(57)【要約】【課題】  新たな液滴生成技術を提供すること。【解決手段】  本技術は、柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部を備えている装置を提供する。また、本技術は、オリフィスから排出された柱状の液体と当該オリフィスの近傍に設けられた電極との間に周期的な電圧を印加することにより液滴を生成する液滴生成工程を含む方法も提供する。また、本技術は、前記装置を含む微小粒子分取システムも提供する。【選択図】図４
2019020317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部
を備えている装置。
【請求項２】
前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって生じる、前記電極と前記柱状の液体との間のクーロン力によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成し、当該くびれが形成された部分で前記柱状の液体が千切れて液滴が形成されるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記電極が前記柱状の液体と接触しないように、前記電極及び前記オリフィスが配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記電極が前記柱状の液体の側方に位置するように、前記電極及び前記オリフィスが配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記電極が前記柱状の液体の周囲の一部又は全部を囲むように、前記電極及び前記オリフィスが配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記オリフィスが、円柱状の液体を排出する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記液滴生成部により生成された液滴を荷電する液滴荷電部をさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記液滴荷電部により荷電された液滴の進行方向を制御する進行方向制御部をさらに備えている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記液滴荷電部が、前記電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷をキャンセルする波形を有する電圧によって、前記液滴を荷電する、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記電極と前記柱状の液体との間の放電を検出する放電検出部をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記オリフィス及び前記電極が１つのチップ内に設けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
微小粒子分取装置である、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
オリフィスから排出された柱状の液体と当該オリフィスの近傍に設けられた電極との間に周期的な電圧を印加することにより液滴を生成する液滴生成工程を含む方法。
【請求項１６】
柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部
を備えている装置を含む微小粒子分取システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、液滴生成部を備えている装置、液滴生成工程を含む方法、及び微小粒子分取システムに関する。より詳細には、オリフィス、電極、及び電圧印加部を備えている液滴生成部を備えている装置、電圧の印加により液滴を生成する液滴生成工程を含む方法、及び、前記装置を含む微小粒子分取システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞、微生物及びリポソームなどの生体関連粒子の分析のために、フローサイトメータによる光学的測定方法が利用されている。フローサイトメータは、フローセル又はマイクロチップに形成された流路内を通流する粒子に光を照射し、個々の粒子から発せられた蛍光及び／又は散乱光を検出して粒子を分析する装置である。分析結果に基づいて特定の特性を有する粒子のみを分別して回収する機能を備えたフローサイトメータもあり、これは「セルソータ」と呼ばれている。多くのセルソータでは、粒子を分取する方式として、粒子を含む液滴を帯電させて分取する液滴荷電方式が採用されている。
【０００３】
細径のオリフィスから液体を勢いよく噴射すると液柱が形成される。液柱形状は力学的に不安定であり、液柱は、液柱径の微小な揺らぎを引き金として、表面張力により自発的に液滴を形成する。図１に示すように、オリフィス出口１００から噴射された液柱１０１の径を、液滴が形成される前に外部から変調し周期的なくびれ１０２を液柱に生じさせると、粒径が均一で周期的な液滴１０３を形成することができる。図１において、領域１０４を拡大して示した拡大図１０５において示されるとおり、生成された周期的なくびれは徐々に大きくなる。なお、拡大図１０５は、くびれが大きくなることを強調しており、実際の状況を表すものでない。
【０００４】
液柱径に与えられた正弦波的な変動は或る時定数で時間と共に指数関数的に成長する。その時定数は、液柱径をｄ及び液柱径変動波長をλとすると、λ＝４．５ｄのとき最小値を取る。従って、オリフィス先端から液柱が切断されるまでの距離（以下、「切断距離」ともいう）は、λ＝４．５ｄを満たす液滴周波数のときに最短となる（下記非特許文献１）。当該切断距離は、図１において、両矢印１０６において示される距離である。
【０００５】
液柱にくびれを生じさせる手段として、セルソータでは一般的に振動が用いられてきた。当該振動は、例えば圧電素子（ＰＺＴ）によって発生させられる。また、インクジェット方式のプリンターでは、下記特許文献１に示す交流電界を用いた方法も知られている。
【０００６】
図２に液滴荷電方式のセルソータの模式図を示す。図２に示されるセルソータ２００において、サンプルライン２０１から供給された細胞懸濁液（予め蛍光染色された細胞を含む）は、フローセル２１４内でシースライン２０２から供給されたシース液で包まれ細いコアを形成する。サンプル流量とシース流量を適切に設定することにより、このコア中の細胞は一列に整列した状態となり、流れに従ってオリフィス２０３に到達する。フローセル２１４のオリフィス２０３から噴射された液柱にレーザビーム２０４が照射される。細胞がレーザスポット２０５を通過する際に発せられた散乱光及び／又は蛍光が、光学検出系２０６で集光され、ＰＭＴ（光電子増倍管）などの光電変換素子２０７によって電気信号として検出される。検出された信号は電気処理システム２０８で処理され、その結果に基づいてその細胞を分取するか廃棄するかの判断がなされる。この判断に基づき、液滴が液柱から千切れるタイミングにおいて液滴に所望の電荷が付加されるように液滴荷電信号は制御される。例えば、シース液は導電性を有するので、流路上流部でシース液に接触する導電性端子２０９を設けることで、オリフィスから噴射される液柱に対して電気的コンタクトを取ることができる。液柱の先端ではＧＮＤ電極板２１０との間でキャパシタが形成されるので、液滴荷電信号によりシースに印加された電圧に依存して液柱先端には誘電分極による電荷が発生する。この電荷の一部が、液滴が液柱から千切れる際に液滴側に取り残されるので液滴を荷電することができる。液滴の生成は、圧電素子２１１により制御される。圧電素子２１１による所定の振動によって液柱にくびれが生じ、当該くびれに応じた液滴が生成される。液滴は偏向電極板２１２付近に到達するとその電荷に応じて、偏向電極板２１２の間に作られた電場から静電気力を受ける。当該静電気力によって、液滴の進行方向が曲げられ、各コレクションチューブ２１３内に捕獲される。
【０００７】
フローセルとしてマイクロチップが用いられたセルソータとして、例えば下記特許文献２には、「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】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５８−１７５６６８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９０６８０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】AD0437951, "HIGH-FREQUENCY OSCILLOGRAPHY WITH ELECTROSTATICALLY DEFLECTED INK JETS", Sweet, Richard G. MAR 1964. (http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf&AD=AD0437951)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のセルソータでは、液柱径にくびれを生じさせるために、例えば圧電素子（ＰＺＴ）などの振動子によって生じる振動が利用されてきた。しかしながら、振動子の動作周波数が制限される場合がある。例えば、切断距離は例えばフローセルなどの構造体の機械的共振によって影響されるために、切断距離が最短となる最適周波数で振動子を動作させることができない場合がある。
【００１１】
本技術は、新たな液滴生成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】
【００１２】
本発明者らは、特定の構成を有する液滴生成部により、上記の課題を解決できることを見出した。
【００１３】
すなわち、本技術は、柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部を備えている装置を提供する。
本技術の一つの実施態様において、前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって生じる、前記電極と前記柱状の液体との間のクーロン力によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成し、当該くびれが形成された部分で前記柱状の液体が千切れて液滴が形成されるように構成されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記電極が前記柱状の液体と接触しないように、前記電極及び前記オリフィスが配置されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記電極が前記柱状の液体の側方に位置するように、前記電極及び前記オリフィスが配置されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記電極が前記柱状の液体の周囲の一部又は全部を囲むように、前記電極及び前記オリフィスが配置されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記オリフィスが、円柱状の液体を排出するものでありうる。
本技術の一つの実施態様において、前記装置は、前記液滴生成部により生成された液滴を荷電する液滴荷電部をさらに備えていてよい。
本技術の一つの実施態様において、前記装置は、前記液滴荷電部により荷電された液滴の進行方向を制御する進行方向制御部をさらに備えていてよい。
本技術の一つの実施態様において、前記液滴荷電部が、前記電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷をキャンセルする波形を有する電圧によって、前記液滴を荷電するものでありうる。
本技術の一つの実施態様において、前記装置は、前記電極と前記柱状の液体との間の放電を検出する放電検出部をさらに含みうる。
本技術の一つの実施態様において、前記オリフィス及び前記電極が１つのチップ内に設けられていてよい。
本技術の一つの実施態様において、前記装置は、微小粒子分取装置でありうる。
【００１４】
また、本技術は、オリフィスから排出された柱状の液体と当該オリフィスの近傍に設けられた電極との間に周期的な電圧を印加することにより液滴を生成する液滴生成工程を含む方法も提供する。
【００１５】
また、本技術は、柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部を備えている装置を含む微小粒子分取システムも提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本技術により、新たな液滴生成技術が提供される。また、本技術では、振動によらずに液滴が生成されるので、従来技術である振動子による液滴生成技術が有する動作周波数の制限に関する問題は生じない。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】
【００１７】
【図１】オリフィスから噴射された柱状液体から液滴が形成されることを示す図である。
【図２】液滴荷電方式のセルソータの模式図である。
【図３】柱状の液体と電極との間に電圧を印加することで液滴が形成されることを示す図である。
【図４】本技術に従う粒子分取装置の模式図である。
【図５】印加される交流電圧の例及び当該交流電圧によって生じたくびれの発生量の例を示す図である。
【図６】印加される脈流電圧の例及び当該脈流電圧によって生じたくびれの発生量の例を示す図である。
【図７】図４に示された装置のうち液滴生成部及び液滴荷電部の模式図並びにこれら構成要素の等価回路図である。
【図８】くびれ生成用信号の波形及びノード１の電圧波形の例を示す図である。
【図９】不要電荷をキャンセルするための信号を重畳しない場合及び不要電荷をキャンセルするための信号を重畳した場合の電圧波形例を示す図である。
【図１０】液滴軌跡観察部の一例を示す模式図である。
【図１１】図４に示された装置のうち液滴生成部及び液滴荷電部並びに放電検出部の模式図、並びに、これら構成要素の等価回路図である。
【図１２】チップの一例の模式図である。
【図１３】チップのスカート部の拡大図である。
【図１４】円筒電極が埋め込まれたスカート部を示す図である。
【図１５】スカート部及び円筒電極の寸法の具体例を示す図である。
【図１６】チップの製造方法を示す図である。
【図１７】スカート部の金属蒸着の仕方及び金属蒸着後のスカート部を示す図である。
【図１８】本技術に従う粒子分取方法のフロー図である。
【図１９】不要電荷キャンセル信号最適化工程の一例のフロー図である。
【図２０】くびれ生成用信号最適化工程の一例のフロー図である。
【図２１】電極と柱状液体との間に放電が起こった場合の電圧の波形例を示す図である。
【図２２】切断距離の測定結果及び生成された液滴のストロボ画像を示す図である。
【図２３】切断距離の測定結果及び生成された液滴のストロボ画像を示す図である。
【図２４】本技術に従う粒子分取装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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（装置）
（１）第１の実施形態の説明
（２）第１の実施形態の第１の例（装置）
（３）第１の実施形態の第２の例（印加される電圧の例）
（４）第１の実施形態の第３の例（不要電荷キャンセル信号）
（５）第１の実施形態の第４の例（放電検出部）
（６）第１の実施形態の第５の例（チップ内電極）
２．第２の実施形態（方法）
（１）第２の実施形態の説明
（２）第２の実施形態の第１の例（方法）
（３）第２の実施形態の第２の例（不要電荷キャンセル信号最適化工程）
（４）第２の実施形態の第３の例（くびれ生成用信号最適化工程）
３．第３の実施形態（微小粒子分取システム）
（１）第３の実施形態の説明
（２）第３の実施形態の例（微小粒子分取システム）
４．実施例
（１）実施例１
（２）実施例２
【００１９】
１．第１の実施形態（装置）
【００２０】
（１）第１の実施形態の説明
【００２１】
本技術は、柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極（以下、当該電極を「液滴生成用電極」ともいう）と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部（以下、当該電圧印加部を「液滴生成用電圧印加部」ともいう）とを備えている液滴生成部を備えている装置を提供する。本技術において、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加することにより、当該電極と当該液柱の表面との間にクーロン力が生じる。当該クーロン力によって当該液柱に周期的なくびれが生じ、当該くびれに従い液滴が生成される。
すなわち、本技術において、前記液滴生成部は、電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されうる。より特には、本技術において、前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって生じる、前記電極と前記柱状の液体との間のクーロン力によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されうる。さらにより特には、本技術において、前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成し、当該くびれが形成された部分で前記柱状の液体が千切れて液滴が形成されるように構成されうる。
このように液滴を生成する場合、従来の振動子を用いた液滴生成技術が有する動作周波数の制限に関する問題が生じない。
【００２２】
また、本技術において、前記クーロン力は、電極と液柱表面との間の距離及びそれらの間に印加される電圧により決まる。そのため、当該クーロン力の制御は容易であり、液滴生成の制御も容易である。さらに、本技術は、生成されるくびれ量（すなわち、柱状液体の径の拡大の程度）及び切断距離の周波数特性が安定するという利点も有する。
【００２３】
本技術に従う液滴生成のメカニズムを、図３を参照して以下でより詳細に説明する。
【００２４】
図３は、柱状の液体と電極との間に周期的な電圧が印加された状況を示す図である。図３において、円筒状の電極３００の内部を柱状液体３０１が通過している。電極３００は交流電源３０２に接続されている。交流電源３０２により電圧を印加することで、電極３００と柱状液体３０１の表面との間には、キャパシタが形成される。当該キャパシタは、電極形状、液柱径、及びそれらの相対的位置関係に依存して決まる容量を有する。当該キャパシタの形成によって、誘導電荷が電極３００の表面及び柱状液体３０１の表面に誘起される。これらの誘導電荷は互いに逆極性であるので、電極３００の表面と柱状液体３０１の表面との間にはクーロン引力が働く。図３において、矢印３０３が、クーロン引力が作用していることを示す。ここで、上記のとおり、印加される電圧は交流電源３０２によるものであり、すなわち交流電圧である。交流電圧の印加によって、電極３００の表面と柱状液体３０１の表面との間に働くクーロン引力は周期的に変動する。例えば、交流電圧の印加によって、電極３００の表面と柱状液体３０１の表面との間にはクーロン引力が働くことで柱状液体３０１が電極３００に向かって引っ張られて、当該柱状液体の直径が増す場合と、クーロン引力が働かない場合とが繰り返される。後者の場合は、前者の場合と比べて、柱状液体３０１の直径が減少する。その結果、柱状液体３０１にくびれが形成される。図３において、矢印３０４が、くびれが形成されている部分を示す。このように形成されたくびれに応じて、液滴３０５が形成される。
【００２５】
本技術において、オリフィスから柱状の液体が排出される。当該オリフィスは、柱状の液体を排出可能なものであり、オリフィスの形状は例えば円形である。本技術において、円形には略円形も包含される。オリフィスの形状が円形である場合、当該オリフィスの直径は例えば１０μｍ〜１０００μｍ、好ましくは２０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは３０μｍ〜３００μｍ、さらにより好ましくは５０μｍ〜１５０μｍでありうる。本技術において、オリフィスの直径とは内径であり、すなわち液体が排出される円形部分の直径である。
【００２６】
本技術において、オリフィスは、例えばノズルに設けられた液体排出のための開口でありうる。当該ノズルとして、当業者に既知のものが用いられてよく、例えばフローサイトメータにおいて用いられる公知のノズルが用いられうる。
【００２７】
本技術において、オリフィス近傍に電極が設けられる。当該電極は、オリフィスから排出された柱状液体との間にクーロン力が生じることを可能にするように設けられる。柱状液体は、上記のとおり力学的に不安定であるので、自発的に液滴が形成される。本技術において、当該電極は、柱状液体が自発的に液滴を形成する位置よりも、よりオリフィスに近い位置に配置されうる。すなわち、当該電極は、オリフィスと、柱状液体が自発的に液滴を形成する位置との間に設けられうる。
また、本技術において、柱状液体が当該電極から離れるにつれて、くびれが徐々に大きくなり、そして、くびれ部分で柱状液体が千切れて液滴が生成される。すなわち、当該電極は、オリフィスと、柱状液体が千切れて液滴が形成される位置との間に設けられうる。
【００２８】
本技術において、好ましくは、前記電極が前記柱状の液体と接触しないように、前記電極及び前記オリフィスが配置されうる。例えば、前記電極が前記柱状の液体の側方に位置するように、前記電極及び前記オリフィスが配置されうる。この配置によって、より望ましい液滴生成が行われうる。電極と柱状液体との間の距離は、所望のクーロン力に応じて当業者により適宜決定されうる。電極と柱状液体との間の距離は、例えば１０μｍ〜５００μｍ、好ましくは２０μｍ〜３００μｍ、好ましくは３０μｍ〜２００μｍ、より好ましくは３０μｍ〜１００μｍでありうる。
【００２９】
本技術において、前記電極が前記柱状の液体の周囲の一部又は全部を囲むように、前記電極及び前記オリフィスが構成されうる。
前記電極が前記柱状の液体の周囲の一部を囲む実施態様において、例えば、向かい合う２つの電極が前記柱状液体を挟むように、当該２つの電極及び前記オリフィスが配置されうる。他の実施態様において、例えば１つの電極だけが、前記柱状液体の側方に位置するように、当該１つの電極及び前記オリフィスが配置されうる。このような構成によって、くびれを形成しつつ、且つ、液柱の進行方向に対して垂直な方向から前記柱状液体を観察することができる。
前記電極が前記柱状液体の周囲の全部を囲む実施態様において、上記で図３を参照して説明したように、柱状液体が円筒電極の内部を通過するように、前記電極及び前記オリフィスが構成されうる。前記電極が前記柱状の液体の周囲の全部を囲む実施態様において、電極の形状は円筒形に限られず、例えば四角形、五角形、又は六角形などの多角形であってもよい。
前記電極が円筒形である場合、円筒の内径は例えば５０μｍ〜２０００μｍ、好ましくは７０μｍ〜１５００μｍ、より好ましくは１００μｍ〜１０００μｍでありうる。
前記電極の液柱の進行方向の長さは、例えば１０μｍ〜１０００μｍ、好ましくは２０μｍ〜７００μｍ、より好ましくは５０μｍ〜５００μｍでありうる。
【００３０】
本技術において、前記オリフィスは、円柱状の液体を排出するものでありうる。オリフィスから排出される柱状の液体が円柱状であることは、より効率的な液滴生成に寄与しうる。オリフィスは、円柱状の液体を排出するために、例えば円形でありうる。
【００３１】
本技術の装置は、前記液滴生成部により生成された液滴を荷電する液滴荷電部をさらに備えていてよい。液滴荷電部は、例えば、液滴が柱状液体から千切れる位置の近傍に設けられた液滴荷電用電極及び当該電極に接続された電圧印加部を含みうる。
本技術において、液滴生成用電極が、柱状液体にくびれを生成するように柱状液体の近傍に設けられ、且つ、液滴荷電用電極が、柱状液体から液滴が千切れる位置の近傍に設けられうる。すなわち、本技術において、オリフィス、液滴生成用電極、及び、液滴荷電用電極が、柱状液体の進行方向に沿って、この順で配置されうる。
【００３２】
本技術の装置は、前記液滴荷電部により荷電された液滴の進行方向を制御する進行方向制御部をさらに備えていてよい。当該進行方向制御部によって、液滴荷電部により付与された電荷に応じた液滴の分取が可能となる。当該進行方向制御部として、当業者に既知の構成が採用されうる。例えば、フローサイトメータにおいて用いられる偏向電極板及び当該偏向電極板に接続された電圧印加部が本技術において進行方向制御部として用いられうる。
【００３３】
本技術の一つの実施態様において、前記液滴荷電部は、液滴生成用電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷をキャンセルする波形を有する電圧によって、前記液滴を荷電するものでありうる。
前記液滴生成用電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷は、偏向電極板による液滴の進行方向の制御に悪影響を及ぼしうる。例えば、前記液滴生成用電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷によって、意図された進行方向とは異なる進行方向に液滴が進み、所定のコレクションチューブ内に液滴が入らない場合がありうる。本技術において、液滴荷電部が、前記キャンセルする波形を有する電圧によって液滴を荷電することによって、より精度よく進行方向を制御することが可能となる。
【００３４】
本技術の一つの実施態様において、本技術の装置は、前記電極と前記柱状の液体との間の放電を検出する放電検出部をさらに含みうる。前記電極と前記柱状の液体との間に放電が起こると、クーロン引力が低下し、くびれ量が減少する。そのため、安定した液滴生成に支障をきたしうる。例えば切断距離が不安定になりうる。本技術の装置に放電検出部を設けることで、放電を検出し、そして、放電が発生しないように電圧振幅を調整することができる。
【００３５】
本技術の一つの実施態様において、前記オリフィス及び前記電極が１つのチップ内に設けられていてよい。この実施態様において、前記オリフィス及び前記電極の相対的な位置関係が固定されるので、液滴生成をより精度良く制御することができる。また、より安定した液滴生成が可能となる。
【００３６】
本技術の装置は、液滴生成が必要とされる種々の用途に適用されうる。本技術の装置は、微小粒子分取において用いられうる。すなわち、本技術の装置は、微小粒子分取装置でありうる。例えば、本技術の装置によって、フローサイトメトリーにおけるセルソーティングが行われうる。
本技術において、微小粒子とは、細胞、微生物、生体由来固形成分、及びリポソームなどの生物学的微小粒子、並びに、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を挙げることができるがこれらに限定されない。前記細胞には、動物細胞および植物細胞が含まれうる。前記微生物には、大腸菌などの細菌類、イースト菌などの菌類などが含まれうる。前記生体由来固形成分として、例えば、生体中で生成される固形物又は結晶類を挙げることができる。前記合成粒子は、例えば有機若しくは無機高分子材料又は金属などからなる粒子でありうる。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、及びポリメチルメタクリレートなどが含まれうる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、及び磁性体材料などが含まれうる。金属には、金コロイド及びアルミなどが含まれうる。
また、本技術の装置は、微小粒子分取だけでなく、例えばインクジェットプリンタ及び微粒子材料の製造などにおいて用いられうる。すなわち、本技術は、前記液滴生成部を備えているインクジェットプリンタ又は微粒子材料製造装置も提供する。
本技術の装置は、当業者に既知の方法によって適宜製造されうる。装置を製造する為に用いられる部品として、当技術分野で既知のものが用いられうる。
【００３７】
また、本技術の装置は、必要に応じて、例えば制御部、入力部、出力部、及び記憶部などの他の構成を備えていてよい。
【００３８】
制御部は例えば、液滴生成部による液滴生成、液滴荷電部による液滴荷電、及び進行方向制御部による液滴の進行方向の変更を制御しうる。
制御部は例えば、液滴生成用電圧印加部の電圧を制御することにより液滴生成の制御を行いうる。制御部は例えば、当該電圧の振幅、周波数及び波形などを制御しうる。
制御部は例えば、液滴荷電のための電圧印加部の電圧を制御することにより、液滴荷電の制御を行いうる。特には、制御部は、柱状液体に含まれる粒子の特性（例えば粒子が発する蛍光及び／又は散乱光など）に応じて、液滴荷電のための電圧印加部の電圧を制御しうる。
制御部は例えば、進行方向制御のための電圧を印加する電圧印加部を制御することにより、液滴の進行方向の変更の制御を行いうる。
制御部は例えば、オリフィスに向かって流れる液体の流速を制御することによって、オリフィスからの液体の排出を制御しうる。当該液体の排出の制御は、例えば、液体の排出のためのポンプを制御することにより行われうる。
【００３９】
入力部は例えば、液滴生成、液滴荷電、及び液滴進行方向制御において用いられる電圧に関するパラメータなどを入力するために用いられうる。
【００４０】
出力部は、液滴生成の状況（例えば生成された液滴の画像など）、液滴進行方向制御の状況（例えば液滴の軌跡など）、又は、粒子分取の結果（例えば分取された粒子の数など）を出力しうる。
【００４１】
記憶部は例えば、上記電圧に関するパラメータ、生成された液滴の数、生成された液滴中の粒子の特性、及び粒子分取の結果を記憶しうる。
【００４２】
（２）第１の実施形態の第１の例（装置）
【００４３】
以下で、本技術の装置を、図４を参照しながら説明する。図４は、本技術の装置の一例である微小粒子分取装置の模式図である。
【００４４】
図４において、微小粒子分取装置４００に、円筒電極４５０が備えられている。円筒電極４５０は液滴生成用電圧印加部４５１と接続されている。液滴生成用電圧印加部４５１は交流電源でありうる。円筒電極４５０は、フローセル４１４のオリフィス４０３の近傍に設けられている。円筒電極４５０は、フローセル４１４のオリフィス４０３から噴射される柱状液体が円筒電極４５０の中を通るように且つ当該柱状液体が円筒電極４５０と接触しないように構成されている。例えば、柱状液体の直径が７０μｍの場合、円筒電極４５０の内径は１７０μｍでありうる。
【００４５】
フローセル４１４のオリフィス４０３から噴射された柱状液体は、レーザスポット４０５を通過後、円筒電極４５０に接触しないように、円筒電極４５０の中を通る。円筒電極４５０に接続された液滴生成用電圧印加部４５１によって、周期的な電圧が、円筒電極４５０と円筒電極４５０の中を通る柱状液体との間に印加される。当該電圧の印加によって、円筒電極４５０と円筒電極４５０の中を通る柱状液体との間にクーロン力が生じ、その結果柱状液体の径が周期的に変化し、くびれが形成される。そして、当該くびれに応じた液滴が形成される。
【００４６】
以上のとおり、微小粒子分取装置４００は、オリフィス４０３、円筒電極４５０、及び液滴生成用電圧印加部４５１から構成される液滴生成部を備えている。
図２に示されたセルソータでは圧電素子２１１によってフローセル２１４を振動させることで、柱状液体にくびれを形成して液滴生成を行っていたが、微小粒子分取装置４００では、フローセル４１４が振動されずに上記液滴生成部により液滴生成が行われる。
【００４７】
以下で、微小粒子分取装置４００の液滴生成部以外の構成について説明する。
【００４８】
微小粒子分取装置４００は、フローセル４１４を備えている。フローセル４１４内において、サンプルライン４０１から供給された細胞懸濁液が、シースライン４０２から供給されたシース液で包まれて、細胞懸濁液がシース液に囲まれた層流が形成される。当該層流は、オリフィス４０３から噴射される。シース液は、シースライン用電極４０９と電気的に接続されており、その電位はＧＮＤに落とされている。
また、液滴荷電用電極板４１０が、柱状液体から液滴が千切れる位置の近傍に設けられている。液滴荷電用電極板４１０は、液滴荷電信号を与えるための電圧印加部４１５に接続されている。
図２に示したセルソータ２００では、シース液に導電性端子が電気的に接触され、当該導電性端子に接続された電圧印加部によって液滴荷電信号が付与されるが、図４の微小粒子分取装置４００では、シース液の電位はＧＮＤに落とされている。また、図２に示したセルソータ２００では、柱状液体から液滴が千切れる位置の近傍にＧＮＤ電極板２１０が設けられていたが、図４の微小粒子分取装置４００では、柱状液体から液滴が千切れる位置の近傍に液滴荷電用電極板４１０が設けられており、当該電極板４１０により液滴荷電信号が与えられる。図４の微小粒子分取装置においてこのような位置に液滴荷電用電極を設けることで、円筒電極４５０と柱状液体との間のクーロン力が、液滴荷電信号により影響を受けない。その結果、液滴生成がより精度よく制御される。
すなわち、本技術の微小粒子分取装置において、液滴を荷電する液滴荷電用電極板は、柱状液体から液滴が千切れる位置の近傍に設けられうる。そのため、本技術の微小粒子分取装置において、オリフィスと液滴荷電用電極板との間に、液滴生成部の電極が設けられうる。
【００４９】
図４における光学検出系４０６、光電変換素子４０７、及び電気処理システム４０８は、図２において示された光学検出系２０６、光電変換素子２０７、及び電気処理システム２０８と同じであってよい。また、図４における偏向電極板４１２及びコレクションチューブ４１３も、図２において示された偏向電極板２１２及びコレクションチューブ２１３と同じであってよい。すなわち、本技術において、散乱光及び蛍光に基づく粒子を分取するか廃棄するかの判断、及び、分取されるべき粒子の進行方向の制御及び分取は、図２について説明されたとおりに行われてよい。
【００５０】
また、本技術の微小粒子分取装置は、必要に応じて、上記で説明した制御部、入力部、出力部、及び記憶部を備えうる。
【００５１】
本技術の微小粒子分取装置の一例のブロック図を図２４に示す。
【００５２】
図２４において、微小粒子分取装置５００は、液滴生成部５０１、粒子判定部５０２、液滴荷電部５０３、進行方向制御部５０４、粒子回収部５０５、及び制御部５０６を備えている。
【００５３】
液滴生成部５０１は、図４を参照して説明したオリフィス４０３、円筒電極４５０、及び液滴生成用電圧印加部４５１を含む。液滴生成部５０１により、液滴が生成される。当該電圧印加部４５１により印加される電圧は、制御部５０６によって制御されうる。また、液滴生成部５０１のオリフィス４０３から排出される液体の流速が、制御部５０６によって制御されうる。
【００５４】
粒子判定部５０２は、図４を参照して説明した光学検出系４０６、光電変換素子４０７、及び電気処理システム４０８を含む。オリフィス４０３から排出された液滴に含まれる粒子の特性を判定する。判定された特性に関するデータは、例えば制御部５０６に送られる。制御部５０６は、当該データに基づいて液滴荷電部５０３を制御し、当該粒子を含む液滴に所定の電荷を付与する。  
【００５５】
液滴荷電部５０３は、図４を参照して説明した液滴荷電用電極板４１０及びこれに接続された電圧印加部４１５を含む。電圧印加部４１５により印加される電圧は、制御部５０６によって制御されうる。液滴荷電部５０３は、電圧印加部４１５による電圧の印加により、粒子を含む液滴に電極板４１０から所定の電荷を付与する。
【００５６】
進行方向制御部５０４は、図４を参照して説明した偏向電極板４１２及びこれに接続された電圧印加部を含む。当該電圧印加部により印加される電圧は、制御部５０６によって制御されうる。進行方向制御部５０４によって、荷電された液滴の進行方向が制御される。
【００５７】
粒子回収部５０５は、図４を参照して説明したコレクションチューブ４１３を含む。コレクションチューブは複数設けられてよく、液滴荷電部５０３によって与えられた電荷及び／又は進行方向制御部５０４による液滴の進行方向の制御によって、液滴が複数のコレクションチューブに分取される。また、コレクションチューブ４１３の位置が、液滴がコレクションチューブ４１３内に入るように、制御部５０６によって制御されうる。
【００５８】
制御部５０６は、液滴生成部５０１による液滴生成、液滴荷電部５０３による液滴荷電、及び進行方向制御部５０４による液滴の進行方向の変更を制御する。また、制御部５０６は、粒子判定部５０２により判定された粒子の特定に関するデータに基づき、当該液滴荷電及び当該進行方向の制御を行う。また、制御部５０６は、粒子回収部５０５のコレクションチューブの位置の制御を行う。
【００５９】
（３）第１の実施形態の第２の例（印加される電圧の例）
【００６０】
本技術において液滴生成用電圧印加部により印加される電圧は、柱状の液体にくびれを形成できるものでありうる。当該電圧の種類は当業者により適宜選択されうる。電圧の波形は、例えば正弦波、矩形波、三角波、若しくは鋸歯状波でありうる。電圧は、交流電圧又は脈流電圧でありうる。
液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅及び周波数は、例えば生成されるべき液滴及び誘起されるべき電荷などによって当業者により適宜選択されうる。当該電圧の振幅は、例えば１Ｖ〜５，０００Ｖ、好ましくは１０Ｖ〜３，０００Ｖ、より好ましくは５０Ｖ〜１，０００Ｖでありうる。当該電圧の周波数は、例えば１ｋＨｚ〜１，０００ｋＨｚ、好ましくは５ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ、より好ましくは１０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ、さらにより好ましくは２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚでありうる。
【００６１】
図５に、印加される交流電圧の波形の例及び当該交流電圧によって生じたくびれ量の例を示す。図５の上のグラフに示されるとおりの正弦波形の交流電圧が印加された場合、柱状液体は当該正弦波の１周期の間に２回電極に引きつけられる。そのため、発生するくびれの周波数は、図５の下のグラフに示されるとおり、当該交流電圧の周波数の倍になる。図５の下のグラフにおいて、縦軸は任意単位であり、柱状液体の表面が液滴生成用電極に最も近づいたときの柱状液体の直径を１とし、最も離れたときの柱状液体の直径を０としている。
【００６２】
印加される電圧が脈流電圧である場合、例えば常に電圧が正又は負であり且つ電圧値が周期的に変動する場合、交流電圧の場合と異なり、電圧の１周期の間に、柱状液体は１回電極に引きつけられる。図６に、印加される脈流電圧の例及び当該脈流電圧によって生じたくびれ量の例を示す。図６の上のグラフに示されるとおりの脈流電圧が印加された場合、柱状液体は１周期の間に１回電極に引きつけられる。そのため、発生するくびれの周波数は、図６の下のグラフに示されるとおり、当該脈流電圧の周波数と等しくなる。
【００６３】
（４）第１の実施形態の第３の例（不要電荷キャンセル信号）
【００６４】
上記「（１）第１の実施形態の説明」において述べたとおり、本技術の装置は、前記液滴生成部により生成された液滴を荷電する液滴荷電部をさらに備えうる。当該液滴荷電部は、好ましくは、液滴生成用電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷（「（４）第１の実施形態の第３の例（不要電荷キャンセル信号）」において、「不要電荷」ともいう）をキャンセルする波形を有する電圧によって、前記液滴を荷電しうる。当該キャンセルする波形を有する電圧によって液滴を荷電することで、荷電された液滴の進行方向をより正確に制御することができる。
以下で、図７を参照しながら、この実施態様に関してより詳細に説明する。
【００６５】
図７の左図は、図４に示された装置のうちフローセル４１４、円筒電極４５０、及び液滴荷電用電極板４１０を示す模式図である。図７の右図は、図７の左図の等価回路を示す。
【００６６】
一般的に用いられるシース液の導電性は高くないので、フローセル４１４内の流路の電気抵抗、及び、噴射された柱状液体の電気抵抗は無視できない。そのため、当該等価回路において、図４に示されたシースライン用電極４０９の接地端子から円筒電極４５０までの抵抗をＲ０、円筒電極４５０から液滴が千切れる柱状液体の先端までの抵抗をＲ１とする。また、当該等価回路において、液滴生成用電圧印加部４５１により印加される電圧（「（４）第１の実施形態の第３の例（不要電荷キャンセル信号）」において、「くびれ生成用信号」ともいう）をＶａと表し、且つ、液滴荷電用電極板４１０に接続された電圧印加部４１５により印加される電圧をＶｂと表す。
【００６７】
例えば、柱状液体の直径＝１００μｍ、円筒電極４５０の内径＝１７０μｍ、円筒電極４５０の長さ＝３００μｍの場合、Ｃ０は約３０ｆＦ程度である。柱状液体の先端と液滴荷電用電極板４１０との間の容量Ｃ１は約３ｆＦ程度である。フローセルのオリフィス４０３から円筒電極までの距離が約１ｍｍであり且つ切断距離が約１０ｍｍである場合、Ｒ０は約０．５ＭΩであり、及び、Ｒ１は約３ＭΩ程度である。この時、円筒電極４５０付近のノード０の電圧及び柱状液体の先端のノード１の電圧は、Ｖｂ＝０の場合（すなわち液滴荷電信号を付与しない場合）、以下の式で表される。
【００６８】
【数１】
2019020317.tif 000003
【００６９】
上記数式において、くびれ生成用信号Ｖａの角周波数をωとしたときに、角周波数と抵抗Ｒ０及びＲ１との関係は以下のとおりに仮定される。
【００７０】
【数２】
2019020317.tif 000004
2019020317.tif 000005
【００７１】
ここで、ｆはくびれ生成用信号の周波数である。従ってくびれ生成用信号によって液滴に重畳される不要電荷は以下の式で表される。
【００７２】
【数３】
2019020317.tif 000006
【００７３】
この時のくびれ生成用信号の波形及びノード１の電圧波形の例を図８の上及び下にそれぞれ示す。図８に示されるとおり、ノード１の電圧波形の位相は、くびれ生成用信号の波形の位相より約９０°進んでいる。
【００７４】
例えばｆ＝２５ｋＨｚ及びＶａ＝５００Ｖの場合、上記式より、液滴荷電信号を付与しない場合の不要電荷はおよそ３．５ｆＦである。
一方、液滴荷電信号の振幅を例えばＶｂ＝５０Ｖとした場合、液滴に付与される電荷は１５０ｆＦである。そのため、不要電荷の占める割合は３．５／１５０＝２．３％程度である。
【００７５】
前記不要電荷を液滴が有することで、液滴の進行方向を偏向電極板４１２の作る電場により曲げる際に、液滴の軌道がばらつき、正しくコレクションチューブに入らなくなる不具合が発生しうる。
そこで、本技術において、不要電荷をキャンセルするために、液滴荷電信号に、不要電荷をキャンセルするための信号、例えばノード１に発生する電圧波形と同一振幅且つ同一位相の波形など、が重畳されうる。図９に、不要電荷をキャンセルするための信号を重畳しない場合（図９上）、及び、不要電荷をキャンセルするための信号を重畳した場合（図９下）の電圧波形例を示す。
【００７６】
前記液滴荷電部が、図９下に示されるような波形を有する電圧により液滴を荷電することで、不要電荷がキャンセルされる。これにより、荷電された液滴の進行方向をより正確に制御することができる。また、液滴がコレクションチューブ４１３に入らないという不具合の発生を防ぐことも可能となる。
【００７７】
また、本技術の一つの実施態様において、本技術の装置は、例えば液滴軌跡観察部をさらに備えていてよい。液滴軌跡観察部は、不要電荷のキャンセルに最適な波形の決定に役立つ。例えば、液滴の軌跡を観察しながら、前記液滴荷電部により印加される電圧（例えば、電圧の振幅、位相、及び／又は波形など）を調節することで、不要電荷をキャンセルするために最適な電圧が決定されうる。
以下で、図１０を参照しながら、液滴軌跡観察部に関してより詳細に説明する。
【００７８】
図１０は、液滴軌跡観察部の一例を示す模式図である。図１０に示されるとおり、液滴軌跡観察部は、例えば液滴の軌跡を観察するためのカメラ１００１、及び、液滴が通過する部分にレーザビーム１００２を当てるレーザ照射装置（図示せず）を備えうる。
【００７９】
レーザビーム１００２が照射されている領域を液滴が通過する。当該液滴の通過が、カメラ１００１により撮影され、撮影により得られた画像データに基づき液滴の通過位置に関するデータが例えば制御部により取得される。当該通過位置に関するデータは、例えば液滴の通過した軌跡の幅でありうる。当該通過位置に関するデータに基づき、不要電荷をキャンセルするための電圧が調整されうる。
また、このような液滴軌跡観察部を設けることで、以下「２．第２の実施形態（方法）」において説明する不要電荷キャンセル信号最適化工程がより効率的に行われうる。
【００８０】
（５）第１の実施形態の第４の例（放電検出部）
【００８１】
本技術の装置は、前記電極と前記柱状の液体との間の放電を検出する放電検出部をさらに含みうる。放電検出部を本技術の装置に備えることによる利点の一つは、以下のとおりである。
すなわち、安定した液滴生成のために、特には安定した粒子分取のために、切断距離は所定の値以下にあることが望ましい。切断距離を短くするためには、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅を高くする必要がある。一方で、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅が高すぎる場合、液滴生成部の電極と柱状液体との間に放電が起こりやすくなる。当該放電によって、電極表面と柱状液体に蓄えられていた誘導電荷が失われ、クーロン引力が低下し、発生するくびれ量が減少する。そのため、切断距離が一時的に不安定になる。
前記放電検出部によって放電を検出することで、放電が起きないように、液滴生成用電圧印加部により印加される周期的な電圧を調整することができる。また、前記放電検出部を用いた電圧の調整によって、より高い振幅を選択することができる。また、前記放電検出部によって、放電が検出されることで、液滴生成を放電直後に停止することもできる。これにより、無駄な液滴生成を防ぐこともできる。
以下で、図１１を参照しながら、この実施態様に関してより詳細に説明する。
【００８２】
図１１の左上図は、図４に示された装置のうちのフローセル４１４、円筒電極４５０、及び液滴荷電用電極板４１０、並びに、放電検出部１１０１の構成の一例の模式図である。図１１の右上図は、当該例の等価回路図である。図１１の下図は、放電検出部１１０１のより詳細な等価回路図である。
図１１の左上に示されるとおり、放電検出部１１０１は、例えばシース液と電気的に接続するように設けられる。これにより、放電が検出可能である。また、放電検出部１１０１は、放電検出用電圧モニタ１１０２及び放電検出用抵抗１１０３を含みうる。円筒電極４５０と柱状液体との間で放電が起きると、図１１の右上に示される放電時の短絡回路ＳＷが短絡したと考えられる。当該短絡の結果、ノード２における電圧が大きく変動する。当該変動を、放電検出用電圧モニタ１１０２によって検出する。検出結果は、例えば図１１の下に示されるとおりコンパレータ１１０４によって、制御部（図示せず）に通知される。制御部は当該検出結果に基づき、例えば、放電が起きないように電圧印加部により印加される柱状液体とオリフィス近傍電極との間の周期的な電圧を調整し、又は、液滴生成を停止しうる。当該調整は、例えば、以下２．の「（４）第２の実施形態の第３の例（くびれ生成用信号最適化工程）」において説明するくびれ生成用信号最適化工程において行われうる。
【００８３】
放電が起こった場合のノード２における電圧の波形例を図２１に示す。当該波形は、オシロスコープにより測定されたものである。この波形例は、直径７０μｍのオリフィスからシース流量４．５ｍＬ／分でシース液を噴射し、且つ、振幅２４０Ｖ、オフセット電圧２４０Ｖ、及び周波数５０ｋＨｚの電圧を液滴生成部の電圧印加部により印加した際に起こった放電を示す波形である。図２１に示されるとおり、時刻約１１９２μｓから１４３２μｓの間で放電によるパルス電圧が観測されている。本技術において、放電検出部により、このような放電が観測されうる。
【００８４】
以上のとおり、放電検出部１１０１によって、柱状液体とオリフィス近傍電極との間の周期的な電圧の最適化及び／又は放電直後の液滴生成の停止が可能となる。
【００８５】
（６）第１の実施形態の第５の例（チップ内電極）
【００８６】
本技術の一つの実施態様において、本技術の装置は、柱状の液体を排出するオリフィスと当該オリフィスの近傍に設けられた電極とが１つのチップ内に設けられていてよい。
当該オリフィスと当該電極とを１つのチップ内に設けることで、当該オリフィス及び当該電極の相対的な位置関係が固定される。そのため、液滴生成をより精度よく制御することができる。また、液滴生成の堅牢性を高めることもできる。
以下で、図１２〜１７を参照しながら、この実施態様に関してより詳細に説明する。
【００８７】
図１２は、チップの一例を示す模式図である。図１２に示されたチップ１２００は、シース液流路１２０１及びサンプル液流路１２０２を有する。シース液流路１２０１は、シース液導入孔１２０３から導入されるシース液を通流させる。サンプル液流路１２０２は、サンプル液導入孔１２０４から導入されるサンプル液を通流させる。シース液及びサンプル液は、シース形成部１２０５において、サンプル液がシース液に囲まれた層流を形成する。当該層流は縮流部１２０６を通って、オリフィス１２０７に向かって流れる。オリフィス１２０７は、スカート部１２０８内に設けられている。チップのサイズは例えば７５×２５×２ｍｍなどでありうる。
スカート部１２０８の拡大図を図１３に示す。スカート部１２０８内にオリフィス１２０７を設けることで、シース液を止めた時に液がチップの側面を伝って表面および裏面に回り込むことが防止される。
【００８８】
上記実施態様において、図１４に示されるとおり、例えば、スカート部１２０８内に円筒電極１４５０が埋め込まれる。円筒電極１４５０とスカート部１２０８の最奥部１４５１との間の距離は、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．２ｍｍ以上、さらにより好ましくは０．４ｍｍ以上でありうる。このように、液滴生成用電極をスカート部の最奥部から離れた位置に設けることで、オリフィスと液滴生成用電極との間の絶縁沿面距離を確保でき、液滴生成用電極とシース液との間にリーク電流が流れることを防ぐことができる。
【００８９】
スカート部及び円筒電極の寸法の具体例を図１５に示す。図１５において、スカート部１５０８内に、円筒電極１５５０が埋め込まれている。スカート部１５０８は直径１ｍｍ且つ高さ２．５ｍｍの円筒形の空間を規定する。スカート部１５０８の最奥部１５５１の中心にオリフィス１２０７が設けられている。スカート部１５０８の最奥部１５５１から０．５ｍｍ離れた位置に、円筒電極１５５０が設けられている。円筒電極１５５０は、直径１ｍｍ且つ厚み０．１５ｍｍ且つ高さ０．３ｍｍの円筒である。このように円筒電極及びオリフィスを設けることで、両者の相対的な位置を固定し、液滴生成をより精度よく制御することができる。
【００９０】
本技術において、チップに設けられるスカート部の形状は、円筒状に限られず、例えば角筒状であってもよい。また、チップに設けられる電極の形状は、円筒形に限られず、角筒形であってもよい。また、当該電極の形状は、例えば上記１．の「（１）第１の実施形態の説明」において述べたとおり、当該電極が、オリフィスから排出される柱状液体の周囲の一部又は全部を囲むように構成されうる。
【００９１】
前記チップは、当業者に既知の方法によって適宜製造されうる。例えば、図１６に示されるとおり、スカート部及び所定の流路が予め形成された２枚の板（チップカバー１６０１及びチップベース１６０２）を張り合わせるときに、スカート部内に電極、例えば円筒電極１６０３など、を配置することによって、前記チップは製造されうる。
【００９２】
また、前記チップのスカート部内の電極をチップ外部と電気的に接触させるためには、例えば図１７に示されるとおり、電極がスカート部内に組み込まれたチップを複数枚重ねた後に、スパッタ等により金属蒸着が行われうる。図１７上に示されるとおり、点線矢印の方向から金属蒸着が行われうる。これにより、スカート部内の電極と外部とが、電気的に接触されうる。当該金属蒸着によって、図１７下に示されるとおり、蒸着電極１７０１が形成されうる。
【００９３】
２．第２の実施形態（方法）
【００９４】
（１）第２の実施形態の説明
【００９５】
本技術は、オリフィスから排出された柱状の液体と当該オリフィスの近傍に設けられた電極との間に周期的な電圧を印加することにより液滴を生成する液滴生成工程を含む方法も提供する。本技術の方法では、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加することにより、当該電極と当該液柱の表面との間にクーロン力が生じる。当該クーロン力によって当該液柱に周期的なくびれが生じ、当該くびれに従い液滴が生成される。
【００９６】
本技術の方法は、例えば、上記「１．第１の実施形態（装置）」において述べた装置を用いて行われうる。当該装置を用いて本技術の方法を行うことで、上記「１．第１の実施形態（装置）」において述べた効果の少なくとも一つが奏される。
【００９７】
本技術の方法は、例えばフローサイトメトリーなどの粒子分取方法でありうる。すなわち、本技術は、前記液滴生成工程を含む粒子分取方法を提供する。当該粒子分取方法は例えば、前記液滴生成工程に加えて、当該液滴生成工程の前若しくは後又は当該工程と同時に行われる粒子判定工程、当該液滴生成工程の前若しくは後又は当該工程と同時に行われる液滴荷電工程、及び、当該液滴生成工程の後に行われる液滴回収工程をさらに含みうる。粒子分取方法の例について、以下「（２）第２の実施形態の第１の例（方法）」においてより詳細に説明する。
また、本技術の方法は、粒子分取方法以外の方法であってもよい。例えば、本技術の方法は、インクジェットプリンタ又は微粒子材料の製造における液滴生成のために行われてもよい。
【００９８】
（２）第２の実施形態の第１の例（方法）
【００９９】
以下で、図１８を参照しながら、本技術の方法の一例である粒子分取方法を説明する。
【０１００】
図１８は、粒子分取方法のフローを示す。当該粒子分取方法は、上記「１．第１の実施形態（装置）」において図４に示された微小粒子分取装置において行われうる。そのため、以下の説明は、図４も参照しながら行われる。
当該粒子分取方法は、粒子判定工程、液滴生成工程、液滴荷電工程、及び液滴回収工程を含む。以下、各工程を説明する。
【０１０１】
ステップＳ１０１において、本技術の粒子分取が開始される。
【０１０２】
ステップＳ１０２の粒子判定工程において、フローセル４１４のオリフィス４０３から、柱状の液体が排出される。当該柱状の液体は、レーザスポット４０５を通過する。当該レーザスポット４０５を通過する柱状の液体中に粒子が含まれている場合、レーザ光が当該粒子に当たることで、蛍光及び／又は散乱光が生じる。当該蛍光及び／又は散乱光が、光学検出系４０６で集光され、光電変換素子４０７によって電気信号として検出される。検出された信号は電気処理システム４０８で処理され、その結果に基づいて例えば電気処理システム４０８又は制御部により当該粒子を分取するか廃棄するかの判断が行われる。粒子判定工程は、例えば図２４を参照して説明した粒子判定部５０２により行われうる。
【０１０３】
ステップＳ１０３の液滴生成工程において、交流電源４５１によって、円筒電極４５０と柱状液体との間に周期的な電圧が印加される。これにより、柱状液体に当該周期的な電圧に対応するくびれが形成される。そして、柱状液体の先端で、当該くびれに応じた液滴が形成される。当該周期的な電圧は、１つの液滴が１つの粒子を含むように制御されうる。液滴生成工程は、例えば図２４を参照して説明した液滴生成部５０１により行われうる。
【０１０４】
ステップＳ１０４の液滴荷電工程において、電圧印加部４１５による電圧の印加によって、液滴荷電用電極板４１０と柱状液体の先端との間にキャパシタが形成され、そして、当該柱状液体先端に電荷が発生する。当該電荷が、ステップＳ１０３において形成される液滴に残る。これにより、液滴が荷電される。当該液滴荷電工程において、ステップＳ１０３において交流電源４５１により与えられた電荷をキャンセルする波形を有する電圧が与えられてもよい。液滴荷電工程は、例えば図２４を参照して説明した液滴荷電部５０３により行われうる。
【０１０５】
ステップＳ１０５の液滴回収工程において、偏向電極板４１２によって、液滴の進行方向が制御される。液滴の進行方向は、ステップＳ１０２における判断結果に応じて決定される。そして、分取されるべき粒子を含む液滴が所定のコレクションチューブ４１３に入る。分取されるべきでない粒子を含む液滴又は粒子を含まない液滴は、他のコレクションチューブに入る。これにより、粒子が分取される。液滴回収工程は、例えば図２４を参照して説明した進行方向制御部５０４及び粒子回収部５０５により行われうる。
【０１０６】
ステップＳ１０６において、粒子分取が終了される。
【０１０７】
（３）第２の実施形態の第２の例（不要電荷キャンセル信号最適化工程）
【０１０８】
本技術の方法は、液滴生成用電圧印加部によって液滴に与えられた電荷（「（３）第２の実施形態の第２の例（不要電荷キャンセル信号最適化工程）」において、「不要電荷」ともいう）をキャンセルする波形の最適化工程を含みうる。当該最適化工程は、例えば、前記液滴生成部により生成された液滴を前記液滴荷電部により荷電しそして当該荷電された液滴の進行方向を前記進行方向制御部により制御することで液滴（又は液滴中の粒子）を分取する場合に行われうる。当該最適化工程は、例えば、上記「（２）第２の実施形態の第１の例（方法）」のステップＳ１０２の前に行われうる。当該最適化工程は、例えば図２４を参照して説明した制御部５０６により行われうる。
以下で、当該最適化工程を、図４及び図１９を参照しながら説明する。図１９は、最適化工程の一例を示すフロー図である。
【０１０９】
ステップＳ２０１において、最適化工程が開始される。当該最適化工程は、例えば、図４に示した微小粒子分取装置４００の液滴生成用電圧印加部４５１によって液滴に与えられた電荷をキャンセルする波形（以下、「不要電荷キャンセル信号」ともいう）を最適化するために行われる。
【０１１０】
ステップＳ２０２において、不要電荷キャンセル信号の振幅の初期値が設定される。当該初期値は、例えば液滴生成用電圧印加部４５１により印加される電圧に基づき、当業者により適宜選択されうる。
【０１１１】
ステップＳ２０３において、前記初期値の振幅の場合における、例えば位相０°〜３６０°の範囲での掃引が行われる。
当該掃引において、例えば、微小粒子分取装置４００により粒子分取（又は液滴分取）を行いながら、不要電荷キャンセル信号の位相が、０°〜３６０°の範囲で連続的に変化されうる。当該位相を０°〜３６０°の範囲で連続的に変化しながら、液滴の軌跡の幅が測定されうる。
又は、当該掃引において、例えば、微小粒子分取装置４００により粒子分取を行いながら、不要電荷キャンセル信号の位相が、０°〜３６０°の範囲で不連続的に変更されうる。例えば、不要電荷キャンセル信号の位相が、所定間隔の複数の位相に変更されうる。不要電荷キャンセル信号の位相をこのように変更しながら、各位相における液滴の軌跡の幅が測定されうる。
液滴の軌跡の幅は、例えば、上記で図１０を参照して説明した液滴軌跡観察部により測定されうる。測定結果に基づき、液滴軌跡幅が最小になる位相が選択されうる。又は、所定の値以下の液滴軌跡幅をもたらす位相のうちから、任意の位相が選択されうる。
【０１１２】
ステップＳ２０４において、ステップＳ２０３において選択された位相を、不要電荷キャンセル信号の位相として設定する。
【０１１３】
ステップＳ２０５において、ステップＳ２０４において設定された位相の場合における、所定範囲内の振幅での掃引が行われる。掃引が行われる振幅の範囲は、当業者により任意に設定されてよい。当該範囲は、例えば前記初期値の０．１倍〜１０倍、特には０．２倍〜５倍、より特には０．５倍〜２倍でありうる。
当該掃引において、例えば、微小粒子分取装置４００により粒子分取を行いながら、不要電荷キャンセル信号の振幅が、前記範囲内で連続的に変化されうる。当該振幅を連続的に変化させながら、液滴の軌跡の幅が測定されうる。
又は、当該掃引において、例えば、微小粒子分取装置４００により粒子分取を行いながら、不要電荷キャンセル信号の振幅が、前記範囲内で不連続的に変更されうる。例えば、不要電荷キャンセル信号の振幅が、所定間隔の複数の振幅に変更されうる。不要電荷キャンセル信号の振幅をこのように変更しながら、各振幅における液滴の軌跡の幅が測定されうる。
液滴の軌跡の幅は、例えば、上記で図１０を参照して説明した液滴軌跡観察部により測定されうる。測定結果に基づき、液滴軌跡幅が最小になる振幅が選択されうる。又は、所定の値以下の液滴軌跡幅をもたらす振幅のうちから、任意の振幅が選択されうる。
【０１１４】
ステップＳ２０６において、ステップＳ２０５において選択された振幅を、不要電荷キャンセル信号の振幅として設定する。
【０１１５】
ステップＳ２０７において、ステップＳ２０４及びＳ２０６において設定された位相及び振幅を有する不要電荷キャンセル信号が液滴荷電部により印加される電圧に重畳された電圧を用いた場合の液滴軌跡幅が、所定の範囲内にあるかが判定される。当該判定は、例えば、所定のコレクションチューブ内に全液滴のうち所定の割合以上、例えば全液滴の９０％以上、好ましくは全ての液滴が入ることを可能にするような範囲内に液滴軌跡幅があるかどうかにより行われうる。
判定の結果、液滴軌跡幅が所定範囲内にある場合は、ステップＳ２０８に進む。
判定の結果、液滴軌跡幅が所定範囲内にない場合は、ステップＳ２０９に進む。
【０１１６】
ステップＳ２０８において、最適化工程を終了する。最適化工程後、例えば、上記「（２）第２の実施形態の第１の例（方法）」で述べたステップＳ１０２〜Ｓ１０６が行われうる。ステップＳ１０４において、前記設定された位相及び振幅を有する不要電荷キャンセル信号が、液滴荷電のための電圧に重畳されうる。
【０１１７】
ステップＳ２０９において、ステップＳ２０７からＳ２０９に進んだ回数が判定される。
当該回数が所定の値以下である場合は、ステップＳ２０３に進む。そして、再度ステップＳ２０３〜Ｓ２０７が行われる。この場合に、例えば、ステップＳ２０３において掃引される位相の範囲及び／又は間隔を、前にステップＳ２０３を行った場合から変更してよく、及び／又は、ステップＳ２０５における振幅の範囲及び／又は間隔を、前にステップＳ２０５を行った場合から変更してよい。これにより、前記所定範囲内に液滴軌跡幅が収まるような振幅及び位相が見つかる可能性が高まる。
当該回数が所定の値より多い場合は、ステップＳ２１０に進む。
【０１１８】
ステップＳ２１０において、エラー出力が行われ、最適化工程が終了される。エラー出力が行われた場合、必要に応じて、振幅の初期値が別の値に設定され、そして、再度最適化工程が行われてもよい。
【０１１９】
以上のように、前記最適化工程は、粒子分取又は液滴分取を行いながら、不要電荷キャンセル信号の位相を所定範囲内で変化させ、各位相における液滴の軌跡の幅を測定し、当該測定の結果に基づき位相を選択する位相選択工程を含みうる。選択される位相は、例えば前記軌跡の幅が最小となる場合の位相であってよく、又は、前記軌跡の幅が所定の値以下となる場合のいずれかの位相であってもよい。
また、前記最適化工程は、粒子分取又は液滴分取を行いながら、不要電荷キャンセル信号の振幅を所定範囲内で変化させ、各振幅における液滴の軌跡の幅を測定し、当該測定の結果に基づき振幅を選択する振幅選択工程を含みうる。選択される振幅は、例えば前記軌跡の幅が最小となる場合の振幅であってよく、又は、前記軌跡の幅が所定の値以下となる場合のいずれかの振幅であってもよい。
前記最適化工程において、前記位相選択工程及び前記振幅選択工程のいずれか一方のみが行われてもよく、又は、両方が行われてもよい。これら工程の両方が行われる場合、位相選択工程が先に行われ、次に振幅選択工程が行われてもよく、又は、先に振幅選択工程が行われ、次に位相選択工程が行われてもよい。
本技術の方法が図４に示されるような微小粒子分取装置を用いた粒子分取方法である場合、前記最適化工程により不要電荷をキャンセルする波形が最適化されることで、荷電された液滴の進行方向の制御をより正確に制御することができる。
【０１２０】
（４）第２の実施形態の第３の例（くびれ生成用信号最適化工程）
【０１２１】
本技術の方法は、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧（「（４）第２の実施形態の第３の例（くびれ生成用信号最適化工程）」において、「くびれ生成用信号」ともいう）を、液滴生成部の電極と柱状液体との間の放電が起こらないように最適化する工程（以下、「くびれ生成用信号最適化工程」ともいう）を含みうる。当該くびれ生成用信号最適化工程は、例えば、上記「（２）第２の実施形態の第１の例（方法）」のステップＳ１０２の前に行われうる。当該最適化工程は、例えば図２４を参照して説明した制御部５０６により行われうる。
当該くびれ生成用信号最適化工程は、本技術の装置が上記で述べた放電検出部を備えている場合に、より効率的に行われうる。
以下で、当該最適化工程を、図２０を参照しながら説明する。図２０は、当該くびれ生成用信号最適化工程の一例を示すフロー図である。
【０１２２】
ステップＳ３０１において、くびれ生成用信号最適化工程が開始される。当該最適化工程は、例えば、図４に示した液滴生成用電圧印加部４５１により印加される電圧を最適化するために行われる。
【０１２３】
ステップＳ３０２において、くびれ生成用信号の振幅の初期値が設定される。当該初期値は、例えば液滴生成部の電極と柱状液体との間の距離及び所望のくびれを形成するために必要な電荷などに基づき設定されうる。当該初期値は、経験的に放電が起こらないことが判明している値であってもよい。
【０１２４】
ステップＳ３０３において、振幅を前記初期値から所定の値だけ増加させる。
【０１２５】
ステップＳ３０４において、ステップＳ３０３における増加後の振幅（又はステップＳ３１１における減少後の振幅）で、液滴生成を所定時間行う。当該液滴生成は、例えば液滴生成用電圧印加部４５１により当該増加後の振幅を有する電圧を電極４５０と柱状液体との間に印加することによって行われうる。当該電圧の周波数は、例えば生成されるべき液滴の大きさなどに応じて、当業者により適宜選択されうる。また、当該液滴生成が行われる時間は、例えば当該最適化工程後に行われる微小粒子分取の時間の長さなどに応じて、当業者により適宜設定されうる
【０１２６】
ステップＳ３０５において、ステップＳ３０４における液滴生成において、放電が検出されたかどうかが判定される。放電検出は、例えば図１１を参照して説明した放電検出部などにより行われうる。
放電が検出された場合、ステップＳ３１１に進む。
放電が検出されなかった場合、ステップＳ３０６に進む。
【０１２７】
ステップＳ３０６において、ステップＳ３０３における増加後の振幅で液滴生成を行った場合の、オリフィス先端から液柱が切断されるまでの距離、すなわち切断距離が測定される。
【０１２８】
ステップＳ３０７において、ステップＳ３０６において測定された切断距離が、所定の値以下であるかどうかが判定される。
当該切断距離が所定の値以下である場合、直前のステップＳ３０３における増加後の振幅が最適な振幅であると決定し、そして、ステップＳ３０８に進む。
当該切断距離が所定の値より高い場合、ステップＳ３０９に進む。
【０１２９】
ステップＳ３０８において、くびれ生成用信号最適化工程が終了される。くびれ生成用信号最適化工程後、例えば、上記「（２）第２の実施形態の第１の例（方法）」で述べたステップＳ１０２〜Ｓ１０６が行われうる。ステップＳ１０３において、ステップＳ３０３における増加後の振幅を有する電圧を液滴生成用電圧印加部４５１により印加することによって、液滴生成が行われうる。
【０１３０】
ステップＳ３０９において、ステップＳ３０７からステップＳ３０９に進んだ回数が判定される。
ステップＳ３０７からステップＳ３０９に進んだ回数が所定の値以下である場合は、ステップＳ３０３に進む。そして、再度ステップＳ３０３〜Ｓ３０７及びＳ３１１が行われる。この場合、例えば、ステップＳ３０３において、前回のステップ３０３における振幅の増加よりも、振幅がより少なく又はより大きく増加されてよく、及び／又は、ステップＳ３１１において、前回のステップ３１１における振幅の減少よりも、振幅がより少なく又はより大きく減少されうる。これにより、ステップＳ３０７における前記所定の値以下の切断距離を達成する振幅が見つかる可能性が高まる。
ステップＳ３０７からステップＳ３０９に進んだ回数が所定の値より多い場合は、ステップＳ３１０に進む。
【０１３１】
ステップＳ３１０において、エラー出力が行われ、くびれ生成用信号最適化工程が終了される。エラー出力が行われた場合、必要に応じて、振幅の初期値が別の値に設定され、そして、再度くびれ生成用信号最適化工程が行われてもよい。
【０１３２】
ステップＳ３１１において、振幅を、ステップＳ３０３における増加後の値から、所定の値だけ減少させる。
【０１３３】
以上のとおり、前記くびれ生成用信号最適化工程は、液滴生成部の電極と柱状液体との間の放電の検出の有無に基づき、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅を決定する振幅決定工程を含みうる。
当該振幅決定工程は、所定の初期値から所定の値だけ増加させた振幅を有する電圧を液滴生成用電圧印加部によって液滴生成部の電極と柱状液体との間に印加しながら液滴生成を行い、液滴生成部の電極と当該柱状液体との間の放電の検出の有無を判定する放電検出工程を含みうる。前記放電が検出されなかった場合に、前記増加させた振幅が、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅として決定されうる。前記放電が検出された場合に、当該増加後の振幅の値から所定の値だけ減少させた振幅を有する電圧を液滴生成用電圧印加部によって液滴生成部の電極と柱状液体との間に印加しながら液滴生成を行い、前記前記放電の検出の有無が判定されうる。
また、当該振幅決定工程は、前記放電が検出されなかった場合に、切断距離が所定の値以下であるかを判定する判定工程をさらに含みうる。当該判定工程において、切断距離が所定の値以下である場合に、当該増加させた振幅が、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅として決定されうる。当該判定工程において、切断距離が所定の値を超える場合に、所定の初期値から所定の値だけ増加させた振幅で、再度、放電検出工程が行われうる。この場合、振幅の増加幅は、前回の放電検出工程における増加幅と異なりうる。これにより、最適な振幅が見つかる可能性が高まる。
以上のくびれ生成用信号最適化工程によって、液滴生成部の電極と柱状液体との間の放電を引き起こさず且つより高い振幅が選択されうる。くびれ生成用信号最適化工程において選択された振幅によって、より短い切断距離を与える液滴生成、すなわちより安定した液滴生成が可能となる。
【０１３４】
３．第３の実施形態（微小粒子分取システム）
【０１３５】
（１）第３の実施形態の説明
本技術は、柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部を備えている装置を含む微小粒子分取システムも提供する。当該装置は、上記「１．第１の実施形態（装置）」において説明したとおりの装置である。本技術の微小粒子分取システムでは、当該装置において液滴が生成される。当該生成された液滴に含まれる粒子の種類によって液滴の進行方向を制御することで、粒子が分取されうる。当該進行方向の制御及び粒子分取は、例えば上記１．の「（２）第１の実施形態の第１の例（装置）」において述べたとおりに行われうる。
【０１３６】
（２）第３の実施形態の例（微小粒子分取システム）
【０１３７】
本技術の粒子分取システムは、本技術の微小粒子分取装置を含む。当該微小粒子分取装置は、例えば、上記１．の「（２）第１の実施形態の第１の例（装置）」において図４を参照して説明した微小粒子分取装置４００でありうる。また、本技術の微小粒子分取システムは、放電検出部を含みうる。さらに、本技術の微小粒子分取システムは、上記で説明した制御部、入力部、出力部、及び記憶部などを含みうる。本技術の微小粒子分取システムには、これらの構成要素が、微小粒子の分取を実行可能なように構成されていればよく、これら構成要素は別個の装置に備えられていてもよい。例えば、一つの実施態様において、微小粒子分取装置４００に前記制御部が備えられており、且つ、入力部、出力部、及び記憶部が、有線又は無線で微小粒子分取装置４００に接続されうる。
【０１３８】
４．実施例
【０１３９】
（１）実施例１
【０１４０】
図４に示されたとおりの微小粒子分取装置を用意した。当該微小粒子分取装置のオリフィスの直径は７０μｍであり、円筒電極の内径は１７０μｍであり且つ長さは３００μｍであった。当該オリフィス及び当該円筒電極は、当該オリフィスから排出された液体が当該円筒電極の内側を、当該円筒電極に接触せずに通過するように構成された。
【０１４１】
シース液が、当該オリフィスからシース流量４．５ｍＬ／分で噴射された。当該シース液は、当該円筒電極の内側を、当該円筒電極に接触せずに通過した。また、当該円筒電極と当該噴射された柱状のシース液との間に、液滴生成用電圧印加部によって周期的な交流電圧を印加した。その結果、液滴が生成された。液滴の周波数は、当該交流電圧の周波数の２倍であった。
【０１４２】
当該交流電圧の振幅が±２４０Ｖ及び±４８０Ｖの時の切断距離の測定結果を、図２２の左のグラフに示す。グラフの縦軸は切断距離である。グラフの横軸は液滴周波数であり、すなわち電圧の周波数の２倍の値である。当該グラフに示されるとおり、液滴周波数が５０ｋＨｚから７０ｋＨｚの範囲にある場合に、すなわち交流電圧の周波数が２５ｋＨｚから３５ｋＨｚの範囲にある場合に、切断距離が特に短かった。すなわち、当該範囲内で、より変動の小さい、安定した液滴生成が行われることが分かる。また、液滴周波数が５９ｋＨｚの場合に、切断距離は最短であった。液滴周波数が５９ｋＨｚの場合の液滴のストロボ画像を、図２２の右に示す。
【０１４３】
（２）実施例２
【０１４４】
実施例１で用いた微小粒子分取装置において、シース液が、当該オリフィスからシース流量４．５ｍＬ／分で噴射された。また、当該円筒電極と当該噴射された柱状のシース液との間に、液滴生成用電圧印加部によって周期的な脈流電圧を印加した。その結果、液滴が生成された。液滴の周波数は、当該交流電圧の周波数と等しかった。
【０１４５】
当該脈流電圧の振幅が１２０Ｖであり且つオフセット電圧が１２０Ｖである場合（凡例２４０Ｖ）、当該脈流電圧の振幅が２４０Ｖであり且つオフセット電圧が２４０Ｖである場合（凡例４８０Ｖ）、当該脈流電圧の振幅が１２０Ｖであり且つオフセット電圧が−１２０Ｖ（凡例−２４０Ｖ）である場合、及び当該脈流電圧の振幅が２４０Ｖであり且つオフセット電圧が−２４０Ｖである場合（凡例−４８０Ｖ）の切断距離の測定結果を図２３の左に示す。グラフの縦軸は切断距離である。グラフの横軸は液滴周波数であり、これは電圧の周波数に等しい。当該グラフに示されるとおり、液滴周波数が５０ｋＨｚから７０ｋＨｚの範囲にある場合に、すなわち脈流電圧の周波数が５０ｋＨｚから７０ｋＨｚの範囲にある場合に、切断距離が特に短かった。すなわち、当該範囲内で、より変動の小さい、安定した液滴生成が行われることが分かる。また、液滴周波数が５９ｋＨｚの場合に、切断距離は最短であった。液滴周波数が５９ｋＨｚの場合の液滴のストロボ画像を、図２３の右に示す。
【０１４６】
なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
〔１〕柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部
を備えている装置。
〔２〕前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されている、〔１〕に記載の装置。
〔３〕前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって生じる、前記電極と前記柱状の液体との間のクーロン力によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されている、〔１〕又は〔２〕に記載の装置。
〔４〕前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成し、当該くびれが形成された部分で前記柱状の液体が千切れて液滴が形成されるように構成されている、〔１〕〜〔３〕のいずれか一つに記載の装置。
〔５〕前記電極が前記柱状の液体と接触しないように、前記電極及び前記オリフィスが配置されている、〔１〕〜〔４〕のいずれか一つに記載の装置。
〔６〕前記電極が前記柱状の液体の側方に位置するように、前記電極及び前記オリフィスが配置されている、〔１〕〜〔５〕のいずれか一つに記載の装置。
〔７〕前記電極が前記柱状の液体の周囲の一部又は全部を囲むように、前記電極及び前記オリフィスが配置されている、〔１〕〜〔６〕のいずれか一つに記載の装置。
〔８〕前記オリフィスが、円柱状の液体を排出する、〔１〕〜〔７〕のいずれか一つに記載の装置。
〔９〕前記液滴生成部により生成された液滴を荷電する液滴荷電部をさらに備えている、〔１〕〜〔８〕のいずれか一つに記載の装置。
〔１０〕前記液滴荷電部により荷電された液滴の進行方向を制御する進行方向制御部をさらに備えている、〔１〕〜〔９〕のいずれか一つに記載の装置。
〔１１〕前記液滴荷電部が、前記電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷をキャンセルする波形を有する電圧によって、前記液滴を荷電する、〔９〕又は〔１０〕に記載の装置。
〔１２〕前記電極と前記柱状の液体との間の放電を検出する放電検出部をさらに含む、〔１〕〜〔１１〕のいずれか一つに記載の装置。
〔１３〕前記オリフィス及び前記電極が１つのチップ内に設けられている、〔１〕〜〔１２〕のいずれか一つに記載の装置。
〔１４〕微小粒子分取装置である、〔１〕〜〔１３〕のいずれか一つに記載の装置。
〔１５〕オリフィスから排出された柱状の液体と当該オリフィスの近傍に設けられた電極との間に周期的な電圧を印加することにより液滴を生成する液滴生成工程を含む方法。
〔１６〕柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部
を備えている装置を含む微小粒子分取システム。
【符号の説明】
【０１４７】
４００  微小粒子分取装置
４０３  オリフィス
４１４  フローセル
４５０  円筒電極
４５１  電圧印加部
【図１】
2019020317.tif 000007
【図２】
2019020317.tif 000008
【図３】
2019020317.tif 000009
【図４】
2019020317.tif 000010
【図５】
2019020317.tif 000011
【図６】
2019020317.tif 000012
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月28日(2017.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、液滴生成部を備えている装置、液滴生成工程を含む方法、及び微小粒子分取システムに関する。より詳細には、オリフィス、電極、及び電圧印加部を備えている液滴生成部を備えている装置、電圧の印加により液滴を生成する液滴生成工程を含む方法、及び、前記装置を含む微小粒子分取システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞、微生物及びリポソームなどの生体関連粒子の分析のために、フローサイトメータによる光学的測定方法が利用されている。フローサイトメータは、フローセル又はマイクロチップに形成された流路内を通流する粒子に光を照射し、個々の粒子から発せられた蛍光及び／又は散乱光を検出して粒子を分析する装置である。分析結果に基づいて特定の特性を有する粒子のみを分別して回収する機能を備えたフローサイトメータもあり、これは「セルソータ」と呼ばれている。多くのセルソータでは、粒子を分取する方式として、粒子を含む液滴を帯電させて分取する液滴荷電方式が採用されている。
【０００３】
細径のオリフィスから液体を勢いよく噴射すると液柱が形成される。液柱形状は力学的に不安定であり、液柱は、液柱径の微小な揺らぎを引き金として、表面張力により自発的に液滴を形成する。
液柱径に与えられた正弦波的な変動は或る時定数で時間と共に指数関数的に成長する。その時定数は、液柱径をｄ及び液柱径変動波長をλとすると、λ＝４．５ｄのとき最小値を取る。従って、オリフィス先端から液柱が切断されるまでの距離（以下、「切断距離」ともいう）は、λ＝４．５ｄを満たす液滴周波数のときに最短となる（下記非特許文献１）。
液柱にくびれを生じさせる手段として、セルソータでは一般的に振動が用いられてきた。当該振動は、例えば圧電素子（ＰＺＴ）によって発生させられる。また、インクジェット方式のプリンターでは、下記特許文献１に示す交流電界を用いた方法も知られている。
【０００４】
フローセルとしてマイクロチップが用いられたセルソータとして、例えば下記特許文献２には、「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】特開昭５８−１７５６６８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９０６８０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】AD0437951, "HIGH-FREQUENCY OSCILLOGRAPHY WITH ELECTROSTATICALLY DEFLECTED INK JETS", Sweet, Richard G. MAR 1964. (http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf&AD=AD0437951)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のセルソータでは、液柱径にくびれを生じさせるために、例えば圧電素子（ＰＺＴ）などの振動子によって生じる振動が利用されてきた。しかしながら、振動子の動作周波数が制限される場合がある。例えば、切断距離は例えばフローセルなどの構造体の機械的共振によって影響されるために、切断距離が最短となる最適周波数で振動子を動作させることができない場合がある。
【０００８】
本技術は、新たな液滴生成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、特定の構成を有する液滴生成部により、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、柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部を備えている装置を提供する。
本技術の一つの実施態様において、前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって生じる、前記電極と前記柱状の液体との間のクーロン力によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成し、当該くびれが形成された部分で前記柱状の液体が千切れて液滴が形成されるように構成されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記電極が前記柱状の液体と接触しないように、前記電極及び前記オリフィスが配置されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記電極が前記柱状の液体の側方に位置するように、前記電極及び前記オリフィスが配置されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記電極が前記柱状の液体の周囲の一部又は全部を囲むように、前記電極及び前記オリフィスが配置されうる。
本技術の一つの実施態様において、前記オリフィスが、円柱状の液体を排出するものでありうる。
本技術の一つの実施態様において、前記装置は、前記液滴生成部により生成された液滴を荷電する液滴荷電部をさらに備えていてよい。
本技術の一つの実施態様において、前記装置は、前記液滴荷電部により荷電された液滴の進行方向を制御する進行方向制御部をさらに備えていてよい。
本技術の一つの実施態様において、前記液滴荷電部が、前記電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷をキャンセルする波形を有する電圧によって、前記液滴を荷電するものでありうる。
本技術の一つの実施態様において、前記装置は、前記電極と前記柱状の液体との間の放電を検出する放電検出部をさらに含みうる。
本技術の一つの実施態様において、前記オリフィス及び前記電極が１つのチップ内に設けられていてよい。
本技術の一つの実施態様において、前記装置は、微小粒子分取装置でありうる。
【００１１】
また、本技術は、オリフィスから排出された柱状の液体と当該オリフィスの近傍に設けられた電極との間に周期的な電圧を印加することにより液滴を生成する液滴生成工程を含む方法も提供する。
【００１２】
また、本技術は、柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部を備えている装置を含む微小粒子分取システムも提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本技術により、新たな液滴生成技術が提供される。また、本技術では、振動によらずに液滴が生成されるので、従来技術である振動子による液滴生成技術が有する動作周波数の制限に関する問題は生じない。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】
【００１４】
【図１】オリフィスから噴射された柱状液体から液滴が形成されることを示す図である。
【図２】液滴荷電方式のセルソータの模式図である。
【図３】柱状の液体と電極との間に電圧を印加することで液滴が形成されることを示す図である。
【図４】本技術に従う粒子分取装置の模式図である。
【図５】印加される交流電圧の例及び当該交流電圧によって生じたくびれの発生量の例を示す図である。
【図６】印加される脈流電圧の例及び当該脈流電圧によって生じたくびれの発生量の例を示す図である。
【図７】図４に示された装置のうち液滴生成部及び液滴荷電部の模式図並びにこれら構成要素の等価回路図である。
【図８】くびれ生成用信号の波形及びノード１の電圧波形の例を示す図である。
【図９】不要電荷をキャンセルするための信号を重畳しない場合及び不要電荷をキャンセルするための信号を重畳した場合の電圧波形例を示す図である。
【図１０】液滴軌跡観察部の一例を示す模式図である。
【図１１】図４に示された装置のうち液滴生成部及び液滴荷電部並びに放電検出部の模式図、並びに、これら構成要素の等価回路図である。
【図１２】チップの一例の模式図である。
【図１３】チップのスカート部の拡大図である。
【図１４】円筒電極が埋め込まれたスカート部を示す図である。
【図１５】スカート部及び円筒電極の寸法の具体例を示す図である。
【図１６】チップの製造方法を示す図である。
【図１７】スカート部の金属蒸着の仕方及び金属蒸着後のスカート部を示す図である。
【図１８】本技術に従う粒子分取方法のフロー図である。
【図１９】不要電荷キャンセル信号最適化工程の一例のフロー図である。
【図２０】くびれ生成用信号最適化工程の一例のフロー図である。
【図２１】電極と柱状液体との間に放電が起こった場合の電圧の波形例を示す図である。
【図２２】切断距離の測定結果及び生成された液滴のストロボ画像を示す図である。
【図２３】切断距離の測定結果及び生成された液滴のストロボ画像を示す図である。
【図２４】本技術に従う粒子分取装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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（装置）
（０）関連技術の説明
（１）第１の実施形態の説明
（２）第１の実施形態の第１の例（装置）
（３）第１の実施形態の第２の例（印加される電圧の例）
（４）第１の実施形態の第３の例（不要電荷キャンセル信号）
（５）第１の実施形態の第４の例（放電検出部）
（６）第１の実施形態の第５の例（チップ内電極）
２．第２の実施形態（方法）
（１）第２の実施形態の説明
（２）第２の実施形態の第１の例（方法）
（３）第２の実施形態の第２の例（不要電荷キャンセル信号最適化工程）
（４）第２の実施形態の第３の例（くびれ生成用信号最適化工程）
３．第３の実施形態（微小粒子分取システム）
（１）第３の実施形態の説明
（２）第３の実施形態の例（微小粒子分取システム）
４．実施例
（１）実施例１
（２）実施例２
【００１６】
１．第１の実施形態（装置）
【００１７】
（０）関連技術の説明
【００１８】
図１に示すように、オリフィス出口１００から噴射された液柱１０１の径を、液滴が形成される前に外部から変調し周期的なくびれ１０２を液柱に生じさせると、粒径が均一で周期的な液滴１０３を形成することができる。図１において、領域１０４を拡大して示した拡大図１０５において示されるとおり、生成された周期的なくびれは徐々に大きくなる。なお、拡大図１０５は、くびれが大きくなることを強調しており、実際の状況を表すものでない。図１において、切断距離は、両矢印１０６において示される距離である。
【００１９】
図２に液滴荷電方式のセルソータの模式図を示す。図２に示されるセルソータ２００において、サンプルライン２０１から供給された細胞懸濁液（予め蛍光染色された細胞を含む）は、フローセル２１４内でシースライン２０２から供給されたシース液で包まれ細いコアを形成する。サンプル流量とシース流量を適切に設定することにより、このコア中の細胞は一列に整列した状態となり、流れに従ってオリフィス２０３に到達する。フローセル２１４のオリフィス２０３から噴射された液柱にレーザビーム２０４が照射される。細胞がレーザスポット２０５を通過する際に発せられた散乱光及び／又は蛍光が、光学検出系２０６で集光され、ＰＭＴ（光電子増倍管）などの光電変換素子２０７によって電気信号として検出される。検出された信号は電気処理システム２０８で処理され、その結果に基づいてその細胞を分取するか廃棄するかの判断がなされる。この判断に基づき、液滴が液柱から千切れるタイミングにおいて液滴に所望の電荷が付加されるように液滴荷電信号は制御される。例えば、シース液は導電性を有するので、流路上流部でシース液に接触する導電性端子２０９を設けることで、オリフィスから噴射される液柱に対して電気的コンタクトを取ることができる。液柱の先端ではＧＮＤ電極板２１０との間でキャパシタが形成されるので、液滴荷電信号によりシースに印加された電圧に依存して液柱先端には誘電分極による電荷が発生する。この電荷の一部が、液滴が液柱から千切れる際に液滴側に取り残されるので液滴を荷電することができる。液滴の生成は、圧電素子２１１により制御される。圧電素子２１１による所定の振動によって液柱にくびれが生じ、当該くびれに応じた液滴が生成される。液滴は偏向電極板２１２付近に到達するとその電荷に応じて、偏向電極板２１２の間に作られた電場から静電気力を受ける。当該静電気力によって、液滴の進行方向が曲げられ、各コレクションチューブ２１３内に捕獲される。
【００２０】
（１）第１の実施形態の説明
【００２１】
本技術は、柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極（以下、当該電極を「液滴生成用電極」ともいう）と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部（以下、当該電圧印加部を「液滴生成用電圧印加部」ともいう）とを備えている液滴生成部を備えている装置を提供する。本技術において、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加することにより、当該電極と当該液柱の表面との間にクーロン力が生じる。当該クーロン力によって当該液柱に周期的なくびれが生じ、当該くびれに従い液滴が生成される。
すなわち、本技術において、前記液滴生成部は、電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されうる。より特には、本技術において、前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって生じる、前記電極と前記柱状の液体との間のクーロン力によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されうる。さらにより特には、本技術において、前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成し、当該くびれが形成された部分で前記柱状の液体が千切れて液滴が形成されるように構成されうる。
このように液滴を生成する場合、従来の振動子を用いた液滴生成技術が有する動作周波数の制限に関する問題が生じない。
【００２２】
また、本技術において、前記クーロン力は、電極と液柱表面との間の距離及びそれらの間に印加される電圧により決まる。そのため、当該クーロン力の制御は容易であり、液滴生成の制御も容易である。さらに、本技術は、生成されるくびれ量（すなわち、柱状液体の径の拡大の程度）及び切断距離の周波数特性が安定するという利点も有する。
【００２３】
本技術に従う液滴生成のメカニズムを、図３を参照して以下でより詳細に説明する。
【００２４】
図３は、柱状の液体と電極との間に周期的な電圧が印加された状況を示す図である。図３において、円筒状の電極３００の内部を柱状液体３０１が通過している。電極３００は交流電源３０２に接続されている。交流電源３０２により電圧を印加することで、電極３００と柱状液体３０１の表面との間には、キャパシタが形成される。当該キャパシタは、電極形状、液柱径、及びそれらの相対的位置関係に依存して決まる容量を有する。当該キャパシタの形成によって、誘導電荷が電極３００の表面及び柱状液体３０１の表面に誘起される。これらの誘導電荷は互いに逆極性であるので、電極３００の表面と柱状液体３０１の表面との間にはクーロン引力が働く。図３において、矢印３０３が、クーロン引力が作用していることを示す。ここで、上記のとおり、印加される電圧は交流電源３０２によるものであり、すなわち交流電圧である。交流電圧の印加によって、電極３００の表面と柱状液体３０１の表面との間に働くクーロン引力は周期的に変動する。例えば、交流電圧の印加によって、電極３００の表面と柱状液体３０１の表面との間にはクーロン引力が働くことで柱状液体３０１が電極３００に向かって引っ張られて、当該柱状液体の直径が増す場合と、クーロン引力が働かない場合とが繰り返される。後者の場合は、前者の場合と比べて、柱状液体３０１の直径が減少する。その結果、柱状液体３０１にくびれが形成される。図３において、矢印３０４が、くびれが形成されている部分を示す。このように形成されたくびれに応じて、液滴３０５が形成される。
【００２５】
本技術において、オリフィスから柱状の液体が排出される。当該オリフィスは、柱状の液体を排出可能なものであり、オリフィスの形状は例えば円形である。本技術において、円形には略円形も包含される。オリフィスの形状が円形である場合、当該オリフィスの直径は例えば１０μｍ〜１０００μｍ、好ましくは２０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは３０μｍ〜３００μｍ、さらにより好ましくは５０μｍ〜１５０μｍでありうる。本技術において、オリフィスの直径とは内径であり、すなわち液体が排出される円形部分の直径である。
【００２６】
本技術において、オリフィスは、例えばノズルに設けられた液体排出のための開口でありうる。当該ノズルとして、当業者に既知のものが用いられてよく、例えばフローサイトメータにおいて用いられる公知のノズルが用いられうる。
【００２７】
本技術において、オリフィス近傍に電極が設けられる。当該電極は、オリフィスから排出された柱状液体との間にクーロン力が生じることを可能にするように設けられる。柱状液体は、上記のとおり力学的に不安定であるので、自発的に液滴が形成される。本技術において、当該電極は、柱状液体が自発的に液滴を形成する位置よりも、よりオリフィスに近い位置に配置されうる。すなわち、当該電極は、オリフィスと、柱状液体が自発的に液滴を形成する位置との間に設けられうる。
また、本技術において、柱状液体が当該電極から離れるにつれて、くびれが徐々に大きくなり、そして、くびれ部分で柱状液体が千切れて液滴が生成される。すなわち、当該電極は、オリフィスと、柱状液体が千切れて液滴が形成される位置との間に設けられうる。
【００２８】
本技術において、好ましくは、前記電極が前記柱状の液体と接触しないように、前記電極及び前記オリフィスが配置されうる。例えば、前記電極が前記柱状の液体の側方に位置するように、前記電極及び前記オリフィスが配置されうる。この配置によって、より望ましい液滴生成が行われうる。電極と柱状液体との間の距離は、所望のクーロン力に応じて当業者により適宜決定されうる。電極と柱状液体との間の距離は、例えば１０μｍ〜５００μｍ、好ましくは２０μｍ〜３００μｍ、好ましくは３０μｍ〜２００μｍ、より好ましくは３０μｍ〜１００μｍでありうる。
【００２９】
本技術において、前記電極が前記柱状の液体の周囲の一部又は全部を囲むように、前記電極及び前記オリフィスが構成されうる。
前記電極が前記柱状の液体の周囲の一部を囲む実施態様において、例えば、向かい合う２つの電極が前記柱状液体を挟むように、当該２つの電極及び前記オリフィスが配置されうる。他の実施態様において、例えば１つの電極だけが、前記柱状液体の側方に位置するように、当該１つの電極及び前記オリフィスが配置されうる。このような構成によって、くびれを形成しつつ、且つ、液柱の進行方向に対して垂直な方向から前記柱状液体を観察することができる。
前記電極が前記柱状液体の周囲の全部を囲む実施態様において、上記で図３を参照して説明したように、柱状液体が円筒電極の内部を通過するように、前記電極及び前記オリフィスが構成されうる。前記電極が前記柱状の液体の周囲の全部を囲む実施態様において、電極の形状は円筒形に限られず、例えば四角形、五角形、又は六角形などの多角形であってもよい。
前記電極が円筒形である場合、円筒の内径は例えば５０μｍ〜２０００μｍ、好ましくは７０μｍ〜１５００μｍ、より好ましくは１００μｍ〜１０００μｍでありうる。
前記電極の液柱の進行方向の長さは、例えば１０μｍ〜１０００μｍ、好ましくは２０μｍ〜７００μｍ、より好ましくは５０μｍ〜５００μｍでありうる。
【００３０】
本技術において、前記オリフィスは、円柱状の液体を排出するものでありうる。オリフィスから排出される柱状の液体が円柱状であることは、より効率的な液滴生成に寄与しうる。オリフィスは、円柱状の液体を排出するために、例えば円形でありうる。
【００３１】
本技術の装置は、前記液滴生成部により生成された液滴を荷電する液滴荷電部をさらに備えていてよい。液滴荷電部は、例えば、液滴が柱状液体から千切れる位置の近傍に設けられた液滴荷電用電極及び当該電極に接続された電圧印加部を含みうる。
本技術において、液滴生成用電極が、柱状液体にくびれを生成するように柱状液体の近傍に設けられ、且つ、液滴荷電用電極が、柱状液体から液滴が千切れる位置の近傍に設けられうる。すなわち、本技術において、オリフィス、液滴生成用電極、及び、液滴荷電用電極が、柱状液体の進行方向に沿って、この順で配置されうる。
【００３２】
本技術の装置は、前記液滴荷電部により荷電された液滴の進行方向を制御する進行方向制御部をさらに備えていてよい。当該進行方向制御部によって、液滴荷電部により付与された電荷に応じた液滴の分取が可能となる。当該進行方向制御部として、当業者に既知の構成が採用されうる。例えば、フローサイトメータにおいて用いられる偏向電極板及び当該偏向電極板に接続された電圧印加部が本技術において進行方向制御部として用いられうる。
【００３３】
本技術の一つの実施態様において、前記液滴荷電部は、液滴生成用電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷をキャンセルする波形を有する電圧によって、前記液滴を荷電するものでありうる。
前記液滴生成用電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷は、偏向電極板による液滴の進行方向の制御に悪影響を及ぼしうる。例えば、前記液滴生成用電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷によって、意図された進行方向とは異なる進行方向に液滴が進み、所定のコレクションチューブ内に液滴が入らない場合がありうる。本技術において、液滴荷電部が、前記キャンセルする波形を有する電圧によって液滴を荷電することによって、より精度よく進行方向を制御することが可能となる。
【００３４】
本技術の一つの実施態様において、本技術の装置は、前記電極と前記柱状の液体との間の放電を検出する放電検出部をさらに含みうる。前記電極と前記柱状の液体との間に放電が起こると、クーロン引力が低下し、くびれ量が減少する。そのため、安定した液滴生成に支障をきたしうる。例えば切断距離が不安定になりうる。本技術の装置に放電検出部を設けることで、放電を検出し、そして、放電が発生しないように電圧振幅を調整することができる。
【００３５】
本技術の一つの実施態様において、前記オリフィス及び前記電極が１つのチップ内に設けられていてよい。この実施態様において、前記オリフィス及び前記電極の相対的な位置関係が固定されるので、液滴生成をより精度良く制御することができる。また、より安定した液滴生成が可能となる。
【００３６】
本技術の装置は、液滴生成が必要とされる種々の用途に適用されうる。本技術の装置は、微小粒子分取において用いられうる。すなわち、本技術の装置は、微小粒子分取装置でありうる。例えば、本技術の装置によって、フローサイトメトリーにおけるセルソーティングが行われうる。
本技術において、微小粒子とは、細胞、微生物、生体由来固形成分、及びリポソームなどの生物学的微小粒子、並びに、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を挙げることができるがこれらに限定されない。前記細胞には、動物細胞および植物細胞が含まれうる。前記微生物には、大腸菌などの細菌類、イースト菌などの菌類などが含まれうる。前記生体由来固形成分として、例えば、生体中で生成される固形物又は結晶類を挙げることができる。前記合成粒子は、例えば有機若しくは無機高分子材料又は金属などからなる粒子でありうる。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、及びポリメチルメタクリレートなどが含まれうる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、及び磁性体材料などが含まれうる。金属には、金コロイド及びアルミなどが含まれうる。
また、本技術の装置は、微小粒子分取だけでなく、例えばインクジェットプリンタ及び微粒子材料の製造などにおいて用いられうる。すなわち、本技術は、前記液滴生成部を備えているインクジェットプリンタ又は微粒子材料製造装置も提供する。
本技術の装置は、当業者に既知の方法によって適宜製造されうる。装置を製造する為に用いられる部品として、当技術分野で既知のものが用いられうる。
【００３７】
また、本技術の装置は、必要に応じて、例えば制御部、入力部、出力部、及び記憶部などの他の構成を備えていてよい。
【００３８】
制御部は例えば、液滴生成部による液滴生成、液滴荷電部による液滴荷電、及び進行方向制御部による液滴の進行方向の変更を制御しうる。
制御部は例えば、液滴生成用電圧印加部の電圧を制御することにより液滴生成の制御を行いうる。制御部は例えば、当該電圧の振幅、周波数及び波形などを制御しうる。
制御部は例えば、液滴荷電のための電圧印加部の電圧を制御することにより、液滴荷電の制御を行いうる。特には、制御部は、柱状液体に含まれる粒子の特性（例えば粒子が発する蛍光及び／又は散乱光など）に応じて、液滴荷電のための電圧印加部の電圧を制御しうる。
制御部は例えば、進行方向制御のための電圧を印加する電圧印加部を制御することにより、液滴の進行方向の変更の制御を行いうる。
制御部は例えば、オリフィスに向かって流れる液体の流速を制御することによって、オリフィスからの液体の排出を制御しうる。当該液体の排出の制御は、例えば、液体の排出のためのポンプを制御することにより行われうる。
【００３９】
入力部は例えば、液滴生成、液滴荷電、及び液滴進行方向制御において用いられる電圧に関するパラメータなどを入力するために用いられうる。
【００４０】
出力部は、液滴生成の状況（例えば生成された液滴の画像など）、液滴進行方向制御の状況（例えば液滴の軌跡など）、又は、粒子分取の結果（例えば分取された粒子の数など）を出力しうる。
【００４１】
記憶部は例えば、上記電圧に関するパラメータ、生成された液滴の数、生成された液滴中の粒子の特性、及び粒子分取の結果を記憶しうる。
【００４２】
（２）第１の実施形態の第１の例（装置）
【００４３】
以下で、本技術の装置を、図４を参照しながら説明する。図４は、本技術の装置の一例である微小粒子分取装置の模式図である。
【００４４】
図４において、微小粒子分取装置４００に、円筒電極４５０が備えられている。円筒電極４５０は液滴生成用電圧印加部４５１と接続されている。液滴生成用電圧印加部４５１は交流電源でありうる。円筒電極４５０は、フローセル４１４のオリフィス４０３の近傍に設けられている。円筒電極４５０は、フローセル４１４のオリフィス４０３から噴射される柱状液体が円筒電極４５０の中を通るように且つ当該柱状液体が円筒電極４５０と接触しないように構成されている。例えば、柱状液体の直径が７０μｍの場合、円筒電極４５０の内径は１７０μｍでありうる。
【００４５】
フローセル４１４のオリフィス４０３から噴射された柱状液体は、レーザスポット４０５を通過後、円筒電極４５０に接触しないように、円筒電極４５０の中を通る。円筒電極４５０に接続された液滴生成用電圧印加部４５１によって、周期的な電圧が、円筒電極４５０と円筒電極４５０の中を通る柱状液体との間に印加される。当該電圧の印加によって、円筒電極４５０と円筒電極４５０の中を通る柱状液体との間にクーロン力が生じ、その結果柱状液体の径が周期的に変化し、くびれが形成される。そして、当該くびれに応じた液滴が形成される。
【００４６】
以上のとおり、微小粒子分取装置４００は、オリフィス４０３、円筒電極４５０、及び液滴生成用電圧印加部４５１から構成される液滴生成部を備えている。
図２に示されたセルソータでは圧電素子２１１によってフローセル２１４を振動させることで、柱状液体にくびれを形成して液滴生成を行っていたが、微小粒子分取装置４００では、フローセル４１４が振動されずに上記液滴生成部により液滴生成が行われる。
【００４７】
以下で、微小粒子分取装置４００の液滴生成部以外の構成について説明する。
【００４８】
微小粒子分取装置４００は、フローセル４１４を備えている。フローセル４１４内において、サンプルライン４０１から供給された細胞懸濁液が、シースライン４０２から供給されたシース液で包まれて、細胞懸濁液がシース液に囲まれた層流が形成される。当該層流は、オリフィス４０３から噴射される。シース液は、シースライン用電極４０９と電気的に接続されており、その電位はＧＮＤに落とされている。
また、液滴荷電用電極板４１０が、柱状液体から液滴が千切れる位置の近傍に設けられている。液滴荷電用電極板４１０は、液滴荷電信号を与えるための電圧印加部４１５に接続されている。
図２に示したセルソータ２００では、シース液に導電性端子が電気的に接触され、当該導電性端子に接続された電圧印加部によって液滴荷電信号が付与されるが、図４の微小粒子分取装置４００では、シース液の電位はＧＮＤに落とされている。また、図２に示したセルソータ２００では、柱状液体から液滴が千切れる位置の近傍にＧＮＤ電極板２１０が設けられていたが、図４の微小粒子分取装置４００では、柱状液体から液滴が千切れる位置の近傍に液滴荷電用電極板４１０が設けられており、当該電極板４１０により液滴荷電信号が与えられる。図４の微小粒子分取装置においてこのような位置に液滴荷電用電極を設けることで、円筒電極４５０と柱状液体との間のクーロン力が、液滴荷電信号により影響を受けない。その結果、液滴生成がより精度よく制御される。
すなわち、本技術の微小粒子分取装置において、液滴を荷電する液滴荷電用電極板は、柱状液体から液滴が千切れる位置の近傍に設けられうる。そのため、本技術の微小粒子分取装置において、オリフィスと液滴荷電用電極板との間に、液滴生成部の電極が設けられうる。
【００４９】
図４における光学検出系４０６、光電変換素子４０７、及び電気処理システム４０８は、図２において示された光学検出系２０６、光電変換素子２０７、及び電気処理システム２０８と同じであってよい。また、図４における偏向電極板４１２及びコレクションチューブ４１３も、図２において示された偏向電極板２１２及びコレクションチューブ２１３と同じであってよい。すなわち、本技術において、散乱光及び蛍光に基づく粒子を分取するか廃棄するかの判断、及び、分取されるべき粒子の進行方向の制御及び分取は、図２について説明されたとおりに行われてよい。
【００５０】
また、本技術の微小粒子分取装置は、必要に応じて、上記で説明した制御部、入力部、出力部、及び記憶部を備えうる。
【００５１】
本技術の微小粒子分取装置の一例のブロック図を図２４に示す。
【００５２】
図２４において、微小粒子分取装置５００は、液滴生成部５０１、粒子判定部５０２、液滴荷電部５０３、進行方向制御部５０４、粒子回収部５０５、及び制御部５０６を備えている。
【００５３】
液滴生成部５０１は、図４を参照して説明したオリフィス４０３、円筒電極４５０、及び液滴生成用電圧印加部４５１を含む。液滴生成部５０１により、液滴が生成される。当該電圧印加部４５１により印加される電圧は、制御部５０６によって制御されうる。また、液滴生成部５０１のオリフィス４０３から排出される液体の流速が、制御部５０６によって制御されうる。
【００５４】
粒子判定部５０２は、図４を参照して説明した光学検出系４０６、光電変換素子４０７、及び電気処理システム４０８を含む。オリフィス４０３から排出された液滴に含まれる粒子の特性を判定する。判定された特性に関するデータは、例えば制御部５０６に送られる。制御部５０６は、当該データに基づいて液滴荷電部５０３を制御し、当該粒子を含む液滴に所定の電荷を付与する。  
【００５５】
液滴荷電部５０３は、図４を参照して説明した液滴荷電用電極板４１０及びこれに接続された電圧印加部４１５を含む。電圧印加部４１５により印加される電圧は、制御部５０６によって制御されうる。液滴荷電部５０３は、電圧印加部４１５による電圧の印加により、粒子を含む液滴に電極板４１０から所定の電荷を付与する。
【００５６】
進行方向制御部５０４は、図４を参照して説明した偏向電極板４１２及びこれに接続された電圧印加部を含む。当該電圧印加部により印加される電圧は、制御部５０６によって制御されうる。進行方向制御部５０４によって、荷電された液滴の進行方向が制御される。
【００５７】
粒子回収部５０５は、図４を参照して説明したコレクションチューブ４１３を含む。コレクションチューブは複数設けられてよく、液滴荷電部５０３によって与えられた電荷及び／又は進行方向制御部５０４による液滴の進行方向の制御によって、液滴が複数のコレクションチューブに分取される。また、コレクションチューブ４１３の位置が、液滴がコレクションチューブ４１３内に入るように、制御部５０６によって制御されうる。
【００５８】
制御部５０６は、液滴生成部５０１による液滴生成、液滴荷電部５０３による液滴荷電、及び進行方向制御部５０４による液滴の進行方向の変更を制御する。また、制御部５０６は、粒子判定部５０２により判定された粒子の特定に関するデータに基づき、当該液滴荷電及び当該進行方向の制御を行う。また、制御部５０６は、粒子回収部５０５のコレクションチューブの位置の制御を行う。
【００５９】
（３）第１の実施形態の第２の例（印加される電圧の例）
【００６０】
本技術において液滴生成用電圧印加部により印加される電圧は、柱状の液体にくびれを形成できるものでありうる。当該電圧の種類は当業者により適宜選択されうる。電圧の波形は、例えば正弦波、矩形波、三角波、若しくは鋸歯状波でありうる。電圧は、交流電圧又は脈流電圧でありうる。
液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅及び周波数は、例えば生成されるべき液滴及び誘起されるべき電荷などによって当業者により適宜選択されうる。当該電圧の振幅は、例えば１Ｖ〜５，０００Ｖ、好ましくは１０Ｖ〜３，０００Ｖ、より好ましくは５０Ｖ〜１，０００Ｖでありうる。当該電圧の周波数は、例えば１ｋＨｚ〜１，０００ｋＨｚ、好ましくは５ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ、より好ましくは１０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ、さらにより好ましくは２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚでありうる。
【００６１】
図５に、印加される交流電圧の波形の例及び当該交流電圧によって生じたくびれ量の例を示す。図５の上のグラフに示されるとおりの正弦波形の交流電圧が印加された場合、柱状液体は当該正弦波の１周期の間に２回電極に引きつけられる。そのため、発生するくびれの周波数は、図５の下のグラフに示されるとおり、当該交流電圧の周波数の倍になる。図５の下のグラフにおいて、縦軸は任意単位であり、柱状液体の表面が液滴生成用電極に最も近づいたときの柱状液体の直径を１とし、最も離れたときの柱状液体の直径を０としている。
【００６２】
印加される電圧が脈流電圧である場合、例えば常に電圧が正又は負であり且つ電圧値が周期的に変動する場合、交流電圧の場合と異なり、電圧の１周期の間に、柱状液体は１回電極に引きつけられる。図６に、印加される脈流電圧の例及び当該脈流電圧によって生じたくびれ量の例を示す。図６の上のグラフに示されるとおりの脈流電圧が印加された場合、柱状液体は１周期の間に１回電極に引きつけられる。そのため、発生するくびれの周波数は、図６の下のグラフに示されるとおり、当該脈流電圧の周波数と等しくなる。
【００６３】
（４）第１の実施形態の第３の例（不要電荷キャンセル信号）
【００６４】
上記「（１）第１の実施形態の説明」において述べたとおり、本技術の装置は、前記液滴生成部により生成された液滴を荷電する液滴荷電部をさらに備えうる。当該液滴荷電部は、好ましくは、液滴生成用電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷（「（４）第１の実施形態の第３の例（不要電荷キャンセル信号）」において、「不要電荷」ともいう）をキャンセルする波形を有する電圧によって、前記液滴を荷電しうる。当該キャンセルする波形を有する電圧によって液滴を荷電することで、荷電された液滴の進行方向をより正確に制御することができる。
以下で、図７を参照しながら、この実施態様に関してより詳細に説明する。
【００６５】
図７の左図は、図４に示された装置のうちフローセル４１４、円筒電極４５０、及び液滴荷電用電極板４１０を示す模式図である。図７の右図は、図７の左図の等価回路を示す。
【００６６】
一般的に用いられるシース液の導電性は高くないので、フローセル４１４内の流路の電気抵抗、及び、噴射された柱状液体の電気抵抗は無視できない。そのため、当該等価回路において、図４に示されたシースライン用電極４０９の接地端子から円筒電極４５０までの抵抗をＲ０、円筒電極４５０から液滴が千切れる柱状液体の先端までの抵抗をＲ１とする。また、当該等価回路において、液滴生成用電圧印加部４５１により印加される電圧（「（４）第１の実施形態の第３の例（不要電荷キャンセル信号）」において、「くびれ生成用信号」ともいう）をＶａと表し、且つ、液滴荷電用電極板４１０に接続された電圧印加部４１５により印加される電圧をＶｂと表す。
【００６７】
例えば、柱状液体の直径＝１００μｍ、円筒電極４５０の内径＝１７０μｍ、円筒電極４５０の長さ＝３００μｍの場合、Ｃ０は約３０ｆＦ程度である。柱状液体の先端と液滴荷電用電極板４１０との間の容量Ｃ１は約３ｆＦ程度である。フローセルのオリフィス４０３から円筒電極までの距離が約１ｍｍであり且つ切断距離が約１０ｍｍである場合、Ｒ０は約０．５ＭΩであり、及び、Ｒ１は約３ＭΩ程度である。この時、円筒電極４５０付近のノード０の電圧及び柱状液体の先端のノード１の電圧は、Ｖｂ＝０の場合（すなわち液滴荷電信号を付与しない場合）、以下の式で表される。
【００６８】
【数１】
2019020317.tif 000031
【００６９】
上記数式において、くびれ生成用信号Ｖａの角周波数をωとしたときに、角周波数と抵抗Ｒ０及びＲ１との関係は以下のとおりに仮定される。
【００７０】
【数２】
2019020317.tif 000032
【００７１】
ここで、ｆはくびれ生成用信号の周波数である。従ってくびれ生成用信号によって液滴に重畳される不要電荷は以下の式で表される。
【００７２】
【数３】
2019020317.tif 000033
【００７３】
この時のくびれ生成用信号の波形及びノード１の電圧波形の例を図８の上及び下にそれぞれ示す。図８に示されるとおり、ノード１の電圧波形の位相は、くびれ生成用信号の波形の位相より約９０°進んでいる。
【００７４】
例えばｆ＝２５ｋＨｚ及びＶａ＝５００Ｖの場合、上記式より、液滴荷電信号を付与しない場合の不要電荷はおよそ３．５ｆＦである。
一方、液滴荷電信号の振幅を例えばＶｂ＝５０Ｖとした場合、液滴に付与される電荷は１５０ｆＦである。そのため、不要電荷の占める割合は３．５／１５０＝２．３％程度である。
【００７５】
前記不要電荷を液滴が有することで、液滴の進行方向を偏向電極板４１２の作る電場により曲げる際に、液滴の軌道がばらつき、正しくコレクションチューブに入らなくなる不具合が発生しうる。
そこで、本技術において、不要電荷をキャンセルするために、液滴荷電信号に、不要電荷をキャンセルするための信号、例えばノード１に発生する電圧波形と同一振幅且つ同一位相の波形など、が重畳されうる。図９に、不要電荷をキャンセルするための信号を重畳しない場合（図９上）、及び、不要電荷をキャンセルするための信号を重畳した場合（図９下）の電圧波形例を示す。
【００７６】
前記液滴荷電部が、図９下に示されるような波形を有する電圧により液滴を荷電することで、不要電荷がキャンセルされる。これにより、荷電された液滴の進行方向をより正確に制御することができる。また、液滴がコレクションチューブ４１３に入らないという不具合の発生を防ぐことも可能となる。
【００７７】
また、本技術の一つの実施態様において、本技術の装置は、例えば液滴軌跡観察部をさらに備えていてよい。液滴軌跡観察部は、不要電荷のキャンセルに最適な波形の決定に役立つ。例えば、液滴の軌跡を観察しながら、前記液滴荷電部により印加される電圧（例えば、電圧の振幅、位相、及び／又は波形など）を調節することで、不要電荷をキャンセルするために最適な電圧が決定されうる。
以下で、図１０を参照しながら、液滴軌跡観察部に関してより詳細に説明する。
【００７８】
図１０は、液滴軌跡観察部の一例を示す模式図である。図１０に示されるとおり、液滴軌跡観察部は、例えば液滴の軌跡を観察するためのカメラ１００１、及び、液滴が通過する部分にレーザビーム１００２を当てるレーザ照射装置（図示せず）を備えうる。
【００７９】
レーザビーム１００２が照射されている領域を液滴が通過する。当該液滴の通過が、カメラ１００１により撮影され、撮影により得られた画像データに基づき液滴の通過位置に関するデータが例えば制御部により取得される。当該通過位置に関するデータは、例えば液滴の通過した軌跡の幅でありうる。当該通過位置に関するデータに基づき、不要電荷をキャンセルするための電圧が調整されうる。
また、このような液滴軌跡観察部を設けることで、以下「２．第２の実施形態（方法）」において説明する不要電荷キャンセル信号最適化工程がより効率的に行われうる。
【００８０】
（５）第１の実施形態の第４の例（放電検出部）
【００８１】
本技術の装置は、前記電極と前記柱状の液体との間の放電を検出する放電検出部をさらに含みうる。放電検出部を本技術の装置に備えることによる利点の一つは、以下のとおりである。
すなわち、安定した液滴生成のために、特には安定した粒子分取のために、切断距離は所定の値以下にあることが望ましい。切断距離を短くするためには、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅を高くする必要がある。一方で、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅が高すぎる場合、液滴生成部の電極と柱状液体との間に放電が起こりやすくなる。当該放電によって、電極表面と柱状液体に蓄えられていた誘導電荷が失われ、クーロン引力が低下し、発生するくびれ量が減少する。そのため、切断距離が一時的に不安定になる。
前記放電検出部によって放電を検出することで、放電が起きないように、液滴生成用電圧印加部により印加される周期的な電圧を調整することができる。また、前記放電検出部を用いた電圧の調整によって、より高い振幅を選択することができる。また、前記放電検出部によって、放電が検出されることで、液滴生成を放電直後に停止することもできる。これにより、無駄な液滴生成を防ぐこともできる。
以下で、図１１を参照しながら、この実施態様に関してより詳細に説明する。
【００８２】
図１１の左上図は、図４に示された装置のうちのフローセル４１４、円筒電極４５０、及び液滴荷電用電極板４１０、並びに、放電検出部１１０１の構成の一例の模式図である。図１１の右上図は、当該例の等価回路図である。図１１の下図は、放電検出部１１０１のより詳細な等価回路図である。
図１１の左上に示されるとおり、放電検出部１１０１は、例えばシース液と電気的に接続するように設けられる。これにより、放電が検出可能である。また、放電検出部１１０１は、放電検出用電圧モニタ１１０２及び放電検出用抵抗１１０３を含みうる。円筒電極４５０と柱状液体との間で放電が起きると、図１１の右上に示される放電時の短絡回路ＳＷが短絡したと考えられる。当該短絡の結果、ノード２における電圧が大きく変動する。当該変動を、放電検出用電圧モニタ１１０２によって検出する。検出結果は、例えば図１１の下に示されるとおりコンパレータ１１０４によって、制御部（図示せず）に通知される。制御部は当該検出結果に基づき、例えば、放電が起きないように電圧印加部により印加される柱状液体とオリフィス近傍電極との間の周期的な電圧を調整し、又は、液滴生成を停止しうる。当該調整は、例えば、以下２．の「（４）第２の実施形態の第３の例（くびれ生成用信号最適化工程）」において説明するくびれ生成用信号最適化工程において行われうる。
【００８３】
放電が起こった場合のノード２における電圧の波形例を図２１に示す。当該波形は、オシロスコープにより測定されたものである。この波形例は、直径７０μｍのオリフィスからシース流量４．５ｍＬ／分でシース液を噴射し、且つ、振幅２４０Ｖ、オフセット電圧２４０Ｖ、及び周波数５０ｋＨｚの電圧を液滴生成部の電圧印加部により印加した際に起こった放電を示す波形である。図２１に示されるとおり、時刻約１１９２μｓから１４３２μｓの間で放電によるパルス電圧が観測されている。本技術において、放電検出部により、このような放電が観測されうる。
【００８４】
以上のとおり、放電検出部１１０１によって、柱状液体とオリフィス近傍電極との間の周期的な電圧の最適化及び／又は放電直後の液滴生成の停止が可能となる。
【００８５】
（６）第１の実施形態の第５の例（チップ内電極）
【００８６】
本技術の一つの実施態様において、本技術の装置は、柱状の液体を排出するオリフィスと当該オリフィスの近傍に設けられた電極とが１つのチップ内に設けられていてよい。
当該オリフィスと当該電極とを１つのチップ内に設けることで、当該オリフィス及び当該電極の相対的な位置関係が固定される。そのため、液滴生成をより精度よく制御することができる。また、液滴生成の堅牢性を高めることもできる。
以下で、図１２〜１７を参照しながら、この実施態様に関してより詳細に説明する。
【００８７】
図１２は、チップの一例を示す模式図である。図１２に示されたチップ１２００は、シース液流路１２０１及びサンプル液流路１２０２を有する。シース液流路１２０１は、シース液導入孔１２０３から導入されるシース液を通流させる。サンプル液流路１２０２は、サンプル液導入孔１２０４から導入されるサンプル液を通流させる。シース液及びサンプル液は、シース形成部１２０５において、サンプル液がシース液に囲まれた層流を形成する。当該層流は縮流部１２０６を通って、オリフィス１２０７に向かって流れる。オリフィス１２０７は、スカート部１２０８内に設けられている。チップのサイズは例えば７５×２５×２ｍｍなどでありうる。
スカート部１２０８の拡大図を図１３に示す。スカート部１２０８内にオリフィス１２０７を設けることで、シース液を止めた時に液がチップの側面を伝って表面および裏面に回り込むことが防止される。
【００８８】
上記実施態様において、図１４に示されるとおり、例えば、スカート部１２０８内に円筒電極１４５０が埋め込まれる。円筒電極１４５０とスカート部１２０８の最奥部１４５１との間の距離は、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．２ｍｍ以上、さらにより好ましくは０．４ｍｍ以上でありうる。このように、液滴生成用電極をスカート部の最奥部から離れた位置に設けることで、オリフィスと液滴生成用電極との間の絶縁沿面距離を確保でき、液滴生成用電極とシース液との間にリーク電流が流れることを防ぐことができる。
【００８９】
スカート部及び円筒電極の寸法の具体例を図１５に示す。図１５において、スカート部１５０８内に、円筒電極１５５０が埋め込まれている。スカート部１５０８は直径１ｍｍ且つ高さ２．５ｍｍの円筒形の空間を規定する。スカート部１５０８の最奥部１５５１の中心にオリフィス１２０７が設けられている。スカート部１５０８の最奥部１５５１から０．５ｍｍ離れた位置に、円筒電極１５５０が設けられている。円筒電極１５５０は、直径１ｍｍ且つ厚み０．１５ｍｍ且つ高さ０．３ｍｍの円筒である。このように円筒電極及びオリフィスを設けることで、両者の相対的な位置を固定し、液滴生成をより精度よく制御することができる。
【００９０】
本技術において、チップに設けられるスカート部の形状は、円筒状に限られず、例えば角筒状であってもよい。また、チップに設けられる電極の形状は、円筒形に限られず、角筒形であってもよい。また、当該電極の形状は、例えば上記１．の「（１）第１の実施形態の説明」において述べたとおり、当該電極が、オリフィスから排出される柱状液体の周囲の一部又は全部を囲むように構成されうる。
【００９１】
前記チップは、当業者に既知の方法によって適宜製造されうる。例えば、図１６に示されるとおり、スカート部及び所定の流路が予め形成された２枚の板（チップカバー１６０１及びチップベース１６０２）を張り合わせるときに、スカート部内に電極、例えば円筒電極１６０３など、を配置することによって、前記チップは製造されうる。
【００９２】
また、前記チップのスカート部内の電極をチップ外部と電気的に接触させるためには、例えば図１７に示されるとおり、電極がスカート部内に組み込まれたチップを複数枚重ねた後に、スパッタ等により金属蒸着が行われうる。図１７上に示されるとおり、点線矢印の方向から金属蒸着が行われうる。これにより、スカート部内の電極と外部とが、電気的に接触されうる。当該金属蒸着によって、図１７下に示されるとおり、蒸着電極１７０１が形成されうる。
【００９３】
２．第２の実施形態（方法）
【００９４】
（１）第２の実施形態の説明
【００９５】
本技術は、オリフィスから排出された柱状の液体と当該オリフィスの近傍に設けられた電極との間に周期的な電圧を印加することにより液滴を生成する液滴生成工程を含む方法も提供する。本技術の方法では、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加することにより、当該電極と当該液柱の表面との間にクーロン力が生じる。当該クーロン力によって当該液柱に周期的なくびれが生じ、当該くびれに従い液滴が生成される。
【００９６】
本技術の方法は、例えば、上記「１．第１の実施形態（装置）」において述べた装置を用いて行われうる。当該装置を用いて本技術の方法を行うことで、上記「１．第１の実施形態（装置）」において述べた効果の少なくとも一つが奏される。
【００９７】
本技術の方法は、例えばフローサイトメトリーなどの粒子分取方法でありうる。すなわち、本技術は、前記液滴生成工程を含む粒子分取方法を提供する。当該粒子分取方法は例えば、前記液滴生成工程に加えて、当該液滴生成工程の前若しくは後又は当該工程と同時に行われる粒子判定工程、当該液滴生成工程の前若しくは後又は当該工程と同時に行われる液滴荷電工程、及び、当該液滴生成工程の後に行われる液滴回収工程をさらに含みうる。粒子分取方法の例について、以下「（２）第２の実施形態の第１の例（方法）」においてより詳細に説明する。
また、本技術の方法は、粒子分取方法以外の方法であってもよい。例えば、本技術の方法は、インクジェットプリンタ又は微粒子材料の製造における液滴生成のために行われてもよい。
【００９８】
（２）第２の実施形態の第１の例（方法）
【００９９】
以下で、図１８を参照しながら、本技術の方法の一例である粒子分取方法を説明する。
【０１００】
図１８は、粒子分取方法のフローを示す。当該粒子分取方法は、上記「１．第１の実施形態（装置）」において図４に示された微小粒子分取装置において行われうる。そのため、以下の説明は、図４も参照しながら行われる。
当該粒子分取方法は、粒子判定工程、液滴生成工程、液滴荷電工程、及び液滴回収工程を含む。以下、各工程を説明する。
【０１０１】
ステップＳ１０１において、本技術の粒子分取が開始される。
【０１０２】
ステップＳ１０２の粒子判定工程において、フローセル４１４のオリフィス４０３から、柱状の液体が排出される。当該柱状の液体は、レーザスポット４０５を通過する。当該レーザスポット４０５を通過する柱状の液体中に粒子が含まれている場合、レーザ光が当該粒子に当たることで、蛍光及び／又は散乱光が生じる。当該蛍光及び／又は散乱光が、光学検出系４０６で集光され、光電変換素子４０７によって電気信号として検出される。検出された信号は電気処理システム４０８で処理され、その結果に基づいて例えば電気処理システム４０８又は制御部により当該粒子を分取するか廃棄するかの判断が行われる。粒子判定工程は、例えば図２４を参照して説明した粒子判定部５０２により行われうる。
【０１０３】
ステップＳ１０３の液滴生成工程において、交流電源４５１によって、円筒電極４５０と柱状液体との間に周期的な電圧が印加される。これにより、柱状液体に当該周期的な電圧に対応するくびれが形成される。そして、柱状液体の先端で、当該くびれに応じた液滴が形成される。当該周期的な電圧は、１つの液滴が１つの粒子を含むように制御されうる。液滴生成工程は、例えば図２４を参照して説明した液滴生成部５０１により行われうる。
【０１０４】
ステップＳ１０４の液滴荷電工程において、電圧印加部４１５による電圧の印加によって、液滴荷電用電極板４１０と柱状液体の先端との間にキャパシタが形成され、そして、当該柱状液体先端に電荷が発生する。当該電荷が、ステップＳ１０３において形成される液滴に残る。これにより、液滴が荷電される。当該液滴荷電工程において、ステップＳ１０３において交流電源４５１により与えられた電荷をキャンセルする波形を有する電圧が与えられてもよい。液滴荷電工程は、例えば図２４を参照して説明した液滴荷電部５０３により行われうる。
【０１０５】
ステップＳ１０５の液滴回収工程において、偏向電極板４１２によって、液滴の進行方向が制御される。液滴の進行方向は、ステップＳ１０２における判断結果に応じて決定される。そして、分取されるべき粒子を含む液滴が所定のコレクションチューブ４１３に入る。分取されるべきでない粒子を含む液滴又は粒子を含まない液滴は、他のコレクションチューブに入る。これにより、粒子が分取される。液滴回収工程は、例えば図２４を参照して説明した進行方向制御部５０４及び粒子回収部５０５により行われうる。
【０１０６】
ステップＳ１０６において、粒子分取が終了される。
【０１０７】
（３）第２の実施形態の第２の例（不要電荷キャンセル信号最適化工程）
【０１０８】
本技術の方法は、液滴生成用電圧印加部によって液滴に与えられた電荷（「（３）第２の実施形態の第２の例（不要電荷キャンセル信号最適化工程）」において、「不要電荷」ともいう）をキャンセルする波形の最適化工程を含みうる。当該最適化工程は、例えば、前記液滴生成部により生成された液滴を前記液滴荷電部により荷電しそして当該荷電された液滴の進行方向を前記進行方向制御部により制御することで液滴（又は液滴中の粒子）を分取する場合に行われうる。当該最適化工程は、例えば、上記「（２）第２の実施形態の第１の例（方法）」のステップＳ１０２の前に行われうる。当該最適化工程は、例えば図２４を参照して説明した制御部５０６により行われうる。
以下で、当該最適化工程を、図４及び図１９を参照しながら説明する。図１９は、最適化工程の一例を示すフロー図である。
【０１０９】
ステップＳ２０１において、最適化工程が開始される。当該最適化工程は、例えば、図４に示した微小粒子分取装置４００の液滴生成用電圧印加部４５１によって液滴に与えられた電荷をキャンセルする波形（以下、「不要電荷キャンセル信号」ともいう）を最適化するために行われる。
【０１１０】
ステップＳ２０２において、不要電荷キャンセル信号の振幅の初期値が設定される。当該初期値は、例えば液滴生成用電圧印加部４５１により印加される電圧に基づき、当業者により適宜選択されうる。
【０１１１】
ステップＳ２０３において、前記初期値の振幅の場合における、例えば位相０°〜３６０°の範囲での掃引が行われる。
当該掃引において、例えば、微小粒子分取装置４００により粒子分取（又は液滴分取）を行いながら、不要電荷キャンセル信号の位相が、０°〜３６０°の範囲で連続的に変化されうる。当該位相を０°〜３６０°の範囲で連続的に変化しながら、液滴の軌跡の幅が測定されうる。
又は、当該掃引において、例えば、微小粒子分取装置４００により粒子分取を行いながら、不要電荷キャンセル信号の位相が、０°〜３６０°の範囲で不連続的に変更されうる。例えば、不要電荷キャンセル信号の位相が、所定間隔の複数の位相に変更されうる。不要電荷キャンセル信号の位相をこのように変更しながら、各位相における液滴の軌跡の幅が測定されうる。
液滴の軌跡の幅は、例えば、上記で図１０を参照して説明した液滴軌跡観察部により測定されうる。測定結果に基づき、液滴軌跡幅が最小になる位相が選択されうる。又は、所定の値以下の液滴軌跡幅をもたらす位相のうちから、任意の位相が選択されうる。
【０１１２】
ステップＳ２０４において、ステップＳ２０３において選択された位相を、不要電荷キャンセル信号の位相として設定する。
【０１１３】
ステップＳ２０５において、ステップＳ２０４において設定された位相の場合における、所定範囲内の振幅での掃引が行われる。掃引が行われる振幅の範囲は、当業者により任意に設定されてよい。当該範囲は、例えば前記初期値の０．１倍〜１０倍、特には０．２倍〜５倍、より特には０．５倍〜２倍でありうる。
当該掃引において、例えば、微小粒子分取装置４００により粒子分取を行いながら、不要電荷キャンセル信号の振幅が、前記範囲内で連続的に変化されうる。当該振幅を連続的に変化させながら、液滴の軌跡の幅が測定されうる。
又は、当該掃引において、例えば、微小粒子分取装置４００により粒子分取を行いながら、不要電荷キャンセル信号の振幅が、前記範囲内で不連続的に変更されうる。例えば、不要電荷キャンセル信号の振幅が、所定間隔の複数の振幅に変更されうる。不要電荷キャンセル信号の振幅をこのように変更しながら、各振幅における液滴の軌跡の幅が測定されうる。
液滴の軌跡の幅は、例えば、上記で図１０を参照して説明した液滴軌跡観察部により測定されうる。測定結果に基づき、液滴軌跡幅が最小になる振幅が選択されうる。又は、所定の値以下の液滴軌跡幅をもたらす振幅のうちから、任意の振幅が選択されうる。
【０１１４】
ステップＳ２０６において、ステップＳ２０５において選択された振幅を、不要電荷キャンセル信号の振幅として設定する。
【０１１５】
ステップＳ２０７において、ステップＳ２０４及びＳ２０６において設定された位相及び振幅を有する不要電荷キャンセル信号が液滴荷電部により印加される電圧に重畳された電圧を用いた場合の液滴軌跡幅が、所定の範囲内にあるかが判定される。当該判定は、例えば、所定のコレクションチューブ内に全液滴のうち所定の割合以上、例えば全液滴の９０％以上、好ましくは全ての液滴が入ることを可能にするような範囲内に液滴軌跡幅があるかどうかにより行われうる。
判定の結果、液滴軌跡幅が所定範囲内にある場合は、ステップＳ２０８に進む。
判定の結果、液滴軌跡幅が所定範囲内にない場合は、ステップＳ２０９に進む。
【０１１６】
ステップＳ２０８において、最適化工程を終了する。最適化工程後、例えば、上記「（２）第２の実施形態の第１の例（方法）」で述べたステップＳ１０２〜Ｓ１０６が行われうる。ステップＳ１０４において、前記設定された位相及び振幅を有する不要電荷キャンセル信号が、液滴荷電のための電圧に重畳されうる。
【０１１７】
ステップＳ２０９において、ステップＳ２０７からＳ２０９に進んだ回数が判定される。
当該回数が所定の値以下である場合は、ステップＳ２０３に進む。そして、再度ステップＳ２０３〜Ｓ２０７が行われる。この場合に、例えば、ステップＳ２０３において掃引される位相の範囲及び／又は間隔を、前にステップＳ２０３を行った場合から変更してよく、及び／又は、ステップＳ２０５における振幅の範囲及び／又は間隔を、前にステップＳ２０５を行った場合から変更してよい。これにより、前記所定範囲内に液滴軌跡幅が収まるような振幅及び位相が見つかる可能性が高まる。
当該回数が所定の値より多い場合は、ステップＳ２１０に進む。
【０１１８】
ステップＳ２１０において、エラー出力が行われ、最適化工程が終了される。エラー出力が行われた場合、必要に応じて、振幅の初期値が別の値に設定され、そして、再度最適化工程が行われてもよい。
【０１１９】
以上のように、前記最適化工程は、粒子分取又は液滴分取を行いながら、不要電荷キャンセル信号の位相を所定範囲内で変化させ、各位相における液滴の軌跡の幅を測定し、当該測定の結果に基づき位相を選択する位相選択工程を含みうる。選択される位相は、例えば前記軌跡の幅が最小となる場合の位相であってよく、又は、前記軌跡の幅が所定の値以下となる場合のいずれかの位相であってもよい。
また、前記最適化工程は、粒子分取又は液滴分取を行いながら、不要電荷キャンセル信号の振幅を所定範囲内で変化させ、各振幅における液滴の軌跡の幅を測定し、当該測定の結果に基づき振幅を選択する振幅選択工程を含みうる。選択される振幅は、例えば前記軌跡の幅が最小となる場合の振幅であってよく、又は、前記軌跡の幅が所定の値以下となる場合のいずれかの振幅であってもよい。
前記最適化工程において、前記位相選択工程及び前記振幅選択工程のいずれか一方のみが行われてもよく、又は、両方が行われてもよい。これら工程の両方が行われる場合、位相選択工程が先に行われ、次に振幅選択工程が行われてもよく、又は、先に振幅選択工程が行われ、次に位相選択工程が行われてもよい。
本技術の方法が図４に示されるような微小粒子分取装置を用いた粒子分取方法である場合、前記最適化工程により不要電荷をキャンセルする波形が最適化されることで、荷電された液滴の進行方向の制御をより正確に制御することができる。
【０１２０】
（４）第２の実施形態の第３の例（くびれ生成用信号最適化工程）
【０１２１】
本技術の方法は、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧（「（４）第２の実施形態の第３の例（くびれ生成用信号最適化工程）」において、「くびれ生成用信号」ともいう）を、液滴生成部の電極と柱状液体との間の放電が起こらないように最適化する工程（以下、「くびれ生成用信号最適化工程」ともいう）を含みうる。当該くびれ生成用信号最適化工程は、例えば、上記「（２）第２の実施形態の第１の例（方法）」のステップＳ１０２の前に行われうる。当該最適化工程は、例えば図２４を参照して説明した制御部５０６により行われうる。
当該くびれ生成用信号最適化工程は、本技術の装置が上記で述べた放電検出部を備えている場合に、より効率的に行われうる。
以下で、当該最適化工程を、図２０を参照しながら説明する。図２０は、当該くびれ生成用信号最適化工程の一例を示すフロー図である。
【０１２２】
ステップＳ３０１において、くびれ生成用信号最適化工程が開始される。当該最適化工程は、例えば、図４に示した液滴生成用電圧印加部４５１により印加される電圧を最適化するために行われる。
【０１２３】
ステップＳ３０２において、くびれ生成用信号の振幅の初期値が設定される。当該初期値は、例えば液滴生成部の電極と柱状液体との間の距離及び所望のくびれを形成するために必要な電荷などに基づき設定されうる。当該初期値は、経験的に放電が起こらないことが判明している値であってもよい。
【０１２４】
ステップＳ３０３において、振幅を前記初期値から所定の値だけ増加させる。
【０１２５】
ステップＳ３０４において、ステップＳ３０３における増加後の振幅（又はステップＳ３１１における減少後の振幅）で、液滴生成を所定時間行う。当該液滴生成は、例えば液滴生成用電圧印加部４５１により当該増加後の振幅を有する電圧を電極４５０と柱状液体との間に印加することによって行われうる。当該電圧の周波数は、例えば生成されるべき液滴の大きさなどに応じて、当業者により適宜選択されうる。また、当該液滴生成が行われる時間は、例えば当該最適化工程後に行われる微小粒子分取の時間の長さなどに応じて、当業者により適宜設定されうる。
【０１２６】
ステップＳ３０５において、ステップＳ３０４における液滴生成において、放電が検出されたかどうかが判定される。放電検出は、例えば図１１を参照して説明した放電検出部などにより行われうる。
放電が検出された場合、ステップＳ３１１に進む。
放電が検出されなかった場合、ステップＳ３０６に進む。
【０１２７】
ステップＳ３０６において、ステップＳ３０３における増加後の振幅で液滴生成を行った場合の、オリフィス先端から液柱が切断されるまでの距離、すなわち切断距離が測定される。
【０１２８】
ステップＳ３０７において、ステップＳ３０６において測定された切断距離が、所定の値以下であるかどうかが判定される。
当該切断距離が所定の値以下である場合、直前のステップＳ３０３における増加後の振幅が最適な振幅であると決定し、そして、ステップＳ３０８に進む。
当該切断距離が所定の値より高い場合、ステップＳ３０９に進む。
【０１２９】
ステップＳ３０８において、くびれ生成用信号最適化工程が終了される。くびれ生成用信号最適化工程後、例えば、上記「（２）第２の実施形態の第１の例（方法）」で述べたステップＳ１０２〜Ｓ１０６が行われうる。ステップＳ１０３において、ステップＳ３０３における増加後の振幅を有する電圧を液滴生成用電圧印加部４５１により印加することによって、液滴生成が行われうる。
【０１３０】
ステップＳ３０９において、ステップＳ３０７からステップＳ３０９に進んだ回数が判定される。
ステップＳ３０７からステップＳ３０９に進んだ回数が所定の値以下である場合は、ステップＳ３０３に進む。そして、再度ステップＳ３０３〜Ｓ３０７及びＳ３１１が行われる。この場合、例えば、ステップＳ３０３において、前回のステップ３０３における振幅の増加よりも、振幅がより少なく又はより大きく増加されてよく、及び／又は、ステップＳ３１１において、前回のステップ３１１における振幅の減少よりも、振幅がより少なく又はより大きく減少されうる。これにより、ステップＳ３０７における前記所定の値以下の切断距離を達成する振幅が見つかる可能性が高まる。
ステップＳ３０７からステップＳ３０９に進んだ回数が所定の値より多い場合は、ステップＳ３１０に進む。
【０１３１】
ステップＳ３１０において、エラー出力が行われ、くびれ生成用信号最適化工程が終了される。エラー出力が行われた場合、必要に応じて、振幅の初期値が別の値に設定され、そして、再度くびれ生成用信号最適化工程が行われてもよい。
【０１３２】
ステップＳ３１１において、振幅を、ステップＳ３０３における増加後の値から、所定の値だけ減少させる。
【０１３３】
以上のとおり、前記くびれ生成用信号最適化工程は、液滴生成部の電極と柱状液体との間の放電の検出の有無に基づき、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅を決定する振幅決定工程を含みうる。
当該振幅決定工程は、所定の初期値から所定の値だけ増加させた振幅を有する電圧を液滴生成用電圧印加部によって液滴生成部の電極と柱状液体との間に印加しながら液滴生成を行い、液滴生成部の電極と当該柱状液体との間の放電の検出の有無を判定する放電検出工程を含みうる。前記放電が検出されなかった場合に、前記増加させた振幅が、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅として決定されうる。前記放電が検出された場合に、当該増加後の振幅の値から所定の値だけ減少させた振幅を有する電圧を液滴生成用電圧印加部によって液滴生成部の電極と柱状液体との間に印加しながら液滴生成を行い、前記前記放電の検出の有無が判定されうる。
また、当該振幅決定工程は、前記放電が検出されなかった場合に、切断距離が所定の値以下であるかを判定する判定工程をさらに含みうる。当該判定工程において、切断距離が所定の値以下である場合に、当該増加させた振幅が、液滴生成用電圧印加部により印加される電圧の振幅として決定されうる。当該判定工程において、切断距離が所定の値を超える場合に、所定の初期値から所定の値だけ増加させた振幅で、再度、放電検出工程が行われうる。この場合、振幅の増加幅は、前回の放電検出工程における増加幅と異なりうる。これにより、最適な振幅が見つかる可能性が高まる。
以上のくびれ生成用信号最適化工程によって、液滴生成部の電極と柱状液体との間の放電を引き起こさず且つより高い振幅が選択されうる。くびれ生成用信号最適化工程において選択された振幅によって、より短い切断距離を与える液滴生成、すなわちより安定した液滴生成が可能となる。
【０１３４】
３．第３の実施形態（微小粒子分取システム）
【０１３５】
（１）第３の実施形態の説明
本技術は、柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部を備えている装置を含む微小粒子分取システムも提供する。当該装置は、上記「１．第１の実施形態（装置）」において説明したとおりの装置である。本技術の微小粒子分取システムでは、当該装置において液滴が生成される。当該生成された液滴に含まれる粒子の種類によって液滴の進行方向を制御することで、粒子が分取されうる。当該進行方向の制御及び粒子分取は、例えば上記１．の「（２）第１の実施形態の第１の例（装置）」において述べたとおりに行われうる。
【０１３６】
（２）第３の実施形態の例（微小粒子分取システム）
【０１３７】
本技術の粒子分取システムは、本技術の微小粒子分取装置を含む。当該微小粒子分取装置は、例えば、上記１．の「（２）第１の実施形態の第１の例（装置）」において図４を参照して説明した微小粒子分取装置４００でありうる。また、本技術の微小粒子分取システムは、放電検出部を含みうる。さらに、本技術の微小粒子分取システムは、上記で説明した制御部、入力部、出力部、及び記憶部などを含みうる。本技術の微小粒子分取システムには、これらの構成要素が、微小粒子の分取を実行可能なように構成されていればよく、これら構成要素は別個の装置に備えられていてもよい。例えば、一つの実施態様において、微小粒子分取装置４００に前記制御部が備えられており、且つ、入力部、出力部、及び記憶部が、有線又は無線で微小粒子分取装置４００に接続されうる。
【０１３８】
４．実施例
【０１３９】
（１）実施例１
【０１４０】
図４に示されたとおりの微小粒子分取装置を用意した。当該微小粒子分取装置のオリフィスの直径は７０μｍであり、円筒電極の内径は１７０μｍであり且つ長さは３００μｍであった。当該オリフィス及び当該円筒電極は、当該オリフィスから排出された液体が当該円筒電極の内側を、当該円筒電極に接触せずに通過するように構成された。
【０１４１】
シース液が、当該オリフィスからシース流量４．５ｍＬ／分で噴射された。当該シース液は、当該円筒電極の内側を、当該円筒電極に接触せずに通過した。また、当該円筒電極と当該噴射された柱状のシース液との間に、液滴生成用電圧印加部によって周期的な交流電圧を印加した。その結果、液滴が生成された。液滴の周波数は、当該交流電圧の周波数の２倍であった。
【０１４２】
当該交流電圧の振幅が±２４０Ｖ及び±４８０Ｖの時の切断距離の測定結果を、図２２の左のグラフに示す。グラフの縦軸は切断距離である。グラフの横軸は液滴周波数であり、すなわち電圧の周波数の２倍の値である。当該グラフに示されるとおり、液滴周波数が５０ｋＨｚから７０ｋＨｚの範囲にある場合に、すなわち交流電圧の周波数が２５ｋＨｚから３５ｋＨｚの範囲にある場合に、切断距離が特に短かった。すなわち、当該範囲内で、より変動の小さい、安定した液滴生成が行われることが分かる。また、液滴周波数が５９ｋＨｚの場合に、切断距離は最短であった。液滴周波数が５９ｋＨｚの場合の液滴のストロボ画像を、図２２の右に示す。
【０１４３】
（２）実施例２
【０１４４】
実施例１で用いた微小粒子分取装置において、シース液が、当該オリフィスからシース流量４．５ｍＬ／分で噴射された。また、当該円筒電極と当該噴射された柱状のシース液との間に、液滴生成用電圧印加部によって周期的な脈流電圧を印加した。その結果、液滴が生成された。液滴の周波数は、当該交流電圧の周波数と等しかった。
【０１４５】
当該脈流電圧の振幅が１２０Ｖであり且つオフセット電圧が１２０Ｖである場合（凡例２４０Ｖ）、当該脈流電圧の振幅が２４０Ｖであり且つオフセット電圧が２４０Ｖである場合（凡例４８０Ｖ）、当該脈流電圧の振幅が１２０Ｖであり且つオフセット電圧が−１２０Ｖ（凡例−２４０Ｖ）である場合、及び当該脈流電圧の振幅が２４０Ｖであり且つオフセット電圧が−２４０Ｖである場合（凡例−４８０Ｖ）の切断距離の測定結果を図２３の左に示す。グラフの縦軸は切断距離である。グラフの横軸は液滴周波数であり、これは電圧の周波数に等しい。当該グラフに示されるとおり、液滴周波数が５０ｋＨｚから７０ｋＨｚの範囲にある場合に、すなわち脈流電圧の周波数が５０ｋＨｚから７０ｋＨｚの範囲にある場合に、切断距離が特に短かった。すなわち、当該範囲内で、より変動の小さい、安定した液滴生成が行われることが分かる。また、液滴周波数が５９ｋＨｚの場合に、切断距離は最短であった。液滴周波数が５９ｋＨｚの場合の液滴のストロボ画像を、図２３の右に示す。
【０１４６】
なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
〔１〕柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部
を備えている装置。
〔２〕前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されている、〔１〕に記載の装置。
〔３〕前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって生じる、前記電極と前記柱状の液体との間のクーロン力によって前記柱状の液体にくびれを形成するように構成されている、〔１〕又は〔２〕に記載の装置。
〔４〕前記液滴生成部は、前記電圧の印加によって前記柱状の液体にくびれを形成し、当該くびれが形成された部分で前記柱状の液体が千切れて液滴が形成されるように構成されている、〔１〕〜〔３〕のいずれか一つに記載の装置。
〔５〕前記電極が前記柱状の液体と接触しないように、前記電極及び前記オリフィスが配置されている、〔１〕〜〔４〕のいずれか一つに記載の装置。
〔６〕前記電極が前記柱状の液体の側方に位置するように、前記電極及び前記オリフィスが配置されている、〔１〕〜〔５〕のいずれか一つに記載の装置。
〔７〕前記電極が前記柱状の液体の周囲の一部又は全部を囲むように、前記電極及び前記オリフィスが配置されている、〔１〕〜〔６〕のいずれか一つに記載の装置。
〔８〕前記オリフィスが、円柱状の液体を排出する、〔１〕〜〔７〕のいずれか一つに記載の装置。
〔９〕前記液滴生成部により生成された液滴を荷電する液滴荷電部をさらに備えている、〔１〕〜〔８〕のいずれか一つに記載の装置。
〔１０〕前記液滴荷電部により荷電された液滴の進行方向を制御する進行方向制御部をさらに備えている、〔１〕〜〔９〕のいずれか一つに記載の装置。
〔１１〕前記液滴荷電部が、前記電圧印加部による電圧の印加によって液滴に与えられた電荷をキャンセルする波形を有する電圧によって、前記液滴を荷電する、〔９〕又は〔１０〕に記載の装置。
〔１２〕前記電極と前記柱状の液体との間の放電を検出する放電検出部をさらに含む、〔１〕〜〔１１〕のいずれか一つに記載の装置。
〔１３〕前記オリフィス及び前記電極が１つのチップ内に設けられている、〔１〕〜〔１２〕のいずれか一つに記載の装置。
〔１４〕微小粒子分取装置である、〔１〕〜〔１３〕のいずれか一つに記載の装置。
〔１５〕オリフィスから排出された柱状の液体と当該オリフィスの近傍に設けられた電極との間に周期的な電圧を印加することにより液滴を生成する液滴生成工程を含む方法。
〔１６〕柱状の液体を排出するオリフィスと、当該オリフィスの近傍に設けられた電極と、当該柱状の液体と当該電極との間に周期的な電圧を印加する電圧印加部とを備えている液滴生成部
を備えている装置を含む微小粒子分取システム。
【符号の説明】
【０１４７】
４００  微小粒子分取装置
４０３  オリフィス
４１４  フローセル
４５０  円筒電極
４５１  電圧印加部