JP3488732B2 - Ultrasonic processing equipment - Google Patents

Ultrasonic processing equipment

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JP3488732B2
JP3488732B2 JP29631093A JP29631093A JP3488732B2 JP 3488732 B2 JP3488732 B2 JP 3488732B2 JP 29631093 A JP29631093 A JP 29631093A JP 29631093 A JP29631093 A JP 29631093A JP 3488732 B2 JP3488732 B2 JP 3488732B2
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政男 釜堀
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    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、流体中の微粒子に作用
する超音波によって微粒子が受ける力を利用して、プラ
スチック粒、粒状高分子物質等の微粒子や、微生物、組
織細胞切片、卵、精子等の生体粒子の流体中での閉じ込
めあるいは結合、前記の粒子群の捕獲、前記の粒子の液
体中での運搬、前記の粒子等の濃縮と排除、さらには、
屈折率の異なる微粒子の配列を制御することによる光の
回折、散乱への応用等の幅広い超音波による流体中の微
粒子処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention makes use of the force exerted on fine particles in a fluid by ultrasonic waves to produce fine particles such as plastic particles and granular polymer substances, microorganisms, tissue cell sections, eggs, Confinement or binding of biological particles such as sperm in a fluid, capture of the above-mentioned particle group, transportation of the above-mentioned particles in a liquid, concentration and elimination of the above-mentioned particles, etc.,
The present invention relates to an apparatus for treating particles in a fluid by a wide range of ultrasonic waves such as application to light diffraction and scattering by controlling the arrangement of particles having different refractive indexes.

【0002】[0002]

【従来の技術】微粒子をトラップすることは、極微ピン
セット、触針などで物理的に直接捕える従来の手段の他
に、最近では電磁波、光、音波などで発生させた勾配力
場によって間接的に捕える手段も試みられている。
2. Description of the Related Art The trapping of fine particles is not only a conventional means of directly physically capturing with fine tweezers or a stylus, but also indirectly with a gradient force field generated by electromagnetic waves, light, sound waves, etc. Means of catching are also being tried.

【0003】ピンセット、触針などで捕える手段は、簡
便であり確実性が高い反面、物理的に接触するために、
捕えることのできる微粒子の大きさはピンセット、触針
等の加工精度、加工限界に大きく依存する。また、直接
接触して捕まえることから粒子を破壊、変形させてしま
う可能性がある。さらに、捕えた微粒子を移動させる
際、ピンセット、触針等は機械的に移動操作されるため
にステッピングモーター等の駆動精度以上の精度で移動
させることができない。
Means for catching with tweezers, stylus, etc. are simple and highly reliable, but in order to make physical contact,
The size of the fine particles that can be captured largely depends on the processing accuracy and processing limit of tweezers, stylus, etc. In addition, particles may be destroyed or deformed by being directly contacted and captured. Further, when the captured fine particles are moved, the tweezers, the stylus, etc. are mechanically moved, so that they cannot be moved with an accuracy higher than the driving accuracy of the stepping motor or the like.

【0004】電磁波によって勾配力場を発生させること
によって捕える手段は、電荷を誘引できる微粒子に対し
て有効である。電場は重ね合わせが容易なため、適当な
重ね合わせの手法を用いれば、任意の場所に比較的容易
に勾配力場を作り出すことができ、機械加工限界を越え
る精度で電気的引力あるいは斥力によって微粒子を捕え
ることができる。また、勾配力場によって間接的に捕え
る手法の特長として、接触による微粒子の破壊、変形等
の危険性が無いこと、勾配力場の発生源を制御すること
によって束縛力の大きさを自在に変化させることができ
ること、力場を消失させることで微粒子をすぐに自由に
することができることなどが挙げられる。問題点は、電
場による勾配力場であることから、電気的に中性の粒子
については有効でないことである。
Means for capturing by generating a gradient force field by electromagnetic waves are effective for fine particles capable of attracting charges. Since the electric field is easy to superimpose, if a proper superposition method is used, a gradient force field can be created relatively easily at any place, and the particles can be generated by an electric attractive force or a repulsive force with a precision exceeding the machining limit. Can be caught. In addition, the characteristics of the method that indirectly captures by the gradient force field are that there is no risk of destruction or deformation of particles due to contact, and the magnitude of the binding force can be freely changed by controlling the source of the gradient force field. And the fact that the fine particles can be immediately freed by eliminating the force field. The problem is that it is not effective for electrically neutral particles because it is a gradient force field due to an electric field.

【0005】光ビームによって勾配力場を発生させるこ
とで捕える手段は、中性粒子および誘電体粒子に対して
試みられている。レーザー光を集光することによって、
焦点を極大とする勾配力場が発生し、入射レーザー光の
散乱力を越える勾配力が微粒子に働いたとき、この微粒
子を捕えることができる。問題点は、この手法では、ト
ラップする手段が散乱力と勾配力の拮抗の上で成り立っ
ているため、粒子半径が波長より十分大きい粒子につい
ては、粒子の形状に依存して散乱力が大きく変わるの
で、その光学散乱がトラップの方向によってそれほど変
化しない粒子に限定されることである。また、十分な勾
配力を得るためにレーザー光を強く集光するので、誘電
体粒子や生物粒子に不可逆的な光によるダメージを与え
てしまうことである。さらに、光学的測定を行う場合、
あるいは、光感受性のある物質に対してはこの手法を用
いることはできない。さらに、強力なレーザーを発生さ
せる光源、レーザー光を光源より焦点位置まで誘導する
装置類など、大きな装置系を組む必要がある。
Means for capturing by generating a gradient force field by a light beam have been tried for neutral particles and dielectric particles. By focusing the laser light,
When a gradient force field that maximizes the focus is generated and a gradient force that exceeds the scattering power of the incident laser light acts on the fine particles, the fine particles can be captured. The problem is that in this method, the trapping means is based on the competition between the scattering force and the gradient force, so for particles whose particle radius is sufficiently larger than the wavelength, the scattering force greatly changes depending on the particle shape. Therefore, its optical scattering is limited to particles that do not change much depending on the direction of the trap. Further, since the laser light is strongly focused in order to obtain a sufficient gradient force, the dielectric particles and biological particles are damaged by irreversible light. In addition, when making optical measurements,
Alternatively, this technique cannot be used for substances that are light sensitive. Furthermore, it is necessary to form a large device system such as a light source that generates a powerful laser and a device that guides the laser light from the light source to a focal position.

【0006】超音波によって勾配力場を発生させること
で捕える手段も、ポリスチレンおよびカエルの卵につい
て試みられている。勾配力場の発生について仕方は様々
であるが、例えば、Journal of Acoustical Society of
America, vol.89, No.5 (1991), pp.2140―2143の論文
では、溶液中において、対称に置いた一対の超音波発生
源より、3.5MHzの超音波を連続照射することによ
り勾配力場を作り出し、その焦点で0.27mmのポリ
スチレンビーズを捕えることに成功している。さらに、
この超音波発生源を機械的に移動させることによって微
粒子を任意の方向に移動させることにも成功し、また、
この3.5MHzの超音波で捕獲した微粒子について、
超音波の振動数を変化させることにより、0.01MH
zの変化につき放射軸方向にのみではあるが、1ミクロ
ン程度の移動をさせることにも成功している。
Means for capturing by generating a gradient force field by ultrasonic waves have also been tried on polystyrene and frog eggs. There are various ways to generate a gradient force field. For example, the Journal of Acoustical Society of
In the paper of America, vol.89, No.5 (1991), pp.2140-2143, by continuously irradiating a 3.5 MHz ultrasonic wave from a pair of symmetrically placed ultrasonic wave sources in a solution, It has succeeded in creating a gradient force field and capturing 0.27 mm polystyrene beads at its focal point. further,
By moving this ultrasonic source mechanically, we succeeded in moving the particles in any direction.
About the fine particles captured by this 3.5 MHz ultrasonic wave,
By changing the frequency of ultrasonic waves, 0.01MH
It has succeeded in moving about 1 micron, though only in the radial direction with respect to the change of z.

【0007】また、ACUSTICA Vol.5 (1955) 167-178 に
は超音波の定在波、進行波による微粒子の振舞いについ
ての理論計算および実験が紹介されている。
ACUSTICA Vol. 5 (1955) 167-178 introduces theoretical calculations and experiments on the behavior of fine particles due to standing waves and traveling waves of ultrasonic waves.

【0008】本論文は、微粒子が音圧の節あるいは腹に
移動しようとする要因は、その音速と密度であることを
示したものである。微粒子の密度―圧縮因子 F(σ、λ)>0のとき、微粒子は超音波の腹の位置
に、F(σ、λ)<0のとき、微粒子は節の位置に集ま
ることを理論的に説明し、また、実際に水中の気泡の場
合について実験を行い、理論予測と同じ結果になること
を証明した。
This paper shows that the factors that cause the particles to move to the node or antinode of the sound pressure are the speed of sound and the density. Fine particle density-compression factor When F (σ, λ)> 0, fine particles gather at the antinode position of ultrasonic waves, and when F (σ, λ) <0, fine particles gather at the node position theoretically. It was explained, and the experiment was actually conducted for the case of bubbles in water, and it was proved that the result was the same as the theoretical prediction.

【0009】本論文では、水中におけるトルエン、ベン
ゼン等のコロイドは音圧の節の位置に集まり、ニトロベ
ンゼン、水銀等のコロイドは、音圧の腹の位置に集まる
ことを、これらの物質の密度と音速から予測している。
In this paper, colloids such as toluene and benzene in water gather at the position of the node of sound pressure, and colloids such as nitrobenzene and mercury gather at the position of the antinode of sound pressure. Predicted from the speed of sound.

【0010】一方、制御された拡がりを持つ超音波焦域
の作成手法については、IEEE transactions on ultraso
nics、 ferroelectrics、and frequency control, vol.3
9, No.1, (1992)pp.32―38)にあるように、凹面円板
上に円周状に配置した超音波発生源より各々の素子に一
周で2mπの位相差をもつ超音波を与えることによっ
て、凹面板前方の焦点を中心にm次のベッセル関数型の
強度分布を持った音場を作り出すことに成功している。
On the other hand, regarding a method of creating an ultrasonic focal area having a controlled spread, IEEE transactions on ultraso
nics, ferroelectrics, and frequency control, vol.3
9, No.1, (1992) pp.32-38), ultrasonic waves with a phase difference of 2 mπ for each element from an ultrasonic wave source arranged circumferentially on a concave disk. Has been successful in creating a sound field having an m-th order Bessel function type intensity distribution centered on the focal point in front of the concave plate.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、超音
波集束用凹面板を用いた超音波発生源によって焦点を作
り微粒子を捕えるため、機械的手段を用いずに超音波発
生源に対し相対的に焦点を移動して微粒子を移動させた
り、複数の焦点を同時に作って微粒子を捕えたりするこ
とはできなかった。また、鉛等の微粒子については検討
されていなかった。さらに、超音波により作用する力が
小さい極めて粒径の小さい微粒子についての配慮がなさ
れていなかった。
In the above-mentioned prior art, since the focus is made by the ultrasonic wave generating source using the concave plate for ultrasonic wave focusing and the fine particles are captured, it is possible to perform relative movement to the ultrasonic wave generating source without using any mechanical means. It was not possible to move the focal point to move the fine particles, or to make multiple focal points at the same time to catch the fine particles. In addition, fine particles such as lead have not been studied. Furthermore, no consideration has been given to fine particles having a very small particle size, the force acting by ultrasonic waves being small.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
では不可能であった、微粒子を任意の位置に固定し、任
意の方向に任意の速度で移動運搬することを原理的に可
能とする手法を提供することを目的とするものである。
また、特定の範囲に存在する微粒子等を集合させる手法
を提供し、あるいは特定の範囲に存在する微粒子等を排
除する手法を提供することを目的とするものである。
The present invention makes it possible, in principle, to fix fine particles at an arbitrary position and move and convey them in an arbitrary direction at an arbitrary speed, which was impossible with the above-mentioned prior art. The purpose is to provide a method of doing.
It is another object of the present invention to provide a method of collecting fine particles or the like existing in a specific range or a method of eliminating fine particles or the like existing in a specific range.

【0013】[0013]

【作用】本発明の目的は、複数の超音波発生素子よりな
る超音波発生源を特定の形状に配列し、特定の波長の超
音波を、各々の超音波発生素子より任意の位相、強度で
発生させることのできる装置系において、各々の超音波
発生素子より発生された超音波を重ね合わせて、任意の
位置に焦点を結ばせ、この焦点の位置に勾配力場を発生
させるものである。また、本発明は、捕獲した微粒子を
移動させるために、各々の超音波発生素子の位相、強度
を変化させることによって、この勾配力場を任意の方向
に移動させるか、あるいは、順次複数の別の勾配力場を
特定の場所に特定の強度で発生させることによって実現
される。
The object of the present invention is to arrange an ultrasonic wave generation source composed of a plurality of ultrasonic wave generation elements in a specific shape, and to generate an ultrasonic wave of a specific wavelength with an arbitrary phase and intensity from each ultrasonic wave generation element. In a device system capable of generating the ultrasonic waves, ultrasonic waves generated by the ultrasonic wave generating elements are superposed, a focal point is focused at an arbitrary position, and a gradient force field is generated at the focal point position. In addition, the present invention moves the gradient force field in an arbitrary direction by changing the phase and intensity of each ultrasonic wave generating element in order to move the captured fine particles, or sequentially moving a plurality of separate particles. It is realized by generating a gradient force field of s with a specific intensity at a specific location.

【0014】[0014]

【実施例】最初に、超音波の音圧によって発生する勾配
力場中におかれた微粒子が受ける勾配力Fについて述べ
る。
EXAMPLES First, the gradient force F received by fine particles placed in a gradient force field generated by the sound pressure of ultrasonic waves will be described.

【0015】勾配力ベクトルFは、Iを超音波の強度、
Gを定数として、 F=−▽Φ=−G▽I とおくことができる。ここで、Gは、水と微粒子の密度
および音速の関係によって決まる値であり、図1に示し
たようにポリエチレン等の微粒子では正であるが、鉛、
イリジウム等の微粒子では負となってしまう。また、G
が正となる微粒子については、超音波の焦点でポテンシ
ャルΦは極小値をとり、これらの微粒子を焦点に集める
ことができる。逆に、Gが負となる微粒子については、
超音波の焦点でポテンシャルΦは極大値をとり、これら
の微粒子は焦点から斥力を受け、焦点から遠ざかろうと
する。従って、この性質を効果的に用いて、Gが正の物
質と負の物質を識別し、選択的に捕獲することが可能に
なり、従来のレーザートラップではできなかった捕獲選
別もできるようになった。また特に、Gが負となる物質
を捕獲する場合には捕獲したい微粒子の周囲に十分密に
ポテンシャルの極大点を配置し、極大点の壁で微粒子を
囲うことによって微粒子をその壁の中に捕獲することが
できる。
The gradient force vector F is defined as I, the intensity of ultrasonic waves,
It is possible to set F = −∇Φ = −G∇I, where G is a constant. Here, G is a value determined by the relationship between the density of water and fine particles and the speed of sound, and is positive for fine particles such as polyethylene as shown in FIG.
It becomes negative for fine particles such as iridium. Also, G
For fine particles having a positive value, the potential Φ takes a minimum value at the ultrasonic focus, and these fine particles can be focused. Conversely, for fine particles for which G is negative,
The potential Φ takes a maximum value at the focal point of ultrasonic waves, and these fine particles receive a repulsive force from the focal point and try to move away from the focal point. Therefore, by effectively using this property, it becomes possible to distinguish a substance having a positive G and a substance having a negative G, and to selectively capture the substance, and it becomes possible to perform the capture and selection which cannot be performed by the conventional laser trap. It was In particular, when capturing a substance having a negative G, the maximum points of the potential are arranged sufficiently densely around the fine particles to be captured, and the fine particles are trapped in the wall by surrounding the fine particles with a wall of the maximum points. can do.

【0016】超音波を集束させることで発生する勾配力
場を用いて、この焦点の位置に発生するポテンシャルの
極小点で微粒子を捕獲する基本構成を図2、図3によっ
て説明する。
A basic structure for capturing fine particles at the minimum point of the potential generated at the focal point position by using the gradient force field generated by focusing the ultrasonic waves will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

【0017】図2は勾配力場による微粒子の捕獲の第1
の基本構成の模式図を示し、(a)は、溶液4中におい
て、二次元に配列された超音波発生素子による超音波発
生源1、1’を、上下対になるように並べた超音波捕獲
運搬装置の側面からの模式図である。二次元に並べられ
た超音波発生源1より発射される超音波3は、N個の超
音波発生素子1の(i,j)番目の素子について、各振
動子の波形A(i,j)は(数1)のようにおくことが
出来る。
FIG. 2 shows a first method of capturing fine particles by a gradient force field.
2A is a schematic view of the basic configuration of the ultrasonic wave generator, in which the ultrasonic wave generators 1 and 1 ′ of the ultrasonic wave generators that are two-dimensionally arranged in the solution 4 are arranged in a vertical pair. It is a schematic diagram from the side of a capture carrying device. The ultrasonic wave 3 emitted from the ultrasonic wave generation sources 1 arranged two-dimensionally is the waveform A (i, j) of each transducer for the (i, j) th element of the N ultrasonic wave generation elements 1. Can be set like (Equation 1).

【0018】 A(i,j)=A0(i,j)・Exp[j(ωt+δ(i,j))] (数1) (数1)において、A0(i、j)は(i、j)番目の
超音波振動子の振幅を示し、δ(i、j)は(i、j)
番目の超音波振動子の位相のずれを示している。
(I0、J0)番目の超音波振動子の真下に焦点を作る為
には、(I0、J0)番目の素子から焦点に下ろした垂線
の長さをL、(i、j)番目の素子から(I0、J0)番
目の素子への各素子の一素子当たりのi方向、j方向の
幅をそれぞれdx、dyとしたとき、(i、j)番目の
素子の持つべき位相δ(i、j)を、(数2)のように
おけばよい。
A (i, j) = A 0 (i, j) · Exp [j (ωt + δ (i, j))] (Equation 1) In (Equation 1), A 0 (i, j) is (i , J) shows the amplitude of the ultrasonic transducer, and δ (i, j) is (i, j)
The phase shift of the th ultrasonic transducer is shown.
In order to make a focal point directly under the (I 0 , J 0 ) -th ultrasonic transducer, the length of the perpendicular line drawn from the (I 0 , J 0 ) -th element to the focal point is L, (i, j). If the widths in the i direction and the j direction of each element from the th element to the (I 0 , J 0 ) element are dx and dy, respectively, the (i, j) element should have The phase δ (i, j) may be set as in (Equation 2).

【0019】[0019]

【数2】 [Equation 2]

【0020】このようにして作られた焦点の周囲に、Z
軸方向に、図2(b)のような勾配力場12が形成され
る。Gが正となるとき、微粒子は、N個の超音波発生素
子による勾配力場の重ね合わされた勾配力場Φが極小値
となる方向へ移動し、極小点11で安定する。
Around the focus thus created, Z
A gradient force field 12 as shown in FIG. 2B is formed in the axial direction. When G is positive, the fine particles move in the direction in which the gradient force field Φ, which is a superposition of the gradient force fields generated by the N ultrasonic wave generating elements, has a minimum value, and stabilizes at the minimum point 11.

【0021】次に、各超音波発生源1、1’の位相分布
を変化させ、微粒子5を移動させたい方向、例えば、矢
印6で示す方向に勾配力場を動かして、勾配力場の極小
点をその方向へ移動させてゆく。これにより、極小点で
安定していた微粒子5は、極小点の移動にあわせて移動
する。また、勾配力場12を発生する超音波発生源1、
1’の素子数、位置を選択することによって、特定の範
囲中に、任意の大きさの勾配力場を、勾配力場の重ね合
わせで作り出すことができ、その勾配力場12中のすべ
ての微粒子を極小点に集めることができる。
Next, the phase distribution of each of the ultrasonic wave generation sources 1 and 1'is changed, and the gradient force field is moved in the direction in which the fine particles 5 are to be moved, for example, the direction indicated by the arrow 6, to minimize the gradient force field. Move the points in that direction. As a result, the fine particles 5 that are stable at the minimum point move according to the movement of the minimum point. In addition, the ultrasonic wave generation source 1, which generates the gradient force field 12,
By selecting the number of elements and the position of 1 ′, it is possible to create a gradient force field of any size in a specific range by superimposing the gradient force fields. Fine particles can be collected at the minimum points.

【0022】図3に、本発明における、勾配力場による
微粒子の捕獲の第2の基本構成の模式図を示す。図3
(a)は、溶液4中において、N個の超音波発生素子1
をドーナツ状に、内側に向けて配列させた超音波発生装
置の、上面からの模式図である。
FIG. 3 shows a schematic diagram of a second basic structure of trapping fine particles by a gradient force field in the present invention. Figure 3
(A) shows N ultrasonic wave generating elements 1 in the solution 4.
FIG. 3 is a schematic view from the upper surface of an ultrasonic wave generation device in which are arranged in a donut shape toward the inside.

【0023】それぞれの超音波発生素子の番号を時計回
りに1番からN番まで付けたとき、i番目の発生素子の
放射する超音波は(数3)のようになる。
When the numbers of the respective ultrasonic wave generating elements are numbered clockwise from No. 1 to No. N, the ultrasonic waves emitted from the i-th generating element are as shown in (Equation 3).

【0024】 A(i)=A0(i)・Exp[j(ωt+δ(i))] (数3) (数3)について、A0(i)はi番目の超音波振動子
の振幅を示し、δ(i)はi番目の超音波振動子の位相
のずれを示している。円周の中心に焦点を作る為には、
すべてのiについてδ(i)=0とおけばよい。超音波
の焦点を円の中心からベクトルrだけ離れた地点へ作る
ためには、i番目の振動子の位相のずれδ(i)を、
(数4)で示される大きさにすればよい。ただし、i番
目の超音波振動子の波数ベクトルをk(i)とする。
A (i) = A 0 (i) · Exp [j (ωt + δ (i))] (Equation 3) In (Equation 3), A 0 (i) is the amplitude of the i-th ultrasonic transducer. Δ (i) indicates the phase shift of the i-th ultrasonic transducer. To make the focus on the center of the circumference,
It is sufficient to set δ (i) = 0 for all i. In order to make the focal point of the ultrasonic wave at a point separated from the center of the circle by the vector r, the phase shift δ (i) of the i-th transducer is
The size may be set as shown in (Equation 4). However, the wave number vector of the i-th ultrasonic transducer is k (i).

【0025】[0025]

【数4】 [Equation 4]

【0026】オフセットδ(i)が0の時、前記梅村ら
の論文にあるようにN個の波の重ね合わせは、円の中心
を中心とする、m次のベッセル関数となり、m=0の
時、図3(b)にあるような、勾配力場12を発生す
る。この勾配力場の極小点を、円の中心より任意の地点
へ、移動させるには、オフセットδ(i)を変更するこ
とによって実現できる。従って、δ(i)を順次滑らか
に変化させてゆくことによって、この勾配力場に捕えら
れた微粒子を移動させてゆくことができる。
When the offset δ (i) is 0, the superposition of N waves becomes a m-th order Bessel function centered on the center of the circle as described in the above Umemura et al. At this time, a gradient force field 12 as shown in FIG. 3B is generated. The minimum point of this gradient force field can be moved from the center of the circle to an arbitrary point by changing the offset δ (i). Therefore, the particles captured in this gradient force field can be moved by gradually and smoothly changing δ (i).

【0027】Gが負となる微粒子のときには、mが1以
上になるようにすれば位置rの場所を囲む形で極大値の
壁ができ、微粒子をこの壁の中に捕らえることができ
る。
In the case of fine particles for which G is negative, if m is set to 1 or more, a wall of maximum value is formed surrounding the location of the position r, and the fine particles can be trapped in this wall.

【0028】以上、水等の非圧縮性流体について述べた
が、気体等の圧縮性流体であっても同様である。以下の
実施例では、簡単のために非圧縮性流体についての実施
例のみとした。
Although the non-compressible fluid such as water has been described above, the same applies to the compressible fluid such as gas. In the following examples, for simplicity, only examples of incompressible fluid are used.

【0029】(微粒子を捕獲、移動させる実施例)図4
に、上記第1の基本構成を適用して、水溶液中に浮遊す
る微粒子を捕獲、移動させるように構成した本発明の一
実施例の模式図を示す。図2に示したように平板上に2
次元に配列させた超音波発生素子よりなる一対の装置本
体は、溶液4で満たされており、その溶液中に微細粒子
5が浮遊している。平面板に取付けられている超音波発
生素子1は、ZnO、PLDP系セラミックスなどによ
り構成されている。これらの発生素子は透明であるた
め、顕微鏡等で外部よりこれら発生素子を透過して、溶
液4中の微細粒子5を直接観察することができる。各超
音波発生素子1の強度は、独立に調節することができる
ようになっており、前述した作用の欄の第1の基本構成
で述べた原理、手法を用いて、3MHzの超音波で、1
0ミクロンのラテックスビーズを捕獲運搬することがで
きた。また、3MHzの超音波で、カエルの卵を非破壊
的に捕獲運搬することができた。また、この例において
は、上下に対称に超音波発生素子を配置することによっ
て、集束超音波がもたらす副次的な流体の流れを押さえ
た。
(Example of capturing and moving fine particles) FIG. 4
FIG. 3 is a schematic view of an embodiment of the present invention configured to capture and move fine particles suspended in an aqueous solution by applying the first basic configuration. 2 on the flat plate as shown in FIG.
A pair of apparatus main bodies composed of ultrasonic wave generating elements arranged in a dimension are filled with a solution 4, and fine particles 5 are suspended in the solution. The ultrasonic wave generation element 1 attached to the flat plate is made of ZnO, PLDP ceramics, or the like. Since these generating elements are transparent, it is possible to directly observe the fine particles 5 in the solution 4 through the generating elements through a microscope or the like from the outside. The intensity of each ultrasonic wave generating element 1 can be adjusted independently, and by using the principle and method described in the first basic configuration in the section of the above-mentioned action, ultrasonic waves of 3 MHz, 1
It was possible to capture and transport 0 micron latex beads. In addition, frog eggs could be captured and transported nondestructively by ultrasonic waves of 3 MHz. Further, in this example, by arranging the ultrasonic wave generation elements vertically symmetrically, the secondary fluid flow caused by the focused ultrasonic waves is suppressed.

【0030】しかし、固定された平面板の近傍や、水面
に近い部分では、勾配力場による微粒子の捕獲を妨げる
ような大きな流体の流れが生じないことから、超音波発
生素子を配列させた1枚の平面板のみで、微粒子を捕獲
移動させることができた。
However, in the vicinity of the fixed flat plate or in the portion near the water surface, a large fluid flow that hinders the capture of the fine particles due to the gradient force field does not occur. The fine particles could be captured and moved by using only one flat plate.

【0031】図5に、図4で述べた実施例における超音
波制御部位の構成のブロック図を示す。この制御装置部
は、図4で示したN個の超音波発生素子1―1、…、1
―Nの発生超音波を制御しており、この超音波発生素子
を超音波送受波素子におきかえることによって、発生し
た超音波のエコーを受信して微細粒子の存在位置を確認
することができる。さらに、超音波のエコー像や、ビデ
オカメラ・画像処理装置系等により得られた微細粒子の
空間分布像を解析処理して、あらかじめ操作の開始時に
プログラムしておいた手順に従って、次の発生超音波を
フィードバック制御することができる。具体的には、ま
ず、微粒子を捕獲したい位置に勾配力場の極小点が発生
するように、コントロール盤13より希望の座標が入力
される。次に、主制御回路14において各々の超音波送
受波素子の強度、位相、オフセットが設定され、これが
波形記憶回路15に出力される。波形記憶回路15のデ
ータは、主制御装置14からの送波指令によって、送波
回路16から読み出される。送波回路16は、接続され
ているN個の超音波送受波素子1―1、…、1―Nに、
波形記憶回路15のデータに基づく波形出力を送り出
す。超音波によって微粒子の位置を確認する場合、発射
された超音波のエコーは、再び超音波送受波素子1―
1、…、1―Nによって受信され、受波回路17に伝達
される。受波回路17に伝達されたデータは、解析演算
回路18を経ることによって、微粒子の座標、変位速度
等、フィードバック制御をするための基本データとし
て、主制御回路14、表示回路19に転送される。主制
御回路14は、解析演算回路18およびテレビカメラ、
画像処理系201よりもたらされた微粒子の位置データ
を基に、超音波トラップのフィードバック制御を可能に
した。
FIG. 5 shows a block diagram of the configuration of the ultrasonic wave control portion in the embodiment described in FIG. This control device section includes N ultrasonic wave generation elements 1-1, ..., 1 shown in FIG.
The generated ultrasonic wave of -N is controlled, and by replacing the ultrasonic wave generating element with the ultrasonic wave transmitting / receiving element, it is possible to receive the echo of the generated ultrasonic wave and confirm the existence position of the fine particles. In addition, the ultrasonic echo image and the spatial distribution image of fine particles obtained by a video camera / image processing system, etc. are analyzed and processed according to the procedure programmed at the beginning of the operation. The sound wave can be feedback-controlled. Specifically, first, desired coordinates are input from the control panel 13 so that a local minimum point of the gradient force field is generated at a position where particles are desired to be captured. Next, the main control circuit 14 sets the strength, phase, and offset of each ultrasonic wave transmitting / receiving element, and outputs these to the waveform storage circuit 15. The data in the waveform storage circuit 15 is read from the wave transmission circuit 16 in response to a wave transmission command from the main controller 14. The wave transmission circuit 16 includes N connected ultrasonic wave transmitting / receiving elements 1-1, ..., 1-N,
The waveform output based on the data of the waveform storage circuit 15 is sent out. When confirming the position of the particles by the ultrasonic wave, the echo of the emitted ultrasonic wave is again detected by the ultrasonic wave transmitting / receiving element 1-
The signals are received by 1, ..., 1-N and transmitted to the wave receiving circuit 17. The data transmitted to the wave receiving circuit 17 is transferred to the main control circuit 14 and the display circuit 19 as basic data for feedback control such as the coordinates of particles and the displacement speed by passing through the analysis operation circuit 18. . The main control circuit 14 includes an analysis calculation circuit 18 and a television camera,
The feedback control of the ultrasonic trap is enabled based on the position data of the fine particles provided by the image processing system 201.

【0032】図6に、上記第1の基本構成を適用して、
溶液で満たされた管中にある微粒子を選択的に捕獲輸送
させるように構成した本発明の一実施例の模式図を示
す。この装置系では、図2に示したような複数の超音波
送受波素子が、管表面上に図6のように配列されてい
る。配列されている超音波送受波素子は、各々独立して
おり任意の強度、位相で超音波を発射することができ
る。微粒子を選択的に捕獲する部位には、観察用の窓が
設けられており、この部分より、微粒子を観察しながら
捕獲する。捕獲した後、前述した作用の欄の第1の基本
構成で述べた原理、手法を用いて3MHzの超音波で、
10ミクロンのラテックスビーズを捕獲運搬することが
できた。また、3MHzの超音波で、カエルの卵を非破
壊的に捕獲運搬することができた。各超音波送受波素子
1の制御は、図5で示した実施例と同様な制御装置を用
いた。
Applying the above-mentioned first basic configuration to FIG. 6,
FIG. 3 shows a schematic view of an embodiment of the present invention configured to selectively capture and transport fine particles in a tube filled with a solution. In this device system, a plurality of ultrasonic wave transmitting / receiving elements as shown in FIG. 2 are arranged on the tube surface as shown in FIG. The arrayed ultrasonic wave transmitting / receiving elements are independent of each other and can emit ultrasonic waves with arbitrary intensity and phase. A window for observation is provided at a portion for selectively capturing the fine particles, and the fine particles are captured while being observed from this portion. After capturing, with the ultrasonic wave of 3 MHz using the principle and method described in the first basic configuration of the above-mentioned action column,
It was possible to capture and transport 10 micron latex beads. In addition, frog eggs could be captured and transported nondestructively by ultrasonic waves of 3 MHz. The control of each ultrasonic wave transmitting / receiving element 1 was performed by using the same control device as that of the embodiment shown in FIG.

【0033】図7に、上記第2の基本構成を適用して、
水溶液中に浮遊する微粒子を捕獲するように構成した本
発明の一実施例の模式図を示す。本発明による基本構成
を適用した超音波トラップ装置および運搬装置の第3の
実施例の側面および上面からの模式図を示す。これは、
上記第2の基本構成を適用したことを特長とした実施例
の一つである。
Applying the above-mentioned second basic configuration to FIG. 7,
FIG. 3 is a schematic view of an embodiment of the present invention configured to capture fine particles floating in an aqueous solution. The schematic diagram from the side surface and the upper surface of the third embodiment of the ultrasonic trap device and the carrying device to which the basic configuration according to the present invention is applied is shown. this is,
This is one of the embodiments characterized by applying the second basic configuration.

【0034】図3に示したようなドーナツ状に配列構成
した超音波送受波素子よりなる超音波捕獲運搬装置本体
は、顕微鏡のプレート上に固定されている。各々の超音
波送受波素子は、独立しており、任意の強度、位相で超
音波を発生させることができる。超音波捕獲装置本体内
部は、溶液が満たされており、顕微鏡対物レンズによっ
て、溶液中に存在する物体の実体、位相差、蛍光像など
を常時観察することができる。ここで、超音波発生装置
本体の各超音波発振子より、前述した作用の欄の第2の
基本構成で述べたような位相の違いを持った超音波を発
生させることによって、3MHzの超音波で、10ミク
ロンのラテックスビーズを捕獲運搬することができた。
また、3MHzの超音波で、カエルの卵を非破壊的に捕
獲運搬することができた。また、位相のオフセットを変
化させることによって、微粒子を移動運搬させることが
できた。各超音波送受波素子1の制御は、図5で示した
実施例と同様な制御装置を用いた。
The main body of the ultrasonic capturing / carrying device, which is composed of the ultrasonic wave transmitting / receiving elements arranged in a donut shape as shown in FIG. 3, is fixed on the plate of the microscope. Each ultrasonic wave transmitting / receiving element is independent, and can generate ultrasonic waves with arbitrary intensity and phase. The inside of the main body of the ultrasonic capturing device is filled with the solution, and the substance of the object existing in the solution, the phase difference, the fluorescence image and the like can be constantly observed by the microscope objective lens. Here, ultrasonic waves of 3 MHz are generated by generating ultrasonic waves having a phase difference as described in the second basic configuration of the above-mentioned action column from each ultrasonic oscillator of the ultrasonic generator main body. It was possible to capture and transport 10 micron latex beads.
In addition, frog eggs could be captured and transported nondestructively by ultrasonic waves of 3 MHz. Further, by changing the phase offset, the fine particles could be moved and transported. The control of each ultrasonic wave transmitting / receiving element 1 was performed by using the same control device as that of the embodiment shown in FIG.

【0035】図8に、上記第1の基本構成を適用して、
水溶液中の一定の範囲に浮遊する微粒子を捕獲し、一箇
所に集合させるように構成した本発明の一実施例の模式
図を示す。これは、上記第1の基本構成を適用したこと
を特長とした実施例の一つである。図7に示したように
平板上に2次元に配列させた超音波捕獲運搬装置本体
は、溶液4で満たされており、その溶液中に微細粒子5
が浮遊している。平面板に取付けられている超音波送受
波素子1は、ZnO、PLDP系セラミックスなどによ
り構成されている。各超音波送受波素子1の強度は、独
立に調節することができるようになっており、前述した
作用の欄の第1の基本構成で述べた原理、手法を用い
て、3MHzの超音波で、1cm3の範囲にあるウニの
精子を非破壊的に焦点に集めることができた。また、各
超音波送受波素子1の制御は、図5で示した実施例と同
様な制御装置を用いた。
Applying the above-mentioned first basic configuration to FIG.
FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of the present invention configured to capture fine particles floating in a certain range in an aqueous solution and collect them in one place. This is one of the embodiments characterized by applying the first basic configuration. As shown in FIG. 7, the ultrasonic capturing and transporting device main body arranged two-dimensionally on a flat plate is filled with the solution 4, and the fine particles 5 are contained in the solution 4.
Is floating. The ultrasonic wave transmitting / receiving element 1 attached to the plane plate is made of ZnO, PLDP ceramics, or the like. The intensity of each ultrasonic wave transmitting / receiving element 1 can be adjusted independently, and by using the principle and method described in the first basic configuration in the section of the above-mentioned action, ultrasonic waves of 3 MHz are used. The sea urchin sperm in the range of 1 cm 3 could be focused non-destructively. Further, the control of each ultrasonic transmitting / receiving element 1 was performed by using the same control device as that of the embodiment shown in FIG.

【0036】図9に、上記第1の基本構成を適用して、
水溶液中にある微粒子を捕獲し、これにより特定の範囲
で、微細なゴミを効果的に排除するように構成した本発
明の一実施例の模式図を示す。これは、上記第1の基本
構成を適用して、ことを特長とした実施例の一つであ
る。図9に示したように平板上に2次元に配列させた超
音波捕獲運搬装置本体は、溶液4で満たされており、そ
の溶液中に存在する金属板20表面には微粒子5が付着
している。平面板に取付けられている超音波送受波素子
1は、ZnO、PLDP系セラミックスなどにより構成
されている。
Applying the above-mentioned first basic configuration to FIG. 9,
1 is a schematic view of an embodiment of the present invention configured to capture fine particles in an aqueous solution, thereby effectively removing fine dust in a specific range. This is one of the embodiments characterized by applying the first basic configuration. As shown in FIG. 9, the ultrasonic capturing and transporting device main body arranged two-dimensionally on a flat plate is filled with the solution 4, and the fine particles 5 are attached to the surface of the metal plate 20 existing in the solution. There is. The ultrasonic wave transmitting / receiving element 1 attached to the plane plate is made of ZnO, PLDP ceramics, or the like.

【0037】各超音波送受波素子1の強度は、独立に調
節することができるようになっており、前述した作用の
欄の第1の基本構成で述べた原理、手法を用いて、任意
の場所の微粒子を捕獲することができる。まず、金属板
20上の、ゴミを排除したい領域の中心に、焦点を絞
る。次に、この焦点を中心に図9の矢印21のように超
音波の焦点の位置を拡げてゆくことで、5ミクロンのラ
テックスビーズ等のゴミを捕獲排除することができた。
また、各超音波送受波素子1の制御は、図4で示した実
施例と同様な制御装置を用いた。
The strength of each ultrasonic wave transmitting / receiving element 1 can be adjusted independently, and any strength can be obtained by using the principle and method described in the first basic configuration of the above-mentioned action column. It is possible to capture particulates in the place. First, the focus is focused on the area of the metal plate 20 where dust is to be removed. Next, by expanding the position of the ultrasonic focus as shown by the arrow 21 in FIG. 9 around this focus, dust such as 5 micron latex beads could be captured and eliminated.
Further, the control of each ultrasonic wave transmitting / receiving element 1 was performed by using the same control device as that of the embodiment shown in FIG.

【0038】上記5件の実施例の説明では、多数の超音
波発生素子を配列させ、これらの位相、強度を制御し、
超音波発生素子が作る音場を直接利用することで勾配力
場を作り出す場合を例としてあげたが、平板上により少
数の超音波発生素子を十分な隙間をおいて配列させた場
合にも、これらの素子の振動を、素子に接した平板に伝
えることにより、見掛け上すき間なく超音波発生素子が
配列しているように振る舞わせることができる。これに
よって上記5件と同様な勾配力場を作ることができ、微
粒子を上記5例と同様に捕獲運搬することができる。
In the above description of the five embodiments, a large number of ultrasonic wave generating elements are arranged and their phases and intensities are controlled.
The case where a gradient force field is created by directly using the sound field created by an ultrasonic wave generating element has been taken as an example, but even when a small number of ultrasonic wave generating elements are arranged on a flat plate with a sufficient gap, By transmitting the vibration of these elements to the flat plate in contact with the elements, it is possible to make the ultrasonic wave generating elements behave as if they are arranged without any gap. As a result, the same gradient force field as in the above 5 cases can be created, and the fine particles can be captured and transported as in the above 5 examples.

【0039】また、作用でも説明したように、Gが負に
なる微粒子についても上記5件の実施例で、捕獲したい
微粒子の周囲にポテンシャル極大の焦点を複数、あるい
は連続的に作ることによって微粒子を捕らえることがで
きる。
Further, as described in the operation, the fine particles having negative G in the above-mentioned five examples are formed by forming a plurality of or continuously focused focal spots having the maximum potential around the fine particles to be captured. Can be caught.

【0040】また、前述したように、Gが負になる微粒
子についても上記5件の実施例で、捕獲したい微粒子の
周囲にポテンシャル極大の焦点を複数、あるいは連続的
に作ることによって微粒子を捕らえることができる。
Further, as described above, with respect to fine particles having negative G, the fine particles can be trapped in the above five embodiments by forming a plurality of focal spots having the maximum potential or continuously around the fine particles to be trapped. You can

【0041】(細胞融合の実施例)次に、超音波を集束
させ微粒子を捕獲する部分と、高圧電場で細胞融合を誘
発させる部分とからなる細胞融合の実施例を図10に示
す。この実施例は、前述した実施例に機械的な移動制御
のメカニズムを付加したものである。これらの部分はセ
ル36の中に置かれている。超音波を集束させる部分
は、超音波振動子31と、振動子が発生する波を集束さ
せるための音響レンズ32とからなっており、超音波の
焦点の位置に細胞を捕獲することができる。なお37は
超音波振動子駆動用同軸ケーブルである。
(Example of Cell Fusion) Next, FIG. 10 shows an example of cell fusion comprising a portion for focusing ultrasonic waves to capture fine particles and a portion for inducing cell fusion in a high piezoelectric field. In this embodiment, a mechanical movement control mechanism is added to the above-described embodiment. These parts are placed in the cell 36. The portion that focuses the ultrasonic wave includes an ultrasonic transducer 31 and an acoustic lens 32 that focuses the wave generated by the transducer, and can capture cells at the focal point of the ultrasonic wave. Reference numeral 37 is a coaxial cable for driving the ultrasonic transducer.

【0042】超音波振動子31と音響レンズ32からな
るユニットを3次元マニピュレーション装置35で移動
させることによって焦点位置を動かすことができる。こ
れを用いて、細胞融合させたい細胞を平行電極板33の
位置まで誘導する。この実施例の装置では3MHzの超
音波を用いることで、粒径30μmの細胞を捕獲し移動
させることができる。
The focus position can be moved by moving the unit consisting of the ultrasonic transducer 31 and the acoustic lens 32 by the three-dimensional manipulation device 35. Using this, the cells to be fused are guided to the position of the parallel electrode plate 33. In the device of this embodiment, the ultrasonic waves of 3 MHz are used to capture and move cells having a particle diameter of 30 μm.

【0043】電場で細胞融合を誘発させる部分は、一対
の電極33、33からなり、電気パルスを印加すること
ができる。融合させたい細胞を超音波振動子31と音響
レンズ32からなるユニットで捕獲し、この電極33、
33の間に3次元マニピュレーション装置35で誘導
し、細胞を接触させた状態で電気パルスを印加すること
で細胞を融合させることができる。
The portion for inducing cell fusion by an electric field is composed of a pair of electrodes 33, 33, and an electric pulse can be applied. Cells to be fused are captured by a unit composed of an ultrasonic transducer 31 and an acoustic lens 32, and the electrodes 33,
The cells can be fused by inducing them with the three-dimensional manipulation device 35 during 33 and applying an electric pulse in the state where the cells are in contact with each other.

【0044】また、キャビテーションの影響を抑さえる
ために、セル中の溶液の溶存ガスを二酸化炭素、亜酸化
窒素等の三原子ガスに置換することもできる。
Further, in order to suppress the influence of cavitation, the dissolved gas of the solution in the cell can be replaced with a triatomic gas such as carbon dioxide or nitrous oxide.

【0045】つぎの装置は、超音波を集束させ微粒子を
捕獲する部分と、ピペッティング装置から細胞融合誘発
剤を噴射し細胞融合を誘発させる部分とからなる細胞融
合の実施例を図11に示す。このこれらの部分はセル3
6の中に置かれている。超音波を集束させる部分は、前
述した図4の実施例と同様であり、超音波振動子を2次
元に配列させた二つの板39、39よりなっている。こ
の2次元に配列させた超音波振動子による超音波の発生
は前述したとおりである。
FIG. 11 shows an example of cell fusion in the next device, which comprises a part for focusing ultrasonic waves to capture fine particles and a part for injecting a cell fusion inducer from a pipetting device to induce cell fusion. . This part is cell 3
It is placed in 6. The portion for focusing the ultrasonic waves is the same as in the embodiment of FIG. 4 described above, and is composed of two plates 39, 39 in which ultrasonic transducers are two-dimensionally arranged. Generation of ultrasonic waves by the ultrasonic transducers arranged two-dimensionally is as described above.

【0046】(数2)において、目的とする二つの細胞
38、38について、各細胞の位置に焦点を持ってくる
位相δ1とδ2を加えた位相を超音波振動子(i、j)
に加えればよい。また、この位相を変化させることで、
矢印41、41のように焦点位置を移動させ、二つの細
胞を一箇所に集めることができる。この実施例の装置で
は3MHzの超音波を用いることで、粒径30μmの細
胞を捕獲し移動させることができる。
In (Equation 2), for the two target cells 38, 38, the phase obtained by adding the phases δ1 and δ2 that bring the focus to the position of each cell is the ultrasonic transducer (i, j).
Add to. Also, by changing this phase,
By moving the focus position as indicated by arrows 41, 41, two cells can be collected at one place. In the device of this embodiment, the ultrasonic waves of 3 MHz are used to capture and move cells having a particle diameter of 30 μm.

【0047】マイクロピペッティング装置部40は、エ
チレングリコールを溶液中に噴射することができる。ま
た、この装置はマイクロマニピュレーター35によって
任意の位置に移動させることができる。融合させたい細
胞を前述の超音波による捕獲装置で一箇所に集合させた
後に、マイクロピペッティング装置40の噴射口を近付
け、エチレングリコールを噴射することで細胞融合を引
き起こすことができる。
The micropipetting device section 40 can inject ethylene glycol into the solution. Further, this device can be moved to an arbitrary position by the micromanipulator 35. After the cells to be fused are collected at one place by the above-mentioned ultrasonic capture device, the injection port of the micropipetting device 40 is brought close to and ethylene glycol is ejected to cause cell fusion.

【0048】また、顕微鏡42で観察するために、本装
置では透明な超音波振動子ZnO、PLDP系セラミッ
クを用いた。
Further, in order to observe with the microscope 42, a transparent ultrasonic transducer ZnO, PLDP type ceramic was used in this apparatus.

【0049】本実施例は、一対の2次元配列超音波振動
子39、39を用いたが、一枚の2次元配列超音波振動
子を用いるのみでも同様な結果をもたらすことができ
る。また、キャビテーションの影響を抑さえるために、
セル中の溶液の溶存ガスを二酸化炭素、亜酸化窒素等の
三原子ガスに置換することもできる。
In this embodiment, the pair of two-dimensional array ultrasonic transducers 39, 39 are used, but the same result can be obtained by using only one two-dimensional array ultrasonic transducer. Also, in order to suppress the influence of cavitation,
The dissolved gas of the solution in the cell can be replaced with a triatomic gas such as carbon dioxide or nitrous oxide.

【0050】本実施例では標的とする細胞の捕獲手段と
して超音波を用い、細胞融合手段として局所的に化学物
質を作用させる手段を用いたが、このマイクロピペット
で局所的に化学物質を供給する手段は、ピペット吸引、
電場トラップ、光トラップ等によって細胞捕獲を行なっ
た場合にも用いることができる。
In the present embodiment, ultrasonic waves were used as a target cell-capturing means, and a means for locally acting a chemical substance was used as a cell fusion means. However, this micropipette locally supplies a chemical substance. The means is pipette suction,
It can also be used when cells are trapped by an electric field trap, an optical trap, or the like.

【0051】つぎに、超音波を集束させ微粒子を捕獲す
る部分と、集束超音波で細胞融合を誘発させる部分とか
らなる細胞融合装置の実施例を図12に示す。これらの
部分はセル36の中に置かれている。超音波を集束させ
る部分は、2次元配列超音波振動子39と、各振動子を
独立に振動させるコントローラー(図示省略)とからな
っており、図11に示した実施例と同様な位相制御によ
り、超音波を集束させ焦点を作ることができ、この焦点
の位置に細胞を捕獲することができる。また、この超音
波振動子ユニットを3次元マニピュレーション装置35
で移動させることによって焦点位置を動かすことがで
き、また、超音波振動子の位相を変化させることで、焦
点の位置を微動させることもできる。これを用いて、細
胞融合させたい細胞を目的の位置まで誘導する。この実
施例の装置では3MHzの超音波を用いることで、粒径
30μmの細胞を捕獲し移動させることができる。
Next, FIG. 12 shows an embodiment of a cell fusion device comprising a portion for focusing ultrasonic waves to capture fine particles and a portion for inducing cell fusion by focused ultrasonic waves. These parts are placed in the cell 36. The portion for focusing the ultrasonic waves is composed of a two-dimensional array ultrasonic transducer 39 and a controller (not shown) for independently vibrating each transducer, and by the phase control similar to the embodiment shown in FIG. , The ultrasonic waves can be focused to make a focus, and cells can be captured at the position of this focus. In addition, this ultrasonic transducer unit is used as a three-dimensional manipulation device 35.
The focus position can be moved by moving with, and the focus position can be finely moved by changing the phase of the ultrasonic transducer. Using this, cells to be fused are guided to a desired position. In the device of this embodiment, the ultrasonic waves of 3 MHz are used to capture and move cells having a particle diameter of 30 μm.

【0052】集束超音波で細胞融合を誘発させる部分
は、100MHzの超音波を発生することができる2次
元配列超音波振動子43からなり、マイクロマニピュレ
ーター35によっておおよその目的の位置まで移動させ
た後、図11の実施例と同様な手法で、目的の位置に焦
点を作ることができる。融合させたい細胞38を一箇所
におき、接触させた状態でパルス状の超音波を送ること
によって細胞を融合させることができる。
The part for inducing cell fusion by focused ultrasonic waves is a two-dimensional array ultrasonic transducer 43 capable of generating ultrasonic waves of 100 MHz, which is moved by a micromanipulator 35 to an approximate target position. The focus can be made on the target position by the same method as the embodiment of FIG. The cells 38 to be fused are placed at one place, and the cells can be fused by sending pulsed ultrasonic waves in a contact state.

【0053】また、キャビテーションの影響を抑さえる
ために、セル中の溶液の溶存ガスを二酸化炭素、亜酸化
窒素等の三原子ガスに置換することもできる。
Further, in order to suppress the influence of cavitation, the dissolved gas of the solution in the cell can be replaced with a triatomic gas such as carbon dioxide or nitrous oxide.

【0054】さらに、図示は省略するが、二つの細胞を
捕えるには、目的とする二つの細胞について、図3に示
すタイプの超音波装置とするのも良い。これによって各
細胞の位置に焦点を持ってくるように超音波振動子を制
御し、且つ焦点位置を移動させ、二つの細胞を一箇所に
集めることができる。
Further, although not shown, in order to capture the two cells, an ultrasonic device of the type shown in FIG. 3 may be used for the two target cells. With this, the ultrasonic transducer is controlled so as to bring the focus to the position of each cell, and the focus position is moved so that the two cells can be gathered at one place.

【0055】さらに、融合させたい細胞を円の中心に集
め、これらの細胞を接触させた状態で、各振動子から同
時に振動数100MHzのパルス状の超音波を送ること
によって細胞を融合させることができる。超音波に代え
て前述した様に、電場を加えたり、細胞融合促進剤を添
加する手法を用いてもよい。
Furthermore, cells to be fused can be collected in the center of a circle, and in the state where these cells are in contact with each other, the cells can be fused by simultaneously sending pulsed ultrasonic waves with a frequency of 100 MHz from each transducer. it can. As described above, a method of adding an electric field or a cell fusion promoter may be used instead of ultrasonic waves.

【0056】また、キャビテーションの影響を抑さえる
ために、セル中の溶液の溶存ガスを二酸化炭素、亜酸化
窒素等の三原子ガスに置換することもできる。
Further, in order to suppress the influence of cavitation, the dissolved gas of the solution in the cell can be replaced with a triatomic gas such as carbon dioxide or nitrous oxide.

【0057】図4から図12に示す実施例により、ピン
セットや、電場、レーザー光等、従来用いられている手
法とは異なる、超音波を用いる手法で勾配力場を用いて
微粒子を捕獲運搬することができるようになったので、
非破壊的にピンセットで鋏むことができない物質、電気
的に中性の物質、光学活性を持つ物質、濁度の高い溶液
中の物質など、従来捕獲できなかった物質を捕獲運搬す
ることができるようになった。また、超音波振動子を配
列させ、任意の強度、位相で超音波を発生させることに
より容易に勾配力場を発生させることができるようにな
ったので、従来の光トラップにはない簡便な装置系で、
任意の形状の部位に微粒子を捕獲し運搬させることがで
きるようになった。また、超音波の焦点においては微粒
子はその物性に依存して、焦点への引力あるいは斥力を
受けることから、従来の光トラップ等では不可能であっ
た選択的微粒子捕獲を可能にすることができた。
According to the embodiments shown in FIGS. 4 to 12, fine particles are captured and transported by using a gradient force field by a method using ultrasonic waves, which is different from the conventionally used methods such as tweezers, electric field, and laser light. Now that you can
Capable of non-destructively capturing and transporting substances that could not be captured conventionally, such as substances that cannot be scissored with tweezers, electrically neutral substances, optically active substances, substances in solutions with high turbidity, etc. It became so. Moreover, since it is now possible to easily generate a gradient force field by arranging ultrasonic transducers and generating ultrasonic waves with arbitrary strength and phase, it is a simple device that does not exist in conventional optical traps. In the system
It has become possible to capture and transport fine particles to a site having an arbitrary shape. Further, in the focus of ultrasonic waves, fine particles receive an attractive force or a repulsive force to the focus depending on their physical properties, so that it is possible to enable selective fine particle trapping that was impossible with conventional optical traps and the like. It was

【0058】さらに、細胞に接触による損傷、あるいは
光学的な損傷を与えることなく、非接触的に、かつ選択
的に微粒子を捕獲し、細胞融合させることができるの
で、目的とする細胞融合を高い確率で行うことができ
る。
Furthermore, the fine particles can be captured in a non-contact and selective manner and fused without contact damage to cells or optical damage. It can be done with probability.

【0059】(濃縮装置の実施例)液体中の微粒子を濃
縮して取り出すのに最も普遍的で簡便な方法は、微粒子
に外力を与えて分画する方法であるが、外力として遠心
力を用いる場合には、十分な遠心力を得るために液体を
容器に詰めて数万回転で回転させることが必要であり、
簡便に大量の溶液中の微粒子を連続的に濃縮したり、分
析装置等に濃縮用の部品として組み込むことは難しい。
(Embodiment of Concentrator) The most universal and simple method for concentrating and extracting fine particles in a liquid is to fractionate by applying an external force to the fine particles. Centrifugal force is used as the external force. In some cases, it is necessary to pack the liquid in a container and rotate it at tens of thousands of revolutions in order to obtain sufficient centrifugal force.
It is difficult to simply and continuously concentrate a large amount of fine particles in a solution, or to incorporate it into an analyzer or the like as a component for concentration.

【0060】また、溶液中の不純物微粒子を排除する方
法として、膜フィルターを用いることが主流となってい
るが、膜フィルターはその性質上、使用量に応じて機能
が劣化してしまう。また、溶液によっては膜フィルター
自体が分解されてしまうため利用できない場合もある。
さらに、膜フィルターは、そのろ過する微粒子の大きさ
を任意に変更することはできず、予め用意されているフ
ィルターの目の細かさに依存してろ過する微粒子の大き
さが決められてしまう。
Further, as a method for eliminating the impurity fine particles in the solution, the mainstream is to use a membrane filter, but the function of the membrane filter deteriorates depending on the amount of use due to its nature. In addition, depending on the solution, the membrane filter itself may be decomposed and may not be used.
Further, in the membrane filter, the size of the fine particles to be filtered cannot be arbitrarily changed, and the size of the fine particles to be filtered is determined depending on the fineness of the filter prepared in advance.

【0061】上記課題は、本実施例による超音波の輻射
圧を微粒子に作用させることにより解決される。即ち、
流体中に超音波の定在波あるいは進行波を形成し、これ
によって生ずる勾配力場によって微粒子に非接触的に外
力を作用させればよい。また、この超音波の強度を適当
に変化させることで、微粒子に加える外力を適当に変化
させることができる。
The above-mentioned problems can be solved by causing the radiation pressure of ultrasonic waves according to this embodiment to act on the fine particles. That is,
A standing wave or a traveling wave of an ultrasonic wave may be formed in the fluid, and an external force may be applied to the particles in a non-contact manner by the gradient force field generated by this. Further, by appropriately changing the intensity of this ultrasonic wave, the external force applied to the fine particles can be appropriately changed.

【0062】より詳細には、集束させたい金属微粉、蛋
白質等の微粒子を含む流体を管中あるいはゲル中で泳動
させながら、その泳動方向とは垂直の方向に音波を定在
波あるいは進行波あるいは同心円状のスパイラル音状波
を形成し、微粒子の流体に対する密度、音速の違いに応
じて、定在波の節あるいは腹の位置に微粒子を集束させ
たり、進行波の進行方向あるいは進行方向の逆方向に微
粒子を集めたり、同心円状の音場中に微粒子を閉じ込め
この同心円の大きさを小さくしてゆくことにより流体中
において微粒子の濃縮された部位と、微粒子の存在しな
い部位を作ればよい。
More specifically, while migrating a fluid containing fine particles of metal or fine particles such as proteins to be focused in a tube or a gel, a sound wave is generated in a direction perpendicular to the migration direction by a standing wave or a traveling wave or a traveling wave. A concentric spiral sound wave is formed, and the particles are focused on the nodes or antinodes of the standing wave, or the traveling direction of the traveling wave or the reverse direction of the traveling wave is formed depending on the difference in the density of the particles with respect to the fluid and the sound velocity. It is only necessary to collect fine particles in the direction or to confine the fine particles in a concentric sound field to reduce the size of the concentric circles, thereby forming a portion where the fine particles are concentrated in the fluid and a portion where the fine particles do not exist.

【0063】あるいは、流体を満たした容器中で音源よ
り発射した超音波により作り出された勾配力場の障壁を
用い、流体はこの障壁を容易に移動できるが、微粒子は
この障壁によって抵抗を受けるために障壁を越えにくい
ことを利用して流体中の微粒子を濃縮、あるいはろ過す
ればよい。また、このとき、超音波の強度を適当に調節
することにより、濃縮あるいはろ過の効率を変化させれ
ばよい。
Alternatively, a gradient force field barrier created by ultrasonic waves emitted from a sound source in a container filled with fluid is used, and the fluid can easily move through this barrier, but the particles are resisted by this barrier. It is possible to concentrate or filter the fine particles in the fluid by utilizing the fact that it is difficult to cross the barrier. At this time, the efficiency of concentration or filtration may be changed by appropriately adjusting the intensity of ultrasonic waves.

【0064】音波の伝播媒質中の位置xでの音速ベクト
ルv(x)および圧力p(x)は、速度ポテンシャルφ
を用いて、
The sound velocity vector v (x) and the pressure p (x) at the position x in the propagation medium of the sound wave are the velocity potential φ.
Using,

【0065】[0065]

【数5】 [Equation 5]

【0066】 p(x)=ρ(dφ/dt) (数6) とおくことができる。ただし、ここでρは媒質の密度で
ある。
It is possible to set p (x) = ρ (dφ / dt) (Equation 6). Here, ρ is the density of the medium.

【0067】音波の角速度をω、波数をkとおくと、 φ=ψExp[jωt] (数7) V=(ρ(k2)/4)|ψ|2 (数8) T=(ρ/4)|∂ψ/∂z|2 (数9) とおくことができ、微粒子に加わる外力<F>は、 <F(z)>=A(∂V/∂z)+B((∂V/∂z) +3(∂T/∂z))+Δ (数10) と置くことができる。ここで、A、B、Δは微粒子の粒
径、音速、密度によって決まる定数である。また、Δは
TとVがほとんどあるいは完全に一定である時以外は無
視できる項である。
If the angular velocity of the sound wave is ω and the wave number is k, then φ = ψExp [jωt] (Equation 7) V = (ρ (k 2 ) / 4) | ψ | 2 (Equation 8) T = (ρ / 4) | ∂ψ / ∂z | 2 (Equation 9), and the external force <F> applied to the particles is <F (z)> = A (∂V / ∂z) + B ((∂V / ∂z) +3 (∂T / ∂z)) + Δ (Equation 10) can be put. Here, A, B, and Δ are constants determined by the particle size, sound velocity, and density of the fine particles. Further, Δ is a term that can be ignored except when T and V are almost or completely constant.

【0068】(平面定在波の場合)平面定在波において
節の位置からの距離hの位置に微粒子があるとき、 ψ=C×(Exp[jk(z+h)] +Exp[−jk(z+h)]) (数11) と置くことができることから、 T=(|C|2)×(ρk2)(sin[k(z+h)])2 (数12) V=(|C|2)×(ρk2)(cos[k(z+h)])2 (数13) となり、 <F>=(|C|2)×[(−A+2B)(ρk2)]sin(2kh) =[f(λ,σ)×2I/c]sin(2kh) (数14) と置くことができる。ただし、ただし、Iは音波強度
で、 I=(|C|2)×(ρc(k2))/2 (数15) と表すことができ、 (−A+2B)=(4π(a3)k)[−1/(3λ(σ2)) +(λ+(2/3)(λ−1))/(1+2λ)] =f(λ,σ) (数16) であり、λ≡ρ*/ρ、σ≡c*/c=k/k*である。
ρ*、c*、k*は、それぞれ微粒子中の密度、音速、波
数であり、ρ、c、kは、それぞれ媒質中の密度、音
速、波数である。従って、微粒子の密度、音速の関数f
(λ,σ)>0のとき、微粒子は音圧の腹の方向へ力を
受け、f(λ,σ)<0のとき、微粒子は音圧の節の方
向へ力を受ける。
(In the case of a plane standing wave) When there is a fine particle at a position of a distance h from the position of a node in the plane standing wave, ψ = C × (Exp [jk (z + h)] + Exp [-jk (z + h) ] (Equation 11), T = (| C | 2 ) × (ρk 2 ) (sin [k (z + h)]) 2 (Equation 12) V = (| C | 2 ) × ( ρk 2 ) (cos [k (z + h)]) 2 (Equation 13), <F> = (| C | 2 ) × [(− A + 2B) (ρk 2 )] sin (2kh) = [f (λ, σ) × 2I / c] sin (2kh) (Equation 14) can be set. However, I is the sound wave intensity, and can be expressed as I = (| C | 2 ) × (ρc (k 2 )) / 2 (Equation 15), and (−A + 2B) = (4π (a 3 ) k ) [-1 / (3λ (σ 2 )) + (λ + (2/3) (λ-1)) / (1 + 2λ)] = f (λ, σ) (Equation 16) and λ≡ρ * / ρ, σ≡c * / c = k / k *.
ρ *, c *, and k * are the density, sound velocity, and wave number in the fine particles, respectively, and ρ, c, and k are the density, sound velocity, and wave number in the medium, respectively. Therefore, the function f of the density of fine particles and the speed of sound
When (λ, σ)> 0, the fine particles receive a force in the antinode direction of the sound pressure, and when f (λ, σ) <0, the fine particles receive a force in the direction of the node of the sound pressure.

【0069】(平面進行波の場合)平面進行波において
原点に微粒子があるとき、 ψ=C×Exp[ikz] (数17) と置くことができることから、 T=(|C|2)×ρ/4 (数18) V=(|C|2)×ρ(k2)/4 (数19) となり、 (∂V/∂z)=0 (数20) (∂T/∂z)=0 (数21) と置けることから、 <F>=Δ=2πρ((ka)6)f(λ,σ) =4π(a2)((ka)4)(I/c)f (数22) と置くことができる。また、 f=f(λ,σ)=(1/(1+2λ)2)[(λ−(1+2λ)/(3λσ2))2 +(2/9)(1−λ)2] (数23) と表すことができる。
(In the case of plane traveling wave) When there are fine particles at the origin in the plane traveling wave, it is possible to set ψ = C × Exp [ikz] (Equation 17), so that T = (| C | 2 ) × ρ / 4 (Equation 18) V = (| C | 2 ) × ρ (k 2 ) / 4 (Equation 19), and (∂V / ∂z) = 0 (Equation 20) (∂T / ∂z) = 0 Since (Equation 21), <F> = Δ = 2πρ ((ka) 6 ) f (λ, σ) = 4π (a 2 ) ((ka) 4 ) (I / c) f (Equation 22) Can be placed. In addition, f = f (λ, σ) = (1 / (1 + 2λ) 2 ) [(λ− (1 + 2λ) / (3λσ 2 )) 2 + (2/9) (1-λ) 2 ] (Equation 23) can be expressed.

【0070】従って、微粒子の密度、音速の関数f
(λ,σ)>0のとき、微粒子は音波の進行方向へ力を
受け、f(λ,σ)<0のとき、微粒子は音波の進行方
向とは反対の方向へ力を受ける。
Therefore, the function f of the density of fine particles and the speed of sound
When (λ, σ)> 0, the fine particles receive a force in the traveling direction of the sound wave, and when f (λ, σ) <0, the fine particles receive a force in a direction opposite to the traveling direction of the sound wave.

【0071】(有限大きさの音源による進行波の場合)
有限な大きさの音源の半径Rが、kR≫1であるとき、 V=T=I/(2c) (数24) と置くことができる。したがって、 <F>=((A+4B)/(2c))(∂I/∂z) =f(∂I/∂z) (数25) となり、f=f(λ,σ)>0のとき、微粒子はIのよ
り強い方向へ動こうとするが、f(λ,σ)<0のと
き、微粒子はIのより弱い方向へ動こうとする。
(In the case of a traveling wave from a sound source of finite size)
When the radius R of the sound source of finite size is kR >> 1, it can be set as V = T = I / (2c) (Equation 24). Therefore, <F> = ((A + 4B) / (2c)) (∂I / ∂z) = f (∂I / ∂z) (Equation 25), and when f = f (λ, σ)> 0, The fine particles try to move in the stronger direction of I, but when f (λ, σ) <0, the fine particles try to move in the weaker direction of I.

【0072】(輻射圧と濃度勾配の関係)微粒子を含む
溶液系の化学エネルギーμは、超音波の輻射圧が微粒子
1モルに与える力を[F]として、 μ=μ0(T)+μc−[F]dz (数26) と置くことができる。ここで、溶液中での微粒子の濃度
分布が平衡に達した状態では、 dμ/dz=0 (数27) である。このとき、微粒子の化学ポテンシャルμcは、 dμc/dz=[F] (数28) を満たす。そこで、両辺をzについて積分すると、 (dμc/dz)dz=(μc2)−(μc1) =RTln(c2/c1) =∫[F]dz (数29) と置けることから、微粒子濃度C1の座標z1から、微
粒子濃度C2の座標z2の間にできる濃度勾配は、 C2/C1=Exp[(∫[F]dz)/(RT)] (数30) となる。ただし、Rは気体定数である。
(Relationship between Radiation Pressure and Concentration Gradient) The chemical energy μ of a solution system containing fine particles is μ = μ0 (T) + μc− [, where [F] is the force applied to 1 mol of fine particles by the radiation pressure of ultrasonic waves. F] dz (Equation 26) can be set. Here, in a state where the concentration distribution of the fine particles in the solution reaches equilibrium, dμ / dz = 0 (Equation 27). At this time, the chemical potential μc of the fine particles satisfies dμc / dz = [F] (Equation 28). Therefore, if both sides are integrated with respect to z, (dμc / dz) dz = (μc2) − (μc1) = RTln (c2 / c1) = ∫ [F] dz (Equation 29) The concentration gradient formed from z1 to the coordinate z2 of the particle concentration C2 is C2 / C1 = Exp [(∫ [F] dz) / (RT)] (Equation 30). However, R is a gas constant.

【0073】(微粒子の濃縮、ろ過)以上述べたような
原理に基づいて、流体中の微粒子は超音波の輻射圧によ
って受ける外力によってもたらされる濃度勾配を発生さ
せることができた。また、超音波の輻射圧の強度に空間
分布を持たせることによって、流体の空間中に勾配力場
を発生させ、微粒子の拡散に対する障壁を作り出し、こ
の障壁によって微粒子の拡散あるいは微粒子の侵入を防
ぎ、その障壁内で微粒子を濃縮したり、その障壁外の微
粒子を含まない流体のみを選択的に取り出すことができ
た。
(Concentration and Filtration of Fine Particles) Based on the principle described above, the fine particles in the fluid were able to generate a concentration gradient caused by an external force applied by the radiation pressure of ultrasonic waves. In addition, by giving a spatial distribution to the intensity of the radiant pressure of ultrasonic waves, a gradient force field is generated in the fluid space, creating a barrier against the diffusion of fine particles, and this barrier prevents the diffusion of fine particles or the invasion of fine particles. , It was possible to concentrate the fine particles within the barrier or to selectively take out only the fluid containing no fine particles outside the barrier.

【0074】(例)例えば、比重2.7、粒径100μ
mの微粒子は10MHz、100W/m2の平面定在波
において、f=0.00316(>0)となることか
ら、その腹の位置に引き寄せられ、節の位置で微粒子が
受ける外力はおよそ21ダイン[dyne]となる。
(Example) For example, the specific gravity is 2.7 and the particle size is 100 μ.
Since a particle of m has a f = 0.31616 (> 0) in a plane standing wave of 10 MHz and 100 W / m 2 , the particle is attracted to its antinode position, and the external force received by the particle at the node position is about 21. It becomes dyne [dyne].

【0075】より具体的に構成について説明する。The configuration will be described more specifically.

【0076】図13に、濃縮装置の第1の実施例の前面
から見た摸式図(a)と、側面から見た模式図(b)を
示す。図13の(a)は図13の(b)をA−Aの位置
で矢印の方向に見た断面であり、図13の(b)は図1
3の(a)をB−Bの位置で矢印の方向に見た断面であ
る。この装置は、ゲル電気泳動を行わせる部分と、ゲル
中に定在波を起こさせる超音波発生部分とからなってお
り、電気泳動によって試料を分離しながら同時に超音波
によって分離試料を濃縮するものである。ゲル電気泳動
装置部では、2枚のガラス板52の間にアガロースゲル
54がはさまれている。ゲルの上端と下端は泳動剤(グ
リシンなど)、緩衝剤(トリズマベースなど)、界面活
性剤(SDS)の混合溶液よりなる泳動溶液が満たされ
た水槽51に漬けられており、この水槽間に電位差を与
えることでゲル中にある試料56を電気泳動させること
ができる。
FIG. 13 shows a schematic diagram (a) seen from the front and a schematic diagram (b) seen from the side of the first embodiment of the concentrator. 13A is a cross-sectional view of FIG. 13B taken along the line AA in the direction of the arrow, and FIG.
3 (a) is a cross section as seen in the direction of the arrow at the position BB. This device consists of a part that performs gel electrophoresis and an ultrasonic wave generation part that causes a standing wave in the gel. While separating the sample by electrophoresis, the separated sample is simultaneously concentrated by ultrasonic waves. Is. In the gel electrophoresis device section, an agarose gel 54 is sandwiched between two glass plates 52. The upper and lower ends of the gel are soaked in a water tank 51 filled with an electrophoretic solution composed of a mixed solution of an electrophoretic agent (such as glycine), a buffer agent (such as Trizma base), and a surfactant (SDS). The sample 56 in the gel can be electrophoresed by applying

【0077】このゲルの両側面(ガラス板2の両側端
部)にはゲル中に定在波55を起こすための超音波振動
子53が対向して置かれており、ゲル中の電気泳動させ
る試料のレーンの間隔にあわせて振動数を変化させ定在
波の節の位置あるいは腹の位置をレーンの中央に持って
くることができる。このようにすることは、実質的にゲ
ルにレーンを作るための壁を設定したのと同様の効果が
有る。また、強度を調節することで、試料の種類、電気
泳動速度に応じて試料を濃縮させる必要最小限の音圧を
与えることもできる。ゲル中での音速はほぼ溶液の音速
と同じで1500m/sとなることから、200kHz
の定在波を用いれば、15mm間隔の泳動レーンを用い
ることができる。
On both sides of the gel (both ends of the glass plate 2), ultrasonic transducers 53 for causing standing waves 55 in the gel are placed so as to face each other, and the gel is electrophoresed. It is possible to bring the position of the node or the antinode of the standing wave to the center of the lane by changing the frequency according to the interval between the lanes of the sample. Doing so has substantially the same effect as setting up a wall for making lanes in the gel. Further, by adjusting the intensity, it is possible to give the minimum necessary sound pressure for concentrating the sample according to the type of sample and the electrophoresis speed. The speed of sound in the gel is 1500 m / s, which is almost the same as the speed of sound in the solution, so 200 kHz
If the standing wave of 1 is used, migration lanes at 15 mm intervals can be used.

【0078】定在波中での試料は、溶媒に対する試料の
構成要素それぞれの音速と密度によって定在波の節の位
置に濃縮されるものと腹の位置に濃縮されるものに分け
られる。このゲル54の下端に近い部位に蛍光検出器、
光散乱検出器等の検出器を置くことにより、微量蛋白質
の検出を行うこともできるし、また、ゲル54の下端に
シースフローを作り細管でゲルの外に出てきた濃縮され
た試料を取り出すこともできる。
The sample in the standing wave is classified into one that is concentrated at the node position of the standing wave and one that is concentrated at the antinode position depending on the sound velocity and density of each component of the sample with respect to the solvent. A fluorescence detector is provided near the lower end of the gel 54,
A small amount of protein can be detected by placing a detector such as a light scattering detector, and a sheath flow is formed at the lower end of the gel 54 to take out the concentrated sample that has come out of the gel with a thin tube. You can also

【0079】本実施例は、アガロースゲルを用いたSD
S電気泳動をもとに構成されているが、ゲルにポリアク
リルアミドなどを用いたり、等電点電気泳動などの他の
電気泳動で用いることもできる。また、本実施例ではス
ラブゲルをもちいて説明したが、同様に、ディスクゲ
ル、キャピラリーゲル等にも用いることができる。
In this example, SD using agarose gel was used.
Although it is configured on the basis of S electrophoresis, polyacrylamide or the like can be used for the gel, or it can be used for other electrophoresis such as isoelectric focusing. Further, although the slab gel is used in the description in this embodiment, it can be similarly used for a disc gel, a capillary gel and the like.

【0080】また、ゲル中に超音波を進入させ、ゲルの
編目を振動させることで、従来より問題があった巨大蛋
白質、巨大DNA鎖等の分子量を正確に測ることができ
る。
Further, by injecting ultrasonic waves into the gel and vibrating the stitches of the gel, it is possible to accurately measure the molecular weights of the giant protein, the giant DNA chain and the like, which have been problematic in the past.

【0081】図14に、濃縮装置の第2の実施例の摸式
図を示す。この装置は流体を流す管57と、この管57
の外壁面に対向して設けられ管57の中の流体に定在波
55を発生させる超音波振動子53とからなっており、
管の流体中にある微粒子58等の溶質を超音波によって
管の中央部に集めることができる。流体が水である場合
水中の音速は1500m/sであることから、超音波振
動子53から発生する超音波の振動数が1MHzの時、
波長λは1.5mmとなり管の幅がλ/2あるいはλ/
2の整数倍であれば、微粒子の音速および密度の関係に
よって定在波の節の部分に集まる微粒子と腹の部分に集
まる微粒子に分かれながら、徐々に管中の節あるいは腹
の位置に集まってくる。管57の内壁の厚さはλ/2で
あることが望ましく、管の材質が石英ガラスであると
き、その音速は5400m/sであることから、1MH
zの超音波での管の厚さは2.7mmである。また、管
中の流体は静止していても、流れていてもよい。流れて
いる溶液中の微粒子を集めるためには、集める微粒子の
大きさに応じて超音波の強度を調節したり、管の長さを
調節したり、流れる速度を調節すればよい。
FIG. 14 shows a schematic diagram of the second embodiment of the concentrating device. This device has a pipe 57 through which a fluid flows and the pipe 57
And an ultrasonic transducer 53 which is provided to face the outer wall surface of the tube 57 and generates a standing wave 55 in the fluid in the tube 57.
Solutes such as particles 58 in the fluid of the tube can be collected in the central part of the tube by ultrasonic waves. When the fluid is water, the speed of sound in water is 1500 m / s, so when the frequency of ultrasonic waves generated from the ultrasonic transducer 53 is 1 MHz,
The wavelength λ is 1.5 mm and the tube width is λ / 2 or λ /
If it is an integer multiple of 2, it will gradually collect at the node or antinode position in the tube while being divided into particles that collect at the node of the standing wave and particles that collect at the antinode depending on the relationship between the sound velocity and density of the particles. . It is desirable that the inner wall of the tube 57 has a thickness of λ / 2. When the material of the tube is quartz glass, the sound velocity is 5400 m / s.
The thickness of the tube with z ultrasound is 2.7 mm. Further, the fluid in the tube may be stationary or flowing. In order to collect the fine particles in the flowing solution, the intensity of ultrasonic waves may be adjusted, the tube length may be adjusted, and the flowing speed may be adjusted according to the size of the collected fine particles.

【0082】本実施例では断面が長方形の管を用いた
が、管の形状にあわせて定在波が起こるように超音波振
動子を管壁に配置すれば多角形の管など異なった形状の
管に用いることもできる。また、この管の下流で蛍光検
出器等の微粒子検出器で微粒子を観察したり、管内より
細管を通じて濃縮した溶液部分を取り出すことができ
る。
In this embodiment, a tube having a rectangular cross section is used. However, if an ultrasonic transducer is arranged on the tube wall so that a standing wave is generated in accordance with the shape of the tube, a different shape such as a polygonal tube can be obtained. It can also be used in tubes. Further, it is possible to observe fine particles with a fine particle detector such as a fluorescence detector downstream of this tube, or to take out a concentrated solution portion from the inside of the tube through a thin tube.

【0083】より詳細には、微粒子検出器の場合、管の
内壁に沿って入射する照射光66が微粒子58に当た
り、検出窓67を通じて出てきた散乱光68を光検出器
69によって観測することが出来る。従って、定在波の
音圧の節の位置、あるいは、腹の位置に観測窓を付ける
ことによって、効果的に流体中の微粒子を観測すること
が出来る。
More specifically, in the case of the particle detector, the irradiation light 66 incident along the inner wall of the tube hits the particles 58, and the scattered light 68 emitted through the detection window 67 can be observed by the photodetector 69. I can. Therefore, it is possible to effectively observe the fine particles in the fluid by providing an observation window at the position of the node of the sound pressure of the standing wave or the position of the antinode.

【0084】図15(a)に、濃縮装置の第3の実施例
の摸式図を示す。この装置は流体を流す管57と、この
管の外周に設けられ流体中に図15(b)で表されるよ
うな強度分布を持った超音波を発生させる複数の同型の
超音波振動子53とからなっており、管の流体中にある
微粒子58等の溶質を超音波によって管中心部に集める
ことができる。ここでX軸は管を長さ方向に切断する面
と平行に取ったものである。円筒形の管壁57の周りに
外周に沿って配置された複数の同型の超音波振動子53
において、円周上にN個配列した超音波振動子の各番号
を時計回りに1番からN番まで付けたとき、各超音波振
動子に発生させる超音波を、前述した数式(数3、数
4)と同様に(数31)のようにする。
FIG. 15 (a) shows a schematic diagram of the third embodiment of the concentrating device. This apparatus has a pipe 57 through which a fluid flows, and a plurality of ultrasonic transducers 53 of the same type which are provided on the outer circumference of the pipe and generate ultrasonic waves having an intensity distribution as shown in FIG. And solutes such as fine particles 58 in the fluid of the tube can be collected in the tube central portion by ultrasonic waves. Here, the X axis is taken parallel to the plane of cutting the tube in the longitudinal direction. A plurality of ultrasonic transducers 53 of the same type arranged around the cylindrical tube wall 57 along the outer circumference.
In the above, when each number of N number of ultrasonic transducers arranged on the circumference is numbered clockwise from No. 1 to N, the ultrasonic wave generated in each ultrasonic transducer is expressed by Similar to the equation (4), the equation (31) is used.

【0085】[0085]

【数31】 [Equation 31]

【0086】このような超音波を発生させると、mの次
数によって管中のX軸方向にm次のベッセル関数状の音
圧分布が生じ、図15(b)のような音圧分布を作り出
すことができる。この管中で微粒子を濃縮してゆくに
は、管中で次数mの高い状態から徐々に次数mの低い状
態へ変化させてゆくか、あるいは、同じ次数の場合であ
っても超音波振動子の振動数を上げてゆくことで管内に
ある微粒子を管中心へ徐々に集めることができる。管中
の流体は静止していても、流れていてもよく、また、流
れている溶液中の微粒子を集めるためには、集める微粒
子の大きさに応じて超音波の強度を調節したり、管の長
さを調節したり、流れる速度を調節すればよい。
When such an ultrasonic wave is generated, a m-th order Bessel function-like sound pressure distribution is generated in the X-axis direction in the tube due to the order of m, and a sound pressure distribution as shown in FIG. 15B is created. be able to. To concentrate the fine particles in this tube, the state in which the order of m is high is gradually changed in the tube to a state in which the order of m is low, or even if the order is the same, the ultrasonic transducer is used. Fine particles in the tube can be gradually collected in the center of the tube by increasing the frequency of. The fluid in the tube may be stationary or flowing, and in order to collect the particles in the flowing solution, the intensity of ultrasonic waves may be adjusted according to the size of the particles to be collected, or the tube may be You can adjust the length and the flowing speed.

【0087】本実施例では断面が円形の管を用いたが、
管の形状にあわせて超音波振動子のオフセットδ(i)
を適当に調節すれば多角形の管など異なった形状の管に
用いることもできる。また、この管の下流で蛍光検出器
等の微粒子検出器で微粒子を観察したり、管内より細管
を通じて濃縮した溶液部分を取り出すことができる。
Although a tube having a circular cross section was used in this embodiment,
Ultrasonic transducer offset δ (i) according to the shape of the tube
Can be used for tubes of different shapes, such as polygonal tubes, if adjusted appropriately. Further, it is possible to observe fine particles with a fine particle detector such as a fluorescence detector downstream of this tube, or to take out a concentrated solution portion from the inside of the tube through a thin tube.

【0088】図16(a)に、濃縮装置の第4の実施例
を示す。この装置は集束超音波を用いて溶液中の微粒子
を濃縮させて、濃縮溶液を作るとともに、微粒子を含ま
ないきれいな溶液を作ることができる。集束超音波発生
部60より発射した円錐状の集束超音波59により、溶
液注入口62より矢印の方向61に流し込んだ溶液中の
微粒子は円錐59の中に捕獲され、溶媒のみが円錐の外
に出てゆくことができる。
FIG. 16 (a) shows a fourth embodiment of the concentrating device. This device is capable of concentrating fine particles in a solution by using focused ultrasonic waves to make a concentrated solution and a fine solution containing no fine particles. By the cone-shaped focused ultrasonic wave 59 emitted from the focused ultrasonic wave generator 60, the fine particles in the solution poured in the direction 61 of the arrow from the solution injection port 62 are captured in the cone 59, and only the solvent is moved outside the cone. You can leave.

【0089】円錐の頂点部付近から管63を用いて溶液
を矢印の方向61に吸引することによって、濃縮した溶
液を管63から得ることができる。また、管64から
は、微粒子を含まない溶液を取り出すことができる。溶
液の濃度は、管63より溶液を吸引する速度を調節する
ことで調整することができる。集束超音波発生部を背面
から見ると、図16(b)のように中心部に溶液注入口
62を持ち、扇型の超音波振動子53が円周状にN個配
列している。このN個の振動子から実施例3と同様に数
式(数31)で示されるような超音波を発生させると、
m次のベッセル関数状の音場が円錐59中に発生する。
この音場によって微粒子を円錐内に捕獲する。
A concentrated solution can be obtained from the tube 63 by sucking the solution in the direction 61 of the arrow using the tube 63 from the vicinity of the apex of the cone. Further, a solution containing no fine particles can be taken out from the pipe 64. The concentration of the solution can be adjusted by adjusting the speed of sucking the solution from the tube 63. When the focused ultrasonic wave generation unit is viewed from the back side, as shown in FIG. 16B, the solution injection port 62 is provided in the central portion, and N fan-shaped ultrasonic wave oscillators 53 are arranged circumferentially. When ultrasonic waves as represented by the mathematical formula (Equation 31) are generated from these N oscillators as in the third embodiment,
An m-th order Bessel function-like sound field is generated in the cone 59.
This sound field traps the particles in the cone.

【0090】図17に、濃縮装置の第5の実施例を示
す。この装置は集束超音波を用いて溶液中の微粒子を濃
縮させて、濃縮溶液を作るとともに、微粒子を含まない
きれいな溶液を作ることができる。集束超音波発生部6
0より発射した円錐状の集束超音波59により、溶液注
入口62より矢印の方向61に流し込んだ溶液中の微粒
子は円錐中に入ることができず、溶媒のみが円錐の内側
に入ってゆくことができる。集束超音波の円錐の外側
で、管63を用いて溶液を矢印の方向61に吸引するこ
とによって、濃縮した溶液を管63から得ることがで
き、この溶液を検査することによって微粒子(不純物)
の種類を特定することもできる。また、集束超音波の円
錐内に吸引口を持つ管64からは微粒子を含まない溶液
を取り出すことができる。溶液の濃度は、管63より溶
液を吸引する速度を調節することで調整することができ
る。集束超音波発生部60を背面から見ると、図16
(b)のように中心部に溶液注入口62を持ち、扇型の
超音波振動子53が円周状にN個配列している。このN
個の振動子から実施例3と同様に数式(数31)で示さ
れるような超音波を発生させると、m次のベッセル関数
状の音圧分布が円錐59中に発生する。この音場によっ
て微粒子が円錐内に入らないようにする。
FIG. 17 shows a fifth embodiment of the concentrating device. This device is capable of concentrating fine particles in a solution by using focused ultrasonic waves to make a concentrated solution and a fine solution containing no fine particles. Focused ultrasonic wave generator 6
Due to the conical focusing ultrasonic wave 59 emitted from 0, the fine particles in the solution poured in the direction 61 of the arrow from the solution injection port 62 cannot enter the cone, and only the solvent enters the inside of the cone. You can A concentrated solution can be obtained from the tube 63 by sucking the solution in the direction 61 of the arrow using the tube 63 outside the cone of focused ultrasound, and by inspecting this solution, fine particles (impurities) can be obtained.
The type of can be specified. Further, the solution containing no fine particles can be taken out from the tube 64 having a suction port in the cone of focused ultrasonic waves. The concentration of the solution can be adjusted by adjusting the speed of sucking the solution from the tube 63. When the focused ultrasonic wave generator 60 is viewed from the rear side, FIG.
As shown in (b), it has a solution injection port 62 in the central portion, and N fan-shaped ultrasonic transducers 53 are arranged circumferentially. This N
When ultrasonic waves as expressed by the mathematical formula (Equation 31) are generated from the individual oscillators as in the case of the third embodiment, m-th order Bessel function-like sound pressure distribution is generated in the cone 59. This sound field prevents the particles from entering the cone.

【0091】本実施例では超音波による勾配力場を作り
出すために集束進行波を用いたが、定在波によって溶液
注入口より入った微粒子の拡散を防ぐ障壁を作ったり、
平面進行波、発散進行波等によって音源から微粒子を進
行波の進む方向に追いやることによっても、本実施例と
同様な効果が得られる。
In this example, the focused traveling wave was used to create the gradient force field by the ultrasonic waves, but a standing wave is used to form a barrier for preventing the diffusion of fine particles entering from the solution inlet,
The same effect as in the present embodiment can be obtained by driving the fine particles from the sound source in the traveling direction of the traveling wave with a plane traveling wave, a diverging traveling wave, or the like.

【0092】図18に、濃縮装置の第6の実施例を示
す。この装置は集束超音波を用いて溶液中の微粒子を濃
縮させて、濃縮溶液を作るとともに、集束超音波の進行
波成分により微粒子を一箇所に集めることができる。集
束超音波発生部60より発射した円錐状の集束超音波5
9により、チューブ65内の微粒子は円錐状の音場の頂
点の方向に音圧を受け、これによりチューブの底に微粒
子を集めることができる。集束超音波発生部を背面から
見ると、図16(b)のように中心部に溶液注入口62
を持ち、扇型の超音波振動子3が円周状にN個配列して
いる。このN個の振動子から実施例3と同様に数式(数
31)で示されるような超音波を発生させると、m次の
ベッセル関数状の音圧分布が円錐59中に発生する。こ
の円錐内を集束進行してゆく音場によって微粒子が円錐
の頂点の方向に集められてゆく。
FIG. 18 shows a sixth embodiment of the concentrating device. This apparatus can concentrate fine particles in a solution by using focused ultrasonic waves to make a concentrated solution, and at the same time, collect fine particles in one place by a traveling wave component of focused ultrasonic waves. Conical focused ultrasonic wave 5 emitted from the focused ultrasonic wave generator 60
9, the fine particles in the tube 65 receive a sound pressure in the direction of the apex of the conical sound field, whereby the fine particles can be collected at the bottom of the tube. When the focused ultrasonic wave generator is viewed from the rear side, the solution injection port 62 is formed at the center as shown in FIG.
, And N fan-shaped ultrasonic transducers 3 are arranged in a circle. When ultrasonic waves as represented by the mathematical formula (Equation 31) are generated from the N oscillators as in the third embodiment, a m-th order Bessel function-like sound pressure distribution is generated in the cone 59. Fine particles are collected in the direction of the apex of the cone by the sound field that converges and advances in this cone.

【0093】本実施例では微粒子に外力を加える超音波
による勾配力場を作り出すために集束進行波を用いた
が、定在波によってチューブ中の特定の位置に微粒子を
濃縮したり、平面進行波、発散進行波等によって音源か
ら微粒子を進行波の進む方向に追いやることによって
も、本実施例と同様な効果が得られる。
In this embodiment, the focused traveling wave was used to create the gradient force field by the ultrasonic wave which applies an external force to the fine particles. However, the standing waves are used to concentrate the fine particles to a specific position in the tube or to generate the plane traveling wave. Also, the same effect as that of the present embodiment can be obtained by driving fine particles from the sound source in the traveling direction of the traveling wave by the diverging traveling wave or the like.

【0094】つぎに、特定の範囲に濃縮された微粒子を
選択的に回収する手段について配慮された濃縮装置の実
施例について説明する。すなわち、流体中の微粒子を、
超音波の輻射圧によって、その物理特性に応じて特定の
範囲に集束させた後、目的とする微粒子を選択的に流体
から回収することのできる濃縮装置を提供する。また、
本実施例では流体中の微粒子を濃縮する超音波の輻射圧
の加え方について、管の形状に依存しないものとされ
る。
Next, an embodiment of the concentrating device in which the means for selectively collecting the fine particles concentrated in a specific range is considered will be described. That is, the fine particles in the fluid are
Provided is a concentrating device capable of selectively recovering target fine particles from a fluid after being focused in a specific range according to the physical characteristics of the ultrasonic radiation pressure. Also,
In this embodiment, the method of applying the radiant pressure of ultrasonic waves for concentrating the fine particles in the fluid does not depend on the shape of the tube.

【0095】微粒子の選択的回収については、超音波の
輻射圧を流体中の微粒子に作用させることで、微粒子を
特定の範囲に局在させ、その後、流体の一部を、内径が
用いる超音波の波長より十分小さな細管を用いて回収す
ることにより解決される。即ち、流体中に超音波によっ
て生ずる勾配力場によって微粒子に非接触的に外力を作
用させ、微粒子の物理特性に応じて流体中の特定の範囲
に集まった微粒子を、その流体の流れの下流において細
管を用いて陰圧で吸引する。また、管の形状に依存しな
い微粒子の集束手段については管の周囲に独立に配置し
た複数の超音波振動子から適当な位相差で超音波を照射
スパイラル音状波となるように照射し、その周波数を上
げて行くことによりスパイラル音状場の同心円の半径を
徐々に小さくさせてゆき、微粒子を徐々に同心円の中心
に集めてゆくことで解決する。また、微粒子を集める際
には、この超音波の強度を適当に変化させることで、微
粒子に加える外力を適当に変化させればよい。
For the selective recovery of fine particles, the radiation pressure of ultrasonic waves is applied to the fine particles in the fluid to localize the fine particles in a specific range, and then a part of the fluid is ultrasonically used by the inner diameter. The problem is solved by collecting with a capillary tube sufficiently smaller than the wavelength of. That is, an external force is exerted on the fine particles in a non-contact manner by a gradient force field generated by ultrasonic waves in the fluid, and the fine particles gathered in a specific range in the fluid according to the physical characteristics of the fine particles are downstream of the flow of the fluid. Aspirate with negative pressure using a thin tube. Further, for the focusing means of fine particles that does not depend on the shape of the tube, ultrasonic waves are radiated so as to form a spiral acoustic wave with an appropriate phase difference from a plurality of ultrasonic transducers independently arranged around the tube, The problem is solved by gradually decreasing the radius of the concentric circles of the spiral sound field by increasing the frequency, and gradually collecting the particles at the center of the concentric circles. Further, when collecting the fine particles, the external force applied to the fine particles may be appropriately changed by appropriately changing the intensity of the ultrasonic wave.

【0096】より詳細には、集束させたい金属微粉、蛋
白質等の微粒子を含む流体を管中に流し、その流れの方
向とは法平面の方向に音波を定在波あるいは進行波ある
いは同心円状のスパイラル音状波の形で入射させ、微粒
子の流体に対する密度、音速の違いに応じて、定在波の
節あるいは腹の位置に微粒子を集束させたり、進行波の
進行方向あるいは進行方向の逆方向に微粒子を集めた
り、同心円状の音場中に微粒子を閉じ込めこの同心円の
大きさを超音波の周波数を変化させることで変化させ、
流体中において微粒子の濃縮された部位と、微粒子の存
在しない部位を作ればよい。濃縮の程度については、流
体の流速や、超音波の強度を適当に調節すればよい。ま
た、濃縮された微粒子を含む流体を回収したり、微粒子
を含まない流体を回収するためには、管の超音波を照射
した部分の下流に細管を置き、この細管の先端の位置を
適当に調節し、この細管より陰圧で流体を引くことによ
って、目的とする流体の一部を回収すればよい。
More specifically, a fluid containing fine particles of metal or protein to be focused is made to flow through a pipe, and the direction of the flow is a standing wave or a traveling wave or a concentric circle of a sound wave in the direction of the normal plane. The particles are made to enter in the form of a spiral sound wave, and the particles are focused at the nodes or antinodes of the standing wave depending on the density of the particles in the fluid and the speed of sound, or the traveling direction of the traveling wave or the opposite direction of the traveling direction. Collect the particles in the or confine the particles in a concentric sound field, and change the size of this concentric circle by changing the frequency of the ultrasonic wave.
It suffices to create a portion where the fine particles are concentrated and a portion where the fine particles do not exist in the fluid. Regarding the degree of concentration, the flow velocity of the fluid and the intensity of ultrasonic waves may be appropriately adjusted. Further, in order to collect a fluid containing concentrated fine particles or a fluid containing no fine particles, a thin tube is placed downstream of the portion of the tube irradiated with ultrasonic waves, and the position of the tip of this thin tube is adjusted appropriately. A part of the target fluid may be recovered by adjusting the pressure and drawing the fluid from this thin tube with a negative pressure.

【0097】図19に、濃縮装置の第7の実施例の一つ
の横からの断面の摸式図(a)および管の構成の概略の
模式図(b)を示す。この装置は流体を流す管57と、
この管の中に定在波55を発生させる超音波発生部分と
からなっており、管の流体中にある微粒子58等の溶質
を超音波によって集めることができる。流体が水である
場合水中の音速は1500m/sであることから、超音
波振動子53から発生する超音波の振動数が1MHzの
時、波長λは1.5mmとなり管の幅66がλ/2ある
いはλ/2の整数倍であれば、微粒子の音速および密度
の関係によって定在波の節の部分に集まる微粒子と腹の
部分に集まる微粒子に分かれながら、徐々に管中の節あ
るいは腹の位置に集まってくる。管57の内壁の厚さは
λ/2であることが望ましく、管の材質が石英ガラスで
あるとき、その音速は5400m/sであることから、
1MHzの超音波での管の厚さは2.7mmである。ま
た、管中の流体は静止していても、流れていてもよい。
流れている溶液中の微粒子を集めるためには、集める微
粒子の大きさに応じて超音波の強度を調節したり、管の
長さを調節したり、流体の流れる速度を調節すればよ
い。流体中で微粒子を濃縮した後、可動式の固定棒68
で管57内に固定された細管67を管57内の適当な位
置に移動させ、流体を吸引させることで、細管67か
ら、定在波の節に集束した微粒子や、腹の位置に集束し
た微粒子を含む流体を選択的に吸引させたり、微粒子を
含まない流体を選択的に吸引させることができる。
FIG. 19 shows a schematic diagram (a) of a cross section from one side of a seventh embodiment of the concentrating device and a schematic diagram (b) of the configuration of the tube. This device has a pipe 57 through which a fluid flows,
The tube is composed of an ultrasonic wave generating portion for generating a standing wave 55, and solutes such as fine particles 58 in the fluid of the tube can be collected by the ultrasonic wave. When the fluid is water, the speed of sound in water is 1500 m / s, so when the frequency of the ultrasonic waves generated from the ultrasonic transducer 53 is 1 MHz, the wavelength λ is 1.5 mm and the width 66 of the tube is λ / If it is 2 or an integral multiple of λ / 2, the position of the node or belly in the tube gradually increases while being divided into particles gathering at the node part of the standing wave and particles gathering at the belly part due to the relationship between the speed of sound and the density of the particles. Come to. The thickness of the inner wall of the tube 57 is preferably λ / 2, and when the material of the tube is quartz glass, the sound velocity is 5400 m / s,
The tube thickness at 1 MHz ultrasound is 2.7 mm. Further, the fluid in the tube may be stationary or flowing.
In order to collect the fine particles in the flowing solution, the intensity of the ultrasonic waves may be adjusted, the length of the tube may be adjusted, and the flow velocity of the fluid may be adjusted according to the size of the collected fine particles. After concentrating the fine particles in the fluid, a movable fixed rod 68
By moving the thin tube 67 fixed in the tube 57 to an appropriate position in the tube 57 and sucking the fluid, the thin tube 67 converges the fine particles focused on the node of the standing wave or the position of the belly. A fluid containing fine particles can be selectively sucked or a fluid not containing fine particles can be selectively sucked.

【0098】本実施例では断面が長方形の管を用いた
が、管の形状にあわせて定在波が起こるように超音波振
動子を管壁に配置すれば多角形の管など異なった形状の
管に用いることもできる。また、微粒子を集束させる手
段について進行波を管内に導入した場合、作用で示した
ような外力が微粒子に作用して定在波の場合と同様に用
いることができる。また、超音波を集束させる別の手法
として図20に示したような、管壁に複数の超音波振動
子53を取り付け管壁の周りに円周に沿って配置された
複数の同型の超音波振動子53において、円周上にN個
配列した超音波振動子の各番号を時計回りに1番からN
番まで付けたとき、各超音波振動子に発生させる超音波
を、前述の数式31のようにする。
In this embodiment, a tube having a rectangular cross section is used. However, if an ultrasonic transducer is arranged on the tube wall so that a standing wave is generated according to the shape of the tube, a different shape such as a polygonal tube can be obtained. It can also be used in tubes. Further, when a traveling wave is introduced into the tube as a means for focusing the fine particles, the external force as shown in the action acts on the fine particles and can be used as in the case of the standing wave. Further, as another method of focusing ultrasonic waves, as shown in FIG. 20, a plurality of ultrasonic transducers 53 of the same type in which a plurality of ultrasonic transducers 53 are attached to the tube wall and are arranged along the circumference around the tube wall. In the oscillator 53, each number of N ultrasonic transducers arranged on the circumference is numbered from 1 to N clockwise.
The ultrasonic waves generated by the respective ultrasonic transducers when they are numbered are expressed by the above-mentioned formula 31.

【0099】このようにして得られる超音波は図15
(b)と同じ音状態を作り出すことができる。この管中
で微粒子を濃縮してゆくには、管中で次数mの高い状態
から徐々に次数mの低い状態へ変化させてゆくか、ある
いは、同じ次数の場合であっても超音波振動子の振動数
を上げてゆくことで管内にある微粒子を管中心へ徐々に
集めることができる。管中の流体は静止していても、流
れていてもよく、また、流れている溶液中の微粒子を集
めるためには、集める微粒子の大きさに応じて超音波の
強度を調節したり、管の長さを調節したり、流れる速度
を調節すればよい。
The ultrasonic waves thus obtained are shown in FIG.
The same sound state as in (b) can be created. To concentrate the fine particles in this tube, the state in which the order of m is high is gradually changed in the tube to a state in which the order of m is low, or even if the order is the same, the ultrasonic transducer is used. Fine particles in the tube can be gradually collected in the center of the tube by increasing the frequency of. The fluid in the tube may be stationary or flowing, and in order to collect the particles in the flowing solution, the intensity of ultrasonic waves may be adjusted according to the size of the particles to be collected, or the tube may be You can adjust the length and the flowing speed.

【0100】この図20では断面が円形の管を用いた
が、管の形状にあわせて超音波振動子のオフセットδ
(i)を適当に調節すれば多角形の管など異なった形状
の管に用いることもできる。したがって、濃縮した微粒
子を図19の実施例の場合と同様にこの管57の下流で
管内より細管67を通じて吸引させることで濃縮した溶
液部分を取り出すことができる。
Although a tube having a circular cross section is used in FIG. 20, the offset δ of the ultrasonic transducer is adjusted according to the shape of the tube.
If (i) is adjusted appropriately, it can be used for tubes having different shapes such as polygonal tubes. Therefore, as in the case of the embodiment shown in FIG. 19, the concentrated solution portion can be taken out by sucking the concentrated fine particles from the inside of the pipe 57 through the thin tube 67 as in the case of the embodiment of FIG.

【0101】本濃縮装置の実施例によれば、非接触的に
流体中の金属細粉、微生物、高分子ビーズ、蛋白質分
子、DNA鎖、高分子などの微粒子、コロイド等を濃縮
あるいはろ過することができるという効果を奏する。
According to the embodiment of the present concentrating apparatus, it is possible to contactlessly concentrate or filter fine metal powder, microorganisms, polymer beads, protein molecules, DNA chains, fine particles such as polymers, colloids, etc. in a fluid. There is an effect that can be.

【0102】つぎに、粒径が極めて小さく、超音波によ
り微粒子に作用する力が直接使えない場合の濃縮装置の
実施例について説明する。
Next, an embodiment of the concentrating device in the case where the particle size is extremely small and the force acting on the fine particles by ultrasonic waves cannot be directly used will be described.

【0103】気泡の表面に微粒子が付着することに関し
ては、従来より文献等で報告されており、また、この気
泡の表面に微粒子が付着する原理を応用している手法と
しては、浮遊選鉱法がある。本実施例は、浮遊選鉱法と
同様極めて微細な粒径の微粒子を気泡の表面に付着さ
せ、微粒子の付着した気泡を前述の濃縮装置によって取
り扱おうというものである。
The attachment of fine particles to the surface of bubbles has been reported in the literature and the like, and as a method applying the principle of attachment of fine particles to the surface of bubbles, the flotation method is used. is there. In this embodiment, fine particles having an extremely fine particle size are attached to the surface of bubbles as in the flotation method, and the bubbles to which the particles are attached are handled by the above-mentioned concentrating device.

【0104】図21に、本実施例の基本原理を説明する
模式図を示す。流体を流す管73中を矢印71の方向に
流れてきた微粒子72は、管中に定在波87を発生させ
るように管壁に組み合わせた超音波発生源74より発生
させた音場の中に進んでゆく。超音波の輻射圧は、粒径
の三乗に比例して減少してゆくことから、粒径が1μm
に満たない微粒子は、直接超音波の輻射圧によって捕獲
することは困難である。そこで、流体中に気泡を導入
し、その表面に微粒子を付着させ、この気泡を定在波に
よって捕獲する。気泡を発生させる手段としては、直接
管中に空気を送り込んで、気泡を発生させる手段の他
に、微粒子を気泡発生のキャビテーション核として、表
面に微粒子72を付着した気泡75を発生させる手段が
ある。発生した気泡は、音場中で定在波の輻射圧により
前述したような非接触的な外力によって流体の流れに逆
らって、超音波の音場中に安定して捕獲される。特に、
気泡の場合は、超音波の音圧の変化に共鳴して伸縮する
ため、流体の流れに逆らって安定して音場中に留まるこ
とができる。微粒子を含む気泡を捕獲している外力は、
超音波発生源より発生させる音場の強度を変化させるこ
とにより変化し、また、微粒子を気泡核とした気泡が発
生するために必要な微粒子の最小粒径は、音場の強度が
上がれば小さくなる傾向があるので、捕獲したい微粒子
の最小粒径に応じて音場の強度を変化させればよい。ま
た、捕獲した微粒子を取り出す時には、超音波発生源を
オフにすることで、微粒子を捕獲する外力は瞬時に消滅
することから、管の下流で捕獲した微粒子を回収するこ
とができる。
FIG. 21 shows a schematic diagram for explaining the basic principle of this embodiment. The fine particles 72 flowing in the direction of the arrow 71 in the pipe 73 through which the fluid flows are placed in the sound field generated by the ultrasonic source 74 combined with the wall of the pipe so as to generate the standing wave 87 in the pipe. Go ahead. The radiation pressure of ultrasonic waves decreases in proportion to the cube of the particle size, so the particle size is 1 μm.
It is difficult to capture fine particles of less than the above by direct radiation pressure of ultrasonic waves. Therefore, bubbles are introduced into the fluid, fine particles are attached to the surface thereof, and the bubbles are captured by a standing wave. As means for generating bubbles, there are means for directly generating air by directly feeding air into the tube to generate bubbles, and means for generating bubbles 75 having fine particles 72 on the surface by using fine particles as cavitation nuclei for bubble generation. . The generated bubbles counter the flow of the fluid by the non-contact external force as described above due to the radiation pressure of the standing wave in the sound field, and are stably captured in the ultrasonic sound field. In particular,
In the case of bubbles, they expand and contract in resonance with changes in the sound pressure of ultrasonic waves, so that they can stay in the sound field stably against the flow of fluid. The external force that captures the bubbles containing fine particles is
It changes by changing the intensity of the sound field generated by the ultrasonic wave generation source, and the minimum particle size of the fine particles necessary for the generation of bubbles with fine particles as the bubble nucleus is smaller if the intensity of the sound field increases. Therefore, the intensity of the sound field may be changed according to the minimum particle size of the particles to be captured. Further, when the captured fine particles are taken out, by turning off the ultrasonic wave generation source, the external force for capturing the fine particles disappears instantly, so that the fine particles captured downstream of the pipe can be recovered.

【0105】また、キャビテーションによって気泡を発
生させる場合には、キャビテーションを発生させるため
の音状中に音状測定マイク86を導入し、照射した超音
波の分周波の発生の割合を観察し、この割合が高い場合
には、気泡が効果的に発生していることがわかる。
When bubbles are generated by cavitation, the sound measuring microphone 86 is introduced into the sound for generating cavitation, and the ratio of the frequency division of the irradiated ultrasonic waves is observed. It can be seen that when the ratio is high, bubbles are effectively generated.

【0106】図22に、図21の摸式図のように構成し
た装置による微粒子の捕獲効果を示す。ここでは、超音
波発生源に1MHz共振のPZT系セラミックスを用
い、管には厚さ2.78mmの石英ガラスを内径3mm
で用い、4個の定在波が管中にできるように構成した。
このとき、超音波振動子に120V、1MHzの正弦波
を加えた下で、流速2.55cm/sの超純水中に微粒子を
流したとき、実線で示された粒径、個数分布をもつ微粒
子(3538個/分)は、破線で示されたような分布
(874個/分)に減少した。
FIG. 22 shows the effect of trapping fine particles by the device constructed as shown in the schematic diagram of FIG. Here, PZT-based ceramics of 1 MHz resonance is used as the ultrasonic wave generation source, and quartz glass having a thickness of 2.78 mm is used for the tube with an inner diameter of 3 mm.
It was constructed so that four standing waves could be generated in the tube.
At this time, when the fine particles were flowed in ultrapure water with a flow rate of 2.55 cm / s under the application of a sine wave of 120 V and 1 MHz to the ultrasonic transducer, the fine particles having the particle size and number distribution shown by the solid line (3538 / min) decreased to the distribution (874 / min) as shown by the broken line.

【0107】図23(a)により本実施例の基本構成を
説明する。本装置は流体を輸送する管73と、図21で
示したような構成の、管中に気泡を発生させ、定在波を
起こす超音波発生、捕獲装置76、流体の流路切り替え
の分岐弁77、管中の微粒子を観測するための光源7
8、観測窓79、観測装置80および観測装置からの情
報をもとに、超音波発生源、分岐弁を制御する制御装置
81とからなる。なお、82は観測光を示す。不純物7
2を含む流体は矢印71の方向に管73中を流れてく
る。管中のある部位に、管内に超音波振動子74が接着
された超音波発生源76が接続されており、不純物の微
粒子がこの部位に到達すると、この不純物微粒子を気泡
核として、気泡75が生成され、不純物微粒子は、この
気泡の表面に付着する。気泡は容易に定在波に捕獲さ
れ、その音圧の腹の位置に留まる。発生した気泡と不純
物微粒子は、超音波振動子を止めることによって管中を
流体の流れ方向71に流れてゆく。
The basic structure of this embodiment will be described with reference to FIG. This device has a pipe 73 for transporting a fluid, an ultrasonic wave generation device for generating a standing wave and a trapping device 76 for generating bubbles in the pipe, and a branch valve for switching the flow path of the fluid. 77, light source 7 for observing particles in tubes
8, an observation window 79, an observation device 80, and a control device 81 for controlling an ultrasonic wave generation source and a branch valve based on information from the observation device. Reference numeral 82 represents observation light. Impurities 7
The fluid containing 2 flows in the pipe 73 in the direction of arrow 71. An ultrasonic wave generation source 76 having an ultrasonic transducer 74 adhered inside the pipe is connected to a certain portion in the pipe, and when the fine particles of impurities reach this portion, bubbles 75 are formed by using the fine particles of the impurities as bubble nuclei. The generated impurity fine particles adhere to the surface of the bubbles. The bubbles are easily captured by the standing wave and stay in the position of the sound pressure antinode. The generated bubbles and impurity fine particles flow in the flow direction 71 of the fluid in the tube by stopping the ultrasonic vibrator.

【0108】従って、流れの下流で分岐弁77によって
流れを流れ83の方向から流れ84の方向に別の経路に
変更することで、気泡および微粒子を含む流体を選択的
に選び取ることができる。また、流体中の微粒子を観測
するための装置が、超音波発生源の部位、およびその上
流と下流に設置されており、これらの装置からの情報に
基づいて、制御装置から超音波発生源の強度および弁の
分岐弁の制御をおこない、微粒子を選択的に捕獲した
後、分岐弁を用いて水槽85に分取することができる。
超音波照射のタイミングについては、図23(b)のタ
イムテーブルにあるように、超音波がオンの時のみ、水
流を矢印83方向に流し、超音波オフの時には、弁77
を制御し、微粒子を含む流体を矢印84の方向に誘導し
て水槽85に排出させるようにする。
Therefore, by changing the flow from the direction of the flow 83 to the direction of the flow 84 by the branch valve 77 downstream of the flow, another fluid containing bubbles and fine particles can be selectively selected. Further, a device for observing fine particles in a fluid is installed at the site of the ultrasonic wave generation source, and upstream and downstream thereof, and based on information from these devices, the ultrasonic wave generation source from the control device The strength and the branch valve of the valve are controlled to selectively capture the fine particles, and then the fine particles can be collected in the water tank 85 using the branch valve.
Regarding the timing of ultrasonic wave irradiation, as shown in the time table of FIG. 23 (b), the water flow is made to flow in the direction of arrow 83 only when the ultrasonic wave is on, and when the ultrasonic wave is off, the valve 77 is used.
Is controlled so that the fluid containing the fine particles is guided in the direction of the arrow 84 and discharged into the water tank 85.

【0109】本実施例では、超音波振動子に1MHz共
振のPZT系セラミックスを用い、管には厚さ2.78
mmの石英ガラスを内径3mmで用いた。このとき、超
音波振動子に120V、1MHzの正弦波を加えた下
で、流速2.55cm/sの超純水中の直径0.3μmのポ
リスチレンビーズを捕獲することができた。
In this example, PZT ceramics with 1 MHz resonance was used for the ultrasonic vibrator, and the tube had a thickness of 2.78.
mm quartz glass was used with an inner diameter of 3 mm. At this time, it was possible to capture the polystyrene beads having a diameter of 0.3 μm in the ultrapure water having a flow rate of 2.55 cm / s while applying a sine wave of 120 V and 1 MHz to the ultrasonic transducer.

【0110】なお、本実施例では、気泡の発生手段とし
て超音波を用いたが、微小管を用いて管中に空気を導入
することによって、気泡を発生させることもできる。ま
た、超音波によって気泡を発生させる場合、図21にお
いて、2枚の相対する超音波振動子74から相異なる周
波数の音波を入射させたり、管内に定在波が発生しない
周波数の超音波を入射してもよい。例えば、管内の径が
λ/2となる周波数ωと、2ωの二つの周波数を二つの
超音波振動子から各々発生させればよい。あるいは、二
つの超音波振動子から、ωよりわずかに周波数をずらし
た周波数(ω+δω)を同時に発生させればよい。
In this embodiment, ultrasonic waves are used as the bubble generating means, but it is also possible to generate bubbles by introducing air into the tube using a microtube. Further, in the case of generating bubbles by ultrasonic waves, in FIG. 21, sound waves of different frequencies are made incident from two opposed ultrasonic vibrators 74, or ultrasonic waves of a frequency at which no standing wave is generated in the tube are made incident. You may. For example, the frequency ω at which the diameter inside the tube is λ / 2 and the two frequencies 2ω may be generated from the two ultrasonic transducers. Alternatively, the two ultrasonic transducers may simultaneously generate a frequency (ω + δω) slightly shifted from ω.

【0111】さらに、本実施例では、流体の流れる方向
に垂直に超音波を照射し、音場中にポテンシャルミニマ
ムの場所を作って捕獲したが、図24のように流れの方
向に水平に超音波を入射して管中に定在波を起こし、流
体中の微粒子を捕獲し、時々弁90を開いて捕獲した微
粒子を含む流体を排出させてもよい。
Further, in the present embodiment, ultrasonic waves were radiated perpendicularly to the flow direction of the fluid to create a potential minimum location in the sound field and capture it. However, as shown in FIG. A sound wave may be incident to cause a standing wave in the tube to capture the fine particles in the fluid, and the valve 90 may be occasionally opened to discharge the fluid containing the captured fine particles.

【0112】図25に図23で示した本実施例の別の構
成図を示す。本装置は流体を輸送する管73と、図2
1、23で示したような構成の、管中に気泡を発生さ
せ、定在波を起こす超音波発生、捕獲装置76、流体を
捕獲する複数の水槽85、複数の水槽を流体の排出口8
4の位置に移動させる台車88と台車を移動させる移動
量を確認できる手段を備えたモーター89、および超音
波の発生源の出力制御とモーターの移動制御のための制
御装置81からなる。不純物72を含む流体は矢印71
の方向に管73中を流れてくる。管中のある部位に、管
内に超音波振動子74が接着された超音波発生源76が
接続されており、不純物の微粒子がこの部位に到達する
と、この不純物微粒子を気泡核として、気泡75が生成
され、不純物微粒子は、この気泡の表面に付着する。気
泡は容易に定在波に捕獲され、その音圧の腹の位置に留
まる。発生した気泡と不純物微粒子は、超音波振動子を
止めることによって管中を流体の流れ方向71に流れて
ゆく。
FIG. 25 shows another block diagram of this embodiment shown in FIG. The device comprises a tube 73 for transporting a fluid and
1 and 23, ultrasonic waves are generated in the tube to generate standing waves, a capturing device 76, a plurality of water tanks 85 for capturing the fluid, a plurality of water tanks for discharging the fluid 8
4 includes a carriage 88 to be moved to the position 4, a motor 89 having means for confirming the amount of movement of the carriage, and a controller 81 for controlling the output of the ultrasonic wave source and the movement of the motor. The arrow 71 indicates the fluid containing the impurities 72.
Flows through the pipe 73 in the direction of. An ultrasonic wave generation source 76 having an ultrasonic transducer 74 adhered inside the pipe is connected to a certain portion in the pipe, and when the fine particles of impurities reach this portion, bubbles 75 are formed by using the fine particles of the impurities as bubble nuclei. The generated impurity fine particles adhere to the surface of the bubbles. The bubbles are easily captured by the standing wave and stay in the position of the sound pressure antinode. The generated bubbles and impurity fine particles flow in the flow direction 71 of the fluid in the tube by stopping the ultrasonic vibrator.

【0113】従って、流れの下流で図25(b)のタイ
ムテーブルにあるように超音波を入切して、それに連動
して流体排出部にある水槽を移動させて微粒子を含む流
体を選択的に回収する。
Therefore, as shown in the time table of FIG. 25 (b), ultrasonic waves are turned on and off in the downstream of the flow, and the water tank in the fluid discharge section is moved in synchronism therewith to selectively select the fluid containing fine particles. To collect.

【0114】本実施例によれば、自在に生成消滅させる
ことができる気泡を用いて非接触的に微細な粒径の不純
物を除去することから、従来の接触型のフィルターには
ない簡便なろ過機能を持ち、かつ選択的な不純物の除
去、収集機能を持つ不純物除去、収集方法が可能になっ
た。
According to the present embodiment, the impurities having a fine particle size are removed in a non-contact manner by using the bubbles that can be freely produced and extinguished. Impurity removal and collection methods that have both functions and selective removal and collection functions have become possible.

【0115】(回折装置を実現する実施例)つぎに、超
音波を用いて微粒子を捕獲する手段を利用した光、マイ
クロ波あるいは超音波の回折装置の実施例について説明
する。
(Embodiment for Realizing Diffraction Device) Next, an embodiment of a diffractive device for light, microwaves or ultrasonic waves using means for capturing fine particles using ultrasonic waves will be described.

【0116】従来の超音波を用いた光の回折、散乱は、
超音波が光を透過する媒体中を伝わるとき、媒体中に密
度の大小が生じ、その媒体の屈折率が変化することを利
用しており、この現象については理論、実験ともにさま
ざまな研究が行われている。
Diffraction and scattering of light using conventional ultrasonic waves are
It takes advantage of the fact that when ultrasonic waves are transmitted through a medium that transmits light, the density of the medium changes, and the refractive index of the medium changes. It is being appreciated.

【0117】一般に、超音波によって作られた格子によ
る回折の式は通常の光学格子の場合と同様に、光が格子
に垂直に入射した場合には、n次の回折角θは、
In general, the equation of diffraction by a grating created by ultrasonic waves is similar to that of an ordinary optical grating, and when light is incident perpendicularly on the grating, the diffraction angle θ of the nth order is

【0118】[0118]

【数32】 [Equation 32]

【0119】と表わすことができる。ただし、ここでθ
は回折角、λは媒体中の光波長、Λは超音波の波長であ
る。したがって、この回折格子においては、超音波の波
長Λの変化に応じて、回折角θを変化させることができ
る。また、超音波の出力のオン、オフに応じて回折現象
自体を制御することもできる。
It can be expressed as Where θ
Is the diffraction angle, λ is the wavelength of light in the medium, and Λ is the wavelength of ultrasonic waves. Therefore, in this diffraction grating, the diffraction angle θ can be changed according to the change of the wavelength Λ of the ultrasonic wave. Further, the diffraction phenomenon itself can be controlled according to the on / off of the output of the ultrasonic waves.

【0120】また、光の1次回折光/0次回折光の比δ
Iは、
Further, the ratio δ of the 1st-order diffracted light / the 0th-order diffracted light
I is

【0121】[0121]

【数33】 [Expression 33]

【0122】と置くことができる。ただし、λは光の波
長、Lは音場中の光路長、Mは流体の散乱定数、iは入射
超音波の強度(watt/m2)である。Mの値は、超音
波回折格子として用いられている二酸化テルリウム(T
eO2)で、5.0となり、回折効率は入射光の波長λ
=0.68μm、L=1mm、i=1(W/m2)のとき、
60〜80%(2)程度となる。同様に、モリブデン鉛
ではM=0.22より30%程度の回折効率となるが、
数式33よりわかるように、この効率は、使用する光の
波長、光路長、超音波強度の変化に応じて、回折効率が
大きく変化するため、あらかじめ使用するレーザーの波
長、超音波の強度を定めた上で装置を構成し利用する必
要がある。また、他の物質では、水の場合M=1.0と
なるが、水晶でM=0.006、サファイヤでM=0.0
01など超音波の照射強度に対する回折効率は一般にあ
まり良くない。さらに、空気等の気体においては、屈折
率の変化が10気圧程度の圧力変化に対して1%未満と
小さいため、実用技術とは成り難い。
It can be set as Here, λ is the wavelength of light, L is the optical path length in the sound field, M is the scattering constant of the fluid, and i is the intensity (watt / m 2 ) of the incident ultrasonic wave. The value of M is the tellurium dioxide (T
eO 2 ) becomes 5.0, and the diffraction efficiency is the wavelength λ of the incident light.
= 0.68 μm, L = 1 mm, i = 1 (W / m 2 ),
It becomes about 60 to 80% (2). Similarly, lead molybdenum has a diffraction efficiency of about 30% from M = 0.22,
As can be seen from Formula 33, this efficiency has a large change in the diffraction efficiency according to the change in the wavelength of the light used, the optical path length, and the ultrasonic intensity. Therefore, the wavelength of the laser used and the intensity of the ultrasonic wave are determined in advance. It is necessary to configure and use the device after installation. With other substances, M = 1.0 for water, but M = 0.006 for quartz and M = 0.0 for sapphire.
The diffraction efficiency for the irradiation intensity of ultrasonic waves such as 01 is generally not very good. Further, in a gas such as air, the change in the refractive index is as small as less than 1% with respect to the pressure change of about 10 atm, which makes it difficult to be a practical technique.

【0123】また、圧力の変化に対する流体の音速の変
化は、0℃の水で1気圧のとき1403m/s、36気圧
のとき1410m/sと、わずか0.5%程度の変化しか
存在しないので、超音波の圧力変化によって作られた回
折格子を用いて超音波を回折させることは難しい。
The change in the sound velocity of the fluid with respect to the change in pressure is 1403 m / s at 1 atm of water at 0 ° C. and 1410 m / s at 36 atm, which is only about 0.5% change. However, it is difficult to diffract ultrasonic waves using a diffraction grating created by a change in ultrasonic pressure.

【0124】従来の超音波を用いた回折装置は、流体の
屈折率、音速等が、流体に加えられた圧力に応じて変化
することを利用したものであり、相対散乱定数Mの大き
な固体結晶あるいは液体を用いたとき、アルゴンレーザ
ー、ヘリウム−ネオンレーザー、YAGレーザー等の光
に対して回折効率60%程度のブラッグ回折格子として
の効果が現れるが、ヘリウム−カドミウムレーザーのよ
うな短波長レーザーに関しては透過率があまり良くな
い。また、炭酸ガスレーザー等の長波長レーザーに関し
てはゲルマニウムを媒体とした超音波回折格子が使用で
きるがこれもまた効率が非常に悪い。さらに、数式33
で示したように回折効率が定まることから、特定の波長
の光源に対して回折効率が最良になるように構成した装
置系を、任意の波長で用いた場合、波長によっては回折
効率が著しく悪化してしまった。
A conventional diffractometer using ultrasonic waves utilizes the fact that the refractive index, sound velocity, etc. of a fluid change according to the pressure applied to the fluid, and is a solid crystal with a large relative scattering constant M. Alternatively, when a liquid is used, an effect as a Bragg diffraction grating having a diffraction efficiency of about 60% appears with respect to light such as an argon laser, a helium-neon laser, and a YAG laser, but with respect to a short-wavelength laser such as a helium-cadmium laser. Has poor transmittance. Also, for a long-wavelength laser such as a carbon dioxide laser, an ultrasonic diffraction grating using germanium as a medium can be used, but this is also very inefficient. Furthermore, Equation 33
Since the diffraction efficiency is determined as shown in, when a device system that is configured to have the best diffraction efficiency for a light source of a specific wavelength is used at any wavelength, the diffraction efficiency is significantly degraded depending on the wavelength. have done.

【0125】また、超音波の媒体として気体を用いる場
合は、超音波の音場を用いて十分な屈折率の変化を得る
ことは難しく回折効率数%程度となってしまった。さら
に、従来の装置においては、回折格子を作る超音波の進
行によるドップラー効果によって回折格子が1本から、
3本に分裂してしまった。
Further, when a gas is used as the medium of ultrasonic waves, it is difficult to obtain a sufficient change in the refractive index using the acoustic field of ultrasonic waves, and the diffraction efficiency is about several percent. Furthermore, in the conventional device, the number of diffraction gratings increases from one due to the Doppler effect due to the progress of ultrasonic waves that form the diffraction grating.
It has been split into three.

【0126】本実施例は、従来の超音波を用いた光の回
折格子の特長を生かしつつ、任意の波長の光に対して従
来のスリット板の回折格子程度の回折効率80%程度以
上の性能をもたらし、かつ、マイクロ波や超音波の回折
格子としても用いることができる装置を提供することを
目的としている。
The present embodiment makes use of the features of the conventional light diffraction grating using ultrasonic waves, and has a performance of 80% or more of the diffraction efficiency of a conventional slit plate diffraction grating for light of an arbitrary wavelength. It is an object of the present invention to provide a device that can be used as a diffraction grating for microwaves and ultrasonic waves.

【0127】本実施例では、超音波の輻射圧を効果的に
利用して、流体中に混在させておいた流体と著しく屈折
率あるいは音速の異なる微粒子を流体中に任意のパター
ンで集合させる。あるいは、流体中にキャビテーション
を起こし、発生した気泡を任意のパターンで捕獲集合さ
せる。また、超音波の輻射圧を制御し、任意のパターン
で微粒子を集合させるためには、超音波の発生源を複数
の独立制御できる超音波発生源の組み合わせたもので構
成し、各々の位相を目的とするパターンを作り出すよう
に制御する。
In this embodiment, the radiation pressure of ultrasonic waves is effectively utilized to collect fine particles having a refractive index or sound velocity significantly different from that of the fluid mixed in the fluid in an arbitrary pattern. Alternatively, cavitation is caused in the fluid, and the generated bubbles are captured and collected in an arbitrary pattern. Further, in order to control the radiant pressure of the ultrasonic wave and to collect the fine particles in an arbitrary pattern, the ultrasonic wave source is composed of a combination of a plurality of independently controllable ultrasonic wave source, and each phase is Control to create the desired pattern.

【0128】図26に、本実施例の基本原理を説明する
模式図を示す。まず、微粒子94を含んだ流体93が、
2枚のガラス板92にはさまれており、これら2枚のガ
ラス板の両端には、ガラス板中に定在波95が発生する
ように超音波振動子91が置かれている。図26(a)
は超音波がオフのときの状況を示し、微粒子は、流体中
で拡散しており、ガラス板を通して入射してきた光に対
して何ら回折作用を示さない。図26(b)は超音波が
オンのときの状況を示し、流体中に一様に拡散していた
微粒子が、その流体に対する密度および音速に応じて定
在波の節の位置あるいは腹の位置に集合した様子を示
す。
FIG. 26 shows a schematic diagram for explaining the basic principle of this embodiment. First, the fluid 93 containing the fine particles 94 is
It is sandwiched between two glass plates 92, and ultrasonic transducers 91 are placed at both ends of these two glass plates so that a standing wave 95 is generated in the glass plates. FIG. 26 (a)
Shows the situation when the ultrasonic wave is off, and the fine particles are diffused in the fluid and do not show any diffracting effect on the light incident through the glass plate. FIG. 26 (b) shows the situation when the ultrasonic wave is on, in which the fine particles that have been uniformly diffused in the fluid are the positions of the nodes or antinodes of the standing wave depending on the density and the speed of sound of the fluid. Shown at the meeting.

【0129】すると、定在波中に配列集合した微粒子に
よって、流体中に回折格子が形作られる。超音波によっ
て作られた格子による回折の式は通常の光学格子の場合
と同様に、光が格子に垂直に入射した場合には、n次の
回折角θは、
Then, the diffraction grating is formed in the fluid by the fine particles arrayed and assembled in the standing wave. The formula of diffraction by a grating created by ultrasonic waves is the same as in the case of an ordinary optical grating, and when light is incident perpendicularly on the grating, the diffraction angle θ of the nth order is

【0130】[0130]

【数34】 [Equation 34]

【0131】と表わすことができる。回折格子における
光の分解能は、dθ/dλ=(2n/Λ)cosθとな
り、格子線の総数をNとしたばあい分解能は、λ/dλ
=nNとなり、プリズムよりきわめて大きい。ただし、
ここでθは回折角、λは媒体中の光波長、Λは超音波の
波長である。また、この回折格子においては、超音波の
波長Λの変化に応じて、回折格子の間隔が変化するの
で、超音波の波長を適当に変化させることで回折角θを
変化させることができる。さらに、超音波をオン、オフ
制御することによって回折格子を発生、消失させること
ができる。さらに、超音波によって直接回折格子を作っ
た場合に発生していたドップラー効果に起因する回折縞
の3本への分裂については、微粒子の慣性のために定在
波中では観測されない。
It can be expressed as The resolution of light in the diffraction grating is dθ / dλ = (2n / Λ) cosθ, and when the total number of grating lines is N, the resolution is λ / dλ.
= NN, which is much larger than the prism. However,
Here, θ is the diffraction angle, λ is the wavelength of light in the medium, and Λ is the wavelength of ultrasonic waves. Further, in this diffraction grating, the spacing between the diffraction gratings changes according to the change of the ultrasonic wave wavelength Λ, so that the diffraction angle θ can be changed by appropriately changing the wavelength of the ultrasonic wave. Further, the diffraction grating can be generated and disappeared by controlling the ultrasonic waves on and off. Furthermore, the splitting of the diffraction fringes into three due to the Doppler effect that occurs when a direct diffraction grating is made by ultrasonic waves is not observed in the standing wave due to the inertia of the particles.

【0132】図27に本実施例の具体例の模式図を示
す。本実施例で用いる超音波を用いた光回折装置106
は、図26で説明したように構成されており、これによ
ってモノクロメーターとして利用することができる。ま
ず、入射光107は、コリメーター109を通過して平
行光となった後、光回折装置106に入射する。すると
入射光107は、装置内の回折格子によって回折させら
れる。特に、超音波振動子の振動数を変化させることに
より、その変化に応じて単一波長の光は数式33の関係
に従って、回折光181、182、あるいは183の方
向に回折させられる。したがって、白色光より目的とす
る波長の光を回折光182として出力できる超音波振動
子の振動数を選択し、入射光を回折させる。回折光18
2は、補助コリメーター110を通過して検出装置へ供
給される。
FIG. 27 shows a schematic diagram of a specific example of this embodiment. Light diffracting device 106 using ultrasonic waves used in this embodiment
Is configured as described in FIG. 26, and can be used as a monochromator. First, the incident light 107 passes through the collimator 109 to become parallel light, and then enters the light diffraction device 106. Then, the incident light 107 is diffracted by the diffraction grating in the device. In particular, by changing the frequency of the ultrasonic transducer, the light of a single wavelength is diffracted in the direction of the diffracted light 181, 182, or 183 according to the relationship of Expression 33 according to the change. Therefore, the incident light is diffracted by selecting the frequency of the ultrasonic transducer that can output the light of the target wavelength as the diffracted light 182 from the white light. Diffracted light 18
2 passes through the auxiliary collimator 110 and is supplied to the detection device.

【0133】この実施例においては、超音波振動子の振
動数を変化させることで、機械的な操作をすることなく
検出装置へ供給される回折光の波長をほぼ連続的に変化
させることができる。また、図28のように複数の独立
した超音波振動子からなる装置において、各超音波振動
子から異なる位相の超音波を発射して、これらを重ね合
せることで作り出した任意の形状の音場に微粒子を捕獲
させることで、ホログラフィック格子を形成することも
できるので、これに単色光を入射させながら順次音場を
変化させてホログラフィック格子を変化させることで連
続的に変化するホログラフィ像を作ることもできる。
In this embodiment, the wavelength of the diffracted light supplied to the detection device can be changed substantially continuously by changing the frequency of the ultrasonic transducer without mechanical operation. . Further, in a device including a plurality of independent ultrasonic transducers as shown in FIG. 28, ultrasonic waves of different phases are emitted from the ultrasonic transducers, and a sound field of an arbitrary shape created by superimposing these is generated. It is also possible to form a holographic grating by trapping fine particles on the holographic grating. Therefore, a holographic image that changes continuously by changing the holographic grating by sequentially changing the sound field while injecting monochromatic light into the holographic grating can be formed. You can also make it.

【0134】なお、本実施例では透過光の回折を用いた
が、反射光の回折についても同様に用いることができ
る。さらに、入射光に対する0次回折光と1次あるいは
1次以上の回折光との間の強度の比を複数のフォトンカ
ウンター等の光強度検出装置を用いて取得、比較するこ
とによって、流体中に存在する微粒子の量を見積もるこ
ともできる。このとき、微粒子を含んだ流体を連続的に
この容器の中へ導くことによって、0次回折光と1次以
上の回折光の回折強度の比を連続的に観察して、連続的
に流体中の微粒子量の変化を観察することもできる。
Although the diffraction of the transmitted light is used in this embodiment, the diffraction of the reflected light can be similarly used. Furthermore, the intensity ratio between the 0th-order diffracted light and the 1st-order or 1st-order or higher-order diffracted light with respect to the incident light is acquired and compared by using a light intensity detection device such as a plurality of photon counters. It is also possible to estimate the amount of fine particles to be used. At this time, by continuously guiding the fluid containing the fine particles into this container, the ratio of the diffraction intensities of the 0th-order diffracted light and the 1st-order or higher-order diffracted light is continuously observed, and the fluid in the fluid is continuously It is also possible to observe changes in the amount of fine particles.

【0135】なお、本実施例では透過光の回折を用いた
が、反射光の回折についても同様に用いることができ
る。さらに、入射光に対する0次回折光と1次あるいは
1次以上の回折光との間の強度の比を複数のフォトンカ
ウンター等の光強度検出装置を用いて取得、比較するこ
とによって、流体中に存在する微粒子の量を見積もるこ
ともできる。このとき、微粒子を含んだ流体を連続的に
この容器の中へ導くことによって、0次回折光と1次以
上の回折光の回折強度の比を連続的に観察して、連続的
に流体中の微粒子量の変化を観察することもできる。
Although the diffraction of the transmitted light is used in this embodiment, the diffraction of the reflected light can be similarly used. Furthermore, the intensity ratio between the 0th-order diffracted light and the 1st-order or 1st-order or higher-order diffracted light with respect to the incident light is acquired and compared by using a light intensity detection device such as a plurality of photon counters. It is also possible to estimate the amount of fine particles to be used. At this time, by continuously guiding the fluid containing the fine particles into this container, the ratio of the diffraction intensities of the 0th-order diffracted light and the 1st-order or higher-order diffracted light is continuously observed, and the fluid in the fluid is continuously It is also possible to observe changes in the amount of fine particles.

【0136】上き記の説明では、回折装置によって回折
される波動として光を用いた場合について説明したが、
これにとどまらず、マイクロ波、超音波等の波動にもそ
れぞれマイクロ波領域で流体と屈折率の異なる微粒子あ
るいは、超音波領域で流体と音速の異なる微粒子を用い
ることで光の場合と同様に用いることができる。また、
本実施例では流体中に微粒子を導入して、これを超音波
によって特定の位置に捕獲したが、超音波がもたらすキ
ャビテーションによって流体中に気泡を発生させ、これ
を超音波で特定の位置に捕獲してもよい。
In the above description, the case where light is used as the wave diffracted by the diffracting device has been explained.
Not only this, but also for waves such as microwaves and ultrasonic waves, by using fine particles having a different refractive index from the fluid in the microwave region, or fine particles having a different sound velocity from the fluid in the ultrasonic region, they are used in the same way as in the case of light. be able to. Also,
In the present example, fine particles were introduced into the fluid and captured at a specific position by ultrasonic waves, but bubbles were generated in the fluid by the cavitation caused by the ultrasonic waves and captured by ultrasonic waves at a specific position. You may.

【0137】本実施例は、従来の超音波を用いた光の回
折装置特徴を生かしつつ、従来の装置では不可能であっ
た波長の光に対して従来のスリット板の回折格子程度の
回折効率をもたらし、かつ、マイクロ波や、超音波の回
折格子として用いることができるという効果を奏する。
In this embodiment, while utilizing the characteristics of the conventional light diffracting device using ultrasonic waves, the diffraction efficiency of the conventional diffraction grating of the slit plate for the light of the wavelength which cannot be achieved by the conventional device. And the effect that it can be used as a diffraction grating for microwaves and ultrasonic waves.

【0138】[0138]

【発明の効果】本発明によれば、従来技術では不可能で
あった、微粒子を任意の位置に固定し、任意の方向に任
意の速度で移動、運搬することができ、また、特定の範
囲に存在する微粒子等を集合、あるいは排除することが
できる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, fine particles can be fixed at an arbitrary position, moved and conveyed at an arbitrary speed in an arbitrary direction, which is not possible with the conventional technique, and a specific range can be obtained. It is possible to collect or exclude the fine particles and the like existing in the.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(−G)の大きさと微粒子の種類との関係図で
あり、(a)はイリジウムに作用する勾配力、(b)は
ポリエチレンに作用する勾配力を示す。
FIG. 1 is a relationship diagram between the size of (-G) and the type of fine particles, (a) shows a gradient force acting on iridium, and (b) shows a gradient force acting on polyethylene.

【図2】勾配力場による微粒子の捕獲の第1の基本構成
の模式図であり、(a)は装置構造、(b)はポテンシ
ャルを示す。
FIG. 2 is a schematic diagram of a first basic configuration for capturing fine particles by a gradient force field, where (a) shows a device structure and (b) shows a potential.

【図3】勾配力場による微粒子の捕獲の第2の基本構成
の模式図であり、(a)は装置構造、(b)はポテンシ
ャルを示す。
FIG. 3 is a schematic diagram of a second basic configuration for capturing fine particles by a gradient force field, where (a) shows the device structure and (b) shows the potential.

【図4】本発明による基本構成を適用した超音波マニピ
ュレーション装置の第1の実施例の模式図。
FIG. 4 is a schematic diagram of a first embodiment of an ultrasonic manipulation device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図5】本発明による基本構成を適用した超音波マニピ
ュレーション装置の第1の実施例の制御回路の構成ブロ
ック図。
FIG. 5 is a configuration block diagram of a control circuit of the first embodiment of the ultrasonic manipulation device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図6】本発明による基本構成を適用した超音波マニピ
ュレーション装置の第2の実施例の模式図。
FIG. 6 is a schematic diagram of a second embodiment of an ultrasonic manipulation device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図7】本発明による基本構成を適用した超音波マニピ
ュレーション装置の第3の実施例の側面および上面から
の模式図。
FIG. 7 is a schematic view from the side and top of a third embodiment of an ultrasonic manipulation device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図8】本発明による基本構成を適用した超音波マニピ
ュレーション装置の第4の実施例の側面からの模式図。
FIG. 8 is a schematic side view of a fourth embodiment of an ultrasonic manipulation device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図9】本発明による基本構成を適用した超音波マニピ
ュレーション装置の第5の実施例の側面からの模式図。
FIG. 9 is a schematic side view of a fifth embodiment of an ultrasonic manipulation device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図10】本発明による基本構成を適用した超音波マニ
ピュレーション装置の第6の実施例の上面からの模式
図。
FIG. 10 is a schematic view from above of a sixth embodiment of an ultrasonic manipulation device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図11】本発明による基本構成を適用した超音波マニ
ピュレーション装置の第7の実施例の側面からの模式
図。
FIG. 11 is a schematic side view of a seventh embodiment of an ultrasonic manipulation device to which the basic configuration according to the invention is applied.

【図12】本発明による基本構成を適用した超音波マニ
ピュレーション装置の第8の実施例の上面からの模式
図。
FIG. 12 is a schematic view from above of an eighth embodiment of an ultrasonic manipulation device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図13】(a)、(b)はそれぞれ本発明による基本
構成を適用した濃縮装置の第1の実施例を示す摸式図で
あり、(a)は(b)をA−Aの位置で矢印方向に、
(b)は(a)をB−Bの位置で矢印方向に見た図。
13 (a) and 13 (b) are schematic views showing a first embodiment of a concentrating device to which the basic structure according to the present invention is applied, and FIG. 13 (a) shows (b) at the position AA. In the direction of the arrow,
(B) is the figure which looked at (a) at the position of BB in the arrow direction.

【図14】本発明による基本構成を適用した濃縮装置の
第2の実施例を示す摸式図。
FIG. 14 is a schematic view showing a second embodiment of the concentrating device to which the basic constitution according to the present invention is applied.

【図15】(a)は本発明による基本構成を適用した濃
縮装置の第3の実施例を示す摸式図。(b)は本発明の
第3の実施例における超音波強度分布図。
FIG. 15 (a) is a schematic view showing a third embodiment of the concentrating device to which the basic constitution according to the present invention is applied. (B) is an ultrasonic wave intensity distribution chart in the third embodiment of the present invention.

【図16】(a)は本発明による基本構成を適用した濃
縮装置の第4の実施例を示す摸式図。(b)は本発明の
第4の実施例における集束超音波発生装置の背面からの
摸式図。
FIG. 16 (a) is a schematic view showing a fourth embodiment of a concentrating device to which the basic constitution according to the present invention is applied. FIG. 6B is a schematic view from the back of the focused ultrasonic wave generator according to the fourth embodiment of the present invention.

【図17】本発明による基本構成を適用した濃縮装置の
第5の実施例を示す摸式図。
FIG. 17 is a schematic view showing a fifth embodiment of the concentrating device to which the basic constitution according to the present invention is applied.

【図18】本発明による基本構成を適用した濃縮装置の
第6の実施例を示す摸式図。
FIG. 18 is a schematic view showing a sixth embodiment of the concentrating device to which the basic constitution according to the present invention is applied.

【図19】本発明による基本構成を適用した濃縮装置の
第7の実施例を示す摸式図。
FIG. 19 is a schematic diagram showing a seventh embodiment of the concentrating device to which the basic constitution according to the present invention is applied.

【図20】本発明による基本構成を適用した濃縮装置の
第8の実施例を示す摸式図。
FIG. 20 is a schematic view showing an eighth embodiment of the concentrating device to which the basic constitution according to the present invention is applied.

【図21】本発明による基本構成を適用した不純物除去
装置あるいは微粒子捕獲回収装置の基本原理を説明する
模式図。
FIG. 21 is a schematic diagram illustrating the basic principle of an impurity removing device or a fine particle capturing and collecting device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図22】本発明による基本構成を適用した不純物除去
装置あるいは微粒子捕獲回収装置の効果を示す図。
FIG. 22 is a diagram showing the effect of an impurity removing device or a fine particle capturing / collecting device to which the basic structure according to the present invention is applied.

【図23】本発明による基本構成を適用した不純物除去
装置あるいは微粒子捕獲回収装置の実施例の装置構成お
よびタイムテーブルを示す模式図。
FIG. 23 is a schematic diagram showing a device configuration and a time table of an embodiment of an impurity removal device or a fine particle capture and recovery device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図24】本発明による基本構成を適用した不純物除去
装置あるいは微粒子捕獲回収装置の実施例の別の装置構
成を示す模式図。
FIG. 24 is a schematic view showing another device configuration of an embodiment of the impurity removing device or the fine particle capturing and collecting device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図25】本発明による基本構成を適用した不純物除去
装置あるいは微粒子捕獲回収装置の実施例の別の装置構
成およびタイムテーブルを示す模式図。
FIG. 25 is a schematic diagram showing another device configuration and time table of an embodiment of the impurity removing device or the fine particle capturing and collecting device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図26】本発明による基本構成を適用した回折装置の
基本原理を説明する模式図。
FIG. 26 is a schematic diagram illustrating the basic principle of a diffractive device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図27】本発明による基本構成を適用した回折装置の
実施例を示した模式図。
FIG. 27 is a schematic diagram showing an embodiment of a diffractive device to which the basic configuration according to the present invention is applied.

【図28】本発明による基本構成を適用した回折装置の
実施例の一つを示した上面からの模式図。
FIG. 28 is a schematic view from above showing one example of the diffractive device to which the basic structure according to the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…超音波発生素子または送受波素子、1―1、1―
2、…、1―N…装置中に組み込まれた超音波発生素子
または送受波素子、2…容器、3…波束、4…溶液、5
…微粒子、6…微粒子の移動方向、7…観察用窓、8…
カバーグラス、9…顕微鏡ステージ、10…顕微鏡対物
レンズ、11…複数の超音波振動の重ね合わせによって
生じた勾配力場の極小点、12…複数の超音波振動の重
ね合わせによって生じた勾配力場の座標―ポテンシャル
曲線、13…超音波送受波素子制御およびコントロール
盤、14…実験装置系の主制御回路、15…N個の超音
波送受波素子の位相、強度等を記憶した発生波形記憶回
路、16…N個の超音波送受波素子の送波回路、17…
N個の超音波送受波素子の受波回路、18…受信波形の
演算解析回路、19…データ、情報表示装置、20…金
属板、21…収束超音波の移動方向。35…3次元マニ
ピュレーション装置、31…超音波振動子、32…音響
レンズ。
1 ... Ultrasonic wave generating element or transmitting / receiving element 1-1, 1-
2, ... 1-N ... Ultrasonic wave generating element or wave transmitting / receiving element incorporated in the apparatus, 2 ... Container, 3 ... Wave packet, 4 ... Solution, 5
... fine particles, 6 ... movement direction of fine particles, 7 ... observation window, 8 ...
Cover glass, 9 ... Microscope stage, 10 ... Microscope objective lens, 11 ... Minimum point of gradient force field generated by superposition of a plurality of ultrasonic vibrations, 12 ... Gradient force field generated by superposition of a plurality of ultrasonic vibrations Coordinates-potential curve, 13 ... Ultrasonic wave transmitting / receiving element control and control panel, 14 ... Main control circuit of experimental apparatus system, 15 ... Generated waveform storage circuit storing phase, intensity, etc. of N ultrasonic wave transmitting / receiving elements , 16 ... Wave transmitting circuit of N ultrasonic wave transmitting / receiving elements, 17 ...
Wave receiving circuits of N ultrasonic wave transmitting / receiving elements, 18 ... Received waveform calculation / analysis circuit, 19 ... Data, information display device, 20 ... Metal plate, 21 ... Moving direction of converged ultrasonic waves. 35 ... Three-dimensional manipulation device, 31 ... Ultrasonic transducer, 32 ... Acoustic lens.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 一男 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 内田 憲孝 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式 会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 原田 義則 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式 会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 釜堀 政男 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式 会社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 佐々木 一昭 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式 会社日立製作所基礎研究所内 (56)参考文献 特開 平1−135515(JP,A) 特開 平3−21340(JP,A) 特表 昭61−500278(JP,A) 特表 昭63−503370(JP,A) 特表 平2−501631(JP,A) 国際公開91/013674(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 57/02 B01J 19/10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Kazuo Takeda 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Noritaka Uchida 2520 Akanuma, Hatoyama-cho, Hiki-gun, Saitama Hitachi, Ltd. In the basic research institute (72) Inventor Yoshinori Harada 2520 Akanuma, Hatoyama-cho, Hiki-gun, Saitama Hitachi, Ltd. Basic research institute (72) Ino Masao Kamahori, 2520 Akanuma, Hatoyama-cho, Hiki-gun, Saitama (72) Inventor Kazuaki Sasaki 2520, Akanuma, Hatoyama-cho, Hiki-gun, Saitama Prefecture, Research Institute of Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-1-135515 (JP, A) JP-A-3-21340 (JP, A) ) Tokusho 61-500278 (JP, A) Tokusho 63-503370 (JP, A) Tokuhei Hei 2-501631 (JP, A) International Publication 91/013674 (WO, A1) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B01D 57/02 B01J 19/10

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ゲル電気泳動を行うための電気泳動部と、 ゲル中に定在波を起こさせる超音波発生部と、 前記電気泳動部に電位差を与えるための電圧印加手段と
を有し、 前記超音波発生部は、前記電気泳動部の両側面に対向し
て設置される超音波振動子を具備することを特徴とする
処理装置。
1. An electrophoretic unit for performing gel electrophoresis, an ultrasonic wave generating unit for causing a standing wave in the gel, and a voltage applying unit for applying a potential difference to the electrophoretic unit, The processing apparatus, wherein the ultrasonic wave generator includes ultrasonic vibrators that are installed to face both side surfaces of the electrophoretic unit.
【請求項2】 前記超音波発生部は振動数を変化させて、
定在波の節の位置あるいは腹の位置を前記ゲルに設けら
れたレーンの中央に位置させることを特徴とする請求項
1に記載の処理装置。
2. The ultrasonic wave generator changes a frequency,
The processing device according to claim 1, wherein a node position or an antinode position of the standing wave is located at the center of a lane provided in the gel.
【請求項3】 前記超音波発生部は、電気泳動する試料、
電気泳動の速度に応じて変化した音圧を印加するもので
あることを特徴とする請求項1に記載の処理装置。
3. The ultrasonic wave generation unit is a sample to be electrophoresed,
The processing apparatus according to claim 1, wherein a sound pressure changed according to the speed of electrophoresis is applied.
【請求項4】 前記ゲルの下端近傍に検出器をさらに有す
ることを特徴とする請求項1に記載の処理装置。
4. The apparatus according to claim 1, further comprising a detector near the lower end of the gel.
【請求項5】 前記ゲルはスラブゲル、ディスクゲル、キ
ャピラリーゲルのいずれかであることを特徴とする請求
項1に記載の処理装置。
Wherein said gel slab gel, the processing apparatus according to claim 1, wherein the disc gel is either capillary gel.
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