JPS59174736A - 粒子分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

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

ウオーレンスエイチクールターによって発明された粒子
計数および分粒原理は、米国特許第２６５６５０８号明
細書に示されるように、１９５０年以来、懸濁液中に識
別される微視的な粒子の電子計数、分粒および分析のた
めの多くの方法および貫流装置をもたらしている。この
従来技術の構成では、懸濁液のそれぞれ素地内の支持電
極によって、二個の容器間に直流電流流れがもたらされ
る。二素地間の液体のみの導通がオリフィスを経て行わ
れるので、オリフィス内に電流流れおよび電界がもたら
される。オリフィスならびにその内部および周りの電界
は感知ゾーンを構成する。各粒子が感知ゾーンを通過す
るに際し、その通過の間に感知シーンの中味のインピー
ダンスが変化スるので、感知ゾーン内の電流流れおよび
電界が変調され、そのような変化に応答するよう配置さ
れた検出器へ供給される信号の発生がもたらされる♂自
動化に関し、貫流粒子分析器は、サンプルの異種の分散
セル群内に存在する各種のセルの諦詔のための粒子信号
が少ない場合には使用が不可能である。今のところ、多
くのフローシステムで蛍光性、光散乱およびエレクトロ
ニックセルボリューム（インピーダンス感知）を測定し
ている。加えて、貫流粒子分析器内で粒子を小液滴内に
配置してその小滴を上述した測定法で選別することが考
え出された。このような選別粒子分析器はフルワイラー
その他による米国特許第３７１０９３１号明細書および
「Ｔｈｅ　Ｊｏｕｎａｌ　ｏｆ　Ｈｉｓｔｃｈｅｍｉｓ
ｔｒｙａｎｄ　Ｏ’ｊｔｏｃｈｅｍｉ、５ｔｒｙ　Ｊ　
Ｖ、０１．　’２５　、　ｐｐ、　７９６〜８０３　。

１９７７年のイー・メンテその他による’　Ａ　Ｖｏｌ
ｕｍ６−Ａｃｔｉｖａｔｅｄ　Ｃｅ１ｌ　５ｏｒｔｅｒ
　”に示されていル。

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

全ての測定を同時に行う電気−光学粒子分析器が発達し
たので、選別を行わない場合は、継続的な測定から得ら
れる相関データの複雑さおよび不確実さが除去される。

この電気−光学粒子分析器は、［Ｔｈｅ　Ｊｏｕｒｎａ
ｌ　ｏｆ　Ｈｉｓｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄＯ／
ｌＯＣｈｅｍｉｓｔｒｙＪ　ＶＯｌ、　２５　、　Ａ　
７　、　（１９７７）　ｌ　ｐｐ８２７〜８３５のトー
マスその他による’　ＣｏｍｂｉｎｅｄＯｐｔｉｃａｌ
、　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ａｎａｌｙｓｉｓ
　ｏｆ　Ｃｅ１ｌ　ｗｉｔｈＡＭＡＯＴｒａｎｓｄｕｃ
ｅｒｓ”に記載されテイル。コノ複数バーｙ　ｙＬ　−
夕粒子分析器は、全てのパラメータが同時に測定される
四角形感知オリフィスを用いる。

この四角形オリフィスは、四閘の角錐を接着することに
よって形成されるキューブの内側に囲まれる。

この発明は、電気−光学粒子分析装置と選別装・置を組
み合わせたものであり、そこでは光学測定と電気インピ
ーダンス（エレクトロニックボリューム）測定との両方
が、粒子感知孔を通過する粒子の流れに対して同時に行
われる。フローセルは対抗端に開口を限定する上流側チ
ャンネルと下流側チャンネルとの一対のチャンネルを有
し、二個のチャンネルを流体接続する粒子感知孔を具え
る。

装置の改良は、液体を満たすフローチャンバーを限定す
るように、下流側チャン、ネルの端部に、出口オリフィ
スを有するノズルを取り付けることを含む。シース液体
を７０−チャンバーの下端部に供給して小径フローチャ
ンバーの全長にわたる粒子流に対するシースをもたらし
、これによって７０−セル内に、粒子を照明し、粒子か
らの光を集めるための下流側チャンネルの上端部に隣接
する室を残す。この構成によに、粒子の流れは出口オリ
フィスを進行する際に流体力学的に集中し、その後液体
ジェットの部分になる。この液体シェツトは通常の方法
で複数の小滴にくだかれ、これらの小滴は前述した信号
に基づいて電化され選別さ・れる。

従来、小滴の選別は、インピーダンス測定および光学測
定を同時に行う電気−光学装置には含まれていなかった
。さらにまた、出願人は、７０−チャンバーの小さい容
積にもかかわらず、液体シースによる粒子の流れの流体
力学的集中を、下流側オリフィスの底部ヘシース液体を
導ひくことによってもたらすことができ、これにより、
光学組立品を妨害することがないことを確認した。

以下にこの発明を図面に基づいて説明する。

第１図は、サンプル導入チューブ１２、このチューブ１
２を同軸関係をもって囲むシースチューブ１４およびチ
ューブ１２の端部に設けた光学的に透明なフローセル１
６を有する貫流粒子分析・選別装置１０を示す。フロー
セル１６は、そこに形成した一対の対抗するボアもしく
はチャンネル１８．２０および微視的感知孔２２を有し
、この感知孔は両チャンネルの端部間に流体通路を形成
する。孔２２は後述するような粒子感知ゾーンを限定す
る。与圧容器２３Ａからの個々の懸濁粒子の液体流れは
チューブ１２を進行する。他の与圧容器２８Ｂからの塩
性の薄層をなす液体シースは、粒子の流れを囲むように
チューブ１４を流れる。

粒子の液体流れがチューブ１２からでて第１のチャンネ
ル１８へ入ると、流動圧力は、流れが液体シースの速度
を得るように粒子の流れの直径を減少させる。液体シー
スはまた、粒子の流れを中央にもたらすよう作用して粒
子をオリフィス２２に通過させる。オリフィス２２を、
離れた後、粒子はフローセル１６の第２のチャンネル２
０へ入る。

種々の装置構成要素を円筒状フレーム２５にて支持する
。出口オリフィス２６を形成したノズル２４を７０−セ
ル１６の端部に取り付けてそのノズ７Ｉ／２４と第２の
チャンネル２０とで液体を満たすフローチャンバー２８
を限定する。チューブ２９を管路取付物３０によってフ
レーム２５に連結する。第２のシース液をチューブ２９
を経て液体キャビティ８１へ供給する。ここでこの液体
キャピテイは、７０−セル１６の壁部に形成した三個の
入口オリフィス８２と液体接続状態にある。

孔２２と関連する圧力降下の故に、十分な流勤王力を有
する第２のシースで、粒子を７０−チャンバー２８に通
過させて出口オリフィス２６から出すために、７０−チ
ャンバ−２８内へ第２のシース液体を導ひくことが必要
になる。

従来技術とは反対に、第２の液体シースを７０−チャン
バー２８の下部に導ひいて後述する光学的照明および収
集の利益をもたらす。より明確には、シース液体は、感
知孔２２の下流側で相当即離下方に配置した複数の入口
オリフィス３２を経・て第２のチャンネル２０に入る。

さらにまた、第２のシース液体は、感知孔２２から出る
粒子流れに対して非同心的な方法で導ひかれ、第２のチ
ャンネル２０の比較的小さい内部容積内へ注入される。

第２のチャンネル２０の小さい容積および第２のチャン
ネル２０の底部への第２の液体シースの非同心的な導入
にもかかわらず、第２のシース液体の一部は感知孔２２
から出る粒子流を捕えるよう上へ進む一方、第２のシー
ス液体の残部は、出口オリフィス２６に向けて、また中
間の全ての・場所へ直ちに流れることが確認されている
。この方法によれば、７０−チャンバー２８を通る粒子
流れのすぐれた流体力学的集中が行われ、このことによ
って、流れが出口オリフィス２６から出ることが許容さ
れる。好適例では三個の入口−オリフィス８２を示して
いるが、オリフィス３２の数は単なる設計上の問題であ
り、それらの直径に関しては一個でも十分である。けれ
ども、フローチャンバー２８のクリーニングおよびフラ
ッシュイングな行うためには一個以上であることが便利
であるＯ ブロックで線図的に示す装置の構成要素は、通常は一般
的な粒子分析および選別システムとして存在し、流れを
計量測定する選別システムとしてしばしば用いられる。

粒子分析および選別装置１０のこれらの構成要素は、こ
の発明の詳細な説明する必要か、ら示されている。

通常の方法では振動エネルギーは、バイブレータ３６に
よって出口オリフィス２６から出る液体ジェット８４へ
供給される。一つの可能性とじて、バイブレター３６は
、圧電結晶を具えることができる。フローセル１ｂは、
圧電結晶に取り付けられるとともに支持され、フローセ
ルは高周波数で振動される。セル１６が振動する正確な
同波数は、出口オリフィス２６の選択された直径に依存
するｄこれらの振動は、ジェット３・４の表面に一般的
には波動であるわずかな乱れを与え、そのジェットは既
知の表面張力によって伸び、そしてついにはブレイクオ
フポイント３８で切れてはつきりした小滴になる。出口
オリフィス２６の直径、液体ジェット３４の速度および
粒子懸濁液の希釈は、通常は特定の小滴４θ内に一個以
上のセルが含まれないように予め決定される。

通常の選別手段６０による選別小滴４０は、たとえば、
供給電圧を有する充電カラーで電化され、他の小滴は電
化されない。選別装置６０はまた一対のデフレクタ−プ
レートを含み、このデフレクタ−プレートはそれらの間
に供給される電位差を有する。小滴が両プレート間を通
過するに際し、電化された小滴は電界内で偏向されるの
で、電化、された小滴の電化されない小滴からの分離が
行われる。特定の小滴を電化することの決定は、小滴中
に含まれる粒子についての前述したような光傘的および
インピーダンス測定に基づいて行われる。

装置１０のこの部分は従来既知であるので、小滴を形成
することおよび選別することの上の記載は簡単なものと
した。

フローセル１６内の懸濁粒子は、感知孔２２を通過する
間に、たとえばレーザ・のような照明源４２によりもた
らされる光線にて通常の方法で照明される。サンプル懸
濁液中の粒子の照明に対する基本的な光散乱、けい光性
または吸光度の応答は、光学検出器４４で検出される。

既知のように、７０−セル１６に使用することができる
照明および光収集装置は複数ある。しかしながら、この
発明による孔２２の相当下流側への入口オリフィス３２
の配置により、オリフィス３２が光照明および光収集を
妨げることがないので、より大きな立体角の光照明およ
び光収集が可能になる。

感知孔２２は、前述したような光学感知ゾーンとして作
用するのみならず、以下に述べるように、ウオーレンス
クールターの原理により、エレクトロニックボリューム
感知ゾーンとしてもまた作用する。好ましくは上流側電
極４６をシースチューブ１４の内部に取り付け、下流側
電極４８を、好ましくはりモートチャンバー５０に取り
付ける。

ここでリモートチャンバーはチューブ２９を経て７０−
チャンバー２８に連通ずる。直流電流を含む低周波電流
源もしくは高問波電流源５２またはこれらの両者は、導
電体５４．５６によってそれぞれ電極４６．４８に電気
接続される。粒子が孔２２を通過するに際し、それらは
通常の検出回路５８による粒子パルスの検出をもたらす
よう電流を変調される。図示の電源５２および検出回路
５８は米国特許第８７１０９３３号、第８５０２９７４
号および第３５０２９７３号明細書に示されている。

必須ではないが、好ましくはチャンネル１８゜２０は、
６．８７ｒｕｎ　（０，２５１ｎｃｈｅｓ　）の７ｏ−
セル１６の全長にわたって１．２７　ｇｎｔＫ　（０，
０５１ｎｃｈｅｓ　）　（７）・円形断面を有する。こ
のフローセル１６は水晶の単一結晶片から構成され、こ
の単一結晶片はフローセル１６を相当小さくするごとを
許容する。フローセル１６のより小さなサイズは、その
光学特性にすぐれており、フローセルは光学信号のため
点源に近ずく。好ましくは粒子感知孔２２の横断面をほ
ぼ正方形とする。第２図の拡大断面図から明らかなよう
に、チャンネル１８．２０の端部ヲ孔２２でさえぎられ
る球状表面６２．６４で形成する。チャンネルに丸みの
ついた端部を設けることにより、孔２２を正確に位置決
めする必要がない。それらの外表面は平坦であり、かつ
孔２２の壁と平行である。基本的には孔２２は５０〜１
００μｍの長さの壁を有する。好ましくは、孔２２、出
口オリフィス２６およびチャンネル１８．２０を同軸に
整列させる。上述した寸法およびこのバラグラフで述べ
た構成は、単なる例証であり、それぞれ他の寸法および
形状とすることもできる。

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

以上この発明の詳しい実施例を示し、説明した１が、こ
の発明はこのような実施例の詳細に限定されるものでは
ない。これに反してこの発明は、その技術的範囲内の全
ての変形例を含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による粒子分析および選別装置の部分
をブロック線図で示す部分断面図、第２図は第１図の７
０−セルの感知孔領域の拡大断面図である。 ｌＯ・・・粒子分析および選別装置 １２・・・サンプル導入チューブ ■４・・・シースチューブ　１６・・・透明フローセル
１８．２０・・・チャンネル　２２・・・微視的感知孔
２３Ａ、２８Ｂ・・・与圧容器　２４・・・ノズル２５
・・・Ｆｌ状フレーム　２６・・・出口オリフィス２８
・・・フローチャンバー　２９・・・チューブ８０・・
・管路取付物　　　３１・・・液体キャビティ３２・・
・入口オリフィス　３４・・・液体ジェット８６・・・
バイブレータ　　　３８・・・ブレイクオフポイント４
０・・・小滴　　　　　　４２・・・照明源、４４・・
・光学検出器　　　４６．４８・・・電極５０・・・リ
モートチャンバー　５２・・・電源５４．５６・・・導
電体　　　５８・・・検出回路６０・・・選別装置　　
　　ｅ２，６４・・・球状表面特許出願人　　　　クー
ルター・コーゲレーション２７１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　懸濁状態にある粒子の流れが通過する粒子感知孔（
   ２２）を有するフローセル（１６１含み、このフローセ
   ルが上流側のチャンネル（１８）および下流側のチャン
   ネル（２０）を有し、前記粒子感知孔をこれらのチャン
   ネル間　　＆に位置決めしてこの粒子感知孔で両チャン
   ネル間の液体のみの導通をもたらし、また出口手段（２
   ４，２６）を前記下流側チャンネルの下流端近傍に設け
   てなる懸濁状態にある調査粒子のための粒子分析装置（
   １０）において、液体導入手段（３２）を設け、この液
   体導入　　転子段を前記下流側チャンネル（２０）の下
   流端部分に位置決めし、また、粒子の流れが前記粒子感
   知孔から前記出口手段へ流れるに際し、粒子の流れを、
   流体力学的に集中させるために、上流側に位置決めした
   粒子感知孔（２２）の他に前記出口手段（２４，２６）
   内へ流入する導入流体（２３Ｂ）を操作することを特徴
   とする粒子分析装置。 前記液体導入手段を、液体キャビティ（３１）および入
   口オリフィス（３２）で構成し、粒子の流れに対し、液
   体が非同心的に導入されるように配置してなることを特
   徴とする特許請求の範囲１記載の粒子分析装置。 前記液体導入手段を、管路取付物（３０）、液体キャビ
   ティ（３１）および入口オリフィス（３２）で構成し、
   粒子の流れに対し、液体が粒子の流れとほぼ直角に前記
   ７０−セルへ流入するように配置してなることを特徴と
   する特許請求の範囲ｌ又は２記載の粒子分析装置。 粒子分析装置がさらに、前記粒子感知孔（２２）内の粒
   子を照明するための放射線をもたらす照明手段（４２）
   を含み、 この照明手段およびその放射線を、前記液体導入手段（
   ３２）から相当熱して方向付けし、かつ位置決めしてな
   ることを特徴とする特許請求の範囲１．２又は３記載の
   粒子分析装置。。 ５、　前記液体導入手段（８２）を、前記出口手段（２
   ６）の近傍に配置し、この出口手段が出口オリアイス（
   ２６）を有するノズル（２４）を含みＺこのノズルが、
   粒子の流れをノズルからの液体ジェノ）　（３４）とし
   て噴出することを特徴とする特許請求の範囲１〜４のい
   ずれかに記載の粒子分析装置。 ＆　粒子を含む小滴をもたらすために液体ジェノ）　（
   ８４）を周期的に乱す°乱し手段（８６）を有するとと
   もに、前記小滴を選別するための選別手段（６０）を有
   し、この選別手段を、粒子が前記粒子感知孔（２２）を
   通過するときに発せられる信号によって制御することを
   特徴とする特許請求の範囲５記載の粒子分析装置。