JP2000024431A - 微粒子処理装置 - Google Patents
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
- B01D21/28—Mechanical auxiliary equipment for acceleration of sedimentation, e.g. by vibrators or the like
- B01D21/283—Settling tanks provided with vibrators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/40—Concentrating samples
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波発生源の厳密な周波数制御を要しない
で試料流体中の試料微粒子を連続的に濃縮する装置を提
供すること。 【解決手段】 濃縮したい微粒子を含む試料溶液を保持
する容器の一面から超音波を照射する手段と記超音波を
照射する面に対して傾斜を持つ反射面とを備え、超音波
を照射する手段から照射する超音波の周波数を時間的に
非対称に周期的に変化させる。 【効果】 流体中の微粒子を非接触にかつ連続的に濃縮
分離することができる。
で試料流体中の試料微粒子を連続的に濃縮する装置を提
供すること。 【解決手段】 濃縮したい微粒子を含む試料溶液を保持
する容器の一面から超音波を照射する手段と記超音波を
照射する面に対して傾斜を持つ反射面とを備え、超音波
を照射する手段から照射する超音波の周波数を時間的に
非対称に周期的に変化させる。 【効果】 流体中の微粒子を非接触にかつ連続的に濃縮
分離することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微粒子濃縮装置に
関し、特に超音波を用いた溶液中の試料微粒子濃縮に適
応する微粒子濃縮装置に関する。
関し、特に超音波を用いた溶液中の試料微粒子濃縮に適
応する微粒子濃縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波を照射して流体中の微粒子を非接
触に捕獲できることは１９世紀より知られていた。超音
波の輻射圧を微粒子に作用させたとき、微粒子が受ける
輻射圧については、例えばジョン・ル・ブが、ジャーナ
ル・オブ・アクースティカル・ソサエティー・オブ・アメリ
カ第８９巻（１９９１年）２１４０頁から２１４３頁
（J.Wu,J. Acoust. Soc. Am. 89 (1991) pp.2140-214
3）に、集束超音波の集束点に直径２７０μｍのポリス
チレン球を捕獲することに成功したことを報告してい
る。また、この超音波の輻射圧によって微粒子が捕獲さ
れる原理に関しては、吉岡らがアコースティカ第５巻
（１９５５年）１６７頁から１７８頁（K. Yosioka and
Y. Kawasima, Acustica 5 (1955) pp.167-178）に、定
在波、進行波中で微粒子が受ける超音波輻射圧の完全流
体中での大きさを計算しており、定在波中に浮遊する微
粒子が受ける超音波輻射圧は、前記微粒子の体積、定在
波を形成する超音波の振動数に比例して大きくなること
が示されている。また、発明者らが特開平５―２９６３
１０号公報で提案しているように、流体を流した管中に
超音波を導入して連続的に微粒子をある範囲に集束させ
る手法、あるいは、集束させた微粒子を回収する方法も
発明されている。
触に捕獲できることは１９世紀より知られていた。超音
波の輻射圧を微粒子に作用させたとき、微粒子が受ける
輻射圧については、例えばジョン・ル・ブが、ジャーナ
ル・オブ・アクースティカル・ソサエティー・オブ・アメリ
カ第８９巻（１９９１年）２１４０頁から２１４３頁
（J.Wu,J. Acoust. Soc. Am. 89 (1991) pp.2140-214
3）に、集束超音波の集束点に直径２７０μｍのポリス
チレン球を捕獲することに成功したことを報告してい
る。また、この超音波の輻射圧によって微粒子が捕獲さ
れる原理に関しては、吉岡らがアコースティカ第５巻
（１９５５年）１６７頁から１７８頁（K. Yosioka and
Y. Kawasima, Acustica 5 (1955) pp.167-178）に、定
在波、進行波中で微粒子が受ける超音波輻射圧の完全流
体中での大きさを計算しており、定在波中に浮遊する微
粒子が受ける超音波輻射圧は、前記微粒子の体積、定在
波を形成する超音波の振動数に比例して大きくなること
が示されている。また、発明者らが特開平５―２９６３
１０号公報で提案しているように、流体を流した管中に
超音波を導入して連続的に微粒子をある範囲に集束させ
る手法、あるいは、集束させた微粒子を回収する方法も
発明されている。
【０００３】定在波において、使用する超音波の周波数
を徐々に変化させると、それに応じて定在波の節の位置
が変化し、それに応じて微粒子が移動することは古くか
ら知られていた。これを応用して、実際に超音波の微粒
子が分散した流体中に導入する超音波の周波数を上下に
掃引することによって定在波の節に捕獲された微粒子を
移動、濃縮させる手段に関してもトーマス・トルトらが
ジャーナル・オブ・アクースティカル・ソサエティー・オブ
・アメリカ第９１巻（１９９２年）３１５２頁から３１
５６頁（T. L. Tolt, J. Acoust. Soc. Am. 91 (1992)
pp.3152-3156）で報告している。またエヴァルト・ヴェ
ネスらも、流路中に配置した超音波照射源から照射する
超音波の周波数を上昇させることで微粒子を濃縮する手
段に関する特許を米国特許第５，２２５，０８９号（Be
nes et al., US Pat. No. 5,225,089, Date of Patent
Jul. 6, 1993）に報告している。
を徐々に変化させると、それに応じて定在波の節の位置
が変化し、それに応じて微粒子が移動することは古くか
ら知られていた。これを応用して、実際に超音波の微粒
子が分散した流体中に導入する超音波の周波数を上下に
掃引することによって定在波の節に捕獲された微粒子を
移動、濃縮させる手段に関してもトーマス・トルトらが
ジャーナル・オブ・アクースティカル・ソサエティー・オブ
・アメリカ第９１巻（１９９２年）３１５２頁から３１
５６頁（T. L. Tolt, J. Acoust. Soc. Am. 91 (1992)
pp.3152-3156）で報告している。またエヴァルト・ヴェ
ネスらも、流路中に配置した超音波照射源から照射する
超音波の周波数を上昇させることで微粒子を濃縮する手
段に関する特許を米国特許第５，２２５，０８９号（Be
nes et al., US Pat. No. 5,225,089, Date of Patent
Jul. 6, 1993）に報告している。
【０００４】さらに、対向した一対の超音波振動子から
照射する超音波の位相を制御することで、発生した定在
波の節の位置を制御することが可能であることも古くか
ら知られていた。実際にこの技術を応用して、定在波の
節の位置の移動に対して微粒子がどの程度追従するか観
測することで、微粒子の物理特性を測定する手段に関し
ても、コーネリアス・シュラムが米国特許第４、７４
３、３６１号（C. J. Schram, US Pat. No. 4,743,361,
Date of Patent May 10,1988）で提案している。ま
た、微妙に異なる周波数の超音波を対向して照射したと
き、発生する定在波の節の位置が、その微少な周波数の
違いによって進行することも報告されている。
照射する超音波の位相を制御することで、発生した定在
波の節の位置を制御することが可能であることも古くか
ら知られていた。実際にこの技術を応用して、定在波の
節の位置の移動に対して微粒子がどの程度追従するか観
測することで、微粒子の物理特性を測定する手段に関し
ても、コーネリアス・シュラムが米国特許第４、７４
３、３６１号（C. J. Schram, US Pat. No. 4,743,361,
Date of Patent May 10,1988）で提案している。ま
た、微妙に異なる周波数の超音波を対向して照射したと
き、発生する定在波の節の位置が、その微少な周波数の
違いによって進行することも報告されている。
【０００５】また、使用する超音波の周波数を高くする
ことで試料に損傷を与える可能性のあるキャビテーショ
ンの生成を抑制できることも知られている。たとえば、
同じエネルギー密度の超音波を導入した場合、キャビテ
ーション閾値の音圧ピーク値ｐcと入射した超音波の振
動数ｆとは比例関係があることが知られており、たとえ
ばイルネッチがアクースティカ第24巻（１９７１年）１
９１頁から１９６頁（G. Iernetti, Acustica 24 (197
1) pp.191-196）に報告しているように超音波の周波数
を上げるだけでキャビテーションの発生を防ぐことが出
来る。実際、半導体製造工程では純水中での超音波照射
によるシリコンウエファ洗浄で、超音波のキャビテーシ
ョン由来のシリコンウエファ表面損傷を防ぐため、使用
する超音波の周波数をＭＨｚ域で利用している。
ことで試料に損傷を与える可能性のあるキャビテーショ
ンの生成を抑制できることも知られている。たとえば、
同じエネルギー密度の超音波を導入した場合、キャビテ
ーション閾値の音圧ピーク値ｐcと入射した超音波の振
動数ｆとは比例関係があることが知られており、たとえ
ばイルネッチがアクースティカ第24巻（１９７１年）１
９１頁から１９６頁（G. Iernetti, Acustica 24 (197
1) pp.191-196）に報告しているように超音波の周波数
を上げるだけでキャビテーションの発生を防ぐことが出
来る。実際、半導体製造工程では純水中での超音波照射
によるシリコンウエファ洗浄で、超音波のキャビテーシ
ョン由来のシリコンウエファ表面損傷を防ぐため、使用
する超音波の周波数をＭＨｚ域で利用している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、濃縮
したい試料微粒子を含む溶液中に超音波を導入し、溶液
中に定在波を発生させ、発生した定在波の節あるいは腹
に微粒子を濃縮する技術であり、溶液中の微粒子を溶液
中に形成された定在波の隣り合った節と節、あるいは腹
と腹の間に濃縮するために、超音波の波長が容器の内壁
の幅に対して（ｎ＋１／２）λとなるように厳密に調整
しなければならないという問題点があった。
したい試料微粒子を含む溶液中に超音波を導入し、溶液
中に定在波を発生させ、発生した定在波の節あるいは腹
に微粒子を濃縮する技術であり、溶液中の微粒子を溶液
中に形成された定在波の隣り合った節と節、あるいは腹
と腹の間に濃縮するために、超音波の波長が容器の内壁
の幅に対して（ｎ＋１／２）λとなるように厳密に調整
しなければならないという問題点があった。
【０００７】また上記従来技術では、限られた容積を持
つ容器中で濃縮効率を最大とするために、容器の幅に対
してλ／２となるように入射する超音波の周波数を調整
していた。このとき容器中には、定在波の節が管中心部
にただ一つ形成され、容器中の微粒子はすべてこの節に
濃縮されるため、濃縮効率は最大となるが、微粒子はこ
の節を中心に一定の分布幅を持ち、微粒子の分布が平衡
状態に達したとしても微粒子の濃度が高い場合には、微
粒子成分の十分な濃縮・分離は難しかった。
つ容器中で濃縮効率を最大とするために、容器の幅に対
してλ／２となるように入射する超音波の周波数を調整
していた。このとき容器中には、定在波の節が管中心部
にただ一つ形成され、容器中の微粒子はすべてこの節に
濃縮されるため、濃縮効率は最大となるが、微粒子はこ
の節を中心に一定の分布幅を持ち、微粒子の分布が平衡
状態に達したとしても微粒子の濃度が高い場合には、微
粒子成分の十分な濃縮・分離は難しかった。
【０００８】さらに上記従来技術では、流路の幅を広く
するとき、流路幅が超音波の波長λ／２と等しくするた
めに使用する超音波の周波数を低くする必要があった
が、周波数が低くなるにつれて超音波由来のキャビテー
ションが発生し易くなり、脱気モジュール等のキャビテ
ーション抑制のための配慮が必要であった。
するとき、流路幅が超音波の波長λ／２と等しくするた
めに使用する超音波の周波数を低くする必要があった
が、周波数が低くなるにつれて超音波由来のキャビテー
ションが発生し易くなり、脱気モジュール等のキャビテ
ーション抑制のための配慮が必要であった。
【０００９】本発明の目的の一つは、容器の幅および溶
媒の種類の変化によって使用する超音波の周波数を厳密
に調整する必要の無い微粒子濃縮方法および装置を提供
することである。
媒の種類の変化によって使用する超音波の周波数を厳密
に調整する必要の無い微粒子濃縮方法および装置を提供
することである。
【００１０】また、本発明の他の目的は、従来の定在波
中での平衡状態時の微粒子の分布中での濃縮効率の限界
を超える微粒子濃縮装置を提供することである。
中での平衡状態時の微粒子の分布中での濃縮効率の限界
を超える微粒子濃縮装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は濃縮したい微粒
子を含む試料溶液を保持する容器の一面から超音波を照
射する手段と、前記超音波を照射する面に対して傾斜を
持つ反射面とを備えるとともに、前記超音波の周波数を
時間的に非対称に周期的に変化させることにより実現さ
れる。
子を含む試料溶液を保持する容器の一面から超音波を照
射する手段と、前記超音波を照射する面に対して傾斜を
持つ反射面とを備えるとともに、前記超音波の周波数を
時間的に非対称に周期的に変化させることにより実現さ
れる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の微粒子濃縮装置の第1の
実施例を、図１の装置模式図および図２の装置Ａ−Ａ断
面図とを用いて説明する。本実施例の装置は、微粒子を
含む試料溶液を保持する容器１１と、容器１１に前記微
粒子を含む試料溶液を導入する管２１と、本装置によっ
て分離された微粒子を含まない試料溶液成分を回収する
管２２と、微粒子が濃縮された試料溶液成分を回収する
管２３と、容器中に溜まった気泡を除去する空気抜き用
の管２４と、前記容器１１に超音波を導入する超音波発
生源３１と、前記超音波発生源３１で発生させる超音波
の周波数や強度を経時的に一定の周期で変化させる手段
を持つ超音波発生源駆動回路４１とからなる。超音波を
容器１１中に導入すると図２中の矢印５１で示したよう
に超音波が容器１１内に導入され、容器内の非平行な２
枚の平板壁面１２、１３の間で定在波が発生する。
実施例を、図１の装置模式図および図２の装置Ａ−Ａ断
面図とを用いて説明する。本実施例の装置は、微粒子を
含む試料溶液を保持する容器１１と、容器１１に前記微
粒子を含む試料溶液を導入する管２１と、本装置によっ
て分離された微粒子を含まない試料溶液成分を回収する
管２２と、微粒子が濃縮された試料溶液成分を回収する
管２３と、容器中に溜まった気泡を除去する空気抜き用
の管２４と、前記容器１１に超音波を導入する超音波発
生源３１と、前記超音波発生源３１で発生させる超音波
の周波数や強度を経時的に一定の周期で変化させる手段
を持つ超音波発生源駆動回路４１とからなる。超音波を
容器１１中に導入すると図２中の矢印５１で示したよう
に超音波が容器１１内に導入され、容器内の非平行な２
枚の平板壁面１２、１３の間で定在波が発生する。
【００１３】このとき発生する定在波を図３の模式図を
用いて説明する。平板１２と平板１３とのなす角θで非
平行に向かい合っている２枚の平板間に定在波が発生す
る条件は、前記２枚の平板の間の距離が、
用いて説明する。平板１２と平板１３とのなす角θで非
平行に向かい合っている２枚の平板間に定在波が発生す
る条件は、前記２枚の平板の間の距離が、
【００１４】
【数１】
【００１５】となるときである。ただしここでλは溶媒
中での超音波の波長、ｎは整数で（２ｎ＋１）個の定在
波の音圧の節があることを示している。従って図３のよ
うに２枚の容器壁面が角度θで傾斜している場合、隣り
合った定在波６１、６２が空間的な周期Ｌ
中での超音波の波長、ｎは整数で（２ｎ＋１）個の定在
波の音圧の節があることを示している。従って図３のよ
うに２枚の容器壁面が角度θで傾斜している場合、隣り
合った定在波６１、６２が空間的な周期Ｌ
【００１６】
【数２】
【００１７】で等間隔に発生する。そして発生した定在
波の音圧の節あるいは腹の領域に試料溶液中の微粒子７
１が捕獲される。
波の音圧の節あるいは腹の領域に試料溶液中の微粒子７
１が捕獲される。
【００１８】従来の平行平板間に定在波を発生させて微
粒子を濃縮する場合には、（数１）の条件を満たすため
に超音波振動子から発生させる超音波の周波数を常に微
調整して、溶媒の音速の変化に伴う波長λの微妙な変化
に対応させなければ、定在波を発生させることはできな
かった。しかし本発明の微粒子濃縮装置では、容器内の
向い合った一対の壁が一定の角度θをなしていること
で、従来の平行平板の場合のように周波数を微調整しな
くても、定在波自体が（数１）の条件を満たすような容
器中の場所に自律的に移動し定在波を形成することか
ら、溶液成分の組成の急激な変化に由来する溶液の波長
λの変化や、溶液成分の容器内での不均一な分布に伴う
溶液の波長λの不均一性にも微妙な周波数の調整を行う
こと無く対応させることが可能である。
粒子を濃縮する場合には、（数１）の条件を満たすため
に超音波振動子から発生させる超音波の周波数を常に微
調整して、溶媒の音速の変化に伴う波長λの微妙な変化
に対応させなければ、定在波を発生させることはできな
かった。しかし本発明の微粒子濃縮装置では、容器内の
向い合った一対の壁が一定の角度θをなしていること
で、従来の平行平板の場合のように周波数を微調整しな
くても、定在波自体が（数１）の条件を満たすような容
器中の場所に自律的に移動し定在波を形成することか
ら、溶液成分の組成の急激な変化に由来する溶液の波長
λの変化や、溶液成分の容器内での不均一な分布に伴う
溶液の波長λの不均一性にも微妙な周波数の調整を行う
こと無く対応させることが可能である。
【００１９】つぎに、容器１１中に発生させた超音波定
在波の周波数を図４のグラフに示したような鋸波状の時
間−超音波周波数関係８１で変化させた場合、例えば周
波数ｆ0の超音波の周波数がΔｆだけ上昇したときに定
在波の波長λがΔλだけ短くなったとすると、図５で示
したように定在波６２は定在波６４の位置に、ΔL
在波の周波数を図４のグラフに示したような鋸波状の時
間−超音波周波数関係８１で変化させた場合、例えば周
波数ｆ0の超音波の周波数がΔｆだけ上昇したときに定
在波の波長λがΔλだけ短くなったとすると、図５で示
したように定在波６２は定在波６４の位置に、ΔL
【００２０】
【数３】
【００２１】だけ移動する。このとき定在波の移動速度
V0は
V0は
【００２２】
【数４】
【００２３】に等しい。ただしT0は超音波の周波数が時
間的に非対称に変化する周期である。
間的に非対称に変化する周期である。
【００２４】図４で示したような超音波の周波数変化に
よって微粒子の濃縮が達成されるためには、周波数ｆ0
で定在波６２の節の位置にあった微粒子が、周波数（ｆ
0＋Δｆ）になったとき定在波６４の位置まで移動する
ときの移動量ΔLが、周波数ｆ0のときの隣り合った定在
波６１と定在波６２との距離Lより大きい必要が有る。
すなわち、
よって微粒子の濃縮が達成されるためには、周波数ｆ0
で定在波６２の節の位置にあった微粒子が、周波数（ｆ
0＋Δｆ）になったとき定在波６４の位置まで移動する
ときの移動量ΔLが、周波数ｆ0のときの隣り合った定在
波６１と定在波６２との距離Lより大きい必要が有る。
すなわち、
【００２５】
【数５】
【００２６】あるいは
【００２７】
【数６】
【００２８】の条件を満たすとき、微粒子は楔型の容器
内の楔の先端方向に濃縮されてゆく。ただし、ここでｎ
0は整数であり、楔型の容器１１中での容器内の高さが
(ｎ0＋１／２)λ未満となる楔型の先端部分では濃縮が
発生しない。したがって、楔の先端近傍では容器内の高
さは(ｎ0＋１／２)λ以上である必要が有り、試料吸引
管２３からは微粒子が濃縮された試料溶液成分を取り出
すことが出来る。同様に試料吸引管２２からは微粒子を
含まない試料溶液成分を取り出すことが出来る。
内の楔の先端方向に濃縮されてゆく。ただし、ここでｎ
0は整数であり、楔型の容器１１中での容器内の高さが
(ｎ0＋１／２)λ未満となる楔型の先端部分では濃縮が
発生しない。したがって、楔の先端近傍では容器内の高
さは(ｎ0＋１／２)λ以上である必要が有り、試料吸引
管２３からは微粒子が濃縮された試料溶液成分を取り出
すことが出来る。同様に試料吸引管２２からは微粒子を
含まない試料溶液成分を取り出すことが出来る。
【００２９】図４では超音波の周波数をｆ0から（ｆ0＋
Δｆ）まで徐々に上げてゆき、微粒子の移動が追従でき
る速度V0で移動させた後に、微粒子が追従できないよう
に瞬時に周波数をｆ0まで戻すことを繰り返して微粒子
を濃縮したが、全く逆に（ｆ0＋Δｆ）からｆ0まで徐々
に周波数を減少させ、急激に周波数を（ｆ0＋Δｆ）ま
で戻すことを繰り返して微粒子を含む溶液成分を管２２
から取り出し、微粒子を含まない溶液成分を管２３から
取り出しても良い。また、単純に周波数の上昇と下降に
かける所用時間を非対称にすることで濃縮を行っても良
い。
Δｆ）まで徐々に上げてゆき、微粒子の移動が追従でき
る速度V0で移動させた後に、微粒子が追従できないよう
に瞬時に周波数をｆ0まで戻すことを繰り返して微粒子
を濃縮したが、全く逆に（ｆ0＋Δｆ）からｆ0まで徐々
に周波数を減少させ、急激に周波数を（ｆ0＋Δｆ）ま
で戻すことを繰り返して微粒子を含む溶液成分を管２２
から取り出し、微粒子を含まない溶液成分を管２３から
取り出しても良い。また、単純に周波数の上昇と下降に
かける所用時間を非対称にすることで濃縮を行っても良
い。
【００３０】本発明では超音波によるキャビテーション
の発生を抑制するために、５００ｋHz以上の周波数の超
音波を用いることが望ましい。
の発生を抑制するために、５００ｋHz以上の周波数の超
音波を用いることが望ましい。
【００３１】図１で示した本発明の第１の実施例では、
超音波発生源３１は楔状の容器の片面にしか配置されて
いなかったが、図６に示したように容器の上面に同様に
超音波発生源３２を配置することで定在波の発生効率を
改善しても良い。図６に示す第２の実施例では、容器の
上面に超音波発生源３２を配置したほかは第１の実施例
と同じである。
超音波発生源３１は楔状の容器の片面にしか配置されて
いなかったが、図６に示したように容器の上面に同様に
超音波発生源３２を配置することで定在波の発生効率を
改善しても良い。図６に示す第２の実施例では、容器の
上面に超音波発生源３２を配置したほかは第１の実施例
と同じである。
【００３２】また、図7に示す第3の実施例では、容器内
の高さが一低い領域を管中央部におくと、左右の試料導
入管２２から入ってきた微粒子は管中央に集まり、容器
の中央部に微粒子を集め、回収することが出来る。
の高さが一低い領域を管中央部におくと、左右の試料導
入管２２から入ってきた微粒子は管中央に集まり、容器
の中央部に微粒子を集め、回収することが出来る。
【００３３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明を用いるこ
とによって、流体中の微粒子を非接触にかつ連続的に濃
縮分離することができるという効果を奏する。
とによって、流体中の微粒子を非接触にかつ連続的に濃
縮分離することができるという効果を奏する。
【図１】本発明の第１の実施例の模式図。
【図２】図１で示した装置のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明の第１の実施例で超音波発生源から照射
される超音波によって定在波が発生する様子を説明した
模式図。
される超音波によって定在波が発生する様子を説明した
模式図。
【図４】本発明の第１の実施例で照射される超音波の周
波数の経時変化を示した図。
波数の経時変化を示した図。
【図５】図4で示した定在波が、図5で示した超音波の周
波数の継時変化によって、経時的に移動する様子を説明
した模式図。
波数の継時変化によって、経時的に移動する様子を説明
した模式図。
【図６】本発明の第２の実施例のＡ−Ａ断面図。
【図７】本発明の第３の実施例のＡ−Ａ断面図。
１１…容器、１２、１３…容器の壁、２１、２２、２
３、２４…管、３１、３２…超音波発生源、４１…超音
波発生源駆動回路、５１…超音波発生源からの照射超音
波の向き、６１、６２、６３、６４…定在波、７１…微
粒子、８１…照射超音波周波数の経時変化グラフ。
３、２４…管、３１、３２…超音波発生源、４１…超音
波発生源駆動回路、５１…超音波発生源からの照射超音
波の向き、６１、６２、６３、６４…定在波、７１…微
粒子、８１…照射超音波周波数の経時変化グラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G070 AA03 AB10 BB23 CA03 CA06 CA09 CA10 CA16 CB30 CC20 DA17 DA21 4G075 AA27 BB01 BB05 BD16 CA23 DA18 EB01 EC25 ED15
Claims (6)
- 【請求項１】濃縮したい微粒子を含む試料溶液を保持す
る容器の一面から超音波を照射する手段と、前記超音波
を照射する面に対して傾斜を持つ反射面と、前記超音波
を照射する手段から照射する超音波の周波数を周期的に
時間的に非対称に変化させる手段と、試料溶液を前記容
器中に導入する手段と、前記容器から濃縮試料微粒子成
分を回収する手段と、前記容器から微粒子を含まない試
料溶液成分を回収する手段とを有することを特徴とする
微粒子処理装置。 - 【請求項２】前記超音波発生源から発生させる超音波の
周波数が５００キロヘルツ以上であることを特徴とする
請求項1記載の微粒子処理装置。 - 【請求項３】微粒子を含む試料溶液を保持する容器の面
から超音波を照射する超音波照射手段手段と、前記面に
対して傾斜を持つ反射面と、前記微粒子が前記容器の所
定の位置に集まるように前記超音波の周波数を変化させ
る超音波制御手段と、を有することを特徴とする微粒子
処理装置。 - 【請求項４】前記超音波制御手段は、前記超音波の周波
数を周期的に時間的に非対称に変化させることを特徴と
する請求項３記載の微粒子処理装置。 - 【請求項５】前記試料溶液を前記容器中に導入する手段
と、前記容器から濃縮試料微粒子成分を回収する手段
と、前記容器から微粒子を含まない試料溶液成分を回収
する手段とをさらに有することを特徴とする請求項４記
載の微粒子処理装置。 - 【請求項６】前記超音波の周波数が、５００キロヘルツ
以上であることを特徴とする請求項５記載の微粒子処理
装置。
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|---|---|---|---|
| JP10198361A JP2000024431A (ja) | 1998-07-14 | 1998-07-14 | 微粒子処理装置 |
| US09/317,608 US6273262B1 (en) | 1998-07-14 | 1999-05-25 | Particle concentration device |
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| JP10198361A JP2000024431A (ja) | 1998-07-14 | 1998-07-14 | 微粒子処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000024431A true JP2000024431A (ja) | 2000-01-25 |
Family
ID=16389838
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|
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| JP (1) | JP2000024431A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1270712A1 (en) * | 2000-03-28 | 2003-01-02 | School Juridical Person Nihon University | Apparatus for controlling movement of specimen, method for controlling movement of specimen, and method for processing specimen |
| JP2006297333A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 成分分離デバイスおよびこれを用いた成分の分離方法 |
| KR20140057300A (ko) * | 2011-08-30 | 2014-05-12 | 상뜨로 나쇼날 드 라 러쉐르쉐 샹띠피크 | 음향력 장을 이용한 물체 취급 장치 |
| JP2016515035A (ja) * | 2013-02-11 | 2016-05-26 | アンドリュー イー． ブロック | 非対称振動をもたらすための装置および方法 |
Families Citing this family (49)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7846382B2 (en) * | 2002-06-04 | 2010-12-07 | Protasis Corporation | Method and device for ultrasonically manipulating particles within a fluid |
| US7108137B2 (en) * | 2002-10-02 | 2006-09-19 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Method and apparatus for separating particles by size |
| JP4415139B2 (ja) * | 2002-12-17 | 2010-02-17 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 微粒子のハンドリング方法及び装置 |
| US8691145B2 (en) * | 2009-11-16 | 2014-04-08 | Flodesign Sonics, Inc. | Ultrasound and acoustophoresis for water purification |
| US8830451B1 (en) * | 2010-05-07 | 2014-09-09 | Stc.Unm | Multinode acoustic focusing for parallel flow cytometry analysis applications |
| US9074977B2 (en) | 2010-05-07 | 2015-07-07 | Stc.Unm | Multinode acoustic focusing for parallel flow cytometry analysis applications |
| US8956538B2 (en) | 2010-06-16 | 2015-02-17 | Flodesign Sonics, Inc. | Phononic crystal desalination system and methods of use |
| US9421553B2 (en) | 2010-08-23 | 2016-08-23 | Flodesign Sonics, Inc. | High-volume fast separation of multi-phase components in fluid suspensions |
| CA2827226C (en) | 2011-04-27 | 2019-02-12 | Becton Dickinson And Company | Devices and methods for separating magnetically labeled moieties in a sample |
| US9752114B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-09-05 | Flodesign Sonics, Inc | Bioreactor using acoustic standing waves |
| US9688958B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-06-27 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic bioreactor processes |
| US10322949B2 (en) | 2012-03-15 | 2019-06-18 | Flodesign Sonics, Inc. | Transducer and reflector configurations for an acoustophoretic device |
| US10370635B2 (en) | 2012-03-15 | 2019-08-06 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic separation of T cells |
| US9567559B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-02-14 | Flodesign Sonics, Inc. | Bioreactor using acoustic standing waves |
| US9272234B2 (en) | 2012-03-15 | 2016-03-01 | Flodesign Sonics, Inc. | Separation of multi-component fluid through ultrasonic acoustophoresis |
| US10704021B2 (en) | 2012-03-15 | 2020-07-07 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic perfusion devices |
| US9752113B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-09-05 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic perfusion devices |
| US9950282B2 (en) | 2012-03-15 | 2018-04-24 | Flodesign Sonics, Inc. | Electronic configuration and control for acoustic standing wave generation |
| US9783775B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-10-10 | Flodesign Sonics, Inc. | Bioreactor using acoustic standing waves |
| US9796956B2 (en) | 2013-11-06 | 2017-10-24 | Flodesign Sonics, Inc. | Multi-stage acoustophoresis device |
| US9458450B2 (en) | 2012-03-15 | 2016-10-04 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustophoretic separation technology using multi-dimensional standing waves |
| US10967298B2 (en) | 2012-03-15 | 2021-04-06 | Flodesign Sonics, Inc. | Driver and control for variable impedence load |
| US10953436B2 (en) | 2012-03-15 | 2021-03-23 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustophoretic device with piezoelectric transducer array |
| US9745548B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-08-29 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic perfusion devices |
| US10689609B2 (en) | 2012-03-15 | 2020-06-23 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic bioreactor processes |
| US10737953B2 (en) | 2012-04-20 | 2020-08-11 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustophoretic method for use in bioreactors |
| US11324873B2 (en) | 2012-04-20 | 2022-05-10 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic blood separation processes and devices |
| EP2912189B8 (en) | 2012-10-26 | 2024-07-17 | Becton, Dickinson and Company | Devices and methods for manipulating components in a fluid sample |
| US9745569B2 (en) | 2013-09-13 | 2017-08-29 | Flodesign Sonics, Inc. | System for generating high concentration factors for low cell density suspensions |
| CA2935960C (en) | 2014-01-08 | 2023-01-10 | Bart Lipkens | Acoustophoresis device with dual acoustophoretic chamber |
| CN106536059B (zh) | 2014-06-09 | 2019-01-11 | 阿森特生物纳米科技股份有限公司 | 用于颗粒的控制和分拣系统 |
| US9744483B2 (en) | 2014-07-02 | 2017-08-29 | Flodesign Sonics, Inc. | Large scale acoustic separation device |
| US10106770B2 (en) | 2015-03-24 | 2018-10-23 | Flodesign Sonics, Inc. | Methods and apparatus for particle aggregation using acoustic standing waves |
| US10640760B2 (en) | 2016-05-03 | 2020-05-05 | Flodesign Sonics, Inc. | Therapeutic cell washing, concentration, and separation utilizing acoustophoresis |
| CN107921332A (zh) | 2015-04-29 | 2018-04-17 | 弗洛设计超声波公司 | 用于倾斜波颗粒偏转的声泳装置 |
| US11420136B2 (en) | 2016-10-19 | 2022-08-23 | Flodesign Sonics, Inc. | Affinity cell extraction by acoustics |
| US11021699B2 (en) | 2015-04-29 | 2021-06-01 | FioDesign Sonics, Inc. | Separation using angled acoustic waves |
| US11708572B2 (en) | 2015-04-29 | 2023-07-25 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic cell separation techniques and processes |
| US11377651B2 (en) | 2016-10-19 | 2022-07-05 | Flodesign Sonics, Inc. | Cell therapy processes utilizing acoustophoresis |
| RU2708048C2 (ru) | 2015-05-20 | 2019-12-03 | Флодизайн Соникс, Инк. | Способ акустического манипулирования частицами в полях стоячих волн |
| US10161926B2 (en) | 2015-06-11 | 2018-12-25 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic methods for separation of cells and pathogens |
| US9663756B1 (en) | 2016-02-25 | 2017-05-30 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic separation of cellular supporting materials from cultured cells |
| EP3319739B1 (en) | 2015-07-09 | 2021-03-31 | Flodesign Sonics Inc. | Non-planar and non-symmetrical piezolectric crystals and reflectors |
| US11474085B2 (en) | 2015-07-28 | 2022-10-18 | Flodesign Sonics, Inc. | Expanded bed affinity selection |
| US11459540B2 (en) | 2015-07-28 | 2022-10-04 | Flodesign Sonics, Inc. | Expanded bed affinity selection |
| US10710006B2 (en) | 2016-04-25 | 2020-07-14 | Flodesign Sonics, Inc. | Piezoelectric transducer for generation of an acoustic standing wave |
| US11085035B2 (en) | 2016-05-03 | 2021-08-10 | Flodesign Sonics, Inc. | Therapeutic cell washing, concentration, and separation utilizing acoustophoresis |
| US11214789B2 (en) | 2016-05-03 | 2022-01-04 | Flodesign Sonics, Inc. | Concentration and washing of particles with acoustics |
| KR102439221B1 (ko) | 2017-12-14 | 2022-09-01 | 프로디자인 소닉스, 인크. | 음향 트랜스듀서 구동기 및 제어기 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4055491A (en) * | 1976-06-02 | 1977-10-25 | Porath Furedi Asher | Apparatus and method for removing fine particles from a liquid medium by ultrasonic waves |
| US4523682A (en) * | 1982-05-19 | 1985-06-18 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Acoustic particle separation |
| JPH0679682B2 (ja) | 1983-10-31 | 1994-10-12 | ブリティッシュ・テクノロジー・グループ・リミテッド | 液体媒質中の粒状物質の分離方法及び装置 |
| GB8417240D0 (en) * | 1984-07-06 | 1984-08-08 | Unilever Plc | Particle separation |
| GB8612759D0 (en) * | 1986-05-27 | 1986-07-02 | Unilever Plc | Manipulating particulate matter |
| AT389235B (de) * | 1987-05-19 | 1989-11-10 | Stuckart Wolfgang | Verfahren zur reinigung von fluessigkeiten mittels ultraschall und vorrichtungen zur durchfuehrung dieses verfahrens |
| GB8724067D0 (en) * | 1987-10-14 | 1987-11-18 | Unilever Plc | Manipulating particles |
| US4948497A (en) * | 1988-05-18 | 1990-08-14 | General Atomics | Acoustically fluidized bed of fine particles |
| AT390739B (de) | 1988-11-03 | 1990-06-25 | Ewald Dipl Ing Dr Benes | Verfahren und einrichtung zur separation von teilchen, welche in einem dispersionsmittel dispergiert sind |
| JP3488732B2 (ja) | 1992-12-02 | 2004-01-19 | 株式会社日立製作所 | 超音波処理装置 |
| AT398707B (de) * | 1993-05-11 | 1995-01-25 | Trampler Felix | Mehrschichtiger piezoelektrischer resonator für die separation von suspendierten teilchen |
| JP3487699B2 (ja) * | 1995-11-08 | 2004-01-19 | 株式会社日立製作所 | 超音波処理方法および装置 |
| MX9604952A (es) * | 1996-10-18 | 1998-04-30 | Servicios Condumex Sa | Clasificador y reactor hidraulico de particulas solidas con aplicacion de ultrasonido. |
-
1998
- 1998-07-14 JP JP10198361A patent/JP2000024431A/ja active Pending
-
1999
- 1999-05-25 US US09/317,608 patent/US6273262B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1270712A1 (en) * | 2000-03-28 | 2003-01-02 | School Juridical Person Nihon University | Apparatus for controlling movement of specimen, method for controlling movement of specimen, and method for processing specimen |
| EP1270712A4 (en) * | 2000-03-28 | 2007-07-25 | School Juridical Person Nihon | DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE MOVEMENT OF SAMPLES AND PROCESSES FOR SAMPLE PROCESSING |
| JP2006297333A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 成分分離デバイスおよびこれを用いた成分の分離方法 |
| KR20140057300A (ko) * | 2011-08-30 | 2014-05-12 | 상뜨로 나쇼날 드 라 러쉐르쉐 샹띠피크 | 음향력 장을 이용한 물체 취급 장치 |
| JP2014531303A (ja) * | 2011-08-30 | 2014-11-27 | セントレ・ナショナル・デ・ラ・レシェルシェ・サイエンティフィーク | 音響力場を用いて対象物をハンドリングするための装置 |
| KR101922172B1 (ko) | 2011-08-30 | 2019-02-13 | 에꼴 슈뻬리어르 드 피지끄 에 드 쉬미 엥뒤스트리엘르 드 라 빌 드 빠리 | 음향력 장을 이용한 물체 취급 장치 |
| JP2016515035A (ja) * | 2013-02-11 | 2016-05-26 | アンドリュー イー． ブロック | 非対称振動をもたらすための装置および方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6273262B1 (en) | 2001-08-14 |
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