"サンプルの溶液の一定分量中の粒子の電気泳動移動度を測定するための装置であって、Aコヒーレントで単色の光のビームを生成するための手段と、B前記コヒーレントで単色の光のビームを、1.前記サンプルを通過するであろうサンプルビームと、2.参照ビームとに分割するための光学手段と、C非導電性のサンプルセルとを備え、前記セルは、1.前記サンプルの一定分量を保持するためのチャンバと、2.その間において、電圧が、その中に含まれる前記サンプルの一定分量に印加され得る電極と、3.前記チャンバの中の光学窓とを備え、前記光学窓を通じて、a前記サンプルビームが、前記チャンバに入り得て、その中に含まれている前記一定分量中の粒子から散乱され得るとともに、b前記サンプルビームと前記サンプルの一定分量中の前記粒子から散乱された光の一部とが、前記サンプルセルを離れ得、前記装置は、さらに、D散乱されずに前記サンプルセルを離れる前記サンプルビームと、前記粒子から散乱されて前記サンプルセルを離れる前記サンプルビーム光の前記一部とを集めるとともに平行化するための光学手段と、E前記サンプルビームの光学位相と相対的に前記参照ビームの光学位相を変調するための手段と、F前記参照ビームを、前記粒子から散乱された光の前記平行化された一部と結合させて、それにより第3のコヒーレントビームを形成するための、自由空間中の光学手段と、G前記第3のコヒーレントビームが入射し、各検出素子が時間的に変化する信号をそこから生成する、光検出素子のアレイと、H前記光検出素子の各々から受信した前記時間的に変化する信号を処理するための電子手段とをさらに備え、前記電子手段は、前記信号をデジタル形式に変換して、前記結果としてのデジタル信号をコンピュータ手段に転送して、そこから前記電気泳動移動度を算出する、装置。前記参照ビームの光学位相を変調するための前記手段は、逆反射手段を駆動する圧電アクチュエータを備える、請求項1に記載の装置。前記逆反射手段は、直角プリズムである、請求項2に記載の装置。前記逆反射手段は、その反射面が互いに垂直である、2つのミラーを備える、請求項2に記載の装置。前記直角プリズムの斜辺側の表面は、反射防止コーティングされる、請求項3に記載の装置。前記光検出素子は、フォトダイオードである、請求項1に記載の装置。前記光検出素子のアレイは、1次元である、請求項1に記載の装置。前記光検出素子のアレイは、2次元である、請求項1に記載の装置。前記サンプルセルのチャンバは、入力および出力流れ手段を含み、それによって、前記サンプルの一定分量が前記チャンバに注入され得るとともに前記チャンバから排出され得る、請求項1に記載の装置。前記サンプルセルは、交換可能なユニットである、請求項1に記載の装置。前記交換可能なサンプルセルユニットは、使い捨てである、請求項10に記載の装置。前記サンプルビームとの再結合に先立って前記参照ビームを平行化するための手段を含む、請求項1に記載の装置。前記参照ビームを平行化するための前記手段は、発散レンズおよび収束レンズを備える、請求項12に記載の装置。前記サンプルビームを集めるとともに平行化するための前記手段は、収束レンズを備える、請求項1に記載の装置。前記単色でコヒーレントな光のビームは、レーザによって生成される、請求項1に記載の装置。前記サンプルビームは、前記サンプルセルの中央において焦点を合わせられる、請求項1に記載の装置。前記サンプルビームの散乱されない部分は、減光フィルタによって減衰される、請求項1に記載の装置。前記サンプルビームの前記減衰された非散乱部分は、前記光検出素子アレイの単一の素子に入射し、当該単一の素子は、それによりサンプルビームモニタを提供する、請求項17に記載の装置。前記電極と接触した、前記サンプルセルの温度制御を可能にする手段をさらに備える、請求項1に記載の装置。前記コヒーレントで単色の光ビームを、前記参照ビームと前記サンプルビームとに分割するための前記光学手段は、ビームスプリッタを備える、請求項1に記載の装置。前記参照ビームを、前記粒子から散乱した光の前記平行化された一部と結合するための前記自由空間中の光学手段は、ビームスプリッタを備える、請求項1に記載の装置。散乱されずに前記サンプルセルを離れる前記サンプルビームと、前記粒子から散乱されて前記サンプルセルを離れる前記サンプルビーム光の前記一部とを集めるとともに平行化するための前記光学手段は、非球面レンズを含む、請求項1に記載の装置。前記サンプルビームとの再結合に先立って前記参照ビームを整形して、前記光検出素子アレイの最適な利用を可能にするための光学手段をさらに備える、請求項1に記載の装置。前記ビームスプリッタによって反射された前記第3のコヒーレントビームの部分が入射する、第2の光検出素子のアレイをさらに備える、請求項21に記載の装置。サンプルの溶液中の粒子の電気泳動移動度を測定する方法であって、Aサンプルセルを前記サンプルの溶液の一定分量で満たすステップを備え、前記サンプルセルは、a前記サンプルの一定分量を保持するためのチャンバと、bその間において、電圧が、その中に含まれる前記サンプルの一定分量に印加され得る電極と、c光ビームが通り得る、前記チャンバの中の光学窓とを備え、前記方法は、Bコヒーレントで単色の光のビームを生成するための手段を設けるステップと、C前記コヒーレントで単色の光のビームを、a前記サンプルセルを通過するであろうサンプルビームと、b参照ビームとに分割するための光学手段を設けるステップと、D前記サンプルビームの光学位相と相対的に前記参照ビームの光学位相を変調するための手段を設けるステップと、E散乱されずに前記サンプルセルを離れる前記サンプルビームと、前記サンプルセル中の前記サンプルの一定分量から散乱された前記サンプルビーム光の前記一部とを集めるとともに平行化するための光学手段を設けるステップと、F前記参照ビームを、前記サンプルの一定分量から散乱された光の前記平行化された一部と結合させて、それにより第3のビームを形成するための手段を設けるステップと、G前記第3のビームの経路に配置された複数の光検出素子の各々において前記第3のビームの光の強度値を測定するための手段を設けるステップと、H各光検出素子において測定された前記光の強度値をデジタル形式に変換するための手段を設けるステップと、I前記結果としてのデジタル信号をコンピュータ手段に転送するための手段を設けるステップと、J前記デジタル信号を処理して、そこから前記溶液中の前記粒子の前記電気泳動移動度を得るための手段を設けるステップと、をさらに備える、方法。前記参照ビームの光学位相を変調するための前記手段は、逆反射手段を駆動する圧電アクチュエータを備える、請求項25に記載の方法。前記逆反射手段は、直角プリズムである、請求項26に記載の方法。前記逆反射手段は、その反射面が互いに垂直である、2つのミラーを備える、請求項26に記載の方法。前記直角プリズムの斜辺側の表面は、反射防止コーティングされる、請求項27に記載の方法。前記光検出素子は、フォトダイオードである、請求項25に記載の方法。前記複数の光検出素子は、1次元のアレイに配列される、請求項25に記載の方法。前記複数の光検出素子は、2次元のアレイに配列される、請求項25に記載の方法。前記サンプルセルは取り外し可能であるとともに、前記コヒーレントで単色の光のビームの経路に配置するに先立って満たされる、請求項25に記載の方法。前記交換可能なサンプルセルユニットは、使い捨てである、請求項33に記載の方法。前記サンプルビームとの再結合に先立って前記参照ビームを平行化するための手段を設けるステップをさらに備える、請求項25に記載の方法。前記参照ビームを平行化するための前記手段は、発散レンズおよび収束レンズを備える、請求項35に記載の方法。前記サンプルビームを集めるとともに平行化するための前記手段は、収束レンズを備える、請求項25に記載の方法。前記単色でコヒーレントな光のビームは、レーザによって生成される、請求項25に記載の方法。前記サンプルビームを、前記サンプルセルの中央において焦点を合わすための手段を設けるステップをさらに備える、請求項25に記載の方法。減光フィルタによって前記サンプルビームの散乱されない部分を減衰させるための手段を設けるステップをさらに備える、請求項25に記載の方法。前記サンプルビームの前記減衰された非散乱部分は、前記複数の光検出素子の単一の素子に入射し、当該単一の素子が、それによって、サンプルビームをモニタする手段を提供する、請求項40に記載の方法。前記電極と接触した、前記サンプルセルの温度制御を可能にする温度制御手段を設けるステップをさらに備える、請求項25に記載の方法。前記コヒーレントで単色の光ビームを、前記参照ビームと前記サンプルビームとに分割するための前記手段は、ビームスプリッタを備える、請求項25に記載の方法。前記参照ビームを、前記サンプルの一定分量から散乱した光の前記平行化された一部と結合するための前記手段は、ビームスプリッタを備える、請求項25に記載の方法。散乱されずに前記サンプルセルを離れる前記サンプルビームと、前記サンプルセル中の前記サンプルの一定分量から散乱された前記サンプルビーム光の前記一部とを集めるとともに平行化するための前記光学手段は、非球面レンズを備える、請求項25に記載の方法。前記サンプルビームとの再結合に先立って前記参照ビームを整形して、前記複数の光検出素子の最適な利用を可能にするための光学手段を設けるステップをさらに備える、請求項25に記載の方法。前記ビームスプリッタによって反射された前記第3のコヒーレントビームの部分が入射する、第2の複数の光検出素子を設けるステップをさらに備える、請求項44に記載の方法。発明の簡単な説明PALS技術のこの革新的な実施は、従来と同じように、レーザ光のコヒーレントビームを分割して2つのビーム、すなわち参照ビームとサンプルビームとを生成することから始まる。参照ビームは、参照ビームに時間変化の位相変調を与える変調器に向けられる。このビームは次に拡張および整形されて、検出器アレイを十分に照射する。サンプルビームは、液体サンプルを含むセル内に焦点を合わせられてそのセルを通され、液体サンプルは、移動度が測定されるべき分子の懸濁液を有する。セル内の電極は、照射されたサンプルに、時間的に変化する電場を与える。伝達されたサンプルビームは、サンプルによって散乱された光の部分に沿うものであり、今は分子の動きについての情報を含んでいるが、レンズによって平行にされる。このサンプルビームは、参照ビームと結合されて、検出器アレイ上に干渉スペックルパターンを形成する。アレイは、各素子が、スペックルパターンの1以上のコヒーレント領域に及ぶとともに、平行レンズの焦点距離によって決定される散乱角の狭い範囲に及ぶように選ばれる。参照ビームは位相変調されているので、各検出素子は、位相変調器によって設定される周波数を有する、時間的に変化する信号を記録する。各検出素子からの電気的信号は増幅されてバンドパスフィルタによってこの周波数付近で通される。アレイ上の1つの素子であるフォワードモニタは、散乱されていないサンプルビームと参照ビームとの干渉を検出する。フォワードモニタは、参照ビームで与えられた正確な位相変調を測定する。この信号は、次に、異なる散乱角に対応する信号を復調するために用いられる。フォワードモニタと各検出器との間の位相差は、累積した光学的位相を決定し、それによりサンプルの移動度を決定する。この測定技術によって与えられる最も重要な利点は、各検出素子が、独立で同時の測定を提供するということである。移動度の決定の正確性は、用いられる検出器の数を改善し、多数の素子を有するアレイが好ましい。それゆえに、この技術は、大規模並列移動解析光散乱MP-PALSと呼ばれる。多数の素子を平均することによって、特定の正確性を達成するために必要な時間が、素子の数に反比例して減少し、タンパク質のような非常に小さな粒子の測定を可能にする。さらに、MP-PALSに関連する減少した測定時間が、電極の電気化学的な劣化を最小化する一方で、壊れやすい生物学的サンプルに対する損傷を低減する。発明の詳細な説明電気泳動は、電場の影響下におけるマクロイオンの移動である。約200V/cm未満の場の強度では、移動するマクロイオンに対して与えられる、定常状態における電気泳動速度veは、印加される電場Eに線形的に比例し、すなわちと表される。ここで、μは、電気泳動移動度または単位電場あたりの速度を表す。定常状態での電気泳動速度に到達するための時間スケールは、大まかにはm/fであり、mはマクロイオンの質量であり、関連する摩擦力fは6πηrhであり、ηは、溶媒の動的粘性係数であり、rhは、マクロイオンの流体力学半径である。たとえば、水溶液中のウシ血清アルブミンBSAの分子は、およそ0.2nsecのm/fを有する。すなわち電場が印加されたときに、分子速度は、効果的に、常に平衡状態となる。そして、電気泳動速度を測定して印加された電場で割ることによって、電気泳動移動度を測定することができる。μ,Zeおよびζを関連付けるいくつかの関係が導かれてきたが、それらのいずれも、すべての環境において十分に適用可能なほど厳密ではない。さまざまな近似および、デバイ長、溶液イオン強度、誘電定数、粘度、粒子サイズ、マクロイオン表面伝導度といったパラメータのすべてが複雑さをもたらす。さらに、理想的ではないことは、μとζとの間の正確な解析的表現を得ることが、不可能でなければ厄介な仕事であることを示唆している。1つのそのような非理想的なことは、CTanfordにより、PhysicalChemistryofMacromoleculesにおいて説明された電気泳動効果と呼ばれ、それによればマクロイオン/粒子は、かならず低モル質量の対イオンcounterionおよび同符号イオンcoionsにより取囲まれ、通常では、電解液によって与えられるというものである。過剰の対イオンは、マクロイオン/粒子の各々の近くに存在する。マクロイオンを動かす電場は、また、これらの対イオンに逆方向に作用するであろう。動き、溶媒和されたsolvated対イオンは、それらとともに溶媒を引きずり、溶媒は同様にマクロイオンに作用する。正味の影響は、マクロイオンの動きを妨害する2次的な力である。他の重要な非理想的なことは、イオン緩和であり、マクロイオンの周囲の同符号イオンおよび対イオンの分布の平衡状態からの摂動が、マクロイオンの動きをもたらすまさにその電場から生じる。移動度を測定するためのさまざまな技術が開発されてきた。そのうちの最も初期のものの1つは、JChemEduc254266191948でのAnIntroductiontoElectrophoresisにおいてRAAlbertyにより記述された移動境界法である。それは、高分子溶液と適切なバッファとの間の2つの明確な境界を確立するために、U型のティセリウスセルを用いる。高分子溶液は、通常は、測定に先立ってバッファに対して透析される。電場の適用下での拡散で広がった境界の移動は、移動度を決定するための定量的手段を提供する。移動境界法の実施は、タンパク質およびコロイド懸濁液の知識に多くの貢献をもたらしたが、ジュール熱、電気浸透、非類似の上行脚および下行脚といった、実験での多くの難しさ、およびpHおよびマクロイオン移動度の変化に繋がる境界間にまたがるバッファイオン濃度の不可避の変化と関連する。これはVPDoleによって、JAmChemSoc6711191945において議論されている。非常に大きな粒子のために特に開発された他の技術は、顕微鏡電気泳動であり、これは適切な拡大光学系によって、個々の粒子の電気泳動的な動きを直接的に観察することに基づく。これは、AVDelgado他によって、その論文JColloidInterfaceSci3092032007のMeasurementandInterpretationofElectrokineticPhenomenaに記載されている。それにも関わらず、この技術は、その光学的分解能によって制限されて、半径が100nmよりもずっと小さい粒子の移動度を測定することはできない。他の不利な点は、制限された数の粒子のみが測定されるので、その技術が、低い統計的な正確性に見舞われることである。加えて、どのようにして粒子が特定され、追跡されるかということに基づく選択の偏りが存在する。測定は、通常では完了するのに何分もあるいは何時間も要する。その結果として、ジュール熱、サンプルの劣化および電気浸透の重大な課題が存在し得る。1970年代の初期から、電気泳動測定のためのさまざまな光散乱技術が開発されてきた。動く粒子から散乱された光はドップラーシフトして、その動きについての情報を担持する。図1は、光散乱の位相図を示しており、入射光が散乱体積1内の粒子によって散乱されて散乱角θSで新しい方向へと散乱される。散乱ベクトルは、qS=kS-k0として定義され、これは散乱光の波数ベクトルと入射光の波数ベクトルとの間の差を表す。その方向は図1において示されており、その強度は、|qS|=4πnsinθS/2/λである。ここでnは溶液の屈折率であり、λは真空中の光の波長である。x軸に沿った電場Eは、結果的に電気泳動速度ve=μEをもたらす。散乱光の光学位相φSは、散乱する粒子の位置と関連する。電気泳動的な動きのみを考慮すると、時間0とΔt後との間の光学的な位相差はΔφS=qSveΔtであり、veΔtは、電気泳動による粒子の変位である。いくつかの直接的な代数演算によって、ドップラーシフトωS=dφS/dt=μ2πnsinθSE/λを得ることができる。一般的に、粒子の動きは集合的流体の流れ、電気泳動などによるおよび拡散的ブラウン運動によるであり得る。拡散成分は、本質的に確率的なものであるが、時間的に平均すれば0であり、拡散成分を0に平均化するために十分な測定の情報が利用できるならば、集合的成分を明らかにすることができる。もし、印加された電場による、単位時間あたりの平均的な光学的位相シフトを測定したならば、電気泳動移動度μを決定することができる。図2は、粒子の拡散と関連する光学位相がどのようにして、所定の十分な測定時間で0に平均化されるかを示す。図2aは、粒子拡散のみによる測定された光学位相を示す。位相測定は、2ミリ秒ごとに得られるとともにsinθSで規格化される。サンプルは、国立標準技術研究所NISTによって保証された、電気泳動移動度標準の参照材料SRM1980である。それは、電子顕微鏡から決定されるように、60nm×20nmの平均寸法を有する針状の粒子からなる。示されるように、この拡散成分は実際にランダムであり、粒子の拡散によってさまざまに変化する対応の位相は、数秒のオーダで0に平均化される。ストークス-アインシュタイン方程式に従うと、拡散係数は、流体力学半径に反比例し、したがって粒子が小さいほど、拡散成分を平均化するための時間が長くなる。図2bは、10Hzの強度18V/cmを有する方形波の電場が電気泳動を駆動するために印加された場合に測定された光学位相を示すグラフである。視覚的参照のために、光学位相の下には、縮尺されてオフセットを有する電場が記されている。ここで、光学位相は、電気泳動成分と拡散成分とからなる。明らかに見られるように、電気泳動成分は、電場が極性を切り替えるときにはいつでもその方向を反転させるのに対し、拡散成分は、電場とは独立のままであり、ランダムに推移する。図2cにおいて、単位電場あたりの光学位相変化が電場の複数のサイクルにわたり平均化されて、電場の正の領域および負の領域の両方に対して直線で適合されている。拡散成分は数秒内で平均化されるので、電気泳動移動度は、直ちに適合された直線の傾きから得られる。SRM1980の移動度は、2.57μmcm/Vsecと計算され、NISTの保証値2.53±0.12μmcm/Vsecの不確実性の中に十分に入っている。移動度は、3秒未満で正確に決定される。この測定は660nmで動作するレーザで実施されたが、任意の波長が使用され得る。一般に、DLS測定は、2つの異なる方式、ホモダインおよびヘテロダインでなされ得る。ホモダインおよびヘテロダインとの用語は、しばしば文献において一貫性なく用いられる。明細書での開示のため、それらは次のように定義される:iホモダインモードでは、粒子自身から散乱された光のみが混合され、iiヘテロダインモードでは、粒子から散乱された光は、しばしば局所発振器と呼ばれる、散乱されていない光と混合される。これら2つのモードの間の区別を理解するために、検出器で生成された光電流itを考慮することにする。Rは、検出器の応答性であり、ωはレーザの各周波数であり、PLOは局部発振器パワーであり、P0は散乱体積中のN個の粒子の各々から散乱された光のパワーであり、φjtは、j番目の粒子によって散乱された光の位相である。一般化の損失がなければ、すべての粒子が等しい効率、すなわちそれらが同じ分極率を有すると仮定する。位相φjtは、粒子jの位置xjtと、φjt=qSxjtによって関連付けられる。拡散的な動きと電気泳動的な動きの両方がxjtに寄与するので、結果として以下の関係となる。xjDtおよびφjDt=qSxjDtは、j番目の粒子のブラウン運動と関連する変位成分および位相成分であり、φCt=qSvCtは、集合的速度vCによる位相成分であり、その集合的速度はすべての粒子に共通である。なお、xjD0は、j番目の粒子の初期位置を示す。itを展開すると、が得られる。ホモダインモードでは、局部発振器がなく、したがってPLO=0であるので、最終的にとなる。なお、ホモダイン検出の場合には、集合的位相成分φCtのすべてがitにおいて相殺される。すべての時間tにおいて得られる測定値は、情報を担持する項φjDt-φkDt=qS[xjDt-xkDt]を有する。今、動的光散乱DLSは、ホモダインモードでは集合的な粒子の動きに対して無反応であることが明らかであるが、これは、拡散的な情報のみが利用可能であるためである。すなわちホモダインDLSは、流れが存在するときであっても流体力学半径を測定するのに適しているが、電気泳動移動度を測定するために用いられることができない。一方、ヘテロダインDLSから得られる信号は、cos[φjDtφCt]の項を含み、集合成分および拡散成分の両方の位相の情報を担持する。したがって、RWareandWHFlygareによって、DynamicLightScatteringwithApplicationstoChemistryBiologyandPhysicsJohnWileySonsInc791976では、ヘテロダインモードにおけるDLSが、4mMNaCl溶液中における50mg/mlのウシ血清アルブミン分子の移動度の測定にどのように用いられたかを示しているが、そこに記述されるように、光散乱で電気泳動を測定するために、光学ヘテロダインが必須である。他の方法、レーザドップラー電気泳動LDEは、EEUzgirisによってProgSurfSci10531981に記載されている。LDEは、動かない縞状のパターン内で移動するマクロイオンから散乱された光を検出することを含む。LDEにおいて、与えられる電場の方向は、ほぼ常に、縞の位相の領域に対して垂直である。縞状パターンは、よいコントラスト比を確保するために、同じレーザから由来する2つの光ビームの干渉によって生成される。近接する明るい縞と暗い縞との間の距離は、干渉するレーザビームの間の交差の角度からわかる。電場が印加されたマクロイオンが明るい縞および暗い縞を横断するに従い、光検出器は散乱光からの正弦波信号を拾い、その正弦波信号の周波数から電気泳動速度が測定され得るとともに移動度が取得される。LDEは、それ以前の技術に対して重要な利点を有する。それは、移動度の測定のために要求されるサンプルの体積をミリリットルまたはそれ以下に大きく低減するが、その理由は、1-2mmしか離れていない電極間の距離内に、縞状のパターンを生成することができるためである。電場は電極間の電圧差を電極間の距離で割ったものであるので、低減された電極の間隔は、観測可能な電気泳動を生成するために印加されなければならない電圧の強度を低減させる。加えて、非常に多数のマクロイオンが検出された信号に寄与するとともにこれが統計的に妥当な測定値を生成する。電極の分極電極近くにイオンが集まって、印加された電場からバルクを遮蔽するを避けるために、直流の電場よりも振動する交流電場が好ましい。電場の反転の周波数は、ドップラー周波数よりもずっと低くされるべきであるとともに、電気振動が発達するために要する時間の逆数よりもずっと高くされるべきである。電気振動の発達の特徴的な時間はd2/vであり、dは関連する1次元の寸法であり、vは溶液の動的粘性係数である。20°Cでの水溶液の場合、v≒1.0mm2/secであり、電気振動が発達するために要する時間は1mmの電極間距離では約1秒である。しかしながら、低い移動度の種を測定する場合、約0.1-0.5μmcm/Vsecよりも小さい移動度である場合には、LDEは、過剰に高い電圧を印加して大量の電気分解と流体の滞留といった問題にぶつからなければ、それらの条件の両方を満たすことができない。LDEの他の限界は、正の電場および負の電場の両方が同じ光信号を生成して移動度の符号が決定できないことである。LDEの限界に対処するため、位相解析光散乱PALSが1980年代の後半において、JFMillerKSchatzelおよびBVincentにより、その論文TheDeterminationofVerySmallElectrophoreticMobilitiesinPolarandNonpolarColloidalDispersionsUsingPhaseAnalysisLightScatteringに説明されるように、システムの時間分解能あたりの1個のフォトンである。LDEと比較すると、PALSは、測定を行なうために要求される時間をより少なくするとともに、より高い感度を有する。PALSは、また、極性のない溶媒中のサンプルおよび、等電点に近接するマクロイオンのような移動度の低い種の測定により適している。現在市場にある数多くの計測器が、高分子の移動度を測定するためのPALS技術を実現する。PMTおよびAPDといった量子的高感度の検出器が用いられて、約5nmまでサイズが小さくなったマクロイオンの移動度が特別な条件下で測定可能である。マクロイオンの最小の測定可能なサイズは、マクロイオンモル質量、濃度および測定の期間といったいくつかの他のパラメータにも依存する。このことは、PALSをより大きな粒子の測定に適したものにさせるが、タンパク質のような生体分子に適したものにさせない。というのも、これらの分子の大部分は5nmよりも小さいためである。本発明の目的の1つは、このサイズの限界を克服し、これまでに議論された方法によって測定可能な粒子よりもさらに小さい粒子の正確な測定を可能にすることである。PALSのように技術が改良されているが、市場で入手可能な現在の実現手段は限界を有する。これらの計測器において、単一フォトンをカウントするAPDは、その感度と高い量子効率によって検出器の好ましい選択となる。しかしながらAPDは本質的には広い帯域のデジタル検出器であるので、APDの使用は、PALSによって与えられるノイズ除去のためのアナログフィルタリングの利点を犠牲にする。電気泳動を測定するために、散乱された局部発振器の光がファイバレンズモジュールによって集められて、混合された信号が光検出のためにAPDへと導かれる。一般的に認められている経験則では、局部発振器は、たとえばCJOliverによって、PhotonCorrelationandLightBeatingSpectroscopypp151223HZCumminsandERPikeedsPlenumNewYork1974におけるCorrelationtechniquesとタイトルがつけられた章において報告されているように、無視できる線幅のひずみのために散乱された光信号よりもおよそ30倍強くなければならない。APDは制限されたダイナミックレンジを有するとともにカウントレート>2MHzにおいて非線形になるので、局部発振器と散乱された光との間の強度比は、最適な感度を維持するために一定に調整される必要がある。もしその比率が低すぎるならば、ホモダイン信号は測定値に紛れ込む。もしその比率が高すぎるならば、APDは、その非線形形態へと追い込まれるか、あるいは飽和する。さらに、APDはシリコンPINフォトダイオードよりも、少なくとも1桁の大きさで高価であり、関連する商業的な計測器は、移動度の測定のために散乱光のごくわずかな部分のみを利用する、単一検出器チャネルに制限される。この制限は、rh<5nmでの小さな分子の移動度の測定にとっては、それと関連するより顕著なブラウン運動により、扱いにくいものであることを証明する。数分あるいは数10分の測定時間が、拡散位相成分を平均化するために要求される。すなわち、これらの計測器が電気泳動移動度のための最小の測定可能なサイズを5nmに特定する主な理由は、より小さな分子の拡散成分を平均化するためには、長期の測定時間が要求されるということである。これらの長い測定の全く不便なことおよび非効率であることを凌駕しても、特に壊れやすいサンプルが含まれているときには、長期間の測定が、しばしば適していないことがある。バイオテクノロジーにおける進歩は、この分野へのさらなる試みを作り出してきた。製剤化学者は、保存サンプル、たとえば組換治療タンパク質の安定性の学習に関心を有する。タンパク質の移動度は、安定性のきわめて重要な指標である。一般に、移動度が高くなるほど、タンパク質はより表面的に帯電され、静電的斥力は、集合する傾向を減少させる。最も関心があり、最も研究されたタンパク質は、モル質量が~200kD未満であり、半径がしばしば5nmよりもずっと小さいものである。たとえば、IgG分子は、~150kDのモル質量および~4.6nmの流体力学半径を有する。これらの分子の移動度の測定は、本発明の時点において利用可能ないかなる計測器でも手ごわい仕事である。電極近くのタンパク質は、一貫性のある測定値が得られる前に損傷を受ける。分子サイズおよび/または移動度がより小さくなるときには状況はさらに悪化する。このサイズの範囲では、高分子は極めて少ない光を散乱し、より活発な粒子の拡散が、測定された変位の不確実性に寄与する。JFMillerKSchatzel,BVincentによって、その論文TheDeterminationofVerySmallElectrophoreticMobilitiesinPolarandNonpolarColloidalDispersionsUsingPhaseAnalysisLightScatteringにおいて説明されている。これは非効率的プロセスである、というのも、非伝達モードは、ファイバのクラッドを通じて失われるためである。一方、配置が容易であることは利点である、というのも局部発振器ビームおよび散乱光は、正確に平行である必要がないためである。不幸なことに、低い検出効率を補うためには、厳密な線形性とダイナミックレンジとを有するAPDまたはPMTのような量子的な感度の検出器が要求される。移動度の測定のためのより高い情報スループットのみの考慮から、自由空間光学系とシリコンフォトダイオードアレイとの結合が、光ファイバとAPDまたはPMTとの使用に対してはるかに優れている。より挑戦的な光学配置が、十分に構築された光学システムを用いて首尾一貫して達成され得るとともに、一旦配置されれば、さらなる利点が実現される。1.複数のアレイ素子に入射する散乱光はヘテロダインであり、同時に検出される。各アレイ素子は独立の測定を行ない、拡散成分を平均化するために要求される測定時間は劇的に減少する。その理由は、平均化が、時間だけでなく空間においても行なわれるためである。並べられたフォトダイオードは、そのような大規模な並列化に、それら自身を容易に役立たせる。さらに、複数のAPDおよび光ファイバを用いた多重チャネル測定は、非常に高価となるであろう。2.この並列化は、計測器における最小の測定可能な粒子サイズの減少を示す。その理由は、付随する拡散成分が、より容易になくなるためである。最小の測定可能な粒子サイズは1nm以下に拡張される。3.短縮された測定時間は、サンプル分子が電流を受けなければならない期間を減少させ、それによりサンプルだけでなくシステム電極の完全性を保存することに役立つ。このことは、特にタンパク質が見本の種類である、貴重で壊れやすいサンプルにとって重要である。4.APDおよびPMTとは対照的に、フォトダイオードアレイは、優れた線形性と非常に大きなダイナミックレンジ1011の倍数までを有する。非常に大きなダイナミックレンジの利点を持つことにより、APDを用いるシステムと比較して局部発振器に対する散乱光の非常に高い強度比を用いることができる。このことは、2つのビームの間の強度比を調整する必要性をなくし、ショットノイズで制限された実行を可能にする。さらに、局部発振器/参照ビームの位相を変調することにより、ほとんど制限のないさまざまな可能性から選ばれた変調周波数を有する信号を検出することができる。このことは、DCに基づく測定から対象の測定を遠ざけるとともに、アナログカップリングの使用を可能にする。この方式において、変調周波数について信号をバンドパスフィルタすることによって、ノイズ帯域は大きく減少する。DCから遠ざけることは、また、アナログ検出器において特有である1/fノイズを減少することに役立つ。5.要素のコストは大きく低減される。APDはフォトダイオードアレイ全体よりも1桁の大きさで高価である。PALSの本発明の変形における単位コストあたりの情報スループットは、光ファイバおよびAPDまたはPMTを用いるシステム/計測器のそれよりも大きく上回る。光散乱、高分子評価および電気泳動移動度測定の分野の当業者にとっては明らかであるように、本発明の方法および装置の多くの明らかな変形があり、それらは、その実施のために挙げた基本的な要素と変わらない。すべてのそのような変形は、以上説明した本発明の明らかな実現であり、以下に続くクレームを参照することにより含まれる。"