JP2013253875A

JP2013253875A - 粒径測定用セル、粒径測定用セルを用いた粒径測定方法、粒径測定装置及び粒径補正方法

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Publication number: JP2013253875A
Application number: JP2012129923A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kono; 誠河野; Hitoshi Watarai; 渡會　　仁
Original assignee: OSAKA FLOW METER MANUFACTURING CO Ltd
Current assignee: OSAKA FLOW METER MANUFACTURING CO Ltd
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-12-19

Abstract

【課題】容易に製造できる粒径測定用セルを提供する。
【解決手段】
本発明の粒径測定用セル１０は、微粒子２０の粒径を測定するための粒径測定用セル１０であって、第１平板１１と第２平板１２と液体吸収性物質１３とを備え、第１平板１１に対して第２平板１２を斜めに重畳することで、第１平板１１と第２平板１２との間に、連続的に狭くなる間隙１４が形成されており、間隙１４の最狭部には、開口部１５１が形成されており、液体吸収性物質１３は、開口部１５１に隣接するように間隙１４の外側に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は粒径測定用セル、粒径測定用セルを用いた粒径測定方法、粒径測定装置及び粒径補正方法に関する。

微粒子の粒径を測定する技術としては、動的光散乱法や顕微鏡観察法がある。ナノスケールの微粒子の粒径を測定する場合、動的光散乱法がよく使用されるが、この方法は、粒度が正規分布していることを前提に解析を行うため、現実の粒度分布を表しているか否かは不明である。また、マイクロスケールの微粒子を測定する場合、顕微鏡観察法により１粒子ごとに画像解析を行うことで粒径を測定し得るが、解析に手間がかかり、多量粒子の測定には向かない。

以上のような問題を解決すべく、光の干渉現象を利用した粒径の測定方法が開発された（非特許文献１参照）。非特許文献１には、微粒子の粒径測定に用いる粒径測定用セルが記載されている。粒径測定用セルは、楔形の間隙を形成するように、それぞれの一端が互いに閉じて張り合わせた２枚のガラス板を有している。このように構成された粒径測定用セルを光で照射すると、干渉現象により明線と暗線が繰り返す干渉縞が生じる。この干渉縞の暗線の本数を観測することで、２枚のガラス板が閉じた一端からの距離に応じた２枚のガラス板の間の距離が得られる。このため、粒径測定の対象である微粒子を楔形の間隙中に送り、微粒子の大きさに応じた間隙の部位に微粒子をトラップさせれば、微粒子の停止位置のみを測定することで粒径を求めることができ、正確且つ簡単な粒径測定が可能となる。

Makoto Kawano、他2名、「Nano-Gap Magnetophoresis with Raman Spectroscopic Detection」、ANALYTICAL SCIENCES、2010年11月、第26巻、p.1211−1213頁

非特許文献１に記載の粒径測定用セルによる微粒子の粒径測定方法では、微粒子は溶媒に分散されて粒径測定用セルの間隙に注入される。注入された溶媒が毛細管現象で吸い込まれる力を駆動力として、微粒子を間隙の狭い側へ移動させるが、この駆動力を強めるために、粒径測定用セルでは、間隙の狭い側に更に紙が設けられている。紙によって溶媒を吸収することで、溶媒の流れが速くなり、微粒子が間隙中にトラップするまでの時間を短縮できる。

しかしながら、非特許文献１に記載の粒径測定用セルは、溶媒を吸収するための紙を２枚のガラス板の間に挟むように製造されている。紙の設置位置にずれが生じた場合、理想の吸収効果が得られるように紙を設定の位置に戻す必要があるが、ガラス板に挟まれた紙の位置調整が難しいことから、粒径測定用セルの製造効率が悪いという問題があった。

また、非特許文献１に記載の粒径測定用セルによれば、異なる種類の微粒子を同時に測定することも可能である。しかしながら、この場合、異なる微粒子は同一の間隙内に混在し、測定できたのはどの種類の微粒子の粒径であるのかを容易に判別できないという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、容易に製造できる粒径測定用セル、粒径測定用セルを用いた粒径測定方法、粒径測定装置及び粒径補正方法を提供することにある。また、本発明のもう１つの目的は、異なる種類の微粒子の判別が可能となる粒径測定用セル、粒径測定用セルを用いた粒径測定方法、粒径測定装置及び粒径補正方法を提供することにある。

本発明の粒径測定用セルは、微粒子の粒径を測定するための粒径測定用セルであって、第１平板と第２平板と液体吸収性物質とを備え、前記第１平板に対して前記第２平板を斜めに重畳することで、前記第１平板と前記第２平板との間に、連続的に狭くなる間隙が形成されており、前記間隙の最狭部には、開口部が形成されており、前記液体吸収性物質は、前記開口部に隣接するように前記間隙の外側に設けられている。

ある実施形態において、前記第１平板と前記第２平板との間に側壁が設けられており、前記間隙は、前記第１平板、前記第２平板及び前記側壁によって規定される。

ある実施形態において、前記間隙は、複数の間隙部に仕切られており、前記複数の間隙部の各々は前記開口部につながっている。

ある実施形態において、前記第１平板と前記第２平板との間に仕切り壁が設けられており、前記複数の間隙部は、前記仕切り壁によって仕切られる。

ある実施形態において、前記液体吸収性物質は、紙、シリカゲル及び高分子ポリマーのうちの少なくとも１つを含む。

本発明の粒径測定方法は、上述した粒径測定用セルを用意する工程と、前記微粒子と溶媒とを含有する溶液を用意する準備工程と、前記溶液を前記粒径測定用セルの前記間隙に注入する注入工程と、前記微粒子を前記間隙の前記開口部側へ移動させて、前記微粒子の大きさに応じた前記間隙の部位に前記微粒子をトラップする移動工程と、前記間隙により生じる干渉縞に基づいて前記微粒子の粒径を測定する測定工程とを含有する。

ある実施形態において、前記粒径測定用セルは、前記間隙が前記複数の間隙部に仕切られている粒径測定用セルであり、前記注入工程において、前記溶液は、前記複数の間隙部のうちの少なくとも一方に注入される。

ある実施形態において、前記微粒子には、既知の粒径を有する標準微粒子と粒径測定の対象である測定微粒子とが含まれる。

ある実施形態において、前記粒径測定用セルは、前記間隙が前記複数の間隙部に仕切られている粒径測定用セルであり、前記溶液は前記標準微粒子を含有する標準溶液と前記測定微粒子を含有する測定溶液とを含み、前記注入工程において、前記標準溶液は、前記複数の間隙部のうちの少なくとも１つに注入され、前記測定溶液は、前記複数の間隙部のうちの少なくとも他方の１つに注入される。

ある実施形態では、前記移動工程において、前記溶媒は、毛細管現象によって前記間隙の前記開口部側へ移動すると共に、前記液体吸収性物質によって吸収される。

本発明の粒径測定装置は、上述した粒径測定用セルを保持する保持手段と、前記粒径測定用セルを観察するための観察手段とを備える。

ある実施形態において、前記観察手段の観察結果を分析するための分析手段を更に備える。

本発明の粒径補正方法は、上述した粒径測定方法に基づいて、第１平板と前記第２平板との間の距離ｈと、前記間隙の前記最狭部からの距離Ｌとの関係を求める第１工程と、下記式によって前記微粒子の直径ｄを求める第２工程と、

を含有する粒径補正方法であって、
前記式において、λは前記干渉縞を生じさせる光の波長を表し、ｎは前記溶媒の屈折率を表し、Ｌ_Pは前記微粒子がトラップした位置と前記間隙の前記最狭部との距離を表し、ΔＬは前記干渉縞の隣接する暗線間の距離を表し、θは前記第１平板と前記第２平板とが成す角度を表し、ｈ₀は最小の平板間距離を表す。

本発明によれば、粒径測定用セルを容易に製造することができる。また、本発明によれば、異なる種類の微粒子が混同されることを防止でき、測定できたのはどの種類の微粒子の粒径であるのかを容易に判別できる粒径測定用セルを提供できる。

本発明の実施形態に係る粒径測定用セルを示す模式図である。本発明の実施形態に係る粒径測定用セルを用いた粒径測定方法を説明するための図である。標準粒子を用いた粒径測定方法を説明するための図である。本発明に係る粒径測定装置の実施形態を示す模式図である。本発明に係る粒径測定装置の具体的な実施形態を示す模式図である。本実施形態に係る粒径測定用セルを示す模式図である。本発明の他の実施形態に係る粒径測定用セルを示す模式図である。本実施形態の粒径測定用セルを用いた粒径測定方法を説明するための図である。微粒子の正確な粒径を求める補正方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明による粒径測定用セル、粒径測定用セルを用いた粒径測定方法、粒径測定装置及び粒径補正方法の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。

図１は、本発明の実施形態に係る粒径測定用セル１０を示す模式図である。図１（ａ）は粒径測定用セル１０の模式的な上面図であり、図１（ｂ）は粒径測定用セル１０の模式的な側面図である。図１を参照して粒径測定用セル１０を説明する。粒径測定用セル１０は、第１平板１１と、第２平板１２と、液体吸収性物質１３とを備えている。

第１平板１１は、平面である主面１１１を有する板である。第１平板１１としては、平面である主面を有する限りは特に制限されないが、一定の強度を有して容易に変形しないガラス板であることが好ましい。

第２平板１２は、平面である主面１２１を有する板である。第２平板１２は、第１平板１１との間に連続的に狭くなる間隙１４が形成されるように、第１平板１１に対して斜めに重畳されている。間隙１４の最狭部には、開口部１５１が形成されている。なお、第２平板１２としては、平面である主面を有する限りは特に制限されないが、一定の強度を有して容易に変形しない透明なガラス板であることが好ましい。

具体的には、第１平板１１と第２平板１２とは、互いに接触することなく、各々の一方の端部が互いに近接し、各々の他方の端部が互いに離間するように設けられている。また、第１平板１１の端部と第２平板１２の端部とが近接する側（以下、近接側と称する）では、第２平板１２は第１平板１１からはみ出すように設けられている。第１平板１１の主面１１１と第２平板１２の主面１２１とにより、連続的に狭くなる楔形の間隙１４が規定される。粒径測定セル１０の近接側に開口部１５１が形成されており、開口部１５１は、第１平板１１の端部と第２平板１２の主面１２１との間に形成されている。また、第１平板１１の端部と第２平板１２の端部とが離間する側（以下、離間側と称する）に注入口１５２が形成されており、注入口１５２は、第２平板１２の端部と第１平板１１の主面１１１との間に形成される。

液体吸収性物質１３は、液体を吸収可能な物質である。液体吸収性物質１３は、開口部１５１に隣接するように間隙１４の外に設けられている。具体的には、液体吸収性物質１３は、第１平板１１と第２平板１２との近接側に設けられ、第１平板１１の端部に隣接するように、第２平板１２の主面１２１に設けられている。なお、液体吸収性物質１３は、液体を吸収可能である限りは特に制限されないが、例えば紙、シリカゲル及び高分子ポリマーのうちの少なくとも１つを含む物質であり得る。

図２は、粒径測定用セル１０を用いた粒径測定方法を説明するための図である。図２を参照して、粒径測定用セル１０を用いて微粒子２０の粒径を測定する方法を説明する。粒径測定用方法は、粒径測定用セル１０を用意する工程と準備工程と注入工程と移動工程と測定工程とによって実行される。

粒径測定用セル１０を用意する工程においては、図１を参照して説明した粒径測定用セル１０を用意する。

図２（ａ）は、粒径測定方法の準備工程を示す模式図である。準備工程においては、微粒子２０と溶媒３１とを含む溶液３０を準備する。具体的には、溶媒３１と測定対象である測定微粒子２１とを準備し、測定微粒子２１を溶媒３１に加えることで溶液３０を作製する。正確な粒径が得られるように、微粒子２０を溶媒３１に均一に分散させることが好ましい。図２（ａ）に示す実施形態では、粒径が異なる２種類の微粒子２０を夫々複数粒用いたが、本発明はこれに限定されない。微粒子２０は、１種類のみ又は２種類以上であってもよく、１粒のみ又は複数粒であってもよい。微粒子２０としては、例えば高分子、金属、非金属、生体微粒子（例えば、細胞、ＤＮＡ、タンパク質、ウィルス）などの微粒子であり得る。しかしながら、本発明はこれに限定されない。液体又は気体などの媒介により粒径測定用セル１０の間隙１４内に搬送可能な微粒子２０であれば、測定対象として適用できる。溶媒３１は、例えば水、有機溶媒（例えばエタノール、ベンゼン）などであり得る。しかしながら、本発明はこれに限定されない。溶媒３１は、測定する微粒子２０に応じて適切に選択し得る。

図２（ｂ）は、粒径測定方法の注入工程を示す模式図である。注入工程においては、溶液３０を粒径測定用セル１０の間隙１４に注入する。具体的には、溶液３０を粒径測定用セル１０の第１平板１１の主面１１１に垂らし、注入口１５２から間隙１４内へ流れ込ませる。

図２（ｃ）は、粒径測定方法の移動工程を示す側面視模式図である。図２（ｄ）は、粒径測定方法の移動工程を示す上面視模式図である。移動工程においては、溶液３０に含まれる微粒子２０を粒径測定用セル１０の開口部１５１側へ移動し、微粒子２０の大きさに応じた間隙１４の部位に微粒子２０をトラップする。具体的には、注入工程において第１平板１１の主面１１１に垂らされた溶液３０の溶媒３１を間隙１４の毛細管現象により開口部１５１側へ吸い込ませる。また、開口部１５１に流れた溶媒３１を液体吸収性物質１３によって更に吸い込ませる。このように、溶媒３１が吸い込まれる力を駆動力として、溶液３０に含まれる微粒子２０を開口部１５１側へ移動すると共に、微粒子２０の大きさに応じた間隙１４の部位に微粒子２０をトラップする。

なお、液体吸収性物質１３の吸収可能な溶媒３１の量に限界があり、吸収した溶媒３１を取り除かないと、吸収力が低下してしまう場合には、液体吸収性物質１３に吸収された溶媒３１を蒸発させることで、液体吸収性物質１３の吸収力を維持することが好ましい。液体吸収性物質１３が吸収した溶媒３１を蒸発させれば、液体吸収性物質１３は間隙１４内の溶媒３１を継続的に吸い込むことができ、溶液３０の流速が維持されることから、微粒子２０が間隙１４にトラップするまでの時間を短縮できると共に、微粒子２０を間隙１４に確実にトラップすることができる。なお、溶媒３１を蒸発させる手段としては、例えば液体吸収性物質１３を加熱することや風乾することが好ましい。また、溶液３１としては、蒸発を促進する観点から、揮発性溶液が好適に使用される。

図２（ｅ）は、粒径測定方法の測定工程を示す模式図である。測定工程においては、間隙１４により生じる干渉縞に基づいて微粒子２０の粒径を測定する。具体的に説明すると、測定工程においては、干渉縞に基づいて求められた第１平板１１と第２平板１２との間の距離と、間隙１４の最狭部からの距離との関係、及び干渉縞に基づいて求められた微粒子２０がトラップした位置と間隙１４の最狭部との距離を用いて微粒子２０の粒径を測定する。以下、測定工程について詳細に説明する。

第１平板１１と第２平板１２との間には、間隙１４が存在するため、粒径測定用セル１０に単一波長の光を入射すると、明線と暗線が繰り返す干渉縞４０が生じる。更に、間隙１４は連続的に狭くなる楔形を有していることから、干渉縞４０は、複数の明線又は複数の暗線が等間隔であるように形成される。複数の明線の間隔又は複数の暗線の間隔は、光の波長によって決まる。観察される明線と暗線の関係は、次式で表される。
上記式（１）、式（２）中、ｈは第１平板１１と第２平板１２との距離（以下、平板間距離ｈと称する）を表し、ｍは整数を表し（ｍ＝０,１,２,３…）、λは単一波長の光の波長を表し、ｎは溶媒の屈折率を表す。溶媒が水である場合、ｎは１．３３３である。

本実施形態の粒径測定方法は、暗線に基づいて微粒子２０の粒径を測定する。波長λ、屈折率ｎが既知である場合、式（１）によれば、ｍ本目の暗線が生じる平板間距離ｈを求めることができる。更に、干渉縞４０の暗線の本数を観測すれば、平板間距離ｈと、粒径測定用セル１０の間隙１４の最狭部からの距離Ｌ（以下、横方向距離Ｌ）との関係式（一次関数）が得られる。このため、微粒子２０がトラップされた位置での間隙１４の最狭部からの距離を干渉縞の観測によって求めて、関係式に当てはめれば、微粒子２０がトラップした位置での第１平板１１と第２平板１２との間の距離を微粒子２０の粒径として求めることができる。

図３は、標準微粒子を用いた粒径測定方法を説明するための図である。標準微粒子は、既知の粒径を有する微粒子である。図３（ａ）は、粒径測定方法における準備工程を示す模式図であり、図３（ｂ）は、粒径測定方法における測定工程を示す模式図である。上記式（２）によれば、初めて明線が生じるのは、ｍが０（すなわちｈ＝λ/4ｎ）の時である。この条件を満たす間隙距離ｈに達するまでは、暗線しか観測されないため、測定工程において、図３（ｂ）の領域ａに示すように、干渉縞４０の最初の部分が黒くなって、１本目の暗線の観測が難しいことがある。この場合では、観測できた暗線は何本目であるかが分からず、式（１）により平板間距離ｈを得られないこととなるため、正確な暗線の本数を求める必要がある。以下、１本目の暗線の観測が難しい条件下における粒径測定方法を説明する。

正確な暗線の本数は、既知の粒径を有する微粒子２０の導入により求めることができる。具体的には、微粒子２０として、粒径測定の対象である測定微粒子２１と既知の粒径を有する標準微粒子２２とを使用する。準備工程においては、測定微粒子２１と標準微粒子２２とを含有する溶液３０を準備する。標準微粒子２２の粒径が既知のため、移動工程を実行した後、式（１）により、標準微粒子２２が間隙１４においてトラップする部位に対応する正確な暗線の本数ｍが得られる。その後、測定工程において、実際に観測できた標準微粒子２２に対応する暗線の本数と正確な暗線の本数ｍとを比較すれば、１本目の暗線の存在を認識できる。例えば、式（１）によって得られた標準微粒子２２に対応する正確な暗線の本数ｍは４であるが、実際に観測できた標準微粒子２２に対応する暗線の本数は２である場合、２本分の暗線が観測できなかったことが理解できる。このことから、観測できた暗線の本数に２を足せば、正確な暗線の本数ｍが得られ、ｍを式（１）に当てはめることで、平板間距離ｈと、横方向距離Ｌとの関係式を求めることができる。

図２及び図３を参照して説明したように、本実施形態の粒径測定用セル１０によれば、微粒子２０の粒径を測定できる。本実施形態の粒径測定用セル１０は、微粒子２０を第１平板１１と第２平板１２との間の間隙１４にトラップして測定を行うため、幅が異なる間隙１４を有する粒径測定用セル１０を用いれば、粒径の異なる様々な微粒子２０の測定が可能となる。本実施形態の粒径測定用セル１０によれば、粒径が８０ｎｍ〜２０μｍの範囲内である微粒子２０の測定を行い得る。なお、標準微粒子２２としては、位置が容易に観測できるように、光を照射すると発光する蛍光微粒子が好適に使用される。

図１〜図３を参照して本発明の実施形態に係る粒径測定用セル１０の構成及び粒径測定用セル１０を用いた粒径測定方法を説明した。本実施形態の粒径測定用セル１０では、液体吸収性物質１３は、第１平板１１と第２平板１２とにより挟まれないように間隙１４の外に設けられている。このことから、液体吸収性物質１３を設定の位置に正確に設置することが簡単となり、粒径測定用セル１０を容易に製造できる。

図４は、本発明に係る粒径測定装置５０の実施形態を示す模式図である。粒径測定用セル１０を用いた粒径測定方法の測定工程は、粒径測定装置５０によって行われる。粒径測定装置５０は、保持手段５１と、観察手段５２とを備えている。保持手段５１は、観察手段５２により観察可能となるように粒径測定用セル１０を保持する。観察手段５２は、粒径測定用セル１０を観察する。観察手段５２としては、例えば顕微鏡が用いられる。顕微鏡により干渉縞４０の本数や微粒子２０がトラップした位置を観測することができ、観測の結果に基づいて微粒子２０の粒径を求めることができる。

図５は、本発明に係る粒径測定装置５０の具体的な実施形態を示す模式図である。本実施形態による粒径測定装置５０は、保持手段５１と観察手段５２と分析手段５３とを備えている。

保持手段５１は、例えばギャップ５１２を有する保持部材５１１を有しており、粒径測定用セル１０は、ギャップ５１２に挿し込まれて保持される。しかし、本発明はこれに限定されない。粒径測定用セル１０を保持できる限り、保持手段５１の構成は限定されない。

観察手段５２は、光源５２１とフィルター５２２とミラー５２３と対物レンズ５２４とカメラ５２５とを備える。光源５２１は、図２に示すように、粒径測定用セル１０において干渉縞４０を生じさせるための光を発生する。光源５２１は、単一波長の光を発生するものであってもよく、単一波長ではない光を発生するものであってもよい。好ましくは、光源５２１は単一波長の光を発生するレーザー発生器である。

光源５２１から発生した光は、フィルター５２２によって単一波長の光に変換される。光源５２１が単一波長の光を発生する場合、フィルター５２２は不要である。単一波長の光に変換された光は、ミラー５２３において反射され、対物レンズ５２４を通して粒径測定用セル１０に照射される。そして、粒径測定用セル１０からの反射光は、対物レンズ５２４とミラー５２３とを通して、カメラ５２５により画像として記録される。

分析手段５３は、観察手段５２での観察結果に基づいて微粒子２０の粒径を分析する。例えば、分析手段５３は、カメラ５２５が記録した画像を分析するコンピューターである。コンピューターによれば、画像から干渉縞４０の暗線の本数や微粒子２０がトラップした位置など必要な情報を分析し、微粒子２０の粒径を自動的に求めることができる。

以下、図６〜図９を参照して、本発明による粒径測定用セル１０及び粒径測定方法の更に具体的な実施形態を説明する。

[実施形態１]
図６は、本実施形態に係る粒径測定用セル１０を示す模式図である。図６（ａ）は粒径測定用セル１０の模式的な上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ-Ｂ断面から見た粒径測定用セル１０の模式的な断面図であり、図６（ｃ）は、粒径測定用セル１０を用いた粒径測定方法における注入工程を示す模式図である。粒径測定用セル１０は、第１平板１１、第２平板１２及び液体吸収性物質１３の他に、更に側壁１６が設けられている点を除いて、図１を参照して説明した実施形態と同様な構成を有しているため、重複部分について説明を省略する。

側壁１６は、第１平板１１と第２平板１２との間に設けられている。側壁１６は、第１平板１１と第２平板１２とが相対移動しないように固定するための壁であり、第１平板１１と第２平板１２と共に間隙１４を規定する。具体的には、間隙１４の大きさが連続的に変化する方向に沿って２つの側壁１６が形成され、側壁１６の各々は、第１平板１１と第２平板１２との縁部に設けられる。例えば、第２平板１２は、第１平板１１の主面１１１に塗布された接着剤によって第１平板１１に接着される。接着剤が硬化したものが側壁１６として機能する。接着剤としては、第１平板１１と第２平板１２とを接着できれば特に制限されないが、例えば紫外線硬化樹脂系接着剤や熱硬化樹脂系接着剤が用いられる。具体的には、アラルダイトのようなエポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤やシリコン樹脂系接着剤が用いられる。なお、図６では、側壁１６は、間隙１４の大きさが連続的に変化する方向に沿った粒径測定用セル１０の両側に設けられていたが、本発明はこれに限定されない。側壁１６は、間隙１４の大きさが連続的に変化する方向に沿った粒径測定用セル１０の一方側のみに設けられてもよい。

本実施形態の粒径測定用セル１０を用いた粒径測定方法は、図１〜図３を参考して説明した実施形態を用いた粒径測定方法と同様な工程とによって実行されるため、冗長を避けるために説明を省略する。本実施形態の粒径測定用セル１０は、図１〜図３を参照して説明した実施形態と同じように、１本目の暗線の観測が難しい場合、標準微粒子２２を用いて粒径測定を行うことができる。標準微粒子２２を使用する場合、注入工程においては、図６（ｃ）に示すように、測定微粒子２１と標準微粒子２２とを含有する溶液３０は、同一の間隙１４に注入される。

図６を参照して粒径測定用セル１０及び粒径測定用セル１０を用いた粒径測定方法を説明した。第１平板１１と第２平板１２と側壁１６とにより間隙１４を規定することで、注入工程においては、図６（ａ）に示すように、毛細管現象で間隙１４内に吸い込まれた溶液３０が開口部１５１以外から漏れることを防止できる。また、側壁１６によって粒径測定用セル１０の第１平板１１と第２平板１２とを固定することで、間隙１４は安定した形に維持される。このため、測定工程において、間隙１４の変形に起因する干渉縞の望まない歪みによる測定への影響を防止できる。

[実施形態２]
図６を参照して説明した実施形態では、側壁１６によって間隙１４を１つの空間に規定したが、本発明はこれに限定されない。図７は、本発明の他の実施形態に係る粒径測定用セル１０を示す模式図である。図７（ａ）は粒径測定用セル１０の模式的な上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ-Ｃ断面から見た粒径測定用セル１０の模式的な断面図である。粒径測定用セル１０は、第１平板１１、第２平板１２、液体吸収性物質１３及び側壁１６の他に、更に仕切り壁１７が設けられている点を除いて、図６を参照して説明した実施形態と同様な構成を有しているため、重複部分について説明を省略する。

粒径測定用セル１０では、間隙１４は、第１間隙部１４１と第２間隙部１４２とに仕切られる。第１間隙部１４１と第２間隙部１４２との各々は、開口部１５１につながっている。具体的に説明すると、粒径測定用セル１０の第１平板１１と第２平板１２との間には、仕切り壁１７が設けられている。仕切り壁１７は、２つの壁部１６の間に設けられ、間隙１４の大きさが連続的に変化する方向に沿って形成される。第１間隙部１４１と第２間隙部１４２とは、仕切り壁１７によって仕切られる。仕切り壁１７は、例えば接着剤が硬化したものからなる。接着剤としては、例えば紫外線硬化樹脂系接着剤や熱硬化樹脂系接着剤が用いられる。具体的には、アラルダイトのようなエポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤やシリコン樹脂系接着剤が用いられる。なお、図７では、間隙１４は、１つの仕切り壁１７によって２つの間隙部に仕切られていたが、本発明はこれに限定されない。粒径測定用セル１０の第１平板１１と第２平板１２との間に複数の仕切り壁１７が設けられ、間隙１４は複数の仕切り壁１７によって複数の間隙部に仕切られてもよい。

図８は、本実施形態の粒径測定用セル１０を用いた粒径測定方法を説明するための図である。図８（ａ）は、粒径測定方法における準備工程を示す模式図であり、図８（ｂ）は、粒径測定方法における注入工程を示す模式図である。粒径測定用セル１０は、図１〜図３を参照して説明した実施形態と同じように、１本目の暗線の観測が難しい場合、標準微粒子２２を用いて粒径測定を行うことができるため、本実施形態においては、測定微粒子２１と標準微粒子２２による測定を例として粒径測定方法を説明する。なお、本実施形態の粒径測定用セル１０を用いた粒径測定方法は、図１〜図３を参考して説明した実施形態を用いた粒径測定方法と同様な工程によって実行されるため、重複部分について説明を省略する。

準備工程においては、測定微粒子２１を含有する測定溶液３０ａと、標準微粒子２２を含有する標準溶液３０ｂとを準備する。

注入工程においては、測定微粒子２１を含有する測定溶液３０ａを第１間隙部１４１に注入し、標準微粒子２２を含有する標準溶液３０ｂを第２間隙部１４２に注入する。次に、移動工程において、測定微粒子２１を第１間隙部１４１にトラップし、標準微粒子２２を第２間隙部１４２にトラップする。その後、測定工程において、標準微粒子２２によって干渉縞の正確な暗線の本数を求めて、測定微粒子２１の粒径を求める。

図７及び図８を参照して粒径測定用セル１０及び粒径測定用セル１０を用いた粒径測定方法を説明した。粒径測定用セル１０によれば、粒径の測定時、異なる種類の微粒子を異なる間隙部にトラップすることができるため、異なる種類の微粒子２０が混同されることを防止でき、測定できたのはどの種類の微粒子の粒径であるのかを容易に判別できる。なお、図８で説明した粒径測定方法では、２種類の微粒子２０を用いたが、本発明はこれに限定されない。微粒子２０は、１種類のみであってもよい。この場合、微粒子２０を含有する溶液３０は、複数の間隙部のうちの少なくとも１つに注入される。また、微粒子２０は、２種類以上であってもよい。間隙１４が２つ以上の間隙部に仕切られた粒径測定用セル１０によれば、異なる種類の微粒子２０が混同されないように、２種類以上の微粒子２０の粒径測定を行うことができる。本実施形態の粒径測定用セル１０によれば、１つのセルで複数の微粒子２０の粒径を測定することが可能であるため、測定効率に優れる。

図９は、本発明に係る粒径補正方法を説明するための図である。上述した本発明に係る粒径測定用セル１０を用いた粒径測定方法では、微粒子２０を第１平板１１と第２平板１２との間にトラップし、微粒子２０がトラップされた位置での平板間距離ｈを微粒子２０の粒径として求めた。しかしながら、微粒子２０がトラップした位置での平板間距離ｈは、図９に示すように、微粒子２０の実際の直径ｄよりもわずかに大きい。このため、微粒子２０の直径ｄを求めるには、補正が必要となる。微粒子２０の直径ｄは、次式で表される。
式（３）中、θは、第１平板１１と第２平板１２とが成す角度であり、干渉縞の隣接する暗線間の距離ΔＬを用いて、次式により求められる。
干渉縞の隣接する暗線間の距離ΔＬは、干渉縞の画像を分析することによって得られる。式（３）及び式（４）により、微粒子２０の直径ｄと平板間距離ｈとの関係は、次式により補正できる。

式（５）中、λは干渉縞を生じさせる光の波長を表し、ｎは溶媒３１の屈折率を表し、Ｌ_Pは微粒子２０がトラップした位置と間隙１４の最狭部との距離（以下、横方向距離Ｌ_Pと称する）を表し、ΔＬは干渉縞の隣接する暗線間の距離を表し、θは第１平板１１と第２平板１２とが成す角度を表し、ｈ₀は最小の平板間距離を表す。最小の平板間距離ｈ₀は、平板間距離ｈと横方向距離Ｌとの一次関数により求めることができる。

図９を参照して本発明に係る粒径補正方法を説明した。式（５）によれば、直径ｄを求めるのに必要なのは波長λ、屈折率ｎ、横方向距離Ｌ_P、隣接する暗線間の距離ΔＬ及び最小の平板間距離ｈ₀である。そのうち、波長λと屈折率ｎは既知であるため、横方向距離Ｌ_P、隣接する暗線間の距離ΔＬ及び最小の平板間距離ｈ₀を求めれば、式（５）により直径ｄが得られる。更に、図５を参照して説明した粒径測定装置５０を用いて粒径測定を行う場合、分析手段５３によってカメラ５２５で記録した画像を分析することで、横方向距離Ｌ_P、隣接する暗線間の距離ΔＬ及び最小の平板間距離ｈ₀を求めて、直径ｄを算出することができる。

本発明の粒径測定用セルは、構成が簡単であって容易に製造でき、単位コストが低いため、使い捨てが可能である。このことから、例えば臨床検査など、使い回しが好ましくない環境での測定に好適である。また、本発明の粒径測定用セルによる測定方法では、複雑な解析式や補正式を用いず、干渉縞及び微粒子を観測することで粒径を求めるため、簡単で再現性の高い測定結果を得ることができる。

また、本発明の粒径測定用セルによれば、微粒子を間隙内にトラップして粒径の測定を行い得るが、本発明はこれに限定されない。本発明の粒径測定用セルは、微粒子を間隙内にトラップした後、微粒子を観察したり、反応液を間隙内に流して微粒子と反応させたりする粒子固定セルとしても使用し得る。本発明を粒子固定セルとして使用する場合、例えば抗原を修飾した微粒子を間隙内にトラップした後、抗体を含む溶液を間隙内に流すことで、抗原を持った微粒子だけを反応させることができる。

本発明の粒径測定用セル、粒径測定用セルを用いた粒径測定方法及び粒径測定装置は、微粒子の粒径の測定に好適に用いられる。

１０粒径測定用セル
１１第１平板
１１１主面
１２第２平板
１２１主面
１３液体吸収性物質
１４間隙
１４１第１間隙部
１４２第２間隙部
１５１開口部
１５２注入口
１６側壁
１７仕切り壁
２０微粒子
２１測定微粒子
２２標準微粒子
３０溶液
３０ａ測定溶液
３０ｂ標準溶液
３１溶媒
４０干渉縞
５０粒径測定装置
５１保持手段
５１１保持部材
５１２ギャップ
５２観察手段
５２１光源
５２２フィルター
５２３ミラー
５２４対物レンズ
５２５カメラ
５３分析手段

Claims

微粒子の粒径を測定するための粒径測定用セルであって、
第１平板と第２平板と液体吸収性物質とを備え、
前記第１平板に対して前記第２平板を斜めに重畳することで、前記第１平板と前記第２平板との間に、連続的に狭くなる間隙が形成されており、
前記間隙の最狭部には、開口部が形成されており、
前記液体吸収性物質は、前記開口部に隣接するように前記間隙の外側に設けられている、粒径測定用セル。
前記第１平板と前記第２平板との間に側壁が設けられており、
前記間隙は、前記第１平板、前記第２平板及び前記側壁によって規定される、請求項１に記載の粒径測定用セル。
前記間隙は、複数の間隙部に仕切られており、
前記複数の間隙部の各々は前記開口部につながっている、請求項１又は請求項２に記載の粒径測定用セル。
前記第１平板と前記第２平板との間に仕切り壁が設けられており、
前記複数の間隙部は、前記仕切り壁によって仕切られる、請求項３に記載の粒径測定用セル。
前記液体吸収性物質は、紙、シリカゲル及び高分子ポリマーのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の粒径測定用セル。
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の粒径測定用セルを用意する工程と、
前記微粒子と溶媒とを含有する溶液を準備する準備工程と、
前記溶液を前記粒径測定用セルの前記間隙に注入する注入工程と、
前記微粒子を前記間隙の前記開口部側へ移動させて、前記微粒子の大きさに応じた前記間隙の部位に前記微粒子をトラップする移動工程と、
前記間隙により生じる干渉縞に基づいて前記微粒子の粒径を測定する測定工程と、
を含有する、粒径測定方法。
前記粒径測定用セルは、請求項４又は請求項５に記載の粒径測定用セルであり、
前記注入工程において、前記溶液は、前記複数の間隙部のうちの少なくとも一方に注入される、請求項６に記載の粒径測定方法。
前記微粒子には、既知の粒径を有する標準微粒子と粒径測定の対象である測定微粒子とが含まれる、請求項６に記載の粒径測定方法。
前記粒径測定用セルは、請求項４又は請求項５に記載の粒径測定用セルであり、
前記溶液は前記標準微粒子を含有する標準溶液と前記測定微粒子を含有する測定溶液とを含み、
前記注入工程において、前記標準溶液は、前記複数の間隙部のうちの少なくとも１つに注入され、前記測定溶液は、前記複数の間隙部のうちの少なくとも他方の１つに注入される、請求項８に記載の粒径測定方法。
前記移動工程において、前記溶媒は、毛細管現象によって前記間隙の前記開口部側へ移動すると共に、前記液体吸収性物質によって吸収される、請求項６〜９の何れか一項に記載の粒径測定方法。
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の粒径測定用セルを保持する保持手段と、
前記粒径測定用セルを観察するための観察手段と
を備える、粒径測定装置。
前記観察手段の観察結果を分析するための分析手段を更に備える、請求項１１に記載の粒径測定装置。
請求項６〜請求項１０の何れか一項に記載の粒径測定方法に基づいて、第１平板と前記第２平板との間の距離ｈと、前記間隙の前記最狭部からの距離Ｌとの関係を求める第１工程と、
下記式によって前記微粒子の直径ｄを求める第２工程と、

を含有する粒径補正方法であって、
前記式において、λは前記干渉縞を生じさせる光の波長を表し、ｎは前記溶媒の屈折率を表し、Ｌ_Pは前記微粒子がトラップした位置と前記間隙の前記最狭部との距離を表し、ΔＬは前記干渉縞の隣接する暗線間の距離を表し、θは前記第１平板と前記第２平板とが成す角度を表し、ｈ₀は最小の平板間距離を表す、粒径補正方法。