JP2014054601A - 撹拌装置および撹拌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の最適の撹拌を短時間で行える撹拌装置および撹拌方法を提供すること。
【解決手段】撹拌装置１００が、液体Ｌの撹拌に最適な振動の基準振動波形を記録したデータ保存部１３と、受光器６０で捉えた液体Ｌの振動波形を基準振動波形に近づける補正駆動電圧および補正電極間距離を演算する演算部１４と、補正駆動電圧を印加し、補正電極間距離に制御する上部電極制御部１５とを備えている。したがって、液体Ｌの動きを目視して電圧および電極間距離を調節する場合と比較して、短時間で液体の振動が最適の振動になり、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌装置１００を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶質を含む少量の液体の撹拌装置、および撹拌方法に関する。

生体成分の分析および定量において、デオキシリボ核酸とインターカレーターとの相互作用を利用した反応、抗原定着反応、抗原抗体反応等が利用されている。これらの反応は、撹拌によって反応が進むが、生体成分の量が少量であったり、抗体が高価であったりするので、１ｍＬ以下、特にμＬ単位の微少量の液体での撹拌が必要となる。
液体の撹拌装置および撹拌方法として、変化する電界中に液体を置き、液体を振動させて撹拌する撹拌装置および撹拌方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−１１９３８８号公報

電極間の変化する電界中で液体の撹拌を行う場合、液体の種類（特に粘度）、量等が異なると、液体が撹拌に最適な振動をするための駆動電圧および電極間距離も異なる。そのため、撹拌ごとに液体の動きを目視して、駆動電圧および電極間距離を調節している。したがって、調節のための時間が必要で、撹拌の終了まで時間がかかる。
また、撹拌の開始時に、液体が撹拌に最適な振動をするための駆動電圧および電極間距離を調節しても、液体の蒸発により液体の量が変化すると、液体の量に応じた最適な撹拌条件からずれた駆動電圧および電極間距離となり、同じ時間の撹拌を行っても十分な撹拌が得られなかったり、経時的な攪拌とともに液体の振動（攪拌強度）が弱くなり十分な攪拌が得られなかったりすることがある。
ここで、撹拌に最適な振動とは、撹拌によって反応の確率が増し、より速く反応が進む振動をいう。

本発明は、上述の課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］第１の電極と前記第１の電極に対向する第２の電極との間に液体を配置して、前記第１の電極と前記第２の電極との間に駆動電圧を印加して前記液体を振動させる撹拌装置であって、前記振動を検知する検知部と、前記検知部で検知した前記振動を振動波形に変換する波形変換部と、予め、前記検知部と前記波形変換部とを用いて得られた、前記液体の撹拌に最適な振動の基準振動波形を記録するデータ保存部と、前記振動波形と前記基準振動波形とを比較して、前記振動波形を前記基準振動波形に近づけるための前記第１の電極と前記第２の電極との間の補正駆動電圧、および前記第１の電極と前記第２の電極との補正電極間距離を演算する演算部と、前記補正駆動電圧および前記補正電極間距離に基づいて、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記補正駆動電圧を印加し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の距離を前記補正電極間距離に制御する電極制御部とを備えたことを特徴とする撹拌装置。

この適用例によれば、撹拌装置が、液体の撹拌に最適な振動の基準振動波形を記録したデータ保存部と、検知部で捉えた液体の振動波形を基準振動波形に近づける補正駆動電圧および補正電極間距離を演算する演算部と、補正駆動電圧を印加し、補正電極間距離に制御する電極制御部とを備えている。したがって、液体の動きを目視して駆動電圧および電極間距離を調節する場合と比較して、短時間で液体の振動が最適の振動になり、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌装置が得られる。
また、撹拌中に液体の蒸発により液体の量が変化しても、検知部によって液体の振動波形を捉え、液体の量に応じた補正駆動電圧を印加し、補正電極間距離に制御する電極制御部を備えているので、最適な振動が維持される撹拌装置が得られる。

［適用例２］上記撹拌装置であって、前記検知部は、振動する前記液体から反射した光を受光する受光器を備えていることを特徴とする撹拌装置。
この適用例では、検知部が液体から反射した光を受光する受光器を備えているので、液体に非接触で液体の振動を検知できる。したがって、振動の検知による液体の撹拌への影響が少なくなり、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌装置が得られる。

［適用例３］上記撹拌装置であって、前記液体に光を照射する光源を備えていることを特徴とする撹拌装置。
この適用例では、液体に光を照射する光源を備えているので、液体に外光が入射する場合と比較して、液体に入射する光の変動量がより安定し、液体の振動に伴う液体から反射する光の量への、液体に入射する光の量の変動による影響が抑えられる。したがって、振動波形および基準振動波形がより正確に検知でき、液体の振動がより最適の振動になり、撹拌の終了までの時間がより短縮された撹拌装置が得られる。

［適用例４］上記撹拌装置であって、前記光源は、レーザー光源であることを特徴とする撹拌装置。
この適用例では、液体に照射する光が、より指向性のあるレーザー光であるので、液体に入射する光の変動量がより安定し、液体の振動に伴う液体から反射する光の量への、液体に入射する光の量の変動による影響がより抑えられる。したがって、振動波形および基準振動波形がより正確に検知でき、液体の振動がより最適の振動になり、撹拌の終了までの時間がより短縮された撹拌装置が得られる。

［適用例５］上記撹拌装置であって、前記光源から射出された光が前記液体で反射されて前記受光器に入射する光路を含む領域を外部の光から遮蔽する部材を備えていることを特徴とする撹拌装置。
この適用例では、光源から射出された光が液体で反射されて受光器に入射する光路を含む領域を外部の光から遮蔽する部材によって、液体の振動に伴う液体から反射する光の量への外光の変動による影響がより抑えられる。したがって、振動波形および基準振動波形がより正確に検知でき、液体の振動がより最適の振動になり、撹拌の終了までの時間がより短縮された撹拌装置が得られる。

［適用例６］上記撹拌装置であって、前記検知部は、振動する前記液体による前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧変動を検知することを特徴とする撹拌装置。
この適用例では、振動する液体によって第１の電極と第２の電極との間の誘電率が変化し、それに伴う電圧変動を検知するので、液体に非接触で液体の振動を検知できる。したがって、液体の撹拌への振動の検知による影響が少なくなり、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌装置が得られる。

［適用例７］第１の電極と前記第１の電極に対向する第２の電極との間に液体を配置して、前記第１の電極と前記第２の電極との間に駆動電圧を印加して前記液体を振動させる撹拌方法であって、前記液体の撹拌に最適な振動の基準振動波形および撹拌時間を予め記録する基準振動波形記録工程と、前記基準振動波形が得られる前記第１の電極と前記第２の電極との間の電極間距離に、前記第１の電極または前記第２の電極の少なくとも一方を移動する電極セッティング工程と、前記液体に前記駆動電圧を印加して前記液体の振動を開始する振動開始工程と、前記液体の振動の振動波形を検知する振動波形検知工程と、前記基準振動波形の周期と検知された前記振動波形の周期とが近いか否かを判断する周期判断工程と、前記基準振動波形の周期と前記振動波形の周期とがと近づくように、前記電極間距離と前記駆動電圧とを変化させる周期制御工程と、前記基準振動波形の振幅と前記振動波形の振幅とが近いか否かを判断する振幅判断工程と、前記基準振動波形の振幅と検知された前記振動波形の振幅とが近づくように、前記電極間距離と前記駆動電圧とを変化させる振幅制御工程とを含んでいることを特徴とする撹拌方法。

この適用例によれば、液体の撹拌に最適な振動の基準振動波形を記録して、液体の振動波形を検知し、振動波形の周期および振幅を基準振動波形に近づくように、電極間距離と駆動電圧とを変化させる。したがって、液体の動きを目視して駆動電圧および電極間距離を調節する場合と比較して、短時間で液体の振動が最適の振動になり、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌方法が得られる。

［適用例８］上記撹拌方法であって、前記基準振動波形の半周期分の基準波形積分値から許容できる波形積分値差を予め記録しておく振動許容範囲記録工程と、前記振動波形の経時変化を測定する経時変化監視工程と、前記基準波形積分値の絶対値と、前記振動波形の半周期分の波形積分値の絶対値と、を比較し、これらの波形積分値差が前記許容できる波形積分値差未満か否かを判断する波形積分値差判断工程と、前記波形積分値差が前記許容できる波形積分値差以上の場合、前記波形積分値差を前記許容できる波形積分値差未満となるように、前記電極間距離と前記駆動電圧とを変化させる波形積分値差制御工程とを含むことを特徴とする撹拌方法。
この適用例では、振動波形の経時変化を測定し、波形積分値と基準波形積分値とを比較して、波形積分値差を許容できる波形積分値差未満となるように、電極間距離と駆動電圧とを変化させる。したがって、撹拌中に液体の蒸発により液体の量が変化して、液体の振動波形の周期および振幅が変化しても、振動が最適の振動になり、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌方法が得られる。

第１実施形態における撹拌装置の概略構成を示す斜視図。 撹拌装置を表すブロック図。 下部電極と上部電極とに印加する電圧を示す図。 液体での光の反射の様子を表す図。 変換された振動波形を表す図。 経時変化した場合の変換された振動波形を表す図。 撹拌方法を示すフローチャート図。 第２実施形態における撹拌装置の概略構成を示す斜視図。 第３実施形態における撹拌装置の概略構成を示す斜視図。 第４実施形態における撹拌装置の概略構成を示す斜視図。

以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
なお、以下に述べる実施形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
また、以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部材の尺度は実際とは異なっている。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る撹拌装置１００の概略構成を示す斜視図である。また、図２は、撹拌装置１００を表すブロック図である。撹拌装置１００は、液体Ｌを変化する電界中に置き、液体Ｌを振動させて撹拌する装置である。
図１において、撹拌装置１００は、基台１０と、支柱２０と、第１の電極としての平板の下部電極３０と、第２の電極としての平板の上部電極４０と、光源５０と、検知部としての受光器６０と、光を遮蔽する部材として遮光箱７０と、を備えている。遮光箱７０については、遮光箱７０で覆われた内部を見やすくするために破線で示した。
以下、下とは、重力の向かう方向を示し、上とは、重力の向かう方向とは反対方向を示す。

基台１０は、例えば、金属からなる略直方体の筐体で、その上面が水平になるように設置されている。ここで、上面は、基台１０の設置状況により、調整可能な範囲内で水平から多少ずれていてもよい。
基台１０の前面には、操作表示部１１が設けられている。操作表示部１１では、例えば、下部電極３０および上部電極４０の位置操作や位置表示、下部電極３０と上部電極４０との間に印加される駆動電圧の操作や駆動電圧の表示、遮光箱７０内の温度や湿度、撹拌装置１００を取り巻く雰囲気の温度や湿度の表示等が行われる。
また、図２において、基台１０の中には、波形変換部１２、データ保存部１３、演算部１４、電極制御部としての上部電極制御部１５が設けられている。

支柱２０は、例えば、金属からなり、基台１０の上面に垂直に取り付けられている。ここで、垂直とは、製造上のばらつきによる垂直からの多少のずれをも含む。
支柱２０には、下部電極３０と上部電極４０とが、互いの面が対向して平行となるように取り付けられている。上部電極４０は下部電極３０より上側に取り付けられている。ここで、平行とは、製造上のばらつきによる平行からの多少のずれをも含む。
上部電極４０は、支柱２０に沿って移動可能に取り付けられ、上部電極４０の垂直方向の位置は、支柱２０に取り付けられた、例えば、リニアエンコーダー２１によって検知される。上部電極４０の移動は、ラックアンドピニオンやリニアモーターによって行うことができる。
なお、下部電極３０も支柱２０に沿って移動可能に取り付けられていてもよい。

下部電極３０および上部電極４０の材質は、透明なガラスに透明導電膜である、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を形成した透明電極、金属製の電極、黒鉛電極、合成樹脂板に導電性のメッシュを張り付けた電極等を用いることができる。合成樹脂板に導電性のメッシュを張り付けた電極は、安価なうえ、液体Ｌの状態を観察できる点で好ましい。

上部電極制御部１５は、上部電極４０の位置を変えて下部電極３０と上部電極４０との電極間距離を制御したり、下部電極３０と上部電極４０とに印加する駆動電圧を制御したりする。
ここで、下部電極３０を制御する場合は、電極制御部として下部電極制御部を設けてもよいし、下部電極３０と上部電極４０とを制御する場合は、下部電極制御部と上部電極制御部１５とを設けてもよい。

図３に下部電極３０と上部電極４０とに印加する駆動電圧の一例を示した。
図３において、駆動電圧は、周期Ｔの矩形のパルス波からなり、下部電極３０と上部電極４０とに印加される最高電圧はＶｄである。例えば、振動数ｖ（ｖ＝１／Ｔ）は、数Ｈｚから数十Ｈｚで、Ｖｄが数ｋＶの駆動電圧を用いることができる。
なお、駆動電圧は、矩形のパルス波からなる駆動電圧に限らず、例えば、正弦波、三角波等からなる駆動電圧であってもよい。

図１において、撹拌装置１００の下部電極３０上には、同じ種類の液体Ｌが載せられた複数のスライドガラスＳが置かれる。図１では、５つのスライドガラスＳが置かれているが、一つであってもよいし、電極を大きくして５つ以上置いてもよい。
ここで、同じ種類の液体Ｌとは、液体Ｌの溶媒、粘度等が同じ液体Ｌをいう。
また、液体Ｌの量は、例えば、数十〜数百μＬである。複数の液体Ｌを同じ条件で振動させ撹拌するには、各液体Ｌの量をできるだけ同量に近づける。
スライドガラスＳの材質は、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英等のガラス、ポリスチレン等の樹脂を用いることができる。

複数の液体Ｌを同じ条件で振動させ撹拌するには、液体Ｌの形状も同じ形状に近づける必要がある。スライドガラスＳに載せられた液体Ｌの形状を同じにするために、スライドガラスＳを予め同じ条件で洗浄する。洗浄によって、スライドガラスＳの表面状態が安定し、液体ＬのスライドガラスＳに対する接触角が安定する。
また、液体Ｌの溶媒が水を主成分とする場合、液体ＬのスライドガラスＳ上での広がりを制限して液体Ｌの高さを揃えるために、決められた直径の円の円周を撥水性の材料で描き、円の中に液体Ｌを載せる。液体Ｌは、撥水性の円の中に収まり、スライドガラスＳ上での広がりが抑えられる。例えば、水が主成分の２００μＬの液体Ｌを直径１２ｍｍの円に収めると、静置した液体Ｌの高さは、２〜３ｍｍとなる。また、水が主成分の６００μＬの液体Ｌを直径２０ｍｍの円に収めると、静置した液体Ｌの高さは、２〜３ｍｍとなる。
同じ種類の各液体Ｌの量、形状を同じにすることで、各液体Ｌを略同条件で振動、撹拌できる。

一方、上部電極４０の表面に撥水処理を行っておくと、液体Ｌが振動して撹拌される際に上部電極４０に接触しても、上部電極４０に液体Ｌの一部が付着して分離するのを防げ、液体Ｌの量の急激な変化が抑えられる。

光源５０は、射出した光が液体Ｌを照らす角度で基台１０に取り付けられている。光が照らされる液体Ｌはどの液体でもよいし、ダミー用の液体Ｌを用意して、ダミー用の液体Ｌを照らしてもよい。
光源５０としては、ナトリウムランプ、白熱電球、蛍光灯、レーザー光源等を用いることができる。

図４に、液体Ｌでの光の反射の様子を表す図を示した。液体Ｌは、図示しない下部電極３０と上部電極４０との間に印加される駆動電圧によって、例えば、スライドガラスＳ上に静置した形状の実線で示した液体Ｌ１から盛り上がった状態の破線で示した液体Ｌ２へと形状が変化する。駆動電圧が周期的に変化すれば、液体Ｌは振動し、その形状は、液体Ｌ１→液体Ｌ２→液体Ｌ１→液体Ｌ２…と振動する。この振動に伴い液体Ｌは撹拌される。
ここで、振動する液体Ｌの形状は、図示した形状に限らず、スライドガラスＳ上に静置した形状より盛り上がった形状からさらに盛り上がった形状の間で振動してもよいし、振動の勢いで中心が凹んだ形状から盛り上がった形状の間で振動してもよい。

液体Ｌに入射する光は、液体Ｌの振動により、反射する方向も変化する。
図４において、光路を実線と破線の矢印で示した。例えば、光源５０から入射角θで液体Ｌに入射した光は、液体Ｌ１の形状の時は直進し、実線矢印の方向に進み、受光器６０には到達しない。一方、液体Ｌ２の形状の時は反射し、破線矢印の方向に進み、受光器６０に到達する。したがって、振動に伴う光の強弱が、受光器６０で検知できる。
光源５０から射出される光が、液体Ｌの溶質または溶媒に悪影響を及ぼす場合、例えば、溶質や溶媒を分解したり、溶媒の蒸発を促進したりするときは、入射角θを小さくして光の反射率を高めるとよい。

図２において、受光器６０で受けた光の強弱は、電気信号に変換され、波形変換部１２において振動波形に変換される。変換された振動波形は、データ保存部１３に保存される。データ保存部１３は、データを記憶する素子であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ（不揮発性記憶素子）を含む。

図５に、短時間の撹拌で、液体Ｌの蒸発が進まない場合の変換された振動波形を表す図を示した。横軸が時間（ｔ）を表し、縦軸が振幅を表している。両軸ともに任意スケールであり、振動する液体Ｌの実際の振幅とは限らない。
図５において、破線で示した曲線は、ある種類の液体Ｌが効率よく最適な振動で撹拌ができている振動波形を示している。実線で示した曲線は、撹拌に最適な振動からずれた場合の振動波形を示している。ここで、撹拌に最適な振動ができているとは、例えば、振幅が大きな振動波形が得られるときであるが、振幅が大きな振動波形に限らず、撹拌後のデオキシリボ核酸とインターカレーターの相互作用を利用した反応、抗原定着反応、抗原抗体反応等の反応がよく進む振動波形である。

種類、量の異なる液体Ｌは、同じ駆動電圧によってもその振動は異なるため、データ保存部１３には、各種類の液体Ｌを量に応じて、下部電極３０と上部電極４０との電極間距離およびこれらの電極に印加する駆動電圧を変化させて、その種類ごとに撹拌に最適な振動の基準振動波形を予め記録しておく。

図６には、液体Ｌの蒸発が進み、経時変化した場合の変換された振動波形を表す図を示した。液体Ｌの蒸発が進むと、液体Ｌの量の減少とともに、振幅も小さくなり、周期も短くなる。

演算部１４では基準振動波形と実際に振動している駆動波形とを比較して、基準振動波形に近づける補正駆動電圧および補正極板間距離を計算する。上部電極制御部１５は、計算された補正駆動電圧および補正極板間距離に基づいて上部電極４０を制御する。

遮光箱７０には、受光器６０が検知する外からの光を遮蔽する材料を用いる。例えば、金属や、受光器６０が検知する光を吸収、反射する物質を含んだ材料等を用いることができる。遮光箱７０は手動で被せてもよいし、遮光箱７０に、自動で開閉する扉を設けて作業性をよくしてもよい。また、遮光箱７０の内部で温湿度調整等を行ってもよい。
遮光箱７０に代えてカバーを設けることも可能である。カバーを設けることにより、外部からの埃等を防いだり、液体Ｌの蒸発の進行を抑えたりすることができる。カバーの場合であっても、自動で開閉する扉を設けて作業性をよくしてもよいし、カバーの内部で温湿度調整等を行ってもよい。カバーに外からの光を遮蔽する材料を用いると遮光箱７０とすることができる。

図７に、撹拌装置１００を用いて液体Ｌを撹拌する、本実施形態における撹拌方法を示すフローチャート図を示した。
図７において、本実施形態における撹拌方法は、基準振動波形記録工程としてのステップＳ１と、振動許容範囲記録工程としてのステップＳ２と、サンプルセット工程としてのステップＳ３と、電極セッティング工程としてのステップＳ４と、振動開始工程としてのステップＳ５と、振動波形検知工程としてのステップＳ６と、周期判断工程としてのステップＳ７と、周期制御工程としてのステップＳ８と、振幅判断工程としてのステップＳ９と、振幅制御工程としてのステップＳ１０と、経時変化監視工程としてのステップＳ１１と、波形積分値差判断工程としてのステップＳ１２と、波形積分値差制御工程としてのステップＳ１３と、撹拌時間判断工程としてのステップＳ１４とを含む。

ここで、ステップＳ２、およびステップＳ１１からステップＳ１３までは、必要に応じて加えることができる。これらのステップは、液体Ｌにおいて溶媒中の溶質の濃度が低く、長時間の撹拌を要する場合に加えることができる。例えば、抗原抗体反応において、抗体が高価でその濃度を抑えたい場合、長時間の撹拌を行って抗原抗体反応を進める必要がある。

基準振動波形記録工程（ステップＳ１）では、液体Ｌの撹拌に最適な振動の基準振動波形を予めデータ保存部１３に記録する。
液体Ｌの種類によって粘度等が異なる場合は、液体Ｌの種類ごとに基準振動波形を記録する。また、基準振動波形で撹拌した時に要する撹拌時間も記憶させておく。
例えば、駆動波形は、図３に示した矩形のパルス波を印加しながら電極間距離を調節し、液体Ｌの振幅が最大値となる基準振動波形を求める。または、反応がよく進む基準振動波形を求めて記録する。

振動許容範囲記録工程（ステップＳ２）では、基準振動波形の半周期分の基準波形積分値から許容できる波形積分値差を予めデータ保存部１３に記録する。この場合も、液体Ｌの種類ごと許容できる波形積分値差を記録する。

サンプルセット工程（ステップＳ３）では、液体Ｌを載せたスライドガラスＳを下部電極３０にセットする。この時、操作表示部１１において、データ保存部１３に記録した液体Ｌの種類の中から実際に測定する液体Ｌの種類、量を選んでもよい。
下部電極３０と上部電極４０との電極間距離は、サンプルのセットが行いやすいように調整して行うことができる。この場合、例えば、上部電極４０の移動可能な距離を長くすると、下部電極３０と上部電極４０との電極間を広げることができ、手やロボットのアームを電極間に入れやすく、サンプルのセットが行いやすい電極間距離にできる。

電極セッティング工程（ステップＳ４）では、基準振動波形が得られる下部電極３０と上部電極４０との間の電極間距離に、上部電極４０を移動する。
例えば、数ｍｍの液体Ｌの高さに応じ、液体Ｌと上部電極４０とが接触しないように、下部電極３０と上部電極４０との電極間距離は、数〜十数ｍｍとすることができる。
上部電極４０の移動は、操作表示部１１によって手動で上部電極４０を移動させてもよいし、予めエンコーダーによって、基準振動波形が得られた位置に自動で移動させてもよい。

振動開始工程（ステップＳ５）では、ステップＳ１で記録された、液体Ｌに印加すると基準振動波形が得られる駆動電圧を下部電極３０と上部電極４０との間に印加して、液体Ｌの振動を開始する。
同じ種類の液体Ｌに対して基準振動波形が得られる駆動電圧が、液体Ｌの調整ごとに液体Ｌの粘度等の特性は多少異なるので、実際に振動させる液体Ｌの振動が最適な振動となる駆動電圧とは限らない。

振動波形検知工程（ステップＳ６）では、光源５０から射出された光が液体Ｌに入射し、反射した光を受光器６０で検知し、波形変換部１２において振動波形に変換する。

周期判断工程（ステップＳ７）では、基準振動波形の周期と、振動波形の周期と、が近いか否かを判断する。
基準振動波形の周期と振動波形の周期とが近いか否かは、基準振動波形の周期と振動波形の周期との差が、予めデータ保存部１３に保存しておいた、基準振動波形の周期と振動波形の周期との許容できる差以上か否かで行う。基準振動波形の周期と振動波形の周期との差が、許容できる差以上の場合（ステップＳ７：ＮＯ）は、周期制御工程（ステップＳ８）に進む。基準振動波形の周期と振動波形の周期との差が、許容できる差以上ではない場合、言い換えると基準振動波形の周期と振動波形の周期との差が、許容できる差未満の場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）は、振幅判断工程（ステップＳ９）に進む。

周期制御工程（ステップＳ８）では、基準振動波形の周期と振動波形の周期とがと近づくように、電極間距離と駆動電圧とを計算し変化させる。
演算部１４で、基準振動波形の周期と振動波形の周期とが近づく補正駆動電圧と補正電極間距離を計算し、上部電極制御部１５によって基準振動波形の周期と振動波形の周期とが近づく補正駆動電圧と補正電極間距離に上部電極４０を制御する。制御後、振幅判断工程（ステップＳ９）に進む。

振幅判断工程（ステップＳ９）では、基準振動波形の振幅と振動波形の振幅とが近づいたか否かを判断する。
基準振動波形の振幅と振動波形の振幅とが近いか否かは、基準振動波形の振幅と振動波形の振幅との差が、予めデータ保存部１３に保存しておいた基準振動波形の振幅と振動波形の振幅との許容できる差以上か否かで行う。基準振動波形の振幅と振動波形の振幅との差が、許容できる差以上の場合（ステップＳ９：ＮＯ）は、振幅制御工程（ステップＳ１０）に進む。基準振動波形の周期と振動波形の周期との差が、許容できる差以上ではない場合、言い換えると基準振動波形の振幅と振動波形の振幅との差が、許容できる差未満の場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）は、経時変化監視工程（ステップＳ１１）に進む。

振幅制御工程（ステップＳ１０）では、基準振動波形の振幅と検知された振動波形の振幅とが近づくように、電極間距離と駆動電圧とを変化させる。
演算部１４で、基準振動波形の振幅と振動波形の振幅とが近づく補正駆動電圧と補正電極間距離を計算し、上部電極制御部１５によって基準振動波形の振幅と振動波形の振幅とが近づく補正駆動電圧と補正電極間距離に上部電極４０を制御する。制御後、経時変化監視工程（ステップＳ１１）に進む。
たとえば、周期を一致させた後、電極間距離／電圧を調整すると周期がずれる。周期を一致させた時に、振幅が基準振動波形と一致しない場合は、組織に光が吸収されている、もしくは外光の影響とみなし、基準振動波形の振幅と振動波形の振幅の差を演算し、差の分だけ振幅を増やし（減らして）、基準振動波形と一致させる。（例…基準波形：周期２、振幅５。振動波形：周期２、振幅３。このようになった場合、振幅３を振幅５と見なす。）

経時変化監視工程（ステップＳ１１）では、振動波形の経時変化を測定する。
経時変化の測定は、振動波形検知工程（ステップＳ６）と同様に、光源５０から射出された光が液体Ｌに入射し、反射した光を受光器６０で検知し、波形変換部１２において振動波形に変換することで行う。

波形積分値差判断工程（ステップＳ１２）では、基準波形積分値の半周期分の絶対値と振動波形の半周期分の波形積分値の絶対値とを比較し、これらの波形積分値差が許容できる波形積分値差未満か否かを判断する。
例えば、基準波形積分値の絶対値は、図５に示したＳａに相当し、振動波形の半周期分の波形積分値の絶対値は、Ｓｂに相当する。
波形積分値差が許容できる波形積分値差未満の場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）は、撹拌時間判断工程（ステップＳ１４）に進む。波形積分値差が許容できる波形積分値差未満ではない場合、言い換えると波形積分値差が許容できる波形積分値差以上の場合（ステップＳ１２：ＮＯ）は、波形積分値差制御工程（ステップＳ１３）に進む。

波形積分値差制御工程（ステップＳ１３）では、波形積分値差を許容できる波形積分値差未満となるように、電極間距離と駆動電圧とを変化させる。
演算部１４で、基準振動波形の基準波形積分値の絶対値と、振動波形の波形積分値の絶対値と、が近づく補正駆動電圧と補正電極間距離を計算し、上部電極制御部１５によって基準波形積分値の絶対値と振動波形の波形積分値の絶対値とが近づく補正駆動電圧と補正電極間距離に上部電極４０を制御する。制御後、撹拌時間判断工程（ステップＳ１４）に進む。

撹拌時間判断工程（ステップＳ１４）では、撹拌開始からの経過時間を基準振動波形記録工程（ステップＳ１）で記録した撹拌時間と比較し、経過時間が撹拌時間を経過した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）は、撹拌を終了する。経過時間が撹拌時間を経過しない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）は、経時変化監視工程（ステップＳ１１）に戻る。
以上示したフローによって本実施形態の撹拌方法は終了する。

以上示したフローにおいて、基準振動波形記録工程（ステップＳ１）と振動許容範囲記録工程（ステップＳ２）とは、どちらを先に行ってもよい。また、上述のように積分値差を求めることで蒸発による攪拌強度の変化を調べることができるが、基準振動波形と攪拌波形の半周期の差を求めることでも攪拌強度の変化を調べることもできうる。さらに、ステップＳ４からステップＳ５の工程間に、攪拌時間を入力する工程を追加してもよく、また、ステップＳ１２およびステップＳ１３のステップでは積分値を用いる代わりに周期差を用いてもよい。

また、基準振動波形記録工程（ステップＳ１）と振動許容範囲記録工程（ステップＳ２）とで、データ保存部１３にデータを保存し、新たな溶媒をもつ液体Ｌの基準振動波形を予め記録する必要がないときは、基準振動波形記録工程（ステップＳ１）および振動許容範囲記録工程（ステップＳ２）を省略して、サンプルセット工程（ステップＳ３）から始めことができるが、本実施形態の撹拌方法に、基準振動波形記録工程（ステップＳ１）および振動許容範囲記録工程（ステップＳ２）は必須である。

このような実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）撹拌装置１００が、液体Ｌの撹拌に最適な振動の基準振動波形を記録したデータ保存部１３と、受光器６０で捉えた液体Ｌの振動波形を基準振動波形に近づける補正駆動電圧および補正電極間距離を演算する演算部１４と、補正駆動電圧を印加し、補正電極間距離に制御する上部電極制御部１５とを備えている。したがって、液体Ｌの動きを目視して電圧および電極間距離を調節する場合と比較して、短時間で液体の振動が最適の振動になり、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌装置１００を得ることができる。
また、撹拌中に液体Ｌの蒸発により液体Ｌの量が変化しても、受光器６０によって液体Ｌの振動波形を捉え、液体Ｌの量に応じた補正駆動電圧を印加し、補正電極間距離に制御する上部電極制御部１５を備えているので、最適な振動が維持される撹拌装置１００を得ることができる。

（２）検知部が液体Ｌから反射した光を受光する受光器６０を備えているので、液体Ｌに非接触で液体Ｌの振動を検知できる。したがって、振動の検知による液体Ｌの撹拌への影響を少なくでき、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌装置１００を得ることができる。

（３）液体Ｌに光を照射する光源５０を備えているので、液体Ｌに外光が入射する場合と比較して、液体Ｌに入射する変動量がより安定し、液体Ｌの振動に伴う液体Ｌから反射する光の量への液体Ｌに入射する光の量の変動による影響を抑えることができる。したがって、振動波形および基準振動波形がより正確に検知でき、液体Ｌの振動がより最適の振動になり、撹拌の終了までの時間がより短縮された撹拌装置１００を得ることができる。

（４）光源５０から射出された光が液体Ｌで反射されて受光器６０に入射する光路を含む領域を外部の光から遮蔽する遮光箱７０によって、液体Ｌの振動に伴う液体Ｌから反射する光の量への、外光の変動による影響をより抑えることができる。したがって、振動波形および基準振動波形がより正確に検知でき、液体Ｌの振動がより最適の振動になり、撹拌の終了までの時間がより短縮された撹拌装置１００を得ることができる。

（５）液体Ｌの撹拌に最適な振動の基準振動波形を記録して、液体Ｌの振動波形を検知し、振動波形の周期および振幅を基準振動波形に近づくように、電極間距離と駆動電圧とを変化させる。したがって、液体Ｌの動きを目視して駆動電圧および電極間距離を調節する場合と比較して、短時間で液体Ｌの振動が最適の振動になり、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌方法が得られる。

（６）振動波形の経時変化を測定し、波形積分値と基準波形積分値とを比較して、波形積分値差を許容できる波形積分値差未満となるように、電極間距離と駆動電圧とを変化させる。したがって、撹拌中に液体Ｌの蒸発により液体Ｌの量が変化して、液体Ｌの振動波形の周期および振幅が変化しても、振動が最適の振動になり、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌方法が得られる。

（第２実施形態）
図８に、本実施形態の撹拌装置２００の概略構成を示す斜視図を示した。図では遮光箱７０が省略してあるが、遮光箱７０はあってもなくてもよい。
本実施形態の撹拌装置２００は、第１実施形態の撹拌装置１００の光源５０と受光器６０をレーザードップラー振動計８０に変えた以外は、第１実施形態と同様の構成である。レーザードップラー振動計８０は、上部電極４０の上で、液体Ｌに向かってレーザー光を照射し、液体Ｌの表面で反射したレーザー光を受けるように配置する。
ただし、少なくとも上部電極４０には、光を透過する透明電極を使用する必要がある。
また、波形変換部１２はレーザードップラー振動計８０に含まれていてもよい。レーザードップラー振動計８０は、市場で流通しているよく知られた装置を用いることができる。

このような実施形態によれば、以下の効果がある。
（７）液体Ｌに照射する光が、より指向性のあるレーザー光であるので、液体Ｌに入射する光の量がより安定し、液体Ｌの振動に伴う液体Ｌから反射する光の量への、液体Ｌに入射する光の量の変動による影響をより抑えることができる。したがって、振動波形および基準振動波形がより正確に検知でき、液体Ｌの振動がより最適の振動になり、撹拌の終了までの時間がより短縮された撹拌装置２００を得ることができる。

（第３実施形態）
図９に、本実施形態の撹拌装置３００の概略構成を示す斜視図を示した。図では遮光箱７０が省略してあるが、本実施形態では遮光箱７０あったほうが好ましい。
本実施形態の撹拌装置３００は、第１実施形態の撹拌装置１００の光源５０がない以外は、第１実施形態と同様の構成である。受光器６０の位置は特に限定されず、破線で示した上部電極４０の上の位置にあってもよい。その場合、少なくとも上部電極４０には、光を透過する透明電極を使用する必要がある。

このような実施形態によれば、以下の効果がある。
（８）上述の（１）の効果と同様に、液体Ｌの動きを目視して電圧および電極間距離を調節する場合と比較して、短時間で液体の振動が最適の振動になり、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌装置３００を得ることができる。
また、撹拌中に液体Ｌの蒸発により液体Ｌの量が変化しても、受光器６０によって液体Ｌの振動波形を捉え、液体Ｌの量に応じた補正駆動電圧を印加し、補正電極間距離に制御する上部電極制御部１５を備えているので、最適な振動が維持される撹拌装置３００を得ることができる。

（第４実施形態）
図１０に、本実施形態の撹拌装置４００の概略構成を示す斜視図を示した。
本実施形態の撹拌装置４００は、第３実施形態の撹拌装置３００の受光器６０の代わりに、下部電極３０と上部電極４０とから電極間の電圧を検知するリード線９０が引き出され、図示しない検知部としての電圧モニター部を基台１０に備えている。
電極間の電圧の検知は、印加する電圧変動の影響を少なくするために、例えば、図３に示した矩形波の一定電圧が印加されている間と電圧が印加されていない間に検知するのが好ましい。

このような実施形態によれば、以下の効果がある。
（９）上述の（１）の効果と同様に、液体Ｌの動きを目視して電圧および電極間距離を調節する場合と比較して、短時間で液体の振動が最適の振動になり、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌装置４００を得ることができる。
また、撹拌中に液体Ｌの蒸発により液体Ｌの量が変化しても、電極間の電圧を検知するリード線９０によって液体Ｌの振動波形を捉え、液体Ｌの量に応じた補正駆動電圧を印加し、補正電極間距離に制御する上部電極制御部１５を備えているので、最適な振動が維持される撹拌装置４００を得ることができる。

（１０）振動する液体Ｌによって下部電極３０と上部電極４０との間の誘電率が変化し、それに伴う電圧変動を検知するので、液体Ｌに非接触で液体Ｌの振動を検知できる。したがって、液体Ｌの撹拌への振動の検知による影響を少なくでき、撹拌の終了までの時間が短縮された撹拌装置４００を得ることができる。

上述の実施形態以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、上述した実施形態では、振動を検知する検知部として受光器６０、電圧モニター部を挙げて説明したが、本発明の検知部はこれらに限らず、例えば、超音波を液体Ｌに照射し、液体Ｌからの反射を検知する検知部、液体Ｌにプローブを接触させて振動を検知する検知部であってもよい。
また、検知部として、液体Ｌの動きを画像で検知し、波形変換部としての画像処理部によって振動波形を得てもよい。

さらに、本発明の撹拌装置は、生体成分の分析、および定量への適用のみならず、液体の微小試料の撹拌に適用できる。例えば、工業製品における試験研究用の微小試料の撹拌、化学分析、物理分析における微小試料の作製や調製等にも適用することができる。

１０…基台、１１…操作表示部、１２…波形変換部、１３…データ保存部、１４…演算部、１５…上部電極制御部、２０…支柱、２１…リニアエンコーダー、３０…下部電極、４０…上部電極、５０…光源、６０…受光器、７０…遮光箱、８０…レーザードップラー振動計、９０…リード線、１００，２００，３００，４００…撹拌装置、Ｌ…液体。

Claims (8)

1. 第１の電極と前記第１の電極に対向する第２の電極との間に液体を配置して、前記第１の電極と前記第２の電極との間に駆動電圧を印加して前記液体を振動させる撹拌装置であって、
   前記振動を検知する検知部と、
   前記検知部で検知した前記振動を振動波形に変換する波形変換部と、
   予め、前記検知部と前記波形変換部とを用いて得られた、前記液体の撹拌に最適な振動の基準振動波形を記録するデータ保存部と、
   前記振動波形と前記基準振動波形とを比較して、前記振動波形を前記基準振動波形に近づけるための前記第１の電極と前記第２の電極との間の補正駆動電圧、および前記第１の電極と前記第２の電極との補正電極間距離を演算する演算部と、
   前記補正駆動電圧および前記補正電極間距離に基づいて、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記補正駆動電圧を印加し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の距離を前記補正電極間距離に制御する電極制御部とを備えた
   ことを特徴とする撹拌装置。
2. 請求項１に記載の撹拌装置であって、
   前記検知部は、振動する前記液体から反射した光を受光する受光器を備えている
   ことを特徴とする撹拌装置。
3. 請求項２に記載の撹拌装置であって、
   前記液体に光を照射する光源を備えている
   ことを特徴とする撹拌装置。
4. 請求項３に記載の撹拌装置であって、
   前記光源は、レーザー光源である
   ことを特徴とする撹拌装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の撹拌装置であって、
   前記光源から射出された光が前記液体で反射されて前記受光器に入射する光路を含む領域を外部の光から遮蔽する部材を備えている
   ことを特徴とする撹拌装置。
6. 請求項１に記載の撹拌装置であって、
   前記検知部は、振動する前記液体による前記第１の電極と前記第２の電極との間の電圧変動を検知する
   ことを特徴とする撹拌装置。
7. 第１の電極と前記第１の電極に対向する第２の電極との間に液体を配置して、前記第１の電極と前記第２の電極との間に駆動電圧を印加して前記液体を振動させる撹拌方法であって、
   前記液体の撹拌に最適な振動の基準振動波形および撹拌時間を予め記録する基準振動波形記録工程と、
   前記基準振動波形が得られる前記第１の電極と前記第２の電極との間の電極間距離に、前記第１の電極または前記第２の電極の少なくとも一方を移動する電極セッティング工程と、
   前記液体に前記駆動電圧を印加して前記液体の振動を開始する振動開始工程と、
   前記液体の振動の振動波形を検知する振動波形検知工程と、
   前記基準振動波形の周期と検知された前記振動波形の周期とが近いか否かを判断する周期判断工程と、
   前記基準振動波形の周期と前記振動波形の周期とがと近づくように、前記電極間距離と前記駆動電圧とを変化させる周期制御工程と、
   前記基準振動波形の振幅と前記振動波形の振幅とが近いか否かを判断する振幅判断工程と、
   前記基準振動波形の振幅と検知された前記振動波形の振幅とが近づくように、前記電極間距離と前記駆動電圧とを変化させる振幅制御工程とを含んでいる
   ことを特徴とする撹拌方法。
8. 請求項７に記載の撹拌方法において、
   前記基準振動波形の半周期分の基準波形積分値から許容できる波形積分値差を予め記録しておく振動許容範囲記録工程と、
   前記振動波形の経時変化を測定する経時変化監視工程と、
   前記基準波形積分値の絶対値と、前記振動波形の半周期分の波形積分値の絶対値と、を比較し、これらの波形積分値差が前記許容できる波形積分値差未満か否かを判断する波形積分値差判断工程と、
   前記波形積分値差が前記許容できる波形積分値差以上の場合、前記波形積分値差を前記許容できる波形積分値差未満となるように、前記電極間距離と前記駆動電圧とを変化させる波形積分値差制御工程とを含む
   ことを特徴とする撹拌方法。

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