WO2024253042A1 - 微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法 - Google Patents

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WO2024253042A1
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sample liquid
sheath
sorting device
liquid
vibration
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茂樹 藤林
啓夢 宮田
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Sony Group Corp
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1404—Handling flow, e.g. hydrodynamic focusing
    • G01N15/1409—Handling samples, e.g. injecting samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1429—Signal processing

Definitions

  • This disclosure relates to a microparticle sorting device and a microparticle sorting method.
  • Microparticle sorting devices that analyze microparticles contained in liquids are used to measure microparticles such as cells. These microparticle sorting devices generate droplets containing microparticles and sort the droplets according to the microparticles contained therein.
  • the droplets generated by the microparticle sorting device are composed of sheath liquid that contains sample liquid that contains microparticles such as cells.
  • a nozzle that ejects droplets is disposed in the microparticle sorting device.
  • the sample liquid and sheath liquid are introduced into the nozzle. At this time, the sample liquid flows in a direction toward the droplet ejection port using a tubular introduction tube.
  • vibrations are applied to the sheath liquid by a vibration unit. This vibration causes droplets to be formed at the nozzle ejection port.
  • the introduction tube for the sample liquid and the vibration part of the vibration unit are arranged coaxially, which creates problems such as a complicated water-stopping structure for the nozzle, reducing convenience.
  • This disclosure therefore proposes a microparticle sorting device and a microparticle sorting method that offer improved convenience.
  • the microparticle sorting device includes a droplet generating unit that ejects droplets containing a sample liquid containing microparticles and a sheath liquid from an ejection port, a sheath liquid introducing unit that introduces the sheath liquid into the droplet generating unit, a sample liquid introducing unit that is configured as a tube inserted into the droplet generating unit and introduces the sample liquid in a direction toward the ejection port, and a vibration unit that has a vibration unit in contact with the sheath liquid and applies vibration to the sheath liquid from a direction different from the introduction direction of the sample liquid.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to a first embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of wave motion of a sheath liquid according to the first embodiment of the present disclosure.
  • 1A to 1C are diagrams illustrating an example of a microparticle sorting method according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to a first embodiment of the present
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 illustrates an example of introducing sheath fluid according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of bubble removal according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a vibration unit according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the figure is a schematic diagram showing a configuration example of the microparticle sorting device 1.
  • the microparticle sorting device 1 is a device that irradiates light onto particles aligned in a flow channel, detects light emitted from each particle, imparts a positive (+) or negative (-) charge to droplets containing the particles based on the detection signal, or makes them uncharged, splits the droplets into their respective droplet trajectories using a deflection plate, and collects the target particles.
  • the microparticle sorting device 1 includes a droplet generating unit 100, a light source 181, a detection unit 182, an analysis unit 183, a deflection plate 190, and a collection container 193.
  • the droplet generating unit 100 generates droplets containing a sample liquid (sample liquid 102) containing a specimen such as a cell, and a sheath liquid (sheath liquid 101) that encases the sample liquid.
  • sample liquid 102 sample liquid
  • sheath liquid 101 sheath liquid
  • the figure shows a cross-sectional view illustrating an outline of the droplet generating unit 100.
  • the droplet generating unit 100 includes a flow chamber 110, a flow cell 113, a nozzle 114, and a vibration unit 140.
  • the droplet generating unit 100 in the figure further includes an exhaust unit 150 and an exhaust pipe 151, which will be described later in FIG. 11.
  • the flow chamber 110 is a container into which the sample liquid and sheath liquid are introduced. This flow chamber 110 forms a flow path for the introduced sample liquid and sheath liquid.
  • the flow chamber 110 is provided with a sample liquid introduction section holder 111 that holds a sample liquid introduction section 130 through which the sample liquid is introduced, and sheath liquid introduction sections 120 and 121 (not shown) that introduce the sheath liquid.
  • the flow chamber 110 has an opening formed at its end that constitutes an outlet for the sample liquid and sheath liquid.
  • the flow cell 113 is configured as a tube connected to the opening of the flow chamber 110 and forms a flow path for the sample liquid and the sheath liquid. This flow cell 113 provides an area for measuring microparticles contained in the sheath liquid flowing through it.
  • the nozzle 114 is connected to the flow cell 113 so that the sample liquid and sheath liquid flow through it and are ejected from the ejection port 115.
  • the sample liquid and sheath liquid ejected from the ejection port 115 form droplets.
  • the droplets are charged.
  • This charging can be achieved by an electrical signal supplied via electrodes connected to the flow chamber 110 or the like. Details of the charging will be described later with reference to FIG. 11.
  • the vibration unit 140 applies vibrations to the fluid containing the sheath liquid.
  • This vibration unit 140 applies vibrations to the fluid containing the sheath liquid by supplying a driving voltage. This allows the fluid to be continuously broken into droplets, generating a fluid stream (flow of droplets).
  • the droplet generating unit 100 has a flow path through which a fluid containing at least a sheath liquid flows. If necessary, this flow path may also carry a sample liquid containing particles and a sheath liquid that flows so as to enclose the sample liquid.
  • the flow chamber 110 is formed with a flow path 201 through which the sheath liquid flows and a flow path 202 through which the sample liquid flows.
  • a flow path 203 is formed in the flow cell 113.
  • the bottom of the flow chamber 110 narrows in a tapered shape, and the end is connected to the flow cell 113.
  • a laminar flow is formed in which the sheath liquid surrounds the sample liquid. With this laminar flow maintained, the flow path transitions to the flow path 203 of the flow cell 113.
  • the flow path 203 can be configured so that the particles flow in a roughly single file.
  • detection is performed by irradiating light in the flow path 203 of the flow cell 113.
  • a removable nozzle 114 is disposed at the end of the flow path 203.
  • the inside of the nozzle 114 is configured in a slope shape that continuously narrows from the outlet of the flow cell 113 to the discharge port 115.
  • the sample liquid and sheath liquid are vibrated by a vibration unit 140 disposed in the flow chamber 110.
  • the liquid column 2 ejected from the discharge port 115 advances vertically downward while expanding the constriction formed at the same frequency as the vibration of the vibration unit 140, and changes into a droplet 3 at the break-off position from the discharge port 115.
  • the light source 181 irradiates light onto the microparticles flowing through the flow cell 113.
  • a light source that irradiates laser light can be used as the light source 181.
  • the detection unit 182 detects light from particles contained in the sample liquid flowing through the flow cell 113. As described above, the flow cell 113 is irradiated with light from the light source 181. The particles contained in the sample liquid flowing through the flow cell 113 emit light corresponding to the light from the light source 181. The light from these particles is fluorescent light or scattered light, and the light corresponds to the properties of the particles. The detection unit 182 detects the light from these particles and outputs the detection result to the analysis unit 183.
  • the detection unit 182 can be configured, for example, by an image sensor.
  • the analysis unit 183 calculates the characteristic quantities of the particles contained in the sample liquid flowing through the flow cell 113 based on the detection results of the detection unit 182. This analysis unit 183 calculates the characteristic quantities such as the size, shape, and internal structure of the particles from the fluorescence and scattered light detected by the detection unit 182. The analysis unit 183 also generates an electrical signal that charges the droplets 3 based on the calculated characteristic quantities and the sorting conditions.
  • the deflection plates 190 deflect the direction of travel of each droplet 3 in the aforementioned fluid stream by the electrical force acting between the droplet 3 and the charge applied thereto, and guide the droplet 3 to a specified collection container 193 or the like. As shown in the figure, two deflection plates 190 are arranged opposite each other with the fluid stream in between. In FIG. 1, the opposing direction of the deflection plates 190 is shown in the horizontal direction. There is no particular limitation on the deflection plates 190, and conventionally known electrodes or the like can be used. Different voltages, positive or negative, are applied to the deflection plates 190. When the charged droplets 3 pass through the electric field formed by this voltage, an electrical force (Coulomb force) is generated, and each droplet 3 is attracted toward one of the deflection plates 190.
  • Coulomb force Coulomb force
  • the collection containers 193 may be arranged in a line in the direction in which the deflection plates 190 face each other (horizontal direction in FIG. 1).
  • the type of collection container 193 is not particularly limited, and examples include plastic tubes and glass tubes.
  • the number of collection containers 193 is also not particularly limited, but FIG. 1 shows an example in which three collection containers are installed.
  • the collection containers 193 may be installed in a replaceable manner in a container for collection containers (not shown). For example, they may be arranged on a Z-axis stage (not shown) configured to be movable in a direction perpendicular to the discharge direction of the droplets 3 from the droplet generating unit 100 (vertical direction in FIG. 1) and the direction in which the deflection plates 190 face each other (horizontal direction in FIG. 1).
  • the "sample” contained in the sample liquid in this disclosure is particularly microparticles.
  • the microparticles may be particles having a size that allows them to flow through the flow path of the sample liquid introduction section 130 or the flow cell 113.
  • the microparticles may be appropriately selected by those skilled in the art.
  • examples of microparticles include biological microparticles such as cells, cell clumps, microorganisms, and ribosomes, as well as synthetic microparticles such as gel particles, beads, latex particles, polymer particles, and industrial particles.
  • Bioparticles may include chromosomes, ribosomes, mitochondria, organelles (cell organelles), and the like that constitute various cells.
  • Cells may include animal cells (e.g., blood cells, etc.) and plant cells.
  • the cells may be blood cells or tissue cells, in particular.
  • the blood cells may be suspension cells, such as T cells and B cells.
  • the tissue cells may be adherent cultured cells or adherent cells dissociated from tissues, for example.
  • Cell aggregates may include spheroids and organoids, for example.
  • Microorganisms may include bacteria such as E. coli, viruses such as tobacco mosaic virus, fungi such as yeast, and the like.
  • the biological microparticles may also include biological macromolecules, such as nucleic acids, proteins, and complexes thereof. These biological macromolecules may be, for example, those extracted from cells, or those contained in blood samples or other liquid samples.
  • the synthetic microparticles may be, for example, microparticles made of organic or inorganic polymeric materials or metals.
  • Organic polymeric materials may include polystyrene, styrene-divinylbenzene, polymethyl methacrylate, and the like.
  • Inorganic polymeric materials may include glass, silica, magnetic materials, and the like.
  • Metals may include gold colloids and aluminum, and the like.
  • the synthetic microparticles may be, for example, gel particles, beads, and the like, and in particular may be gel particles or beads to which one or a combination of two or more selected from oligonucleotides, peptides, proteins, and enzymes is bound.
  • the shape of the microparticles may be spherical or nearly spherical, or may be non-spherical.
  • the size and mass of the microparticles may be appropriately selected by those skilled in the art depending on the size of the flow path of the sample liquid introduction section 130 or the flow cell 113.
  • the size of the flow path of the sample liquid introduction section 130 or the flow cell 113 may also be appropriately selected depending on the size and mass of the microparticles.
  • a chemical or biological label such as a fluorescent dye or a fluorescent protein, may be attached to the microparticles as necessary. The label may make it easier to detect the microparticles.
  • the label to be attached may be appropriately selected by those skilled in the art.
  • the label may be bound to a molecule (e.g., an antibody, an aptamer, DNA, RNA, etc.) that specifically reacts with the microparticles.
  • a molecule e.g., an antibody, an aptamer, DNA, RNA, etc.
  • the microparticles are preferably biological particles, and may in particular be cells.
  • the nozzle 114 in the figure is configured to be replaceable. This allows a nozzle 114 with a flow path having a diameter according to the size of the "sample" to be attached to the droplet generating unit 100 for use.
  • the flow cell 113 and nozzle 114 can also be configured to be replaceable.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a microparticle sorting device according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the figure is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a microparticle sorting device 1. Note that in the microparticle sorting device 1 in the figure, parts other than the droplet generation unit 100 are omitted.
  • the droplet generation unit 100 in the figure includes a flow chamber 110, a flow cell 113, a nozzle 114, a sample liquid introduction unit 130, a sample liquid introduction unit holding unit 111, sheath liquid introduction units 120 and 121, and a vibration unit 140.
  • the flow chamber 110 ejects droplets 3 from the ejection port 115.
  • the flow chamber 110 in the figure is an example formed of a cylindrical housing and has a tapered bottom.
  • the ejection port 115 is located at the bottom of the flow chamber 110.
  • the sample liquid introduction portion holder 111 which will be described later, is located on the upper surface of the flow chamber 110.
  • the sheath fluid introduction sections 120 and 121 are used to introduce sheath fluid into the flow chamber 110.
  • the solid oval in the figure represents the sheath fluid introduction section 120.
  • the sheath fluid introduction section 120 represents an example in which sheath fluid is introduced from the back side of the paper in the figure.
  • the dotted oval in the figure represents the sheath fluid introduction section 121.
  • the sheath fluid introduction section 121 represents an example in which sheath fluid is introduced from the front side of the paper in the figure.
  • the inside of the flow chamber 110 is filled with sheath fluid (sheath fluid 101).
  • the solid arrows in the figure represent the flow of sheath fluid. Details of the configuration of the sheath fluid introduction sections 120 and 121 will be described later.
  • the sample liquid introduction section 130 introduces the sample liquid (sample liquid 102) into the flow chamber 110.
  • the sample liquid introduction section 130 is configured as a tube inserted into the flow chamber 110, and allows the sample liquid 102 to flow in the direction toward the outlet 115.
  • the dotted arrows in the figure represent the flow of the sample liquid 102.
  • the sample liquid 102 forms a linear flow downward together with the sheath liquid 101 near the outlet 115.
  • the sheath liquid 101 flows in such a way that it envelops the sample liquid 102. This flow of the sheath liquid and sample liquid is called the core flow.
  • the sample liquid introduction part holder 111 holds the sample liquid introduction part 130.
  • This sample liquid introduction part holder 111 is formed in a disk shape and placed on the upper surface of the flow chamber 110, with the sample liquid introduction part 130 inserted in the center.
  • An O-ring 160 for water tightness is placed between the sample liquid introduction part holder 111 and the flow chamber 110.
  • the reflector 112 which will be described later, is placed at the bottom of the sample liquid introduction part holder 111.
  • the vibration unit 140 applies vibration to the sheath liquid inside the flow chamber 110.
  • the vibration unit 140 is inserted into an opening formed in the flow chamber 110 via an O-ring.
  • the vibration unit 140 in the figure includes a vibration unit 141, a vibration generating element 142, and a vibration reflecting unit 143.
  • the vibration unit 141 is configured in a shape that contacts the sheath liquid 101, and vibrates in a direction that presses the sheath liquid 101 to apply vibration to the sheath liquid 101.
  • the vibration generating element 142 vibrates the vibration unit 141.
  • the vibration reflecting unit 143 reflects the vibration of the vibration generating element 142 to the vibration unit 141.
  • the efficiency of the vibration unit 140 can be improved by arranging the vibration reflecting unit 143.
  • the vibration unit 140 vibrates the sheath liquid 101 from a direction different from the introduction direction of the sample liquid 102.
  • a wave motion is generated in the sheath liquid 101 due to the vibration of the vibration unit 141 of the vibration unit 140.
  • This wave motion of the sheath liquid propagates in a direction different from the core flow described above.
  • the vibration unit 140 in the figure shows an example of generating a wave motion of the sheath liquid in a direction perpendicular to the core flow.
  • O-rings 161 and 162 can be placed between the vibration part 141 of the vibration part 140 and the housing of the flow chamber 110 in the figure.
  • the configuration of the vibration part 140 will be described in detail using Figure 12.
  • a reflecting section 112 is disposed at the bottom of the sample liquid introduction section holding section 111 in the figure.
  • This reflecting section 112 reflects the wave motion of the sheath liquid 101 generated by the vibration of the vibration section 140 in the direction of the introduction of the sample liquid 102.
  • the reflecting section 112 can be configured with a slope inclined with respect to the direction of the introduction of the sample liquid 102.
  • the reflecting section 112 in the figure shows an example configured with a slope inclined at 45 degrees with respect to the direction of the introduction of the sample liquid 102.
  • the reflecting section 112 can align the direction in which the wave motion of the sheath liquid 101 propagates with the direction of the introduction of the sample liquid 102. This allows the vibration to contribute to the generation of droplets 3 without disturbing the core flow.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a microparticle sorting device according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the figure is a schematic side view showing an example of the configuration of a microparticle sorting device 1.
  • a vibration unit 140 is disposed on the side of the flow chamber 110.
  • the figure shows a vibration unit 141 of the vibration unit 140.
  • the vibration unit 141 can be configured in a disk shape.
  • the sheath fluid introduction parts 120 and 121 are configured to introduce the sheath fluid 101 into the flow chamber 110 from different directions.
  • the sheath fluid introduction parts 120 and 121 also introduce the sheath fluid in a direction toward the vibration part 141 in the flow chamber 110.
  • the sheath fluid introduction parts 120 and 121 also introduce the sheath fluid in a direction parallel to the normal direction to the surface of the vibration part 141.
  • the dashed lines in the figure represent the area of the sheath fluid 101 inside the flow chamber 110.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of a microparticle sorting device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • This figure is a schematic top view showing an example of the configuration of the microparticle sorting device 1.
  • the sheath fluid introduction units 120 and 121 introduce the sheath fluid in a direction toward the vibration unit 141 in the flow chamber 110.
  • the dashed line in this figure represents the area of the sheath fluid 101 inside the flow chamber 110.
  • [Sheath liquid wave] 5 is a diagram showing an example of a wave motion of the sheath liquid according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the figure shows an example of a wave motion generated by the vibration unit 141 of the vibration unit 140.
  • the open arrow in the figure indicates the propagation direction of the wave motion of the sheath liquid 101.
  • the wave motion of the sheath liquid 101 formed on the surface of the vibration unit 141 travels straight and reaches the reflecting unit 112.
  • the wave motion of the sheath liquid 101 is then reflected by the reflecting unit 112 and becomes a wave motion parallel to the direction of introduction of the sample liquid 102.
  • the vibration unit 141 is disposed at the position of the sample liquid introduction unit holding unit 111, and vibrates the sheath liquid 101 parallel to the direction of introduction of the sample liquid 102.
  • it is necessary to appropriately transmit the vibration force to the sheath liquid without impeding the introduction of the sample liquid, which makes the configuration of the vibration unit 140 complex.
  • a water-stopping structure is required between the vibration unit 140 and the sample liquid introduction unit 130, which makes the configuration of the microparticle sorting device 1 complex.
  • Another problem is that it is difficult to replace the sample liquid introduction unit 130 and the sample liquid introduction unit holding unit 111.
  • the configuration of the microparticle sorting device 1 can be simplified.
  • the vibration section 140 is separated from the sample liquid introduction section holder 111, the sample liquid introduction section 130 and the sample liquid introduction section holder 111 can be easily and inexpensively replaced.
  • [Small particle separation method] 6 is a diagram showing an example of a microparticle sorting method according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the figure is a flow chart showing an example of a microparticle molecular method in the microparticle sorting device 1.
  • the sheath fluid 101 is introduced into the flow chamber 110 from the sheath fluid introduction parts 120 and 121 (step S101).
  • the sample fluid 102 is introduced into the flow chamber 110 from the sample fluid introduction part 130 (step
  • the sheath liquid 101 is vibrated by the vibration unit 140 (step S103). Through the above procedure, the droplets 3 can be generated.
  • the microparticle sorting device 1 of the first embodiment of the present disclosure includes a vibration unit 140 that vibrates the sheath liquid 101 in a direction different from the introduction direction of the sample liquid 102. This allows the configuration of the microparticle sorting device 1 to be simplified.
  • the sheath fluid inlet portions 120 and 121 for introducing the sheath fluid are disposed in the flow chamber 110.
  • the microparticle sorting device 1 of the second embodiment of the present disclosure differs from the first embodiment described above in that a discharge portion for discharging the sheath fluid 101 is disposed in the flow chamber 110.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the diagram is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the microparticle sorting device 1, similar to Fig. 2.
  • the microparticle sorting device 1 in the diagram differs from the microparticle sorting device 1 in Fig. 2 in that a discharge unit 150 is disposed in a flow chamber 110.
  • the exhaust unit 150 exhausts the sheath fluid 101 in the flow chamber 110.
  • This exhaust unit 150 can exhaust bubbles formed in the sheath fluid 101 along with the sheath fluid 101. If bubbles are generated in the sheath fluid 101, the vibration of the sheath fluid 101 by the vibration unit 140 is hindered. Therefore, the exhaust unit 150 is positioned to exhaust the sheath fluid 101 containing the bubbles. This can reduce the effects of the bubbles.
  • the discharge part 150 in the figure shows an example in which the sheath fluid 101 is discharged diagonally upward. By arranging the discharge part 150 facing upward like this, bubbles in the discharge part 150 can be prevented from returning to the inside of the flow chamber 110.
  • the sheath fluid introduction parts 120 and 121 can also be used as bubble exhaust ports. Specifically, a configuration can be adopted in which sheath fluid containing bubbles is exhausted from the sheath fluid introduction part 121 while sheath fluid is introduced from the sheath fluid introduction part 120 into the flow chamber 110. Also, a configuration can be adopted in which sheath fluid containing bubbles is exhausted from the sheath fluid introduction part 120 while sheath fluid is introduced from the sheath fluid introduction part 121 into the flow chamber 110.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the figure is a schematic top view showing a configuration example of the microparticle sorting device 1, similar to Fig. 4.
  • the microparticle sorting device 1 in the figure differs from the microparticle sorting device 1 in Fig. 4 in that it includes a discharge unit 150.
  • [Introduction of sheath fluid] 9 is a diagram showing an example of introduction of sheath fluid according to an embodiment of the present disclosure.
  • the figure shows an example of introduction of sheath fluid 101 into flow chamber 110 by sheath fluid introduction units 120 and 121.
  • the figure shows vibration unit 141 of vibration unit 140, sheath fluid introduction units 120 and 121, and a flow path of sheath fluid 101. Arrows in the figure represent the flow path of sheath fluid 101.
  • the sheath fluid introduction units 120 and 121 introduce the sheath fluid in a direction toward the vibration unit 141 in the flow chamber 110. This makes it possible to remove bubbles adhering to the surface of the vibration unit 141.
  • the sheath fluid introduction units 120 and 121 are configured to introduce the sheath fluid 101 into the flow chamber 110 from different directions, and introduce the sheath fluid in a direction parallel to the normal direction to the surface of the vibration unit 141. Therefore, a vortex flow of the sheath fluid is formed along the surface of the vibration unit 141. This vortex flow of the sheath fluid makes it possible to remove bubbles adhering to the entire surface of the vibration unit 141. Even if the vibration unit 141 is larger than the sheath fluid introduction units 120 and 121, it is possible to remove bubbles. The bubbles removed from the surface of the vibration unit 141 are discharged from the discharge unit 150.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of bubble removal according to the second embodiment of the present disclosure.
  • This figure shows an example of bubble removal in the microparticle sorting device 1.
  • the sample liquid introduction section 130 and the sheath liquid introduction sections 120 and 121 are omitted in this figure.
  • Bubbles 109 are shown in the sheath liquid 101 in this figure.
  • the white circles in this figure represent the bubbles 109.
  • Fine bubbles 109a are formed in the sheath liquid 101. These bubbles 109a move upward in the sheath liquid 101 and reach the slope of the reflecting section 112. The bubbles 109a then move further along the slope of the reflecting section 112 and gather at the top inside the flow chamber 110.
  • the multiple bubbles 109a combine to form a large bubble 109b. Because of their large size, the bubbles 109b are carried along with the sheath liquid 101 and discharged from the discharge section 150.
  • the dashed arrow in the figure indicates the discharge path of the bubbles 109b.
  • the configuration of the microparticle sorting device 1 is the same as the configuration of the microparticle sorting device 1 in the first embodiment of the present disclosure, so a description thereof will be omitted.
  • the microparticle sorting device 1 of the second embodiment of the present disclosure discharges bubbles generated in the sheath liquid 101 in the flow chamber 110 from the discharge section 150. This makes it possible to reduce the effects of the bubbles.
  • the microparticle sorting device 1 of the first embodiment described above includes the sample liquid introduction portion holding portion 111.
  • the microparticle sorting device 1 of the third embodiment of the present disclosure differs from the first embodiment described above in that the sample liquid introduction portion holding portion 111 is used as a charging portion for the droplets 3.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a microparticle sorting device according to a third embodiment of the present disclosure.
  • the figure is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the microparticle sorting device 1, similar to Fig. 2.
  • the microparticle sorting device 1 in the figure differs from the microparticle sorting device 1 in Fig. 4 in that an electrode 170 is connected to a sample liquid introduction part holding part 111.
  • the droplet generating part 100 in the figure shows an example in which an exhaust pipe 151 connected to an exhaust part 150 is provided.
  • an electrode 170 is connected to the sample liquid introduction section holder 111 in the figure.
  • This electrode 170 supplies power to impart an electric charge to the droplet 3.
  • the sample liquid introduction section holder 111 and the reflector 112 in the figure are made of a conductive material such as metal.
  • a charge can be imparted to the droplet 3 by applying a voltage for charging to the sample liquid introduction section holder 111 and the reflector 112 via the electrode 170.
  • the electrode 170 can also be connected to the discharge pipe 151. It is also possible to adopt a configuration in which electrodes are provided on both the sample liquid introduction section holder 111 and the discharge pipe 151 to supply power.
  • the charging unit 210 of the cell sorter 200 can be omitted.
  • the configuration of the microparticle sorting device 1 is the same as the configuration of the microparticle sorting device 1 in the first embodiment of the present disclosure, so a description thereof will be omitted.
  • the microparticle sorting device 1 of the third embodiment of the present disclosure uses the sample liquid introduction portion holder 111 and the reflecting portion 112 as a charging portion. This can improve the efficiency of charging the droplets 3.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a vibration unit according to an embodiment of the present disclosure.
  • the figure is a schematic cross-sectional view showing a vibration unit 140 in the microparticle sorting device 1 of Fig. 1. Note that in the figure, the sample liquid introduction unit 130 and the like are omitted.
  • the vibration unit 140 in the figure is fitted with a vibration unit protection unit 145.
  • the vibration generating element 142 and vibration reflecting unit 143 in the figure are shown as examples in which they are cylindrical.
  • the vibration unit 141 can be made of a ceramic material. This allows the vibration unit 141 to be lightweight and to handle high-frequency vibrations.
  • a number of O-rings (O-rings 161 and 162) are arranged between the vibration unit 141 and the housing of the flow chamber 110. By arranging these O-rings, the vibration unit 141 can be attached parallel to the wall surface of the opening (mounting hole) of the housing of the flow chamber 110.
  • the vibration part 141 may come into contact with the housing of the flow chamber 110 when the vibration part 140 is attached to the housing of the flow chamber 110 or when the vibration generating element 142 is driven. This may cause the frequency characteristics of the vibration part 141 to change.
  • O-rings 161 and 162 sandwiching two O-rings (O-rings 161 and 162) between the vibration part 141 and the housing of the flow chamber 110, a structure can be created in which the vibration part 141 and the housing of the flow chamber 110 do not come into direct contact with each other. This makes it possible to prevent changes in the frequency characteristics of the vibration part 141 during assembly or after the vibration generating element 142 is driven, and makes it possible to stabilize the vibration of the vibration generating element 142. It is preferable to separate the O-rings 161 and 162. This is because it improves the effect of preventing the vibration part 141 from shifting.
  • O-rings 161 and 162 can be configured to have different diameters. Specifically, the diameter of O-ring 162, which is located behind vibrating part 141, is made smaller than that of O-ring 161, which is located in front of vibrating part 141. This makes it easier to attach and detach vibration part 140 to and from flow chamber 110.
  • the vibration unit 141 with O-rings 161 and 162 is inserted into the opening of the flow chamber 110.
  • the action of the O-rings 161 and 162 allows the vibration unit 141 to fit tightly into the opening of the flow chamber 110.
  • the O-rings 161 and 162 are made the same diameter and are brought into close contact with the wall of the opening, the clamping force from the wall of the opening will be too strong, making it difficult to attach and remove the vibration unit 140 including the vibration unit 141. Therefore, as described above, O-rings 161 and 162 with different diameters are arranged.
  • the O-ring 161 arranged in front of the vibration part 141 plays a role in preventing leakage of the sheath liquid 101, which is subjected to high pressure.
  • the O-ring 162 arranged behind the vibration part 141 only needs to prevent leakage of the sheath liquid 101 that has seeped out from the O-ring 161. Therefore, even if an O-ring 162 with a reduced diameter is used, the ability to prevent leakage of the sheath liquid 101 does not decrease. In this way, by arranging the O-rings 161 and 162 of different diameters on the vibration part 141, it is possible to easily attach and replace the vibration part 140 while preventing leakage of the sheath liquid 101 from the attachment part of the vibration part 140.
  • the present technology can also be configured as follows. (1) a nozzle that ejects droplets containing a sample liquid and a sheath liquid from an ejection port; a sheath liquid introduction section that introduces the sheath liquid into the nozzle; a sample liquid introduction section that is configured in a tubular shape and inserted into the nozzle, and that introduces the sample liquid in a direction toward the discharge port; a vibration unit that is provided with a vibration unit in contact with the sheath liquid and that vibrates the sheath liquid from a direction different from a direction in which the sample liquid is introduced.
  • the microparticle sorting device further comprising a reflecting section that reflects a wave motion of the sheath liquid generated by the vibration of the vibration section in a direction toward which the sample liquid is introduced.
  • the reflecting portion has an inclined surface inclined with respect to a direction in which the sample liquid is introduced.
  • the reflecting portion has the inclined surface inclined at approximately 45 degrees with respect to a direction in which the sample liquid is introduced.
  • the microparticle sorting apparatus is applied with a voltage that charges the droplets.
  • the microparticle sorting device according to any one of (1) to (5), wherein the sheath fluid introduction section introduces the sheath fluid in a direction toward the vibration section of the vibration excitation section.
  • the microparticle sorting device comprising a plurality of the sheath liquid introduction sections.
  • the vibration unit includes a vibration unit having a surface shape that is in contact with the sheath liquid.
  • the microparticle sorting device according to (7) above, wherein the plurality of sheath liquid introduction sections each introduce sheath liquid in a direction parallel to a normal direction to a surface of the vibration section and in directions different from each other.
  • the microparticle sorting device according to any one of (1) to (8), further comprising an exhaust section for exhausting the sheath liquid from within the nozzle.
  • the microparticle sorting apparatus according to (9), wherein the discharge unit discharges the sheath liquid in an obliquely upward direction with respect to a direction in which the sample liquid is introduced.
  • the microparticle sorting device according to any one of (1) to (10), wherein the vibration unit is fitted into an opening formed in the nozzle via a plurality of O-rings.
  • the microparticle sorting apparatus according to any one of (1) to (11), further comprising a sample liquid introduction section holding section disposed in the droplet generating section and holding the sample liquid introduction section.

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Abstract

微小粒子分取装置の利便性を向上させる。微小粒子分取装置は、液滴生成部と、シース液導入部と、サンプル液導入部と、加振部とを有する。液滴生成部は、サンプル液及びシース液を含む液滴を吐出口より吐出する。シース液導入部は、シース液を液滴生成部内に導入する。サンプル液導入部は、液滴生成部内に挿設された管状に構成されてサンプル液を吐出口に向かう方向に導入する。加振部は、シース液に接する振動部を備えてサンプル液の導入方向とは異なる方向からシース液に加振する。

Description

微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法
　本開示は、微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法に関する。
　液体に含まれる微小粒子を分析する微小粒子分取装置が細胞等の微小粒子の測定に使用されている。この微小粒子分取装置は、微小粒子を含む液滴を生成し、当該液滴に含まれる微小粒子に応じて分取する装置である。微小粒子分取装置が生成する液滴は、細胞等の微小粒子を含むサンプル液を包含するシース液により構成される。微小粒子分取装置には液滴を吐出するノズルが配置される。このノズル内にサンプル液及びシース液が導入される。この際、サンプル液は、管状の導入管を使用して液滴の吐出口に向かう方向に流入する。また、シース液には、加振部により振動が加えられる。この振動により、ノズルの吐出口において液滴が形成される。
　この加振部により生成されるシース液の波動の伝達方向とサンプル液の導入方向とを揃えるため、サンプル液の導入管を囲う環状の振動部を有する加振部を備える装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２－１３７５０７号公報
　しかしながら、上記の従来技術では、サンプル液の導入管及び加振部の振動部が同軸に配置されるため、ノズルの止水構造が複雑になる等、利便性が低下するという問題がある。
　そこで、本開示では、利便性を向上させた微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法を提案する。
　本開示に係る微小粒子分取装置は、微小粒子を含むサンプル液及びシース液を含む液滴を吐出口より吐出する液滴生成部と、上記シース液を上記液滴生成部内に導入するシース液導入部と、上記液滴生成部内に挿設された管状に構成されて上記サンプル液を上記吐出口に向かう方向に導入するサンプル液導入部と、上記シース液に接する振動部を備え、上記サンプル液の導入方向とは異なる方向から上記シース液に加振する加振部とを有する。
本開示の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係るシース液の波動の一例を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る微小粒子分取方法の一例を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。 本開示の実施形態に係るシース液の導入の一例を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係る泡の除去の一例を示す図である。 本開示の第３の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。 本開示の実施形態に係る加振部の構成例を示す図である。
　以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。説明は、以下の順に行う。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
１．第１の実施形態
２．第２の実施形態
３．第３の実施形態
４．第４の実施形態
　（１．第１の実施形態）
　［微小粒子分取装置の構成］
　図１は、本開示の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。同図は、微小粒子分取装置１の構成例を表す模式図である。微小粒子分取装置１は、流路中に整列させた状態の粒子に光を照射し、各粒子から発せられた光を検出し、検出信号に基づいて前記粒子を内包した液滴に対して、プラス（＋）又はマイナス（－）の荷電を付与し、或いは非荷電とし、偏向板によりそれぞれの液滴軌道に分裂させ、目的とする粒子を回収する装置である。微小粒子分取装置１は、液滴生成部１００と、光源１８１と、検出部１８２と、解析部１８３と、偏向板１９０と、回収容器１９３とを備える。
　液滴生成部１００は、細胞等の試料を含むサンプル液（サンプル液１０２）及び当該サンプル液を包むシース液（シース液１０１）を含む液滴を生成するものである。同図には、液滴生成部１００の概略を示す断面図を記載した。液滴生成部１００は、フローチャンバ１１０と、フローセル１１３と、ノズル１１４と、加振部１４０とを備える。なお、同図の液滴生成部１００には、図１１において後述する排出部１５０及び排出管１５１を更に記載した。
　フローチャンバ１１０は、サンプル液及びシース液が導入される容器である。このフローチャンバ１１０は、導入されたサンプル液及びシース液の流路を形成する。フローチャンバ１１０には、サンプル液を導入するサンプル液導入部１３０を保持するサンプル液導入部保持部１１１及びシース液を導入するシース液導入部１２０及び１２１（不図示）が配置される。フローチャンバ１１０には、サンプル液及びシース液の出口を構成する開口部が端部に形成される。
　フローセル１１３は、フローチャンバ１１０の開口部に連結される管状に構成されてサンプル液及びシース液の流路を形成するものである。このフローセル１１３は、自身を流れるシース液に含まれる微小粒子を測定する領域を提供する。
　ノズル１１４は、フローセル１１３に連結されてサンプル液及びシース液が通流するとともにサンプル液及びシース液を吐出口１１５から吐出するものである。吐出口１１５から吐出されたサンプル液及びシース液は、液滴を形成する。
　なお、上述のように液滴には電荷が付与される。この電荷の付与は、フローチャンバ１１０等に接続される電極を介して供給される電気信号により行うことができる。電荷の付与の詳細については、図１１において後述する。
　加振部１４０は、シース液を含む流体に加振するものである。この加振部１４０は、駆動電圧の供給によりシース液を含む流体に振動を与える。これにより、前記流体を連続的に液滴化し、流体ストリーム（液滴の流れ）を発生させることができる。
　ここで、液滴生成部１００における流路について説明する。液滴生成部１００は、少なくともシース液を含む流体が通流する流路を備える。この流路には、必要に応じて、粒子を含むサンプル液と当該サンプル液を内包するように流れるシース液とが通流してもよい。フローチャンバ１１０には、シース液が通流する流路２０１及びサンプル液が通流する流路２０２が形成される。また、フローセル１１３には流路２０３が形成される。
　フローチャンバ１１０の最下部はテーパ状に狭まり、その先はフローセル１１３に連結している。フローチャンバ１１０の内部において、シース液がサンプル液を取り囲むような層流が形成される。この層流が維持された状態で流路がフローセル１１３の流路２０３に移行する。この場合、流路２０３は、粒子が略一列に並んで流れる状態が構成され得る。
　後述するように、フローセル１１３の流路２０３において光の照射による検出が行われる。流路２０３の終点では脱着可能なノズル１１４が配置されている。ノズル１１４の内部は、フローセル１１３の出口から吐出口１１５へ連続的に狭まるようスロープ状に構成される。サンプル液及びシース液はフローチャンバ１１０に配置された加振部１４０により加振される。そして、吐出口１１５から射出された液柱２は、加振部１４０の振動と同一の周波数で形成されたくびれを拡大させつつ垂直下方向へ進行し、吐出口１１５からブレイクオフ位置で液滴３に変化する。
　光源１８１は、フローセル１１３を通流する微小粒子に光を照射するものである。この光源１８１には、例えば、レーザ光を照射する光源を適用することができる。
　検出部１８２は、フローセル１１３を通流するサンプル液に含まれる粒子からの光を検出するものである。上述のように、フローセル１１３は、光源１８１からの光が照射される。フローセル１１３を通流するサンプル液に含まれる粒子は、光源１８１からの光に応じた光を放射する。この粒子からの光は、蛍光や散乱光であり、粒子の性状に応じた光となる。検出部１８２は、この粒子からの光を検出し、検出結果を解析部１８３に出力する。検出部１８２は、例えば、撮像素子により構成することができる。
　解析部１８３は、検出部１８２の検出結果に基づいて、フローセル１１３を通流するサンプル液に含まれる粒子の特徴量を算出するものである。この解析部１８３は、例えば、検出部１８２が検出した蛍光や散乱光から粒子の大きさ、形状及び内部構造等の特徴量を算出する。また、解析部１８３は、算出した特徴量及び分取条件に基づいて、液滴３に荷電する電気信号を生成する。
　偏向板１９０は、液滴３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、前述の流体ストリーム中の各液滴３の進行方向を偏向し、所定の回収容器１９３等に誘導するものである。同図に表したように、２つの偏向板１９０が流体ストリームを挟んで対向配置される。図１では、偏向板１９０の対向方向を横方向によって示している。偏向板１９０としては特に限定されず、従来公知の電極などを用いることができる。偏向板１９０には、それぞれプラス又はマイナスの異なる電圧が印加される。この電圧により形成される電界内を荷電された液滴３が通過すると、電気的な力（クーロン力）が発生し、各液滴３は何れかの偏向板１９０の方向に引き寄せられる。
　回収容器１９３は、偏向板１９０の対向方向（図１の横方向）に略一列に複数配設され得る。回収容器１９３としては特に限定されず、例えば、プラスチック製チューブ、ガラス製チューブ等が挙げられる。回収容器１９３の個数も特に限定されないが、図１では、３つ設置する例を表している。なお、回収容器１９３は、回収容器用コンテナ（不図示）に交換可能に設置されてもよい。例えば、液滴生成部１００からの液滴３の排出方向（図１の縦方向）及び偏向板１９０の対向方向（図１の横方向）に直交する方向に移動可能に構成されたＺ軸ステージ（不図示）上に配設され得る。
　ここで、本開示におけるサンプル液に含まれる「サンプル」は、特には微小粒子である。当該微小粒子は、サンプル液導入部１３０やフローセル１１３の流路内を流れることができる寸法を有する粒子であってよい。本開示において、微小粒子は当業者により適宜選択されてよい。また、本開示において、微小粒子としては、例えば、細胞、細胞塊、微生物、リボソームなどの生物学的微小粒子、並びに、ゲル粒子、ビーズ、ラテックス粒子、ポリマー粒子、工業用粒子などの合成微小粒子などが包含されうる。
　生物学的微小粒子（「生体粒子」ともいう。）には、各種細胞を構成する染色体、リボソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)などが含まれうる。細胞には、動物細胞（例えば、血球系細胞など）、植物細胞が含まれうる。当該細胞は、特には血液系細胞又は組織系細胞でありうる。前記血液系細胞は、例えば、Ｔ細胞、Ｂ細胞などの浮遊系細胞であってよい。前記組織系細胞は、例えば、接着系の培養細胞又は組織からばらされた接着系細胞などであってよい。細胞塊には、例えば、スフェロイド、オルガノイドなどが含まれうる。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うる。更に、当該生物学的微小粒子には、核酸、タンパク質、これらの複合体などの生物学的高分子も包含されうる。これら生物学的高分子は、例えば、細胞から抽出されたものであってよく、又は、血液サンプル若しくは他の液状サンプルに含まれるものであってもよい。
　合成微小粒子は、例えば、有機若しくは無機高分子材料又は金属などからなる微小粒子でありうる。有機高分子材料には、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が含まれうる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、磁性体材料などが含まれうる。金属には、金コロイド、アルミなどが含まれうる。前記合成微小粒子は、例えば、ゲル粒子、ビーズなどであってよく、特にはオリゴヌクレオチド、ペプチド、タンパク質、及び酵素から選ばれる１つ又は２つ以上の組合せが結合されたゲル粒子又はビーズであってよい。
　微小粒子の形状は、球形若しくは略球形であってよく、又は非球形であってもよい。微小粒子の大きさ及び質量は、サンプル液導入部１３０やフローセル１１３の流路のサイズによって当業者により適宜選択されうる。他方で、サンプル液導入部１３０やフローセル１１３の流路のサイズも、微小粒子の大きさ及び質量によって適宜選択されうる。本開示において、微小粒子には、必要に応じて化学的又は生物学的な標識、例えば、蛍光色素、蛍光タンパクなどが取り付けられうる。当該標識によって、当該微小粒子の検出がより容易になりうる。取り付けられるべき標識は、当業者により適宜選択されうる。当該標識には、微小粒子に特異的に反応する分子（例えば、抗体、アプタマー、ＤＮＡ、ＲＮＡなど）が結合しうる。本開示において、前記微小粒子は生体粒子であることが好ましく、特には細胞でありうる。
　なお、同図のノズル１１４は、交換可能に構成される。これにより、「サンプル」の大きさに応じた径の流路を備えるノズル１１４を液滴生成部１００に取り付けて使用することができる。また、フローセル１１３及びノズル１１４を交換可能に構成することもできる。
　図２は、本開示の第１の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。同図は、微小粒子分取装置１の構成例を表す模式断面図である。なお、同図の微小粒子分取装置１において、液滴生成部１００以外の部分の記載を省略している。同図の液滴生成部１００は、フローチャンバ１１０と、フローセル１１３と、ノズル１１４と、サンプル液導入部１３０と、サンプル液導入部保持部１１１と、シース液導入部１２０及び１２１と、加振部１４０とを備える。
　前述のように、フローチャンバ１１０は、液滴３を吐出口１１５より吐出するものである。同図のフローチャンバ１１０は、円筒形状の筐体により構成され、テーパ状の底部を有する例を表したものである。フローチャンバ１１０の底部には、吐出口１１５が配置される。なお、フローチャンバ１１０の上面には、後述するサンプル液導入部保持部１１１が配置される。
　シース液導入部１２０及び１２１は、フローチャンバ１１０の内部にシース液を導入するものである。同図の実線の楕円は、シース液導入部１２０を表す。シース液導入部１２０は、同図の紙面の奥側からシース液を流入させる例を表したものである。また、同図の点線の楕円は、シース液導入部１２１を表す。シース液導入部１２１は、同図の紙面の手前側からシース液を流入させる例を表したものである。フローチャンバ１１０の内部は、シース液（シース液１０１）で満たされた状態となる。同図の実線の矢印は、シース液の流れを表す。シース液導入部１２０及び１２１の構成の詳細については、後述する。
　サンプル液導入部１３０は、フローチャンバ１１０の内部にサンプル液（サンプル液１０２）を導入するものである。このサンプル液導入部１３０は、フローチャンバ１１０の内部に挿設された管状に構成され、サンプル液１０２を吐出口１１５に向かう方向に流入させるものである。同図の点線の矢印は、サンプル液１０２の流れを表す。同図に表したように、サンプル液１０２は、シース液１０１とともに吐出口１１５の近傍において下方に向かう直線状の流れを形成する。この際、シース液１０１がサンプル液１０２を包み込むように流れる。このシース液及びサンプル液の流れはコアフローと称される。
　サンプル液導入部保持部１１１は、サンプル液導入部１３０を保持するものである。このサンプル液導入部保持部１１１は、フローチャンバ１１０の上面に配置される円盤状に形成され、中央部にサンプル液導入部１３０が挿設される。サンプル液導入部保持部１１１及びフローチャンバ１１０の間には、止水のためのＯリング１６０が配置される。なお、サンプル液導入部保持部１１１の底部には、後述する反射部１１２が配置される。
　加振部１４０は、フローチャンバ１１０の内部のシース液に加振するものである。この加振部１４０は、Ｏリングを介してフローチャンバ１１０に形成された開口部に嵌挿される。同図の加振部１４０は、振動部１４１と、振動発生素子１４２と、振動反射部１４３とを備える。振動部１４１は、シース液１０１に接する形状に構成され、シース液１０１を押圧する方向に振動してシース液１０１に加振するものである。振動発生素子１４２は、振動部１４１を振動させるものである。振動反射部１４３は、振動発生素子１４２の振動を振動部１４１に反射するものである。この振動反射部１４３を配置することにより、加振部１４０の効率を向上させることができる。
　加振部１４０は、サンプル液１０２の導入方向とは異なる方向からシース液１０１に加振する。この加振部１４０の振動部１４１の振動によりシース液１０１には波動が生成される。このシース液の波動は、前述のコアフローとは異なる方向に伝播する。同図の加振部１４０は、コアフローに直交する方向のシース液の波動を生成する例を表したものである。
　同図の加振部１４０の振動部１４１及びフローチャンバ１１０の筐体の間には、複数のＯリング（Ｏリング１６１及び１６２）を配置することができる。なお、加振部１４０の構成については図１２を使用して詳細に説明する。
　同図のサンプル液導入部保持部１１１の底部には、反射部１１２が配置される。この反射部１１２は、加振部１４０の加振により生成されたシース液１０１の波動をサンプル液１０２の導入の方向に反射するものである。反射部１１２は、サンプル液１０２の導入の方向に対して傾いた斜面により構成することができる。同図の反射部１１２は、サンプル液１０２の導入の方向に対して４５度傾いた斜面により構成される例を表したものである。反射部１１２により、シース液１０１の波動が伝播する方向をサンプル液１０２の導入の方向に揃えることができる。これにより、コアフローを乱すことなく振動を液滴３の生成に寄与させることができる。
　図３は、本開示の第１の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。同図は、微小粒子分取装置１の構成例を表す模式側面図である。同図に表したように、加振部１４０は、フローチャンバ１１０の側面に配置される。同図には、加振部１４０のうちの振動部１４１を記載した。同図に表したように、振動部１４１は、円盤形状に構成することができる。
　シース液導入部１２０及び１２１は、互いに異なる方向からフローチャンバ１１０にシース液１０１を導入する形状に構成される。また、シース液導入部１２０及び１２１は、フローチャンバ１１０内の振動部１４１に向かう方向にシース液を導入する。また、シース液導入部１２０及び１２１は、振動部１４１の面に対する法線方向から見て平行な方向にシース液を導入する。なお、同図の破線は、フローチャンバ１１０の内部のシース液１０１の領域を表したものである。
　図４は、本開示の第１の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。同図は、微小粒子分取装置１の構成例を表す模式上面図である。上述のように、シース液導入部１２０及び１２１は、フローチャンバ１１０内の振動部１４１に向かう方向にシース液を導入する。なお、同図の破線は、フローチャンバ１１０の内部のシース液１０１の領域を表したものである。
　［シース液の波動］
　図５は、本開示の第１の実施形態に係るシース液の波動の一例を示す図である。同図は、加振部１４０の振動部１４１により生成される波動の一例を表す図である。同図の白抜きの矢印がシース液１０１の波動の伝播方向を表す。振動部１４１の表面において形成されたシース液１０１の波動は、直進して反射部１１２に到達する。その後、シース液１０１の波動は、反射部１１２により反射され、サンプル液１０２の導入の方向に平行な波動となる。
　従来の微小粒子分取装置では、振動部１４１は、サンプル液導入部保持部１１１の位置に配置され、サンプル液１０２の導入の方向に平行にシース液１０１に加振していた。しかし、この構成では、サンプル液の導入を阻まないようにしながらシース液に適切に加振力を伝達する必要があり、加振部１４０の構成が複雑となる。また、加振部１４０及びフローチャンバ１１０の間の止水構造に加えて加振部１４０及びサンプル液導入部１３０の間の止水構造が必要となり、微小粒子分取装置１の構成が複雑になる。更に、サンプル液導入部１３０及びサンプル液導入部保持部１１１の交換が困難になるという問題があった。
　これに対し、同図の微小粒子分取装置１のように、サンプル液導入部１３０と加振部１４０とが分離された構成を採ることにより、微小粒子分取装置１の構成を簡略化することができる。また、加振部１４０がサンプル液導入部保持部１１１と分離されているため、サンプル液導入部１３０及びサンプル液導入部保持部１１１の交換を容易かつ安価に行うことができる。
　［微小粒子分取方法］
　図６は、本開示の第１の実施形態に係る微小粒子分取方法の一例を示す図である。同図は、微小粒子分取装置１における微小粒子分子方法の一例を表す流れ図である。まず、シース液導入部１２０及び１２１からシース液１０１がフローチャンバ１１０内に導入される（ステップＳ１０１）。次に、サンプル液導入部１３０からサンプル液１０２がフローチャンバ１１０内に導入される（ステップＳ１０２）。次に、加振部１４０によりシース液１０１が加振される（ステップＳ１０３）。以上の手順により、液滴３を生成することができる。
　このように、本開示の第１の実施形態の微小粒子分取装置１は、サンプル液１０２の導入方向とは異なる方向にシース液１０１に加振する加振部１４０を備える。これにより、微小粒子分取装置１の構成を簡略化することができる。
　（２．第２の実施形態）
　上述の第１の実施形態の微小粒子分取装置１は、シース液を導入するためのシース液導入部１２０及び１２１がフローチャンバ１１０に配置されていた。これに対し、本開示の第２の実施形態の微小粒子分取装置１は、シース液１０１を排出する排出部がフローチャンバ１１０に配置される点で、上述の第１の実施形態と異なる。
　［微小粒子分取装置の構成］
　図７は、本開示の第２の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。同図は、図２と同様に、微小粒子分取装置１の構成例を表す模式断面図である。同図の微小粒子分取装置１は、フローチャンバ１１０に排出部１５０が配置される点で、図２の微小粒子分取装置１と異なる。
　排出部１５０は、フローチャンバ１１０内のシース液１０１を排出するものである。この排出部１５０は、シース液１０１とともにシース液１０１に形成された泡を排出することができる。シース液１０１に泡が発生すると、加振部１４０によるシース液１０１の加振が阻害される。そこで、排出部１５０を配置して、泡を含むシース液１０１を排出する。これにより、泡の影響を軽減することができる。
　同図の排出部１５０は、斜め上方にシース液１０１を排出する例を表したものである。この形状のように上向きに排出部１５０を配置することにより、排出部１５０の泡がフローチャンバ１１０の内部に戻ることを防ぐことができる。
　なお、シース液導入部１２０及び１２１を泡の排出口として使用することもできる。具体的には、シース液導入部１２０からシース液をフローチャンバ１１０内に導入しながらシース液導入部１２１から泡を含んだシース液を排出する構成を採ることができる。また、シース液導入部１２１からシース液をフローチャンバ１１０内に導入しながらシース液導入部１２０から泡を含んだシース液を排出する構成を採ることもできる。
　［微小粒子分取装置の構成］
　図８は、本開示の第２の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。同図は、図４と同様に、微小粒子分取装置１の構成例を表す模式上面図である。同図の微小粒子分取装置１は、排出部１５０を備える点で、図４の微小粒子分取装置１と異なる。
　［シース液の導入］
　図９は、本開示の実施形態に係るシース液の導入の一例を示す図である。同図は、シース液導入部１２０及び１２１によるフローチャンバ１１０内へのシース液１０１の導入の一例を表す図である。同図には、加振部１４０の振動部１４１並びにシース液導入部１２０及び１２１とシース液１０１の流路とを記載した。同図の矢印は、シース液１０１の流路を表す。
　前述のように、シース液導入部１２０及び１２１は、フローチャンバ１１０内の振動部１４１に向かう方向にシース液を導入する。これにより、振動部１４１の表面に付着した泡を除去することができる。また、前述のように、シース液導入部１２０及び１２１は、互いに異なる方向からフローチャンバ１１０にシース液１０１を導入する形状に構成され、振動部１４１の面に対する法線方向から見て平行な方向にシース液を導入する。このため、振動部１４１の表面に沿う渦状のシース液の流れが形成される。この渦状のシース液の流れにより振動部１４１の表面の全体に付着した泡を除去することができる。シース液導入部１２０及び１２１と比較して振動部１４１が大きい場合であっても、泡を除去することが可能となる。なお、振動部１４１の表面から除去された泡は、排出部１５０から排出される。
　［泡の除去］
　図１０は、本開示の第２の実施形態に係る泡の除去の一例を示す図である。同図は、微小粒子分取装置１における泡の除去の一例を表す図である。便宜上、同図においてサンプル液導入部１３０並びにシース液導入部１２０及び１２１の記載を省略している。同図のシース液１０１には泡１０９を記載した。同図の白抜きの円は、泡１０９を表す。シース液１０１には微細な泡１０９ａが形成される。この泡１０９ａは、シース液１０１内を上方に移動し、反射部１１２の斜面に達する。その後、泡１０９ａは、反射部１１２の斜面に沿って更に移動し、フローチャンバ１１０の内部の最上部に集結する。ここで、複数の泡１０９ａが合体して大きな泡１０９ｂが形成される。泡１０９ｂは、サイズが大きいため、シース液１０１とともに流されて排出部１５０から排出される。同図の破線の矢印は、泡１０９ｂの排出経路を表す。
　これ以外の微小粒子分取装置１の構成は本開示の第１の実施形態における微小粒子分取装置１の構成と同様であるため、説明を省略する。
　このように、本開示の第２の実施形態の微小粒子分取装置１は、フローチャンバ１１０内のシース液１０１に生じた泡を排出部１５０から排出する。これにより、泡の影響を軽減することができる。
　（３．第３の実施形態）
　上述の第１の実施形態の微小粒子分取装置１は、サンプル液導入部保持部１１１を備えていた。これに対し、本開示の第３の実施形態の微小粒子分取装置１は、サンプル液導入部保持部１１１を液滴３の荷電部として使用する点で、上述の第１の実施形態と異なる。
　［微小粒子分取装置の構成］
　図１１は、本開示の第３の実施形態に係る微小粒子分取装置の構成例を示す図である。同図は、図２と同様に、微小粒子分取装置１の構成例を表す模式断面図である。同図の微小粒子分取装置１は、サンプル液導入部保持部１１１に電極１７０が接続される点で、図４の微小粒子分取装置１と異なる。なお、同図の液滴生成部１００は、排出部１５０に接続される排出管１５１を備える場合の例を表したものである。
　上述のように、同図のサンプル液導入部保持部１１１には、電極１７０が接続される。この電極１７０は、液滴３に電荷を付与するための電源を供給するものである。なお、同図のサンプル液導入部保持部１１１や反射部１１２は、金属等の導電部材により構成される。電極１７０を介してサンプル液導入部保持部１１１及び反射部１１２に荷電のための電圧を印加することにより、液滴３に電荷を付与することができる。なお、電極１７０は、排出管１５１に接続することもできる。また、サンプル液導入部保持部１１１及び排出管１５１の両方に電極を配置して電源を供給する構成を採ることもできる。
　このように、流路に近接する箇所に電極１７０を配置することにより、荷電の遅延や信号の減衰を低減することができる。これにより、荷電の効率を向上させることができ、液滴３に含まれる細胞等の試料毎のチャージ状態をより細かく制御することが可能となる。
　なお、同図の微小粒子分取装置１を使用する微小粒子分取装置１においては、セルソータ２００の荷電部２１０を省略することができる。
　これ以外の微小粒子分取装置１の構成は本開示の第１の実施形態における微小粒子分取装置１の構成と同様であるため、説明を省略する。
　このように、本開示の第３の実施形態の微小粒子分取装置１は、サンプル液導入部保持部１１１及び反射部１１２を荷電部として使用する。これにより、液滴３への荷電の効率を向上させることができる。
　（４．第４の実施形態）
　加振部１４０の構成例について説明する。
　［加振部の構成］
　図１２は、本開示の実施形態に係る加振部の構成例を示す図である。同図は、図１の微小粒子分取装置１の内の加振部１４０の部分を記載した模式断面図である。なお、同図においては、サンプル液導入部１３０等の記載を省略している。
　同図の加振部１４０には、加振部保護部１４５が取り付けられる。また、同図の振動発生素子１４２及び振動反射部１４３は、円筒形状に構成される例を表したものである。また、振動部１４１は、セラミックの部材により構成することができる。これにより、振動部１４１を軽量化することができ、高い周波数の振動に対応させることができる。振動部１４１及びフローチャンバ１１０の筐体の間には、複数のＯリング（Ｏリング１６１及び１６２）が配置される。この複数のＯリングを配置することにより、フローチャンバ１１０の筐体の開口部（取り付け穴）の壁面に平行に振動部１４１を取り付けることができる。また、微小粒子分取装置１の使用時において、加圧されたシース液１０１による振動部１４１の斜め方向のずれを防ぐこともできる。
　従来の微小粒子分取装置では、加振部１４０をフローチャンバ１１０の筐体に取り付ける時や振動発生素子１４２の駆動時に振動部１４１がフローチャンバ１１０の筐体に接触することがあった。このため、振動部１４１の周波数特性が変化することがあった。これに対し、２つのＯリング（Ｏリング１６１及び１６２）を振動部１４１及びフローチャンバ１１０の筐体の間に挟み込むことにより、振動部１４１及びフローチャンバ１１０の筐体が直接接触しない構造にすることができる。これにより、組み立て時や振動発生素子１４２の駆動後における振動部１４１の周波数特性の変化を防ぐことができ、振動発生素子１４２の振動を安定化することができる。なお、Ｏリング１６１及び１６２を離隔させると好適である。振動部１４１のずれを防ぐ効果が向上するためである。
　また、同図に表したように、Ｏリング１６１及び１６２は、それぞれ異なる径に構成することもできる。具体的には、振動部１４１の前方に配置されるＯリング１６１に対して振動部１４１の後方に配置されるＯリング１６２の径を小さくする。これにより、加振部１４０のフローチャンバ１１０への取り付け及び取り外しを容易に行うことができる。
　同図に表したように、加振部１４０のフローチャンバ１１０への取り付けの際、Ｏリング１６１及び１６２が配置された振動部１４１がフローチャンバ１１０の開口部に嵌挿される。Ｏリング１６１及び１６２の作用により、振動部１４１はフローチャンバ１１０の開口部に密嵌される。しかし、Ｏリング１６１及び１６２を同じ径にして開口部壁面に密着させると、開口部壁面からの締め付けが強くなり、振動部１４１を含む加振部１４０の取り付け及び取り外しが困難になる。そこで、上述のように、それぞれ異なる径のＯリング１６１及び１６２を配置する。
　また、振動部１４１の前方に配置されるＯリング１６１は、高い圧力が掛かるシース液１０１の漏洩を防ぐ役割を担う。これに対し、振動部１４１の後方に配置されるＯリング１６２は、Ｏリング１６１の部分から滲み出たシース液１０１の漏洩を防ぐだけでよい。このため、径を縮小したＯリング１６２を適用しても、シース液１０１の漏洩防止能力は低下しない。このように、それぞれ異なる径のＯリング１６１及び１６２を振動部１４１に配置することにより、加振部１４０の取り付け部からのシース液１０１の漏洩を防ぎながら加振部１４０の取り付け及び交換を容易にすることができる。
　なお、本明細書においてフローチャート及びシーケンス図を用いて説明した処理は、必ずしも図示された順序で実行されなくてもよい。いくつかの処理ステップは、並列的に実行されてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。
　また、本明細書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、また他の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　サンプル液及びシース液を含む液滴を吐出口より吐出するノズルと、
　前記シース液を前記ノズル内に導入するシース液導入部と、
　前記ノズル内に挿設された管状に構成されて前記サンプル液を前記吐出口に向かう方向に導入するサンプル液導入部と、
　前記シース液に接する振動部を備えて前記サンプル液の導入方向とは異なる方向から前記シース液に加振する加振部と
　を有する微小粒子分取装置。
（２）
　前記加振部の加振により生成された前記シース液の波動を前記サンプル液の導入の方向に反射する反射部を更に有する前記（１）に記載の微小粒子分取装置。
（３）
　前記反射部は、前記サンプル液の導入の方向に対して傾いた斜面を備える前記（２）に記載の微小粒子分取装置。
（４）
　前記反射部は、前記サンプル液の導入の方向に対して略４５度傾いた前記斜面を備える前記（３）に記載の微小粒子分取装置。
（５）
　前記反射部は、前記液滴を帯電させる電圧が印加される前記（２）に記載の微小粒子分取装置。
（６）
　前記シース液導入部は、前記加振部の振動部に向かう方向に前記シース液を導入する前記（１）から（５）の何れかに記載の微小粒子分取装置。
（７）
　複数の前記シース液導入部を有する前記（６）に記載の微小粒子分取装置。
（８）
　前記加振部は、前記シース液に接する面形状の前記振動部を備え、
　複数の前記シース液導入部は、前記振動部の面に対する法線方向から見て平行な方向かつ互いに異なる方向にシース液をそれぞれ導入する
　前記（７）に記載の微小粒子分取装置。
（９）
　前記ノズル内の前記シース液を排出する排出部を更に有する前記（１）から（８）の何れかに記載の微小粒子分取装置。
（１０）
　前記排出部は、前記サンプル液の導入の方向に対して斜め上方向に前記シース液を排出する前記（９）に記載の微小粒子分取装置。
（１１）
　前記加振部は、前記ノズルに形成された開口部に複数のＯリングを介して嵌挿される前記（１）から（１０）の何れかに記載の微小粒子分取装置。
（１２）
　前記液滴生成部に配置されて前記サンプル液導入部を保持するサンプル液導入部保持部を更に有する前記（１）から（１１）の何れかに記載の微小粒子分取装置。
（１３）
　前記サンプル液導入部保持部は、前記液滴に電荷を付与するための電圧が印加される前記（１２）に記載の微小粒子分取装置。
（１４）
　サンプル液及びシース液を含む液滴を吐出口より吐出するノズル内に前記シース液を導入することと、
　前記ノズル内に挿設された管状に構成されて前記サンプル液を前記吐出口に向かう方向に導入するサンプル液導入部から前記サンプル液を導入することと、
　前記シース液に接する振動部により前記サンプル液の導入方向とは異なる方向から前記シース液に加振することと
　を含む微小粒子分取方法。
　１　微小粒子分取装置
　３　液滴
　１００　液滴生成部
　１０１　シース液
　１０２　サンプル液
　１１０　フローチャンバ
　１１１　サンプル液導入部保持部
　１１２　反射部
　１１５　吐出口
　１２０、１２１　シース液導入部
　１３０　サンプル液導入部
　１４０　加振部
　１４１　振動部
　１５０　排出部
　１６０～１６２　Ｏリング

Claims (14)

  1. 　微小粒子を含むサンプル液及びシース液を含む液滴を吐出口より吐出する液滴生成部と、
    　前記シース液を前記液滴生成部内に導入するシース液導入部と、
    　前記液滴生成部内に挿設された管状に構成されて前記サンプル液を前記吐出口に向かう方向に導入するサンプル液導入部と、
    　前記シース液に接する振動部を備え、前記サンプル液の導入方向とは異なる方向から前記シース液に加振する加振部と
    　を有する微小粒子分取装置。
  2. 　前記加振部の加振により生成された前記シース液の波動を前記サンプル液の導入の方向に反射する反射部を更に有する請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  3. 　前記反射部は、前記サンプル液の導入の方向に対して傾いた斜面を備える請求項２に記載の微小粒子分取装置。
  4. 　前記反射部は、前記サンプル液の導入の方向に対して略４５度傾いた前記斜面を備える請求項３に記載の微小粒子分取装置。
  5. 　前記反射部は、前記液滴を帯電させる電圧が印加される請求項２に記載の微小粒子分取装置。
  6. 　前記シース液導入部は、前記加振部の振動部に向かう方向に前記シース液を導入する請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  7. 　複数の前記シース液導入部を有する請求項６に記載の微小粒子分取装置。
  8. 　前記加振部は、前記シース液に接する面形状の前記振動部を備え、
    　複数の前記シース液導入部は、前記振動部の面に対する法線方向から見て平行な方向かつ互いに異なる方向にシース液をそれぞれ導入する
    　請求項７に記載の微小粒子分取装置。
  9. 　前記液滴生成部内の前記シース液を排出する排出部を更に有する請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  10. 　前記排出部は、前記サンプル液の導入の方向に対して斜め上方向に前記シース液を排出する請求項９に記載の微小粒子分取装置。
  11. 　前記加振部は、前記液滴生成部に形成された開口部に複数のＯリングを介して嵌挿される請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  12. 　前記液滴生成部に配置されて前記サンプル液導入部を保持するサンプル液導入部保持部を更に有する請求項１に記載の微小粒子分取装置。
  13. 　前記サンプル液導入部保持部は、前記液滴に電荷を付与するための電圧が印加される請求項１２に記載の微小粒子分取装置。
  14. 　サンプル液及びシース液を含む液滴を吐出口より吐出する液滴生成部内に前記シース液を導入することと、
    　前記液滴生成部内に挿設された管状に構成されて前記サンプル液を前記吐出口に向かう方向に導入するサンプル液導入部から前記サンプル液を導入することと、
    　前記シース液に接する振動部により前記サンプル液の導入方向とは異なる方向から前記シース液に加振することと
    　を含む微小粒子分取方法。
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