JPH0260256B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の利用分野 本発明は、流動血球計数装置に関し、更に詳細
には、試料流を均質で干渉性でない光により励起
する改良された光学装置を備えている、細胞など
の特性を計測する流動血球計数装置に関する。

(2) 従来技術とその問題点 流動血球計数装置は、液体流中の細胞またはそ
の他の粒子の検調中の細胞の１以上の特性を計測
するためのものである。例えば、細胞を含む液体
試料を、す早く移動する液体流で流動血球計数装
置を通過させることにより、各細胞は、順次、実
質的に１度に１個ずつ感知領域を通過する。細胞
容積は、各細胞が感知領域を通過する時の電気的
インピーダンスの変化によつて決めることができ
る。同様に、入射光線が感知領域に向けられてい
る時には、通過する細胞は感知領域を通過する時
にかかる光を散乱する。この散乱光は、細胞の形
状、屈折率、乳白度すなわち不透明度、粗さなど
の関数として役立つてきた。更に、入射光線の励
起エネルギーを通過した結果として励起された標
識された細胞が放射する蛍光は、特定の標識細胞
を同定するのに検出できる。流動血球計数装置上
で細胞分析が行なわれるだけでなく、細胞の分類
も行なうことが可能である。レーザーは、流動血
球計数装置における入射照射線源として、あるい
は水銀またはキセノンアークランプのような干渉
性のないすなわち平行化していない光源として用
いられてきた。かかる装置については、米国特許
商標庁に1981年６月24日に出願された特許出願第
276738号明細書および米国特許・商標庁に1983年
４月５日に出願された同第482346号明細書（両出
願は、本願と同じ譲受人を有する）および米国特
許第4348107号明細書に記載されている。商標名
フアクスアナライザー（FACSAnalyzer）とし
て知られておりベクトン・デイツキンソン・アン
ド・カンパニー（Becton.Dickinson and
Company）のフアクス・システムズ（FACS
SYSTEMS）により販売されている流動血球計
数装置は、非干渉性の光の中を流れる粒子または
細胞の流れを照射する励起光源として水銀アーク
ランプを用いている。

水銀またはキセノンアークランプからの励起エ
ネルギーは、通常は明るく且つスペクトルに富ん
でいる。しかしながら、流動血球計数装置に用い
られる場合には、アークランプは２つの好ましく
ない特性を示す。第一に、アークランプの明るさ
は、光源の用いられる領域にわたつて均一でない
ことがあげられる。従つて、流動血球計数装置中
を流れる蛍光標識された粒子は、かかる光を向け
られた場合、均一に励起されず、粒子自体の蛍光
を発する能力は均質であつても、これらの粒子に
よつて放射される生成蛍光は均質にならない。第
二に、光源内のアーク自体の位置が安定でない。
その結果、励起強度に更に変動が起こる。

現在ではアークランプの能力に関する前述の好
ましくない特性を改良するための当業者に公知の
２つの別法があり、流動血球計数装置中に均質な
アーク像を生じる。１つの方法は、標準コーラー
（Kohler）照射法を用いる方法である。これらの
コーラー（Kohler）法を用いると、アークラン
プの像は、励起対物レンズのヒトミ中に結像す
る。この方法では均質で時間に依存しない励起を
生じるが、この励起は通常は対物レンズの全視野
に広がるので、流動血球計数装置内の移動する粒
子流での励起エネルギーは低くなる。本技術分野
で用いられる第二の方法は、大きな倍率でアーク
像を拡大した後、拡大された像を小さなスリツト
に向けることから成る。スリツトを通過する光
は、次に対物レンズによつて粒子の流れに結像す
る。しかしながら、大部分の光は、主としてこの
光がスリツトを効果的に通過しないので、それが
流動粒子に達する前に消失してしまうことが分つ
ている。

(3) 発明の目的 従つて、液体流中を流動する粒子を照射する光
を生成させるために、水銀またはキセノンアーク
ランプのような非干渉性の光源を有する流動血球
計数装置には更に改良が必要である。特に、蛍光
標識された粒子を分析する時に、流動する粒子に
均一な光エネルギーを供給して、粒子を均一に励
起する場合には特に改良が必要である。本発明が
目的とするのは、かかる改良である。

(4) 発明の構成 液体流中を流動する粒子などの１またはそれ以
上の特性を計測する本発明の流動細胞計数装置
は、液体流中で実質的に１度に１個粒子を移動さ
せる装置を備えている。装置は、元来は均一でな
い光のスペクトルに富んだ線を提供して、流れを
移動する粒子を照明する。装置は、光線中で、光
装置によつて供給される均質でない光を、流動す
る粒子に向けるより均一な光線に改質する。それ
ぞれの移動する粒子に関して光を検出する装置が
備えられており、検出された光を粒子の１以上の
特性と関係づけるものでもある。

本発明の好ましい態様では、アークランプは非
干渉性の光線として、流れの中を移動する粒子ま
たは細胞を照明するための光エネルギーを提供す
る。光線を改質して一層均質にする装置は、好ま
しくは光源と流れとの間に実質的に光線に沿つて
整列された縦軸を有する細長く、固形状の光透過
性プリズムである。かかるプリズムは、好ましく
は断面が長方形であり、内部反射性側部表面と光
透過性末端表面とを備えている。末端表面の一方
からプリズム中へ入つたアークランプからの均質
でない光は、その中で内部反射によつて改質さ
れ、液体流中の流動する粒子または細胞に向かう
時、光は反対側の末端表面を通つて均質な状態で
プリズムから出てゆく。プリズムの一方の末端表
面に隣接してレンズを設けて、アークランプから
の光を集光して、光エネルギーを一層効率的にプ
リズム中へ集めることが可能である。

本発明の原理によれば、アークランプからの励
起光に関する前述の好ましくない特性は取り除か
れ、克服される。上述のアークランプの欠点の既
知の改良法の代りに、好ましくは細長い、光透過
性のプリズムを用いれば、光エネルギー用のアー
クランプを用いる流動血球装置に、直ちに且つ容
易に応用できる。アークランプからの光が一旦プ
リズム中へ入れば、その自然発散はプリズムの内
壁での上述の内部反射によつて光を反射させる。
これらの反射の結果として、プリズムからの光の
出口点は、プリズムへの光の入口点と全く相関が
ない。従つて、プリズムの出口末端は、光によつ
て均質に照射され、それ故、特に蛍光標識された
細胞または粒子を分析する場合に均質な励起源と
して使用することができる。流動血球計数装置の
アークランプ励起系の一部分としてプリズムを用
いれば、小さな均質でないアーク像は、試料流中
を流れる粒子の均質な励起に好適な、若干大きく
て非常に均質な像へ効率的に変換される。更に、
プリズムは励起強度へのアークのブレの影響を減
少させる。好ましくは細長いプリズムは、上述の
内部反射を起こして究極的には出口末端から均質
に出て来る光を生じさせる光学トンネルに似てい
ることが分かる。

(5) 実施例 最初に、第１図について説明すると、流動血球
計数法の原理を具体化し、更に詳細には流体力学
的に集中された流体流動系において鞘流体（シー
ス流体）を粒子流と共に用いる好ましい装置１０
が示されている。本発明は、移動する流れの中を
流れる粒子または細胞の１以上の特性の計測に関
する各種環境において有用なことが分る。従つ
て、本発明は、例えば光散乱、粒子容積、蛍光そ
の他、試料媒質中の粒子の同定、分級または定量
用の光学的パラメーターの計測に有用である。

装置１０は、本発明によつて検出されまたは分
析される懸濁粒子１５を含む液体１４を保有する
保管容器１２を備えている。粒子を含まない鞘液
体１６は、容器１７中に保管される。上述の容器
は両方共、ガス圧源など（図示せず）によつて適
当に加圧してもよい。液体１４および１６は、そ
れぞれ導管１９および２０を介してノズル組立体
１８に供給される。粒子１７の２成分の共軸流
は、液体１４，１６を用いて既知の方式でノズル
組立体内に形成される。かかるノズル組立体の構
造および操作と粒子の２成分共軸流の形成につい
ては、上述の２つの米国特許出願の明細書により
詳細に説明されている。本発明を説明する目的
で、粒子の連続的で共軸の液体流は、ノズル組立
体１８の末端２１から出て、必ずという訳ではな
いが好ましくは液体流動室２２へ向けられる。こ
の流動室は、通常は透明で且つ光学的に澄き透つ
ており、実質的に１度に１個粒子１５を流動させ
るオリフイス２４を有する。液体流動室２２も、
上述の２つの米国特許出願の明細書に詳細に記載
されている。粒子と鞘液体との共軸流が流動室２
２中を流動する時、粒子を含む流れは通常は連続
的である。本発明には必ずしも必要ではないが、
流れが流動室２２を通過した後、目的とする粒子
を含む不連続な小滴２６を形成するのが望まし
い。この目的のため、その中のいくつかは粒子１
５を含んでいる小滴２６を、ノズル組立体１８の
振動によつて連続的に流動する液体流から形成さ
せるのが好ましい。この特徴を達成するため、変
換器および励振増幅器２８を配設してノズル組立
体を軸方向に振動させることも可能である。かか
る振動によつて流動する液体流を変調させて、連
続的な流動を分裂させて、不連続な小滴を形成さ
せる。これらの小滴を、次に１個以上の容器３０
に集めることが出来る。

流動血球計数装置において公知の通り、励起ま
たは散乱のための光源を配設して、液体流中を流
動する粒子を照明する。本発明において、照明源
は非干渉性すなわち平行化されていない水銀また
はキセノンアークランプ４０のような光源であ
る。アークランプからのスペクトルに富んだ光ブ
ーム４２は、液体流中を流動する粒子に向けら
れ、ほぼ直角に粒子に交差するようになされてい
る。従つて、第１図において分る通り、アークラ
ンプ４０からの光線４２は、流動する粒子１５の
液体流に対して実質的に直交して伸び、オリフイ
ス２４を通つて流動室２２に交差する軸線４４に
沿つて配列される。アークランプ４０と粒子１５
の液体流を取り囲む流動室２２との間には、２成
分、すなわち、細長い固形状の光透過性プリズム
４６とレンズ要素４８とから成るプリズム組立体
４５が配設されている。第１図から、レンズ要素
４８はプリズム４６と接触し、アークランプ４０
と対向するのが好ましいことが分る。光ビーム４
２は、流動室２２中を流れる粒子１５に衝突する
前にまずレンズ４８に入射し、その後プリズム中
を移動する。この詳細については以下により完全
に説明する。プリズム４６と流動室２２との間に
もう１個の集光レンズを配設して、粒子に衝突す
る光を集光させるのが好ましい。プリズムから出
てゆく光は、流動室を照明し、そこを通過する粒
子は光の視野を横断する。

散乱したり、放射したりあるいは流動室の照明
部位を通過する粒子に伴う光は、次に光検出器５
０によつて検出される。この光検出器は、光信号
を電気的パルスへ変換する周知の光電増倍管装置
でよく、検出された光に関する情報は電気的に解
析される。従つて、検出器５０は、照明部位を通
過する粒子によつて放射される蛍光または照明部
位を通過する粒子によつて散乱される光を検出す
ることが出来る。本発明では、各種組合わせによ
つて１個以上の検出器を配設することが可能であ
る。検出された光に関する電気的パルスは、流動
血球計数装置の電子回路へ送られて、関連する情
報をデイスプレー５４に映したり、コンピユータ
ー（図示せず）に保管したりまたは更に分析する
ために装置へ送り返すことが可能である。

次に、第２図について説明すると、好ましいプ
リズム組立体４５がアークランプ４０と共に示さ
れている。プリズム組立体４５の機能を図式的に
示すために、光ビーム４２の一部としての単一の
分離された光線の光路42γを示している。しかし
ながら、光ビーム４２は、異なる波長、強度およ
び方向を有する多くの異なる光線から成ることを
理解されたい。この光特性の多様性は、水銀また
はキセノンアークランプ４０のような光源からの
光の性質に固有のものである。上述の如く、アー
クランプからの光は明るく且つスペクトルに富ん
でいるだけでなく、光源から放射する光の性状は
通常は均質でなく、アークの位置は不安定で、ぶ
れ易い。従つて、単一の光線42γは、第２図にお
いて模式的に示したような方向へアークランプ４
０から出る可能性がある。

プリズム組立体４５中の光線42γの道筋を説明
する前に、プリズム組立体の詳細と構造とについ
て説明することにする。プリズム４６は、好まし
くは長方形断面を有する細長い、固形状の光透過
性プリズムである。しかしながら、本発明はプリ
ズムを長方形断面を有するものに限定するもので
はなく、他の形状のものも適宜用いることが可能
であることを認識されたい。プリズム４６は、そ
の４側部表面６０を好ましくはこれらの表面を保
護し且つ通常の全内部反射の低下を防止する材料
でコーテイングしている。実際的効果として、外
側の側部表面のコーテイングは、必須ではない
が、汚れ、チリ、グリース、指紋などがプリズム
に付着するのを防止する上で役に立つ。

入口末端とも表わされる第一の末端表面６１
と、プリズム４６の出口末端とも表わされる第二
の末端表面６２は、、光に対して透過性である。
好ましくは、表面６１および６２は、反射防止剤
で処理して、そこを透過する光の透過効率を改良
している。プリズム４６はプリズムの断面が長手
方向軸線に沿つて実質的に一定であるので、細長
い棒状の外観を呈している。プリズムの長さとそ
の長方形断面の縦横比とは、経験的に決定するこ
とが出来、または手元の流動血球計数装置の特定
の型に合わせて当業者が特別に設計してもよい。
プリズムの断面幅に関しては、プリズムの入口末
端６１から入る非干渉性の光の入射光ビーム４２
の幅よりも大きいのが好ましい。このようなプリ
ズムの好ましい幅により、アークの位置ぶれの問
題が解決されて、アークランプからの実質的に総
ての光をプリズム中に向けることが出来るように
なる。

プリズム中へ光が向かうのを更に促進するた
め、レンズ要素４８を設けている。このレンズ要
素は、本発明において配設される場合には、アー
クランプ４０とプリズム４６との間に配設され、
アークが無限遠になるようにする。これによつ
て、表面６２から出る光の発散は最小になり、粒
子流１５中に最適の光学的励起強度を与える。実
務的には、プリズム４６とレンズ４８は、同じ光
透過性物質からの一体構造体として一体的に成形
することもできる。好ましくは、プリズムとレン
ズは、別個にあるいは一体ユニツトとして配設さ
れる場合に、ガラスから作られており、最も好ま
しくは固形状の石英から作られている。

第１図と共に第２図において分るように、プリ
ズム４６は、光ビーム４２の光軸４４にほぼ沿つ
て配列された長手方向の軸線を有し、アークラン
プ４０と流れ中の粒子１５の間に配設される。光
を充分な強度でプリズム中へ向けるために、プリ
ズムをアークランプに比較的接近させて設置する
のが好ましい。１本の光線42γの道筋をプリズム
組立体４５中をトレースすることが可能である。
光線42γがアークランプ４０を出ると、最初にレ
ンズ４８に出会い、プリズム４６の光透過性入口
表面６１を通るように方向を再調整される。第２
図のトレースによつて分るように、光線の自然発
散によつてプリズムの側部表面６０の内壁で（全
内部反射によつて）光線が反射される。これらの
反射によつてプリズムの出口表面６２から光線
42γが出てゆく点は、プリズムへ入る点とは全く
相関がないことが明らかである。光ビーム４２内
の総ての光線の真の効果を、第３図に示してい
る。

光ビーム４２の総ての光線がプリズムの内部側
壁で反射されると、均質化効果が生じる。従つ
て、プリズムからの光の出て来る点はプリズム中
へ入る点とは相関せず、プリズム中を光が進むに
従つて先が均質化することによつて均質に照明さ
れたプリズムの出口末端を生じることは明らかで
ある。流動室２２へ向けられたこの均質な光は、
そこを通過する粒子１５の均質な照明を促進し、
蛍光標識され且つ光を積極的に蛍光を発するよう
に励起することを必要とするこれらの粒子を均質
に励起する上で特に好都合である。

このように、本発明は、均質でなく非干渉性の
光を流動血球計数装置中の流動する粒子に向けら
れる一層均質な照明光線に改質する直接的な方策
を提供する。本発明は、照明源を提供するアーク
ランプのような非干渉性の光源を有する流動血球
計数装置における重要な改良である。本発明の好
ましいプリズムによる光の均質化は、均質でない
大きさ、強度および方向を有する光を流動血球計
数装置中で分析する粒子を照明する時に、実質的
な均質性を有する照明光線へ変換する光学トンネ
ルに似ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の改良された流動血球計数装
置の主要な機能要素を示す模式図、第２図は、単
独で取り出された光線の道筋を示している本発明
の好ましい長方形をしたプリズムの拡大した斜視
図、第３図は、光源から液体流までの本発明の光
路を示す側面図であつて、本発明のプリズムの機
能を示している。 １０：装置、１２：保管容器、１４：液体、１
５：粒子、１６：鞘液体、１７：容器、１８：ノ
ズル組立体、１９，２０：導管、２１：ノズル組
立体の末端、２２：液体流動室、２４：オリフイ
ス、２６：小滴、２８：変換器および励振増幅
器、３０：容器、４０：アークランプ、４２：光
ビーム、４４：軸線、４５：プリズム組立体、４
６：プリズム、４８：レンズ要素、５０：検出
器、５２：電子回路、５４：デイスプレー、６
０：側部表面、６１：第一の末端表面、６２：第
二の末端表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体流中を流れる細胞などの特性を計測する
   流動細胞計数装置であつて、 液体流中で細胞を１度に実質的に１個移動させ
   る装置と、 前記液体流中を移動する細胞を照明するための
   非干渉性の光ビームを提供する励起光源と、 該光源と前記液体流との間の前記光ビームに沿
   つてほぼ整合された長手方向の軸線を有する細長
   い固形状の光透過性プリズムであつて、内部反射
   性側部表面と光透過性末端表面とを有し、光が前
   記細胞に向けられると、前記光源から前記末端表
   面の一方を通つて前記プリズムに導かれる均質で
   ない非干渉性の光が、均質な状態で前記プリズム
   の反対側の末端表面から出てゆくようにしたプリ
   ズムと、 前記照明部分を通過する時の移動する細胞に関
   係する光を検出する装置と、 この検出された光を用いて前記細胞の１または
   それ以上の特性を計測する装置とから成る流動細
   胞計数装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置であつて、
   前記プリズムの断面が長方形状である装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の装置であつて、
   前記プリズムが光源に隣接した光ビーム中に配置
   されてなる装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の装置であつて、
   前記プリズムの断面が長手方向軸線に沿つて実質
   的に一定であることを特徴とする装置。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の装置であつて、
   前記プリズムの最大断面寸法がプリズムの一方の
   末端表面に入るようにした非干渉性の入射光線の
   幅より大きいことを特徴とする装置。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の装置であつて、
   前記プリズムの両末端表面を反射防止剤で処理し
   て光線の透過効率を改良したことを特徴とする装
   置。 ７ 特許請求の範囲第１項記載の装置であつて、
   前記光源と前記プリズムとの間に設けられプリズ
   ムの一方の末端表面を通してプリズム中に光を集
   光するためのレンズを含むことを特徴とする装
   置。 ８ 特許請求の範囲第７項記載の装置であつて、
   前記レンズが前記プリズムの一方の末端表面に接
   触していることを特徴とする装置。 ９ 特許請求の範囲第８項記載の装置であつて、
   前記プリズムと前記レンズとが同じ材料から一体
   的に成形されたことを特徴とする装置。 １０ 特許請求の範囲第１項記載の装置であつ
   て、前記プリズムが石英から作られていることを
   特徴とする装置。 １１ 特許請求の範囲第９項記載の装置であつ
   て、一体成形されたプリズムとレンズが石英から
   作られていることを特徴とする装置。 １２ 特許請求の範囲第１項記載の装置であつ
   て、光を検出する手段が前記照明部位を通過する
   細胞によつて放射される蛍光を検出する装置を備
   えている装置。 １３ 特許請求の範囲第１項記載の装置であつ
   て、光を検出する手段が前記照明部位を通過する
   細胞によつて散乱される光を検出する装置を備え
   ている装置。 １４ 液体流中を流れる粒子などの１またはそれ
   以上の特性を計測する流動細胞計数装置におい
   て、 液体流中で粒子を１度に実質的に１個移動させ
   る装置と、 前記液体流中を移動する粒子に当てられる本質
   的には均一でないスペクトル的に豊富な光ビーム
   を提供する装置と、 前記光ビームの光路において前記流動する粒子
   に向けられる均一でない光をより均一な光線に調
   整する装置と、 それぞれの移動する粒子に関する光を検出し、
   この検出された光を各粒子の１またはそれ以上の
   特性と関係付ける装置とを具備して成る流動細胞
   計数装置。 １５ 特許請求の範囲第１４項記載の装置であつ
   て、前記調整装置が、固形状の光透過性プリズム
   を備えている装置。 １６ 液体流中を流れる細胞などの特性を計測す
   る流動細胞計数装置において、 液体流中で細胞を１度に実質的に１個移動させ
   る装置と、 前記液体流中を移動する前記細胞を照明するた
   めの非干渉性の光ビームを提供するアークランプ
   と、 前記光ビームにほぼ沿つて配列された縦軸を有
   し且つ前記ランプと前記液体流との間に配設され
   た細長い、長方形断面を有する、固形状の光透過
   性プリズムであつて、内部反射性側部表面と光透
   過性末端表面とを有し、第一の末端表面を通つて
   前記プリズムに向けられる前記ランプからの均質
   でない光が、前記細胞へは均質な状態で前記プリ
   ズムの対向する第二の末端表面から出てゆくよう
   にしたプリズムと、 該プリズムの前記第一の末端表面に接触し、且
   つ前記ランプに隣接して対向するように配設さ
   れ、光を前記プリズムの第一の末端表面を通して
   プリズム中へ集光させるレンズと、 それぞれの移動する細胞が前記照明部分を通過
   する時に、該細胞に関係する光を検出する装置
   と、 この検出された光を用いて前記細胞の１以上の
   特性を計測する装置とから成る流動細胞計数装
   置。 １７ 特許請求の範囲第１６項記載の装置であつ
   て、前記アークランプが水銀アークランプである
   ことを特徴とする装置。 １８ 特許請求の範囲第１６項記載の装置であつ
   て、前記側部表面の外側に保護用コーテイングが
   施されていることを特徴とする装置。