JPWO2012114458A1 - 大気中微生物等の捕集装置及びその捕集方法 - Google Patents

Abstract

捕集基板の捕集面に微生物を付着させるインパクションによって微生物を捕集する装置において、複数のノズルが形成された多孔板の表面に発生する横風と多孔板のたわみを防止するもの。多孔板のノズルから捕集面に噴出した空気を排出する排気口を、捕集面の周りと捕集面内に複数設け、捕集面上での風の向きを複数方向に分けて風速を下げることで微粒子の捕集率を上げることができる。

Description

本発明は大気中微生物等の捕集装置及びその捕集方法に関する。

大気中の微粒子の捕集を目的とした捕集装置（大気中微粒子捕集装置）が市場に提供されている。その中でも、微粒子を高い捕集率で捕集することのできる大気中微粒子捕集装置として、インパクションを使用した大気中微粒子捕集装置が注目されている。
インパクションは粒子を含む空気をノズルから噴射させ、噴射した空気を捕集面に衝突させることにより粒子を捕集面に付着させる方法である。

このインパクションによって粒子を捕集するための捕集条件は、次式で与えられるストークス数S_k により説明される。
S_k = ρd²uC/9μw （１）
この式（１）おいて、w：ノズル径、u：ノズルでの平均風速、μ：空気の粘性計数、ρ：粒子の密度、d：粒子の直径、C：カニンガムの補正係数（粒子運動に際する補正係数：大気圧下で約1.15）を示す。

エアロゾルテクノロジ：インパクタの限界粒子径と捕集効率、井上書院（1985-4）によると、式（１）のストークス数S_kの平方根が０．７以上であればほぼ100%の粒子が捕集基板に衝突する。

インパクションを利用した大気中微粒子捕集装置は、細菌（最小粒径：約1μm）を捕集対象としたものと、エアロゾル（最小粒径：数十nm）を捕集対象としたものとがある。

細菌を捕集対象としたものとして、特許文献１に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラや特許文献２に記載の空気を微生物学的に分析するためのサンプリング装置及びサンプリング方法等がある。
これらの装置では、複数のノズルから捕集面となる培地に大気中の細菌を含む空気を噴射させることで細菌を捕集する。ノズルから捕集面に噴射された空気は、培地とノズルを備えた板の間を通過してノズル外周方向に流れる。

一方、最小粒径が数十nmと非常に小さいエアロゾルを捕集対象としたものとして、非特許文献１記載の低圧インパクタがある。この低圧インパクタでは真空ポンプを空気の吸引に用いる。真空ポンプがノズルの出口側の気圧を大きく下げることでカニンガムの補正係数Cが大きくなり、結果として式（１）からストークス数が大きくなるため、直径の小さい粒子を捕集することができる。

特許文献３記載の低圧インパクタでは、ノズルから捕集面に噴射された空気は捕集面の中心部にある排気口方向に流れる。

特開２０００−３００２４号公報 特開２０００−２３６６２号公報 ＰＣＴ ＷＯ９９/３７９９０号公報

J. Keskinen、 K. Pietarinen and M. Lehtimaki、 Electrical Low Pressure Impactor、 J. Aerosol Sci. Vol.23、 pp353-360、 (1992).

捕集の対象となる大気中の微生物には細菌に比べウイルスのように大きさが小さいものがあるということと、大気中に存在する微生物の数が非常に少ないため、大量の空気を吸引する必要があるということである。

インフルエンザウイルスを例とする。T. P. Weber and N.I. Stilianakis.、 Inactivation of influenza A viruses in the environment and modes of transmission: a critical review、 J Infect、 Vol.57、 No.5、 pp361-373、 (1991) によるとインフルエンザの感染者の呼気に含まれるウイルス凝集体の直径は０．５ - ５μmといわれている。またE. Cole and C. Cook.、 Characterization of infectious aerosols in health care facilities: an aid to effective engineering controls and preventive strategies、 Am J Infect Control、 Vol.26、 No.4、 pp453-464、 (1998) によると感染者のくしゃみ一回あたりに含まれるウイルス凝集物の数は約40,000個〜100,000個であるといわれている。空間の体積を100m³とすると、１m³あたりに存在するウイルス凝集物の数は400〜1,000個と非常に少ない。

特許文献１および２記載の装置では、空気を吸引するためにファンを使用しているため大量の空気を吸引することが可能である。しかしこの特許文献１，２は捕集対象が細菌（最小粒径：約1μm）であるため、ウイルス凝集体のように小さい微生物を捕集することは難しい。次に、特許文献３記載の装置はエアロゾル（最小粒径：数十nm）のような非常に小さい粒子を捕集することが可能であるものの、空気吸引に真空ポンプを使用しているため空気の吸引量の上限に制限があり、また装置も大型化する。

以上のことから、大気中の微生物を捕集するには、細菌を捕集対象とした大気中微粒子捕集装置と同等の空気の吸引量を保ち、かつウイルス凝集体まで捕集することが可能な装置が必要となる。

そのための一つの手段としてノズル径を小さくし、ノズルの数を増やすことが考えられる。例えば、上記式（１）よりノズル径を小さくすると、ストークス数が大きくなるため直径の小さい粒子を捕集することができる。しかしながらノズル径が小さくなるとノズルを通過する空気の量が減少するため、吸引量を維持するにはノズルの数を増やす必要がある。そのため、ノズル径を小さくしノズルの数を増やすと、以下のような二つの問題が生じることが分かった。

一つは、ノズルの数が増えたことによってノズルの間隔が小さくなり、複数のノズルを備えた板（以下多孔板）と捕集基板の間を通過する空気の流れ（以下横風という）が強くなり、捕集率が低下してしまうという問題である。

もう一つは、ノズル径が小さくなったことで圧力損失が増大するため多孔板のたわみが大きくなることである。多孔板と捕集基板の間隔が不均一になり、捕集率のばらつきがノズルごとに大きくなってしまうという問題である。

本発明の目的は、インパクションを利用した大気中微粒子捕集装置において、横風の影響による捕集率の低下を防止し、多孔板のたわみによる捕集率のばらつきを防止した大気中微生物等の捕集装置及びその捕集方法を提供することにある。

上記目的は、微生物を含む空気を噴射させるための複数のノズルを備えた多孔板と、前記ノズルと対向する位置に前記微生物の捕集面を備えた捕集基板と、この捕集基板を保持するための捕集基板保持部と、前記多孔板から前記平板の向きに空気の流れを発生するためのファンと、前記多孔板と前記捕集基板保持部と前記ファンを保持する容器と、前記捕集基板と前記捕集基板保持部の外周部と前記容器との間に設けられた排気口とを備えた微生物捕集装置において、前記捕集基板と前記捕集基板保持部の内周部に第二の排気口を設けたことにより達成される。

また上記目的は、前記多孔板と前記平板との間隔は前記ノズル径の１／３〜１５倍であることが好ましい。

また上記目的は、前記多孔板は厚さ０．０１ｍｍ―２ｍｍ、直径５ｍｍ−２００ｍｍの金属板で、１０００個から１００００個の孔径５０μｍから２００μｍの円形のノズルを備えていることが好ましい。

また上記目的は、前記平板は、ガラス、石英、樹脂類（ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネイト、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリメタクリル酸メチルエステル等アクリル、ポリジメチルシロキサン）、金属類（鉄、アルミニウム、銅、錫、金、銀などの純金属および合金鋼、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル合金などの合金）、ゼラチン、寒天を主成分とする固形培地であることが好ましい。

また上記目的は、前記捕集基板は同心円上に取り付けられた大小のリング部材から構成され、このリング部材の面を前記捕集面とするとともに、前記大小のリング部材間の隙間を前記排気口とすることが好ましい。

また上記目的は、前記ノズルの直下に位置する前記捕集基板にリング状の凸部を設け、この凸部の上面を前記捕集面とするとともに、前記リング状の凸部間は前記排気口と連通させることが好ましい。

また上記目的は、前記凸部の頂点の面積は前記ノズルの面積の１倍〜４倍で、前記凸部の高さは前記凸部の直径の１倍〜５倍であることが好ましい。

また上記目的は、前記捕集基板に前記多孔板を支えるための柱を複数若しくは単数設けることが好ましい。

また上記目的は、前記多孔板に形成された前記ノズルから空気を前記捕集面に向かって噴射する工程と、前記空気に含まれた微生物を前記捕集面に付着させる工程と、前記ノズルを通過した空気を前記排気口と前記第二の排気口とに分散させる工程とからなる微生物の捕集方法であることにより達成される。

本発明によれば、横風の影響による捕集率の低下と、多孔板のたわみによる捕集率のばらつきを防止した大気中微生物等の捕集装置及びその捕集方法を提供できる。

本発明の実施例１に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る微生物捕集装置の捕集率を示すグラフ図である。 本発明の実施例２に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例３に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例４に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例４に係る多孔板のたわみを示すグラフ図である。 本発明の実施例５に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例６に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例７に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例７に係る捕集基板の形状を示す図である。

さて、近年鳥インフルエンザ・ウイルスや口蹄疫ウイルスなどのウイルス（以下、ウイルスという）の蔓延が社会問題となっており、早急に蔓延を阻止する必要がある。そのためには多くのウイルスを捕集して発生原因の追及が急務となっている。

このことから、上述したようなインパクションによるウイルスの捕集が考えられるが、上述のインパクションは細菌の捕集を対象としているため、細菌より粒径が小さいウイルスの捕集には不向きであることが分かった。そのため空気を噴射するためのノズル径をウイルスの粒径に合わせて小さくし、ウイルスの捕集量を増やすこととしたが、ノズル径を小さくすると通る空気量に限界があることが分かった。

これに対して、板に形成されるノズルの数を増やすことで空気の供給量を増加させることを考えた。しかしながら、排気口の位置の関係から噴射される空気が排気口方向へ流れる風（以下、横風という）となってしまい、ウイルスの捕集量率が低下してしまうことが分かった。また、ノズルの量を増加させたことによって、多孔板にたわみが生じてウイルスの捕集率にばらつきが生じることが分かった。

そこで、本願発明の発明者らは横風の風速を弱めるとともに、多孔板のたわみを防止する構造を種々検討した結果、以下のごとき実施例を得た。

なお、本明細書において、微生物捕集方法及び捕集装置とは、ウイルス、細菌、酵母、原生動物、菌類、胞子、花粉の検査方法及び検査装置を意味する。また、本明細書では、表記を簡単にするため、一般的に定義されている微生物（細菌、酵母、原生動物、菌類）の他、ウイルス、胞子、花粉を含め単に「微生物」と表記した。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。なお、後述する実施の形態は一例であって、各実施例同士の組み合わせ、公知又は周知の技術との組み合わせや置換による他の態様も可能であることは言うまでもない。

（Ａ）横風の影響を下げることで捕集率を向上する方法
図１は、本発明の実施例に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。
図１において、微生物捕集装置１０は複数のノズル１０１１を備えた板である多孔板１０１と、微生物を捕集するための面を備えた捕集基板１０２と、捕集基板１０２を保持するための捕集基板保持部１０３と、空気を吸引するためのファン１０４と、吸引した空気をろ過するためのフィルタ１０５と、多孔板１０１、捕集基板保持部１０３、ファン１０４、フィルタ１０５を保持するためのホルダ１０６を備える。

捕集基板１０２および捕集基板保持部１０３はドーナツ型で、内周部と外周部に吸引した空気を通過させるための隙間である内周部排気口１０７と外周部排気口１０８を備えている。また図には記載はないが、ホルダ１０６と捕集基板保持部１０３は梁のような構造で連結されている。

つまり、本実施例はドーナツ形状となった捕集基板１０２と捕集基板保持部１０３の外周側にあった外周部排気口１０８の他に内周側に内周部排気口１０７（第二の排気口）を設けたものである。この内周部排気口１０７は図１に示すようにファン１０４の回転軸とほぼ同じ位置に設けられている。

微生物捕集装置１０による大気中のウイルス凝集体１０９の捕集は次のようにして実行される。
ファン１０４が回転することにより空気の流れ１１９が生じ、多孔板１０１のノズル１０１１に空気が流入する。空気中に含まれているウイルス凝集体１０９も空気の流れにのって流入する。流入した空気は捕集基板１０２の面にあたり、面に沿って流れる。このとき空気の流れの力に対するウイルス凝集体１０９の慣性力が強いと、ウイルス凝集体１０９は空気の流れに追従せずに捕集基板１０２の面に衝突し捕捉される。

上記式（１）で与えられるストークス数が大きいほど、ウイルス凝集体１０９が捕集基板１０２の面に衝突する確率は高くなる。
その後流入した空気の一部は内周部排気口１０７に、一部は外周部排気口１０８を通過し、フィルタ１０５を通過し微生物捕集装置１０の外に排出される。このとき捕集されなかった小さいウイルス凝集体１０９はフィルタ１０５によってろ過される。捕集後に捕集基板１０２を回収し、水もしくは緩衝液で洗浄することで捕集基板１０２の面に吸着しているウイルス凝集体１０９を溶出させ、液中に回収することができる。

回収したウイルスはウイルス培養細胞などを用い検出する。ウイルスの検出に遺伝子検出法を用いる場合、ウイルス凝集体１０９の捕集後に回収した捕集基板１０２を、グアニジン塩を主成分とする遺伝子溶出試薬で洗浄しウイルスの遺伝子を溶出させても良い。その後遺伝子溶出試薬中に溶出したウイルスの遺伝子を固相抽出法で回収し、PCRなどの遺伝子検出法により検出する。

排気口を複数に分けた効果について説明する。
ノズル１０１１を通過した空気は捕集基板１０２上で流れ方向が大きく変わり、多孔板１０１と捕集基板１０２の間を流れる（この空気の流れを横風とする）。ノズルの数が多くなりノズルの間隔が小さくなると、横風の影響が増すためノズル１０１１から捕集基板１０２まで空気は斜めに流れる。この空気の流れが斜めになるほど、捕集基板１０２上における空気の流れの方向の変化が小さくなるため、ウイルス凝集体１０９の捕集率は低下すると予想する。下流側ほど横風の速度は高くなるため、上流側に配置されているノズル１０１１を通過するウイルス凝集体１０９の捕集率と比較すると、下流側に配置されているノズル１０１１を通過するウイルス凝集体１０９の捕集率は低くなる。

排気口が外周部のみ若しくは内周部のみであれば、横風は内周部から外周部もしくは外周部から内周部となるが、横風の速度を下げるため、内周部排気口１０７と外周部排気口１０８を設け、横風の流れの向きを内周部から外周部方向と外周部から内周部方向に分けた。

各構成部品について説明する。多孔板１０１は厚さ０．０１ｍｍ―２ｍｍ、直径５ｍｍ−２００ｍｍの金属板である。この多孔板１０１に形成されたノズル１０１１の孔径は捕集粒子径で決まり、孔数は孔径と吸気量で決まる。仮に吸気量０．１ｍ３/ｍｉｎで捕集粒子径３００μｍの微粒子を90%以上捕集するには、式（１）の計算では孔径２００μｍ以下であることが必要で、ノズルの加工性、ノズルを通過する空気の乱流条件などを考慮すると孔径５０―１００μｍが好ましい。

このとき吸気量を満たすノズル数は１０００個―１００００個となる。また、ノズルのピッチが大きいほど横風の速度を小さくすることができるが、多孔板１０１を大きくする必要がある。このトレードオフを考慮するとノズルのピッチは０．５ｍｍ−２ｍｍが好ましい。ノズルの形成は、エッチング、レーザー加工、放電加工、電子線ビーム加工、機械加工などの加工により行う。

捕集基板１０２は平板である。この捕集基板１０２の材質は、ガラス、石英、樹脂類（ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネイト、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリメタクリル酸メチルエステル等アクリル、ポリジメチルシロキサン）、金属類（鉄、アルミニウム、銅、錫、金、銀などの純金属および合金鋼、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル合金などの合金）、ゼラチン、寒天を主成分とする固形培地で形成されることが好ましい。

多孔板１０１と捕集基板１０２との間隔の最適値はノズル１０１１の径によって変わるが、ノズル径の１／３〜１５倍となることが好ましく、さらに好ましくは１／２〜５倍の範囲である。

フィルタ１０５は、ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）で、捕集しきれなかったウイルス凝集体を除去するものである。

図２は本発明の実施例に係る微生物捕集装置の捕集率を示すグラフ図である。
図２において、粒径０．３μｍの模擬ウイルス凝集体（ポリスチレン微粒子）を空間中に散布し、微生物捕集装置１０で捕集した。排気口が外周部排気口１０８のみのときと、内周部排気口１０７と外周部排気口１０８に分けたときで微粒子の捕集実験を８回ずつ行い、それぞれの場合での微粒子の捕集率を求めた。

捕集率Iは次の式（２）から計算した。

捕集率I＝（多孔板１０１を通過する前の空気に含まれる粒子数 − 排気口を通過した後の空気に含まれる粒子数）／多孔板１０１を通過する前の空気に含まれる粒子数 （２）
図２の■でプロットされた従来対して◆でプロットした本実施例のように、排気口を内周部排気口１０７と外周部排気口１０８に分けたほうが、従来の外周部排気口１０８のみの場合と較べると捕集率は高くなることが確認できた。

図３は本発明の実施例２に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。
図３において、本実施例は排気口の数を図１より増やすことにより、横風の影響をさらに低減した微生物捕集装置１０である。捕集基板１０２と捕集基板保持部１０３に対し、多孔板１０１のノズル１０１１の直下からずれた位置に複数の貫通穴を複数設けたものである。捕集基板１０２と捕集基板１０３は大小のリングが同心円上に重なった構造になっている。図には記載していないが、捕集基板１０２もしくは捕集基板保持部１０３のリング状構造の間には梁のような構造となっており、捕集基板１０２もしくは捕集基板保持部１０３の構造を保つようになっている。ノズル１０１１を通過した空気は捕集基板１０２によって流れの方向が変わったのち、隣あう貫通穴を通過する。横風として捕集基板１０２上を流れる空気の風速が低減することで捕集率を向上させることができる。

横風の影響が無いとき、一つのあるノズルを通過したウイルス凝集体１０９はノズルの直下の捕集基板１０２の面に衝突する。ノズルを通過する空気の流速が低いほど衝突範囲は広がる。衝突範囲の広がりやノズル１０１１と捕集基板１０２の位置ずれに対する余裕を持たせるため、捕集基板１０２のリング状の部分の幅はノズル１０１１の直径の１倍から２倍が好ましい。

図４は本発明の実施例３に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。
図４において、本実施例は横風の影響を低減するため、凹凸捕集基板１１２に凹凸を設けた微生物捕集装置１０としたものである。

横風の影響を小さくすることが微粒子の捕集率の向上に重要であることから、多孔板１０１のノズル１０１１の直下に凸部１１２１を設けた。ノズル１０１１を通過した空気は凹凸捕集基板１１２の凸部１１２１によって流れの方向が変わったのち、捕集基板１１２の凹部に流れ込む。隣あう凸部１１２１の上面に流れる空気の量を少なくすることで横風の影響を小さくし捕集率を向上させることができる。

横風の影響が無いとき、一つのあるノズルを通過したウイルス凝集体１０９はノズルの直下の凹凸捕集基板１１２の面に衝突する。ノズルを通過する空気の流速が低いほど衝突範囲は広がる。衝突範囲の広がりやノズル１０１１と凸部１１２１の位置ずれに対する余裕を持たせるため、凸部１１２１の面積はノズル１０１１の面積の１倍から４倍が好ましい。また、凹凸捕集基板１１２の凹凸の差が大きいほど横風の影響を小さくすることができるが、加工限界や構造の強度から凸部１２１１の直径の１倍から５倍が好ましい。
（Ｂ）多孔板の支持する柱を設け、たわみを抑える方法

図５は本発明の実施例４に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。
図５において、微生物捕集装置１０は、複数のノズル１０１１を備えた板である多孔板１０１と、微生物を捕集するための面を備えた捕集基板１０２と、捕集基板１０２を保持するための捕集基板保持部１０３と、空気を吸引するためのファン１０４と、吸引した空気をろ過するためのフィルタ１０５と、多孔板１０１、捕集基板保持部１０３、ファン１０４、フィルタ１０５を保持するためのホルダ１０６を備える。捕集基板保持部１０３は円形で、多孔板１０１を支える柱１２３を備える。

微生物捕集装置１０による大気中のウイルス凝集体１０９の捕集は次のように実行する。ファン１０４が回転することにより空気の流れ１１９が生じ、多孔板１０１のノズル１０１１に空気は流入する。空気中に含まれているウイルス凝集体１０９も空気の流れにのって流入する。流入した空気は捕集基板１０２の面にあたり、面に沿って流れる。このとき空気の流れの力に対するウイルス凝集体１０９の慣性力が強いと、ウイルス凝集体１０９は空気の流れに追従せずに捕集基板１０２の面に衝突し捕捉される。

式（１）で与えられるストークス数が大きいほど、ウイルス凝集体１０９が捕集基板１０２の面に衝突する確率は高くなる。その後流入した空気は外側排気口１０８を通過し、フィルタ１０５を通過し微生物捕集装置１０の外に排出される。このとき捕集されなかった小さいウイルス凝集体１０９はフィルタ１０５によってろ過される。捕集後に捕集基板１０２を水、緩衝液で洗浄することで捕集基板１０２の面に吸着しているウイルス凝集体１０９を溶出させ、液中に回収することができる。

回収したウイルスはウイルス培養細胞などを用い検出する。もしくはウイルスの検出に遺伝子検出法を用いる場合、ウイルス凝集体１０９の捕集後に回収した捕集基板１０２を、グアニジン塩を主成分とする遺伝子溶出試薬で洗浄しウイルスの遺伝子を溶出させてもいい。その後遺伝子溶出試薬中に溶出したウイルスの遺伝子を固相抽出法で回収し、PCRなどの遺伝子検出法により検出する。

ウイルス凝集体１０９の捕集時には圧力損失によりノズル１０１１の入口と出口では気圧差が発生するため、多孔板１０１はたわむ。たわみが大きいと多孔板１０１と捕集基板ン１０２の間隔が不均一になるため、捕集率がノズルごとにばらつくと予想した。たわみを最小限に抑える目的で、多孔板１０１の中心を支えるように柱１２３を設けた。

図６は、多孔板を支える柱１２３の有無による多孔板のたわみの大きさの差を示すグラフである。多孔板の半径をパラメータとして、多孔板に６ｋＰａの均等負荷がかかっている時の変位の大きさを計算し、もっとも大きい変化の値をたわみの最大変位とした。図６に示すように、●でプロットした柱なしに比べ、▲でプロットした柱ありのほうが、たわみの最大変位を約１／１０倍に小さくすることができた。

図７は本発明の実施例５に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。

図７において、本実施例の微生物捕集装置１０は多孔板のたわみを抑えるため、捕集基板保持部１０３に複数の柱１２３１を設けたものである。複数の柱１２３１によって多孔板１０１は支持されるため、図５の多孔板に比べ、たわみの大きさは小さくなる。
（Ｃ）横風の影響を下げ、かつたわみを抑える方法

先の実施例（Ａ）、（Ｂ）で示した二つの効果を併せ持つ実施例を示す。
図８は本発明の実施例６に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。
図８において、本実施例における微生物捕集装置１０は、複数のノズル１０１１を備えた板である多孔板１０１と、微生物を捕集するための面を備えた捕集基板１０２と、捕集基板１０２を保持するための捕集基板保持部１０３と、空気を吸引するためのファン１０４と、吸引した空気をろ過するためのフィルタ１０５と、多孔板１０１、捕集基板保持部１０３、ファン１０４、フィルタ１０５を保持するためのホルダ１０６を備える。

捕集基板１０２および捕集基板保持部１０３はドーナツ型で、内周部と外周部に吸引した空気を通過させるための隙間である内周部排気口１０７と外周部排気口１０８を備える。また、捕集基板保持部１０３は多孔板１０１を支える柱１２３を備えている。

微生物捕集装置１０による大気中のウイルス凝集体１０９の捕集は次のように実行する。ファン１０４が回転することにより空気の流れ１１９が生じ、多孔板１０１のノズル１０１１に空気は流入する。空気中に含まれているウイルス凝集体１０９も空気の流れにのって流入する。流入した空気は捕集基板１０２の面にあたり、面に沿って流れる。このとき空気の流れの力に対するウイルス凝集体１０９の慣性力が強いと、ウイルス凝集体１０９は空気の流れに追従せずに捕集基板１０２の面に衝突し捕捉される。

式（１）で与えられるストークス数が大きいほど、ウイルス凝集体１０９が捕集基板１０２の面に衝突する確率は高くなる。その後流入した空気は外側排気口１０８を通過し、フィルタ１０５を通過し微生物捕集装置１０の外に排出される。このとき捕集されなかった小さいウイルス凝集体１０９はフィルタ１０５によってろ過される。捕集後に捕集基板１０２を水、緩衝液で洗浄することで捕集基板１０２の面に吸着しているウイルス凝集体１０９を溶出させ、液中に回収することができる。

回収したウイルスはウイルス培養細胞などを用い検出する。もしくはウイルスの検出に遺伝子検出法を用いる場合、ウイルス凝集体１０９の捕集後に回収した捕集基板１０２を、グアニジン塩を主成分とする遺伝子溶出試薬で洗浄しウイルスの遺伝子を溶出させてもいい。その後遺伝子溶出試薬中に溶出したウイルスの遺伝子を固相抽出法で回収し、PCRなどの遺伝子検出法により検出する。

多孔板１０１と捕集基板１０２の間を流れる空気（横風）の速度を下げるため、内周部排気口１０７と外周部排気口１０８を設け、横風の流れの向きを内周部から外周部方向と外周部から内周部方向に分けた。

ウイルス凝集体１０９の捕集時には圧力損失によりノズル１０１１の入口と出口では気圧差が発生するため、多孔板１０１はたわむ。たわみが大きいと多孔板１０１と捕集基板ン１０２の間隔が不均一になるため、捕集率がノズルごとにばらつくと予想した。たわみを最小限に抑える目的で柱１２３を設けた。

凹凸捕集基板１１２の構造を変えることで、横風の影響を下げ、かつたわみを抑えた実施例を示す。
図９は本発明の実施例７に係る微生物捕集装置の概略構成を示す図である。
図１０は本発明の実施例７に係る捕集基板の形状を示す図である。
図９，図１０において、凹凸捕集基板１１２は、多孔板１０１のノズル１０１１の直下の位置に凸部１１２１を備え、凸部１１２１の周囲に排気のための溝１１２３を備える。溝１１２３は互いに連結し、凹凸捕集基板１１２の外周と内周までつながっている。

図１０では、溝１１２３は蜘蛛の巣状で、溝１１２３の交点と凸部１１２１の位置は重なるように構成されている。凸部１１２１、溝１１２３以外の個所（以下壁部１１２２とする）は、凸部１１２１よりも高い。微生物捕集装置１０の使用時には、凹凸捕集基板１１２と多孔板１０１を押し付けることで、壁部１１２２はノズル１０１１間の仕切りと凸部１１２１とノズル１０１１間のスペーサとして機能している。

多孔板１０１のノズル１０１１を通過した空気は、凸部１１２１によって流れの方向が変わったのち、溝１１２３を経由して外部に排気される。また、壁部１１２２と凸部１１２１の高さの差が多孔板１０１と凸部１１２１の間隔として確保される。各ノズル１０１１を壁部１１２２によって仕切り、隣あう凸部１１２１の上面に流れる空気の量を少なくすることで横風の影響を小さくし捕集率を向上させることができた。また、多孔板１０１の大部分を壁部１１２２によって支持することで、多孔板１０１のたわみを小さくし、ノズルごとの捕集率のばらつきを抑えることができた。

以上のごとく、本発明は多孔板のノズルから捕集面に噴出した空気を排出する排気口を複数設け、捕集面上での横風の向きを複数方向に分けたため、横風による捕集率の低下を抑えることができたものである。

また捕集面を備えた構造体に、多孔板を保持するための一つまたは複数の柱を設けることにより、多孔板のたわみを抑えることができたものである。

１０…微生物捕集装置、１０１…多孔板、１０２…捕集基板、１０３…捕集基板保持部、１０４…ファン、１０５…フィルタ、１０６…ホルダ、１０７…内周部排気口、１０８…外周部排気口、１０９…ウイルス凝集体、１１２…凹凸捕集基板、１２３…柱。

Claims (9)

1. 微生物を含む空気を噴射させるための複数のノズルを備えた多孔板と、前記ノズルと対向する位置に前記微生物の捕集面を備えた捕集基板と、この捕集基板を保持するための捕集基板保持部と、前記多孔板から前記平板の向きに空気の流れを発生するためのファンと、前記多孔板と前記捕集基板保持部と前記ファンを保持する容器と、前記捕集基板と前記捕集基板保持部の外周部と前記容器との間に設けられた排気口とを備えた微生物捕集装置において、
   前記捕集基板と前記捕集基板保持部の内周部に第二の排気口を設けたことを特徴とする微生物捕集装置。
2. 請求項１記載の微生物捕集装置において、
   前記多孔板と前記平板との間隔は前記ノズル径の１／３〜１５倍であることを特徴とする微生物捕集装置。
3. 請求項１記載の微生物捕集装置において、
   前記多孔板は厚さ０．０１ｍｍ―２ｍｍ、直径５ｍｍ−２００ｍｍの金属板で、１０００個から１００００個の孔径５０μｍから２００μｍの円形のノズルを備えていることを特徴とする微生物捕集装置。
4. 請求項２記載の微生物捕集装置において、
   前記平板は、ガラス、石英、樹脂類（ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネイト、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリメタクリル酸メチルエステル等アクリル、ポリジメチルシロキサン）、金属類（鉄、アルミニウム、銅、錫、金、銀などの純金属および合金鋼、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル合金などの合金）、ゼラチン、寒天を主成分とする固形培地であることを特徴とする微生物捕集装置。
5. 請求項１記載の微生物捕集装置において、
   前記捕集基板は同心円上に取り付けられた大小のリング部材から構成され、このリング部材の面を前記捕集面とするとともに、前記大小のリング部材間の隙間を前記排気口としたことを特徴とする微生物捕集装置。
6. 請求項１記載の微生物捕集装置において、
   前記ノズルの直下に位置する前記捕集基板にリング状の凸部を設け、この凸部の上面を前記捕集面とするとともに、前記リング状の凸部間は前記排気口と連通することを特徴とする微生物捕集装置。
7. 請求項６記載の微生物捕集装置において、
   前記凸部の頂点の面積は前記ノズルの面積の１倍〜４倍で、前記凸部の高さは前記凸部の直径の１倍〜５倍であることを特徴とする微生物捕集装置。
8. 請求項１記載の微生物捕集装置において、
   前記捕集基板に前記多孔板を支えるための柱を複数若しくは単数設けたことを特徴とする微生物捕集装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の微生物捕集装置を用いる空気中の微生物の捕集方法において、
   前記多孔板に形成された前記ノズルから空気を前記捕集面に向かって噴射する工程と、前記空気に含まれた微生物を前記捕集面に付着させる工程と、前記ノズルを通過した空気を前記排気口と前記第二の排気口とに分散させる工程とからなる微生物の捕集方法。

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