WO2009128233A1 - 微粒子測定装置および微粒子測定方法 - Google Patents
微粒子測定装置および微粒子測定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2009128233A1 WO2009128233A1 PCT/JP2009/001674 JP2009001674W WO2009128233A1 WO 2009128233 A1 WO2009128233 A1 WO 2009128233A1 JP 2009001674 W JP2009001674 W JP 2009001674W WO 2009128233 A1 WO2009128233 A1 WO 2009128233A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- impedance
- measurement
- electrodes
- measuring
- pair
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 260
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 91
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 72
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 56
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 200
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 claims description 68
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 claims description 62
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 44
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 238000013508 migration Methods 0.000 claims description 33
- 230000005012 migration Effects 0.000 claims description 33
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 claims description 18
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims description 9
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000004720 dielectrophoresis Methods 0.000 description 41
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 33
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 31
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 23
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 230000006870 function Effects 0.000 description 15
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 14
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 12
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N D-Mannitol Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N 0.000 description 2
- 206010016952 Food poisoning Diseases 0.000 description 2
- 208000019331 Foodborne disease Diseases 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 2
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 2
- 238000012136 culture method Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 241000186361 Actinobacteria <class> Species 0.000 description 1
- 230000005653 Brownian motion process Effects 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001646716 Escherichia coli K-12 Species 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 241000204031 Mycoplasma Species 0.000 description 1
- 108091005461 Nucleic proteins Proteins 0.000 description 1
- 241000606701 Rickettsia Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000012490 blank solution Substances 0.000 description 1
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000005537 brownian motion Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 210000000805 cytoplasm Anatomy 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000008570 general process Effects 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 235000010355 mannitol Nutrition 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
- G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
Definitions
- the present invention relates to a fine particle measuring apparatus and a fine particle measuring method for measuring the number of fine particles in a sample solution using dielectrophoresis. More specifically, the present invention relates to a fine particle measuring apparatus and a fine particle measuring method for detecting / reducing a measurement impedance value variation due to circuit drift and measuring with high sensitivity and high accuracy.
- microbiological examination can be performed on the spot to prevent or prevent food poisoning or infectious diseases.
- biosensors In addition, in so-called biosensors, the number of fine particles in a sample when quantitatively measuring a biochemical substance in a sample using an artificial fine particle such as polystyrene labeled with a substance that specifically binds to an object such as an antibody. Alternatively, it is necessary to quantitatively measure the binding state. Thus, nowadays, there is a high demand for quickly, simply and quantitatively measuring fine particles contained in a liquid.
- microparticles referred to in this application are polystyrene, particles coated with them, metal particles such as carbon nanotubes and gold colloid, bacteria, fungi, actinomycetes, rickettsia, mycoplasma, viruses, so-called microorganisms, protozoa It is a living organism or a fine particle derived from living organisms in a broad sense, including small animals and protozoa, larvae of organisms, animal and plant cells, sperm, blood cells, nucleic acids, proteins and the like.
- the fine particles referred to in the present application mean all particles having a size capable of dielectrophoresis. In this application, in particular, measurement of microorganisms is assumed.
- the culture method is a method of quantifying the number of microorganisms by smearing a microorganism sample on a medium, culturing the microorganism under growth conditions, and counting the number of colonies on the formed medium.
- DEPIM Dielectrophoretic Impedance Measurement Method
- the DEPIM method is a method for quantitatively measuring the number of microorganisms in a sample solution by collecting microorganisms on a microelectrode by dielectrophoretic force and simultaneously measuring the impedance change of the microelectrode.
- the measurement principle will be outlined below.
- a microorganism generally has a structure in which a cytoplasm and a cell wall having a high dielectric constant and conductivity are ion-rich and surrounded by a cell membrane having a relatively low dielectric constant and conductivity, and can be regarded as dielectric particles.
- a dielectrophoretic force that is a force acting in a certain direction on dielectric particles polarized in an electric field is used to collect microorganisms that are dielectric particles between gaps of microelectrodes.
- Equation 1 the dielectrophoretic force F DEP acting on the dielectric particles is given by the following ( Equation 1) (for example, see Non-Patent Document 1).
- Equation 1 the dielectrophoretic force F DEP acting on the dielectric particles is given by the following ( Equation 1) (for example, see Non-Patent Document 1).
- Equation 1 the dielectrophoretic force F DEP acting on the dielectric particles is given by the following ( Equation 1) (for example, see Non-Patent Document 1).
- a radius of microorganism when approximated by a sphere
- ⁇ 0 dielectric constant of vacuum
- ⁇ m relative permittivity of sample liquid
- E electric field strength
- ⁇ represents a gradient by an operator .
- ⁇ E 2 is the gradient of the electric field E 2 , and means how much E 2 has an inclination at that position, that is, how suddenly the electric field E changes spatially.
- K is called Clausius-Mosotti number and is expressed by (Expression 2).
- Re [K]> 0 indicates positive dielectrophoresis, and microorganisms are in the same direction as the electric field gradient, that is, toward the electric field concentration part. Electrophoresed.
- Re [K] ⁇ 0 represents negative dielectrophoresis and migrates away from the electrolytic concentration part, that is, toward the weak electric field part.
- ⁇ b * and ⁇ m * represent the complex permittivity of the microorganism and the solution, respectively, and generally the complex permittivity ⁇ r * is expressed by (Equation 3).
- ⁇ r represents the relative dielectric constant of the microorganism or sample solution
- ⁇ represents the conductivity of the microorganism or sample solution
- ⁇ represents the angular frequency of the applied electric field
- the DEPIM method it is necessary to appropriately select these parameters, sufficiently increase the dielectrophoretic force acting on the microorganism, and reliably collect the microorganism in the electrode gap.
- the DEPIM method is characterized in that the number of microorganisms in a sample solution is quantitatively measured by performing electrical measurement simultaneously with the collection of microorganisms on the electrode by dielectrophoresis.
- microorganisms have the structure described above, they can be considered as fine particles having an inherent impedance electrically. Therefore, when the number of microorganisms collected between the gaps of the microelectrodes by dielectrophoresis increases, the impedance between the electrodes changes according to the number of collections.
- the slope of the inter-electrode impedance time change becomes a value corresponding to the number of microorganisms collected between the electrode gaps per unit time, and the magnitude of the slope corresponds to the microorganism concentration in the sample solution. Therefore, it is possible to measure the microorganism concentration in the sample solution, in other words, the number of microorganisms, by measuring the slope of the interelectrode impedance time change.
- the DEPIM method realizes microorganism measurement in a short time by quantifying the number of microorganisms from the slope of the change in impedance time immediately after the start of dielectrophoresis.
- the measurement principle of the DEPIM method has been outlined above. For details, refer to Non-Patent Document 2.
- the measurement is performed after adjusting the measurement range according to the state of the substance to be measured, the state of the electrode, the ambient conditions at the time of measurement, etc.
- initial conditions such as circuit temperature to be performed
- the circuit generates heat due to current generated by applying a voltage to the electrodes for dielectrophoresis and impedance measurement, thereby causing undesirable measurement drift.
- the surface state of the electrode changes with time due to adhesion or adsorption of organic substances in the substance to be measured to the electrode of the measuring apparatus. This causes a drift from the desired measurement reference point during measurement.
- FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a conventional electrical conductivity measuring device.
- This electric conductivity measuring device 71 has electric conductivity measuring cells 62 and 63 having at least two electrodes in contact with a substance to be measured.
- a multiplier or divider 72 is provided in front of the current supply electrode of one of the conductivity measuring cells 63 to multiply the supplied alternating current value by a predetermined magnification or divide by a predetermined ratio. Therefore, the electric conductivity level of the substance to be detected that is detected in the electric conductivity measuring cell 63 can be made different from that of the electric conductivity measuring cell 62.
- the multiplier or divider 72 has a phase inversion function. That is, the alternating current before being supplied to the current supply electrode is amplified or reduced by a predetermined magnification, and the phase of the supplied alternating current is inverted. As a result, the detection signals themselves from the respective conductivity measuring cells 62 and 63 are substantially subtracted, and the subtracted signal is sent to the amplifier 66 (see, for example, Patent Document 2).
- the measurement circuit that realizes the DEPIM measurement, since it is necessary to measure a slight inclination of the impedance change caused by the fine particles to be measured, the measurement is caused by the temperature variation of the circuit chip, the electrode, the solution, or the like. Value drift is an important issue.
- the drift as used in the field of this invention represents the change of the impedance resulting from things other than by the bacteria which are the measuring objects collected by the electrode.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a particle measuring apparatus and a particle measuring method capable of detecting / reducing measurement impedance value fluctuation due to circuit drift and realizing highly accurate impedance change measurement. It is intended to provide.
- the fine particle measuring apparatus of the present invention applies a measurement load consisting of at least a pair of electrodes and an impedance element immersed in a cell into which a fine particle-containing liquid is introduced, an AC voltage to the measurement load, and An electrophoretic power supply unit that applies a dielectrophoretic force by a pair of electrodes, an impedance measuring unit that measures the impedance of the measurement load, an arithmetic unit that calculates the number of particles in the liquid from the measurement result of the impedance measuring unit, Circuit switching means for switching the measurement load connected between the migration power supply unit and the impedance measurement means to one of the impedance element and the pair of electrodes, and the migration power supply unit includes the circuit Which of the impedance element and the pair of electrodes selected by the switching means On the other hand an alternating voltage is applied to the impedance measuring means, which measures any one of the impedance of the circuit and the impedance element is selected by the switching means and the pair of electrodes.
- the impedance element by using the impedance element, it is possible to detect / reduce the measurement impedance value variation due to the circuit drift and to realize highly accurate impedance change measurement.
- the fine particle measurement apparatus of the present invention further includes a control unit that controls the circuit switching unit, the migration power source unit, and the impedance measurement unit, and the control unit includes the migration power source for a predetermined time.
- the impedance element is connected between the impedance measurement unit and the impedance power supply unit, and the voltage applied to the impedance element is applied to the migration power source unit, and then the migration power source unit and the impedance measurement unit are connected to the circuit switching unit.
- the pair of electrodes are connected between the electrodes, and the voltage is applied to the pair of electrodes by the electrophoresis power supply unit.
- the control unit connects the impedance element between the migration power supply unit and the impedance measurement unit to the circuit switching unit for a predetermined time T1 from the start of measurement.
- a voltage is applied to the impedance element in the power supply unit, and then, the predetermined time (T2-T1), the circuit switching unit is connected to the pair of electrodes between the electrophoresis power supply unit and the impedance measurement unit, After the voltage is applied to the pair of electrodes in the electrophoresis power supply unit, the circuit switching unit is connected to the impedance element between the migration power supply unit and the impedance measurement unit, A voltage is applied to the impedance element, and the impedance measuring means performs a measurement before the predetermined time T1 has elapsed from the start of measurement.
- the impedance value between the electrodes is measured, and the calculation unit determines the impedance value of the impedance element after the predetermined time T2 has elapsed from the start of measurement and the impedance element of the impedance element after the predetermined time T1 has elapsed from the start of measurement.
- the fine particles in the liquid By subtracting the time change calculated from the difference from the impedance value from the time change of the impedance value between the pair of electrodes from the start of measurement until the predetermined time T2 after the predetermined time T1 has elapsed, the fine particles in the liquid The number is calculated.
- the drift amount of the measurement circuit is obtained from the impedance at the start of measurement of the electrode and the impedance at the end of measurement, and the time variation of the impedance between the pair of electrodes is corrected by the drift amount of the measurement circuit.
- the detection accuracy of the impedance value variation can be further increased.
- the fine particle measuring apparatus of the present invention further includes conductivity measuring means for measuring the conductivity of the liquid, the impedance element includes a plurality of impedance elements having different values, and the circuit switching means includes the migration power supply unit.
- the circuit element connected between the impedance measuring unit and the impedance measuring unit is switched to one impedance element selected from the plurality of impedance elements and the pair of electrodes, and the control unit is configured to switch the circuit switching unit.
- a predetermined impedance element selected from the plurality of impedance elements according to the conductivity of the liquid is connected between the migration power supply unit and the impedance measuring means.
- the fine particle measuring apparatus of the present invention further includes conductivity measuring means for measuring the conductivity of the liquid, and the calculation unit refers to a table or function indicating an electrode impedance fluctuation value for each conductivity, and the conductivity is determined. The calculation result is corrected based on the electrode impedance fluctuation value corresponding to the measurement result of the measuring means.
- the fine particle measuring apparatus of the present invention further includes a temperature measuring unit that measures the temperature of the liquid, the impedance element includes a plurality of impedance elements having different values, and the circuit switching unit includes the electrophoresis power supply unit and the electrophoretic power supply unit.
- a circuit element connected between the impedance measuring means is switched to one impedance element selected from the plurality of impedance elements and one of the pair of electrodes, and the control unit is switched to the circuit switching means,
- a predetermined impedance element selected from the plurality of impedance elements according to the measurement result of the temperature measurement means is connected between the electrophoresis power supply unit and the impedance measurement means.
- the fine particle measuring apparatus includes at least a pair of electrodes immersed in a cell into which a fine particle-containing liquid is introduced, and an electrophoretic force acting on the fine particles by applying an alternating voltage between the pair of electrodes.
- a power source a capacitance connected in parallel with the pair of electrodes, an impedance measuring means for measuring impedance between the pair of electrodes, and an operation for calculating the number of particles in the liquid from the measurement result of the impedance measuring means
- the impedance measuring unit measures the impedance of the capacitance.
- an alternating voltage is applied between any one of a pair of electrodes immersed in a fine particle-containing sample solution and an impedance element, the fine particles are arranged at a predetermined position by a dielectrophoretic force,
- a fine particle measurement method for measuring the number of fine particles in a sample solution the step of applying an alternating voltage to the impedance element for a predetermined time and measuring the impedance of the impedance element, and then alternating voltage between the pair of electrodes And measuring the impedance between the pair of electrodes, and calculating the number of fine particles in the sample liquid from the impedance measurement result.
- the fine particle measurement method of the present invention includes a step of applying a voltage to the impedance element for a predetermined time T1 from the start of measurement, and measuring an impedance value of the impedance element after the predetermined time T1 has elapsed from the start of measurement, A voltage is applied to the pair of electrodes for a predetermined time (T2-T1) after the elapse of a predetermined time T1, and the pair of electrodes from the start of measurement until the elapse of the predetermined time (T2-T1) after the elapse of the predetermined time T1.
- Measuring a change in impedance value during the period applying a voltage to the impedance element after a predetermined time T2 from the start of measurement, measuring the impedance value of the impedance element, and elapse of the predetermined time T2 from the start of measurement After the impedance value of the impedance element and the measurement start
- the time change calculated from the difference from the impedance value of the impedance element after the elapse of the fixed time T1 is the impedance value between the pair of electrodes from the start of the measurement until the predetermined time T2 elapses after the predetermined time T1 elapses. Calculating the number of fine particles in the liquid by subtracting from the time change.
- the fine particle measurement method of the present invention includes a step of selecting a predetermined impedance element from a plurality of impedance elements according to the sample solution, applying an AC voltage to the impedance element, and measuring the impedance at the start of measurement of the impedance element.
- a step of measuring, applying an AC voltage between the pair of electrodes, measuring an impedance between the pair of electrodes, applying an AC voltage to the impedance element, and measuring an impedance at the end of measurement of the impedance element A step of obtaining a drift amount of the measurement circuit from the impedance at the start of measurement and the impedance at the end of measurement, and correcting the time change of the impedance between the pair of electrodes by the drift amount of the measurement circuit, Calculating the number of fine particles in the liquid; A.
- the fine particle measurement method of the present invention includes a step of measuring the conductivity of the sample solution, and refers to a table or function indicating an electrode impedance fluctuation value for each conductivity, and an electrode corresponding to the measurement result of the conductivity Correcting the number of fine particles in the sample liquid calculated from the impedance measurement result based on the impedance fluctuation value.
- the fine particle measurement method of the present invention includes a step of measuring the temperature of the sample solution, and a step of selecting a predetermined impedance element from a plurality of impedance elements according to the measurement result of the temperature of the sample solution.
- the fine particle measuring apparatus of the present invention includes at least a pair of electrodes immersed in a cell into which a fine particle-containing liquid is introduced, and an electrophoresis power supply unit that applies a dielectrophoretic force to the fine particles by applying an alternating voltage between the pair of electrodes.
- An impedance measuring means for measuring the impedance between the pair of electrodes, an arithmetic unit for calculating the number of fine particles in the liquid from the measurement result of the impedance measuring means, and a conductivity measuring means for measuring the conductivity of the liquid
- the calculation unit corrects the calculation result based on the electrode impedance fluctuation value according to the measurement result of the conductivity measuring means with reference to a table or function indicating the electrode impedance fluctuation value for each conductivity.
- the measurement impedance value fluctuation due to the circuit drift of the liquid having different conductivity can be detected / reduced by performing correction using the table or function indicating the electrode impedance fluctuation value for each conductivity. Impedance measurement can be realized.
- the fine particle measuring apparatus of the present invention further includes a temperature measuring unit that measures the temperature of the liquid, and the calculation unit refers to a table or a function that indicates a conductivity and an electrode impedance variation value for each temperature. The calculation result is corrected based on the electrode impedance fluctuation value corresponding to the conductivity measurement result and the liquid temperature measurement result.
- the fine particle measuring apparatus of the present invention includes a capacitance connected in parallel with the pair of electrodes, the electrophoretic power supply unit applies an alternating voltage to a parallel circuit including the electrodes and the capacitance, and the impedance measuring means The parallel impedance between the electrodes and the capacitance is measured.
- an alternating voltage is applied between a pair of electrodes immersed in a sample solution containing fine particles, the fine particles are arranged at predetermined positions by a dielectrophoretic force, and the number of fine particles in the sample solution is determined.
- a fine particle measuring method for measuring a conductivity measuring step for measuring the conductivity of the liquid, an impedance measuring step for measuring an impedance between the pair of electrodes by applying an alternating voltage between the pair of electrodes,
- the fine particle measurement method of the present invention includes a temperature measurement step of measuring the temperature of the liquid, and the calculation step calculates conductivity and temperature when calculating the number of fine particles in the liquid from the measurement result of the impedance.
- a calculation result is corrected based on an electrode impedance fluctuation value corresponding to a measurement result of the conductivity of the liquid and a measurement result of the temperature of the liquid with reference to a table or function indicating the electrode impedance fluctuation value for each. .
- the impedance measurement step applies an AC voltage to a parallel circuit including the pair of electrodes and a capacitance connected in parallel with the pair of electrodes, For measuring parallel impedance
- the fine particle measuring apparatus of the present invention includes two pairs of electrodes immersed in one cell into which a fine particle-containing liquid is introduced, and an electrophoretic force acting on the fine particles by applying an alternating voltage between the electrodes.
- a power supply unit an impedance measurement unit that measures the impedance between the electrodes, and a calculation unit that calculates the number of fine particles in the liquid from the measurement result of the impedance measurement unit.
- a dielectrophoretic force is applied to only one electrode of the pair of electrodes, the impedance measuring means measures the impedance between each of the two pairs of electrodes, and the calculation unit is configured to change the impedance of the one electrode,
- the fine particle concentration is calculated from the result of calculating the difference in impedance change of the other electrode.
- the fine particle measurement method of the present invention uses two pairs of electrodes immersed in a single cell into which a fine particle-containing sample solution is introduced, places the fine particles at a predetermined position by dielectrophoretic force, A method of measuring the number of fine particles in the electrode, wherein the impedance measurement is performed by generating a dielectrophoretic force in one of the pair of electrodes, and at the same time without generating the dielectrophoretic force in the other electrode.
- a step of performing only impedance measurement, a step of calculating a difference in impedance change between one electrode and the other electrode, and a concentration of fine particles in the sample liquid are calculated from the calculated difference in impedance change.
- the present invention it is possible to detect / reduce the measurement impedance value fluctuation due to the circuit drift and realize the highly accurate impedance change measurement.
- Schematic configuration diagram for explaining a particle measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention (1) Schematic for demonstrating the electrode tip of the particulate measuring device concerning the embodiment of the present invention. The figure which shows the electric force line 15 produced by the voltage applied between measurement electrode 11a, 11b in embodiment of this invention. Explanatory drawing in which the fine particles 14 are trapped along the lines of electric force at the opposing edge portions of the electrodes 11a and 11b Schematic configuration diagram (2) for explaining the particle measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
- the figure for demonstrating the impedance measurement step in the microparticle measuring device concerning the 3rd Embodiment of this invention The schematic block diagram for demonstrating the microparticles
- the figure which shows the measurement result 1 of the Example of this invention The figure which shows the measurement result 2 of the Example of this invention Schematic configuration diagram of a conventional electrical conductivity measuring device Schematic block diagram for explaining a particle measuring apparatus according to a ninth embodiment of the present invention
- FIG. 1 is a configuration diagram of a particle measuring apparatus according to the present embodiment
- FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an electrode chip of the particle measuring apparatus according to the present embodiment.
- 1 is a cell for holding a sample solution 2 containing fine particles to be measured
- 3 is an electrode chip including an electrode pair for collecting fine particles by dielectrophoresis
- 4 is an electrophoretic power supply unit
- 5 is trapped by dielectrophoresis.
- a measurement unit for measuring an optical or electrical change caused by the fine particles formed 6 a control calculation unit for controlling the whole fine particle measurement apparatus, performing analysis calculation of the measurement results, input / output processing, and the like, and 7 for the sample liquid 2
- Conductivity input means for inputting conductivity.
- 10 is a substrate
- 11a and 11b are electrodes formed on the substrate 10 to form a pair of electrodes
- 13 is a gap between the electrodes 11a and 11b.
- a pattern of electrodes 11a and 11b is formed on the substrate 10 by a conductive material such as metal.
- a conductive material such as metal.
- gold, silver, copper, aluminum, platinum, or the like is desirably sufficient, and silver is used in this embodiment mode.
- FIG. 3 shows the electric lines of force 15 generated by the voltage applied between the measuring electrodes 11a and 11b.
- the configuration in the vicinity of the gap 13 between the measurement electrodes 11a and 11b corresponds to the electric field concentration portion, and the gap 13 is most concentrated in the electric field. Therefore, the fine particles are most strongly migrated to the gap 13 portion.
- the electrodes 11a and 11b are desirably thin films that are sufficiently thin with respect to their widths.
- the thickness is about 1000 mm with respect to a width of 100 ⁇ m.
- the method of patterning the electrodes 11a and 11b only needs to be able to form a desired pattern with a selected material. For example, forming a metal thin film by sputtering, vapor deposition, plating, etc., forming a pattern by photolithography, laser processing, etc., forming electrodes, such as a direct pattern formation method such as gravure printing, screen printing, ink jet printing, etc.
- a direct pattern formation method such as gravure printing, screen printing, ink jet printing, etc.
- the general process used to do this can be selected. The most appropriate process should be selected in consideration of productivity and cost.
- a silver thin film is formed by sputtering, and a pattern is formed by photolithography.
- the electrodes 11a and 11b are respectively connected to the migration power supply unit 4, and the migration power supply unit 4 applies an alternating voltage of a specific frequency between the electrodes 11a and 11b.
- the AC voltage is not only a sine wave but also a voltage that changes the direction of the flow at a substantially constant period, and the average value of the currents in both directions is equal.
- the frequency applied by the electrophoresis power supply unit 4 is appropriately determined by the control calculation unit 6.
- the fine particles 14 When a positive dielectrophoretic force acts on the fine particles, the fine particles 14 follow the lines of electric force along the opposing edge portions of the electrodes 11a and 11b in the region of the gap 13 that is the electric field concentration portion as shown in FIG. Fine particles are trapped in a rosary shape called a pearl chain.
- the measuring unit 5 measures the impedance change due to the fine particles trapped in the gap 13 in this way.
- a circuit that measures the impedance between the electrodes 11 a and 11 b is configured by the measurement unit 5 between the migration power supply unit 4 and the electrode chip 3.
- the measuring unit 5 includes a current value flowing between the electrodes 11a and 11b, a circuit for measuring the phase difference between the voltage and current applied by the electrophoresis power supply unit 4, and the like.
- the measuring unit 5 measures changes in the current and the phase difference between the electrodes 11a and 11b due to the movement of the fine particles by dielectrophoresis and the concentration in the vicinity of the electric field concentration portion.
- the current value and phase difference measured by the measurement unit 5 are passed to the control calculation unit 6.
- the control calculation unit 6 calculates the impedance value between the electrodes 11a and 11b from the information on the current, the phase difference, and the voltage and frequency applied by the electrophoresis power supply unit 4.
- the region filled only with the sample liquid 2 between the electrodes 11a and 11b is replaced by fine particles having different dielectric constants by trapping by dielectrophoresis, so that the impedance between the electrodes 11a and 11b is the number of trapped fine particles. It changes according to.
- the number of particles trapped in the gap 13 from the difference between the impedance value at a certain time and the initial impedance value immediately after the voltage application, in other words, the amount of change. Since the number of trapped fine particles depends on the concentration of fine particles contained in the sample solution, the number of fine particles in the sample solution can be measured.
- the measuring unit 5 can also be realized by optical measuring means as shown in FIG.
- the cells 1 are arranged in such a positional relationship that the gap 13 is included in the optical path between the light source 21 and the light receiving unit 22.
- the number of fine particles trapped in the gap 13 can be estimated by utilizing the fact that the amount of light incident on the light receiving unit 21 varies depending on the number of fine particles trapped in the gap 13.
- the information of the light receiving unit 22 may be transferred to the control calculation unit 6 to be imaged, and the control calculation unit 6 may directly count the number of particles using a particle determination algorithm or the like, or obtain the fine particle area with respect to the visual field area. You may convert into the number of fine particles. Since the number of fine particles trapped in the gap 13 thus obtained depends on the concentration of fine particles contained in the sample liquid, the number of fine particles in the sample liquid can be measured.
- control arithmetic unit 6 appropriately determines a frequency at which a sufficient dielectrophoretic force acts to trap the fine particles in the gap 13, and the voltage of the frequency determined by the electrophoretic power supply unit 4 is determined. Apply. As a result, a signal that can be sufficiently detected by the measurement unit 5 can be taken out, so that the fine particle concentration can be measured with high accuracy and high sensitivity.
- the control calculation unit 6 includes a CPU (not shown) and a circuit such as a memory 6a in which a program for defining a series of operations and various data are stored, and controls a series of measurement operations.
- the conductivity input means 7 can input the conductivity of the sample solution before measurement. For example, it can be realized by a method of inputting a numerical value with a numeric keypad or a method of pressing a switch corresponding to a plurality of conductivity ranges such as “0 to 50 ⁇ S / cm” and “50 to 100 ⁇ S / cm”.
- the memory 6 a has a frequency selection table for selecting an appropriate frequency of the voltage applied by the electrophoresis power supply unit 4 from the conductivity value of the sample solution given from the conductivity input means 7.
- a frequency selection table for each conductivity of the sample solution 2, an optimum frequency and applied voltage value at which a sufficient dielectrophoretic force acts on the fine particles are tabulated.
- the frequency selection table stored in the memory 6a will be described in detail.
- the frequency selection table stores at least the conductivity of the sample solution, the amplitude of the AC voltage to be applied, and the optimum frequency in association with each other.
- the conductivity of the sample solution may be a specific numerical value, or a table may be created by setting a certain range.
- the control calculation unit 6 selects the amplitude and optimum frequency of the AC voltage corresponding to the given conductivity.
- “E” of the frequency corresponding to the conductivity of 300 ⁇ S / cm ⁇ indicates an error, and indicates that measurement cannot be performed when the conductivity is too high.
- Equation 1 the dielectrophoretic force F DEP is proportional to the real part of the Clausius Mosotti number K, that is, Re [K].
- Re [K] depends on the conductivity of the sample solution 2 as is clear from (Equation 2) and (Equation 3).
- FIG. 7 shows how Re [K], that is, the dielectrophoretic force changes when the conductivity of the sample solution 2 changes.
- the electric field used for dielectrophoresis in other words, the frequency of the applied voltage is used as a parameter, and is shown as a function of the conductivity of the sample liquid 2.
- Re [K] corresponds to the dielectrophoretic force F DEP , and the sign thereof corresponds to whether the dielectrophoretic force acts as an attractive force or a repulsive force.
- the optimum frequency is not optimum for dielectrophoresis, but there is an acceptable frequency range that can cause sufficient dielectrophoresis to perform fine particle measurement.
- FIG. 8 is a graph showing the relationship between the frequency (Hz) of the AC voltage for dielectrophoresis and the real part (Re [K]) of the Clausius Mosotti number when the solution conductivity ( ⁇ S / cm) is used as a parameter. .
- the frequency is about 700 KHz to 4 MHz. In this case, in order to avoid complication of the measurement circuit due to high frequency, it is possible to adopt 700 KHz which is the lower limit frequency as the optimum frequency.
- a sufficient dielectrophoretic force may be obtained at one specific frequency within the range of the sample solution conductivity that needs to be measured. In that case, a frequency selection table as shown in Table 2 is obtained.
- the circuit configuration is simple and convenient.
- the sample solution conductivity exceeds 100 ⁇ S / cm, data corresponding to the error is written as shown in the frequency selection table.
- FIG. 9 is a flowchart for explaining the fine particle measurement method according to the present embodiment.
- a sample solution containing fine particles to be measured is introduced into the cell 1 (step S11).
- the conductivity of the input sample solution is input by the conductivity input means 7.
- the input conductivity is passed to the control calculation unit 6 (step S12).
- the control operation unit 6 passed the conductivity of the sample solution refers to the optimum frequency table provided in the memory 6a and selects the voltage amplitude value and frequency to be applied to the electrode (step S13).
- the voltage amplitude value at this time (hereinafter referred to as “voltage for dielectrophoresis”) may be selected to be a value sufficient to trap the fine particles in the gap 13, and is set to 10 Vpp in this embodiment. .
- the voltage for dielectrophoresis is a constant value with respect to the conductivity, but an optimum value can be selected for each conductivity. For example, if the conductivity is high, Joule heat is generated if the voltage is too high, and this affects the particulate trap by dielectrophoresis, so the voltage for dielectrophoresis is lowered as the conductivity increases. And
- control calculation unit 6 determines whether the frequency stored in the memory and corresponding to the input conductivity is the error code (E) (step S14). If it is an error code (E), the process proceeds to step S16, and the control calculation unit 6 instructs the display means 9 to display that the input conductivity is out of the measurement range, and ends the measurement. (Step S22).
- step S14 when the selected frequency is not the error code (E), the control calculation unit 6 applies a voltage between the electrodes 11a and 11b to the electrophoresis power supply unit 4 with the voltage amplitude and frequency selected in the optimum frequency table. Is applied (step S15).
- the measurement unit 5 When a predetermined voltage is applied between the electrodes 11a and 11b, the measurement unit 5 immediately measures the impedance between the electrodes 11a and 11b as data in the initial state immediately after the voltage application, and the measurement result is passed to the control calculation unit 6.
- the initial impedance value is stored in the memory 6a (step S17).
- impedance measurement is described as an example.
- the measurement unit 5 measures the state of the gap 13 using optical means, the initial state can be measured without applying a voltage. Can be performed before step S15.
- control calculation unit 6 waits until a predetermined time elapses by a clock means (not shown). At this time, the electrophoretic power supply unit 4 keeps voltage application (step S18).
- control calculation unit 6 determines whether the predetermined number of measurements has expired (step S19), and if not, returns to step S17. Returning to step S17, the control calculation unit 6 instructs the measurement unit 5 to measure the impedance between the electrodes 11a and 11b, and stores the result in the memory 6a as a result after a predetermined time has elapsed.
- control calculation unit 6 instructs the electrophoresis power supply unit 4 to stop voltage application (step S20).
- control calculation unit 6 calculates the fine particle concentration in the sample liquid 2 from the time-dependent change data of the impedance between the electrodes 11a and 11b stored in the memory 6a, and causes the display unit 9 to display the result. (Step S21), a series of measurement operations are terminated (Step S22).
- the calculation of the fine particle concentration can be obtained from a calibration curve stored in advance in the memory 6a.
- This calibration curve uses a measurement system of the fine particle measuring apparatus described in this embodiment to measure a calibration sample with a clear fine particle concentration in advance, and performs regression analysis of the variation from the correlation between the number of fine particles and the impedance change at that time. A function that represents the curve obtained as described above is used.
- this conversion formula is stored in the memory 6a of the control calculation unit 6 and a sample having an unknown fine particle concentration is measured, the value of the change in impedance within a predetermined time is substituted to calculate the fine particle concentration in the cell 1. it can.
- the calculation result based on the conversion formula is stored in advance.
- FIG. 10a shows a schematic configuration diagram of a particle measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
- the particle measuring apparatus of the present embodiment is obtained by adding a new function to the measuring unit 5 of the particle measuring apparatus shown in FIG. 1, and includes a dummy element (impedance element) 40 to reduce or detect drift.
- the circuit selection means 43 for switching between the dummy element 40 and the electrode 11 is provided, a voltage is applied to the dummy element at least before the DEPIM measurement, and the measurement unit 5 measures the impedance of the dummy element 40.
- the particle measuring apparatus applies an AC voltage to the measurement load RL and the measurement load RL including at least a pair of electrodes 11 and a dummy element 40 that are immersed in a cell into which a liquid containing particles is introduced.
- the number of fine particles in the liquid is calculated from the measurement result of the electrophoretic power supply unit 4 that applies a dielectrophoretic force to the fine particles by a pair of electrodes 11, the measurement unit 5 that measures the impedance of the measurement load RL, and the measurement unit 5.
- the power supply unit 4 applies an AC voltage to the measurement load RL selected by the circuit selection unit 43, and the measurement unit 5 sets the measurement load RL selected by the circuit selection unit 43. Impedance is intended to measure.
- the dummy element 40 is configured by a parallel circuit or series circuit of a resistance element (R), a capacitance element (C), and a coil element (L), or a combination of parallel and series circuits.
- R resistance element
- C capacitance element
- L coil element
- the counter electrode in the solution can express an electrical equivalent circuit by a parallel circuit of R and C
- the dummy element 40 is also configured by a parallel circuit of R and C.
- the impedance values of the electrode 11 and the dummy element 40 are equivalent, the amount of drift generated in the circuit at the time of measuring the dummy element 40 and the electrode 11 becomes equivalent, so that highly accurate drift correction can be performed. it can.
- the conductivity of the sample solution in addition to the parallel circuit of R and C, it is necessary to take into account the series solution resistance (Rsol) and the like as an equivalent circuit. For this reason, if necessary, the configuration of the dummy element may be configured in accordance with an assumed equivalent circuit.
- FIG. 10b shows an impedance measurement step in the particle measuring apparatus of the present embodiment.
- the control calculation unit 6 sets the circuit selection means 43 to the contact (1) side
- the migration power supply unit 4 applies a voltage to the dummy element 40
- the measurement unit 5 sets the impedance of the dummy element 40. Measure.
- this step is referred to as a first dummy measurement.
- the impedance of the dummy element 40 causes a drift due to an increase in the temperature of the circuit as indicated by a curve a. This drift has a maximum slope immediately after voltage application and decreases exponentially with time. This is because the cause of the drift is mainly a temperature change.
- the control calculation unit 6 switches the circuit selection means 43 to the contact (2) side, the electrophoresis power supply unit 4 applies a voltage between the electrodes 11, and the measurement unit 5
- the impedance between the electrodes 11 is measured.
- this step is referred to as main measurement.
- the result of this measurement is represented by a straight line b in FIG. 10b and corresponds to a value obtained by adding impedance fluctuations due to particulate collection and drift.
- the predetermined time T1 is represented by a straight line d, and the fluctuation due to the drift measured when measuring the impedance between the electrodes 11 when the sample liquid 2 does not contain any fine particles affects the measurement accuracy of the fine particles.
- T1 is set to 1 minute.
- the amount of drift due to the temperature rise of the circuit depends on the amount of current flowing through the circuit. Therefore, the amount of drift depends on the load impedance connected to the circuit, in other words, the impedance value of the dummy element 40 and the electrode 11. Changes. Therefore, by making the impedance of the dummy element 40 equivalent to the impedance of the electrode 11, the amount of drift between the measurement of the dummy element 40 and the measurement of the electrode 11 can be made constant, so that more accurate measurement is possible. Become.
- control calculation unit 6 calculates the fine particle concentration from the slope of the straight line b, displays the result, and completes the measurement operation.
- a voltage is applied to the dummy element after the voltage is applied to the dummy element and the drift is sufficiently reduced. Since it is applied, it is possible to measure only the change in impedance due to the collection of fine particles on the electrode, so that it is possible to realize a highly accurate measurement of the number of fine particles.
- FIG. 10c shows an impedance measurement step in the particle measuring apparatus of the present embodiment.
- the control calculation unit 6 sets the circuit selection means 43 to the contact (1) side, and the measurement unit 5 measures the impedance of the dummy element 40 (first dummy measurement).
- This measurement result is represented by a curve a in FIG. 10c, and the impedance of the dummy element 40 after the predetermined time T1 becomes a value a ′, and fluctuation from the initial value occurs due to drift.
- a ′ corresponds to the state before the drift of the circuit immediately before the main measurement (impedance at the start of measurement).
- the control calculation unit 6 switches the circuit selection means 43 to the contact (1) side, and the measurement unit 5 measures the impedance of the dummy element 40 (second dummy measurement).
- the impedance of the dummy element 40 at this time is represented by a value d ′ in FIG. 10 c and corresponds to a state after the drift of the circuit immediately after the main measurement (impedance at the end of measurement).
- the slope of the straight line d within the predetermined measurement time (T2-T1) obtained from the value a ′ at the measurement time T1 and the value d ′ at the measurement time T2 is subtracted from the straight line b to obtain the drift amount.
- the straight line e final result
- the control calculation unit 6 calculates the fine particle concentration from the slope of the straight line b, displays the result, etc., and completes the measurement operation.
- the drift amount (straight line d) of the measurement circuit is obtained from the measurement start impedance (value a ′) and the measurement end impedance (value d ′), and between the electrodes 11. Is corrected by the drift of the measurement circuit (straight line e), so that a sufficient time cannot be taken for the time (T1) for measuring the dummy element 40 before this measurement, and the influence of drift Even if the change in impedance due to the collection of fine particles on the electrode is a relatively small change compared to the change in impedance due to drift, the measurement impedance value fluctuation due to circuit drift is appropriate. Therefore, highly accurate particle measurement can be realized.
- FIG. 11 is a diagram showing a particle measuring apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
- a dummy element array 44 including a plurality of dummy elements, and the number N + 1 of switching elements included in the dummy element array 44 ((1), (2), (3)... Multistage circuit selection means 45 having a contact point indicated by N).
- the control calculation unit 6 selects a predetermined dummy element N from the dummy element array 44 in accordance with the conductance or conductivity of the solution.
- the impedance of the dummy element is preferably equivalent to the impedance of the electrode 11, but the impedance of the electrode 11 varies depending on the conductivity of the sample solution 2. Therefore, the value of the dummy element can be corrected with higher accuracy by selecting an optimum value according to the conductivity of the sample solution 2.
- the control calculation unit 6 sets the multistage circuit selection means 43 to the contact E side, the migration power supply unit 4 applies a voltage to the electrode 11, and the measurement unit 5 detects the impedance between the electrodes 11 (hereinafter referred to as the impedance).
- the impedance the impedance between the electrodes 11
- Called electrode impedance electrode impedance measurement step.
- the voltage to be applied and the measurement time are set to a low voltage and a short time so that fine particles are not collected on the electrode.
- the electrode impedance can be measured with higher accuracy, and the measurement error during the actual measurement can be reduced.
- the control calculation unit 6 calculates a conductance value or a conductivity value from the measured impedance value.
- the apparatus can be simplified by the electrode also serving as the conductivity measuring means.
- control calculation unit 6 switches the multistage circuit selection means 45 in accordance with the impedance, conductance, or conductivity measured in step (1), and from the dummy element array 44, Select a value close to the value of the electrode impedance.
- the control calculation unit 6 switches the multistage circuit selection means 45 in accordance with the impedance, conductance, or conductivity measured in step (1), and from the dummy element array 44, Select a value close to the value of the electrode impedance.
- an optimum dummy element can be selected according to the conductance or conductivity of the solution, and drift fluctuations when the solution conductivity is different can be corrected with high accuracy.
- the fine particle measurement apparatus is realized using the apparatus described with reference to FIG. 10a or FIG. In the following, for simplicity of explanation, a case where the apparatus of FIG. 10A is used will be described.
- the fine particle measuring apparatus estimates and corrects the drift amount generated during the main measurement according to the conductivity of the sample liquid 2. If correction of drift is to be performed with a single dummy element 40 in order to avoid complication of the apparatus, as described above, the amount of drift changes depending on the conductivity of the sample solution 2, and thus accurate correction cannot be performed. Problems arise. Therefore, in the present embodiment, when a dummy element 40 having a certain impedance value is used, a drift amount (corresponding to the straight line d in FIGS. 10b to 10c) caused by the conductivity of the sample liquid 2 is estimated in advance. By subtracting the estimated drift amount from the inclination measurement result b, high-accuracy correction can be performed even with a single dummy element.
- the structure of the dummy element and a resistor R D and a parallel circuit of a capacitance C D when regarded impedance of the electrode 11 and the parallel circuit of the resistor R E and capacitance C E, C D and C E of equivalents It is desirable to choose.
- the drift amount is estimated by measuring a solution having a different conductivity and containing no fine particles in a predetermined dummy element 40 and electrode 11 (referred to as a blank measurement experiment).
- the slope of the straight line d measured at this time corresponds to a drift in each conductivity.
- a table in which the drift slope corresponding to each conductivity and the solution conductivity obtained in this way are associated with each other is stored in the memory 6a in the control calculation unit 6, and the impedance obtained by the electrode impedance measurement step.
- the drift is estimated by subtracting the estimated drift value from the slope of the straight line d with reference to the estimated drift value from the conductance or conductivity calculated from the equation (1).
- the relationship between the solution conductivity and the drift obtained from the blank measurement experiment may be expressed as a function, and an estimated value of the drift may be obtained from the solution conductivity and corrected.
- the electrode impedance measurement step is not necessarily required, and the conductance or conductivity value can be estimated from the initial value of the electrode impedance measured in this measurement. Since correction is performed after the main measurement, the electrode impedance need not be measured first. Thus, the measurement time can be shortened by omitting the electrode impedance measurement step. According to this, when measuring sample liquids having different electrical conductivities, it is possible to perform highly accurate correction with a single dummy element, so that the measuring apparatus can be simplified.
- the fine particle measuring apparatus of this embodiment includes temperature measuring means (not shown) for measuring the temperature of the sample liquid 2 in the apparatus shown in FIG. 11, and the control calculation unit 6 responds to the temperature of the sample liquid 2.
- the temperature measuring means a known measuring means such as a thermocouple or a thermistor can be used. According to this, it is possible to select an optimum dummy element according to the temperature of the sample solution 2 and correct the drift fluctuation when the solution temperature is different with high accuracy.
- the particle measuring apparatus is realized by a configuration excluding the apparatus shown in FIG. 5, that is, the dummy element 40 in FIG. A table in which the slope of drift corresponding to each conductivity and the solution conductivity are associated with each other in the memory 6a in the control calculation unit 6 or the relationship between the solution conductivity and drift.
- the function that represents is stored.
- the control calculation unit 6 measures the electrode impedance and calculates a conductance or conductivity value in the electrode impedance measurement step.
- the control calculation unit 6 performs the main measurement, and obtains a slope line b of impedance change to which impedance fluctuation due to particulate collection and drift is added.
- the control calculation unit 6 calculates the estimated drift value corresponding to the conductance or conductivity obtained in step (1) using the table or function stored in the memory 6a, and calculates the estimated Correction is performed by subtracting the drift value from the slope value of the straight line b to obtain the final slope (straight line e).
- the conductance or the conductivity can also be obtained from the initial value of the impedance of the main measurement in step (2). Thereby, step (1) can be omitted and the measurement time can be shortened.
- the control calculation unit 6 calculates the fine particle concentration from the slope of the straight line e, displays the result, and completes the measurement operation.
- the measurement time can be reduced by simplifying the measuring device and reducing the dummy element measurement time. Can be shortened.
- FIG. 12 shows a specific configuration of the dummy element in the particle measuring apparatus according to the eighth embodiment of the present invention.
- a detection resistor 51 is connected to the particle measuring apparatus to measure the impedance between the electrodes 11, but in this embodiment, as shown in FIG.
- the capacitance 52 as a dummy element is inserted between the electrodes 11 to reduce the influence of phase fluctuation.
- the electrode 11 is represented by a parallel circuit of a resistance component 54 and a capacitance component 53, and the resistance component 54 changes depending on the solution conductivity.
- the capacitance 52 in parallel with the capacitance component 53 of the electrode 11, fluctuations in the impedance measurement value due to the phase error of the measurement circuit can be reduced.
- FIG. 13 is a vector diagram of impedance including a detection resistor that the fluctuation range with respect to the impedance value varies depending on the phase angle even with the same phase error.
- a vector (1) in FIG. 13A is an impedance vector of the electrode 11 and the detection resistor 51.
- the total 22K ⁇ of the resistance component 54 of the electrode 11 and the detection resistor 51 (560 ⁇ ) and a capacitance component 53 of the electrode 11 are shown.
- the phase angle when measured at a frequency of 800 kHz is ⁇ 64 °.
- the impedance vector of the electrode 11 and the detection resistor 51 changes to the vector (2), the sum of the resistance component 54 of the electrode 11 and the detection resistor 51 is 1 K ⁇ , and the capacitance component 53 of the electrode 11 is 150 pF.
- the phase angle becomes ⁇ 22 °. Note that the increase in conductivity occurs due to the increase in the concentration of ions (Na +, Cl-, etc.) in the solution, and if this level is increased, the dielectric constant of the solution hardly changes, so that the capacitance component 53 of the electrode 11 changes. do not do.
- the capacitance 52 (200 pF) is added to the electrode 11, the sum of the resistance component 54 and the detection resistor 51 of the electrode 11 is 1 K ⁇ , the sum of the capacitance 52 and the capacitance component 53 of the electrode 11 is 350 pF, and the phase angle Shows the state of ⁇ 28 °.
- FIG. 13B shows capacitance fluctuation when the phase angle of the impedance vectors (1), (2), and (3) shown in FIG. 13A fluctuates by 0.02 °. That is, the capacitance variation of the vector (1) is 0.018 pF, the capacitance variation of the vector (2) is 0.086 pF, and the capacitance variation of the vector (3) is 0.012 pF.
- the capacitance fluctuation of the vector (2) when the solution conductivity is increased was 0.086 pF
- the capacitance fluctuation of the vector (3) added with the capacitance 52 (200 pF) is 0.012 pF. It is reduced to about 1/7 to 1/8.
- the phase fluctuation in the measurement circuit becomes zero, but in reality, a phase fluctuation of about 0.02 ° occurs.
- the phase is shifted in advance by adding a capacitance so that the phase fluctuation caused by the measurement error of the measurement circuit does not affect the true measurement value, and the measurement error due to the phase fluctuation can be suppressed. .
- FIG. 17 shows a schematic diagram of the particle measuring apparatus according to the present embodiment.
- the present embodiment is characterized by having a plurality of electrode pairs on the electrode tip 3 of the fine particle measuring apparatus in FIG. 5 described above, and the description of the overlapping portions is omitted.
- a first electrode pair 60 and a second electrode pair 61 are formed on the electrode chip 3, and are connected to the migration power supply unit 4 and the measurement unit 5, respectively.
- the impedance change is measured while performing dielectrophoresis on one electrode, and the other electrode does not perform dielectrophoresis, but only the impedance change is measured and the drift variation is detected and offset.
- the sizes are preferably the same.
- the electrophoretic power supply unit 4 is configured by an AC power supply circuit and is configured by the measurement unit 5 impedance measurement circuit, but the AC power supply circuit and the impedance with respect to the first electrode pair 60 and the second electrode pair 61 are configured.
- a measurement circuit may be provided individually, or an AC power supply circuit and an impedance measurement circuit may be shared as one system.
- the impedance measurement circuit is desirable because it simplifies the circuit configuration by measuring the impedance changes of each of the first electrode pair 60 and the second electrode pair 61 by sequentially switching one system to be shared.
- measurement is started with the sample solution 2 introduced into the cell 1.
- the electrode tip 3 is provided in the cell 1 at a position where both the first electrode pair 60 and the second electrode pair 61 impregnate the sample solution 2. That is, the first electrode pair 60 and the second electrode pair 61 are impregnated with a liquid having the same conductivity.
- the control calculation unit 6 instructs the electrophoresis power supply unit 4 to apply a voltage for performing the measurement.
- the migration power supply unit 4 applies an AC voltage to the first electrode pair 60 and the second electrode pair 61, respectively.
- the voltage to be applied is a voltage for inducing dielectrophoresis and impedance measurement for one electrode pair, and only for impedance measurement without inducing dielectrophoresis for the other electrode pair. Apply the voltage to be performed.
- Either electrode may be used for dielectrophoresis, but for the sake of simplicity of explanation, the first electrode pair 60 performs the dielectrophoresis of the first electrode pair, and the second electrode pair 61 performs the impedance measurement only. The electrode will be described.
- the dielectrophoresis applied to one electrode and the voltage for impedance measurement are as described above.
- a voltage that does not cause an impedance change due to the dielectrophoresis of the detection target fine particles between the electrodes is applied.
- any amplitude that does not induce dielectrophoresis and can perform impedance measurement with high accuracy may be used. More specifically, an amplitude of about 0.001 to 1 Vpp is desirable. Further, for the reason described later, it is desirable that the frequency for impedance measurement of one electrode pair and the other electrode pair is the same.
- the electrophoretic power supply unit 4 It is desirable to provide a separate circuit system for the electrode pair and apply the AC voltage independently.
- the control calculation unit 6 instructs the measurement unit 5 to measure the impedance of each electrode pair.
- This impedance measurement is performed at predetermined time intervals.
- the impedance measurement may be performed at a minimum time interval in order to obtain a necessary resolution. That is, since the measurement is intermittent, the measurement circuit is set to 1 to simplify the measurement circuit. It is good to make it a system
- the control calculation unit 6 instructs the electrophoresis power supply unit 4 to stop the voltage application and the measurement unit 5 to stop the impedance measurement.
- the control calculation unit 6 calculates the number of fine particles in the sample liquid 1 from the impedance measurement results of the two pairs of electrodes accumulated in the memory 6a.
- the impedance change of one electrode includes a drift due to an electrode surface state and a circuit state in addition to an impedance change caused by trapping fine particles between the electrodes.
- the change in impedance of the other electrode includes a change only in drift.
- the shape and size of the electrode chip 3 is unavoidable due to restrictions on the size of the electrode chip 3, sample liquids (hereinafter referred to as blank liquids) having different conductivity and not containing fine particles to be detected are measured. What is necessary is just to preserve
- the impedance measuring circuit in the measuring means 5 may be different in the amount of drift generated in each circuit due to variations in the components constituting the circuit when a measuring circuit system is provided for each electrode pair. It is done. For this reason, it is possible to cancel the drift amount resulting from the circuit state with higher accuracy by using the same circuit system for each electrode pair.
- the main cause of the drift amount generated by the measurement circuit is the heat generation of the parts constituting the circuit. For this reason, if the amount of current generated for impedance measurement is different, the drift amount is also different. Therefore, it is desirable that the two pairs of electrodes are impregnated in the same sample solution 1 to have the same electrode impedance depending on the solution conductivity and the same amount of current generated for impedance measurement.
- a memory that has previously obtained the correlation of the drift amount generated in each electrode using a blank solution having different conductivity It may be stored in 6a and corrected when the difference is calculated.
- the actual drift amount caused by the electrode and the circuit can be directly measured and subtracted, so that it is possible to provide a more accurate particle measuring apparatus and particle measuring method. It is.
- the suspension concentration was defined by smearing an appropriately diluted standard sample in a standard agar medium and counting the number of colonies grown as a result of aerobic culture at 37 ° C. for 16 hours. A NaCl solution was appropriately added to the standard sample, and the sample solution conductivity was adjusted to 5, 50, and 100 ⁇ S / cm. The sample solution conductivity was measured with a conductivity meter (B-173, Horiba, Ltd.).
- the measuring device of Fig. 10a was used.
- the applied voltage amplitude was 10 Vp-p, and the frequency was 800 KHz.
- the dummy element was a parallel circuit of a 5.2 K ⁇ resistor and a 150 pF capacitor.
- Result 1 (blank measurement experiment) The amount of drift was measured when the sample liquid conductivity was 5, 50, 100, 250 ⁇ S / cm.
- the first dummy element measurement time T1 was 30 seconds, and the main measurement time was 20 seconds.
- FIG. 14 shows a plot of the drift amount at this time normalized by the drift amount in the case of 5 ⁇ S / cm. It can be seen that the drift amount increases as the conductivity increases.
- the values shown in Table 3 are values normalized by the slope when the conductivity is 5 ⁇ S / cm and the Escherichia coli concentration is 1.4 ⁇ 10 ⁇ 5 cfu / ml.
- the conductivity is 50 ⁇ S / cm and the Escherichia coli concentration is 1.4 ⁇ 10 ⁇ 5 cfu / ml
- the conductivity is 100 ⁇ S / cm and the Escherichia coli concentration is less than 1.4 ⁇ 10 ⁇ 7 cfu / ml
- the slope of the impedance change becomes a negative value. Measurement becomes impossible.
- FIG. 15 shows the slope of the impedance (capacitance) with respect to the Escherichia coli concentration corrected by the obtained drift correction amount.
- a positive slope was obtained for all the conductivities of Escherichia coli concentration of 1.4 ⁇ 10 ⁇ 5 cfu / ml or more, and the linearity of the slope of the capacitance with respect to the Escherichia coli concentration was good, and the effect of the correction was proved. .
- the present invention can be used as a particle measuring apparatus and a particle measuring method capable of detecting / reducing measurement impedance value fluctuation due to temperature rise of an electrode or a sample solution and circuit drift and realizing high-precision impedance change measurement. is there.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Optical Measuring Cells (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
回路ドリフトによる測定インピーダンス値変動を検出/低減し、高精度なインピーダンス変化測定を実現可能な微粒子測定装置および微粒子測定方法を提供する。微粒子含有の液体を導入するセル内部に浸漬する少なくとも一対の電極11と、電極11に交流電圧を印加し、微粒子に誘電泳動力を作用させる泳動電源部4と、電極11と並列に接続されるダミー素子40と、電極11間のインピーダンスを測定する測定部5と、測定部5の測定結果から液体内の微粒子数を算出する制御演算部6と、泳動電源部4と測定部5との間に接続される回路素子を、ダミー素子40および電極11のいずれか一方に切り替える回路選択手段43と、を備え、泳動電源部4と測定部5との間にダミー素子40が接続されている場合に、泳動電源部4がダミー素子40に電圧を印加し、測定部5がダミー素子40のインピーダンスを測定する。
Description
本発明は、誘電泳動を用いて試料液中の微粒子数を測定するための微粒子測定装置および微粒子測定方法に関する。更に詳しくは、回路ドリフトによる測定インピーダンス値変動を検出/低減し、高感度、高精度に測定する微粒子測定装置および微粒子測定方法に関する。
昨今、食中毒や感染症などの原因となり、人体に何らかの害を及ぼす可能性がある微生物を、迅速、簡便、高感度に定量測定するニーズは特に高い。食品の製造工程や微生物検査施設を備えない診療所などにおいて、その場で微生物検査を実施することで、食中毒や感染症などの防止、予防が可能になるためである。
また、いわゆるバイオセンサにおいて、抗体など、測定対象に特異的に結合する物質を標識したポリスチレンなどの人工微粒子を用いて、検体中の生化学的物質を定量測定する際に、検体中の微粒子数あるいはその結合状態を定量測定する必要がある。このように、昨今、液体中に含まれる微粒子を迅速、簡便、定量的に測定する要求は高い。
ここで、本願における微粒子の定義について説明する。本願で言う微粒子とは、ポリスチレンやそれらに何らかのコーティングを施した粒子、カーボンナノチューブ、金コロイドなどの金属粒子、細菌、真菌、放線菌、リケッチア、マイコプラズマ、ウイルス、として分類されているいわゆる微生物、原生動物や原虫のうちの小型のもの、生物体の幼生、動植物細胞、***、血球、核酸、蛋白質等も含む広い意味での生体または生体由来の微粒子である。この他にも、本願で言う微粒子とは、誘電泳動可能な大きさのあらゆる粒子を意味する。本願では特に、微生物の測定を想定している。
従来、微生物の検査法として最も一般的に用いられるのは培養法である。培養法は、培地上に微生物検体を塗抹し、微生物が生育条件下で培養を行い、形成される培地上のコロニー数を計数することで微生物数を定量する方法である。
しかし、コロニー形成までに通常1~2日、微生物種によっては数週間を要するため、迅速な検査を実施できない問題があった。また、濃縮や希釈、培地への塗抹などが必要なため、専門家による操作が必要であり、簡便な検査が実施できない、あるいは操作上のバラツキによる精度低下の問題があった。
これら従来の問題を解決するため、本発明者は他の発明者らと共に、迅速、簡便、高感度な微生物数測定法として、誘電泳動とインピーダンス計測を組み合わせたDEPIM(Dielectrophoretic Impedance Measurement Method)法を提案した(例えば、特許文献1を参照)。
DEPIM法は、微生物を誘電泳動力によってマイクロ電極に捕集し、同時にマイクロ電極のインピーダンス変化を測定することによって試料液中の微生物数を定量測定する方法である。以下、その測定原理について概説する。
微生物は一般に、イオンリッチで誘電率および導電率の高い細胞質および細胞壁が、比較的誘電率および導電率の低い細胞膜に囲まれた構造を有し、誘電体粒子とみなすことができる。DEPIM法では、電界中で分極した誘電体粒子に一定方向に働く力である誘電泳動力を利用し、誘電体粒子である微生物をマイクロ電極のギャップ間に捕集する。
誘電体粒子に働く誘電泳動力FDEPは、以下の(数1)で与えられることが公知である(例えば、非特許文献1を参照)。以下、誘電体粒子が、微生物である場合を例として説明する。
ここで、a:球形近似したときの微生物の半径、ε0:真空の誘電率、εm:試料液の比誘電率、E:電界強度であり、▽は演算子で勾配(gradient)を表す。この場合、▽E2は、電界E2の勾配なので、その位置でどれだけE2が傾斜を持っているか、つまり電界Eが空間的にどれだけ急に変化をするかを意味する。また、Kはクラウジウス・モソッティ数と呼ばれ、(数2)で表され、Re[K]>0は正の誘電泳動を表し、微生物は電界勾配と同方向、つまり、電界集中部に向かって泳動される。Re[K]<0は負の誘電泳動を表し、電解集中部から遠ざかる方向、すなわち弱電界部に向かって泳動される。
ここで、εb
*およびεm
*はそれぞれ、微生物および溶液の複素誘電率を表し、一般に複素誘電率εr
*は(数3)で表される。
ここで、εr:微生物あるいは試料液の比誘電率、σ:微生物あるいは試料液の導電率、ω:印加電界の角周波数を表す。
(数1)(数2)(数3)から、誘電泳動力は、微生物の半径、クラウジウス・モソッティ数の実部(以下、Re[K]と表す)および電界強度に依存することが分かる。また、Re[K]は、試料液および微生物の複素誘電率、電界周波数に依存して変化することが分かる。
そのため、DEPIM法では、これらのパラメータを適切に選択し、微生物に働く誘電泳動力を十分大きくし、微生物を電極ギャップに確実に捕集する必要がある。また、DEPIM法では、上記誘電泳動による電極への微生物捕集と同時に、電気的計測を行い、試料液中の微生物数を定量測定することを特徴としている。
微生物は、前述した構造を有するため、電気的には固有のインピーダンスを持った微粒子と考えることができる。そのため、誘電泳動によりマイクロ電極のギャップ間に捕集される微生物数が増加すると、その捕集数に応じて電極間のインピーダンスが変化する。
従って、電極間インピーダンス時間変化の傾きは、単位時間当たりに電極ギャップ間に捕集される微生物数に応じた値となり、傾きの大きさは試料液中の微生物濃度に対応する。よって、電極間インピーダンス時間変化の傾きを測定することで、試料液中の微生物濃度、言い換えれば微生物数を測定することが可能となる。
更に、DEPIM法では、誘電泳動を開始直後のインピーダンス時間変化の傾きから微生物数を定量することで、短時間での微生物測定を実現している。以上、DEPIM法の測定原理について概説したが、詳しくは非特許文献2を参照されたい。
一方、電極間インピーダンスの時間変化の測定では、被測定物質の状態や電極の状態、測定時の周囲条件等に応じて、測定レンジを調整した後、測定を実行しているが、インピーダンス計測を行う回路温度などの初期条件によっては、誘電泳動およびインピーダンス計測のために電圧を電極に印加することで生じる電流によって回路が発熱し、望ましくない測定ドリフトを生じる問題があった。また、測定装置の電極に被測定物質中の有機物等が付着したり吸着されたりして電極の表面状態が時間的に変化することが多い。そのため、測定中に望ましい測定基準点からのドリフトが生じる。
このドリフトなどの変動をキャンセルするために、同じ電極セルを2つ用意し、両者の信号の差分を取ることで、位置的にあるいは時間的に異なる複数の測定点間の電気伝導度の差や変化を高精度に測定する電気伝導度測定装置が知られている。
図16は、従来の電気伝導度測定装置の概略構成図である。この電気伝導度測定装置71は、被測定物質に接する少なくとも2個の電極を有する電気伝導度測定セル62,63を有している。そして、一方の電気伝導度測定セル63の電流供給用電極の前に、供給される交流電流の値を所定の倍率で乗算する、あるいは所定の割合で除算する乗算器または除算器72が設けられており、電気伝導度測定セル63で検出対象となる被測定物質の電気伝導度のレベルを、電気伝導度測定セル62のそれに比べ異ならしめることができるようになっている。
そしてこの乗算器または除算器72には、位相反転機能が付与されている。つまり、電流供給用電極に供給する前の交流電流を所定の倍率で増幅あるいは減幅するとともに、その供給交流電流の位相を反転する。これにより、各電気伝導度測定セル62、63からの検出信号自身が、実質的に減算されることになり、減算処理された信号が増幅器66に送られる(例えば、特許文献2参照)。
Hywel Morgan、他:「AC Electrokinetics:colloids and nanoparticles」、RESERCH STUDIES PRESS LTD.2003年出版、pp.15~63
J.Suehiro, R.Yatsunami, R.Hamada, M,Hara,J.Phys. D: Appl. Phys. 32(1999)2814-2820
このように、DEPIM測定を実現する測定回路では、測定対象である微粒子に起因するインピーダンス変化の微少な傾きを測定する必要があるため、回路チップや電極、溶液などの温度変動などに起因する測定値ドリフトが重要な問題である。尚、本発明でいうドリフトとは、電極に捕集された測定対象である細菌によるもの以外に起因するインピーダンスの変化を表す。
特許文献2に記載された電気伝導度測定装置では、同じ電極セルを2つ用意し、両者の信号の差分を取ることで、ドリフトなどの変動をキャンセルするが、個々の電極の個体差に起因するドリフト補償誤差が生じるし、電極セルが2つ必要となりシステムが複雑化してしまう。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、回路ドリフトによる測定インピーダンス値変動を検出/低減し、高精度なインピーダンス変化測定を実現することが可能な微粒子測定装置および微粒子測定方法を提供することを目的としている。
本発明の微粒子測定装置は、微粒子含有の液体を導入するセル内部に浸漬する、少なくとも一対の電極、およびインピーダンス要素からなる、測定負荷と、前記測定負荷に交流電圧を印加し、前記微粒子に前記一対の電極によって誘電泳動力を作用させる泳動電源部と、前記測定負荷のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段の測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する演算部と、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に接続される前記測定負荷を、前記インピーダンス要素および前記一対の電極のいずれか一方に切り替える回路切り替え手段と、を備え、前記泳動電源部が、前記回路切り替え手段によって選択された前記インピーダンス要素および前記一対の電極のいずれか一方に交流電圧を印加し、前記インピーダンス測定手段が、前記回路切り替え手段によって選択された前記インピーダンス要素および前記一対の電極のいずれか一方のインピーダンスを測定するものである。
上記構成によれば、インピーダンス要素を用いることにより、回路ドリフトによる測定インピーダンス値変動を検出/低減し、高精度なインピーダンス変化測定を実現することができる。
また、本発明の微粒子測定装置は、前記回路切り替え手段、前記泳動電源部、および前記インピーダンス測定手段を制御する制御部を備え、前記制御部が、所定時間、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に前記インピーダンス要素を接続させ、前記泳動電源部に、前記インピーダンス要素に電圧を印加させた後、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に前記一対の電極を接続させ、前記泳動電源部に、前記一対の電極に電圧を印加させるものである。
上記構成によれば、電極のインピーダンスを測定するのに先立ち、ダミー素子のインピーダンスを測定することで、インピーダンス測定の初期に大きくなる回路等のドリフト変動を低減することができ、高精度な微粒子測定を実現することができる。
また、本発明の微粒子測定装置は、前記制御部が、測定開始から所定時間T1、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に前記インピーダンス要素を接続させ、前記泳動電源部に、前記インピーダンス要素に電圧を印加させ、その後、所定時間(T2―T1)、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に前記一対の電極を接続させ、前記泳動電源部に、前記一対の電極に電圧を印加させた後、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に前記インピーダンス要素を接続させ、前記泳動電源部に、前記インピーダンス要素に電圧を印加させ、前記インピーダンス測定手段が、測定開始から前記所定時間T1経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値と、測定開始から前記所定時間T2経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値と、測定開始から前記所定時間T1経過後から前記所定時間(T2―T1)経過するまでの前記一対の電極間のインピーダンス値の変化とを測定し、前記演算部が、前記測定開始から前記所定時間T2経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値と前記測定開始から前記所定時間T1経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値との差分から算出する時間変化を、前記測定開始から前記所定時間T1経過後から前記所定時間T2までの前記一対の電極間のインピーダンス値の時間変化から差し引くことにより、前記液体内の微粒子数を算出するものである。
上記構成によれば、電極の測定開始時インピーダンスと測定終了時インピーダンスから測定回路のドリフト分を求め、一対の電極間のインピーダンスの時間変化を測定回路のドリフト分で補正するので、回路ドリフトによる測定インピーダンス値変動の検出精度を一層高めることができる。
また、本発明の微粒子測定装置は、前記液体の導電率を測定する導電率測定手段を備え、前記インピーダンス要素が、値の異なる複数のインピーダンス要素を含み、前記回路切り替え手段が、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に接続される回路素子を、前記複数のインピーダンス要素から選択される一のインピーダンス要素および前記一対の電極のいずれか一方に切り替え、前記制御部が、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に、前記液体の導電率に応じて前記複数のインピーダンス要素から選択した所定のインピーダンス要素を接続させるものである。
上記構成によれば、液体の導電率に適したインピーダンス要素を用いることにより、回路ドリフトによる測定インピーダンス値変動の検出精度を一層高めることができる。
また、本発明の微粒子測定装置は、前記液体の導電率を測定する導電率測定手段を備え、前記演算部が、導電率毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、前記導電率測定手段の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、算出結果を補正するものである。
上記構成によれば、導電率に応じた適切な補正を行うことができる。
また、本発明の微粒子測定装置は、前記液体の温度を測定する温度測定手段を備え、前記インピーダンス要素が、値の異なる複数のインピーダンス要素を含み、前記回路切り替え手段が、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に接続される回路素子を、前記複数のインピーダンス要素から選択される一のインピーダンス要素および前記一対の電極のいずれか一方に切り替え、前記制御部が、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に、前記温度測定手段の測定結果に応じて前記複数のインピーダンス要素から選択した所定のインピーダンス要素を接続させるものである。
上記構成によれば、液体の温度に応じた適切なインピーダンス要素を用いることにより、溶液の温度が異なる場合のドリフトの変動を高精度に補正することができる。
また、本発明の微粒子測定装置は、微粒子含有の液体を導入するセル内部に浸漬する少なくとも一対の電極と、前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記微粒子に誘電泳動力を作用させる泳動電源部と、前記一対の電極と並列に接続されるキャパシタンスと、前記一対の電極間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段の測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する演算部と、を備え、前記泳動電源部が前記キャパシタンスに交流電圧を印加した場合は、前記インピーダンス測定手段が前記キャパシタンスのインピーダンスを測定するものである。
上記構成によれば、キャパシタンスを用いることにより、測定回路の位相誤差に起因するインピーダンス測定値の変動を低減することができる。
また、本発明の微粒子測定方法は、微粒子含有の試料液に浸漬した一対の電極間及びインピーダンス要素のいずれか一方に交流電圧を印加し、誘電泳動力により前記微粒子を所定位置に配置し、前記試料液中における微粒子数を測定する微粒子測定方法であって、所定時間、前記インピーダンス要素に交流電圧を印加し、前記インピーダンス要素のインピーダンスを測定するステップと、その後、前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記一対の電極間のインピーダンスを測定するステップと、インピーダンスの測定結果から、前記試料液中の微粒子数を算出するステップと、を有する。
また、本発明の微粒子測定方法は、測定開始から所定時間T1、前記インピーダンス要素に電圧を印加し、測定開始から前記所定時間T1経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値を測定するステップと、測定開始から所定時間T1経過後から所定時間(T2―T1)、前記一対の電極に電圧を印加し、測定開始から所定時間T1経過後から前記所定時間(T2―T1)経過するまでの前記一対の電極間のインピーダンス値の変化を測定するステップと、測定開始から所定時間T2経過後に前記インピーダンス要素に電圧を印加し、当該インピーダンス要素のインピーダンス値を測定するステップと、前記測定開始から前記所定時間T2経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値と前記測定開始から前記所定時間T1経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値との差分から算出する時間変化を、前記測定開始から前記所定時間T1経過後から前記所定時間T2経過するまでの前記一対の電極間のインピーダンス値の時間変化から差し引くことにより、前記液体内の微粒子数を算出するステップと、を有する。
また、本発明の微粒子測定方法は、前記試料液に応じて複数のインピーダンス要素から所定のインピーダンス要素を選択するステップと、前記インピーダンス要素に交流電圧を印加し、前記インピーダンス要素の測定開始時インピーダンスを測定するステップと、前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記一対の電極間のインピーダンスを測定するステップと、前記インピーダンス要素に交流電圧を印加し、前記インピーダンス要素の測定終了時インピーダンスを測定するステップと、前記測定開始時インピーダンスと前記測定終了時インピーダンスから、測定回路のドリフト分を求めるステップと、前記一対の電極間のインピーダンスの時間変化を前記測定回路のドリフト分で補正し、前記試料液中の微粒子数を算出するステップと、を有する。
また、本発明の微粒子測定方法は、前記試料液の導電率を測定するステップを有し、導電率毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、導電率の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、前記インピーダンスの測定結果から算出した前記試料液中の微粒子数を補正するステップと、を有する。
さらに、本発明の微粒子測定方法は、前記試料液の温度を測定するステップと、前記試料液の温度の測定結果に応じて複数のインピーダンス要素から所定のインピーダンス要素を選択するステップと、を有する。
本発明の微粒子測定装置は、微粒子含有の液体を導入するセル内部に浸漬する少なくとも一対の電極と、前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記微粒子に誘電泳動力を作用させる泳動電源部と、前記一対の電極間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段の測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する演算部と、前記液体の導電率を測定する導電率測定手段と、を備え、前記演算部が、導電率毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、前記導電率測定手段の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、算出結果を補正するものである。
上記構成によれば、導電率毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を用いた補正をすることにより、導電率の異なる液体の回路ドリフトによる測定インピーダンス値変動を検出/低減できるため、高精度なインピーダンス変化測定を実現することができる。
また、本発明の微粒子測定装置は、前記液体の温度を測定する温度測定手段を備え、前記演算部が、導電率および温度毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、前記液体の導電率の測定結果および前記液体の温度の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、算出結果を補正するものである。
上記構成によれば、溶液の導電率だけでなく温度が異なる場合のドリフトの変動を高精度に補正することができる。
また、本発明の微粒子測定装置は、前記一対の電極と並列に接続されるキャパシタンスを備え、前記泳動電源部が前記電極および前記キャパシタンスからなる並列回路に交流電圧を印加し、前記インピーダンス測定手段が前記電極間および前記キャパシタンスの並列インピーダンスを測定するものである。
上記構成によれば、キャパシタンスを用いることにより、測定回路の位相誤差に起因するインピーダンス測定値の変動を低減することができる。
また、本発明の微粒子測定方法は、微粒子含有の試料液に浸漬した一対の電極間に交流電圧を印加し、誘電泳動力により前記微粒子を所定位置に配置し、前記試料液中における微粒子数を測定する微粒子測定方法であって、前記液体の導電率を測定する導電率測定ステップと、前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記一対の電極間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定ステップと、前記インピーダンスの測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する際、導電率毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、前記液体の導電率の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、算出結果を補正する演算ステップと、を有する。
また、本発明の微粒子測定方法は、前記液体の温度を測定する温度測定ステップを有し、前記演算ステップは、前記インピーダンスの測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する際、導電率および温度毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、前記液体の導電率の測定結果および前記液体の温度の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、算出結果を補正するものである。
さらに、本発明の微粒子測定方法は、前記インピーダンス測定ステップは、前記一対の電極および当該一対の電極と並列に接続されるキャパシタンスからなる並列回路に交流電圧を印加し、前記電極間および前記キャパシタンスの並列インピーダンスを測定するものである
さらに、本発明の微粒子測定装置は、微粒子含有の液体を導入する一つのセル内部に浸漬する二対の電極と、前記電極間に交流電圧を印加し、前記微粒子に誘電泳動力を作用させる泳動電源部と、前記電極間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段の測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する演算部と、を有し、前記泳動電源部は、前記二対の電極の内、一方の電極にのみ誘電泳動力を作用させ、前記インピーダンス測定手段は、前記二対の電極間それぞれのインピーダンスを測定し、前記演算部は、一方の電極のインピーダンス変化と、他方の電極のインピーダンス変化の差分を算出した結果から微粒子濃度を算出する。
この構成によれば、電極および回路に起因して生じる実際のドリフト量を直接測定して差し引くことができるため、より高精度な微粒子測定装置を提供することが可能である。
さらに、本発明の微粒子測定方法は、微粒子含有の試料液が導入された一つのセルに浸漬した二対の電極を用いて、誘電泳動力により前記微粒子を所定位置に配置し、前記試料液中における微粒子数を測定する微粒子測定方法であって、前記一対の電極の内、一方の電極において誘電泳動力を発生させインピーダンス計測を行うステップと、同時に他方の電極において誘電泳動力を発生させずにインピーダンス計測のみを行うステップと、一方の電極と他方の電極におけるインピーダンス変化の差分を算出するステップと、算出したインピーダンス変化の差分から試料液中の微粒子濃度を算出する。
この構成によれば、電極および回路に起因して生じる実際のドリフト量を直接測定して差し引くことができるため、より高精度な微粒子測定方法を提供することが可能である。
本発明によれば、回路ドリフトによる測定インピーダンス値変動を検出/低減し、高精度なインピーダンス変化測定を実現することができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明の実施の形態の微粒子測定装置について、図面を用いて説明する。図1は、本実施形態の微粒子測定装置の構成図、図2は、本実施形態の微粒子測定装置の電極チップを表す概略図である。
以下、本発明の実施の形態の微粒子測定装置について、図面を用いて説明する。図1は、本実施形態の微粒子測定装置の構成図、図2は、本実施形態の微粒子測定装置の電極チップを表す概略図である。
図1において、1は測定対象の微粒子が含まれる試料液2を保持するセル、3は誘電泳動で微粒子を捕集する電極対を含む電極チップ、4は泳動電源部、5は誘電泳動によってトラップされた微粒子によって生じた光学的あるいは電気的な変化を測定する測定部、6は微粒子測定装置全体の制御や測定結果の解析演算や入出力処理などを行う制御演算部、7は試料液2の導電率を入力するための導電率入力手段である。
図2において、10は基板、11a、11bは基板10上に形成され一対の極をなす電極、13は電極11aと11bとの電極間ギャップである。基板10には、金属などの導電性材料によって電極11a、11bのパターンが形成される。好ましい材料の一例としては、金、銀、銅、アルミニウム、白金など、十分な導電性を有することが望ましく、本実施の形態では銀を使用している。
図3は、測定電極11a,11b間に印加される電圧によって生じる電気力線15を示す。本実施の形態では測定電極11a,11b間のギャップ13付近の構成が電界集中部にあたり、中でも最も電界が集中するのはギャップ13である。従ってギャップ13部分にもっとも強く微粒子が泳動される。
電極11a、11bはその幅に対して十分に薄い薄膜であることが望ましく、例えば100μmの幅に対して厚さ1000Å程度である。これにより、厚さ方向で見たエッジ部分に不平等電界が形成され、微粒子を効率的に誘電泳動することが可能となる。
電極11a、11bのパターニングを行う方法は、選択した材料で所望のパターンを形成できれば良い。例えば、金属薄膜をスパッタあるいは蒸着、めっきなどにより形成し、フォトリソグラフィー、レーザー加工などによってパターンを形成する方法、グラビア印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷などの、直接パターンを形成する方法など、電極を形成するために用いられる一般的なプロセスが選択可能である。生産性やコストなどを勘案して最も適切なプロセスを選択すればよい。本実施の形態では、スパッタによって銀の薄膜を形成し、フォトリソグラフィーによってパターンを形成している。
電極11a、11bはそれぞれ泳動電源部4に接続されており、泳動電源部4は電極11a、11b間に特定周波数の交流電圧を印加する。なお、ここで交流電圧というのは、正弦波のほか、ほぼ一定の周期で流れの向きを変える電圧のことであり、かつ両方向の電流の平均値が等しいものである。後述するが、泳動電源部4が印加する周波数は、制御演算部6によって適切に決定される。
電極チップ3が試料液2中に浸漬され、電極11a、11bが試料液2に接した状態で、電極11a、11b間に交流電圧が印加されると、試料液2中に含まれる微粒子が、電極11aと11bに挟まれたギャップ13に、誘電泳動力によって捕捉される。
微粒子に正の誘電泳動力が働く場合は図4(a)のように電界集中部であるギャップ13の領域中、電極11a、11bの対向するエッジ部に、微粒子14が電気力線に沿って微粒子がパールチェーンと呼ばれる数珠状にトラップされる。
一方、微粒子14に負の誘電泳動が働く場合は、図4(b)のように、電界集中部から遠ざかる方向、すなわち弱電界部であるギャップ13の領域中、電極11a、11bの対向する中心部分にかけてトラップされる。
測定部5は、このようにしてギャップ13にトラップされた微粒子によるインピーダンス変化を測定する。具体的には、図5に示すように、泳動電源部4と電極チップ3の間に、測定部5を電極11a、11b間のインピーダンスを測定する回路を構成する。
この場合、測定部5は電極11a、11b間に流れる電流値と、泳動電源部4が印加した電圧と電流の位相差を測定するための回路等から構成される。測定部5は、誘電泳動によって微粒子が移動し電界集中部近傍に濃縮されることに起因する電極11a、11b間の電流および位相差の変化を測定する。
測定部5で測定した電流値と位相差は、制御演算部6に渡される。制御演算部6は、これら電流、位相差、および、泳動電源部4が印加している電圧および周波数の情報から、電極11a、11b間のインピーダンス値を計算する。
電圧印加前、電極11a、11b間の試料液2のみで満たされた領域が、誘電泳動によるトラップによって誘電率の異なる微粒子で置き換えられることで、電極11a、11b間のインピーダンスはトラップされた微粒子数に応じて変化する。
従って、ある時間におけるインピーダンス値と、電圧印加直後の初期インピーダンス値との差分、言い換えれば変化分から、ギャップ13にトラップされた微粒子数を推定することが可能である。そして、トラップされた微粒子数は試料液中に含まれる微粒子濃度に依存するものであるから、試料液中の微粒子数を測定することが可能になる。
測定部5はまた、図6に示すように、光学的測定手段によっても実現可能である。この場合、光源21と受光部22の光路内にギャップ13が含まれるような位置関係にセル1を配置する。ギャップ13にトラップされた微粒子数によって、受光部21に入射する光量が変化することを利用して、ギャップ13にトラップされた微粒子数を推定することができる。
あるいは、受光部22の情報を制御演算部6に渡して画像化し、制御演算部6が粒子判定アルゴリズムなどを用いて直接粒子数を計数してもよいし、視野面積に対する微粒子面積を求めることで微粒子数に換算してもよい。このようにして得られたギャップ13にトラップされた微粒子数は試料液中に含まれる微粒子濃度に依存するものであるから、試料液中の微粒子数を測定することが可能になる。
以上のように微粒子をギャップ13にトラップするためには、微粒子に働く粘性力や重力、ブラウン運動など、誘電泳動以外の全ての外力に対して十分大きな誘電泳動力を誘起する必要がある。これが不十分であれば、測定部5が測定できる微粒子数が減少するため、測定感度および精度が著しく低下し、測定部5が測定可能な信号の大きさを下回ると微粒子の測定が出来なくなる。
従って、本実施の形態では、微粒子をギャップ13にトラップするために十分な誘電泳動力が働くような周波数を、制御演算部6が適切に決定し、泳動電源部4が決定した周波数の電圧を印加する。これにより、測定部5が十分に検出可能な信号を取り出すことが出来るため、微粒子濃度の測定が高精度かつ高感度に行える。
制御演算部6は、図示しないCPUや、一連の動作を規定するプログラムや各種データが格納されたメモリ6aなどの回路から構成され、一連の測定動作を制御する。導電率入力手段7は、試料液の導電率を、測定前に入力できるようになっている。例えば、テンキーで数値入力する方法や、「0~50μS/cm」、「50~100μS/cm」など複数の導電率範囲に対応したスイッチを押下するなどの方法で実現できる。
メモリ6aは、導電率入力手段7から与えられた試料液の導電率の値から、泳動電源部4が印加する電圧の適切な周波数を選択するための周波数選択テーブルを有する。周波数選択テーブルには、試料液2の導電率毎に、微粒子に十分な誘電泳動力が働く最適な周波数と印加電圧値がテーブル化されている。
ここで、メモリ6aに格納されている周波数選択テーブルについて詳説する。表1に示すように、周波数選択テーブルは少なくとも、試料液の導電率、印加する交流電圧の振幅、最適周波数が互いに関連付けられて格納されている。試料液の導電率は特定の数値であってもよいし、ある範囲を設定してテーブルを作成してもよい。制御演算部6は、与えられた導電率に該当する交流電圧の振幅と最適周波数を選択する。尚、導電率300μS/cm~に対応する周波数の“E”は、エラーであることを示しており、あまりにも導電率が高い場合には測定が出来ないことを表している。
次に、最適周波数について説明する。(数1)において、誘電泳動力FDEPは、クラウジウス・モソッティ数Kの実部、すなわちRe[K]に比例する。そして、Re[K]は、(数2)および(数3)から明らかなように、試料液2の導電率に依存する。試料液2の導電率が変化した場合、Re[K]すなわち誘電泳動力がどのように変化するかを示したものが図7である。
図7においては、誘電泳動に用いる電界、言い換えれば印加電圧の周波数をパラメータに、試料液2の導電率の関数として示している。Re[K]は、誘電泳動力FDEPに対応しており、その正負は誘電泳動力が引力として作用するか、あるいは斥力として作用するかにそれぞれ対応する。
図7(a)に示すように、たとえば、誘電泳動用交流電圧の周波数が(1)10KHzの場合は、溶液導電率3μS/cm付近でRe[K]が正から負に変わっており、微粒子に作用する誘電泳動力FDEPが引力から斥力に変化する。
一方、誘電泳動用交流電圧の周波数が(2)100KHzの場合は、溶液導電率30μS/cm付近でRe[K]が正から負に変わっており、微粒子に作用する誘電泳動力FDEPが引力から斥力に変化する。
なお、図7(b)は、誘電泳動用交流電圧の周波数が(2)100KHzおよび(3)800KHzの場合に、溶液導電率を1μS/cm~1000μS/cmまで変化させた場合の誘電泳動力FDEPの変化を示す。周波数が(2)100KHzの場合、約20μS/cm以上でRe[K]<0となるが、800KHzでは導電率上昇に対する誘電泳動力の低下が抑えられ、約250μS/cmまでRe[K]>0となり引力によりギャップ13のエッジ部にトラップすることができる。
このことは、試料液の導電率上昇に対して最も誘電泳動力の低下が小さくなる最適な周波数が存在することを示している。この最適周波数を決定するには、次のような実験を行って決定するのがよい。すなわち、同じ微粒子濃度で、導電率を変えた複数の試料液を用意し、それぞれの試料液に対して印加電圧の周波数を変えながら測定を行う。その結果、測定応答が最も大きくなった周波数が、それぞれの試料液導電率に対する最適周波数となる。表1に示した最適周波数は、このようにして決定する。
しかしながら、あまりにも周波数が高いと測定回路の実現が困難となり、あまりにも周波数が低いとジュール熱による対流や、極端な場合、電気分解による気泡発生が測定に悪影響をもたらす。このため、最適周波数は、誘電泳動にとって最適とはいえないが、微粒子測定を行うのに十分な誘電泳動を働かせることの出来る、許容範囲の周波数が存在する。
図8は、溶液導電率(μS/cm)をパラメータとした場合における、誘電泳動用交流電圧の周波数(Hz)とクラウジウス・モソッティ数の実部(Re[K])の関係を示すグラフである。試料液の導電率100μS/cmにおいて、正の誘電泳動を利用して微粒子の測定を行う場合、測定応答を得られる十分な誘電泳動力がRe[K]>0.4であったとすると、最適周波数は約700KHz~4MHzとなる。この場合、高周波による測定回路の複雑化を避けるために、下限の周波数である700KHzを最適周波数として採用することも可能である。
また、測定する必要がある試料液導電率の範囲内で、ある特定の一つの周波数で十分に誘電泳動力が得られることがある。その場合は、表2に示すような周波数選択テーブルになる。
例えば、測定する必要のある試料液導電率の範囲が0~100μS/cmであった場合、周波数800KHzであれば、全ての導電率領域に対してRe[K]>0.4となり、単一の周波数で所望の試料液導電率の範囲で測定を行うことができるため、回路構成が簡易となり好都合である。この場合、試料液導電率が100μS/cmを超えた場合には、周波数選択テーブルに示されるよう、エラーに該当するデータが書き込まれている。
図9は、本実施形態にかかる微粒子測定方法を説明するためのフローチャートである。以下、フローチャートを参照して、試料の導入からセル1内の微粒子の濃縮、測定、結果提示にいたるまでの一連の流れを説明する。まず、初期状態では、セル1に測定対象の微粒子が含有された試料液を投入する(ステップS11)。
次に、導電率入力手段7によって、投入した試料液の導電率を入力する。入力された導電率は、制御演算部6に渡される(ステップS12)。
試料液の導電率を渡された制御演算部6は、メモリ6aに備わる最適周波数テーブルを参照し、電極に印加すべき電圧振幅値および周波数を選択する(ステップS13)。この時の電圧振幅値(以下、「誘電泳動のための電圧」と呼ぶ)は、微粒子をギャップ13にトラップするために十分な値を選択すればよく、本実施の形態では10Vp-pとしている。
また、表1および表2では、誘電泳動のための電圧は導電率に対して一定の値としているが、それぞれの導電率で最適な値を選択することができる。例えば、導電率が高い場合は、あまりに電圧が高すぎるとジュール熱が発生し、誘電泳動による微粒子トラップに影響が出るため、導電率が高くなるに従い、誘電泳動のための電圧を低くする、などとする。
次いで、制御演算部6は、メモリ上に保存された、入力された導電率に対応する周波数がエラーコード(E)であるか判断する(ステップS14)。エラーコード(E)であった場合には、ステップS16に進み、制御演算部6は、入力された導電率が測定範囲外であることを表示手段9に表示するよう指示し、測定を終了する(ステップS22)。
ステップS14において、選択した周波数がエラーコード(E)でなかった場合、制御演算部6は泳動電源部4に対し、最適周波数テーブルで選択した電圧振幅および周波数にて、電極11a、11b間に電圧を印加させる(ステップS15)。
電極11a、11b間に所定の電圧が印加されると、測定部5は直ちに電圧印加直後の初期状態のデータとして、電極11a、11b間のインピーダンスを測定し、測定結果は制御演算部6に渡され、メモリ6aに初期のインピーダンス値として保存する(ステップS17)。
ここでは、インピーダンス測定を例として記載するが、測定部5が光学的な手段を用いてギャップ13の状態を測定するのであれば、電圧を印加しなくても初期状態が測定できるので、ステップS17はステップS15の前に行うことも可能である。
次に、制御演算部6は、図示しない時計手段によって所定の時間が経過するまで待つ。この時、泳動電源部4は電圧印加を保持したままである(ステップS18)。
所定の時間が経過すると、制御演算部6は所定の測定回数が満了したかを判断し(ステップS19)、満了していなければステップS17に戻る。ステップS17に戻り、制御演算部6は測定部5に命じ、電極11a、11b間のインピーダンスを測定し、その結果をメモリ6aに所定時間経過後の結果として保存する。
所定の測定回数が満了した場合、制御演算部6は泳動電源部4に電圧印加を止めるよう指示する(ステップS20)。
電圧印加を停止後、制御演算部6は、メモリ6aに保存された、電極11a、11b間インピーダンスの経時変化データから、試料液2中の微粒子濃度を算出し、表示手段9に結果を表示させ(ステップS21)、一連の測定動作を終了する(ステップS22)。
微粒子濃度の算出は、メモリ6aに予め保存された、検量線から求めることができる。この検量線は、微粒子濃度が明らかな校正用試料を、本実施の形態で説明した微粒子測定装置の測定系を用いて予め測定し、その時の微粒子数とインピーダンス変化の相関関係からばらつきを回帰分析して得られる曲線をあらわす関数を使用する。
この変換式を制御演算部6のメモリ6aに記憶させ、微粒子濃度が未知の試料を測定する場合には、所定時間内におけるインピーダンス変化の値を代入することにより、セル1内の微粒子濃度を算出できる。なお、換算テーブルを用いる場合は、変換式による演算結果を予めメモリさせている。
以上、本実施の形態によれば、試料液の導電率に応じて、最適な印加電界周波数を選択することにより、測定を行うために十分な誘電泳動力を微粒子に働かせることができるため、試料液の導電率が上昇しても、前処理無く、微粒子の測定を行うことができる。
(第2の実施形態)
図10aは、本発明の第2の実施形態にかかる微粒子測定装置の概略構成図を示す。本実施形態の微粒子測定装置は、図1に示した微粒子測定装置の測定部5に新たな機能を付加したものであり、ドリフトを低減または検出するために、ダミー素子(インピーダンス要素)40を備え、ダミー素子40と電極11とを切り換えるための回路選択手段43とを設け、少なくともDEPIM測定前にダミー素子に電圧を印加し、測定部5がダミー素子40のインピーダンスを測定する。
図10aは、本発明の第2の実施形態にかかる微粒子測定装置の概略構成図を示す。本実施形態の微粒子測定装置は、図1に示した微粒子測定装置の測定部5に新たな機能を付加したものであり、ドリフトを低減または検出するために、ダミー素子(インピーダンス要素)40を備え、ダミー素子40と電極11とを切り換えるための回路選択手段43とを設け、少なくともDEPIM測定前にダミー素子に電圧を印加し、測定部5がダミー素子40のインピーダンスを測定する。
すなわち、本実施形態の微粒子測定装置は、微粒子含有の液体を導入するセル内部に浸漬する、少なくとも一対の電極11および、ダミー素子40からなる測定負荷RLと、測定負荷RLに交流電圧を印加し、前記微粒子に一対の電極11によって誘電泳動力を作用させる泳動電源部4と、測定負荷RLのインピーダンスを測定する測定部5と、測定部5の測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する制御演算部6と、泳動電源部4と測定部5との間に接続される測定負荷RLを、ダミー素子40および一対の電極11のいずれか一方に切り替える回路選択手段43と、を備え、泳動電源部4は、回路選択手段43によって選択された測定負荷RLに交流電圧を印加し、測定部5は、回路選択手段43によって選択された測定負荷RLのインピーダンスを測定するものである。
ダミー素子40は、抵抗素子(R)とキャパシタンス素子(C)とコイル素子(L)の並列回路もしくは直列回路もしくは、並列および直列回路の組み合わせで構成する。一般的に、溶液中の対向電極は、RとCの並列回路で電気的な等価回路を表現できるため、ダミー素子40も、RとCの並列回路で構成するのが望ましい。更に、溶液中に含浸された状態の電極インピーダンス値と等価となるようなR値およびC値の組み合わせで構成することがより好ましい。後述するが、電極11とダミー素子40のインピーダンス値が等価であれば、ダミー素子40測定時と電極11測定時の回路で生じるドリフト量が等価になるため、高精度のドリフト補正を行うことができる。
また、試料溶液の導電率によっては、等価回路として、RとCの並列回路に加え、直列の溶液抵抗分(Rsol)などを考慮に入れる必要がある。このため、必要に応じて、ダミー素子の構成を、想定される等価回路に合わせて構成すればよい。
また、試料溶液の導電率によっては、等価回路として、RとCの並列回路に加え、直列の溶液抵抗分(Rsol)などを考慮に入れる必要がある。このため、必要に応じて、ダミー素子の構成を、想定される等価回路に合わせて構成すればよい。
図10bは、本実施形態の微粒子測定装置におけるインピーダンス測定ステップを示す。この測定ステップでは、まず(1)制御演算部6が回路選択手段43を接点(1)側にして泳動電源部4がダミー素子40に電圧を印加すると共に、測定部5がダミー素子40のインピーダンスを測定する。以下、このステップを第一のダミー測定と呼ぶ。図10bに示すように、ダミー素子40のインピーダンスは、曲線aのように、回路の温度上昇などに起因するドリフトを生じる。このドリフトは、電圧印加直後で最大の傾きを持ち、時間と共に指数関数的に減少する。これはドリフトの原因が主に温度変化であることによる。
次に、(2)所定時間T1が経過すると、制御演算部6は回路選択手段43を接点(2)側に切り換えて、泳動電源部4が電極11間に電圧を印加し、測定部5は電極11間のインピーダンスを測定する。以後、本ステップを本測定と呼ぶ。本測定の結果は、図10bにおいて、直線bで表わされ、微粒子捕集およびドリフトによるインピーダンス変動が加算された値に相当する。所定時間T1は、直線dで表される、試料液2中に微粒子が全く含まれていない場合の電極11間のインピーダンス測定時に計測されるドリフトによる変動分が、微粒子の測定精度に影響を与えない程度まで、十分に小さくなるような時間を設定することが望ましい。そうすることで直線bは、ほぼ全て微粒子捕集による変動とみなしてよく、ドリフトによるインピーダンス変動の影響を排除した測定が可能となる。本実施の形態では、T1を1分間としている。
この時、回路の温度上昇に起因するドリフト量は、回路を流れる電流の量に依存するものであるため、回路に接続される負荷インピーダンス、言い換えればダミー素子40および電極11のインピーダンス値によってドリフト量が変化する。従って、ダミー素子40のインピーダンスを電極11のインピーダンスと等価な構成とすることで、ダミー素子40の測定時と電極11の測定時のドリフト量を一定にできるため、より高精度な測定が可能となる。
次に、(3)制御演算部6は、直線bの傾きから、微粒子濃度を算出し、結果表示などを行い、測定動作を完了する。
このように、本実施形態の微粒子測定装置によれば、微粒子を捕集する電極に電圧を印加する前に、ダミー素子に電圧を印加してドリフトが十分に小さくなってから、電極に電圧を印加するので、電極に微粒子が捕集されたことによるインピーダンス変化のみを測定することが可能なため、高精度な微粒子数測定を実現することができる。
(第3の実施形態)
図10cは、本実施形態の微粒子測定装置におけるインピーダンス測定ステップを示す。この測定ステップでは、まず(1)制御演算部6が回路選択手段43を接点(1)側にして、測定部5がダミー素子40のインピーダンスを測定する(第一のダミー測定)。この測定結果は、図10cにおいて、曲線aで表され、所定時間T1後のダミー素子40のインピーダンスは値a‘となり、ドリフトによって初期値からの変動が生じる。a‘は、本測定直前の回路のドリフト前の状態(測定開始時インピーダンス)に相当する。
図10cは、本実施形態の微粒子測定装置におけるインピーダンス測定ステップを示す。この測定ステップでは、まず(1)制御演算部6が回路選択手段43を接点(1)側にして、測定部5がダミー素子40のインピーダンスを測定する(第一のダミー測定)。この測定結果は、図10cにおいて、曲線aで表され、所定時間T1後のダミー素子40のインピーダンスは値a‘となり、ドリフトによって初期値からの変動が生じる。a‘は、本測定直前の回路のドリフト前の状態(測定開始時インピーダンス)に相当する。
次に、(2)制御演算部6が回路選択手段43を接点(2)側に切り換えて、測定部5が電極11間のインピーダンスを測定する(本測定)。この測定結果は、図10cにおいて、直線bで表わされ、微粒子捕集およびドリフトによるインピーダンス変動が加算された値に相当する。
次に、(3)制御演算部6が回路選択手段43を接点(1)側に切り換えて、測定部5がダミー素子40のインピーダンスを測定する(第二のダミー測定)。このときのダミー素子40のインピーダンスは、図10cにおいて値d‘で表わされ、本測定直後の回路のドリフト後の状態(測定終了時インピーダンス)に相当する。次に、(4)測定時間T1における値a’と測定時間T2における値d‘から求めた、所定の測定時間(T2-T1)内における直線dの傾き分を、直線bから差し引いてドリフト分を相殺し、直線e(最終結果)を求める。次に、(5)制御演算部6は、直線bの傾きから、微粒子濃度を算出し、結果表示などを行い、測定動作を完了する。
このように、本実施形態の微粒子測定装置によれば、測定開始時インピーダンス(値a‘)と測定終了時インピーダンス(値d’)から測定回路のドリフト分(直線d)を求め、電極11間のインピーダンスの時間変化(直線b)を測定回路のドリフト分で補正(直線e)するので、本測定前のダミー素子40を測定する時間(T1)に十分な長さが取れず、ドリフトの影響を十分に小さくできない場合や、微粒子が電極に捕集されたことによるインピーダンス変化がドリフトによるインピーダンス変化に比べ相対的に微少な変化である場合であっても、回路ドリフトによる測定インピーダンス値変動を適切に補正できるため、高精度な微粒子測定を実現することができる。
(第4の実施の形態)
図11は、本発明の第4の実施の形態にかかる微粒子測定装置を示す図である。本実施形態の微粒子測定装置において、複数のダミー素子を含むダミー素子アレイ44と、ダミー素子アレイ44中に含まれるダミー素子の数N+1個の切り替え部(同図中(1)、(2)、(3)…Nで示す接点)を持つ多段回路選択手段45を備える。そして制御演算部6が、溶液のコンダクタンスあるいは導電率に応じてダミー素子アレイ44の中から所定のダミー素子Nを選択する。前述したように、ダミー素子のインピーダンスは電極11のインピーダンスと等価であることが好ましいが、電極11のインピーダンスは、試料液2の導電率によって変動する。よって、ダミー素子の値は、試料液2の導電率によって最適な値を選ぶことでより高精度の補正が可能となる。
図11は、本発明の第4の実施の形態にかかる微粒子測定装置を示す図である。本実施形態の微粒子測定装置において、複数のダミー素子を含むダミー素子アレイ44と、ダミー素子アレイ44中に含まれるダミー素子の数N+1個の切り替え部(同図中(1)、(2)、(3)…Nで示す接点)を持つ多段回路選択手段45を備える。そして制御演算部6が、溶液のコンダクタンスあるいは導電率に応じてダミー素子アレイ44の中から所定のダミー素子Nを選択する。前述したように、ダミー素子のインピーダンスは電極11のインピーダンスと等価であることが好ましいが、電極11のインピーダンスは、試料液2の導電率によって変動する。よって、ダミー素子の値は、試料液2の導電率によって最適な値を選ぶことでより高精度の補正が可能となる。
まず、(1)制御演算部6が多段回路選択手段43を接点E側にして、泳動電源部4が電極11に電圧を印加すると共に、測定部5がこの時の電極11間のインピーダンス(以下、電極インピーダンスと呼ぶ)を測定する(電極インピーダンス測定ステップ)。この時、印加する電圧および測定時間は、電極に微粒子が捕集されない程度に低電圧・短時間とする。これにより、より高精度に電極インピーダンスが測定できるし、本測定時の測定誤差を低減することができる。制御演算部6は、測定したインピーダンスの値からコンダクタンスの値あるいは、導電率の値を算出する。このように、電極が導電率測定手段を兼ねることにより、装置の簡略化が可能となる。
次に、(2)制御演算部6は、ステップ(1)で測定したインピーダンスあるいは、コンダクタンスあるいは、導電率の値に応じて、多段回路選択手段45を切り替えて、ダミー素子アレイ44の中から、電極インピーダンスの値に近いものを選択する。以後、前述の測定ステップと同様のため、説明を省略する。
これによれば、溶液のコンダクタンスあるいは導電率に応じて最適なダミー素子を選択し、溶液の導電率が異なる場合のドリフトの変動を高精度に補正することができる。
(第5の実施の形態)
本実施の形態における微粒子測定装置は、図10aまたは図11を参照して説明した装置を用いて実現する。以下、説明の簡略化のため、図10aの装置を用いた場合について説明する。本実施の形態における微粒子測定装置は、試料液2の導電率に応じて、本測定時に生じるドリフト量を推定し、補正を行う。装置の複雑化を避けるため、単一のダミー素子40でドリフトの補正を行おうとすれば、前述したように、試料液2の導電率によってドリフト量が変化することから、正確な補正が行えない問題が生じる。このため、本実施の形態では、あるインピーダンス値を持つダミー素子40を用いた場合に、試料液2の導電率によって生じるドリフト量(図10bないし図10cの直線dに相当)を予め推定し、傾きの測定結果bから推定したドリフト量を差し引くことで、単一のダミー素子でも高精度の補正を行うことができる。
本実施の形態における微粒子測定装置は、図10aまたは図11を参照して説明した装置を用いて実現する。以下、説明の簡略化のため、図10aの装置を用いた場合について説明する。本実施の形態における微粒子測定装置は、試料液2の導電率に応じて、本測定時に生じるドリフト量を推定し、補正を行う。装置の複雑化を避けるため、単一のダミー素子40でドリフトの補正を行おうとすれば、前述したように、試料液2の導電率によってドリフト量が変化することから、正確な補正が行えない問題が生じる。このため、本実施の形態では、あるインピーダンス値を持つダミー素子40を用いた場合に、試料液2の導電率によって生じるドリフト量(図10bないし図10cの直線dに相当)を予め推定し、傾きの測定結果bから推定したドリフト量を差し引くことで、単一のダミー素子でも高精度の補正を行うことができる。
この時、ダミー素子の構成を抵抗RDとキャパシタンスCDの並列回路とし、電極11のインピーダンスを抵抗REとキャパシタンスCEの並列回路とみなしたとき、のCDとCEは等価なものを選ぶことが望ましい。
ドリフト量の推定は具体的には、予め決められたダミー素子40および、電極11において、導電率が異なり、微粒子を含まない溶液を測定する(ブランク測定実験と呼ぶ)。このとき測定される直線dの傾きが、各導電率におけるドリフトに相当する。このようにして求めた、各導電率に対応するドリフトの傾きと、溶液導電率とが関連付けされたテーブルを制御演算部6内のメモリ6aに保存しておき、電極インピーダンス測定ステップによって求めたインピーダンスから算出したコンダクタンスあるいは導電率からドリフトの推定値を参照し、直線dの傾きからドリフトの推定値を差し引くことで補正を行う。あるいは、ブランク測定実験から求めた、溶液導電率とドリフトとの関係を関数化し、溶液導電率からドリフトの推定値を求め、補正を行っても良い。
尚、この時、電極インピーダンス測定ステップは必ずしも必要なく、本測定で測定される電極インピーダンスの初期値からコンダクタンスあるいは導電率の値を推定することもできる。補正は本測定を行った後に演算処理を行うため、電極インピーダンスを最初に測定する必要は無い。このように電極インピーダンス測定ステップを省略することで、測定時間の短縮が可能である。
これによれば、導電率が異なる試料液を測定する場合、単一のダミー素子で高精度な補正を行うことができるため、測定装置の簡素化ができる。
尚、この時、電極インピーダンス測定ステップは必ずしも必要なく、本測定で測定される電極インピーダンスの初期値からコンダクタンスあるいは導電率の値を推定することもできる。補正は本測定を行った後に演算処理を行うため、電極インピーダンスを最初に測定する必要は無い。このように電極インピーダンス測定ステップを省略することで、測定時間の短縮が可能である。
これによれば、導電率が異なる試料液を測定する場合、単一のダミー素子で高精度な補正を行うことができるため、測定装置の簡素化ができる。
(第6の実施の形態)
本実施形態の微粒子測定装置は、図11に示した装置に、試料液2の温度を測定するための温度測定手段(図示しない)を備え、制御演算部6が、試料液2の温度に応じて所定のダミー素子を選択する。温度測定手段は、熱伝対やサーミスタなど、既知の測定手段が利用可能である。これによれば、試料液2の温度に応じて最適なダミー素子を選択し、溶液の温度が異なる場合のドリフト変動を高精度に補正することができる。
本実施形態の微粒子測定装置は、図11に示した装置に、試料液2の温度を測定するための温度測定手段(図示しない)を備え、制御演算部6が、試料液2の温度に応じて所定のダミー素子を選択する。温度測定手段は、熱伝対やサーミスタなど、既知の測定手段が利用可能である。これによれば、試料液2の温度に応じて最適なダミー素子を選択し、溶液の温度が異なる場合のドリフト変動を高精度に補正することができる。
(第7の実施形態)
第7の実施の形態における微粒子測定装置は、図5に示す装置、すなわち図10中のダミー素子40を除いた構成で実現される。制御演算部6内のメモリ6a中に、前述のブランク測定実験から求めた、各導電率に対応するドリフトの傾きと、溶液導電率とが関連付けされたテーブルあるいは、溶液導電率とドリフトとの関係を表す関数が保存されている。
第7の実施の形態における微粒子測定装置は、図5に示す装置、すなわち図10中のダミー素子40を除いた構成で実現される。制御演算部6内のメモリ6a中に、前述のブランク測定実験から求めた、各導電率に対応するドリフトの傾きと、溶液導電率とが関連付けされたテーブルあるいは、溶液導電率とドリフトとの関係を表す関数が保存されている。
まず、(1)制御演算部6は、電極インピーダンス測定ステップにより、電極インピーダンスを測定し、コンダクタンスあるいは導電率の値を算出する。
次いで、(2)制御演算部6は、本測定を行い、微粒子捕集およびドリフトによるインピーダンス変動が加算されたインピーダンス変化の傾き直線bを得る。
次いで、(3)制御演算部6は、メモリ6aに保存されたテーブルあるいは関数を用いて、ステップ(1)で得られたコンダクタンスあるいは導電率に対応した推定ドリフトの値を算出し、算出した推定ドリフトの値を直線bの傾きの値から差し引くことで補正を行い、最終的な傾き(直線e)を得る。ここで、コンダクタンスあるいは導電率は、ステップ(2)の本測定のインピーダンスの初期値によって求めることも可能である。これにより、ステップ(1)は省略でき、測定時間の短縮が可能となる。
次いで、(4)制御演算部6は、直線eの傾きから、微粒子濃度を算出し、結果表示などを行い、測定動作を完了する。
次いで、(2)制御演算部6は、本測定を行い、微粒子捕集およびドリフトによるインピーダンス変動が加算されたインピーダンス変化の傾き直線bを得る。
次いで、(3)制御演算部6は、メモリ6aに保存されたテーブルあるいは関数を用いて、ステップ(1)で得られたコンダクタンスあるいは導電率に対応した推定ドリフトの値を算出し、算出した推定ドリフトの値を直線bの傾きの値から差し引くことで補正を行い、最終的な傾き(直線e)を得る。ここで、コンダクタンスあるいは導電率は、ステップ(2)の本測定のインピーダンスの初期値によって求めることも可能である。これにより、ステップ(1)は省略でき、測定時間の短縮が可能となる。
次いで、(4)制御演算部6は、直線eの傾きから、微粒子濃度を算出し、結果表示などを行い、測定動作を完了する。
これによれば、ダミー素子がなくても、導電率が異なる試料液のドリフトを推定して高精度な補正を行うことができるため、測定装置の簡素化およびダミー素子測定時間の削減により測定時間の短縮ができる。
(第8の実施形態)
図12は、本発明の第8の実施形態にかかる微粒子測定装置におけるダミー素子の具体的構成を示す。微粒子測定装置には、図12(a)に示すように、電極11間のインピーダンスを測定するために検出抵抗51が接続されているが、本実施形態では、図12(b)に示すように、ダミー素子としてのキャパシタンス52を電極11間に挿入して位相変動の影響を低減する。
図12は、本発明の第8の実施形態にかかる微粒子測定装置におけるダミー素子の具体的構成を示す。微粒子測定装置には、図12(a)に示すように、電極11間のインピーダンスを測定するために検出抵抗51が接続されているが、本実施形態では、図12(b)に示すように、ダミー素子としてのキャパシタンス52を電極11間に挿入して位相変動の影響を低減する。
図12(b)に示すように、電極11は、抵抗成分54とキャパシタンス成分53の並列回路で表わされ、抵抗成分54は、溶液導電率によって変化する。本実施形態では、キャパシタンス52を電極11のキャパシタンス成分53に並列に挿入することにより、測定回路の位相誤差に起因するインピーダンス測定値の変動を低減することができる。
同じ位相誤差でも、位相角によってインピーダンス値に対する変動幅が異なることを、検出抵抗を含めたインピーダンスのベクトル図である図13を参照して説明する。
図13(a)におけるベクトル(1)は、電極11および検出抵抗51のインピーダンス・ベクトルであり、電極11の抵抗成分54と検出抵抗51(560Ω)の合計の22KΩと、電極11のキャパシタンス成分53の150pFで表わされ、周波数800KHzで測定した場合の位相角が-64°であることを示している。
溶液導電率が上昇すると、電極11および検出抵抗51のインピーダンス・ベクトルは、ベクトル(2)に変化し、電極11の抵抗成分54と検出抵抗51の合計が1KΩ、電極11のキャパシタンス成分53が150pF、位相角が-22°になる。なお、導電率上昇は、溶液中のイオン(Na+、Cl‐など)濃度の上昇により起こり、この程度の上昇であれば、溶液の誘電率はほとんど変化しないため、電極11のキャパシタンス成分53は変化しない。
ベクトル(3)は、電極11にキャパシタンス52(200pF)を追加して、電極11の抵抗成分54と検出抵抗51の合計が1KΩ、キャパシタンス52と電極11のキャパシタンス成分53の合計が350pF、位相角が-28°になった状態を示す。
図13(b)は、図13(a)に示すインピーダンス・ベクトル(1),(2),(3)の位相角が0.02°変動したときのキャパシタンス変動を示す。すなわち、ベクトル(1)のキャパシタンス変動は0.018pF、ベクトル(2)のキャパシタンス変動は0.086pF、ベクトル(3)のキャパシタンス変動は0.012pFである。
このように、溶液導電率が上昇した場合のベクトル(2)のキャパシタンス変動が0.086pFであったのに対して、キャパシタンス52(200pF)を追加したベクトル(3)のキャパシタンス変動は0.012pFとなり、約1/7~1/8に低減する。
インピーダンス測定回路が理想的に安定していれば測定回路での位相変動はゼロになるが、実際には0.02°程度の位相変動が生じる。本実施形態によれば、測定回路の測定誤差によって生じる位相変動が真の測定値に影響を与えないように、キャパシタンスを追加することによって位相を予めずらし、位相変動による測定誤差を抑えることができる。
(第9の実施形態)
図17に本実施の形態に係る微粒子測定装置の概略図を示す。本実施の形態は前述した図5における微粒子測定装置の電極チップ3上に複数の電極対を有することが特徴であり、重複する部分の説明は割愛する。図17において、電極チップ3上に、第一の電極対60および第二の電極対61が形成されており、各々、泳動電源部4および測定部5に接続されている。詳細は後述するが、一方の電極で誘電泳動を行いながらインピーダンス変化の計測を行い、他方の電極では誘電泳動は行わずインピーダンス変化のみを計測しドリフト変動分を検出して相殺するため、電極形状、サイズは双方同一であることが望ましい。
図17に本実施の形態に係る微粒子測定装置の概略図を示す。本実施の形態は前述した図5における微粒子測定装置の電極チップ3上に複数の電極対を有することが特徴であり、重複する部分の説明は割愛する。図17において、電極チップ3上に、第一の電極対60および第二の電極対61が形成されており、各々、泳動電源部4および測定部5に接続されている。詳細は後述するが、一方の電極で誘電泳動を行いながらインピーダンス変化の計測を行い、他方の電極では誘電泳動は行わずインピーダンス変化のみを計測しドリフト変動分を検出して相殺するため、電極形状、サイズは双方同一であることが望ましい。
既述の通り、泳動電源部4は交流電源回路によって構成され、測定部5インピーダンス計測回路によって構成されるが、第一の電極対60および第二の電極対61に対して交流電源回路およびインピーダンス計測回路を個別に設けてもよいし、交流電源回路およびインピーダンス計測回路をそれぞれ1系統として共用する構成としても良い。詳細後述するが、誘電泳動を行う最中に他方の電極のインピーダンス計測を行うために電圧印加を中止すると、電極間にトラップされた微粒子が試料液1中に分散するため、交流電源回路は第一の電極対60および第二の電極対61に対して個別に設けることが望ましい。また、インピーダンス計測回路は1系統を共用として逐次切り替えて第一の電極対60および第二の電極対61それぞれのインピーダンス変化を計測することで回路構成が簡易になるため、望ましい。
以下、本実施の形態において、望ましくない測定ドリフト量を検出し補償するための装置構成および方法について説明する。まず、セル1に試料液2が導入された状態で測定が開始される。電極チップ3は、セル1内において、第一の電極対60および第二の電極対61が双方試料液2に含浸する位置に設けられる。すなわち、第一の電極対60および第二の電極対61は、同一の導電率を有する液体に含浸される。
次いで、制御演算部6は、泳動電源部4に対して測定を行うための電圧印加を指示する。指示を受けた泳動電源部4は、第一の電極対60および第二の電極対61に対してそれぞれ交流電圧を印加する。印加する電圧は具体的には、一方の電極対に対しては誘電泳動の誘起とインピーダンス計測を行うための電圧を、他方の電極対に対しては、誘電泳動は誘起せずインピーダンス計測のみを行う電圧を印加する。どちらの電極で誘電泳動を行っても良いが、ここでは説明の簡略のため、第一の電極対60を誘電泳動を行う上記一方の電極、第二の電極対61をインピーダンス計測のみを行う他方の電極として説明する。
一方の電極に印加する誘電泳動とインピーダンス計測を行う電圧については既述の通りである。他方の電極に印加するインピーダンス計測のみを行う電圧については、電極間に検出対象の微粒子が誘電泳動したことによるインピーダンス変化を生じない程度の電圧を印加する。具体的には誘電泳動を誘起せず、かつ、インピーダンス計測が高精度に行える振幅であればよい。より具体的には、振幅0.001~1Vpp程度が望ましい。また、後述する理由により、一方の電極対と他方の電極対のインピーダンス計測を行う周波数は同一であることが望ましい。この時、一方の電極対では試料液1中の微粒子を連続的に誘電泳動を行い、微粒子が電極間にトラップされたインピーダンスを信号として検出する必要があるため、泳動電源部4は、それぞれの電極対に対して個別の回路系統を設けて独立して交流電圧を印加することが望ましい。
電圧印加が開始されると、制御演算部6は測定部5に対して、それぞれの電極対のインピーダンスを計測するよう指示する。このインピーダンス計測は予め定められた時間間隔毎に行われる。このように、インピーダンスの計測は、必要な分解能を得られるために最低限の時間間隔毎に行えばよく、すなわち間欠的な計測となるため、計測回路の簡素化のためには計測回路を1系統とし、それぞれの電極対に対するインピーダンス計測のタイミングに合わせて逐次切替するとよい。また、インピーダンス計測結果はメモリ6aに転送され、測定終了後の演算に用いられる。この測定動作は、制御演算部6と測定部5が連携してスムーズに行われる。
予め設定された測定時間が経過すると、制御演算部6は泳動電源部4に電圧印加の中止を、測定部5にはインピーダンス測定の中止を指示する。測定動作が完了すると、制御演算部6はメモリ6a内に蓄積された二対の電極のインピーダンス計測結果から試料液1中の微粒子数を算出する。一方の電極のインピーダンス変化には、電極間に微粒子がトラップされたことによるインピーダンス変化の他、電極表面状態や回路の状態に起因するドリフトが含まれている。他方の電極のインピーダンス変化には、ドリフトのみの変化が含まれている。よって、双方のインピーダンス変化の差分を算出することで、微粒子がトラップされたことによるインピーダンス変化、すなわち信号量のみのインピーダンス変化を実質的に得ることができるため、電極表面や計測回路の状態によらず、高精度な微粒子数計測を行うことが可能である。
この時、他方の電極は、一方の電極によるドリフトを再現することが必要であるため、形状、サイズは一方の電極と同一であることが望ましい。電極チップ3のサイズに制限があるなどでやむを得ず異なる形状やサイズとなる場合は、異なる導電率をもつ、検出対象の微粒子を含まない試料液(以下、ブランク液と呼ぶ)を測定し、一方の電極と他方の電極でのドリフト量の相関を予め取得したものをメモリ6a内に保存しておき、差分を演算する際に補正するなどとすればよい。
また、測定手段5内のインピーダンス計測回路は、それぞれの電極対に個別に計測回路系統を設けると、回路を構成する部品バラツキなどに起因して、それぞれの回路で生じるドリフト量が異なることが考えられる。このため、それぞれの電極対に対して同一の回路系統を用いることで、より高精度に回路状態に起因するドリフト量をキャンセルすることが可能である。計測回路によって生じるドリフト量は、回路を構成する部品の発熱が主要因である。このため、インピーダンス計測を行うために生じる電流量が異なるとドリフト量も異なることになる。よって、二対の電極は同一の試料液1に含浸して溶液導電率に依存する電極インピーダンスを同一にしてインピーダンス計測のために生じる電流量を同一にすることが望ましい。誘電泳動を行うための電圧印加によって双方の電極間に流れる電流量にアンバランスを生じる場合は、導電率の異なるブランク液を用いてそれぞれの電極に生じるドリフト量の相関を予め取得したものをメモリ6a内に保存しておき、差分を演算する際に補正するなどとすればよい。
以上、本実施の形態によれば、電極および回路に起因して生じる実際のドリフト量を直接測定して差し引くことができるため、より高精度な微粒子測定装置および微粒子測定方法を提供することが可能である。
以下に、本発明の実施例を示す。
(1)試料液の調整
標準寒天培地(MB0010、栄研器材(株))上で37℃、16時間の好気培養を行った大腸菌K-12株(NBRC3301、製品評価技術基盤機構)をコンラージ棒で採取し、0.1M D-マニトール溶液(導電率、約5μS/cm)に懸濁したものを標準試料とし、適宜希釈して1.4×10^5~1.4×10^7cfu/mlの懸濁濃度となるように3段階の希釈系列を作成した。
標準寒天培地(MB0010、栄研器材(株))上で37℃、16時間の好気培養を行った大腸菌K-12株(NBRC3301、製品評価技術基盤機構)をコンラージ棒で採取し、0.1M D-マニトール溶液(導電率、約5μS/cm)に懸濁したものを標準試料とし、適宜希釈して1.4×10^5~1.4×10^7cfu/mlの懸濁濃度となるように3段階の希釈系列を作成した。
懸濁濃度は、適宜希釈した標準試料を標準寒天培地状に塗抹し、37℃、16時間の好気培養を行った結果生育したコロニー数を計数することによって規定した。標準試料に、NaCl溶液を適宜追加し、試料液導電率が5、50、100μS/cmとなるように調整した。試料液導電率は、導電率計(B-173、堀場製作所(株))により測定した。
(2)測定装置
図10aの測定装置を使用した。印加電圧振幅は10Vp-p、周波数は800KHzとした。ダミー素子は、5.2KΩの抵抗と150pFのコンデンサの並列回路とした。
図10aの測定装置を使用した。印加電圧振幅は10Vp-p、周波数は800KHzとした。ダミー素子は、5.2KΩの抵抗と150pFのコンデンサの並列回路とした。
(3)結果1(ブランク測定実験)
試料液導電率を5、50、100、250μS/cmとしたときの、ドリフト量を測定した。第一のダミー素子測定の時間T1は30秒、本測定の時間は20秒とした。この時のドリフト量を、5μS/cmの場合のドリフト量で規格化してプロットしたものが図14である。導電率の上昇と共に、ドリフト量が増加することが分かる。
試料液導電率を5、50、100、250μS/cmとしたときの、ドリフト量を測定した。第一のダミー素子測定の時間T1は30秒、本測定の時間は20秒とした。この時のドリフト量を、5μS/cmの場合のドリフト量で規格化してプロットしたものが図14である。導電率の上昇と共に、ドリフト量が増加することが分かる。
(4)結果2(微生物測定実験)
結果1のドリフト量測定結果から、溶液導電率とドリフト量の関係を2次近似式から関数を求め、ドリフト補正量とした。導電率を5、50、100μS/cm、大腸菌濃度を1.4×10^5~1.4×10^7cfu/mlとし、結果1と同様な測定を行った。表3は、ドリフト補正を含まない測定結果である。
結果1のドリフト量測定結果から、溶液導電率とドリフト量の関係を2次近似式から関数を求め、ドリフト補正量とした。導電率を5、50、100μS/cm、大腸菌濃度を1.4×10^5~1.4×10^7cfu/mlとし、結果1と同様な測定を行った。表3は、ドリフト補正を含まない測定結果である。
表3に示す値は、導電率5μS/cm、大腸菌濃度1.4×10^5cfu/mlの時の傾きで規格化した値である。導電率50μS/cmで大腸菌濃度1.4×10^5cfu/ml、および導電率100μS/cmで大腸菌濃度1.4×10^7cfu/ml未満の場合、インピーダンス変化の傾きはマイナスの値となり、測定が不可能となる。
一方、図15は、求めたドリフト補正量によって補正を行った大腸菌濃度に対するインピーダンス(キャパシタンス)の傾きである。大腸菌濃度1.4×10^5cfu/ml以上の全ての導電率に対してプラスの傾きが得られており、大腸菌濃度に対するキャパシタンスの傾きの直線性も良好であり、補正の効果が証明された。
本発明は、電極や試料溶液の温度上昇、回路ドリフトによる測定インピーダンス値変動を検出/低減し、高精度なインピーダンス変化測定を実現することが可能な微粒子測定装置および微粒子測定方法等として利用可能である。
1 セル
2 試料液
3 電極チップ
4 泳動電源部
5 測定部
6 制御演算部
6a メモリ
7 導電率入力手段
9 表示手段
10 基板
11,11a,11b 電極
13 ギャップ
14 微粒子
15 電気力線
17 攪拌手段
21 光源
22 受光部
40 ダミー素子
41 抵抗素子
42 キャパシタンス素子
43 回路選択手段
44 ダミー素子アレイ
45 多段回路選択手段
51 検出抵抗
52 追加キャパシタンス
53 キャパシタンス成分
54 抵抗成分
RL 測定負荷
60 第一の電極対
61 第二の電極対
2 試料液
3 電極チップ
4 泳動電源部
5 測定部
6 制御演算部
6a メモリ
7 導電率入力手段
9 表示手段
10 基板
11,11a,11b 電極
13 ギャップ
14 微粒子
15 電気力線
17 攪拌手段
21 光源
22 受光部
40 ダミー素子
41 抵抗素子
42 キャパシタンス素子
43 回路選択手段
44 ダミー素子アレイ
45 多段回路選択手段
51 検出抵抗
52 追加キャパシタンス
53 キャパシタンス成分
54 抵抗成分
RL 測定負荷
60 第一の電極対
61 第二の電極対
Claims (20)
- 微粒子含有の液体を導入するセル内部に浸漬する、少なくとも一対の電極、およびインピーダンス要素からなる、測定負荷と、
前記測定負荷に交流電圧を印加し、前記微粒子に前記一対の電極によって誘電泳動力を作用させる泳動電源部と、
前記測定負荷のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段の測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する演算部と、
前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に接続される前記測定負荷を、前記インピーダンス要素および前記一対の電極のいずれか一方に切り替える回路切り替え手段と、を備え、
前記泳動電源部は、前記回路切り替え手段によって選択された前記インピーダンス要素および前記一対の電極のいずれか一方に交流電圧を印加し、
前記インピーダンス測定手段は、前記回路切り替え手段によって選択された前記インピーダンス要素および前記一対の電極のいずれか一方のインピーダンスを測定する微粒子測定装置。 - 請求項1記載の微粒子測定装置であって、
前記回路切り替え手段、前記泳動電源部、および前記インピーダンス測定手段を制御する制御部を備え、
前記制御部は、所定時間、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に前記インピーダンス要素を接続させ、前記泳動電源部に、前記インピーダンス要素に電圧を印加させた後、
前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に前記一対の電極を接続させ、前記泳動電源部に、前記一対の電極に電圧を印加させる微粒子測定装置。 - 請求項2記載の微粒子測定装置であって、
前記制御部は、測定開始から所定時間T1、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に前記インピーダンス要素を接続させ、前記泳動電源部に、前記インピーダンス要素に電圧を印加させ、
測定開始から所定時間T1経過後から所定時間(T2―T1)、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に前記一対の電極を接続させ、前記泳動電源部に、前記一対の電極に電圧を印加させた後、
前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に前記インピーダンス要素を接続させ、前記泳動電源部に、前記インピーダンス要素に電圧を印加させ、
前記インピーダンス測定手段は、測定開始から前記所定時間T1経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値と、測定開始から前記所定時間T2経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値と、測定開始から前記所定時間T1経過後から前記所定時間(T2―T1)経過するまでの前記一対の電極間のインピーダンス値の変化とを測定し、
前記演算部は、前記測定開始から前記所定時間T2経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値と前記測定開始から前記所定時間T1経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値との差分から算出する時間変化を、前記測定開始から前記所定時間T1経過後から前記所定時間T2までの前記一対の電極間のインピーダンス値の時間変化から差し引くことにより、前記液体内の微粒子数を算出する微粒子測定装置。 - 請求項2記載の微粒子測定装置であって、
前記液体の導電率を測定する導電率測定手段を備え、
前記インピーダンス要素は、値の異なる複数のインピーダンス要素を含み、
前記回路切り替え手段は、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に接続される回路素子を、前記複数のインピーダンス要素から選択される一のインピーダンス要素および前記一対の電極のいずれか一方に切り替え、
前記制御部は、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に、前記液体の導電率に応じて前記複数のインピーダンス要素から選択した所定のインピーダンス要素を接続させる微粒子測定装置。 - 請求項1記載の微粒子測定装置であって、
前記液体の導電率を測定する導電率測定手段を備え、
前記演算部は、導電率毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、前記導電率測定手段の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、算出結果を補正する微粒子測定装置。 - 請求項2記載の微粒子測定装置であって、
前記液体の温度を測定する温度測定手段を備え、
前記インピーダンス要素は、値の異なる複数のインピーダンス要素を含み、
前記回路切り替え手段は、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に接続される前記測定負荷を、前記複数のインピーダンス要素から選択される一のインピーダンス要素および前記一対の電極のいずれか一方に切り替え、
前記制御部は、前記回路切り替え手段に、前記泳動電源部と前記インピーダンス測定手段との間に、前記温度測定手段の測定結果に応じて前記複数のインピーダンス要素から選択した所定のインピーダンス要素を接続させる微粒子測定装置。 - 微粒子含有の液体を導入するセル内部に浸漬する少なくとも一対の電極と、
前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記微粒子に誘電泳動力を作用させる泳動電源部と、
前記一対の電極と並列に接続されるキャパシタンスと、
前記一対の電極間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段の測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する演算部と、を備え、
前記泳動電源部が前記電極および前記キャパシタンスからなる並列回路に交流電圧を印加し、前記インピーダンス測定手段が前記電極間および前記キャパシタンスの並列インピーダンスを測定する微粒子測定装置。 - 微粒子含有の液体を導入するセル内部に浸漬する少なくとも一対の電極と、
前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記微粒子に誘電泳動力を作用させる泳動電源部と、
前記一対の電極間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段の測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する演算部と、
前記液体の導電率を測定する導電率測定手段と、を備え、
前記演算部は、導電率毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、前記導電率測定手段の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、算出結果を補正する微粒子測定装置。 - 請求項8記載の微粒子測定装置であって、
前記液体の温度を測定する温度測定手段を備え、
前記演算部は、導電率および温度毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、前記液体の導電率の測定結果および前記液体の温度の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、算出結果を補正する微粒子測定装置。 - 請求項8記載の微粒子測定装置であって、
前記一対の電極と並列に接続されるキャパシタンスを備え、
前記泳動電源部が前記電極および前記キャパシタンスからなる並列回路に交流電圧を印加し、前記インピーダンス測定手段が前記電極間および前記キャパシタンスの並列インピーダンスを測定する微粒子測定装置。 - 微粒子含有の試料液に浸漬した一対の電極間及びインピーダンス要素のいずれか一方に交流電圧を印加し、誘電泳動力により前記微粒子を所定位置に配置し、前記試料液中における微粒子数を測定する微粒子測定方法であって、
所定時間、前記インピーダンス要素に交流電圧を印加し、前記インピーダンス要素のインピーダンスを測定するステップと、
その後、前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記一対の電極間のインピーダンスを測定するステップと、
インピーダンスの測定結果から、前記試料液中の微粒子数を算出するステップと、を有する微粒子測定方法。 - 請求項8記載の微粒子測定方法であって、
測定開始から所定時間T1、前記インピーダンス要素に電圧を印加し、測定開始から前記所定時間T1経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値を測定するステップと、
測定開始から所定時間T1経過後から所定時間(T2―T1)、前記一対の電極に電圧を印加し、測定開始から所定時間T1経過後から前記所定時間(T2―T1)経過するまでの前記一対の電極間のインピーダンス値の変化を測定するステップと、
測定開始から所定時間T2経過後に前記インピーダンス要素に電圧を印加し、当該インピーダンス要素のインピーダンス値を測定するステップと、
前記測定開始から前記所定時間T2経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値と前記測定開始から前記所定時間T1経過後における前記インピーダンス要素のインピーダンス値との差分から算出する時間変化を、前記測定開始から前記所定時間T1経過後から前記所定時間T2経過するまでの前記一対の電極間のインピーダンス値の時間変化から差し引くことにより、前記液体内の微粒子数を算出するステップと、を有する微粒子測定方法。 - 請求項8記載の微粒子測定方法であって、
前記試料液に応じて複数のインピーダンス要素から所定のインピーダンス要素を選択するステップと、
前記インピーダンス要素に交流電圧を印加し、前記インピーダンス要素の測定開始時インピーダンスを測定するステップと、
前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記一対の電極間のインピーダンスを測定するステップと、
前記インピーダンス要素に交流電圧を印加し、前記インピーダンス要素の測定終了時インピーダンスを測定するステップと、
前記測定開始時インピーダンスと前記測定終了時インピーダンスから、測定回路のドリフト分を求めるステップと、
前記一対の電極間のインピーダンスの時間変化を前記測定回路のドリフト分で補正し、前記試料液中の微粒子数を算出するステップと、を有する微粒子測定方法。 - 請求項8記載の微粒子測定方法であって、
前記試料液の導電率を測定するステップを有し、
導電率毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、導電率の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、前記インピーダンスの測定結果から算出した前記試料液中の微粒子数を補正するステップと、を有する微粒子測定方法。 - 請求項8記載の微粒子測定方法であって、
前記試料液の温度を測定するステップと、
前記試料液の温度の測定結果に応じて複数のインピーダンス要素から所定のインピーダンス要素を選択するステップと、を有する微粒子測定方法。 - 微粒子含有の試料液に浸漬した一対の電極間に交流電圧を印加し、誘電泳動力により前記微粒子を所定位置に配置し、前記試料液中における微粒子数を測定する微粒子測定方法であって、
前記液体の導電率を測定する導電率測定ステップと、
前記一対の電極間に交流電圧を印加し、前記一対の電極間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定ステップと、
前記インピーダンスの測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する際、導電率毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、前記液体の導電率の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、算出結果を補正する演算ステップと、を有する微粒子測定方法。 - 請求項16記載の微粒子測定方法であって、
前記液体の温度を測定する温度測定ステップを有し、
前記演算ステップは、前記インピーダンスの測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する際、導電率および温度毎の電極インピーダンス変動値を示すテーブルまたは関数を参照し、前記液体の導電率の測定結果および前記液体の温度の測定結果に応じた電極インピーダンス変動値に基づいて、算出結果を補正するものである微粒子測定方法。 - 請求項16記載の微粒子測定方法であって、
前記インピーダンス測定ステップは、前記一対の電極および当該一対の電極と並列に接続されるキャパシタンスからなる並列回路に交流電圧を印加し、前記電極間および前記キャパシタンスの並列インピーダンスを測定するものである微粒子測定方法。 - 微粒子含有の液体を導入する一つのセル内部に浸漬する二対の電極と、
前記電極間に交流電圧を印加する泳動電源部と、
前記電極間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段の測定結果から前記液体内の微粒子数を算出する演算部と、を有し、
前記泳動電源部は、前記二対の電極の内、一方の電極にのみ誘電泳動力を作用させ、
前記インピーダンス測定手段は、前記二対の電極間それぞれのインピーダンスを測定し、
前記演算部は、一方の電極のインピーダンス変化と、他方の電極のインピーダンス変化の差分を算出した結果から微粒子濃度を算出すること特徴とする微粒子測定装置。 - 微粒子含有の試料液が導入された一つのセルに浸漬した二対の電極を用いて、誘電泳動力により前記微粒子を所定位置に配置し、前記試料液中における微粒子数を測定する微粒子測定方法であって、
前記一対の電極の内、一方の電極において誘電泳動力を発生させインピーダンス変化の計測を行うステップと、
同時に他方の電極において誘電泳動力を発生させずにインピーダンス変化の計測のみを行うステップと、
一方の電極と他方の電極におけるインピーダンス変化の差分を算出するステップと、
算出したインピーダンス変化の差分から試料液中の微粒子濃度を算出することを特徴とする微粒子測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010508107A JP5384479B2 (ja) | 2008-04-15 | 2009-04-10 | 微粒子測定装置および微粒子測定方法 |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008-105724 | 2008-04-15 | ||
JP2008105724 | 2008-04-15 | ||
JP2008105723 | 2008-04-15 | ||
JP2008-105723 | 2008-04-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2009128233A1 true WO2009128233A1 (ja) | 2009-10-22 |
Family
ID=41198939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2009/001674 WO2009128233A1 (ja) | 2008-04-15 | 2009-04-10 | 微粒子測定装置および微粒子測定方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (3) | JP5384479B2 (ja) |
WO (1) | WO2009128233A1 (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010220507A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Panasonic Corp | 微生物数測定装置 |
JP2012034595A (ja) * | 2010-08-04 | 2012-02-23 | Panasonic Corp | 微生物数測定装置 |
WO2012053169A1 (ja) * | 2010-10-20 | 2012-04-26 | パナソニック株式会社 | 微生物数測定装置 |
CN103267717A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-08-28 | 崔华 | 一种基于太阳能供电模式的环保型pm2.5监测设备 |
JP2018009993A (ja) * | 2012-01-27 | 2018-01-18 | ユニバーシティ オブ テネシー リサーチ ファウンデーション | 交流動電によるバイオマーカーの検出のための方法および装置 |
JP2018126104A (ja) * | 2017-02-09 | 2018-08-16 | 株式会社ティ・アンド・シー・テクニカル | 細胞密度測定方法及び細胞密度変化追跡方法 |
WO2019142590A1 (ja) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 横河電機株式会社 | 細胞検査装置、細胞検査方法、プログラム、および記録媒体 |
JP2019213469A (ja) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | シャープ株式会社 | 生体粒子観察装置および生体粒子観察方法 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017175879A1 (ja) * | 2016-04-05 | 2017-10-12 | シャープ株式会社 | センサ装置、検出方法、及びセンサユニット |
JP6676486B2 (ja) * | 2016-04-05 | 2020-04-08 | シャープ株式会社 | 検出方法 |
JP7071723B2 (ja) * | 2017-08-03 | 2022-05-19 | 哲男 吉田 | 複素誘電率測定用回路、複素誘電率測定装置及び複素誘電率の測定方法 |
KR102102534B1 (ko) * | 2018-07-11 | 2020-04-23 | 주식회사 엑스와이지플랫폼 | 유전 전기 영동을 이용한 마이크로 전극 바이오 센서, 및 이를 이용한 생체물질 검출 방법 |
CN116472448A (zh) * | 2020-11-25 | 2023-07-21 | 松下知识产权经营株式会社 | 检测方法以及检测装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000125846A (ja) * | 1998-10-27 | 2000-05-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 微生物数測定装置及び微生物数測定方法 |
JP2002330752A (ja) * | 2001-05-08 | 2002-11-19 | Sanden Corp | 微生物数測定装置 |
JP2003024350A (ja) * | 2001-07-19 | 2003-01-28 | Junya Suehiro | 口腔内衛生状態検査装置及び口腔内衛生状態検査方法 |
JP2005304376A (ja) * | 2004-04-21 | 2005-11-04 | Kri Inc | 生体検出方法および生体検出装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0476447A (ja) * | 1990-07-18 | 1992-03-11 | Nissan Motor Co Ltd | 塗装金属部材の塗膜劣化度検出方法 |
JP3617032B2 (ja) * | 2000-11-17 | 2005-02-02 | エスペック株式会社 | 湿度センサの校正方法およびそれを用いた湿度センサ |
JP2006304625A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 微生物測定装置 |
US20100193358A1 (en) * | 2007-09-18 | 2010-08-05 | Panasonic Corporation | Microparticle measuring apparatus and microparticle measuring method |
-
2009
- 2009-04-10 JP JP2010508107A patent/JP5384479B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2009-04-10 WO PCT/JP2009/001674 patent/WO2009128233A1/ja active Application Filing
-
2013
- 2013-10-01 JP JP2013206445A patent/JP2013257348A/ja active Pending
-
2014
- 2014-12-22 JP JP2014258906A patent/JP5842050B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000125846A (ja) * | 1998-10-27 | 2000-05-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 微生物数測定装置及び微生物数測定方法 |
JP2002330752A (ja) * | 2001-05-08 | 2002-11-19 | Sanden Corp | 微生物数測定装置 |
JP2003024350A (ja) * | 2001-07-19 | 2003-01-28 | Junya Suehiro | 口腔内衛生状態検査装置及び口腔内衛生状態検査方法 |
JP2005304376A (ja) * | 2004-04-21 | 2005-11-04 | Kri Inc | 生体検出方法および生体検出装置 |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010220507A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Panasonic Corp | 微生物数測定装置 |
JP2012034595A (ja) * | 2010-08-04 | 2012-02-23 | Panasonic Corp | 微生物数測定装置 |
WO2012053169A1 (ja) * | 2010-10-20 | 2012-04-26 | パナソニック株式会社 | 微生物数測定装置 |
US8717045B2 (en) | 2010-10-20 | 2014-05-06 | Panasonic Healthcare Co., Ltd. | Microorganism number measurement device |
JP5894925B2 (ja) * | 2010-10-20 | 2016-03-30 | パナソニックヘルスケアホールディングス株式会社 | 微生物数測定装置 |
EP2631636A4 (en) * | 2010-10-20 | 2017-12-13 | Panasonic Healthcare Holdings Co., Ltd. | Microorganism number measurement device |
JP2018009993A (ja) * | 2012-01-27 | 2018-01-18 | ユニバーシティ オブ テネシー リサーチ ファウンデーション | 交流動電によるバイオマーカーの検出のための方法および装置 |
CN103267717A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-08-28 | 崔华 | 一种基于太阳能供电模式的环保型pm2.5监测设备 |
JP2018126104A (ja) * | 2017-02-09 | 2018-08-16 | 株式会社ティ・アンド・シー・テクニカル | 細胞密度測定方法及び細胞密度変化追跡方法 |
WO2019142590A1 (ja) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 横河電機株式会社 | 細胞検査装置、細胞検査方法、プログラム、および記録媒体 |
JP2019124594A (ja) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 横河電機株式会社 | 細胞検査装置、細胞検査方法、プログラム、および記録媒体 |
CN111615627A (zh) * | 2018-01-17 | 2020-09-01 | 横河电机株式会社 | 细胞检查装置、细胞检查方法、程序和记录介质 |
JP2019213469A (ja) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | シャープ株式会社 | 生体粒子観察装置および生体粒子観察方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5842050B2 (ja) | 2016-01-13 |
JPWO2009128233A1 (ja) | 2011-08-04 |
JP2015083987A (ja) | 2015-04-30 |
JP2013257348A (ja) | 2013-12-26 |
JP5384479B2 (ja) | 2014-01-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5842050B2 (ja) | 微粒子測定装置および微粒子測定方法 | |
JP5241044B2 (ja) | 微粒子測定装置及び微粒子測定方法 | |
JPWO2009037804A1 (ja) | 微粒子測定装置および微粒子測定方法 | |
Wang et al. | Single cells and intracellular processes studied by a plasmonic-based electrochemical impedance microscopy | |
Zhang et al. | The influence of the electrode dimension on the detection sensitivity of electric cell–substrate impedance sensing (ECIS) and its mathematical modeling | |
JP3669182B2 (ja) | 微生物数測定装置及び微生物数測定方法 | |
Li et al. | Dielectrophoretic responses of DNA and fluorophore in physiological solution by impedimetric characterization | |
CN102282460A (zh) | 流动通道装置、复电容率测量设备和介电细胞计数*** | |
Vaclavek et al. | Resistive pulse sensing as particle counting and sizing method in microfluidic systems: Designs and applications review | |
JP4740664B2 (ja) | 微生物検査チップおよび微生物検査方法 | |
Gu et al. | Cellular electrical impedance spectroscopy: an emerging technology of microscale biosensors | |
Frkonja-Kuczin et al. | Electrokinetic preconcentration and electrochemical detection of Escherichia coli at a microelectrode | |
WO2009093458A1 (ja) | 微粒子測定装置および微粒子測定方法 | |
Uria et al. | Fast determination of viable bacterial cells in milk samples using impedimetric sensor and a novel calibration method | |
Houssin et al. | Electrochemical detection | |
Cifrić et al. | Review of electrochemical biosensors for hormone detection | |
JP4918237B2 (ja) | 生体の定量方法 | |
Pliquett et al. | Testing miniaturized electrodes for impedance measurements within the β-dispersion–a practical approach | |
Kashyap et al. | Adjusting the distance of electrochemical microsensors from secreting cell monolayers on the micrometer scale using impedance | |
de los Santos Álvarez et al. | Determination of ascorbic acid in dietary supplements by cyclic voltammetry | |
Gamby et al. | Nanowires network for biomolecular detection using contactless impedance tomoscopy technique | |
Ma et al. | Inkjet-printed Ag electrodes on paper for high sensitivity impedance measurements | |
Chen et al. | Printed interdigital electrodes on plastic film for tumor cells density monitoring | |
JP2015522164A (ja) | リーダー装置および信号増幅方法 | |
JP2009192479A (ja) | 微粒子測定装置およびそれに用いる電極 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09731893 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2010508107 Country of ref document: JP |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09731893 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |