微粒分选设备、使用其的流式细胞仪以及微粒分选方法

专利名称：微粒分选设备、使用其的流式细胞仪以及微粒分选方法
技术领域：
本发明涉及一种微粒分选设备、使用该微粒分选设备的流式细胞仪以及微粒分选 方法，更具体地，涉及一种用于对在流道内流动的微粒进行分选的微粒分选设备、使用该微 粒分选设备的流式细胞仪以及微粒分选方法。
背景技术：
近年来，伴随着分析技术的发展，开发了一种使诸如生物微粒(诸如细胞、微生 物)和微珠(micro-bead)的微粒等在流道内流动的技术，在使微粒在流道内流动的过程 中，这些微粒被逐个测量，并对由此测量的微粒进行分析和分选。称作流式细胞计量术的分 析技术的技术改进的迅速发展为使用流道来对微粒进行分析或分选的这种技术的一个典 型实例。流式细胞计量术指的是一种分析技术，其中，作为分析对象的微粒在流体中整齐 排列，并在这种状态下使其流入流道，通过朝微粒照射激光束等来检测从微粒产生的荧光 或散射光，从而对微粒进行分析和分选。尽管通过该流式细胞计量术，以这种方式根据测量结果将完成各种微粒测量后的 微粒彼此分离并回收，但下面的方法通常用作具体的方法。例如，当包含微粒的样本流从流道流出时，则通过使用超声波发生器生成包含微 粒的液滴，并且将正电荷或负电荷添加到由此生成的液滴中。此外，液滴在下落的过程中保 持在其间具有电位差的两个偏转板之间，因此，将由此带有电荷的包含微粒的液滴根据电 荷而吸引至两个偏转板中的一个，从而对微粒进行分选。诸如流式细胞计量术的用于对流道内的微粒进行分析和分选的技术广泛应用于 各种领域，诸如医疗领域、药物发现领域、临床检查领域、食品领域、农业领域、工程领域、法 医学领域以及刑事鉴定领域。具体地，在医疗领域中，分析和分选技术在病理学、肿瘤免疫 学、移植学、遗传学、再生医学以及化学疗法等中起着重要的作用。因此，分析和分选流道内的微粒的技术在非常广泛的领域中是必需的。同时，关于 分选处理的技术也在日益发展。例如，JP-T-2007-532874提出了一种控制流式细胞仪的工 作的方法，通过该方法，将辅助照明和检测单元设置在液滴的断开点位置和断开点的下游 位置中的每一个，从而能够确认液滴是否在预期的流道中被分选。尽管在以这种方式对微粒进行分选的处理中提出了各种技术，但为了精确地分选 微粒，控制微粒从流道流出时的初始流出方向是非常重要的。具体地，近年来，在很多情况 下使用形成在由塑料、玻璃等制成的基板中的流道，或者使用批量生产的流道。因此，如果不精确地处理流道的出口形状，在很多情况下会导致流出方向产生偏差。
例如，图9是当从流道出口(流出口)的方向观看形成在塑料基板中形成的流道 时的代替制图的照片。如图9所示，流出口具有各种形状。因此，在批量生产时的切削加工 中控制流出口的形状精度实际上是很困难的。流出口的形状精度的控制通常很昂贵。期望一种在运送(发货)前使样品等在每个流道中流动以确认流出方向的方法。 然而，在很多情况下，预先为用于微粒分选的流道进行诸如杀菌等的处理。因此，在很多情 况下，不能够在运送前使样品在流道中流动。

发明内容
如上所述，在微粒分选处理中，控制当微粒从流道流出时的初始流出方向是非常 重要的。然而，如最近所使用的流道，在形成在塑料或玻璃基板中的流道中，或者在批量生 产的流道中，实际上不可能控制流出口的形状精度。在微粒分选处理中，例如，如图IOA所示，通过使用用于分选的相对电极13a和13b 来进行分选，优选的是，从流道11流出的液滴D通过相对电极13a和13b之间的中央部。然 而，当流道11的流出口具有如图9所示的各种形状时，在一些情况下，如图IOB所示，液滴D 的路径急剧地偏离相对电极13a和13b之间的中央部。在这种情况下，不可能通过使用相 对电极13a和13b在期望的方向上精确地分选液滴D。为了解决上述问题，做出了本发明，因此期望提供一种微粒分选设备、使用该微粒 分选设备的流式细胞仪以及微粒分选方法，该微粒分选设备即使当使用具有任意形状的流 出口的流道时，也能够精确地分选微粒。为了实现上述期望，根据本发明的实施方式，提供了一种微粒分选设备，其包括 流出方向确认装置，用于确认从流道的流出口流出的流出液体的流出方向；相对电极，设 置在相对于流出口的下游；相对电极的位置控制装置，用于根据由流出方向确认装置确认 的流出方向，来控制相对电极的位置；液滴生成装置，用于从流出口生成液滴；以及充电装 置，用于使液滴带有电荷。根据本发明的另一实施方式，提供了一种流式细胞仪，其包括流出方向确认装 置，用于确认从流道的流出口流出的流出液体的流出方向；相对电极，设置在相对于流出口 的下游；相对电极的位置控制装置，用于根据由流出方向确认装置确认的流出方向，来控制 相对电极的位置；光照射装置，用于向在流道内流动的微粒照射光；光学检测装置，用于通 过光照射装置的光的照射，来检测由微粒产生的光学信息；液滴生成装置，用于从流出口生 成包含微粒的液滴；以及充电装置，用于根据由光学检测装置所检测的光学信息，使液滴带 有电荷。根据本发明的又一实施方式，提供了一种微粒分选方法，其包括以下步骤使控 制液体流过其中设置有流出口的流道；确认从流出口流出的控制液体的流出方向；根据在 流出方向确认步骤中所确认的流出方向，控制设置在相对于流出口的下游的相对电极的位 置；使微粒流过流道；从流出口生成其中包含微粒的液滴；使液滴带有电荷；以及在相对电 极两端施加电压。这里，本发明中所使用的技术术语是如下定义的。本发明中所描述的“微粒”指的 是所有生物学相关的微粒(诸如细胞、微生物、脂质体、DNA以及蛋白质等)或者合成颗粒 (例如乳胶颗粒、凝胶颗粒以及工业颗粒等)，只要它们是可以在流道内流动的物质。
根据本发明，由于微粒分选设备设置有相对电极的位置控制装置，所以相对电极 的位置可以根据各种流出方向而改变。为此，即使在使用具有任意形状的流出口的流道时， 也可以精确地对微粒进行分选。


图IA和图IB分别是示意性地示出了根据本发明第一实施方式的微粒分选设备的 示意性的概念图、以及图IA所示的微粒分选设备的流出方向确认部的顶视平面图；图2是示意性地示出了根据本发明第一实施方式的第一变型的微粒分选设备的 示意性的概念图；图3A和图3B分别是示意性地示出了液体传感器安装在流出方向确认部中的每个 单元中的状态的示意性的概念图、以及由图IA所示的微粒分选设备的流出方向确认部中 的液体传感器所感测的液体侵入的状态的示意性的概念图；图4是示意性地示出了根据本发明第一实施方式的第二变型的微粒分选设备的 示意性的概念图；图5是示意性地示出了根据本发明第一实施方式的第三变型的微粒分选设备的 示意性的概念图；图6是示意性地示出了根据本发明第一实施方式的第四变型的微粒分选设备的 示意性的概念图；图7是示意性地示出了根据本发明第二实施方式的流式细胞仪的示意性的概念 图；图8是说明根据本发明第三实施方式的微粒分选方法的处理的流程图；图9是当从流道出口(流出口)方向观看形成在塑料基板中的流道时的代替制图 的照片；以及图IOA和图IOB分别是示出了从流道流出的流出液滴通过相对电极之间的中心部 的状态的示意性的概念图、以及示出了从流道流出的流出液滴急剧偏离相对电极之间的中 央部的状态的示意性的概念图。
具体实施例方式下文中，将参考附图详细地描述本发明的优选实施方式。以下将描述的实施方式 仅示出了本发明的几个典型的实施方式，因此本发明的范围不应解释为受本文将描述的实 施方式的限制。应注意，现在将按照下列顺序给出描述。1.微粒分选设备1(1)流道 11(2)流出方向确认部12(3)相对电极13a和13b(4)相对电极位置控制部14(5)液滴生成部15(6)充电部 16(7)接收器 17
(8)接收器位置控制部182.流式细胞仪10(1)光照射部19(2)光学检测部203.微粒分选方法100(1)用于使控制液体流动的处理I(2)流出方向确认处理II(3)相对电极的位置控制处理III(4)用于使微粒流动的处理IV(5)液滴生成处理V(6)充电处理VI(7)电压施加处理VII(8)接收器位置控制处理VI11(9)光照射处理IX(10)光学检测处理X1.微粒分选设备1图IA和图IB分别是示意性地示出根据本发明第一实施方式的微粒分选设备1的 示意性的概念图、以及图IA中所示的微粒分选设备1的流出方向确认部12的顶视平面图。 微粒分选设备1是可以对从具有流出口(适于采用各种形状)111的流道11流出的微粒进 行分选的设备。微粒分选设备1大体上至少包括流出方向确认部12、相对电极13a和13b、 相对电极位置控制部14、液滴生成部15以及充电部16。另外，根据需要，微粒分选设备1 还可以包括接收器17、接收器位置控制部18等。下文中，将详细描述微粒分选设备1的这 些组成元件。(1)流道 11可以将具有适于采用各种形状的流出口 111的流道11应用于根据本发明第一实 施方式的微粒分选设备1。也就是说，即使在采用了由于批量生产等而导致流出口 111的形 状不固定、从而不能预计从流道11流出的流出液体的流出方向的流道11的情况下，当使用 根据本发明第一实施方式的微粒分选设备1时，也能够精确地分选从流道11流出的微粒。使微粒流过流道11，并且其中包含微粒的液滴D从流出口 111流出。在该流道11 中，例如，如下所述，在根据本发明第一实施方式的微粒分选设备1用于流式细胞仪10的情 况等中，在预定部位检测各种光学信息。能够应用于根据本发明第一实施方式的微粒分选设备1的流道11的形状没有特 别限制，因此可以自由地设计流道11。例如，能够应用于微粒分选设备1的流道不限于形成 在如图IA所示的由塑料、玻璃等制成的二维或三维基板T中的流道11。因此，如图2所示， 用于现有流式细胞仪中的这种流道11也可以用于根据本发明第一实施方式的微粒分选设 备1。这里，图2是示意性地示出了根据本发明第一实施方式的第一变型的微粒分选设备的 示意性的概念图。另外，流道11的流道宽度、流道深度以及截面形状也没有特别限制，因此，可以自 由地进行设计，只要流道11的形状可以形成层流即可。例如，具有Irnm以下的流道宽度的微流道也可用于根据本发明第一实施方式的微粒分选设备1。具体地，当使用流道宽度为 约10 μ m至约Imm的微流道时，则可以更适宜执行以下将描述的根据本发明第三实施方式 的微粒分选方法。应注意，当采用形成在基板T上的流道11时，基板T优选地由具有透明特性的材 料制成。例如，其原因是由于在下文将描述的情况等中，根据本发明第一实施方式的微粒分 选设备1用于流式细胞仪10中，可以从两侧透过基板T来执行光照明和光学检测中的每一 个。(2)流出方向确认部12流出方向确认部12是用于确认从流道11的流出口 111流出的流出液体的流出方 向的部件。由于在批量生产的流道11等中，实际上不可能控制流出口 111的形状精度，也 不可能预计从流出口 111流出的流出液体的流出方向。然而，由于根据本发明第一实施方 式的微粒分选设备1设置有流出方向确认部12，因此在微粒被实际分选之前，使控制液体 流过流道11，从而能够预先确认流出液体的流出方向。结果，可以精确地对微粒进行分选， 而不会遗漏任一微粒。尽管流出方向确认部12中的具体确认方法没有特别限制，只要可以确认流出液 体的流出方向即可，但是例如，可以给出通过液体传感器来确认流出液体的流出位置的方 法。更具体地，给出了以下方法，其中，使用多个单元121形成为特定图案(图IB的网格) 的容器，在每个单元121中安装有液体传感器1211 (参考图3A)，并且通过液体传感器1211 来感测液体的侵入(参考图3B)。另外，如图4所示，也可以使用摄取流出液体的流出位置的图像的方法。更具体 地，将适于利用液体变色(褪色，discolor)的试剂等导入每个单元121的内部，并且例如 从上部侧摄取变色单元121的位置的图像，从而能够确认流出液体的流出位置。另外，尽管 没有示出，在不使用其中形成有单元121的容器的情况下，流出液体本身被着色，并且摄取 流出液体的流出方向的图像，从而也能够确认流出液体的流出位置。当使用上述容器时，由多个单元121形成的图案的形状没有特别限制，因此可以 自由地进行设计，只要可以基于所涉及的形状来确认流出液体的流出位置即可。另外，图像 摄取的方向不限于从上部侧执行图像摄取。例如，尽管没有示出，容器的底面由具有透明特 性的材料制成，因此可以从下部侧来执行图像摄取。应注意，当流出液体的流出方向由流出方向确认部12确认时，诸如控制液体的流 出液体不限于如图IA至图4所示的形成液滴D的状态。例如，如图5所示，流出液体L从 流道11的流出口 111流出，而没有形成液滴D，并且流出液体L的流出方向可以由流出方向 确认部12来确认。(3)相对电极13a和13b相对电极13a和13b设置在相对于流出口 111的下游。此外，相对电极13a和13b 是用于改变由液滴生成部15(下文将描述)生成的含有微粒的并由充电部16(下文将描 述)充电的液滴D的移动方向、并对包含在液滴D中的微粒进行分选的部件。改变施加在相对电极13a和13b两端的电压，以调整相对电极13a和13b与液滴D 之间所产生的电排斥力或吸引力的强度，从而能够将液滴D的移动方向改变至任意方向。(4)相对电极位置控制部14
相对电极位置控制部14是用于根据由流出方向确认部12确认的流出液体的流出方向来控制相对电极13a和13b的位置的部件。为了以上述方式通过使用相对电极13a和13b来精确地对包含在液滴D中的微粒 进行分选，从流道11流出的液滴D必须朝向相对电极13a和13b之间的中央部流出(如图 IOA所示)。其原因是由于当液滴D在急剧偏离相对电极13a和13b的方向上流出时，在相 对电极13a和13b两端施加电压的情况下，不可能将液滴D的移动方向改变至期望的方向。接着，在根据本发明第一实施方式的微粒分选设备1中，通过相对电极位置控制部14根据流出液体的流出方向来控制相对电极13a和13b的位置。相对电极13a和13b 的位置预先由相对电极位置控制部14控制，从而可以使其中包含有微粒的液滴D朝向相对 电极13a和13b之间的中央流出。因此，即使流道11具有任意形状的流出口111，也可以精 确地对包含在液滴D中的微粒进行分选，而不会遗漏任一微粒。根据流出液体的流出方向，相对电极13a和13b的位置可以通过上下移动或左右 移动以及如图IA中的虚线所示的旋转移动而改变至任何位置。应注意，尽管能够确认根据 所使用的流道11，流出液体的流出方向从一开始就指向相对电极13a和13b之间的中央，但 在这种情况下，通过相对电极位置控制部14来控制相对电极13a和13b的位置，以使得位 置不发生改变。(5)液滴生成部15液滴生成部15是用于从上述流出口 111生成液滴D的部件。在相对电极13a和 13b的位置被相对电极位置控制部14控制之后，使目标微粒流过流道11。通过液滴生成部 15生成液滴D，以在其中包含一定量的微粒。液滴生成部15的具体的液滴生成方法没有特别限制，因此可以自由地选择任一 已知方法来使用。例如，通过使用以预定的振动频率振动的振动元件等而将振动施加至流 道11的全部或部分，从而能够从流道11的流出口 111生成液滴。应注意，在这种情况下， 所使用的振动元件没有特别限制，因此可以自由地选择任一已知振动元件来使用。可以给 出压电振动元件等来作为振动元件的实例。利用液滴生成部15，调整流过流道11的液体量、流出口 111的直径、振动元件的振 动频率等，从而能够生成液滴D，以在其中包含一定量的微粒。(6)充电部 16充电部16是用于使由液滴生成部15生成的液滴D带有电荷的部件。利用充电部 16，恰在生成液滴D之前，通过使用压电元件等而将电压施加给整个鞘流(sheath flow), 在下一瞬间，生成带电液滴D。当压电元件停止电压供给时，鞘流通过地面释放电荷。例如，在根据本发明第一实施方式的微粒分选设备1用于根据本发明第二实施方 式的流式细胞仪10的情况等中，获取关于每个微粒(通过流道11而移动)的尺寸、形状、 内部结构等的信息，并且充电部16根据由此获取的信息使液滴D带有正电荷或负电荷。由此而充电的液滴D的路径被两端施加有电压的相对电极13a和13b改变至期望 的方向，从而对包含在液滴D中的微粒进行分选。(7)接收器 Π使用接收器17，以在其中容纳液滴D(参考图6)。接收器17的形式没有特别限 制，因此可以自由地进行设计，只要具有这样的形式的接收器17可在其中容纳其中包含有微粒的液滴D即可。因此，可以单独使用收集管等，也可以使用其中多个单元121形成为特 定图案的容器等(诸如在流出方向确认部12中所使用的容器)。(8)接收器位置控制部18接收器位置控制部18是用于根据液滴D(其被两端施加有电压的相对电极13a和 13b移动)的移动方向来控制接收器17的位置的部件。由于根据本发明第一实施方式的 微粒分选设备设置有相对电极位置控制部14，所以即使不控制接收器17的位置，也可以通 过控制相对电极13a和13b的位置来精确地对包含在液滴D中的微粒进行分选。然而，还 预计到液滴D基于施加在相对电极13a和13b两端的电压的强度，而移动至非预期的位置。 因此，为了执行更精确的分选，根据本发明第一实施方式的第四变型的微粒分选设备1设 置有接收器位置控制部18，从而可以根据液滴D(其被两端施加有电压的相对电极13a和 13b移动)的移动方向，来控制接收器17的位置。接收器17的位置可以通过上下移动或左右移动或如图6中虚线所示的旋转移动 而改变至任何位置。应注意，在一些情况下，根据所使用的流道11或施加在相对电极13a 和13b两端的电压的强度，接收器17的位置并非必须发生改变，在该情况下，通过接收器位 置控制部18来控制接收器17的位置，以使位置不发生改变。2.流式细胞仪10通过利用高分选精度，根据本发明第一实施方式的微粒分选设备1可以适用于流 式细胞仪。图7是示意性地示出了根据本发明第二实施方式的流式细胞仪10的构造的示 意性的概念图。可以将具有适于采用各种形状的流出口 111的流道11应用于根据本发明第二实 施方式的流式细胞仪10。流式细胞仪10大体上至少包括流出方向确认部12、相对电极13a 和13b、相对电极位置控制部14、光照射部19、光学检测部20、液滴生成部15以及充电部 16。另外，根据需要，流式细胞仪10还可以包括接收器17、接收器位置控制部18等。下文 中，将详细地描述根据本发明第二实施方式的流式细胞仪10的这些组成元件。应注意，由 于能够用于流式细胞仪10的流道11、流出方向确认部12、相对电极13a和13b、相对电极位 置控制部14、液滴生成部15、充电部16、接收器17、接收器位置控制部18在构造上与上述 根据本发明第一实施方式的第四变型的微粒分选设备1相同，因此为了简要起见，这里省 略了对它们的描述。(1)光照射部19光照射部19是用于向微粒照射光以获取关于每个微粒(其流过流道11)的尺寸、 形状、内部结构等信息的部件。尽管从光照射部19向微粒照射的光的种类没有特别限制，但为了从微粒可靠地 生成荧光或散射光，优选光的方向、波长以及光的强度均为常数(恒定)。可以给出激光二 极管、LED等作为光照射部19的实例。当使用激光二极管作为光照射部19时，激光二极管 的种类没有特别限制。然而，可以将氩离子(Ar)激光器、He-Ne激光器、染料激光器以及Cr 激光器等中的一种或两种以上彼此组合来使用。(2)光学检测部20光学检测部20是用于通过利用光照射部19向微粒照射光来检测从微粒产生的光 学信息的部件。可用于根据本发明第二实施方式的流式细胞仪10的光学检测部20没有特别限制，只要可以检测光学信息即可。因此可以自由选择任一已知的光电检测器来使用。例如， 可自由地将荧光测量仪、散射光测量仪、透射光测量仪、反射光测量仪、衍射光测量仪、紫外 光谱仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪、FRET测量仪、FISH测量仪、其他各种光谱测量仪以及所 谓的多通道光电检测器(具有以阵列配置的多个光电检测器)等中的一种或两种以上彼此 组合来使用。另外，根据本发明第二实施方式的流式细胞仪10中的光学检测部20的安装部没 有特别限制，因此可以自由地进行设计，只要可以检测从微粒产生的光学信息即可。例如， 如图7所示，光学检测部20优选地设置在流道11的相对于光照射部19侧的另一侧。光学 检测部20设置在流道11的相对于光照射部19侧的另一侧，由此光照射部19可以以更自 由的构造进行设置。将通过光学检测部20从微粒获取的光学信息转换为模拟电信号(诸如模拟电压 脉冲)以进行数字化。另外，产生的模拟电信号(诸如模拟电压脉冲)以适当的放大系数 被放大，并接着进行模数转换(A/D转换)。此后，基于所产生的数值数据，通过使用计算机 和各种软件提取直方图并分析产生的直方图，从而执行统计分析。根据该分析结果，通过充 电部16使其中包含微粒的液滴D带有正电荷或负电荷，因此通过相对电极13a和13b来 改变液滴D的移动方向，从而对包含在液滴D中的微粒进行分选。3.微粒分选方法100图8是说明根据本发明第三实施方式的微粒分选方法中的处理的流程图。根据本发明第三实施方式的微粒分选方法100是总体上至少执行以下处理的方 法，即使控制液体流动的处理I、流出方向确认处理II、相对电极位置控制处理III、使微粒 流动的处理IV、液滴生成处理V、充电处理VI以及电压施加处理VII。另外，根据需要，根据 本发明第三实施方式的微粒分选方法100还可以执行接收器位置控制处理VIII、光照射处 理IX以及光学检测处理X。下文中，将详细地描述根据本发明第三实施方式的微粒分选方 法100的这些处理。(1)使控制液体流动的处理I使控制液体流动的处理I是这样的处理，其用于在作为分选目标的微粒流过流道 11之前，预先使控制液体流过流道11，以在下文将描述的相对电极位置控制处理III中控 制相对电极13a和13b的位置。可用作控制液体的液体没有特别限制，只要不会对下文将描述的使微粒流过流道 11产生影响即可。例如，可以自由地选择水、氯化钠溶液等来用作控制液体。另外，为了在 下文将描述的流出方向确认处理II中使确认流出方向容易，也可以使着色的控制液体流 过流道11。(2)流出方向确认处理II流出方向确认处理II是用于确认从流道11的流出口 111流出的控制液体的流出 方向的处理。在批量生产的流道11等中，实际上不可能控制流出口 111的形状精度。因此， 也不可能预计从流出口 111流出的控制液体的流出方向。然而，由于在根据本发明第三实 施方式的微粒分选方法100中执行了流出方向确认处理II，因此在微粒被实际分选之前， 使控制液体流过流道11，从而能够预先确认流出方向。结果，可以精确地对微粒进行分选， 而不会遗漏任一微粒。
尽管流出方向确认处理II中的具体的确认方法没有特别限制，只要可以确认流 出液体的流出方向即可，但是例如，可以给出通过使用液体传感器来确认控制液体的流出 位置的方法来作为具体的确认方法。更具体地，给出了一种方法，其中，使用了其中多个单 元121形成为特定图案(参考图1B)的容器，在每个单元121的内部安装有液体传感器 1211 (参考图3A)，并且通过液体传感器1211来感测液体的侵入(参考图3B)。另外，如图4所示，也可以使用摄取流出位置的图像的方法。更具体地，将利用液 体变色的试剂等导入每个单元121的内部，并且例如，从上部侧摄取变色的单元121的位置 的图像，从而能够确认流出位置。另外，尽管没有示出，在不使用其中形成有单元121的容 器的情况下，控制液体本身被着色，并且摄取流出方向的图像，从而也可以确认流出位置。当使用上述容器时，由多个单元121形成的图案的形状没有特别限制，因此，可以 自由地进行设计，只要基于所涉及的形状可以确认流出位置。另外，图像摄取的方向不限于 从上部侧执行图像获取。例如，尽管没有示出，容器的底面由具有透明特性的材料制成，因 此可以从下部侧来执行图像摄取。应注意，当在流出方向确认处理II中确认了控制液体的流出方向时，控制液体不 限于如图IA至图4所示的形成液滴D的状态。例如，如图5所示，控制液体L从流道11的 流出口 111流出，而未形成液滴D，并且控制液体L的流出方向可以由流出方向确认处理II 来确认。(3)相对电极位置控制处理111相对电极位置控制处理III是这样的处理，其用于根据在流出方向确认处理II中 确认的控制液体的流出方向，来控制设置在相对于流出口 111的下游的相对电极13a和13b 的位置。为了以上述方式通过使用相对电极13a和13b来对包含在液滴D中的微粒进行分 选，从流道11流出的液滴D必须朝向相对电极13a和13b之间的中央部流出(如图IOA所 示)。其原因是当液滴D在急剧偏离相对电极13a和13b的方向上流出时，在相对电极13a 和13b两端施加电压的情况下，不可能将液滴D的移动方向改变至期望的方向。然后，在根据本发明的第三实施方式的微粒分选方法100中，执行相对电极位置 控制处理III，以预先控制相对电极13a和13b的位置，从而可以使其中包含微粒的液滴D 流向相对电极13a和13b之间的中央。结果，即使当流道11具有任意形状的流出口 111时， 也可以精确地对包含在液滴D中的微粒进行分选，而不会遗漏任一微粒。根据控制液体的流出方向，相对电极13a和13b的位置可以通过上下移动或左右 移动或如图IA中虚线所示的旋转移动而改变至任何位置。应注意，尽管能够确认根据所使 用的流道11，控制液体的流出方向从一开始就指向相对电极13a和13b之间的中央，但在这 种情况下，在相对电极位置控制处理III中控制相对电极13a和13b的位置，以使得位置不 发生改变。(4)使微粒流动的处理IV使微粒流动的处理IV是用于使微粒流过流道11的处理。尽管使微粒流过流道11的方法没有特别限制，但是例如，与现有的流式细胞仪 一样，给出了以下方法，其中，在使样本流保持在液体介质中的同时，通过用于促进整流 (rectification)的液体介质(鞘流)来运送其中包含微粒的样本流。以这种方式运送样本流是更优选的，因为能够形成其中包含微粒的样本流的层流。尽管液体介质的种类没有 特别限制，只要所涉及的液体介质具有促进样本流整流的功能即可，但是例如，当微粒为细 胞时，可以使用氯化钠溶液等。为了能够在下述的光照射处理IX和光学检测处理X中检测光学信息，优选地，使 用诸如荧光物质(诸如荧光染料、放射性物质、嵌入剂(intercalator)或微珠)的标识物 质来修饰微粒。例如，当使用荧光染料作为标识物质时，荧光染料的种类没有特别限制，因 此可以使用所有已知的荧光染料。例如，可以自由地将Cascade Blue, Pacific Blue、异 硫氰酸荧光素(FITC)、藻红蛋白(PE)、碘化吡啶(PI)、德州红(TR)、多甲藻素叶绿素蛋白 (PerCP)、别藻蓝蛋白(APC)、4’，6- 二脒-2-苯胺(DAPI)、Cy3.Cy5.Cy7等中的一种或两种 以上彼此组合来使用。应注意，当与荧光蛋白质一样，微粒本身发射光时，则不需要利用标识物质来修饰 微粒。另外，当与FRET的原理一样，使用可通过在流道11内进行物质间相互反应来改变其 荧光颜色等的物质等作为微粒时，则也不需要利用标识物质来修饰微粒。(5)液滴生成处理V液滴生成处理V是用于从流道11的流出口 111生成其中包含一定量微粒的液滴 的处理。液滴生成处理V中的具体的液滴生成方法没有特别限制，因此可以自由地选择任 一已知方法来使用。例如，通过使用以预定振动频率振动的振动元件等将振动施加至流道 11的全部或部分，从而能够从流道11的流出口 111生成液滴。应注意，在这种情况下，所使 用的振动元件没有具体限制，因此可以自由地选择任一已知的振动元件来使用。可以给出 压电振动元件等作为振动元件的实例。通过液滴生成处理V，调整流过流道11的液体量、流出口 111的直径、振动元件的 振动频率等，以调整液滴D的尺寸，从而能够生成其中含有一定量微粒的液滴D。(6)充电处理VI充电处理VI是用于使在液滴生成处理V中生成的液滴D带有电荷的处理。充电处理VI的具体充电方法没有特别限制，因此可以自由地选择任一已知方法 来使用。例如，给出了以下方法等，其中，恰在生成液滴D之前，通过使用压电元件而将电压 提供给整个鞘流，并且在下一瞬间，生成带电液滴D。在该充电处理VI中，例如，可以根据微粒的光学信息(关于尺寸、形状、内部结构 等的信息)使液滴D带有正电荷或负电荷，该光学信息是在下文将描述的光照射处理IX和 光学检测处理X中所检测到的。(7)电压施加处理VII电压施加处理VII是用于向相对电极13a和13b两端施加电压的处理，相对电极 的位置在相对电极位置控制处理III中受控。通过在相对电极13a和13b两端施加电压， 来改变在充电处理VI中带有电荷的液滴D的移动方向，从而能够对包含在液滴D中的微粒 进行分选。在电压施加处理VII中，改变施加在相对电极13a和13b两端的电压，以调整在相 对电极13a和13b与液滴D之间产生的电排斥力或吸引力的强度，从而能够将液滴D的移 动方向改变至任意方向。因此，可以对包含在液滴D中的微粒进行分选。
(8)接收器位置控制处理VIII接收器位置控制处理VIII是用于根据液滴D(其被两端施加有电压的相对电极 13a和13b移动)的移动方向来控制接收器17的位置的处理。由于在根据本发明第三实施 方式的微粒分选方法100中，执行了相对电极位置控制处理III，因此即使不控制接收器17 的位置，也可以通过控制相对电极13a和13b的位置来精确地对微粒进行分选。然而，还预 计到，根据在电压施加处理VII中施加在相对电极13a和13b两端的电压的强度，液滴D移 动至非预期的位置。那么，在根据本发明第三实施方式的微粒分选方法100中，为了执行更 精确的分选，执行接收器位置控制处理VIII，从而可以根据被两端施加有电压的相对电极 13a和13b移动的液滴D的移动方向，来控制接收器17的位置。基于液滴D的移动方向，接收器17的位置可以通过上下移动或左右移动或如图6 中虚线所示的旋转移动而改变至任何位置。应注意，尽管在一些情况下，根据所使用的流道 11或施加在相对电极13a和13b两端的电压的强度，接收器17的位置并非一定要发生改 变，但在这样的情况下，通过接收器位置控制处理III来控制接收器17的位置，以使得位置 不发生改变。(9)光照射处理IX光照射处理IX是用于向微粒照射光以获取关于每个微粒(其流过流道11)的尺 寸、形状、内部结构等信息的处理。尽管光照射处理IX对于根据本发明第三实施方式的微 粒分选方法100不是必需的，但当根据关于微粒的各种光学信息(关于尺寸、形状、内部结 构等的信息)来对微粒进行分选时，可以在使目标微粒流过流道11的同时，执行光照射处 理IX。尽管在光照射处理IX中，从光照射部19照射至微粒的光的种类没有特别限制， 但为了从微粒可靠地产生荧光或散射光，优选光的方向、波长以及光的强度均为常数(恒 定)。可以给出激光二极管、LED等作为光照射部19的实例。当使用激光二极管作为光照 射部19时，激光二极管的种类没有特别限制。因此可以将氩离子(Ar)激光器、He-Ne激光 器、染料激光器以及Cr激光器等中的一种或两种以上彼此组合来使用。(10)光学检测处理X光学检测处理X是通过在光照射处理IX中利用光照射部19向微粒照射光来检测 从微粒产生的光学信息的处理。尽管光学检测处理X对于根据本发明第三实施方式的微粒 分选方法100不是必需的，但当根据关于微粒的各种光学信息(关于尺寸、形状、内部结构 等的信息)来对微粒进行分选时，可以在使目标微粒流过流道11的同时，执行光学检测处理X。在光学检测处理X中，获取光学信息的方法没有特别限制，只要可以检测来自微 粒的光学信息即可。因此可以自由地选择任一已知方法来使用。例如，可以将荧光测量法、 散射光测量法、透射光测量法、反射光测量法、衍射光测量法、紫外光谱法、红外光谱法、拉 曼光谱法、FRET测量法、FISH测量法、其他各种光谱测量法以及使用所谓的多色检测法(能 够检测多种染色等)的方法等中的一种或两种以上方法彼此组合来使用。将在光学检测处理X中从微粒获取的光学信息转换为模拟电信号(诸如模拟电压 脉冲)以进行数字化。另外，产生的模拟电信号(诸如模拟电压脉冲)以适当的放大因子 被放大，并接着进行模数转换(A/D转换)。此后，基于产生的数值数据，通过使用计算机和各种软件来提取直方图以用于分析，从而执行直方图的统计分析。根据分析结果，在充电处 理VI中使包含有微粒的液滴D带有正电荷或负电荷，由此在电压施加处理VII中改变液滴 D的移动方向，从而对包含在液滴D中的微粒进行分选。根据本发明，即使在使用具有任意形状的流出口的流道时，也能够精确地对微粒 进行分选，而不会遗漏任一微粒。为此，当使用形成在由塑料、玻璃等制成的基板内的流道 时、或者使用批量生产的流道时，即，即使当流道的出口形状未被精确地加工、从而导致流 出方向出现偏差时，也能够精确地对微粒进行分选。该技术的应用可以有助于各种领域中的分析和解析(deconvolution)技术的改 进，诸如医疗领域(诸如病理学、肿瘤免疫学、移植学、遗传学、再生医学以及化学疗法等)、 药物发现领域、临床检查领域、食品领域、农业领域、工程领域、法医学领域以及刑事鉴定领 域。本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、 子组合和变形，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。
权利要求
1.一种微粒分选设备，包括流出方向确认装置，用于确认从流道的流出口流出的流出液体的流出方向； 相对电极，设置在相对于所述流出口的下游；相对电极位置控制装置，用于根据由所述流出方向确认装置确认的流出方向来控制所 述相对电极的位置；液滴生成装置，用于从所述流出口生成液滴；以及 充电部，用于使所述液滴带有电荷。
2.根据权利要求1所述的微粒分选设备，还包括 接收器，用于容纳所述液滴。
3.根据权利要求2所述的微粒分选设备，还包括接收器位置控制装置，用于根据所述液滴的移动方向来控制所述接收器的位置，所述 液滴被两端施加有电压的所述相对电极所移动。
4.根据权利要求1所述的微粒分选设备，其中，所述流出方向确认装置是用于通过液 体传感器来确认所述流出液体的流出位置的装置。
5.根据权利要求1所述的微粒分选设备，其中，所述流出方向确认装置是用于摄取所 述流出液体的流出位置的图像的装置。
6.一种流式细胞仪，包括流出方向确认装置，用于确认从流道的流出口流出的流出液体的流出方向； 相对电极，设置在相对于所述流出口的下游；相对电极位置控制装置，用于根据由所述流出方向确认装置确认的流出方向来控制所 述相对电极的位置；光照射装置，用于向在所述流道内流动的微粒照射光；光学检测装置，用于通过所述光照射装置的光的照射来检测从所述微粒产生的光学信息；液滴生成装置，用于从所述流出口生成包含所述微粒的液滴；以及 充电装置，用于根据所述光学检测装置所检测的所述光学信息，使所述液滴带有电荷。
7.—种微粒分选方法，包括以下步骤 使控制液流过其中设置有流出口的流道；流出方向确认步骤，确认从所述流出口流出的所述控制液的流出方向； 根据在所述流出方向确认步骤中所确认的所述流出方向，控制设置在相对于所述流出 口的下游的相对电极的位置； 使微粒流过所述流道； 从所述流出口生成包含所述微粒的液滴； 使所述液滴带有电荷；以及 在所述相对电极两端施加电压。
全文摘要
本发明公开了一种微粒分选设备、使用该微粒分选设备的流式细胞仪以及微粒分选方法，该微粒分选设备包括流出方向确认部，被配置为确认从流道的流出口流出的流出液体的流出方向；相对电极，设置在相对于流出口的下游；相对电极位置控制部，被配置为根据由流出方向确认部确认的流出方向来控制相对电极的位置；液滴生成部，被配置为从流出口生成液滴；以及充电部，被配置为使液滴带有电荷。
文档编号G01N21/63GK101995374SQ201010242379
公开日2011年3月30日 申请日期2010年7月29日 优先权日2009年8月6日
发明者村木洋介 申请人:索尼公司