WO2014188989A1 - 検出装置および検出方法 - Google Patents

Abstract

　検出装置では、捕集基板表面に粒子を吸着させて捕集し、加熱前後での蛍光量に基づいて吸着された粒子から生物由来の粒子を検出するものであって、加熱の後、クリーニング動作を行なって捕集基板の表面をリフレッシュし、繰り返し検出する。クリーニング動作は、捕集基板と電極との間に所定電圧を印加するステップ（Ｓ３１）と、印加の後、捕集基板を所定温度で加熱するステップ（Ｓ３３）と、加熱の後、捕集基板を冷却するステップ（Ｓ３５）と、冷却の後、捕集基板の表面に接触可能なリフレッシュ部材を捕集基板の表面に接触させるステップ（Ｓ３９）とを含む。

Description

検出装置および検出方法

　この発明は検出装置および検出方法に関し、特に、空気中の生物由来の粒子を検出する検出装置および検出方法に関する。

　従来、空気中の微生物の検出においては、落下菌法、衝突法、スリット法、多孔板法、遠心衝突法、インピンジャ法、およびフィルタ法などの方法で空気中の微生物を採取した後、培養し、出現するコロニーの計数を行なう。しかしながら、この方法では、培養に２日から３日が必要であり、リアルタイムでの検出は難しい。そこで、近年、特表２００８－５０８５２７号公報（特許文献１）、特表２００９－５０１９０７号公報（特許文献２）、および特表２０１０－５１３８４７号公報（特許文献３）のように、空気中の微生物に紫外光を照射して、微生物からの蛍光発光を検出して個数を計測する装置が提案されている。

　これら文献で提案されているような従来装置では、浮遊粒子が生物由来のものかどうかを判定する手段として、紫外線の照射により蛍光を発光するかどうかを判断する手法が採用されている。

特表２００８－５０８５２７号公報 特表２００９－５０１９０７号公報 特表２０１０－５１３８４７号公報

　上記特許文献１～３に開示されている方法では、生物由来の粒子からの蛍光信号をノイズ成分から分離する必要がある。その方法として予めしきい値を設定し、当該しきい値よりも大きいピーク値を持つ信号を生物由来の粒子からの蛍光信号として抽出する方法が挙げられる。

　しかしながら、生物由来の粒子からの蛍光は微少であるため、上記しきい値を小さく設定する必要がある。そのため、生物由来の粒子からの蛍光をノイズ成分から分離することが難しくなり、検出精度が低下するという問題があった。

　生物由来の粒子を検出するための検出装置は、バイオテロ対策や薬剤工場などに応用することが考えられる。このとき、空気中の生物由来の粒子が所定の濃度を超えた場合に警報を出すなどの応用が考えられるが、上記特許文献１～３に開示されている方法を利用すると上述のように生物由来の粒子からの蛍光量を表わす信号値が小さく、感度が低いことから、誤動作が生ずる場合があるという問題があった。

　本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、蛍光を利用して、生物由来の粒子をリアルタイムに高感度で精度よく検出することのできる検出装置および検出方法を提供することを目的としている。

　上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、検出装置は生物由来の粒子を検出するための検出装置であって、生物由来の粒子を捕集するための捕集基板と、捕集基板と対抗する位置に配された電極と、捕集基板を加熱するための加熱部と、捕集基板を用いて生物由来の粒子を捕集する捕集動作を実行するための捕集手段と、捕集基板から生物由来の粒子を検出する検出動作を実行するための検出手段と、捕集基板の表面に物を接触させることで捕集基板の表面から捕集された粒子を除去する、捕集基板の表面に対する清掃動作を実行するためのリフレッシュ手段とを備える。捕集手段は、リフレッシュ手段での清掃動作を間に挟んで、検出手段での検出動作の後に捕集動作を実行する。リフレッシュ手段での清掃動作は、捕集基板と電極との間における所定電圧での印加と捕集基板に対する所定温度での加熱とを実行するステップと、加熱の後の捕集基板を冷却するステップと、冷却の後の捕集基板の表面に物を接触させるステップとを含む。

　好ましくは、捕集手段での捕集動作は捕集基板と電極との間に所定の極性で電圧を印加するステップを含み、リフレッシュ手段は清掃動作において、捕集基板と電極との間に上記所定の極性と同じ極性で所定電圧を印加する。

　好ましくは、捕集手段での捕集動作は捕集基板と電極との間に所定の極性で電圧を印加するステップを含み、リフレッシュ手段は清掃動作において、捕集基板と電極との間に上記所定の極性とは逆の極性で所定電圧を印加する。

　好ましくは、リフレッシュ手段は清掃動作において、捕集基板と電極との間に印加する所定電圧の極性を交互にして、印加および加熱を実行するステップから接触させるステップまでを繰り返し実行する。

　好ましくは、検出装置は、捕集基板の表面に光を照射するように設置された発光素子と捕集基板の表面からの蛍光を受光するための受光素子とをさらに備え、検出手段は、加熱前後の、発光素子で照射された捕集基板からの蛍光量の差に基づいて、捕集基板で捕集された生物由来の粒子の量を算出するための算出手段を含む。

　本発明の他の局面に従うと、検出方法は生物由来の粒子を検出する方法であって、捕集基板と捕集基板に対して対抗する位置に配された電極との間に電圧を印加することで、空気中の粒子を捕集基板の表面に吸着させて捕集するステップと、捕集基板の表面に対して発光素子で照射した状態で、その表面からの蛍光を受光するステップと、捕集基板を加熱することで、捕集基板の表面に吸着された粒子を加熱するステップと、加熱の後の捕集基板の表面に対して発光素子で照射した状態で、その表面からの蛍光を受光するステップと、捕集基板の表面をリフレッシュするステップとを備える。リフレッシュするステップは、捕集基板と電極との間における所定電圧での印加と捕集基板に対する所定温度での加熱とを実行するステップと、加熱の後、捕集基板を冷却するステップと、冷却の後、捕集基板の表面に物を接触させるステップとを含み、リフレッシュするステップの後、捕集するステップに戻る。

　この発明によると、高精度で、生物由来粒子の検出を繰返し行なうことが可能となる。

加熱前後における、生物由来の粒子の蛍光強度の変化と粉塵の蛍光強度の変化とを示すグラフである。 実施の形態にかかる検出装置の概略を表わした図である。 実施の形態にかかる検出装置の概略を表わした図である。 実施の形態にかかる検出装置の概略を表わした図である。 検出装置における、捕集機構部、検出機構部、およびリフレッシュ機構部の位置関係の具体例と、捕集基板の移動の概略とを表わした図である。 検出装置の機能構成の具体例を示すブロック図である。 検出装置での動作の流れの具体例を表わしたフローチャートである。 クリーニング動作の流れを表わしたフローチャートである。 第１の実験で得られた、測定回数と迷光強度の増加変化との関係を表わした図である。 加熱温度ごとの、捕集基板からの蛍光強度の時間変化の測定結果を示した図である。 第２の実験および第３の実験に用いた検出装置の概略を表わした図である。 第２の実験で得られた、測定回数と迷光強度の増加変化との関係を表わした図である。 第３の実験で得られた、測定回数と迷光強度の増加変化との関係を表わした図である。

　以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらの説明は繰り返さない。

　＜生物由来の粒子の検出原理について＞
　本実施の形態における検出装置は、花粉や微生物、カビといった生物由来の粒子を検出するための装置である。本実施の形態における検出装置での生物由来の粒子を検出する原理は特定の原理に限定されるものではない。一例として、国際公開２０１１／１０４７７０号に開示されている原理を採用することができる。上記文献は、捕集治具表面に捕集した生物由来の粒子に対して加熱処理を施すことで、生物由来の粒子からの蛍光強度が増加することが見出されたことを開示している。以下、本実施の形態における検出装置がこの原理を採用した検出方法を行なうものとして説明する。最初に、上記原理について説明する。

　図１は、加熱前後における、生物由来の粒子の蛍光強度の変化と粉塵の蛍光強度の変化とを示すグラフである。

　空気中に浮遊する生物由来の粒子に紫外光または青色光を照射すると、生物由来の粒子は蛍光を発する。しかしながら、空気中には化学繊維の埃など（以下、粉塵とも言う）の、同様に蛍光を発する粒子が浮遊しており、蛍光を検出するのみでは、生物由来の粒子からのものであるのか粉塵からのものであるのかが区別されない。

　一方、生物由来の粒子および粉塵に対してそれぞれ加熱処理を施し、加熱前後における蛍光強度（蛍光量）の変化を測定すると、図１中に破線で示すように、粉塵から発せられる蛍光強度が加熱処理によって変化しないのに対して、図１中に実線で示すように、生物由来の粒子から発せられる蛍光強度は、加熱処理によって増加する。

　本実施の形態における検出装置では、生物由来の粒子と粉塵とが混合する粒子に対して、加熱前後の蛍光強度を測定し、その差分を求めることにより、生物由来の粒子の量を特定する。

　＜装置構成＞
　図２～図４は、本実施の形態にかかる検出装置１００の概略を表わした図である。

　図２～図４を参照して、検出装置１００はキャビネット３を有し、その内部に、捕集機構部１０１と、検出機構部１０２と、リフレッシュ機構部１０３とを含む。また、検出装置１００は、キャビネット３の外部または内部に、後述する蛍光強度を表わす信号を処置するための信号処理部３０と、蛍光強度を測定することで導入された空気中の生物由来の粒子を検出するための測定部４０とを含む。測定部４０は、検出動作のための各部の制御も行なう。

　捕集機構部１０１と検出機構部１０２とは隣接して配置され、その間（隣接部分）にリフレッシュ機構部１０３が配される。隣接した捕集機構部１０１と検出機構部１０２との境には、後述するように可動式の捕集基板１２が通過可能な図示しない通路が設けられる。

　捕集機構部１０１は、内空を有する匡体を有し、その一方端に導入孔１０、他方端に排出孔１１が設けられている。導入孔１０にはフィルタ（プレフィルタ）または検出対象である微生物のサイズより大きな粒子を除去するサイクロン式の分級装置が設けられてもよい。

　排出孔１１近傍には、空気導入機構の一例としてのファン５０が配される。ファン５０の図示しない駆動機構は測定部４０によって制御され、その回転が制御される。ファン５０が回転することによって、図２に表わされたように、外気が導入孔１０から捕集機構部１０１の匡体内に導入され、排出孔１１から排気される。好ましくは、ファン５０で導入する空気の流速は０．１Ｌ（リットル）／ｍｉｎから５ｍ³／ｍｉｎである。

　空気導入機構の例としては、検出装置１００外に設置されたポンプおよびその駆動機構などであってよい。また他の例として、検出装置１００内に組み込まれた熱ヒータやマイクロポンプ、マイクロファン、およびその駆動機構などであってもよい。また、当該検出装置１００が空気清浄機や空気調和機などに組み込まれるものである場合、空気導入機構は、空気清浄機等の空気清浄装置部分の空気導入機構と共通とする構成であってもよい。

　匡体内部には、捕集機構の一例として針状の放電電極１と捕集基板１２とが配備されている。

　捕集基板１２は、導電性の透明の皮膜が形成されたガラス板などからなる支持基板である。支持基板はガラス板には限定されず、その他、セラミック、タングステン等の金属等であってもよい。また、支持基板表面に形成される皮膜は、透明に限定されない。他の例として、支持基板は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）や金属皮膜をセラミック等の絶縁材料またはシリコン等の金属基板の上に形成して構成されてもよい。また、支持基板がシリコン等の金属材料の場合は、その表面に皮膜を形成する必要もない。

　匡体内部、または外部に高圧電源２が配され、放電電極１は高圧電源２の負極に電気的に接続される。捕集基板１２は、高圧電源２の正極またはグランドに電気的に接続される。これにより、放電電極１と捕集基板１２表面との間に電位差が発生し、これらの間に図２では上向きの電界が構成される。これらの電気的な接続／非接続も、測定部４０によって制御される。

　放電電極１は、捕集基板１２表面との間の電位差によって電子を放出する。これにより、導入孔１０から導入された空気中の浮遊粒子は、放電電極１付近にて負に帯電される。

　負に帯電した粒子は、静電気力で捕集基板１２の方向に移動する。帯電した粒子が導電性の皮膜に吸着されることで、捕集基板１２上に捕集される。

　放電電極１は、図２に表わされたように、好ましくは針状の電極が用いられる。針状の電極が用いられることで、帯電した粒子が捕集基板１２上の放電電極１に対面する狭い範囲に吸着する。これにより、後述する検出工程において、捕集された粒子から生物由来の粒子を効率的に検出することができる。

　なお、さらに図２の例では、捕集基板１２の上の略中央に孔を有し、放電電極１をその孔をくぐるように設置するための、絞り板１３が設けられている。この絞り板１３が配置されることにより、導入孔１０から導入された空気の流路は絞り板１３の孔の径に狭められ、空気中の粒子は、絞り板１３を通過する際に放電電極１にて帯電される。そして、その狭められた流路のまま捕集基板１２に到達するため、帯電した粒子が捕集基板１２上のある程度狭い範囲に吸着することになる。

　捕集基板１２の放電電極１の反対側の面にはヒータ１５と図示しない温度センサとが配されている。ヒータ１５としては、好適にはセラミックヒータが用いられる。温度センサは、基板表面の加熱温度を制御するために用いられ、設置個所は特定の箇所に限定されない。

　温度センサは電気的に測定部４０と接続され、センサ信号を測定部４０に入力する。ヒータ１５は電気的に測定部４０と接続され、加熱量（加熱時間、加熱温度等）が制御される。

　捕集基板１２は、捕集治具５１によって、捕集基板１２を移動させるための機構の一例である、モータ１４を駆動力として回転可能な回転ベース５２に固定されている。捕集基板１２を移動させるための機構の一例として、捕集基板１２は、捕集治具５１によって、回転ベース５２のモータ１４による回転中心からずれた位置に固定される。これにより、捕集基板１２は、モータ１４による回転ベース５２の回転によって、位置が可変となる。

　図５は、捕集機構部１０１、検出機構部１０２、およびリフレッシュ機構部１０３の位置関係の具体例と、捕集基板１２の移動の概略とを表わした図である。

　図５を参照して、捕集機構部１０１および検出機構部１０２は、一例としてキャビネット３内の略直線上に並列して配置され、リフレッシュ機構部１０３は、捕集機構部１０１および検出機構部１０２の中央であって、上記直線上にはない位置に配置される。

　回転ベース５２は一例として矩形の板状部材で形成され、長手方向の一端の近傍がモータ１４の回転中心となる。他方の端部の近傍に捕集基板１２が捕集治具５１によって固定されている。

　回転ベース５２の回転中心は、捕集機構部１０１と検出機構部１０２との間に位置し、回転ベース５２の回転によって捕集基板１２が、捕集機構部１０１、リフレッシュ機構部１０３、および検出機構部１０２の順（図５のＡ→Ｃ→Ｂの順）に移動する。

　リフレッシュ機構部１０３は後述するように、捕集基板１２に接する位置に配置されたブラシ１６を含むため、回転ベース５２の回転によって捕集基板１２がリフレッシュ機構部１０３を通過するたびに、その表面がリフレッシュされる。

　図２は、捕集基板１２が捕集機構部１０１内に位置している状態を表わしている。この状態は捕集動作中の状態を表わしており、捕集動作中の捕集基板１２の位置（図５のＡの位置）を「捕集位置」とも称する。

　図３は、捕集基板１２が検出機構部１０２内に位置している状態を表わしている。この状態は検出動作中の状態を表わしており、検出動作中の捕集基板１２の位置（図５のＢの位置）を「検出位置」とも称する。

　図４は、捕集基板１２が捕集機構部１０１と検出機構部１０２との間に配されたリフレッシュ機構部１０３を通過している状態を表わしている。この状態は、後述するリフレッシュ動作中の状態を表わしており、リフレッシュ動作中の捕集基板１２の位置（図５のＣの位置）を「リフレッシュ位置」とも称する。

　測定部４０は、モータ１４に電気的に接続されてその回転を制御することで、捕集基板１２の移動を制御する。捕集基板１２の位置を検出するための図示しない位置センサが設けられ、そのセンサ信号が測定部４０に入力されてもよい。

　検出機構部１０２もまた内空を有する匡体を有し、その内部に、光源である発光素子６と受光部９とを含む。

　発光素子６は好適には半導体レーザが用いられ、レーザ光を照射する。またはＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）素子を含んでもよい。波長は、生物由来の粒子を励起して蛍光を発させるものであれば、紫外または可視いずれの領域の波長でもよい。好ましくは、特表２００８－５０８５２７号公報に開示されているように、微生物中に含まれ、蛍光を発するトリプトファン、ＮａＤＨ、リボフラビン等が効率よく励起される３００ｎｍから４５０ｎｍである。

　受光部９は、従来用いられている、フォトダイオード、イメージセンサ、光電子増倍管などが用いられる。好適にはフォトダイオードが用いられる。

　図３に表わされたように、捕集基板１２は上記の移動させるための機構によって検出機構部１０２の匡体内に移動して検出動作中の状態となる。発光素子６は、照射方向がこの状態の捕集基板１２に向かう方向、捕集基板１２表面に照射光が届く位置に配置される。

　発光素子６からの照射による捕集基板１２上の照射領域の形状は特定の形状に限定されず、円形、楕円形、四角形などであってよい。照射領域は特定のサイズに限定されないが、好ましくは、円の直径または楕円の長軸方向の長さまたは四角形の１辺の長さが約０．０５ｍｍから５０ｍｍである。

　発光素子６は測定部４０に電気的に接続されて、発光、消灯が制御される。
　受光部９は、捕集基板１２からの発光を受光範囲とする向き、位置に設置される。

　受光部９は、信号処理部３０に電気的に接続されて、受光量に応じた電流信号を信号処理部３０に入力する。信号処理部３０は、測定部４０に電気的に接続されて、電流信号を処理した結果を測定部４０に入力する。したがって、捕集基板１２表面に発光素子６から光が照射されたときに受光部９において受光される光量が、信号処理部３０において検出される。

　受光部９は、捕集基板１２表面に粒子の付着が極めて少ない状態では発光素子６から発光された光による迷光を受光する。すなわち、捕集基板１２表面に粒子の付着が極めて少ない状態では、受光部９によって受光される光には発光素子６から発光された光が装置内で反射することで受光部９で受光される光や捕集基板１２の成分からの微少蛍光などが含まれる。

　捕集基板１２表面に粒子が付着している（捕集されている）場合には、受光部９は、粒子または粒子間からの散乱光、粒子からの蛍光、上記迷光などを受光することになる。

　リフレッシュ機構部１０３は、ブラシ固定部１７およびブラシ押さえ１８により支持される、捕集基板１２表面に付着した粒子をリフレッシュするための部材の一例としてのブラシ１６を含む。

　ブラシ１６は、繊維集合体から形成されている。好ましくは、ブラシ１６は、導電性を有する繊維集合体から形成されている。より好ましくは、ブラシ１６は、カーボンファイバから形成されている。また、好ましくは、ブラシ１６を形成する繊維集合体の線径は、直径０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下である。

　捕集基板１２表面に付着した粒子をリフレッシュするための部材は、ブラシの他、捕集基板１２の表面と接触する平板状のワイパーであってもよいし、捕集基板１２の表面に向けて空気を噴き出すノズルであってもよい。

　図４に表わされたように、捕集基板１２は上記の移動させるための機構によって捕集機構部１０１と検出機構部１０２との間のリフレッシュ機構部１０３に位置してリフレッシュ動作中の状態となる。

　ブラシ１６は、一方が支持端１６ｑであり、他方が自由端１６ｐである。支持端１６ｑは、ブラシ固定部１７およびブラシ押さえ１８により支持されている。ブラシ１６は、支持端１６ｑから自由端１６ｐへの方向が下方に向かう方向に設置される。図４を参照して、捕集基板１２が捕集機構部１０１と検出機構部１０２との間、つまりブラシ固定部１７の下方に位置しているときに、ブラシ１６の自由端１６ｐは、捕集基板１２の表面に接触する。

　ブラシ１６の自由端１６ｐが捕集基板１２の表面に接触した状態で捕集基板１２が上記の移動させるための機構によって移動することにより（図５のＡ→Ｃ→Ｂ）、捕集基板１２表面に付着している粒子が除去される。捕集基板１２は、ブラシ１６がその表面を数回往復するように、反復移動されてもよい。

　なお、捕集基板１２は、回転ベース５２の回転によって、表面がブラシ１６の自由端１６ｐと接触せずに検出位置と捕集位置との間で移動することも可能である。捕集基板１２の表面をブラシ１６の自由端１６ｐと接触させないで捕集基板１２を検出位置と捕集位置との間で移動させる方法の一例として、回転ベース５２の回転によって、捕集基板１２を図５においてＢ→Ａと移動させる方法が挙げられる。つまり、リフレッシュ位置Ｃを経ずに図５の下側を通過して検出位置と捕集位置との間で移動させる方法が挙げられる。また、他の例として、回転ベース５２の回転によって捕集基板１２を図５においてＡ→Ｃ→Ｂの順に移動させ、リフレッシュ位置を通過する際に図示しない駆動機構によってブラシ１６を自由端１６ｑが捕集基板１２の表面に接触しない位置に引き上げる方法が挙げられる。

　＜動作概要＞
　検出装置１００は、検出動作として、空気中の粒子を捕集するための動作である捕集動作と、捕集された粒子の中の生物由来の粒子の量を測定するための測定動作とを行なう。それら動作の間に、検出装置１００は、捕集基板１２の表面をリフレッシュするためのリフレッシュ動作を行なう。さらに、検出装置１００は、上記捕集動作と測定動作とを繰り返すために、測定動作の後に捕集基板１２の表面をクリーニングするためのクリーニング動作を行なう。

　＜機能構成＞
　図６は、検出装置１００で上記動作を行なうための機能構成の具体例を示すブロック図である。図６では、信号処理部３０の機能が主に電気回路であるハードウェア構成で実現される例が示されている。しかしながら、これら機能のうちの少なくとも一部は、信号処理部３０が図示しないＣＰＵを備え、該ＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される、ソフトウェア構成であってもよい。また、測定部４０の構成がソフトウェア構成である例が示されている。しかしながら、これら機能のうちの少なくとも一部は、電気回路などのハードウェア構成で実現されてもよい。

　図６を参照して、信号処理部３０は、受光部９に接続される電流－電圧変換回路３４と、電流－電圧変換回路３４に接続される増幅回路３５とを含む。

　測定部４０は、制御部４１、記憶部４２、およびクロック発生部４３を含む。さらに、測定部４０は、モータ１４、ヒータ１５、およびファン５０を駆動させるための駆動部４８を含む。

　捕集基板１２上に捕集された粒子に対して発光素子６から照射されることで、照射領域にある当該粒子からの蛍光が、受光部９に集光される。受光部９から、受光量に応じた電流信号が信号処理部３０に対して出力される。電流信号は、電流－電圧変換回路３４に入力される。

　電流－電圧変換回路３４は、受光部９から入力された電流信号より蛍光強度を表わすピーク電流値Ｈを検出し、電圧値Ｅｈに変換する。電圧値Ｅｈは増幅回路３５で予め設定した増幅率に増幅され、測定部４０に対して出力される。測定部４０の制御部４１は信号処理部３０から電圧値Ｅｈの入力を受け付けて、順次、記憶部４２に記憶させる。

　クロック発生部４３はクロック信号を発生させ、制御部４１に対して出力する。制御部４１は、クロック信号に基づいたタイミングで、モータ１４、ヒータ１５、およびファン５０を駆動させるための制御信号を駆動部４８に対して出力して、これらの動作を制御する。また、制御部４１は発光素子６および受光部９と電気的に接続され、それらのＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、制御部４１は、高圧電源２を放電電極１および捕集基板１２それぞれと電気的に接続するための図示しない機構と電気的に接続され、放電電極１および捕集基板１２に対する電圧の印加や極性を制御する。

　制御部４１は計算部４１１を含み、計算部４１１において、記憶部４２に記憶された電圧値Ｅｈを用いて、導入された空気中の生物由来の粒子量が算出される。

　計算部４１１で算出された粒子量は、制御部４１から外部装置に対して出力されてもよいし、図示しない表示装置に表示されてもよいし、図示しない記録媒体に記録されてもよい。

　＜動作フロー＞
　図７は、検出装置１００での動作の流れの具体例を表わしたフローチャートである。

　図７を参照して、ステップＳ１で、測定部４０の制御部４１は、捕集基板１２を捕集位置にして捕集動作を行なう。すなわち、ステップＳ１で制御部４１は、ファン５０を正転方向に駆動させることによって捕集機構部１０１の匡体に外気を導入するとともに、高圧電源２を放電電極１および捕集基板１２それぞれと電気的に接続することによって放電電極１と捕集基板１２との間に電位差を発生させる。これにより、空気中の粒子が捕集基板１２の表面に捕集される。

　ステップＳ３で制御部４１は、捕集基板１２を、表面をブラシ１６の自由端１６ｐと接触させずに検出位置に移動させる。ステップＳ３で制御部４１は、一例として、モータ１４を、回転ベース５２が図５の下周りに回転する方向で、規定量、駆動させる。これによって、回転ベース５２が図５の下周りに回転し、捕集基板１２がリフレッシュ位置Ｃを経ずに捕集機構部１０１から検出機構部１０２の所定の位置である検出位置に移動する。なお、上記したように、ステップＳ３で制御部４１は図５の上周りに捕集基板１２を移動させ、リフレッシュ位置を通過する際に図示しない駆動機構によってブラシ１６を自由端１６ｑが捕集基板１２の表面に接触しない位置に引き上げるようにしてもよい。この移動方法は、後述する、ステップＳ７およびステップＳ１３でも同様である。

　ステップＳ５で制御部４１は、加熱前の蛍光量Ｓ１を測定する。すなわち、ステップＳ５で制御部４１は、発光素子６を点灯させて検出位置にある捕集基板１２に捕集された粒子に向けて励起光を照射するとともに、受光部９によって捕集基板１２表面からの蛍光を所定時間、受光させる。この蛍光は、励起光の照射に伴って捕集基板１２表面の粒子から発せられるものである。受光部９からの電流信号よって、測定部４０は、捕集基板１２に捕集された粒子の加熱前の蛍光強度Ｓ１を測定する。

　ステップＳ７で制御部４１は、捕集基板１２を捕集位置に戻す。ステップＳ７での制御部４１の制御は、ステップＳ３での制御と同様である。すなわち、一例として、ステップＳ７で制御部４１は、モータ１４を、回転ベース５２が図５の下周りに回転する方向で、規定量、駆動させる。これによって、回転ベース５２が回転し、捕集基板１２がその表面がブラシ１６の自由端１６ｐと接触せずに検出機構部１０２から捕集機構部１０１の所定の位置である捕集位置に移動する。

　ステップＳ９で制御部４１は加熱動作を行なう。すなわち、ステップＳ９で制御部４１は、ヒータ１５を所定時間、通電させる。これにより、捕集基板１２に捕集された粒子を加熱する。

　ステップＳ１１で制御部４１は冷却動作を行なう。すなわち、ステップＳ１１で制御部４１は、ヒータ１５への通電を停止することで、捕集基板１２を冷却する。さらに、好ましくは、制御部４１は、所定時間、ファン５０を駆動させる。これにより、捕集機構部１０１に外気が導入されて、捕集基板１２の冷却が促進される。

　ステップＳ１３で制御部４１は、捕集基板１２を検出位置に移動する。ステップＳ１３での制御部４１の制御は、ステップＳ３での制御と同様である。すなわち、一例として、ステップＳ１３で制御部４１は、モータ１４を、回転ベース５２が図５の下周りに回転する方向で、規定量、駆動させる。これによって、回転ベース５２が回転し、捕集基板１２がその表面がブラシ１６の自由端１６ｐと接触せずに捕集機構部１０１から検出機構部１０２の所定の位置である検出位置に移動する。

　ステップＳ１５で制御部４１は、加熱後の蛍光量Ｓ２を測定する。すなわち、ステップＳ１５で制御部４１は、発光素子６を点灯させて検出位置にある捕集基板１２に捕集された粒子に向けて励起光を照射するとともに、受光部９に捕集基板１２表面からの蛍光を所定時間、受光させる。受光部９からの電流信号よって、制御部４１は、捕集基板１２に捕集された粒子の加熱後の蛍光強度Ｓ２を測定する。

　ステップＳ１７で制御部４１は、捕集基板１２をリフレッシュ位置に移動する。すなわち、ステップＳ１７で制御部４１は、モータ１４を規定量、駆動させる。これによって、回転ベース５２が回転し、捕集基板１２がリフレッシュ機構部１０３の所定の位置であるリフレッシュ位置に移動する。

　ステップＳ１９で制御部４１は、リフレッシュ動作を行なう。すなわち、ステップＳ１９で制御部４１は、モータ１４を規定量、正転方向と反転方向とを交互に駆動させる。これにより、捕集基板１２の表面にブラシ１６が接触した状態で回転ベース５２が正転方向と反転方向と交互に回転するので、捕集基板１２表面から粒子が除去される。

　さらにこのとき、制御部４１は、所定時間、ファン５０を駆動させてもよい。これにより、捕集基板１２から除去されて空気中を飛散する粒子が排出孔１１からキャビネット３の外部に排出される。なお、検出装置１００は、排出孔１１からキャビネット３の外部に排出された粒子を回収するため、排出孔１１とファン５０との間にフィルタを有してもよい。

　ステップＳ２１で制御部４１は、捕集基板１２を捕集位置に戻す。すなわち、ステップＳ２１で制御部４１は、上記ステップＳ７と同じ動作を行なう。その後、制御部４１はステップＳ２３で後述するクリーニング動作を行なった上で、ステップＳ１以降の動作を繰り返すことで、連続的に空気中の生物由来の粒子を検出する。

　制御部４１が上記リフレッシュ動作を含む上記動作を繰り返すことで、リフレッシュ動作を行なわない場合と比較して測定回数に伴う迷光強度の増加を抑えることができる。ただ、測定環境によっては、その増加は大きくなると考えられる。

　すなわち、捕集基板１２に発光素子６からの照射することにより生じる迷光は、捕集基板１２表面に残存した微生物および埃に起因するものであり、微生物からの蛍光と微生物および埃からの散乱光とが主が大部分を占めると考えられる。測定回数が増えるに連れて捕集基板１２表面に残存する微生物や埃は増加するために、迷光強度は増加する。残存する微生物や埃の増加は、測定環境が劣悪である（外気に埃や微生物が多く含まれる環境）ほど大きくなる。そのため、測定環境が劣悪であるほど微生物等からの蛍光が累積されることになる。そのため、測定環境が劣悪であるほど、連続して実施可能な測定動作の回数が制約されてしまう。

　そこで、本実施の形態にかかる検出装置１００は、上記ステップＳ２１の後、ステップＳ２３でクリーニング動作を行なう。

　図８は、上記ステップＳ２３でのクリーニング動作の流れを表わしたフローチャートである。

　図８を参照して、ステップＳ３１で制御部４１は、ファン５０を動作させずに、高圧電源２を放電電極１および捕集基板１２それぞれと予め規定した関係で、予め規定した時間、電気的に接続することによって放電電極１と捕集基板１２との間に所定の極性の電位差を発生させる。上記規定した時間は、たとえば１分～１時間であり、好ましくは、１分～３０分程度とする。この規定の時間は検出環境等により規定される。すなわち、検出装置１００で実際に繰返し測定を行なって、実験的に迷光強度の増加が少ない条件を決定することで得られる。

　制御部４１が、高圧電源２の負極側を放電電極１に接続し、正極側を捕集基板１２に接続することで、放電電極１および捕集基板１２に対して捕集動作時と同じ極性の高圧が印加されることになる。制御部４１が、高圧電源２の正極側を放電電極１に接続し、負極側を捕集基板１２に接続することで、放電電極１および捕集基板１２に対して捕集動作時と逆の極性の高圧が印加されることになる。いずれの極性で印加させるかについては、検出環境等により規定される。すなわち、検出装置１００で実際に繰返し測定を行なって、実験的に迷光強度の増加が少ない条件を決定することで得られる。

　ステップＳ３３で制御部４１は、捕集基板１２を移動させずに、ヒータ１５を所定時間、また、所定熱量で通電させる。上記所定熱量は、たとえば１８０℃～３５０℃であり、好ましくは１８０℃～２５０℃の加熱温度となる熱量である。また、上記所定時間はたとえば１分～１時間であり、好ましくは１分～３０分である。上記所定時間および所定熱量は検出環境等により規定される。すなわち、検出装置１００で実際に繰返し測定を行なって、実験的に迷光強度の増加が少ない条件を決定することで得られる。

　ステップＳ３５で制御部４１は、ヒータ１５への通電を停止することで、捕集基板１２を冷却する。さらに、好ましくは、制御部４１は、所定時間、ファン５０を駆動させる。これにより、捕集機構部１０１に外気が導入されて、捕集基板１２の冷却が促進される。

　ステップＳ３７で制御部４１は、捕集基板１２をリフレッシュ位置に移動する。ステップＳ３７で制御部４１は、上記ステップＳ１７と同じ動作を行なう。

　ステップＳ３９で制御部４１は、リフレッシュ動作を行なう。ステップＳ３９で制御部４１は、上記ステップＳ１９と同じ動作を行なう。

　ステップＳ４１で制御部４１は、捕集基板１２を捕集位置に戻す。ステップＳ２１で制御部４１は、上記ステップＳ７と同じ動作を行なう。

　クリーニング動作で、制御部４１は、上記ステップＳ３１～Ｓ４１の動作を予め規定した回数繰り返す。すなわち、制御部４１は、規定回数上記動作を繰り返すことによって捕集基板１２表面に残留する粒子を除去する動作を連続的に実行する。上記規定回数は、たとえば１回～５０回である。上記規定回数は検出環境等により規定される。すなわち、検出装置１００で実際に繰返し測定を行なって、実験的に迷光強度の増加が少ない条件を決定することで得られる。

　上記動作が規定回数行なわれると（ステップＳ４３でＹＥＳ）、制御部４１は一連のクリーニング動作を終了して図７のステップＳ１に動作を戻し、以降の動作を繰り返す。

　なお、制御部４１は、上記ステップＳ２３のクリーニング動作を必ずしも一連の検出動作の都度、行なわなくてもよい。すなわち、制御部４１は、図７の一連の検出動作を所定回数繰り返すごとにクリーニング動作を行なうようにしてもよい。

　クリーニング動作の頻度は測定環境や測定状況によって決定されてよい。たとえば、測定環境が非常に微生物や埃が多い場合は、制御部４１は、上記ステップＳ１９のリフレッシュ動作に替えてクリーニング動作を行なってもよい。また、たとえば朝から夕方の通常業務時間、などの規定された期間、連続して検出動作を行なう場合、業務時間後である規定された期間の後にクリーニング工程を上記の規定回数実行するようにしてもよい。

　＜実験の説明＞
　発明者らは、本実施の形態にかかる検出装置１００の効果を検証するため、検出装置１００をさまざまな条件で用いて検出動作を行なわせる実験を行なった。以下に、発明者らによる実験について説明する。

　（実験１）
　第１の実験で発明者らは、図２～図４に示された検出装置１００を用いて、検出動作ごとの迷光強度の増加変化を測定した。第１のケースとしてクリーニング動作をスキップして図７の検出動作を行ない、第２のケースとして検出動作に対して所定の頻度でクリーニング動作を行なっている。なお、第１の実験の第２のケースでのクリーニング動作は、上記ステップＳ３１での所定の極性として、捕集動作と同じ極性で行なうこととした。

　詳しくは、捕集動作で放電電極１に対して負極性で４ＫＶ、１５分間印加した。検出動作で発光素子６の照射光はピーク波長４０５ｎｍの青色レーザ光であり、発光素子６のレーザ出力を１８ｍＷとした。上記ステップＳ１９のリフレッシュ動作でのリフレッシュ回数は１０往復とした。クリーニング動作で、負極性で４ＫＶで１５分印加し、２２０℃で１０分間、加熱した。上記ステップＳ３９のリフレッシュ動作でのリフレッシュ回数は１０往復とし、クリーニング動作の繰り返し回数は３回とした。そして、検出動作２４回につき１回クリーニング動作を実行するものとした。

　図９は、第１の実験で得られた、測定回数と迷光強度の増加変化との関係を表わした図である。

　図９において、ケース１で示された結果がクリーニング動作をスキップした第１のケースでの測定結果であって、１５０回繰返して測定を行なった結果、約１．７Ｖ／ｓｅｃ迷光強度が増大している。ケース２で示された結果が検出動作２４回につき１回、クリーニング動作を行なった第２のケースでの測定結果であって、１５０回繰返して測定を行なった結果、約１．１Ｖ／ｓｅｃ迷光強度が増大している。

　第１の実験の結果より、クリーニング動作を行なった場合、行なわなかった場合と比較して迷光強度の増大が約６５％となっている。そのため、クリーニング動作を行なうことで迷光強度の増大が抑えられることがわかった。

　第１の実験でのクリーニング動作では、ファン５０が動作せずに放電電極１に対して負の電圧が印加される。そのため、捕集基板１２表面の粒子の中で正電荷に帯電しやすいものは正電荷に帯電する。その後、２２０℃に加熱されることで、正電荷に帯電した粒子間に生じる反発と熱対流とにより、一部の粒子は捕集基板１２表面から除去される。また、捕集基板１２表面に残留した生物由来の粒子の蛍光発光能力は減少する。

　なお、加熱と生物由来の粒子の蛍光発光能力との関係については特開２０１２－２４９５９３号公報に開示されている。すなわち、上記文献に開示されている実験結果である図１０は、カビ菌をサンプルとして用いて、加熱量と蛍光強度との変化を測定した結果であって、カビ菌を付着させ捕集基板を２００℃に加熱した後、さらに、２５０℃まで加熱した場合、および３００℃まで加熱した場合の、捕集基板からの蛍光強度の時間変化の測定結果を示している。図１０の横軸は加熱保持時間（分）を表わし、縦軸は処理前の蛍光強度に対する処理後の蛍光強度の比率を表わしている。図１０の結果より、生物由来の粒子は２００℃以上の加熱により加熱温度に応じて蛍光発光能力が減少することがわかった。

　（実験２）
　第２の実験で発明者らは、図１１に示された検出装置を用いた。図１１を参照して、本実験に用いた検出装置では、放電電極１にそれぞれ接続可能な、極性の異なる２つの高圧電源２ａ，２ｂが用意されており、放電電極１に正極または負極の電圧が個別に印加可能となっている。その他は図２～図４に示された検出装置１００と同様である。

　第２の実験では、上記第１の実験と概ね同じ条件で検出動作を行なわせた。すなわち、第１のケースとしてクリーニング動作をスキップして繰り返し図７の検出動作を行なって、１５０回目の迷光を測定した。第２のケースとして検出動作２４回につき１回クリーニング動作を実行し、１５０回目の迷光を測定した。ただし、第２の実験でのクリーニング動作は、上記ステップＳ３１での所定の極性として、捕集動作とは逆の極性、すなわち、正極性とした。

　図１２は、第２の実験で得られた、測定回数と迷光強度の増加変化との関係を表わした図である。

　図１２において、ケース１で示された結果がクリーニング動作をスキップした第１のケースでの測定結果であって、１５０回繰返して測定を行なった結果、約１．６Ｖ／ｓｅｃ迷光強度が増大している。ケース２で示された結果が検出動作２４回につき１回、クリーニング動作を行なった第２のケースでの測定結果であって、１５０回繰返して測定を行なった結果、約１．３Ｖ／ｓｅｃ迷光強度が増大している。

　第２の実験の結果より、クリーニング動作を行なった場合、クリーニング動作を行なわなかった場合と比較して迷光強度の増大が約８０％になっている。そのため、第２の実験での方法でも、クリーニング動作を行なうことで迷光強度の増大が抑えられることがわかった。

　なお、粒子によっては正電荷に帯電しやすいものと、負電荷に帯電しやすいものがあり、いずれの粒子が多く捕集基板１２に捕集されるかは、捕集時の印加電位、測定環境に因る。そこで、クリーニング動作で上記所定の極性としての印加電位の極性を正にするか負にするかは、迷光強度の増加が抑えられる実験結果に応じて決定すればよい。

　（実験３）
　第３の実験で発明者らは、図１１に示された、第２の実験と同じ検出装置を用いて、上記第１の実験と概ね同じ条件で検出動作を行なわせた。

　すなわち、第１のケースとしてクリーニング動作をスキップして繰り返し図７の検出動作を行なって、１５０回目の迷光を測定した。第２のケースとして検出動作２４回につき１回クリーニング動作を実行し、１５０回目の迷光を測定した。

　ただし、第３の実験でのクリーニング動作は、上記ステップＳ３１での所定の極性として、まずは捕集動作と同じ極性（負極性）を印加して一連のクリーニング動作を行なった後、引き続き、逆の極性（正極性）を印加して、極性以外は同じ条件で一連のクリーニング動作を行なうこととした。

　図１３は、第３の実験で得られた、測定回数と迷光強度の増加変化との関係を表わした図である。

　図１３において、ケース１で示された結果がクリーニング動作をスキップした第１のケースでの測定結果であって、１５０回繰返して測定を行なった結果、約１．７Ｖ／ｓｅｃ迷光強度が増大している。ケース２で示された結果が検出動作２４回につき１回、クリーニング動作を行なった第２のケースでの測定結果であって、１５０回繰返して測定を行なった結果、約０．６Ｖ／ｓｅｃ迷光強度が増大している。

　第３の実験の結果より、クリーニング動作を行なった場合、クリーニング動作を行なわなかった場合と比較して迷光強度の増大が約３５％になっている。そのため、第３の実験での方法でも、クリーニング動作を行なうことで迷光強度の増大が抑えられることがわかった。

　＜実施の形態の効果＞
　本実施の形態にかかる検出装置１００では、一連の検出動作の都度、または検出動作に対して所定の頻度でクリーニング動作が行なわれるため、捕集基板１２表面に残留する粒子が効率的に除去される。これにより、捕集基板１２表面に残留する粒子による散乱光や、先の捕集動作で捕集されて捕集基板１２表面に残留している生物由来の粒子による蛍光を抑えることができるため、受光部９での受光のうちの迷光を抑えることができる。そのため、高精度で生物由来粒子の検出を繰返し行なうことが可能となる。

　さらに、本実施の形態にかかる検出装置１００では、リフレッシュ機構部１０３のブラシ１６を静止させたまま捕集基板１２の移動によってリフレッシュ動作を実施するため、リフレッシュ動作のための移動機構部を別途、設ける必要がない。このため、検出装置１００の小型化や低コスト化を図ることができる。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　放電電極、２，２ａ，２ｂ　高圧電源、３　キャビネット、６　発光素子、９　受光部、１０　導入孔、１１　排出孔、１２　捕集基板、１３　絞り板、１４　モータ、１５　ヒータ、１６　ブラシ、１６ｐ　自由端、１６ｑ　支持端、１７　ブラシ固定部、１８　ブラシ押さえ、３０　信号処理部、３４　電圧変換回路、３５　増幅回路、４０　測定部、４１　制御部、４２　記憶部、４３　クロック発生部、４８　駆動部、５０　ファン、５１　捕集治具、５２　回転ベース、１００　検出装置、１０１　捕集機構部、１０２　検出機構部、１０３　リフレッシュ機構部、４１１　計算部。

Claims (6)

1. 　生物由来の粒子を検出するための検出装置であって、
   　前記生物由来の粒子を捕集するための捕集基板と、
   　前記捕集基板と対抗する位置に配された電極と、
   　前記捕集基板を加熱するための加熱部と、
   　前記捕集基板を用いて前記生物由来の粒子を捕集する捕集動作を実行するための捕集手段と、
   　前記捕集基板から前記生物由来の粒子を検出する検出動作を実行するための検出手段と、
   　前記捕集基板の表面に物を接触させることで前記捕集基板の表面から捕集された粒子を除去する、前記捕集基板の表面に対する清掃動作を実行するためのリフレッシュ手段とを備え、
   　前記捕集手段は、前記リフレッシュ手段での前記清掃動作を間に挟んで、前記検出手段での前記検出動作の後に前記捕集動作を実行し、
   　前記リフレッシュ手段での前記清掃動作は、
   　　前記捕集基板と前記電極との間における所定電圧での印加と前記捕集基板に対する所定温度での加熱とを実行するステップと、
   　　前記加熱の後の前記捕集基板を冷却するステップと、
   　　前記冷却の後の前記捕集基板の表面に前記物を接触させるステップとを含む、検出装置。
2. 　前記捕集手段での前記捕集動作は、前記捕集基板と前記電極との間に所定の極性で電圧を印加するステップを含み、
   　前記リフレッシュ手段は前記清掃動作において、前記捕集基板と前記電極との間に前記所定の極性と同じ極性で前記所定電圧を印加する、請求項１に記載の検出装置。
3. 　前記捕集手段での前記捕集動作は、前記捕集基板と前記電極との間に所定の極性で電圧を印加するステップを含み、
   　前記リフレッシュ手段は前記清掃動作において、前記捕集基板と前記電極との間に前記所定の極性とは逆の極性で前記所定電圧を印加する、請求項１に記載の検出装置。
4. 　前記リフレッシュ手段は前記清掃動作において、前記捕集基板と前記電極との間に印加する前記所定電圧の極性を交互にして、前記印加および加熱を実行するステップから前記接触させるステップまでを繰り返し実行する、請求項１に記載の検出装置。
5. 　前記捕集基板の表面に光を照射するように設置された発光素子と、
   　前記捕集基板の表面からの蛍光を受光するための受光素子とをさらに備え、
   　前記検出手段は、加熱前後の、前記発光素子で照射された前記捕集基板からの蛍光量の差に基づいて、前記捕集基板で捕集された生物由来の粒子の量を算出するための算出手段を含む、請求項１に記載の検出装置。
6. 　生物由来の粒子を検出する方法であって、
   　捕集基板と前記捕集基板に対して対抗する位置に配された電極との間に電圧を印加することで、空気中の粒子を前記捕集基板の表面に吸着させて捕集するステップと、
   　前記捕集基板の表面に対して発光素子で照射した状態で、その表面からの蛍光を受光するステップと、
   　前記捕集基板を加熱することで、前記捕集基板の表面に吸着された粒子を加熱するステップと、
   　前記加熱の後の前記捕集基板の表面に対して発光素子で照射した状態で、その表面からの蛍光を受光するステップと、
   　前記捕集基板の表面をリフレッシュするステップとを備え、
   　前記リフレッシュするステップは、
   　　前記捕集基板と前記電極との間における所定電圧での印加と前記捕集基板に対する所定温度での加熱とを実行するステップと、
   　　前記加熱の後、前記捕集基板を冷却するステップと、
   　　前記冷却の後、前記捕集基板の表面に物を接触させるステップとを含み、
   　前記リフレッシュするステップの後、前記捕集するステップに戻る、検出方法。

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