JPH0449651B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、回転電場の回転軸に平行な回転軸
の周りで回転する少なくとも二つの粒子群に属す
る媒体中の粒子、特に細胞を判別する方法および
その装置に関する。

〔従来の技術〕

雑誌“Z.Naturforsch.”37C，908−915（1982）
のW.M.Arnold ＆ Ｕ Zimmermann著による
“Rotating−Field−Induced Rotation and
Measurement of the Membrane Capacitance
of Single Mesophyll Cells of Avena Sativa”
により、例えば90°位相ずらして配置した四つの
電極から生じる回転電場中で個々の細胞（ここで
はプロトプラスト）が回転することは周知であ
る。更に、回転電場が一定周波数（所謂特性周波
数）の時、最大の回転速度になることも知られて
いる。

この公知の方法を利用する場合、それぞれの最
大回転速度に対して異なつた特性回転周波数が決
め手となる細胞は、回転電場の周波数をある細胞
群の特性周波数に同調させることによつて判別さ
れる。こうして、異なる細胞は異なつた回転速度
により判別できる。

しかし、この方法では、個々の場合、異なつた
回転速度を基にして判別することが極めて困難で
あるので、習熟した目でしか相違を識別すること
ができない。

〔発明の課題〕

この発明の課題は、回転挙動による粒子の判別
が上記の判別方法に比べてオペレータにとつて楽
で、非生物的な種類の粒子にも応用できる、冒頭
に述べた様式の方法を提供することにある。更に
この発明の課題は、上記の方法を実行する装置を
提供することにもある。

〔課題を解決する手段〕

上記の課題は、この発明により、回転電場の回
転軸に平行な回転軸の周りで回転する。少なくと
も二つの粒子群に属する媒体中の粒子、特に細胞
を判別する方法の場合、回転周波数を可変できる
回転電場を粒子に印加し、判別すべき粒子が異な
る回転方法で回転する周波数に前記回転電場の周
波数を同調させることによつて解決されている。

更に、上記の課題は、この発明により、回転周
波数を可変できる回転電場を粒子に印加し、判別
すべき粒子が異なる回転方向で回転する周波数に
前記回転電場の周波数を同調させ、回転電場の回
転軸に平行な回転軸の周りで回転する、少なくと
も二つの粒子群に属する媒体中の粒子、特に細胞
を判別する装置の場合、電極の間に粒子を入れる
室または容器の中間空間を形成するか、あるいは
粒子を入れる室の中に突出する、少なくとも３個
の電極を設け、前記室または容器の空間に電極か
ら出る回転電場が印加するように、これ等の電極
を配設し、これ等の電極に接続していて、可変回
転周波数の回転電場を発生させる装置を備えてい
ることによつて解決されている。

〔作用〕 この発明による方法は、粒子な細胞が回転電場
中でこの回転電場と同じ回転方向だけでなく、回
転挙動を決める特異な特性に応じて、場合によつ
ては、回転電場の回転方向とは逆向きの回転方向
で回転すると言う事実に基づいている。

明らかなように、回転電場の拾い周波数範囲
（しかし全周波数範囲ではない）で回転電場と同
じ回転方向には回転しない多数の粒子、例えばサ
ツカロミセスセレビシエ（菌株93）が存在する。
この回転挙動、つまり異なる回転方向を有する範
囲の位置が粒子の特異な特性に依存しているの
で、例えば上記様式の異なる回転挙動を有する二
群の粒子を簡単に判別できる。これには、判別す
べき粒子が互いに逆向きの回転方向で回転するま
で、回転電場の周波数を可変するだけでよい。

この発明による方法は、他の技術分野に応用で
きる。例えば、粉末の粒子を判別することを問題
とする分野、および光学的な方法、例えば顕微鏡
下での判別が不充分な分野に応用できる。例え
ば、BaTiO₃の製造方法の場合、同じように存在
するTiO₂粒子に対してBaTiO₃粒子区別したり、
一回の仕込み量中のTiO₂粒子の割合を予測でき
ることは注目に値する。上記の作業は容易に行え
る。何故なら、BaTiO₃粒子は広い周波数範囲に
わたつて電場の作用の下でTiO₂粒子とは異なつ
た回転方向で回転するからである。

生物学、薬学および医学の分野では、細胞を互
いに区別することが重要である。例えば、植物細
胞、酵母細胞およびバクテリヤのように、細胞が
細胞壁を有する場合、また細胞が同じ大きさで、
顕微鏡下でこれ等の細胞をそれ以外の相違では判
別できない場合に重要である。例えば、細胞壁を
有する同種の細胞は、その膜が洗浄剤、重金属の
ような環境有害物質で損傷している場合、顕微鏡
下でも区別できない。細胞の膜にかなりの損傷が
ある場合、壊れた細胞は、一定の周波数範囲内
で、壊れていない細胞の回転方向とは逆の回転方
向に回転することによつて区別される。それ故、
壊れた細胞は、回転挙動が異なるため、壊れてい
ない細胞と区別できる。例えば、回転挙動に基づ
き生きている細胞を同種の死んでいる細胞と区別
することもできる。

粒子の回転挙動は、一定種の細胞に対するよう
に、他のパラメータ、つまり粒子の環境条件、粒
子の存在する媒体（培養液）の導電率および媒体
（培養液）の温度に存在する。しかし、同じ環境
条件であるなら、判別測定には判別する粒子の異
なる回転挙動のみが重要である。それ故、主に５
〜500μS／cm、特に５〜50μS／cm範囲の媒体の導
電率は、粒子自体の区別に対して二次的な意義し
かない。細胞を区別する場合には、先ず第一の細
胞機能を損なわず、また細胞を壊さないように、
培養液の温度を設定する必要がある。

この発明による方法を実行するには、以下に述
べる装置が適している。この装置には、細胞を含
む室Ｋまたは容器用の中間空間を形成するか、あ
るいは細胞を入れる室の中に突き出ている少なく
とも三つの電極が、室または容器の空間に電極か
ら出る回転電場が印加するように配設され、更
に、上記の電極に接続でき、可変回転周波数の回
転電場を発生する装置を備えている。この場合、
回転電場の電界強度も可変できると有利である。
この強度は室内での電界強度が１〜1000V／cmに
なるような範囲にすべきである。周波数範囲は１
Hz〜1GHzの間の範囲にあるべきである。しかし、
多くの応用列では、１Hz〜500kHzの間の範囲で
充分である。

この発明による方法を実行する場合、処理すべ
き細胞に対して電界強度を絶縁破壊電圧以下に選
ぶ必要がある。

更に、回転電場を発生する電圧が正弦波形であ
ると有利である。しかし、この回転電場を矩形波
電圧で、あるいはパルス状に出力する電圧で、あ
るいは他の波形の電圧で発生させることもでき
る。

〔実施例〕

添付図面にこの発明による装置の実施例を模式
的に示し、この発明をより詳しく説明する。

第１図に示す装置には、四つの電極が非導電性
材料の基板（図示せず）上に、細胞を入れる室Ｋ
の側壁を形成するように配設されている。これ等
の電極は、室の四隅と基板のところで電気絶縁性
の接着剤で貼り合わせてある。電極の長さ、従つ
て室の側壁の長さは１mmで、電極の高さは0.2mm
である。それ故、上向きに開口する正方形の室Ｋ
は横寸法が１mmで、高さが0.2mmである。白金箔
の電極は、第２図に見られる順序で電圧発生器Ｇ
の増幅器Ｖに接続されている。これ等の増幅器か
ら出力する電圧は、同様に第１図から判るよう
に、それぞれ90°位相がずれているので、室の中
に回転電場が生じる。

具体例 １ 非生物粒子の判別 BaTiO₃とTiO₂から成る粒子の混合物（粒子の
平均粒径は2μｍ）を蒸留水で５回洗浄した。次
いで、痕跡量のNaClを含む水に入れた（導電率
2.6μS／cm、温度20℃）。

この粒子混合物を含む溶液の約10μの回転室
に入れた。

両方の粒子は５〜150kHzの周波数範囲で回転
方向が異なるため判別できた。BaTiO₃粒子は回
転電場と共に回転したが、TiO₂粒子は電場の回
転方向に対して逆向きに回転した。

BaTiO₃は比誘電率が2000であり、これに反し
てTiO₂は約100であることに注意すべきである。

具体例 ２ 非生物粒子の判別 具体例１と同じようにBaTiO₃粒子とTiO₂粒子
の混合物を調べた。

この混合物を含む溶液の導電率は5.2μS／cmで
あつた。

これ等の粒子は10〜300kHzの周波数範囲で互
いに逆向きの回転方向で回転した。

具体例 ３ 生きた酵母細胞と死んだ酵母細胞の判別 サツカロミセスセレビシエ（菌株93）の細胞を
培養基から蒸留水に入れた。酵母細胞の一部を５
分間85℃で加熱した。次いで、これ等の細胞を遠
心分離して洗浄した。

加熱された酵母細胞の一部を未処理の酵母細胞
と混合した。顕微鏡下では相違を判別できなかつ
た。

この混合物を導電率2μS／cmの溶液に入れた。
温度は20℃であつた。

細胞の混合物を含む溶液の約10μを回転室に
入れた。

これ等の細胞は広い周波数範囲で、即ち約
100kHzでも異なつた回転方向で回転した。この
場合、生きている細胞は回転電場の回転方向とは
逆向きに、また死んでいる細胞は印加した回転電
場の回転方向と同じ方向に回転した。

具体例 ４ 洗浄剤で損傷した細胞と損傷していない細胞の
判別 蒸留水の母液中にサツカロミセスセレビシエ
（菌株93）の細胞を入れた。この母液の一部を0.9
％HDTAB（ヘキサデシルトリメチルアンモニユ
ームブロミド）を含む溶液中に１時間ほど入れ
た。その後、これ等の細胞を遠心分離して４回蒸
留水で洗浄した。

処理した細胞と未処理の細胞から成る混合物
（溶液の導電率は2μS／cmで、温度は20℃であつ
た）を作製した。両方の細胞を顕微鏡下では判別
できなかつた。

回転室による試験で両方の細胞群の回転挙動が
異なつていた。

既に20Hzで、これ等の細胞は判別することがで
きた。何故なら、損傷していない細胞は回転電場
と同方向に回転し、損傷した細胞は回転しなかつ
た。

40kHzでは、これ等の細胞は異なつた回転方向
で回転した。その場合、損傷した細胞は回転電場
と同方向に、また損傷していない細胞は回転電場
とは逆方向に回転した。

具体例 ５ 環境有毒物質で損傷した細胞と損傷していない
細胞の判別 具体例４に記載した母液から、細胞の一部を
HgCl₂を100ppm含む溶液中に入れた。これ等の
細胞を遠心分離し、４回洗浄した後、再び処理し
た細胞と処理しない細胞との混合物を作製した。
この混合物を含む溶液の導電率は2μS／cmで、温
度は20℃であつた。混合物中に存在するこれ等の
細胞の相違は顕微鏡下では識別できなかつた。

回転室による試験により、両方の細胞群の回転
挙動は異なることが判つた。

既に，20kHzでは、これ等の細胞を区別でき
た。何故なら、損傷していない細胞は回転電場と
同方向に回転し、損傷した細胞は回転しなかつた
からである。

50kHzでは、これ等の細胞は異なつた回転方向
で回転した。この場合、損傷した細胞は回転電場
と同方向に、また損傷しない細胞は回転電場とは
逆向きに回転した。

具体例 ６ 異なつた種類の二つの酵母細胞の判別 二つの酵母細胞、サツカロミセスセレビシエ
（菌株93）とハンゼニユラ（未知種）の混合物
を作製した。顕微鏡下では、両方の細胞群はやつ
とのことで判別できた。

この細胞の混合物を蒸留水に入れた（導電率
2μS／cm、温度20℃）。

これ等の細胞はその回転挙動によつて互いに区
別できた。30kHzで、サツカロミセスセレビシエ
（菌株93）の細胞は回転電場の回転方向とは逆に
回転し、これに対して、ハンゼニユラ細胞はゆ
つくりと回転電場の回転方向で回転した。

〔発明の効果〕

この発明による粒子判別の方法と装置によれ
ば、粒子を含む液を極めて少量使用するだけで試
験検査を行える。しかも、この液に回転電場を印
加して顕微鏡下で当該粒子を観察し、粒子の回転
方向が正方向（回転電場と同じ向き）か、負方向
（回転電場とは逆向き）かを判別するだけで、特
異な特性を有する粒子（細胞、誘電物質）を判別
でき、オペレータの習熟は殆ど不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図、この発明による方法を実行する試料室
の模式平面図。第２図はこの発明による装置の回
転電場用の電圧発生器と増幅器のブロツク図。 図中参照符号、Ｋ……室、Ｇ……電圧発生器、
Ｖ……増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転電場の回転軸に平行な回転軸の周りで回
   転する、少なくとも二つの粒子群に属する媒体中
   の粒子、特に細胞を判別する方法において、回転
   周波数を可変できる回転電場を粒子に印加し、判
   別すべき粒子が異なる回転方向で回転する周波数
   に前記回転電場の周波数を同調させることを特徴
   とする方法。 ２ 回転周波数を可変できる回転電場を粒子に印
   加し、判別すべき粒子が異なる回転方向で回転す
   る周波数に前記回転電場の周波数を同調させ、回
   転電場の回転軸に平行な回転軸の周りで回転す
   る、少なくとも二つの粒子群に属する媒体中の粒
   子、特に細胞を判別する装置において、電極の間
   に粒子を入れる室または容器の中間空間を形成す
   るか、あるいは粒子を入れる室の中に突出する、
   少なくとも３個の電極を設け、前記室または容器
   の空間に電極から出る回転電場が印加するよう
   に、これ等の電極を配設し、これ等の電極に接続
   していて、可変回転周波数の回転電場を発生させ
   る装置を備えていることを特徴とする装置。 ３ 回転電場の電界強度は可変できることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項に記載の装置。 ４ 回転電場を発生する電圧は正弦波形であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項に記載の装置。