である平均粒子数を算出する平均粒子数算出工程と、
を含み、
前記平均粒子数算出工程において、
新たな前記液滴が吐出される度に前記割合を求め、求めた前記割合に基づいて前記平均粒子数を再算出し、
再算出した前記平均粒子数と、前記液滴吐出工程において吐出した前記全液滴の数とを乗じることにより、前記液滴吐出工程において吐出した前記全液滴における前記発光粒子の数を計数することを特徴とする吐出方法。 a droplet ejection step of ejecting droplets containing luminescent particles that emit light when irradiated with light;
a light irradiation step of irradiating the light onto the droplets ejected in the droplet ejection step;
a light detection step of detecting the light emitted by the luminescent particles contained in the droplet receiving the light irradiated in the light irradiation step;
The presence or absence of the luminescent particles contained in the droplet is determined according to whether or not the luminescence generated in the luminescent particles is detected in the light detection step, and the ejection is obtained based on the presence or absence of the luminescent particles. The average number of particles for calculating the average number of the luminescent particles contained in one of the droplets in all the droplets from the ratio of the droplets that do not contain the luminescent particles in all the droplets. a calculation step;
including
In the average particle number calculation step,
obtaining the ratio each time a new droplet is ejected, and recalculating the average number of particles based on the obtained ratio;
By multiplying the recalculated average number of particles by the total number of droplets ejected in the droplet ejection step, the number of the luminescent particles in the total droplets ejected in the droplet ejection step is counted. A discharge method characterized by:
前記発光粒子の既知濃度の懸濁液と、該光の照射を受けて発光を生じない前記非発光性粒子の既知濃度の懸濁液とを所定の混合比で混合して混合懸濁液を調製する調製工程を更に含み、
前記平均粒子数算出工程において、
前記混合懸濁液の前記液滴を吐出する際に、前記液滴吐出工程において吐出した前記全液滴における前記発光粒子の数を計数し、
計数した前記発光粒子の数と前記混合比とに基づいて、前記液滴吐出工程において吐出した前記全液滴における前記非発光性粒子の数を計数する、請求項10に記載の吐出方法。 When counting the number of non-luminescent particles,
A suspension having a known concentration of the luminescent particles and a suspension having a known concentration of the non-luminescent particles that do not emit light when irradiated with light are mixed at a predetermined mixing ratio to obtain a mixed suspension. further comprising a preparation step of preparing
In the average particle number calculation step,
counting the number of the luminescent particles in all the droplets ejected in the droplet ejection step when ejecting the droplets of the mixed suspension;
11. The ejection method according to claim 10, wherein the number of said non-luminescent particles in all said droplets ejected in said droplet ejection step is counted based on said counted number of said luminescent particles and said mixing ratio.
前記平均粒子数が1以上2以下となるように該混合懸濁液を調製する、請求項11に記載の吐出方法。12. The ejection method according to claim 11, wherein the mixed suspension is prepared so that the average number of particles is 1 or more and 2 or less.
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