(57)【要約】  流動懸濁液中のナノ粒子の特性を監視するための方法は、流動懸濁液を含む試料を準備するステップを含む。本方法は、フーリエドメイン低コヒーレンス干渉法、ＦＤＬＣＩ、を使用して流動懸濁液のナノ粒子の粒径分布を非侵襲的に監視するステップであって、干渉の時間分解ＬＣＩ波長スペクトルから時間および光路長分解ＬＣＩ光散乱信号Ｉ（ｔ，ｚ）を導出する工程と、時空間ＦＤＬＣＩ信号の光路長分解時間的自己相関関数または光路長分解周波数パワースペクトルを使用して、前記時間および光路長分解ＬＣＩ光散乱信号に基づいて試料中の粒子の粒径を示す情報を導出する工程とを含み、ステップをさらに含む。【選択図】  図１
2021508058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動ナノ懸濁液中のナノ粒子の特性を決定するための方法であって、
流動ナノ懸濁液を含む試料を準備するステップと、
フーリエドメイン、ＦＤ、低コヒーレンス干渉法、ＬＣＩを使用して前記流動ナノ懸濁液のナノ粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を非侵襲的に決定するステップであって、前記監視するステップが、時間、ｔ、および光路長、ｚ、分解ＬＣＩ光散乱信号Ｉ（ｔ，ｚ）を干渉のｔ分解ＬＣＩ波長スペクトルから導出する工程と、τが遅延時間を表す、Ｉ（ｔ，ｚ）のｚ分解時間的自己相関関数Ｇ（τ，ｚ）から前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方を示す情報を導出する工程とを含む、ステップと、
Ｇ（τ，ｚ）から、前記ナノ懸濁液の前記流動に関連したｚおよびτ依存の非相関因子ｇＦ（τ，ｚ）を決定するステップと、
Ｇ（τ，ｚ）から、前記ナノ粒子のブラウン運動を表すｚおよびτ依存の自己相関、ｇＢ（τ，ｚ）を決定するステップと、
Ｇ（τ，ｚ）から、前記ナノ懸濁液におけるｚ＜ＺｓｓのｇＢ（τ，ｚ）が測定雑音内のｚと無関係である、前記流動ナノ懸濁液における光子平均自由行程を表す、特性的光路長、Ｚｓｓ、を決定するステップと、
前記流動ナノ懸濁液におけるｚ＜ＺｓｓのｇＢ（τ，ｚ）に基づき、単一散乱光を表す平均自己相関関数、＜ｇＢ（τ）＞、を決定し、＜ｇＢ（τ）＞を使用して、前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方に関する前記情報を抽出する光子相関分光法、ＰＣＳ、分析を行うステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
流動ナノ懸濁液中のナノ粒子の特性を決定するための方法であって、
流動ナノ懸濁液を含む試料を準備するステップと、
フーリエドメイン、ＦＤ、低コヒーレンス干渉法、ＬＣＩを使用して前記流動ナノ懸濁液のナノ粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を非侵襲的に決定するステップであって、前記監視するステップが、時間、ｔ、および光路長、ｚ、分解ＬＣＩ光散乱信号Ｉ（ｔ，ｚ）を干渉のｔ分解ＬＣＩ波長スペクトルから導出する工程と、ωが周波数を表す、Ｉ（ｔ，ｚ）のｚ分解時間的周波数パワースペクトル、
【数１】
2021508058.tif 000036
から前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方を示す情報を導出する工程とを含む、ステップと、
【数２】
2021508058.tif 000037
から、前記ナノ懸濁液の前記流動に関連したｚ分解パワースペクトル、
【数３】
2021508058.tif 000038
を決定するステップと、
【数４】
2021508058.tif 000039
から、前記ナノ粒子のブラウン運動を表すｚ分解パワースペクトル、
【数５】
2021508058.tif 000040
を決定するステップと、
【数６】
2021508058.tif 000041
から、前記ナノ懸濁液におけるｚ＜Ｚｓｓの
【数７】
2021508058.tif 000042
が測定雑音内のｚと無関係である、前記流動ナノ懸濁液における光子平均自由行程を表す、特性的光路長、Ｚｓｓ、を決定するステップと、
前記流動ナノ懸濁液におけるｚ＜Ｚｓｓの
【数８】
2021508058.tif 000043
に基づき、単一散乱光を表す平均パワースペクトル、
【数９】
2021508058.tif 000044
を決定し、
【数１０】
2021508058.tif 000045
から、前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方に関連した情報を導出するステップと、
を含む、方法。
【請求項３】
約３００ｎｍ〜３０００ｎｍの中心波長を有する低コヒーレンス光を使用し、掃引光源法またはスペクトル領域法を使用して前記ＦＤＬＣＩを行うステップであって、前記掃引光源法が波長掃引光源を用いる、ステップをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ナノ懸濁液を、測定窓から約３ｍｍの光路長以内で最大で約４０ｍｍ／ｓの速度で、または前記測定窓から約１ｍｍ以内で最大で約８０ｓ−１のせん断速度で流すステップをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ナノ粒子の前記粒径または最大寸法が約１０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは約１５ｎｍ〜１０００ｎｍであり、前記方法が、この粒径範囲内の前記粒径および前記粒径分布の少なくとも一方を決定するステップを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ナノ懸濁液が、約１０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは約１５ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の少なくとも２つの粒径のナノ粒子を含む多分散懸濁液である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
Ｉ（ｔ，ｚ）を導出する前記ステップ、およびＩ（ｔ，ｚ）に基づいて前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方を示す前記情報を取得する前記ステップが、周期的または連続的に繰り返される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方を示す前記情報を導出する前記工程が、前記懸濁液中の前記ナノ粒子の濃度と無関係に行われる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方を示す前記決定された情報に基づいてプロセスを制御するステップをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方に関する前記情報に基づいて懸濁液を分類するステップと、前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方を示す前記情報に基づいてＦＤＬＣＩ機器および前記監視するステップを制御するステップとをさらに含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
プロセスにおいて流動ナノ懸濁液中のナノ粒子の特性を決定するためのフーリエドメイン、ＦＤ、低コヒーレンス干渉法、ＬＣＩ装置であって、
参照光路と前記流動ナノ懸濁液を含む試料とを同時に照明するように構成された低コヒーレンス光源と、
前記参照光路から反射された光と前記流動懸濁液から散乱された光を混合して干渉信号を取得する手段と、
前記参照光路から反射された前記光と前記流動懸濁液を含む前記試料から散乱された前記光との間の干渉の時間分解ＬＣＩ波長スペクトルを検出するように構成された検出器と、
前記取得された干渉のＬＣＩ波長スペクトルから、時間、ｔ、および光路長、ｚ、分解ＬＣＩ光散乱信号、Ｉ（ｔ，ｚ）、を導出し、τが遅延時間である、Ｉ（ｔ，ｚ）のｚ分解時間的自己相関関数、Ｇ（τ，ｚ）、から前記ナノ粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を示す情報を導出し、Ｇ（τ，ｚ）から、前記ナノ懸濁液の前記流動に関連したｚおよびτ依存の非相関因子ｇＦ（τ，ｚ）を決定し、Ｇ（τ，ｚ）から、前記ナノ粒子のブラウン運動を表すｚおよびτ依存の自己相関、ｇＢ（τ，ｚ）を決定し、Ｇ（τ，ｚ）から、前記ナノ懸濁液におけるｚ＜ＺｓｓのｇＢ（τ，ｚ）が測定雑音内のｚと無関係である、前記流動ナノ懸濁液における光子平均自由行程を表す、特性的光路長、Ｚｓｓ、を決定し、前記流動ナノ懸濁液におけるｚ＜ＺｓｓのｇＢ（τ，ｚ）に基づき、単一散乱光を表す平均自己相関関数、＜ｇＢ（τ）＞、を決定し、＜ｇＢ（τ）＞を使用して、前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方に関する前記情報を抽出する光子相関分光法、ＰＣＳ、分析を行うように構成されたデータ取得および処理ユニットと、
を備え、前記低コヒーレンス光源が広帯域光源または掃引光源であり、前記掃引光源が波長掃引光源である、ＦＤＬＣＩ装置。
【請求項１２】
プロセスにおいて流動ナノ懸濁液中のナノ粒子の特性を決定するためのフーリエドメイン、ＦＤ、低コヒーレンス干渉法、ＬＣＩ装置であって、
参照光路と前記流動ナノ懸濁液を含む試料とを同時に照明するように構成された低コヒーレンス光源と、
前記参照光路から反射された光と前記流動懸濁液から散乱された光を混合して干渉信号を取得する手段と、
前記参照光路から反射された前記光と前記流動懸濁液を含む前記試料から散乱された前記光との間の干渉の時間分解ＬＣＩ波長スペクトルを検出するように構成された検出器と、
前記取得された干渉のＬＣＩ波長スペクトルから、時間、ｔ、および光路長、ｚ、分解ＬＣＩ光散乱信号、Ｉ（ｔ，ｚ）、を導出し、ωが周波数を表す、Ｉ（ｔ，ｚ）のｚ分解時間的周波数パワースペクトル、
【数１１】
2021508058.tif 000046
から前記ナノ粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を示す情報を導出し、
【数１２】
2021508058.tif 000047
から、前記ナノ懸濁液の前記流動に関連したｚ分解パワースペクトル
【数１３】
2021508058.tif 000048
を決定し、
【数１４】
2021508058.tif 000049
から、前記ナノ粒子のブラウン運動を表すｚ分解パワースペクトル、
【数１５】
2021508058.tif 000050
Ｂ（ω，ｚ）
を決定し、
【数１６】
2021508058.tif 000051
から、前記ナノ懸濁液におけるｚ＜Ｚｓｓの
【数１７】
2021508058.tif 000052
が測定雑音内のｚと無関係である、前記流動ナノ懸濁液における光子平均自由行程を表す、特性的光路長、Ｚｓｓ、を決定し、前記流動ナノ懸濁液におけるｚ＜Ｚｓｓの
【数１８】
2021508058.tif 000053
に基づき、単一散乱光を表す平均パワースペクトル、
【数１９】
2021508058.tif 000054
を決定し、
【数２０】
2021508058.tif 000055
から、前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方に関連した情報を導出するように構成されたデータ取得および処理ユニットと、
を備え、前記低コヒーレンス光源が広帯域光源または掃引光源であり、前記掃引光源が波長掃引光源である、ＦＤＬＣＩ装置。
【請求項１３】
前記流動ナノ懸濁液中の前記ナノ粒子の前記粒径および前記粒径分布の前記少なくとも一方を非侵襲的に監視するように構成された制御ユニットであって、前記データ取得および処理ユニットならびに少なくとも１つのプロセスパラメータのうちの少なくとも１つを制御するようにさらに構成される、制御ユニットをさらに備える、請求項１１または１２に記載のＦＤＬＣＩ装置。
【請求項１４】
コンピュータによって実行されると、前記コンピュータに請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を含むコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コロイド懸濁液の粒径の測定に関する。より具体的には、本発明は、光路長分解光子相関分光法による、流動コロイド懸濁液の粒径分布、流動および物理的特性の非侵襲的なリアルタイムのインプロセス測定のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ粒子（ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ（ＮＰ））製品および製剤が提供できる独自の利点により、（おおよそ１〜１０００ｎｍの粒径範囲の）ナノ粒子／コロイドの合成および処理が、ここ数十年間にわたって様々な産業で普及している。例えば、製薬業界では、ＮＰとして処方された治療法は、より優れた薬物動態特性、徐放性および標的指向性を提供し得る。食品および化粧品では、自然発生するか、または製剤によって存在するコロイドも豊富である。ＮＰ製品開発および製造努力の増加、ならびに、例えば、開発におけるプロセス変動の影響を特性化するためや通常の生産中の品質を保証するための、ＮＰが関与するプロセスの監視を求める要求の高まりにより、これらのプロセス中のＮＰ、特に懸濁状態のＮＰを特性化するインラインの非侵襲的方法がますます必要とされている。多くの場合、ＮＰの粒径および粒径分布（ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｉｚｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ（ＰＳＤ））が、決定的ではないとしても、主要な品質属性である。したがって、処理中のＮＰ懸濁液のインライン粒径特性化のための方法が強く求められている。
【０００３】
プロセスにおいてＮＰ粒径またはＰＳＤを監視するための現在の一般的な方法は、手作業での懸濁液の試料採取に続いてオフライン分析を行うことを含む。これには、プロセス調整のための過剰なフィードバック時間、製品品質の低下やバッチ廃棄のリスク、試料採取後の懸濁安定性の低下による、かつ／または試料調製による測定の代表性の点での不確実性などの重大な不都合点がある。不安定な懸濁液では、オフライン分析が完全に実行不可能な場合さえある。試料採取には汚染または製品の無菌性、製品損失および高コストのリスクも伴う可能性があり、非侵襲的なインラインＮＰ粒径特性化の必要がさらに高まる。
【０００４】
ＮＰ懸濁液の粒径およびＰＳＤのオフライン（試料）分析に現在利用可能な方法は非常に多様であるが、それらの方法を懸濁液の合成または処理中に非侵襲的に使用する機会は限られているかまたはまったくない。例としては、分析用遠心分離／沈降光透過法（ｐｈｏｔｏｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ）、単一粒子質量分析またはサイズ排除クロマトグラフィーのようなその他の分離ベースの方法が挙げられ、これらは本質的に侵襲的である。最も頻繁に使用されるオフラインのＮＰ測定技術は懸濁したコロイドのブラウン運動の光検出を用い、そこから、ストークス・アインシュタイン関係により粒径特性を取得することができる。これらの技術の間で最もよく知られているのが、光子相関分光法（Ｐｈｏｔｏｎ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＰＣＳ））（Ｂｅｒｎｅ，Ｂ＆ＲＰｅｃｏｒａ，２０００．Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：Ｗｉｔｈ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｔｏ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｂｉｏｌｏｇｙ，ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｄｏｖｅｒ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ）であり、懸濁したＮＰの集団のブラウン運動、よって粒径が、懸濁液から散乱された光の時間変動および相関の測定によって特性化される様々な方法をカバーする。他のそのような方法は、デジタルビデオ顕微鏡法技術を用いて多くの個々の懸濁したＮＰのブラウン運動を追跡する、ナノ粒子トラッキング解析（Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ  ｔｒａｃｋｉｎｇ  ａｎａｌｙｓｉｓ（ＮＴＡ）、米国特許第７，７５１，０５３号、米国特許第９，３４１，５５９号などを参照）や、もっと最近になって開発された、微分動的顕微鏡法（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）（Ｒ  Ｃｅｒｂｉｎｏ，２００８．Ｐｈｙｓ  Ｒｅｖ  Ｌｅｔｔ  １００：１８８１０２）、コロイドの集団拡散を探るビデオ顕微鏡法に基づく集団散乱方法である。
【０００５】
ブラウン動力学の代わりに平均散乱信号（濁度など）または平均角度分解散乱信号を検出する他の光学的方法も存在するが、これらは通常、コロイド粒径範囲のＰＳＤの測定には準最適である（米国特許第５，３７７，００５号、米国特許第６，８３１，７４１号、および米国特許第５，４３８，４０８号などを参照）。例えば、これらの方法は間接的であり、参照法による較正を必要とし、主に平均粒径情報を提供する。この文脈では、実際には、適切な較正材料（異なる公知の粒径のＮＰを含む懸濁液）の調製は非常に複雑であるか、または不可能であり得ることが強調されるべきである。別の方法が、光子密度変調（Ｐｈｏｔｏｎ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）（米国特許第５，８１８，５８３号および米国特許第６，４８０，２７６号）であり、これにも同様の不都合点が当てはまる。
【０００６】
ブラウン運動の特性化に基づく上述の方法は、次の理由により本質的にオフライン分析に制限される。（ｉ）これらの方法は、工業プロセスで通常発生する濁度レベルと異なる、低濁度レベル（多重散乱を防ぐために散乱係数μｓ＜＜１ｍｍ−１）の懸濁液を必要とし、（ｉｉ）これらの方法は、インライン分析の大きな障害である、懸濁液中に流動がないことを必要とし、（ｉｉｉ）これらの方法の分析時間は、せいぜい分単位であり、プロセスの監視および制御には遅すぎる。
【０００７】
懸濁液の濁度に関する限界を克服するためにいくつかの方法が考案されている。一例が相互相関ＰＣＳであり、これは高濁度の媒質の測定から生じる多重散乱光を抑制するが、この方法はインライン測定には不適である。別の例が、拡散波分光法（Ｄｉｆｆｕｓｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＤＷＳ）、例えば、米国特許第６，８３１，７４１号およびＰｉｎｅ，ＤＪ  ｅｔ  ａｌ．，１９９０  Ｄｉｆｆｕｓｉｎｇ−ｗａｖｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ｄｙｎａｍｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｌｉｍｉｔ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｄｅ  Ｐｈｙｓｉｑｕｅ，５１（１８），ｐｐ．２１０１−２１２７参照）であり、これは一方で多重散乱を利用する。ＤＷＳは、インプロセス測定のために構成され得るが、平均粒径情報のみを提供し、処理条件下の非静止（流動）懸濁液を扱うことができない。
【０００８】
他の発明は、混濁媒質のためのＰＣＳの異なる拡張に基づくものである。米国特許第５，０９４，５３２号には、試料から後方散乱された光を測定プローブの先端から反射された光と混合することによって形成された‘ヘテロダイン’信号を使用してＰＣＳを行うことが開示されている。この‘ヘテロダイン後方散乱ＰＣＳ’は、標準的なＰＣＳと比較してより高濃度の懸濁液の特性化を可能にするが、やはり処理条件下の非静止（流動）懸濁液には不適である。欧州特許第２２７０４４９号には、ＰＣＳにおける低コヒーレンス干渉法（Ｌｏｗ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ（ＬＣＩ））の使用が開示されている。ＬＣＩ‐ＰＣＳもヘテロダイン干渉信号を測定するが、照明としてコヒーレンス長ξの低コヒーレンス光を用い、後方散乱光は参照光路内で制御された光路長を進んだ参照光と混合される。ＬＣＩは、試料から散乱された光の検出を制御された経路長±〜ξに等しい光路長の光に制限するための‘コヒーレンスゲート’を提供する。単一散乱が当てはまる、短い固定された光路長でのＬＣＩ‐ＰＣＳ変動・相関分析は、濃縮試料におけるＰＳＤ測定をさらに改善するが、やはり流動ＮＰ懸濁液へのインライン適用には適さない。
【０００９】
米国特許第６，７３８，１４４号には、ＬＣＩを使用した、約２〜５μｍより大きい直径の、非コロイド粒径範囲の粒子についての多重散乱のレジームにおける光子光路長分布の測定が開示されている。
【００１０】
これまでは、プロセス関連の時間スケールでの流動のある動的プロセス環境におけるサブミクロン（コロイド）粒径のレジームの粒径分布のリアルタイム直接測定のための方法はなかった。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の一目的は、懸濁液中のコロイド粒子特性の改善された検出を実現することである。この目的は、フーリエドメイン低コヒーレンス干渉法、ＦＤＬＣＩ、を使用して流動懸濁液のコロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を非侵襲的に監視するステップであって、監視するステップが、干渉の時間分解ＬＣＩ波長スペクトルから時間および光路長分解ＬＣＩ光散乱信号Ｉ（ｔ，ｚ）を導出する工程と、時間および光路長分解ＬＣＩ光散乱信号Ｉ（ｔ，ｚ）の光路長、ｚ、分解時間的自己相関関数Ｇ（τ，ｚ）ならびに時間および光路長分解ＬＣＩ光散乱信号Ｉ（ｔ，ｚ）の光路長分解周波数パワースペクトル
【数１】
2021508058.tif 000003
の少なくとも一方から試料中のコロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を示す情報を導出する工程と、を含む、ステップを含む、流動懸濁液中のコロイド粒子の特性を監視するための方法を提供することによって対処される。
【００１２】
ＦＤＬＣＩから得られる時間および光路長分解信号Ｉ（ｔ，ｚ）は、懸濁液における異なる光路長で事実上同時に分解されたＬＣＩ信号の時間変動の差を考慮に入れることを可能にする。これらの異なる光路長は、光子がそこから散乱される懸濁液における異なる深さと平均して符合し得る。したがって、懸濁液中の粒径およびＰＳＤを計算するときにそのような異なる深さで異なり得る流動の影響が、ブラウン運動による時間変動から分離され、補正され得る。よって本方法は、工業用途における、例えば、（懸濁液がプロセス中に循環され得る）バッチ反応容器における合成中や連続プロセスにおける流動コロイド懸濁液の非侵襲的なインラインの粒径およびＰＳＤ特性化を提供し得る。さらに、インラインの粒径およびＰＳＤ特性化は、参照法による較正なしで、コロイド粒子の濃度と無関係に行われ得る。加えて、光路長分解データの高速処理と同時にＦＤＬＣＩによって可能になる高速取得により、特性化をプロセス関連の時間スケールで行うことも可能になる。
【００１３】
コロイド粒子の粒径分布を示す情報は、τが時間および光路長分解ＬＣＩ散乱信号Ｉ（ｔ，ｚ）の遅延時間を表す、少なくとも１つの光路長（ｚ）分解時間的自己相関関数Ｇ（τ，ｚ）から、または、同等に、ωが時間および光路長分解ＬＣＩ散乱信号Ｉ（ｔ，ｚ）の周波数を表す、少なくとも１つのパワースペクトル
【数２】
2021508058.tif 000004
から取得され得る。自己相関関数またはパワースペクトルは、懸濁した粒子の流動とブラウン運動によって同時に引き起こされたＩ（ｔ，ｚ）の時間変動を特性化する。本発明の一目的は、ブラウン運動と関連付けられた信号変動を分離および特性化し、それによって流動懸濁液の粒径特性を抽出する方法を提供することである。
【００１４】
上記の特徴は有用とみなされる任意の方法で組み合わされ得ることを当業者は理解するであろう。さらに、システムに関して記載される改変および変形は方法およびコンピュータプログラム製品に対しても同様に適用され、方法に関して記載される改変および変形はシステムおよびコンピュータプログラム製品に対しても同様に適用され得る。
【００１５】
以下で、本発明の態様を、図面を参照して、例によって説明する。図面は概略であり、縮尺通りに描かれていない場合もある。図面全体を通して、同様の項目が同じ参照番号で記されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】フーリエドメイン低コヒーレンス干渉法の取得装置および処理装置を示す図である。
【図２】フローセルに適用された低コヒーレンス干渉法の取得装置および処理装置を示す図である。
【図３】反応容器に適用された低コヒーレンス干渉法の取得装置および処理装置を示す図である。
【図４】干渉法データを分析する方法を示す流れ図である。
【図５Ａ】例示的な構成における粒径分布を示すグラフである。
【図５Ｂ】撹拌速度を上げながら反応容器中で測定された流体力学半径対時間を示すグラフである。
【図６】フローセル中で測定された例示的な粒径分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付の図面を参照して、特定の例示的な実施形態をさらに詳細に説明する。
【００１８】
詳細な構造や要素などの本明細書で開示される問題は、例示的な実施形態の包括的な理解を支援するために提供されている。したがって、例示的な実施形態は、それら具体的に定義される問題なしでも実行され得ることが明らかであろう。また、周知の操作または構造は、不要な詳細で説明を曖昧にすることになるので、詳述しない。
【００１９】
本明細書では、光路長分解低コヒーレンス光子相関分光法の方法および装置のいくつかの例および実施形態が開示される。これらの方法および装置は、コロイド懸濁液の粒径分布、流動、および光学的特性のうちの少なくとも１つを非侵襲的に、例えば、それらの合成および／または処理中にリアルタイムで同時に監視することを可能にし得る。さらに、本方法および装置は、参照法による較正を必要とせずに設計および使用され得る。
【００２０】
特定の実施形態では、平均粒径および粒径分布が、事前の懸濁液特性（コロイド粒子の濃度など）の較正または知識なしで取得され得る。加えて、高濃度でかつ流動中に測定することが可能なので、本方法は工業用懸濁液およびインライン用途に適する。本方法は、高速ＦＤＬＣＩを用いて、時間ｔごとに高試料採取頻度で事実上瞬時に分解された、流体中の散乱粒子からの光路長分解散乱信号Ｉ（ｔ，ｚ）を取得し得る。これは、ＦＤ低コヒーレンス干渉計から、反射された参照光と懸濁液から後方散乱された光との混合の時間ｔおよび波長λにおけるスペクトルＩ（ｔ，λ）を取得する公知の技法と、複素光路長分解ＦＤＬＣＩ信号Ｉ（ｔ，ｚ）をもたらす逆フーリエ変換を含むいくつかの信号処理ステップとを含む。本方法は本明細書では複素光路長分解ＦＤＬＣＩ信号Ｉ（ｔ，ｚ）を使用して説明されるが、同じ結果を、モジュラス（ｍｏｄｕｌｕｓ）を使用して達成することも可能である。そのような場合には、本方法の残りの部分は同様に行われることになる。本開示によれば、本方法は、Ｉ（ｔ，ｚ）から、相関関数Ｇ（τ，ｚ）またはパワースペクトル
【数３】
2021508058.tif 000005
を取得し、この情報から、懸濁液における関連光路長のデータの分析からのプロセス関連の時間スケールでの平均粒径分布、流動および散乱特性を取得し得る。ｚ分解データから、その単一散乱特性が当てはまる懸濁液における最大光路長が自動的に分析され、それによって、単一散乱分析に適した光路長の範囲が拡張され、それに応じて信号レベルが改善され得る。よって、低濃度から高濃度までの正確な粒径特性化が数秒以内に達成され得る。後方散乱光を測定するさらなる利点は、他の角度では信号を支配し、ＰＳＤ分解を制限し得る、大きな粒子からの相対的な散乱強度を低減させること、であり得る。インラインＰＳＤ分析に関して、本開示は、動的なプロセス条件でさえも測定または試料採取のために流動を停止することなくＰＳＤ分析を実現する、ｚ依存散乱信号変動に対する流動の影響を測定および説明するための装置および分析方法を提供する。
【００２１】
図１に、ＦＤＬＣＩ装置の概略図を示す。本装置は、以下の構成要素を備え得る。光源１は、低時間コヒーレンス（広帯域）高空間コヒーレンス光を提供する。光源１は、中心波長λｃおよび帯域幅（通常はΔλｃの半値全幅（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ  ＦＷＨＭ）とみなされる）によって特性化されるスーパーコンティニューム光源またはスーパールミネッセントダイオードであり得る。光源の低時間コヒーレンスは、最終的な後方散乱光を特定の光路長について分解するためのＬＣＩの空間的‘コヒーレンスゲート’を作り出すために好ましい。中心波長λｃ（非対称な光源スペクトルの最大強度波長と異なり得る）は、３００〜２０００ｎｍ、好ましくは、５００〜１５００ｎｍの範囲内とすることができる。帯域幅Δλｃは、最終光路長分解信号に十分な分解能を実現するために、数百ｎｍ、典型的には少なくとも５０ｎｍであり得る。具体的な実装例では、光源の中心波長は、λｃ＝１３００ｎｍであり、帯域幅は、ＦＷＨＭ＝１７０ｎｍであり得る。
【００２２】
光源１の光は、ファイバ１６ａに結合され、方向要素６を通して誘導され得る。この方向要素６は、光サーキュレータまたはアイソレータを備えてもよく、戻り光を分光計ユニット２に誘導し、光源１に再入射するのを防ぐように働く。光源光は続いて、干渉計ユニット１７のファイバコリメータまたはファイバフォーカサ７に結合される。
【００２３】
分光計２は、方向要素６を介して後方散乱光と反射光の混合光を受け取り、検出する。典型的な構成では、ファイバ１６ｂからの光が平行化されてビームとされ、このビームは、回折格子その他の分散体上に、適切な取得頻度でリニアカメラ／ダイオードアレイ検出器（電荷結合デバイス、ＣＣＤや相補形金属酸化膜半導体、ＣＭＯＳなど）上に向けられた適切な光学系を使用して誘導される。最大取得頻度は（特に光学系および試料散乱特性と共に）、確実に測定できる最小粒径および最大流動を決定する。取得頻度は、特定の実施態様では、約５０ｋＨｚであり得る。あるいは、例えば、広帯域スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）光源の代わりに掃引（ｓｗｅｐｔ）波長光源を使用する場合には、分散体／アレイ検出器の代わりに単一のバランス検出器が使用されてもよい。
【００２４】
データ取得および処理ユニット４は、標準的な取得ハードウェア（例えば、フレームグラバ、データ取得カードなど）と、ＣＰＵ、ＧＰＵ（グラフィックス処理ユニット）またはＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）などの少なくとも１つの公知のデータ処理ユニットとを備え得る。少なくとも１つの処理ユニットは、分光計ユニット２から取得されたスペクトル干渉データを受け取り、特に、データに対する１次および／または２次処理を行うように構成され得る。データ処理は、各生のＬＣＩ干渉スペクトル（すなわち、時間ｔにおける波長ごとのＬＣＩ信号強度）が対応する光路長分解複素ＬＣＩ信号Ｉ（ｔ，ｚ）に変換される、ＤＣバックグラウンド除去と逆フーリエ変換を含む標準的な処理ステップとを伴う一次処理を含み得る。
【００２５】
２次データ処理ステップは、Ｉ（ｔ，ｚ）の光路長（ｚ）分解自己相関関数Ｇ（τ，ｚ）または同等にパワースペクトル
【数４】
2021508058.tif 000006
の評価と、Ｇ（τ，ｚ）または
【数５】
2021508058.tif 000007
へのｚ依存の流動誘起寄与を定量化し、それによって懸濁液流動プロファイルを定量化するための反復データ適合と、Ｇ（τ，ｚ）または
【数６】
2021508058.tif 000008
に対する流動補正の実行と、ブラウン運動を表す自己相関ｇＢ（τ，ｚ）または周波数パワースペクトル
【数７】
2021508058.tif 000009
の抽出と、ｇＢ（τ，ｚ）の適切な光路長平均値＜ｇＢ（τ）＞、または
【数８】
2021508058.tif 000010
の
【数９】
2021508058.tif 000011
に基づく粒径分布の分析とを含み得る。１次処理ステップと２次処理ステップはどちらも、より短い時間スケールで（実装およびハードウェアに応じて、例えば、約５〜６０秒の範囲内で）測定された特性を提供するためにＣＰＵ、ＧＰＵまたはＦＰＧＡベースの計算を使用して行われ得る。これらの時間スケールをさらに短縮するために並列計算および／またはマルチスレッドが使用されてもよい。
【００２６】
制御ユニット５は、データ処理の出力（例えば、散乱強度、粒径および多分散指数、ＰＤＩ）を２つの電気信号セットに変換し得る。一方のセットは、データ取得設定（頻度など）および干渉計の測定設定（参照アーム光の強度など）を制御し得る。他方のセットは、懸濁液の測定された物理的特性、または、例えばこれらの特性がターゲットからそれないように懸濁液を合成または処理するための動作パラメータを制御および／または調整するための、測定された特性とターゲット特性との差、特にＰＳ、ＰＤＩおよびＰＳＤを表し得る。動作パラメータには、温度、反応物濃度、バッチプロセスでの撹拌速度、または流動連続プロセスにおける様々な上流／下流プロセスパラメータのうちの任意の１つまたは複数が含まれ得る。
【００２７】
干渉計ユニット１７は、測定プローブ１８に実装され得る。干渉計ユニット１７は、ファイバコリメータまたはフォーカサ７を備え得る。加えて、干渉計ユニット１７は、ビームスプリッタ８、減衰器９、分散補正または集束レンズ１０、反射体１１、制御可能シャッタ１２、集束レンズ１３などの様々な他の構成要素も備え得る。例えば、干渉計ユニット１７は、ファイバコリメータ７、ビームスプリッタ８、集束レンズ１０、反射体１１、制御可能シャッタ１２および集束レンズ１３を、あるいは、ファイバフォーカサ７、ビームスプリッタ８、反射体１１および制御可能シャッタ１２を備え得る。ビームスプリッタを備えたマイケルソン構成（測定プローブ１８の主要部）が用いられる典型的な例では、低コヒーレンス照明は、ファイバコリメータ７によって平行化された後、ビームスプリッタ８によって参照光路と試料光路とに分割される。参照光路内のビームは、反射体１１（反射鏡や逆反射プリズムなど）によって部分的に反射され、ビームスプリッタ８で試料中の後方散乱または反射から生じる、試料アーム内の戻り光と再結合される。結果として得られる反射参照光路と試料光路光との間の干渉が、ＮＰのブラウン動力学に関する情報を提供し、試料特性の分析に使用され得る。参照光路は、粒径および光学的／散乱特性が発達する懸濁液流に対してインプロセス測定が行われるときに信号検出を最適化するために試料ビームの強度に対して参照ビーム強度を制御する調整可能な減衰器９を含み得る。参照アームは、参照ビームを反射鏡１１などに集束するレンズ、または試料アームで発生する分散に適合する分散補正要素もしくは集束レンズ１０も含み得る。
【００２８】
干渉計１７の試料アームは、光および参照光路から戻る光源スペクトルのみの測定を可能にするために、制御可能シャッタ１２や、試料から光をそらすガルボミラー（ｇａｌｖｏ−ｍｉｒｒｏｒ）などの手段を含み得る。同様に、減衰器９も、試料からの散乱光のスペクトルのみが測定されるように参照ビームを打ち消し得る。これらの別々のスペクトルは、１次データ処理におけるバックグラウンド除去に周期的に用いられ得る。
【００２９】
さらに、試料アームは、ビームを試料中に集束するレンズ１３も含み得る。焦点位置は、信号対雑音比を最適化するように設定でき、プログラムによって制御されてもよく、前記プログラムは、例えば、制御ユニット５によって実行され得る。干渉計１７の参照アーム光路長は、光路長よりも若干短く、試料窓１５と懸濁液１９との間の界面まで設定され得る。
【００３０】
あるいは、固定光路長を有する参照光は、試料窓１５と懸濁液との間の界面またはレンズ１３と懸濁液１９との間に位置決めされた別の固定の部分的に反射する面から反射される光も含み得る。そのような配置では、反射される参照光と試料からの散乱光の生成と混合がどちらも試料アームで行われるため、従来の別個の参照アームと、ビームスプリッタ８およびシャッタ１２とが省かれ得る。
【００３１】
光ファイバ１６ａ〜ｃは、プロセス状況において構成要素１、２、４および５を測定プローブ１８から離して配置することができるように数メートルまでの長さであり得る。
【００３２】
この例では、マイケルソン干渉計を用いた干渉計ユニットを説明しているが、マッハ・ツェンダなどの他のタイプの干渉計実施態様も使用され得る。
【００３３】
焦点制御および接続１４と試料窓１５とは、レンズ１３と懸濁液１９との間の光の界面を形成し得る。この界面は、干渉計ユニット１７の焦点制御機構と懸濁液境界を提供する透明窓１５との間の固定接続を実現し得る。この位置合わせは、試料アームの光軸が流動の方向に対して垂直であるようなものであり得る。フローセルには、分析で使用される、流動装置内の懸濁液の局所温度を提供するために温度センサ２０が含まれ得る。
【００３４】
図２に、連続プロセスにおける非侵襲的なリアルタイムの懸濁液監視およびプロセス制御のための装置のインプロセス実現形態を示す。図には、懸濁液１９が矢印で指示された方向に流動するフローセル２０１（管によって実装され得る）が示されている。フローセル２０１は、干渉計１７がフローセル２０１の壁を通して懸濁液１９に光を伝送し、懸濁液１９から光を受光することを可能にするために、少なくとも一部は透明材料でてきているか、または透明材料でできた窓を有する。また、図２には、制御ユニット５が上流プロセスパラメータ２０３および下流プロセスパラメータ２０４を制御できることも示されている。
【００３５】
図２に示される実現形態では、干渉計１７は、フローセル２０１を含む、焦点制御装置などの装置２１に結合されてもよい。フローセルの寸法は、ＰＳＤ分析のためのアクセス可能な速度範囲内の測定に対応するために特定の範囲のスループットに設計され得る。装置２１は、フローセル２０１に対して干渉計から出る光の焦点の深さを調整するために含まれ得る。さらに、光軸とセル内面との間の角度φは、強い表面反射を回避するために９０度に、または異なって設定され得る。フローセルには、分析で使用される、流動装置内の懸濁液の局所温度を提供するために温度センサ２０が含まれ得る。
【００３６】
図３に、バッチ処理操作における非侵襲的なリアルタイムの懸濁液監視およびプロセス制御のための装置の概略図を示す。図示のように、干渉計１７は、反応容器の内壁と面一の、懸濁液が強乱流中での測定を可能にするように制御された方向に層状に移動することができる溝の形の局所流動の誘導／位置合わせの手段が取り付けられている光アクセスのための窓３０５を含む反応容器３０１のアダプタ３０４に結合されている。温度センサ２０が窓３０５と一体化されてもよい。反応容器３０１は、図示のように容器を含み、撹拌機などのかき混ぜる手段を有し得る。撹拌機は、例えば、窓３０５から流動懸濁液が見えるように、懸濁液１９を反応容器３０１内で、矢印３０３によって示される方向に循環させ得る回転翼３０２を備え得る。焦点位置を設定し、窓と光軸との角度を調整する手段も設けられ得る。
【００３７】
図３と同様の実施形態では、干渉計ユニット１７と、流動誘導装置、温度センサ２０およびアダプタ３０４のうちの少なくとも１つが取り付けられ得る窓３０５とは、反応容器壁から離れた容器のより奥で懸濁液流の測定を行うように反応容器３０１に挿入できるプローブを形成するコンパクトなユニットにおいて実装され得る。
【００３８】
本装置の異なる実現形態は、懸濁液合成／処理装置における直接統合を実現するために使用され、例えば、並列計算方法を使用して行われるデータ分析とともに、‘リアルタイム’の粒径分布データを提供し得る。当業者には、やはり本発明の範囲内に該当する、様々な代替構造が明らかであろう。
【００３９】
ＬＣＩデータの分析については、Ｉ  Ｐｏｐｏｖ，Ａ  Ｓ  Ｗｅａｔｈｅｒｂｅｅ，ａｎｄ  Ｉ  Ａ  Ｖｉｔｋｉｎ，“Ｄｙｎａｍｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ａｒｉｓｉｎｇ  ｆｒｏｍ  ｆｌｏｗｉｎｇ  Ｂｒｏｗｎｉａｎ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ：ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ｍｏｄｅｌ  ｉｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，”  Ｊ  Ｂｉｏｍｅｄ  Ｏｐｔ．，ｖｏｌ  １９，ｎｏ  １２，ｐ  １２７００４，２０１４、およびＪ  Ｌｅｅ，Ｗ  Ｗｕ，Ｊ  Ｙ  Ｊｉａｎｇ，Ｂ  Ｚｈｕ，ａｎｄ  Ｄ  Ａ  Ｂｏａｓ，“Ｄｙｎａｍｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，”  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ  ２０，ｎｏ  ２０  ｐ  ２２２６２，２０１２に、単一粒径の粒子の流動およびブラウン拡散の存在下でのＬＣＩ信号に関する理論が開示されている。この理論は、多分散懸濁液を説明していない。本開示は、（工業）用途の視点から見て最も重要かつ一般的な懸濁液である多分散懸濁液への拡張を実現する。
【００４０】
ＦＤＬＣＩでは、光源の波長λごとの検出器における信号Ｉ（ｔ，λ）（すなわち、時間ｔにおけるスペクトル）は、反射参照ビームの電磁界の干渉および懸濁液中のＮＰの集団から散乱された光から生じる。ＮＰのブラウン運動その他の運動により、信号Ｉ（ｔ，λ）は、ＮＰ動力学に特徴的な時間変動を有する。ＦＤＬＣＩの実際の光路長分解信号Ｉ（ｔ，ｚ）は、Ｉ（ｔ，ｋ）の複素フーリエ変換であり、ｋ＝２π／λ、ｋは波数である。単一散乱では、特定の光路長ｚが懸濁液中の特定の深さを表し、Ｉ（ｔ，ｚ）の時間変動がその深さでのコヒーレンス体積におけるＮＰ運動を反映する。この場合、ある粒径分布を有するＮＰの懸濁液について、（下付き文字‘Ｂ’で表記された）ＮＰのブラウン運動のみがＩ（ｔ，ｚ）の時間変動を生じさせる静止条件における相関関数Ｇ（τ，ｚ）＝＜｜（０，ｚ）｜＊（τ，ｚ）＞、（τは遅延時間を表し、‘＊’は複素共役を表し、＜＞は時間平均を表す）は、次式によって厳密に近似され得ることを示すことができる。
【００４１】
【数１０】
2021508058.tif 000012
および
【数１１】
2021508058.tif 000013
式（１）は、低開口数の光学系（レンズ１３など）およびコヒーレンス体積における多くの非相互作用ＮＰを仮定している。振幅因子γ（ｚ）は、光学系の検出器特性および試料散乱特性によって設定され、ｇＢ（τ，ｚ）は、ブラウン運動を反映し、ストークス・アインシュタイン関係と式（１）の右辺とによって局所粒径分布を特性化する。式（１）の右辺において、ΓＢ＝Ｄｒ（４πｎ／λｃ）２は、流体力学半径ｒでＮＰから散乱されたＬＣＩ信号の非相関率である（Ｄｒは拡散係数、ｎは溶媒屈折率、λｃは真空中の光源中心波長である）。さらに、Ｆｚ（ΓＢ）は、ΓＢが範囲［ΓＢ，ΓＢ＋ｄΓＢ］内にあり、よってＰＳＤを表す半径でＮＰから散乱された信号Ｉ（ｚ）の割合である。Ｋ（ΓＢτ，ξ）の形は、単一粒径の自己相関の減衰を記述する。式（２の）パラメータαξ、Ｌｐ，ξ（ｐは整数）は、コヒーレンス長ξに依存し、［Ｐｏｐｏｖ］の結果から導出することができる。ξ＞〜４μｍでは、αξ、Ｌ±１，ξは、Ｋ（ΓＢτ，ξ）＝ｅｘｐ（−ΓＢτ）になるように無視できるほどになり、式（１）の右辺は、Ｆｚ（ΓＢ）の標準ラプラス変換になる。
【００４２】
流動下の懸濁液では、ＦＤＬＣＩ信号Ｉ（ｔ，ｚ）は、通常は懸濁液における深さに依存するＮＰの平均流動により追加的な時間変動を有する。計算が示すところよれば、光軸に直角なｚ依存の流速ｖｘ（ｚ）および光軸に沿ったｖｚ（ｚ）について、Ｇは次式によって厳密に近似され得る。
【００４３】
【数１２】
2021508058.tif 000014
および
式中、ｇＢ（τ，ｚ）は、式（１）に記載されるように、ブラウン運動およびＰＳＤを表す項である。項ｇＦ，ｘ（τ，ｖｘ（ｚ））は、減衰率Γｘ（ｚ）＝ｖｘ（ｚ）／ｗのガウシアンによって特性化される横断流から生じ、ｖｘ（ｚ）は局所横方向速度、ｗは（光学系固有の）焦点における実効ビームウエストである。最後の項ｇＦ，ｚ（τ，ｚ）は、光軸に沿った流動の影響を表す。ｚ分解ＦＤＬＣＩ−ＰＣＳデータを式（３）と組み合わせることにより、インライン測定中に散乱光が取得される深さにわたって典型的に発生する局所的な流動および速度変動を特性化することが可能になる。流動およびブラウン運動の影響が混合され平均化される標準ＰＣＳと対照的に、粒径測定に必要とされる寄与ｇＢ（τ，ｚ）はよって、流動を考慮することによりＧ（τ，ｚ）から抽出され得る。
【００４４】
あるいは、Ｉ（ｔ，ｚ）のモジュラス｜Ｉ（ｔ，ｚ）｜が使用される類似の方法では、対応する強度相関Ｇ（２）（τ，ｚ）＝＜｜Ｉ（０，ｚ）｜｜Ｉ（τ，ｚ）｜＞／＜｜Ｉ（ｚ）｜＞２は、標準的なジーゲルト（Ｓｉｅｇｅｒｔ）関係によって式（１）および式（３）においてＧ（τ＞０，ｚ）に関連付けられ得る。
【００４５】
原則として、懸濁液・閉じ込め窓境界（略ゼロ流動ｖ（ｚＢｏｕｎｄ）＝０が当てはまり、ｇＦｘ，ｚ＝１である、ｚ＝ｚＢｏｕｎｄに位置する）Ｇ（τ，ｚ）の分析により、Ｇ（τ，ｚ）の関連するブラウン寄与ｇＢ（τ）の、よって粒径およびＰＳＤの尺度がすでに得られている。しかしながら、信号対雑音比は、（流動の影響について補正された）ｚ＞ｚＢｏｕｎｄからの情報が含まれる場合、大幅に改善され得る。任意の流動において、多分散懸濁液のｇＢ（τ，ｚ）の分析は非常に困難であるが、ＬＣＩビームと直交し得る頻繁に発生する準定常の局所的な層流では、自己相関へのブラウンと横断流両方の寄与を式（３）によってＧ（τ，ｚ）から抽出することができる。光学的構成と流動との適切な界面接続の他に、流動中の粒径測定のための本開示は、例えば式（３）および
【数１３】
2021508058.tif 000015
によるｇＢ（τ，ｚ）の平均化を使用してＧ（τ，ｚ）から平均ブラウン寄与＜ｇＢ（τ）＞を抽出する、データ分析方式を提供する。
【００４６】
静止懸濁液では、懸濁液における光路長（ｚ−ｚＢｏｕｎｄ）が単一散乱の最大光路長Ｚｓｓ特性を超える場合、多重散乱によってｇＢ（τ，ｚ）のｚ依存が生じる。光子平均自由行程（ＭＦＰ、典型的にはＺｓｓ〜５〜１０×ＭＦＰ）に関連した特性的光路長Ｚｓｓは、それ自体が重要な懸濁液特性であり、よって、測定されたＦＤＬＣＩ時間変動の光路長依存性から決定することができる。流動下の懸濁液では、Ｚｓｓを反復データ分析／適合方式から取得することができ、よって、＜ｇＢ（τ）＞が式（４）と同様にｚ−ｚＢｏｕｎｄ＜Ｚｓｓについて決定され、これにより、＜ｇＢ（τ）＞が単一散乱光のみを表し、よって（式（１）によって（＜Ｆ（ΓＢ）＞として表される）平均ＰＳＤの分析に使用され得ることが保証される。実際には、ｚＢｏｕｎｄ≒０の場合、自己相関ｇＢ（τ，ｚ）はｚ＜Ｚｓｓのときの光路長ｚと無関係である。
【００４７】
図４に、干渉法データの取得および分析の方法の流れ図を示す。図に示される全体的な方式は、ＮＰ合成／処理操作の監視中の連続モードの測定のための、後続のデータブロックｉの取得および分析の連続反復サイクルを記述している。しかしながら、単一のデータブロックの取得および分析を行って、情報を一度だけ取得することも可能である。図４に示されるように、ステップ４０１で時間間隔ΔｔｉにわたるＦＤＬＣＩスペクトルのブロックを取得した後、ステップ４０２で標準処理が行われ、この処理は、逆フーリエ変換を行うこと、時間間隔内の取得された時点ｔごと、測定された光路長の範囲内の関連光路長ｚごとに光路長分解ＬＣＩ散乱信号Ｉ（ｔ，ｚ）を提供することを含み得る。ステップ４０３で、ｚ分解自己相関関数Ｇ（τ，ｚ）、あるいは、ｚ分解周波数パワースペクトル
【数１４】
2021508058.tif 000016
が計算される。
【００４８】
ステップ４０４で、‘τ＝０切片’γ（ｚ）のＧ（τ，ｚ）、雑音レベル＜Ｇ（τ−＞οο，ｚ＞および信号が消失する深さｚ＊からの分析、ならびに、信号の定常特性を評価するために間隔Δｔｉ内のデータサブブロックにわたって評価されるＧ（τ，ｚ）の統計的分析、が行われ得る。言い換えると、Ｇ（τ，ｚ）の振幅および雑音の特性化が行われる。
【００４９】
ステップ４０５で、ゼロ速度条件ｖ（ｚ＝ｚＢｏｕｎｄ）＝０が当てはまるｚＢｏｕｎｄにおける懸濁液境界の狭い範囲内の光路長ｚのＧ（τ，ｚ）の初期分析が行われ得る。これにより、自己相関Ｇ（τ，ｚ）へのブラウン寄与の初期推定値ｇＢ，ｉｎｉｔ（τ）が提供される。
【００５０】
ステップ４０６で、ｚ依存の流動誘起寄与ｇＦ，ｘ（τ，Γｘ（ｚ））、よって流動プロファイルの適合が、例えば、入力として、スペクトルＧ（τ，ｚ＜ｚ＊）、‘τ＝０切片’γ（ｚ＜ｚ＊）と共に式（２）を使用し、ｇＢ（τ，ｚ）＝ｇＢ，ｉｎｉｔ（τ）（初期スペクトル）を設定して、行われ得る。残差が限界を超える遅延時間τ’（ｚ）が記録され得る。取得されたΓｘ（ｚ＜ｚ＊）の低次多項式適合により、流動の分析的記述ｖｘｆｉｔ（ｚ＜ｚ＊）および流動による非相関Ｇ（τ，ｚ＜ｚ＊）への寄与ｇＦ，ｘｆｉｔ（τ，ｚ＜ｚ＊）の関連付けられた分析形式が得られ得る。
【００５１】
ステップ４０７で、自己相関のブラウン部分の補正された形式ｇＢｃｏｒ（τ，ｚ＜ｚ＊）が、γ（ｚ＜ｚ＊）および分析的流動補正ｇＦ，ｘｆｉｔ（ｔ，ｚ＜ｚ＊）を使用して式（３）から取得される。決定された遅延時間限界τ’（ｚ）内の例えば式（４）と同様のｇＢ（τ＜τ’（ｚ），ｚ＜ｚ＊）の後続の重み付き部分平均化により、自己相関関数の平均ブラウン部分＜ｇＢ（τ）＞の中間結果が提供され得る。
【００５２】
ステップ４０８で、Ｇｆｉｔ（τ，ｚ）＝＜ｇＢ（τ）＞γ（ｚ）ｇＦ，ｘｆｉｔ（τ，ｚ）での残差ε（τ，ｚ）＝Ｇ（τ，ｚ＜ｚ＊）−Ｇｆｉｔ（τ，ｚ＜ｚ＊）の分析が行われ得る。ε（ｚ）が系統的変動を示すと判断された場合、結果ｇＢｃｏｒ（τ，ｚ＜ｚ＊）は、深さ依存である（例えば、多重散乱を示す）とみなされ得る。４０８に示されるように、その場合、例えば、ｚ＊＝Ｚｓｓで深さ非依存性が達成されるまで、減らしたｚ＊でステップ４０６〜ステップ４０８が繰り換えされ得る。
【００５３】
ステップ４０９で、＜ｇＢ（τ）＞からの平均粒径、多分散性および／または粒径分布の評価が行われ得る。この評価は、例えば、キュムラント分析、ＣＯＮＴＩＮラプラス逆変換、または式（１）により＜ｇＢ（τ）＞から＜Ｆ（ΓＢ）＞に関する情報を抽出するための他の公知の方法に基づくものであり得る。加えて、数に基づく粒径分布ｎ（ｒ）も、標準ミー（Ｍｉｅ）理論を使用して１次分布＜Ｆ（ΓＢ）＞から抽出され得る。ブロックｉからの測定散乱長Ｚｓｓおよび‘生データ’Ｇ（τ，ｚ）または
【数１５】
2021508058.tif 000017
を含み得る、結果として得られるデータは、監視中の統計的プロセス制御のために格納され得る。
【００５４】
分析方式の上述した実施形態は、ＦＤＬＣＩ信号の自己相関Ｇ（τ，ｚ）を用いる。しかしながら、代わりに、そこから変動ＦＤＬＣＩ信号へのブラウン寄与の平均パワースペクトル、
【数１６】
2021508058.tif 000018
が取得され得る光路長分解周波数パワースペクトル
【数１７】
2021508058.tif 000019
を使用した分析も行われ得る。流動寄与の分析は、流動境界の近くの光路長の初期ブラウンパワースペクトル
【数１８】
2021508058.tif 000020
から開始し、
【数１９】
2021508058.tif 000021
からの
【数２０】
2021508058.tif 000022
の逆畳み込みに続いて、
【数２１】
2021508058.tif 000023
の対応するガウス形式を使用してΓｘを適合し、Γｘ（ｚ）への低次多項式適合からｖｘ（ｚ）を決定し、
【数２２】
2021508058.tif 000024
を再分析し、（時間領域分析の場合と同様に取得されたＺｓｓを平均して
【数２３】
2021508058.tif 000025
を得て、そこから標準的な方法を使用してＰＳＤを取得することを含み得る。
【００５５】
本発明の分析の主目的は、Ｇ（τ，ｚ）または
【数２４】
2021508058.tif 000026
からの粒径およびＰＳＤの直接測定であるが、Ｇ（τ，ｚ）または
【数２５】
2021508058.tif 000027
の他の特性、例えば、経験的適合によって取得されたそれらの時間（周波数）および光路長依存性を記述するパラメータも、プロセス監視または制御のための流動懸濁液の特性化に使用され得る。
【００５６】
特定の実施形態は、ＦＤＬＣＩ機器の取得設定を自動制御し、測定信号に応答してこれら（基準強度比、取得頻度など）を適応させて、コロイド懸濁液の時間依存特性を監視し得る、コンピュータ、制御ユニット、またはプロセッサを制御するために使用され得るコンピュータプログラムを含み得る。加えて、プログラムは、記載の相関分析を行い、データ適合を行い、関連特性を取得するようにも構成され得る。プログラムは、これらの計算をリアルタイムで行うための並列処理を組み込んでいてもよく、これは、関連するプロセスについて、データブロックの分析が約５〜６０秒間の範囲内になることを意味し得る。測定された粒径もしくはＰＳＤの情報またはＬＣＩ信号から取得された他の特性を使用して、１つまたは複数の関連プロセスパラメータを決定する制御信号が設定され得る。特に、信号は、例えば、分布の平均粒径または幅が特定の限界を超えることを示すトリガ信号であり得る。
【００５７】
プログラムを、任意の適切なプログラミング言語のコンピュータ可読コマンドコードとして実施することができる。プログラム要素は、ＣＤ  ＲＯＭ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、リムーバブルドライブ、揮発性および不揮発性メモリなどのコンピュータ可読媒体上に格納され得る。さらに、プログラム要素は、ネットワーク、例えばインターネットで提供され、ユーザからオンデマンドでダウンロードされてもよい。
【００５８】
本明細書で開示される技術は、例えばナノ加工プロセスにおいて適用され得る。ナノ加工プロセスは、比較的大きな粒子が規定の粒径および分布のナノ粒子に加工される連続加工プロセスである。インライン測定システムは、本開示の別の箇所で開示された測定および計算を使用して、粒径および分布に関する連続したリアルタイム情報を提供することができるフローセルアダプタを装備し得る。この情報をフィードバックまたはフィードフォワード制御として使用して、例えば、加工速度を調整し、プロセスを停止し、または目標仕様に（まだ）到達していない場合には続行することができる。インライン監視の可能な方法がない場合、プロセスを停止して試料を採取することによって、または可能な場合には、再循環チャンバから試料を引き出してオフラインで試料を測定することしかできない。そのような場合には、オフライン試料は外部で分析されなければならず、分析の前に試料調製が必要になるので、プロセスへのフィードバックが著しく遅延することになる。目標仕様に近づくと、連続監視データによりプロセスをノンストップで行い、必要に応じてプロセスを停止することができる。
【００５９】
第２のプロセス制御例が、押し出しによる製薬プロセスのためのリポソーム形成の監視である。リポソームは、特定の脂質押し出しフィルタに通すことによって形成され得る。同様のサイズのリポソームを得るために、数回の押し出しサイクルが適用され得る。そのようなプロセスに本発明を統合することにより、実際の粒径、多分散性およびＰＳＤをリアルタイムで評価することができ、この情報に基づいてプロセスを調整、続行、または停止することができる。
【００６０】
本発明の非侵襲的特性および高速分析能力の両方が好適に適用される第３のプロセス制御例が、充填および閉栓プロセス中のバイアルまたはシリンジ内の最終製品としてのナノ懸濁液の監視である。試料のバイアルまたはシリンジを通した測定により最終製品の直接の品質管理が可能になる。得られたデータは、プロセス調整に、または最終製品の品質確認およびリアルタイムのリリースに使用することができる。
【００６１】
本発明の一部または全部の態様は、ソフトウェア、特にコンピュータプログラム製品の形での実施に適し得る。コンピュータプログラム製品は、非一時的なコンピュータ可読媒体上に格納されたコンピュータプログラムを含み得る。また、コンピュータプログラムは、光ファイバケーブルや空気などの伝送媒体によって搬送される、光信号や電磁信号などの信号でも表され得る。コンピュータプログラムは、部分的にまたは全体として、コンピュータシステムによる実行に適した、ソースコード、オブジェクトコード、または疑似コードの形を有し得る。例えば、コードは、１つまたは複数のプロセッサによって実行可能であり得る。そのようなプロセッサは制御ユニットの一例である。
【００６２】
本明細書に記載される例および実施形態は、本発明を限定するのではなく例示する役割を果たす。当業者であれば、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、代替の実施形態を設計することができるであろう。特許請求の範囲で括弧内に記載される参照符号は、特許請求の範囲を限定すると解釈されるものではない。特許請求の範囲または本明細書において別々のエンティティとして記載される品目は、記載の品目の特徴が組み合わさった単一のハードウェアまたはソフトウェア品目として実施され得る。
【実施例】
【００６３】
次に本発明を、様々なレベルの流動を有する異なるインライン条件においてナノ粒子懸濁液を特性化したいくつかの実施例によってさらに詳細に説明する。この目的でＫｉｓｋｅｒ  Ｂｉｏｔｅｃｈから購入した較正済みポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子の懸濁液を使用した。
【００６４】
図５Ａおよび図５Ｂを参照して第１の実施例を説明する。図５Ａに、反応容器内で静止（０ｒｐｍ）条件と撹拌条件とで測定された、４８．５ｎｍの流体力学半径のＰＳ粒子の１．２５ｍｇ／ｍｌ懸濁液中の粒径分布を示す。測定構成および光学系を、流動誘導装置なしの４ｍｍ厚のガラス窓を有する直径１５ｃｍの反応容器を使用して図３と同様に作成し、懸濁液を、５０〜２５０ｒｐｍの速度で磁気的に撹拌した。レイノルズ数はＲｅ〜４００〜１７００（層流から弱いバルク乱流まで）の範囲であった。図５Ａにおいて、実線の曲線は０ｒｐｍでの粒径分布を示し、破線の曲線は、１００ｒｐｍの撹拌速度の撹拌条件でのＰＳＤを示し、点線の曲線は、２５０ｒｐｍの撹拌速度の撹拌条件でのＰＳＤを示す。結果として得られた＜ｇＢ（τ）＞のＣＯＮＴＩＮ分析からデータを取得した。開示の分析を使用してＧ（τ，ｚ）から取得した懸濁液流動に関するデータは、懸濁液における１ｍｍの光路長内の層流境界層を示している。層内の最大せん断速度は、２５０ｒｐｍの最大撹拌速度の〜７５ｓ−１に対応する。図５Ｂのデータは、（上のパネルに示される）容器内での撹拌速度の段階的増加中に、４秒間隔で測定され、時間の関数として（＜ｇＢ（τ）＞のキュムラント分析を使用して）図４の流れ図に記載される方法で分析された平均（Ｚ平均）流体力学半径（下のパネル）示している。流動補正を含むこの分析方法は、用いられた撹拌速度範囲にわたる粒径およびＰＳＤをロバストに特性化する。
【００６５】
図６を参照して第２の実施例を説明する。図６に、流動構成において流動下で測定された、小さい粒子対大きい粒子の２つの濃度比、Ａ：（１．２５ｍｇ／０．０７ｍｇ）／ｍｌおよびＢ：（１．２５ｍｇ／０．２２ｍｇ）／ｍｌの、流体力学半径４９ｎｍ／１９１ｎｍのポリスチレン粒子の二元混合物の粒径分布を示す。測定構成および光学系を、一定の加圧上流によって生成された〜０．９リットル／時の流動を運ぶ小規模なフローセル（光軸に沿って２ｍｍ）を用いて図２と同様に作成した。図６において、太い破線は濃度比Ａの粒径分布を示し、細い破線は対応する累積分布を示す。太い実線は濃度比Ｂの粒径分布を示し、細い実線は対応する累積分布を示す。濃度比Ａと濃度比Ｂの両方について、独立して、ｇＦ（τ，ｚ）の分析から、流速を測定し、ピーク速度〜２３ｍｍ／ｓ、毛細管／懸濁液境界付近の最大せん断速度〜４６ｓ−１のポアズイユ流れプロファイルを得た。２つの異なる相対濃度ＡおよびＢについての＜ｇＢ（τ）＞のＣＯＮＴＩＮ分析から結果としての図６のＰＳＤを得た。データ（ピーク幅、ピーク位置およびピーク面積比）は、散乱強度を説明するためにミー理論を考慮に入れると、使用した粒径、個々の多分散性（種ごとの変動係数〜＜７％）および使用した濃度に基づく予期される分布と一致している。
【００６６】
以下の各項に例を開示する。
【００６７】
１．流動コロイド懸濁液中のコロイド粒子の特性を監視するための方法であって、
流動コロイド懸濁液を含む試料を準備するステップと、
フーリエドメイン、ＦＤ、低コヒーレンス干渉法、ＬＣＩを使用して流動コロイド懸濁液のコロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を非侵襲的に監視するステップであって、監視するステップが、時間、ｔ、および光路長、ｚ、分解ＬＣＩ光散乱信号Ｉ（ｔ，ｚ）を干渉のｔ分解ＬＣＩ波長スペクトルから導出する工程と、τが遅延時間を表す、Ｉ（ｔ，ｚ）のｚ分解時間的自己相関関数Ｇ（τ，ｚ）およびωが周波数を表す、Ｉ（ｔ，ｚ）のｚ分解周波数パワースペクトル
【数２６】
2021508058.tif 000028
の少なくとも一方からコロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を示す情報を導出する工程とを含む、ステップと
を含む方法。
【００６８】
２．Ｇ（τ，ｚ）から、コロイド懸濁液の流動に関連したｚおよびτ依存の非相関因子ｇＦ（τ，ｚ）を決定するステップと、
Ｇ（τ，ｚ）から、コロイド粒子のブラウン運動を表す、ｚおよびτ依存の自己相関ｇＢ（τ，ｚ）を決定するステップと
をさらに含む、項目１に記載の方法。
【００６９】
３．Ｇ（τ，ｚ）から、コロイド懸濁液におけるｚ＜ＺｓｓのｇＢ（τ，ｚ）が測定雑音内のｚと無関係である、流動コロイド懸濁液における光子平均自由行程を表す、特性的光路長、Ｚｓｓ、を決定するステップ
をさらに含む、項目２に記載の方法。
【００７０】
４．流動コロイド懸濁液におけるｚ＜ＺｓｓのｇＢ（τ，ｚ）に基づき、単一散乱光を表す平均自己相関関数、＜ｇＢ（τ）＞、を決定し、＜ｇＢ（τ）＞を使用して、コロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方に関する情報を抽出する光子相関分光法、ＰＣＳ、分析を行うステップ、をさらに含む、項目１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【００７１】
５．
【数２７】
2021508058.tif 000029
から、流動誘起ＬＣＩ信号変動に関連した、ｚ分解パワースペクトル
【数２８】
2021508058.tif 000030
およびブラウン運動誘起変動を表す、関連付けられたｚ分解パワースペクトル
【数２９】
2021508058.tif 000031
を導出するステップと、
【数３０】
2021508058.tif 000032
から、ｚ平均パワースペクトル
【数３１】
2021508058.tif 000033
を導出するステップと、を含む、項目１に記載の方法。
【００７２】
６．
【数３２】
2021508058.tif 000034
から、粒径および粒径分布の少なくとも一方に関連した情報を導出するステップをさらに含む、項目５に記載の方法。
【００７３】
７．約３００ｎｍ〜３０００ｎｍの中心波長を有する低コヒーレンス光を使用し、掃引光源法またはスペクトル領域法を使用してＦＤＬＣＩを行うステップであって、掃引光源法が波長掃引光源を用いる、ステップをさらに含む、項目１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【００７４】
８．コロイド懸濁液を、測定窓から約３ｍｍの光路長以内で最大で約４０ｍｍ／ｓの速度で、または測定窓から約１ｍｍ以内で最大で約８０ｓ−１のせん断速度で流すステップをさらに含む、項目１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【００７５】
９．コロイド粒子の粒径または最大寸法が約１０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは約１５ｎｍ１０００ｎｍであり、方法が、この粒径範囲内の粒径および粒径分布の少なくとも一方を決定するステップを含む、項目１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【００７６】
１０．コロイド懸濁液が、約１０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは約１５ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の少なくとも２つの粒径のコロイド粒子を含む多分散懸濁液である、項目１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【００７７】
１１．Ｉ（ｔ，ｚ）を導出するステップ、およびＩ（ｔ，ｚ）に基づいてコロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を示す情報を取得するステップが、周期的または連続的に繰り返される、項目１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【００７８】
１２．コロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を示す情報を導出する工程が、懸濁液中の前記コロイド粒子の濃度と無関係に行われる、項目１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【００７９】
１３．決定されたコロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を示す情報に基づいてプロセスを制御するステップをさらに含む、項目１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【００８０】
１４．コロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方に関する情報に基づいて懸濁液を分類するステップと、コロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を示す情報に基づいてＦＤＬＣＩ機器および監視するステップを制御するステップとをさらに含む、項目１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【００８１】
１５．プロセスにおいて流動コロイド懸濁液中のコロイド粒子の特性を監視するためのフーリエドメイン、ＦＤ、低コヒーレンス干渉法、ＬＣＩ装置であって、
参照光路と流動コロイド懸濁液を含む試料とを同時に照明するように構成された低コヒーレンス光源と、
参照光路から反射された光と流動懸濁液から散乱された光を混合して干渉信号を取得する手段と、
参照光路から反射された光と流動懸濁液を含む試料から散乱された光との間の干渉の時間分解ＬＣＩ波長スペクトルを検出するように構成された検出器と、
取得された干渉のＬＳＩ波長スペクトルから、時間、ｔ、および光路長、ｚ、分解ＬＣＩ光散乱信号、Ｉ（ｔ，ｚ）、を導出し、τが遅延時間である、Ｉ（ｔ，ｚ）のｚ分解時間的自己相関関数Ｇ（τ，ｚ）から、またはωが周波数である、Ｉ（ｔ，ｚ）の周波数パワースペクトル
【数３３】
2021508058.tif 000035
からコロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を示す情報を導出するように構成されたデータ取得および処理ユニットと
を備え、低コヒーレンス光源が広帯域光源または掃引光源であり、掃引光源が波長掃引光源である、ＦＤＬＣＩ装置。
【００８２】
１６．流動コロイド懸濁液中のコロイド粒子の粒径および粒径分布の少なくとも一方を非侵襲的に監視するように構成された制御ユニットであって、データ取得および処理ユニットならびに少なくとも１つのプロセスパラメータのうちの少なくとも１つを制御するようにさらに構成される、制御ユニットをさらに備える、項目１５に記載のＦＤＬＣＩ装置。
【００８３】
１７．コンピュータによって実行されると、コンピュータに項目１〜１４のいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を含むコンピュータ可読媒体。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
2021508058.tif 000062
【国際調査報告】
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2021508058.tif 000064
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