KR20170012260A - 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질과 검체가 혼합된 액체로부터 에어로졸 형상의 액적을 형성하는 액적 형성부와, 상기 액적 형성부에 의해 형성된 액적 중, 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 액적 선별부와, 상기 액적 선별부에 의해 선별된 액적에 광을 조사함과 함께, 당해 액적의 형광 강도를 측정하는 측정부를 구비한 측정 장치이다.

Description

측정 장치 및 측정 방법{MEASUREMENT DEVICE AND MEASUREMENT METHOD}
본 발명은 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.
종래부터 검출 대상이 되는 검출 대상 입자를 검출하는 검출 방법이 있다. 검출 방법으로서, 예를 들어 검출 대상이 되는 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 표지 항체를 사용하는 방법이 있다. 형광 표지 항체를 사용하는 방법에서는, 예를 들어 특정한 바이러스에 특이적으로 결합하는 형광 표지 항체를 포함하는 약액과 검사 대상의 기체를 접촉시킴으로써 기체 중의 바이러스를 약액 내에 확산시키고, 바이러스를 확산시킨 약액의 미스트 군을 형성해서 그 형광 강도를 측정하고, 형광 강도에 따라서 바이러스를 검출한다(예를 들어, 국제 공개 제2012/056641호 참조).
여기서, 검출 대상 입자의 검출 정밀도를 향상시키는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질과 검체가 혼합된 액체로부터 에어로졸 형상의 액적을 형성하는 액적 형성부와, 상기 액적 형성부에 의해 형성된 액적 중, 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 액적 선별부와, 상기 액적 선별부에 의해 선별된 액적에 광을 조사함과 함께, 당해 액적의 형광 강도를 측정하는 측정부를 구비한 것을 특징으로 하는 측정 장치이다.
또한, 본 발명은 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 항체와 검체가 혼합된 액체로부터 에어로졸 형상의 액적을 형성하는 액적 형성 공정과, 상기 액적 형성 공정에서 형성된 액적 중, 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 액적 선별 공정과, 상기 액적 선별 공정을 통과한 액적에 광을 조사함과 함께, 당해 액적의 형광 강도를 측정하는 측정 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 측정 방법이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 측정 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2a는 검출 대상 입자에 형광 물질이 결합한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 2b는 검출 대상 입자에 항체 응집 입자가 결합한 상태를 도시하는 모식도이다.
도 3은 도 1의 측정 장치에서의 액적 형성부의 구성의 변형예를 도시하는 개략도이다.
도 4는 도 1의 측정 장치에서의 액적 선별부의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 1의 측정 장치에서의 측정부의 구성을 나타내는 내부 구성도이다.
도 6은 액적의 입경이 비교적 큰 경우의 형광 강도에 대해서 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 액적의 입경이 비교적 작은 경우의 형광 강도에 대해서 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은 도 1의 측정 장치를 사용한 실시예에서의 형광 강도의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 1의 측정 장치를 사용한 실시예 및 도 1의 측정 장치로부터 입자 선별부가 생략된 비교예에서의 형광 강도의 측정 결과를 겹쳐서 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 측정 장치에서의 포집부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 측정 장치에서의 포집부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 측정 장치에서의 포집부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 13은 포집부에 가온 기구가 설치된 형태를 도시하는 개략도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 측정 장치에서의 액적 형성부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시 형태에 의한 측정 장치에서의 측정부의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 16은 본 발명의 제7 실시 형태에 의한 측정 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 17은 도 16의 측정 장치에 송액 펌프가 추가된 형태를 도시하는 개략도이다.
도 18은 포집부로서 폭기조가 사용된 형태를 도시하는 개략도이다.
도 19는 본 발명의 제8 실시 형태에 의한 측정 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 20은 도 19의 측정 장치에서의 액적 형성부의 변형예를 도시하는 개략도이다.
도 21은 일렉트로 스프레이를 사용해서 액적을 형성하는 경우에 있어서의 측정 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 22는 도 21의 측정 장치 중 일렉트로 스프레이의 부분을 확대해서 도시하는 모식도이다.
이하에, 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 의해 개시하는 발명에 한정되는 것은 아니다. 각 실시 형태는, 처리 내용을 모순되지 않는 범위에서 적절히 조합하는 것이 가능하다.
본 발명의 하나의 실시 형태에서의 측정 장치는, 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질과 검체가 혼합된 액체로부터 에어로졸 형상의 액적을 형성하는 액적 형성부와, 액적 형성부에 의해 형성된 액적 중, 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 액적 선별부와, 액적 선별부에 의해 선별된 액적에 광을 조사함과 함께, 당해 액적의 형광 강도를 측정하는 측정부를 구비하고 있다.
상기 실시 형태의 측정 장치에 있어서, 바람직하게는 액적 선별부는, 관성력을 이용해서 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 스프레이 챔버를 갖고 있다. 이 경우, 구체적으로는, 예를 들어 스프레이 챔버는, 사이클론형 스프레이 챔버, 스콧형 스프레이 챔버 및 관성 분기형 스프레이 챔버로 이루어지는 군 중, 어느 하나이다.
또한, 상기 실시 형태의 측정 장치에 있어서, 바람직하게는 액적 선별부는, 입경이 20㎛ 미만인 액적을 선별한다.
또한, 상기 실시 형태의 측정 장치에 있어서, 바람직하게는 기체 중에 포함되는 검출 대상 입자를 액체 중에 포집함과 함께, 액체 중의 검출 대상 입자에 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질을 결합시켜, 형광 물질과 검사 대상 입자가 혼합된 액체를 액적 형성부에 공급하는 포집부를 더 구비하고 있다.
또는, 상기 실시 형태의 측정 장치에 있어서, 바람직하게는 액적 형성부는, 0.1ml 내지 5ml의 용량을 갖고, 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질과 검체가 혼합된 액체가 수용되는 액체 수용부와, 액체 수용부의 하단부에 감합된 링 형상의 압전 진동자와, 압전 진동자의 링의 내측에 고정된 메쉬 형상 판재를 갖고 있다.
또는, 상기 실시 형태의 측정 장치에 있어서, 바람직하게는 액적 형성부는, 0.1ml 내지 5ml의 용량을 갖고, 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질과 검체가 혼합된 액체가 수용되는 액체 수용부와, 액체 수용부에 연통된 폭이 1mm 이하인 액체 유로와, 액체 유로의 선단부에 있어서 당해 액체 유로에 합류하도록 설치된 가스 유로와, 가스 유로에 압축 가스를 도입하는 압축 가스 도입구를 갖고 있다.
또한, 상기 실시 형태의 측정 장치에 있어서, 바람직하게는 측정부는, 액적의 형광 강도를 2종류 이상의 서로 다른 파장 범위에서 측정하도록 되어 있다.
또한, 상기 실시 형태의 측정 장치에 있어서, 바람직하게는 측정부는, 액적의 형광 강도를 측정함과 함께, 당해 액적의 산란광 강도를 측정하도록 되어 있다.
상기 실시 형태의 측정 장치에 있어서, 구체적으로는, 예를 들어 형광 물질은, 형광 표지 항체나, 형광성 당쇄 프로브이다. 형광 표지 항체는, 특이적으로 결합했을 때 형광 강도가 변화하는 성질을 구비하고 있어도 된다. 또는, 상기 실시 형태의 측정 장치에 있어서, 형광 표지 항체는, 복수의 형광 물질이 서로 집합하는 성질을 가지고 있어도 된다. 이 경우, 형광 표지 항체에 의해 수식된 검출 대상 입자도 응축하게 되어, 더욱 강한 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시 형태의 측정 방법은, 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 항체와 검체가 혼합된 액체로부터 에어로졸 형상의 액적을 형성하는 액적 형성 공정과, 액적 형성 공정에서 형성된 액적 중, 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 액적 선별 공정과, 액적 선별 공정을 통과한 액적에 광을 조사함과 함께, 당해 액적의 형광 강도를 측정하는 측정 공정을 구비하고 있다.
상기 실시 형태의 측정 방법에 있어서, 바람직하게는 액적 선별 공정에서는, 관성력을 이용해서 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별한다.
또한, 상기 실시 형태의 측정 방법에 있어서, 바람직하게는 액적 선별 공정에서는, 입경이 20㎛ 미만인 액적을 선별한다.
상기 실시 형태의 측정 방법에 있어서, 구체적으로는, 예를 들어 형광 물질은, 형광 표지 항체나, 형광성 당쇄 프로브이다. 또는, 상기 실시 형태의 측정 방법에 있어서, 형광 표지 항체는, 복수의 형광 물질이 서로 집합하는 성질을 가지고 있어도 된다. 이 경우, 형광 표지 항체에 의해 수식된 검출 대상 입자도 응축하게 되어, 더욱 강한 발광을 얻을 수 있다.
또한, 기체 중에 포함되는 검출 대상 입자로서는, 예를 들어 바이러스, 세균, 꽃가루, 유해 물질 등이 있다. 액체 중에 포함되는 검출 대상 입자로서는, 예를 들어 섭취하고 싶지 않은 식품, 특정한 질병에의 항체, 사이토카인이나 호르몬 등의 미량 단백질, 세로토닌 등의 대사물 바이오 마커 등이 있다. 단, 검출 대상 입자는, 형광 물질이 특이적으로 결합할 수 있는 것이라면, 이들에 한정되지 않는다.
이어서, 첨부의 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태의 구체예에 대해서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 측정 장치의 구성을 도시하는 개략도이다. 도 1에 도시하는 예에서는, 측정 장치(10)가, 액적의 형광 강도에 기초하여 검출 대상 입자의 검출을 행하는 경우를 예로 들어 설명한다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 측정 장치(10)는, 액적의 형광 강도를 측정하는 것에 그쳐도 된다. 이 경우, 유저나 다른 장치가, 측정 장치(10)에 의해 측정된 형광 강도에 기초하여, 검사 대상의 기체 중에 검출 대상 입자가 포함되어 있는지 여부를 판단한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 측정 장치(10)는, 더스트 제거부(11)과, 주 배관(18)과, 포집부(12)와, 액적 형성부(13)와, 액적 선별부(14)와, 측정부(15)와, 액체 회수부(16)와, 흡인 펌프(17)를 구비하고 있다.
각 부의 위치 관계에 대해서 간단하게 설명한다. 주 배관(18)은, 기류의 안내로이다. 더스트 제거부(11)는, 주 배관(18)에 의해 안내되는 기류의 상류측에 배치되어 있다. 흡인 펌프(17)는, 주 배관(18)의 내부에 기류를 형성하는 기류 형성 기구이며, 주 배관(18)에 의해 안내되는 기류의 하류측에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 흡인 펌프(17)는, 주 배관(18) 중, 더스트 제거부(11)로부터 흡인 펌프(17)에 흐르는 기류를 형성하도록 되어 있다. 또한, 기류 형성 기구로서는, 송기 펌프를 더스트 제거부(11)의 상류에 설치해도 된다. 이 경우, 송기 펌프로부터 주 배관(18)의 내부에 압축 공기를 공급해도 된다.
또한, 액적 형성부(13)와, 액적 선별부(14)와, 측정부(15)와, 액체 회수부(16)는, 더스트 제거부(11)와 흡인 펌프(17)와의 사이에서, 주 배관(18)에 이 순서로 설치되어 있다.
이어서, 각 부의 구성에 대해 설명한다. 더스트 제거부(11)는, 주 배관(18) 내에 에어로졸 형상의 액적을 형성함에 있어서 필요한 정도의 기류 저항을 갖고 있다. 더스트 제거부(11)는, 측정에 영향을 주는 파티클을 포착함으로써 청정한 기체를 공급할 수 있도록 되어 있다.
이어서, 포집부(12)에 대해 설명한다. 포집부(12)는, 검사 대상의 기체 중의 검출 대상 입자를 액체 중에 포집함과 함께, 당해 액체 중의 검출 대상 입자에 당해 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질을 결합시키도록 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 포집부(12)는, 사이클론 본체(21)와, 사이클론 본체(21)의 내부에 기체를 도입하기 위한 기체 도입부(22)와, 사이클론 본체(21)의 내부에 액체를 도입하기 위한 액체 도입부(23)를 갖는 사이클론(20)을 갖고 있다.
사이클론 본체(21)는, 접두원추형의 내면(이하, 벽면이라고 함)을 갖고 있으며, 소직경측의 단부가 대직경측의 단부보다 하방에 위치하도록 향해져 있다.
기체 도입부(22)는, 사이클론 본체(21)의 상방부에서 사이클론 본체(21)의 벽면의 접선 방향으로 연장되도록 설치되어 있고, 조대 더스트 제거부(19)에 기밀하게 연결되어 있다. 조대 더스트 제거부(19)는, 측정 대상 입자를 통과시킴과 함께, 비교적 큰 파티클을 포착하도록 되어 있다. 조대 더스트 제거부(19)로부터 기체 도입부(22)를 지나서 사이클론 본체(21)의 내부에 도입되는 기체는, 사이클론 본체(21)의 벽면을 따라 안내됨으로써, 둘레 방향으로 선회하도록 되어 있다.
액체 도입부(23)는, 액체를 수용하는 탱크(23a)와, 일단이 탱크(23a)의 하방부에 접속되고, 타단이 사이클론 본체(21)의 벽면에 접속된 액체 도입관(23b)과, 액체 도입관(23b)에 설치된 유량 제어부(23c)를 갖고 있다.
본 실시 형태에서는, 탱크(23a)에는, 형광 물질을 함유하는 액체가 수용되어 있다. 형광 물질은, 구체적으로는, 예를 들어 형광 표지 항체이다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 형광 표지 항체(Y)는, 항체 항원 반응을 이용해서 특정한 검출 대상 입자(P)에 특이적으로 결합한다.
또한, 형광 물질은, 도 2b에 도시한 바와 같이, 복수의 형광 표지 항체(Y)에 의해 표면이 수식된 항체 응집 입자(A)이어도 된다. 이 경우, 항체 응집 입자(A)의 표면의 형광 표지 항체(Y)는, 항체 항원 반응을 이용해서 특정한 검출 대상 입자(P)에 특이적으로 결합한다. 이에 의해, 복수의 검출 대상 입자(P)를 항체 응집 입자(A)를 통해서 응집시킬 수 있다. 따라서, 형광 표지 항체(Y)의 체적 밀도가 높아져, 형광 강도를 높일 수 있다.
액체 도입관(23b)의 상기 타단은, 사이클론 본체(21)의 벽면 중 기체 도입부(22)보다 낮은 높이 위치에 접속되어 있다. 한편, 액체 도입관(23b)의 상기 일단은, 상기 타단보다 높은 높이 위치에 배치되어 있다. 유량 제어부(23c)가 개방되는 경우, 탱크(23a)에 수용된 액체는, 중력에 의해, 액체 도입관(23b)을 통해서 사이클론 본체(21)의 내부에 도입되도록 되어 있다.
또한, 액체 도입부(23)는, 이와 같은 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 형광 물질을 함유하는 액체가 수용된 시린지 펌프를 갖고, 시린지의 선단이 사이클론 본체(21)의 벽면에 연결되어 있어, 피스톤에 의해 시린지의 내부가 가압됨으로써 형광 물질을 함유하는 액체가 사이클론 본체(21)의 내부에 도입되도록 되어 있어도 된다.
본 실시 형태에서는, 사이클론 본체(21)의 상방부에는, 당해 사이클론 본체(21)의 내부를 흡인 배기해서 감압시켜, 차압에 의해 기체 도입부(22)로부터 둘레 방향으로 선회하도록 기체를 도입시키는 흡인 배기부(24)가 설치되어 있다.
흡인 배기부(24)는, 사이클론 본체(21)의 상방부에 동축 형상으로 삽입되어 설치된 흡인 배기관(24b)과, 흡인 배기관(24b)에 설치된 흡인 배기 펌프(24a)를 갖고 있다.
흡인 배기 펌프(24a)를 동작시키면, 사이클론 본체(21)의 내부는 흡인 배기관(24b)을 통해서 흡인 배기되어 감압되고, 사이클론 본체(21)의 내부와 외부와의 차압에 의해, 사이클론 본체(21)의 외부의 기체가, 조대 더스트 제거부(19)를 통해서 기체 도입부(22)로부터 사이클론 본체(21)의 내부로 끌려 들어간다. 그리고, 사이클론 본체(21)의 내부에 도입된 기체는, 사이클론 본체(21)의 벽면을 따라 안내됨으로써, 둘레 방향으로 선회하면서 하강하여, 즉, 나선 형상으로 선회하는 기류를 형성한다. 이때, 기체 중의 검출 대상 입자는 상대적으로 비중이 크기 때문에, 원심력에 의해 사이클론 본체(21)의 벽면측으로 분리된다. 한편, 상대적으로 비중이 가벼운 기체 성분은, 사이클론 본체(21)의 벽면의 절두원추 형상에 의해, 사이클론 본체(21)의 하방부에 있어서 흐름을 반전시켜, 사이클론 본체(21)의 중심축측에서 상승류를 형성하고, 흡인 배기관(24b)을 통해서 외부로 배출된다.
액체 도입부(23)로부터 사이클론 본체(21)의 내부에 도입되는 액체는, 둘레 방향으로 선회하는 기류에 의해 외측 방향으로 밀려나감으로써, 사이클론 본체(21)의 벽면을 따라 막 형상으로 성형된다.
본 실시 형태에서는, 사이클론 본체(21)의 벽면에, 막 형상으로 성형된 액체의 수위를 검출하는 수위 검출부(25)가 설치되어 있다. 액체 도입부(23)의 유량 제어부(23c)는, 수위 검출부(25)의 검출 결과에 기초하여 유량을 제어하도록 되어 있다.
보다 상세하게는, 수위 검출부(25)는, 사이클론 본체(21)의 내부에 노출되는 한 쌍의 전극과, 당해 전극 간의 도전율을 측정하는 측정부를 갖고 있다. 액체의 수위가 한 쌍의 전극의 높이 위치보다 높은 경우, 한 쌍의 전극은 액체를 통해서 통전하여, 도전율이 상대적으로 높아진다. 한편, 액체의 수위가 한 쌍의 전극의 높이 위치보다 낮은 경우, 한 쌍의 전극은 절연되어, 도전율이 상대적으로 낮아진다. 액체의 수위가 한 쌍의 전극의 높이 위치보다 높은 경우의 측정 결과와 낮은 경우의 측정 결과를 미리 실험에 의해 구해 두고, 당해 2개의 측정 결과의 사이의 값을 역치로서 결정한다. 그 후, 측정부의 측정 결과가 역치보다 높은 경우, 액체의 수위가 한 쌍의 전극 높이 위치보다 높다고 판단하고, 측정부의 측정 결과가 역치보다 낮은 경우, 액체의 수위가 한 쌍의 전극의 높이 위치보다 낮다고 판단한다.
유량 제어부(23c)는, 수위 검출부(25)에 의해 액체의 수위가 한 쌍의 전극의 높이 위치보다 낮다고 판단된 경우, 액체의 수위가 한 쌍의 전극의 높이 위치보다 높아질 때까지, 액체의 유량을 증가시키도록 되어 있다. 이에 의해, 사이클론 본체(21)의 내부의 액체의 기체에 대한 접촉 면적이, 액체의 송출이나 증발 등에 의해 감소하는 것을 방지할 수 있다.
사이클론 본체(21)의 하방측에는, 액체 공급관(26)이 접속되어 있다. 액체 공급관(26)에는, 송액 펌프(27)가 설치되어 있다.
사이클론 본체(21)의 내부는 흡인 배기부(24)에 의해 감압되는데, 송액 펌프(27)에 의해 액체 공급관(26) 내의 액체에 압력을 가해서 송출함으로써, 사이클론 본체(21)의 내부로부터 액체 공급관(26)을 통해서 액적 형성부(13)에 액체를 연속적이면서 또한 안정적으로 공급할 수 있다.
또한, 반드시 필수적이지는 않지만, 도 13에 도시한 바와 같이, 포집부(12)에는, 액체의 온도를 증가시키는 가온 기구(46)가 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 예를 들어 한랭지 등의 저온 환경에서 형광 물질의 반응성이 저하되어 있을 때, 액체를 예를 들어 체온 부근(35℃ 정도)까지 가온함으로써, 액체 중의 형광 물질을 활성화시켜서 반응 속도를 높일 수 있다.
또는, 포집부(12)에는, 액체를 냉각하는 냉각 기구(도시하지 않음)가 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 예를 들어 혹서지 등의 고온 환경에서 형광 물질의 반응성이 저하되어 있을 때, 액체를 예를 들어 체온 부근(35℃ 정도)까지 냉각함으로써, 액체 중의 형광 물질을 활성화시켜서 반응 속도를 높일 수 있다.
이어서, 액적 형성부(13)에 대해서 설명한다. 액적 형성부(13)는, 포집부(12)로부터 공급되는 액체로부터 에어로졸 형상의 액적을 형성하도록 되어 있다. 보다 상세하게는, 액적 형성부(13)는, 포집부(12)로부터 공급되는 액체로부터, 네뷸라이저, 일렉트로 스프레이, 2 유체 노즐, 압전 소자, 초음파, 감압 처리 중 적어도 1개를 사용해서 에어로졸 형상의 액적을 형성하도록 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 액적 형성부(13)는, 주 배관(18)의 구경이 급격하게 좁아진 협소 부분(18a)을 갖고 있으며, 액체 공급관(26)의 단부가 당해 협소 부분(18a)의 내측에 동축 형상으로 삽입되어 있다. 주 배관(18)을 흐르는 기류가 협소 부분(18a)을 유통할 때, 기류의 속도가 증가한다. 이때, 협소 부분(18a)을 유통하는 고속의 기류에 의해 액체 공급관(26)의 단부에 부압이 발생하고, 이 부압에 의해 액체 공급관(26) 내의 액체가 흡인되어 인열된다. 이에 의해, 액체 공급관(26)으로부터 공급되는 액체로부터 에어로졸 형상의 액적이 형성되도록 되어 있다(2 유체 노즐).
또한, 도 1에 도시하는 예에서는, 액체 공급관(26)의 단부는, 협소 부분(18a)의 내측에 동축 형상으로 삽입되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 액체 공급관(26)의 단부는, 협소 부분(18a)에 대하여 직각인 방향으로 연결되어 있어도 된다.
이어서, 액적 선별부(14)에 대해 설명한다. 액적 선별부(14)는, 액적 형성부(13)로부터 공급되는 액적 중, 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하도록 되어 있다.
액적 선별부(14)로서는, 예를 들어 관성력을 이용해서 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 스프레이 챔버를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 사이클론형 스프레이 챔버, 스콧형 스프레이 챔버 및 관성 분기형 스프레이 챔버로 이루어지는 군 중 어느 하나이다. 이러한 스프레이 챔버 자체는, 유도 결합 플라즈마(ICP) 발광 분광 분석의 기술분야에서는 공지이며, 예를 들어 JIS K0133 등에 예시되어 있다. 단, 본 실시 형태에서는, 스프레이 챔버 자체를 사용해서 유도 결합 플라즈마에 의해 분해 가능한 입경의 액적을 선별한다는 효과를 발휘하는 것이 아니라, 후술하는 바와 같이, 스프레이 챔버가 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질을 사용하는 방법과 조합됨으로써, 검출 대상 입자를 포함하고 있지 않은 액적의 형광 강도와, 검출 대상 입자를 포함하고 있는 액적의 형광 강도의 차를 크게 하여, 검출 대상 입자를 고정밀도로 검출 가능해진다는, 종래 공지된 스프레이 챔버로부터는 예상할 수 없는 효과를 발휘하는 것이다.
도 4는, 액적 선별부(14)의 구성의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 4에 도시하는 액적 선별부(14)는, 사이클론형 스프레이 챔버이며, 원통형 내면을 갖는 중앙 챔버체(14a)와, 중앙부의 상단부에 연결된 절두원추형 내면을 갖는 상방 챔버체(14b)와, 중앙부의 하단부에 연결된 절두원추형 내면을 갖는 하방 챔버체(14c)를 갖고 있다.
주 배관(18)은, 중앙 챔버체(14a)의 내면에 당해 내면의 접선 방향으로 연장되는 방향으로 접속되어 있다. 주 배관(18)을 통해서 중앙 챔버체(14a)의 내부에 도입되는 액적을 포함하는 기류는, 관성력에 의해 중앙 챔버체(14a)의 내면을 따라 안내되어, 둘레 방향으로 선회하도록 되어 있다. 이때, 입경이 소정 값 이상인 액적은, 원심력에 의해 중앙 챔버체(14a)의 내면측으로 분리되어, 당해 내면에 충돌해서 부착된다. 이에 의해, 입경이 소정 값 이상인 액적이 기류로부터 제거되고, 입경이 소정 값 미만인 액적이 기류를 타고 상방 챔버체(14b)의 상방측으로부터 측정부(15)에 공급되도록 되어 있다. 한편, 중앙 챔버체(14a)의 내면에 부착된 액적(액체)은, 중력에 의해 하방 챔버체(14c)로 흘러내려, 하방 챔버체(14c)의 하방측으로부터 외부로 배출되도록 되어 있다. 또한, 중앙 챔버체(14a)의 내면에 부착된 액적(액체)이 소량인 경우에는, 부착된 액적(액체)이 증발되어버리기 때문에, 액체 배출 기구를 설치할 필요는 없다.
여기서, 스프레이 챔버는, 관성력을 이용해서 액적을 선별하는 점에서, 스프레이 챔버에 의해 선별되는 액적의 입경의 상한값은, 스프레이 챔버의 치수 및 형상, 기류의 유속 등의 역학적 파라미터와 상관관계가 있다. 따라서, 스프레이 챔버의 형상 및 치수, 기류의 유속 등의 역학적 파라미터를 적절하게 선택함으로써, 스프레이 챔버에 의해 선별되는 액적의 입경의 상한값을 원하는 값으로 설정하는 것이 가능하다. 스프레이 챔버에 의해 선별되는 액적의 입경은, 측정 대상이나 측정 목적에 따라 적절히 선택될 수 있지만, 바이러스 또는 세균을 측정 대상으로 하는 경우에는, 50㎛ 이하인 것이 바람직하고, 20㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
이어서, 측정부(15)에 대해 설명한다. 도 5는, 측정부(15)의 구성의 일례를 나타내는 개략도이다. 측정부(15)는, 액적에 광을 조사함과 함께, 당해 액적의 형광 강도를 측정하도록 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 측정부(15)는, 주 배관(18)에 접속되어, 액적 선별부(14)에 의해 선별된 액적을 포함하는 기류의 통류 공간을 형성하는, 예를 들어 각형의 케이스체(56)를 갖고 있다. 케이스체(56)에서의 서로 대향하는 예를 들어 상하(또는 좌우)의 면에는, 서로 평행한 석영으로 이루어지는 광투과 창(52a, 52b)이 배치되어 있다.
그 중 한쪽의 광투과 창(52a)의 외측에는, 형광 물질로부터 발광되는 형광의 파장에서 벗어난 파장의 레이저광을 케이스체(56) 내에 조사하는 발광부(51)가 설치되어 있다. 또한, 다른 쪽의 광투과 창(52b)의 외측에는, 형광 물질로부터 발해지는 형광의 파장에서 벗어난 파장의 광을 차단하는 광학 필터(53)가 설치되어 있다. 또한 더 외측에는, 형광 물질의 형광을 수광해서 전기 신호로 변환하는 수광부(54)가 설치된다. 수광부(54)는, 예를 들어 광전자 증배관이며, 광학 필터(53)로부터의 수광 강도에 대응하는 신호 레벨의, 예를 들어 전류를 수광 출력 계측부(55)에 출력하도록 되어 있다.
수광 출력 계측부(55)는, 예를 들어 전류를 전압으로 변환하고, 변환 후의 전압을 나타내는 전압 신호(Ia)와 미리 설정된 역치(Is)를 비교하여, 전압 신호(Ia)가 역치(Is)보다도 크다고 판단했을 때 검출 대상 입자 검출의 알람을 통지 또는 도시하지 않은 표시부에 표시하도록 되어 있다.
여기서 전압 신호(Ia)는, 수광 강도에 대응하는 신호이기 때문에, 역치(Is)는 다음과 같이 결정된다. 즉, 역치(Is)는, 검사 대상의 기체 중에 검출 대상 입자가 존재하지 않는 경우에 액적 형성부(13)에 의해 형성된 액적이 케이스체(56)를 통과할 때의 형광 강도와, 검사 대상의 기체 중에 검출 대상 입자가 포함되어 있고, 이 검출 대상 입자에 형광 물질이 결합된 상태에서 액적 형성부(13)에 의해 형성된 액적이 케이스체(56)를 통과할 때의 형광 강도와의 사이의 값으로 설정된다. 검사 대상의 기체 중에 검출 대상 입자가 존재하지 않을 때의 형광 강도는, 케이스체(56) 내를 통과하는 기체에 포함되는 더스트에 부착된 형광 물질이나, 검출 대상 입자를 포함하지 않는 액적에 포함되는 형광 물질로부터의 형광의 강도에 대응한다. 형광 물질은, 검출 대상 입자에 대하여 특이적으로 결합한다. 그 결과, 개략적인 표현을 하면, 검출 대상 입자의 존재에 의해, 검출 대상 입자가 존재하지 않을 때보다도 형광 물질의 밀도가 높아져, 검출 대상 입자의 유무에 대응하는 형광 강도차가 발생한다.
도 1로 돌아가서, 측정부(15)의 하류측에는, 측정부(15)를 통과한 액적을 포착하기 위한, 예를 들어 메쉬체로 이루어지는 액체 회수부(16)가 설치되어 있다. 액체 회수부(16)의 하류측에는, 흡인 펌프(17)가 설치되어 있고, 액체 회수부(16)를 통과한 기체는, 예를 들어 도시하지 않은 검출 대상 입자를 흡착 제거하기 위한 필터를 통해서 측정 장치(10)의 외부에 배기되도록 되어 있다. 또한, 액체 회수부(16)에는 액체 배출 기구가 설치되어 있는데, 액체 회수부(16)를 통과하는 액적(액체)이 충분히 적은 경우, 액적(액체)은 증발되어버리기 때문에, 액체 배출 기구를 설치할 필요는 없다.
이어서, 액적 선별부(14)에 의해 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 점에 대해 설명한다.
검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질을 사용하는 방법에 있어서, 미반응된 형광 물질은 노이즈가 된다. 도 6은, 액적의 입경이 비교적 큰 경우의 형광 강도에 대해서 설명하기 위한 모식도이다. 도 6에 나타내는 예에서는, 색의 농도가 형광 강도의 강약을 나타내고 있다.
도 6에서, 부호 301을 붙여서 나타내는 액적과 같이, 액적 중의 형광 물질은, 검출 대상 입자에 결합하지 않아도 형광을 발하고 있다. 또한, 부호 302를 붙여서 나타내는 액적과 같이, 체적 액적 중의 형광 물질은, 검출 대상이 되는 검출 대상 입자에 특이적으로 결합한 경우, 형광 물질의 밀도가 높아지기 때문에, 검출 대상 입자에 결합하고 있지 않은 경우와 비교해서 형광 강도가 높아진다. 또한, 도 6의 부호 302를 붙여서 나타내는 액적에서는, 액적(302)의 일부인 부호 303을 붙여서 나타내는 부분이, 검출 대상 입자에 결합하고 있지 않은 형광 물질을 포함하는 부분을 나타내고, 액적(302)의 다른 일부인 부호 304를 붙여서 나타내는 부분이, 검출 대상 입자에 결합한 형광 물질을 포함하는 부분을 나타내고 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 액적의 입경이 비교적 큰 경우, 검출 대상이 되는 검출 대상 입자에 결합하고 있지 않은 형광 물질에 의한 형광에 의해, 부호 301을 붙여서 나타내는 액적의 액광 강도와 부호 302를 붙여서 나타내는 액적의 형광 강도와의 차를 구별할 수 없는 경우가 있다. 바꾸어 말하면, 액적 전체로부터의 형광 강도가 동등하게 되어, 형광 강도의 차를 측정하는 것이 곤란한 경우가 있다. 이 경우, 검출 대상이 되는 검출 대상 입자를 검출할 수 없다.
여기서, 본 실시 형태에 의하면, 액적 선별부(14)가 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별함으로써, 액적 형성 전에 액체 중에서 미반응된 형광 물질을 제거하지 않았다고 해도, 검출 대상 입자에 결합한 형광 물질로부터의 형광을 고정밀도로 측정 가능하게 된다. 또한, 측정 정밀도가 향상되는 결과, 검출 대상 입자의 검출 정밀도를 향상 가능하게 된다. 또한, 검출 대상 입자를 실시간으로 검출 가능하게 된다. 예를 들어, 바이러스나 세균을 고정밀도로 실시간으로 검출 가능하다.
종래 기술에서는, 상술한 바와 같이 미반응된 형광 물질에서 유래되는 형광에 대해서도 측정되는 경우가 있어, 측정 정밀도가 나쁜 경우가 있다는 문제가 있다. 여기서, 액적 형성 전에 액체 중에서 미반응된 형광 물질을 분리한 뒤에 액적의 형광 강도를 측정하는 방법을 생각할 수 있지만, 번거로움이 있어, 연속해서 측정하는 것이 곤란하다. 이에 반해, 본 실시 형태에 의하면, 액적 형성 전에 액체 중에서 미반응된 형광 물질을 분리하지 않아도, 연속해서 간단하게 측정 가능하게 된다.
한편, 형광 상관 분광법에서는, 레이저의 초점을 좁힘으로써, 측정 대상이 되는 액체의 체적을 펨토 리터(fL)에서 서브 펨토 리터(fL)로까지 좁히는 것이 가능하다. 여기서, 형광 상관 분광법을 응용한 계에 있어서, 측정 대상이 되는 액체의 체적을 펨토 리터(fL)에서 서브 펨토 리터(fL)로까지 좁힌 경우, 미반응된 형광 물질을 제거하지 않았다고 해도, 검출 대상이 되는 검출 대상 입자의 측정이 가능하다.
이를 바탕으로, 액적 선별부(14)는, 측정부(15)에 의해 측정되는 액적의 입경을 작게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 20㎛ 이하의 입경의 액적이 50％ 이상 포함되도록, 액적을 선별하는 것이 바람직하다. 이 경우, 측정부(15)는, 미반응된 형광 물질을 제거하지 않았다고 해도, 검출 대상이 되는 검출 대상 입자를 고정밀도로 측정 가능하게 된다.
도 7은, 액적의 입경이 비교적 작은 경우의 형광 강도에 대해서 도시하는 도면이다. 도 7에 나타내는 예에서는, 부호 311을 붙여서 나타내는 액적이, 검출 대상이 되는 검출 대상 입자에 결합하고 있는 형광 물질을 포함하지 않은 경우, 부호 312를 붙여서 나타내는 액적이, 검출 대상 입자에 결합하고 있는 형광 물질을 부호 313을 붙여서 나타내는 부분에 포함하는 경우를 예로 나타내고 있다. 또한, 액적 312 중, 부호 314를 붙여서 나타내는 부분에는, 검출 대상 입자에 결합하고 있지 않은 형광 물질이 있는 경우를 예로 나타내고 있다.
도 7의 부호 311을 붙여서 나타내는 액적과 부호 312를 붙여서 나타내는 액적에 나타내는 바와 같이, 액적의 입경을 작게 함으로써, 검출 대상 입자를 포함하지 않는 액적의 형광 강도와, 검출 대상 입자를 포함하는 액적의 형광 강도의 차가 커져, 검출 대상이 되는 검출 대상 입자를 고정밀도로 검출 가능하게 된다.
또한, 레이저의 직경을 더욱 가늘게 하는 것은 곤란해서, 형광 상관 분광법에서는, 측정 대상이 되는 액체의 체적을 서브 펨토 리터(fL)보다 작게 하는 것은 곤란하다. 또한, 마찬가지로, 측정부(15)에서 발광부(51)에 의해 조사되는 광의 직경을 가늘게 하는 것도 곤란하다. 바꾸어 말하면, 레이저의 직경을 가늘게 함으로써, 한번에 측정되는 액체의 양을 적게 하는 것에는 한계가 있다.
이에 반해, 본 실시 형태에 의하면, 레이저의 직경을 가늘게 하지 않아도, 액적 선별부(14)에 의해 선별되는 액적의 입경을 더욱 작게 함으로써, 한번에 측정되는 액체의 체적을 적게 할 수 있어, 측정 감도를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 특수한 레이저를 이용할 필요가 없이, 저렴한 레이저를 이용할 수 있다. 또한, 레이저의 직경을 가늘게 하기 위한 구성이 불필요하게 되기 때문에, 심플한 장치 구성으로 할 수 있다.
이어서, 이상과 같은 구성으로 이루어지는 본 실시 형태의 작용(본 발명의 일 실시 형태에 의한 측정 방법)에 대해서 설명한다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 흡인 펌프(17)에 의해, 기체(예를 들어, 대기)가 더스트 제거부(11)를 통해서 주 배관(18) 내에 도입되어, 액적 형성부(13), 액적 선별부(14), 측정부(15) 및 액체 회수부(16)의 순서대로 흐르는 기류가 형성되고, 흡인 펌프(17) 및 도시하지 않은 필터를 통해서 배기된다.
한편, 포집부(12)의 흡인 배기 펌프(24a)의 동작에 의해, 기체(예를 들어, 대기)가 조대 더스트 제거부(19)를 통해서 포집부(12)의 기체 도입부(22)에 도입되고, 기체 도입부(22)로부터 사이클론 본체(21)의 내부에 도입된다. 또한, 형광 물질을 함유하는 액체가, 액체 도입부(23)로부터 사이클론 본체(21)의 내부에 도입된다.
기체 도입부(22)로부터 사이클론 본체(21)의 내부에 도입된 기체는, 사이클론 본체(21)의 벽면을 따라서 안내됨으로써, 둘레 방향으로 선회되어, 사이클론 본체(21)의 내부에 나선 형상의 기류를 형성한다. 액체 도입부(23)로부터 사이클론 본체(21)의 내부에 도입된 액체는, 나선 형상의 기류에 의해 직경 방향 외측으로 밀려나가, 사이클론 본체(21)의 벽면을 따라서 막 형상으로 성형된다.
기체 중에 포함되는 검출 대상 입자는, 원심력에 의해 사이클론 본체(21)의 벽면측으로 분리되어, 막 형상으로 성형된 액체 중에 포집된다. 액체 중에 포함되는 형광 물질은, 포집된 검출 대상 입자에 특이적으로 결합한다. 또한, 형광 물질에 따라서는, 검출 대상 입자와 결합시키는데 시간을 필요로 하는 경우가 있는데, 본 실시 형태에서는, 사이클론의 내부에서 반응시키기 때문에, 유로 내에서 형광 물질과 결합시키는 방법보다도 확실하게 형광 물질을 결합시킬 수 있다. 또한, 사이클론의 내부의 액체를 임의의 시간 체류하도록 설정할 수도 있다.
사이클론 본체(21)의 벽면 상에서 검출 대상 입자를 포집한 액체는, 중력에 의해 서서히 하방으로 흘러내리고, 계속해서, 송액 펌프(27)의 동작에 의해, 사이클론 본체(21)의 하방측으로부터 액체 공급관(26)을 통해서 액적 형성부(13)에 연속적으로 공급된다.
액적 형성부(13)에서는, 포집부(12)로부터 공급된 액체는, 주 배관(18)의 협소 부분(18a)을 유통하는 고속의 기류에 의해, 액체 공급관(26)의 단부로부터 끌려나와, 에어로졸 형상의 액적으로 성형된다. 형성된 에어로졸 형상의 액적은, 주 배관(18)의 기류를 타고, 액적 선별부(14)에 공급된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 액적 선별부(14)에서는, 액적 형성부(13)로부터 공급된 액적을 포함하는 기류는, 중앙 챔버체(14a)의 원통형 내면을 따라 안내됨으로써, 둘레 방향으로 선회한다. 이때, 기류에 포함되는 입경이 소정 값 이상인 액적은, 원심력에 의해 중앙 챔버체(14a)의 내면측으로 분리되어, 당해 내면에 충돌해서 부착된다. 한편, 입경이 소정 값 미만인 액적은, 기류와 함께 둘레 방향으로 선회하면서 상승하여, 상방 챔버체(14b)의 상방측으로부터 측정부(15)에 공급된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 측정부(15)는, 액적 선별부(14)에 의해 선별된 액적에 광을 조사하고, 광이 조사된 액적의 형광 강도를 측정한다. 상세하게는, 주 배관(18)을 통해서 안내된 액적에 광을 조사하여, 형광 강도를 측정한다. 또한, 그 후, 예를 들어 측정부(15)는, 측정한 형광 강도와 역치를 비교함으로써, 검사 대상의 기체에 검출 대상 입자가 포함되어 있는지 여부를 판정한다. 바꾸어 말하면, 측정부(15)는, 검사 대상의 기체로부터 검출 대상 입자를 검출한다.
예를 들어, 측정부(15)에서는, 발광부(51)가, 액적이 통류하고 있는 케이스체(56)의 내부에 자외 레이저광을 조사한다. 여기서, 액적 중의 형광 물질은, 자외 레이저광에 의해 여기되어 형광을 발한다. 그 후, 자외 레이저광은, 광학 필터(53)에 의해 차광되고, 형광 파장의 광이, 수광부(54)에 의해 선택적으로 검출된다. 수광부(54)에 의해 검출되는 수광 강도는, 액적 형성부(13)에 의해 형성된 액적 중에 있어서의 형광 물질의 체적 밀도에 비례한다.
액적 형성부(13)에 의해 형성된 액적 중에 검출 대상 입자가 존재하는 경우, 수광부(54)에서 검출되는 형광 강도는 역치(Is)보다도 커져, 수광 출력 계측부(55)에서 검출 대상 입자 검출의 알람이 발해진다.
또한, 액적 형성부(13)에 의해 형성된 액적 중에 검출 대상 입자가 존재하지 않는 경우, 가령 액적 형성부(13)에 의해 형성된 액적 중에 대기 중의 미세한 더스트가 도입되어 있어, 이 더스트에 형광 물질이 부착되어 있어도, 형광 물질의 밀도는 검출 대상 입자에 결합된 형광 물질의 밀도보다도 현저히 작다. 이 때문에, 수광부(54)에서 검출된 수광 강도는 미리 설정된 역치(Is)보다도 작다.
측정부(15)를 통과한 액적은, 액체 회수부(16)에서 기액 분리되고, 액체는 회수된다. 한편, 기체는, 액체 회수부(16)의 하류측에 설치되어 있는 흡인 펌프(17)에 의해 측정 장치(10)의 외부로 배기된다.
이어서, 구체적인 실시예에 대해 설명한다.
본 실시 형태의 제1 실시예로서, 검출 대상 입자(항원)와 형광 색소 PE-Cy5에 의해 표지된 항체를 포함하는 시약을 5×105배 희석한 액체(액체 중의 검출 대상 입자의 농도: 3×107개/ml=0.002ng/ml)를, 0.1ml/hr의 유량으로 공급하면서 액적 형성부(13)에 의해 에어로졸 형상의 액적을 형성하고, 액적 선별부(14)에 의해 소정의 입경 미만의 액적을 선별한 후, 측정부(15)에 의해 액적의 형광 강도를, 5ms의 게이트 시간에 수광부(54)에서 검출된 광자수로서 측정하였다. 제1 실시예의 측정 결과를, 도 8에서, 마름모꼴의 점으로 나타낸다. 또한, 도 7에서, 횡축은, 5ms의 게이트 시간에 수광부(54)에서 검출된 광자수, 즉 액적의 형광 강도를 나타내고 있고, 종축은, 그러한 강도의 형광을 발한 액적이 5분 동안에 검출된 횟수(빈도)에 대한 측정을 5회 반복한 결과의 평균값을 나타내고 있다.
또한, 제1 비교예로서, 검출 대상 입자를 포함하지 않고 형광 표지 항체만을 포함하는 액체를 액적 형성부(13)에 공급하는 점 이외는 제1 실시예와 마찬가지의 방법으로, 액적의 형광 강도를 측정하였다. 제1 비교예의 측정 결과를, 도 8에서, 정사각형의 점으로 나타낸다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제1 실시예의 측정 결과는, 제1 비교예의 측정 결과에 대하여 구별 가능하여, 즉 본 실시 형태에 의해 검출 대상 입자를 고감도로 검출할 수 있었음이 확인되었다. 특히, 제1 실시예에서는, 0.002ng/ml의 검출 감도를 달성하였다. 이 검출 감도는, 현재의 EIA법이나 면역 크로마토그래피법을 사용해서 노로바이러스를 검출할 때의 표준 감도(0.5ng/ml 내지 10ng/ml)와 비교하여, 현저하게 높은 검출 감도이다.
이어서, 본 실시 형태의 제2 실시예로서, 제1 실시예에서 사용한 시약을 5×103배 희석한 액체(액체 중의 검출 대상 입자의 농도: 0.2ng/ml)를 액적 형성부(13)에 공급하는 점 이외는 제1 실시예와 마찬가지의 방법으로, 액적의 형광 강도를 측정하였다.
또한, 제2 비교예로서, 액적 형성부(13)에 의해 형성된 에어로졸 형상의 액적을 액적 선별부(14)를 사용하지 않고 측정부(15)에 직접 공급하는 점 이외는, 제2 실시예와 마찬가지의 방법으로, 액적의 형광 강도를 측정하였다.
제2 실시예의 측정 결과와 제2 비교예의 측정 결과를, 도 9에서 겹쳐서 나타낸다. 도 9에서의 원 표시의 점이, 제2 실시예의 측정 결과를 나타내고, ×표시의 점이 제2 비교예의 측정 결과를 나타낸다.
도 9에 도시한 바와 같이, 액적 선별부(14)를 사용한 제2 실시예의 측정 결과에서는, 액적 선별부(14)를 사용하지 않은 제2 비교예의 측정 결과와 비교해서, 광자수가 60 이상에 대응하는 비교적 큰 액적의 검출 빈도가 현저하게 저감되어 있지만, 광자수가 60 미만에 대응하는 비교적 작은 액적의 검출 빈도는 저감되어 있지 않아, 즉, 광자수가 60 미만에 대응하는 비교적 작은 액적이 선별된 것을 알 수 있다. 따라서, 액적 선별부(14)를 사용함으로써 입경이 비교적 작은 액적을 효과적으로 선별할 수 있음이 확인되었다.
이상과 같은 본 실시 형태에 의하면, 액적 선별부(14)에 의해 입경이 소정 값 미만인 액적이 선별되기 때문에, 검출 대상 입자를 포함하는 액적의 형광 강도와, 검출 대상 입자를 포함하지 않는 액적의 형광 강도의 차가 커져, 검출 대상 입자의 검출 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 포집부(12)에 있어서, 검사 대상의 기체가 사이클론(20)에 도입됨으로써, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 검사 대상의 기체가 마이크로 사이즈의 유체 칩에 도입되는 방식에 비해, 단위 시간당 기체의 도입량을 대폭 증가시킬 수 있다. 또한, 사이클론(20)에 도입되는 액체가 사이클론 본체(21)의 벽면을 따라서 막 형상으로 성형됨으로써, 검사 대상의 기체에 대한 액체의 접촉 면적이 확대된다. 또한, 원심력에 의해 기체 중의 검출 대상 입자가 사이클론 본체(21)의 벽면측으로 분리됨으로써, 검출 대상 입자를 액체에 효율적으로 접촉시킬 수 있다. 이들 작용에 의해, 기체 중의 검출 대상 입자의 액체 중으로의 포집 효율을 대폭 향상시킬 수 있어, 검출 대상 입자의 검출 정밀도를 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 사이클론(20)에 있어서, 막 형상으로 성형된 액체는, 송액 펌프(27)에 의한 송액뿐만 아니라, 선회하는 기체에 의해 수시 증발된다. 그러나, 수위 검출부(25)의 검출 결과에 기초하여 액체의 도입량이 조정됨으로써, 액체의 수위가 저하되는 것을 방지할 수 있고, 즉 검사 대상의 기체에 대한 액체의 접촉 면적이 감소하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 검출 대상 입자의 포집 효율의 저하를 방지할 수 있어, 검출 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 사이클론(20)의 상방부에는, 당해 사이클론(20)의 내부를 흡인 배기해서 감압시켜, 차압에 의해 당해 사이클론(20)의 기체 도입부로부터 둘레 방향으로 선회하도록 기체를 도입시키는 흡인 배기부(24)가 설치되어 있기 때문에, 단순한 구조에 의해 기체를 선회시키는 것이 가능하다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 주 배관(18)에 있어서 기류를 형성하는 기체와 포집부(12)에 있어서 액체와 접촉시키는 기체는, 더스트 제거부(11) 또는 조대 더스트 제거부(19)를 통과한 서로 다른 계통으로부터 공급되었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 더스트 제거부(11)와 액적 형성부(13)와의 사이에서 주 배관(18)으로부터 분기하는 분기관을 포집부(12)의 기체 도입부(22)에 기밀하게 연결하여, 주 배관(18)에 있어서 기류를 형성하는 기체와 동일한 계통으로부터 포집부(12)에 기체를 공급해도 된다. 도 1에 도시한 바와 같이 주 배관(18)과는 별개인 배관으로부터 포집부(12)에 기체를 공급하는 경우, 주 배관(18)에는 청정한 기체(예를 들어, 질소 가스 등의 불활성 가스)를 공급해도 된다.
또한, 제1 실시 형태에서, 포집부(12)에 있어서 액체와 접촉시키는 기체는, 외기이어도 되고, 사람이 내뱉는 숨이어도 된다. 사람이 내뱉는 숨을 사용하는 경우, 예를 들어 기체 도입부(22)에 연결되는 배관의 일단을 나팔 형상으로 확장하여, 나팔 형상 부분에 입을 가까이 대어 사람의 숨을 도입하도록 해도 된다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 액체 도입부(23)가 사이클론 본체(21)의 내부에 형광 물질을 포함하는 액체를 도입하도록 되어 있었지만, 이것에 한정되지 않고, 도 10에 도시한 바와 같이, 사이클론(20)의 하방부와 액적 형성부(13)를 접속하는 액체 공급관(26)에, 당해 액체 공급관(26) 내를 흐르는 액체에 형광 물질을 포함하는 액체를 합류시키는 제2 액체 도입부(41)가 접속되어 있어도 된다(제2 실시 형태). 이 경우, 예를 들어 액체 도입부(23)는, 사이클론 본체(21)의 내부에 물을 도입해도 된다.
도시된 예에서는, 제2 액체 도입부(41)는, 형광 물질을 함유하는 액체가 수용된 시린지 펌프를 갖고, 시린지의 선단이 액체 공급관(26)에 액밀하게 연결되어 있어, 피스톤에 의해 시린지의 내부가 가압됨으로써, 형광 물질을 함유하는 액체가 액체 공급관(26)의 내부를 흐르는 액체에 합류되도록 되어 있다.
또한, 이와 같이 액체 공급관(26)에 제2 액체 도입부(41)가 설치되어 있는 경우, 사이클론(20)에 설치된 액체 도입부(23)는, 검출 대상 입자를 전처리하기 위한 액체를 사이클론 본체(21)의 내부에 도입하도록 되어 있는 것이 바람직하다. 전처리란, 예를 들어 검출 대상 입자의 외막 파괴 처리, 표면 납질 제거 처리 등이다.
구체적으로는, 예를 들어 검출 대상 입자의 내부 구조체에 특이적으로 결합하는 형광 물질을 사용하는 경우, 검출 대상 입자의 외막 구조체(예를 들어, 세균의 세포막)를 파괴해서 내부 구조체를 액체 중에 노출시키는 액체(예를 들어, 알칼리나 저침투압의 액체)를 액체 도입부(23)로부터 사이클론 본체(21)의 내부에 도입해 둠으로써, 액체 공급관(26) 내에서 제2 액체 도입부(41)로부터 합류되는 액체 중의 형광 물질을 검출 대상 입자의 내부 구조체에 결합시켜서 검출하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 사이클론 본체(21)의 내부에 둘레 방향으로 선회하는 기류를 형성하기 위해서, 도 1에 도시한 바와 같이, 사이클론(20)의 상방부에 흡인 배기부(24)가 설치되어 있었지만, 이것에 한정되지 않고, 도 11에 도시한 바와 같이, 사이클론(20)의 내부에, 당해 사이클론(20)의 기체 도입부(22)로부터 도입된 기체를 둘레 방향으로 선회시키는 선회부(44)가 설치되어 있어도 된다(제3 실시 형태).
도시된 예에서는, 선회부(44)는, 사이클론 본체(21)의 내부에 동축 형상으로 배치된 임펠러(프로펠러)(42)와, 임펠러(42)에 회전 구동력을 제공하는 회전 구동부(43)(예를 들어, 모터)를 갖고 있다. 사이클론 본체(21)의 상방부에는 동축 형상으로 배기 구멍(45)이 형성되어 있고, 회전 구동부(43)의 회전축은, 배기 구멍(45)을 통해서 임펠러(42)에 접속되어 있다.
회전 구동부(43)로부터의 회전 구동력에 의해 임펠러(42)가 회전되면, 사이클론 본체(21)의 내부의 기체가 임펠러(42)의 블레이드에 눌림으로써 둘레 방향으로 선회하도록 가압되어, 사이클론 본체(21)의 내부에 나선 형상의 기류가 형성된다. 이때, 기체 중의 검출 대상 입자는 상대적으로 비중이 크기 때문에, 원심력에 의해 사이클론 본체(21)의 벽면측으로 분리된다. 한편, 상대적으로 비중이 가벼운 기체 성분은, 사이클론 본체(21)의 벽면의 절두원추 형상에 의해, 사이클론 본체(21)의 하방부에서 흐름을 반전시켜, 사이클론 본체(21)의 중심축측에서 상승류를 형성하여, 배기 구멍(45)을 통해서 외부로 배출된다.
액체 도입부(23)로부터 사이클론 본체(21)의 내부에 도입되는 액체는, 나선 형상의 기류에 의해 직경 방향 외측으로 밀려나가, 사이클론 본체(21)의 벽면을 따라서 막 형상으로 성형된다. 그리고, 원심력에 의해 사이클론 본체(21)의 벽면측으로 분리된 검출 대상 입자는, 막 형상으로 성형된 액체 중에 포집된다.
이러한 제3 실시 형태에 의하면, 사이클론 본체(21)의 내부가 정압으로 되기 때문에, 사이클론 본체(21)로부터 액적 형성부(13)에의 송액이 용이해서, 송액 펌프(27)를 생략하는 것도 가능하다. 또한, 이러한 형태에 의하면, 기체를 선회시키는 기구가 사이클론(20)의 내부에 설치되어 있기 때문에, 사이클론(20)의 소형화가 용이하다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 포집부(12)에 있어서 사이클론(20)의 기체 도입부(22)가 조대 더스트 제거부(19)에 직접 접속되어 있었지만, 이것에 한정되지 않고, 도 12에 도시한 바와 같이, 포집부(12)는, 제2 사이클론 본체(61)와, 제2 사이클론 본체(61)의 내부에 기체를 도입하기 위한 제2 기체 도입부(62)를 갖는 제2 사이클론(60)을 갖고 있으며, 사이클론(20)의 기체 도입부(22)는, 제2 사이클론(60)을 통해서 조대 더스트 제거부(19)에 접속되어 있어도 된다(제4 실시 형태).
도시된 예에서는, 제2 사이클론 본체(61)는, 접두원추형의 내면(이하, 벽면이라고 함)을 갖고 있으며, 소직경측의 단부가 대직경측의 단부보다 하방에 위치하도록 향해져 있다.
제2 기체 도입부(62)는, 제2 사이클론 본체(61)의 상방부에서 제2 사이클론 본체(61)의 벽면의 접선 방향으로 연장되도록 설치되어 있고, 조대 더스트 제거부(19)에 기밀하게 연결되어 있다. 조대 더스트 제거부(19)로부터 제2 기체 도입부(62)를 통해서 제2 사이클론 본체(61)의 내부에 도입되는 기체는, 제2 사이클론 본체(61)의 벽면을 따라 안내됨으로써, 둘레 방향으로 선회하도록 되어 있다.
제2 사이클론 본체(61)의 상방부에는, 제2 사이클론 본체(61)의 내부를 흡인 배기해서 감압시켜, 차압에 의해 제2 기체 도입부(62)로부터 둘레 방향으로 선회하도록 기체를 도입시키는 제2 흡인 배기부(64)가 설치되어 있다.
제2 흡인 배기부(64)는, 제2 사이클론 본체(61)의 상방부에 동축 형상으로 삽입되어 설치된 제2 흡인 배기관(64b)과, 제2 흡인 배기관(64b)에 설치된 제2 흡인 배기 펌프(64a)를 갖고 있다.
제2 흡인 배기 펌프(64a)를 동작시키면, 제2 사이클론 본체(61)의 내부는 제2 흡인 배기관(64b)을 통해서 흡인 배기되어 감압되고, 제2 사이클론 본체(61)의 내부와 외부의 차압에 의해, 제2 사이클론 본체(61)의 외부의 기체가, 조대 더스트 제거부(19)를 통해서 제2 기체 도입부(62)로부터 제2 사이클론 본체(61)의 내부에 끌려 들어간다. 그리고, 제2 사이클론 본체(61)의 내부에 도입된 기체는, 제2 사이클론 본체(61)의 벽면을 따라서 안내됨으로써, 둘레 방향으로 선회하면서 하강하여, 즉, 나선 형상으로 선회하는 기류를 형성한다. 이때, 기체 중의 검출 대상 입자는 상대적으로 비중이 크기 때문에, 원심력에 의해 제2 사이클론 본체(61)의 벽면측으로 분리되어, 벽면에 충돌해서 낙하한다. 한편, 상대적으로 비중이 가벼운 기체 성분은, 제2 사이클론 본체(61)의 벽면의 절두원추 형상에 의해, 제2 사이클론 본체(61)의 하방부에서 흐름을 반전시켜, 제2 사이클론 본체(61)의 중심축측에서 상승류를 형성하여, 제2 흡인 배기관(64b)을 통해서 외부로 배출된다.
제2 사이클론 본체(61)의 하방부는, 사이클론(20)의 기체 도입부(22)에 기밀하게 접속되어 있다. 제2 사이클론 본체(61)의 벽면에 충돌해서 낙하한 검출 대상 입자는, 제2 사이클론 본체(61)의 하방측으로부터 사이클론(20)의 기체 도입부(22)에 연속적으로 공급되도록 되어 있다.
이러한 제4 실시 형태에 의한 구체적인 실시예에 대해서 설명한다.
제4 실시 형태의 제3 실시예로서, 입자 발생기에 의해 생성된 입경 180nm의 입자를 포함하는 샘플링 가스를 제2 사이클론(60)의 제2 기체 도입부(62)에 공급하면서, 제2 흡인 배기 펌프(64b)에 의해 600SLM의 유량으로 제2 사이클론 본체(61)의 내부를 흡인 배기하여, 제2 사이클론 본체(61)의 내부에 둘레 방향으로 선회하는 기류를 형성하였다. 그리고, 입자 농도 계측기에 의해, 제2 기체 도입부(62)를 통과하는 기체 중의 입자의 농도와, 제2 사이클론 본체(61)의 하방부로부터 사이클론(20)의 기체 도입부(22)에 공급되는 기체 중의 입자의 농도를 각각 계측하였다.
또한, 제4 실시 형태의 제4 실시예로서, 제2 흡인 배기 펌프(64b)에 의한 흡인 배기량을 900SLM으로 변경하는 점 이외는, 제3 실시예와 마찬가지의 방법으로, 제2 기체 도입부(62)를 통과하는 기체 중의 입자의 농도와, 제2 사이클론 본체(61)의 하방부로부터 사이클론(20)의 기체 도입부(22)에 공급되는 기체 중의 입자의 농도를 각각 계측하였다.
또한, 제4 실시 형태의 제5 실시예로서, 제2 흡인 배기 펌프(64b)에 의한 흡인 배기량을 1200SLM으로 변경하는 점 이외는, 제3 실시예와 마찬가지의 방법으로, 제2 기체 도입부(62)를 통과하는 기체 중의 입자의 농도와, 제2 사이클론 본체(61)의 하방부로부터 사이클론(20)의 기체 도입부(22)에 공급되는 기체 중의 입자의 농도를 각각 계측하였다.
제3 실시예, 제4 실시예 및 제5 실시예의 계측 결과를, 하기 표 1에 정리하여 나타낸다.
Figure pct00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 제3 실시예, 제4 실시예 및 제5 실시예의 어느 계측 결과에서도, 제2 사이클론 본체(61)의 하방부로부터 사이클론(20)의 기체 도입부(22)에 공급되는 기체 중의 입자의 농도는, 제2 기체 도입부(62)를 통과하는 기체 중의 입자의 농도보다도 커서, 제2 사이클론(60)에 의해 입자가 농축된다는 효과가 확인되었다. 특히, 제5 실시예에서는, 입자의 농도를 20배로 농축할 수 있음이 확인되었다.
이상과 같이 제4 실시 형태에 의하면, 제2 사이클론(60)에 의해 검출 대상 입자가 농축된 기체가 사이클론(20)에 공급되기 때문에, 검출 대상 입자의 포집 효율이 한층 향상되어, 검출 대상 입자의 검출 정밀도가 더욱 향상된다.
도 14는, 본 발명의 제5 실시 형태의 측정 장치에서의 액적 선별부(14')의 구성을 도시하는 개략도이다. 제5 실시 형태의 측정 장치 중 액적 선별부(14') 이외의 구성은, 제1 실시 형태와 대략 마찬가지이며, 상세한 설명을 생략한다.
도 14에 도시한 바와 같이, 액적 선별부(14')는, 관성력을 이용해서 큰 액적을 포함하는 기류와 작은 액적을 포함하는 기류로 나누는 챔버(관성 분기형 스프레이 챔버)이며, 주 배관(18)의 하류측에 주 배관(18)에 대하여 소정의 곡률로 만곡되도록 연결된 제1 유로(141)와, 주 배관(18)의 하류측에 주 배관(18)과 평행하게 연장되도록 연결된 제1 유로(141)보다 소직경의 제2 유로(142)를 갖고 있다. 제1 유로(141)의 컨덕턴스는, 제2 유로(142)의 컨덕턴스보다 크게 되어 있다.
이러한 구성으로 이루어지는 액적 선별부(14')에서는, 주 배관(18)을 흐르는 기류가, 컨덕턴스가 큰 제1 유로(141)를 따라 안내되어 선회된다. 이때, 기류에 포함되는 입경이 소정 값 이상인 액적은, 그 자신의 관성력에 의해 기류의 선회에 추종할 수 없어, 제2 유로(142)를 통해서 외부로 배출된다. 이에 의해, 입경이 소정 값 이상인 액적이 기류로부터 제거되고, 입경이 소정 값 미만인 액적이 기류를 타고 제1 유로(141)를 선회하여, 측정부(15)에 공급된다.
이러한 제5 실시 형태에 의하면, 액적 선별부(14')는, 입경이 소정 값 이상인 액적을 챔버의 내면에 충돌시키지 않고 제거하기 때문에, 챔버의 내면에 액체가 부착되어 오염되는 것이 저감된다. 그 때문에, 장치의 메인터넌스가 용이하다.
도 15는, 본 발명의 제6 실시 형태의 측정 장치에서의 측정부(15')의 구성을 도시하는 개략도이다. 제6 실시 형태의 측정 장치 중 측정부(15') 이외의 구성은, 제1 실시 형태와 대략 마찬가지이며, 상세한 설명을 생략한다.
도 15에 도시한 바와 같이, 측정부(15')는, 도 4에 도시하는 측정부(15)에 있어서의 광학 필터(53) 및 수광부(54) 대신에, 제1 및 제2 광학 필터(58, 59)와, 제1 내지 제3 수광부(54a, 54b, 57)를 갖고 있다. 여기서, 도 15에서는, 2개의 광투과 창(52a, 52b)은, 서로 90°를 이루는 방향으로 배치되어 있어(예를 들어, 광투과 창(52a)은 측면에 배치되고, 광투과 창(52b)은 저면에 배치되어 있음), 발광부(51)로부터 방사되어 광투과 창(52a)을 투과한 광이 광투과 창(52b)에 직접 입사되는 경우는 없도록 되어 있다.
제1 광학 필터(58)는, 광투과 창(52b)의 외측에 45° 경사진 방향으로 설치되어 있고, 형광 물질로부터 발해지는 형광을 반사함과 함께, 형광 물질로부터 발해지는 형광의 파장에서 벗어난 파장의 광(즉, 액적으로부터의 산란광)을 투과하도록 되어 있다. 제3 수광부(57)는, 제1 광학 필터(58)에 대하여 광투과 창(52b)과는 반대측에 배치되어 있고, 제1 광학 필터(58)를 투과한 광을 수광해서 전기 신호로 변환하도록 되어 있다.
또한, 제2 광학 필터(59)는, 제1 광학 필터(58)의 도 15에서의 우측에 45° 경사진 방향으로 설치되어 있고, 제1 광학 필터(58)에 의해 반사된 광 중 제1 파장 범위의 광을 투과함과 함께, 제1 파장 범위와는 상이한 제2 파장 범위의 광을 반사하도록 되어 있다. 제1 수광부(54a)는, 제2 광학 필터(59)의 도 15에서의 우측에 배치되어 있고, 제2 광학 필터(59)를 투과한 광을 수광해서 전기 신호로 변환하도록 되어 있다. 또한, 제2 수광부(54a)는, 제2 광학 필터(59)의 도 15에서의 하측에 배치되어 있고, 제2 광학 필터(59)에 의해 반사된 광을 수광해서 전기 신호로 변환하도록 되어 있다.
제1 내지 제3 수광부(54a, 54b, 57)는, 예를 들어 광전자 증배관이며, 수광 강도에 대응하는 신호 레벨의 예를 들어 전류를 수광 출력 계측부(55)에 출력하도록 되어 있다.
이러한 제6 실시 형태에 의하면, 제1 파장 범위의 형광을 발하는 제1 형광 물질과 제2 파장 범위의 형광을 발하는 제2 형광 물질을 동일 종의 검출 대상 입자(예를 들어 노로바이러스)에 결합시킨 상태에서, 액적의 형광 강도를 제1 파장 범위 및 제2 파장 범위에서 각각 검출함으로써, 검출 대상 입자의 정확도가 높은 검출이 가능하게 된다.
또한, 제1 파장 범위의 형광을 발하는 제1 형광 물질을 제1 검출 대상 입자(예를 들어 노로바이러스)에 결합시킴과 함께, 제2 파장 범위의 형광을 발하는 제2 형광 물질을 제2 검출 대상 입자(예를 들어 인플루엔자 바이러스)에 결합시킨 상태에서, 액적의 형광 강도를 제1 파장 범위 및 제2 파장 범위에서 각각 검출함으로써, 2종류의 검출 대상 입자를 동시에 검출하는 것이 가능하게 된다.
또한, 형광 물질로부터 발해지는 형광의 파장에서 벗어난 파장의 광(즉, 액적으로부터의 산란광)의 강도를 검출함으로써, 데브리 판단이 가능하게 된다. 데브리 판단에 대해서 설명을 보충하면, 의류 부스러기 등의 소위 데브리로부터 발해지는 자가 형광의 파장이, 형광 물질로부터 발해지는 형광의 파장과 겹치는 경우가 있고, 이 경우, 데브리의 자가 형광이 제1 수광부(54a) 및/또는 제2 수광부(54b)에 의해 검출되는 경우가 있다. 그러나, 데브리는 비교적 크기 때문에 산란광도 커서, 제3 수광부(57)에서 큰 산란광이 검출될 것이다. 따라서, 제1 수광부(54a) 및/또는 제2 수광부(54b)에서 형광이 검출되는 동시에, 제3 수광부(57)에서 큰 산란광이 검출되는 경우에는, 데브리라고 판단한다. 이에 의해, 데브리의 자가 형광에 의한 노이즈를 저감할 수 있어, 검출 대상 입자의 검출 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 2개의 서로 다른 파장 범위(제1 파장 범위 및 제2 파장 범위)에서 형광 강도를 측정했지만, 3개 이상의 상이한 파장 범위에서 형광 강도를 측정해도 된다.
도 16은, 본 발명의 제7 실시 형태의 측정 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 16에 나타내는 측정 장치에서는, 액체 공급관(26)의 일단측을, 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질을 포함하는 액체가 수용된 액체 저류조(202)에 침지함과 함께, 액체 공급관(26)의 타단측을, 제1 실시 형태와 마찬가지로 주 배관(18)의 협소 부분(18a)에 연결시켜, 액적 형성부(13a)를 구성하도록 되어 있다.
이 경우, 흡인 펌프(17)에 의해 형성되는 주 배관(18) 내의 기류에 의해 액체 공급관(26)의 타단측이 부압으로 되고, 액체 저류조(202) 내의 액체가 액체 공급관(26)을 통해서 주 배관(18) 내에 끌려 들어가 에어로졸 형상의 액적이 형성된다. 그리고, 기류 중의 검출 대상 입자는, 주 배관(18)의 협소 부분(18a)을 통과할 때, 액체 공급관(26)의 타단측으로부터 인열된 액체 중에 도입된다. 따라서, 액체 중으로의 검출 대상 입자의 포집은 액적 형성부(13a)에 의해 행해지게 되기 때문에, 이 예에서는, 액적 형성부(13a)가 포집부를 겸용하고 있다고 할 수 있다. 액적 형성부(13a)에 의해 형성된 에어로졸 형상의 액적은, 주 배관(18) 내의 기류를 타고, 액적 선별부(14)에 보내져, 액적 선별부(14)에 있어서, 입경이 소정 값 미만인 액적이 선별된다. 이 예에서도, 이미 설명한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 예를 들어 도 17에 도시한 바와 같이, 액적 형성부(13a)가 포집부를 겸용하는 예에 있어서, 액체 공급관(26)의 도중에 송액 펌프(221)를 설치하고, 이 송액 펌프(221)의 송액 동작에 의해 액체 저류조(202) 내의 액체를 액적 형성부(13a)에 송출하도록 해도 된다.
또한, 예를 들어 도 18에 도시한 바와 같이, 포집부(12)로서 폭기조(90)가 사용되어도 된다. 도 18은, 포집부(12)로서 폭기조(90)를 사용하는 측정 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
도시된 예에서는, 액체 저류조(202) 내의 액체가 송액 펌프(221) 및 액체 유량 조정부(222)를 통해서 폭기조(90) 내에 공급된다. 또한, 검사 대상의 기체가 흡기 펌프(211)의 흡기 동작에 의해 기체 도입구(92)로부터 흡인되어, 기체 유량 조정부(212)를 통해서 산기 장치(91)에 보내진다. 그리고, 폭기조(90) 내의 액체 중에서 산기 장치(91)에 의해 검출 대상의 기체와 액체가 접촉되어, 이에 의해 기체 중의 검출 대상 입자가 액체 중에 포집된다. 도 20에서, 부호 93은 통기 포트이다. 이 경우, 도시된 바와 같이, 액체 공급관(26)의 일단을 폭기조(90) 내에 침지하고, 흡인 펌프(17)의 흡인에 의한 기류에 의해 액체를 액체 공급관(26)의 타단측으로부터 주 배관(18) 내에 끌어들여서 액적을 형성해도 되지만, 도 17과 마찬가지로 액체 공급관(26)의 도중에 송액 펌프를 설치하도록 해도 된다.
이상의 실시 형태에서는, 검사 대상의 기체로부터 검출 대상 입자를 검출하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 검사 대상이 되는 물질(검체)이 액체이어도 된다. 보다 상세한 일례를 들어 설명하면, 검사 대상이 되는 물질 그 자체가 액체이어도 되고, 검사 대상이 되는 물질이 이미 혼합된 용액을 검사 대상으로 해도 된다.
예를 들어, 도 19에 도시한 바와 같이, 측정 장치(100)는, 도 1에 도시하는 측정 장치(10)의 포집부(12) 및 액적 형성부(13) 대신에, 검체와 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질이 혼합된 액체로부터 에어로졸 형상의 액적을 형성하는 액적 형성부(113)를 구비하고 있어도 된다(제8 실시 형태).
액적 형성부(113)는, 0.1ml 내지 5ml의 용량을 갖는 소형 통 형상의 액체 수용부(71)와, 액체 수용부(71)의 하단부에 감합된 링 형상의 압전 진동자(72)와, 압전 진동자(72)의 링의 내측에 고정된 메쉬 형상 판재(73)를 갖고 있다. 액체 수용부(71)의 상단부에는, 내부에 이물이 들어가지 않도록 덮개(74)가 설치되어 있다. 압전 진동자(72)에는 도시하지 않은 전원이 전기적으로 접속되어 있다.
도시하지 않은 전원으로부터 압전 진동자(72)에 전압이 인가되어 있지 않을 때, 액체 수용부(71) 내에 수용된 액체는, 그 표면 장력에 의해, 메쉬 형상 판재(73)의 미세 구멍으로부터 유출되지 않도록 되어 있다.
한편, 도시하지 않은 전원으로부터 압전 진동자(72)에 전압이 인가될 때, 압전 진동자(72)가 메쉬 형상 판재(73)와 함께 초음파의 주파수 범위에서 진동하고, 액체 수용부(71) 내에 수용된 액체는, 메쉬 형상 판재(73)의 진동이 전파됨으로써, 메쉬 형상 판재(73)의 미세 구멍으로부터 에어로졸 형상의 액적으로 되어 낙하하도록 되어 있다.
액체 수용부(71)의 하단부에는, 절두원추통 형상의 가이드 부재(75)의 상단부가 연결되어 있고, 가이드 부재(75)의 하단부는 주 배관(18)에 연결되어 있다.
도 19에서, 도 1에 도시하는 제1 실시 형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
이어서, 이상과 같은 구성으로 이루어지는 측정 장치(100)의 작용에 대해서 설명한다.
먼저, 도 19에 도시한 바와 같이, 액적 형성부(113)의 덮개(74)가 액체 수용부(71)의 상단부로부터 제거되고, 액체 수용부(71)의 내부에, 액체 상태 또는 고체 상태의 검체와 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질이 혼합된 액체가, 0.1ml 내지 5ml의 용량으로 수용된다. 액체 상태 또는 고체 상태의 검체로서는, 예를 들어 혈액, 타액, 골수액, 소변, 세포 등이 사용된다. 그 후, 액체 수용부(71)의 상단부에 덮개(74)가 적재된다.
이어서, 흡인 펌프(17)에 의해 기체(예를 들어, 대기)가 더스트 제거부(11)를 통해서 주 배관(18) 내에 도입되어, 액적 형성부(13), 액적 선별부(14), 측정부(15) 및 액체 회수부(16)의 순서대로 흐르는 기류가 형성되고, 흡인 펌프(17) 및 도시하지 않은 필터를 통해서 배기된다.
이어서, 액적 형성부(113)의 압전 진동자(72)가 메쉬 형상 판재(73)와 함께 초음파의 주파수 범위에서 진동되고, 액체 수용부(71) 내에 수용된 액체가, 메쉬 형상 판재(73)의 미세 구멍으로부터 에어로졸 형상의 액적으로 되어 낙하한다.
액적 형성부(113)에 의해 형성된 에어로졸 형상의 액적은, 가이드 부재(75)에 의해 안내되어, 주 배관(18)에 공급되고, 주 배관(18)의 기류를 타고 액적 선별부(14)에 보내진다.
액적 선별부(14)에서는, 액적 형성부(113)로부터 공급된 액적을 포함하는 기류는, 중앙 챔버체(14a)의 원통형 내면을 따라 안내됨으로써, 둘레 방향으로 선회한다. 이때, 기류에 포함되는 입경이 소정 값 이상인 액적은, 원심력에 의해 중앙 챔버체(14a)의 내면측으로 분리되어, 당해 내면에 충돌해서 부착된다. 한편, 입경이 소정 값 미만인 액적은, 기류와 함께 둘레 방향으로 선회하면서 상승하여, 상방 챔버체(14b)의 상방측으로부터 측정부(15)에 공급된다.
그 후, 제1 실시 형태와 마찬가지의 공정에 의해, 측정부(15)에 있어서 액적의 형광 강도가 측정되고, 측정 결과에 기초하여, 검체 중에 검출 대상 입자가 포함되어 있는지 여부가 판단된다. 측정부(15)를 통과한 액적은, 액체 회수부(16)에서 기액 분리되고, 액체는 회수된다. 한편, 기체는, 액체 회수부(16)의 하류측에 설치되어 있는 흡인 펌프(17)에 의해 측정 장치(10)의 외부로 배기된다.
이상과 같은 제8 실시 형태에 의하면, 액적 형성부(113)에 있어서 초음파 진동을 이용함으로써, 0.1ml 내지 5ml라는 소량의 액체로부터 에어로졸 형상의 액적을 효율적으로 형성할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 주 배관(18)의 하류측 단부에 설치된 흡인 펌프(17)에 의해 주 배관(18) 내를 흐르는 기류를 형성했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 주 배관(18)의 상류측 단부에 압축 가스 도입부를 접속하고, 당해 압축 가스 도입부로부터 3 기압 정도의 압축 가스를 도입함으로써, 주 배관(18) 내를 흐르는 기류를 형성해도 된다.
도 20은, 액적 형성부(113)의 변형예를 도시하는 개략도이다. 도 20에서 액적 형성부에 부호 213을 붙여서 나타낸다.
도 20에 나타내는 액적 형성부(213)는, MEMS로 이루어지고, 0.1ml 내지 5ml의 용량을 갖는 소형 오목 형상의 액체 수용부(81)와, 액체 수용부(81)에 연통된 폭이 1mm 이하인 액체 유로(84)와, 액체 유로(84)의 선단부에 있어서 당해 액체 유로(84)에 합류하도록 설치된 가스 유로(82)와, 가스 유로(82)에 압축 가스를 도입하는 압축 가스 도입구(83)를 갖고 있다. 여기서, 「MEMS」란, 반도체 프로세스 기술을 사용해서 하나의 칩 상에 형성된 미소한 전기 기계 시스템이라는 의미이며, JIS C5630-1에 규정된 내용에 준한다.
액체 수용부(81) 내에는, 액체 상태 또는 고체 상태의 검체와 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질이 혼합된 액체가, 0.1ml 내지 5ml의 용량으로 수용된다. 액체 상태 또는 고체 상태의 검체로서는, 예를 들어 혈액, 타액, 골수액, 소변, 세포 등이 사용된다. 액체 수용부(81) 내에 수용된 액체는, 모세관 현상에 의해 액체 유로(84)의 선단까지 끌려 들어간다.
압축 가스 도입구(83)로부터 7 기압 정도의 압축 가스가 도입된다. 도입된 압축 가스는, 가스 유로(82)를 통과하여, 액체 유로(84)의 선단부로부터 외부로 방출된다. 이때, 벤추리 효과에 의해 액체 유로(84)의 선단부에 부압이 발생하고, 이 부압에 의해 액체 유로(84) 내의 액체가 흡인되어 인열된다. 이에 의해, 액체 수용부(81) 내에 수용된 액체로부터 에어로졸 형상의 액적이 형성된다.
이러한 형태에 의해서도, 0.1ml 내지 5ml라는 소량의 액체로부터 에어로졸 형상의 액적을 효율적으로 형성할 수 있다.
또한, 예를 들어 제7 실시 형태에서는, 액적 형성부(113)가, 초음파를 사용해서 액적을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 단, 상술한 바와 같이, 이것에 한정되는 것이 아니라, 액적 형성부(113)는, 입경이 20㎛ 미만인 액적을 포함하는 액적 군을 형성할 수 있으면, 임의의 방법을 사용해서 액적을 형성해도 된다. 또한, 측정 대상이나 측정 목적에 따라서는, 입경이 50㎛ 미만인 액적을 형성하도록 해도 된다. 예를 들어, 액적 형성부는, 네뷸라이저, 일렉트로 스프레이, 2 유체 노즐, 압전 소자(예를 들어, 버블 제트(등록 상표)), 초음파, 감압 처리 중 적어도 1개를 사용해서 에어로졸 형상의 액적 군을 형성해도 된다. 또한, 상술한 액적 형성 수단에 의해 형성할 수 있는 액적의 최소 직경은, 3nm 정도이다. 특히, 일렉트로 스프레이를 사용해서 액적을 형성하면 3nm 이상, 50㎛ 이하의 액적을 제어성 좋게 형성할 수 있다.
도 21 및 도 22는, 일렉트로 스프레이를 사용해서 액적을 형성하는 경우에 있어서의 측정 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 21에 나타내는 예에서는, 측정 장치는, 액적 형성부(413)로서 일렉트로 스프레이(400)와, 액체를 일렉트로 스프레이(400)에 제공하는 샘플 제공부(410)를 갖는다.
도 21에 나타내는 예에서는, 샘플 제공부(410)는, 검체와 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질이 혼합된 액체를 유지하는 바이얼(411)과, 바이얼(411)에 압력을 부여하는 압력부(412)를 갖는다. 또한, 도 21에 나타내는 예에서는, 바이얼(411)에 유지된 액체 중에는, 바이얼(411)에 유지된 액체를 방출부(402)에 공급하는 모세관(401)의 일단이 들어 있다.
또한, 도 21에 나타내는 예에서는, 일렉트로 스프레이(400)는, 모세관(401)과, 모세관(401)의 타단에 설치된 액체의 방출부(402)와, 기체의 도입구(403)와, 모세관(401)에 설치된 전극(404)과, 방출부(402)로부터 액체가 방사되는 방사 방향으로 설치된 전극(405)과, 전압 공급부(406)를 갖는다.
도 22에 도시한 바와 같이, 전압 공급부(406)는, 전극(404)과 전극(405)에 전압을 공급한다. 예를 들어, 전압 공급부(406)는, 전극(404)에 플러스의 전압을 공급하고, 전극(405)에 마이너스의 전압을 공급한다. 그 결과, 모세관(401)의 선단부가 되는 방출부(402)에는, 강력한 전계가 발생하고 있다.
여기서, 액적 형성부(413)가 액적을 형성하는 경우에는, 압력부(412)가 바이얼(411)에 압력을 가함으로써, 바이얼(411)로부터 액체가 모세관(401)을 통해서 일렉트로 스프레이(400)에 공급된다. 방출부(402)에는, 강력한 전계가 발생하고 있어, 액체의 표면에 하전을 갖는 이온이 모여 콘을 형성하게 된다. 이 콘을 테일러 콘(Taylor Cone)이라고도 칭한다. 그 후, 방출부(402)로부터, 액적이 형성되어 방출된다.
도 22에 나타내는 예에서는, 전극(405)은 중앙부에 구멍을 갖고 있다. 그 때문에, 방출부(402)에 의해 방출된 액적 중, 전극(405)의 중앙부의 구멍을 지난 액적이, 액적 선별부(14)에 보내지고, 그 후, 측정부(15)에 보내지게 된다. 또한, 방출부(402)로부터 방출된 액적은, 그 후 휘발성의 용매가 증발함으로써, 액적의 직경이 작아진다.
또한, 일렉트로 스프레이(400)를 갖는 측정 장치의 구성은, 도 21 및 도 22에 나타낸 예에 한정되는 것은 아니며, 임의의 구성으로 해도 된다. 예를 들어, 도 21 및 도 22에 나타내는 예에서는, 바이얼(411)에 유지된 액체를 압력부(412)가 압력을 가함으로써 일렉트로 스프레이(400)에 공급하는 경우를 예로 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 별도 펌프를 설치함으로써 액체를 일렉트로 스프레이(400)에 공급해도 되고, 임의의 방법을 사용해도 된다. 또한, 도 21 및 도 22에 나타내는 예에서는, 기체의 도입구(403)로부터 기체가 도입되는 경우를 예로 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 청정한 기체를 제공해도 되고, 청정한 기체와 CO2를 아울러 일렉트로 스프레이(400)의 내부에 넣어도 된다. 또한, 도 21 및 도 22에 나타내는 예에서는, 전극(405)이 방출부(302)로부터 액체가 방출되는 방사 방향으로 설치되는 경우를 예로 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전극(405)은, 방사부(402)로부터 액체가 방출되는 방사 방향을 따라서 설치되어도 된다. 예를 들어, 도 21에 나타내는 예에서는, 일렉트로 스프레이(400)의 내벽을 전극(405)으로 해도 된다.
10 : 측정 장치 100 : 측정 장치
11 : 더스트 제거부 12 : 포집부
13 : 액적 형성부 13a : 액적 형성부
113 : 액적 형성부 213 : 액적 형성부
413 : 액적 형성부 14 : 액적 선별부
14' : 액적 선별부 14a : 중앙 챔버체
14b : 상방 챔버체 14c : 하방 챔버체
141 : 제1 유로 142 : 제2 유로
15 : 측정부 15' : 측정부
16 : 액체 회수부 17 : 흡인 펌프
18 : 주 배관 18a : 협소 부분
19 : 조대 더스트 제거부 20 : 사이클론
21 : 사이클론 본체 22 : 기체 도입부
23 : 액체 도입부 23a : 탱크
23b : 액체 도입관 23c : 유량 조정부
24 : 흡인 배기부 24a : 흡인 배기 펌프
24b : 흡인 배기관 25 : 수위 검출부
26 : 액체 공급관 27 : 송액 펌프
41 : 제2 액체 도입부 42 : 임펠러(프로펠러)
43 : 회전 구동부 44 : 선회부
45 : 배기 구멍 46 : 가온 기구
51 : 발광부 52a : 광투과 창
52b : 광투과 창 53 : 광학 필터
54 : 수광부 54a : 제1 수광부
54b : 제2 수광부 55 : 수광 출력 계측부
56 : 케이스체 57 : 제3 수광부
58 : 제1 광학 필터 59 : 제2 광학 필터
60 : 제2 사이클론 61 : 제2 사이클론 본체
62 : 제2 기체 도입부 64 : 제2 흡인 배기부
64a : 제2 흡인 배기 펌프 64b : 제2 흡인 배기관
71 : 액체 수용부 72 : 압전 진동자
73 : 메쉬 형상 판재 74 : 덮개
75 : 가이드 부재 81 : 액체 수용부
82 : 가스 유로 83 : 압축 가스 도입구
84 : 액체 유로 90 : 폭기조
91 : 산기 장치 92 : 기체 도입구
93 : 통기 포트 202 : 액체 저류조
211 : 흡기 펌프 212 : 기체 유량 조정부
221 : 송액 펌프 222 : 액체 유량 조정부
301 : 액적 302 : 액적
303 : 검출 대상 입자에 결합하고 있지 않은 형광 물질을 포함하는 부분
304 : 검출 대상 입자에 결합한 형광 물질을 포함하는 부분
311 : 액적 312 : 액적
313 : 검출 대상 입자에 결합한 형광 물질을 포함하는 부분
314 : 검출 대상 입자에 결합하고 있지 않은 형광 물질을 포함하는 부분
400 : 일렉트로 스프레이 401 : 모세관
402 : 방출부 403 : 기체의 도입구
404 : 전극 405 : 전극
406 : 전압 공급부 410 : 샘플 제공부
411 : 바이얼 412 : 압력부

Claims (16)

  1. 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질과 검체가 혼합된 액체로부터 에어로졸 형상의 액적을 형성하는 액적 형성부와,
    상기 액적 형성부에 의해 형성된 액적 중, 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 액적 선별부와,
    상기 액적 선별부에 의해 선별된 액적에 광을 조사함과 함께, 상기 액적의 형광 강도를 측정하는 측정부,
    를 구비한 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액적 선별부는, 관성력을 이용해서 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 스프레이 챔버를 갖는 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스프레이 챔버는, 사이클론형 스프레이 챔버, 스콧형 스프레이 챔버 및 관성 분기형 스프레이 챔버로부터 이루어지는 군 중, 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액적 선별부는, 입경이 20㎛ 미만인 액적을 선별하는 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    기체 중에 포함되는 검출 대상 입자를 액체 중에 포집함과 함께, 상기 액체 중의 검출 대상 입자에 상기 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질을 결합시켜, 형광 물질과 검사 대상 입자가 혼합된 액체를 상기 액적 형성부에 공급하는 포집부
    를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액적 형성부는,
    0.1ml 내지 5ml의 용량을 갖고, 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질과 검체가 혼합된 액체가 수용되는 액체 수용부와,
    상기 액체 수용부의 하단부에 감합된 링 형상의 압전 진동자와,
    상기 압전 진동자의 링의 내측에 고정된 메쉬 형상 판재,
    를 갖는 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액적 형성부는,
    0.1ml 내지 5ml의 용량을 갖고, 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 물질과 검체가 혼합된 액체가 수용되는 액체 수용부와,
    상기 액체 수용부에 연통된 폭이 1mm 이하인 액체 유로와,
    상기 액체 유로의 선단부에 있어서 상기 액체 유로에 합류하도록 설치된 가스 유로와,
    상기 가스 유로에 압축 가스를 도입하는 압축 가스 도입구,
    를 갖는 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 액적의 형광 강도를 2종류 이상의 서로 다른 파장 범위에서 측정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 액적의 형광 강도를 측정함과 함께, 상기 액적의 산란광 강도를 측정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광 물질은, 형광 표지 항체인 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광 물질은, 복수의 형광 표지 항체에 의해 표면이 수식된 항체 응집 입자인 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
  12. 검출 대상 입자에 특이적으로 결합하는 형광 항체와 검체가 혼합된 액체로부터 에어로졸 형상의 액적을 형성하는 액적 형성 공정과,
    상기 액적 형성 공정에서 형성된 액적 중, 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 액적 선별 공정과,
    상기 액적 선별 공정을 통과한 액적에 광을 조사함과 함께, 상기 액적의 형광 강도를 측정하는 측정 공정,
    을 구비한 것을 특징으로 하는 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 액적 선별 공정에서는, 관성력을 이용해서 입경이 소정 값 미만인 액적을 선별하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 액적 선별 공정에서는, 입경이 20㎛ 미만인 액적을 선별하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광 물질은, 형광 표지 항체인 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  16. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광 물질은, 복수의 형광 표지 항체에 의해 표면이 수식된 항체 응집 입자인 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
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