JP4509154B2 - 光照射装置、微粒子解析装置及び光照射方法 - Google Patents

Description

本発明は、光照射装置、微粒子解析装置及び光照射方法に関する。より詳しくは、流路に存在する試料に対して光照射を行う技術に関する。

レーザー等の指向性光の照射技術は、分光測定や加工技術等に幅広く使用されている。指向性光は、波長が同じで位相が揃っているため、これをレンズなどで集束させた場合、光を小さい点に集めることができ、その照射点のエネルギー密度が高いという特性を有している。

レーザー分光に関しては、線型レーザー分光や非線形レーザー分光等に分類できる。吸収スペクトルや励起スペクトルを測定する線型レーザー分光も在来の光源を用いる分光に比して高感度かつ高分解能である。非線型レーザー分光は、更に高感度かつ高分解能の分光が可能となる。このようなものとして、例えば、レーザー誘起蛍光分光、レーザー・ラマン分光法、ＣＡＲＳ（Coherent anti-Stokes Raman Scattering）、偏光分光、共鳴イオン化分光、光音響分光等が挙げられる。特に、時間分解能が高いものは、ピコ秒分光やフェムト秒分光とも呼ばれている。

例えば、レーザー照射技術はフローサイトメトリーにも用いられている（非特許文献１）。フローサイトメトリーとは、測定対象である細胞を生きたまま分取（ソーティング）して細胞の機能等を解析する測定手法である。細胞をラミナフロー中に流し込み、フローセルを通過する細胞にレーザーを照射する。これによって発生した蛍光や散乱光を測定する。また、パルス検出系では、細胞がレーザーを横切るときに生じた蛍光や散乱光を電気パルスとして検出し、パルス高やパルス幅やパルス面積等を分析することで解析を行う。これによって、細胞１個１個から発せられる散乱光や蛍光を検出することで、各細胞の特性を生きたまま分析することができる。

中内啓光著、「細胞工学別冊 実験プロトコルシリーズ フローサイトメトリー自由自在」、秀潤社、ｐ１２〜ｐ１３、第２版、２００６年８月３１日発行。

しかし、レーザー等の指向性光を連続的あるいは長時間照射する必要がある場合には、レーザー等の光源の寿命や稼動時間の制約を受ける。また、流路中に存在する試料に対して指向性光を照射する場合、流路中に存在する試料の位置とレーザーの照射スポット位置との関係によっては、照射むらや、照射位置やフォーカス位置のずれを生じる場合があった。

そこで、本発明は、照射むらや、照射位置やフォーカス位置のずれを防止し得る光照射装置を提供することを主な目的とする。

まず、本発明は、流路に存在する試料に指向性光を照射する光照射装置であって、前記指向性光を照射する光源と、前記試料に光照射をして前記流路内における前記試料の位置情報を得て、前記位置情報に基づいて前記指向性光の照射を制御する照射制御手段と、を少なくとも備えた光照射装置を提供する。
予め流路内における試料の位置情報を得ることで、指向性光をより正確な位置や深さに照射することができる。これにより、連続的あるいは長時間照射せずとも、流路に存在する試料に対して正確に照射できる。また、照射むらや、照射位置やフォーカス位置のずれを解消できる。
次に、本発明は、前記光の照射目標位置は、前記指向性光の照射目標位置よりも前記流路の上流の位置である光照射装置を提供する。また、本発明は、前記位置情報を得る光は、前記流路内の複数箇所に照射される光照射装置を提供する。これにより、より正確な位置情報を得ることができる。
そして、本発明は、前記位置情報を得るための光は、前記指向性光を分割照射することで得られる光である光照射装置を提供する。前記指向性光を分割することで、必要とする光源数を軽減できる。これにより、光照射装置の装置構成を簡易化できる。
また、本発明は、指向性光を照射する光源と、流路内における微粒子に光照射をして、前記流路内における微粒子の位置情報を得て、前記位置情報に基づいて前記指向性光の照射を制御する照射制御手段と、を少なくとも備えた光照射部を備えた微粒子解析装置を提供する。予め流路内における試料の位置情報を得ることで指向性光の照射むらや、照射位置やフォーカス位置のずれを解消できるため、より高精度の解析が可能な微粒子解析装置とすることができる。
更に、本発明は、前記位置情報に基づいて前記流路に存在する微粒子を加工する加工部、前記位置情報に基づいて前記流路に存在する微粒子を処理する処理部、前記位置情報に基づいて前記流路に存在する微粒子を分別する分別部の少なくともいずれかを更に備えた微粒子解析装置を提供する。前記位置情報を光照射部で行う光照射に反映させるだけでなく、加工や処理や分別といった工程についても反映させることができる。これにより、加工や処理や分別といった工程も高い精度で行うことができる。
なお、「加工」とは、試料に対して何らかの手を加えることを意味し、機械的加工のみならず人為的加工に関連する概念も包含する。「処理」とは、試料に対して何らかの処置を行うことを意味する。「分別」とは、少なくとも試料を何らかの基準に基づいて分けることを意味する。
また、本発明は、流路に存在する試料に指向性光を照射するにあたり、前記試料に光を照射して前記流路内における前記試料の位置情報を得て、該位置情報に基づいて前記指向性光を前記試料に照射することを少なくとも行う光照射方法を提供する。

本発明によれば、流路中の試料の位置情報を得ることで、適切な位置に指向性光を照射できる。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係る光照射装置の好適な実施形態について説明する。なお、添付図面に示された各実施形態は、本発明に係わる代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

図１は、本発明に係る光照射装置の第１実施形態の概略図である。

図１中の符号１は、本発明に係る光照射装置を示している。この光照射装置１の大きさや装置構成等は、目的に応じて適宜選定可能であり、光照射装置１の形態構成についても本発明の目的に沿う範囲で設計又は変更可能である。

光照射装置１は、試料Ａが存在する流路１１と、光源１２，１３とを少なくとも備えている。光源１２は、試料Ａの位置情報を得るために照射する光Ｌ１２の光源であり、光源１３の照射制御手段として用いられる光源である。光源１３は指向性光Ｌ１３の光源である。

光源１３から照射される指向性光は、特に限定されず、例えば、レーザーやＬＥＤ（Light Emission Diode；発光ダイオード）等の指向性光を用いることができる。

例えば、レーザーを用いる場合には、その種類は限定されず、使用目的に応じて適宜好適なものを選択することができる。使用目的としては、例えば、各種分析用や測量用や加熱用や加工用等が挙げられ、これらの使用目的に応じて適切な媒体を選択できる。媒体としては、例えば、半導体レーザーや液体レーザーや気体レーザーや固体レーザー等が挙げられる。

半導体レーザーとしては、ＧａＡｓレーザーやＩｎＧａＡｓＰレーザー等が挙げられる。ガスレーザーとしては、Ｈｅ−Ｎｅレーザー（赤色）、Ａｒレーザー（可視、青色又は緑色）、ＣＯ_２レーザー（赤外線）、エキシマーレーザー（紫色等）等が挙げられる。液体レーザーとしては、色素レーザー等が挙げられる。固体レーザーとしては、ルビーレーザーやＹＡＧレーザーやガラスレーザー等が挙げられる。また、レーザーダイオード（ＬＤ）でＮｄ：ＹＡＧ等の固体媒体を励起して発振させるＤＰＳＳ（ダイオード励起固体レーザー）等も用いることができる。

試料Ａは流路１１内を矢印Ｆ方向に沿って送流される。試料Ａに対して光源１２から光Ｌ１２を照射する。光Ｌ１２の照射位置は照射スポットＳ１２の位置である。光Ｌ１２が試料Ａに照射されることで、測定対象光Ｌ１２´が発生する。この測定対象光Ｌ１２´を検出器１４で測定することで、試料Ａの位置情報を得ることができる。

図示はしないが、検出器１４には、測定対象光Ｌ１２´の測定データをアナログデジタルコンバーター（ＡＤＣ）等によってデジタル信号に変換し、この信号をコンピューターにより演算処理し、光源１３の照射を制御するための情報等としてフィードバックすること等ができる。

測定対象光Ｌ１２´の種類は限定されず、試料Ａの種類や測定条件等を考慮して適宜好適な検出方法を採用することができる。測定対象光Ｌ１２´としては、試料Ａから発せられる蛍光や散乱光が挙げられる。検出方法としては、例えば、あらかじめ試料Ａを特定の蛍光物質でラベリングしておき、光源１２から励起光を光Ｌ１２として照射し、これにより発する蛍光を測定対象光Ｌ１２´として検出することが挙げられる。

蛍光色素を用いる場合は、使用する光Ｌ１２の波長（例えば、レーザーの波長）に対応した蛍光色素を用いることができる。例えば、Ａｒイオンレーザー（４８８ｎｍ）の場合には、ＦＩＴＣ（fluorescein isothiocyanate）やＰＥ（phycoerythrin）やＰｅｒＣＰ（peridinin chlorophyll protein）等の蛍光色素を用いることができる。また、Ｈｅ−Ｎｅレーザー（６３３ｎｍ）の場合には、ＡＰＣ（allophycocyanin）やＡＰＣ−Ｃｙ７等の蛍光色素を用いることができる。ダイレーザー（５９８ｎｍ）の場合には、ＴＲ（Texas Red）等の蛍光色素を用いることができる。Ｃｒレーザー（４０７ｎｍ）レーザーや半導体レーザーの場合には、Cascade Blue等の蛍光色素を用いることができる。

測定対象光Ｌ１２´を用いた別の検出方法としては、ラベリング等を行わずに試料Ａからの散乱光を検出してもよい。例えば、レーザー光が試料Ａを通過したときに発せられる散乱光を検出してもよい。

そして、得られた位置情報に基づいて、後続の光源１３から指向性光Ｌ１３が照射スポットＳ１３に向かって照射する。この照射条件は、得られた位置情報に基づいて照射制御手段によって制御される。

流路１１において試料Ａが移動する場合（図１の矢印Ｆ参照）には、試料Ａが流路１１内を移動する速度や存在位置等によっては、指向性光Ｌ１３を照射する場合に少なからず照射むらが生じてしまう。即ち、従来では指向性光の照射スポットを試料Ａが通過した時間のみを検出・測定していたため、詳細な位置情報を得ることができなかった。これにより、試料Ａに指向性光Ｌ１３を必要十分に照射することができなかったり、より長時間の照射を行う必要があったり、照射スポット径を大きくしたりする必要があった。

特に、試料Ａの大きさが流路１１の流路幅よりも小さい場合には、流路１１内で試料Ａが一定の自由度を有して移動するため、指向性光Ｌ１３の照射スポットＳ１３のビーム径によっては、照射むらや照射位置ずれやデフォーカス（焦点はずし）等が生じることもある。このようなこと等が、指向性光Ｌ１３の照射効率の低下の一因となっていた。また、このような問題を解消するために、指向性光Ｌ１３を常時照射したりしていたため、光源１３の短寿命化や稼働時間の制約を受ける等といった問題も生じていた。

これに対して、照射制御手段として、あらかじめ照射スポットＳ１３の前方で試料Ａの位置情報を検出しておくことで、流路１１内の試料Ａの移動速度や存在位置や層流幅等を知ることができる。照射制御手段として前記位置情報に基づいて照射スポットＳ１３の照射強度や照射時間や照射位置等を調節することができる。

試料Ａの位置情報とは、流路１１中に存在する試料Ａの流速や、３次元の存在位置等に関する情報を指し、流路１１内における試料Ａのベクトルに関連するあらゆる情報を包含する。

本発明では、流路１１中の試料Ａの位置情報を得ることで、指向性光Ｌ１３の照射強度や照射時間や照射位置等を調節したり最適化することができる。その結果、照射むらや照射位置ずれやデフォーカス等を改善することができる。また、位置情報を得ることで、試料Ａが照射スポットＳ１２から照射スポットＳ１３までに到達する時間等を予測できる。

従って、本発明によれば、試料Ａが照射スポットＳ１３に到達したときに指向性光Ｌ１３を照射するように制御することもできる。この場合、光源１３から指向性光Ｌ１３を連続照射する必要がないため、光源の寿命や装置への負担の軽減等に寄与することができる。

例えば、スポットＳ１２からスポットＳ１３に試料Ａが移動する時間等に基づいて、試料ＡがスポットＳ１３に到達する時間を予測して指向性光Ｌ１３を照射するタイミングを決定することもできる。指向性光Ｌ１３を常時照射する必要がなく、光源１３の寿命をさらに延ばすことができる。加えて、試料の深さ（Ｚ方向）も含む位置情報や試料の移動速度を検出することで、別途行う試料の加工や処理や分別等の工程にも反映させることができる。より具体的には、これらの工程を行うトリガタイミングとしても利用できる。

そして、本発明の光照射装置１では、必要に応じて、光源１３から試料Ａに光照射することで発生する光を、測定光Ｌ１３´として検出できる。この場合、この光照射装置１を分光測定機器等として用いることができる。具体的には、光源１３に対応する受光部１５を設けることができる。この場合も、先に述べたように、必要に応じ蛍光や散乱光等を測定光として検出できる。

また、本発明において流路１１内に存在する試料Ａの種類については限定されない。例えば、試料Ａが細胞やビーズ等の微小粒子や構造体等であっても正確に照射できる。流路１１内の媒体については流体であればよく、種々の溶液や気体等を用いることができる。試料Ａの種類や照射条件等を考慮して好適な媒体を選択できる。

また、前記位置情報を反映させるのは光照射を行う光学系に限定するものではない。例えば、前記試料の位置情報（特に移動速度等）を考慮して、流路１１中の媒体の流速を制御する手段を設けることができる。前記位置情報に基づいて流路１１内の媒体の流速を調節することで、試料Ａに対してより正確な位置に指向性光Ｌ１３を照射できる。

更に、指向性光Ｌ１３の照射スポットＳ１３において、前記位置情報に基づいて照射対象の試料Ａを位置決めする手段を設けることもできる。試料Ａが照射スポットＳ１３に送られてくるタイミングを計って、適切なタイミングで所定時間だけ試料Ａを位置決めすることもできる。このような位置決め手段を設けることで、より正確な位置に指向性光Ｌ１３を照射することができる。流速の調節や位置決めを行う手段は限定されず、例えば、流速自体を調節することや、流路を弾性を有する樹脂等で構成して、その流路幅を押圧等により変形させること等を用いることができる。

光Ｌ１２の照射スポットＳ１２のスポット径は限定されないが、好適には流路１１の流路幅Ｄｙよりも小さいことが望ましい。流路幅Ｄｙよりも小さいスポット径とすることで、流路幅Ｄｙ方向においてどの位置に試料Ａが存在しているかより正確な位置情報を得ることができる。

位置情報を得る光Ｌ１２の照射スポットＳ１２は、指向性光Ｌ１３の照射スポットＳ１３の直前であることが望ましい。照射スポットＳ１３の直前の位置情報を得ることで、指向性光Ｌ１３の照射スポットＳ１３の適切な照射目標位置をより正確に得ることができる。

また、指向性光Ｌ１３の照射スポットＳ１３等におけるスポット形状やスポットサイズ（例えばビーム径）や光量やエネルギープロファイル等は、特に限定されず、使用目的に応じて適宜決定することができる。

図２は、本発明に係る光照射装置の第２実施形態の概略図である。

図２の符号２は、光照射装置を示している。該光照射装置２は、位置情報を得る光照射の照射スポットの位置等が第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態との共通点は割愛し、相違点を中心に説明する。また、図２では、光照射の照射スポット位置についてのみ示しており、その他の部位については省略している。

光照射装置２は流路２１内に存在する試料Ａに対して、位置情報を得る光を複数の照射スポットＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４に照射する。これによって得られた位置情報に基づいて、指向性光を照射スポットＳ２５に照射する。

位置情報を得る光を複数箇所の照射スポットＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４に照射することで、試料Ａのより詳細な位置情報を検出することができる。

例えば、図２において、試料Ａが照射スポットＳ２２と照射スポットＳ２３に跨った位置に存在している場合（図２の点線領域参照）には、照射スポットＳ２２に照射される光と、照射スポットＳ２３に照射される光のそれぞれから得られる測定対象光（図示せず）に基づいて試料Ａの位置情報を検出できる。

試料Ａが流路２１の流路方向（Ｄｘ）と幅方向（Ｄｙ）についてどの位置に存在しているかをより正確に知るためには、複数の照射スポットを流路方向と幅方向について異なる位置に照射していくことが望ましい。即ち、図２に基づいて説明すれば、照射スポットＳ２２の後方かつ下方に照射スポットＳ２３を設定し、照射スポットＳ２３の後方かつ下方に照射スポットＳ２４を設定している。このような配置とすることで、時間差で試料Ａの位置情報を得ることもできる。

また、２次元（ＤｘとＤｙ）の検出に限らず、３次元の位置情報の検出を行う場合についても同様に、複数の照射スポットのフォーカス位置を調整して配置することにより、深さ方向（Ｚ方向）の位置情報をも検出できる。

位置情報を得る光を複数箇所に照射する方法は限定されず、各照射スポットに対応する光源を複数設けてもよいし、１の光源を走査させて照射してもよいし、１の光源から発せられる光を分割照射させてもよい。

１の光源を走査させる場合には、２次元走査に限定されず、流路２１内の深さ方向を含めて３次元走査するようにしてもよい。走査手段については、特に限定されず、従来公知の手法を採用することができる。

そして、図示はしないが、各照射スポットＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４に対応した検出器を設けておいて、それぞれの検出器によって得られた測定データを踏まえて試料Ａの正確な位置情報を得ることができる。

図３は、本発明に係る光照射装置の第３実施形態の概略図である。

図３の符号３は、光照射装置を示している。該光照射装置３は、位置情報を得る光照射の照射スポット位置や流路３１の形状等が第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態との共通点は割愛し、相違点を中心に説明する。また、図３では、光照射の照射スポット位置についてのみ示しており、その他の部位については省略している

光照射装置３は、照射位置前方に分岐した構造の流路３１を有している。移動方向Ｆ_１，Ｆ_２から送られてきた試料Ａが合流して移動方向Ｆ_３に送られてくることで、照射位置に送られてくる。

光照射装置３は、流路３１内に存在する試料Ａに対して、位置情報を得る光を９箇所の照射スポットＳ３２に照射する。これによって得られた位置情報に基づいて、指向性光を照射スポットＳ３３に照射する。

位置情報を得る光の照射スポットＳ３２を流路３１内に複数箇所に照射することで、試料Ａのより詳細な位置情報を検出することができる。光照射装置３では、流路３１内を略マス目状に分割して形成された各領域に対して、位置情報を得る光を照射する。

流路３１が分岐している場合等では、試料Ａが流路３１内を回転したりして運動しながら矢印Ｆ_３の方向に送られてくる。このような場合、位置情報を得る光の照射スポットＳ３２をより多く設けて、流路３１内の流路空間を網羅するように照射することで、試料Ａの経時的な位置情報をも得ることができる。その結果、より正確な位置情報を検出することができる。

図４は、本発明に係る光照射装置の第４実施形態の概略図である。

図４の符号４は、光照射装置を示している。該光照射装置４は、位置情報を得る光照射の照射スポットが指向性光の照射スポットの前後に設けられている点等が第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態等との共通点は割愛し、相違点を中心に説明する。また、図４では、光照射の照射スポット位置についてのみ示しており、その他の部位については省略している。

光照射装置４は流路４１内に存在する試料Ａに対して、位置情報を得る光を照射スポットＳ４２に照射する。そして、指向性光を照射スポットＳ４３に照射する。更に、照射スポットＳ４３の後方に設けた照射スポットＳ４４に位置情報を得る光を照射する。位置情報を得る光を照射スポットＳ４２，Ｓ４４に照射することで、より正確な位置情報を得ることができる。

更に、指向性光を照射スポットＳ４３に照射した後に、位置情報を得る光を照射スポットＳ４４に照射することで、指向性光を照射した試料Ａが流路４１の後方領域においてどの位置に存在しているか等を知ることができる。また、前方の照射スポットＳ４２で測定対象光を検出できなかった場合であっても、後方の照射スポットＳ４４において測定対象光を検出することができるため、より詳細な位置情報を得ることができる。このように、流路４１の後方領域における試料Ａの位置情報も指向性光の光照射に反映させることができる。

図示はしないが、流路４１の後方で試料Ａを分取（ソーティング）する場合等では、試料が流路４１内のどの位置に存在して、どの程度の速度で分取予定位置まで移動してくるのか等についても位置情報を反映できる。これについては後述する。

図５は、本発明に係る光照射装置の第５実施形態の概略図である。

図５の符号５は、光照射装置を示している。該光照射装置５は、位置情報を得る光を走査させて照射する点等が第１実施形態等と異なっている。以下、第１実施形態等との共通点は割愛し、相違点を中心に説明する。また、図５では、光照射の照射スポット位置についてのみ示しており、その他の部位については省略している。

光照射装置５は、流路５１内に存在する試料Ａに対して照射する照射スポットとして、流路５１の幅方向に照射スポットＳ５２１，Ｓ５２２，Ｓ５２３，Ｓ５２４，Ｓ５２５を設けている。そして、この照射スポットへの光照射は、１つの光源を走査することで照射する（図５の矢印参照）。走査させて光照射を行う照射スポットＳ５２１，Ｓ５２２，Ｓ５２３，Ｓ５２４，Ｓ５２５は、位置情報を得る光の照射スポットでもよいし、指向性光の照射スポット等でもよい。

位置情報を得る光を走査させることで、光源が１つの光源でよいため、装置構成の簡易化が可能となる。そして、この位置情報を得る光も指向性光とすることが望ましい。より好適には、流路５１中に存在する試料Ａに指向性光を照射する光照射方法として、前記流路５１の流路幅よりも小さい照射スポットを有する指向性光を、前記流路５１の幅方向に走査させながら前記試料に対して照射することが望ましい。

また、指向性光を走査しながら照射することで照射スポットの面強度密度を相対的に高くすることができる（図５の斜線領域等参照）。その結果、光源の元パワーの低減や、いわゆるレーザー集光効率の改善や、低消費電力化に貢献することができる点で望ましい。

そして、光走査により複数の照射スポットを形成させることは、流路５１の所望の位置において行なうことができる。従って、試料Ａが流路５１内のどのような位置に存在しているとしても、その流路５１内を高速で光照射スキャンを行うことで位置情報の検出や、測定対象光（蛍光や散乱光等）の検出を行うことができる。

指向性光は定速度で走査することに限定されず、使用目的や照射条件等を考慮して適宜変速で走査させてもよいが、高速で走査させることが望ましい。これにより、流路５１を移動する試料Ａに対してより確実に光照射でき、更には複数回光照射できる。特に、好ましくは、下記式（１）に示す条件で光照射することが望ましい。

式（１）の左辺は、「照射スポット径Ｄ_２」を「流路５１内における試料Ａの移動速度ｖ_１」で除したものである。これは、試料Ａが照射スポット径を通過する時間を近似するものである。照射スポット径Ｄ_２は特に限定するものではないが、１μｍ〜１００μｍであることが望ましい。流路５１内における試料の移動速度ｖ_１は特に限定するものではないが、０．１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓであることが望ましい。

式（１）の右辺は、「流路幅Ｄ_１」を「指向性光の走査速度ｖ_２」で除したものである。これは、流路幅を指向性光が走査するために要する走査時間を近似するものである。流路幅Ｄ_１は特に限定するものではないが、１０μｍ〜１ｍｍであることが望ましい。指向性光の走査速度ｖ_２は特に限定するものではないが、１ｍ／ｓ〜５０ｍ／ｓであることが望ましい。

即ち、試料Ａが照射スポット径を通過する間に、少なくとも１回は流路幅の全幅に光照射されることになる。従って、より多く走査するためには、（Ｄ_２／Ｖ_１）が（Ｄ_１／ｖ_２）に比して十分に大きいことが望ましい。より具体的には、（Ｄ_２／Ｖ_１）が（Ｄ_１／ｖ_２）の２〜１０倍であることが望ましい。この場合であれば、照射スポット（例えば、照射スポットＳ５２３）を試料Ａが通過する間に２〜１０回走査できる。これにより、指向性光の利用効率（efficiency）を高めることができ、複数回の走査による検出信号を精算することにより、指向性光のＳ／Ｎ比を更に向上させることができる。例えば、蛍光のように比較的暗い対象を扱う場合には、蛍光信号を高めながらノイズを下げることができるため、特に好適である。

また、高速で走査させることの他に、流路幅Ｄ_１をより狭くすることでも同様の効果を得ることができる。流路幅Ｄ_１を狭くすることで、照射スポットの走査所要時間（即ち、Ｄ_１／Ｖ_２）を短縮できる。このような走査条件、流路構造とすることで、試料に対して複数回光照射することができる。例えば、Ｎ回光照射できれば、その信号を精算することによって、（Ｎ）^１／２倍で検出光信号のＳ／Ｎ比を更に向上させることができる。

光照射の走査手段は特に限定されないが、好適には、ガルバノミラーや、電気光学素子や、ポリゴンミラーや、ＭＥＭＳ素子等によって照射スポットを走査させることが望ましい。特に、電気光学素子は可動部がないため、安定性や信頼性が特に高い点で好適である。また、これらの走査手段を複数用いてもよい。

図６は、本発明に係る光照射装置の第６実施形態の概略図である。

図６の符号６は、光照射装置を示している。該光照射装置６は、位置情報を得る光と指向性光とが同一の光源であることを特徴としている。以下、第１実施形態との共通点は割愛し、相違点を中心に説明する。

光照射装置６は、試料Ａが存在する流路６１に対して指向性光としてレーザー照射を行う装置である。光照射装置６は、レーザー光Ｌを照射する光源６２と、レーザー制御手段６３と、ミラー６４と、分光素子６５と、対物レンズ６６とを備えている。そして、測定対象光Ｌ´を検出する検出器６７とアナログデジタルコンバーター（ＡＤＣ）６８を備えている。

光源６２はレーザー発振器を用いることができ、これによりレーザーＬが出射される。出射したレーザーＬは、レーザー制御手段６３によって所望の照射強度や照射波長や照射スポットとなるように制御することができる。このレーザー制御手段は特に限定されず、使用目的や照射する指向性光の種類等を考慮して好適な手法を採用することができる。

例えば、レーザーＬのビーム径を調節するために、ビームエキスパンダー機能を有する凸レンズ等を用いることができる。

そして、ミラー６４を介して分光素子６５に入射される。そして、分光素子６５によって３方に分割された後、対物レンズ６６を経由して流路６１の各照射スポット（図示せず）に照射される。

分光素子としては、例えば、グレーティングやホログラムやＭＥＭＳ素子やプリズム等を用いることができる。

グレーティングは、レーザーＬを複数に分けることができればよく、その種類や構造等は限定されない。グレーティングとしては、反射型グレーティングを使用したモノクロメーター等を用いることができる。グレーティングはプリズムに比して分散度を高くできる点や波長分解能に優れている等といった利点を有する。

ホログラムは、入射レーザー光を分割して、分割された各レーザビームを目標とする所定の位置に入射させる機能を有している素子である。例えば、レーザ発振器より発せられたレーザーＬを集光レンズで集光し、この集光されたレーザーＬの分割照射を行う各照射スポット（図示せず）の目標位置に合わせて干渉縞パターンを形成したホログラムで透過させることで複数に分割することができる。

ＭＥＭＳ素子としては、例えば、圧電駆動型のＭＥＭＳ素子を用いることができる。この場合、ＭＥＭＳ素子に対して印加する電圧の大きさを制御することで、レーザーＬの入射方向から所定の角度だけ傾いた方向に出射するように揺動させることができる。このようなＭＥＭＳ素子を光源と回折光学素子等（図示せず）との間に設置することでレーザーＬの入射光の波長毎に異なる回折パターンを投影させることも可能である。

３方に分割されたレーザーＬは、位置情報を得る光とメイン照射レーザーのそれぞれの照射目的に用いることができる。即ち、１のレーザー光源から得られるレーザーを分割照射することで、その一部を位置情報を検出するために用いることができる。また、分割するレーザー光は３本に限定されず、所望する本数のレーザー光に分割してもよい。

そして、レーザーを流路６１の各照射スポットに照射することで得られる各測定対象光Ｌ´，Ｌ´，Ｌ´を検出器６７，６７，６７で検出する。検出部６７で得られた測定データはアナログデジタルコンバーター（ＡＤＣ）によってデジタル信号に変換され、位置情報としてＣＰＵ（図示せず）等によって演算処理される。

そして、得られた位置情報はレーザー制御手段６３等に送られることで、レーザーの照射強度や照射時間等に反映させることができる。また、別途試料の加工や処理や分別を行う場合には、これらのトリガ信号として反映させることもできる。

このように、１つの光源６２を用いて、複数の指向性光を照射できる構成であるため、光学系の構成をより簡便にでき、装置全体の構成を簡易化できる点で好適である。

レーザー光源と、このレーザー光源から発せられたレーザー光を各照射スポットに導く出射光学系と、上記照射スポットにおいて発生した測定対象光を検出する光学検出系と、この光学検出系により得られた測定データを演算処理することで位置情報として得る演算処理部と、少なくともメインレーザー光の照射を前記位置情報に基づいて制御する照射制御手段とを備え、各照射スポットは、少なくとも１のレーザー光を分割することで照射される光照射装置とすることができる。

このように、位置情報を照射制御手段にフィードバックさせることで、より正確な位置にメインレーザーを照射できる。更に、１つの光源から出射されるレーザーを分割して照射することで、装置構成の簡便化が可能となり、光源の数も減らすことができるため経済的であり、メンテナンスも軽減できる。

この光照射装置６の照射スポットのパターン等については、図１〜図５に示した各実施形態の照射スポットのパターンを適宜採用することが可能である。使用目的等を考慮して適宜好適な照射スポットのパターンを決定できる。

本発明に係る光照射装置及び光照射方法は、種々の技術分野に応用することができ、例えば、粒子径分布測定や流体画像解析や三次元測定やレーザー顕微鏡等をはじめとする指向性光を利用した計測装置・解析装置に応用できる。そのなかでも、流路中に存在する試料に対して照射を行う技術として、微小粒子を測定対象とする微粒子解析装置等に好適に用いることができる。

微粒子解析装置としては、フローサイトメーターやビーズアッセイ（フロービーズアッセイ）等の解析装置が挙げられる。即ち、微小粒子に対して光照射を行い、得られる蛍光や散乱光等の測定対象光を検出することで、微小粒子を分取すること等を行う技術に応用することができる。

更に、本発明の微粒子解析装置は、前記位置情報に基づいて流路に存在する試料を加工する加工部を更に設けることができる。また、前記位置情報基づいて流路に存在する試料を処理する処理部を設けることができる。更には、前記位置情報に基づいて流路に存在する試料を分別する分別部を設けることができる。

本発明では、単に光照射装置に、これらの加工部や処理部や分別部を組合せだけでなく、試料の位置情報をこれらの部位にフィードバックさせることができる。これにより、加工や処理や分別といった工程をも正確かつ効率よく行うことができる。

加工部は、試料に対して何らかの手を加えるものを包含し、例えば、機械加工、レーザー加工、表面加工等を試料に対して行うものが挙げられる。処理部は、試料に対して何らかの処置を行うものを包含し、例えば、化学的処理、物理的処理、活性化処理、加熱処理、洗浄処理等を試料に対して行うものが挙げられる。分別部は、試料を何らかの基準に基づいて分けるものを包含し、例えば、試料の分離、分取（ソーティング）等を行うものが挙げられる。

例えば、本発明の微粒子解析装置をフローサイトメトリーとして用いる場合には、微小粒子の大きさや構造等を測定することのみを目的とするものや、さらに測定された大きさや構造等に基づいて所望の微小粒子を分取できるように構成することができる。このうち、特に細胞の分取を行なうものをセルソータとして用いることもできる。これらのセルソータによれば、毎秒数万〜１０万という細胞の高速測定及び分取が可能である。

微小粒子をソーティングする際に、本発明の光照射技術を光学的検出機構に用いることができる。即ち、流路中に存在する微小粒子（生体細胞等）に対して正確な位置にレーザー照射することが可能であるため、生体細胞中にごくわずかに存在する幹細胞等であっても正確かつ効率よくソーティングすることができる。

このように、流路内に存在する微小粒子（細胞やビーズ等）に対して、照射もれ等が少ない適切なレーザー照射を行うことができるため、より高精度の検出が可能となる。更には、リアルタイムの検出も可能な微粒子解析装置とすることもできる点で好適である。

本発明に係る光照射装置、微粒子解析装置及び光照射方法によれば、より正確な指向性光の照射が可能であるため、各種測定機器や分析機器をはじめとする幅広い分野に応用できる。

本発明に係る光照射装置の第１実施形態の概略図である。 本発明に係る光照射装置の第２実施形態の概略図である。 本発明に係る光照射装置の第３実施形態の概略図である。 本発明に係る光照射装置の第４実施形態の概略図である。 本発明に係る光照射装置の第５実施形態の概略図である。 本発明に係る光照射装置の第６実施形態の概略図である。

符号の説明

１，２，３，４，５，６ 光照射装置
１１，２１，３１，４１，５１，６１ 流路
Ａ 試料

Claims (7)

1. 流路に存在する試料に指向性光を照射する光照射装置であって、
   前記指向性光を照射する光源と、
   前記指向性光の照射目標位置よりも前記流路の上流において、前記試料に光照射をして前記流路内における前記試料の位置情報を得て、該位置情報に基づいて前記指向性光の照射スポットの照射位置を制御する照射制御手段と、
   を少なくとも備えた光照射装置。
2. 前記照射制御手段は、前記位置情報に基づいて前記試料が前記指向性光の照射スポットに到達する時間を算出し、前記試料が前記指向性光の照射スポットに到達したときにのみ前記指向性光を照射するように制御する請求項１記載の光照射装置。
3. 前記位置情報を得る光は、前記流路内の流路深さ方向において位置の異なる複数箇所にフォーカス位置を調整して照射され、
   前記照射制御手段は、前記流路内における深さ方向を含む前記試料の位置情報を得て、該位置情報に基づいて前記指向性光の照射スポットの照射位置を制御する請求項２記載の光照射装置。
4. 前記位置情報を得る光は、前記指向性光を分割照射することで得られる光である請求項３記載の光照射装置。
5. 流路に存在する微粒子に指向性光を照射する光源と、
   前記指向性光の照射目標位置よりも前記流路の上流において、前記微粒子に光照射をして前記流路内における微粒子の位置情報を得て、該位置情報に基づいて前記指向性光の照射スポットの照射位置を制御する照射制御手段と、
   を少なくとも備えた光照射部を備えた微粒子解析装置。
6. 前記位置情報に基づいて前記流路に存在する微粒子を加工する加工部、
   前記位置情報に基づいて前記流路に存在する微粒子を処理する処理部、
   前記位置情報に基づいて前記流路に存在する微粒子を分別する分別部の少なくともいずれかを更に備える請求項５記載の微粒子解析装置。
7. 流路に存在する試料に指向性光を照射するにあたり、
   前記指向性光の照射目標位置よりも前記流路の上流において、前記試料に光を照射して前記流路内における前記試料の位置情報を得て、該位置情報に基づいて前記指向性光の照射スポットの照射位置を制御することを少なくとも行う光照射方法。