JP3205413B2 - 微粒子計測装置及び微粒子計測方法 - Google Patents
微粒子計測装置及び微粒子計測方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超純水などの流体中に
おけるダスト粒子の計測や、溶液中の特定物質の濃度計
測に用いる微粒子計測装置及び微粒子計測方法に関する
ものである。
おけるダスト粒子の計測や、溶液中の特定物質の濃度計
測に用いる微粒子計測装置及び微粒子計測方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】流体中の微粒子を計測するために、上記
微粒子に光を照射し、その反射散乱光を検出する方法は
従来から行われているが、検出効率を向上させるため
に、上記微粒子をできるだけ集中させる手段が検討され
てきた。上記微粒子の集中化を行う方法としてつぎに示
す各例がある。
微粒子に光を照射し、その反射散乱光を検出する方法は
従来から行われているが、検出効率を向上させるため
に、上記微粒子をできるだけ集中させる手段が検討され
てきた。上記微粒子の集中化を行う方法としてつぎに示
す各例がある。
【０００３】（１）特開昭５４−６９６８３号――試料
液流が広がって検出効率を低下させないために、シース
フローで上記試料液流の周囲を囲み、試料液流を細く絞
る。この方法では上記試料液流を細くする効果はあるが
濃縮効果はない。
液流が広がって検出効率を低下させないために、シース
フローで上記試料液流の周囲を囲み、試料液流を細く絞
る。この方法では上記試料液流を細くする効果はあるが
濃縮効果はない。
【０００４】（２）アコースチカ（ＡＣＵＳＴＩＣ
Ａ）、第５巻、（１９５５）１６７〜１７８頁――超音
波の進行波または定在波によって微粒子をフロー状態で
集中化させる方法で、水槽中の実験により気泡の集中化
が可能であることを示した文献であるが、上記公知例で
は、測定液をサンプリングし、それに含まれる粒子濃度
を測定する装置構成になっていない。
Ａ）、第５巻、（１９５５）１６７〜１７８頁――超音
波の進行波または定在波によって微粒子をフロー状態で
集中化させる方法で、水槽中の実験により気泡の集中化
が可能であることを示した文献であるが、上記公知例で
は、測定液をサンプリングし、それに含まれる粒子濃度
を測定する装置構成になっていない。
【０００５】（３）炭研、第７巻、第１２号（１９５
６）、３７１〜３８２頁――選炭廃水中における微粉炭
を回収するのに超音波を応用した例を示し、超音波によ
って微粒子間の衝突を促進させ、微粉炭を凝集させて大
きな微粒子としたのち回収する。
６）、３７１〜３８２頁――選炭廃水中における微粉炭
を回収するのに超音波を応用した例を示し、超音波によ
って微粒子間の衝突を促進させ、微粉炭を凝集させて大
きな微粒子としたのち回収する。
【０００６】（４）ジャーナル・オブ・アコースチカル
・ソサエティ・オブ・アメリカ（Ｊournal of Ａcousti
cal Ｓociety of Ａmerica）、第８９巻、第５号（１９
９１）２１４０〜２１４３頁――超音波によって勾配力
場を発生させ、それにより微粒子を濃縮する方法である
が、上記（２）と同様に、測定液をサンプリングしてそ
れに含まれる粒子濃度を測定する装置構成にはなってい
ない。
・ソサエティ・オブ・アメリカ（Ｊournal of Ａcousti
cal Ｓociety of Ａmerica）、第８９巻、第５号（１９
９１）２１４０〜２１４３頁――超音波によって勾配力
場を発生させ、それにより微粒子を濃縮する方法である
が、上記（２）と同様に、測定液をサンプリングしてそ
れに含まれる粒子濃度を測定する装置構成にはなってい
ない。
【０００７】つぎに、微粒子の物質弁別法としてはつぎ
の公知例がある。
の公知例がある。
【０００８】（５）メジャーメント・サイエンス・アン
ド・テクノロジィ（Ｍeas．Ｓci．Ｔechnol．）３（１
９９２）２７〜３２頁――微粒子を２波長で光照射し、
上記微粒子からの散乱光を２波長と２方向とで同時に測
定し、微粒子の粒径と屈折率とを１個単位で求める。上
記微粒子の物質弁別は屈折率で行うが、本方法の限界
は、微粒子の粒径が０.２μｍより小さくなるとレーリ
散乱領域になり、屈折率の決定およびその違いを用いた
物質弁別が不可能になることである。
ド・テクノロジィ（Ｍeas．Ｓci．Ｔechnol．）３（１
９９２）２７〜３２頁――微粒子を２波長で光照射し、
上記微粒子からの散乱光を２波長と２方向とで同時に測
定し、微粒子の粒径と屈折率とを１個単位で求める。上
記微粒子の物質弁別は屈折率で行うが、本方法の限界
は、微粒子の粒径が０.２μｍより小さくなるとレーリ
散乱領域になり、屈折率の決定およびその違いを用いた
物質弁別が不可能になることである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】液体中の超微粒子を検
出する際には、照射光パワーの密度を高めるために照射
光を絞り込む必要がある。しかしながら、上記照射光を
絞り込むと照射領域が小さくなり、検出効率が低下して
実効的な測定流量が小さくなるという問題がある。
出する際には、照射光パワーの密度を高めるために照射
光を絞り込む必要がある。しかしながら、上記照射光を
絞り込むと照射領域が小さくなり、検出効率が低下して
実効的な測定流量が小さくなるという問題がある。
【００１０】本発明は、検出感度を低下させずに測定流
量が増大でき、流体中の微粒子の物質弁別が可能な微粒
子計測装置及び微粒子計測方法を得ることを目的とす
る。
量が増大でき、流体中の微粒子の物質弁別が可能な微粒
子計測装置及び微粒子計測方法を得ることを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の微粒子計測装置は、微粒子を含む溶液を流
す流路と、上記流路に取り付け溶液中の微粒子を濃縮す
る超音波振動子と、濃縮された微粒子に光を照射するた
めの光学手段と、微粒子からの光を検出する光検出器
と、を有することを特徴とする。また、本発明の微粒子
計測装置は、上記超音波振動子は上記流路に対向して取
り付けられ、上記微粒子からの光として微粒子からの散
乱光または蛍光を検出することを特徴とする。また、本
発明の微粒子計測装置は、微粒子を濃縮する第１の手段
と、上記微粒子の特性に応じ流れに対し平行でない方向
に力を作用させる第２の手段と、上記微粒子を検出する
第３の手段とを備えたことを特徴とする。また、本発明
の微粒子計測装置は、上記微粒子を濃縮する第１の手段
は、超音波振動を用い、かつ、上記第３の手段は、微粒
子を分離収集する手段であり、上記力を作用させる第２
の手段として電場を用いることを特徴とする。また、本
発明の微粒子計測装置は、流体中の微粒子を検出測定す
る微粒子計測装置において、特定の物質の濃度測定に際
し、上記特定の物質と特異的に結合する物質で被覆した
粒子を被測定液に混入し、該混入液体を超音波振動する
ことにより、上記粒子を流れに沿って濃縮し、上記特定
の物質を介して微粒子の凝集反応を促進させる手段と、
上記凝集反応で増大した凝集粒子の濃度を光照射により
検出する手段とによって、液体中の特定の物質の濃度を
測定することを特徴とする。また、本発明の微粒子計測
方法は、微粒子を含む溶液を流す工程と、上記溶液の流
路に取り付け溶液中の微粒子を超音波振動子を用いて濃
縮する工程と、濃縮された微粒子に光を照射して微粒子
を検出する工程と、を有することを特徴とする。
に、本発明の微粒子計測装置は、微粒子を含む溶液を流
す流路と、上記流路に取り付け溶液中の微粒子を濃縮す
る超音波振動子と、濃縮された微粒子に光を照射するた
めの光学手段と、微粒子からの光を検出する光検出器
と、を有することを特徴とする。また、本発明の微粒子
計測装置は、上記超音波振動子は上記流路に対向して取
り付けられ、上記微粒子からの光として微粒子からの散
乱光または蛍光を検出することを特徴とする。また、本
発明の微粒子計測装置は、微粒子を濃縮する第１の手段
と、上記微粒子の特性に応じ流れに対し平行でない方向
に力を作用させる第２の手段と、上記微粒子を検出する
第３の手段とを備えたことを特徴とする。また、本発明
の微粒子計測装置は、上記微粒子を濃縮する第１の手段
は、超音波振動を用い、かつ、上記第３の手段は、微粒
子を分離収集する手段であり、上記力を作用させる第２
の手段として電場を用いることを特徴とする。また、本
発明の微粒子計測装置は、流体中の微粒子を検出測定す
る微粒子計測装置において、特定の物質の濃度測定に際
し、上記特定の物質と特異的に結合する物質で被覆した
粒子を被測定液に混入し、該混入液体を超音波振動する
ことにより、上記粒子を流れに沿って濃縮し、上記特定
の物質を介して微粒子の凝集反応を促進させる手段と、
上記凝集反応で増大した凝集粒子の濃度を光照射により
検出する手段とによって、液体中の特定の物質の濃度を
測定することを特徴とする。また、本発明の微粒子計測
方法は、微粒子を含む溶液を流す工程と、上記溶液の流
路に取り付け溶液中の微粒子を超音波振動子を用いて濃
縮する工程と、濃縮された微粒子に光を照射して微粒子
を検出する工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
【作用】本発明では流体中の微粒子を濃縮させるため
に、超音波を用いて微粒子の集中化を行っている。すな
わち、液体流路に超音波の定在波を形成し、その節の位
置に微粒子を集中させるか、複数の超音波の進行波を重
ね合わせて特定位置に微粒子を集合させ、光照射を行っ
て微粒子計測を行う。
に、超音波を用いて微粒子の集中化を行っている。すな
わち、液体流路に超音波の定在波を形成し、その節の位
置に微粒子を集中させるか、複数の超音波の進行波を重
ね合わせて特定位置に微粒子を集合させ、光照射を行っ
て微粒子計測を行う。
【００１３】超音波を用いて微粒子を集合させる方法を
つぎに説明する。本発明では、主に輻射圧を利用した定
在波または進行波による凝集機構を用いている。
つぎに説明する。本発明では、主に輻射圧を利用した定
在波または進行波による凝集機構を用いている。
【００１４】超音波が定在波のとき、上記超音波が微粒
子におよぼす力Ｆcsは次式で表される。
子におよぼす力Ｆcsは次式で表される。
【００１５】
【数１】
【００１６】ｋは溶液中の波数、φは（微粒子の密度)
／(溶媒の密度）、βは微粒子の弾性率、β０は溶液の
弾性率、ρは溶液の密度、ａは微粒子の直径、Ｕsはつ
ぎに定義する量である。Ｕs2＝(２Ｉ／ρＣ）×１０7(c
ｍ2／Ｓ2）、ただしＩはパワー密度（Ｗ／cｍ2）、Ｃは
溶媒中の音速、ｙは超音波進行方向の位置であり、フロ
ーセル中央における定在波の節の位置をｙ＝０とする。
上記微粒子はＦcsによって節（ｙ＝０）の位置に集中す
る。
／(溶媒の密度）、βは微粒子の弾性率、β０は溶液の
弾性率、ρは溶液の密度、ａは微粒子の直径、Ｕsはつ
ぎに定義する量である。Ｕs2＝(２Ｉ／ρＣ）×１０7(c
ｍ2／Ｓ2）、ただしＩはパワー密度（Ｗ／cｍ2）、Ｃは
溶媒中の音速、ｙは超音波進行方向の位置であり、フロ
ーセル中央における定在波の節の位置をｙ＝０とする。
上記微粒子はＦcsによって節（ｙ＝０）の位置に集中す
る。
【００１７】また、超音波が進行波である場合には、微
粒子におよぼす力Ｆctは次式で表される。
粒子におよぼす力Ｆctは次式で表される。
【００１８】
【数２】
【００１９】ただし、Ｓは（溶液中での波数)／(微粒子
中での波数）、ＵtはＵsと同様の量である。したがっ
て、微粒子に進行波を反対方向から照射することによっ
て、輻射圧が釣り合う位置に微粒子を集合させることが
できる。
中での波数）、ＵtはＵsと同様の量である。したがっ
て、微粒子に進行波を反対方向から照射することによっ
て、輻射圧が釣り合う位置に微粒子を集合させることが
できる。
【００２０】
【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１は本発明による微粒子計測装置の第１実施例を
示す図、図２は本発明の第２実施例を示す図、図３は上
記第２実施例を変形した場合を示す図、図４は本発明の
第３実施例を示す図、図５は上記第３実施例を変形した
場合を示す図、図６は微粒子を濃縮する領域を示す断面
図で、（ａ）は流路の対向する側面に超音波振動子を用
いた場合を示す図、（ｂ）は流路の四方の側面に超音波
振動子を用いた場合を示す図である。
る。図１は本発明による微粒子計測装置の第１実施例を
示す図、図２は本発明の第２実施例を示す図、図３は上
記第２実施例を変形した場合を示す図、図４は本発明の
第３実施例を示す図、図５は上記第３実施例を変形した
場合を示す図、図６は微粒子を濃縮する領域を示す断面
図で、（ａ）は流路の対向する側面に超音波振動子を用
いた場合を示す図、（ｂ）は流路の四方の側面に超音波
振動子を用いた場合を示す図である。
【００２１】第１実施例 図１に示す第１実施例の計測装置は、超音波によって微
粒子を集中させる部分と微粒子を検出する部分とからな
っている。上記微粒子を集中させる部分では、フローセ
ル４の外表面に１組の超音波振動子５が対向して貼り付
けてあり、上記超音波振動子５を用いて、フローセル４
内の中央部に節をもつ超音波の定在波を発生させる。純
水中での音速度は水温２５度で１５００ｍ／ｓであるか
ら、１ｍｍの幅をもつフローセル４中で１個の節をもつ
定在波を発生するには、上記超音波振動子５を振動数７
５０ｋＨzで振動させればよい。１cｍ2あたりの超音波
強度６.０〜９.０ｍＷの超音波を照射することにより、
上記フローセル４中の微粒子は、超音波の音圧および粒
子相互の衝突に基づく力学的作用によって、それぞれの
微粒子の形状および音響インピーダンスに応じた速度
で、定在波の節の位置に集中させることができる。超音
波の出力値はキャビテーションが発生しない範囲にとど
めるのが望ましい。微粒子をフローセル４の中央に超音
波で十分集中させて濃縮したのち、それらの微粒子群が
通過する領域８に光１６を照射し、微粒子が通過したと
きに上記微粒子から発する散乱光をレンズ１５で集光
し、スリット１４で検出領域を領域８に限定して光電子
増倍管１３で検出する。図において矢印９は微粒子の流
れの方向を示す。上記の例は、微粒子からの散乱光を利
用して微粒子を検出する実施例であるが、上記微粒子が
蛍光を発する場合には、上記蛍光を計測して微粒子を検
出することも可能である。
粒子を集中させる部分と微粒子を検出する部分とからな
っている。上記微粒子を集中させる部分では、フローセ
ル４の外表面に１組の超音波振動子５が対向して貼り付
けてあり、上記超音波振動子５を用いて、フローセル４
内の中央部に節をもつ超音波の定在波を発生させる。純
水中での音速度は水温２５度で１５００ｍ／ｓであるか
ら、１ｍｍの幅をもつフローセル４中で１個の節をもつ
定在波を発生するには、上記超音波振動子５を振動数７
５０ｋＨzで振動させればよい。１cｍ2あたりの超音波
強度６.０〜９.０ｍＷの超音波を照射することにより、
上記フローセル４中の微粒子は、超音波の音圧および粒
子相互の衝突に基づく力学的作用によって、それぞれの
微粒子の形状および音響インピーダンスに応じた速度
で、定在波の節の位置に集中させることができる。超音
波の出力値はキャビテーションが発生しない範囲にとど
めるのが望ましい。微粒子をフローセル４の中央に超音
波で十分集中させて濃縮したのち、それらの微粒子群が
通過する領域８に光１６を照射し、微粒子が通過したと
きに上記微粒子から発する散乱光をレンズ１５で集光
し、スリット１４で検出領域を領域８に限定して光電子
増倍管１３で検出する。図において矢印９は微粒子の流
れの方向を示す。上記の例は、微粒子からの散乱光を利
用して微粒子を検出する実施例であるが、上記微粒子が
蛍光を発する場合には、上記蛍光を計測して微粒子を検
出することも可能である。
【００２２】本実施例の装置構成で分子サイズの物質を
１個ごとに検出することは不可能である。しかし、その
濃度をつぎの方法で測定することは可能である。すなわ
ち、測定対象になる物質の抗体で粒径０.３μｍのポリ
スチレン粒子を覆い（本調整方法は特公昭６３−１０３
９１、米国特許４,１４０,６６２、米国特許３,８５７,
９３１に述べられている公知技術である）、上記測定対
象の特定物質を含む被測定液に上記微粒子を混入する。
本実施例の装置構成において超音波を用いることによ
り、上記微粒子を濃縮すると上記微粒子間の衝突が促進
される。衝突による上記微粒子表面を覆った抗体と上記
特定物質との抗原抗体反応により、上記微粒子の凝縮が
効率よくおこる。上記凝縮は特定物質の濃度が高いほど
盛んにおこる。目的とする物質の濃度と凝集粒子濃度と
の検量線を前もって作成しておけば、凝集した上記微粒
子に光照射してその濃度を計測することによって、目的
の物質の濃度を計測することが可能である。
１個ごとに検出することは不可能である。しかし、その
濃度をつぎの方法で測定することは可能である。すなわ
ち、測定対象になる物質の抗体で粒径０.３μｍのポリ
スチレン粒子を覆い（本調整方法は特公昭６３−１０３
９１、米国特許４,１４０,６６２、米国特許３,８５７,
９３１に述べられている公知技術である）、上記測定対
象の特定物質を含む被測定液に上記微粒子を混入する。
本実施例の装置構成において超音波を用いることによ
り、上記微粒子を濃縮すると上記微粒子間の衝突が促進
される。衝突による上記微粒子表面を覆った抗体と上記
特定物質との抗原抗体反応により、上記微粒子の凝縮が
効率よくおこる。上記凝縮は特定物質の濃度が高いほど
盛んにおこる。目的とする物質の濃度と凝集粒子濃度と
の検量線を前もって作成しておけば、凝集した上記微粒
子に光照射してその濃度を計測することによって、目的
の物質の濃度を計測することが可能である。
【００２３】本実施例においては超音波定在波の節が１
つであるが、必要に応じて複数の節を有する定在波を形
成することも可能である。また本実施例では、流路の側
面に１組の対向する超音波振動子５を用いているが、流
路の四方の側面に対して超音波振動子５を用いてもよ
い。これらの場合の濃縮状態の違いは、図６の（ａ）お
よび（ｂ）にそれぞれ示すとおりであって、超音波振動
子５を（ａ）のようにフローセル４の対向する側面に設
けた場合よりも、（ｂ）のようにフローセル４の四方の
側面に設けた場合の方が、微粒子の濃縮率が高くなる。
つであるが、必要に応じて複数の節を有する定在波を形
成することも可能である。また本実施例では、流路の側
面に１組の対向する超音波振動子５を用いているが、流
路の四方の側面に対して超音波振動子５を用いてもよ
い。これらの場合の濃縮状態の違いは、図６の（ａ）お
よび（ｂ）にそれぞれ示すとおりであって、超音波振動
子５を（ａ）のようにフローセル４の対向する側面に設
けた場合よりも、（ｂ）のようにフローセル４の四方の
側面に設けた場合の方が、微粒子の濃縮率が高くなる。
【００２４】第２実施例 図２に示す第２実施例の計測装置は、超音波によって微
粒子を集中させる部分と、電場を用いて微粒子を弁別す
る部分、および光照射により微粒子を検出する部分から
なっている。微粒子は一般にその材質と表面状態に応じ
て、固有のゼータ電位（ζ電位）を有する。異なるゼー
タ電位をもつ微粒子１，２，３（１は０、２は負、３は
正）を含む溶液は、まず、超音波によって微粒子を集中
させる部分に送り込まれる。この部分には、フローセル
４の外側面に１組の超音波振動子５がそれぞれ対向して
設置されており、上記フローセル４の中央部に節をもつ
定在波を発生させることができる。超音波振動数および
強度についても、上記第１実施例と同様に設定すればよ
い。微粒子を超音波でフローセル４の中央に十分集中さ
せたのち、上記溶液は電場によって微粒子を弁別する部
分に送り込まれる。この部分には電極６および７が貼り
付けてあり、上記フローセル中における溶液の流れ方向
９に平行な電位分布をもつ一様な電場を作る。微粒子は
各物質に固有なゼータ電位（ポリスチレン：−４３ｍ
Ｖ、シリコン：−３６ｍＶ、酸化アルミニウム：＋３０
ｍＶ、気泡：０ｍＶなど）を持つ。電場による微粒子の
泳動速度は上記ゼータ電位に比例し、粒径には依存しな
い。したがって、溶媒条件と外界から与えられる電場が
一定であるとき、微粒子の移動速度は、微粒子のゼータ
電位のみに依存し微粒子の粒径には関係なく、同じ物質
の微粒子は同じ速度で移動する。そのため、溶液が流れ
る方向９と垂直な方向に、電極６および７で電場を加え
ることにより、微粒子が流れと垂直にどれだけ泳動した
かによって、微粒子を識別分離することができる。すな
わち、上記変位量を微粒子１個単位で測定することによ
り微粒子の物質同定を行う。
粒子を集中させる部分と、電場を用いて微粒子を弁別す
る部分、および光照射により微粒子を検出する部分から
なっている。微粒子は一般にその材質と表面状態に応じ
て、固有のゼータ電位（ζ電位）を有する。異なるゼー
タ電位をもつ微粒子１，２，３（１は０、２は負、３は
正）を含む溶液は、まず、超音波によって微粒子を集中
させる部分に送り込まれる。この部分には、フローセル
４の外側面に１組の超音波振動子５がそれぞれ対向して
設置されており、上記フローセル４の中央部に節をもつ
定在波を発生させることができる。超音波振動数および
強度についても、上記第１実施例と同様に設定すればよ
い。微粒子を超音波でフローセル４の中央に十分集中さ
せたのち、上記溶液は電場によって微粒子を弁別する部
分に送り込まれる。この部分には電極６および７が貼り
付けてあり、上記フローセル中における溶液の流れ方向
９に平行な電位分布をもつ一様な電場を作る。微粒子は
各物質に固有なゼータ電位（ポリスチレン：−４３ｍ
Ｖ、シリコン：−３６ｍＶ、酸化アルミニウム：＋３０
ｍＶ、気泡：０ｍＶなど）を持つ。電場による微粒子の
泳動速度は上記ゼータ電位に比例し、粒径には依存しな
い。したがって、溶媒条件と外界から与えられる電場が
一定であるとき、微粒子の移動速度は、微粒子のゼータ
電位のみに依存し微粒子の粒径には関係なく、同じ物質
の微粒子は同じ速度で移動する。そのため、溶液が流れ
る方向９と垂直な方向に、電極６および７で電場を加え
ることにより、微粒子が流れと垂直にどれだけ泳動した
かによって、微粒子を識別分離することができる。すな
わち、上記変位量を微粒子１個単位で測定することによ
り微粒子の物質同定を行う。
【００２５】また、上記電場印加部分はポワズイユ流と
なるように、同形状のフローセルが少なくとも次式で表
される助走区間の長さｄだけつながったのちの、層流と
なる部分に設置するのが望ましい。
なるように、同形状のフローセルが少なくとも次式で表
される助走区間の長さｄだけつながったのちの、層流と
なる部分に設置するのが望ましい。
【００２６】
【数３】
【００２７】ただし、ａは管の直径、Ｖxmaxは溶液の流
れの最大速度、νは溶液の運動粘性率である。
れの最大速度、νは溶液の運動粘性率である。
【００２８】微粒子を電場で泳動させたのちに、上記微
粒子を含んだ溶液は微粒子検出部へと送り出される。上
記検出部には、溶液の流れ方向９とは垂直にアレイ型検
出器の検出領域１７を設定し、各検出素子ごとに光照射
して（図示せず）光学的に微粒子を検出する。上記微粒
子の電気泳動による変位量ｙは、上記アレイ型検出器の
検出位置で測定する。微粒子のゼータ電位ζと微粒子の
変位量ｙとの関係については、実験的にあらかじめ調べ
ておくことによって、変位量から上記ゼータ電位を求め
ることができる。また、上記アレイ型検出器の各検出素
子ごとに検出した微粒子の散乱光強度の情報を組み合わ
せることによって、上記微粒子の粒径および物質を弁別
することができる。
粒子を含んだ溶液は微粒子検出部へと送り出される。上
記検出部には、溶液の流れ方向９とは垂直にアレイ型検
出器の検出領域１７を設定し、各検出素子ごとに光照射
して（図示せず）光学的に微粒子を検出する。上記微粒
子の電気泳動による変位量ｙは、上記アレイ型検出器の
検出位置で測定する。微粒子のゼータ電位ζと微粒子の
変位量ｙとの関係については、実験的にあらかじめ調べ
ておくことによって、変位量から上記ゼータ電位を求め
ることができる。また、上記アレイ型検出器の各検出素
子ごとに検出した微粒子の散乱光強度の情報を組み合わ
せることによって、上記微粒子の粒径および物質を弁別
することができる。
【００２９】また、図３に示すように、電場を作用させ
る領域を超音波による力が作用する領域内に設けて、超
音波による力と電場による力との比率を検討することに
よって、微粒子を弁別することも可能である。
る領域を超音波による力が作用する領域内に設けて、超
音波による力と電場による力との比率を検討することに
よって、微粒子を弁別することも可能である。
【００３０】なお、超音波による力は微粒子の大きさと
位置および硬さによって決まり、上記のうち大きさと位
置は光学的に検出され、一方、電場による力はゼータ電
位によって決まり、上記ゼータ電位は微粒子の変位量か
ら求められるため、微粒子に対する上記超音波の力と電
場による力との比率により、さらに上記微粒子の硬さの
情報を得ることも可能である。
位置および硬さによって決まり、上記のうち大きさと位
置は光学的に検出され、一方、電場による力はゼータ電
位によって決まり、上記ゼータ電位は微粒子の変位量か
ら求められるため、微粒子に対する上記超音波の力と電
場による力との比率により、さらに上記微粒子の硬さの
情報を得ることも可能である。
【００３１】本実施例では流路の側面に１組の対向する
超音波振動子５を用いているが、流路の四方の側面に対
して超音波振動子５を用いてもよい。これらの場合にお
ける微粒子の濃縮状態の違いは、図６の（ａ）および
（ｂ）にそれぞれ示すように、上記第１実施例と同様で
あって、四方の側面に超音波振動子５を設けた（ｂ）に
示す場合の方が、微粒子の濃縮率は高くなる。
超音波振動子５を用いているが、流路の四方の側面に対
して超音波振動子５を用いてもよい。これらの場合にお
ける微粒子の濃縮状態の違いは、図６の（ａ）および
（ｂ）にそれぞれ示すように、上記第１実施例と同様で
あって、四方の側面に超音波振動子５を設けた（ｂ）に
示す場合の方が、微粒子の濃縮率は高くなる。
【００３２】第３実施例 図４に示す第３実施例の計測装置は、超音波によって微
粒子を集中させる部分と、電場を用いて微粒子を弁別す
る部分と、光照射により微粒子を検出する部分とからな
っている。異なるゼータ電位をもつ微粒子１，２，３を
それぞれ含む溶液は、まず、超音波によって微粒子を集
中させる部分に矢印９のように送り込まれる。上記部分
では、フローセル４の外表面に設置した１組の超音波振
動子５が生じる超音波により、フローセル４の中心部に
ポテンシャルの極小点をもつ力場を発生させる。本実施
例の超音波は定在波でなく、流路中心部に収束させた進
行波である。超音波が進行波であるときに、超音波が微
粒子におよぼす力Ｆctは数２で表される。１cｍ2あたり
６.０〜９.０ｍＷの超音波を照射することにより、微粒
子は超音波の音圧および粒子相互の衝突に基づく力学的
作用によって、それぞれの微粒子の形状および音響イン
ピーダンスに応じた速度で、複数の超音波振動子５が発
生する超音波の釣り合いの位置である流路中央に集中す
る。
粒子を集中させる部分と、電場を用いて微粒子を弁別す
る部分と、光照射により微粒子を検出する部分とからな
っている。異なるゼータ電位をもつ微粒子１，２，３を
それぞれ含む溶液は、まず、超音波によって微粒子を集
中させる部分に矢印９のように送り込まれる。上記部分
では、フローセル４の外表面に設置した１組の超音波振
動子５が生じる超音波により、フローセル４の中心部に
ポテンシャルの極小点をもつ力場を発生させる。本実施
例の超音波は定在波でなく、流路中心部に収束させた進
行波である。超音波が進行波であるときに、超音波が微
粒子におよぼす力Ｆctは数２で表される。１cｍ2あたり
６.０〜９.０ｍＷの超音波を照射することにより、微粒
子は超音波の音圧および粒子相互の衝突に基づく力学的
作用によって、それぞれの微粒子の形状および音響イン
ピーダンスに応じた速度で、複数の超音波振動子５が発
生する超音波の釣り合いの位置である流路中央に集中す
る。
【００３３】超音波で微粒子をフローセル４の中央に十
分集中させたのち、電場によって上記微粒子を弁別する
部分に送り込む。上記微粒子を弁別する部分では、フロ
ーセル４の内面に電極６および７が貼り付けてあり、フ
ローセル中の溶液の流れ方向９に平行な電位分布をもつ
一様な電場を作る。微粒子は上記電場内を泳動して微粒
子を検出する部分に到り、上記第２実施例と同様に、ア
レイ型検出器の検出領域１７で電場による変位量別に検
出され、光照射による散乱光強度とゼータ電位とを１個
単位で決定できる。このようにして、上記微粒子の粒径
別および物質別に濃度を計測することが可能である。
分集中させたのち、電場によって上記微粒子を弁別する
部分に送り込む。上記微粒子を弁別する部分では、フロ
ーセル４の内面に電極６および７が貼り付けてあり、フ
ローセル中の溶液の流れ方向９に平行な電位分布をもつ
一様な電場を作る。微粒子は上記電場内を泳動して微粒
子を検出する部分に到り、上記第２実施例と同様に、ア
レイ型検出器の検出領域１７で電場による変位量別に検
出され、光照射による散乱光強度とゼータ電位とを１個
単位で決定できる。このようにして、上記微粒子の粒径
別および物質別に濃度を計測することが可能である。
【００３４】また、図５に示すように電場を作用させる
領域を超音波による力が作用する領域内に設け、超音波
による力と電場による力との比率によって、微粒子を弁
別することが可能である。
領域を超音波による力が作用する領域内に設け、超音波
による力と電場による力との比率によって、微粒子を弁
別することが可能である。
【００３５】本実施例では流路の側面に１組の対向する
超音波振動子５を用いているが、流路の四方の側面に対
して超音波振動子５を用いてもよい。これらの場合の濃
縮状態の違いは、図６の（ａ）および（ｂ）にそれぞれ
示すが、（ｂ）のように四方の側面に超音波振動子５を
設けた場合の方が、微粒子の濃縮率は高くなる。
超音波振動子５を用いているが、流路の四方の側面に対
して超音波振動子５を用いてもよい。これらの場合の濃
縮状態の違いは、図６の（ａ）および（ｂ）にそれぞれ
示すが、（ｂ）のように四方の側面に超音波振動子５を
設けた場合の方が、微粒子の濃縮率は高くなる。
【００３６】
【発明の効果】本構成により、微粒子の検出に当たり、
検出感度を低下させることなく、測定流量の増大をはか
って検出効率を高め、また、流れる流体中における微粒
子の物質弁別を行うことができる。
検出感度を低下させることなく、測定流量の増大をはか
って検出効率を高め、また、流れる流体中における微粒
子の物質弁別を行うことができる。
【図１】本発明による微粒子計測装置の第１実施例を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明による微粒子計測装置の第２実施例を示
す図である。
す図である。
【図３】上記第２実施例を変形した場合の微粒子計測装
置を示す図である。
置を示す図である。
【図４】本発明による微粒子計測装置の第３実施例を示
す図である。
す図である。
【図５】上記第３実施例を変形した場合の微粒子計測装
置を示す図である。
置を示す図である。
【図６】超音波で微粒子を濃縮する領域を示す断面図
で、（ａ）は流路の対向する側面に超音波振動子を用い
た場合を示す図、（ｂ）は流路の四方の側面に超音波振
動子を用いた場合を示す図である。
で、（ａ）は流路の対向する側面に超音波振動子を用い
た場合を示す図、（ｂ）は流路の四方の側面に超音波振
動子を用いた場合を示す図である。
１…帯電していない微粒子 ２…負に帯電している微粒子 ３…正に帯電している微粒子 ５…超音波振動子 ６…負電極 ７…正電極 ８…検出領域 １３…光検出器 １６…照射光 １７…アレイ型検出器の検出領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平岩 篤 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 伊藤 嘉敏 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 須田 匡 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 日立電子エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−131036（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−10868（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−225928（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−138336（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−122548（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 15/00 - 15/14
Claims (6)
- 【請求項１】微粒子を含む溶液を流す流路と、上記流路
に取り付け溶液中の微粒子を濃縮する超音波振動子と、
濃縮された微粒子に光を照射するための光学手段と、微
粒子からの光を検出する光検出器と、を有することを特
徴とする微粒子計測装置。 - 【請求項２】上記超音波振動子は上記流路に対向して取
り付けられ、上記微粒子からの光として微粒子からの散
乱光または蛍光を検出することを特徴とする請求項１記
載の微粒子計測装置。 - 【請求項３】微粒子を濃縮する第１の手段と、上記微粒
子の特性に応じ流れに対し平行でない方向に力を作用さ
せる第２の手段と、上記微粒子を検出する第３の手段と
を備えたことを特徴とする微粒子計測装置。 - 【請求項４】上記微粒子を濃縮する第１の手段は、超音
波振動を用い、かつ、上記第３の手段は、微粒子を分離
収集する手段であり、上記力を作用させる第２の手段と
して電場を用いることを特徴とする請求項３記載の微粒
子計測装置。 - 【請求項５】流体中の微粒子を検出測定する微粒子計測
装置において、特定の物質の濃度測定に際し、上記特定
の物質と特異的に結合する物質で被覆した粒子を被測定
液に混入し、該混入液体を超音波振動することにより、
上記粒子を流れに沿って濃縮し、上記特定の物質を介し
て微粒子の凝集反応を促進させる手段と、上記凝集反応
で増大した凝集粒子の濃度を光照射により検出する手段
とによって、液体中の特定の物質の濃度を測定すること
を特徴とする微粒子計測装置。 - 【請求項６】微粒子を含む溶液を流す工程と、上記溶液
の流路に取り付け溶液中の微粒子を超音波振動子を用い
て濃縮する工程と、濃縮された微粒子に光を照射して微
粒子を検出する工程と、を有することを特徴とする微粒
子計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02513193A JP3205413B2 (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 微粒子計測装置及び微粒子計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02513193A JP3205413B2 (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 微粒子計測装置及び微粒子計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241977A JPH06241977A (ja) | 1994-09-02 |
| JP3205413B2 true JP3205413B2 (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=12157411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02513193A Expired - Fee Related JP3205413B2 (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 微粒子計測装置及び微粒子計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP3487699B2 (ja) | 1995-11-08 | 2004-01-19 | 株式会社日立製作所 | 超音波処理方法および装置 |
| JPH11326155A (ja) | 1998-05-20 | 1999-11-26 | Hitachi Ltd | 細胞分画装置 |
| JPH11352048A (ja) * | 1998-06-04 | 1999-12-24 | Toray Eng Co Ltd | 液中微粒子測定装置 |
| GB2339703B (en) * | 1998-07-22 | 2002-05-01 | Univ Cardiff | Particle manipulation device |
| US7340957B2 (en) * | 2004-07-29 | 2008-03-11 | Los Alamos National Security, Llc | Ultrasonic analyte concentration and application in flow cytometry |
| JP2008104927A (ja) * | 2006-10-24 | 2008-05-08 | Kurabo Ind Ltd | 流体中の微粒子選別装置 |
| US7835000B2 (en) | 2006-11-03 | 2010-11-16 | Los Alamos National Security, Llc | System and method for measuring particles in a sample stream of a flow cytometer or the like |
| EP2479552B1 (en) | 2007-04-02 | 2015-09-02 | Acoustic Cytometry Systems, Inc. | Methods for enhanced analysis of acoustic field focused cells and particles |
| US8083068B2 (en) | 2007-04-09 | 2011-12-27 | Los Alamos National Security, Llc | Apparatus for separating particles utilizing engineered acoustic contrast capture particles |
| US7837040B2 (en) | 2007-04-09 | 2010-11-23 | Los Alamos National Security, Llc | Acoustic concentration of particles in fluid flow |
| ES2326109B1 (es) | 2007-12-05 | 2010-06-25 | Consejo Superior De Investigaciones Cientificas | Microdispositivo de separacion y extraccion selectiva y no invasiva de particulas en suspensiones polidispersas, procedimiento de fabricacion y sus aplicaciones. |
| US8266951B2 (en) * | 2007-12-19 | 2012-09-18 | Los Alamos National Security, Llc | Particle analysis in an acoustic cytometer |
| US8714014B2 (en) * | 2008-01-16 | 2014-05-06 | Life Technologies Corporation | System and method for acoustic focusing hardware and implementations |
| JP5412131B2 (ja) * | 2009-02-17 | 2014-02-12 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | 基板処理装置および基板処理方法 |
| US10670514B2 (en) * | 2014-10-01 | 2020-06-02 | Water Optics Technology Pte. Ltd. | Sensor for particle detection in a fluid |
| JP6686557B2 (ja) * | 2016-03-09 | 2020-04-22 | 富士電機株式会社 | 粒子計測装置および粒子計測方法 |
| KR102465271B1 (ko) * | 2018-12-13 | 2022-11-11 | 한국전자통신연구원 | 미세조류 측정 형광 센서 및 이의 동작 방법 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57131036A (en) * | 1981-02-06 | 1982-08-13 | Rion Co Ltd | Light scattering type floating particle counting |
| JPS62225928A (ja) * | 1986-03-27 | 1987-10-03 | Shimadzu Corp | 分析用凝集ラテツクス塊検出装置 |
| JP2749906B2 (ja) * | 1989-10-04 | 1998-05-13 | キヤノン株式会社 | 粒子測定装置 |
| JP2686358B2 (ja) * | 1990-09-28 | 1997-12-08 | ホソカワミクロン株式会社 | 荷電粒子の帯電量分布・粒度測定装置 |
| JPH0510868A (ja) * | 1991-07-04 | 1993-01-19 | Hitachi Ltd | 粒子濃度測定装置 |
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1993
- 1993-02-15 JP JP02513193A patent/JP3205413B2/ja not_active Expired - Fee Related
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