微小物体濃縮装置、微小物体量測定装置、微小物体濃縮方法および微小物体量測定方法。
【課題】電極に交流電圧を印加して微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する微小物体濃縮装置において、試料溶液の電気電導度や液温に関係なく、電極の洗浄状態を確認する。
【解決手段】第１の電極対５と第２の電極対６とを備えるセル４と、試料溶液をセルに供給する供給手段と、セルから液体を回収する回収手段と、第1の電極対に第１の交流電圧を印加する交流電源７と、第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１と第２の電極対の間のコンダクタンスＧ２とを測定する測定手段８と、コンダクタンスＧ１とコンダクタンスＧ２とを比較する比較手段９と、を備える。
【解決手段】第１の電極対５と第２の電極対６とを備えるセル４と、試料溶液をセルに供給する供給手段と、セルから液体を回収する回収手段と、第1の電極対に第１の交流電圧を印加する交流電源７と、第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１と第２の電極対の間のコンダクタンスＧ２とを測定する測定手段８と、コンダクタンスＧ１とコンダクタンスＧ２とを比較する比較手段９と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電泳動を用いて試料溶液に含まれる微小物体を濃縮する微小物体濃縮装置および微小物体濃縮方法、試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する微小物体量測定装置および微小物体量測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘電泳動力を用いて誘電泳動電極間に微生物を捕集した後、誘電泳動電極間のインピーダンスを測定して微生物数を定量する装置が、特許文献１に提案されている。ここには誘電泳動力によって捕集した微生物を定量分析した後に、試料溶液を自動的に排水して、さらに排水後に洗浄液を導入して測定チャンバーを洗浄することが記載されている。
【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ており、微小物体の誘電率と溶媒の誘電率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、力の向きが決まる。純水中に微小物体を懸濁させた試料溶液で、微小物体がポリスチレン微粒子の場合は、周波数１００ｋＨｚで強い引力が働き、周波数２ＭＨｚで斥力となる。また、微小物体が大腸菌の場合には、１ＭＨｚ程度で強い引力が働き、１００ＭＨｚで斥力となり、緑膿菌の場合には、１００ｋＨｚ程度で強い引力が働き、５０ＭＨｚ程度で斥力が働く。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小物体が捕集され、斥力が働く場合は、電場強度が強い電極近傍から、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といい、斥力が働く場合を負の誘電泳動という。このような誘電泳動極性の周波数依存特性は試料溶液の電気伝導度の影響が大きく、電気伝導度が高い硬水では強い引力が働く周波数や斥力に切り替わる周波数が高周波側にシフトするとともに、微小物体に働く力が弱くなる。
【０００４】
図１９に特許文献１記載の微生物活性測定装置を示す。図１９において、１０１はＤＥＰＩＭ法 (Dielectrophoretic Impedance Measurement Method)で微生物中の生菌を測定するため試料液を収容する測定チャンバー、１０２は微生物活性を測定するためのチップ化された電極部、１０２ａ，１０２ｂは電極部２を構成する一対の電極である。
【０００５】
次に、１０３は電極１０２ａ，１０２ｂ間に誘電泳動を発生させるために交流電圧を印加する誘電泳動用電源部、１０４は電極１０２ａ，１０２ｂ間のインピーダンスを測定することができる測定部、１０５はマイクロプロセッサ等から構成され、作業域に制御用のプログラムや各種データをロードして機能し、少なくとも誘電泳動用電源部１０３及び測定部１０４を制御するとともに演算を行う演算制御部、１０６は時計手段である。誘電泳動用電源部１０３は、電極１０２ａ，１０２ｂ間に印加する交流電圧の電圧と周波数を演算制御部１０５によって制御される。
【０００６】
測定部１０４は、電圧印加回路に直列に挿入されており、これを流れる電流を測定して電極１０２ａ，１０２ｂ間のコンダクタンス（抵抗成分の逆数）を算出している。すなわち、演算制御部１０５は、時計手段１０６の計時するタイミングで、誘電泳動用電源部１０３の周波数と電圧を制御し、電極１０２ａ，１０２ｂ間に活性度測定最適周波数の交流電圧を印加すると同時に、このとき測定部１０４に電圧印加回路を流れる電流の測定を行わせ、試料液中の微生物が濃縮されたことによる抵抗成分の測定を行い、逆数をとってコンダクタンスの算出をしている。
【０００７】
１０７は演算制御部５にロードするプログラムや各種データを格納したメモリ部、１０７ａはメモリ部１０７の中に設けられ、微生物のうち生菌だけを捕集して濃縮するための測定用制御データと、コンダクタンスを示す測定部１０４の出力（以下、ＤＥＰＩＭ出力）から生菌数を換算するための検量線データ等を格納した活性度測定用テーブルである。
【０００８】
１０８は微生物名や懸濁液導電率を入力するためのデータ入力部、１０９はデータ入力のための表示を行なったり、演算制御部１０５が検量線データに基づいて算出した生菌数を表示したりするためのＬＣＤ等の表示部である。また、１１０は微生物を含有した試料液を貯めた試料液槽、１１１は試料液槽１１０と測定チャンバー１０１を接続し、試料液槽１１０内の試料液を測定チャンバー１０１に導く供給管である。１１２は測定チャンバー１０１から測定後の試料液を排出するための排出管、１１３は供給管１１１に設けられた電磁弁等の供給バルブ、１１４は排出管１１２に設けられた排出バルブである。１１５はスターラ等の撹拌装置である。
【０００９】
１１６は洗浄液タンク、１１７は洗浄管、１１８は洗浄バルブである。演算制御部１０５が洗浄バルブ１１８を開いて洗浄液を測定チャンバー１０１に供給し、試料液を排出した後測定チャンバー１０１内を洗浄する。時計手段１０６の時間管理で、排水後に洗浄液を測定チャンバー１０１に洗浄液を導入し、自動的に測定チャンバー１０１内を洗浄して次の測定に備えることができる。
【００１０】
また、セルフチェック機能として、測定開始したばかりの状態で電極１０２ａ、１０２ｂ間のインピーダンス測定を行なって、検出した初期値が通常値の範囲と大きく異なっていると判断すると、警告を表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２２４号公報（平成１５年１月７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
試料溶液（特許文献１における試料液）に含まれる微小物体（特許文献１における微生物）に強い誘電泳動力を働かせて捕集すると、微小物体が電極部１０２に付着する。特許文献１には、微小物体含有の試料溶液を測定した後に、試料溶液を自動的に排出し、さらに洗浄液を導入して測定チャンバー１０１内を洗浄することが記載されている。しかしながら、洗浄液の導入は時計手段１０６を用いた時間管理であり、洗浄後の電極部１０２の状態を確認していない。そのため、電極部１０２に微小物体がこびり付いて付着している可能性がある。この場合、次の測定においては、測定開始時におけるコンダクタンスが高く、コンダクタンスの初期増加率が低く測定されるため、微生物濃度を実際より低く演算することとなる。
【００１３】
また、セルフチェック機能により測定されるインピーダンスの初期値は、試料溶液の電気伝導度や液温によっても変化する。従って、電極の洗浄状態を正確に確認することはできない。
【００１４】
また、誘電泳動力によって、試料溶液に含まれる微小物体を濃縮する従来技術の微小物体濃縮装置においては、電極に付着した付着物が、濃縮回収される試料溶液に混入して、純度が低下するという問題がある。
【００１５】
また、電極に付着した付着物によって、濃縮対象物の捕集が妨げられ、濃縮効率が低下するという問題がある。
【００１６】
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、試料溶液の電気電導度や液温に関係なく、電極の洗浄状態を確認できる微小物体濃縮装置、微小物体量測定装置、微小物体濃縮方法および微小物体量測定方法を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、本発明に係る微小物体濃縮装置は、微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する微小物体濃縮装置であって、第１の電極対と第２の電極対とを備えるセルと、
前記試料溶液をセルに供給する供給手段と、前記セルから前記試料溶液を排出する排出手段と、前記第1の電極対に第１の交流電圧を印加する交流電源と、前記第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１と前記第２の電極対の間のコンダクタンスＧ２とを測定する測定手段と、前記コンダクタンスＧ１と前記コンダクタンスＧ２とを比較する比較手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、洗浄液を前記セルに供給する洗浄液供給手段を備え、前記セルへの液体の供給元として前記供給手段と前記洗浄液供給手段とが選択可能に構成されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記セルから前記試料溶液を回収する回収手段を備え、前記セルからの液体の排出先として前記排出手段と前記回収手段とが選択可能に構成されることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る微小物体量測定装置は、試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する微小物体量測定装置であって、第１の電極対と第２の電極対とを備えるセルと、前記試料溶液を前記セルに供給する供給手段と、前記セルから前記試料溶液を排出する排出手段と、第1の電極対に第１の交流電圧を印加する交流電源と、第記第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１および第記第２の電極対の間のコンダクタンスＧ２を測定する測定手段と、前記コンダクタンスＧ１と前記コンダクタンスＧ２とを比較する比較手段と前記セル内部の前記微小物体の量を測定する測定手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、前記測定手段は、第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１から前記微小物体の量を演算する演算手段であることを特徴とする。
【００２２】
また、前記測定手段は、表面プラズモン共鳴センサであることを特徴とする。
【００２３】
また、洗浄液を前記セルに供給する洗浄液供給手段を備え、前記セルへの液体の供給元として前記供給手段と前記洗浄液供給手段とが選択可能に構成されることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る微小物体濃縮方法は、微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する微小物体濃縮方法であって、第１の電極対の間のコンダクタンスと第２の電極対の間のコンダクタンスとが一致するまで前記第１の電極対と前記第２の電極対とを備えるセルに洗浄液を供給し、排出するステップと、前記セルに試料溶液を供給するステップと、前記第1の電極対に前記微小物体に正の誘電泳動力が働く周波数である第１の交流電圧を印加して、前記セルから試料溶液を排出するステップと、前記第1の電極対への交流電圧の印加を停止する、または前記微小物体に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を印加して、前記試料溶液を排出するステップと、を備えることを特徴とする。
【００２５】
また、前記洗浄液を供給し、排出するステップにおいて、前記第１の電極対に付着した付着物に対し負の誘電泳動力が働く周波数である第２の交流電圧を第１の電極対に印加することを特徴とする。
【００２６】
また、前記洗浄液を供給し、排出するステップにおいて、前記第１の電極対に付着した付着物および／または前記微小物体に対し負の誘電泳動力が働く周波数である第２の交流電圧を第２の電極対に印加することを特徴とする。
【００２７】
また、第２の交流電圧の電圧振幅が第１の交流電圧の電圧振幅より小さいことを特徴とする。
【００２８】
また、前記試料溶液のコンダクタンスを測定するステップと、前記コンダクタンスから電気伝導度を算出するステップと、を備え、前記電気伝導度において、前記微小物体に対して正の誘電泳動力が他の周波数より強く働く周波数を第１の交流電圧の周波数とすることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る微小物体量測定方法は、試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する微小物体量測定方法であって、第１の電極対の間のコンダクタンスと第２の電極対の間のコンダクタンスとが一致するまで前記第１の電極対と前記第２の電極対とを備えるセルに洗浄液を供給し、排出するステップと、前記セルに試料溶液を供給するステップと、前記第1の電極対に前記微小物体に正の誘電泳動力が働く第１の周波数である第１の交流電圧を印加するステップと、前記セル内部の前記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。
【００３０】
また、前記洗浄液は前記試料溶液であることを特徴とする。
【００３１】
また、前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて、前記第１の電極対に付着した付着物に対し負の誘電泳動力が働く周波数である交流電圧を第１の電極対に印加することを特徴とする。
【００３２】
また、前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて、前記第１の電極対に付着した付着物および／または前記微小物体に対し負の誘電泳動力が働く周波数である交流電圧を第２の電極対に印加することを特徴とする。
【００３３】
また、前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて印加する交流電圧の電圧振幅が前記第１の交流電圧の電圧振幅より小さいことを特徴とする。
【００３４】
また、前記試料溶液のコンダクタンスを測定するステップと、前記コンダクタンスから電気伝導度を算出するステップと、を備え、前記電気伝導度において、前記微小物体に対して正の誘電泳動力が他の周波数より強く働く周波数を前記第１の周波数とすることを特徴とする。
【００３５】
また、前記第1の電極対に前記第１の交流電圧を印加するステップにおいて、第１の電極対の間のコンダクタンスを複数回測定し、前記コンダクタンスの上昇速度が速い場合に、前記微小物体の量が多いと演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、試料溶液の電気電導度や液温に関係なく、電極の洗浄状態を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図２】本実施の形態に係る微小物体量測定方法の処理フロー図である。
【図３】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図４】本実施の形態に係るコンダクタンスの測定方法に係る処理フロー図である。
【図５】本実施の形態に係る印加する電圧および流れる電流を時間軸上にプロットしたグラフである。
【図６】インピーダンスに係るベストル図である。
【図７】電極間の電気的状態を表現した等価回路の回路図である。
【図８】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図９】本実施の形態に係る微小物体濃縮装置の上面図である。
【図１０】本実施の形態に係る微小物体濃縮方法の処理フロー図である。
【図１１】本実施の形態に係る微小物体濃縮装置の上面図である。
【図１２】本実施の形態に係る微小物体濃縮装置の上面図である。
【図１３】本実施の形態に係る微小物体濃縮装置の上面図である。
【図１４】本実施の形態に係る微小物体濃縮装置の上面図である。
【図１５】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図１６】本実施の形態に係る微小物体量測定方法の処理フロー図である。
【図１７】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図１８】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図１９】従来技術の微生物活性測定装置である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００３９】
図１は本実施例に係る微小物体量測定装置１００の上面図である。本実施例に係る微小物体量測定装置１００は、試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する。本実施例に係る微小物体量測定装置は、試料溶液タンク１、試料溶液供給管２、セル４、第１の電極対５、第２の電極対６、交流電源７、測定手段８、比較手段９、試料溶液排出管１１、演算手段１９とから構成される。
【００４０】
試料溶液タンク１と試料溶液供給管２とは試料溶液をセル４に供給する供給手段を構成する。試料溶液タンク１は測定対象物２０を含む試料溶液を保持することができる。試料溶液タンク１は第１バルブ３を備える試料溶液供給管２を介してセル４と接続されており、第１バルブ３を開放することによりセル４に試料溶液を供給することができる。
【００４１】
試料溶液排出管１１は、セル４から液体を排出する排出手段である。セル４は第２バルブ１０を備える試料溶液排出管１１と接続されており、第２バルブ１０を開放することによりセル４から試料溶液を排出することができる。
【００４２】
セル４の内部に、電極５ａと電極５ｂとで構成される第１の電極対５と、電極６ａと電極６ｂとで構成される第２の電極対６とがフォトマスクを用いたパターニングによって形成されている。第１の電極対５は試料溶液に含まれる測定対象物２０を電極５ａと電極５ｂとの間に捕捉する誘電泳動電極として使用される。第２の電極対６は第１の電極対５の洗浄状態を確認するための参照信号を検出するためのリファレンス電極である。第1の電極対５と第２の電極対６とは同一の形状であることが望ましい。本実施の形態では、第1の電極対５と第２の電極対６とは配線幅が６０μｍでギャップ（電極間隔）が６０μｍの櫛歯パターンの電極を用いているが、他の電極パターンであってもよい。ギャップが狭くなるほど、電界が強くなるため、強い誘電泳動力を働かせることが可能になる。電極５ａ、電極５ｂ、電極６ａ、電極６ｂは下地層としてＴｉ薄膜を１〜５ｎｍ程度形成した上に、５０〜３００ｎｍ程度のＡｕ薄膜として形成される。成膜方法には、蒸着などの手法が用いられる。また、Ａｕ薄膜の上にさらに撥水膜を形成してもよい。撥水膜を形成すると付着物のこびりつきを抑制することができる。
【００４３】
第１の電極対５と第２の電極対６とはそれぞれ交流電源７に接続される。交流電源７は第１の電極対５に印加する交流電圧の周波数と電圧振幅を独立制御できる。また、第２の電極対６に印加する交流電圧の周波数と電圧振幅を独立制御できることが望ましい。
【００４４】
また、第１の電極対５と第２の電極対６とは、測定手段８に接続されている。測定手段８は電極間に印加した電圧と、電極間に流れる電流と、電流と電圧の位相差を測定し、これらの測定結果に基づいて電極間のコンダクタンスを測定することができる。
【００４５】
演算手段１９は第１の電極対の間のコンダクタンスに基づき微小物体の濃度の演算を行ない、セル４内部の測定対象物２０の量を測定する測定手段である。演算手段１９は、コンダクタンスの時間変化に基づき、測定対象物２０の量を演算することができる。
【００４６】
比較手段９は第１の電極対５で計測したコンダクタンスＧ１と第２の電極対６で計測したコンダクタンスＧ２とを比較する手段である。この比較結果に基づいて第1の電極対５の洗浄状態を判定することができる。
【００４７】
図２は本実施例の微小物体量測定方法に係る処理フロー図である。以下、図２に基づき、本実施例の処理フローを説明する。本処理フロー開始時において、試料溶液タンク１に微小物体である測定対象物２０を含む試料溶液が保持されている。
【００４８】
以下の説明では、図３に示すように、電極５ａと電極５ｂとの間に付着物２１が付着した状態であることを前提として説明する。発明者らの実験によれば、純水中に直径１μｍ程度のカオリン（粘土）が１０＾６個／ｍｌ程度の濃度で含まれている試料溶液をセル４に供給したのちに、第1バルブ３と第２バルブ１０を閉鎖して静水状態にして、周波数１００ｋＨｚ電圧振幅２０Ｖｐｐの正弦波交流電圧を第１の電極対５に５分間印加した場合、正の誘電泳動が強く働いて電極５ａと電極５ｂとの間にカオリンが捕集された。その後、電圧印加を停止すると大部分のカオリンは周辺に流れていったが、一部のカオリンが電極５ａ周辺および電極５ｂ周辺に付着したままであった。
【００４９】
本実施例の微小物体量測定方法では、まず初めに、第１バルブ３を開放して試料溶液タンク１から試料溶液をセル４に供給する（ステップＳ１）。
【００５０】
次に、測定手段８が第１の電極対５の間のコンダクタンスＧ１を測定する（ステップＳ２）。測定のために第１の電極対５の間に印加する電圧の電圧振幅ｖ２はコンダクタンスが測定可能な範囲で出来るだけ小さいことが好ましい。例えば、１Ｖｐｐの正弦波に設定する。また、付着物２１に対して強い正の誘電泳動力が働かない周波数とすべきである。
【００５１】
図４に示す処理フロー図を用いて、コンダクタンスの測定方法について詳しく説明する。初めに第1の電極対５に交流電圧Ｖを印加して（ステップＳ２１）、電極５ａと電極５ｂの間に流れる電流Ｉを測定する（ステップＳ２２）。
【００５２】
図５に、印加する電圧Ｖ２６および流れる電流Ｉ２７を時間軸２４上にプロットしたグラフを示す。グラフの縦軸２５は電圧または電流である。図に示すように、印加した電圧２６と回路に流れる電流２７との間に位相差が現れる。この位相差に係る位相角θを求める（ステップＳ２３）。位相角θは、電圧２６の位相に対する電流２７の位相の遅れＴ１を周期Ｔ２で除して２πを乗じた値である。
【００５３】
インピーダンスＺは、印加電圧Ｖを電流Ｉで除算して算出する（ステップＳ２４）。
【００５４】
交流回路において、インピーダンスＺは、レジスタンス成分ｒとリアクタンス成分ｘとの合成として表現できる。これを数式で表すと、Ｚ＝ｒ＋ｊｘとなる。なお、ｊは虚数単位とする。
【００５５】
従って、図６に示すように、インピーダンスＺは、レジスタンス成分ｒと位相角θを持つベクトルとして表現できる。これにより、レジスタンスｒ＝Ｚｃｏｓθ、リアクタンスｘ＝Ｚｓｉｎθとして算出することができる（ステップＳ２５、ステップＳ２６）。
【００５６】
図７は、電極５ａ，電極５ｂ間の電気的状態を表現した等価回路の回路図である。電極５ａ，電極５ｂ間の試料溶液は、抵抗およびコンデンサとして働く。従って、電極５ａ，５ｂ間の電気的状態は、コンデンサ３２と抵抗３３とが、並列に電極５ａと電極５ｂ間を結んでいる見なすことができる（これをＣＲ等価回路と呼ぶ）。以下では、抵抗Ｒを、レジスタンスｒ、リアクタンスｘより算出する。
【００５７】
式（１）はＣＲ並列等価回路の合成インピーダンスＺを表す式である。
【００５８】
【数１】
【００５９】
式（１）とＺ＝ｒ＋ｊｘとより、式（２）、式（３）が求まる。
【００６０】
【数２】
【００６１】
【数３】
【００６２】
式（２）、式（３）を、ＲとＣとに関する連立方程式として解くと、式（４）、式（５）が求まる。
【００６３】
【数４】
【００６４】
【数５】
【００６５】
従って、式（４）にレジスタンスｒ、リアクタンスｘの値を代入することにより、抵抗Ｒを求めることができる。また、コンダクタンスＧは抵抗Ｒの逆数として求めることができる（ステップＳ２７）。
【００６６】
図４の処理フロー用いて説明したコンダクタンスの測定方法と同様の測定方法を用いて、測定手段８が第２の電極対６の間のコンダクタンスＧ２を測定する（ステップＳ３）。なお、本ステップをステップＳ２より前または同時に実施しても良く、望ましくは同時とする。
【００６７】
続いて、比較手段９がコンダクタンスＧ１とコンダクタンスＧ２とを比較する（ステップＳ４）。コンダクタンスの差があらかじめ定めた設定値より大きい場合は、電極５ａと電極５ｂとの間に付着物２１が付着していると判断することができる。
【００６８】
図３に示すように、電極５ａと電極５ｂとの間に付着物２１が付着している場合、コンダクタンスＧ１とコンダクタンスＧ２との差があらかじめ定めた設定値より大きくなる（ステップＳ４でＮｏ）。この場合、ステップＳ１に戻り、試料溶液の供給を継続する。第２バルブ１０は開放されており、試料溶液の流れに伴い、付着物２１が電極５ａと電極５ｂとの間から乖離し、試料溶液排出管１１を経由して外部に排出される。以降、ステップＳ１からステップＳ４までの処理ループを、コンダクタンスＧ１とコンダクタンスＧ２との差があらかじめ定めた設定値以下になる（ステップＳ４でＹｅｓ）まで繰り返す。
【００６９】
コンダクタンスの差が設定値より小さくなった場合、電極５ａと電極５ｂとの間の付着物２１が除去され、図１に示すように付着物２１が無くなったと判断できる。
【００７０】
次に、第１バルブ３と第２バルブ１０とを閉鎖して、第１の電極対５に第１の周波数ｆ１で電圧振幅ｖ１の交流電圧を印加する。第１の周波数ｆ１は微小物体である測定対象物２０に正の誘電泳動が強く働く周波数とする。例えば、測定対象物２０が大腸菌の場合は１ＭＨｚに設定する。電圧振幅ｖ１は１０Ｖｐｐ〜２０Ｖｐｐ程度の正弦波を印加して測定対象物２０を第1の電極対５で捕集する（ステップＳ５）。
【００７１】
図８は、測定対象物２０が第１の電極対５に正の誘電泳動力によって、捕集された状態を示す。また、図示しないタイマー手段で時間を計測して予め設定した所定時間（例えば１分間）だけ電圧を印加しても良く、この場合、濃縮率を一定とすること可能になる。
【００７２】
また、第1の電極対５で微小物体を捕集するステップＳ５の間に、測定手段８が第１の電極対５の間のコンダクタンスを複数回測定する。電極５ａと電極５ｂとの間に測定対象物２０が引き寄せられて、測定対象物２０は電気力線に沿って整列してパールチェーンを形成する。そのため、ステップＳ５において、コンダクタンスの上昇が測定される。上昇速度は、測定対象物２０の試料溶液における量、すなわち濃度と正の相関がある。
【００７３】
そして、セル４内部の測定対象物２０の量を測定する。本実施例においては、演算手段１９がコンダクタンスの上昇速度に基づき測定対象物の量を演算する（ステップＳ６）。具体的には、コンダクタンスの上昇速度が速い場合に、測定対象物の量が多いと演算し、コンダクタンスの上昇速度が遅い場合に、測定対象物の量が小ないと演算する。
【００７４】
最後に、第２バルブ１０を開放して試料溶液排出管１１から試料溶液を排出する（ステップＳ７）。試料溶液を排出した後に、測定対象物２０を付着物２１と見なしてステップＳ１からステップＳ４までの作業を行い、第1の電極対５と第２の電極対と６を洗浄しておくことが好ましい。
【００７５】
本実施例によれば、第１の電極対５と第２の電極対６との形状が同一であるため、同一状態におけるコンダクタンスは同一となる。したがって、第１の電極対５の間のコンダクタンスと第２の電極対６の間のコンダクタンスとを比較することにより、第１の電極対５の状態と第２の電極対６の状態とが一致しているかどうかを判断することができる。
【００７６】
本実施例によれば、付着物２１を確実に除去することができるので、付着物２１を原因とする誤差を解消し、測定誤差を小さくすることができる。また、付着物２１を除去したのちまで洗浄を行なうことが無いので、処理時間を短縮することができる。
【００７７】
また、洗浄状態を確認する目的で具備された測定手段８を用いて測定したコンダクタンスに基づいて測定対象物２０の量を演算するので、測定対象物２０の量に関連する信号を別途検出するためのセンサが不要であり、微小物体量測定装置の構成が簡素である。
【００７８】
また、ステップＳ１〜Ｓ４において、洗浄液として試料溶液を用いて付着物２１を洗浄するので、洗浄液を供給する手段が別途必要なく、構成が簡素である。また、ステップ５において、セル４内の洗浄液を試料溶液と置き換える必要が無いので、工程が簡易である。
【００７９】
また、第２の交流電圧の電圧振幅ｖ２を第１の交流電圧の電源振幅ｖ１より小さくすることが望ましい。第２の交流電圧の電圧振幅ｖ２が第１の交流電圧ｖ１の電圧振幅より小さければ、ステップＳ２、Ｓ３において、流れる電流が小さい。従って、消費電力および発熱量を低下させ、かつ発熱にともなう測定誤差を小さくすることができる。
【００８０】
また、第２の周波数ｆ２が付着物２１に対し正の誘電泳動力が働く周波数であったとしてもその力は小さいため、付着物２１の第１の電極５または第２の電極６からの乖離を妨げることが無い。
【００８１】
また、第２の周波数ｆ２が測定対象物２０に対し正の誘電泳動力が働く周波数であったとしてもその力は小さいため、測定対象物２０が第１の電極５および第２の電極６に付着する可能性は低く、ステップＳ４における判断を誤ることが無い。
【００８２】
なお、ステップＳ１および／またはステップＳ２においては、付着物２１に対し負の誘電泳動力が働く第２の周波数ｆ２の交流電圧を第１の電極対５に印加することが望ましい。負の誘電泳動力は、電極５ａと電極５ｂとの間より付着物２１を乖離させる方向に働き、付着物２１を除去することに寄与する。
【００８３】
また、ステップＳ１、ステップＳ３、ステップS５の少なくとも１つのステップ、望ましくは全てのステップにおいて、付着物２１および／または測定対象物２０に対し正の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を第２の電極対６に印加しないことが望ましい。この場合、第２の電極対６の間に付着物２１および／または測定対象物２０が付着することを防止することができる。そのため、ステップＳ４において、第２の電極対６は、付着物２１の有無の判断の基準となる正確な参照信号を提供することができる。従って、付着物２１を確実に除去することができる。
【００８４】
また、ステップＳ１、ステップＳ３、ステップS５の少なくとも１つのステップ、望ましくは全てのステップにおいて、付着物２１および／または測定対象物２０に対し負の誘電泳動力が働く第２の周波数ｆ２の交流電圧を、第２の電極対６に印加しても良い。この場合、負の誘電泳動力は、第２の電極対６の間から付着物２１および／または測定対象物２０を乖離させる方向に働くため、第２の電極対６の間に付着物２１および／または測定対象物２０が付着することを防止することができる。そのため、ステップＳ４において、第２の電極対６は、付着物２１の有無の判断の基準となる正確な参照信号を提供することができる。従って、ステップＳ１からステップＳ４までの処理ループによって、付着物２１を確実に除去することができる。
【００８５】
また、ステップＳ５において、コンダクタンスＧ１および／またはコンダクタンスＧ２の値を用いて試料溶液の電気伝導度ｄ１を算出し、電気伝導度ｄ１の場合に測定対象物２０に対し正の誘電泳動力が他の周波数より強く働く周波数を第１の周波数ｆ１としても良い。
【００８６】
電気伝導度ｄ１の算出方法は、電気伝導度が既知の試料溶液を用いてコンダクタンスの測定を行い、電気伝導度とコンダクタンスとを対応させたテーブルを予め作成しておき、この変換テーブルの値を用いて換算する方法とする。より正確な電気伝導度測定を行うために、温度測定手段を備えて、液温の影響を補正できるようにすることが望ましい。これにより、短時間でより多くの測定対象物２０を捕集できるので、測定時間を短縮し、、測定感度および測定精度を向上させることができる。また、電気伝導度ｄ１が高い場合に電圧振幅ｖ１を高くすることにより、時間あたりの捕集量を電気伝導度ｄ１に関わらず一定としても良い。
【００８７】
また、電圧Ｖ、電流Ｉ、位相角θから測定対象物２０の量を演算する計算を本実施例の微小物体量測定方法開始前に予め行ない、電圧Ｖ、電流Ｉ、位相角θと、対応する測定対象物２０の量とをテーブルにして測定手段８が備えるメモリに記憶させておき、ステップＳ５およびステップＳ６において、測定された電圧Ｖ、電流Ｉ、位相角θに対応する測定対象物２０の量を参照して、測定対象物２０の量を演算しても良い。この場合、コンダクタンスの算出が不要となるので、測定時間を短くしたり、測定手段８を簡易な構造にしたりすることができる。
【００８８】
また、ステップＳ２、ステップＳ３における測定手段８によるコンダクタンスの測定を抵抗の測定としても良い。ステップ４における比較手段９によるコンダクタンスの比較を抵抗の比較としても良い。ステップ５における演算手段１９によるコンダクタンスに基づく微小物体の濃度の演算を抵抗に基づく演算としても良い。コンダクタンスと抵抗とは、逆数の関係にあり、算術的に可逆であるため、コンダクタンスを用いるか抵抗を用いるかは発明の定義において均等の範囲である。
【実施例２】
【００８９】
図９は本実施例に係る微小物体濃縮装置２００の上面図である。本実施例に係る微小物体濃縮装置２００は、微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する。以下、実施例１に係る微小物体量測定装置１００と共通する構成要素については説明を省略し、異なる構成要素について説明する。
【００９０】
本実施例の微小物体濃縮装置２００は、実施例１の構成の他に、洗浄液タンク１２、洗浄液供給管１３、濃縮液回収管１６、回収部１７を備える。
【００９１】
洗浄液タンク１２と洗浄液供給管１３とはセル４に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を構成する。洗浄液タンク１２が第３バルブ１４を備える洗浄液供給管１３を介してセル４と接続されている。第３バルブ１４を開放することによりセル４に洗浄液を供給することができる。第１バルブ３と第３バルブ１４とのうち、一方のバルブを開き、他方のバルブを閉じることにより、セル４への液体の供給元として前記供給手段と前記洗浄液供給手段とが選択可能である。
【００９２】
また、濃縮液回収管１６と回収部１７とはセルから液体を回収する回収手段を構成する。セル４は第４バルブ１５を備える濃縮液回収管１６を介して回収部１７と接続されている。第４バルブ１５を開放することにより、セル４内部の液体を排出させて、回収部１７に回収することができる。第２バルブ１０と第４バルブ１５とのうち、一方のバルブを開き、他方のバルブを閉じることにより、セル４からの液体の排出先として前記排出手段と前記回収手段とが選択可能である。
【００９３】
なお、本実施例においては、実施例１に係る演算手段１９を備えなくとも良い。
【００９４】
図１０に本実施例に係る微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する微小物体濃縮方法の処理フロー図を示す。本処理フロー開始時において、試料溶液タンク１には微小物体である濃縮対象物２２を含む試料溶液が保持されており、洗浄液タンク１２には、洗浄液が保持されている。
【００９５】
また、図１１に示すように、実施例１と同様に、電極５ａと電極５ｂとのギャップ部に付着物２１が付着している。
【００９６】
本実例では、ステップＳ１に代えて、ステップＳ３１を実施する。ステップＳ３１およびステップＳ２〜ステップＳ４は、第１の電極対５の間のコンダクタンスＧ１と第２の電極対６の間のコンダクタンスＧ２とが一致するまで第１の電極対５と第２の電極対６とを備えるセル４に洗浄液を供給し、排出するステップである。
【００９７】
ステップＳ３１において、第３バルブ１４を開放して洗浄タンク１２から洗浄液をセル４に供給する。ステップＳ３１およびステップＳ２〜ステップＳ４の処理ループによれば、洗浄液によって付着物２１を除去することができる。
【００９８】
図１２は、除去された付着物２１が、洗浄液とともに、試料溶液排出管１１から排出される様子を示す上面図である。
【００９９】
続いて、第３バルブ１４を閉じたのちに、第１の電極対５に第１の周波数ｆ１で電圧振幅ｖ２の交流電圧を印加した状態で、第１バルブ１を開放して試料溶液タンク１から試料溶液をセル４に供給し、セル４から試料溶液を排出する（ステップＳ３５）。セル４に供給された試料溶液に含まれる濃縮対象物２２は誘電泳動力によって第１の電極対５に捕集され、それ以外は試料溶液排出管１１を経由して外部に排出される。
【０１００】
図１３は、濃縮対象物２２が、第１の電極対５に捕集される様子を示す上面図である。
【０１０１】
最後に、第１バルブ３を閉じて試料溶液のセル４への供給を停止し、第1の電極対５への交流電圧の印加を停止または濃縮対象物２２に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を印加する。そして、第２バルブ１０を閉じて、第４のバルブ１５を開く。第１の電極対５に捕集されていた濃縮対象物２２は第１の電極対５から開放され、セル４内部の試料溶液とともに排出され、回収部１７に回収される（ステップＳ３６）。
【０１０２】
図１４は、回収部１７に濃縮対象物２２が回収された状態を示す。回収部１７に回収される液体は、濃縮対象物２２が濃縮された試料溶液となる。
【０１０３】
本実施例によれば、付着物２１が回収部１７に回収されることがないので、回収される試料溶液の純度が高い。
【０１０４】
また、第１の電極対５に付着物２１が付着していない状態から捕集を開始するので、付着物２１によって、濃縮対象物２２の捕集を妨げられることがない。そのため、より多くの濃縮対象物２２を濃縮ができる。また、短時間で濃縮対象物２２を濃縮することができる。
【０１０５】
また、試料溶液を回収する回収手段を備え、セル４からの液体の排出先として排出手段と回収手段とが選択可能であるため、濃縮対象物２２を、ステップＳ３５において排出される試料溶液と分離して回収することができる。
【０１０６】
また、洗浄液によって、第１の電極対５を洗浄するので、付着物２１を乖離させる能力の高い液体を洗浄液として適宜選択でき、ステップＳ４までの処理時間を短縮することができる。
【０１０７】
なお、ステップＳ４において、コンダクタンスＧ１とコンダクタンスＧ２との差が設定値近傍になった時点で、次のステップＳ３１において、第３バルブ１４を閉じて第１バルブ３を開き、洗浄液の代わりに試料溶液をセル４に供給しても良い。これにより、第１の電極５に付着する付着物２１が多い場合は、洗浄力の強い洗浄液を用いて短時間で洗浄することができ、第１の電極５に付着する付着物２１が少ない場合には試料溶液を用いて洗浄しつつ、セル４内の洗浄液を試料溶液に置き換えることができる。これにより、処理時間を短縮することができる。また、ステップＳ３１において常に洗浄液を供給する場合と比較して洗浄液の消費量が少なくすることができる。
【０１０８】
また、洗浄液供給管１４からセル４に供給する洗浄液の流速を、セル４内において乱流や気泡が発生する程度に速くすることが望ましい。この場合、洗浄効果を高め、ステップＳ３１に係る処理時間の短縮を図ることができる。
【０１０９】
また、ステップＳ３６において、濃縮対象物２２に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を印加しても良い、この場合、濃縮対象物２２が第１の電極対５から乖離する方向に力を及ぼすので、処理時間の短縮、濃縮対象物２２の回収率の向上、処理後の第１の電極対５に対する濃縮対象物２２のこびり付きの防止をすることができる。
【０１１０】
また、回収部１７に濃縮対象物２２の量を測定する測定手段を設置して、濃縮対象物２２の濃度を測定しても良い。濃縮率は、濃縮条件（ステップＳ３５に係る交流電圧印加時間、周波数ｆ１、電圧振幅ｖ１等）に依存するので、測定手段により測定した濃度を濃縮率で除して、試料溶液タンク１から供給された試料溶液中の濃縮対象物の濃度を定量することができる。濃縮対象物２２の量の測定方法としては、コンダクタンスの変化を用いる方法、散乱光や表面プラズモン共鳴を用いて光学的に検出する方法、蛍光物質と反応させて光学的に検出する方法、抗原抗体反応を用いる方法、試料溶液の電気抵抗の変化を測定するコールターカウンター法などが適宜選択可能である。
【実施例３】
【０１１１】
図１５は本実施例に係る微小物体量測定装置３００の構成説明図である。図１５（ａ）は上面図、図１５（ｂ）が側方断面図である。以下、実施例１に係る微小物体量測定置１００と共通する構成要素については説明を省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。
【０１１２】
本実施例において、セル４は底面基板４９とカバー部材５０とを貼り合わせて作製される。セル４の内部は、所定の方向に試料溶液を流すことができるよう流路が形成されている。セル４の上流には試料供給管２が接続され、下流には試料排出管１１が接続されている。セル４は、図１５（ａ）に示すように、上流側が広く、下流側が狭い流路が形成される。上流路の幅は１０００μｍ程度、下流路の幅は、上流路の幅より狭く２００μｍ程度である。ガラスまたはシリコーンゴムの一種であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などが材料に用いられ、成型やエッチングなどにより流路が形成される。
【０１１３】
上流路には、第１の電極対５および第２の電極対６が配置されている。下流路には、第３の電極対４０が配置される。
【０１１４】
本実施例に係る微小物体量測定装置３００は、表面プラズモン共鳴センサを備える。表面プラズモン共鳴センサは、セル４内部の測定対象物２０の量を測定する測定手段である。本実施例に係る表面プラズモン共鳴センサは、第３の電極対４０、光源４１、コリメートレンズ４２、集光レンズ４３、プリズム４４、集光レンズ４７、光検出手段４８、演算手段１９を備える。
【０１１５】
第３の電極対４０は、電極４０ａと電極４０ｂとから構成される。電極４０ａおよび電極４０ｂは交流電源７に配線され、第３の電極対４０の間に交流電圧を印加可能に構成される。
【０１１６】
電極４０ａは下流方向に頂点を有する菱形形状であり、その中央は測定点Ｓである。また、交流電源７と配線接続するため、長方形の配線部が上流側に設けられている。電極４０ｂは、電極４０ａの下流側に設けられる。
【０１１７】
センサ部４０ａはセル４の底面基板４９上に形成されている。プリズム４４とセル４の底面基板４９とはガラスまたはプラスチックなどの透明材料が使用される。表面プラズモン共鳴角を小さくして検出手段としての検出精度を向上させるため、プリズム４４の屈折率および底面基板４９の屈折率は高い方が好ましい。
【０１１８】
本実施例の表面プラズモン共鳴センサは、光源４１から発せられた光ビームが、コリメートレンズ４２により平行光となり、集光レンズ４３によりプリズム４４を透過してプリズム４４に密着して配置された電極４０ａ中央の測定点Ｓに集光されるよう構成される。また、測定点Ｓに集光された光ビームは、測定点Ｓで反射され、光検出手段４８に受光されるよう構成される。
【０１１９】
光源４１は、半導体レーザ、外部共振半導体レーザ、固体レーザ、ガスレーザのいずれを用いてもよい。また、単色性の良いものであれば、ＬＥＤであってもよい。本実施例では波長６６０ｎｍの赤色半導体レーザを用いる。この場合、視認性がよいため組み立て調整が容易になる。
【０１２０】
プリズム４４は、ガラス、プラスチック、いずれの材料でもよい。光源４１が出射する光に対して吸収率が低い材料を用いれば測定感度が良くなり、また屈折率の高い材料を用いれば測定精度が良くなるので、光源４１が発する光量と波長、試料溶液およびその濃度、要求する測定精度、測定感度等に応じて適切な材料を選択すれば良い。
【０１２１】
プリズム４４と底面基板４９との界面からの反射光の影響を除去するために、プリズム４４及び底面基板４９と略等しい屈折率の接着剤またはマッチングオイルの塗布によりプリズム４４と底面基板４９とが密着している。
【０１２２】
光検出手段４８はＣＣＤやＣＭＯＳの１次元センサが適している。ＣＣＤやＣＭＯＳの２次元のセンサでもよい。また、検出面が複数に分割されたフォトダイオードであってもよい。
【０１２３】
演算手段１９は、光検出手段４８と配線される。本実施例においては、演算手段１９は、光検出手段４８が検出した信号から測定対象物２０の量を算出する。演算手段１９は測定手段８と配線されなくても良い。
【０１２４】
本実施例の表面プラズモン共鳴センサは、測定点Ｓ近傍の測定対象物の量を測定することができる。
【０１２５】
図１６は、本実施例の微小物体量測定方法に係る処理フロー図である。以下、処理フロー図に則り、本実施例の微小物体量測定方法を説明する。本処理フローは、ステップＳ５に代えてステップＳ４５を実施すること、ステップＳ６に代えてステップＳ４６、ステップＳ４７を実施することを除いて、実施例１に係るフローと同じであるので、ステップＳ４５、ステップＳ４６およびステップＳ４７について説明する。
【０１２６】
ステップＳ４５は、コンダクタンスの測定を行なわない点を除き、ステップＳ５と同じである。
【０１２７】
ステップＳ４６においては、第１の電極対５に捕捉された測定対象物２０を検出部Ｓに誘導して、凝集する。具体的には、第１の電極対５への電流の印加を停止または測定対象物２０に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を印加して、第３の電極対４０に第１の周波数ｆ１の交流電圧を印加する。
【０１２８】
図１７に、電極４０ａと電極４０ｂとの間に測定対象物２０が捕捉された様子を示す。
【０１２９】
次に、第３の電極対４０に印加する交流電圧の周波数を、電気浸透流を発生させる第３の周波数ｆ３に変更する。測定対象物２０が大腸菌、試料溶液が純水の場合、第３の周波数ｆ３は１０ｋＨｚ程度に設定される。
【０１３０】
図１８は電気浸透流により測定点Ｓに測定対象物２０が誘導された様子を示した模式図である。電気浸透流では、電極の中央部に向かって力が働く。これにより、電極４０ａと電極４０ｂとの間に捕捉された測定対象物２０が検出部Ｓへ誘導され、凝集する。
【０１３１】
この状態で、表面プラズモン共鳴センサにより、測定対象物の量を測定する（ステップＳ４７）。具体的には、光源４１が光ビームを出射し、コリメートレンズ４２が光ビームを平行光とし、集光レンズ４３がプリズム４４に密着して配置された電極４０ａ中央の測定点Ｓに集光させる。光検出手段４８は、測定点Ｓで反射した光ビームを受光し入射角毎の強度を測定し、強度が低下する共鳴角を表面プラズモン共鳴角として出力する。表面プラズモン共鳴角は測定点Ｓ近傍の液体の誘電率に依存する。試料溶液に含まれる測定対象物２０の量に誘電率は依存するので、表面プラズモン共鳴角は、測定点Ｓ近傍の試料溶液に含まれる測定対象物２０の量と関係を有する。
【０１３２】
演算手段１９は、表面プラズモン共鳴角に基づき、試料溶液における測定対象物２０の量を演算する。
【０１３３】
本実施例によれば、表面プラズモン共鳴センサを用いて測定するので、測定感度および／または測定精度が高い。
【０１３４】
また、ステップＳ４６において、測定対象物２０に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を第１の電極対５に印加した場合、測定対象物２０が第１の電極対５から乖離する方向に力を及ぼすので、処理時間の短縮、測定感度および／または測定精度の向上、処理後の第１の電極対５に対する測定対象物２０のこびり付きの防止をすることができる。
【０１３５】
また、ステップＳ４６において、測定対象物２０に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を第２の電極対６に印加した場合、測定対象物２０が第２の電極対６から乖離する方向に力を及ぼすので、処理時間の短縮、測定感度および／または測定精度の向上、処理後の第２の電極対６に対する測定対象物２０のこびり付きの防止をすることができる。
【０１３６】
また、電気浸透流によって測定点Ｓに測定対象物２０を凝集させるので、凝集した状態で測定することができ、測定感度および／または測定精度を向上させることができる。
【０１３７】
また、図１５（ａ）に示すように、上流路の幅を広くすることで、ステップＳ１において、セル４を通過する試料溶液の流速を速くせずに、流量を増やすことができるので、短時間で多くの測定対象物２０を捕集することができる。これにより、短時間で高感度かつ／または高精度の測定が可能である。
【０１３８】
なお、本実施例の微小物体量測定装置は、実施例２に記載の洗浄液供給手段を備え、セル４への液体の供給元として試料液の供給手段と洗浄液供給手段とを選択可能に構成し、ステップＳ１に代えて、実施例２に記載のステップＳ３１を実施しても良い。この場合、付着物２０を乖離させる能力の高い液体を洗浄液として適宜選択できるので、ステップＳ４までの処理時間を短縮することができる。また、洗浄能力が高くなるように、洗浄液供給管１３を適宜構成することができるので、ステップＳ４までの処理時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
上記実施例１および３に記載の微小物体量測定装置および実施例２に記載の微小物体濃縮装置は、家庭用浄水器の浄水タンク内の微生物量検査や浄水タンクから浄水を一部誘導して微生物量を検出することに用いることができる。また、洗浄機用水質センサ、洗浄機、分析装置や純水装置、浄水プラントに利用することができる。
【符号の説明】
【０１４０】
１ 試料溶液タンク
２ 試料溶液供給管
４ セル
５ 第１の電極対
６ 第２の電極対
７ 交流電源
８ 測定手段
９ 比較手段
１１ 試料溶液排出管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電泳動を用いて試料溶液に含まれる微小物体を濃縮する微小物体濃縮装置および微小物体濃縮方法、試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する微小物体量測定装置および微小物体量測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘電泳動力を用いて誘電泳動電極間に微生物を捕集した後、誘電泳動電極間のインピーダンスを測定して微生物数を定量する装置が、特許文献１に提案されている。ここには誘電泳動力によって捕集した微生物を定量分析した後に、試料溶液を自動的に排水して、さらに排水後に洗浄液を導入して測定チャンバーを洗浄することが記載されている。
【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ており、微小物体の誘電率と溶媒の誘電率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、力の向きが決まる。純水中に微小物体を懸濁させた試料溶液で、微小物体がポリスチレン微粒子の場合は、周波数１００ｋＨｚで強い引力が働き、周波数２ＭＨｚで斥力となる。また、微小物体が大腸菌の場合には、１ＭＨｚ程度で強い引力が働き、１００ＭＨｚで斥力となり、緑膿菌の場合には、１００ｋＨｚ程度で強い引力が働き、５０ＭＨｚ程度で斥力が働く。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小物体が捕集され、斥力が働く場合は、電場強度が強い電極近傍から、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といい、斥力が働く場合を負の誘電泳動という。このような誘電泳動極性の周波数依存特性は試料溶液の電気伝導度の影響が大きく、電気伝導度が高い硬水では強い引力が働く周波数や斥力に切り替わる周波数が高周波側にシフトするとともに、微小物体に働く力が弱くなる。
【０００４】
図１９に特許文献１記載の微生物活性測定装置を示す。図１９において、１０１はＤＥＰＩＭ法 (Dielectrophoretic Impedance Measurement Method)で微生物中の生菌を測定するため試料液を収容する測定チャンバー、１０２は微生物活性を測定するためのチップ化された電極部、１０２ａ，１０２ｂは電極部２を構成する一対の電極である。
【０００５】
次に、１０３は電極１０２ａ，１０２ｂ間に誘電泳動を発生させるために交流電圧を印加する誘電泳動用電源部、１０４は電極１０２ａ，１０２ｂ間のインピーダンスを測定することができる測定部、１０５はマイクロプロセッサ等から構成され、作業域に制御用のプログラムや各種データをロードして機能し、少なくとも誘電泳動用電源部１０３及び測定部１０４を制御するとともに演算を行う演算制御部、１０６は時計手段である。誘電泳動用電源部１０３は、電極１０２ａ，１０２ｂ間に印加する交流電圧の電圧と周波数を演算制御部１０５によって制御される。
【０００６】
測定部１０４は、電圧印加回路に直列に挿入されており、これを流れる電流を測定して電極１０２ａ，１０２ｂ間のコンダクタンス（抵抗成分の逆数）を算出している。すなわち、演算制御部１０５は、時計手段１０６の計時するタイミングで、誘電泳動用電源部１０３の周波数と電圧を制御し、電極１０２ａ，１０２ｂ間に活性度測定最適周波数の交流電圧を印加すると同時に、このとき測定部１０４に電圧印加回路を流れる電流の測定を行わせ、試料液中の微生物が濃縮されたことによる抵抗成分の測定を行い、逆数をとってコンダクタンスの算出をしている。
【０００７】
１０７は演算制御部５にロードするプログラムや各種データを格納したメモリ部、１０７ａはメモリ部１０７の中に設けられ、微生物のうち生菌だけを捕集して濃縮するための測定用制御データと、コンダクタンスを示す測定部１０４の出力（以下、ＤＥＰＩＭ出力）から生菌数を換算するための検量線データ等を格納した活性度測定用テーブルである。
【０００８】
１０８は微生物名や懸濁液導電率を入力するためのデータ入力部、１０９はデータ入力のための表示を行なったり、演算制御部１０５が検量線データに基づいて算出した生菌数を表示したりするためのＬＣＤ等の表示部である。また、１１０は微生物を含有した試料液を貯めた試料液槽、１１１は試料液槽１１０と測定チャンバー１０１を接続し、試料液槽１１０内の試料液を測定チャンバー１０１に導く供給管である。１１２は測定チャンバー１０１から測定後の試料液を排出するための排出管、１１３は供給管１１１に設けられた電磁弁等の供給バルブ、１１４は排出管１１２に設けられた排出バルブである。１１５はスターラ等の撹拌装置である。
【０００９】
１１６は洗浄液タンク、１１７は洗浄管、１１８は洗浄バルブである。演算制御部１０５が洗浄バルブ１１８を開いて洗浄液を測定チャンバー１０１に供給し、試料液を排出した後測定チャンバー１０１内を洗浄する。時計手段１０６の時間管理で、排水後に洗浄液を測定チャンバー１０１に洗浄液を導入し、自動的に測定チャンバー１０１内を洗浄して次の測定に備えることができる。
【００１０】
また、セルフチェック機能として、測定開始したばかりの状態で電極１０２ａ、１０２ｂ間のインピーダンス測定を行なって、検出した初期値が通常値の範囲と大きく異なっていると判断すると、警告を表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２２４号公報（平成１５年１月７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
試料溶液（特許文献１における試料液）に含まれる微小物体（特許文献１における微生物）に強い誘電泳動力を働かせて捕集すると、微小物体が電極部１０２に付着する。特許文献１には、微小物体含有の試料溶液を測定した後に、試料溶液を自動的に排出し、さらに洗浄液を導入して測定チャンバー１０１内を洗浄することが記載されている。しかしながら、洗浄液の導入は時計手段１０６を用いた時間管理であり、洗浄後の電極部１０２の状態を確認していない。そのため、電極部１０２に微小物体がこびり付いて付着している可能性がある。この場合、次の測定においては、測定開始時におけるコンダクタンスが高く、コンダクタンスの初期増加率が低く測定されるため、微生物濃度を実際より低く演算することとなる。
【００１３】
また、セルフチェック機能により測定されるインピーダンスの初期値は、試料溶液の電気伝導度や液温によっても変化する。従って、電極の洗浄状態を正確に確認することはできない。
【００１４】
また、誘電泳動力によって、試料溶液に含まれる微小物体を濃縮する従来技術の微小物体濃縮装置においては、電極に付着した付着物が、濃縮回収される試料溶液に混入して、純度が低下するという問題がある。
【００１５】
また、電極に付着した付着物によって、濃縮対象物の捕集が妨げられ、濃縮効率が低下するという問題がある。
【００１６】
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、試料溶液の電気電導度や液温に関係なく、電極の洗浄状態を確認できる微小物体濃縮装置、微小物体量測定装置、微小物体濃縮方法および微小物体量測定方法を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、本発明に係る微小物体濃縮装置は、微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する微小物体濃縮装置であって、第１の電極対と第２の電極対とを備えるセルと、
前記試料溶液をセルに供給する供給手段と、前記セルから前記試料溶液を排出する排出手段と、前記第1の電極対に第１の交流電圧を印加する交流電源と、前記第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１と前記第２の電極対の間のコンダクタンスＧ２とを測定する測定手段と、前記コンダクタンスＧ１と前記コンダクタンスＧ２とを比較する比較手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、洗浄液を前記セルに供給する洗浄液供給手段を備え、前記セルへの液体の供給元として前記供給手段と前記洗浄液供給手段とが選択可能に構成されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記セルから前記試料溶液を回収する回収手段を備え、前記セルからの液体の排出先として前記排出手段と前記回収手段とが選択可能に構成されることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る微小物体量測定装置は、試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する微小物体量測定装置であって、第１の電極対と第２の電極対とを備えるセルと、前記試料溶液を前記セルに供給する供給手段と、前記セルから前記試料溶液を排出する排出手段と、第1の電極対に第１の交流電圧を印加する交流電源と、第記第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１および第記第２の電極対の間のコンダクタンスＧ２を測定する測定手段と、前記コンダクタンスＧ１と前記コンダクタンスＧ２とを比較する比較手段と前記セル内部の前記微小物体の量を測定する測定手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、前記測定手段は、第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１から前記微小物体の量を演算する演算手段であることを特徴とする。
【００２２】
また、前記測定手段は、表面プラズモン共鳴センサであることを特徴とする。
【００２３】
また、洗浄液を前記セルに供給する洗浄液供給手段を備え、前記セルへの液体の供給元として前記供給手段と前記洗浄液供給手段とが選択可能に構成されることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る微小物体濃縮方法は、微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する微小物体濃縮方法であって、第１の電極対の間のコンダクタンスと第２の電極対の間のコンダクタンスとが一致するまで前記第１の電極対と前記第２の電極対とを備えるセルに洗浄液を供給し、排出するステップと、前記セルに試料溶液を供給するステップと、前記第1の電極対に前記微小物体に正の誘電泳動力が働く周波数である第１の交流電圧を印加して、前記セルから試料溶液を排出するステップと、前記第1の電極対への交流電圧の印加を停止する、または前記微小物体に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を印加して、前記試料溶液を排出するステップと、を備えることを特徴とする。
【００２５】
また、前記洗浄液を供給し、排出するステップにおいて、前記第１の電極対に付着した付着物に対し負の誘電泳動力が働く周波数である第２の交流電圧を第１の電極対に印加することを特徴とする。
【００２６】
また、前記洗浄液を供給し、排出するステップにおいて、前記第１の電極対に付着した付着物および／または前記微小物体に対し負の誘電泳動力が働く周波数である第２の交流電圧を第２の電極対に印加することを特徴とする。
【００２７】
また、第２の交流電圧の電圧振幅が第１の交流電圧の電圧振幅より小さいことを特徴とする。
【００２８】
また、前記試料溶液のコンダクタンスを測定するステップと、前記コンダクタンスから電気伝導度を算出するステップと、を備え、前記電気伝導度において、前記微小物体に対して正の誘電泳動力が他の周波数より強く働く周波数を第１の交流電圧の周波数とすることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る微小物体量測定方法は、試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する微小物体量測定方法であって、第１の電極対の間のコンダクタンスと第２の電極対の間のコンダクタンスとが一致するまで前記第１の電極対と前記第２の電極対とを備えるセルに洗浄液を供給し、排出するステップと、前記セルに試料溶液を供給するステップと、前記第1の電極対に前記微小物体に正の誘電泳動力が働く第１の周波数である第１の交流電圧を印加するステップと、前記セル内部の前記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。
【００３０】
また、前記洗浄液は前記試料溶液であることを特徴とする。
【００３１】
また、前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて、前記第１の電極対に付着した付着物に対し負の誘電泳動力が働く周波数である交流電圧を第１の電極対に印加することを特徴とする。
【００３２】
また、前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて、前記第１の電極対に付着した付着物および／または前記微小物体に対し負の誘電泳動力が働く周波数である交流電圧を第２の電極対に印加することを特徴とする。
【００３３】
また、前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて印加する交流電圧の電圧振幅が前記第１の交流電圧の電圧振幅より小さいことを特徴とする。
【００３４】
また、前記試料溶液のコンダクタンスを測定するステップと、前記コンダクタンスから電気伝導度を算出するステップと、を備え、前記電気伝導度において、前記微小物体に対して正の誘電泳動力が他の周波数より強く働く周波数を前記第１の周波数とすることを特徴とする。
【００３５】
また、前記第1の電極対に前記第１の交流電圧を印加するステップにおいて、第１の電極対の間のコンダクタンスを複数回測定し、前記コンダクタンスの上昇速度が速い場合に、前記微小物体の量が多いと演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、試料溶液の電気電導度や液温に関係なく、電極の洗浄状態を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図２】本実施の形態に係る微小物体量測定方法の処理フロー図である。
【図３】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図４】本実施の形態に係るコンダクタンスの測定方法に係る処理フロー図である。
【図５】本実施の形態に係る印加する電圧および流れる電流を時間軸上にプロットしたグラフである。
【図６】インピーダンスに係るベストル図である。
【図７】電極間の電気的状態を表現した等価回路の回路図である。
【図８】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図９】本実施の形態に係る微小物体濃縮装置の上面図である。
【図１０】本実施の形態に係る微小物体濃縮方法の処理フロー図である。
【図１１】本実施の形態に係る微小物体濃縮装置の上面図である。
【図１２】本実施の形態に係る微小物体濃縮装置の上面図である。
【図１３】本実施の形態に係る微小物体濃縮装置の上面図である。
【図１４】本実施の形態に係る微小物体濃縮装置の上面図である。
【図１５】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図１６】本実施の形態に係る微小物体量測定方法の処理フロー図である。
【図１７】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図１８】本実施の形態に係る微小物体量測定装置の上面図である。
【図１９】従来技術の微生物活性測定装置である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００３９】
図１は本実施例に係る微小物体量測定装置１００の上面図である。本実施例に係る微小物体量測定装置１００は、試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する。本実施例に係る微小物体量測定装置は、試料溶液タンク１、試料溶液供給管２、セル４、第１の電極対５、第２の電極対６、交流電源７、測定手段８、比較手段９、試料溶液排出管１１、演算手段１９とから構成される。
【００４０】
試料溶液タンク１と試料溶液供給管２とは試料溶液をセル４に供給する供給手段を構成する。試料溶液タンク１は測定対象物２０を含む試料溶液を保持することができる。試料溶液タンク１は第１バルブ３を備える試料溶液供給管２を介してセル４と接続されており、第１バルブ３を開放することによりセル４に試料溶液を供給することができる。
【００４１】
試料溶液排出管１１は、セル４から液体を排出する排出手段である。セル４は第２バルブ１０を備える試料溶液排出管１１と接続されており、第２バルブ１０を開放することによりセル４から試料溶液を排出することができる。
【００４２】
セル４の内部に、電極５ａと電極５ｂとで構成される第１の電極対５と、電極６ａと電極６ｂとで構成される第２の電極対６とがフォトマスクを用いたパターニングによって形成されている。第１の電極対５は試料溶液に含まれる測定対象物２０を電極５ａと電極５ｂとの間に捕捉する誘電泳動電極として使用される。第２の電極対６は第１の電極対５の洗浄状態を確認するための参照信号を検出するためのリファレンス電極である。第1の電極対５と第２の電極対６とは同一の形状であることが望ましい。本実施の形態では、第1の電極対５と第２の電極対６とは配線幅が６０μｍでギャップ（電極間隔）が６０μｍの櫛歯パターンの電極を用いているが、他の電極パターンであってもよい。ギャップが狭くなるほど、電界が強くなるため、強い誘電泳動力を働かせることが可能になる。電極５ａ、電極５ｂ、電極６ａ、電極６ｂは下地層としてＴｉ薄膜を１〜５ｎｍ程度形成した上に、５０〜３００ｎｍ程度のＡｕ薄膜として形成される。成膜方法には、蒸着などの手法が用いられる。また、Ａｕ薄膜の上にさらに撥水膜を形成してもよい。撥水膜を形成すると付着物のこびりつきを抑制することができる。
【００４３】
第１の電極対５と第２の電極対６とはそれぞれ交流電源７に接続される。交流電源７は第１の電極対５に印加する交流電圧の周波数と電圧振幅を独立制御できる。また、第２の電極対６に印加する交流電圧の周波数と電圧振幅を独立制御できることが望ましい。
【００４４】
また、第１の電極対５と第２の電極対６とは、測定手段８に接続されている。測定手段８は電極間に印加した電圧と、電極間に流れる電流と、電流と電圧の位相差を測定し、これらの測定結果に基づいて電極間のコンダクタンスを測定することができる。
【００４５】
演算手段１９は第１の電極対の間のコンダクタンスに基づき微小物体の濃度の演算を行ない、セル４内部の測定対象物２０の量を測定する測定手段である。演算手段１９は、コンダクタンスの時間変化に基づき、測定対象物２０の量を演算することができる。
【００４６】
比較手段９は第１の電極対５で計測したコンダクタンスＧ１と第２の電極対６で計測したコンダクタンスＧ２とを比較する手段である。この比較結果に基づいて第1の電極対５の洗浄状態を判定することができる。
【００４７】
図２は本実施例の微小物体量測定方法に係る処理フロー図である。以下、図２に基づき、本実施例の処理フローを説明する。本処理フロー開始時において、試料溶液タンク１に微小物体である測定対象物２０を含む試料溶液が保持されている。
【００４８】
以下の説明では、図３に示すように、電極５ａと電極５ｂとの間に付着物２１が付着した状態であることを前提として説明する。発明者らの実験によれば、純水中に直径１μｍ程度のカオリン（粘土）が１０＾６個／ｍｌ程度の濃度で含まれている試料溶液をセル４に供給したのちに、第1バルブ３と第２バルブ１０を閉鎖して静水状態にして、周波数１００ｋＨｚ電圧振幅２０Ｖｐｐの正弦波交流電圧を第１の電極対５に５分間印加した場合、正の誘電泳動が強く働いて電極５ａと電極５ｂとの間にカオリンが捕集された。その後、電圧印加を停止すると大部分のカオリンは周辺に流れていったが、一部のカオリンが電極５ａ周辺および電極５ｂ周辺に付着したままであった。
【００４９】
本実施例の微小物体量測定方法では、まず初めに、第１バルブ３を開放して試料溶液タンク１から試料溶液をセル４に供給する（ステップＳ１）。
【００５０】
次に、測定手段８が第１の電極対５の間のコンダクタンスＧ１を測定する（ステップＳ２）。測定のために第１の電極対５の間に印加する電圧の電圧振幅ｖ２はコンダクタンスが測定可能な範囲で出来るだけ小さいことが好ましい。例えば、１Ｖｐｐの正弦波に設定する。また、付着物２１に対して強い正の誘電泳動力が働かない周波数とすべきである。
【００５１】
図４に示す処理フロー図を用いて、コンダクタンスの測定方法について詳しく説明する。初めに第1の電極対５に交流電圧Ｖを印加して（ステップＳ２１）、電極５ａと電極５ｂの間に流れる電流Ｉを測定する（ステップＳ２２）。
【００５２】
図５に、印加する電圧Ｖ２６および流れる電流Ｉ２７を時間軸２４上にプロットしたグラフを示す。グラフの縦軸２５は電圧または電流である。図に示すように、印加した電圧２６と回路に流れる電流２７との間に位相差が現れる。この位相差に係る位相角θを求める（ステップＳ２３）。位相角θは、電圧２６の位相に対する電流２７の位相の遅れＴ１を周期Ｔ２で除して２πを乗じた値である。
【００５３】
インピーダンスＺは、印加電圧Ｖを電流Ｉで除算して算出する（ステップＳ２４）。
【００５４】
交流回路において、インピーダンスＺは、レジスタンス成分ｒとリアクタンス成分ｘとの合成として表現できる。これを数式で表すと、Ｚ＝ｒ＋ｊｘとなる。なお、ｊは虚数単位とする。
【００５５】
従って、図６に示すように、インピーダンスＺは、レジスタンス成分ｒと位相角θを持つベクトルとして表現できる。これにより、レジスタンスｒ＝Ｚｃｏｓθ、リアクタンスｘ＝Ｚｓｉｎθとして算出することができる（ステップＳ２５、ステップＳ２６）。
【００５６】
図７は、電極５ａ，電極５ｂ間の電気的状態を表現した等価回路の回路図である。電極５ａ，電極５ｂ間の試料溶液は、抵抗およびコンデンサとして働く。従って、電極５ａ，５ｂ間の電気的状態は、コンデンサ３２と抵抗３３とが、並列に電極５ａと電極５ｂ間を結んでいる見なすことができる（これをＣＲ等価回路と呼ぶ）。以下では、抵抗Ｒを、レジスタンスｒ、リアクタンスｘより算出する。
【００５７】
式（１）はＣＲ並列等価回路の合成インピーダンスＺを表す式である。
【００５８】
【数１】
【００５９】
式（１）とＺ＝ｒ＋ｊｘとより、式（２）、式（３）が求まる。
【００６０】
【数２】
【００６１】
【数３】
【００６２】
式（２）、式（３）を、ＲとＣとに関する連立方程式として解くと、式（４）、式（５）が求まる。
【００６３】
【数４】
【００６４】
【数５】
【００６５】
従って、式（４）にレジスタンスｒ、リアクタンスｘの値を代入することにより、抵抗Ｒを求めることができる。また、コンダクタンスＧは抵抗Ｒの逆数として求めることができる（ステップＳ２７）。
【００６６】
図４の処理フロー用いて説明したコンダクタンスの測定方法と同様の測定方法を用いて、測定手段８が第２の電極対６の間のコンダクタンスＧ２を測定する（ステップＳ３）。なお、本ステップをステップＳ２より前または同時に実施しても良く、望ましくは同時とする。
【００６７】
続いて、比較手段９がコンダクタンスＧ１とコンダクタンスＧ２とを比較する（ステップＳ４）。コンダクタンスの差があらかじめ定めた設定値より大きい場合は、電極５ａと電極５ｂとの間に付着物２１が付着していると判断することができる。
【００６８】
図３に示すように、電極５ａと電極５ｂとの間に付着物２１が付着している場合、コンダクタンスＧ１とコンダクタンスＧ２との差があらかじめ定めた設定値より大きくなる（ステップＳ４でＮｏ）。この場合、ステップＳ１に戻り、試料溶液の供給を継続する。第２バルブ１０は開放されており、試料溶液の流れに伴い、付着物２１が電極５ａと電極５ｂとの間から乖離し、試料溶液排出管１１を経由して外部に排出される。以降、ステップＳ１からステップＳ４までの処理ループを、コンダクタンスＧ１とコンダクタンスＧ２との差があらかじめ定めた設定値以下になる（ステップＳ４でＹｅｓ）まで繰り返す。
【００６９】
コンダクタンスの差が設定値より小さくなった場合、電極５ａと電極５ｂとの間の付着物２１が除去され、図１に示すように付着物２１が無くなったと判断できる。
【００７０】
次に、第１バルブ３と第２バルブ１０とを閉鎖して、第１の電極対５に第１の周波数ｆ１で電圧振幅ｖ１の交流電圧を印加する。第１の周波数ｆ１は微小物体である測定対象物２０に正の誘電泳動が強く働く周波数とする。例えば、測定対象物２０が大腸菌の場合は１ＭＨｚに設定する。電圧振幅ｖ１は１０Ｖｐｐ〜２０Ｖｐｐ程度の正弦波を印加して測定対象物２０を第1の電極対５で捕集する（ステップＳ５）。
【００７１】
図８は、測定対象物２０が第１の電極対５に正の誘電泳動力によって、捕集された状態を示す。また、図示しないタイマー手段で時間を計測して予め設定した所定時間（例えば１分間）だけ電圧を印加しても良く、この場合、濃縮率を一定とすること可能になる。
【００７２】
また、第1の電極対５で微小物体を捕集するステップＳ５の間に、測定手段８が第１の電極対５の間のコンダクタンスを複数回測定する。電極５ａと電極５ｂとの間に測定対象物２０が引き寄せられて、測定対象物２０は電気力線に沿って整列してパールチェーンを形成する。そのため、ステップＳ５において、コンダクタンスの上昇が測定される。上昇速度は、測定対象物２０の試料溶液における量、すなわち濃度と正の相関がある。
【００７３】
そして、セル４内部の測定対象物２０の量を測定する。本実施例においては、演算手段１９がコンダクタンスの上昇速度に基づき測定対象物の量を演算する（ステップＳ６）。具体的には、コンダクタンスの上昇速度が速い場合に、測定対象物の量が多いと演算し、コンダクタンスの上昇速度が遅い場合に、測定対象物の量が小ないと演算する。
【００７４】
最後に、第２バルブ１０を開放して試料溶液排出管１１から試料溶液を排出する（ステップＳ７）。試料溶液を排出した後に、測定対象物２０を付着物２１と見なしてステップＳ１からステップＳ４までの作業を行い、第1の電極対５と第２の電極対と６を洗浄しておくことが好ましい。
【００７５】
本実施例によれば、第１の電極対５と第２の電極対６との形状が同一であるため、同一状態におけるコンダクタンスは同一となる。したがって、第１の電極対５の間のコンダクタンスと第２の電極対６の間のコンダクタンスとを比較することにより、第１の電極対５の状態と第２の電極対６の状態とが一致しているかどうかを判断することができる。
【００７６】
本実施例によれば、付着物２１を確実に除去することができるので、付着物２１を原因とする誤差を解消し、測定誤差を小さくすることができる。また、付着物２１を除去したのちまで洗浄を行なうことが無いので、処理時間を短縮することができる。
【００７７】
また、洗浄状態を確認する目的で具備された測定手段８を用いて測定したコンダクタンスに基づいて測定対象物２０の量を演算するので、測定対象物２０の量に関連する信号を別途検出するためのセンサが不要であり、微小物体量測定装置の構成が簡素である。
【００７８】
また、ステップＳ１〜Ｓ４において、洗浄液として試料溶液を用いて付着物２１を洗浄するので、洗浄液を供給する手段が別途必要なく、構成が簡素である。また、ステップ５において、セル４内の洗浄液を試料溶液と置き換える必要が無いので、工程が簡易である。
【００７９】
また、第２の交流電圧の電圧振幅ｖ２を第１の交流電圧の電源振幅ｖ１より小さくすることが望ましい。第２の交流電圧の電圧振幅ｖ２が第１の交流電圧ｖ１の電圧振幅より小さければ、ステップＳ２、Ｓ３において、流れる電流が小さい。従って、消費電力および発熱量を低下させ、かつ発熱にともなう測定誤差を小さくすることができる。
【００８０】
また、第２の周波数ｆ２が付着物２１に対し正の誘電泳動力が働く周波数であったとしてもその力は小さいため、付着物２１の第１の電極５または第２の電極６からの乖離を妨げることが無い。
【００８１】
また、第２の周波数ｆ２が測定対象物２０に対し正の誘電泳動力が働く周波数であったとしてもその力は小さいため、測定対象物２０が第１の電極５および第２の電極６に付着する可能性は低く、ステップＳ４における判断を誤ることが無い。
【００８２】
なお、ステップＳ１および／またはステップＳ２においては、付着物２１に対し負の誘電泳動力が働く第２の周波数ｆ２の交流電圧を第１の電極対５に印加することが望ましい。負の誘電泳動力は、電極５ａと電極５ｂとの間より付着物２１を乖離させる方向に働き、付着物２１を除去することに寄与する。
【００８３】
また、ステップＳ１、ステップＳ３、ステップS５の少なくとも１つのステップ、望ましくは全てのステップにおいて、付着物２１および／または測定対象物２０に対し正の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を第２の電極対６に印加しないことが望ましい。この場合、第２の電極対６の間に付着物２１および／または測定対象物２０が付着することを防止することができる。そのため、ステップＳ４において、第２の電極対６は、付着物２１の有無の判断の基準となる正確な参照信号を提供することができる。従って、付着物２１を確実に除去することができる。
【００８４】
また、ステップＳ１、ステップＳ３、ステップS５の少なくとも１つのステップ、望ましくは全てのステップにおいて、付着物２１および／または測定対象物２０に対し負の誘電泳動力が働く第２の周波数ｆ２の交流電圧を、第２の電極対６に印加しても良い。この場合、負の誘電泳動力は、第２の電極対６の間から付着物２１および／または測定対象物２０を乖離させる方向に働くため、第２の電極対６の間に付着物２１および／または測定対象物２０が付着することを防止することができる。そのため、ステップＳ４において、第２の電極対６は、付着物２１の有無の判断の基準となる正確な参照信号を提供することができる。従って、ステップＳ１からステップＳ４までの処理ループによって、付着物２１を確実に除去することができる。
【００８５】
また、ステップＳ５において、コンダクタンスＧ１および／またはコンダクタンスＧ２の値を用いて試料溶液の電気伝導度ｄ１を算出し、電気伝導度ｄ１の場合に測定対象物２０に対し正の誘電泳動力が他の周波数より強く働く周波数を第１の周波数ｆ１としても良い。
【００８６】
電気伝導度ｄ１の算出方法は、電気伝導度が既知の試料溶液を用いてコンダクタンスの測定を行い、電気伝導度とコンダクタンスとを対応させたテーブルを予め作成しておき、この変換テーブルの値を用いて換算する方法とする。より正確な電気伝導度測定を行うために、温度測定手段を備えて、液温の影響を補正できるようにすることが望ましい。これにより、短時間でより多くの測定対象物２０を捕集できるので、測定時間を短縮し、、測定感度および測定精度を向上させることができる。また、電気伝導度ｄ１が高い場合に電圧振幅ｖ１を高くすることにより、時間あたりの捕集量を電気伝導度ｄ１に関わらず一定としても良い。
【００８７】
また、電圧Ｖ、電流Ｉ、位相角θから測定対象物２０の量を演算する計算を本実施例の微小物体量測定方法開始前に予め行ない、電圧Ｖ、電流Ｉ、位相角θと、対応する測定対象物２０の量とをテーブルにして測定手段８が備えるメモリに記憶させておき、ステップＳ５およびステップＳ６において、測定された電圧Ｖ、電流Ｉ、位相角θに対応する測定対象物２０の量を参照して、測定対象物２０の量を演算しても良い。この場合、コンダクタンスの算出が不要となるので、測定時間を短くしたり、測定手段８を簡易な構造にしたりすることができる。
【００８８】
また、ステップＳ２、ステップＳ３における測定手段８によるコンダクタンスの測定を抵抗の測定としても良い。ステップ４における比較手段９によるコンダクタンスの比較を抵抗の比較としても良い。ステップ５における演算手段１９によるコンダクタンスに基づく微小物体の濃度の演算を抵抗に基づく演算としても良い。コンダクタンスと抵抗とは、逆数の関係にあり、算術的に可逆であるため、コンダクタンスを用いるか抵抗を用いるかは発明の定義において均等の範囲である。
【実施例２】
【００８９】
図９は本実施例に係る微小物体濃縮装置２００の上面図である。本実施例に係る微小物体濃縮装置２００は、微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する。以下、実施例１に係る微小物体量測定装置１００と共通する構成要素については説明を省略し、異なる構成要素について説明する。
【００９０】
本実施例の微小物体濃縮装置２００は、実施例１の構成の他に、洗浄液タンク１２、洗浄液供給管１３、濃縮液回収管１６、回収部１７を備える。
【００９１】
洗浄液タンク１２と洗浄液供給管１３とはセル４に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を構成する。洗浄液タンク１２が第３バルブ１４を備える洗浄液供給管１３を介してセル４と接続されている。第３バルブ１４を開放することによりセル４に洗浄液を供給することができる。第１バルブ３と第３バルブ１４とのうち、一方のバルブを開き、他方のバルブを閉じることにより、セル４への液体の供給元として前記供給手段と前記洗浄液供給手段とが選択可能である。
【００９２】
また、濃縮液回収管１６と回収部１７とはセルから液体を回収する回収手段を構成する。セル４は第４バルブ１５を備える濃縮液回収管１６を介して回収部１７と接続されている。第４バルブ１５を開放することにより、セル４内部の液体を排出させて、回収部１７に回収することができる。第２バルブ１０と第４バルブ１５とのうち、一方のバルブを開き、他方のバルブを閉じることにより、セル４からの液体の排出先として前記排出手段と前記回収手段とが選択可能である。
【００９３】
なお、本実施例においては、実施例１に係る演算手段１９を備えなくとも良い。
【００９４】
図１０に本実施例に係る微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する微小物体濃縮方法の処理フロー図を示す。本処理フロー開始時において、試料溶液タンク１には微小物体である濃縮対象物２２を含む試料溶液が保持されており、洗浄液タンク１２には、洗浄液が保持されている。
【００９５】
また、図１１に示すように、実施例１と同様に、電極５ａと電極５ｂとのギャップ部に付着物２１が付着している。
【００９６】
本実例では、ステップＳ１に代えて、ステップＳ３１を実施する。ステップＳ３１およびステップＳ２〜ステップＳ４は、第１の電極対５の間のコンダクタンスＧ１と第２の電極対６の間のコンダクタンスＧ２とが一致するまで第１の電極対５と第２の電極対６とを備えるセル４に洗浄液を供給し、排出するステップである。
【００９７】
ステップＳ３１において、第３バルブ１４を開放して洗浄タンク１２から洗浄液をセル４に供給する。ステップＳ３１およびステップＳ２〜ステップＳ４の処理ループによれば、洗浄液によって付着物２１を除去することができる。
【００９８】
図１２は、除去された付着物２１が、洗浄液とともに、試料溶液排出管１１から排出される様子を示す上面図である。
【００９９】
続いて、第３バルブ１４を閉じたのちに、第１の電極対５に第１の周波数ｆ１で電圧振幅ｖ２の交流電圧を印加した状態で、第１バルブ１を開放して試料溶液タンク１から試料溶液をセル４に供給し、セル４から試料溶液を排出する（ステップＳ３５）。セル４に供給された試料溶液に含まれる濃縮対象物２２は誘電泳動力によって第１の電極対５に捕集され、それ以外は試料溶液排出管１１を経由して外部に排出される。
【０１００】
図１３は、濃縮対象物２２が、第１の電極対５に捕集される様子を示す上面図である。
【０１０１】
最後に、第１バルブ３を閉じて試料溶液のセル４への供給を停止し、第1の電極対５への交流電圧の印加を停止または濃縮対象物２２に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を印加する。そして、第２バルブ１０を閉じて、第４のバルブ１５を開く。第１の電極対５に捕集されていた濃縮対象物２２は第１の電極対５から開放され、セル４内部の試料溶液とともに排出され、回収部１７に回収される（ステップＳ３６）。
【０１０２】
図１４は、回収部１７に濃縮対象物２２が回収された状態を示す。回収部１７に回収される液体は、濃縮対象物２２が濃縮された試料溶液となる。
【０１０３】
本実施例によれば、付着物２１が回収部１７に回収されることがないので、回収される試料溶液の純度が高い。
【０１０４】
また、第１の電極対５に付着物２１が付着していない状態から捕集を開始するので、付着物２１によって、濃縮対象物２２の捕集を妨げられることがない。そのため、より多くの濃縮対象物２２を濃縮ができる。また、短時間で濃縮対象物２２を濃縮することができる。
【０１０５】
また、試料溶液を回収する回収手段を備え、セル４からの液体の排出先として排出手段と回収手段とが選択可能であるため、濃縮対象物２２を、ステップＳ３５において排出される試料溶液と分離して回収することができる。
【０１０６】
また、洗浄液によって、第１の電極対５を洗浄するので、付着物２１を乖離させる能力の高い液体を洗浄液として適宜選択でき、ステップＳ４までの処理時間を短縮することができる。
【０１０７】
なお、ステップＳ４において、コンダクタンスＧ１とコンダクタンスＧ２との差が設定値近傍になった時点で、次のステップＳ３１において、第３バルブ１４を閉じて第１バルブ３を開き、洗浄液の代わりに試料溶液をセル４に供給しても良い。これにより、第１の電極５に付着する付着物２１が多い場合は、洗浄力の強い洗浄液を用いて短時間で洗浄することができ、第１の電極５に付着する付着物２１が少ない場合には試料溶液を用いて洗浄しつつ、セル４内の洗浄液を試料溶液に置き換えることができる。これにより、処理時間を短縮することができる。また、ステップＳ３１において常に洗浄液を供給する場合と比較して洗浄液の消費量が少なくすることができる。
【０１０８】
また、洗浄液供給管１４からセル４に供給する洗浄液の流速を、セル４内において乱流や気泡が発生する程度に速くすることが望ましい。この場合、洗浄効果を高め、ステップＳ３１に係る処理時間の短縮を図ることができる。
【０１０９】
また、ステップＳ３６において、濃縮対象物２２に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を印加しても良い、この場合、濃縮対象物２２が第１の電極対５から乖離する方向に力を及ぼすので、処理時間の短縮、濃縮対象物２２の回収率の向上、処理後の第１の電極対５に対する濃縮対象物２２のこびり付きの防止をすることができる。
【０１１０】
また、回収部１７に濃縮対象物２２の量を測定する測定手段を設置して、濃縮対象物２２の濃度を測定しても良い。濃縮率は、濃縮条件（ステップＳ３５に係る交流電圧印加時間、周波数ｆ１、電圧振幅ｖ１等）に依存するので、測定手段により測定した濃度を濃縮率で除して、試料溶液タンク１から供給された試料溶液中の濃縮対象物の濃度を定量することができる。濃縮対象物２２の量の測定方法としては、コンダクタンスの変化を用いる方法、散乱光や表面プラズモン共鳴を用いて光学的に検出する方法、蛍光物質と反応させて光学的に検出する方法、抗原抗体反応を用いる方法、試料溶液の電気抵抗の変化を測定するコールターカウンター法などが適宜選択可能である。
【実施例３】
【０１１１】
図１５は本実施例に係る微小物体量測定装置３００の構成説明図である。図１５（ａ）は上面図、図１５（ｂ）が側方断面図である。以下、実施例１に係る微小物体量測定置１００と共通する構成要素については説明を省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。
【０１１２】
本実施例において、セル４は底面基板４９とカバー部材５０とを貼り合わせて作製される。セル４の内部は、所定の方向に試料溶液を流すことができるよう流路が形成されている。セル４の上流には試料供給管２が接続され、下流には試料排出管１１が接続されている。セル４は、図１５（ａ）に示すように、上流側が広く、下流側が狭い流路が形成される。上流路の幅は１０００μｍ程度、下流路の幅は、上流路の幅より狭く２００μｍ程度である。ガラスまたはシリコーンゴムの一種であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などが材料に用いられ、成型やエッチングなどにより流路が形成される。
【０１１３】
上流路には、第１の電極対５および第２の電極対６が配置されている。下流路には、第３の電極対４０が配置される。
【０１１４】
本実施例に係る微小物体量測定装置３００は、表面プラズモン共鳴センサを備える。表面プラズモン共鳴センサは、セル４内部の測定対象物２０の量を測定する測定手段である。本実施例に係る表面プラズモン共鳴センサは、第３の電極対４０、光源４１、コリメートレンズ４２、集光レンズ４３、プリズム４４、集光レンズ４７、光検出手段４８、演算手段１９を備える。
【０１１５】
第３の電極対４０は、電極４０ａと電極４０ｂとから構成される。電極４０ａおよび電極４０ｂは交流電源７に配線され、第３の電極対４０の間に交流電圧を印加可能に構成される。
【０１１６】
電極４０ａは下流方向に頂点を有する菱形形状であり、その中央は測定点Ｓである。また、交流電源７と配線接続するため、長方形の配線部が上流側に設けられている。電極４０ｂは、電極４０ａの下流側に設けられる。
【０１１７】
センサ部４０ａはセル４の底面基板４９上に形成されている。プリズム４４とセル４の底面基板４９とはガラスまたはプラスチックなどの透明材料が使用される。表面プラズモン共鳴角を小さくして検出手段としての検出精度を向上させるため、プリズム４４の屈折率および底面基板４９の屈折率は高い方が好ましい。
【０１１８】
本実施例の表面プラズモン共鳴センサは、光源４１から発せられた光ビームが、コリメートレンズ４２により平行光となり、集光レンズ４３によりプリズム４４を透過してプリズム４４に密着して配置された電極４０ａ中央の測定点Ｓに集光されるよう構成される。また、測定点Ｓに集光された光ビームは、測定点Ｓで反射され、光検出手段４８に受光されるよう構成される。
【０１１９】
光源４１は、半導体レーザ、外部共振半導体レーザ、固体レーザ、ガスレーザのいずれを用いてもよい。また、単色性の良いものであれば、ＬＥＤであってもよい。本実施例では波長６６０ｎｍの赤色半導体レーザを用いる。この場合、視認性がよいため組み立て調整が容易になる。
【０１２０】
プリズム４４は、ガラス、プラスチック、いずれの材料でもよい。光源４１が出射する光に対して吸収率が低い材料を用いれば測定感度が良くなり、また屈折率の高い材料を用いれば測定精度が良くなるので、光源４１が発する光量と波長、試料溶液およびその濃度、要求する測定精度、測定感度等に応じて適切な材料を選択すれば良い。
【０１２１】
プリズム４４と底面基板４９との界面からの反射光の影響を除去するために、プリズム４４及び底面基板４９と略等しい屈折率の接着剤またはマッチングオイルの塗布によりプリズム４４と底面基板４９とが密着している。
【０１２２】
光検出手段４８はＣＣＤやＣＭＯＳの１次元センサが適している。ＣＣＤやＣＭＯＳの２次元のセンサでもよい。また、検出面が複数に分割されたフォトダイオードであってもよい。
【０１２３】
演算手段１９は、光検出手段４８と配線される。本実施例においては、演算手段１９は、光検出手段４８が検出した信号から測定対象物２０の量を算出する。演算手段１９は測定手段８と配線されなくても良い。
【０１２４】
本実施例の表面プラズモン共鳴センサは、測定点Ｓ近傍の測定対象物の量を測定することができる。
【０１２５】
図１６は、本実施例の微小物体量測定方法に係る処理フロー図である。以下、処理フロー図に則り、本実施例の微小物体量測定方法を説明する。本処理フローは、ステップＳ５に代えてステップＳ４５を実施すること、ステップＳ６に代えてステップＳ４６、ステップＳ４７を実施することを除いて、実施例１に係るフローと同じであるので、ステップＳ４５、ステップＳ４６およびステップＳ４７について説明する。
【０１２６】
ステップＳ４５は、コンダクタンスの測定を行なわない点を除き、ステップＳ５と同じである。
【０１２７】
ステップＳ４６においては、第１の電極対５に捕捉された測定対象物２０を検出部Ｓに誘導して、凝集する。具体的には、第１の電極対５への電流の印加を停止または測定対象物２０に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を印加して、第３の電極対４０に第１の周波数ｆ１の交流電圧を印加する。
【０１２８】
図１７に、電極４０ａと電極４０ｂとの間に測定対象物２０が捕捉された様子を示す。
【０１２９】
次に、第３の電極対４０に印加する交流電圧の周波数を、電気浸透流を発生させる第３の周波数ｆ３に変更する。測定対象物２０が大腸菌、試料溶液が純水の場合、第３の周波数ｆ３は１０ｋＨｚ程度に設定される。
【０１３０】
図１８は電気浸透流により測定点Ｓに測定対象物２０が誘導された様子を示した模式図である。電気浸透流では、電極の中央部に向かって力が働く。これにより、電極４０ａと電極４０ｂとの間に捕捉された測定対象物２０が検出部Ｓへ誘導され、凝集する。
【０１３１】
この状態で、表面プラズモン共鳴センサにより、測定対象物の量を測定する（ステップＳ４７）。具体的には、光源４１が光ビームを出射し、コリメートレンズ４２が光ビームを平行光とし、集光レンズ４３がプリズム４４に密着して配置された電極４０ａ中央の測定点Ｓに集光させる。光検出手段４８は、測定点Ｓで反射した光ビームを受光し入射角毎の強度を測定し、強度が低下する共鳴角を表面プラズモン共鳴角として出力する。表面プラズモン共鳴角は測定点Ｓ近傍の液体の誘電率に依存する。試料溶液に含まれる測定対象物２０の量に誘電率は依存するので、表面プラズモン共鳴角は、測定点Ｓ近傍の試料溶液に含まれる測定対象物２０の量と関係を有する。
【０１３２】
演算手段１９は、表面プラズモン共鳴角に基づき、試料溶液における測定対象物２０の量を演算する。
【０１３３】
本実施例によれば、表面プラズモン共鳴センサを用いて測定するので、測定感度および／または測定精度が高い。
【０１３４】
また、ステップＳ４６において、測定対象物２０に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を第１の電極対５に印加した場合、測定対象物２０が第１の電極対５から乖離する方向に力を及ぼすので、処理時間の短縮、測定感度および／または測定精度の向上、処理後の第１の電極対５に対する測定対象物２０のこびり付きの防止をすることができる。
【０１３５】
また、ステップＳ４６において、測定対象物２０に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を第２の電極対６に印加した場合、測定対象物２０が第２の電極対６から乖離する方向に力を及ぼすので、処理時間の短縮、測定感度および／または測定精度の向上、処理後の第２の電極対６に対する測定対象物２０のこびり付きの防止をすることができる。
【０１３６】
また、電気浸透流によって測定点Ｓに測定対象物２０を凝集させるので、凝集した状態で測定することができ、測定感度および／または測定精度を向上させることができる。
【０１３７】
また、図１５（ａ）に示すように、上流路の幅を広くすることで、ステップＳ１において、セル４を通過する試料溶液の流速を速くせずに、流量を増やすことができるので、短時間で多くの測定対象物２０を捕集することができる。これにより、短時間で高感度かつ／または高精度の測定が可能である。
【０１３８】
なお、本実施例の微小物体量測定装置は、実施例２に記載の洗浄液供給手段を備え、セル４への液体の供給元として試料液の供給手段と洗浄液供給手段とを選択可能に構成し、ステップＳ１に代えて、実施例２に記載のステップＳ３１を実施しても良い。この場合、付着物２０を乖離させる能力の高い液体を洗浄液として適宜選択できるので、ステップＳ４までの処理時間を短縮することができる。また、洗浄能力が高くなるように、洗浄液供給管１３を適宜構成することができるので、ステップＳ４までの処理時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
上記実施例１および３に記載の微小物体量測定装置および実施例２に記載の微小物体濃縮装置は、家庭用浄水器の浄水タンク内の微生物量検査や浄水タンクから浄水を一部誘導して微生物量を検出することに用いることができる。また、洗浄機用水質センサ、洗浄機、分析装置や純水装置、浄水プラントに利用することができる。
【符号の説明】
【０１４０】
１ 試料溶液タンク
２ 試料溶液供給管
４ セル
５ 第１の電極対
６ 第２の電極対
７ 交流電源
８ 測定手段
９ 比較手段
１１ 試料溶液排出管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する微小物体濃縮装置であって、
第１の電極対と第２の電極対とを備えるセルと、
前記試料溶液をセルに供給する供給手段と、
前記セルから液体を回収する回収手段と、
前記第1の電極対に第１の交流電圧を印加する交流電源と、
前記第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１と前記第２の電極対の間のコンダクタンスＧ２とを測定する測定手段と、
前記コンダクタンスＧ１と前記コンダクタンスＧ２とを比較する比較手段と、
を備えたことを特徴とする微小物体濃縮装置。
【請求項２】
洗浄液を前記セルに供給する洗浄液供給手段を備え、
前記供給手段と前記洗浄液供給手段とから１つの手段を選択して、選択された手段から前記セルへ液体を供給することを特徴とする請求項１記載の微小物体濃縮装置。
【請求項３】
前記セルから液体を排出する排出手段を備え、
前記排出手段と前記回収手段とから１つの手段を選択して、前記セルから前記選択された手段に液体を排出することを特徴とする請求項１記載の微小物体濃縮装置。
【請求項４】
試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する微小物体量測定装置であって、
第１の電極対と第２の電極対とを備えるセルと、
前記試料溶液を前記セルに供給する供給手段と、
前記セルから液体を排出する排出手段と、
第1の電極対に第１の交流電圧を印加する交流電源と、
第記第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１および第記第２の電極対の間のコンダクタンスＧ２を測定する測定手段と、
前記コンダクタンスＧ１と前記コンダクタンスＧ２とを比較する比較手段と
前記セル内部の前記微小物体の量を演算する演算手段と
を備えたことを特徴とする微小物体量測定装置。
【請求項５】
前記測定手段は、第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１から前記微小物体の量を演算する演算手段であることを特徴とする請求項４記載の微小物体量測定装置。
【請求項６】
前記測定手段は、表面プラズモン共鳴センサであることを特徴とする請求項４記載の微小物体量測定装置。
【請求項７】
洗浄液を前記セルに供給する洗浄液供給手段を備え、
前記セルへの液体の供給元として前記供給手段と前記洗浄液供給手段とが選択可能に構成されることを特徴とする請求項４記載の微小物体量測定装置。
【請求項８】
微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する微小物体濃縮方法であって、
第１の電極対の間のコンダクタンスと第２の電極対の間のコンダクタンスとが一致するまで前記第１の電極対と前記第２の電極対とを備えるセルに洗浄液を供給し排出するステップと、
前記セルに試料溶液を供給するステップと、
前記第1の電極対に前記微小物体に正の誘電泳動力が働く周波数である第１の交流電圧を印加して、前記セルから試料溶液を排出するステップと、
前記第1の電極対への交流電圧の印加を停止する、または前記微小物体に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を印加して、前記試料溶液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濃縮方法。
【請求項９】
前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて、
前記第１の電極対に付着した付着物に対し負の誘電泳動力が働く周波数である交流電圧を第１の電極対に印加することを特徴とする請求項８記載の微小物体濃縮方法。
【請求項１０】
前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて、
前記第１の電極対に付着した付着物および／または前記微小物体に対し負の誘電泳動力が働く周波数である交流電圧を第２の電極対に印加することを特徴とする請求項８記載の微小物体濃縮方法。
【請求項１１】
前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて印加する交流電圧の電圧振幅が第１の交流電圧の電圧振幅より小さいことを特徴とする
請求項９または１０記載の微小物体濃縮方法。
【請求項１２】
前記試料溶液のコンダクタンスを測定するステップと、
前記コンダクタンスから電気伝導度を算出するステップと、
を備え、
前記電気伝導度において、前記微小物体に対して正の誘電泳動力が他の周波数より強く働く周波数を第１の交流電圧の周波数とすることを特徴とする請求項８記載の微小物体濃縮方法。
【請求項１３】
試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する微小物体量測定方法であって、
第１の電極対の間のコンダクタンスと第２の電極対の間のコンダクタンスとが一致するまで前記第１の電極対と前記第２の電極対とを備えるセルに洗浄液を供給し、排出するステップと、
前記セルに試料溶液を供給するステップと、
前記第1の電極対に前記微小物体に正の誘電泳動力が働く第１の周波数である第１の交流電圧を印加するステップと、
前記セル内部の前記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１４】
前記洗浄液は前記試料溶液であることを特徴とする請求項１３記載の微小物体量測定方法。
【請求項１５】
前記洗浄液を供給し、排出するステップにおいて、
前記第１の電極対に付着した付着物に対し負の誘電泳動力が働く周波数である第２の交流電圧を第１の電極対に印加することを特徴とする請求項１３記載の微小物体量測定方法。
【請求項１６】
前記洗浄液を供給し、排出するステップにおいて、
前記第１の電極対に付着した付着物および／または前記微小物体に対し負の誘電泳動力が働く周波数である第２の交流電圧を第２の電極対に印加することを特徴とする請求項１３記載の微小物体量測定方法。
【請求項１７】
前記第２の交流電圧の電圧振幅が前記第１の交流電圧の電圧振幅より小さいことを特徴とする請求項１５または１６記載の微小物体量測定方法。
【請求項１８】
前記試料溶液のコンダクタンスを測定するステップと、
前記コンダクタンスから電気伝導度を算出するステップと、
を備え、
前記電気伝導度において、前記微小物体に対して正の誘電泳動力が他の周波数より強く働く周波数を前記第１の周波数とすることを特徴とする請求項１３記載の微小物体量測定方法。
【請求項１９】
前記第1の電極対に前記第１の交流電圧を印加するステップにおいて、第１の電極対の間のコンダクタンスを複数回測定し、
前記コンダクタンスの上昇速度が速い場合に、前記微小物体の量が多いと演算することを特徴とする請求項１３記載の微小物体量測定方法。
【請求項１】
微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する微小物体濃縮装置であって、
第１の電極対と第２の電極対とを備えるセルと、
前記試料溶液をセルに供給する供給手段と、
前記セルから液体を回収する回収手段と、
前記第1の電極対に第１の交流電圧を印加する交流電源と、
前記第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１と前記第２の電極対の間のコンダクタンスＧ２とを測定する測定手段と、
前記コンダクタンスＧ１と前記コンダクタンスＧ２とを比較する比較手段と、
を備えたことを特徴とする微小物体濃縮装置。
【請求項２】
洗浄液を前記セルに供給する洗浄液供給手段を備え、
前記供給手段と前記洗浄液供給手段とから１つの手段を選択して、選択された手段から前記セルへ液体を供給することを特徴とする請求項１記載の微小物体濃縮装置。
【請求項３】
前記セルから液体を排出する排出手段を備え、
前記排出手段と前記回収手段とから１つの手段を選択して、前記セルから前記選択された手段に液体を排出することを特徴とする請求項１記載の微小物体濃縮装置。
【請求項４】
試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する微小物体量測定装置であって、
第１の電極対と第２の電極対とを備えるセルと、
前記試料溶液を前記セルに供給する供給手段と、
前記セルから液体を排出する排出手段と、
第1の電極対に第１の交流電圧を印加する交流電源と、
第記第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１および第記第２の電極対の間のコンダクタンスＧ２を測定する測定手段と、
前記コンダクタンスＧ１と前記コンダクタンスＧ２とを比較する比較手段と
前記セル内部の前記微小物体の量を演算する演算手段と
を備えたことを特徴とする微小物体量測定装置。
【請求項５】
前記測定手段は、第１の電極対の間のコンダクタンスＧ１から前記微小物体の量を演算する演算手段であることを特徴とする請求項４記載の微小物体量測定装置。
【請求項６】
前記測定手段は、表面プラズモン共鳴センサであることを特徴とする請求項４記載の微小物体量測定装置。
【請求項７】
洗浄液を前記セルに供給する洗浄液供給手段を備え、
前記セルへの液体の供給元として前記供給手段と前記洗浄液供給手段とが選択可能に構成されることを特徴とする請求項４記載の微小物体量測定装置。
【請求項８】
微小物体が含まれる試料溶液を濃縮する微小物体濃縮方法であって、
第１の電極対の間のコンダクタンスと第２の電極対の間のコンダクタンスとが一致するまで前記第１の電極対と前記第２の電極対とを備えるセルに洗浄液を供給し排出するステップと、
前記セルに試料溶液を供給するステップと、
前記第1の電極対に前記微小物体に正の誘電泳動力が働く周波数である第１の交流電圧を印加して、前記セルから試料溶液を排出するステップと、
前記第1の電極対への交流電圧の印加を停止する、または前記微小物体に負の誘電泳動力が働く周波数の交流電圧を印加して、前記試料溶液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濃縮方法。
【請求項９】
前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて、
前記第１の電極対に付着した付着物に対し負の誘電泳動力が働く周波数である交流電圧を第１の電極対に印加することを特徴とする請求項８記載の微小物体濃縮方法。
【請求項１０】
前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて、
前記第１の電極対に付着した付着物および／または前記微小物体に対し負の誘電泳動力が働く周波数である交流電圧を第２の電極対に印加することを特徴とする請求項８記載の微小物体濃縮方法。
【請求項１１】
前記洗浄液を供給し排出するステップにおいて印加する交流電圧の電圧振幅が第１の交流電圧の電圧振幅より小さいことを特徴とする
請求項９または１０記載の微小物体濃縮方法。
【請求項１２】
前記試料溶液のコンダクタンスを測定するステップと、
前記コンダクタンスから電気伝導度を算出するステップと、
を備え、
前記電気伝導度において、前記微小物体に対して正の誘電泳動力が他の周波数より強く働く周波数を第１の交流電圧の周波数とすることを特徴とする請求項８記載の微小物体濃縮方法。
【請求項１３】
試料溶液に含まれる微小物体の量を測定する微小物体量測定方法であって、
第１の電極対の間のコンダクタンスと第２の電極対の間のコンダクタンスとが一致するまで前記第１の電極対と前記第２の電極対とを備えるセルに洗浄液を供給し、排出するステップと、
前記セルに試料溶液を供給するステップと、
前記第1の電極対に前記微小物体に正の誘電泳動力が働く第１の周波数である第１の交流電圧を印加するステップと、
前記セル内部の前記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１４】
前記洗浄液は前記試料溶液であることを特徴とする請求項１３記載の微小物体量測定方法。
【請求項１５】
前記洗浄液を供給し、排出するステップにおいて、
前記第１の電極対に付着した付着物に対し負の誘電泳動力が働く周波数である第２の交流電圧を第１の電極対に印加することを特徴とする請求項１３記載の微小物体量測定方法。
【請求項１６】
前記洗浄液を供給し、排出するステップにおいて、
前記第１の電極対に付着した付着物および／または前記微小物体に対し負の誘電泳動力が働く周波数である第２の交流電圧を第２の電極対に印加することを特徴とする請求項１３記載の微小物体量測定方法。
【請求項１７】
前記第２の交流電圧の電圧振幅が前記第１の交流電圧の電圧振幅より小さいことを特徴とする請求項１５または１６記載の微小物体量測定方法。
【請求項１８】
前記試料溶液のコンダクタンスを測定するステップと、
前記コンダクタンスから電気伝導度を算出するステップと、
を備え、
前記電気伝導度において、前記微小物体に対して正の誘電泳動力が他の周波数より強く働く周波数を前記第１の周波数とすることを特徴とする請求項１３記載の微小物体量測定方法。
【請求項１９】
前記第1の電極対に前記第１の交流電圧を印加するステップにおいて、第１の電極対の間のコンダクタンスを複数回測定し、
前記コンダクタンスの上昇速度が速い場合に、前記微小物体の量が多いと演算することを特徴とする請求項１３記載の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１９】
【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１９】
【公開番号】特開２０１２−６８１９２（Ｐ２０１２−６８１９２Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１５０１２（Ｐ２０１０−２１５０１２）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【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５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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