JP2004138464A

JP2004138464A - 微粒子の磁気泳動分析法、及び微粒子の磁気泳動分析装置

Info

Publication number: JP2004138464A
Application number: JP2002302587A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Watarai; 渡會　　仁; Tsunehisa Kimura; 木村　恒久
Original assignee: Osaka University NUC
Current assignee: Osaka University NUC
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】微粒子個々の磁化率及び微粒子個々に含まれる磁性物質を測定することのできる、磁気泳動方法及び磁気泳動装置を提供する。
【解決手段】計測すべき微粒子Ｘを、落下誘導用管１０内を落下させ、開口部１１を介して外部へ放出する。次いで、落下誘導管１０から放出された微粒子Ｘに、磁石２０からの磁束に基づく磁気勾配からの横方向における磁気力Ｆを作用させ、微粒子Ｘは自然落下位置であるＡ点から変位した位置Ｂ、Ｃ及びＤに落下させる。次いで、前記落下点の変位量を計測し、所定の関係式から微粒子Ｘの体積磁化率χ、微粒子Ｘ中の体積Ｖあるいは微粒子Ｘ中の磁性物質の体積Ｖ、又は微粒子Ｘの質量を測定する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境保健分野あるいは分子生物学分野、臨床検査分野などにおいて好適に用いることのできる、微粒子の磁気泳動分析法及び磁気泳動分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境及び保健分野においては、例えば浮游微粒子の磁性成分と肺疾患との関連を測定することに対する注目が高まっている。また、分子生物学及び臨床試験分野においては、例えば細胞や蛋白質の固有の磁性に基づいて、磁性プローブを用いた蛋白質への選択的結合を利用する分画評価に対する注目が高まっている。
【０００３】
従来、上述した浮游微粒子並びに細胞及び蛋白質などの微少量の物質の磁性を測定する方法としては、磁気天秤やＳＱＵＩＤなどを用いる方法があるが、μｍオーダの微小粒子個々の磁化率あるいは前記微小粒子個々に含まれる磁性物質、並びにその質量を測定することは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、微粒子個々の磁化率、微粒子個々に含まれる磁性物質及びその質量を測定することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
粘性抵抗を低減した環境雰囲気中に磁気勾配を生じさせ、所定の微粒子を前記環境雰囲気中に自由落下又は射出させ、前記微粒子の前記磁気勾配に起因した磁気力による運動方位の変位を計測することにより、前記微粒子の磁化率及び前記微粒子中に含まれる磁性物質の少なくとも一方を測定することを特徴とする、微粒子の磁気泳動分析法に関する。
【０００６】
本発明によれば、測定に供すべく微粒子を粘性抵抗の小さい環境雰囲気中で、自由落下又は射出させる。例えば、液滴状の微粒子を大気中（空気中）終末速度ｖで落下させたとすると、その速度ｖは
ｖ＝２ρｒ^２ｇ／９η　　　　　　　　　　　　　　（１）
で表される。ここで、ρは前記微粒子の密度を表し、ｒは前記微粒子の半径を表し、ηは空気の粘度を表す。
【０００７】
次いで、本発明においては、上記速度を得て所定の運動ベクトルを有するようになった前記微粒子に対して、前記環境雰囲気中に存在する磁気勾配からの磁気力Ｆを作用させる。前記磁気力Ｆは
Ｆ＝（χ／μ_０）ＶＢ（ｄＢ／ｄｘ）　　　　　　　（２）
で表される。ここで、χは前記微粒子の体積磁化率、μ_０は真空中の透磁率、Ｖは前記微粒子の磁性物質部分の体積、Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）は磁気勾配強度を表す。
【０００８】
したがって、前記微粒子を自然落下させて前記磁気勾配からの磁気力Ｆが作用するようにすると、前記微粒子は磁気力Ｆを受けて泳動し、前記微粒子の落下位置が磁気力Ｆを受けない場合と比較して変位するようになる。この変位は顕微鏡などを用いて計測することができる。前記変位は磁気力Ｆに略比例し、μ_０、Ｖ、及びＢ（ｄＢ／ｄｘ）の値はおおよそ公知であるので、前記変位を計測することにより、（２）式から前記微粒子の体積磁化率を測定することができるようになる。
【０００９】
なお、前記微粒子中に体積磁化率χが公知の磁性物質が含有されている場合は、前記変位の大きさは、χ、μ_０、及びＢ（ｄＢ／ｄｘ）の値が公知となり、上述したように前記変位は磁気力Ｆに略比例するので、前記変位を計測することにより、前記微粒子の体積Ｖ又は前記微粒子中に含まれる磁性物質の体積Ｖが測定できるようになる。
【００１０】
また、上述した運動においては、
（χ／μ_０）ＶＢ（ｄＢ／ｄｘ）−６πηｒｖ＝ｍ（ｄｖ／ｄｔ）　　（３）
なる運動方程式が成立する。ここで、ｍは微粒子の質量である。上述した解析より、質量ｍを除いた磁気勾配強度Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）などのパラメータの値は公知となるので、速度ｖを位置と時間とについて解析すれば、（３）式より微粒子ｍの質量を導出することができるようになる。
【００１１】
本発明の微粒子の磁気泳動分析法によれば、自由落下又は射出させた微粒子毎に変位を測定するので、微粒子個々の磁化率及び微粒子個々の体積又は
含有する磁性物質、並びにその質量を測定することができるようになる。具体的には、１０^−６オーダ以下の体積磁化率を測定することができるようになる。また、前記微粒子中の１ｍｏｌ／ｄｍ^３以下の濃度の磁性物質を測定することができるようになる。さらには、１ｍｇ以下の質量を測定できるようになる。
【００１２】
本発明の好ましい態様においては、前記粘性抵抗を低減した環境雰囲気を大気（空気）などの気相雰囲気に設定する。さらには、減圧雰囲気に設定する。このような環境は真空ポンプなどを用いて簡易に形成することができるとともに、微粒子の自然落下を妨げるような粘性抵抗を有することがない。したがって、本発明の目的をより効果的に達成することができる。
【００１３】
なお、減圧雰囲気を形成する場合は、その真空度を１０^−３ｍｍＨｇ以下とする。
【００１４】
また、本発明においては、微粒子の変位が計測できる程度に大きくなるように磁気力Ｆを印加することが必要である。したがって、本発明のその他の好ましい態様においては、０．１Ｔ以上の磁束密度を有する磁石を設置して、十分大きな磁気勾配を生じさせる。この場合、（２）式におけるＢ（ｄＢ／ｄｘ）が十分に大きくなり、測定しようとする微粒子の大きさＶ及び体積磁化率χが小さい場合においても、十分大きな磁気力Ｆを生ぜしめることができ、微粒子に対して十分な大きさの変位を与えて本発明を実効あらしめることができるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の方法に用いる磁気泳動分析装置を概念的に示した構成図である。図１に示す磁気泳動分析装置は、粘性抵抗が低減された環境雰囲気中において、先端側に開口部１１を有する落下誘導用管１０と、この落下誘導用管１０の左下側に配置された磁石２０とを有している。開口部１１の大きさｄは、落下誘導用管１０内を落下する微粒子が通過できるような大きさに設定する。磁石２０の高さｈは、予め設定した領域に目的とする磁気勾配を発生できるように設定する。
【００１６】
計測すべき微粒子Ｘは、落下誘導用管１０内を案内されながら落下し、開口部１１を介して外部へ放出される。落下誘導管１０から放出された微粒子Ｘには、磁石２０からの磁束に基づく磁気勾配からの横方向における磁気力Ｆと、下方に向けて重力Ｇが作用するため、微粒子Ｘは自然落下位置であるＡ点から変位した位置Ｂ、Ｃ及びＤに落下するようになる。
【００１７】
なお、（２）式から明らかなように、体積磁気率χの極性に応じて磁気力Ｆの向きが変化するので、例えば正の体積磁気率χを有する微粒子に対しては右向きの磁気力Ｆが作用するため、微粒子Ｘは自然落下位置Ａ点から右側の位置Ｂ点又はＣ点に落下するようになる。また、負の体積磁気率χを有する微粒子に対しては左向きの磁気力Ｆが作用するために、微粒子Ｘは自然落下位置Ａ点から左側の位置Ｄ点に落下するようになる。
【００１８】
次いで、微粒子Ｘの落下地点であるＢ、Ｃ、Ｄ点のＡ点からの変位を顕微鏡などを用いて計測する。上述したように、微粒子Ｘの落下地点変位と磁気力Ｆとは略比例し、微粒子Ｘの体積Ｖ、真空の透磁率μ_０、及び磁気勾配強度Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）はおおよそ公知であるので、上述した（２）より微粒子Ｘの体積磁化率χを測定できるようになる。
【００１９】
また、微粒子Ｘの体積磁気率χが公知であるとすると、真空の透磁率μ_０及び磁気勾配強度Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）が公知であり、微粒子Ｘの落下地点変位と磁気力Ｆとは略比例するので、微粒子Ｘの体積Ｖあるいは微粒子Ｘ中に含まれる磁性物質の体積Ｖを測定することができる。
【００２０】
さらに、上述した工程を経ることにより、磁気勾配強度Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）などのパラメータの値が公知となるので、微粒子Ｘの奇跡を観察し、速度ｖを位置と時間とについて解析すれば、上述した（３）式より微粒子ｍの質量を導出することができるようになる。
【００２１】
図１に示すような装置を用いることにより、微粒子Ｘの体積磁化率χを１０^−６オーダ以下まで測定することができる。同様に、微粒子Ｘの体積又は含有する磁性物質の体積を１ｍｏｌ／ｄｍ^３以下まで測定することができる。さらに、微粒子Ｘの質量を１ｍｇ以下まで測定することができる。
【００２２】
なお、図１においては、落下誘導用管１０を用い、微粒子Ｘの自然落下を利用することによって微粒子Ｘの体積磁化率χなどを測定するようにしているが、射出誘導用管を用い、射出された微粒子の直線運動などを利用することによっても微粒子Ｘの体積磁化率χ又は体積Ｖなどを測定することができる。
【００２３】
【実施例】
図１に示す装置を用いて、塩化マンガン水溶液を含む微小水滴（平均直径１００μｍ）を本発明に基づく測定に供した。なお、磁石２０は０．４Ｔの磁束密度を有する６個のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石から構成し、高さｈは１７ｍｍに構成した。また、磁石２０の先端面と自然落下位置Ａ点との距離Ｌは３−５ｍｍの間で変化させた。さらに、体積磁化率χは１．０Ｍ塩化マンガン水溶液の値（１７２．４×１０^−６）を採用した。
【００２４】
図２は、本実施例における微小水滴中の塩化マンガン濃度と、前記微小水滴の変位Ｘとの関係を示すグラフである。図２から明らかなように、微小水滴中の塩化マンガン濃度が増大するにしたがって、変位Ｘが増大していることが分かる。さらに、距離Ｌが縮小して自然落下する微小水滴が磁石２０に近接し、前記微小水滴に大きな磁気力が作用する場合に変位Ｘが増大することが確認された。
【００２５】
以上より、変位Ｘを計測することにより、微小水滴中の塩化マンガンの体積を測定できることが分かる。また、上述した比例関係より、塩化マンガンの体積が公知の場合は、変位Ｘを計測することにより塩化マンガンの体積磁化率χを測定できることが分かる。
【００２６】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微粒子個々の磁化率及び微粒子個々に含まれる磁性物質を測定することのできる、磁気泳動方法及び磁気泳動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法に用いる磁気泳動分析装置を概念的に示した構成図である。
【図２】微小水滴中の塩化マンガン濃度と、前記微小水滴の変位Ｘとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　落下誘導用管
２０　磁石

Claims

粘性抵抗を低減した環境雰囲気中に磁気勾配を生じさせ、所定の微粒子を前記環境雰囲気中に自由落下又は射出させ、前記微粒子の前記磁気勾配に起因した磁気力による運動方位の変位を計測することにより、前記微粒子の磁化率及び前記微粒子中に含まれる磁性物質の少なくとも一方を測定することを特徴とする、微粒子の磁気泳動分析法。
前記環境雰囲気は気相雰囲気中であることを特徴とする、請求項１に記載の微粒子の磁気泳動分析法。
前記環境雰囲気は減圧雰囲気であることを特徴とする、請求項１に記載の微粒子の磁気泳動分析法。
前記磁気勾配は、０．１Ｔ以上の磁束密度を有する磁石からの磁束を用いて形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の微粒子の磁気泳動分析法。
１０^−６オーダ以下の体積磁化率を測定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の微粒子の磁気泳動分析法。
１ｍｏｌ／ｄｍ^３以下の濃度の磁性物質を測定することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の微粒子の磁気泳動分析法。
１ｍｇ以下の質量を測定することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の微粒子の磁気泳動分析法。
粘性抵抗を低減した環境雰囲気内において、落下誘導用管又は射出誘導用管と、所定の磁気勾配を生じさせるための磁石とを設けたことを特徴とする、微粒子の磁気泳動分析装置。
前記環境雰囲気は気相雰囲気中であることを特徴とする、請求項８に記載の微粒子の磁気泳動分析装置。
前記環境雰囲気は減圧雰囲気であることを特徴とする、請求項８に記載の微粒子の磁気泳動分析装置。
前記磁石は、０．１Ｔ以上の磁束密度を有することを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一に記載の微粒子の磁気泳動分析装置。