JP2013210270A - 微小粒子分取装置及び微小粒子分取装置における軌道方向判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動で液体ストリーム又は液滴の軌道方向のずれを検出することを可能にする微小粒子分取装置の提供。
【解決手段】
オリフィスから射出される流体ストリーム又は前記オリフィスから吐出される液滴を撮像する撮像素子と、前記撮像素子により撮像された画像中の輝点から前記流体ストリーム又は液滴の中心線を検出し、予め設定された中心線情報と前記中心線とを比較する制御部と、を備える微小粒子分取装置。この微小粒子分取装置では、制御部が中心線情報と中心線とを比較することにより、液体ストリーム又は液滴の軌道方向のずれを認識することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本技術は、微小粒子分取装置及び微小粒子分取装置における軌道方向判定方法に関する。より詳しくは、オリフィスから発生する流体ストリーム等の軌道方向を自動で判定する微小粒子分取装置等に関する。

細胞等の微小粒子の特性を光学的、電気的あるいは磁気的に検出し、所定の特性を有する微小粒子のみを分別して回収する微小粒子分取装置（例えばフローサイトメータ）が知られている。

フローサイトメータにおける細胞分別では、まず、フローセルに形成されたオリフィスから流体ストリーム（細胞を含むサンプル液とシース液の層流）を発生させ、オリフィスに振動を印加して流体ストリームを液滴化し、液滴に電荷を付与する。そして、オリフィスから吐出される細胞を含む液滴の移動方向を電気的に制御して、所望の特性を有する目的細胞とそれ以外の非目的細胞とを別々の回収容器に回収している。

例えば、特許文献１には、マイクロチップ型のフローサイトメータとして、「微小粒子を含む液体が通流される流路と、この流路を通流する液体をチップ外の空間に排出するオリフィスと、が配設されたマイクロチップと、オリフィスにおいて液体を液滴化して吐出するための振動素子と、吐出される液滴に電荷を付与するための荷電手段と、流路を通流する微小粒子の光学特性を検出する光学検出手段と、チップ外の空間に吐出された液滴の移動方向に沿って、移動する液滴を挟んで対向して配設された対電極と、対電極間を通過した液滴を回収する二以上の容器と、を備える微小粒子分取装置」が開示されている。

特開２０１０−１９０６８０号公報

微小粒子分取装置では、フローセル又はマイクロチップに形成されたオリフィスから発生する流体ストリーム又は液滴が回収容器内に正確に入るように設計する必要がある。そのためには、流体ストリーム又は液滴の想定されている軌道方向からのずれは防止する必要がある。このずれの防止は、従来、ユーザが流体ストリーム等の軌道を目視で確認することにより行われており、操作に習熟が必要で信頼性や安定性に問題があった。また、このずれの判定を目視で行うことは、装置構成上非常に煩雑であった。

そこで、本技術は、自動で液体ストリーム又は液滴の軌道方向のずれを検出することができる微小粒子分取装置を提供することを主目的とする。

上記課題解決のため、本技術は、オリフィスから射出される流体ストリーム又は吐出される液滴を撮像する撮像素子と、前記撮像素子により撮像された前記流体ストリーム又は前記液滴の画像中の輝点から前記流体ストリーム又は複数の前記液滴の中心線を検出し、予め設定された中心線情報と前記中心線とを比較する制御部と、前記画像を表示する表示部と、を備える微小粒子分取装置を提供する。この微小粒子分取装置は、制御部が中心線情報と中心線とを比較することにより、液体ストリーム又は液滴の軌道方向のずれを認識することが可能になる。本技術では、撮像素子としてはドロップレットカメラ等が挙げられる。
この微小粒子分取装置では、前記撮像素子が撮像された画像の焦点調節が可能に設計され、前記制御部が前記画像の少なくとも一部の領域の焦点調節を行ってもよい。
前記制御部は、前記画像におけるコントラスト比が所定の範囲内である場合に、前記画像が合焦状態であると判定してもよい。
この微小粒子分取装置では、前記オリフィスから流体ストリームが射出される画像において、前記制御部は、前記撮像素子により撮像された前記流体ストリームの画像内に前記流体ストリームの射出方向に沿って表示される複数の前記輝点により形成される直線を前記中心線としてもよい。
また、この微小粒子分取装置では、前記オリフィスから液滴が吐出される画像において、前記制御部は、前記液滴夫々に表示される輝点を結んで形成される直線を前記中心線としてもよい。
前記制御部は、中心線と中心線情報との比較に基づいて検出される中心線の前記中心線情報に対する傾き値が所定の閾値を超える場合には、前記オリフィスが設けられたマイクロチップ等が異常であると判定してもよい。
また、前記制御部は、前記流体ストリーム又は複数の液滴の画像中における非合焦領域の有無を判定してもよい。
前記制御部は、前記画像中に前記非合焦領域と合焦領域とを検出した画像において、前記オリフィスが設けられたマイクロチップ等が異常であると判定してもよい。
また、この微小粒子分取装置は、前記撮像素子により撮像された前記流体ストリーム又は前記液滴を挟んで対向して配置された一対の偏向板を備えていてもよい。
また、この微小粒子分取装置では、前記流体ストリーム又は前記液滴を受け容れる回収容器が、前記撮像素子の撮像方向に平行する方向に移動可能に設置され、前記制御部は、前記流体ストリーム又は前記液滴の画像中の少なくとも２箇所の焦点調節により得られる前記流体ストリーム又は前記液滴の軌道方向のずれに関する情報に基づいて、前記回収容器の位置を調整してもよい。
前記２箇所の焦点調節は、前記流体ストリームの画像中における前記流体ストリームの端部の２箇所の焦点調節であってもよい。
また、前記制御部は、前記撮像素子により撮像された画像中の前記流体ストリームの軌道方向の直交方向に検出される前記流体ストリーム又は複数の液滴の幅に基づいて、オリフィス径を判定してもよい。
また、この微小粒子分取装置は、前記オリフィスがマイクロチップに設けられたマイクロチップ型フローサイトメータであってもよい。

また、本技術は、流体ストリーム又は液滴の画像を取得し、前記画像中の輝点から中心線を検出し、予め設定された中心線情報と前記中心線とを比較し、前記画像を表示する手順と、を含む、微小粒子分取装置における前記流体ストリーム又は前記液滴の軌道方向判定方法も提供する。

本技術において、「微小粒子」には、細胞や微生物、リポソームなどの生体関連微小粒子、あるいはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子などの合成粒子などが広く含まれるものとする。
生体関連微小粒子には、各種細胞を構成する染色体、リポソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)などが含まれる。細胞には、動物細胞(血球系細胞など)および植物細胞が含まれる。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る。さらに、生体関連微小粒子には、核酸やタンパク質、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。また、工業用粒子は、例えば有機もしくは無機高分子材料、金属などであってもよい。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る。金属には、金コロイド、アルミなどが含まれる。これら微小粒子の形状は、一般には球形であるのが普通であるが、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。

本技術により、自動で液体ストリーム又は液滴の軌道方向のずれを検出することができる微小粒子分取装置が提供される。

マイクロチップ型フローサイトメータとして構成された本技術の第一実施形態に係る微小粒子分取装置１（フローサイトメータ１）の分取系の構成を説明する模式図である。 フローサイトメータ１に搭載可能なマイクロチップ２の一例の構成を説明する模式図である。 マイクロチップ２のオリフィス２１の構成を説明する模式図である。 フローサイトメータ１における流体ストリームＳ等の軌道方向を判定するステップを説明するフローチャートである。 フローサイトメータ１のドロップレットカメラ４により撮像される焦点合わせ前後における画像の一例を示す写真である。 フローサイトメータ１のドロップレットカメラ４により撮像される幅の異なる液体ストリームの画像を示す模式図である。 フローサイトメータ１のドロップレットカメラ４により撮像される液体ストリーム及び液滴の画像の一例を示す写真である。 フローサイトメータ１のドロップレットカメラ４により撮像される液体ストリーム及び液滴の画像の一例を示す写真である。 フローサイトメータ１のドロップレットカメラ４により撮像される液滴の画像の一例を示す写真である。 フローサイトメータ１のドロップレットカメラ４により撮像される液体ストリームの画像の一例を示す模式図である。

以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。説明は以下の順序で行う。

１．本技術に係る微小粒子分取装置の装置構成
（１−１）チップローディングモジュール
（１−２）マイクロチップ
（１−３）偏向板
（１−４）コレクションユニット
（１−５）ドロップレットカメラ
（１−６）制御部等
２．本技術に係る微小粒子分取装置における位置制御
（２−１）流体ストリーム等発生ステップＳ_１
（２−２）ドロップレットカメラＺ軸スキャン・流体ストリーム等撮像ステップＳ_２
（２−３）焦点調整ステップＳ_３
（２−４）中心線検出ステップＳ_４
（２−５）表示ステップＳ_５
（２−６）軌道方向判定ステップＳ_６
（２−６−１）Ｚ軸方向判定ステップＳ_６１
（２−６−２）Ｘ軸方向判定ステップＳ_６２
（２−７）警告ステップＳ_７
（２−８）コレクションチューブ等移動・位置合わせステップＳ_８

１．本技術に係る微小粒子分取装置の装置構成
図１は、マイクロチップ型フローサイトメータとして構成された本技術に係る微小粒子分取装置１（以下「フローサイトメータ１」とも称する）の分取系の構成を説明する模式図である。

（１−１）チップローディングモジュール
図中符号１１はマイクロチップ２を保持するチップローディングモジュールを示す。チップローディングモジュール１１は、外部から挿入されるマイクロチップ２を所定位置まで送り込んで保持するチップローディング部と、保持されたマイクロチップ２に細胞を含むサンプル液及びシース液等を供給する送液コネクタ部と、を含む（いずれも不図示）。また、チップローディングモジュール１１は、マイクロチップ２に形成され、サンプル液及びシース液の層流（流体ストリームＳ）を発生するオリフィス２１に振動を印加して、流体ストリームＳを液滴化して吐出させるチップ加振部と、吐出される液滴に電荷を付与する荷電部と、を含む（いずれも不図示）。

（１−２）マイクロチップ
図２及び図３に、フローサイトメータ１に搭載可能なマイクロチップ２の一例を示す。図２（Ａ）は上面模式図、（Ｂ）は（Ａ）中Ｐ−Ｐ断面に対応する断面模式図を示す。また、図３は、マイクロチップ２のオリフィス２１の構成を模式的に説明する図であり、（Ａ）は上面模式図、（Ｂ）は断面模式図、（Ｃ）は正面図を示す。図３（Ｂ）は、図２（Ａ）中Ｐ−Ｐ断面に対応する。

マイクロチップ２は、サンプル流路２２が形成された基板層２ａ、２ｂが貼り合わされてなる。基板層２ａ、２ｂへのサンプル流路２２の形成は、金型を用いた熱可塑性樹脂の射出成形により行うことができる。熱可塑性樹脂には、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、環状ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン及びポリメチルジシラザン（ＰＤＭＳ）などの従来マイクロチップの材料として公知のプラスチックを採用できる。

サンプル液は、送液コネクタ部からサンプルインレット２３に導入され、送液コネクタ部からシースインレット２４に導入されるシース液と合流して、サンプル流路２２を送液される。シースインレット２４から導入されたシース液は、２方向に分かれて送液された後、サンプルインレット２３から導入されたサンプル液との合流部において、サンプル液を２方向から挟み込むようにしてサンプル液に合流する。これにより、合流部において、シース液層流の中央にサンプル液層流が位置された３次元層流が形成される。

符号２５は、サンプル流路２２に詰まりや気泡が生じた際に、サンプル流路２２内に負圧を加えて流れを一時的に逆流させて詰まりや気泡を解消するための吸引流路を示す。吸引流路２５の一端には、送液コネクタ部を介して真空ポンプ等の負圧源に接続される吸引アウトレット２５１が形成され、他端は連通口２５２においてサンプル流路２２に接続している。

３次元層流は、送液方向に対する垂直断面の面積が送液方向上流から下流へ次第にあるいは段階的に小さくなるように形成された絞込部２６１（図２参照），２６２（図３参照）において層流幅を絞り込まれる。その後、３次元層流は、流路の一端に設けられたオリフィス２１から流体ストリームＳ（図１参照）となって排出される。図１中、オリフィス２１からの流体ストリームＳの排出方向をＹ軸正方向によって示す。

サンプル流路２２の絞込部２６１と絞込部２６２との間では、細胞の特性検出が行われる。例えば光学的検出では、不図示の光照射検出部によって、サンプル流路２２中を３次元層流の中心に一列に配列して送流される細胞に対してレーザが照射され、細胞から発生する散乱光や蛍光が光検出器によって検出される。

サンプル流路２２のオリフィス２１への接続部は、直線状に形成されたストレート部２７とされている。ストレート部２７は、オリフィス２１から流体ストリームＳをＹ軸正方向に真っ直ぐ射出するために機能する。

オリフィス２１から射出される流体ストリームＳは、チップ加振部によりオリフィス２１に印加される振動によって液滴化される。オリフィス２１は基板層２ａ、２ｂの端面方向に開口しており、その開口位置と基板層端面との間には切欠部２１１が設けられている。切欠部２１１は、オリフィス２１の開口位置と基板端面との間の基板層２ａ、２ｂを、切欠部２２１の径Ｌがオリフィス２１の開口径ｌよりも大きくなるように切り欠くことによって形成されている（図３（Ｃ）参照）。切欠部２１１の径Ｌは、オリフィス２１から吐出される液滴の移動を阻害しないように、オリフィス２１の開口径ｌよりも２倍以上大きく形成することが望ましい。

（１−３）偏向板
図１中符号１２，１２は、オリフィス２１から射出され、後述するドロップレットカメラ４により撮像された流体ストリームＳ（あるいは吐出される液滴）を挟んで対向して配置された一対の偏向板を示す。偏向板１２，１２は、オリフィス２１から吐出される液滴の移動方向を、液滴に付与された電荷との電気的な作用力によって制御する電極を含んで構成される。また、偏向板１２，１２は、オリフィス２１から発生する流体ストリームＳの軌道も、流体ストリームＳに付与された電荷との電気的な作用力によって制御する。図１中、偏光板１２，１２の対向方向をＸ軸方向によって示す。

（１−４）コレクションユニット
フローサイトメータ１において、流体ストリームＳ（あるいはその液滴Ｄ）は、偏向板１２，１２の対向方向（Ｘ軸方向）に一列に配設された複数のコレクションチューブ（回収容器）３のいずれかに受け入れられる（図１参照）。コレクションチューブ３は、実験用として汎用のプラスチック製チューブあるいはガラス製チューブであってよい。コレクションチューブ３の数は特に限定されないが、ここでは５本設置する場合を図示した。オリフィス２１から発生する流体ストリームＳは、偏向板１２，１２との間の電気的な作用力の有無あるいはその大小によって、５本のコレクションチューブ３のいずれか一つに誘導され、回収される。

コレクションチューブ３は、コレクションチューブコンテナ３１に交換可能に設置される。コレクションチューブ３は、図１中矢印Ｆ１に示す移動方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設置される。例えば、コレクションチューブコンテナ３１が固定された状態でコレクションチューブ３のみがＸ軸方向に移動可能に設置されていてもよいし、コレクションチューブコンテナ３１の移動と共にコレクションチューブ３が移動可能に設置されていてもよい。

また、コレクションチューブコンテナ３１は、オリフィス２１からの流体ストリームＳの排出方向（Ｙ軸方向）及び偏光板１２，１２の対向方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されたＺ軸ステージ３２上に配設されている。図１中矢印Ｆ２は、Ｚ軸ステージ３２の移動方向を示す。また、図中符号３２１は、Ｚ軸ステージ３２に設けられた廃液口である。フローサイトメータ１において、コレクションチューブコンテナ３１及びＺ軸ステージ３２は、不図示のＺ軸モータにより駆動されるコレクションユニット３３を構成している。

（１−５）ドロップレットカメラ
ドロップレットカメラ４は、マイクロチップ２のオリフィス２１から射出される流体ストリームＳあるいは吐出される液滴を撮像するためのカメラ（ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳイメージセンサ等）である（図１参照）。ドロップレットカメラ４は、撮像した流体ストリームＳあるいは液滴の画像の焦点調節を行うことが可能に設計されている。ドロップレットカメラ４により撮像された画像は、ディスプレイ等の表示部に表示されて、ユーザがオリフィス２１における液滴の形成状況（液滴の大きさ、形状、間隔等）を確認するために利用される。

フローサイトメータ１では、搭載されるマイクロチップ２の個体差によってオリフィス２１から射出される流体ストリームＳ（あるいは液滴）の軌道が異なり、マイクロチップ２の交換の度に流体ストリームＳの位置が図中Ｚ軸方向（及びＸ軸方向）に変化し得る。また、流体ストリームＳを射出させ続けること又は液滴を吐出させ続けることにより、マイクロチップ２に劣化等がもたらされ、流体ストリームＳ（あるいは液滴）の位置が図中Ｚ軸方向（及びＸ軸方向）に変化し得る。このような流体ストリームＳ（あるいは液滴）のＺ軸方向（及びＸ軸方向）における位置変化を検出するためにもドロップレットカメラ４が機能する。

（１−６）制御部等
フローサイトメータ１は、上述の構成に加え、通常のフローサイトメータが備える、細胞の光学特性検出のための光照射検出部、特性判定のためのデータ解析部、サンプル液及びシース液を貯留するタンク部及びこれらの各構成を制御するための制御部等を備える。

制御部は、ＣＰＵ、メモリ及びハードディスクなどを備える汎用のコンピュータによって構成でき、ハードディスク内にはＯＳと次に説明する位置制御の各ステップを実行するプログラムなどが格納されている。

また、光照射検出部は、レーザ光源と、細胞に対してレーザを集光・照射する集光レンズやダイクロイックミラー、バンドパスフィルター等からなる照射系と、レーザの照射によって細胞から発生する測定対象光を検出する検出系と、によって構成される。検出系は、例えば、ＰＭＴ（photo multiplier tube）や、ＣＣＤやＣＭＯＳ素子等のエリア撮像素子等によって構成される。

光照射検出部の検出系により検出される測定対象光は、測定光の照射によって細胞から発生する光であって、例えば、前方散乱光や側方散乱光、レイリー散乱やミー散乱等の散乱光や蛍光などとすることができる。これらの測定対象光は電気信号に変換され、制御部に出力され、細胞の光学特性判定に供される。

なお、フローサイトメータ１は、磁気的あるいは電気的に細胞の特性を検出するものであってもよいものとする。この場合には、マイクロチップ２のサンプル流路２２に微小電極を対向させて配設し、抵抗値、容量値（キャパシタンス値）、インダクタンス値、インピーダンス、電極間の電界の変化値、あるいは、磁化、磁界変化、磁場変化等を測定する。

２．本技術に係る微小粒子分取装置における軌道方向判定方法
（２−１）流体ストリーム等発生ステップＳ_１
図４は、フローサイトメータ１における流体ストリームＳ（あるいは液滴）の軌道方向判定ステップを説明するフローチャートである。軌道方向判定ステップは、「流体ストリーム等発生ステップＳ_１」、「ドロップレットカメラＺ軸スキャン・流体ストリーム等撮像ステップＳ_２」、「焦点調節ステップＳ_３」、「中心線検出ステップＳ_４」、「表示ステップＳ_５」、「進行方向判定ステップＳ_６」、「警告ステップＳ_７」及び「コレクションチューブ等移動・位置合わせステップＳ_８」の手順を含む。以下、各手順について説明する。

まず、流体ストリーム等発生ステップＳ_１では、送液コネクタ部が、マイクロチップ２のサンプルインレット２３及びシースインレット２４へのサンプル液及びシース液の送液を開始し、オリフィス２１から流体ストリームＳが射出される（図４参照）。制御部は、送液コネクタ部に信号を出力し、サンプル液及びシース液の送液を開始させる。オリフィス２１から出射された流体ストリームＳは廃液口３２１に回収され、廃液される。

また、本ステップＳ_１では、チップ加振部がオリフィス２１に振動を印加し、オリフィスから流体ストリームＳの代わりに液滴を吐出し、該液滴を廃液口３２１に回収し、廃液することもできる。

（２−２）ドロップレットカメラＺ軸スキャン・流体ストリーム等撮像ステップＳ_２
本ステップＳ_２では、制御部がドロップレットカメラ４に信号を出力し、該信号を受けたドロップレットカメラ４をＺ軸方向に移動させる（図４参照）。そして、制御部がドロップレットカメラ４に信号を出力し、該信号を受けたドロップレットカメラ４が流体ストリームＳ（あるいは液滴）の撮像を行う。

（２−３）焦点調節ステップＳ_３
本ステップＳ_３では、制御部により、流体ストリームＳ（あるいは液滴）の画像が検出された場合、ドロップレットカメラ４による流体ストリームＳ（あるいは液滴）の画像の撮像においてＸ軸方向に焦点調節を行う（図４参照）。ドロップレットカメラ４により撮像された流体ストリームＳ（あるいは液滴）の画像が制御部に出力され、制御部は焦点調節ステップＳ_３において画像中の輝点を検出するまで焦点調節を行う。ここで、輝点とは、ドロップレットカメラ４により撮像される流体ストリームＳ（あるいは液滴）の画像中において所定の閾値より高い輝度を有する１又は複数の画素のことを指す。

図５は、撮像された液滴の焦点調節がなされる前（図５（ａ）参照）の状態の例を示す写真と、該液滴の焦点調節がなされた後（図５（ｂ）参照）の状態の例を示す写真である。図５（ｂ）に示すように、画像Ｐの焦点調節がなされることで、各液滴Ｄの中心位置に輝点Ｂを検出することが可能になる。また、オリフィスが液滴Ｄではなく流体ストリームＳを出射した場合にも、同様に、流体ストリームＳの軌道方向に沿って中心部分に輝点Ｂを検出することが可能になる。このように、本ステップＳ_４では、撮像された画像Ｐ中に輝点Ｂが検出されるまで、ドロップレットカメラ４の焦点調節が実行される。この際、制御部は、画像Ｐにおけるコントラスト比が所定の範囲内である場合に、画像Ｐが合焦状態であると判定することができる。

また、制御部は、ドロップレットカメラ４により流体ストリームＳが撮像された場合には、撮像された画像Ｐ中の流体ストリームＳの軌道方向の直交方向（Ｚ軸方向）に検出される流体ストリームＳの幅に基づいて、オリフィス径を判定する。

図６に、流体ストリームＳの幅が異なる２つの撮像した画像の模式図を示す（図６（ａ）、（ｂ））。制御部は、記憶部に記憶された情報に基づいて、図６（ａ）に示す流体ストリームＳの幅を認識することで、例えば、オリフィスの径が１００μｍ等であると具体的に判定することができる。また、図６（ａ）に示す流体ストリームＳの幅とは異なる幅を有する図６（ｂ）に示す例では、制御部は、記憶部に記憶された情報に基づいて、流体ストリームＳの幅を認識することで、例えば、オリフィスの径が７０μｍ等であると具体的に判定することができる。そして、制御部は、判定したオリフィス径を、フローサイトメータ１に用いられているチップのオリフィス径として設定することができる。これにより、ユーザによるオリフィス径の手動設定が必要なくなり、オリフィス径の設定変更忘れ等の設定ミスを防止することができる。

（２−４）中心線検出ステップＳ_４
本ステップＳ_４では、制御部が、ドロップレットカメラ４により撮像された流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）の画像中の輝点から流体ストリームＳの中心線を検出し、予め設定された中心線情報と中心線とを比較する（図４参照）。

図７に、撮像された画像において流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）の中心線Ｌを検出した状態を示す。オリフィスから流体ストリームＳが射出される場合には、制御部は、ドロップレットカメラ４により撮像された流体ストリームＳの画像内に流体ストリームＳの射出方向に沿って表示される複数の輝点により形成される直線を中心線Ｌとして検出する。具体的には、図７（ａ）に示すように、制御部は、撮像された流体ストリームＳの画像Ｐ中の輝点Ｂを中心線Ｌとみなすことができる。

また、オリフィスから液滴Ｄが吐出される場合、制御部は、液滴Ｄ夫々に表示される輝点を結んで形成される直線を中心線Ｌとして検出する。具体的には、図７（ｂ）に示すように、液滴Ｄが撮像された場合には、制御部は、各液滴の輝点を結ぶことにより形成される線を液滴の中心線Ｌとみなすことができる。この場合、制御部は、各液滴Ｄの輝点の結び方によっては、複数通りの中心線Ｌを生成することができる際には、例えば、後述する中心線情報と最も近似する線を中心線としてもよい。

（２−５）表示ステップＳ_５
本ステップＳ_５では、制御部が、撮像された画像をディスプレイ等の表示部に表示することができる（図４参照）。

図７に示すように、制御部は、上述した中心線Ｌに基づいて、撮像した画像において流体ストリームＳ（図７（ａ）参照）又は液滴Ｄ（図７（ｂ）参照）をディスプレイ等の中心に配置して表示することができる。より具体的には、例えば、まず、制御部がドロップレットカメラ４をＺ軸方向に位置合わせする。位置合わせについては、撮像された画像Ｐに基づいて、中心線Ｌを境界にしてＺ軸方向の正方向側と負方向側とにおける画素数が同一になるまで制御部が行う。

このようにして、フローサイトメータ１では、自動で流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）の画像Ｐをディスプレイの中心に位置させ表示することができる。

（２−６）軌道方向判定ステップＳ_６
本ステップＳ_６では、制御部により、流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）の軌道方向の判定を行う（図４参照）。より具体的には、制御部はＺ軸方向における軌道のずれ及びＸ軸方向における軌道のずれの判定を行う。以下に、「Ｚ軸方向判定ステップＳ_６１」及び「Ｘ軸方向判定ステップＳ_６２」の手順を含む。以下、各手順について説明する。

（２−６−１）Ｚ軸方向判定ステップＳ_６１
本ステップＳ_６１では、制御部により、流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）のＺ軸方向における軌道の判定を行う。

図７に示すように、制御部は、上述した中心線Ｌを検出された流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）について、中心線Ｌと予め記憶部に記憶された中心線情報とを比較する。なお、中心線情報とは、予め記憶部に記憶されたＸＺ平面に垂直な直線に関する情報であり、撮像された画像において、当該直線を境界にしてＺ軸方向の正方向側と負方向側とにおける画素数を同一にする線に関する情報を指す。

ここで、図７に加え、図８を更に参照しながら、中心線Ｌと予め記憶部に記憶された中心線情報Ｉとの比較について説明する。図８も、図７と同様に、撮像された画像において流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）の中心線Ｌを検出した状態を示す。

図８（ａ）に示す例では、中心線Ｌは予め設定された中心線情報Ｉに対して、ＹＺ平面においてθ１度ずれる（図８（ａ）参照）。同様に、図８（ｂ）に示す例では、中心線は予め設定された中心線情報Ｉに比し、ＹＺ平面においてθ２度ずれる（図８（ｂ）参照）。なお、図８（ａ）に示す例では、上述した表示ステップＳ_５における、制御部による中心線Ｌを境界にしてＺ軸方向の正方向側と負方向側とにおける画素数を同一にする工程については省略されている。

一方で、図７に示した例の場合では、制御部は、中心線Ｌが中心線情報Ｉに対して、ＹＺ平面においてほとんどずれていないと判定することができる（図７（ａ）、（ｂ）参照）。

そして、制御部は、中心線Ｌと中心線情報Ｉとの比較に基づいて検出される中心線Ｌの中心線情報Ｉに対する傾き角度（上記θ１、θ２）が所定の閾値を超えていると判定し、マイクロチップが異常であると判定することができる。このように、制御部は、中心線情報Ｉと中心線Ｌとを比較し、流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）のＺ軸方向における軌道方向のずれを判定することができ、軌道方向がずれている場合には、自動でマイクロチップ等が不良状態（詰まり等の異常状態）であると判定することができる。

（２−６−２）Ｘ軸方向判定ステップＳ_６２
本ステップＳ_６２では、制御部により、流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）のＸ軸方向における軌道の判定を行う（図４参照）。

図９に、焦点調節がなされた液滴の画像の一例の写真を示す。図９（ａ）に示すように、Ｘ軸方向に液滴Ｄの軌道にずれがない場合には、制御部の信号に基づきドロップレットカメラ４の焦点調節がなされることで合焦領域Ｒ１が検出され、一方で、非合焦領域Ｒ２は検出されない。

これに対し、図９（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に液滴Ｄの軌道にずれがある場合には、制御部の信号に基づきドロップレットカメラ４の焦点調節がなされることで、合焦領域Ｒ１が検出されつつ、非合焦領域Ｒ２も検出されることになる。

そして、制御部は、画像Ｐ中に非合焦領域Ｒ２と合焦領域Ｒ１との双方を検出することで、マイクロチップ等が異常であると判定することができる。このように、制御部は、流体ストリームＳあるいは液滴Ｄの画像中における非合焦領域Ｒ２の有無を判定し、非合焦領域Ｒ２の存在を確認した場合には、流体ストリームＳあるいは液滴Ｄの軌道がＸ軸方向にずれていると判定する。そのため、フローサイトメータ１では、Ｘ軸方向に軌道方向がずれている場合には、自動でマイクロチップ等が不良状態（詰まり等の異常状態）であると判定することができる。

また、図１０に輝点が検出された流体ストリームＳの画像の模式図を示す。図１０に示すように、制御部は、例えば、Ｙ軸方向において、負方向側に焦点調節することで、輝点Ｂを検出する（図１０（ａ）参照）。そして、制御部は、正方向側に焦点調節することで、図１０（ａ）に示す輝点Ｂとは異なる位置に輝点Ｂを検出する（図１０（ｂ）参照）。このように、制御部は、流体ストリームＳの画像Ｐ中における流体ストリームＳの端部（Ｙ軸正方向側端部及びＹ負方向側端部）の２箇所の焦点調節をすることができる。これにより、制御部は、Ｘ軸方向の軌道方向のずれに関する位置情報を取得することができ、該位置情報により後述するコレクションチューブ等移動・位置合わせステップＳ_８において、コレクションチューブ３のＸ軸方向の位置合わせが可能になる。

（２−７）警告ステップＳ_７
本ステップＳ_７では、流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）の軌道方向判定により、一定の閾値を超えて、Ｚ軸方向及び／又はＸ軸方向にずれが生じていると判定された場合には、制御部により、ユーザに対し警告を行う（図４参照）。この場合、ユーザに対する警告の方法は、ディスプレイ等の表示部によりランプ、メッセージ等を表示する方法、又はフローサイトメータ１に出力部を設け、音声出力等により警告する方法等、多様の方法を採用することが可能である。これにより、ユーザは、チップの破損等を確認することができる。

（２−８）コレクションチューブ等移動・位置合わせステップＳ_８
コレクションチューブ等移動・位置合わせステップＳ_８では、制御部が、上述したＸ軸方向の軌道方向のずれに関する位置情報に基づいて、コレクションチューブ３の位置調整を行う（図４参照）。具体的には、Ｘ軸方向における流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）の軌道方向に関する情報をコレクションチューブ３の同方向における位置情報に変換し、変換後の位置情報に対応する位置にコレクションチューブ３を移動させる。これにより、コレクションチューブコンテナ３１に配されたコレクションチューブ３と流体ストリームＳとがＸ軸方向において位置合わせされ、流体ストリームＳがコレクションチューブ３に正確に到達できるようになる。

また、コレクションチューブ等移動・位置合わせステップＳ_８では、制御部が、上述したＺ軸方向の位置合わせにより得られる位置情報に基づいて、コレクションチューブコンテナ３１の位置調整を行う。具体的には、Ｚ軸方向における流体ストリームＳ（あるいは液滴Ｄ）の軌道方向に関する情報をコレクションチューブ３の同方向における位置情報に変換し、変換後の位置情報に対応する位置にＺ軸ステージ３２を移動させる。これにより、コレクションチューブコンテナ３１に配されたコレクションチューブ３と流体ストリームＳとがＺ軸方向において位置合わせされ、流体ストリームＳがコレクションチューブ３に正確に到達できるようになる。

なお、上記説明では、ステップＳ_１〜Ｓ_８の手順について順に説明してきたが、本技術は、この順に実行されるものとは限られない。例えば、ステップＳ_８の手順の後にステップＳ_７の手順が実行されてもよい。

以上説明したように、フローサイトメータ１では、自動で流体ストリームＳ（あるいは液滴）の軌道方向を判定することができる。そのため、フローサイトメータ１では、簡便に精度の高い分析が可能である。

本技術に係る微小粒子分取装置は以下のような構成をとることもできる。
（１）オリフィスから射出される流体ストリーム又は前記オリフィスから吐出される液滴を撮像する撮像素子と、前記撮像素子により撮像された前記流体ストリーム又は前記液滴の画像中の輝点から前記流体ストリーム又は複数の前記液滴の中心線を検出し、予め設定された中心線情報と前記中心線とを比較する制御部と、前記画像を表示する表示部と、を備える微小粒子分取装置。
（２）前記撮像素子は、撮像された画像の焦点調節が可能に設計され、前記制御部は、前記画像の少なくとも一部の領域の焦点調節を行う上記（１）記載の微小粒子分取装置。
（３）前記制御部は、前記画像におけるコントラスト比が所定の範囲内である場合に、前記画像が合焦状態であると判定する上記（１）又は（２）に記載の微小粒子分取装置。
（４）前記オリフィスから流体ストリームが射出される画像において、前記制御部は、前記撮像素子により撮像された前記流体ストリームの画像内に前記流体ストリームの射出方向に沿って表示される複数の前記輝点により形成される直線を前記中心線として検出する上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
（５）前記オリフィスから液滴が吐出される画像において、前記制御部は、前記液滴夫々に表示される輝点を結んで形成される直線を前記中心線として検出する上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
（６）前記制御部は、前記中心線と前記中心線情報との比較に基づいて検出される前記中心線の前記中心線情報に対する傾き値が所定の閾値を超える場合には、異常であると判定する上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
（７）前記制御部は、前記流体ストリーム又は複数の液滴の画像中における非合焦領域の有無を判定する上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
（８）前記制御部は、前記画像中に前記非合焦領域と合焦領域とを検出した画像において、前記オリフィスが設けられたマイクロチップが異常であると判定する上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
（９）前記撮像素子により撮像された前記流体ストリーム又は前記液滴を挟んで対向して配置された一対の偏向板を備える上記（１）〜（８）のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
（１０）前記流体ストリーム又は前記液滴を受け容れる回収容器が、前記流体ストリーム又は前記液滴の軌道方向及び前記撮像素子の撮像方向に直交する方向に移動可能に設置され、前記制御部は、前記流体ストリーム又は前記液滴の画像中の少なくとも２箇所の焦点調節により得られる前記流体ストリーム又は前記液滴の軌道方向のずれに関する情報に基づいて、前記回収容器の位置を調整する上記（１）〜（９）のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
（１１）前記２箇所の焦点調節は、前記流体ストリームの画像中における前記流体ストリームの端部の２箇所の焦点調節である上記（１０）記載の微小粒子分取装置。
（１２）前記制御部は、前記撮像素子により撮像された画像中の前記流体ストリームの軌道方向の直交方向に検出される前記流体ストリーム又は複数の液滴の幅に基づいて、オリフィス径を判定する上記（１）〜（１１）のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
（１３）前記オリフィスがマイクロチップに設けられたマイクロチップ型フローサイトメータである上記（１）〜（１２）のいずれか１つに記載の微小粒子分取装置。
（１４）流体ストリーム又は液滴の画像を取得し、前記画像中の輝点から中心線を検出し、予め設定された中心線情報と前記中心線とを比較し、前記画像を表示する手順を含む、微小粒子分取装置における前記流体ストリーム又は前記液滴の軌道方向判定方法。

１：微小粒子分取装置（フローサイトメータ）、
１１：チップローディングモジュール、
１２：偏向板、
２：マイクロチップ、
２１：オリフィス、
３：コレクションチューブ、
３１：コレクションチューブコンテナ、
３２：Ｚ軸ステージ、
３２１：廃液口、
３３：コレクションユニット、
４：ドロップレットカメラ、
Ｓ：流体ストリーム
Ｄ：液滴

Claims (14)

1. オリフィスから射出される流体ストリーム又は前記オリフィスから吐出される液滴を撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子により撮像された前記流体ストリーム又は前記液滴の画像中の輝点から前記流体ストリーム又は複数の前記液滴の中心線を検出し、予め設定された中心線情報と前記中心線とを比較する制御部と、
   前記画像を表示する表示部と、
   を備える微小粒子分取装置。
2. 前記撮像素子は、撮像された画像の焦点調節が可能に設計され、
   前記制御部は、前記画像の少なくとも一部の領域の焦点調節を行う請求項１記載の微小粒子分取装置。
3. 前記制御部は、前記画像におけるコントラスト比が所定の範囲内である場合に、前記画像が合焦状態であると判定する請求項２記載の微小粒子分取装置。
4. 前記オリフィスから流体ストリームが射出される画像において、
   前記制御部は、前記撮像素子により撮像された前記流体ストリームの画像内に前記流体ストリームの射出方向に沿って表示される複数の前記輝点により形成される直線を前記中心線とする請求項１記載の微小粒子分取装置。
5. 前記オリフィスから液滴が吐出される画像において、
   前記制御部は、前記撮像素子により撮像された前記液滴夫々の画像内に表示される前記輝点を結んで形成される直線を前記中心線とする請求項１記載の微小粒子分取装置。
6. 前記制御部は、前記中心線と前記中心線情報との比較に基づいて検出される前記中心線の前記中心線情報に対する傾き値が所定の閾値を超える場合には、異常であると判定する請求項１記載の微小粒子分取装置。
7. 前記制御部は、前記流体ストリーム又は複数の液滴の画像中における非合焦領域の有無を判定する請求項１記載の微小粒子分取装置。
8. 前記制御部は、前記画像中に前記非合焦領域と合焦領域とを検出した画像において、異常であると判定する請求項７記載の微小粒子分取装置。
9. 前記撮像素子により撮像された前記流体ストリーム又は前記液滴を挟んで対向して配置された一対の偏向板を備える請求項８記載の微小粒子分取装置。
10. 前記流体ストリームを受け容れる回収容器が、前記撮像素子の撮像方向に平行する方向に移動可能に設置され、
    前記制御部は、前記流体ストリームの画像中の少なくとも２箇所の焦点調節により得られる前記流体ストリームの軌道方向のずれに関する情報に基づいて、前記回収容器の位置を調整する請求項９記載の微小粒子分取装置。
11. 前記２箇所の焦点調節は、前記流体ストリームの画像中における前記流体ストリームの端部の２箇所の焦点調節である請求項１０記載の微小粒子分取装置。
12. 前記制御部は、前記撮像素子により撮像された画像中の前記流体ストリームの軌道方向の直交方向に検出される前記流体ストリームの幅に基づいて、オリフィス径を判定する請求項１１記載の微小粒子分取装置。
13. 前記オリフィスがマイクロチップに設けられたマイクロチップ型フローサイトメータである請求項１２記載の微小粒子分取装置。
14. 流体ストリーム又は液滴の画像を取得し、
    前記画像中の輝点から中心線を検出し、
    予め設定された中心線情報と前記中心線とを比較し、
    前記画像を表示する手順を含む、微小粒子分取装置における前記流体ストリーム又は前記液滴の軌道方向判定方法。