JP2024018050A - 微粒子サンプリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サンプリング対象の活性を維持しつつ、効率よく微粒子をサンプリングできる微粒子サンプリング装置を提供する。【解決手段】微粒子サンプリング装置１０は、筒状で両端部が開口しており、内部にサンプリング空間６９を有する第１電極２２と、筒状における長さ方向に沿ってサンプリング空間６９内に設けられる第２電極２４と、前記第２電極の表面に複数備えられた突起２５と、第１電極２２と第２電極２４との間に電圧を印加する電圧印加部２６と、サンプリング空間６９内において長さ方向に沿って設けられる回転軸を中心に第１電極２２を回転させる駆動部３２と、サンプリング空間６９に液体６８を供給する供給部２８と、サンプリング空間６９に貯留された液体６８を回収する回収部３０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、微粒子サンプリング装置に関する。

従来から、微粒子のもつ慣性や遠心力を利用した装置を用いて、気体中の微粒子をサンプリングする技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、および特許文献３を参照）。特許文献１には、メンブレンフィルターを介して空気を吸引することにより、空気中に浮遊する微生物をメンブレンフィルター上に捕捉する技術が開示されている。特許文献２には、吸引部より吸入した空気を培地に衝突させることにより、空気中の浮遊菌を培地に付着させて捕集する技術が開示されている。特許文献３には、吸引された空気の旋回により発生する遠心力により、捕集対象物を空気から分離して捕集する技術が開示されている。

なお、微粒子、浮遊菌、捕集対象物はいずれも本願における微粒子に該当する。

特開２００８－１６１１４３号公報 特開２００９－１１２６５号公報 特開２０１２－５２８６６号公報

しかしながら、上記従来の技術では、吸引空気中から分離されたエアロゾル等の微粒子は、乾燥状態で堆積していく場合が多く、溶液中への取り出しといった、分析への更なるステップが必要となる。また、サンプリング対象の微粒子が生物であった場合に、活性を維持したまま捕集することができないという課題がある。

また、これらを解決するために液中へ回収することを目的としたものであっても、高い濃度を得るためには溶液量の多さからサンプリングに多くの時間を要してしまうことや、吸引による大きな圧力損失や大きな騒音を生じるという課題がある。

加えて、その捕集性能は、装置の形状や大きさ、吸引速度や対象エアロゾルの大きさ等といった要因によるものが大きく、効率よく捕集ができないという課題がある。

また、効率よく捕集を行うために放電によってより多くのサンプリング対象の微粒子を帯電させる静電捕集方式がある。しかしながら、この放電時にオゾンなどの活性物質が大量に発生する。活性物質は、サンプリング対象の微粒子を酸化させるため、サンプリング対象の微粒子が生物であった場合に、活性を維持したまま捕集することが困難であり、サンプリング後の微粒子の検査等に悪影響を及ぼすという課題がある。

本開示は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、サンプリング対象の活性を維持しつつ、効率よく微粒子をサンプリングできる微粒子サンプリング装置を提供する。

そして、この目的を達成するために、本発明に係る微粒子サンプリング装置は、筒状で内部にサンプリング空間を有する第１電極と、筒状における長さ方向に沿ってサンプリング空間内に設けられる第２電極と、第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、サンプリング空間内に長さ方向に沿って設けられる回転軸を中心に第１電極を回転させる駆動部と、サンプリング空間に液体を供給する供給部と、サンプリング空間に貯留された液体を回収する回収部とを備え、第２電極は、電極表面に複数の突起を有する。

本開示の一態様に係る微粒子サンプリング装置は、サンプリング対象の活性を維持しつつ、効率よく微粒子をサンプリングできる。

図１は、実施の形態１に係る微粒子サンプリング装置の外観を示す斜視図である。 図２は、図１の微粒子サンプリング装置の外観を示す側面図である。 図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線端面図である。 図５は、図１の微粒子サンプリング装置の動作の一例を示すフロー図である。 図６は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図であり、図１の微粒子サンプリング装置が行う動作の一例を説明するための説明図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本開示に係る微粒子サンプリング装置は、以下に説明する実施の形態や図面に記載される構成に限定されることを意図せず、それらと同等な構成も含む。

以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、平行及び垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、円筒形状などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する。

また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。なお、Ｘ軸およびＹ軸は、水平面上で互いに直交する軸である。Ｚ軸は、水平面に垂直な軸である。Ｚ軸において、正の向きは鉛直上向きを表し、負の向きは鉛直下向きを表す。

（実施の形態１）
図１から図３を参照して、実施の形態に係る微粒子サンプリング装置１０について説明する。図１は、実施の形態１に係る微粒子サンプリング装置１０の外観を示す斜視図である。図２は、図１の微粒子サンプリング装置１０の外観を示す側面図である。図３は、図１の微粒子サンプリング装置１０の内観図であり、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。

図１に示すように、微粒子サンプリング装置１０は、微粒子を液体中にサンプリングする装置である。具体的には、微粒子サンプリング装置１０は、気体中の微粒子を液体６８（後述）中に捕集することによって、微粒子を液体６８中にサンプリングする装置である。例えば、微粒子は、ウイルス、真菌、細菌、およびエアロゾル等を含む。

図２及び図３に示すように、微粒子サンプリング装置１０は、ダクト１２と、第１フランジ部材１８と、第２フランジ部材２０と、第１電極２２と、第２電極２４と、電圧印加部２６と、供給部２８と、回収部３０と、駆動部３２とを備える。

微粒子サンプリング装置１０は、回転する第１電極２２と、第１電極２２の中心部に配置されている第２電極２４とを、ダクト１２と第１フランジ部材１８と第２フランジ部材２０とで囲んで構成されている。

微粒子サンプリング装置１０の内部に、微粒子サンプリング装置１０を挿通するような方向（図２の矢印Ａで示すような方向であり、筒状における長さ方向）で、空気等の気体を通す。例えば、直接、ファンやポンプ等によって微粒子サンプリング装置１０内に空気を引き込んで、微粒子サンプリング装置１０内に気体を通しても良い。また、例えば、空気等の気体の流れがある空気調和設備、例えば、エアコン、空気清浄機、風導管、換気扇または換気口等に微粒子サンプリング装置１０を設置して、微粒子サンプリング装置１０内に空気を引き込んで処理しても良い。このように、気体の流れを発生させる装置やそれらに接続される配管に、微粒子サンプリング装置１０を取り付けることによって、気体の流れを発生させるためのファンやポンプ等を微粒子サンプリング装置１０に組み込む必要がなく、小型、静音、および低圧力損失である装置を容易に実現できる。これによって、比較的場所を選ばず様々な場所に設置、組み込み可能である。

以下、微粒子サンプリング装置１０の各構成について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、図１の微粒子サンプリング装置１０の内観図であり、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線断面図である。

ダクト１２は、筒状であり、ダクト１２の内方において、第１電極２２を回転可能に支持する。ダクト１２は、ダクト本体４２と、第１支持部４４と、第２支持部４６とを有する。ダクト本体４２、第１支持部４４、及び第２支持部４６は、絶縁性を有する。つまり、ダクト１２は、絶縁性を有し、後述する第１電極２２が人体や周辺の部材と電気的に接触し、意図しない通電が起きてしまうことを抑制する。

ダクト本体４２は、円筒状であり、ダクト本体４２の軸心方向の一端部および他端部は、開口している。なお、軸心方向とは、図２の矢印Ａで示すような方向であり、筒状における長さ方向である。ダクト本体４２は、後述する第１電極２２が人体や周辺の部材と電気的に接触し、意図しない通電が起きてしまうことを抑制する。

第１支持部４４は、ダクト本体４２の軸心方向の一端部からダクト本体４２の径方向の外方に突出しており、ダクト本体４２と一体的に形成されている。第１支持部４４は、ダクト本体４２の径方向の外方に突出し、かつ、略Ｕ字状である。第１支持部４４は、ダクト本体４２の軸心方向から見たとき、環状である（図１参照）。

第１支持部４４の内方には、第１ベアリングシール１４が配置されている。第１支持部４４は、第１ベアリングシール１４を介して、第１電極２２を回転可能に支持している。また、第１支持部４４は、第１ベアリングシール１４を介して、第１電極２２が人体や周辺の部材と電気的に接触し、意図しない通電が起きてしまうことを抑制する。

第１ベアリングシール１４は、第１支持部４４と第１外鍔部５８（後述）との間において気体が漏れないように、第１支持部４４と第１外鍔部５８との間を密閉している。

第２支持部４６は、ダクト本体４２の軸心方向の他端部からダクト本体４２の径方向の外方に突出しており、ダクト本体４２と一体的に形成されている。第２支持部４６は、ダクト本体４２の径方向の外方に突出し、かつ、略Ｕ字状である。第２支持部４６は、ダクト本体４２の軸心方向から見たとき、環状である（図１参照）。

第２支持部４６の内方には、第２ベアリングシール１６が配置されている。第２支持部４６は、第２ベアリングシール１６を介して、第１電極２２を回転可能に支持している。また、第２支持部４６は、第２ベアリングシール１６を介して、第１電極２２が人体や周辺の部材と電気的に接触し、意図しない通電が起きてしまうことを抑制する。

第２ベアリングシール１６は、第２支持部４６と第２外鍔部６０（後述）との間において気体が漏れないように、第２支持部４６と第２外鍔部６０との間を密閉している。

第１フランジ部材１８は、筒状であり、ダクト１２に接続されている。第１フランジ部材１８は、第２電極２４が人体や周辺の部材と電気的に接触し、意図しない通電が起きてしまうことを抑制する。また、第１フランジ部材１８は、必要に応じて外部の風導管や換気扇のフランジ等に固定され、上流から流れてきた空気の全量または一部をサンプリング対象空気として第１電極本体５６の内部に導入する。

第１フランジ部材１８は、第１フランジ部材本体４８と、フランジ５０とを有する。

第１フランジ部材本体４８は、円筒状であり、第１フランジ部材本体４８の軸心方向の一端部および他端部は、開口している。第１フランジ部材本体４８の軸心方向の他端部は、ダクト１２の軸心方向の一端部に接続されている。第１フランジ部材本体４８は、第２電極２４が人体や周辺の部材と電気的に接触し、意図しない通電が起きてしまうことを抑制する。

フランジ５０は、第１フランジ部材本体４８の軸心方向の一端部から第１フランジ部材本体４８の径方向の外方に突出しており、第１フランジ部材本体４８と一体的に形成されている。フランジ５０は、第１フランジ部材本体４８の軸心方向から見たとき、環状である。フランジ５０は、必要に応じて外部の風導管や換気扇のフランジ等に固定され、上流から流れてきた空気の全量または一部をサンプリング対象空気として第１電極本体５６の内部に導入する。

第２フランジ部材２０は、筒状であり、ダクト１２に接続されている。第２フランジ部材２０は、第２電極２４が人体や周辺の部材と電気的に接触し、意図しない通電が起きてしまうことを抑制する。また、第２フランジ部材２０は、必要に応じて外部の風導管や換気扇のフランジ等に固定され、第１電極本体５６の内部を通過した空気の全量または一部を下流に導く。

第２フランジ部材２０は、第２フランジ部材本体５２と、フランジ５４とを有する。

第２フランジ部材本体５２は、円筒状であり、第２フランジ部材本体５２の軸心方向の一端部および他端部は、開口している。第２フランジ部材本体５２の軸心方向の一端部は、ダクト１２の軸心方向の他端部に接続されている。第２フランジ部材本体５２は、第２電極２４が人体や周辺の部材と電気的に接触し、意図しない通電が起きてしまうことを抑制する。

フランジ５４は、第２フランジ部材本体５２の軸心方向の他端部から第２フランジ部材本体５２の径方向の外方に突出しており、第２フランジ部材本体５２と一体的に形成されている。フランジ５４は、第２フランジ部材本体５２の軸心方向から見たとき、環状である。フランジ５４は、必要に応じて外部の風導管や換気扇のフランジ等に固定され、第１電極本体５６の内部を通過した空気の全量または一部を下流に導く。

第１電極２２は、電圧が印加された場合に、内壁に微粒子を集塵する。第１電極２２は、筒状であり、第１電極２２の軸心方向の両端部は開口している。第１電極２２は、第２電線７６（後述）等を介して、グランドに接続されている。

第１電極２２は、第１電極本体５６の軸心Ｂが水平方向と平行な姿勢で設置されている。第１電極２２は、第１電極本体５６の軸心Ｂ周りに回転可能に支持されている（図４の矢印Ｃ参照）。言い換えると、第１電極２２は、自転可能に支持されている。

第１電極２２は、第１電極本体５６の内面６６上において、液体６８を貯留している。具体的には、第１電極２２は、第１電極本体５６の軸心Ｂ周りの方向（図４の矢印Ｄ参照）における内面６６の一部に、液体６８を貯留している。貯留されている液体６８は、第１電極本体５６の軸心ＢのＺ軸方向下方に位置している。

第１電極２２は、第１電極本体５６と、第１外鍔部５８と、第２外鍔部６０と、第１内鍔部６２と、第２内鍔部６４とを有する。例えば、第１電極本体５６、第１外鍔部５８、第２外鍔部６０、第１内鍔部６２、および第２内鍔部６４は、ＳＵＳ等のステンレス鋼を用いて形成される。

第１電極本体５６は、円筒状であり、第１電極本体５６の軸心方向の一端部１０１および他端部１０２は、開口している。第１電極本体５６の軸心方向とは、第１電極本体５６の軸心Ｂが延びている方向（Ｘ軸方向、筒状における長さ方向）である。第１電極本体５６は、第１電極本体５６の外周面において、ギア８６（後述）の外歯と噛み合う外歯を有する。第１電極本体５６内には、サンプリング空間６９が形成されている。

サンプリング空間６９は、第１電極本体５６の内部に形成される空間であり、微粒子を集塵する空間である。サンプリング空間６９内には、第２電極２４が設けられる。また、サンプリング空間６９には、供給部２８により液体６８が供給され、供給された液体により微粒子が捕捉され、回収部３０により回収される。

第１外鍔部５８は、第１電極本体５６の軸心方向の一端部から第１電極本体５６の径方向の外方に突出しており、第１電極本体５６と一体的に形成されている。第１外鍔部５８は、第１電極本体５６の軸心Ｂ周りに環状である。すなわち、第１外鍔部５８は、第１電極本体５６の軸心方向から見たとき、環状である。第１外鍔部５８は、第１ベアリングシール１４の内方に配置されている。第１外鍔部５８は、その外表面で第１ベアリングシール１４と接し、内表面で第１内鍔部６２と接している。

第２外鍔部６０は、第１電極本体５６の軸心方向の他端部から第１電極本体５６の径方向の外方に突出しており、第１電極本体５６と一体的に形成されている。第２外鍔部６０は、第１電極本体５６の軸心Ｂ周りに環状である。すなわち、第２外鍔部６０は、第１電極本体５６の軸心方向から見たとき、環状である。第２外鍔部６０は、第２ベアリングシール１６の内方に配置されている。第２外鍔部６０は、その外表面で第２ベアリングシール１６と接し、内表面で第２内鍔部６４と接している。

第１内鍔部６２は、第１電極本体５６の軸心方向の一端部から第１電極本体５６の径方向の内方に突出しており、第１電極本体５６と一体的に形成されている。第１内鍔部６２は、第１電極本体５６の軸心Ｂ周りに環状である。すなわち、第１内鍔部６２は、第１電極本体５６の軸心方向から見たとき、環状である。第１内鍔部６２は、第１電極本体５６の内面６６の一部に貯留された液体６８が、第１電極本体５６の軸心方向の一端部からこぼれないように、液体６８を保持している。

第２内鍔部６４は、第１電極本体５６の軸心方向の他端部から第１電極本体５６の径方向の内方に突出しており、第１電極本体５６と一体的に形成されている。第２内鍔部６４は、第１電極本体５６の軸心Ｂ周りに環状である。すなわち、第２内鍔部６４は、第１電極本体５６の軸心方向から見たとき、環状である。第２内鍔部６４は、第１電極本体５６の内面６６の一部に保持された液体６８が、第１電極本体５６の軸心方向の他端部からこぼれないように、液体６８を保持している。

第２電極２４は、棒状であり、第１電極２２の第１電極本体５６の軸心方向に延びる。第２電極２４は、第１電極２２の第１電極本体５６の径方向の内方を挿通しており、第１電極本体５６の内方に位置している。第２電極２４は、第１電極本体５６の軸心方向において、第１電極本体５６の一端部１０１よりも外方に突出しており、第１電極本体５６の他端部１０２よりも外方に突出している。これにより、第１電極２２の回転を阻害することなく、第２電極２４を固定可能となる。

第２電極２４は、第１電極２２の第１電極本体５６の内面６６と間隔を空けて配置されており、第１電極２２の中心近傍に配置されている。第２電極２４は、サンプリング空間６９内に配置されている。本実施の形態では、第２電極２４は、第２電極２４の軸心が第１電極２２の第１電極本体５６の軸心Ｂと一致する姿勢で設置されている。

第２電極２４は、電極表面に突起２５を複数備える。突起２５は、第２電極２４を効率よく放電させるために設けられる。突起２５を設けない場合には、第２電極２４に電圧を印加した際には、第２電極表面の全体から第１電極２２に向かって電界が発生する。一方、本実施の形態のように、第２電極２４表面に突起２５を設けることにより、電界の発生箇所が突起２５に集中する。電界の集中により、放電は突起２５から集中的に発生する。したがって、突起２５を設けずに第２電極２４表面から放電する場合と比較し、突起２５を設けることにより放電効率が向上する。突起２５は、放電時にイオンを発生さるため、発生したイオンにより、サンプリング空間６９内に流入した微粒子を帯電させることができる。なお、放電時には、イオンだけでなく副次的にオゾンも発生する。

突起２５は、第２電極２４表面上に少なくとも２つ以上設けられる。なお、突起２５は、８つ以上設けられるとより好ましい。このようにすることで、突起２５のそれぞれからの放電により形成される帯電領域を、第１電極本体５６の軸心を中心として軸視したサンプリング空間６９内で拡げることが可能となる。

突起２５は、他端部１０２側の第２電極２４表面と比較して一端部１０１側の第２電極２４表面により多く設けられる。これにより、突起２５から形成される帯電領域が一端部１０１側に集中し、帯電領域から他端部１０２側までの軸心方向の距離を長くすることができる。よって、微粒子を含む気体が流入する一端部１０１側において微粒子を帯電させることができる。そのため、微粒子が第１電極本体５６表面に付着する前に他端部１０２側に到達し、装置外に流出してしまうことを抑制できる。したがって、効率よく微粒子をサンプリングすることができる。さらに、オゾンの発生が、突起２５が設けられている一端部１０１側に集中するため、第２電極２４のみで放電させる場合または突起２５が第２電極２４表面にまんべんなく設けられる場合と比較して、オゾンの発生領域を縮小することができる。そのため、オゾンによる微粒子の活性低下を抑制でき、微粒子の活性を保ちつつサンプリングすることができる。

突起２５は、第２電極２４の軸心を中心として、第２電極２４の周上に略一定の間隔で設けられ、第２電極２４の軸心を中心として軸視した同一平面上に複数設けられる。つまり、突起２５は、第２電極２４の軸心を中心として軸視した際に、略等間隔で設けられる。これにより、第１電極２２と第２電極２４との間に電圧を印加した際に、第１電極本体５６の軸心を中心として軸視したサンプリング空間６９の断面積全体に、突起２５から放電させることができる。

突起２５は、第２電極２４表面と接している面の断面積が、先端部の断面積よりも大きい。なお、先端部は、突起２５のうち、第２電極２４表面と接している面とは反対側の端部である。これにより、先端部に電界が集中して放電の効率が良くなり、効率よく微粒子をサンプリングすることができる。

突起２５は、第２電極２４表面からの高さ（図３の矢印Ｈ）が、第１電極本体５６と第２電極２４との間の距離（図３の矢印Ｇ）の半分以下である。なお、第１電極本体５６と第２電極２４との間の距離とは、第１電極本体５６表面から最も近い第２電極２４表面までの距離であり、図３の矢印Ｇである。突起２５からの放電は、突起２５の先端部から発生する。そのため第２電極２４の表面から突起２５の先端部までの領域、つまり、第２電極２４表面からの高さ（図３の矢印Ｈ）までは無放電領域となる。したがって、突起２５の高さを上記のように設定することで、無放電領域を狭めつつ、第２電極２４の電界強度を高めることができる。これにより、無放電領域による微粒子のサンプリングロスを軽減しながら効率よく微粒子をサンプリングすることができる。

電圧印加部２６は、第１電極２２と第２電極２４との間に電圧を印加する。電圧印加部２６は、第１支持体７０と、第２支持体７２と、第１電線７４と、第２電線７６とを有する。

第１支持体７０は、第１電極２２の回転を阻害しないよう、ダクト１２の端部よりＸ軸方向外側に設けられる第１フランジ部材１８に固定されており、一端部が第１フランジ部材１８の内方に位置し、他端部が第１フランジ部材１８の外表面から突出している。第１支持体７０は、一端部が第２電極２４の軸心方向の一端部に接続されており、第２電極２４を支持している。

第２支持体７２は、第１電極２２の回転を阻害しないよう、ダクト１２の端部よりＸ軸方向外側に設けられる第２フランジ部材２０に固定されており、一端部が第２フランジ部材２０の内方に位置し、他端部が第２フランジ部材２０の外表面から突出している。第２支持体７２は、一端部が第２電極２４の軸心方向の他端部に接続されており、第２電極２４を支持している。

第１支持体７０および第２支持体７２は、導電性を有し、第２電極２４及び突起２５に電気的に接続されている。

第１電線７４は、第２支持体７２を介して、第２電極２４及び突起２５に電気的に接続されている。

第２電線７６は、ギア８６等を介して、第１電極２２に電気的に接続されている。

電圧印加部２６は、第１電極２２と、第１電極２２の中心付近に設置した第２電極２４及び突起２５に、第１電線７４及び第２電線７６を通して任意の大きさ及び波形の電気を流すことが可能である。これによって、微粒子サンプリング装置１０は、微粒子の電気集塵を行う。

例えば、電圧印加部２６は、コンバータ等を含む電源回路等によって実現される。また、例えば、電圧印加部２６は、１０［ｋＶ］の直流電圧を印加する。例えば、電圧印加部２６は、第２電極２４側が第１電極２２側よりも高電位となるように、第１電極２２と第２電極２４との間に電圧を印加する。これによって、サンプリング空間６９内において、第２電極２４から第１電極２２に向かって、および突起２５から第１電極２２に向かって、電界が発生する（図４の矢印Ｅ参照）。

供給部２８は、第１電極２２内に液体６８を供給する。供給された液体６８は、第１電極２２の軸心Ｂ周りの方向における内面６６の一部に貯留される。言い換えると、供給部２８は、第１電極２２の軸心Ｂ周りの方向における内面６６の一部に液体６８を貯留させるために、第１電極２２内に液体６８を供給する。供給部２８は、タンク７８と、注入部８０とを有する。

タンク７８は、第１電極２２内に供給するための液体６８を保持している。タンク７８に保持された液体６８は、ポンプ等によって注入部８０から吐出され、第１電極２２の第１電極本体５６内に供給される。このように、インフルエンザウイルスセンシング用の捕集液等の液体６８をあらかじめ溜めておくためのタンク７８が設置されており、注入部８０を通して、第１電極２２の内部に液体６８が供給される。

注入部８０は、第１電極２２の軸心方向についていずれの位置に設置されてもよい。したがって、第１電極２２の内面６６に付着した微粒子を広範囲にわたって回収することができる。

このように、インフルエンザウイルスセンシング用の捕集液等の液体６８をあらかじめ溜めておくためのタンク７８が設置されており、注入部８０を通して、第１電極２２の内部に液体６８が供給される。本実施の形態では、供給部２８は、微粒子の分析のための液体を、液体６８として供給する。例えば、微粒子の分析のための液体とは、分析に用いられる液体、分析のために微粒子に含まれる標的物質の活性を維持する液体、分析のために微粒子に含まれる標的物質に標識等を付与する液体、分析のために微粒子に含まれる標的物質を保護する液体、または、それらの任意の組合せを意味する。例えば、標的物質がインフルエンザウイルスである場合、液体６８として、生理食塩水、ＰＢＳ緩衝液、ＥＤＴＡ緩衝液、重炭酸緩衝液といった溶解および保存を目的とした液体、またはウイルスに特異的に結合して磁性や蛍光を発する物質を含む液体等を用いることができる。なお、液体６８は、微粒子の分析のための液体でなくてもよく、例えば、純水や水道水であってもよい。

なお、標的物質は、インフルエンザウイルスに限定されない。例えば、標的物質は、コロナウイルス等の他のウイルスであってもよく、ウイルス以外の生体（例えば菌）であってもよい。また、標的物質は、生体でなくてもよく、環境汚染物質またはアレルゲン等であってもよい。

回収部３０は、第１電極２２の軸心Ｂ周りの方向における内面６６の一部に貯留された液体６８を回収する。回収部３０は、タンク８２と、抽出部８４とを有する。第１電極２２の軸心Ｂ周りの方向における内面６６の一部に貯留された液体６８は、ポンプ等によって抽出部８４から吸引され、タンク８２内に保持され、回収される。このように、微粒子が蓄積された捕集液等の液体６８は、抽出部８４を通して吸引され、タンク８２に保持される。

駆動部３２は、第１電極２２を、第１電極２２の第１電極本体５６の軸心方向に延びかつ第１電極２２内を通る回転軸線周りに回転させる。本実施の形態では、当該回転軸線は、第１電極本体５６の軸心Ｂと一致している。すなわち、本実施の形態では、駆動部３２は、第１電極２２を、第１電極２２の第１電極本体５６の軸心Ｂ周りに回転させる。本実施の形態では、駆動部３２は、液体６８が、第１電極２２の一端から他端に送水されるように第１電極２２を回転させる順駆動を行う。駆動部３２は、ギア８６と、ギア８６を回転させるためのモータ８８とを有する。

ギア８６は、第１電極２２の外歯と噛み合う外歯を有する。モータ８８によってギア８６が回転（図４の矢印Ｆ参照）することによって、第１電極２２は、第１電極本体５６に軸心Ｂ周りに回転する（図４の矢印Ｃ参照）。このように、第１電極２２は、モータ８８によって駆動されたギア８６によって回転する。

以上が微粒子サンプリング装置１０の構成である。

次に、微粒子サンプリング装置１０の動作について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、微粒子サンプリング装置１０の動作の一例を示すフロー図である。図６は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図であり、微粒子サンプリング装置１０の動作の一例を説明するための説明図であり、微粒子サンプリング装置１０の内部での、ウイルスが実際に回収されるまでの当該ウイルスの動きを示す図である。

以下、インフルエンザウイルスの捕集、インフルエンザウイルス１の液中回収、および液体６８の回収の流れを含む、微粒子サンプリング装置１０の動作の一例について説明する。ここでは、空気感染が起こると考えられているインフルエンザウイルス１を、センサ等で分析可能な液体サンプルとして回収することを目的として、微粒子サンプリング装置１０による液中捕集を行う。

まず、供給部２８は、第１電極２２内に液体６８を供給し、第１電極２２の軸心Ｂ周りの方向における内面６６の一部に液体６８を貯留させる（供給ステップ：ステップＳ１）。

第１電極２２の第１電極本体５６内に液体６８が供給されると、第１電極２２の第１電極本体５６の軸心Ｂ周りの方向における内面６６に液体６８が貯留される。

次に、電圧印加部２６は、第１電極２２と第２電極２４との間に電圧を印加する（電圧印加ステップ：ステップＳ２）。電圧が印加されると、矢印Ａ方向への空気の流れによって微粒子サンプリング装置１０の内部であるサンプリング空間６９へと導入された気体中のインフルエンザウイルス１は、まず、高電圧が印加された第２電極２４の表面に設けられた突起２５の各先端部からの放電により放出されるイオンによって正負どちらかに荷電される。なお、この際、第２電極２４に高電圧が印加されることで突起２５の各先端部からオゾンが発生する。

ここでは、インフルエンザウイルス１が、正に荷電される場合について説明する。帯電（荷電）状態となったインフルエンザウイルス１は、第２電極２４と第１電極２２との間に略Ｚ軸方向に形成された電界（図４の矢印Ｅ）によって、軌跡３（図６の点線矢印）のように移動し、第１電極２２の内面６６へと集塵される。このように、インフルエンザウイルス１は、第１電極２２の内面６６に付着し、内面６６上に捕集される。なお、軌跡３は、例えば第２電極２４から第１電極２２へと向かう指数関数的な曲線の軌跡である。

次に、駆動部３２は、第１電極２２を、軸心Ｂ周りに回転させる（駆動ステップ：ステップＳ３）。なお、例えば、ユーザーが任意の操作ボタン等を操作することによって、駆動部３２を稼働させ、第１電極２２を回転させてもよい。

第１電極２２は、第１電極２２の第１電極本体５６の軸心Ｂ周りの方向における内面６６の一部に液体６８を貯留した状態で、軸心Ｂ周りに回転する。言い換えると、第１電極２２は、液体６８が第１電極本体５６の外部に流出しないように、軸心Ｂの下方に液体６８を貯留した状態で、軸心Ｂ周りに回転する。これによって、第１電極２２の内面６６は、順次、貯留されている液体６８に接触する。

内面６６に集塵されたインフルエンザウイルス１は、任意のタイミングで、第１電極２２の第１電極本体５６内に貯留されている液体６８で回収される。具体的には、第１電極２２の第１電極本体５６の内面６６に付着したインフルエンザウイルス１は、貯留されている液体６８に接触することによって、内面６６から離れ、液体６８中に回収される。モータ８８とギア８６とによって回転する第１電極２２の動き（回転）によって、第１電極２２の内面６６の全面を、蓄積（貯留）されている液体６８で洗い流すことが可能となる。インフルエンザウイルス１を液体６８中に回収することで、インフルエンザウイルス１と第２電極２４への高電圧の印加により発生したオゾンとの接触時間を減らすことが可能となる。したがって、オゾンによるインフルエンザウイルスの失活を抑制でき、インフルエンザウイルス１の活性を保った状態で液体６８へ回収することができる。

なお、第１電極２２と第２電極２４との間に電圧を印加する前に、第１電極２２を軸心Ｂ周りに回転させておき、第１電極２２を軸心Ｂ周りに回転させた状態で、第１電極２２と第２電極２４との間に電圧を印加してもよい。

最後に、回収部３０は、貯留されている液体６８を回収する（回収ステップ：ステップＳ４）。例えば、一定時間の運転ののち任意のタイミングで、液体６８を抽出部８４に通して回収部３０（タンク８２）へと回収可能であり、気体中から分離されたインフルエンザウイルス１が含まれる液体サンプル（液体６８）を得ることができる。なお、例えば、ユーザーが任意の操作ボタン等を操作することによって、回収部３０を稼働させ、第１電極２２の第１電極本体５６内に貯留された液体６８を回収してもよい。

このようにして、微粒子サンプリング装置１０では、気体中の微粒子を液中へ回収する。

以上、本実施の形態１に係る微粒子サンプリング装置１０によれば、以下の効果を享受することができる。

（１）微粒子サンプリング装置１０は、筒状で内部にサンプリング空間を有する第１電極２２と、筒状における長さ方向に沿ってサンプリング空間内に設けられる第２電極２４と、第１電極２２と第２電極２４との間に電圧を印加する電圧印加部２６と、サンプリング空間内に長さ方向に沿って設けられる回転軸を中心に第１電極２２を回転させる駆動部３２と、サンプリング空間に液体６８を供給する供給部２８と、サンプリング空間に貯留された液体６８を回収する回収部３０と、を備える。

このような構成とすることにより、電圧印加部２６が、第１電極２２と第２電極２４との間に電圧を印加することによって、第１電極２２と第２電極２４との間に電界が発生し、第１電極２２内の気体中の微粒子は、第１電極２２の内面６６に付着する。また、駆動部３２が、第１電極２２を回転させることによって、第１電極２２の内面６６は、第１電極本体５６の軸心Ｂ周りの方向における内面６６の一部に貯留された液体６８に順次接触し、内面６６に付着した微粒子は、液体６８中に蓄積される。そして、回収部３０が、貯留された液体６８を回収することによって、微粒子が蓄積された液体６８が得られる。このように、微粒子サンプリング装置１０内へと誘導された微粒子は、電気集塵によって第１電極２２の内面６６へと沈着後、第１電極２２の回転によって液体６８中に蓄積されるため、微粒子の活性低下を抑制しつつ、効率よく微粒子をサンプリングできる。

また、液体６８を循環させる必要がないので、液体６８の液量を少なくできる。したがって、少ない液量の液体６８中に微粒子を蓄積することとなり、液体６８中の微粒子の濃度を高濃度に、かつ効率よく微粒子をサンプリングできる。さらに、サンプリングに要する時間の短縮や、吸引による圧力損失や騒音の低減ができる。

また、微粒子を液体６８中に回収するため、微粒子が生物やウイルスであった場合にも、活性を維持したままサンプリングすることができる。また、微粒子を液体６８中に回収するため、微粒子とオゾンとの接触時間を少なくすることができる。これにより、微粒子が生物やウイルスであった場合にも、活性低下を抑制しつつサンプリングすることができる。

（２）電圧印加部２６は、第１電極２２に対して第２電極２４が高電位となるように電圧を印加する。これにより、第２電極２４に設けられた突起２５から放電が発生する。この放電によりサンプリング空間６９を通過する微粒子を帯電させると同時に、第２電極２４から第１電極２２に向かって電界が発生し、帯電した微粒子を第１電極２２の内面６６に誘引させることができる。したがって、効率よく微粒子をサンプリングできる。

（３）第２電極２４は、電極表面に突起２５を備える。

これにより、第１電極本体５６と第２電極２４の電極間距離が縮まり、電界強度を高めることができる。

また、第２電極２４に電圧が印加された時、突起２５の先端に電界が集中する。そのため効率よく放電を発生させることができる。

さらに、放電によるオゾンの発生が、第２電極２４表面全体ではなく、突起２５の先端部に集中する。そのため、オゾンの発生領域を縮小することができる。

したがって微粒子の活性低下を抑制しつつ、効率よく微粒子をサンプリングできる。

（４）突起２５は、第１電極本体５６の一端部１０１側の第２電極２４表面に設けられる。これにより、突起２５からの放電が第１電極本体５６の一端部１０１側に集中する。そのため、サンプリング空間６９を通過する微粒子を第１電極本体５６の一端部１０１側で効率よく帯電させることができる。したがって、微粒子の捕集効率を高めることができ、効率よく微粒子をサンプリングできる。さらに、オゾンの発生領域が一端部１０１側に集中するため、突起２５を形成せず第２電極２４表面から放電させる場合と比較して、オゾンの発生領域を縮小することができる。これにより、微粒子の活性低下を抑制しつつサンプリングすることができる。

（５）突起２５は、第１電極本体５６の他端部１０２側の第２電極２４表面と比較し、第１電極本体５６の一端部１０１側の第２電極２４表面に、より多く設けられる。これにより、気体が放出される他端部１０２側よりも、微粒子を含む気体が流入する一端部１０１側において、第１電極本体５６に向かって突起２５から発せられる放電領域を形成することができ、効率よく微粒子をサンプリングできる。さらに、オゾンの発生領域が一端部１０１側により集中するため、オゾンの発生領域を縮小することができる。これにより、微粒子の活性低下を抑制しつつサンプリングすることができる。

（６）突起２５は、第２電極２４の軸心を中心として、第２電極２４の周上に一定の間隔で設けられる。これにより、第２電極２４の軸心を中心として軸視したサンプリング空間６９の断面積全体に突起２５から放電させることができ、サンプリング空間６９を通過する微粒子を効率よく帯電させることができる。したがって、効率よく微粒子をサンプリングできる。

（７）突起２５は、第２電極２４の軸心を中心として軸視した同一平面上に複数設けられる。これにより、第１電極本体５６の軸心を中心として軸視したサンプリング空間６９の断面積における、突起２５からの放電領域を広げることができ、サンプリング空間６９を通過する微粒子を効率よく帯電させることができる。したがって、効率よく微粒子をサンプリングできる。

（８）突起２５は、第２電極２４表面と接している面の断面積が、突起２５の先端部の断面積よりも大きい。これにより、第１電極２２と第２電極２４との間に電圧を印加した際に、突起２５の先端部に電界が集中し、効率よく放電を発生させることができる。したがって、効率よく微粒子をサンプリングできる。

（９）突起２５は、第２電極２４表面からの高さが、第１電極本体５６と第２電極２４との間の距離の半分以下である。これにより、第１電極２２と第２電極２４との間に電圧を印加した際に、突起２５の電界強度を高めつつも突起２５の高さを抑えることで、突起２５先端から第２電極２４表面までの無放電空間を狭くすることができる。

以上、本発明に関して実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されているところである。

上述した実施の形態では、第１電極本体５６が、円筒状である場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、第１電極の本体は、楕円筒、または多角筒等であってもよい。

上述した実施の形態では、第１電極本体５６の軸心Ｂが水平方向と平行な姿勢で設置されている場合について説明したが、これに限定されない。第１電極本体５６の軸心Ｂが水平方向に対して傾いた姿勢で設置されていてもよく、第１電極本体５６の外部に液体６８が流出しないように、第１電極本体５６の軸心Ｂ周りの方向における内面６６の一部に液体６８を貯留できればよい。言い換えると、第１電極２２は、内面６６上に液体６８を貯留できる姿勢で配置されていればよい。

上述した実施の形態では、第２電極２４が、第１電極本体５６の一端部よりも外方に突出している場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、第２電極２４は、第１電極本体５６よりも外方に突出していなくてもよい。

上述した実施の形態では、駆動部３２が、第１電極２２を、第１電極２２の第１電極本体５６の軸心Ｂ周りに回転させる場合について説明したが、これに限定されない。例えば、駆動部は、第１電極を、第１電極の本体の軸心に対してやや傾いている回転軸線周りに回転させてもよい。また、駆動部は、第１電極を、第１電極の本体の軸心と平行な回転軸線周りに回転させてもよい。駆動部は、第１電極を、第１電極の軸心方向に延び、かつ第１電極内を通る回転軸線周りに回転させればよい。

本開示は、空気等の気体中からエアロゾル等の微粒子をサンプリングする装置等に広く利用可能である。

１ インフルエンザウイルス
１０ 微粒子サンプリング装置
１２ ダクト
１４ 第１ベアリングシール
１６ 第２ベアリングシール
１８ 第１フランジ部材
２０ 第２フランジ部材
２２ 第１電極
２４ 第２電極
２５ 突起
２６ 電圧印加部
２８ 供給部
３０ 回収部
３２ 駆動部
４２ ダクト本体
４４ 第１支持部
４６ 第２支持部
４８ 第１フランジ部材本体
５０、５４ フランジ
５２ 第２フランジ部材本体
５６ 第１電極本体
５８ 第１外鍔部
６０ 第２外鍔部
６２ 第１内鍔部
６４ 第２内鍔部
６６ 内面
６８ 液体
６９ サンプリング空間
７０ 第１支持体
７２ 第２支持体
７４ 第１電線
７６ 第２電線
７８ タンク
８０ 注入部
８２ タンク
８４ 抽出部
８６ ギア
８８ モータ
１０１ 一端部
１０２ 他端部

Claims (10)

1. 筒状の第１電極と、前記筒状の内部に設けられたサンプリング空間と、前記筒状における長さ方向に沿って前記サンプリング空間内に設けられ、放電を起こすことで前記サンプリング空間内の微粒子に帯電させる第２電極と、前記第２電極に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、前記サンプリング空間は、サンプリング対象である微粒子を含む気体が流入する一端部と、前記一端部から流入した気体が流出する他端部と、を有し、前記第２電極は、電極表面に複数の突起を有する微粒子サンプリング装置。
2. 前記電圧印加部は、前記第１電極に対して前記第２電極が高電位となるように電圧を印加する請求項１に記載の微粒子サンプリング装置。
3. 前記突起は、電界強度を高めるためのものである請求項１に記載の微粒子サンプリング装置。
4. 前記突起は、前記第２電極からの前記放電を誘発させるためのものである請求項１に記載の微粒子サンプリング装置。
5. 前記突起は、前記一端部側の前記電極表面に設けられる請求項１に記載の微粒子サンプリング装置。
6. 前記突起は、前記他端部側の前記電極表面と比較し、前記一端部側の前記電極表面により多く設けられる請求項５に記載の微粒子サンプリング装置。
7. 前記突起は、前記第２電極の軸心を中心として、前記第２電極の周上に一定の間隔で設けられる請求項１に記載の微粒子サンプリング装置。
8. 前記突起は、前記第２電極の軸心を中心として、軸視した同一平面上に複数設けられる請求項７に記載の微粒子サンプリング装置。
9. 前記突起は、前記電極表面と接している面の断面積が、先端部の断面積よりも大きい請求項１に記載の微粒子サンプリング装置。
10. 前記突起は、前記電極表面からの高さが、前記第１電極と前記第２電極との間の距離の半分以下である請求項１記載の微粒子サンプリング装置。

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