JP4830909B2 - Particle measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、流動体中の粒子に関する情報を、光学的に計測する粒子測定装置に関し、さらに詳細には、粒子の凝集・拡散に伴う密度変化から、流動体中に含まれる粒子に関する情報を光学的に測定する粒子測定装置に関する。本発明は、例えば流動体中に存在する粒子の有無の確認、拡散係数、粒子濃度、粒径(ナノ粒子、ミクロ粒子)等の測定に適用することができる。 The present invention relates to a particle measuring apparatus that optically measures information related to particles in a fluid, and more specifically, optically relates to information related to particles contained in a fluid from a density change accompanying particle aggregation / diffusion. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a particle measuring apparatus for measuring automatically. The present invention can be applied to, for example, confirmation of the presence or absence of particles present in a fluid, measurement of diffusion coefficient, particle concentration, particle size (nanoparticles, microparticles), and the like.
粒子を含有する流動体に電界が形成されるように電極を設け、これに交流電圧を印加し誘電泳動現象を生じさせて流動体中の粒子を移動することにより、粒子密度の濃淡分布を形成できることが知られている。 An electrode is provided so that an electric field is formed in a fluid containing particles, and an AC voltage is applied to the fluid to cause a dielectrophoretic phenomenon to move the particles in the fluid, thereby forming a density distribution of particle density. It is known that it can be done.
このような誘電泳動現象を応用した光学的測定装置として、液体中の粒子に誘電泳動を生じさせて粒子集中領域を形成し、その後、誘電泳動を停止して粒子集中領域から粒子を拡散させたときの屈折率変化から、粒子の拡散に関する評価を行う装置を提案している(特許文献1参照)。この光学的測定装置では、2本の平行に並ぶ電極を通じて被測定溶液に電圧を印加して誘電泳動を引き起こすことにより、液体中に局所的な屈折率変化を発生させている。 As an optical measuring device applying such a dielectrophoresis phenomenon, dielectrophoresis was caused to particles in a liquid to form a particle concentration region, and then dielectrophoresis was stopped to diffuse particles from the particle concentration region. An apparatus for evaluating the diffusion of particles from a change in refractive index is proposed (see Patent Document 1). In this optical measuring apparatus, a local refractive index change is generated in the liquid by applying a voltage to the solution to be measured through two parallel electrodes to cause dielectrophoresis.
また、上記装置を改良した光学的測定方法として、回折格子を利用した光学的測定方法を提案している。すなわち、基本回折光パターンを生じさせる回折格子兼電極に、交流電圧を印加して液体中の粒子に誘電泳動を起こさせることにより、基本回折光パターンとは異なる回折光パターン(変形回折光パターン)を発生させ、変形回折光パターンに基づいて液体中の粒子に関する情報を計測する光学的測定方法(誘電泳動を用いた回折格子法:以下、回折格子法ともいう)を提案している(特許文献2参照)。 In addition, as an optical measurement method improved from the above apparatus, an optical measurement method using a diffraction grating is proposed. That is, a diffracted light pattern different from the basic diffracted light pattern (modified diffracted light pattern) is generated by applying an alternating voltage to the diffraction grating electrode that generates the basic diffracted light pattern to cause dielectrophoresis of particles in the liquid. Has been proposed, and an optical measurement method (diffractive grating method using dielectrophoresis: hereinafter also referred to as a diffraction grating method) has been proposed (Patent Document). 2).
図5は、誘電泳動現象および回折現象を利用して粒子を移動させたときの屈折率変化を測定する光学的測定法(回折格子法)の動作原理を説明する断面図である。
液体試料を保持するセルの壁面を構成するガラス基板12a上に、2本の平行な直線状電極13a、13bの対と、同じく2本の平行な直線状電極14a、14bの対とを交互に配列することにより、周期的配列構造を有する回折格子兼電極13、14が構成される。回折格子兼電極13、14に交流電源15から交流電圧を印加する。電極13a、13bに対して、電極14a、14bが反対極となるようにして、交流電圧を印加することにより、電気力線が集中する13a−14b間、および、14a−13b間に、誘電泳動によって粒子が凝集する。粒子が凝集する領域Pは、回折格子兼電極13、14の格子間隔(d)に対し、その2倍の周期(2d)で一定間隔ごとに形成される。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the operating principle of an optical measurement method (diffraction grating method) for measuring a change in refractive index when particles are moved using the dielectrophoresis phenomenon and the diffraction phenomenon.
A pair of two parallel linear electrodes 13a and 13b and a pair of two parallel linear electrodes 14a and 14b are alternately arranged on the glass substrate 12a constituting the wall surface of the cell holding the liquid sample. By arranging the electrodes, diffraction grating electrodes 13 and 14 having a periodic arrangement structure are formed. An AC voltage is applied from the AC power supply 15 to the diffraction grating electrodes 13 and 14. Dielectric migration between the electrodes 13a and 13b and between the electrodes 13a and 14b by applying an alternating voltage so that the electrodes 14a and 14b have opposite polarities, and by applying an alternating voltage. Causes the particles to aggregate. The regions P in which the particles are aggregated are formed at regular intervals with a period (2d) twice as long as the grating interval (d) of the diffraction grating electrodes 13 and 14.
粒子が凝集する領域Pは、他の領域より粒子密度が高く、屈折率が異なることから、格子間隔2dの回折格子(以後、密度回折格子という)が形成されることになる。
なお、密度回折格子を形成するための回折格子兼電極13、14の形状については、これに限らず、いろいろなバリエーションが可能である。例えば回折格子が、一対の電極と電圧が印加されない浮遊部とによって構成され、一方の電極と、浮遊部と、他方の電極とが周期的に並ぶ配列構造を形成するようにして、一部の回折格子が電極となる構造であってもよい。(上記特許文献2の実施形態3参照)。また、回折格子兼電極が透明導電膜で形成されるようにして、一方の電極と他方の電極とが交互、かつ、周期的に並ぶようにしてもよい。この場合は電極に交流電圧を印加していないときは回折格子は現れず、交流電圧を印加したときに、密度回折格子が形成されることになる。
The region P in which the particles are aggregated has a higher particle density and a different refractive index than the other regions, so that a diffraction grating having a grating interval 2d (hereinafter referred to as a density diffraction grating) is formed.
The shape of the diffraction grating electrode 13 and 14 for forming the density diffraction grating is not limited to this, and various variations are possible. For example, the diffraction grating includes a pair of electrodes and a floating portion to which no voltage is applied, and forms an array structure in which one electrode, the floating portion, and the other electrode are periodically arranged. A structure in which the diffraction grating serves as an electrode may be used. (See Embodiment 3 of Patent Document 2 above). Alternatively, the diffraction grating electrode may be formed of a transparent conductive film so that one electrode and the other electrode are alternately and periodically arranged. In this case, the diffraction grating does not appear when an AC voltage is not applied to the electrodes, and a density diffraction grating is formed when an AC voltage is applied.
そして、密度回折格子が形成された状態において、光源16、光源光を集束するレンズ光学系17を用いて、回折格子兼電極13、14に向けて光を照射すると、図6に示すように、回折格子兼電極13、14(周期d)により生じる本来の回折光パターン(基本回折光パターン:図中実線で示す)が発生するとともに、密度回折格子(周期2d)に起因して生じる派生回折光パターン(図中破線で示す)が重畳して発生する変形回折光パターンが発生するので、光検出器18を新しく生じた派生回折光パターンの一次光、二次光、・・・が検出できる位置に合わせることで、派生回折光強度の変化から屈折率の変化を検出することができる。 Then, in the state where the density diffraction grating is formed, when light is irradiated toward the diffraction grating cum electrodes 13 and 14 using the light source 16 and the lens optical system 17 that focuses the light source light, as shown in FIG. An original diffracted light pattern (basic diffracted light pattern: indicated by a solid line in the figure) generated by the diffraction grating electrodes 13 and 14 (period d) is generated, and derivative diffracted light generated due to the density diffraction grating (period 2d) Since a deformed diffracted light pattern generated by superimposing a pattern (shown by a broken line in the figure) is generated, a position where primary light, secondary light,. Therefore, the change in the refractive index can be detected from the change in the derived diffracted light intensity.
そして、電圧印加後に、再び電圧印加を停止すると、粒子が領域Pから拡散することにより、派生回折光パターンが時間経過とともに消失していくので、その変化を測定することにより屈折率変化や濃度変化を求めることができ、さらには濃度変化から拡散方程式に基づいて拡散係数を求めることができる。
ところで、上述した回折格子法によって未知試料の測定を行う場合、未知試料は必ずしも非導電性であるとは限られず、導電性を示すことがある。
導電性の試料に対し、誘電泳動を引き起こすための誘電泳動用電圧(例えば20Vpp〜30Vpp)を電極対の間に印加すると、試料を通じて電流が流れるようになる。このとき導電性が高い試料(電流が流れやすい試料)に対して誘電泳動測定用電圧が印加されると、印加される電圧値が大きい場合に、過大な電流が流れてしまい、その結果、試料が発熱して対流現象が発生し、また、場合によっては、試料中に気泡が発生することになる。対流や気泡の発生は、誘電泳動現象や回折光信号に影響を及ぼし、正確な測定結果が得られなくなる。
また、過大な電流が流れることで、電源故障を引き起こしたり、電極を劣化させたりするおそれもある。さらに、測定しようとする試料を変質させてしまうおそれもある。
By the way, when an unknown sample is measured by the diffraction grating method described above, the unknown sample is not necessarily non-conductive, and may exhibit conductivity.
When a voltage for dielectrophoresis (for example, 20 Vpp to 30 Vpp) for causing dielectrophoresis is applied between a pair of electrodes to a conductive sample, a current flows through the sample. At this time, if a voltage for dielectrophoresis measurement is applied to a highly conductive sample (a sample through which current easily flows), an excessive current flows when the applied voltage value is large, and as a result, the sample Generates heat and a convection phenomenon occurs, and in some cases, bubbles are generated in the sample. The occurrence of convection and bubbles affects the dielectrophoresis phenomenon and the diffracted light signal, and an accurate measurement result cannot be obtained.
In addition, an excessive current may cause a power failure or deteriorate the electrode. In addition, the sample to be measured may be altered.
そこで、本発明は、未知試料の測定であっても、誤って過大電流を流してしまうことなく安全に、粒子に関する測定(回折格子法による粒子計測)を行うことができる粒子測定装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a particle measuring apparatus capable of safely measuring particles (particle measurement by a diffraction grating method) without causing an excessive current to flow by mistake even when measuring an unknown sample. For the purpose.
上記課題を解決するためになされた本発明の粒子計測装置は、光源と、電源と、流動体試料を貯留する容器と、周期的に配置され電源から電圧が印加されることにより周期的な電界を形成する電極対と、回折光を検出する光検出器とを備え、電極対に誘電泳動用電圧を印加することにより流動体試料中の粒子密度分布を変化させて密度回折格子を発生させ、密度回折格子によって生じる派生回折光を検出することで粒子に関する計測を行う粒子測定装置において、前記誘電泳動用電圧を含む誘電泳動パラメータを設定する誘電泳動パラメータ設定部と、前記電極対間の電流を計測する電流計測部と、電極対に対し誘電泳動用電圧よりも弱い導電性評価用電圧を印加した状態で電流計測部により電極対間の電流計測を行う制御を行うことで流動体試料の導電性情報を取得する導電性情報取得制御部と、導電性情報と関係付けた誘電泳動が可能な誘電泳動パラメータの範囲を判定用データとして記憶する判定用データ記憶部と、取得された流動体試料の導電性情報と判定用データとに基づいて、設定された誘電泳動パラメータの適否を判定する設定条件判定部と、不適判定がなされた場合に警告情報を出力する警告出力部とを備えるようにしている。 In order to solve the above problems, the particle measuring apparatus of the present invention includes a light source, a power source, a container for storing a fluid sample, a periodic electric field that is periodically arranged and a voltage is applied from the power source. An electrode pair for forming diffracted light and a photodetector for detecting diffracted light, and applying a voltage for dielectrophoresis to the electrode pair to change the particle density distribution in the fluid sample to generate a density diffraction grating, In a particle measuring apparatus that performs measurement related to particles by detecting derivative diffracted light generated by a density diffraction grating, a dielectrophoresis parameter setting unit that sets dielectrophoresis parameters including the dielectrophoresis voltage, and a current between the electrode pair Flow by controlling the current measurement unit to measure the current between the electrode pair by the current measurement unit while applying a voltage for conductivity evaluation weaker than the dielectrophoresis voltage to the electrode pair. A conductivity information acquisition control unit that acquires conductivity information of the sample, a determination data storage unit that stores a range of dielectrophoresis parameters capable of dielectrophoresis associated with the conductivity information as determination data, and Based on the conductivity information of the fluid sample and the determination data, a setting condition determination unit that determines the suitability of the set dielectrophoresis parameters, and a warning output unit that outputs warning information when an inappropriate determination is made. I have to prepare.
ここで、光源はレーザ光源が好適であるが、流動体試料からの派生回折光を得ることができる光源であればよい。
電源は、試料中に含まれる粒子が誘電泳動により移動することができる周波数の交流電圧が印加可能な電源が用いられる。誘電泳動用電圧を印加する電源と、導電性評価用電圧を印加する電源とは同じ電源を用いて印加電圧を変更するようにして共用すればよいが、別電源にしてもよい。
Here, the light source is preferably a laser light source, but any light source capable of obtaining derivative diffracted light from the fluid sample may be used.
As the power source, a power source capable of applying an AC voltage having a frequency at which particles contained in the sample can move by dielectrophoresis is used. The power source that applies the dielectrophoresis voltage and the power source that applies the conductivity evaluation voltage may be shared by changing the applied voltage using the same power source, but may be separate power sources.
本発明の粒子測定装置では、電極対に誘電泳動用電圧を印加すると、密度回折格子が形成されることによって派生回折光を発生するので、検出器により派生回折光を検出することで流動体中の粒子に関する計測を行う。この計測を実行する前に、予め、誘電泳動用電圧よりも弱い導電性評価用電圧を電極対に印加して、電流計測部により電流値を測定する。測定された電流値は流動体試料の導電率に関係する物理量であり、導電性評価用電圧を用いて電圧流動体試料の導電率に変換することができる。よって、測定電流値あるいは導電率を導電性情報として取得する。 In the particle measuring apparatus according to the present invention, when a voltage for dielectrophoresis is applied to the electrode pair, derivative diffraction light is generated by forming a density diffraction grating. Therefore, by detecting the derivative diffraction light by a detector, Measure the particle size. Before performing this measurement, a voltage for evaluating conductivity that is weaker than the voltage for dielectrophoresis is applied to the electrode pair in advance, and the current value is measured by the current measuring unit. The measured current value is a physical quantity related to the conductivity of the fluid sample, and can be converted to the conductivity of the voltage fluid sample using the voltage for conductivity evaluation. Therefore, the measured current value or conductivity is acquired as the conductivity information.
一方、判定用データ記憶部には、誘電泳動測定可能な誘電泳動パラメータの範囲と導電性情報(導電性評価用電圧印加時の測定電流値あるいは導電率)とを関係付けた判定用データが、予め、記憶してある。この判定用データは、予め、異なる導電率を有する多数の液体試料(判定データ作成用の試料)を準備し、それぞれの液体試料について、誘電泳動パラメータの設定条件を変化させて発熱量や気泡発生の有無を計測し、設定可能なパラメータ範囲を求めて記憶させたものである。したがって、測定対象である未知試料について、導電率(すなわち導電性評価用電圧を印加したときの測定電流値)が与えられると、その未知試料について設定可能なパラメータ範囲を判定するためのデータが、多数の記憶されたデータのなかから選択できるようになっている。 On the other hand, in the determination data storage unit, determination data in which a range of dielectrophoresis parameters capable of dielectrophoresis measurement and conductivity information (measured current value or conductivity at the time of applying a voltage for conductivity evaluation) are related, Pre-stored. This determination data is prepared in advance by preparing a large number of liquid samples (samples for preparing determination data) having different conductivities, and changing the setting conditions of the dielectrophoresis parameters for each liquid sample to generate heat and generate bubbles. The parameter range that can be set is obtained and stored. Therefore, when the conductivity (that is, the measured current value when the voltage for conductivity evaluation is applied) is given to the unknown sample to be measured, the data for determining the parameter range that can be set for the unknown sample is: You can select from a large number of stored data.
設定条件判定部は、取得された流動体試料の導電性情報に対し、適切な判定用データを参照し、設定された誘電泳動パラメータで誘電泳動測定用電圧を印加したときの適否を判定する。
判定の結果、設定された誘電泳動パラメータで誘電泳動測定用電圧を印加することが不適と判定された場合には、警告出力部が、警告情報を出力する。
The setting condition determination unit refers to appropriate determination data with respect to the obtained conductivity information of the fluid sample, and determines whether the dielectrophoresis measurement voltage is applied with the set dielectrophoresis parameter.
As a result of the determination, when it is determined that applying the dielectrophoresis measurement voltage with the set dielectrophoresis parameters is inappropriate, the warning output unit outputs warning information.
本発明によれば、未知試料を測定する場合であっても、予め、流動体試料の導電性を測定することにより、誤って過大電流を流してしまうことを未然に防ぐことができるので、安全に測定を行うことができる。 According to the present invention, even when measuring an unknown sample, it is possible to prevent an excessive current from flowing by mistake by measuring the conductivity of the fluid sample in advance. Measurements can be made.
(他の課題を解決するための手段および効果)
上記発明において、誘電泳動パラメータの適否判定は、導電性情報の他に、周波数、印加時間、波形の少なくともいずれかをパラメータとして判定されるようにしてもよい。
液体試料の発熱は、印加電圧の他に、周波数、印加時間、波形にも依存するので、これらも含めて判定することにより、適切な判定を行うことができる。
(Means and effects for solving other problems)
In the above invention, the suitability determination of the dielectrophoresis parameter may be determined using at least one of frequency, application time, and waveform in addition to the conductivity information.
Since the heat generation of the liquid sample depends not only on the applied voltage but also on the frequency, application time, and waveform, appropriate determination can be made by making a determination including these.
また、上記発明において、導電性情報取得制御部は、電流計測により求める導電性情報に代えて、設定により導電性情報を取得することが可能に構成されるようにしてもよい。
これにより、予め、液体試料の導電性情報が判明している場合は、入力操作のみで、簡単に導電性情報を設定することができる。
In the above invention, the conductivity information acquisition control unit may be configured to be able to acquire conductivity information by setting instead of the conductivity information obtained by current measurement.
Thereby, when the conductivity information of the liquid sample is known in advance, the conductivity information can be easily set only by an input operation.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.
(装置構成)
図1は本発明の一実施形態である粒子測定装置1の構成を示すブロック図である。図2は粒子測定装置1(制御系20を除く)の平面図である。この粒子測定装置1は、液体試料(ゲル体試料でもよい)を保持する容器11、容器11の底面となる底壁12aに形成され、周期電界を形成するための一対の電極13、14と、電極13および電極14に交流電圧を印加する電源15と、光源16と、光源から出射される光を収束するレンズ光学系17と、回折光を検出する光検出器18と、電流計19と、装置全体を制御する制御系20とからなる。
(Device configuration)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a particle measuring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the particle measuring apparatus 1 (excluding the control system 20). The particle measuring apparatus 1 includes a container 11 that holds a liquid sample (which may be a gel sample), a bottom wall 12a that is a bottom surface of the container 11, and a pair of electrodes 13 and 14 for forming a periodic electric field; A power source 15 for applying an alternating voltage to the electrode 13 and the electrode 14, a light source 16, a lens optical system 17 for converging light emitted from the light source, a photodetector 18 for detecting diffracted light, an ammeter 19, And a control system 20 for controlling the entire apparatus.
容器11は、底壁12aの上に、側壁12bとなる枠体を設けることにより形成してある。この容器11は、ガラス等の光透過性の材料が用いられ、底壁12aを通して、入射光が電極13、14に照射できるようにしてある。 The container 11 is formed by providing a frame body serving as the side wall 12b on the bottom wall 12a. The container 11 is made of a light-transmitting material such as glass so that incident light can be applied to the electrodes 13 and 14 through the bottom wall 12a.
電極13、14は、マスクパターニング手法を用いて、底壁12a上に形成される。なお、本実施形態では、底壁12aに電極13、14を形成しているが、容器11が十分に深い場合には、底壁12aに代えて、側壁となる枠体12bに電極13、14を形成してもよい。また、別のガラス板に電極13、14を形成し、底壁12aに載せてもよい。
液体試料をこの容器11に入れ、電極13、14を液体中に浸すことにより、電極13、14と液体試料とが接するようになる。
The electrodes 13 and 14 are formed on the bottom wall 12a using a mask patterning technique. In the present embodiment, the electrodes 13 and 14 are formed on the bottom wall 12a. However, when the container 11 is sufficiently deep, the electrodes 13 and 14 are formed on the frame 12b serving as the side wall instead of the bottom wall 12a. May be formed. Alternatively, the electrodes 13 and 14 may be formed on another glass plate and placed on the bottom wall 12a.
By putting the liquid sample into the container 11 and immersing the electrodes 13 and 14 in the liquid, the electrodes 13 and 14 come into contact with the liquid sample.
電極13は、2本の平行な直線状電極13a、13bが隣接する直線状電極偏在領域13fと、直線状電極が形成されていない直線状電極不在領域13cとが、交互に繰り返すようにしてあり、すべての直線状電極13a、13bは、接続部13dにより電気的に接続され、いわゆる櫛型電極構造としてある。 The electrode 13 is configured such that a linear electrode unevenly distributed region 13f in which two parallel linear electrodes 13a and 13b are adjacent and a linear electrode absent region 13c in which no linear electrode is formed are alternately repeated. All the linear electrodes 13a and 13b are electrically connected by a connecting portion 13d, and have a so-called comb-shaped electrode structure.
電極14についても同様であり、2本の平行な直線状電極14a、14bが隣接する直線状電極偏在領域14fと、直線状電極が形成されていない直線状電極不在領域14cとが、交互に繰り返すようにしてあり、すべての直線状電極14a、14bは、接続部14dにより電気的に接続され、櫛型電極構造としてある。 The same applies to the electrode 14, and the linear electrode unevenly distributed region 14 f adjacent to the two parallel linear electrodes 14 a and 14 b and the linear electrode absent region 14 c where no linear electrode is formed are alternately repeated. In this manner, all the linear electrodes 14a and 14b are electrically connected by the connecting portion 14d to form a comb-type electrode structure.
そして、電極13の直線状電極不在領域13cの位置に、電極14の直線状電極14a、14bがくるように配置して、電極13の直線状電極13a、13bと、電極14の直線状電極14a、14bとが、等間隔で連続的に並ぶようにして、直線状電極13a、13b、14a、14bにより周期構造の電極が形成されるようにしてある。
さらに本実施形態では電極を金属膜で形成することにより、電極自身が回折格子となるようにしている。
Then, the linear electrodes 14a and 14b of the electrode 14 are arranged at the position of the linear electrode absence region 13c of the electrode 13, and the linear electrodes 13a and 13b of the electrode 13 and the linear electrode 14a of the electrode 14 are arranged. , 14b are continuously arranged at equal intervals so that electrodes having a periodic structure are formed by the linear electrodes 13a, 13b, 14a, 14b.
Furthermore, in this embodiment, the electrode itself is formed as a diffraction grating by forming the electrode with a metal film.
この周期構造の電極の寸法は、電極幅d1、電極間隔d2のいずれについても、0.5μm〜20μm程度にするのが好ましいが、形状や寸法は、特に限定されない。例えば、電極幅d1と電極間隔d2とが異なる寸法になるようにしてもよいし、形状が直線状に構成されなくてもよい。なお、本実施形態では、電極幅10μm、電極間隔10μmの直線状電極としている。この場合、回折格子の格子間隔dは、d1+d2となる。 The dimensions of the electrodes having the periodic structure are preferably about 0.5 μm to 20 μm for both the electrode width d1 and the electrode interval d2, but the shape and dimensions are not particularly limited. For example, the electrode width d1 and the electrode interval d2 may be different dimensions, or the shape does not have to be configured linearly. In the present embodiment, a linear electrode having an electrode width of 10 μm and an electrode interval of 10 μm is used. In this case, the grating interval d of the diffraction grating is d1 + d2.
交流電源15は、入力操作により印加電圧、周波数、印加時間、波形が調整可能な電源を用いている。具体的には、例えば、印加電圧値が0V〜100Vで可変であり、周波数が10kHz〜10MHz、印加時間が0.01秒から連続、波形が正弦波、三角波、方形波で可変である交流源を使用している。 The AC power supply 15 uses a power supply that can adjust the applied voltage, frequency, application time, and waveform by an input operation. Specifically, for example, the applied voltage value is variable from 0 V to 100 V, the frequency is 10 kHz to 10 MHz, the applied time is continuous from 0.01 second, and the waveform is variable from a sine wave, a triangular wave, and a square wave. Is used.
光源16は、測定対象となる液体試料に応じて種類を選択すればよいが、例えば、He−Neレーザ光源(波長633nm)や、その他のレーザ光源を用いるのが好ましい。
レンズ光学系17は、光源光を収束して、電極13、14(回折格子)に照射できるように構成してある。なお、本実施形態では透過回折光の測定を行う配置にしているが、光源光の入射角度(および検出器18の位置)を調整できるようにして、測定対象、測定目的によって透過回折光、反射回折光のいずれかを測定できるようにしてもよい。透過回折光を測定する場合、入射角は、液体試料との界面で全反射が生じない条件にすればよく、例えば、垂直に入射させてもよい。
The type of the light source 16 may be selected according to the liquid sample to be measured. For example, it is preferable to use a He—Ne laser light source (wavelength 633 nm) or another laser light source.
The lens optical system 17 is configured to converge the light source light and irradiate the electrodes 13 and 14 (diffraction grating). In this embodiment, the transmission diffracted light is measured, but the incident angle of the light source light (and the position of the detector 18) can be adjusted so that the transmitted diffracted light and the reflected light are reflected depending on the measurement object and the measurement purpose. Any of the diffracted light may be measured. When measuring transmitted diffracted light, the incident angle may be set so that total reflection does not occur at the interface with the liquid sample. For example, the incident angle may be incident vertically.
光検出器18は、透過回折光を検出するときは液体試料の上部側に配置する。反射回折光を検出するときは液体試料の下部側に配置する。光検出器18には、回折角を測定するための角度調整機構が設けられており、回折光の強度とともに回折角が検出できるようにしてある。この光検出器18には、フォトダイオードやCCDが用いられる。なお、角度調整機構を設ける代わりに、複数の素子を二次元的に並べたアレイセンサを用いて、回折角が計測できるようにしてもよい。 The photodetector 18 is disposed on the upper side of the liquid sample when detecting transmitted diffraction light. When detecting the reflected diffracted light, it is arranged on the lower side of the liquid sample. The light detector 18 is provided with an angle adjusting mechanism for measuring the diffraction angle so that the diffraction angle can be detected together with the intensity of the diffracted light. A photodiode or CCD is used for the photodetector 18. Instead of providing the angle adjustment mechanism, the diffraction angle may be measured using an array sensor in which a plurality of elements are two-dimensionally arranged.
次に、制御系20について説明する。 制御系20は、CPU21、メモリ(ROM、RAM、HDD)22、入力装置23(キーボード、マウス等)、表示装置24(液晶ディスプレイ等)、入出力インタフェース等からなるコンピュータシステムにより構成され、装置全体の制御、演算処理とともに、各種設定入力や操作入力、各種データの表示、警告表示を行う。 Next, the control system 20 will be described. The control system 20 includes a computer system including a CPU 21, a memory (ROM, RAM, HDD) 22, an input device 23 (keyboard, mouse, etc.), a display device 24 (liquid crystal display, etc.), an input / output interface, and the like. In addition to control and calculation processing, various setting inputs and operation inputs, various data display, and warning display are performed.
CPU21は、さまざまな処理や機能を実行する制御を行う。このうち本発明に関連して実行される処理や機能をブロック化して説明すると、誘電泳動パラメータ設定部31、導電性情報取得制御部32、設定条件判定部33、警告出力部34、計測制御部35とにブロック化される。 The CPU 21 performs control to execute various processes and functions. Of these, the processes and functions executed in connection with the present invention will be described in the form of blocks. The dielectrophoresis parameter setting unit 31, the conductivity information acquisition control unit 32, the setting condition determination unit 33, the warning output unit 34, and the measurement control unit. 35.
また、メモリ22は、CPU21による演算処理に必要な作業領域の他に、導電性評価用パラメータ記憶領域41、誘電泳動パラメータ記憶領域42、判定用情報記憶領域43を備えている。 The memory 22 includes a conductivity evaluation parameter storage area 41, a dielectrophoresis parameter storage area 42, and a determination information storage area 43 in addition to a work area necessary for the arithmetic processing by the CPU 21.
メモリ22に記憶されるデータについて説明する。
導電性評価用パラメータ記憶領域41には、液体試料の導電性を評価するための測定に必要な導電性評価用パラメータとして、導電性評価用の印加電圧、印加電圧周波数、印加時間、波形パラメータが記憶してある。導電性評価用印加電圧は、誘電泳動用電圧よりも低い電圧値にしてあり、液体試料に電圧を印加した場合に、決して液体試料が発熱したり気泡が生じたりすることがないようにしてある。例えば、誘電泳動用電圧は、通常は10〜40Vppで設定されるが、導電性評価用印加電圧は1〜10Vpp程度が設定してある。
Data stored in the memory 22 will be described.
The conductivity evaluation parameter storage area 41 includes conductivity evaluation applied voltage, applied voltage frequency, application time, and waveform parameters as conductivity evaluation parameters necessary for measurement for evaluating the conductivity of the liquid sample. I remember it. The applied voltage for conductivity evaluation is set to a voltage value lower than the voltage for dielectrophoresis so that the liquid sample never generates heat or bubbles when a voltage is applied to the liquid sample. . For example, the voltage for dielectrophoresis is normally set at 10 to 40 Vpp, but the applied voltage for conductivity evaluation is set to about 1 to 10 Vpp.
誘電泳動パラメータ記憶領域42には、回折格子法による粒子計測を行う際の誘電泳動条件に関するパラメータが記憶される。このパラメータは、後述する誘電泳動パラメータ設定部31が測定者に入力を促すことにより、測定者が入力操作を行うことで記憶される。 The dielectrophoresis parameter storage area 42 stores parameters relating to dielectrophoresis conditions when performing particle measurement by the diffraction grating method. This parameter is stored when the measurer performs an input operation when the dielectrophoresis parameter setting unit 31 described later prompts the measurer to input.
判定用データ記憶領域43には、誘電泳動パラメータの適否を判定する際の判定用データが記憶される。具体的には、各導電率(あるいは導電性評価用電圧を印加したときの測定電流値)に対応して、印加周波数と誘電泳動電流の設定可能範囲が、印加時間、誘電泳動測定用電圧値ごとに、さらには図示しないが印加波形(正弦波、三角波等)ごとに、設定してある。図3(a)〜図3(f)は、記憶された判定用データの一例を示す図である。このような使用可能な境界を定めるデータが、導電率ごとに記憶されている。 The determination data storage area 43 stores determination data used when determining the suitability of the dielectrophoresis parameters. Specifically, the settable range of applied frequency and dielectrophoresis current corresponding to each conductivity (or the measured current value when the voltage for conductivity evaluation is applied) is the application time, voltage value for dielectrophoresis measurement. Further, although not shown, it is set for each applied waveform (sine wave, triangular wave, etc.). FIG. 3A to FIG. 3F are diagrams illustrating an example of stored determination data. Data defining such usable boundaries is stored for each conductivity.
次に、CPU21について説明する。
誘電泳動パラメータ設定部31は、回折格子法による粒子計測を行う上で必要な誘電泳動パラメータの設定を行うための制御を行う。具体的には、表示装置24の画面に、誘電泳動用電圧、誘電泳動周波数、誘電泳動用電圧の印加時間、電圧波形の入力を促す画面表示の制御を行い、測定者によるこれらパラメータの入力を待ち、測定者によるパラメータ入力が行われると、これらの入力値を、設定値としてメモリ22の誘電泳動パラメータ記憶領域42に記憶する制御を行う。
Next, the CPU 21 will be described.
The dielectrophoresis parameter setting unit 31 performs control for setting dielectrophoresis parameters necessary for particle measurement by the diffraction grating method. Specifically, on the screen of the display device 24, control of the screen display that prompts the input of the dielectrophoresis voltage, dielectrophoresis frequency, application time of the dielectrophoresis voltage, and voltage waveform is performed, and the operator inputs these parameters. When the parameter input by the measurer is performed, control is performed to store these input values in the dielectrophoresis parameter storage area 42 of the memory 22 as set values.
導電性情報取得制御部32は、回折格子法による粒子計測を実行する直前に、予め、導電性評価用パラメータ記憶領域41に記憶してある導電性評価用パラメータを用いて、電極対13、14間に電圧(導電性評価用電圧)を印加し、電流計19により、そのときの電流値を測定する制御を行う。これにより取得した測定電流値を、液体試料の導電性情報として取得する。 The conductivity information acquisition control unit 32 uses the conductivity evaluation parameters stored in advance in the conductivity evaluation parameter storage area 41 immediately before executing the particle measurement by the diffraction grating method. A voltage (conductivity evaluation voltage) is applied between them, and the ammeter 19 controls to measure the current value at that time. The measurement current value acquired in this way is acquired as the conductivity information of the liquid sample.
設定条件判定部33は、判定用データ記憶領域43に記憶されている判定用データ(図3参照)と、導電性情報取得制御部32が取得した流動体試料の導電性情報(測定電流値)とに基づいて、設定された誘電泳動パラメータに含まれる誘電泳動用電圧での測定が可能であるかを判定する演算を行う。 The setting condition determination unit 33 includes determination data (see FIG. 3) stored in the determination data storage area 43, and conductivity information (measurement current value) of the fluid sample acquired by the conductivity information acquisition control unit 32. Based on the above, an operation is performed to determine whether or not measurement with the dielectrophoresis voltage included in the set dielectrophoresis parameter is possible.
警告出力部34は、判定の結果、設定された誘電泳動パラメータで誘電泳動用電圧を印加することが不適と判定された場合には、警告情報を出力する。出力された警告情報は、表示装置24により、警告表示が画面に表示され、また、図示しないスピーカにより、警告音が発せられる。 The warning output unit 34 outputs warning information when it is determined that it is inappropriate to apply the dielectrophoresis voltage with the set dielectrophoresis parameters as a result of the determination. As for the output warning information, a warning display is displayed on the screen by the display device 24, and a warning sound is emitted by a speaker (not shown).
計測制御部35は、設定された誘電泳動パラメータが適切である場合に、誘電泳動用電圧を印加して、本来の粒子計測を実行する制御を行う。 When the set dielectrophoresis parameters are appropriate, the measurement control unit 35 performs control to execute the original particle measurement by applying the dielectrophoresis voltage.
(計測動作)
次に、上記装置による計測動作について説明する。図4は、粒子計測装置1により誘電泳動を用いた回折格子法による測定を行う際の動作フローを示す図である。
予め、測定対象の液体試料を容器11に充填しておく。粒子測定装置1が起動されると、まず、誘電泳動用パラメータを設定するため、表示装置24にパラメータの入力を促す入力画面が表示される。測定者は、入力装置23により、誘電泳動用パラメータ(誘電泳動用電圧、周波数、印加時間、波形)の入力操作を行う。これらの入力が行われると、メモリ22に記憶される(S101)。
(Measurement operation)
Next, the measurement operation by the above apparatus will be described. FIG. 4 is a diagram showing an operation flow when the particle measuring apparatus 1 performs measurement by the diffraction grating method using dielectrophoresis.
The liquid sample to be measured is filled in the container 11 in advance. When the particle measuring device 1 is activated, first, an input screen for prompting parameter input is displayed on the display device 24 in order to set parameters for dielectrophoresis. The measurer uses the input device 23 to input dielectrophoresis parameters (dielectrophoresis voltage, frequency, application time, waveform). When these inputs are made, they are stored in the memory 22 (S101).
続いて、液体試料の導電性評価を行うために、予め、メモリ22に記憶してある導電性評価用パラメータを用いて導電性評価を行う。すなわち、電極対13、14間に導電性評価用電圧を印加し、電流計19にて電流計測を行う(S102)。このときの印加電圧は、誘電泳動用電圧に比較すると、はるかに弱く、決して発熱や気泡が発生しない電圧値になっている。そして、計測結果である測定電流値は、液体試料の導電性情報として取得され、後述する適否判定に用いられる。 Subsequently, in order to evaluate the conductivity of the liquid sample, the conductivity is evaluated using the conductivity evaluation parameters stored in the memory 22 in advance. That is, a voltage for conductivity evaluation is applied between the electrode pairs 13 and 14 and current measurement is performed by the ammeter 19 (S102). The applied voltage at this time is much weaker than the voltage for dielectrophoresis and has a voltage value that never generates heat or bubbles. Then, the measurement current value that is the measurement result is acquired as the conductivity information of the liquid sample, and is used for appropriateness determination described later.
続いて、導電性情報(測定電流値)と、設定された誘電泳動パラメータとに基づいて、対応する判定用データをメモリ22から選択し、設定された誘電泳動パラメータの適否を判定する(S103)。例えば、図3の判定用データが選択されている場合に、泳動電圧が30Vppで印加時間0.1秒、周波数500KHzのときは、判定用データとして図3(b)を選択する。そして、選択した判定用データに照らし合わせて、泳動電流値が使用可能範囲内に含まれるかを判定する Subsequently, based on the conductivity information (measured current value) and the set dielectrophoresis parameter, the corresponding determination data is selected from the memory 22, and the suitability of the set dielectrophoresis parameter is determined (S103). . For example, when the determination data in FIG. 3 is selected and FIG. 3B is selected as the determination data when the migration voltage is 30 Vpp, the application time is 0.1 second, and the frequency is 500 KHz. Then, it is determined whether the electrophoretic current value is within the usable range in light of the selected determination data.
そして、判定結果が、使用可能範囲内であるときは、設定された誘電泳動パラメータが実際に設定される(S104)。これにより、回折格子法による粒子計測が実行され、測定を終了する(S106)。 When the determination result is within the usable range, the set dielectrophoresis parameters are actually set (S104). Thereby, particle measurement by the diffraction grating method is executed, and the measurement is finished (S106).
一方、判定結果が、使用可能範囲外であるときは、表示装置24への警告表示と警告音発生とが行われ(S105)、測定を終了する。これにより、過大電流が流れることを未然に防止する(S106)。 On the other hand, when the determination result is out of the usable range, a warning display and a warning sound are generated on the display device 24 (S105), and the measurement is terminated. This prevents an excessive current from flowing (S106).
上記動作フローでは、S102において、電流計による電流計測を実際に行い、導電性についての評価を行った。しかしながら、試料によっては、予め、液体試料の導電率が判明している場合もあるので、その場合は、直接、導電率をパラメータ値を入力することで、電流計測を行う手間を省いてもよい。 In the operation flow, in S102, current measurement was actually performed by an ammeter, and the conductivity was evaluated. However, depending on the sample, the conductivity of the liquid sample may be known in advance, and in that case, it is possible to save the trouble of performing current measurement by directly inputting the parameter value of the conductivity. .
本発明は、誘電泳動による回折格子法による粒子測定装置において、利用することができる。 The present invention can be used in a particle measuring apparatus using a diffraction grating method based on dielectrophoresis.
11: 容器
12: 底壁
13、14 電極
15: 電源
16: 光源
18: 光検出器
19: 電流計
20: 制御系
21: CPU
22: メモリ
31: 誘電泳動パラメータ設定部
32: 導電性情報取得制御部
33: 設定条件適否判定部
34: 警告出力部
41: 導電性評価用パラメータ記憶領域
42: 誘電泳動パラメータ記憶領域
43: 判定用データ記憶領域
11: Container 12: Bottom walls 13, 14 Electrode 15: Power source 16: Light source 18: Light detector 19: Ammeter 20: Control system 21: CPU
22: Memory 31: Dielectrophoresis parameter setting unit 32: Conductivity information acquisition control unit 33: Setting condition suitability determination unit 34: Warning output unit 41: Conductivity evaluation parameter storage area 42: Dielectrophoresis parameter storage area 43: Determination Data storage area
Claims (3)
電極対に誘電泳動用電圧を印加することにより流動体試料中の粒子密度分布を変化させて密度回折格子を発生させ、密度回折格子によって生じる派生回折光を検出することで粒子に関する計測を行う粒子測定装置において、
前記誘電泳動用電圧を含む誘電泳動パラメータを設定する誘電泳動パラメータ設定部と、
前記電極対間の電流を計測する電流計測部と、
電極対に対し誘電泳動用電圧よりも弱い導電性評価用電圧を印加した状態で電流計測部により電極対間の電流計測を行う制御を行うことで流動体試料の導電性情報を取得する導電性情報取得制御部と、
導電性情報と関係付けた誘電泳動が可能な誘電泳動パラメータの範囲を判定用データとして記憶する判定用データ記憶部と、
取得された流動体試料の導電性情報と判定用データとに基づいて、設定された誘電泳動パラメータの適否を判定する設定条件判定部と、
不適判定がなされた場合に警告情報を出力する警告出力部とを備えたことを特徴とする粒子測定装置。 A light source, a power source, a container for storing a fluid sample, an electrode pair that is periodically arranged to apply a voltage from the power source to form a periodic electric field, and a photodetector that detects diffracted light Prepared,
Particles that measure particles by applying a voltage for dielectrophoresis to the electrode pair to generate a density diffraction grating by changing the particle density distribution in the fluid sample and detecting the derived diffracted light generated by the density diffraction grating In the measuring device,
A dielectrophoresis parameter setting unit for setting dielectrophoresis parameters including the dielectrophoresis voltage;
A current measuring unit for measuring a current between the electrode pair;
Conductivity for obtaining conductivity information of fluid sample by performing control to measure current between electrode pairs by current measurement unit while applying voltage for conductivity evaluation weaker than dielectrophoresis voltage to electrode pair An information acquisition control unit;
A determination data storage unit that stores a range of dielectrophoresis parameters capable of dielectrophoresis associated with conductivity information as determination data;
A setting condition determination unit that determines suitability of the set dielectrophoresis parameters based on the obtained conductivity information and determination data of the fluid sample,
A particle measuring apparatus comprising: a warning output unit that outputs warning information when an inappropriate determination is made.
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