微粒分選裝置、微粒分選方法和程序的制作方法

微粒分選裝置、微粒分選方法和程序的制作方法
【專利摘要】提供了可以長時間穩定分選性能的微粒分選裝置、微粒分選方法及程序。在這個微粒分選裝置中，獲取流體和液滴的圖像的成像元件被設置在其中從用于生成流體流的孔排出的流體被液滴化的位置上，并且還設置了控制部，該控制部基于圖像中的流體的狀態或者存在于流體被液滴化的位置與最接近于流體被液滴化的位置的含微粒的液滴之間并且不包括微粒的衛星液滴的狀態，來控制使孔振動的振動元件的驅動電壓和/或成像元件的位置。
【專利說明】微粒分選裝置、微粒分選方法和程序

【技術領域】
[0001]本技術涉及一種微粒分選裝置、微粒分選方法和程序。更具體地，本技術涉及基于通過光學方法等分析的結果分選和回收微粒的技術。

【背景技術】
[0002]在現有技術中，采用利用流式細胞儀(流式細胞儀)的光學測量方法分析細胞、微生物和生物相關微粒，例如，脂質體。流式細胞儀是一種利用光對流經布置在流槽(flowcell)或微芯片中的流動路徑的微粒進行照射的裝置。流式細胞儀還檢測單個微粒發出的熒光或散射光，并對熒光或散射光進行分析。
[0003]流式細胞儀的示例包括具有基于分析結果僅分選和回收具有特定特性的微粒的功能的裝置。具體地，將細胞作為待分選對象的裝置被稱為“細胞分選儀”。一般來說，在這種細胞分選儀中，通過利用振動元件等對流槽或微芯片給予振動而將從流動路徑排出的流體液滴化(參見專利文件1、2)。對與流體隔離的液滴施加正(+)電荷或負㈠電荷。隨后，通過偏轉板改變液滴的移動方向。此后，將液滴回收并裝入預定容器等之內。
[0004]進一步地，現有技術中還提出了用于穩定分選性能的技術的方法(參見專利文件3)。在該方法中，拍攝從流槽的出口噴嘴排出的流體或液滴的圖像。其中，根據在圖像中計算的偏差對包括鞘壓的壓力和晶體激勵等條件進行調整。
[0005]引用列表
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本PCT國家公開第2007-532874號
[0008]專利文獻2:日本專利申請公開第2010-190680號
[0009]專利文獻3:日本PCT國家公開第2006-504970號


【發明內容】

[0010]本發明要解決的問題
[0011]但是，在上文所述的相關技術中的微粒分選裝置中，存在由于溫度、液壓和鞘壓的變化造成的壓力差異影響而使分選性能不穩定的問題。在專利文件3所述的技術中，可通過拍攝流體或液滴的圖像，并基于圖像調整各種條件而在某種程度上改善這個問題。但是，在這種情況下，工藝變得復雜，同時，每個工藝中可能容易發生誤差。這種誤差包括例如感應誤差和設定壓力變化時產生的誤差。
[0012]因此，本發明的主要目的在于提供一種能長時間的穩定分選性能的微粒分選裝置以及微粒分選方法和程序。
[0013]問題的解決方案
[0014]根據本公開的微粒分選裝置包括:成像元件，被配置為在從生成流體流的孔排出的流體被液滴化的位置上獲取流體和液滴的圖像；以及控制部，被配置為基于圖像中的流體的狀態和/或存在于流體被液滴化的位置與包括微粒的液滴之中最接近流體被液滴化的位置的液滴之間并且不包括微粒的衛星液滴的狀態，來控制向孔給予振動的振動元件的驅動電壓和/或成像元件的位置。
[0015]控制部控制例如驅動電壓，使得從流體被液滴化的位置至衛星液滴的距離和/或在流體被液滴化之前流體的收縮區域的狀態變得恒定。
[0016]在收縮區域的狀態在控制下變得恒定的情況下，控制部可控制驅動電壓，使得收縮區域的寬度變得恒定。
[0017]控制部可進一步控制驅動電壓，控制部控制驅動電壓，使得從流體被液滴化的位置至將流體液滴化之前流體的收縮區域的最狹窄部分的距離變得恒定。
[0018]另外，控制部還可控制成像元件的位置，使得在圖像中流體被液滴化的位置變得恒定。
[0019]在這種情理下，控制部可計算從圖像的上端部至流體被液滴化的位置的距離，并且控制成像元件的位置使得該距離變得恒定。
[0020]另一方面，該微粒分選裝置可包括鞘液存儲槽，被配置為存儲被包括在流體流中的鞘液；第一水深檢測部，被配置為檢測存儲在鞘液存儲槽中的鞘液的水深；第一壓力檢測部，被配置為檢測鞘液存儲槽內部的氣壓；以及第一壓力控制部，被配置為控制鞘液存儲槽內部的氣壓，使得根據由第一水深檢測部檢測到的水深計算出的液壓和由第一壓力檢測部檢測到的氣壓的總和變得恒定。
[0021]本文中的微粒分選裝置可進一步包括樣品液存儲槽，被配置為存儲包括微粒并且被包括在流體流中的樣品液；第二水深檢測部，被配置為檢測存儲在樣品液存儲槽中的樣品液的水深；第二壓力檢測部，被配置為檢測樣品液存儲槽內部的氣壓；以及第二壓力控制部，被配置為控制樣品液存儲槽內部的氣壓，使得根據由第二水深檢測部檢測到的水深計算出的液壓和由第二壓力檢測部檢測到的氣壓的總和變得恒定。
[0022]在根據本公開的微粒分選方法中，基于在從生成流體流的孔排出的流體被液滴化的位置上拍攝的圖像中的流體的狀態和/或存在于流體被液滴化的位置與包括微粒的液滴之中最接近流體被液滴化的位置的液滴之間并且不包括微粒的衛星液滴的狀態，來控制向孔給予振動的振動元件的驅動電壓和/或獲得圖像的成像元件的位置。
[0023]根據本公開的程序使微粒分選裝置的控制部執行以下功能:基于在從生成流體流的孔排出的流體被液滴化的位置上拍攝的圖像中的流體的狀態和/或存在于流體被液滴化的位置與包括微粒的液滴之中最接近流體被液滴化的位置的液滴之間并且不包括微粒的衛星液滴的狀態，來控制向孔給予振動的振動元件的驅動電壓和/或獲得圖像的成像元件的位置。
[0024]發明效果
[0025]根據本公開，可維持長時間的穩定分選性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026][圖1]是示出了根據本公開第一實施例的微粒分選裝置的配置示意圖。
[0027][圖2]是示出了在圖1中所示的照相機7拍攝的示例性圖像的示意圖。
[0028][圖3]是示出了流體和液滴之間的關系以及每個參數的視圖。
[0029][圖4]的A和B是示出了振動元件3的驅動電壓與液柱長度之間的關系的視圖。
[0030][圖5]的A?C是不出了振動兀件3的驅動電壓與第一衛星上部間隔d和液柱收縮寬度w之間的關系的視圖。
[0031][圖6]是示出了流體的狀態與每個參數之間的關系視圖。
[0032][圖7]的A?C為示出了振動元件3的驅動電壓和液柱中的最終液滴長度m之間的關系不意圖。
[0033][圖8]的A和B為基于液柱長度L的異常檢測方法的示意圖。
[0034][圖9]的A和B是示出了環境溫度的變化對液體流造成的狀態變化的視圖。
[0035][圖10]的A和B是示出了斷裂點的位置變化時照相機7的位置移動方法的視圖。
[0036][圖11]是示出了保持斷裂點的恒定位置的其它方法的視圖。
[0037][圖12]是示出了根據本發明第二實施例的微粒分選裝置的整體配置的視圖。
[0038][圖13]的A和B是示出了鞘壓與流體和液滴狀態之間的關系的視圖。
[0039][圖14]是示出了鞘容器10內部的氣壓和水壓的視圖。
[0040][圖15]是示出了鞘液231的水深Dlg的測量方法的視圖。
[0041][圖16]是示出了樣品液221的水深D#s的測量方法的視圖。
[0042][圖17]的A和B是示出了鞘壓的控制方法的視圖。

【具體實施方式】
[0043]下文中，將參照附圖對用于實施本公開的模式進行詳細說明。應注意的是，本公開并不限于本文所述的每個實施例。進一步，實施例將按以下順序進行說明。
[0044]1.第一實施例
[0045](基于流體和液滴的狀態的控制振動元件和成像元件的分選裝置的示例)
[0046]2.第二實施例
[0047](具有穩壓功能的分選裝置的示例)
[0048]〈1.第一實施例>
[0049]首先，將描述根據本發明第一實施例的微粒分選裝置。圖1是示出了根據本發明第一實施例的微粒分選裝置的配置的視圖。
[0050][裝置的整體配置]
[0051]該實施例的微粒分選裝置I基于光學方法分析的結果進行分選和回收微粒。本文中的微粒分選裝置I包括微芯片2、振動兀件3、充電電極4、偏轉板5a, 5b、回收容器6a?6c等，如圖1中所示。進一步地，微粒分選裝置I包括成像元件(照相機7)和控制部8。照相機7拍攝流體和液滴的圖像。控制部8基于通過照相機7拍攝的圖像來控制振動元件3的驅動電壓和/或照相機7的位置。
[0052][微粒]
[0053]通過本實施例的微粒分選裝置I分析和分選的微粒，其大致包括細胞、微生物和諸如核糖體的生物相關微粒，或包括合成粒子，諸如乳膠粒、凝膠粒和工業粒子。
[0054]生物相關微粒的示例包括各種細胞內包括的染色體、核糖體、線粒體和細胞器。進一步，細胞的示例包括植物細胞、動物細胞和血細胞。另外，微生物的示例包括諸如E.coli的細菌、諸如煙草花葉病毒的病毒和諸如酵母細胞的真菌。這些生物相關微粒可包括諸如核酸的生物相關聚合物、蛋白質及其絡合物。
[0055]另一方面，工業粒子的示例包括有機聚合物材料、無機材料或金屬材料。有機聚合物材料可采用例如聚苯乙烯、苯乙烯二乙烯基苯和聚甲基丙烯酸甲酯。無機材料可采用例如玻璃、硅石和磁性材料。金屬材料可采用例如金膠體和鋁。應注意的是，這些微粒一般為球形，但也為非球形。進一步地，其尺寸和質量并沒有特別限制。
[0056][微芯片2]
[0057]微芯片2包括樣品入口 22、鞘入口 23、抽吸出口 24等。將包括待分選微粒的液體(樣品液)引入至樣品入口 22，將鞘液引入鞘入口 23。抽吸出口 24用于清除障礙物和氣泡。在該微芯片2中，樣品液被引入樣品入口 22，并且與引入鞘入口 23的鞘液匯合。隨后，將樣品液輸送到樣品流動路徑中，并從布置在樣品流動路徑一端的孔21排出。
[0058]與抽吸出口 24連通的抽吸流動路徑與樣品流動路徑連接。樣品流動路徑中出現障礙物和氣泡時，該抽吸流動路徑在樣品流動路徑的內側施加負壓，以使樣品流動路徑中的流向臨時反轉，以消除障礙物和氣泡。負壓源，例如，真空泵與抽吸出口 24連接。
[0059]微芯片2可由玻璃或各種塑料制成(例如，PP、PC、COP和PDMS)。微芯片2的優選材料為能傳輸光檢測部發出的測量光，由于波長色散小而具有較少自發熒光和光學誤差的材料。
[0060]微芯片2可通過對玻璃襯底進行濕法蝕刻或干法蝕刻，或對塑料襯底進行納米壓印、注塑或機械加工而形成。微芯片2可通過(例如)將形成有樣品流動路徑等的襯底與包括相似或不同材料的襯底密封在一起而形成。
[0061][振動元件3]
[0062]振動元件3鄰接在微芯片2的一部分上，或布置為微芯片2的內部組成。振動元件3通過以預定頻率對微芯片2進行振動而對鞘液進行一分鐘振動。隨后，振動元件3將孔21排出的流體(樣品液和鞘液)被液滴化，以形成液體流(液滴流)S。振動元件3可采用壓電單元等。
[0063][電壓供應部31]
[0064]電壓供應部31向振動元件3提供驅動電壓。根據正弦波提供振動元件3的驅動電壓以形成穩定的液滴，并通過頻率(時鐘值)和振幅(驅動值)進行控制。
[0065][帶電部]
[0066]帶電部對孔21排出的液滴施加正電荷或負電荷。本文中的帶電部包括例如用于充電的電極4和對該電極4施加預定電壓的電壓源。設置用于充電的電極4以與流經流動路徑的鞘液和/或樣品液相接觸。本文中用于充電的電極4進一步對鞘液和/或樣品液進行充電，并插入例如微芯片2的帶電電極入口中。
[0067]在圖1中，設置用于充電的電極4以與樣品液接觸。但是，本公開并不限于此，可以設置用于充電的電極4以與鞘液或樣品液和鞘液接。但是，應注意的是，考慮到對待分選細胞的影響，用于充電的電極4優選地與鞘液接觸。
[0068]這樣，通過對預期液滴施加正電荷或負電荷，并對液滴進行充電，可通過電動力將包括微粒的隨機液滴進行隔尚。此外，帶電部的充電時間與對振動兀件3提供電壓的時間同步時，僅可對隨機液滴進行充電。
[0069][偏轉板5a, 5b]
[0070]偏轉板5a，5b通過作用于偏轉板與施加在液滴上的電荷之間的電動力來改變液體流S內的每個液滴的移動方向。本文的偏轉板5a，5b將每個液滴的移動方向引導到預定回收容器內，以跨過液體流S互相相對的方式布置。這些偏轉板5a，5b可采用例如通常使用的電極。
[0071]正電壓和負電壓分別被施加在偏轉板5a和5b上。帶電液滴經過通過施加上述電壓而形成的電場時，產生電動力(庫侖力)，將每個液滴在偏轉板5a和5b的方向上拉動。微粒分選裝置I可通過改變施加于液滴的極性(正極或負極)或電荷量而控制拉向電場的液滴流(支流)的方向。因此，可同時分選多個互不相同的微粒。
[0072][回收容器6a?6c]
[0073]回收容器6a?6c對經過偏轉板5a與5b之間的液滴進行回收。用于試驗的回收容器6a?6c可米用通用塑料管或玻璃管。優選地,應將這些回收容器6a?6c以可交換地布置在裝置內。進一步地，在這些回收容器6a?6c中，容納不是待分選的微粒的回收容器可耦接至用于回收液滴的排放路徑。
[0074]應注意的是，布置在微粒分選裝置I中的回收容器的數量沒有特別限制。例如，在布置三個以上回收容器的情況下，可將每個液滴引導到任何一個回收容器中，并可根據偏轉板5a和5b之間是否存在電動力和電動力的幅度進行回收。
[0075][成像元件(照相機)7]
[0076]成像元件(照相機)7在將孔21排出的樣品液和鞘液的層流被液滴化的位置(斷裂點BP)拍攝流體被液滴化之前流體的圖像和液滴的圖像。應注意的是，除CCD照相機和CMOS照相機之外，還可通過使用各種成像元件，例如，光電轉換單元拍攝流體和液滴的圖像。
[0077]進一步地，照相機7優選地包括位置調整機構70以改變照相機7的位置。因此，照相機7的位置可易于基于(下文文中所述的)控制部8發出的命令進行控制。根據該實施例的微粒分選裝置I不僅可包括照相機7，還可包括對成像區域進行照明的光源(未示出)。
[0078][控制部8]
[0079]控制部8基于照相機7拍攝的圖像來控制振動元件3的驅動電力和/或照相機7的位置。更具體地，控制部8基于將流體被液滴化之前圖像中流體的狀態和/或基于斷裂點與包括微粒的液滴之間存在的衛星液滴的狀態控制電壓供應部31和位置調整機構70。
[0080]控制部8可包括例如信息處理裝置，包括通用處理器、主存儲器、輔助存儲器等。在這種情況下，可通過將照相機7等成像元件拍攝的圖像數據輸入到控制部8中并執行已編程的控制算法而自動控制電壓供應部31和位置調整機構70。這種計算機程序可存儲于例如,諸如磁盤、光盤、磁光盤和閃存的記錄介質中或可通過網絡傳輸。
[0081][光檢測部]
[0082]此外，根據該實施例的微粒分選裝置I包括例如光檢測部(未示出)，光檢測部利用光(測量光)照射樣品流動路徑的預定部分，并檢測經過樣品流動路徑的微粒發出的光(待測量的光)。本文中的光檢測部可以與現有技術中的流式細胞儀相似的方式配置。更具體地，本文中的光檢測部包括激光源、照射系統和檢測系統。照射系統包括例如聚集激光束并用激光束照射微粒的聚光透鏡、二向色鏡和帶通濾波器。檢測系統檢測由于激光束的照射而由微粒發出的待測量光。
[0083]檢測系統包括例如光電倍增管(PMT)和區域成像元件(例如，CCD)以及CMOS單元。應注意的是，照射系統和檢測系統可包括同一單個光路，或可分別包括單獨光路。進一步地，光檢測部的檢測系統檢測的待測量光為微粒由于測量光的照射而發出的光。例如，待測量光可為散射光，例如，前向散射光、側向散射光、瑞利散射光和米氏散射光，或熒光。將待測量光轉換為電信號。基于電信號檢測微粒的光學特性。
[0084][動作]
[0085]接下來，將對根據本實施例的微粒分選裝置I的動作進行說明。根據本實施例的微粒分選裝置I對微粒進行分選時，將包括待分選微粒的樣品液引入樣品入口 22，將鞘液引入鞘入口 23。此外，同時使用例如光檢測部對微粒的光學特性以及微粒的流速(流動速度)和微粒的間隔進行檢測。將檢測的微粒的光學特性、流速和間隔等轉換為電信號，并輸出給裝置的整體的控制部(未示出)。
[0086]樣品液和鞘液的層流經過樣品流動路徑中將用光照射的部分。隨后，將層流從孔21排放到微芯片2外部的空間。此時用振動元件3對孔21進行振動，將待排放流體被液滴化。偏轉板5a，5b基于光檢測部的檢測結果改變在樣品流動路徑中充電的每個液滴的移動方向。隨后，將每個液滴引導到預定回收容器6a?6c中，并進行回收。
[0087]在這一系列過程中，根據該實施例的微粒分選裝置I利用照相機7在斷裂點拍攝流體和液滴的圖像。隨后，微粒分選裝置I基于圖像利用控制部8控制振動元件3和照相機7。更具體地，控制部8基于圖像中流體的狀態和/或衛星液滴的狀態控制電壓供應部31提供的驅動電壓和/或照相機7的位置。
[0088](成像過程)
[0089]圖2為照相機7拍攝的示例性圖像的示意圖。如圖2中所示，照相機7拍攝的圖像71至少包括斷裂點BP和第一衛星SD115在本文中，“斷裂點BP”為將孔21排出的流體被液滴化的位置。此外，在本文中，“第一衛星SD/’為不包括微粒，存在于斷裂點BP與包括微粒的液滴D中的液滴Dl之間的衛星液滴SD，其最靠近斷裂點BP。
[0090](控制驅動電壓)
[0091]在其中通過控制部8控制振動元件3的驅動電壓的情況下，例如，其中預先準備將流體和液滴調整為最優選狀態的圖像(參考圖像)。隨后，調整驅動電壓，使分選期間的圖像與參考圖像匹配。可基于例如從斷裂點BP到第一衛星SD1的距離d(第一衛星上部間隔d)，并基于將流體被液滴化之前流體的收縮區域的寬度w (液柱收縮寬度)比較參考圖像與分選期間的圖像。圖3是示出了液體流S的狀態與每個參數之間的關系的視圖。
[0092]當第一衛星上部間隔d比液滴穩定時窄時，這種狀態表示斷裂點BP和第一衛星SD1較為靠近。在其中第一衛星上部間隔d的值變小，或變為零時，這種狀態表示斷裂點BP的位置下降的幅度為第一衛星SD1的量(圖3所示的液滴不穩定狀態)。
[0093]在液柱收縮寬度w較窄時，這種狀態表示液柱將要中斷。在液柱收縮寬度w的值變小或變為零時，液柱完全中斷形成一個新的液滴D。這種狀態表示斷裂點BP上升的幅度為新形成的液滴D的量(圖3所示的液滴不穩定狀態)。
[0094]第一衛星上部間隔d、液柱收縮寬度w和液柱長度L(斷裂點BP的位置)的相互關系緊密。液柱長度L、第一衛星上部間隔d和液柱收縮寬度w為直接顯示斷裂點BP的穩定性的指標。基于第一衛星上部間隔d的值或液柱收縮寬度w的值，可通過控制振動元件3的驅動電壓而穩定液體流S的液滴形狀。
[0095]圖4A和圖4B為振動兀件3的驅動電壓與液柱長度L之間的關系不意圖。圖5的A?C為振動元件3的驅動電壓、第一衛星上部間隔d和液柱收縮寬度w之間的關系示意圖。例如，在將圖2中所示的圖像71作為參考圖像的情況下，振動元件3的驅動電壓被控制部8控制，使分選期間圖像72中的液柱長度L變為LMf±l (I代表隨機數量的像素)。因此，將流體被液滴化之前的流體中包括的，液柱內的液滴FD的數量變得恒定。此處的“液柱內的液滴”指將流體被液滴化之前流體中包括的分離之前的液滴。
[0096]如圖4A和圖4B中所示，在其中振動元件3的驅動電壓增加的情況下，液柱中斷，液柱內最靠近斷裂點BP的液滴FD被液滴化。因此，斷裂點BP的位置上升，液柱長度L的值減小。相反，在振動元件3的驅動電壓下降的情況下，第一衛星SD1變大，轉換為液柱并轉換為液柱內的液滴FD。因此，斷裂點BP的位置下降，液柱長度L的值增加。
[0097]控制部8利用該關系控制振動元件3的驅動電壓。應注意的是，在鞘流速恒定的狀態下，液滴間隔不會發生變化。此外，也不會由于液滴間隔的變化而產生斷裂點BP位置的變化。因此，可易于將振動元件3的驅動電壓控制到滿足預期條件的值。
[0098]接下來，控制振動元件3的驅動電壓，使分選期間圖像72中的第一衛星上部間隔d與圖2中所示的參考圖像71中的第一衛星上部間隔dMf相似。如圖5的A?C所示，在振動元件3的驅動電壓增加的情況下，第一衛星上部間隔d的值增加。相反，在振動元件3的驅動電壓下降的情況下，第一衛星上部間隔d的值減小。控制部8利用該關系控制振動元件3的驅動電壓。
[0099]第一衛星上部間隔d對液體流S的液滴形狀的變化較為敏感。因此，可通過不斷調整第一衛星上部間隔d，使其與參考圖像71的第一衛星上部間隔Clref匹配，從而使分選期間的液滴形狀保持與參考圖像相似的穩定狀態。
[0100]進一步，可利用液柱收縮寬度w而不是上述第一衛星上部間隔C^f控制振動元件3的驅動電壓。更具體地，控制振動元件3的驅動電壓，使分選期間圖像72中的液柱收縮寬度w的值與圖2所示的參考圖像71中的液柱收縮寬度wMf相似。如圖5的A?C中所示，在振動元件3的驅動電壓增加的情況下，液柱收縮寬度w的值減小。在振動元件3的驅動電壓下降的情況下，液柱收縮寬度w的值增加。控制部8利振用該關系控制蕩元件3的驅動電壓。
[0101]與上述第一衛星上部間隔CUf相似，液柱收縮寬度w會靈敏地隨著液體流S的液滴形狀變化而變化。因此，可通過調整液柱收縮寬度w,使其與參考圖像71的液柱收縮寬度Wref匹配，從而將液體流S保持在穩定狀態，并穩定斷裂點BP的位置。
[0102]應注意的是，在控制部8控制振動元件3的驅動電壓的過程中，可將第一衛星上部間隔d或液柱收縮寬度w作為指標。但是，也可將兩者均作為指標而進一步穩定液體流S的液滴形狀。
[0103]可替代地，可僅基于流體的狀態，而非衛星液滴的狀態控制振動元件3的驅動電壓。圖6為示出了流體狀態與液柱長度L和液柱中的最終液滴長度m之間的關系的視圖。圖7的A?C為示出了振動元件3的驅動電壓和液柱中的最終液滴長度m之間的關系的視圖。
[0104]如圖6中所示，從液柱收縮寬度w變為最小值(收縮區域的最窄部分)的位置到斷裂點的距離m(液柱中的最終液滴長度)與液柱長度L(斷裂點BP的位置)具有緊密的關系。因此，液柱中的最終液滴長度m是直接顯示斷裂點BP穩定性的指標。基于液柱中最終液滴長度m的值，可通過控制振動元件3的驅動電壓而穩定液體流S的液滴形狀。
[0105]更具體地，控制振動元件3的驅動電壓，使分選期間圖像72中的液柱中最終液滴長度m的值與圖2中所示的參考圖像71中的液柱中最終液滴長度mMf相似。如圖7的A?C所示，在振動元件3的驅動電壓增加的情況下，液柱中最終液滴長度m的值減小。另一方面，在振動元件3的驅動電壓下降的情況下，液柱中最終液滴長度m的值增加。控制部8利用該關系控制振動元件3的驅動電壓。
[0106]這樣，即使在沒有形成微型液滴或孔半徑較大的情況下，也可以將液柱中的最終液滴長度m作為指標通過控制振動元件3的驅動電壓來穩定液體流S的液滴形狀。此外，液柱中的最終液滴長度m對液體流S的液滴形狀變化敏感。因此，可通過不斷調整液柱中的最終液滴長度m，使其與參考圖像71的液柱中的最終液滴長度mraf匹配，從而使分選期間的液滴構造保持與參考圖像相似的穩定狀態。
[0107]應注意的是，例如，在將流體被液滴化之前流體的收縮區域內存在多個最窄部分(液柱收縮寬度w變為最小值的位置)的情況下，可將任意點，例如，收縮區域的中心點或最靠近斷裂點BP的點視為最窄部分。隨后，可確定液柱中的最終液滴長度m。進一步，可將液柱中的最終液滴長度m獨立作為控制振動元件3的驅動電壓的指標。但是，也可基于上述第一衛星上部間隔d和液柱收縮寬度w兩者控制振動元件3的驅動電壓。
[0108]另一方面，在分選期間，存在這種情況:由于驅動路徑的阻塞和氣泡的混入，液滴構造無法保持穩定，斷裂點BP急劇下降。但是，可基于液柱長度L對這種情況進行檢測。圖8A和圖SB為示出了基于液柱長度L的異常檢測方法的示意圖。在發生流動路徑阻塞和氣泡混入等異常的情況下，液柱長度L急劇增加。因此，例如，除圖8A中所示的液柱長度Lref之外，還設置了用于檢測異常的液柱長度如圖SB中所示，液柱長度L超過該值時，則確定為“發生異常”。
[0109]液體流S的液滴構造變得不穩定時，無法保持分選性能。因此，在檢測到異常的情況下，液滴充電和對偏轉板施加電壓的過程暫停。進一步，在這種情況下，停止分選，并對用戶發出通知。同時，從布置在微芯片2中的抽吸出口 24進行抽吸。因此，可獲得流動路徑(層流)的穩定性。在液柱長度L再次下降到用于檢測異常的液柱長度1^&以下的情況下，假定流動路徑(層流)已穩定，進行上述控制過程。
[0110](控制照相機位置)
[0111]圖9A和圖9B為示出了環境溫度的變化對液體流造成的狀態變化的視圖。如圖9A和圖9B中所示，分選期間由于環境溫度的變化而造成鞘液溫度變化時，液體流S的液滴間隔由于粘度變化造成的流速變化而變化。進一步，斷裂點BP的位置，即，液柱長度L也會變化。因此，圖像72中液柱內的液滴FD的數量也會變化。同時，也存在無法穩定檢測或區分斷裂點BP的可能性。
[0112]在液體流S的液滴形狀和壓力穩定的情況下，可認為對液柱長度L的影響是由于溫度變化造成的液滴間隔變化而造成的。由此，在根據該實施例的微粒分選裝置I中，根據圖像中液柱長度L的變化用控制部8移動照相機7的位置。因此，可將圖像中斷裂點BP的位置和液柱內液滴FD的數量保持在恒定水平。因此，也可將跌落延遲時間保持在恒定值。
[0113]圖1OA和圖1OB為示出了用于隨著斷裂點的位置變化而移動照相機7的位置的方法的視圖。例如，在該方法中，可從圖2中所示的從參考圖像中拍攝液柱長度L&。此外，如圖1OA和圖1OB所示，分選期間圖像72中的液柱長度L超過Lref±m(m代表隨機數量的像素)的范圍時，由控制部8控制照相機7的位置P，以抵消液柱長度L的變化。
[0114]在由于溫度的增加造成流速增加，使液滴間隔變寬，斷裂點BP下降時，液柱長度L的值增加。由此，照相機7的位置下降(P —P')。進一步，在液滴間隔變窄的情況下，照相機7的位置根據液柱長度L的減小而上升(P' — P)。
[0115]這樣，照相機7的位置隨著斷裂點BP的位置變化而變化時，圖像中液柱長度L的值可保持恒定。因此，在分選圖像中，可將斷裂點BP穩定保持在于參考圖像對應的預定位置。因此，液柱內液滴FD的數量可保持恒定，可長時間保持預先調整的跌落延遲時間。
[0116]除移動照相機7本身的方法之外，保持圖像中斷裂點BP位置恒定的方法還包括改變圖像切割位置的方法。圖11為保持斷裂點位置恒定的其它方法的示意圖。例如，用廣角照相機拍攝流體和液滴的圖像，如圖11中所示。從圖像中，切掉包括斷裂點BP的圖像73以由控制部8進行控制。
[0117]這種情況下，斷裂點BP的位置變化時，圖像切割位置也會變化，以控制液柱長度L的值的變化。因此，可模擬斷裂點BP移動時對成像位置的控制過程。
[0118]根據該實施例的微粒分選裝置基于液體流S的狀態控制振動元件3的驅動電壓和/或成像元件的位置。因此，可長時間穩定液滴形狀并保持斷裂點BP的高準確度。根據該實施例的微粒分選裝置通過使用對液滴形狀變化起靈敏反應的參數而進行控制。因此，可以高穩定性、快速響應性和魯棒性對液滴形狀進行控制。
[0119]進一步，在根據該實施例的微粒分選裝置中，可通過在分選期間立即檢測流動路徑中的阻礙物和氣泡的混入，并緊急停止分選和流動路徑內的自動抽吸而獲得流動路徑的穩定性。進一步，在根據該實施例的微粒分選裝置中，照相機7的位置可隨著環境溫度的變化造成的鞘流速度的變化，以及鞘流速度的變化造成的斷裂點BP的變化而變化。由此，液柱內到斷裂點BP的液滴FD的數量可保持恒定，可長時間保持預先調整的跌落延遲時間，還可保持分選性能。
[0120]因此，根據該實施例的微粒分選裝置，可對環境溫度的變化造成的影響、鞘液/樣品液的減少、障礙物和氣泡的混入或液滴形狀的變化進行控制。因此，可實現長時間的高精度穩定分選。
[0121]上述第一實施例對使用微芯片2的示例進行了說明。但是，本發明并不限于此。即使在使用流槽代替微芯片2的情況下，也可獲得相似效果。進一步，可用電或磁性檢測單元代替本發明的光檢測部。
[0122]〈2.第二實施例〉
[0123]接下來將對根據本發明第二實施例的微粒分選裝置進行說明。圖12是根據本發明第二實施例的微粒分選裝置的整體配置的示意圖。如圖12中所示，除上述第一實施例的配置之外，根據該實施例的微粒分選裝置進一步包括穩壓的功能。
[0124]從孔21排出的液體流S的液滴構造狀態隨著鞘壓的變化而變化。圖13A和圖13B為鞘壓與流體和液滴狀態之間的關系示意圖。如圖13A和圖13B中所示，鞘壓低時，斷裂點BP的位置上升。另一方面，鞘壓高時，由于流速增加，斷裂點BP的位置下降。
[0125]對于樣品流，樣品壓力低時，事件率(每單位時間的檢測次數)下降。另一方面，樣品壓力高時，事件率上升。除壓縮機13，18控制的氣壓之外，還將根據水深增加液壓而獲得壓力施加在布置在鞘容器10或樣品容器15底部的入口上。在根據該實施例的微粒分選裝置中，為了穩定壓力，根據分選之后水深的下降造成的液壓的變化控制氣壓的設置值。
[0126]圖14是示出了鞘容器10內部的氣壓和水壓的示意圖。圖15是示出了鞘液的水深D.的測量方法的視圖。圖16是示出了樣品液221的水深D#s的測量方法的視圖。圖17A和圖17B是示出了鞘壓的控制方法的視圖。在根據該實施例的微粒分選裝置中，測量鞘液231的水深Dlg和/或樣品液221的水深D#s。
[0127]如圖14和圖15中所示，可根據鞘容器10的已知質量和斷面面積和鞘液231的密度，通過用天平11測量包括鞘容器10的整體質量來計算鞘液231的水深D_。另一方面，如圖16中所示，可通過基于照相機16拍攝的圖像檢測樣品容器15的底部和樣品液221的液體表面，并將圖像中兩點之間的像素距離轉換為實際距離來計算樣品液221的水深D#s。
[0128]隨后，基于鞘液231的水深Dlg和樣品液221的水深D#s分別計算鞘液231的液壓FPlg和樣品液221的液壓FP#S。這種情況下，可易于根據已知密度計算鞘液231的密度。此外，樣品液221的密度與鞘液231的密度幾乎相似，可根據鞘液231的密度進行計算。
[0129]如圖17A和圖17B所示，壓力控制部14設置氣壓APlg,并對壓縮機13發出指令，以抵消由于水深D.的減小而造成的液壓FP.的變化使鞘壓Plg變得恒定。此處的鞘壓P.等于氣壓APlg和液壓FP鞘的總和(Plg= APl^FPlg)。因此，可通過周期性地計算液壓FP鞘并根據計算的液壓FPlgS置氣壓APlg而長時間穩定鞘壓Plg使其不產生任何變化。
[0130]此外，壓力控制部14可控制樣品壓力P#s而非控制上述鞘壓P-或將樣品壓力P 與鞘壓P?兩者一起控制。即使在這種情況下，與上述鞘壓Plg相似，壓力控制部也可根據液壓FP#S來設置氣壓AP#S，并對壓縮機18發出指令。因此，可長時間穩定樣品壓力P#s。
[0131]在根據該實施例的微粒分選裝置中，調整氣壓，使鞘液中氣壓和液壓的總和變得恒定。因此，控制了鞘液水深的下降對液壓造成的變化，可獲得長時間恒定和穩定的鞘。進一步，在根據該實施例的微粒分選裝置中，對樣品液中氣壓和液壓的變化的控制與對鞘壓的控制一起進行，或僅對樣品液中氣壓和液壓的變化進行控制，但不對鞘壓進行控制。因此，可實現長時間保持恒定事件率的分選。
[0132]應注意的是，上文所述的根據該實施例的微粒分選裝置的配置和效果與上述第一實施例中的配置和效果相似。
[0133]進一步，本發明可具有下文所述的配置。
[0134](I) 一種微粒分選裝置，包括:
[0135]成像元件，被配置為在從生成流體流的孔排出的流體被液滴化的位置上獲取所述流體和液滴的圖像；以及
[0136]控制部，被配置為基于所述圖像中的所述流體的狀態和/或存在于所述流體被液滴化的位置與包括微粒的液滴之中最接近所述流體被液滴化的位置的液滴之間并且不包括微粒的衛星液滴的狀態，來控制向所述孔給予振動的振動元件的驅動電壓和/或所述成像元件的位置。
[0137](2)根據(I)所述的微粒分選裝置，其中，所述控制部控制所述驅動電壓，使得從所述流體被液滴化的位置至所述衛星液滴的距離和/或在所述流體即將被液滴化之前的所述流體的收縮區域的狀態變得恒定。
[0138](3)根據(2)所述的微粒分選裝置，其中，所述控制部控制所述驅動電壓，使得所述收縮區域的寬度變得恒定。
[0139](4)根據(I)所述的微粒分選裝置，其中，所述控制部控制所述驅動電壓，使得從所述流體被液滴化的位置至所述流體即將被液滴化之前的所述流體的收縮區域的最狹窄部分的距離變得恒定。
[0140](5)根據⑴?(4)中任一項所述的微粒分選裝置，其中，所述控制部控制所述成像元件的位置，使得在所述圖像中所述流體被液滴化的位置變得恒定。
[0141](6)根據(5)所述的微粒分選裝置，其中，其中，所述控制部計算從所述圖像的上端部至所述流體被液滴化的位置的距離，并且控制所述成像元件的位置使得該距離變得恒定。
[0142](7)根據上述(I)?￠)中任一項所述的微粒分選裝置，包括:
[0143]鞘液存儲槽，被配置為存儲被包括在所述流體流中的鞘液；
[0144]第一水深檢測部，被配置為檢測存儲在所述鞘液存儲槽中的鞘液的水深；
[0145]第一壓力檢測部，被配置為檢測所述鞘液存儲槽內部的氣壓；以及
[0146]第一壓力控制部，被配置為控制所述鞘液存儲槽內部的氣壓，使得根據由所述第一水深檢測部檢測到的水深計算出的液壓和由所述第一壓力檢測部檢測到的氣壓的總和變得恒定。
[0147](8)根據上述(I)?(7)中任一項所述的微粒分選裝置，包括:
[0148]樣品液存儲槽，被配置為存儲包括微粒并且被包括在所述流體流中的樣品液；
[0149]第二水深檢測部，被配置為檢測存儲在所述樣品液存儲槽中的樣品液的水深；
[0150]第二壓力檢測部，被配置為檢測所述樣品液存儲槽內部的氣壓；以及
[0151]第二壓力控制部，被配置為控制所述樣品液存儲槽內部的氣壓，使得根據由所述第二水深檢測部檢測到的水深計算出的液壓和由所述第二壓力檢測部檢測到的氣壓的總和變得恒定。
[0152](9) 一種微粒分選方法,包括:
[0153]基于在從生成流體流的孔排出的流體被液滴化的位置上拍攝的圖像中的流體的狀態和/或存在于所述流體被液滴化的位置與包括微粒的液滴之中最接近所述流體被液滴化的位置的液滴之間并且不包括微粒的衛星液滴的狀態，來控制向所述孔給予振動的振動元件的驅動電壓和/或獲得所述圖像的成像元件的位置。
[0154](10)根據(9)所述的微粒分選方法，其中，控制所述驅動電壓，使得從所述流體被液滴化的位置至所述衛星液滴的距離和/或在所述流體被即將液滴化之前的所述流體的收縮區域的狀態變得恒定。
[0155](11)根據(10)所述的微粒分選方法，其中，控制所述驅動電壓，使得所述收縮區域的寬度變得恒定。
[0156](12)根據(9)所述的微粒分選方法，其中，控制所述驅動電壓，使得從所述流體被液滴化的位置至所述流體即將被液滴化之前的所述流體的收縮區域的最狹窄部分的距離變得恒定。
[0157](13)根據(9)?(12)中任一項所述的微粒分選方法，其中，控制所述成像元件的位置，使得在所述圖像中所述流體被液滴化的位置變得恒定。。
[0158](14)根據(13)所述的微粒分選方法，其中，計算從所述圖像的上端部至所述流體被液滴化的位置的距離，并且控制所述成像元件的位置使得該距離變得恒定。
[0159](15) 一種使微粒分選裝置的控制部執行以下功能的程序:基于在從生成流體流的孔排出的流體被液滴化的位置上拍攝的圖像中的流體的狀態和/或存在于所述流體被液滴化的位置與包括微粒的液滴之中最接近所述流體被液滴化的位置的液滴之間并且不包括微粒的衛星液滴的狀態，來控制向所述孔給予振動的振動元件的驅動電壓和/或獲得所述圖像的成像元件的位置。
[0160]參考符號列表
[0161]I微粒分選裝置
[0162]2微芯片
[0163]3振動元件
[0164]4用于充電的電極
[0165]5a, 5b 偏轉板
[0166]6a?6c回收容器
[0167]7成像元件(照相機)
[0168]8控制部
[0169]10鞘容器
[0170]11 天平
[0171]12,17氣壓傳感器
[0172]13，18 壓縮機
[0173]14壓力控制部
[0174]15樣品容器
[0175]16照相機
[0176]21 孔
[0177]22樣品入口
[0178]23 鞘入口
[0179]24抽吸出口
[0180]31電壓供應部
[0181]70位置調整機構
[0182]71 ?73 圖像
[0183]221樣品液
[0184]231 鞘液
[0185]BP斷裂點
[0186]D 液滴
[0187]S流體流
[0188]SD衛星液滴
[0189]FD液柱中的液滴
[0190]L液柱長度
[0191]m液柱中最終液滴長度
[0192]w液柱收縮寬度
【權利要求】
1.一種微粒分選裝置，包括: 成像元件，被配置為在從生成流體流的孔排出的流體被液滴化的位置上獲取所述流體和液滴的圖像；以及 控制部，被配置為基于所述圖像中的所述流體的狀態和/或不包括微粒的衛星液滴的狀態，來控制給予所述孔振動的振動元件的驅動電壓和/或所述成像元件的位置，所述衛星液滴存在于所述流體被液滴化的位置與包括微粒的液滴之中最接近所述流體被液滴化的位置的液滴之間。
2.根據權利要求1所述的微粒分選裝置，其中，所述控制部控制所述驅動電壓，使得從所述流體被液滴化的位置至所述衛星液滴的距離和/或在所述流體即將被液滴化之前的所述流體的收縮區域的狀態變得恒定。
3.根據權利要求2所述的微粒分選裝置，其中，所述控制部控制所述驅動電壓，使得所述收縮區域的寬度變得恒定。
4.根據權利要求1所述的微粒分選裝置，其中，所述控制部控制所述驅動電壓，使得從所述流體被液滴化的位置至所述流體即將被液滴化之前的所述流體的收縮區域的最狹窄部分的距離變得恒定。
5.根據權利要求1所述的微粒分選裝置，其中，所述控制部控制所述成像元件的位置，使得所述圖像中的所述流體被液滴化的位置變得恒定。
6.根據權利要求5所述的微粒分選裝置，其中，所述控制部計算從所述圖像的上端部至所述流體被液滴化的位置的距離，并且控制所述成像元件的位置使得該距離變得恒定。
7.根據權利要求1所述的微粒分選裝置，包括: 鞘液存儲槽，被配置為存儲被包括在所述流體流中的鞘液； 第一水深檢測部，被配置為檢測存儲在所述鞘液存儲槽中的鞘液的水深； 第一壓力檢測部，被配置為檢測所述鞘液存儲槽內部的氣壓；以及 第一壓力控制部，被配置為控制所述鞘液存儲槽內部的氣壓，使得根據由所述第一水深檢測部檢測到的水深計算出的液壓和由所述第一壓力檢測部檢測到的氣壓的總和變得恒定。
8.根據權利要求1所述的微粒分選裝置，包括: 樣品液存儲槽，被配置為存儲包括微粒并且被包括在所述流體流中的樣品液； 第二水深檢測部，被配置為檢測存儲在所述樣品液存儲槽中的樣品液的水深； 第二壓力檢測部，被配置為檢測所述樣品液存儲槽內部的氣壓；以及 第二壓力控制部，被配置為控制所述樣品液存儲槽內部的氣壓，使得根據由所述第二水深檢測部檢測到的水深計算出的液壓和由所述第二壓力檢測部檢測到的氣壓的總和變得恒定。
9.一種微粒分選方法，包括: 基于在從生成流體流的孔排出的流體被液滴化的位置上拍攝的圖像中的流體的狀態和/或不包括微粒的衛星液滴的狀態，來控制給予所述孔振動的振動元件的驅動電壓和/或獲得所述圖像的成像元件的位置，所述衛星液滴存在于所述流體被液滴化的位置與包括微粒的液滴之中最接近所述流體被液滴化的位置的液滴之間。
10.根據權利要求9所述的微粒分選方法，其中，控制所述驅動電壓，使得從所述流體被液滴化的位置至所述衛星液滴的距離和/或在所述流體即將被液滴化之前的所述流體的收縮區域的狀態變得恒定。
11.根據權利要求10所述的微粒分選方法，其中，控制所述驅動電壓，使得所述收縮區域的寬度變得恒定。
12.根據權利要求9所述的微粒分選方法，其中，控制所述驅動電壓，使得從所述流體被液滴化的位置至所述流體即將被液滴化之前的所述流體的收縮區域的最狹窄部分的距離變得恒定。
13.根據權利要求9所述的微粒分選方法，其中，控制所述成像元件的位置，使得所述圖像中的所述流體被液滴化的位置變得恒定。
14.根據權利要求13所述的微粒分選方法，其中，計算從所述圖像的上端部至所述流體被液滴化的位置的距離，并且控制所述成像元件的位置使得該距離變得恒定。
15.一種使微粒分選裝置的控制部執行以下功能的程序:基于在從生成流體流的孔排出的流體被液滴化的位置上拍攝的圖像中的流體的狀態和/或不包括微粒的衛星液滴的狀態，來控制給予所述孔振動的振動元件的驅動電壓和/或獲得所述圖像的成像元件的位置，所述衛星液滴存在于所述流體被液滴化的位置與包括微粒的液滴之中最接近所述流體被液滴化的位置的液滴之間。
【文檔編號】G01N15/14GK104169708SQ201380015497
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2013年1月28日
【發明者】大塚史高, 村木洋介 申請人:索尼公司