JP2008267969A - 粒径測定方法及び粒径測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で、精度良く且つ容易に粒径を測定することである。
【解決手段】測定対象粒子を含む試料液体に粒径既知の基準粒子２１、２２、２３を混入する混入ステップと、前記混入ステップにより生成された混合液体を、毛細管現象を生じさせる連続的に変化する間隙に導入することにより、前記測定と、対象粒子及び前記基準粒子２１、２２、２３をその粒径に応じて分級する分級ステップ前記測定対象粒子及び前記基準粒子２１、２２、２３の分級結果から、前記測定対象粒子の粒径を測定する測定ステップと、を備える
【選択図】図１

Description

本発明は、試料液体中に含まれる測定対象粒子の粒径を測定するための粒径測定方法及びその粒径測定装置に関するものである。

微粒子の粒径測定法としては、フィルタやウエハ等に捕集した後に電子顕微鏡等の顕微鏡を用いて粒径を測定する顕微鏡法や、試料液体に検査光を照射して、その散乱光を検出することにより粒径を測定する光散乱法等がある。

しかしながら、顕微鏡法においては、時間及び労力を要し、また測定結果には個人差があるという問題がある。

また、光散乱法においては、特許文献１に示すように、試料液体の測定を行う前には、既知の基準粒子を用いて校正を行う必要があり、前記顕微鏡法と同様に、手間と時間が掛かるという問題がある。仮に測定セルが使い捨て（ディスポーザル）である場合には、校正を行うことができないという問題もある。
特開２００３−２３２７１６号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、短時間で、精度良く且つ容易に粒径を測定することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る粒径測定方法は、測定対象粒子を含む試料液体に粒径既知の基準粒子を混入する混入ステップと、前記混入ステップにより生成された混合液体を、毛細管現象を生じさせ、連続的に変化する間隙に導入することにより、前記測定対象粒子及び前記基準粒子をその粒径に応じて分級する分級ステップと、前記測定対象粒子及び前記基準粒子の分級結果から、前記測定対象粒子の粒径を測定する測定ステップと、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る粒径測定方法は、測定対象粒子を含む液体試料に粒径既知の基準粒子を混入する混入ステップと、前記混入ステップにより生成された混合液体を、毛細管現象を生じさせ、段階的に変化する間隙に導入することにより、前記測定対象粒子及び前記基準粒子をその粒径に応じて分級する分級ステップと、前記測定対象粒子及び前記基準粒子の分級結果から、前記測定対象粒子の粒径を測定する測定ステップと、を備えることを特徴とする。

このようなものであれば、毛細管現象により混合液体を粒子分級部に導入するだけで、複数の異なる間隙において測定対象粒子及び基準粒子が同時に分級されるので、その基準粒子に基づいて測定対象粒子の粒径を短時間で、精度良く且つ容易に測定及び校正することができる。また、毛細管現象を利用することにより、外部動力を必要としない簡単な構成とすることができる。さらに、基準粒子に基づいて測定対象粒子を測定するので、分級ユニットが使い捨てである等の理由により、分級ユニットの加工精度が低い場合であっても、粒径測定を精度良くに行うことができる。

複数の測定対象粒子を同時に精度良く測定することができるようにするためには、前記混入ステップにおいて、粒径の異なる複数種類の基準粒子を混入することが望ましい。

測定対象粒子及び基準粒子の区別を明確にし、また、各基準粒子を目視又は測定し易くするためには、前記基準粒子が、着色された粒子であることが望ましい。

基準粒子の具体的な実施の態様としては、前記基準粒子が、蛍光色素を付したポリスチレン粒子等を用いることができる。

また、上記粒径測定方法に好適に実現するための粒径測定装置は、測定対象粒子を含む試料液体に混入される粒径既知の基準粒子と、前記試料液体及び前記基準粒子からなる混合液体が導入され、前記測定対象粒子及び基準粒子を分級する分級ユニットと、を備え、前記分級ユニットが、前記混合液体を導入するための液体導入口と、前記液体導入口に連通して設けられ、前記混合液体を毛細管現象により内部に導入するとともに、前記測定対象粒子及び基準粒子をその粒径に応じて分離する粒子分級部と、を備え、前記粒子分級部が、互いに対向する面から形成されるとともに、その対向する面の間隙が連続的に変化するものであることを特徴とする。

また、その他の粒径測定装置は、測定対象粒子を含む液体に混入される粒径既知の基準粒子と、前記試料液体及び前記基準粒子からなる混合液体が導入され、前記測定対象粒子及び基準粒子を分級する分級ユニットと、を備え、前記分級ユニットが、前記混合液体を導入するための液体導入口と、前記液体導入口に連通して設けられ、前記混合液体を毛細管現象により内部に導入するとともに、前記測定対象粒子及び基準粒子をその粒径に応じて分離する粒子分級部と、を備え、前記粒子分級部が、互いに対向する面から形成されるとともに、その対向する面の間隙が段階的に変化するものであることを特徴とする。

粒子分級部の具体的な実施の態様としては、前記粒子分級部が、平板状の第１部材及び平板状の第２部材を、一端にスペーサを介在させて重ね合わせることにより構成されていることが望ましい。これならば、極めて簡単に粒子分級部を構成することができる。

また、前記粒子分級部が、平板状の第１部材と、階段状の凹溝を有する第２部材とを重ね合わせることにより構成されていることが望ましい。これならば、スペーサを不要とすることができ、部品点数を減らすことができ、組み立ても容易である。

このように構成した本発明によれば、短時間で、精度良く且つ容易に粒径を測定することができる。

以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図１は、本実施形態に係る粒径測定装置１の斜視図である。図２は、分級ユニット３の断面図である。

＜装置構成＞
本実施形態に係る粒径測定装置１は、毛細管現象を用いて試料液体中に含まれる測定対象粒子の粒径測定を行うものであり、図１及び図２に示すように、基準粒子２と、分級ユニット３と、を備えている。

基準粒子２は、粒径既知の粒子であり、測定対象粒子の粒径を測定するための基準、及び後述する粒子分級部３Ｂの間隙を測定（校正）するための基準となるものである。本実施形態の粒径測定装置１においては、３種類の基準粒子２１、２２、２３を用いている。例えば、第１基準粒子２１は、直径８μｍ、赤色の蛍光色素が付された複数個のポリスチレン粒子であり、第２基準粒子２２は、直径４μｍ、黄色の蛍光色素が付された複数個のポリスチレン粒子であり、第３基準粒子２３は、直径２μｍで、緑色の蛍光色素が付された複数個のポリスチレン粒子である。また、各基準粒子２１、２２、２３の直径は、測定対象粒子の粒径と同一又はその近傍の値としている。そして、これら基準粒子２１、２２、２３は、後述するように、測定対象粒子を含む試料液体中に混入される。

分級ユニット３は、測定対象粒子及び基準粒子２１、２２、２３を同時に分級する使い捨て（ディスポーザル）のものである。具体的には、図１及び図２に示すように、混合液体を導入するための液体導入口３Ａと、前記液体導入口３Ａに連通して設けられ、前記混合液体を毛細管現象により内部に導入するとともに、前記測定対象粒子及び基準粒子２１、２２、２３をその粒径に応じて分級する粒子分級部３Ｂと、を備えている。

粒子分級部３Ｂは、互いに対向する面３１ａ、３２ａから形成されるとともに、その対向する面３１ａ、３２ａの間隙が、連続的に変化するものである。具体的には、粒子分級部３Ｂは、平板状の第１部材３１及び平板状の第２部材３２を一端においてスペーサ３３を介在させるとともに、他端において第１部材３１及び第２部材３２とが互いに接触するように重ね合わせることにより形成したくさび状の空間である。この空間は、毛細管現象により液体が進行するに従って、断面積が連続的に小さくなるものである。なお、重ね合わせた第１部材３１及び第２部材３２は、その両端部が固定部材４により機械的に狭持して固定される。なお、固定部材４を用いずに、接着剤を用いて第１部材３１、第２部材３２及びスペーサ３３を互いに接着固定するようにしても良い。

そして、第１部材３１及び第２部材３２を重ね合わせることにより、その両側端に形成された開口の一方を液体導入口３Ａとしている。このように、両側端に形成された開口の一方を液体導入口３Ａとしているので、第１部材３１及び第２部材３２に導入口３Ａを構成する孔を設ける必要がなく、分級ユニット３の製作を簡単にすることができる。

第１部材３１及び第２部材３２はともに、アクリル樹脂製の透明な矩形状平板であり、少なくとも前記粒子分級部３Ｂを形成する面（対向面）である内面３１ａ、３２ａは平面である。

また、その内面３１ａ、３２ａは、親水性を向上させるためにコーティング処理が施されている。具体的には、内面３１ａ、３２ａは、ヘパリン等の多糖類、ＤＮＡ等のヌクレチド類又は界面活性剤などの化合物により親水コーティングが施されている。このように親水コーティングを施すことにより、毛細管現象による混合液体の進行を促進することができ、分級をより短時間で行うことができる。

スペーサ３３は、前記平板部材３１、３２と同様にアクリル樹脂製であり、粒子分級部３Ｂが毛細管現象を生じる程度の厚みを有する。つまり、スペーサ３３は、第１部材３１及び第２部材３２の間に介在することにより、くさび状の空間のサイズ、粒子分級部３Ｂの最大間隙（対向面間の最大間隙）を決定するものである。例えば、スペーサ３３の厚みが約２０μｍであれば、粒子分級部３Ｂの最大間隙は約２０μｍとなる。当然、最小間隙は０μｍである。このように、スペーサ３３の厚さを調節することにより、粒子分級部３Ｂの分級精度（分解能）を調節することができる。

＜粒径測定方法＞
次に本実施形態の粒径測定装置１を用いた粒径測定方法について説明する。

まず、測定対象粒子を含む試料液体である血液に、３種類の基準粒子２１、２２、２３を混入して、混合液体を生成する（混入ステップ）。

そして、図３に示すように、分級ユニット３の開口（液体導入口３Ａ）を混合液体に接触させる。そうすると、毛細管現象により混合液体が液体導入口３Ａから粒子分級部３Ｂに自動的に吸い込まれ、粒子分級部３Ｂ内に流入する。このとき、図４の平面図に示すように、混合液体中に含まれる測定対象粒子及び基準粒子２１、２２、２３が粒子分級部３Ｂを形成する第１部材３１及び第２部材３２の面３１ａ、３２ａの間隙により、その粒径に応じて分級される（分級ステップ）。

この分級結果から、分級された基準粒子２１、２２、２３と同列にある（同じ大きさの間隙に分級された）測定対象粒子は、その基準粒子２１、２２、２３と同一径を有するものであることが分かり、測定対象粒子の粒径を測定することができる。また、基準粒子２１、２２、２３の存在する場所の間隙を測定することができる（測定ステップ）。

また、測定ステップにおいて、分級ユニット３の一方（第１部材３１側）から検査光を照射する光源６を設け、他方（第２部材３２側）に光検出器７を設ける。そして、図１及び５に示すように、分級ユニット３を縦断するように検査光を走査して、そのときに分級ユニット３を透過した透過光を検出することにより得られた吸光度と、各場所での間隙の大きさ、及び基準粒子２１、２２、２３の濃度により、測定対象粒子の粒度分布を算出することもできる。具体的には、測定対象粒子中の各成分が分級されている領域での吸光度の差分を演算して、その差分演算結果と、各場所での間隙の大きさ、及び基準粒子２１、２２、２３の濃度により、測定対象粒子の粒度分布を算出する。例えば、図５において、血小板が分級される領域（２μｍ〜４μｍ）で得られた吸光度と、血小板及び赤血球が分級される領域（４μｍ〜８μｍ）で得られる吸光度と、血小板、赤血球及び白血球が分級される領域（８μｍ〜）で得られる吸光度との差分を演算して、その差分演算結果を用いて粒度分布を算出する。なお、前記光源６及び光検出器７を備えた分析装置（図示しない）に分級ユニット３をセットして上記粒度分布を測定するようにしても良い。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る液中粒子分級装置１によれば、毛細管現象により混合液体を粒子分級部３Ｂに導入するだけで、測定対象粒子及び基準粒子２１、２２、２３が同時に分級されるので、その基準粒子２１、２２、２３に基づいて測定対象粒子の粒径を短時間で、精度良く且つ容易に自動的に測定及び校正することができる。また、毛細管現象を利用することにより、外部動力を必要としない簡単な構成とすることができる。

また、基準粒子２１、２２、２３を基準に測定対象粒子の粒径を測定するので、分級ユニット３が使い捨てであって、粒子分級部３Ｂの間隙に誤差がある場合（分級ユニット３の加工精度が低い場合）であっても、粒径測定を精度良くに行うことができる。そして、分級ユニット３の加工精度が低くても良いので、ランニングコストを低減することができる。

さらに、毛細管現象を利用しているので、血液等の試料液体のサンプル量を少量にすることができる。その上、２枚の平板部材３１、３２をスペーサ３３を一端に噛ませて重ね合わせるだけで構成しているので、極めて簡単に分級ユニット３を製造することができ、分級ユニット３の小型化を可能とすることができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

例えば、前記の分級ユニット３は、その粒子分級部３Ｂを形成する対向する面３１ａ、３１ｂの間隙が連続的に変化するものであったが、図６に示すように、互いに対向する面３１ａ、３１ｂから形成されるとともに、その対向する面３１ａ、３１ｂの間隙が、段階的に変化するものであっても良い。具体的には、粒子分級部３Ｂは、平板状の第１部材３１と、階段状の凹溝を有する第２部材３２とを重ね合わせることにより形成された階段状の空間である。この空間は、断面形状が段階的に小さくなるものである。このとき、各間隙の長さ（図中においてＬ_１〜Ｌ_４）は、等しいものであっても、それぞれ異なるものであっても良い。なお、図６においては、重ね合わせた第１部材３１及び第２部材３２は、接着剤により接着固定されている。

また、前記実施形態では血液を分級するものであったが、合成高分子、無機粉体、金属粉体、動植物細胞、生体細胞、微生物、エマルジョン等の粒子を含む液体等であっても良い。

前記実施形態では、測定対象粒子を既に含んでいる液体（血液）を試料液体として、その試料液体に基準粒子を混入しているが、測定対象粒子及び基準粒子を別の溶媒に混入して、混合溶液を生成するようにしても良い。

さらに、前記実施形態の基準粒子２１、２２、２３は、蛍光色素が付されたポリスチレン粒子を用いているが、その他の色素を用いて着色されたものであっても良いし、ポリスチレン粒子の他にも、シリカ粒子等を用いても良い。

加えて、前記実施形態では、液体導入口３Ａは、第１部材３１及び第２部材３２により側面に形成された開口であったが、その他、図７に示すように、第１部材３１又は第２部材３２に設けた貫通孔３Ａとしても良い。なお、図７中の３Ｃは、分離された溶媒（血漿）を採取する採取孔である。

また、分級と分析を同時に行うための変形実施形態としては、血漿が分離される領域に紛状又は固体の測定試薬を予め塗布することにより、血漿と測定試薬とを反応させ、その反応を測定することにより、血漿を分析することが考えられる。また、図８に示すように、血漿が分離されるところに測定センサ５を予め作り込んでおき、血漿が流れてくると測定が行われるようにしても良い。具体的には、測定センサ５が酵素電極などであり、電気化学的測定を行う方法が考えられる。これならば、測定対象粒子の粒径測定と同時に、溶媒（血漿）の分析も行うことができ、種々の用途に用いることができるようになる。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

第１実施形態に係る粒径測定装置の斜視図。 同実施形態における分級ユニットの断面図。 同実施形態における分級ユニットの使用方法の一例を示す図。 測定対象粒子及び基準粒子の分級結果を示す断面図。 血液中の各成分の粒度分布を示す図。 本発明の第１変形例を示す斜視図。 本発明の第２変形例を示す斜視図。 本発明の第３変形例を示す平面図。

符号の説明

１ ・・・粒径測定装置
２ ・・・基準粒子
３ ・・・分級ユニット
３Ａ ・・・液体導入口
３Ｂ ・・・粒子分級部
３１ ・・・第１平板部材
３１ａ・・・第１平板部材の粒子分級部を形成する面
３２ ・・・第２平板部材
３２ａ・・・第１平板部材の粒子分級部を形成する面
４ ・・・固定部材

Claims (9)

1. 測定対象粒子を含む試料液体に粒径既知の基準粒子を混入する混入ステップと、
   前記混入ステップにより生成された混合液体を、毛細管現象を生じさせ、連続的に変化する間隙に導入することにより、前記測定対象粒子及び前記基準粒子をその粒径に応じて分級する分級ステップと、
   前記測定対象粒子及び前記基準粒子の分級結果から、前記測定対象粒子の粒径を測定する測定ステップと、を備える粒径測定方法。
2. 測定対象粒子を含む液体試料に粒径既知の基準粒子を混入する混入ステップと、
   前記混入ステップにより生成された混合液体を、毛細管現象を生じさせ、段階的に変化する間隙に導入することにより、前記測定対象粒子及び前記基準粒子をその粒径に応じて分級する分級ステップと、
   前記測定対象粒子及び前記基準粒子の分級結果から、前記測定対象粒子の粒径を測定する測定ステップと、を備える粒径測定方法。
3. 前記混入ステップにおいて、粒径の異なる複数種類の基準粒子を混入する請求項１又は２記載の粒径測定方法。
4. 前記基準粒子が、着色された粒子である請求項１、２又は３記載の粒径測定方法
5. 前記基準粒子が、蛍光色素を付したポリスチレン粒子である請求項１、２、３又は４記載の粒径測定方法。
6. 測定対象粒子を含む試料液体に混入される粒径既知の基準粒子と、
   前記試料液体及び前記基準粒子からなる混合液体が導入され、前記測定対象粒子及び基準粒子を分級する分級ユニットと、を備え、
   前記分級ユニットが、
   前記混合液体を導入するための液体導入口と、
   前記液体導入口に連通して設けられ、前記混合液体を毛細管現象により内部に導入するとともに、前記測定対象粒子及び基準粒子をその粒径に応じて分離する粒子分級部と、を備え、
   前記粒子分級部が、互いに対向する面から形成されるとともに、その対向する面の間隙が連続的に変化するものである粒径測定装置。
7. 前記粒子分級部が、平板状の第１部材及び平板状の第２部材を、一端にスペーサを介在させて重ね合わせることにより構成されている請求項６記載の粒径測定装置。
8. 測定対象粒子を含む液体に混入される粒径既知の基準粒子と、
   前記試料液体及び前記基準粒子からなる混合液体が導入され、前記測定対象粒子及び基準粒子を分級する分級ユニットと、を備え、
   前記分級ユニットが、
   前記混合液体を導入するための液体導入口と、
   前記液体導入口に連通して設けられ、前記混合液体を毛細管現象により内部に導入するとともに、前記測定対象粒子及び基準粒子をその粒径に応じて分離する粒子分級部と、を備え、
   前記粒子分級部が、互いに対向する面から形成されるとともに、その対向する面の間隙が段階的に変化するものである粒径測定装置。
9. 前記粒子分級部が、平板状の第１部材と、階段状の凹溝を有する第２部材とを重ね合わせることにより構成されている請求項８記載の粒径測定装置。