JPS6345553A - Microelectrophoretic cell for laser doppler electrophoretic system - Google Patents
Microelectrophoretic cell for laser doppler electrophoretic systemInfo
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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。(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
［従来の技術］
生体細胞、乳化液、固体無機物もしくは土壌粒子等を含
む、分散状態あるいは懸濁状態にある多くの物体は、そ
の表面を形成する化学的基のイオン化により、表面電荷
を有している。この電荷は電気泳動技術により研究、調
査することかできる。この電気泳動法においては、粒子
または電荷を有する物体を適当な流体の中に浮遊、懸濁
させ、適当な電極の間に電場を生しさせる。そして、粒
子または物体の合成運動を種々の技術で測定し、粒子ま
たは物体の表面に分布する電荷の電位の符号および大き
さを求める。この電位は、電荷を有する物体の運動を研
究し、理解するために、理論的にも実用的にも興味のあ
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Prior Art] Many objects in a dispersed or suspended state, including biological cells, emulsions, solid minerals, or soil particles, undergo ionization of chemical groups forming their surfaces. Therefore, it has a surface charge. This charge can be studied and investigated using electrophoretic techniques. In this electrophoresis method, particles or charged objects are suspended in a suitable fluid and an electric field is created between suitable electrodes. The resulting motion of the particle or object is then measured using various techniques to determine the sign and magnitude of the electric potential of the charges distributed on the surface of the particle or object. This electrical potential is of theoretical and practical interest for studying and understanding the motion of charged objects.
その運動を研究するため、広く用いられている現代的方
法は、レーザードツプラー速度測定法である。この技術
においてはレーザー光は運動中の粒子群により散乱され
、ドツプラー効果のため、その運動に起因して周波数が
シフトする。この周波数のシフトは適当な検出器および
信号処理装置によって測定され、そして、粒子等の速度
は散乱装置の幾何学的形状より求められる。A widely used modern method to study its motion is laser Doppler velocimetry. In this technique, laser light is scattered by a group of moving particles, and due to the Doppler effect, the frequency shifts due to the movement. This frequency shift is measured by appropriate detectors and signal processing equipment, and the velocity of the particles etc. is determined from the geometry of the scattering device.
その運動を分析するための、レーザードツプラー速度測
定法を月いた、電気泳動測定を行なうチャンバーおよび
セルの構造は、わずかに帯電している粒子から、散乱効
率の低い少数の粒子等からの測定可使な信号を得るため
に十分なレーザー出力の入射および射出可能な光学装置
へと、測定回部な速度を得るために、適当に高い電場の
強度を必要とする。The structure of the chamber and cell used for electrophoretic measurements is based on the laser Doppler velocimetry method used to analyze its motion. A suitably high electric field strength is required in order to obtain a measurement speed that is capable of injecting and ejecting sufficient laser power into an optical device to obtain a usable signal.
高い電場の強度を得ることは、限定されるものではない
が、例えば、電荷は低い速度しか生じない誘電率の低い
媒体中の粒子の研究においてレーザードツプラー電気泳
動法を用いるためには、特に必要である。限定されるも
のではないが、このような状態の例として、ドデカン中
の炭素粒子の懸濁液がある。この懸濁液の誘電率は水溶
液の約１１４０である。高い電場の強度を得るためには
、間隔を接近した電極を用いる。Obtaining high electric field strengths is particularly useful, for example but not exclusively, for the use of laser Doppler electrophoresis in the study of particles in low dielectric constant media, where charges develop only at low velocities. is necessary. A non-limiting example of such a condition is a suspension of carbon particles in dodecane. The dielectric constant of this suspension is about 1140 of that of an aqueous solution. To obtain high electric field strengths, closely spaced electrodes are used.
測定領域にわたって電場の空間分布および速度の空間分
布が生じないように電場が極めて一様であることが重要
である。It is important that the electric field is very uniform so that there is no spatial distribution of the electric field and no spatial distribution of the velocity over the measurement area.
［発明が解決しようとする問題点］
これらの要求を満たすものとして、一様に帯電した平坦
で平行な複数の平板を有する理想的なセルがある。微細
粒子によるレーザー光の散乱を最大とするためには、レ
ーザー光束は、電極板の軸の共通法線に対して、角度を
有しなければならず、かつ、検出器の方向は理想的には
レーザー光束の一般的伝搬方向になければならない、こ
の形式のセルを用いた実用システムは、電極板とレーザ
ー光束との衝突を避けるため、大きな平板状電極板を得
るために、極めて小さな角度を採用しなければならなか
った。この小さな角度に起因し、設計か困難であった。[Problems to be Solved by the Invention] An ideal cell having a plurality of uniformly charged flat and parallel plates satisfies these requirements. In order to maximize the scattering of laser light by microparticles, the laser beam must have an angle to the common normal of the electrode plate axes, and the direction of the detector should ideally be must be in the general direction of propagation of the laser beam.Practical systems using cells of this type require very small angles to obtain large flat electrode plates to avoid collisions between the electrode plates and the laser beam. had to be adopted. Due to this small angle, the design was difficult.
なぜならば、印加される電場の方向、したがって、粒子
の運動方向とレーザー光束との間の角度が小さいため、
ドツプラー周波数シフトが小さく、測定条件がきびしい
からである。Because the angle between the direction of the applied electric field and therefore the direction of movement of the particles and the laser beam is small;
This is because the Doppler frequency shift is small and the measurement conditions are severe.
本発明の目的は、上記の問題を解決する手段を提供する
にある。An object of the present invention is to provide means for solving the above problems.
Ｅ問題点を解決するための手段］
本発明は、セルの試料分析領域中のコヒーレントな光の
径路が、試料にわたって分布する電荷に対し作用するよ
うに配置された、光学的に透過性のある（透明な）電極
を通過するレーザードツプラー電気泳動法システムを提
供する。Means for Solving Problem E] The present invention provides an optically transparent light beam arranged such that a coherent light path in the sample analysis region of the cell acts on the charge distributed across the sample. A laser Doppler electrophoresis system passing through (transparent) electrodes is provided.
セルの両電極は光学的に透明であり、コヒーレントな光
の２本の別々の光束の径路を横切って、電極が配置され
ているのが好ましい、この例の場合、試料分析領域で２
本の光束を交叉させるように反射面を含むのが有利であ
る。透明電極を用いることにより高い光束角度を得るこ
とが可能となる。電極の面積を、光束の寸法および電極
間間隔に比べ、大きくすることかできる。なぜならば、
比較的大きな散乱角度を用いることか可能だからである
。そして、散乱効果の検出が大いに強調される。Both electrodes of the cell are optically transparent, and the electrodes are preferably positioned across the paths of two separate beams of coherent light, in this example two separate beams of coherent light.
Advantageously, it includes a reflective surface so as to intersect the light beams of the book. By using transparent electrodes, it is possible to obtain a high luminous flux angle. The area of the electrodes can be made larger than the size of the light beam and the spacing between the electrodes. because,
This is because it is possible to use a relatively large scattering angle. Detection of scattering effects is then greatly emphasized.
２本の光束システムの代りに、１本の光束を電極板の共
通法線に対し成る角度で照射することかできる。一方、
該ユニットは、コヒーレントな光の参照光束を、セルか
ら放射される光束のための出力径路に、投射するための
伝達手段を含む、この伝達手段は光ファイバー光束伝達
装置からなることも可能である。Instead of a two beam system, it is also possible to irradiate one beam at an angle to the common normal of the electrode plates. on the other hand,
The unit includes transmission means for projecting a reference beam of coherent light onto an output path for the beam emitted from the cell, the transmission means can also consist of a fiber optic beam transmission device.
完全なセル・システムは、電極平板の間の平面内に一直
線に並べられた放射光束のための必要な検出器を備えて
いる。The complete cell system comprises the necessary detectors for the emitted light beam aligned in the plane between the electrode plates.
透明電極へまたはその近傍の点へ光束を伝達するための
光ファイバー光学手段または他の手段は、レーザー光束
の直線的伝播の代りに用いうるちのである。この場合、
透明電極は、試料分析領域への入射光の入射または試料
分析領域からの散乱光の射出を可能とするためのレンズ
、部分的反射器または窓として機能することがてきる。Fiber optic means or other means for transmitting the light beam to a point at or near the transparent electrode may be used instead of linear propagation of the laser beam. in this case,
The transparent electrode can function as a lens, partial reflector, or window to allow incident light to enter or scattered light to exit the sample analysis region.
好ましい実施態様においては、透明電極は、インジウム
・すず酸化物の平板またはインジウム・すず酸化物の被
膜を形成した光学ガラスからなる。他の実施態様として
、透明電極は測定可能な光が通過するのに十分薄い金属
被膜を形成した光学ガラスからなる。微細径の導線を電
極層に接続することができ、導電性金属被膜の表面波フ
を電極層として用いることができ、それへの接続は固定
された導線または他のもので行うことができる。In a preferred embodiment, the transparent electrode comprises an indium tin oxide flat plate or an optical glass coated with an indium tin oxide. In another embodiment, the transparent electrode is comprised of optical glass with a metal coating thin enough to allow measurable light to pass through. A conductor of fine diameter can be connected to the electrode layer, a surface wave of a conductive metal coating can be used as an electrode layer, and the connection thereto can be made with a fixed conductor or otherwise.
［実施例］
本発明は様々な方法で実施されつる０本発明に係る好ま
しい実施例について、以下、添付図面を参照して記載す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention may be carried out in various ways. Preferred embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
第１図および第２図に示した試料セルにより試料が流入
および流出する試料流束径路１か特定される。試料流束
径路ｌは、一対の電極２の間として特定される試料分析
領域を通過している。各電極は一枚の光学ガラスを含む
、該光学ガラスはプリズム３の壁を形成する。また該光
学ガラスはインジウム・すず酸化物の研磨した膜を有す
る。インジウム・すず酸化物には導電性導線が接続され
ている。この接続は、プリズム３の上方の面にもうけら
れた金被膜５へ導線４を外部から圧下接触することによ
り形成される。金被膜５はインジウム・すず酸化物被覆
より下側の短い距離だけプリズムの角部をまわって包ん
でいる（第２図参照）。電極２の間に電位が印加される
と、電場が生じ、双頭の矢印１７によって示した方向の
電場である。コヒーレントな光の光源から作られるレー
ザー光束６．７は、プリズムの傾斜面８．９によって反
射される。そして、レーザー光束６，７は透明な電極２
を通過し、電極間の試料分析領域１０内で交叉する。粒
子による光散乱効果は、試料流束径路１の軸上に整列さ
れた光学システム１２を通過後、光′ｅ、増幅器１１に
よって測定される。A sample flux path 1 through which a sample flows into and out of the sample cell shown in FIGS. 1 and 2 is specified. The sample flux path l passes through a sample analysis region identified as between a pair of electrodes 2. Each electrode includes a piece of optical glass, which forms the wall of the prism 3. The optical glass also has a polished film of indium tin oxide. A conductive wire is connected to the indium tin oxide. This connection is made by externally pressing down the conductor 4 into contact with the gold coating 5 provided on the upper surface of the prism 3. The gold coating 5 wraps around the corners of the prisms a short distance below the indium tin oxide coating (see FIG. 2). When a potential is applied between the electrodes 2, an electric field is created, the electric field being in the direction indicated by the double-headed arrow 17. A laser beam 6.7 produced from a coherent light source is reflected by the inclined surface 8.9 of the prism. Then, the laser beams 6 and 7 are transmitted to the transparent electrode 2.
and intersect within the sample analysis region 10 between the electrodes. The light scattering effect by the particles is measured by the light 'e, amplifier 11 after passing through an optical system 12 aligned on the axis of the sample flux path 1.
図示したシステムの変更として、唯一本のレーザー光束
６．７を用い、適切に光束径を細くした、コヒーレント
な光の参照光束を１例えばユニ・ント１３から直接にデ
ィテクターシステム１１．１２へ通過させる。この変更
したシステムではドツプラー・シフトを含まない光が散
乱した光と混合される。さらに、参照光束を直接に試料
流束径路ｌを通過させる代りに、他の変更として、参照
光束を１例えば、ユニットエ５から光ファイバー光学部
材１４等の上述の実施例とは別の、手段を介して、検出
器系１１，１２へ通過させることができる。さらに別の
実施例では、レーザー光束６．７を第１図中１６で示し
た光ファイバーのような手段によって電極面に導くこと
かできる。そして、電極材料は、入射光の入射または散
乱光の射出が可滝なレンズ、反射器または窓として用い
ることができる。As a modification of the illustrated system, only one laser beam 6.7 is used and a reference beam of coherent light, suitably narrowed in beam diameter, is passed directly from one e.g. unit 13 to the detector system 11.12. . In this modified system, light without Doppler shift is mixed with scattered light. Furthermore, instead of passing the reference beam directly through the sample flux path l, another modification is to transfer the reference beam 1 by means other than the above-described embodiments, such as from the unit 5 to the fiber optic 14. can be passed to the detector systems 11, 12 via the detector system 11,12. In a further embodiment, the laser beam 6.7 can be guided to the electrode surface by means such as an optical fiber, indicated at 16 in FIG. The electrode material can then be used as a lens, reflector, or window that allows incident light to enter or scattered light to exit.
電極被膜を微量のインジウムを添加したすず酸化物とす
るのが理想的であり、これにより導電率は向上する。し
かし、高い光透過性値を有する、他の導電性材料、例え
ば貴金属、耐食材料の薄い被膜も用いることができる。Ideally, the electrode coating should be a tin oxide with a trace amount of indium added, which improves the conductivity. However, thin coatings of other electrically conductive materials, such as noble metals, corrosion-resistant materials, with high optical transmission values can also be used.
第１図は本発明に係る電気泳動セルの概略図、第２図は
第１図中の直線■−Ｈによる縦断面である。FIG. 1 is a schematic diagram of an electrophoresis cell according to the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal cross-section taken along line -H in FIG.
Claims (1)
ントな光の径路が、試料にわたって分布する電荷に対し
作用するように設けられた、光学的に透過性のある電極
を通過することを特徴とするレーザードップラー電気泳
動システム用のマイクロ電気泳動セル。 ２ セルの両電極は光学的に透過性があり、コヒーレン
トな光の２本の別々の光束の径路を横切って、セルの両
電極が配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載のレーザードップラー電気泳動システム用
のマイクロ電気泳動セル。 ３ ２本の光束を試料分析領域において交叉させるため
の反射面を含んでいる特許請求の範囲第２項に記載のレ
ーザードップラー電気泳動システム用のマイクロ電気泳
動セル。 ４ セルから射出される光束の出力径路中にコヒーレン
トな光の参照光束を導入するための伝達手段を含んでい
る特許請求の範囲第１項に記載のレーザードップラー電
気泳動システム用のマイクロ電気泳動セル。 ５ 伝達手段が光ファイバー光束伝達器からなることを
特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のレーザードッ
プラー電気泳動システム用のマイクロ電気泳動セル。 ６ 電極平板間の一つの平面上に整列された射出光束用
の検出器を含んでいる特許請求の範囲第１項乃至第５項
のいずれか１つに記載のレーザードップラー電気泳動シ
ステム用マイクロ電気泳動セル。 ７ 光学的に透過性の電極上の一点または近傍の一点に
光束を伝達するための光ファイバー光学手段等を含んで
いる特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１つに
記載のレーザードップラー電気泳動システム用マイクロ
電気泳動セル。 ８ 電極が試料分析領域への入射光の入射または試料分
析領域からの散乱光の射出を可能とするレンズ、部分的
反射器または窓として機能することを特徴とする特許請
求の範囲第７項に記載のレーザードップラー電気泳動シ
ステム用マイクロ電気泳動セル。 ９ 光学的に透過性のある電極がインジウムすず酸化物
の平板またはインジウムすず酸化物の被覆をほどこした
光学ガラスからなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第８項のいずれか１つに記載のレーザードップ
ラー電気泳動システム用のマイクロ電気泳動セル。 １０ 電極は、光学ガラスに、測定光が透過可能なほど
十分に薄い金属被覆をほどこしてなることを特徴とする
特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか１つに記載
のレーザードップラー電気泳動システム用のマイクロ電
気泳動セル。 １１ 微細径の導線を導電性被覆に接続すること、また
は導電性金属被覆の表面被覆を、固定された導線等によ
って接続される電極被覆として用いることを特徴とする
特許請求の範囲第９項または第１０項に記載のレーザー
ドップラー電気泳動システム用のマイクロ電気泳動セル
。Claims: 1. A coherent light path in the sample analysis region of a microelectrophoresis cell passes through optically transparent electrodes arranged to act on a charge distributed across the sample. A microelectrophoresis cell for a laser Doppler electrophoresis system, characterized by: 2. Both electrodes of the cell are optically transparent and are arranged so as to cross the paths of two separate beams of coherent light. A microelectrophoresis cell for the laser Doppler electrophoresis system described in Section. 3. The microelectrophoresis cell for a laser Doppler electrophoresis system according to claim 2, which includes a reflective surface for causing two light beams to intersect in a sample analysis region. 4. A microelectrophoretic cell for a laser Doppler electrophoresis system according to claim 1, which comprises a transmission means for introducing a reference beam of coherent light into the output path of the beam emitted from the cell. . 5. A microelectrophoresis cell for a laser Doppler electrophoresis system according to claim 4, wherein the transmission means comprises an optical fiber beam transmitter. 6. A microelectronic device for a laser Doppler electrophoresis system according to any one of claims 1 to 5, comprising a detector for the exit beam aligned on one plane between the electrode plates. electrophoresis cell. 7. A laser according to any one of claims 1 to 6, comprising an optical fiber optical means or the like for transmitting a light beam to a point on or near an optically transparent electrode. Microelectrophoresis cell for Doppler electrophoresis system. 8. Claim 7, characterized in that the electrode functions as a lens, partial reflector or window that allows incident light to enter the sample analysis area or scattered light to exit from the sample analysis area. A microelectrophoresis cell for the laser Doppler electrophoresis system described. 9. Any one of claims 1 to 8, wherein the optically transparent electrode is made of an indium tin oxide flat plate or an optical glass coated with indium tin oxide. Microelectrophoresis cell for the laser Doppler electrophoresis system described in. 10. The laser Doppler according to any one of claims 1 to 8, wherein the electrode is formed by coating optical glass with a sufficiently thin metal coating to allow measurement light to pass through. Microelectrophoresis cell for electrophoresis system. 11. Claim 9 or A microelectrophoresis cell for the laser Doppler electrophoresis system according to paragraph 10.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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| GB (2) | GB8617661D0 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004317123A (en) * | 2003-02-25 | 2004-11-11 | Otsuka Denshi Co Ltd | Electrophoretic speed measuring device |
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Family Cites Families (1)
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1987
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- 1987-07-17 JP JP62178847A patent/JPS6345553A/en active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| GB8617661D0 (en) | 1986-08-28 |
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