(57)【要約】      （修正有）【課題】出力値のばらつきを低減して測定精度を向上させた微小物体量測定装置。【解決手段】微小物体を含む液体をフローセルに流し、フローセルに備えられたセンサ部で微小物体の量を測定する微小物体量測定装置であって、フローセルに流れる検体液のインピーダンスを調整し、微小物体の検出のための閾値を決定し、センサ部の上流側に、微小物体をセンサ部の近傍に泳動させ、センサ部を通過する検体液に定電流を流し、検体液のインピーダンスの変化をパルス電圧として検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小物体を含む液体をフローセルに流し、前記フローセルに備えられたセンサ部で微小物体の量を測定する微小物体量測定装置であって、
前記センサ部の上流側に、微小物体を前記センサ部の近傍に泳動させる微小物体泳動手段を備えることを特徴とする微小物体量測定装置。
【請求項２】
前記フローセルは、上面基板と底面基板で形成される流路を備え、
前記センサ部は、前記流路の一面に形成された一対の平板電極からなり、
前記一対の平板電極は、前記微小物体を含む液体の流れる方向に並設されていることを特徴とする請求項1に記載の微小物体量測定装置。
【請求項３】
前記微小物体泳動手段は、前記微小物体を誘電泳動させる手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微小物体量測定装置。
【請求項４】
前記誘電泳動させる手段は、一対の櫛歯電極からなり、
前記一対の櫛歯電極は、前記センサ部が設けられた流路面に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の微小物体量測定装置。
【請求項５】
前記微小物体泳動手段は、前記微小物体を磁気泳動させる手段であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の微小物体量測定装置。
【請求項６】
前記磁気泳動させる手段は、電磁石からなり、
前記電磁石は、前記流路と交差し前記センサ部が設けられた流路面と平行方向に磁場を発生することを特徴とする請求項５に記載の微小物体量測定装置。
【請求項７】
前記微小物体泳動手段は、前記微小物体を電気泳動させる手段であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の微小物体量測定装置。
【請求項８】
前記電気泳動させる手段は、一対の平板電極からなり、
前記一対の平板電極は、前記センサ部が設けられた流路面と、前記センサ部が設けられた流路面と対向する流路面とに設けられていることを特徴とする請求項７に記載の微小物体量測定装置。
【請求項９】
前記センサ部の一対の平板電極の間に、前記流路の幅を狭める狭窄部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微小物体量測定装置。
【請求項１０】
微小物体を含む検体液をフローセルに流し、前記フローセルに備えられたセンサ部で微小物体を検出する微小物体量測定方法であって、
フローセルに流れる検体液のインピーダンスを調整するステップと、
前記インピーダンスに対応して、微小物体の検出に用いる閾値を決定するステップと、
検体液中の微小物体を前記センサ部の近傍に泳動させるステップと、
前記センサ部を通過する検体液に定電流を流し、検体液のインピーダンス変化をパルス電圧として検出するステップと、
前記パルス電圧と前記閾値を比較して微小物体量を求めるステップと、
を含むことを特徴とする微小物体量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小物体量測定装置および微小物体量測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水中に存在する微小物体、具体的には大きさ０．１μｍから１０μｍ程度の細菌やプラスチック粒子の量を測定する方法として、電気抵抗法を用いた微小物体の測定方法が提案されている。
【０００３】
図７は、特許文献１に開示されているマイクロ血球カウンタ１００の概略斜視図である。マイクロ血球カウンタ１００は、流路１０２の途中にアパ−チャ１０２Ｃを形成し、このアパーチャ１０２Ｃの両側の流路１０２Ａ、１０２Ｂにそれぞれ電極１０３、１０４を設け、検体血液を一方の流路１０２Ａ側からアパーチャ１０２Ｃを経て他方の流路１０２Ｂ側に移動させ、検体血液が前記アパ−チャ１０２Ｃを通過するときに生ずるインピーダンス変化を両電極１０３、１０４によって検出するものである。
【０００４】
特許文献１のマイクロ血球カウンタ１００は、各電極１０３、１０４を各流路１０２Ａ、１０２Ｂの底部１０２ａ、１０２ｂに設けるとともに、各電極１０３、１０４にそれぞれ接続された電極リード部１０５、１０６を流路底部１０２ａ、１０２ｂと同じレベル位置になるように形成することにより、電極リード部１０５、１０６が途中で断線したり、検体血液の詰まりが生じたりすることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７７３８０（平成１４年９月２５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の微小物体の測定装置には以下のような問題があった。すなわち、特許文献１のマイクロ血球カウンタでは、測定用の電極が流路の底部に備えられていることから、検体液に含有されている粒子が流路の深さ方向のどの位置を通過するかによって電流密度が異なるため、出力値にばらつきが生じ、測定精度が低下するという問題があった。
【０００７】
上記の問題に鑑み、本発明は、出力値のばらつきを低減して測定精度を向上させた微小物体量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】
【０００８】
微小物体を含む液体をフローセルに流し、フローセルに備えられたセンサ部で微小物体の量を測定する微小物体量測定装置であって、センサ部の上流側に、微小物体をセンサ部の近傍に泳動させる微小物体泳動手段を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の微小物体量測定装置によれば、検体液中の微小物体をセンサ部の近傍に泳動させ、センサ部の表面近傍を通過させるので、出力値のばらつきが低減され、測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る微小物体量検出装置の上方断面図である。
【図２】実施例１に係る微小物体量検出装置の側方断面図である。
【図３】実施例１に係る微小物体量検出方法の処理フローである。
【図４】実施例２に係る微小物体量検出装置の上方断面図である。
【図５】実施例３に係る微小物体量検出装置の側方断面図である。
【図６】実施例４に係る微小物体量検出装置の上方断面図である。
【図７】従来技術に係る微小物体量検出装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態である微小物体量測定装置および微小物体量測定方法について、以下に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、実施例１である本発明の微小物体量検出装置を示す上方断面図であり、図２は、その側方断面図である。微小物体量検出装置１は、図１および図２に示すように、上面基板２と底面基板３で構成されるフローセル４を備え、フローセル４の内部には検体液を流すことができる流路５が設けられている。上面基板２と底面基板３には、加工が容易であるガラス基板やシリコン基板等の板状部材が用いられている。
【００１３】
上面基板２には、図１に示すように、検体液を流す流路５と、電解液を流す調整路６が形成されている。流路５と調整路６の深さは、検体液に含まれる微小物体の大きさにもよるが約３０〜２００μｍ程度の深さで形成される。
【００１４】
フローセル４は、上面基板２の流路５と調整路６が設けられた面に、底面基板３が貼り合わされて構成される。図１に示すフローセル４は、流路５において検体液が左から右に流れるように構成されており、入口側には図示しない検体液の供給部が接続され、出口側には図示しない検体液の回収部が接続されている。
【００１５】
調整路６は、フローセル４の入口側で流路５と合流するように設けられており、外部に設けられた電解液タンク１１と流路５とを接続している。そして、調整路６の途中に設けられたバルブ１０の開閉により、流路５を流れる検体液に一定量の電解液を加えて電気伝導度（インピーダンス）を調整できるようになっている。
【００１６】
流路５と対向する底面基板３側の流路面には、出口側にセンサ部として測定電極８が設けられており、このセンサ部の上流側には、微小物体泳動手段として検体液中の微小物体を測定電極８の近傍に泳動させる泳動電極９が設けられている。
【００１７】
センサ部の測定電極８は、図１に示すように、流路５を横切るように形成された一対の平板状電極からなり、検体液の流れる方向に所定の間隔を有して並設されている。
【００１８】
測定電極８は、定電流源１２と電圧計１３に接続されており、電圧計１３は信号演算手段１４と接続されている。センサ部は、測定電極８間に定電流を印加し、検体液のインピーダンス値と定電流値との積となる電圧を電圧計１３で測定する。
【００１９】
微小物体泳動手段の泳動電極９は、一対の櫛歯状の電極が櫛部を対向させて、流路５の両側部に配置されている。泳動電極９は、電圧源１５と電流計１６に接続されている。また、圧源１５と電流計１６は制御手段１７に接続されている。
【００２０】
泳動電極９は、図２の側方断面図に示すように、検体液中の微小物体の泳動軌跡を測定電極８が設けられた底面基板３の流路面に引き寄せる電場を発生させるものである。微小物体が底面基板３の流路面に引き寄せられ易くするため、泳動電極９は流路５に沿ってできるだけ長く設けて、微小物体が泳動電極９を通過する区間を延ばすことが望ましい。
【００２１】
測定電極８と泳動電極９の材質は、電気化学的に安定な白金が好ましいが、ＡｕやＡｌ電極に保護膜を設けた構成としてもよい。電極の厚みは、検出感度や密着性の観点から３００ｎｍ程度とするのが好ましい。測定電極８と泳動電極９は、真空蒸着やスパッタ法などを用い基板上に同時に形成することができる。
【００２２】
なお、測定電極８と泳動電極９は流路５の途中に設けられるが、底面基板３の流路面に平板状に形成されているため、検体液の流れを妨げることはなく、流路５において検体液中の微小物体を目詰まりさせることは生じない。
【００２３】
また、測定電極８と泳動電極９は上面基板２側の流路面に設けられてもよい。
（実施例１の処理フロー）
続いて、本発明の微小物体量測定装置１を用いた微小物体の測定方法について説明する。図３は、本発明の微小物体量測定方法を説明するための処理フロー図である。
【００２４】
まず初めに、フローセル４に供給部から微小物体を含む検体液が導入される。検体液は、流路５に沿って、微小物体泳動手段である泳動電極９と、センサ部である測定電極８に順次流れる。
【００２５】
次に、検体液を流した状態で泳動電極９間に直流電圧が印加され、検体液に流れる電流値が測定される。この電圧値と電流値は制御手段１７に送信され、検体液のインピーダンスが算出される。ここで、検体液のインピーダンスが、次段の測定電極８で信号電圧として測定可能な範囲を超える場合、制御手段１７から調整路６のバルブ１０を開閉する指令が送信され、電解液タンク１１から一定量の電解液が流路５に流入され検体液のインピーダンスが調整される。このインピーダンスの調整作業は、センサ部の測定電極８に定電流を印加したとき、信号電圧として測定可能なインピーダンスとなるまで繰り返される。
【００２６】
検体液のインピーダンスが調整された後、制御手段１７は、検体液のインピーダンスに応じて微小物体を検出するために用いる閾値を決定し、信号演算手段１４に送信する。
【００２７】
制御手段１７は、電圧源１５を制御して、泳動電極９間に検体液のインピーダンスに応じた交流電圧を印加する。泳動電極９間には、交流電界が発生し、検体液中の微小物体が泳動電極９間に引き寄せられる正の誘電泳動力が発生する。微小物体に働く誘電泳動力は、検体液の流れの力とつりあうように電界の強度が調整される。具体的には、微小物体が泳動電極９間に引き寄せられるが補足されるには至らず、検体液の流れに乗ってセンサ部に移動できる程度の誘電泳動力である。例えば、泳動電極９間に印加される電圧値、周波数は、１〜１００Ｖ、１０〜１００ｋＨｚ程度に設定される。
【００２８】
微小物体は、泳動電極９を通過する間に、泳動電極９が設けられた底面基板３の流路面に引き寄せられながら、同じ底面基板３の流路面に設けられた次段の測定電極８の表面近傍に流れていく。
【００２９】
測定電極８間には定電流源１２から検体液のインピーダンスに応じた定電流が印加されており、インピーダンス値と定電流値との積による電圧が電圧計１３に検出される。ここで、検体液中に微小物体が含まれていると、検体液のインピーダンスが変化し、パルス電圧となって検出される。
【００３０】
信号演算手段１４は、電圧計１３で検出されたパルス電圧と閾値を比較し、閾値を超えるパルス電圧の数をカウントする。パルス電圧のカウントは、設定された測定時間内に亘り行われ、測定後、信号演算手段１４で、検体液の流量とパルス電圧のカウント数から微小物体の濃度（個／ｍｌ）が算出される。
【００３１】
以上、説明したように、本発明の微小物体量測定装置１によれば、センサ部の上流側に、誘電泳動力によって微小物体をセンサ部の近傍に泳動させる微小物体泳動手段を備えており、微小物体の泳動軌跡がセンサ部の測定電極８の表面近傍を通過するように制御され、微小物体が測定電極８上を通過するときに、深さ方向でのばらつきが抑制されるため、微小物体の測定精度を向上することができる。
【００３２】
なお、測定電極８と泳動電極９が底面基板３側の流路面に設けられた微小物体量測定装置１で説明したが、測定電極８と泳動電極９が上面基板２側の流路面に設けられた場合も、微小物体の泳動軌跡が測定電極８の表面近傍を通過し、深さ方向でのばらつきが抑制され、微小物体の測定精度を向上することができることは言うまでもない。
【実施例２】
【００３３】
図４は、実施例２に係る微小物体量検出装置１の上方断面図である。実施例２に係る微小物体量検出装置１は、実施例１の泳動電極９の代わりに磁気回路１９が設けられている。その他の構成に関しては、実施例１と同様なので詳細な説明は省略する。
【００３４】
実施例２では、検体液のインピーダンスを測定するための電極１８と、微小物体を測定電極８の近傍に移動させるための磁気回路１９と、メモリ２０が設けられている。
【００３５】
電極１８は、一対の対向する平板電極が流路５の両側部に配置され、電圧源１５と電流計１６に接続されている。電極１８に直流電圧が印加され、検体液に流れる電流値からインピーダンスを測定できるようになっている。
【００３６】
磁気回路１９は、流路５と交差し底面基板３の流路面と平行方向に磁場を発生させるものであり、磁界の強度を調整できることが好ましい。例えば、図４に示すように、磁気回路１９ａ、１９ｂ間をギャップとするコの字状の鉄心にコイルが巻かれた電磁石を用いることができる。そして、磁気回路１９ａ、１９ｂ間にフローセル４が挟まれるよう配置される。
【００３７】
メモリ２０は、微小物体が備えるプラスまたはマイナスの表面電位（以降、ゼータ電位という）の値を検体液中のインピーダンスと関連付けしたデータとして格納している。
【００３８】
磁気回路１９は、上記のように構成され、微小物体のゼータ電位に応じて、磁気回路１９ａ、１９ｂ間の磁場の方向や強度を変えて、微小物体を底面基板３の流路面に引き寄せるローレンツ力を生じさせるようになっている。
（実施例２の処理フロー）
最初に、実施例１と同様に、流路５に流れる検体液のインピーダンスが調整される。ここでは、電極１８で検体液のインピーダンスが測定され、測定電極８の測定範囲を超える場合は、制御手段１７によってバルブ１０が開閉されて検体液に一定量の電解液が加えられる。検体液のインピーダンスが調整された後、メモリ２０に格納されたデータを参照して、検体液のインピーダンスに対応する微小物体のゼータ電位が求められる。
【００３９】
次に、磁気回路１９ａ、１９ｂ間において、微小物体がプラスのゼータ電位を有する場合は、磁気回路１９ａから１９ｂの方向の磁場が印加され、微小物体がマイナスのゼータ電位を有する場合は、磁気回路１９ｂから１９ａの方向の磁場が印加される。
【００４０】
検体液中に含まれる微小物体は、上記のゼータ電位の極性と磁場の方向との関係により、フローセル４の深さ方向において底面基板３側の流路面に向かうローレンツ力を受ける。また、微小物体に働くローレンツ力は、検体液の流れの力とつりあうように磁場の強度で調整される。具体的には、微小物体が磁場中に滞留されるには至らず、検体液の流れに乗って下流に輸送される程度のローレンツ力である。このため、検体液に含まれる微小物体は、磁気泳動により底面基板３の流路面に引き寄せられながら、同じ底面基板３の流路面に設けられた次段の測定電極８の表面近傍に流れていく。
【００４１】
測定電極８間には定電流源１２から検体液のインピーダンスに応じた定電流が印加されており、インピーダンス値と定電流値との積による電圧が電圧計１３に検出される。ここで、検体液中に微小物体が含まれていると、検体液のインピーダンスが変化するため、パルス電圧として検出される。
【００４２】
信号演算手段１４は、電圧計１３で検出されたパルス電圧と閾値を比較し、閾値を超えるパルス電圧の数をカウントする。パルス電圧のカウントは、設定された測定時間内に亘り行われ、測定後、信号演算手段１４で、検体液の流量とパルス電圧のカウント数から微小物体の濃度（個／ｍｌ）が算出される。
【００４３】
以上、説明したように、本発明の微小物体量測定装置１によれば、センサ部の上流側に、微小物体をローレンツ力によってセンサ部の近傍に泳動させる微小物体泳動手段を備えており、微小物体の泳動軌跡がセンサ部の測定電極８の表面近傍を通過するように制御され、微小物体が測定電極８上を通過するときに、深さ方向でのばらつきが抑制されるため、微小物体の測定精度を向上することができる。
【実施例３】
【００４４】
図５は実施例３に係る微小物体量検出装置１の側方断面図である。実施例３に係る微小物体量検出装置１は、実施例２の構成において、微小物体泳動手段として磁気回路１９の代わりに、上面基板２と底面基板３にそれぞれ対向して配置される対向泳動用電極２１ａ、２１ｂを設けている。その他の部分の構成、機能に関しては、実施例２と同様なので説明を省略する。
【００４５】
一方の対向泳動用電極２１ａは底面基板３側の流路面に設けられ、測定電極８の上流側に配置される。対向泳動用電極２１ａは、測定電極８と同材質で真空蒸着やスパッタなどの方法により一緒に形成することができる。他方の対向泳動用電極２１ｂは、上面基板２側の流路面に対向泳動用電極２１ａと対向するように設けられる。対向泳動用電極２１ｂは、対向泳動用電極２１ａと同様の工程で形成できるが、工程を簡略化するため、銀ペーストの塗布等によって設けてもよい。
（実施例３の処理フロー）
実施例２と同様に、実施例３においても、制御手段１７により検体液のインピーダンスを算出した後、メモリ２０に格納されたデータを参照して、検体液のインピーダンスから微小物体のゼータ電位が換算される。
【００４６】
次に、対向泳動用電極２１ａ、２１ｂ間において、微小物体が正のゼータ電位を有する場合は、対向泳動用電極２１ａから２１ｂの方向の電場を印加し、微小物体が負のゼータ電位を有する場合は、対向泳動用電極２１ｂから２１ａの方向の電場を印加する。
【００４７】
検体液中の微小物体は、ゼータ電位の極性と、対向泳動用電極２１ａ、２１ｂ間の電場の方向との関係により、フローセル４の深さ方向において底面基板３の流路面に引き寄せられる電気泳動力を受ける。また、微小物体に働く電気泳動力は、検体液の流れの力とつりあうように電場の強度が調整される。具体的には、微小物体が対向泳動用電極２１a、２１ｂ間に拘束されるには至らず、検体液の流れに乗って下流に輸送される程度の電気泳動力である。したがって、検体液に含まれる微小物体は、電気泳動力により底面基板３側の流路面を沿うようにして輸送される。
【００４８】
測定電極８間には定電流源１２から検体液のインピーダンスに応じた定電流が印加されており、インピーダンス値と定電流値との積による電圧が電圧計１３に検出される。ここで、検体液中に微小物体が含まれていると、検体液のインピーダンスが変化し、パルス電圧となって検出される。
【００４９】
信号演算手段１４は、電圧計１３で検出されたパルス電圧と閾値を比較し、閾値を超えるパルス電圧の数をカウントする。パルス電圧のカウントは、設定された測定時間内に亘り行われ、測定後、信号演算手段１４で、検体液の流量とパルス電圧のカウント数から微小物体の濃度（個／ｍｌ）が算出される。
【００５０】
以上、説明したように、本発明の微小物体量測定装置１によれば、センサ部の上流側に、微小物体を電気泳動力によってセンサ部の近傍に泳動させる微小物体泳動手段を備えており、微小物体の泳動軌跡がセンサ部の測定電極８の表面近傍を通過するように制御され、微小物体が測定電極８上を通過するときに、深さ方向でのばらつきが抑制されるため、微小物体の測定精度を向上することができる。
【実施例４】
【００５１】
図６は、実施例４に係る微小物体量検出装置１の上方断面図である。実施例４に係る微小物体量検出装置１は、実施例１に示した微小物体量検出装置１において測定電極８間の流路５の幅を狭める狭窄部７が設けられている。その他の部分の構成、機能に関しては、実施例１と同様なので詳細な説明は省略する。
【００５２】
狭窄部７は流路５の一部として、上面基板２に流路５や調整路６と一緒に形成される。狭窄部７の間隔は微小物体の大きさに応じて設定されるが、約３０〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００５３】
測定電極８間に狭窄部７を設けることにより、狭窄部７を通過する検体液中の微小物体の密度が高まり、パルス電圧が大きくなるので、測定感度および測定精度をさらに向上させることができる。
【００５４】
なお、狭窄部７は他の実施例２〜３と組合わせて用いることも可能であり、各実施例において測定感度および測定精度をさらに向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は微小物体量測定装置及び微小物体量測定方法に係るものであり、水中の微生物の数量等の、微小物体の数量を検出する水質センサや上記水質センサを搭載した分析装置、浄水器、洗浄機、浄水プラントなどに利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  微小物体量検出装置
２  上面基板
３  底面基板
４  フローセル
５  流路
６  調整路
７  狭窄部
８  測定電極
９  泳動電極
１０  バルブ
１１  電解液タンク
１２  定電流源
１３  電圧計
１２  磁気回路
１４  信号演算手段
１５  電圧源
１６  電流計
１７  制御手段
１８  電極
１９  磁気回路
２０  メモリ
２１  対向泳動用電極
【図１】
2012141263.tif 000003
【図２】
2012141263.tif 000004
【図３】
2012141263.tif 000005
【図４】
2012141263.tif 000006
【図５】
2012141263.tif 000007
【図６】
2012141263.tif 000008
【図７】
2012141263.tif 000009