JP6328493B2 - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

測定装置及び測定方法

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Description

本発明は、測定装置及び測定方法に関する。
従来より、検出対象となる検出対象粒子を検出する検出手法がある。検出手法として、例えば、検出対象となる検出対象粒子に特異的に結合する蛍光標識抗体を用いる手法がある。蛍光標識抗体を用いる手法では、例えば、特定のウイルスに特異的に結合する蛍光抗体を含む薬液と検査対象の気体とを接触させることで気体中のウイルスを薬液中に拡散させ、ウイルスを拡散させた薬液のミスト群を形成してその蛍光強度を測定し、蛍光強度に応じてウイルスを検出する（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１２／０５６６４１号
ここで、検出対象粒子の検出精度を向上することが求められている。
本発明は、検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質と検体とが混合された液体からエアロゾル状の液滴を形成する液滴形成部と、前記液滴形成部により形成された液滴のうち、粒径が所定値未満である液滴を選別する液滴選別部と、前記液滴選別部により選別された液滴に光を照射するとともに、当該液滴の蛍光強度を測定する測定部と、を備えたことを特徴とする測定装置である。
また、本発明は、検出対象粒子に特異的に結合する蛍光抗体と検体とが混合された液体からエアロゾル状の液滴を形成する液滴形成工程と、前記液滴形成工程において形成された液滴のうち、粒径が所定値未満である液滴を選別する液滴選別工程と、前記液滴選別工程を通過した液滴に光を照射するとともに、当該液滴の蛍光強度を測定する測定工程と、を備えたことを特徴とする測定方法である。
本発明によれば、検出対象粒子の検出精度を向上可能である。
図１は、本発明の第１の実施の形態による測定装置の構成を示す概略図である。 図２（ａ）は、検出対象粒子に蛍光物質が結合した状態を示す模式図である。図２（ｂ）は、検出対象粒子に抗体凝集粒子が結合した状態を示す模式図である。 図３は、図１の測定装置における液滴形成部の構成の変形例を示す概略図である。 図４は、図１の測定装置における液滴選別部の構成を示す斜視図である。 図５は、図１の測定装置における測定部の構成を示す内部構成図である。 図６は、液滴の粒径が比較的大きい場合の蛍光強度について説明するための模式図である。 図７は、液滴の粒径が比較的小さい場合の蛍光強度について説明するための模式図である。 図８は、図１の測定装置を用いた実施例における蛍光強度の測定結果を示すグラフである。 図９は、図１の測定装置を用いた実施例および図１の測定装置から粒子選別部が省略された比較例における蛍光強度の測定結果を重ねて示すグラフである。 図１０は、本発明の第２の実施の形態による測定装置における捕集部の構成を示す概略図である。 図１１は、本発明の第３の実施の形態による測定装置における捕集部の構成を示す概略図である。 図１２は、本発明の第４の実施の形態による測定装置における捕集部の構成を示す概略図である。 図１３は、捕集部に加温機構が設けられた態様を示す概略図である。 図１４は、本発明の第５の実施の形態による測定装置における液滴形成部の構成を示す概略図である。 図１５は、本発明の第６の実施の形態による測定装置における測定部の構成を示す概略図である。 図１６は、本発明の第７の実施の形態による測定装置の構成を示す概略図である。 図１７は、図１６の測定装置に送液ポンプが追加された態様を示す概略図である。 図１８は、捕集部として曝気槽が用いられた態様を示す概略図である。 図１９は、本発明の第８の実施の形態による測定装置の構成を示す概略図である。 図２０は、図１９の測定装置における液滴形成部の変形例を示す概略図である。 図２１は、エレクトロスプレーを用いて液滴を形成する場合における測定装置の構成を示す概略図である。 図２２は、図２１の測定装置のうちエレクトロスプレーの部分を拡大して示す模式図である。
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施の形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
本発明の１つの実施の形態における測定装置は、検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質と検体とが混合された液体からエアロゾル状の液滴を形成する液滴形成部と、液滴形成部により形成された液滴のうち、粒径が所定値未満である液滴を選別する液滴選別部と、液滴選別部により選別された液滴に光を照射するとともに、当該液滴の蛍光強度を測定する測定部と、を備えている。
上記実施の形態の測定装置において、好ましくは、液滴選別部は、慣性力を利用して粒径が所定値未満である液滴を選別するスプレーチャンバを有している。この場合、具体的には、例えば、スプレーチャンバは、サイクロン形スプレーチャンバ、スコット形スプレーチャンバ、および慣性分岐形スプレーチャンバからなる群のうち、いずれか一つである。
また、上記実施の形態の測定装置において、好ましくは、液滴選別部は、粒径が２０μｍ未満である液滴を選別する。
また、上記実施の形態の測定装置において、好ましくは、気体中に含まれる検出対象粒子を液体中に捕集するとともに、液体中の検出対象粒子に検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質を結合させ、蛍光物質と検査対象粒子とが混合された液体を液滴形成部に供給する捕集部を更に備えている。
あるいは、上記実施の形態の測定装置において、好ましくは、液滴形成部は、０．１ｍｌ〜５ｍｌの容量を有し、検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質と検体とが混合された液体が収容される液体収容部と、液体収容部の下端部に嵌合されたリング状の圧電振動子と、圧電振動子のリングの内側に固定されたメッシュ状板材と、を有している。
あるいは、上記実施の形態の測定装置において、好ましくは、液滴形成部は、０．１ｍｌ〜５ｍｌの容量を有し、検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質と検体とが混合された液体が収容される液体収容部と、液体収容部に連通された幅が１ｍｍ以下の液体流路と、液体流路の先端部において当該液体流路に合流するように設けられたガス流路と、ガス流路に圧縮ガスを導入する圧縮ガス導入口と、を有している。
また、上記実施の形態の測定装置において、好ましくは、測定部は、液滴の蛍光強度を２種類以上の異なる波長範囲において測定するようになっている。
また、上記実施の形態の測定装置において、好ましくは、測定部は、液滴の蛍光強度を測定するとともに、当該液滴の散乱光強度を測定するようになっている。
上記実施の形態の測定装置において、具体的には、例えば、蛍光物質は、蛍光標識抗体や、蛍光性糖鎖プローブである。蛍光標識抗体は、特異的に結合した際に蛍光強度が変化するような性質を備えていてもよい。あるいは、上記実施の形態の測定装置において、蛍光標識抗体は、複数の蛍光物質が互いに集合する性質を持っていてもよい。この場合、蛍光標識抗体により修飾された検出対象粒子も凝縮することになり、より強い発光を得ることができる。
また、本発明の１つの実施の形態の測定方法は、検出対象粒子に特異的に結合する蛍光抗体と検体とが混合された液体からエアロゾル状の液滴を形成する液滴形成工程と、液滴形成工程において形成された液滴のうち、粒径が所定値未満である液滴を選別する液滴選別工程と、液滴選別工程を通過した液滴に光を照射するとともに、当該液滴の蛍光強度を測定する測定工程と、を備えている。
上記実施の形態の測定方法において、好ましくは、液滴選別工程では、慣性力を利用して粒径が所定値未満である液滴を選別する。
また、上記実施の形態の測定方法において、好ましくは、液滴選別工程では、粒径が２０μｍ未満である液滴を選別する。
上記実施の形態の測定方法において、具体的には、例えば、蛍光物質は、蛍光標識抗体や、蛍光性糖鎖プローブである。あるいは、上記実施の形態の測定方法において、蛍光標識抗体は、複数の蛍光物質が互いに集合する性質を持っていてもよい。この場合、蛍光標識抗体により修飾された検出対象粒子も凝縮することになり、より強い発光を得ることができる。
なお、気体中に含まれる検出対象粒子としては、例えば、ウイルス、細菌、花粉、有害物質等がある。液体中に含まれる検出対象粒子としては、例えば、摂取したくない食品、特定の疾病への抗体、サイトカインやホルモン等の微量タンパク質、セロトニン等の代謝物バイオマーカ等がある。ただし、検出対象粒子は、蛍光物質が特異的に結合できるものであれば、これらに限定されない。
次に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態の具体例について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態による測定装置の構成を示す概略図である。図１に示す例では、測定装置１０が、液滴の蛍光強度に基づいて検出対象粒子の検出を行う場合を例に説明する。ただし、これに限定されるものではない。例えば、測定装置１０は、液滴の蛍光強度を測定するに留めてもよい。この場合、ユーザや他の装置が、測定装置１０により測定された蛍光強度に基づいて、検査対象の気体中に検出対象粒子が含まれているかどうかを判断する。
図１に示すように、本実施の形態では、測定装置１０は、ダスト除去部１１と、主配管１８と、捕集部１２と、液滴形成部１３と、液滴選別部１４と、測定部１５と、液体回収部１６と、吸引ポンプ１７と、を備えている。
各部の位置関係について簡単に説明する。主配管１８は、気流の案内路である。ダスト除去部１１は、主配管１８により案内される気流の上流側に配置されている。吸引ポンプ１７は、主配管１８の内部に気流を形成する気流形成機構であって、主配管１８により案内される気流の下流側に配置されている。言い換えると、吸引ポンプ１７は、主配管１８のうち、ダスト除去部１１から吸引ポンプ１７へと流れる気流を形成するようになっている。なお、気流形成機構としては、送気ポンプをダスト除去部１１の上流に設けてもよい。この場合、送気ポンプから主配管１８の内部に圧縮空気を供給してもよい。
また、液滴形成部１３と、液滴選別部１４と、測定部１５と、液体回収部１６とは、ダスト除去部１１と吸引ポンプ１７との間において、主配管１８にこの順序で設けられている。
次に、各部の構成について説明する。ダスト除去部１１は、主配管１８内にエアロゾル状の液滴を形成する上で必要な程度の気流抵抗を有している。ダスト除去部１１は、測定に影響を与えるパーティクルを捕捉することで清浄な気体を供給できるようになっている。
次に、捕集部１２について説明する。捕集部１２は、検査対象の気体中の検出対象粒子を液体中に捕集するとともに、当該液体中の検出対象粒子に当該検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質を結合させるようになっている。
本実施の形態では、図１に示すように、捕集部１２は、サイクロン本体２１と、サイクロン本体２１の内部に気体を導入するための気体導入部２２と、サイクロン本体２１の内部に液体を導入するための液体導入部２３と、を有するサイクロン２０を有している。
サイクロン本体２１は、接頭円錐形の内面（以下、壁面という）を有しており、小径側の端部が大径側の端部より下方に位置するように向けられている。
気体導入部２２は、サイクロン本体２１の上方部においてサイクロン本体２１の壁面の接線方向に延びるように設けられており、粗大ダスト除去部１９に気密に連結されている。粗大ダスト除去部１９は、測定対象粒子を通過させるとともに、比較的大きなパーティクルを捕捉するようになっている。粗大ダスト除去部１９から気体導入部２２を通ってサイクロン本体２１の内部に導入される気体は、サイクロン本体２１の壁面に沿って案内されることで、周方向に旋回するようになっている。
液体導入部２３は、液体を収容するタンク２３ａと、一端がタンク２３ａの下方部に接続され、他端がサイクロン本体２１の壁面に接続された液体導入管２３ｂと、液体導入管２３ｂに設けられた流量制御部２３ｃと、を有している。
本実施の形態では、タンク２３ａには、蛍光物質を含有する液体が収容されている。蛍光物質は、具体的には、例えば、蛍光標識抗体である。図２（ａ）に示すように、蛍光標識抗体Ｙは、抗体抗原反応を利用して特定の検出対象粒子Ｐに特異的に結合する。
なお、蛍光物質は、図２（ｂ）に示すように、複数の蛍光標識抗体Ｙにより表面を修飾された抗体凝集粒子Ａであってもよい。この場合、抗体凝集粒子Ａの表面の蛍光標識抗体Ｙは、抗体抗原反応を利用して特定の検出対象粒子Ｐに特異的に結合する。これにより、複数の検出対象粒子Ｐを抗体凝集粒子Ａを介して凝集させることができる。したがって、蛍光標識抗体Ｙの体積密度が高くなり、蛍光強度を高めることができる。
液体導入管２３ｂの前記他端は、サイクロン本体２１の壁面のうち気体導入部２２より低い高さ位置に接続されている。一方、液体導入管２３ｂの前記一端は、前記他端より高い高さ位置に配置されている。流量制御部２３ｃが開とされる場合、タンク２３ａに収容された液体は、重力により、液体導入管２３ｂを通ってサイクロン本体２１の内部に導入されるようになっている。
なお、液体導入部２３は、このような構成に限定されず、例えば、蛍光物質を含有する液体が収容されたシリンジポンプを有し、シリンジの先端がサイクロン本体２１の壁面に連結されており、ピストンによりシリンジの内部が加圧されることで蛍光物質を含有する液体がサイクロン本体２１の内部に導入されるようになっていてもよい。
本実施の形態では、サイクロン本体２１の上方部には、当該サイクロン本体２１の内部を吸引排気して減圧させ、差圧により気体導入部２２から周方向に旋回するように気体を導入させる吸引排気部２４が設けられている。
吸引排気部２４は、サイクロン本体２１の上方部に同軸状に挿設された吸引排気管２４ｂと、吸引排気管２４ｂに設けられた吸引排気ポンプ２４ａと、を有している。
吸引排気ポンプ２４ａを動作させると、サイクロン本体２１の内部は吸引排気管２４ｂを介して吸引排気されて減圧され、サイクロン本体２１の内部と外部との差圧により、サイクロン本体２１の外部の気体が、粗大ダスト除去部１９を介して気体導入部２２からサイクロン本体２１の内部に引き入れられる。そして、サイクロン本体２１の内部に導入された気体は、サイクロン本体２１の壁面に沿って案内されることで、周方向に旋回しながら下降し、すなわちらせん状に旋回する気流を形成する。この時、気体中の検出対象粒子は相対的に比重が大きいため、遠心力によりサイクロン本体２１の壁面側に分離される。一方、相対的に比重が軽い気体成分は、サイクロン本体２１の壁面の切頭円錐形状により、サイクロン本体２１の下方部において流れを反転させ、サイクロン本体２１の中心軸側において上昇流を形成して、吸引排気管２４ｂを通って外部に排出される。
液体導入部２３からサイクロン本体２１の内部に導入される液体は、周方向に旋回する気流により外向きに押しやられることで、サイクロン本体２１の壁面に沿って膜状に成形される。
本実施の形態では、サイクロン本体２１の壁面に、膜状に成形された液体の水位を検出する水位検出部２５が設けられている。液体導入部２３の流量制御部２３ｃは、水位検出部２５の検出結果に基づいて流量を制御するようになっている。
より詳しくは、水位検出部２５は、サイクロン本体２１の内部に露出する一対の電極と、当該電極間の導電率を測定する測定部と、を有している。液体の水位が一対の電極の高さ位置より高い場合、一対の電極は液体を介して通電し、導電率が相対的に高くなる。一方、液体の水位が一対の電極の高さ位置より低い場合、一対の電極は絶縁されて、導電率が相対的に低くなる。液体の水位が一対の電極の高さ位置より高い場合の測定結果と低い場合の測定結果とを予め実験により求めておき、当該２つの測定結果の間の値を閾値として決定する。その後、測定部の測定結果が閾値より高い場合、液体の水位が一対の電極の高さ位置より高いと判断し、測定部の測定結果が閾値より低い場合、液体の水位が一対の電極の高さ位置より低いと判断する。
流量制御部２３ｃは、水位検出部２５により液体の水位が一対の電極の高さ位置より低いと判断された場合、液体の水位が一対の電極の高さ位置より高くなるまで、液体の流量を増加するようになっている。これにより、サイクロン本体２１の内部の液体の気体に対する接触面積が、液体の送出や蒸発等により減少することを防止できる。
サイクロン本体２１の下方側には、液体供給管２６が接続されている。液体供給管２６には、送液ポンプ２７が設けられている。
サイクロン本体２１の内部は吸引排気部２４により減圧されるが、送液ポンプ２７により液体供給管２６内の液体に圧力をかけて送り出すことで、サイクロン本体２１の内部から液体供給管２６を介して液滴形成部１３へと液体を連続的かつ安定的に供給することができる。
なお、必ずしも必須ではないが、図１３に示すように、捕集部１２には、液体を加温する加温機構４６が設けられていてもよい。この場合、例えば寒冷地等の低温環境において蛍光物質の反応性が低下している時に、液体を例えば体温付近（３５℃程度）まで加温することで、液体中の蛍光物質を活性化させて反応速度を上げることができる。
あるいは、捕集部１２には、液体を冷却する冷却機構（不図示）が設けられていてもよい。この場合、例えば猛暑地等の高温環境において蛍光物質の反応性が低下している時に、液体を例えば体温付近（３５℃程度）まで冷却することで、液体中の蛍光物質を活性化させて反応速度を上げることができる。
次に、液滴形成部１３について説明する。液滴形成部１３は、捕集部１２から供給される液体からエアロゾル状の液滴を形成するようになっている。より詳しくは、液滴形成部１３は、捕集部１２から供給される液体から、ネブライザ、エレクトロスプレー、２流体ノズル、圧電素子、超音波、減圧処理のうち、少なくとも１つを用いてエアロゾル状の液滴を形成するようになっている。
本実施の形態では、図１に示すように、液滴形成部１３は、主配管１８の口径が急激に絞られた絞り部分１８ａを有しており、液体供給管２６の端部が当該絞り部分１８ａの内側に同軸状に挿入されている。主配管１８を流れる気流が絞り部分１８ａを流通する際に、気流の速度が増加する。この時、絞り部分１８ａを流通する高速の気流によって液体供給管２６の端部に負圧が生じ、この負圧により液体供給管２６内の液体が吸引されて引き裂かれる。これにより、液体供給管２６から供給される液体からエアロゾル状の液滴が形成されるようになっている（二流体ノズル）。
なお、図１に示す例では、液体供給管２６の端部は、絞り部分１８ａの内側に同軸状に挿入されているが、これに限定されず、例えば、図３に示すように、液体供給管２６の端部は、絞り部分１８ａに対して直角な向きで連結されていてもよい。
次に、液滴選別部１４について説明する。液滴選別部１４は、液滴形成部１３から供給される液滴のうち、粒径が所定値未満である液滴を選別するようになっている。
液滴選別部１４としては、例えば、慣性力を利用して粒径が所定値未満である液滴を選別するスプレーチャンバを用いることができる。具体的には、例えば、サイクロン形スプレーチャンバ、スコット形スプレーチャンバ、および慣性分岐形スプレーチャンバからなる群のうち、いずれか一つである。このようなスプレーチャンバ自体は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析の技術分野においては公知であり、例えば、ＪＩＳ Ｋ０１３３等に例示されている。ただし、本実施の形態においては、スプレーチャンバ自体を用いて誘導結合プラズマにより分解可能な粒径の液滴を選別するという効果を奏するのではなく、後述するように、スプレーチャンバが検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質を用いる手法と組み合わされることで、検出対象粒子を含んでいない液滴の蛍光強度と、検出対象粒子を含んでいる液滴の蛍光強度と、の差を大きくして、検出対象粒子を高精度に検出可能になるという従来公知のスプレーチャンバからは予想外の効果を奏するのである。
図４は、液滴選別部１４の構成の一例を示す概略図である。図４に示す液滴選別部１４は、サイクロン形スプレーチャンバであり、円筒形内面を有する中央チャンバ体１４ａと、中央部の上端部に連結された切頭円錐形内面を有する上方チャンバ体１４ｂと、中央部の下端部に連結された切頭円錐形内面を有する下方チャンバ体１４ｃと、を有している。
主配管１８は、中央チャンバ体１４ａの内面に当該内面の接線方向に延びるような向きで接続されている。主配管１８を通って中央チャンバ体１４ａの内部に導入される液滴を含む気流は、慣性力により中央チャンバ体１４ａの内面に沿って案内され、周方向に旋回するようになっている。この時、粒径が所定値以上の液滴は、遠心力により中央チャンバ体１４ａの内面側に分離され、当該内面に衝突して付着する。これにより、粒径が所定値以上の液滴が気流から除去され、粒径が所定値未満の液滴が気流に乗って上方チャンバ体１４ｂの上方側から測定部１５へと供給されるようになっている。一方、中央チャンバ体１４ａの内面に付着した液滴（液体）は、重力により下方チャンバ体１４ｃへと流れ落ちて、下方チャンバ体１４ｃの下方側から外部に排液されるようになっている。なお、中央チャンバ体１４ａの内面に付着した液滴（液体）が少量の場合は、付着した液滴（液体）が蒸発してしまうため、排液機構を設ける必要はない。
ここで、スプレーチャンバは慣性力を利用して液滴を選別することから、スプレーチャンバにより選別される液滴の粒径の上限値は、スプレーチャンバの寸法及び形状、気流の流速等の力学的パラメータと相関関係がある。したがって、スプレーチャンバの形状および寸法、気流の流速等の力学的パラメータを適切に選択することで、スプレーチャンバにより選別される液滴の粒径の上限値を所望の値に設定することが可能である。スプレーチャンバにより選別される液滴の粒径は、測定対象や測定目的により適宜選択され得るが、ウイルスまたは細菌を測定対象とする場合には、５０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましい。
次に、測定部１５について説明する。図５は、測定部１５の構成の一例を示す概略図である。測定部１５は、液滴に光を照射するとともに、当該液滴の蛍光強度を測定するようになっている。
本実施の形態では、図５に示すように、測定部１５は、主配管１８に接続され、液滴選別部１４により選別された液滴を含む気流の通流空間を形成する例えば角形のケース体５６を有している。ケース体５６における互いに対向する例えば上下（あるいは左右）の面には、互いに平行な石英からなる光透過窓５２ａ、５２ｂが配置されている。
そのうち一方の光透過窓５２ａの外側には、蛍光物質から発光される蛍光の波長から外れた波長のレーザ光をケース体５６内に照射する発光部５１が設けられている。また、他方の光透過窓５２ｂの外側には、蛍光物質から発せられる蛍光の波長から外れた波長の光を遮断する光学フィルタ５３が設けられている。その更に外側には、蛍光物質の蛍光を受光して電気信号に変換する受光部５４が設けられる。受光部５４は、例えば光電子増倍管であり、光学フィルタ５３からの受光強度に対応する信号レベルの例えば電流を受光出力計測部５５に出力するようになっている。
受光出力計測部５５は、例えば、電流を電圧に変換し、変換後の電圧を示す電圧信号Ｉａと予め設定されたしきい値Ｉｓとを比較し、電圧信号Ｉａがしきい値Ｉｓよりも大きいと判断した時に検出対象粒子検出のアラームを報知あるいは図示しない表示部に表示するようになっている。
ここで電圧信号Ｉａは受光強度に対応する信号であるため、しきい値Ｉｓは次のように決められる。すなわち、しきい値Ｉｓは、検査対象の気体中に検出対象粒子が存在しない場合に液滴形成部１３により形成された液滴がケース体５６を通過する時の蛍光強度と、検査対象の気体中に検出対象粒子が含まれていて、この検出対象粒子に蛍光物質が結合された状態で液滴形成部１３により形成された液滴がケース体５６を通過する時の蛍光強度と、の間の値に設定される。検査対象の気体中に検出対象粒子が存在しない時の蛍光強度は、ケース体５６内を通過する気体に含まれるダストに付着した蛍光物質や、検出対象粒子を含まない液滴に含まれる蛍光物質、からの蛍光の強度に対応する。蛍光物質は、検出対象粒子に対して特異的に結合する。この結果、概略的な言い方をすれば、検出対象粒子の存在により、検出対象粒子が存在しないときよりも蛍光物質の密度が高くなり、検出対象粒子の有無に対応する蛍光強度差が発生する。
図１に戻って、測定部１５の下流側には、測定部１５を通過した液滴を捕捉するための例えばメッシュ体からなる液体回収部１６が設けられている。液体回収部１６の下流側には、吸引ポンプ１７が設けられており、液体回収部１６を通過した気体は、例えば図示しない検出対象粒子を吸着除去するためのフィルタを介して測定装置１０の外部に排気されるようになっている。なお、液体回収部１６には排液機構が設けられているが、液体回収部１６を通過する液滴（液体）が十分少ない場合、液滴（液体）は蒸発してしまうため、排液機構を設ける必要はない。
次に、液滴選別部１４により粒径が所定値未満の液滴を選別する点について説明する。
検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質を用いる手法において、未反応の蛍光物質はノイズとなる。図６は、液滴の粒径が比較的大きい場合の蛍光強度について説明するための模式図である。図６に示す例では、色の濃さが蛍光強度の強弱を示している。
図６において、符号３０１を付して示す液滴のように、液滴中の蛍光物質は、検出対象粒子に結合していなくても蛍光を発している。また、符号３０２を付して示す液滴のように、体積液滴中の蛍光物質は、検出対象となる検出対象粒子に特異的に結合した場合、蛍光物質の密度が高くなるため、検出対象粒子に結合していない場合と比較して蛍光強度が高くなる。なお、図６の符号３０２を付して示す液滴では、液滴３０２の一部である符号３０３を付して示す部分が検出対象粒子に結合していない蛍光物質を含む部分を示し、液滴３０２の他の一部である符号３０４を付して示す部分が検出対象粒子に結合した蛍光物質を含む部分を示している。
図６に示すように、液滴の粒径が比較的大きい場合、検出対象となる検出対象粒子に結合していない蛍光物質による蛍光により、符号３０１を付して示す液滴の液光強度と符号３０２を付して示す液滴の蛍光強度との差を区別できない場合がある。言い換えると、液滴全体からの蛍光強度が同等となり、蛍光強度の差を測定することが困難な場合がある。この場合、検出対象となる検出対象粒子を検出できない。
ここで、本実施の形態によれば、液滴選別部１４が粒径が所定値未満の液滴を選別することで、液滴形成前に液体中から未反応の蛍光物質を除去していなかったとしても、検出対象粒子に結合した蛍光物質からの蛍光を高精度に測定可能となる。また、測定精度が向上する結果、検出対象粒子の検出精度を向上可能となる。また、検出対象粒子をリアルタイムに検出可能となる。例えば、ウイルスや細菌を高精度にリアルタイムで検出可能である。
従来技術では、前述のように未反応の蛍光物質に由来する蛍光についても測定されることがあり、測定精度が悪いことがあるという問題がある。ここで、液滴形成前に液体中から未反応の蛍光物質を分離した上で液滴の蛍光強度を測定する手法が考えられるが、手間がかかり、連続して測定することが困難である。これに対して、本実施の形態によれば、液滴形成前に液体中から未反応の蛍光物質を分離しなくても、連続して簡単に測定可能となる。
一方、蛍光相関分光法では、レーザの焦点を絞ることで、測定対象となる液体の体積をフェムトリットル（ｆＬ）からサブフェムトリットル（ｆＬ）にまで絞ることが可能である。ここで、蛍光相関分光法を応用した系において、測定対象となる液体の体積をフェムトリットル（ｆＬ）からサブフェムトリットル（ｆＬ）にまで絞った場合、未反応の蛍光物質を除去しなかったとしても、検出対象となる検出対象粒子の測定が可能である。
このことを踏まえ、液滴選別部１４は、測定部１５により測定される液滴の粒径を小さくすることが好ましい。具体的には、２０μｍ以下の粒径の液滴が５０％以上含まれるように、液滴を選別することが好ましい。この場合、測定部１５は、未反応の蛍光物質を除去していなかったとしても、検出対象となる検出対象粒子を高精度に測定可能となる。
図７は、液滴の粒径が比較的小さい場合の蛍光強度について示す図である。図７に示す例では、符号３１１を付して示す液滴が、検出対象となる検出対象粒子に結合している蛍光物質を含まない場合、符号３１２を付して示す液滴が、検出対象粒子に結合している蛍光物質を符号３１３を付して示す部分に含む場合を例に示している。なお、液滴３１２のうち、符号３１４を付して示す部分には、検出対象粒子に結合していない蛍光物質がある場合を例に示している。
図７の符号３１１を付して示す液滴と符号３１２を付して示す液滴とに示すように、液滴の粒径を小さくすることで、検出対象粒子を含まない液滴の蛍光強度と、検出対象粒子を含む液滴の蛍光強度と、の差が大きくなり、検出対象となる検出対象粒子を高精度に検出可能となる。
また、レーザの径をより細くすることは困難であり、蛍光相関分光法においては、測定対象となる液体の体積をサブフェムトリットル（ｆＬ）より小さくすることは困難である。また、同様に、測定部１５において発光部５１により照射される光の径を細くすることも困難である。言い換えると、レーザの径を細くすることで、一度に測定される液体の量を少なくすることには、限界がある。
これに対して、本実施の形態によれば、レーザの径を細くしなくても、液滴選別部１４により選別される液滴の粒径をより小さくすることで、一度に測定される液体の体積を少なくでき、測定感度を向上可能となる。また、特殊なレーザを利用する必要がなく、安価なレーザを利用することができる。また、レーザの径を細くするための構成が不要となるため、シンプルな装置構成とすることができる。
次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用（本発明の一実施の形態による測定方法）について説明する。
まず、図１に示すように、吸引ポンプ１７により、気体（例えば、大気）がダスト除去部１１を介して主配管１８内に取り込まれ、液滴形成部１３、液滴選別部１４、測定部１５、および液体回収部１６の順に流れる気流が形成され、吸引ポンプ１７および図示しないフィルタを介して排気される。
一方、捕集部１２の吸引排気ポンプ２４ａの動作により、、気体（例えば、大気）が粗大ダスト除去部１９を介して捕集部１２の気体導入部２２へと取り込まれ、気体導入部２２からサイクロン本体２１の内部に導入される。また、蛍光物質を含有する液体が、液体導入部２３からサイクロン本体２１の内部に導入される。
気体導入部２２からサイクロン本体２１の内部に導入された気体は、サイクロン本体２１の壁面に沿って案内されることで、周方向に旋回され、サイクロン本体２１の内部にらせん状の気流を形成する。液体導入部２３からサイクロン本体２１の内部に導入された液体は、らせん状の気流により径方向外向きに押しやられ、サイクロン本体２１の壁面に沿って膜状に成形される。
気体中に含まれる検出対象粒子は、遠心力によりサイクロン本体２１の壁面側に分離され、膜状に成形された液体中に捕集される。液体中に含まれる蛍光物質は、捕集された検出対象粒子に特異的に結合する。なお、蛍光物質によっては、検出対象粒子と結合させるのに時間を要する場合があるが、本実施の形態においては、サイクロンの内部にて反応させるため、流路内にて蛍光物質と結合させる方法よりも確実に蛍光物質を結合させることができる。また、サイクロンの内部の液体を任意の時間滞留するように設定することもできる。
サイクロン本体２１の壁面上において検出対象粒子を捕集した液体は、重力により徐々に下方に流れ落ち、次いで、送液ポンプ２７の動作により、サイクロン本体２１の下方側から液体供給管２６を介して液滴形成部１３へと連続的に供給される。
液滴形成部１３では、捕集部１２から供給された液体は、主配管１８の絞り部分１８ａを流通する高速の気流によって、液体供給管２６の端部から引き出され、エアロゾル状の液滴に成形される。形成されたエアロゾル状の液滴は、主配管１８の気流に乗って、液滴選別部１４へと供給される。
図４に示すように、液滴選別部１４では、液滴形成部１３から供給された液滴を含む気流は、中央チャンバ体１４ａの円筒形内面に沿って案内されることで、周方向に旋回する。この時、気流に含まれる粒径が所定値以上の液滴は、遠心力により中央チャンバ体１４ａの内面側に分離され、当該内面に衝突して付着する。一方、粒径が所定値未満の液滴は、気流とともに周方向に旋回しながら上昇して、上方チャンバ体１４ｂの上方側から測定部１５へと供給される。
図５に示すように、測定部１５は、液滴選別部１４により選別された液滴に光を照射し、光が照射された液滴の蛍光強度を測定する。詳しくは、主配管１８を介して案内された液滴に光を照射し、蛍光強度を測定する。また、その後、例えば、測定部１５は、測定した蛍光強度としきい値とを比較することで、検査対象の気体に検出対象粒子が含まれているかどうかを判定する。言い換えると、測定部１５は、検査対象の気体から検出対象粒子を検出する。
例えば、測定部１５では、発光部５１が、液滴が通流しているケース体５６の内部に紫外レーザ光を照射する。ここで、液滴中の蛍光物質は、紫外レーザ光によって励起されて蛍光を発する。その後、紫外レーザ光は、光学フィルタ５３により遮光され、蛍光波長の光が、受光部５４により選択的に検出される。受光部５４により検出される受光強度は、液滴形成部１３により形成された液滴中における蛍光物質の体積密度に比例する。
液滴形成部１３により形成された液滴中に検出対象粒子が存在する場合、受光部５４にて検出される蛍光強度はしきい値Ｉｓよりも大きくなり、受光出力計測部５５にて検出対象粒子検出のアラームが発せられる。
また、液滴形成部１３により形成された液滴中に検出対象粒子が存在しない場合、たとえ液滴形成部１３により形成された液滴中に大気中の微細なダストが取り込まれていて、このダストに蛍光物質が付着していても、蛍光物質の密度は検出対象粒子に結合された蛍光物質の密度よりも格段に小さい。このため、受光部５４にて検出された受光強度は予め設定されたしきい値Ｉｓよりも小さい。
測定部１５を通過した液滴は、液体回収部１６にて気液分離され、液体は回収される。一方、気体は、液体回収部１６の下流側に設けられている吸引ポンプ１７により測定装置１０の外部に排気される。
次に、具体的な実施例について説明する。
本実施の形態の第１実施例として、検出対象粒子（抗原）と蛍光色素ＰＥ−Ｃｙ５により標識された抗体とを含む試薬を５×１０５倍希釈した液体（液体中の検出対象粒子の濃度：３×１０７個／ｍｌ＝０．００２ｎｇ／ｍｌ）を、０．１ｍｌ／ｈｒに流量で供給しながら液滴形成部１３によりエアロゾル状の液滴を形成し、液滴選別部１４により所定の粒径未満の液滴を選別した後、測定部１５により液滴の蛍光強度を、５ｍｓのゲート時間に受光部５４で検出された光子数として測定した。第１実施例の測定結果を、図８において、ひし形の点で示す。なお、図７において、横軸は、５ｍｓのゲート時間に受光部５４で検出された光子数、すなわち液滴の蛍光強度を示しており、縦軸は、そのような強度の蛍光を発した液滴が５分間の間に検出された回数（頻度）についての測定を５回繰り返した結果の平均値を示している。
また、第１比較例として、検出対象粒子を含まずに蛍光標識抗体のみを含む液体を液滴形成部１３に供給する点以外は第１実施例と同様の方法で、液滴の蛍光強度を測定した。第１比較例の測定結果を、図８において、正方形の点で示す。
図８に示すように、第１実施例の測定結果は、第１比較例の測定結果に対して区別可能であり、すなわち本実施の形態により検出対象粒子を高感度に検出できたことが確認された。特に、第１実施例では、０．００２ｎｇ／ｍｌの検出感度を達成した。この検出感度は、現在のＥＩＡ法やイムノクロマト法を用いてノロウイルスを検出する際の標準感度（０．５ｎｇ／ｍｌ〜１０ｎｇ／ｍｌ）と比較して、顕著に高い検出感度である。
次に、本実施の形態の第２実施例として、第１実施例で用いた試薬を５×１０３倍希釈した液体（液体中の検出対象粒子の濃度：０．２ｎｇ／ｍｌ）を液滴形成部１３に供給する点以外は第１実施例と同様の方法で、液滴の蛍光強度を測定した。
また、第２比較例として、液滴形成部１３により形成されたエアロゾル状の液滴を液滴選別部１４を用いずに測定部１５に直接供給する点以外は、第２実施例と同様の方法で、液滴の蛍光強度を測定した。
第２実施例の測定結果と第２比較例の測定結果とを、図９において重ねて示す。図９における丸印の点が、第２実施例の測定結果を示し、×印の点が第２比較例の測定結果を示す。
図９に示すように、液滴選別部１４を用いた第２実施例の測定結果では、液滴選別部１４を用いなかった第２比較例の測定結果と比べて、光子数が６０以上に対応する比較的大きな液滴の検出頻度が顕著に低減されているが、光子数が６０未満に対応する比較的小さな液滴の検出頻度は低減されておらず、すなわち、光子数が６０未満に対応する比較的小さな液滴が選別されたことが分かる。したがって、液滴選別部１４を用いることで、粒径が比較的小さな液滴を効果的に選別できることが確認された。
以上のような本実施の形態によれば、液滴選別部１４により粒径が所定値未満の液滴が選別されるため、検出対象粒子を含む液滴の蛍光強度と、検出対象粒子を含まない液滴の蛍光強度と、の差が大きくなり、検出対象粒子の検出精度を大幅に向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、捕集部１２において、検査対象の気体がサイクロン２０に導入されることで、特許文献１に記載のように検査対象の気体がマイクロサイズの流体チップに導入される方式に比べて、単位時間あたりの気体の導入量を大幅に増やすことができる。また、サイクロン２０に導入される液体がサイクロン本体２１の壁面に沿って膜状に成形されることで、検査対象の気体に対する液体の接触面積が拡大する。また、遠心力により気体中の検出対象粒子がサイクロン本体２１の壁面側に分離されることで、検出対象粒子を液体に効率的に接触させることができる。これらの作用により、気体中の検出対象粒子の液体中への捕集効率を大幅に向上させることができ、検出対象粒子の検出精度を顕著に向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、サイクロン２０において、膜状に成形された液体は、送液ポンプ２７による送液だけではなく、旋回する気体により随時蒸発され。しかしながら、水位検出部２５の検出結果に基づいて液体の導入量が調整されることで、液体の水位が低下することを防止でき、すなわち検査対象の気体に対する液体の接触面積が減少することを防止できる。これにより、検出対象粒子の捕集効率の低下を防止でき、検出精度の低下を防止できる。
また、本実施の形態によれば、サイクロン２０の上方部には、当該サイクロン２０の内部を吸引排気して減圧させ、差圧により当該サイクロン２０の気体導入部から周方向に旋回するように気体を導入させる吸引排気部２４が設けられているため、単純な構造により気体を旋回させることが可能である。
なお、第１の実施の形態では、図１に示すように、主配管１８において気流を形成する気体と捕集部１２において液体と接触させる気体とは、ダスト除去部１１または粗大ダスト除去部１９を通過した互いに異なる系統から供給されたが、これに限定されるものではなく、ダスト除去部１１と液滴形成部１３との間において主配管１８から分岐する分岐管を捕集部１２の気体導入部２２に気密に連結して、主配管１８において気流を形成する気体と同じ系統から捕集部１２に気体を供給してもよい。図１に示すように主配管１８とは別個の配管から捕集部１２に気体を供給する場合、主配管１８には清浄な気体（例えば、窒素ガス等の不活性ガス）を供給してもよい。
また、第１の実施の形態において、捕集部１２において液体と接触させる気体は、外気でも良く、人が吐く息であってもよい。人の吐く息を用いる場合、例えば、気体導入部２２に連結される配管の一端をラッパ状に広げ、ラッパ状部分に口を近づけて人の息を導入するようにしても良い。
また、第１の実施の形態では、図１に示すように、液体導入部２３がサイクロン本体２１の内部に蛍光物質を含む液体を導入するようになっていたが、これに限定されず、図１０に示すように、サイクロン２０の下方部と液滴形成部１３とを接続する液体供給管２６に、当該液体供給管２６内を流れる液体に蛍光物質を含む液体を合流させる第２液体導入部４１が接続されていてもよい（第２の実施の形態）。この場合、例えば、液体導入部２３はサイクロン本体２１の内部に水を導入してもよい。
図示された例では、第２液体導入部４１は、蛍光物質を含有する液体が収容されたシリンジポンプを有し、シリンジの先端が液体供給管２６に液密に連結されており、ピストンによりシリンジの内部が加圧されることで、蛍光物質を含有する液体が液体供給管２６の内部を流れる液体に合流されるようになっている。
また、このように液体供給管２６に第２液体導入部４１が設けられている場合、サイクロン２０に設けられた液体導入部２３は、検出対象粒子を前処理するための液体をサイクロン本体２１の内部に導入するようになっていることが好ましい。前処理とは、例えば、検出対象粒子の外膜破壊処理、表面ロウ質除去処理等である。
具体的には、例えば、検出対象粒子の内部構造体に特異的に結合する蛍光物質を用いる場合、検出対象粒子の外膜構造体（例えば、細菌の細胞膜）を破壊して内部構造体を液体中に露出させるような液体（例えば、アルカリや低浸透圧の液体）を液体導入部２３からサイクロン本体２１の内部に導入しておくことで、液体供給管２６内において第２液体導入部４１から合流される液体中の蛍光物質を検出対象粒子の内部構造体に結合させて検出することが可能となる。
また、第１の実施の形態では、サイクロン本体２１の内部に周方向に旋回する気流を形成するために、図１に示すように、サイクロン２０の上方部に吸引排気部２４が設けられていたが、これに限定されず、図１１に示すように、サイクロン２０の内部に、当該サイクロン２０の気体導入部２２から導入された気体を周方向に旋回させる旋回部４４が設けられていてもよい（第３の実施の形態）。
図示された例では、旋回部４４は、サイクロン本体２１の内部に同軸状に配置された羽根車（プロペラ）４２と、羽根車４２に回転駆動力を提供する回転駆動部４３（例えば、モータ）と、を有している。サイクロン本体２１の上方部には同軸状に排気孔４５が開けられており、回転駆動部４３の回転軸は排気孔４５を通って羽根車４２に接続されている。
回転駆動部４３からの回転駆動力により羽根車４２が回転されると、サイクロン本体２１の内部の気体が羽根車４２の羽根に押されることで周方向に旋回するように加圧され、サイクロン本体２１の内部にらせん状の気流が形成される。この時、気体中の検出対象粒子は相対的に比重が大きいため、遠心力によりサイクロン本体２１の壁面側に分離される。一方、相対的に比重が軽い気体成分は、サイクロン本体２１の壁面の切頭円錐形状により、サイクロン本体２１の下方部において流れを反転させ、サイクロン本体２１の中心軸側において上昇流を形成して、排気孔４５を通って外部に排出される。
液体導入部２３からサイクロン本体２１の内部に導入される液体は、らせん状の気流により径方向外向きに押しやられ、サイクロン本体２１の壁面に沿って膜状に成形される。そして、遠心力によりサイクロン本体２１の壁面側に分離された検出対象粒子は、膜状に成形された液体中に捕集される。
このような第３の実施の形態によれば、サイクロン本体２１の内部が正圧となるため、サイクロン本体２１から液滴形成部１３への送液が容易であり、送液ポンプ２７を省略することも可能である。また、このような態様によれば、気体を旋回させる機構がサイクロン２０の内部に設けられているため、サイクロン２０の小型化が容易である。
また、第１実施の形態では、図１に示すように、捕集部１２においてサイクロン２０の気体導入部２２が粗大ダスト除去部１９に直接接続されていたが、これに限定されず、図１２に示すように、捕集部１２は、第２サイクロン本体６１と、第２サイクロン本体６１の内部に気体を導入するための第２気体導入部６２を有する第２サイクロン６０を有しており、サイクロン２０の気体導入部２２は第２サイクロン６０を介して粗大ダスト除去部１９に接続されていてもよい（第４の実施の形態）。
図示された例では、第２サイクロン本体６１は、接頭円錐形の内面（以下、壁面という）を有しており、小径側の端部が大径側の端部より下方に位置するように向けられている。
第２気体導入部６２は、第２サイクロン本体６１の上方部において第２サイクロン本体６１の壁面の接線方向に延びるように設けられており、粗大ダスト除去部１９に気密に連結されている。粗大ダスト除去部１９から第２気体導入部６２を通って第２サイクロン本体６１の内部に導入される気体は、第２サイクロン本体６１の壁面に沿って案内されることで、周方向に旋回するようになっている。
第２サイクロン本体６１の上方部には、第２サイクロン本体６１の内部を吸引排気して減圧させ、差圧により第２気体導入部６２から周方向に旋回するように気体を導入させる第２吸引排気部６４が設けられている。
第２吸引排気部６４は、第２サイクロン本体６１の上方部に同軸状に挿設された第２吸引排気管６４ｂと、第２吸引排気管６４ｂに設けられた第２吸引排気ポンプ６４ａと、を有している。
第２吸引排気ポンプ６４ａを動作させると、第２サイクロン本体６１の内部は第２吸引排気管６４ｂを介して吸引排気されて減圧され、第２サイクロン本体６１の内部と外部との差圧により、第２サイクロン本体６１の外部の気体が、粗大ダスト除去部１９を介して第２気体導入部６２から第２サイクロン本体６１の内部に引き入れられる。そして、第２サイクロン本体６１の内部に導入された気体は、第２サイクロン本体６１の壁面に沿って案内されることで、周方向に旋回しながら下降し、すなわちらせん状に旋回する気流を形成する。この時、気体中の検出対象粒子は相対的に比重が大きいため、遠心力により第２サイクロン本体６１の壁面側に分離され、壁面に衝突して落下する。一方、相対的に比重が軽い気体成分は、第２サイクロン本体６１の壁面の切頭円錐形状により、第２サイクロン本体６１の下方部において流れを反転させ、第２サイクロン本体６１の中心軸側において上昇流を形成して、第２吸引排気管６４ｂを通って外部に排出される。
第２サイクロン本体６１の下方部は、サイクロン２０の気体導入部２２に気密に接続されている。第２サイクロン本体６１の壁面に衝突して落下した検出対象粒子は、第２サイクロン本体６１の下方側からサイクロン２０の気体導入部２２へと連続的に供給されるようになっている。
このような第４の実施の形態による具体的な実施例について説明する。
第４の実施の形態の第３実施例として、粒子発生器により生成された粒径１８０ｎｍの粒子を含むサンプリングガスを第２サイクロン６０の第２気体導入部６２に供給しながら、第２吸引排気ポンプ６４ｂにより６００ＳＬＭの流量で第２サイクロン本体６１の内部を吸引排気し、第２サイクロン本体６１の内部に周方向に旋回する気流を形成した。そして、粒子濃度計測器により、第２気体導入部６２を通過する気体中の粒子の濃度と、第２サイクロン本体６１の下方部からサイクロン２０の気体導入部２２へと供給される気体中の粒子の濃度と、をそれぞれ計測した。
また、第４の実施の形態の第４実施例として、第２吸引排気ポンプ６４ｂによる吸引排気量を９００ＳＬＭに変更する点以外は第３実施例と同様の方法で、第２気体導入部６２を通過する気体中の粒子の濃度と、第２サイクロン本体６１の下方部からサイクロン２０の気体導入部２２へと供給される気体中の粒子の濃度と、をそれぞれ計測した。
また、第４の実施の形態の第５実施例として、第２吸引排気ポンプ６４ｂによる吸引排気量を１２００ＳＬＭに変更する点以外は第３実施例と同様の方法で、第２気体導入部６２を通過する気体中の粒子の濃度と、第２サイクロン本体６１の下方部からサイクロン２０の気体導入部２２へと供給される気体中の粒子の濃度と、をそれぞれ計測した。
第３実施例、第４実施例、および第５実施例の計測結果を、下表１にまとめて示す。
表１に示すように、第３実施例、第４実施例、および第５実施例のいずれの計測結果でも、第２サイクロン本体６１の下方部からサイクロン２０の気体導入部２２へと供給される気体中の粒子の濃度は、第２気体導入部６２を通過する気体中の粒子の濃度よりも大きく、第２サイクロン６０により粒子が濃縮されるという効果が確認された。特に、第５実施例では、粒子の濃度を２０倍に濃縮できることが確認された。
以上のように第４の実施の形態によれば、第２サイクロン６０によって検出対象粒子が濃縮された気体がサイクロン２０に供給されるため、検出対象粒子の捕集効率が一層向上し、検出対象粒子の検出精度が更に向上する。
図１４は、本発明の第５の実施の形態の測定装置における液滴選別部１４’の構成を示す概略図である。第５の実施の形態の測定装置のうち液滴選別部１４’以外の構成は、第１の実施の形態と略同様であり、詳細な説明を省略する。
図１４に示すように、液滴選別部１４’は、慣性力を利用して大きい液滴を含む気流と小さい液滴を含む気流とに分けるチャンバ（慣性分岐形スプレーチャンバ）であり、主配管１８の下流側に主配管１８に対して所定の曲率で湾曲するように連結された第１流路１４１と、主配管１８の下流側に主配管１８と平行に延びるように連結された第１流路１４１より小径の第２流路１４２と、を有している。第１流路１４１のコンダクタンスは、第２流路１４２のコンダクタンスより大きくなっている。
このような構成からなる液滴選別部１４’では、主配管１８を流れる気流が、コンダクタンスの大きい第１流路１４１に沿って案内されて旋回される。この時、気流に含まれる粒径が所定値以上の液滴は、それ自身の慣性力により気流の旋回に追随できず、第２流路１４２を通って外部に排出される。これにより、粒径が所定値以上の液滴が気流から除去され、粒径が所定値未満の液滴が気流に乗って第１流路１４１を旋回され、測定部１５へと供給される。
このような第５の実施の形態によれば、液滴選別部１４’は粒径が所定値以上の液滴をチャンバの内面に衝突させることなく除去するため、チャンバの内面に液体が付着して汚れることが低減する。そのため、装置のメンテナンスが容易である。
図１５は、本発明の第６の実施の形態の測定装置における測定部１５’の構成を示す概略図である。第６の実施の形態の測定装置のうち測定部１５’以外の構成は、第１の実施の形態と略同様であり、詳細な説明を省略する。
図１５に示すように、測定部１５’は、図４に示す測定部１５における光学フィルタ５３および受光部５４の代わりに、第１および第２の光学フィルタ５８、５９と、第１乃至第３の受光部５４ａ、５４ｂ、５７と、を有している。ここで、図１５においては、２つの光透過窓５２ａ、５２ｂは上下方向に向かい合うように図示されているが、実際は、互いに９０°を成す向きで配置されており（例えば、光透過窓５２ａは天井面に配置されているが、光透過窓５２ｂは左側面に配置されている）、発光部５１から放射されて光透過窓５２ａを透過した光は、光透過窓５２ｂに直接入射することは無いようになっている。
第１の光学フィルタ５８は、光透過窓５２ｂの外側に４５°傾斜した向きで設けられており、蛍光物質から発せられる蛍光を反射するとともに、蛍光物質から発せられる蛍光の波長から外れた波長の光（すなわち、液滴からの散乱光）を透過するようになっている。第３の受光部５７は、第１の光学フィルタ５８に対して光透過窓５２ｂとは反対側に配置されており、第１の光学フィルタ５８を透過した光を受光して電気信号に変換するようになっている。
また、第２の光学フィルタ５９は、第１の光学フィルタ５８の図１５における右側に４５°傾斜した向きで設けられており、第１の光学フィルタ５８により反射された光のうち第１波長範囲の光を透過するとともに、第１波長範囲とは異なる第２波長範囲の光を反射するようになっている。第１の受光部５４ａは、第２の光学フィルタ５９の図１５における右側に配置されており、第２の光学フィルタ５９を透過した光を受光して電気信号に変換するようになっている。また、第２の受光部５４ａは、第２の光学フィルタ５９の図１５における下側に配置されており、第２の光学フィルタ５９により反射された光を受光して電気信号に変換するようになっている。
第１乃至第３の受光部５４ａ、５４ｂ、５７は、例えば光電子増倍管であり、受光強度に対応する信号レベルの例えば電流を受光出力計測部５５に出力するようになっている。
このような第６の実施の形態によれば、第１波長範囲の蛍光を発する第１蛍光物質と第２波長範囲の蛍光を発する第２蛍光物質とを同一種類の検出対象粒子（例えばノロウイルス）に結合させた状態で、液滴の蛍光強度を第１波長範囲および第２波長範囲においてそれぞれ検出することで、検出対象粒子の確度の高い検出が可能となる。
また、第１波長範囲の蛍光を発する第１蛍光物質を第１の検出対象粒子（例えばノロウイルス）に結合させるとともに、第２波長範囲の蛍光を発する第２蛍光物質を第２の検出対象粒子（例えばインフルエンザウイルス）に結合させた状態で、液滴の蛍光強度を第１波長範囲および第２波長範囲においてそれぞれ検出することで、２種類の検出対象粒子を同時に検出することが可能となる。
また、蛍光物質から発せられる蛍光の波長から外れた波長の光（すなわち、液滴からの散乱光）の強度を検出することで、デブリ判断が可能となる。デブリ判断について説明を補足すると、衣類くず等のいわゆるデブリから発せられる自家蛍光の波長が、蛍光物質から発せられる蛍光の波長と重なる場合があり、この場合、デブリの自家蛍光が第１の受光部５４ａおよび／または第２の受光部５４ｂにより検出されることがある。しかしながら、デブリは比較的大きいため散乱光も大きく、第３の受光部５７において大きな散乱光が検出されるはずである。したがって、第１の受光部５４ａおよび／または第２の受光部５４ｂにて蛍光が検出されると同時に、第３の受光部５７にて大きな散乱光が検出される場合には、デブリであると判断する。これにより、デブリの自家蛍光によるノイズを低減することができ、検出対象粒子の検出精度を更に向上できる。
なお、本実施の形態では、２つの異なる波長範囲（第１波長範囲及び第２波長範囲）において蛍光強度を測定したが、３つ以上の異なる波長範囲において蛍光強度を測定してもよい。
図１６は、本発明の第７の実施の形態の測定装置の構成を示す概略図である。
図１６に示す測定装置では、液体供給管２６の一端側を、検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質を含む液体が収容された液体貯留槽２０２に浸漬すると共に、液体供給管２６の他端側を、第１の実施の形態と同様に主配管１８の絞り部分１８ａに連結させて、液滴形成部１３ａを構成するようになっている。
この場合、吸引ポンプ１７により形成される主配管１８内の気流により液体供給管２６の他端側が負圧となって、液体貯留槽２０２内の液体が液体供給管２６を介して主配管１８内に引き込まれてエアロゾル状の液滴が形成される。そして、気流中の検出対象粒子は、主配管１８の絞り部分１８ａを通過する時に、液体供給管２６の他端側から引き裂かれた液体中に取り込まれる。したがって、液体中への検出対象粒子の捕集は液滴形成部１３ａにより行われることになるため、この例では、液滴形成部１３ａが捕集部を兼用しているということができる。液滴形成部１３ａにより形成されたエアロゾル状の液滴は、主配管１８内の気流に乗って、液滴選別部１４へと送られ、液滴選別部１４において、粒径が所定値未満の液滴が選別される。この例においても、既述の実施形態と同様の効果が得られる。
また、例えば、図１７に示すように、液滴形成部１３ａが捕集部を兼用する例において、液体供給管２６の途中に送液ポンプ２２１を設け、この送液ポンプ２２１の送液動作により液体貯留槽２０２内の液体を液滴形成部１３ａに送り出すようにしてもよい。
また、例えば、図１８に示すように、捕集部１２として曝気槽９０が用いられてもよい。図１８は、捕集部１２として曝気槽９０を用いる測定装置の一例を示す図である。
図示された例では、液体貯留槽２０２内の液体が送液ポンプ２２１および液体流量調整部２２２を介して曝気槽９０内に供給される。また、検査対象の気体が吸気ポンプ２１１の吸気動作により気体取入口９２から吸引され、気体流量調整部２１２を介して散気装置９１へと送られる。そして、曝気槽９０内の液体中において散気装置９１により検出対象の気体と液体とが接触され、これにより気体中の検出対象粒子が液体中に捕集される。図２０において、符号９３は、通気ポートである。この場合、図示されたように、液体供給管２６の一端を曝気槽９０内に浸漬し、吸引ポンプ１７の吸引よる気流により液体を液体供給管２６の他端側から主配管１８内に引き入れて液滴を形成しても良いが、図１７と同様に液体供給管２６の途中に送液ポンプを設けるようにしても良い。
以上の実施の形態では、検査対象の気体から検出対象粒子を検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、検査対象となる物質（検体）が液体であってもよい。より詳細な一例を挙げて説明すると、検査対象となる物質そのものが液体であってもよく、検査対象となる物質が既に混合された溶液を検査対象としてもよい。
例えば、図１９に示すように、測定装置１００は、図１に示す測定装置１０の捕集部１２および液滴形成部１３の代わりに、検体と検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質とが混合された液体からエアロゾル状の液滴を形成する液滴形成部１１３を備えていてもよい（第８の実施の形態）。
液滴形成部１１３は、０．１ｍｌ〜５ｍｌの容量を有する小型筒状の液体収容部７１と、液体収容部７１の下端部に嵌合されたリング状の圧電振動子７２と、圧電振動子７２のリングの内側に固定されたメッシュ状板材７３と、を有している。液体収容部７１の上端部には、内部に異物が入らないように蓋体７４が設けられている。圧電振動子７２には不図示の電源が電気的に接続されている。
不図示の電源から圧電振動子７２に電圧が印加されていない時、液体収容部７１内に収容された液体は、その表面張力により、メッシュ状板材７３の微細孔から流出しないようになっている。
一方、不図示の電源から圧電振動子７２に電圧が印加される時、圧電振動子７２がメッシュ状板材７３とともに超音波の周波数範囲で振動し、液体収容部７１内に収容された液体は、メッシュ状板材７３の振動が伝播されることにより、メッシュ状板材７３の微細孔からエアロゾル状の液滴となって落下するようになっている。
液体収容部７１の下端部には、切頭円錐筒状のガイド部材７５の上端部が連結されており、ガイド部材７５の下端部は主配管１８に連結されている。
図１６において、図１に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
次に、以上のような構成からなる測定装置１００の作用について説明する。
まず、図１６に示すように、液滴形成部１１３の蓋体７４が液体収容部７１の上端部から外され、液体収容部７１の内部に、液状または固体状の検体と検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質とが混合された液体が、０．１ｍｌ〜５ｍｌの容量で収容される。液状または固体状の検体としては、例えば、血液、唾液、髄液、尿、細胞等が用いられる。その後、液体収容部７１の上端部に蓋体７４が載せられる。
次に、吸引ポンプ１７により気体（例えば、大気）がダスト除去部１１を介して主配管１８内に取り込まれ、液滴形成部１３、液滴選別部１４、測定部１５、および液体回収部１６の順に流れる気流が形成され、吸引ポンプ１７および図示しないフィルタを介して排気される。
次に、液滴形成部１１３の圧電振動子７２がメッシュ状板材７３と共に超音波の周波数範囲で振動され、液体収容部７１内に収容された液体が、メッシュ状板材７３の微細孔からエアロゾル状の液滴となって落下する。
液滴形成部１１３により形成されたエアロゾル状の液滴は、ガイド部材７５により案内されて、主配管１８へと供給され、主配管１８の気流に乗って、液滴選別部１４へと送られる。
液滴選別部１４では、液滴形成部１１３から供給された液滴を含む気流は、中央チャンバ体１４ａの円筒形内面に沿って案内されることで、周方向に旋回する。この時、気流に含まれる粒径が所定値以上の液滴は、遠心力により中央チャンバ体１４ａの内面側に分離され、当該内面に衝突して付着する。一方、粒径が所定値未満の液滴は、気流とともに周方向に旋回しながら上昇して、上方チャンバ体１４ｂの上方側から測定部１５へと供給される。
その後、第１の実施の形態と同様の工程により、測定部１５において液滴の蛍光強度が測定され、測定結果に基づいて、検体中に検出対象粒子が含まれているかどうかが判断される。測定部１５を通過した液滴は、液体回収部１６にて気液分離され、液体は回収される。一方、気体は、液体回収部１６の下流側に設けられている吸引ポンプ１７により測定装置１０の外部に排気される。
以上のような第８の実施の形態によれば、液滴形成部１１３において超音波振動を利用することで、０．１ｍｌ〜５ｍｌという少量の液体からエアロゾル状の液滴を効率的に形成することができる。
なお、本実施の形態では、主配管１８の下流側端部に設けられた吸引ポンプ１７により主配管１８内を流れる気流を形成したが、これに限定されず、例えば主配管１８の上流側端部に圧縮ガス導入部を接続し、当該圧縮ガス導入部から３気圧程度の圧縮ガスを導入することで、主配管１８内を流れる気流を形成してもよい。
図１７は、液滴形成部１１３の変形例を示す概略図である。図１７において液滴形成部に符号２１３を付して示す。
図１７に示す液滴形成部２１３は、ＭＥＭＳからなり、０．１ｍｌ〜５ｍｌの容量を有する小型凹状の液体収容部８１と、液体収容部８１に連通された幅が１ｍｍ以下の液体流路８４と、液体流路８４の先端部において当該液体流路８４に合流するように設けられたガス流路８２と、ガス流路８２に圧縮ガスを導入する圧縮ガス導入口８３と、を有している。ここで、「ＭＥＭＳ」とは、半導体プロセス技術を用いて一つのチップ上に形成された微小な電気機械システムという意味であり、ＪＩＳ Ｃ５６３０−１に規定された内容に準じる。
液体収容部８１内には、液状または固体状の検体と検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質とが混合された液体が、０．１ｍｌ〜５ｍｌの容量で収容される。液状または固体状の検体としては、例えば、血液、唾液、髄液、尿、細胞等が用いられる。液体収容部８１内に収容された液体は、毛細管現象により液体流路８４の先端まで入り込む。
圧縮ガス導入口８３から７気圧程度の圧縮ガスが導入される。導入された圧縮ガスは、ガス流路８２を通過して、液体流路８４の先端部から外部に放出される。この時、ベンチュリ効果によって液体流路８４の先端部に負圧が生じ、この負圧により液体流路８４内の液体が吸引されて引き裂かれる。これにより、液体収容部８１内に収容された液体からエアロゾル状の液滴が形成される。
このような態様によっても、０．１ｍｌ〜５ｍｌという少量の液体からエアロゾル状の液滴を効率的に形成することができる。
また、例えば、第７の実施の形態では、液滴形成部１１３が、超音波を用いて液滴を形成する場合を例に説明した。ただし、上述したように、これに限定されるものではなく、液滴形成部１１３は、粒径が２０μｍ未満の液滴を含む液滴群を形成できれば、任意の手法を用いて液滴を形成してよい。また、測定対象や測定目的によっては、粒径が５０μｍ未満の液滴を形成するようにしてもよい。例えば、液滴形成部は、ネブライザ、エレクトロスプレー、２流体ノズル、圧電素子（例えば、バブルジェット（登録商標））、超音波、減圧処理のうち、少なくとも１つを用いてエアロゾル状の液滴群を形成してよい。なお、上述した液滴形成手段によって形成できる液滴の最小径は、３ｎｍ程度である。特に、エレクトロスプレーを用いて液滴を形成すると３ｎｍ以上、５０μｍ以下の液滴を制御性良く形成することができる。
図２１及び図２２は、エレクトロスプレーを用いて液滴を形成する場合における測定装置の構成の一例を示す図である。図２１に示す例では、測定装置は、液滴形成部４１３としてエレクトロスプレー４００と、液体をエレクトロスプレー４００に提供するサンプル提供部４１０と、を有する。
図２１に示す例では、サンプル提供部４１０は、検体と検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質とが混合された液体を保持するバイアル４１１と、バイアル４１１に圧力を与える圧力部４１２と、を有する。また、図２１に示す例では、バイアル４１１に保持された液体中には、バイアル４１１に保持された液体を放出部４０２に供給するキャピラリ４０１の一端が入っている。
また、図２１に示す例では、エレクトロスプレー４００は、キャピラリ４０１と、キャピラリ４０１の他端に設けられた液体の放出部４０２と、気体の取り込み口４０３と、キャピラリ４０１に取り付けられた電極４０４と、放出部４０２から液体が放射される放射方向に設けられた電極４０５と、電圧供給部４０６と、を有する。
図２２に示すように、電圧供給部４０６は、電極４０４と電極４０５とに電圧を供給する。例えば、電圧供給部４０６は、電極４０４にプラスの電圧を供給し、電極４０５にマイナスの電圧を供給する。この結果、キャピラリ４０１の先端部となる放出部４０２には、強力な電界が発生している。
ここで、液滴形成部４１３が液滴を形成する場合には、圧力部４１２がバイアル４１１に圧力をかけることで、バイアル４１１から液体がキャピラリ４０１を通ってエレクトロスプレー４００に供給される。放出部４０２には、強力な電界が発生しており、液体の表面に荷電を持つイオンが集まりコーンを形成することになる。このコーンをタイラーコーン（Ｔａｙｌｏｒ Ｃｏｎｅ）とも称する。その後、放出部４０２から、液滴が形成されて放出される。
図２２に示す例では、電極４０５は、中央部に穴を有している。そのため、放出部４０２により放出された液滴のうち、電極４０５の中央部の穴を通った液滴が、液滴選別部１４へと送られて、その後、測定部１５に送られることになる。また、放出部４０２から放出された液滴は、その後揮発性の溶媒が蒸発することで、液滴の径が小さくなる。
なお、エレクトロスプレー４００を有する測定装置の構成は、図２１及び図２２に示した例に限定されるものではなく、任意の構成としてよい。例えば、図２１及び図２２に示す例では、バイアル４１１に保持された液体を圧力部４１２が圧力をかけることでエレクトロスプレー４００に供給する場合を例に示したが、これに限定されるものではない。例えば、別途ポンプを設けることで液体をエレクトロスプレー４００に供給してもよく、任意の手法を用いてよい。また、図２１及び図２２に示す例ではあ、気体の取り込み口４０３から気体が取り込まれる場合を例に示したが、これに限定されるものではない。例えば、清浄な気体を提供しても良く、清浄な気体とＣＯ２とを併せてエレクトロスプレー４００の内部に入れても良い。また、図２１及び図２２に示す例では、電極４０５が、放出部３０２から液体が放出される放射方向に設けられる場合を例に示したが、これに限定されるものではない。例えば、電極４０５は、放射部４０２から液体が放出される放射方向に沿って設けられてもよい。例えば、図２１に示す例では、エレクトロスプレー４００の内壁を電極４０５としても良い。
１０ 測定装置
１００ 測定装置
１１ ダスト除去部
１２ 捕集部
１３ 液滴形成部
１３ａ 液滴形成部
１１３ 液滴形成部
２１３ 液滴形成部
４１３ 液滴形成部
１４ 液滴選別部
１４’ 液滴選別部
１４ａ 中央チャンバ体
１４ｂ 上方チャンバ体
１４ｃ 下方チャンバ体
１４１ 第１流路
１４２ 第２流路
１５ 測定部
１５’ 測定部
１６ 液体回収部
１７ 吸引ポンプ
１８ 主配管
１８ａ 絞り部分
１９ 粗大ダスト除去部
２０ サイクロン
２１ サイクロン本体
２２ 気体導入部
２３ 液体導入部
２３ａ タンク
２３ｂ 液体導入管
２３ｃ 流量調整部
２４ 吸引排気部
２４ａ 吸引排気ポンプ
２４ｂ 吸引排気管
２５ 水位検出部
２６ 液体供給管
２７ 送液ポンプ
４１ 第２液体導入部
４２ 羽根車（プロペラ）
４３ 回転駆動部
４４ 旋回部
４５ 排気孔
４６ 加温機構
５１ 発光部
５２ａ 光透過窓
５２ｂ 光透過窓
５３ 光学フィルタ
５４ 受光部
５４ａ 第１の受光部
５４ｂ 第２の受光部
５５ 受光出力計測部
５６ ケース体
５７ 第３の受光部
５８ 第１の光学フィルタ
５９ 第２の光学フィルタ
６０ 第２サイクロン
６１ 第２サイクロン本体
６２ 第２気体導入部
６４ 第２吸引排気部
６４ａ 第２吸引排気ポンプ
６４ｂ 第２吸引排気管
７１ 液体収容部
７２ 圧電振動子
７３ メッシュ状板材
７４ 蓋体
７５ ガイド部材
８１ 液体収容部
８２ ガス流路
８３ 圧縮ガス導入口
８４ 液体流路
９０ 曝気槽
９１ 散気装置
９２ 気体取入口
９３ 通気ポート
２０２ 液体貯留槽
２１１ 吸気ポンプ
２１２ 気体流量調整部
２２１ 送液ポンプ
２２２ 液体流量調整部
３０１ 液滴
３０２ 液滴
３０３ 検出対象粒子に結合していない蛍光物質を含む部分
３０４ 検出対象粒子に結合した蛍光物質を含む部分
３１１ 液滴
３１２ 液滴
３１３ 検出対象粒子に結合した蛍光物質を含む部分
３１４ 検出対象粒子に結合していない蛍光物質を含む部分
４００ エレクトロスプレー
４０１ キャピラリ
４０２ 放出部
４０３ 気体の取り込み口
４０４ 電極
４０５ 電極
４０６ 電圧供給部
４１０ サンプル提供部
４１１ バイアル
４１２ 圧力部

Claims (16)

  1. 検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質と検体とが混合された液体からエアロゾル状の液滴を形成する液滴形成部と、
    前記液滴形成部により形成された液滴のうち、粒径が所定値未満である液滴を選別する液滴選別部と、
    前記液滴選別部により選別された液滴に光を照射するとともに、当該液滴の蛍光強度を測定する測定部と、
    を備えたことを特徴とする測定装置。
  2. 前記液滴選別部は、慣性力を利用して粒径が所定値未満である液滴を選別するスプレーチャンバを有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
  3. 前記スプレーチャンバは、サイクロン形スプレーチャンバ、スコット形スプレーチャンバ、および慣性分岐形スプレーチャンバからなる群のうち、いずれか一つである
    ことを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
  4. 前記液滴選別部は、粒径が２０μｍ未満である液滴を選別する
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測定装置。
  5. 気体中に含まれる検出対象粒子を液体中に捕集するとともに、当該液体中の検出対象粒子に当該検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質を結合させ、蛍光物質と検査対象粒子とが混合された液体を前記液滴形成部に供給する捕集部
    を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の測定装置。
  6. 前記液滴形成部は、
    ０．１ｍｌ〜５ｍｌの容量を有し、検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質と検体とが混合された液体が収容される液体収容部と、
    前記液体収容部の下端部に嵌合されたリング状の圧電振動子と、
    前記圧電振動子のリングの内側に固定されたメッシュ状板材と、
    を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の測定装置。
  7. 前記液滴形成部は、
    ０．１ｍｌ〜５ｍｌの容量を有し、検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質と検体とが混合された液体が収容される液体収容部と、
    前記液体収容部に連通された幅が１ｍｍ以下の液体流路と、
    前記液体流路の先端部において当該液体流路に合流するように設けられたガス流路と、 前記ガス流路に圧縮ガスを導入する圧縮ガス導入口と、
    を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の測定装置。
  8. 前記測定部は、前記液滴の蛍光強度を２種類以上の異なる波長範囲において測定するようになっている
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の測定装置。
  9. 前記測定部は、前記液滴の蛍光強度を測定するとともに、当該液滴の散乱光強度を測定するようになっている
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の測定装置。
  10. 前記蛍光物質は、蛍光標識抗体である
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の測定装置。
  11. 前記蛍光物質は、複数の蛍光標識抗体により表面を修飾された抗体凝集粒子である
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の測定装置。
  12. 検出対象粒子に特異的に結合する蛍光物質と検体とが混合された液体からエアロゾル状の液滴を形成する液滴形成工程と、
    前記液滴形成工程において形成された液滴のうち、粒径が所定値未満である液滴を選別する液滴選別工程と、
    前記液滴選別工程を通過した液滴に光を照射するとともに、当該液滴の蛍光強度を測定する測定工程と、
    を備えたことを特徴とする測定方法。
  13. 前記液滴選別工程では、慣性力を利用して粒径が所定値未満である液滴を選別する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の測定方法。
  14. 前記液滴選別工程では、粒径が２０μｍ未満である液滴を選別する
    ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の測定方法。
  15. 前記蛍光物質は、蛍光標識抗体である
    ことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の測定方法。
  16. 前記蛍光物質は、複数の蛍光標識抗体により表面を修飾された抗体凝集粒子である
    ことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の測定方法。
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