特許 5945568 粒子特性の測定

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5945568

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】粒子特性の測定

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/00 20060101AFI20160621BHJP

【ＦＩ】

   G01N15/00 A

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-139417(P2014-139417)

(22)【出願日】2014年7月7日

(62)【分割の表示】特願2011-552527(P2011-552527)の分割

【原出願日】2010年3月4日

(65)【公開番号】特開2014-186039(P2014-186039A)

(43)【公開日】2014年10月2日

【審査請求日】2014年7月31日

(31)【優先権主張番号】61/209,139

(32)【優先日】2009年3月4日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】599117680

【氏名又は名称】マルベルン インスツルメンツ リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＬＶＥＲＮ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100079980

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 伸行

(72)【発明者】

【氏名】コーベット，ジェイソン セシル ウィリアム

【審査官】 渡邊 吉喜

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５９−０７３７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０５１８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９１３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１４６８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０４４３２９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ１５／００−１５／１４

Ｇ０１Ｎ２１／００−２１／８３

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サンプル液滴中の粒子の特性を測定するための装置であって、
キュべットを保持するためのキュべットホルダーと、
サンプル液滴を受容し且つ支持するため構成された表面と、水平方向の入射光ビームを前記表面の上のサンプル液滴を照射するように垂直方向に差し向ける働きをする反射器と、前記表面及び反射器を所定位置に保持するように位置づけされた支持体とを有するサンプルキャリヤーであって、キュべットホルダー内に嵌合させるように形状及び寸法を定めた前記サンプルキャリヤーと、
光源からの空間的に干渉性をもつ光を散乱帯域を横切って散乱させるようにサンプル液滴を透過するように向けられた照射軸線を有する空間的干渉性の光源と、
前記サンプル液滴が前記表面の上に支持されているとき、該サンプル液滴中の粒子によって散乱された光を前記光源の照射軸線に対して所定の角度に方向づけされた所定の散乱光検出軸線に沿って受容するように位置づけされた少なくとも１つの空間的干渉性散乱光の検出器とから成り、該所定の散乱光検出軸線と前記照射軸線とのなす角度は、該検出器が、前記散乱帯域を横切って該角度で散乱された前記空間的干渉性をもつ光を検出することを可能にする角度であり、
前記空間的干渉性の光源は、前記反射器を経て前記サンプル液滴を透過するように向けられた照射軸線を有しており、前記空間的干渉性散乱光の検出器は、前記サンプル液滴中の粒子によって散乱された光を前記反射器を経て受容するように位置づけされていることを特徴とする粒子特性測定装置。

【請求項2】

前記支持体によって所定位置に保持された下側光学表面と上側光学表面を含む前記サンプルキャリヤーであり、前記反射器は、前記入射光ビームが前記表面の上のサンプル液滴を照射する前に該入射光ビームを前記下側光学表面を通し、前記上側光学表面を通して導く働きをする、請求項１に記載の粒子特性測定装置。

【請求項3】

前記支持体は、前記水平方向の入射光ビームを前記反射器に向けて通すアパーチャーを有する、請求項１又は２に記載の粒子特性測定装置。

【請求項4】

前記表面は、透明な光学部品の一部分である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子特性測定装置。

【請求項5】

前記サンプルキャリヤーが外寸１２ｍｍ×１２ｍｍの正方形の断面形状を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子特性測定装置。

【請求項6】

サンプル液滴中の粒子の特性を測定するための粒子特性測定方法であって、
粒子特性測定装置のキュべットホルダー内に嵌合させることができるサンプルキャリヤーの表面にサンプル液滴を接触させて支持する工程と、
水平方向の入射光ビームを前記表面の上のサンプル液滴を照射するように垂直方向に差し向ける働きをする反射器と、前記表面及び反射器を所定位置に保持するように位置づけされた支持体とを有する前記サンプルキャリヤーを準備する工程と、
空間的に干渉性をもつ空間的干渉性光を散乱帯域を横切って散乱させるように前記表面の上に支持されたサンプル液滴を照射軸線に沿って該空間的干渉性光で照射する工程と、
光が前記支持されたサンプル液滴中の粒子によって散乱された後、該散乱光の少なくとも一部分を所定の散乱光検出軸線に沿って検出する検出工程とから成り、
前記照射軸線と検出軸線とは、互いに所定の角度に方向づけし、該所定の角度は、前記散乱帯域を横切って該所定の角度で散乱された光を検出することを可能にする角度にして、
前記反射器を経て前記サンプル液滴を透過するように向けられた前記照射軸線を有しており、光検出器が、前記サンプル液滴中の粒子によって散乱された光を前記反射器を経て受容するように位置づけられることを特徴とする粒子特性測定方法。

【請求項7】

前記検出工程の結果から所定の角度分解能に関して動的光散乱測定値又は静的光散乱測定値を導出する工程をさらに含む、請求項６に記載の粒子特性測定方法。

【請求項8】

前記検出工程は、前記表面を透過して実施される、請求項６、７のいずれかに記載の粒子特性測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体サンプル中に懸濁した粒子の特性を、例えば静的光散乱（ＳＬＳ）及び、又は動的光散乱（ＤＬＳ）測定法を用いて、検出するための方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳＬＳ及びＤＬＳ測定は、典型的な例では、静止表面からの光散乱を少なくするために例えばガラスなどの高品質な光学的表面を有するキュベットを用いて実施される。しかしながら、このようなキュベットは、比較的高価であり、比較的多量のサンプル材を用いる必要がある場合がある。又、タンパク質など、ある種のサンプルから残留物を除去する（拭い取る）ことも困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第６，０１６，１９５号

【特許文献2】米国特許出願第６１／２０６，６８８号

【特許文献3】米国特許出願第６１／１９５，６４７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、その一側面においては、液体サンプル中の粒子の特性を測定するための方法であって、液体サンプルを表面張力によって支持する工程と、空間的に干渉性をもつ光を散乱帯域を横切って散乱させるように該支持された液体サンプル（被支持液体サンプル）を照射軸線に沿って該可干渉光で照射する工程を含む粒子特性測定方法にある。光が前記被支持液体サンプル中の粒子によって散乱された後、該散乱光の少なくとも一部分を所定の第１散乱光検出軸線に沿って検出する。前記照射軸線と前記検出軸線とは、互いに所定の角度に方向づけする。該所定の角度は、検出すべき前記散乱帯域を横切って該角度で散乱された光の実質的にすべてを検出することができる角度とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

好ましい実施形態では、前記方法には、前記検出工程の結果から所定の角度分解能に関して動的光散乱測定値を導出する工程を含めることができる。更に、前記方法には、前記検出工程の結果から所定の角度分解能に関して静的光散乱測定値を導出する工程を含めることができる。

【0006】

液体サンプルは、２つのウイッキング表面（流体を吸い上げる又は吸い付ける作用を有する表面）によって画定された間隙内に支持することができる。液体サンプルの下側に位置する下側光学部品の頂面によって画定されるウィッキング表面は、ウィッキング上表面（ウィッキング作用をするウエヒョウメン）と称し、液体サンプルの上側に位置する光学部品の底面によって画定されるウィッキング表面は、ウィッキング下表面（ウィッキング作用をするシタヒョウメン）と称する。前記照射工程は、前記液体サンプルの支持表面（支持されている表面）を通して実施することができる。あるいは、照射工程は、該サンプルの不支持表面（支持されていない表面）を通して実施することができる。検出工程は、該サンプルの支持表面を通して実施することができる。あるいは、検出工程は、前記サンプルの不支持表面を通して実施することができる。

【0007】

前記方法には、前記照射軸線に対して更に別の角度に方向づけされた複数の追加の検出軸線に沿って検出する複数の追加の検出工程を含めることができる。前記支持工程は、前記液体サンプルをサンプルキャリヤー内に支持することから成るものとすることができ、その場合、前記第１光学軸が前記液体サンプルと交差するように該サンプルキャリヤーを位置づけする工程を含める。前記検出工程では、後方散乱光を検出するようにすることができる。前記照射工程では、捕捉された液体サンプルを少なくとも部分的に干渉性の光で照射するようにすることができる。あるいは、前記照射工程では、捕捉された液体サンプルを干渉光で照射するようにすることができる。又、前記検出工程では、１つのサンプルに関して時間平均された散乱光を検出するようにすることができる。あるいは、又、前記検出工程では、１つのサンプルに関して時間依存散乱光を検出するようにすることができる。

【0008】

本発明は、その別の側面においては、液体サンプル中の粒子の特性を測定するための装置であって、１つ又はそれ以上のウイッキング表面と、光源からの空間的に干渉性をもつ光を散乱帯域を横切って散乱させるように該ウイッキング表面に近接するように向けられた照射軸線を有する空間的干渉性光源とを備えた粒子特性測定装置にある。少なくとも１つの空間的干渉性散乱光検出器が、上記液体サンプル中の粒子によって散乱された光を所定の第１散乱光検出軸線に沿って受容するように位置づけされる。この第１散乱光検出軸線は、液体サンプルが前記ウイッキング表面によって捕捉されているとき、前記光源の照射軸線に対して所定の角度に方向づけされたものとする。前記所定の第１散乱光検出軸線と照射軸線とのなす角度は、前記検出器が前記散乱帯域を横切って該角度で散乱された干渉光の実質的にすべてを検出することを可能にする角度とする。

【0009】

好ましい実施形態では、前記ウイッキング表面のうちの１つ又はそれ以上のウイッキング表面は、各々、１つ又はそれ以上の透明な光学部品の一部分とする。光源は、前記ウイッキング表面のうちの第１ウイッキング表面を通して光を差し向けるように位置づけすることができる。検出器は、前記ウイッキング表面のうちの第１ウイッキング表面を通して散乱光を受容するように位置づけすることができる。又、光源は、捕捉されたサンプルの、前記ウイッキング表面のいずれにも接触していない一表面上の１つの位置に向けて光を差し向けるように位置づけすることができる。検出器は、捕捉されたサンプルの、前記ウイッキング表面のいずれにも接触していない一表面上の１つの位置からの散乱光を受容するように位置づけすることができる。又、検出器は、該サンプルからの後方散乱光を受容するように位置づけすることができる。第１ウイッキング表面は、第１透明光学部品の一部とすることができ、第２ウイッキング表面は、該第１透明光学部品とは別個の第２透明光学部品の一部とすることができる。この装置には、更に、前記ウイッキング表面を所定位置に保持するように位置づけされた支持体を設けることができる。この支持体は、粒子特性測定装置の慣用のキュべットホルダーから取り外すことができる着脱自在のサンプルキャリヤー（添付図３及び４に全体図が示されている）の一部とすることができる。１つのサンプルに対して４つのウイッキング表面を設けることができる。これらの４つのウイッキング表面は、すべて、それぞれ透明な光学部品の一部とすることができる。前記光源の照射軸線は、前記ウィッキング表面のいずれをも通ることなく前記サンプルを透過するように位置づけすることができる。前記ウイッキング表面によって画定される間隙は、水性サンプルを第１ウイッキング表面と第２ウイッキング表面との間に表面張力によって保持するように寸法決めすることができる。前記第１ウイッキング表面と前記第２ウイッキング表面とは、互いに平行にしてもよい。あるいは、前記第１ウイッキング表面と前記第２ウイッキング表面とは、互いに角度をなして位置づけしてもよく、その角度は、前記光源の照射軸線と前記検出器の検出軸線との間の散乱角に等しい角度とすることができる。前記光源は、レーザとすることができる。

【0010】

別の側面においては、本発明は、液体サンプル中の粒子の特性を測定するための方法であって、液体サンプルをその少なくとも１つの被支持表面（支持されている表面）にかかる表面張力によって支持する工程と、該被支持液体サンプルを照射軸線に沿って該液体の被支持表面を通して光で照射する工程と、該照射された光が該被支持液体サンプル中の粒子によって散乱された後、該光の少なくとも一部分を第１散乱光検出軸線に沿って検出する工程を含む粒子特性測定方法にある。該照射軸線と該検出軸線は、互いに所定の角度に方向づけする。

【0011】

別の側面においては、本発明は、液体サンプル中の粒子の特性を測定するための装置であって、１つ又はそれ以上のウイッキング表面と、該ウイッキング表面の少なくとも１つを貫通するように向けられた照射軸線を有する光源と、液体サンプルが前記ウイッキング表面によって捕捉されているとき、前記光源の照射軸線に対して所定の角度に方向づけされた第１散乱光検出軸線に沿って液体サンプル中の粒子によって散乱された光を受容するように位置づけされた少なくとも１つの散乱光検出器を備えた粒子特性測定装置にある。

【0012】

更に別の側面においては、本発明は、液体サンプル中の粒子の特性を測定するための方法であって、液体サンプルをその少なくとも１つの被支持表面にかかる表面張力によって支持する工程と、該被支持液体サンプルを照射軸線に沿って光で照射する工程と、該照射された光が該被支持液体サンプル中の粒子によって散乱された後、該液体の不支持表面を通して該光の少なくとも一部分を第１散乱光検出軸線に沿って検出する工程を含む粒子特性測定方法にある。該照射軸線と該検出軸線は、互いに所定の角度に方向づけする。

【0013】

更に別の側面においては、本発明は、液体サンプル中の粒子の特性を測定するための装置であって、１つ又はそれ以上のウイッキング表面と、該ウイッキング表面に近接するように向けられた照射軸線を有する光源と、液体サンプルが前記ウイッキング表面によって捕捉されているとき、前記光源の照射軸線に対して所定の角度に方向づけされた第１散乱光検出軸線に沿って前記液体サンプル中の粒子によって散乱された光を前記ウイッキング表面によって支持されていない表面を通して受容するように位置づけされた少なくとも１つの散乱光検出器を備えた粒子特性測定装置にある。

【0014】

本発明の更に別の側面によれば、液体サンプル中の粒子の特性を測定するための方法であって、液体サンプルを毛管内に懸垂させる（流動可能状態に保持する）工程と、該懸垂された（被懸垂）液体サンプルを照射軸線に沿って光で照射する工程と、該照射された光が該被懸垂液体サンプル中の粒子によって散乱された後、該光の少なくとも一部分を第１検出軸線に沿って検出する工程を含む粒子特性測定方法にある。該照射軸線と該検出軸線は、互いに所定の角度に方向づけする。

【0015】

好ましい実施形態では、液体サンプルは、着脱自在のカバーを備えた毛管内に懸垂させることができる。あるいは、液体サンプルは、大気圧によって毛管内に懸垂させることができる。あるいは、液体サンプルは、毛管の管孔に流体連結された（hydraulically connected）（流体を連通することができるように連結された）、密封された上側表面によって毛管内に懸垂させてもよい。この密封された上側表面は、ピストンの表面とすることができる。あるいは又、液体サンプルは、ポンピング作用によって毛管内に懸垂させてもよい。この方法には、更に、該装置と共に毛管材を保管しておく工程と、サンプルを毛管内に懸垂する前記懸垂工程の前に、該保管された毛管材から前記毛管を切り取る工程を含めることができる。あるいは、この方法には、前記懸垂工程の前に、一定長の毛管材から前記毛管を切り取る工程を含めることができる。その場合、この切り取り工程と懸垂工程の両方を同じ使用者が実施することとする。毛管を用意する工程では、ガラス製の毛管を用意することができる。あるいは、プラスチック製の毛管を用意することができる。サンプルを導入する工程では、約５０μｌ（マイクロリットル）未満の液体を毛管内へ導入することができる。あるいは、サンプルを導入する工程では、約１０μｌ未満の液体を毛管内へ導入することができ、あるいは、約１μｌ未満の液体を毛管内へ導入することもできる。更に、この方法には、毛管を処分する工程を含めることができ、以後の各サンプルに対して各々新しい毛管を用いて、サンプルを毛管内へ導入し、毛管内へ懸垂させ、照射し、検出し、毛管を処分する前記各工程を反復することができる。処分工程では、毛管とサンプルを同時に処分してもよく、あるいは、毛管を処分する工程の前に毛管からサンプルを抜き取る工程を含めてもよい。

【0016】

この方法には、更に、前記検出工程の前に、液体サンプルを毛管内を通して検出位置へ流動させる工程を含めることができる。更に、後続のサンプルを次々に毛管を通して流す追加の工程を含め、各１つのサンプルを流す工程の後毎にそれぞれ検出を実施する追加の検出工程を含めることができる。液体サンプルを毛管内を通して流す工程は、連続的に実施することができる。あるいは又、この方法には、後続のサンプルを各々のための追加の毛管を通して流す工程を含め、各１つのサンプルを流す工程の後毎にそれぞれ検出を実施する追加の検出工程を含めることができる。その場合、サンプルを流す工程は、可処分（使い捨ての）毛管を通して実施することができ、更に、検出工程のうちの少なくともいくつかの検出工程の間に毛管を処分する追加の工程を含めることができる。

【0017】

本発明の更に別の側面においては、本発明は、液体サンプル中の粒子によって散乱された光を測定するための装置であって、光学的光出力軸線を有する光源と、該光源の光出力軸線内に配置されており、液体サンプルを懸垂させるための手段を備えた管のための管ホルダーと、該光源の光出力軸線に対して角度をなして方向づけされた軸線に沿って該管からの散乱光を受容するように位置づけされた少なくとも１つの散乱光検出器を含む光測定装置を提供する。

【0018】

好ましい実施形態では、この装置に一体の毛管切断機を設けることができる。毛管切断機は、毛管が光源の光出力軸線に沿って毛管ホルダー内に位置づけされている間に毛管を切断することができるように配置される。この毛管切断機には、毛管ホルダー（「管ホルダー」又は単に「ホルダー」とも称する）に取り付けられた固定ブレードを設けることができる。ホルダーは、装置から取り外すことができる着脱自在の毛管キャリヤーの一部とすることができる。毛管ホルダーは、方形の断面を有する毛管を保持する働きをする構成とすることができる。あるいは、毛管ホルダーは、円形の断面を有する毛管を保持する働きをする構成とすることもできる。又、この装置には、ホルダーによって保持された毛管を備えたものとすることもできる。この毛管は、ガラス製であってもよく、あるいは、プラスチック製としてもよい。又、この毛管は、一端が密封されたものであってもよく、両端を密封されたものとすることもできる。管ホルダーは、約５０μｌ未満の液体を収容する管を保持する働きをする構成とすることができ、あるいは、約１０μｌ未満の液体を収容する管を保持する働きをする構成とすることもでき、あるいは、約１μｌ未満の液体を収容する管を保持する働きをする構成とすることもできる。又、このホルダーは、約２ｍｍ未満の内径を有する管を保持する構造とし、かつ、該管を光源の光出力軸線内に保持することができるように適合することができ、該毛管の内径は、液体サンプルを懸垂するための手段を構成する。あるいは、この管ホルダーは、約０．５ｍｍ未満の内径を有する管を保持する構成とすることもできる。更に、この装置には、管をプロセスフロー（プロセス流体を流すための流路）に流体連結する（即ち、管とプロセスフローとの間に流体連通を設定する）ための１対の流体継手即ち流体コネクターを設けることができる。又、この装置には、管からの散乱光を光源の光出力軸線に対して（上記散乱光検出器とは異なる）別の角度に沿って受容するように位置づけされた少なくとも第２の散乱光検出器を設けることもできる。

【0019】

更に別の側面においては、本発明は、液体サンプル中の粒子によって散乱された光を測定するための装置であって、光学的光出力軸線を有する光源と、該光源の光出力軸線内に配置された毛管のための毛管ホルダーであり、約２ｍｍ未満の内径を有する毛管を保持する構造とされ、かつ、該管を光源の光出力軸線内に保持することができる構成とされている毛管ホルダーと、該光源の光出力軸線に対して角度をなして方向づけされた軸線に沿って該毛管からの散乱光を受容するように位置づけされた少なくとも１つの散乱光検出器を含む光測定装置にある。

【0020】

更に別の側面においては、本発明は、液体サンプル中の粒子からの散乱光を測定するための方法であって、新しい一定長の毛管を受け入れる工程と、液体サンプルを該一定長の毛管内に導入する工程と、該毛管内の液体サンプルを光で照射する工程と、該照射された光が該液体サンプル中の粒子によって散乱された後、該光の少なくとも一部分を検出する工程と、該毛管を処分する工程と、次いで、後続のサンプルに対して各々新しい毛管を用いて、上記受け入れ、導入、照射、検出及び処分工程を反復することから成る散乱光測定方法にある。

【0021】

更に別の側面においては、本発明は、液体サンプル中の粒子の特性を測定するための方法であって、液体サンプルを大気圧によって支持する工程と、該支持された液体サンプルを照射軸線に沿って光で照射する工程と、該光が上記被支持液体サンプル中の粒子によって散乱された後、該散乱光の少なくとも一部分を第１検出軸線に沿って検出する工程を含み、該照射軸線と該検出軸線とは、互いに所定の角度に方向づけする、粒子特性測定方法にある。好ましい実施形態では、液体サンプルは、着脱自在のカバーを備えた毛管内に支持することができる。

【0022】

更に別の側面においては、本発明は、液体サンプル中の粒子の特性を測定するための装置であって、液体サンプルを保持するためにキャビティと、該キャビティに流体連結された密封された上側表面と、該キャビティを貫通するように向けられた照射軸線を有する光源と、該液体サンプルが前記キャビティ内に捕捉されているとき、前記光源の光出力軸線に対して所定の角度に方向づけされた第１検出軸線に沿って、液体サンプル中の粒子によって散乱された光を受容するように位置づけされた少なくとも１つの散乱光検出器とを含む粒子特性測定装置にある。好ましい実施形態では、前記キャビティは、管によって画定することができる。上記密封された上側表面は、着脱自在のカバーによって形成することができる。

【0023】

更に別の側面においては、本発明は、液体サンプル中の粒子の特性を測定するための方法であって、液体サンプルを毛管内を通して流動させる工程と、該流動する液体サンプルを該毛管の壁を通して照射軸線に沿って光で照射する工程と、該照射された光が該流動する液体サンプル中の粒子によって散乱された後、該光の少なくとも一部分を第１検出軸線に沿って検出する工程を含み、該照射軸線と該検出軸線を互いに所定の角度に方向づけする粒子特性測定方法にある。

【0024】

好ましい実施形態では、この方法には、液体サンプルを毛管内を通して流動させる追加の工程を含めることができ、後続の各１つのサンプルを流す工程の後毎にそれぞれ検出を実施する追加の検出工程を含めることができる。毛管内を通して液体（サンプル）を流す工程は、可処分（使い捨ての）毛管を通して実施することができ、更に、検出工程のうちの少なくともいくつかの検出工程の間に毛管を処分する追加の工程を含めることができる。液体サンプルを毛管内を通して流す工程は、連続的に実施することができる。

【0025】

更に別の側面においては、本発明は、液体サンプル中の粒子の特性を測定するための装置であって、第１開放端と第２開放端を有する一定長の開放毛管と、該第１開放端とプロセスフローの出力端との間の入力側流体連結部（hydraulic connection）と、該第２開放端とプロセスフローの入力端との間の出力側流体連結部と、該毛管を貫通するように向けられた照射軸線を有する光源と、該液体サンプルが前記キャビティ内に捕捉されているとき、前記光源の光出力軸線に対して所定の角度に方向づけされた第１検出軸線に沿って、液体サンプル中の粒子によって散乱された光を受容するように位置づけされた少なくとも１つの散乱光検出器とを含む粒子特性測定装置にある。

【0026】

本発明による測定システムは、散乱光測定を迅速、かつ、能率的に実施することができる。サンプル流体の小滴を入射ビームの光路内に保持することによって、１つ又は複数の光散乱モードにおいて散乱光の測定を極く小さなサンプルに対して実施することができる。従って、サンプルを保持するのに用いられる機材は、処分するか、あるいは、容易に洗浄することができる。又、複数のサンプルを支持するのにそれぞれ別個のウイッキング表面を使用するので、それらの表面の容易な洗浄を可能にし、あるいは、ウイッキング表面を使い捨ての光学部品上に形成することさえもできる。毛管は、いろいろな光散乱測定法のために非常に小量の液体を保持することができ、測定後廃棄することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１Ａ〜１Ｄは、１面又は２面光学レイアウトを有するいろいろな静的及び動的光散乱測定形態におけるサンプル液滴捕捉用光学部品の使用態様を例示する一連の説明図である。

【図2】図２は、多面光学レイアウトを有する動的光散乱測定形態におけるサンプル液滴捕捉用光学部品の使用態様を例示する説明図である。

【図3】図３Ａは、図１に示されたような散乱光測定形態に使用するためのサンプルキャリヤーの等角投影図である。図３Ｂは、入射ビームのクロスオーバー(交差点）を位置決めするためにＮＩＢＳを用いた図３Ａのサンプルキャリヤーの断面図である。図３Ｃは、図３Ａのサンプルキャリヤーの一部破除された図である。

【図4】図４は、慣用のキュべットホルダーに嵌合させるのに必要とされる全体寸法を例示した図３のサンプルキャリヤーの３面からみた図である。

【図5】図５Ａは、毛管内に表面張力によって捕捉されたサンプルを示す図である。図５Ｂは、挟みつけて締めつけられた蓋を介して大気圧によって捕捉されたサンプルを示す図である。図５Ｃは、密封された蓋を介して大気圧によって捕捉されたサンプルを示す図である。図５Ｄは、サンプル液体の流路の一部として形成された毛管内に捕捉されたサンプルを示す図である。

【図6】図６は、毛管のための光学上の幾何学的形状を示す断面図である。

【図7】図７Ａは、図５Ｂに示されるようにされるようにサンプルを大気圧によって捕捉するために（毛管の頂端に取り付けられた）可撓性チューブを捕捉し密封するためのスロットを頂部に有する毛管キャリヤーの具体例を示す図である。図７Ｂは、毛管カッター４４を備えた毛管キャリヤーの具体例を示す図である。

【図8】図８は、慣用のキュべットホルダーに嵌合する全体寸法を例示した図７Ａの毛管キャリヤーの３面からみた図である。

【図9】図９Ａは、ピストンを備えた毛管内に捕捉された液体サンプルを示す図である。図９Ｂは、図９Ａの毛管の内部を示すためのカットアウェイ（破除）図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１を参照して説明すると、粒子特性測定装置のここに例示された一実施形態は、前方、側方及び後方散乱光による静的光散乱及び動的光散乱測定装置に対して、捕捉されたサンプル液滴の呈示を実施することができる。

【0029】

Ｓ／ＤＬＳ測定法（ＳＬＳ（静的光散乱）及び、又はＤＬＳ（動的光散乱）測定法）を行うには、コストを低減するためにサンプルを極く小さな容量とすることが求められる。更に、Ｓ／ＤＬＳ測定法では、静止表面からの光散乱を少なくするために非常に高品質な光学的表面が必要とされるので、光学的に低品質の使い捨てプラスチック製サンプルセル（測定のためのサンプル保持管又は容器など）の使用は排除される。更に、例えば被検サンプルであるタンパク質は、通常はかなり深く、ブラシ等の機械的洗浄用具の挿入を困難にするガラス製のキュべットから洗浄することが非常に困難であることが多い。

【0030】

しかしながら、本発明による測定器では、サンプル液滴１０を測定すべきサンプル液滴に対して下側に位置する下側光学部品１２の上表面の上に載せる（図１Ａ参照）。一実施形態においては、入射光ビーム１６と被検出光ビーム１８とを液滴１０内で交差させ、液滴１０は下側光学部品１２の上表面にのみ接触させる。別の実施形態では、上側光学部品１４をその下表面がサンプル液滴１０に接触するまで下降させる（図１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ参照）。その結果、サンプル液滴（以下、単に「サンプル」又は「液滴」とも称する）１０は、下側光学部品１２の上表面に付着したままで、上側光学部品１４の下表面上に（ウイッキング作用、即ち毛管作用により）吸い上げられ、サンプル液滴は、表面張力によって捕捉される。次いで、上側光学部品１４を引張り上げてサンプルブリッジを創生し、そのサンプルブリッジ内で入射光ビーム１６と被検出光ビーム１８とを交差させることができるようにする。上下２つの光学表面即ち上側光学部品１４の下表面と下側光学部品１２の上表面との間の距離は、通常、１〜２ｍｍ程度とする。捕捉された液滴内におけるクロスオーバー(入射光ビームと被検出光ビームとの交差点）の位置は、別個の光学系を介して、即ち、両光学表面の位置とは独立して、特許文献１（米国特許第６，０１６，１９５号）（参考として本明細書に編入されているものとする）に記載されているＮＩＢＳ技法によって後方散乱光中に設定することができる（例えば図３参照）。又、サンプル液滴は、２つ以上の光学表面（例えば、図２に示される光学部品１２、１４、２２、２４の表面）の間に捕捉させることもでき、対向する２つの表面は不平行とすることもできる（図１Ｄ参照）。サンプルに露呈される表面は、サンプルを表面張力によって捕捉するのに、及び、又は入射光ビームと被検出光ビームの光学的偏向及び焦点合わせにとって好便及び、又は必要であると考えられる任意の形状とすることができる。

【0031】

図１Ｂの例では、光は、或る適切な、明確に画定された角度で光学部品の光学表面の１つを透過して液滴１０に入射し、（やはり或る適切な角度で）光学表面を透過する前方散乱光１８Ｆ又は後方散乱光１８Ｂとして、あるいは、より高い角度で（典型的な例では入力ビーム１６に対して９０°であるが、それに限定されるものではない）液滴１０の側部を透過する側方散乱光１８Ｓとして検出される。図１Ｃの例では、光ビーム（以下、単に「光」又は「ビーム」とも称する）は、液滴１０の側部を通して入射し、上側光学部品の光学表面（下表面）と下側光学部品の光学表面（上表面）のいずれか一方又は両方を透過して、又は、液滴の側部を透過して検出される。

【0032】

ここに提案されたすべての実施例−図１Ａ〜１Ｄにおいて、すべての光ビーム（入射ビームと被検出ビーム）は、互いに明確に画定された角度を有するべきであり、中心波長λを有する疑似単色光とすべきである。ＤＬＳのためのＩＳＯ基準（ＩＳＯ ２２４１２）は、公表サイズ（粒子径）は、標準サンプルの実証値の＋／−２％とすべきであると規定している。キュミュラント分析は、標準基本還元（換算）（reduction）（冪級数による関数の近似計算、例えばテイラー還元）であり、それは、測定された（実測）量、相関関数glを下記の方程式（１）の右辺の指数級数に等式化するものである。

【0033】

【数1】

【0034】

ここで、Γは、下式（２）によってベクトルｑを介して拡散係数Ｄに関連づけられる。

【0035】

【数2】

【0036】

ここで、ｑは、下式（３）に示される通りである。

【0037】

【数3】

【0038】

ここで、θは、入射光ビームと被検出ビームとの間の角度であり、ｎは、粒子が分散されている分散剤（分散液）の屈折率である。粒子の半径ｒは、下記のストークス−アインシュタインの関係式（４）により拡散係数Ｄに関連づけられる。

【0039】

【数4】

【0040】

ここで、ｋＢは、ボルツマン定数であり、Ｔは、温度である。上記式（２）により、ｑ２は、ＩＳＯ基準に適合するように＜２％と定義すべきであり、従って、θは、１．４１４＝√２≦１．５％と定義すべきである。又、λは、ＤＬＳに関しては＜２％と定義すべきである。ＳＬＳの要件は、θを＋／−１．５％とし、λを＋／−２％とすることである。

【0041】

本発明のスキームの一実施形態が、図３に示されている。このサンプルキャリヤー３０全体が、ゼータサイザー・ナノ（Zetasizer Nano）粒子特性測定装置（キャラクタリゼーション(characterization)装置）のキュべットホルダー（図示せず）内に嵌合することができるように寸法づけされている。Ｓ／ＤＬＳに適するある程度の熱制御を得るためにゼータサイザー・ナノ粒子特性測定装置にはサーマルキャップ（図示せず）が被せられる。ゼータサイザー・ナノ粒子特性測定装置は、英国モールバーンのマルベルン インスツルメンツ社から販売されており、特許文献２（米国特許出願第６１／２０６，６８８号）（参考として本明細書に編入されているものとする）及び特許文献３（６１／１９５，６４７号）（参考として本明細書に編入されているものとする）に詳しく説明されている。

【0042】

測定が終了したならば、サンプルは、以後の使用のために光学表面から再びピペットで取り上げて移すことができ、光学表面に残留している残留物に容易にアクセスし除去することができる。

【0043】

本発明の別の実施形態では、粒子のサイズ（粒子径）及び分子量を前方、側方及び後方散乱光による静的及び動的光散乱測定のための半使い捨てサンプル呈示スキームが提案される。このスキームは、使用しやすく、かつ、半使い捨て可能な態様で非常に小容量のサンプルをＤ／ＳＬＳ装置に呈示することを可能にする。

【0044】

優れた光学的品質のガラス又はプラスチック製の毛管材は、現在では比較的安価に入手できるので、下記のスキームが提案される（図５参照）。毛管４０を所定位置（装置の光学的形状、寸法及び構造によって適宜必要とされる位置）に保持し、毛管にそのどちらかの端部から付属のチューブ又はピペットによってサンプル液を充填する。サンプル液は、下記の３つの仕組みの１つによって毛管内に保持される。第１の仕組み例では、毛管の内径を、その一端にサンプル液を毛管表面張力によって捕捉するのに充分に小さい径とし、毛管の他端を開放する（例えば、図５Ａ参照）。第２の仕組み例では、サンプル液が毛管の底部（図５ではサンプル液が保持される側の端部）の大気圧によって毛管内に捕捉されるように、毛管の頂端を何らかの手段によって密封する（例えば、図５Ｂ及びＣ参照）。第３の仕組み例では、毛管が流体回路（プロセス流体を流すための流路）の一部を形成する構成とする（例えば、図５Ｄ参照）。

【0045】

入射光ビームは、毛管４０のどの側面を通してでもサンプル液に入射させることができる（図６参照）。又、１つまたは複数の検出ビームも、毛管４０の側面のうちの任意の側面又はすべての側面を通してサンプルセル（毛管）から出射させることができる。

【0046】

毛管４０は、毛管キャリヤー４２によって所定位置に保持し（図７参照）、次いで装置内に位置づけすることができる。キャリヤー４２の寸法は、標準キュべットを使用する装置に用いることができるように標準キュべットの寸法に合わせてある。このような毛管キャリヤーの代表的な寸法は、図８に示されている。毛管をキャリヤー内に嵌めたままで所定の長さに切断するためのデバイス（毛管カッター）４４も提案されており、その一例が図７Ｂに示されている。毛管が所定位置に設定されたならば、図５に示されるようにサンプル液がピペットによって毛管の底部に注入される。この目的のためにキャリヤー４２のベース部に大きい穴が設けられている（図７参照）。測定が完了すると、サンプル液は、事後の分析のためにピペットによって毛管から抽出される。

【0047】

毛管が使用によって汚れたならば、安価に処分することができ、以後の測定のために新しい毛管を装着することができる。内径０．５ｍｍ又はそれ以下の毛管を容易に入手することができるので、初めて数十から数百ナノリッターの容量の測定を好便で半使い捨て態様で実施することを可能にした。

【0048】

図９を参照して説明すると、正確な量の液体サンプルを毛管内へ吸入し、保持し（必要ならば）、次いで吐出する（必要ならば）ためにピストン５０又はその他のポンプ送り機構を設けることができる。ピストンの使用は、極く小量の液滴であってもそれを毛管内に入射ビームの経路内に正確に位置づけすることを可能にする。ピストンは、ねじ、モーター又はその他の適当な機構によって駆動することができる。

【0049】

以上、本発明をいくつかの特定の実施形態に関連して説明したが、本発明の範囲内においていろいろな改変が考えられることは当業者には明らかであろう。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載された請求項のみによって限定されるべきものである。又、請求項に記載の記載順は、請求項中の如何なる特定の用語の意味範囲をも限定するものと解釈されるべきではない。

【符号の説明】

【0050】

１０：サンプル液滴
１２：下側光学部品
１４：上側光学部品
１６：入射光ビーム（照射軸線）
１８：被検出光ビーム（検出軸線）
１８Ｂ：後方散乱光
１８Ｆ：前方散乱光
１８Ｓ：側方散乱光
２２、２４：光学部品
３０：サンプルキャリヤー
４２：毛管キャリヤー
４４：毛管カッター（毛管切断機）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】