JP6065527B2 - 微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法 - Google Patents
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Description
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。より詳しくは、光学的手法などにより分析した結果に基づいて微小粒子を分別して回収する際に、液滴に電荷を付与する技術に関する。
従来、細胞、微生物及びリポソームなどの生体関連微小粒子の分析には、フローサイトメトリー（フローサイトメーター）を用いた光学的測定方法が利用されている。フローサイトメーターは、フローセルやマイクロチップなどに形成された流路内を通流する微小粒子に光を照射し、個々の微小粒子から発せられた蛍光や散乱光を検出して、分析する装置である。
フローサイトメーターには、分析結果に基づいて、特定の特性を有する微小粒子のみを分別して回収する機能を備えたものもあり、特に細胞を分取対象とした微小粒子装置は「セルソーター」と呼ばれている。このセルソーターでは、一般に、分取方式として、微小粒子を含む液滴を帯電させて分離する液滴荷電方式が採用されている（特許文献１〜３参照）。
例えば、特許文献１に記載のフローサイトメーターでは、キャリア流体から液滴が分離される位置（ブレイク・オフ・ポイント）に荷電環を配置して、分取対象の液滴に選択的に電荷を付与している。そして、荷電された液滴は、荷電環よりも下流側に配置された液滴偏向板により、進行方向が変更され、所定の容器などに回収される。
一方、特許文献２に記載の微小粒子分取装置では、サンプル液をシース液層流中に導入するための微小管を金属で構成し、この微小管に電圧を印加することにより、流路内を通流するシース液及びサンプル液に正又は負の電荷を付与している。また、特許文献３に記載の微小粒子分取装置では、マイクロチップに設けられた流路の一部に荷電用電極を設けている。更に、これら特許文献２，３に記載の微小粒子分取装置では、液滴の進行方向を変更する対電極（液滴偏向板）の高電位による影響を排除するため、オリフィスと対電極との間に接地電極が配置されている。
しかしながら、前述した特許文献１〜３に記載された従来の液滴荷電方法は、液滴に付与する電荷量を一定にすることが難しく、分取の際に流体ストリーム（液滴の流れ）がぶれて、ソーティングが安定しないという問題点がある。
そこで、本開示は、安定したソーティングを実現することが可能な微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法を提供することを主目的とする。
本開示に係る微小粒子分取装置は、流体ストリームを発生するオリフィスから吐出された液滴の少なくとも一部に電荷を付与する荷電部を有し、前記荷電部は、流路中を通流するシース液及び／又はサンプル液に接触配置され、第１の電圧が印加されて、前記シース液及び／又はサンプル液に電荷を付与する第１荷電電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加され、少なくとも前記オリフィスから吐出した液体が液滴化する位置において、前記液滴に電荷を付与する第２荷電電極と、を備える。
前記第２荷電電極は、前記液滴化する位置から前記液滴の進行方向下流側に３０ｍｍの位置までの間、前記液滴に電荷を付与してもよい。
また、前記第２荷電電極は、前記流体ストリームから５ｍｍ以内の位置に配置することができる。
更に、前記第２荷電電極は、例えば平板電極、平行平板電極又は円孔電極により構成することができる。
そして、前記第２荷電電極が接地電極でもよい。
また、前記第１荷電電極と前記第２荷電電極に、逆位相の電圧を印加することもできる。
更に、前記第１荷電電極及び／又は前記第２荷電電極にパルス電圧が印加してもよい。
一方、前記第１荷電電極は、シース流に接触するように配置することができる。
また、前記オリフィスは交換可能なマイクロチップに形成されていてもよく、その場合、前記第１荷電電極は例えば前記マイクロチップ内に設けられたシース液流路内に配置することができる。
この微小粒子分取装置では、前記第２荷電電極よりも下流側に前記液滴の進行方向を変化させる偏向板を設けてもよい。
その場合、前記偏向板は、例えば前記流体ストリームを挟んで対向して配置することができる。
前記第２荷電電極は、前記液滴化する位置から前記液滴の進行方向下流側に３０ｍｍの位置までの間、前記液滴に電荷を付与してもよい。
また、前記第２荷電電極は、前記流体ストリームから５ｍｍ以内の位置に配置することができる。
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一方、前記第１荷電電極は、シース流に接触するように配置することができる。
また、前記オリフィスは交換可能なマイクロチップに形成されていてもよく、その場合、前記第１荷電電極は例えば前記マイクロチップ内に設けられたシース液流路内に配置することができる。
この微小粒子分取装置では、前記第２荷電電極よりも下流側に前記液滴の進行方向を変化させる偏向板を設けてもよい。
その場合、前記偏向板は、例えば前記流体ストリームを挟んで対向して配置することができる。
本開示に係る微小粒子分取方法は、第１荷電電極に第１の電圧を印加することにより、流路中を通流するシース液及び／又はサンプル液に電荷を付与する工程と、第２荷電電極に前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加することにより、少なくとも流体ストリームを発生するオリフィスから吐出した液体が液滴化する位置において前記液滴に電荷を付与する工程と、を有する。
この微小粒子分取方法では、前記第２電極を接地電極とすることができる。
また、前記第１電荷電極と前記第２電荷電極に逆位相の電圧を印加することもできる。
更に、前記第１電荷電極及び／又は前記第２電荷電極にパルス電圧を印加してもよい。
この微小粒子分取方法では、前記第２電極を接地電極とすることができる。
また、前記第１電荷電極と前記第２電荷電極に逆位相の電圧を印加することもできる。
更に、前記第１電荷電極及び／又は前記第２電荷電極にパルス電圧を印加してもよい。
本開示によれば、流路中に加えて、液滴化する位置にも荷電用電極を設けているため、液滴に付与される電荷量が一定となり、ソーティングを安定化することができる。
以下、本開示を実施するための形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。また、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
（ブレイク・オフ・ポイントに平板電極を配置した微小粒子分取装置の例）
２．第１の実施の形態の変形例
（各電極に極性が異なる交流パルス電圧を印加する微小粒子分取装置の例）
３．第２の実施の形態
（ブレイク・オフ・ポイントに平行平板電極を配置した微小粒子分取装置の例）
４．第３の実施の形態
（ブレイク・オフ・ポイントに円孔電極を配置した微小粒子分取装置の例）
１．第１の実施の形態
（ブレイク・オフ・ポイントに平板電極を配置した微小粒子分取装置の例）
２．第１の実施の形態の変形例
（各電極に極性が異なる交流パルス電圧を印加する微小粒子分取装置の例）
３．第２の実施の形態
（ブレイク・オフ・ポイントに平行平板電極を配置した微小粒子分取装置の例）
４．第３の実施の形態
（ブレイク・オフ・ポイントに円孔電極を配置した微小粒子分取装置の例）
＜１．第１の実施の形態＞
先ず、本開示の第１の実施形態に係る微小粒子分取装置について説明する。図１は本開示の第１の実施形態の微小粒子分取装置の概略構成を示す図である。また、図２Ａは図１に示す微小粒子分取装置１０の動作を模式的に示す図であり、図２ＢはブレークオフポイントＢＰと第２荷電電極５との位置関係を示す図である。
先ず、本開示の第１の実施形態に係る微小粒子分取装置について説明する。図１は本開示の第１の実施形態の微小粒子分取装置の概略構成を示す図である。また、図２Ａは図１に示す微小粒子分取装置１０の動作を模式的に示す図であり、図２ＢはブレークオフポイントＢＰと第２荷電電極５との位置関係を示す図である。
［装置の全体構成］
図１に示すように、本実施形態の微小粒子分取装置１０は、マイクロチップ１、振動素子２、光検出部３、荷電部を構成する第１荷電電極４及び第２荷電電極５、偏向板６、回収容器７ａ〜７ｃなどを備えている。
図１に示すように、本実施形態の微小粒子分取装置１０は、マイクロチップ１、振動素子２、光検出部３、荷電部を構成する第１荷電電極４及び第２荷電電極５、偏向板６、回収容器７ａ〜７ｃなどを備えている。
［微小粒子について］
本実施形態の微小粒子分取装置１０により分析され、分取される微小粒子には、細胞、微生物及びリボゾームなどの生体関連微小粒子、又はラテックス粒子、ゲル粒子及び工業用粒子などの合成粒子などが広く含まれる。
本実施形態の微小粒子分取装置１０により分析され、分取される微小粒子には、細胞、微生物及びリボゾームなどの生体関連微小粒子、又はラテックス粒子、ゲル粒子及び工業用粒子などの合成粒子などが広く含まれる。
生体関連微小粒子には、各種細胞を構成する染色体、リボゾーム、ミトコンドリア、オルガネラ（細胞小器官）などが含まれる。また、細胞には、植物細胞、動物細胞及び血球系細胞などが含まれる。更に、微生物には、大腸菌などの細菌類、タバコモザイクウイルスなどのウイルス類、イースト菌などの菌類などが含まれる。この生体関連微小粒子には、核酸や蛋白質、これらの複合体などの生体関連高分子も包含され得るものとする。
一方、工業用粒子としては、例えば有機高分子材料、無機材料又は金属材料などで形成されたものが挙げられる。有機高分子材料としては、ポリスチレン、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体、ポリメチルメタクリレートなどを使用することができる。また、無機材料としては、ガラス、シリカ及び磁性材料などを使用することができる。金属材料としては、例えば金コロイド及びアルミニウムなどを使用することができる。なお、これら微小粒子の形状は、一般には球形であるが、非球形であってもよく、また大きさや質量なども特に限定されない。
［マイクロチップ１］
マイクロチップ１には、分取対象とする微小粒子を含む液体（サンプル液）２１が導入されるサンプルインレット、シース液２２が導入されるシースインレット、シース液に浸漬される第１荷電電極４が差し込まれる荷電電極インレットなどが形成されている。そして、シースインレットに導入されたシース液２２は、荷電電極インレットを経由して、サンプル流路１１においてサンプル液２１に合流し、オリフィス１２から吐出される。
マイクロチップ１には、分取対象とする微小粒子を含む液体（サンプル液）２１が導入されるサンプルインレット、シース液２２が導入されるシースインレット、シース液に浸漬される第１荷電電極４が差し込まれる荷電電極インレットなどが形成されている。そして、シースインレットに導入されたシース液２２は、荷電電極インレットを経由して、サンプル流路１１においてサンプル液２１に合流し、オリフィス１２から吐出される。
マイクロチップ１は、ガラスや各種プラスチック（ＰＰ，ＰＣ，ＣＯＰ、ＰＤＭＳなど）により形成することができる。マイクロチップ１の材質は、光検出部３から照射される測定光に対して透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差が少ない材質とすることが望ましい。
マイクロチップ１の成形は、ガラス製基板のウェットエッチングやドライエッチングによって、またプラスチック製基板のナノインプリントや射出成型、機械加工によって行うことができる。マイクロチップ１は、サンプル流路１１などを成形した基板を、同じ材質又は異なる材質の基板で封止することで形成することができる。
［振動素子２］
振動素子２は、マイクロチップ１の一部に当接配置又はマイクロチップ１の内部構成として設けられている。この振動素子２は、マイクロチップ１を所定周波数で振動させることにより、オリフィス１２においてサンプル液２１及びシース液２２を液滴化してチップ外の空間に吐出させるものであり、例えばピエゾ素子などを用いることができる。
振動素子２は、マイクロチップ１の一部に当接配置又はマイクロチップ１の内部構成として設けられている。この振動素子２は、マイクロチップ１を所定周波数で振動させることにより、オリフィス１２においてサンプル液２１及びシース液２２を液滴化してチップ外の空間に吐出させるものであり、例えばピエゾ素子などを用いることができる。
［光検出部３］
光検出部３は、サンプル流路１１の所定部位に光（測定光）を照射し、サンプル流路１１を通流する微小粒子から発生する光（測定対象光）を検出する。光検出部３は、従来のフローサイトメトリーと同様に構成することができる。具体的には、レーザー光源と、微小粒子に対してレーザー光を集光・照射する集光レンズやダイクロイックミラー、バンドパスフィルターなどからなる照射系と、レーザー光の照射によって微小粒子から発生する測定対象光を検出する検出系とによって構成される。
光検出部３は、サンプル流路１１の所定部位に光（測定光）を照射し、サンプル流路１１を通流する微小粒子から発生する光（測定対象光）を検出する。光検出部３は、従来のフローサイトメトリーと同様に構成することができる。具体的には、レーザー光源と、微小粒子に対してレーザー光を集光・照射する集光レンズやダイクロイックミラー、バンドパスフィルターなどからなる照射系と、レーザー光の照射によって微小粒子から発生する測定対象光を検出する検出系とによって構成される。
検出系は、例えばＰＭＴ（Photo Multiplier Tube）や、ＣＣＤやＣＭＯＳ素子などのエリア撮像素子によって構成される。なお、図１では、光検出部３として集光レンズのみを示している。また、図３では、照射系と検出系を同一の光学経路により構成した場合を示したが、照射系と検出系は別個の光学経路により構成してもよい。
光検出部３の検出系により検出される測定対象光は、測定光の照射によって微小粒子から発生する光であって、例えば、前方散乱光や側方散乱光、レイリー散乱やミー散乱等の散乱光や蛍光などとすることができる。これらの測定対象光は電気信号に変換され、微小粒子の光学特性はこの電気信号に基づいて検出される。
［荷電部］
荷電部は、オリフィス１２から吐出される液滴Ｄに、正又は負の電荷を付与するものであり、第１電荷電極４、第２荷電電極５及びこれらに所定の電圧を印加する電圧源８などで構成されている。第１荷電電極４は、流路中を通流するシース液及び／又はサンプル液に接触配置されて、シース液２２及び／又はサンプル液２１に電荷を付与するものであり、例えばマイクロチップ１の荷電電極インレットに挿入される。また、この第１電荷電極４には、電圧源８により、第１の電圧Ｖ１が印加される。
荷電部は、オリフィス１２から吐出される液滴Ｄに、正又は負の電荷を付与するものであり、第１電荷電極４、第２荷電電極５及びこれらに所定の電圧を印加する電圧源８などで構成されている。第１荷電電極４は、流路中を通流するシース液及び／又はサンプル液に接触配置されて、シース液２２及び／又はサンプル液２１に電荷を付与するものであり、例えばマイクロチップ１の荷電電極インレットに挿入される。また、この第１電荷電極４には、電圧源８により、第１の電圧Ｖ１が印加される。
なお、図１及び図２では、第１荷電電極４をシース液２２に接触するように配置しているが、本開示はこれに限定されるものではなく、サンプル液２１に接触するように配置してもよく、サンプル液２１及びシース液２２の両方に接触するように配置してもよい。ただし、分取対象の細胞への影響を考慮すると、第１荷電電極４は、シース液２２に接触するように配置することが望ましい。
一方、第２荷電電極５は、オリフィス１２から吐出した液体が液滴化する位置（ブレイク・オフ・ポイント）ＢＰの近傍に配置され、少なくともブレイク・オフ・ポイントＢＰにおいて、液滴Ｄに電荷を付与する。この第２荷電電極５は、例えば平板電極で構成することができる。また、第２荷電電極５には、電圧源８により、第１の電圧Ｖ１とは異なる第２の電圧Ｖ２が印加される。
ここで、第２荷電電極５は、少なくともブレイク・オフ・ポイントＢＰにおいて、液滴Ｄに電荷を付与できる位置に配置されていればよく、更にブレイク・オフ・ポイントＢＰよりも上流側及び／又は下流側に延びていてもよい。ただし、ブレイク・オフ・ポイントＢＰよりも上流側で電荷を付与した場合、電荷の劣化や拡散により、その効果が十分に得られないことがある。
一方、ブレイク・オフ・ポイントＢＰよりも下流側で電荷を付与すると、液滴Ｄが再結合しにくくなる。そこで、第２荷電電極５は、ブレイク・オフ・ポイントＢＰから液滴Ｄの進行方向下流側に３０ｍｍの位置まで延びていることが望ましい。これにより、ソーティング精度を向上させることができる。
また、第２荷電電極５は、オリフィス１２から吐出した流体ストリーム２３から５ｍｍ以内の位置に配置されていることが望ましい。これにより、液滴Ｄに効率的に電荷を付与することができる。
［偏向板６］
偏向板６は、液滴Ｄに付与された電荷との間に作用する電気的な力によって、流体ストリーム２３中の各液滴Ｄの進行方向を変化させるものであり、第２荷電電極５よりも下流側に、流体ストリーム２３を挟んで対向配置されている。この偏向板６には、例えば通常使用される電極を使用することができる。
偏向板６は、液滴Ｄに付与された電荷との間に作用する電気的な力によって、流体ストリーム２３中の各液滴Ｄの進行方向を変化させるものであり、第２荷電電極５よりも下流側に、流体ストリーム２３を挟んで対向配置されている。この偏向板６には、例えば通常使用される電極を使用することができる。
［回収容器７ａ〜７ｃ］
回収容器は、偏向板６の間を通過した液滴を回収するものであり、実験用として汎用のプラスチック製チューブやガラスチューブなどを使用することができる。これらの回収容器７ａ〜７ｃは、装置内に交換可能に配置されるものであることが好ましい。また、回収容器７ａ〜７ｃのうち非目的の微小粒子を受け入れるものには、回収した液滴の排液路を連結してもよい。
回収容器は、偏向板６の間を通過した液滴を回収するものであり、実験用として汎用のプラスチック製チューブやガラスチューブなどを使用することができる。これらの回収容器７ａ〜７ｃは、装置内に交換可能に配置されるものであることが好ましい。また、回収容器７ａ〜７ｃのうち非目的の微小粒子を受け入れるものには、回収した液滴の排液路を連結してもよい。
なお、微小粒子分取装置１０に配置される回収容器の数は特に限定されるものではない。例えば、回収容器を３個よりも多く配置する場合には、各液滴が、偏向板６との間の電気的な作用力の有無及びその大小によっていずれか１つの回収容器に誘導され、回収されるようにすればよい。
［動作］
次に、本実施形態の微小粒子分取装置１０の動作について説明する。本実施形態の微小粒子分取装置１０により微小粒子を分取する際は、サンプルインレットにサンプル液２１が、シースインレットにシース液２２が、それぞれ導入される。そして、例えば荷電電極インレットにおいて、第１荷電電極４によって、シース液２２に電荷が付与される。その後、光照射部において、光検出部３により微小粒子の光学特性の検出と同時に、微小粒子の送流速度（流速）及び微小粒子の間隔などの検出が行われる。検出された微小粒子の光学特性、流速及び間隔等は、電気的信号に変換され装置の全体制御部（図示せず）に出力される。
次に、本実施形態の微小粒子分取装置１０の動作について説明する。本実施形態の微小粒子分取装置１０により微小粒子を分取する際は、サンプルインレットにサンプル液２１が、シースインレットにシース液２２が、それぞれ導入される。そして、例えば荷電電極インレットにおいて、第１荷電電極４によって、シース液２２に電荷が付与される。その後、光照射部において、光検出部３により微小粒子の光学特性の検出と同時に、微小粒子の送流速度（流速）及び微小粒子の間隔などの検出が行われる。検出された微小粒子の光学特性、流速及び間隔等は、電気的信号に変換され装置の全体制御部（図示せず）に出力される。
サンプル流路１１の光照射部を通過したサンプル液２１及びシース液２２は、オリフィス１２からマイクロチップ１の外の空間に排出される。その際、振動素子２を振動させて、オリフィス１２において形成される液滴Ｄ中に微小粒子がひとつずつ含まれるようにマイクロチップ１を振動させる。
その後、第２荷電電極５により、少なくともブレイク・オフ・ポイントＢＰにおいて、オリフィス１２から吐出した液滴Ｄに電荷を付与する。このとき、第２荷電電極５には、第１荷電電極４に印加される第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される。例えば、図２に示すように、電圧源８に不均衡交流パルス信号を入力して第１荷電電極４に第１の電圧Ｖ１を印加すると共に、第２荷電電極５を接地する。
このように、液滴Ｄに付与される電荷量が最終的に確定するブレイク・オフ・ポイントＢＰに、第２荷電電極５を配置することにより、下記数式１で求められる液滴Ｄと接地ＧＮＤ間の静電容量Ｃを大きくすることができる。これにより、液滴Ｄに付与される電荷量Ｑを大きくすることができる。
更に、第２荷電電極５をブレイク・オフ・ポイントＢＰに配置することにより、充電における基準電位が明確に定義されるので、周囲電界の揺らぎ（外来ノイズ）の影響が軽減され、液滴Ｄに付与される電荷量Ｑが安定する。その結果、分取の際の流体ストリームのブレが改善し、回収容器７ａ〜７ｃに正確に振り分けることが可能となる。
また、ブレイク・オフ・ポイントＢＰよりも下流側の各液滴Ｄは、所定の間隔（液滴間の距離ＬＤ）をあけて落下するが、付与された電荷により液滴Ｄ間に反力や引力が発生することがある。例えば、図３Ａに示す理想的な配列状態のように、各液滴Ｄの進行方向にブレがなく、これらが一直線上に存在している場合は、電荷による影響は受けない。一方、図３Ｂに示すように、各液滴Ｄの進行方向にブレが生じると、進行方向に対して、垂直な方向にも力が発生し、各液滴Ｄの軌跡のずれ幅が大きくなる。
これに対して、本実施形態の微小粒子分取装置１０のように、ブレイク・オフ・ポイントＢＰに第２荷電電極５を配置すると、液滴Ｄから発せられる電界の強度を低くし、各液滴Ｄ間で作用する反力や引力を低減することができる。その結果、図３Ｃに示すように、液滴Ｄの軌跡のずれ幅を小さくすることができる。
なお、前述した第１の実施形態では、マイクロチップ１を用いた場合を例に説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、マイクロチップ１の代わりにフローセルを用いても同様の効果が得られる。また、光検出部３は電気的又は磁気的な検出手段に置換することもでき、その場合、微小粒子の電気的特性又は磁気的特性に基づいて、同様の方法で液滴Ｄに電荷を付与し、分取すればよい。
更に、特許文献２，３に記載の微小粒子分取装置では、オリフィスと偏向板の間に接地電極を配置しているが、この電極は、高電位による影響を排除するためのものであり、液滴Ｄとの距離が長いため、液滴Ｄとの間の静電容量Ｃを大きくすることはできない。このため、液滴Ｄに付与される電荷量Ｑの安定や、各液滴Ｄ間の電界低減などの効果は得られない。
＜２．第１の実施の形態の変形例＞
次に、本開示の第１の実施形態の変形例に係る微小粒子分取装置について説明する。図４は本開示の第１の実施形態の変形例の微小粒子分取装置の動作を模式的に示す図である。なお、図４においては、図２に示す第１の実施形態の微小粒子分取装置の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、本開示の第１の実施形態の変形例に係る微小粒子分取装置について説明する。図４は本開示の第１の実施形態の変形例の微小粒子分取装置の動作を模式的に示す図である。なお、図４においては、図２に示す第１の実施形態の微小粒子分取装置の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図４に示すように、本変形例の微小粒子分取装置には、２つの電圧源８ａ，８ｂが設けられており、第１荷電電極４と第２荷電電極５に、逆位相の電圧を印加する。具体的には、電圧源８ａに非反転極性の交流パルス信号を入力して第１荷電電極４に第１の電圧Ｖ１を印加すると共に、電圧源８ｂに反転極性の交流パルス信号を入力して第２荷電電極５に第２の電圧Ｖ２を印加する。
このように、ブレイク・オフ・ポイントＢＰの近傍に第２荷電電極５を設け、この第２荷電電極５に第１荷電電極４とは逆位相の電圧を印加することにより、ブレイク・オフ・ポイントＢＰの液滴Ｄと第２荷電電極５間の容量が、等価的に図２に示す構成の２倍になる。これにより、前述した第１の実施形態の半分の電圧で、同じ電荷量を付与することができる。その結果、液滴にＤに与える電圧を低減することができるため、懸念される細胞へのダメージ（リスク）を軽減することができる。
また、本変形例の微小粒子分取装置において、第１荷電電極４により液滴Ｄに直接与えられる電圧Ｖ１にノイズ電圧νｎが重畳された電圧Ｖ１’と、第２荷電電極５により与えられる電圧Ｖ２にνｎが重畳された電圧Ｖ２’は、それぞれ下記数式２，３で表される。
そして、第２荷電電極５と、ブレイク・オフ・ポイントＢＰにおける各液滴Ｄ間の電位差Ｖｇは、下記数式４で表される。即ち、本変形例の微小粒子分取装置では、ノイズ成分であるνｎはキャンセルされるため、外来ノイズの影響も低減することができる。
なお、本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。
＜３．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施形態に係る微小粒子分取装置について説明する。図５Ａは本実施形態の微小粒子分取装置の動作を模式的に示す図であり、図５Ｂはブレークオフポイントと第２荷電電極との位置関係を示す図である。なお、図５Ａ，Ｂにおいては、図１及び図２に示す第１の実施形態の微小粒子分取装置の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、本開示の第２の実施形態に係る微小粒子分取装置について説明する。図５Ａは本実施形態の微小粒子分取装置の動作を模式的に示す図であり、図５Ｂはブレークオフポイントと第２荷電電極との位置関係を示す図である。なお、図５Ａ，Ｂにおいては、図１及び図２に示す第１の実施形態の微小粒子分取装置の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図５に示すように、本実施形態の微小粒子分取装置では、第２荷電電極１５が平行平板電極で構成されている。この場合、平行平板電極（第２荷電電極１５）は、流体ストリーム２３を挟んで対向し、少なくともブレイク・オフ・ポイントＢＰにおいて、液滴Ｄに電荷を付与できる位置に配置される。また、第２荷電電極１５には、２つの平板電極が同電位となるように電圧源（図示せず）から電圧が印加される。なお、本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述した第１の実施形態と同様である。
本実施形態の微小粒子分取装置のように、第２荷電電極１５に平行平板電極を用いた場合でも、液滴Ｄに付与する電荷量を安定化させることができるため、安定したソーティングを実現することができる。なお、本実施形態の微小粒子分取装置で用いられる平行平板電極は、図５Ａ，Ｂに示す形態に限定されるものではなく、例えば図６Ａ，Ｂに示すようなコ字状の電極を使用することもできる。
＜４．第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施形態に係る微小粒子分取装置について説明する。図７Ａは本実施形態の微小粒子分取装置の動作を模式的に示す図であり、図７Ｂはブレークオフポイントと第２荷電電極との位置関係を示す図である。なお、図７Ａ，Ｂにおいては、図１及び図２に示す第１の実施形態の微小粒子分取装置の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、図８Ａ及び図８Ｂは第２荷電電極の他の形態を示す平面図である。
次に、本開示の第３の実施形態に係る微小粒子分取装置について説明する。図７Ａは本実施形態の微小粒子分取装置の動作を模式的に示す図であり、図７Ｂはブレークオフポイントと第２荷電電極との位置関係を示す図である。なお、図７Ａ，Ｂにおいては、図１及び図２に示す第１の実施形態の微小粒子分取装置の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、図８Ａ及び図８Ｂは第２荷電電極の他の形態を示す平面図である。
図７に示すように、本実施形態の微小粒子分取装置では、第２荷電電極２５が円孔電極で構成されている。なお、図７には円筒状の電極を示しているが、本開示はこれに限定されるものではなく、例えば図８Ａに示す平板に円孔が形成された構造の電極や、図８Ｂに示すような一部に切り欠きが形成された略リング状の電極を使用することもできる。
この場合、円孔電極（第２荷電電極２５）は、その内孔内を流体ストリーム２３が通過し、少なくともブレイク・オフ・ポイントＢＰにおいて、液滴Ｄに電荷を付与できる位置に配置される。なお、本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述した第１の実施形態と同様である。
本実施形態の微小粒子分取装置においてもブレイク・オフ・ポイントＢＰにおいて液滴Ｄに電荷を付与する第２荷電電極２５を設けているため、液滴Ｄに付与される電荷量が一定となり、ソーティングを安定化することができる。
また、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
（１）
流体ストリームを発生するオリフィスから吐出された液滴の少なくとも一部に電荷を付与する荷電部を有し、
前記荷電部は、
流路中を通流するシース液及び／又はサンプル液に接触配置され、第１の電圧が印加されて、前記シース液及び／又はサンプル液に電荷を付与する第１荷電電極と、
前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加され、少なくとも前記オリフィスから吐出した液体が液滴化する位置において、前記液滴に電荷を付与する第２荷電電極と、
を備える微小粒子分取装置。
（２）
前記第２荷電電極は、前記液滴化する位置から前記液滴の進行方向下流側に３０ｍｍの位置までの間、前記液滴に電荷を付与する（１）に記載の微小粒子分取装置。
（３）
前記第２荷電電極は、前記流体ストリームから５ｍｍ以内の位置に配置されている（１）又は（２）に記載の微小粒子分取装置。
（４）
前記第２荷電電極は、平板電極、平行平板電極又は円孔電極である（１）〜（３）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（５）
前記第２荷電電極が接地電極である（１）〜（４）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（６）
前記第１荷電電極と前記第２荷電電極には逆位相の電圧が印加される（１）〜（４）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（７）
前記第１荷電電極及び／又は前記第２荷電電極にパルス電圧が印加される（１）〜（６）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（８）
前記第１荷電電極がシース流に接触するように配置されている（１）〜（７）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（９）
前記オリフィスは交換可能なマイクロチップに形成されており、前記第１荷電電極は前記マイクロチップ内に設けられたシース液流路内に配置されている（１）〜（８）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（１０）
前記第２荷電電極よりも下流側に前記液滴の進行方向を変化させる偏向板が設けられている（１）〜（９）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（１１）
前記偏向板は、前記流体ストリームを挟んで対向して配置されている（１０）に記載の微小粒子分取装置。
（１２）
第１荷電電極に第１の電圧を印加することにより、流路中を通流するシース液及び／又はサンプル液に電荷を付与する工程と、
第２荷電電極に前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加することにより、少なくとも流体ストリームを発生するオリフィスから吐出した液体が液滴化する位置において前記液滴に電荷を付与する工程と、
を有する微小粒子分取方法。
（１３）
前記第２電荷電極を接地電極とする（１２）に記載の微小粒子分取方法。
（１４）
前記第１電荷電極と前記第２電荷電極に逆位相の電圧を印加する（１２）に記載の微小粒子分取方法。
（１５）
前記第１電荷電極及び／又は前記第２電荷電極にパルス電圧を印加する（１２）〜（１４）のいずれかに記載の微小粒子分取方法。
（１）
流体ストリームを発生するオリフィスから吐出された液滴の少なくとも一部に電荷を付与する荷電部を有し、
前記荷電部は、
流路中を通流するシース液及び／又はサンプル液に接触配置され、第１の電圧が印加されて、前記シース液及び／又はサンプル液に電荷を付与する第１荷電電極と、
前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加され、少なくとも前記オリフィスから吐出した液体が液滴化する位置において、前記液滴に電荷を付与する第２荷電電極と、
を備える微小粒子分取装置。
（２）
前記第２荷電電極は、前記液滴化する位置から前記液滴の進行方向下流側に３０ｍｍの位置までの間、前記液滴に電荷を付与する（１）に記載の微小粒子分取装置。
（３）
前記第２荷電電極は、前記流体ストリームから５ｍｍ以内の位置に配置されている（１）又は（２）に記載の微小粒子分取装置。
（４）
前記第２荷電電極は、平板電極、平行平板電極又は円孔電極である（１）〜（３）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（５）
前記第２荷電電極が接地電極である（１）〜（４）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（６）
前記第１荷電電極と前記第２荷電電極には逆位相の電圧が印加される（１）〜（４）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（７）
前記第１荷電電極及び／又は前記第２荷電電極にパルス電圧が印加される（１）〜（６）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（８）
前記第１荷電電極がシース流に接触するように配置されている（１）〜（７）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（９）
前記オリフィスは交換可能なマイクロチップに形成されており、前記第１荷電電極は前記マイクロチップ内に設けられたシース液流路内に配置されている（１）〜（８）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（１０）
前記第２荷電電極よりも下流側に前記液滴の進行方向を変化させる偏向板が設けられている（１）〜（９）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（１１）
前記偏向板は、前記流体ストリームを挟んで対向して配置されている（１０）に記載の微小粒子分取装置。
（１２）
第１荷電電極に第１の電圧を印加することにより、流路中を通流するシース液及び／又はサンプル液に電荷を付与する工程と、
第２荷電電極に前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加することにより、少なくとも流体ストリームを発生するオリフィスから吐出した液体が液滴化する位置において前記液滴に電荷を付与する工程と、
を有する微小粒子分取方法。
（１３）
前記第２電荷電極を接地電極とする（１２）に記載の微小粒子分取方法。
（１４）
前記第１電荷電極と前記第２電荷電極に逆位相の電圧を印加する（１２）に記載の微小粒子分取方法。
（１５）
前記第１電荷電極及び／又は前記第２電荷電極にパルス電圧を印加する（１２）〜（１４）のいずれかに記載の微小粒子分取方法。
１ マイクロチップ
２ 振動素子
３ 光検出部
４、５、１５、２５ 荷電電極
６ 偏向板
７ａ〜７ｃ 回収容器
８、８ａ、８ｂ 電圧源
１０ 微小粒子分取装置
１１ サンプル流路
１２ オリフィス
２１ サンプル液
２２ シース液
２３ 流体ストリーム
ＢＰ ブレイク・オフ・ポイント
Ｄ 液滴
ＬＤ 液滴間の距離
２ 振動素子
３ 光検出部
４、５、１５、２５ 荷電電極
６ 偏向板
７ａ〜７ｃ 回収容器
８、８ａ、８ｂ 電圧源
１０ 微小粒子分取装置
１１ サンプル流路
１２ オリフィス
２１ サンプル液
２２ シース液
２３ 流体ストリーム
ＢＰ ブレイク・オフ・ポイント
Ｄ 液滴
ＬＤ 液滴間の距離
Claims (9)
- 流体ストリームを発生するオリフィスから吐出された液滴の少なくとも一部に電荷を付与する荷電部を有し、
前記荷電部は、
流路中を通流するシース液及び／又はサンプル液に接触配置され、第１の電圧が印加されて、前記シース液及び／又はサンプル液に電荷を付与する第１荷電電極と、
前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加され、少なくとも前記オリフィスから吐出した液体が液滴化する位置において、前記液滴に電荷を付与する第２荷電電極と、
を備え、
前記第２荷電電極は、前記流体ストリームから５ｍｍ以内の位置に配置された接地電極であり、
前記オリフィスは交換可能なマイクロチップに形成されており、前記第１荷電電極は前記マイクロチップ内に設けられたシース液流路内に配置されている微小粒子分取装置。 - 前記第２荷電電極は、前記液滴化する位置から前記液滴の進行方向下流側に３０ｍｍの位置までの間、前記液滴に電荷を付与する請求項１に記載の微小粒子分取装置。
- 前記第２荷電電極は、平行平板電極又は円孔電極である請求項１又は２に記載の微小粒子分取装置。
- 前記第１荷電電極及び／又は前記第２荷電電極にパルス電圧が印加される請求項１〜３のいずれか一項に記載の微小粒子分取装置。
- 前記第１荷電電極がシース流に接触するように配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の微小粒子分取装置。
- 前記第２荷電電極よりも下流側に前記液滴の進行方向を変化させる偏向板が設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の微小粒子分取装置。
- 前記偏向板は、前記流体ストリームを挟んで対向して配置されている請求項６に記載の微小粒子分取装置。
- 第１荷電電極に第１の電圧を印加することにより、流路中を通流するシース液及び／又はサンプル液に電荷を付与する工程と、
第２荷電電極に前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加することにより、少なくとも流体ストリームを発生するオリフィスから吐出した液体が液滴化する位置において前記液滴に電荷を付与する工程と、
を有し、
前記第２荷電電極を、前記流体ストリームから５ｍｍ以内の位置に配置された接地電極とし、
前記オリフィスは交換可能なマイクロチップに形成されており、前記第１荷電電極を前記マイクロチップ内に設けられたシース液流路内に配置する微小粒子分取方法。 - 前記第１電荷電極及び／又は前記第２電荷電極にパルス電圧を印加する請求項８に記載の微小粒子分取方法。
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