電気泳動移動度測定用セル並びにそれを用いた測定装置及び測定方法
【課題】セルと電極部を一体型にし、電極部もセルとともに使い捨て可能とし、試料溶液の注入時に気泡が残りにくい電気泳動移動度測定用セルを提供する。
【解決手段】試料溶液を導入するための直方体状の内部空間１１を有する容器と、容器と一体化して容器の内部に形成され内部空間１１に電場をかけるための少なくとも２つの電極１４と、内部空間１１に連通した管状の試料注入部１７と、内部空間１１に連通した管状の試料注出部１８と、試料注入部１７に蓋をして内部空間１１を密閉するための第一のキャップ２１、試料注出部１８に蓋をして内部空間１１を密閉するための第二のキャップ２２とを有し、第一のキャップ２１は、キャップの装着時に管状の試料注入部１７の内側面１７ａに接触する第一側面２１ｂを有し、内側面１７ａは、内部空間１１から離れるに従って管の断面積が広がるように形成され、第一側面２１ｂは、その断面の面積が第一のキャップ２１の挿入方向に沿って徐々に狭くなっている。
【解決手段】試料溶液を導入するための直方体状の内部空間１１を有する容器と、容器と一体化して容器の内部に形成され内部空間１１に電場をかけるための少なくとも２つの電極１４と、内部空間１１に連通した管状の試料注入部１７と、内部空間１１に連通した管状の試料注出部１８と、試料注入部１７に蓋をして内部空間１１を密閉するための第一のキャップ２１、試料注出部１８に蓋をして内部空間１１を密閉するための第二のキャップ２２とを有し、第一のキャップ２１は、キャップの装着時に管状の試料注入部１７の内側面１７ａに接触する第一側面２１ｂを有し、内側面１７ａは、内部空間１１から離れるに従って管の断面積が広がるように形成され、第一側面２１ｂは、その断面の面積が第一のキャップ２１の挿入方向に沿って徐々に狭くなっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気泳動移動度測定用セル及びそれを用いた電気泳動移動度測定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電場の影響下で移動する試料セル容器内の粒子の電気泳動移動度やζ（ゼータ）電位を測定する装置を電気泳動移動度測定装置という。
この測定装置によれば、透明壁を有するセル型試験容器（以下、単に「試料セル容器」と称する）に、粒子の分散体を懸濁させた液体（試料溶液）を収容し、試料溶液に光を当てて、試料セル容器のある領域から出る散乱光を受光器で検出し、その周波数成分を解析することにより粒子の速度を算定し、粒子速度分布又はそれらの粒子の電気泳動移動度の分布を算定する。
【０００３】
図１０は、従来の試料セル容器内の電気浸透流現象を示す図である。電気浸透流は、粒子の分散体を支持する液体の、イオンの存在に因る移動である。イオンは、電場によって移送される。イオンの分布は、試料セル容器の壁上に存在する電荷によって影響されるので、 液体は、試料セル容器の内周壁のところでは一方向に流れ、試料セル容器の中心領域では反対の戻り方向に流れる。これを電気浸透流Ｕosmという。
【０００４】
図１０の“Ｕp”は、液体中に分散懸濁している粒子の正味の流れを示す。電気浸透流Ｕosmの周縁流れ（セル壁に近接して一方向に流れる流れ）と中心対向流れ（セルの断面でみて中心部即を反対方向に流れる流れ）とが接触し交わり、液体の速度がゼロになる面が存在する。この面を「静止面」という。電気泳動移動度測定法では、この静止面の位置で粒子速度分布をするように試みなければならない（特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、従来の電気泳動移動度測定用セルでは、試料溶液を注入する場合、セルの一方の開口に電極を載せてキャップをする。セルを逆さまにして、他方の開口に試料溶液をピペットなどで、気泡が入らないようにセルを傾けながら適量注入する。そして他方の開口に電極を挿入しキャップをする。
また、主にバイオ関連分野や医薬関連分野におけるサンプルは、ガラスセルへのサンプル吸着や汚れの付着があるため、測定が終われば捨てる、という使い捨て（ディスポーザブル）セルが導入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−５８８８号公報
【特許文献２】特開昭５２−１４５２９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したような電気泳動移動度測定用セルは、注入後、試料溶液が漏れないように密閉する必要があるが、この密閉をするときにセル内に気泡が生じやすい。気泡が残ると、電気泳動移動度やζ（ゼータ）電位の測定に誤差を生ずる。
またセルと電極とは別々の部品として製造されており、組み立てに手間がかかる。しかも電極は取り外し繰返し使用するため、測定終了後もセルを分解し、電極を回収しなければならない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、セルと電極部を一体型にし、電極部もセルとともに使い捨て可能とし、試料溶液の注入時に気泡が残りにくい電気泳動移動度測定用セル並びにそれを用いた測定装置及び測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電気泳動移動度測定用セルは、試料溶液を導入するための直方体状の内部空間を有する容器と、容器の内部に形成され内部空間に電場をかけるための少なくとも２つの電極と、内部空間に連通した管状の試料注入部と、内部空間に連通した管状の試料注出部と、試料注入部に蓋をして内部空間を密閉するための第一のキャップと、試料注出部に蓋をして内部空間を密閉するための第二のキャップとを有し、第一のキャップは、第一のキャップの装着時に管状の試料注入部の内側面に接触する第一側面を有し、管状の試料注入部の内側面は、内部空間から離れるに従って管の断面積が広がるように形成され、第一側面は、その断面の面積が第一のキャップの挿入方向に沿って徐々に狭くなっていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、第一のキャップを押し込んでいくと、内部空間に満たされた試料溶液は、第一側面と試料注入部の内側面との間から流出していくので、第一のキャップと試料溶液の水面との間に空気溜まりが発生することを防止できる。したがって、試料溶液の中に気泡が混入することがなくなり、サンプル注入時の気泡の発生を抑えることができる。
【００１１】
管状の試料注入部の内側面は、側断面視して、管の中心線に対して一定の傾斜角度を形成し、第一のキャップの第一側面は、側断面視して、第一のキャップの中心線に対して一定の傾斜角度を形成しているものであってもよい。この場合、第一のキャップを押し込んでいくと、内部空間に満たされた試料溶液が、第一側面と試料注入部の内側面との間を引っかかりことなく、スムーズに流出していく。
【００１２】
以上は第一のキャップに注目した構成上の特徴を述べたが、試料注出部に装着される第二のキャップにおいても、同じ構成を採ることができる。
試料注入部と第一のキャップの間にねじを形成してもよく、この場合、嵌合の力を強くすることができるとともに、サンプル注入時の気泡の発生を抑えることができる。
試料注出部と第二のキャップとの間にねじを形成してもよい。
【００１３】
２つの電極を、容器の中に、容器と一体化して形成するようにすれば、背景技術で述べたような電極を組み立てる手間がなくなり、電極一体型の完全使い捨てセルとすることができる。
本発明の電気泳動移動度測定方法は、前記内部空間の壁からの距離を変えながら、ヘテロダインスペクトルの中心周波数の軌跡（プロファイル）を測定し、その軌跡を放物線で近似し、前記内部空間内で電気浸透流の速度が０となる静止面を特定し、その静止面における粒子の、印加された電場に基づく真の移動速度を求める方法である。
【００１４】
本発明の電気泳動移動度測定装置は、前述した電気泳動移動度測定用セルと、電気泳動移動度測定用セルの電極に電場を印加する電場印加手段と、光源と、該光源からの光を分割する光路分割手段と、光路分割手段によって分割された一方の光を試料溶液に集光する集光手段と、集光位置を移動するための自動ステージ移動手段と、光路分割手段によって分割された他方の光に対して位相を変調する位相変調手段と、位相変調された参照光と、試料溶液から出射された散乱光との干渉光を受光してスペクトルを測定するスペクトル測定手段と、スペクトル測定手段によって測定された干渉光スペクトルに基づいて粒子の電気泳動移動度を算出する解析手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電気泳動移動度測定用セルによれば、これまでの使い捨てセルの問題点であった気泡混入や電極の繰返し使用をなくし、また、サンプル注入口の形状をテーパにすることによりセル内への気泡の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明により電気泳動移動度を測定するための電気泳動移動度測定装置の平面図である。
【図２】電気泳動移動度の算出手順を説明するためのフローチャートである。
【図３】縦軸に測定点のｚ座標、横軸に周波数をとった、干渉光のヘテロダインスペクトル群をプロットしたグラフである。
【図４】縦軸に測定点のｚ座標、横軸に周波数をとったヘテロダインスペクトル群をプロットしたグラフである。
【図５】試料セル容器の構造を示す平面図（ａ）、正面断面図（ｂ）及び側面図（ｃ）である。
【図６】注入部又は注出部に蓋をするキャップの形状を示す斜視図である。
【図７】試料セル容器の使用方法を説明するため、マイクロピペットと試料セル容器とを示す斜視図である。
【図８】側面部にテーパをつけるとともに、ねじ溝（雄ねじ）を形成したキャップを示す斜視図である。
【図９】電極の変形形状を示す断面図である。
【図１０】従来の試料セル容器内の電気浸透流現象を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明により電気泳動移動度を測定するための電気泳動移動度測定装置の平面図を示す。該測定装置は、透明な試料セル容器Ｃと、試料セル容器Ｃに電場を印加する直流電源３２と、試料セル容器Ｃの内部に形成された直方体状の内部空間（チャンバ）１１に閉じ込められた、試料粒子が分散された試料溶液に光を照射するための発光源１と、試料溶液の照射点から発せられる散乱光を検出するための受光器６と、発光源１から照射される光のうち分岐された光に基づいてドップラー偏移を与えるための変調器７と、試料セル容器Ｃをｘ−ｙ平面（水平面）内の任意の方向及びそれに垂直なｚ方向に移動させるための可動ステージ９とを備えている。
【００１８】
この電気泳動移動度測定装置の発光源１には、例えばレーザダイオードを用いている。レーザダイオードの光は、ハーフミラー２に入射され、ハーフミラー２で２つの光に分割される。分割された一方の光（「試料光」という）は、ミラー３で反射され、レンズ４で集光され、試料セル容器Ｃの内部空間１１内の試料溶液に入射される。試料溶液からの散乱光は、ハーフミラー５を通して受光器６で検出される。受光器６は例えばフォトマルチプライヤが使用される。可動ステージ９は、試料セル容器Ｃを移動させる移動機構を有し、レーザー光の集光点を、試料セル容器Ｃ中の試料溶液のあらかじめ入力された測定ポイントに自動的に移動させることができる。
【００１９】
ハーフミラー２で分割された他方の光を「参照光」という。参照光は、ミラー７で反射され、さらにミラー８で反射され、ハーフミラー５で反射される。ハーフミラー５で反射された参照光とハーフミラー５を透過した試料光は同一方向に進むことにより合成され（干渉光という）、受光器６で検出される。
ミラー７には、ミラー７を振動させることで参照光に変調をかける振動素子が取り付けられている。この振動素子の振動によって、当該ミラー７は、所定の振幅、周波数で正弦振動するものとする。振動素子は例えば圧電振動子（ＰＺＴ）によって構成することができる。
【００２０】
ハーフミラー５に入射された参照光と散乱光との干渉光は、受光器６に入射され、受光器６の出力信号は、スペクトルアナライザ３１によって光の干渉強度のパワースペクトルが検出される。このスペクトルを「ヘテロダインスペクトル」という。
このヘテロダインスペクトルの波形（ピーク周波数、半値幅など）を観測することにより、試料粒子の電気泳動移動度を算出することができる。
【００２１】
この電気泳動移動度の算出手順を、フローチャート（図２）を用いて説明する。まず試料セル容器Ｃの内部空間１１に試料粒子が分散された試料溶液を注入し、電場をかけない状態で、レーザダイオードの光量を、測定に適した光量になるように、ハーフミラー２とミラー３，７との間に挿入した減光器ＮＤ１，ＮＤ２などを用いて調整する（ステップＳ１）。次に振動素子に振動を与えて、受光器６で受光される光強度（時間の関数）の測定を行う（ステップＳ２）。この測定された光強度は散乱光の「自己相関関数」を表すものとなる。自己相関関数を、スペクトルアナライザ３１によってフーリエ変換解析し、ヘテロダインスペクトルを算出し記録する（ステップＳ３）。
【００２２】
次に可動ステージ９を用いて、試料溶液内における試料光の集光点を移動させて、所定位置で停止する。停止位置は、後に図３、図４を用いて説明するように、試料セル容器Ｃの中に形成された内部空間１１の上壁から下壁まで、ｚ方向に設定された数点であり、この数点の中から、最初に測定する１つの点（そのｚ座標をｚ1とする）を選びその位置で停止する（ステップＳ４）。
【００２３】
次に直流電源３２を用いて内部空間１１に所定の直流電場を印加して、試料粒子を電気泳動させる（ステップＳ５）。そして振動素子を振動させて自己相関関数の測定を行い（ステップＳ６）、スペクトルアナライザ３１によってヘテロダインスペクトルを測定し記録する（ステップＳ７）。このヘテロダインスペクトルは、ステップＳ３で算出されたヘテロダインスペクトルと比べて、試料粒子の移動により発生する浸透流のために中心周波数がずれている。そのずれΔｆを測定することができる。
【００２４】
次に測定点を変えて（ｚ1→ｚ2）、ステップＳ５〜７の手順を繰り返す（ステップＳ８）。すべてあらかじめ設定された測定点（例えばｚ1〜ｚ5）について測定を終了すると、図３、図４に示すように、縦軸に測定点のｚ座標、横軸に周波数をとったヘテロダインスペクトル群をプロットすることができる。
この図３、図４のグラフの横軸の周波数は、試料粒子の見掛けの泳動速度に相当する。見掛けの泳動速度は、電場に基づく試料粒子の真の移動速度と電気浸透流の速度との和であり、電気浸透流の速度は、後述するように測定点のｚ座標に応じて異なる。そこで、ｚ座標に応じて異なる電気浸透流の速度プロファイルを解析することにより、電気浸透流の速度が０になる静止面を特定し、この静止面上における試料粒子の真の移動速度を求めることができる。
【００２５】
ここで電気浸透流について説明すると、試料セル容器内の内部空間の壁面はマイナスに荷電されている。そのためプラス荷電のイオンや粒子が壁面付近に集まり、当該壁面に平行な電場が印加されると、これらのイオンにより壁面付近でマイナス電極側への流れが生じてしまい、その流れを補償するために内部空間の中央部では逆方向への流れが生じる。この流れが電気浸透流であるが、内部空間の壁面からある距離離れた面で電気浸透流の速度が０となる面が存在する。この面が静止面であり、この静止面における試料粒子の移動速度は、電場に基づく試料粒子の真の移動速度を表す。
【００２６】
そこで前述したｚ座標に応じて異なる電気浸透流の速度プロファイルに基づいて、次の計算により、電気浸透流の速度が０となる静止面のｚ座標を求めることとする。
見掛けの泳動速度は、電場に基づく試料粒子の真の移動速度と電気浸透流の速度との和であるので、次の(1)式が成り立つ。
Uobs(z) = Up + Uosm(z)・・・(1)
z ： 内部空間中心からの距離
Uobs(z) ：位置zにおいて測定される見掛けの泳動速度
Up ： 粒子の真の移動速度
Uosm(z) ：位置(z)における電気浸透流の速度
直方体型の内部空間において、見掛けの泳動速度Uobs(z)は、次のようにｚについての二次式(2)で近似することができる。
【００２７】
Uobs(Z) = AU0(z／b)2+ΔU0(z／b)＋(1−A)U0＋Up ・・・(2)
ここで係数Aは
Ａ = 1／ [ (2/3) - (0.420166/k) ]・・・(3)
で表され、ｋは泳動方向に垂直な内部空間の断面の各辺の長さa,bの比ｋ= a／b (a＞b)である。U0 は上下壁面での溶液の流速の平均値、ΔU0 はセル上下壁面での溶液の流速の差である。
【００２８】
Uobs＝Up となる位置が静止面であり、静止面で観測される移動速度は真の粒子の移動速度となる。測定点を上下に移動させて各位置での見掛けの泳動速度Uobs(z)を測定し、そのデータをもとに最小自乗法で放物線に近似し、係数比較して、粒子の真の移動速度Up を求めることができる。
図３、図４は実際に測定したヘテロダインスペクトル群をプロットしたグラフである。縦軸は、内部空間の上壁のｚ座標を“１”、下壁のｚ座標を“−１”とし、内部空間の上壁と下壁の中間位置のｚ座標を“０”として表している。横軸はヘテロダインスペクトルの周波数であり、試料セル容器Ｃに電場をかけない状態で測定したヘテロダインスペクトルの中心周波数を０［Ｈｚ］としている。
【００２９】
図３の場合、試料溶液は１０ｍＭ(ミリモル)の塩化ナトリウム水溶液に直径262nm（濃度0.001％）のポリスチレンラテックスを混合したものである。測定条件は、溶液の屈折率：1.3328、溶液の粘度：0.8878、溶液の誘電率：７８．３である。
図４の場合、試料溶液は１００ｍＭ（ミリモル）の塩化ナトリウム水溶液に直径262nm（濃度0.001％）のポリスチレンラテックスを混合したものである。測定条件は、溶液の屈折率：1.3328、溶液の粘度：0.8878、溶液の誘電率：７８．３である。
【００３０】
図３では印加した電場の強さ：−１０．６４［V/cm］である。図４では印加した電場の強さ：−８．０４［V/cm］である。図３、図４ともにヘテロダインスペクトルの中心周波数の軌跡（プロファイル）は、ほぼ２次曲線（放物線）となっている。
このような軌跡に対して、最小自乗法で放物線に近似し、前記(2)式の係数と比較した。その結果、図３の場合はｚ＝0.6017の面とｚ＝-0.6936の面が静止面になる。この静止面上の試料粒子の移動速度を求め、その移動速度に基づいて電気移動度を求めると-5.643×１０-4[cm2/Vs]が求まり、粒子のζ電位は-72.36ｍＶとなった。
【００３１】
図４の場合はｚ＝0.6078の面とｚ＝-0.6867の面が静止面になる。この静止面上の試料粒子の移動速度を求め、その移動速度に基づいて電気移動度を求めると-5.335×１０-4[cm2/Vs]となり、粒子のζ電位は-68.41ｍＶとなった。
このようにして、内部空間が直方体状であることを前提にして、壁からの距離を変えながら、ヘテロダインスペクトルの中心周波数の軌跡（プロファイル）を測定し、それを放物線で近似し、前記(2)式を用いて電気浸透流の速度が０となる静止面を特定し、その静止面における粒子の、印加された電場に基づく真の移動速度を求めることができる。また、可動ステージ９の自動ステージ移動機能により、電気浸透流測定から静止面を求め正確な電気泳動移動度の測定を実現することができる。
【００３２】
次に本発明に関連する試料セル容器Ｃの構造を、図５〜図７に示す。電場の印加方向をｘで表し、それに垂直な方向をｙで表している。ｘ−ｙによって水平面が規定される。レーザー光線の方向はｙ方向と平行になる。ｘ，ｙに垂直な方向をｚ方向とする。試料セル容器Ｃがｚ方向に沿って移動するように、可動ステージ９が操作される。
試料セル容器Ｃは直方体の透明な樹脂で成形されている。透明な樹脂として、例えばポリスチレンが採用できる。この直方体（試料セル容器本体１０という）の内部には試料溶液を充填するための密閉空間（内部空間）１１が形成されている。内部空間１１の形も、試料セル容器本体１０の外面形状と同様、直方体である。図５（ａ）に示した試料セル容器本体１０のｙ方向に垂直な側面１２及び内部空間１１のｙ方向に垂直な側面１３は、レーザー光線が入出射する面であり、これらの面は特に入念に鏡面仕上げされている。試料セル容器本体１０のｘ方向両端部には、電場を発生するため、試料セル容器本体１０に埋め込まれこれと一体になった１対の埋込電極１４が、内部空間１１の中で露出した状態で配置されている。各埋込電極１４は、金でメッキされた銅や真鍮で出来ており、正面断面図である図５（ｂ）から明らかなように、断面がＵ字状となって、試料セル容器本体１０内に埋め込まれている。
【００３３】
寸法例を挙げると、ｙ−ｚ断面内で見た内部空間１１のサイズは１×５mm、電極間距離は24mmである。計算された空間容量は120から130μLitreとなる。従来の電気泳動移動度測定用セルは、セルサイズが大きく（例えば2×10mm）、またサンプル注入をシリンジ等で行うためサンプル容量が必要であった。しかし主にバイオ関連分野や医薬関連分野におけるサンプル（危険度の高いサンプルや微量または貴重なサンプル）等では、必要なサンプル量が少ないほど好ましい。そこでこのように試料セル容器Ｃのサイズと電極間距離を小さくすることで、完全使い捨てセルとしての最少容量を実現することができる。
【００３４】
試料セル容器本体１０のｘ方向両端部の上面には、試料溶液の注入口１５と注出口１６とが形成され、注入口１５を包囲するように円筒管状の注入部１７が立設されており、注出口１６を包囲するように円筒管状の注出部１８が立設されている。注入部１７の内側面１７ａと注出部１８の内側面１８ａとは、それぞれ管状に形成されており、内部空間１１に連通している。注入部１７、注出部１８ともに、試料セル容器本体１０と同様の透明な樹脂で形成されている。
【００３５】
注入部１７の内側面１７ａは、試料セル容器本体１０から離れるに従って、管の断面積が広がるように傾斜を付けて形成されている。注出部１８の内側面１８ａも、試料セル容器本体１０から離れるに従って、断面積が広がるように傾斜を付けて形成されている。
そして内部空間１１に試料溶液を充填した後、注入部１７から試料溶液の漏れを防止するため、蓋をして内部空間を密閉するキャップ２１が設けられ、注出部１８から試料溶液の漏れを防止するため、蓋をして内部空間を密閉するキャップ２２が設けられている。なお、注入部１７、注出部１８の形状が同一の場合、キャップ２１，２２の形状も同一となる。同一の形状とした場合、キャップを注入用、注出用に分けて管理する必要がなくなり、便利である。
【００３６】
以下、注入部１７、注出部１８の形状は同一、キャップ２１，２２の形状も同一として扱い、注入部１７、キャップ２１の形状のみを説明する。
図６は、注入部１７に蓋をするキャップ２１の形状を示す斜視図である。キャップ２１は、ポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂で形成されており、手で持つためのつまみ部２１ａと、注入部１７の円筒管の内側面１７ａ又は注出部１８の円筒管の内側面１８ａに接触する側面部２１ｂと、底面部２１ｃとから構成されている。キャップ２１の中心線に垂直に切った側面部２１ｂの仮想断面を“Ｓ”で示す。断面Ｓの面積が、つまみ部２１ａから底面部２１ｃに向かう挿入方向に沿って、だんだん狭くなるように形成されている。一方、注入部１７の内側面１７ａは、注入口１５から離れるに従って断面積が広がるように形成されている。
【００３７】
具体的には、キャップ２１の側面部２１ｂには、側断面視してテーパが付けられている。その側面２１ｂと中心線とがなす傾斜角度を“θ”で表している。また、注入部１７の内側面１７ａも、側断面視して、中心線に対して一定の傾斜角度が付けられている。この「一定の傾斜角度」も、キャップ２１の側面部２１ｂの角度θに等しい。
試料セル容器Ｃの使用方法を、図７を用いて説明する。キャップ２１，２２を外した状態で、注入部１７から試料溶液を、マイクロピペット２３を用いて所定量注入する。所定量はマイクロピペット２３に目盛られており、その所定量を注入することにより、内部空間１１に試料溶液が充填され、かつ注入部１７及び注出部１８の円筒管内の一部にも試料溶液が満たされた状態になる。
【００３８】
なお、マイクロピペット２３に試料溶液を、所定量を超えて多く入れた場合、注入部１７や注出部１８から試料溶液が溢れ出るか、またはそれに近い状態になり、キャップ２１，２２を装着すると試料溶液が無駄に失われる。そこで、マイクロピペット２３の所定量を極力守ることにより、一定量のサンプル注入が可能となり、注入するサンプル量の無駄を省くことができる。
【００３９】
キャップ２１，２２を押し込んでいくと、キャップ２１の側面部２１ｂには、注入部１７の円筒管の内側面１７ａの傾斜角と等しいテーパが付けられて、また、キャップ２２の側面部２２ｂには、注出部１８の円筒管の内側面１８ａの傾斜角と等しいテーパが付けられているので、余分な溶液が注入部１７や注出部１８から溢れ出て行く。
もし、キャップ２１の側面部２１ｂにテーパが付かない場合、すなわちキャップ２１の側面部２１ｂの断面Ｓの面積をつまみ部２１ａから底面部２１ｃに向かって一様に形成し、注入部１７の円筒管の内側面１７ａも断面積を一様に形成した場合、注入部１７にキャップ２１を押し込んでいくと、キャップ２１の底面部２１ｃと試料溶液の水面との間に空気が溜まる。また、注入部１８にキャップ２２を押し込んでいく場合も同様である。たまった空気は、内部空間１１の試料溶液の圧力上昇とともに、試料溶液の中に取り込まれ、気泡ができやすくなる。いったん気泡ができると、気泡は内部空間１１の内壁面に付着して取ることが困難になる。
【００４０】
本発明の実施形態によれば、キャップ２１の側面部２１ｂと、注入部１７の円筒管の内側面１７ａに、ともに等しい角度の傾斜をつけることにより、キャップ２１の装着時に、底面部２１ｃと試料溶液の水面との間に空気溜まりが発生することを防止できる。同様にキャップ２２の装着時に、底面部２２ｃと試料溶液の水面との間に空気溜まりが発生することを防止できる。したがって、試料溶液の中に気泡が混入することがなくなり、サンプル注入時の気泡の発生を抑えることができる。
【００４１】
なお、キャップ２１を注入口専用、キャップ２２を注出口専用に分けて、いずれか一方のキャップの側面部にテーパを付けるとともに、それが装着される注入口又は注出口の側面部にもテープを付け、他方のキャップの側面部にはテーパを付けず、それが装着される注入口又は注出口の側面部にもテープを付けない、という実施も可能である。これによれば、少なくともテーパを付けたほうのキャップと、それが装着される注入口又は注出口において、気泡の発生を完全に防止することができる。
【００４２】
また図８に示すように、キャップ２１′又は２２′の側面部２１′ｂ又は側面部２２′ｂにテーパをつけるとともに、ねじ溝（雄ねじ）を形成し、それが装着される注入部の内側面又は注出部の内側面にも傾斜の付いたねじ溝（雌ねじ）を形成して、キャップを回しながら押し込むようにする実施も考えられる。この場合も、キャップ２１′，２２′をねじ込んでいくに従って、余分な溶液が注入口１９、注出口２０から溢れ出て行く。ねじの嵌合を利用して、キャップ２１′又は２２′と注入部又は注出部との間で強固な結合が可能となる。
【００４３】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば埋込電極１４の形状は、図５（ｂ）に示したような、断面Ｕ字状のものに限らず断面“Ｓ”字状、断面“Ｉ”字状など任意の形状を採用しても良い。図９は金属板を２回折り返して断面が“Ｓ”字状となっている埋込電極１４ａの形状を示す。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 発光源
２，５ ハーフミラー
３，７ ミラー
４ レンズ
６ 受光器
８ ミラー（振動）
９ 可動ステージ
１０ 試料セル容器本体
１１ 内部空間
１４，１４ａ 埋込電極
１５ 注入口
１６ 注出口
１７ 注入部
１７ａ，１８ａ 内側面
１８ 注出部
２１，２２ キャップ
２１ｂ，２２ｂ 側面部
２３ マイクロピペット
３１ スペクトルアナライザ
３２ 直流電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気泳動移動度測定用セル及びそれを用いた電気泳動移動度測定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電場の影響下で移動する試料セル容器内の粒子の電気泳動移動度やζ（ゼータ）電位を測定する装置を電気泳動移動度測定装置という。
この測定装置によれば、透明壁を有するセル型試験容器（以下、単に「試料セル容器」と称する）に、粒子の分散体を懸濁させた液体（試料溶液）を収容し、試料溶液に光を当てて、試料セル容器のある領域から出る散乱光を受光器で検出し、その周波数成分を解析することにより粒子の速度を算定し、粒子速度分布又はそれらの粒子の電気泳動移動度の分布を算定する。
【０００３】
図１０は、従来の試料セル容器内の電気浸透流現象を示す図である。電気浸透流は、粒子の分散体を支持する液体の、イオンの存在に因る移動である。イオンは、電場によって移送される。イオンの分布は、試料セル容器の壁上に存在する電荷によって影響されるので、 液体は、試料セル容器の内周壁のところでは一方向に流れ、試料セル容器の中心領域では反対の戻り方向に流れる。これを電気浸透流Ｕosmという。
【０００４】
図１０の“Ｕp”は、液体中に分散懸濁している粒子の正味の流れを示す。電気浸透流Ｕosmの周縁流れ（セル壁に近接して一方向に流れる流れ）と中心対向流れ（セルの断面でみて中心部即を反対方向に流れる流れ）とが接触し交わり、液体の速度がゼロになる面が存在する。この面を「静止面」という。電気泳動移動度測定法では、この静止面の位置で粒子速度分布をするように試みなければならない（特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、従来の電気泳動移動度測定用セルでは、試料溶液を注入する場合、セルの一方の開口に電極を載せてキャップをする。セルを逆さまにして、他方の開口に試料溶液をピペットなどで、気泡が入らないようにセルを傾けながら適量注入する。そして他方の開口に電極を挿入しキャップをする。
また、主にバイオ関連分野や医薬関連分野におけるサンプルは、ガラスセルへのサンプル吸着や汚れの付着があるため、測定が終われば捨てる、という使い捨て（ディスポーザブル）セルが導入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−５８８８号公報
【特許文献２】特開昭５２−１４５２９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したような電気泳動移動度測定用セルは、注入後、試料溶液が漏れないように密閉する必要があるが、この密閉をするときにセル内に気泡が生じやすい。気泡が残ると、電気泳動移動度やζ（ゼータ）電位の測定に誤差を生ずる。
またセルと電極とは別々の部品として製造されており、組み立てに手間がかかる。しかも電極は取り外し繰返し使用するため、測定終了後もセルを分解し、電極を回収しなければならない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、セルと電極部を一体型にし、電極部もセルとともに使い捨て可能とし、試料溶液の注入時に気泡が残りにくい電気泳動移動度測定用セル並びにそれを用いた測定装置及び測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電気泳動移動度測定用セルは、試料溶液を導入するための直方体状の内部空間を有する容器と、容器の内部に形成され内部空間に電場をかけるための少なくとも２つの電極と、内部空間に連通した管状の試料注入部と、内部空間に連通した管状の試料注出部と、試料注入部に蓋をして内部空間を密閉するための第一のキャップと、試料注出部に蓋をして内部空間を密閉するための第二のキャップとを有し、第一のキャップは、第一のキャップの装着時に管状の試料注入部の内側面に接触する第一側面を有し、管状の試料注入部の内側面は、内部空間から離れるに従って管の断面積が広がるように形成され、第一側面は、その断面の面積が第一のキャップの挿入方向に沿って徐々に狭くなっていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、第一のキャップを押し込んでいくと、内部空間に満たされた試料溶液は、第一側面と試料注入部の内側面との間から流出していくので、第一のキャップと試料溶液の水面との間に空気溜まりが発生することを防止できる。したがって、試料溶液の中に気泡が混入することがなくなり、サンプル注入時の気泡の発生を抑えることができる。
【００１１】
管状の試料注入部の内側面は、側断面視して、管の中心線に対して一定の傾斜角度を形成し、第一のキャップの第一側面は、側断面視して、第一のキャップの中心線に対して一定の傾斜角度を形成しているものであってもよい。この場合、第一のキャップを押し込んでいくと、内部空間に満たされた試料溶液が、第一側面と試料注入部の内側面との間を引っかかりことなく、スムーズに流出していく。
【００１２】
以上は第一のキャップに注目した構成上の特徴を述べたが、試料注出部に装着される第二のキャップにおいても、同じ構成を採ることができる。
試料注入部と第一のキャップの間にねじを形成してもよく、この場合、嵌合の力を強くすることができるとともに、サンプル注入時の気泡の発生を抑えることができる。
試料注出部と第二のキャップとの間にねじを形成してもよい。
【００１３】
２つの電極を、容器の中に、容器と一体化して形成するようにすれば、背景技術で述べたような電極を組み立てる手間がなくなり、電極一体型の完全使い捨てセルとすることができる。
本発明の電気泳動移動度測定方法は、前記内部空間の壁からの距離を変えながら、ヘテロダインスペクトルの中心周波数の軌跡（プロファイル）を測定し、その軌跡を放物線で近似し、前記内部空間内で電気浸透流の速度が０となる静止面を特定し、その静止面における粒子の、印加された電場に基づく真の移動速度を求める方法である。
【００１４】
本発明の電気泳動移動度測定装置は、前述した電気泳動移動度測定用セルと、電気泳動移動度測定用セルの電極に電場を印加する電場印加手段と、光源と、該光源からの光を分割する光路分割手段と、光路分割手段によって分割された一方の光を試料溶液に集光する集光手段と、集光位置を移動するための自動ステージ移動手段と、光路分割手段によって分割された他方の光に対して位相を変調する位相変調手段と、位相変調された参照光と、試料溶液から出射された散乱光との干渉光を受光してスペクトルを測定するスペクトル測定手段と、スペクトル測定手段によって測定された干渉光スペクトルに基づいて粒子の電気泳動移動度を算出する解析手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電気泳動移動度測定用セルによれば、これまでの使い捨てセルの問題点であった気泡混入や電極の繰返し使用をなくし、また、サンプル注入口の形状をテーパにすることによりセル内への気泡の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明により電気泳動移動度を測定するための電気泳動移動度測定装置の平面図である。
【図２】電気泳動移動度の算出手順を説明するためのフローチャートである。
【図３】縦軸に測定点のｚ座標、横軸に周波数をとった、干渉光のヘテロダインスペクトル群をプロットしたグラフである。
【図４】縦軸に測定点のｚ座標、横軸に周波数をとったヘテロダインスペクトル群をプロットしたグラフである。
【図５】試料セル容器の構造を示す平面図（ａ）、正面断面図（ｂ）及び側面図（ｃ）である。
【図６】注入部又は注出部に蓋をするキャップの形状を示す斜視図である。
【図７】試料セル容器の使用方法を説明するため、マイクロピペットと試料セル容器とを示す斜視図である。
【図８】側面部にテーパをつけるとともに、ねじ溝（雄ねじ）を形成したキャップを示す斜視図である。
【図９】電極の変形形状を示す断面図である。
【図１０】従来の試料セル容器内の電気浸透流現象を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明により電気泳動移動度を測定するための電気泳動移動度測定装置の平面図を示す。該測定装置は、透明な試料セル容器Ｃと、試料セル容器Ｃに電場を印加する直流電源３２と、試料セル容器Ｃの内部に形成された直方体状の内部空間（チャンバ）１１に閉じ込められた、試料粒子が分散された試料溶液に光を照射するための発光源１と、試料溶液の照射点から発せられる散乱光を検出するための受光器６と、発光源１から照射される光のうち分岐された光に基づいてドップラー偏移を与えるための変調器７と、試料セル容器Ｃをｘ−ｙ平面（水平面）内の任意の方向及びそれに垂直なｚ方向に移動させるための可動ステージ９とを備えている。
【００１８】
この電気泳動移動度測定装置の発光源１には、例えばレーザダイオードを用いている。レーザダイオードの光は、ハーフミラー２に入射され、ハーフミラー２で２つの光に分割される。分割された一方の光（「試料光」という）は、ミラー３で反射され、レンズ４で集光され、試料セル容器Ｃの内部空間１１内の試料溶液に入射される。試料溶液からの散乱光は、ハーフミラー５を通して受光器６で検出される。受光器６は例えばフォトマルチプライヤが使用される。可動ステージ９は、試料セル容器Ｃを移動させる移動機構を有し、レーザー光の集光点を、試料セル容器Ｃ中の試料溶液のあらかじめ入力された測定ポイントに自動的に移動させることができる。
【００１９】
ハーフミラー２で分割された他方の光を「参照光」という。参照光は、ミラー７で反射され、さらにミラー８で反射され、ハーフミラー５で反射される。ハーフミラー５で反射された参照光とハーフミラー５を透過した試料光は同一方向に進むことにより合成され（干渉光という）、受光器６で検出される。
ミラー７には、ミラー７を振動させることで参照光に変調をかける振動素子が取り付けられている。この振動素子の振動によって、当該ミラー７は、所定の振幅、周波数で正弦振動するものとする。振動素子は例えば圧電振動子（ＰＺＴ）によって構成することができる。
【００２０】
ハーフミラー５に入射された参照光と散乱光との干渉光は、受光器６に入射され、受光器６の出力信号は、スペクトルアナライザ３１によって光の干渉強度のパワースペクトルが検出される。このスペクトルを「ヘテロダインスペクトル」という。
このヘテロダインスペクトルの波形（ピーク周波数、半値幅など）を観測することにより、試料粒子の電気泳動移動度を算出することができる。
【００２１】
この電気泳動移動度の算出手順を、フローチャート（図２）を用いて説明する。まず試料セル容器Ｃの内部空間１１に試料粒子が分散された試料溶液を注入し、電場をかけない状態で、レーザダイオードの光量を、測定に適した光量になるように、ハーフミラー２とミラー３，７との間に挿入した減光器ＮＤ１，ＮＤ２などを用いて調整する（ステップＳ１）。次に振動素子に振動を与えて、受光器６で受光される光強度（時間の関数）の測定を行う（ステップＳ２）。この測定された光強度は散乱光の「自己相関関数」を表すものとなる。自己相関関数を、スペクトルアナライザ３１によってフーリエ変換解析し、ヘテロダインスペクトルを算出し記録する（ステップＳ３）。
【００２２】
次に可動ステージ９を用いて、試料溶液内における試料光の集光点を移動させて、所定位置で停止する。停止位置は、後に図３、図４を用いて説明するように、試料セル容器Ｃの中に形成された内部空間１１の上壁から下壁まで、ｚ方向に設定された数点であり、この数点の中から、最初に測定する１つの点（そのｚ座標をｚ1とする）を選びその位置で停止する（ステップＳ４）。
【００２３】
次に直流電源３２を用いて内部空間１１に所定の直流電場を印加して、試料粒子を電気泳動させる（ステップＳ５）。そして振動素子を振動させて自己相関関数の測定を行い（ステップＳ６）、スペクトルアナライザ３１によってヘテロダインスペクトルを測定し記録する（ステップＳ７）。このヘテロダインスペクトルは、ステップＳ３で算出されたヘテロダインスペクトルと比べて、試料粒子の移動により発生する浸透流のために中心周波数がずれている。そのずれΔｆを測定することができる。
【００２４】
次に測定点を変えて（ｚ1→ｚ2）、ステップＳ５〜７の手順を繰り返す（ステップＳ８）。すべてあらかじめ設定された測定点（例えばｚ1〜ｚ5）について測定を終了すると、図３、図４に示すように、縦軸に測定点のｚ座標、横軸に周波数をとったヘテロダインスペクトル群をプロットすることができる。
この図３、図４のグラフの横軸の周波数は、試料粒子の見掛けの泳動速度に相当する。見掛けの泳動速度は、電場に基づく試料粒子の真の移動速度と電気浸透流の速度との和であり、電気浸透流の速度は、後述するように測定点のｚ座標に応じて異なる。そこで、ｚ座標に応じて異なる電気浸透流の速度プロファイルを解析することにより、電気浸透流の速度が０になる静止面を特定し、この静止面上における試料粒子の真の移動速度を求めることができる。
【００２５】
ここで電気浸透流について説明すると、試料セル容器内の内部空間の壁面はマイナスに荷電されている。そのためプラス荷電のイオンや粒子が壁面付近に集まり、当該壁面に平行な電場が印加されると、これらのイオンにより壁面付近でマイナス電極側への流れが生じてしまい、その流れを補償するために内部空間の中央部では逆方向への流れが生じる。この流れが電気浸透流であるが、内部空間の壁面からある距離離れた面で電気浸透流の速度が０となる面が存在する。この面が静止面であり、この静止面における試料粒子の移動速度は、電場に基づく試料粒子の真の移動速度を表す。
【００２６】
そこで前述したｚ座標に応じて異なる電気浸透流の速度プロファイルに基づいて、次の計算により、電気浸透流の速度が０となる静止面のｚ座標を求めることとする。
見掛けの泳動速度は、電場に基づく試料粒子の真の移動速度と電気浸透流の速度との和であるので、次の(1)式が成り立つ。
Uobs(z) = Up + Uosm(z)・・・(1)
z ： 内部空間中心からの距離
Uobs(z) ：位置zにおいて測定される見掛けの泳動速度
Up ： 粒子の真の移動速度
Uosm(z) ：位置(z)における電気浸透流の速度
直方体型の内部空間において、見掛けの泳動速度Uobs(z)は、次のようにｚについての二次式(2)で近似することができる。
【００２７】
Uobs(Z) = AU0(z／b)2+ΔU0(z／b)＋(1−A)U0＋Up ・・・(2)
ここで係数Aは
Ａ = 1／ [ (2/3) - (0.420166/k) ]・・・(3)
で表され、ｋは泳動方向に垂直な内部空間の断面の各辺の長さa,bの比ｋ= a／b (a＞b)である。U0 は上下壁面での溶液の流速の平均値、ΔU0 はセル上下壁面での溶液の流速の差である。
【００２８】
Uobs＝Up となる位置が静止面であり、静止面で観測される移動速度は真の粒子の移動速度となる。測定点を上下に移動させて各位置での見掛けの泳動速度Uobs(z)を測定し、そのデータをもとに最小自乗法で放物線に近似し、係数比較して、粒子の真の移動速度Up を求めることができる。
図３、図４は実際に測定したヘテロダインスペクトル群をプロットしたグラフである。縦軸は、内部空間の上壁のｚ座標を“１”、下壁のｚ座標を“−１”とし、内部空間の上壁と下壁の中間位置のｚ座標を“０”として表している。横軸はヘテロダインスペクトルの周波数であり、試料セル容器Ｃに電場をかけない状態で測定したヘテロダインスペクトルの中心周波数を０［Ｈｚ］としている。
【００２９】
図３の場合、試料溶液は１０ｍＭ(ミリモル)の塩化ナトリウム水溶液に直径262nm（濃度0.001％）のポリスチレンラテックスを混合したものである。測定条件は、溶液の屈折率：1.3328、溶液の粘度：0.8878、溶液の誘電率：７８．３である。
図４の場合、試料溶液は１００ｍＭ（ミリモル）の塩化ナトリウム水溶液に直径262nm（濃度0.001％）のポリスチレンラテックスを混合したものである。測定条件は、溶液の屈折率：1.3328、溶液の粘度：0.8878、溶液の誘電率：７８．３である。
【００３０】
図３では印加した電場の強さ：−１０．６４［V/cm］である。図４では印加した電場の強さ：−８．０４［V/cm］である。図３、図４ともにヘテロダインスペクトルの中心周波数の軌跡（プロファイル）は、ほぼ２次曲線（放物線）となっている。
このような軌跡に対して、最小自乗法で放物線に近似し、前記(2)式の係数と比較した。その結果、図３の場合はｚ＝0.6017の面とｚ＝-0.6936の面が静止面になる。この静止面上の試料粒子の移動速度を求め、その移動速度に基づいて電気移動度を求めると-5.643×１０-4[cm2/Vs]が求まり、粒子のζ電位は-72.36ｍＶとなった。
【００３１】
図４の場合はｚ＝0.6078の面とｚ＝-0.6867の面が静止面になる。この静止面上の試料粒子の移動速度を求め、その移動速度に基づいて電気移動度を求めると-5.335×１０-4[cm2/Vs]となり、粒子のζ電位は-68.41ｍＶとなった。
このようにして、内部空間が直方体状であることを前提にして、壁からの距離を変えながら、ヘテロダインスペクトルの中心周波数の軌跡（プロファイル）を測定し、それを放物線で近似し、前記(2)式を用いて電気浸透流の速度が０となる静止面を特定し、その静止面における粒子の、印加された電場に基づく真の移動速度を求めることができる。また、可動ステージ９の自動ステージ移動機能により、電気浸透流測定から静止面を求め正確な電気泳動移動度の測定を実現することができる。
【００３２】
次に本発明に関連する試料セル容器Ｃの構造を、図５〜図７に示す。電場の印加方向をｘで表し、それに垂直な方向をｙで表している。ｘ−ｙによって水平面が規定される。レーザー光線の方向はｙ方向と平行になる。ｘ，ｙに垂直な方向をｚ方向とする。試料セル容器Ｃがｚ方向に沿って移動するように、可動ステージ９が操作される。
試料セル容器Ｃは直方体の透明な樹脂で成形されている。透明な樹脂として、例えばポリスチレンが採用できる。この直方体（試料セル容器本体１０という）の内部には試料溶液を充填するための密閉空間（内部空間）１１が形成されている。内部空間１１の形も、試料セル容器本体１０の外面形状と同様、直方体である。図５（ａ）に示した試料セル容器本体１０のｙ方向に垂直な側面１２及び内部空間１１のｙ方向に垂直な側面１３は、レーザー光線が入出射する面であり、これらの面は特に入念に鏡面仕上げされている。試料セル容器本体１０のｘ方向両端部には、電場を発生するため、試料セル容器本体１０に埋め込まれこれと一体になった１対の埋込電極１４が、内部空間１１の中で露出した状態で配置されている。各埋込電極１４は、金でメッキされた銅や真鍮で出来ており、正面断面図である図５（ｂ）から明らかなように、断面がＵ字状となって、試料セル容器本体１０内に埋め込まれている。
【００３３】
寸法例を挙げると、ｙ−ｚ断面内で見た内部空間１１のサイズは１×５mm、電極間距離は24mmである。計算された空間容量は120から130μLitreとなる。従来の電気泳動移動度測定用セルは、セルサイズが大きく（例えば2×10mm）、またサンプル注入をシリンジ等で行うためサンプル容量が必要であった。しかし主にバイオ関連分野や医薬関連分野におけるサンプル（危険度の高いサンプルや微量または貴重なサンプル）等では、必要なサンプル量が少ないほど好ましい。そこでこのように試料セル容器Ｃのサイズと電極間距離を小さくすることで、完全使い捨てセルとしての最少容量を実現することができる。
【００３４】
試料セル容器本体１０のｘ方向両端部の上面には、試料溶液の注入口１５と注出口１６とが形成され、注入口１５を包囲するように円筒管状の注入部１７が立設されており、注出口１６を包囲するように円筒管状の注出部１８が立設されている。注入部１７の内側面１７ａと注出部１８の内側面１８ａとは、それぞれ管状に形成されており、内部空間１１に連通している。注入部１７、注出部１８ともに、試料セル容器本体１０と同様の透明な樹脂で形成されている。
【００３５】
注入部１７の内側面１７ａは、試料セル容器本体１０から離れるに従って、管の断面積が広がるように傾斜を付けて形成されている。注出部１８の内側面１８ａも、試料セル容器本体１０から離れるに従って、断面積が広がるように傾斜を付けて形成されている。
そして内部空間１１に試料溶液を充填した後、注入部１７から試料溶液の漏れを防止するため、蓋をして内部空間を密閉するキャップ２１が設けられ、注出部１８から試料溶液の漏れを防止するため、蓋をして内部空間を密閉するキャップ２２が設けられている。なお、注入部１７、注出部１８の形状が同一の場合、キャップ２１，２２の形状も同一となる。同一の形状とした場合、キャップを注入用、注出用に分けて管理する必要がなくなり、便利である。
【００３６】
以下、注入部１７、注出部１８の形状は同一、キャップ２１，２２の形状も同一として扱い、注入部１７、キャップ２１の形状のみを説明する。
図６は、注入部１７に蓋をするキャップ２１の形状を示す斜視図である。キャップ２１は、ポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂で形成されており、手で持つためのつまみ部２１ａと、注入部１７の円筒管の内側面１７ａ又は注出部１８の円筒管の内側面１８ａに接触する側面部２１ｂと、底面部２１ｃとから構成されている。キャップ２１の中心線に垂直に切った側面部２１ｂの仮想断面を“Ｓ”で示す。断面Ｓの面積が、つまみ部２１ａから底面部２１ｃに向かう挿入方向に沿って、だんだん狭くなるように形成されている。一方、注入部１７の内側面１７ａは、注入口１５から離れるに従って断面積が広がるように形成されている。
【００３７】
具体的には、キャップ２１の側面部２１ｂには、側断面視してテーパが付けられている。その側面２１ｂと中心線とがなす傾斜角度を“θ”で表している。また、注入部１７の内側面１７ａも、側断面視して、中心線に対して一定の傾斜角度が付けられている。この「一定の傾斜角度」も、キャップ２１の側面部２１ｂの角度θに等しい。
試料セル容器Ｃの使用方法を、図７を用いて説明する。キャップ２１，２２を外した状態で、注入部１７から試料溶液を、マイクロピペット２３を用いて所定量注入する。所定量はマイクロピペット２３に目盛られており、その所定量を注入することにより、内部空間１１に試料溶液が充填され、かつ注入部１７及び注出部１８の円筒管内の一部にも試料溶液が満たされた状態になる。
【００３８】
なお、マイクロピペット２３に試料溶液を、所定量を超えて多く入れた場合、注入部１７や注出部１８から試料溶液が溢れ出るか、またはそれに近い状態になり、キャップ２１，２２を装着すると試料溶液が無駄に失われる。そこで、マイクロピペット２３の所定量を極力守ることにより、一定量のサンプル注入が可能となり、注入するサンプル量の無駄を省くことができる。
【００３９】
キャップ２１，２２を押し込んでいくと、キャップ２１の側面部２１ｂには、注入部１７の円筒管の内側面１７ａの傾斜角と等しいテーパが付けられて、また、キャップ２２の側面部２２ｂには、注出部１８の円筒管の内側面１８ａの傾斜角と等しいテーパが付けられているので、余分な溶液が注入部１７や注出部１８から溢れ出て行く。
もし、キャップ２１の側面部２１ｂにテーパが付かない場合、すなわちキャップ２１の側面部２１ｂの断面Ｓの面積をつまみ部２１ａから底面部２１ｃに向かって一様に形成し、注入部１７の円筒管の内側面１７ａも断面積を一様に形成した場合、注入部１７にキャップ２１を押し込んでいくと、キャップ２１の底面部２１ｃと試料溶液の水面との間に空気が溜まる。また、注入部１８にキャップ２２を押し込んでいく場合も同様である。たまった空気は、内部空間１１の試料溶液の圧力上昇とともに、試料溶液の中に取り込まれ、気泡ができやすくなる。いったん気泡ができると、気泡は内部空間１１の内壁面に付着して取ることが困難になる。
【００４０】
本発明の実施形態によれば、キャップ２１の側面部２１ｂと、注入部１７の円筒管の内側面１７ａに、ともに等しい角度の傾斜をつけることにより、キャップ２１の装着時に、底面部２１ｃと試料溶液の水面との間に空気溜まりが発生することを防止できる。同様にキャップ２２の装着時に、底面部２２ｃと試料溶液の水面との間に空気溜まりが発生することを防止できる。したがって、試料溶液の中に気泡が混入することがなくなり、サンプル注入時の気泡の発生を抑えることができる。
【００４１】
なお、キャップ２１を注入口専用、キャップ２２を注出口専用に分けて、いずれか一方のキャップの側面部にテーパを付けるとともに、それが装着される注入口又は注出口の側面部にもテープを付け、他方のキャップの側面部にはテーパを付けず、それが装着される注入口又は注出口の側面部にもテープを付けない、という実施も可能である。これによれば、少なくともテーパを付けたほうのキャップと、それが装着される注入口又は注出口において、気泡の発生を完全に防止することができる。
【００４２】
また図８に示すように、キャップ２１′又は２２′の側面部２１′ｂ又は側面部２２′ｂにテーパをつけるとともに、ねじ溝（雄ねじ）を形成し、それが装着される注入部の内側面又は注出部の内側面にも傾斜の付いたねじ溝（雌ねじ）を形成して、キャップを回しながら押し込むようにする実施も考えられる。この場合も、キャップ２１′，２２′をねじ込んでいくに従って、余分な溶液が注入口１９、注出口２０から溢れ出て行く。ねじの嵌合を利用して、キャップ２１′又は２２′と注入部又は注出部との間で強固な結合が可能となる。
【００４３】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば埋込電極１４の形状は、図５（ｂ）に示したような、断面Ｕ字状のものに限らず断面“Ｓ”字状、断面“Ｉ”字状など任意の形状を採用しても良い。図９は金属板を２回折り返して断面が“Ｓ”字状となっている埋込電極１４ａの形状を示す。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 発光源
２，５ ハーフミラー
３，７ ミラー
４ レンズ
６ 受光器
８ ミラー（振動）
９ 可動ステージ
１０ 試料セル容器本体
１１ 内部空間
１４，１４ａ 埋込電極
１５ 注入口
１６ 注出口
１７ 注入部
１７ａ，１８ａ 内側面
１８ 注出部
２１，２２ キャップ
２１ｂ，２２ｂ 側面部
２３ マイクロピペット
３１ スペクトルアナライザ
３２ 直流電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料溶液を導入するための直方体状の内部空間を有する容器と、前記容器の内部に形成され前記内部空間に電場をかけるための少なくとも２つの電極と、前記内部空間に連通した管状の試料注入部と、前記内部空間に連通した管状の試料注出部と、前記試料注入部に蓋をして前記内部空間を密閉するための第一のキャップと、前記試料注出部に蓋をして前記内部空間を密閉するための第二のキャップとを有し、
前記第一のキャップは、前記第一のキャップの装着時に前記管状の試料注入部の内側面に接触する第一側面を有し、
前記管状の試料注入部の内側面は、前記内部空間から離れるに従って管の断面積が広がるように形成され、前記第一側面は、その断面の面積が前記第一のキャップの挿入方向に沿って徐々に狭くなっていることを特徴とする電気泳動移動度測定用セル。
【請求項２】
前記電極は、前記容器に一体化して形成されている請求項１記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項３】
前記管状の試料注入部の内側面は、側断面視して、前記管の中心線に対して一定の傾斜角度を形成し、前記第一のキャップの前記第一側面は、側断面視して、前記第一のキャップの中心線に対して前記傾斜角度を形成している、請求項１又は請求項２記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項４】
前記管状の試料注出部の内側面は、前記内部空間から離れるに従って管の断面積が広がるように形成され、
前記第二のキャップは、前記管状の試料注出部の内側面に接触する第二側面を有し、前記第二側面は、その断面の面積が前記第二のキャップの挿入方向に徐々に狭くなっている、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項５】
前記管状の試料注出部の内側面は、側断面視して、前記管の中心線に対して一定の傾斜角度を形成し、前記第二のキャップの第二側面は、側断面視して、前記第二のキャップの中心線に対して前記傾斜角度を形成している、請求項４記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項６】
前記管状の試料注入部の内側面には雌ねじが形成され、前記第一のキャップの第一側面にはこれに嵌合する雄ねじが形成されている、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項７】
前記管状の試料注出部の内側面には雌ねじが形成され、前記第二のキャップの第二側面にはこれに勘合する雄ねじが形成されている、請求項４又は請求項５に記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電気泳動移動度測定用セルを用意し、
前記内部空間の壁からの距離を変えながら、ヘテロダインスペクトルの中心周波数の軌跡（プロファイル）を測定し、
その軌跡を放物線で近似し、
前記内部空間内で電気浸透流の速度が０となる静止面を特定し、
その静止面における粒子の、印加された電場に基づく真の移動速度を求める、電気泳動移動度測定方法。
【請求項９】
前記電気泳動移動度測定用セルを、可動ステージに載置し、その自動ステージ移動機能により、電気浸透流測定から静止面を求め正確な電気泳動移動度の測定を実現する、請求項８記載の電気泳動移動度測定方法。
【請求項１０】
試料溶液中の粒子の電気泳動移動度を測定する装置であって、
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電気泳動移動度測定用セルと、前記電気泳動移動度測定用セルの電極に電場を印加する電場印加手段と、光源と、該光源からの光を分割する光路分割手段と、前記光路分割手段によって分割された一方の光を試料溶液に集光する集光手段と、集光位置を移動するための自動ステージ移動手段と、前記光路分割手段によって分割された他方の光に対して位相を変調する位相変調手段と、位相変調された参照光と、試料溶液から出射された散乱光との干渉光を受光してスペクトルを測定するスペクトル測定手段と、前記スペクトル測定手段によって測定された干渉光スペクトルに基づいて前記粒子の電気泳動移動度を算出する解析手段とを備える、電気泳動移動度測定装置。
【請求項１】
試料溶液を導入するための直方体状の内部空間を有する容器と、前記容器の内部に形成され前記内部空間に電場をかけるための少なくとも２つの電極と、前記内部空間に連通した管状の試料注入部と、前記内部空間に連通した管状の試料注出部と、前記試料注入部に蓋をして前記内部空間を密閉するための第一のキャップと、前記試料注出部に蓋をして前記内部空間を密閉するための第二のキャップとを有し、
前記第一のキャップは、前記第一のキャップの装着時に前記管状の試料注入部の内側面に接触する第一側面を有し、
前記管状の試料注入部の内側面は、前記内部空間から離れるに従って管の断面積が広がるように形成され、前記第一側面は、その断面の面積が前記第一のキャップの挿入方向に沿って徐々に狭くなっていることを特徴とする電気泳動移動度測定用セル。
【請求項２】
前記電極は、前記容器に一体化して形成されている請求項１記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項３】
前記管状の試料注入部の内側面は、側断面視して、前記管の中心線に対して一定の傾斜角度を形成し、前記第一のキャップの前記第一側面は、側断面視して、前記第一のキャップの中心線に対して前記傾斜角度を形成している、請求項１又は請求項２記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項４】
前記管状の試料注出部の内側面は、前記内部空間から離れるに従って管の断面積が広がるように形成され、
前記第二のキャップは、前記管状の試料注出部の内側面に接触する第二側面を有し、前記第二側面は、その断面の面積が前記第二のキャップの挿入方向に徐々に狭くなっている、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項５】
前記管状の試料注出部の内側面は、側断面視して、前記管の中心線に対して一定の傾斜角度を形成し、前記第二のキャップの第二側面は、側断面視して、前記第二のキャップの中心線に対して前記傾斜角度を形成している、請求項４記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項６】
前記管状の試料注入部の内側面には雌ねじが形成され、前記第一のキャップの第一側面にはこれに嵌合する雄ねじが形成されている、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項７】
前記管状の試料注出部の内側面には雌ねじが形成され、前記第二のキャップの第二側面にはこれに勘合する雄ねじが形成されている、請求項４又は請求項５に記載の電気泳動移動度測定用セル。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電気泳動移動度測定用セルを用意し、
前記内部空間の壁からの距離を変えながら、ヘテロダインスペクトルの中心周波数の軌跡（プロファイル）を測定し、
その軌跡を放物線で近似し、
前記内部空間内で電気浸透流の速度が０となる静止面を特定し、
その静止面における粒子の、印加された電場に基づく真の移動速度を求める、電気泳動移動度測定方法。
【請求項９】
前記電気泳動移動度測定用セルを、可動ステージに載置し、その自動ステージ移動機能により、電気浸透流測定から静止面を求め正確な電気泳動移動度の測定を実現する、請求項８記載の電気泳動移動度測定方法。
【請求項１０】
試料溶液中の粒子の電気泳動移動度を測定する装置であって、
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電気泳動移動度測定用セルと、前記電気泳動移動度測定用セルの電極に電場を印加する電場印加手段と、光源と、該光源からの光を分割する光路分割手段と、前記光路分割手段によって分割された一方の光を試料溶液に集光する集光手段と、集光位置を移動するための自動ステージ移動手段と、前記光路分割手段によって分割された他方の光に対して位相を変調する位相変調手段と、位相変調された参照光と、試料溶液から出射された散乱光との干渉光を受光してスペクトルを測定するスペクトル測定手段と、前記スペクトル測定手段によって測定された干渉光スペクトルに基づいて前記粒子の電気泳動移動度を算出する解析手段とを備える、電気泳動移動度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２３０００４（Ｐ２０１２−２３０００４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９８６２４（Ｐ２０１１−９８６２４）
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００２０６９６７）大塚電子株式会社 (50)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００２０６９６７）大塚電子株式会社 (50)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]