JPH0833340B2 - フロ−セル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は懸濁液中の細胞に光を照射し、細胞からの散
乱光又は蛍光により細胞分析，分取する装置に係り、特
に全体細胞を一個ずつあるいは定数個ずつ等間隔に流下
させたい場合に好適なフローセル装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、細胞を流しながら光測定をし、細胞分析，分取
をする装置、いわゆるフローサイトメータでは細胞懸濁
液（サンプル液）を測定部毛細管に安定に、しかも目詰
りなく流すために第４図に示すように層流状態の急激に
縮流を利用して、細胞懸濁液２を生理食塩水（シース
液）１で包み込むように流す方式を採用している。この
方式はシースフロー方式と呼ばれ、細胞分析装置の有力
な手段となつている。

この方式ではノズル３が出てくる細胞６は、毛細部８
において一列に整列し、レーザ光照射点13へ流下してい
くが、各々の細胞の間隔は不等であり、特にコントロー
ルされていなかつた。

尚、フローサイトメータに関するものとしては、特開
昭58−10875号公報に開示のものが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、レーザ照射点へ各細胞を一定間隔
で流下させるという技術的配慮がなされておらず、その
ため、２つ以上の細胞が近接して流下し、光計測を行う
上で誤差を大きくしたり、あるいはジエツトインエア方
式による分取の際にもひとつの液滴に複数個の細胞が入
り正しい分取ができないなどの問題があつた。また従来
技術では一定周期ごとに同一ポイントを細胞が通過する
という保障がなくパルス光源による流下細胞の観察，計
測を著しく困難にしていた。

本発明の目的は、光計測点へ各細胞と一定間隔に流下
させ、誤差の少ない分析，分散を行うことができるフロ
ーセル装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第１番目の特徴は、フローセル装置におい
て、シース流体の流れの中に周期的な渦を発生せしめる
抵抗物体を設け、サンプル流体放出ノズルをこの抵抗物
体の上流かあるいは抵抗物体の渦発生点近傍に設け、細
胞等を渦発生点近傍へ順次供給して渦中に取り込ませる
ことにある。

第２番目の特徴は、上記抵抗物体後流かあるいは抵抗
物体にサンプル流体放出ノズルを設け、さらにこのノズ
ル出口に前記渦によつて生じる周期変動流体力で振動し
ノズルの開閉を周期的に行うように係止された振動体を
設けることにある。

〔作用〕

第１番目の発明によれば、シース流体の流れの中に設
けられた抵抗物体が適当な速度の流れの中にある時、抵
抗物体表面の同一箇所から周期的に渦が発生し後流では
規則正しい渦列となつて成長，流下してゆく。この抵抗
物体の上流からサンプル流体を流すか、あるいはサンプ
ル流体放出ノズルを抵抗物体の渦発生点近傍に設けて次
々に発生する渦に細胞をとり込ませる。細胞は渦が成
長，流下してゆく過程で渦の中心部へ到達する。したが
つて各渦の中心部に位置した細胞は各々一定間隔に保た
れて流下してゆく。第２番目の発明によれば、上記渦が
発生している抵抗物体後流かあるいは抵抗物体に設けら
れたサンプル流体放出ノズルの振動体は渦によつて生じ
る周期変動流体力で振動を始める。振動体は振動するこ
とでノズルの開閉を行う。渦発生に合わせて一定周期で
開閉するので毎回一定量の液量を吐出する。したがつて
サンプル流体の細胞濃度を適当に設定すれば細胞は定量
個ずつ一定周期間隔で流下させることができる。

また、上記渦が発生している抵抗物体後流かあるいは
抵抗物体に設けられたサンプル流体放出ノズルの放出部
圧力を渦によつて生じる抵抗物体後流の周期変動圧力の
変動値内に設定する。その時この変動圧力が放出部圧力
より小さくなる度にノズルから一定量のサンプル流体を
吐出する。したがつてサンプル流体の細胞濃度を適当に
設定すれば細胞は定量個ずつ一定周期間隔で流下させる
ことができる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面により説明する。

まず、特許請求の範囲第１項記載のフローセル装置の
実施例を図面を用いて説明する。第１図は本発明の特徴
を良く表すフローセル装置9Aの構成図である。

第１図においてサンプル液２はノズル３より吐出し、
生理食塩水から成るシース液１に包まれて流下してゆ
く。シース流路４はノズル付近で最初の縮流部を持つ。
シースフローが十分に形成される下流に抵抗物体５が設
けられている。抵抗物体５はくさび状の三角柱で、サン
プル液が丁度そのくさびの先端５−１に当たるように設
置されている。抵抗物体５の下流には二番目の縮流部が
あり光計測等を行う毛管部８の測定点へつながつてい
る。

シース液１の適当な速度の流れの中に抵抗物体５を設
けることで抵抗物体の側面端５−2,5−３から渦が発生
する。その渦の中で特に規則正してものにカルマン渦７
がある。カルマン渦７は抵抗物体５の両側面端５−2,5
−３に交互に同一周期で発生し、成長しながら規則正し
い配置を保つて流下してゆく。ノズル３より放出された
サンプル液中の細胞６は、各々不等間隔で順次くさびの
先端５−１に到達する。くさびの先端５−１では各細胞
は左か右の側面どちらかに分かれ、側面に沿つて渦発生
点５−２あるいは５−３まで流れてくる。ここで各細胞
は発生したカルマン渦７の一部にとり込まれ、抵抗物体
５を離れて流下してゆく。渦７は流下してゆく途中で成
長してゆくため、その一部に取り込まれた細胞６はやが
て渦７の中心部へ到達する。くさびの先端５−１に単位
時間に到達する細胞６の数を渦の発生周波数の２倍程度
になるようにサンプル液２の濃度を設定すれば、同じ渦
に複数の細胞６がとり込まれることはほとんどない。ま
たくさびの先端５−１で各細胞６は不規則に左右に分か
れるが、抵抗物体の後流では２つの渦のどちらかには必
ずとり込まれて流下する。その後、２番目の縮流部で左
右の渦の幅は光計測に支障をきたさない程度まて縮少さ
れる。

カルマン渦の発生周波数はシース液流速を抵抗物体１
の流れに垂直方向の大きさで除したものにストラハル数
と呼ばれる係数を乗じたものに等しい。このストラハル
数はレイノズル数によつて変化して、その関数はナカ，
レポート1191（1953年）第８頁から第11頁（NACA,REPOR
T 1191（1953）pp8−pp11）において論じられている。

その結果によれば、レイノルズ数がおよそ200以下の
流れと300以上の流れとで異なる。本実施例では安定し
たカルマン渦が得られるレイノルズ数200以下の領域の
流れを利用する。例えば抵抗物体５の大きさを100μm,
シース流路４の最初の縮流による流速を1.0（m/s）に設
定するとレイノルズ数は約100、従つてストラハル数は
0.16〜0.17によつて渦発生周波数として1600Hzを得る。
よつて細胞処理数は１秒間に800個程度が可能となる。

次に特許請求の範囲第２項記載のフローセル装置９の
実施例を図面を用いて説明する。第２図は本発明の特徴
を良く表すフローセル装置9Bである。

第２図においてシース流路４の中に抵抗物体５が設け
られている。抵抗物体５の後流側には振動体として円柱
10が設けられており、抵抗物体５の内側とはり12で固定
されている。抵抗物体５の内側にはサンプル液２が導入
されており円柱10とのすきま３がサンプル液放出ノズル
となる。

以上のフローセル装置９において適当な速度のシース
液を上流より流すと抵抗物体５のノズル３付近でカルマ
ン渦を発生する。カルマン渦は抵抗物体５の側面で交互
に発生するので円柱10は流体力を受けて11のように振動
する。その結果左右のノズル３は交互に開閉をくり返
す。渦発生に合わせて一定周期で開閉するので毎回一定
量の液量を吐出する。したがつてサンプル液の細胞濃度
を適当に設定すれば、細胞を一個ずつ一定周期間隔で渦
に乗せて流下させることができる。

次に特許請求の範囲第３項記載のフローセル装置9Cの
実施例を第３図を用いて説明する。

第３図においてシース流路４の中にくさび状の抵抗物
体５が設けられている。抵抗物体５の内側にはサンプル
液２が導入されており、抵抗物体５の後流側の面にはサ
ンプル液放出ノズル12が設けてある。以上のフローセル
装置９において適当な速度のシース液を上流より流すと
抵抗物体５の後端５−1,5−２よりカルマン渦を発生す
る。カルマン渦は抵抗物体５の後端で周期的に発生する
ので抵抗物体５の後流では周期的な圧力変動が生じる。
この変動値内にノズル12の放出部圧力を設定すると、変
動圧力が放出部圧力より小さくなる度にノズル12から一
定量のサンプル液２が吐出する。サンプル液の細胞濃度
を適当に設定すれば細胞はひとつずつ一定周期間隔で流
下する。

以上で述べた実施例によつて複数の細胞が近接して流
下することはなくなり、光計測する上での誤差を欠しく
縮少することができる。またパルス光源の周波数を渦の
発生周波数に同期させることで、この光源を用いた観
察，測定が可能になる。さらにジエツトインエア方式等
で細胞分取する際もひとつの液滴に複数個の細胞が入る
ことを防止することができる。

また渦にとり込まれた細胞は、渦の回転軸に細胞の慣
性主軸が合致して流れる為、細胞の姿勢制御も可能とな
る。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、光計測点へ各細
胞を一定間隔で流下させることができ、複数の細胞が近
接して流下することはなくなり、光計測する上での誤差
を著しく縮少することができる。またジエツトインエア
方式等による細胞分取の際もひとつの液滴の複数個の細
胞が入ることはなくなり、分取を確実に行うことができ
るようになる。さらにパルス光源を用いた観察，計測が
可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図，第３図はそれぞれ本発明の一実施例を
表す構成図、第４図は従来技術の説明図である。 １……シース液、２……サンプル液、３……サンプル液
放出ノズル、４……シース液流路、５……抵抗物体、６
……細胞、７……カルマン渦、9A,9B,9C……フローセル
装置、10……振動体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微粒子や細胞などの非測定体を浮遊させた
   サンプル流体を供給する入口、この入口に連通してサン
   プル流体を受け入れる流路、この流路の終端でサンプル
   流体を放出するノズル、シース流体を供給する入口、こ
   の入口に連通してシース流体を受け入れる流路、この流
   路の中に設けられ前記ノズルの後流側に設けられた縮流
   部、これに続く毛管部、この毛管部の終端に排出口を有
   するフローセル装置において、前記ノズルと縮流部との
   間にシース流体の流れの中に周期的な渦を発生させる抵
   抗物体を設けたフローセル装置。
2. 【請求項２】シース流体を供給する入口、この入口に連
   通してシース流体を受け入れる流路、この流路の中に設
   けられた縮流部、これに続く毛管部、この毛管部の終端
   に排出口を有するフローセル装置において、前記シース
   流路中であって前記縮流部より上流側に設けられこのシ
   ース流中に周期的な渦を発生させる抵抗物体と、この抵
   抗物体中に設けられたサンプル流体放出ノズルと、この
   ノズル出口に前記抵抗物体による渦によって生じる周期
   変動流体力が振動しノズルの開閉を周期的に行うよう係
   止された振動体とを備えたフローセル装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、前記ノズ
   ル出口の放出部圧力を、前記抵抗物体後流で発生する渦
   の変動圧力の変動値内に設定したフローセル装置。