(57)【要約】【課題】非真球微小物体の長軸と短軸の長さを光散乱を用いて短時間で簡単に測定する。【解決手段】非真球微小物体を含む試料を収容する光学セル２と、試料に直線偏光を照射するレーザー光源３、１／２波長板４、凸レンズ５と、試料に電場を印加する電極６と、試料からの散乱光の強度を検出する凸レンズ７、偏光フィルム８、光電子倍増管９、デジタルマルチメーター10と、光学セル２を中心にして凸レンズ７、偏光フィルム８、光電子倍増管９の位置を変更する位置変更手段と、直線偏光の向きと電場の向きを相互に９０°切り替える切替手段と、散乱光の強度、凸レンズ７、偏光フィルム８、光電子倍増管９の位置、及び直線偏光の向きと電場の向きに基づいて非真球微小物体の形状を推定するパーソナルコンピュータ11とを備えた。【選択図】図６
2015034747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非真球微小物体を含む試料を収容する収容手段と、前記試料に直線偏光を照射する光照射手段と、前記試料に電場を印加する電場印加手段と、前記試料からの散乱光の強度を検出する検出手段と、前記収容手段を中心にして前記検出手段の位置を変更する位置変更手段と、前記直線偏光の向きと前記電場の向きを相互に９０°切り替える切替手段と、前記散乱光の強度、前記検出手段の位置、及び前記直線偏光の向きと前記電場の向きに基づいて非真球微小物体の形状を推定する推定手段とを備えたことを特徴とする非真球微小物体の形状推定装置。
【請求項２】
前記切替手段は、前記電場印加手段の向きを切り替えるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の非真球微小物体の形状推定装置。
【請求項３】
前記切替手段は、前記直線偏光の向きと、前記検出手段の向きを切り替えるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の非真球微小物体の形状推定装置。
【請求項４】
非真球微小物体を含む試料に電場を印加して前記非真球微小物体を配向させるステップと、前記試料に直線偏光を照射して前記試料からの散乱光の強度の空間依存性を検出するステップと、前記試料からの散乱光の強度の空間依存性に基づき前記非真球微小物体の長軸と短軸の長さを推定するステップとを備えたことを特徴とする非真球微小物体の形状推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気泳動又は誘電泳動を用いた光散乱による非真球微小物体の形状推定装置と形状推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ粒子などの微小物体の生成を行う際に、手法や条件によっては求めている形状とは異なる微小物体が生成されることがある。この微小物体の形状を確認する方法として、電子顕微鏡による観察が挙げられる。しかし、電子顕微鏡による観察は、測定装置が大がかりであり、事前の準備が煩雑であるため形状の確認に時間を要するという欠点があった。
【０００３】
ところで、微小物体が真球である場合、その直径を光散乱を用いて比較的短時間で測定することができる（例えば、特許文献１、２）。しかし、微小物体が真球ではなく、例えば、針状、紡錘形状であるような場合、その形状を光散乱を用いて測定するのは困難であった。
【０００４】
なお、真球ではない微小物体を光散乱を用いて測定するための測定理論や解析法は存在するものの、予め形状を仮定する必要があったり、その仮定の条件により測定結果が変わってしまったりするため、精度及び確度の良い測定を行うことができなかった。
【０００５】
また、単一波長の偏光を用いて微粒子の形状と大きさを測定する方法も知られている（特許文献３）が、得られたデータの解析処理が複雑になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２９２３９号公報
【特許文献２】特開２００１-３３３７６号公報
【特許文献３】特開平９−２０３７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、長軸と短軸の長さの比が１ではない非真球微小物体について、その長軸と短軸の長さを光散乱を用いて短時間で簡単に測定することのできる、新規の非真球微小物体の形状推定装置と形状推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】
【０００８】
発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、大きさが１０ｎｍ〜数μｍ程度であって電気泳動又は誘電泳動を起こすことが可能な非真球微小物体について、電気泳動現象又は誘電泳動現象を用いて非真球微小物体の長軸の向きを揃え、その後、非真球微小物体に光を照射し、ミー散乱又はレイリー散乱による散乱光の強度の空間依存性を測定することにより、非真球微小物体の長軸と短軸の長さを短時間で測定することが可能であることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
本発明の請求項１記載の非真球微小物体の形状推定装置は、非真球微小物体を含む試料を収容する収容手段と、前記試料に直線偏光を照射する光照射手段と、前記試料に電場を印加する電場印加手段と、前記試料からの散乱光の強度を検出する検出手段と、前記収容手段を中心にして前記検出手段の位置を変更する位置変更手段と、前記直線偏光の向きと前記電場の向きを相互に９０°切り替える切替手段と、前記散乱光の強度、前記検出手段の位置、及び前記直線偏光の向きと前記電場の向きに基づいて非真球微小物体の形状を推定する推定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２記載の非真球微小物体の形状推定装置は、請求項１において、前記切替手段は、前記電場印加手段の向きを切り替えるように構成されたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３記載の非真球微小物体の形状推定装置は、請求項１において、前記切替手段は、前記直線偏光の向きと、前記検出手段の向きを切り替えるように構成されたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項４記載の非真球微小物体の形状推定方法は、非真球微小物体を含む試料に電場を印加して前記非真球微小物体を配向させるステップと、前記試料に直線偏光を照射して前記試料からの散乱光の強度の空間依存性を検出するステップと、前記試料からの散乱光の強度の空間依存性に基づき前記非真球微小物体の長軸と短軸の長さを推定するステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の非真球微小物体の形状推定装置と形状推定方法によれば、長軸と短軸の長さの比が１ではない非真球微小物体について、その長軸と短軸の長さを短時間で簡単に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】誘電泳動による粒子の配向の概念図である。
【図２】様々な粒子径の粒子によるミー散乱の空間依存性を示す図である。
【図３】非真球微小物体の測定したい軸の向きと直線偏光の向きの関係を示す図である。
【図４】直線偏光の向きと観測面の関係を示す図である。
【図５】直線偏光の向き、非真球微小物体の軸の向き及び観測面の関係を示す図である。
【図６】本発明の非真球微小物体の形状推定装置の一実施形態を示す概略図である。
【図７】非真球微小物体の軸の向きと直線偏光の向きの相対関係を９０°回転させるための方式１の概略図である。
【図８】非真球微小物体の軸の向きと直線偏光の向きの相対関係を９０°回転させるための方式２の概略図である。
【図９】観測角４０°の電場なしのデータで規格化した短軸の測定結果を示すグラフである。
【図１０】観測角４０°の電場なしのデータで規格化した長軸の測定結果を示すグラフである。
【図１１】Ｙ軸方向の直線偏光に対して、非真球微小物体の長軸の向きがＸ軸と平行なとき（非真球微小物体の長軸の向きが直線偏光の向きと直交しているとき）の概略図である。
【図１２】Ｙ軸方向の直線偏光に対して、非真球微小物体の長軸の向きがＸ軸から３０°傾いたときの概略図である。
【図１３】Ｙ軸方向の直線偏光に対して、非真球微小物体の長軸の向きがＸ軸から６０°傾いたときの概略図である。
【図１４】Ｙ軸方向の直線偏光に対して、非真球微小物体の長軸の向きがＸ軸と直交しているとき（非真球微小物体の向きが直線偏光の向きと平行なとき）の概略図である。
【図１５】二酸化チタン（ＴｉＯ２）ナノ粒子のＳＥＭ画像である。
【図１６】観測角４０°の電場なしのデータで規格化した短軸方向のシミュレーション結果を示す図である。
【図１７】短軸方向のシミュレーションに重み付きの計算を行った結果を示すグラフである。
【図１８】観測角４０°の電場なしのデータで規格化した長軸方向のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１９】配向率を考慮した長軸方向のシミュレーションを示すグラフである。
【図２０】長軸方向の測定結果と短軸方向の測定結果を重ね合わせた結果を示すグラフである。
【図２１】短軸、長軸の重み付きの計算シミュレーションを重ね合わせた結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る非真球微小物体の形状推定装置は、電気泳動現象又は誘電泳動現象を用いて軸方向を整列させた非真球微小物体に直線偏光を照射し、ミー散乱又はレイリー散乱による散乱光を測定することにより、非真球微小物体の長軸と短軸の長さを推定するものである。
【００１６】
まず、本発明の基本的な原理について説明する。
（１）非真球微小物体の電気泳動と誘電泳動
液体中を浮遊している非真球微小物体に電場をかけることにより、電気泳動又は誘電泳動を起こさせる。金属非真球微小物体の場合は、ゼータ電位があるため、クーロン力により引かれる方向に移動する。これに対して、誘電体非真球微小物体の場合、電場をかけることにより粒子内に誘電分極が生じる。ここに空間的な電場勾配があると、非真球微小物体は高電場側又は低電場側へと移動する。どちらに移動するかは、周辺の媒質の誘電率との関係による。この現象は誘電泳動と呼ばれている。真球ではない微小物体は、電気泳動又は誘電泳動により移動する際に、電気力によるトルクや、水分子との衝突や微小物体同士の衝突により電界方向と非真球微小物体Ｓの長軸方向が平行となる向きに配向すると予想される（図１）。よって、電気泳動現象又は誘電泳動現象を用いて、非真球微小物体Ｓの軸方向を整列、すなわち、非真球微小物体Ｓを配向させることが可能となる。なお、図中、Ｓは非真球微小物体であり、模式的に、非真球微小物体１個のみを図示する。
【００１７】
（２）ミー散乱とレイリー散乱
散乱光から粒子径を測定するために、一例として「Ｍｉｅ  Ｐｌｏｔ」と呼ばれるソフトウェアによる真球のナノ粒子についての計算結果を図２に示す。図２では、５３２ｎｍの直線偏光を右側から図の中心にあると仮定したナノ粒子に照射する。図中、矢印Ａは直線偏光が入射する向きである。図の曲線の違いは、それぞれ直径の異なるナノ粒子による散乱の違いであり、散乱される光の強度を中心からの距離で表している。中心からの距離が長いものほど、強い散乱が起きることを表しているため、直径５０ｎｍよりも２００ｎｍの方が、散乱光の強度がどの方向でも強いということがわかる。４８０ｎｍや６００ｎｍでは空間的に複雑な形状を示すようになる。直線偏光が抜ける方向を０°とし、戻る方向を１８０°としている。この角度を以降、観測角と呼ぶ。図２のようにナノ粒子の大きさにより、光散乱の観測角依存性が異なる形状を示すため、これを測定することにより、ナノ粒子の形状が推定できる。この手法を用いたのが、本発明である。なお、ミー散乱又はレイリー散乱において、図２のような散乱光の観測角依存性を示すのは、非真球微小物体の測定では、非真球微小物体Ｓの長軸と短軸のうち測定したい軸の向きと直線偏光の向きＡ１が平行である場合である（図３）。また、直線偏光の向きＡ１と観測面Ｐが互いに直交している必要がある（図４）。この２点を満足させるためには、図５のような直線偏光の向きＡ１、非真球微小物体Ｓの軸、観測面Ｐの関係を満たす必要がある。なお、以降、非真球微小物体からの散乱光を観測する面を観測面という。また、図中、矢印Ａは直線偏光が入射する向きであり、両矢印Ａ１は直線偏光の向きであり、Ｐは観測面であり、Ｓは非真球微小物体である。
【００１８】
以下、本発明に係る電気泳動又は誘電泳動を用いた光散乱による非真球微小物体の形状推定装置と形状推定方法の実施例について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。
【実施例１】
【００１９】
本実施例の非真球微小物体Ｓの形状推定装置１の全体構成を示す図６において、２は非真球微小物体Ｓを含む試料を収容する収容手段としての光学セルである。光学セル２の一側には、レーザー光源３、１／２波長板４、凸レンズ５が配置されており、これらレーザー光源３、１／２波長板４、凸レンズ５により、光照射手段が構成されている。そして、レーザー光源３から発せられた直線偏光は、１／２波長板４により直線偏光の向きが回転し、凸レンズ５により集光されてから光学セル２に向けて照射されるようになっている。光学セル２の内側には、光学セル２に収容された試料に電場を印加する電場印加手段としての一対の電極６が設けられている。
【００２０】
一方、光学セル２の他側、すなわち、光学セル２を基準とした凸レンズ５の反対側には、凸レンズ７、偏光フィルム８、光電子倍増管９、デジタルマルチメーター10が配置されており、これら凸レンズ７、偏光フィルム８、光電子倍増管９、デジタルマルチメーター10により、検出手段が構成されている。そして、光学セル２からの散乱光は、凸レンズ７により集光され、散乱光のうち特定の向きの偏光のみが偏光フィルム８を通過し、光電子倍増管９により検出されて散乱光の強度に応じた大きさの電気信号に変換され、この電気信号の大きさは、デジタルマルチメーター10により数値化されるようになっている。
【００２１】
また、凸レンズ７、偏光フィルム８、光電子倍増管９は、図示しない位置変更手段により、光学セル２を中心にして光学セル２とレーザー光源３に対する位置を変更可能に構成されている。すなわち、位置変更手段により、光学セル２とレーザー光源３を結ぶ線分と、光学セル２と光電子倍増管９を結ぶ線分とのなす角度である観測角を任意に変更することができるようになっている。
【００２２】
また、電極６の向きを光学セル２に照射させる直線偏光の向きに対して９０°切り替える図示しない切替手段が設けられている。
【００２３】
11は非真球微小物体Ｓの形状を推定する推定手段としてのパーソナルコンピュータである。パーソナルコンピュータ11は、検出された散乱光の強度、光電子倍増管９を中心とした光電子倍増管９の位置を示す観測角、光学セル２に照射される直線偏光の向きと電極６により印加される電場の向きに基づいて、非真球微小物体Ｓの形状を推定するように構成されている。
【００２４】
つぎに、本実施例の非真球微小物体の形状推定装置１の動作について説明する。
【００２５】
光学セル２に非真球微小物体Ｓを含む試料を収容し、電極６により光学セル２に電場を印加して、一対の電極６間において電気泳動又は誘電泳動により非真球微小物体Ｓの配向を揃える。そして、レーザー光源３から発せられた直線偏光の向きを１／２波長板４により調節し、凸レンズ５により集光して光学セル２の一対の電極６の間に照射する。
【００２６】
ここで、上述のように、散乱光が観測角依存性を示すためには、直線偏光の向きが非真球微小物体Ｓの測定したい軸の向きと平行となり、かつ、観測面と直交する必要がある。そのため、レーザー光源３と光学セル２の間に設けられた１／２波長板４を用いて、直線偏光の向きを回転させて調節するとともに、切替手段により電極６の向きを切り替える。なお、１／２波長板４を用いずに、レーザー光源３を回転させることで直線偏光の向きを調節してもよい。
【００２７】
直線偏光が一対の電極６間の非真球微小物体Ｓに照射されることにより、一対の電極６間の非真球微小物体Ｓから散乱光が生じる。光学セル２からのこの散乱光は、凸レンズ７により集光され、散乱光のうち特定の向きの偏光のみが偏光フィルム８を通過する。偏光フィルム８を通過した散乱光は、光電子倍増管９により電気信号に変換され、この電気信号の大きさは、デジタルマルチメーター10により数値化される。この数値化により、散乱光の相対強度が得られる。位置変更手段により観測角を変更しながら散乱光を測定し、散乱光の強度と観測角との関係、すなわち、散乱光の強度の空間依存性を求める。
【００２８】
そして、パーソナルコンピュータ11は、測定された散乱光の強度と観測角の関係と、予め取得しておいた散乱光の強度と観測角の関係とを比較することにより、非真球微小物体Ｓの軸の長さを推定し、その結果を図示しない表示手段に表示する。
【００２９】
以上により、非真球微小物体Ｓの長軸又は短軸のうちの一方の軸の長さが求められる。
【００３０】
その後、切替手段により、電極６の向きを光学セル２に照射させる直線偏光の向きに対して９０°切り替える（図７）。これにより、直線偏光の向きが非真球微小物体Ｓの他方の軸の向きと平行となり、かつ、観測面と直交した状態になる。この状態で上記と同様に測定することにより、非真球微小物体Ｓの長軸又は短軸のうちの他方の軸の長さが求められる。
【００３１】
このように、試料からの散乱光の強度の空間依存性に基づき、非真球微小物体Ｓの長軸と短軸の長さが求められ、その結果、非真球微小物体Ｓの形状が推定される。
【００３２】
なお、レーザー光源３から光学セル２に直線偏光が入射する向きを０°とし、直線偏光が戻る向きを１８０°としたときに、直線偏光の軸に対して９０°方向の散乱光の観測が難しいこと、直線偏光が入射する向きの散乱光は直線偏光との分離が難しいことなどから、観測角を例えば２０°から６５°までとして測定を行なってもよい。
【００３３】
本実施例の非真球微小物体の形状推定装置１により形状を推定可能な非真球微小物体の種類は、電気泳動又は誘電泳動を起こす、例えば、誘電体、金属、タンパク質、核酸、糖質又は脂質などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、本実施例によれば、非真球微小物体の形状を短時間で推定することができることから、非真球微小物体の生成反応直後に推定し、生成条件の探索を効率的に行うことができる。
【００３４】
また、本実施例の非真球微小物体の形状推定装置１により形状を推定可能な非真球微小物体の大きさは、ミー散乱やレイリー散乱による散乱光の観測角依存性を示す大きさであればよく、照射される直線偏光の波長にも依存するが、例えば、１０ｎｍ〜５μｍである。
【００３５】
以上のように、本実施例の非真球微小物体の形状推定装置１は、非真球微小物体Ｓを含む試料を収容する収容手段としての光学セル２と、前記試料に直線偏光を照射する光照射手段としてのレーザー光源３、１／２波長板４、凸レンズ５と、前記試料に電場を印加する電場印加手段としての電極６と、前記試料からの散乱光の強度を検出する検出手段としての凸レンズ７、偏光フィルム８、光電子倍増管９、デジタルマルチメーター10と、前記収容手段としての光学セル２を中心にして前記検出手段としての凸レンズ７、偏光フィルム８、光電子倍増管９の位置を変更する位置変更手段と、前記直線偏光の向きと前記電場の向きを相互に９０°切り替える切替手段と、前記散乱光の強度、前記検出手段としての凸レンズ７、偏光フィルム８、光電子倍増管９の位置、及び前記直線偏光の向きと前記電場の向きに基づいて非真球微小物体Ｓの形状を推定する推定手段としてのパーソナルコンピュータ11とを備えている。このため、長軸と短軸の長さの比が１ではない非真球微小物体Ｓについて、その長軸と短軸の長さを短時間で簡単に測定することができる。
【００３６】
また、前記切替手段は、前記電場印加手段としての電極６の向きを切り替えるように構成されたので、切替手段を簡単に構成できる。
【００３７】
また、本実施例の非真球微小物体の形状推定方法は、非真球微小物体を含む試料に電場を印加して前記非真球微小物体を配向させるステップと、前記試料に直線偏光を照射して前記試料からの散乱光の強度の空間依存性を検出するステップと、前記試料からの散乱光の強度の空間依存性に基づき前記非真球微小物体の長軸と短軸の長さを推定するステップとを備えている。このため、長軸と短軸の長さの比が１ではない非真球微小物体について、その長軸と短軸の長さを短時間で簡単に測定することができる。
【実施例２】
【００３８】
本実施例は、切替手段の構成が実施例１と異なるほかは、実施例１と同様である。
【００３９】
実施例１の切替手段は、直線偏光の向きを固定し、電極６を直線偏光の向きに対して９０°回転させて、非真球微小物体Ｓの軸を９０°回転させるように構成されている（図７）。これに対し、本実施例の切替手段は、非真球微小物体Ｓの軸の整列の向きを固定し、１／２波長板４により直線偏光の向きを９０°回転させるとともに、偏光フィルム８、光電子倍増管９を９０°回転させて観測面も同時に回転させるように構成されている（図８）。
【００４０】
以上のように、本実施例の非真球微小物体の形状推定装置１は、前記切替手段は、前記直線偏光の向きと、前記検出手段としての偏光フィルム８、光電子倍増管９の向きを切り替えるように構成されたので、真球微小物体の配向の状態をまったく変化させずに長軸と短軸の長さを測定することができる。
【実施例３】
【００４１】
以下、実際の測定例について説明する。
【００４２】
針状の誘電体ＴｉＯ２のナノ粒子を試料として、電場をかけて誘電泳動又は電気泳動を起こさせた（泳動の形態については確認中であり、以降、誘電泳動とする）。光学セルは、試料の入る部分の体積が３０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍの光学セルを使用した。電気泳動を効率良く起こさせるために、電極を光学セルの両端に配置した。電気泳動を起こさせるため、電場をかける電極の間隔は２００μｍとした。光源としては、Ｎｄ：ＹＶＯ４の第２高調波（５３２ｎｍ）レーザーを使用した。光源性能は、出力安定度が４時間で２％以下、偏光度は１００：１、ビームの横モードはＴＥＭ００で、出力は５０ｍＷであった。このレーザー光の偏光の向きを回転させるために、１／２波長板を光源と光学セルの間に設けた。
【００４３】
初めに、ナノ粒子の短軸の長さを測定するために、配向した状態のナノ粒子の短軸の向きとレーザー光の偏光の向きが平行になるように、レーザーを照射した。光学セル内のナノ粒子からの散乱光は、観測側の偏光の向きを決めるための偏光フィルムを通した後、光電子増倍管で測定を行った。なお、実験で使用したセルの形状が、厚みの薄い直方体であるため、レーザー光の軸に対して９０°方向の散乱光信号の取得が難しいこと、レーザー光方向（０°）の散乱光はレーザー光との分離が難しいことなどから、２０°から６５°までの観測角で測定を行った。
【００４４】
短軸の測定結果を図９に示す。実線が電場のない場合の結果であり、一点鎖線が電場をかけたときの結果である。また、理論解析との比較を行うために、電場のない状態で、観測角４０°の測定値でデータの規格化を行っている。測定結果をみると電場のない場合と、電場をかけた場合とで、強度に変化がみられる。
【００４５】
同様に、長軸の向きに偏光の向きを合わせたときの結果を図１０に示す。実線が電場なし、破線が電場ありの結果である。この結果も観測角４０°、電場なしのデータで規格化を行っている。これを見ると電場をかけることにより、信号強度が上がり、観測角によって散乱光の強度が大きく変化する形状になっていることがわかる。ここで、電場のない場合は、長軸、短軸ともに自由に水中で回転していると考えられ、同じ信号形状になるはずである。
【００４６】
なお、長軸の測定では、光学系及び試料などの測定条件は短軸の測定条件と同じであるが、一度測定を止めて、電極の向きを９０°回転させて行った。
【００４７】
ここで、電場をかけないときのナノ粒子の振る舞いを考える。ナノ粒子は水中でランダムに回転しているため、照射される直線偏光の向きの実効上の長さは、実際のナノ粒子の長軸の長さをＬとしたとき、Ｌｓｉｎ０°〜Ｌｓｉｎ９０°までの平均の長さになると考えられる（図１１〜１４参照）。これは、
【数１】
2015034747.tif 000003
【００４８】
となるが、励起偏光と直交する面内の２次元的な値であり、軸方向の奥行についての回転も考慮した３次元的な実行上の長さはさらに２／π倍短くなり、結果として、
【数２】
2015034747.tif 000004
【００４９】
という長さとなることが予想される。したがって、実際の長さよりも０．４１倍程度短くなったように観測される。これに対して、配向した場合には、長軸、短軸ともに実際の長さについての測定値が得られる。このことを考慮してミー散乱の理論計算との比較を行った。
【００５０】
解析を行うにあたり、実際の試料の大きさの参考として、走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと称する）で測定を行った結果を図１５に示す。このＳＥＭによる測定を参考に、シミュレーションの初期値を設定した。短軸を５０ｎｍ程度、長軸を５００ｎｍ程度と見積もったので、この値を初期値として、観測角２０°〜６５°においてシミュレーションを行った。用いたソフトウェアは、ネット上のフリーソフトである「Ｍｉｅ  ｐｌｏｔ」である（http://www.philiplaven.com/mieplot.htm）。このソフトウェアの妥当性は、球状の白金ナノ粒子について、光散乱による測定、ＳＥＭによる測定、シミュレーションとの比較により確認するとともに、同じパラメーターで他の計算ソフトによる結果と比較することで評価した。
【００５１】
初めに短軸方向のシミュレーションを示す。電場を印加した場合の短軸の長は５０ｎｍを中心に、４４〜５６ｎｍに分布した場合の結果を図１６に示す（実線）。電場をかけない場合は前述のように３次元に回転していることを考慮し、長軸に０．４１倍をかける必要があるが、ここでは、１７０ｎｍを中心に１５０ｎｍ〜１８５ｎｍ程度に分布した場合の計算結果を採用した（一点鎖線）。すべての計算は、自由に回転している１５０〜１８５ｎｍの観測角４０°におけるデータで規格化してある。実験結果とは実線が電場なし、破線が電場ありの結果に対応する。実験結果の図９とシミュレーションの図１６を比較すると全体的な信号形状は類似しているが、信号強度の差が異なる。これについて考察した。
【００５２】
電場をかけた際にナノ粒子の配向が起きるが、電極付近では強い配向が起き、電極から離れるにしたがって、電場の影響も小さくなり、配向が起きにくくなる。よって、励起レーザーの照射されている領域全体でナノ粒子が配向しているわけではなく、一部の粒子のみが配向している効果により、信号強度の差がシミュレーションと実験では異なると考えた。一部の粒子が配向する割合を配向率ηとした場合、実際の信号強度は以下の式を満たすようになると考えられる。
【数３】
2015034747.tif 000005
【００５３】
この式を用いて、短軸のシミュレーションにη＝０．６５の重み付きの計算を行った結果を図１７に示す。図９と図１７を比較すると信号の傾向に良い一致がみられる。
【００５４】
続いて、長軸についても同様に解析を行った結果を図１８、図１９に示す。図１８は観測角４０°の値で規格化した長軸方向のシミュレーション結果であり、図１９は配向率を考慮した結果である。長軸の値としては、４９０ｎｍを中心に４４０〜５４０ｎｍに分布したものを採用している。長軸方向の実験結果も重み付きのシミュレーションと傾向は一致している。
【００５５】
以上の結果をまとめたものを図２０と図２１に示す。
【００５６】
図２０は実験結果をまとめたものであり、電場を印加していない状態で、観測角４０°の測定値を１として長軸、短軸の結果を規格化したものを一つにまとめた。また、図２１は同様に理論計算における１５０〜１８５ｎｍのデータで観測角４０°の値で規格化した結果を並べてある。ここで配向率ηは０．６５とした。
【００５７】
長軸と短軸の測定は、光学系、試料などは同じであるが、一度測定を止めて、電極の方向を変える必要があり、異なる実験と考えられる。このため、同じ測定結果になると予想される電場を印加していない状態の測定結果を基準とした比較を行った。
【００５８】
実験結果とシミュレーションを比較すると、異なる実験結果を同じパラメーター（配向率η）で理論解析することにより、実験値と理論値が良く一致した。このことから、誘電泳動により試料が配向し、長軸、短軸の長さの測定を行うことができることが確認された。
【００５９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１  非真球微小物体の形状推定装置
２  収容手段としての光学セル
３  レーザー光源（光照射手段）
４  １／２波長板（光照射手段）
５  凸レンズ５（光照射手段）
６  電極（電場印加手段）
７  凸レンズ（検出手段）
８  偏光フィルム（検出手段）
９  光電子倍増管（検出手段）
10  デジタルマルチメーター（検出手段）
11  パーソナルコンピュータ（推定手段）
【図１】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２】
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【図１５】
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