JPH0312698B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、粒子分析および選別装置、とくに
インピーダンス感知原理および光学測定を用いて
粒子組織の調査を行う装置に関するものである。

ウオーレンス エイチ クールターによつて発
明された粒子計数および分粒原理は、米国特許第
2656508号明細書に示されるように、1950年以来、
懸濁液中に識別される微視的な粒子の電子計数、
分粒および分析のための多くの方法および貫流装
置をもたらしている。この従来技術の構成では、
懸濁液のそれぞれ素地内の支持電極によつて、二
個の容器間に直流電流流れがもたらされる。二素
地間の液体のみの導通がオリフイスを経て行われ
るので、オリフイス内に電流流れおよび電界がも
たらされる。オリフイスならびにその内部および
周りの電界は感知ゾーンを構成する。各粒子が感
知ゾーンを通過するに際し、その通過の間に感知
ゾーンにおける内容物のインピーダンスが変化す
るので、感知ゾーン内の電流流れおよび電界が変
調され、そのような変化に応答するよう配置され
た検出器へ供給される信号の発生がもたらされ
る。

自動化された多くの貫流粒子分析器は、サンプ
ルの異種の分散セル母集団内に存在する各種のセ
ルの確認のための粒子識別信号が少ない場合には
使用が不可能である。今のところ、多くのフロー
システムで蛍光性、光散乱およびエレクトロニツ
クセルボリユーム（インピーダンス感知）を測定
している。加えて、貫流粒子分析器内で粒子を小
液滴内に配置してその小滴を上述した測定法で選
別することが考え出された。このような選別粒子
分析器はフルワイラーその他による米国特許第
3710933号明細書および「The Jounal of
Histchemistry and Cytochemistry」Vol.25，
pp.796〜803，1977年のイー・メンケその他によ
る“Ａ Volume−Activated Cell Sorter”に示
されている。

多くの設計上の問題は、選別粒子分析器に光学
測定手段とインピーダンス測定手段との両方を用
いることによつてもたらされる。上述した従来技
術の選別粒子分析器は、二種類の測定を相関させ
る必要から、光学測定を行う前にエレクトロニツ
クセルボリユーム測定を行う。この相関問題は非
常に低い粒子流量においては重要ではない。しか
しながら、高粒子流量では、ボリユーム感知オリ
フイスを通過後に引き離されて個別に光学感知ゾ
ーン方向に移動するセルの集合体、蛍光を発しな
い粒子の存在および流れ内での二個の隣接するセ
ルの位置変換の可能性のような人為的な原因によ
つて検知信号が混乱される。加えてこれは特定粒
子の光学信号と電子信号との間の時間遅れに関す
る補償のための特別の回路構成の使用を必要とす
る。

全ての測定を同時に行う電気−光学粒子分析器
が発達したので、選別を行わない場は、継続的な
測定から得られる相関データの複雑さおよび不確
実さが除去される。この電気−光学粒子分析器
は、「The Journal of Histochemistry and
Cytochemistry」Vol.25，No.７，（1977）pp827〜
835のトーマスその他による“Combined
Optical and Electronic Analysis of Cell with
AMAC Transducers”に記載されている。この
複数パラメータ粒子分析器は、全てのパラメータ
が同時に測定される四角形感知オリフイスを用い
る。この四角形オリフイスは、四個の角錐を接着
することによつて形成されるキユーブの内側に囲
まれる。

この発明は、電気−光学粒子分析装置と選別装
置を組み合わせたものであり、そこでは光学測定
と電気インピーダンス（エレクトロニツク ボリ
ユーム）測定との両方が、粒子感知孔を通過する
粒子の流れに対して同時に行われる。フローセル
は両端に開口を区画する上流側チヤンネルと下流
側チヤンネルとの一対のチヤンネルを有し、二個
のチヤンネルを連通する粒子感知孔を具える。本
発明装置によれば、出口オリフイスを有するノズ
ルを下流側チヤンネルの端部に取付けて、液体を
満たすフローチヤンバーを区画する。シース液体
をフローチヤンバーの下端部に供給して、小径フ
ロートチヤンバーの全長にわたつて粒子の流れに
対するシースとし、このことにより、粒子が照明
され、またそこからの光が集まる室が下流側チヤ
ンネルの上端部に隣接してフローセル内に形成さ
れる。この構成により、粒子の流れは出口オリフ
イスに進む際に流体力学的に集束され、その後、
液体ジエツト部分となる。この液体ジエツトは、
通常の方法で複数の小滴にくだかれ、これらの小
滴は前述した信号に基づいて帯電され選別され
る。

従来、小滴の選別は、インピーダンス測定およ
び光学測定を同時に行う電気−光学装置には含ま
れていなかつた。さらにまた、出願人は、フロー
チヤンバーの小さい容積にもかかわらず、液体シ
ースによる粒子の流れの流体力学的集中を、下流
側オリフイスの底部へシース液体を導びくことに
よつてもたらすことができ、これにより、光学組
立品を妨害することがないことを確認した。

以下にこの発明を図面に基づいて説明する。

第１図は、サンプル導入チユーブ１２、このチ
ユーブ１２を同軸関係をもつて囲むシースチユー
ブ１４およびチユーブ１２の端部に設けた光学的
に透明なフローセル１６を有する貫流粒子分析・
選別装置１０を示す。フローセル１６は、そこに
形成した一対の対抗するボアもしくはチヤンネル
１８，２０および微視的感知孔２２を有し、この
感知孔は両チヤンネルの端部間に流体通路を形成
する。孔２２は後述するような粒子感知ゾーンを
限定する。与圧容器２３Ａからの個々の懸濁粒子
の液体流れはチユーブ１２を進行する。他の与圧
容器２３Ｂからの塩性の薄層をなす液体シース
は、粒子の流れを囲むようにチユーブ１４を流れ
る。粒子の流体流れがチユーブ１２からでて第１
のチヤンネル１８へ入ると、粒子の流れが液体シ
ース速度を得るので、流体力学的圧力は、粒子の
流れの直径を減少させる。液体シースはまた、粒
子の流れを中央にもたらすよう作用するので、粒
子がオリフイス２２を通過する。オリフイス２２
を離れた後、粒子はフローセル１６の第２のチヤ
ンネル２０へ入る。

種々の装置構成要素を円筒状フレーム２５にて
支持する。出口オリフイス２６を形成したノズル
２４をフローセル１６の端部に取り付けてそのノ
ズル２４と第２のチヤンネル２０とで液体を満た
すフローチヤンバー２８を区画する。チユーブ２
９を管路取付物３０によつてフレーム２５に連結
する。第２のシース液をチユーブ２９を経て液体
キヤビテイ３１へ供給する。ここでこの液体キヤ
ビテイは、フローセル１６の壁部に形成した三個
の入口オリフイス３２と液体接続状態にある。孔
２２と関連する圧力降下の故に、十分な流動圧力
を有する第２のシースで、粒子をフローチヤンバ
ー２８に通過させて出口オリフイス２６から出す
ために、フローチヤンバー２８内へ第２のシース
液体を導びくことが必要になる。

従来技術とは反対に、第２の液体シースをフロ
ーチヤンバー２８の下部に導びいて後述する光学
的照明および収集の利益をもたらす。より明確に
は、シース液体は、感知孔２２の下流側で相当距
離下方に配置した複数の入口オリフイス３２を経
て第２のチヤンネル２０に入る。さらにまた、第
２のシース液体は、感知孔２２から出る粒子流れ
に対して非同心的な方法で導びかれ、第２のチヤ
ンネル２０の比較的小さい内部容積内へ注入され
る。第２のチヤンネル２０の小さい容積および第
２のチヤンネル２０の底部への第２の液体シース
の非同心的な導入にもかかわらず、第２のシース
液体の一部は上方に進み、感知孔２２からでる粒
子流を捕らえる一方、第２のシース液体の残部
は、出口オリフイス２６に、また中間の全ての場
所へ直ちに流れることが確認されている。このよ
うにして、フローチヤンバー２８を通る粒子流れ
のすぐれた流体力学的集中が行われ、このことに
よつて、流れが出口オリフイス２６から出ること
が許容される。好適例では三個の入口オリフイス
３２を示しているが、オリフイス３２の数は単な
る設計上の問題であり、それらの直径にも依るが
は一個でも十分である。けれども、フローチヤン
バー２８のクリーニングおよびフラツシユイング
を行うためには一個以上であることが便利であ
る。

ブロツクで線図的に示す装置の構成要素は、通
常は一般的な粒子分析および選別システムとして
存在し、流れを計量測定する選別システムとして
しばしば用いられる。粒子分析および選別装置１
０のこれらの構成要素は、この発明の作用を説明
する必要から示されている。

通常の方法では振動エネルギーは、バイブレー
タ３６によつて出口オリフイス２６から出る液体
ジエツト３４へ供給される。一つの可能性として
バイブレータ３６は、圧電結晶を具えることがで
きる。フローセル１６は、圧電結晶に取り付けら
れれるとともに支持され、フローセルは高周波数
で振動される。セル１６が振動する正確な周波数
は、出口オリフイス２６の選択された直径に依存
する。これらの振動は、ジエツト３４の表面に一
般的には波動であるわずかな乱れを与え、そのジ
エツトは既知の表面張力によつて伸び、そしてつ
いにはブレイクオフポイント３８で切れてはつき
りした小滴になる。出口オリフイス２６の直径、
液体ジエツト３４の速度および粒子懸濁液の希釈
は、通常は特定の小滴４０内にわずか一個のセル
が含まれるように予め決定される。

通常の選別手段６０により選別された小滴４０
は、たとえば、電圧が適用される帯電カラーで帯
電され、他の小滴は帯電されない。選別装置６０
はまた、一対のデフレクタープレートを含み、こ
のデフレクタープートはそれらの間に電位差を有
する。小滴が両プレート間を通過するに際し、帯
電された小滴は電界内で偏向されるので、帯電さ
れた小滴と、帯電されない小滴との分離が行われ
る。特定の小滴を帯電することの決定は、小滴中
に含まれる粒子についての前述したような光学的
およびインピーダンス測定に基づいて行われる。
装置１０のこの部分は従来既知であるので、小滴
を形成することおよび選別することの上の記載は
簡単なものとした。

フローセル１６内の懸濁粒子は、感知孔２２を
通過する間に、たとえばレーザのような照明源４
２によりもたらされる光線にて通常の方法で照明
される。サンプル懸濁液中の粒子の照明に対する
基本的な光散乱、けい光性または吸光度の応答
は、光学検出器４４で検出される。既知のよう
に、フローセル１６に使用することができる照明
および光収集装置は複数ある。しかしながら、こ
の発明による孔２２の相当下流側への入口オリフ
イス３２の配置により、オリフイス３２が光照明
および光収集を妨げることがないので、より大き
な立体角の光照明および光収集が可能になる。

感知孔２２は、前述したような光学感知ゾーン
として作用するのみならず、以下に述べるよう
に、ウオーレンス クールターの原理により、エ
レクトロニツクボリユーム感知ゾーンとしてもま
た作用する。好ましくは上流側電極４６をシース
チユーブ１４の内部に取り付け、下流側電極４８
を、好ましくはリモートチヤンバー５０に取り付
ける。ここでリモートチヤンバーはチユーブ２９
を経てフローチヤンバー２８に連通する。直流電
流を含む低周波電流源もしくは高周波電流源５２
またはこれらの両者は、導電体５４，５６によつ
てそれぞれ電極４６，４８に電気接続される。粒
子が孔２２を通過するに際し、粒子は電流を変調
して、通常の検出回路５８により検出し得る粒子
パルスをもたらす図示の電源５２および検出回路
５８は米国特許第3710933号、第3502974号および
第3502973号明細書に示されている。

必須ではないが、好ましくはチヤンネル１８，
２０は、6.37mm（0.25inches）のフローセル１６
の全長にわたつて1.27mm（0.05inches）の円形断
面を有する。このフローセル１６は水晶の単一結
晶片から構成され、この単一結晶片はフローセル
１６を相当小さくすることを許容する。比較的小
さなサイズのフローセル１６は、その光学特性に
すぐれており、フローセルは光信号のため点源に
近ずく。好ましくは粒子感知孔２２の横断面をほ
ぼ正方形とする。第２図の拡大断面図から明らか
なように、チヤンネル１８，２０の端部を孔２２
でさえぎられる球状表面６２，６４で形成する。
チヤンネルに丸みのついた端部を設けることによ
り、孔２２を正確に位置決めする必要がない。そ
れらの外表面は平坦であり、かつ孔２２の壁と平
行である。基本的には孔２２は50〜100μmの長さ
の壁を有する。好ましくは、孔２２、出口オリフ
イス２６およびチヤンネル１８，２０を同軸に整
列させる。上述した寸法およびこのパラグラフで
述べた構成は、単なる例証であり、それぞれ他の
寸法および形状とすることもできる。

この装置は主に調査セルのために用いられる
が、他種類の粒子にも同様に適用することができ
る。

以上この発明の詳しい実施例を示し、説明した
が、この発明はこのような実施例の詳細に限定さ
れるものではない。これに反してこの発明は、そ
の技術的範囲内の全ての変形例を含むものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による粒子分析および選別装
置の部分をブロツク線図で示す部分断面図、第２
図は第１図のフローセルの感知孔領域の拡大断面
図である。 １０……粒子分析および選別装置、１２……サ
ンプル導入チユーブ、１４……シースチユーブ、
１６……透明フローセル、１８，２０……チヤン
ネル、２２……微視的感知孔、２３Ａ，２３Ｂ…
…与圧容器、２４……ノズル、２５……円筒状フ
レーム、２６……出口オリフイス、２８……フロ
ーチヤンバー、２９……チユーブ、３０……管路
取付物、３１……液体キヤビテイ、３２……入口
オリフイス、３４……液体ジエツト、３６……バ
イブレータ、３８……ブレイクオフポイント、４
０……小滴、４２……照明源、４４……光学検出
器、４６，４８……電極、５０……リモートチヤ
ンバー、５２……電源、５４，５６……導電体、
５８……検出回路、６０……選別装置、６２，６
４……球状表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 懸濁状態にある粒子の流れが通過する粒子感
   知孔２２を有するフローセル１６を具え、フロー
   セルが上流側のチヤンネル１８および下流側のチ
   ヤンネル２０を有し、前記粒子感知孔をこれらの
   チヤンネル間に配設して両チヤンネル間の液体の
   みの連通をもたらし、また出口手段２４，２６を
   前記下流側チヤンネルの下流端近傍に設けてなる
   懸濁状態にある調査粒子のための粒子分析装置１
   ０において、 流体導入手段３２を前記下流側チヤンネル２０
   の下流端部分に配設して、導入液体２３Ｂを上流
   側に配置した粒子感知孔２２に向かうだけでなく
   前記出口手段２４，２６内へ流入させ、粒子の流
   れが前記粒子感知孔から前記出口手段へ流れるに
   際し、粒子の流れを流体力学的に集束させること
   を特徴とする粒子分析装置。 ２ 前記液体導入手段を、液体キヤビテイ３１お
   よび入口オリフイス３２で構成し、粒子の流れに
   対し、液体が非同心的に導入されるように配置し
   てなる特許請求の範囲第１項に記載の粒子分析装
   置。 ３ 前記液体導入手段を、管取付物３０、液体キ
   ヤビテイ３１および入口オリフイス３２で構成
   し、粒子の流れに対して導入液体が粒子の流れと
   ほぼ直角に前記フロートセルへ流入するように配
   置してなる特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載の粒子分析装置。 ４ 粒子分析装置がさらに、前記粒子感知孔２２
   内の粒子を照明するための放射線をもたらす照明
   手段４２を具え、 この照明手段およびその放射線を、前記液体導
   入手段３２から相当離して方向付けし、かつ位置
   決めしてなる特許請求の範囲第１〜第３項のいず
   れか１項に記載の粒子分析装置。 ５ 前記液体導入手段３２を、前記出口手段２６
   の近傍に配置し、この出口手段が出口オリフイス
   ２６を有するノズル２４を具え、このノズルが、
   粒子の流れをノズルからの液体ジエツト３４とし
   て噴出する特許請求の範囲第１〜第４項のいずれ
   か１項に記載の粒子分析装置。 ６ 液体ジエツト３４を周期的に乱して粒子を含
   むを小滴を生成する乱し手段３６と、前記小滴を
   選別する選別手段６０とを有し、この選別手段
   を、粒子が前記粒子感知孔２２を通過するときに
   生起される信号によつて制御する特許請求の範囲
   第５に記載の粒子分析装置。