WO2023218986A1 - 液滴分取システム、液滴分取方法、及び液滴分取プログラム - Google Patents

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WO2023218986A1
WO2023218986A1 PCT/JP2023/016651 JP2023016651W WO2023218986A1 WO 2023218986 A1 WO2023218986 A1 WO 2023218986A1 JP 2023016651 W JP2023016651 W JP 2023016651W WO 2023218986 A1 WO2023218986 A1 WO 2023218986A1
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WO
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droplet
width
separation
fluid stream
satellite
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PCT/JP2023/016651
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大峰 吉田
史高 大塚
寛征 鈴木
正和 小林
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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
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration

Definitions

  • the present technology relates to a droplet separation system. More specifically, the present invention relates to a droplet separation system, a droplet separation method, and a droplet separation program that perform droplet separation by optically detecting the characteristics of droplets.
  • Flow cytometry is a process in which the particles to be analyzed are poured into a fluid in an aligned state, and the particles are irradiated with laser light, etc., and the fluorescence and scattered light emitted from each particle is detected. , is an analytical method for particle analysis and fractionation.
  • cells labeled with a fluorescent dye are irradiated with excitation light such as laser light having an appropriate wavelength and intensity. Then, the fluorescence emitted from the fluorescent dye is focused using a lens, etc., light in an appropriate wavelength range is selected using a wavelength selection element such as a filter or dichroic mirror, and the selected light is transferred to a photomultiplier tube (PMT). Detection is performed using a photodetector such as a multiplier tube.
  • PMT photomultiplier tube
  • Detection is performed using a photodetector such as a multiplier tube.
  • Fluorescence detection in flow cytometry involves selecting multiple discontinuous wavelength ranges of light using a wavelength selection element such as a filter and measuring the intensity of light in each wavelength range. Another method is to measure the intensity of light as a fluorescence spectrum.
  • fluorescence emitted from particles is separated using a spectroscopic element such as a prism or a grating. Then, the separated fluorescence is detected using a light receiving element array in which a plurality of light receiving elements having different detection wavelength ranges are arranged.
  • the light-receiving element array includes a PMT array or photodiode array in which light-receiving elements such as PMTs and photodiodes are arranged in one dimension, or a plurality of independent detection channels such as two-dimensional light-receiving elements such as CCD or CMOS. It is used.
  • Particle analysis such as flow cytometry, often uses optical methods that irradiate the particles to be analyzed with light such as a laser and detect the fluorescence and scattered light emitted from the particles. Based on the detected optical information, an analysis computer and software extract a histogram and perform analysis.
  • Patent Document 1 discloses an optical mechanism that irradiates each biological particle with light and detects the light from the biological particle, and an optical mechanism that irradiates each biological particle with light and detects the light from the biological particle. , comprising a control unit that detects the movement speed of the biological particles in the liquid flow, and a charging unit that applies an electric charge to the biological particles based on the movement speed of each of the biological particles.
  • Devices have been proposed for separating biological particles contained in a liquid flow.
  • Patent Document 2 discloses that a droplet sorting device includes a detection unit that detects the state of droplets discharged from an orifice that generates a fluid stream and satellite droplets existing between the droplets, and a detection unit that detects the state of the satellite droplets that exist between the droplets.
  • a technology that can stably form droplets is provided by providing a control unit that controls the frequency of the driving voltage supplied to the vibration element that vibrates the orifice based on the position where the droplet is present.
  • the main purpose of the present technology is to provide a new technology for stably forming droplets in droplet separation technology.
  • the present technology first includes a droplet imaging unit that images the state of a fluid stream including droplets discharged from an orifice that generates the fluid stream; a vibrating element for forming the droplet; a control unit that specifies a control parameter for the vibrating element based on a state of the satellite with respect to a fluid stream image including a droplet fused with a satellite imaged by the droplet imaging unit; provide the system.
  • the control parameter may be one or more parameters selected from the frequency, amplitude, and intensity of the drive voltage of the vibration element.
  • the droplet separation system according to the present technology can include a processing unit that performs separation processing of the satellite part and the droplet part with respect to the fluid stream image.
  • the control unit in the droplet separation system according to the present technology can specify control parameters for the vibrating element based on the fluid stream image after the separation process.
  • the separation process can be performed based on droplet width information. In this case, the separation process can be performed at a position that has a specific width relative to the length of the droplet. Further, the separation process can also be performed at a position where the width of the droplet is the minimum, or at a position where the width of the droplet is a specific width with respect to the maximum width.
  • the processing unit in the droplet separation system according to the present technology can perform a first determination process of determining whether or not the separation process is necessary based on a preset threshold value.
  • the threshold value may be a threshold value related to one or more selected from the width, length, and center of gravity of the droplet.
  • the processing unit in the droplet separation system determines whether the separation process is possible based on the droplet state parameter calculated from the fluid stream image captured by the droplet imaging unit.
  • a second determination process can be performed.
  • the state parameters include the ratio of the width and length of the droplet, the position of the center of gravity with respect to the length of the droplet, and the width of the droplet with respect to the length of the droplet.
  • One or more state parameters can be selected from the positions.
  • the processing unit in the droplet separation system according to the present technology can scan the fluid stream image from the downstream side and calculate the minimum value of the width of the droplet.
  • the second determination process it can be determined that separation is possible when the state parameter is within a predetermined range.
  • the fluid stream image is scanned from the upstream side, and if the position where the width of the droplet is minimum is within a predetermined range with respect to the length of the droplet, It can be determined that it is separable.
  • the fluid stream image is scanned from the downstream side, and the position where the width of the droplet becomes a specific width with respect to the maximum width is determined within a predetermined range with respect to the length of the droplet. It can be determined that separability is possible if the
  • the present technology then includes an imaging step of imaging the state of a fluid stream including droplets discharged from an orifice that generates the fluid stream; a droplet forming step of forming droplets using a vibrating element; a control step of specifying a control parameter for the vibration element based on a state of the satellite with respect to a fluid stream image fused with the satellite imaged in the imaging step; A droplet separation method is provided.
  • the present technology further includes forming the droplets based on the state of the satellite with respect to a fluid stream image in which the state of the fluid stream including the droplet fused with the satellite ejected from the orifice that generates the fluid stream is captured.
  • a droplet sorting program that allows a computer to implement a control function that specifies control parameters for a vibrating element to achieve this goal.
  • FIG. 1 is a schematic conceptual diagram schematically showing a first embodiment of a droplet separation system 1 according to the present technology. It is a schematic conceptual diagram which shows typically 2nd Embodiment of the droplet separation system 1 based on this technique. It is a schematic conceptual diagram which shows typically 3rd Embodiment of the droplet separation system 1 based on this technique.
  • 3 is a flowchart illustrating an example of an overview of a processing method performed by the processing unit 103.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of an overview of a processing method performed by the processing unit 103, which is different from FIG. 4.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of an outline of a processing method performed by the processing unit 103, which is different from FIGS. 4 and 5.
  • This is a photograph substituted for a drawing showing an example of a fluid stream image captured by the droplet imaging unit 101 and for explaining a method of calculating the ratio of the center of gravity position to the length of a droplet.
  • It is an example of the flowchart of the second determination process S2 when the position where the width of the droplet becomes a specific width with respect to the length of the droplet is used as the droplet state parameter.
  • 2 is a drawing-substitute photograph showing an example of a droplet image captured by the droplet imaging unit 101.
  • FIG. 10 is a photograph substituted for a drawing showing an example of a droplet image captured by the droplet imaging unit 101, which is different from that shown in FIG. 10.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a series of steps of a processing method performed by the processing unit 103.
  • FIG. FIG. 3 is a schematic conceptual diagram showing an installation example of a vibration element V and a charging section 106a.
  • Droplet separation system 1 (1) Flow path P (2) Light irradiation section 104 (3) Detection unit 105 (4) Vibration element V (5) Droplet imaging unit 101 (6) Control unit 102 (7) Processing unit 103 (8) Preparation section 106 (9) Storage unit 107 (10) Display section 108 (11) User interface 109 2. Droplet separation method 3. Droplet separation program
  • FIG. 1 is a schematic conceptual diagram schematically showing a first embodiment of a droplet separation system 1 according to the present technology.
  • FIG. 2 is a schematic conceptual diagram schematically showing a second embodiment of the droplet separation system 1 according to the present technology.
  • the droplet separation system 1 according to the present technology includes at least a droplet imaging section 101, a vibration element V, and a control section 102. Further, if necessary, a flow path P (P11 to P13), a light irradiation section 104, a detection section 105, a processing section 103, a sorting section 106, a storage section 107, a display section 108, a user interface 109, etc. may be provided. I can do it. The details of each part will be explained below.
  • the droplet separation system 1 may include an information processing device 20 having a processing section 102, a processing section 103, a storage section 107, a display section 108, and a user interface 109.
  • control unit 102, the processing unit 103, the storage unit 107, and the display unit 108 can be provided in a cloud environment and connected to the droplet separation system 1 via a network.
  • a control unit 102, a processing unit 103, a display unit 108, and a user interface 109 are provided in the information processing device 20, and a storage unit 107 is provided in a cloud environment to perform droplet sorting via a network. It is also possible to connect to the device 10 and the information processing device 20. In this case, it is also possible to store records of various processes in the information processing device 20 in the storage unit 107 on the cloud, and to share the various information stored in the storage unit 107 with multiple users.
  • Flow path P In the droplet separation system 1 according to the present technology, particle analysis and separation can be performed by detecting optical information obtained from particles aligned in a line in a flow cell (channel P).
  • the flow path P may be provided in the droplet separation system 1 in advance, but it is also possible to install a commercially available flow path P or a disposable chip provided with a flow path P to perform analysis or separation. It is.
  • the form of the flow path P is also not particularly limited and can be freely designed.
  • a flow path P formed in a two-dimensional or three-dimensional substrate T such as plastic or glass as shown in FIGS. 1 and 3
  • conventional flow cytometers can be used as shown in FIG.
  • a flow path P such as that used can also be used in the droplet separation system 1.
  • the channel width, channel depth, and channel cross-sectional shape of the channel P are not particularly limited as long as they can form laminar flow, and can be freely designed.
  • a microchannel with a channel width of 1 mm or less can also be used in the droplet separation system 1.
  • a microchannel having a channel width of approximately 10 ⁇ m or more and 1 mm or less can be suitably used in the present technology.
  • the method for sending the particles is not particularly limited, and the particles can be passed through the flow path P depending on the form of the flow path P used.
  • the sample liquid containing particles is introduced into the sample liquid flow path P11, and the sheath liquid is introduced into the two sheath liquid flow paths P12a and P12b.
  • the sample liquid flow path P11 and the sheath liquid flow paths P12a and P12b merge to form a main flow path P13.
  • sample liquid laminar flow sent through the sample liquid flow path P11 and the sheath liquid laminar flow sent through the sheath liquid flow paths P12a and P12b merge in the main flow path P13, and the sample liquid laminar flow is A sheath flow sandwiched between sheath liquid laminar flows can be formed.
  • Particles flowing through the channel P include a wide range of biologically related microparticles such as cells, microorganisms, and ribosomes, and synthetic particles such as latex particles, gel particles, and industrial particles.
  • Biologically related microparticles include chromosomes, ribosomes, mitochondria, organelles (cellular organelles), etc. that make up various cells.
  • Cells include animal cells (eg, blood cells, etc.) and plant cells.
  • Microorganisms include bacteria such as Escherichia coli, viruses such as tobacco mosaic virus, and fungi such as yeast.
  • biologically relevant microparticles may also include biologically relevant macromolecules such as nucleic acids, proteins, and complexes thereof.
  • the industrial particles may be, for example, organic or inorganic polymeric materials, metals, and the like.
  • Organic polymer materials include polystyrene, styrene/divinylbenzene, polymethyl methacrylate, and the like.
  • Inorganic polymer materials include glass, silica, magnetic materials, and the like.
  • Metals include colloidal gold, aluminum, and the like. Although the shape of these particles is generally spherical, in the present technology, they may be non-spherical, and their size, mass, etc. are not particularly limited.
  • the particles flowing through the channel P can be labeled with one or more types of dyes such as fluorescent dyes.
  • fluorescent dyes that can be used in this technology include, for example, Cascade Blue, Pacific Blue, Fluorescein isothiocyanate (FITC), Phycoerythrin (PE), Propidium iodide (PI), Texas red (TR), Peridinin chlorophyll protein (PerCP ), Allophycocyanin (APC), 4',6-Diamidino-2-phenylindole (DAPI), Cy3, Cy5, Cy7, Brilliant Violet (BV421), etc.
  • FITC Fluorescein isothiocyanate
  • PE Phycoerythrin
  • PI Propidium iodide
  • TR Texas red
  • API Allophycocyanin
  • DAPI 4',6-Diamidino-2-phenylindole
  • the light irradiation unit 104 irradiates particles contained in the fluid with excitation light.
  • the light irradiation unit 104 can also be equipped with a plurality of light sources so that excitation light of different wavelengths can be irradiated. In this case, it is possible to irradiate a plurality of excitation lights with different wavelengths at different positions in the flow direction of the fluid.
  • the type of light irradiated from the light irradiation unit 104 is not particularly limited, but in order to reliably generate fluorescence and scattered light from the particles, it is desirable that the light has a constant direction, wavelength, and light intensity.
  • Examples include lasers, LEDs, etc.
  • the type is not particularly limited, but it may be an argon ion (Ar) laser, a helium-neon (He-Ne) laser, a dye laser, a krypton (Cr) laser, a semiconductor laser, or a semiconductor laser.
  • Ar argon ion
  • He-Ne helium-neon
  • Ce helium-neon
  • dye laser a krypton
  • semiconductor laser or a semiconductor laser.
  • One type or two or more types of solid-state lasers combined with wavelength conversion optical elements can be used in any combination.
  • the detection unit 105 detects light from particles contained in the fluid. Specifically, upon irradiation with the excitation light, fluorescence and scattered light emitted from the particles are detected and converted into electrical signals.
  • the photodetector that can be used in the detection unit 105 is not particularly limited in its specific photodetection method as long as it can detect light from particles, and any photodetector used in known photodetectors may be used.
  • the light detection method can be freely selected and employed. For example, fluorescence measuring instruments, scattered light measuring instruments, transmitted light measuring instruments, reflected light measuring instruments, diffracted light measuring instruments, ultraviolet spectrometers, infrared spectrometers, Raman spectrometers, FRET measuring instruments, FISH measuring instruments, etc.
  • the vibrating element V forms droplets containing the particles. Specifically, when fluid containing particles is ejected as a jet flow JF from the orifice P14 of the main flow path P13, a vibration element V that vibrates at a predetermined frequency is used to vibrate all or part of the main flow path P13. By adding this, the horizontal section of the jet flow JF is modulated along the vertical direction in synchronization with the frequency of the vibrating element V, and droplets D are separated and generated at the break-off point BOP.
  • the vibration element V used in the present technology is not particularly limited, and any vibration element V that can be used in a droplet separation device such as a general flow cytometer can be freely selected and used.
  • An example is a piezo vibrating element.
  • the size of the droplet D can be adjusted by adjusting the amount of liquid sent to the sample liquid flow path P11, the sheath liquid flow paths P12a, P12b, and the main flow path P13, the diameter of the discharge port, the vibration frequency of the vibration element V, etc. can be adjusted to generate droplets D each containing a certain amount of particles.
  • the position of the vibrating element V is not particularly limited, and can be freely placed as long as it is possible to form droplets containing the particles.
  • the vibration element V can be placed near the orifice P14 of the main flow path P13, or as shown in FIG. 4, the vibration element V can be placed upstream of the flow path P. It is also possible to apply vibration to the whole or part of the flow path P or to the sheath flow inside the flow path P.
  • Droplet imaging unit 101 images the state of a fluid stream containing droplets (hereinafter also referred to as "the fluid stream"). Further, the droplet imaging section 101 is arranged downstream of the detection section 105.
  • the specific configuration of the droplet imaging unit 101 is not limited as long as it can image the state of the fluid stream.
  • the configuration is not limited to a configuration including an image pickup device such as a CCD camera or a CMOS sensor, but can also be configured with a so-called line sensor, etc., in which a plurality of sensors capable of detecting light brightness information such as a light amount sensor are lined up.
  • the droplet imaging unit 101 is arranged at a position where it can image the state of the fluid stream between the orifice P14 and a counter electrode 106b, which will be described later.
  • the fluid stream image obtained by the droplet imaging unit 101 is displayed on a display unit 108 such as a display to be described later, so that the user can check the droplet formation status and particle information (size, shape, spacing, etc.) in the fluid stream. etc.) can also be used to check.
  • a strobe S As a light source for imaging the state of the fluid stream in the droplet imaging unit 101, for example, a strobe S can be used.
  • the strobe S can also be controlled by a control unit 102, which will be described later.
  • the strobe S can be composed of an LED for imaging the fluid stream and a laser (for example, a red laser light source) for imaging the fluid stream, and the control unit 102 controls the light source to be used depending on the purpose of detection. Switching can be done.
  • the specific structure of the strobe S is not particularly limited, and one or more known circuits or elements can be selected and freely combined.
  • Control unit 102 specifies control parameters for the vibrating element V based on the state of the satellite, with respect to the fluid stream image including the droplet fused with the satellite imaged by the droplet imaging unit 101.
  • Patent Document 2 the state of the satellite droplet was detected, and the control parameters of the vibration element V were specified based on this.
  • satellite droplets do not necessarily exist, and when satellite droplets do not exist, that is, when satellites are fused into droplets, based on this, It was not possible to specify the control parameters of the vibration element V.
  • the state of the satellite can be extracted from the droplet image fused with the satellite, and the control parameters of the vibration element V can be specified based on this.
  • the state of the satellite can be extracted, for example, by performing separation processing of the satellite part and the droplet part on the fluid stream image by the processing unit 103, which will be described later. That is, the control unit 102 can specify the control parameters for the vibration element V based on the fluid stream image that has been subjected to separation processing by the processing unit 103, which will be described later. Details of the separation process in the processing unit 103 will be described later.
  • the control unit 102 Based on the extracted satellite state, the control unit 102 specifies the control parameters for the vibration element V. Examples of the control parameters of the vibration element V include the frequency, amplitude, and intensity of the drive voltage of the vibration element V, and the control unit 102 specifies one or more control parameters of the vibration element V. be able to.
  • the satellite status is, for example, satellite position information. More specifically, by determining whether the satellite is a fast satellite or a slow satellite and executing a programmed control algorithm based on this, the frequency of the drive voltage supplied to the vibrating element V is determined. One or more control parameters selected from , amplitude, and intensity can be automatically controlled.
  • control parameters of the vibration element V based on the state of the satellite can be specified using, for example, the method shown in Patent Document 2 mentioned above.
  • Processing unit 103 performs separation processing between the satellite portion and the droplet portion on the fluid stream image including the droplet fused with the satellite imaged by the droplet imaging portion 101 .
  • the processing unit 103 performs separation processing between the satellite portion and the droplet portion on the fluid stream image including the droplet fused with the satellite imaged by the droplet imaging portion 101 .
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of an overview of a processing method performed by the processing unit 103.
  • the processing unit 103 can perform a first determination process S1, a second determination process S2, and a separation process S3. These processes are performed as necessary. For example, if the first determination process S1 is determined to be "NG”, the process ends without performing the second determination process S2 and separation process S3, and the process proceeds to control by the control unit 102. On the other hand, if it is determined to be "OK” in the first determination process S1 and further determined to be "OK” in the second determination process S2, a separation process S3 is performed and the process in the processing unit 103 ends. The process then proceeds to control by the control unit 102.
  • the process ends without performing the separation process S3, and the process proceeds to control by the control unit 102.
  • the first determination process S1 is not essential, and may be set in advance according to the specifications of the droplet separation device 10, the size of the orifice P14, etc., or the user himself can perform the same steps as the first determination process S1. It is also possible to make a determination.
  • the second determination process S2 is not essential, and when the user himself/herself performs the second determination process S2 and the result is determined to be "OK", the processing unit 103 may perform the separation process S3. After performing the separation process S3, the processing in the processing unit 103 is completed, and control proceeds to the control unit 102.
  • the first determination process S1 and the second determination process S2 can be performed multiple times by changing their respective criteria as necessary. For example, as shown in the flowchart shown in FIG. 5, after performing the first determination process S1 at the first time ⁇ the second determination process S2 at the first time, the first determination process S1 at the second time ⁇ the second determination process at the second time. Process S2 can also be performed.
  • the second determination process S2 for the first time ⁇ the second determination process S2 for the second time may be performed.
  • the number of times of the first determination process S1 and the number of times of the second determination process S2 may not be the same.
  • the first determination process S1 may be performed only once, and the second determination process S2 may be performed multiple times using different criteria. Each process will be explained in detail below.
  • First determination process S1 In the first determination process S1, it is determined whether or not the separation process S3 is necessary based on a preset threshold value. More specifically, in the first determination process S1, a threshold value preset according to the specifications of the droplet sorting device 10, a threshold value determined at the time of design evaluation of the droplet sorting device 10, or a flow rate to be used is used. Based on a threshold value etc. set in advance according to the size of the orifice P14 of the path P, etc., it is determined whether or not to perform the separation process S3.
  • the threshold value can be a threshold value related to one or more selected from the width, length, and center of gravity of the droplet.
  • Second determination process S2 In the second determination process S2, it is determined whether the separation process S3 is possible based on the droplet state parameters calculated from the fluid stream image captured by the droplet imaging unit 101. More specifically, in the second determination process S2, it is determined that the droplet can be separated if the state parameter of the droplet calculated from the fluid stream image captured by the droplet imaging unit 101 is within a predetermined range, If it is outside the predetermined range, it is determined that separation is not possible.
  • Droplet condition parameters include, for example, the ratio of the width and length of the droplet, the position of the center of gravity relative to the length of the droplet, and the position where the width of the droplet becomes a specific width relative to the length of the droplet. Based on one or more of these state parameters, the processing unit 103 determines whether the separation process S3 is possible.
  • FIG. 7 shows an example of a fluid stream image captured by the droplet imaging unit 101, and is a photograph substituted for a drawing for explaining a method of calculating the ratio between the width and length of a droplet.
  • Ratio (%) (width / height) x 100
  • the ratio (%) value is 1 to 99, so the predetermined range is set to 1 to 99, and the ratio is determined based on the ratio of the width and length of the droplet. If the 2 determination process S2 is performed, it can be determined that the separation process S3 is possible only in the case of vertically long droplets.
  • FIG. 8 shows an example of a fluid stream image captured by the droplet imaging unit 101, and is a photograph substituted for a drawing for explaining a method of calculating the ratio of the center of gravity position to the length of a droplet.
  • the ratio (%) of the center of gravity position to the length (height) of the droplet can be calculated using the following formula.
  • Ratio of center of gravity position (ratio (%)) (distance to center of gravity/length (height)) x 100
  • the droplet has its center of gravity at the top (upstream side).
  • the ratio (%) is 100%, the droplet has its center of gravity at the bottom (downstream side).
  • the ratio (%) is 50%, the droplet has its center of gravity in the middle with respect to its length.
  • the ratio (%) of the center of gravity is between 1 and 49. If the second determination process S2 is performed based on the position of the center of gravity relative to the length of the droplet, it can be determined that the separation process S3 is possible only for droplets whose center of gravity is below (downstream) from the center. can.
  • FIG. 9 is an example of a flowchart of the second determination process S2 when the position where the width of the droplet becomes a specific width with respect to the length of the droplet is used as the state parameter of the droplet.
  • the processing unit 103 first calculates the minimum width of the droplet (Min width).
  • the minimum width of the droplet (Min width) can be calculated by scanning the fluid stream image from the downstream side (bottom side).
  • the droplet has a part where the width widens again after reaching the minimum width, and the width of that part is XX% or less with respect to the maximum width of the droplet, narrowing is considered. It can be determined that the part is "present".
  • the threshold value of the position relative to the length of the droplet is set to XX%, as shown in the example of the droplet image shown in Fig. 10, there is clearly a constricted part in the droplet, and the position of the narrowed part
  • the droplet is located more than XX% downstream with respect to the length of the droplet, it can be estimated that the part above the constriction part corresponds to the satellite, and in the separation process S3 described later, Separation is possible at the stenosis. In this case, it is determined that separation is possible in check S233 of the position of the constricted portion of the droplet, and the process proceeds to separation processing S3, which will be described later.
  • the width of the droplet is If separation is performed at the minimum position, there is a risk that separation will occur upstream of the position where separation should occur. If the control unit 102 specifies the control parameters for the vibration element V based on the information of the satellite part that has been separated upstream of the position where it should be separated, there is a risk that the control accuracy will be reduced. Therefore, in this case, the process advances to step S234 to check the position where the width of the next droplet becomes a specific width with respect to the maximum width.
  • the width of a droplet is determined from a fluid stream image, and a predetermined width is calculated using the following formula.
  • Predetermined width droplet width ⁇ (width threshold (%) for maximum droplet width/100)
  • the length (height) of the droplet is determined from the fluid stream image, a predetermined position is calculated using the same formula as in checking S233 for the position of the constriction part of the droplet, and the calculated position and the predetermined width are Judgment can be made by comparing the position where (Next min width).
  • the droplet length position threshold For example, if you set the droplet length position threshold to XX%, scan the fluid stream image from downstream until the droplet width is a certain width (Next min width) relative to the maximum width. If the position is more than XX% downstream of the length of the droplet, it can be determined that the droplet can be separated.
  • the droplet A part that cannot be separated at the position where the droplet width is minimum, but is estimated to correspond to a satellite by separating at a part where the droplet width is a certain width (Next min width) compared to the maximum width. can be separated from the droplet portion.
  • it is determined that separation is possible in step S234 of checking the position where the width of the droplet is a specific width with respect to the maximum width, and the process proceeds to separation processing S3, which will be described later.
  • the constriction part of the droplet is not clear, the position where the width of the droplet is minimum (Min width) is too high, and the width of the droplet is If the position at which the specified width (Next min width) is also too high compared to the maximum width, if the separation is performed at the Next min width position, there is a risk that the separation will occur upstream of the position where it should be separated. If the control unit 102 specifies the control parameters for the vibration element V based on the information of the satellite part that has been separated upstream of the position where it should be separated, there is a risk that the control accuracy will be reduced.
  • separation processing S3 separation processing of the satellite portion and the droplet portion is performed on the fluid stream image.
  • the separation process between the satellite part and the droplet part can be performed based on the width information of the droplet. Specifically, the separation process between the satellite part and the droplet part can be performed at a position having a specific width relative to the length of the droplet. More specifically, the separation process of the satellite part and the droplet part is carried out at the position where the width of the droplet is the minimum (Min width) or the position where the width of the droplet is a specific width relative to the maximum width (Min width). Next min width).
  • the constricted part is If it is determined that the length is within a predetermined range, in separation process S3, the satellite part and the droplet part are separated at the narrowing part, that is, the position where the width of the droplet is minimum (Min width). can be processed.
  • the second determination process S2 in which the droplet has a constricted part, it is determined that there is no constricted part in the droplet, or in the second determination process S2, in which the droplet has a constricted part, it is determined that the droplet has no constricted part.
  • check S232 it is determined that the droplet has a constricted part, but in check S233 of the position of the constricted part of the droplet, it is determined that the position of the constricted part is outside the predetermined range.
  • next min width a specific width
  • separation process S3 the width of the droplet is set to the maximum width. Separation processing of the satellite part and the droplet part can be performed at a position where the width becomes a certain width (Next min width).
  • the first determination process S11 is performed for the first time. In the first first determination process S11, it is determined whether the separation process is necessary or not based on a preset threshold value. If it is determined that the separation process is not necessary, the process ends without performing the second determination process S2 and the separation process S3, and the process proceeds to control by the control unit 102. On the other hand, if it is determined in the first first determination process S11 that it is necessary to perform the separation process, the process proceeds to the first second determination process S21.
  • the ratio of the width and length of the droplet is calculated (S211). If the calculated width-to-length ratio of the droplet is outside the predetermined range, the process ends without performing the separation process S3, and the process proceeds to control by the control unit 102. On the other hand, if the calculated ratio of the width and length of the droplet is within the predetermined range, the process proceeds to the second first determination process S12.
  • the second first determination process S12 it is determined whether the separation process is necessary or not based on a preset threshold value. If it is determined that the separation process is not necessary, the process ends without performing the second determination process S22 and the separation process S3, and the process proceeds to control by the control unit 102. On the other hand, if it is determined in the second first determination process S12 that it is necessary to perform the separation process, the process proceeds to the second second determination process S22.
  • the ratio of the center of gravity position to the length of the droplet is calculated (S221). If the calculated ratio of the center of gravity position is outside the predetermined range, the process ends without performing the separation process S3, and the process proceeds to control by the control unit 102. On the other hand, if the calculated ratio of the center of gravity is within the predetermined range, the process proceeds to S231 for calculating the minimum width of the droplet.
  • next min width a specific width
  • S234 is performed. In checking S234 for the position where the width of the droplet becomes a specific width (Next min width) with respect to the maximum width, if it is determined that the Next min width is within a predetermined range, the process proceeds to separation processing S3, and the droplet Separation processing between the satellite part and the droplet part is performed at a position where the width of the droplet part becomes a specific width (Next min width) with respect to the maximum width.
  • Preparation section 106 the droplet D containing the particles formed by the vibrating element V is fractionated. Specifically, the droplet D is charged with a positive or negative charge based on the analysis results of the particle size, shape, internal structure, etc., analyzed from the optical signal detected by the detection unit 105 (sign 106a). Then, the course of the charged droplet D is changed to a desired direction by the counter electrode 106b to which a voltage is applied, and the droplet D is fractionated.
  • the position of the charging unit 106a is not particularly limited, and can be freely positioned as long as it is possible to charge the droplet D containing the particles.
  • the position of the charging unit 106a is not particularly limited, and can be freely positioned as long as it is possible to charge the droplet D containing the particles.
  • a charging unit 105a composed of an electrode or the like and charge the droplet D via the sheath liquid immediately before forming the droplet D containing the target particles.
  • the droplet separation system 1 can include a storage unit 107 that stores various data.
  • the storage unit 107 stores, for example, image data captured by the droplet imaging unit 101, optical signal data from particles detected by the detection unit 105, control data controlled by the control unit 102, and processing processed by the processing unit 103. It is possible to store all kinds of data related to particle detection and droplet sorting, such as data and sorting data of particles sorted by the sorting section 106.
  • the storage unit 107 can be provided in a cloud environment, so each user can share various information recorded in the storage unit 107 on the cloud via a network. It is.
  • the storage unit 107 is not essential, and it is also possible to store various data using an external storage device or the like.
  • the droplet separation system 1 can include a display section 108 that displays various data.
  • the display unit 108 displays, for example, image data captured by the droplet imaging unit 101, optical signal data from particles detected by the detection unit 105, control data controlled by the control unit 102, and processing processed by the processing unit 103. It is possible to display all kinds of data related to particle detection and droplet separation, such as data and separation data of particles separated by the separation unit 106.
  • the display unit 108 is not essential, and an external display device may be connected.
  • the display unit 108 for example, a display, a printer, etc. can be used.
  • the droplet separation system 1 can include a user interface 109 that is a part operated by a user. A user can access each part and each device through the user interface 109 and control each part and each device.
  • the user interface 109 is not essential, and an external operating device may be connected.
  • an external operating device may be connected.
  • the user interface 109 for example, a mouse, a keyboard, etc. can be used.
  • Droplet separation method includes at least an imaging step, a droplet formation step, and a control step. Further, a light irradiation step, a detection step, a treatment step, a fractionation step, a storage step, a display step, etc. can be performed as necessary.
  • the droplet sorting program according to the present technology is a program for causing a computer to realize at least a control function of specifying control parameters of a vibrating element for forming droplets.
  • the droplet separation program according to the present technology may be a program for causing a computer to realize a processing function of separating a satellite part and a droplet part with respect to a fluid stream image.
  • the droplet separation program according to the present technology may be stored in a recording medium such as a magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or flash memory, and may also be distributed via a network.
  • a recording medium such as a magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or flash memory
  • each function is the same as the function performed by each part of the droplet separation system 1 according to the present technology described above, so a description thereof will be omitted here.
  • the present technology can also take the following configuration.
  • a droplet imaging unit that images the state of a fluid stream including droplets discharged from an orifice that generates the fluid stream; a vibrating element for forming the droplet; a control unit that specifies a control parameter for the vibrating element based on a state of the satellite with respect to a fluid stream image including a droplet fused with a satellite imaged by the droplet imaging unit; system.
  • the control parameter is one or more parameters selected from the frequency, amplitude, and intensity of the driving voltage of the vibrating element.
  • the droplet separation system according to any one of (3) to (7), wherein the processing unit performs a first determination process for determining whether or not the separation process is necessary based on a preset threshold value. .
  • the threshold value is a threshold value related to one or more selected from the width, length, and center of gravity of the droplet.
  • the processing unit performs a second determination process of determining whether the separation process is possible based on the droplet state parameter calculated from the fluid stream image captured by the droplet imaging unit.
  • the droplet separation system according to any one of 3) to (9).
  • the condition parameter is one or more selected from the ratio of the width and length of the droplet, the position of the center of gravity relative to the length of the droplet, and the position where the width of the droplet becomes a specific width relative to the length of the droplet.
  • the processing unit scans the fluid stream image from the downstream side and calculates the minimum width of the droplet.
  • (13) The droplet separation system according to (11), wherein in the second determination process, it is determined that separation is possible when the state parameter is within a predetermined range.
  • the fluid stream image is scanned from the upstream side, and if the position where the width of the droplet is minimum is within a predetermined range with respect to the length of the droplet, it is determined that separation is possible.
  • the fluid stream image is scanned from the downstream side, and the position where the width of the droplet becomes a specific width with respect to the maximum width is within a predetermined range with respect to the length of the droplet.
  • the droplet separation system according to (13) which determines that separation is possible in certain cases.
  • a droplet separation method comprising: (17) Based on the fluid stream image in which the state of the fluid stream including the droplet fused with the satellite discharged from the orifice that generates the fluid stream is imaged, the vibration element for forming the droplet is determined based on the state of the satellite.
  • a droplet separation program that enables a computer to perform control functions that specify control parameters.
  • Droplet separation system 10 Droplet separation device 20 Information processing device P, P11, P12, P13 Channel P14 Orifice 101 Droplet imaging section 102 Control section 103 Processing section 104 Light irradiation section 105 Detection section V Vibration element 106 Taking part 107 Storage part 108 Display part 109 User interface 106a Charging part 106b Counter electrode JF Jet flow BOP Break-off point D Droplet S Strobe

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Abstract

液滴分取技術において、安定的に液滴を形成するための新規な技術を提供すること。 流体ストリームを発生するオリフィスから吐出される液滴を含む流体ストリームの状態を撮像する液滴撮像部と、前記液滴を形成するための振動素子と、前記液滴撮像部で撮像されたサテライトと融合した液滴を含む流体ストリーム画像に対して、サテライトの状態に基づき、前記振動素子の制御パラメータを特定する制御部と、を有する、液滴分取システムを提供する。

Description

液滴分取システム、液滴分取方法、及び液滴分取プログラム
　本技術は、液滴分取システムに関する。より詳しくは、液滴の特性を光学的に検出して液滴の分取を行う液滴分取システム、液滴分取方法、及び液滴分取プログラムに関する。
　近年、分析手法の発展に伴い、細胞や微生物等の生体微小粒子、マイクロビーズ等の微小粒子などを流路中に通流させ、通流させる工程において、粒子等を個々に検出したり、検出した粒子等を解析又は分取したりする手法が開発されつつある。
　このような粒子の解析又は分取の手法の代表的な一例として、フローサイトメトリーと呼ばれる分析手法の技術改良が急速に進んでいる。フローサイトメトリーとは、解析の対象となる粒子を流体中に整列させた状態で流し込み、該粒子にレーザー光等を照射することにより、各粒子から発せられた蛍光や散乱光を検出することで、粒子の解析や分取を行う分析手法である。
　例えば、細胞の蛍光を検出する場合、蛍光色素により標識した細胞にレーザー光などの適当な波長かつ強度を有する励起光を照射する。そして、蛍光色素から発せられる蛍光をレンズなどで集光し、フィルタやダイクロイックミラー等の波長選択素子を用いて適当な波長域の光を選択し、選択された光をＰＭＴ（光電子倍増管：photo multiplier tube）などの受光素子を用いて検出する。このとき、波長選択素子と受光素子とを複数組み合わせることによって、細胞に標識された複数の蛍光色素からの蛍光を同時に検出し、解析することも可能である。更に、複数波長の励起光を組み合わせることで、解析可能な蛍光色素の数を増やすこともできる。
　フローサイトメトリーにおける蛍光検出には、フィルタなどの波長選択素子を用いて不連続な波長域の光を複数選択し、各波長域の光の強度を計測する方法の他に、連続した波長域における光の強度を蛍光スペクトルとして計測する方法もある。蛍光スペクトルの計測が可能なスペクトル型フローサイトメトリーでは、粒子から発せられる蛍光を、プリズム又はグレーティングなどの分光素子を用いて分光する。そして、分光された蛍光を、検出波長域が異なる複数の受光素子が配列された受光素子アレイを用いて検出する。受光素子アレイには、ＰＭＴやフォトダイオード等の受光素子を一次元に配列したＰＭＴアレイ又はフォトダイオードアレイ、或いはＣＣＤ又はＣＭＯＳ等の２次元受光素子などの独立した検出チャネルが複数並べられたものが用いられている。
　フローサイトメトリー等に代表される粒子の解析では、分析対象となる粒子にレーザーなどの光を照射し、粒子から発せられる蛍光や散乱光を検出する光学的手法が多く用いられている。そして、検出された光学的情報をもとに、解析用コンピュータとソフトウェアでヒストグラムを抽出し、解析が行われる。
　例えば、特許文献１には、生物学的粒子のそれぞれに光を照射して、該生物学的粒子からの光を検出する光学的機構と、前記生物学的粒子のそれぞれからの光に基づいて、前記液体フローにおける該生物学的粒子の移動速度を検出する制御部と、前記生物学的粒子のそれぞれの前記移動速度に基づいて、該生物学的粒子に電荷を与える荷電部とを備える、液体フローに含まれる生物学的粒子を分別する装置が提案されている。
　また、特許文献２には、液滴分取装置に、流体ストリームを発生するオリフィスから吐出される液滴及び前記液滴間に存在するサテライト液滴の状態を検出する検出部と、前記サテライト液滴が存在する位置に基づいて、前記オリフィスに振動を与える振動素子に供給される駆動電圧の周波数を制御する制御部とを設けることにより、安定して液滴を形成することが可能な技術が開示されている。
特開２００９－１４５２１３号公報 特開２０１６－０５７２８６号公報
　前述の通り、液滴分取技術において、安定的に液滴を形成する技術は開発されつつある。前記特許文献２に示した通り、サテライト液滴の状態を検出し、これに基づいて安定した液滴を形成することは可能であるが、実際の液滴分取においては、必ずしもサテライト液滴が存在するとは限らず、安定的に液滴を形成する技術は、更なる開発が望まれていた。
　そこで、本技術では、液滴分取技術において、安定的に液滴を形成するための新規な技術を提供することを主目的とする。
　本技術では、まず、流体ストリームを発生するオリフィスから吐出される液滴を含む流体ストリームの状態を撮像する液滴撮像部と、
　前記液滴を形成するための振動素子と、
　前記液滴撮像部で撮像されたサテライトと融合した液滴を含む流体ストリーム画像に対して、サテライトの状態に基づき、前記振動素子の制御パラメータを特定する制御部と、を有する、液滴分取システムを提供する。
　本技術に係る液滴分取システムにおいて、前記制御パラメータは、前記振動素子の駆動電圧の周波数、振幅、及び強度から選択される１以上のパラメータとすることができる。
　本技術に係る液滴分取システムには、前記流体ストリーム画像について、サテライト部と液滴部の分離処理を行う処理部を備えることができる。
　本技術に係る液滴分取システムにおける前記制御部は、前記分離処理後の流体ストリーム画像に基づいて、前記振動素子の制御パラメータを特定することができる。
　本技術に係る液滴分取システムにおいて、前記分離処理は、液滴の幅情報に基づいて行うことができる。
　この場合、前記分離処理は、液滴の長さに対して特定の幅となる位置で行うことができる。
　また、前記分離処理は、液滴の幅が最小になる位置、又は、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅になる位置で行うこともできる。
　本技術に係る液滴分取システムにおける前記処理部は、予め設定された閾値に基づいて、前記分離処理の実施の要否を判定する第１判定処理を行うことができる。
　第１判定処理を行う場合、前記閾値は、液滴の幅、長さ、及び重心から選択される１以上に関する閾値とすることができる。
　本技術に係る液滴分取システムにおける前記処理部は、前記液滴撮像部で撮像された前記流体ストリーム画像から算出された液滴の状態パラメータに基づいて、前記分離処理が可能か否かを判定する第２判定処理を行うことができる。
　第２判定処理を行う場合、前記状態パラメータは、液滴の幅と長さの比率、液滴の長さに対する重心位置、及び液滴の長さに対して液滴の幅が特定の幅となる位置から選択される１以上の状態パラメータとすることができる。
　本技術に係る液滴分取システムにおける前記処理部は、前記流体ストリーム画像を下流側から走査して、液滴の幅の最小値を算出することができる。
　本技術に係る液滴分取システムにおいて、前記第２判定処理では、前記状態パラメータが所定の範囲内である場合に、分離可能と判定することができる。
　この場合、前記第２判定処理では、前記流体ストリーム画像を上流側から走査して、液滴の幅が最小になる位置が、液滴の長さに対して所定の範囲内である場合に、分離可能と判定することができる。
　また、前記第２判定処理では、前記流体ストリーム画像を下流側から走査して、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅になる位置が、液滴の長さに対して所定の範囲内である場合に、分離可能と判定することができる。
　本技術では、次に、流体ストリームを発生するオリフィスから吐出される液滴を含む流体ストリームの状態を撮像する撮像工程と、
　振動素子を用いて液滴を形成する液滴形成工程と、
　前記撮像工程で撮像されたサテライトと融合した流体ストリーム画像に対して、サテライトの状態に基づき、前記振動素子の制御パラメータを特定する制御工程と、
　を有する、液滴分取方法を提供する。
　本技術では、更に、流体ストリームを発生するオリフィスから吐出されるサテライトと融合した液滴を含む流体ストリームの状態が撮像された流体ストリーム画像に対して、サテライトの状態に基づき、前記液滴を形成するための振動素子の制御パラメータを特定する制御機能を、コンピューターに実現させるための液滴分取プログラムを提供する。
本技術に係る液滴分取システム１の第１実施形態を模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る液滴分取システム１の第２実施形態を模式的に示す模式概念図である。 本技術に係る液滴分取システム１の第３実施形態を模式的に示す模式概念図である。 処理部１０３が行う処理方法の概要の一例を示すフローチャートである。 処理部１０３が行う処理方法の概要の図４とは異なる一例を示すフローチャートである。 処理部１０３が行う処理方法の概要の図４及び図５とは異なる一例を示すフローチャートである。 液滴撮像部１０１で撮像された流体ストリーム画像の一例を示す図面代用写真である。 液滴撮像部１０１で撮像された流体ストリーム画像の一例を示し液滴の長さに対する重心位置の割合の算出方法の説明のための図面代用写真である。 液滴の長さに対して液滴の幅が特定の幅となる位置を、液滴の状態パラメータとして用いた場合の第２判定処理Ｓ２のフローチャートの一例である。 液滴撮像部１０１で撮像された液滴画像の一例を示す図面代用写真である。 液滴撮像部１０１で撮像された液滴画像の図１０とは異なる一例を示す図面代用写真である。 液滴撮像部１０１で撮像された液滴画像の図１０及び図１１とは異なる一例を示す図面代用写真である。 処理部１０３が行う処理方法の一連の流れの一例を示すフローチャートである。 振動素子Ｖ及び荷電部１０６ａの設置例を示す模式概念図である。
　以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
　１．液滴分取システム１
　（１）流路Ｐ
　（２）光照射部１０４
　（３）検出部１０５
　（４）振動素子Ｖ
　（５）液滴撮像部１０１
　（６）制御部１０２
　（７）処理部１０３
　（８）分取部１０６
　（９）記憶部１０７
　（１０）表示部１０８
　（１１）ユーザーインターフェース１０９
　２．液滴分取方法
　３．液滴分取プログラム
　１．液滴分取システム１
　図１は、本技術に係る液滴分取システム１の第１実施形態を模式的に示す模式概念図である。図２は、本技術に係る液滴分取システム１の第２実施形態を模式的に示す模式概念図である。本技術に係る液滴分取システム１は、少なくとも、液滴撮像部１０１と、振動素子Ｖと、制御部１０２と、を有する。また、必要に応じて、流路Ｐ（Ｐ１１～１３）、光照射部１０４、検出部１０５、処理部１０３、分取部１０６、記憶部１０７、表示部１０８、およびユーザーインターフェース１０９等を備えることができる。以下、各部の詳細について説明する。
　なお、制御部１０２、処理部１０３、記憶部１０７、表示部１０８、およびユーザーインターフェース１０９等については、図１に示す第１実施形態のように、粒子の分取を行う装置１０内に設けてもよいし、図２に示す第２実施形態のように、光照射部１０４と、検出部１０５と、振動素子Ｖと、分取部１０６と、を有する液滴分取装置１０と、制御部１０２、処理部１０３、記憶部１０７、表示部１０８、およびユーザーインターフェース１０９を有する情報処理装置２０と、を備える液滴分取システム１とすることもできる。
　また、図３に示す液滴分取システム１の第３実施形態のように、制御部１０２、処理部１０３、記憶部１０７、表示部１０８、およびユーザーインターフェース１０９を、それぞれ独立して設け、ネットワークを介して、液滴分取システム１と接続することも可能である。
　加えて、図示しないが、制御部１０２、処理部１０３、記憶部１０７、および表示部１０８を、クラウド環境に設けて、ネットワークを介して、液滴分取システム１と接続することも可能である。また、図示しないが、制御部１０２、処理部１０３、表示部１０８、およびユーザーインターフェース１０９を情報処理装置２０内に設け、記憶部１０７をクラウド環境に設けて、ネットワークを介して、液滴分取装置１０および情報処理装置２０と接続することも可能である。この場合、情報処理装置２０における各種処理の記録等を、クラウド上の記憶部１０７に記憶して、記憶部１０７に記憶された各種情報を、複数のユーザーで共有することも可能である。
　（１）流路Ｐ
　本技術に係る液滴分取システム１では、フローセル（流路Ｐ）中で一列に整列させた粒子から得られる光学的情報を検出することにより、粒子の解析や分取を行うことができる。
　流路Ｐは、液滴分取システム１に予め備えていてもよいが、市販の流路Ｐや流路Ｐが設けられた使い捨てのチップなどを設置して解析又は分取を行うことも可能である。
　流路Ｐの形態も特に限定されず、自由に設計することができる。例えば、図１および図３に示すような２次元又は３次元のプラスチックやガラス等の基板Ｔ内に形成した流路Ｐに限らず、後述する図２に示すように、従来のフローサイトメータで用いられているような流路Ｐも、液滴分取システム１に用いることができる。
　また、前記流路Ｐの流路幅、流路深さ、流路断面形状も、層流を形成し得る形態であれば特に限定されず、自由に設計することができる。例えば、流路幅１ｍｍ以下のマイクロ流路も、液滴分取システム１に用いることが可能である。特に、流路幅１０μｍ以上１ｍｍ以下程度のマイクロ流路は、本技術に好適に用いることができる。
　粒子の送流方法は特に限定されず、用いる流路Ｐの形態に応じて、流路Ｐ内を通流させることができる。例えば、図１および図３に示す基板Ｔ内に形成した流路Ｐの場合を説明する。粒子を含むサンプル液はサンプル液流路Ｐ１１に、また、シース液は２本のシース液流路Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂに、それぞれ導入される。サンプル液流路Ｐ１１とシース液流路Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂは合流して主流路Ｐ１３となる。サンプル液流路Ｐ１１内を送液されるサンプル液層流と、シース液流路Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂ内を送液されるシース液層流と、は主流路Ｐ１３内において合流し、サンプル液層流がシース液層流に挟み込まれたシースフローを形成することができる。
　流路Ｐを通流させる粒子は、細胞や微生物、リボソーム等の生体関連微小粒子、或いはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子等の合成粒子などが広く含まれるものとする。
　生体関連微小粒子には、各種細胞を構成する染色体、リボソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)などが含まれる。細胞には、動物細胞（例えば、血球系細胞等）及び植物細胞が含まれる。微生物には、大腸菌等の細菌類、タバコモザイクウイルス等のウイルス類、イースト菌等の菌類などが含まれる。更に、生体関連微小粒子には、核酸やタンパク質、これらの複合体等の生体関連高分子も包含され得る。また、工業用粒子は、例えば、有機若しくは無機高分子材料、金属等であってもよい。有機高分子材料には、ポリスチレン、スチレン・ジビニルベンゼン、ポリメチルメタクリレート等が含まれる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、磁性体材料等が含まれる。金属には、金コロイド、アルミ等が含まれる。これらの粒子の形状は、一般には球形であるのが普通であるが、本技術では、非球形であってもよく、また、その大きさ、質量等も特に限定されない。
　流路Ｐを通流させる粒子は、１種又は２種以上の蛍光色素等の色素で標識することができる。この場合、本技術で使用可能な蛍光色素としては、例えば、Cascade Blue、Pacific Blue、Fluorescein isothiocyanate(FITC)、Phycoerythrin(PE)、Propidium iodide(PI)、Texas red(TR)、Peridinin chlorophyll protein(PerCP)、Allophycocyanin(APC)、4’,6-Diamidino-2-phenylindole(DAPI)、Cy3、Cy5、Cy7、Brilliant Violet(BV421)等が挙げられる。
　（２）光照射部１０４
　光照射部１０４では、流体に含まれる粒子への励起光の照射が行なわれる。光照射部１０４には、異なる波長の励起光を照射できるように、複数の光源を備えることもできる。この場合、波長の異なる複数の励起光を、流体の流れ方向に異なる位置で、照射するように構成することができる。
　光照射部１０４から照射される光の種類は特に限定されないが、粒子から蛍光や散乱光を確実に発生させるためには、光方向、波長、光強度が一定の光が望ましい。一例としては、レーザー、ＬＥＤ等を挙げることができる。レーザーを用いる場合、その種類も特に限定されないが、アルゴンイオン（Ar）レーザー、ヘリウム－ネオン（He-Ne）レーザー、ダイ（dye）レーザー、クリプトン（Cr）レーザー、半導体レーザー、又は、半導体レーザーと波長変換光学素子を組み合わせた固体レーザー等を、１種又は２種以上、自由に組み合わせて用いることができる。
　（３）検出部１０５
　検出部１０５では、流体に含まれる粒子からの光の検出が行われる。具体的には、前記励起光の照射により、粒子から発せられた蛍光や散乱光を検出して、電気信号へ変換する。
　本技術において、検出部１０５に用いることができる光検出器としては、粒子からの光の検出ができれば、その具体的な光検出方法は特に限定されず、公知の光検出器に用いられている光検出方法を自由に選択して採用することができる。例えば、蛍光測定器、散乱光測定器、透過光測定器、反射光測定器、回折光測定器、紫外分光測定器、赤外分光測定器、ラマン分光測定器、ＦＲＥＴ測定器、ＦＩＳＨ測定器その他各種スペクトラム測定器、ＰＭＴやフォトダイオード等の受光素子を一次元に配列したＰＭＴアレイ又はフォトダイオードアレイ、或いはＣＣＤ又はＣＭＯＳ等の２次元受光素子などの独立した検出チャネルが複数並べられたもの、等に用いられている光検出方法を１種又は２種以上自由に組み合わせて採用することができる。
　（４）振動素子Ｖ
　本技術に係る液滴分取システム１では、振動素子Ｖによって、前記粒子を含む液滴が形成される。具体的には、主流路Ｐ１３のオリフィスＰ１４から粒子を含む流体がジェットフローＪＦとして噴出される際、所定の周波数で振動する振動素子Ｖを用いて、主流路Ｐ１３の全体若しくは一部に振動を加えることで、ジェットフローＪＦの水平断面が鉛直方向に沿って振動素子Ｖの周波数に同期して変調し、ブレイクオフポイントＢＯＰにおいて、液滴Ｄが分離・発生する。
　なお、本技術に用いる振動素子Ｖは特に限定されず、一般的なフローサイトメータ等の液滴分取装置に用いることができる振動素子Ｖを自由に選択して用いることができる。一例としては、ピエゾ振動素子などを挙げることができる。また、サンプル液流路Ｐ１１とシース液流路Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂ、及び主流路Ｐ１３への送液量、吐出口の径、振動素子Ｖの振動数などを調整することにより、液滴Ｄの大きさを調整し、粒子を一定量ずつ含む液滴Ｄを発生させることができる。
　本技術において、振動素子Ｖの位置は特に限定されず、前記粒子を含む液滴の形成が可能であれば、自由に配置することができる。例えば、図１～３に示すように、主流路Ｐ１３のオリフィスＰ１４近傍に振動素子Ｖを配置することもできるし、図４に示すように、流路Ｐの上流に振動素子Ｖを配置して、流路Ｐの全体、一部又は流路Ｐ内部のシース流に振動を加えることも可能である。
　（５）液滴撮像部１０１
　液滴撮像部１０１は、液滴を含む流体ストリーム（以下、「前記流体ストリーム」とも称する）の状態を撮像する。また、液滴撮像部１０１は、前記検出部１０５の下流に配置されている。
　液滴撮像部１０１は、前記流体ストリームの状態を撮像することができれば、その具体的な構成は限定されない。例えば、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳセンサー等の撮像素子を備える構成に限らず、光量センサー等の光の輝度情報が検出できるセンサーを複数並べた、所謂、ラインセンサー等で構成することもできる。
　液滴撮像部１０１は、オリフィスＰ１４と後述する対向電極１０６ｂの間における前記流体ストリームの状態を撮像可能な位置に配置される。
　液滴撮像部１０１により得られた流体ストリーム画像は、後述するディスプレイ等の表示部１０８に表示されて、ユーザが液滴の形成状況や、前記流体ストリーム中の粒子情報（大きさ、形態、間隔等）を確認するためにも利用できる。
　液滴撮像部１０１において前記流体ストリームの状態を撮像するための光源としては、例えば、ストロボＳを用いることができる。ストロボＳは、後述する制御部１０２によって制御することもできる。ストロボＳは、前記流体ストリームを撮像するためのＬＥＤ及び流体ストリームを撮像するためのレーザ（例えば、赤色レーザ光源）から構成することができ、制御部１０２により検出する目的に応じて使用する光源の切り替えが行うことができる。ストロボＳの具体的な構造は特に限定されず、公知の回路又は素子を１種又は２種以上選択して、自由に組み合わせることができる。
　（６）制御部１０２
　制御部１０２では、液滴撮像部１０１で撮像されたサテライトと融合した液滴を含む流体ストリーム画像に対して、サテライトの状態に基づき、振動素子Ｖの制御パラメータの特定が行われる。
　前述したように、従来は、前記特許文献２のように、サテライト液滴の状態を検出し、これに基づいて、振動素子Ｖの制御パラメータの特定が行われていた。しかしながら、実際の液滴分取においては、必ずしもサテライト液滴が存在するとは限らず、サテライト液滴が存在しない場合、即ち、サテライトが液滴に融合されている場合には、これに基づいて、振動素子Ｖの制御パラメータの特定を行うことができなかった。一方、本技術では、サテライトと融合した液滴画像から、サテライトの状態を抽出し、これに基づいて、振動素子Ｖの制御パラメータの特定を行うことができる。
　サテライトの状態の抽出は、例えば、流体ストリーム画像について、後述する処理部１０３によって、サテライト部と液滴部の分離処理を行うことで、サテライトの状態を抽出することができる。即ち、制御部１０２では、後述する処理部１０３によって分離処理された後の流体ストリーム画像に基づいて、振動素子Ｖの制御パラメータを特定することができる。処理部１０３における分離処理の詳細は後述する。
　抽出されたサテライトの状態に基づいて、制御部１０２では、振動素子Ｖの制御パラメータの特定が行われる。振動素子Ｖの制御パラメータとしては、例えば、振動素子Ｖの駆動電圧の周波数、振幅、及び強度を挙げることができ、制御部１０２では、振動素子Ｖの１又は２以上の制御パラメータの特定を行うことができる。
　サテライトの状態とは、例えば、サテライトの位置情報である。より具体的には、サテライトがファーストサテライトであるか、スローサテライトであるかを判定し、これに基づいて、プログラムされた制御アルゴリズムを実行することにより、振動素子Ｖに供給される駆動電圧の周波数、振幅、及び強度から選択される１以上の制御パラメータを自動制御することができる。
　なお、サテライトの状態に基づく振動素子Ｖの制御パラメータの特定は、例えば、前述した特許文献２に示す方法を用いることができる。
　（７）処理部１０３
　処理部１０３では、液滴撮像部１０１で撮像されたサテライトと融合した液滴を含む流体ストリーム画像について、サテライト部と液滴部との分離処理が行われる。以下、処理部１０３が行う処理の詳細について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図４は、処理部１０３が行う処理方法の概要の一例を示すフローチャートである。処理部１０３は、第１判定処理Ｓ１、第２判定処理Ｓ２、分離処理Ｓ３を行うことができる。これらの処理は、必要に応じて行われる。例えば、第１判定処理Ｓ１において、「ＮＧ」と判定されれば、第２判定処理Ｓ２、及び分離処理Ｓ３を行うことなく終了し、前記制御部１０２による制御に進む。一方、第１判定処理Ｓ１において、「ＯＫ」と判定され、更に、第２判定処理Ｓ２においても「ＯＫ」と判定された場合は、分離処理Ｓ３が行われて、処理部１０３における処理が終了し、前記制御部１０２による制御に進む。
　また、例えば、第２判定処理Ｓ２において、「ＮＧ」と判定されれば、分離処理Ｓ３を行うことなく終了し、前記制御部１０２による制御に進む。このとき、後述するように、第１判定処理Ｓ１は必須でなく、液滴分取装置１０の仕様やオリフィスＰ１４のサイズ等に応じて予め設定したり、ユーザー自身が第１判定処理Ｓ１と同様の判定を行ったりすることも可能である。
　また、第２判定処理Ｓ２も必須でなく、ユーザー自身が第２判定処理Ｓ２を行い、その結果で「ＯＫ」と判定した場合に、処理部１０３が分離処理Ｓ３を行うこともできる。分離処理Ｓ３を行った後は、処理部１０３における処理が終了し、前記制御部１０２による制御に進む。
　第１判定処理Ｓ１と第２判定処理Ｓ２は、必要に応じて、それぞれの基準を変更して、複数回行うことができる。例えば、図５に示すフローチャートのように、１回目の第１判定処理Ｓ１→１回目の第２判定処理Ｓ２を行った後、更に、２回目の第１判定処理Ｓ１→２回目の第２判定処理Ｓ２を行うこともできる。
　第１判定処理Ｓ１や第２判定処理Ｓ２を複数回行う場合、図５に示すように、第１判定処理Ｓ１と第２判定処理Ｓ２を交互に行う必要はなく、例えば、図６に示すように、１回目の第１判定処理Ｓ１→２回目の第１判定処理Ｓ１を行った後に、１回目の第２判定処理Ｓ２→２回目の第２判定処理Ｓ２を行うこともできる。
　また、第１判定処理Ｓ１と第２判定処理Ｓ２の回数は、同一でなくてもよい。例えば、図示しないが、第１判定処理Ｓ１は１回だけ行い、第２判定処理Ｓ２は、異なる基準を用いて複数回行う等、自由に行うことができる。以下、各処理について、詳細に説明する。
　（７－１）第１判定処理Ｓ１
　第１判定処理Ｓ１では、予め設定された閾値に基づいて、分離処理Ｓ３の実施の要否を判定する。より具体的には、第１判定処理Ｓ１では、液滴分取装置１０の仕様に応じて予め設定された閾値や、液滴分取装置１０の設計評価時に決定された閾値、あるいは、用いる流路ＰのオリフィスＰ１４のサイズ等に応じて予め設定された閾値等に基づいて、分離処理Ｓ３を実施するか否かの判定を行う。
　この際、閾値は、液滴の幅、長さ、及び重心から選択される１以上に関する閾値とすることができる。
　（７－２）第２判定処理Ｓ２
　第２判定処理Ｓ２では、液滴撮像部１０１で撮像された流体ストリーム画像から算出された液滴の状態パラメータに基づいて、分離処理Ｓ３が可能か否かを判定する。より具体的には、第２判定処理Ｓ２では、液滴撮像部１０１で撮像された流体ストリーム画像から算出された液滴の状態パラメータが、所定の範囲内である場合に分離可能と判定し、所定の範囲外である場合には分離不可と判定する。
　液滴の状態パラメータとしては、例えば、液滴の幅と長さの比率、液滴の長さに対する重心位置、及び液滴の長さに対して液滴の幅が特定の幅となる位置等を挙げることができ、これらの状態パラメータの中から、１又は２以上の状態パラメータに基づいて、処理部１０３は、分離処理Ｓ３が可能か否かの判定を行う。
　［液滴の幅と長さの比率］
　図７は、液滴撮像部１０１で撮像された流体ストリーム画像の一例を示し、液滴の幅と長さの比率の算出方法の説明のための図面代用写真である。図７に示す一例では、液滴の幅（width）＜長さ（height）となった縦長の液滴であるが、例えば、図示しないが、液滴の幅（width）＞長さ（height）であれば横長の液滴、液滴の幅（width）＝長さ（height）であれば、真円の液滴である。
　液滴の幅（width）と長さ（height）の比率（ratio（％））は、下記の式で算出することができる。
　比率（ratio（％））＝（幅（width）／長さ（height））×１００
　例えば、縦長の液滴の場合、比率（ratio（％））の値は１～９９となるため、所定の範囲を１～９９と定めて、液滴の幅と長さの比率に基づいた第２判定処理Ｓ２を行えば、縦長の液滴の場合のみ、分離処理Ｓ３が可能と判定することができる。
　［液滴の長さに対する重心位置］
　図８は、液滴撮像部１０１で撮像された流体ストリーム画像の一例を示し液滴の長さに対する重心位置の割合の算出方法の説明のための図面代用写真である。液滴の長さ（height）に対する重心位置の割合（ratio（％））は、下記の式で算出することができる。
　重心位置の割合（ratio（％））＝（重心までの距離／長さ（height））×１００
　例えば、重心位置の割合（ratio（％））が０％の場合、重心が一番上（上流側）にある液滴となる。割合（ratio（％））が１００％の場合、重心が一番下（下流側）にある液滴となる。割合（ratio（％））が５０％の場合、重心が長さに対して真ん中にある液滴となる。
　例えば、重心位置が中央より下側（下流側）にある液滴の場合、重心位置の割合（ratio（％））の値は１～４９となるため、所定の範囲を１～４９と定めて、液滴の長さに対する重心位置に基づいた第２判定処理Ｓ２を行えば、重心位置が中央より下側（下流側）にある液滴の場合のみ、分離処理Ｓ３が可能と判定することができる。
　［液滴の長さに対して液滴の幅が特定の幅となる位置］
　図９は、液滴の長さに対して液滴の幅が特定の幅となる位置を、液滴の状態パラメータとして用いた場合の第２判定処理Ｓ２のフローチャートの一例である。
　（ａ）液滴の幅の最小値の算出Ｓ２３１
　処理部１０３は、まず、液滴の幅の最小値（Min width）を算出する。液滴の幅の最小値（Min width）は、流体ストリーム画像を下流側（下側）から走査して、液滴の幅の最小値を算出することができる。
　（ｂ）液滴の狭窄部の有無のチェックＳ２３２
　液滴の幅の最小値の算出することにより、液滴の幅が狭窄した狭窄部が存在するか否かをチェックすることができる。例えば、図１０に示す液滴画像の一例のように、流体ストリーム画像を下流側（下側）から走査して、液滴の幅の最小となった後、再び幅が広がる部分があり、かつ、最小の幅が所定の幅以下の場合に、液滴に狭窄部が存在することになる。この場合の所定の幅とは、具体的な数値で規定してもよいし、液滴の最大幅に対する割合で規定することもできる。具体的には、例えば、液滴の幅の最小となった後、再び幅が広がる部分を有し、その部分の幅が、液滴の最大幅に対してＸＸ％以下である場合に、狭窄部「有り」と判定することができる。
　（ｃ）液滴の狭窄部の位置のチェックＳ２３３
　液滴の狭窄部の有無のチェックＳ２３２において、液滴に狭窄部が有ると判定された場合、狭窄部の位置のチェックが行われる（Ｓ２３３）。具体的には、流体ストリーム画像を上流側から走査して、液滴の幅が最小になる位置、即ち、狭窄部が、液滴の長さに対して所定の範囲内である場合に、分離可能と判定することができる。例えば、流体ストリーム画像から液滴の長さ（height）を求め、下記のような式を用いて所定の位置を算出し、算出した位置と、狭窄部の位置を比較して、判定を行うことができる。
　所定の位置＝液滴の長さ（height）×（液滴の長さに対する位置の閾値（％）／１００）
　例えば、液滴の長さに対する位置の閾値をＸＸ％に設定した場合、図１０に示す液滴画像の一例のように、液滴に狭窄部が明確に存在し、その位置が、液滴を上流側から走査して、液滴の長さに対してＸＸ％より下流側に位置する場合は、狭窄部より上側部分がサテライトに該当する部分であると推定でき、後述する分離処理Ｓ３では、狭窄部において分離することが可能である。この場合は、液滴の狭窄部の位置のチェックＳ２３３で分離可能と判定され、後述する分離処理Ｓ３に進む。
　一方、例えば、図１１に示す液滴画像の一例のように、液滴の狭窄部が明確でなく、液滴の幅が最小（Min width）になる位置が高すぎる場合、液滴の幅が最小になる位置で分離すると、本来分離すべき位置よりも上流側で分離されてしまう恐れがある。本来分離すべき位置よりも上流側で分離されてしまったサテライト部の情報に基づいて、前記制御部１０２が振動素子Ｖの制御パラメータを特定してしまうと、制御精度が低下する恐れがある。そこで、この場合は、次の液滴の幅が最大幅に対して特定の幅になる位置のチェックＳ２３４に進む。
　（ｄ）液滴の幅が最大幅に対して特定の幅になる位置のチェックＳ２３４
　液滴の狭窄部の位置のチェックＳ２３３において、液滴の幅が最小になる位置、即ち、狭窄部が、液滴の長さに対して所定の範囲外である場合、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅（例えば、最大幅に対してｎ％等、以下、「Next min width」と称する。）になる位置のチェックが行われる（Ｓ２３４）。
　例えば、流体ストリーム画像から液滴の幅（width）を求め、下記のような式を用いて所定の幅を算出する。
　所定の幅＝液滴の幅（width）×（液滴最大幅に対する幅の閾値（％）／１００）
　次に、流体ストリーム画像から液滴の長さ（height）を求め、液滴の狭窄部の位置のチェックＳ２３３と同様の式を用いて所定の位置を算出し、算出した位置と、所定の幅（Next min width）になる位置を比較して、判定を行うことができる。
　例えば、液滴の長さに対する位置の閾値をＸＸ％に設定した場合、流体ストリーム画像を下流側から走査して、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅（Next min width）になる位置が、液滴の長さに対してＸＸ％より下流側に位置する場合は、分離可能と判定することができる。
　より具体的には、例えば、図１１に示す液滴画像の一例のように、液滴の狭窄部が明確でなく、液滴の幅が最小（Min width）になる位置が高すぎる場合、液滴の幅が最小になる位置で分離することができないが、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅（Next min width）の部分で分離することにより、サテライトに該当すると推定される部分と、液滴部分との分離を行うことができる。この場合は、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅になる位置のチェックＳ２３４で分離可能と判定され、後述する分離処理Ｓ３に進む。
　一方、例えば、図１２に示す液滴画像の一例のように、液滴の狭窄部が明確でなく、液滴の幅が最小（Min width）になる位置が高すぎ、かつ、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅（Next min width）になる位置も高すぎる場合、Next min widthの位置で分離すると、本来分離すべき位置よりも上流側で分離されてしまう恐れがある。本来分離すべき位置よりも上流側で分離されてしまったサテライト部の情報に基づいて、前記制御部１０２が振動素子Ｖの制御パラメータを特定してしまうと、制御精度が低下する恐れがある。そこで、この場合は、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅になる位置のチェックＳ２３４で分離不能と判定され、分離処理Ｓ３を行うことなく処理部１０３における処理が終了し、前記制御部１０２による制御に進む。
　（７－３）分離処理Ｓ３
　分離処理Ｓ３では、流体ストリーム画像について、サテライト部と液滴部の分離処理が行われる。サテライト部と液滴部の分離処理は、液滴の幅情報に基づいて行うことができる。具体的には、サテライト部と液滴部の分離処理は、液滴の長さに対して特定の幅となる位置で行うことができる。より具体的には、サテライト部と液滴部の分離処理は、液滴の幅が最小になる位置（Min width）、又は、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅になる位置（Next min width）で行うことができる。
　例えば、前記第２判定処理Ｓ２の液滴の狭窄部の有無のチェックＳ２３２において、液滴に狭窄部が有ると判定され、更に、狭窄部の位置のチェックＳ２３３において、狭窄部が、液滴の長さに対して所定の範囲内であると判定された場合、分離処理Ｓ３では、狭窄部、即ち、液滴の幅が最小になる位置（Min width）において、サテライト部と液滴部の分離処理を行うことができる。
　また、例えば、前記第２判定処理Ｓ２の液滴の狭窄部の有無のチェックＳ２３２において、液滴に狭窄部が無しと判定され、又は、前記第２判定処理Ｓ２の液滴の狭窄部の有無のチェックＳ２３２において、液滴に狭窄部が有りと判定されたが、液滴の狭窄部の位置のチェックＳ２３３において、狭窄部の位置が所定の範囲外であると判定され、更に、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅（Next min width）になる位置のチェックＳ２３４において、Next min widthが所定の範囲内であると判定された場合、分離処理Ｓ３では、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅（Next min width）になる位置において、サテライト部と液滴部の分離処理を行うことができる。
　以上説明した処理部１０３が行う一連の処理の一例を、図１３のフローチャートに示す。液滴撮像部１０１で撮像されたサテライトと融合した液滴を含む流体ストリーム画像を、処理部１０３が取得すると、１回目の第１判定処理Ｓ１１が行われる。１回目の第１判定処理Ｓ１１では、予め設定された閾値に基づいて、分離処理の実施の要否の判定が行われる。分離処理の実施が不要と判定された場合は、第２判定処理Ｓ２、及び分離処理Ｓ３を行うことなく終了し、前記制御部１０２による制御に進む。一方、１回目の第１判定処理Ｓ１１において、分離処理の実施が必要と判定された場合は、１回目の第２判定処理Ｓ２１へ進む。
　１回目の第２判定処理Ｓ２１では、例えば、液滴の幅と長さの比率の算出を行う（Ｓ２１１）。算出された液滴の幅と長さの比率が、所定の範囲外である場合は、分離処理Ｓ３を行うことなく終了し、前記制御部１０２による制御に進む。一方、算出された液滴の幅と長さの比率が、所定の範囲内である場合は、２回目の第１判定処理Ｓ１２へ進む。
　２回目の第１判定処理Ｓ１２では、予め設定された閾値に基づいて、分離処理の実施の要否の判定が行われる。分離処理の実施が不要と判定された場合は、２回目の第２判定処理Ｓ２２、及び分離処理Ｓ３を行うことなく終了し、前記制御部１０２による制御に進む。一方、２回目の第１判定処理Ｓ１２において、分離処理の実施が必要と判定された場合は、２回目の第２判定処理Ｓ２２へ進む。
　２回目の第２判定処理Ｓ２２では、例えば、液滴の長さに対する重心位置の割合の算出を行う（Ｓ２２１）。算出された重心位置の割合が、所定の範囲外である場合は、分離処理Ｓ３を行うことなく終了し、前記制御部１０２による制御に進む。一方、算出された重心位置の割合が、所定の範囲内である場合は、液滴の幅の最小値（Min width）の算出Ｓ２３１に進む。
　次に、液滴に狭窄部が存在するか否かをチェックする（Ｓ２３２）。液滴に狭窄部が存在する場合、狭窄部の位置が所定の範囲内かのチェックを行う（Ｓ２３３）。狭窄部の位置が所定の範囲内である場合、分離処理Ｓ３に進み、狭窄部、即ち、液滴の幅が最小になる位置（Min width）において、サテライト部と液滴部の分離処理を行われる。
　狭窄部の位置が所定の範囲外である場合や、Ｓ２３２で液滴に狭窄部が存在しない場合は、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅（Next min width）になる位置のチェックＳ２３４が行われる。液滴の幅が最大幅に対して特定の幅（Next min width）になる位置のチェックＳ２３４において、Next min widthが所定の範囲内であると判定された場合、分離処理Ｓ３に進み、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅（Next min width）になる位置において、サテライト部と液滴部の分離処理が行われる。
　液滴の幅が最大幅に対して特定の幅（Next min width）になる位置のチェックＳ２３４において、Next min widthが所定の範囲外であると判定された場合、分離処理Ｓ３を行うことなく処理部１０３における処理が終了し、前記制御部１０２による制御に進む。
　（８）分取部１０６
　分取部１０６では、前記振動素子Ｖによって形成された前記粒子を含む液滴Ｄの分取が行なわれる。具体的には、前記検出部１０５により検出された光信号から解析された粒子の大きさ、形態、内部構造等の解析結果に基づいて、液滴Ｄにプラス又はマイナスの電荷を荷電する（符号１０６ａ参照）。そして、荷電された液滴Ｄは、電圧が印加された対向電極１０６ｂによって、その進路が所望の方向へ変更され、分取される。
　本技術において、荷電部１０６ａの位置は特に限定されず、前記粒子を含む液滴Ｄへの荷電が可能であれば、自由に配置することができる。例えば、図１～３に示すように、ブレイクオフポイントＢＯＰの下流で、液滴Ｄへ直接、荷電を行うこともできるし、図１４に示すように、シース液流路Ｐ１２ａ又はＰ１２ｂ等に、電極等で構成される荷電部１０５ａを配置し、目的の粒子を含む液滴Ｄの形成直前に、シース液を介して荷電することも可能である。
　（９）記憶部１０７
　本技術に係る液滴分取システム１には、各種データを記憶させる記憶部１０７を備えることができる。記憶部１０７では、例えば、液滴撮像部１０１によって撮像された撮像データ、検出部１０５によって検出された粒子から光信号データ、制御部１０２によって制御された制御データ、処理部１０３によって処理された処理データ、分取部１０６によって分取された粒子の分取データ等、粒子検出や液滴分取に関わるあらゆるデータを記憶することができる。
　また、前述したとおり、本技術では、記憶部１０７をクラウド環境に設けることができるため、ネットワークを介して、各ユーザーがクラウド上の記憶部１０７に記録された各種情報を、共用することも可能である。
　なお、本技術において、記憶部１０７は必須ではなく、外部の記憶装置等を用いて、各種データの記憶を行うことも可能である。
　（１０）表示部１０８
　本技術に係る液滴分取システム１には、各種データを表示する表示部１０８を備えることができる。表示部１０８では、例えば、液滴撮像部１０１によって撮像された撮像データ、検出部１０５によって検出された粒子から光信号データ、制御部１０２によって制御された制御データ、処理部１０３によって処理された処理データ、分取部１０６によって分取された粒子の分取データ等、粒子検出や液滴分取に関わるあらゆるデータを表示することができる。
　本技術において、表示部１０８は必須ではなく、外部の表示装置を接続してもよい。表示部１０８としては、例えば、ディスプレイやプリンタなどを用いることができる。
　（１１）ユーザーインターフェース１０９
　本技術に係る液滴分取システム１には、ユーザーが操作するための部位であるユーザーインターフェース１０９を備えることができる。ユーザーは、ユーザーインターフェース１０９を通じて、各部や各装置にアクセスし、各部や各装置を制御することができる。
　本技術において、ユーザーインターフェース１０９は必須ではなく、外部の操作装置を接続してもよい。ユーザーインターフェース１０９としては、例えば、マウスやキーボード等を用いることができる。
　２．液滴分取方法
　本技術に係る液滴分取方法は、少なくとも、撮像工程と、液滴形成工程と、制御工程と、を有する。また、必要に応じて、光照射工程、検出工程、処理工程、分取工程、記憶工程、及び、表示工程等を行うことができる。
　なお、各工程は、前述した本技術に係る液滴分取システム１の各部が行う工程と同一であるため、ここでは説明を割愛する。
　３．液滴分取プログラム
　本技術に係る液滴分取プログラムは、少なくとも、液滴を形成するための振動素子の制御パラメータを特定する制御機能を、コンピューターに実現させるためのプログラムである。また、本技術に係る液滴分取プログラムは、流体ストリーム画像について、サテライト部と液滴部の分離処理を行う処理機能を、コンピューターに実現させるためのプログラムであってもよい。
　本技術に係る液滴分取プログラムは、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等の記録媒体に格納されていてもよく、また、ネットワークを介して配信することもできる。
　なお、各機能は、前述した本技術に係る液滴分取システム１の各部が行う機能と同一であるため、ここでは説明を割愛する。
　なお、本技術では、以下の構成を取ることもできる。
（１）
　流体ストリームを発生するオリフィスから吐出される液滴を含む流体ストリームの状態を撮像する液滴撮像部と、
　前記液滴を形成するための振動素子と、
　前記液滴撮像部で撮像されたサテライトと融合した液滴を含む流体ストリーム画像に対して、サテライトの状態に基づき、前記振動素子の制御パラメータを特定する制御部と、を有する、液滴分取システム。
（２）
　前記制御パラメータは、前記振動素子の駆動電圧の周波数、振幅、及び強度から選択される１以上のパラメータである、（１）に記載の液滴分取システム。
（３）
　前記流体ストリーム画像について、サテライト部と液滴部の分離処理を行う処理部を有する、（１）又は（２）に記載の液滴分取システム。
（４）
　前記制御部は、前記分離処理後の流体ストリーム画像に基づいて、前記振動素子の制御パラメータを特定する、（３）に記載の液滴分取システム。
（５）
　前記分離処理は、液滴の幅情報に基づいて行われる、（３）又は（４）に記載の液滴分取システム。
（６）
　前記分離処理は、液滴の長さに対して特定の幅となる位置で行われる、（５）に記載の液滴分取システム。
（７）
　前記分離処理は、液滴の幅が最小になる位置、又は、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅になる位置で行われる、（５）に記載の液滴分取システム。
（８）
　前記処理部は、予め設定された閾値に基づいて、前記分離処理の実施の要否を判定する第１判定処理を行う、（３）から（７）のいずれかに記載の液滴分取システム。
（９）
　前記閾値は、液滴の幅、長さ、及び重心から選択される１以上に関する閾値である、（８）に記載の液滴分取システム。
（１０）
　前記処理部は、前記液滴撮像部で撮像された前記流体ストリーム画像から算出された液滴の状態パラメータに基づいて、前記分離処理が可能か否かを判定する第２判定処理を行う、（３）から（９）のいずれかに記載の液滴分取システム。
（１１）
　前記状態パラメータは、液滴の幅と長さの比率、液滴の長さに対する重心位置、及び液滴の長さに対して液滴の幅が特定の幅となる位置から選択される１以上の状態パラメータである、（１０）に記載の液滴分取システム。
（１２）
　前記処理部は、前記流体ストリーム画像を下流側から走査して、液滴の幅の最小値を算出する、（１１）に記載の液滴分取システム。
（１３）
　前記第２判定処理では、前記状態パラメータが所定の範囲内である場合に、分離可能と判定する、（１１）に記載の液滴分取システム。
（１４）
　前記第２判定処理では、前記流体ストリーム画像を上流側から走査して、液滴の幅が最小になる位置が、液滴の長さに対して所定の範囲内である場合に、分離可能と判定する、（１３）に記載の液滴分取システム。
（１５）
　前記第２判定処理では、前記流体ストリーム画像を下流側から走査して、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅になる位置が、液滴の長さに対して所定の範囲内である場合に、分離可能と判定する、（１３）に記載の液滴分取システム。
（１６）
　流体ストリームを発生するオリフィスから吐出される液滴を含む流体ストリームの状態を撮像する撮像工程と、
　振動素子を用いて液滴を形成する液滴形成工程と、
　前記撮像工程で撮像されたサテライトと融合した流体ストリーム画像に対して、サテライトの状態に基づき、前記振動素子の制御パラメータを特定する制御工程と、
　を有する、液滴分取方法。
（１７）
　流体ストリームを発生するオリフィスから吐出されるサテライトと融合した液滴を含む流体ストリームの状態が撮像された流体ストリーム画像に対して、サテライトの状態に基づき、前記液滴を形成するための振動素子の制御パラメータを特定する制御機能を、コンピューターに実現させるための液滴分取プログラム。
１　液滴分取システム
１０　液滴分取装置
２０　情報処理装置
Ｐ，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３　流路
Ｐ１４　オリフィス
１０１　液滴撮像部
１０２　制御部
１０３　処理部
１０４　光照射部
１０５　検出部
Ｖ　振動素子
１０６　分取部
１０７　記憶部
１０８　表示部
１０９　ユーザーインターフェース
１０６ａ　荷電部
１０６ｂ　対向電極
ＪＦ　ジェットフロー
ＢＯＰ　ブレイクオフポイント
Ｄ　液滴
Ｓ　ストロボ
  

Claims (17)

  1. 　流体ストリームを発生するオリフィスから吐出される液滴を含む流体ストリームの状態を撮像する液滴撮像部と、
    　前記液滴を形成するための振動素子と、
    　前記液滴撮像部で撮像されたサテライトと融合した液滴を含む流体ストリーム画像に対して、サテライトの状態に基づき、前記振動素子の制御パラメータを特定する制御部と、を有する、液滴分取システム。
  2. 　前記制御パラメータは、前記振動素子の駆動電圧の周波数、振幅、及び強度から選択される１以上のパラメータである、請求項１に記載の液滴分取システム。
  3. 　前記流体ストリーム画像について、サテライト部と液滴部の分離処理を行う処理部を有する、請求項１に記載の液滴分取システム。
  4. 　前記制御部は、前記分離処理後の流体ストリーム画像に基づいて、前記振動素子の制御パラメータを特定する、請求項３に記載の液滴分取システム。
  5. 　前記分離処理は、液滴の幅情報に基づいて行われる、請求項３に記載の液滴分取システム。
  6. 　前記分離処理は、液滴の長さに対して特定の幅となる位置で行われる、請求項５に記載の液滴分取システム。
  7. 　前記分離処理は、液滴の幅が最小になる位置、又は、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅になる位置で行われる、請求項５に記載の液滴分取システム。
  8. 　前記処理部は、予め設定された閾値に基づいて、前記分離処理の実施の要否を判定する第１判定処理を行う、請求項３に記載の液滴分取システム。
  9. 　前記閾値は、液滴の幅、長さ、及び重心から選択される１以上に関する閾値である、請求項８に記載の液滴分取システム。
  10. 　前記処理部は、前記液滴撮像部で撮像された前記流体ストリーム画像から算出された液滴の状態パラメータに基づいて、前記分離処理が可能か否かを判定する第２判定処理を行う、請求項３に記載の液滴分取システム。
  11. 　前記状態パラメータは、液滴の幅と長さの比率、液滴の長さに対する重心位置、及び液滴の長さに対して液滴の幅が特定の幅となる位置から選択される１以上の状態パラメータである、請求項１０に記載の液滴分取システム。
  12. 　前記処理部は、前記流体ストリーム画像を下流側から走査して、液滴の幅の最小値を算出する、請求項１１に記載の液滴分取システム。
  13. 　前記第２判定処理では、前記状態パラメータが所定の範囲内である場合に、分離可能と判定する、請求項１１に記載の液滴分取システム。
  14. 　前記第２判定処理では、前記流体ストリーム画像を上流側から走査して、液滴の幅が最小になる位置が、液滴の長さに対して所定の範囲内である場合に、分離可能と判定する、請求項１３に記載の液滴分取システム。
  15. 　前記第２判定処理では、前記流体ストリーム画像を下流側から走査して、液滴の幅が最大幅に対して特定の幅になる位置が、液滴の長さに対して所定の範囲内である場合に、分離可能と判定する、請求項１３に記載の液滴分取システム。
  16. 　流体ストリームを発生するオリフィスから吐出される液滴を含む流体ストリームの状態を撮像する撮像工程と、
    　振動素子を用いて液滴を形成する液滴形成工程と、
    　前記撮像工程で撮像されたサテライトと融合した流体ストリーム画像に対して、サテライトの状態に基づき、前記振動素子の制御パラメータを特定する制御工程と、
    　を有する、液滴分取方法。
  17. 　流体ストリームを発生するオリフィスから吐出されるサテライトと融合した液滴を含む流体ストリームの状態が撮像された流体ストリーム画像に対して、サテライトの状態に基づき、前記液滴を形成するための振動素子の制御パラメータを特定する制御機能を、コンピューターに実現させるための液滴分取プログラム。
      
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