(57)【要約】  流体ストリームと回収容器とを自動で正確に位置合わせする微小粒子分取装置の提供。  流体ストリームの通過領域を挟んで対向して配置された一対の偏向板と、前記流体ストリームを撮像するカメラと、前記偏向板の対向方向に平行な光を出射し、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能とされた流体ストリーム検出光光源と、を備える微小粒子分取装置を提供する。この微小粒子分取装置は、前記流体ストリームを受け容れる回収容器が、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能に設置される。
2013145862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体ストリームの通過領域を挟んで対向して配置された一対の偏向板と、
前記流体ストリームを撮像するカメラと、
前記偏向板の対向方向に平行な光を出射し、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能とされた流体ストリーム検出光光源と、
を備える微小粒子分取装置。
【請求項２】
前記カメラによって撮像された画像中の輝点を画像認識によって検出し、
前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置を記憶する制御部を備える請求項１記載の微小粒子分取装置。
【請求項３】
前記流体ストリームを受け容れる回収容器が、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能に設置可能とされ、
前記制御部は、前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置に基づいて、前記回収容器の位置を調整する請求項２記載の微小粒子分取装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記カメラによって撮像される画像中に前記輝点が検出されるまで、前記流体ストリーム検出光光源を、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動させる請求項３記載の微小粒子分取装置。
【請求項５】
前記流体ストリーム検出光光源が、前記流体ストリームの方向に離間して複数配設されている請求項４記載の微小粒子分取装置。
【請求項６】
前記流体ストリームを発生するオリフィスがマイクロチップに設けられたマイクロチップ型フローサイトメータである請求項５記載の微小粒子分取装置。
【請求項７】
流体ストリームの通過領域を挟んで配置された一対の偏向板の対向方向に平行な光を前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動させながら照射する手順と、
前記流体ストリームの画像を取得する手順と、
前記画像中の輝点を画像認識によって検出する手順と、
前記輝点が検出された画像が取得された際の前記光の照射位置に基づいて、前記流体ストリームを受け容れる回収容器の位置を、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に調整する手順と、
を含む、微小粒子分取装置における前記流体ストリームと前記回収容器との位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、微小粒子分取装置及び微小粒子分取装置における位置制御方法に関する。より詳しくは、オリフィスから発生する流体ストリームの位置と、該流体ストリームを受け入れる回収容器の位置と、を自動で位置合わせする微小粒子分取装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞などの微小粒子の特性を光学的、電気的あるいは磁気的に検出し、所定の特性を有する微小粒子のみを分別して回収する微小粒子分取装置（例えばフローサイトメータ）が知られている。【０００３】
フローサイトメータにおける細胞分別では、まず、フローセルに形成されたオリフィスから流体ストリーム（細胞を含むサンプル液とシース液の層流）を発生させ、オリフィスに振動を印加して流体ストリームを液滴化し、液滴に電荷を付与する。そして、オリフィスから吐出される細胞を含む液滴の移動方向を電気的に制御して、所望の特性を有する目的細胞とそれ以外の非目的細胞とを別々の回収容器に回収している。【０００４】
例えば、特許文献１には、マイクロチップ型のフローサイトメータとして、「微小粒子を含む液体が通流される流路と、この流路を通流する液体をチップ外の空間に排出するオリフィスと、が配設されたマイクロチップと、オリフィスにおいて液体を液滴化して吐出するための振動素子と、吐出される液滴に電荷を付与するための荷電手段と、流路を通流する微小粒子の光学特性を検出する光学検出手段と、チップ外の空間に吐出された液滴の移動方向に沿って、移動する液滴を挟んで対向して配設された対電極と、対電極間を通過した液滴を回収する二以上の容器と、を備える微小粒子分取装置」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９０６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
微小粒子分取装置では、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発生する流体ストリームが回収容器内に正確に入るようにするため、フローセル又はマイクロチップの位置を調整して流体ストリームと回収容器との位置合わせを行う必要がある。位置合わせが不良であると、微小粒子を含む液滴が回収容器内に入らず、微小粒子の分取が不能となったり回収量が減少したりする。また、細胞を含む液滴が回収容器の中心に正確に落下しない場合、細胞が回収容器の内壁に衝突してダメージを受け、回収される細胞の生存率が低下してしまう。【０００７】
この位置合わせは、従来、ユーザが流体ストリームの位置を目視で確認しながらフローセル又はマイクロチップの位置を手動で調整することにより行われており、操作に習熟が必要で信頼性や安定性に問題があった。また、フローセル及びマイクロチップの交換の都度あるいは測定の都度に位置合わせを行う必要があり、非常に煩雑であった。【０００８】
そこで、本技術は、流体ストリームと回収容器とを自動で正確に位置合わせする微小粒子分取装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題解決のため、本技術は、流体ストリームの通過領域を挟んで対向して配置された一対の偏向板と、前記流体ストリームを撮像するカメラと、前記偏向板の対向方向に平行な光を出射し、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能とされた流体ストリーム検出光光源と、を備える微小粒子分取装置を提供する。この微小粒子分取装置は、前記流体ストリームを受け容れる回収容器が、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能に設置可能とされる。
この微小粒子分取装置は、前記カメラによって撮像された画像中の輝点を画像認識によって検出し、前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置を記憶する制御部を備える。
この微小粒子分取装置では、前記制御部が、前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置に基づいて前記回収容器の位置を調整することにより、前記オリフィスから発生する前記流体ストリームの位置と前記回収容器の位置とを自動的で位置合わせすることができる。
この微小粒子分取装置において、前記制御部は、前記カメラによって撮像される画像中に前記輝点が検出されるまで、前記流体ストリーム検出光光源を、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動させるように構成されていてもよい。また、前記流体ストリーム検出光光源は、前記流体ストリームの方向に離間して複数配設されていてもよい。
この微小粒子分取装置は、前記流体ストリームを発生するオリフィスがマイクロチップに設けられたマイクロチップ型フローサイトメータとして構成されていてもよい。【００１０】
また、本技術は、流体ストリームの通過領域を挟んで配置された一対の偏向板の対向方向に平行な光を前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動させながら照射する手順と、前記流体ストリームの画像を取得する手順と、前記画像中の輝点を画像認識によって検出する手順と、前記輝点が検出された画像が取得された際の前記光の照射位置に基づいて、前記流体ストリームを受け容れる回収容器の位置を、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に調整する手順と、を含む、微小粒子分取装置における前記流体ストリームと前記回収容器との位置合わせ方法も提供する。【００１１】
本技術において、「微小粒子」には、細胞や微生物、リポソームなどの生体関連微小粒子、あるいはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子など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、リポソーム、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(血球系細胞など)および植物細胞が含まれる。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。さらに、生体関連微小粒子には、核酸やタンパク質、これらの複合体などの生体関連高分子も包含され得るものとする。また、工業用粒子は、例えば有機もしくは無機高分子材料、金属などであってもよい。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などが含まれる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、磁性体材料などが含まれる。金属には、金コロイド、アルミなどが含まれる。これら微小粒子の形状は、一般には球形であるのが普通であるが、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。
【発明の効果】
【００１２】
本技術により、流体ストリームと回収容器とを自動で正確に位置合わせする微小粒子分取装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】マイクロチップ型フローサイトメータとして構成された本技術の第一実施形態に係る微小粒子分取装置１（フローサイトメータ１）の分取系の構成を説明する模式図である。
【図２】フローサイトメータ１に搭載可能なマイクロチップ２の一例の構成を説明する模式図である。
【図３】マイクロチップ２のオリフィス２１の構成を説明する模式図である。
【図４】フローサイトメータ１における流体ストリームＳとコレクションチューブ３との位置合わせのための制御ステップを説明するフローチャートである。
【図５】フローサイトメータ１においてレーザＬが流体ストリームＳの照射位置にある場合のストリーム検出ユニット４３の位置を説明する模式図である。
【図６】フローサイトメータ１において流体ストリームＳとコレクションチューブ３とが位置合わせされた状態のコレクションユニット３３の位置を説明する模式図である。
【図７】フローサイトメータ１のストリーム検出ユニット４３の変形例の構成を説明する模式図である。
【図８】マイクロチップ型フローサイトメータとして構成された本技術の関連実施形態に係る微小粒子分取装置１０（フローサイトメータ１０）の分取系の構成を説明する模式図である。
【図９】フローサイトメータ１０における流体ストリームＳとコレクションチューブ３との位置合わせのための制御ステップを説明するフローチャートである。
【図１０】フローサイトメータ１０のドロップレットカメラ５により撮像される画像の一例を説明する模式図である。
【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図面を参照しながら説明する。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。説明は以下の順序で行う。
１．第一実施形態に係る微小粒子分取装置の装置構成
（１−１）チップローディングモジュール
（１−２）マイクロチップ
（１−３）偏向板
（１−４）コレクションユニット
（１−５）ストリーム検出ユニット
（１−６）制御部等
２．第一実施形態に係る微小粒子分取装置における位置制御
（２−１）コレクションユニット位置初期化ステップＳ１
（２−２）流体ストリーム発生ステップＳ２
（２−３）ストリーム検出ユニットＺ軸スキャン・流体ストリーム撮像ステップＳ３
（２−４）画像認識ステップＳ４
（２−５）検出位置記憶ステップＳ５
（２−６）Ｚ軸ステージ移動・位置合わせステップＳ６
３．本技術の関連実施形態に係る微小粒子分取装置の装置構成
４．関連実施形態に係る微小粒子分取装置における位置制御
（４−１）コレクションユニット位置初期化ステップＳ１・流体ストリーム発生ステップＳ２
（４−２）流体ストリーム撮像ステップＳ３
（４−３）画像認識・角度θ検出ステップＳ４
（４−４）Ｚ軸ステージ移動・位置合わせステップＳ５
【００１５】
１．第一実施形態に係る微小粒子分取装置の装置構成
図１は、マイクロチップ型フローサイトメータとして構成された本技術の第一実施形態に係る微小粒子分取装置１（以下「フローサイトメータ１」とも称する）の分取系の構成を説明する模式図である。
【００１６】
（１−１）チップローディングモジュール
図中符号１１はマイクロチップ２を保持するチップローディングモジュールを示す。チップローディングモジュール１１は、外部から挿入されるマイクロチップ２を所定位置まで送り込んで保持するチップローディング部と、保持されたマイクロチップ２に細胞を含むサンプル液及びシース液等を供給する送液コネクタ部と、を含む（いずれも不図示）。また、チップローディングモジュール１１は、マイクロチップ２に形成され、サンプル液及びシース液の層流（流体ストリームＳ）を発生するオリフィス２１に振動を印加して、流体ストリームＳを液滴化して吐出させるチップ加振部と、吐出される液滴に電荷を付与する荷電部と、を含む（いずれも不図示）。
【００１７】
（１−２）マイクロチップ
図２及び図３に、フローサイトメータ１に搭載可能なマイクロチップ２の一例を示す。図２Ａは上面模式図、ＢはＡ中Ｐ−Ｐ断面に対応する断面模式図を示す。また、図３は、マイクロチップ２のオリフィス２１の構成を模式的に説明する図であり、Ａは上面図、Ｂは断面図、Ｃは正面図を示す。図３Ｂは、図２Ａ中Ｐ−Ｐ断面に対応する。
【００１８】
マイクロチップ２は、サンプル流路２２が形成された基板層２ａ、２ｂが貼り合わされてなる。基板層２ａ、２ｂへのサンプル流路２２の形成は、金型を用いた熱可塑性樹脂の射出成形により行うことができる。熱可塑性樹脂には、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、環状ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン及びポリメチルジシラザン（ＰＤＭＳ）などの従来マイクロチップの材料として公知のプラスチックを採用できる。
【００１９】
サンプル液は、送液コネクタ部からサンプルインレット２３に導入され、送液コネクタ部からシースインレット２４に導入されるシース液と合流して、サンプル流路２２を送液される。シースインレット２４から導入されたシース液は、２方向に分かれて送液された後、サンプルインレット２３から導入されたサンプル液との合流部において、サンプル液を２方向から挟み込むようにしてサンプル液に合流する。これにより、合流部において、シース液層流の中央にサンプル液層流が位置された３次元層流が形成される。
【００２０】
符号２５は、サンプル流路２２に詰まりや気泡が生じた際に、サンプル流路２２内に負圧を加えて流れを一時的に逆流させて詰まりや気泡を解消するための吸引流路を示す。吸引流路２５の一端には、送液コネクタ部を介して真空ポンプ等の負圧源に接続される吸引アウトレット２５１が形成され、他端は連通口２５２においてサンプル流路２２に接続している。
【００２１】
３次元層流は、送液方向に対する垂直断面の面積が送液方向上流から下流へ次第にあるいは段階的に小さくなるように形成された絞込部２６１（図２参照），２６２（図３参照）において層流幅を絞り込まれる。その後、３次元層流は、流路の一端に設けられたオリフィス２１から流体ストリームＳ（図１参照）となって排出される。図１中、オリフィス２１からの流体ストリームＳの排出方向をＹ軸正方向によって示す。
【００２２】
サンプル流路２２の絞込部２６１と絞込部２６２との間では、細胞の特性検出が行われる。例えば光学的検出では、不図示の光照射検出部によって、サンプル流路２２中を３次元層流の中心に一列に配列して送流される細胞に対してレーザが照射され、細胞から発生する散乱光や蛍光が光検出器によって検出される。
【００２３】
サンプル流路２２のオリフィス２１への接続部は、直線状に形成されたストレート部２７とされている。ストレート部２７は、オリフィス２１から流体ストリームＳをＹ軸正方向に真っ直ぐ射出するために機能する。
【００２４】
オリフィス２１から射出される流体ストリームＳは、チップ加振部によりオリフィス２１に印加される振動によって液滴化される。オリフィス２１は基板層２ａ、２ｂの端面方向に開口しており、その開口位置と基板層端面との間には切欠部２１１が設けられている。切欠部２１１は、オリフィス２１の開口位置と基板端面との間の基板層２ａ、２ｂを、切欠部２２１の径Ｌがオリフィス２１の開口径ｌよりも大きくなるように切り欠くことによって形成されている（図３Ｃ参照）。切欠部２１１の径Ｌは、オリフィス２１から吐出される液滴の移動を阻害しないように、オリフィス２１の開口径ｌよりも２倍以上大きく形成することが望ましい。
【００２５】
（１−３）偏向板
図１中符号１２，１２は、オリフィス２１から射出される流体ストリームＳ（あるいは吐出される液滴）を挟んで対向して配置された一対の偏向板を示す。偏向板１２，１２は、オリフィス２１から吐出される液滴の移動方向を、液滴に付与された電荷との電気的な作用力によって制御する電極を含んで構成される。また、偏向板１２，１２は、オリフィス２１から発生する流体ストリームＳの軌道も、流体ストリームＳに付与された電荷との電気的な作用力によって制御する。図１中、偏光板１２，１２の対向方向をＸ軸方向によって示す。
【００２６】
（１−４）コレクションユニット
フローサイトメータ１において、流体ストリームＳ（あるいはその液滴）は、偏向板１２，１２の対向方向（Ｘ軸方向）に一列に配設された複数のコレクションチューブ（回収容器）３のいずれかに受け入れられる。コレクションチューブ３は、実験用として汎用のプラスチック製チューブあるいはガラス製チューブであってよい。コレクションチューブ３の数は特に限定されないが、ここでは５本設置する場合を図示した。オリフィス２１から発生する流体ストリームＳは、偏向板１２，１２との間の電気的な作用力の有無あるいはその大小によって、５本のコレクションチューブ３のいずれか一つに誘導され、回収される。
【００２７】
コレクションチューブ３は、コレクションチューブホルダー３１に交換可能に設置される。また、コレクションチューブホルダー３１は、オリフィス２１からの流体ストリームＳの排出方向（Ｙ軸方向）及び偏光板１２，１２の対向方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されたＺ軸ステージ３２上に配設されている。図１中矢印Ｆは、Ｚ軸ステージ３２の移動方向を示す。図中符号３２１は、Ｚ軸ステージ３２に設けられた廃液口である。フローサイトメータ１において、コレクションチューブホルダー３１及びＺ軸ステージ３２は、不図示のＺ軸モータにより駆動されるコレクションユニット（回収容器移動ステージユニット）３３を構成している。
【００２８】
（１−５）ストリーム検出ユニット
フローサイトメータ１は、流体ストリームＳを撮像するＣＣＤカメラ４１を備える。また、フローサイトメータ１は、偏光板１２，１２の対向方向（Ｘ軸方向）に平行なレーザＬを出射する流体ストリーム検出光光源４２と、流体ストリーム検出光光源４２を流体ストリームＳの排出方向（Ｙ軸方向）及びレーザＬの方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺ軸モータ４３１と、を含んで構成されるストリーム検出ユニット４３を備える。図１中矢印ｆは、ストリーム検出ユニット４３の移動方向を示す。なお、ＣＣＤカメラ４１は、ラインセンサ、単板のフォトダイオード等の光電変換素子などの撮像手段であってもよく、流体ストリーム検出光光源４２にはＬＥＤやＬＤなどのレーザ光源以外にも、例えばキセノンライトや白熱電球などの光源を用いることも可能である。
【００２９】
フローサイトメータ１では、搭載されるマイクロチップ２の個体差によってオリフィス２１から射出される流体ストリームＳの軌道が異なり、マイクロチップ２の交換の度に流体ストリームＳの位置が図中Ｚ軸方向（及びＸ軸方向）に変化し得る。また、同一のマイクロチップ２であっても測定の都度に流体ストリームＳの位置が同様に変化する場合がある。ＣＣＤカメラ４１、ストリーム検出ユニット４３及びコレクションユニット３３は、このような流体ストリームＳのＺ軸方向における位置変化を検出し、流体ストリームＳとコレクションチューブ３とをＺ軸方向において位置合わせするために機能する。
【００３０】
（１−６）制御部等
フローサイトメータ１は、上述の構成に加え、通常のフローサイトメータが備える、細胞の光学特性検出のための光照射検出部、特性判定のためのデータ解析部、サンプル液及びシース液を貯留するタンク部及びこれらの各構成を制御するための制御部などを備える。
【００３１】
制御部は、ＣＰＵ、メモリ及びハードディスクなどを備える汎用のコンピュータによって構成でき、ハードディスク内にはＯＳと次に説明する位置制御の各ステップを実行するプログラムなどが格納されている。
【００３２】
また、光照射検出部は、レーザ光源と、細胞に対してレーザを集光・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等からなる照射系と、レーザの照射によって細胞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素子等のエリア撮像素子等によって構成される。
【００３３】
光照射検出部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細胞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、制御部に出力され、細胞の光学特性判定に供される。
【００３４】
なお、フローサイトメータ１は、磁気的あるいは電気的に細胞の特性を検出するものであってもよいものとする。この場合には、マイクロチップ２のサンプル流路２２に微小電極を対向させて配設し、抵抗値、容量値（キャパシタンス値）、インダクタンス値、インピーダンス、電極間の電界の変化値、あるいは、磁化、磁界変化、磁場変化等を測定する。
【００３５】
２．第一実施形態に係る微小粒子分取装置における位置制御
（２−１）コレクションユニット位置初期化ステップＳ１
図４は、フローサイトメータ１における流体ストリームＳとコレクションチューブ３との位置合わせのための制御ステップを説明するフローチャートである。制御ステップは、「コレクションユニット位置初期化ステップＳ１」、「流体ストリーム発生ステップＳ２」、「ストリーム検出ユニットＺ軸スキャン・流体ストリーム撮像ステップＳ３」、「画像認識ステップＳ４」、「検出位置記憶ステップＳ５」及び「Ｚ軸ステージ移動・位置合わせステップＳ６」の手順を含む。以下、各手順について説明する。
【００３６】
まず、コレクションユニット位置初期化ステップＳ１では、コレクションユニット３３の位置が初期化される。具体的には、Ｚ軸ステージ３２がＺ軸方向に移動され（図１矢印Ｆ参照）、オリフィス２１から射出される流体ストリームＳがＺ軸ステージ３２に設けられた廃液口３２１に入るような位置（初期位置）に移動される。制御部は、不図示のＺ軸モータに信号を出力し、コレクションユニット３３を初期位置に移動させる。
【００３７】
（２−２）流体ストリーム発生ステップＳ２
本ステップＳ２では、送液コネクタ部が、マイクロチップ２のサンプルインレット２３及びシースインレット２４へのサンプル液及びシース液の送液を開始し、オリフィス２１から流体ストリームＳが射出される。制御部は、送液コネクタ部に信号を出力し、サンプル液及びシース液の送液を開始させる。オリフィス２１から出射された流体ストリームＳは廃液口３２１に回収され、排出される。
【００３８】
（２−３）ストリーム検出ユニットＺ軸スキャン・流体ストリーム撮像ステップＳ３
本ステップＳ３では、制御部は、ストリーム検出ユニット４３をＺ軸モータ４３１により駆動させてＺ軸方向に移動させながら（図１矢印ｆ参照）、ＣＣＤカメラ４１により流体ストリームＳの撮像を行う。ストリーム検出ユニット４３の移動により、流体ストリーム検出光光源４２もＺ軸方向に移動され、流体ストリーム検出光光源４２から出射されるレーザＬがＺ軸方向に走査される。
【００３９】
（２−４）画像認識ステップＳ４
ＣＣＤカメラ４１により撮像された流体ストリームＳの画像は制御部に出力され、制御部は画像認識ステップＳ４において画像中の輝点を検出する。
【００４０】
ストリーム検出ユニット４３をＺ軸方向に移動させ、レーザＬを同方向に走査していくと、ある位置においてレーザＬが流体ストリームＳを照射する。図５に、レーザＬが流体ストリームＳの照射位置にある場合のストリーム検出ユニット４３の位置を示す。
【００４１】
レーザＬが流体ストリームＳの照射位置にある場合、流体ストリームＳのレーザＬ照射箇所が、ＣＣＤカメラ４１により撮像される流体ストリームＳの画像中において高輝度の画素（輝点）として検出される。一方、レーザＬが流体ストリームＳの照明位置にない場合、流体ストリームＳにおいてレーザＬによって照明される箇所は生じないため、ＣＣＤカメラ４１により撮像される流体ストリームＳの画像中に輝点は検出されない。
【００４２】
すなわち、流体ストリームＳの画像中に輝点が検出されるとき、ストリーム検出ユニット４３はレーザＬの流体ストリームＳ照射位置にあり、このときのストリーム検出ユニット４３のＺ軸方向における位置（流体ストリーム検出光光源４２の位置に同義）は、流体ストリームＳの同方向における位置に対応する。
【００４３】
ここでは、ステップＳ３においてストリーム検出ユニット４３をＺ軸方向に走査し、ステップＳ４においてレーザＬが流体ストリームＳを照射する位置を検出する場合を説明したが、同位置の検出は、マイクロチップ２を保持するチップローディングモジュール１１をＺ軸方向に移動させることにより行ってもよい。チップローディングモジュール１１を移動させる場合、ストリーム検出ユニット４３を、流体ストリーム検出光光源４２から出射されるレーザＬとコレクションチューブ３とのＺ軸方向における位置が一致するように、予め位置決めしておく。なお、チップローディングモジュール１１を移動させる場合、以下の検出位置記憶ステップＳ５及びＺ軸ステージ移動・位置合わせステップＳ６は省略してもよい。
【００４４】
（２−５）検出位置記憶ステップＳ５
流体ストリームＳの画像中に輝点が検出されると、制御部は、ストリーム検出ユニット４３のＺ軸方向における位置情報を、流体ストリームＳの同方向における位置情報として記憶する。
【００４５】
流体ストリームＳの画像中に輝点が検出されない場合には、ストリーム検出ユニット４３のＺ軸方向への移動とＣＣＤカメラ４１による流体ストリームＳの撮像（ステップＳ３）と制御部による画像認識（ステップＳ４）とが繰り返し実行される。これにより、ストリーム検出ユニット４３は、レーザＬが流体ストリームＳ照射位置に到達し、流体ストリームＳの画像中に輝点が検出されるまでＺ軸方向に移動される。なお、チップローディングモジュール１１のほうを移動させる場合には、流体ストリームＳの画像中に輝点が検出されるまで、チップローディングモジュール１１のＺ軸方向への移動とＣＣＤカメラ４１による流体ストリームＳの撮像と制御部による画像認識とが繰り返し実行される。
【００４６】
（２−６）Ｚ軸ステージ移動・位置合わせステップＳ６
Ｚ軸ステージ移動・位置合わせステップＳ６では、制御部が、上記輝点が検出されたときのストリーム検出ユニット４３のＺ軸方向における位置情報に基づいて、コレクションチューブホルダー３１の位置調整を行う。具体的には、ストリーム検出ユニット４３のＺ軸方向における位置情報をコレクションユニット３３の同方向における位置情報に変換し、変換後の位置情報に対応する位置にＺ軸ステージ３２を移動させる。これにより、コレクションチューブホルダー３１に配されたコレクションチューブ３と流体ストリームＳとがＺ軸方向において位置合わせされ、流体ストリームＳがコレクションチューブ３に正確に到達できるようになる。図６に、流体ストリームＳとコレクションチューブ３とが位置合わせされた状態のコレクションユニット３３の位置を示す。
【００４７】
以上のように、フローサイトメータ１では、流体ストリームＳの位置に対してコレクションチューブ３の位置が自動で調整される。このため、フローサイトメータ１では、従来マイクロチップの交換の都度あるいは測定の都度に必要であったマニュアル操作でのマイクロチップの位置調整を不要とでき、簡便に精度の高い分析が可能である。
【００４８】
なお、ここでは、ストリーム検出ユニット４３に流体ストリーム検出光光源４２を一つのみ設ける例を説明した。しかし、フローサイトメータ１において、流体ストリーム検出光光源４２は２以上配置してもよい。図７には、ストリーム検出ユニット４３に流体ストリーム検出光光源４２に加えて、流体ストリーム検出光光源４２１を配置した構成を示す。流体ストリーム検出光光源４２１は、流体ストリーム検出光光源４２に対して流体ストリームＳの方向（図中Ｙ軸方向）に離間して配置され、流体ストリーム検出光光源４２から出射されるレーザＬと平行なレーザＬ１を出射する。このように、流体ストリーム検出光光源をＹ軸方向に離間させて複数配置することで、コレクションコンテナ３１に設置されるコレクションチューブ３の高さ（容量）に応じて使用するレーザを使い分けることができる。具体的には、例えば高さの低い５ｍｌチューブでは流体ストリーム検出光光源４２のレーザＬを用い、高さの高い１５ｍｌチューブではより上方に配置された流体ストリーム検出光光源４２１のレーザＬ１を用いる。これにより、高さの高いチューブを用いる場合にも、チューブによってレーザが遮られ、流体ストリームＳの位置検出が不能となることを回避できる。
【００４９】
３．本技術の関連実施形態に係る微小粒子分取装置の装置構成
図８は、マイクロチップ型フローサイトメータとして構成された本技術の関連実施形態に係る微小粒子分取装置１０（以下「フローサイトメータ１０」とも称する）の分取系の構成を説明する模式図である。
【００５０】
フローサイトメータ１０は、上述の第一実施形態に係るフローサイトメータ１に比して、フローサイトメータ１が備えるＣＣＤカメラ４１及びストリーム検出ユニット４３に替えてドロップレットカメラ５を備えている点で異なる。ドロップレットカメラ５以外のフローサイトメータ１０の装置構成は、フローサイトメータ１と同じであるため、説明を割愛する。なお、図８において、フローサイトメータ１０の構成のうち、フローサイトメータ１と同一のものには、図１と同一の符号を付して示した。
【００５１】
ドロップレットカメラ５は、マイクロチップ２のオリフィス２１から射出される流体ストリームＳあるいは吐出される液滴を撮像するためのカメラ（ＣＣＤカメラ等）である。ドロップレットカメラ５により撮像された画像は、ディスプレイ等に表示されて、ユーザがオリフィス２における液滴の形成状況（液滴の大きさ、形状、間隔等）を確認するために利用される。
【００５２】
既に説明したように、オリフィス２１から射出される流体ストリームＳの軌道は、搭載されるマイクロチップ２の個体差によって異なり、マイクロチップ２の交換の度に流体ストリームＳの位置が図中Ｚ軸方向（及びＸ軸方向）に変化し得る。また、同一のマイクロチップ２であっても測定の都度に流体ストリームＳの位置が同様に変化する場合がある。フローサイトメータ１０においては、このような流体ストリームＳのＺ軸方向における位置変化を検出するためにもドロップレットカメラ５が機能する。
【００５３】
４．関連実施形態に係る微小粒子分取装置における位置制御
以下、ドロップレットカメラ５及びコレクションユニット３３による、流体ストリームＳとコレクションチューブ３との位置合わせについて説明する。図９は、フローサイトメータ１０における流体ストリームＳとコレクションチューブ３との位置合わせのための制御ステップを説明するフローチャートである。制御ステップは、「コレクションユニット位置初期化ステップＳ１」、「流体ストリーム発生ステップＳ２」、「流体ストリーム撮像ステップＳ３」、「画像認識・角度θ検出ステップＳ４」及び「Ｚ軸ステージ移動・位置合わせステップＳ５」の手順を含む。以下、各手順について説明する。
【００５４】
（４−１）コレクションユニット位置初期化ステップＳ１・流体ストリーム発生ステップＳ２
コレクションユニット位置初期化ステップＳ１及び流体ストリーム発生ステップＳ２は、第一実施形態に係るフローサイトメータ１における両手順に同様である。これらのステップでは、コレクションユニット３３の位置を流体ストリームＳがＺ軸ステージ３２に設けられた廃液口３２１に入る位置に初期化した後、流体ストリームＳの射出が開始される。
【００５５】
（４−２）流体ストリーム撮像ステップＳ３
本ステップＳ３では、制御部がドロップレットカメラ５に信号を出力し、該信号を受けたドロップレットカメラ５が流体ストリームＳの撮像を行う。
【００５６】
（４−３）画像認識・角度θ検出ステップＳ４
ドロップレットカメラ４１により撮像された流体ストリームＳの画像は制御部に出力される。画像の一例を図１０に示す。ドロップレットカメラ画像Ｐにおいて、流体ストリームＳは、垂直方向に対して一定角度θ傾いて撮像されている。画像認識・角度θ検出ステップＳ４において、制御部は、画像認識によってドロップレットカメラ画像Ｐから角度θを検出する。
【００５７】
角度θは、オリフィス２１からの流体ストリームＳの出射角度に相応する。オリフィス２１から射出される流体ストリームＳの軌道の変化は、オリフィス２１からの流体ストリームＳの出射角度θに起因するものである。このため、角度θを検出することにより、流体ストリームＳのＺ軸方向における位置情報を取得することが可能である。角度θを正確に検出するため、ドロップレットカメラ５は、Ｙ軸方向に離間させて複数配置し、マイクロチップ２のオリフィス２１から射出される流体ストリームＳを複数の位置で撮像するようにすることがより好ましい。複数の位置で撮像された流体ストリームＳの画像を用いることにより、角度θをより正確に算出できる。
【００５８】
（４−４）Ｚ軸ステージ移動・位置合わせステップＳ５
Ｚ軸ステージ移動・位置合わせステップＳ５では、制御部が、検出した角度θに基づいて、コレクションチューブホルダー３１の位置調整を行う。具体的には、角度θと予め設定されたオリフィス２１からコレクションチューブ３までの距離とから算出される適正な位置にＺ軸ステージ３２を移動させる。これにより、コレクションチューブホルダー３１に配されたコレクションチューブ３と流体ストリームＳとが位置合わせされ、流体ストリームＳがコレクションチューブ３に正確に到達できるようになる。
【００５９】
以上のように、フローサイトメータ１０では、流体ストリームＳの位置に対してコレクションチューブ３の位置が自動で調整される。このため、フローサイトメータ１０では、従来マイクロチップの交換の都度あるいは測定の都度に必要であったマニュアル操作でのマイクロチップの位置調整を不要とでき、簡便に精度の高い分析が可能である。
【００６０】
また、フローサイトメータ１０では、上述した第一実施形態に係るフローサイトメータ１に比して簡易な装置設計によって、流体ストリームＳとコレクションチューブ３との自動位置合わせを実現できる。
【００６１】
本技術に係る微小粒子分取装置は以下のような構成をとることもできる。
（１）流体ストリームの通過領域を挟んで対向して配置された一対の偏向板と、前記流体ストリームを撮像するカメラと、前記偏向板の対向方向に平行な光を出射し、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能とされた流体ストリーム検出光光源と、を備える微小粒子分取装置。
（２）前記カメラによって撮像された画像中の輝点を画像認識によって検出し、前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置を記憶する制御部を備える上記（１）記載の微小粒子分取装置。
（３）前記流体ストリームを受け容れる回収容器が、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能に設置可能とされ、前記制御部は、前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置に基づいて、前記回収容器の位置を調整する上記（２）記載の微小粒子分取装置。
（４）前記制御部は、前記カメラによって撮像される画像中に前記輝点が検出されるまで、前記流体ストリーム検出光光源を、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動させる上記（２）又は（３）記載の微小粒子分取装置。
（５）前記流体ストリーム検出光光源が、前記流体ストリームの方向に離間して複数配設されている上記（１）〜（４）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
（６）前記流体ストリームを発生するオリフィスがマイクロチップに設けられたマイクロチップ型フローサイトメータである上記（１）〜（５）のいずれかに記載の微小粒子分取装置。
【符号の説明】
【００６２】
１，１０：微小粒子分取装置（フローサイトメータ）、
１１：チップローディングモジュール、
１２：偏向板、
２：マイクロチップ、
２１：オリフィス、
３：コレクションチューブ、
３１：コレクションチューブホルダー、
３２：Ｚ軸ステージ、
３２１：廃液口、
３３：コレクションユニット、
４１：ＣＣＤカメラ、
４２、４２１：流体ストリーム検出光光源、
４３：ストリーム検出ユニット、
４３１：Ｚ軸モータ、
５：ドロップレットカメラ、
Ｌ、Ｌ１：レーザ、
Ｓ：流体ストリーム
【図１】
2013145862.tif 000003
【図２】
2013145862.tif 000004
【図３】
2013145862.tif 000005
【図４】
2013145862.tif 000006
【図５】
2013145862.tif 000007
【図６】
2013145862.tif 000008
【図７】
2013145862.tif 000009
【図８】
2013145862.tif 000010
【図９】
2013145862.tif 000011
【図１０】
2013145862.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月9日(2013.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体ストリームの通過領域を挟んで対向して配置された一対の偏向板と、
前記流体ストリームを撮像するカメラと、
前記偏向板の対向方向に平行な光を出射し、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能とされた流体ストリーム検出光光源と、
を備える微小粒子分取装置。
【請求項２】
前記カメラによって撮像された画像中の輝点を画像認識によって検出し、
前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置を記憶する制御部を備える請求項１記載の微小粒子分取装置。
【請求項３】
前記流体ストリームを受け容れる回収容器が、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能に設置可能とされ、
前記制御部は、前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置に基づいて、前記回収容器の位置を調整する請求項２記載の微小粒子分取装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記カメラによって撮像される画像中に前記輝点が検出されるまで、前記流体ストリーム検出光光源を、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動させる請求項２又は３に記載の微小粒子分取装置。
【請求項５】
前記流体ストリーム検出光光源が、前記流体ストリームの方向に離間して複数配設されている請求項１〜４の何れか１項に記載の微小粒子分取装置。
【請求項６】
前記流体ストリームを発生するオリフィスがマイクロチップに設けられたマイクロチップ型フローサイトメータである請求項１〜５の何れか１項に記載の微小粒子分取装置。
【請求項７】
流体ストリームの通過領域を挟んで配置された一対の偏向板の対向方向に平行な光を前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動させながら照射する手順と、
前記流体ストリームの画像を取得する手順と、
前記画像中の輝点を画像認識によって検出する手順と、
前記輝点が検出された画像が取得された際の前記光の照射位置に基づいて、前記流体ストリームを受け容れる回収容器の位置を、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に調整する手順と、
を含む、微小粒子分取装置における前記流体ストリームと前記回収容器との位置合わせ方法。
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月16日(2014.9.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オリフィスから射出される流体ストリームの通過領域を挟んで対向して配置された一対の偏向板と、
少なくとも前記流体ストリームが前記オリフィスから射出されているときに、前記流体ストリーム及び前記偏向板の対向方向と直交する方向に移動しながら前記偏向板の対向方向に平行な光を出射する流体ストリーム検出光光源と、
少なくとも前記光が照射されているときに前記流体ストリームを撮像するカメラと、
を備える微小粒子分取装置。
【請求項２】
前記カメラは前記流体ストリームを受け容れる回収容器と前記オリフィスとの間の前記流体ストリームを撮像する
請求項１に記載の微小粒子分取装置。
【請求項３】
前記カメラによって撮像された画像中の輝点を画像認識によって検出し、
前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置を記憶する制御部を備える請求項２に記載の微小粒子分取装置。
【請求項４】
オリフィスから射出される流体ストリームの通過領域を挟んで対向して配置された一対の偏向板と、
前記流体ストリームを撮像するカメラと、
前記偏向板の対向方向に平行な光を出射し、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能とされた流体ストリーム検出光光源と、
前記カメラによって撮像された画像中の輝点を画像認識によって検出し、前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置を記憶する制御部と、を備え、
前記流体ストリームを受け容れる回収容器が、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能に設置可能とされ、
前記制御部は、前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置に基づいて、前記回収容器の位置を調整する微小粒子分取装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記カメラによって撮像される画像中に前記輝点が検出されるまで、前記流体ストリーム検出光光源を、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動させる請求項３又は４に記載の微小粒子分取装置。
【請求項６】
前記流体ストリーム検出光光源が、前記流体ストリームの方向に離間して複数配設されている請求項１〜５の何れか１項に記載の微小粒子分取装置。
【請求項７】
前記流体ストリームを発生するオリフィスがマイクロチップに設けられたマイクロチップ型フローサイトメータである請求項１〜６の何れか１項に記載の微小粒子分取装置。
【請求項８】
オリフィスから射出される流体ストリームの通過領域を挟んで配置された一対の偏向板の対向方向に平行な光を前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動させながら照射する手順と、
前記流体ストリームの画像を取得する手順と、
前記画像中の輝点を画像認識によって検出する手順と、
前記輝点が検出された画像が取得された際の前記光の照射位置に基づいて、前記流体ストリームを受け容れる回収容器の位置を、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に調整する手順と、
を含む、微小粒子分取装置における前記流体ストリームと前記回収容器との位置合わせ方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記課題解決のため、本技術は、オリフィスから射出される流体ストリームの通過領域を挟んで対向して配置された一対の偏向板と、少なくとも前記流体ストリームが前記オリフィスから射出されているときに、前記流体ストリーム及び前記偏向板の対向方向と直交する方向に移動しながら前記偏向板の対向方向に平行な光を出射する流体ストリーム検出光光源と、少なくとも前記光が照射されているときに前記流体ストリームを撮像するカメラと、を備える微小粒子分取装置を提供する。前記カメラは前記流体ストリームを受け容れる回収容器と前記オリフィスとの間の前記流体ストリームを撮像してもよい。
この微小粒子分取装置は、前記カメラによって撮像された画像中の輝点を画像認識によって検出し、前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置を記憶する制御部を備える。
また、本技術は、オリフィスから射出される流体ストリームの通過領域を挟んで対向して配置された一対の偏向板と、前記流体ストリームを撮像するカメラと、前記偏向板の対向方向に平行な光を出射し、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能とされた流体ストリーム検出光光源と、前記カメラによって撮像された画像中の輝点を画像認識によって検出し、前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置を記憶する制御部と、を備え、前記流体ストリームを受け容れる回収容器が、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動可能に設置可能とされ、前記制御部は、前記輝点が検出された画像が撮像された際の前記流体ストリーム検出光光源の位置に基づいて、前記回収容器の位置を調整する微小粒子分取装置を提供する。
この微小粒子分取装置において、前記制御部は、前記カメラによって撮像される画像中に前記輝点が検出されるまで、前記流体ストリーム検出光光源を、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動させるように構成されていてもよい。また、前記流体ストリーム検出光光源は、前記流体ストリームの方向に離間して複数配設されていてもよい。
この微小粒子分取装置は、前記流体ストリームを発生するオリフィスがマイクロチップに設けられたマイクロチップ型フローサイトメータとして構成されていてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本技術は、オリフィスから射出される流体ストリームの通過領域を挟んで配置された一対の偏向板の対向方向に平行な光を前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に移動させながら照射する手順と、前記流体ストリームの画像を取得する手順と、前記画像中の輝点を画像認識によって検出する手順と、前記輝点が検出された画像が取得された際の前記光の照射位置に基づいて、前記流体ストリームを受け容れる回収容器の位置を、前記流体ストリーム及び前記光に直交する方向に調整する手順と、を含む、微小粒子分取装置における前記流体ストリームと前記回収容器との位置合わせ方法も提供する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
（１−３）偏向板
図１中符号１２，１２は、オリフィス２１から射出される流体ストリームＳ（あるいは吐出される液滴）を挟んで対向して配置された一対の偏向板を示す。偏向板１２，１２は、オリフィス２１から吐出される液滴の移動方向を、液滴に付与された電荷との電気的な作用力によって制御する電極を含んで構成される。また、偏向板１２，１２は、オリフィス２１から発生する流体ストリームＳの軌道も、流体ストリームＳに付与された電荷との電気的な作用力によって制御する。図１中、偏向板１２，１２の対向方向をＸ軸方向によって示す。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
コレクションチューブ３は、コレクションチューブホルダー３１に交換可能に設置される。また、コレクションチューブホルダー３１は、オリフィス２１からの流体ストリームＳの排出方向（Ｙ軸方向）及び偏向板１２，１２の対向方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されたＺ軸ステージ３２上に配設されている。図１中矢印Ｆは、Ｚ軸ステージ３２の移動方向を示す。図中符号３２１は、Ｚ軸ステージ３２に設けられた廃液口である。フローサイトメータ１において、コレクションチューブホルダー３１及びＺ軸ステージ３２は、不図示のＺ軸モータにより駆動されるコレクションユニット（回収容器移動ステージユニット）３３を構成している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
（１−５）ストリーム検出ユニット
フローサイトメータ１は、流体ストリームＳを撮像するＣＣＤカメラ４１を備える。また、フローサイトメータ１は、偏向板１２，１２の対向方向（Ｘ軸方向）に平行なレーザＬを出射する流体ストリーム検出光光源４２と、流体ストリーム検出光光源４２を流体ストリームＳの排出方向（Ｙ軸方向）及びレーザＬの方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺ軸モータ４３１と、を含んで構成されるストリーム検出ユニット４３を備える。図１中矢印ｆは、ストリーム検出ユニット４３の移動方向を示す。なお、ＣＣＤカメラ４１は、ラインセンサ、単板のフォトダイオード等の光電変換素子などの撮像手段であってもよく、流体ストリーム検出光光源４２にはＬＥＤやＬＤなどのレーザ光源以外にも、例えばキセノンライトや白熱電球などの光源を用いることも可能である。
【国際調査報告】
2013145862.tif 000013
2013145862.tif 000014
2013145862.tif 000015
2013145862.tif 000016