光学测量装置和设备及使用光学测量装置的微小粒子测量设备

摘要

本发明披露了一种光学测量装置和设备以及使用光学测量装置的微小粒子测量设备，该光学测量装置包括：彼此平行延伸的多个微流体通道；以及用于沿微流体通道被并置的扫描方向扫描多个测量光束的扫描装置，从而光学测量导入到所述微流体通道中的微小粒子。

说明书

相关申请的交叉参考

本发明含有于2007年10月18日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-271041的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

此发明涉及光学测量装置、光学测量设备以及使用光学测量装置的微小粒子测量设备。

背景技术

过去，已知将诸如与活体有关的微小粒子(诸如，细胞、微生物和核糖体)、乳胶粒子或凝胶粒子和诸如工业粒子的合成粒子的微小粒子的流体扩散导入到微流体通道中并光学测量导入到微流体通道中的微小粒子以辨别微小粒子的装置。

这些装置中的一个是粒子分析器，其根据合成粒子的大小和/或性质来辨别各种合成粒子。粒子分析器在氦等离子体中逐一激励微小粒子，以发光来执行光谱检测，从而执行微小粒子的元素成分、粒子大小和粒子数目的测量。

另外，对于与活体有关的微小粒子，例如，如在2006年8月31日Hiromitsu NAKAUCHI，“Cellular Engineering Separate Volume，Experiment Protocol Series，Master Flow Cytometry，”Shujunsh的第二版中所披露，广泛使用的是使用流式细胞计或流动血细胞计数器的光学测量。根据流式细胞计，使诸如细胞或微珠的微小粒子流到流槽(flow cell)中的外壳流体的层流中心，并将测量光照射在光学检测部分中的微小粒子上以检测从微小粒子产生的散射光或荧光，从而测量微小粒子的大小、结构等。

流式细胞计被配置为仅测量微小粒子的大小、结构等或被配置为可以基于所测量的大小、结构等来分散期望的微小粒子。在这些流式细胞计中，分散细胞的流式细胞计称为“细胞分类器”。市场上的细胞分类器由Beckman Coulter有限公司、Becton、Dickinson和Company或DAKO S/A制造。使用那些细胞分类器，可以执行每秒几十～十万细胞的高速测量和分散。

近年来，要求用于微小粒子的这些光学测量设备具有进一步增强的测量处理速度和进一步增强的测量精确度。尤其是对于上述的细胞分类器，响应于再生医学的期望的提高，要求具有用于有效隔离活体细胞中仅极少存在的干细胞的处理速度和测量精确度。

与本文所披露的发明有关，在日本专利公开第2007-46947号(下文中称为专利文件1)的图7和8中示出了现有细胞分类器的配置。该细胞分类器包括用于将用标有荧光的试剂涂色的细胞在流槽中排列成行的流体或流动系统、以及用于照射多个激光束以检测诸如散射光和荧光的检测目标光的光学系统。现有的流式细胞计的光学系统被配置为使来自多个光源的多个测量光束汇集在形成单一微流体通道(参看专利文件1的图7)的流槽的不同位置。

同时，日本专利公开Hei 7-24309号(下文中称为专利文件2)披露了用于粒子分离的装置，其包括粒子沿移动的微流体通道和使扫描光照射在该微流体通道上以通过照射施加对应于粒子类型的作用力来执行粒子分离的部件。虽然此装置具有用于将扫描光扫描到流槽上的配置，但是此扫描光用于粒子的激光捕捉(参看专利文件2的段0004等)。应了解，此装置同样具有用作微流体通道的流槽的单个配置。

也已提出在玻璃或高分子材料的基板上形成精细微流体通道并使诸如细胞的微小粒子在精细微流体通道中的水流上流动来执行流式细胞测量以分离期望的微小粒子的技术，这是一项利用微芯片的技术。例如，在Anne Y.Fu等人的Nature Biotechnology的17卷的1999年11月的1109-1111页的“A microfabricatedfluorescence-activated cell sorter”或Anne Y.Fu等人的AnalyticalChemistry的74卷的第11号的2002年6月1日的2451-2457页的“An Integrated Microfabricated Cell Sorter”中披露了这项技术。微芯片形成T形微流体通道并通过改变外壳流体的流动方向(即，通过微流体通道选择控制)使待分散的细胞与其他细胞彼此分离。

发明内容

考虑到增强上述用于微小粒子的光学测量设备的测量处理速度和测量精确度的要求，需要提供一种实现优良测量处理速度和优良测量精确度的光学测量装置和光学测量设备、以及包括该光学测量设备的微小粒子测量设备。

根据本发明的一个实施例，提供了一种光学测量装置，包括彼此平行延伸的多个微流体通道和用于沿微流体通道被并置的扫描方向扫描多个测量光束的扫描部分，从而光学测量导入到微流体通道中的微小粒子。

优选地，扫描部分扫描测量光束，以便当扫描光束之一照射在微流体通道之一上时，其他测量光束不照射在任一个微流体通道上。

此处实例中，光学测量装置优选地被配置为微流体通道以沿扫描方向彼此预定间隔关系排列，同时测量光束被以沿扫描方向彼此间隔的方式照射和扫描，且其中，沿扫描方向的微流体通道的微流体通道宽度由w_channel表示，沿扫描方向的两个相邻测量光束之间的距离中的最小距离D[min]和测量光束的斑点宽度W满足以下表达式(1)：

w_channel+W<D(min)...(1)

此处实例中，进一步优选地是，光学测量装置被配置为，其中，沿扫描方向的微流体通道之间的距离由d_channel表示，测量光束的数目N、从测量光束所选的两个相邻测量光束之间沿扫描方向的最大距离D(max)和测量光束的斑点宽度W满足以下表达式(2)：

D(max)×(N-1)+W<d_channel...(2)

可选地，光学测量装置可以被配置为微流体通道以沿扫描方向彼此预定间隔的关系排列，同时测量光束被以沿扫描方向彼此间隔的方式照射和扫描，且其中，扫描方向的微流体通道之间的各个距离中被分为沿扫描方向的预定尺寸的多个区，各个测量光束照射在一个区中，且其中照射有一个测量光束中的一个区与其中照射有另一个测量光束的另一个区互不相同且彼此不连续。

在光学测量装置中，测量光束的扫描可以被执行以便，当使一个测量光束照射在一个微流体通道上时，其他测量光束不照射在任一个微流体通道上。

微流体通道可以被放置在可交换部件上。

特别，根据本发明的另一个实施例，提供了一种包括可交换部件和光学测量装置的光学测量设备，光学测量装置包括彼此平行延伸的多个微流体通道和用于沿微流体通道被并置的扫描方向扫描多个测量光束的扫描部，从而光学测量导入到微流体通道中的微小粒子，微流体通道以沿扫描方向彼此预定间隔关系排列同时测量光束被以扫描方向彼此间隔的方式照射和扫描，微流体通道具有满足以下表达式(3)的沿扫描方向的微流体通道宽度w：

w+W_spot<D_spot(min)...(3)

其中，W_spot是沿扫描方向的测量光束的斑点宽度，以及D_spot(min)是沿扫描方向的两个测量光束之间的距离中的最小距离。

优选地，光学测量设备经配置以便，测量光束的数目由N_λex表示，以及沿扫描方向的两个相邻测量光束之间的距离中的最大距离由D(max)表示，沿扫描方向的微流体通道之间的距离d满足以下表达式(4)：

D_spot(max)×(N_λex-1)+W_spot<d...(4)

根据本发明的另一个实施例，提供一种包括可交换部件和光学测量装置的光学测量设备，光学测量装置包括彼此平行延伸的多个微流体通道和用于沿微流体通道被并置的扫描方向扫描多个测量光束的扫描部，从而光学测量导入到微流体通道中的微小粒子，微流体通道被以沿扫描方向彼此预定间隔的关系排列，同时测量光束被以沿扫描方向彼此间隔的方式照射和扫描，沿扫描方向的微流体通道之间的各个距离被分为沿扫描方向的预定尺寸的多个区，各个测量光束照射一个区，同时，其中照射有一个测量光束的一个区与照射有另一个测量光束的另一个区中互不相同且彼此不连续。

在该光学扫描装置中，测量光束的扫描可以被执行以便，当一个测量光束照射在一个微流体通道上时，其他测量光束不照射在任一个微流体通道上。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种包括光学测量装置的微小粒子测量设备，光学测量装置包括彼此平行延伸的多个微流体通道和用于沿微流体通道被并置的扫描方向扫描多个测量光束的扫描部，从而光学测量导入到微流体通道中的微小粒子。

应注意，在以上给出的表达式(1)～(4)中，字母“W、D、N、w、d”表示变量，而具有下标的字母“w_channel、d_channel、W_spot、D_spot、N_λex”表示任意常数。另外，大写字母“W、D、N、W_spot、D_spot、N_λex”表示限定了测量光束将要满足的条件的数值，而小写字母“w、d”表示限定了微流体通道将要满足的条件的数值字母。

同样应注意，“微小粒子测量设备”可以广泛用作用于光学测量诸如与活体有关的微小粒子(诸如，细胞、微生物和核糖体)、乳胶粒子或凝胶粒子和诸如工业粒子的合成粒子的微小粒子的装置，包括如上文所述的粒子分析器、流动血细胞计数器和细胞分类器。

总之，本发明提供了一种实现优良测量处理速度和优良测量精确度的光学测量装置和光学测量设备、以及包括该光学测量装置的微小粒子测量设备。

从结合附图的以下描述和附加的权利要求将显而易见本发明的以上和其他目标、性质和优点，其中，相同的部件或元件用相同的参考符号标示。

附图说明

图1是示出了应用本发明实施例的光学测量装置中的微流体通道的排列和测量光束的扫描方向的示意图；

图2A和图2B是示出了在光学测量装置中的微流体通道的排列距离和测量光束的照射距离的示意图；

图3～图5是示出了在光学测量装置中的微流体通道的不适当排列距离和测量光束的不适当照射距离的不同实例的示意图；

图6和图7A～图7C是示出了在光学测量装置中的微流体通道的排列距离和测量光束的照射距离的不同实例的示意图；

图8A和图8B是示出了沿微流体通道流动方向的测量光束的照射位置的示意图；

图9是示出了应用本发明实施例的光学测量设备或基板的俯视图；以及

图10是示出了在光学测量设备或基板上的微流体通道的排列距离和测量光束的照射距离的示意图。

具体实施方式

首先，参看图1，示出了应用本发明实施例的光学测量装置的上微流体通道的排列和测量光束的扫描方向。

光学测量装置包括微小粒子P可以导入其中的微流体通道11、12、13、14和15。微流体通道11～15以沿下文所述的测量光束的扫描方向(由虚线箭头标志S指示)的预定距离排列，并且沿垂直于扫描方向的方向彼此平行延伸。应注意，图1示出了在测量光束的照射区域R附近的光学测量装置的一部分上的微流体通道而省略了微流体通道的其他部分的配置。另外，虽然图1示出了排列有五个微流体通道的配置，但是微流体通道的数目并不限于此，而是可以为等于或大于2的任一任意数字。

例如，微小粒子P的扩散溶剂可以从试样保留部分10提供，并经分布以导入到微流体通道11～15中。响应测量目标的微小粒子P，适当地将气体或液体溶剂用作扩散溶剂。

当将溶剂导入到微流体通道11～15中时，通过流动系统(未示出)将微小粒子P逐一排列到各个微流体通道中。流动系统包括用于将含有微小粒子P的扩散溶剂通常作为层流向前运送的喷嘴和用于仅将溶剂作为层流向前运送的另一个喷嘴。两个喷嘴合作以在溶剂层流或外壳流动的中心形成微小粒子P的层流。另外，当向前运送微小粒子P的扩散溶剂时，在喷嘴之间施加小压力差，以便微小粒子P逐一排列在层流中。因此，微小粒子P逐一排列并馈入到每一个微流体通道11～15的中心。

从微流体通道的上游端(即，从图1中的上端)沿箭头标志F₁所指示的方向馈入逐一排列在各个微流体通道11～15中的微小粒子P。因此，在微小粒子P通过测量光照射区域R之后，其沿箭头标志F₂所指示的方向馈入到图1中的下侧的下游侧。

测量光束21、22和23用于微小粒子P的光学测量。测量光束21～23照射在排列于测量光照射区域R中的微流体通道11～15中的微小粒子P上。因此，测量光束21～23沿虚线箭头标志S所指示的方向被扫描以照射在排列于微流体通道11～15中的微小粒子P上。应注意，虽然图1示出了三个光束用于照射的配置，但是只要满足下文中给出的表达式(2)，那么测量光束的数目就不受限制，且可以使用等于或大于2的测量光束的任何数目。

可以通过由检测器(未示出)检测诸如通过测量光束的照射从微小粒子P产生的散射光和荧光的检测目标光来执行微小粒子P的光学测量。因此，在根据本发明实施例的光学测量装置中，测量光束经扫描以便，当一个测量光束照射在一个微流体通道上时，其他测量光束中的任一个都不会照射在其他微流体通道上。例如，在图1中，当测量光束21照射在微流体通道12上时，测量光束22和23不照射在任一个微流体通道上。这可以通过沿测量光束的扫描方向以并置关系的预定距离排列微流体通道并以预定距离照射和扫描测量光束来实现。以下，参看图2A～5来描述微流体通道的排列距离和测量光束的照射距离的特定实例。

图2A和2B示出应用本发明实施例的光学测量装置中的微流体通道的排列距离和测量光束的照射距离。另一方面，图3～5示出了对于根据本发明实施例的光学测量装置而言不适当的微流体通道的排列距离和测量光束的照射距离。

图2A和2B以放大比例示出了图1中所示的微流体通道11～13的测量光照射区域R和测量光束21～23。微流体通道11～13具有沿测量光束的扫描方向(由图2A和2B中的虚线箭头标志S指示)的微流体通道宽度w_channel，且微流体通道11～13中的相邻通道(即，微流体通道11和12以及微流体通道12和13)彼此间隔开微流体通道距离或地带宽度d_channel。另外，测量光束21～23具有沿其扫描方向的斑点宽度W，且测量光束21～23中的相邻光束(即，测量光束21和22以及测量光束22和23)彼此间隔开照射距离D。

现在，关于根据本实施例的光学测量装置中的微流体通道的排列距离和测量光束的照射距离，描述测量光束的斑点宽度W和照射距离D两个变量或参数所要满足的条件，其中，微流体通道宽度w_channel和微流体通道距离d_channel是任意常数。

首先，斑点宽度W和照射距离D需要满足以下表达式(1)：

w_channel+W<D(min)...(1)

其中，D(min)表示选自测量光束21～23的两个相邻测量光束之间的沿扫描方向的最小距离，即，测量光束21与22之间的距离或测量光束22与23之间的距离。在图2A和2B中，测量光束21与22之间的距离是照射距离D(min)。

具体地，照射距离D(min)被设定为大于微流体通道宽度w_channel与斑点宽度W的和。换句话说，测量光束需要以彼此间隔大于微流体通道宽度w_channel与斑点宽度W的和的距离的关系照射。因此，如图2A中所示，测量光束21照射在微流体通道12上，防止测量光束22同时照射在微流体通道12上。

图3示出了照射距离D(min)小于微流体通道宽度w_channel与斑点宽度W的和的用于比较的可选配置。此处实例中，由于测量光束21与22之间的照射距离D(min)小且可能不满足以上给出的表达式(1)，所以当测量光束21照射在微流体通道12上时，测量光束22同时照射在微流体通道12上。因此，不能实现“当一个测量光束照射在一个微流体通道上时，其他测量光束不照射在任一个微流体通道上”的配置。

斑点宽度W和照射距离D同样满足以下表达式(2)：

D(max)×(N-1)+W<d_channel...(2)

其中，N是测量光束的数目。在图2A和2B中，示出了三个测量光束21～23，且因此N＝3。同时，D(max)表示选自测量光束21～23的两个相邻测量光束之间的沿扫描方向S的最大距离，即，测量光束21与22之间的距离或测量光束22与23之间的距离。在图2A和2B中，测量光束22与23之间的距离是照射距离D(max)。

具体地，照射距离D(max)与测量光束的数目减1的乘积加上斑点宽度W的和被设为小于微流体通道距离d_channel。换句话说，测量光束需要以包括于微流体通道距离或地带宽度d_channel中的所有测量光束的照射位置的彼此间隔关系来照射。因此，可以实现如图2A中所示当照射测量光束21时防止测量光束23同时照射在微流体通道12上的配置。

为了比较，图4和5中示出了照射距离D(max)与测量光束的数目减1的乘积加上斑点宽度W的和大于微流体通道距离d_channel的可选配置。首先参看图4，在所示配置中，照射距离D(max)大到不能满足以上给出的表达式(2)，且因此，当测量光束21照射在微流体通道12上时，测量光束23同时照射在微流体通道11上。另一方面，在图5中，测量光束的数目(N＝4)大到不能满足表达式(2)，且因此，当测量光束21照射在微流体通道12上时，测量光束24同时照射在微流体通道11上。因此，在图4和5中，不能实现“当一个测量光束照射在一个微流体通道上时，其他测量光束不能照射在任一个微流体通道上”的配置。

然而，此处实例中，在该光学测量装置的配置中，可以将微流体通道宽度w_channel和微流体通道距离d_channel设为任意值，如果响应微流体通道宽度w_channel和微流体通道距离d_channel的数值，测量光束的斑点宽度W和照射距离D被形成为满足以上给出的表达式(1)和(2)，那么可能仅一个测量光束正常照射在仅一个微流体通道上。

应注意，下文中将参看图10来描述将由微流体通道的微流体通道宽度w_channel和微流体通道距离d_channel满足的条件，其中，测量光束的斑点宽度W和照射距离D被设为任意值。

可以用以下方式来定义图2A和2B中所示的微流体通道的排列距离和测量光束的照射距离。

图6示出了应用本发明实施例的光学测量装置中的微流体通道的排列距离和测量光束的照射距离。应注意，图6中未示出微小粒子P。类似情况同样应用于图7。

具体地，图6以放大比例示出了图1中的微流体通道11～13的测量光照射区域R和测量光束21～23。微流体通道11～13具有沿测量光束的扫描方向(由图6中的虚线箭头标志S指示)的微流体通道宽度w_channel，且微流体通道11～13中的相邻通道(即，微流体通道11和12以及微流体通道12和13)彼此间隔开微流体通道距离d_channel。另外，测量光束21～23具有沿其扫描方向的斑点宽度W。

将各个微流体通道距离或地带宽度d_channel分为具有沿扫描方向S的预定宽度的多个区。具体地，将地带宽度d_channel分为具有等于微流体通道宽度w_channel的图6中的区宽度B的区(1)～(7)。

如图6中所示，测量光束21～23照射在区(1)～(7)中的一些不同区上。另外，上面照射有测量光束的区不彼此连续。

具体地，测量光束23照射在区(1)上；测量光束22照射在区(4)上；以及测量光束21照射在区(6)上。在图6中，上面照射有测量光束的各个区的数目由下划线指示。应注意，虽然在图6中所示出的测量光束的斑点宽度W等于带宽B，但是只要其不超过带宽B就可以对其任意设定。

另外，上面照射有测量光束的区(1)、(4)和(6)完全互不相同且彼此不连续。此处，这些区彼此不连续满足区的编号(1)、(4)和(6)彼此不连续。

通过上述配置，微流体通道11～13被配置成“当一个测量光束照射在一个微流体通道上时，其他测量光束不照射在任一个微流体通道上”。

具体地，由于测量光束21与测量光束22之间的距离和测量光束22与测量光束23之间的距离至少大于一个区宽度，所以不会出现测量光束21和测量光束22同时照射在相同微流体通道上或测量光束22和测量光束23同时照射在相同微流体通道上的情况(参看图3)。

另外，例如，如图4中所示，由于测量光束21～23以包括于微流体通道距离或地带宽度d_channel中的彼此间隔关系来照射，所以不会出现当测量光束21照射在微流体通道12上时，测量光束23照射在微流体通道11上的情况。

当然，如果满足测量光束照射在区(1)～(7)中彼此不连续的不同区中的条件，那么如图7A中所示，可以放置四个以上的测量光束。另外，可以任意设定沿微流体通道流动方向(参看图7B中的箭头标志)的测量光束的照射位置。将在下文中参看图8来详细描述。

同样，可以采用测量光束照射在微流体通道之间的多个不同位置上(即，地带上)的不同配置。

参看图7，将每个地带分为具有等于微流体通道宽度w_channel的区宽度(参看参考字符B)并具有应用于其的区编号(1)～(7)的区。此处实例中，测量光束24照射在微流体通道11与微流体通道12之间的区域中的区(1)上，即，地带1上。测量光束23和测量光束22照射在微流体通道12与微流体通道13之间的区(5)和区(7)上，即，地带2上。另外，测量光束21照射在微流体通道n与微流体通道n+1之间的区域中的区3上，即，地带n上。在图7C中，上面照射有测量光束的每个区的数目用下划线指示。

测量光束照射在区编号彼此不连续的不同区(1)、(3)、(5)和(7)上。

因此，同样，当测量光束照射在多个不同微流体通道之间的部分上(即，地带上)时，与其中测量光束照射在微流体通道之间的相同位置上的情况类似，微流体通道可以被配置成“当一个测量光束照射在一个微流体通道上时，其他测量光束不照射在任一个微流体通道上”。

以此方式，由于测量目标的微小粒子被导入到多个微流体通道中且测量光束经扫描以执行导入到微流体通道中的微小粒子的光学测量，所以当与其中测量光束照射在单个微流体通道的固定点上以执行测量的现有光学测量装置相比较时，使用应用本实施例的光学检测设备可以在短时间周期中完成测量过程。

另外，由于测量光束始终仅照射在一个微流体通道上，所以从多个微流体通道中的微小粒子同时产生检测目标光并且可以实现高测量精确度。

具体地，另外，如果当一个测量光束照射在一个微流体通道上时某个其他测量光束照射在某个微流体通道上，那么从多个微流体通道中的微小粒子产生检测目标光，从而导致出现检测目标光的干扰或交扰。此交扰引起测量精确度的降低，且为了消除此，需要为不同微流体通道单独提供检测器以便能独立检测从微流体通道中的微小粒子产生的检测目标光。

相反，在本实施例的光学测量装置中，由于一个测量光束始终仅照射在一个微流体通道上，所以不会出现检测目标光的交扰，并且可以获得高测量精确度。另外，由于检测目标光始终从一个微流体通道产生，所以可以通过单个检测器来检测检测目标光，且因此，可以大大简化光学系统的配置。

另外，在本实施例的光学测量装置中，如图1、2A和2B中所示，测量光束优选地以沿微流体通道中微小粒子P的馈入方向(参见图1中的箭头标志F₁和F₂)的彼此放置关系来扫描。将参看图8A和8B来描述。

图8A和8B示出了沿微流体通道馈入方向的测量光束的照射位置。在图8A和8B中，实线箭头标志指示微流体通道馈入方向，而虚线箭头标志指示测量光束的扫描方向。图8A和8B示出了测量光束21照射在微流体通道12中的微小粒子P上的状态。

在图8A中所说明的状态下，随后用测量光束22来测量用测量光束21测量后的微小粒子P。此处实例中，在微流体通道12中以预定速度馈入微小粒子P，且因此微小粒子P沿图8A中实线箭头标志所指示的方向移动。

此处，如果测量光束21～23另外排列在沿扫描方向(即，沿图8B中虚线箭头所指示的方向)的线性线路上，以执行扫描，那么需要在与测量光束21执行测量的位置相同的位置用测量光束22来执行测量。

更具体地，在图8B中，需要扫描微流体通道12上的测量光束22以在微小粒子P馈入距离1之前用测量光束22执行测量。因此，视微小粒子P的馈入速度而言，存在可能不能用测量光束22成功执行测量的可能性。

同样，当使用测量光束23和四个以上的测量光束时，类似地需要在微小粒子P馈入距离1之前扫描微流体通道12上的每个测量光束，且视微小粒子P的馈入速度而言，存在可能不能用所有测量光束成功执行测量的可能性。

相反，在图8A中，由于测量光束21～23以沿微流体通道馈入方向的彼此放置关系扫描，所以可以在从用测量光束21测量的微流体通道12的下游上执行用测量光束22测量。具体地，如果在微小粒子P馈入距离L(L>1)之前在微流体通道12上扫描测量光束22，那么可以执行用测量光束22来测量微小粒子P。此处，由于可以将距离L设为大于距离1，所以使用本实施例的配置，可以以较高精确度来执行用测量光束22的测量。

另外，同样当使用测量光束23和四个以上的测量光束时，类似地可以在微流体通道12的另一个下游侧上执行测量，且可以高精确度地执行所有测量光束的测量。

在应用本实施例的光学测量装置中，每个微流体通道具有用于导入微小粒子的一个入口和用于导入和控制溶剂层流或外壳流动的另一个入口中的至少一个。微流体通道的可选形状可以为矩形、圆形、椭圆形等。微流体通道由可以通过其传输测量光束并相对于测量光束而言呈现相对小的波长色散和相对小的光学误差的诸如石英的材料或诸如PP、PC、COP或PDMS的塑料材料形成。微流体通道的内表面形成为可以保持所形成层流的处理表面。另外，可以将微流体通道置于固定状态或者可以放置在诸如下文中所述的基板A的可交换部件上。

微小粒子P包括与活体有关的微小粒子(诸如，细胞、微生物、活体高分子物质)、乳胶粒子或凝胶粒子、诸如工业粒子的合成粒子。细胞包括诸如血型细胞的动物细胞和植物细胞。微生物包括诸如大肠杆菌的细菌、诸如烟草花叶病毒的病毒、诸如酵母真菌的真菌。活体高分子物质包括染色体、核糖体、线粒体和细胞器。例如，工业粒子可以由有机或无机高分子材料、金属等形成。有机高分子材料包括聚苯乙烯、苯乙烯二乙烯基苯和聚甲基丙烯酸甲酯。无机高分子材料包括玻璃、硅石和磁性材料。金属包括金胶体和铝。尽管以上提及的这些微小粒子通常具有球形形状，但是其还可以具有非球面形状，且其大小、质量等也同样不受特殊限制。

另外，根据测量目标的微小粒子P的类型和测量的目标，测量光束可以具有选自多种波形的波形。同样可以从诸如气体激光器(诸如氩激光器和氦激光器)、半导体激光器(LD)、发光二极管(LED)等的已知光源适当选择性地使用光源。

例如，为了测量微小粒子P的基本成分的目标，选择性地使用波长与个别成分的吸收波长相对应的测量光束。另一方面，当将要测量标记有多个荧光染料的微小粒子的荧光时，使用波长与个别荧光染料的激励波长相对应的测量光束。例如，如果将波长405nm、473nm和658nm分别用于图1中固定测量光束21、22和23，那么可以使用个别具有这些波长作为其激励波长的三个不同荧光染料来执行微小粒子P的辨别。

使用置于从不同波长的每个光源发出的测量光束的光路上的多角镜、电流镜、声光元件、电光元件等以固定周期执行测量光束的扫描。用于每个测量光束的照射系统被用作远心光学系统以便测量光束的斑点宽度可以固定在对应微流体通道上的成像平面上。

如本文以上所描述，在应用本发明的光学测量装置中，可以将每个微流体通道置于可交换部件上，且对应光学测量部件而言，可以适当地采用在本文以上提及的Anne Y.Fu等人的非专利文件中披露的光学测量部件，其中，在玻璃或高分子材料的基板上形成非常小的微流体通道。当使用刚刚提及的基板时，可以解决由流动细胞的重复使用产生并且出现在现有光学测量装置中的杂质或污染物的混合问题。

图9示出了基板形式的光学测量设备的实例。

参看图9，在基板A上形成其中可以导入微小粒子的十个微流体通道。参考数字11指示一个微流体通道中。以下，描述微流体通道11的配置。然而，其他微流体通道也具有类似配置。应注意，微流体通道的数目并不受特殊限制，而是可以任意设为等于或者大于2的任何数目。

将图9中未示出的微小粒子P的扩散溶剂从试样导入部101导入到微流体通道11中。在微流体通道11的一端上设置溶剂导入部31，并将从溶剂导入部31导入的溶剂馈入到微流体通道11的溶剂馈入路径32和33且溶剂在汇合部111结合从试样导入部101导入的微小粒子P的扩散溶剂。因此，从溶剂馈入路径32和33结合的溶剂用作外壳流动且用以将微小粒子P逐一排列在微流体通道11中的中心。应注意，例如，从图1中所示的试样保存部10投入微小粒子P的扩散溶剂，并将其转移到微流体通道的试样导入部101(同样参看图1中的箭头标志F₁)。

将逐一排列在微流体通道11中的微小粒子P馈入到测量光照射区域R中，其中，使用沿图9中的虚线箭头标志S所指示的方向扫描的测量光束来测量微小粒子P。当微流体通道的排列距离和测量光束的照射距离为诸如本文以上参看图2A～5所述的距离时，描述基板上的微流体通道的微流体通道宽度w和微流体通道距离d两个变量或参数所要满足的条件，其中，注意基板A侧所要满足的条件，将测量光束的斑点宽度W_spot和照射距离D_spot设为任意值。

图10示出了应用本实施例的光学测量设备或基板中的微流体通道的排列距离和测量光束的照射距离。

图10以放大尺寸示出了图9中所示的测量光照射区域R。在图10中，示出了三个微流体通道11～13作为代表并与图2A～图5中类似地使用三个测量光束。

参看图10，虚线箭头标志S所指示的沿测量光束21～23的扫描方向的其斑点宽度由W_spot表示，且测量光束中的相邻光束之间(即，测量光束21与22之间或测量光束22与23之间)的照射距离由D_spot表示。另外，沿虚线箭头标志S的微流体通道11～13的宽度由w表示，且微流体通道中的相邻通道之间(即，微流体通道11与12之间或微流体通道12与13之间)的距离(即，地带宽度)由d表示。

首先，微流体通道的微流体通道宽度w满足以下表达式(3)：

w+W_spot<D_spot(min)...(3)

其中，D_spot(min)是选自测量光束21～23的两个相邻测量光束之间的沿扫描方向的距离中的最小距离，即，测量光束21与22之间的距离和测量光束22与23之间的距离中的最小距离。在图10中，测量光束21与22之间的距离是照射距离D_spot(min)。

具体地，斑点宽度w被设为与斑点宽度W_spot的和小于D_spot(min)。换句话说，微流体通道需要以小于斑点宽度W_spot与照射距离D_spot(min)的差的距离来彼此间隔的关系形成。

另外，微流体通道距离d满足以下表达式(4)：

D_spot(max)×(N_λex-1)+W_spot<d...(4)

其中，N是测量光束的数目。在图10中，示出了三个测量光束21～23，因此N＝3。同时，D_spot(max)表示选自测量光束21～23的两个相邻测量光束之间的沿扫描方向S的最大距离，即，测量光束21与22之间的距离或测量光束22与23之间的距离。在图10中，测量光束22与23之间的距离是照射距离D_spot(max)。

具体地，微流体通道距离d被设为大于照射距离D_spot(max)与测量光束的数目减1的乘积加上斑点宽度W_spot的和。换句话说，需要以包括于微流体通道距离或地带宽度d中的所有测量光束的照射位置的彼此间隔关系形成微流体通道。

此处，虽然并未特别设定微流体通道距离d的上限值，但是根据照射距离D_spot(max)和测量光束的斑点宽度W_spot的量值以及其自身基板的量值，将微流体通道距离d设为适当值。更具体地，图9中所示的基板A的大小为约70mm长×约30mm宽，且在沿基板A的每个方向的约6mm的区域中设置每个微流体通道。在图9中，所示的微流体通道相对于整个基板而言较大。因此，正常假定的微流体通道距离d的量值为约350μm～500μm，且最大不超过1mm。

然而，在此实例中，在测量光束的配置中，可以将测量光束的斑点宽度W_spot和照射距离D_spot设为任意值，根据斑点宽度W_spot和照射距离D_spot的值，将基板的微流体通道宽度w和微流体通道距离d设为满足本文以上给出的表达式(3)和(4)，从而与本文以上参看图2A至5所描述的类似，仅一个测量光束正常照射在仅一个微流体通道上。

另外，可以采用与本文以上参看图6所描述的状况类似的配置，测量光束21～23照射在多个区中的一些不同区上，其中，每个微流体通道距离被划分以具有沿扫描方向S的预定宽度且这些区彼此不连续。此时，微流体通道可以被配置成“当一个测量光束照射在一个微流体通道上时，其他测量光束不照射在任一个微流体通道上”。

以此方式，由于测量目标的微小粒子被导入到多个微流体通道中且测量光束经扫描以执行导入到微流体通道中的微小粒子的光学测量，所以与上面设置单个微流体通道同时测量光束照射在单个微流体通道的固定点上以执行测量的现有基板相比，使用应用本实施例的光学检测装置可以在短时间周期中完成测量过程。

另外，由于测量光束始终仅照射在一个微流体通道上，所以不会出现检测目标的交扰。因此，可以实现高测量精确度，且检测目标光可以由单个检测器来检测。

基板A由可以通过其传输测量光束并相对于测量光束而言呈现相对小的波长色散和相对小的光学误差的诸如玻璃的材料或诸如PP、PC、COP或PDMS的塑料材料形成。当基板A的材料为玻璃时，通过湿腐蚀或干腐蚀来转移微流体通道。另一方面，当基板A的材料为塑料材料时，通过毫微压痕或模压来在基板上形成微流体通道。用使用了与基板材料相同的材料的罩来密封上面形成有微流体通道的基板的微流体通道。

现在，以下以排列基板A的状况作为实例，参看图9来描述由光学测量装置和排列有光学测量装置的微小粒子测量设备进行的测量光束的扫描方法和检测目标光的检测方法。

可以根据上述测量目标的微小粒子P和测量的目标来适当且选择性地使用测量光束和光源以及扫描系统。此处，描述了微小粒子测量设备，其中，将具有波长405nm、473nm和658nm的激光二极管(LD)用作光源并扫描来自光源的这些光测量光学以根据个别具有波长作为其激励波长的三个不同荧光染料来辨别微小粒子P。应注意，检测目标光不限于荧光，而是可以为诸如用于测量目标微小粒子的大小测量的向前散射光、用于测量结构的向侧散射光、通过瑞利散射或米氏散射的散射光等。另外，荧光可以为连贯荧光和不连贯荧光中的任一个。

适当采用使用多个以下所述荧光染料的微小粒子P的以下所述的辨别，其中，使用常见的流动血细胞计数器来辨别标记有荧光染料的细胞或活体高分子。这个辨别还用于辨别含有荧光染料的微珠。

首先，将逐一排列在微流体通道11中的微小粒子P馈入到测量光照射区域R中，其中，沿图9中的虚线箭头标志S所指示的方向扫描的波长405nm、473nm和658nm的测量光束被照射。因此，如果微小粒子P标记有激励波长为一个上述特定波长中的荧光染料，那么从微小粒子P发出荧光(即，检测目标光)。此处，由于微小粒子P标记有三个不同荧光染料，所以基于是否从每个荧光染料发出光，通过三个不同测量光束的照射产生的荧光呈现2×2×2＝8图案。可以通过分析从微小粒子P产生的荧光图案来辨别微小粒子P。

例如，通过栅格来散射在照射测量光束时从激励波长为405nm、473nm和658nm的荧光染料中的任一个产生的荧光，随后使用多通道光电倍增管(PMT)来检测每个波长的荧光。PMT放大任何波长的检测光并将其转换为电信号，并将电信号输出到设置在该装置中的数据分析部。

因此，由于基板A的微流体通道和测量光束被配置成满足本文以上给出的表达式(1)～(4)，所以多角镜所扫描的测量光束中的一个始终照射在微流体通道中的仅一个上。因此，仅从一个微流体通道产生荧光，且不从任何其他微流体通道同时产生荧光。因此，即使使用单个检测器来检测荧光，也不会出现交扰，并且可以获得高测量精确度。另外，当使用单个检测器来形成该装置时，可以简化光学测量装置和微小粒子测量设备的结构。

在使用应用本实施例的微小粒子测量设备的情况下，可以基于微小粒子P的荧光图案来分散指示预定荧光图案的群体或组群。

在测量光照射区域R的测量之后，将微小粒子P从图9中的试样排出部41排出到微流体通道11的外部。此时，测量光照射区域R与试样排出部41之间所设置的分散部42从微小粒子P中分散出预期组群。

设置在装置中的数据分析部从PMT接收电信号的输出以辨别每个微小粒子P的荧光图案，并将与指示预定荧光图案的微小粒子P有关的分散信号输出到分散部42。分散部42基于分散信号来分散馈入到指示预定荧光图案的微流体通道11中的微小粒子P的那些组群。

例如，可以基于以上提及的Anne Y.Fu等人的非专利文件中披露的已知技术来形成分散部42，或者可以使用日本专利公开第2004-85323号中披露的超声波产生元件或日本专利公开第2006-220423号(参见权利要求10)中披露的胶电极。根据使用胶电极的方法，通过将预定电流提供给由含有电解液的凝胶形成并且在微流体通道的相对侧上放置成彼此相对关系并且沿溶剂的馈入方向呈彼此间隔关系的两个胶电极，改变了将馈入微小粒子P的微流体通道，从而分散出预期组群。

如上所述，在应用本实施例的光学测量装置和微小粒子测量设备中，与上面设置有单个微流体通道同时测量光束照射在单个微流体通道的固定点上以执行测量或分散的现有基板相比，通过将测量目标的微小粒子导入到多个微流体通道中以执行测量或分散，可以在短时间周期中完成测量过程。

可以将根据本发明实施例的光学测量装置用于诸如与活体有关的微小粒子(诸如，细胞、微生物和核糖体)、乳胶粒子或凝胶粒子和诸如工业粒子的合成粒子的微小粒子的光学测量。

另外，可以将光学测量设备和微小粒子测量设备用作流式细胞计或粒子分析器。

本领域的技术人员应理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、再组合和改进，均应包含在随附权利要求或等同物的范围之内。