JPS61500278A - 液体媒質中の粒状物質の分離方法及び装置 - Google Patents

液体媒質中の粒状物質の分離方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 粒状体操作 この発明は超音波エネルギーによる流動媒質中の粒状体操作、特に粒状体分離に 関し、例えば、特定タイプの粒状体の凝縮または粒体の精細な分離もしくは“ク ロマトグラフ゛を行うために流体中の混合粒状体からの異粒体の凝離を含む操作 に関する。
沈澱により微粒子を分離するため、流動媒質内において低周波（音波）源により 発生させた定在波を用いることは例えば、米国特許第２３００７６１号、第３８ ２６７４０号および国際出願公開公報第８４１０１５２７号において提案されて いる。米国特許第４２７６９１３号および第４２８０８２３号に、ガス・カラム ・クロマトグラフィ用の微粒子操作の援助手段として可成り低周波（１５０ＫＨ ２）の超音波を発射してガス状媒質内に定在波を生起させるため変換器を用いる ことが記載されている。
米国特許第４２８０８２３号には、変換器が中空状ガス充填チューブの一端に設 置されるとともに対向他端から反射して戻されるようになっている。同一軸に沿 って入射波と反射波との干渉が定在波を生起させ、該定在波は、いわゆる、分子 分離として知られているように波パターンの各節にそれぞれ異なった時間、異な ったサイズの分子粒体を拘束して公知のクーロマドグラフィカラムの各プレート として機能する。この刊行物に記載されている装置において、定在波パターンが 垂直ガスカラム内に発生され、該垂直ガスカラム内に血球とかバクテリア当の体 液成分サンプルが射出され、重力と該カラムを流通するキャリヤガスとの結合効 果によって輸送されるとともに定在波パターンによりある程度分離された当該サ ンプルの組成内容を検出する検出器を通される。変換器の駆動源をカラム基の共 振周波数に同調させることにより定在波が生成され、該変換器からの出射波と当 該カラムの対向端からの反射波との干渉により複数の節および腹から成る定在波 パターンが確立される。
上記装置は実用上多くの問題点があり、例えば、粒状サンプルをガス流中に射出 し難いこと、その中に粒子を懸濁したままでキャリヤガス流における分離率を制 御し難いことおよびそれらに重力当の外力として非常に近似して作用するサンプ ル成分の適度な分離を実現し難いこと等がある。
米国特許第４２８０８２３号は波の周波数を変化（例えば、節あるいは“プレー ト”間距離を交番）させることにより当該カラムの分解を制御し得ることを示唆 しており、仮に波長がカラム基に対して小さいと多くの個別の共振周波数が存在 することになる。また、非共振モードが用いられると、その場合、効率の損失を 伴う一方、共振しないのであれば定在波パターンを生成し得ないであろう。この ように、サンプルの組成分離の制御が制限され、共に望ましくないキャリヤガス 速度および／又は波強度が変動する等の２次効果を誘導する。定在波パターンを 維持しなければならないのであれば、周波数変化によるどのような選択性制御は 比較的少ない工程数に限定できるはずである。
バーマッツ（Ｂ　ａｒｍａｔｚＸナサ・エヌピーオ−（ＮＡＳＡ　ＮＰＯ１５５ ５９−１）等による１９８２年の米国特許第２９１１２号に、水平チャンバの長 さに沿って通過する種々のタイプの粒子を分離する装置が記載されている。チャ ンバの一端部において音響変換器が該チャンバの共振周波数で動作し、咳チャン バの１／２の高さに相当する波長を有する定在波を発生する。この結果、当該チ ャンバの中間高さ流域において、いわ群は凝集するようになる。ま乙、これらの 粒子群は当該流体を横断するように外力、特に、重力に付され、音響エネルギー 力および付加横断力に対する特定粒子タイプの反作用に応じて当該井戸内である 分離が行なわれ、よって種々の粒子タイプが力のポテンシャル井戸内の種々の高 さ位置に沈澱しあるいはもし横断力の影響が十分に強ければ、一旦粒子が当該井 戸（節）の中心と下方の層間の１／２以上の箇所に落ち込むと音響エネルギー力 が急激に低下するため、これらの粒子群は当該チャンバの底部に落下する。その ような装置は粗い分離を行うに過ぎない。粒子群が力のポテンシャル井戸内にけ んだくされた場合、異種タイプの分離は必然的に非常に小規模であり、それらの 位置が当該チャンバに沿った流れにおける揺らぎ等の過渡状態に影響され、よっ て多数の粒子タイプの精確かつ確実な分離が不可能となる。
また、英国特許第２０９８４９８Ａ号に開示されているように、そこには当該流 れを横断してドリフトするていざいはを発生するように位相を制御した２つの対 抗した超音波源を用いて潤滑剤流中の汚れ粒子群を磁気収集器に向わせて除去す る方法が記載されている。この装置においては、当該流れが可なり広範囲の異種 の小さな粒子を運ぶものと考えられるが、ていざいはにより、例えば、サイズあ るいは形態に関して影響される異種の粒子タイプにおける差異が存在せず、した がって、磁気収集器の使用自体が選定グループとして磁気的に影響された粒子群 の分離作用を行うものと考えられる。
この発明によれば、離間させて配置した各超音波エネルギー源からの出力を干渉 させることにより形成しｒこ少なくとも１つの超音波定在波により液体充填カラ ム内の粒子状材料中に存在する少なくとも１つの粒子タイプを分離する方法が提 供され、この方法による分離は、液体の流速および／または当該カラムに沿った 定在波のドリフト速度の制御によりおよび／または当該カラム内の定在波パター ンの強度および／または周波数の制御することにより行なわれる。
また、この発明によれば、粒子状物質中に存在する１種またはそれ以上の粒子タ イプを分離する装置であって、液体カラム、該液体カラムに液体と上記物質を導 入する手段、離間して配置されるとともに６波が上記液体カラム内に向けて出力 され、これらの波出力間の干渉により液体と粒子状物質が占める空間内を横切っ て延びる波面を有する定年波を発生する複数の超音波エネルギー発生源を含み、 少なくとも１つの特定の粒子タイプを分離するために上記波源からの各出力の振 幅が同一となるように定在波の強度および／または該定在波の周波数を変化さ仕 る制御手段、および／または当該定在波が一定に保たれまたは上記カラムに沿っ て上記定在波のドリフト速度が調節できるように上記出力間の位相差を制御する 手段を備えた装置が提供される。
また、この発明によれば、特定物質中の１つまたはそれ以上の粒子タイプを分離 する装置であって、キャリア液体流を充填するように形成するとともに上記所定 物質を通過さけるためにその長さ方向に沿って離間された人口部および出口部を 有するカラム、該カラムを貫通するように超音波エネルギーを伝送さ仕て各波面 が当該カラムを横断するように延在させて上記入口部と出口部間に定在波を確立 する離間させて配置した超音波源を備え、上記分離を行うため、（ｉ）上記カラ ムを通して流れるキャリア液体流の速度、および／または （ｉｉ）上記定在波を静止状に保持しある０は上記カラム（こ沿ってド１ノット させるための上記各波源のエネルギー出力の位相差（ｉｉｉ）上記各波源のエネ ルギー出力の振幅および／また（よその周波数を制御する手段が設けられる。
上記装置において、上記カラムの長さ方向におけるある位置の入口部からそこか ら離間した池の位置の出口部までキャリア液体の均一な流れが形成される。一方 、複数の人口部および／または出口部を離間させて配置し、それらにより異なっ た流速の液体流を確立して当該カラム内て定在波と種々の相互作用を行わせるよ うにすること力（できる。
更に、この発明（こよれば、離間させて配置した各超音波エネルギー源からの出 力を干渉させることにより形成した少なくとも１つの超音波定在波により液体充 填空間内の特定物質における少なくとも１つの粒子タイプを分離する方法が提供 され、上記分離は上記定在波ｌこお（Ａで当該液（玉流の速度および／または当 該定在波のドリフト速度をＩＩＩ御すること（こよりおよび／または当該定在波 の強さおよび／または周波数を制御することによ゛り達成きれ、上記少なくと６ １つの分離された粒子タイプが液体流内に懸濁されている間に上記空間から出口 部を通して除去される。
また、この発明は流動媒体（液体ガス）に懸濁された粒子タイプの混合固体群に おける異種の粒子タイプを選択的に凝離する方法に関する。この方法において、 流動媒体は定在波が確立された領域を通過させられ、該定在波当該流動媒体の動 きが該定在波の方向と直角成分を有するようにされる一方、当該定在波の周波数 および／または振幅並びに該流動媒体の速度および／または流動方向および／ま たは当該定在波のドリフト速度は１つまたはそれ以上の粒子タイプが凝離されか つ定在波確立領域から運び出されるように制御され、よって種々の粒子タイプが 個別場所に分離固体群もしくは粒子タイプとして連続的に集められる。
この発明によれば、この他に流体流に運ばれる１つまたはそれ以上の粒子タイプ を分離する装置が提供される。この装置は流動チャンバ、それらの出力を干渉さ せることによりそこに定在波を確立するように離間させて配置した複数の超音波 源、上記定在波のドリフトをその軸に沿うて生じさせるように上記各波源を制御 する手段、および上記チャンバにおける流動体が上記定在波の軸を横断して直通 するように該定在波に相対的に配置された上記粒子群を運搬する流動体用の流体 入口および出口手段を備え、上記出口手段は上記軸方向に離間された少なくとも ２つの開口を有し、よって、上記定在波エネルギーにより付与されたそれらの上 記流動体に対する変位に応じて１つまたは各選定されたタイプの粒子が予め定め られた開口に取り出される。
定在波は２つの波源からの進行波出力を重畳することにより生じ、この定在波は 当該２つの波源からの各出力の伝搬軸が一致しているかどうかに拘わらず、２つ の進行波パターンの重なり合う領域に発生する。もし２つの対抗する進行波の振 幅が違っていると、進行要素を重畳しようとする定在波全体に作用を及ぼす。実 際上、これは、流動媒体における波の減衰に起因して通常ある程度は生じるであ ろう（しかるに、１０”ＭＨｚオーダの周波数までは各振幅を平衡させて有効長 の作用領域を生起させることができ、進行波成分が無視し得る程度に小さくしか つ特殊な場合に高周波を使用し得るようにできる）。もし２つの進行波の周波数 が僅かに違っていると、定在波は低周波を発する波源側に向かってドリフトする 。もし対抗する２つの波の周波数および振幅の両者が違っていると、これらの組 み合わせた結果に影響が現れ、各影響を調節するように各波源を制御することに よって所望の結果が得られるようにすることができる。
混合固体群における異種粒子群を分離する手段とする場合、この発明は、この明 細書において“節遅れ（ｎｏｄａｌ　ｄｅｌａｙ）“と定義する現象を利用する ものである。液中に層温されかつドリフト定在波内に配置された粒子は、もし音 響力が優勢であれば当該定在波の各節と一緒に動き、該液体の動きに基づ（スト ークス力に付されかつこれらの粘性牽引力が優勢であれば当該液体の流速に等し い平均速度で動くであろう。もし音響力のピーク値が非音響力と略正確に平衡し ていると、粒子は時々各節と同じ速度で動く一方、ある時は複雑な振動を伴い、 しかるに当該定在波は当該粒子に何ら実質的な運動を付与することなく動く。実 際上、節アレイの各部の音響エネルギー密度は正確には同等でなく、当該装置の 各部において一定の大きさの非音響力をＰＦ乙せることは不可能である。各粒子 はブラウン運動を行うようにされ、ある瞬時には音響力を付勢しまたある瞬時に は非音響力を付勢する。このため、対抗する力が略平衡していると、当該粒子は 一瞬時定在波と一緒に動く一方、またある瞬時当該波と一緒に動く。
上記“節遅れ“は所定粒子が波と一緒に動かない時間の累積時間をいう。
このように、もし各節における質量に対する所定粒子タイプが流動媒体中で対抗 力の全体的な効力を上回る傾向にあれば、当該粒子タイプに生起した節遅れが零 （０）であるという。もし所定粒子タイプの各節への拘束が対抗力の効果よりも 全体的に上回る傾向にあれば、当該粒子タイプに生起した節遅れが不定であると いう。その中間値を有する節遅れは音響力と非音響力とが略平衡しているときに のみ生起する。
観測された定在波の現象の詳細な理論およびそれらの粒子の効果については完全 に理解できない。以下の分離のメカニズムを考察するにあたり、定在波により影 響される粒子群は当該波の各節に集積する傾向にあるが、その理論的な解明が幾 らか不足していようともこの発明の適用上、何ら差し障りはない。そうとは言う ものの、この明細書において用いられる語“節”とは節および腹の両者を含むも のと理解する必要かある。何故ならば、実際上それが現れなかったとしても得ら れた結果には何ら重要なことではないからである。
全く進行要素を有しない定常波の波長と比べて小さい粒子に作用する音響力を更 に詳細に考察するにあたり、もしこれらの力が優勢であると、これらは粒子を最 も近い節に付勢する（この説明において、隣接する全音響力が作用する軸又は伝 搬に沿った各部位を節という一方、上記音響力が及ばない各部位を腹という）。
このように、何ら印加された対抗力が存在しないならば、何時でもそれに作用す る全音響力の大きさに比例した速度をもって粒子が節に向かって動く。即ち、当 該粒子は節とそれに隣接する腹との中間位置において最大速度に到達する。
一定速度の定在波の軸方向に対する液体の相対運動からの対抗力が存在している とすると、この力は上記中間位置において最大音響力よりも小さくなる。この粒 子の平衡位置は節と一致せず、幾らか下流に変位する一方、該粒子は節の力場に 接触したままの状態とされる。対抗力が大きく（速度が増加する）なればなる程 、最大音響力を強め、粒子は当該定在波を掃引し、節に近付くにつれて加速する とともに該節を通過した後に減速し、よって粒子平均速度はあたかも定在波が存 在しないときと同等となる。このようにして、粒子は節に保持されるかあるいは 実質的に当該流動体の速度に一致した速度で走行する。
もし、２つの相異なった粒子が異なった音響的応答を行うとすると、対抗力の影 響下においてこれらは当該定在波に保持される間、節からそれぞれ違った変位位 置へ移動する。対抗力が増大すると、ある粒子は離れる一方、他の粒子は保持さ れ、よって２種類の異なったタイプの粒子は軸方向に分離される。
ある特定条件下で液体の粘性ドラッグ等の軸方向対抗力を用いると、定在波位置 は固定され（即ち、定在波を形成する節アレイは当該定在波を発生する波源に対 し実質的に少なくとも運動を行わない）、キャリア液体は当該定在波を通過して 渡れる。この状態において、定在波の各節は、流れに沿って運ばれる際に当該液 体における粒子が通過させられるようにした一連のフィルターあるいは格子のよ うなものとされる。各波源からの出力特性を変化させることにより、各節への異 なった各粒子の吸引力が変化させられ、適宜に制御することにより、例えば、他 の粒子を当該液体流により変位させつつ各節に異なった粒子タイプを保持するこ とができる。それとも、特別に、液体を静止させかっ定在波をその軸方向に沿っ てドリフトさせることにより、この定在波の各節は流動媒体を通過するとともに それにより粒子群を掃く櫛のようにすることができる。液体と定在波との両者の 運動を組み合わせかっ定在波の強度および／または周波数を制御することにより 非常に広範囲な制御合皮が得られる。
上記の考察において、各は定在波の軸に平行な方向に作用するが、当該関連する 力場の形式はこれに限られるものではない。また、この発明は定在波の軸と直角 方向の液体流成分が存在する配列を備え、特別な場合には該液体流が実質的に定 在波軸と直角を成している。更に、当該定在波の軸と直角方向に作用する力の効 果を考慮しなければならない。
定在波に影響された粒子は節に向かって移動するのみならず、節平面における音 響エネルギー密度が一般的に均一でないから該粒子はエネルギー密度の増大する 方向に向かって移動する。この節平面におけるエネルギー密度傾度は、特に、こ の発明において用いられる超音波周波数において当該定在波の軸方向傾度よりも 非常に小さくされる。このようにして、より小さい非音響力により節平面に平行 に変位させることができる。一方、節から隣接する腹へ軸方向に粒子を移動させ る仕事量は当該節平面に平行に除去する仕事量と等しく、当該所要の節平面に平 行な変位量は節から隣接の腹への変位量よりも大きい。それ故、定在波に対する 軸方向流よりら核部に直角方向の液体流により当該定在波がら容易に離間させる ことができる。
実際上の条件下においては、節平面における粒子の運動速度は常にこの方向にお ける液体流速度と同じではない：粒子は音響エネルギー密度傾度の上昇につれて 加速するとともに該傾度の低下につれて減速する。
一方、軸方向の運動について述べたようにストークス力を一瞬間も離脱させ得な い部分的に高音響エネルギー密度領域において節により粒子が保持されないにも 拘わらず、平均速度は当該節平面におけるキャリア液体の速度とされる。よって 、最終的な節遅れは当該定在波の軸に沿うおよび横断する方向に作用する。
横断方向の分離を説明するにあたり、流体流がドリフト定在波の軸方向と直角□ 方向に均一である簡単な場合を考えると、そこでは各節平面における音響エネル ギー密度傾度が実質的に均一と考えられる。節平面には音響エネルギー密度傾度 が存在しないから、またと節と一緒に動く粒子は液体流速度における速度成分を 有し、よって当該波と液体流との速度が同一であれば、当該定在波の軸に対し４ ５°を成す方向に動く。もし波の速度が増大しあるいは振幅が低下すれば、軸方 向に音響力とストークス力との準平面状態が達成され、粒子群は次ぎから次の節 へと滑りつつ戻される。このように節遅れが定まり、現実の粒子の軌跡は当該定 在波に対し大きく傾いている。一方の端において、音響力が完全に優勢であると 該角度は９０°である。その反対の端において、もし音響力が優勢であると、例 えば、液体流がそのように低速であるため節平面におけるエネルギー密度の最小 変化により粒子は傾斜局部を通過することができないから該粒子を拘束すること になり、したがって当該粒子の軌跡は軸方向のものとなる。この解析において、 重力は何ら重要な作用をしていないことを理解しなければならない。
無機物質の場合、例えば、密度を考慮しあるいは粒状物質を確実に分散させるた め、水より他のキャリア液体を用いることが好ましい。
前述した節接触の説明から理解できるように、液体内に定在波を確立させかつ該 流体内に微粒子を懸濁させた閉じに系において、当該系の全自由エネルギーは粒 子が各節に集合するにつれて減少する。１つの粒子が１つの節に移動したときに 系の全自由エネルギーが減少する度合、いいかえれば、節から粒子を除去するの になされるべき仕事量は粒子の音響的性質に依存し、即ち、その形状、サイズ、 密度、圧縮度、剛性および一般的な物理的内部構造、流体の性質、例えばその密 度および当該流体内での音速、超音波定在波の強さおよび周波数に依存している 。
節から粒子を動かすのになされる仕事は当該定在波の振幅が増大するにつれて増 大する。また、それは周波数が高まるにつれて増大する一方、波長が短くなり、 よって節とそれと隣接する腹との間の距離が粒子サイズに近付き節から粒子を移 動させるのになされる仕事が減少する。
節に粒子を収集する定在波の性質は当該波によって粒子群に加えられた力に全体 的にまたは部分的に平衡するために広範囲な変化手段によって対抗させることが でき、このように創設された情況によって粒子群が制御される。既述したように 、粒子群を懸濁する流動媒体と定在波との相対運動は重要な制御手段である一方 、一般に制御作用力には、例えば電磁力、静電力、遠心力あるいは重力場等の外 部力が含まれ、これらは分離速度および度合を決定するのに組み合わせて制御さ れる。例えば、赤血球は電荷を担い、したがって電場において、それらに生成電 荷量および電場の強さに比例した力を作用する。この力は定在波内に赤血球を保 持する音響力に対抗させるのに用いることができる。更に、定在波のエネルギー 強度および／またはその周波数を変化さ仕ることら制御手段この発明を以下の添 付図面とともに説明する。
第１図はこの発明の粒子凝離装置の構成概要図である。
第２図〜第７図は、それぞれ第１図の装置により得られ乙結果を示すグラフであ る。
第８図および第９図はこの発明のもう１つの実施例の断面図であり、それぞれ、 互いに直角を成す方向から見た図である。
第１０図は第８図および第９図の装置により得られた結果を示すグラフである。
第１１図はこの発明のさらに他の実施例の構成説明図である。
第１図において、装置は直径２．５ｍｍの穴を好しかつアクセスボート１０２． １０３．１０４．１０５および１０６が嵌合された外径７ＩＩ１ｍを有するガラ スチューブ＋０１から形成された垂直カラム１００を備える。
これらのボートは直径１ｍｍの穴を有しかつチューブ１０１の内部穴と接続した 端部を有する小さなステンレススチールチューブを備える。各ポートは直径０． ５ｍｍの穴を有するシリコーンゴム接続チューブを備えるとともに各接続チュー ブにそれぞれ絞りバルブ１０７．１０８．１０９．１１０および１１１を備えて いる。
チューブ１０１におけるボート１０２の底部とカラム１００のベース間、ポート １０２の頂部とカラム１００の頂部間およびポート１０５の頂部とカラム１００ の頂部間の領域に、それぞれゼラチンプラグ１１２．１１３が詰められている。
これらの１０重量％のゼラチンゼリーがホルムアルデヒドにより硬化されかつ水 と非常に近似した超音波インピーダンスを有する低減衰音響窓を形成している。
カラム１ｏｏの下端部は容器１１４に含まれる水に浸漬され、該容器１１４に２ ．０２ＭＨｚの共振周波数を有する直径１０ｍｍのチタン酸バリュウムの圧電変 換器１１５が設置される。この変換器１１５は容器１１４の内側の水平基部にカ ラム１００の垂直軸線上にかっ該軸に変換器伝送面が直角を成すように装着され る。ガラスチューブ１０１の上端部は容器１１７に突出して該容器内の水と接触 している。２．０２ＭＨｚの共振周波数を有する直径１０ｍｍの第２チタン酸バ リユウム変換器１１８がガラスチューブ１０１の中心線上に配置され、該変換器 １１８の伝送面が容器１１７の水中に浸漬されるとともにガラスチューブ１０１ の中心線と直角を成している。各変換器１１５．１１８は約５０．のインピーダ ンスを有する。
変換器１１５と１１８とを同軸状にかつそれらの伝送面が互いに平行となるよう に配列しかつ保持する手段（図示しない）が設けられる。また、チューブ１０１ の横断しかつ傾斜する角度を調節する手段（図示しない）を設けて変換器１１５ および１１８の共通軸とカラム１００の軸とが一致させられる。
ぜん動ポンプ＋１９が直径０．７６ｍｍの穴を有するプラスッチクチューブ１２ ０と１２１と接続されかつバルブ１０７を介してボート１０２および容器１２２ と接続される。同様の小さい穴を有するプラスッチクチューブ１２３が容器１２ ２の内容物に対するバルブ１０８の遠位端部と接続される。小型超音波槽！２４ は容器１２２を含み、該容器の内容物に撹乱を起こさせるようになっている。モ ータ駆動されるシリンジ１２５が同様の穴を有するプラスッチクチューブ１２６ によりバルブ１０９を介してボート１０４と接続される。また、バルブ１１０は 小さい穴を有するプラスッチクチューブ１２８を介して容器１２７に対するポー ト１０５と接続される。同様に、チューブ１２９がぜん動ポンプ１３１を介して 容器１３０に対するバルブ１１１と接続される。
各変換器に給電するために、電源１３２が移相制御器１３３と接続され、これに より２つの電気駆動出力がその両者間の位相の逓増変化を生じさせ、よって当該 カラムにおける対向する変換器からの画題音波出力の干渉により遅れ位相出力に 向けて比較的低速度で変化する定在波パターンを発生する。
上記進行波変化を達成するための好ましい方法において、ウェイブチツク・モデ ル（Ｗａｖｅｔｅｋ−Ｍｏｄｅｌ）　ｌ　８６のフェーズローＪクスイープ（Ｐ ｈａｓｅ　１ｏｃｋ　ｓｗｅｅｐ）が利用され、該機器は印加された直流バイア ス電圧に応じて基準電圧と予め定められた位相関係をもって出力することができ る。
２つの変換器が一方を基準電圧により他方を位相制御出力により駆動される。マ イクロプロノセサはバイアス電圧を制御するための周期的に段階状に上昇する出 力を発生するようにプログラムされており、よって、基学電圧と位相制御出力電 圧との位相差が段階的に変化して一連の瞬時周波数差を生じ、よって定在波を変 動させる。その変動率は勿論マイクロプロツセサプログラムにより設定されるよ うな大きさおよび周波数変化により定められる。
当該装置の動作を以下の具体例とともに説明する。
具体例１ 上述した装置を用いて約１．０５グラム／ｍｌの密度および既知のサイズ分布を 有するポリスチレンジビニルミクロスフェアが種々のサイズ分布を有する画分に 分離された。
透明な無粒子の純水を容器１２２に入れ、ポンプ１１９によりバルブ１０７を介 してカラム１００にポンプ輸送を行い、ボート１０５を介してプラグ１１２．１ １３間の空間を完全に充填した。カラム内に小さな泡が全く残留しないように注 意した。また、モータ駆動シリンジｌ’２５によりバルブ１０９を介して純水を 急送してバルブ１０９を閉じた後全空気を置換しｒこ。上記カラムを水で完全に 充填した時に容器１２２内の水を数ミクロンの直径を宵するｌｏｍｌ中３．３Ｘ １０’ｆｉのミクロスフェア懸濁水から成る偏析サンプルで置換した。
上述しｆ二ように配列された変換６１５．１１８およびガラスチューブｌｏｔに おいて、各変換器を電圧５５Ｖで励振し、駆動出力により印加電圧を調節して各 変換器の音響出力を同等にした。このようにしてガラスチューブ１０１の穴を貫 通して定在波を形成した。移相制御器を調節して定在波パターンを徐々に５０ｍ ｍ／分の速度で成長させた。
上記装置はバルブ１２および１１０を閉じて作動させた。超音波漕１２３により 徐々に撹乱された容器１２２に含まれる粒子の＠濁液をポンプ１１９によりバル ブ１０８を介してボート１０３に取り出しカラムを流下させ、０．７７ｍ１／分 の速度でボート１０２、バルブ１０７およびチューブ１２０を介して当該容器１ ２２に戻した。ボート１０２と１０３間の当該カラムの作用長は約１０ｍｍであ った。同時に、モータ駆動シリンジ１２５を作動さ仕てバルブ＋０９およびボー ト１０４を介して水を０゜１ｍｌ／分の速度でカラムにおいて流下さ仕、チュー ブ１２０内の粒子懸濁液流と合流させて容器１２２に流入させた。このようにし て、チューブ１０１のボート１０４と１０３間において平均速度約２０ｍｍ／分 、ボート１０３と１０２間において平均速度約１８０ｍｍ／分の流体の流下速度 を得た。定在波は５０ｍｍ／分でカラムを上昇さ仕ｒ二とき、水と該定在波の平 均相対速度はボート１０４と１０３間において７０ｍｍ／分、ボート１０３と１ ０２間において２３０ｍｍ／分であった。
所定の最小直径を越えるポリスチレン粒子は移動節アレイニよっテホート１０３ から集められるとともにカラムの頂部に運ばれ、上方ゼラチン音響窓の下面に集 められた。この操作はカラムへの粒子の供給のサイクルがポンプ１１９およびシ リンジ１２５を停止してから２０分間行った。
バルブ１０７と１０８は閉じ、バルブ１１１は閉じたままとしかつバルブ１１０ は開とした。
シリンジ１２５を急速に作動させてボート１０４および１０５を介して容器１２ ７に１．５ｍｌの水をポンプ輸送して上方音響窓に集められた全ての粒子をカラ ムから一掃した。
容器＋２２に初めから存在するポリスチレン粒子、該容器１２２に残留するポリ スチレン粒子および容器１２７に集められたポリスチレン粒子の個数およびサイ ズ分布は粒子サイズおよび個数分析機（コールタ−カウンタ（Ｃｏシ１ｔｅｒ　 Ｃｏａｎｔｅｒ）、モデルＴＡＩＩ、コールタ−エレクトロニクスリミテッド、 英国、ハーペンデン）を用い、適宜に較正しかつ口径７０ミクロンに合わせて分 析した。
種々のサイズグループに分かれた全粒子数の％（パーセント）サイズ分布は表１ に示す。該表１は操作開始時および終了時における容器１２２におけるミクロス フェアの固体群の組成並びに容器１２７に集められた固体群の組成の変化を表し ている。
表１　ミクロスフェア固体群の組成（％）サイズ区域　平均直径　容器１２２　 容器１２７１．５９−２．００　１．８０　２．１　４．９　３．４２．００− ２．５２　２，２６　１．８　３．４　２．０２．５２−３．１７　２，８５　 ２．７　３．８　１．７３．１７−４．００　３．５９　６．６　７．３　２． ３４．００−５．０４　４．５２　１４．７　１５．４　４．７５．０４−８Ｊ ５　：）、７０　１６．４　１７．１　８．０６．３５−８．００　７．１８　 １１．６　１Ｌ、１　１０．２８．００−１０．１０　９．０５　３０．６　２ ６Ｊ　４２．１１０．１０−１２．７０　１１．４０　１３．３　１０．７　２ ４．５１２．７０−１６．００　１４．３５　０．３　０．２　１．０容器１２ ２において、大型粒子の優先除去により固体群の算術平均直径は７．１５μから ６．６５μに減少する一方、容器１２４に集められた粒子の平均直径は８．４２ μであった。
粒良も 表１から解るように、当該具体例において対象とされたサイズの全範囲は１．５ ９μ〜１６．０μてあっ几。この固体群の大きさは次のような２つのグループに 分けられるニ グループＡは３．２〜８．０μの粒子の全てを含む。
グループＢは８．０μ〜１２．７μの粒子の全てを含む。
初期に容器１２２において検出されかつ容器１２７において集められたこれらの ２つのグループにおける粒子数は下記の表２に示す。
表　２　ミクロスフェア数 グループＡ　グループＢ 容器１２１　１．６ｘｌｏ’　１．４ｘｌｏ’容器１２４　１．１ｘｌＯ＠　２ ．９ｘｌＯ”グループＡの粒子を１分間あたり１．２ｘｌＯ’個の割合で浮漂定 在波に供給するとともにこれらの粒子の１分間あたり５５，０００個、即ち、４ ．５％をカラムの頂部に搬送しｔ二。
グループＢの粒子はボート１０３を通して１分間あたり１．０９Ｘ１０’個の割 合て浮漂定在波に供給するとともにこれらの粒子の１分間あたり１５０．０００ 個、即ち、１４％をカラムの頂部に搬送した。
周波数２ＭＨｚにおいて水中の定在波の部間距離は約０．３５ｍｍであり、１分 間あｆこり５０ｍｍの波の浮動により１分間あたり１４３の節が通過した。容器 ＋２７に集められた粒子の全数は２０分間で４．３５Ｘ１０’側であり、１分間 あたり２１７，５００個の粒子がカラムに搬送され、各節には平均して１５００ 個以上であった。
操作は連続的に、即ち、新しい粒子をボート１０３に連続して供給しかつボート １０５を開いたままにして分離された粒子をカラムから運び出す少量の清掃ガス を流入せしめて行なっｆ二。一方、非連続モードにおいては種々の粒子グループ がボート１０５に集められ、試料における種々のタイプの粒子をそれぞれ異なっ た時間、例えば、定在波の強さまたは該定在波とキャリア液体間の相対速度を暫 次変化させることにより拘束し、よって各タイプの粒子がボート１０５に到達す る順番により各粒子タイプの節遅延特性を定めるようになっていることに注意し なければならない。
具体例２ 各ポリスチレンミクロスフェアを、上述した装置を用いて具体例１におけるよう な種々のサイズ分布を有する画分に分解した。この場合、容器１２２における初 期の粒子濃度は単に具体例１における場合の１／２とされｆ二。
第２図は運転開始時に容器１２２から採取された当該試料における種々のサイズ グループに分けられる粒子の全数に対する百分率の棒グラフを示す。
第３図は上記と同様運転終了時に容器１２７から採取された粒子のサイズ分布の 棒グラフを示す。運転開始時に容器１２２における粒子の平均直径は７．０４μ であり、運転終了時に容器１２７における粒子のそれは９．４μであった。
具体例３ 具体例１の方法により第１図に示す装置を用いて迅速に選別し、かつ直径約２ミ クロンの小形粒子の大きな母集団に存在する直径約９ミクロンの大形粒子の小さ な画分に凝集する能力の試験を行なった。容器１２２に置かれたポリスチレンミ クロスフェア混合物の初期サイズ分布を３ｏ、ｏ　ｏ　ｏ個の粒子を計数して得 た分析結果は第４図の棒グラフに示す。
第５図は３０分間経過後に容器１２７に集められｆこ粒子のサイズ分布を同じ目 盛をもって示す棒グラフである。
容器１２２において、最初、サイズ範囲１．８〜４．５μの粒子は９１％であり 、かつサイズ範囲７．２〜１１．４μの粒子は９％であった。その容器において 、運転終了時にはサイズ範囲１，８〜４．５μの粒子は１６％でありかつ該範囲 ７２〜１１．４μの粒子は８４％であった。
これら２つのサイズグループにおける割合は初期の１０−１から０゜９〜ｌに低 下し、即ち、全体の変化した割合は５０　＝　１に渡るものてあっｒ二。これは 、１分間あたり５０ｍｍの速度で移動する超音波定在波を備えたカラムの作用長 ３８ｍ１を１回通すことにより達成され几。
これらの具体例はこの発明を用いて行なり乙らのであり、小形粒子は僅かな距離 を走行するだけで確実にかつ迅速に種々の母集団に分離することができる。所定 の進定クラスの増設は粒子濃度を可成り高めることにより実現できる。
カラム１０１における定在波および向流の速度を調整することにより予測した結 果が得られる。例えば、更に行なった実験によると、上記波の移動速度が高まる とサイズグループ１４，３μに属する粒子の百分率が増大する一方、それらのよ り小さい幾らかのらのは減少しｆ二。このサイズグループの変化は表３に示すよ うな一定の音響エネルギーおよび一定の向流における波の速度変化させることに よるものである。
７０ｍｍ／分　４．５％ ９０ｍｍ／分　５．４％ １１０ｍｍ／分　７．３％ また、第１図の装置は容器１２２からカラムを通ってボート１０２からボート１ ０３に至り、即ち波の移動方向と同じ方向に液を循環させるようにしてもよい。
この場合、流体の流速は同じ方向を有し、かつ波の移動速度とあまり異ならない ようにされる。これにより、この流れ領域において、とうようｔ節の遅れ、した がって、粒子の顕杼な分離が行なわれないのであれば、波パターンの各節への粒 子の負荷は経験的に少量とされる。流体が流出するボート１０３に対向して各粒 子が局所に到達し、そこでは当該液体と移動波との相対速度が増大し、よって定 在波により大きな平均サイズの画分をカラムの上方に運ばせる一方、その残留粒 子をボー）１０３を介してタンク１２２に戻しつつ粒子の分離が行なこの具体例 は、第１図の装置を幾らが変形した装置を用いてそれらの通常の機能を損傷する ことなく生存微生物の混合物を分離したものである。この場合、容器１２７は不 要であるのみならすボート１０３がら容器＋　２２への接続ら不要である。ボー ト１０３において、絞りバルブ１０８が元の位置に戻され、よって０　、５　ｍ ｍの穴を有するとともに皮下注射器の針（図示しない）がチューブｉを十分に刺 し通しかつボート１０３の穴とチューブ１０１の穴とを十分に連通ずるようにし た短いシリコーンチューブと接続される。
共に成長末期定常状態にあるバクテリア、即ち、セラチアマルセッセンス（Ｓｅ ｒｒａｔｉａ　’ｍａｒｃｅｓｃｅｎｓＸＮｃＴ　Ｃｌ　３７７）およびイース ト菌、即ち、トルロプシスボンビコーラ（Ｔｏｒａｌｏｐｓｉｓ　ｂｏｍｂｊｃ ｏｌａ）　（ＰＲＬ１２３−６４）を混合するとともにキャリア液として作用す る０、１％の非滅菌ペプトン水（オキソイドコーポレーションリミテッド（Ｏｘ ｏｉｄＣｏ、　Ｌｔｄ）により市販されている）で希釈した。
０．１％の非滅菌ペプトン水を充填しｆニチューブ１０１により、この微生物懸 濁液を長い針を付けた皮下注射器に５〜ｌ入れ、その注射針をポー）１０３と接 続したチューブの壁に刺し通し、該ボートを介して充填チューブ１０１の基部に ４０μｌの懸濁液を注射した。この注射された微生物懸濁液はチューブ１０１に おけるボート１０３の近くから約８ｍｍの長さを占有した。この試料をカラムに 負荷する一方、バルブ１０７．１０８．１０９および１１１を閉じるとともにバ ルブ１１０を開いてペプトン水を当該カラムがら離去するように移した。
バルブ１０７を開き、各変換器１１５および１１８を２ＭＨｚ、５０Ｖて励振し 、これにより定在波を、例えば、１分間あｆこり１ｍｍを下方に変位させること により略定常状態もしくはそれに近い状態に保持させる一方、容器１２２に含ま れる０、１％の非滅菌ペプトン水ボート１０２を介してチューブｌｏｔの穴にお いて４ｍｍ／分の平均速度をもってポンプ輸送した。８分後、バルブ１１０に接 続された出口チューブから２分間毎に１滴の割合で送出されるキャリア液を集め た。６滴をそれぞれ別個に０．１％の滅菌ペプトン水、ｌｏｍｌを含む滅菌マツ カートニイ瓶に集めるとともにカラムから出てくるキャリア液の６滴（０，４ｍ １）に含有されるコロニー形単体の個数を２種の微生物に対してそれぞれ定めた 。
この実験の完了時に定在波を消失させるとともにチューブ１０１の内容物を一掃 した。
各マツカートニイ瓶に含まれるバクテリアおよびイースト菌の数を検出するｆコ め、プレート・カウント・エーガー（ｐ　１ａｔｅ　Ｃｏａｎｔ　Ａｇａｒ）（ ディフコ（Ｄｉｒｃｏ））および改良型ポテト・デキストローズ・エーガー（Ｐ ｏｔａｔｏ　Ｄｅｘｔｒｏｓｅ　Ａｇａｒ）　（オキソイド（Ｏｘｏｉｄ））を 用いて下記の注入プレート法により行なった。
２５℃において、プレート・カウント・エーガー（ＰＣＡと略記する）はｐＨ７ ，０±０．２を有する一方、ポテト・デキストローズ・エーガー（ＰＤＡと略記 する）は２５℃においてｌｏｏｍｌのエーガーに８．５％の酒石酸１．０ｍｌを 添加することによりその正規のｐＨ５、６から低下什しめたｐＨ３、５±０．２ を有し几。
上記試験から次のことが確認された。即ち、３７℃において２４時間培養したＰ ＣＡプレートはセラチアマルセッセンスを十分に成長させて完全なコロニーの計 数が可能にする一方、当該時間内および培養温度においてイースト菌コロニーは 全く現れなかった。
３０℃において３〜４日間培養したＰＤＡプレートは当該低りＨの媒質がセラチ アマルセッセンスの全成長を抑制するためにイースト菌コロニーのみを生長させ た。
標準の十進希釈注入プレート法を行なうため、２系列の一連のペトリ皿を準備し た。各マツカートニー瓶内の微生物混合物の資料は１０−７の希釈係数に低下さ 仕るため、ＰＣＡプレートおよびＰＤＡプレートの両者のセットを準備した。
上記所定の温度および時間をもって培養し乙後、両プレート上に成長しｒこコロ ニーの計数を行なった。あらゆる適当な計数方法を用いることができるか、この 具体例においては、多数のコロニーを有するプレートにおける計数は次高位の希 釈度を計数することよりも統計的重量によって行なうようにする。
よって、たとえば、３００のコロニーを有する１０−’プレートと２５のコロニ ーを有する１０−５プレートとは次のように計算される・３００−１−．２５＝ ３２５を１．１により除算を行なって２９５　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’カラムに注射した 混合個体群におけるイースト菌およびバクテリアの生存数は漂学微生物学法を用 いて計数した結果は次のとおりであった：セラチアマルセッセンス　４．１３Ｘ ＩＯ＠ｌＩｌ／ｍｌトルロプシスボンビコーラ　５．５７ｘｌＯ’個／ｍｌ上記 セラチアとトルロプシスとの比は７．４　＋　１であった。
カラムの出口からボート１０５を介して滴出するキャリア液の６滴において検出 されｆニセラチアマルセッセンスおよびトルロプシスボンビコーラのコロニー形 単体の数は時間に対してプロットした第６図に示す。
セラチアマルセソセンスの最大濃度がトルロブシスボンビコーラの最大ｅｔｔの 前方にピークとして４分間現出せしめ得たことに注意しなければならない。
６滴におけるバクテリアとイースト菌の計数値の比を計算し、この此の平均値を 連続的に時間に対してプロットしＬものを第７図に示す。
第７図において、バクテリアとイースト菌との比はカラムに注射されＬ際、常に 比（７，５：　Ｉ）よりも大きくかつ最大比は８０　：　１が得られＬ０カラム が作用している全期間にわたり平均比は２４　：　１であり、略３つの折り畳み 部を含む。
注射されｒニバクテリアの全数は＋６．５ｘｌＯ’であり、定在波を維持したま までカラムの出口からｌｌＸｌ０Ｉ′が回収され、次いでカラムを−掃する間に 更に５Ｘ１０”が回収された。このように、超音波にさらされＬ全でのバクテリ アは、実験誤差範囲内で１時間の暴露を行なった後、生存したコロニー形単体と して回収された。
注射したイースト菌の全個数は２２ｘｌＯ’であり、定在波を推持した状態で出 口から　５ＸＩＯ５個が回収され、当該カラムを閉じかつ一掃しｆ二後に　ｌＸ ＩＯ３のコロニー形単体が回収された。見掛上の損失は定在波の各節において観 測されるイースト菌細胞の拘束に起因し、計数手順においてこれらの拘束は完全 に解除することができないから各コロニー形単体は生存細胞群を構成するものと 考えられる。カラムにおいて生きたイースト菌細胞が損失してしまったときは操 作してから１０分間の経過後および５０分間の経過後における２種類の微生物の 濃度比は異なったしのとなる。そのような差異は観測されなかった。
カラムから出てくる個体群におけるバクテリアのエンリッチ化は大きな節遅れに 起因するものであり、幾らか大形のイースト菌細胞は定在波を通過する際に核部 遅れの影響下におかれる。
前述しｒ二番具体例において、工程は粒子を２つのグループに分離することを含 む。具体例１〜３の場合、ボート１０２．１０３は原料を連続的に供給するもの であり、ボート１０４はカラムにおいて液を流下させるのに用いられる。ボート ！０５は開とされると瞬時に１つの分離グループの粒子を除去し、そうでないと きはボート１０６は閉じられている。
具体例４において、図示した装置を用いる不連続工毘が構成され、所定期間内に ボート１０５に運んて各粒子サイズグループに分離される。そのような一時的な 分離は、原理的に区別しようとするグループが２つ以上あるときに用いられる。
この場合、ボート１０２と１０５のみが連続的に開とされ、ボート１０３は単に 最初試料を射出するのに用いられる。
また、この装置は連続工程において液流および定在波の速度を制御しかバルブ２ １を開いてボート１０６を流通させることにより更に高度の分離をおこなうこと ができる。
ポンプ１１９からカラムを通りボート１０３からボート１０２への循環流を考察 するにあたり、ボート１０６は開とされかつポンプ１３１はカラムからポンプ＋ ０６に液を取り出し、ポンプ１２５はその液を該カラムからボート１０４に送り 出す。そしてボート１０５は開とされて上記カラムの頂部を通過する流体を受け る。ボート１０２と１０３間の領域において、定在波と向流液との相対速度は粒 子が該定在波の各節により全（運ばれないようにする程度の太きさとされる。同 時に、カラムからボート１０４への流れは当該カラムを上昇して出口ポート１０ ５への流れと当該カラムを下降してボート１０６と１０２への流れとを生起し、 それらの割合はポンプ送出率および／またはそれらのボートと接続されたバルブ 開度に応じて定められる。ボート１０４を通る流れはボート１０４からボート１ ０６への液がボート１０３と１０２間の流速より低い流速をもって流れるように 確立される。ボート１０６において液体が抜き出されるからボート１０６からボ ート１０３への流速は依然低速とされる。
このように、ボート１０３に対向する領域において、粒子が定在波の各節により ピックアップされ、核部と液体との相対速度がボート１０２と１０３間の比較的 高い値から比較的低い値に変化する。ボート１０６の上方で流下する液体の速度 が再び増大するが、全ての粒子を定在波から脱出させる程の大きさのものではな い。このように、これらの特性に関し、粒子の１つのグループが定在波と一緒に カラムを上昇する一方、該粒子の残部がボート１０６を通して当該流れと一緒に カラムを離去する。ボート１０６を通過して連続的に上方に向かう粒子グループ はボート１０５を通る流を介してカラムから除去される。
この操作方法において、明確に異なる２つの向流系がカラムにおける２つの連続 した部分において操作され、よってタンク１２２からの循環流から抜き出された 粒子により２つの分離したグループが形成されることに注意しなければならない 。この具体例から明らかなように、更に、この発明の装置は異なった一連の流速 系列を確立するようにカラムの長さ方向に沿って液体入口および／または出口ボ ートを備え、これにより粒子の異なった混合グループが連続工程において分離さ れる画分数を増太さ仕るようにされる。
定在波により異なった影響を受けるようにして異なった粒子グループへの分離は 定在波の強さを制御することによっても達成できる。このように、定在波が確立 されたカラムにおいて粒子混合物試料を流体流内に射出すれば、既述したように 弱い影響をうけ几最初の粒子グループ以外の全ての粒子グループが各節に拘束さ れる場所における初期の音響エネルギーレベルを選定することができる。この第 １グループは液体の流れに沿って運ばれ、残留粒子と分離して集めることができ る。次いて、定在波のエネルギーレベルが減少してさらに放出しかつ集めようと する粒子両分数の増大させ、当該処理を繰り返すことによってさらに粒子画分を 集めることができる。また、明らかなように定在波強度の変化およびキャリア流 体と当該定在波との相対ドリフト量の変化を組み合わせることにより分離を制御 することができる。
上述しｆ二工程の操作は当該粒子に作用する重力よりも可成り大きい音響力およ びストークス力により作動される。従って、この明細書においてカラムの対象と してカラムを水平状あるいは傾斜状に設置した装置が含まれる。
微粒子をそれらの直径に応じて異なった３つのグループに凝離するこの発明の横 流装置例が第８図および第９図とともに以下に説明する。チャバ２０２はポリメ チルメタクリレート材によりチャンバ２０２が形成され、該チャンバ２０２の平 行な側壁間２１０がともに厚さが６＋ｎｎ＋の前方および後方仮２０４および２ ０６により区切られ、それらの間に作用カラム２０８を形成している。このチャ ンバの入口に２５ミクロンのふるい板２１２が設けられ、それと反対側端部の各 チャンバ出口にそれぞれ同一の６つのカバ一部材２１４が設けられ、かつ小さな 穴を有する出口チューブ２１６が接続される。この入口部と出口部間の作用長さ は２４ｍｍとしｒ二。分離しようとする混合物を当該チャンバに導入するために 、このチャンバにおけるふるい板２１２の直後の入口に入口チューブ２１８が設 けられる。
上記チャンバは大きなコンテナ（図示しない）の最上端部に垂直に設けられた複 数の出口部に装着される一方、該コンテナにキャリヤ流体（イソトン（ＩＳＯＴ ＯＮ）ｎ−コールタ−エレクトロニクス・リミテッド）が充填されるとともに、 そこに浸漬される動作周波数４．３６ＭＨｚの高さ２０ｍｍＸ深さ１０ｍｍの２ つのセラミック（チタン酸バリュウム）変換器用の音響結合部を形成している。
各変換器は約２６０ｍｍ離間して互いに対面しかつ当該チャンバの対向側壁２１ ０における２０ｍｍの高晋響的窓２２２の中心線に同軸とされる。各窓は各変換 器からの出力の半波長の整数倍に等しい厚さを有し、このようにして作用カラム ２０８への音響伝達が最大となるようにされる。他のチャンバ壁部分は音の反射 が最大となるように１／４波長の倍数の厚さとされ、このようにして定在波から 当該セルの内部領域を遮蔽している。
各出力ボートは小さな穴を有するチューブを介してぜん動複数チャンネルポンプ （ワトソンーマールロウ（〜Ｖａｔｓｏｎ　−Ｍａｒｌｏｗ）　２０２　Ｕ／　 Ａ　Ａｌ０）（図示しない）と接続され、該ポンプは大形コンテナからチャンバ ２０８に均一にキャリア液を排出し、そこから各出口部分２１４を介して均一に 流出される。
両変換器２２２の振幅は一致させられ、チャンバ２０２が存在しなくとら各変換 器の共通軸線上の大形コンテナの中心におけるエネルギー密度は２．５Ｊ／ｍ’ である。
約２ｘｌＯ’ｍｌの濃度を有するポリスチレンおよびジビニルベンゼンミクロス フェアの混合物が入口チューブ２１８を介して１分間あたり０゜０１１２ｍ１ポ ンプ輸送される一方、１分間あたり０．１４８ｍｌ力＜６ツの出口チューブ２１ ６からそれぞれポンプ輸送され、１分間あたり１２゜３ｍｍのチャンバ作用容積 における平均流体速度とされる。萌述の各具体例におけるように、第８図におい て右側に向けて１分間あたり２４．２ｍｍドリフトされる（即ち、各粒子が当該 チャンバに供給される側壁から遠ざかる）と定在波がドリフトさせられる。
出口チューブに現れる粒子固体群の組成は第１０図に各ボートに大使７つのサイ ズグループ（２，５〜１２．７　ミクロン）における百分率成分の棒グラフを示 す。また、表４はチャンバの入口チューブを貫通する粒子固体群の百分率成分を 示す。
表（ サイズグループ　粒子の　粒子母集団の出発ボート平均直径　入口部 （ミクロン）　０１　０２　０３　０４　０５　０６２．８５　４４．３　８２ 　７５　５１　２１．４　１１．６　７．４３．５９　１０．６　５．０　４． ９　４．６　６．６　３．５　３．２４．５２　４．６　２．０　２．４　３． ５　５．８　４．９　３．９５．７０　８．９　４．７　７．１　１２，７　１ ８．６　１９．８１６．７７．１８　’　１５．６　４．７　？、８　１Ｌ５　 ２９．４　３２．６　３３．８９．０５　１１Ｊ　１．２　２．４　８．１　１ ４．７　２１．０　２４．６１１．４　３．８　０．２　０Ｊ　１．２　３．０ 　５．７　８．１１４．３　０．９　０．０　０．０　０．３　０．４　０Ｊ　 １．７第１１図１：！この発明に係るもう１つの装置を示し、液体に懸濁された 粒子の所定タイプの分離は当該液体がその定在波の作用により行われる。
この種の装置は第９図の具体例と同様に比較的浅い奥行のチャンバ３０２を備え る。変換器３０４と３０６はチャンバの対向端部に配置しかつ上述した具体例に おけると実質的に同様の方法により窓３０８．３１０を通して同軸状に出力する ようにして対向ＩＩＩ壁３１２と３１４間の中間領域において実質的に当該チャ ンバの全横断面を占有するドリフト定在波を提供するようになっている。この中 間領域の対向端部の一方に入口ポート３１６．３１８が配置されるとともに同様 にして他方に出口ボート３２０．３２２が配置され、このようにしてこれらの入 口および出口ポート間の液体流は定在波を通過するようになっている。
上記装置はコンテナ３２４から第１人口ボート３１６に供給された液体流におけ る粒子混合物から１つの粒子タイプを分離するようしたものである。該装置にお いて、案内羽ｍ３１７が並流を確立し、定在波を加えることにより１つのタイプ が当該液体流内の定在波を通過して対向する出口ボート３２０に流れるようにし 、次いで該出口ボート３２０からの粒子群が排出コンテナ３２６に集められる。
液体流内のドリフト定在波により一緒にドリフトする残留粒子は端部窓３１０に 運ばれる。所定期間毎に上記窓に集められた粒子群は戻りラインにおけるバルブ ３２８が開とされｆ二時に池の出口ボートを介して該コンテナに戻される。第２ 人口ポート３１８は貯蔵器３３０から粒子を含まない液体流が付加され、定在波 の作用領域に該定在波のドリフト方向と反対向きの向ｉ液体流を確立し、当該定 在波と接触した粒子群に沿って運ばれる前述し几全てのあるタイプの粒子群を第 １出ロボート３２０に放出する助けをする。
１つの具体例として、コンテナ３２４が液状培地に植物培養細胞を保持するよう な場合、そこから損傷微生物を除去するのに当該装置が用いられる。コンテナ３ ２４および貯蔵器３３０からそれぞれ入口ボート３１６および３！８を介して連 続的に装入物がポンプ輸送され、コンテナ３２４からの主流と例えば各ポートか らの流れとの割合は５＝１とさｔｊる。定在波特性は、各植物細胞が各節に強力 に接触する一方、存在するいづれの微生物も各節に接触せずあるいは単に弱く接 触するように選定される。サイズが全く相違しているから植物細胞と種々の微生 物のスペクトルの違いを識別できる。しｒこかって、連続液体直に投入されに定 在波を通過する液体流により運搬される微生物は出口ボート３２０を介して排出 コンテナ３２６に運ばれる。最初から偶然定在波の各節に接触していた微生物は 、該定在波のドリフトに対し小さいながらも明確に向流を提供するもう１つの入 口ボート３１８からの液体流により除去される。
定在波により当該チャンバを通過して運ばれる植物細胞は窓３１０に集められか つ断続的にバルブ３２８を開くとともに貯蔵器３３０から多量の高速流が加えら れ、各細胞は当該チャンバから一掃されてコンテナ３２４に戻される。
上記操作方法はコンテナ３２４の液体容量を貯蔵器３３０から補給するように制 御され、この操作を繰り返し行なうことにより該コンテナの内容物を浄化するこ とができる。一般に、別個に行うことは勿論重要なことではない。コンテナ３２ ４内で植物細胞の健全な成育を維持すべくコンテナ３２４における微生物固体群 を十分に簡単に制御することができる。
更に、上記装置は血小板等の血液画分の収集に用いることができる。
希釈血液がボート３１６を介して加えられ、定在波特性は血小板のみが液体流に より出口ボート３２０に運ばれるように調節されるとともに残留粒状物が窓３１ ０に集められる。この収集物質を周期的に除去するには、更に血小板を分離に導 入する貯蔵器３２８から無希釈血液の洗浄流により行うことができる。
この発明の変形例、特に、第８図および第９図または第１１図の装置に適用され る一例において、キャリア液体が定在波を横断するように流され、異なった流れ 領域において２つ又はそれ以上の定在波が確立され、よって当該液体が連続的に 各定在波を通過するようにされる。例えば、第８図および第９図又は第１１図の 装置における一対の変換器が複数対の同軸状変換器（第８図において点線２３０ により３対の変換器を示す）て置換され、これらの変換器は対応する数の定在波 を確立するようにされる。６対の変換器の出力特性が個別に制御されて相違し几 分離を提供する。これらの手段により多種類の粒子タイプの大規模な区分を達成 することができる。勿論、全ての場合、６対の個別の変換器を単−源として互い に駆動されるアレイで置換し、例えば、公知の方法で当該定在波の幅を増大さ仕 て弁別性を高めあるいはより大流量の操作を行えるようにすることかできる。
超音波出力の周波数を変化させて分離操作を制御する例は既に示した。
一般に、各出力は窓を介して定在波が分離操作を行っている液体充填空間に伝達 され、該窓の厚さが出力の波長に関連している。しかるに、らしこれらの周波数 が１／２波長の累積数の条件の下で窓の厚さに関して簡単な関係存するようにす れば、窓の所定の厚さは当該周波数番号にて超音波を伝送する。このようにして 、定在波における異なった部間距離を確立するために実質的に周波数を変化させ ることがてき、よって当該定在波の選択が変更される。
そのような技術は一例としてのみ示された前述のいずれの装置にも適用でき、単 独細胞および種々の細胞塊を含む植物細胞培養により分離装置を使用する場合に は第１１図が参考とされる。既に述べたように、培養物は容器３２４からボート ３１６にポンプ輸送される。最初１６Ｍ’Ｈ２とされる変換器の出力はボート３ １６を通して確立されｆこ定在波に流体が流れるにつれて均一な波のドリフトを 確立する。当該周波数において、水中の節間距！（４５ミクロン）は単一細胞が 窓３０６、したがってボート３２２に運ばれろようなものとされ、全細胞塊がボ ート３２０．から取り出される。もし、周波数を８ＭＨｚに変えれば、部間距離 は９０ミクロンであり、単に媒質および大きな細胞塊がボート３２０に運ばれる 。４ＭＨｚにおいて単に大きなかつ非常に大きな塊がボート３２０に達し、更に ２ＭＨｚの周波数を有すると部間距離は約３６０ミクロンとなり、よって約０． ２５ＩｌＩ；ｘ以上のサイズを備える最大の塊のみがボート３２０に運ばれる。
Ｆ／ｃ、２　容器１２２における内容物サイズグループ（ミクロン） サイズグループ（ミクロン） サイズグループ（ミクロン） 時間分 −一１］ 国際調を報告 ｗｍａｎ番Ａ＠ｌＡｅｔ１１４ｍ９内陶ｐｃつコ／ＧＢＢ４１００３６Ｂ−２−

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. １．離間させて配置した各超音波エネルギー源からの出力を干渉させることによ り形成された少なくとも１つの超音波定在波により液体充填空間内の粒子状材料 中に存在する少なくとも１つの粒子タイプを分離するにあたり、 液体の流速および／または定在波のドリフト速度の制御により、および／または 定在波の強度および／または周波数の制御により上記粒子タイプの分離を行なう 一方、液体流中に懸濁されている間に少なくとも１つの粒子タイプを上記空間か ら出口を通して除去することを特徴とする方法。
  2. ２．離間させて配置した各超音波エネルギー源からの出力を干渉させることによ り波面がカラム内を横断して延びる定在波が確立した液体カラム内の粒子状物質 中に存在する１つまたはそれ以上の粒子タイプを物質するにあたり、 液体の流速および／またはカラムに沿って移動する定在波の変位速度の制御によ り、および／またはカラム内の定在波の強度および／または周波数の制御により 上記粒子タイプの分離を行なうことを特徴とする方法。
  3. ３．分離した粒子群をカラムの一領域内に集める一方、該領域に液体流を向わせ て当該領域の出口ステーションに該分離した粒子群を移動させ、かつ該出口ステ ーションを通して搬出する請求の範囲第２項に記載の方法。
  4. ４．異なる粒子タイプの連続群をカラム内に異なる時間保持し、出口を経て連続 的に排出する請求の範囲第３項に記載の方法。
  5. ５．液体の連続流をカラムに通して分離した粒子を少なくとも１つの開口部から 取り出す請求の範囲第２項に記載の方法。
  6. ６．１つより多い粒子タイプに分離し、各位子タイプを各出口開口部から取り出 す請求の範囲第５項に記載の方法。
  7. ７．異なった速度の複数の液体流動系をカラム長の異なった部分で確立させる請 求の範囲第５項または第６項に記載の方法。
  8. ８．非音響力場を粒子に作用させ、定在波中において分離を促進する請求の範囲 第２項〜第７項のいずれかに記載の方法。
  9. ９．各変換器を少なくとも１００ＫＨｚの超音波周波数をもって駆動する請求の 範囲第２項〜第８項のいずれかに記載の方法。
  10. １０．粒子状物質中に存在する１種またはそれ以上の粒子タイプを分離する装置 において、 液体カラム、該液体カラムに液体と上記物質を導入する手段、離間して配置され かつ各波が上記液体カラム内に向けて出力され、これらの波出力間の干渉により 液体と粒子状物質が占める空間内を横切って延びる波面を有する定在波を発生さ せる複数の超音波エネルギー発生源を含み少なくとも１つの特定の粒子タイプを 分離するために上記波源からの各出力の振幅が同一となるように定在波の強度お よび／または周波数を変化させる制御手段、および／または定在波が一定に保た れまたはカラムに沿う上記定在波のドリフト速度が調節可能となるように２つの 出力の位相差を制御する手段、および／またはカラム内に制御可能な液体流を生 ずる手段が付設されたことを特徴とする装置。
  11. １１．カラム内に液体の連続流を確立させる手段を含む請求の範囲第１０項に記 載の装置。
  12. １２．カラムに沿って離れた位置に１つより多い人口および／または出口ステー ションを有し、それによりカラム長の各部に異なる液体流速の領域が確立するよ うにした請求の範囲第１１項に記載の装置。
  13. １３．非音響力場手段が配設され、粒子に作用してこれを定在波の音響力に選択 的に反応させることにより定在波内における分離を促進する請求の範囲第１０項 〜第１２項のいずれかに記載の装置。
  14. １４．流動室、 上記流動室内において各出力を干渉させることにより定在波パターンが確立する ように離間させて配置した複数の超音波エネルギー源、軸に沿って定在波が移動 するように波源を制御する手段、粒子を搬送する液体用の液体入口および出口手 段であって上記入口および出口手段と定在波とは室内の流体が定在波を通りその 軸を横断して流れるような関係にある手段、 上記軸方向に間隔を置いて存在する少なくとも２つの開口を含む出口手段であっ て、それにより、そのタイプまたは各選択されたタイプの粒子を定在波エネルギ ーを受ける液体に対する変位に応じて予め定められた開口部から送出する手段 を具備した液体流中に担持された１種またはそれ以上の粒子タイプの分離装置。
  15. １５．複数の定在波を確立させ、それを通って流体が出口手段へ向かう通路内を 連続的に流れるようにした各超音波源対を有する請求の範囲第１４項に記載の装 置。
  16. １６．少なくとも、その、または各定在波をうける領域中に概して平行な流線で 流れる流体を生成する手段を付設した請求の範囲第１４項または第１５項記載の 装置。
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