特表 2025-505204 粒子分析

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-02-21

(54)【発明の名称】粒子分析

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/0205 20240101AFI20250214BHJP

   G01N 15/0227 20240101ALI20250214BHJP

【ＦＩ】

G01N15/0205

G01N15/0227 110

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024546440

(86)(22)【出願日】2022-02-07

(85)【翻訳文提出日】2024-10-02

(86)【国際出願番号】 IB2022051023

(87)【国際公開番号】W WO2023148528

(87)【国際公開日】2023-08-10

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518101646

【氏名又は名称】マルバーン パナリティカル リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100113170

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 和久

(72)【発明者】

【氏名】エルサイエド，ヤフヤ

(72)【発明者】

【氏名】ロジャーズ，イアン

(72)【発明者】

【氏名】シャドボルト，マーク

(57)【要約】

粒子特性評価装置（１００、２００）が開示される。粒子特性評価装置（１００、２００）は、希釈液に懸濁した粒子を含むサンプル（１０４、２０４）を保持するためのサンプルセル（１０６、２０６）と、サンプル（１０４、２０４）を光ビーム（１０８、２０８）で照射することによって、光ビーム（１０８、２０８）と粒子との相互作用から散乱光を生成するように構成された光源（１０１、２０１）と、散乱光を検出し、希釈液中の粒子の拡散係数を表す散乱データを出力するように構成された光検出器（１０３、２０３）と、散乱データから粒子の特性を判定するように構成されたプロセッサ（１０５、２０５）と、サンプルセル（１０６、２０６）の壁（１１６、２１６）と熱伝導接触し、サンプル（１０４、２０４）から５ｍｍ未満の距離にある温度センサ（１０７、２０７）と、を含む。プロセッサ（１０５、２０５）は、温度センサ（１０７、２０７）の出力を用いて粒子の特性を判定するように構成されており、プロセッサ（１０５、２０５）によって判定された粒子の特性は、温度センサ（１０７、２０７）からの出力に応答する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粒子特性評価装置であって、
希釈液に懸濁した粒子を含むサンプルを保持するためのサンプルセルと、
前記サンプルを光ビームで照射することによって、前記光ビームと前記粒子との相互作用から散乱光を生成するように構成された光源と、
前記散乱光を検出し、前記希釈液中の前記粒子の拡散係数を表す散乱データを出力するように構成された光検出器と、
前記散乱データから前記粒子の特性を判定するように構成されたプロセッサと、
前記サンプルセルの壁と熱伝導接触し、前記サンプルから５ｍｍ未満の距離にある温度センサと、
を含み、
前記プロセッサは、前記温度センサの出力を用いて前記粒子の特性を判定するように構成されており、前記プロセッサによって判定された前記粒子の特性は、前記温度センサからの出力に応答する、
粒子特性評価装置。

【請求項2】

前記サンプルセルは、前記サンプルセルの壁を規定する光学部品を含み、前記温度センサは、前記光学部品に規定された凹部または貫通穴内に配置される、
請求項１に記載の粒子特性評価装置。

【請求項3】

前記凹部または前記貫通穴内に配置され、前記温度センサおよび前記光学部品と接触する熱伝導性ポッティングコンパウンドをさらに含む、
請求項２に記載の粒子特性評価装置。

【請求項4】

前記光学部品は、前記光ビームを前記サンプル内に屈折させるように構成された光学プリズムを含む、
請求項２または３に記載の粒子特性評価装置。

【請求項5】

前記壁は、前記サンプルと接触する内面を含み、
（ｉｉ）前記光学プリズムは、前記光ビームが前記プリズムに入射する第１表面と、前記サンプルと接触する第２表面とを含み、前記第１表面は、前記第２表面に対して１０度と８０度との間の角度にあり、
および／または、
（ｉ）前記光学プリズムは、前記サンプル内の前記光ビームが前記第２表面に対して１０度未満の角度になるように、前記光ビームを前記サンプル内に屈折させるように構成可能である、
請求項４に記載の粒子特性評価装置。

【請求項6】

前記光検出器は、検出光路に沿って散乱光を受光するように構成されており、散乱領域が前記検出光路と前記照射光ビームとの交差点によって規定され、前記温度センサは、前記散乱領域から２０ｍｍ未満の距離にあり、選択的に前記散乱領域から少なくとも５ｍｍの距離にある、
請求項１～５のいずれか１項に記載の粒子特性評価装置。

【請求項7】

前記光検出器は、検出光路に沿って散乱光を受光するように構成されており、前記温度センサは、前記検出光路から少なくとも５ｍｍのオフセットで配置される、
請求項１～６のいずれか１項に記載の粒子特性評価装置。

【請求項8】

前記サンプルセルの前記壁は、ケイ酸ガラスを含むか、またはケイ酸ガラスから構成されている、
請求項１～７のいずれか１項に記載の粒子特性評価装置。

【請求項9】

前記サンプルセルの前記壁は、波長５００ｎｍで少なくとも１．５の屈折率ｎを有する透明材料で構成されている、
請求項１～８のいずれか１項に記載の粒子特性評価装置。

【請求項10】

ナノ粒子追跡分析（ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ、ＮＴＡ）または動的光散乱法（ｄｙｎａｍｉｃ ｌｉｇｈｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ、ＤＬＳ）を実行するように構成されている、
請求項１～９のいずれか１項に記載の粒子特性評価装置。

【請求項11】

前記サンプルセルから少なくとも１０ｍｍ離れ、前記サンプルセルの領域内の周囲温度を測定するように構成された周囲温度センサをさらに含む、
請求項１～１０のいずれか１項に記載の粒子特性評価装置。

【請求項12】

（ｉ）前記プロセッサは、空気温度を受信し、前記温度センサの出力と前記周囲温度との両方に応じてサンプル温度を判定するように構成されており、
および／または、
（ｉｉ）前記装置は、前記サンプルの温度を制御するように動作可能な温度調節器を含み、前記装置は周囲温度補正モードで動作可能であり、前記周囲温度補正モードでは、前記温度調節器は、前記サンプルの温度を前記周囲温度センサによって測定された温度に一致させるように用いられる、
請求項１１に記載の粒子特性評価装置。

【請求項13】

表面を有する光学部品と、
前記表面と伝導的に結合し、前記表面から５ｍｍ以内に配置された温度センサと、
を含む、
装置。

【請求項14】

希釈液に懸濁した粒子を含むサンプルを光ビームで照射し、前記光ビームと前記粒子との相互作用によって散乱光を生成することと、
光検出器によって前記散乱光を検出し、前記希釈液中の前記粒子の拡散係数を表す散乱データを生成することと、
前記散乱データから前記粒子の特性を判定するように前記散乱データを処理することと、
前記サンプルを含むサンプルセルの壁と熱伝導接触する温度センサを用いて前記サンプルの温度を測定し、前記温度センサが前記サンプルから５ｍｍ未満の距離にあることと、
を含み、
前記散乱データを処理することは、前記温度センサの出力を用いて前記粒子の特性を判定し、判定された前記粒子の特性は、前記温度センサからの出力に応答する、
粒子特性評価方法。

【請求項15】

（ｉ）周囲空気温度の測定値を受信し、前記温度センサの出力と前記周囲温度との両方に応じてサンプル温度を判定すること、
および／または、
（ｉｉ）前記サンプルの温度を周囲空気温度に一致させるように動作可能な温度調節器を用いること、
をさらに含む、
請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学粒子分析の方法、および、光学粒子分析のための機器に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明は、ナノ粒子追跡分析（ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ、ＮＴＡ）を実行するための機器および方法に関し、より一般的には、粒子温度に敏感な光学粒子分析の任意の方法に関連する。

【0003】

ナノ粒子追跡分析は、液体中のナノ粒子を直接的にかつリアルタイムで視覚化および分析するための、比較的最近開発された方法である（例えば、国際公開第ＷＯ２００３／０９３８０１号を参照）。ＮＴＡは、分散液中に懸濁した粒子を照射する光源（例えば、レーザ）と、粒子から散乱した光を検出するために光学検出器を使用する。粒子が小さすぎて直接画像化できない場合でも、散乱光を検出するように配置されたカメラなどによって、粒子から散乱した光を容易に検出できる。

【0004】

各粒子からの散乱を追跡し、ナノ粒子のブラウン運動を解析することができる。粒子サイズは、その動きから推測できる。粒子からの散乱の明るさによって、粒子の不均一な混合物が分離可能になる。ＮＴＡは、粒子濃度の推定や粒度分布の推定にも使用可能である。ＮＴＡによって取得された粒度分布プロファイル（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅ）は、直に数の分布／周波数の分布である。

【0005】

ＮＴＡはすでに当業者に認められた技術用語である。ＮＴＡを使用して収集されたデータを参照する科学論文やプレゼンテーションの数が９００を超えた。また、この用語は、例えば、米国試験材料協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、ＡＳＴＭインターナショナル）、米国環境保護庁（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ、ＥＰＡ）、米国食品医薬品局（Ｆｏｏｄ ａｎｄ Ｄｒｕｇ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ、ＦＤＡ）、米国国立衛生研究所（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ、ＮＩＨ）によって使用されている。

【0006】

ＮＴＡによる個別のナノ粒子のサイズ分けは、適切な光源（例えば、レーザ）によって照射されるときに、液体中に懸濁したミクロン粒子およびサブミクロン粒子が示すブラウン運動への分析に基づくものである。これらの粒子によって散乱される光は、顕微鏡配置（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃａｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）によって検出され、当該顕微鏡配置によって、光の一部が、ビデオカメラで画像化される粒子で散乱される。

【0007】

既知の時間間隔（例えば、通常は１秒あたり３０フレームというカメラのフレームレートの逆数）で任意の粒子が移動する平均距離は、ストークス・アインシュタインの関係式（Ｓｔｏｋｅｓ－Ｅｉｎｓｔｅｉｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ）に沿って粒子サイズに関連する。この関係式では、周囲の液体の温度と粘度が既知数である。ストークス・アインシュタインの関係式は以下の通りである。

【0008】

【数1】

【0009】

ここで、Ｄは分散剤中の粒子の拡散係数であり、ｋ_Ｂはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度であり、ηは分散剤の動粘度であり、ｒは粒子の流体力学的半径である。

【0010】

ナノ追跡分析では、ストークス・アインシュタインの関係式を次のように書き直すことができる。

【0011】

【数2】

【0012】

ここで、〈ｘ，ｙ〉^２は連続するフレーム間の平均二乗変位であり、ｔ_ｓはフレーム時間である。

【0013】

ブラウン運動は粒子の質量、粒子密度、および粒子の光学特性に実質的に依存しないため、ＮＴＡ（関連技術の動的光散乱法（ｄｙｎａｍｉｃ ｌｉｇｈｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ、ＤＬＳ）と同様に）は絶対的な手法であり、これらの粒子特性に依存しないという利点があり、使用時にキャリブレーションを必要としないという利点がある。懸濁液内で粒子を個別に（かつ同時に）調べるため、高解像度の粒度分布プロファイルを生成することができる。

【0014】

動的光散乱法（ＤＬＳ）は、光子相関法（ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＰＣＳ）とも呼ばれ、ブラウン粒子の動きを検出して粒子の特性を判定するもう１つの技術である。ＤＬＳにおいて、光源は、希釈液中に懸濁した粒子を含むサンプルを照射するように使用される。粒子によって散乱された光が検出される。散乱光の強度は、照射された粒子のブラウン運動により、時間とともに変化する。自己相関関数は、散乱強度の時間履歴から判定可能である。散乱ベクトル（通常はｑで表される）が分かれば、自己相関関数から拡散係数Ｄが判定可能である。例えば、単分散ナノ粒子（ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ）の希薄溶液の場合、正規化された自己相関関数ｇ^（１）（ｔ）は、以下の数式に従って散乱ベクトルｑおよび拡散係数に関連することが示されている。

【0015】

【数3】

【0016】

拡散係数は、ストークス・アインシュタインの関係式を介して粒子サイズに関連付けることができる。

【0017】

ストークス・アインシュタインの関係式を介して粒子の特性を決定するためにブラウン粒子運動の特性評価に依存する技術は、温度に敏感である。一般的には、ＮＴＡおよびＤＬＳの装置は温度制御システムを含み、温度制御システムは、温度が粒子の特性評価に誤差をもたらさないように、サンプルが特定かつ既知の温度を有することを確保する。

【0018】

温度制御の精度向上の技術がかなり進んでいるが、まだ改善の余地がある。粒子の特性評価において温度関連の誤差を最小限に抑えることが望ましい。

【発明の概要】

【0019】

第１の態様に基づいて、粒子特性評価装置が提供される。
当該粒子特性評価装置は、
希釈液に懸濁した粒子を含むサンプルを保持するためのサンプルセルと、
サンプルを光ビームで照射することによって、光ビームと粒子との相互作用から散乱光を生成するように構成された光源と、
散乱光を検出し、散乱データを出力するように構成された光検出器と、
散乱データから粒子の特性を判定するように構成されたプロセッサと、
サンプルセルの壁と熱伝導接触し、サンプルから５ｍｍ未満の距離にある温度センサと、
を含み、
プロセッサは、温度センサの出力を用いて粒子の特性を判定するように構成されており、プロセッサによって判定された粒子の特性は、温度センサからの出力に応答する。

【0020】

温度センサは、サンプルから３ｍｍ未満の距離に配置され得る。

【0021】

散乱データは、希釈液中の粒子の拡散係数を表してもよい。散乱データは、散乱強度の時間履歴、または、個別の粒子が追跡可能な一連の画像を含んでもよい。

【0022】

サンプルセルは、サンプルセルの壁を規定する光学部品を含み、温度センサは、光学部品に規定された凹部または貫通穴内に配置される。

【0023】

粒子特性評価装置は、凹部または貫通穴内に配置されて温度センサおよび光学部品と接触する熱伝導性ポッティングコンパウンドをさらに含んでもよい。

【0024】

当該穴は、超音波ドリル加工（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｒｉｌｌｉｎｇ）によって形成され得る。

【0025】

光学部品は、金属コーティング領域を含む表面を含んでもよい。金属コーティング領域は、散乱光を反射するように構成され得る。表面は、非コーティング領域を含んでもよい。光ビームは、非コーティング領域を通って光学部品から出射してサンプルに入射するように構成され得る。光ビームが非コーティング領域を通って光学部品から出射する出射位置は、金属コーティング領域から５ｍｍ以内であってもよい。

【0026】

光学部品は、光ビームが表面に対して１０度以下、または５度以下の角度（例えば、表面に平行する角度）になるように、光ビームを屈折させるように構成され得る。

【0027】

光学部品は、光ビームをサンプル内に屈折させるように構成された光学プリズムを含む。

【0028】

光学プリズムは、光ビームがプリズムに入射する第１表面（角度のある表面）を含んでもよい。壁は、サンプルと接触する第２表面（内面）を含んでもよい。光学プリズムは、サンプルにおいて光ビームが第２表面（内面）に対して２０度未満の角度になるように、光ビームをサンプルに屈折させるように構成され得る。第１表面は、内側表面に対して１０度と８０度との間の角度（または５０度と７０度との間の角度）にあってもよい。

【0029】

第２表面（内面）は、前述した表面（すなわち、非コーティング領域や金属コーティング領域などを含む表面）であってもよい。

【0030】

光検出器は、検出光路に沿って散乱光を受光するように構成されている。光検出器は、任意の適切なレンズおよび検出器の配置を含んでもよい。光検出器は、表面の平面（例えば、第２表面（内面）、および／または、表面の金属コーティング領域）に対して、垂直または高角度でファーフィールド（ｆａｒ ｆｉｅｌｄ、遠方場とも呼ばれる）に配置され得る。

【0031】

散乱領域は検出光路と照射光ビームとの交差点によって規定される。温度センサは散乱領域から２０ｍｍ未満の距離にあってもよい。温度センサは散乱領域から１５ｍｍ未満の距離にあってもよい。温度センサは散乱領域から少なくとも５ｍｍ（または少なくとも１０ｍｍ）の距離にあってもよい。温度センサは検出光路から少なくとも５ｍｍ（または少なくとも１０ｍｍ）のオフセットに位置してもよい。

【0032】

サンプルセルの壁は透明であってもよい。

【0033】

サンプルセルの壁は、ケイ酸ガラス（例えば、ＢＫ７もしくは他のホウケイ酸クラウンガラス（ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｃｒｏｗｎ ｇｌａｓｓ））を含んでもよく、または、ケイ酸ガラスから構成され得る。

【0034】

サンプルセルの壁は、波長５００ｎｍで少なくとも１．５の屈折率ｎを有する材料で構成され得る。

【0035】

粒子特性評価装置は、ナノ粒子追跡分析（ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ、ＮＴＡ）または動的光散乱法（ｄｙｎａｍｉｃ ｌｉｇｈｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ、ＤＬＳ）を実行するように構成され得る。

【0036】

粒子特性評価装置は周囲温度センサをさらに含んでもよく、周囲温度センサは、サンプルセルから少なくとも１０ｍｍ離れ、サンプルセルの領域内の周囲温度を測定するように構成され得る。

【0037】

プロセッサは、空気温度を受信し、温度センサの出力と周囲温度との両方に応じてサンプル温度を判定するように構成され得る。

【0038】

装置は、サンプルの温度を制御するように動作可能な温度調節器を含んでもよい。装置は周囲温度補正モードで動作可能であり、周囲温度補正モードでは、温度調節器は、サンプルの温度を周囲温度センサによって測定された温度に一致させるように用いられる。

【0039】

第２の態様に基づいて、装置が提供される。
当該装置は、
表面を有する光学部品と、
表面と伝導的に結合し、表面から５ｍｍ以内に配置された温度センサと、
を含む。

【0040】

温度センサは、表面から３ｍｍ以内に配置され得る。

【0041】

光学部品は、粒子特性評価装置に使用可能である。
当該粒子特性評価装置は、
透明な光学部品を通る光ビームでサンプルを照射するように構成された光源であって、サンプルは、希釈液に懸濁した粒子を含み、透明な光学部品と接触する、光源と、
光ビームと粒子との相互作用を原因とする散乱光を検出し、希釈液中の粒子の拡散係数を表す散乱データを出力するように構成された光検出器と、
散乱データから粒子の特性を判定するように構成されたプロセッサと、
を含む。

【0042】

光学部品は、プリズムであってもよい。プリズムは第１表面を有してもよい。（温度センサが５ｍｍ以内に配置された）表面は第２表面であってもよい。

【0043】

第２表面は、金属コーティング領域を含んでもよい。金属コーティング領域は光学的に不透明であってもよい。表面は、非コーティング領域を含んでもよい。光ビームは、非コーティング領域を通って光学部品から出射してサンプルに入射するように構成され得る。光ビームが非コーティング領域を通って光学部品から出射する出射位置は、金属コーティング領域から５ｍｍ以内であってもよい。

【0044】

光学部品は、光ビームが表面に対して１０度以下、または５度以下の角度（例えば、表面に平行する角度）になるように、光ビームを屈折させるように構成され得る。

【0045】

第２表面は、平坦で、サンプルセルの内面を形成するように構成され得る。

【0046】

光学部品は凹部または貫通穴をさらに含んでもよく、温度センサは凹部または貫通穴内に配置され得る。

【0047】

光学部品は、熱伝導性ポッティングコンパウンドをさらに含んでもよく、熱伝導性ポッティングコンパウンドは、第２表面から温度センサへの熱接触を改善するように凹部または貫通穴内に配置される。

【0048】

当該穴は、超音波ドリル加工によって形成され得る。

【0049】

光学部品は、第２表面から水に出射する光ビームが第２表面に対して１０度以下の角度になるように、第１表面に対して垂直にプリズムに入射する光ビームを屈折させるように構成され得る。

【0050】

第２表面は、第１表面に対して１０度と８０度との間の角度（または５０度と７０度との間の角度）にあってもよい。

【0051】

光学部品は、ケイ酸ガラス（例えば、ＢＫ７もしくは他のホウケイ酸クラウンガラス）を含んでもよい。

【0052】

光学部品は、波長５００ｎｍで少なくとも１．５の屈折率ｎを有する材料で構成され得る。

【0053】

光学部品は、第１の態様に基づく装置におけるサンプルセルの壁として使用可能である。

【0054】

第３の態様に基づいて、粒子特性評価方法が提供される。
粒子特性評価方法は、
希釈液に懸濁した粒子を含むサンプルを光ビームで照射し、光ビームと粒子との相互作用によって散乱光を生成することと、
光検出器によって散乱光を検出し、散乱データを生成することと、
散乱データから粒子の特性を判定するように散乱データを処理することと、
サンプルを含むサンプルセルの壁と熱伝導接触する温度センサを用いてサンプルの温度を測定し、温度センサがサンプルから５ｍｍ未満の距離にあることと、
を含み、
散乱データを処理することは、温度センサの出力を用いて粒子の特性を判定し、判定された粒子の特性は、温度センサからの出力に応答する。

【0055】

方法は、周囲空気温度の測定値を受信し、温度センサの出力と周囲温度との両方に応じてサンプル温度を判定することをさらに含んでもよい。

【0056】

散乱データは、散乱光のビデオを含んでもよい。

【0057】

散乱データは、希釈液中の粒子の拡散係数を表してもよい。

【0058】

方法は、サンプルの温度を周囲空気温度に一致させるように動作可能な温度調節器を用いることをさらに含んでもよい。

【0059】

第４の態様に基づいて、サブミクロン粒子（ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｎ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ）の光学検出および／または光学分析のための方法が提供される。
方法は、
（ｉ）焦点の絞った光ビームで光学部品を照射することであって、光学部品の１つの表面の一部が膜にコーティングされており、当該膜が光学的に不透明な金属を含み、表面のもう一部がコーティングされていないによって、表面がコーティング部分および隣接の非コーティング部分を有し、焦点の絞った光ビームは、コーティング表面の非コーティング部分の位置で光学部品に入射し、入射位置が表面の金属膜のコーティング部分に隣接するか、または金属膜のコーティング部分から５ｍｍ以内にあってコーティング部分と一致しておらず、焦点の絞った光ビームは、光ビームの少なくとも一部が、金属膜の表面の上で、かつ、金属膜の表面と平行するかまたは５度未満の角度となるように伝播するように光学部品に入射することと、
（ｉｉ）金属膜の上を伝播する光ビームによって照射された領域に粒子が入るように、サブミクロンサイズの粒子または粒子の集団を含むサンプルを基板の表面に配置することと、
（ｉｉｉ）金属膜の平面に対して垂直または高角度でファーフィールドに配置された適切なレンズおよび検出器によって、粒子が光ビームと相互作用することで、個別に散乱される光放射、または、粒子から放射される光放射を検出することと、
を含む。

【0060】

光学部品は、温度センサをさらに含み、温度センサは、サンプルセルの壁と熱伝導接触し、サンプルから５ｍｍ未満の距離にある。

【0061】

第５の態様に基づいて、第４の態様の方法を実行するための機器が提供される。
当該機器は、基板と、照射手段と、検出器とを含む。基板の１つの表面の一部は、光学的に不透明な金属を含む膜にコーティングされており、表面のもう一部はコーティングされていない。これにより、表面がコーティング部分および隣接の非コーティング部分を有する。照射手段は焦点の絞った光ビームで当該表面を照射する。照射手段は光照射の光源を含む。光ビームは、コーティング表面の非コーティング部分の位置で基板に入射する。入射位置が表面の金属膜のコーティング部分に隣接するか、または金属膜のコーティング部分から５ｍｍ以内にあってコーティング部分と一致していない。光ビームが、金属膜の表面の上で、かつ、金属膜の表面と平行するかまたは５度未満の角度となるように伝播する。検出器は、ファーフィールドに配置され、粒子が光ビームと相互作用することで散乱される光放射、または、粒子から放射される光放射を検出する。

【0062】

各態様の特徴（選択的な特徴を含む）は、任意の他の態様の特徴と組み合わせ可能である。第１の態様、第２の態様または第５の態様で言及した特徴は、第３の態様に基づく方法にも使用可能である。第１の態様または第２の態様で言及した特徴（選択的な特徴を含む）は、第４の態様に基づく方法にも使用可能である。

【0063】

実施例は、例示のみのために、図面を参照しながら説明される。

【図面の簡単な説明】

【0064】

【図1】装置がナノ粒子追跡分析評価装置であり、温度センサがプリズム内の貫通穴に設けられた実施例を示す図

【図2】装置がナノ粒子追跡分析評価装置であり、温度センサがサンプルと接触する薄膜センサを含む実施例を示す図

【図3】装置が動的光散乱法評価装置であり、温度センサがサンプルセル内の凹部に設けられた実施例を示す図

【図4】装置が動的光散乱法評価装置であり、温度センサがサンプルセルのベースと接触するヒートスプレッダに設けられた実施例を示す図

【図5】いくつかの実施例で達成できる精度を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0065】

図１を参照すると、１つの実施例に基づくＮＴＡ装置１００は概略的に示されている。装置１００は、光源１０１と、サンプルセル１０６と、光検出システム１０２と、プロセッサ１０５とを含む。

【0066】

光源１０１は、光ビーム１０８を生成し、光ビーム１０８は、サンプルセル１０６の一部を形成するプリズム１１０によって、サンプル１０４に屈折される。光ビーム１０８は、サンプル１０４の粒子との相互作用によって散乱光を生成する。粒子からの散乱光は、光検出システム１０２によって検出され、光検出システム１０２は一般的には撮像カメラを有する従来の顕微鏡である。光検出システム１０２の光検出器１０３は、図１に概略的に示されている（実際の縮尺ではない）。

【0067】

粒子は、光検出システム１０２によって撮像される各連続フレームにおいて追跡され、粒子の拡散係数は、本発明の背景技術で説明したようにプロセッサ１０５によって判定される。プリズム１１０は貫通孔または凹部を含み、貫通孔または凹部の中に、温度センサ１０７がサンプル１０４に近接して配置される。プリズム１１０がサンプルと直接的に接触しており、かつ、プリズムの熱伝導率が比較的高い（例えば、温度センサ１０７とサンプル１０４との間の温度勾配およびその後の温度差を最小化するのに十分な高さ）ため、温度センサ１０７は、サンプル１０４の温度に対して比較的正確な測定を提供する。

【0068】

追跡される各粒子に対して、プロセッサ１０５は拡散係数を推定する。拡散係数から、ストークス・アインシュタインの関係式（個別の粒子ベース、または、平均もしくは集団ベースのいずれか）を使用して、粒子の流体力学的半径を判定することができる。ストークス・アインシュタインの関係式では、サンプルの温度が既知数である必要がある。温度センサ１０７は、サンプル温度に対して比較的正確な測定を提供し、プロセッサ１０５は、この比較的正確な測定を用いて、粒子サイズに対して比較的正確な推定値を判定する。また、プロセッサ１０５は、粒子濃度の推定を提供するために、粒子の数をカウントするように構成され得る。プロセッサ１０５は、例えば、各粒子サイズの濃度に基づいて粒度分布を判定してもよい。

【0069】

一般的な従来技術のＮＴＡ装置において、ストークス・アインシュタインの関係式で使用される温度は、通常、サンプルなし（ｏｆｆ－ｓａｍｐｌｅ）で測定されるものである。サンプル量が少ないことによる問題点に加えて、サンプルの汚染に対する懸念から、通常、センサをサンプルに接触させない。一般的な従来技術のＮＴＡ装置において、サンプルの温度は、周囲温度から推測されるか、または、温度調節器（例えば、熱電温度コントローラ）上の温度センサ、もしくは温度調節器に近い温度センサから推測される。このようにサンプルの温度を判定する手法は、一般的には誤差に関わる。

【0070】

プリズムを使用しない従来技術システムにおいて、通常、温度センサをサンプルから１ｃｍまたは２ｃｍよりも近づけることが困難である。このような状況では、通常、温度センサとサンプルとの間に複数の材料と界面が存在するため、熱流による温度オフセットへの補正が困難になり、異なる装置間において潜在的な変動が生じる。対照的に、本実施例における温度センサは、サンプルに非常に近くに配置され、温度センサとサンプルとの間には単一の材料がある。温度センサとサンプルとの間のプリズムの領域のサーマルマスは、熱遅延（ｔｈｅｒｍａｌ ｌａｇ）がほとんどないほど十分に低く、通常、温度の定常状態オフセットが比較的低いほどに、プリズム材料の熱伝導率が高い。

【0071】

プリズムをサンプルセル１０６の一部として使用することによって、光散乱用の細いビームの形成が可能となり、また、サンプル１０４に近い位置からサンプル１０４の温度を高精度に測定できるように、埋め込みセンサの使用も可能になる。

【0072】

プリズム１１０を使用して光を液体のサンプル１０４に直接的に屈折させることによるさらなる利点は、光がそれにより薄いシートのようにサンプルに向けられることである。光検出システムの撮像領域とサンプル中の照射光ビームとの交差点によって、粒子の検出される散乱領域が定義される。細い光ビームによって、コンパクトな設計が可能となり、サンプルをサンプルセルに導入するためのマイクロ流体工学の使用を可能となり、サンプル量を節約することができる。

【0073】

光源１０１は、レーザ（例えば、可視波長、または３８０ｎｍ～７００ｎｍの範囲の波長を有するレーザ）であってもよい。光ビーム１０８は、第１表面１１１上のプリズム１１０に入射する。光ビーム１０８は、第１表面１１１に対して垂直であってもよい。光ビーム１０８は、プリズム１１０の第２表面（上面）１１２から出射し、（プリズムとサンプルを含む希釈剤との間の屈折率の差によって）屈折する。仮に光が第１表面１１１に垂直する場合、第１表面１１１と第２表面１１２との間の角度は、光ビームが非常に浅い角度、通常は５度未満で第２表面から出射するように選択され得る。その結果、光ビームが第２表面をかすめるか、または第２表面と実質的に平行になる。希釈剤は、例えば、水と仮定してもよく、（仮に光ビームが第１表面に対して垂直に入射する場合において）第１表面１１１と第２表面１１２との間の適切な角度は、プリズムの屈折率に基づいて選択され得る。プリズム１１０は、少なくとも１．４、または少なくとも１．５の屈折率を有してもよい。プリズム１１０は、ＢＫ７などのケイ酸ガラスを含んでもよい。

【0074】

プリズム１１０の貫通孔または凹部は、任意の適切な技術を用いて形成され得る。例えば、穴または凹部は、レーザ加工されてもよく、または超音波で穿孔されてもよい。出願人は、超音波ドリル加工で貫通孔を形成することが、プリズム１１０において光ビーム１０８が通過する部分に損傷をもたらさないため、特に適切な手法であることを発見した。

【0075】

この実施例では、温度センサ１０７は、プリズム１１０の第２表面１１２から約３ｍｍにあり、よって、サンプル１０４からも約３ｍｍにある。プリズム１１０における穴または凹部の形成によっては、光を散乱させ得る微小亀裂および欠陥を生じさせる可能性がある。そのため、温度センサ１０７は、光検出システム１０２および照射光ビーム１０８の視野から十分に離れて配置され、（照射光ビームの散乱、または粒子からの散乱光の散乱による）光学ノイズに影響を受けないことが望ましい。また、温度センサは、温度センサ１０７によって測定された温度が散乱領域におけるサンプルの温度を表すほど、散乱領域に十分近づくべきである。

【0076】

この例では、温度センサ１０７は、検出光路（この場合では、顕微鏡の視野）と照射光ビームとの交差点によって定義される散乱領域から１５ｍｍ以内の位置に配置される。また、温度センサ１０７は、検出光路１０９の軸心から少なくとも１０ｍｍずれて位置付けられている。同様に、温度センサ１０７は、照射光ビーム１０８から少なくとも１０ｍｍ離して配置される。

【0077】

温度センサ１０７は、任意の適切な装置であってもよい。例えば、事前に校正されたサーミスタ（例えば、負係数のサーミスタ）が使用可能である。このようなセンサは、容易に入手することができ、正確で、小型で低コストである。

【0078】

プリズム１１０の上面は、散乱光を反射する金属コーティング領域と、照射光ビーム１０８がプリズム１１０から出射してサンプル１０４に入射する非金属コーティング領域とを含む。照射光ビーム１０８は、金属コーティング領域に近い位置、例えば、金属コーティング領域の５ｍｍ以内または２ｍｍ以内の位置でプリズム１１０から出射する。照射光ビーム１０８は、サンプルに屈折されて、金属コーティング領域のすぐ上のサンプルの領域を、上面１１２の金属コーティング領域に実質的に平行なビームで照射する。金属コーティング領域は、散乱を光検出システム１０２に反射し、粒子からの散乱を検出することの容易さを向上させる。

【0079】

照射光ビーム１０８は、光源１０１とプリズム１１０との間に配置された少なくとも１つの光整形（ｌｉｇｈｔ ｓｈａｐｉｎｇ）光学部品１２１によって整形されてもよい。光整形光学部品１２１はレンズ素子として図１に概略的に示されているが、光整形光学部品１２１は、光源１０１からの光ビーム１０８を整形してサンプルセル１０６に導くために、屈折光学素子とミラーとの組み合わせを含んでもよい。

【0080】

サンプル１０４中の照射光ビーム１０８は、上面１１２の金属コーティング領域に隣接する光のシートを形成してもよい。光ビーム１０８は、直線偏光で、コリメートで、対称的で、薄いものであってもよい。

【0081】

この光検出システム１０２は、光検出レンズ１２３と光検出器１０３とを含むものとして、図１に概略的に示されている。すでに説明したように、ＮＴＡに適した一般的な光検出システムは、撮像カメラを有する、実質的に標準的な顕微鏡を含んでもよい。例えば、長作動距離対物レンズは、従来の微細光路（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｉｎ）および撮像センサ（例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）とともに使用可能である。

【0082】

サンプルセル１０６はカバーシート１１３を含み、粒子からの散乱光はカバーシート１１３を通じて光検出システム１０２に到達する。カバーシートは、ガラス（例えば、ケイ酸ガラスまたはホウケイ酸ガラス）を含んでもよい。プリズム１１０とカバーシート１１３とともに、サンプル１０４を保持するサンプルセル１０６を規定する。サンプルセル１０６は、フローセルの一部を含んでもよく、入口１１４および出口１１５を有する。カバーシート１１３は、さらなる流路を規定するプラスチック要素によって保持されてもよく、当該更なる流路はサンプルを入口１１４および出口１１５と連通させる。

【0083】

プリズム１１０は温度調節器１２０に取り付けられており、温度調節器１２０は、（例えば、プロセッサ１０５からの制御信号に応答して）サンプル１０４の温度を制御する。温度調整器１２０は、ヒートシンク１１７、熱電素子１１８、およびサーマルスプレッダ１１９を含む。この熱電素子１１８は、熱電効果を利用して加熱または冷却をするように動作可能である。ヒートシンク１１７は、ペルチェ素子１１８によって発生する熱を遮断し、サーマルスプレッダ１１９は、熱電素子１１８への熱流および熱電素子１１８からの熱流がプリズム１１０に均一に与えられることを確保する。サーマルスプレッダ１１９は、アルミニウム、または高い熱伝導率を有する任意の他の材料を含んでもよい。サーマルペースト（ｔｈｅｒｍａｌ ｐａｓｔｅ、放熱グリスとも呼ばれる）は、温度調節器１２０の部品間、および温度調節器１２０とプリズム１１０との間に適用され得る。

【0084】

周囲温度センサ１２８は、サンプルセル１０６の領域内の周囲温度を測定するために提供される。

【0085】

いくつかの状況において、サンプル１０４の所望の温度は、サンプルセル１０６の上の周囲温度と異なる可能性がある。このような状況において、温度調節器１２０が周囲温度と関係なく所望の温度を維持するためにサンプルと熱電デバイス１１８との間に熱流を起こす可能性があるため、サンプル１０４と温度センサ１０７との間に温度勾配が存在し得る。サンプルと周囲の空気との間の温度差が大きいほど、温度勾配が大きくなる傾向がある。この温度勾配によって、温度センサ１０７によって報告された温度と、サンプル１０４の温度との間に誤差が生じる可能性がある。誤差を補正するために、周囲温度センサ１２８は、サンプルセル１０６の領域内の周囲空気温度を測定するように配置され得る。周囲温度は、温度センサ１０７によって測定された見かけのサンプル温度に対する誤差を補正するために、プロセッサ１０５によって使用可能である。例えば、プロセッサ１０５は、対照表を使用して、または、補正をモデル化する数学関数を使用して誤差を補正してもよい。追加的にまたは代替的に、周囲温度は、サンプルの温度を周囲空気の温度と一致させるように設定して熱流を最小限に抑えるのに使用可能である。

【0086】

機器１００は、２つのモード、すなわち、（ｉ）周囲温度補正モード、（ｉｉ）温度制御モードで動作可能であり得る。周囲温度補正モードにおいて、温度調節器１２０は、サンプル１０４の温度を、周囲温度センサ１２８によって測定される温度と同じ温度に維持するように設定される。これによって、サンプル１０４と周囲環境との間の任意の熱流が最小限に抑えられ、その結果、温度センサ１０７によって測定された温度と、サンプル１０４の真の温度との間に誤差をもたらす任意の温度勾配が、最小限に抑えられる。温度制御モードにおいて、温度調節器１２０は、サンプル１０４に対して任意の所望の温度を設定することに使用可能であり、プロセッサは、温度誤差を上述のように補正してもよい。

【0087】

以下の表１は、１００ｎｍのラテックス粒子を測定するときのサンプル温度の誤差をもたらす、粒子サイズの計算された誤差を示している。

【0088】

【表1】

【0089】

低い温度では温度の誤差が占める割合が高いため、温度の誤差による影響は低い温度で大きくなる。充填システムに対して一般的な設計目標である＜６％と比較すると、大きな温度誤差に対する粒子サイズの誤差は顕著になる可能性がある。

【0090】

図５は、いくつかの実施例で達成できる精度を示すグラフを示している。これらの結果を得るために、較正された正確なセンサはサンプルに接触するように配置され、温度センサ１０７によって測定された温度の誤差が記録された。温度誤差は、十分に制御されており、（サンプル温度と周囲温度との間の）温度オフセットが－１０℃から５０℃の範囲で、大体０．３℃である。。

【0091】

図２は代替的な実施例を示しており、図２においては、温度センサ１０７が薄膜センサであってプリズム１１０の第２表面に配置されてサンプル１０４と接触することを除いて、図１と同様である。図１に関して開示されるすべての特徴は、温度センサ１０７の仕様に関連するものを除き、図２にも適用可能である。

【0092】

薄膜温度センサ１０７は、例えば、抵抗器にパターン化された白金層を含み、白金抵抗温度計を形成してもよい。化学的に不活性で薄い（＜５ｐｍ）パッシベーション層（例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素など）は、サンプルとの相互作用を減らすように、白金抵抗温度計の上に配置され得る。

【0093】

この配置によれば、温度センサ１０７がサンプル１０４と接触しているため、図１に示されている配置よりもさらに正確に測定可能である。ただし、プリズム上に薄膜センサを作成することは、容易に入手可能な校正済みの温度センサを使用することよりも複雑で費用がかかる場合がある。

【0094】

本発明は、特にＮＴＡ機器に好適であるが、ＤＬＳ機器にも適用可能である。図３は、光源２０１、光検出器２０３、サンプルセル２０６、プロセッサ２０５および温度センサ２０７を含むＤＬＳ装置２００を概略的に示している。

【0095】

光源２０１は、レーザまたは発光ダイオードを含んでもよく、（サンプルセル内の特定の位置を選択するように移動可能な）集光レンズ（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｌｅｎｓ）２２２を介して、照射光ビーム２０８でサンプルセル２０６内のサンプル２０４を照射する。照射用光ファイバー（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅ）２３３およびファイバー結合レンズ（ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｌｅｎｓ）２２３（例えば、屈折率分布型レンズ（ｇｒａｄｅｄ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｌｅｎｓ、ＧＲＩＮレンズ））は、光源と集光レンズ２２２との間に配置可能である。サンプル２０４は、希釈剤に懸濁された粒子を含み、照射光ビーム２０８は、サンプルの粒子との相互作用によって散乱光を生成する。後方散乱光は、検出光路２０９を介して光検出器２０３によって検出され、検出光路２０９は、集光レンズ２２２、結合レンズ２２３、および検出光ファイバー２３３を介して光検出器２０３に到達する。

【0096】

ＤＬＳについてより複雑な検出配置も可能である（例えば、多角度ＤＬＳ（Ｍｕｌｔｉ－Ａｎｇｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ、ＭＡＤＬＳ）では、異なる角度で複数の検出光路が使用される）。

【0097】

また、光検出器２０１は、アバランシェフォトダイオードなどのフォトンカウンティング検出器であってもよい。背景技術ですでに説明したように、検出器２０１からの出力は、強度加重粒子平均サイズ（Ｚａｖｅｒａｇｅ、Ｚ平均）、多分散性、および/または粒子サイズ分布などの粒子特性の判定のために、プロセッサ２０５によって処理可能である。このような処理は、散乱強度の時間履歴から自己相関関数を判定することと、自己相関関数から拡散係数を判定することと、そして、ストークス・アインシュタインの関係式（入力としてのサンプルの温度を必要とする）を用いて粒子サイズを判定することとを含んでもよい。

【0098】

温度がＤＬＳによって取得される測定値に対する影響を考慮して、装置はサンプル温度を制御するための温度制御構成を含んでもよい。ＮＴＡに関してすでに説明した、温度測定に対する問題点は、ＤＬＳにも同様に存在する。ＤＬＳ温度補償の分野において、ＮＴＡを参照して説明したものと同様に、温度センサは一般的にはサンプルから比較的大きな距離に配置されるため、正確なサンプル温度測定が困難である。

【0099】

図３の装置における温度センサ２０７は、サンプルセル２０６のベース壁２１６内の凹部または貫通孔内に、サンプルから３ｍｍ未満の距離で配置される。この手法は、図 ２にも適用される手法と同様である。温度センサ２０７とサンプルセル２０６との間の熱伝導性ポッティング材料を使用することによって、温度センサ２０７とサンプルセル２０６との間の良好な熱接触が確保可能である。サンプルセル２０６は、修正された標準キュベット（例えば、断面が１ｃｍ×１ｃｍであるキュベット）を含む。温度センサ２０７は、サンプルセル２０６の壁面における接続部を含んでもよく、接続部はサンプルセルホルダー内の接点と接続する。サンプルセルホルダー内の接点は、プロセッサ２０５と通信していてもよい。サンプルセル２０６をサンプルセルホルダーに挿入すると、その結果、温度センサ２０７がプロセッサ２０５に自動的に接続され得る。

【0100】

いくつかの実施例において、温度センサ２０７は、サンプルセル２０６のベース壁２１６に規定された凹部に配置されていなくてもよい。代わりに、温度センサ２０７は、熱伝導性エポキシによってベース壁２０６に接着されてもよい。サンプルセル２０６がサンプルセルホルダーに配置された場合、表面実装タイプのデバイスが使用可能であり、温度センサ上の固定接点と接触させるためにポゴピンが使用可能である。

【0101】

図１を参照して説明したように、サンプルセル２０６の近くの周囲温度を測定する周囲温度センサ２２８が設置可能である。プロセッサ２０５は、ＮＴＡを参照して説明したものと同じ補正手法（温度の補正や、周囲補正モード）を実行してもよい。ＤＬＳ装置は、図３に示されていない温度調節器（例えば、熱電温度調節器）を含んでもよく、温度調節器は図１を参照して説明したものと同様に動作してもよい。

【0102】

図４は、温度検出配置を除いて、図３に示されているものと同様の代替的なＤＬＳ装置２００を示している。図４では、温度センサ２０７がサンプルセル２０６のベース壁２１６に埋め込まれたり貼り付けられたりする代わりに、温度センサ２０７がヒートスプレッダに埋め込まれており、当該ヒートスプレッダは、サンプルセル２０６がサンプルセルホルダーに収納されるときにサンプルセル２０６のベース壁２１６に熱接触して配置されるいる。サンプルセル２０６をヒートスプレッダに向かわせて良好な熱接触をなすように、アクチュエータ２３０または弾性要素（例えば、スプリング）が配置可能である。このようにして、サンプルセル２０６は、比較的薄いの壁を有する単純なキュベットにとどまることができ、温度センサ２０７は、サンプル２０４と近接した位置（例えば、サンプル２０４から３ｍｍまたは５ｍｍよりも近く）に配置可能である。温度センサ２０７は、ヒートスプレッダの材料（例えば、１．５ｍｍのアルミニウム）およびサンプルセルのベース壁（サンプルセルはガラスで構成され厚さがｌｍｍ以内であってもよい）を介して、サンプル２０４への低い熱伝導経路を有してもよい。

【0103】

具体的な例示が記載されているが、これらの実施例は限定的なものではなく、本発明の範囲は、添付する特許請求の範囲を参照して決定されるべきものであることが理解される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】