JPH1082723A

JPH1082723A - 微粒子処理装置

Info

Publication number: JPH1082723A
Application number: JP8236669A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yasuda; 賢二安田; Norio Shimizu; 範夫清水; Kazuo Takeda; 一男武田; Mitsuru Tamura; 充田村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波によって作り出される音場を乱すこと
なく溶液中の溶媒成分と微粒子成分を連続分離回収する
微粒子の処理装置を提供すること。【解決手段】超音波によって作り出される音場を乱す
ことなく溶液中の溶媒成分と微粒子成分を連続分離回収
するため、微粒子を含む溶液の流れに直交する方向に超
音波を作用させる手段を有し、また、溶液の流れに直交
する容器の壁面に分離された溶媒あるいは微粒子を回収
するための１つあるいは複数の吸引口を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、細胞等の生体微粒
子を含む流体中において、この流体中の液体成分と微粒
子成分を連続分離する装置に関し、また流体中の生体微
粒子の種類を連続的に識別する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】細胞等の生体微粒子を非接触で濃縮する
ためには、液体中に浮遊する細胞に直接接触しないで何
らかの力を及ぼす必要がある。この力として重力を用い
た装置に遠心分離装置があるが、これを用いた場合には
重力を発生させるために試料を容器に入れて高速で一定
時間回転させる必要があるため、分離させたい試料の多
少にかかわらず一定時間の処理時間が必要であった。

【０００３】微量の試料を直接捕獲する技術として、光
の輻射圧を用いた技術がアーサー・アシュキンらによっ
て提案され、光学トラップ装置として特許出願されてい
る（特開平２−９１５４５）。しかし、溶液中に微粒子
が多量に存在する微粒子濃度の高い溶液では、光が溶液
中を透過することができず、試料を濃縮することには適
していなかった。超音波の輻射圧を微粒子に作用させ
たとき、微粒子が受ける輻射圧については例えば、ジョ
ンルブが、ジャーナルオブアクースティカルソ
サエティーオブアメリカ第８９巻２１４０頁から
２１４３頁（１９９１年）に、集束超音波の集束点に直
径２７０μｍのポリスチレン球を捕獲することに成功し
たことを報告している。また、この超音波の輻射圧によ
って微粒子が捕獲される原理に関しては、吉岡らがアコ
ースティカ第５巻１６７頁から１７８頁に、定在波、
進行波中で微粒子が受ける超音波輻射圧の完全流体中で
の大きさを計算している。この超音波輻射圧の原理の
応用として、本願の発明者らの提案に関わる特開平７−
４７２５９、特願平７−２９００１０に開示されている
ように流体を流した管中に超音波を導入して連続的に微
粒子を希望する範囲に集束させる手法、あるいは、集束
させた微粒子を容器中に導入した吸引管の位置を調整す
ることで回収する方法が発明されている。

【０００４】さらに、特願平５−２５１３１に報告され
ているように超音波の輻射圧と静電場とを組み合わせる
ことで粒径の異なる微粒子や材質の異なる微粒子を分画
回収する微粒子分画装置や、米国特許４，５２３，６８
２に開示されているように、超音波の輻射圧と重力とを
組み合わせることで粒径の異なる微粒子や材質の異なる
微粒子を分画回収する微粒子分画装置も発明されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は超音波
を微粒子に作用させることで微粒子を濃縮し、その液体
成分と細胞等の微粒子成分とを分離する技術、あるいは
超音波と電場によって流体中の微粒子をその物理特性に
応じて分離し各々の成分の微粒子を回収する装置に関す
る技術であるが、分離回収するために導入した隔壁ある
いは吸引管によって容器中の音場が乱され、微粒子ある
いは溶媒の回収効率が低下する問題点があった。また、
上記従来技術では、溶液中の微粒子を減少させることな
くこれらを含む溶媒の種類を連続的に置換させる技術に
関する配慮がなされていなかった。

【０００６】本発明は、超音波によって作り出される音
場を乱すことなく溶液中の溶媒成分と微粒子成分を連続
分離回収する、あるいは組成成分の異なる微粒子をその
組成に応じて連続分離し回収することを可能とする装置
を提供するものであり、さらにこの分離、回収の過程に
おいて、超音波によって作り出される音場中で濃縮され
た微粒子あるいは分画された微粒子を光学的に測定し、
あるいは音場中で微粒子を含む溶液中の溶媒成分を微粒
子成分を減ずることなく連続的に交換し、あるいは音場
中で新たに混入された溶媒成分と微粒子成分とを混合す
ることをも可能とする装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、このため、
微粒子を濃縮するために微粒子を含む溶液を流す容器内
で、溶液の流れに直交する方向に超音波を作用させ、ま
た、溶液の流れに直交する容器の壁面に分離された溶媒
あるいは微粒子を回収するための吸引口を備える。ま
た、溶液中の微粒子成分をその組成に応じて連続分離し
回収するためには、溶液の流れに直交する方向に超音波
を導入するとともに、分画させたい試料を含む溶液を入
れる容器において前記溶液の流れに直交する方向に超音
波による力とは異なった別の非接触の力を作用させる手
段を備える。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１に本発明の第１の実施例を示
す。

【０００９】本実施例の微粒子分離装置は、試料溶液中
の微粒子成分と溶媒成分とを分離するものであり、血液
を試料溶液として用いた場合には、血液中に存在する赤
血球、白血球などの細胞成分と血漿成分とに分離するこ
とを可能にするものである。

【００１０】試料溶液槽１０に導入された試料溶液は、
弁21を介して送液ポンプ３０によって脱気ユニット４０
に送られる。脱気ユニット４０では内径５００μm、膜
厚２０μm程度の試料溶液を流すシリコンチューブが真
空チャンバー内に配置されており、このシリコンチュー
ブの膜を通して試料溶液中の溶存気体が排出される。こ
の試料溶液の脱気度は、溶液の流速と脱気チャンバー内
の真空度によって調整することができるので、送液ポン
プ３０の流速の変化に応じて、真空計５１で脱気ユニッ
ト４０の真空チャンバー内の真空度を計測しながら真空
ポンプ５２で脱気チャンバー内の真空度を変化させ、試
料溶液を希望する脱気度に調整する。試料溶液中の溶存
気体を減少させることによって、下流の超音波フローセ
ル６０中で照射する超音波により、キャビテーションが
発生しない最大超音波照射強度を高めることができ、そ
の結果、前記試料溶液中の微粒子に作用させる超音波輻
射圧の強度を高めることができる。もちろん、試料溶液
の脱気度および超音波フローセル６０の超音波強度は試
料溶液中の成分に影響を与えない範囲にあるように調節
する。試料溶液が赤血球の場合、溶存空気の量が飽和の
３０％程度まで減少しても赤血球中の成分は溶出しなか
った。また、キャビテーションが発生しない超音波強度
で超音波を照射した場合には赤血球は損傷を受けなかっ
た。

【００１１】脱気された試料溶液は超音波フローセル６
０に導入される。超音波フローセル中の超音波振動子は
ファンクションジェネレーター１１１によって作り出さ
れた電圧振動波形をアンプ１１２で増幅したものによっ
て駆動させられる。超音波フローセル６０に導入された
試料溶液は、超音波フローセル６０中で微粒子成分が濃
縮された溶液と、微粒子を含まない溶媒とに分離され
る。微粒子を含まない溶液は、圧力センサー７１で測
定した溶液の液圧の情報と圧力センサー７２で測定した
溶液の液圧の情報に応じて弁２２の解放度を調節するこ
とで流出量が調節され、取り出された溶媒成分は試料液
ホルダー１０１の一つに溜められる。また、この試料液
ホルダー１０１を駆動装置１０２によって交換すること
ができ、試料溶液１０を交換した場合などに交換する。
微粒子成分が濃縮された溶液は、圧力センサー７１で
測定した溶液の液圧の情報に応じて弁２３の解放度を調
節することで流出量が調節され、その下流にある弁２４
および２４’によって流路を選択させることで、溶液溜
め９０に溶液を排出したり、流路８０を選択し、再び試
料容器１０に戻して溶液中の微粒子成分をさらに濃縮さ
せることもできる。また、溶媒成分の濃度を上げたいと
きは、弁２２を閉じ、弁７３を開けて試料容器１０に戻
して同じ操作を繰り返せばよい。ここで、濃縮された微
粒子成分は、溶液溜め９０に代えて、先に示した試料ホ
ルダー１０１と同様のホルダーに、試料対応で保持する
ようにしてもよい。

【００１２】圧力センサー７１、７２で検出される液圧
の差が十分に小さいとき、超音波フローセル６０から取
り出される前記微粒子成分が濃縮された溶液の流量と前
記微粒子を含まない溶媒の流量との比は、超音波フロー
セル６０に接続された吸引管の断面積の比に一致する。
圧力センサー７１で検出される圧力に対する圧力センサ
ー７２で検出される圧力が大きくなるように、弁２２、
２３の開度を調節することで前記溶媒成分中の微粒子は
減少し、圧力センサー７２で検出される圧力が小さくな
るように、弁２２、２３の開度を調節することで前記溶
媒成分中の微粒子は増加する。また、弁２２、２３の開
度を調節することで圧力センサー７１、７２で検出され
る試料溶液の液圧を大気圧より高く設定することで、キ
ャビテーションが発生しない最大超音波照射強度を高め
ることもできる。

【００１３】本装置の弁の開閉、超音波振動子の駆動、
脱気真空度の調整などは、具体的な説明は省略するが、
すべて制御コンピュータ１２２で行われ、結果はモニタ
ー１２１に示される。アンプ１１２とフローセル６０を
結ぶ太い線が超音波振動子の駆動系を示し、モニター１
２１とポンプ３０、バルブ２２、２３等の各要素を結ぶ
細い線で各制御系を示す。

【００１４】図２に本発明の第１の実施例で用いた超音
波フローセル部６０の模式図を示す。また、図３に図２
で示した超音波フローセル部６０のＡ−Ａ位置で矢印方
向に見た断面図を示す。

【００１５】超音波フローセル部６０は、二つの共振板
151、152を対向して配置し、かつ両面に遮蔽板１６１、
１６２を設けることで、試料溶液の流路を形成する。各
共振板の外側に超音波振動子１３１、１３２を設ける。
ここで、流路の幅を超音波振動子が作り出す超音波の波
長のλ／２あるいは（λ／２＋ｎλ）とすると、超音波
の音圧の節が流路の中心にある定在波を発生する。ただ
し、ここでｎは整数である。また、流路には試料溶液を
導入する管１７０(図２では省略)と、溶媒成分を導出す
る管１７１および微粒子が濃縮された溶液を導出する管
１７２をそれぞれ設ける。吸出管１７１の吸引口は図３
を参照して明らかなように、共振板１５２の面に開口す
るだけであり、またこの管の径は超音波の波長のλに対
して十分小さいものである。したがって、流路は超音波
の照射に関しては、実質的に開口部が無いのと同様であ
り、吸出管１７１によって音場が乱されることはない。

【００１６】超音波フローセル部６０では管１７０から
矢印１４１の方向に導入された試料溶液を、溶媒成分を
管１７１で矢印１４２の方向に取り出し、微粒子が濃縮
された溶液を管１７２で矢印１４３の方向に取り出す。
この超音波フローセル部６０の超音波振動子１３１、１
３２は、定在波の音圧の節が試料溶液が流れる流路の流
れに沿って、流路の中心に発生するように配置されてお
り、試料溶液中の赤血球などの微粒子を超音波輻射圧に
よって前記定在波の音圧の節に集めることができる。

【００１７】図４は試料溶液中の赤血球などの微粒子を
超音波輻射圧によって前記定在波の音圧の節に集めるこ
とができる様子を示す模式図である。二つの共振板１５
１、１５２の作る流路に導入された微粒子１１、１２は
流路を流下する過程で超音波による力を受ける。微粒子
１１、１２は、したがって、流路の中心に発生する定在
波の音圧の節に集まってき、吸出管１７１が配置された
位置まで流下した微粒子の層と溶媒の層とが分離された
状態となる。

【００１８】溶媒が水である場合、超音波振動子１３
１、１３２から発生する超音波の振動数が１ＭＨｚの
時、水中での超音波の波長λは１．５ｍｍとなり流路の
幅がλ／２あるいは（λ／２＋ｎλ）であれば、音圧の
節が流路の中心にある定在波を発生する。また、超音波
振動子と流路との間に、用いる超音波の波長のλ／２あ
るいは（λ／２＋ｎλ）となるような厚さの共振板１５
１、１５２を置くことで、流路中に、より効果的に超音
波を導入することができる。

【００１９】さらに、前記共振板１５１、１５２を金、
白金、銅、ステンレスなどの導体で構成し、あるいはガ
ラスその他の材料などの絶縁体で構成したときはその溶
液に接する面に導体を蒸着、塗布したものにすることが
できる。このときは、２枚の共振板１５１、１５２の導
電部に電位差を加えることで溶液中に電場を発生させる
ことができ、電場を加えることによって、後述するよう
に、溶液中の微粒子に超音波による力以外に電場による
力をも作用させて、電荷の異なる微粒子１１、１２を分
離、回収させることができる。電場を発生させる場合に
加える電位差は、電極表面での試料溶液あるいは電極の
酸化、還元による電極成分の溶出、あるいは溶液成分の
電気分解による気泡の発生を防ぐため、水素電極を基準
電位として、０Vから１．２３Vの範囲にあるものとす
る。この値は水素イオンと酸素イオンが気体分子に酸化
あるいは還元されるために必要な電気化学ポテンシャル
から与えられる。試料溶液あるいは電極に、水素イオン
より還元電位の高い物質あるいは酸素イオンより酸化電
位の低い物質がある場合には、最も高い還元電位と最も
低い酸化電位の間の電位をとるものとする。

【００２０】本実施例では、赤血球などの微粒子成分
は、音圧の節となっている流路の中心に集まることか
ら、超音波を入射させる壁面に開けた血漿成分等の溶媒
成分を吸引できる穴から溶媒成分を排出させることで、
流路中に作られた音場を乱すことなく溶媒成分を取り出
すことができる。このとき吸引をする穴の大きさは用い
る超音波の波長より十分に小さいことが望ましい。さら
に、超音波を入射させない残りの２面の壁面１６１、１
６２をガラス等の光透過性の材質にすることで、濃縮さ
れた微粒子成分の個数や種類、溶媒成分の吸光特性など
の光学的測定もできる。また、本実施例では流路断面
が方形の場合の構成を示したが、流路断面が円形の管を
用いた場合にも同様に、この管の内径が超音波の波長の
λ／２あるいは（λ／２＋ｎλ）となるような超音波を
管内に入射することで微粒子を管の中心部に濃縮された
微粒子の流れを形成させることができるので、管壁の一
部に配置された吸引穴より溶媒成分のみを吸引すること
ができる。この場合、共振子はそれぞれ、管のほぼ半分
を覆うように配置することで超音波の照射の効率を上げ
ることができる。本実施例において微粒子を流路の中
心に持ってくる時には、２枚の超音波振動子１３１、１
３２を駆動させて、それぞれから（数１）

【００２１】

【数１】

【００２２】で示したような超音波を発生させればよ
い。ただしここで、Ａは静液圧に対する圧力振動の最大
振幅、ωは超音波の角周波数、ｔは時間である。流路幅
が超音波の波長に対して（λ／２）であるとき、２枚の
超音波振動子１３１、１３２から照射される超音波によ
って流路中に作り出される音場は（数２）

【００２３】

【数２】

【００２４】で示される。

【００２５】この（数２）を（数２）から出発して(数
３)で示すように変形させた結果から、

【００２６】

【数３】

【００２７】２枚の超音波振動子１３１、１３２の位相
をずらすことによって超音波の定在波の音圧の節の位置
を流路の中心からずらすことができる。

【００２８】たとえば、流路の幅を（３λ／８）とした
場合、（数３）を参照して分かるように、超音波振動子
１３２から（数４）

【００２９】

【数４】

【００３０】で示される位相の超音波を導入し、超音波
振動子１３１から（数５）

【００３１】

【数５】

【００３２】で示される位相の超音波を導入すれば、図
５で示したように、共振板１５１からはλ／８、共振板
１５２からはλ／４の位置に音圧の節を置くことがで
き、赤血球等の微粒子成分を吸引口から離れた位置に濃
縮させることもできる。このようにするときは、吸出管
１７１から溶媒成分１４２を吸引する際、微粒子成分の
混入をより減少させることができる。

【００３３】図６に超音波フローセル部の第２の実施例
の断面図を示す。本実施例では図２および図３で示した
第１の実施例の超音波フローセル部において、超音波を
入射させる壁面の対向する壁面上に開口を有する吸引管
１７１、１７３を対称に配置したものである。

【００３４】図７は、図６に示す超音波フローセル部に
よって、溶媒成分を吸引している様子を示したものであ
る。試料溶液の流れ１４１の中の微粒子成分１１、１２
は定在波の音圧の節に濃縮され、この流れに垂直な方向
に管壁面上に配置されている吸引管１７１、１７３から
同程度の流速で溶液を吸引することで流路中に作られた
音場を乱すことなく溶媒成分を取り出すことができる。

【００３５】また、第１の実施例でも記述したように、
共振板１５１、１５２に電位差を与えることによって溶
液中で異なる電荷を持つ微粒子１１、１２を分離、回収
させることもできる。図８は、共振板１５１を陽極に、
共振板１５２を陰極にしたときの、正の電化を持つ微粒
子１１と、負の電化を持つ微粒子１２の回収を示したも
のである。正の電化を持つ微粒子１１は電磁力によって
共振板１５２に引き寄せられて、音圧の節と共振板１５
２の間に存在する超音波輻射圧と電磁力との釣り合いの
位置に分離される。同様に、負の電化を持つ微粒子１２
は電磁力によって共振板１５１に引き寄せられて、音圧
の節と共振板１５１の間に存在する超音波輻射圧と電磁
力との釣り合いの位置に分離される。ここで、共振板に
配置された吸引管１７１、１７３から溶液を吸引するこ
とで、正の電化を持つ微粒子は吸引管１７１から、負の
電化を持つ微粒子は吸引管１７３からそれぞれ溶媒とと
もに濃縮した形で取り出すことができる。

【００３６】図９に超音波フローセル部の第３の実施例
の模式図を、図１０に図９で示した超音波フローセルの
Ａ’−Ａ’位置での矢印方向に見た断面図を示す。

【００３７】本実施例では図２および図３で示した第１
の実施例の超音波フローセル部において、超音波を入射
させない壁面上の流路の音圧の節にあたる位置に吸引管
１７１２を配置したものである。本実施例の構成を用い
れば、図１０にも示されているように音圧の節の位置に
配置された吸引口１７１３から、音圧の節の位置に濃縮
された微粒子を、溶媒とともに、音場を乱すことなく吸
引することができる。

【００３８】図１１に本発明の第４の実施例の模式図を
示す。また、図１２に、図１１で示した第４の実施例の
Ｂ−Ｂ位置での矢印方向に見た断面図を示す。

【００３９】この実施例は構造的には超音波フローセル
部と脱気ユニットとを一体化するとともに、機能的には
試料微粒子に染色処理を施して微粒子の数の計測を行う
ことを可能にしたものである。

【００４０】この装置では、まず、試料溶液が矢印１４
４の方向に導入管１７４から脱気ユニット１８０中に導
入される。脱気ユニット１８０ではシリコン薄膜１８
２、１８３によって試料溶液と真空チャンバーが隔離さ
れており、この薄膜を通じて試料溶液中の溶存空気成分
は脱気される。真空チャンバーは排気管１７５に接続さ
れており、排気管１７５からの吸引の程度によって脱気
チャンバー内の真空度は調節される。

【００４１】つぎに、脱気された溶液は超音波振動子１
３３、１３４および共振板１５３、１５４からなる超音
波濃縮部に導入される。共振板１５３、１５４の両側面
は第１の実施例と同様遮蔽板１６３、１６４(１６４は
図に表れていない)で覆われる。本実施例では、遮蔽板
１６３は透光性の材料たとえばガラスで構成される。導
入された試料溶液には、細管１７７を通じて超音波濃縮
部の流路に導入された蛍光抗体試薬などの染色液が混入
される。染色液が混入された試料溶液は、流路内に配置
され、超音波輻射圧によって回転している撹拌子２１０
によって撹拌され、試料溶液中の微粒子と染色液とを混
合する。微粒子と染色液が混合された後、染色液の溶液
中での濃度を希釈するために、流路の下流に、管１７８
より希釈液を導入し、管１７６より溶媒成分と同時に溶
液中の試料微粒子と結合しなかった染色液を回収する。
管１７６の配置される位置は、管１７８よりも下流であ
ってもよい。管１７６によって吸引される溶液の流速は
弁２５の開度によって調整される。同様に流路内を流れ
る溶液の流速は管１７９に接続された弁２６の開度によ
って調節される。また、この染色液を含む溶液の染色液
を希釈する過程で、溶液中の微粒子成分は定在波の節の
位置に保持されるから、管１７６から溶媒成分が排出さ
れても、微粒子成分が失われることはなく、その濃度は
変化しない。染色液と結合した試料微粒子を含む試料溶
液に対して、半導体レーザー１９１、レンズ１９２、光
学ウインドウ１９４からなる光源ユニット容器１９０か
ら蛍光色素を励起する光を照射して、染色された試料溶
液中の微粒子の数をガラス板１６３上に設置したフォト
ダイオードアレイ２０２で検出する。この際、フォトダ
イオードアレイ２０２の入力側には、励起光を遮断する
ためのフィルター２０１を付加するのが良い。染色液と
して、試料の吸光特性を変化させる染色液を用いたとき
は、染色液に合った吸光特性のフイルターとすることで
染色された微粒子数を計測することができる。

【００４２】図１３に第４の実施例の中で用いた撹拌子
の第１の例の模式図を示す。また図１４に図１３で示し
た撹拌子２１１のＣ−Ｃ位置での矢印方向に見た断面図
を示す。撹拌子２１１は、その重心に対して回転対称で
あり、この場合は９０度の回転対称である。また、隣り
合う２面のなす角はφであり、おのおのの超音波に対す
る反射率はそれぞれＲとＲ’で異なっているものとす
る。このとき、放射圧Ｅの超音波２１２が対向する２面
から撹拌子２１１に照射されたとき、各面で受ける超音
波の放射圧は、まず時計方向の回転成分が（数６）

【００４３】

【数６】

【００４４】で表わされ、時計と逆方向の回転成分が
（数７）

【００４５】

【数７】

【００４６】で表わされる。したがって、隣り合った２
面の反射率の差によって撹拌子の回転力が発生する。こ
こで、隣り合った２面の反射率を異ならせるために、隣
り合った表面の形状を粗面と滑面とにしてもよいし、吸
音性の材料を付着させてもよい。また、撹拌子表面に試
料が付着して反射率が変化するのを防ぐため、撹拌子表
面に親水性処理などを施すことで試料の付着が起こりに
くくしてもよい。

【００４７】図１５に撹拌子の第２の実施例の断面図を
示す。撹拌子表面の反射率をＲ’としたとき、平面成分
の受ける力は（数８）

【００４８】

【数８】

【００４９】で表わされ、球面成分の受ける力は（数
９）

【００５０】

【数９】

【００５１】で表わされるため、撹拌子に回転力が発生
する。

【００５２】なお、この攪拌子に対する回転力は、攪拌
子を溶液の流れに対して構造的に不平衡に構成すること
で与えることも可能であり、そうしたときには、超音波
による回転力の付与は不要である。

【００５３】

【発明の効果】本発明は、超音波によって作り出される
音場を乱すことなく溶液中の溶媒成分と微粒子成分を連
続分離回収したり、成分の異なる微粒子をその組成に応
じて連続分離し回収したり、超音波によって作り出され
る音場中で濃縮された微粒子あるいは分画された微粒子
を測定したり、超音波によって作り出される音場中で微
粒子を含む溶液中の溶媒成分を微粒子成分を減ずること
なく連続的に交換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の全体の装置構成を示す
模式図。

【図２】本発明の第１の実施例の超音波フローセル部の
模式図。

【図３】図２で示した本発明の第１の実施例の超音波フ
ローセル部のＡ−Ａ位置での矢印方向に見た断面図。

【図４】図３で示した超音波フローセル部での微粒子の
濃縮分離過程をＡ−Ａ位置での矢印方向に見た断面から
見た模式図。

【図５】図３で示した超音波フローセル部での微粒子の
濃縮分離過程を音圧の節の位置を変えた例についてＡ−
Ａ位置での矢印方向に見た断面から見た模式図。

【図６】本発明の超音波フローセル部の第２の実施例の
断面図。

【図７】図５で示した超音波フローセル部での微粒子の
濃縮分離過程を断面から見た模式図。

【図８】図６で示した超音波フローセル部での超音波輻
射圧と電場を用いた微粒子の濃縮分離過程を断面から見
た模式図。

【図９】本発明の第３の実施例の超音波フローセル部の
模式図。

【図１０】図９で示した超音波フローセル部での微粒子
の濃縮分離過程をＡ’−Ａ’位置での矢印方向に見た断
面から見た模式図。

【図１１】本発明の第４の実施例の超音波フローセル部
の模式図。

【図１２】図１１で示した本発明の超音波フローセル部
のB−B位置での矢印方向に見た断面図。

【図１３】本発明の撹拌子の第１の実施例。

【図１４】図１３で示した本発明の撹拌子のC−C位置で
の矢印方向に見た断面図。

【図１５】本発明の撹拌子の第２の実施例の断面図。

【符号の説明】

１０…試料溶液、１１…正の電化を持つ微粒子、１２…
負の電化を持つ微粒子、２１、２２、２３、２４、２
４’、７３…弁、３０…送液ポンプ、４０…脱気ユニッ
ト、５１…真空計、５２…真空ポンプ、６０…超音波フ
ローセル、７１、７２…圧力センサー、８０…送液パイ
プ、９０…溶液溜め、１０１…試料液ホルダー、１０２
…駆動装置、１１１…ファンクションジェネレータ、１
１２…アンプ、１２１…モニター、１２２…制御コンピ
ュータ、１３１、１３１２、１３２、１３２２、１３
３、１３４…超音波振動子、１４１、１４１２、１４
２、１４２２、１４３、１４３２、１４４、１４５、１
４６…溶液の流れ、１５１、１５１２、１５２、１５２
２、１５３、１５４…共振板、１６１、１６１２、１６
２、１６２２、１６３…ガラス板、１７１、１７１２、
１７２、１７２２、１７３、１７４、１７５、１７６、
１７７、１７８、１７９…細管、１８０…脱気ユニット
容器、１８１…空気の吸引の方向、１８２、１８３…脱
気用薄膜、１９０…光源ユニット容器、１９１…半導体
レーザー、１９２…レンズ、１９３…光路、１９４…光
学ウインドウ、２０１…フィルター、２０２…フォトダ
イオードアレイ、２１０、２１１、２１３…撹拌子、２
１２…超音波の進行方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田村充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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶媒成分と微粒子成分を含む溶液を流す流
路と、前記流路中の溶液の流れにほぼ直交する方向に超
音波を作用させ流路の所定の位置に定在波の音圧の節を
発生させる手段と、前記流路の壁面に開口し前記超音波
の波長より小さい径の吸引口とを有することを特徴とす
る微粒子処理装置。
【請求項２】溶媒成分と微粒子成分を含む溶液を流す流
路と、前記流路中の溶液の流れにほぼ直交する方向に超
音波を作用させ流路の所定の位置に定在波の音圧の節を
発生させる手段と、前記流路の対向する壁面のそれぞれ
に開口し前記超音波の波長より小さい径の吸引口とを有
するとともに、前記開口を有する壁面は導電性であって
前記微粒子に超音波による力のほかに電場による力を与
えることができることを特徴とする微粒子処理装置。
【請求項３】溶媒成分と微粒子成分を含む溶液を流す流
路と、前記流路中の溶液の流れにほぼ直交する方向に超
音波を作用させ流路の所定の位置に定在波の音圧の節を
発生させる手段と、前記流路の壁面に開口し前記微粒子
を特定の色素で染色するための染色液を供給する超音波
の波長より小さい径の第1の給液口と、前記流路の壁面
に開口し前記第1の給液口より下流側に前記染色液を希
釈するための希釈液を供給する超音波の波長より小さい
径の第2の給液口と、前記第2の給液口の対向する位置ま
たはこれより下流側の前記流路の壁面に超音波の波長よ
り小さい径の吸引口と、前記染色された微粒子に光を照
射するための手段と、前記微粒子からの光学情報を検出
する手段とを有することを特徴とする微粒子処理装置。
【請求項４】溶媒成分と微粒子成分を含む試料溶液を保
持する容器、前記試料溶液を供給されて溶液中の溶存気
体成分を取り除くための脱気手段、脱気された試料溶液
を流す流路と、前記流路中の溶液の流れにほぼ直交する
方向に超音波を作用させ流路の所定の位置に定在波の音
圧の節を発生させる手段と、前記流路の壁面に開口し前
記超音波の波長より小さい径の吸引口と、前記吸引口を
介して吸引された溶媒成分または微粒子成分の流れを切
り替える弁と、前記吸引口を介して吸引されなかった溶
媒成分または微粒子成分の流れを切り替える弁と、それ
ぞれの弁を介して溶媒成分または微粒子成分を導出する
管と、それぞれの弁を介して溶媒成分または微粒子成分
を前記容器に戻す管と、前記各要素を制御するための制
御装置とを有することを特徴とする微粒子処理装置。
【請求項５】前記流路中の溶液の流れにほぼ直交する方
向に超音波を作用させ流路の所定の位置に定在波の音圧
の節を発生させる手段は、少なくとも対向する壁面に作
用する超音波源の超音波の位相と強度を制御する請求項
1から4のいずれかに記載の微粒子処理装置。
【請求項６】前記超音波の作用する流路の断面が円形で
あり、該円形断面を二分する形で溶液の流れにほぼ直交
する方向に超音波を作用させ、流路の所定の位置に定在
波の音圧の節を発生させる請求項1から５のいずれかに
記載の微粒子処理装置。
【請求項７】前記微粒子を特定の色素で染色するための
染色液を供給する超音波の波長より小さい径の第1の給
液口より下流に、染色液と前記微粒子との接触を促進す
る攪拌子を配置した請求項3記載の微粒子処理装置。
【請求項８】前記撹拌子が向かい合った２つの方向から
照射される超音波によって回転する、回転軸について回
転対称でかつ隣り合った２面の超音波に対する反射率が
異なる請求項７記載の微粒子処理装置。