(57)【要約】  目的物と該目的物よりもサイズの大きい粗大物とを含む流体を通過させることにより、前記流体中に含まれる前記目的物を選択的に捕集するためのフィルタ装置であって、前記粗大物を除去するための前処理フィルタと、前記目的物を捕集するための捕集フィルタとを備え、前記前処理フィルタおよび前記捕集フィルタは、前記流体が前記前処理フィルタを通過した後に前記捕集フィルタを通過できるように、直列に配置され、前記前処理フィルタは、互いに対向する一対の主面を有し両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体を含む、フィルタ装置。
2014192917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的物と該目的物よりもサイズの大きい粗大物とを含む流体を通過させることにより、前記流体中に含まれる前記目的物を選択的に捕集するためのフィルタ装置であって、
前記粗大物を除去するための前処理フィルタと、
前記目的物を捕集するための捕集フィルタとを備え、
前記前処理フィルタおよび前記捕集フィルタは、前記流体が前記前処理フィルタを通過した後に前記捕集フィルタを通過できるように、直列に配置され、
前記前処理フィルタは、互いに対向する一対の主面を有し両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体を含む、フィルタ装置。
【請求項２】
前記空隙部を含む前記前処理フィルタの主面の面積に対する前記空隙部の開口面積の比率である開口率が、３〜８０％である、請求項１に記載のフィルタ装置。
【請求項３】
前記空隙配置構造体の厚みをＴ、前記空隙部の開口サイズをＤとしたときに、Ｔ／Ｄで表されるアスペクト比が３未満である、請求項１または２に記載のフィルタ装置。
【請求項４】
前記捕集フィルタは、メンブレンフィルタである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【請求項５】
前記捕集フィルタは、互いに対向する一対の主面を有し両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体の複数枚をずらして重ねたものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ装置と、
前記目的物を捕集した前記捕集フィルタに電磁波を照射し、前記捕集フィルタの電磁波特性を用いて目的物の量を測定する測定機構とを備える、測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ装置および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、大気中に存在するＰＭ２．５や血液中に含まれる小胞体等の流体（検体）中の目的物の量を正確に測定したい場合に、１つの方法として、測定対象となる目的物を流体中から選択的に捕集した後に目的物の測定を行う方法が挙げられる。【０００３】
特許文献１（国際公開第２０１４／０１７４３０号）には、検体中の目的物（被測定物）の有無または量を測定する方法において、主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有する空隙配置構造体を物理的フィルタとして用いて、検体中から目的物をろ過し、目的物を空隙配置構造体に捕集（保持）する方法が知られている。【０００４】
ただし、目的物をより選択的に捕集し、測定精度を高めるためには、目的物以外の物質ができるだけ含まれないように、目的物を捕集する捕集フィルタの前段で、目的物よりもサイズの大きい粗大物を前処理フィルタによって確実に除去することが望ましい。【０００５】
従来は、このような粗大物を除去するための前処理フィルタとして、樹脂製メッシュ、金属網等が用いられていた。また、除去したい粗大物のサイズが比較的小さく、上記のフィルタでは除去しきれないような場合は、メンブレンフィルタ等が用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０１７４３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前処理フィルタとして樹脂製メッシュや金属網を用いる場合、加工精度のばらつきや、流体通過時の圧力による変形で樹脂製メッシュや金属網の開口部のサイズが変化することによって、粗大物の除去精度が低下するという問題がある。また、特に除去したい粗大物のサイズが小さい場合は、樹脂製メッシュや金属網の開口部の微細化には限界があるため、粗大物を十分に除去できるフィルタを作製できないという問題もある。【０００８】
一方、前処理フィルタとしてメンブレンフィルタを用いる場合、メンブレンフィルタの開口部は微細化が可能であるが、上記と同様に、加工精度のばらつきや、流体通過時の圧力による変形でメンブレンフィルタの開口部のサイズが変化することによって、粗大物の除去精度が低下するという問題がある。また、流体をメンブレンフィルタに通過させる際の圧力損失が大きく、一度に大量の流体をフィルタリングしようとするとメンブレンフィルタが破損する恐れがあるため、フィルタリングの効率が悪いという問題もある。さらに、開口部形状が複雑であるため、開口部のサイズより小さく本来は通過すべき目的物が、メンブレンフィルタに補足されてしまい、測定感度が低下したり測定誤差が生じたりする畏れもある。【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑み、微小な目的物よりもサイズの大きい粗大物を高精度に除去して、流体中の微小な目的物を選択的に捕集することができ、かつ、流体を通過させる際の圧力損失が小さいフィルタ装置、および、該フィルタ装置を備える測定装置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】
【００１０】
本発明は、目的物と該目的物よりもサイズの大きい粗大物とを含む流体を通過させることにより、前記流体中に含まれる前記目的物を選択的に捕集するためのフィルタ装置であって、
前記粗大物を除去するための前処理フィルタと、
前記目的物を捕集するための捕集フィルタとを備え、
前記前処理フィルタおよび前記捕集フィルタは、前記流体が前記前処理フィルタを通過した後に前記捕集フィルタを通過できるように、直列に配置され、
前記前処理フィルタは、互いに対向する一対の主面を有し両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体を含む、フィルタ装置である。【００１１】
前記空隙部を含む前記前処理フィルタの主面の面積に対する前記空隙部の開口面積の比率である開口率が、３〜８０％であることが好ましい。【００１２】
前記空隙配置構造体の厚みをＴ、前記空隙部の開口サイズをＤとしたときに、Ｔ／Ｄで表されるアスペクト比が３未満であることが好ましい。【００１３】
前記捕集フィルタは、メンブレンフィルタであることが好ましい、また、前記捕集フィルタは、互いに対向する一対の主面を有し両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体の複数枚をずらして重ねたものであることが好ましい。【００１４】
また、本発明は、上記のフィルタ装置と、
前記目的物を捕集した前記捕集フィルタに電磁波を照射し、前記捕集フィルタの電磁波特性を用いて目的物の量を測定する測定機構とを備える、測定装置にも関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、微小な目的物よりもサイズの大きい粗大物を高精度に除去して、流体中の微小な目的物を選択的に捕集することができ、かつ、流体を通過させる際の圧力損失が小さいフィルタ装置、および、該フィルタ装置を備える測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明で用いる空隙配置構造体の構造を説明するための模式図である。
【図２】実施形態１のフィルタ装置を説明するための模式図である。
【図３】実施形態２のフィルタ装置を説明するための模式図である。
【図４】実施例のフィルタ装置を説明するための模式図である。
【図５】実施例１における空隙配置構造体のＳＥＭ撮影像である。
【図６】比較例１における空隙配置構造体のＳＥＭ撮影像である。
【図７】実施例１および比較例１に関する説明のための断面模式図である。
【図８】実施形態１のフィルタ装置における捕集フィルタの一例の構成を示す模式図である。
【図９】実施例２の装置構成を示す模式図である。
【図１０】実施例２における空隙配置構造体の開口率と流速比率との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例３における空隙配置構造体の厚みと流速比率との関係を示すグラフである。
【図１２】実施例４における透過率変化量の周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のフィルタ装置は、目的物と該目的物よりもサイズの大きい粗大物とを含む流体を通過させることにより、流体中に含まれる目的物を選択的に捕集するためのフィルタ装置である。
【００１８】
流体は、例えば、気体または液体である。目的物としては、例えば、流体中に含まれる無機物、有機物もしくはそれらの複合物、または、微生物もしくは細胞が挙げられる。なお、目的物は、流体中に存在する状態で形状を有しているものであればよく、固体に限らず、液体、ゾルまたはゲル等であってもよい。
【００１９】
気体中の無機物、有機物もしくはそれらの複合物としては、例えば、大気中のＰＭ２．５や、ＳＰＭ、ＰＭ１０、花粉などが挙げられる。なお、ＰＭ（Particle  Matter）２．５とは、大気中に浮遊する粒子状物質であり、粒子径が概ね２．５μｍ以下のものであるが、厳密には、粒子径が２．５μｍの粒子を５０％の割合で捕集できる分粒装置を透過する微粒子である。ＰＭ２．５は、呼吸器疾患、循環器疾患および肺がんの疾患に影響を与えると考えられている。また、ＳＰＭ（Suspended  Particulate  Matter）は、粒子径が７μｍの粒子を５０％の割合で捕集できる分粒装置を透過する微粒子である。また、ＰＭ１０は、粒子径が１０μｍの粒子を５０％の割合で捕集できる分粒装置を透過する微粒子である。
【００２０】
本発明のフィルタ装置は、粗大物を除去するための前処理フィルタと、目的物を捕集するための捕集フィルタとを備えており、両者は、流体が前処理フィルタを通過した後に捕集フィルタを通過できるように、直列に配置される。
【００２１】
（前処理フィルタ）
前処理フィルタは、互いに対向する一対の主面を有し両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体を含む。なお、前処理フィルタは、さらに別の空隙配置構造体や、他のフィルタを含んでいてもよい。
【００２２】
（空隙配置構造体）
本発明で用いられる空隙配置構造体は、互いに対向する一対の主面を有し、両主面を貫通する複数の空隙部を有している。例えば、複数の該空隙部は、空隙配置構造体の主面上の少なくとも一方向に周期的に配置されている。ただし、空隙部は、その全てが周期的に配置されていてもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、一部の空隙部が周期的に配置され、他の空隙部が非周期的に配置されていてもよい。
【００２３】
空隙配置構造体は、好ましくは準周期構造体や周期構造体である。準周期構造体とは、並進対称性は持たないが配列には秩序性が保たれている構造体のことである。準周期構造体としては、例えば、１次元準周期構造体としてフィボナッチ構造、２次元準周期構造体としてペンローズ構造が挙げられる。周期構造体とは、並進対称性に代表される様な空間対称性を持つ構造体のことであり、その対称の次元に応じて１次元周期構造体、２次元周期構造体、３次元周期構造体に分類される。１次元周期構造体は、例えば、ワイヤーグリッド構造、１次元回折格子などが挙げられる。２次元周期構造体は、例えば、メッシュフィルタ、２次元回折格子などが挙げられる。これらの周期構造体のうちでも、２次元周期構造体が好適に用いられる。
【００２４】
２次元周期構造体としては、例えば、図１に示すようなマトリックス状に一定の間隔で空隙部が配置された板状構造体（格子状構造体）が挙げられる。図１（ａ）に示す空隙配置構造体１は、その主面１０ａ側からみて正方形の空隙部１１が、該正方形の各辺と平行な２つの配列方向（図中の縦方向と横方向）に等しい間隔で設けられた板状構造体である。
【００２５】
前処理フィルタに用いられる空隙配置構造体において、空隙部の大きさ（例えば、図１（ｂ）にＤで示される空隙部の開口サイズ）は、粗大物が通過できないか、または通過し難い大きさであり、かつ、目的物が通過できる大きさであることが好ましい。これにより、目的物を除去することなく通過させ、物理的に粗大物のみを捕集（除去）することができる。
【００２６】
空隙部を含む前処理フィルタの主面の面積に対する空隙部の開口面積の比率（開口率）は、前処理フィルタを通過する流体の流速を高める観点から３％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましい。また、前処理フィルタ（空隙配置構造体）の強度保証の観点から、８０％以下であることが好ましく、６０％以下であることがより好ましい。なお、開口率は、例えば、図１（ｂ）にＤで示される空隙部の開口サイズとＰで示される空隙部の格子間隔（ピッチ）の設計によって調整することができる。
【００２７】
空隙配置構造体の厚みをＴ、空隙部の開口サイズをＤとしたときに、Ｔ／Ｄで表されるアスペクト比が３未満であることが好ましい。Ｔ／Ｄを３未満にすることによって、空隙部を流体が通過する際の圧力損失を効果的に小さくすることができる。
【００２８】
空隙配置構造体は、少なくともその表面の一部が導体で形成されていることが好ましい。空隙配置構造体１の表面とは、図１（ａ）に示す主面１０ａ、側面１０ｂおよび空隙部の内壁１１ａの表面である。なお、空隙配置構造体の全体が導体で形成されていてもよい。
【００２９】
ここで、導体とは、電気を通す物体（物質）のことであり、金属だけでなく半導体も含まれる。金属としては、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシル基などの官能基を有する化合物の官能基と結合することのできる金属や、ヒドロキシ基、アミノ基などの官能基を表面にコーティングできる金属、ならびに、これらの金属の合金を挙げることができる。具体的には、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム、シリコン、ゲルマニウムなどが挙げられ、好ましくは金、銀、銅、ニッケル、クロムであり、さらに好ましくは金、ニッケルである。金、ニッケルを用いた場合、特にホスト分子がチオール基（−ＳＨ基）を有する場合に該チオール基を用いてホスト分子を空隙配置構造体の表面に結合させることができるため有利である。また、ニッケルを用いた場合、特にホスト分子がアルコキシシラン基を有する場合、該アルコキシシラン基を用いてホスト分子を空隙配置構造体の表面に結合させることができるため有利である。また、半導体としては、例えば、ＩＶ族半導体（Ｓｉ、Ｇｅなど）や、ＩＩ−ＶＩ族半導体（ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯなど）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮなど）、ＩＶ族化合物半導体（ＳｉＣ、ＳｉＧｅなど）、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体（ＣｕＩｎＳｅ２など）などの化合物半導体、有機半導体が挙げられる。
【００３０】
（捕集フィルタ）
目的物を「捕集する」とは、例えば、フィルタの孔に物理的に目的物を保持することや、目的物が吸着しやすいように修飾された捕集フィルタの表面に直接的または間接的に目的物を付着させることをいう。なお、前処理フィルタにおいても、同様に、粗大物を前処理フィルタで捕集することで、流体中から粗大物を除去することができる。
【００３１】
捕集フィルタの孔の大きさは、目的物を捕集できる大きさであれば特に限定されないが、例えば、物理的に目的物が通過できないか、または通過し難い大きさであることが好ましい。なお、空隙配置構造体を捕集フィルタとして用いる場合は、空隙配置構造体の空隙部の開口サイズが捕集フィルタの孔の大きさに相当する。
【００３２】
捕集フィルタとして用いられる空隙配置構造体の厚みは、特に限定されないが、目的物が微小であり、空隙部のサイズが微小になる場合は、加工性の観点から厚みを薄くすることが好ましい。一方、前処理フィルタとして用いられる空隙配置構造体の空隙部は、捕集フィルタとして用いられる空隙配置構造体の空隙部よりもサイズが大きくなるため、前処理フィルタの厚みは捕集フィルタほど薄くする必要はなく、最初に流体の圧力を受ける前処理フィルタの機械的強度を高める観点から、前処理フィルタの厚みを捕集フィルタの厚みより厚くすることが好ましい。
【００３３】
また、捕集フィルタの表面は、目的物が吸着しやすいような修飾が施されていてもよく、この表面修飾によって化学的に目的物を捕集できる範囲であれば、捕集フィルタの孔の大きさは、物理的に目的物が通過できるような大きさであってもよい。
【００３４】
目的物が吸着しやすいような修飾とは、例えば、目的物と親和性の高い物質によるコーティングが挙げられる。他にも、空隙配置構造体の表面にホスト分子を結合する修飾を施し、該ホスト分子に目的物が結合されるようにしてもよい。ここで、ホスト分子とは、目的物を特異的に結合させることのできる分子などであり、ホスト分子と目的物の組み合わせとしては、例えば、抗原と抗体、糖鎖とタンパク質、脂質とタンパク質、低分子化合物（リガンド）とタンパク質、タンパク質とタンパク質、一本鎖ＤＮＡと一本鎖ＤＮＡなどが挙げられる。
【００３５】
なお、捕集フィルタとしては、例えば、メンブレンフィルタや上述の空隙配置構造体を用いることができる。また、複数のフィルタ（例えばメンブレンフィルタ）もしくは空隙配置構造体、またはそれらの組み合わせを用いてもよい。
【００３６】
（測定装置）
本発明の測定装置は、上記のフィルタ装置と、
目的物を捕集した捕集フィルタに電磁波を照射し、捕集フィルタの電磁波特性を用いて目的物の量を測定する測定機構とを備える。
【００３７】
上記測定機構としては、種々公知の機構を用いることができる。一例として、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）などの赤外分光法、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）に用いられる測定機構が挙げられる。
【００３８】
電磁波は、例えば、捕集フィルタの構造に応じて散乱を生じさせることのできる電磁波であり、具体的には、電波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、ガンマ線等のいずれも使用することができる。その周波数も特に限定されるものではないが、好ましくは１ＧＨｚ〜１ＰＨｚを有する電磁波であり、さらに好ましくは２０ＧＨｚ〜２００ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波を用いることができる。
【００３９】
また、電磁波としては、例えば、所定の偏波方向を有する直線偏光の電磁波（直線偏波）や無偏光の電磁波（無偏波）を用いることができる。直線偏光の電磁波としては、例えば、短光パルスレーザを光源としてＺｎＴｅ等の電気光学結晶の光整流効果により発生するテラヘルツ波や、半導体レーザから出射される可視光や、光伝導アンテナから放射される電磁波等が挙げられる。無偏光の電磁波としては、高圧水銀ランプやセラミックランプから放射される赤外光等が挙げられる。
【００４０】
以下、本発明のフィルタ装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。
【００４１】
［実施形態１］
本実施形態のフィルタ装置では、図２（ａ）に示されるように、空隙部の開口サイズが大きい空隙配置構造体１ａ（前処理フィルタ）と、開口サイズが中程度の空隙配置構造体１ｂ（第１捕集フィルタ）と、開口サイズが小さい空隙配置構造体１ｃ（第２捕集フィルタ）とが流路内に直列に配置されている。
【００４２】
空隙配置構造体１ａ（前処理フィルタ）の空隙部の大きさは、ゴミや埃（粗大物）が通過できないか、または通過し難い大きさであり、かつ、花粉（第１目的物）およびＰＭ２．５（第２目的物）が通過できる大きさである。空隙配置構造体１ａが、例えば、空隙部が図１（ａ）に示すように縦横に規則的に配置された空隙配置構造体１である場合において、図１（ｂ）にＤで示される空隙部の開口サイズは、ゴミや埃（粗大物）のサイズ（例えば、粗大物の表面上の２点間を結ぶ直線のうち最長のものの長さ）以下であることが好ましく、空隙部の開口サイズと粗大物の大きさとが同程度であることが最も好ましい。
【００４３】
また、空隙配置構造体１ｂ（第１捕集フィルタ）の空隙部の大きさは、花粉（第１目的物）が通過できないか、または通過し難い大きさであり、かつ、ＰＭ２．５（第１目的物）が通過できる大きさである。空隙配置構造体１ｂが、例えば、空隙部が図１（ａ）に示すように縦横に規則的に配置された空隙配置構造体１である場合において、図１（ｂ）にＤで示される空隙部の開口サイズは、花粉（第１目的物）のサイズ（例えば、第１目的物の表面上の２点間を結ぶ直線のうち最長のものの長さ）以下であることが好ましく、空隙部の開口サイズと花粉のサイズとが同程度であることが最も好ましい。
【００４４】
また、空隙配置構造体１ｃ（第２捕集フィルタ）の空隙部の大きさは、ＰＭ２．５（第２目的物）が通過できないか、または通過し難い大きさである。空隙配置構造体１ｃが、例えば、空隙部が図１（ａ）に示すように縦横に規則的に配置された空隙配置構造体１である場合において、図１（ｂ）にＤで示される空隙部の開口サイズは、ＰＭ２．５（第２目的物）のサイズ（例えば、第２目的物の表面上の２点間を結ぶ直線のうち最長のものの長さ）以下であることが好ましく、空隙部の開口サイズと目的物のサイズとが同程度であることが最も好ましい。
【００４５】
そして、空隙配置構造体１ａ，１ｂおよび１ｃをこの順で通過するように、大気（流体）を空隙配置構造体側１ａ側から流すことにより、図２（ｂ）に示されるように、まず、空隙配置構造体１ａによりゴミや埃などの粗大物が捕集（除去）され、次に、空隙配置構造体１ｂにより花粉など（第１目的物）が捕集され、次に、空隙配置構造体１ｃによりＰＭ２．５など（第２目的物）が捕集される。
【００４６】
捕集フィルタ（第１捕集フィルタおよび第２捕集フィルタ）の別の例としては、メンブレンフィルタを用いることができる。メンブレンフィルタは、目的物が微小であるときに、そのサイズに応じた微細な孔を有する捕集フィルタが必要な場合に適している。
【００４７】
また、捕集フィルタのさらに別の例としては、図８に示すような、２つの空隙配置構造体１０１，１０２が、各々の空隙部の一部分１００のみが重なるように積層されてなる捕集フィルタを用いることができる。金属製の空隙配置構造体は、メンブレンフィルタの孔に比べて微細な空隙部を作製することが難しいが、複数の空隙配置構造体をずらして複数重ねることで、各々の空隙配置構造体の空隙部によって微小な空隙部を形成することにより、微小な空隙部を有する捕集フィルタを比較的容易に作製できる。また、金属製の空隙配置構造体を捕集フィルタとして用いることで、電磁波を照射して目的物の量を測定する際に、高感度かつ高精度な測定を実施することができる。
【００４８】
従来は、上記のような多段フィルタに流体を流す場合、各フィルタの合計の圧力損失が大きくなるため、流速が遅くなり、流体を流すことが困難になったり、処理効率が低下するといった問題があった。多段フィルタの全体における流速比率（フィルタが全くない場合の流速に対する多段フィルタを通過する流体の比率）は、おおよそ各段を構成するフィルタにおける流速比率の積になる。例えば、流速比率が１１．４％となるＰＴＦＥ製のメンブレンフィルタ（平均孔径：３μｍ）と、流速比率が７．２％となるＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン）製のメンブレンフィルタ（平均孔径：１μｍ）とからなる２段フィルタの場合、フィルタ全体での流速比率は、０．０７２×０．１１４＝０．００８２（０．８２％）となり、空気を流すことが困難になってしまう。
【００４９】
これに対して、本実施形態では、少なくとも前処理フィルタとして、メンブレンフィルタ等よりも流速比率が大きい空隙配置構造体を用いることで、多段フィルタ全体の圧力損失を低減し、流体を流すことが困難になったり、処理効率が低下するといった従来の問題を解決することができる。
【００５０】
（実施形態２）
本実施形態は、第１の空隙配置構造体の表面が、第１目的物が吸着しやすいように修飾されており、また、前処理フィルタの表面が、夾雑物または第２目的物が吸着しやすく、かつ、第１目的物が吸着し難いように修飾されている点で、実施形態１とは異なる。それ以外の実施形態１と重複する点については、ここでは説明を省略する。
【００５１】
具体的には、まず、図３（ａ）に示されるように、白血球（夾雑物）が特異的に吸着するように表面修飾された空隙配置構造体１ｄ（前処理フィルタ）と、浮遊細胞（第１目的物）が特異的に吸着するように表面修飾された空隙配置構造体１ｅ（第１の空隙配置構造体）とが流路内に直列に配置される。
【００５２】
なお、例えば、空隙配置構造体１ｄ（前処理フィルタ）の空隙部の大きさは、浮遊細胞の大きさ以下の成分が通過できる大きさであり、空隙配置構造体１ｅ（第１の空隙配置構造体）の空隙部の大きさは、赤血球の大きさ以下の成分が通過できる大きさである。
【００５３】
そして、空隙配置構造体１ｄおよび１ｅ通過するように、検体（血液）を空隙配置構造体側１ｄ側から流すことにより、図３（ｂ）に示されるように、まず、空隙配置構造体１ｄにより白血球が捕捉され（第２の捕捉工程）、次に、空隙配置構造体１ｅにより浮遊細胞が捕捉される（第１の捕捉工程）。そして、赤血球を含む検体（白血球および浮遊細胞が除去された血液）は下流側に排出される。
【００５４】
本実施形態のフィルタ装置では、表面修飾した空隙配置構造体に白血球や浮遊細胞を吸着させて捕集する構成となっているため、白血球や浮遊細胞の平均径より少し大きい開口サイズ（実施形態１よりも大きい開口サイズ）の前処理フィルタを用いることができる。これにより、フィルタ装置全体の圧力損失をさらに低下させることが可能となる。
【００５５】
上記実施形態１および２のフィルタ装置は、種々の目的物の捕集に用いることができ、上述の目的物以外にも、例えば以下のような目的物の捕集に適用することができる。
【００５６】
（ｉ）癌の新しい検査方法として、血中の癌細胞由来のエクソソーム（小胞体）を定量する研究が進められている。エクソソームのサイズは数百ｎｍ程度であり、血液サンプルから、金属メッシュを用いて、濾過・濃縮することを求められている。全血の成分を考慮すると、白血球（１０μｍ前後）、赤血球（４μｍ程度）および他の血液細胞（１μｍ程度）を除去して、エクソソームのみを抽出（捕集）するために、上記実施形態のフィルタ装置を適用することができる。
【００５７】
（ｉｉ）ノロウィルスは培養できないため、発病後、かなりの時間が経過して、ウイルス数が増えないと検査できないという問題があるが、微量なウィルスを金属メッシュで濾過・濃縮できれば、培養不要で迅速な検査が可能になる。このため、例えば、検体１Ｌ中のウィルス１０個を濾過・濃縮することが考えられるが、上記実施形態のフィルタ装置は、このようなウィルスの選択的な捕集に適用することもできる。
【実施例】
【００５８】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００５９】
（実施例１）
まず、図４に示すような上側に広がるテーパー状の開口を有する治具１２に、空隙配置構造体１Ａ（前処理フィルタ）および空隙配置構造体１Ｂ（捕集フィルタ）を直列に設置した。この空隙配置構造体１Ａおよび１Ｂが設置された治具１２を屋外に設置し、ダイアグラムポンプ（吸引速度：１１Ｌ／ｍｉｎ）を用いて、大気（流体）を（図４の下方側へ）１０分間吸引して空隙配置構造体１Ａおよび１Ｂをこの順で通過させることにより、空隙配置構造体１ＡでＰＭ２．５以外の粗大物を除去し、空隙配置構造体１ＢでＰＭ２．５（目的物）を捕集した。【００６０】
ここで、空隙配置構造体１Ａおよび１Ｂとしては、図１に示されるように正方形の空隙が主面方向に正方格子状に配置されたＮｉ製の平板状構造体で、厚みが１〜２μｍであるものを用いた。なお、平板状構造体の全体は円盤状であり、その外径は６ｍｍである。空隙配置構造体１Ａにおいて、ピッチ（図１（ｂ）のＰ）は７．１μｍであり、開口サイズ（図１（ｂ）のＤ）は４．２μｍである。一方、空隙配置構造体１Ｂにおいて、ピッチは２．６μｍであり、開口サイズは１．８μｍである。【００６１】
図５に、実施例１における吸引ろ過後の空隙配置構造体１Ａ（右列）および空隙配置構造体１Ｂ（左列）のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）撮影像を示す。なお、上側の像は下側の像の拡大像である。この結果から、本実施例では、図７（ａ）に示すように、空隙部の大きさ（開口サイズ）の異なる２種類の空隙配置構造体１Ａおよび１Ｂを用いて大気をろ過することで、夾雑物である大きな粒子（粗大物）は空隙配置構造体１Ａに捕捉され、空隙配置構造体１Ｂには、このような粗大物は付着せず、小さな粒子（目的物）のみが付着していることが確認できた。【００６２】
（比較例１）
治具１２に空隙配置構造体１Ａを設置せず、空隙配置構造体１Ｂのみを設置した点以外は、実施例１と同様にして、２０１３年４月１６日午後２時頃に、大気を吸引して空隙配置構造体１Ｂを通過させた。【００６３】
図６に、比較例１における吸引ろ過後の空隙配置構造体１ＢのＳＥＭ撮影像を示す。なお、上側の像は下側の像の拡大像である。この結果から、比較例１では、図７（ｂ）に示すように、１種類の空隙配置構造体１Ｂのみを用いて検体（大気）をろ過しており、夾雑物である大きな粒子も空隙配置構造体１Ｂに捕捉されてしまったと考えられる。【００６４】
（実施例２）
まず、空隙配置構造体として、図１に示されるように正方形の空隙が主面方向に正方格子状に配置されたＮｉ製の平板状構造体を用意した。なお、平板状構造体の全体は円盤状であり、その外径は６ｍｍである。該空隙配置構造体の厚み（Ｔ）は１．０μｍであり、空隙部のピッチ（Ｐ）は２．６μｍであり、開口サイズ（Ｄ）が０．６、１．０、１．４、１．８または、２．０μｍである、開口率（１００×Ｄ２／Ｐ２）が異なる５種類の空隙配置構造体を用意した。【００６５】
用意した空隙配置構造体を、図９に示す装置に、筒状治具２１，２２によりＯリングを介して固定した。図９に示す装置により、小型ポンプ４（マイクロブロア：株式会社村田製作所製）を１５Ｖｐ−ｐで駆動し、流路管３を介して空隙配置構造体１に空気を供給した。そのときの流速を流量計３１で計測した。図１０に、本実施例における空隙配置構造体１の開口率と流速との関係を示す。図１０の縦軸は、空隙配置構造体１がない場合（開口率１００％）の流速を基準（１００％）にしたときの流速比率（％）で表示している。なお、流路管３内の圧力も圧力計３２で計測できるが、本実施例では特に計測は行っていない。【００６６】
また、比較として、表１に示す材質の市販のメンブレンフィルタで同様の測定を行い、流速比率（％）を求めた。結果を表１に示す。【００６７】
【表１】
2014192917.tif 000003
【００６８】
表１の結果から、メンブレンフィルタ（空隙率：７０〜８３％）での流速は、メンブレンフィルタがないときの３〜１２％程度になることがわかる。一方、図１０に示されるように、開口率が３％以上の空隙配置構造体での流速は、空隙配置構造体がないときの１５％以上であり、空隙配置構造体をフィルタとして用いることで、メンブレンフィルタより流速が速い状態を維持できることが分かる。【００６９】
なお、空隙配置構造体の開口率が大きくなりすぎると、空隙部以外の構成部分が少なくなるために、空隙配置構造体の機械的強度が低下してしまう。このため、強度保証の観点から、開口率は８０％以下であることが好ましく、６０％以下であることがより好ましい。【００７０】
一般的な血液検査に用いられる血液量が３０ｍＬ程度であるため、例えば、水３０ｍＬの荷重（０．０３ｋｇ、２．９４×１０−１Ｎ）が開口率８０％のＮｉ製の空隙配置構造体（直径：６ｍｍ、ピッチ（Ｐ）：２．６μｍ、開口サイズ（Ｄ）：２．３３μｍ、厚み（Ｔ）：１μｍ）上にかかった場合について考えると、Ｎｉの１％伸張強度（２３０〜４６０Ｎ／ｍｍ２）から、計算上は空隙配置構造体当たりの１％伸張強度は４．５８×１０−１Ｎとなるため、開口率８０％のＮｉ製の空隙配置構造体は水３０ｍＬの荷重（２．９４×１０−１Ｎ）に耐え得ることになる。しかし、開口率が９０％の空隙配置構造体（直径：６ｍｍ、Ｐ：２．６μｍ、Ｄ：２．３３μｍ）の空隙配置構造体当たりの１％伸張強度は２．２２×１０−１Ｎとなるため、水３０ｍＬの荷重（２．９４×１０−１Ｎ）に耐えることができず、空隙配置構造体が変形する恐れがある。なお、同様に水１００ｍＬの荷重に対する空隙配置構造体の強度を考慮すると、開口率が６０％以下であれば水１００ｍＬの荷重に耐え得る計算になる。【００７１】
（実施例３）
ピッチ（Ｐ）＝２．６μｍ、開口サイズ（Ｄ）が１．８μｍで、厚み（Ｔ）が０．５、１．０、１．５、２．５、３．５または５．０である以外は実施例２と同様の６種類の空隙配置構造体を用意し、実施例２と同様にして各空隙配置構造体について流速比率（％）を求めた。図１１に、空隙配置構造体の厚みと流速比率との関係を示す。【００７２】
図１１の結果から、表１に示す上述のメンブレンフィルタの流速比率と比較して、空隙配置構造体では本実施例の範囲のアスペクト比（Ｔ／Ｄ）においては、十分な流速を維持できることが分かる。なお、現在の空隙配置構造体の作製プロセスで技術的に作製可能なのは、Ｔ／Ｄ＜３程度のものであリ、その範囲内で厚みＴを大きくしても流速の低下はわずかであるため、この範囲で厚み（Ｔ）を設計することが望ましい。【００７３】
（実施例４）
前処理フィルタとして開口サイズ（Ｄ）が４μｍである点以外は実施例２と同様の空隙配置構造体を用い、捕集フィルタとして市販のＰＴＦＥ製のメンブレンフィルタ（平均孔径＝１μｍ）を用いた。実施例２と同様の小型ポンプ（１５Ｖｐ−ｐ駆動）により、前処理フィルタ、捕集フィルタの順に大気を通過させて、大気中の平均粒径１〜４μｍのエアロゾルをメンブレンフィルタ（捕集フィルタ）上に捕集した。【００７４】
なお、別途、実施例２と同様にして、上記の前処理フィルタ（空隙配置構造体）および捕集フィルタ（メンブレンフィルタ）のそれぞれ単独での流速比率を求めたところ、前処理フィルタの流速比率は７８％、捕集フィルタの流速比率は７％であった。ただし、本実施例では、流速が０．４Ｌ／ｍｉｎになるようにポンプの吸引力を調節し、その流速で２００分間吸引した。【００７５】
ＦＴ−ＩＲを用いて捕集前後のメンブレンフィルタの赤外透過率を計測し、捕集前のメンブレンフィルタの赤外透過率に対する捕集後のメンブレンフィルタの赤外透過率の変化量（透過率変化量ΔＴ＝捕集前の透過率−捕集後の透過率）を求めた。透過率変化量の周波数特性を図１２に示す。【００７６】
図１２に示す結果から、目的物の捕集によって、メンブレンフィルタの赤外透過率が低下するため、メンブレンフィルタの透過率変化量から目的物の量を測定できることがわかる。【００７７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７８】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１Ａ，１Ｂ，１０１，１０２  空隙配置構造体、１０ａ  主面、１０ｂ  側面、１１  空隙部、１１ａ  内壁、１２  冶具、２１，２２  筒状治具、２３  Ｏリング、３  流路管、３１  流量計、３２  圧力計、４  小型ポンプ。
【図１】
2014192917.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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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５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年9月17日(2015.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的物と該目的物よりもサイズの大きい粗大物とを含む流体を通過させることにより、前記流体中に含まれる前記目的物を選択的に捕集するためのフィルタ装置であって、
前記粗大物を除去するための前処理フィルタと、
前記目的物を捕集するための捕集フィルタとを備え、
前記前処理フィルタおよび前記捕集フィルタは、前記流体が前記前処理フィルタを通過した後に前記捕集フィルタを通過できるように、直列に配置され、
前記前処理フィルタは、互いに対向する一対の主面を有し両主面を貫通する複数の空隙部を有する金属からなる空隙配置構造体を含む、フィルタ装置。
【請求項２】
前記前処理フィルタの厚みが前記捕集フィルタの厚みより大きい、請求項１に記載のフィルタ装置。
【請求項３】
前記前処理フィルタの厚みと前記捕集フィルタの厚みがともに０．５以上５μｍ以下である、請求項１または２に記載のフィルタ装置。
【請求項４】
前記複数の空隙部を含む前記前処理フィルタの主面の面積に対する前記複数の空隙部の開口面積の比率である開口率が、３〜８０％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【請求項５】
前記空隙配置構造体の厚みをＴ、前記空隙部の開口サイズをＤとしたときに、Ｔ／Ｄで表されるアスペクト比が３未満である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【請求項６】
前記捕集フィルタは、メンブレンフィルタである、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【請求項７】
前記捕集フィルタは、互いに対向する一対の主面を有し両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体の複数枚をずらして重ねたものである、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルタ装置と、
前記目的物を捕集した前記捕集フィルタに電磁波を照射し、前記捕集フィルタの電磁波特性を用いて目的物の量を測定する測定機構とを備える、測定装置。
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月29日(2016.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的物と該目的物よりもサイズの大きい粗大物とを含む流体を通過させることにより、前記流体中に含まれる前記目的物を選択的に捕集するためのフィルタ装置であって、
前記粗大物を除去するための前処理フィルタと、
前記目的物を捕集するための捕集フィルタとを備え、
前記前処理フィルタおよび前記捕集フィルタは、前記流体が前記前処理フィルタを通過した後に前記捕集フィルタを通過できるように、直列に配置され、
前記前処理フィルタは、互いに対向する一対の主面を有し両主面を貫通する複数の空隙部を有する金属からなる空隙配置構造体を含み、
前記前処理フィルタの厚みと前記捕集フィルタの厚みがともに０．５μｍ以上５μｍ以下である、フィルタ装置。
【請求項２】
前記目的物は粒子状物質である、請求項１に記載のフィルタ装置。
【請求項３】
前記前処理フィルタの厚みが前記捕集フィルタの厚みより大きい、請求項１または２に記載のフィルタ装置。
【請求項４】
前記複数の空隙部を含む前記前処理フィルタの主面の面積に対する前記複数の空隙部の開口面積の比率である開口率が、３〜８０％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【請求項５】
前記空隙配置構造体の厚みをＴ、前記空隙部の開口サイズをＤとしたときに、Ｔ／Ｄで表されるアスペクト比が３未満である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【請求項６】
前記捕集フィルタは、メンブレンフィルタである、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【請求項７】
前記捕集フィルタは、互いに対向する一対の主面を有し両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体の複数枚をずらして重ねたものである、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィルタ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルタ装置と、
前記目的物を捕集した前記捕集フィルタに電磁波を照射し、前記捕集フィルタの電磁波特性を用いて目的物の量を測定する測定機構とを備える、測定装置。
【国際調査報告】
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