(57)【要約】本発明は、液体から粒子を集合させる装置及び方法に関する。本発明の装置(37)は、所定の直径の円形領域(42)を構成する上面を有する第１電極(38,39)と、第１電極(38,39)から分離し、第１電極(38,39)の円形領域(42)の少なくとも一部分の境界を所定の隙間(14)によって構成する上面を有する相手方の電極(39,38)と、液体の電荷緩和時間よりも短い所定の周波数及び所定の振幅の交番電位差を第１電極及び相手方の電極(38,39)にわたって印加する装置とを有する。液体中の誘導電気浸透流によって、粒子を液体から第１電極(38,39の円形領域(42)の上に集中させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体から粒子を集合させる装置であって、
所定の直径の実質的に円形の領域を構成する上面を有する第１の電極と、
前記第１の電極から分離し、前記第１の電極の円形領域の少なくとも一部分の境界を所定の隙間によって構成する上面を有する相手方の電極と、
液体の電荷緩和時間よりも短い所定の周波数及び所定の振幅の交番電位差を前記第１の電極及び前記相手方の電極にわたって印加する手段と、を有し、
液体中の誘導電気浸透流によって、粒子を液体から前記第１の電極の円形領域の上に集中させることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記相手方の電極の上面は所定直径の実質的に円形の領域を構成する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電極の形態はインターデジタル形である、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の電極の上面は、第１の共通水平軸線を共有する複数の実質的に円形の領域を構成する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記相手方の電極の上面は、第２の水平軸線を共有する複数の実質的に円形の領域を構成する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の水平軸線と前記第２の水平軸線とは互いに平行であり、前記電極の各々の上面により、その相手方の電極の円形領域の少なくとも一部の境界を構成する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記円形領域の所定の直径は２００〜１０００μｍであり、前記所定の隙間は１０〜２０００μｍである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の電極及び第２の電極は、表面プラズモン共鳴を支えることができる金属からなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の電極又は前記電極の各々の円形領域は、抗体又はレクチン層でコーティングされる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記電極は、ガラス基板又は光学的に透明な基板上に配置される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記基板はＳＰＲ又はＭＣＬＷセンサの一部である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記電極のアレイを有する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
粒子を液体から集合させる方法であって、
所定の直径の実質的に円形の領域を構成する上面を有する第１の電極に液体を導入する工程を有し、前記第１の電極は、その円形領域の少なくとも一部分の境界を所定の隙間によって構成する上面を有する相手方の電極から分離し、
更に、アレイを横切る液体の電荷緩和時間よりも短い所定の周波数及び所定の振幅の交番電位差を前記第１の電極と前記相手方の電極との間に印加する工程を有し、それにより、粒子を液体から前記第１の電極の円形領域の上に集合させる誘導電気浸透流を液体中に誘導することを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記所定の交番電位差の周波数により、前記円形領域の半径部を実質的に幅方向に横切るように前記第１の電極の縁部から延びる電気浸透流を引起こす、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
液体の導電率は１０〜９０ｍＳ／ｍである、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
印加電位差は、周波数０．６ｋＨｚ〜２．５ｋＨｚで電圧１Ｖ〜５０Ｖである、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、粒子を集合させる装置に関する。本発明は特に、上面の上にある液体から粒子を集合させ又は集中させることができるプレーナ（平板）電極形態を有する表面結合センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
検出媒体の屈折率の変化及び／又は粒子から散乱又は放出される光をモニタすることによって、検出媒体にくっ付いている細菌、ウイルス等の粒子を光学的に検出することは、既知の技術である。これについては、国際公開第ＷＯ０１／４２７６８号パンフレット及びこれに記載されている引用文献を参照されたい。
しかしながら、この技術の感度は、たとえ攪拌又は混合を行なったとしても、センサ表面への液体中の粒子の拡散が遅いことによって制約される。したがって、センサ表面の検出媒体上の粒子の密度を向上させることが要望されている。
【０００３】
粒子が不均一電界中で分極されること及び誘導双極子と電界の相互作用により粒子が不均一電界領域に近づいたりこれから遠ざかったりすることが知られている。それぞれ正又は負の誘電泳動と呼ばれるこれら効果は、粒子及び液体の特性に左右される。誘導泳動は、多数の装置における粒子の分離のための基礎となる。
しかしながら、検出表面への粒子の堆積を増大させるための技術の適用と関連した１つの問題は、最も大きな不均一電界領域が電極の縁部のところに位置するということである。その結果、粒子は、プレーナ電極の表面上ではなく、その縁部に集積する。
【０００４】
サブミクロンの粒子をプレーナ電極間で分離するために、第３の形態の誘電泳動が用いられる（N.G.Green and H. Morgan, J. Phys. D, Appl. Phys., 1998, 31, L25-L30参照）。粒子が電極の面上に集まることができるので「異常誘電泳動」として知られている技術は、交番電位差を電極に印加したときのバルク液体中の誘導電気浸透流に依存している。振動電界と電極上の電荷の拡散二重層との間の相互作用によって駆動されるバルク流は、電極間の隙間内で発生し、各電極の面の上で成長する。詳細な説明に関しては、N.G. Green et al., J.Collid Interface Science, 1999, 217, 420-422及びN.G. Green et al., J.Am. Phys. Soc., 2000, Physical Review E, 61, 4011-4018and4019-4028を参照されたい。
引きずり力が正の誘電泳動力に打勝つ一定のしきい値の流速では、バルク流は、粒子を電極面上に移動させる。粒子が電極面に沿ってバルク流が減少し又は収束する箇所に集まるとき、バルク流は、同じ電極の反対側の縁部から発生する。粒子は、見掛け上、正の誘電泳動力、流れの淀み及び重力のうちの１つ又は２つ以上によって電極面上に保持される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、センサ表面のところ又はこれに隣接して電界をかけることにより、粒子の検出及び／又は分析の感度を向上させることができるという認識から始まっている。特に、異常誘電泳動は、粒子を電極の上面の上に集合させるのに特に適している。
【０００６】
本発明は一般に、粒子を電極面上に集合させることができる改良された電極形態を提供することを目的としている。本発明は又、粒子を液体から電極面上に集合させ又は集中させることができる電極形態と関連し又はこれを組み込んだ表面結合センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明は、１つの側面では、粒子を集合させる装置であって、１又は２つ以上の実質的に円形の領域を構成する上面を有する第１のプレーナ電極を有し、第１のプレーナ電極は、その相手方のプレーナ電極から分離し、相手方のプレーナ電極は、第１のプレーナ電極の円形の領域との境界を所定の隙間によって構成する上面を有し、更に、液体の電荷緩和時間よりも短い所定の周波数及び所定の振幅又は大きさの交番電位差を電極を横切るように印加する手段を有し、液体中の誘導電気浸透流によって、粒子を液体から第１のプレーナ電極の１つ又は２つ以上の円形領域上に集中させることを特徴とする装置を提供する。
【０００８】
「実質的に円形」という用語は、その性質上、領域が完全に即ち真に円形であることを厳密には必要としないことを理解すべきである。特に、本発明の貢献は、電極の境界縁部ところ又はこれに隣接したところから発生する液体のバルク流の集束によって、粒子を集合させることにあることが明らかである。かくして、「実質的に円形」という用語は、全体的に又は部分的に途切れた円及び歪んだ円を意味する場合がある。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態では、相手方の電極は、第１の電極の少なくとも大部分の円形領域の境界を構成する面を有する。
【００１０】
ある実施形態では、第１の電極の上面は、完全な円形であり、相手方の電極の上面は、完全に途切れていない円形の凹部を有する。この実施形態では、相手方の電極は、第１の電極を包囲するリング形電極を有する。しかしながら、この実施形態は、相手方の電極の一部を絶縁材料で被覆することによってはじめて第１の電極を交番信号源に接続することができるという点で、製造することが困難である。
【００１１】
したがって、別の実施形態では、第１の電極の上面は、脚部分を有する円形領域を構成し、相手方の電極は、第１の電極の円形領域の大部分を包囲する、途切れたリングを有する。この「ロリポップ」形の実施形態では、リングの途切れ部は、第１の電極の表面の脚部分の一部分の境界を構成する。
【００１２】
しかしながら、電極形態は、インターデジタル(inter digital)形であることが好ましい。ある実施形態では、第１の電極の上面は、連結アーム部分によって連結され且つ共通の水平方向中心軸線を共有する複数の円形領域を有する。アームは、円形領域の共通軸線上に位置していてもよいし、変形例として、それからずらして配置されていてもよい。これらの「真珠チェーン」形の実施形態では、相手方の電極は、第１の電極の上面の隣り合う円形領域を連結する複数の凹部と、「脚」部分、即ち、「歯」部分とを有するのがよい。好ましくは、脚部分即ち歯部分は、円形領域を増大させるために、相手方の電極によって境界が構成される両側の弧状縁部を構成する。
【００１３】
本発明の特に好ましい実施形態では、第１の電極の上面は、共通平行中心軸線を共有する複数の円形領域を構成し、各円形領域は、電極の本体、即ち、「バスバー」に対して実質的に垂直に連結された脚部を有する。この実施形態では、第１の電極の共通軸線及び相手方の電極の共通軸線は、互いに平行に配置され、各電極の脚部及びバスバーは、他方の電極の各円形領域の大部分の境界を構成している。
【００１４】
後者の構成は、粒子を第１の電極と相手方の電極の両方の円形領域上に集合させるという点で特に有利である。したがって、この形態は、粒子を集合させる電極面の最適な使用を可能にし、しかも、単一工程で容易に形成される。
【００１５】
本発明の電極形態の１又は２以上の円形領域は、広範な直径を有してもよい。特に、上述した又は各々の円形領域の直径は、関心のある粒子の粒径の１０倍〜１０００倍であるのがよい。これとは対照的に、異常誘電泳動を支える従来型電極形態（これについては例えば、N.G. Green and H. Morgan, J.Physl, D, Appl. Phys., 1998, 31, L25-L30を参照されたい）は、粒径の１０倍に限定された直径を備えた面を採用している。本発明は、適当な電界勾配を維持するのに必要であると考えられるこの見掛けの要件によっては制約されない。憶測で決め付けるわけではないが、粒子の集合又は集中は、主として、液体中のバルク流の発生によって左右されると考えられる。
【００１６】
液体中に誘導されるバルク流は、円形領域の縁部で発生し、円形領域の面の上に延びる渦を含む。各渦の寸法は、電極の寸法とは無関係であるが、液体の導電率が与えられている場合、電極に印加される印加交番電位差の振幅及び周波数に依存する。各渦の寸法は、印加交番電位差の或る特定の周波数でピークを生じる。
【００１７】
また、液体中のバルク流は、第１の電極と相手方の電極との間の隙間の大きさにより影響を受ける。特に、電界の強さに依存する電気浸透流は、電極間の隙間の大きさに反比例する。
【００１８】
電極面の直径及び電極間の隙間の大きさは、電極面の上で重なりを生じさせることなしに、大きな寸法の渦が液体中で働くことができるように選択される。好ましくは、電極面の直径は、先行技術と比較して大きい。さらに好ましくは、各円形領域の直径は、２００〜１０００μｍである。好ましくは、隙間の大きさは、１０〜２００μｍである。より好ましくは、隙間の大きさは、７５〜１００μｍである。
【００１９】
特定の電極形態、粒径及び液体導電率のための印加電位差の周波数及び振幅の選択は、通常行なわれる実験的な事項である。印加電位差の周波数及び振幅は、液体中に生じる渦が電極表面上で重ならないように選択される。好ましくは、周波数は、渦の直径が円形領域の半径よりも僅かに小さく、粒子が密なスポットの形態に集中されるよう選択され、渦の寸法が最も大きいときの周波数よりも高くてもよいし低くてもよい。しかしながら、渦の直径がこれよりも小さく、粒子がリングの形態に集合する周波数を用いてもよい。
【００２０】
本発明の電極形態により、比較的大きな渦が液体中に「達」し、粒子を電極面に引きずり下ろすことができることを理解すべきである。本発明は、粒子の集中だけでなく、比較的大きな渦の集合効果により粒子の検出感度を向上させる。
【００２１】
本発明の電極は、任意適当な導電性材料からなるのがよい。好ましくは、導電性材料の厚さは、１０ｎｍ〜５０μｍである。電極を、絶縁材料からなる任意の有利な基板上に設けるのがよい。好ましくは、基板は、ガラス又は光学的に透明な材料からなる。したがって、本発明の装置は、フォトリソグラフィ及びガラス基板上へのインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又は金の層のウェットエッチングにより有利に製作できるチップからなるのがよい。
【００２２】
本発明の装置は、粒子を電極の面の上に集合させ又は集中させることができ且つ任意の数の円形領域を有する１又は２以上の電極形態のアレイを構成してもよい。
【００２３】
本発明により、単一電極形態又はアレイの上への広範な直径の粒子の集中を可能にする。例えば、円の直径が２００〜１０００μｍである面及び１０〜２００μｍの隙間を有する電極形態は、水性サンプルからの細胞、細菌及びウイルスを密に集中させることが可能である。
【００２４】
特に、周波数０．６〜２．５ｋＨｚで電圧１〜２０Ｖの電位差を印加することによって、導電率１０〜９０ｍＳ／ｍの水性液体中に懸濁した直径２０ｎｍ〜５μｍの粒子を集中させることができる。しかしながら、液体の導電率に応じて、周波数２００〜１０，０００Ｈｚを用いてもよい。
【００２５】
上述のことから理解されるように、本発明の装置は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）チップを有するのがよく、ＳＰＲチップにより、チップに入射する光のＳＰＲ角度の変化によって、及び／又は、粒子からの光の散乱又は放出によって、粒子を検出することができる。
【００２６】
好ましい実施形態では、チップは、集合した又は集中した粒子を保持できる検出媒体を有する。検出媒体は、関心のある粒子を選択的に結合できる１又は２以上の分子、例えば、抗体又はレクチン分子のコーティング即ち層を有するのがよい。
【００２７】
これら実施形態では、この装置は、例えば本出願の同時係属国際出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００２／０４５４５号明細書に記載されている金属クラッド（又は染料クラッド）漏洩導波路（ＭＣＬＷ）センサを有するのがよい。
【００２８】
さらに、例えば、抗体層を電極の１又は２以上の円形領域の上に設けるのがよい。当然のことながら、異なる抗体層を、電極の異なる円形領域の上に設けてもよいし、２以上の電極対が用いられている場合には、異なる電極の上に設けてもよい。
【００２９】
本発明は、第２の側面において、粒子を液体から集合させる方法であって、所定の直径の１又は２以上の実質的に円形の領域を構成する上面を有する第１の電極に液体を導入する工程を有し、第１の電極は、その１又は２以上の円形領域の少なくとも一部分の境界を所定の隙間によって構成する上面を有する相手方の電極から分離し、
更に、アレイを横切る液体の電荷緩和時間よりも短い所定の周波数及び所定の振幅の交番電位差を前記第１の電極と前記相手方の電極との間に印加する工程を有し、それにより、粒子を液体から第１の電極の１又は２以上の円形領域の上に集合させる誘導電気浸透流を液体中に誘導することを特徴とする方法を提供する。
【００３０】
この方法の一実施形態では、特定の電極形態、粒径及び液体導電率のための所定の交番電位差の振幅及び周波数は、電気浸透流により第１の電極の１又は２以上の円形領域の半径よりも僅かに小さい寸法の渦を形成するように選択される。この実施形態では、粒子の集中は、各集中面の中央に密に閉じ込められる。
【００３１】
上述したように、好ましくは、特定の電極の形態及び液体の導電率のための所定の交番電位差の振幅及び周波数は、渦が液体のバルク中へ「達」し且つ可能な限り多くの数の粒子を「引きずり下ろす」ように選択される。
【００３２】
１０〜９０ｍＳ／ｍの導電率の液体について、１又は２以上の円形領域の直径が２００〜１０００μｍであり、電極間の隙間が１０〜２００μｍである場合、印加電位差は、好ましくは、周波数０．６〜２．５ｋＨｚ、電圧が１〜２０Ｖである。しかしながら、上述したように、液体の導電率に応じて、周波数２００〜１０，０００Ｈｚを使用してもよい。
【００３３】
本発明の方法の一実施形態では、特定の電極の形態及び液体の導電率のための印加電位差の周波数及び振幅は、ウイルスを密に集合させるように選択される。別の実施形態では、特定の電極の形態及び液体の導電率のための印加電位差の振幅及び周波数は、細菌を密に集合させるように選択される。したがって、本発明により、広範な粒子を集合させ又は集中させることを可能にすることが明らかでる。特に、直径２０ｎｍ〜５μｍの粒子を集中させることができると見込まれる。
【００３４】
本発明の装置がＳＰＲ又はＭＣＬＷチップを有する場合、本発明の方法により、液体中の粒子の検出及び／又は分析が可能になる。上述したように、チップに入射する光のＳＰＲ角度の変化によって、及び／又は、粒子からの光の散乱又は放出によって、粒子を検出することができる。
【００３５】
好ましい実施形態では、この方法では、集合又は集中した粒子を保持できる検出媒体、例えば抗体又はレクチンコーティング即ち層を有するチップが使用される。この実施形態では、電極電力又は信号源をオフにするとき、粒子を保持できる。
【００３６】
本発明の方法は、粒子が例えば抗体コーティング即ち層によって集合され又は結合されている電極面から粒子を除去する、又は、洗い流すように構成されるのがよい。詳細には、信号源の周波数は、流体中の渦が電極面の上で重なるように選択される。
【００３７】
１つの実施形態では、例えば抗体又はレクチンと結合することにより電極面上に保持されない粒子は、流体により洗い流される。関心のある粒子を、例えばダスト等の望ましくない粒子から分離するのがよい。
【００３８】
表面結合センサと電界を生じさせる電極形態との組合せにより、液体中の粒子の検出及び分析の感度が増大するという利点が得られる。特に、異常誘電泳動を支える電極を有する装置は、電界と粒子との間の相互作用に依存するのではなく、主として液体中のバルク流に依存するという点で、粒子の特定の性質の影響を受けにくい。かくして、単一の装置をウイルス、細菌及び細胞を含む多様な粒子の集合及び分析に使用できる。
【００３９】
電極をセンサの表面に組み込むことにより、容易な製作が可能になり、使用する比較的低い周波数を、低電力消費量の標準型信号発生器及び増幅器チップにより発生させることができる。
次に、本発明を多くの実験例及び以下の図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
今、図１（ａ）を参照すると、第１のプレーナ（平板）電極１２及び第２のプレーナ電極１３を有する既知の電極形態を全体的に符号１１で示し、プレーナ電極１２，１３間には、隙間１４が形成されている。電極１２，１３間に低周波数（＜１００ｋＨｚ）の交番電位差を印加することにより、不均一な電界が生じ、この不均一な電界は、電極と接触している液体に「電気浸透」力を及ぼす。
【００４１】
電気浸透力が液体に作用することにより、液体中にバルク流、即ち、渦１５が生じ、印加電位差の周波数が液体の電荷緩和時間（charge relaxation time）よりも低い場合、バルク流、即ち、渦１５は、隙間１４で発生し、各電極表面１２ａ，１３ａを横切るように移動する。
【００４２】
バルク流１５は、液体中に浮遊している粒子１６に作用する引きずり力を生じさせる。印加電位差の振幅及び周波数に応じた臨界点において、引きずり力の大きさは、誘導泳動力に打勝つのに十分であり、その結果、隙間内のバルク流に同伴された粒子１６は、縁部から移動して、電極の表面１２ａ，１３ａを横切る。しかしながら、電極面１２ａ，１３ａ上の電界が一様で、バルク流１５が減少するので、粒子に働く上向きの引きずり力は、今や誘導泳動力及び／又は重力に打勝つには不十分である。
【００４３】
図１（ｂ）は、全体的に符号１７で示す既知の電極形態の一部を示し、この電極形態では、第１のプレーナ電極１２の面１２ａの境界は、その両側の縁部のところで、隣接した相手方の電極１８の表面によって構成されている。理解できるように、異常誘導泳動により、第１の電極１２の面１２ａ全体を実質的に覆う渦１５を発生させ、その結果、面１２ａから遠ざかる粒子１６の漏れを効果的に阻止する。粒子１６は、電極１２の長手方向長さと平行な線をなして電極面１２ａ上に集合させられる。
【００４４】
次に図２（ａ）を参照すると、本発明の電極形態の第１の具体的実施形態が示されている。全体を符号１９で示す電極形態は、脚部２１を有する実質的に円形の第１のプレーナ電極２０を有し、この脚部２１は、相手方の電極から分離している。相手方の電極は、途切れたリング電極２２を有し、このリング電極２２は、第１の電極２０及び脚部２１の一部分の境界を構成している。第１の電極２０は、ほぼ円形であり、その周囲の大部分の周りの境界を構成しているので、粒子１６は、第１の電極２０の上にリング形態に集まり、適当なパラメータの選択によって、粒子１６は、スポット２３の形態に密に集中させられる。粒子１６の集中は、電極２０の周縁部の周りに生じる複数の内向きの渦１５による。
【００４５】
図２（ｂ）は、全体的に符号２４で示すインターデジタル形電極形態を示している。第１のプレーナ電極２５は、アーム部分２７によって水平方向中心軸線に沿って連結された４つのほぼ円形の面２６を有している。相手方のプレーナ電極２８が、円形面２６と相補的に第１の電極２５を包囲する１対の歯付き脚部分２９及び凹部３０を有する面２８ａを構成している。粒子１６は、第１の電極２５の円形面２６の各々の上に、リング又はスポット２３の形態に集中させられる。
【００４６】
図２（ｃ）は、別のインターデジタル形電極形態を示す。第１のプレーナ電極３１が、直線状ストリップ、即ち、「バスバー」３２を有し、バスバー３２は、共通の水平方向中心軸線を共有する３つの突出したほぼ円形の面３３を有している。相手方のプレーナ電極３４が、円形面３３と相補的に第１の電極３１を包囲する４つの脚部分３５及び凹部３６を有する面３４ａを構成している。粒子１６は、第１の電極３１の円形面３３の各々の上に、リング又はスポット２３の形態に集中させられる。
【００４７】
図３は、全体的に符号３７で示す別のインターデジタル形電極形態を示し、この電極形態は、粒子１６を集合させ又は集中させる電極面の使用を最適にする。各電極３８，３９は、ストリップ、即ち、バスバー４０を有し、バスバー４０は、その長手方向部分に対して垂直に延びる４つの親指形部分４１を有している。各親指形部分４１は、アーム４３によってストリップ、即ち、バスバー４０に連結されたほぼ円形の面４２を構成し、バスバー４０と一緒に、相手方の電極の親指形部分４１に対する相補的な凹部４４を構成している。粒子１６は、各電極３８，３９の円形面４２上に、リング又はスポット２３の形態に集中させられる。
【００４８】
〔例１〕
図３の電極形態３７を使用し、各電極３８，３９の円形面４２を５７５μｍとし、隙間寸法を１００μｍとし、周波数１ｋＨｚで１０Ｖの印加交番電位差において、１ｍｌ当たり１０8個以下（〜１０8 spores/ml）のバチルス球（bacillus globiggi）の胞子（〜８００ｎｍ）を含む３０ｍＳ／ｍ塩化カリウム溶液から、胞子１６を集中させた。
【００４９】
図４（ａ）は、いくつかの時間間隔における、単一の円形面４２上への胞子１６の集中状態を示す。理解できるように、電位差が印加されていない状態では、胞子１６は、溶液中にランダムに分布する。電位差を９０秒間印加した後、多数の胞子１６が面４２の中央に集中した。さらに９０秒後、胞子は、面４２の中央にスポット２３の形態に密に集中した。
【００５０】
集中速度は、印加される電位差の周波数及び液体の導電率に依存する。表１は、種々の導電率の塩化カリウム溶液から胞子１６を集中させる最適周波数を示す。集中速度の減少が高導電率の溶液に観察されるが、これを、高電位によって補償してもよい。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
〔例２〕
図３の電極形態３７を使用し、各電極３８，３９の円形面４２を５７５μｍとし、隙間寸法を１００μｍとし、周波数１ｋＨｚで１０Ｖの印加交番電位差において、１ｍｌ当たり１０5個以下（〜１０5 spores/ml）のバチルス球の胞子（〜８００ｎｍ）を含む３０ｍＳ／ｍ塩化カリウム溶液から、胞子１６を集中させた。
円形面の中央において１５秒間隔で観察された胞子１６の数を、高倍率顕微鏡で検査した。
【００５３】
図４（ｂ）は、電位差を印加していない状態において、１６個の胞子１６が存在していることを示す。電位差を１８０秒間印加した後、胞子の数は１１３個であり、４０５秒後には、２１５個まで増大した。図５（ａ）は、時間に対する胞子数の増加をプロットしたものを示す。
【００５４】
図３の電極形態は、胞子を電極表面４２上に集合させることによって、胞子の局所密度を明らかに増大させている。パラメータを最適化することにより、この密度における懸濁液からの胞子のいっそう迅速な集中が生じることが予想される。
【００５５】
上述したように、粒子の最適な集中は、渦の寸法が電極の円形領域の半径（アール）よりも僅かに小さい寸法に制限されるときに達成され、その結果、周縁部の互いに反対側の箇所で発生する渦は重ならない。
【００５６】
図４（ｃ）は、液体中に形成される渦の寸法、かくして、円形面４２上への粒子の集中状態への印加電位差の周波数の影響を示す。バスバー及び面４２上で観察された集合前部４５，４６は、面４２の直径が印加電位差の周波数に対して適当であることを必ず可能にする制御手段を構成する。しかしながら、面４２の直径が渦よりも非常に大きい場合、粒子１６は、縁部に沿ってリング形態で面上に集まる。面４２の直径が渦よりも小さい場合、渦は、互いに重なり、粒子１６に増大した引きずり力を及ぼし、粒子は、もはや面４２上に保持されなくなる（図８参照）。
【００５７】
〔例３〕
図３の電極形態３７を使用し、各電極３８，３９の円形面４２を２３０μｍとし、隙間寸法を５５μｍとし、可変周波数で１０Ｖの印加交番電位差において、１０ｍＳ／ｍ塩化カリウム溶液から、バチルス球の胞子１６（〜８００ｎｍ）を集中させた。
【００５８】
図５（ｂ）は、円の縁からの集合前部までの距離を周波数の関数としてプロットしたものを示す。分かるように、周波数が低いとき、渦はより大きい。
【００５９】
〔例４〕
図３の電極形態３７を使用し、各電極３８，３９の円形面４２を５７５μｍとし、隙間寸法を１００μｍとし、周波数６００Ｈｚで１０Ｖの印加交番電位差において、１ｍＳ／ｍ塩化カリウム溶液から、直径１１０ｎｍの蛍光ラテックスビーズを集中させた。
【００６０】
図６を参照すると、電位差を印加していない状態において、透過光写真は何も教示しない。しかしながら、６０秒後及び１２０秒後では、ビーズからの蛍光は、ビーズが面４２の中央に集められているビーズを明らかに示している。バスバーの頂部の領域は、ランダムに分布した粒子の背景の蛍光を示しているに過ぎない。
【００６１】
ウイルスがその他の粒子よりも小さく、したがって、バルク流と共に再循環する可能性が高いという観点から、ウイルスの寸法の粒子が集合したことは、期待を持てる結果であった。しかしながら、ウイルスを拘束できる抗体コーティング又は層は、上記効果を減じる。
【００６２】
〔例５〕
図３の電極形態３７を使用し、各電極３８，３９の円形面４２を５７５μｍとし、隙間寸法を１００μｍとし、周波数６００Ｈｚで１０Ｖの印加交番電位差において、０．１ｍＳ／ｍ塩化カリウム溶液から、イースト菌細胞（〜５μｍ）を集中させた。図７を参照すると、４５秒後において、イースト菌細胞１６は、円形面４２の上に内方にリングの形態に引きずられた。９０秒後においては、イースト菌細胞は、円形面４２の中央に密なスポットの形態で集中した。
【００６３】
図８を参照すると、粒子が抗体又はレクチンコーティング即ち層によって保持されている電極面４７の上の粒子を洗い流すことは、渦１５が電極面４７上で重なるようにパラメータを選択することを含む。上述したように、重なりにより、粒子１６にはたらく引きずり力を増大させ、それにより、非結合粒子１６ａをバルク流に戻す。
【００６４】
図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照すると、図３出説明した形態と同様の電極形態が、円形のＳＰＲチップの中央に設けられている。金である電極３８，３９は、半円形のバスバー４０を有し、バスバー４０は、ばね４８を介して交番信号源（図示せず）に接続されている。
【００６５】
この構成は、スライダを種々の流れ方向に関して回転させることができるように、半円形タッチパッド（図示せず）を更に有するのがよい。チップは、蓋５０を有するフローセル４９に固定され、蓋５０は、シーラントグルー５２によって固定されたばね４８が貫通する中央孔５１を有する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１（ａ）】異常誘導泳動による液体から電極面上への粒子の集合を示す図である。
【図１（ｂ）】異常誘導泳動による液体から電極面上への粒子の集合を示す図である。
【図２（ａ）】本発明による電極形態の実施形態の平面図である。
【図２（ｂ）】本発明による電極形態の別の実施形態の平面図である。
【図２（ｃ）】本発明による電極形態の更に別の実施形態の平面図である。
【図３】本発明による電極形態の好ましい実施形態の平面図である。
【図４（ａ）】図３の実施形態の電極面上へのニジェール変種型枯草菌（バチルス球）胞子の集合状態を示す写真である。
【図４（ｂ）】図３の実施形態の電極面上へのニジェール変種型枯草菌（バチルス球）胞子の集合状態を示す写真である。
【図４（ｃ）】図３の実施形態の電極面上へのニジェール変種型枯草菌（バチルス球）胞子の集合状態を示す写真である。
【図５（ａ）】図３の実施形態の電極面上への粒子の集合を時間の関数として示すグラフである。
【図５（ｂ）】図３の実施形態の電極面上への粒子の集合を印加交番電位差の周波数の関数として示すグラフである。
【図６】図３の実施形態の電極面上へのウイルス寸法を有する蛍光性ラテックスビーズの集合を示す写真である。
【図７】図３の実施形態の電極面上へのイースト菌細胞の集合を示す写真である。
【図８】本発明の一側面による、電極面からの粒子の洗い流しを示す図である。
【図９（ａ）】本発明によるＳＰＲチップを示す図である。
【図９（ｂ）】本発明によるＳＰＲチップのフローセルへの使用例を示す図である。
【図１（ａ）】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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