JPH05846Y2 - - Google Patents

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JPH05846Y2
JPH05846Y2 JP1987028039U JP2803987U JPH05846Y2 JP H05846 Y2 JPH05846 Y2 JP H05846Y2 JP 1987028039 U JP1987028039 U JP 1987028039U JP 2803987 U JP2803987 U JP 2803987U JP H05846 Y2 JPH05846 Y2 JP H05846Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は流れ細胞測定器に関し、さらに詳しく
述べれば光学測定と電子粒子容量測定とを同時に
行うことができる流れ細胞測定器に関する。 〔考案の背景〕 流れ粒子分析器の由来は2つの主な開発路線に
分けられ、その1つは光学路線であり他は電子路
線である。さらに最近、光学法と電子法を組み合
わせるいろいろな提案がなされている。全分野の
由来を包含する基本的な書物は1979年、ニユーヨ
ーク、ジヨン・ウイリー アンド・サンズ
(John Wiley&Sons)社発行のメラームド
(Melamed)、ムラニー(Mullaney)、メンデル
スゾーン(Mendelson)らの共著、「流れ細胞測
定および分類法」(FLOW CYTOMETRY
AND SORTING)である。本考案の特徴および
利点ならびにその背景を容易に理解できるよう
に、光学、電子および両者の組合せ法の開発の簡
単な要約を以下に説明する。 光学流れ粒子分析器 光学流れ細胞測定法は最近の25年にわたつて開
発されてきた。これらの方式は、細胞が光電気測
定装置の測定通路にあるガラス毛細管を通過する
につれて照射光の吸収性の変化により細胞すなわ
ち粒子をカウントするのに当初使用された。その
後の改良では、観測区域を通る粒子すなわち細胞
の薄層さやの流れが提供された。この場合、調査
中の細胞すなわち粒子の懸濁が流体のより高速な
流れに注入される。このより高速な流れは粒子の
まわりにさやを提供し、薄層の流れを作る。薄層
の流れが追加されることが重要であるのは、それ
によつて直径の大きな流れが使用でき、かくて詰
りを最小にするとともに粒子すなわち細胞のサン
プルの流れを分析容積の中央に正確に置くことが
できるからである。 薄層の流れおよび流体力学集束法の開発に関す
る書物は、「流れ細胞測定および分析法」
(FLOW CYTOMETRY AND SORTING)の
中に示されている。本件のいろいろな面に関する
特許は米国特許第3299354号;第3661460号;第
3738759号;第3740665号;第3810010号;第
3871770号;第3984307号;第4140966号;第
4162292号;および第4237416号などである。 吸収光学測定のほか、光散乱および螢光法はい
ずれも細胞すなわち粒子を分析するのにも使用さ
れる方法である。これに関して、上述の書物「流
れ細胞測定および分類法」に含まれるこれらの方
法ならびに参考文献一覧表の広範囲な説明を参照
のこと。光散乱法に関する特許としては、米国特
許第3614231号;第3646352号;第3669542号;第
3705771号;第3785735号;第3786261号;第
3873204号;第3960449号;第4053229号;第
4173415号;および第4188121号などがある。螢光
法に関する特許は米国特許第3788744号;第
4225229号;および第4243318号などである。 1965年に、カメントスキー(Kamentsky)ら
は流れ方法によつて細胞の2つのパラメータの光
測定を行つた最初のグループである。1965年発
行、サイエンス(Science)150:630−631に記載
されたカメントスキーらの「分光計:超高速細胞
分析用の新しい計器」 (Spectrophotometer:New instrument for ultrarapid cell analysis)参照。この研究の
中で、核酸による紫外線吸収が測定されると同時
に、光散乱が分析された。多重光測定に向けられ
た多くの公知特許があり、例えば米国特許第
3662176号;第3850525号;第4038556号;第
3824402号;および第3916197号などである。 光学測定の感度は、粒子から出た螢光がどれだ
け多く収集されるか、または散乱されたり吸収さ
れる入射光のどれだけ多くが再収集されるかを表
わすものである。これらのパラメータは、レンズ
系の開口数(N.A.)および光軸が粒子すなわち
細胞の流れに平行であるが横切るかを含む、計器
の光学構造に関係がある。 光軸(軸方向の流れ)に平行な粒子の流れで螢
光を測定する光学装置が説明されている。若干の
かかる装置は入射光照明が具合よく使用され、こ
の場合光を粒子の流れに導きかつ螢光を粒子から
収集するのに同じ光学装置が使用される。 光を横切る流れ細胞測定器も説明されており、
この場合粒子すなわち細胞の流れは光軸を横切
る。例えば、米国特許第4056324号;第4225229
号;第3720470号;ならびに「サイエンス」
(SCIENCE)の第204巻、1979年4月27日号、第
403頁を参照のこと。 軸流光学細胞測定器は、螢光測定に関して若干
極めて良好な結果を示しているが、いくつかの不
具合がある。光散乱パラメータは、測定される細
胞の後に検出器を置くのが難しいので不可能であ
る。さらに、出現する細胞すなわち粒子の上に交
差する流れのトラフを通して集める重要な焦点深
度を持つ対物レンズが必要である。この配列は大
きな被写体深度のために、垂直細胞分析容積を著
しく増大させ、かくて細胞分析の速度が制限され
る。垂直細胞分析容積が増加した場合、2個以上
の細胞を分析容積内に導入して単一螢光パルス
(一致問題)として検出することができる。最後
に、軸流設計がそれ自体細胞分類に適さないの
は、オリフイスを出る細胞が薄層の流れの中で捕
捉されないからである。 横流の光学細胞測定器は軸流に関連する問題の
若干を回避することができる。まず第1に、検出
器を横流と交差する入射光ビーム(すなわちレー
ザからのビーム)のまわりに置くことができるの
で、光散乱法が可能である。この配列では、光散
乱の強さは入射ビームに直角に測定することがで
きる。しかし、これらの直交方式は入射光に対し
90°の螢光を測定する。この角度で細胞から測定
された螢光の量は、螢光が入射ビームに対して直
角に出る前に螢光の内部吸収により最小となる。
この「暗視野」照明が用いられるのは、入射光に
対して90°で測定される螢光信号を妨害しない強
力な入射レーザ光が保証されるからである。これ
らの形式は空中の水流に使用されるので、直角流
の光学細胞測定器は開口数を0.7以下に制限する
乾燥対物レンズを使用しなければならない。 電子粒子容積 微小開口を通過する伝導流体に浮遊する粒子の
電子カウント法の基本的な考え方は、コールター
(Coulter)に対する米国特許第2656508号に開示
されている。この場合、電界が開口すなわちオリ
フイスに加えられてそこに電流が流れるようにさ
れる。この開口電流は、粒子が開口を通るときに
中断されて、粒子をカウントするのに用いられる
測定可能なパルスが作られる。 1958年の「ネイチヤ」(Nature)182:234−
235に記載された「バクテリアの電子カウントお
よび大きさ測定」においてクビチエツク
(Kubitschek)は、パルスの振幅または面積を粒
子の大きさに関係づけようとした。この関係を説
明しかつ特徴づけようとする多数の出版物が続出
した。1969年の記事において、グローバー
(Grover)らは(1969年、9:13981414、バイオ
フイジーJ(Biophys J.)の「懸濁液における粒
子の電気的大きさ測定」という記事の中で)粒子
が大容積から微小開口に進むにつれて電界の圧縮
に起因する「エツジ効果」を説明した。その記事
は、流体力学の流れ考慮および粒子容積と粒子が
開口を横切るにつれて観測される電流の変化との
関係も説明している。 粒子軌道感度は電子細胞容積分析における1つ
の問題点であつた。これらの問題に対してとられ
た解決策は、粒子を開口の軸に沿つて向け、開口
をその直径に関して長くし、ガウスではない一切
のパルス形状を電子的に拒絶することによつて、
粒子流を流体力学的に集束する方法などである。
流体力学集束法は軌道感度に対する正当に有効な
解決の1つではあるが、粒子注入器を開口に関し
て正確に中央に置くことが要求されるので極めて
複雑な変換器設計を余儀なくされた。 電子粒子検出変換器の設計で遭遇する他の難事
は、(1)サンプル、電極、または浮遊流体の脱気か
らの泡、(2)電極製品およびそれが細胞PHと毒性の
変化による生物細胞に及ぼす影響、(3)開口出口の
領域内で開口循環を既に横切つた粒子に起因する
いわゆる「逆カーソル」パルス、ならびに(4)開口
の詰り、などである。泡および電極問題に対する
解決法は、電極を別の室に分離することに集中さ
れた。逆カーソル・パルスは、再循環を防ぐ第2
のオリフイスを使用したり、粒子流体を出口の室
に溢れさせて、より長い逆カーソル・パルスの電
子識別によつて処理された。 開口の詰りはこれらの装置にとつて重大な問題
を提起した。開口は通常直径が50−100ミクロン
であり、詰りやすい。逆流、流体とサンプルの炉
過、および米国特許第3259891号に開示された小
形風防ワイパ機構などがすべて試みられたが、結
果は大部分不満足であつた。 電子粒子容積計測器に関する書物には、開口に
直流以外のものを用いて粒子に関する追加の情報
を得ようとするいろいろな方法が記載されてい
る。これらの中には、多重周波数交流装置、開口
の内側に電極を持つ交流装置、および粒子が開口
を横切るにつれて抵抗とキヤパシタンスの両変化
を求める交流と直流の組合せが含まれる。 光学および電子組合せ式の粒子容積計測器 粒子すなわち細胞の特性に関する有用な情報
は、電子および光学両法の併用によつて単独法の
使用よりも多く得られることを明らかにしなけれ
ばならない。1970年、ニユーヨークの「アカデミ
ー新聞」(Academic press)の第131頁〜第159
頁に記載された「自動化された細胞識別および分
類法」の中でリーフ(Leif)は、光学および電子
多重測定を果たす計器を提案した。その後の書物
はAMAC(Automated Multiparameter
Analyzer for Cell)として知られるかかる装置
のいろいろな型を説明している。AMAC 1とし
て知られる1つの型は1973年Clin.Chem.19:853
−870に記載された「AMAC 変換器の使用に
よる電子細胞容積分析」という記事の中でリーフ
(Leif)およびトーマス(Thomas)によつて説
明されている。その計器は光散乱および電子測定
に適した軸流の、伝送照明装置である。電子測定
はこの装置で達成されたが、光学測定は達成され
なかつた。 1973年、Rev.Sci.Instr.44:1301−1310に記載
された「微小粒子および生物細胞用の新しい多重
パラメータ分離器」という記事の中でスタインカ
ンプ(Steinkamp)らは、電子および螢光組合せ
測定を行う変換器を説明した。しかし、測定は同
時には行われなかつた。電子測定がまず行われ、
次に下流で135マイク秒後に螢光測定が細胞の流
れに対して直角に行われた。 カツヘル(Kachel)の米国特許第4198160号も
電子細胞容積と螢光の両測定を行う変換器を説明
している。カツヘルは螢光用の入射光照明を使用
し、また粒子の位置を定める流体力学集束注入器
を使用した。この構造によつて両パラメータを相
互により厳密に測定することができるが、依然と
して全く同時には測定できない。 粒子の流れのレーザ励起に対して直角な螢光を
捕捉する水浸対物レンズを具備した、上述のスタ
インカンプの装置と同等のAMAC IV変換器を
説明する書物がある。水浸対物レンズは空気対物
レンズより大きな開口数を持ち(1.0対0.7以下)、
かくて螢光測定における集光能力が増加される。
独自の電子および螢光測定が行われたが、組合せ
測定が良好でなかつたのは電子測定から光測定ま
での時間遅延のせいであつた。 組合せ式電子および光測定の先行技術には、米
国特許第3710933号、第3675768号、および第
3770349号も含まれている。フルワイラー
(Fulwyler)らに対する特許第3710933号は、電
子および光学測定が順に行われ、全く同時には行
われない装置を説明している。サンチエ
(Sanchez)に対する特許第3675768号および第
3770349号は電子測定および光吸収制定の両方を
与えるといわれる装置を説明している。 上述の組合せ法のすべては、変換器として壁に
円形開口をあけて使用した。しかし、角形開口を
利用する実験変換器が文献に1つ報告されている
が、角形開口の作り方は示されていない。これは
1977年発行の組織化学および細胞化学雑誌
Journal of Histochemistry and
Cytochemistry)第25巻、第7号、第827頁−第
835頁に記載された「AMAC変換器による細胞の
組合せ式光学および電子分析」という記事の中で
アール・エー・トーマス(R.A.Thomas)らが説
明したAMAC変換器である。その変換器は流
体力学集束を用いて、粒子流および直交螢光検出
をレーザ励起ビームに向けた。光測定は電子開口
である小形キユべツト内で行われたので、理論的
には全測定が同時に行われたと思われる。別々の
電子および螢光測定は報告されたが、これまでに
同時測定は報告されていない。 組合せ式の電子および光学細胞計算器に関する
先行技術の試みには、いくつかの共通問題が存在
した。測定が全く同時に行われなければ、同じ粒
子に2つの順次測定を正確に関連づける際に一致
の問題が存在する。電子および光学測定を全く同
時に行いたい場合は、矛盾する設計考慮が伴われ
る。 電子測定では、開口抵抗は出入口の抵抗に比べ
て大きくなければならない。これがその場合でな
ければ、有効長さ(すなわち粒子が電流の流れに
明らかに影響する距離)は長くなりかつ一致速度
は受け入れられなくなる。粒子は低電流束の領域
から高電流束の領域まで速やかに通りかつ再び低
電流束の領域に戻らなければならない。さらに、
それらは「エツジ効果」を回避する軌道に沿つて
進まなければならない。 光学測定では、開口数(N.A.)が大きいほど
測定の感度が良くなる。すなわち、解像度はN.
A.に正比例し、像の明るさは(N.A.)2に比例し、
焦点深度はN.A.に反比例する。しかしN.A.が大
きいことは受入れ角が大きいことを意味し、これ
は測定される物体を集光レンズにできるだけ近づ
けなければならないことを示す。 どんな軸流の組合せ式変換器構造でも、電子お
よび光学設計構造は相互に半端であり、片方また
は両方の測定の感度を減少させる譲歩がなされな
ければならない。例えば、電子測定の場合に出口
の容積を最小にするように、対物レンズは開口か
ら離されなければならず、その結果N.A.が減少
したり測定の同時性が失われたり、あるいはその
両方が生じる。横流方式では、下流の光学装置が
唯一の解決策であり、その結果測定の同時性が失
われた。 先行技術の構造のすべての中で、AMAC変
換器は組合せ式電子および光学測定の問題解決に
最も近づいた。AMACでは、角形電子開口は
光学開口でもあつた。角形状を使用することによ
り、出入口の室は開口容積に比べて容積が大き
く、かくて電子拘束に順応した。しかし角形状
は、螢光測定の場合に受入れ角を90°に制限する
ことによつて開口数(N.A.)を犠牲にした。螢
光は直角に配置されるレーザによつて活性化され
たが、これは入射光照明により得られる光を犠牲
にしたが、良好な光散乱特性を作つた。 先行技術の若干の上記簡単な説明から分かると
思うが、流れ細胞測定器の分野は極めて積極的に
研究が続行されている。電子および光学測定を全
く同時に行うことができ、いずれの方法でも可能
な感度を少しも犠牲にしない流れ細胞測定器が明
らかに要求される。さらに、電子および光学の両
測定法で感度の改良が要求される。 〔考案の目的〕 したがつて、本考案の1つの目的は、流れ細胞
測定の感度を改良する方法および装置を提供する
ことである。 本考案のもう1つの目的は、電子および光学測
定を同時に行う流れ細胞測定の方法ならびに装置
を提供することである。 本考案のもう1つの目的は、出入口の形状が開
口を通る電子エッジ効果を減少させる一方、電子
感度を増加させるような形状である流れ細胞測定
変換器を提供することである。 本考案のもう1つの目的は、多角形開口を形成
する複数個の立方多角形から成る電子および光学
流れ細胞測定変換器を提供することである。 本考案のもう1つの目的は、電子および光散乱
測定を同時に行う流れ細胞測定器を提供すること
である。 本考案のもう1つの目的は、細胞測定器の開口
を形成する複数個の素子の少なくとも1個が光学
測定を行う場合に光学装置にある第1素子であ
る、電子および光学測定を同時に行う流れ細胞測
定器を提供することである。 本考案の1つの実施例のもう1つの特定な目的
は、三角形の変換器開口を持つ流れ細胞測定器を
提供することである。 本考案のもう1つの目呈味は、詰つた開口を洗
浄する手段として超音波処理が使用される流れ細
胞測定器および方法を提供することである。 本考案のもう1つの目的は、光学測定に入射光
照射および感知が使用される、電子および光学測
定を同時に行う流れ細胞測定器を提供することで
ある。 〔考案の構成〕 簡単に述べれば、考案の1つの実施例により、
開口に関して所定の形状を有し、エツジ効果を減
少させるとともに電子粒子容積測定の感度を増大
させる入口室および出口室が具備される開口を持
つ流れ細胞測定器が提供される。実施例の1つに
より、開口は三角形であり、複数の切頭ピラミツ
ドを組み立てて作られ、切頭表面は開口の壁を形
成する。切頭ピラミツドによつて作られた入口お
よび出口の形状は、開口を通る電流の流れからエ
ツジ効果を減少させるとともに開口の断面積に関
して所定の断面積を保つような形状にされてい
る。電子粒子すなわち細胞容積測定のために、開
口に電流を流す電極が具備されている。開口壁を
形成する素子の少なくとも1つは、レンズ系の部
分であるか、または粒子すなわち細胞が開口にあ
る間それらの光学測定を同時に行うのに用いられ
る油浸対物レンズ用の透明カバー板である。これ
らの光学測定は螢光法、光散乱法、またはその両
者を併用した方法であることができる。さらに、
本考案の1つの実施例の1つの面により、開口の
どんな詰りでも超音波洗浄する圧電変換器が具備
されている。 〔実施例〕 本考案はその最も広い面において、開口に隣接
して入口室および出口室が具備されるとともに開
口に対して所定の形状関係を有する電子または組
合せ式の電子/光学流れ細胞測定器用の開口すな
わち感知帯を提供しようとするものである。本考
案による出入口室の所定の形状は、電子「エツジ
効果」を減少させるとともに開口を通るサンプル
粒子の電子容積測定の感度を向上させる。 電子粒子容積カウンタの先行技術は、壁に設け
た小さな丸い穴の形をした開口すなわち感知帯を
提供した。第1図は壁1を通る丸い穴から成るか
かる開口を流れる電流束密度のパターンを示す図
である。見られる通り、電流束密度は丸い穴の縁
に集まる傾向がある。これらの「エツジ効果」
は、電流の変化の大きさを粒子の大きさすなわち
容積に関係づけようとするとき、間違つた情報を
大量に作る元凶となる。例えば、粒子が測定帯を
横切る際のわずかな軌道差は、同じ大きさの粒子
によつて阻止される電流の量に違いを生じる。 本考案により、開口と所定の形状関係を持つ開
口のすぐ隣に設けられる室壁を有する出入口の室
が開口に提供される。 第2図および第3図に示される第1の面によ
り、エツジ効果を減少する限り、電流束密度が一
様な室2を想定する。この室2は、開口すなわち
測定帯4の面に関して角θをなす壁3を有する入
口室に接続する。電流は最小抵抗の線に従うの
で、室2の区域Z1を通る電流束が角1に対する
容積を通り、Z2を通る電流束が角2に対する容
積を通り、以下Zoおよびoに至るまで同様であ
る、と規定することは第1次近似法として可能で
ある。つまり、角oによつて表わされる度数は
Zoを通る電流束に反比例する。固定量のIo(開口
入口の測定帯の幅の百分率を表わす)では、角θ
の変化する値におのおの対応する角oの度数を
計算することができる。壁にある穴の先行技術の
配列では、θは0に等しい。θが90°に等しい場
合は、入口角のない測定室が説明される。 第3図から、説明のために、開口は100ミクロ
ン幅であり、角50は開口の中心からその縁まで
に作られた角と定義する(入口室の壁とは角θを
なす)。別の角40302010は開口の中心
と中心からそれぞれ40,30,20,10ミクロンの間
に作られる角である。第3図に示される距離Lは
下記の式によりθに関して示すことができる。 (1) L=1/2ベースtanθ=50μm×tanθ したがつて、Lはθを変えることによつて求め
られる。角θの増減につれてLの値が求められ
る。 したがつて、流線密度は与えられたθ(または
計算に用いられるL)についてを求めることに
よつて、開口の幅に沿う中心からの任意な距離の
開口入口で説明される。これらの任意な距離は、
例えば、10μmであることができるIの倍数であ
ることができる。 oの値はそのとき下記の式で与えられる (2) o=tan-1 nI/L−tan-1 (n−1)I/L 下記第I表はこの方法の結果を示す。測定帯す
なわち開口の入口は10個の等幅のセグメントに分
割され、開口の中心の両側にそれぞれ5個存在す
る。量1/10は開口の幅10%だけ縁の方に移動する 中心からのセグメントを表わし、1/20は幅の10% −20%から、1/30は幅の20−30%から、1/40
幅 の30−40%から、そして1/50は幅の40−50%から セグメント、すなわち開口の縁を表わす。 【表】 【表】 第1表から分かるように、1°の入口角(基本的
には壁にある1つの穴)では、値の変化1/10− 1/50が極めて大きく、縁の近くすなわち1/50
特 に大きな値となる。入口角θが増加されるにつれ
て、分散(電流束密度の測定入口での差)が減少
する。50°のθで、値は1/10−1/50にわたりほ
と んど一定である。第4図はこれらの値のプロツト
である。第4図から見られるように、曲線は約
50°で集束し、90°までその状態を保。第4図の曲
線から見られるように、エツジ効果の重要な現象
は5°以上の入口室角θから生じる。かくて、本考
案のこの面により、入口室が感知室に供給され、
入口室の壁はエツジ効果を減少させるために開口
の面に関して5°以上の角度に配置される。同様な
考え方が出口室にも適用され、その壁は開口の面
に関して5°以上の角度に配置される。 電子粒子容積細胞測定器のエツジ効果を減少さ
せるほか、計器の感度をできるだけ良くすること
が望ましい。開口の電流束密度は断面積に反比例
する。したがつて、粒子が小さな断面積に限定さ
れると、粒子によつてさえぎられる電流束は最大
になる。したがつて、粒子が測定帯(すなわち電
流束密度が最大となる場所)に向つて進むにつ
れ、それは低電流束密度の領域から高電流束密度
の領域に速やかに進み、すなわち電流の認められ
る変化がない地帯から電流の変化が最大の地帯ま
で速やかに進むことが望ましい。 本考案の原理により、感知開口の両側に隣接し
て出入口室が設けられ、出入口室の断面積は開口
の断面積に対して所定の関係を持つ。まず、「S」
ユニツトと呼ばれるサイズ・パラメータは、開口
の軸を通る任意な面に沿う開口の最大直線寸法す
なわち幅として定義される。考案のこの面によ
り、開口は任意な断面形状、すなわち円形、角
形、三角形などであることができる。2つの
「S」ユニツトの直線距離は開口のいずれかの側
から出入口室にかけて測定され、これらの点にお
ける出入口室の断面積は開口の断面積の10倍より
大きくなければならないことが実験的に定められ
ている(第5図参照)。これらの点における出入
口室の断面積が開口自体の断面積の10倍より大き
い(なるべく断面が20−30倍大きいことが望まし
い)場合には、電子細胞測定器から鋭い、明確な
電子粒子容積パルスが生じることが判明してい
る。 本考案のもう1つの面により、複数個の固体多
角形の協力関係によつて流れ細胞測定器用の電
子/光学感知装置を作る改良された方法が発見さ
れている。「固体多角形」とは多辺3次元多角形
状を意味する。本考案のより広い面にしたがつ
て、開口すなわち感知帯を形成する働きをする表
面を持つとともに、開口すなわち感知帯に関して
所定の形状関係を有するように出入口室の形状を
定める表面を持つ、複数個のこれらの固体多角形
が具備される。開口が三角、四角、5辺形などで
あるかかる組立体を提供することは本考案の範囲
内である。しかし、三角形の開口は本考案が提供
する多くの利点の好適な実施例である。光学測定
を行う場合は、開口の壁を形成する素子の少なく
とも1個は光学装置の部分である。本考案によ
り、光学装置の一部である少なくとも1個の素子
は油浸対物レンズが置かれる透明カバー板であつ
たり、それ自体光学装置の第1光学素子を形成す
るレンズであることができる。所望の場合、開口
の壁を形成する素子の2個以上を、それの全部す
ら、開口の感知体に励起光を導入したりしたりそ
こから光を集めたりする光学装置の部分として提
供することは本考案の範囲内である。 第6図は本考案の原理により作られた実際の装
置の一部の前面図を示す。第7図はその側面図で
あり、第8図、第9図および第13図はそのいろ
いろな断面図である。図面において、取付板11
はクランプ部材12を介して2個の電解液容器1
3および14を取り付けている。電解液容器13
は、導管16を通して適当な電解液源と通じてい
る。電解液容器14はその導管17を通して使用
電解液の蓄積場に結合されるが、蓄積場には負の
圧力を作る真空源などが含まれることがある。別
法として、出入口容器間に必要な圧力差を作るた
めに入口容器に圧力を結合することがある。容器
13(装置の電解液供給側である)の中には電極
18が置かれている。電極18は金属箔電極など
であることができ、リード19に電気接続されて
いる。同様な形式で、容器14はその中に電極2
1を取り付けており、それはリード22に電気接
続されている。 容器13の底にはハウジング23が取り付けら
れている。ハウジング23は参照数字24で一般
に示される通路がその中に作られており、この通
路は容器13の内部に通じている。同様に、ハウ
ジング26は容器14の底に取り付けられ、その
中に参照数字27で一般に示される通路を有し、
この通路は容器14の内部に通じている。ハウジ
ング23および26はそれぞれ、Oリング組立体
28ならびに29を備えている。 Oリング組立体28および29はセラミツク・
ブロツク31ならびに32に入つてそれらを取り
付けている。ガラス製の固体多角形33がセラミ
ツク・ブロツク31および32の表面31aなら
びに32aに接着されている。ここで使用される
ような「固体多角形」とは、多辺3次元形状をい
う。同様な形で、ガラス製のもう1つの固体多角
形34がセラミツク・ブロツク31および32の
対向表面に接着されている(第7図の断面図参
照)。 後で詳しく説明するように、ガラス製の固体多
角形33および34は第6図で参照数字36によ
つて一般に示される感知帯で開口を形成するよう
に共動する。さらに、後で詳しく説明するよう
に、ガラス製固体多角形33および34は、開口
の寸法に対して所定の形状を持つ出入口室を開口
に提供するように作られている。 セラミツク・ブロツク32は、通路24をガラ
ス製固体多角形33および34によつて形成され
る入口室に結合する入口通路37を備えている。
同様な形で、出口通路38はセラミツク・ブロツ
ク31にわたり、ガラス製多角形33および34
により形成される出口室を通路27に結合する。 図示されかつ説明された特定の配列においてガ
ラス製固体多角形33および34の2つの平らな
表面は感知帯36における三角形開口の2つの壁
を形成する。所望の場合、三角形開口の第3の壁
および出入口室の第3の壁を作るために同じ第3
のガラス製固体多角形を具備することがある。し
かし、図面に示された特定の実施例により、ガラ
ス・カバー板39の形をした違った構造のガラス
製固体多角形が具備され、ガラス製固体多角形3
3および34ならびにセラミツク・ブロツク31
および32に接着されて、感知帯36で三角形開
口の第3壁を形成しかつ出入口室の第3壁を形成
するように働く。この特定実施例では、ガラス・
カバー板39を通して感知帯36を光学的に観測
する、油浸対物レンズのような、微小対物レンズ
を結合するようにされる継手41が示されてい
る。 図面に示される通り、セラミツク・ブロツク3
2は適当なOリング組立体43を通してサンプル
注入器44を取り付ける追加のサンプル入口通路
42を備えている。サンプル注入器44はガラス
製固体多角形33および34によつて形成される
入口室の始めに隣接する通路37にわたつてい
る。サンプル注入器44は流れ細胞測定器の当業
者周知の方法で、粒子すなわち生物細胞などのサ
ンプル源に結合するようにされる。図面に示され
る通り、サンプル注入器は電解液の流れ通路に関
してある角度で、通路37およびガラス製固体多
角形33,34により形成される入口室にわたつ
ている。例えば、サンプル注入器44を縦方向に
調節する適当な用意がOリング組立体によつて作
られ、通路37およびガラス製固体多角形33,
34により形成される入口室を流れる電解液の流
れのいろいろな点に注入器を置くようにされてい
る。 本考案の1つの実施例の特定な面により、圧電
クリスタル46の形をした超音波処理器が取付板
11に取り付けられて、電力源に接続する適当な
リード47を備えている。また超音波処理装置の
部分として、ばね組立体48が具備されることも
ある。 多角形開口および出入口室を形成するようにガ
ラス製固体多角形33,34が共動する方法は、
第10図,第11図および第12図から最も良く
知ることができる。第10図は、この特定実施例
により切頭ピラミツドであるガラス製固体多角形
33および34を示す。図示の通り、ガラス製固
体多角形33には4つの側面33a,33b,3
3cおよび33dがある。同様に、ガラス製固体
多角形34(33と同じであることができる)に
は4つの側面34a,34b,34cおよび34
dがある。各ガラス製固体多角形33および34
は一般に33eおよび34eで示される切頭部分
を持つ。第11図に示される通り、2個のガラス
製固体多角形33および34は面33dと34d
を接着することによつて相互に結合され、両多角
形は整列関係となる。これが達成されると、切頭
部分33eおよび34eは三角形開口は2つの壁
すなわち側面を形成する(この特定例に示される
通り)。第11図の配列では、第6図に見られる
ガラス・カバー板39が第11図に示される組立
体の底に取り付けられて、三角形感知開口の第3
の壁すなわち側面を形成する。第10図、第11
図および第12図から明らかになると思うが、切
頭部分33eおよび34eは感知開口の断面積お
よびその深さをいずれも形成するので、それらは
感知開口の容積を固定される。 図面から明らかな通り、隣接する表面33cお
よび34aは入口室または出口室の容積および断
面積を形成し、また対応する隣接表面33aおよ
び34cは入口室または出口室の他を形成する。 第6図ないし第9図に戻り、図示の装置が一般
に下記のように機能を果たす。電解液の流れは、
感知帯36(この特定実施例では三角形開口)を
通つて電解液容器13から電解液容器14に逆向
きに作られる。この電解液の流れは容器14の導
管17に接続される真空源のような装置によつて
作られる。交/直流電源はリード19と22との
間に接続されるので、電流の流れは電極18と2
1との間の電解液を通り、いろいろな通路および
感知帯すなわち開口36を介して作られる。粒子
すなわち生物細胞のようなサンプルは、サンプル
注入器44によつて電解液の流れに注入される。
サンプルが開口すなわち感知帯36を通る電解液
の流れに注入されるにつれて、それらが開口を通
過すると同時に、それらは粒子容積測定を表わす
パルスを発生させる流れ細胞測定器の技術に精通
した者にとつて周知の方法で電極18と21との
間の電気抵抗に影響を及ぼす。 本考案の1つの面により、第13図に関して後
で詳しく説明する通り、粒子すなわち生物細胞が
開口すなわち感知帯36を横切るにつれてその光
学測定を同時に行うことができる。すなわち、ガ
ラス・カバー板39自体は開口の壁の1つを構成
し、粒子すなわち細胞が開口ある間それに集点を
合わせる一体構造形の光学装置の一部である。こ
のように、全く同じ粒子について電子および光学
測定が全く同時に行われ、相関問題は起こらな
い。 ガラス製固体多角形33および34のいろいろ
な表面の角度ならびに寸法は、感知帯すなわち開
口36を通る流体の流れ特性および電界特性の両
方に影響する。技術的に知られる通り、感知帯に
ある粒子の位置を乱す乱流を最小にするように、
感知帯すなわち開口を通るサンプルを含む電解液
の薄層流を有することが重要である。本考案の1
つの実施例により作られた三角形の開口および三
角形の出入口帯によつて提供される三角形の薄層
流のさやが、サンプル注入器44から注入された
粒子の注入流に並はずれた位置安定度を提供する
ことが判明した。 出入口の室の壁の角度は、装置の流体の流れ特
性および電界特性の両方に影響する。出入口室の
形状は乱流を最小にするために、入口から感知帯
を通り、さらに出口室に行く連続流体境界層を作
るように計算することができる。さらに、この形
状は、低電流束の領域(すなわち入口室)から高
電流束の領域(すなわち感知帯あるいは開口)
へ、さらに低電流束の領域(すなわち出口室)に
戻る、なめらかな遷移を作る。このなめらかな遷
移は、大容積から小容積への急激な遷移(すなわ
ち先行技術の壁に穴を設ける方法)が誘起する
「エツジ効果」を減少させる。エツジ効果を制限
することによつて、粒子はそれが開口 すなわち感知帯を通つて進む間に一様な電流束の
領域に出会う。これは電子測定の感度改善につな
がる。 本考案のより広い面により、出入口室の壁はそ
れらがエツジ効果を減少させるように開口の面に
関して5°以上の角をなすように作られる。さらに
本考案のより広い面により、出入口室の壁は感知
開口の側面から離れて2つの「S」ユニツトの距
離で、出入口室の断面積は開口の断面積より少な
くとも10倍大きい。このような形状の考慮は、本
考案のその面により開口および出入口室を形成す
るのに用いられる固体多角形の形状について制限
条件を指示する。 開口および出入口室を形成する固体多角形が使
用される本考案の実施例により、前述のような切
頭ピラミツドは固体多角形として有利な形状であ
ることが判明しているが、固体多角形はそれに制
限されるものではない。切頭ピラミツドを使用す
ると、三角形の開口および出入口室は3個の同じ
切頭ピラミツドを組み立てることによつて作ら
れ、または四角形の開口および出入口室は4個の
同じ切頭ピラミツドを組み立てることによつて作
られる。第4図は、入口室の断面積と開口の断面
積との比を、複数個の切頭ピラミツドを結合して
組み立てた三角形および四角形のオリフイスにつ
いて開口すなわち感知帯の入口から「S」ユニツ
ト遠ざかつたものと関係づけるプロツトである。
第4図の曲線の角度参照は開口の軸に関して出入
口室の平らな壁によつて作られる角度を示す。第
4図のような曲線を用いて、変換器の組立てに使
用される切頭ピラミツドの角度は、本考案の原理
により、出入口室の断面と開口の断面との間の所
望の関係にしたがつて算出することができる。
30°の入口角を持つ三角形の開口の場合に見られ
る通り、測定帯から2つの「S」ユニツト離れた
所で、粒子は最大値の約3%だけ電流に影響を及
ぼす。これは、入口断面積と測定帯断面積との3
1/1の比によつて導かれる。したがって測定帯に
ある粒子は測定帯から2つの「S」ユニツト離れ
ている次の粒子によつて3%の一致誤差を受け
る。 第6図に示された本考案の特定実施例におい
て、出入口室の2つの壁を形成する2個の切頭ピ
ラミツドは開口の面に関して50°に向けられたが、
これは電子測定で無視し得るエツジ効果につなが
つた。さらに、出入口室の断面積の比は、開口側
面から2つの「S」ユニツトで約40対1であつ
た。これは鋭い、明確な電子粒子容積パルスを生
じることが判明した。 図面から明らかであると思うが、本考案の特定
実施例により、入口室から開口すなわち感知帯を
通つて出口室に出るサンプルを含む電解液の流れ
はアーチ形の流れであり、開口すなわち感知帯は
アーチの頂上すなわち「ひざ」にある。これは光
感知の観点から重要である。図面から明らかな通
り、光感知は感知帯の壁の1つを構成するガラス
板39を通して行われる。粒子通路はアーチ形で
あるので、感知帯の粒子はそれらが開口すなわち
感知帯を通り光通路を横切るにつれて焦点に残
る。感知帯に達していない粒子または感知帯を出
る粒子は焦点になく、したがつて感知帯にある粒
子の光学測定に影響を及ぼさない。 本考案の1つの実施例の1つの特徴により、サ
ンプル注入器44は先行技術の場合のように同軸
に中央に置かれない。むしろ、サンプル注入器は
電解液の三角形の流れさやに対してある角度に置
かれる。粒子注入器が三角形の流れさやの縁から
縁に移動されるにつれて、さやにある粒子つまり
感知帯すなわち開口にある粒子の位置は変えられ
る。このように、粒子が受ける電界エツジ効果を
さらに最小にするように電解液内のサンプル流の
正確な位置ぎめが達成される。 三角形の感知帯すなわち開口を具備することに
よつて、三角形の流れさやに並はずれた安定性を
与える利点が得られるほか、他の利点も得られ
る。粒子特性の電子検出において、感知帯すなわ
ち開口の容積(つまり断面積と長さとの積)は測
定感度を決定する要素の1つである。微小粒子の
場合、感度を最大にするには断面を小さくする必
要がある。しかし、断面が小さくなるほど、詰る
傾向が大きくなる。したがつて、詰りを減少させ
るように断面を小さくして断面を横切る寸法をで
きるだけ大きくすることが有利である。正三角の
場合、最長の寸法は同じ断面積を持つ円の1.35倍
である。本考案の特定実施例により、三角形のオ
リフイスすなわち開口は一辺が100μmで長さが
100μmのようなものであつた。 三角形の開口の形状も、開口にある粒子の光学
測定に関して重要な利点を与える。どんな光学測
定でもその感度は、粒子から出される全部の光の
量をどれだけ制御できか、または散乱されたり吸
収される入射光がどれだけ多く再収集されるかに
関係がある。 三角形の開口感知帯を使用すると、正三角形の
場合、三角形断面の軸で集光の面当たり120°が達
成できる。それと垂直の軸では、180°が得られる
が、入口の穴の形状次第である。 実際の光学境界を作る1つの方法は、利用でき
る微小対物レンズの技術水準を考慮することによ
る。これまでの高品位対物レンズの開口数(N.
A.)は1.25−1.4である。N.A.は下記の公式によ
つて与えられる: N.A.=n0Sinθ ただしn0は物体空間の屈折率、θは光の受入れ
角の半分である。これらのレンズはn0=1.515の
物体空間で最大限に作動するので、θの範囲はこ
れらのレンズについて求められ、すなわちN.A.
=1.25=1.515Sinθである。 SinθL=1.25/1.515=0.825 SinθU=1.4/1.515=0.92 N.A.=1.25, θL=55° N.A.=1.4 , θU=67° そこで、最も良く市販で入手し得る微小光学装
置の実際の光学形状制限は、光受入れ角の半分
55°と67°との間である。これは三角形開口の1つ
の側面によつて供給される受入れ角の範囲にちよ
うど合う。 光学装置が線図の形で示されている第13図に
示される本考案の1つの特定実施例により、油浸
対物レンズ51はガラス・カバー板39の隣に具
備され、感知帯すなわち開口36に焦点を合わせ
ている。ビーム・スプリツタ53のような装置を
介して励起光を感知帯に導入する適当な光源52
が具備されている。感知帯36にあるサンプルに
関して螢光測定が行われるものとすれば、光源5
2は例えば紫外線スペクトルで発光する水銀灯ま
たはレーザであることができる。どんな場合で
も、励起光は油浸対物レンズ51を通して感知帯
すなわち開口36に導入される。開口すなわち感
知帯36を流れるサンプルが正しく用意され、す
なわち生物細胞の場合に着色などされているもの
とすれば、それらは特徴のある螢光を発すると思
われる。この光は油浸対物レンズ51によつて集
められ、ビーム・スプリツタ53を経て光増倍管
などのような光検出器54に送られる。説明され
ている特定実施例では開口が三角形であるので、
光は120°の受入れ角にわたつて油浸対物レンズ5
1によつて集められ、1.3のN.A.を与える。光学
装置の部分としてガラス・カバー板39を供給す
る別法として、開口すなわち感知帯のその壁を形
成する素子はレンズ自体であることができる。 固体多角形33および34ならびにカバー板3
9の説明において、それらは「ガラス」製とされ
ていた。かかる術語の使用によつて特別な制限は
意図されず、重要な点は感知帯の壁を形成する素
子が感知開口にある粒子に関して光学測定を行う
装置の一部を構成し得るような光学品位を備えて
いることである。特定実施例では、固体多角形3
3および34は所望の切頭ピラミツドを構成する
ように所望の角度で精密なラツプ仕上げされた、
BK7ガラスの光学偏平体から作られている。固
体多角形33および34の材料を選ぶときはいつ
でも、同等の熱膨張係数を持つブロツク31およ
び32(第1図)の材料使用に注意を払う必要が
ある。 第7図の説明において、圧電クリスタル40が
言及された。かかる超音波処理装置を供給するこ
とは、感知開口36に生じることがあるどんな詰
りでも洗浄する極めて有効な手段であることが判
明している。圧電クリスタルに電力を一時的に加
えると、細胞測定器にある電解液を通して音波振
動が生じ、感知開口36に起こる詰りを洗浄する
のに極めて有効であることが判明している。第7
図に示されるような細胞測定器取付板に固定され
る圧電クリスタルを供給する別法として、圧電ク
リスタルその他の超音波処理を作る素子はサンプ
ル注入器44に結合することができる。これは感
知開口36の近くにある電解液に局部超音波処理
を作らせる働きをする。 電子および光学測定からのデータを処理、記録
ならびに表示する適当な電子回路は書物に説明さ
れており、流れ細胞測定技術の当業者にとつては
周知のとおりである。第20図はこの目的に適し
た1つの電子配列例をブロツク図の形で示す。電
子チヤネルにはパルス蓄積および整形回路106
と、それに続く増幅/フイルタ回路107と、さ
らに電子測定信号を多重パラメータ分析器109
に結合するアナログ/デイジタル変換器108と
が含まれている。光学チヤネルには増幅/フイル
タ回路112およびアナログ/デイジタル変換器
113を経て多重パラメータ分析器109に結合
される適当な光検出器111が含まれている。所
望の場合、電子および光学チヤネルからの比較的
処理されていない信号を表示するリアル・タイム
表示回路114が具備されることがある。 第20図は多重パラメータ分析器に入る唯一の
光学チヤネルを示している。もちろん、本考案の
いろいろな実施例に2個以上の光検出器が使用さ
れるならば、対応する複数個の光学チヤネルが設
けられる。 在来通り、多重パラメータ分析器109はいろ
いろなデータ操作および相関を実行し得る適当な
コンピユータ116に入力する。コンピユータ1
16にはデータ記憶装置117およびグラフなど
を作るグラフイツク装置118が接続されてい
る。 第14図は、三角形の開口すなわち感知帯の2
つ以上の側面が光学測定を行うのに使用できる、
本考案の多くの可能な代替実施例の1つを表わす
図である。第14図において、三角形の開口すな
わち感知帯56は3個の固体多角形57,58お
よび59の偏平面によつて構成されるものとして
示されている。固体多角形57,58および59
はガラス製であることができ、かつ三角形の開口
すなわち感知帯56の壁を形成する偏平面57
a,58aおよび59aを備えている。固体多角
形自体は、開口のそれぞれの側面57a,58a
および59aについてレンズとして働くように研
磨されることがある。かかる追加のレンズ素子は
必要に応じ開口56の3つの側面の光学装置の中
に設けられるが、簡単のため第14図には示され
ていない。表面57aによつて形成される開口の
側面について述べれば、光源61およびビーム・
スプリツタ62によつて粒子(破線60で示され
ている)を励起するために、励起光を開口に導入
する装置が具備されることがある。開口56の壁
57aを通して粒子60から出された光を検出す
る光検出器63のような装置が具備される。 同様な形式で、開口の壁58aを通して励起光
を開口に導入する光源64およびビーム・スプリ
ツタ66の形をした装置が具備される。同様に、
粒子60から出た光を開口の壁58aを通して検
出する光検出器67が具備される。同様な形式
で、開口の壁59aを通して励起光を開口に導入
する光源68およびビーム・スプリツタが具備さ
れる。粒子から出た光を壁59aを通して検出す
る光検出器71のような装置が具備される。 光源61,64および68はすべて同じである
ことができ、すなわち粒子60の螢光測定などで
は紫外線源であることができるが、それらは異な
ることもある。そらに所望の場合、唯一の光源が
具備され、その場合には検光器は開口56の2つ
の側面または3つの全側面に具備される。重要な
点は、開口56の3つの全側面の光を集めること
によつて、1側面の場合のN.A.の3倍の有効N.
A.すなわち3.9が得られ、光学測定の感度が大幅
に改善されることである。 唯一の光源と1個の光検出器を用い、同時に有
効N.A.を増加させる、いろいろな異なる方式が
可能である。かくて第14図では、開口表面58
aに励起光を導きかつ粒子60からの光を表面5
8aに集めるために、唯一の光源64と1個の光
検出器67を備えることができる。有効N.A.を
増加させるために、表面57aおよび59aは鏡
面であつたり、多角形57および59の他の表面
は反映され、粒子60から出たすべての光を光検
出器67によつて検出するために開口56の表面
58aに逆反射するようにできる。別法または追
加の方法として、反映される表面は励起光の一部
を粒子60に反射する働きをすることができる。 第15図から、光散乱測定法が螢光測定法と組
み合わされる本考案のもう1つの可能な実施例が
示されている。第15図では、三角形の開口すな
わち感知帯74の2つの壁を形成する偏平面72
aおよび73aを持つ固体多角形72ならびに7
3が具備されている。第15図に示される特定実
施例では、開口74の第3壁76aを構成するガ
ラス・カバー板76が示されているが、言うまで
もくガラス・カバー板76の代わりに別の固体多
角形を使用することができる。螢光測定について
は、光源77およびビーム・スプリツタ78は、
光源77からの光を適当な光学装置(図示されて
いな)を経、壁76aを経て、開口すなわち感知
帯74にある粒子(破線79で示される)に焦点
を結ぶように組み合わされる。粒子が着色などに
よつて適当に用意されているものとすれば、粒子
から出た螢光は適当な光学装置(図示されていな
い)を経て光検出器81に焦点を合わされる。こ
れまでは、光学装置は第13図に示されかつそれ
について説明さたように作動する。しかしそれ以
外に、粒子すなわちサンプル79に関して光散乱
測定を同時に行う用意を整えることができる。こ
の場合、赤色レーザ光のような適当な光を開口7
4の壁76aに結合する光源82およびビーム・
スプリツタ83を具備することができる。光検出
器84,86および87で示されるような多重検
出器は、例えば前方光散乱、90°光散乱ならびに
後方散乱をそれぞれ検出する変換器を形成する素
子の周辺にいろいろな角度θ1,θ2およびθ3で置く
ことができる。具合よく、前方光散乱測定では、
三角形開口の頂点(参照数字75)は視野絞りと
して働く。 第15図に示されるような配列を第6図の装置
に組み込むことによつて、電子粒子容積、螢光、
および光散乱の各測定が感知帯すなわち開口にあ
る同じ粒子すなわち細胞サンプルについてすべて
同時に行えることが分かる。 本考案の原理による三角形オリフイスすなわち
感知帯の重要な利点は、上述のような組合せ式の
電子および光学細胞測定器に適用し得るほか、純
然たる電子式流れ細胞測定器にも適用し得。第1
6図ないし第19図は、既存の電子式流れ細胞測
定器に用いるのに適した本考案の実施例に関する
ものである。この実施例では、供給容器ハウジン
グ88の中に電解液89の供給源がある。入口ハ
ウジング91が具備され、供給容器ハウジング8
8の底に取り付けられ、Oリング92のような装
置によつてそれに関して適当に流体洩れしないよ
うに密封される。入口ハウジング91は、通路9
4を介して電解液89と通じる中央に置かれた入
口容器93を備えている。サンプル注入器96は
入口容器93の中央に置かれている。3個の切頭
ピラミツド97,98および99は、それぞれの
切頭部分が三角形の形をした開口すなわち感知帯
101を形成するように、相互に装着されてい
る。本考案の他の実施例の場合と同様に、切頭ピ
ラミツド97,98および99の角度のある壁
は、開口101に関して適当な形の入口帯および
出口帯を形成する。入口ハウジング91の上部と
して角度のある面91a,91bなどが備えられ
るがこれらは切頭ピラミツド97,98および9
9の組合せ面の角度に合致し、これらの切頭ピラ
ミツドは表面91a,91bなどに接着される。
中央に置かれる出口容器103を持つ出口ハウジ
ング102が具備されている。出口ハウジング1
02の底の部分には表面102a,102bなど
があり、これらは切頭ピラミツド97,98およ
び99の組合せ面に合致し、組合せ面は接着され
ている。図面に見られる通り、サンプル注入器9
6は、切頭ピラミツド97,98および99の壁
によつて形成される入口室の中央にサンプルが注
入され、開口すなわち感知帯101の中央を通つ
て横切るように置かれている。 作動の際、流れ細胞測定の当業者周知の方法
で、真空源のような適当な装置が出口ハウジング
102に結合されて、供給容器88から入口容器
93,開口すなわち感知帯101を通つて出口容
器103に出る電解液89の流れを作る。電極お
よび電源のような適当な装置が具備され、この電
解液に流れる電流を作る。サンプル注入器96か
ら注入されたサンプルは、電解液の流れのさやに
入り、開口すなわち感知帯101の中央部に進
む。これは開口101を通る電流を変え、そして
流れ細胞測定器の当業者周知の適当な電子回路に
より検出されるパルスを生じさせる。 三角形開口の利点は、第16図ないし第19図
に示される装置の電子測定に極めて多く適用され
る。電解液の三角形状の流れさやは、開口101
を通るその薄層流特性において並はずれを安定を
示す。したがつてサンプル流は極めて薄層状に開
口101を通過し、少しも乱流を生じない。本考
案の原理と両立するようにオリフイス101を形
成する切頭ピラミツドの角度を作ると、入口室の
低電流束の領域から開口の高電流束の領域に、そ
して出口室の低電流束の領域に戻るなめらかな遷
移が生じる。このなめらかな遷移はエツジ効果を
減少させる。さらに前述のように、本考案の原理
により開口の断面積に関して所定の断面積を持つ
出入口室を作ると、感知帯の「有効」電子長さは
減少され、鋭い明確なパルスを生じる。これは粒
子すなわちサンプルが開口すなわち感知帯を通過
することによつて引き起こされる極めて鋭い電子
パルスを作る。 いま第21図から第33図までを見ると、本考
案による流れ細胞測定変換器の1つの実施例を利
用してDNAまたは電子細胞容積分析のために用
意された多くのいろいろな組織の例が示されてい
る。特に、このデータは第6図に示された流れ細
胞測定器を用いて得られたものである。 第21図はデユーク・サイエンテイフイツク
(Duke Scientific)の直径10ミクロンの螢光球の
組合せ式の電子粒子容積および螢光(530nm)ヒ
ストグラムである。第22図から第26図までは
小型ねずみ、普通ねずみおよび人間のDNAヒス
トグラム(すなわち螢光測定)を示す。かくて、
第22図はウイスターねずみの肝臓からの細胞核
の流れ細胞測定DNAヒストグラムであり、第2
3図および第24図は正常なCF1小型ねずみの
腎臓と肝臓からの細胞核の同様なDNAヒストグ
ラムであり、第25図は正常な人間の胸部組織か
らの細胞核の流れ細胞測定DNAヒストグラムで
あり、第26図は胸部癌を持つ患者からの細胞核
の流れ細胞測定DNAヒストグラムである。 第22図ないし第26図のデータに使用された
組織サンプルはすべて、DAPI、すなわちDNA
特異染料を含んだ細胞核分離媒質を用いて作成さ
れた。使用された細胞核分離媒質はジエリー・テ
イー・ソーンスウエイト(Jerry T.
Thornthwaite)の名で、「細胞核分離媒質および
細胞核を分離する方法」という件名の、1981年4
月24日出願の特許出願において開示されている。
第22図ないし第26図から見られる通り、変動
の係数はDNAヒストグラムについて1−2%の
範囲であり、本考案の変換器の光学面の効力を示
している。 第27図はコラゲナーゼおよびトリプシンと共
に酵素分解され、かつ本考案の変換器によつて測
定されたウイスターねずみの肝臓細胞の電子細胞
容積ヒストグラムである。 組合せ式の電子細胞核容積(細胞容積から微分
されたもの)およびDNA螢光の例が第28図、
第29図および第31図に示されている。この場
合もまた、これらのサンプルは第22ないし第2
6図のサンプルと同じ細胞核分離媒質を用いて作
成された。 第30a図および第30b図において、電子細
胞核容積およびDNA螢光によるCF1小型ねずみ
の肝臓細胞核の256チヤネル単一パラメータのデ
ータが示されている。これらのデータは本考案の
変換器を用いて、螢光および電子インピーダンス
測定を利用する多様なサンプルの同時分析を示
す。 第31図および第32図はさらに、本考案の変
換器によつて可能な電子細胞核容積およびDNA
螢光測定の同時性を示す。第31図および第32
図は小型ねずみの肝臓に関する電子および光学測
定の二重チヤネル・オシロスコープのトレーシン
グを再生したものである。この場合もまた、小型
ねずみの組織サンプルは前の例と同じ細胞核分離
媒質および染料を用いて作成され、光学測定は螢
光測定であつた。これらの図から見られるよう
に、本考案の変換器は本当に、電子容積および光
学測定を同時に達成する。 本考案のいろいろな面が実施例に関して説明さ
れかつ図示されたが、それは考案をこれらの特定
実施例に制限することを意味しない。この技術の
当業者の範囲内で、考案の真の主旨および範囲か
ら逸脱せずに、いろいろな変形が可能である。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a flow cell measuring device, and more specifically, to a flow cell measuring device capable of simultaneously performing optical measurement and electronic particle capacity measurement. [Background of the invention] The origin of flow particle analyzers can be divided into two main lines of development, one of which is an optical line and the other an electronic line. Furthermore, various proposals have recently been made to combine optical and electronic methods. The basic book that covers the origin of the entire field was published in 1979 by Melamed, Mullaney, Mendelsohn, et al. FLOW CYTOMETRY
AND SORTING). In order to facilitate understanding of the features and advantages of the present invention and its background, a brief summary of the development of optical, electronic and combination methods is provided below. Optical Flow Particle Analyzer Optical flow cytometry has been developed over the last 25 years. These methods were originally used to count cells or particles by the change in absorption of the illuminating light as the cells passed through a glass capillary in the measurement channel of a photoelectric measurement device. Later improvements provided for the flow of particles, or thin sheaths of cells, through the observation area. In this case, a suspension of cells or particles under investigation is injected into a faster flow of fluid. This faster flow provides a sheath around the particles, creating a laminar flow. The addition of a laminar flow is important because it allows the use of larger diameter flows, thus minimizing clogging and directing the flow of the particle or cell sample precisely into the center of the analysis volume. This is because it can be placed. A book on thin-layer flow and the development of hydrodynamic focusing methods is ``Flow Cell Measurement and Analysis Methods.''
(FLOW CYTOMETRY AND SORTING). Patents relating to various aspects of this subject include U.S. Patent No. 3,299,354;
No. 3738759; No. 3740665; No. 3810010; No.
No. 3871770; No. 3984307; No. 4140966; No.
No. 4162292; and No. 4237416. In addition to absorption optical measurements, light scattering and fluorescence are both methods that are also used to analyze cells or particles. In this regard, reference is made to the extensive description of these methods and the bibliography contained in the above-mentioned book ``Flow Cytometry and Classification''. Patents related to light scattering methods include U.S. Patent Nos. 3614231; 3646352; 3669542;
No. 3705771; No. 3785735; No. 3786261; No.
No. 3873204; No. 3960449; No. 4053229; No.
No. 4173415; and No. 4188121. Patents related to fluorescence are U.S. Pat. No. 3,788,744;
No. 4225229; and No. 4243318. In 1965, Kamentsky et al. were the first group to perform optical measurements of two parameters in cells by flow methods. See "Spectrophotometer: New instrument for ultrarapid cell analysis" by Kamentsky et al., Science 150:630-631, 1965. In this study, UV absorption by the nucleic acids was measured, as well as light scattering analyzed. There are many known patents directed to multiple light measurements, for example U.S. Pat.
No. 3662176; No. 3850525; No. 4038556; No.
No. 3824402; and No. 3916197. The sensitivity of an optical measurement is a measure of how much fluorescence emitted by a particle is collected, or how much of the incident light that is scattered or absorbed is recollected. These parameters are related to the optical configuration of the instrument, including the numerical aperture (NA) of the lens system and whether the optical axis is parallel to, or transverse to, the flow of particles or cells. An optical device is described that measures fluorescence in a stream of particles parallel to the optical axis (axial flow). Some such devices conveniently use incident light illumination, where the same optical device is used to direct the light into the particle stream and collect the fluorescent light from the particles. A flow cytometer across the light is also described,
In this case the flow of particles or cells crosses the optical axis. For example, US Pat. No. 4,056,324; No. 4,225,229
No. 3720470; and “Science”
(SCIENCE) Volume 204, April 27, 1979, No.
See page 403. Although axial flow optical cytometers have shown some very good results for fluorescence measurements, there are some deficiencies. Light scattering parameters are not possible due to the difficulty of placing the detector after the cells being measured. Additionally, an objective lens with a significant depth of focus is required to focus through the trough of the flow over the emerging cells or particles. This arrangement significantly increases the vertical cell analysis volume due to the large depth of field, thus limiting the speed of cell analysis. If the vertical cell analysis volume is increased, more than one cell can be introduced into the analysis volume and detected as a single fluorescence pulse (matching problem). Finally, axial flow designs are not suitable for cell sorting per se because cells exiting the orifice are not captured in a laminar flow. Cross-flow optical cytometers can avoid some of the problems associated with axial flow. First of all, light scattering methods are possible since the detector can be placed around the incident light beam (ie the beam from the laser) intersecting the cross flow. With this arrangement, the intensity of light scattering can be measured perpendicular to the incident beam. However, these orthogonal methods
Measure the fluorescence at 90°. The amount of fluorescence measured from the cell at this angle is minimized due to internal absorption of the fluorescence before it exits at right angles to the incident beam.
This "dark field" illumination is used because it ensures a strong incident laser light that does not interfere with the fluorescence signal, which is measured at 90° to the incident light. Since these formats are used for airborne water flow, right-angle flow optical cytometers must use dry objectives that limit the numerical aperture to 0.7 or less. Electronic Particle Volume The basic idea of electronic counting of particles suspended in a conducting fluid passing through a microscopic aperture is disclosed in US Pat. No. 2,656,508 to Coulter. In this case, an electric field is applied to the opening or orifice to cause current to flow therethrough. This aperture current is interrupted as particles pass through the aperture, creating a measurable pulse that is used to count particles. 1958 “ Nature ” 182:234−
In ``Electronic Counting and Sizing of Bacteria,'' described in 235, Kubitschek attempted to relate pulse amplitude or area to particle size. A number of publications followed that attempted to explain and characterize this relationship. In a 1969 article, Grover et al. (1969, 9:13981414, Biophys J., ``Electrical sizing of particles in suspensions'') We explained the "edge effect" due to the compression of the electric field as we progress from the volume to the microscopic aperture. The article also describes hydrodynamic flow considerations and the relationship between particle volume and the observed change in current as the particle traverses the aperture. Particle trajectory sensitivity has been one problem in electronic cell volume analysis. The solution taken to these problems was to orient the particles along the axis of the aperture, make the aperture long with respect to its diameter, and electronically reject any pulse shape that is not Gaussian.
These methods include hydrodynamic focusing of particle streams.
Although hydrodynamic focusing is a reasonably effective solution to orbital sensitivity, the requirement to precisely center the particle injector with respect to the aperture necessitates a very complex transducer design. Other challenges encountered in the design of electronic particle detection transducers are (1) bubbles from degassing of the sample, electrode, or suspended fluid, and (2) foaming of the electrode product and its impact on biological cells due to changes in cell PH and toxicity. (3) so-called "reverse cursor" pulses due to particles that have already crossed the aperture circulation in the region of the aperture outlet, and (4) clogging of the aperture. Solutions to the bubble and electrode problems have focused on separating the electrodes into separate chambers. A reverse cursor pulse provides a second pulse to prevent recirculation.
orifices or by flooding the particle fluid into the exit chamber and by electronic identification of longer reverse cursor pulses. Aperture clogging posed a serious problem for these devices. The openings are typically 50-100 microns in diameter and are easily clogged. Backflow, fluid and sample filtration, and the miniature windshield wiper mechanism disclosed in US Pat. No. 3,259,891 have all been tried, with largely unsatisfactory results. The literature on electronic particle volumemeters describes various ways to obtain additional information about the particles using something other than direct current in the aperture. These include multifrequency alternating current devices, alternating current devices with electrodes inside the aperture, and combinations of alternating current and direct current that seek to change both resistance and capacitance as a particle traverses the aperture. Combined Optical and Electronic Particle Volumemeter It must be shown that more useful information about the properties of particles or cells can be obtained by the combined use of both electronic and optical methods than by the use of either method alone. 1970, "Academic press", New York, pages 131-159
Leif in "Automated Cell Identification and Classification Methods", described on page 1, proposed an instrument that performs multiple optical and electronic measurements. Later books included AMAC (Automated Multiparameter)
describes various types of such devices known as Analyzers for Cells. One type, known as AMAC 1, was published in 1973 Clin.Chem. 19:853.
-870, by Leif and Thomas in the article ``Electronic Cell Volume Analysis Using the AMAC Transducer.'' The instrument is an axial flow, transmission illuminator suitable for light scattering and electronic measurements. Electronic measurements were accomplished with this device, but optical measurements were not. In 1973, in the article ``A New Multiparameter Separator for Small Particles and Biological Cells,'' published in Rev.Sci.Instr. 44:1301-1310, Steinkamp et al. The transducer that performs the measurements has been described. However, the measurements were not taken simultaneously. Electronic measurements are taken first;
Fluorescence measurements were then taken downstream and after 135 microseconds at right angles to the cell flow. Kachel, US Pat. No. 4,198,160 also describes a transducer that makes both electronic cell volume and fluorescence measurements. Katzherr used incident light illumination for fluorescence and also used a hydrodynamic focusing injector to position the particles. This structure allows both parameters to be measured more closely relative to each other, but still not at exactly the same time. There are books describing an AMAC IV transducer, comparable to the Steinkamp device described above, with a water immersion objective that captures the fluorescence perpendicular to the laser excitation of the particle stream. Water immersion objectives have a larger numerical aperture than air objectives (1.0 vs. 0.7 or less);
Thus, the light gathering ability in fluorescence measurements is increased.
Although unique electronic and fluorescent measurements were performed, the combined measurements were not successful due to the time delay between the electronic and optical measurements. Prior art for combined electronic and optical measurements includes U.S. Pat.
Also includes issue 3770349. No. 3,710,933 to Fulwyler et al. describes an apparatus in which electronic and optical measurements are made sequentially and not at the same time. Patents No. 3675768 and No. 3675768 to Sanchez
No. 3770349 describes a device that is said to provide both electronic measurements and optical absorption measurements. All of the above combination methods used circular openings in the wall as transducers. However, although one experimental transducer utilizing a square aperture has been reported in the literature, there is no indication of how to make the square aperture. this is
Journal of Histochemistry and Cytochemistry, published in 1977.
Cytochemistry) Volume 25, No. 7, Page 827-No.
The AMAC transducer was described by R. A. Thomas et al. in the article "Combinatorial optical and electronic analysis of cells with an AMAC transducer" on page 835. The transducer used hydrodynamic focusing to direct the particle stream and orthogonal fluorescence detection to the laser excitation beam. Since the optical measurements were performed in a small cuvette with an electronic aperture, theoretically all measurements could have been taken at the same time. Separate electronic and fluorescence measurements have been reported, but no simultaneous measurements have been reported to date. Several common problems existed in prior art attempts at combined electronic and optical cellular calculators. If the measurements are not taken at exactly the same time, there are matching problems in accurately relating two sequential measurements to the same particle. Conflicting design considerations are involved when it is desired to perform electronic and optical measurements at exactly the same time. For electronic measurements, the aperture resistance must be large compared to the entrance and exit resistances. If this were not the case, the effective length (i.e. the distance over which the particles appreciably affect the current flow) would be long and the matching speed would be unacceptable. The particles must pass quickly from the region of low current flux to the region of high current flux and back again to the region of low current flux. moreover,
They must proceed on a trajectory that avoids the "edge effect." In optical measurements, the larger the numerical aperture (NA), the better the sensitivity of the measurement. That is, the resolution is N.
A. is directly proportional to the image brightness is proportional to (NA) 2 ,
Depth of focus is inversely proportional to NA. However, a large NA means a large acceptance angle, which indicates that the object to be measured must be as close as possible to the condenser lens. In any axial flow combination transducer configuration, the electronic and optical design structures are mutually exclusive and compromises must be made to reduce the sensitivity of one or both measurements. For example, in the case of electronic measurements, the objective lens must be moved away from the aperture to minimize the exit volume, resulting in reduced NA and/or loss of measurement simultaneity. . In the cross-flow method, downstream optics are the only solution, resulting in loss of measurement simultaneity. Of all the prior art structures, the AMAC converter comes closest to solving the problem of combined electronic and optical measurements. In AMAC, the square electronic aperture was also an optical aperture. By using a square shape, the entrance/exit chamber had a large volume compared to the opening volume, thus accommodating electronic confinement. However, the angular shape sacrificed numerical aperture (NA) by limiting the acceptance angle to 90° for fluorescence measurements. The fluorescence was activated by a laser placed at right angles, which produced good light scattering properties at the expense of the light provided by the incident light illumination. As can be seen from the above brief discussion of some of the prior art, the field of flow cytometers continues to be very actively researched. There is a clear need for a flow cytometer that can perform electronic and optical measurements exactly simultaneously, without sacrificing any of the sensitivity possible with either method. Additionally, improvements in sensitivity are required for both electronic and optical measurement methods. OBJECTIVES OF THE INVENTION Accordingly, one objective of the present invention is to provide a method and apparatus that improves the sensitivity of flow cell measurements. Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for flow cytometry that performs simultaneous electronic and optical measurements. Another object of the present invention is to provide a flow cytometry transducer in which the shape of the opening is such that it reduces electronic edge effects through the aperture while increasing electronic sensitivity. Another object of the present invention is to provide an electronic and optical flow cytometry transducer consisting of a plurality of cubic polygons forming a polygonal aperture. Another object of the present invention is to provide a flow cytometer that performs electron and light scattering measurements simultaneously. Another object of the present invention is to provide a process for simultaneously performing electronic and optical measurements, in which at least one of the plurality of elements forming the aperture of the cytometer is the first element in the optical device when performing optical measurements. The purpose of the present invention is to provide a cell measuring device. Another specific object of one embodiment of the present invention is to provide a flow cytometer with a triangular transducer aperture. Another aspect of the present invention is to provide a flow cytometer and method in which sonication is used as a means to clean a clogged orifice. Another object of the present invention is to provide a flow cytometer for simultaneous electronic and optical measurements, where incident light illumination and sensing are used for optical measurements. [Structure of the invention] Briefly stated, one embodiment of the invention:
A flow cytometer is provided having an aperture having a predetermined shape for the aperture and provided with an inlet chamber and an outlet chamber that reduce edge effects and increase the sensitivity of electronic particle volume measurements. According to one embodiment, the aperture is triangular and is made by assembling a plurality of truncated pyramids, the truncated surfaces forming the walls of the aperture. The shapes of the inlets and outlets created by the truncated pyramids are shaped to reduce edge effects from the flow of current through the apertures and to maintain a predetermined cross-sectional area with respect to the cross-sectional area of the apertures. Electrodes are provided for passing electrical current through the apertures for electronic particle or cell volume measurements. At least one of the elements forming the aperture wall is part of a lens system or is a transparent cover plate for an oil immersion objective used to simultaneously take optical measurements of particles or cells while they are in the aperture. be. These optical measurements can be performed using a fluorescence method, a light scattering method, or a combination of both. moreover,
According to one aspect of one embodiment of the present invention, a piezoelectric transducer is provided to ultrasonically clean any blockages in the aperture. [Embodiment] In its broadest aspect, the present invention is directed to an electronic or combined electronic/optical flow cytometer having an inlet chamber and an outlet chamber adjacent to an aperture and having a predetermined geometrical relationship to the aperture. The aim is to provide an aperture, or a sensing zone. The predetermined shape of the entrance/exit chamber according to the present invention reduces electronic "edge effects" and improves the sensitivity of electronic volumetric measurements of sample particles passing through the aperture. Prior art electronic particle volume counters provided an aperture or sensing zone in the form of a small round hole in the wall. FIG. 1 shows the pattern of current flux density flowing through such an aperture consisting of a round hole through the wall 1. As can be seen, the current flux density tends to concentrate at the edges of the round hole. These “edge effects”
This is a source of a lot of false information when trying to relate the magnitude of change in current to the size, or volume, of a particle. For example, slight differences in the trajectories of particles as they traverse the measurement zone result in differences in the amount of current blocked by particles of the same size. According to the invention, the opening is provided with an entrance chamber having a chamber wall provided immediately adjacent to the opening that has a predetermined geometrical relationship with the opening. The first aspect shown in FIGS. 2 and 3 assumes a chamber 2 with a uniform current flux density, as long as edge effects are reduced. This chamber 2 connects to an inlet chamber having an opening or wall 3 forming an angle θ with respect to the plane of the measuring zone 4 . Since the current follows the line of least resistance, the current flux through the area Z 1 of chamber 2 passes through the volume relative to corner 1 , the current flux through Z 2 passes through the volume relative to corner 2 , and so on until Z o and o It is possible to specify that as a first approximation method. That is, the degree expressed by the angle o is
Z is inversely proportional to the current flux through o . For a fixed quantity I o (representing the percentage of the width of the measurement zone at the aperture entrance), the angle θ
The degree of angle o corresponding to each changing value of can be calculated. In the prior art arrangement of holes in the wall, θ is equal to zero. If θ is equal to 90°, a measurement chamber without an entrance angle is described. From FIG. 3, for purposes of illustration, the aperture is 100 microns wide, and corner 50 is defined as the angle made from the center of the aperture to its edge (making an angle θ with the wall of the inlet chamber). The other angles 40 , 30 , 20 , and 10 are the angles made between the center of the aperture and 40, 30, 20, and 10 microns from the center, respectively. The distance L shown in FIG. 3 can be expressed in terms of θ by the following equation. (1) L=1/2 base tan θ=50 μm×tan θ Therefore, L can be obtained by changing θ. The value of L is determined as the angle θ increases or decreases. Therefore, the streamline density can be described at an aperture entrance at any distance from the center along the width of the aperture by finding for a given θ (or L used in the calculation). These arbitrary distances are
For example, it can be a multiple of I, which can be 10 μm. The value of o is then given by the following formula: (2) o = tan -1 nI/L - tan -1 (n-1) I/L Table I below shows the results of this method. The measurement zone or aperture entrance is divided into ten equal width segments, five on each side of the center of the aperture. The amount 1/10 represents a segment from the center that moves towards the edge by 10% of the width of the aperture, 1/20 from 10% - 20% of the width, 1/30 from 20-30% of the width, 1 / 40 represents the segment from 30-40% of the width and 1/50 represents the edge of the opening from 40-50% of the width. [Table] [Table] As can be seen from Table 1, for an entrance angle of 1° (basically one hole in the wall), the change in value of 1/10 - 1/50 is extremely large, and the value change near the edge is extremely large. In other words, it becomes a particularly large value at 1/50 . As the entrance angle θ is increased, the dispersion (the difference in current flux density at the measurement entrance) decreases. At a θ of 50°, the value is almost constant over 1/10 - 1/50 . Figure 4 is a plot of these values. As can be seen from Figure 4, the curve is approximately
Focuses at 50° and maintains that state up to 90°. As can be seen from the curves in FIG. 4, a significant phenomenon of edge effects arises from entrance chamber angles θ of 5° or more. Thus, according to this aspect of the invention, the inlet chamber is fed into the sensing chamber;
The walls of the inlet chamber are arranged at an angle of 5° or more with respect to the plane of the opening to reduce edge effects. A similar concept applies to the exit chamber, the walls of which are arranged at an angle of 5 ° or more with respect to the plane of the opening. In addition to reducing edge effects in electronic particle volumetric cytometers, it is desirable to make the instrument as sensitive as possible. The current flux density of the aperture is inversely proportional to the cross-sectional area. Therefore, the current flux intercepted by the particle is maximized when the particle is confined to a small cross-sectional area. Therefore, as the particle progresses towards the measurement zone (i.e. where the current flux density is maximum), it rapidly progresses from an area of low current flux density to an area of high current flux density, i.e. an observable change in current. It is desirable to quickly progress from a zone with no current to a zone with maximum current change. According to the principles of the present invention, entrance and exit chambers are provided adjacent to both sides of the sensing opening, and the cross-sectional area of the entrance and exit chambers has a predetermined relationship to the cross-sectional area of the opening. First, “S”
A size parameter, referred to as a unit, is defined as the maximum linear dimension or width of the aperture along any plane passing through the axis of the aperture. This aspect of the invention allows the aperture to be of any cross-sectional shape, ie circular, angular, triangular, etc. The straight-line distance between the two "S" units is measured from either side of the opening to the doorway chamber, and it has been experimentally determined that the cross-sectional area of the doorway chamber at these points must be greater than 10 times the cross-sectional area of the opening. (See Figure 5). If the cross-sectional area of the entrance/exit chamber at these points is greater than 10 times the cross-sectional area of the aperture itself (preferably the cross-section is 20-30 times larger), a sharp, well-defined electron particle volume pulse from the electronic cytometer can be obtained. It is known that this occurs. In accordance with another aspect of the present invention, an improved method of fabricating an electronic/optical sensing device for a flow cytometer is discovered through the cooperation of a plurality of solid polygons. "Solid polygon" means a multi-sided three-dimensional polygon. In accordance with a broader aspect of the invention, a plurality of surfaces having surfaces operative to form an aperture or sensing zone and defining the shape of the entrance chamber so as to have a predetermined geometrical relationship with respect to the aperture or sensing zone. of these solid polygons are provided. It is within the scope of the present invention to provide such an assembly in which the aperture is triangular, square, pentagonal, etc. However, a triangular aperture is a preferred embodiment of the many advantages provided by the present invention. When performing optical measurements, at least one of the elements forming the wall of the aperture is part of an optical device. According to the invention, at least one element that is part of the optical device can be a transparent cover plate on which an oil immersion objective is placed, or a lens that itself forms the first optical element of the optical device. If desired, two or more of the elements forming the walls of the aperture, even all of them, may be provided as part of an optical device for introducing excitation light into or collecting light from the sensing body of the aperture. is within the scope of the present invention. FIG. 6 shows a front view of a portion of an actual device constructed in accordance with the principles of the present invention. FIG. 7 is a side view thereof, and FIGS. 8, 9 and 13 are various cross-sectional views thereof. In the drawing, the mounting plate 11
The two electrolyte containers 1 are connected via the clamp member 12.
3 and 14 are installed. Electrolyte container 13
communicates through conduit 16 with a suitable source of electrolyte. The electrolyte container 14 is coupled through its conduit 17 to a storage field for used electrolyte, which storage field may include a vacuum source or the like to create a negative pressure. Alternatively, pressure may be coupled to the inlet vessel to create the necessary pressure differential between the inlet and outlet vessels. An electrode 18 is placed in the container 13 (which is the electrolyte supply side of the device). Electrode 18 can be a metal foil electrode or the like and is electrically connected to lead 19. In a similar manner, the container 14 has an electrode 2 therein.
1, which is electrically connected to the lead 22. A housing 23 is attached to the bottom of the container 13. Housing 23 has a passageway defined therein, indicated generally by reference numeral 24, leading to the interior of container 13. Similarly, a housing 26 is attached to the bottom of the container 14 and has a passageway therein indicated generally by the reference numeral 27;
This passage leads into the interior of the container 14. Housings 23 and 26 each include an O-ring assembly 28 and 29. O-ring assemblies 28 and 29 are made of ceramic.
Blocks 31 and 32 are entered and attached. A solid polygon 33 made of glass is glued to surfaces 31a and 32a of ceramic blocks 31 and 32. A "solid polygon" as used herein refers to a multi-sided three-dimensional shape. In a similar manner, another solid polygon 34 made of glass is glued to the opposite surfaces of ceramic blocks 31 and 32 (see cross-section in FIG. 7). As will be explained in more detail below, the glass solid polygons 33 and 34 cooperate to form an aperture in the sensing zone, indicated generally by the reference numeral 36 in FIG. Furthermore, as will be explained in more detail below, the glass solid polygons 33 and 34 are constructed to provide the opening with an entrance/exit chamber having a predetermined shape relative to the dimensions of the opening. Ceramic block 32 is provided with an inlet passage 37 that connects passage 24 to an inlet chamber formed by solid glass polygons 33 and 34.
In a similar manner, the outlet passage 38 spans the ceramic block 31 and the glass polygons 33 and 34.
The outlet chamber formed by the outlet chamber is connected to the passageway 27. In the particular arrangement shown and described, the two flat surfaces of the glass solid polygons 33 and 34 form the two walls of a triangular aperture in the sensing zone 36. If desired, the same third wall is used to create the third wall of the triangular opening and the third wall of the doorway chamber.
may include a solid glass polygon. However, according to the particular embodiment shown in the drawings, a different structure of glass solid polygons in the form of glass cover plate 39 is provided, and glass solid polygons 3
3 and 34 and ceramic block 31
and 32 serve to form the third wall of the triangular opening with the sensing band 36 and to form the third wall of the entrance/exit chamber. In this particular example, the glass
A fitting 41 is shown adapted to couple a micro-objective, such as an oil-immersion objective, for optically observing the sensing zone 36 through the cover plate 39. As shown in the drawing, ceramic block 3
2 includes an additional sample inlet passageway 42 that mounts a sample injector 44 through a suitable O-ring assembly 43. The sample injector 44 spans the passageway 37 adjacent to the beginning of the inlet chamber formed by the glass solid polygons 33 and 34. Sample injector 44 is adapted to couple to a sample source, such as a particle or biological cell, in a manner well known to those skilled in the art of flow cytometers. As shown in the figures, the sample injector spans the inlet chamber formed by the passageway 37 and the glass solid polygons 33, 34 at an angle with respect to the electrolyte flow path. For example, suitable provision for longitudinal adjustment of sample injector 44 is made by an O-ring assembly, passageway 37 and glass solid polygon 33,
The syringes are adapted to be placed at various points in the flow of electrolyte flowing through the inlet chamber formed by 34. According to a particular aspect of one embodiment of the invention, a sonicator in the form of a piezoelectric crystal 46 is mounted to mounting plate 11 and is provided with suitable leads 47 for connection to a power source. A spring assembly 48 may also be included as part of the sonicator. The manner in which the glass solid polygons 33, 34 cooperate to form the polygonal opening and the entrance/exit chamber is as follows:
This can be best seen from FIGS. 10, 11 and 12. FIG. 10 shows glass solid polygons 33 and 34 which are truncated pyramids according to this particular embodiment. As shown in the figure, the glass solid polygon 33 has four sides 33a, 33b, 3
There are 3c and 33d. Similarly, the glass solid polygon 34 (which can be the same as 33) has four sides 34a, 34b, 34c and 34.
There is d. Each glass solid polygon 33 and 34
has truncated portions generally designated 33e and 34e. As shown in FIG. 11, the two glass solid polygons 33 and 34 have faces 33d and 34d.
are connected to each other by gluing the polygons, and both polygons are aligned. When this is achieved, the truncated portions 33e and 34e form two walls or sides of the triangular opening (as shown in this particular example). In the arrangement of FIG. 11, the glass cover plate 39 seen in FIG. 6 is attached to the bottom of the assembly shown in FIG.
form the walls or sides of Figures 10 and 11
As will be clear from the figures and FIG. 12, the truncated portions 33e and 34e form both the cross-sectional area of the sensing aperture and its depth, so that they fix the volume of the sensing aperture. As is clear from the figures, adjacent surfaces 33c and 34a form the volume and cross-sectional area of the inlet or outlet chamber, and corresponding adjacent surfaces 33a and 34c form the other inlet or outlet chamber. Returning to FIGS. 6-9, the illustrated apparatus generally functions as follows. The flow of electrolyte is
The sensing zone 36 (triangular aperture in this particular embodiment) is made from the electrolyte container 13 back to the electrolyte container 14 . This electrolyte flow is created by a device such as a vacuum source connected to conduit 17 of vessel 14. The AC/DC power supply is connected between leads 19 and 22, so that the current flow is between electrodes 18 and 2.
1 through various passageways and sensing zones or openings 36. A sample, such as particles or biological cells, is injected into the electrolyte stream by sample injector 44 .
As the samples are injected into the flow of electrolyte through the aperture or sensing zone 36, as they pass through the aperture they generate a pulse representative of particle volume measurement. The electrical resistance between electrodes 18 and 21 is influenced in a known manner. One aspect of the present invention allows simultaneous optical measurements of particles or biological cells as they traverse the aperture or sensing zone 36, as described in more detail below with respect to FIG. That is, the glass cover plate 39 itself constitutes one of the walls of the aperture and is part of a monolithic optical device onto which the particles or cells are focused while the aperture is present. In this way, electronic and optical measurements are performed on exactly the same particles at exactly the same time and no correlation problems arise. The angles and dimensions of the various surfaces of the glass solid polygons 33 and 34 affect both the fluid flow characteristics and the electric field characteristics through the sensing zone or aperture 36. As known in the art, to minimize turbulence that disturbs the position of particles in the sensing zone.
It is important to have a laminar flow of the electrolyte containing the sample through the sensing zone or aperture. Part 1 of this invention
The triangular laminar flow sheath provided by the triangular aperture and triangular entrance/exit zone created by the two embodiments provides exceptional positional stability to the injection stream of particles injected from the sample injector 44. It turned out to be provided. The angle of the entrance and exit chamber walls affects both the fluid flow and electric field characteristics of the device. The geometry of the inlet and outlet chambers can be calculated to create a continuous fluid boundary layer from the inlet through the sensing zone to the outlet chamber to minimize turbulence. Additionally, this geometry allows for the transition from areas of low current flux (i.e., the entrance chamber) to areas of high current flux (i.e., the sensing zone or aperture).
to and further back to the region of low current flux (i.e. the exit chamber), making a smooth transition. This smooth transition reduces the "edge effect" induced by abrupt transitions from large to small volumes (ie, prior art hole-in-the-wall methods). By limiting edge effects, the particle encounters a region of uniform current flux as it travels through the aperture or sensing zone. This leads to improved sensitivity of electronic measurements. With the wider aspect of the invention, the walls of the doorway chamber are made such that they make an angle of more than 5° with respect to the plane of the opening so as to reduce edge effects. Further, in accordance with the wider aspect of the invention, the walls of the doorway chamber are two "S" units apart from the sides of the sensing aperture, and the cross-sectional area of the doorway chamber is at least ten times larger than the cross-sectional area of the aperture. These shape considerations dictate constraints on the shape of the solid polygons used to form the apertures and entrance/exit chambers in accordance with that aspect of the invention. In accordance with embodiments of the invention in which solid polygons forming openings and entrance/exit chambers are used, it has been found that a truncated pyramid as described above is an advantageous shape for a solid polygon; It is not limited to that. Using truncated pyramids, triangular openings and entrance chambers can be made by assembling three identical truncated pyramids, or square openings and entrance chambers can be made by assembling four identical truncated pyramids. made with Figure 4 shows the ratio of the cross-sectional area of the inlet chamber to the cross-sectional area of the aperture for triangular and square orifices assembled by joining together a plurality of truncated pyramids, at a distance of ``S'' from the aperture, i.e., the entrance to the sensing zone. It is a plot that relates to something that has been created.
The angular reference of the curve in FIG. 4 indicates the angle made by the flat wall of the entrance chamber with respect to the axis of the opening. Using curves such as those shown in FIG. 4, the angle of the truncated pyramid used in the assembly of the transducer can be determined according to the principles of the invention to achieve the desired relationship between the cross-section of the entrance chamber and the cross-section of the aperture. It can be calculated by
As seen in the case of a triangular aperture with an entrance angle of 30°, at a distance of two "S" units from the measuring zone, the particles influence the current by about 3% of its maximum value. This is the difference between the inlet cross-sectional area and the measuring zone cross-sectional area.
It is guided by the ratio of 1/1. Therefore, a particle in the measurement zone will suffer a 3% matching error by the next particle two "S" units away from the measurement zone. In the particular embodiment of the invention shown in FIG. 6, the two truncated pyramids forming the two walls of the doorway chamber are oriented at 50° with respect to the plane of the opening;
This led to negligible edge effects in electronic measurements. Furthermore, the ratio of the cross-sectional areas of the entrance and exit chambers was about 40:1 for the two "S" units from the opening side. This was found to produce a sharp, well-defined electron particle volume pulse. As will be clear from the drawings, according to a particular embodiment of the invention, the flow of the electrolyte containing the sample from the inlet chamber through the aperture or sensing zone and out of the outlet chamber is an arcuate flow; is at the top or "knee" of the arch. This is important from a light sensing point of view. As is clear from the drawing, light sensing takes place through a glass plate 39 forming one of the walls of the sensing zone. Because the particle path is arcuate, particles in the sensing zone remain in focus as they traverse the optical path through the aperture or sensing zone. Particles that do not reach the sensing zone or leave the sensing zone are not in focus and therefore do not affect the optical measurement of particles that are in the sensing zone. According to one feature of one embodiment of the present invention, the sample injector 44 is not coaxially centered as in the prior art. Rather, the sample injector is placed at an angle to the triangular flow sheath of electrolyte. As the particle injector is moved from edge to edge of the triangular flow sheath, the position of the particles in the sheath, or in the sensing zone or aperture, is changed. In this way, precise positioning of the sample flow within the electrolyte is achieved so as to further minimize field edge effects experienced by the particles. Providing a triangular sensing zone or aperture has the advantage of providing exceptional stability to the triangular flow sheath, as well as other advantages. In electronic detection of particle properties, the volume of the sensitive band or aperture (ie, the product of cross-sectional area and length) is one of the factors determining measurement sensitivity. For small particles, the cross section needs to be small to maximize sensitivity. However, the smaller the cross-section, the greater the tendency for clogging. Therefore, it is advantageous to reduce the cross-section and make the dimension across the cross-section as large as possible to reduce clogging. For an equilateral triangle, the longest dimension is 1.35 times as large as a circle with the same cross-sectional area. In accordance with a particular embodiment of the invention, the triangular orifice or aperture is 100 μm on a side and has a length.
It was something like 100μm. The triangular aperture shape also provides important advantages with respect to optical measurements of particles in the aperture. The sensitivity of any optical measurement is related to how much of the total light emitted by the particle can be controlled, or how much of the incident light that is scattered or absorbed is recollected. Using a triangular aperture sensing zone, 120° per plane of light collection can be achieved in the case of an equilateral triangle with the axis of the triangular cross section. In the perpendicular axis, 180° is obtained, depending on the shape of the entrance hole. One way to create a practical optical boundary is by considering the state of the art of available micro-objectives. The numerical aperture (N.
A.) is 1.25−1.4. NA is given by the following formula: NA=n 0 Sinθ where n 0 is the refractive index of the object space and θ is half the acceptance angle of the light. Since these lenses operate maximally in object space with n 0 = 1.515, the range of θ is determined for these lenses, i.e. NA
=1.25=1.515Sinθ. Sinθ L = 1.25/1.515 = 0.825 Sinθ U = 1.4/1.515 = 0.92 NA = 1.25, θ L = 55° NA = 1.4, θ U = 67° Therefore, the actual optics of the best commercially available micro-optical device Shape limit is half of the light acceptance angle
It is between 55° and 67°. This exactly matches the range of acceptance angles provided by one side of the triangular opening. According to one particular embodiment of the invention, shown in FIG. 13, in which the optical arrangement is shown in diagrammatic form, an oil immersion objective 51 is provided next to the glass cover plate 39 and the sensing zone or aperture 36 is focused on. a suitable light source 52 that introduces excitation light into the sensing zone via a device such as a beam splitter 53;
is equipped. If a fluorescence measurement is to be performed on a sample located in the sensing zone 36, the light source 5
2 can be, for example, a mercury vapor lamp or a laser emitting in the ultraviolet spectrum. In any case, the excitation light is introduced into the sensing zone or aperture 36 through the oil immersion objective 51. If the samples flowing through the aperture or sensing zone 36 are properly prepared, ie, colored in the case of biological cells, they will emit a characteristic fluorescence. This light is collected by an oil immersion objective 51 and sent via a beam splitter 53 to a photodetector 54, such as a photomultiplier tube or the like. In the particular embodiment described, the aperture is triangular, so that
The light passes through the oil immersion objective 5 over an acceptance angle of 120°.
1, giving an NA of 1.3. As an alternative to providing the glass cover plate 39 as part of the optical arrangement, the element forming the aperture or that wall of the sensing zone can be the lens itself. solid polygons 33 and 34 and cover plate 3
In the explanation of No. 9, they were said to be made of "glass." No particular limitation is intended by the use of such terminology; the important point is that the elements forming the walls of the sensing zone may be of optical quality such that they may form part of an apparatus for making optical measurements with respect to the particles present in the sensing aperture. It is important to have the following. In a particular embodiment, solid polygon 3
3 and 34 are precisely lapped at the desired angle to form the desired truncated pyramid.
It is made from an optical flat body of BK7 glass. Whenever choosing materials for solid polygons 33 and 34, care must be taken to use materials for blocks 31 and 32 (FIG. 1) that have comparable coefficients of thermal expansion. In the description of FIG. 7, piezoelectric crystal 40 was mentioned. Providing such an ultrasonic treatment device has proven to be a very effective means of cleaning out any blockage that may occur in the sensing aperture 36. The momentary application of electrical power to the piezoelectric crystal causes sonic vibrations to flow through the electrolyte in the cytometer and has been found to be extremely effective in clearing blockages in the sensing aperture 36. 7th
As an alternative to providing a piezoelectric crystal secured to the cytometer mounting plate as shown in the figures, a piezoelectric crystal or other element producing ultrasonication can be coupled to the sample injector 44. This serves to create a localized sonication of the electrolyte near the sensing aperture 36. Suitable electronic circuits for processing, recording and displaying data from electronic and optical measurements are described in the literature and are well known to those skilled in the art of flow cytometry. FIG. 20 shows in block diagram form one example of an electronic arrangement suitable for this purpose. The electronic channel includes a pulse storage and shaping circuit 106.
, a subsequent amplification/filter circuit 107 , and a multi-parameter analyzer 109 for transmitting the electronic measurement signal.
an analog-to-digital converter 108 coupled to the analog-to-digital converter 108; The optical channel includes a suitable photodetector 111 coupled to a multiparameter analyzer 109 via an amplifier/filter circuit 112 and an analog/digital converter 113. If desired, real time display circuitry 114 may be included to display relatively unprocessed signals from the electronic and optical channels. Figure 20 shows only one optical channel entering the multi-parameter analyzer. Of course, if more than one photodetector is used in various embodiments of the present invention, a corresponding plurality of optical channels are provided. As is conventional, multi-parameter analyzer 109 inputs to a suitable computer 116 which can perform various data manipulations and correlations. computer 1
Connected to 16 are a data storage device 117 and a graphics device 118 for creating graphs and the like. Figure 14 shows two of the triangular apertures or sensing zones.
more than one side can be used to perform optical measurements;
Figure 3 represents one of many possible alternative embodiments of the present invention. In FIG. 14, a triangular aperture or sensing zone 56 is shown as being constituted by the oblique planes of three solid polygons 57, 58 and 59. solid polygons 57, 58 and 59
can be made of glass and have an oblique surface 57 forming the walls of the triangular aperture or sensing zone 56.
a, 58a and 59a. The solid polygon itself covers each side 57a, 58a of the aperture.
and 59a may be polished to act as a lens. Such additional lens elements may be provided in the optical arrangement on three sides of aperture 56 if desired, but are not shown in FIG. 14 for simplicity. Regarding the sides of the aperture formed by the surface 57a, the light source 61 and the beam
In order to excite the particles (indicated by dashed lines 60) by the splitter 62, a device may be provided for introducing excitation light into the aperture. A device such as a photodetector 63 is provided to detect light emitted from the particles 60 through the wall 57a of the aperture 56. In a similar manner, devices in the form of a light source 64 and a beam splitter 66 are provided for introducing excitation light into the aperture through the aperture wall 58a. Similarly,
A photodetector 67 is provided to detect light emitted from the particles 60 through the aperture wall 58a. In a similar fashion, a light source 68 and a beam splitter are provided which introduce excitation light into the aperture through the aperture wall 59a. A device such as a photodetector 71 is provided to detect light emitted by the particles through the wall 59a. The light sources 61, 64 and 68 can all be the same, ie UV sources, such as for fluorescence measurements of the particles 60, but they can also be different. If desired, only one light source is provided, in which case analyzers are provided on two or all three sides of the aperture 56. The important point is that by collecting light from all three sides of the aperture 56, the effective N.A. is three times the NA for one side.
A. In other words, 3.9 is obtained, and the sensitivity of optical measurements is greatly improved. Various different schemes are possible that use only one light source and one photodetector and simultaneously increase the effective NA. Thus, in FIG.
a, and direct the excitation light from the particle 60 to the surface 5.
Only one light source 64 and one photodetector 67 can be provided for collection at 8a. To increase the effective NA, surfaces 57a and 59a may be mirrored or other surfaces of polygons 57 and 59 may be mirrored so that all light emitted from particle 60 is detected by photodetector 67. The light can then be reflected back onto the surface 58a of the aperture 56. Alternatively or additionally, the reflective surface can serve to reflect a portion of the excitation light onto the particles 60. FIG. 15 shows another possible embodiment of the invention in which light scatterometry is combined with fluorometry. In FIG. 15, an oblique surface 72 forming the two walls of a triangular aperture or sensing zone 74 is shown.
solid polygons 72 and 7 with a and 73a
3 is provided. In the particular embodiment shown in FIG. 15, a glass cover plate 76 is shown constituting the third wall 76a of the opening 74, but it will be understood that another solid polygon may be used instead of the glass cover plate 76. can be used. For fluorescence measurements, the light source 77 and beam splitter 78 are
Light from light source 77 is combined via suitable optics (not shown) through wall 76a to focus on particles (indicated by dashed line 79) in aperture or sensing zone 74. If the particles are suitably prepared, such as by coloring, the fluorescent light emitted by the particles is focused onto a photodetector 81 via a suitable optical device (not shown). So far, the optical device operates as shown in and described in FIG. 13. However, in addition to this, provision can be made to simultaneously carry out light scattering measurements on the particles or samples 79. In this case, a suitable light such as a red laser beam is applied to the aperture 7.
The light source 82 and the beam coupled to the wall 76a of
A splitter 83 can be provided. Multiple detectors, such as those shown by photodetectors 84, 86, and 87, are provided with various angles θ 1 , θ around the elements forming transducers for detecting, for example, forward light scattering, 90° light scattering, and backscatter, respectively. 2 and θ 3 . Conveniently, in forward light scattering measurements,
The apex of the triangular aperture (reference number 75) serves as a field stop. By incorporating the arrangement shown in FIG. 15 into the apparatus of FIG.
It can be seen that the and light scattering measurements can all be made simultaneously on the same particle or cell sample in the sensing zone or aperture. The important advantages of the triangular orifice or sensing zone according to the principles of the present invention are applicable to combined electronic and optical cytometers as described above, as well as to purely electronic flow cytometers. 1st
Figures 6 through 19 relate to embodiments of the present invention suitable for use in existing electronic flow cytometers. In this embodiment, there is a source of electrolyte 89 within supply container housing 88 . An inlet housing 91 is provided and the supply container housing 8
8 and is suitably fluid-tightly sealed thereto by a device such as an O-ring 92. The inlet housing 91 has a passageway 9
A centrally located inlet vessel 93 is provided which communicates with the electrolyte 89 via 4. A sample injector 96 is placed in the center of the inlet vessel 93. The three truncated pyramids 97, 98 and 99 are attached to each other in such a way that the truncated portions of each form a triangular shaped opening or sensing zone 101. As with other embodiments of the invention, the angular walls of the truncated pyramids 97, 98 and 99 form suitably shaped entrance and exit zones with respect to the opening 101. The upper part of the inlet housing 91 is provided with angular surfaces 91a, 91b, etc., which form truncated pyramids 97, 98 and 9.
9, these truncated pyramids are glued to surfaces 91a, 91b, etc.
An outlet housing 102 is provided with a centrally located outlet receptacle 103. Outlet housing 1
The bottom part of 02 has surfaces 102a, 102b, etc., which match the mating surfaces of the truncated pyramids 97, 98 and 99, and the mating surfaces are glued. As seen in the drawing, the sample injector 9
6 is placed so that the sample is injected into the center of the inlet chamber formed by the walls of the truncated pyramids 97, 98 and 99, and across the center of the opening or sensing zone 101. In operation, a suitable device, such as a vacuum source, is coupled to the outlet housing 102 in a manner well known to those skilled in the art of flow cell measurement, and the supply vessel 88 is moved from the supply vessel 88 to the inlet vessel 93 through the opening or sensing zone 101 to the outlet vessel. A flow of electrolytic solution 89 coming out of 103 is created. Appropriate equipment, such as electrodes and a power source, are provided to create an electric current through the electrolyte. The sample injected from the sample injector 96 enters the electrolyte flow sheath and passes into the opening or central portion of the sensing zone 101 . This alters the current through aperture 101 and produces a pulse that is detected by appropriate electronic circuitry well known to those skilled in the art of flow cytometers. The advantages of triangular apertures are most applicable to electronic measurements of the apparatus shown in FIGS. 16-19. The triangular flow sheath of the electrolyte is formed through the opening 101.
It exhibits exceptional stability in its laminar flow properties through. The sample flow therefore passes through the opening 101 in a very thin layer without any turbulence. Angling the truncated pyramid forming orifice 101 to be compatible with the principles of the present invention results in a transition from a region of low current flux in the inlet chamber to a region of high current flux in the opening and then a region of low current flux in the exit chamber. A smooth transition occurs back to . This smooth transition reduces edge effects. Further, as previously discussed, by creating an entrance/exit chamber with a predetermined cross-sectional area relative to the cross-sectional area of the aperture according to the principles of the present invention, the "effective" electron length of the sensing band is reduced, resulting in a sharp, well-defined pulse. This creates an extremely sharp pulse of electrons caused by the particle or sample passing through the aperture or sensing zone. Turning now to Figures 21 through 33, there are examples of many different tissues prepared for DNA or electronic cell volume analysis using one embodiment of the flow cytometry transducer of the present invention. It is shown. In particular, this data was obtained using the flow cytometer shown in FIG. FIG. 21 is a combined electron particle volume and fluorescence (530 nm) histogram for a Duke Scientific 10 micron diameter fluorescent sphere. Figures 22 through 26 show DNA histograms (i.e., fluorescence measurements) for small mice, common mice, and humans. Thus,
Figure 22 is a flow cell measurement DNA histogram of cell nuclei from the liver of a Wistar mouse.
Figures 3 and 24 are similar DNA histograms of cell nuclei from normal CF1 miniature mouse kidney and liver, Figure 25 is a flow cytometric DNA histogram of cell nuclei from normal human breast tissue, and Figure 25 is a flow cytometric DNA histogram of cell nuclei from normal human breast tissue. Figure 26 is a flow cytometric DNA histogram of cell nuclei from a patient with breast cancer. All tissue samples used for the data in Figures 22 to 26 were made using DAPI, or DNA
It was created using a cell nucleus isolation medium containing a specific dye. The cell nucleus isolation medium used was Jerry T. Thornthwaite.
Thornthwaite) in April 1981, entitled ``Cell Nucleus Isolation Media and Methods for Isolating Cell Nuclei.''
This is disclosed in a patent application filed on May 24th.
As can be seen from Figures 22-26, the coefficient of variation is in the range of 1-2% for the DNA histograms, demonstrating the effectiveness of the optical aspects of the transducer of the present invention. FIG. 27 is an electronic cell volume histogram of Wistar mouse liver cells enzymatically degraded with collagenase and trypsin and measured by the transducer of the present invention. Examples of combinatorial electronic cell nuclear volume (differentiated from cell volume) and DNA fluorescence are shown in Figure 28.
This is shown in FIGS. 29 and 31. Again, these samples are from the 22nd to the 2nd
It was prepared using the same cell nucleus separation medium as the sample in Figure 6. In Figures 30a and 30b, 256 channel single parameter data of CF1 miniature mouse liver cell nuclei by electronic nuclear volume and DNA fluorescence is shown. These data demonstrate simultaneous analysis of diverse samples using fluorescence and electronic impedance measurements using the transducer of the present invention. FIGS. 31 and 32 further illustrate the electronic cell nuclear volume and DNA
Showing the simultaneity of fluorescence measurements. Figures 31 and 32
The figure reproduces dual-channel oscilloscope tracings of electronic and optical measurements on the liver of a small mouse. Again, small mouse tissue samples were made using the same nuclear isolation media and dyes as in the previous example, and the optical measurements were fluorometry. As can be seen from these figures, the transducer of the present invention indeed achieves electronic volumetric and optical measurements simultaneously. Although various aspects of the invention have been described and illustrated with respect to embodiments, it is not meant to limit the invention to these specific embodiments. Various modifications may be made within the scope of those skilled in the art without departing from the true spirit and scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は電流束密度のエツジ効果を示す先行技
術による流れ細胞測定器の開口の断面図、第2図
は角度のついた壁を持つ入口室を備えている流れ
細胞測定器の開口の概略図、第3図は第2図に似
ている、流れ細胞測定器の開口に関するいろいろ
な角度関係を示す図、第4図は入口室の壁の角度
が変わるにつれてエツジ効果の電流束が変わるの
を示すグラフ、第5図は入口室のいろいろな形に
ついて、入口室までのいろいろな距離に関する入
口室断面と開口断面との比を表わすグラス、第6
図は本考案による流れ細胞測定器の1つの実施例
の前面図、第7図は第6図の細胞測定器の側面
図、第8図は第6図の細胞測定器の一部の断面
図、第9図は第8図の線9−9に沿う断面図、第
10図は第6図の細胞測定器における切頭ピラミ
ツド構成要素の平面図、第11図は一緒に結合さ
れた第10図の切頭ピラミツドを示す前面図、第
12図は第11図の組立体の底面図、第13図は
第6図の細胞測定器の一部の一部断面図および細
胞測定器の部としての光学感知配列の線図、第1
4図は本考案の1つの実施例による流れ細胞測定
器の光学感知配列を表わす図、第15図は光学感
知配列のもう1つの実施例を示す第14図に似た
図、第16図は電子流れ細胞測定器用の変換器の
一部断面の前面図、第17図は第16図の変換器
の一部の断面図、第18図は第16図の変換器の
入口室の軸に沿う図、第19図は第16図の変換
器の三角形の入口室および開口を示す図、第20
図は本考案の細胞測定器と共に用いる適当な電子
回路のブロツク図、第21図はデユーク・サイエ
ンテイフイツクの直径10ミクロンの螢光球の組合
せ式電子粒子−螢光ヒストグラム、第22図はウ
イスターねずみの肝臓からの細胞核の流れ細胞測
定DNAヒストグラム、第23図は正常なCF1小
型ねずみの腎臓からの細胞核の流れ細胞測定
DNAヒストグラム、第24図は正常なCF1小型
ねずみの肝臓からの細胞核の流れ細胞測定DNA
ヒストグラム、第25図は正常な人間の胸部組織
からの細胞核の流れ細胞測定DNAヒストグラム、
第26図は胸部癌を持つ患者からの細胞核の流れ
細胞測定DNAヒストグラム、第27図は酵素で
分解されたウイスターねずみの肝臓の電子細胞容
積プロツト、第28図は胸部癌を持つ患者からの
細胞核の電子細胞核容積およびDNA螢光の組合
せプロツト、第29図はウイスタねずみの肝臓か
らの細胞核の電子細胞核容積およびDNA螢光の
組合せプロツト、第30図aおよび第30図bは
CF1小型ねずみの肝臓細胞核に関する電子細胞
核容積および螢光輝度ヒストグラム、第31図は
CF1小型ねずみの肝臓の細胞核の電子細胞核容
積およびDNA螢光の組合せプロツト、第32図
および第33図は小型ねずみの肝臓細胞核に関す
る同時の電子細胞核容積および螢光パルス測定用
の実際のオシロスコープ・トレーシングの再生図
である。 符号の説明、36……感知帯、33,34……
固体多角形、44……サンプル注入器、46……
超音波処理器、13,14……電解液容器、1
8,21……電極、39……ガラス・カバー板。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a flow cytometer aperture according to the prior art showing edge effects on current flux density; FIG. 2 is a schematic diagram of a flow cytometer aperture with an inlet chamber with angled walls; Figure 3 is similar to Figure 2, showing the various angular relationships for the aperture of the flow cytometer, and Figure 4 shows how the current flux of the edge effect changes as the angle of the entrance chamber wall changes. Figure 5 is a graph showing the ratio of the entrance chamber cross section to the opening cross section for various shapes of the entrance chamber and for various distances to the entrance chamber.
The figure is a front view of one embodiment of the flow cell measuring device according to the present invention, FIG. 7 is a side view of the cell measuring device shown in FIG. 6, and FIG. 8 is a cross-sectional view of a part of the cell measuring device shown in FIG. 6. , FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line 9--9 of FIG. 8, FIG. 10 is a plan view of the truncated pyramid components of the cytometer of FIG. 6, and FIG. 12 is a bottom view of the assembly shown in FIG. 11, and FIG. 13 is a partial cross-sectional view of a part of the cytometer shown in FIG. Diagram of the optical sensing array of
FIG. 4 is a diagram representing an optical sensing array of a flow cytometer according to one embodiment of the present invention, FIG. 15 is a diagram similar to FIG. 14 showing another embodiment of the optical sensing array, and FIG. 17 is a cross-sectional view of a portion of the transducer of FIG. 16; FIG. 18 is along the axis of the inlet chamber of the transducer of FIG. 16; FIG. Figures 19 and 20 show the triangular inlet chamber and opening of the transducer of Figure 16.
Figure 21 is a block diagram of a suitable electronic circuit used with the cell measuring device of the present invention, Figure 21 is a combined electronic particle-fluorescence histogram of Duke Scientific's 10 micron diameter fluorescent sphere, and Figure 22 is Wistar. Flow cytometry of cell nuclei from the liver of a mouse DNA histogram. Figure 23 shows flow cytometry of cell nuclei from the kidney of a normal CF1 small mouse.
DNA histogram, Figure 24 shows the flow of cell nuclei from the liver of a normal CF1 small mouse.
Histogram, Figure 25 is a nuclear flow cell measurement DNA histogram from normal human breast tissue.
Figure 26 is a flow cytometric DNA histogram of cell nuclei from a patient with thoracic cancer, Figure 27 is an electronic cell volume plot of enzymatically digested Wistar mouse liver, and Figure 28 is a cell nucleus from a patient with thoracic cancer. Figure 29 is a combined plot of electronic nuclear volume and DNA fluorescence for cell nuclei from the liver of a Wista mouse; Figures 30a and 30b are
Figure 31 shows the electronic cell nucleus volume and fluorescence brightness histogram of liver cell nuclei of CF1 small mice.
Combined plots of electronic nuclear volume and DNA fluorescence of CF1 small mouse liver cell nuclei, Figures 32 and 33 show actual oscilloscope plots for simultaneous electronic nuclear volume and fluorescence pulse measurements of small mouse liver cell nuclei. This is a reproduction diagram of racing. Explanation of symbols, 36... Sensing zone, 33, 34...
Solid polygon, 44... Sample injector, 46...
Ultrasonicator, 13, 14... Electrolyte container, 1
8, 21...electrode, 39...glass cover plate.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 個々の粒子或いは細胞の電子的及び光学的測
定を同時に行う流れ細胞測定器であつて: 上記流れ細胞測定器は、 前記個々の粒子の流れが通り抜ける中心軸を
有する開口を持つ感知帯36と; 複数個の多面体33,34の隣接した平面が
感知帯36における多角形開口を形成し、かつ
前記多面体33,34の他の面が出入口室を形
成するように、固定して結合された複数個の多
面体33,34からなり、かつ少なくとも1つ
の多面体33,34が、光学検出システムの光
学要素を形成し、その光学検出システムが、前
記感知帯の前記光学要素を通り前記開口に励起
光を導入する装置41,51,53,72,7
3,76と、前記開口にあるサンプル粒子から
光を収集する装置41,51,54,63,6
7,71,109を有する変換器と; 前記粒子の薄層流供給のため、電解質の流れ
を作る入口通路装置37と前記感知帯36より
前記粒子の薄層流を導き出すための出口通路装
置38と; 前記感知帯36に達する前に前記電解質の中
に前記粒子を噴射する粒子噴射装置44と; 1つ或いはそれ以上の電極が前記入口通路装
置に結合され、1つ或いはそれ以上の電極が前
記出口装置に結合され、前記電極間を前記開口
を通つて流れる、電流の流れを安定させる装置
と; 前記開口を通る電子的電流の流れを監視する
監視装置と; を含み、かつ前記入出通路装置37,38は、
管状アーチ型流体通路を供給するため開口の前
記中心軸に対してそれぞれ所定の角度に位置
し、前記開口はそのアーチの頂点に位置し、そ
のアーチ頂点で開口の中心軸が検出システムの
光学軸に垂直になり粒子が開口を開口の中心軸
に平行な方向に横切る時、粒子がアーチ頂点に
ある場合のみ粒子に焦点が合い、粒子が前記開
口に近づく時及び開口から遠ざかる場合には焦
点が合わないようにするため、光検出システム
はアーチ頂点の近くで外側に位置することを特
徴とする流れ細胞測定器。 (2) 請求項第1項記載の流れ細胞測定器におい
て、前記粒子噴射装置44が前記電解質の流れ
に対して所定の角度に位置し、 開口のサンプルの流れの位置を制御するた
め、前記電極の空間電荷層の流れの異なつた範
囲に粒子を選択的に噴射する、前記粒子噴射装
置44を調整する調整装置を含むよう構成され
た流れ細胞測定器。 (3) 請求項第1項第2項いずれかに記載の流れ細
胞測定器において、さらに、詰まりを解消する
ために前記感知帯36近くの前記電解質を通し
て音波振動を発生する音波振動発生装置40を
含む、流れ細胞測定器。 (4) 請求項第1項から第3項のいずれかに記載の
流れ細胞測定器において、前記開口が開口中心
軸に垂直な三角形の断面を持つ流れ細胞測定
器。 (5) 請求項第1項から第4項のいずれかに記載の
流れ細胞測定器において、前記入口室が前記開
口の端と前記入口通路装置37の端の間に形成
され、前記出口室は前記開口の他端と前記出口
通路装置38の端の間に形成され、入出口室が
アーチ型液体通路の1部分となるような、流れ
細胞測定器。 (6) 請求項第5項に記載の慣れ細胞測定器におい
て、前記入口室と前記出口室のうち少なくとも
1つが、開口中心軸に垂直な前記開口の面端に
対して少なくとも5°の角度をもつて配置された
壁をもち、開口中心軸を通る平面に沿う開口の
幅の2倍に等しい開口からの距離で、前記入口
室出口室のどちらか少なくとも一方が、前記開
口の断面積の少なくとも10倍の断面積をもつ、
流れ細胞測定器。 (7) 請求項第1項第4項のいずれかに記載の流れ
細胞測定器において、前記開口が多面体の表面
で形成されている流れ細胞測定器。 (8) 請求項第4項に記載の流れ細胞測定器におい
て、前記三角形開口の壁が2つの切頭ピラミツ
ドの切頭表面と光学的に平らな板によつて形成
されている流れ細胞測定器。 (9) 請求項第1項、第4項、第7項、第8項のい
ずれかに記載の流れ細胞測定器において、光を
集めるための前記装置が、粒子によつて散乱さ
れた光を検出するための励起光に対してあらか
じめ決められた角度に位置された少なくとも1
つの光学検出器63,86,87を含む、流れ
細胞測定器。 (10) 請求項第1項、第4項、第7項、第8項のい
ずれかに記載の流れ細胞測定器において、光を
集めるための前記装置が、粒子が発散したけい
光を検出するための少なくとも1つの光学検出
器54,63を含む、流れ細胞測定器。 (11) 請求項第4項、第7項のいずれかに記載の流
れ細胞測定器において、前記開口の壁又は表面
の少なくとも1つが鏡面であり、そのため、前
記開口の他の壁か表面を通してサンプル粒子の
発散した光を反射する、流れ細胞測定器。
[Claims for Utility Model Registration] (1) A flow cytometer that simultaneously performs electronic and optical measurements of individual particles or cells: a sensing zone 36 having an opening with an axis; adjacent planes of the plurality of polygons 33, 34 form a polygonal opening in the sensing zone 36, and other surfaces of the polygons 33, 34 form an entrance/exit chamber; consists of a plurality of fixedly connected polygons 33, 34, and at least one polygon 33, 34 forms an optical element of an optical detection system, which optical detection system Devices 41, 51, 53, 72, 7 for introducing excitation light into the aperture through the optical element
3, 76 and a device 41, 51, 54, 63, 6 for collecting light from the sample particles in the aperture.
7, 71, 109; an inlet passageway arrangement 37 for producing a flow of electrolyte for the provision of a laminar flow of said particles and an outlet passageway arrangement 38 for conducting said laminar flow of said particles from said sensing zone 36; a particle injector 44 that injects the particles into the electrolyte before reaching the sensing zone 36; one or more electrodes coupled to the inlet passageway; a device coupled to the outlet device for stabilizing the flow of electrical current between the electrodes and through the aperture; a monitoring device for monitoring the flow of electronic current through the aperture; The passage devices 37, 38 are
tubular arcuate fluid passageways, each located at a predetermined angle to said central axis of the aperture, said aperture being located at the apex of the arch at which the central axis of the aperture is aligned with the optical axis of the detection system. When the particle crosses the aperture in a direction parallel to the central axis of the aperture, the particle will be in focus only if it is at the apex of the arch, and the particle will be in focus if it approaches the aperture or moves away from the aperture. A flow cytometer characterized in that the optical detection system is located on the outside near the arch apex to avoid overlapping. (2) In the flow cell measuring device according to claim 1, the particle injection device 44 is located at a predetermined angle with respect to the flow of the electrolyte, and the electrode A flow cytometer configured to include an adjustment device for adjusting said particle injection device 44 to selectively inject particles into different regions of the flow of a space charge layer. (3) The flow cell measuring device according to any one of claims 1 and 2, further comprising a sonic vibration generator 40 that generates sonic vibrations through the electrolyte near the sensing zone 36 in order to eliminate clogging. Including, flow cytometer. (4) The flow cell measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the opening has a triangular cross section perpendicular to the central axis of the opening. (5) In the flow cell measuring device according to any one of claims 1 to 4, the inlet chamber is formed between an end of the opening and an end of the inlet passage device 37, and the outlet chamber is A flow cytometer formed between the other end of the opening and the end of the outlet passageway device 38, such that the inlet and outlet chambers are part of an arcuate liquid passageway. (6) In the habituation cell measuring device according to claim 5, at least one of the inlet chamber and the outlet chamber forms an angle of at least 5° with respect to a surface end of the opening perpendicular to the central axis of the opening. at least one of the inlet and outlet chambers has a wall disposed with a distance from the aperture equal to twice the width of the aperture along a plane passing through the central axis of the aperture; With a cross-sectional area 10 times larger,
Flow cytometer. (7) The flow cell measuring device according to claim 1, wherein the opening is formed of a polyhedral surface. (8) The flow cell measuring device according to claim 4, wherein the wall of the triangular opening is formed by the truncated surfaces of two truncated pyramids and an optically flat plate. . (9) In the flow cytometer according to any one of claims 1, 4, 7, and 8, the device for collecting light collects light scattered by particles. at least one positioned at a predetermined angle with respect to the excitation light for detection.
A flow cytometer comprising three optical detectors 63, 86, 87. (10) In the flow cytometer according to any one of claims 1, 4, 7, and 8, the device for collecting light detects fluorescence emitted by particles. Flow cytometer comprising at least one optical detector 54,63 for. (11) In the flow cytometer according to any one of claims 4 and 7, at least one wall or surface of the opening is a mirror surface, so that the sample can be passed through the other wall or surface of the opening. A flow cytometer that reflects light emitted by particles.
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JPS5026579A (en) * 1973-07-06 1975-03-19
JPS5374476A (en) * 1976-12-14 1978-07-01 Max Planck Gesellschaft Device for measuring characteristic of fine particle suspension
JPS58129347A (en) * 1982-01-29 1983-08-02 Olympus Optical Co Ltd Counting device for fine particle
JPS6244647A (en) * 1985-08-22 1987-02-26 Showa Denko Kk Flow cell for measuring particle characteristic

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