微粒分类装置及在该装置中优化流体流的方法
【专利摘要】提供了一种用于优化流体流的微粒分类装置。该微粒分类装置包括：电压供应单元，将驱动电压供应至向产生流体流的管口施加振动的振动元件；注电单元，将电荷给予从管口流出的至少部分液滴；偏向板，彼此相对布置且其间有流体流，其改变液滴的移动方向；以及第一图像传感器，获取偏向板之间经过的液滴的图像。该微粒分类装置配有控制器，该控制器检测图像中的液滴，设置与给予电荷之前的液滴的宽度对应的标准带，并且控制电压供应单元的驱动电压以从给予电荷之后的液滴中进一步减小从标准带开始的指定的像素数内的区域中所检测的液滴的量。
【专利说明】微粒分类装置及在该装置中优化流体流的方法
【技术领域】
[0001]本技术涉及一种微粒分类装置和在其中优化流体流的方法，并且更具体地，涉及一种自动优化从管口喷射的液滴的状态的微粒分类装置。
【背景技术】
[0002]【背景技术】
[0003]已知的微粒分类装置(例如:流式细胞仪)光学地、电气地或者磁性地检测诸如细胞的微粒的性质，并分开和收集具有指定性质的微粒。
[0004]使用流式细胞仪的细胞分离包括通过使包含细胞的样本液体和鞘液断开为液滴而产生流体流(液滴流)，该液滴从形成在流动单元或微芯片上的管口被喷射。通过利用振动元件以指定频率向管口施加振动来执行样本液体和鞘液变成液滴的断开。给予该包含细胞的液滴电荷并将其喷射。通过电气地控制每个液滴的运动方向，在分开的收集容器中收集具有期望性质的靶细胞和所有其他非靶细胞。
[0005]例如，PTLl公开作为微芯片型流式细胞仪的一种“用于对微粒分类的装置，其配有:微芯片，其中设置有包含微粒的流体流经的流道和用于将流经该流道的液体排放至芯片的芯片外部的管口 ；振动元件，用于在管口处形成液体的液滴并将该液滴喷射；注电装置，用于给予所喷射的液滴电荷；光学检测装置，用于检测流经流道的微粒的光学性质；配对的电极，沿所喷射的液滴的运动方向布置并面向其间移动的液滴；以及两个以上的容器，用于收集经过所配对的电极之间的液滴”。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]PTLl:日本未经审查专利申请公开第2010-190680号
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]通过微粒分配器，为了准确地执行液滴的运动方向的电控制，在分析之前，通过调整诸如振动元件的驱动电压和频率以及液滴的注电定时的因素来优化流体流的状态是必要的。在未恰当地执行这些调整的情况下，流体流进入不稳定状态，从而细胞分类变得不可能且可能降低分类的精确度。
[0011]在过去，在视觉地检查流体流的状态时通过让用户调整诸如振动元件的驱动电压的因素来执行流体流最优化，以产生没有不稳定性的直线流体流。这种操作需要熟练度，并且就可靠性和安全性而言是有问题的。此外，该操作极度的繁琐，其需要在每次流动单元或微芯片被更换或者每次分析时执行流体流的最优化。
[0012]因此，本技术以提供一种自动优化流体流的微粒分类装置为目标。
[0013]问题的解决方案
[0014]为了解决上述问题，本技术提供一种微粒分类装置，包括:电压供应单元，将驱动电压供应至向产生流体流的管口施加振动的振动元件；注电单元，将电荷给予从管口喷射的至少部分液滴；偏向板，彼此相对布置使流体流位于其间，并改变液滴的移动方向；第一图像传感器，获取经过偏向板之间的液滴的图像。微粒分类装置配备了控制器，其检测图像中的液滴，设置与给予电荷之前的液滴的宽度对应的标准带，并且控制电压供应单元的驱动电压以从给予电荷之后的液滴中进一步减少根据标准带所指定的数量的像素内的区域中所检测的液滴的量。控制器检测在给予电荷之前的液滴的图像中的标准带，并且将标准带设置在给予电荷之后的液滴的图像中。在微粒分类装置中，通过控制电压供应单元的驱动电压以进一步减少根据标准带在指定数量的像素内的区域中所检测的液滴量，自动设定产生稳定流体流的用于振动元件的驱动电压。
[0015]微粒分类装置，还可包括:光源，利用激光照射经过偏向板之间的液滴。在这种情况下，控制器能够通过对图像中的亮点的图像识别来检测液滴。此外，控制器还可控制驱动电压以进一步减少在给予电荷之后的液滴的图像中根据标准带所指定的数量的像素内的区域中所检测的亮点中的像素数。在这一点上，控制器还可控制驱动电压以最小化像素数。
[0016]而且，微粒分类装置还可包括:第二图像传感器，在流出管口的液体断开为液滴的位置处获取液滴的图像。在这种情况下，控制器能够控制驱动电压，使得在图像中位于刚刚从液体分离后的包含微粒的液滴与液体之间的液滴沿移动方向的方向上长度变成指定长度。
[0017]指定长度优选是包含微粒的液滴与液体之间的距离的30%至70%。
[0018]在微粒分类装置中，第一图像传感器从与流体流以及与偏向板之间的相对方向正交的方向拍摄经过偏向板之间的液滴。而且，偏向板通过作用于被给予液滴的电荷上的电力来改变液滴的移动方向。
[0019]微粒分类装置可以是微芯片型微粒分类装置，其中，管口形成在可更换的微芯片上。
[0020]而且，本技术提供一种在微粒分类装置中优化流体流的方法，包括第一图像获取步骤，在从由振动元件施加振动的管口产生的流体流中的液滴经过改变液滴的移动方向的偏向板之间后，获取该流体流中的液滴的图像；以及第一电压控制步骤，检测图像中的液滴，设置与在给予电荷之前的液滴的宽度对应的标准带，并且设置振动元件的驱动电压以进一步从给予电荷之后的液滴中减少根据标准带所指定数量的像素内的区域中所检测的液滴的量。第一图像获取步骤包括获取在给予电荷之前的液滴的图像的步骤和获取在给予电荷之后的液滴的图像的步骤，并且第一电压控制步骤包括检测在给予电荷之前的液滴的图像中的标准带的步骤和将标准带设置在给予电荷之后的液滴的图像中的步骤。
[0021]在优化流体流的方法中，在第一图像获取步骤中利用激光照射经过偏向板之间的液滴的情况下，在第一电压控制步骤中通过对图像中的亮点的图像识别可检测液滴。此外，可控制驱动电压以进一步减小在给予电荷之后的液滴的图像中根据标准带所指定数量的像素内的区域中所检测的亮点中的像素数。在这一点上，控制器还可控制驱动电压以最小化像素数。
[0022]而且，优化流体流的方法还包括:第二图像获取步骤，在流出管口的液体断开为液滴的位置处获取液滴的图像；以及第二电压控制步骤，设置驱动电压，使得图像中位于刚刚从液体分离后的包含微粒的液滴与液体之间的液滴沿移动方向的方向上长度变成指定长度。
[0023]在这种情况下，指定长度是包含微粒的液滴与液体之间的距离的30%至70%。
[0024]优化流体流的方法中，在第一图像获取手段和第一电压控制步骤之后优选地执行第二图像获取手段和第二电压控制步骤。在第一电压控制步骤中粗调驱动电压，并且在第二电压控制步骤中微调驱动电压。
[0025]在优化流体流的方法中，在第一图像获取步骤中，从与流体流以及与偏向板之间的相对方向正交的方向，拍摄经过偏向板之间的液滴。
[0026]在本技术中，“微粒”被认为广泛地包括诸如细胞、微生物和脂质体的生物微粒，诸如胶乳粒子、胶粒和工业微粒的合成微粒等。
[0027]生物微粒包括组成各种细胞的染色体、脂质体、线粒体、细胞器官等。细胞包括动物细胞(例如:与血球相关的细胞)和植物细胞。微生物包括诸如E.大肠菌的细菌、诸如烟草斑纹病毒的病毒和诸如酵母的真菌。此外，生物微粒也可以被认为是潜在包括诸如核苷酸、蛋白质及其络合物的生物高分子。同时，工业微粒可以是例如有机或无机聚合物材料、金属等。有机聚合物材料包括聚苯乙烯、苯乙烯二乙苯、聚(甲基丙烯酸酯)等。无机聚合物材料包括玻璃、二氧化硅、磁性材料等。金属包括金属胶体、铝等。尽管通常这些微粒的形状是球形，但是该形状也可以是非球形的，并且不具体限制诸如大小及质量等因数。
[0028]发明的有益效果
[0029]根据本技术，提供一种自动优化流体流的微粒分类装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0030][图1]图1是用于说明根据本技术的微粒分类装置I(流式细胞仪I)的与分类相关的配置的示图，该微粒分类装置I配置为微芯片型流式细胞仪。
[0031][图2]图2是用于说明流式细胞仪的与分类相关的配置的示图。
[0032][图3]图3是用于说明振动元件31的驱动电压的频率与注电单元41的电压注电定时之间的同步模式的实例的示图。
[0033][图4]图4是用于说明可安装在流式细胞仪I中的示例性微芯片2的配置的示图。
[0034][图5]图5是用于说明微芯片2的管口21的配置的示图。
[0035][图6]图6是用于说明流式细胞仪I中用于优化流体流的控制步骤的流程图。
[0036][图7]图7是用于说明图像获取/标准线设置步骤S2中的图像处理的示图。
[0037][图8]图8是用于说明图像获取/像素信息获取步骤S5中的图像获取的示图。
[0038][图9]图9是用于说明图像获取/像素信息获取步骤S5中的图像处理的示图。
[0039][图10]图10是用于说明流式细胞仪I中用于优化流体流S的控制步骤的示例性变形例的流程图。
[0040][图11]图11是用于说明图像获取/随滴(satellite)信息获取步骤S5中的图像处理的示图。
【具体实施方式】
[0041]在下文中，将参考附图描述执行本技术的最优实施方式。应注意，在下文中描述的实施方式是本技术的代表性实施方式的实例，并且本技术的范围不应当由这些实例狭隘地解释。将按照以下顺序进行描述。
[0042]1.根据本技术的微粒分类装置的配置
[0043](1-1)电压供应单元
[0044](1-2)注电单元
[0045](1-3)偏向板
[0046](1-4)收集容器
[0047](1-5)第一图像传感器和第二图像传感器
[0048](1-6)控制器等
[0049](1-7)微芯片
[0050]2.用于根据本技术的微粒分类装置中的流体流的优化控制的第一过程
[0051](2-1)收集容器收回步骤S1
[0052](2-2)图像获取/标准带设置步骤S2
[0053]( 2-3)注电电压施加步骤S3
[0054]( 2-4)驱动值调整步骤S4
[0055](2-5)图像获取/像素信息获取步骤S5
[0056](2-6 )最优驱动值搜索步骤S6
[0057](2-7 )驱动值设置步骤S7
[0058](2-8 )收集容器返回步骤S8
[0059]3.用于根据本技术的微粒分类装置中的流体流的优化控制的第二过程
[0060]( 3-1)注电电压施加步骤S13
[0061](3-2)驱动值调整步骤S14
[0062](3-3)图像获取/随滴信息获取步骤S15
[0063]( 3-4)最优驱动值搜索步骤S16
[0064]( 3-5 )驱动值设置步骤S17
[0065]1.根据本技术的微粒分类装置的配置
[0066]图1和图2是用于说明根据本技术的微粒分类装置I (在下文中也指定为“流式细胞仪I”)的与分类相关的配置的示意图，该微粒分类装置I被配置为微芯片型流式细胞仪。
[0067](1-1)电压供应单元
[0068]流式细胞仪I配有向形成在微芯片2上的管口 21施加振动的振动元件31，这使得包含细胞的样本液体和鞘液的层流从管口 21流出断开为液滴并被喷射。例如，振动元件31可以是压电元件。所喷射的液滴变成流体流S并被发出在附图的正Y轴方向上。应注意，微芯片2是可更换地安装在流式细胞仪I中。
[0069]同样，流式细胞仪I配有将驱动电压供应至将振动元件31的电压供应单元32。在流式细胞仪I中，振动元件31可以与微芯片2整合在一起，或者被设置在装置侧面使得其能够与安装的微芯片2接触。在将振动元件31设置在微芯片2的侧面上的情况下，连接振动元件31和电压供应单元32的连接器设置在流式细胞仪I中。
[0070](1-2)注电单元[0071]注电装置41将正或负电荷给予从管口 21喷射的液滴。液滴的注电通过电连接至注电装置41并被插入设置在微芯片2上的样本入口 23的电极42执行。应注意，假设电极42是可以被插入在微芯片2上的任何位置处以与通过流道输送的样本液体或者鞘液电接触的电极。
[0072]在流式细胞仪I中，通过将振动元件31的驱动电压的频率与注电装置41的电压(注电电压)的切换定时同步，从管口 21喷射的部分液滴被给予正或负电荷。也可以不给予电荷而使一些液滴不带电。图3示出振动元件31的驱动电压的频率与注电单元41的电压注电定时之间的同步模式的示例。在附图中的标记V表示振动元件31的驱动电压(驱动值)。
[0073](1-3)偏向板
[0074]此外，流式细胞仪I配有彼此相对布置的一对偏向板51和52且其间有流体流S(见图1和2)。偏向板51和52可以是通常使用的电极。在附图中，偏向板51和52之间相对的方向通过X轴方向表不。
[0075](1-4)收集容器
[0076]经过偏向板51与52之间的流体流被接收到收集容器811、收集容器82或者收集容器83中的任何一个。例如，在偏向板51带正电而偏向板52带负电的情况下，已被注电装置41充以负电的液滴被收集容器82收集，而带正电的液滴被收集容器83收集。同时，未被注电装置41注电的液滴直线飞行而不受来自偏向板51和52的电作用力并被收集容器811收集。在流式细胞仪I中，通过根据包含在每种液体中的细胞的性质控制液滴的移动方向，可以将具有所期望的性质的靶细胞和其他非靶细胞收集在分开的收集容器中。
[0077]在流式细胞仪I中，收集容器811被配置为从偏向板51和52之间可收回(见图2中的块箭头)。在图1中示出的初始位置处，收集容器811接收在正Y轴方向上直线飞行的被放电的液滴。相反，在图2中示出的收集容器811的收回位置处，直线飞行的不带电的液滴被接收在布置在收集容器811之下的收集容器812中。收集容器812连同收集容器82和83被设置成在偏向板51和52之间的相对方向上排成一行(X轴方向)。应注意，尽管附图示出收集容器811的收回位置被设置在距正Z轴方向上的初始位置指定距离的位置的情况，但是收集容器811的收回位置是任意的，只要在正Y轴方向上直线飞行的被不带电的液滴能够到达收集容器812即可。
[0078]收集容器811、812、82和83可为用于实验性用途的通用的塑料管或玻璃管。优选这些收集容器为可选地布置在流式细胞仪I中。而且，收集容器中接收非靶细胞的收集容器也可连接至所收集的液滴的排出通道。应注意，布置在流式细胞仪I中的收集容器的数目不受具体限制。在布置多于三个收集容器的情况下，根据偏向板51和52之间的电作用力的存在与否和液滴的尺寸，各种液滴被引导至收集容器之一并被其收集。
[0079](1-5)第一图像传感器和第二图像传感器
[0080]附图中标记61表示从与流体流S以及偏向板51和52之间相对的方向正交的方向(Z轴方向)获取经过偏向板51和52的液滴的图像的第一图像传感器(照相机)。光源62照射第一摄像机61的成像区。第一摄像机61可以是诸如CCD照相机、线传感器、单层光电二极管或者其他这种光电变换器的成像器件。同样，LED及LD或其他激光源、氙光、白炽灯泡等可以用于光源62。[0081]同样，附图中标记7表示在流出管口 12的样本液体和鞘液的层流断开为液滴的位置处(断开点)获取液滴的图像的第二图像传感器(照相机)。第二照相机7可以是与第一照相机61相似的CCD照相机等。为了通过第二照相机7获取液滴的图像，也可以提供与光源62相似的照射成像区域的光源(闪光灯)(未示出)。
[0082]第一照相机61和第二照相机7连同随后描述的控制器发挥功能以优化流体流至直线状态而没有不稳定性。随后将讨论用于优化流体流S的控制步骤。
[0083](1-6)控制器等
[0084]除了以上讨论的配置外，流式细胞仪I还配有设置在普通流式细胞仪中的结构元件，诸如用于检测细胞的光学性质的光照射检测器，存储样本液体和鞘液的槽单元，以及用于控制这些相应结构元件的控制器9。
[0085]控制器9可以通过配有CPU、存储器和硬盘等的通用计算机实现。该硬盘存储诸如执行以下所述的控制步骤的OS和程序的信息。
[0086]同样，光照射检测器通过激光源、由将激光聚集并照射至细胞的聚光透镜、二向色镜、带通滤波器等构成的照射子系统以及检测由于激光照射而从细胞产生的测量目标光的检测子系统来实现。例如，检测子系统通过光电倍增管(PMT)、诸如CCD或CMOS传感器等的区域图像传感器实现。
[0087]例如，通过光照射检测器的检测子系统所检测的测量目标光是由于测量的光的照射而从细胞产生的光，并且可以是向前散射的光或者向后散射的光、诸如雷利(Rayleigh)散射或者米氏(Mie)散射的散射光、荧光等。该测量目标光被转换成电信号，被输出到控制器9，并被提交以确定细胞的光学性质。
[0088]应注意，流式细胞仪I也可以是磁性地或电气地检测细胞性质的流式细胞仪。在这种情况下，微电极被设置为在随后描述的微芯片2的样本流道22中彼此相对，并且测量诸如阻抗值、电容值、电感值、阻抗、电极之间的电场的改变的值、或者磁化、磁场变化和磁场的信息。
[0089](1-7)微芯片
[0090]图4和5示出可安装在流式细胞仪I中的微芯片2的实例。图4中A是示意性俯视图，而B示出对应A中截面P-P的示意性截面图。同时，图5是示意性地说明微芯片2的管口 21的配置的示图，且A是俯视图、B是截面图，及C是前视图。图5中B对应图4中A中的P-P截面。
[0091]通过一起排列其中形成样本通道22的基板层2a和2b制成微芯片2。在基板层2a和2b中的样本通道22的形成可以使用金属模具通过热塑性树脂的注射模塑来执行。可以采用先前已经被设立作为微芯片的材料的塑料例如:聚碳酸酯、多聚(甲基丙烯酸酯)(PMMA)、环聚烯烃、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和聚二甲硅氧烷(PDMS)以用于热塑性树脂。
[0092]样本液体被引入样本入口 23，与引入鞘液入口 24的鞘液聚合，并通过样本通道22被输送。在被划分并以两个方向送出之后，从鞘液入口 24引进的鞘液与样本液体聚合以在具有从样本入口 23引入的样本液体的聚合部中从两个方向包围样本液体。因此，3D层流形成在该聚合部中，并且样本液体层流处于鞘液层流的中心中。
[0093]标记25表示在样本通道22中出现堵塞或者气泡时使用的抽吸通道，以及用于通过在样本通道22的内部施加负压力并临时地逆转该流体流来消除堵塞或者气泡。在抽吸通道25的一端，形成连接至诸如真空泵的负压力源的抽吸出口 251，而另一端连接至位于连通口 252处的样本通道22。
[0094]3D层流的层流宽度被压缩在压缩部261 (见图4)和262 (见图5)中，该压缩部261和262被形成为相对于输送方向的垂直截面的表面积以逐渐的或步进的方式在输送方向上从上游至下游变小。此后，3D层流流出设置在流道的一端上的管口 21。
[0095]在样本通道22的压缩部261和压缩部262之间执行细胞性质的检测。利用光学探测，例如，在样本通道22中3D层流的中心处以一行输送的细胞被光照射检测器(未示出)用激光照射，并且光探测器检测从细胞产生的散射光或者荧光。
[0096]至样本通道22的管口 21的连接部被制成线性形成的直线部27。直线部27发挥功能以将来自管口 21的流体流S以正Y轴的方向直线发出。
[0097]由于通过振动元件31施加至管口 21的振动，流出管口 21的3D层流断开为液滴并被发射为流体流S (参见图1)。管口 21在基板层2a和2b的边缘面的方向上具有开口，并且切口 211设置在开口的位置与基板层边缘面之间。切口 211通过切除在管口 21的开口的位置与基板层边缘面之间的基板层2a和2b而形成为使得切口 221的直径L变成大于管口 21的开口直径I (参见图5中C)。最好使切口 211的直径L至少是管口 21的开口直径I的两倍大，使得从管口 21喷射的液滴的移动不受阻碍。
[0098]2.用于根据本技术的微粒分类装置中的流体流的优化控制的第一过程
[0099]图6是用于说明流式细胞仪I中优化流体流S的控制步骤的第一过程的流程图。控制步骤包括“收集容器收回步骤S/’、“图像获取/标准带设置步骤S2 ”、“注电电压施加步骤S/’、“驱动值调整步骤S/’、“图像获取/像素信息获取步骤s5”、“最优驱动值搜索步骤s6”、“驱动值设置步骤S/’和“收集容器返回步骤S8”。每一步骤如下所述。
[0100](2-1)收集容器收回步骤S1
[0101]如果用户输入分析开始信号，控制器9驱动存储样本液体和鞘液的槽的泵，并开始将样本液体和鞘液送至微芯片2的样本入口 23和鞘液入口 24。此外，控制器9开始通过振动元件31将振动施加至管口 21。因此，从管口 21发出的样本液体和鞘液的3D层流断开为液滴并被喷射以产生流体流S。此时，通过电压供应单元32供应至振动元件31的电压为初始值％。初始值Vtl是根据管口 21的开口直径I (参见图5)和振动元件31的频率设置的值。
[0102]流体流S直接从管口 21被发出，并被收集在收集容器811中(参见图1)。收集和存储在收集容器811内部的液滴最好从连接至收集容器811的排出通道流出容器。
[0103]用于优化流体流S的控制步骤以步骤S1开始，其中接收从管口 21发出的流体流S的收集容器811从偏向板51和52之间收回。收集容器811的收回致使流体流S到达布置在收集容器811之下的收集容器812，并促使流体流S经过第一照相机61的图像区域和光源62的成像区域，并被收集在收集容器812中。至于收集容器811的收回位置，请参见图2。
[0104](2-2)图像获取/标准带设置步骤S2
[0105]在此步骤S2中，已从控制器9接收的信号的第一照相机61获取在流体流S中液滴的图像。图7中A示出所获取的图像的实例。在图像611中，在由来自光源62的激光L照射的位置处的液滴D (参见附图中的块箭头)被检测为高亮度像素(亮点)。[0106]此外，在此步骤S2中，液滴D通过亮点的图像识别被检测，设置对应液滴D的宽度w的两个标准线612、612，并且将标准线612、612之间的区域设置为标准带613 (参见图7中B)。用于图像识别的图像611优选为针对两个以上(优选多个)的液滴获取的图像的累积。
[0107]标准线612和612被设置成与流体流S的发出的方向平行(正Y轴方向)。同样，标准线612与612之间的距离(标准带613的宽度被设置为等于液滴D的宽度w或者稍大于宽度W。随后将进一步讨论标准带613的宽度W1的适当的设定值。
[0108]图像611中关于标准线612和612以及标准带613的位置信息通过控制器9被存储，并在随后的步骤S5中被使用。
[0109](2-3)注电电压施加步骤S3
[0110]在此步骤S3中，已从控制器9接收的信号的注电单元41开始对液滴注电。因此，带有正电荷的液滴、不带有电荷的液滴和带有负电荷的液滴一起被包含在流体流S中。各种液滴经受偏向板51和52之间作用的电力并根据自身的电荷在一个方向运动(参见图2)。
[0111](2-4)驱动值调整步骤S4
[0112]在此步骤S4中，控制器9将信号输出至电压供应单元32，促使振动元件31的驱动电压以固定的增值从初始值VO增加或减少。可以视情况来设置增加的增值和减小的增值。本文中，将以增加0.01V的情况作为示例进行描述。
[0113](2-5)图像获取/像素信息获取步骤S5 [0114]如果振动元件31的驱动值设置为(V0+0.01) V，则控制器9将信号输出至第一照相机61，并且第一照相机61获取流体流中液滴的图像。图8示出所获取的图像的实例。在图像610中，在由来自光源62的激光L照射的位置处(参见附图中的块箭头)的液滴被检测为亮点。在图像610中，直接落入收集容器812中的不带电的液滴DJ参见图2)、斜线地落入收集容器82的带负电的液滴D2和斜线地落入收集容器83的带正电的液滴D3被检测为亮点(参见图8中A)。在下文中，由直线下降的液滴D1形成的流体流将被指定为“主流”，然而由斜线地下降的液滴D2和液滴D3形成的流体流将被指定为“支流”。
[0115]图像610被认为是针对两个以上(优选多个)的液滴获取的图像的累积。在这种情况下，在振动元件31的驱动值的初始值Vtl不是最优值的情况下，液滴Dp D2和D3不是被分别检测为如图8中A所示的单个亮点而是作为如图8中B所示的多个被分开的亮点而被分别检测。这是因为流体流S处于不稳定状态，因此在组成累积的图像的相应图像之中液滴D1^仏和队的位置中出现不一致。因为组成主流的液滴D1中的一些被给予微小的电荷，所以在液滴D1的位置中出现不一致。同样地，由于在组成支流的液滴D2或者液滴D3之中出现不一致的电荷，因而在液滴D2和D3的位置处也发生不一致。通过处于不稳定状态的流体流S，不可能精密控制移动方向，并且液滴DpD2和D3不能被分类至相应的收集容器812、82和83中，或者分类精确度被降低。
[0116]在这一步骤S5和后续的最优驱动值搜索步骤S6中，执行搜索以找出驱动值V使得流体流S将达到最佳状态而没有不稳定性。第一，在此步骤S5中，基于在上述步骤S2中设置在图像611中的标准线612和612以及标准带613的位置信息，控制器9在图像610中设置标准线612和612以及标准带613 (参见图9中B)。然后，计算从标准带613开始的指定的像素数内的区域中(在附图中，校正目标区域614)所检测的亮点中的像素数(像素信息)。
[0117]标准带613是其中由注电之前的液滴D而产生的亮点在以上步骤S2中获取的图像611中被检测的区域，并且是其中由于不带电的液滴从形成主流的液滴D1中直线落入收集容器812 (参见图2)从而在图像610中亮点被检测的区域。
[0118]另一方面，图像610中校正目标区域614是其中由于形成主流的液滴D1中带有微小的电荷的液滴从而亮点被检测由此造成不一致的区域。
[0119]标准带613的宽度W1优选为与液滴的宽度w相同(参见图7)，但是也可以设置为大于宽度w，只要不检测到由在标准带613内引起不一致的液滴而产生的亮点。同样，校正目标区域614的宽度W2可以被设置为从标准线612开始适当的像素数。然而，如果宽度W2过大，由组成支流的液滴D2和D3而产生的亮点将在校正目标区域614内被检测，这不是优选的。
[0120]多次反复执行此步骤S5，其中针对振动元件31的驱动值V的不同的值执行图像610的获取和在图像610中在校正目标区域614内所检测的亮点中的像素数(像素信息)的计算/存储。例如，在以0.0lV增加振动元件31驱动值V的情况下，首先在将驱动值设为(νο+0.01) V之后执行图像获取和像素计数的计算。随后，在将驱动值设为(L+0.01 XN) V时第N次执行图像获取和像素计数计算。例如，重复的次数N可以视情况而设置，并且可以近似10次。
[0121 ] (2-6)最优驱动值搜索步骤S6
[0122]在将图像获取/像素信息获取步骤S5重复规定的次数之后，控制器9确定最优驱动值vs，该最优驱动值Vs将进一步减少并优选最小化校正目标区域614内所检测的亮点中的像素数。具体地，比较从第一次到第N次在图像获取/像素信息获取步骤S5中获取的相应图像610之中校正目标区域614内所检测的亮点中的像素数(像素信息)。然后，识别带有最小像素数的重复，并且获得这种情况的驱动值V作为最优驱动值Vs。
[0123]校正目标区域614内所检测的亮点中像素数的进一步减少与标准带613内所检测的亮点中像素数的进一步增加大致相当。校正目标区域614内所检测的亮点是由于来自形成主流的液滴D1中带有微小的电荷的液滴，因此引起不一致。同时，标准带613内所检测的亮点是由于形成主流的液滴D1中不带电的液滴直线落入收集容器812 (参见图2)中。因此，校正目标区域614内所检测的亮点中所检测的像素数的最小化能够消除主流中的不稳定性。
[0124]( 2-7 )驱动值设置步骤S7
[0125]在此步骤S7中，控制器9将从电压供应单元32供应至振动元件31的驱动电压设置为在最优驱动值搜索步骤S6中确定的最优驱动值Vs。通过最优驱动值Vs，可以产生不具有不稳定性的主流。而且，同时，液滴D2或者液滴队之中的电荷不一致也在支流中被消除，这使防止不稳定性的出现成为可能
[0126]最好使支流能够直接进入收集容器82或者收集容器83的内部的空间，使得液滴直接地到达预先引入收集容器82和83的诸如细胞培养溶液的液体中。如果支流中出现不稳定性，有时进入收集容器82和83的液滴将与容器的内壁碰撞，包含在液滴中的细胞将被损害，并且所收集的细胞的存活率将被降低。为阻止液滴碰撞内壁，将收集容器82和83的开口直径设置为容器内径约50%或更小并调整支流的位置使得支流直线进入开口是有效的。
[0127]( 2-8 )收集容器返回步骤S8
[0128]在完成以上步骤并设置最优值Vs使得振动元件31的驱动值V产生稳定的主流和支流时，控制器9完成用于优化流体流S的控制步骤并开始细胞分析/分类。此时，从偏向板51和52之间以外收回的收集容器811在步骤S1中被返回至初始位置。至于收集容器811的初始位置，请参见图1。
[0129]如上，在流式细胞仪I中，自动地调整振动元件31的驱动值V以产生不带有不稳定性的直线流体流S。因此，通过流式细胞仪1，在每次流动单元或者微芯片被更换时或在过去每次分析时所需要的手动的流体流最优化变成不必要的，这使容易和高精度的分析成为可能。
[0130]3.用于根据本技术的微粒分类装置中的流体流的优化控制的第二过程
[0131]在上述控制步骤中，描述了在图像获取/像素信息获取步骤S5中获得振动元件31的驱动值Vs的第一过程，该驱动值Vs潜在地通过图像处理由第一照相机61获取的图像优化流体流S。在根据本技术的微粒分类装置中，可以结合使用由第一照相机61所获取的图像的处理通过执行使用由第二照相机7所获取的图像的处理使优化的流体流S处于稳定状态。
[0132]图10是用于说明流式细胞仪I中优化流体流S的控制步骤的第二过程的流程图。控制步骤包括“注电电压施加步骤S13”、“驱动值调整步骤S14”、“图像获取/附属信息获取步骤S15”、“最优驱动值搜索步骤S16”和“驱动值设置步骤s17”。每一步骤如下所述。
[0133](3-1)注电电压施加步骤S13
[0134]如果用户输入分析开始信号，控制器9驱动存储样本液体和鞘液的槽的泵，并开始将样本液体和鞘液送至微芯片2的样本入口 23和鞘液入口 24。此外，控制器9开始将通过振动元件31将振动施加至管口 21。因此，从管口 21发出的样本液体和鞘液的3D层流断开为液滴并被喷射以产生流体流S。此时，通过使得电压供应单元32供应至振动元件31的电压为在以上所讨论的第一过程设置的最优值Vs。流体流S直接从管口 21被发出，并被收在收集容器811中(参见图1)。
[0135]在此步骤S13中，已从控制器9接收的信号的注电单元41开始对液滴荷电。因此，带有正电荷的液滴、不带有电荷的液滴和带有负电荷的液滴一起被包含在流体流S中。各种液滴经受偏向板51和52之间作用的电力并根据自身的电荷在一个方向运动(参见图2)。
[0136](3-2)驱动值调整步骤S14
[0137]在此步骤S14中，控制器9将信号输出至电压供应单元321，促使振动元件31的驱动电压以固定的增值从最优值Vs增加或减少。在此步骤S14中驱动电压的改变的增值优选为小于早先所讨论的第一过程中第一步骤S4中的改变的增值(在以上实例中，0.01V)。
[0138](3-3)图像获取/附属信息获取步骤S15
[0139]例如，如果振动元件31的驱动值设置为(Vs+0.001)V，则控制器9将信号输出至第二照相机7，并且第二照相机7获取流体流S中液滴的图像。图11示出所获取的图像的实例。
[0140]在图像71中，标记F表示流出管口 21的3D层流而标记Da和Db表示液滴。由于振动元件31施加至管口 21的振动而使3D层流F断开为液滴的位置(断开点)通过附图中的块箭头指示(参见图1)。标记H表示在刚刚从3D层流F分离后的包含细胞的液滴Da(最新的液滴)与在正Y轴方向上的3D层流F的末端之间的距离。液滴(随滴(satellite)) da位于最新的液滴Da与3D层流F之间。在附图中示出的最新的液滴Da以及液滴Db是与从振动元件31施加于管口 21的振动的频率同步形成的液滴，并且是在细胞分类中使用的液滴。另一方面，在附图中示出的随滴4、4和d。是与振动元件31的频率同步之外形成的液滴，并且是不用来分析的液滴。
[0141]本发明的发明人发现在沿着移动方向(Y轴方向)的随滴da的方向上长度h是最新液滴Da与3D层流F的末端之间的距离H的30%至70%的情况下，根据早先讨论的第一过程优化的流体流可以稳定至一种没有不稳定性的状态。在此步骤S15中，通过图像71的图像识别检测距离H和长度h，并计算两者之间的比例(随滴信息)。
[0142]多次反复执行此步骤S15，其中针对振动元件31的驱动值V的不同的值执行图像71的获取以及距离H和长度h之间的比例的计算。例如，在以0.0OlV增加振动元件31驱动值V的情况下，首先在将驱动值设置为(Vf0.001) V之后执行图像获取和比例计算。随后，直到在驱动值设置为(VQ+0.001 XN) V时执行第N次图像获取和比例计算。例如，重复的次数N可以视情况而设置，并且可以近似10次。
[0143](3-4)最优驱动值搜索步骤S16
[0144]在将图像获取/附属信息获取步骤S15重复规定的次数之后，控制器9确定第二最优驱动值V，使得长度h对距离H的比例变成30%至70%。具体地，比较从第一次到第N次在图像获取/附属信息获取步骤S15中获取的相应图像71之中长度h对距离H的比例。然后，识别比例为30%至70%的重复，并且获得这种情况的驱动值V作为第二最优驱动值N:。
[0145](3-5 )驱动值设置步骤S17
[0146]在此步骤S17中，控制器9将从电压供应单元32供应至振动元件31的驱动电压设置为在最优驱动值搜索步骤S16中确定的第二最优驱动值vs’并开始细胞分析/分类。通过第二最优驱动值V，可以稳定并产生没有不稳定性的主流。
[0147]如上，通过流式细胞仪1，可以结合由第一照相机61获取的图像的图像处理通过由第二照相机7获取的图像的图像处理来优化流体流S。因此，通过流式细胞仪1，可以精细地调整根据第一过程设置的最优驱动值Vs，并实现没有不稳定性的直线流体流S的稳定形成。
[0148]应注意，依据根据第一过程设置的驱动值Vs的值，随滴da的长度h有时可以变成非常短。在此情况下，如果在第二过程中试图调整驱动值V并将长度h设置成的上述范围的长度，根据第一过程优化的流体流S可能再一次进入不稳定状态。在这种情况下，通过调整照亮第二照相机的成像区域的闪光灯的发光定时，获取捕捉适当长度的随滴da的图像作为来自第二照相机的图像并将该图像呈现给用户。通过加速闪光灯的发光定时可以延长随滴da的长度，同样可以通过减缓发光定时缩短长度h。
[0149]根据本技术的微粒分类装置也可以采取如下配置。
[0150](I) 一种微粒分类装置，配备有:电压供应单元，将驱动电压供应至向产生流体流的管口施加振动的振动元件；注电单元，将电荷给予从管口喷射的至少部分液滴；偏向板，彼此相对布置使流体流位于其间，并改变液滴的移动方向；第一图像传感器，获取经过偏向板之间的液滴的图像；以及控制器，检测图像中的液滴，设置与给予电荷之前的液滴的宽度对应的标准带，并且控制电压供应单元的驱动电压以从给予电荷之后的液滴中进一步减少从标准带开始的指定的数量的像素内的区域中所检测的液滴的量。
[0151](2)根据以上的(I)的微粒分类装置，其中，控制器检测在给予电荷之前的液滴的图像中的标准带，并且将该标准带设置在给予电荷之后的液滴的图像中。
[0152](3)根据以上的(I)或(2)的微粒分类装置，包括:光源，利用激光照射经过偏向板之间的液滴；其中，控制器通过对图像中的亮点的图像识别来检测液滴。
[0153](4)根据以上的(3)的微粒分类装置，其中，控制器控制驱动电压以进一步减少在给予电荷之后的液滴的图像中从标准带开始的指定的数量的像素内的区域中所检测到的亮点中的像素数。
[0154](5)根据以上的(4)的微粒分类装置，其中，控制器控制驱动电压以使像素数最小化。
[0155](6)根据以上的(I)到(5)中的任一项的微粒分类装置，包括:第二图像传感器，在流出管口的流体断开为液滴的位置处获取液滴的图像；其中，控制器控制驱动电压，使得在图像中位于刚刚从流体分离后的包含微粒的液滴与流体之间的液滴沿移动方向的方向上长度变成指定长度。
[0156](7)根据以上的(6)的微粒分类装置，其中，指定长度是包含微粒的液滴与流体之间的距离的30%至70%。
[0157](8)根据以上的(I)到(7)中的任一项的微粒分类装置，其中，第一图像传感器从与流体流以及与偏向板之间的相对方向正交的方向拍摄经过偏向板之间的液滴。
[0158](9)根据以上的(I)到(8)的微粒分类装置，其中，偏向板通过作用于被给予液滴的电荷上的电力来改变液滴的移动方向。
[0159](10 )根据以上的(I)到(9 )中的任一项的微粒分类装置，其中，管口形成在可更换的微芯片上。
[0160]而且，一种根据本技术优化流体流的方法也被如下配置。
[0161](11)一种在微粒分类装置中优化流体流的方法，包括:第一图像获取步骤，在从由振动元件施加振动的管口产生的流体流中的液滴经过改变液滴的移动方向的偏向板之间后，获取该流体流中的液滴的图像；以及第一电压控制步骤，检测图像中的液滴，设置与在给予电荷之前的液滴的宽度对应的标准带，并且设置振动元件的驱动电压以进一步从给予电荷之后的液滴中减少从标准带开始的指定数量的像素内的区域中所检测的液滴的量。
[0162](12)根据以上的(11)的优化流体流的方法，其中，第一图像获取步骤包括获取在给予电荷之前的液滴的图像的步骤和获取在给予电荷之后的液滴的图像的步骤，并且第一电压控制步骤包括检测在给予电荷之前的液滴的图像中的标准带的步骤和将该标准带设置在给予电荷之后的液滴的图像中的步骤。
[0163](13)根据以上的(11)或(12)的优化流体流的方法，其中，在第一图像获取步骤中，利用激光照射经过偏向板之间的液滴，并且在第一电压控制步骤中，通过对图像中的亮点的图像识别检测液滴。
[0164](14)根据以上的(13)的优化流体流的方法，其中，在第一电压控制步骤中，设置驱动电压以进一步减小在给予电荷之后的液滴的图像中从标准带开始的指定数量的像素内的区域中所检测的亮点中的像素数。[0165](15)根据以上的(14)的优化流体流的方法，其中，在第一电压控制步骤中，控制驱动电压以使像素数最小化。
[0166](16)根据以上的(11)到(15)的优化流体流的方法，包括:第二图像获取步骤，在流出管口的流体断开为液滴的位置处获取液滴的图像；以及第二电压控制步骤，设置驱动电压，使得图像中位于刚刚从流体分离后的包含微粒的液滴与流体之间的液滴沿移动方向的方向上长度变成指定长度。
[0167](17)根据以上的(16)的微粒分类装置，其中，指定长度是包含微粒的液滴与流体之间的距离的30%至70%。
[0168](18)根据以上的(16)或(17)的优化流体流的方法，其中，在第一图像获取手段和第一电压控制步骤之后执行第二图像获取手段和第二电压控制步骤。
[0169](19)根据以上的(16)到(18)中的任一项的优化流体流的方法，其中，在第一电压控制步骤中粗调驱动电压，并且在第二电压控制步骤中微调驱动电压。
[0170](20 )根据以上的(11)到(19 )中的任一项的优化流体流的方法，其中，在第一图像获取步骤中，从与流体流以及与偏向板之间的相对方向正交的方向，拍摄经过偏向板之间的液滴。
[0171]参考标记表
[0172]1:微粒分类装置；2:微芯片；23:样本入口 ；31:振动元件；32:电压供应单元；41:注电单元；42:电极;51、52:偏向板；61:第一照相机;610、611、71:图像；612:标准线；613:标准带；614:校正目标区域；62:光源；7:第二照相机;811、812、82、83:收集容器；S:流体流
【权利要求】
1.一种微粒分类装置，包括: 电压供应单元,将驱动电压供应至向产生流体流的管口施加振动的振动元件； 注电单元，将电荷给予从所述管口喷射的至少部分液滴； 偏向板，彼此相对布置使所述流体流位于其间，并改变所述液滴的移动方向； 第一图像传感器，获取经过所述偏向板之间的所述液滴的图像； 以及 控制器，检测所述图像中的所述液滴，设置与给予所述电荷之前的所述液滴的宽度对应的标准带，并且控制所述电压供应单元的所述驱动电压以从给予所述电荷之后的所述液滴中进一步减少在从所述标准带开始的指定数量的像素内的区域中检测的所述液滴的量。
2.根据权利要求1所述的微粒分类装置，其中， 所述控制器检测在给予所述电荷之前的所述液滴的图像中的所述标准带，并且将该标准带设置在给予所述电荷之后的所述液滴的图像中。
3.根据权利要求2所述的微粒分类装置，包括: 光源，利用激光照射经过所述偏向板之间的所述液滴； 其中，所述控制器通过对所述图像中的亮点的图像识别来检测所述液滴。
4.根据权利要求3所述的微粒分类装置，其中， 所述控制器控制所述驱动电压以进一步减少在给予所述电荷之后的所述液滴的图像中从所述标准带开始的指定数量的像素内的区域中检测到的所述亮点中的像素数。
5.根据权利要求4所述的微粒分类装置，其中， 所述控制器控制所述驱动电压以使所述像素数最小化。
6.根据权利要求5所述的微粒分类装置，包括: 第二图像传感器，在流出所述管口的流体断开为液滴的位置处获取所述液滴的图像；其中，所述控制器控制所述驱动电压，使得在所述图像中位于刚刚从所述流体分离后的包含微粒的液滴与所述流体之间的液滴沿移动方向的方向上长度变成指定长度。
7.根据权利要求6所述的微粒分类装置，其中， 所述指定长度是所述包含微粒的液滴与所述流体之间的距离的30%至70%。
8.根据权利要求7所述的微粒分类装置，其中， 所述第一图像传感器从与所述流体流以及与所述偏向板之间的相对方向正交的方向拍摄经过所述偏向板之间的所述液滴。
9.根据权利要求8所述的微粒分类装置，其中， 所述偏向板通过作用于被给予所述液滴的所述电荷上的电力来改变所述液滴的移动方向。
10.根据权利要求9所述的微粒分类装置，其中 所述管口形成在可更换的微芯片上。
11.一种在微粒分类装置中优化流体流的方法，包括: 第一图像获取步骤，在从由振动元件施加振动的管口产生的流体流中的液滴经过改变所述液滴的移动方向的偏向板之间后，获取该流体流中的液滴的图像；以及 第一电压控制步骤，检测所述图像中的所述液滴，设置与在给予电荷之前的所述液滴的宽度对应的标准带，并且设置所述振动元件的驱动电压以进一步从给予电荷之后的所述液滴中减少从所述标准带开始的指定数量的像素内的区域中检测的所述液滴的量。
12.根据权利要求11所述的优化流体流的方法，其中， 所述第一图像获取步骤包括获取在给予电荷之前的所述液滴的图像的步骤和获取在给予电荷之后的所述液滴的图像的步骤，并且 所述第一电压控制步骤包括检测在给予电荷之前的所述液滴的所述图像中的所述标准带的步骤和将该标准带设置在给予电荷之后的所述液滴的所述图像中的步骤。
13.根据权利要求12所述的优化流体流的方法，其中， 在所述第一图像获取步骤中，利用激光照射经过所述偏向板之间的所述液滴，并且 在所述第一电压控制步骤中，通过对所述图像中的亮点的图像识别来检测所述液滴。
14.根据权利要求13所述的优化流体流的方法，其中， 在所述第一电压控制步骤中，设置所述驱动电压以进一步减小在给予所述电荷之后的所述液滴的图像中从所述标准带开始的指定数量的像素内的区域中检测的所述亮点中的像素数。
15.根据权利要求14所述的优化流体流的方法，其中， 在所述第一电压控制步骤中，控制所述驱动电压以使所述像素数最小化。
16.根据权利要求15所述的优化流体流的方法，包括: 第二图像获取步骤，在流出所述管口的流体断开为液滴的位置处获取所述液滴的图像；以及 第二电压控制步骤，设置所述驱动电压，使得所述图像中位于刚刚从所述流体分离后的包含微粒的液滴与所述流体之间的液滴沿移动方向的方向上长度变成指定长度。
17.根据权利要求16所述的优化流体流的方法，其中， 所述指定长度是所述包含微粒的液滴与所述流体之间的距离的30%至70%。
18.根据权利要求17所述的优化流体流的方法，其中， 在所述第一图像获取方法和所述第一电压控制步骤之后执行所述第二图像获取方法和所述第二电压控制步骤。
19.根据权利要求18所述的优化流体流的方法，其中， 在所述第一电压控制步骤中粗调所述驱动电压，并且在所述第二电压控制步骤中细调所述驱动电压。
20.根据权利要求19所述的优化流体流的方法，其中， 在所述第一图像获取步骤中，从与所述流体流以及与所述偏向板之间的相对方向正交的方向，拍摄经过所述偏向板之间的所述液滴。
【文档编号】G01N15/14GK103718020SQ201380001427
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年2月13日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】村木洋介 申请人:索尼公司