(57)【要約】界面活性剤の研究法および研究装置本発明は界面活性剤の特性、特に界面活性剤の物性を研究する方法および装置に関するものである。標本体積の表面の少なくとも一部の区域において一方の流体と他方の流体との間に界面が形成されるように一方の流体をこの一方の流体と不混和性の他方の流体の中に標本体積の形で導入する。前記標本体積は与えられた決定軸線の回りに軸方向に対称的に形成されるので、界面は前記の与えられた決定軸線に対して軸方向対称的に形成される。前記界面活性剤が界面にそって拡張されて界面活性剤との界面区域において表面薄膜を形成する。そこで、この表面薄膜を顕微鏡的に研究する事ができる。
2004527759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界面活性剤の特性、特に物理的特性を研究する方法において、
−標本体積（１）の表面の少なくとも一部の区域において一方の流体（２）と他方の流体（３）との間に界面（５）が形成され、この界面（５）が与えられた決定軸線に対して軸方向に対称的となるように一方の流体（２）をこの一方の流体と不混和性の他方の流体（３）の中に標本体積（１）の形で導入し、前記標本体積（１）が与えられた決定軸線（６）の回りに軸方向に対称的に形成される段階と、
−前記界面活性剤を界面（５）にそって拡張させて界面（５）の区域中に表面被覆を形成する段階と、
−表面薄膜を顕微鏡的に検査する段階とを含む界面活性剤特性の研究方法。
【請求項２】
標本体積（１）が本質的に球形であるので界面（５）が球形表面上に形成される事を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
界面（５）が閉鎖層として形成される事を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
標本体積（１）が毛管手段によって保持される事を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
標本体積（１）を他方の流体（３）の中に配置するため、標本体積（１）が湾曲した支承面（７１）に当接させられる事を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
表面薄膜の顕微鏡的研究中に界面（５）を拡大しまたは収縮させるように標本体積（１）が変動される事を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
表面薄膜が顕微鏡的に研究される際に表面張力が測定される事を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
表面張力の圧力−表面等温線が測定される事を特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
表面薄膜の顕微鏡的研究に捕捉泡界面活性計が使用される事を特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
表面薄膜の顕微鏡的研究において脈動泡界面活性計が使用される事を特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
表面薄膜の研究において顕微鏡（１００）が使用され、この顕微鏡の光学軸線が与えられた限定軸（６）と共線的に配置される事を特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
顕微鏡的研究においてラスター走査顕微鏡が使用される事を特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
界面活性剤の特性、特にその物理的特性を研究する装置において、前記装置は下記のフィーチャ、
−少なくとも部分的に他の流体（３）によって充填された測定チャンバ（６）と、
−標本体積（１）の表面の少なくとも一部の区域において一方の流体（２）と他方の流体（３）との間に界面（５）が形成され、この界面（５）が与えられた決定軸線に対して軸方向に対称的となるように一方の流体（２）をこの一方の流体と不混和性の他方の流体（３）の中に標本体積（１）の形で導入し、前記標本体積（１）を与えられた決定軸線（６）の回りに軸方向に対称的に形成するための導入手段と、
−表面薄膜の顕微鏡的研究のための顕微鏡手段とを含む装置。
【請求項１４】
界面区域（５）の中に表面薄膜を形成するように測定チャンバ（８）の中に界面活性剤を導入するための展張手段（５５）を特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
測定チャンバ（８）中において標本体積（１）を顕微鏡手段に対して配置するための配置手段を含む事を特徴とする請求項１３または１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記配置手段が標本体積（１）の自己配置のための湾曲した支承面（７１）を有する配置機素を含む事を特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記測定チャンバの体積が変動されうる事を特徴とする請求項１３乃至１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記標本体積（１）が前記配置手段（８５，８６）によって測定チャンバ（８）のＸ軸線、Ｙ軸線およびＺ軸線にそって移動可能である事を特徴とする請求項１３乃至１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記測定チャンバ（８）の中に他方の流体（３）を導入するための供給手段を特徴とする請求項１３乃至１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
標本体積（１）を導入するための前記導入手段が毛管手段を含み、この毛管手段によって標本体積（１）は測定チャンバ（８）中への導入に際して固定される事を特徴とする請求項１３乃至１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記顕微鏡手段が光学顕微鏡（１００）を含む事を特徴とする請求項１３乃至２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
表面張力を測定するための装置が配備される事を特徴とする請求項１３乃至２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記顕微鏡手段がラスター走査顕微鏡を含む事を特徴とする請求項１３乃至２２のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は界面活性剤を研究する方法および装置に関するものである。
【０００２】
界面活性剤は二種の非混和性流体間の界面において分子膜を形成する。界面活性剤は分子的に定義された層の形成を目標とする事ができる。また界面活性剤は例えば非線形光学において大きな重要性を取得した。例えば界面活性生理学的マクロ分子（肺界面活性剤）は人体の肺の機能的成分であり、生命科学において界面活性剤はプラズマ膜のモデルとして役立つ。界面活性剤の薄膜圧Πが界面の表面張力に対して拮抗する。例えば、下記の関係式が水と空気との界面に関して有効である。
【０００３】
γ＝γ０−Π                    （１）
ここに、γ０を純水の表面張力（２５℃において〜ｍＮ／ｍ）とし、γは上部に薄膜を備えた界面において得られる表面張力である。このコンテキストにおいて得られる特性は、分子あたりの平均面積の減少に従って薄膜圧が増大し、これに対応して表面張力が低減するするにある。この関係は界面活性剤に依存して特性的に展開し、またこの関係はいわゆる圧下の定温において記録される。またこの関係は例えば「Captive Bubble Surfactometer」（「捕捉泡界面張力計）」によって測定されるいわゆる圧力−面積等温曲線における定温部分において記録される。
【０００４】
前記の捕捉泡界面張力計は液体中のガス泡の泡ゼオメトリーに基づく数学的処理によって界面の表面張力を確定するために適当である。表面張力を確定する１つの方法はいわゆる滴状分析ＡＤＳＡであって、これは例えば雑誌"Polymer Engineering and Science"(1998)38:757 においてKwokほかによって記載されている。ガス泡の液体中の浮遊状態については、ガス泡はすこしドーム状の寒天天井まで駆動されてそこで固定される。チャンバの圧力を変動させる事によって体積を変動させ、従ってまた泡の形状を変化させる事ができる。泡は上方に引張られて対応の表面張力を誘導する。捕捉泡界面張力計のこれ以上の詳細についてはシュルヒほかの論文"A captive bubble method reproduces the insitu behavior of lung surfactant monolayers"、J.Appl Physiol.(1989) 67: 2389-96 を参照されたい。
【０００５】
また例えばエンホーニングの論文："A pulsating bubble technique for evaluating pulmonary surfactant", J.Appl. Physiol.(1977)43: 198-263 に記載ののように、脈動泡界面活性計においては圧力−面積等温曲線を測定する他の方法が使用される。１つの実施態様においては、ガスを充填された毛管が閉鎖容器の中に収容された液体の中に浸漬される。次に容器中の液体体積が所定量だけ低減される。これにより、対応の体積のガス泡が毛管から出て液体の中に入る。ガスと液体との界面における界面張力が数学的処理によって計算される。
【０００６】
界面張力を計算する基礎は下記のラプラス方程式であって、ここにΔｐは二種の流体間の差圧、γは表面張力、またｃ１とｃ２は表面の曲率半径とする。
【０００７】
Δｐ＝γ（ｃ１＋ｃ２）                  （２）
前記の両方の方法において、ガスの代わりに、ガス泡の導入される液体と不混和性の希薄な液体を使用する事ができる。
【０００８】
前述の方法によって決定された圧力−面積等温曲線は界面活性剤を含有する表面薄膜に関して、一次または高次の位相変換、多成分系における混和性など、熱力学現象に関する情報を与える。この圧縮中の表面薄膜の分子構造は、物質の特性的挙動の基本的分子原理に関して結論を生じる事ができるので非常に興味深い。２つの流体間の界面区域における表面薄膜は相異なる物理的状態の分子間の位相界面を含む事ができ、例えば混合薄膜の場合に表面薄膜の内部に分子の特性的分布が生じるなどの現象が見られる。例えば肺界面活性剤は複雑な三次元分子構造を成し、この分子構造は直接に分子機能に関連し、またそのビットのみが従来理解されている。
【０００９】
二、三の成分の蛍光マーキングを生じて次に蛍光顕微鏡を通して観察する事を可能とする表面薄膜中の界面活性剤構造の研究方法が存在する。レシュほか著「Fluorescence microscope to observe dynamical processes in mono molecular layers at the air/water interface（空気／水界面における単分子層中のダイナミック・プロセスを観察する蛍光顕微鏡）」（1984) 55: 1968-1972 参照。１つの分子構造を薄膜の特定状態と結びつける事ができるように、この種の研究がいわゆる薄膜バランス法（計量装置）によって実施されている。これは１つの物質が液体を充填されたトラフのガス／液体界面（代表的には数平方センチメートルの面積）の中に拡張し、次に可動バリヤによって圧縮する事を意味する（例えば、"Ulman, A.,"An introduction to ultrathin organic film", Academic Press, Bonston,1001,page 442 参照）。エピ蛍光顕微鏡の場合、対物レンズは表面薄膜の上方の中心位置に薄膜バランス上に配置される。
【００１０】
この方法の欠点は、薄膜バランス上の表面薄膜が、低薄膜圧において非常に強い流れに露出される事であるが、この流れは高薄膜圧においても自然発生的に生じる事である。この場合には表面薄膜の顕微鏡検査は大幅に損なわれる。さらに研究対象が実験室中の循環空気または建物の振動などの環境から発生する擾乱作用に対してきわめて敏感である。これは、研究対象が環境に露出された大きな界面を有しまたトラフ中の液体が振動する傾向があるからである。この故に、それぞれの分子構造を経時的に観察する事が不可能となる。少なくとも計測機器を環境から遮断するのに高い出費が要求される。
【００１１】
界面サイズの変動が流れを生じ、表面薄膜の中に緊張を生じる。例えばマルコム著「The flow and Deformation of synthetic Plypeptide Monolayers duringCompression(圧縮中の合成ポリペプチド単層の流れと変形）」J. Colloid Interface Sci.(1985)104:520 参照。さらに表面薄膜はその圧縮または膨張中に蛍光顕微鏡の対物レンズから移動させられるので、研究される分子構造が視界から消失する。
【００１２】
高圧においては、しばしば薄膜バランス上にいわゆクリーピングが生じ、分子をさらに圧縮するのでなく分子は水／空気界面から離間する。例えば分子は移動するバリヤの下に押し込まれる。
【００１３】
従って本発明の目的は、顕微鏡による研究において研究の精度を高め誤差の可能性を低下させるために界面活性剤を含む表面薄膜が２つの流体の界面に配置されるようにする改良方法および改良装置を提供するにある。
【００１４】
この目的は本発明によれば、請求項１に記載の方法および請求項１３に記載の装置によって達成される。
【００１５】
本発明の本質的コンセプトは、標本体積の表面の少なくとも一部の区域において一方の流体と他方の流体との間に界面が形成され、この界面が与えられた決定軸線に対して軸方向に対称的となるように一方の流体をこの一方の流体と不混和性の他方の流体の中に標本体積の形で導入し、前記標本体積が与えられた決定軸線の回りに軸方向に対称的に形成されるにある。界面活性剤が前記界面全体に拡張されて界面の表面全体にそって表面薄膜が形成される。
【００１６】
このような界面活性剤を含有する表面薄膜の顕微鏡的研究は先行技術と比較して二、三の利点を示す。これら２つの流体間の界面がより大きな機械的および時間的安定性を特徴とする。一方の流体の標本体積は他方の流体によって環境中の音響擾乱および熱変動から効果的に遮蔽される。例えば、測定チャンバ中の圧力が周囲圧と相違する場合、周囲からのほとんど完全な音響遮断が得られる。非常に小さい標本体積が選択された時、界面の発振傾向は薄膜バランスによる測定の場合と比較して劇的に低減される。従って環境からの器機の複雑な高コストの遮蔽を実施する必要がなくなる。ラスター走査顕微鏡検査などの高解像度顕微鏡検査を実施する事ができる。（Colton et al., "Scanning probe microscopy", Curr. Opin. Chem.Biol. (1997) 1:370-377)
適当な構造は、区域が変更された時に表面薄膜を与えられた特定の軸線に対して対称的にそれぞれ収縮および膨張させる。
【００１７】
捕捉泡界面活性計が使用される時、高薄膜圧における前述のクリーピング現象は完全に防止される。
【００１８】
このようにして達成された表面薄膜の安定化により、２流体間の界面における表面薄膜中の界面活性剤の動的な構造変化を調査する事ができる。さらに従来の薄膜バランスを使用する研究方法と対比して、高解像法による顕微鏡検査を実施する事ができる。さらに従来はガス／液体境界層についてのみ可能であった活性境界層の光学顕微鏡的研究が活性界面薄膜についても可能となる。
【００１９】
軸方向対称界面を有する軸方向対称性標本体積は、例えば低密度の一方の流体を高密度の他方の流体の中に導入し、また他方の流体の特性に近い特性を有する要素によって標本体積の浮力を制限して標本体積の表面区域において２つの流体間の界面が実質的に影響されないようにする事によって得られる。前記要素にドーム型天井の形状を与えれば、水平面における標本体積の自動的定心を生じる事ができる。他の定心手段として、水平面においてある種の機械的調整を実施する事ができる。一方の流体の導入を例えば弁および／または注射器によって実施する事ができる。もちろん前記以外の導入法も考慮される。
【００２０】
あるいはまた違法の流体を毛管手段から他方の流体の中に入らせる事ができる。この実施態様の場合、界面または境界層は標本体積と毛管手段とが相互に接触しない区域においては閉鎖されない。前記の両方の実施態様において、表面張力は界面の形状を分析する事によって測定する事ができる。
【００２１】
界面を意図的に変動させる試みは、捕捉泡界面活性計のコンテキストにおいて公知のように、毛管手段を使用する事なく一方の流体を他方の流体の中に導入して圧力を変動させる実施態様によって実施する事ができる。標本体積を毛管手段によって導入する場合、前述の脈動泡界面活性計の基礎となる原理を応用する事により達成される。この場合、他方の流体の体積が変動させられて、この変動に対応する一方の流体の体積が毛管手段の中に入りまたは毛管手段から出る。
【００２２】
標本体積の横方向映像は標本体積の対称的軸線に対して直角方向に光学観察手段を使用して、これらの標本体積上の表面薄膜によって影響される２つの流体の間の表面張力を測定する事によって得られる。表面張力を正確にまたは近似的にに計算するため、種々の数学的演算を実施する事ができる。
【００２３】
あるいはまた表面張力を測定するために標本体積の音響的励起を選択する事ができる。毛管力による共鳴周波数が表面張力に依存するのであるから、共鳴周波数は周波数スペクトルから決定する事ができる。１つの実施態様において、このスペクトルは二、三の周波数における直立波を光学的に観察する事によって検出する事ができる。振幅が光学的に検出できる程度に大きくなるには十分な励起エネルギーを加えなければならない。ラスター走査型顕微鏡を使用する場合にはｎｍレンジの振幅を検出する事ができる。また選択的に吸収測定によってスペクトルを検出する事ができよう。なぜかならば、共鳴に際して発振のための特に大きなエネルギーが吸収されまた少なくとも部分的に等方的に散乱されるからである。記録は例えば顕微鏡によって実施する事ができよう。
【００２４】
本発明の１つの実施態様によれば、２流体間の界面が変動される場合に表面薄膜中の面積誘導変化の研究を可能とするように、標本体積を形成する一方の流体を好ましくはガスとする。両方の流体が耐圧チャンバの中に配置される。圧力が変動されて体積を変動させ、従ってガスから成る標本体積の表面が変動される。標本が光学顕微鏡を通して観察される場合、対物レンズを標本体積に近接させなければならない。最適観察のために、対物レンズを他方の流体に対して光学的に適合させる事ができる。すなわち、他方の流体が水であってその中に浸漬され場合には対物レンズは水中の浸漬に適当なものとする事ができる。また同様に、標本体積を気密チャンバ中に配置して透明プレートを通してこれを観察する事ができる。光学顕微鏡の対物レンズの代わりにラスター走査顕微鏡のプローブを使用し、または他の顕微鏡技術の観察手段を使用する事ができよう。
【００２５】
本発明の他の実施態様においては、標本体積の表面の最下点または頂点と言われる表面薄膜の研究のために顕微鏡の対物面を使用する事ができる。そのために標本体積を光学ビーム通路の方向に移動させる事ができる。また頂点を光学軸線上に移動させるために光学軸線に対して直角方向の移動を成す事ができる。
【００２６】
以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。付図において、図１は一方の流体２の標本体積１が他方の流体３によって包囲される。標本体積１の表面４に２つの流体２，３の間に界面５が形成される。物性を研究しようとする１つまたは複数の界面活性剤が界面５の区域中に加えられる。加えられた界面活性剤が界面区域において標本体積１の上に表面薄膜を形成する。標本体積１、従って界面が軸線６に対して軸方向に対称的に形成される。界面活性剤によって形成される表面薄膜の分子が２つの流体２，３のいずれの中にも不溶性でありまたこれらの２つの流体が相互に混和性でなければ、軸方向対称性の故に表面薄膜の流れは不可能となる。
【００２７】
表面薄膜の顕微鏡観察のために、軸線６と一致させられた光学軸線を有する顕微鏡２０が配備される。このようにして頂点７，すなわち標本体積１または界面５の最下点が顕微鏡２０に対向配置される。測定中、顕微鏡２０と頂点７との距離４０は適切に一定に保持される。
【００２８】
光学観察手段３０の光学軸線１５が軸線６に対して直角に延在し、表面薄膜の表面張力を界面５の形状に従って特定する事ができる。軸線１５は標本体積１の中心を通る必要はない。標本体積の表面張力を特定するのに十分な輪郭全体または輪郭の一部が見られればよい。軸線６に関して軸方向対称的に見られた輪郭から三次元形状が決定される。
【００２９】
図２は表面活性物質の研究法を使用するための「捕捉泡界面活性計」の概略図である。例えばこの場合の流体３は機密チャンバ８の中に充填された水である。流体２はガスである。浮力が標本体積１を例えば寒天の親水性ドーム状天井７１に対して圧着し、また軸線６に関して軸方向対称性の界面５が形成される。この実施態様においては、標本体積１は１００μｍ乃至３００μｍの直径を有する。しかし原則的にこれより小さなサイズまたは大きなサイズも考慮される。寒天ゲル４とその形状がチャンバ８の中において標本体積１を保持する。
【００３０】
流体３は所望ならば分与ポンプ５０，５１によって供給されまた交換される。分与ポンプ５０，５１からチャンバ８の中への供給は高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）から圧力・真空密閉通路５２，５３を通して生じる。さらに標本体積１の充填用流体２が弁５４を通して供給される。さらに界面活性剤を界面５上に拡張するために、この弁５４を通して界面活性剤を導入する事ができる。あるいは、界面活性剤を注射器５５を通して界面５に対して噴射する事ができる（プッツほか、"A spreading technique for forming a film in a captive bubble in a surfactometer" Biophysical Journal (1998) 75:2229-39) 界面活性剤の拡張後に、標本体積１の拡張と観察を妨げないために注射器５５を除去しなければならない。
【００３１】
標本体積１は手動的にまたはモータによって滑動する事のできる機械的ステージ８５によってＸ軸線方向およびＹ軸線方向に移動させる事ができ、またモータ駆動マイクロメータねじ８６またはその他の調節手段によってＺ軸線方向に移動させる事ができる。また図２に図示のようにモータ駆動マイクロメータねじ８６との接触がプランジャ８１を通して得られる。バネ８２がモータ駆動マイクロメータねじ８６との機械的接触を生じる。他の実施態様においては、Ｚ軸線方向の移動を圧電素子によって実施する事ができる。この場合には、バネ８２は片寄らせの目的に使用される。
【００３２】
図２に図示の実施態様において、標本体積１は光学顕微鏡１００を通して顕微鏡検査される。他方の光学顕微鏡１００はエピ蛍光顕微鏡とする事ができる。この光学顕微鏡１００は例えば選択的に、共焦点的にまたは従来方法によって作動される。これは、対物レンズ２１が流体３の中に浸漬される事を意味する。例えば蛍光分布となる顕微鏡映像がレンズ２２によってＣＣＤチップ２３上に撮像され、デジタル化されて評価手段７０によって評価され、この評価手段は例えばパソコンとする事ができる。
【００３３】
また側面からの標本体積１の検査が実施されて、標本体積１上の表面薄膜の表面張力を決定する。これはボアスコープ１１０によって実施される。ＨＰＬＣ通路として通路１１１が備えられている。表面張力を決定するため、ボアスコープ１１０が標本体積１の輪郭を検出する。レンズ３２が映像をＣＣＤチップ３３上に収束して次にデジタル化する。デジタル化された映像が評価手段７０によって評価される。標本体積１の表面薄膜によって影響される２流体間の表面張力はＡＤＳＡアルゴリズムを適用する事によって決定する事ができる。評価手段７０が各顕微鏡映像に対してそのそれぞれの表面張力を割当てまたこれを記憶する。
【００３４】
ソフトウェア駆動されるディスパーサ・ポンプ６０が標本体積１のサイズを変動させ従ってその界面５を変動させる事ができる。チャンバ８中の圧力が圧力ゲージ６１によって監視され、この圧力は同様に適当なソフトウェアによって読取られる。ディスパーサ・ポンプ６０と圧力ゲージ６１のそれぞれの通路２００，２０１はＨＰＬＣ通路として設計される。ディスパーサ・ポンプ６０はチャンバ８中の流体３の上方のスペース２０２中のガス圧を変動させる。これによって標本体積の体積が変動される。通常、ディスパーサ・ポンプ６０は負圧を発生するために使用されるが、正圧を加えるために使用する事もできる。
【００３５】
標本体積１の体積が変動しても標本体積１の頂点７と対物レンズ２１との間の距離を一定に保持するように標本体積１をＺ方向に移動させるため、モータ駆動式マイクロメータねじ８６を作動する事ができる。
【００３６】
図２に図示の構造の前記すべての機能は均一ユーザ表面を通して評価手段７０によって評価される。さらに詳しくは、光マイクロスコープ１とボアスコープ１１０とによって撮像される顕微鏡映像が表面の関数として合体される。特定量の物質が界面５に拡張されるならば、表面薄膜の表面張力は分子あたりの平均面積の関数として計算する事ができる。このようにして例えば拡張された界面活性剤の構造−関数関係に関して結論を下す事ができる。
【００３７】
図３Ａ乃至図３Ｃは図２に示す捕捉泡界面活性計に関連して体積の変動と調整法とを示す説明する概略図である。図３Ａは図２の構造の始動状態を示す。この始動状態を得るため、例えばチャンバ８に約１００μｌの緩衝液を充填する。さらに、例えば約１００μｍの直径の標本体積１を注射する。この状態における直径はＸ軸方向、すなわち光学軸線６に対して垂直方向の標本体積１の最大延長を示す。次に、この選択された実施例において負圧を加える事によって直径を約３００μｍにまで増大させる。光学顕微鏡１００およびボアスコープ１１０を通しての観察が開始され、標本体積１が光学軸線上に移動させられる。次に標本体積１の頂点７が光学顕微鏡１００の焦点面の中に移動させられる。そこで界面活性剤を注射する。界面活性剤の吸収が構造的には光学顕微鏡１００によって、また機能的にはボアスコープ１１０によって（表面張力の低下）測定される。
【００３８】
標本体積１のサイズが図３Ｂに図示のように変動させられる。図示の実施例において標本体積１の体積が増大され、この故に対物レンズ２１から頂点７までの距離が小となる。標本体積１の初期形状が図３Ｂにおいて不連続線によって示されている。光学顕微鏡１００によって鮮明に収束された光学映像を得るためには初期間隔４０が再構築されなければならない。これは図３Ｃに図示のようにプランジャ８１によって実施される。図３Ｃにおいて、プランジャ８１の初期位置が不連続線で示されている。
【００３９】
図４は本発明の界面活性剤研究法を使用するための脈動式泡界面界面活性計の概略図である。図２に図示の構造と相違し、チャンバ８はルーフ３００によって被覆されまた流体３によって完全に充填され、この場合の流体は液体である。流体２はガスまたは流体３と不混和性の液体とする事ができる。図４に図示の実施態様において、流体２は閉鎖された界面５を形成しない。その代わりに流体２はホース６５から突出し、このホースは例えばプランジャ６７によって定置される。ホース６５はチャンバ体積６６と連通し、このチャンバ体積６６は例えば注射器から成りガスを充填されまた締切リングを含む。
【００４０】
例えばプランジャ６７の運動によって標本体積１を変動させる事ができる。他の方法としては注射器５５を通してガスを供給する事ができよう。
【００４１】
図４に図示の実施態様において原則的にありうるクリーピング、言い換えれば界面活性剤分子の移動は例えばホース６５に親水性内側被覆と疎水性外側被覆とを備える事によって最小限にする事ができる。
【００４２】
チャンバ８の中において標本体積１は手動機械的ステージとモータ駆動マイクロメータねじ８６によって配置される。これはソフトウェアベースの制御によって自動的に実施する事ができる。
【００４３】
図５は他の型の捕捉泡界面活性計の概略図であって、この実施態様に使用される顕微鏡はラスター・フォース顕微鏡（ＳＦＭ−「操作フォース顕微鏡」である。他の実施態様においては光学近接視界顕微鏡（ＳＮＯＭ−「操作型近接視界顕微鏡）」などの他の型のラスター操作顕微鏡を使用する事ができる。好ましい実施態様においては、カンチレバ９０がピエゾ９１上に載置されこのピエゾ９１がチャンバ８上に取付けられる。あるいはまたピエゾは対物レンズ２１に取付ける事ができよう。ピエゾ９１は、ラスタ運動が表面にそって実施されまた同時的にそれぞれの型の撮像に必要な距離が保持されるように、空間中の３方向においてカンチレバを移動させる事のできる性格を有しなければならない。ＸとＹは光学軸線６に対して直角の移動を示し、これに対してＺは光学軸線に平行な軸線を示す。この場合例えばラスタ操作顕微鏡を備えた公知の小型ピエゾ管の実施態様が適当であろう。あるいはまたピエゾが横方向（Ｘ、Ｙ）においてのみ走査する事ができ、垂直方向（Ｚ軸線）の移動はプランジャに取付けられたピエゾによって加えられるようにする事ができよう。その場合には、空気泡そのものが垂直方向に移動させられよう。もちろん空気泡は３方向全部において移動させられる事ができる。図示の実施態様において、ラスター・フォース顕微鏡において広く使用されている光ポインター原理を使用してカンチレバの曲げを確実に検出する事ができる。ビームスプリッター９５がレーザ９３のレーザビーム９２をカンチレバ９０に対して指向する。この場合、対物レンズ第２１図がレーザビームをカンチレバに収束するのに役立つ。反射されたビーム９６は他のビームスプリッター９７を通して４セグメント・ダイオード９８上に指向される。制御器９９が光ダイオードからの信号を評価し、これによってピエゾの曲げを制御する。さらに信号がパーソナル・コンピュータ上に通過させられて評価される。原則的に任意公知のラスター走査顕微鏡の測定モードを界面において使用する事ができる。
【００４４】
図６は例えばガスによって包囲された液滴１に対する本発明の方法の簡単な応用例を示す。この場合にも滴表面薄膜の固定性は軸方向対称形状によって保証される。基盤４５は、媒質１が親水性であれば例えば「テフロン（登録商標）」から成り、液体が疎水性であれば寒天ゲルから成る事ができよう。このようにして接触点における界面は少ししか擾乱されないように保証する事ができよう。この場合にも表面張力の測定のために滴の輪郭を側面３１から観察する事によって作成する事ができる。この実施態様において、対物レンズ２１を含む直立顕微鏡を使用し、物体と滴との相互的な最適調節は通常の調節手段によって実施する事ができる。表面の変動は注射器４８によっても得られようが、注射器は界面を乱し従って前記のようなクリーピング現象を発生させる可能性がある。
【００４５】
本発明は初めてそれぞれの顕微鏡の解像限界中において表面活性薄膜を不動状態において直接に界面において顕微鏡的に観察する事のできる測定方法を提供する。さらに前記の方法を実施するに適し同時的に表面張力を測定する事のできる数種の装置が提供された。さらに薄膜を圧縮または膨張させながら、選択された表面区域を撮像区域から移動させる事なく同時的に顕微鏡的に観察する事が可能である。
【００４６】
本発明の種々の実施態様を個別にまた任意に組合わせて実施するために、請求項および付図について説明した本発明の各フィーチャが本質的意味を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】表面薄膜中の界面活性剤を研究する本発明の方法を説明する概略図。
【図２】前記方法を利用する捕捉泡界面計の概略図。
【図３】図２に図示の捕捉泡界面計に関して体積変動と再収束とを説明する概略図。
【図４】界面活性剤を研究する本発明の方法を利用する脈動泡界面活性計の概略図。
【図５】表面薄膜を研究するためのラスター力顕微鏡を含む他の捕捉泡界面計の概略図。
【図６】表面薄膜中の界面活性剤を研究する他の方法を説明する概略図。
【符号の説明】
【００４８】
１  標本体積
２  第１流体
３  第２流体
４  標本体積の表面
５  界面
６  決定軸線
７  支承面
２０，３０  顕微鏡
２１  対物レンズ
４５  基盤
４８  注射器
５０，５１、６０  流体ポンプ
５５  注射器
６１  ゲージ
６７  プランジャ
７０  パソコン
８１  プランジャ
８５  ステージ
９０  カンチレバー
９１  ピエゾ
９３  レーザ
９５  ビームスプリッター
１００  光学顕微鏡
１１０  ボアスコープ
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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