JP2000105218A - Electromagnetrophoretic analytisis method and device for micro particulate in liquid - Google Patents

Electromagnetrophoretic analytisis method and device for micro particulate in liquid

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JP2000105218A
JP2000105218A JP10276024A JP27602498A JP2000105218A JP 2000105218 A JP2000105218 A JP 2000105218A JP 10276024 A JP10276024 A JP 10276024A JP 27602498 A JP27602498 A JP 27602498A JP 2000105218 A JP2000105218 A JP 2000105218A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To conduct detail separation/characterization for a microbody such as a molecule, and to easily carry out fractionation utilizing migration, by applying an electric field to the microbody dispersed in a dispersion medium and applying a magnetic field orthogonally to the electric field to conduct electrophoresis for the microbody in the magnetic field. SOLUTION: An Ag/AgCl electrode, for example, is provided by a cell holder in both end parts of a cell, a current flows to the i-direction in the figure, and a magnet is provided to apply a magnetic field H in a direction perpendicular to it. A light source is provided in a lower side of the cell to observe migration thereby from an upper side of the cell. Any of a charged microbody, a microbody charged by applying the electric field or the magnetic field, or an uncharged body is acceptable for the microbody of a migration object. A particulate of a polymer material such as polystylene, an inorganic particulate such as carbon, a molecule or a molecule flocculate, and a protein such as an enzyme are mentioned as an example.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、分散媒中に分散さ
れた微小物体に、電場をかけ、かつ、電場と直角方向に
磁場をかけて微小物体を磁場中で電磁泳動させる方法、
そのための装置、及び、その方法による微小物体の分離
方法並びにそのための分離装置に関する。
The present invention relates to a method for applying an electric field to a minute object dispersed in a dispersion medium and applying a magnetic field in a direction perpendicular to the electric field to cause the minute object to electrophoretically move in the magnetic field.
The present invention relates to an apparatus therefor, a method for separating a minute object by the method, and a separation apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】荷電した又は荷電させた微小物体を電気
泳動させる方法は、分析手段や分離手段として広く応用
されてきている。これらの電気泳動法は、微小物体を含
有する分散媒に電場をかけることにより行われてきた
が、電場と同時に磁場をかけることはなかった。
2. Description of the Related Art Electrophoresis of charged or charged minute objects has been widely applied as an analysis means or a separation means. These electrophoresis methods have been performed by applying an electric field to a dispersion medium containing minute objects, but did not apply a magnetic field simultaneously with the electric field.

【0003】均一電場中の液中粒子が均一磁場によって
受ける電磁泳動力に関する理論式が以前提案されたが
(A. Kolin, Science, 1953, 117, 134.)、実際の泳動
を検討することはほとんど行われてこなかった。そこで
本発明者らは、分散媒中の微小物体の電気泳動挙動に及
ぼす磁場の影響を検討し、液中での微小物体の新たな分
離・キャラクタリゼーション法としての可能性を検討し
た。
[0003] Although a theoretical formula for the electrophoretic force applied to a submerged particle in a uniform electric field by a uniform magnetic field has been previously proposed (A. Kolin, Science, 1953, 117, 134.), it is not possible to consider the actual migration. Almost never done. Then, the present inventors examined the influence of a magnetic field on the electrophoretic behavior of a minute object in a dispersion medium, and examined the possibility as a new separation and characterization method of a minute object in a liquid.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、分散媒中の
分子や微粒子などの微小物体の電気泳動挙動に及ぼす磁
場の影響を検討し、分散媒、特に溶液状の分散媒中での
微小物体の新たな泳動方法・分離方法を提供しようとす
るものである。より詳細には、本発明は、分散媒中に分
散された微小物体に、電場及び電場と直角方向に磁場を
かけて微小物体を電磁場中で電磁泳動させる方法、その
ための装置、及び、その方法による微小物体の分離方法
並びに分離装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention examines the effect of a magnetic field on the electrophoretic behavior of a minute object such as a molecule or a fine particle in a dispersion medium, and examines the effect of a magnetic field in a dispersion medium, particularly a solution-type dispersion medium. An object of the present invention is to provide a new electrophoresis method and separation method for an object. More specifically, the present invention relates to a method for causing a minute object dispersed in a dispersion medium to electrophores the minute object in an electromagnetic field by applying an electric field and a magnetic field in a direction perpendicular to the electric field, an apparatus therefor, and a method therefor. To provide a method and apparatus for separating a minute object.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、分散媒中に分
散された微小物体に、電場をかけ、かつ、電場と垂直方
向に磁場をかけて微小物体を磁場中で電磁泳動させる方
法に関する。また、本発明は、分散媒中に分散された微
小物体に、電場をかけ、かつ、電場と垂直方向に磁場を
かけて微小物体を磁場中で電磁泳動させるための装置に
関する。さらに、本発明は、分散媒中に分散された複数
種の微小物体に、電場をかけ、かつ、電場と垂直方向に
磁場をかけて微小物体を磁場中で電磁泳動させる方法に
よる微小物体の分離方法及びその装置に関する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for applying an electric field to a minute object dispersed in a dispersion medium and applying a magnetic field in a direction perpendicular to the electric field to cause the minute object to undergo electrophoresis in the magnetic field. . Further, the present invention relates to an apparatus for applying an electric field to a minute object dispersed in a dispersion medium and applying a magnetic field in a direction perpendicular to the electric field to cause the minute object to electrophoretically move in the magnetic field. Furthermore, the present invention provides a method for separating a minute object by a method in which an electric field is applied to a plurality of kinds of minute objects dispersed in a dispersion medium, and a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the electric field and the minute object is subjected to electrophoresis in the magnetic field. A method and an apparatus therefor.

【0006】透磁率μ、電流密度j、磁場の強さHの中
で、ある体積要素Vを有する物体が、磁場とそれに垂直
な電場によって受ける力Fは、次の式(1)、(2)で
示される。 dF = (μHj)dV (1) F = (μHj)V (2) 電流密度jが、媒体と媒体中の微小物体とで異なる場合
には、それぞれにかかる力が異なることになるから、そ
の力の差により微小物体が媒体中を泳動することにな
る。媒体中の微小物体と媒体の電流密度の関係は、マッ
クスウエル(Maxwell )の式から、次の(3)で示され
ることになる。 j = j(3σ/(2σ+σ)) (3)
Among the magnetic permeability μ, the current density j, and the magnetic field strength H, the force F received by an object having a certain volume element V by a magnetic field and an electric field perpendicular thereto is given by the following equations (1) and (2). ). dF = (μHj) dV (1) F = (μHj) V (2) When the current density j is different between the medium and the minute object in the medium, the forces applied to the medium will be different. Due to the difference, the minute object migrates in the medium. The relationship between the minute object in the medium and the current density of the medium is expressed by the following equation (3) from Maxwell's equation. j 1 = j 2 (3σ 1 / (2σ 2 + σ 1 )) (3)

【0007】ここに、jは微小物体内の電流密度、j
は媒体中の電流密度、σは微小物体の電気伝導度、
σは媒体の電気伝導度をそれぞれ示している。前記の
(2)式によれば、電磁場中の媒体中の体積Vを有する
微小物体が受ける力F、及び、媒体が受ける力F
それぞれ次ぎの(4)及び(5)式で示されることにな
る。 F = μHjV(3σ/(2σ+σ)) (4) F = μHjV (5) ここに、μは微小物体の透磁率であり、μは媒体の
透磁率である。したがって、電磁場中で媒体中の微小物
体が受ける相対的な力F(即ち、F−F)は次式
(6)で示されることになる。 F=F−F =HjV(μ(3σ/(2σ+σ))−μ) (6) ここで媒体と微小物体の透磁率が等しいかほぼ等しい、
即ち、 μ ≒ μ = μ として、 n = σ/σ とすると相対的な力Fは次式(7)で示される。 F = −2μHjV((1−n)/(2+n)) (7)
Here, j 1 is the current density in the minute object, j
2 is the current density in the medium, σ 1 is the electrical conductivity of the minute object,
σ 2 indicates the electric conductivity of the medium. According to the above equation (2), the force F 1 received by the minute object having the volume V in the medium in the electromagnetic field and the force F 2 received by the medium are expressed by the following equations (4) and (5), respectively. Will be. F 1 = μ 1 Hj 2 V (3σ 1 / (2σ 2 + σ 1 )) (4) F 2 = μ 2 Hj 2 V (5) where μ 1 is the magnetic permeability of the minute object, and μ 2 is This is the magnetic permeability of the medium. Therefore, the relative force F (that is, F 1 −F 2 ) received by the minute object in the medium in the electromagnetic field is expressed by the following equation (6). F = F 1 −F 2 = Hj 2 V (μ 1 (3σ 1 / (2σ 2 + σ 1 )) − μ 2 ) (6) Here, the magnetic permeability of the medium and that of the minute object are equal or almost equal.
That is, assuming that μ 1 ≒ μ 2 = μ and n = σ 1 / σ 2 , the relative force F is expressed by the following equation (7). F = −2 μHj 2 V ((1-n) / (2 + n)) (7)

【0008】この力Fを重力場にたとえて説明すると、
水中の物質が重力Fと浮力Fを受けているようなも
のである。しかし、上記で説明してきた力Fは、電磁場
で受ける力であるから、以下においては、Fを電磁力
と呼び、Fを電磁浮力と呼ぶことにする。電磁場中の
微小物体が受ける前記した力の関係を図1に示す。
If the force F is compared to a gravitational field,
Water material is such as under gravity F 1 and the buoyancy F 2. However, the force F which has been described above, since a force received by the electromagnetic field, in the following, the F 1 is referred to as electromagnetic force, will be an F 2 is referred to as electromagnetic buoyancy. FIG. 1 shows the relationship between the above-described forces received by a minute object in an electromagnetic field.

【0009】また、微小物体としてその電気伝導度σ
が0のものを使用した場合には、式(4)から電磁力F
は0になり、この結果、微小物体には電磁浮力F
みが実質的に作用することになる。即ち、この場合の力
Fは、次の(8)式で示される。 F = −μHjV (8) したがって、実質的に電気伝導度が0の微小物体を媒体
の透磁率がμの媒体中に分散させて、これを電磁場中
におくと、微小物体の体積V、及び、媒体中の電流密度
に比例した力Fが、微小物体にかかることになる。
ここで、電流密度を一定にしておくと、微小物体の体積
に応じて加わる力が異なることになり、体積に応じた電
磁泳動がみられることになる。理論的にはσ=0(n
=0)ということも考えられるが、実際にはポリスチレ
ンのような場合でもσは0ではなく、電磁泳動は
σ、即ち、nの値にも依存することになる。
Further, as a minute object, its electric conductivity σ 1
Is 0, the electromagnetic force F
1 is 0, the result, only the electromagnetic buoyancy F 2 acts substantially in very small objects. That is, the force F in this case is expressed by the following equation (8). F = −μ 2 Hj 2 V (8) Therefore, when a minute object having substantially zero electrical conductivity is dispersed in a medium having a magnetic permeability of μ 2 and placed in an electromagnetic field, the minute object the volume V, and the force F proportional to the current density j 2 in the medium, it takes a very small objects.
Here, if the current density is kept constant, the applied force will differ according to the volume of the minute object, and electrophoresis according to the volume will be observed. Theoretically, σ 1 = 0 (n
= 0), but σ 1 is not 0 even in the case of polystyrene, and electrophoresis also depends on σ 1 , that is, the value of n.

【0010】また、この時の泳動速度vは、次式(9)
で示されるストークスの法則の式、 F = 6πηRv (9) (式中、ηは媒体の粘度であり、Rは微小物体の半径で
ある。)と前記の(7)式から、次の式(10)で示さ
れることになる。 v = (2/45)・(μHj/η)((1−n)/(2+n)) (10) (式中、μは媒体の透磁率であり、Hは磁場の強さで
あり、jは媒体中の電流密度であり、ηは媒体の粘度
であり、Rは微小物体の半径である。)
The migration speed v at this time is given by the following equation (9).
F = 6πηRv (9) (where η is the viscosity of the medium and R is the radius of the minute object) and the above equation (7), and the following equation (7) 10). v = (2/45) · (μHj 2 R 2 / η) ((1-n) / (2 + n)) (10) (where, μ 2 is the magnetic permeability of the medium, and H is the strength of the magnetic field. , J 2 is the current density in the medium, η is the viscosity of the medium, and R is the radius of the minute object.)

【0011】以上の状況は均一な磁場の場合であり、磁
場が不均一な場合には媒体及び微小物体に磁場勾配に応
じた力が作用することになる。体積Vの微小物体に作用
する力(磁場吸引力)Fmは次の式(11)で示され
る。 Fm = Vμχ(H・(dH/dx)) (11) ここに、μは真空の透磁率であり、CGS単位系では
μ=1であり、χは磁化率であり、(dH/dx)は
磁場勾配を示す。
The above situation is a case of a uniform magnetic field. When the magnetic field is not uniform, a force corresponding to the magnetic field gradient acts on the medium and the minute object. The force (magnetic field attraction force) Fm acting on the minute object having the volume V is expressed by the following equation (11). Fm = Vμ 0 χ (H · (dH / dx)) (11) where μ 0 is the magnetic permeability of vacuum, μ 0 = 1 in the CGS unit system, χ is the magnetic susceptibility, and (dH / Dx) indicates the magnetic field gradient.

【0012】この力Fmは、式(11)からもわかるよ
うに磁化率χが小さい物質においては余り問題にならな
いが、塩化マンガン水溶液のように磁化率χが大きな特
に常磁性の物質である場合には大きな力として効いてく
ることになる。不均一磁場における媒体中の微小物体が
非磁性の物質である場合には、前記式(11)からもわ
かるように微小物体にかかる力は無いから、見かけ上同
体積の媒体にかかる力Fmが微小物体に逆向きにかかる
ことになる。これは、前記の電磁浮力と同様な考え方に
よるものである。したがって、不均一磁場において磁性
物質からなる媒体中の非磁性物質からなる微小物体にか
かる力Fは、次の式(12)で示される。 F = −Vμχ(H・(dH/dx)) (12) ここに、μは真空の透磁率であり、χは媒体の磁化率
であり、(dH/dx)は磁場勾配を示す。
This force Fm is not so problematic in a substance having a small magnetic susceptibility χ, as can be seen from the equation (11), but is particularly in the case of a paramagnetic substance having a large magnetic susceptibility よ う such as an aqueous manganese chloride solution. Will work as a great force. When the minute object in the medium in the inhomogeneous magnetic field is a non-magnetic substance, there is no force acting on the minute object as can be seen from the above equation (11), so the apparent force Fm acting on the medium having the same volume is It will be applied to the minute object in the opposite direction. This is based on the same concept as the electromagnetic buoyancy described above. Therefore, a force F applied to a minute object made of a non-magnetic substance in a medium made of a magnetic substance in a non-uniform magnetic field is expressed by the following equation (12). F = −Vμ 0 χ (H · (dH / dx)) (12) where μ 0 is the magnetic permeability of vacuum, χ is the magnetic susceptibility of the medium, and (dH / dx) is the magnetic field gradient. .

【0013】本発明者らは、微小物体としてポリスチレ
ン粒子と炭素球粒子を用いて、これらの微小物体の電気
泳動挙動に及ぼす磁場の影響を検討した。実験で用いた
セルを図2に示す。図2中の単位はmmである。この実
験に用いた磁石には縦、横16mm、高さ5mm、表面
磁場約0.3Tのネオジウム鉄ボロン磁石であり、これ
により均一磁場を生成させた。
The present inventors have used polystyrene particles and carbon sphere particles as minute objects, and studied the effect of a magnetic field on the electrophoretic behavior of these minute objects. FIG. 2 shows the cells used in the experiment. The unit in FIG. 2 is mm. The magnet used in this experiment was a neodymium iron boron magnet having a length of 16 mm, a width of 5 mm, a height of 5 mm and a surface magnetic field of about 0.3 T, thereby generating a uniform magnetic field.

【0014】この実験で使用した電磁泳動実験装置を図
3、図4、及び、図5に示す。図3は、図2に示される
セルの両開口部に電極(例えば、Ag/AgCl電極な
ど)を設置することができるようにしたセルホルダーを
示している。図4は、前記したセルホルダーと磁石との
関係を示している。即ち、セルの両端にセルホルダーに
より電極が設けられ電流は図4中のiで示される方向に
流れており、これと垂直方向に磁場Hが掛けられるよう
に両側に磁石が設置されており、この磁石の間隔は23
mmであった。そして、セルの下側に光源が設けられて
おり、この光源により泳動をセルの上側から観察した。
光は図5に示されるように顕微鏡内蔵の光源により下か
ら当てられた。
The electrophoresis experiment apparatus used in this experiment is shown in FIG. 3, FIG. 4, and FIG. FIG. 3 shows a cell holder in which electrodes (for example, Ag / AgCl electrodes and the like) can be installed in both openings of the cell shown in FIG. FIG. 4 shows the relationship between the cell holder and the magnet. That is, electrodes are provided by cell holders at both ends of the cell, current flows in the direction indicated by i in FIG. 4, and magnets are installed on both sides so that a magnetic field H is applied in a direction perpendicular to this. The distance between the magnets is 23
mm. A light source was provided below the cell, and the electrophoresis was observed from above the cell by the light source.
Light was applied from below by a light source built into the microscope as shown in FIG.

【0015】図5には、この装置の全体像を示した。こ
の装置には、セルに電流を流すための定電流電源、観察
のための顕微鏡、観察結果を記録しておくためのCCD
カメラとビデオ装置、及び、ステージの高さを決定する
ためのデジタルゲージが設けられている。このデジタル
ゲージによりμmのオーダーでステージの高さを調節で
きるようにした。このデジタルゲージにより焦点を合わ
せたステージの位置をμmオーダーで計測することがで
きるが、セル内に溶液を入れたときには、屈折率の違い
によりデジタルゲージの値をそのままセル内の位置とす
ることはできなかった。例えば、セルの上面と下面に焦
点を合わせたときのステージの高さの差は約190μm
となり、実際のセルの深さ250μm(図2参照)より
も小さく観測される。このためにデジタルゲージで測定
された値を補正する必要があり、次式(13)及び(1
4)で示す式により補正をした。
FIG. 5 shows an overall view of the apparatus. This device has a constant current power supply for supplying current to the cell, a microscope for observation, and a CCD for recording observation results.
A camera and a video device and a digital gauge for determining the height of the stage are provided. With this digital gauge, the height of the stage can be adjusted on the order of μm. The position of the focused stage can be measured on the order of μm using this digital gauge, but when a solution is placed in the cell, it is not possible to use the value of the digital gauge as it is in the cell due to the difference in the refractive index. could not. For example, the difference in stage height when focusing on the top and bottom surfaces of the cell is about 190 μm
Which is smaller than the actual cell depth of 250 μm (see FIG. 2). For this purpose, it is necessary to correct the value measured by the digital gauge, and the following equations (13) and (1)
The correction was made by the equation shown in 4).

【0016】セル内での粒子の深さを求めるために、ま
ずセルの上面と下面に焦点を合わし、ステージの高さを
記録する。次に、粒子に焦点を合わしてステージの高さ
を記録する。そして以下に示す式(13)によって粒子
の相対深さの比(Dr)を求め、次いでこのDrの値か
ら次式(14)によりセルの下面からの高さ(h)を
求めた。 Dr = (h−h)/(h−h) (13) (式中、hは粒子に焦点を合わせたときのステージの
高さであり、hはセルの上面に焦点を合わせたときの
ステージの高さであり、hはセルの下面に焦点を合わ
せたときのステージの高さである。) h = Dr×250μm (14)
To determine the depth of the particles in the cell, first focus on the upper and lower surfaces of the cell and record the height of the stage. Next, focus on the particles and record the stage height. Then, the ratio (Dr) of the relative depth of the particles was determined by the following equation (13), and the height (h D ) from the lower surface of the cell was determined from the value of Dr by the following equation (14). Dr = (h 1 −h 3 ) / (h 2 −h 3 ) (13) (where h 1 is the height of the stage when the particle is focused, and h 2 is the focus on the upper surface of the cell. the height of the stage when combined, h 3 is the height of the stage when focused on the lower surface of the cell.) h D = Dr × 250μm (14)

【0017】粒径が3μm、15μm及び20μmであ
る三種類のポリスチレン粒子を微小物体として電磁泳動
させた。媒体としては、1MKCl溶液を用いた。その
結果を図6に示す。図6の縦軸は泳動速度v(μm/
秒)を示し、横軸は電流i(μA)を示している。
Three kinds of polystyrene particles having a particle size of 3 μm, 15 μm and 20 μm were electrophoresed as minute objects. As a medium, a 1M KCl solution was used. FIG. 6 shows the result. The vertical axis in FIG. 6 indicates the migration speed v (μm /
Second), and the horizontal axis represents the current i (μA).

【0018】図6からわかるように、泳動速度vは電流
iの比例しており、このことは前記式(9)で示される
とおりの結果であることがわかる。この実験において
は、媒体の流動は観測されず、微小物体のみの泳動が観
察された。その泳動速度vは粒子径が大きいほど大き
く、このことは電磁浮力が粒子の体積に依存しているこ
ととよく一致していることを示す。粒径が20μmの微
小物体の傾きは、粒径が15μmの微小物体の傾きの約
1.74倍であり、これは半径の二乗の倍率(1.78
倍)にほぼ一致していることもわかった。なお、粒径3
μmの微小物体の電磁泳動は観測することができなかっ
た。
As can be seen from FIG. 6, the migration speed v is proportional to the current i, which is a result as shown by the above equation (9). In this experiment, the flow of the medium was not observed, and the migration of only a minute object was observed. The migration speed v increases as the particle diameter increases, which indicates that the electromagnetic buoyancy is in good agreement with the dependence on the particle volume. The inclination of a minute object having a particle diameter of 20 μm is approximately 1.74 times the inclination of a minute object having a particle diameter of 15 μm, which is a square magnification of the radius (1.78).
Times). In addition, particle size 3
Electrophoresis of a micrometer micro object could not be observed.

【0019】この実験における泳動速度vを前記式
(9)においてn=0として計算した結果を図7に示
す。磁場の強さHが1050エルステッド(Oe)で、
媒体の粘度ηが8.788×10−3ポイズ(pois
e)であり、CGS単位系で計算した。図7の計算値と
図6の実測値には、電流値が大きくなるほど大きな開き
が見られるが、その傾向は一致しており、量的には、実
測値は前記式(9)のn=0.323とすると計算値と
実験値が一致することがわかる。
FIG. 7 shows the result of calculation of the migration speed v in this experiment assuming that n = 0 in the equation (9). When the magnetic field strength H is 1050 Oersted (Oe),
The medium has a viscosity η of 8.788 × 10 −3 poise (pois).
e), calculated in CGS unit system. Although the calculated value in FIG. 7 and the measured value in FIG. 6 show a larger difference as the current value increases, the tendency is consistent, and quantitatively, the measured value is n = It can be seen that the calculated value matches the experimental value when 0.323 is set.

【0020】次に不均一な磁場での電磁泳動の実験を行
った。この実験では導電率の異なる二種類の微小物体を
用いた。導電率の小さいポリスチレンラテックス(カル
ボキシレート)粒子(以下ポリスチレン粒子と略す)
と、導電体の粒子である炭素球粒子を微小物体として用
いた。それぞれの調製方法を以下に示す。まずポリスチ
レン粒子(半径1.5μm)は、市販のラテックス試料
を精製水(蒸留水をミリポア(MILLIPORE )で精製した
水。)(以下、水と略す)、又はKCl水溶液で観測し
やすい粒子数に希釈したものを用いた(粒子数 3.3
6×10個 cm−3)。実際には100cmの水
に対して、ラテックス試料を20μl加えた。試料は普
段は冷蔵保存し、測定する前に室温(25℃)に戻し
た。
Next, an experiment of electrophoresis in a non-uniform magnetic field was performed. In this experiment, two kinds of minute objects having different electric conductivity were used. Polystyrene latex (carboxylate) particles with low conductivity (hereinafter abbreviated as polystyrene particles)
And carbon sphere particles, which are conductive particles, were used as minute objects. Each preparation method is shown below. First, polystyrene particles (with a radius of 1.5 μm) are obtained by converting a commercially available latex sample into purified water (water obtained by purifying distilled water with MILLIPORE) (hereinafter abbreviated as water), or the number of particles that can be easily observed with an aqueous KCl solution. The diluted one was used (particle number 3.3
6 × 10 5 cm −3 ). Actually, 20 μl of a latex sample was added to 100 cm 3 of water. Samples were usually stored refrigerated and returned to room temperature (25 ° C.) before measurement.

【0021】次に炭素球粒子としてバイオテクリサーチ
のカーボンカラム・ビーズを用い、約0.05%(W/
W)になるように調製した。しかし、水だけでは浮かん
でしまい分散しなかったので、中性の界面活性剤である
トリトンX−100(ポリオキシエチレン(10)オク
チルフェニルエーテル(CH(CH
(OCHCH10OHからなる中性の界面活性
剤)を約0.01%(V/V)になるように加え、振と
う機で1時間程度振とうさせると、よい分散が得られ
た。粒子の半径は様々であったが、かなり小さい粒子
(半径約1μm)だけはある程度の時間分散していた。
実際には100cmの水に対して、炭素球を約0.0
5g、トリトンX−100を10μl加えた。
Next, using carbon column beads of Biotech Research as carbon sphere particles, about 0.05% (W /
W). However, since water alone floated and did not disperse, the neutral surfactant Triton X-100 (polyoxyethylene (10) octyl phenyl ether (CH 3 (CH 2 ) 7 C 6 H) was used.
4 (OCH 2 CH 2 ) 10 OH (a neutral surfactant composed of 10 OH) is added to a concentration of about 0.01% (V / V), and shaken for about 1 hour with a shaker to obtain a good dispersion. Obtained. Although the radii of the particles varied, only fairly small particles (radius about 1 μm) were dispersed for some time.
Actually, about 100 cm 3 of water,
5 g and 10 μl of Triton X-100 were added.

【0022】この実験に使用した実験装置を図8に示
す。図8の実験装置は、図5に示した均一磁場での実験
装置と、セルの部分及びデジタルゲージの部分を除きほ
ぼ同様なものである。ここで便宜上、図8の右上に示し
たセル(内径73×23×lmm)に座標軸を置いた。
長さ方向をX軸、幅方向をY軸、深さ方向をZ軸とし
た。セルはアルミの枠に固定されていて、そのアルミ枠
をステージに水平に固定し XY方向に平行に動かせる
ようにした。粒子の泳動の様子は、セルの真上から光学
顕微鏡を用いて観察した。倍率は300倍(接眼レンズ
×15、対物レンズ×20)である。この顕微鏡には焦
点調製のために目盛のついた微動ネジがついているの
で、その値から深さを求めた。
FIG. 8 shows an experimental apparatus used in this experiment. The experimental apparatus in FIG. 8 is almost the same as the experimental apparatus in the uniform magnetic field shown in FIG. 5 except for the cell part and the digital gauge part. Here, for the sake of convenience, the coordinate axes were placed on the cell (inner diameter 73 × 23 × 1 mm) shown in the upper right of FIG.
The length direction was the X axis, the width direction was the Y axis, and the depth direction was the Z axis. The cell was fixed to an aluminum frame, and the aluminum frame was fixed horizontally on the stage so that it could be moved in parallel to the XY directions. The state of migration of the particles was observed from directly above the cell using an optical microscope. The magnification is 300 times (eyepiece lens × 15, objective lens × 20). Since this microscope has a graduated fine screw for focus adjustment, the depth was determined from the value.

【0023】電磁泳動挙動の測定法は、基本的には前記
の電気泳動挙動の測定法と操作は変わらない。変わった
点は、セルの下に磁石(16×16×5mm)を設置す
る点である。この磁石はステージの動きと関係なく常に
対物レンズの真下にあるので、顕微鏡の視野内では水平
な均一電場に垂直に均一磁場が存在している(図9参
照)。磁石には非常に強力なネオジム鉄ボロン磁石を用
いた(lmmのガラスを挟んだ上の磁束密度約0.36
T)。図9に、この実験のセル部分を示す。
The procedure for measuring the electrophoretic behavior is basically the same as the procedure for measuring the electrophoretic behavior described above. What is unusual is that a magnet (16 × 16 × 5 mm) is installed under the cell. Since this magnet is always directly below the objective lens irrespective of the movement of the stage, there is a uniform magnetic field perpendicular to the horizontal uniform electric field in the field of view of the microscope (see FIG. 9). A very strong neodymium iron boron magnet was used for the magnet (with a magnetic flux density of about 0.36
T). FIG. 9 shows the cell part of this experiment.

【0024】まず、あらかじめ測定前に試料のpHと導
電率を測定する。セルに試料を満たした後、ステージに
固定し、顕微鏡でまず深さの基準となる溝を探す。次に
上の溝から微動ネジを使って定常レベルに合わせ、焦点
の合っている粒子をXYステージを動かして探す。粒子
が見つかったら、ビデオを縁画にし電圧をかける(約5
0V)。泳動挙動を緑画したら、電圧をかけるのを止め
ビデオを止める。このようにして数個の粒子について測
定し、電極の正負を変え、上下の定常レベルについてそ
れぞれ測定し、この4過程で1つの試料の測定とする。
測定した試料はそのままもう一度導電率を測定する。
First, the pH and conductivity of the sample are measured before measurement. After the cell is filled with the sample, it is fixed on a stage, and a groove that serves as a depth reference is first searched with a microscope. Next, the XY stage is used to search for the focused particle by moving the XY stage from the upper groove to a steady level using a fine movement screw. If particles are found, border the video and apply voltage (approximately 5
0V). When the electrophoresis behavior is green, stop applying the voltage and stop the video. In this way, several particles are measured, the polarity of the electrode is changed, and the upper and lower steady levels are measured, respectively, and one sample is measured in these four processes.
The conductivity of the measured sample is measured once again.

【0025】なお、トリトンX−100を加えたことに
よって多少セルの中を流れる試料の流れが遅くなったよ
うに感じられたので、トリトンX−100水溶液の粘度
を調べた。測定にはユベロード粘度計を使い、25℃に
おける水に対する相対粘度を求めた。
Since it was felt that the flow of the sample flowing through the cell was somewhat delayed by adding Triton X-100, the viscosity of the aqueous solution of Triton X-100 was examined. For the measurement, a relative viscosity with respect to water at 25 ° C. was obtained by using a Jubelod viscometer.

【0026】まず、磁場をかけずに電気のみによる電気
泳動の様子を観察した。その結果を図10に示す。写真
は左側が正極で右側が負極で、媒体として1mMKCl
を用いたポリスチレンラテックス粒子の映像であり、右
側は電圧をかけたとき(0秒)であり、真ん中は8秒後
であり、左側は16秒後の映像である。この電気泳動で
はポリスチレンラテックス粒子はX軸方向(図中の左右
方向)にのみ泳動しており、Y軸方向(図中の上下方
向)への泳動はみられなかった。
First, the state of electrophoresis using only electricity without applying a magnetic field was observed. The result is shown in FIG. The photo shows the positive electrode on the left and the negative electrode on the right.
Is an image of the polystyrene latex particles using the image, the right side is when a voltage is applied (0 second), the middle is after 8 seconds, and the left side is an image after 16 seconds. In this electrophoresis, the polystyrene latex particles migrated only in the X-axis direction (horizontal direction in the figure), and did not migrate in the Y-axis direction (vertical direction in the figure).

【0027】次に、磁場をかけると明らかに粒子の泳動
挙動に変化が見られた。結果を図11に示す。いずれの
写真も前記の図10と同様であるが、図11の上段がK
Clを添加していない場合(0mM)であり、2段目が
KCl0.1mMの場合であり、3段目(最下段)がK
Cl1mMの場合のものである。粒子は電気泳動の場合
とは異なり、KCl濃度が増すに連れてY軸方向(図中
の上下方向)への大きな泳動が観察された。
Next, when a magnetic field was applied, the migration behavior of the particles clearly changed. The results are shown in FIG. Each photograph is the same as in FIG. 10 described above, but the upper part of FIG.
Cl was not added (0 mM), the second stage was 0.1 mM KCl, and the third stage (bottom) was K
This is for Cl1 mM. Unlike the case of electrophoresis, the particles observed larger migration in the Y-axis direction (vertical direction in the figure) as the KCl concentration increased.

【0028】この写真(図11)のように粒子は斜めに
泳動する。そこで粒子の泳動速度をX軸方向・Y軸方向
の速度にベクトル分解して、電気泳動との違いについて
検討した。X軸方向の速度成分Vxは電気泳動と同じ方
向なので、電気泳動移動度とVxから求めた泳動移動度
を比較することで磁場による寄与があるか否かを検討し
た。この検討に際して泳動移動度にしたのは、泳動速度
では単純な比較ができないからである。Vxを電場で割
って規格化した泳動移動度を、KCl濃度に対してプロ
ットした場合、泳動移動度が電気泳動移動度とほぼ一致
した。その結果を図12に示す。図12の黒丸印は炭素
粒子の場合を示し、白丸印はポリスチレンラテックス粒
子の場合を示す。図12の横軸はKCl濃度(10−3
モル/dm )を対数で示しており、縦軸は速度成分V
xの泳動移動度(10−8/秒/V )を示してい
る。図13は同様に泳動移動度を示している。同図から
分かるように泳動移動度にほとんど違いが見られなかっ
た。この結果から磁場の存在下での泳動におけるVxは
電気泳動の寄与のみであることが分かった。
As shown in this photograph (FIG. 11), the particles are oblique.
Run electrophoresis. Therefore, the migration speed of the particles is set in the X-axis direction and Y-axis direction.
The difference with electrophoresis
investigated. The velocity component Vx in the X-axis direction is the same as in electrophoresis
Orientation, so the electrophoretic mobility and the electrophoretic mobility obtained from Vx
To determine whether there is a contribution from the magnetic field.
Was. In this study, the electrophoretic mobility was used as the electrophoretic velocity.
This is because a simple comparison cannot be made. Divide Vx by electric field
Migration mobility normalized to KCl concentration
Mobility is almost the same as electrophoretic mobility
did. FIG. 12 shows the result. The black circle in FIG. 12 is carbon
The white circles indicate polystyrene latex particles.
Shows the child case. The horizontal axis of FIG. 12 shows the KCl concentration (10-3
Mol / dm3 ) Is shown as a logarithm, and the vertical axis represents the velocity component V.
x migration mobility (10-8m2/ Sec / V)
You. FIG. 13 similarly shows the migration mobilities. From the figure
As can be seen, there is almost no difference in the migration mobility
Was. From this result, Vx in electrophoresis in the presence of a magnetic field is
It was found that it was only the contribution of electrophoresis.

【0029】Y軸方向の速度成分Vyは電気泳動のとき
には0であった。しかもVxは電気泳動だけであったの
で、このVy成分は電磁泳動そのものであると考えられ
る。電磁泳動力は電流密度に比例するので、このVyを
電流に対してプロットした結果を図14に示す。図14
の黒丸印は炭素粒子の場合を示し、白丸印はポリスチレ
ンラテックス粒子の場合を示す。図14の横軸は電流
(10−6A)を示しており、縦軸は泳動速度(10
−6m/秒)を示している。その結果、ポリスチレン、
炭素両粒子とも原点を通る同一の直線に近似できた。こ
のことは導電率の全く違う両粒子にもかかわらず、電磁
泳動力に差が見られなかったことを示している。
The velocity component Vy in the Y-axis direction was 0 during electrophoresis. Moreover, since Vx was only electrophoresis, this Vy component is considered to be electrophoresis itself. Since the electrophoretic force is proportional to the current density, FIG. 14 shows the result of plotting Vy against the current. FIG.
Black circles indicate the case of carbon particles, and white circles indicate the case of polystyrene latex particles. The horizontal axis in FIG. 14 shows the current (10 −6 A), and the vertical axis shows the migration speed (10 −6 A).
-6 m / sec). As a result, polystyrene,
Both carbon particles could be approximated to the same straight line passing through the origin. This indicates that no difference was observed in the electrophoretic force despite the two particles having completely different electrical conductivities.

【0030】以上の結果は、不均一磁場における電磁泳
動においては、電磁流動が支配的であり、開放系に近い
状態では、電磁流動と電気泳動をそれぞれ直交する方向
に作用させ、イオンや微粒子の分離を行うことができ、
密閉系においては、バルクフローの動力源として利用が
可能であることを示している。また、均一磁場における
電磁泳動においては流動は起こらず、電磁浮力による粒
子の泳動分離が起こり、この泳動速度は、粒子半径の二
乗に比例し、電流に比例し、また、これと電気泳動との
組み合わせも可能であることから、粒子の大きさ、電
荷、導電率に基づく泳動分析が期待されることを示して
いる。したがって本発明は、分散媒との組合せにより、
電磁場の中での微小物体の分離又はキャラクタリゼーシ
ョン法としての可能性を示すものであり、本発明は従来
の電場のみを用いた電気泳動法とはことなる新たな分離
・キャラクタリゼーション法を提供するものである。
The above results indicate that in the electrophoresis in a non-uniform magnetic field, the electromagnetic flow is dominant, and in a state close to an open system, the electromagnetic flow and the electrophoresis act in directions perpendicular to each other, and the Separation can be performed,
This indicates that the closed system can be used as a power source for bulk flow. Also, in electrophoresis in a uniform magnetic field, no flow occurs, and electrophoretic separation of particles occurs due to electromagnetic buoyancy, and the migration speed is proportional to the square of the particle radius, proportional to the current, and the difference between this and electrophoresis. The combination is also possible, indicating that electrophoretic analysis based on particle size, charge, and conductivity is expected. Therefore, the present invention, by a combination with a dispersion medium,
The present invention shows a possibility as a separation or characterization method of minute objects in an electromagnetic field, and the present invention provides a new separation and characterization method different from the conventional electrophoresis method using only an electric field. Things.

【0031】本発明の泳動の対象となる微小物体として
は、帯電している微小物体であってもよく、また、電場
又は磁場をかけることにより帯電する微小物体であって
もよいし、帯電しないものであってもよい。微小物体と
しては導電性を少しでも有するものが好ましい。本発明
における微小物体としては、例えば、ポリスチレンなど
の高分子物質の粒状物、炭素などの無機物質の粒状物、
分子や分子の凝集物、酵素などの蛋白質、ペプチド、細
菌類や細胞などの微生物などが挙げられる。これらの微
小物体には、必要に応じて、蛍光物質や放射性物質など
のマーカーが付されていてもよい。これらの微小物体
は、従来の電気泳動による分離だけでなく、その大き
さ、例えば体積などやその形により本発明の方法により
分離することが可能となる。
The minute object to be electrophoresed in the present invention may be a charged minute object, a minute object charged by applying an electric or magnetic field, or a non-charged object. It may be something. It is preferable that the minute object has a small amount of conductivity. Examples of the minute object in the present invention include, for example, particles of a polymer substance such as polystyrene, particles of an inorganic substance such as carbon,
Examples include molecules and aggregates of molecules, proteins such as enzymes, peptides, and microorganisms such as bacteria and cells. These minute objects may be provided with a marker such as a fluorescent substance or a radioactive substance as necessary. These minute objects can be separated by the method of the present invention not only by conventional separation by electrophoresis but also by their size, for example, volume and shape.

【0032】媒体としては、電導性があれば特に制限は
なく、液体状であっても、ゲル状であってもよいが、水
溶液が好ましい。また、分散媒中に必要に応じて界面活
性剤などの他の添加物を添加することもできる。
The medium is not particularly limited as long as it has electrical conductivity. The medium may be liquid or gel, but an aqueous solution is preferred. Further, other additives such as a surfactant can be added to the dispersion medium as needed.

【0033】本発明の方法は電場に垂直な方向に磁場を
かけることを特徴とするものであるが、磁場をかける方
向は媒体や分離しようとする微小物体に応じて適宜変更
することもできる。また、磁場は一方向からのみではな
く必要に応じて多方向からかけることも可能である。磁
場はセル全体に均一になるものであってもよいが、不均
一な磁場であってもよい。
The method of the present invention is characterized in that a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the electric field, but the direction in which the magnetic field is applied can be appropriately changed according to the medium and the minute object to be separated. The magnetic field can be applied not only from one direction but also from multiple directions as needed. The magnetic field may be uniform throughout the cell, but may be non-uniform.

【0034】本発明で使用されるセルは密閉型のものが
好ましいが、密閉型でなくともよく、電場及び磁場に応
じて適宜設計することができる。また、セルには微小物
体に二次元的な泳動に応じた分画ができる分画部を有す
ることもできる。従来の電気泳動は一次元的な泳動であ
り、分画することは困難であったが、本発明の電磁泳動
は二次元的泳動であることから、分画部、例えば分画の
ための仕切板を設けた分画部などを設けることにより分
離された微小物体を直接分画部に分取することが可能と
なる。
The cell used in the present invention is preferably a closed cell, but need not be a closed cell, and can be appropriately designed according to an electric field and a magnetic field. In addition, the cell may have a fractionation unit capable of fractionating a minute object according to two-dimensional migration. Conventional electrophoresis is a one-dimensional electrophoresis, and it is difficult to fractionate. However, since the electrophoresis of the present invention is a two-dimensional electrophoresis, a fractionation part, for example, a partition for the fractionation, is used. By providing a separation unit provided with a plate or the like, it becomes possible to directly separate the separated minute object into the separation unit.

【0035】[0035]

【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
EXAMPLES Next, the present invention will be described specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0036】実施例1 (1)装置 縦と横が各々0.25mmで長さが6mmの図2に示す
セルに媒体及び微小物体を入れ、これを図3に示すセル
の両端に電極を設けることができるセルホルダーに固定
した。電極としては、直径1mmの銀線をテフロンチュ
ーブに入れ、これを陽極、白金線を陰極として電気分解
を行った。100μAの定電流を5〜10分間流すと、
銀線の先端に塩化銀が付着した。これを可逆電極として
用いた。媒体及び微小物体の入ったセルをセルホルダー
に固定するに際しては、セル内の溶液を密閉し、セル内
に溶液を密閉する際には、作業を溶液中で行って気泡の
進入を防ぎ、スクリューで締め付けることによって液漏
れをなくした。セルを固定したセルホルダーを電場に垂
直方向から磁場がかかるように図4に示す磁石の間にセ
ットした。磁石には縦、横16mm、高さ5mm、表面
磁場約0.3Tのネオジウム鉄ボロン磁石を用いた。磁
場の中にセットされたセルホルダーを図5に示す顕微鏡
に置き、デジタルゲージを設定した。実験に用いた装置
の全体像を図5に示す。セルの両端には電極が接続さ
れ、このセルをニ枚の磁石ではさみ、光は顕微鏡内蔵の
光源により下からあてた。
Example 1 (1) Apparatus A medium and a small object are put in a cell shown in FIG. 2 having a length of 0.25 mm and a width of 6 mm and a length of 6 mm, and electrodes are provided at both ends of the cell shown in FIG. Can be fixed to the cell holder. As an electrode, a silver wire having a diameter of 1 mm was placed in a Teflon tube, and electrolysis was performed using this as an anode and a platinum wire as a cathode. When a constant current of 100 μA is passed for 5 to 10 minutes,
Silver chloride adhered to the tip of the silver wire. This was used as a reversible electrode. When fixing the cell containing the medium and the minute object to the cell holder, the solution in the cell is sealed, and when the solution is sealed in the cell, work is performed in the solution to prevent air bubbles from entering, and the screw is screwed. Liquid leakage was eliminated by tightening with. The cell holder to which the cell was fixed was set between the magnets shown in FIG. 4 so that a magnetic field was applied to the electric field from the vertical direction. A neodymium iron boron magnet having a length of 16 mm, a width of 5 mm, and a surface magnetic field of about 0.3 T was used as the magnet. The cell holder set in the magnetic field was placed on the microscope shown in FIG. 5, and a digital gauge was set. FIG. 5 shows an overall image of the apparatus used in the experiment. Electrodes were connected to both ends of the cell, the cell was sandwiched between two magnets, and light was applied from below by a light source built into the microscope.

【0037】図5に示す装置には以下のものが使用され
た。 定電流電源 扶桑製作所 HECS 317B 電圧計 武田理研 デジタルマルチメーターTR6843 顕微鏡 Nikon 生物顕微鏡 LABOPHOT ステージ 中央精機 小型二軸コントローラー MMC−2 中央精機 小型自動パルスステージ MMステージ CCDカメラ SONY CCD−IRIS デジタルゲージ PEACOCK No.107 光源 OLYMPUS MODELLGPS ガウスメーター 横川電気 Type3251
The following was used for the apparatus shown in FIG. Constant current power supply Fuso Seisakusho HECS 317B Voltmeter Takeda Riken Digital multimeter TR6843 Microscope Nikon Biological microscope LABOPHOT stage Central precision machine Small twin axis controller MMC-2 Central precision machine Small automatic pulse stage MM stage CCD camera SONY CCD-IRIS Digital gauge PEACOK No. 107 Light source OLYMPUS MODELGPS Gauss meter Yokokawa Electric Type3251

【0038】(2) 試薬と測定 前記(1)に記載の装置を用いて、粒径が3μm、15
μmポリスチレンラテックス粒子(直径14.571μ
m、標準偏差1.657μm)(以下、15μポリスチ
レン粒子と略す)及び20μmポリスチレンラテックス
粒子(直径22.001μm、標準偏差2.712μ
m)(以下20μポリスチレン粒子と略す)である三種
類のポリスチレン粒子を微小物体として電磁泳動させ
た。媒体としては、1MKCl溶液を用いた。これを観
測しやすい粒子数に希釈した。試料は晋段は冷蔵保存
し、測定する前に室温(25℃)に戻した。その結果を
図6に示す。図6の縦軸は泳動速度v(μm/秒)を示
し、横軸は電流i(μA)を示している。
(2) Reagent and Measurement Using the apparatus described in the above (1), the particle size was 3 μm,
μm polystyrene latex particles (diameter 14.571μ)
m, standard deviation 1.657 μm) (hereinafter abbreviated as 15 μ polystyrene particles) and 20 μm polystyrene latex particles (diameter 22.001 μm, standard deviation 2.712 μm).
m) (hereinafter, abbreviated as 20 μ polystyrene particles) were electrophoresed as minute objects. As a medium, a 1M KCl solution was used. This was diluted to an easily observable particle number. The samples were stored refrigerated at Shindan and returned to room temperature (25 ° C.) before measurement. FIG. 6 shows the result. The vertical axis in FIG. 6 shows the migration speed v (μm / sec), and the horizontal axis shows the current i (μA).

【0039】実施例2 (1)装置 不均一磁場における電磁泳動の実験を行った。この実験
の装置を図8に示す。この実験では、定電圧電源・光学
顕微鏡・CCDカメラ・ブリッグスセル(Briggs
−Cell)一式からなるζ電位測定用(三田村理研工
業)の装置を用いた。ここで便宜上、図8の右上に示し
たセル(内径73×23×1mm)に座標軸を置いた。
長さ方向をX軸、幅方向をY軸、深さ方向をZ軸とし
た。セルはアルミの枠に固定されていて、そのアルミ枠
をステージに水平に固定し、XY方向に平行に動かせる
ようにした。粒子の泳動の様子は、セルの真上から光学
顕微鏡を用いて観察した。倍率は300倍(接眼レンズ
×15、対物レンズ×20)であった。この顕微鏡には
焦点調整のために目盛のついた微動ネジがついているの
で、その値から深さを求めた。
Example 2 (1) Apparatus An experiment of electrophoresis in a non-uniform magnetic field was performed. The apparatus for this experiment is shown in FIG. In this experiment, constant voltage power supply, optical microscope, CCD camera, Briggs cell (Briggs cell)
-Cell) An apparatus for measuring ζ potential (Mitamura Riken Kogyo) consisting of one set was used. Here, for convenience, a coordinate axis is placed on the cell (inner diameter 73 × 23 × 1 mm) shown in the upper right of FIG.
The length direction was the X axis, the width direction was the Y axis, and the depth direction was the Z axis. The cell was fixed to an aluminum frame, and the aluminum frame was fixed horizontally on the stage so that it could be moved in parallel to the XY directions. The state of migration of the particles was observed from directly above the cell using an optical microscope. The magnification was 300 times (eyepiece lens × 15, objective lens × 20). Since the microscope was provided with a graduated fine screw for focus adjustment, the depth was determined from the value.

【0040】この実験に用いた装置を以下に示す。 pHメーター(ガラス電極式水素イオン濃度計) 堀場製作所 型式 F−14 F−70 導電率計(CONDUCTIVITY METER) TOA ELEOTROCHEMICAL MESURING INSTRUMENTS CM−40V 導電率セル CT−54101B ガウスメーター 横川電気 Type 3251。The apparatus used in this experiment is shown below. pH meter (glass electrode type hydrogen ion concentration meter) HORIBA, Ltd. Model F-14 F-70 Conductivity meter (CONDUCTIVITY METER) TOA ELEOTROCHEMICAL MESURING INSTRUMENTS CM-40V Conductivity cell CT-54101B Gauss meter Yokokawa Electric Type 3251.

【0041】(2) 試薬 電磁泳動力の違いを見るために、この実験では導電率の
異なる二種類の粒子を用いた。絶縁体であるポリスチレ
ンラテックス(カルボキシレート)粒子(以下ポリスチ
レン粒子と略す)と、導電体の粒子である炭素球粒子で
ある。それぞれの調製方法を以下に示す。まずポリスチ
レン粒子(半径1.5μm)は、市販のラテックス試料
を蒸留水をミリポア(MILLIPORE)によって精
製した精製水(以下、水と略す)又はKCl水溶液で観
測しやすい粒子数に希釈したものを用いた(粒子数
3.36×10個・cm−3)。実際には100cm
の水に対して、ラテックス試料を20μl加えた。試
料は晋段は冷蔵保存し、測定する前に室温(25℃)に
戻した。
(2) Reagent In order to see the difference in electrophoretic force, two kinds of particles having different electric conductivity were used in this experiment. These are polystyrene latex (carboxylate) particles (hereinafter abbreviated as polystyrene particles), which are insulators, and carbon sphere particles, which are conductor particles. Each preparation method is shown below. First, polystyrene particles (with a radius of 1.5 μm) are obtained by diluting a commercially available latex sample with purified water (hereinafter abbreviated as water) obtained by purifying distilled water with MILLIPORE or a KCl aqueous solution to a particle number that is easily observed. (The number of particles
3.36 × 10 5 pieces · cm −3 ). Actually 100cm
20 μl of the latex sample was added to the water of No. 3 . The samples were stored refrigerated at Shindan and returned to room temperature (25 ° C.) before measurement.

【0042】次に炭素球粒子としてバイオテクリサーチ
のカーボンカラム・ビーズを用い、約0.05%(W/
W)になるように調製した。しかし、水だけでは浮かん
でしまい分散しなかったので、中性の界面活性剤である
トリトンX−100を約0.01%(V/V)になるよ
うに加え、振とう機で1時間程度振とうさせると、よい
分散が得られた。粒子の半径は様々であったが、かなり
小さい粒子(半径、約1μm)だけはある程度の時間分
散していた。実際には100cmの水に対して、.炭
素球を約0.05g、トリトンX−100を10μl加
えた。
Next, using carbon column beads of Biotech Research as carbon sphere particles, about 0.05% (W /
W). However, since water alone floated and did not disperse, Triton X-100, a neutral surfactant, was added to a concentration of about 0.01% (V / V), and was shaken for about 1 hour. Upon shaking, a good dispersion was obtained. Although the radii of the particles varied, only fairly small particles (radius, about 1 μm) were dispersed for some time. In fact, for 100 cm 3 of water,. About 0.05 g of carbon spheres and 10 μl of Triton X-100 were added.

【0043】(3) 電気泳動挙動の測定法 まずあらかじめ測定前に試料のpHと導電率を測定す
る。そしてセルに入れる前に試料をよく撹拌し、セルの
内部に空気が残らないようにセルを試料で満たしてい
く。粒子は水より密度が大きく、徐々に沈んでいくので
以降は手際よく測定する。セルに試料を満たした後、ス
テージに固定し、顕微鏡でまず深さの基準となる溝を探
す。次に上の溝から微動ネジを使って定常レベルに合わ
せ、焦点の合っている粒子をXYステージを動かして探
す。粒子が見つかったら、ビデオを録画にし、電圧をか
ける(約50V)。泳動挙動を緑画したら、電圧をかけ
るのを止めビデオを止める。このようにして数個の粒子
について測定し、電極の正負を変え、上下の定常レベル
についてそれぞれ測定し、この4過程で1つの試料の測
定とする。測定した試料はそのままもう一度導電率を測
定する。
(3) Method for Measuring Electrophoretic Behavior First, before measurement, the pH and conductivity of the sample are measured. Then, the sample is thoroughly stirred before being put into the cell, and the cell is filled with the sample so that no air remains inside the cell. Since the particles have a higher density than water and gradually sink, the measurement is carried out finely thereafter. After the cell is filled with the sample, it is fixed on a stage, and a groove that serves as a depth reference is first searched with a microscope. Next, the XY stage is used to search for the focused particle by moving the XY stage from the upper groove to a steady level using a fine movement screw. Once the particles are found, record the video and apply voltage (about 50V). When the electrophoresis behavior is green, stop applying the voltage and stop the video. In this way, several particles are measured, the polarity of the electrode is changed, and the upper and lower steady levels are measured, respectively, and one sample is measured in these four processes. The conductivity of the measured sample is measured once again.

【0044】(4) 電磁泳動挙動の測定法 基本的に前記(3)の電気泳動挙動の測定法と操作は変
わらない。変わるのは、セルの下に磁石(16×16×
5mm)を設置する点である。この磁石はステージの動
きと関係なく常に対物レンズの真下にあるので、顕微鏡
の視野内では水平な均一電場に垂直に不均一磁場が存在
している(図9)。磁石には非常に強力なネオジム鉄ボ
ロン磁石を用いた(lmmのガラスを挟んだ上の磁束密
度約0.36Tであった。)。
(4) Method for Measuring Electrophoretic Behavior The operation is basically the same as the method for measuring electrophoretic behavior in (3). What changes is that a magnet (16 × 16 ×
5 mm). Since this magnet is always directly below the objective lens irrespective of the movement of the stage, there is a non-uniform magnetic field perpendicular to the horizontal uniform electric field in the field of view of the microscope (FIG. 9). A very strong neodymium iron boron magnet was used as the magnet (the magnetic flux density was about 0.36 T above the glass of 1 mm).

【0045】(5) 粘度測定 トリトンX−100を加えたことによって多少セルの中
を流れる試料の流れが遅くなったように感じられたの
で、トリトンX−100水溶液の粘度を調べた。測定に
はユベロード粘度計を使い、25℃における水に対する
相対粘度を求めた。
(5) Measurement of Viscosity Since the flow of the sample flowing through the cell seemed to be slightly delayed due to the addition of Triton X-100, the viscosity of the aqueous solution of Triton X-100 was examined. For the measurement, a relative viscosity with respect to water at 25 ° C. was obtained by using a Jubelod viscometer.

【0046】(6) 測定結果 まず、磁場をかけると明らかに粒子の泳動挙動に変化が
見られた。粒子は電気泳動の方向とは異なる方向に泳動
した。その様子を連続写真に示す(図10及び11)。
いずれの写真も左側が正極で右側が負極で、ポリスチレ
ンラテックス粒子の映像である。電気泳動では図10の
写真のようにX軸方向にのみ泳動しているが、電磁泳動
では図11の写真のようにY軸方向にも泳動し、KCl
濃度が増えるにしたがってY軸方向の泳動速度が増し
た。図11の写真のように電磁泳動では、粒子は斜めに
泳動する。そこで粒子の泳動速度をX軸方向及びY軸方
向の速度にベクトル分解して、電気泳動との違いについ
て検討した。
(6) Measurement Results First, when a magnetic field was applied, the migration behavior of the particles clearly changed. The particles migrated in a direction different from the direction of electrophoresis. The appearance is shown in a series of photographs (FIGS. 10 and 11).
In each of the photographs, the left side is the positive electrode and the right side is the negative electrode, which is an image of polystyrene latex particles. In electrophoresis, electrophoresis is performed only in the X-axis direction as shown in the photo of FIG. 10, but in electrophoresis, electrophoresis is also performed in the Y-axis direction as in the photo of FIG.
The migration speed in the Y-axis direction increased as the concentration increased. In the electrophoresis, as shown in the photograph of FIG. 11, particles migrate diagonally. Therefore, the electrophoretic velocity of the particles was vector-decomposed into the velocity in the X-axis direction and the velocity in the Y-axis direction, and the difference from electrophoresis was examined.

【0047】電場に平行な速度成分Vxの泳動移動度の
KCl濃度依存性 X軸方向の速度成分Vxは電気泳動と同じ方向なので、
電気泳動移動度とVxから求めた泳動移動度を比較する
ことで磁場による寄与があるか否かを検討した。泳動移
動度にしたのは泳動速度では単純な比較ができないから
である。その結果を図12及び13に示す。同図から分
かるように泳動移動度にほとんど違いが見られなかっ
た。この結果から磁場の存在下での泳動におけるVxは
電気泳動の寄与のみであることが分かった。これは電磁
泳動値からが電場と磁場に垂直な方向に働くこととも一
致する。
KCl concentration dependence of the migration mobility of the velocity component Vx parallel to the electric field The velocity component Vx in the X-axis direction is in the same direction as the electrophoresis.
By comparing the electrophoretic mobility with the electrophoretic mobility determined from Vx, it was examined whether or not there was any contribution from the magnetic field. The electrophoretic mobility was used because a simple comparison was not possible with the electrophoretic velocity. The results are shown in FIGS. As can be seen from the figure, there was almost no difference in the migration mobility. From this result, it was found that Vx in electrophoresis in the presence of a magnetic field was only an electrophoretic contribution. This is consistent with the fact that the electrophoretic value acts in a direction perpendicular to the electric and magnetic fields.

【0048】磁場に垂直な速度成分Vyの電流依存性 Y軸方向の速度成分Vyは電気泳動のときには0であっ
た。しかもVxは電気泳動だけであったので、このVy
は電磁泳動そのものであると考えられる。電磁泳動力は
電流密度に比例するので、このVyを電流に対してプロ
ットした(図14)。その結果、ポリスチレン、炭素両
粒子とも原点を通る同一の直線に近似できた。このこと
は導電率の全く違う両粒子にもかかわらず、電磁泳動力
に差が見られなかったことを示している。
Current dependency of velocity component Vy perpendicular to the magnetic field The velocity component Vy in the Y-axis direction was 0 during electrophoresis. Moreover, since Vx was only electrophoresis, this Vy
Is considered to be the electrophoresis itself. Since the electrophoretic force is proportional to the current density, this Vy was plotted against the current (FIG. 14). As a result, both polystyrene and carbon particles could be approximated to the same straight line passing through the origin. This indicates that no difference was observed in the electrophoretic force despite the two particles having completely different electrical conductivities.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明の電磁泳動法によれば、微小物体
は電場方向のみならず電場と垂直な磁場方向へも移動す
ることから、分子などの微小物体のより詳細な分離・キ
ャラクタリゼーションを行うことができる。また、泳動
が二次元的であることから、泳動による分取を簡単に行
うことができる。
According to the electrophoresis method of the present invention, since a minute object moves not only in the direction of an electric field but also in the direction of a magnetic field perpendicular to the electric field, more detailed separation and characterization of minute objects such as molecules can be performed. It can be carried out. In addition, since electrophoresis is two-dimensional, fractionation by electrophoresis can be easily performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、均一磁場における微小物体の電磁力と
電磁浮力の関係を模式的に示したものである。
FIG. 1 schematically shows the relationship between the electromagnetic force and electromagnetic buoyancy of a minute object in a uniform magnetic field.

【図2】図2は、本発明の実施例1において使用したセ
ルを示すものである。
FIG. 2 shows a cell used in the first embodiment of the present invention.

【図3】図3は、本発明の実施例1において使用したセ
ルホルダーを示すものである。
FIG. 3 shows a cell holder used in Example 1 of the present invention.

【図4】図4は、本発明の実施例1において使用したセ
ルホルダーを磁場中に置いたところを示すものである。
FIG. 4 shows the cell holder used in Example 1 of the present invention placed in a magnetic field.

【図5】図5は、本発明の実施例1において使用した本
発明の装置を示すものである。
FIG. 5 shows the apparatus of the present invention used in Example 1 of the present invention.

【図6】図6は、均一磁場における微小物体の泳動速度
と電流の関係の実測値をグラフ化したものである。
FIG. 6 is a graph showing measured values of the relationship between the migration speed of a minute object and the current in a uniform magnetic field.

【図7】図7は、均一磁場における微小物体の泳動速度
と電流の関係の計算値をグラフ化したものである。
FIG. 7 is a graph showing calculated values of a relationship between a migration speed of a minute object and a current in a uniform magnetic field.

【図8】図8は、本発明の実施例2において使用した本
発明の装置を示すものである。
FIG. 8 shows the apparatus of the present invention used in Example 2 of the present invention.

【図9】図9は、本発明の実施例2において使用したセ
ルホルダーを磁場に置いたところを示すものである。
FIG. 9 shows a state where the cell holder used in Example 2 of the present invention is placed in a magnetic field.

【図10】図10は、本発明の実施例2における電気泳
動の様子を示した、図面に代わる写真である。
FIG. 10 is a photograph instead of a drawing, showing a state of electrophoresis in Example 2 of the present invention.

【図11】図11は、本発明の実施例2における電磁泳
動の様子を示した、図面に代わる写真である。最上段は
KCl濃度が0mMの場合で、中段はKCl濃度が0.
1mMの場合で、最下段はKCl濃度が1mMの場合で
ある。
FIG. 11 is a photograph, instead of a drawing, showing the state of electrophoresis in Example 2 of the present invention. The top row shows the case where the KCl concentration is 0 mM.
In the case of 1 mM, the bottom row shows the case where the KCl concentration is 1 mM.

【図12】図12は、本発明の実施例2の電磁泳動にお
ける、電場に平行な速度成分Vxの泳動移動度とKCl
濃度の関係を実測値に基づいてグラフ化したものであ
る。白丸印はポリスチレン粒子を示し、黒丸印は炭素粒
子を示している。
FIG. 12 is a graph showing the electrophoretic mobility and KCl of the velocity component Vx parallel to the electric field in the electrophoresis of Example 2 of the present invention.
It is a graph of the relationship between the concentrations based on the actually measured values. White circles indicate polystyrene particles, and black circles indicate carbon particles.

【図13】図13は、本発明の実施例2の電磁泳動にお
ける、泳動移動度とKCl濃度の関係を実測値に基づい
てグラフ化したものである。白丸印はポリスチレン粒子
を示し、黒丸印は炭素粒子を示している。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the electrophoretic mobility and the KCl concentration in the electrophoresis of Example 2 of the present invention based on the actually measured values. White circles indicate polystyrene particles, and black circles indicate carbon particles.

【図14】図14は、本発明の実施例2の電磁泳動にお
ける、電場に垂直な速度成分Vyの泳動速度と電流の関
係を実測値に基づいてグラフ化したものである。白丸印
はポリスチレン粒子を示し、黒丸印は炭素粒子を示して
いる。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the migration speed of the velocity component Vy perpendicular to the electric field and the current in the electrophoresis according to the second embodiment of the present invention based on the actually measured values. White circles indicate polystyrene particles, and black circles indicate carbon particles.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 分散媒中に分散された微粒子に、電場を
かけ、かつ、電場と垂直方向に磁場をかけて微小物体を
電磁泳動させる方法。
1. A method in which an electric field is applied to fine particles dispersed in a dispersion medium and a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the electric field to cause a minute object to undergo electrophoresis.
【請求項2】 磁場が、不均一磁場である請求項1に記
載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the magnetic field is an inhomogeneous magnetic field.
【請求項3】 微小物体が、導電性を有する微粒子であ
る請求項1又は2に記載の方法。
3. The method according to claim 1, wherein the minute object is a conductive fine particle.
【請求項4】 分散媒が電解質溶液である請求項1に記
載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the dispersion medium is an electrolyte solution.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の方法を
行うための装置。
5. Apparatus for performing the method according to claim 1.
【請求項6】 請求項1〜4のいずれかに記載の微小物
体を電磁泳動させる方法により微小物体を分離する方
法。
6. A method for separating a minute object by the method for electrophoresing a minute object according to claim 1.
【請求項7】 請求項6に記載の方法を行うための分離
装置。
7. A separation device for performing the method according to claim 6.
【請求項8】 電場に直角な位置に微小物体を分取する
ための分画を設けてなる請求項7に記載の分離装置。
8. The separation apparatus according to claim 7, wherein a fraction for separating a minute object is provided at a position perpendicular to the electric field.
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