WO2023176329A1 - 微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法 - Google Patents

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WO2023176329A1
WO2023176329A1 PCT/JP2023/006138 JP2023006138W WO2023176329A1 WO 2023176329 A1 WO2023176329 A1 WO 2023176329A1 JP 2023006138 W JP2023006138 W JP 2023006138W WO 2023176329 A1 WO2023176329 A1 WO 2023176329A1
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microparticles
flow
emulsion
drive
actuator
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PCT/JP2023/006138
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English (en)
French (fr)
Inventor
真彦 中村
Original Assignee
ソニーグループ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N37/00—Details not covered by any other group of this subclass

Definitions

  • the present technology relates to a microparticle sorting device and a microparticle sorting method.
  • a sheath flow containing microparticles is formed in the flow channel, the microparticles in the sheath flow are irradiated with light, and the fluorescence and scattered light generated from the microparticles are detected.
  • a microparticle sorting device is known that separates and collects rations. For example, in a flow cytometer, multiple types of cells contained in a sample are labeled with fluorescent dyes, and by optically identifying the fluorescent dyes labeled on each cell, only specific types of cells are separated and recovered. things are being done.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a microchip-type microparticle sorting device that performs analysis by forming a sheath flow in a flow path formed in a microchip made of plastic or glass. .
  • the microparticle sorting device disclosed in Patent Document 1 controls the voltage applied to an actuator to generate a pressure change including a step waveform component and an undershoot waveform component in the branch flow path. According to this microparticle sorting device, a volume of fluid required for drawing in microparticles can be taken into the branch channel, and at the same time, the operation of drawing microparticles into the branch channel can be sped up.
  • the microparticle sorting device disclosed in Patent Document 2 applies a drive waveform such as a pulse waveform, a step waveform, or a step waveform with undershoot to an actuator, and divides the application of the pulse waveform into a falling waveform portion and a rising waveform portion.
  • the waveform section and the waveform section are individually controlled. According to this microparticle sorting device, it is possible to avoid the return operation that would be an obstacle when taking in the next microparticles to be sorted, and it is possible to improve the acquisition rate of microparticles to be sorted. can.
  • microparticle separation devices are required to have a technology that can quickly and stably extract the desired microparticles from the sheath flow flowing through the flow path.
  • the flow in the suction direction and the flow in the opposite direction, the discharge direction alternate in the flow channel due to pressure changes accompanying the suction and discharge operations of the actuator. Repeated pulsating flows (also called unnecessary vibrations) occur, making it impossible to separate only the desired microparticles with high efficiency and high purity.
  • the main purpose of the present technology is to provide a microparticle sorting device that can separate only target microparticles with high efficiency and high purity.
  • the present inventors have attempted to cancel the vibration characteristics of the suction and discharge operations to deal with the unnecessary vibrations of the flow that occur in the flow path after the suction and discharge operations of the actuator during the fractionation operation of microparticles. It has been found that by performing the experiments at such time intervals, unnecessary vibrations can be suppressed and the desired microparticles can be fractionated with high efficiency and high purity.
  • this technology a main channel through which a first liquid containing microparticles flows; a recovery channel communicating with the main channel; an actuator that causes a pressure change in the recovery channel to perform a suction operation and a discharge operation; A control unit that applies a drive voltage to the actuator and controls a drive interval until the actuator performs the suction operation to the discharge operation and/or a drive time until the actuator completes the suction operation to the discharge operation. and, Provided is a microparticle sorting device comprising: The suction operation may be performed by generating negative pressure within the recovery channel. The actuator may increase the hollow volume of the recovery channel.
  • the control unit is configured to control the amplitude of a flow velocity fluctuation of a pulsating flow in which a flow in a suction direction and a flow in a direction opposite to the suction direction are alternately repeated, which is generated by the suction operation, and/or in the discharge direction, which is generated by the discharge operation.
  • the driving interval and/or the driving time can be controlled so that the amplitude of flow velocity fluctuation of a pulsating flow in which a flow and a flow in a direction opposite to the discharge direction are alternately repeated is small.
  • the control unit controls the peak flow rate fluctuation of a pulsating flow in which a flow in a suction direction and a flow in a direction opposite to the suction direction are alternately repeated, which is generated by the suction operation, and a flow in the discharge direction, which is generated by the discharge operation.
  • the driving interval and/or the driving time can be controlled so that the peak of the flow velocity fluctuation of the pulsating flow in which the flow is alternately repeated in the discharge direction and the opposite direction cancel each other out.
  • the control unit causes the actuator to perform a suction operation and a discharge operation by applying a drive voltage with a drive waveform consisting of a falling waveform and a rising waveform, and is configured to control the drive voltage application time of the falling waveform and , the driving voltage application time of the rising waveform may be different.
  • the control unit causes the actuator to perform a suction operation and a discharge operation by applying a drive voltage with a drive waveform consisting of a falling waveform and a rising waveform, and is configured to control the drive voltage application time of the falling waveform and , the driving voltage application time of the rising waveform may be the same.
  • the microparticle sorting device in the recovery flow path, microparticles to be separated among the microparticles and/or a second liquid that is immiscible with the first liquid.
  • the emulsion can be recovered.
  • the microparticle sorting device may further include an emulsion detection section that detects the microparticles and/or the emulsion in the recovery channel.
  • the control unit may automatically control the drive voltage, drive interval, and drive time of the actuator based on optical information from the microparticles and/or the emulsion detected by the emulsion detection unit.
  • the main channel further includes a particle detection unit that detects microparticles to be separated in the first liquid flowing through the main channel
  • the control section may control the time from detection of the microparticles in the particle detection section to the suction operation based on optical information from the microparticles detected by the emulsion detection section.
  • This technology is a collection step of collecting microparticles in a first liquid flowing through the main flow path into a collection flow path communicating with the main flow path using negative pressure generated by the suction operation of the actuator;
  • a suction operation and a discharge operation are performed by causing a pressure change in the recovery channel, a control step of controlling a drive interval from the suction operation to the discharge operation and/or a drive time from the suction operation to the completion of the discharge operation;
  • a method for separating microparticles is provided.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a microchip installed in a microparticle sorting device according to the present technology.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing how a laminar flow is formed from a sample liquid containing microparticles and a sheath liquid in a main flow path.
  • FIG. 3 is an enlarged view of an example of a particle sorting section. It is a block diagram of an example of a control part.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the situation inside the flow path when microparticles Po to be separated are sucked into the recovery flow path.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating the configuration of a microchip 150 installed in a microparticle sorting device 100 according to the present technology.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a microchip 150 and an actuator installed in a microparticle sorting device 100 according to the present technology.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a microchip 150 installed in a microparticle sorting device 100 according to the present technology.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a branch part between a main channel 155 and a recovery channel 159 of a microchip. It is a figure explaining the function of the pressure chamber 165 of a microchip.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a basic drive waveform of a piezo drive voltage.
  • FIG. 6 is a diagram showing the analysis results of a simulation regarding a change in the volume of a pressure chamber and a change in flow velocity in a connecting channel when an actuator performs a suction operation and a discharge operation, respectively.
  • 7 is a diagram illustrating the analysis results of a simulation regarding the change in flow velocity in the connecting channel 170 when the suction operation and the discharging operation by the actuator are controlled at drive intervals that suppress unnecessary vibrations of the flow in the connecting channel 170.
  • FIG. It is a photograph showing the generation of emulsion E within the connection channel 170 when the suction operation and discharge operation by the actuator are performed at driving intervals that suppress unnecessary vibrations.
  • FIG. 3 is a diagram showing analysis results of a simulation regarding a change in flow velocity in a connecting channel 170 in FIG. It is a photograph showing emulsion generation within the connection channel 170 when the suction operation and discharge operation by the actuator are performed at relatively short drive intervals. It is a figure which shows the simulation result of the flow velocity in the connection flow path 170 when the driving voltage application time of a rising waveform was changed to 30 usec, 60 usec, and 120 usec.
  • FIG. 3 is a diagram showing analysis results of a simulation regarding a change in flow velocity in a connecting channel 170 in FIG. It is a photograph showing emulsion generation within the connection channel 170 when the suction operation and discharge operation by the actuator are performed at relatively short drive intervals. It is a figure which shows the simulation result of the flow velocity in the connection flow path 170 when the driving voltage application time of a rising waveform was changed to 30 usec, 60 usec, and 120 usec.
  • FIG. 7 is a diagram showing a simulation result of the flow velocity in the connection channel 170 when the driving voltage application time of the falling waveform and the driving voltage application time of the rising waveform are different, and the slope of the falling waveform and the slope of the rising waveform are different.
  • It is a flowchart of the microparticle fractionation method based on 2nd Embodiment.
  • 12 is a flowchart of a method for separating microparticles according to a third embodiment. It is a flowchart explaining in detail the microparticle sorting method concerning 3rd Embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the number of emulsion counts generated in the recovery channel at various drive time intervals Th.
  • FIG. 6 is a diagram showing the counts of particles collected in the collection channel at various collection start times Td.
  • First embodiment microparticle sorting device
  • Description of the first embodiment (2) Example 2 of microparticle sorting device.
  • Second embodiment (microparticle separation method) (1) Collection step S1901 (2) Control process S1902 3.
  • Third embodiment (microparticle separation method) (1) First piezo drive height determination step S2001 (2) Drive time interval determination step S2002 (3) Second piezo drive voltage height determination step S2003 (4) Collection start time determination step S2004
  • the microparticle sorting device includes a main channel through which a first liquid containing microparticles flows, a recovery channel that communicates with the main channel, and a suction by creating a pressure change in the recovery channel. an actuator that performs an operation and a discharge operation, a drive voltage is applied to the actuator, a drive interval until the actuator performs the suction operation and the discharge operation, and/or the actuator completes the suction operation to the discharge operation.
  • the microparticle sorting device may be configured as a device that sorts microparticles to be separated in a closed space, and for example, by controlling the flow path through which the microparticles advance, It may be configured as an apparatus for preparative separation.
  • FIG. 1 shows the configuration of a microparticle sorting device according to the present technology. The figure also shows an example of the flow path structure of a microchip for separating microparticles (hereinafter also referred to as "microchip”) that is attached to the device.
  • the microparticle sorting device 100 includes a first light irradiation section 101, a particle detection section 102, a second light irradiation section 109, an actuator 107 (see FIG. 4), an emulsion detection section 108, and a control section. 103.
  • the microparticle sorting device 100 further includes a microchip 150.
  • the microchip 150 may be attached to the microparticle sorting device 100 in a replaceable manner.
  • the control unit 103 may include a signal processing unit 104, a determination unit 105, and a sorting control unit 106, as shown in FIG.
  • microchip 150 for separating microparticles will be explained, and then, while explaining the sorting process by the microparticle sorting device 100, other components of the device will be explained. Note that in the following drawings, the same reference numerals indicate the same configurations, so the explanation will be omitted after the first explanation.
  • the microchip 150 for separating microparticles is provided with a sample liquid inlet 151 and a sheath liquid inlet 153.
  • a sample liquid made up of a first liquid containing microparticles to be separated from these inlets and a sheath liquid made up only of the first liquid that does not contain the microparticles are connected to a sample liquid flow path 152 and a sheath liquid flow respectively.
  • the microchip 150 for separating microparticles has a flow path structure in which a sample liquid flow path 152 through which the sample liquid flows and a sheath liquid flow path 154 through which the sheath liquid flows merge at a confluence portion 162 to form a main flow path 155.
  • the sample liquid and the sheath liquid join together at the confluence section 162, forming, for example, a laminar flow in which the sample liquid is surrounded by the sheath liquid.
  • the microparticles are arranged substantially in a line in the laminar flow. In this manner, in the present technology, a laminar flow containing microparticles flowing substantially in a line is formed by the flow path structure.
  • the laminar flow flows through the main channel 155 toward the particle separation section 157.
  • the microparticles flow in a line within the main channel 155. This makes it easier to distinguish between light generated by light irradiation to one microparticle and light generated by light irradiation to other microparticles in light irradiation in the particle detection region 156 described below.
  • the microchip 150 for separating microparticles has a particle detection region 156.
  • the first light irradiation section 101 irradiates light onto the microparticles flowing through the main channel 155, and the particle detection section 102 detects the light generated by the light irradiation.
  • a determination unit 105 included in the control unit 103 determines whether the microparticle is a microparticle to be separated.
  • the determination unit 105 performs determination based on scattered light such as forward scattered light, side scattered light, back scattered light, etc., determination based on fluorescence having the same or multiple wavelengths, or images (for example, dark field images and/or or bright field images).
  • the microchip 150 for separating microparticles shown in FIG. It includes a recovery channel 159 in which particles and emulsion are recovered, and a waste channel 158 in which microparticles that are not to be separated are discarded.
  • the microchip 150 for separating microparticles is provided with a particle separation section 157.
  • An enlarged view of the particle sorting section 157 is shown in FIG.
  • the particle sorting section 157 includes a connection channel 170 that connects the main channel 155 through which the microparticles P flow and the recovery channel 159.
  • the microparticles Po to be separated flow through the connection channel 170 to the recovery channel 159, as shown in FIG. 3B.
  • the microparticles Pw that are not to be separated flow into the waste channel 158, as shown in FIG. 3C.
  • a liquid supply channel 161 capable of supplying a second liquid that is immiscible with the first liquid is connected to the connection channel 170 in the vertical direction.
  • the microchip 150 for separating microparticles has a channel structure including a main channel 155, a waste channel 158, a recovery channel 159, a connecting channel 170, and a liquid supply channel 161.
  • the laminar flow that has flowed through the main channel 155 flows to a waste channel 158. Further, in the particle sorting section 157, only when the minute particles Po to be sorted flow, a flow to the collection channel 159 is formed, and the minute particles Po are sorted. When the microparticle Po is sucked into the recovery channel 159, the sample liquid forming the laminar flow or the sample liquid and sheath liquid forming the laminar flow may also flow into the recovery channel 159.
  • the liquid supply channel 161 may be connected to the connection channel 170, as shown in FIG. 3A.
  • the second liquid is introduced from the liquid supply channel 161 into the connection channel 170 and flows into both the main channel 155 and the recovery channel 159.
  • fine particles Pw that are not to be separated are prevented from entering the recovery channel 159.
  • the microparticle sorting device 100 includes an actuator 107 that causes a pressure change in the recovery channel 159 to perform a suction operation and a discharge operation.
  • the actuator 107 To suck the microparticles to be separated into the recovery channel 159, the actuator 107 generates negative pressure in the recovery channel 159, and this negative pressure is used to collect the sample liquid containing the microparticles and the sheath fluid. This is done by sucking the water into the recovery channel 159. That is, the actuator 107 performs a suction operation to suction the microparticles by generating negative pressure in the recovery channel 159.
  • the actuator 107 is a piezoelectric element such as a piezo element.
  • the actuator 107 is placed in contact with the surface of the microchip 150 and is placed at a position corresponding to the recovery channel 159. More specifically, the actuator 107 is arranged at a position corresponding to a pressure chamber 165 provided as an area with an expanded inner space in the recovery channel 159 (see FIGS. 7 and 8).
  • the inner space of the pressure chamber 165 is expanded in the planar direction (width direction of the recovery channel 159) as shown in FIG. 6, and in the cross-sectional direction (height direction of the recovery channel 159) as shown in FIG. ) has also been extended. That is, the recovery channel 159 is expanded in the width direction and the height direction in the pressure chamber 165. In other words, the recovery flow path 159 is formed so that the vertical cross section of the pressure chamber 165 with respect to the flow direction of the sample liquid and the sheath liquid is large.
  • the actuator 107 generates an expanding and contracting force in response to changes in the applied driving voltage, causing a pressure change in the recovery channel 159 via the surface (contact surface) of the microchip 150.
  • a flow occurs in the recovery channel 159 due to a change in the pressure within the recovery channel 159
  • the volume within the recovery channel 159 changes at the same time.
  • the volume within the recovery channel 159 changes until it reaches a volume defined by the amount of displacement of the actuator 107 corresponding to the applied drive voltage. More specifically, when the actuator 107 is expanded by applying a driving voltage, the actuator 107 presses the displacement plate 167 (see FIG. 8) that constitutes the pressure chamber 165 to maintain the volume of the pressure chamber 165 small. There is. Then, when the applied drive voltage decreases, the actuator 107 generates a force in the direction of contraction, weakening the pressure on the displacement plate 167 and generating negative pressure in the pressure chamber 165.
  • the surface of the microchip 150 is recessed at a position corresponding to the pressure chamber 165, as shown in FIG. It is preferable to arrange.
  • the displacement plate 167 that becomes the contact surface of the actuator 107 can be made thinner, and the displacement plate 167 can be easily displaced by changes in the pressing force accompanying the expansion and contraction of the actuator 107, thereby causing a change in the volume of the pressure chamber 165.
  • the actuator 107 reduces the volume of the pressure chamber 165 by a certain amount to create a positive pressure in order to restore the deformed pressure chamber 165 to its original state by suctioning the microparticles to be separated into the collection channel 159. to occur.
  • the attraction force may be adjusted by the drive waveform of the drive voltage of the piezo element, or may be adjusted by the drive voltage of the piezo element.
  • the recovery channel 159 itself may function as a pressure chamber.
  • the pressure within pressure chamber 165 may be reduced. By reducing the pressure in the pressure chamber 165, a suction force is generated to guide the microparticles Po to be separated into the collection channel 159. Also, the pressure within pressure chamber 165 may be increased.
  • reference numeral 169 indicates a communication port of the connection channel 170 to the main channel 155.
  • the communication port 169 is provided with a sheath flow formed in the main flow path 155, as shown in FIG. 9C. It is desirable that the opening be opened at a position corresponding to the sample liquid laminar flow S.
  • the shape of the communication port 169 is not particularly limited, but for example, the shape may be a flat opening as shown in FIG. 9A, or the opening may be formed by cutting out the channel walls of the two waste channels 158 as shown in FIG. 9B. shape can be adopted.
  • the microchip for separating microparticles used in the microparticle sorting device according to the present technology can be manufactured by a method known in the art. For example, 1. above. It can be manufactured by bonding together two substrates each having a flow path formed therein as described above. The flow path may be formed on both of the two substrates, or may be formed only on one substrate. In order to more easily adjust the position when bonding the substrates, the flow path may be formed only on one substrate.
  • Materials known in the art can be used as materials for forming the microparticle separation microchip used in the microparticle separation device according to the present technology.
  • examples include, but are not limited to, polycarbonate, cycloolefin polymer, polypropylene, polydimethylsiloxane (PDMS), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene, polystyrene, glass, and silicon.
  • polymeric materials such as polycarbonate, cycloolefin polymer, and polypropylene are particularly preferred because they have excellent processability and can be used to manufacture microchips at low cost using molding equipment.
  • the microparticle sorting device includes a control unit 103 that controls sorting conditions in the particle sorting unit 157 based on information on light detected by the emulsion detection unit 108.
  • the control unit 103 includes a signal processing unit 104 in which the detected light is converted into an analog electrical signal or a digital electrical signal by the particle detection unit 102 and/or the emulsion detection unit 108, and to which these signals are transmitted. May be provided.
  • the electrical signal processed by the signal processing unit 104 is transmitted to the determination unit 105, and if the determination unit 105 determines that the particle is a microparticle to be separated, the determination unit 105 controls the actuator 107.
  • a preparative separation control section 106 may be provided.
  • the sorting control unit 106 can control the suction force using the piezo drive voltage and piezo drive waveform of the actuator 107. Further, as information on the light from the emulsion detection unit 108, information regarding the presence or absence of the emulsion is obtained by forward scattered light detection, and information on the presence or absence of the emulsion is obtained by fluorescence detection, side scattered light detection, and back scattered light detection. Information regarding the presence or absence of microparticles can be obtained. Furthermore, the control unit 103 sets the separation conditions to include a piezo drive height D that controls the suction force, which is the strength of suction in the particle separation unit 102, and a piezo drive height D that controls the suction operation and discharge operation in the particle separation unit 102.
  • Adjusting the drive time interval Th which is the time interval between the steps, or the collection start time Td, which is the time from the detection of the microparticles in the particle detection section 102 until the microparticles are sucked in the particle separation section 157. You can also do it.
  • the control unit 103 changes the piezo drive height, detects any of fluorescence, side scattered light, and back scattered light, and acquires the signal intensity of the emulsion detected by the emulsion detection unit 108,
  • the piezo drive height at which a signal intensity greater than a predetermined signal intensity threshold at which it is determined that an emulsion is generated can be determined as the piezo drive height D1 at which emulsion can be generated.
  • the signal intensity may be an area signal, a peak signal, or a width signal.
  • the control unit 103 changes the drive time interval, detects either fluorescence, side scattered light, or back scattered light, counts the number of emulsions detected by the emulsion detection unit 108, and calculates the number of emulsions detected by the emulsion detection unit 108.
  • the time when the number is minimum can be determined as the driving time interval Th for suppressing unnecessary vibrations of the flow.
  • the control unit 103 changes the piezo drive height, detects any of fluorescence, side scattered light, and back scattered light, and acquires the signal intensity of the emulsion detected by the emulsion detection unit 108, Since there is a correlation between signal intensity and emulsion size, the piezo drive height at which a signal intensity close to the signal intensity detected from the desired emulsion size is obtained is the piezo drive height at which the desired emulsion size can be obtained. It can be determined as D.
  • the control unit 103 changes the recovery start time from the detection of microparticles to the suction operation, detects either fluorescence, side scattered light, or back scattered light, and detects the inside of the emulsion detected by the emulsion detection unit 108.
  • the number of microparticles can be counted, and the collection start time at which the counted number is maximum can be determined as the optimal collection start time Td.
  • the microparticle sorting device 100 further includes information regarding the microparticles detected by the particle detection unit 102 and information about the emulsion detected by the particle detection unit 102 in order to confirm whether the microparticles to be separated have been collected.
  • An information processing section (not shown) may be provided that integrates information regarding the microparticles in the emulsion detected by section 108.
  • the flow from the main flow path 155 through the connection flow path 170 to the recovery flow path 159 is performed.
  • a flow (hereinafter also referred to as "flow during microparticle separation") is formed.
  • a flow during microparticle fractionation is not formed unless the microparticles Po to be fractionated are fractionated.
  • the pressure in the pressure chamber 165 may be reduced to create a flow during microparticle separation. Due to the decrease in pressure, a flow stronger than the flow from the connecting channel 170 to the main channel 155 caused by the flow of the second liquid from the liquid supply channel 161 is formed from the main channel 155 toward the recovery channel 159. As a result, the microparticles Po to be collected are collected into the collection channel 159.
  • the flow during microparticle fractionation can be created by creating a negative pressure in the collection channel 159. That is, by creating a negative pressure in the recovery channel 159, the microparticles Po to be separated are sucked into the recovery channel 159.
  • the suction of the microparticles Po is performed when the determination unit 105 included in the control unit 103 determines that the microparticles should be sorted based on the light detected by the particle detection unit 102 in the particle detection area 156. , is performed when a predetermined period of time has elapsed since the minute particles passed through the particle detection area 156. In order to collect microparticles with higher precision, it is necessary to optimize the time at which suction should be performed.
  • the collection start time which is the time from the detection of the microparticles in the particle detection section 102 to the suction of the microparticles in the particle separation section 157.
  • the first liquid is included in the second liquid, and an emulsion containing the microparticles and an emulsion not containing the microparticles are generated.
  • the microparticles Po and a sample liquid made up of a first liquid containing the microparticles Po and/or the microparticles Po are The sheath liquid consisting only of the first liquid without containing the first liquid is sucked into the recovery channel 159.
  • a certain level of suction power is required to generate an emulsion.
  • the size of the emulsion changes depending on the suction force, and if the applied suction force is too large, the amount of the sample liquid and/or the sheath liquid that is suctioned into the recovery channel 159 together with the microparticles Po is large. This is not desirable because the density of the fractionated microparticles Po decreases.
  • the suction force is too large, the emulsion will split and multiple emulsions will be generated with one suction, which is not desirable.
  • the applied suction force is too small, there is a high possibility that the microparticles Po to be fractionated will not be fractionated. Therefore, it is desirable to also optimize the applied suction force.
  • the microparticles Po to be separated that have been sucked into the connecting channel 170 are taken into the pressure chamber 165.
  • reference numeral 168 indicates an inlet for the microparticles Po to be separated into the pressure chamber 165.
  • the flow of the sample liquid and sheath liquid containing the microparticles Po becomes a jet when flowing into the pressure chamber 165 whose inner space is expanded, and is separated from the flow path wall surface (see the arrow in FIG. 10A). Therefore, the microparticles Po are taken away from the intake port 168 and deep into the pressure chamber 165.
  • the amount of increase in the volume of the inner space of the pressure chamber 165 is the volume of the connection flow path 170 from the communication port 169 to the intake port 168. (see FIG. 8).
  • the amount of increase in the volume of the pressure chamber 165 generates sufficient negative pressure to separate the flow of the sample liquid and sheath liquid containing the microparticles Po to be separated from the channel wall surface at the intake port 168. It is said to be about the same size.
  • the control unit 103 outputs to the actuator 107 a piezo contraction signal with a voltage width commensurate with these volume increases.
  • the pressure in the recovery channel 159 is reversed and corrected. Even when the pressure increases, the microparticles Po can be prevented from flowing out from the pressure chamber 165 to the main flow path 155 side again. That is, as shown in FIG. 10B, even when the inside of the recovery channel 159 becomes positive pressure, the sample liquid and the sheath liquid widely flow out from the vicinity of the intake port 168, so that the sample liquid and the sheath liquid widely flow out from the vicinity of the intake port 168. The amount of movement of the microparticles Po itself that has been taken in becomes small. Therefore, the fine particles Po are retained within the pressure chamber 165 without flowing out again.
  • the drive waveform is composed of a falling waveform (falling slope) and a rising waveform (rising slope).
  • the falling waveform is applied to deform the pressure chamber 165 and generate negative pressure for the suction operation.
  • the rising waveform is applied to restore the pressure chamber 165, which has been deformed by the suction operation for the ejection operation, to its original state.
  • the volume of the pressure chamber 165 decreases, so that positive pressure is generated.
  • the piezo drive height D (voltage), the drive voltage application time of the falling waveform (falling slope), the drive voltage application time of the rising waveform (rising slope), the time interval between the falling waveform and the rising waveform ( The drive time interval Th) is used as a control parameter.
  • FIG. 12 shows simulation analysis results regarding volume changes in the pressure chamber 165 and flow velocity changes in the connecting channel 170 when plastic is used as the microchip material and the actuator 107 performs suction and discharge operations, respectively. It is a diagram. As shown in FIG. 12, in the suction operation, by applying a driving voltage with a falling waveform, the pressure chamber 165 is deformed in a direction in which the volume increases, and the flow in the connecting channel 170 is accelerated in the direction of the pressure chamber 165. do. At this time, the inner wall surface of the channel is elastically deformed due to the pressure change accompanying the liquid suction, and elastic vibration occurs. This elastic vibration causes a volume change in the pressure chamber 165, and pressure vibration is generated within the pressure chamber 165.
  • This pressure vibration causes a flow in the suction direction (hereinafter also referred to as negative direction) toward the recovery flow path 159 and a flow in the opposite discharge direction (hereinafter also referred to as positive direction) in the connection flow path 170 to be alternately generated. Repeated pulsating flow (unnecessary vibration) is caused.
  • the pressure chamber 165 is deformed in a direction in which the volume decreases, and the flow in the connecting channel 170 is opposite to the direction of the pressure chamber 165. Accelerate in the direction of discharge. Also during the discharge operation, elastic vibrations occur on the inner wall surface of the flow path, causing pulsating flow (unnecessary vibration) in the connecting flow path 170. Note that the vibration characteristics of the pulsating flow (unnecessary vibration) during the ejection operation are opposite to the vibration characteristics of the pulsating flow (unnecessary vibration) generated during the suction operation.
  • FIG. 17 is a diagram showing the analysis results of a simulation regarding the flow velocity change in the connecting flow path 170 when controlled with drive intervals and/or drive times that suppress unnecessary vibrations of the flow in the connection flow path 170 (driving waveform: falling time (30 usec). ) - rise time (30usec) - drive interval (150usec)). Note that the drive interval refers to the time from the suction operation to the discharge operation of the actuator 107.
  • the control unit 103 controls the amplitude of the flow velocity fluctuation of a pulsating flow in which a flow in the suction direction and a flow in the opposite direction to the suction direction are alternately repeated, which is generated by the suction operation, and/or the flow in the discharge direction, which is generated by the discharge operation.
  • the driving interval and/or the driving time are controlled so that the amplitude of the flow velocity fluctuation of the pulsating flow, in which the flow is alternately repeated in the discharge direction and the opposite direction, is reduced.
  • the control unit 103 also controls the peak of the flow velocity fluctuation of the pulsating flow, in which the flow in the suction direction and the flow in the opposite direction to the suction direction are alternately repeated, which is generated by the suction operation, and the flow in the discharge direction, which is generated by the discharge operation.
  • the drive interval and/or drive time is controlled so that the peaks of the flow velocity fluctuations of the pulsating flow, in which the flow in the discharge direction and the opposite direction are alternately repeated, cancel each other out.
  • the vibration characteristics after the suction operation and the vibration characteristics after the discharge operation overlap in opposite phases, and act to cancel each other's vibration characteristics, resulting in the first change in flow velocity.
  • This driving condition can suppress the occurrence of unnecessary vibrations in the flow within the connecting flow path 170. By suppressing unnecessary vibrations in this way, the drive interval from the suction operation to the discharge operation can be shortened, and highly efficient collection can be achieved.
  • FIG. 14A is a photograph showing the generation of emulsion E1 in the connecting channel 170 when the suction operation and discharge operation by the actuator 107 are performed at driving intervals that suppress unnecessary vibrations.
  • An emulsion E1 corresponding to the first peak of the flow rate change shown in FIG. 14B is generated at the location indicated by the white arrow in FIG. 14A. Note that the emulsion E1 contains microparticles Po to be separated (not shown).
  • FIG. 14B is a diagram showing a change in flow velocity in the connecting channel 170 when the actuator performs the suction operation and the discharge operation at drive intervals that suppress unnecessary vibrations. As shown in FIGS.
  • one emulsion E1 containing the microparticles Po to be fractionated can be generated in one suction operation.
  • an emulsion E1 containing microparticles Po to be separated can be produced with high purity, and the emulsion size can also be made uniform. Moreover, in this case, it becomes possible to suppress the generation of unnecessary emulsion Pw.
  • FIG. 15 As disclosed in Patent Document 1, the driving voltage application time (falling slope) of the falling waveform and the driving voltage application time (rising slope) of the rising waveform are the same time, and the actuator 107
  • FIG. 15 It is a diagram showing the analysis results of a simulation regarding the flow velocity change in the connection flow path 170 when the suction operation and the discharge operation are performed at relatively short drive intervals (driving waveform: fall time (30 usec) - rise time (30 usec) - Drive interval (40usec).
  • driving waveform fall time (30 usec) - rise time (30 usec) - Drive interval (40usec).
  • FIG. 16A is a photograph showing the formation of emulsion E1 and emulsion E2 in the connecting channel 170 when the actuator 107 performs the suction operation and the discharge operation at relatively short driving intervals.
  • Emulsions E1 and E2 corresponding to the first and second peaks of the flow rate change shown in FIG. 16B are generated at locations indicated by white arrows in FIG. 16A.
  • FIG. 16B is a diagram showing changes in flow velocity when the actuator 107 performs suction and discharge operations at relatively short drive intervals. As shown in FIGS. 16A and 16B, there are multiple peaks caused by unnecessary vibrations, and multiple emulsions E1 and E2 of different sizes are generated in one suction operation.
  • the driving voltage application time (falling slope) of the falling waveform and the driving voltage application time (rising slope) of the rising waveform are made different from each other. It can also be used as time.
  • FIG. 17 shows simulation results of the flow velocity in the connection channel 170 when the driving voltage application time of the rising waveform was changed to 30 usec, 60 usec, and 120 usec.
  • the unnecessary vibration after the fractionation operation is smaller than when the driving voltage application time of the rising waveform is set to 30 usec or 60 usec. That is, unnecessary vibrations are suppressed by lengthening the drive voltage application time of the rising waveform and reducing the slope of the rising waveform.
  • FIG. 18 shows simulation results of the flow velocity in the connecting flow path 170 when the driving voltage application time of the falling waveform and the driving voltage application time of the rising waveform are different, and the slope of the falling waveform and the slope of the rising waveform are different ( Drive waveform: Fall time (30 usec) - Rise time (120 usec) - Drive interval (100 usec)).
  • Drive waveform Fall time (30 usec) - Rise time (120 usec) - Drive interval (100 usec)
  • the driving voltage application time (falling slope) of the falling waveform and the driving voltage application time (rising slope) of the rising waveform are the same time, as shown in FIG.
  • Unnecessary vibrations can be reduced. That is, from the viewpoint of obtaining the effect of further suppressing unnecessary vibrations, it is preferable to make the drive voltage application time of the falling waveform of the drive voltage that controls the actuator 107 different from the drive voltage application time of the rising waveform.
  • the microchip 150 for separating microparticles has an emulsion detection region 164 located downstream of the particle separation section 157.
  • the second light irradiation section 109 irradiates light onto the emulsion flowing through the recovery channel 159, and the emulsion detection section 108 detects the light generated by the light irradiation. Note that when detecting only forward scattered light, it is possible to detect the presence or absence of an emulsion and the size of the emulsion. No emulsions can be distinguished.
  • the emulsion detection unit 108 preferably a combination of forward scattered light detection and fluorescence detection, a combination of forward scattered light detection and side scattered light detection, a combination of forward scattered light detection and back scattered light detection, a combination of forward scattered light detection and It may be a combination of side scattered light detection and the fluorescence detection, or a combination of forward scattered light detection, backscattered light detection, and fluorescence detection. Note that the fluorescence may have the same wavelength or multiple wavelengths.
  • the determination unit 105 included in the control unit 103 determines whether the emulsion contains microparticles Po to be separated. For example, the determination unit 105 may perform determination based on the combination of the detections.
  • the microparticle sorting device includes a first light irradiation section 101 and a second light irradiation section 109 as the light irradiation section.
  • the first light irradiation unit 101 irradiates the microparticles flowing through the main channel 155 with fluorescence excitation light for detecting microparticles within the sample liquid flow path 152 .
  • the second light irradiation unit 109 irradiates the emulsion E flowing through the recovery channel 159 with fluorescence excitation light for detecting microparticles Po to be separated in the recovery channel 159 .
  • the first light irradiation section 101 and the second light irradiation section 109 irradiate light (for example, excitation light, etc.) to the microparticles flowing in the channel in the microchip 150 for separating microparticles.
  • the light irradiation unit may include a light source that emits light and an objective lens that focuses excitation light on the microparticles flowing through the detection region.
  • the light source may be appropriately selected by a person skilled in the art depending on the purpose of analysis, and may be, for example, a laser diode, an SHG laser, a solid-state laser, a gas laser, a high-intensity LED, or a halogen lamp, or two of these. It may be a combination of two or more.
  • the light irradiation section may include other optical elements as necessary.
  • the numerical aperture (NA) of the objective lens may preferably be 0.1 to 1.5, more preferably 0.5 to 1.0.
  • the light irradiation position may be within the field of view of these objective lenses, and preferably both the light irradiation position and the branching portion may be present.
  • the particle detection unit 102 can detect scattered light and fluorescence generated by irradiation of light from the first light irradiation unit 101 onto microparticles. Based on the detected scattered light and fluorescence, a determination unit 105 included in the control unit 103 can determine whether the microparticles should be aspirated (separated). Further, based on the detected scattered light and fluorescence, passage of the microparticles through the predetermined position can be detected by the control unit 103. Furthermore, the control unit 103 can calculate the passing speed of the microparticles based on the detected scattered light and fluorescence.
  • At least one of the different optical detection systems can detect scattered light.
  • the scattered light may be forward scattered light, backward scattered light, or side scattered light.
  • at least one of the different optical detection systems may detect fluorescence.
  • the detected fluorescence may have the same or multiple wavelengths.
  • the emulsion detection unit 108 may detect information regarding the presence or absence of the emulsion, the shape of the emulsion, the number of emulsions, etc. based on the forward scattered light. Information regarding the presence or absence of microparticles in the emulsion, the shape of the emulsion, the number of emulsions, etc. may be detected based on the light or the side scattered light. Detection by the emulsion detection unit 108 will be described in more detail below.
  • the emulsion detection unit 108 may detect scattered light and fluorescence generated by irradiation of light from the second light irradiation unit 109 to the microparticles.
  • a combination of forward scattered light detection and fluorescence detection, a combination of forward scattered light detection and side scattered light detection, a combination of forward scattered light detection and backward scattered light detection, and a combination of forward scattered light detection and side scattered light detection are performed.
  • a combination of light detection and fluorescence detection, or a combination of forward scattered light detection, backscattered light detection, and fluorescence detection may be detected.
  • the emulsion detection unit 108 detects the emulsion using forward scattered light, and detects separated microparticles using fluorescence, for example.
  • the scattered light detection system may not be provided. Forward scattered light detection allows the emulsion size to be detected, and side scattered light detection or backscattered light detection allows detection of microparticles within the emulsion by detecting scattered light generated within the emulsion.
  • the particle detection unit 102 and the emulsion detection unit 108 detect scattered light and/or fluorescence generated from the microparticles by light irradiation by the first light irradiation unit 101 and the second light irradiation unit 109.
  • the particle detection unit 102 and the emulsion detection unit 108 may include a condenser lens and a detector that condense fluorescence and/or scattered light generated from microparticles.
  • a PMT, a photodiode, a CCD, a CMOS, etc. can be used, but the detector is not limited thereto.
  • the particle detection section 102 and the emulsion detection section 108 may include other optical elements as necessary in addition to the condenser lens and the detector.
  • the particle detection section 102 and the emulsion detection section 108 may further include, for example, a spectroscopic section.
  • optical components constituting the spectroscopic section include a grating, a prism, and an optical filter.
  • the spectroscopic section can separate and detect light of a wavelength to be detected from light of other wavelengths.
  • the particle detection section 102 and the emulsion detection section 108 can convert the detected light into an analog electrical signal through photoelectric conversion.
  • the particle detection section 102 and the emulsion detection section 108 can further convert the analog electrical signal into a digital electrical signal by AD conversion.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the situation inside the channel when the microparticles Po to be separated are sucked into the recovery channel 159.
  • the symbol Po indicates a microparticle to be separated
  • the symbol Pw indicates a microparticle that is not an object to be fractionated
  • the symbol E indicates an emulsion.
  • the kinematic viscosity at 25° C. of the first liquid and the second liquid may be, for example, preferably 0.3 cSt to 5 cSt, more preferably 0.4 cSt to 4 cSt, and still more preferably 0.5 cSt to 3 cSt.
  • the kinematic viscosity of the second liquid is preferably 1/1000 to 1000 times, more preferably 1/100 to 100 times, and even more preferably 1/10 times the kinematic viscosity of the first liquid. ⁇ 10 times, even more preferably 1/5 times to 5 times, particularly preferably 1/2 times to 2 times.
  • it is preferable that the first liquid and the second liquid have similar kinematic viscosities. This facilitates the formation of an emulsion.
  • the density at 25° C. of the first liquid and the second liquid is, for example, preferably 0.5 g/cm 3 to 5 g/cm 3 , more preferably 0.6 g/cm 3 to 4 g/cm 3 , and further Preferably, it may be 0.7 g/cm 3 to 3 g/cm 3 .
  • the density of the second liquid is preferably 1/100 to 100 times, more preferably 1/10 to 10 times, and even more preferably 1/5 times the density of the first liquid. 5 times, particularly preferably 1/2 to 2 times. In the present technology, it is preferable that the first liquid and the second liquid have approximately the same density. This facilitates the formation of an emulsion.
  • the first liquid and the second liquid have the above physical properties, an emulsion is easily formed in the particle separation section 157. Moreover, such physical properties make it easier for these liquids to flow within the microchannel.
  • the first liquid may be a hydrophilic liquid
  • the second liquid may be a hydrophobic liquid
  • an emulsion containing a hydrophobic liquid as a dispersion medium and a hydrophilic liquid as a dispersoid can be formed in the particle separation section 157.
  • biological particles such as cells are preferably present in a hydrophilic liquid such as a buffer or a culture medium. This embodiment is therefore suitable for recovering microparticles, particularly biological particles, and more particularly cells, which are desired to be present in a hydrophilic liquid.
  • the hydrophilic liquid includes, for example, water and liquids miscible with water.
  • the hydrophilic liquid may contain one or a mixture of two or more selected from the group consisting of water, hydrophilic alcohol, hydrophilic ether, ketone, nitrile solvent, dimethyl sulfoxide, and N,N-dimethylformamide. It may be a liquid as a main component.
  • the main component refers to, for example, 50% by mass or more, particularly 60% by mass or more, more particularly 70% by mass or more, even more particularly 80% by mass or more, 85% by mass or more, or A component that accounts for 90% by mass or more.
  • the hydrophilic alcohol include ethanol, methanol, propanol, and glycerin.
  • hydrophilic ether examples include tetrahydrofuran, polyethylene oxide, and 1,4-dioxane.
  • ketone examples include acetone and methyl ethyl ketone.
  • nitrile solvent examples include acetonitrile.
  • the hydrophilic liquid may preferably be a liquid containing water as a main component, for example, water, an aqueous solution, or an aqueous dispersion.
  • the hydrophilic liquid may be, for example, a sheath liquid and/or a sample liquid.
  • the hydrophilic liquid is preferably a hydrophilic liquid that does not adversely affect microparticles (eg, biological particles, particularly cells).
  • the hydrophilic liquid may be, for example, a liquid containing biomolecules.
  • the biomolecule may be, for example, one type or a combination of two or more types selected from amino acids, peptides, and proteins.
  • the hydrophilic liquid may also contain, for example, a surfactant, in particular a nonionic surfactant.
  • nonionic surfactants include triblock copolymers of polyethylene oxide and polypropylene oxide, which are also called poloxamer or Pluronic (registered trademark) surfactants. .
  • Pluronic® surfactant is Pluronic® F68.
  • the hydrophilic liquid examples include, but are not limited to, a culture solution and a buffer.
  • the buffer is preferably a good buffer.
  • a culture solution As the hydrophilic liquid, cells separated as microparticles to be separated can be cultured while being retained in the emulsion particles.
  • the hydrophilic liquid contains a cell-stimulating component, cells separated as microparticles to be sorted can be stimulated while being retained in the emulsion particles. I can do it.
  • characteristics (eg, morphology) of stimulated cells can also be observed using a microscope or the like.
  • the hydrophilic liquid eg, the sheath liquid or the sample liquid
  • the response from cells that have been sorted as microparticles to be sorted can be detected optically, for example, while being retained in the emulsion particles.
  • the assay system is preferably a wash free assay system, for example, a system utilizing fluorescence resonance energy transfer (FRET) or bioluminescence resonance energy transfer (BRET) is preferable.
  • FRET fluorescence resonance energy transfer
  • BRET bioluminescence resonance energy transfer
  • the density of the hydrophilic liquid at 25° C. is, for example, preferably 0.5 g/cm 3 to 5 g/cm 3 , more preferably 0.6 g/cm 3 to 4 g/cm 3 , and even more preferably 0.7 g/cm 3 . cm 3 to 3 g/cm 3 .
  • the hydrophilic liquid may have a kinematic viscosity at 25° C., for example, preferably from 0.3 cSt to 5 cSt, more preferably from 0.4 cSt to 4 cSt, and even more preferably from 0.5 cSt to 3 cSt.
  • the hydrophobic liquid may be any liquid selected from liquids that are immiscible with the hydrophilic liquid.
  • the hydrophobic liquid include aliphatic hydrocarbons, fluorine oils, low molecules or polymers containing fluorine atoms, silicone oils, aromatic hydrocarbons, and aliphatic monohydric alcohols (for example, n-octanol).
  • the liquid may be mainly composed of one or a mixture of two or more selected from the group consisting of , and fluorinated polysaccharides.
  • the aliphatic hydrocarbon preferably has 7 or more and 30 or less carbon atoms.
  • the kinematic viscosity of the hydrophobic liquid is suitable for flowing in the microchannel.
  • aliphatic hydrocarbons include mineral oil; oils derived from animals and plants, such as squalane oil and olive oil; paraffinic hydrocarbons having 10 to 20 carbon atoms, such as decane and hexadecane; and 10 carbon atoms. ⁇ 20 olefinic hydrocarbons may be mentioned.
  • the hydrophobic liquid is preferably a fluorinated oil from the viewpoint of good immiscibility with the hydrophilic liquid.
  • fluorine-based oil examples include perfluorocarbon (PFC), perfluoropolyether (PFPE), and hydrofluoroether (HFE).
  • perfluorocarbons examples include Fluorinert (trademark) FC40 and Fluorinert FC-770 (manufactured by 3M Company).
  • Fluorinert trademark
  • Fluorinert FC-770 manufactured by 3M Company
  • An example of perfluoropolyether is Krytox (manufactured by DuPont).
  • hydrofluoroether for example, HFE7500 (manufactured by 3M Company) can be mentioned.
  • the density of the hydrophobic liquid at 25° C. is, for example, preferably 0.5 g/cm 3 to 5 g/cm 3 , more preferably 0.6 g/cm 3 to 4 g/cm 3 , and even more preferably 0.7 g/cm 3 . cm 3 to 3 g/cm 3 .
  • the hydrophobic liquid may have a kinematic viscosity at 25° C., for example, preferably from 0.3 cSt to 5 cSt, more preferably from 0.4 cSt to 4 cSt, and even more preferably from 0.5 cSt to 3 cSt.
  • the hydrophobic liquid has the above-mentioned physical properties, an emulsion is easily formed in the particle separation section 157. For example, if the density or kinematic viscosity is too high, there is a high possibility that the fluid will not flow smoothly in the connection channel 170.
  • one or both of the first liquid and the second liquid may contain a surfactant.
  • one or both of the hydrophobic liquid and the hydrophilic liquid comprises a surfactant, more particularly the hydrophobic liquid comprises a surfactant.
  • the surfactant facilitates the formation of emulsion particles and can also maintain the emulsion particles stably.
  • the surfactant include nonionic surfactants and fluorosurfactants.
  • nonionic surfactants include, but are not limited to, Span 80 and Abil EM.
  • the type of surfactant may be appropriately selected by those skilled in the art.
  • the fluorosurfactants include, for example, perfluoropolyether-based surfactants and pseudosurfactants.
  • An example of the former is Krytox (manufactured by DuPont), and an example of the latter is perfluorooctanol.
  • the surfactant may be present in the hydrophobic liquid at a concentration equal to or higher than the critical micelle concentration of the surfactant.
  • the critical micelle concentration may be, for example, preferably between 1 ⁇ M and 1000 ⁇ M, especially between 10 ⁇ M and 100 mM.
  • the interfacial tension of the surfactant may be, for example, preferably 40 mN/m or less, particularly 20 mN/m or less.
  • the first liquid may be a hydrophobic liquid
  • the second liquid may be a hydrophilic liquid
  • an emulsion containing a hydrophilic liquid as a dispersion medium and a hydrophobic liquid as a dispersoid can be formed in the particle separation section 157.
  • the hydrophobic liquid and the hydrophilic liquid are as described above.
  • this embodiment is applied, for example, when only the desired microparticles are separated from an emulsion in which the dispersion medium and the dispersoid are a hydrophobic liquid and a hydrophilic liquid, respectively, and the emulsion contains microparticles. sell.
  • the determination unit 105 may perform a determination on the microparticles, an emulsion, or both the microparticles and the emulsion. It's okay to be hurt. In this manner, in the present technology, it may be determined whether a microparticle or an emulsion is to be separated based on information obtained from the microparticle and/or the emulsion. In the recovery channel 159, the microparticles to be separated out of the microparticles and/or the emulsion in which the first liquid is included in the second liquid that is immiscible with the first liquid are recovered.
  • the microparticle fractionation method that is the second embodiment of the present technology includes a collection step and a control step.
  • the method for separating microparticles according to this embodiment will be described below with reference to FIG. 19.
  • FIG. 19 shows a flowchart of the microparticle separation method according to this embodiment.
  • the negative pressure generated by the suction operation of the actuator causes the microparticles Po to be separated in the first liquid flowing through the main flow path 155 to be collected in the recovery flow communicating with the main flow path 155. Collect in the road 159.
  • the procedure for recovering the microparticles Po in the first liquid flowing through the main channel 155 is as described in 1. This can be carried out using the microparticle sorting device 100 equipped with the microchip described in . Details of the recovery of the microparticles Po are as described in 1 above. Therefore, explanations regarding these will be omitted.
  • a suction operation is performed to suction microparticles by generating negative pressure in the recovery channel, and a suction operation and a discharge operation are performed by creating a pressure change in the recovery channel. is performed to control the drive interval from the suction operation to the discharge operation and/or the drive time from the suction operation to the completion of the discharge operation.
  • the procedure for controlling the drive interval from the suction operation to the discharge operation and/or the drive time from the suction operation to the completion of the discharge operation is as described in 1. This can be carried out using the microparticle sorting device equipped with the microchip described in . The details of the control of the drive interval and/or drive time are as explained in 1 above. Therefore, explanations regarding these will be omitted.
  • the microparticle separation method suppresses unnecessary vibrations of the flow generated in the connection channel 170 during the collection operation, and collects the microparticles Po to be separated at a desired emulsion size. It is possible to automatically adjust the driving conditions of the actuator 107 that can generate the emulsion E containing the following. In this embodiment, by automatically adjusting the drive conditions of the actuator 107, it is possible to reduce variations in the unnecessary vibration suppression effect due to individual variations in microchips and variations between lots.
  • the microparticle separation method that is the third embodiment of the present technology includes a first piezo drive height D 1 determination step, a drive time interval Th determination step, a second piezo drive height D determination step, and the start of collection.
  • FIG. 20 shows a flowchart of the microparticle fractionation method according to this embodiment.
  • FIG. 21 shows a flowchart illustrating in detail the microparticle sorting method according to the present embodiment described in FIG. 20.
  • the first piezo drive height D 1 determination step S2001 in FIG. 20 the first piezo drive height D 1 of the drive voltage to be applied to the piezo element of the actuator 107 that enables generation of an emulsion is determined.
  • the step of determining the first piezo drive height D1 includes a step S2101 of obtaining the signal intensity of the emulsion, a step S2102 of repeating the step of obtaining the signal intensity of the emulsion, and a drive voltage at which the emulsion can be generated. and step S2103 of determining a first piezo drive height D1 of.
  • step S2102 of repeating the process of acquiring the signal intensity of the emulsion the process of acquiring the signal intensity of the emulsion is repeated under the same conditions except that the piezo drive height D is changed to a value larger or smaller than D0 .
  • the piezo drive height D to be changed may be a drive height (voltage) that is increased or decreased by a predetermined ratio with respect to D0 .
  • a predetermined signal that can be determined to indicate that an emulsion has been generated is determined from the emulsion signal intensity (peak signal, area signal) obtained in the repeating step S2102.
  • An arbitrary piezo drive height at which a signal intensity value greater than the intensity is obtained is determined as the first piezo drive height D1 of the drive voltage at which an emulsion can be generated.
  • the drive time interval Th determination step S2002 in FIG. 20 determines the drive time interval Th that suppresses unnecessary vibrations of the flow.
  • the driving time interval Th determining step includes an emulsion counting step S2104 of counting the number of emulsions, a step S2105 of repeating the emulsion counting step, and a step S2106 of determining the driving time interval Th.
  • the suction operation and the discharge operation are performed under the condition that the driving time interval between the suction operation and the discharge operation is a predetermined Th 0 , the amount of water that passes through the optical detection position of the emulsion detection region 164 downstream of the recovery channel 159
  • the number of emulsions is counted by the emulsion detection unit 108.
  • step S2104 known (for example, 1 to 100) suction and discharge operations may be performed to count the number of emulsions that have passed through the optical detection position of the emulsion detection area 164.
  • step S2105 of repeating the emulsion counting process the emulsion counting process is repeated under the same conditions except that the drive time interval is changed to a time longer or shorter than Th0 .
  • the drive time interval is changed to a time longer or shorter than Th0 .
  • step S2106 of determining the driving time interval from the emulsion counts obtained in the repeating step S2105, the time when the emulsion count is the smallest is determined as the driving time interval Th.
  • the suction operation and the discharge operation are performed at this driving time interval, the generation of unnecessary emulsion due to unnecessary vibration of the flow is most suppressed. If there are multiple times at which the emulsion count is the lowest, any one of them, or the median or minimum value may be selected.
  • the second piezo drive height D determination step S2003 in FIG. 20 the second piezo drive height D is determined so that the desired emulsion size is obtained.
  • the second piezo drive height D determination step includes a step S2107 of acquiring the signal intensity of the emulsion, a step S2108 of repeating the step of acquiring the signal intensity of the emulsion, and a desired emulsion size can be obtained. and step S2109 of determining the second piezo drive height D of the drive voltage.
  • step S2107 of acquiring the signal intensity of the emulsion in FIG. 21 when the fractionation operation is performed at the already determined drive time interval Th under the predetermined first piezo drive height D1 determined in the previous step. Obtain the signal intensity of the emulsion.
  • step S2108 of repeating the process of acquiring the signal intensity of the emulsion the process of acquiring the signal intensity of the emulsion is repeated under the same conditions except that the piezo drive height is changed to a value larger or smaller than D1 .
  • the piezo drive height to be changed may be a drive height (voltage) that is increased or decreased by a predetermined ratio with respect to D1 .
  • the second piezo drive that can obtain the desired emulsion size has a piezo drive height that is close to the signal intensity detected from the desired emulsion size. Determine the height as D.
  • the collection start time Td determination step S2004 in FIG. 20 microparticles are passed through the sample liquid flow path 152, and the collection start time ( Determine Delay Time) Td.
  • the collection start time Td determination step includes a particle number counting step S2110, a step S2111 of repeating the particle number counting step, and a step S2112 of determining the collection start time.
  • the collection start time from microparticle detection to suction operation is set as a predetermined collection start time Td 0 , and under the conditions of the drive time interval Th and second piezo drive height D determined so far. , the number of particles passing through the emulsion detection region 164 downstream of the collection channel 159 is counted when a fractionation operation is performed.
  • a collection operation for a known number of particles for example, 10 to 1000 may be performed and the number of collected particles may be counted.
  • step S2111 of repeating the particle number counting step the particle number counting step is repeated under the same conditions except that the collection start time is changed to a time longer or shorter than Td 0 .
  • the collection start time Td to be changed may be increased or decreased by a predetermined ratio with respect to Td0 . It may be increased or decreased by a predetermined ratio, for example, from 0.01% to 5% relative to D 0 .
  • step S2112 which determines the time at which collection is to be started, from the particle count obtained in repeat step S2111, the collection start time with the highest number of particles is determined as the collection start time (optimal time) Td at which collection should be performed. decide. If there are multiple times when the number of particle counts is the highest, any time among them or the median value among them may be selected.
  • the present technology can also have the following configuration.
  • a main channel through which a first liquid containing microparticles flows; a recovery channel communicating with the main channel; an actuator that causes a pressure change in the recovery channel to perform a suction operation and a discharge operation; A control unit that applies a drive voltage to the actuator and controls a drive interval until the actuator performs the suction operation to the discharge operation and/or a drive time until the actuator completes the suction operation to the discharge operation.
  • the microparticle sorting device according to [1] or [2], wherein the actuator increases the volume of the inner space of the recovery channel.
  • the control unit is configured to control the amplitude of a flow velocity fluctuation of a pulsating flow in which a flow in a suction direction and a flow in a direction opposite to the suction direction are alternately repeated, which is generated by the suction operation, and/or in the discharge direction, which is generated by the discharge operation. Any one of [1] to [3], wherein the drive interval and/or the drive time are controlled so that the amplitude of flow velocity fluctuation of a pulsating flow in which a flow and a flow in a direction opposite to the discharge direction are alternately repeated is small. 1.
  • the microparticle sorting device according to item 1.
  • the control unit controls the peak flow rate fluctuation of a pulsating flow in which a flow in a suction direction and a flow in a direction opposite to the suction direction are alternately repeated, which is generated by the suction operation, and a flow in the discharge direction, which is generated by the discharge operation.
  • [1] to [4] controlling the driving interval and/or the driving time so that the peak of the flow velocity fluctuation of the pulsating flow in which the flow in the discharge direction and the opposite direction is alternately repeated, cancel each other out;
  • the microparticle sorting device according to any one of the above.
  • the control unit causes the actuator to perform a suction operation and a discharge operation by applying a drive voltage with a drive waveform consisting of a falling waveform and a rising waveform, and is configured to control the drive voltage application time of the falling waveform and , the microparticle sorting device according to any one of [1] to [5], wherein the driving voltage application time of the rising waveform is different.
  • the control unit causes the actuator to perform a suction operation and a discharge operation by applying a drive voltage with a drive waveform consisting of a falling waveform and a rising waveform, and is configured to control the drive voltage application time of the falling waveform and , the microparticle sorting device according to any one of [1] to [5], wherein the driving voltage application time of the rising waveform is the same.
  • the recovery channel collect microparticles to be separated among the microparticles and/or an emulsion included in a second liquid in which the first liquid is immiscible with the first liquid.
  • the microparticle sorting device according to any one of [1] to [7].
  • microparticle sorting device according to any one of [1] to [8], further comprising an emulsion detection section that detects the microparticles and/or the emulsion in the recovery channel.
  • the control unit according to [9] automatically controls the drive voltage, drive interval, and drive time of the actuator based on the optical information from the microparticles and/or the emulsion detected by the emulsion detection unit.
  • Microparticle sorting device is any one of [1] to [8], further comprising an emulsion detection section that detects the microparticles and/or the emulsion in the recovery channel.
  • the main flow path further includes a particle detection unit that detects microparticles to be separated in the first liquid flowing through the main flow path, [9] or [10], wherein the control unit controls the time from detection of the microparticles in the particle detection unit to the suction operation based on optical information from the microparticles detected by the emulsion detection unit.
  • a suction operation and a discharge operation are performed by causing a pressure change in the recovery channel, a control step of controlling a drive interval from the suction operation to the discharge operation and/or a drive time from the suction operation to the completion of the discharge operation;
  • Microparticle separation methods including
  • Microparticle sorting device 101 First light irradiation section 102 Particle detection section 103 Control section 104 Signal processing section 105 Judgment section 106 Preparation control section 107 Actuator 108 Emulsion detection section 109 Second light irradiation section 150 Micro for microparticle separation Chip 155 Main channel 156 Particle detection region 157 Particle separation section 158 Waste channel 159 Recovery channel 164 Emulsion detection region 165 Pressure chamber

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Abstract

目的の微小粒子のみを高効率かつ高純度で分取することができる微小粒子分取装置を提供すること。　本技術は微小粒子を含む第一液体が通流される主流路と、前記主流路に連通する回収流路と、前記回収流路内に負圧を発生させることにより前記微小粒子を吸引する吸引動作と、前記回収流路内に圧力変化を生じさせて吸引動作と吐出動作とを行うアクチュエータと、当該アクチュエータに駆動電圧を印加し、前記アクチュエータが前記吸引動作から前記吐出動作を行うまでの駆動間隔及び／又は前記アクチュエータが前記吸引動作から前記吐出動作を完了させるまでの駆動時間を制御する制御部と、を備える微小粒子分取装置を提供する。

Description

微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法
　本技術は、微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法に関する。
　流路内に微小粒子を含むシースフローを形成し、シースフロー中の微小粒子に光を照射して微小粒子から発生する蛍光及び散乱光を検出し、所定の光学特性を示す微小粒子群（ポピュレーション）を分別回収する微小粒子分取装置が知られている。例えば、フローサイトメータでは、サンプル中に含まれる複数種類の細胞を蛍光色素により標識し、各細胞に標識された蛍光色素を光学的に識別することによって、特定の種類の細胞のみを分別回収することが行われている。
　特許文献１及び特許文献２には、プラスチック製及びガラス製などのマイクロチップに形成された流路内にシースフローを形成して分析を行うマイクロチップ型の微小粒子分取装置が開示されている。
　特許文献１に開示される微小粒子分取装置は、アクチュエータに印加される電圧を制御して、分岐流路内にステップ波形成分とアンダーシュート波形成分とを含む圧力変化を生じさせるものである。この微小粒子分取装置によれば、微小粒子の引き込みに必要な体積の流体を分岐流路内に取り込むことができると同時に分岐流路内への微小粒子の引き込み動作を高速化できる。
　特許文献２に開示される微小粒子分取装置は、アクチュエータにパルス波形、ステップ波形又はアンダーシュート付ステップ波形のいずれかの駆動波形を印加し、前記パルス波形の印加を、立下り波形部と立上り波形部とで個別に制御するものである。この微小粒子分取装置によれば、次の分取対象微小粒子を取り込む際に妨げとなるような復帰動作を未然に回避することができ、分取対象微小粒子の取得率を向上させることができる。
特許第６１７２１４７号公報 特許第６０３６４９６号公報
　分析のさらなる高速化と高精度化のため、微小粒子分取装置では、流路を通流するシースフローから目的とする微小粒子を高速かつ安定して取り出すための技術が求められている。しかしながら、従来の技術では、微小粒子を分取時に、アクチュエータの吸引動作と吐出動作のそれぞれに伴う圧力変化により流路内に吸引方向の流れとその逆の方向である吐出方向の流れが交互に繰り返される脈流（不要振動ともいう）が発生し、目的の微小粒子のみを高効率かつ高純度に分取することができない。本技術は、目的の微小粒子のみを高効率かつ高純度で分取することができる微小粒子分取装置を提供することを主な目的とする。
　そこで、本発明者らは、微小粒子の分取動作時のアクチュエータによる吸引動作及び吐出動作後に流路内に発生する流れの不要振動に対して、吸引動作及び吐出動作を互いの振動特性を打ち消すような時間間隔で行うことにより不要振動を抑制し、目的の微小粒子を高効率かつ高純度で分取できることを見出した。
　すなわち、本技術は、
　微小粒子を含む第一液体が通流される主流路と、
　前記主流路に連通する回収流路と、
　前記回収流路内に圧力変化を生じさせて吸引動作と吐出動作とを行うアクチュエータと、
　当該アクチュエータに駆動電圧を印加し、前記アクチュエータが前記吸引動作から前記吐出動作を行うまでの駆動間隔及び／又は前記アクチュエータが前記吸引動作から前記吐出動作を完了させるまでの駆動時間を制御する制御部と、
を備える微小粒子分取装置を提供する。
　前記吸引動作は前記回収流路内に負圧を発生させることにより行われうる。
　前記アクチュエータは、前記回収流路の内空の体積を増大させうる。
　前記制御部は、前記吸引動作により発生する、吸引方向の流れと当該吸引方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動の振幅及び／又は前記吐出動作により発生する、吐出方向の流れと当該吐出方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動の振幅が小さくなるように前記駆動間隔及び／又は前記駆動時間を制御しうる。
　前記制御部は、前記吸引動作により発生する、吸引方向の流れと当該吸引方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動のピークと、前記吐出動作により発生する、吐出方向の流れと当該吐出方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動のピークとが、互いに相殺されるように前記駆動間隔及び／又は前記駆動時間を制御しうる。　前記制御部は、前記アクチュエータに、立下り波形と立上り波形とから構成される駆動波形の駆動電圧を印加することにより吸引動作と吐出動作とを行わせ、前記立下がり波形の駆動電圧印加時間と、前記立上り波形の駆動電圧印加時間とが異なりうる。
　前記制御部は、前記アクチュエータに、立下り波形と立上り波形とから構成される駆動波形の駆動電圧を印加することにより吸引動作と吐出動作とを行わせ、前記立下がり波形の駆動電圧印加時間と、前記立上り波形の駆動電圧印加時間とが同一でありうる。
　本技術に従う微小粒子分取装置は、前記回収流路内において、前記微小粒子のうち分取対象となる微小粒子及び／又は前記第一液体が前記第一液体と非混和性である第二液体中に包含されエマルションを回収しうる。
　また、本技術に従う微小粒子分取装置は、さらに、前記回収流路内に、前記微小粒子及び／又は前記エマルションを検出するエマルション検出部を備えうる。
　前記制御部は、前記エマルション検出部で検出された前記微小粒子及び／又は前記エマルションからの光学情報に基づき、前記アクチュエータの駆動電圧、駆動間隔及び駆動時間を自動制御しうる。
　本技術に従う微小粒子分取装置において、前記主流路は、前記主流路内を通流する第一液体中の分取対象となる微小粒子を検出する粒子検出部をさらに有し、
　前記制御部は、前記エマルション検出部で検出された前記微小粒子からの光学情報に基づき、前記粒子検出部における前記微小粒子の検出から前記吸引動作までの時間を制御しうる。
　本技術は、
　アクチュエータの吸引動作により発生する負圧により、主流路を通流する第一液体中の微小粒子を、前記主流路に連通する回収流路内に回収する回収工程と、
　当該回収工程において、前記回収流路内に圧力変化を生じさせて吸引動作と吐出動作とが行われ、
　前記吸引動作から前記吐出動作を行うまでの駆動間隔及び／又は前記吸引動作から前記吐出動作が完了するまでの駆動時間を制御する制御工程と、
を含む微小粒子分取方法を提供する。
本技術に係る微小粒子分取装置に搭載されるマイクロチップの構成を説明する図である。 主流路内において、微小粒子を含むサンプル液とシース液とから層流が形成される様子を示す摸式図である。 粒子分取部の一例の拡大図である。 制御部の一例のブロック図である。 分取対象となる微小粒子Ｐｏを回収流路内に吸引する場合の流路内の状況を示す摸式図である。 本技術に係る微小粒子分取装置１００に搭載されるマイクロチップ１５０の構成を説明する平面図である。 本技術に係る微小粒子分取装置１００に搭載されるマイクロチップ１５０とアクチュエータの構成を説明する図である。 本技術に係る微小粒子分取装置１００に搭載されるマイクロチップ１５０の構成を説明する断面図である。 マイクロチップの主流路１５５と回収流路１５９の分岐部の構成を説明する図である。 マイクロチップの圧力室１６５の機能を説明する図である。 ピエゾ駆動電圧の基本的な駆動波形を説明する図である。 アクチュエータにより吸引動作と吐出動作をそれぞれ行った場合における圧力室の体積変化と接続流路内の流速変化に関するシミュレーションの解析結果を示す図である。 アクチュエータによる吸引動作と吐出動作を接続流路１７０内における流れの不要振動を抑制するような駆動間隔で制御した場合の接続流路１７０内の流速変化に関するシミュレーションの解析結果を示す図である。 アクチュエータによる吸引動作と吐出動作を不要振動が抑制される駆動間隔で行った場合における接続流路１７０内でのエマルションＥの生成を示す写真である。 駆動波形において立下り波形の駆動電圧印加時間（立下り傾斜）と立上り波形の駆動電圧印加時間（立上り傾斜）を同一時間とし、アクチュエータによる吸引動作と吐出動作を比較的短い駆動間隔で行った場合における接続流路１７０内の流速変化に関するシミュレーションの解析結果を示す図である。 アクチュエータによる吸引動作と吐出動作を比較的短い駆動間隔で行った場合における接続流路１７０内でのエマルション生成を示す写真である。 立上り波形の駆動電圧印加時間を３０ｕｓｅｃ、６０ｕｓｅｃ、１２０ｕｓｅｃと変更した際の接続流路１７０内の流速のシミュレーション結果を示す図である。 立下り波形の駆動電圧印加時間と立上り波形の駆動電圧印加時間とが異なり、立下り波形の傾斜と立上り波形の傾斜が異なる場合の接続流路１７０内の流速のシミュレーション結果を示す図である。 第２の実施形態に係る微小粒子分取方法のフローチャートである。 第３の実施形態に係る微小粒子分取方法のフローチャートである。 第３の実施形態に係る微小粒子分取方法を詳細に説明するフローチャートである。 種々の駆動時間間隔Ｔｈにおける回収流路に生成されたエマルションカウント数を示す図である。 種々の回収開始時間Ｔｄにおける回収流路に回収された粒子のカウント数を示す図である。
　以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、本技術の範囲がこれらの実施形態のみに限定されることはない。なお、本技術の説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施形態（微小粒子分取装置）
（１）第１の実施形態の説明
（２）微小粒子分取装置の例
２．第２の実施形態（微小粒子分取方法）
（１）回収工程Ｓ１９０１
（２）制御工程Ｓ１９０２
３．第３の実施形態（微小粒子分取方法）
（１）第１ピエゾ駆動高さ決定工程Ｓ２００１
（２）駆動時間間隔決定工程Ｓ２００２
（３）第２ピエゾ駆動電圧高さ決定工程Ｓ２００３
（４）回収開始時間決定工程Ｓ２００４
１．第１の実施形態（微小粒子分取装置）
（１）第１の実施形態の説明
　本技術に係る微小粒子分取装置は、微小粒子を含む第一液体が通流される主流路と、前記主流路に連通する回収流路と、前記回収流路内に圧力変化を生じさせて吸引動作と吐出動作とを行うアクチュエータと、当該アクチュエータに駆動電圧を印加し、前記アクチュエータが前記吸引動作から前記吐出動作を行うまでの駆動間隔及び／又は前記アクチュエータが前記吸引動作から前記吐出動作を完了させるまでの駆動時間を制御する制御部とを備える微小粒子分取装置である。
　以下では、まず本技術の第１の実施形態である微小粒子分取装置の構成例を説明する。
（２）微小粒子分取装置の例
　本技術に係る微小粒子分取装置は、閉鎖空間内で分取対象となる微小粒子の分取を行う装置として構成されてよく、例えば微小粒子の進行する流路を制御することによって微小粒子の分取を行う装置として構成されてよい。図１に、本技術に従う微小粒子分取装置の構成を示す。同図には、当該装置に取り付けられる微小粒子分取用マイクロチップ（以下「マイクロチップ」ともいう）の流路構造の例も示されている。
　図１に示されるとおり、微小粒子分取装置１００は、第一光照射部１０１、粒子検出部１０２、第二光照射部１０９、アクチュエータ１０７（図4参照）、エマルション検出部１０８、及び制御部１０３を備えている。微小粒子分取装置１００はさらにマイクロチップ１５０を備えている。マイクロチップ１５０は、交換可能に微小粒子分取装置１００に取り付けられてよい。制御部１０３は、図４に示されるとおり、信号処理部１０４、判定部１０５、及び分取制御部１０６を含みうる。
　以下で、まず微小粒子分取用マイクロチップ１５０について説明し、次に、微小粒子分取装置１００による分取処理を説明しながら、当該装置の他の構成要素について説明する。なお、以下の図面中において同じ符号は、同じ構成を示すので最初の説明以後は説明を省略する。
　図１に示されるとおり、微小粒子分取用マイクロチップ１５０には、サンプル液インレット１５１及びシース液インレット１５３が設けられている。これらインレットから分取対象となる微小粒子を含む第一液体から構成されるサンプル液及び前記微小粒子を含まない第一液体のみから構成されるシース液が、それぞれサンプル液流路１５２及びシース液流路１５４に導入される。
　微小粒子分取用マイクロチップ１５０は、前記サンプル液が流れるサンプル液流路１５２及び前記シース液が流れるシース液流路１５４が合流部１６２で合流して主流路１５５となる流路構造を有する。図２に示すとおり、前記サンプル液及び前記シース液が合流部１６２で合流して、例えば、サンプル液の周囲がシース液で囲まれた層流が形成される。好ましくは、層流中には微小粒子が略一列に並んでいる。このように、本技術において前記流路構造によって、略一列に並んで流れる微小粒子を含む層流が形成される。
　前記層流は、主流路１５５を、粒子分取部１５７に向かって流れる。好ましくは、微小粒子は、主流路１５５内を一列に並んで流れている。これにより、以下で説明する粒子検出領域１５６における光照射において、１つの微小粒子への光照射により生じた光と他の微小粒子への光照射により生じた光とを区別しやすくなる。
　微小粒子分取用マイクロチップ１５０は、粒子検出領域１５６を有する。粒子検出領域１５６において、主流路１５５を流れる微小粒子に対して第一光照射部１０１が光を照射し、当該光照射により生じた光を粒子検出部１０２が検出する。粒子検出部１０２により検出された光の特徴に応じて、制御部１０３に含まれる判定部１０５が、微小粒子が分取対象となる微小粒子であるかを判定する。例えば、判定部１０５は、前方散乱光、側方散乱光、後方散乱光等の散乱光に基づく判定、同一又は複数の波長を有する蛍光に基づく判定、又は、画像（例えば、暗視野画像及び／又は明視野画像など）に基づく判定を行いうる。
　図１に示される微小粒子分取用マイクロチップ１５０は、微小粒子が通流される主流路１５５と、前記微小粒子のうち分取対象となる微小粒子が分取され、前記分取対象となる微小粒子及びエマルションが回収される回収流路１５９と、分取対象ではない微小粒子が廃棄される廃棄流路１５８を含む。微小粒子分取用マイクロチップ１５０には、粒子分取部１５７が設けられている。粒子分取部１５７の拡大図が図３に示されている。図３Ａに示されるとおり、粒子分取部１５７は、微小粒子Ｐが通流される主流路１５５と回収流路１５９とを接続する接続流路１７０を含む。微小粒子Ｐのうち分取対象となる微小粒子Ｐｏは、図３Ｂに示されるとおり、接続流路１７０を通って、回収流路１５９へと流れる。分取対象ではない微小粒子Ｐｗは、図３Ｃに示されるとおり、廃棄流路１５８へと流れる。接続流路１７０の上下方向に前記第一液体と非混和性である第二液体を供給可能な液体供給流路１６１が接続されている。以上のとおり、微小粒子分取用マイクロチップ１５０は、主流路１５５、廃棄流路１５８、回収流路１５９、接続流路１７０、及び液体供給流路１６１を含む流路構造を有する。
　粒子分取部１５７において、主流路１５５を流れてきた前記層流は、廃棄流路１５８へと流れる。また、粒子分取部１５７において、分取対象となる微小粒子Ｐｏが流れてきた場合にのみ、回収流路１５９への流れが形成されて、前記微小粒子Ｐｏが分取される。当該微小粒子Ｐｏが回収流路１５９へと吸い込まれる際には、前記層流を構成するサンプル液又は前記層流を構成するサンプル液及びシース液も回収流路１５９へと流れうる。
　分取対象ではない微小粒子Ｐｗが回収流路１５９へと入ることを防ぐために、図３Ａに示されるとおり、液体供給流路１６１が接続流路１７０に接続されていてもよい。当該液体供給流路１６１から第二液体が接続流路１７０へと導入され、主流路１５５及び、回収流路１５９の両方へ流れる。この接続流路１７０から主流路１５５への上流方向へ向かう流れが形成されることで、分取対象ではない微小粒子Ｐｗが回収流路１５９へと入ることが防がれる。
　微小粒子分取装置１００は、前記回収流路１５９内に圧力変化を生じさせて吸引動作と吐出動作とを行うアクチュエータ１０７を備える。分取対象となる微小粒子の回収流路１５９内への吸引は、アクチュエータ１０７によって回収流路１５９内に負圧を発生させ、この負圧を利用して前記微小粒子を含むサンプル液及びシース液を回収流路１５９内に吸い込むことによって行われる。すなわち、アクチュエータ１０７は回収流路１５９内に負圧を発生させることにより前記微小粒子を吸引する吸引動作を行う。アクチュエータ１０７は、ピエゾ素子などの圧電素子とされる。アクチュエータ１０７は、マイクロチップ１５０の表面に接触して配置され、回収流路１５９に対応する位置に配置されている。より具体的には、アクチュエータ１０７は、回収流路１５９において内空が拡張された領域として設けられた圧力室１６５に対応する位置に配置されている（図７及び図８参照）。
　圧力室１６５の内空は、図６に示されるように平面方向（回収流路１５９の幅方向）に拡張されるとともに、図８に示されるように断面方向（回収流路１５９の高さ方向）にも拡張されている。すなわち、回収流路１５９は、圧力室１６５において幅方向及び高さ方向に拡張されている。換言すると、回収流路１５９は、圧力室１６５においてサンプル液及びシース液の流れ方向に対する垂直断面が大きくなるように形成されている。
　アクチュエータ１０７は、印加される駆動電圧の変化に伴って伸縮力を発生し、マイクロチップ１５０の表面（接触面）を介して回収流路１５９内に圧力変化を生じさせる。回収流路１５９内の圧力変化に伴って回収流路１５９内に流動が生じると、同時に、回収流路１５９内の体積が変化する。回収流路１５９内の体積は、印加される駆動電圧に対応したアクチュエータ１０７の変位量によって規定される体積に到達するまで変化する。より具体的には、アクチュエータ１０７は、駆動電圧を印加されて伸張した状態においては、圧力室１６５を構成する変位板１６７（図８参照）を押圧して圧力室１６５の体積を小さく維持している。そして、印加される駆動電圧が低下すると、アクチュエータ１０７は収縮する方向へ力を発生し、変位板１６７への押圧を弱めることによって圧力室１６５内に負圧を発生させる。
　アクチュエータ１０７の伸縮力を効率良く圧力室１６５内へ伝達するため、図８に示すように、マイクロチップ１５０の表面を圧力室１６５に対応する位置において陥凹させ、該陥凹内にアクチュエータ１０７を配置することが好ましい。これにより、アクチュエータ１０７の接触面となる変位板１６７を薄くでき、変位板１６７がアクチュエータ１０７の伸縮に伴う押圧力の変化によって容易に変位して、圧力室１６５の体積変化をもたらすようにできる。
　アクチュエータ１０７は、分取対象となる微小粒子の回収流路１５９内への吸引により変形させた圧力室１６５を元の状態に復帰させるため、圧力室１６５の体積を一定量減少させることにより正圧を発生させる。吸引力はピエゾ素子の駆動電圧の駆動波形によって調整されてもよく、またピエゾ素子の駆動電圧により調整されてもよい。なお、回収流路１５９自体を圧力室として機能させてもよい。圧力室１６５内の圧力は減少されうる。圧力室１６５内の圧力を減少させることによって吸引力を生じさせて、分取対象となる微小粒子Ｐｏを回収流路１５９内に導く。また、圧力室１６５内の圧力は増加されうる。圧力室１６５内の圧力を増加させることによって、吐出力を生じさせて、分取対象ではない微小粒子Ｐｗの回収流路１５９内への侵入を防ぐ。このように圧力室１６５内の圧力の調節によって、分取対象となる微小粒子Ｐｏのみの分取が可能となる。
　図９中、符号１６９により、主流路１５５への接続流路１７０の連通口を示す。主流路１５５内に形成されたシースフロー中を送流される分取対象となる微小粒子Ｐｏは、連通口１６９から接続流路１７０を通り回収流路１５９内に取り込まれる。
　主流路１５５から回収流路１５９への分取対象となる微小粒子Ｐｏの取り込みを容易にするため、連通口１６９は、図９Ｃに示すように、主流路１５５内に形成されるシースフロー中のサンプル液層流Ｓに対応する位置に開口されていることが望ましい。連通口１６９の形状は、特に限定されないが、例えば図９Ａに示すような平面に開口する形状や、図９Ｂに示すように２本の廃棄流路１５８の流路壁を切り欠いて開口とする形状を採用できる。
　本技術に係る微小粒子分取装置に用いられる微小粒子分取用マイクロチップは、当技術分野で既知の方法により製造されうる。例えば、上記１．で述べたとおりの流路が形成された２枚の基板を貼り合わせることにより製造することができる。流路は、２枚の基板の両方に形成されていてもよく、又は、一方の基板にのみ形成されていてもよい。基板の貼り合わせ時における位置の調整をより容易にするために、流路は、一方の基板にのみ形成されうる。
　本技術に係る微小粒子分取装置に用いられる微小粒子分取用マイクロチップを形成する材料として、当技術分野で既知の材料が用いられうる。例えば、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス、及びシリコンが挙げられるがこれらに限定されない。特に、加工性に優れており且つ成形装置を使用して安価にマイクロチップを製造することができることから、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン等の高分子材料が特に好ましい。
　本技術に係る微小粒子分取装置は、前記エマルション検出部１０８で検出された光の情報に基づいて、前記粒子分取部１５７での分取条件を制御する制御部１０３を備える。図４に示すとおり、制御部１０３には、検出された光を粒子検出部１０２及び／又はエマルション検出部１０８がアナログ電気信号又はデジタル電気信号に変換し、これらが伝送される信号処理部１０４が備えられていてもよい。信号処理部１０４から処理された前記電気信号が判定部１０５に伝送され、判定部１０５が、前記粒子検出部１０２において、分取対象となる微小粒子であると判定した場合、アクチュエータ１０７を制御する分取制御部１０６が備えられていてもよい。当該分取制御部１０６は、アクチュエータ１０７におけるピエゾ駆動電圧、ピエゾ駆動波形により、吸引力を制御することができる。また、前記エマルション検出部１０８からの光の情報として、前方散乱光検出によってエマルションの有無に関する情報が得られ、蛍光検出、側方散乱光検出、後方散乱光検出によってエマルション内の分取対象となる微小粒子の有無に関する情報が得られる。さらに、当該制御部１０３は、分取条件として、前記粒子分取部１０２における吸引の強さである吸引力を制御するピエゾ駆動高さＤ、前記粒子分取部１０２における吸引動作と吐出動作の間の時間間隔である駆動時間間隔Ｔｈ、又は前記粒子検出部１０２における前記微小粒子の検出から前記粒子分取部１５７における前記微小粒子を吸引するまでの時間である回収開始時間Ｔｄを調整することもできる。
　前記制御部１０３は、前記ピエゾ駆動高さを変更し、蛍光、側方散乱光、後方散乱光のいずれかを検出し、前記エマルション検出部１０８で検出された前記エマルションのシグナル強度を取得し、エマルションが生成されたと判断される所定のシグナル強度の閾値より大きいシグナル強度が得られたピエゾ駆動高さをエマルション生成可能なピエゾ駆動高さＤ１として決定することができる。前記シグナル強度は、面積シグナル、ピークシグナル、幅シグナルであってもよい。
　前記制御部１０３は、前記駆動時間間隔を変更し、蛍光、側方散乱光、後方散乱光のいずれかを検出し、前記エマルション検出部１０８で検出された前記エマルションの数をカウントし、前記カウント数が最小となる時間を流れの不要振動を抑制する駆動時間間隔Ｔｈとして決定することができる。
　前記制御部１０３は、前記ピエゾ駆動高さを変更し、蛍光、側方散乱光、後方散乱光のいずれかを検出し、前記エマルション検出部１０８で検出された前記エマルションのシグナル強度を取得し、シグナル強度とエマルションサイズの間に相関関係があることから、所望のエマルションサイズから検出されるシグナル強度に近いシグナル強度が得られたピエゾ駆動高さを所望のエマルションサイズを取得可能なピエゾ駆動高さＤとして決定することができる。
　前記制御部１０３は、微小粒子検出から吸引動作までの回収開始時間を変更し、蛍光、側方散乱光、後方散乱光のいずれかを検出し、前記エマルション検出部１０８で検出された前記エマルション内の微小粒子の数をカウントし、前記カウント数が最大となる回収開始時間を最適回収開始時間Ｔｄとして決定することができる。
　本技術に係る微小粒子分取装置１００は、分取対象となる微小粒子が分取できたかを確認するために、さらに、前記粒子検出部１０２で検出された前記微小粒子に関する情報と前記エマルション検出部１０８で検出された前記エマルション内の微小粒子に関する情報を統合する情報処理部（図示しない）を備えていてもよい。
　このような流路構造を有する微小粒子分取用マイクロチップ１５０において、分取対象となる微小粒子Ｐｏが分取される場合に、主流路１５５から接続流路１７０を通って回収流路１５９へと進む流れ（以下、「微小粒子分取時の流れ」ともいう）が形成される。分取対象となる微小粒子Ｐｏが分取される場合以外においては、微小粒子分取時の流れは形成されない。微小粒子分取時の流れを形成するために、前記圧力室１６５の圧力が減少されうる。当該圧力の減少によって、液体供給流路１６１からの第二液体の流れにより生じる接続流路１７０から主流路１５５への流れよりも強い流れが、主流路１５５から回収流路１５９に向かって形成され、その結果、分取対象となる微小粒子Ｐｏが回収流路１５９内に分取される。
　微小粒子分取時の流れは、回収流路１５９内を負圧にすることで形成されうる。すなわち、回収流路１５９内を負圧にすることで、分取対象となる微小粒子Ｐｏが回収流路１５９内に吸引される。前記微小粒子Ｐｏの吸引は、粒子検出領域１５６において粒子検出部１０２により検出された光に基づいて、制御部１０３に含まれる判定部１０５が微小粒子を分取するべきであると判定した場合に、粒子検出領域１５６を微小粒子が通過したときから所定の時間が経過した時点において行われる。より精度の高い微小粒子分取のためには、どの程度の時間が経過した時点において吸引が行われるべきかを最適化する必要がある。すなわち、前記粒子検出部１０２における前記微小粒子の検出から前記粒子分取部１５７における前記微小粒子を吸引するまでの時間である回収開始時間を最適化する必要がある。粒子分取部１５７に含まれる接続流路１７０内では、前記第一液体が第二液体に包含され、前記微小粒子を含むエマルションと前記微小粒子を含まないエマルションが生成される。
　分取対象となる微小粒子Ｐｏを回収流路１５９内に吸引する場合に、前記微小粒子Ｐｏと一緒に当該微小粒子Ｐｏを含む第一液体から構成されるサンプル液及び／又は前記微小粒子Ｐｏを含まず、第一液体のみから構成されるシース液が回収流路１５９内に吸引される。エマルションの生成にはある一定以上の吸引力が必要となる。吸引力によりエマルションの大きさは変化し、適用される吸引力が大きすぎる場合、前記微小粒子Ｐｏと一緒に回収流路１５９内に吸引される前記サンプル液及び／又は前記シース液の量が多くなり、分取された前記微小粒子Ｐｏの密度が下がるため、望ましくない。また、吸引力が大きすぎる場合、エマルションが分裂して、一度の吸引で複数のエマルションが生成するため、望ましくない。一方、適用される吸引力が小さすぎる場合、分取対象となる微小粒子Ｐｏが分取されない可能性が高まる。そのため、適用される吸引力についても最適化することが望ましい。
　接続流路１７０内へ吸引された分取対象となる微小粒子Ｐｏは、図１０Ａに示すように、圧力室１６５内にまで取り込まれる。図中、符号１６８は、圧力室１６５への分取対象となる微小粒子Ｐｏの取込口を示す。前記微小粒子Ｐｏを含むサンプル液及びシース液の流れは、内空が拡張された圧力室１６５に流入する際に噴流（ジェット）となり、流路壁面から剥離する（図１０Ａ中矢印参照）。このため、前記微小粒子Ｐｏは、取込口１６８から離れて、圧力室１６５の奥まで取り込まれる。
　分取対象となる微小粒子Ｐｏを主流路１５５から圧力室１６５内にまで引き込むため、圧力室１６５の内空の体積の増大量は、連通口１６９から引込口１６８までの接続流路１７０の体積（図８参照）よりも大きくされる。また、圧力室１６５の体積の増大量は、分取対象となる微小粒子Ｐｏを含むサンプル液及びシース液の流れを取込口１６８において流路壁面から剥離させるために十分な負圧を発生するような大きさとされる。制御部１０３は、これらの体積増大量に見合った電圧幅のピエゾ収縮信号をアクチュエータ１０７に出力する。
　このように、分取対象となる微小粒子Ｐｏを回収流路１５９において内空が拡張された圧力室１６５の奥にまで取り込むようにすることで、回収流路１５９内の圧力が逆転して正圧になった場合にも、前記微小粒子Ｐｏが圧力室１６５から主流路１５５側へ再流出することを防止できる。すなわち、図１０Ｂに示すように、回収流路１５９内が正圧となった場合にも、サンプル液及びシース液が取込口１６８の近傍から広く流出するため、取込口１６８から離れた位置まで取り込まれた前記微小粒子Ｐｏそのものの移動量は小さくなる。このため、前記微小粒子Ｐｏは、再流出することなく、圧力室１６５内に保持される。
　図１１を参照して、アクチュエータ１０７に印加されるピエゾ駆動電圧の基本的な駆動波形を説明する。駆動波形は立下り波形（立下り傾斜）と立上り波形（立上り傾斜）とから構成されている。立下り波形は、吸引動作のため圧力室１６５を変形させ負圧を発生させるために印加される。立上り波形は、吐出動作のため吸引動作により変形させられた圧力室１６５を元の状態に復帰させるために印加される。このとき、立上り波形のピエゾ駆動電圧印加時は圧力室１６５の体積の減少を伴うため正圧が発生する。駆動波形においては、ピエゾ駆動高さＤ（電圧）、立下り波形の駆動電圧印加時間（立下り傾斜）、立上り波形の駆動電圧印加時間（立上り傾斜）、立下り波形と立上り波形の時間間隔（駆動時間間隔Ｔｈ）が制御パラメータとして用いられる。
　図１２は、マイクロチップの材料にプラスチックを使用し、アクチュエータ１０７により吸引動作と吐出動作をそれぞれ行った場合における圧力室１６５の体積変化と接続流路１７０内の流速変化に関するシミュレーションの解析結果を示す図である。図１２に示すとおり、吸引動作では、立下り波形の駆動電圧を印加することにより、圧力室１６５の体積が増大する方向に変形させられ、接続流路１７０内の流れは圧力室１６５方向に加速する。このとき、液体吸引に伴う圧力変化により流路内壁面は弾性変形し弾性振動が生じる。この弾性振動により圧力室１６５の体積変動が発生し圧力室１６５内に圧力振動が発生する。この圧力振動により接続流路１７０内において、回収流路１５９に向かう吸引方向（以下、負方向ともいう。）の流れとその逆の吐出方向（以下、正方向ともいう。）の流れを交互に繰り返す脈流（不要振動）が引き起こされる。
　図１２に示すとおり、吐出動作では、立上り波形の駆動電圧を印加することにより、圧力室１６５の体積が減少する方向に変形させられ、接続流路１７０内の流れは圧力室１６５方向とは逆の吐出方向に加速する。吐出動作においても、流路内壁面の弾性振動が生じ、接続流路１７０内に脈流（不要振動）が引き起こされる。なお、吐出動作時の脈流（不要振動）の振動特性は吸引動作時に発生する脈流（不要振動）の振動特性と逆の特性となる。
　図１３は、駆動波形において立下り波形の駆動電圧印加時間（立下り傾斜）と立上り波形の駆動電圧印加時間（立上り傾斜）を同一時間とし、アクチュエータ１０７による吸引動作と吐出動作を接続流路１７０内における流れの不要振動を抑制するような駆動間隔及び／又は駆動時間で制御した場合の接続流路１７０内の流速変化に関するシミュレーションの解析結果を示す図である（駆動波形：立下り時間（３０ｕｓｅｃ）－立上り時間（３０ｕｓｅｃ）－駆動間隔（１５０ｕｓｅｃ））。なお、駆動間隔とは、アクチュエータ１０７が吸引動作から吐出動作を行うまでの時間をいう。制御部１０３は、吸引動作により発生する、吸引方向の流れと吸引方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動の振幅及び／又は前記吐出動作により発生する、吐出方向の流れと吐出方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動の振幅が小さくなるように駆動間隔及び／又は駆動時間を制御する。また、制御部１０３は、吸引動作により発生する、吸引方向の流れと吸引方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動のピークと、吐出動作により発生する、吐出方向の流れと吐出方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動のピークとが、互いに相殺されるように駆動間隔及び／又は駆動時間を制御する。図１３に示されるとおり、この駆動条件では、吸引動作後の振動特性と吐出動作後の振動特性が反対の位相で重なり合い、互いの振動特性を打ち消しあうように作用し、流速変化の第１のピーク後における流速変化の振幅が小さくなっている。すなわち、この駆動条件により接続流路１７０内における流れの不要振動の発生を抑制することができる。このように不要振動を抑制することにより吸引動作から吐出動作を行うまでの駆動間隔を短くすることができ、高効率な回収が可能となる。
　吸引動作から吐出動作を行うまでの駆動間隔を適切な時間に調整することにより、接続流路１７０内における流れの不要振動の発生を抑制し、分取対象となる微小粒子Ｐｏの分取後から次の分取対象となる微小粒子Ｐｏの分取動作までの時間間隔を短くすることができ、高効率な分取が可能となる。また、不要振動を抑制することにより、不要振動による分取対象ではない微小粒子Ｐｗの吸引が発生せず、分取対象となる微小粒子Ｐｏを高純度で分取することが可能となる。
　図１４Ａはアクチュエータ１０７による吸引動作と吐出動作を不要振動が抑制される駆動間隔で行った場合における接続流路１７０内でのエマルションＥ１の生成を示す写真である。図１４Ａ中の白矢印で示す箇所に図１４Ｂに示される流速変化の第１ピークに対応するエマルションＥ１が生成している。なお、エマルションＥ１内には分取対象となる微小粒子Ｐｏが含まれている（図示しない）。図１４Ｂはアクチュエータによる吸引動作と吐出動作を不要振動が抑制される駆動間隔で行う場合の接続流路１７０内における流速変化を示す図である。図１４Ａ、及び図１４Ｂに示すとおり、不要振動に起因する複数のピークが存在しないため、1回の吸引動作で分取対象となる微小粒子Ｐｏを含む1個のエマルションＥ１を生成することができ、分取対象となる微小粒子Ｐｏを含むエマルションＥ１を高純度で生成することができ、また、エマルションサイズも均一なものとすることができる。また、この場合、不要なエマルションＰｗの生成を抑制することが可能となる。
　図１５は、特許文献１に開示されたように、駆動波形において立下り波形の駆動電圧印加時間（立下り傾斜）と立上り波形の駆動電圧印加時間（立上り傾斜）を同一時間とし、アクチュエータ１０７による吸引動作と吐出動作を比較的短い駆動間隔で行った場合における接続流路１７０内の流速変化に関するシミュレーションの解析結果を示す図である（駆動波形：立下り時間（３０ｕｓｅｃ）－立上り時間（３０ｕｓｅｃ）－駆動間隔（４０ｕｓｅｃ））。図１５に示されるとおり、この駆動条件では、接続流路１７０内の流速は大きく脈動している。吸引動作後の振動特性と吐出動作後の振動特性が近い位相で重なり合い、互いの振動特性を強め合うように作用し、流速変化の振幅が大きくなり、不要振動に起因する第２ピークと第３ピークが存在する。すなわち、従来の駆動条件では接続流路１７０内における流れの不要振動が大きくなっている。従来の駆動条件では、接続流路１７０の流路径が大きくなると接続流路１７０内での不要振動が大きくなる。分取対象となる微小粒子Ｐｏを吸引後に次の分取対象となる微小粒子Ｐｏを吸引するためには、接続流路１７０内の流速の不要振動が収束し、吸引動作前の状態に戻っている必要があり、不要振動が収束するまでの待機時間が必要となるので高効率の吸引を行うことができない。また、接続流路１７０内において流速の不要振動が大きい場合、第２ピーク、第３ピークでも微小粒子を吸引する可能性があり、分取対象ではない微小粒子Ｐｗを吸引し、分取対象となる微小粒子Ｐｏの純度が低下してしまう。
　図１６Ａはアクチュエータ１０７による吸引動作と吐出動作を比較的短い駆動間隔で行った場合における接続流路１７０内でのエマルションＥ１、エマルションＥ２の生成を示す写真である。図１６Ａ中の白矢印で示す箇所に図１６Ｂに示される流速変化の第１ピーク、第２ピークのそれぞれに対応するエマルションＥ１、エマルションＥ２が生成する。図１６Ｂはアクチュエータ１０７による吸引動作と吐出動作を比較的短い駆動間隔で行う場合の流速変化を示す図である。図１６Ａ、図１６Ｂに示すとおり、不要振動に起因する複数のピークが存在し、1回の吸引動作でサイズの異なる複数のエマルションＥ１、Ｅ２が生成する。この場合、第２ピークのタイミングで分取対象ではない微小粒子Ｐｗが接続流路１７０の連通口１６９に到達すると分取対象ではない微小粒子Ｐｗを含むエマルションＥ２が生成する。
　接続流路１７０内における流れの不要振動の発生を抑制するため、駆動波形において、立下り波形の駆動電圧印加時間（立下り傾斜）と立上り波形の駆動電圧印加時間（立上り傾斜）とを互いに異なる時間としてもよい。図１７は立上り波形の駆動電圧印加時間を３０ｕｓｅｃ、６０ｕｓｅｃ、１２０ｕｓｅｃと変更した際の接続流路１７０内の流速のシミュレーション結果を示す。
　図１７に示すとおり、立上り波形の駆動電圧印加時間を１２０ｕｓｅｃとした場合、立上り波形の駆動電圧印加時間を３０ｕｓｅｃ、６０ｕｓｅｃとした場合よりも分取動作後の不要振動が小さくなる。すなわち、立上り波形の駆動電圧印加時間を長くして立上り波形の傾斜を小さくすることにより不要振動が抑制される。
　図１８は立下り波形の駆動電圧印加時間と立上り波形の駆動電圧印加時間とが異なり、立下り波形の傾斜と立上り波形の傾斜が異なる場合の接続流路１７０内の流速のシミュレーション結果を示す（駆動波形：立下り時間（３０ｕｓｅｃ）－立上り時間（１２０ｕｓｅｃ）－駆動間隔（１００ｕｓｅｃ））。この場合、図１３で示した、駆動波形において立下り波形の駆動電圧印加時間（立下り傾斜）と立上り波形の駆動電圧印加時間（立上り傾斜）を同一時間とした場合よりも、分取動作後の不要振動を小さくできる。すなわち、より不要振動を抑制する効果を得る観点から、アクチュエータ１０７を制御する駆動電圧の立下り波形の駆動電圧印加時間と立上り波形の駆動電圧印加時間とを異ならせることが好ましい。
　微小粒子分取用マイクロチップ１５０は、粒子分取部１５７の下流側に位置するエマルション検出領域１６４を有する。エマルション検出領域１６４において、回収流路１５９を流れるエマルションに対して第二光照射部１０９が光を照射し、当該光照射により生じた光をエマルション検出部１０８が検出する。なお、前方散乱光のみでの検出の場合、エマルションの有無やエマルションサイズを検出できるが、エマルションに含まれる微小粒子は、エマルション表面で散乱光が発生し、微小粒子を含むエマルションと微小粒子を含まないエマルションを区別することができない。エマルション内の分取対象となる微小粒子Ｐｏを検出するため、また、前記微小粒子のタイプ（例えば、細胞タイプ）を検出するため、前記微小粒子の状態（例えば、細胞の生死）を検出するため、エマルション検出部１０８では、好ましくは、前方散乱光検出と蛍光検出の組み合わせ、前方散乱光検出と側方散乱光検出の組み合わせ、前方散乱光検出と後方散乱光検出の組み合わせ、前方散乱光検出と側方散乱光検出と前記蛍光検出の組み合わせ、又は、前方散乱光検出と後方散乱光検出と前記蛍光検出の組み合わせであってもよい。なお、蛍光は同一又は複数の波長を有していてもよい。エマルション検出部１０８により検出された光の特徴に応じて、制御部１０３に含まれる判定部１０５が、エマルション内に分取対象となる微小粒子Ｐｏが含まれているかを判定する。例えば、判定部１０５は、前記検出の組み合わせに基づく判定を行いうる。
　以下、本技術に係る微小粒子分取装置における光照射部、粒子検出部及びエマルション検出部について説明する。
　本技術に係る微小粒子分取装置は、前記光照射部として、第一光照射部１０１、第二光照射部１０９を有する。前記第一光照射部１０１は、サンプル液流路１５２内の微小粒子検出のため蛍光励起用の光を、主流路１５５内を通流する微小粒子に照射する。前記第二光照射部１０９は、回収流路１５９内の分取対象となる微小粒子Ｐｏの検出のため蛍光励起用の光を、回収流路１５９内を通流するエマルションＥに照射する。
　前記第一光照射部１０１及び前記第二光照射部１０９は、微小粒子分取用マイクロチップ１５０中の流路内を流れる微小粒子に光（例えば、励起光など）を照射する。前記光照射部は、光を出射する光源と、検出領域を流れる微小粒子に対して励起光を集光する対物レンズとを含みうる。光源は、分析の目的に応じて当業者により適宜選択されてよく、例えば、レーザダイオード、ＳＨＧレーザ、固体レーザ、ガスレーザ、高輝度ＬＥＤ、若しくはハロゲンランプであってよく、又は、これらのうちの２つ以上の組み合わせであってもよい。前記光照射部は、光源及び対物レンズに加えて、必要に応じて他の光学素子を含んでいてもよい。前記対物レンズの開口数（ＮＡ）は好ましくは０．１～１．５、より好ましくは０．５～１．０でありうる。また、これら対物レンズの視野内に、前記光照射位置があってよく、好ましくは前記光照射位置及び分岐部分の両方がありうる。
　前記粒子検出部１０２は、前記第一光照射部１０１からの微小粒子への光の照射により生じた散乱光と蛍光の検出が行われうる。検出された散乱光と蛍光に基づき、微小粒子が吸引（分取）されるべきかの判別が、制御部１０３に含まれる判定部１０５により行われうる。また、検出された散乱光と蛍光に基づき、微小粒子の前記所定の位置の通過が、上記制御部１０３によって検出されうる。また、検出された散乱光と蛍光に基づき、微小粒子の通過速度の算出が、上記制御部１０３によって行われうる。
　前記エマルション検出部１０８において、前記異なる光学検出系のうちの少なくとも一つの光学検出系は散乱光を検出することができる。前記散乱光は、前方散乱光、後方散乱光、又は、側方散乱光のいずれかであってよい。また、前記エマルション検出部１０８において、前記異なる光学検出系のうちの少なくとも一つの光学検出系は蛍光を検出してもよい。検出される蛍光は、同一又は複数の波長を有していてもよい。
　前記エマルション検出部１０８は、前記前方散乱光に基づいて、前記エマルションの有無、エマルションの形状やエマルションの個数等に関する情報を検出してもよく、前記エマルション検出部１０８は、前記蛍光、前記後方散乱光又は前記側方散乱光に基づいて、前記エマルション内の微小粒子の有無、エマルションの形状やエマルションの個数等に関する情報を検出してもよい。以下、エマルション検出部１０８における検出についてより詳しく説明する。
　前記エマルション検出部１０８においては、前記第二光照射部１０９から微小粒子への光の照射により生じた散乱光と蛍光の検出が行われうる。前記エマルション検出部１０８において、前方散乱光検出と蛍光検出の組み合わせ、前方散乱光検出と側方散乱光検出の組み合わせ、前方散乱光検出と後方散乱光検出の組み合わせ、前方散乱光検出と側方散乱光検出と蛍光検出の組み合わせ、前方散乱光検出と後方散乱光検出と蛍光検出の組み合わせが検出されてもよい。エマルション検出部１０８では、例えば、前方散乱光によってエマルションを検出し、蛍光によって分取された微小粒子を検出する。なお、分取された微小粒子のカウントのみを行う（分取時間（吸引開始時間）の最適化のみを行う）場合、散乱光の検出系はなくてもよい。前方散乱光検出では、エマルションサイズを検出でき、側方散乱光検出又は後方散乱光検出では、エマルション内で生じる散乱光検出により、エマルション内の微小粒子を検出できる。
　前記粒子検出部１０２及び前記エマルション検出部１０８は、前記第一光照射部１０１及び前記第二光照射部１０９による光照射によって前記微小粒子から生じた散乱光及び／又は蛍光を検出する。前記粒子検出部１０２及び前記エマルション検出部１０８は、微小粒子から生じた蛍光及び／又は散乱光を集光する集光レンズと検出器とを含みうる。当該検出器として、ＰＭＴ、フォトダイオード、ＣＣＤ、及びＣＭＯＳなどが用いられうるがこれらに限定されない。前記粒子検出部１０２及び前記エマルション検出部１０８は、集光レンズ及び検出器に加えて、必要に応じて他の光学素子を含んでいてもよい。前記粒子検出部１０２及び前記エマルション検出部１０８は、例えば、分光部をさらに含みうる。分光部を構成する光学部品として、例えば、グレーティング、プリズム、及び光フィルターを挙げることができる。分光部によって、例えば、検出されるべき波長の光を、他の波長の光から分けて検出することができる。前記粒子検出部１０２及び前記エマルション検出部１０８は、検出された光を光電変換によって、アナログ電気信号に変換しうる。前記粒子検出部１０２及び前記エマルション検出部１０８は、さらに当該アナログ電気信号をＡＤ変換によってデジタル電気信号に変換しうる。
　本技術に係る微小粒子分取装置の分取操作により、前記接続流路１７０内に、前記第二液体を分散媒とし、前記第一液体を分散質とするエマルションが形成される。図５は、分取対象となる微小粒子Ｐｏを回収流路１５９内に吸引する場合の流路内の状況を示す摸式図である。図５において、符号Ｐｏは分取対象となる微小粒子を示し、符号Ｐｗは分取対象ではない微小粒子を示し、符号Ｅはエマルションを示す。
　前記第一液体及び前記第二液体の２５℃における動粘度は、例えば、好ましくは０．３ｃＳｔ～５ｃＳｔ、より好ましくは０．４ｃＳｔ～４ｃＳｔ、さらに好ましくは０．５ｃＳｔ～３ｃＳｔでありうる。前記第二液体の動粘度は、好ましくは前記第一液体の動粘度の１／１０００倍～１０００倍であり、より好ましくは１／１００倍～１００倍であり、さらにより好ましくは１／１０倍～１０倍であり、さらにより好ましくは１／５倍～５倍であり、特に好ましくは１／２倍～２倍である。本技術において、前記第一液体及び前記第二液体の動粘度は同程度であることが好ましい。これによりエマルションが形成されやすくなる。
　前記第一液体及び前記第二液体の２５℃における密度はいずれも、例えば、好ましくは０．５ｇ／ｃｍ３～５ｇ／ｃｍ３、より好ましくは０．６ｇ／ｃｍ３～４ｇ／ｃｍ３、さらに好ましくは０．７ｇ／ｃｍ３～３ｇ／ｃｍ３でありうる。
　また、前記第二液体の密度は、好ましくは前記第一液体の密度の１／１００倍～１００倍であり、より好ましくは１／１０倍～１０倍であり、さらにより好ましくは１／５倍～５倍であり、特に好ましくは１／２倍～２倍である。本技術において、前記第一液体及び前記第二液体の密度は同程度であることが好ましい。これによりエマルションが形成されやすくなる。
　前記第一液体及び前記第二液体が以上の物性を有することによって、前記粒子分取部１５７内にエマルションが形成されやすくなる。また、このような物性によって、マイクロ流路内をこれら液体が流れやすくなる。
　本技術の一つの実施態様において、前記第一液体が親水性の液体であり、且つ、前記第二液体が疎水性の液体であってよい。この実施態様において、前記粒子分取部１５７内に、疎水性の液体を分散媒とし且つ親水性の液体を分散質とするエマルションが形成されうる。例えば、細胞などの生体粒子は、例えば、バッファー又は培養液などの親水性の液体に含まれた状態で存在することが望ましい。そのため、この実施態様は、親水性の液体中に存在することが望ましい微小粒子、特には生体粒子、より特には細胞を回収するために適している。
　前記親水性の液体は、例えば、水及び水と混和性の液体を包含する。例えば、前記親水性の液体は、水、親水性アルコール、親水性エーテル、ケトン、ニトリル系溶媒、ジメチルスルホキシド、及びＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミドからなる群より選択される１つ又は２以上の混合物を主成分とする液体であってよい。本明細書内において、主成分とは、当該液体の例えば５０質量％以上、特には６０質量％以上、より特には７０質量％以上、さらにより特には８０質量％以上、８５質量％以上、又は９０質量％以上を占める成分をいう。前記親水性アルコールとしては、例えば、エタノール、メタノール、プロパノール、及びグリセリンなどを挙げることができる。前記親水性エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフラン、ポリエチレンオキサイド、及び１，４－ジオキサンなどを挙げることができる。前記ケトンとしては、例えば、アセトン及びメチルエチルケトンなどが挙げられる。前記ニトリル系溶媒としては、例えば、アセトニトリルなどが挙げられる。
　前記親水性の液体は、好ましくは、水を主成分とする液体であってよく、例えば、水、水溶液、又は、水分散物であってよい。前記親水性の液体は、例えば、シース液及び／又はサンプル液であってよい。前記親水性の液体は、好ましくは微小粒子（例えば、生体粒子、特には細胞）に悪影響を及ぼさない親水性の液体である。
　前記親水性の液体は、例えば、生体分子を含む液体であってよい。当該生体分子は、例えば、アミノ酸、ペプチド、及びタンパク質から選ばれる１種又は２種以上の組合せであってよい。
　また、前記親水性の液体は、例えば、界面活性剤、特には非イオン性界面活性剤を含んでもよい。非イオン界面活性剤の例として、例えば、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドとのトリブロック共重合体を挙げることができ、当該トリブロック共重合体は、ポロキサマー又はプルロニック（登録商標）系界面活性剤とも呼ばれる。プルロニック（登録商標）系界面活性剤のより具体的な例は、Pluronic（商標）F68である。
　前記親水性の液体として、例えば、培養液及びバッファー挙げることができるがこれらに限定されない。前記バッファーは、好ましくはグッドバッファーである。
　当該親水性の液体として培養液を用いることで、分取対象となる微小粒子として分取された細胞を、エマルション粒子中に保持されたまま培養することができる。
　また、当該親水性の液体（特には当該シース液）が細胞刺激性成分を含むことによって、分取対象となる微小粒子として分取された細胞を、エマルション粒子中に保持されたまま刺激することができる。さらに、刺激された細胞の特徴（例えば形態など）を顕微鏡などによって観察することもできる。
　また、当該親水性の液体（例えば、当該シース液又は当該サンプル液）が、細胞刺激の応答を観察することを可能とするアッセイ系を含んでもよい。当該アッセイ系によって、分取対象となる微小粒子として分取された細胞からの当該応答を、エマルション粒子中に保持されたまま、例えば、光学的に検出することができる。当該アッセイ系は、好ましくはwash freeのアッセイ系であり、例えば、蛍光共鳴エネルギー転移（FRET）又は生物発光共鳴エネルギー移動（BRET）などを利用した系が好ましい。
　以上のとおり、本技術において微小粒子が生体粒子（特には細胞）である場合、種々の単一の生体粒子の解析（特には単一細胞解析、例えば、単一細胞イメージングなど）を行うことができる。
　前記親水性の液体の２５℃における密度は、例えば、好ましくは０．５ｇ／ｃｍ３～５ｇ／ｃｍ３、より好ましくは０．６ｇ／ｃｍ３～４ｇ／ｃｍ３、さらに好ましくは０．７ｇ／ｃｍ３～３ｇ／ｃｍ３でありうる。
　前記親水性の液体の２５℃における動粘度は、例えば、好ましくは０．３ｃＳｔ～５ｃＳｔ、より好ましくは０．４ｃＳｔ～４ｃＳｔ、さらに好ましくは０．５ｃＳｔ～３ｃＳｔでありうる。
　前記親水性の液体が以上の物性を有することによって、マイクロ流路内を流れやすくなり、また、前記粒子分取部１５７内にエマルションが形成されやすくなる。
　前記疎水性の液体は、前記親水性の液体と非混和性である液体から選択されるいずれかの液体であってよい。前記疎水性の液体は、例えば、脂肪族炭化水素、フッ素系油、フッ素原子を含む低分子又は高分子、シリコーンオイル、芳香族系炭化水素、脂肪族一価アルコール（例えば、ｎ－オクタノールなど）、及びフッ化多糖類からなる群より選択される１つ又は２以上の混合物を主成分とする液体であってよい。
　前記脂肪族炭化水素は、好ましくは炭素原子数が７以上３０以下の脂肪族炭化水素である。炭素原子数が７以上３０以下であることで、疎水性液体の動粘度がマイクロ流路内を流れるために適している。脂肪族炭化水素の例として、ミネラルオイル；例えば、スクワランオイル及びオリーブオイルなどの動植物由来のオイル；例えば、デカン及びヘキサデカンなどの炭素原子数１０～２０のパラフィン系炭化水素；及び、炭素原子数１０～２０のオレフィン系炭化水素を挙げることができる。
　本技術において、前記親水性の液体との良好な非混和性の観点から、前記疎水性の液体は好ましくはフッ素系油である。前記フッ素系油として、例えば、パーフルオロカーボン（ＰＦＣ）、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、及びハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）を挙げることができる。パーフルオロカーボンとして、例えば、フロリナート（商標）ＦＣ４０及びフロリナートＦＣ－７７０（３Ｍ社製）などが挙げられる。パーフルオロポリエーテルとして、例えば、Ｋｒｙｔｏｘ（ＤｕＰｏｎｔ社製）を挙げることができる。ハイドロフルオロエーテルとして、例えば、ＨＦＥ７５００（３Ｍ社製）を挙げることができる。
　前記疎水性の液体の２５℃における密度は、例えば、好ましくは０．５ｇ／ｃｍ３～５ｇ／ｃｍ３、より好ましくは０．６ｇ／ｃｍ３～４ｇ／ｃｍ３、さらに好ましくは０．７ｇ／ｃｍ３～３ｇ／ｃｍ３でありうる。
　前記疎水性の液体の２５℃における動粘度は、例えば、好ましくは０．３ｃＳｔ～５ｃＳｔ、より好ましくは０．４ｃＳｔ～４ｃＳｔ、さらに好ましくは０．５ｃＳｔ～３ｃＳｔでありうる。
　前記疎水性の液体が以上の物性を有することによって、前記粒子分取部１５７内にエマルションが形成されやすくなる。例えば、密度又は動粘度が高すぎる場合は、前記接続流路１７０内をスムーズに流れなくなる可能性が高まる。
　本技術の好ましい実施態様において、前記第一液体及び前記第二液体のうちの一方又は両方が界面活性剤を含みうる。特には、前記疎水性の液体及び前記親水性の液体のうちの一方又は両方が界面活性剤を含み、より特には前記疎水性の液体が界面活性剤を含む。界面活性剤によって、エマルション粒子が形成されやすくなり、エマルション粒子を安定的に維持することもできる。界面活性剤として、例えば、非イオン性界面活性剤及びフッ素系界面活性剤を挙げることができる。非イオン性界面活性剤としては、例えば、Ｓｐａｎ８０及びＡｂｉｌ　ＥＭを挙げることができるが、これらに限定されない。界面活性剤の種類は当業者により適宜選択されてよい。前記フッ素系界面活性剤として、例えば、パーフルオロポリエーテルベースの界面活性剤及び偽相界面活性剤（pseudosurfactant）を挙げることができる。前者として例えば、Ｋｒｙｔｏｘ（ＤｕＰｏｎｔ社製）を挙げることができ、後者として例えば、パーフルオロオクタノールを挙げることができる。
　前記界面活性剤は、例えば、前記疎水性の液体中に当該界面活性剤の臨界ミセル濃度以上で存在しうる。当該臨界ミセル濃度は、例えば、好ましくは１μＭ～１０００μＭ、特には１０μＭ～１００ｍＭでありうる。また、前記界面活性剤の界面張力は、例えば、好ましくは４０ｍＮ／ｍ以下であり、特には２０ｍＮ／ｍ以下であってよい。
　本技術の他の実施態様において、前記第一液体が疎水性の液体であり、且つ、前記第二液体が親水性の液体であってよい。
　この実施態様において、前記粒子分取部１５７内に、親水性の液体を分散媒とし且つ疎水性の液体を分散質とするエマルションが形成されうる。当該疎水性の液体及び当該親水性の液体の例は、上記で述べたとおりである。
　また、この実施態様は、例えば、分散媒及び分散質がそれぞれ疎水性液体及び親水性液体であり且つエマルションが微小粒子を含むエマルションから、さらに目的とする微小粒子だけを分取する場合に適用されうる。
　また、本技術において用いられうるアッセイ系として、微小粒子が蛍光を発する系だけでなく、エマルションが蛍光を発する系も用いられうる。そのため、微小粒子を含むエマルションを回収するために、前記判定部１０５において、微小粒子に対する判定が行われてよく、エマルションに対する判定が行われてよく、又は、微小粒子及びエマルションの両方に対する判定が行われてもよい。このように、本技術において、微小粒子且つ／又はエマルションから得られる情報に基づき、微小粒子又はエマルションが分取対象であるかが判定されてもよい。
　回収流路１５９内において、微小粒子のうち分取対象となる微小粒子及び／又は第一液体が第一液体と非混和性である第二液体中に包含されたエマルションを回収する。
２．第２の実施形態（微小粒子分取方法）
　本技術の第２の実施形態である微小粒子分取方法は、回収工程と、制御工程と、を含む。本実施形態に係る微小粒子分取方法を、以下で図１９を参照しながら説明する。図１９は、本実施形態に係る微小粒子分取方法のフローチャートを示す。
（１）回収工程Ｓ１９０１
　図１９の回収工程Ｓ１９０１において、アクチュエータの吸引動作により発生する負圧により、主流路１５５を通流する第一液体中の分取対象となる微小粒子Ｐｏを、前記主流路１５５に連通する回収流路１５９内に回収する。本実施形態における回収工程Ｓ１９０１において、主流路１５５を通流する第一液体中の微小粒子Ｐｏを回収する手順は、上記１．で説明したマイクロチップを搭載した微小粒子分取装置１００を用いて実行されうる。微小粒子Ｐｏの回収の詳細については、上記１で説明したとおりである。そのため、これらについての説明は省略する。
（２）制御工程Ｓ１９０２
　図１９の制御工程Ｓ１９０２において、回収工程において、回収流路内に負圧を発生させることにより微小粒子を吸引する吸引動作と、回収流路内に圧力変化を生じさせて吸引動作と吐出動作とが行われ、吸引動作から吐出動作を行うまでの駆動間隔及び／又は吸引動作から吐出動作が完了するまでの駆動時間を制御する。本実施形態における制御工程Ｓ１９０２において、吸引動作から吐出動作を行うまでの駆動間隔及び／又は吸引動作から吐出動作が完了するまでの駆動時間を制御する手順は、上記１．で説明したマイクロチップを搭載した微小粒子分取装置を用いて実行されうる。駆動間隔及び／又は駆動時間の制御の詳細については、上記１で説明したとおりである。そのため、これらについての説明は省略する。
３．第３の実施形態（微小粒子分取方法）
　本技術の第３の実施形態である微小粒子分取方法により、回収動作時に接続流路１７０内で発生する流れの不要振動を抑制し、所望のエマルションサイズで、分取対象となる微小粒子Ｐｏを含むエマルションＥが生成可能なアクチュエータ１０７の駆動条件を自動調整することができる。本実施形態においては、アクチュエータ１０７の駆動条件を自動調整することによりマイクロチップの個体間ばらつきやロット間ばらつきによる不要振動抑制効果のばらつきを低減できる。本技術の第３の実施形態である微小粒子分取方法は、第一ピエゾ駆動高さＤ１決定工程と、駆動時間間隔Ｔｈ決定工程と、第二ピエゾ駆動高さＤ決定工程と、回収開始時間Ｔｄ決定工程とを含む。本実施形態における微小粒子分取方法を、以下で図２０及び図２1を参照しながら説明する。図２０は、本実施形態に係る微小粒子分取方法のフローチャートを示す。図２１は、図２０に記載された本実施形態に係る微小粒子分取方法を詳細に説明するフローチャートを示す。
（１）第１ピエゾ駆動高さ決定工程Ｓ２００１
　図２０の第１ピエゾ駆動高さＤ１決定工程Ｓ２００１は、エマルションの生成が可能となるアクチュエータ１０７のピエゾ素子に印加する駆動電圧の第１ピエゾ駆動高さＤ１を決定する。図２１に示すように第１ピエゾ駆動高さＤ１決定工程は、エマルションのシグナル強度を取得する工程Ｓ２１０１と、エマルションのシグナル強度を取得する工程を繰り返す工程Ｓ２１０２と、エマルションが生成可能な駆動電圧の第１ピエゾ駆動高さＤ１を決定する工程Ｓ２１０３とを含む。
　図２１のエマルションシグナル強度を取得する工程Ｓ２１０１では、所定のピエゾ駆動高さＤ０、駆動時間間隔Ｔｈ０で吸引動作を行った場合に、回収流路の下流に位置するエマルション検出部１０８によりエマルションのシグナル強度を取得する。エマルションのシグナル強度を取得する工程を繰り返す工程Ｓ２１０２では、ピエゾ駆動高さＤをＤ０より大きい値又は小さい値に変更した以外は同じ条件でエマルションのシグナル強度を取得する工程を繰り返し行う。なお、変更するピエゾ駆動高さＤを所定の割合でＤ０に対して増加又は減少させた駆動高さ（電圧）でもよい。所定の割合として、例えば、１％～１０％の割合でＤ０に対して増加又は減少させてもよい。エマルションが生成可能な駆動電圧の駆動高さＤ１を決定する工程Ｓ２１０３では、前記繰り返し工程Ｓ２１０２で取得されたエマルションのシグナル強度（ピークシグナル、面積シグナル）からエマルションが生成されたと判断できる所定のシグナル強度より大きいシグナル強度の値を得られた任意のピエゾ駆動高さをエマルションが生成可能な駆動電圧の第１ピエゾ駆動高さＤ１として決定する。
（２）駆動時間間隔Ｔｈ決定工程Ｓ２００２
　図２０の駆動時間間隔Ｔｈ決定工程Ｓ２００２は、流れの不要振動を抑制する駆動時間間隔Ｔｈを決定する。図２１に示すように駆動時間間隔Ｔｈ決定工程は、エマルション数をカウントするエマルションカウント工程Ｓ２１０４と、エマルションカウント工程を繰り返す工程Ｓ２１０５と、駆動時間間隔Ｔｈを決定する工程Ｓ２１０６とを含む。
　図２１のエマルション数をカウントするエマルションカウント工程Ｓ２１０４では、エマルションが生成可能な駆動電圧の第１ピエゾ駆動高さＤ１を決定する工程Ｓ２１０３で決定した第１ピエゾ駆動高さＤ１のもと、吸引動作と吐出動作の間の駆動時間間隔を所定のＴｈ０の条件の下で、吸引動作と吐出動作を行った場合に、回収流路１５９下流のエマルション検出領域１６４の光学検出位置を通過したエマルションの数をエマルション検出部１０８によりカウントする。ここでエマルションカウント工程Ｓ２１０４では既知（例えば、１～１００)の吸引動作と吐出動作を行い、エマルション検出領域１６４の光学検出位置を通過したエマルションの数をカウントしてもよい。エマルションカウント工程を繰り返す工程Ｓ２１０５では、駆動時間間隔をＴｈ０より長い時間又は短い時間に変更した以外は同じ条件でエマルションカウント工程を繰り返し行う。これにより図２２に示すような種々の駆動時間間隔Ｔｈにおける回収流路１５９に回収されたエマルションカウント数が得られる。駆動時間間隔を決定する工程Ｓ２１０６では、繰り返し工程Ｓ２１０５で得られたエマルションカウント数から、エマルションカウント数がもっとも少ない時間を駆動時間間隔Ｔｈとして決定する。この駆動時間間隔で吸引動作と吐出動作を行った場合、流れの不要振動による不要エマルションの生成がもっとも抑制される。ここでエマルションカウント数がもっとも少ない時間が複数存在する場合、その内の任意の時間または、その内の中央値または最小値を選択してもよい。
（３）第２ピエゾ駆動高さＤ決定工程Ｓ２００３
　図２０の第２ピエゾ駆動高さＤ決定工程Ｓ２００３は、所望のエマルションサイズが得られるように第２ピエゾ駆動高さＤを決定する。図２１に示すように第２ピエゾ駆動高さＤ決定工程は、エマルションのシグナル強度を取得する工程Ｓ２１０７と、エマルションのシグナル強度を取得する工程を繰り返す工程Ｓ２１０８と、所望のエマルションサイズが取得可能な駆動電圧の第２ピエゾ駆動高さＤを決定する工程Ｓ２１０９とを含む。
　図２１のエマルションのシグナル強度を取得する工程Ｓ２１０７では、前工程で決定された所定の第１ピエゾ駆動高さＤ１のもとで、すでに決定した駆動時間間隔Ｔｈで分取動作を行った場合のエマルションのシグナル強度を取得する。エマルションのシグナル強度を取得する工程を繰り返す工程Ｓ２１０８では、ピエゾ駆動高さをＤ１より大きい値又は小さい値に変更した以外は同じ条件でエマルションのシグナル強度を取得する工程を繰り返し行う。なお、変更するピエゾ駆動高さを所定の割合でＤ１に対して増加又は減少させた駆動高さ（電圧）でもよい。所望のエマルションサイズが取得可能な駆動電圧の第２ピエゾ駆動高さＤを決定する工程Ｓ２１０９では、繰り返し工程Ｓ２１０８で得られたシグナル強度（ピークシグナル、面積シグナル、幅シグナル）のうち、シグナル強度とエマルションサイズの間に相関関係があることから、所望のエマルションサイズから検出されるシグナル強度に近い、シグナル強度が取得される場合のピエゾ駆動高さを所望のエマルションサイズが取得可能な第２ピエゾ駆動高さＤとして決定する。
（４）回収開始時間Ｔｄ決定工程Ｓ２００４
　図２０の回収開始時間Ｔｄ決定工程Ｓ２００４は、微小粒子をサンプル液流路１５２に流し、粒子検出領域１５６での微小粒子検出から回収（分取）動作である吸引動作開始までの回収開始時間（Ｄｅｌａｙ　Ｔｉｍｅ）Ｔｄを決定する。ここで回収開始時間を調整する前に、不要振動を抑制するように調整することにより、不要振動による微小粒子の吸引が回収開始時間の調整に対するノイズになることを回避することが可能となる。第一ピエゾ駆動高さ決定工程Ｓ２００１と、駆動時間間隔決定工程Ｓ２００２と、第二ピエゾ駆動高さ決定工程Ｓ２００３までは微小粒子を流路に流す必要はないが、回収開始時間決定工程Ｓ２００４以降は微小粒子を流して行う必要がある。図２１に示すように回収開始時間Ｔｄ決定工程は、粒子数カウント工程Ｓ２１１０と、粒子数カウント工程を繰り返す工程Ｓ２１１１と、回収開始時間を決定する工程Ｓ２１１２とを含む。
　粒子数カウント工程Ｓ２１１０では、微小粒子検出から吸引動作までの回収開始時間を所定の回収開始時間Ｔｄ０とし、これまでに決定した駆動時間間隔Ｔｈ、第２ピエゾ駆動高さＤの条件の下で、分取動作を行った場合に、回収流路１５９下流のエマルション検出領域１６４を通過した粒子数をカウントする。ここで粒子数カウント工程Ｓ２１１０では、既知の粒子数分（例えば、１０～１０００)の分取動作を行い、回収した粒子数をカウントしてもよい。粒子数カウント工程を繰り返す工程Ｓ２１１１では、回収開始時間をＴｄ０より長い時間又は短い時間に変更した以外は同じ条件にして、粒子数カウント工程を繰り返し行う。これにより図２３に示すような種々の回収開始時間Ｔｄにおける回収流路１５９に回収された粒子のカウント数が得られる。なお、変更する回収開始時間Ｔｄを所定の割合でＴｄ０に対して増加又は減少させた時間でもよい。所定の割合として、例えば、０．０１％～５％の割合でＤ０に対して増加又は減少させてもよい。回収が開始される時間を決定する工程Ｓ２１１２では、繰り返し工程Ｓ２１１１で得られた粒子数カウントから、粒子数カウントが最も多い回収開始時間を回収が行われるべき回収開始時間（最適な時間）Ｔｄとして決定する。ここで粒子数カウント数が最も多い時間が複数存在する場合、その内の任意の時間または、その内の中央値を選択してもよい。
　なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
〔１〕
　微小粒子を含む第一液体が通流される主流路と、
　前記主流路に連通する回収流路と、
　前記回収流路内に圧力変化を生じさせて吸引動作と吐出動作とを行うアクチュエータと、
　当該アクチュエータに駆動電圧を印加し、前記アクチュエータが前記吸引動作から前記吐出動作を行うまでの駆動間隔及び／又は前記アクチュエータが前記吸引動作から前記吐出動作を完了させるまでの駆動時間を制御する制御部と、
を備える微小粒子分取装置。
〔２〕
　前記吸引動作は前記回収流路内に負圧を発生させることにより行われる、〔１〕に記載の微小粒子分取装置。
〔３〕
　前記アクチュエータは、前記回収流路の内空の体積を増大させる、〔１〕又は〔２〕に記載の微小粒子分取装置。
〔４〕
　前記制御部は、前記吸引動作により発生する、吸引方向の流れと当該吸引方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動の振幅及び／又は前記吐出動作により発生する、吐出方向の流れと当該吐出方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動の振幅が小さくなるように前記駆動間隔及び／又は前記駆動時間を制御する、〔１〕～〔３〕のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
〔５〕
　前記制御部は、前記吸引動作により発生する、吸引方向の流れと当該吸引方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動のピークと、前記吐出動作により発生する、吐出方向の流れと当該吐出方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動のピークとが、互いに相殺されるように前記駆動間隔及び／又は前記駆動時間を制御する、〔１〕～〔４〕のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
〔６〕
　前記制御部は、前記アクチュエータに、立下り波形と立上り波形とから構成される駆動波形の駆動電圧を印加することにより吸引動作と吐出動作とを行わせ、前記立下がり波形の駆動電圧印加時間と、前記立上り波形の駆動電圧印加時間とが異なる、〔１〕～〔５〕のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
〔７〕
　前記制御部は、前記アクチュエータに、立下り波形と立上り波形とから構成される駆動波形の駆動電圧を印加することにより吸引動作と吐出動作とを行わせ、前記立下がり波形の駆動電圧印加時間と、前記立上り波形の駆動電圧印加時間とが同一である、〔１〕～〔５〕のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
〔８〕
　前記回収流路内において、前記微小粒子のうち分取対象となる微小粒子及び／又は前記第一液体が前記第一液体と非混和性である第二液体中に包含されたエマルションを回収する、〔１〕～〔７〕のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
〔９〕
　さらに、前記回収流路内に、前記微小粒子及び／又は前記エマルションを検出するエマルション検出部を備える、〔１〕～〔８〕のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
〔１０〕
　前記制御部は、前記エマルション検出部で検出された前記微小粒子及び／又は前記エマルションからの光学情報に基づき、前記アクチュエータの駆動電圧、駆動間隔及び駆動時間を自動制御する、〔９〕に記載の微小粒子分取装置。
〔１１〕
　前記主流路は、前記主流路内を通流する第一液体中の分取対象となる微小粒子を検出する粒子検出部をさらに有し、
　前記制御部は、前記エマルション検出部で検出された前記微小粒子からの光学情報に基づき、前記粒子検出部における前記微小粒子の検出から前記吸引動作までの時間を制御する、〔９〕又は〔１０〕に記載の微小粒子分取装置。
〔１２〕
　アクチュエータの吸引動作により発生する負圧により、主流路を通流する第一液体中の微小粒子を、前記主流路に連通する回収流路内に回収する回収工程と、
　当該回収工程において、回収流路内に圧力変化を生じさせて吸引動作と吐出動作とが行われ、
　前記吸引動作から前記吐出動作を行うまでの駆動間隔及び／又は前記吸引動作から前記吐出動作が完了するまでの駆動時間を制御する制御工程と、
を含む微小粒子分取方法。
１００　微小粒子分取装置
１０１　第一光照射部
１０２　粒子検出部
１０３　制御部
１０４　信号処理部
１０５　判定部
１０６　分取制御部
１０７　アクチュエータ
１０８　エマルション検出部
１０９　第二光照射部
１５０　微小粒子分取用マイクロチップ
１５５　主流路
１５６　粒子検出領域
１５７　粒子分取部
１５８　廃棄流路
１５９　回収流路
１６４　エマルション検出領域
１６５　圧力室 

Claims (12)

  1. 　微小粒子を含む第一液体が通流される主流路と、
    　前記主流路に連通する回収流路と、
    　前記回収流路内に圧力変化を生じさせて吸引動作と吐出動作とを行うアクチュエータと、
    　当該アクチュエータに駆動電圧を印加し、前記アクチュエータが前記吸引動作から前記吐出動作を行うまでの駆動間隔及び／又は前記アクチュエータが前記吸引動作から前記吐出動作を完了させるまでの駆動時間を制御する制御部と、
    を備える微小粒子分取装置。
  2. 　前記吸引動作は前記回収流路内に負圧を発生させることにより行われる、請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  3. 　前記アクチュエータは、前記回収流路の内空の体積を増大させる、請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  4. 　前記制御部は、前記吸引動作により発生する、吸引方向の流れと当該吸引方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動の振幅及び／又は前記吐出動作により発生する、吐出方向の流れと当該吐出方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動の振幅が小さくなるように前記駆動間隔及び／又は前記駆動時間を制御する、請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  5. 　前記制御部は、前記吸引動作により発生する、吸引方向の流れと当該吸引方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動のピークと、前記吐出動作により発生する、吐出方向の流れと当該吐出方向と逆方向の流れが交互に繰り返される脈流の流速変動のピークとが、互いに相殺されるように前記駆動間隔及び／又は前記駆動時間を制御する、請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  6. 　前記制御部は、前記アクチュエータに、立下り波形と立上り波形とから構成される駆動波形の駆動電圧を印加することにより吸引動作と吐出動作とを行わせ、前記立下がり波形の駆動電圧印加時間と、前記立上り波形の駆動電圧印加時間とが異なる、請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  7. 　前記制御部は、前記アクチュエータに、立下り波形と立上り波形とから構成される駆動波形の駆動電圧を印加することにより吸引動作と吐出動作とを行わせ、前記立下がり波形の駆動電圧印加時間と、前記立上り波形の駆動電圧印加時間とが同一である、請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  8. 　前記回収流路内において、前記微小粒子のうち分取対象となる微小粒子及び／又は前記第一液体が前記第一液体と非混和性である第二液体中に包含されたエマルションを回収する、請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  9. 　さらに、前記回収流路内に、前記微小粒子及び／又は前記エマルションを検出するエマルション検出部を備える、請求項８に記載の微小粒子分取装置。
  10. 　前記制御部は、前記エマルション検出部で検出された前記微小粒子及び／又は前記エマルションからの光学情報に基づき、前記アクチュエータの駆動電圧、駆動間隔及び駆動時間を自動制御する、請求項９に記載の微小粒子分取装置。
  11. 　前記主流路は、前記主流路内を通流する第一液体中の分取対象となる微小粒子を検出する粒子検出部をさらに有し、
    　前記制御部は、前記エマルション検出部で検出された前記微小粒子からの光学情報に基づき、前記粒子検出部における前記微小粒子の検出から前記吸引動作までの時間を制御する、請求項９に記載の微小粒子分取装置。
  12. 　アクチュエータの吸引動作により発生する負圧により、主流路を通流する第一液体中の微小粒子を、前記主流路に連通する回収流路内に回収する回収工程と、
    　当該回収工程において、前記回収流路内に圧力変化を生じさせて吸引動作と吐出動作とが行われ、
    　前記吸引動作から前記吐出動作を行うまでの駆動間隔及び／又は前記吸引動作から前記吐出動作が完了するまでの駆動時間を制御する制御工程と、
    を含む微小粒子分取方法。
      
PCT/JP2023/006138 2022-03-14 2023-02-21 微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法 WO2023176329A1 (ja)

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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0972842A (ja) * 1995-09-05 1997-03-18 Hitachi Ltd フロー式粒子画像解析方法および装置
JP2014039534A (ja) * 2012-07-24 2014-03-06 Sony Corp 微小粒子分取方法
US20160377524A1 (en) * 2013-11-27 2016-12-29 Beckman Coulter, Inc. Fluidics system for flow cytometer
JP2019174192A (ja) * 2018-03-27 2019-10-10 ソニー株式会社 微小粒子分取方法、微小粒子分取用プログラム及び微小粒子分取用システム
JP2020076736A (ja) * 2018-09-10 2020-05-21 ソニー株式会社 微小粒子分取装置、細胞治療薬製造装置、微小粒子分取方法、及びプログラム
US20200200670A1 (en) * 2017-03-20 2020-06-25 Nanocellect Biomedical, Inc. Systems, apparatuses, and methods for cell sorting and flow cytometry
WO2021084814A1 (ja) * 2019-10-31 2021-05-06 ソニー株式会社 微小粒子回収方法、微小粒子分取用マイクロチップ、微小粒子回収装置、エマルションの製造方法、及びエマルション
WO2021090573A1 (ja) * 2019-11-07 2021-05-14 ソニー株式会社 分取制御装置、該分取制御装置を用いた粒子分取装置及び粒子分取システム、並びに分取制御方法、及び制御プログラム

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0972842A (ja) * 1995-09-05 1997-03-18 Hitachi Ltd フロー式粒子画像解析方法および装置
JP2014039534A (ja) * 2012-07-24 2014-03-06 Sony Corp 微小粒子分取方法
US20160377524A1 (en) * 2013-11-27 2016-12-29 Beckman Coulter, Inc. Fluidics system for flow cytometer
US20200200670A1 (en) * 2017-03-20 2020-06-25 Nanocellect Biomedical, Inc. Systems, apparatuses, and methods for cell sorting and flow cytometry
JP2019174192A (ja) * 2018-03-27 2019-10-10 ソニー株式会社 微小粒子分取方法、微小粒子分取用プログラム及び微小粒子分取用システム
JP2020076736A (ja) * 2018-09-10 2020-05-21 ソニー株式会社 微小粒子分取装置、細胞治療薬製造装置、微小粒子分取方法、及びプログラム
WO2021084814A1 (ja) * 2019-10-31 2021-05-06 ソニー株式会社 微小粒子回収方法、微小粒子分取用マイクロチップ、微小粒子回収装置、エマルションの製造方法、及びエマルション
WO2021090573A1 (ja) * 2019-11-07 2021-05-14 ソニー株式会社 分取制御装置、該分取制御装置を用いた粒子分取装置及び粒子分取システム、並びに分取制御方法、及び制御プログラム

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