JPH0311825B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粒子を選別する装置および方法に関
し、更に詳細には気体の発動作用によつて液体流
中を移動する粒子を粒子パラメータの差によつて
選別する装置と方法とに関する。

個々の粒子の特性を測定するのに流れ分析が用
いられてきた。かかる分析は、研究、血液学、免
疫学などの分野において有用な情報を収集するた
めに細胞の特性を分析するのに最も有用である。
研究者は、例えば個々の細胞の特性を測定するの
に興味を持ち、細胞を分類し、同定し、定量し、
次いで更に研究または分析を行なうために選別す
ることがある。今は、個々の細胞の特性を測定す
るために流動細胞測定法を利用した研究者が利用
できる多数の公知の細胞分析装置がある。かかる
分析機には、Becton Dickinson FACS
Systems（Sunnyvale California）によつて販売
されているFACS−TM分析機がある。しかしな
がら、流動細胞測定に用いられる総ての稼動可能
な分析機が細胞を分析し、次いで異なつた範疇に
細胞を選別するとは限らない。

かかる選別装置の１つは、Zoldによつて米国
特許第4175662号明細書に開示されている。Zold
は、粒子または細胞をそれらの物理的または化学
的特性に従つて選別できる方法および装置を記載
している。粒子が粒子懸濁液流を偏向させて異な
る水路へ流入させる電気分解ガスインパルスによ
つて分析された後に選別が行われる。異なる水路
にある選別された粒子は、次に主水路を流れる粒
子とは分離して集めることができる。Zoldによ
つて記載された選別法は、液体電解質の流路は直
接変化するが、懸濁粒子は液体流の変化によつて
単に間接的に偏向することに基づいている。

Zoldが記載した方法に類似の粒子選別法を応
用すると、選別能のない分析機に所望の改良を加
えることになる。しかしながら、Zoldが記載し
た方法は、細胞または他の粒子の分析および選別
の両方を行なう流動細胞測定装置において分析特
性と選別特性との適合性を確実にするためには、
改良が必要である。本発明が目指すのはかかる改
良である。

本発明の粒子選別装置は、流れの中で粒子を輸
送する装置を具備する。第一の粒子収集装置が配
設され、流れは通常はこの装置に導かれる。発動
可能な装置は粒子が第一の粒子収集装置に流入す
るのを妨げて、粒子を第一の粒子収集装置を取り
囲んでいる第二の収集装置へ向ける。この配置に
よつて粒子を選別し、従つて、別々に収集するこ
とができる。

本発明のこの点において好ましい具体例では、
装置は液体流中を移動する粒子を粒子パラメータ
の差によつて選別する。この好ましい装置は、液
体流中に粒子の流れを提供する装置を具備する。
粒子が流れてゆくと装置は粒子を分析して異なる
パラメータを有する粒子を検出する。中空の内管
と、これと同心的に配設された中空の外管とを、
分析装置の下流に設置する。内管の縦方向軸線
は、粒子の流れとほぼ整合される。装置が内管内
に気泡を発生して粒子が内管内に流入するのを妨
げ、内管と外管との間の環状間隙に流入するよう
に粒子を偏向させる。更に、装置は気泡の発生を
粒子分析と整合させて、異なるパラメータを有す
る粒子を選別的に環状間隙中へ偏向させ、これに
よつて偏向粒子は選別収集される。

本発明のもう１つの態様では、粒子を選別する
方法は流れの中で粒子を移動させることを包含す
る。流れは、通常は第一の粒子収集装置へ向つて
いる。更に、この方法は、粒子が第一の粒子収集
装置に流入するのを妨げて、妨げられた粒子を第
一の粒子収集装置の周囲の第二の粒子収集装置へ
向けることからなる。本発明のこのもう１つの態
様の好ましい具体例では、方法は液体流中を移動
する粒子を粒子パラメータの差によつて選別する
ことからなる。この方法では、流れている粒子を
分析して所定のパラメータを有する粒子を検出す
るのが好ましい。通常は、粒子は中空の内管に向
かつている。気泡を内管中に発生させて、粒子が
その中に流入するのを妨げる。この方法は、更
に、流れている粒子が内管と、この内管と同心的
に配置された外管との間の環状間隙に流入するよ
うに偏向することを包含する。本方法は、気泡の
発生を粒子分析と整合させて、所定のパラメータ
を有する粒子を選択的に環状間隙中へ偏向させる
ことを包含するのが好ましい。こうして偏向され
た粒子は選別収集される。

本発明の原理によれば、細胞または粒子分析に
用いられる流動細胞測定装置に対して選別特性を
容易に付与することのできる共軸配置された選別
装置が提供される。従つて、本発明は細胞または
粒子を選別し、これらの細胞の異なる部類を表わ
す別個の容器へ最終的に収集することを規定す
る。更に、選別要素の共軸配置によつて、流れの
中を移動する細胞の偏向が容易になる。上記管に
よつて表わされる共軸選別要素の構成は、技法が
簡単でしかも組立ても簡単であるので、流れてゆ
く粒立を偏向して選別を行なうことによるZold
の記載の方法を改良するのに役立つ。

本発明は多くの異なる形での具体例によつて満
足される。本発明の好ましい具体例を図示して詳
細に説明するが、この開示は本発明の原理の典型
例として考えられるべきであり、本発明を説明す
る具体例に限定することを意図するものではない
ことを理解されたい。本発明の範囲は、特許請求
の範囲によつて判断されるのであろう。

図面について説明する。第１図は、本発明によ
る分析および選別の組合わせ装置における細胞の
如き粒子の液体流路の略図を示す。本発明の改良
された選別態様は、流れ血球計算法を利用する細
胞分析機に対して有利な改良を提供する。しかし
ながら、本明細書に記載の選別装置は細胞分析と
選別とを組み合わせる場合に特に有利であるの
で、本発明の好ましい具体例を細胞または粒子分
析と一緒に記載する。

第１図は、本発明の範囲内にある分析機中で移
動する粒子に対する流路の略図である。第１図の
略図は流動細胞測定法を用いて細胞を分析選別す
る一つの方法を示したに過ぎず、第１図の具体例
の多くの変形を本発明と共に用いてもよいことが
理解される。第１図に略記した分析器の詳細は、
1981年６月24日付の米国特許出願第276738号明細
書に記載されている。

次に第１図を詳細に説明する。選別装置１０
は、分析選別される粒子または細胞を含有する流
動液体の流れを提供するように設計されている流
れマニホルド組立体１５を具備する。流れマニホ
ルド組立体１５は、好ましくは上部１６と下部１
８との２つの部分から作られている。これらの部
分は、分離して、流れマニホルド組立体の内側の
流路内に互換性のために液体室２０を挿入し且つ
取りはずすことができるようにするのが好まし
い。この実施例の試料噴射マニホルド２１は下向
きに取り付けてあり、分析される粒子を入れる容
器２２をその上に挿入できるようにしてある。試
料噴射マニホルド２１にはＯ−リング２４が配設
されており、噴射マニホルドと容器との間の液密
的嵌着を確実にしている。

流れマニホルド組立体には主流れ腔部２６が配
設されており、この直径は通常は流れ室２０より
も実質的に大きい。滑らかな層流を容易にするた
めに、主流れ腔部は流れ室２０に向つて細くなつ
ているテーパ部２８を具備する。管腔３０を有
し、主流れ腔部２６へ伸びている試料管２９が、
主流れ腔部２６中に配設されている。管２９もま
た流れ室２０へ向つてテーパを付けたテーパ部３
１を具備する。適正な流れを提供し、試料液体と
覆い液体（sheath liquid）とが混り合うのを避
けるために、テーパ部３１は主流れ腔部内でその
端部と流れ室２０との間に短い間隔を置いて配設
されている。試料管の対向端３２は噴射マニホル
ド２１を越えて伸びており、容器２２内の試料液
体３４中に埋没するようになつている。試料液体
は、分析選別する粒子または細胞３３を分散させ
て含有する。

水路３５は、主流れ腔部２６と連通している。
液体を水路３５を通して主流れ腔部に送つて、液
体流中を流れる粒子の外覆として用いる。覆い液
体３６は、水路３５を通つて流れる時、通常は加
圧される。更に、覆い液体３６は実質的に粒子を
含有せず粒子の分析を妨害しないものであるべき
で、しかも電流を通し、粒子分析のために流れ室
のオリフイスを横切つて電圧をかけることができ
るものであるべきである。食塩溶液を覆い液とし
て用いるのが望ましい。

主流れ腔部２６の反対側の流れ室２０の側部に
は、流れマニホルド組立体中に他の水路３８が配
設されている。水路３８は、流れ室２０の出口端
と流体的に連通している。第二の覆い液体を、通
常は水路３５の覆い液体３６の流れよりも若干低
い圧力で、水路３８に流す。また、食塩溶液は、
第二の覆い液体３９としても好ましく用いられ
る。１対の同心的に配置された中空の管４０と４
１を流れマニホルド組立体内に配設して、これ等
を水路３９で流体連通し、しかもそれらの内部末
端が流れ室２０の出口端と接近して並置されるよ
うにする。管４０と４１とは分析した後の粒子の
選別を容易にするように設計されており、後で更
に詳細に記載する。

ドレン水路４２は主流れ腔部２６と連絡し、弁
４４を具備し、この弁はマニホルド組立体中に液
体の主流がある時には通常は閉じている。流れ作
業を完了した後に液体をマニホルド組立体から排
出するためにドレン水路４２が配設されており、
この水路は流れ室２０と主腔部２６とを通して液
体を逆流させ、閉塞をひき起こす粒子や他の妨害
物を取り除くことができるようになつている。

他の流水路４５が流れマニホルド組立体１５中
を伸びており、試料管２９の側の試料噴射マニホ
ルド２１における開口４６で終つている。粒子３
３と試料採取用液体３４とを有する容器２２が試
料噴射マニホルドに接続されると、加圧空気が水
路４５を通して送られる。通常は、空気は覆い液
体３６の圧力よりも若干高い圧力で、水路４５を
通して送られる。この空気圧下において、試料採
取用液体３４は試料管の管腔３０（第１図）を通
して上方へ主流れ腔部２６に向つて送られる。試
料採取用液体３４が試料採取管のテーパ付末端３
１を出ると、試料採取液体と覆い液体とは合流す
る。同軸の２成分液体流が、好ましくは層流領域
における速度で形成される。分析される粒子を含
有する試料採取液体は、図示のように、液体流の
内側成分を形成する。液体の流れが流れ室２０に
入る時までに、覆い液体と試料採取用液体との速
度は実質的に平衡に達する。更に、内側の試料採
取用液体中の粒子３３は、液体流の中央を流れ、
流れ室内側のオリフイスの壁から離れるように維
持されている。電極４７と４８とをそれぞれ水路
３５と３８中に配設して、公知のコールター
（Coulter）の原理によつて流れ室のオリフイスを
横断して電圧をかけるようにしている。

次に第１図と共に第２図を参照すると、流れ室
２０と選別管４０および４１との好ましい具体例
の略図が示されている。流れ室２０は、好ましく
は円筒形をしており、その中に通路が伸びてい
る。流れ室の両端には、入口開口４９と出口開口
５０がある。入口開口４９と連通している滑らか
なテーパ付凹所５１は、流れ室内を内側に伸びて
おり、一方流れ室の他の側には出口開口５０と連
通する滑らかなテーパ付凹所５２が流れ室内を内
側に向つて伸びている。凹所５１と５２とを相互
に接続して液体流路を形成しているのは小さな直
径のオリフイス５４である。このオリフイスは、
好ましくは流れ室内に同心的に配設されて、流れ
室の縦軸上にある。従つて、流れ室の形状は、上
記の如く公知のCoulterの原理を用いることがで
きる。オリフイスを通過する粒子の容積を測定す
るためのCoulterの原理の利用と、流れる粒子の
発光特性を検出するための流れ室中の光の応用の
両者については、1981年６月24日付の米国特許出
願第276738号明細書に詳細に記載されている。分
析機５５は、粒子が流れてゆく時に粒子を分析し
て異なるパラメータを検出する要素を意図してい
る。

粒子３３を流れ室２０のオリフイス中を流すこ
とによつて分析した後、液体流３４内の粒子は出
口開口５０に向つて流れる。粒子を、分析機によ
る測定に従つて異なる分類に選別するために、管
４０と４１を通常は上記のように配設する。すな
わち、管４０は中空の内管であり、管４１は内管
の周囲に同心的に配設され、間に環状間隙６０を
有する中空の外管である。これらの管を（第１図
に略図として示したように）流れマニホルド組立
体１５に配設して、第２図においてより明瞭にわ
かるように内管４０の長手方向軸線が粒子３３の
流れと整合するようにする。更に、各管はそれぞ
れ出口開口５０内でオリフイス５４（粒子を分析
する領域）にできるだけ近くに配設された粒子入
口端６１および６２を有する。更に好ましくは、
内管の粒子入口端６１は軸方向に外管の入口端６
２から変位している。従つて、入口端６２はオリ
フイス５４の近くにある。この粒子入口端の構成
によつて、後で更に詳細に記載するように、管の
間の間隙６０に粒子を偏向するのが容易になる。
管の他端６４と６５は、それぞれ開口し個々の収
集容器（図示せず）に導かれる。したがつて粒子
を内管の内側の通路６６中の流れまたは両管を分
離する環状間隙６０中の流れに依存して異なる分
類に分離して収集することができる。

１対の電極６８を内管の入口端のすぐ内側の内
面に設置し、電極対７０を外管の入口端のすぐ内
側の内面に設置する。しかしながら電極対７０は
本発明の作動性には必要でなく、本発明の範囲を
更に発展させるために記載される具体例において
具備される。各管上の電極対は、以下に更に詳細
に記載するように、流れる液体流中に気泡を発生
させる。管上で気泡を発生させるのに１対の電極
を用いるのが好ましいが、内管上の１個の電極だ
けを用いて気泡を発生させて内管の入口を塞ぐこ
とによつても本発明は作動できることを理解すべ
きである。流れる液体電解質媒体中に気泡を発生
させるための最適条件としては、電極を白金で作
るのが好ましい。導線７１および７２を電極６８
に接続し、導線７３および７５を電極７０に接続
して、必要な陽極と陰極への接続を確立し、これ
らの導線は更に、本装置の作動中に各電極の作動
を制御する電子回路７４に接続されている。電子
回路は更に分析機５５と接続され、電極による気
泡の発生が粒子分析と整合するようになつてい
る。気体発生電極を有する本発明の電子回路を分
析器整合と共に扱う１つの方法は、上記のZold
の特許、すなわち米国特許第4175662号明細書に
記載されている。

本選別装置の通常の作用を第２図に示す。粒子
３３をオリフイス５４を通過させることによつて
分析した後、これらを通常は内管４０の通路６６
へ向ける。これは、分析機の作用に無関係な粒子
の通常の流路である。第二の覆い液体３９は、粒
子の流れとは反対の方向で外管４１の外側を流れ
ている。上記のように、流れる覆い液体の圧力
が、流れ室を通過する粒子懸濁液の圧力よりも若
干低い限り、覆い液体３９は管の入口端６１と６
２に向つて流れ出し、粒子の管への流入を助け
る。通常の作動では、粒子の流れは内管の入口端
６１に向けられる。電子回路から電極７０へ送ら
れた電気パルスが内管と外管との間の環状間隙の
入口で気泡を発生して粒子がこの間隙に流入する
のを阻止し、従つて、粒子は内管の通路６６に向
けられる。気体発生電極７０の作動は、粒子の内
管への流入には必要ないが、かかる流れを確実に
する補助機構として用いられることが理解され
る。通路６６を通過する粒子は、或る分類の粒子
の代表例として収集容器に集めてもよい。

第３図は、流動流の中の粒子を分類する本発明
の可能性を示す。例えば、オリフイス５４を通過
する粒子が所定のまたは異なるパラメータを有す
ることを分析機５５で測定すると、この情報は電
気的に電子回路７４に入力される。気体発生電極
６８に電気パルスを与えて上記電極が活性化する
と、適当な時間気泡８０が発生して内管の入口端
６１を塞ぐ。従つて、気泡は、分析機からの情報
に従つて測定した或る粒子が内管に入るのを妨げ
る。更に、気泡の発生によつて、流れる粒子は内
外管の間の環状間隙６０へと偏向する。内管と外
管の入口端における段差構造により、この粒子の
環状間隙への偏向が容易になることがわかる。環
状間隙中の各粒子は次いで管装置を通過して、内
管を通過する粒子とは別個に収集される。この方
式では、異なるまたは所定のパラメータを有する
粒子を異なる分類に収集することができる。粒子
の選別はす早く行なわれ、内管中の流れと管の間
の環状間隙中の流れとの間の粒子の流れは粒子の
異なつた分類に対応してす早く変化することが理
解される。

本発明のもう１つの具体例、詳細には選別要素
の具体例を第４図に示す。本具体例の種々の要素
に対する符号は、上記具体例と同じであり、添字
ａが付加されている。本具体例では、電極対６８
ａと７０ａとは、それぞれ入口端から離れた管末
端で内管および外管の内側に設置されている。従
つて、電極対６８ａおよび７０ａは、それぞれの
管の端部６４ａおよび６５ａに配設されている。
電極６８ａおよび７０ａによつて発生された気泡
は、流体流が粒子流を内管間隙６６ａから環状間
隙６０ａへまたはその逆へと方向転換するのを妨
げる。この離れた電極の位置によつて管の構成は
簡単になる。何故ならば電極は、装置の成分の寸
法が大して問題とならない装置の部位に配設され
ているからである。電極を管の離れた端に配設す
ると気泡発生電気パルスの電気的隔離を改良する
ことができるので、Coulter型の容積感知分析機
に有利である。かかる改良は、気体発生電極と
Coulterオリフイスとの間の距離が大きくなつた
ことに関する。

更に、本発明の好ましい具体例は、上記のよう
に気泡発生源として電極を用いているが、他の気
体発生技法を用いることも本発明の範囲内にあ
る。例えば、電気分解の他に、抵抗加熱、光の吸
収、マイクロ波または無線周波加熱、化学反応お
よび分解、のような加熱法によつて、あるいはそ
れぞれの管に気体を直接噴射することによつても
気泡を発生させることができる。

このように、本発明は、気体発生法を利用して
流れる粒子の流路を偏向させ、異なるパラメータ
を有する粒子を選別した後に、異なる分類に従つ
て収集することができる選別装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の粒子選別装置の液体流路の
概略図、第２図は、粒子分析部と分析後に気体発
動作用によつて粒子を選別するための好ましい要
素の拡大断面図、第３図は、第２図の断面図に類
似の拡大断面図であり、第４図は、第２図の断面
図に類似の拡大断面図であつて気体発動要素の別
の具体例を示している。 １０：選別装置、３３：粒子、４０：内管、４
１：外管、６０：環状間隙、６８，７０：電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粒子パラメータの差によつて液体流中を移動
   する粒子を選別する選別装置において、 液体流中に粒子の流れを提供する装置と、 前記粒子が流れている時にこれらの粒子を分析
   して異なるパラメータを有する粒子を検出する装
   置と、 前記分析装置の下流側に配設され前記粒子流と
   ほぼ整合された長手方向軸線を有する中空の内管
   およびこの内管と同心的に配設された中空の外管
   と、 前記内管中に気泡を発生させて粒子が内管内に
   流入するのを妨げて流れる粒子を前記内管と外管
   との間の環状の間隙へ偏向させる装置と、 気泡の発生を前記粒子分析と整合させて、異な
   るパラメータを有する粒子を選択的に前記環状間
   隙に偏向させることによつて粒子の選別収集を可
   能にする整合装置と、からなる粒子選別装置。 ２ 前記粒子は、感知領域を通過する時に該領域
   中で分析され、前記管は、前記感知領域の下流側
   に配置され、これにより、偏向されない粒子が前
   記内管を貫流して収集されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記内管及び外管の粒子入口端は互いに位置
   が異なつており、前記外管の入口端の方が前記感
   知領域に近接されており、これによつて粒子が前
   記内管及び外管の間の環状間隙に偏向し易くなつ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の装置。 ４ 前記気泡発生装置が前記内管中に配置された
   少なくとも１個の電極であり、該電極は、前記整
   合装置によつて活性化されて粒子の前記環状間隙
   への偏向に対応する気泡を生成させる、特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 ５ 前記電極が、粒子の流入する入口端から離れ
   て前記内管中に配設されている、特許請求の範囲
   第４項記載の装置。 ６ 一対の電極が前記内管中に配設されることを
   特徴とする、特許請求の範囲第４項記載の装置。 ７ 前記内管と外管との間の環状間隙中に気泡を
   発生する装置を更に配設して、粒子の流れを内管
   中へ導くように構成された、特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ８ 粒子パラメータの差によつて液体流中を移動
   する粒子を選別する方法において、 粒子を液体流中を流す段階と、 前記粒子が流れている時に分析して、異なるパ
   ラメータを有する粒子を検出する段階と、 粒子を分析する部位の下流側に配設された中空
   の内管中に前記粒子を導く段階と、 前記内管中に気泡を発生させて、粒子が内管へ
   流入するのを妨げ、また、流れる粒子を前記内管
   とこの内管と同心的に配設された外管との間の環
   状間隙中に偏向させる段階と、 気泡の発生を上記粒子分布と整合させて、前記
   異なるパラメータを有する粒子を前記環状間隙中
   へ偏向されて粒子を選別収集する段階と、からな
   る粒子の選別方法。 ９ 前記気泡発生段階が、内管中に配設された少
   なくとも１個の電極によつて気泡を生成させるこ
   とを包含する、特許請求の範囲第８項記載の方
   法。 １０ 前記気泡が、粒子の流入する粒子入口端か
   ら離して前記内管中に配設された少なくとも１個
   の電極によつて生成される、特許請求の範囲第８
   項記載の方法。 １１ 気泡が内管中に配設された一対の電極によ
   つて生成される、特許請求の範囲第９項記載の方
   法。 １２ 前記内管と外管との間の環状間隙中に気泡
   を発生する装置を更に配設して、粒子の流れを内
   管中への流れに限定するようにした、特許請求の
   範囲第８項記載の方法。 １３ 前記外管の外側に粒子の流れに対向する方
   向に覆い液体を移動させ、該覆い液体を前記管の
   入口端に向かつて流して粒子が前記管中に流入す
   るのを助ける段階を包含する、特許請求の範囲第
   ８項記載の方法。 １４ 前記内管と前記環状間隙とにそれぞれ選別
   された粒子を別個の容器に集める段階を包含す
   る、特許請求の範囲第８項記載の方法。