JPH0534261A

JPH0534261A - 粒子分析用のサンプル扁平流形成装置

Info

Publication number: JPH0534261A
Application number: JP3210053A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ogino; 真一荻野
Original assignee: Sysmex Corp
Current assignee: Sysmex Corp
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1993-02-09
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: JP3117751B2

Abstract

(57)【要約】【目的】血液や尿等の粒子成分を含むサンプル（試料
液）を、流路の縦横比が１〜数倍のフローセルを用いな
がら、幅が広く厚みの薄い扁平な流れにして流す。【構成】フローセル１０の測定用流路１６の横断面
を、辺の比が１〜数倍の矩形とし、導入用流路１４の一
方向の幅のみが次第に狭められた形状とし、サンプルノ
ズル１２先端の吐出口２２を扁平状に開口した形状とす
るか、又は小さな吐出口３０を横一列に並べ、導入用流
路１４における幅の減少方向と、扁平状吐出口２２の径
の短い方向、又は横一列に配置された小吐出口３０の配
列方向とを一致させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、血液や尿等の粒子成分
を含むサンプル（試料液）を、幅が広く厚みの薄い扁平
な流れにして流すためのサンプル扁平流形成装置にに関
するものである。本発明の装置は、そのサンプル扁平流
にストロボ光を照射し、粒子成分の静止画像を撮像する
粒子画像分析装置において好適に使用される。

【０００２】

【従来の技術】扁平な流れにして流した粒子成分の画像
を撮像し、画像処理により粒子の分析をする装置は、特
開昭５７−５００９９５号公報あるいは米国特許第４，
３３８，０２４号公報に開示されている。フローセル
は、測定領域において縦横比が大きな（数十倍にも及
ぶ）流路を有し、その流路においてサンプルの平面（フ
ラット）シースフローを形成させ、ビデオカメラでその
サンプル扁平流の静止画像を撮像している。撮像領域に
おける流路寸法は横１００μm、縦５０００μm（縦横比
は５０倍）と記載されている。なお、シースフロー（ｓ
ｈｅａｔｈｆｌｏｗ）とは、粒子を液流れの中央部に
精度良く一列に整列させて通過させるために、粒子の懸
濁液の周囲を層流のシース液で被覆した流れをいう。

【０００３】一方、実開平３−４４６２６号公報には、
半導体製造等に使用されるクリンルームの洗浄度計測用
として、先端部が扁平状になり、その扁平方向に沿って
複数のノズル孔に分割されたノズル、及び吐出孔自体が
扁平になっているノズルが開示されている。確かに、こ
れらのノズルはサンプル流を扁平にするためのものであ
るが、シースフローは用いておらず、単に大量の試料流
体を流すためのものである。これらのノズルだけでは、
本発明において必要とする充分な扁平度（１０μm×９
００μm程度）を有する扁平流は実現できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の特開昭５７−５
００９９５号公報、米国特許第４，３３８，０２４号公
報などに記載された従来のフローセルにおいて、流路の
厚みは被分析粒子の大きさ程度であり、またその寸法に
おいても精度が要求される。このため、製造が難しく、
高価であるという問題があった。また、厚みが薄いため
破損し易く、取り扱い難いという問題もあった。通常の
フローサイトメータでは、流路の縦横比がほぼ１倍のフ
ローセルが用いられている。そのようなフローセルを用
いれば、上記のような問題はないが、そのままではサン
プル扁平流は形成できない。フローサイトメトリーハン
ドブック・サイエンスフォーラム（昭和５９年）：３９
９〜４００頁には、サンプル流に働く力についての記載
がある。図１５はその文献から引用した図であり、流れ
の方向から見たフローセル部分の図（平面図）である。
ｈ、ｖ両方向を比べると、絞りの比が大きいｈ方向の力
ｆｈの方が、絞りの比が小さいｖ方向の力ｆｖより大き
く作用する。しかし、これはサンプル中の細胞の向きを
一定方向に整列させるために用いられるものであり、サ
ンプル扁平流の形成には不充分である。なお、サンプル
流に働く力をｆｈ、ｆｖとすると、ｆｈ：ｆｖ＝Ａ／
ａ：Ｂ／ｂで表わされ、Ａ／ａ＞Ｂ／ｂである。本発明
は、上記の諸点に鑑みなされたもので、流路の縦横比が
１〜数倍のフローセルを用いながら、サンプル扁平流を
形成することができる装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、フローセルの導入用流路において、流路の一方の
幅だけを狭めていき、測定用流路に連接させる。そし
て、サンプルノズルの吐出口を扁平状にするか、又は小
さな吐出口を横一列に並べる。さらに、導入用流路にお
ける幅の減少方向とサンプルノズル吐出口の幅の狭い方
向、つまり、吐出口が扁平状の場合は、径の短い方向と
を、吐出口が横一列の場合は縦方向（配列方向と直交す
る方向）とを同じにする。

【０００６】本発明の請求項１の粒子分析用のサンプル
扁平流形成装置は、図１〜図８に示すように、流路が次
第に狭められた導入用流路１４と、導入用流路１４に連
なる狭い測定用流路１６と、導入用流路１４に設けられ
たシース液供給口１８と、測定用流路１６の下流に設け
られた排出口２０とを備えたフローセル１０と、フロー
セルの導入用流路１４内に、先端が測定用流路１６に向
かうように配置された、サンプル吐出用のサンプルノズ
ル１２と、からなる粒子分析用のサンプル流形成装置に
おいて、フローセル１０の測定用流路１６の横断面は、
辺の比が１〜数倍の矩形であり、フローセル１０の導
入用流路１４では、この流路１４の一方向の幅のみが次
第に狭められており、サンプルノズル１２先端の吐出口
２２は、扁平状に開口しており、この吐出口２２の短方
向が、上記導入用流路１４の減少方向と同一方向となる
ように、サンプルノズル１２が配置されていることを特
徴としている。

【０００７】この場合、図９に示すように、サンプルノ
ズル１２の吐出口２２が、中心部分の幅よりも端部分２
８の幅の方が広い形状を有しているように構成するのが
望ましい。また、吐出口形状が扁平状であるサンプル
ノズルの代わりに、図１０に示すように、小吐出口３０
が横一列に複数個設けられたサンプルノズル１２ａを用
い、小吐出口３０の配列方向が導入用流路１４の減少方
向と直交するように、サンプルノズル１２ａを配置する
こともある。この場合の一例として、図１１〜図１４に
示すように、サンプルノズル他端のサンプル流入口２６
は一つであり、サンプルノズル内部で複数の小流路３６
に分岐させ、各小吐出口３０を一列に並べるように構成
される。図１１〜図１４に示す場合は、サンプルノズル
の小吐出口３０の数を偶数とし、これらの小吐出口３０
をサンプルノズルの中心の対称位置に設けるのが望まし
い。そして、さらに、端部分に配置された小吐出口の
径が、中心部分に配置された小吐出口の径よりも大きく
なるようにするのが望ましい。

【０００８】

【作用】導入用流路１４において、一方の幅だけを狭め
ているので、シース液はその方向についてのみ、内側に
向かって大きな力が作用し、幅が変わらない方向には力
は作用しない。つまり、一方向のみにサンプル絞り込み
作用が発生する。サンプルノズル１２の吐出口２２は、
従来のような円形ではなく、円を扁平にした形状、すな
わち略楕円形である。このため、ノズル１２から吐出さ
れたサンプル液は、両者（一方向のみのサンプル絞り込
み作用とノズルから吐出された扁平流）の相乗作用によ
り、縦横比が１〜数倍の測定用流路１６であっても、極
めて扁平なサンプル流を形成することができる。また、
サンプルノズル１２ａの複数の小吐出口３０から吐出さ
れたサンプル液の場合も同様に、極めて扁平なサンプル
流を形成することができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を詳細に説明する。ただし、この実施例に記載されてい
る構成機器の寸法、材質、形状、その相対配置などは、
とくに特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれ
らのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例に
すぎない。図１〜図３は、本発明のサンプル扁平流形成
装置を示している。この装置は、シースフローを形成さ
せるためのフローセル１０と、試料を吐出させる細管で
あるサンプルノズル１２とによって構成されている。フ
ローセル１０は、ガラス、プラスチックなどの透明体か
らなり、一方向の幅のみが次第に狭められた導入用流路
１４と、導入用流路１４に連なる狭い測定用流路１６
と、導入用流路１４に設けられたシース液供給口１８
と、測定用流路１６の下流に設けられた排出口２０とを
備えている。そして、測定用流路１６の横断面は、辺の
比が１〜数倍、具体的には１〜１０倍、望ましくは３〜
５倍の矩形となっている。なお、辺の比が２０倍を超え
る場合は、従来のフローセルに近づき、製作が難しく、
かつ破損し易くなる。この装置において、試料を周囲か
ら包み込みながら測定領域ｃへ導くためのシース液を、
フローセル１０中に流し、同時にノズル１２によってシ
ース液中に試料を流し込むことによって、試料流の厚さ
を一定の値（測定する粒子の厚さ程度の値とし、例えば
血液中の赤血球を測定する場合は、１０μm程度とす
る。）に絞り込む。

【００１０】導入用流路１４の一方の幅ａ１（図１、図
３参照）は、例えば１mmと一定であり、ノズル１２先端
付近でのシース液流の幅が変化しないようにしているの
で、幅ａ１の方向には試料流に絞り込み作用が働かな
い。一方、導入用流路１４の他方の幅ｂ１（図２、図３
参照）は、上記の場合と異なり、幅ｂ１から測定用流路
１６に近づくにつれ、次第に幅が狭まって幅ｂ２（図
２、図３参照）となり、試料流の絞り込み作用が働くよ
うになっている。幅ｂ１は一例として１０mm、幅ｂ２は
一例として０．５mmである。フローセル１０内に、従来
の円孔ノズルを配置することによって、試料の流れを板
状、すなわち厚さが１０μm程度で幅の広い試料流を作
ることができる。しかしながら、この方法のみでイメー
ジングフローサイトメータの測定領域に十分な幅を持っ
た試料流を作ることができない。

【００１１】そこで、図４〜図１４に示すようなサンプ
ルノズルを使用することによって、フローセル１０の測
定用流路１６を流れるサンプル流の厚みを、さらに薄い
扁平流にすることができる。以下、これについて詳細に
説明する。撮像領域は、基本的に対物レンズ（図示せ
ず）の倍率とビデオカメラ（図示せず）の撮像素子の大
きさとによって決まる。例えば、対物レンズの倍率が１
０倍、ビデオカメラのＣＣＤ撮像素子が２／３インチの
場合、ＣＣＤ素子受光面の大きさは８．８×６．６mmで
あるため、フローセル１０での撮像領域は０．８８×
０．６６mm、対物レンズ系として４０倍の倍率を持たせ
た場合の撮像領域は０．２２×０．１６５mmであるた
め、対物レンズ系の倍率を１０倍とした場合でも、サン
プル流は０．９mm程度の幅を持っていればよいことにな
る。ここで、シースフロー測定法において、フローセル
中を流れるサンプル流の断面積は、サンプル流の流量と
シース液の流量比によって決まる。例えば、ノズルとし
てサンプル流出口が１つしかない円形の従来のノズルを
使用し、単位時間当たりのサンプルの吐出量を２．６μ
l/sec、シース液の流量を５００μl/secとすると、フロ
ーセルの測定用流路１６の断面内において、サンプル流
とシース液の占める面積比は、１：１８７の比率にな
る。このため図１〜図３に示すように、測定用流路１６
の断面を１mm×０．５mmとした場合、サンプル流の占め
る面積は、０．５mm²の１／１８７、すなわち、２．７
×１０^-3mm²となる。

【００１２】今、仮にサンプル流を一方向のみに１／２
０に絞り込むことができたとする。なお、１／２０とい
う値は、フローセル形状によって決まる値である。従来
の円形開口ノズルから吐出された直後のサンプル流の径
が、０．２mmの場合、測定領域ｃにおけるサンプル流の
厚さは１／２０、すなわち１０μmに絞り込まれる。こ
の結果と、前述の測定用流路１６におけるサンプル流の
占める面積結果とから、サンプルの占める領域の大き
さ、０．０１mm×０．２７mmが得られる。扁平流の直径
は０．２７mmであり、目的とする撮像領域幅０．９mmの
約１／３しか達成できないことがわかる。これを解決す
るために、（ａ）サンプル吐出量を３倍にする。（ｂ）サンプル吐出口の開口面積を３倍にする（流量
は変化なし）。の案が考えられる。しかし、（ａ）案の場合は、つぎの
ような問題がある。すなわち、測定用流路１６における
サンプル流占有面積は元の３倍となる。一方、ノズルか
らの吐出直後のサンプル流の径は元の√３倍となる（面
積とすれば３倍）。よって、１／２０に絞られても、サ
ンプル流の厚みは元の√３倍となる。このため、サンプ
ル流の幅は３／√３＝√３倍となり、結局、サンプル流
の厚み、幅とも√３倍になってしまい、厚みが元のまま
で、幅のみを３倍にすることはできない。また、（ｂ）
案の場合は、つぎのような問題がある。すなわち、測定
用流路１６におけるサンプル流占有面積は元のままであ
る。ノズル吐出口の開口面積が３倍（径では√３倍）で
あるので、吐出直後のサンプル流の径は√３倍となる。
よってサンプル流の厚みも√３倍となり、サンプル流の
幅は、逆に１／√３倍となる。また、（ａ）案におい
て、さらにシース液流量も３倍にすることも考えられる
が、この場合もつぎのような問題がある。すなわち、サ
ンプル流占有面積は減り１倍となり、サンプル流の厚み
は減り１倍となり、サンプル流の幅は１倍となる。そ
の他、サンプル吐出量、サンプル吐出開口、シース液流
量を変化させた組み合わせが各種考えられるが、いずれ
の場合においても、目的とする充分な扁平度を得ること
はできない。

【００１３】本発明は、このような問題を解決するため
に、図４〜図９に示すような略楕円形のサンプル吐出
口、又は図１０〜図１４に示すような、小さい径の吐出
口を一列に並べた多孔形のサンプル吐出口を持ったサン
プルノズルを使用することによって、サンプル流の扁平
度をより向上させるようにしたものである。前述のよう
に、流路の絞り込み倍率を１／２０倍、ノズルの先端の
吐出口径を０．２mm、シース液の単位時間当たりの流量
を５００μl/sec、サンプル流量を２．６μl/secとした
場合、測定領域でのサンプル流の断面は１０μm×２７
０μmである。撮像領域全体にサンプルを流すには、単
位時間当たりのサンプル吐出量を約３．３倍の８．６μ
l/sec以上吐出する必要がある。図４〜図８に示すサン
プルノズル１２では、ノズル先端のサンプル吐出口２２
における厚さ方向の長さｄ（図８参照）を、一例として
０．２mmに保ったまま、吐出口２２の幅を一例として
３．３倍の０．６６mmとしている。図４〜図８において
は、一例として、ノズル１２の先端からある一定の長さ
だけテーパ状部２４を設けて、略楕円形の吐出口２２を
作製しているが、テーパ状部の代わりに、段階状部を設
けても支障はない。２６はサンプル流入口である。図８
に示すように、略楕円形の吐出口２２の中心部と、サン
プル流入口２６とが同一直線状に存在すると、流れが均
等に分岐し難いので、吐出口の形状を、図９に示すよう
に、端部分２８の幅が、中心部分の幅よりも少し広くな
るようにするのが望ましい。

【００１４】図１０〜図１４は、サンプルノズル１２ａ
の他の例を示している。本例のサンプルノズル１２ａで
は、ノズル先端に、一例として０．２mmの孔を一列に数
個並べることによって、単位時間当たりの流量を３．３
倍にするものであり、１つの孔当たり１０μm×２７０
μmのサンプル流が作られることから、ノズル先端に
は、０．２mmの孔を最大０．２７mmのピッチで３個以上
あけてやればよいことになる。しかしながら、図１１に
示すように、多数の孔を櫛歯状に並べた場合に、流路の
分岐部で、元のサンプル流入口２６と同一直線状に吐出
口が存在すると、流れが均等に分岐し難いため、元のサ
ンプル流入口２６に対して対称に４個又は６個の小吐出
口３０をあけることが望ましい。さらに、各々の小吐出
口３０からの流量を均一化するために、中心の孔は小さ
く（例えば０．１５mm）し、外側の孔は大きく（例えば
０．２５mm）することも可能である。ただし、この方法
はノズル先端にあける孔の数によって異なり、孔径は必
ずしもこの大きさとはならない。図１１においては、サ
ンプルノズル１２ａは一例として、本体部材３２と先端
部材３４とで構成されている。本体部材３２には一つの
サンプル流入口２６が設けられ、先端部材３４には、一
例として６つの小流路３６が横一列に設けられている。
本体部材３２と先端部材３４とは、互いの流路が相通ず
るように接合され、一体化されている。複数の小吐出口
をサンプルノズルの先端に設けるために、上記の構成と
する以外に、図４に示す略楕円形の吐出口２２内に、複
数の小パイプを挿入したり、吐出口２２内に複数の仕切
板を設けたりする構成などとすることも可能である。ま
た、小吐出口の形状は、円形の外に、四角形、多角形な
ど他の形状としても差し支えない。

【００１５】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。（１）導入用流路を一方向のみに狭めるだけでなく、
サンプルノズル先端の吐出口を扁平楕円状又は多孔にし
ているので、従来のような扁平な測定用流路でなくて
も、縦横比が１〜数倍の矩形又は略円形の測定用流路に
おいて、扁平なサンプル流を容易に形成することができ
る。（２）フローセルの流路を正方形又は円形に近くする
ことができるので、フローセルの製造が容易になり、強
度も向上させることができる。このため製造コストが低
減でき、破損も少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の粒子分析用のサンプル扁平流形成装置
の一実施例を示す正面断面図である。

【図２】図１に示す装置の右側面断面図である。

【図３】図１に示す装置の平面図である。

【図４】本発明の装置において用いられるサンプルノズ
ルの一例を示す斜視図である。

【図５】図４に示すノズルにおいて、略楕円形の吐出口
の長手方向に沿って切断した状態を示す断面図である。

【図６】図５に示すノズルを９０度回転させた状態の正
面図である。

【図７】図５に示すノズルの右側面図である。

【図８】図５に示すノズルの左側面図である。

【図９】図８に示すノズルの吐出口の他の例を示す説明
図である。

【図１０】本発明の装置において用いられるサンプルノ
ズルの他の例を示す斜視図である。

【図１１】図１０に示すノズルにおいて、複数の小吐出
口の配列方向に沿って切断した状態を示す断面図であ
る。

【図１２】図１１に示すノズルを９０度回転させた状態
の一部切欠正面図である。

【図１３】図１１に示すノズルの右側面図である。

【図１４】図１１に示すノズルの左側面図である。

【図１５】従来のフローセルにおいて、サンプル流に働
く力を示す平面説明図である。

【符号の説明】

１０フローセル１２サンプルノズル１２ａサンプルノズル１４導入用流路１６測定用流路１８シース液供給口２０排出口２２吐出口２６サンプル流入口２８端部分３０小吐出口３６小流路

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【手続補正書】

【提出日】平成４年３月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】本発明は、血液や尿等の粒子成分を含む
サンプル（試料液）を、幅が広く厚みの薄い扁平な流れ
にして流すためのサンプル扁平流形成装置に関するもの
である。本発明の装置は、そのサンプル扁平流にストロ
ボ光を照射し、粒子成分の静止画像を撮像する粒子画像
分析装置において好適に使用される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路が次第に狭められた導入用流路（１
４）と、導入用流路（１４）に連なる狭い測定用流路
（１６）と、導入用流路（１４）に設けられたシース液
供給口（１８）と、測定用流路（１６）の下流に設けら
れた排出口（２０）とを備えたフローセル（１０）と、フローセルの導入用流路（１４）内に、先端が測定用流
路（１６）に向かうように配置された、サンプル吐出用
のサンプルノズル（１２）と、からなる粒子分析用のサ
ンプル流形成装置において、フローセル（１０）の測定用流路（１６）の横断面は、
辺の比が１〜数倍の矩形であり、フローセル（１０）の導入用流路（１４）では、この流
路（１４）の一方向の幅のみが次第に狭められており、サンプルノズル（１２）先端の吐出口（２２）は、扁平
状に開口しており、この吐出口（２２）の短方向が、上記導入用流路（１
４）の減少方向と同一方向となるように、サンプルノズ
ル（１２）が配置されていることを特徴とする粒子分析
用のサンプル扁平流形成装置。
【請求項２】サンプルノズル（１２）の吐出口（２
２）が、中心部分の幅よりも端部分（２８）の幅の方が
広い形状を有していることを特徴とする請求項１記載の
粒子分析用のサンプル扁平流形成装置。
【請求項３】吐出口形状が扁平状であるサンプルノズ
ルの代わりに、小吐出口（３０）が横一列に複数個設け
られたサンプルノズル（１２ａ）を用い、小吐出口（３
０）の配列方向が導入用流路（１４）の減少方向と直交
するように、サンプルノズル（１２ａ）を配置したこと
を特徴とする請求項１記載の粒子分析用のサンプル扁平
流形成装置。
【請求項４】サンプルノズル他端のサンプル流入口
（２６）は一つであり、サンプルノズル内部で複数の小
流路（３６）に分岐させ、各小吐出口（３０）を一列に
並べたことを特徴とする請求項３記載の粒子分析用のサ
ンプル扁平流形成装置。
【請求項５】サンプルノズルの小吐出口（３０）の数
が偶数で、これらの小吐出口（３０）がサンプルノズル
の中心の対称位置に設けられたことを特徴とする請求項
４記載の粒子分析用のサンプル扁平流形成装置。
【請求項６】端部分に配置された小吐出口の径が、中
心部分に配置された小吐出口の径よりも大きいことを特
徴とする請求項４又は５記載の粒子分析用のサンプル扁
平流形成装置。