(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定する判定部を備え、
前記基準画像情報は、前記基準液滴画像情報と、該基準液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の背景画像の輝度に関する基準背景画像情報と、を有し、
前記撮像画像情報は、前記撮像液滴画像情報と、該撮像液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の輝度に関する撮像背景画像情報と、を有し、
前記判定部は、前記基準液滴画像情報の輝度のピーク値よりも、前記撮像液滴画像情報の輝度のピーク値が高いか否かを判定する粒子分取装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記基準液滴画像情報中の液滴画像に関する輝度のピーク値から所定の範囲内にある輝度の画素数について、前記基準液滴画像情報よりも前記撮像液滴画像情報の方が、少ないか否かを判定する請求項１に記載の粒子分取装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記基準画像情報中の液滴以外の画像に関する輝度のピーク値から所定の範囲内にある輝度の画素数について、前記基準背景画像情報よりも前記撮像背景画像情報の方が、少ないか否かを判定する請求項１又は２に記載の粒子分取装置。
【請求項４】
前記オリフィスから吐出される液滴の少なくとも一部に電荷を付与する荷電部と、
前記液滴により形成される流体ストリームを挟んで対向して配置され、前記液滴の進行方向を変化させる偏向板と、
前記オリフィスから吐出される流体が液滴化される位置において前記液滴の画像を取得し、前記基準画像情報と前記撮像画像情報とを生成する第１撮像部と、
を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒子分取装置。
【請求項５】
前記基準画像情報を記憶する記憶部を更に備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の粒子分取装置。
【請求項６】
前記基準画像情報は、粒子を含有しない液滴の画像を含む画像情報である請求項１〜５のいずれか一項に記載の粒子分取装置。
【請求項７】
前記偏向板間を通過した前記液滴の画像を取得する第２撮像部を更に備え、
前記判定部は、前記第２撮像部により取得された前記液滴の第２画像情報が、予め設定された安定画像情報であるか否かを判定し、
前記第２画像情報が前記安定画像情報である場合に、前記第２画像情報についての前記液滴の第１撮像部により撮像された画像情報を前記基準画像情報と決定する請求項４に記載の粒子分取装置。
【請求項８】
前記基準画像情報に対し、前記撮像画像情報が変化している場合に、
ユーザに警告情報を通知する通知部を更に備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の粒子分取装置。
【請求項９】
前記基準画像情報に対し、前記撮像画像情報が変化している場合に、
粒子を含有する液滴の分取を自動で停止させる制御部を更に備える請求項１〜８のいずれか一項に記載の粒子分取装置。
【請求項１０】
判定部により、オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定し、
前記基準画像情報は、前記基準液滴画像情報と、該基準液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の背景画像の輝度に関する基準背景画像情報と、を有し、
前記撮像画像情報は、前記撮像液滴画像情報と、該撮像液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の輝度に関する撮像背景画像情報と、を有し、
さらに、前記判定部により、前記基準液滴画像情報の輝度のピーク値よりも、前記撮像液滴画像情報の輝度のピーク値が高いか否かを判定する粒子分析方法。
【請求項１１】
オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定する機能を粒子分取装置に実行させ、
前記基準画像情報は、前記基準液滴画像情報と、該基準液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の背景画像の輝度に関する基準背景画像情報と、を有し、
前記撮像画像情報は、前記撮像液滴画像情報と、該撮像液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の輝度に関する撮像背景画像情報と、を有し、
さらに、前記基準液滴画像情報の輝度のピーク値よりも、前記撮像液滴画像情報の輝度のピーク値が高いか否かを判定する機能を前記粒子分取装置に実行させるプログラム。
【請求項１２】
オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定する判定部を備え、
前記基準画像情報は、前記基準液滴画像情報と、該基準液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の背景画像の輝度に関する基準背景画像情報と、を有し、
前記撮像画像情報は、前記撮像液滴画像情報と、該撮像液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の輝度に関する撮像背景画像情報と、を有し、
前記判定部は、前記基準液滴画像情報の輝度のピーク値よりも、前記撮像液滴画像情報の輝度のピーク値が高いか否かを判定する粒子分取システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、粒子分取装置、粒子分取方法、そのプログラム及び粒子分取システムに関する。より詳しくは、液滴の画像に基づいて液滴中の気泡や異物等の有無を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、細胞、微生物及びリポソーム等の生体関連粒子を分析する場合は、フローサイトメトリー（フローサイトメータ）が利用されている（例えば、非特許文献１参照）。フローサイトメトリーは、流路内を１列になって通流する粒子に特定波長のレーザ光（励起光）を照射して、各粒子から発せられた蛍光や散乱光を検出することにより、複数の粒子を１個ずつ分析する方法である。このフローサイトメトリーでは、光検出器で検出した光を電気的信号に変換して数値化して、統計解析を行うことにより、個々の粒子の種類、大きさ及び構造等を判定することができる。【０００３】
フローサイトメータには、分析結果に基づいて、特定の特性を有する微小粒子のみを分別して回収する機能を備えたものもあり、特に細胞を分取対象とした微小粒子分取装置は「セルソータ」と呼ばれている。このセルソータでは、一般に、振動素子等によりフローセルやマイクロチップに振動を与えることにより、その流路から排出される流体を液滴化している（特許文献１、２参照）。【０００４】
このセルソータでは、シースラインやサンプルラインへの気泡や異物等の混入はラミナフローや液滴の乱れを招き、解析データの信頼性の低下やソート精度及びソート純度の低下等につながる。例えば、特許文献３では、気泡検出器を搭載したセルソータについての技術が開示されている。この技術によれば、気泡検出器を流路に連結し、その流路内に存在する気泡を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５３２８７４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９０６８０号公報
【特許文献３】米国特許出願公開２００７／０２５７２１５明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】中内啓光監修，「細胞工学別冊  実験プロトコルシリーズ  フローサイトメトリー自由自在」，第２版，株式会社秀潤社，２００６年８月３１日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した特許文献３に開示の粒子分取装置では、装置内に気泡検出器を搭載しなければならず、装置のコストを上げてしまうことになると共に、装置の構造上の自由度が制限されていた。また、気泡の他に液滴中の異物等の検出も可能にすることが求められていた。【０００８】
そこで、本開示は、簡便に液滴中の気泡や異物等の検出を行うことができる粒子分取装置、粒子分取方法、プログラム及び粒子分取システムを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定する判定部を備える粒子分取装置を提供する。
前記基準画像情報は、前記基準液滴画像情報と、該基準液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の背景画像の輝度に関する基準背景画像情報と、を有し、前記撮像画像情報は、前記撮像液滴画像情報と、該撮像液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の輝度に関する撮像背景画像情報と、を有していてもよい。
また、前記判定部は、前記基準液滴画像情報の輝度のピーク値よりも、前記撮像液滴画像情報の輝度のピーク値が高いか否かを判定してもよい。
また、前記判定部は、前記基準液滴画像情報中の液滴画像に関する輝度のピーク値から所定の範囲内にある輝度の画素数について、前記基準液滴画像情報よりも前記撮像液滴画像情報の方が、少ないか否かを判定してもよい。
また、前記判定部は、前記基準画像情報中の液滴以外の画像に関する輝度のピーク値から所定の範囲内にある輝度の画素数について、前記基準背景画像情報よりも前記撮像背景画像情報の方が、少ないか否かを判定してもよい。
また、前記粒子分取装置は、前記オリフィスから吐出される液滴の少なくとも一部に電荷を付与する荷電部と、前記液滴により形成される流体ストリームを挟んで対向して配置され、前記液滴の進行方向を変化させる偏向板と、前記オリフィスから吐出される流体が液滴化される位置において前記液滴の画像を取得し、前記基準画像情報と前記撮像画像情報とを生成する第１撮像部と、を備えていてもよい。
このとき、前記基準画像情報を記憶する記憶部を更に備えていてもよい。
また、前記基準画像情報は、粒子を含有しない液滴の画像を含む画像情報であってもよい。
更に、前記偏向板間を通過した前記液滴の画像を取得する第２撮像部を更に備え、前記判定部は、前記第２撮像部により取得された前記液滴の第２画像情報が、予め設定された安定画像情報であるか否かを判定し、前記第２画像情報が前記安定画像情報である場合に、前記第２画像情報についての前記液滴の第１撮像部により撮像された画像情報を前記基準画像情報と決定してもよい。
更に、前記基準画像情報に対し、前記撮像画像情報が変化している場合に、ユーザに警告情報を通知する通知部を備えていてもよい。
また、前記基準画像情報に対し、前記撮像画像情報が変化している場合に、粒子を含有する液滴の分取を自動で停止させる制御部を更に備えていてもよい。
【００１０】
本開示に係る粒子分取方法では、判定部により、オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定する。【００１１】
本開示に係るプログラムは、オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定する機能を粒子分取装置に実行させる。【００１２】
本開示に係る粒子分取システムは、オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定する判定部を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、簡便に液滴中の気泡や異物等の検出を行うことができる。なお、ここに記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、本開示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】本開示の第１の実施形態に係る粒子分取装置１の構成例を模式的に示す図である。
【図２】同実施形態に係る粒子分取装置１による気泡や異物等の検出方法の概要を示すフローチャート図である。
【図３】Ａ及びＢは第１撮像部８により撮像された画像の例を示す図である。
【図４】基準画像情報８０及び撮像画像情報８１についてのヒストグラムの例を示す図である。
【図５】本開示の第２の実施形態に係る粒子分取システム１０２の構成例を模式的に示す図である。
【図６】同実施形態に係る粒子分取装置１０２による気泡や異物等の検出方法の概要を示すフローチャート図である。
【図７】本開示の第３の実施形態に係る粒子分取システム１０３の構成例を模式的に示す図である。
【図８】同実施形態に係る粒子分取装置１０３による気泡や異物等の検出方法の概要を示すフローチャート図である。
【図９】Ａ〜Ｄは第２撮像部９により撮像された画像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示を実施するための形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。また、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施形態
（予め記憶された基準画像情報に基づいて気泡や異物等を検出する分取装置の例）
２．第２の実施形態
（粒子を含有しない粒子非含有液滴の画像情報を基準画像情報とする分取装置の例）
３．第３の実施形態
（サイドストリームの画像情報から基準画像情報を決定する分取装置の例）
４．第４の実施形態
（粒子の分取と、液滴中の気泡や異物等の検出とを異なる装置で行うシステムの例）
【００１６】
＜１．第１の実施形態＞
先ず、本開示の第１の実施形態に係る粒子分取装置１について説明する。図１は本開示の第１の実施形態の粒子分取装置１の概略構成を示す図である。
【００１７】
［装置の全体構成］
本実施形態の粒子分取装置１は、撮像された画像の情報に基づいて粒子を含有する液滴中の気泡や異物等を検出するものであり、図１に示すように、マイクロチップ２、振動素子３、荷電部４、偏向板５ａ，５ｂ、判定部７、記憶部１０等を備えている。
【００１８】
［粒子について］
本実施形態の粒子分取装置１により分析され、分取される粒子には、細胞、微生物及びリボゾーム等の生体関連微小粒子、又はラテックス粒子、ゲル粒子及び工業用粒子等の合成粒子等が広く含まれる。
【００１９】
生体関連微小粒子には、各種細胞を構成する染色体、リボゾーム、ミトコンドリア、オルガネラ（細胞小器官）等が含まれる。また、細胞には、植物細胞、動物細胞及び血球系細胞等が含まれる。更に、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等のウイルス類、イースト菌等の菌類などが含まれる。この生体関連微小粒子には、核酸や蛋白質、これらの複合体等の生体関連高分子も包含され得るものとする。
【００２０】
一方、工業用粒子としては、例えば有機高分子材料、無機材料又は金属材料等で形成されたものが挙げられる。有機高分子材料としては、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等を使用することができる。また、無機材料としては、ガラス、シリカ及び磁性材料等を使用することができる。金属材料としては、例えば金コロイド及びアルミニウム等を使用することができる。なお、これらの粒子の形状は、一般には球形であるが、非球形であってもよく、また大きさや質量等も特に限定されない。
【００２１】
［マイクロチップ２］
マイクロチップ２には、分取対象とする粒子を含む液体（サンプル液）が導入されるサンプルインレット２２、シース液が導入されるシースインレット２３、詰まりや気泡を解消するための吸引アウトレット２４などが形成されている。このマイクロチップ２では、サンプル液は、サンプルインレット２２に導入され、シースインレット２３に導入されたシース液と合流して、サンプル流路に送液され、サンプル流路の終端に設けられたオリフィス２１から吐出される。
【００２２】
また、サンプル流路には、吸引アウトレット２４に連通する吸引流路が接続されている。この吸引流路は、サンプル流路に詰まりや気泡が生じた際に、サンプル流路内を負圧にし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ものであり、吸引アウトレット２４には真空ポンプなどの負圧源が接続される。
【００２３】
マイクロチップ２は、ガラスや各種プラスチック（ＰＰ，ＰＣ，ＣＯＰ，ＰＤＭＳなど）により形成することができる。マイクロチップ１の材質は、後述する光検出部から照射される測定光に対して透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差が少ない材質とすることが望ましい。
【００２４】
マイクロチップ２の成形は、ガラス製基板のウェットエッチングやドライエッチングによって、またプラスチック製基板のナノインプリントや射出成型、機械加工によって行うことができる。マイクロチップ２は、例えばサンプル流路等を成形した基板を、同じ材質又は異なる材質の基板で封止することで形成することができる。
【００２５】
［振動素子３］
振動素子３は、流路内を通流する液に微小な振動を与えることにより、オリフィス２１から吐出される流体を液滴化して、流体ストリーム（液滴の流れ）Ｓを発生させるものであり、圧電素子等を用いることができる。振動素子３は、流路内を通流する液に振動を付与できる位置に設けられていればよく、マイクロチップ２の内部やマイクロチップ２に当接配置する他にも、シース配管等の流路に液を導入する配管に取り付けられていてもよい。
【００２６】
［荷電部４］
荷電部４は、オリフィス２１から吐出される液滴に、正又は負の電荷を付与するものであり、電荷用電極４１及びこの電極４１に所定の電圧を印加する電圧源（電圧供給部４２）等で構成されている。荷電用電極４１は、流路中を通流するシース液及び／又はサンプル液に接触配置されて、シース液及び／又はサンプル液に電荷を付与するものであり、例えばマイクロチップ２の荷電電極インレットに挿入される。
【００２７】
なお、図１では、荷電用電極４１をサンプル液に接触するように配置しているが、本開示はこれに限定されるものではなく、シース液に接触するように配置してもよく、サンプル液及びシース液の両方に接触するように配置してもよい。ただし、分取対象の細胞への影響を考慮すると、荷電用電極４１は、シース液に接触するように配置することが望ましい。
【００２８】
このように、所望の液滴に正又は負の電荷を荷電して帯電させることにより、任意の液滴を、電気的な力により分離することが可能となる。また、荷電部４による荷電のタイミングと、振動素子３への供給電圧とを同期させることにより、任意の液滴のみを帯電させることが可能となる。
【００２９】
［偏向板５ａ，５ｂ］
偏向板５ａ，５ｂは、液滴に付与された電荷との間に作用する電気的な力によって、流体ストリームＳ中の各液滴の進行方向を変更し、所定の回収容器６ａ〜６ｃに誘導するものであり、流体ストリームＳを挟んで対向配置されている。この偏向板５ａ，５ｂには、例えば通常使用される電極を使用することができる。
【００３０】
偏向板５ａ，５ｂには、それぞれ正又は負の異なる電圧が印可され、これにより形成される電界内を荷電された液滴が通過すると、電気的な力（クーロン力）が発生し、各液滴はいずれかの偏向板５ａ，５ｂの方向に引き寄せられる。粒子分取装置１では、液滴への荷電の正負や電荷量を変化させることにより、電界により引き寄せられる液滴の流れ（サイドストリーム）の方向を制御することができるため、相互に異なる複数の粒子を同時に分取することが可能となる。
【００３１】
［回収容器６ａ〜６ｃ］
回収容器６ａ〜６ｃは、偏向板５ａ，５ｂの間を通過した液滴を回収するものであり、実験用として汎用のプラスチック製チューブやガラスチューブ等を使用することができる。これらの回収容器６ａ〜６ｃは、装置内に交換可能に配置されるものであることが好ましい。また、回収容器６ａ〜６ｃのうち非目的の粒子を受け入れるものには、回収した液滴の排液路を連結してもよい。
【００３２】
なお、粒子分取装置１に配置される回収容器の数や種類は、特に限定されるものではない。また、回収容器を３個以上配置する場合には、各液滴が、偏向板５ａ，５ｂとの間の電気的な作用力の有無及びその大小によっていずれか１つの回収容器に誘導され、回収されるようにすればよい。
【００３３】
［判定部７］
判定部７は、基準画像情報８０に対して、撮像画像情報８１が変化しているか否かを判定する。この基準画像情報８０とは、後述するように、オリフィスからの吐出後に撮像された気泡や異物等が混入していない液滴の基準液滴画像情報８０１を含む画像情報である。また、撮像画像情報８１とは、粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報８１１を含む画像情報である。
【００３４】
この判定部７により、撮像画像情報８１が基準画像情報８０に対して変化していると判定した場合には、その粒子を含有する液滴中に気泡や異物等が混入していることが分かる。そのため、気泡や異物等が混入している場合には、分取を中断することができ、装置の安定性や信頼性を維持することができる。
【００３５】
［第１撮像部（カメラ）８］
第１撮像部（カメラ）８は、オリフィスから吐出される流体が液滴化される位置（ブレークオフポイント）において液滴の画像を取得し、基準画像情報８０と撮像画像情報８１とを生成する。なお、液滴の撮像は、ＣＣＤやＣＭＯＳカメラなどの撮像装置の他に、光電変換素子などの各種撮像素子を使用することができる。また、第１撮像部８には、その位置を変更するための移動機構が設けられていてもよい。更に、本実施形態の粒子分取装置１には、第１撮像部８と併せて、撮影領域を照明する光源（図示せず）が設けられていてもよい。第１撮像部８のストロボを液滴形成周期ごとに一定時間発光させることで、液滴が形成される特定のタイミングで液滴画像を取得することが可能となる。
【００３６】
［記憶部１０］
記憶部１０は、各種のデータを格納するための装置であり、例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ；Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。記憶部１０は、入出力インターフェースを介して第１撮像部８で得られた画像情報を、記憶する。特に、記憶部１０は、後述するように、基準画像情報８０を予め記憶しておくことができる。
【００３７】
［制御部１１］
制御部１１は、基準画像情報８０に対し、撮像画像情報８１が変化している場合に、粒子を含有する液滴の分取を自動で停止するように、粒子分取装置１を制御することができる。制御部１１によるこの機能を実行させるか否かについては、ユーザが任意に設定しておくことができる。
【００３８】
［通知部１２］
通知部１２は、基準画像情報８０に対し、撮像画像情報８１が変化している場合に、ユーザに警告情報を通知する。この警告情報としては、ユーザが液滴中に気泡や異物等が混入していることを把握することができれば、特に限定されず、例えば、粒子分取装置１に設置されたランプの点滅といった表示情報であってもよいし、警告音等の出力情報であってもよい。
【００３９】
［光検出部］
更に、本実施形態の粒子分取装置１には、例えばサンプル流路の所定部位に光（測定光）を照射し、サンプル流路を通流する粒子から発生する光（測定対象光）を検出する光検出部（図示せず）が設けられている。光検出部は、従来のフローサイトメトリーと同様に構成することができる。具体的には、レーザー光源と、粒子に対してレーザー光を集光・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などからなる照射系と、レーザー光の照射によって粒子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。
【００４０】
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によって構成される。なお、照射系と検出系は同一の光学経路により構成されていても、別個の光学経路により構成されていてもよい。また、光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粒子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各種散乱光や蛍光等とすることができる。
【００４１】
［動作］
次に、本実施形態の粒子分取装置１の動作、即ち、粒子分取装置１を用いて粒子を含有するサンプルの液滴中の気泡や異物等を検出する方法について説明する。
【００４２】
図２は、本実施形態に係る粒子分取装置１による気泡や異物等の検出方法の概要を示すフローチャート図である。まず、記憶部１０から基準画像情報８０が読み出される（ステップＳ１１）。
【００４３】
図３は、第１撮像部８により撮像された画像の例を示す図であり、Ａが基準画像情報８０に関する画像であり、Ｂが後述する撮像画像情報８１に関する画像である。この基準画像情報８０とは、オリフィス２１からの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報８０１を含む予め設定された画像情報であり、気泡や異物等が混入していない液滴を含む画像情報である。なお、符号８０２は、液滴以外の背景画像に関する基準背景画像情報である。なお、液滴形成周波数が１０〜３０ｋＨｚであり、第１撮像部８は、約３０ｆｐｓであるため、この図３に示す画像は、数百〜数千個の画像が重ねあわされたものである。
【００４４】
次に、サンプルが粒子分取装置１にセットされ、液滴の分取が開始される（図２中、ステップＳ１２、Ｓ１３）。そして、第１撮像部８により、液滴が撮像され、図３Ｂに示すような画像の撮像画像情報８１が得られる（ステップＳ１４）。
【００４５】
次に、判定部７により、この撮像画像情報８１が基準画像情報８０に対して変化しているか否かを判定する（ステップＳ１５）。図４は、基準画像情報８０及び撮像画像情報８１についてのヒストグラムの例を示す図である。このヒストグラムは、図３に示すような第１撮像部８により撮像された画像から得られる情報であり、横軸に輝度を取り、縦軸に各輝度の画素数を取った情報である。
【００４６】
基準画像情報８０には、高輝度（図４中、符号Ｂで示す輝度）側の画素数が最大となるピーク値と、低輝度（図４中、符号Ｄで示す輝度）側の画素数が最大となるピーク値Ｉｒｅｆとの２つのピーク値が主に存在する。このピーク値Ｉｒｅｆを有する低輝度側の画像情報が、基準液滴画像情報８０１である。一方、高輝度側にピークを有する画像情報が、液滴以外の背景画像の輝度に関する基準背景画像情報８０２である。なお、符号ＤとＢとの境界の輝度値については、任意に適宜設定することができる。
【００４７】
同様に、第１撮像部８により、撮像された液滴の撮像液滴画像情報８１にも、高輝度側の画素数が最大となるピーク輝度値と、低輝度側の画素数が最大となるピーク輝度値Ｉとの２つのピーク値が存在する。このピーク輝度値Ｉを有する低輝度側の画像情報が撮像液滴画像情報８１１である。一方、高輝度側にピーク輝度値を有する画像情報が液滴以外の背景画像の輝度に関する撮像背景画像情報８１２である。
【００４８】
このとき、判定部７により、ピーク輝度値Ｉｒｅｆに対し、ピーク輝度値Ｉがシフトするか否かを判定する。より具体的には、図３に示すように、撮像した液滴に気泡や異物等が混入している場合には、基準液滴画像情報８０１の画像に対して撮像液滴画像情報８１１の画像が全体的に薄くぼやける。そのため、ピーク輝度値Ｉは、ピーク輝度値Ｉｒｅｆに対し、高輝度側にシフトする。
【００４９】
また、このとき、判定部７により、ピーク輝度値ＩがＩｒｅｆ±ｉの範囲内にあるか否かを判定することが好ましい。このｉは、好ましくは、全体の輝度が２５６階調である場合に、１０〜３０程度である。これにより、より精度良く気泡や異物等の混入を検知することが可能である。
【００５０】
また、判定部７により、このＩｒｅｆ±ｉの範囲の画素数について、基準画像情報８０よりも撮像画像情報８１の方が所定の値以上少ないか否かを判定する。この所定の値としては、基準画像情報８０中の範囲内の画素数の２５〜５０％程度の値であることが、より精度良く気泡や異物等の混入を検知することが可能になるため好ましい。
【００５１】
一方、判定部７により、高輝度側のピーク輝度値から所定の範囲内にある画素数に関し、基準背景画像情報８０２よりも、撮像背景画像情報８１２の方が少ないか否かを判定することもできる。この画素数が、基準背景画像情報８０２よりも、撮像背景画像情報８１２の方が少ない場合に、撮像した液滴中に気泡や異物等が混入していると判定される。この所定の範囲としては、基準背景画像情報８０中の範囲内の画素数のうち５〜１０％程度であることが、より精度良く気泡や異物等の混入を検知することが可能になるため好ましい。このように、判定部７により、基準液滴画像情報８０１のみならず、基準背景画像情報８０２に基づいても、気泡や異物等の存在を精度良く検知することができる。
【００５２】
このようにして、判定部７により、基準画像情報８０に対して撮像画像情報８１が変化していると判定された場合には、粒子分取装置１には、気泡や異物等が混入していると判断される（ステップＳ１６）。これにより、例えば、制御部１１によりサンプルの分取を自動で停止させたり、通知部１２によりユーザに警告情報が通知されたりする。このとき、ラミナフロー生成部に設けられた吸引口（図示せず）によりサンプルを自動で吸引することで流路の安定化を図ることも可能である。一方、判定部７により、基準画像情報８０に対して撮像画像情報８１が変化していないと判定された場合には、引き続き、粒子分取装置１は液滴の分取を行う。
【００５３】
以上より、本実施形態の粒子分取装置１によれば、基準画像情報８０と、液滴の撮像画像情報８１とを比較することで、簡便に気泡や異物等の存在を把握することができる。従って、気泡や異物等の存在によりサンプルの分取を停止することができ、例えば、異物の混入による流路等の詰まりを抑制できるため、粒子分取装置１の安定性や信頼性を向上させることができる。また、分取しようとセットしていたサンプルがなくなり気泡が混入した場合にも、サンプルの分取操作を自動で停止することができ、粒子分取装置１の利便性も向上させることができる。また、第１撮像部８により、簡便に気泡等の存在を把握することができるため、粒子分取装置１に気泡検出センサ等の装置を別途設ける必要がなく、粒子分取装置１の構成上の自由度を向上させることができると共に、製造コストを低減できる。
【００５４】
なお、前述した第１の実施形態では、マイクロチップ２を用いた場合を例に説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、マイクロチップ２の代わりにフローセルを用いても同様の効果が得られる。
【００５５】
＜２．第２の実施形態＞
次に、本開示の第２の実施形態に係る粒子分取装置１０２について説明する。図５は、本開示の第２の実施形態に係る粒子分取装置１０２の構成例を模式的に示す図である。また、図６は、本実施形態に係る粒子分取装置１０２による気泡や異物等の検出方法の概要を示すフローチャート図である。気泡や異物等はサンプルインレット２２から混入することが多いため、粒子を含有しないストリームは安定である（液滴として気泡や異物等を含有しない）場合が多い。本実施形態の粒子分取装置１０２は、粒子を含有しないストリーム（粒子非含有ストリーム）を発生させて、そのストリーム中の液滴の画像情報を基準画像情報８０とする。そのため、本実施形態の粒子分取装置１０２では、前述した第１の実施形態の構成に対し、気泡や異物等を検出する工程において、記憶部１０からのデータの読み出しを必ずしも必要とはしない。
【００５６】
本実施形態の粒子分取装置１０２では、まず、図６に示すように、粒子を含有しない粒子非含有ストリームを発生させる（ステップＳ２１）。次に、この粒子非含有ストリーム中の液滴を第１撮像部８により撮像して得られる画像情報を基準画像情報８０とする（ステップＳ２２）。このとき、この基準画像情報８０は、記憶部１０に記憶してもよいし、記憶しなくてもよい。
【００５７】
その後、分取対象となるサンプルをセットし、粒子を含有するストリームに気泡や異物等が混入しているか否かを判定する方法は、第１の実施形態の粒子分取装置１と同様に行われる（ステップＳ１２〜Ｓ１６）。また粒子分取装置１０２のその他の構成及び効果も、本開示の第１の実施形態と同様である。
【００５８】
以上より、本実施形態の粒子分取装置１０２によれば、サンプルの分取前に、気泡や異物等が混入していない粒子非含有ストリームの液滴画像情報を基準画像情報８０とする。そのため、必ずしも予め記憶した基準画像情報８０を記憶部１０から読み出す必要がなく、簡便に液滴中の気泡や異物等の存在を判定することができる。
【００５９】
＜３．第３の実施形態＞
次に、本開示の第３の実施形態に係る粒子分取装置１０３について説明する。図７は、本開示の第３の実施形態に係る粒子分取装置１０３の構成例を模式的に示す図である。また、図８は、本実施形態に係る粒子分取装置１０３による気泡や異物等の検出方法の概要を示すフローチャート図である。
【００６０】
図７に示すように、本実施形態の粒子分取装置１０３では、第１の実施形態の粒子分取装置１及び第２の実施形態の粒子分取装置１０２と異なり、偏向板５ａ、５ｂ間を通過した液滴の画像を取得する第２撮像部（カメラ）９を備える。本実施形態の粒子分取装置１０３では、第２撮像部９でサイドストリームを撮像し、得られる第２画像情報が安定画像情報である場合に、その液滴について第１撮像部８により撮像された画像情報を基準画像情報８０とする。
【００６１】
なお、液滴の撮像は、ＣＣＤやＣＭＯＳカメラなどの撮像装置の他に、光電変換素子などの各種撮像素子を使用することができる。また、第２撮像部９には、その位置を変更するための移動機構が設けられていてもよい。
【００６２】
図８に示すように、粒子分取装置１０３では、まず、液滴に規則的に正又は負の電荷を荷電して帯電させることでサイドストリームを発生させる（ステップＳ３１）。このサイドストリームの液滴は粒子を含有していてもよいし、含有していなくてもよい。次に、第２撮像部９により、偏向板５ａ、５ｂ間を通過したサイドストリームを撮像し、第２画像情報を取得する（ステップＳ３２）。
【００６３】
図９は、第２撮像部９により撮像された画像の例を示す図であり、Ａに示す画像情報が安定画像情報９０であり、Ｂ〜Ｄに示す画像情報が不安定画像情報９１〜９３である。図９Ａに示すように、判定部７は、サイドストリームに関する画像９０１、９０２の夫々について、例えば、ストリームが形成される方向の長さが任意のＬ以上であって、幅が任意のＷ以下の線画像が１本である場合に、その画像情報を安定画像情報９０であると判定する。このＬとＷについては、Ｌ／Ｗを適宜設定して、所定の範囲を好ましい範囲とすることができる。そして、判定部７は、その液滴について、気泡や異物等が混入していないと判定し、第１撮像部８により撮像されたその液滴の画像情報を基準画像情報８０とすることができる（ステップＳ３３、Ｓ３４）。
【００６４】
一方、図９Ｂに示すように、サイドストリームに関する画像９１１、９１２の夫々について、２本以上の線画像情報が得られた場合には、判定部７は、その画像情報を不安定画像情報９１と判定し、その液滴について第１撮像部８により撮像された画像情報は基準画像情報とはしない。また、図９Ｃに示すように、サイドストリームに関する画像９２１、９２１の夫々について、幅が任意のＷ以上である場合にも、同様に、判定部７は、その画像情報を不安定画像情報９２と判定する。さらに、図９Ｄに示すように、サイドストリームに関する線画像９３１、９３２以外に、画素数が任意のＮ以上の画像９３３が得られた場合にも、判定部７は、その画像情報を不安定画像情報９３であると判定する。
【００６５】
このように、サイドストリームが安定し、安定画像情報９０を取得できた場合には、その液滴について第１撮像部８により撮像された画像情報を基準画像情報８０とする（図８中、ステップＳ３５）。なお、このとき、この基準画像情報８０については、記憶部１０が記憶してもよいし、記憶しなくてもよい。一方、不安定画像情報９１が得られた場合には、安定画像情報が得られるまで、第２撮像部９によりサイドストリームの撮像が行われる。
【００６６】
その後、分取対象となるサンプルをセットし、サンプルの液滴に気泡や異物等が混入しているか否かを判定する方法は、第１、第２の実施形態の粒子分取装置１、１０２と同様にして行われる（ステップＳ１２〜Ｓ１６）。また粒子分取装置１０３のその他の構成及び効果も、本開示の第１、第２の実施形態と同様である。
【００６７】
以上より、本実施形態の粒子分取装置１０３によれば、サイドストリームが安定している液滴の画像情報を基準画像情報８０とするため、より精度良く、簡便に液滴中の気泡や異物等の存在を判定することができる。
【００６８】
＜４．第４の実施形態＞
次に、本開示の第４の実施形態に係る粒子分取システムについて説明する。本実施形態の粒子分取システムでは、第１〜第３の実施形態で説明した粒子分取装置１、１０２、１０３による粒子の分取及び検出と、判定部７による解析とを異なる装置で行う。粒子分取装置１、１０２、１０３と、判定部７が設けられた装置（図示せず）とは、例えば、サーバを介して直接接続されていてもよいし、ネットワークを介して相互に通信可能に接続されていてもよい。なお、本実施形態の粒子分取システムについては、判定部７が粒子分取装置とは異なる装置に設けられているという点以外の構成及び効果は、本開示の第１〜第３の実施形態の粒子分取装置１、１０２、１０３と同様である。
【００６９】
また、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
（１）
オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定する判定部を備える粒子分取装置。
（２）
前記基準画像情報は、前記基準液滴画像情報と、該基準液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の背景画像の輝度に関する基準背景画像情報と、を有し、
前記撮像画像情報は、前記撮像液滴画像情報と、該撮像液滴画像情報よりも輝度のピーク値が高い液滴以外の輝度に関する撮像背景画像情報と、を有する（１）に記載の粒子分取装置。
（３）
前記判定部は、前記基準液滴画像情報の輝度のピーク値よりも、前記撮像液滴画像情報の輝度のピーク値が高いか否かを判定する（２）に記載の粒子分取装置。
（４）
前記判定部は、前記基準液滴画像情報中の液滴画像に関する輝度のピーク値から所定の範囲内にある輝度の画素数について、前記基準液滴画像情報よりも前記撮像液滴画像情報の方が、少ないか否かを判定する（２）又は（３）に記載の粒子分取装置。
（５）
前記判定部は、前記基準画像情報中の液滴以外の画像に関する輝度のピーク値から所定の範囲内にある輝度の画素数について、前記基準背景画像情報よりも前記撮像背景画像情報の方が、少ないか否かを判定する（２）〜（４）のいずれか１つに記載の粒子分取装置。
（６）
前記オリフィスから吐出される液滴の少なくとも一部に電荷を付与する荷電部と、
前記液滴により形成される流体ストリームを挟んで対向して配置され、前記液滴の進行方向を変化させる偏向板と、
前記オリフィスから吐出される流体が液滴化される位置において前記液滴の画像を取得し、前記基準画像情報と前記撮像画像情報とを生成する第１撮像部と、
を備える（１）〜（５）のいずれか１つに記載の粒子分取装置。
（７）
前記基準画像情報を記憶する記憶部を更に備える（１）〜（６）のいずれか１つに記載の粒子分取装置。
（８）
前記基準画像情報は、粒子を含有しない液滴の画像を含む画像情報である（１）〜（６）のいずれか１つに記載の粒子分取装置。
（９）
前記偏向板間を通過した前記液滴の画像を取得する第２撮像部を更に備え、
前記判定部は、前記第２撮像部により取得された前記液滴の第２画像情報が、予め設定された安定画像情報であるか否かを判定し、
前記第２画像情報が前記安定画像情報である場合に、前記第２画像情報についての前記液滴の第１撮像部により撮像された画像情報を前記基準画像情報と決定する（６）に記載の粒子分取装置。
（１０）
前記基準画像情報に対し、前記撮像画像情報が変化している場合に、
ユーザに警告情報を通知する通知部を更に備える（１）〜（９）のいずれか１つに記載の粒子分取装置。
（１１）
前記基準画像情報に対し、前記撮像画像情報が変化している場合に、
粒子を含有する液滴の分取を自動で停止させる制御部を更に備える（１）〜（１０）のいずれか１つに記載の粒子分取装置。
（１２）
判定部により、オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定する粒子分析方法。
（１３）
オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定する機能を粒子分取装置に実行させるプログラム。
（１４）
オリフィスからの吐出後に撮像された液滴の画像の輝度に関する基準液滴画像情報を含む予め設定された基準画像情報に対し、オリフィスからの吐出後に撮像された粒子を含有する液滴の画像の輝度に関する撮像液滴画像情報を含む撮像画像情報が変化しているか否かを判定する判定部を備える粒子分取システム。
【符号の説明】
【００７０】
１、１０２、１０３  粒子分取装置
２  マイクロチップ
３  振動素子
４  荷電部
５ａ、５ｂ  偏向板
６ａ〜６ｃ  回収容器
７  判定部
８  第１撮像部
９  第２撮像部
１０  記憶部
１１  制御部
１２  通知部
２１  オリフィス
２２  サンプルインレット
２３  シースインレット
２４  吸引アウトレット
４１  電極
４２  電圧供給部
８０  基準画像情報
８１  撮像画像情報
９０  安定画像情報
８０１  基準液滴画像情報
８０２  基準背景画像情報
８１１  撮像液滴画像情報
８１２  撮像背景画像情報
Ｓ  流体ストリーム
【図１】
0006465036.tif 000002
【図２】
0006465036.tif 000003
【図３】
0006465036.tif 000004
【図４】
0006465036.tif 000005
【図５】
0006465036.tif 000006
【図６】
0006465036.tif 000007
【図７】
0006465036.tif 000008
【図８】
0006465036.tif 000009
【図９】
0006465036.tif 000010