JPS5844340A - 電気泳動度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気泳動の測定方法及びその装置に係る・ 更に詳しくは、本発明は試料検体中の粒子（本願におい
て粒子とは、球又は円形のみでなく、あらゆる形状のも
のを含む）の電気泳動度測定において、任意の位置にあ
る複数個の粒子の位置と見掛けの電気泳動度とを測定し
、このデータ群をもとに数値解析処理して、検体粒子の
平均電気泳動度、個々の粒子の真の電気泳動度等を求め
る方法及びその装置に係る。

界面動電現象の測定装置として、例えば、コロイド荷電
粒子の動きを観察する電気泳動装置は微小表面荷電物質
を扱５分野では良く知られている。

近年、免疫学の分野でも、例えば血液中の白血球系の免
疫細胞の動電現象から種々の免疫学的情報を得る手段と
して、この電気泳動装置が注目されている。一般に、電
気泳動装置はキュベツト（測定セル）、電１及び電極槽
、恒温槽、電源及び泳動度検出器から構成されている。

この電気泳動装置はキュベツトに直流電流を印加して電
場を発生させ、この電場に応じてキュベツト内の荷電粒
子が移動する時の速度を測定するととくより、粒子の荷
電状態等を知る機能を有するもので、かかる装置による
基本的な測定法は以下の通りである。

即ち、メジウムと称する泳動用電解液中に検体粒子を浮
遊させたキュベツトに電場をかけ、そのときの検体粒子
の移動速度（ロ）と電場強さく自）から、粒子の電気泳
動度を求める。求められる電気泳動度は電場強さ当りの
各粒子の移動速度、即ち、ボルト／センチメートル当り
のミクロ７７秒で表わされる。

ところで、上記泳動度はキュベツトの帯電にもとすくメ
ジウムの電気浸透効果を考慮しなければならない。通常
の電気泳動装置では、キュベツトとして光学的均質性、
製作精度、洗浄の容易さ等の理由でグラス製のものが用
いられている。ガラス製の容器は、ガラスの化学構造か
ら推察されるよ５に、負に帯電している。この為、ガラ
ス製キュベツト内のメジウム（泳動用電解液）は容器の
壁近くが正イオン濃度の高い状態で電気的に平衡となる
。電気泳動を行なうため、この状態にあるキュベツトの
両側に電場をかけた場合、壁に沿って電気浸透による流
動が同時に発生する。

従って、測定される粒子の電気泳動度は、真の電気泳動
度とメジウムの電気浸透現象に伴う流れ速度の代数和、
即ち、見掛けの電気泳動度となる。

この為、従来から実施されている真の電気泳動度を求め
る方法は、流れの速度（Ｖ）＝Ｏと推定される位置、即
ち理論的静止面上にある粒子のみを測定対象とするもの
である。

しかしながら、理論的静止面上に位置する粒子は確率的
に極めて少ない、故に従来法では試料検体に含まれる粒
子の極く一部が測定されるのみであるため測定効率が悪
く、また試料検体の統計学的解析が困難である。更に従
来法ではキュベツトとして静止面決定の容易な形状、例
えば角形（直方体）、丸形（円筒状）等に制約され、し
かもかかる制約されたキュベツトの使用にもかかわらず
、後述の如く静止面上に位置する粒子を測定している保
証がない。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究の結果、
個々の検体粒子の位置と見掛けの電気泳動度との関係が
通常のキュベツトにおいて放物線上にのる、という実験
事実から、複数個の検体粒子の位置と見ａｈの電気泳動
度の測定データ群を未定のパラメーターを含む理論曲線
（放物線）にあてはめて、咳パラメーターを決定し、更
にこの計算結果をもとに数値解析処理すれば、試料検体
の平均電気泳動度、或いは個々の粒子の真の電気泳動度
等を、静止面上に位置する粒子のみに測定が制約される
ことなく容易に求め得ることを見い出し、本発明の完成
に至った。

上記知見に基ずく本発明は、 １）　電源に接続された１対の電極を用いて試料検体に
電場をかけ、試料検体中の粒子の電気泳動度を測定する
にあたり、該試料検体中の複数個の粒子の位置（Ｘｊ）
と見掛けの電気泳動度（Ｍｊ）とを測定し、これらの値
（Ｘｊ、Ｍｊ）を理論的ＩＨｃあてはめそして数値解析
することにより、真の泳動度を求めることを特徴とする
電気泳動度測定法及び ２）試料検体に電場をかけるための電源装置とを有する
該試料検体中の粒子の電気泳動度測定装置１において、
該試料検体中の粒子の位置測定器を具備することを特徴
とする電気泳動度測定装置な提供する。

上記試料検体とはあらゆる電解質溶液を含む。また上記
粒子とは、あらゆる帯電粒子を包含し、例えば生体に係
わる帯電粒子としては白血球、赤血球、細胞（ガン細胞
）、***等があり、その他バクテリア、藻類、菌類、重
金属粒子（例えばＴｉｅ、）等が例示し得る。

本発明は静止面上にある粒子のみを測定するという従来
の技術思想から完全に脱却したものであって、下記の如
き革新的な改善がなされる。

１）種々の実験条件に影響されることなく、真の静止面
を決定できる。従って、測定値は極めて信頼性が高いも
のとなる。

２）キエベット内の全粒子が測定対象粒子となるため、
測定効率が大巾に改善され、検体粒子の少ない試料であ
っても充分測定可能となる。

従って本発明は個々の粒子の泳動度のバッフ中が大きい
免疫細胞についても統計学的な解析を容易に且つ精度良
く行うことができ、診断機器設計への多大な買献が期待
される。

以下、本発明を詳述する。

本発明の装置は、基本的には、通常の界面動電現象測定
に用いられる装置に、粒子の位置測定機能を付加した構
成のものである。測定は通常の電気泳動度測定法に従え
ば良く、この際、見掛けの電気泳動度と共にその位置を
も同時に測定する。

真の電気泳動度或いは平均電気泳動度等は、測定された
上記データ群から、後述の如き数値解析処理して求めら
れる。

第１図は、顕微鏡電気泳動装置を用いた場谷の本発明の
電気泳動装置の構成ブロック図を例示する。

（以下余白） 第１図の装置はデータ群の数値解析を円滑にするため、
顕微鏡２を有する電気泳動装置ｌに粒子の位置測定器３
、計算処理制御装置４、個々の構成部分からの情報を転
送するためのデータ回線（ｒｊ、Ｍｊ）及びそれを制御
するための制御回路（Ｏ，Ｓ、）からなる◎ 本発明の顕微鏡電気泳動装置としては、第２図の如き装
置を例示し得る◎位置測定器は検体粒子の位置を検出で
きるものであれば特に限定されないが、電気泳動度検出
器として用いられる顕微鏡の対物レンズ部に移動量読み
取り装置を付加したものが好ましい。該移動量のデータ
伝送は、実験者が直接目盛を読み取り、計算処理制御装
置の入力部分（キーボード等）から間接的に入力する方
法、或いは位置を電気信号に変換して計算処理制御装置
に直結し、直接的に入力する方法等により行なわれる。

本発明は上記の如き構成の装置を用いて複数個Ｏ検体粒
子の位置及び見掛けの電気泳動度を測定し、このデータ
群を未定のパラメーターを含む理論１ｌＩｉ１にあては
めて数値解析することにより、簡単に検体粒子の平均電
気泳動ｋ又は個々の粒子の真の電気泳動度を求め得る。

ここで義理論曲線は粒子の〔位置、見掛けの電気泳動度
〕のデータ群から仮定し得るが、通常の形状のキュベツ
ト（例えば肉屋および円筒形）では放物線である・本発
明に係る〔位置・見掛けの泳動度〕のデータ群の数値解
析処理の基本的な原理は以下の通りである０なお、ここ
で社内型キュベツトについてのみ説明するが、円筒形の
キュベツトについても同様てめる。またそれら以外の形
状のキュベツトを使用する場合は、粒子の〔位置、見掛
けの電気泳動度〕のデータ群から理論曲線を仮定し、同
様に数値解析し得る・ 試料検体中の任意の複数個の粒子について、粒子の位置
（Ｘｊ）と見掛妙の電気泳動ｆ（Ｍｊ）を測定し、デー
タ群（ｘ３　＊　Ｍｊ）　　　　を収集するＯ角形ｊ■
１−Ｎ キュベツト壁のメジウム流れ速度分布が放−線であるこ
とから、上記測定値も平均的に紘放−線分布となる・そ
こで、見掛けの電気泳動［（財）と粒子位置体）との関
係が、未定のパラメータ１ツム、Ｂをもった放物線 錦）−ＦＸ　＋ムＸ＋Ｂ　　　　　　・・・・・・（１
）であると仮定する。これに前記データ群（ｘ５．Ｍ５
）　　　　　をあて祉め、最小自乗法を用ｊ諺１〜Ｎ。

いてパラメータ１．ム、Ｂを決定する。未定のパラメー
タ１ツムおよびＢを決定するためには、少なくとも３個
以上の粒子について位置および見掛けの電気泳動度の測
定が必要であるＯ 放物線Ｍ（１）のピークの位置（０）は、（１）式から
明らかな通ｐム／２！Ｆである。

静止面（Ｄ：ｐ）ｔｉＫｏｍａｇａｔａの公式ａ）から
求められる： ここにＣ二放物線のピークの位置（−一）！Ｆ Ｄ：キュペットの厚み Ｈ：キュベツトの高さ、を示す。

一方、個々の粒子の真の電気泳動度をｍｊ、その平均値
をｉとすると、 Ｍｊ−Ｖ（Ｘｊ）＋ｍｊ−Ｖ（Ｘｊ）＋ｍ＋、ｉｌｊ　
　−・・−・（ｓ）ここに、１Ｘｊ）はメジウム流れ速
度であシ、そしてΔｊはｍｊ−ｍである。

放物線Ｍｏｂ）は見掛けの電気泳動度の平均値であるか
ら、 Ｍ　（Ｘｊ）　−Ｖ　ＣＸｊ）　＋ｍ　　　　　　　　
　叩・−（４）となる。

± ＶＩＤ、、）＝ｏ　　テあるから、式（１）、（３）お
よび（４）から個々の粒子の真の電気泳動度ｍｊ及びそ
の平均値■が次のように導き出される。

ｍｊｍｍ＋Δｊ　ｗｙｌ＋輩ｊ−Ｍ（Ｘｊ）−ｍ　＋　
Ｍｊ　−（−ＦＸｊ’　＋Ａｌ：ｊ　＋Ｂ　）ｍ−Ｍ（
Ｄ　　）＝−ＩＦ（Ｄム）２＋ム（Ｄ５　）　＋Ｂｐ この時の粒子群の標本分布（８２）　ａとなる。

なお、上記数値解析で明らかな如く、Ｘｊは必ずしもキ
ュベツト壁面からの絶対距離である必要はなく、相対距
離さえ測定できれば、計算によって求めた理論的静止面
の値から絶対距離に補正できる。

従来の電気泳動度測定は理論的静止面上の粒子のみを測
定対象としてい九が、本発明によれば上記解析ＪＩ［Ｉ
ｌで明らかな如く、実測値の理論曲線へのあてはめを行
うので、キュペットの前面から後面まで万ぺんなく測定
することが好ましい。この点、本発明は測定の容易さ、
効率化という点で従来法に比べて格段に有利である。

更に本発明は、実験的制約或いは検体試料の性状から検
体粒子の絶対数の少ない試料、又は泳動［０バラツキの
大きな試料の電気泳動度の測定にも極めて有効な手段で
ある。例えば、該試料の測定においては、まず多数の検
体粒子の準備可能なバラツキの少ない標準試料から、前
述の方法を用いてメジウムの速度分布ｖｍを求め、真の
電気泳動ｆ！Ｅｌｊ−Ｍｊ−Ｖ（Ｘｊ）とし、次いで検
体粒子の位置（Ｘｊ　”）と見掛けの電気泳動ＩＩ（Ｍ
ｊ）の測定値を直接上記の式に代入する方法を教示し得
る。

以下、本発明に基づく顕微鏡による電気泳動測定装置の
一実施例を、第２図および第３図を参照しつつ説明する
。

かかる装置は、主として恒温槽５内に配置されたキュペ
ット６と、キュペット６０両端に接続され九電源装置７
から泳動璽への電流供給を行う電極８．８′とよプなる
ものである。恒温槽５は、温度調節装置９及び温度セン
サー１０を具備しキュベツト６を定温に保つよう調整が
なされている。

奥行５５０μｍ、高さ／央行比−１０の石英製角筒状の
キュベツト６はその両端にガラス管を有し、これらはそ
れぞれサンプル注入口１１およびサンプル排出口１２を
具備しておシ、さらにこの各ガラス管の開口端はガスケ
ツ？　１３．１３’および隔膜！４゜１４′を介して、
前記電極８．８′を有する燐酸緩衝液の電解液槽１Ｌ１
５’に接続されている。この隔膜１４．１．４’は、電
極８．８′での電気分ｓＫ伴う発生ガスの検定粒子の泳
動への影響を防ぐためのものである。さらに、電源装置
７は、電圧Ｗｂを設定し得るように構成されている直流
電源７′とキュベツト６の流路内に設置された１対の白
金電圧検出針１６．１６’を具備し、更に、この電圧検
出針間の検出電圧Ｖ、がフィードバックされ、この電圧
ｖ、ヲ一定とするように前記電極８，８′に直流電源７
′から流す電流を、ｖ、　＞　Ｖｌｌのときは小さくす
る方向に、Ｖ、＜Ｖ、のときは大きくする方向に制御す
る装置および泳動測定を正負両極性のもとで行うための
極性変換器１７．１８を具備している０次にかかる電気
泳動測定装置を用いた電気泳動度の測定操作法について
述べる◎ まず、キュベツト６を、温度調節装置９の付いた恒温槽
５内に置き、一定温度に保つ。自動的にサンプル注入口
１１．排出口１２を開閉して、サンプルをキスベット６
内に供給１安定し九とζろで直流電源装置７により、電
圧検出針ｉ６．１６’間の電圧が一定となるよう電極８
，８′に直流電流を供給する０なおこの直流電源７′は
、交流１００　Ｖ入力で作動する最大２０℃ム、２００
　Ｖ出力のものである。

電圧検出針１６．１６’からの信号は、直流電源装置７
′に入る前に、一方向の極性にのみなるように一方向極
性変換器１８に入り九後、直流電源７′に伝えられる。

キュベツト６内のサンプルは電極８．８′間の電場によ
〕移動し、正・負の電場での移動速度による泳動度が、
光源１９を用いて顕微鏡２０によシ測定される。この顕
微＠２０は位相差顕微鏡、限外顕微鏡等であって、キュ
ベツト６内の粒子の位置と移動を暗視野又は明視野で観
察出来る。

以下、実施例をもって本発明を更に説明する〇泳動実験
条件は下記の通りである。

泳動サンプル　　：羊赤血球 浮遊液　：燐ａｌｌＥｌｉ液ｐＨ７，２（１５ｘｌＯ−
’Ｕ／ａｍ）泳動温［：２４℃ キュベツト厚　　：５５０μｍ 実施ガニ 表１に示すキュベツトの各位置で各々２０個の粒子の見
掛けの電気泳動度を測定し、各位置と各位置での２０粒
子の見掛けの電気泳動度の平均値Ｏデータ群を用いて前
述のように数値解析処理した◎その結果を表１に示す。

見掛けの泳動直は各位置の２０ｇ子の平均値であるから
１個１個の粒子のバラツキは打消され、メジウムの流れ
を正確に反映する。決定され九曲１１１Ｍ体）祉実測値
全ての点を通っている０このことは、キュベツト中の流
れが正確に放物線となっていることを示している。とこ
ろで、このキュベツトの厚みΦ）は５５０＾ｍであるか
ら、流れの中心は従来の考えでは２７５μｍ（５５０／
２）であると思われていたが、この信頼すべきデータ処
理結果の示すところによれば、中心（０）は２６９μｍ
となる０この６μＩＩＩのずれ拡、暗視野照明という照
明法に由来するものである０即ち、対物レンズの焦点位
置が粒子の手前６μｆｆ１ＫＩるときにその粒子がいわ
ゆる「ピントが合った」様に見えるという事業を示して
いる◎この２７５−）２６９のずれに伴い真の静止面位
置は１０７（暦−憂７冨）から 従来法で社全く察知し得なかった新事実である。

そして測定粒子の真の電気泳動度の平均値として、ｍ＝
Ｍ（１０１）廟０゜８７が得られる。

＊　　ＭＥ）”−ＰＩ　＋ＡＩ＋Ｂ （Ｆ−２，６２Ｘ１Ｇ　　、Ａ綱１．４１Ｘ１０　１Ｂ
−−２，９１Ｘ１０−１　）　　　　中／ｌ：！Ｏ）　
−２６９（ｆｉｍ　）静止面：　位置：１０１１０１Ｊ
真の電気泳動［：　　０．８７上記実験に続き、今度は
前壁から後壁までの任意の位置にある粒子の見ｍけの電
気泳動度を次々と２０個測定し、このデータ群を数値解
析処理した。その結果を表２に示す。実測値は１点１粒
子データであるから、個々の粒子のバラツキに従って適
用曲線の上下に分布しているが、平均値を反映する適用
曲線は前記実験結果と非常によく一致している（パラメ
ータ誤差２％以内）。統計的に言えば、先の実験は各点
について２０側平均したもので、メジウムの流れを正確
に反映しているデータであるのに対し、後の実験は個々
の粒子のバラツキを含んだデータである。しかしながら
、この高々２０点の測定により正しいプロファイルが求
め得るという点が、本発明の特徴である。これにより、
真の静止面及び個々の粒子の真の電気泳動度を高信頼度
で求めることができる。

表　　　　　２ 適用−ｉ１：　　ＭＩＸ）−−７！　　＋ＡＩ＋Ｂ（Ｉ
Ｆ−２，５８Ｘ１０　　、ム−１，４０Ｘ１０″″２゜
Ｂ−−２，９１Ｘ１Ｇ　　　） 中心（ａ）　−２７１（μｍ） 静止面：　位置；１０３μｍ、真の電気泳動度；０・８
７（以１・−余白）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気泳動装置の構成ブロック図を示す
。第２図は、本発明に係る顕微鏡電気泳動装置の正面概
要図を示す。第３図は、第２図に示す装置の＠面Ｉｔｔ
１！図を示す。 １・・・　顕微鏡電気泳動装置、３・・・　位ｌｌ［ｌ
定器、４・・・　計算処理制御装置、　　５・・・　恒
温槽、６・・・　キュベツト、　　　　　７・・・　電
源装置、Ｌ８’・・　電極、　　　　１４．１４’・・
・　隔膜、ｌｓ、ｌｓ′−・・　電解液槽、 １６．１６’・・・白金電圧検出針 代理人　　川　　　口　　義　　雄

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　試料検体に電場をかけることにより該試料検
   体中の複数個の粒子の位置（Ｘｊ）および見掛けの電気
   泳動度（Ｍｊ）を測定し、これらの測定値（Ｘｊ％Ｍｊ
   ）を、理論上の見掛けの電気泳動度を示し且つ粒子の位
   置の関数である理論曲線（Ｍ（社））にあてはめ、そし
   て数値解析処理して、皺粒子の真の電気泳動度等を決定
   することを特徴とする電気泳動度測定法。
2. （２）前記理論曲線（Ｍ−）が放物線であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１１）項に記載の測定法。 （萄　試料検体に電場をかけるための電源装置を有する
   試料検体中の粒子の電気泳動度測定装置において、該粒
   子の位置測定装置部分を具備することを特徴とする、前
   記電気泳動度測定装置。