JPH0448245A - 粒子測定装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は細胞等の微小な被検粒子が浮遊する浮遊液中の
個々の被検粒子を一個ずつ分離して、これを光学的手法
等を用いて測定する粒子測定装置に関する。

［従来の技術］ 従来、粒子浮遊液中の多数の粒子を１個ずつ分離する方
法として、第４図に示すようなシースフロ一方式が一般
に知られている。これは粒子浮透液とシース液をそれぞ
れ加圧装置により加圧して、粒子浮遊液をシース液で包
むようにして流し、流体力学的に収斂させて粒子浮遊液
を細い流れにし、個々の粒子を１個ずつ一列に流して分
離する方法である。

又、血液等の試料を用意して、このシースフロ一方式に
より分離した試料中の個々の細胞を光学的方法等を利用
して測定し、細胞解析や細胞分取を行う装置が、フロー
サイトメータやセルソータの名称で実用化されている。

２４４図はフローサイトメータの構成の一例であり、上
記シースフロ一方式で分離され、フローセル内を一列に
流れる個々の細胞に測定用エネルギ、例えば光源２４か
らの光ビームを照射し、細胞への光照射による光学的反
作用、例えば細胞から発する散乱光や蛍光を検出器２５
．２６で測光するものである。測光した出力を基に信号
処理部２９にて粒子解析の種類、大きさ等の演算が行な
われる。

又、３４５図はセルソータの構成の一例を示すものであ
る。血液等の細胞浮遊液が外部の加圧装置によりノズル
内に導かれ、シースフロー原理によってノズル内では細
胞浮遊液を軸とした層流が形成され、ノズル出口のオリ
フィス（７０〜１００μｍ）では、細胞浮遊液の平均径
が１５〜２０μｍのジェット流として空中に放出される
。空中に出たジ主ット流にノズル先端から１００〜２０
０μｍの所で光源２４からの励起光を照射する。予め蛍
光染色されている細胞に励起光が照射されると、細胞か
ら散乱光及び蛍光が放射され、検出器２５及び２６でそ
れぞれを検出して電気信号に変換する。

一方、ノズルは加振回路２７の制御によって振動子２１
で４０ＫＨｚ程度に加振されており、オリフィスを出た
ジェット流はノズル先端から数ｍｍ下方で均一な液滴と
なる。細胞から検出された信号が予め決められた条件を
満たすかどうかに応じて、信号処理部２９からチャージ
ング回路２８へ信号が送られ、液滴化に同期してチャー
ジング信号がノズルに加えられ、液滴が軽く帯電させら
れる。所望の細胞を含む帯電した液滴が強い電場を生じ
る２つの電極２２．２３間を通過する間に、静電気によ
って液滴は細胞の種類等に応じて右又は左方向へ偏向さ
れて振り分けられ、別々の試験管に集められる。

上記フローサイトメータやセルソータに利用されるシー
スフロ一方式では、細胞浮遊液及びシース液をノズルに
導くのに加圧系で各液を加圧することによって導いてい
るが、そのための配管及びポンプ等の加圧装置が必要な
ため、装置が大掛かりで制御も複雑になる問題点を有し
ている。

又、シースフロ一方式は、細胞浮遊液及びシース液への
加圧力によって流れの流速が決り、この流速及び細胞浮
遊液の希釈の度合いによって粒子の分離の時間間隔が決
められるが、この間隔を広い範囲で変更することは困難
であった。

そこで本願出願人は先に特願平１−２６０７０７号にお
いて１粒子浮遊液を収容する収容部内に吐出エネルギを
与えて液滴を吐出させる方法、−例として熱エネルギを
与えて気泡を発生させ、気泡の膨張のｆｌＪ撃によりて
個々の被検粒子を含んだ液滴を開口から吐出させる方法
を用いた新規な粒子測定装置を提案した。

［発明の目的］ 本発明は先に提案した粒子測定装置を更に改良して、粒
子測定の精度をより向上させることを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、粒子浮遊液中の被
検粒子を一個ずつ分離し、該分離された被検粒子を測定
する粒子測定装置において、粒子浮遊液を収容する収容
部と、前記収容部に設けられ、前記粒子浮遊液を外部に
吐出させるための開口と、前記収容部内に吐出エネルギ
を与λて、個々の被検粒子を含む液滴を前記開口から吐
出させる手段と、前記開口に対向した位置に設けられ、
前記開口からの吐出液滴を付着させる測定部と、前記測
定部において被検粒子を測定する手段を有することを特
徴とするものである。

［実施例１］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図、第２図は本発明の実施例の構成図である。

図中１は被検粒子である細胞が浮遊する細胞浮遊液を収
容するための、５０μｍＸ５０μｍ程度の矩形断面を有
するノズルで、一端が開放され開口部を形成している。

該ノズルの作成方法の例として、エツチングやフォトレ
ジスト工程により基板上に微細な溝を設け、その上に平
面板を張り合せる方法が一般的であるが、これに限定さ
れるわけでは無い、なおノズル断面のサイズは測定対象
とする被検粒子のサイズに応じてそれに通したサイズと
する０本実施例では測定対象を血液と考え、血液中に含
まれる種々の血球のサイズが５μｍ〜３０μｍ程度であ
ることから、ノズルサイズを最大血球サイズよりもやや
大きい５０μｍＸ５０μｍと設定した。

２は細胞浮遊液を順次ノズル１内に供給する供給口でノ
ズル１の出口近傍に接続されている。３はノズル内に設
けられる加熱部であり、具体的には加熱ヒータであって
電極が後述の制御回路に接続されている。なお加熱部３
はノズル外にあフてノズル内を加熱するものであっても
良い、又、加熱部３は加熱ヒータには限られず、熱エネ
ルギを発生する手段であれば良く、例えば熱吸収部材に
レーザ光線等の電磁波エネルギを与えて加熱するような
構成をとっても良い、４はノズル１の外側に設けられ、
加熱ヒータからの熱伝導でノズル１が温度上昇するのを
抑えるための放熱部材である。

１６は固設された透明なガラス板で、ノズル１の吐出軸
１上に対して斜めに傾けて配置されている。７は測定用
エネルギ発生手段であるレーザ光源、５．６は光照射に
よる粒子からの光学的反作用を検出するためのフォトマ
ル等の検圧器である。レーザ光源７から出射するレーザ
ビームはガラス板１６の裏面から入射し、ノズル１の吐
出軸１とレーザ光軸０はガラス板１６近傍で交差するよ
うに配置されている。検出器５はレーザ光軸０上に配置
され、該検出器５の手前にはレーザビームが直接検出器
に入力するのを防ぐための不図示のビームストッパが光
軸上に設けられ、ガラス板１６上のレーザビームが照射
される測定位置の粒子Ｓによって光路前方に散乱される
散乱光が検出器５にて測光されるようになっている。又
、検出器６はレーザ光軸０及び液滴吐出軸１のそれぞれ
に交差する方向に配され、該検出器６の手前には目的と
する蛍光波長のみを選択透過するバンドパスフィルタ１
５が設けられ、測定位置の粒子Ｓから発する蛍光が選択
的に検出器６にて測光されるようになっている。

次に、以上のような構成における動作について説明する
。

十分希釈され、必要に応じて蛍光試薬等で染色処理を施
した血液試料等の測定用試料を用意し、この試料を供給
口２に供給し、そこからノズル１内に供給してノズル１
内を満たした状態とする。

ここで第３図の制御系による制御を具体的に説明する。

サンプリング同期回路３１で生成される吐出タイミング
信号に従って０Ｎ−ＯＦＦ発生回路３２がノズル１内に
設けられた加熱ヒータ３を駆動して発熱させると、加熱
された細胞浮遊液内の水分が瞬時に気化して３４１図の
ように気泡８が発生する。すると気化した分だけ体積が
詑張するので、その？＃撃によってノズル１の開口付近
にある細胞Ｓがノズルの開口から外側に押し出され、細
胞Ｓが含まれる細胞浮遊液がノズル１の外へ吐出される
。始め膨張を続けていた気泡８は冷却されて収縮を始め
、体積の縮小により開口から吐出した細胞浮遊液に対し
て引込力が働く、このようにして開口から外に吐出した
細ｍｓを含む細胞浮遊液は液滴となフて空中に飛翔する
。この吐出の基本原理は例えば特開昭５４−５９９３８
号公報や特開昭５５−２７２８２号公報に記載される。

細胞浮遊液は吐出した分だけ毛細管現象により供給口２
から供給され、初期状態に戻る。細胞浮遊液の供給は毛
細管現象により自然に行なわれるため、従来のような加
圧系は必要としない。

この気泡の発生と消滅は、′！Ｊ３図のサンプリング同
期回路３１で作られるサンプリング周波数に従って非常
に短時間の内に行なわれ、１秒間に最高数千個の液滴を
連続的に吐出させることが可能である。これにより多数
の細胞を高速に分離することができる。

又、サンプリング同期回路３１で生成される信号は検出
系３３のデータ取込みタイミング信号としても利用され
、サンプリング同期回路３１の吐出タイミング信号によ
って吐出した液滴が所定時間の後に測定位置を通過する
期間にのみ、検出器５．６からデータを取込むようにな
っている。これにより被検粒子以外からのノイズ成分の
取込みを極力排除することができる。

ノズルから吐出される液滴は直径５０μｍ〜８０μｍ程
度となるように開口の大きさ及び加熱ヒータの容量が設
定されており、この吐出された液滴中に細胞粒子が１個
だけ含まれるよう粒子浮遊液の希釈度を設定しておく。

開口から吐出した液滴はガラス板１６に斜め方向から衝
突してガラス板１６上に付着し、吐出の勢いによってガ
ラス板１６上を移動する。そして液中の細胞がレーザビ
ームがガラス板１６の裏面から照射される測定位置を横
切フて通過する際に細胞から散乱光及び蛍光が発生し、
検出器５．６から成る検出系にてそれぞれ強度検出され
る。液滴はノズルの開口から次々と吐出して測定位置に
おいて細胞が測定され、測定済みの細胞は後から吐出し
た液滴によって押し流される。

第３図において光検出器５．６を有する検出系３３から
の出力はデータ記憶部３４に次々と記憶され、得られた
多数の細胞粒子についての測定データから、信号処理部
３５においてヒストグラムやサイトグラム等の統計処理
を用いて細胞粒子の種類判別や性買の解析等、粒子解析
を行なう。

具体的な演算方法については様々な方法が広く一般に知
られているためここでは詳細な説明は省略する。解析結
果はＴＶモニタへの表示や、プリントアウト等により出
力される。

以上のように、飛翔中の液滴に直接レーザビームを照射
する構成ではなく、固定されたガラス板上に細胞粒子を
付着させながら測定部を順次通過させて測定を行なうた
め、以下のような効果が得られる。

′１７Ｓ１に、細胞粒子を固定されたガラス板上に付着
させるため、被検位置での粒子の位置ずれが少なく、よ
り安定した測定が行なえる。

第２に、仮に飛翔中の液滴に直接レーザビームを照射す
る構成であるとすると、表面形状が不安的な液滴表面で
乱反射が起き、液滴中の細胞粒子の光学測定に悪影響を
及ぼす畏れがある。これに対して本実施例は透明ガラス
板の裏面からレーザビームを照射し、ガラス板に付着す
る液体中のｍ胞粒子を測定する構成であるので乱反射は
起きず、フローセル中の粒子を測定するのと同等の信顆
性の高い測定が行なえる。

なお以上は、血液細胞等の生物分野の微粒子を解析する
装置に通用したものであるが、本発明はこれに限定され
るものでは無く、例えば工業用の微粒子を計測する装置
等、被検粒子浮遊液を扱う装置全般に通用することが可
能である。

又、上記実施例は被検粒子を含んだ液滴を吐出させるた
めに、熱エネルギによって気泡を発生させ、その膨張の
衝撃によって液滴を吐出させる方式を示したが、別法と
してピエゾ素子等の振動子を用いて機械的に衝撃を与え
て液滴を吐出させる方式であっても良い。この場合も上
記気泡を利用した実施例と同様、任意の吐出タイミング
信号に従って液体を吐出させる所謂オンデマンド型の吐
出制御が可能である。

又、上記実施例は粒子測定のための光学系として最も基
本的な形態を示すものであるが、より高精度な測定を行
なうためには様々な改良形態が考えられる。例えば照射
光学系を走査光学系として測定部を高速に光走査するよ
うにすれば、被検粒子の位置ずれに対して更に許容度を
高めることができる。走査するための手段としては、音
響光学偏向素子（ＡＯＤ）や振動ミラー等が一般的であ
る。又、受光光学系としてＣＣＤ等のアレイセンサを用
いれば被検粒子の画像情報を捕らえることができ解析情
報量がより向上する。

更には、特願平１−２８０７０７号に示されるように、
吐出ノズルを複数箇並べて配置し、各ノズルから次々と
液滴を吐出させるような構成とすれば、さらに処理能力
を高めることができる。

［発明の効果］ 以上本発明によれば、簡単な構成で粒子浮遊液中の個々
の被検粒子をより確実に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例の構成図、第３図は制
御系のブロック図、 第４図、１ｉＳ５図は従来例の構成図、であり、図中の
主な符号は、 １・・・・ノズル、２・・・・供給口、３・・・・加熱
部、４・・・・放熱部材、５．６・・・・検圧器、７・
・・・レーザ光源、８・・・・気泡、１５・・・・バン
ドパスフィルタ、１６・・・・透明ガラス板、Ｓ・・・
・細胞第１ ￥２田

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）粒子浮遊液中の被検粒子を一個ずつ分離し、該分
   離された被検粒子を測定する粒子測定装置において、 粒子浮遊液を収容する収容部、 前記収容部に設けられ、前記粒子浮遊液を外部に吐出さ
   せるための開口、 前記収容部内に吐出エネルギを与えて、 個々の被検粒子を含む液滴を前記開口から吐出させる手
   段、 前記開口に対向した位置に設けられ、前記開口からの吐
   出液滴を付着させる測定部、 前記測定部において被検粒子を測定する手段、 を有することを特徴とする粒子測定装置。
2. （２）前記測定部は透明板であり、該透明板に吐出液が
   付着した裏面から照射光を照射し、光学的に被検粒子を
   測定する請求項（１）記載の粒子測定装置。
3. （３）前記測定部は前記開口に対して斜めに傾けて配置
   され、吐出液滴が斜め方向から測定部に付着して液滴中
   の被検粒子が測定位置を通過する請求項（１）記載の粒
   子測定装置。
4. （４）前記収容部内に熱エネルギを与える手段を有し、
   加熱して気泡を発生させることにより液滴を吐出させる
   請求項（１）記載の粒子測定装置。