微小物体捕集装置、微小物体量測定装置、微小物体捕集方法および微小物体量測定方法。
【課題】検査液に含まれる微小物体を捕集するための微小物体捕集装置を、単純な構成によって提供する。
【解決手段】捕集用電極に第１の周波数の交流電圧または第２の周波数の交流電圧を印加することにより前記微小物体を捕集する微小物体捕集部３と、前記微小物体捕集部に検査液を導入する検査液導入部１と、前記微小物体捕集部に分離用液体を導入する分離用液体導入部５とを備える。
【解決手段】捕集用電極に第１の周波数の交流電圧または第２の周波数の交流電圧を印加することにより前記微小物体を捕集する微小物体捕集部３と、前記微小物体捕集部に検査液を導入する検査液導入部１と、前記微小物体捕集部に分離用液体を導入する分離用液体導入部５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液中の微小物体を捕集するための微小物体捕集装置および微小物体捕集方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水溶液中に存在する微小物体（具体的には、大きさ０．１μｍから１０μｍ程度の細菌やプラスチック粒子や粘土粒子）の濃度を測定する方法として、誘電泳動力を用いて微小物体を捕集する方法がある。
【０００３】
誘電泳動力とは、不均一電場中において微小物体に誘起されたダイポールモーメントに働く力である。その強度は電場強度の勾配に比例し、微小物体の誘電率と液体の誘電率との大小関係および電極に印加する電圧の周波数によって、引力または斥力が働く。例えば、ポリスチレンの微粒子を純水中に懸濁させたポリスチレン懸濁液の場合、この力は１００ｋＨｚで引力となり、２ＭＨｚで斥力となる。引力となる場合は、電場強度が強い電極のエッジ部近傍に微粒子が捕集され、斥力が働く場合は、電場強度強い電極近傍から、微小物体は離れていき、電場強度が弱い位置に集まる。上記の引力の働く場合を正の誘電泳動いい、斥力が働く場合を負の誘電泳動という。
【０００４】
図１８に、誘電泳動力を利用した分離装置の例を示す。図１８に示す装置は、核を有する血球細胞である白血球細胞（Ｋ５６２）と、一般的なグラム陰性菌である大腸菌（Escherichia coli）とを分離する分離方法に用いられる装置であり、特許文献１に開示されている。
【０００５】
図１８において、５０１は溶液を保持するためのチャンバーであり、対向する電極５０３および５０４を具備した底面５０２と壁面から構成されている。電極５０３、５０４は不図示の配線を通して不図示の高周波電源に接続されている。チャンバー５０１には流入口５０５と流出口５０６が具備され、流入口５０５には不図示のポンプを通して不図示の試料タンクに接続されている。流出口５０６にも不図示の回収用タンクが接続されている。
【０００６】
図１８のＢは、図１８（Ａ）の点線断面をＸ−Ｘ'方向に見た断面図である。本例で電極５０３と５０４は櫛歯形状をしており、それぞれが直接接触しないように底面５０２に対向して配置されている。
【０００７】
特許文献１記載の分離方法によれば、電極５０３、５０４に５００ｋＨｚ、５０Ｖの高周波電圧を印加した状態で、白血球細胞と大腸菌とを含む混合液を２５μｌ／ｓの流速で流入口５１０から流す。
【０００８】
特許文献１記載の分離方法によれば、白血球は、投入した量の３％のみが回収され、残りの９７％は装置内に捕獲される。大腸菌は投入量の９５％が回収される。このように、本発明の細胞分離方法を用いると、非常に効率的に血球細胞と大腸菌とが分離できる。
【０００９】
なお、特許文献１記載の分離方法では、溶液として所定の電導率の溶液を用いなければならない。具体的には、前記溶液の導電率が１０ｍＳ／ｍ以上１５００ｍＳ／ｍ未満に限定される。したがって、血液を特許文献１の分離方法に用いる場合には、さらに血液を上記導電率に調整する血液処理工程が該分離方法に含まれる。
【００１０】
血液処理工程の一つに、血液の液体成分を置換する方法がある。特許文献１における血液の液体成分を置換する工程は、血液の固形成分を収集し、それをさらに純水や緩衝溶液、血清で懸濁する工程であり、具体的には、血液遠心分離後、５％血清溶液で懸濁して置換する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２８４７７８号公報（平成２１年１２月１０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１記載の分離方法によれば、溶液の導電率を調整するため、検査液の液体成分を置換する。その工程は固形成分を、遠心分離等を用いて一旦収集した後に希釈するという複数工程からなり複雑である。また、前記検査液の液体成分を置換する手段を備える微小物体捕集装置はその構成が複雑となってしまう。
【００１３】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、検査液（特許文献１における溶液）に含まれる微小物体を捕集するための微小物体捕集装置を、単純な構成によって提供することを目的とする。
【００１４】
また、前記検査液に含まれる微小物体の量を高感度または高精度に測定する微小物体量測定装置を、単純な構成によって提供することを目的とする。
【００１５】
また、前記検査液に含まれる微小物体を捕集するための微小物体捕集方法を、単純な工程によって提供することを目的とする。
【００１６】
また、前記検査液に含まれる微小物体の量を高感度または高精度に測定する微小物体量測定方法を、単純な工程によって提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の微小物体捕集装置は、微小物体を含む検査液から前記微小物体を捕集する微小物体捕集装置であって、捕集用電極に第１の周波数の交流電圧または第２の周波数の交流電圧を印加することにより前記微小物体を捕集する微小物体捕集部と、前記微小物体捕集部に検査液を導入する検査液導入部と、前記微小物体捕集部に分離用液体を導入する分離用液体導入部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、前記検査液の導電率を測定する導電率測定手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、前記第１の周波数は、前記導電率において、測定対象物に対して正の誘電泳動が強く働く周波数であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の微小物体量測定装置は、検査液に含まれる微小物体の数を測定する微小物体量測定装置であって、本発明の微小物体捕集装置と、前記微小物体捕集装置が捕集した前記微小物体の量を測定する検出部と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の微小物体捕集方法は、微小物体を含む検査液から捕集対象物である微小物体を捕集する微小物体捕集方法であって、捕集用電極を備える微小物体捕集部に前記検査液を導入するステップと、前記捕集用電極に第１の周波数の交流電圧を印加し、捕集対象物である微小物体と他の微小物体とを捕集するステップと、捕集された微小物体を前記捕集用電極に保持したまま、分離用液体を前記微小物体捕集部に導入し、前記微小物体捕集部内の検査液を分離用液体に置換するステップと、前記捕集用電極に第２の周波数の交流電圧を印加して前記捕集対象物である微小物体を保持する状態を維持したまま、前記微小物体捕集部へ分離用液体を導入し、前記捕集用電極から離脱した前記他の微小物体を排出するステップと、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、前記検査液の導電率を測定するステップを備え、前記第１の周波数は、前記導電率において、測定対象物に対して正の誘電泳動が強く働く周波数であることを特徴とする。
【００２３】
また本発明の微小物体量測定方法は、検査液に含まれる測定対象物である微小物体の数を測定する微小物体量測定方法であって、本発明の微小物体捕集方法によって、測定対象物である微小物体を捕集するステップと、前記測定対象物である微小物体の量を測定するステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、単純な構成または工程によって、検査液に含まれる微小物体を捕集することができる。
【００２５】
また、単純な構成または工程によって、微小物体の量を高感度または高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る微小物体捕集装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態に係る微小物体捕集方法のフロー図である。
【図３】本実施形態に係る微小物体量測定装置を概略的に示した断面図である。
【図４】本実施形態に係る微小物体量測定装置の微小物体捕集部および検出部を概略的に示した一部上面図である。
【図５】本実施形態に係る微小物体量測定方法のフロー図である。
【図６】本実施形態に係る大腸菌及び粘土粒子の捕集および離脱の様子を示した図である。
【図７】本実施形態に係る微小物体量測定装置の微小物体捕集部および検出部を概略的に示した一部上面図である。
【図８】本実施形態に係る本実施例おける微小物体量測定方法に係るフロー図である。
【図９】本実施形態に係る微小物体量測定装置の微小物体捕集部および検出部を概略的に示した一部上面図である。
【図１０】本実施形態に係る微小物体量測定方法のフロー図である。
【図１１】（ａ）本実施形態に係る測定対象物が濃縮用電極に捕集される様子を示した模式図である。（ｂ）本実施形態に係る測定対象物がセンサ部に誘導された様子を示した模式図である。
【図１２】本実施形態に係る微小物体量測定装置の検出部８を概略的に示した一部上面図である。
【図１３】本実施形態に係る微小物体量測定方法に係るフロー図である。
【図１４】本実施形態に係る測定対象物の捕集の状態を示した模式図である。
【図１５】本実施形態に係る電気浸透流により測定対象物がセンサ部の中央に誘導された様子を示した模式図である。
【図１６】本実施形態に係る微小物体量測定装置の微小物体捕集部および検出部を概略的に示した一部上面図である。
【図１７】本実施形態に係る微小物体量測定方法に係るフロー図である。
【図１８】従来技術に係る誘電泳動力を利用した分離装置の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明における検査液は水道からの水や、フィルター濾過された水が想定されるが、これ以外の食品製造過程の水、産業用洗浄水、生体由来の体液、分泌物、排泄物、環境中の海洋、河川、貯水槽中の水であっても良い。また、水でなくとも、有機溶媒であってもよい。
【００２８】
本発明における微小物体とは、誘電泳動により力を働かせることが可能な大きさのあらゆる粒子を意味する。例えば、粘土粒子やガラス粒子、鉱物粒子、ポリスチレン等の高分子による粒子や、カーボンナノチューブ、金コロイドなどの金属粒子およびそれらに何らかのコーティングを施した粒子、細菌、真菌、放線菌、リケッチア、マイコプラズマ、ウイルス、として分類されているいわゆる微生物、原生動物や原虫のうちの小型のもの、生物体の幼生、動植物細胞、精子、血球、核酸、蛋白質等も含む広い意味での生体または生体由来の微小物体を含む。
【００２９】
本発明の一実施形態である微小物体捕集装置について、図に基づいて説明する。
【００３０】
図１は本実施形態に係る微小物体捕集装置の構成を示したブロック図である。微小物体捕集装置とは、微小物体を含む検査液から前記微小物体を捕集する装置である。本実施形態に係る微小物体捕集装置は、検査液導入部１と微小物体捕集部３と分離用液体導入部４とを備える。検査液導入部１は弁２を介して微小物体捕集部３と接続され、分離用液体導入部４は弁５を介して微小物体捕集部３と接続される。
【００３１】
検査液導入部１は、微小物体を含む検査液を微小物体捕集部３に供給する手段である。
【００３２】
微小物体捕集部３は、供給された検査液中の微小物体を捕集する手段である。具体的には、検査液を収容する容器と前記容器内面に露出した２つ以上の捕集用電極に所定の周波数の交流電圧を印加する手段により構成される。微小物体捕集部は、前記捕集用電極間に所定の周波数の交流電圧を印加することにより、容器中に収容された検査液に含まれる所定の微小物体に対し誘電泳動力を働かせ、前記微小物体を捕集することができる。また、微小物捕集部３には排出口があり、容器に収容できない量の液体が供給された場合、前記排出口より余分な液体が排出される構成となっている。
【００３３】
分離用液体導入部４は、分離用液体を微小物体捕集部３に供給する手段である。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る微小物体捕集方法のフロー図である。まず初めに、弁２を開き、微小物体を含んだ検査液を検査液導入部１より弁２を介して微小物体捕集部３へと導入させる（Ｓ００１）。このとき弁５は閉じられており、検査液が分離用液体導入部４に流入することはない。
【００３５】
次に微小物体捕集部３の捕集用電極に第１の周波数の交流電圧を印加し、当該周波数で正の誘電泳動が働く微小物体を捕集する（Ｓ００２）。本工程において捕集する微小物体は、本実施例形態に係る微小物体捕集方法において、捕集する対象物である特定の微小物体（以下、「捕集対象物」と呼ぶ）のみならず、他の微小物体を含んでいてもよい。例えば、検査液の中に大腸菌と粘土粒子が混在しており、捕集対象物が大腸菌のみであっても、検査液の導電率等の関係上、検査液から大腸菌を捕集し、かつ粘土粒子を捕集しないことが困難である場合には、大腸菌と粘土粒子との両方を捕集できる周波数を第１の周波数として印加し、捕集用電極に大腸菌と粘土粒子とを捕集すればよい。
【００３６】
なお、印加中も検査液導入部１から微小物体捕集部３への検査液の供給を継続してよい。この場合、捕集用電極により多くの微小物体を捕集することができる。従って、多くの検査液から一度に大量の微小物体を捕集できる。なお、捕集用電極に捕集されない他の微小物体および余剰の液体は、順次排出口から排出される。
【００３７】
次に、弁２を閉じて検査液導入部１から微小物体捕集部３への検査液の供給を停止し、その次に、弁５を開き、分離用液体を分離用液体導入部４から微小物体捕集部３に導入する。このとき、弁２は閉じられているので、分離用液体が検査液導入部１に流入することはない。なお、分離用液体の微小物体捕集部３への導入が完了するまでの間、第１の周波数の交流電圧による捕集用電極への印加を継続する。これにより、捕集された微小物体を捕集用電極に保持したまま、微小物体捕集部３内の検査液を分離用液体に置換することができる（Ｓ００３）。
【００３８】
分離用液体としては、第２の周波数の交流電圧を印加した場合に、捕集対象物に正の誘電泳動力が働き、かつ検査液にふくまれる他の微小物体には正の誘電泳動力が働かない所定の導電率の液体、より望ましくは負の誘電泳動力が働く所定の導電率の液体を用いる。また、捕集用電極に流れる電流量を下げ、低消費電力を実現するためには、分離用液体の導電率は低い方が好ましい。例えば、分離用液体として純水や蒸留水などを用いる。
【００３９】
次に、分離用液体導入部４から微小物体捕集部３への分離用液体の導入を継続しながら、捕集用電極に第２の周波数の交流電圧を印加する（Ｓ００４）。捕集対象物については捕集用電極に保持された状態が維持されるが、他の微小物体には正の誘電泳動力が働かないので、捕集用電極から離脱することができる。分離用液体導入部４から微小物体捕集部３への分離用液体の導入は継続されているので、捕集用電極から離脱した他の微小物体は、余剰の分離用液体とともに排出される。
【００４０】
例えば、検査液が大腸菌と粘土粒子との混合液であり、捕集対象物が大腸菌である場合は、大腸菌には正の誘電泳動が働き、かつ粘土粒子には負の誘電泳動が働く周波数を第２の周波数として印加することによって、粘土粒子を微小物体捕集部３の外に排出することができる。
【００４１】
最後に、捕集用電極への電圧の印加を停止し、微小物体捕集部３内に収容された捕集対象物を排出する（Ｓ００５）。排出方法は、分離用液体導入部４から導入される分離用液体とともに排出する方法であっても良いし、他の方法であっても良い。
【００４２】
本実施形態によれば、検査液の導電率に関わらず、検査液に含まれる捕集対象物を検査液から捕集することができる。また、他の微小物体を誤って捕集することが無い。また、遠心分離等を用いて一旦収集した後に希釈するという複雑な工程を用いずに、捕集することができるので、工程が単純である。また、液体成分を置換する手段として、分離用液体導入部４を備えるので、構成が単純である。
【実施例１】
【００４３】
図３は本実施例に係る微小物体量測定装置１００を概略的に示した断面図である。微小物体量測定装置１００は、検査液導入部１、弁２、微小物体捕集部３、分離用液体導入部４、弁５、検出部８、流入管９１、排出管９２、試料セル９３、基板９４を含んで構成される。試料セル９３には２つの開口部を繋ぐ流路が形成されており、流路の底面には基板９４が配置される。検査液導入部１および分離用液体導入部４と、試料セル９３の一方の開口部とは流入管９１で接続される。なお、検査液導入部１と試料セル９３との間には弁２が設けられており、分離用液体導入部４と試料セル９３との間には弁５が設けられている。また、試料セル９３の他方の開口部には液体を排出する流出管９２が接続されている。
【００４４】
微小物体捕集部３と検出部８とは基板９４上に配置される。なお、微小物体捕集部３は、流路における流入管９１側に設けられ、検出部８は流路における排出管９２側に設けられる。
【００４５】
微小物体捕集部３内部には、捕集用電極３１が設けられる。
【００４６】
検出部８には、微小物体の量を検出する手段として、表面プラズモンセンサが設けられている。表面プラズモンセンサに代えて、インピーダンス法による検出手段や蛍光検出や散乱光検出手段などのその他の検出手段を設けてもよい。
【００４７】
本実施例の表面プラズモンセンサは、光源８１、コリメートレンズ８２、集光レンズ８３、プリズム８４、コリメートレンズ８５、センサ部８６、光検出部８７を含んで構成される。
【００４８】
光源８１は半導体レーザ、外部共振半導体レーザ、固体レーザ、ガスレーザ、単色性の良いＬＥＤなどから形成され、センサ部８６へ光を供給する。光検出部８７は反射光の入射角依存性を計測するため、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの１次元センサにより構成されることが好ましいが、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの２次元センサでも良い。この場合、一方向に加算または平均を取ることでラインセンサと同等の役割を果たすように構成する。また、光検出部８７は分割されたフォトダイオードを検出面に形成させた構成であってもよい。
【００４９】
センサ部８６の材料は、表面プラズモン共鳴角を示す角度の幅を小さくするため吸収損失の少ないＡｕまたはＡｇが好ましく、その厚みは表面プラズモン共鳴を生じさせるため１００ｎｍ以下にすることが好ましい。また、ＡｕやＡｇなどの金属薄膜の下地にクロムやチタンなどを下地として用いた層状構造としてもよい。なお、下地が表面プラズモンセンサの検出能力に影響を与えないようにするため、下地の厚みを５ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００５０】
光源８１から照射された光は、コリメートレンズ８２、集光レンズ８３、プリズム８４の順の光学経路をたどっているが、光がセンサ部８６に集光されればよく、コリメートレンズ８２、集光レンズ８３、プリズム８４を異なる順に配置してもよく、また、その他の光学部材を配置してもよい。また、センサ部８６に入射する光はＰ偏光とする。
【００５１】
図４は微小物体量測定装置の微小物体捕集部３および検出部８を概略的に示した一部上面図である。微小物体捕集部３には捕集用電極３１ａおよび捕集用電極３１ｂからなる捕集用電極３１が配置されている。また、微小物体捕集部３は、交流電源３２と周波数制御手段３３とを備える。交流電源３２の一方の端子は捕集用電極３１ａに接続され、他方の端子は捕集用電極３１ｂに接続され、捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間に交流電圧を印加ことができる。周波数制御手段３３は交流電源３２が印加する電圧の周波数を制御する手段である。
【００５２】
図４は、流入管９１から排出管９２に向かう流路方向に対して捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとが交互に配置された櫛歯型電極を示している。捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとからなる捕集用電極３１は、基板９４上に形成される。その場合、基板９４は光源８１が照射する光に対して透明であり、その屈折率はプリズムと同程度であることが好ましい。これにより、光利用効率を向上させ、不要な反射による迷光の発生や干渉性ノイズを低減させることができる。また、捕集用電極３１は、図２に示すようにセンサ部８６と同一の基板上に形成されていても良い。
【００５３】
交流電源３２から捕集用電極３１ａおよび捕集用電極３１ｂに印加する交流電圧は、位相が異なる交流電圧とする。より強い電場強度を電極間に与えるため、位相が１８０度シフトしていることが望ましい。また、捕集用電極３１ａまたは捕集用電極３１ｂのうちいずれか一方を、交流電源３２と配線せずに接地し、他方の捕集用電極にのみ交流電圧を印加する形態としても良い。交流電圧の波形は、矩形波、三角波などの波形を用いることが可能であるが、高調波による影響が少ないＳｉｎ波がもっとも適している。
【００５４】
図５は、本実施例に係る微小物体量測定方法のフロー図である。まず初めに、弁２を開き、微小物体を含んだ検査液を検査液導入部１より弁２、流入管９１を介して微小物体捕集部３へと導入させる（Ｓ００１）。このとき弁５は閉じられており、検査液が分離用液体導入部４に流入することはない。
【００５５】
次に周波数制御手段３３が交流電源３２を制御して、捕集用電極３１に第１の周波数の交流電圧を印加させ、当該周波数で正の誘電泳動が働く微小物体を捕集する（Ｓ００２）。本工程において捕集する微小物体は、本微小物体量測定方法において、測定する対象物である特定の微小物体（以下、「測定対象物」と呼ぶ）のみならず、他の微小物体を含んでいてもよい。例えば、検査液の中に大腸菌と粘土粒子とが混在しており、大腸菌のみを測定したい場合であっても、検査液の導電率等の関係上、検査液から大腸菌を捕集し、かつ粘土粒子を捕集しないことが困難である場合には、大腸菌と粘土粒子との両方を捕集できる周波数を第１の周波数として印加し、捕集用電極３１に大腸菌と粘土粒子とを捕集すればよい。
【００５６】
図６（ａ）は本工程における大腸菌１１０及び粘土粒子１１１の捕集の様子を示した図である。図６（ａ）は、捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間に、大腸菌１１０及び粘土粒子１１１が捕集されていることを示している。
【００５７】
なお、印加中も検査液導入部１から微小物体捕集部３への検査液の導入を継続してよい。この場合、より多くの検査液からより多くの微小物体を捕集することができ、高感度の測定が可能となる。なお、捕集用電極３１に捕集されない他の微小物体および余剰の液体は、排出管９２から順次排出される。同様に、検査液導入部１から微小物体捕集部３への検査液の導入を断続的に行なってもよい。
【００５８】
次に、弁２を閉じて検査液導入部１から微小物体捕集部３への検査液の導入を停止し、その次に、弁５を開き、分離用液体を分離用液体導入部４から弁５、流入管９１を介して微小物体捕集部３に導入する。このとき、弁２は閉じられているので、分離用液体が検査液導入部１に流入することはない。なお、分離用液体の導入が完了するまでの間、第１の周波数の交流電圧を捕集用電極３１に印加し続ける。これにより、捕集された微小物体を捕集用電極３１に保持したまま、検査液を分離用液体に置換することができる（Ｓ００３）。
【００５９】
分離用液体として、第２の周波数の交流電圧を印加した場合に、測定対象物に正の誘電泳動力が働き、検査液にふくまれる他の微小物体には正の誘電泳動力が働かない（より望ましくは負の誘電泳動力が働く）、所定の導電率の液体を用いる。また、捕集用電極３１に流れる電流量を下げ、低消費電力を実現するためには、分離用液体の導電率は低い方が好ましい。具体的には、分離用液体として純水や蒸留水などを用いる。
【００６０】
次に、分離用液体導入部４から微小物体捕集部３への分離用液体の導入を継続しながら、捕集用電極３１に第２の周波数の交流電圧を印加する（Ｓ００４）。測定対象物については捕集用電極３１に保持された状態が維持されるが、他の微小物体には正の誘電泳動力が働かないので、捕集用電極３１から離脱することができる。分離用液体導入部４から微小物体捕集部３への分離用液体の導入は継続されているので、捕集用電極３１から離脱した他の微小物体は、余剰の分離用液体とともに排出管９２から排出される。
【００６１】
例えば、検査液が大腸菌と粘土粒子との混合液であり、測定対象物が大腸菌である場合は、大腸菌には正の誘電泳動が働き、かつ粘土粒子には負の誘電泳動が働く周波数を、第２の周波数として印加することによって、粘土粒子を微小物体捕集部３の外に排出することができる。
【００６２】
図６（ｂ）は、本工程において粘土粒子１１１が捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間から離脱し、液体の流れとともに下流に流れる様子を概略的に示している。この時、大腸菌１１０は捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間に保持されており、下流に流れることは無い。
【００６３】
次に、捕集用電極３１への電圧の印加を停止する。分離用液体導入部４から微小物体捕集部３への分離用液体の導入は継続されているので、捕集用電極３１から離脱した測定対象物は、分離用液体の流れによって、センサ部８６近傍に導かれる。（Ｓ１０５）。
【００６４】
次に検出部８がセンサ部８６近傍に導かれた測定対象物の量を測定する（Ｓ１０６）。測定対象物の量の測定は、検出部８の表面プラズモンセンサが行なう。
【００６５】
本実施例における表面プラズモンセンサによる測定方法について説明する。光源８１から照射された光は経路をたどり、コリメートレンズ８２を透過して平行光となった後、集光レンズ８３に入射する。集光レンズ８３に入射した光は、プリズム８４に入射され、プリズム８４上に配置されたセンサ部８６に集光される。センサ部８６に集光された光は多様な角度成分の光を含んでおり、全反射角以上の角度で入射された光はプリズム８４とセンサ部８６の界面で全反射され、コリメートレンズ８５に入射する。コリメートレンズ８５に入射した光は、平行光となり、その後、光検出部８７へ受光する。光検出部８７では受光した反射光の反射光強度の入射角依存性を計測する。
【００６６】
センサ部８６に光がエバネッセント波の内表面プラズモン共鳴角で入射された場合、表面プラズモンがセンサ部８６の金属表面において励起される。このとき、表面プラズモン共鳴による電場の溶液中への染み出しにより光泳動が生じ、微小物体がセンサ部８６表面近傍に捕集される。また、表面プラズモン励起によって生じた熱によって生じた対流によってセンサ部８６に微小物体が集められる力や、光電場による勾配力つまり光電場による誘電泳動力や、光ピンセット効果による吸着力などの、複数の力の合力によって、センサ部８６に微小物体が捕集され、吸着される。
【００６７】
以下、表面プラズモンセンサの動作原理について説明する。表面プラズモンとは、金属薄膜上に励起される自由電子と光の結合モードである。プリズム上に金属薄膜が配置されており、金属薄膜上に被検出物が接している場合に、プリズムを介して金属薄膜に光を照射すると、全反射角以上の入射角で入射された光は、全反射され、エバネッセント波が生じる。エバネッセント波は金属薄膜を減衰しながら透過し、金属薄膜と被検出物の接する界面まで到達する。このうち特定の入射角（以下、表面プラズモン共鳴角と言う）で入射された場合、金属薄膜と被検出物の界面に表面プラズモンが励起される。表面プラズモンは金属薄膜と被検出物の界面を減衰しながら伝搬するため、表面プラズモン共鳴角における反射光の強度は減少する。表面プラズモン共鳴角は、金属薄膜の表面近傍の誘電率変化に応じて敏感に変化する。従って、表面プラズモン共鳴角の変化量を測定することで、金属表面に付着した物質の濃度を高感度に定量することができる。
【００６８】
したがって、表面プラズモン共鳴角で入射された光の反射率は他の入射角の光と比較して低下している。表面プラズモン共鳴角の値は、センサ部８６の表面近傍の誘電率変化に応じて敏感に変化する。センサ部８６に捕集・吸着される微小物体の量とセンサ部８６表面近傍の誘電率との間には因果関係があるため、光検出部８７にて表面プラズモン共鳴角を測定することで、センサ部８６の金属表面に付着した微小物体の量を高感度に定量することが可能となる。
【００６９】
本実施例によれば、検査液に含まれる検査対象物を検査液から捕集して、量を測定するので、検査対象物の量を高感度または／かつ高精度で測定することができる。また、遠心分離等を用いて一旦収集した後に希釈するという複雑な工程を用いずに、捕集することができるので、工程が単純である。また、液体成分を置換する手段として、分離用液体導入部４を備えるので、構成が単純である。
【００７０】
なお、測定対象物は大腸菌に限定されない。誘電泳動力を働かせることが可能な物体であれば、測定対象物とすることができる。
【００７１】
また、非測定対象物である微小物体は粘土粒子に限定されない。捕集用電極に交流電流を印加した場合に働く誘電泳動力が、測定対象物に働く誘電泳動力より弱くなる場合がある物体であれば、測定対象物と分離することができる。
【００７２】
測定対象物または非測定対象物である微小物体としては、粘土粒子やガラス粒子、鉱物粒子、ポリスチレン等の高分子による粒子や、カーボンナノチューブ、金コロイドなどの金属粒子およびそれらに何らかのコーティングを施した粒子、細菌、真菌、放線菌、リケッチア、マイコプラズマ、ウイルス、として分類されているいわゆる微生物、原生動物や原虫のうちの小型のもの、生物体の幼生、動植物細胞、精子、血球、核酸、蛋白質等も含む広い意味での生体または生体由来の微小物体のいずれであっても良い。
【実施例２】
【００７３】
図７は本実施例の微小物体量測定装置の微小物体捕集部３および検出部８を概略的に示した一部上面図である。本実施例の微小物体量測定装置の主たる構成は実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について説明する。
【００７４】
本実施例の微小物体量測定装置は、液体の導電率を測定する導電率測定手段３４を備える。本実施例の導電率測定手段３４は、図７に示すように、捕集用電極３１を導電率測定用端子として兼用する構成とする。また、検査液導入部１または検出部８に収容された液体の導電率の測定を行うように導電率測定端子を該部に配置してもよい。
【００７５】
図８は本実施例おける微小物体量測定方法に係るフロー図である。本実施例の処理フローの主たる構成は、実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について以下に説明する。
【００７６】
実施例１におけるステップ（Ｓ００２）に代えて、本実施例においては、ステップ（Ｓ１０２ａ）とステップ（Ｓ１０２ｃ）とを実施する。
【００７７】
ステップ（Ｓ１０２ａ）においては、導電率測定手段３４が検査液の導電率を測定する。
【００７８】
ステップ（Ｓ１０２ｃ）は、第１の周波数の選択方法が実施例１と異なる点を除いて、実施例１のステップ（Ｓ００２）と同じである。ステップ（Ｓ１０２ｃ）においては、周波数制御手段３３が、周波数選択手段３４が測定した導電率において、測定対象物に対して正の誘電泳動が他の周波数より強く働く周波数を第１の周波数とする。これにより、第１の周波数での捕集効率が向上する。
【００７９】
また、ステップ（Ｓ１０２ａ）の次のステップ（Ｓ１０２ｂ）において、検査液の導電率が、ステップ（Ｓ００４）が実施可能である上限値よりも低い場合には、ステップ（Ｓ１０２ｃ）〜ステップ（Ｓ００３）の工程を省略しても良い。これにより、分離用液体を消費せず、かつ検査時間を短縮することができる。
【実施例３】
【００８０】
図９は本実施例の微小物体量測定装置の微小物体捕集部３および検出部８を概略的に示した一部上面図である。本実施例の微小物体量測定装置の主たる構成は実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について説明する。
【００８１】
本実施例の検出部８には、濃縮用電極８８がセンサ部８６を中心に放射状に４つ配置されている。濃縮用電極８８の形状および配置は、センサ部８６を中心に角度間隔９０度の回転対称形とする。濃縮用電極８８の形状が、センサ部８６に近い先端部が細くなる形状であれば、交流電流を印加した時に先端部の電場強度が強くなり、強い誘電泳動力を働かせて多くの測定対象物を捕集できるので、電極形状は、センサ部８６に近い先端部が細くなる形状であることが望ましい。
【００８２】
濃縮用電極８８は第２の交流電源８９と接続されている。センサ部８６を中心とする回転方向において隣り合う濃縮用電極８８同士は、異なる位相の電圧が印加可能なよう、第２の交流電源８９の異なる端子に接続されている。第２の周波数制御手段８０は交流電源８９が印加する電圧の周波数を制御する手段である。
【００８３】
図１０は本実施例おける微小物体量測定方法に係るフロー図である。本実施例の処理フローの主たる構成は、実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について以下に説明する。
【００８４】
実施例１におけるステップ（Ｓ００６）に代えて、本実施例においては、ステップ（Ｓ１０６ａ）〜ステップ（Ｓ１０６ｅ）を実施する。
【００８５】
ステップ（Ｓ１０６ａ）において、第２の周波数制御手段８０は交流電源８９から濃縮用電極に第２の周波数の交流電圧を印加させる。第２の周波数は測定対象物に対し正の誘電泳動を働かせる周波数であるため、ステップ（Ｓ１０５）においてセンサ部８６に導かれた測定対象物は、電場強度の強い場所、すなわち濃縮用電極８８の間、特にセンサ部８６に近い先端部近傍に多く捕集される。
【００８６】
図１１（ａ）はステップ（Ｓ１０６ａ）において測定対象物１１０が濃縮用電極８８に捕集される様子を示した模式図である。このとき、センサ部８６は電界強度が弱いため、測定対象物が集まらない。
【００８７】
次に、表面プラズモンセンサを用いて反射光強度を測定し、第１の出力信号とする（Ｓ１０６ｂ）。表面プラズモンセンサによる測定方法の詳細は実施例１のステップ（Ｓ１０６）に詳細に記載されているので、詳細説明を省略する。
【００８８】
次に、第２の周波数制御手段８０は、第２の交流電源８９から濃縮用電極８８に印加する交流電圧を第３の周波数に切り替える（Ｓ１０６ｃ）。第３の周波数は測定対象物に対し負の誘電泳動を働かせ、濃縮用電極８８に捕集した測定対象物体をセンサ部８６に誘導する。
【００８９】
図１１（ｂ）は本工程において、測定対象物１１０がセンサ部８６に誘導された様子を示した模式図である。
【００９０】
次に、表面プラズモンセンサを用いて反射光強度を測定し、第２の出力信号とする（Ｓ１０６ｄ）。表面プラズモンセンサによる測定方法の詳細は実施例１のステップ（Ｓ１０６）に詳細に記載されているので、詳細説明を省略する。
【００９１】
最後に、第２の出力信号と第１の出力信号の差分を求め、前記差分に基づき、測定対象物の量を算出する（Ｓ１０６ｅ）。
【００９２】
本実施例によれば、測定対象物をセンサ部８６に確実に捕集することができるので、微小物体捕集部３によって捕集された測定対象物をより確実にセンサ部８６へと導くことができ、測定対象物の量の測定に関する感度および／または精度を向上させることができる。
【００９３】
また、測定対象物が集まっていない状態での反射光強度を第１の信号として測定し、測定対象物を集めた状態での反射光強度を第２の信号として測定して、その差分に基づき測定対象物の量を算出するので、第１信号と第２信号とに共通する要因、すなわち溶液の温度などによる誘電率の変化を差分信号から排除することができる。従って、第１信号と第２信号とで異なる要因、すなわち、測定対象物の疎密による誘電率の変化を信号として検出することができ、もって、測定対象物の量をより正確に検出することができる。
【００９４】
なお、図９においては、交流電源３２と第２の交流電源８９とはそれぞれ異なる構成要素として記載されているが、１つの交流電源で、交流電源３２および第２の交流電源８９とを兼ねる構成としても良い。これにより、微小物体量検出装置の構成を単純とすることができる。
【００９５】
同様に、周波数制御手段３３と第２の周波数制御手段８０とを１つの周波数制御手段で兼ねる構成としても良い。これにより、微小物体量検出装置の構成を単純とすることができる。
【００９６】
また、濃縮用電極８８は、電極の数と配置については偶数個であって、回転対称性を有すれば、他の個数および配置であっても良い。また、電極の形状については、図９の形状に限定されない。
【実施例４】
【００９７】
図１２は本実施例の微小物体量測定装置の検出部８を概略的に示した一部上面図である。本実施例の微小物体量測定装置の主たる構成は実施例３と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について説明する。
【００９８】
本実施例の微小物体量測定装置は、センサ部８６および濃縮用電極８８の形態が実施例３と異なる。
【００９９】
センサ部８６は、図１２に示すように液体の流れる下流方向に頂点を有する菱形である。
また、濃縮用電極は２つ配置される。本実施例は、センサ部８６が一方の濃縮用電極を兼ねる構成であるため、交流電源８９と配線とするための導体８６ａがセンサ部８６と一体として形成される。また、他方の濃縮用電極８８ａがセンサ部８６の近くに配置される。
【０１００】
導体８６ａおよび濃縮用電極８８ａは第２の交流電源８９に接続される。導体８６ａと濃縮用電極８８ａとにそれぞれ異なる位相の電圧が印加可能なよう、導体８６ａと濃縮用電極８８ａとは、第２の交流電源８９の異なる端子にそれぞれ接続される。
【０１０１】
図１３は本実施例における微小物体量測定方法のフロー図である。本実施例の処理フローの主たる構成は、実施例３と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について以下に説明する。
【０１０２】
本実施例においては、ステップ（Ｓ１０６ａ）における測定対象物の捕集の形態が実施例３と異なる。また、実施例３におけるステップ（Ｓ１０６ｃ）に代えて、本実施例においては、ステップ（Ｓ２０６ｃ）を実施する。
【０１０３】
図１４は、ステップ（Ｓ１０６ａ）における測定対象物１１０の捕集の状態を示した模式図である。第２の周波数は測定対象物に対し正の誘電泳動を働かせる周波数であるため、ステップ（Ｓ１０５）においてセンサ部８６に導かれた測定対象物は、電場強度の強い場所、すなわちセンサ部８６と濃縮用電極８８ａとの間、特にセンサ部８６の濃縮用電極８８ａ側の頂点付近に多く捕集される。この時、センサ部８６の中央近傍は、電界強度が弱いため、微小物体は集まらない。
【０１０４】
ステップ（Ｓ２０６ｃ）においては、センサ部８６と濃縮用電極８８ａとの間に、電気浸透流を発生させる周波数である第４の周波数の交流電圧を印加する。電気浸透流とは、電極近傍に形成される電気二重層に存在するイオンに電気力が働き、当該イオンが動き出すことによって生じる流体の流れのことである。電極に電圧が印加されると印加された電圧と反対の極性を持つイオンが電極近傍に集まり、印加された電圧と同極性をもつイオンは遠ざけられ、電極近傍に電気二重層が形成される。当該イオンには、電極印加された電圧から生じた電場により電気力が働き、電極面近傍で流体の流れが生じる。この流れが電気浸透流である。ここで電極近傍に微小物体があると、上記により発生した流体の流れにより、微小物体は流される。電気浸透流による力の大きさは電極のエッジ部近傍で特に大きく電極中心部に近づくにつれて小さくなる。よって、微小物体は電極上の中央近傍に誘導される。水中の微小物体に働く力は、上記誘電泳動力と電気浸透流による力の合力が働くことになる。これらの力はそれぞれ印加される交流電圧の周波数の関数となっているため、交流電圧の周波数によって支配的になる力が異なる。例えば、純水中において、電極に印加する電圧の周波数を１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚとすると、微小物体に働く力は電気浸透流による力が他の力と比較して支配的となる。
【０１０５】
電気浸透流により、センサ部８６と濃縮用電極８８ａとの間に捕集された測定対象物はセンサ部８６の中央へ誘導される。
【０１０６】
図１５は電気浸透流により測定対象物１１０がセンサ部８６の中央に誘導された様子を示した模式図である。
【０１０７】
本実施例によれば、電気浸透流を用いて測定対象物１１０をセンサ部８６の中央に誘導するので、実施例３と比較して、短時間で誘導することができ、短時間で測定対象物の量を測定することができる。
【０１０８】
なお、ステップ（Ｓ２０６ｃ）開始時において、センサ部８６より濃縮用電極８８ａに近い位置に存在する測定対象物１１０は、ステップ（Ｓ２０６ｃ）において濃縮用電極８８ａの中央に誘導されてしまうため、ステップ（Ｓ１０６ｄ）において測定することができない。これを防止するため、濃縮用電極８８ａをセンサ部８６の下流に配置することが望ましい。この場合、図１４に示すように、ステップ（Ｓ１０６ａ）において、センサ部８６の上流より流れてきた測定対象物１１０は、センサ部８６付近に捕集される。センサ部８６付近に捕集された測定対象物１１０は、図１５に示すように、センサ部８６の中央に誘導されるため、ステップ（Ｓ１０６ｄ）において測定することができる。
【実施例５】
【０１０９】
図１６は本実施例の微小物体量測定装置の微小物体捕集部３および検出部８を概略的に示した一部上面図である。本実施例の微小物体量測定装置の主たる構成は実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について説明する。
【０１１０】
本実施例の微小物体量測定装置において、本実施例の検出部８は、微小物体の量を検出する手段として、表面プラズモンセンサの代わりに、インピーダンス測定手段８０１を備える。
【０１１１】
本実施例においては、インピーダンス測定手段８０１は、図１６に示すように、捕集用電極３１ａおよび捕集用電極３１ｂに接続され、捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとをインピーダンス測定手段８０１の測定用端子として兼用する構成とする。これにより、インピーダンス測定手段８０１は捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間の抵抗値を測定することができる。すなわち、本実施例は微小物体捕集部３が検出部８を兼ねる構成である。
【０１１２】
図１７は本実施例おける微小物体量測定方法に係るフロー図である。本実施例の処理フローの主たる構成は、実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について以下に説明する。
【０１１３】
実施例１におけるステップ（Ｓ１０５）、ステップ（Ｓ１０６）に代えて、本実施例においては、ステップ（Ｓ３０６）を実施する。
【０１１４】
ステップ（Ｓ３０６）において、インピーダンス測定手段８０１は、捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間のインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスに対応して測定対象物の量を算出する。捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間に捕集された測定対象物の量とインピーダンスの間には関係があるので、インピーダンスより測定対象物の量を算出することは可能である。
【０１１５】
本実施例によれば、微小物体捕集部３が検出部８を兼ねる構成であるので、構造が単純である。また、ステップ（Ｓ１０５）の工程が不要である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明に係る微小物体捕集装置、微小物体量測定装置、微小物体捕集方法および微小物体量測定方法は、溶液中の微小物体を検出する水質センサや上記水質センサを搭載した浄水器、洗浄機、浄水タンク、浄水プラント、分析装置、微生物検査装置などに適用することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 検査液導入部
２ 弁
３ 微小物体捕集部
４ 分離用液体導入部
５ 弁
８ 検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液中の微小物体を捕集するための微小物体捕集装置および微小物体捕集方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水溶液中に存在する微小物体（具体的には、大きさ０．１μｍから１０μｍ程度の細菌やプラスチック粒子や粘土粒子）の濃度を測定する方法として、誘電泳動力を用いて微小物体を捕集する方法がある。
【０００３】
誘電泳動力とは、不均一電場中において微小物体に誘起されたダイポールモーメントに働く力である。その強度は電場強度の勾配に比例し、微小物体の誘電率と液体の誘電率との大小関係および電極に印加する電圧の周波数によって、引力または斥力が働く。例えば、ポリスチレンの微粒子を純水中に懸濁させたポリスチレン懸濁液の場合、この力は１００ｋＨｚで引力となり、２ＭＨｚで斥力となる。引力となる場合は、電場強度が強い電極のエッジ部近傍に微粒子が捕集され、斥力が働く場合は、電場強度強い電極近傍から、微小物体は離れていき、電場強度が弱い位置に集まる。上記の引力の働く場合を正の誘電泳動いい、斥力が働く場合を負の誘電泳動という。
【０００４】
図１８に、誘電泳動力を利用した分離装置の例を示す。図１８に示す装置は、核を有する血球細胞である白血球細胞（Ｋ５６２）と、一般的なグラム陰性菌である大腸菌（Escherichia coli）とを分離する分離方法に用いられる装置であり、特許文献１に開示されている。
【０００５】
図１８において、５０１は溶液を保持するためのチャンバーであり、対向する電極５０３および５０４を具備した底面５０２と壁面から構成されている。電極５０３、５０４は不図示の配線を通して不図示の高周波電源に接続されている。チャンバー５０１には流入口５０５と流出口５０６が具備され、流入口５０５には不図示のポンプを通して不図示の試料タンクに接続されている。流出口５０６にも不図示の回収用タンクが接続されている。
【０００６】
図１８のＢは、図１８（Ａ）の点線断面をＸ−Ｘ'方向に見た断面図である。本例で電極５０３と５０４は櫛歯形状をしており、それぞれが直接接触しないように底面５０２に対向して配置されている。
【０００７】
特許文献１記載の分離方法によれば、電極５０３、５０４に５００ｋＨｚ、５０Ｖの高周波電圧を印加した状態で、白血球細胞と大腸菌とを含む混合液を２５μｌ／ｓの流速で流入口５１０から流す。
【０００８】
特許文献１記載の分離方法によれば、白血球は、投入した量の３％のみが回収され、残りの９７％は装置内に捕獲される。大腸菌は投入量の９５％が回収される。このように、本発明の細胞分離方法を用いると、非常に効率的に血球細胞と大腸菌とが分離できる。
【０００９】
なお、特許文献１記載の分離方法では、溶液として所定の電導率の溶液を用いなければならない。具体的には、前記溶液の導電率が１０ｍＳ／ｍ以上１５００ｍＳ／ｍ未満に限定される。したがって、血液を特許文献１の分離方法に用いる場合には、さらに血液を上記導電率に調整する血液処理工程が該分離方法に含まれる。
【００１０】
血液処理工程の一つに、血液の液体成分を置換する方法がある。特許文献１における血液の液体成分を置換する工程は、血液の固形成分を収集し、それをさらに純水や緩衝溶液、血清で懸濁する工程であり、具体的には、血液遠心分離後、５％血清溶液で懸濁して置換する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２８４７７８号公報（平成２１年１２月１０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１記載の分離方法によれば、溶液の導電率を調整するため、検査液の液体成分を置換する。その工程は固形成分を、遠心分離等を用いて一旦収集した後に希釈するという複数工程からなり複雑である。また、前記検査液の液体成分を置換する手段を備える微小物体捕集装置はその構成が複雑となってしまう。
【００１３】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、検査液（特許文献１における溶液）に含まれる微小物体を捕集するための微小物体捕集装置を、単純な構成によって提供することを目的とする。
【００１４】
また、前記検査液に含まれる微小物体の量を高感度または高精度に測定する微小物体量測定装置を、単純な構成によって提供することを目的とする。
【００１５】
また、前記検査液に含まれる微小物体を捕集するための微小物体捕集方法を、単純な工程によって提供することを目的とする。
【００１６】
また、前記検査液に含まれる微小物体の量を高感度または高精度に測定する微小物体量測定方法を、単純な工程によって提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の微小物体捕集装置は、微小物体を含む検査液から前記微小物体を捕集する微小物体捕集装置であって、捕集用電極に第１の周波数の交流電圧または第２の周波数の交流電圧を印加することにより前記微小物体を捕集する微小物体捕集部と、前記微小物体捕集部に検査液を導入する検査液導入部と、前記微小物体捕集部に分離用液体を導入する分離用液体導入部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、前記検査液の導電率を測定する導電率測定手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、前記第１の周波数は、前記導電率において、測定対象物に対して正の誘電泳動が強く働く周波数であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の微小物体量測定装置は、検査液に含まれる微小物体の数を測定する微小物体量測定装置であって、本発明の微小物体捕集装置と、前記微小物体捕集装置が捕集した前記微小物体の量を測定する検出部と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の微小物体捕集方法は、微小物体を含む検査液から捕集対象物である微小物体を捕集する微小物体捕集方法であって、捕集用電極を備える微小物体捕集部に前記検査液を導入するステップと、前記捕集用電極に第１の周波数の交流電圧を印加し、捕集対象物である微小物体と他の微小物体とを捕集するステップと、捕集された微小物体を前記捕集用電極に保持したまま、分離用液体を前記微小物体捕集部に導入し、前記微小物体捕集部内の検査液を分離用液体に置換するステップと、前記捕集用電極に第２の周波数の交流電圧を印加して前記捕集対象物である微小物体を保持する状態を維持したまま、前記微小物体捕集部へ分離用液体を導入し、前記捕集用電極から離脱した前記他の微小物体を排出するステップと、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、前記検査液の導電率を測定するステップを備え、前記第１の周波数は、前記導電率において、測定対象物に対して正の誘電泳動が強く働く周波数であることを特徴とする。
【００２３】
また本発明の微小物体量測定方法は、検査液に含まれる測定対象物である微小物体の数を測定する微小物体量測定方法であって、本発明の微小物体捕集方法によって、測定対象物である微小物体を捕集するステップと、前記測定対象物である微小物体の量を測定するステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、単純な構成または工程によって、検査液に含まれる微小物体を捕集することができる。
【００２５】
また、単純な構成または工程によって、微小物体の量を高感度または高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る微小物体捕集装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態に係る微小物体捕集方法のフロー図である。
【図３】本実施形態に係る微小物体量測定装置を概略的に示した断面図である。
【図４】本実施形態に係る微小物体量測定装置の微小物体捕集部および検出部を概略的に示した一部上面図である。
【図５】本実施形態に係る微小物体量測定方法のフロー図である。
【図６】本実施形態に係る大腸菌及び粘土粒子の捕集および離脱の様子を示した図である。
【図７】本実施形態に係る微小物体量測定装置の微小物体捕集部および検出部を概略的に示した一部上面図である。
【図８】本実施形態に係る本実施例おける微小物体量測定方法に係るフロー図である。
【図９】本実施形態に係る微小物体量測定装置の微小物体捕集部および検出部を概略的に示した一部上面図である。
【図１０】本実施形態に係る微小物体量測定方法のフロー図である。
【図１１】（ａ）本実施形態に係る測定対象物が濃縮用電極に捕集される様子を示した模式図である。（ｂ）本実施形態に係る測定対象物がセンサ部に誘導された様子を示した模式図である。
【図１２】本実施形態に係る微小物体量測定装置の検出部８を概略的に示した一部上面図である。
【図１３】本実施形態に係る微小物体量測定方法に係るフロー図である。
【図１４】本実施形態に係る測定対象物の捕集の状態を示した模式図である。
【図１５】本実施形態に係る電気浸透流により測定対象物がセンサ部の中央に誘導された様子を示した模式図である。
【図１６】本実施形態に係る微小物体量測定装置の微小物体捕集部および検出部を概略的に示した一部上面図である。
【図１７】本実施形態に係る微小物体量測定方法に係るフロー図である。
【図１８】従来技術に係る誘電泳動力を利用した分離装置の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明における検査液は水道からの水や、フィルター濾過された水が想定されるが、これ以外の食品製造過程の水、産業用洗浄水、生体由来の体液、分泌物、排泄物、環境中の海洋、河川、貯水槽中の水であっても良い。また、水でなくとも、有機溶媒であってもよい。
【００２８】
本発明における微小物体とは、誘電泳動により力を働かせることが可能な大きさのあらゆる粒子を意味する。例えば、粘土粒子やガラス粒子、鉱物粒子、ポリスチレン等の高分子による粒子や、カーボンナノチューブ、金コロイドなどの金属粒子およびそれらに何らかのコーティングを施した粒子、細菌、真菌、放線菌、リケッチア、マイコプラズマ、ウイルス、として分類されているいわゆる微生物、原生動物や原虫のうちの小型のもの、生物体の幼生、動植物細胞、精子、血球、核酸、蛋白質等も含む広い意味での生体または生体由来の微小物体を含む。
【００２９】
本発明の一実施形態である微小物体捕集装置について、図に基づいて説明する。
【００３０】
図１は本実施形態に係る微小物体捕集装置の構成を示したブロック図である。微小物体捕集装置とは、微小物体を含む検査液から前記微小物体を捕集する装置である。本実施形態に係る微小物体捕集装置は、検査液導入部１と微小物体捕集部３と分離用液体導入部４とを備える。検査液導入部１は弁２を介して微小物体捕集部３と接続され、分離用液体導入部４は弁５を介して微小物体捕集部３と接続される。
【００３１】
検査液導入部１は、微小物体を含む検査液を微小物体捕集部３に供給する手段である。
【００３２】
微小物体捕集部３は、供給された検査液中の微小物体を捕集する手段である。具体的には、検査液を収容する容器と前記容器内面に露出した２つ以上の捕集用電極に所定の周波数の交流電圧を印加する手段により構成される。微小物体捕集部は、前記捕集用電極間に所定の周波数の交流電圧を印加することにより、容器中に収容された検査液に含まれる所定の微小物体に対し誘電泳動力を働かせ、前記微小物体を捕集することができる。また、微小物捕集部３には排出口があり、容器に収容できない量の液体が供給された場合、前記排出口より余分な液体が排出される構成となっている。
【００３３】
分離用液体導入部４は、分離用液体を微小物体捕集部３に供給する手段である。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る微小物体捕集方法のフロー図である。まず初めに、弁２を開き、微小物体を含んだ検査液を検査液導入部１より弁２を介して微小物体捕集部３へと導入させる（Ｓ００１）。このとき弁５は閉じられており、検査液が分離用液体導入部４に流入することはない。
【００３５】
次に微小物体捕集部３の捕集用電極に第１の周波数の交流電圧を印加し、当該周波数で正の誘電泳動が働く微小物体を捕集する（Ｓ００２）。本工程において捕集する微小物体は、本実施例形態に係る微小物体捕集方法において、捕集する対象物である特定の微小物体（以下、「捕集対象物」と呼ぶ）のみならず、他の微小物体を含んでいてもよい。例えば、検査液の中に大腸菌と粘土粒子が混在しており、捕集対象物が大腸菌のみであっても、検査液の導電率等の関係上、検査液から大腸菌を捕集し、かつ粘土粒子を捕集しないことが困難である場合には、大腸菌と粘土粒子との両方を捕集できる周波数を第１の周波数として印加し、捕集用電極に大腸菌と粘土粒子とを捕集すればよい。
【００３６】
なお、印加中も検査液導入部１から微小物体捕集部３への検査液の供給を継続してよい。この場合、捕集用電極により多くの微小物体を捕集することができる。従って、多くの検査液から一度に大量の微小物体を捕集できる。なお、捕集用電極に捕集されない他の微小物体および余剰の液体は、順次排出口から排出される。
【００３７】
次に、弁２を閉じて検査液導入部１から微小物体捕集部３への検査液の供給を停止し、その次に、弁５を開き、分離用液体を分離用液体導入部４から微小物体捕集部３に導入する。このとき、弁２は閉じられているので、分離用液体が検査液導入部１に流入することはない。なお、分離用液体の微小物体捕集部３への導入が完了するまでの間、第１の周波数の交流電圧による捕集用電極への印加を継続する。これにより、捕集された微小物体を捕集用電極に保持したまま、微小物体捕集部３内の検査液を分離用液体に置換することができる（Ｓ００３）。
【００３８】
分離用液体としては、第２の周波数の交流電圧を印加した場合に、捕集対象物に正の誘電泳動力が働き、かつ検査液にふくまれる他の微小物体には正の誘電泳動力が働かない所定の導電率の液体、より望ましくは負の誘電泳動力が働く所定の導電率の液体を用いる。また、捕集用電極に流れる電流量を下げ、低消費電力を実現するためには、分離用液体の導電率は低い方が好ましい。例えば、分離用液体として純水や蒸留水などを用いる。
【００３９】
次に、分離用液体導入部４から微小物体捕集部３への分離用液体の導入を継続しながら、捕集用電極に第２の周波数の交流電圧を印加する（Ｓ００４）。捕集対象物については捕集用電極に保持された状態が維持されるが、他の微小物体には正の誘電泳動力が働かないので、捕集用電極から離脱することができる。分離用液体導入部４から微小物体捕集部３への分離用液体の導入は継続されているので、捕集用電極から離脱した他の微小物体は、余剰の分離用液体とともに排出される。
【００４０】
例えば、検査液が大腸菌と粘土粒子との混合液であり、捕集対象物が大腸菌である場合は、大腸菌には正の誘電泳動が働き、かつ粘土粒子には負の誘電泳動が働く周波数を第２の周波数として印加することによって、粘土粒子を微小物体捕集部３の外に排出することができる。
【００４１】
最後に、捕集用電極への電圧の印加を停止し、微小物体捕集部３内に収容された捕集対象物を排出する（Ｓ００５）。排出方法は、分離用液体導入部４から導入される分離用液体とともに排出する方法であっても良いし、他の方法であっても良い。
【００４２】
本実施形態によれば、検査液の導電率に関わらず、検査液に含まれる捕集対象物を検査液から捕集することができる。また、他の微小物体を誤って捕集することが無い。また、遠心分離等を用いて一旦収集した後に希釈するという複雑な工程を用いずに、捕集することができるので、工程が単純である。また、液体成分を置換する手段として、分離用液体導入部４を備えるので、構成が単純である。
【実施例１】
【００４３】
図３は本実施例に係る微小物体量測定装置１００を概略的に示した断面図である。微小物体量測定装置１００は、検査液導入部１、弁２、微小物体捕集部３、分離用液体導入部４、弁５、検出部８、流入管９１、排出管９２、試料セル９３、基板９４を含んで構成される。試料セル９３には２つの開口部を繋ぐ流路が形成されており、流路の底面には基板９４が配置される。検査液導入部１および分離用液体導入部４と、試料セル９３の一方の開口部とは流入管９１で接続される。なお、検査液導入部１と試料セル９３との間には弁２が設けられており、分離用液体導入部４と試料セル９３との間には弁５が設けられている。また、試料セル９３の他方の開口部には液体を排出する流出管９２が接続されている。
【００４４】
微小物体捕集部３と検出部８とは基板９４上に配置される。なお、微小物体捕集部３は、流路における流入管９１側に設けられ、検出部８は流路における排出管９２側に設けられる。
【００４５】
微小物体捕集部３内部には、捕集用電極３１が設けられる。
【００４６】
検出部８には、微小物体の量を検出する手段として、表面プラズモンセンサが設けられている。表面プラズモンセンサに代えて、インピーダンス法による検出手段や蛍光検出や散乱光検出手段などのその他の検出手段を設けてもよい。
【００４７】
本実施例の表面プラズモンセンサは、光源８１、コリメートレンズ８２、集光レンズ８３、プリズム８４、コリメートレンズ８５、センサ部８６、光検出部８７を含んで構成される。
【００４８】
光源８１は半導体レーザ、外部共振半導体レーザ、固体レーザ、ガスレーザ、単色性の良いＬＥＤなどから形成され、センサ部８６へ光を供給する。光検出部８７は反射光の入射角依存性を計測するため、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの１次元センサにより構成されることが好ましいが、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの２次元センサでも良い。この場合、一方向に加算または平均を取ることでラインセンサと同等の役割を果たすように構成する。また、光検出部８７は分割されたフォトダイオードを検出面に形成させた構成であってもよい。
【００４９】
センサ部８６の材料は、表面プラズモン共鳴角を示す角度の幅を小さくするため吸収損失の少ないＡｕまたはＡｇが好ましく、その厚みは表面プラズモン共鳴を生じさせるため１００ｎｍ以下にすることが好ましい。また、ＡｕやＡｇなどの金属薄膜の下地にクロムやチタンなどを下地として用いた層状構造としてもよい。なお、下地が表面プラズモンセンサの検出能力に影響を与えないようにするため、下地の厚みを５ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００５０】
光源８１から照射された光は、コリメートレンズ８２、集光レンズ８３、プリズム８４の順の光学経路をたどっているが、光がセンサ部８６に集光されればよく、コリメートレンズ８２、集光レンズ８３、プリズム８４を異なる順に配置してもよく、また、その他の光学部材を配置してもよい。また、センサ部８６に入射する光はＰ偏光とする。
【００５１】
図４は微小物体量測定装置の微小物体捕集部３および検出部８を概略的に示した一部上面図である。微小物体捕集部３には捕集用電極３１ａおよび捕集用電極３１ｂからなる捕集用電極３１が配置されている。また、微小物体捕集部３は、交流電源３２と周波数制御手段３３とを備える。交流電源３２の一方の端子は捕集用電極３１ａに接続され、他方の端子は捕集用電極３１ｂに接続され、捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間に交流電圧を印加ことができる。周波数制御手段３３は交流電源３２が印加する電圧の周波数を制御する手段である。
【００５２】
図４は、流入管９１から排出管９２に向かう流路方向に対して捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとが交互に配置された櫛歯型電極を示している。捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとからなる捕集用電極３１は、基板９４上に形成される。その場合、基板９４は光源８１が照射する光に対して透明であり、その屈折率はプリズムと同程度であることが好ましい。これにより、光利用効率を向上させ、不要な反射による迷光の発生や干渉性ノイズを低減させることができる。また、捕集用電極３１は、図２に示すようにセンサ部８６と同一の基板上に形成されていても良い。
【００５３】
交流電源３２から捕集用電極３１ａおよび捕集用電極３１ｂに印加する交流電圧は、位相が異なる交流電圧とする。より強い電場強度を電極間に与えるため、位相が１８０度シフトしていることが望ましい。また、捕集用電極３１ａまたは捕集用電極３１ｂのうちいずれか一方を、交流電源３２と配線せずに接地し、他方の捕集用電極にのみ交流電圧を印加する形態としても良い。交流電圧の波形は、矩形波、三角波などの波形を用いることが可能であるが、高調波による影響が少ないＳｉｎ波がもっとも適している。
【００５４】
図５は、本実施例に係る微小物体量測定方法のフロー図である。まず初めに、弁２を開き、微小物体を含んだ検査液を検査液導入部１より弁２、流入管９１を介して微小物体捕集部３へと導入させる（Ｓ００１）。このとき弁５は閉じられており、検査液が分離用液体導入部４に流入することはない。
【００５５】
次に周波数制御手段３３が交流電源３２を制御して、捕集用電極３１に第１の周波数の交流電圧を印加させ、当該周波数で正の誘電泳動が働く微小物体を捕集する（Ｓ００２）。本工程において捕集する微小物体は、本微小物体量測定方法において、測定する対象物である特定の微小物体（以下、「測定対象物」と呼ぶ）のみならず、他の微小物体を含んでいてもよい。例えば、検査液の中に大腸菌と粘土粒子とが混在しており、大腸菌のみを測定したい場合であっても、検査液の導電率等の関係上、検査液から大腸菌を捕集し、かつ粘土粒子を捕集しないことが困難である場合には、大腸菌と粘土粒子との両方を捕集できる周波数を第１の周波数として印加し、捕集用電極３１に大腸菌と粘土粒子とを捕集すればよい。
【００５６】
図６（ａ）は本工程における大腸菌１１０及び粘土粒子１１１の捕集の様子を示した図である。図６（ａ）は、捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間に、大腸菌１１０及び粘土粒子１１１が捕集されていることを示している。
【００５７】
なお、印加中も検査液導入部１から微小物体捕集部３への検査液の導入を継続してよい。この場合、より多くの検査液からより多くの微小物体を捕集することができ、高感度の測定が可能となる。なお、捕集用電極３１に捕集されない他の微小物体および余剰の液体は、排出管９２から順次排出される。同様に、検査液導入部１から微小物体捕集部３への検査液の導入を断続的に行なってもよい。
【００５８】
次に、弁２を閉じて検査液導入部１から微小物体捕集部３への検査液の導入を停止し、その次に、弁５を開き、分離用液体を分離用液体導入部４から弁５、流入管９１を介して微小物体捕集部３に導入する。このとき、弁２は閉じられているので、分離用液体が検査液導入部１に流入することはない。なお、分離用液体の導入が完了するまでの間、第１の周波数の交流電圧を捕集用電極３１に印加し続ける。これにより、捕集された微小物体を捕集用電極３１に保持したまま、検査液を分離用液体に置換することができる（Ｓ００３）。
【００５９】
分離用液体として、第２の周波数の交流電圧を印加した場合に、測定対象物に正の誘電泳動力が働き、検査液にふくまれる他の微小物体には正の誘電泳動力が働かない（より望ましくは負の誘電泳動力が働く）、所定の導電率の液体を用いる。また、捕集用電極３１に流れる電流量を下げ、低消費電力を実現するためには、分離用液体の導電率は低い方が好ましい。具体的には、分離用液体として純水や蒸留水などを用いる。
【００６０】
次に、分離用液体導入部４から微小物体捕集部３への分離用液体の導入を継続しながら、捕集用電極３１に第２の周波数の交流電圧を印加する（Ｓ００４）。測定対象物については捕集用電極３１に保持された状態が維持されるが、他の微小物体には正の誘電泳動力が働かないので、捕集用電極３１から離脱することができる。分離用液体導入部４から微小物体捕集部３への分離用液体の導入は継続されているので、捕集用電極３１から離脱した他の微小物体は、余剰の分離用液体とともに排出管９２から排出される。
【００６１】
例えば、検査液が大腸菌と粘土粒子との混合液であり、測定対象物が大腸菌である場合は、大腸菌には正の誘電泳動が働き、かつ粘土粒子には負の誘電泳動が働く周波数を、第２の周波数として印加することによって、粘土粒子を微小物体捕集部３の外に排出することができる。
【００６２】
図６（ｂ）は、本工程において粘土粒子１１１が捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間から離脱し、液体の流れとともに下流に流れる様子を概略的に示している。この時、大腸菌１１０は捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間に保持されており、下流に流れることは無い。
【００６３】
次に、捕集用電極３１への電圧の印加を停止する。分離用液体導入部４から微小物体捕集部３への分離用液体の導入は継続されているので、捕集用電極３１から離脱した測定対象物は、分離用液体の流れによって、センサ部８６近傍に導かれる。（Ｓ１０５）。
【００６４】
次に検出部８がセンサ部８６近傍に導かれた測定対象物の量を測定する（Ｓ１０６）。測定対象物の量の測定は、検出部８の表面プラズモンセンサが行なう。
【００６５】
本実施例における表面プラズモンセンサによる測定方法について説明する。光源８１から照射された光は経路をたどり、コリメートレンズ８２を透過して平行光となった後、集光レンズ８３に入射する。集光レンズ８３に入射した光は、プリズム８４に入射され、プリズム８４上に配置されたセンサ部８６に集光される。センサ部８６に集光された光は多様な角度成分の光を含んでおり、全反射角以上の角度で入射された光はプリズム８４とセンサ部８６の界面で全反射され、コリメートレンズ８５に入射する。コリメートレンズ８５に入射した光は、平行光となり、その後、光検出部８７へ受光する。光検出部８７では受光した反射光の反射光強度の入射角依存性を計測する。
【００６６】
センサ部８６に光がエバネッセント波の内表面プラズモン共鳴角で入射された場合、表面プラズモンがセンサ部８６の金属表面において励起される。このとき、表面プラズモン共鳴による電場の溶液中への染み出しにより光泳動が生じ、微小物体がセンサ部８６表面近傍に捕集される。また、表面プラズモン励起によって生じた熱によって生じた対流によってセンサ部８６に微小物体が集められる力や、光電場による勾配力つまり光電場による誘電泳動力や、光ピンセット効果による吸着力などの、複数の力の合力によって、センサ部８６に微小物体が捕集され、吸着される。
【００６７】
以下、表面プラズモンセンサの動作原理について説明する。表面プラズモンとは、金属薄膜上に励起される自由電子と光の結合モードである。プリズム上に金属薄膜が配置されており、金属薄膜上に被検出物が接している場合に、プリズムを介して金属薄膜に光を照射すると、全反射角以上の入射角で入射された光は、全反射され、エバネッセント波が生じる。エバネッセント波は金属薄膜を減衰しながら透過し、金属薄膜と被検出物の接する界面まで到達する。このうち特定の入射角（以下、表面プラズモン共鳴角と言う）で入射された場合、金属薄膜と被検出物の界面に表面プラズモンが励起される。表面プラズモンは金属薄膜と被検出物の界面を減衰しながら伝搬するため、表面プラズモン共鳴角における反射光の強度は減少する。表面プラズモン共鳴角は、金属薄膜の表面近傍の誘電率変化に応じて敏感に変化する。従って、表面プラズモン共鳴角の変化量を測定することで、金属表面に付着した物質の濃度を高感度に定量することができる。
【００６８】
したがって、表面プラズモン共鳴角で入射された光の反射率は他の入射角の光と比較して低下している。表面プラズモン共鳴角の値は、センサ部８６の表面近傍の誘電率変化に応じて敏感に変化する。センサ部８６に捕集・吸着される微小物体の量とセンサ部８６表面近傍の誘電率との間には因果関係があるため、光検出部８７にて表面プラズモン共鳴角を測定することで、センサ部８６の金属表面に付着した微小物体の量を高感度に定量することが可能となる。
【００６９】
本実施例によれば、検査液に含まれる検査対象物を検査液から捕集して、量を測定するので、検査対象物の量を高感度または／かつ高精度で測定することができる。また、遠心分離等を用いて一旦収集した後に希釈するという複雑な工程を用いずに、捕集することができるので、工程が単純である。また、液体成分を置換する手段として、分離用液体導入部４を備えるので、構成が単純である。
【００７０】
なお、測定対象物は大腸菌に限定されない。誘電泳動力を働かせることが可能な物体であれば、測定対象物とすることができる。
【００７１】
また、非測定対象物である微小物体は粘土粒子に限定されない。捕集用電極に交流電流を印加した場合に働く誘電泳動力が、測定対象物に働く誘電泳動力より弱くなる場合がある物体であれば、測定対象物と分離することができる。
【００７２】
測定対象物または非測定対象物である微小物体としては、粘土粒子やガラス粒子、鉱物粒子、ポリスチレン等の高分子による粒子や、カーボンナノチューブ、金コロイドなどの金属粒子およびそれらに何らかのコーティングを施した粒子、細菌、真菌、放線菌、リケッチア、マイコプラズマ、ウイルス、として分類されているいわゆる微生物、原生動物や原虫のうちの小型のもの、生物体の幼生、動植物細胞、精子、血球、核酸、蛋白質等も含む広い意味での生体または生体由来の微小物体のいずれであっても良い。
【実施例２】
【００７３】
図７は本実施例の微小物体量測定装置の微小物体捕集部３および検出部８を概略的に示した一部上面図である。本実施例の微小物体量測定装置の主たる構成は実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について説明する。
【００７４】
本実施例の微小物体量測定装置は、液体の導電率を測定する導電率測定手段３４を備える。本実施例の導電率測定手段３４は、図７に示すように、捕集用電極３１を導電率測定用端子として兼用する構成とする。また、検査液導入部１または検出部８に収容された液体の導電率の測定を行うように導電率測定端子を該部に配置してもよい。
【００７５】
図８は本実施例おける微小物体量測定方法に係るフロー図である。本実施例の処理フローの主たる構成は、実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について以下に説明する。
【００７６】
実施例１におけるステップ（Ｓ００２）に代えて、本実施例においては、ステップ（Ｓ１０２ａ）とステップ（Ｓ１０２ｃ）とを実施する。
【００７７】
ステップ（Ｓ１０２ａ）においては、導電率測定手段３４が検査液の導電率を測定する。
【００７８】
ステップ（Ｓ１０２ｃ）は、第１の周波数の選択方法が実施例１と異なる点を除いて、実施例１のステップ（Ｓ００２）と同じである。ステップ（Ｓ１０２ｃ）においては、周波数制御手段３３が、周波数選択手段３４が測定した導電率において、測定対象物に対して正の誘電泳動が他の周波数より強く働く周波数を第１の周波数とする。これにより、第１の周波数での捕集効率が向上する。
【００７９】
また、ステップ（Ｓ１０２ａ）の次のステップ（Ｓ１０２ｂ）において、検査液の導電率が、ステップ（Ｓ００４）が実施可能である上限値よりも低い場合には、ステップ（Ｓ１０２ｃ）〜ステップ（Ｓ００３）の工程を省略しても良い。これにより、分離用液体を消費せず、かつ検査時間を短縮することができる。
【実施例３】
【００８０】
図９は本実施例の微小物体量測定装置の微小物体捕集部３および検出部８を概略的に示した一部上面図である。本実施例の微小物体量測定装置の主たる構成は実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について説明する。
【００８１】
本実施例の検出部８には、濃縮用電極８８がセンサ部８６を中心に放射状に４つ配置されている。濃縮用電極８８の形状および配置は、センサ部８６を中心に角度間隔９０度の回転対称形とする。濃縮用電極８８の形状が、センサ部８６に近い先端部が細くなる形状であれば、交流電流を印加した時に先端部の電場強度が強くなり、強い誘電泳動力を働かせて多くの測定対象物を捕集できるので、電極形状は、センサ部８６に近い先端部が細くなる形状であることが望ましい。
【００８２】
濃縮用電極８８は第２の交流電源８９と接続されている。センサ部８６を中心とする回転方向において隣り合う濃縮用電極８８同士は、異なる位相の電圧が印加可能なよう、第２の交流電源８９の異なる端子に接続されている。第２の周波数制御手段８０は交流電源８９が印加する電圧の周波数を制御する手段である。
【００８３】
図１０は本実施例おける微小物体量測定方法に係るフロー図である。本実施例の処理フローの主たる構成は、実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について以下に説明する。
【００８４】
実施例１におけるステップ（Ｓ００６）に代えて、本実施例においては、ステップ（Ｓ１０６ａ）〜ステップ（Ｓ１０６ｅ）を実施する。
【００８５】
ステップ（Ｓ１０６ａ）において、第２の周波数制御手段８０は交流電源８９から濃縮用電極に第２の周波数の交流電圧を印加させる。第２の周波数は測定対象物に対し正の誘電泳動を働かせる周波数であるため、ステップ（Ｓ１０５）においてセンサ部８６に導かれた測定対象物は、電場強度の強い場所、すなわち濃縮用電極８８の間、特にセンサ部８６に近い先端部近傍に多く捕集される。
【００８６】
図１１（ａ）はステップ（Ｓ１０６ａ）において測定対象物１１０が濃縮用電極８８に捕集される様子を示した模式図である。このとき、センサ部８６は電界強度が弱いため、測定対象物が集まらない。
【００８７】
次に、表面プラズモンセンサを用いて反射光強度を測定し、第１の出力信号とする（Ｓ１０６ｂ）。表面プラズモンセンサによる測定方法の詳細は実施例１のステップ（Ｓ１０６）に詳細に記載されているので、詳細説明を省略する。
【００８８】
次に、第２の周波数制御手段８０は、第２の交流電源８９から濃縮用電極８８に印加する交流電圧を第３の周波数に切り替える（Ｓ１０６ｃ）。第３の周波数は測定対象物に対し負の誘電泳動を働かせ、濃縮用電極８８に捕集した測定対象物体をセンサ部８６に誘導する。
【００８９】
図１１（ｂ）は本工程において、測定対象物１１０がセンサ部８６に誘導された様子を示した模式図である。
【００９０】
次に、表面プラズモンセンサを用いて反射光強度を測定し、第２の出力信号とする（Ｓ１０６ｄ）。表面プラズモンセンサによる測定方法の詳細は実施例１のステップ（Ｓ１０６）に詳細に記載されているので、詳細説明を省略する。
【００９１】
最後に、第２の出力信号と第１の出力信号の差分を求め、前記差分に基づき、測定対象物の量を算出する（Ｓ１０６ｅ）。
【００９２】
本実施例によれば、測定対象物をセンサ部８６に確実に捕集することができるので、微小物体捕集部３によって捕集された測定対象物をより確実にセンサ部８６へと導くことができ、測定対象物の量の測定に関する感度および／または精度を向上させることができる。
【００９３】
また、測定対象物が集まっていない状態での反射光強度を第１の信号として測定し、測定対象物を集めた状態での反射光強度を第２の信号として測定して、その差分に基づき測定対象物の量を算出するので、第１信号と第２信号とに共通する要因、すなわち溶液の温度などによる誘電率の変化を差分信号から排除することができる。従って、第１信号と第２信号とで異なる要因、すなわち、測定対象物の疎密による誘電率の変化を信号として検出することができ、もって、測定対象物の量をより正確に検出することができる。
【００９４】
なお、図９においては、交流電源３２と第２の交流電源８９とはそれぞれ異なる構成要素として記載されているが、１つの交流電源で、交流電源３２および第２の交流電源８９とを兼ねる構成としても良い。これにより、微小物体量検出装置の構成を単純とすることができる。
【００９５】
同様に、周波数制御手段３３と第２の周波数制御手段８０とを１つの周波数制御手段で兼ねる構成としても良い。これにより、微小物体量検出装置の構成を単純とすることができる。
【００９６】
また、濃縮用電極８８は、電極の数と配置については偶数個であって、回転対称性を有すれば、他の個数および配置であっても良い。また、電極の形状については、図９の形状に限定されない。
【実施例４】
【００９７】
図１２は本実施例の微小物体量測定装置の検出部８を概略的に示した一部上面図である。本実施例の微小物体量測定装置の主たる構成は実施例３と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について説明する。
【００９８】
本実施例の微小物体量測定装置は、センサ部８６および濃縮用電極８８の形態が実施例３と異なる。
【００９９】
センサ部８６は、図１２に示すように液体の流れる下流方向に頂点を有する菱形である。
また、濃縮用電極は２つ配置される。本実施例は、センサ部８６が一方の濃縮用電極を兼ねる構成であるため、交流電源８９と配線とするための導体８６ａがセンサ部８６と一体として形成される。また、他方の濃縮用電極８８ａがセンサ部８６の近くに配置される。
【０１００】
導体８６ａおよび濃縮用電極８８ａは第２の交流電源８９に接続される。導体８６ａと濃縮用電極８８ａとにそれぞれ異なる位相の電圧が印加可能なよう、導体８６ａと濃縮用電極８８ａとは、第２の交流電源８９の異なる端子にそれぞれ接続される。
【０１０１】
図１３は本実施例における微小物体量測定方法のフロー図である。本実施例の処理フローの主たる構成は、実施例３と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について以下に説明する。
【０１０２】
本実施例においては、ステップ（Ｓ１０６ａ）における測定対象物の捕集の形態が実施例３と異なる。また、実施例３におけるステップ（Ｓ１０６ｃ）に代えて、本実施例においては、ステップ（Ｓ２０６ｃ）を実施する。
【０１０３】
図１４は、ステップ（Ｓ１０６ａ）における測定対象物１１０の捕集の状態を示した模式図である。第２の周波数は測定対象物に対し正の誘電泳動を働かせる周波数であるため、ステップ（Ｓ１０５）においてセンサ部８６に導かれた測定対象物は、電場強度の強い場所、すなわちセンサ部８６と濃縮用電極８８ａとの間、特にセンサ部８６の濃縮用電極８８ａ側の頂点付近に多く捕集される。この時、センサ部８６の中央近傍は、電界強度が弱いため、微小物体は集まらない。
【０１０４】
ステップ（Ｓ２０６ｃ）においては、センサ部８６と濃縮用電極８８ａとの間に、電気浸透流を発生させる周波数である第４の周波数の交流電圧を印加する。電気浸透流とは、電極近傍に形成される電気二重層に存在するイオンに電気力が働き、当該イオンが動き出すことによって生じる流体の流れのことである。電極に電圧が印加されると印加された電圧と反対の極性を持つイオンが電極近傍に集まり、印加された電圧と同極性をもつイオンは遠ざけられ、電極近傍に電気二重層が形成される。当該イオンには、電極印加された電圧から生じた電場により電気力が働き、電極面近傍で流体の流れが生じる。この流れが電気浸透流である。ここで電極近傍に微小物体があると、上記により発生した流体の流れにより、微小物体は流される。電気浸透流による力の大きさは電極のエッジ部近傍で特に大きく電極中心部に近づくにつれて小さくなる。よって、微小物体は電極上の中央近傍に誘導される。水中の微小物体に働く力は、上記誘電泳動力と電気浸透流による力の合力が働くことになる。これらの力はそれぞれ印加される交流電圧の周波数の関数となっているため、交流電圧の周波数によって支配的になる力が異なる。例えば、純水中において、電極に印加する電圧の周波数を１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚとすると、微小物体に働く力は電気浸透流による力が他の力と比較して支配的となる。
【０１０５】
電気浸透流により、センサ部８６と濃縮用電極８８ａとの間に捕集された測定対象物はセンサ部８６の中央へ誘導される。
【０１０６】
図１５は電気浸透流により測定対象物１１０がセンサ部８６の中央に誘導された様子を示した模式図である。
【０１０７】
本実施例によれば、電気浸透流を用いて測定対象物１１０をセンサ部８６の中央に誘導するので、実施例３と比較して、短時間で誘導することができ、短時間で測定対象物の量を測定することができる。
【０１０８】
なお、ステップ（Ｓ２０６ｃ）開始時において、センサ部８６より濃縮用電極８８ａに近い位置に存在する測定対象物１１０は、ステップ（Ｓ２０６ｃ）において濃縮用電極８８ａの中央に誘導されてしまうため、ステップ（Ｓ１０６ｄ）において測定することができない。これを防止するため、濃縮用電極８８ａをセンサ部８６の下流に配置することが望ましい。この場合、図１４に示すように、ステップ（Ｓ１０６ａ）において、センサ部８６の上流より流れてきた測定対象物１１０は、センサ部８６付近に捕集される。センサ部８６付近に捕集された測定対象物１１０は、図１５に示すように、センサ部８６の中央に誘導されるため、ステップ（Ｓ１０６ｄ）において測定することができる。
【実施例５】
【０１０９】
図１６は本実施例の微小物体量測定装置の微小物体捕集部３および検出部８を概略的に示した一部上面図である。本実施例の微小物体量測定装置の主たる構成は実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について説明する。
【０１１０】
本実施例の微小物体量測定装置において、本実施例の検出部８は、微小物体の量を検出する手段として、表面プラズモンセンサの代わりに、インピーダンス測定手段８０１を備える。
【０１１１】
本実施例においては、インピーダンス測定手段８０１は、図１６に示すように、捕集用電極３１ａおよび捕集用電極３１ｂに接続され、捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとをインピーダンス測定手段８０１の測定用端子として兼用する構成とする。これにより、インピーダンス測定手段８０１は捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間の抵抗値を測定することができる。すなわち、本実施例は微小物体捕集部３が検出部８を兼ねる構成である。
【０１１２】
図１７は本実施例おける微小物体量測定方法に係るフロー図である。本実施例の処理フローの主たる構成は、実施例１と同じであるので、同じである部分に関する説明を略し、異なる部分について以下に説明する。
【０１１３】
実施例１におけるステップ（Ｓ１０５）、ステップ（Ｓ１０６）に代えて、本実施例においては、ステップ（Ｓ３０６）を実施する。
【０１１４】
ステップ（Ｓ３０６）において、インピーダンス測定手段８０１は、捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間のインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスに対応して測定対象物の量を算出する。捕集用電極３１ａと捕集用電極３１ｂとの間に捕集された測定対象物の量とインピーダンスの間には関係があるので、インピーダンスより測定対象物の量を算出することは可能である。
【０１１５】
本実施例によれば、微小物体捕集部３が検出部８を兼ねる構成であるので、構造が単純である。また、ステップ（Ｓ１０５）の工程が不要である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明に係る微小物体捕集装置、微小物体量測定装置、微小物体捕集方法および微小物体量測定方法は、溶液中の微小物体を検出する水質センサや上記水質センサを搭載した浄水器、洗浄機、浄水タンク、浄水プラント、分析装置、微生物検査装置などに適用することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 検査液導入部
２ 弁
３ 微小物体捕集部
４ 分離用液体導入部
５ 弁
８ 検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小物体を含む検査液から前記微小物体を捕集する微小物体捕集装置であって、
捕集用電極に第１の周波数の交流電圧または第２の周波数の交流電圧を印加することにより前記微小物体を捕集する微小物体捕集部と、
前記微小物体捕集部に検査液を導入する検査液導入部と、
前記微小物体捕集部に分離用液体を導入する分離用液体導入部と、
を備える微小物体捕集装置。
【請求項２】
前記検査液の導電率を測定する導電率測定手段を備えることを特徴とする請求項１記載の微小物体捕集装置。
【請求項３】
前記第１の周波数は、前記測定された導電率において、測定対象物に対して正の誘電泳動が他の周波数より強く働く周波数であること
を特徴とする請求項２記載の微小物体捕集装置。
【請求項４】
検査液に含まれる微小物体の数を測定する微小物体量測定装置であって、
請求項１記載の微小物体捕集装置と、
前記微小物体捕集装置が捕集した前記微小物体の量を測定する検出部と、
を備えることを特徴とする微小物体量測定装置。
【請求項５】
微小物体を含む検査液から捕集対象物である微小物体を捕集する微小物体捕集方法であって、
捕集用電極を備える微小物体捕集部に前記検査液を導入するステップと、
前記捕集用電極に第１の周波数の交流電圧を印加し、捕集対象物である微小物体と他の微小物体とを捕集するステップと、
捕集された微小物体を前記捕集用電極に保持したまま、分離用液体を前記微小物体捕集部に導入し、前記微小物体捕集部内の検査液を分離用液体に置換するステップと、
前記捕集用電極に第２の周波数の交流電圧を印加して前記捕集対象物である微小物体を保持する状態を維持したまま、前記微小物体捕集部へ分離用液体を導入し、前記捕集用電極から離脱した前記他の微小物体を排出するステップと、
を備えることを特徴とする微小物体捕集方法。
【請求項６】
前記検査液の導電率を測定するステップを備え、
前記第１の周波数は、前記測定された導電率において、測定対象物に対して正の誘電泳動が他の周波数より強く働く周波数であることを特徴とする請求項５記載の微小物体捕集方法。
【請求項７】
検査液に含まれる測定対象物である微小物体の数を測定する微小物体量測定方法であって、
請求項５記載の微小物体捕集方法によって、測定対象物である微小物体を捕集するステップと、
前記測定対象物である微小物体の量を測定するステップと、
を備えることを特徴とする微小物体量測定方法。
【請求項１】
微小物体を含む検査液から前記微小物体を捕集する微小物体捕集装置であって、
捕集用電極に第１の周波数の交流電圧または第２の周波数の交流電圧を印加することにより前記微小物体を捕集する微小物体捕集部と、
前記微小物体捕集部に検査液を導入する検査液導入部と、
前記微小物体捕集部に分離用液体を導入する分離用液体導入部と、
を備える微小物体捕集装置。
【請求項２】
前記検査液の導電率を測定する導電率測定手段を備えることを特徴とする請求項１記載の微小物体捕集装置。
【請求項３】
前記第１の周波数は、前記測定された導電率において、測定対象物に対して正の誘電泳動が他の周波数より強く働く周波数であること
を特徴とする請求項２記載の微小物体捕集装置。
【請求項４】
検査液に含まれる微小物体の数を測定する微小物体量測定装置であって、
請求項１記載の微小物体捕集装置と、
前記微小物体捕集装置が捕集した前記微小物体の量を測定する検出部と、
を備えることを特徴とする微小物体量測定装置。
【請求項５】
微小物体を含む検査液から捕集対象物である微小物体を捕集する微小物体捕集方法であって、
捕集用電極を備える微小物体捕集部に前記検査液を導入するステップと、
前記捕集用電極に第１の周波数の交流電圧を印加し、捕集対象物である微小物体と他の微小物体とを捕集するステップと、
捕集された微小物体を前記捕集用電極に保持したまま、分離用液体を前記微小物体捕集部に導入し、前記微小物体捕集部内の検査液を分離用液体に置換するステップと、
前記捕集用電極に第２の周波数の交流電圧を印加して前記捕集対象物である微小物体を保持する状態を維持したまま、前記微小物体捕集部へ分離用液体を導入し、前記捕集用電極から離脱した前記他の微小物体を排出するステップと、
を備えることを特徴とする微小物体捕集方法。
【請求項６】
前記検査液の導電率を測定するステップを備え、
前記第１の周波数は、前記測定された導電率において、測定対象物に対して正の誘電泳動が他の周波数より強く働く周波数であることを特徴とする請求項５記載の微小物体捕集方法。
【請求項７】
検査液に含まれる測定対象物である微小物体の数を測定する微小物体量測定方法であって、
請求項５記載の微小物体捕集方法によって、測定対象物である微小物体を捕集するステップと、
前記測定対象物である微小物体の量を測定するステップと、
を備えることを特徴とする微小物体量測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−７１２５６（Ｐ２０１２−７１２５６Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８０２２（Ｐ２０１０−２１８０２２）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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