JPH0724310A - Method and apparatus for separation of particle - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To carry out the particle separation and classification easily and surely by basically irradiating scanning light to a plurality of areas of a nonlinear flow route in which moving particles such as biologic related particles of cells, industrial particles, etc., flow and thus applying a functional force according to the types of the particles. CONSTITUTION:A nonlinear flow route 2 which is curved a plurality of times is formed in the inside of a flow cell 1 and a dispersing medium in which a plurality of types of particles exist is made to flow in the route. Scanning light is so irradiated to the nonlinear flow route 2 as to make the scanning track 3 transversely cross the flow direction of the dispersing medium. Light is thus irradiated to a plurality of areas along the flowing direction of the flow route 2 and particles moving based on light gradient force receive braking force in the light irradiated areas. At that time, larger braking force works on particles with larger size or refractive index rather than on particles with smaller size or refractive index. As a result, smaller particles on which smaller braking force works pass the light irradiating positions quickly and thus the particles are classified successively from smaller particles with smaller braking force to larger ones. Consequently, the separation and classification of the particles are carried out easily and surely.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光によって粒子を分別す
る技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for separating particles by light.

【０００２】[0002]

【従来の技術】細胞、微生物、リポソームなどの生体関
連粒子、あるいはラテックス粒子、ゲル粒子、工業用粒
子などの合成粒子などの粒子を分別するため、種々の方
法が従来より知られている。2. Description of the Related Art Various methods have conventionally been known for separating particles such as cells, microorganisms, biological particles such as liposomes, or particles such as latex particles, gel particles, and industrial particles.

【０００３】一例として、レーザ光を集光して粒子を空
間内に閉じ込めるいわゆるレーザトラッピングを利用し
て粒子を分別しようとする報告がある［ H.Misawa, et
al.Chem.Lett., 469(1991) ]。As an example, there is a report that the particles are separated by utilizing so-called laser trapping, which condenses the laser light to confine the particles in a space [H.Misawa, et al.
al. Chem. Lett., 469 (1991)].

【０００４】レーザトラッピングとは、光による粒子へ
の力学的作用を利用して粒子を操作する技術である。レ
ーザ光などの強度勾配を有する光ビームを粒子に集光照
射すると、粒子には光ビームの照射方向へ作用する光圧
力（放射圧）と光軸中に粒子を閉じこめる力（光勾配
力）の２つの力が作用する。これら光圧力及び光勾配力
は、いずれも光強度そして光軸方向の強度分布つまりレ
ンズ等による集光の度合い及び光軸に直角方向の強度分
布に依存する。さらには粒子の屈折率や吸収率（反射
率）及び粒子のサイズ等にも依存する。この内の勾配力
の作用によって照射位置に粒子を捕捉することができ
る。Laser trapping is a technique for manipulating particles by utilizing the mechanical action of light on the particles. When a particle is irradiated with a light beam having an intensity gradient such as a laser beam, the particle has a light pressure (radiation pressure) acting in the light beam irradiation direction and a force (light gradient force) for confining the particle in the optical axis. Two forces act. The light pressure and the light gradient force both depend on the light intensity and the intensity distribution in the optical axis direction, that is, the degree of light collection by a lens or the like and the intensity distribution in the direction perpendicular to the optical axis. Furthermore, it depends on the refractive index and absorptance (reflectance) of particles, the size of particles, and the like. Particles can be trapped at the irradiation position by the action of the gradient force within this.

【０００５】上述のレーザトラッピングを利用した粒子
の分別は、大きさの異なる２種類のポリスチレンラテッ
クス粒子が混在する粒子群を用意して、これに向けてレ
ーザ光を光干渉によって多重リング状に集光させる。そ
して、多数の粒子を各リング上に光トラップした状態
で、リングの径を変化させると、トラッピング力の弱い
小さい粒子がリング外にはじき出されて排除され、大き
な粒子だけがリング上にトラップされ続け、結果的に大
きな粒子が選択的に分別されるものである。For the above-mentioned particle separation using laser trapping, a particle group in which two types of polystyrene latex particles of different sizes are mixed is prepared, and laser light is directed toward the particle group in a multiple ring shape by optical interference. Light up. Then, when a large number of particles are optically trapped on each ring and the diameter of the ring is changed, small particles with weak trapping force are ejected out of the ring and eliminated, and only large particles continue to be trapped on the ring. As a result, large particles are selectively separated.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では分別性能に劣り、例えば３種類以上の粒子群を分
別することが困難である。However, the above method is inferior in classification performance, and it is difficult to separate, for example, three or more kinds of particle groups.

【０００７】本発明は上記従来例に鑑みなされたもの
で、簡単な手法で高い分別性能が得られる方法の提供を
目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional example, and an object of the present invention is to provide a method capable of obtaining high classification performance by a simple method.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の粒子の分別方法は、粒子が移動する非直線状の流路
の複数領域に光照射することによって、粒子の種類に応
じた作用力を与えて粒子の分別を行なうことを特徴とす
る。The method for separating particles according to the present invention, which solves the above-mentioned problems, irradiates a plurality of regions of a non-linear flow path in which particles move, thereby producing an action according to the kind of particles. The feature is that a force is applied to separate particles.

【０００９】又、本発明の粒子の分別装置は、粒子が移
動する非直線形状の流路と、該流路の複数領域に粒子の
種類に応じた作用力を与えるための光を照射する手段と
を有することを特徴とする。Further, the particle sorting apparatus of the present invention is a means for irradiating a non-linear flow path through which particles move and a light for giving an action force corresponding to the kind of particles to a plurality of regions of the flow path. And having.

【００１０】[0010]

【実施例】【Example】

＜実施例１＞本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図２、図３は第１本実施例の装置の全体構成を示すもの
である。図２は本実施例の装置の流体搬送系の構成を示
す図である。図中、試料容器４の内部には複数種類（３
種類以上）の粒子と分散媒（例えば水）からなる粒子分
散液５が蓄積されている。ここで粒子と分散媒とは同程
度の比重を有している。本実施例において異なる粒子と
は、（１）サイズが異なる、（２）屈折率が異なる、
（３）サイズ及び屈折率が異なる、のいずれかとする。
粒子の具体例としては、例えば、細胞、微生物、リポソ
ーム、ＤＮＡ、ＲＮＡなどの生体関連粒子、あるいはラ
テックス粒子、ゲル粒子、工業用粒子、ミセルなどの合
成粒子、あるいはゴミなどの異物、土壌粒子などが挙げ
られる。<Embodiment 1> An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
2 and 3 show the overall configuration of the apparatus of the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the fluid transport system of the apparatus of this embodiment. In the figure, a plurality of types (3
A particle dispersion 5 composed of particles (more than one kind) and a dispersion medium (for example, water) is accumulated. Here, the particles and the dispersion medium have similar specific gravities. In the present example, different particles are (1) different in size, (2) different in refractive index,
(3) The size and the refractive index are different.
Specific examples of the particles include, for example, bio-related particles such as cells, microorganisms, liposomes, DNA and RNA, or latex particles, gel particles, industrial particles, synthetic particles such as micelles, foreign substances such as dust, soil particles and the like. Is mentioned.

【００１１】容器６には分散媒７（例えば緩衝液などの
水系溶媒や、エタノールなどの有機溶媒）が蓄積され
る。試料容器４及び容器６にはそれぞれチューブ８、９
が挿入され、これらチューブはジョイントバルブ１０を
介して流通路１１に接続されている。流通路１１には、
石英ガラスからなるフローセル１（ステージ１９上に保
持されている）が接続され、フローセル１は排気チャン
バ１２に接続されている。フローセル１は図１に示すよ
うに複数回折返され高密度に配置された非直線形状の流
路２が内部に形成されている。排気チャンバ１２はバル
ブ１３を閉じることにより内部の気密が保たれる。排気
チャンバ１２内には分別容器１４が設置され、流通路を
流れた液体は分別容器１４に収容される。この構成にお
いて、吸引ポンプ１５を作動させると、排気チャンバ内
が負圧となりフローセル１に粒子を含む分散媒の流れを
形成することができる。フローセル１の下流には、例え
ば光学的、電気的、磁気的、音響光学的な手法を用いた
粒子測定手段１６が設けられている。A dispersion medium 7 (for example, an aqueous solvent such as a buffer solution or an organic solvent such as ethanol) is accumulated in the container 6. The sample container 4 and the container 6 have tubes 8 and 9 respectively.
And the tubes are connected to the flow passage 11 via the joint valve 10. In the flow passage 11,
A flow cell 1 made of quartz glass (held on the stage 19) is connected, and the flow cell 1 is connected to an exhaust chamber 12. As shown in FIG. 1, the flow cell 1 has therein a non-linear flow path 2 which is returned multiple times and is arranged at a high density. The exhaust chamber 12 is kept airtight by closing the valve 13. A separation container 14 is installed in the exhaust chamber 12, and the liquid flowing through the flow passage is contained in the separation container 14. In this configuration, when the suction pump 15 is operated, the inside of the exhaust chamber becomes a negative pressure, and the flow of the dispersion medium containing particles can be formed in the flow cell 1. Downstream of the flow cell 1, a particle measuring means 16 using, for example, an optical, electrical, magnetic or acousto-optical method is provided.

【００１２】図３は本実施例の装置の走査光学系の構成
を示す図である。図中、４０は光源である。光源４０の
波長は、粒子の光吸収が少ない波長域、例えば細胞等の
生体関連粒子である場合は、光照射による損傷が少ない
波長域（近赤外〜赤外域）が好ましい。具体的には、Ｙ
ＡＧレーザ等の固体レーザ、Ａｒ⁺ レーザ等のガスレー
ザ、半導体レーザなどＴＥＭ00モード（ガウシアンビー
ム）のレーザ光源が使用できる。又、レーザ光源に限ら
ず強度勾配を有する光を生成する光源であれば使用でき
る。FIG. 3 is a view showing the arrangement of the scanning optical system of the apparatus of this embodiment. In the figure, 40 is a light source. The wavelength of the light source 40 is preferably a wavelength range in which light absorption of particles is small, for example, in the case of bio-related particles such as cells, a wavelength range in which damage by light irradiation is small (near infrared to infrared range). Specifically, Y
A TEM00 mode (Gaussian beam) laser light source such as a solid-state laser such as an AG laser, a gas laser such as an Ar ⁺ laser, or a semiconductor laser can be used. Further, the light source is not limited to the laser light source, and any light source that generates light having an intensity gradient can be used.

【００１３】光源４０から出射した光ビームは、２枚の
ガルバノミラー４１、４２で２次元的に偏向され、レン
ズ系４３によりフローセル１に照射され、２次元走査が
行なわれる。なお、ガルバノミラー以外の光偏向手段、
例えば回転多面鏡、音響光学素子、電気光学素子等を使
用することもできる。又、フローセル移動させながら光
走査を行っても同様な光照射を行うことができる。この
場合、１枚のガルバノミラーによる１方向の光走査手段
とステージ１９等によるフローセル移動手段とを組み合
わせることにより、フローセル上で２次元の光走査が可
能である。The light beam emitted from the light source 40 is two-dimensionally deflected by the two Galvano mirrors 41 and 42, and the lens system 43 irradiates the flow cell 1 to perform two-dimensional scanning. In addition, a light deflection means other than the galvanometer mirror,
For example, a rotating polygon mirror, an acousto-optical element, an electro-optical element, etc. can be used. Also, similar light irradiation can be performed by performing optical scanning while moving the flow cell. In this case, two-dimensional optical scanning can be performed on the flow cell by combining the one-direction optical scanning means with one galvanometer mirror and the flow cell moving means with the stage 19 or the like.

【００１４】図１はフローセル１に照射光が与えられた
状態を示した図である。フローセル１に形成された折り
返し形状の流路２に対して、走査光の走査軌跡３が流れ
方向を横断するように照射される。このような折返し形
状の微細な流路を有するフローセルは、微細加工技術に
よって作成される。FIG. 1 is a diagram showing a state where irradiation light is applied to the flow cell 1. The flow path 2 of the folded shape formed in the flow cell 1 is irradiated so that the scanning locus 3 of the scanning light traverses the flow direction. A flow cell having such a folded-back fine flow path is produced by a fine processing technique.

【００１５】本実施例の装置では、サイズや屈折率に応
じて粒子を分別するための閾値を設定するために、光源
から出射して照射位置に照射される走査光の照射強度を
調整することができる。この調整の具体例としては、
（１）光源からの発光強度を調整する、（２）変調素子
やフィルターを光路中に配して照射光量を調整する、
（３）レンズ系を調整して実質的な照射光量を調整す
る、などが挙げられる。また、走査光の光波長を変えて
粒子分別の閾値を変えても良い。In the apparatus of this embodiment, the irradiation intensity of the scanning light emitted from the light source and applied to the irradiation position is adjusted in order to set the threshold value for separating particles according to the size and the refractive index. You can As a concrete example of this adjustment,
(1) adjust the intensity of light emitted from the light source, (2) arrange a modulator or filter in the optical path to adjust the amount of irradiation light,
(3) Adjusting the lens system to adjust the substantial irradiation light amount, and the like. Further, the threshold of particle classification may be changed by changing the light wavelength of the scanning light.

【００１６】又、走査光学系の駆動制御により、走査パ
ターン（ピッチ、走査長さ）や走査スピードを調整する
ことによっても、閾値や分別分解能の設定も可能であ
る。The threshold value and the classification resolution can also be set by adjusting the scanning pattern (pitch, scanning length) and the scanning speed by controlling the driving of the scanning optical system.

【００１７】このように光の照射条件を変化させるだけ
で分別条件を変えることができるため、様々な種類の粒
子の分別にフレキシブルに対応できる。Since the sorting condition can be changed only by changing the light irradiation condition in this way, it is possible to flexibly deal with sorting of various kinds of particles.

【００１８】次に本実施例の装置の動作について説明す
る。図２において、ジョイントバルブをチューブ８側に
して、試料容器４の粒子分散液を流通路１１に少量流入
させる。次にジョイントバルブをチューブ９側に切り替
えて分散媒のみを流す。するとフローセル１には分散媒
の流れに乗って粒子が流れる。走査光の照射位置におい
ては、サイズの小さい（あるいは屈折率が小さい）粒子
よりもサイズの大きな（あるいは屈折率が大きい）粒子
に、より大きな作用力（制動力）が作用する。フローセ
ルを流れる粒子の速度に対して光走査速度を十分大きく
（例えば１０倍以上）設定することにより、粒子にとっ
て走査軌跡上の光強度は時間平均化された定常光が照射
された場合と実質的に同等となる。従って、粒子は光走
査軌跡の１本を横断する毎に光勾配力によって制動力を
受け、しかも、数多くの走査軌跡を横断するので、高い
分別性能が得られる。こうして作用する制動力の小さい
粒子ほど照射位置を早く通過し、制動力の小さい粒子か
ら大きな粒子の順に分別されて流れる。Next, the operation of the apparatus of this embodiment will be described. In FIG. 2, a small amount of the particle dispersion liquid of the sample container 4 flows into the flow passage 11 with the joint valve on the tube 8 side. Next, the joint valve is switched to the tube 9 side to flow only the dispersion medium. Then, particles flow along the flow of the dispersion medium in the flow cell 1. At the scanning light irradiation position, a larger acting force (braking force) acts on particles having a larger size (or a larger refractive index) than particles having a smaller size (or smaller refractive index). By setting the light scanning speed to be sufficiently high (for example, 10 times or more) with respect to the speed of the particles flowing in the flow cell, the light intensity on the scanning locus for the particles is substantially the same as that when the time-averaged stationary light is irradiated. Is equivalent to. Therefore, each time the particle traverses one of the optical scanning loci, it receives a braking force due to the light gradient force, and further traverses a large number of scanning trajectories, so that high sorting performance is obtained. Particles having a smaller braking force acting in this manner pass through the irradiation position earlier, and particles having a smaller braking force are sorted and flow in order of larger particles.

【００１９】測定手段１６ではこれらの流れる粒子の測
定を行ない、測定後、分別容器１４で採取する。分別容
器１４を適切なタイミングで取り替えることにより、分
別された粒子ごとに別々に採取することができる。The measuring means 16 measures these flowing particles, and after the measurement, collects them in the sorting container 14. By exchanging the sorting container 14 at an appropriate timing, it is possible to separately collect the sorted particles.

【００２０】本実施例では、流路２の流れ方向に沿った
複数領域で粒子に制動力を与えているので、高い分解能
で分別を行うことができる。すなわち３種類以上の異な
る粒子を容易に分別することができる。又、フローセル
の流路を微細加工技術によって微小領域に集積させてい
るので、走査領域が小さくすることができ、走査光学系
の設計が容易である。In this embodiment, since the braking force is applied to the particles in a plurality of regions along the flow direction of the flow path 2, the particles can be sorted with high resolution. That is, three or more different particles can be easily separated. Further, since the flow path of the flow cell is integrated in a minute area by the fine processing technique, the scanning area can be reduced and the design of the scanning optical system is easy.

【００２１】なお、上記例ではフローセルの流路の形状
が折り返し形状であったが、図７（ｂ）に示す放射形
状、あるいは図８（ｂ）に示す螺旋形状であっても良
く、それぞれのフローセルに対して、図７（ａ），図８
（ａ）に示したパターンの照射光を与える。Although the flow channel of the flow cell has a folded shape in the above example, it may have a radial shape shown in FIG. 7 (b) or a spiral shape shown in FIG. 8 (b). For the flow cell, FIG.
Irradiation light having the pattern shown in FIG.

【００２２】＜実施例２＞次に、本発明の第２実施例を
説明する。流体搬送系の構成は先の図２と同様であるた
め説明は省略する。図４は本実施例の装置の照射光学系
の構成を示す図である。光源２０から出射した光ビーム
２２は、ビームエキスパンダ２１で拡大された後、偏光
ビームスプリッタ２３で２分割される。分割された２つ
のビーム２４、２５は、1/4 波長板２６と光軸に対して
垂直の反射ミラー２７からなる反射光学系と、1/4 波長
板２８と光軸に対する垂直面から僅かに傾けた反射ミラ
ー２９からなる反射光学系によってそれぞれ偏光ビーム
スプリッタ２３に戻され、ビームスプリッタ２３で合成
されて干渉光３０となる。反射ミラー２９が僅かに傾い
ているため、干渉光３０は等間隔のピッチの明暗を繰り
返す直線状の干渉縞を形成する。この干渉縞の明暗は正
弦波状の強度分布を有する。又、干渉縞の明暗ピッチと
方向は、反射ミラー２９の傾き角度と傾き方向によって
調整することができる。<Second Embodiment> Next, a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the fluid transfer system is the same as that shown in FIG. FIG. 4 is a view showing the arrangement of the irradiation optical system of the apparatus of this embodiment. The light beam 22 emitted from the light source 20 is expanded by the beam expander 21 and then split into two by the polarization beam splitter 23. The two split beams 24 and 25 are composed of a 1/4 wave plate 26 and a reflection mirror 27 which is perpendicular to the optical axis, and a 1/4 wave plate 28 and a plane slightly perpendicular to the optical axis. The reflected light is returned to the polarization beam splitters 23 by the reflection optical system including the inclined reflection mirrors 29, and combined by the beam splitter 23 to become the interference light 30. Since the reflection mirror 29 is slightly tilted, the interference light 30 forms a linear interference fringe that repeats light and darkness at evenly spaced pitches. The light and shade of this interference fringe has a sinusoidal intensity distribution. Further, the pitch and direction of the interference fringes can be adjusted by the tilt angle and tilt direction of the reflection mirror 29.

【００２３】得られた干渉光３０はレンズ系３１により
フローセル１の流路に向けて照射される。図１はフロー
セル１に照射光が与えられた状態を示した図である。直
線状の流路２に対して、干渉光のストライプ状の干渉縞
３が横断するように照射される。なお、本実施例では流
路と干渉縞のなす角度は９０゜としているが、これには
限らずステージ１９によってフローセル１を傾けて角度
を変更しても良い。The obtained interference light 30 is applied to the flow path of the flow cell 1 by the lens system 31. FIG. 1 is a diagram showing a state in which irradiation light is applied to the flow cell 1. The linear flow path 2 is irradiated so that the stripe-shaped interference fringes 3 of the interference light cross. In this embodiment, the angle formed by the flow path and the interference fringe is 90 °, but the angle is not limited to this, and the angle may be changed by inclining the flow cell 1 by the stage 19.

【００２４】本実施例の装置では、サイズや屈折率に応
じて粒子を分別するための閾値を設定するために、光源
から出射して照射位置に照射される干渉光の照射強度を
調整することができる。この調整の具体例としては、
（１）光源からの発光強度を調整する、（２）変調素子
やフィルタを光路中に配して照射光量を調整する、
（３）レンズ系やビームエキスパンダの拡大率を調整し
て実質的な照射光量を調整する、などが挙げられる。
又、干渉光の光波長を変えて粒子分別の閾値を変えても
良い。In the apparatus of this embodiment, the irradiation intensity of the interference light emitted from the light source and irradiated to the irradiation position is adjusted in order to set the threshold value for separating the particles according to the size and the refractive index. You can As a concrete example of this adjustment,
(1) adjust the emission intensity from the light source, (2) arrange a modulator or a filter in the optical path to adjust the amount of irradiation light,
(3) Adjusting the expansion ratio of the lens system and the beam expander to adjust the substantial irradiation light amount.
Further, the threshold of particle separation may be changed by changing the light wavelength of the interference light.

【００２５】又、干渉光の干渉縞の明暗ピッチを調整す
ることによっても、閾値や分別分解能の設定が可能であ
る。この調整の具体例としては、（１）反射ミラー２９
のミラーの傾き角度を調整する、（２）ステージ１９に
よってフローセル１への照射光の入射角を変化させる、
等が挙げられる。The threshold value and the classification resolution can also be set by adjusting the light / dark pitch of the interference fringes of the interference light. Specific examples of this adjustment include (1) the reflection mirror 29.
Adjusting the tilt angle of the mirror of (2), changing the incident angle of the irradiation light to the flow cell 1 by the stage 19;
Etc.

【００２６】このように光の照射条件を変化させるだけ
で分別条件を変えることができるため、様々な種類の粒
子の分別にフレキシブルに対応できる。Since the sorting condition can be changed only by changing the light irradiation condition in this manner, it is possible to flexibly deal with sorting of various kinds of particles.

【００２７】なお、本実施例のようなストライプ状の干
渉縞に限らず、干渉縞が同心円状の干渉光を使用するこ
ともできる。同心円状の干渉光は、ニュートンリングを
用いたり、図３で示した装置の反射ミラー２９を凸面鏡
または凹面鏡として得ることができる。Incidentally, not only the stripe-shaped interference fringes as in the present embodiment, but also interference light having concentric interference fringes can be used. The concentric interference light can be obtained by using a Newton ring, or the reflection mirror 29 of the device shown in FIG. 3 can be obtained as a convex mirror or a concave mirror.

【００２８】本実施例においても先の実施例と同様、干
渉光の照射位置においては、サイズの小さい（あるいは
屈折率が小さい）粒子よりもサイズの大きな（あるいは
屈折率が大きい）粒子に、より大きな作用力（制動力）
が作用する。各粒子は干渉縞の１本を横断する毎に光勾
配力によって制動力を受け、多数の干渉縞を横断するの
で、高い分別性能が得られる。こうして作用する制動力
の小さい粒子ほど照射位置を早く通過し、制動力の小さ
い粒子から大きな粒子の順に分別されて流れる。In the present embodiment, as in the previous embodiment, particles having a larger size (or a larger refractive index) are smaller than particles having a smaller size (or a smaller refractive index) at the irradiation position of the interference light. Large acting force (braking force)
Works. As each particle crosses one of the interference fringes, it receives a braking force by the optical gradient force and crosses a large number of interference fringes, so that high sorting performance can be obtained. Particles having a smaller braking force acting in this manner pass through the irradiation position earlier, and particles having a smaller braking force are sorted and flow in order of larger particles.

【００２９】又、フローセルの流路を微細加工技術によ
って微小領域に集積させることは、干渉光の照射領域が
小さくなり、比較的低出力のレーザーでも、干渉縞１本
あたりの制動力を大きくできる点で有利であり、装置的
にも有利である。Further, by integrating the flow path of the flow cell in a minute area by the microfabrication technique, the irradiation area of the interference light becomes small and the braking force per interference fringe can be increased even with a laser having a relatively low output. It is advantageous in terms of points and also in terms of the device.

【００３０】なお、溝の形状は本実施例のような折り返
し形状に限らず、図７、図８に示すような放射形状や螺
旋形状であっても良い。The shape of the groove is not limited to the folded shape as in this embodiment, but may be a radial shape or a spiral shape as shown in FIGS.

【００３１】＜実施例３＞本発明の第３実施例を説明す
る。図５は本実施例で使用するフローセルの斜視図であ
る。５１は基板５０に形成された多数のマイクロレン
ズ、５３は流路であり、マイクロレンズ５１は流路５３
の流れ方向に沿って形成されている。５５は流路５３に
接続された分散媒の注入口、５６は分散媒の排出口であ
る。<Embodiment 3> A third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a perspective view of a flow cell used in this embodiment. 51 is a large number of microlenses formed on the substrate 50, 53 is a flow path, and the microlens 51 is a flow path 53.
Is formed along the flow direction of. Reference numeral 55 is a dispersion medium injection port connected to the flow path 53, and 56 is a dispersion medium discharge port.

【００３２】不図示の光源からの平行光をフローセル上
面に全面的に照射すると、照射光は各マイクロレンズ５
１により流路５３の複数位置に収束される。流路５３を
流れる分散媒中の粒子は各照射位置で光勾配力によって
作用力（制動力）を受ける。この制動力は粒子の特性
（サイズ、屈折率）により異なるため、粒子の種類に応
じて流れ速度に違いが生じて分別が行なわれる。When parallel light from a light source (not shown) is applied to the entire upper surface of the flow cell, the applied light is emitted from each microlens 5.
1, the flow path 53 is converged at a plurality of positions. The particles in the dispersion medium flowing through the flow path 53 receive the action force (braking force) by the light gradient force at each irradiation position. Since this braking force differs depending on the characteristics (size, refractive index) of the particles, the flow velocity varies depending on the type of particles, and the particles are separated.

【００３３】なお、溝の形状は本実施例のような折り返
し形状に限らず、図７、図８に示すような放射形状や螺
旋形状であっても良い。The shape of the groove is not limited to the folded shape as in this embodiment, but may be a radial shape or a spiral shape as shown in FIGS.

【００３４】次に上述のフローセルの作成方法について
説明する。図６（ａ）はフローセルを構成する上基板の
構造を示すもので、５０は厚さ０. ５mmの透明ガラス板
であり、多数のマイクロレンズ５１が形成される。各マ
イクロレンズは直径５０μｍであり、多孔質ガラスに光
分解法によりＴｉ等のイオンを注入してガラスに屈折率
分布を形成することで作製する。Next, a method of creating the above flow cell will be described. FIG. 6A shows the structure of the upper substrate that constitutes the flow cell. Reference numeral 50 is a transparent glass plate having a thickness of 0.5 mm, and a large number of microlenses 51 are formed. Each microlens has a diameter of 50 μm, and is manufactured by injecting ions such as Ti into porous glass by a photolysis method to form a refractive index distribution in the glass.

【００３５】図６（ｂ）はフローセルを構成する下基板
の構造を示すもので、５２はシリコン単結晶基板であ
り、流路となる溝５３が表面に形成される。溝５３の形
成方法は、シリコンの表面にスピナでレジストを塗布
し、紫外線照射により流路のパターンに合わせてレジス
トを除去する。その後、スパッタ法等のドライエッチン
グで流路部に幅１０μm 、深さ１０μm の溝５３を形成
する。FIG. 6 (b) shows the structure of the lower substrate constituting the flow cell. Reference numeral 52 is a silicon single crystal substrate, and a groove 53 to be a flow channel is formed on the surface. As the method of forming the groove 53, a resist is applied to the surface of silicon by a spinner, and the resist is removed by ultraviolet irradiation in accordance with the pattern of the flow path. After that, a groove 53 having a width of 10 μm and a depth of 10 μm is formed in the channel portion by dry etching such as sputtering.

【００３６】図６の（ａ）のガラス基板５０と（ｂ）の
シリコン基板５２は、マイクロレンズ群と流路が対応す
るように正確に重ね合わせ、この状態でヒーターの上に
載せ２５０℃に加熱し、両基板に２００Ｖの電圧を印加
して陽極接合する。あるいはマイクロレンズのイオンが
熱拡散しないようにシリコン基板側より数Ｗ／ｃｍ²の
強度のＣＯ₂ レーザを照射しながら、１ＫＶの電圧を印
加してほぼ常温下で陽極接合するようにしても良い。こ
うしてフローセルが完成する。The glass substrate 50 of FIG. 6A and the silicon substrate 52 of FIG. 6B are accurately overlapped so that the microlens group and the flow path correspond to each other, and placed on the heater in this state to 250 ° C. After heating, a voltage of 200 V is applied to both substrates to perform anodic bonding. Alternatively, while irradiating a CO ₂ laser with an intensity of several W / cm ² from the silicon substrate side so that the ions of the microlens do not thermally diffuse, a voltage of 1 KV may be applied to perform anodic bonding at about room temperature. . In this way, the flow cell is completed.

【００３７】なお、上述のようにガラス板とシリコン単
結晶基板を接合する構造に限らず、例えばシリコン単結
晶の流路形成面に薄いガラスを接合してセルとして、別
に設けたマイクロレンズを有するガラス板を通して流路
上に光が収束するようにしても良い。この場合には、マ
イクロレンズを有するガラス板を本体側に設置すること
ができるので、フローセルを低価格で提供できるメリッ
トがある。Note that the structure is not limited to the structure in which the glass plate and the silicon single crystal substrate are bonded to each other as described above. For example, a thin glass is bonded to the flow path forming surface of the silicon single crystal to form a cell, which has a separately provided microlens. Light may be converged on the flow path through the glass plate. In this case, since the glass plate having the microlens can be installed on the main body side, there is an advantage that the flow cell can be provided at a low price.

【００３８】＜実施例４＞次に流体搬送系が異なる第４
実施例を説明する。本実施例では流体を移送するために
電気浸透流を利用したことを特徴とする。実施例の説明
に先立ち、この電気浸透流の原理について図１０を用い
て説明する。<Embodiment 4> Next, the fourth embodiment is different in fluid transfer system.
An example will be described. This embodiment is characterized in that an electroosmotic flow is used to transfer the fluid. Prior to the description of the examples, the principle of the electroosmotic flow will be described with reference to FIG.

【００３９】流路内壁はシラノ−ル基等のイオン化によ
り固定した負電荷を持たせている。すると流路内の溶液
はその負電荷を中和するためにそれと等しい正電荷を持
つことになり、電気二重層を形成する。ここで流れ方向
の上流側に正極、下流側に負極の電場を与える、すると
正電荷が電場の力を受け、溶液全体が負極の方向へ移動
する。この電気浸透流の流路内での速度分布は、図の矢
印で示すように電気二重層（厚さ数Å）のごく近傍を除
いてほぼ均一であり、栓流に近いものとなる。一般にポ
ンプなど水圧を利用して液体を搬送する方法では、図１
１に示すように流路の中心部に近づくに従い流速は速く
なり栓流にはならない。従ってこの電気浸透流を利用し
て粒子分別を行なえば、液体の乱れが無く粒子の分離性
能が大幅に向上する。The inner wall of the channel has a negative charge fixed by ionization of silanol groups and the like. Then, the solution in the channel has a positive charge equal to that of the solution to neutralize the negative charge, forming an electric double layer. Here, an electric field of the positive electrode is applied to the upstream side in the flow direction and an electric field of the negative electrode is applied to the downstream side. Then, the positive charge receives the force of the electric field, and the entire solution moves toward the negative electrode. The velocity distribution of this electroosmotic flow in the flow channel is almost uniform except for the vicinity of the electric double layer (thickness Å) as shown by the arrow in the figure, and is close to the plug flow. Generally, in the method of transferring a liquid using water pressure such as a pump,
As shown in 1, the flow velocity becomes faster as it gets closer to the center of the flow path, and the plug flow does not occur. Therefore, if particle separation is performed using this electroosmotic flow, there is no turbulence in the liquid, and the particle separation performance is greatly improved.

【００４０】次に本実施例の流体搬送系を図９を用いて
説明する。図９において先の図２と同一の符号は同一の
部材を表わす。分別容器１４、試料容器４、容器６内に
はそれぞれ電極１００ａ、１００ｂ、１００ｃが挿入さ
れ、内部の液体に浸漬されている。これらの各電極は高
圧直流電源装置１７に接続されており、電極１００ａに
は負電場が印加され、リレー１８の切り替えによって電
極１００ｂと１００ｃのいずれかに選択的に正電場が印
加される。Next, the fluid transfer system of this embodiment will be described with reference to FIG. 9, the same reference numerals as those in FIG. 2 above represent the same members. Electrodes 100a, 100b, 100c are inserted into the sorting container 14, the sample container 4, and the container 6, respectively, and are immersed in the liquid inside. Each of these electrodes is connected to the high-voltage DC power supply device 17, a negative electric field is applied to the electrode 100a, and a positive electric field is selectively applied to either of the electrodes 100b and 100c by switching the relay 18.

【００４１】動作について説明する。まずジョイントバ
ルブ１０をチューブ８側にして、高圧直流電源装置１７
を作動させ、試料容器４に設けられた電極１００ｃに正
電場を、分別容器１４に設けられた電極１００ａに負電
場を印加する。すると上述した原理によって電気浸透流
が発生し、試料容器４の粒子分散液５がチューブ８を移
動する。粒子分散媒がジョイントバルブ１０を通過して
流通路１１に少量流入したら、次にジョイントバルブ１
０をチューブ９側に切り替え、且つリレー１９の切り替
えによって容器６の電極１００ｂに正電場を印加する。
すると電気浸透流によって分散媒７のみが流れる。こう
してフローセル１には分散媒の流れに乗って粒子が流れ
る。The operation will be described. First, the joint valve 10 is set to the tube 8 side, and the high voltage DC power supply 17
Is operated to apply a positive electric field to the electrode 100c provided in the sample container 4 and a negative electric field to the electrode 100a provided in the sorting container 14. Then, the electroosmotic flow is generated according to the above-described principle, and the particle dispersion liquid 5 in the sample container 4 moves in the tube 8. When a small amount of the particle dispersion medium passes through the joint valve 10 and flows into the flow passage 11, next, the joint valve 1
By switching 0 to the tube 9 side and switching the relay 19, a positive electric field is applied to the electrode 100b of the container 6.
Then, only the dispersion medium 7 flows due to the electroosmotic flow. In this way, the particles flow in the flow cell 1 along with the flow of the dispersion medium.

【００４２】フローセル１は先のいずれかの実施例と同
様、非直線形状の流路に走査光あるいは干渉光が照射さ
れ、サイズの小さい（あるいは屈折率が小さい）粒子よ
りもサイズの大きな（あるいは屈折率が大きい）粒子
に、より大きな作用力（制動力）が作用する。各粒子は
線状光の１本を横断する毎に光勾配力によって制動力を
受け、多数の線状光を横断するので、高い分別性能が得
られる。こうして作用する制動力の小さい粒子ほど照射
位置を早く通過し、制動力の小さい粒子から大きな粒子
の順に分別されて流れる。As in any of the previous embodiments, the flow cell 1 has a non-linear flow path irradiated with scanning light or interference light and has a larger size (or a smaller refractive index) than particles (or a small refractive index). A larger acting force (braking force) acts on particles having a large refractive index. Since each particle receives a braking force by the light gradient force every time it crosses one linear light beam and crosses a large number of linear light beams, high sorting performance can be obtained. Particles having a smaller braking force acting in this manner pass through the irradiation position earlier, and particles having a smaller braking force are sorted and flow in order of larger particles.

【００４３】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、簡単な手法で高い分別
性能が得られる。According to the present invention, high classification performance can be obtained by a simple method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】第１、第２実施例のフローセルと照射光との関
係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a relationship between flow cells and irradiation light in first and second embodiments.

【図２】第１、第２、第３実施例の装置の流体搬送系の
構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a fluid transfer system of the devices of the first, second and third embodiments.

【図３】第１実施例の装置の照射光学系の構成を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an irradiation optical system of the device of the first example.

【図４】第２実施例の装置の照射光学系の構成を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an irradiation optical system of an apparatus according to a second example.

【図５】第３実施例のフローセルの構成を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a flow cell of a third embodiment.

【図６】第３実施例のフローセルの製造方法を説明する
ための図である。FIG. 6 is a drawing for explaining the manufacturing method of the flow cell of the third embodiment.

【図７】流路の形状と光照射の配置の別例を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing another example of the shape of the flow path and the arrangement of light irradiation.

【図８】流路の形状と光照射の配置の別例を示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing another example of the shape of the flow path and the arrangement of light irradiation.

【図９】第４実施例の流体搬送系の構成を示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a fluid transfer system of a fourth embodiment.

【図１０】電気浸透流による流体の流れの様子を説明す
るための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining how a fluid flows due to an electroosmotic flow.

【図１１】圧力による流体の流れを説明するための図で
ある。FIG. 11 is a diagram for explaining the flow of fluid due to pressure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ フローセル ２ 流路 ３ 走査軌跡または干渉縞 ４ 試料容器 ５ 粒子分散液 ６ 容器 ７ 分散媒 ８、９ チューブ １０ ジョイントバルブ １１ 流通路 １２ 排気チャンバー １３ バルブ １４ 分別容器 １５ 吸引ポンプ １６ 測定手段 1 flow cell 2 flow path 3 scanning locus or interference fringe 4 sample container 5 particle dispersion 6 container 7 dispersion medium 8, 9 tube 10 joint valve 11 flow passage 12 exhaust chamber 13 valve 14 separation container 15 suction pump 16 measuring means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井阪 和夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuo Isaka 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 粒子が移動する非直線状の流路の複数領
域に光照射することによって、粒子の種類に応じた作用
力を与えて粒子の分別を行なうことを特徴とする粒子の
分別方法。1. A method for separating particles, which comprises irradiating a plurality of regions of a non-linear flow path in which the particles move, with an action force according to the kind of particles to separate the particles. . 【請求項２】 粒子が移動する非直線形状の流路と、 該流路の複数領域に粒子の種類に応じた作用力を与える
ための光を照射する手段と、を有することを特徴とする
粒子の分別装置。2. A non-linear flow path through which particles move, and a means for irradiating a plurality of regions of the flow path with light for exerting an action force corresponding to the type of particle. Particle sorter. 【請求項３】 光照射位置の後方で粒子を測定する手段
を有する請求項２の装置。3. The apparatus of claim 2 including means for measuring the particles behind the light irradiation location. 【請求項４】 圧力によって流路に粒子を移動させる手
段を有する請求項２の装置。4. The device of claim 2 including means for moving the particles into the flow path by pressure. 【請求項５】 電気浸透流によって流路に粒子を移動さ
せる手段を有する請求項２の装置。5. The apparatus of claim 2 including means for moving the particles into the flow path by electroosmotic flow.