JPS60224040A - 流動細胞計数装置 - 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】 ＜１）　発明の利用分野 本発明は、流動血球計数装置に関し、更に詳細には、試
料流を均質で干渉性でない光により励起する改良された
光学装置を備えている、細胞などの特性を計測する流動
血球計数装置に関する。

（２）従来技術とその問題点 流動血球計数装置に、液体流中の＃ｌ胞またはその他の
粒子の検調中の細胞の１以上の特性を計測するためのも
のである。例えば、細胞を含む液体試料を、す早く移動
する液体流で流動血球計数装置を通過させることによジ
、各細胞は、順次、実質的に１度に１個ずつ感知領域を
通過する。細胞容積は、各細胞が感知領域を通過する時
の゛電気的インピーダンスの変化によって決めることが
できる。同様に、入射光線が感知領域に向けられている
時には、通過する細胞は感知領域を通過する時にかかる
光を散乱する。この散乱光は、細胞の形状、屈折率、乳
白度すなわち不透明度、粗さなどの関数として役立って
きた。更に、入射光線の励起エネルギ〜を通過した結果
として励起された標識された細胞が放射する蛍光は、特
定の標識細胞を同定するのに検出できる。流動血球計数
装置上で細胞分析が行なわれるだけでなく、細胞の分類
も行なうことが可能である。レーザーは、流動血球計数
装置における入射照射線源として、あるいは水銀または
キセノンアークランプのような干渉性のないすなわち平
行化していない光源として用いられてきた。かかる装置
については、米国特許商標片に１９８１年６月２４日に
出願された特許出願筒２７６，７３８号明細書および米
国特許・商標片に１９８３年４月５日に出願された同第
４８２，３４６号明細書（両出願は、本願と同じ譲受人
を有する）および米国特許第４，３４８，１０７号明細
書に記載されている。商標名ファクスアナライザー（Ｆ
ＡＣＳＡｎａｌｙｚｅγ）として知られてお！ｌｌハク
トン・ディッキンンン・アントゝ・カンパニー（Ｂｅｃ
ｔｏｎ、　Ｄｉｃｋｉｎ−ｓｏｎ　’ａｒＬｄ　Ｃｏｍ
ｐａｎｙ）のファクス・システムズ（ｋ″ＡＣ８ＳＹＳ
ＴＥＭＳ）にょ９販売されている流動血球計数装置は、
非干渉性の光の中を流れる粒子または細胞の流れを照射
する励起光源として水銀アークランプを用いている。

水銀またはキセノンアークランプがらの励起エネルギー
は、通常は明るく且つスペクトルに富んでいる。しかし
ながら、流動血球計数装置に用いられる場合には、アー
クランプは２つの好ましくない特性を示す。第一に、ア
ークランプの明るさは、光源の用いられる領域にわたっ
で均一でないことがめげられる。従って、流動血球計数
装置中を流れる蛍光標識された粒子は、かがる光を向け
られた場合、均一に励起されず、粒子自体の蛍光を発す
る能力は均質であっても、これらの粒子によって放射さ
れる生成蛍光は均質にならない。第二に、光源内のアー
ク自体の位置が安定でない。

その結果、励起強度に更に変動が起こる。

現在ではアークランプの能力に関する前述の好ましくな
い特性を改良するための画業者に公知の２つの別法があ
り、流動血球計数装置中に均質なアーク像を生じる。１
つの方法は、標準コーラ−（ＫｏｌＬｌｅｒ）照射法を
用いる方法でるる。これらのコーラ−（Ｋｏｈｔｅｒ　
）法を用いると、アークランプの像は、励起対物レンズ
のヒトミ中に結像する。

この方法では均質で時間に依存しない励起を生じるが、
この励起は通常は対物レンズの全視野に広がるので、流
動血球計数装置内の移動する粒子流での励起エネルギー
は低くなる。本技術分野で用いらｎる第二の方法は、大
きな倍率でアーク像を拡大した後、拡大された像を小さ
なスリットに向けることから成る。スリットを通過する
光は、次に対物レンズによって粒子の流れに結像する。

しかしながら、大部分の光は、主としてこの光がスリッ
トを効果的に通過しないので、それが流動粒子に達する
前に消失してしまうととが分っている。

（３）発明の目的 従って、液体流中を流動する粒子を照射する光を生成さ
せるために、水銀またはキセノンアークランプのような
非干渉性の光源を有する流動血球計数装置には更に改良
が必要である。特に、蛍光標識された粒子を分析する時
に、流動する粒子に均一な光エネルギーを供給して、粒
子を均一に励起する場合には特に改良が必要である。本
発明が目的とするのは、かかる改良である。

（４）発明の構成 液体流中を流動する粒子などの１またけそれ以上の特性
を計測する本発明の流動細胞計数装置は、液体流中で実
質的に１度に１個粒子を移動芒せる装置を備えている。

装置は、元来は均一でない光のスペクトルに富んだ勝ｒ
提供して、流れを移動する粒子を照明する。装置は、光
線中で、光装置によって供給される均質でない光を、流
動する粒子に向けるより均一な光線に改質する。それぞ
れの移動する粒子に関して光を検出する装置が備えられ
ており、検出された光を粒子の１以上の特性と関係づけ
るものでもある。

本発明の好ましい態様では、アークランプは非干渉性の
光線として、流れの中を移動する粒子または細胞を照明
するための光エネルギーを提供する。光線を改質して一
層均質にする装置は、好ましくは光源と流れとの間に実
質的に光線に沿って整列された縦軸を有する細長く、固
形状の光透過性プリズムである。かかるプリズムは、好
ましくは断面が長方形であり、内部反射性側部表面と光
透過性末端表面とを備えている。末端表面の一方からプ
リズム中へ入ったアークランプからの均質でない光は、
その中で内部反射によって改質され、液体流中の流動す
る粒子または細胞に向かう時、光は反対側の末端表面を
通って均質な状態でプリズムから出てゆく。プリズムの
一力の末端表面に隣接してレンズケ設けて、アークラン
プからの光を集光して、光エネルギーを一層効率的にプ
リズム中へ集めることが可能である。

本発明の原理によれば、アークランプからの励起光に関
する前述の好ましくない特性は取シ除かれ、克服される
。上述のアークランプの欠点の既知の改良法の代シに、
好ましくは細長い、光透過性のプリズムを用いれば、光
エネルギー用のアークランプを用いる流動血球装置に、
直ちに且つ容易に応用できる。アークランプからの光が
一旦プリズム中へ入れば、その自然発散はプリズムの内
壁での上述の内部反射によって光を反射させる。

これらの反射の結果として、プリズムからの光の出口点
は、プリズムへの光の入口点と全く相関がない・従って
、プリズムの出口末端は、光によって均質に照射され、
それ故、特に蛍光標識された細胞または粒子を分析する
場合に均質な励起源として使用することができる。流動
血球計数装置のアークランプ励起糸の一部分としてプリ
ズムを用いれば、小さな均質でないアーク像は、試料流
中を流れる粒子の均質な励起に好適な、若干太きくて非
常に均質な像へ効率的に変換される。更に、プリズムは
励起強度へのアークのプレの影響を減少させる。好まし
くは細長いプリズムは、上述の内部反射を起こして究極
的には出口末端から均質に出て来る光を生じさせる光学
トンネルに似ていることが分る。

（５）実施例 最初に、第１図について説明すると、流動血球計数法の
原理を具体化し、更に詳細には流体力学的に集中された
流体流動系において鞘流体（シース流体）を粒子流と共
に用いる好ましい装置１０が示されている。本発明は、
移動する流れの中を流れる粒子または細胞の１以上の特
性の計測に関する各棟環境において有用なことが分る。

従って、本発明は、例えば光散乱、粒子容積、蛍光その
他、試料媒質中の粒子の同定、分級または定量用の光学
的バクメーターの計測に有用である。

装置１０は、本発明によって検出されまたは分析される
懸濁粒子１５を含む液体１４を保有する保管容器１２を
備えている。粒子を含まない鞘液体１６は、容器１７中
に保管される。上述の容器は両方共、ガス圧源など（図
示せず）によって適当に加圧してもよい。液体１４およ
び１６は、それぞれ導管１９および２０を介してノズル
組立体１８に供給される。粒子１７の２成分の共軸流は
、液体１４　、１６を用いて既知の方式でノズル組立体
内に形成される。かかるノズル組立体の構造および操作
と粒子の２成分共軸流の形成については、上述の２つの
米国特許出願の明細書によシ詳細に説明されている。本
発明を説明する目的で、粒子の連続的で共軸の液体流は
、ノズル組立体１８の末端２１から出て、必ずという訳
ではないが好ましくは液体流動室２２へ向けられる。

この流動室は、通常は透明で且つ光学的に澄き透って２
す、実質的に１度に１個粒子１５ヲ流動させるオリフィ
ス２４を有する。液体流ｋＡＪｉ　２２も、上述の２つ
の米国特許出願の明細書に詳細に記載されている。粒子
と鞘液体との共軸流が流動室２２中を流動する時、粒子
を冨む流れはノ用常は連続的である。本発明には必ずし
も必要ではないが、流れが流動室２２全通過した後、目
的とする粒子を含む不連続な小滴２６を形成するのが望
ましい。この目的のため、その中のいくつかは粒子１５
を含んでいる小滴２６ケ、ノズル組立体１８の振動によ
って連続的に流動する液体流から形成させるのが好まし
い。

この特徴を達成するため、変換器卦よび励振増幅器２８
を配設してノズル組立体を軸方向に振動させることも可
能でめる。かかる振動によって流動する液体流を変調さ
せて、連続的な流動を分裂させて、不連続な小滴を形成
させる。これらの小滴を、次に１個以上の容器３０に果
めることが出来る。

流動血球計数装置において公知の通り、励起または散乱
の：′ヒめの光源を配設して、液体流中を流動する粒子
を照明する。本発明において、照明源は非干渉性すなわ
ち平行化されていない水銀またはキでノンアークランプ
４０のような光源である。

アークランプからのスはタトルに富んだ元ズーム４２は
、液体流中を流動する粒子に向けられ、はぼ直角に粒子
に変性するようになされている。従って、第１図におい
て分るＡＤ、アークランプ４０かしの先勝４２ハ、流動
する粒子１５の散体流に対して実質的に直交して伸び、
オリフィス２４を通って流動室２２に交差する軸線４４
に沿って配列される。アークランプ４０と粒子１５の液
体流を取９囲む流動室２２との間には、２成分、すなわ
ち、細長い固形状の光透過性プリズム４６とレンズ要素
４８とから成るプリズム組立体４５が配設されている。

第１図から、レンズ要素４８はプリズム４６と接触し、
アークランプ４０と対向するのが好ましいことが分る。

光ビーム４２は、流動室２２中を流れる粒子１５に衝突
する前にまずレンズ４８に入射し、その後プリズム中を
移動する。この詳細については以下にょ９完全に説明す
る。プリズム４６と流動室２２との間にもう１個の集光
レンズを配設して、粒子に衝突する光を集光させるのが
好ましい。プリズムから出てゆく光は、流動室を照明し
、そこを通過する粒子は元の視野を横断する。

散乱した汐、放射したシあるいは流動室の照明部位をａ
遇する粒子に伴う光は、次に光検出器５゜によって検出
される。この光検出器は、光信号を電気的パルスへ変換
する周知の光電増倍管装置でよく、検出された光に関す
る情報は電気的に解析される。従って、検出器５０ば、
照明部位全通過する粒子によって放射さｎる蛍光または
照明部位を通過する粒子によって散乱される光を検出す
ることが出来る。本発明では、各種組合わせによって１
個以上の検出器を配設することが可能である。

検出された光に関する電気的パルスは、流動血球計数装
置の電子回路へ送られて、関連する情＠をディスプレー
５４に映し７ヒク、コンピューター（図示せず）に保管
したり′または更に分析するために装置へ送り返すこと
が可能である。

次に、第２図Ｖこついて説明すると、好ましいプリズム
組立体４５がアークランプ４０と共に示されている。プ
リズム組立体４５の機能を図式的に示すために、光ビー
ム４２の一部としての単一の分離された光線の光ｉｉ￥
ｔ４２ｒを示し−Ｃいる。しかしながら、元ビーム４２
は、異なる波長、強度および方向を有する多くの異々る
光線から成ることを理騎されたい。この光特性の多様性
は、水銀またはキセノンアークフンプ４０のような光源
からの光の性質に固有のものである。上述の如く、アー
クランプからの光は明るく且つスにクトルに富んでいる
だけでなく、光源から放射する光の性状は通常は均質で
なく、アークの位置は不安定で、ぶれ易い。従っ　・て
、単一の光線４２７は、第２図において模式的に示した
ような方向へアークランプ４０から出る可能性がめる。

プリズム組立体４５中の光線４２γの道筋を説明する前
に、プリズム組立体の詳細と構造とについて説明するこ
とにする。プリズム４６は、好ましくは長方形断面を有
する細長い、固形状の光透過性プリズムでめる。しかし
ながら、本発明はプリズムを長方形南面を有するものに
限定するものではなく、他の形状のものもｅＭ官用いる
ことが可能であることを認識されたい。プリズム４６は
、その４個部表面６０を好ましくはこれらの表面を保護
し且っｓｔの全円部反射の低下を防止する材料でコーテ
ィングしている。実際的効果として、外側の側部表面の
コーティングは、必須ではな−か、汚れ、チリ、グリー
ス、指紋などがプリズムに付着するのを防止する上で役
に立つ。

入口末端とも狭わされる第一の末端表面６１と、プリズ
ム４６の出口末端とも表わされる第二の末端表面６２は
、光に対して透過性である。好ましくは、表面６１およ
び６２は、反射防止剤で処理して、そこを透過する光の
透過効率を改良している。プリズム４６はプリズムのト
ノ１面が長手方向軸線に沿って実質的に一定であるので
、細長い棒状の外鉄を呈している。プリズムの長さとそ
の長方形断面の縦横比とは、経験的に決定することが出
来、または手元の流動血球計数装置の特定の型に合わせ
て当業者が特別に設計してもよい。プリズムの断面幅に
関しては、プリズムの入口末端６１から入る非干渉性の
光の入射光ビーム４２の幅よりも大きいのが好ましい。

このようなプリズムの好ましい幅により、アークの位置
ぶれの問題が解決されて、アークランプからの実質的に
総ての元金プリズム中に同けることが出来るようになる
。

プリズム中へ光が向かうのを更に促進するため、レンズ
要素４８ケ設け−Ｃいる。このレンズ要素は、本発明に
おいて配設される場合には、アークランプ４０とプリズ
ム４６との間に配設され、アークが無限遠になるように
する。これによって、表面６２から出る光の発散は最小
になシ、粒子流１５中に最適の光学的励起強度を与える
。実務的には、プリズム４６とレンズ４８は、同じ光透
過性物質からの一体構造体として一体的に成形すること
もできる。好ましくは、プリズムとレンズは、別個にあ
るいは一体ユニットとして配設される場合に、ガラスか
ら作られておシ、蝦も好ましくは固形状の石英から作ら
れている。

第１図と共に第２図において分るように、プリズム４６
は、光ビーム４２の元軸４４にほぼ沿って配列された長
手方向の軸線を有し、アークランプ４０と流れ中の粒子
１５の間に配設される。光を充分な強度でプリズム中へ
向けるために、プリズムケアークランプに比較的接近さ
せて設置するのが好ましい。１本の光線４２？−の道筋
をプリズム組立体４５中全トレースすることが可能であ
る。光線４２ｒがアークランプ４０を出ると、最初にレ
ンズ４８に出会い、プリズム４６の光透過性入口表面６
１を通るように方向を再調整される　第２図のトレース
によって分るように、光線の自然発散によってプリズム
の側部表面６０の内壁で（全内部反射によって）光線が
反射される。これらの反射によってプリズムの出口表面
６２から光線４２ｒが出てゆく点は、プリズムへ入る点
とは全く相関がないことが明らかである。

光ビーム４２内の稿ての光線の真の効果を、第３図に示
している。

光ビーム４２の総ての光線がプリズムの内部側壁で反射
されると、均質化効果が生じる。従って、プリズムから
の光の出て来る点はプリズム中へ入る点とは相関せず、
プリズム中を光が進むに従って先が均質化することによ
って均質に照明されたプリズムの出口末端を生じること
は明らかである。

流動室２２へ向けられたこの均質な光は、そこを通過す
る粒子１５の均質な照明を促進し、蛍光標識され且つ光
を値憾的に蛍光を発するように励起することを心安とす
るこ才しらの粒子を均・員に励起する上で特に好都合で
ある。

このように、本発明は、均質でなく非干渉性の光を流動
血球計数装置中の流動する粒子に向けられる一層均質な
照明光線に改質する直接的な方策を提供する。本発明は
、照明源を提供するアークランプのような非干渉性の光
源を有する流動血球計数装置における重要な改良である
。本発明の好ましいプリズムによる光の均質化は、均質
でない大きさ、強度および方向を有する光を流動血球計
数装置中で分析する粒子を照明する時に、実質的な均質
性を有する照明光線へ変換する光学トンネルに似ている
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の改良された流動血球計数装置の主要
な機能要素を示す模式図、第２図は、単独で取９出され
た光線の道筋を示している本発明の好ましい長方形をし
たプリズムの拡大した斜視図、第３図は、光源から液体
流までの本発明の光路を示す側１ｍ図であって、本発明
のプリズムの機能を示している。 １０：装置　１２：保管答器 １４：液体　１５：粒子 １６：鞘液体　１７：容器 １８：ノズル組立体　１９　、２０　：導管２１：ノズ
ル組立体の末端２２：液体流動室２４ニオリフイス　２
６：小滴 ２８：変換器および励振増幅器 ３０：容器　４０ニア−クランプ ４２：光ビーム　４４：軸線 ４５ニプリズム組立体　４６：プリズム４８：レンズ要
素　５０：検出器 ５２：電子回路　５４：ディスプレー ６０：側部表面　６１：第一の末端表面６２：第二の末
端表面 ４？Ｓ’Ｆ出願人　ベクトン・デイソキンソン・アント
ゝカンパニー 代理人　弁理士　湯浅恭

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）液体流中を流れる細胞などの特性を計測する流動
   細胞計数装置であって、 液体流中で細胞を１度に実質的に１個移動させる装置と
   、 前記液体流中を移動する細胞を照明するだめの非干渉性
   の光ビームを提供する励起光源と、該光源と前記液体流
   との間の前記光ビームに沿ってほぼ禁合された長手方向
   の軸線を有する細長い固形状の光透過性プリズムであっ
   て、内部反射性１則部六面と元透過性末端衣面とを有し
   、元が前記細胞に向けられると、前記光源から前記末端
   狭面の一力を辿って前記プリズムに導かれる均質でない
   非干渉性の光が、均質な状態で＠記ゾソズムの反対用の
   末端六回から出てゆくようにしたプリズムと、 前記照明部分を通過する時の移動する細胞に関係する光
   を検出する装置と、 この検出された光を用いて前記細胞の１またはそれ以上
   の特性を計測する装置とから成る流動細胞計数装置。 （２、特許請求の範囲第１項記載の装置であって、前記
   プリズムの断面が長方形状である装置。 （３）特許請求の範囲第１項記載の装置であって、前記
   プリズムが光源に隣接した光ビーム中に配置されてなる
   装置。 （４）特許請求の範囲第１項記載の装置であって、前記
   プリズムの断面が長手方向軸線に沿って実質的に一定で
   あることを特徴とする装置。 （５）特許請求の範囲第４項記載の装置であって、前記
   プリズムの最大断面寸法がプリズムの一力の末端表面に
   入るようにした非干渉性の入射光線の幅より大きいこと
   を特徴とする装置。 （６）特、ｆｌ：請求の範囲第１項記載の装置であって
   、前記プリズムの両末端表面を反射防止剤で処理して光
   線の透過効率を改良したことを特徴とする特許 （力　特許請求の範囲第１項記載の装置であって、前記
   光源と前記プリズムとの間に設けられプリズムの一方の
   末端表面を通してプリズム中に光を集光するためのレン
   ズを含むことを特徴とする装置。 （８）特許請求の範囲第７項記載の装置であって、前記
   レンズが前記プリズムの一方の末端表面に接触している
   ことを特徴とする装置。 （９）特許請求の範囲第８項記載の装置でめって、前記
   プリズムと前記レンズとが同じ材料から一体的に成形さ
   れたことを特徴とする装置。 α０）特許請求の範囲第１項記載の装置でろって、前記
   プリズムが石英から作られていることを特徴とする装置
   。 αＤ　特許請求の範囲第９項記載の装置であって、一体
   成形されたプリズムとレンズが石英から作られているこ
   とを特徴とする装置。 α２）符計請水の範囲第１項記載の装置でろって、光を
   検出する手段が前記照明部位を通過する細胞によって放
   射される蛍光ｔｍ出する装置全備えている装置。 Ｑ３）　特許請求の範囲第１項記載の装置であって、光
   を検出する手段が前記照明部位を通過する細胞によって
   散乱される光を検出する装置を備えている装置。 （１４）　液体流中を流れる粒子などの１またはそれ以
   上の特性を計測する流動細胞計数装置において、液体流
   中で粒子を１度に実質的に１個移動させる装置と、 前記液体流中を移動する粒子に当てられる本質的には均
   一でないスはクトル的に豊富な光ビームを提供する装置
   と、 前記光ビームの光路において前記流動する粒子に向けら
   れる均一でない光をよυ均一な光線に調整する装置と、 それぞれの移動する粒子に関する光を俣出し、この検出
   された光を各粒子の１またはそれ以上の特性と関詠付け
   る装置とを具備して成る流動細胞計数装置。 α９　特許請求の範囲第１４項記載の装置であって、前
   記調蟹装置が、固形状の光透過性プリズム金偏えている
   装置。 （１６）液体流中を流れる細胞などの特性を計測する流
   動細胞計数装置において、 液体流中で細胞を１度に実質的に１個移動させる装置と
   、 前記液体流中を移動する前記細胞を照明するだめの非干
   渉性の光ビームを提供するアークランプと、 前記光ビームにほぼ沿って配列された縦軸を有し且つ前
   記ランプと前記液体流との間に配設された細長い、長方
   形灯面を有する、固形状の光透過性プリズムであって、
   内部反射性側部六回と光透過性末端表面とを有し、第一
   の末端表向を通って前記プリズムに向けられる前記ラン
   プからの均質でない光が、前記細胞へは均質な状態で前
   記プリズムの対向する第二の末端表面から出てゆくよう
   にしたプリズムと、 該プリズムの前記第一の末端表面に接触し、且つ１ｉｔ
   Ｊ記ランプに隣接して対向するように配設され、光を前
   記プリズムの第一の末端表面を通してプリズム中へ集光
   させるレンズと、 それぞれの移動する細胞が前記照明部分を通過する時に
   、該細胞に関係する元金検出する装置と、この検出され
   た光を用いて前記細胞の１以上の特性を計測する装置と
   から成る流動細胞計数装置。 αη　特許請求の範囲第１６項記載の装置であって、前
   記アークランプが水銀アークランプであることを特徴と
   する装置。 ａ８　特許請求の範囲第１６項記載の装置であって、前
   記側部表面の外側に保護用コーチイン／が施されている
   ことを特徴とする装置。