JP2014531303A - 音響力場を用いて対象物をハンドリングするための装置 - Google Patents
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Abstract
Description
‐ 長手方向軸に沿って延在するチャネル、ここで、該チャネルは、第1の横方向軸に沿って測られた幅と、該第1の軸に垂直な第2の横方向軸に沿って測られた厚さとを有する断面を有し、該幅は該厚さ以上であり、該チャネルは該第2の横方向軸に沿って第1壁および第2壁を有している、
‐ 前記壁の少なくとも1つから該チャネル内に音波を発生する音波発生器、
を備え、
前記音波発生器は、該第2の横方向軸に沿った該チャネルの共振周波数f0とは異なる周波数fで動作し、対象物の少なくとも1つの層(N)が音響集束によって形成される。
音波発生器
チャネル
- 第1および第2壁はPMMAを含み、若しくは特にPMMAから成り、または、
- 第1および第2壁は、鉱物質若しくは有機ガラスを含み、または特に鉱物若しくは有機ガラスから成り、または
- 第1壁はPMMAを含み、若しくは特にPMMAから成り、かつ第2壁は鉱物質若しくは有機ガラスを含み、または特に鉱物質若しくは有機ガラスから成る、
ようなものでありうる。
流体および対象物
別の実施態様において、流体は水でありうる。
流体は、例えば可視光に対して透明でありうる。
流体は、装置が動作しているとき、静止しうる。別の実施態様において、流体は、装置が動作しているとき、流れの状態、例えば層流の状態にありうる。
対象物は、硬いまたは変形しうる粒子、例えば、ポリスチレンの粒子でありうる。
チャネル内に存在する対象物の平均サイズは、例えば50μm以下でありうる。「平均サイズ」という用語は、母集団の半数での統計的な粒子サイズ(D50と呼ばれる)を意味する。
センサーおよび制御システム
- チャネル内に存在する対象物の少なくとも1つの特性及び/又は位置を計測するために使われうるセンサー、ここで、上記センサーはこの計測の結果として信号を生成する、および
- 上記信号を受信し、そして音波発生器が動作する周波数fを及び/又は上記信号の関数として発生される音波の振幅を制御する制御システム
を伴うアセンブリに関しうる。
- チャネルの所与の領域に置かれた対象物を照明することを意図された照明源、特にレーザ、
- 上記光源から放出されそして対象物によって拡散された光を検出することを意図され、かつ、光放射を拡散した対象物のサイズの関数である信号を発生するように適合された光放射検出器を備える制御システム、特にそれらから成る制御システム、
を備えうる。
制御システムは、増幅段階に接続された音波発生器、例えば信号発生器の電力供給段階を制御しうる。
チャネル内に存在する対象物の画像の取得および処理
- 上に定義された装置、
- チャネル内に存在する対象物の少なくともいくつかを照明するように構成された照明システム、および
- 該照明システムによって照明された、チャネル内に存在する対象物の、少なくともいくつかの少なくとも1つの画像を取得するように構成された画像取得システム、
を備えるアセンブリであって、
特に、該取得システムによって作られた少なくとも1つの画像を処理するためのデバイスを備える、アセンブリに関する。
- 長手方向軸に沿って延在しているチャネル、ここで、該チャネルは第1の横方向軸に沿って測られた幅と該第1の横方向軸に垂直な第2の横方向軸に沿って測られた厚さとをもつ断面を有し、該幅は厚さ以上であり、該チャネルは第2の横方向軸に沿って第1壁および第2壁を有する、および
- 該第1壁および第2壁の少なくとも1つから音波を発生する広帯域音波発生器、
を備える装置に関する。
方法
- 上記チャネルは長手方向軸に沿って延在し、第1の横方向軸に沿って測られた幅と該第1の横方向軸に垂直な第2の横方向軸に沿って測られた厚さとをもつ断面を有し、該幅は厚さ以上であり、該チャネルは第2の横方向軸に沿って第1壁および第2壁を有する、および
- 上記音波発生器は、第1壁および第2壁の少なくとも1つから音波を発生し、第2の横方向軸に沿ったチャネルの共振周波数f0とは異なった周波数fで動作する。
- 上記チャネルは長手方向軸に沿って延在し、第1の横方向軸に沿って測られた幅と該第1の横方向軸に垂直な第2の横方向軸に沿って測られた厚さとをもつ断面を有し、該幅は厚さ以上であり、該チャネルは第2の横方向軸に沿って第1壁および第2壁を有し、
- 上記音波発生器は、第1壁および第2壁の少なくとも1つから音波を発生し、周波数fで動作し、
- チャネル内に存在する対象物の少なくとも1つの特性及び/又は位置は、センサーによって計測され、
- 上記センサーは、上記計測の結果の関数として信号を発生し、
- 上記信号は、音波発生器が動作する周波数及び/又は上記信号の関数として発生された音波の振幅を制御するのに使用される制御システムの方へ送信され、
- 音波発生器が動作する周波数fは上記信号の関数として変えられる。
- 音波発生器が動作するところの周波数を複数の周波数の間で変化させること、
- 上記周波数の各々について対象物の、少なくとも1つの特性及び/又は位置を計測するためにセンサーを使うこと、
- 上記周波数の各々で行われた計測について得られた値と少なくとも1の参照値とを比較すること、
- 得られた値と参照値との比較が所定の結果を与えるような周波数を上記複数の周波数の中から選択すること、
- 音波発生器をこの選択された周波数で動作させること、
を含みうる。
a)チャネルの所与の領域内に上記対象物の音響集束を得るために、上述した方法を使って対象物をハンドリングすること、
b)照明システムによって音響集束領域内の対象物を照明すること、および
c)取得システムによって、この仕方で照明された上記対象物の、少なくとも1の画像を取得すること、
を含む、方法に関する。
以下で詳述され且つ図1に示された実験装置は、音波発生器が広帯域発生器であると考えられうるか否かを決定するために使われうる。
<Eac>=ρFvo’2/2
ここで、ρFは流体の密度を示す。
本発明の文脈において使用された装置の実施例
実施例
実施例1
実施例1で詳述した動作条件が、トランスデューサー供給電圧以外は同じで繰り返され、該供給電圧の効果が試験された。3つの実験が、トランスデューサー供給電圧5V、7Vおよび10Vの夫々で行われた。音波の生成からもたらされる流体粒子の速度プロファイルの最大値が図9に示される。結果は図9に示されている。トランスデューサーの供給電圧によって制御された音波の振幅は、考察中の現象、すなわち粒子の集束高の移動に何らの効果も有さないことが判る。
実施例1で詳述した動作条件が、粒子の直径以外は同じで繰り返され、該粒子の直径の効果が試験された。2つの実験が、2μmおよび7μmの直径の粒子をそれぞれ使って実行された。結果は図10に示されている。使用された粒子の直径は、考察中の現象、すなわち粒子の集束高の移動に何らの効果も有さないことが判る。
実施例1で詳述した動作条件が、対象物の濃度以外は同じで繰り返され、該対象物の濃度の効果が試験された。2つの実験が、5.6mg/Lおよび56mg/Lの濃度の粒子をそれぞれ使って実行された。結果は図11に示されている。使用された粒子の濃度は、考察中の現象、すなわち粒子の集束高の移動に何らの効果も有さないことが判る。
実施例1で詳述した動作条件が、上側および下側壁を形成する物質の特性以外は同じで繰り返され、該物質の特性の効果が試験された。さらに、マイクロチャネルの厚みは、壁を形成するために使われた物質の特性に適合された。結果は図12および13に示されている。
2 チャネル
3 下側壁
4 上側壁
10 音波発生器、音響トランスデューサー
50 膜
51 光検出器
52 復調器
53 デバイス
100 センサー
110 照明システム
111 光源
112 光学的構造
113 分離器、反射構造
114 レンズ
120 画像取得デバイス
121 レンズ
122 センサー
130 画像処理デバイス
200 アセンブリ
300 アセンブリ
D 電力供給デバイス、発生器
E 水
EP 圧力極値
F 流体
f 周波数
hfoc 粒子の集束の高さ
N 層
O 対象物
R 放射光
S1,,Sn 出口
T 制御システム
Claims (27)
- 流体(F)、特に液体の中のチャネル内に存在する対象物(O)をハンドリングするための装置(1)であって、
‐ 長手方向軸(X)に沿って延在するチャネル(2)、ここで、該チャネル(2)は、第1の横方向軸(Y)に沿って測られた幅(L)および該第1の横方向軸に垂直な第2の横方向軸(Z)に沿って測られた厚さ(e)をもつ断面を有し、該幅(L)は該厚さ(e)以上であり、該チャネルは該第2の横方向軸(Z)に沿って第1壁(3)および第2壁(4)を有している、
‐ 前記壁(3;4)の少なくとも1つから該チャネル内に音波を発生する音波発生器(10)、
を備え、
前記音波発生器(10)は、該第2の横方向軸(Z)に沿った該チャネル(2)の共振周波数f0とは異なる周波数fで動作し、対象物(O)の少なくとも1つの層(N)が音響集束によって形成される、
上記装置。 - 該チャネル(2)は、その長さの少なくとも一部分に亘って、特にその長さの全体に亘って、3cm未満の、特に1cm未満の厚さ(e)を有し、該チャネル(2)は、好ましくはマイクロチャネルである、請求項1に記載の装置(1)。
- 該チャネル(2)は、その長さの少なくとも一部分に亘って、特にその長さの全体に亘って、実質的に長方形の断面を有している、請求項1または2に記載の装置(1)。
- 複数の音波発生器(10)が該チャネルに沿って配置されえて、該壁(3;4)の少なくとも1つから音波が発生され、前記複数の音波発生器(10)は、特に該チャネル(2)の同じ側に置かれる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 該壁(3;4)の少なくとも1つ、好ましくは両方が、以下の中から選択された物質:鉱物質または有機ガラス、熱可塑性物質、特にPMMAまたはポリカーボネート、石英、および金属であって、積(金属の密度xこの金属内の音速)が106Pa.s/m以上である金属、を包含するか、または特にこれらから選択された物質から成る、請求項1〜4のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 該壁(3;4)の少なくとも1つ、好ましくは両方が、該流体の音響インピーダンスよりも少なくとも10倍超の音響インピーダンスを有する物質を含むか、または特にそのような物質から成る、請求項1〜5のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 壁(3;4)は、該音波発生器(10)によって該音波がそこから発生されるところの壁に向き合い、該流体の音響インピーダンスよりも少なくとも10倍超の音響インピーダンスを有する物質を含むか、または特にそのような物質から成る、請求項1〜6のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 音圧の少なくとも1の極値(EP)が、該発生された音波によって該流体(F)中に形成される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 対象物(O)の該層(N)は、該音圧の極値(EP)の高さに集束される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 該音波発生器(10)は、10MHz以下の周波数fで、特に0.5〜10MHzの範囲で動作する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 該音波発生器(10)は、周波数f0と異なり、かつ0.75f0〜1.25f0の範囲、特に0.75f0〜0.95f0または1.05f0〜1.25f0の周波数fで動作する、請求項1〜10のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 該チャネル(2)は、複数の出口(S1,...,Sn)を備え、該対象物(O)は該出口の方向へ該音波発生器(10)が動作する周波数fにしたがって選択的にガイドされる、請求項1〜11のいずれか1項に記載の装置(1)。
- 該チャネル(2)は、その長手方向軸(X)に沿って計られた長さ(l)を有し、その長さ/厚さの比は1以上である、請求項1〜12のいずれか1項に記載の装置(1)。
- アセンブリ(200)であって、
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の装置(1)、
- 該チャネル(2)内の該対象物(O)の、少なくとも1の特性及び/又は位置を計測するために使用されうるセンサー(100)、ここで、該センサー(100)はこの計測の結果として信号を生成する、および
- 前記信号を受信し、そして前記信号の関数として、該音波発生器(10)が動作する周波数fを及び/又は発生される該音波の振幅を制御する制御システム(T)、
を備えている、上記アセンブリ(200)。 - アセンブリ(300)であって、
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の装置(1)、
- 該チャネル(2)内の該対象物(O)の少なくともいくつかを照明するように構成された照明システム(110)、および
- 該チャネル(2)内に存在しかつ該照明システム(110)によって照明された該対象物(O)の内の少なくともいくつかの、少なくとも1の画像を取得するように構成された画像取得システム(120)、
を備え、
前記アセンブリは、好ましくは該取得システム(120)によって取得された少なくとも1の画像を処理するためのデバイス(130)を備えている、上記アセンブリ(300)。 - 該処理デバイス(130)は、該チャネル(2)内に存在しかつ該照明システム(110)によって照明された該対象物(O)の内の少なくともいくつかの速度ベクトルのノルム、及び/又は方向、及び/又は向きを計測することを可能にする、請求項15に記載のアセンブリ。
- 該照明システム(110)は、音響集束によって作られた、対象物の該層(N)の全てまたは部分を照明するように構成されている、請求項15又は16に記載のアセンブリ(300)。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の装置(1)または請求項14〜17のいずれか1項に記載のアセンブリを用いて、音波発生器(10)によってチャネル(2)内に存在する対象物(O)をハンドリングするための方法であって、
- 前記チャネル(2)は、長手方向軸(X)に沿って延在し、かつ第1の横方向軸(Y)に沿って測られた幅(L)および該第1の横方向軸に垂直な第2の横方向軸(Z)に沿って測られた厚み(e)をもつ断面を有し、該幅(L)は該厚み(e)以上であり、該チャネルは該第2の横方向軸(Z)に沿った第1の壁(3)および第2の壁(4)を有しており、かつ
- 前記音波発生器(10)は、該壁(3;4)の少なくとも1つから該チャネル内に音波を発生し、かつ該第2の横方向軸(Z)に沿った該チャネル(2)の共振周波数f0と異なる周波数fで動作する、
上記方法。 - 該周波数fはf0と異なり、そして0.75f0〜1.25f0の範囲、特に0.75f0〜0.95f0または1.05f0〜1.25f0にある、請求項18に記載の方法。
- - 該チャネル(2)内の該対象物(O)の少なくとも1の特性及び/又は位置が、センサー(100)によって計測される、
- 信号が、前記センサー(100)によってなされた計測の結果の関数として生成され、制御システム(T)へ送られる、そして
- 該音波発生器(10)が動作する周波数f及び/又は発生された該音波の振幅が、該制御システム(T)の動作によって前記信号の関数として変化させられる、
請求項18または19に記載の方法。 - チャネル(2)内に存在する対象物(O)の、少なくとも1の画像を取得するための方法であって、以下の工程;
a)請求項18〜20のいずれか1項に記載の方法を使用して該対象物(O)をハンドリングして、該チャネル(2)内の所与の領域において該対象物(O)の音響集束を得ること、
b)照明システム(110)によって該音響集束領域内の該対象物(O)を照明すること、
c)このように照明された前記対象物(O)の、少なくとも1の画像を取得システムによって(120)によって取得すること、
を含む、上記方法。 - チャネル(2)内に存在する対象物(O)の速度ベクトルのノルム、及び/又は方向、及び/又は向きを計測するための方法であって、以下の工程:
- 請求項21に記載の方法を使って、第1に、対象物(O)の第1画像を取得すること、
- 請求項21に記載の方法を使って、第2に、対象物(O)の第2画像を取得すること、および
- 該第1および第2画像から、対象物(O)の速度ベクトルのノルム、及び/又は方向、及び/又は向きの測定値を計算すること、
を含む、上記方法。 - 以下の用途:粒子像速度計測法(PIV; Particle Image Velocimetry)、特に、マイクロ粒子像速度計測法(マイクロPIV)、物質種、例えば、硬いまたは変形しうる粒子、多分散粒子、生物学的細胞(特に血液細胞、例えば血液若しくは血球の試料中のがん細胞)、バクテリア、コロイド若しくは非コロイドエマルジョン、タンパク質またはリポソームを選別する方法;診断または分析方法;物質種の精製、濃縮または希釈の方法;物質種の合成の方法;物質種の物理的または化学的特性の変更の方法;医用製品研究の方法;混合方法または拡散係数の計測方法;の少なくとも1つにおいて使用されることを特徴とする、請求項18〜22のいずれか1項に記載の方法。
- 該対象物(O)は、単分散または多分散の生物学的細胞、特に血液細胞、特に血球である、請求項18〜23のいずれか1項に記載の方法。
- 流体(F)、特に液体の中のチャネル(2)内に存在する該対象物(O)をハンドリングすることを意図された装置(1)であって、
- 長手方向軸(X)に沿って延在しているチャネル(2)、ここで該チャネル(2)は、第1の横方向軸(Y)に沿って測られた幅(L)および該第1の横方向軸に垂直な第2の横方向軸(Z)に沿って測られた厚み(e)を持つ断面を有し、該幅(L)は該厚み(e)以上であり、該チャネルは該第2の横方向軸(Z)に沿った第1の壁(3)および第2の壁(4)を有している、
- 前記壁(3;4)の少なくとも1から該チャネル内に音波を発生する音波発生器(10)、
を備え、
前記音波発生器(10)は、該第2の横方向軸(Z)に沿った該チャネル(2)の共振周波数f0と異なる周波数fで動作し、
該第1および第2の壁は、該流体の音響インピーダンスよりも少なくとも10倍超の音響インピーダンスをもつ物質を含んでいる、
上記装置(1)。 - 流体(F)、特に液体の中のチャネル(2)内に存在する該対象物(O)をハンドリングすることを意図された装置(1)であって、
- 長手方向軸(X)に沿って延在しているチャネル(2)、ここで該チャネル(2)は、第1の横方向軸(Y)に沿って計られた幅(L)と、該第1の横方向軸に垂直な第2の横方向軸(Z)に沿って計られた厚み(e)とを持つ断面を有し、該幅(L)は該厚み(e)以上であり、該チャネルは該第2の横方向軸(Z)に沿った第1の壁(3)および第2の壁(4)を有している、
- 前記壁(3;4)の少なくとも1から該チャネル内に音波を発生する音波発生器(10)
を備え、
前記音波発生器(10)は、該第2の横方向軸(Z)に沿った該チャネル(2)の共振周波数f0と異なり、かつ0.75f0〜1.25f0の範囲、特に0.75f0〜0.95f0または1.05f0〜1.25f0の周波数fで動作する、
上記装置(1)。 - さらに、請求項2〜13で記載された特徴のいずれかを有している、請求項25または26に記載の装置(1)。
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