(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過しない部材に設けられた貫通孔内にゲルが保持されているゲル濃度測定用チップの貫通孔に、光源からの光をコントラスト測定用パターンを介して照射し、前記貫通孔内のゲルが結んだコントラスト測定用パターンのＭＴＦ値から結像位置を求めることにより、ゲルの濃度を測定する方法であって、
前記コントラスト測定用パターンは、前記光源と前記ゲル濃度測定用チップとの間に配置させるものであり、
前記コントラスト測定用パターンは、前記光源から前記ゲル濃度測定用チップに向かって、穿孔を通して前記光源側からの入射光を前記ゲル濃度測定用チップ側に出射するピンホールと、並行配置された複数のスリットを通して前記光源側からの入射光を前記ゲル濃度測定用チップ側に出射する格子パターンとを備えるものである、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲル濃度測定チップと本チップを用いたゲル濃度測定方法及び測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子ゲル（以下、ゲルと記載）は、高分子が架橋されることで三次元的な網目構造を形成し、その内部に溶媒を吸収し膨潤したゲルであり、様々な用途で使用されている。
合成されたゲルの濃度を測定する方法としては、溶媒が吸収された状態でゲルの重量を測定した後、凍結乾燥等によって溶媒を除去した後の重量を測定し、それらの比率から濃度を推定すること等が広く知られている方法である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2010-174145号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のゲル濃度測定方法は、対象となるゲルの量が少なくなればそれに合わせて測定誤差の影響が大きくなり、正しいゲル濃度を測定できないという問題点があった。
従って、本発明の主な目的は、少量のゲルであっても精度良くゲル濃度を測定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は、以下に示す本発明によって解決される。
本発明の要旨は、
（１）光を透過しない部材（遮光部材）に設けられた貫通孔内にゲルが保持されている、ゲル濃度測定用チップ。
（２）（１）に記載のゲル濃度測定用チップの貫通孔に、光源からの光をコントラスト測定用パターンを介して照射し、貫通孔内のゲルが結んだコントラスト測定用パターンの結像位置から、ゲルの濃度を測定する方法。
（３）前記コントラスト測定用パターンは、穿孔を通して前記光源側からの入射光を前記ゲル濃度測定用チップ側に出射するピンホールと、並行配置された複数のスリットを通して前記光源側からの入射光を前記ゲル濃度測定用チップ側に出射する格子パターンとのうちの少なくともどちらか一方である（２）に記載の方法。
（４）前記光源と前記ゲル濃度測定用チップとの間に前記コントラスト測定用パターンを配置し、貫通孔内のゲルが結んだコントラスト測定用パターンのＭＴＦ(modulation transfer function)値から結像位置を求めることを特徴とする（２）または（３）に記載の方法。
（５）ゲル濃度測定用チップの貫通孔内に保持されているゲルの濃度を測定するためのゲル濃度測定装置であって、
光源と、
前記光源からの照明光が照射されるコントラスト測定用パターンと、
前記コントラスト測定用パターンを通過した光が前記貫通孔に入射するように、ゲル濃度測定用チップを保持する測定用チップ保持手段と、
前記ゲル濃度測定用チップの貫通孔に保持されているゲルによって結ばれた前記コントラスト測定用パターンの像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段を光軸に沿って前後に移動させるための撮像手段移動手段と、を備えていることを特徴とするゲル濃度測定装置。
（６）前記コントラスト測定用パターンを、前記撮像手段における前記コントラスト測定用パターンの像の範囲を制限する結像範囲制限手段を用いて形成することを特徴とする（５）に記載のゲル濃度測定装置。
（７）前記コントラスト測定用パターンを、スリットを通して前記光源側からの光を前記ゲル濃度測定用チップ側に通す格子パターンを用いて形成することを特徴とする（５）または（６）に記載のゲル濃度測定装置。
（８）前記結像範囲制限手段が、穿孔を通して前記光源側から入射した光を前記ゲル濃度測定用チップ側に出射するピンホールである、（６）に記載のゲル濃度測定装置。
である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のゲル濃度測定チップを用いることによって、少量のゲルであっても精度良くゲル濃度を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のゲル濃度測定用チップの模式的な図面である。
【図２】貫通孔内のゲルによってピンホール像が結像する様子を表した模式的な図面である。
【図３】本発明の好ましい実施形態のゲル濃度測定装置３１の構成を示す模式的な図面である。
【図４】本実施形態のゲル濃度測定装置３１で用いられる格子パターン３２の一例を示す模式的な平面図である。
【図５】ゲル濃度測定用チップ１１のある貫通孔１３に充填されたゲル１４によって生成された格子パターン３２の像を、撮像装置移動装置３８によって撮像装置３６を１ｍｍ毎に移動させながら撮像した画像である。
【図６】図５の５ｍｍでの格子パターンの格子像に対して、格子パターンのラインに対して略直角方向の光量ラインプロファイル（Ａ−Ａ‘）を表したものである。
【図７】各位置毎の各ゲルのＭＴＦ値である。横軸は相対距離で、縦軸はＭＴＦ値である。
【図８】ゲル濃度Ｘと、焦点距離Ｙの相対値をＸ−Ｙ平面上にプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、少量のゲルであっても精度良くゲル濃度を測定することを目的としてなされたものである。この目的を達成するために、本発明のゲル濃度測定用チップは、光を透過しない部材、即ち遮光部材に貫通孔を設け、この貫通孔内にゲルを保持することを特徴とする。
さらに、本発明のゲル濃度測定方法は、上述のゲル濃度測定用チップの貫通孔に、コントラスト測定用パターンを介して光源からの光を照射し、通り抜けた光により貫通孔内のゲルが結んだコントラスト測定用パターンの結像位置（光の焦点距離）から、ゲルの濃度を測定することを特徴とするものである。
ここで、コントラスト測定用パターンは、穿孔を通して前記光源側から入射した光を前記ゲル濃度測定用チップ側に出射するピンホールと、並行配置された複数のスリットを通して前記光源側から入射した光を前記ゲル濃度測定用チップ側に出射する格子パターンとのうちの少なくともどちらか一方を用いることができ、両方を用いることがより好ましい。
また、本発明のゲル濃度測定装置は、上記のゲル濃度測定用チップの貫通孔内に保持されたゲルの濃度を測定するために、以下の構成：
光源と；
この光源からの照明光が照射されるコントラスト測定用パターンと；
コントラスト測定用パターンを通過した光がゲル濃度測定用チップの貫通孔に入射するように、ゲル濃度測定用チップを保持する測定用チップ保持手段と；
ゲル濃度測定用チップの貫通孔に保持されているゲルによって結ばれた前記コントラスト測定用パターンの像を撮像する撮像手段と；
この撮像手段を光軸に沿って前後に移動させるための撮像手段移動手段と；
を備えることを特徴とする。
光源としては様々なものが利用可能であるが、一例として、適度に出力が調節されたハロゲンランプ、ＬＥＤ、レーザなどが挙げられる。
測定用チップ保持手段は、光源からの光をゲル濃度測定用チップに入射させるともに、ゲル濃度測定用チップからの光を撮像手段側に出射するために透明な材料を用いる。この透明な材料としては、ガラス、石英、透明樹脂などが挙げられる。ガラス、石英、透明樹脂はそれぞれ光学特性が異なり、このため測定用チップ保持手段に用いる材料は光源の波長特性を勘案して適宜決定するとよい。
コントラスト測定用パターンは、上述した通り、ピンホールと格子パターンとのうちの少なくともどちらか一方、あるいはその両方を用いて形成することが好ましいが、ＭＴＦ値を測定できるようなパターンである限り特に制限されるものではなく、どのようなパターンを用いてもよい。
以下に、図を用いながら本発明のより詳細な実施形態について説明する。
【０００９】
図１は、ゲル濃度測定用チップの模式的な図面である。ゲル濃度測定用チップ１１は、光を透過しない部材１２に貫通孔１３を有している。貫通孔の形状は特に制限されるものではないが、断面円形状が好ましい。貫通孔１３の中には、測定対象となるゲル１４が充填されている。光を透過しない部材１２の材質は特に限定されないが、例えば、カーボンブラックを練り込んで製作した樹脂板等のような光を反射し難い部材の方が好ましい。
ゲル濃度測定用チップは、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの樹脂、あるいはステンレスなどの金属の平板に貫通孔を穿孔し、ゲルを充填することにより製造することができる。また、ゲル濃度測定用チップの製造は、中空繊維配列体を用いたマイクロアレイの製造方法を適用することができる。この方法では、貫通孔基盤を合成高分子からなる複数本の中空繊維を繊維軸方向に規則正しく配列させた中空繊維配列体を用いて製造するものである。この製法は、中空繊維配列体の各中空繊維中空部にゲルを導入し、この中空繊維配列体を繊維軸方向と垂直な方法で薄片化することで、同一ロッドから同じ仕様のチップを製造することができる（特開2000-270878号公報）。
ここで、ゲルとしては特に限定されるものではないが、例えばアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ−アクリロイルアミノエトキシエタノール、Ｎ−アクリロイルアミノプロパノール、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、ヒドロキシエチルメタクリレート、（メタ）アクリル酸、アリルデキストリン等の単量体の一種類又は二種類以上と、メチレンビス（メタ）アクリルアミド、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート等の多官能性単量体とを共重合したゲルが挙げられる。その他本発明に用いることのできるゲルとしては、例えばアガロース、アルギン酸、デキストラン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等のゲル、又はこれらを架橋したゲルが挙げられる。
【００１０】
図２は、貫通孔内のゲルによってピンホール像が結像する様子を表した模式的な図面である。光源である照明装置２１から照射された照明光は、ピンホール２２によって所定の大きさに制限され、ゲル濃度測定用チップ１１の貫通孔内に充填されている、測定対象となるゲル１４に入射する。測定対象となるゲル１４は、入射した光を屈折して焦点を結び、ピンホール像２３を結像する。濃度の異なる複数のゲルを用いてこのピンホール像２３のＭＴＦ値を演算して近似直線（検量線）の数式を求めることにより、未知の濃度のゲルについても濃度を測定することができる。
【００１１】
コントラスト測定用パターンとしては、例えば、遮光板に複数のスリットが並行に形成された格子パターン、方形状の孔が市松模様状に貫通形成されたパターン、その他の様々なパターンを用いることができる。その中でもコントラスト測定用パターンとして、例えば格子パターンを用いることにより、ＭＴＦ値から結像位置を容易に測定することが可能となる。この詳細については後に記載する。
【００１２】
図３は、本発明の好ましい実施形態のゲル濃度測定装置３１の構成を示す模式的な図面である。図３に示されているように、ゲル濃度測定装置３１は、光量調整が可能なハロゲンランプ、ＬＥＤ素子等の照明装置（光源）２１と、照明装置からの照明光を受光する撮像手段である撮像装置３６と、図示しない処理装置とを備えている。撮像装置３６は、照明装置２１に向けられた対物レンズ３５と、イメージセンサとを備える。イメージセンサとしては、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサが挙げられ、ここではＣＣＤセンサ３７を例示する。ＣＣＤセンサ３７を備えている。ＣＣＤセンサ３７で得られた画像は、図示しない画像処理装置に送られ、所定の画像解析等の処理が施されるように構成されている。撮像装置３６は、光軸方向に沿って前後に移動させることが可能な撮像手段移動手段である撮像装置移動装置上に設置されている。
【００１３】
ゲル濃度測定装置３１では、さらに、照明装置２１と撮像装置３６との間に、照明装置２１側から順に、結像範囲制限手段である結像範囲制限装置２２、格子パターン３２、測定用チップ保持手段である測定用チップ保持装置３３が配置されている。
【００１４】
図４は、本実施形態のゲル濃度測定装置３１で用いられる格子パターン３２の一例を示す模式的な平面図である。格子パターンは、公知のＭＴＦ測定用格子を用いることが好ましく、黒く示されている光の透過率が低い又は非透過性の部分（黒部分）と、白く示されている光の透過率が高い部分（白部分：スリット）とが交互に配置されている格子部材である。細長い白部分であるスリット４１は一定間隔ごとに並行配置され、これにより撮像装置３６における縞状の格子パターンの形成が可能となる。格子の各白部分および各黒部分の幅は例えば同一であり、格子パターンの一対の白部分と黒部分の幅がラインピッチ（ｍｍ）であり、ラインピッチの逆数が空間周波数（ｌｐ／ｍｍ）である。
【００１５】
格子パターン３２は、ガラス板などの基板に金属を蒸着させる等の公知の方法によって形成することができる。格子パターンの空間周波数は、検査対象となるゲル濃度測定用チップの厚さや、貫通孔の大きさ、撮像装置３１の対物レンズ３５の倍率等の種々の条件に応じて、適当な値が選定される。空間周波数として、例えば、３．０ｌｐ／ｍｍを有した格子パターンを用いることができる。
【００１６】
測定用チップ保持装置３３は、ガラス、石英、透明な樹脂等の光透過性材料で構成された水槽状の部材であり、水などの液体３４を収容し、ゲル濃度測定用チップ１１を液体３４に浸漬した状態で保持する浸漬装置としての機能も有するように構成されている。ゲル濃度測定用チップは、その表面が、撮像装置３６の対物レンズ３５の光軸と直交する向き（即ち照明装置と撮像装置を結ぶ線に直交する向き）に向けられ、測定用チップ保持装置３３内の液体３４に浸漬されて、保持装置３３内に保持される。
【００１７】
ゲル濃度測定用チップ１１を液体３４に浸漬する理由は、ゲル濃度測定用チップ１１の貫通孔１３に保持された測定対象となるゲル１４の乾燥を防ぐためである。液体は、ゲルの乾燥を防ぎ、ゲルを汚染または劣化させないものであれば良く、透明性が高いものが望ましい。水以外の液体としては例えば、塩溶液、グリセロール溶液等があげられる。またこれらの溶液に、防腐剤等を添加しても良い。
【００１８】
このような構成によって照明装置２１からの照明光で照らされた格子パターン３２の像がゲル濃度測定用チップ１１の貫通孔１３内の測定対象となるゲル１４のレンズ作用によって結像位置に結ばれ、結像位置に配置された撮像装置３１のＣＣＤセンサ３７によって撮像される。
【００１９】
結像範囲制限装置２２は、例えば光を通さない遮光板に円形孔が穿設されたピンホールであり、これによりゲル濃度測定用チップ１１の結像範囲を制限することができる。格子パターン３２を用いる場合では、格子パターン３２の像の大きさを所定の大きさに制限することができる。ゲル濃度測定用チップに２個以上の貫通孔を設けて同時にゲルの濃度を測定する場合、貫通孔同士の距離によっては、それぞれの貫通孔内のゲルによって結像した格子パターンの像が重なり合ってしまい像を分離／識別できなくなってしまうため、結像範囲制限装置によって像の重なり合いを防ぐことが可能である。結像範囲制限装置２２としては、例えば、孔が形成された金属板、孔の大きさを調整できる視野絞り（アパーチャ）等を用いることができる。結像範囲制限装置２２の位置、結像範囲制限装置２２の孔の寸法等は、測定条件に応じて、適宜選定される。
【００２０】
なお、上記実施形態では、結像範囲制限装置２２が、照明装置２１と格子パターン３２の間に配置されているが、結像範囲制限装置は照明装置２１とチップ保持装置３３との間に配置されていればよく、結像範囲制限装置２２と格子パターン３２とのうちどちらを照明装置側に配置しどちらをチップ保持装置側に配置するかは特に制限されるものではない。従って、例えば、結像範囲制限装置が格子パターン３２とチップ保持装置３３との間に配置された機構としても良い。
【００２１】
次に、ゲル濃度測定用チップ１１とゲル濃度測定装置３１を用いた、ゲル濃度測定方法について説明する。
まず、複数種類の予め既知の濃度で調整したゲルが充填されたゲル濃度測定用チップ１１を用意する。各濃度のゲルは、複数の貫通孔１３を設けたゲル濃度測定用チップ１１にそれぞれ充填しても良いし、１枚のゲル濃度測定用チップに1種類を充填し、濃度の種類の数だけ用意しても良い。本明細書では、1枚のゲル濃度測定用チップに複数の貫通孔を設けた場合で説明する。
【００２２】
用意した既知濃度のゲル測定用チップを、測定用チップ保持装置３３に収容されている液体３４内に浸漬されるように測定用チップ保持装置３３の所定位置で保持する。次いで、照明装置２１からの照明光を、結像範囲制限装置２２、及び格子パターン３２を介してゲル濃度測定用チップに照射し、撮像装置３６で格子パターン３２の像を生成する。生成された格子パターン３２の像を、撮像装置移動装置３８によって一定間隔毎にずらしながらＣＣＤセンサ３７で撮像する。
【００２３】
図５は、ゲル濃度測定用チップ１１のある貫通孔１３に充填されたゲル１４によって生成された格子パターン３２の像を、撮像装置移動装置３８によって撮像装置３６を１ｍｍ毎に移動させながら実際に撮像した画像である。図に記載している数値（ｍｍ）は、対物レンズ（保持装置側の表面）とゲル濃度測定用チップ１１（チップ自身の対物レンズ側の表面）との間の距離を、ある位置を基準点０ｍｍとした相対値として記載したものである。例えば、５ｍｍと記載された格子像の画像は、対物レンズとゲル濃度測定用チップ１１の間の距離が、基準０ｍｍよりも５ｍｍ長いことを表している。
【００２４】
図６は、図５の５ｍｍでの格子パターンの格子像に対して、格子パターンのラインに対して略直角方向の光量ラインプロファイル（Ａ−Ａ‘）を表したものである。ＣＣＤセンサ３７で得られた格子パターンの像は、ゲル濃度測定装置３１に搭載された処理装置において処理され、処理装置は光量ラインプロファイルに基づきＭＴＦ値を演算する。処理装置ではＭＴＦ値の演算プログラムが実行され、光量ラインプロファイルから次式１により格子パターンのＭＴＦ値が算出される。
ＭＴＦ={(Imax-Imin)/(Imax+Imin)}×100(%)       （式１）
ここで、ＭＴＦは像のコントラスト特性を示すものである。また、Imax、Iminは、ＭＴＦ値を算出するための値であり、結像された格子パターンの像の光量ラインプロファイルの最大光量値（Imax）と最小光量値（Imin）のことである。なお、コントラスト測定用パターンとして、市松模様状のパターンを用いた場合には互いに直行する２本の光量ラインプロファイルを用いてＭＴＦ値を演算することが可能となる。
【００２５】
ＭＴＦ値は、式１から、格子パターンの白と黒のラインが鮮明に見える程高くなり、ぼやけた像になれば低い値となることは明らかである。撮像装置移動装置によってピント位置を変えながら撮像し、各位置のＭＴＦ値を算出していく。ＭＴＦ値が最も高い、すなわち、鮮明に見える画像が得られたということは、ゲル濃度測定用チップのゲルによって結像した格子パターンの結像位置を、対物レンズを通してＣＣＤカメラで観察しているということであり、対物レンズのＷ．Ｄ（ワーキングディスタンス）と、対物レンズからゲル濃度測定用チップまでの距離から、ゲルの焦点距離は容易に計算可能である。
【００２６】
このような方法で、複数種類の予め既知の濃度で調整したゲルが充填されたゲル濃度測定用チップにおいて、各濃度のゲルの焦点距離を算出し、横（Ｘ）軸を濃度、縦（Ｙ）軸を焦点距離の相対値としてＸ−Ｙ平面上にプロットし、Ｙ＝ＡＸ＋Ｂで表される近似直線式を求めることで、この近似直線を検量線として用いることができ、この近似直線に、未知濃度のゲルのＭＴＦ値に基づく焦点距離を照らし合わせることにより未知の濃度であるゲルの濃度を逆算することが可能となる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例について説明する。
ゲル濃度測定用チップの作製
板の中央部に直径０．３２ｍｍの孔が０．４２ｍｍ間隔で、格子状に２×２、４個配列された、厚さ０．１ｍｍの多孔板２枚を用い、その多孔板の全ての孔に、カーボンブラックで着色したポリカーボネート製中空繊維（外径０．２８ｍｍ、内径０．１８ｍｍ、長さ５００ｍｍ）を通過させ、この２枚の繊維を通過させた多孔板を５０ｍｍ離間させ、離間した多孔板間に、カーボンブラックで着色したポリウレタン樹脂を充填し、長さ５０ｍｍ、１０ｍｍ角の角柱状の、両端に樹脂で固定化されない部分を有する中空繊維配列体を得た。
【００２８】
既知のゲル濃度チップ
得られた中空繊維配列体中の中空糸に(i)３％、(ii)４％、(iii)５％、(iv)６％で調整した4種類の濃度のジメチルアクリルアミドゲル前駆体溶液を充填・重合させ、その後、ミクロトームにて、繊維軸と直角方向に、厚さ０．２５ｍｍの薄片を切り出すことにより既知のゲル濃度チップを得た。
【００２９】
近似直線式の算出
ゲル濃度測定装置を用いて、撮像装置移動装置を所定の位置を基準０ｍｍとし、０．５ｍｍピッチ毎に対物レンズとゲル濃度測定用チップの距離を広くしながら６ｍｍまで移動させながら、各位置毎に、４種類のゲルの格子パターンを測定し、ＭＴＦ値を算出した。
図７は、各位置毎の各ゲルのＭＴＦ値である。横軸は相対距離で、縦軸はＭＴＦ値である。ゲルによって結像した格子パターンの格子像を観察している点（すなわち、ＭＴＦ値が最も高い点）は変曲点となっている位置である。
【００３０】
図８は、ゲル濃度Ｘと、焦点距離Ｙの相対値をＸ−Ｙ平面上にプロットした図である。得られた式は、以下に示す式２
Ｙ＝1.65×Ｘ−4.3      （式２）
となり、
ゲル濃度Ｘを求めるには、以下に示す式３
Ｘ＝（Ｙ＋4.3）/1.65      （式３）
によって焦点距離の相対値Ｙから導き出すことが可能である。
【００３１】
（実施例１）
上記の方法で、４．５％のゲルをゲル濃度測定用チップに充填・重合し、焦点距離の相対値を測定したところ、３．２ｍｍであった。式３によってゲル濃度を算出すると、４．５５％であった。
【符号の説明】
【００３２】
１１  ゲル濃度測定用チップ
１３  貫通孔
１４  ゲル
２１  照明装置（光源）
２２  結像範囲制限装置（結像範囲制限手段）
３１  ゲル濃度測定装置
３２  格子パターン
３３  測定用チップ保持装置（測定用チップ保持手段）
３４  液体
３５  対物レンズ
３６  撮像装置（撮像手段）
３７  ＣＣＤセンサ
３８  撮像装置移動装置（撮像手段移動手段）
４１  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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