WO2014097724A1 - 粒子検出装置及び粒子検出方法 - Google Patents

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    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology

Definitions

  • the present technology relates to a particle detection apparatus and a particle detection method for optically detecting particles. More specifically, the present invention relates to a technique for detecting scattered light from light-irradiated particles.
  • An optical detection method using flow cytometry is used to identify biologically relevant microparticles such as cells, microorganisms, and liposomes.
  • Flow cytometry irradiates particles that flow in a single line in a flow path with laser light of a specific wavelength, and detects fluorescence and scattered light emitted from each particle to detect one particle. It is an analysis method that identifies each one.
  • the target particle when the target particle is a cell, information such as its shape, size, surface state, nucleus formation and presence can be obtained by detecting forward scattered light (FS).
  • FS forward scattered light
  • the forward scattered light from the target particles is detected by a photodetector such as a photodiode.
  • the photodetector detects light other than forward scattered light such as irradiation light (hereinafter also referred to as zero-order light). Light is also incident.
  • a light scattering method in which a light receiving means is formed by a plurality of photoelectric elements and an addition processing means for adding the outputs of the plurality of photoelectric elements is provided.
  • a type particle detector (refer to patent documents 1).
  • a technique for removing unnecessary light by arranging a light shielding mask on the optical path of scattered light is also proposed.
  • Patent Document 2 a microparticle measuring apparatus in which an optical filter is arranged instead of a light shielding mask has been proposed (see Patent Document 2).
  • Patent Document 1 is intended to improve the S / N ratio, which is the ratio between the amount of signal (signal) and the amount of noise (noise), by increasing the amount of scattered light received.
  • S / N ratio is the ratio between the amount of signal (signal) and the amount of noise (noise)
  • the main object of the present disclosure is to provide a particle detection apparatus and a particle detection method that can detect scattered light with high accuracy.
  • the particle detection device includes a light irradiation unit that irradiates light to particles, and a scattered light detection unit that detects scattered light emitted from the light-irradiated particles, the scattered light detection unit, A first detection unit that detects the scattered light, a second detection unit that detects a light component derived from light irradiated on the particles, and the first detection unit based on a signal detected by the second detection unit And a signal processing unit for removing noise components from the signal detected in step (b).
  • the first detector and the second detector may be provided in one photodetector.
  • the first detection unit can be provided around the second detection unit.
  • the photodetector may be divided into nine or more regions.
  • an irradiation light removing member that blocks a light component derived from the irradiation light may be disposed in front of the photodetector.
  • the irradiation light detector and the scattered light detector can be arranged in this order on the optical path of the scattered light.
  • An irradiation light removing member that blocks a light component derived from the irradiation light may be disposed between the irradiation light detector and the scattered light detector.
  • the said irradiation light detector can also be arrange
  • an irradiation light removing member that blocks a light component derived from the irradiation light may be disposed between the mirror and the scattered light detector.
  • the signal processing unit may remove a noise component by subtracting a signal obtained by multiplying the detection signal of the second detection unit by a gain value from the detection signal of the first detection unit.
  • the scattered light is, for example, forward scattered light.
  • the light irradiation unit may irradiate light to particles flowing through the flow path, and the flow path may be formed on a microchip.
  • the particle detection method includes a light irradiation step of irradiating light to a particle, a scattered light detection step of detecting scattered light emitted from the particle in a first detection unit, and a particle detection method in a second detection unit.
  • a noise component may be removed by subtracting a signal obtained by multiplying the detection signal of the second detection unit by a gain value from the detection signal of the first detection unit.
  • the gain value can be set based on a detection signal in the first detection unit and a detection signal in the second detection unit when light is irradiated in a state where the particles do not exist.
  • the scattered light since the noise component is removed from the scattered light detection signal, the scattered light can be detected with high accuracy.
  • FIG. 6 is a diagram showing a positional relationship between a detection region of the photodetector 41 shown in FIG.
  • First Embodiment Example of a particle detection device in which two types of detection regions are provided in a photodetector
  • Modification of First Embodiment Example of Particle Detection Device in which Zero-Order Light Removal Member is Arranged in Front of Photodetector
  • Second Embodiment Example of particle detection apparatus including two types of photodetectors
  • First Modification of Second Embodiment Example of Particle Detection Device Comprising Zeroth Order Photodetector and Zeroth Order Light Removal Member
  • Second Modification of Second Embodiment Example of Particle Detection Device in which Zero-Order Photodetector is Provided Outside Light Path of Scattered Light
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the particle detection apparatus of the present embodiment.
  • the particle detection apparatus according to the present embodiment includes a light irradiation unit 1 that irradiates light to a microparticle 3 and a scattered light detection unit that detects scattered light 7 emitted from the light-irradiated microparticle 3. 4 is provided.
  • the light irradiation unit 1 is provided with a light source 11 that generates excitation light 5 such as laser light, and a lens 12 that condenses the excitation light 5 generated by the light source 11 toward the fine particles 3. Then, for example, the excitation light 5 is irradiated to the microparticles 3 flowing through the flow path 21 formed in the microchip 2.
  • the microchip 2 is provided with a flow path 21 through which the microparticles 3 can flow, and a sample liquid containing, for example, the microparticles 3 to be detected is introduced into the flow path 21.
  • the microchip 2 can be formed of glass or various plastics (PP, PC, COP, PDMS, etc.).
  • the material of the microchip 2 is not particularly limited, but it is desirable to use a material that is transparent to the excitation light 5 irradiated from the light irradiation unit 1 and has a small optical error.
  • the microchip 2 can be formed by wet etching or dry etching of a glass substrate, or by nanoimprinting, injection molding, or machining of a plastic substrate. And the microchip 2 can be formed by sealing the board
  • the “microparticles 3” detected by the particle detection apparatus of the present embodiment widely include living body-related microparticles such as cells, microorganisms, and ribosomes, or synthetic particles such as latex particles, gel particles, and industrial particles. .
  • Biologically relevant microparticles include chromosomes, ribosomes, mitochondria, organelles (cell organelles), etc. that make up various cells.
  • the cells include plant cells, animal cells, blood cells, and the like.
  • microorganisms include bacteria such as Escherichia coli, viruses such as tobacco mosaic virus, and fungi such as yeast.
  • the biologically relevant microparticles may include biologically relevant polymers such as nucleic acids, proteins, and complexes thereof.
  • Industrial particles include those formed of organic polymer materials, inorganic materials, metal materials, and the like.
  • organic polymer material polystyrene, styrene / divinylbenzene, polymethyl methacrylate, or the like can be used.
  • inorganic material glass, silica, a magnetic material, etc. can be used.
  • metal material for example, gold colloid and aluminum can be used.
  • shape of these fine particles is generally spherical, it may be non-spherical, and the size and mass are not particularly limited.
  • the scattered light detection unit 4 detects the scattered light 7 emitted from the microparticles 3 irradiated with the excitation light 5, and is provided with a photodetector 41, a signal processing unit 42, and the like.
  • the light detector 41 is composed of a photodiode and the like, and together with the forward scattered light 7 emitted from the light-irradiated microparticles 3, the light component other than the forward scattered light 7 such as the excitation light 5 (0th order light 6). Is detected.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a detection region of the photodetector 41. As shown in FIG. 2, the light receiving surface of the photodetector 41 is divided into a zero-order light detection region 41 b for detecting zero-order light 6 and a scattered light detection region 41 a for detecting forward scattered light 7.
  • the forward scattered light 7 is light scattered at an acute angle ( ⁇ 19 °) with respect to the optical axis of the excitation light 5, the light component around the optical axis in the light incident on the photodetector 41 is mainly 0. It is the next light 6 and hardly contains the forward scattered light 7.
  • the light receiving surface of the photodetector 41 has a zero-order light detection region 41b at the center and a scattered light detection region 41a around the center.
  • the number of divisions of the light receiving surface of the photodetector 41 is not particularly limited, but is preferably 9 divisions (3 ⁇ 3) or more from the viewpoint of improving the differential effect described later, and is divided into 16 divisions. More preferably (4 ⁇ 4) or more.
  • the signal processing unit 42 removes a noise component from the signal detected in the scattered light detection area 41a based on the signal detected in the 0th-order light detection area 41b.
  • the light incident on the photodetector 41 includes a wide variety of noises such as drive current noise of the light source 11, noise of laser light as the excitation light 5, and noise received in the optical path. These noises are included in both the 0th-order light (leakage light) 6 and the forward scattered light 7 with the same phase but different levels.
  • Equation 1 the processing shown in the following Equation 1 is performed on the signal detected in each region, and the obtained signal is set as a forward scattered light signal.
  • the gain value (Gain) in Equation 1 below is based on the detection signal of the scattered light detection region 41a and the detection signal of the 0th-order light detection region 41b when the excitation light 5 is irradiated without passing through the fine particles 3. Is the set value.
  • the particle detection apparatus of the present embodiment is provided with other scattered light detection units that detect side scattered light, a fluorescence detection unit that detects fluorescence emitted from the microparticles 3, and the like, as necessary. It may be.
  • the operation of the particle detection apparatus of this embodiment that is, a method for detecting the microparticles 3 using the particle content detection apparatus of this embodiment will be described.
  • a sample liquid containing, for example, the detection target microparticles 3 is introduced into the flow path 21 provided in the microchip 2.
  • the excitation light 5 emitted from the light source 11 is collected by the lens 12 or the like, and irradiated to the microparticles 3 flowing through the flow path 21 of the microchip 2.
  • the forward scattered light 7 emitted from the microparticles 3 irradiated with the excitation light 5 is detected by the photodetector 41.
  • the zero-order light detection region 41b and the scattered light detection region 41a are provided on the light receiving surface of the photodetector 41, and both are detected.
  • FIG. 3A is a diagram showing a signal detected in the scattered light detection region 41a
  • FIG. 3B is a diagram showing a signal detected in the 0th-order light detection region 41b.
  • FIG. 3A in the scattered light detection area 41a, noise included in the zero-order light 6 and a signal of the forward scattered light 7 are detected.
  • FIG. 3B in the 0th-order light detection region 41b, the signal of the forward scattered light 7 is hardly detected, and a noise component mainly included in the 0th-order light 6 is detected.
  • the noise caused by the excitation light 5 detected in the scattered light detection area 41a and the noise contained in the 0th-order light 6 detected in the 0th-order light detection area 41b have the same phase, although there is a difference in level. It is. Therefore, in the particle detection device of the present embodiment, the signal processing unit 42 removes noise components from the signal detected in the scattered light detection region 41a based on the signal detected in the 0th-order light detection region 41b.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a signal from which noise components have been removed by the signal processing unit 42. As a result, as shown in FIG. 4, only the waveform of the signal substantially derived from the forward scattered light 7 is obtained.
  • the gain value used in the processing performed by the signal processing unit 42 is a value adjusted so that the noise of the forward scattered light 7 and the zero-order light 6 becomes zero.
  • a sample liquid that does not contain the microparticles 3 is allowed to flow through the flow path 21, and a change in the noise level included in the signal is detected while changing the gain value in that state, and the value is obtained when noise is eliminated.
  • noise components are removed from the signal detected in the scattered light detection region 41a based on the signal detected in the 0th-order light detection region 41b.
  • the detection accuracy of forward scattered light can be improved.
  • grain detection apparatus of this embodiment can remove the low frequency and high frequency noise contained in the leakage light (0th-order light 6) which injects into the scattered light detection area
  • this indication is not limited to the case where the microparticle 3 is detected using the microchip 2, It is possible to apply to various particle
  • the present technology can be applied not only to forward scattered light but also to detection of other scattered light, and in this case, the same effect can be obtained.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the particle detection device of this modification
  • FIG. 6 is a diagram showing the positional relationship between the detection region of the photodetector 41 and the zero-order light removal member 43. 5 and 6, the same components as those of the particle detection device of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a zero-order light removal member 43 that blocks the zero-order light 6 is disposed in front of the photodetector 41.
  • the 0th-order light removing member 43 may be a mask or an optical filter that selectively blocks specific light, but is not limited thereto, and can block the 0th-order light 6. Any optical member may be used.
  • the 0th-order light removal member 43 is arranged as in this modification. As a result, the intensity of the zero-order light 6 can be lowered. Thereby, even when the signal intensity of the 0th-order light 6 is high, the noise component can be removed and the forward scattered light can be detected with high accuracy.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of the particle detection apparatus of this embodiment
  • FIG. 8 is a diagram showing the positional relationship between the detection region of the scattered light detector 44 and the zero-order light detector 45. 7 and 8, the same components as those of the particle detection device of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a zero-order light detector 45 that detects zero-order light 6 and a scattered light detector 44 that detects scattered light 7 on the optical path are arranged in this order.
  • a commonly used photodetector such as a photodiode can be used as the zero-order light detector 45 and the scattered light detector 44.
  • the signal processing unit 42 removes noise components from the signal detected by the scattered light detector 44 based on the signal detected by the zero-order light detector 45. Thereby, the detection accuracy of the forward scattered light can be improved as in the first embodiment described above.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the configuration of the particle detection apparatus of this modification.
  • FIG. 10 shows the positional relationship between the detection region of the scattered light detector 44, the zero-order light detector 45, and the zero-order light removal member 43.
  • FIG. 9 and FIG. 10 the same components as those of the particle detection devices of the first embodiment and the second embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a 0th-order light removal member 43 that blocks the 0th-order light 6 is interposed between the 0th-order light detector 45 and the scattered light detector 44.
  • the zero-order light removal member 43 together with the zero-order light detector 45, the noise removal effect can be further enhanced and the detection accuracy of scattered light can be improved.
  • the configurations, operations, and effects of the present modification other than those described above are the same as those of the first embodiment, the modification, and the second embodiment described above.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of the scattered light detection unit 4 of the particle detection device of the present modification.
  • the zero-order light detector 45 is arranged outside the optical path, and the optical path of the zero-order light 6 is changed by the mirror 46 arranged on the optical path.
  • the light is guided to the photodetector 45.
  • the signal processing unit 42 removes noise components from the signal detected by the scattered light detector 44 based on the signal detected by the zero-order light detector 45. Accordingly, it is possible to detect the forward scattered light with high accuracy, as in the above-described modified example.
  • a light irradiation unit for irradiating the particles with light;
  • a scattered light detector for detecting scattered light emitted from the light-irradiated particles;
  • Have The scattered light detection unit A first detector for detecting the scattered light;
  • a second detection unit for detecting a light component derived from the irradiation light to the particles;
  • a signal processing unit for removing a noise component from the signal detected by the first detection unit based on the signal detected by the second detection unit;
  • a particle detection apparatus comprising: (2) The particle detector according to (1), wherein the first detector and the second detector are provided in one photodetector.
  • the particle detector according to (2) or (3) wherein the photodetector has a light receiving surface divided into nine or more regions.
  • the particle detector according to (1) comprising: a scattered light detector that functions as the first detector; and an irradiation light detector that functions as the second detector.
  • the particle detector according to (6) wherein the irradiation light detector and the scattered light detector are arranged in this order on the optical path of the scattered light.
  • the signal processing unit removes a noise component by subtracting, from the detection signal of the first detection unit, a signal obtained by multiplying the detection signal of the second detection unit by a gain value (1) to (10).
  • a light irradiation step of irradiating the particles with light A scattered light detection step of detecting scattered light emitted from the particles in the first detector; An irradiation light step of detecting a light component derived from the irradiation light on the particles in the second detection unit; A signal processing step of removing a noise component from the signal detected by the first detection unit based on the signal detected by the second detection unit;
  • a particle detection method comprising: (16) The particle detection method according to (15), wherein the signal processing step removes a noise component from a detection signal of the first detection unit by subtracting a signal obtained by multiplying the detection signal of the second detection unit by a gain value. .
  • the gain value is set based on a detection signal in the first detection unit and a detection signal in the second detection unit when light is irradiated in a state where the particles do not exist.

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Abstract

　精度よく散乱光を検出することが可能な粒子検出装置及び粒子検出方法を提供する。　少なくとも、粒子に光を照射する光照射部と、光照射された粒子から発せられた散乱光を検出する散乱光検出部とを有する粒子検出装置の散乱光検出部に、散乱光を検出する第１検出部と、粒子への照射光を検出する第２検出部と、第２検出部で検出された信号に基づいて第１検出部で検出された信号からノイズ成分を除去する信号処理部を設ける。

Description

粒子検出装置及び粒子検出方法
　本技術は、粒子を光学的に検出する粒子検出装置及び粒子検出方法に関する。より詳しくは、光照射された粒子からの散乱光を検出する技術に関する。
　細胞、微生物及びリポソームなどの生体関連微小粒子の識別には、フローサイトメトリー（フローサイトメーター）を用いた光学的検出方法が利用されている。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を照射し、各粒子から発せられた蛍光や散乱光を検出することで、複数の粒子を１個ずつ識別する分析手法である。
　例えば対象粒子が細胞である場合、前方散乱光（Forward Scatter：ＦＳ）を検出すると、その形、大きさ、表面状態、核の形成や有無などの情報を得ることができる。一般に、対象粒子からの前方散乱光は、フォトダイオードなどの光検出器により検出されるが、この光検出器には、照射光（以下、０次光ともいう。）などの前方散乱光以外の光も入射する。
　目的とする散乱光以外の光の影響を低減する技術としては、例えば、受光手段を複数の光電素子で形成すると共に、これら複数の光電素子の出力を加算処理する加算処理手段を設けた光散乱式粒子検出器がある（特許文献１参照）。また、散乱光の光路上に遮光マスクを配置し、不要な光を除去する技術もある。更に、従来、散乱光の検出効率向上のため、遮光マスクの代わりに光学フィルタを配置した微小粒子測定装置も提案されている（特許文献２参照）。
特開２００２－３１５９４号公報 特開２０１２－２６８３７号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の技術は、散乱光の受光量を増やすことにより信号（signal）量と雑音（noise）量との比であるＳ／Ｎ比の向上を図ったものであり、前方散乱光以外の光成分が多い場合は、十分な効果が得られない。これに対して、特許文献２に記載の装置のように光学フィルタや遮光マスクなどを使用すると、前方散乱光以外の光成分を低減することができるが、その構造上、前方散乱光以外の光成分を完全に遮断することはできない。
　そして、光学フィルタで遮断できなかった前方散乱光以外の光成分（漏れ光）は、光検出器に直接入射するため、検出信号のＳ／Ｎ比を低下させる原因となる。特に、検出対象の粒子の大きさが小さくなると、前方散乱光の信号レベルも小さくなるため、漏れ光の影響が更に大きくなる。
　そこで、本開示は、精度よく散乱光を検出することが可能な粒子検出装置及び粒子検出方法を提供することを主目的とする。
　本開示に係る粒子検出装置は、粒子に光を照射する光照射部と、光照射された粒子から発せられる散乱光を検出する散乱光検出部と、を有し、前記散乱光検出部は、前記散乱光を検出する第１検出部と、前記粒子への照射光に由来する光成分を検出する第２検出部と、前記第２検出部で検出された信号に基づいて前記第１検出部で検出された信号からノイズ成分を除去する信号処理部と、を備える。
　この粒子検出装置では、前記第１検出部と前記第２検出部とが一の光検出器に設けられていてもよい。
　その場合、前記第２検出部の周囲に前記第１検出部を設けることができる。
　また、前記光検出器は、受光面が９以上の領域に分割されていてもよい。
　更に、前記光検出器の手前に、前記照射光に由来する光成分を遮断する照射光除去部材を配置することもできる。
　一方、前記第１検出部として機能する散乱光検出器と、前記第２検出部として機能する照射光検出器と、を有していてもよい。
　その場合、前記散乱光の光路上に、前記照射光検出器と前記散乱光検出器をこの順に配置することができる。
　また、前記照射光検出器と前記散乱光検出器との間に、前記照射光に由来する光成分を遮断する照射光除去部材が配置されていてもよい。
　又は、前記照射光に由来する光成分の光路を変更するミラーを有し、前記照射光検出器を前記散乱光の光路外に配置することもできる。
　その場合、前記ミラーと前記散乱光検出器との間に、前記照射光に由来する光成分を遮断する照射光除去部材を配置することもできる。
　前記信号処理部は、前記第１検出部の検出信号から、前記第２検出部の検出信号にゲイン値を乗じた信号を減ずることにより、ノイズ成分を除去してもよい。
　また、前記散乱光は、例えば前方散乱光である。
　更に、前記光照射部は、流路を通流する粒子に光を照射してもよく、前記流路は、マイクロチップに形成されていてもよい。
　本開示に係る粒子検出方法は、粒子に光を照射する光照射工程と、第１検出部において前記粒子から発せられた散乱光を検出する散乱光検出工程と、第２検出部において前記粒子への照射光に由来する光成分を検出する照射光工程と、前記第２検出部で検出された信号に基づいて前記第１検出部で検出された信号からノイズ成分を除去する信号処理工程と、を有する。
　前記信号処理工程では、前記第１検出部の検出信号から、前記第２検出部の検出信号にゲイン値を乗じた信号を減ずることにより、ノイズ成分を除去してもよい。
　また、前記粒子が存在しない状態で光を照射したときの前記第１検出部における検出信号及び第２検出部における検出信号に基づいて前記ゲイン値を設定することもできる。
　本開示によれば、散乱光検出信号からノイズ成分を除去しているため、精度よく散乱光を検出することができる。
本開示の第１の実施形態の粒子検出装置の構成を模式的に示す図である。 図１に示す光検出器４１の検出領域を示す模式図である。 Ａは散乱光検出領域４１ａで検出された信号を示す図であり、Ｂは０次光検出領域４１ｂで検出された信号を示す図である。 信号処理部４２でノイズ成分が除去された信号を示す図である。 本開示の第１の実施形態の変形例の粒子検出装置の構成を模式的に示す図である。 図５に示す光検出器４１の検出領域と０次光除去部材４３の位置関係を示す図である。 本開示の第２の実施形態の粒子検出装置の構成を模式的に示す図である。 図７に示す散乱光検出器４４の検出領域と０次光検出器４５の位置関係を示す図である。 本開示の第２の実施形態の第１変形例の粒子検出装置の構成を模式的に示す図である。 図９に示す散乱光検出器４４の検出領域と０次光検出器４５と０次光除去部材４３の位置関係を示す図である。 本開示の第２の実施形態の第２変形例の粒子検出装置の散乱光検出部４の構成を模式的に示す図である。
　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
　　（光検出器に２種類の検出領域が設けられている粒子検出装置の例）
　２．第１の実施形態の変形例
　　（光検出器の手前に０次光除去部材が配置された粒子検出装置の例）
　３．第２の実施形態
　　（２種類の光検出器を備える粒子検出装置の例）
　４．第２の実施形態の第１変形例
　　（０次光検出器と０次光除去部材を備える粒子検出装置の例）
　５．第２の実施形態の第２変形例
　　（０次光検出器が散乱光の光路外に設けられている粒子検出装置の例）
 
＜１．第１の実施形態＞
［装置の全体構成］
　先ず、本開示の第１の実施形態の粒子検出装置について、流路内を通流する微小粒子を検出する場合を例にして説明する。図１は本実施形態の粒子検出装置の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施形態の粒子検出装置は、微小粒子３に光を照射する光照射部１と、光照射された微小粒子３から発せられる散乱光７を検出する散乱光検出部４を備えている。
［光照射部１］
　光照射部１には、レーザ光などの励起光５を発生する光源１１と、光源１１で発生した励起光５を微小粒子３に向けて集光するレンズ１２などが設けられている。そして、例えばマイクロチップ２内に形成された流路２１内を通流する微小粒子３に励起光５を照射する。
［マイクロチップ２］
　マイクロチップ２には、微小粒子３が通流可能な流路２１が設けられており、流路２１内に、例えば検出対象の微小粒子３を含むサンプル液が導入される。このマイクロチップ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２の材質は、特に限定されるものではないが、光照射部１から照射される励起光５に対して透過性を有し、光学誤差が少ない材質とすることが望ましい。
　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。そして、流路２１などを成形した基板を、同じ材質又は異なる材質の基板で封止することでマイクロチップ２を形成することができる。
［微小粒子３］
　本実施形態の粒子検出装置で検出される「微小粒子３」には、細胞、微生物及びリボゾームなど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などの合成粒子などが広く含まれる。
　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）などが含まれる。また、細胞には、植物細胞、動物細胞及び血球系細胞などが含まれる。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などのウイルス類、イースト菌など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、これらの複合体などの生体関連高分子も包含され得るものとする。
　工業用粒子としては、有機高分子材料、無機材料又は金属材料など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など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など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などを使用することができる。なお、これら微小粒子の形状は、一般には球形であるが、非球形であってもよく、また大きさや質量なども特に限定されない。
［散乱光検出部４］
　散乱光検出部４は、励起光５が照射された微小粒子３から発せられる散乱光７を検出するものであり、光検出器４１及び信号処理部４２などが設けられている。
（光検出器４１）
　光検出器４１は、フォトダイオードなどで構成されており、光照射された微小粒子３から発せられる前方散乱光７と共に、励起光５などの前方散乱光７以外の光成分（０次光６）を検出する。図２は光検出器４１の検出領域を示す模式図である。図２に示すように、光検出器４１の受光面は、０次光６を検出する０次光検出領域４１ｂと、前方散乱光７を検出する散乱光検出領域４１ａとに分割されている。
　前方散乱光７は、励起光５の光軸に対して鋭角（～１９°）に散乱する光であるため、光検出器４１に入射する光のうち、光軸周辺の光成分は主に０次光６であり、前方散乱光７はほとんど含まれていない。そこで、光検出器４１の受光面は、中心部を０次光検出領域４１ｂとし、その周囲に散乱光検出領域４１ａを設ける。
　ここで、光検出器４１の受光面の分割数は、特に限定されるものではないが、後述する差動効果向上の観点から、９分割（３×３）以上であることが好ましく、１６分割（４×４）以上であることがより好ましい。光検出器４１の受光面の分割数を多くすることにより、後述する信号処理部４２での信号処理において、ゲイン値を用いなくても散乱光検出領域４１ａで検出された信号からノイズ成分を除去することが可能となる。
（信号処理部４２）
　信号処理部４２は、０次光検出領域４１ｂで検出された信号に基づいて、散乱光検出領域４１ａで検出された信号からノイズ成分を除去する。ここで、光検出器４１に入射する光には、光源１１の駆動電流ノイズ、励起光５であるレーザ光のノイズ、光路で受けるノイズなど多種多様のノイズが含まれている。これらのノイズは、レベルは異なるが、同じ位相で、０次光（漏れ光）６及び前方散乱光７の両方に含まれている。
　そこで、本実施形態の粒子検出装置では、例えば、各領域で検出された信号に対して、下記数式１に示す処理を行い、得られた信号を前方散乱光信号とする。なお、下記数式１におけるゲイン値（Gain）は、微小粒子３を通流させずに励起光５を照射したときの散乱光検出領域４１ａの検出信号及び０次光検出領域４１ｂの検出信号に基づいて設定した値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、本実施形態の粒子検出装置には、必要に応じて、側方散乱光を検出する他の散乱光検出部や、微小粒子３から発せられた蛍光を検出する蛍光検出部などが設けられていてもよい。
［動作］
　次に、本実施形態の粒子検出装置の動作、即ち、本実施形態の粒子分検出装置を使用して微小粒子３を検出する方法について説明する。本実施形態の粒子検出装置では、マイクロチップ２に設けられた流路２１内に、例えば検出対象の微小粒子３を含むサンプル液を導入する。そして、光源１１から出射した励起光５をレンズ１２などで集光して、マイクロチップ２の流路２１内を通流する微小粒子３に照射する。
　そして、光検出器４１により、励起光５が照射された微小粒子３から発せられた前方散乱光７を検出する。このとき、光検出器４１には、前方散乱光７の他に、励起光５が漏れ込んだ０次光６も入射する。そこで、本実施形態の粒子検出装置では、光検出器４１の受光面に、０次光検出領域４１ｂと散乱光検出領域４１ａを設け、その両方を検出する。
　図３Ａは散乱光検出領域４１ａで検出された信号を示す図であり、図３Ｂは０次光検出領域４１ｂで検出された信号を示す図である。図３Ａに示すように、散乱光検出領域４１ａでは、０次光６に含まれるノイズと、前方散乱光７の信号が検出される。一方、図３Ｂに示すように、０次光検出領域４１ｂでは、前方散乱光７の信号はほとんど検出されず、主に０次光６に含まれるノイズ成分が検出される。
　ここで、散乱光検出領域４１ａで検出される励起光５に起因するノイズと、０次光検出領域４１ｂで検出される０次光６に含まれるノイズは、レベルの違いはあるが、同位相である。そこで、本実施形態の粒子検出装置では、信号処理部４２において、０次光検出領域４１ｂで検出された信号に基づいて、散乱光検出領域４１ａで検出された信号からノイズ成分を除去する。
　具体的には、上記数式１に示す散乱光検出領域４１ａの検出信号から、０次光検出領域４１ｂの検出信号にゲイン値を乗じた信号を減ずる処理を行う。図４は信号処理部４２でノイズ成分が除去された信号を示す図である。これにより、図４に示すように、ほぼ前方散乱光７に由来する信号の波形のみが得られる。
　ここで、信号処理部４２で行う処理で用いるゲイン値は、前方散乱光７と０次光６のノイズが０になるように調整された値である。例えば、流路２１に、微小粒子３を含有しないサンプル液を流し、その状態でゲイン値を変化させながら信号に含まれるノイズレベルの変化を検出し、ノイズがなくなった時の値とする。
　以上詳述したように、本実施形態の粒子検出装置では、０次光検出領域４１ｂで検出された信号に基づいて、散乱光検出領域４１ａで検出された信号からノイズ成分を除去しているため、前方散乱光の検出精度を向上させることができる。また、本実施形態の粒子検出装置は、散乱光検出領域４１ａに入射する漏れ光（０次光６）に含まれる低周波及び高周波のノイズを除去することができるため、微小粒子３からの前方散乱光７が微小であっても、検出することが可能となる。これにより、散乱光の検出能力が向上し、理想的な散乱光信号のみの検出を実現することが可能となる。
　フローサイトメータのように流路内を通流する微小粒子の散乱光を検出する手法では、０次光と散乱光とを区別することが難しいが、本技術を適用することにより、これらを分離し、精度よく前方散乱光を検出することが可能となる。なお、本開示は、マイクロチップ２を用いて、微小粒子３を検出する場合に限定されるものではなく、種々の粒子検出装置に適用することが可能である。
　また、本技術は、前方散乱光だけでなく、他の散乱光の検出に適用することも可能であり、その場合も同様の効果が得られる。
＜２．第１の実施形態の変形例＞
　次に、本開示の第１の実施形態の変形例に係る粒子検出装置について説明する。図５は本変形例の粒子検出装置の構成を模式的に示す図であり、図６は光検出器４１の検出領域と０次光除去部材４３の位置関係を示す図である。なお、図５及び図６では、前述した第１の実施形態の粒子検出装置の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図５及び図６に示すように、本変形例の粒子検出装置では、光検出器４１の手前に、０次光６を遮断する０次光除去部材４３が配置されている。ここで、０次光除去部材４３には、マスクや特定光を選択的に遮断する光学フィルタなどを使用することができるが、これらに限定されるものではなく、０次光６を遮断可能な光学部材であればよい。
　散乱光検出領域４１ａに漏れ込む０次光６の信号強度が高い場合、信号処理に用いるゲイン値の調整が難しくなることがあるが、本変形例のように０次光除去部材４３を配置することで、０次光６の強度を下げることができる。これにより、０次光６の信号強度が高い場合でも、ノイズ成分を除去し、精度よく前方散乱光を検出することができる。
　なお、本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。
＜３．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検出装置について説明する。図７は本実施形態の粒子検出装置の構成を模式的に示す図であり、図８は散乱光検出器４４の検出領域と０次光検出器４５の位置関係を示す図である。なお、図７及び図８では、前述した第１の実施形態の粒子検出装置の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図７及び図８に示すように、本実施形態の粒子検出装置では、光路上に、０次光６を検出する０次光検出器４５と、散乱光７を検出する散乱光検出器４４とが、この順に配置されている。ここで、０次光検出器４５及び散乱光検出器４４には、フォトダイオードなどの一般に用いられている光検出器を用いることができる。
　本実施形態の粒子検出装置では、信号処理部４２において、０次光検出器４５で検出された信号に基づき、散乱光検出器４４で検出された信号からノイズ成分を除去する。これにより、前述した第１の実施形態と同様に、前方散乱光の検出精度を向上させることができる。
　なお、本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。
＜４．第２の実施形態の第１変形例＞
　次に、本開示の第２の実施形態の第１変形例に係る粒子検出装置について説明する。図９は本変形例の粒子検出装置の構成を模式的に示す図であり、図１０は散乱光検出器４４の検出領域と０次光検出器４５と０次光除去部材４３の位置関係を示す図である。なお、図９及び図１０では、前述した第１の実施形態及び第２の実施形態の粒子検出装置の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図９及び図１０に示すように、本変形例の粒子検出装置では、０次光検出器４５と散乱光検出器４４との間に、０次光６を遮断する０次光除去部材４３が配置されている。０次光検出器４５と共に０次光除去部材４３を配置することにより、ノイズ除去効果を更に高め、散乱光の検出精度を向上させることができる。なお、本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第１の実施形態、その変形例及び第２の実施形態と同様である。
＜５．第２の実施形態の第２変形例＞
　図７に示す第２の実施形態では、光路上に、０次光検出器４５と散乱光検出器４４とを配置しているが、本開示はこれに限定されるものではなく、０次光検出器４５を光路外に配置することもできる。図１１は本変形例の粒子検出装置の散乱光検出部４の構成を模式的に示す図である。
　図１１に示すように、本変形例の粒子検出装置では、０次光検出器４５を光路外に配置し、光路上に配置したミラー４６により、０次光６の光路を変更し、０次光検出器４５に導光する。この場合、０次光６の漏れ込みを低減するため、ミラー４６と散乱光検出器４４との間に、０次光除去部材４３を配置することが好ましい。
　本変形例の粒子検出装置においても、信号処理部４２において、０次光検出器４５で検出された信号に基づき、散乱光検出器４４で検出された信号からノイズ成分を除去する。これにより、前述した第変形例と同様に、高精度で前方散乱光を検出することが可能となる。
　また、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
（１）
　粒子に光を照射する光照射部と、
　光照射された粒子から発せられる散乱光を検出する散乱光検出部と、
を有し、
　前記散乱光検出部は、
　　前記散乱光を検出する第１検出部と、
　　前記粒子への照射光に由来する光成分をを検出する第２検出部と、
　　前記第２検出部で検出された信号に基づいて前記第１検出部で検出された信号からノイズ成分を除去する信号処理部と、
を備える粒子検出装置。
（２）
　前記第１検出部と前記第２検出部とが一の光検出器に設けられている（１）に記載の粒子検出装置。
（３）
　前記第２検出部の周囲に前記第１検出部が設けられている（２）に記載の粒子検出装置。
（４）
　前記光検出器は、受光面が９以上の領域に分割されている（２）又は（３）に記載の粒子検出装置。
（５）
　前記光検出器の手前に、前記照射光に由来する光成分を遮断する照射光除去部材が配置されている（２）～（４）のいずれかに記載の粒子検出装置。
（６）
　前記第１検出部として機能する散乱光検出器と、前記第２検出部として機能する照射光検出器と、を有する（１）に記載の粒子検出装置。
（７）
　前記散乱光の光路上に、前記照射光検出器と前記散乱光検出器がこの順に配置されている（６）に記載の粒子検出装置。
（８）
　前記照射光検出器と前記散乱光検出器との間に、前記照射光に由来する光成分を遮断する照射光除去部材が配置されている（６）又は（７）に記載の粒子検出装置。
（９）
　前記照射光に由来する光成分の光路を変更するミラーを有し、前記照射光検出器は前記散乱光の光路外に配置されている（６）に記載の粒子検出装置。
（１０）
　前記ミラーと前記散乱光検出器との間に、前記照射光に由来する光成分を遮断する照射光除去部材が配置されている（９）に記載の粒子検出装置。
（１１）
　前記信号処理部は、前記第１検出部の検出信号から、前記第２検出部の検出信号にゲイン値を乗じた信号を減ずることにより、ノイズ成分を除去する（１）～（１０）のいずれかに記載の粒子検出装置。
（１２）
　前記散乱光が前方散乱光である（１）～（１１）のいずれかに記載の粒子検出装置。
（１３）
　前記光照射部は、流路を通流する粒子に光を照射する（１）～（１２）のいずれかに記載の粒子検出装置。
（１４）
　前記流路は、マイクロチップに形成されている（１３）に記載の粒子検出装置。
（１５）
　粒子に光を照射する光照射工程と、
　第１検出部において前記粒子から発せられた散乱光を検出する散乱光検出工程と、
　第２検出部において前記粒子への照射光に由来する光成分を検出する照射光工程と、
　前記第２検出部で検出された信号に基づいて前記第１検出部で検出された信号からノイズ成分を除去する信号処理工程と、
を有する粒子検出方法。
（１６）
　前記信号処理工程は、前記第１検出部の検出信号から、前記第２検出部の検出信号にゲイン値を乗じた信号を減ずることにより、ノイズ成分を除去する（１５）に記載の粒子検出方法。
（１７）
　前記粒子が存在しない状態で光を照射したときの前記第１検出部における検出信号及び第２検出部における検出信号に基づいて前記ゲイン値を設定する（１６）に記載の粒子検出方法。
１　光照射部、２　マイクロチップ、３　微小粒子、４　散乱光検出部、５　励起光、６　０次光、　７　散乱光、　１１　光源、　１２　レンズ、　２１　流路、　４１　光検出器、　４１ａ　散乱光検出領域、　４１ｂ　０次光検出領域、　４２　信号処理部、　４３　０次光除去部材、　４４　散乱光検出器、　４５　０次光検出器、　４６　ミラー

Claims (17)

  1. 　粒子に光を照射する光照射部と、
    　光照射された粒子から発せられる散乱光を検出する散乱光検出部と、
    を有し、
    　前記散乱光検出部は、
    　　前記散乱光を検出する第１検出部と、
    　　前記粒子への照射光に由来する光成分を検出する第２検出部と、
    　　前記第２検出部で検出された信号に基づいて前記第１検出部で検出された信号からノイズ成分を除去する信号処理部と、
    を備える粒子検出装置。
  2. 　前記第１検出部と前記第２検出部とが一の光検出器に設けられている請求項１に記載の粒子検出装置。
  3. 　前記第２検出部の周囲に前記第１検出部が設けられている請求項２に記載の粒子検出装置。
  4. 　前記光検出器は、受光面が９以上の領域に分割されている請求項２に記載の粒子検出装置。
  5. 　前記光検出器の手前に、前記照射光に由来する光成分を遮断する照射光除去部材が配置されている請求項２に記載の粒子検出装置。
  6. 　前記第１検出部として機能する散乱光検出器と、前記第２検出部として機能する照射光検出器と、を有する請求項１に記載の粒子検出装置。
  7. 　前記散乱光の光路上に、前記照射光検出器と前記散乱光検出器がこの順に配置されている請求項６に記載の粒子検出装置。
  8. 　前記照射光検出器と前記散乱光検出器との間に、前記照射光に由来する光成分を遮断する照射光除去部材が配置されている請求項７に記載の粒子検出装置。
  9. 　前記照射光に由来する光成分の光路を変更するミラーを有し、前記照射光検出器は前記散乱光の光路外に配置されている請求項６に記載の粒子検出装置。
  10. 　前記ミラーと前記散乱光検出器との間に、前記照射光に由来する光成分を遮断する照射光除去部材が配置されている請求項９に記載の粒子検出装置。
  11. 　前記信号処理部は、前記第１検出部の検出信号から、前記第２検出部の検出信号にゲイン値を乗じた信号を減ずることにより、ノイズ成分を除去する請求項１に記載の粒子検出装置。
  12. 　前記散乱光が前方散乱光である請求項１に記載の粒子検出装置。
  13. 　前記光照射部は、流路を通流する粒子に光を照射する請求項１に記載の粒子検出装置。
  14. 　前記流路は、マイクロチップに形成されている請求項１３に記載の粒子検出装置。
  15. 　粒子に光を照射する光照射工程と、
    　第１検出部において前記粒子から発せられた散乱光を検出する散乱光検出工程と、
    　第２検出部において前記粒子への照射光に由来する光成分を検出する照射光工程と、
    　前記第２検出部で検出された信号に基づいて前記第１検出部で検出された信号からノイズ成分を除去する信号処理工程と、
    を有する粒子検出方法。
  16. 　前記信号処理工程は、前記第１検出部の検出信号から、前記第２検出部の検出信号にゲイン値を乗じた信号を減ずることにより、ノイズ成分を除去する請求項１５に記載の粒子検出方法。
  17. 　前記粒子が存在しない状態で光を照射したときの前記第１検出部における検出信号及び第２検出部における検出信号に基づいて前記ゲイン値を設定する請求項１６に記載の粒子検出方法。
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