(57)【要約】  本技術は、安定した流れを流路内に形成する新たな技術を提供することを目的とする。  本技術は、流量変動抑制部を有し、前記流量変動抑制部の下流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい流路ユニットを提供する。また、本技術は、流量変動抑制部を有し、前記流量変動抑制部の下流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい流路ユニットを含む微小粒子分析装置も提供する。
2018179647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量変動抑制部を有し、
前記流量変動抑制部の下流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい、
流路ユニット。
【請求項２】
前記流量変動抑制部の上流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい、請求項１に記載の流路ユニット。
【請求項３】
前記流量変動抑制部の上流にポンプを有する、請求項１に記載の流路ユニット。
【請求項４】
前記流量変動抑制部が、気体を含み、且つ、当該気体の圧縮又は膨張によって流量の変動を抑制するものである、請求項１に記載の流路ユニット。
【請求項５】
前記下流の流路の前記少なくとも一部の流路の断面積が、前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面積の１／１０倍以下である、請求項１に記載の流路ユニット。
【請求項６】
前記下流の流路の前記少なくとも一部の流路及び前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形又は楕円形である、請求項１に記載の流路ユニット。
【請求項７】
前記下流の流路の前記少なくとも一部の流路及び前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形であり、且つ、当該少なくとも一部の流路の断面積が、当該他の部分の断面積の１／１０倍以下である、請求項１に記載の流路ユニット。
【請求項８】
前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形であり、当該流路の管径が５ｍｍ以下である、請求項１に記載の流路ユニット。
【請求項９】
前記ポンプが、チューブポンプ、シリンジポンプ、又は遠心ポンプである、請求項３に記載の流路ユニット。
【請求項１０】
前記下流の流路の前記少なくとも一部と、前記下流の流路の前記他の部分とが、コネクタにより連結されている、請求項１に記載の流路ユニット。
【請求項１１】
前記下流の流路の前記少なくとも一部が、耐圧性を有する部材により成形されたものである、請求項１に記載の流路ユニット。
【請求項１２】
微小粒子分析装置において液体を通流させるために用いられる、請求項１に記載の流路ユニット。
【請求項１３】
前記流路内を流れる液体が、分析されるべき微小粒子を含む層流を形成するものである、請求項１２に記載の流路ユニット。
【請求項１４】
流量変動抑制部を有し、
前記流量変動抑制部の下流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい、
流路ユニット
を含む微小粒子分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、流路ユニット及び微小粒子分析装置に関する。より詳細には、流量変動抑制部を有する流路ユニット及び当該流路ユニットを有する微小粒子分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小粒子を分取及び／又は分析するために、これまで種々の装置が開発されてきている。それら装置の一例がフローサイトメトリーである。フローサイトメトリーでは、分析対象である微小粒子を流体中に整列させた状態で流し、当該微小粒子にレーザ光などの光を照射することで発せられた蛍光及び／又は散乱光を検出することで、当該微小粒子の分析及び／又は分取が行われる。また、フローサイトメトリーにおいて用いられる微小粒子分取系において、フローセル又はマイクロチップに形成されたオリフィスから、細胞を含むサンプル液とシース液とから構成される層流が吐出される。吐出される際に所定の振動が当該層流に与えられて、液滴が形成される。当該形成された液滴の移動方向が、目的の微小粒子を含むか含まないかによって、電気的に制御されて、目的の微小粒子が分取される。【０００３】
フローサイトメータの構成要素に関してこれまで種々の改良が行われてきており、構成要素の１つである送液系に関する改良も行われてきている。例えば、下記特許文献１は、「サンプルチューブが設置される第１シリンダと、前記サンプルチューブを設置可能な第１ポジションと前記サンプルチューブ内のサンプルを送液可能な第２ポジションとの間で前記第１シリンダを移動させる第２シリンダと、前記第２ポジションに位置する前記第１シリンダに設置される前記サンプルチューブを覆うことが可能な密閉部と、を備え、前記第１シリンダは、前記第２ポジションで前記密閉部内空を加圧するサンプル送液装置。」（請求項１）が記載されている。当該送液装置によって、安全且つ容易にサンプルを送液することができる（段落００１０）。【０００４】
また、下記特許文献２には、「光を照射する光照射部と、前記光を検出する光検出部と、収容されたサンプルチューブの側面に照射される前記光を遮光する遮光部及び前記光が通過可能な一対の光透過部を有するチューブホルダと、を備えるサンプル送液装置。」（請求項１）が記載されている。当該送液装置によって、サンプルを精度良く且つ簡便に送液することができる（段落００１０）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３８５７４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４２１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フローサイトメトリーでは、微小粒子から発せられる信号の測定時間がμ秒オーダーであることから、非常に安定した流れを流路内に形成することが求められる。空気で加圧して送液する手法は非常に安定した流れを生み出せることが知られているので、多くのフローサイトメトリーでこの手法が用いられている。しかし、当該加圧送液を行うためには、コンプレッサー及び圧力容器などの構成要素が必要となり、装置の巨大化及びコスト増大を招く。また、当該加圧送液では空気が接液するため、無菌性を担保する場合は加圧に使用される空気が無菌化される必要があり、非常にコスト及び手間がかかる。【０００７】
無菌性を担保しやすいポンプとしては、チューブポンプ、シリンジポンプ、及び遠心ポンプが挙げられる。しかしながら、これらポンプを用いて送液を行う場合、高周波な脈流を生み出してしまう。【０００８】
本技術は、安定した流れを流路内に形成する新たな技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、流路内に特定の構成を採用することによって上記の課題を解決できることを見出した。【００１０】
すなわち、本技術は、
流量変動抑制部を有し、
前記流量変動抑制部の下流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい、
流路ユニットを提供する。
本技術の流路ユニットにおいて、前記流量変動抑制部の上流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さくてもよい。
本技術の流路ユニットは、前記流量変動抑制部の上流にポンプを有しうる。
本技術の流路ユニットにおいて、前記流量変動抑制部が、気体を含み、且つ、当該気体の圧縮又は膨張によって流量の変動を抑制するものでありうる。
本技術の流路ユニットにおいて、前記下流の流路中の前記少なくとも一部の流路の断面積が、当該流路の他の部分の断面積の１／１０倍以下でありうる。
本技術の流路ユニットにおいて、前記下流の流路の前記少なくとも一部の流路及び前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形又は楕円形でありうる。
本技術の流路ユニットにおいて、前記下流の流路の前記少なくとも一部の流路及び前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形であり、且つ、当該少なくとも一部の流路の断面積が、当該他の部分の断面積の１／１０倍以下でありうる。
本技術の流路ユニットにおいて、前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形であり、当該流路の管径が５ｍｍ以下でありうる。
本技術の流路ユニットにおいて、前記ポンプが、チューブポンプ、シリンジポンプ、又は遠心ポンプでありうる。
本技術の流路ユニットにおいて、前記下流の流路の前記少なくとも一部と、前記下流の流路の前記他の部分とが、コネクタにより連結されていてよい。
本技術の流路ユニットにおいて、前記下流の流路の前記少なくとも一部が、耐圧性を有する部材により成形されたものでありうる。
本技術の流路ユニットは、微小粒子分析装置において液体を通流させるために用いられうる。
本技術の流路ユニットにおいて、前記流路内を流れる液体が、分析されるべき微小粒子を含む層流を形成するものでありうる。【００１１】
また、本技術は、
流量変動抑制部を有し、
前記流量変動抑制部の下流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい、
流路ユニット
を含む微小粒子分析装置も提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本技術によれば、安定した流れを流路内に形成することができる。なお、本技術により奏される効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本技術の流路ユニットを有する流路の模式図である。
【図２】加圧送液の場合に生じる流量変動を分析するための実験系を示す図である。
【図３】測定された流量の波形を示す図である。
【図４】チューブポンプによる送液により生じる流量変動を分析するための実験系を示す図である。
【図５】大型のチューブポンプにより送液した場合の流量の波形を示す図である。
【図６】小型のチューブポンプにより送液した場合の流量の波形を示す図である。
【図７】比較例２の実験系を示す図である。
【図８】シリコーンチューブの長さが１５ｃｍ、２５ｃｍ、５０ｃｍ、又は１００ｃｍである場合の流量の波形を示すである。
【図９】実施例１の実験系を示す図である。
【図１０】実施例１の実験系において測定された流量の波形を示す図である。
【図１１】等価回路図を示す図である。
【図１２】等価回路によるシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】等価回路図を示す図である。
【図１４】等価回路によるシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】目的の微小粒子を分取する為に用いられるマイクロチップの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、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．第１の実施形態（流路ユニット）
２．第２の実施形態（微小粒子分析装置）
３．実施例
【００１５】
１．第１の実施形態（流路ユニット）
【００１６】
本技術の流路ユニットは、流量変動抑制部を有し、前記流量変動抑制部の下流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい。当該下流の流路において、前記少なくとも一部の断面積が他の部分よりも小さいことで、前記流量変動抑制部の流量変動抑制作用を高め、脈流の発生を抑制することができる。その結果、安定な送液が可能となる。本技術において、断面積とは、流路の横断面積のことをいう。すなわち、本技術において、断面積とは、液体の流れの進行方向に対して垂直に流路を切ったときの流路内の面積をいう。
【００１７】
当該脈流の発生の抑制は、ポンプを用いた送液の場合において、特に顕著に確認できる。一般的に、ポンプを用いた送液では脈流が発生する。脈流除去の手法としては、ポンプの駆動回転数を上げて変動を抑える手法、二台以上のポンプを逆位相で合わせて脈を平坦化する手法、アキュムレータを用いて除去する手法が存在する。これら手法によって、ある程度の脈流軽減効果は得られる。しかしながら、数msecオーダーのサンプリング間隔で流量の変化を見ると、これら手法では、脈流の除去は完全には出来ていない。フローサイトメトリーでは、上記のとおり、微小粒子から発せられる信号の測定時間がμ秒オーダーであるので、これら手法では、脈流の除去は全く不十分である。本技術の流路ユニットにより、ポンプを用いた送液であっても、フローサイトメトリーに適した安定な流れが形成されうる。また、本技術により、ポンプそのものは変更せずに、ポンプ下流の流路において特定の構成を採用することで、脈流を除去することができる。さらに、本技術によって、加圧送液において必要であるコンプレッサー及び圧力容器が不要となるので、フローサイトメータ等の装置の小型化及びコストの減少が可能となりうる。
【００１８】
本技術の流路ユニットを、図１を参照しながら以下で説明する。図１は、本技術の流路ユニットを有する流路１００の例を示す。流路１００は、液体を有する容器１０１を有し、容器１０１から液体が供給される。当該液体は、ポンプ１０２によって、装置１０３に向かって送液される。流路１００はさらに、分岐点１０４を有し、分岐流路１０８を介して、流量変動抑制部１０５と接続されている。流量変動抑制部１０５の下流の流路は、流路の断面積が他の部分の断面積よりも小さい部分１０６を有する。すなわち、流量変動抑制部１０５の下流の流路の一部１０６の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい。流量変動抑制部１０５の下流の流路の一部１０６の断面積を他の部分の断面積より小さくすることで、ポンプ１０２による送液の際に生じる脈流の、流量変動抑制部による脈流解消作用が高められる。特には、この構成により、低周波の脈流だけでなく高周波の脈流も解消する作用が高められうる。
【００１９】
本技術の流路ユニットにおいて、前記流量変動抑制部１０５の上流の流路の少なくとも一部１０７の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さいものでありうる。当該上流の流路の当該少なくとも一部１０７は、好ましくはポンプの下流に設けられうる。当該上流の流路の当該少なくとも一部１０７は、例えば図１の流路１００において、ポンプ１０２と流量変動抑制部１０５との間に設けられうる。すなわち、当該上流の流路の当該少なくとも一部は、前記流量変動抑制部の上流にあり且つポンプの下流にありうる。このように断面積が小さい流路を、前記流量変動抑制部の上流の流路内に設けることで、脈流の発生がより抑制され、特には高い周波数を有する脈流の発生が抑制されうる。
【００２０】
本技術の流路ユニットは、前記流量変動抑制部の上流にポンプを有しうる。当該ポンプによって、液体が送液されうる。また、当該ポンプによる送液の際に生じる脈流が、本技術により抑制されうる。前記ポンプは、例えばチューブポンプ、シリンジポンプ、又は遠心ポンプでありうるが、これらに限定されない。前記ポンプは、より安定した送液を達成するために、好ましくはチューブポンプ及びシリンジポンプであり、より好ましくはチューブポンプでありうる。
【００２１】
本技術の流路ユニットにおいて、前記下流の流路中の前記少なくとも一部の流路の断面積が、前記下流の流路の他の部分の断面積の好ましくは１／５倍以下、より好ましくは１／１０倍以下、より好ましくは１／１２倍以下、さらにより好ましくは１／１５倍以下でありうる。このような流路の断面積を採用することで、脈流の発生がより効果的に抑制されうる。
また、本技術の流路ユニットにおいて、前記上流の流路中の前記少なくとも一部の流路の断面積が、前記上流の流路の他の部分の断面積の好ましくは１／５倍以下、より好ましくは１／１０倍以下、より好ましくは１／１２倍以下、さらにより好ましくは１／１５倍以下でありうる。このような流路の断面積を採用することで、脈流の発生がさらにより効果的に抑制されうる。
【００２２】
本技術の流路ユニットにおいて、流路の断面の形状は当業者により適宜選択されてよいが、例えば円形又は楕円形でありうる。
本技術において、前記下流の流路の前記少なくとも一部の断面が好ましくは円形又は楕円形、より好ましくは円形でありうる。また、前記下流の流路の前記他の部分の断面が好ましくは円形又は楕円形、好ましくは円形でありうる。本技術において、円形は、略円形及び真円形を包含する。
また、本技術において、前記上流の流路の前記少なくとも一部の断面が好ましくは円形又は楕円形、より好ましくは円形でありうる。また、前記上流の流路の前記他の部分の断面が好ましくは円形又は楕円形、好ましくは円形でありうる。  
前記下流の流路の前記少なくとも一部の断面及び前記下流の流路の前記他の部分の断面のいずれもが円形である場合、前記少なくとも一部の流路の内径は、前記他の部分の流路の内径の、好ましくは１／２倍以下、より好ましくは１／３倍以下、さらにより好ましくは１／４倍以下でありうる。
また、前記上流の流路の前記少なくとも一部の断面及び前記上流の流路の前記他の部分の断面のいずれもが円形である場合、前記少なくとも一部の流路の内径は、前記他の部分の流路の内径の、好ましくは１／２倍以下、より好ましくは１／３倍以下、さらにより好ましくは１／４倍以下でありうる。
【００２３】
本技術において、前記下流の流路の前記少なくとも一部の断面形状と、前記上流の流路の前記少なくとも一部の断面形状とは、同じであってもよく、又は異なっていてもよい。本技術において、例えば、前記下流の流路の前記少なくとも一部の断面及び前記上流の流路の前記少なくとも一部の断面はいずれも円形であり且つ内径も同じであってよく、又は、いずれも円形であるが内径が異なるものであってもよい。
【００２４】
本技術の特に好ましい実施態様において、前記下流の流路の前記少なくとも一部の流路の断面及び前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形であり、且つ、当該少なくとも一部の流路の断面積が、当該他の部分の断面積の１／１０倍以下でありうる。これにより、脈流発生がより抑制されうる。
また、本技術の特に好ましい実施態様において、前記上流の流路の前記少なくとも一部の流路の断面及び前記上流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形であり、且つ、当該少なくとも一部の流路の断面積が、当該他の部分の断面積の１／１０倍以下でありうる。これにより、高い周波数を有する脈流がより抑制されうる。
【００２５】
本技術の一つの実施態様において、前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形である場合、当該流路の管径は、液が供給される装置の種類など種々の条件によって当業者により適宜定められてよいが、例えば５ｍｍ以下、好ましくは４ｍｍ以下、さらにより好ましくは３ｍｍ以下でありうる。当該流路の管径の下限値は、例えば０．１ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍでありうる。
前記下流の流路中の前記少なくとも一部の流路の断面が円形である場合、当該流路の管径は、例えば２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下、さらにより好ましくは０．５ｍｍ以下でありうる。当該流路の下限値は、例えば５０μｍ、好ましくは１００μｍ、さらにより好ましくは１５０μｍでありうる。
【００２６】
本技術の一つの実施態様において、前記上流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形である場合、当該流路の管径は、液が供給される装置の種類など種々の条件によって当業者により適宜定められてよいが、例えば５ｍｍ以下、好ましくは４ｍｍ以下、さらにより好ましくは３ｍｍ以下でありうる。当該流路の管径の下限値は、例えば０．１ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍでありうる。
前記上流の流路中の前記少なくとも一部の流路の断面が円形である場合、当該流路の管径は、例えば２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下、さらにより好ましくは０．５ｍｍ以下でありうる。当該流路の下限値は、例えば５０μｍ、好ましくは１００μｍ、さらにより好ましくは１５０μｍでありうる。
【００２７】
本技術の一つの実施態様において、前記下流の流路の前記少なくとも一部の流路の長さは、例えば５ｃｍ〜１００ｃｍ、好ましくは１０ｃｍ〜８０ｃｍ、より好ましくは１５ｃｍ〜６０ｃｍ、さらにより好ましくは２０〜５０ｃｍでありうる。このような長さを採用することで、脈流抑制作用がより効率的に発揮されうる。
また、前記上流の流路の前記少なくとも一部の流路の長さは、例えば５ｃｍ〜１００ｃｍ、好ましくは１０ｃｍ〜８０ｃｍ、より好ましくは１５ｃｍ〜６０ｃｍ、さらにより好ましくは２０〜５０ｃｍでありうる。このような長さを採用することで、脈流抑制作用がより効率的に発揮されうる。
【００２８】
本技術の一つの実施態様において、前記下流の流路の前記少なくとも一部の、前記流量変動抑制部側の端は、前記流量変動抑制部から又は前記分岐点から、例えば１００ｃｍ以内、好ましくは８０ｃｍ以内、より好ましくは６０ｃｍ以内、さらにより好ましくは４０ｃｍ以内にありうる。これにより、脈流抑制作用がより効率的に発揮されうる。
また、前記上流の流路の前記少なくとも一部の、前記流量変動抑制部側の端は、前記流量変動抑制部から又は前記分岐点から、例えば１００ｃｍ以内、好ましくは８０ｃｍ以内、より好ましくは６０ｃｍ以内、さらにより好ましくは４０ｃｍ以内にありうる。これにより、脈流抑制作用がより効率的に発揮されうる。
【００２９】
本技術の流路ユニットにおいて、前記流量変動抑制部は、気体を含み且つ当該気体の圧縮又は膨張によって流量の変動を抑制するものでありうる。簡易な流量変動抑制部の例は、図１に示された分岐流路そのものであって、当該分岐流路に気体、例えば空気又は窒素ガスなどを有するものでありうる。気体を有する分岐流路の長さをより長くすることで、すなわち気体の容積をより多くすることで、流量変動抑制作用は高まりうる。気体の容積の値は、当業者により適宜決定されてよく、例えば下記実施例で述べる脈動吸収計算の式により算出される値又はそれより大きい値が採用されうる。
【００３０】
本技術の好ましい実施態様において、前記流量変動抑制部は好ましくはシリンジ又はアキュムレータでありうる。流量変動抑制部としてシリンジ又はアキュムレータを採用することで、流量変動がより効率的に抑制されうる。シリンジ又はアキュムレータの種類は、本技術の流路ユニットの流路のサイズ及び／又は流量など種々の条件によって当業者により適宜選択されうる。流量変動抑制部としてのシリンジ又はアキュムレータは、例えば図１に示された分岐流路に、接続されうる。シリンジは、例えばプラスチック製、ガラス製、又は金属製の一般的な注射器でありうる。シリンジを流量変動抑制部として作用させるために、シリンジは、その筒部分に空気を入れた状態で前記分岐流路に接続されうる。アキュムレータは、例えば窒素ガスなどの気体が封入されたブラダ、例えばゴム製ブラダなど、を剛性容器、例えば金属製容器など、の内部に有する装置でありうる。アキュムレータの種類は、本技術の流路ユニットの流路のサイズ及び／又は流量など種々の条件によって当業者により適宜選択されうる。
【００３１】
本技術の流路ユニットにおいて、前記下流の流路の前記少なくとも一部と前記下流の流路の他の部分とは、コネクタにより連結されていてよい。また、前記上流の流路の前記少なくとも一部と前記上流の流路の他の部分とは、コネクタにより連結されていてよい。一本の流路の断面積を途中で変更することは技術的に困難を伴う場合があるので、コネクタを採用することで流路の断面積の変更が容易に行われうる。コネクタは、例えば２つのチューブを連結するために当技術分野で一般的に用いられるものが採用されうる。コネクタの種類は、連結される流路のサイズによって当業者により適宜選択されうる。
【００３２】
本技術の流路ユニットにおいて、前記下流の流路の前記少なくとも一部及び／又は前記上流の流路の前記少なくとも一部が、耐圧性を有する部材により成形されたものでありうる。これら少なくとも一部の流路は、その断面積が他の部分よりも小さいので、高い圧力がかかる。そこで、耐圧性を有する部材でこれら少なくとも一部の流路を成形することで、流路の損傷が回避されうる。当該耐圧性を有する部材は例えば、樹脂、金属、又はゴムなどであってよく、当業者により適宜選択されうる。当該耐圧性を有する部材の例として、例えばＰＥＥＫ(ポリエーテルエーテルケトン)、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）、又はＳＵＳ（ステンレス鋼）などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３３】
本技術の一つの実施態様において、本技術の流路ユニットは、微小粒子分析装置において液体を通流させるために用いられうる。微小粒子分析装置では、安定した送液が求められるので、本技術の流路ユニットにより提供される脈流発生が抑制された送液は、微小粒子分析装置において液体を通流させるために適している。微小粒子分析装置の例として、例えばフローサイトメータ及びセルソータを挙げることができるがこれらに限定されない。
【００３４】
本技術の一つの実施態様において、本技術の流路ユニットの流路内を流れる液体は、分析されるべき微小粒子を含む層流を形成するものでありうる。本技術の流路ユニットにより実現される安定した送液は、層流の形成に適している。例えば、本技術の流路ユニットによって脈流の抑制された液体が供給される装置がフローサイトメータである場合、当該流路ユニットによって、例えばシース液又はサンプル液、好ましくはシース液が供給されうる。
【００３５】
２．第２の実施形態（微小粒子分析装置）
【００３６】
本技術は、流量変動抑制部を有し、前記流量変動抑制部の下流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい流路ユニットを含む微小粒子分析装置も提供する。当該流路ユニットは、上記１．第１の実施形態において説明した流路ユニットであるので、当該流路ユニットについての説明は省略する。
本技術の微小粒子分析装置において、当該流路ユニットは、当該装置に液体を供給する為に用いられうる。本技術の微小粒子分析装置は、例えば、装置中を流れる液体の流量変動を抑制する必要がある装置でありうる。本技術の微小粒子分析装置は、例えばフローサイトメータであるが、これに限定されない。
【００３７】
当該装置が例えばフローサイトメータである場合、当該フローサイトメータ内で層流を形成するための液体の供給の為に、当該流路ユニットが用いられうる。当該装置中における当該流路ユニットが取り付けられる位置は、本発明の効果を奏するように、当業者により適宜決定されうる。例えばフローサイトメータにおいて、シース液及び／又はサンプル液が通流する流路に、当該流路ユニットが接続されうる。これにより、シース液及び／又はサンプル液の安定な供給が行われうる。
【００３８】
フローサイトメータ以外の微小粒子分析装置として、例えば、マイクロチップ内で目的の微小粒子を分取する装置を挙げることができる。当該装置では、フローサイトメータと異なり、液滴を形成せずに、マイクロチップ内で目的の微小粒子が分取される。当該マイクロチップは、例えば、微小粒子を含む液体が通流される主流路と、前記主流路と同軸上にある微小粒子吸引流路と、前記主流路から分岐する分岐流路とを有するものでありうる。当該マイクロチップにおいて、主流路を流れる液体が目的の微小粒子を含まない場合には当該液体は例えば分岐流路へと流れ、主流路を流れる液体が目的の微小粒子を含む場合に当該液体が粒子分取流路内に導かれることで、目的の微小粒子が回収される。当該マイクチップは例えば、特開２０１２−１２７９２２号公報又は特開２０１４−３６６０４号公報に記載されたものである。
【００３９】
当該マイクロチップの例を、図１５を参照しながら以下で説明する。
【００４０】
図１５に示されるとおり、マイクロチップ２００には、サンプル液インレット２０１及びシース液インレット２０３が設けられている。これらインレットからサンプル液及びシース液が、それぞれサンプル液流路２０２及びシース液流路２０４に導入される。当該サンプル液に微小粒子が含まれている。シース液導入流路２０４を流れるシース液は、サンプル液流路２０２を流れるサンプル液と合流して、サンプル液の周囲がシース液で囲まれた又は挟まれた層流を形成する。当該層流は、主流路２０５を、分取部２０７に向かって流れる。分取部２０７は、検出領域２０６を有する。検出領域２０６において、主流路２０５を流れる微小粒子に対して光が照射され、当該照射の結果生じた散乱光及び／又は蛍光によって、微小粒子が回収されるべきであるかどうかが判定されうる。
【００４１】
分取部２０７において、主流路２０５を流れてきた前記層流は、回収されるべき粒子が層流中に含まれない場合には、分岐流路２０８へと流れ、分岐流路末端２１０から排出される。分岐部分２０７において、回収されるべき粒子が流れてきた場合に、粒子分取流路２０９への流れが形成されて、当該粒子が回収される。回収された粒子は、粒子分取流路末端２１１からマイクロチップ２００の外へと排出される。当該粒子が粒子分取流路２０９へと吸い込まれる際には、前記層流を構成するサンプル液又は前記層流を構成するサンプル液及びシース液が、粒子分取流路へと流れうる。粒子分取流路２０９に圧力室が連通されていてもよい。当該圧力室は粒子分取流路２０９に備えられていてもよく、又は、粒子分取流路自体が圧力室として機能してもよい。当該圧力室内の圧力は減少又は増加されうる。当該圧力室内の圧力を減少させることによって、微小粒子を粒子分取流路２０９内に導き、又は、当該圧力室内の圧力を増加又は維持することによって、微小粒子の粒子分取流路２０９内への侵入を防ぐ。
回収されるべきでない粒子が粒子分取流路２０９へと入ることを防ぐために、ゲート流インレット２１２が備えられていてもよい。ゲート流インレット２１２からシース液が導入され、粒子分取流路２０９から主流路２０５への方向の流れが形成されることで、回収されるべきでない粒子が粒子分取流路２０９へと入ることが防がれる。
このようにして、微小粒子は、マイクロチップ２００内で分取される。
【００４２】
上記マイクロチップ内の前記主流路中を、微小粒子を含むサンプル液と当該サンプル液の周囲を囲む又は挟むシース液とからなる層流が流れる。例えば、当該シース液及び／又はサンプル液を供給する流路に、当該流路ユニットが接続されうる。これにより、シース液及び／又はサンプル液の安定な供給が行われうる。
【００４３】
本技術の微小粒子分析装置は、流路内を通流する微小粒子に光を照射する光照射部と、前記微小粒子から発せられた散乱光及び／又は蛍光を検出する検出部と、前記検出部で検出されたデータに基づいて、微小粒子の分析を行う分析部を有しうる。また、本技術の微小粒子分析装置は、さらに、当該分析結果に応じて、微小粒子を分取する分取部を有しうる。このような構成要素を有する装置の例として、例えばフローサイトメータ及び上記マイクロチップ内で目的の微小粒子を分取する装置を挙げることができる。以下、当該光照射部、当該検出部、当該分析部、及び当該分取部について説明する。
【００４４】
本技術において、前記光照射部は、流路を通流する微小粒子に光（励起光）を照射する。本技術の流路ユニットが、微小粒子を通流させる液体を供給させるために用いられうる。当該光照射部は、励起光を出射する光源と、当該微小粒子に対して励起光を集光する対物レンズとを含みうる。光源は、分析の目的に応じてレーザダイオード、ＳＨＧレーザ、固体レーザ、ガスレーザ、及び高輝度ＬＥＤなどから適宜選択されうる。光照射部は、光源及び対物レンズに加えて、必要に応じて他の光学素子を含んでいてもよい。
本技術の微小粒子分析装置がフローサイトメータである場合、当該光照射部は、例えばオリフィスから層流が吐出される直前に、当該層流に光を照射しうる。
本技術の微小粒子分析装置が上記マイクロチップ内で目的の微小粒子を分取する装置である場合、当該光照射部は、例えば、前記主流路中を流れる層流に光を照射しうる。当該照射は、例えば図１５において示される検出領域２０６において行われうる。
【００４５】
本技術において、前記検出部は、前記光照射部による光の照射によって前記微小粒子から発せられた散乱光及び／又は蛍光を検出する。当該検出部は、微小粒子から発生する蛍光及び／又は散乱光を集光する集光レンズと検出器とを含みうる。当該検出器として、ＰＭＴ、フォトダイオード、ＣＣＤ、及びＣＭＯＳなどが用いられうるがこれらに限定されない。当該検出部は、集光レンズ及び検出器に加えて、必要に応じて他の光学素子を含んでいてもよい。
【００４６】
前記検出部により検出される蛍光は、微小粒子そのものから発生する蛍光及び微小粒子に標識された物質、例えば蛍光物質など、から発生する蛍光でありうるがこれらに限定されない。検出部により検出される散乱光は、前方散乱光、側方散乱光、レイリー散乱、及び／又はミー散乱でありうるが、これらに限定されない。
【００４７】
本技術において、前記分析部は、前記検出部で検出されたデータに基づいて、微小粒子の特性を分析する。前記検出部により検出された蛍光及び散乱光は、電気信号に変換されうる。すなわち、本技術の微小粒子分取装置は、電気信号変換部を有しうる。当該電気信号変換部は、分析部に含まれていてもよく、分析部に含まれていなくてもよい。当該分析部は、当該電気信号を受け取り、当該電気信号に基づいて、微小粒子の光学特性を判定しうる。
【００４８】
本技術において、前記分取部は、前記分析部により分析された微小粒子の特性に基づく微小粒子の分取を実行する。
本技術の微小粒子分析装置がフローサイトメータである場合、当該分取部は、一般的なフローサイトメトリーにおいて用いられる分取部であってよい。当該分取部は、例えば、通流する微小粒子を一つ含む液滴を形成し、及び、前記分析部において判定された光学特性に基づき所定の電荷を当該液滴に付与しうる。当該分取部は、当該付与された電荷に基づいて、当該液滴の進行方向を制御することで、微小粒子を分取しうる。
本技術の微小粒子分析装置が上記マイクロチップ内で目的の微小粒子を分取する装置である場合、当該分取部は、例えば図１５に示されたとおりの分取部２０７及び分取部２０７における微小粒子の進行方向を制御する粒子分取流路２０９であってよい。当該分取部は、前記分析部において判定された光学特性に基づき、粒子分取流路２０９内の圧力又は当該粒子分取流路２０９に備えられた圧力室内の圧力を制御しうる。当該分取部は、当該圧力の制御により微小粒子の進行方向を制御することで、微小粒子を分取しうる。
【実施例】
【００４９】
３．実施例【００５０】
３−１．参考例１（加圧送液）【００５１】
空気で加圧して送液する手法は非常に安定した流れを生み出せることが知られているので、多くのフローサイトメトリーでこの手法が用いられている。そのため、最初に加圧送液の場合に生じる流量変動を分析した。【００５２】
図２に、加圧送液の場合に生じる流量変動を分析するための実験系を示す。当該実験系において用いられた流量センサは、SENSIRION社SLS-1500であった。流量の最短サンプリング間隔は１ｍｓであった。すなわち、最短で１ｍｓ毎に流量が測定された。【００５３】
上記実験系において加圧送液を行った。図３に、測定された流量の波形を示す。当該波形に示されるとおり、加圧送液では脈流は生じていない。【００５４】
上記実験系において加圧送液を行った場合の、６０秒間の流量の平均値、ＣＶ（変動係数）、流量最大値−流量最小値（Max-Min）、平均流量に対する変動値をそれぞれ算出した。得られた結果を以下表１（加圧送液による脈流評価結果）に示す。【００５５】
【表１】
2018179647.tif 000003
【００５６】
表１に示されるＣＶに近い値が得られる流路ユニットが、安定した送液にとって望ましいと考えられる。【００５７】
３−２．比較例１（チューブポンプによる送液）【００５８】
図４に、チューブポンプによる送液により生じる流量変動を分析するための実験系（以下、比較例１の実験系ともいう）を示す。参考例１と同じく、流量センサはSENSIRION社SLS-1500であり、流量の最短サンプリング間隔は１ｍｓであった。チューブとして、内径１ｍｍ且つ外径３ｍｍのシリコーンチューブ（アラム株式会社）が用いられた。また、接続コネクタとして、低圧流体用フィッティング（Value Plastics社）を用いた。【００５９】
チューブポンプとしては、大型のもの及び小型のものの二種類を用いた。大型のものは、WP1100（株式会社Welco、4ローラー、チューブ内径φ4.8mm、ステッピングモーター）であり、小型のものは、WPM1100（株式会社Welco、2ローラー、チューブ内径φ1mm、ステッピングモーター）であった。DCモーターではなくステッピングモーターを採用したのは、トルク制御ではなく回転角制御にすることでより一定の流れを作りやすくするためである。【００６０】
当該実験系においてチューブポンプにより送液を行った場合の流量を測定した。図５及び６それぞれに、大型及び小型のチューブポンプにより送液した場合の流量の波形を示す。また、以下表２（大型チューブポンプによる脈流評価結果）及び表３（小型チューブポンプによる脈流評価結果）それぞれに、これらチューブポンプにより送液した場合の６０秒間の流量の平均値、ＣＶ（変動係数）、流量最大値−流量最小値（Max-Min）、及び平均流量に対する変動値を示す。【００６１】
【表２】
2018179647.tif 000004
【００６２】
【表３】
2018179647.tif 000005
【００６３】
図５及び６に示されるとおり、流量が一定の間隔で負又は０付近まで落ちることが分かる。これは、ローラーがチューブを離れる瞬間に流れが逆流さえすることを示している。このように、チューブポンプによる送液では脈流が生成される。また、ＣＶもきわめて高い値となっている。【００６４】
３−３．比較例２（流量変動抑制部を有する流路ユニット）【００６５】
比較例１の実験系に流量変動抑制部を組み込んだ実験系を用意した。当該流量変動抑制部として、チューブポンプ下流に分岐部分を設け、当該分岐部分内に空気を入れる構成を採用した。当該構成を有する実験系（以下、比較例２の実験系ともいう）の模式図を図７に示す。また、当該空気の容積は、日本アキュムレータ株式会社のウェブページ（http://www.nacol.co.jp/products/flash/book.pdf）に記載されている脈動吸収計算の式により算出した。当該式は以下のとおりである。【００６６】
【数１】
2018179647.tif 000006
【００６７】
上記式において、Ｖ１：アキュムレータガス容積（Ｌ）、ｑ：ポンプ１回転あたりの吐出し量（Ｌ／ｒｅｖ）、Ｆ１：ポンプ吐出し計数、Ｐｘ：常用回路圧力（ＭＰａ）、Ｐｍ（最大許容脈動圧力）、ｎ：ポリトロープ指数である。【００６８】
ポンプとして１０連ローラーチューブポンプを用いた場合において、脈動吸収計算の結果及び当該計算に用いた上記式中の各値は以下表４（脈動吸収計算の結果及び当該計算において用いた値）に示すとおりである。【００６９】
【表４】
2018179647.tif 000007
【００７０】
上記計算式により、脈動吸収には約１１０μＬのガス容積が必要と算出された。上記分岐部分のシリコーンチューブはφ１ｍｍのものであるので、当該分岐部分は約１４ｃｍの長さを有する必要がある。そこで、シリコーンチューブの長さを１５ｃｍ、２５ｃｍ、５０ｃｍ、及び１００ｃｍとした場合の流量変動を分析した。【００７１】
図８に、シリコーンチューブの長さが１５ｃｍ、２５ｃｍ、５０ｃｍ、又は１００ｃｍである場合の流量の波形を示す。また、以下表５（シリコーンチューブを用いた場合の脈流の評価結果）に、６０秒間の流量の平均値、ＣＶ（変動係数）、及び流量最大値−流量最小値（Max-Min）を示す。【００７２】
【表５】
2018179647.tif 000008
【００７３】
これらの結果より、ガス容積が増すにつれてＣＶが減少し、流量変動が抑制される効果が高まることが示される。しかしながら、チューブの長さが５０ｃｍ及び１００ｃｍである場合のＣＶ値がほぼ同じであり、これらの場合のＣＶ値は、上記参考例１において得られたＣＶ値よりも高い。そのため、流量変動抑制部だけでは、流量変動抑制が十分でない。【００７４】
３−４．実施例１（本技術の流路ユニット（チューブポンプ））【００７５】
比較例２の実験系のうち、流量変動抑制部としてシリコーンチューブの分岐部分の代わりに１０ｍｌシリンジを用い、当該流量変動抑制部の上流且つポンプの下流において他の流路部分よりも流路の断面積が小さい流路部分を設け、且つ、流量変動抑制部の下流において他の流路部分よりも流路の断面積が小さい流路部分を設けた実験系（以下、実施例１の実験系ともいう）を用意した。断面積が小さい上記２つの流路部分として、φ２５０μｍ×３００ｍｍのＰＥＥＫチューブを用いた。また、ポンプとして、WP1100（株式会社Welco、チューブ内径φ6.4mm）を用いた。当該実験系を図９に示す。【００７６】
当該実験系においてチューブポンプにより送液を行った場合の流量を測定した。図１０に、測定された流量の波形を示す。また、以下表６（実施例１の実験系による脈流の評価結果）に、これらチューブポンプにより送液した場合の６０秒間の流量の平均値、ＣＶ（変動係数）、流量最大値−流量最小値（Max-Min）、及び平均流量に対する変動値を示す。【００７７】
【表６】
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【００７８】
図１０に示されるとおり、実施例１の流路ユニットを用いることで、脈が解消された流量波形が得られた。また、表６に示されるとおり、ＣＶ値は３．１７％であり、この値は参考例１の加圧送液の場合と同等である。これらの結果より、実施例１の流路ユニットにより安定した送液が可能であることが分かる。【００７９】
３−５．実施例２（本技術の流路ユニット（等価回路によるシミュレーション））【００８０】
実施例１の流路ユニットによる脈流除去能を、等価回路を用いてシミュレーションした。本シミュレーションにおいて、流量：電流、圧力：電圧、圧力損失：抵抗、慣性項：インダクタンス、及び、単位圧力あたりの容積膨張：キャパシタンス、として等価回路を構築した。断面積が小さい流路部分のＬ、Ｃ、及びＲを以下のように定義して計算した。
Ｒ＝８ηｌ／πＲ４
Ｌ＝ρｌ／Ｓ
Ｃ＝２πＲ×（単位内圧のかかる両端開放の厚肉円筒の内壁変位）×ｌ
上記式より、管径が細いほど、抵抗値及びインダクタンスは大きくなることが分かる。【００８１】
また、流量変動抑制部のキャパシタンスは以下のように定義し計算した。
Ｃ＝（流量変動抑制部内に侵入した水の容積）÷（流量変動抑制部の圧力）
流量変動抑制部に侵入した水の容積は、圧力をもとに流量変動抑制部内の気体収縮容積を求め、大気圧状態との差から算出した。流量変動抑制部のキャパシタンスは圧力により大きくなるため、流量変動抑制部の下流における十分な圧力損失が必要となる。そのため、細い管径の流路を設ける必要がある。【００８２】
本シミュレーションでは、チューブポンプによる５ｍｌ／分の流量での送液を想定し、その流量幅で変動した際の伝達性を考えることとした。チューブポンプに使用されるチューブにはシリコーンチューブを想定し、十分大きな管径を持つと想定し、本シミュレーションではチューブキャパシタンスのみを用いた。また、下流部に設置する細い管径の流路はPEEK材質などの硬いものを想定し、理想的にキャパシタンスは持たないと想定した。流量変動抑制部は、実際にはインダクタンス及び抵抗を持つが、本シミュレーションではキャパシタンスのみを有すると想定した。【００８３】
流量変動抑制部を有し且つ当該流量変動抑制部の上流及び下流に管径の細い管を有する場合、流量変動抑制部を有し且つ当該流量変動抑制部の下流に管径の細い管を有する場合、管径の細い管を有する場合、及び流量変動抑制部も管径の細い管も有さない場合の等価回路図を図１１において上から順に示す。また、これら４つの場合のシミュレーション結果を図１２に示す。シミュレーション結果より、流量変動抑制部を有することで、低周波数の応答性が下がることが分かる。また流量変動抑制部の上流に管径の細い管を入れることで，高周波領域の周波数応答性が下がることも分かる。
また、細い管の管径を２５０μｍ、５００μｍ、及び７５０μｍに変えた場合の等価回路図を図１３に示す。これら３つの場合のシミュレーション結果を図１４に示す。なお、当該シミュレーションにおいて、他の部分の管径は１ｍｍと想定された。シミュレーション結果より、始めの変曲点が１ｍＨｚ以下になっているのは、細い管の管径が２５０μｍの場合である。また、１Ｈｚの減衰量も２５０μｍのときのみ１／１０００以下になっている。そのため、細い管の管径を２５０μｍ以下にすることで、流量変動がより有効に行われることがわかる。【００８４】
なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
〔１〕流量変動抑制部を有し、
前記流量変動抑制部の下流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい、
流路ユニット。
〔２〕前記流量変動抑制部の上流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい、〔１〕に記載の流路ユニット。
〔３〕前記流量変動抑制部の上流にポンプを有する、〔１〕又は〔２〕に記載の流路ユニット。
〔４〕前記流量変動抑制部が、気体を含み、且つ、当該気体の圧縮又は膨張によって流量の変動を抑制するものである、〔１〕〜〔３〕のいずれか一つに記載の流路ユニット。
〔５〕前記下流の流路中の前記少なくとも一部の流路の断面積が、当該流路の他の部分の断面積の１／１０倍以下である、〔１〕〜〔４〕のいずれか一つに記載の流路ユニット。
〔６〕前記下流の流路の前記少なくとも一部の流路及び前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形又は楕円形である、〔１〕〜〔５〕のいずれか一つに記載の流路ユニット。
〔７〕前記下流の流路の前記少なくとも一部の流路及び前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形であり、且つ、当該少なくとも一部の流路の断面積が、当該他の部分の断面積の１／１０倍以下である、〔１〕〜〔６〕のいずれか一つに記載の流路ユニット。
〔８〕前記下流の流路の前記他の部分の流路の断面が円形であり、当該流路の管径が５ｍｍ以下である、〔１〕〜〔７〕のいずれか一つに記載の流路ユニット。
〔９〕前記ポンプが、チューブポンプ、シリンジポンプ、又は遠心ポンプである、〔３〕に記載の流路ユニット。
〔１０〕前記下流の流路の前記少なくとも一部と、前記下流の流路の前記他の部分とが、コネクタにより連結されている、〔１〕〜〔９〕のいずれか一つに記載の流路ユニット。
〔１１〕前記下流の流路の前記少なくとも一部が、耐圧性を有する部材により成形されたものである、〔１〕〜〔１０〕のいずれか一つに記載の流路ユニット。
〔１２〕微小粒子分析装置において液体を通流させるために用いられる、〔１〕〜〔１０〕のいずれか一つに記載の流路ユニット。
〔１３〕前記流路内を流れる液体が、分析されるべき微小粒子を含む層流を形成するものである、〔１２〕に記載の流路ユニット。
〔１４〕流量変動抑制部を有し、
前記流量変動抑制部の下流の流路の少なくとも一部の断面積が、当該流路の他の部分の断面積よりも小さい、
流路ユニット
を含む微小粒子分析装置。
【符号の説明】
【００８５】
１００  流路
１０１  送液される液体を有する容器
１０２  ポンプ
１０３  液体が供給されるべき装置
１０４  分岐点
１０５  流量変動抑制部
１０６  他の部分よりも断面積が小さい流路
１０７  他の部分よりも断面積が小さい流路
１０８  分岐流路
２００  マイクロチップ
２０１  サンプル液インレット
２０２  サンプル液流路
２０３  シース液インレット
２０４  シース液流路
２０５  主流路
２０６  検出領域
２０７  分取部
２０８  分岐流路
２０９  粒子分取流路
２１０  分岐流路末端
２１１  粒子分取流路末端
２１２  ゲート流インレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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