JP3745719B2 - Microbial analyzer and microbial analysis method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物や微粒子を分析する微生物分析装置及び微生物分析方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体産業における製品開発においては、極めて純度の高い水を要する。ところが、その水に微生物や微粒子などの不純物が存在する場合には、不良品等の発生により多大な損害が生じてしまうことがある。また、新薬開発及びバイオハザードの面においては、無菌室での大気中の浮遊微生物の存在は直接、人体への健康を損なうこととなる。
そこで従来より、上記不純物を検出してその不純物が何かを特定する分析装置が提供されている(例えば、非特許文献1参照。)。
【0003】
【非特許文献1】
エノー・ダブリュウ・スモール(Enoch W. Small)、外2名,「フローレッセンス アンイソトロピー ディケイ オブ エチジウム バウンド トゥー ヌクレオソーム コア パーティクルズ(Fluorescence Anisotropy Decay of Ethidium Bound to Nucleosome Core Particles)」,バイオケミストリー(Biochemistry),(米国),アメリカン ケミカル ソサイエティ(American Chemical Society),1991年,第30巻,第21号
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の分析装置では、不純物を分析するために化学剤を用いたり、不純物が微生物であればこれを培養したりするなどの処理を行う必要がある。その結果、化学剤の注入混合などを行う機器を要して装置全体が大きくなり、持ち運びに不便といった問題がある。また、上記化学剤の注入混合や微生物の培養に時間を要するため分析時間が長くなってしまうという問題もある。
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、小型化を図るとともに分析に要する時間を短縮化した微生物分析装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る微生物分析装置は、微生物及び微粒子の少なくとも一方と水との混合液を溜めるための容器と、前記容器に前記混合液を抽入する抽入手段と、前記混合液にレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、前記混合液の温度を変化させる温度調整手段と、レーザー光が前記混合液中を透過することで生じる超音波を検出して検出信号を出力する検出手段と、前記温度調整手段を制御して前記混合液の温度を変化させるとともに、前記混合液の温度が異なる状態で検出手段から出力される複数の検出信号を取得して、前記複数の検出信号の波形に基づいて前記混合液に含まれる微生物及び微粒子の少なくとも一方を特定する処理手段と備えたことを特徴とする。
【0006】
さらに、前記処理手段は、前記混合液の温度が約4℃のときに検出手段から出力される検出信号と、前記混合液の温度が約4℃でないときに検出手段から出力される検出信号とを取得し、前記両検出信号の波形に基づいて前記混合液に含まれる微生物及び微粒子の少なくとも一方を特定することを特徴としても良い。
【0007】
また、前記抽入手段は、大気を吸引して所定の場所に送り込むポンプと、前記ポンプから送り込まれた大気を、予め内部に溜めておいた水に通して、前記大気中に含まれる微生物及び微粒子の少なくとも一方を水に混合することでこれを収集し、前記混合液を生成するエアロゾルコレクターとを備えても良い。
【0008】
なお、本発明は、微生物や微粒子を分析するための微生物分析方法として実現したり、その微生物分析方法が有するステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現したりすることもできる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における微生物分析装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態における微生物分析装置の外観を示す外観構成図である。
この微生物分析装置は、光音響法を用いて大気中に浮遊する微生物や微粒子を分析する装置であって、大気を内部に導入して大気中に浮遊する微生物や微粒子に応じた信号を出力する分析機器部Aと、分析機器部Aからの出力信号に基づいて演算処理して上記微生物を特定する例えばノートパソコンなどからなる演算処理部Bとで構成される。なお、以下、微生物及び微粒子をまとめて微生物と称する。
【0010】
分析機器部Aは、大気を吸引して所定の場所に送り込むポンプ2と、ポンプ2から送り込まれた大気に含まれる微生物を収集するエアロゾルコレクター1と、パルス状のレーザー光を出力するレーザー光源部3と、エアロゾルコレクター1により収集された微生物に応じた検出信号を出力するセル5と、セル5からの出力信号を信号処理して出力するデータ処理部6と、セル5内部の温度を変化させるための温度コントローラ7と、ポンプ2及びレーザー光源部3並びにデータ処理部6などに電源を供給する例えば二次電池や燃料電池などからなるバッテリー8と、上記エアロゾルコレクター1、ポンプ2、レーザー光源部3、セル5、データ処理部6、温度コントローラ7、及びバッテリー8を収納する可搬型のケース50とから構成されている。
【0011】
ケース50は、一面を開口する略矩形箱状の収納部51と、その開口を塞ぐようにヒンジにより収納部51に開閉自在に取り付けられた蓋体52とで構成され、収納部51の周壁外側には分析機器部Aを持ち運ぶための取手53が取り付けられている。また、収納部51の周壁における取手53が取り付けられた面と隣り合う一面には、収納部51の内外を貫通する開口窓51aが穿設されているとともに、この開口窓51aを開閉する開閉扉51bがヒンジなどで取着されている。
【0012】
そしてポンプ2は、大気を吸引する吸引口2aを、図1に示すように開口窓51aの一部に臨ませるように収納部51に収納され、これと同様に、エアロゾルコレクター1は、ポンプ2により送り込まれた大気を外部に導出する導出口1aを、図1に示すように開口窓51aの他の部分に臨ませるように収納部51に収納される。
即ち、ユーザは、ケース50の蓋体52と開閉扉51bを閉じた状態で取手53を掴めば、容易に分析機器部Aを現場へ持ち運ぶことができる。また、分析機器部A及び演算処理部Bを現場へ持ち運んで、大気中の微生物を分析するときには、ユーザは、ケース50の開閉扉51bを開けることで、ポンプ2の吸引口2aとエアロゾルコレクター1の導出口1aとが外部に露出した状態となるため、分析機器部Aを容易に分析可能な状態にセッティングすることができる。
【0013】
図2は、微生物分析装置のブロック図である。
ポンプ2は、大気中に含まれる所定の大きさの微生物のみを透過させるように形成されたフィルター2bを備え、例えば毎分1000リットル以上の大気を吸引して、フィルター2bを透過した微生物のみを大気とともにエアロゾルコレクター1に送り込む。
【0014】
フィルター2bは、ポンプ2の吸引口2a付近に取着され、例えば10[μm]以上の幅寸法の微生物をカットして、それ未満の大きさの微生物のみを透過させるように形成されている。また、このようなフィルター2bは、分析対象となる微生物の大きさに応じて取り替えられるものであって、例えば、約1.5[μm]の微生物を分析対象とする場合には、1〜2[μm]の幅寸法の微生物のみを透過させるフィルター2bが取着されたり、約4[μm]の幅寸法の微生物を分析対象とする場合には、3〜5[μm]の幅寸法の微生物のみを透過させるフィルター2bが取着されたり、約8[μm]の幅寸法の微生物を分析対象とする場合には、6〜10[μm]の幅寸法の微生物のみを透過させるフィルター2bが取着される。これにより、分析対象となる微生物を絞り込むことができ、分析精度を向上することができる。
【0015】
エアロゾルコレクター1は、予め内部に純水を溜めており、ポンプ2で送られてきた大気中の微生物をその水の中に留めて収集し、微生物が除去された大気を導出口1aから外部に放出する。
【0016】
セル5は、エアロゾルコレクター1から導入される微生物と水とが混合された混合液を溜め置く容器であるキュベット5aと、温度コントローラ7からの制御に応じてキュベット5a内部の混合液を加熱又は冷却する加熱冷却部5bと、その混合液の温度を検出して温度信号を出力する温度センサ5cと、PZT素子からなる超音波センサを具備する検出部5dとを備えている。
【0017】
キュベット5aは、微量の混合液を内部に溜め置くように、例えば数[μl]〜数[ml]の容量を有し、内部の混合液に対して例えば1[MPa]まで圧力をかけることを可能とする機構と、その混合液を撹拌する機構とを備える。即ち、キュベット5a内に導入された微量の混合液は、上記両機構により所定の圧力に加圧され、微生物が広く均一に拡散した状態とされる。
【0018】
さらにキュベット5aは、レーザー光を内部に透過させるための第1の窓と、他の光を内部に透過させるための第2の窓とを有し、第1及び第2の窓はそれぞれ、レーザー光の出力方向と他の光の出力方向とが互いに略直交するように設けられている。そこで、レーザー光源部3から出力されるレーザー光は、第1の窓を介してキュベット5a内部に入り混合液中を透過する。
キュベット5a内の混合液にレーザー光が透過すると、光熱変換現象が生じ、この現象によって発生する熱は超音波として検出部5dにより検出される。即ち、レーザー光源部3及びセル5からいわゆるレーザー光音響装置が構成されている。
【0019】
温度コントローラ7は、温度センサ5cからの温度信号に基づいて、キュベット5a内部の混合液の温度を把握するとともに、演算処理部Bからの指示に従ってキュベット5a内部の混合液の温度が所定の温度となるように、加熱冷却部5bを制御する。
【0020】
データ処理部6は、検出部5dから出力される検出信号に対してA/D変換や増幅などの予め定められた信号処理を行い、その信号処理された検出信号を演算処理部Bに出力する。
また検出部5dは、超音波センサがキュベット5aに吸着するように配設されている。つまり、検出部5dは、超音波センサに圧力をかけてキュベット5aに押し付ける加圧機構を具備しており、その加圧機構は例えば演算処理部Bからの制御に応じて上記圧力が所定の値となるように圧力をかけている。これにより、超音波センサがキュベット5aに吸着する度合いに応じて検出信号が異なり、分析精度が低下してしまうのを防ぐことができる。
【0021】
演算処理部Bは、ポンプ2の駆動制御やレーザー光源部3の出力制御を行うとともに、温度コントローラ7を制御してキュベット5a内の混合液の温度を所定の温度にさせるとともに、データ処理部6から出力される検出信号を解析し、混合液中に含まれる微生物を特定する。そして、演算処理部Bは特定された微生物の名称をディスプレイ上に表示する。
【0022】
このような本実施の形態の微生物分析装置の一連の動作を、図3を参照して説明する。
図3は、本実施の形態の微生物分析装置の一連の動作を示す動作フロー図である。
【0023】
まず、ポンプ2は、例えば演算処理部Bからの指示に従って、大気を吸引してエアロゾルコレクター1に送り込む(ステップS10)。そして、エアロゾルコレクター1は、ポンプ2から送り込まれた大気中に存在する微生物を収集して、自らが保持する純水に混合する(ステップS12)。
次に、例えばユーザが演算処理部Bを操作して、エアロゾルコレクター1とキュベット5aを接続する配管の途中にある電磁弁を開くことにより、ユーザは、エアロゾルコレクター1が保持する混合液をセル5のキュベット5a内に導入する(ステップS14)。
【0024】
キュベット5a内に混合液が導入されると、演算処理部Bは、温度コントローラ7を制御してキュベット5a内の混合液の温度を約4℃に設定する(ステップS16)。そして、演算処理部Bは、レーザー光源部3からパルス状のレーザー光を照射させて(ステップS18)、データ処理部6から検出信号を取得する(ステップS20)。
【0025】
また、演算処理部Bは、検出信号の取得回数をカウントしており、その取得回数が所定の回数(n回)以上に達したか否かを判別する(ステップS22)。ここで取得回数がn回未満であると判別したときには(ステップS22のN)、温度コントローラ7を制御して混合液の温度を先に設定された温度から他の温度に変化させ(ステップS24)、再びレーザー光を照射させて検出信号を取得する。そして取得回数がn回に達すると判別したときには(ステップS22のY)、演算処理部Bは、取得された検出信号を解析して(ステップS26)、分析結果をディスプレイ上に表示する(ステップS28)。
【0026】
ここで上記ステップS26における演算処理部Bの処理について詳しく説明する。
演算処理部Bは、各微生物の名称と、その何れかの微生物が混合液に含まれている場合において、混合液の温度が約4℃及び他の温度のときの各検出信号の波形とが予め登録された微生物特定データを保有している。例えば、この微生物特定データには、タンソ菌が混合液に含まれている場合において、その混合液の温度が約4℃のときの検出信号の波形、約5℃のときの検出信号の波形、約7℃のときの検出信号の波形、約3℃のときの検出信号の波形、及び約1℃のときの検出信号の波形と、上記各波形に対応付けてタンソ菌という名称とが登録され、他の微生物についても、上述と同様の各温度における検出信号の波形と、その微生物の名称とが対応付けて登録されている。
【0027】
このような各温度における検出信号の波形は、微生物の種類に応じて異なっている。つまり、純水と微生物とが混合されると、その微生物は水和した状態となり、このような状態で混合液の温度を変化させると、微生物の体積が変化することとなる。この体積変化は微生物の種類に応じて異なり、本実施の形態では、その体積変化をレーザー光音響による上記検出信号の波形から捉えているのである。
【0028】
図4は、混合液の温度を変化させたときのデータ処理部6から出力される検出信号の波形図である。
図4に示すように、混合液の温度が3.74℃のときには検出信号の振幅は非常に小さく、上記温度から混合液の温度を5.00℃や7.00℃まで高く変化させると、混合液の温度が高くなるにつれて検出信号の振幅は大きくなる。またこれと同様に、3.74℃から混合液の温度を3.00℃や1.00℃まで低く変化させると、混合液の温度が低くなるにつれて検出信号の振幅は大きくなる。
【0029】
これにより、演算処理部Bは、図4に示すような各温度における検出信号を取得すると、ステップS26において上記取得された各検出信号と微生物特定データに登録された検出信号の波形とを比較し、微生物特徴データに略一致する波形があれば、その波形に対応付けて登録されている名称の微生物が、混合水中に含まれる微生物であると判断する。
【0030】
ここでさらに本実施の形態では、キュベット5a内部の混合液の温度を約4℃を基準に変化させ、混合液の温度が約4℃のときに取得された検出信号の波形を基準に、混合液の温度が約4℃でないときに取得された検出信号の波形を捉えている。これは、水はその温度が4℃のときに最も密度が大きくなるので、混合液の温度を、4℃を基準に変化させると、混合液中に含まれる微生物の体積変化が顕著に現れるからである。
上述のように特定された微生物の名称は演算処理部Bのディスプレイに表示される。
【0031】
図5は、演算処理部Bのディスプレイの画面表示図である。
この演算処理部Bのディスプレイには、上述のように温度を変化させたときの検出信号の波形を示す温度変化測定結果と、特定された微生物の名称とが表示される。
上記演算処理部Bのディスプレイを見ることにより、ユーザは大気中にどのような微生物が存在しているのかを容易に把握することができる。
【0032】
このように本実施の形態では、従来例のように微生物を分析するために化学剤を用いず、水のみを使用するため、化学剤の注入混合等を行う機器を要せずに装置全体の小型化を図ることができて、装置の持ち運びを容易にすることができる。さらに、分析にかかる時間を短縮することができる。例えば、テロリストにより炭疽菌の胞子が大気中に放出された場合でも、ユーザは本実施の形態の微生物分析装置を現場に簡単に持ち運び、大気中に浮遊する炭疽菌を早急にしかも簡単に特定することができて、その炭疽菌に対して速やかに対処することができる。
【0033】
なお、本実施の形態におけるセル5の温度センサ5cを、いわゆるナノスケール時分割カロリーメーターから構成しても良い。即ち、温度センサ5cは、キュベット5a内の混合液から受け取る熱エネルギーを数[ns]ごとに積算し、その結果を温度信号(熱信号)として出力する。
【0034】
この場合には、レーザー光源部3からのレーザー光を受けた混合液中の微生物が熱を発生すると、温度センサ5cは混合液中の熱変化を捉えて、その変化を示す温度信号を出力する。そして、その温度信号を温度コントローラ7を介して取得した演算処理部Bは、その温度信号により示される熱変化から微生物の生死及びライフタイムを判別して、例えばライフタイムが160[ns]であることをディスプレイ上に表示させる。
これにより、微生物の特定とともにその微生物のライフタイム分析が可能となり、微生物をさらに詳しく分析することができる。
(変形例)
【0035】
次に、上記本実施の形態における微生物分析装置の変形例について図6及び図7を用いて説明する。
図6は、変形例に係る微生物分析装置のブロック図である。
この変形例に係る微生物分析装置は、混合液中に含まれる微生物の特定を行うとともに、蛍光を検出することによって微生物の生存率を判別する装置であって、分析機器部Cと演算処理部Bとからなる。
【0036】
分析機器部Cは、上記分析機器部Aと基本的な構成を等しくし、ポンプ2とエアロゾルコレクター1とレーザー光源部3と光出力部4とセル5Aとデータ処理部6aと温度コントローラ7とを備え、これらのポンプ2及びエアロゾルコレクター1などは全てケース50に収められる。
【0037】
光出力部4は、例えばハロゲンランプやキセノンランプなどからなり、光をセル5Aにおけるキュベット5aの第2の窓に照射する。これにより、光出力部4から光が照射されると、その光がキュベット5aの混合液中を透過し、混合液に含まれる微生物に応じた蛍光が生じる。
【0038】
セル5Aは、上記セル5と同様に、キュベット5aと検出部5dと温度センサ5cと加熱冷却部5bとを備えるとともに、さらにキュベット5a内部で生じる上記蛍光をその波長に応じて検出する例えばCCD(Charge Couple Devices)などを具備した蛍光検出部5eを備えている。
【0039】
蛍光検出部5eは、検出結果を蛍光検出信号としてデータ処理部6aに出力する。そしてデータ処理部6aは、その蛍光検出信号に対して所定の信号処理した後に、その蛍光検出信号を演算処理部Bに出力する。つまり、この変形例に係る分析機器部Cは、セル5Aのキュベット5a及び蛍光検出部5e並びに光出力部4から構成される蛍光分析装置を備えている。
【0040】
上記蛍光検出信号を受けた演算処理部Bは、その蛍光検出信号に基づき蛍光のスペクトル分布を作成し、そのスペクトル分布から微生物の生存率を判別する。即ち、混合液に含まれる微生物が100%生存しているときと50%生存しているときとで上記スペクトル分布が異なり、このようなスペクトル分布と生存率との対応関係から演算処理部Bは混合液に含まれる微生物の生存率を判別する。
【0041】
図7は、スペクトル分布と微生物の生存率を示すスペクトル分布図である。
この図7に示すように、スペクトル分布は微生物の生存率に応じて異なっている。例えば、微生物の生存率が100%の場合には、700[nm]の蛍光強度に対する540[nm]の蛍光強度の割合は非常に高く、生存率が90%の場合には、上記蛍光強度の割合は生存率100%の場合よりも小さくなり、生存率が50%の場合には、上記蛍光強度の割合はさらに小さくなる。また、蛍光強度が最大となる波長は、生存率が50%以上のときには約540[nm]となるが、生存率が10%や0%のときでは約630[nm]となる。
【0042】
演算処理部Bは、上述のようなスペクトル分布と生存率との対応関係を予め記憶しており、蛍光検出信号からスペクトル分布を作成すると、そのスペクトル分布を予め記憶しているスペクトル分布と比較し、略一致する分布に対応付けて記憶している生存率が、混合液に含まれる微生物の生存率であると判別する。
これにより、微生物をさらに詳細に分析することができる。
【0043】
ところで、本実施の形態及びその変形例ではポンプ2及びエアロゾルコレクター1を備えたが、ポンプ2及びエアロゾルコレクター1の代わりに生物からその体液を抽出してセル5,5Aのキュベット5aに抽入する体液抽入出器を備えても良い。
これにより、本実施の形態では、体液中に含まれる細胞などを特定することができるとともに、温度センサ5cをナノスケール時間分割カロリーメーターとして用いれば、体液中の細胞の熱エネルギーをナノスケールで検出して、癌の進行状況や生物の成長及び加齢状況を特定することができる。また生体内のDNAなどの配位を判定することもできる。
【0044】
また、本実施の形態及びその変形例では、レーザー光音響装置や蛍光分析装置を備えたが、さらに、ラマン分光分析装置や赤外光分光分析装置やエバネッセンスを測定するための装置などを、分析機器部A,Cにケース50内部に収納される形で備えても良い。この場合には、セル5,5Aのキュベット5aを上記各装置に対して共用させて、上記各装置特有の電磁波を出力してキュベット5a内部の混合液に透過させる電磁波出力機器と、その電磁波により混合液中で生じる変化を検出する検出機器とをケース50に備える。例えば赤外光分光分析装置では、赤外光を出力する光源機器と、赤外光を検出する検出機器だけをケース50に備える。これにより、装置全体の大型化を抑えつつ分析の幅を広げ、さらに詳しく微生物を分析することができる。
【0045】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る微生物分析装置は、微生物及び微粒子の少なくとも一方と水との混合液を溜めるための容器と、前記容器に前記混合液を抽入する抽入手段と、前記混合液にレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、前記混合液の温度を変化させる温度調整手段と、レーザー光が前記混合液中を透過することで生じる超音波を検出して検出信号を出力する検出手段と、前記温度調整手段を制御して前記混合液の温度を変化させるとともに、前記混合液の温度が異なる状態で検出手段から出力される複数の検出信号を取得して、前記複数の検出信号の波形に基づいて前記混合液に含まれる微生物及び微粒子の少なくとも一方を特定する処理手段と備えたことを特徴とする。
【0046】
これにより、従来例のように微生物を分析するために化学剤を用いることなく、水のみを使用するため、化学剤の注入混合等を行う機器を要せずに装置全体の小型化を図ることができて、装置の持ち運びを容易にすることができる。さらに、分析にかかる時間を短縮することができる。
【0047】
さらに、前記処理手段は、前記混合液の温度が約4℃のときに検出手段から出力される検出信号と、前記混合液の温度が約4℃でないときに検出手段から出力される検出信号とを取得し、前記両検出信号の波形に基づいて前記混合液に含まれる微生物及び微粒子の少なくとも一方を特定することを特徴としても良い。
これにより、混合液の温度が4℃のときには水の密度が最も小さくなることで、混合液に含まれる微生物又は微粒子の体積変化が顕著に現れ、その結果、前記両検出信号の波形に大きな差が現れて、分析精度を向上することができる。
【0048】
また、前記抽入手段は、大気を吸引して所定の場所に送り込むポンプと、前記ポンプから送り込まれた大気を、予め内部に溜めておいた水に通して、前記大気中に含まれる微生物及び微粒子の少なくとも一方を水に混合することでこれを収集し、前記混合液を生成するエアロゾルコレクターとを備えても良い。
【0049】
これにより、大気中に浮遊する微生物や微粒子が水と混じって前記容器へ抽入されるため、大気中に浮遊する微生物や微粒子を迅速にしかも簡単に分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における微生物分析装置の外観構成図である。
【図2】同上の微生物分析装置の機能ブロック図である。
【図3】同上の微生物分析装置の一連の動作を示す動作フロー図である。
【図4】同上のデータ処理部から出力される検出信号の波形図である。
【図5】同上の演算処理部の画面表示図である。
【図6】同上の変形例に係る微生物分析装置のブロック図である。
【図7】同上の蛍光スペクトル分布と微生物の生存率を示すスペクトル分布図である。
【符号の説明】
1 エアロゾルコレクター
2 ポンプ
3 レーザー光源部
5 セル
5a キュベット
5b 加熱冷却部
5c 温度センサ
5d 検出部
6 データ処理部
7 温度コントローラ
50 ケース
51a 開口窓
51b 開閉扉
51 収納部
52 蓋体
A 分析機器部
B 演算処理部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microorganism analysis apparatus and a microorganism analysis method for analyzing microorganisms and fine particles.
[0002]
[Prior art]
Product development in the semiconductor industry requires extremely pure water. However, when impurities such as microorganisms and fine particles are present in the water, a great deal of damage may occur due to the occurrence of defective products. Moreover, in terms of new drug development and biohazard, the presence of airborne microorganisms in the air in a sterile room directly impairs human health.
Therefore, an analyzer that detects the impurity and identifies what the impurity is has been provided (for example, see Non-Patent Document 1).
[0003]
[Non-Patent Document 1]
Enoch W. Small, 2 others, “Fluorescence Anisotropy Decay of Ethidium Bound to Nucleosome Core Particles”, Biochemistry , (USA), American Chemical Society, 1991, Vol. 30, No. 21
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional analyzer, it is necessary to perform a process such as using a chemical agent for analyzing impurities or culturing the impurities if the impurities are microorganisms. As a result, a device for injecting and mixing chemical agents is required, and the entire apparatus becomes large, resulting in inconvenience in carrying. There is also a problem that the analysis time becomes long because it takes time to mix and inject the chemical agent and culture the microorganism.
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a microorganism analysis apparatus that is downsized and shortens the time required for analysis.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a microorganism analysis apparatus according to the present invention includes a container for storing a mixed liquid of at least one of microorganisms and fine particles and water, and a drawing means for drawing the mixed liquid into the container. A laser beam irradiating means for irradiating the mixed liquid with laser light, a temperature adjusting means for changing the temperature of the mixed liquid, and a detection signal by detecting ultrasonic waves generated when the laser light passes through the mixed liquid. And detecting a plurality of detection signals output from the detection means in a state where the temperature of the mixed liquid is different, by controlling the temperature adjusting means to change the temperature of the mixed liquid, And a processing means for identifying at least one of microorganisms and fine particles contained in the mixed solution based on waveforms of a plurality of detection signals.
[0006]
Further, the processing means includes a detection signal output from the detection means when the temperature of the mixed liquid is about 4 ° C., and a detection signal output from the detection means when the temperature of the mixed liquid is not about 4 ° C. And at least one of microorganisms and fine particles contained in the mixed solution may be specified based on the waveforms of the both detection signals.
[0007]
In addition, the drawing means includes a pump that sucks air and sends it to a predetermined place, and passes the air sent from the pump through water stored in advance in advance, and microorganisms contained in the air and You may provide the aerosol collector which collects this by mixing at least one of microparticles | fine-particles with water, and produces | generates the said liquid mixture.
[0008]
The present invention can also be realized as a microorganism analysis method for analyzing microorganisms and fine particles, or as a program for causing a computer to execute the steps of the microorganism analysis method.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a microorganism analysis apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external configuration diagram showing an external appearance of a microorganism analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
This microbial analyzer is a device that analyzes microbes and microparticles floating in the atmosphere using a photoacoustic method, and introduces air into the interior and outputs a signal corresponding to the microbes and microparticles floating in the atmosphere. The analysis device unit A and an operation processing unit B including, for example, a notebook personal computer that performs the arithmetic processing based on the output signal from the analysis device unit A and identifies the microorganism. Hereinafter, microorganisms and fine particles are collectively referred to as microorganisms.
[0010]
The analytical instrument section A includes a
[0011]
The
[0012]
The
That is, the user can easily carry the analytical instrument part A to the site by grasping the
[0013]
FIG. 2 is a block diagram of the microorganism analysis apparatus.
The
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The cell 5 heats or cools the liquid mixture inside the
[0017]
The
[0018]
Further, the
When laser light is transmitted through the mixed liquid in the
[0019]
The
[0020]
The
The
[0021]
The arithmetic processing unit B performs drive control of the
[0022]
A series of operations of the microorganism analysis apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is an operation flow chart showing a series of operations of the microorganism analysis apparatus of the present embodiment.
[0023]
First, the
Next, for example, when the user operates the arithmetic processing unit B to open an electromagnetic valve in the middle of the pipe connecting the
[0024]
When the mixed solution is introduced into the
[0025]
The arithmetic processing unit B counts the number of acquisitions of the detection signal, and determines whether or not the acquisition number has reached a predetermined number (n times) or more (step S22). If it is determined that the number of acquisitions is less than n (N in Step S22), the
[0026]
Here, the processing of the arithmetic processing unit B in step S26 will be described in detail.
The arithmetic processing unit B has a name of each microorganism and a waveform of each detection signal when the temperature of the mixed solution is about 4 ° C. and other temperatures when any one of the microorganisms is included in the mixed solution. Pre-registered microorganism identification data is held. For example, in the microbe specific data, when a tanso bacterium is contained in a mixed solution, a waveform of a detection signal when the temperature of the mixed solution is about 4 ° C., a waveform of a detection signal when about 5 ° C., The waveform of the detection signal at about 7 ° C., the waveform of the detection signal at about 3 ° C., the waveform of the detection signal at about 1 ° C., and the name “tanso” associated with each of the above waveforms are registered. As for other microorganisms, the waveform of the detection signal at each temperature similar to the above and the name of the microorganism are registered in association with each other.
[0027]
The waveform of the detection signal at each temperature differs depending on the type of microorganism. That is, when pure water and microorganisms are mixed, the microorganisms become hydrated, and when the temperature of the mixed solution is changed in such a state, the volume of the microorganisms changes. This volume change differs depending on the type of microorganism, and in this embodiment, the volume change is captured from the waveform of the detection signal by laser photoacoustic.
[0028]
FIG. 4 is a waveform diagram of a detection signal output from the
As shown in FIG. 4, when the temperature of the mixed liquid is 3.74 ° C., the amplitude of the detection signal is very small, and when the temperature of the mixed liquid is changed from the above temperature to 5.00 ° C. or 7.00 ° C., As the temperature of the mixed liquid increases, the amplitude of the detection signal increases. Similarly, when the temperature of the liquid mixture is changed from 3.74 ° C. to 3.00 ° C. or 1.00 ° C., the amplitude of the detection signal increases as the temperature of the liquid mixture decreases.
[0029]
Thereby, when the arithmetic processing unit B acquires the detection signal at each temperature as shown in FIG. 4, in step S <b> 26, the acquired detection signal is compared with the waveform of the detection signal registered in the microorganism identification data. If there is a waveform that substantially matches the microorganism feature data, it is determined that the microorganism with the name registered in association with the waveform is a microorganism contained in the mixed water.
[0030]
Further, in the present embodiment, the temperature of the mixed liquid in the
The name of the microorganism identified as described above is displayed on the display of the arithmetic processing unit B.
[0031]
FIG. 5 is a screen display diagram of the display of the arithmetic processing unit B.
On the display of the arithmetic processing unit B, the temperature change measurement result indicating the waveform of the detection signal when the temperature is changed as described above and the name of the specified microorganism are displayed.
By looking at the display of the arithmetic processing unit B, the user can easily grasp what microorganisms are present in the atmosphere.
[0032]
As described above, in this embodiment, the chemical agent is not used for analyzing microorganisms as in the conventional example, and only water is used. Therefore, an apparatus for injecting and mixing the chemical agent is not required. Miniaturization can be achieved and the device can be easily carried. Furthermore, the time required for analysis can be shortened. For example, even if an anthrax spore is released into the atmosphere by a terrorist, the user can easily carry the microbial analyzer of the present embodiment to the site and quickly and easily identify the anthrax floating in the atmosphere. And can quickly cope with the anthrax.
[0033]
In addition, you may comprise the
[0034]
In this case, when the microorganisms in the liquid mixture that has received the laser light from the laser
Thereby, the lifetime analysis of the microorganism can be performed together with the identification of the microorganism, and the microorganism can be analyzed in more detail.
(Modification)
[0035]
Next, a modified example of the microorganism analysis apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a block diagram of a microorganism analysis apparatus according to a modification.
A microorganism analysis apparatus according to this modification is an apparatus for identifying microorganisms contained in a mixed solution and determining the survival rate of microorganisms by detecting fluorescence, and includes an analytical instrument unit C and an arithmetic processing unit B. It consists of.
[0036]
The analytical instrument C has the same basic configuration as the analytical instrument A, and includes a
[0037]
The
[0038]
Similarly to the cell 5, the cell 5A includes a
[0039]
The
[0040]
Receiving the fluorescence detection signal, the arithmetic processing unit B creates a fluorescence spectrum distribution based on the fluorescence detection signal, and determines the survival rate of the microorganism from the spectrum distribution. That is, the spectrum distribution is different between when 100% of the microorganisms contained in the mixed solution are alive and when the microorganism is alive, and from the correspondence relationship between the spectrum distribution and the survival rate, the arithmetic processing unit B Determine the survival rate of the microorganisms contained in the mixture.
[0041]
FIG. 7 is a spectrum distribution diagram showing the spectrum distribution and the survival rate of microorganisms.
As shown in FIG. 7, the spectral distribution differs depending on the survival rate of the microorganism. For example, when the survival rate of the microorganism is 100%, the ratio of the fluorescence intensity of 540 [nm] to the fluorescence intensity of 700 [nm] is very high, and when the survival rate is 90%, The ratio is smaller than that when the survival rate is 100%, and when the survival rate is 50%, the ratio of the fluorescence intensity is further reduced. The wavelength at which the fluorescence intensity is maximum is about 540 [nm] when the survival rate is 50% or more, but is about 630 [nm] when the survival rate is 10% or 0%.
[0042]
The arithmetic processing unit B stores the correspondence between the spectrum distribution and the survival rate as described above in advance, and when the spectrum distribution is created from the fluorescence detection signal, the spectrum distribution is compared with the spectrum distribution stored in advance. Then, it is determined that the survival rate stored in association with the substantially matching distribution is the survival rate of the microorganisms contained in the mixed solution.
Thereby, microorganisms can be analyzed in more detail.
[0043]
By the way, in this Embodiment and its modification, although the
Thereby, in this Embodiment, while the cell etc. which are contained in a bodily fluid can be specified, if the
[0044]
Further, in the present embodiment and its modifications, a laser photoacoustic device and a fluorescence analysis device are provided, but further, a Raman spectroscopic analysis device, an infrared light spectroscopic analysis device, an apparatus for measuring evanescence, and the like are analyzed. You may equip with the apparatus parts A and C in the form accommodated in
[0045]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the microorganism analysis apparatus according to the present invention includes a container for storing a mixed liquid of at least one of microorganisms and fine particles and water, and a drawing means for drawing the mixed liquid into the container. And a laser light irradiation means for irradiating the mixed liquid with laser light, a temperature adjusting means for changing the temperature of the mixed liquid, and detecting and detecting ultrasonic waves generated when the laser light passes through the mixed liquid. A detection means for outputting a signal, and controlling the temperature adjusting means to change the temperature of the mixed liquid, and obtaining a plurality of detection signals output from the detection means in a state where the temperature of the mixed liquid is different; And a processing unit for identifying at least one of microorganisms and fine particles contained in the mixed solution based on waveforms of the plurality of detection signals.
[0046]
This makes it possible to reduce the size of the entire apparatus without using a chemical agent injection / mixing device or the like because only water is used without analyzing the chemical agent to analyze microorganisms as in the conventional example. Can be carried easily. Furthermore, the time required for analysis can be shortened.
[0047]
Further, the processing means includes a detection signal output from the detection means when the temperature of the mixed liquid is about 4 ° C., and a detection signal output from the detection means when the temperature of the mixed liquid is not about 4 ° C. And at least one of microorganisms and fine particles contained in the mixed solution may be specified based on the waveforms of the both detection signals.
As a result, when the temperature of the mixed solution is 4 ° C., the density of water becomes the smallest, so that the volume change of the microorganisms or fine particles contained in the mixed solution appears remarkably. As a result, there is a large difference in the waveforms of the two detection signals. Appears, and the analysis accuracy can be improved.
[0048]
In addition, the drawing means includes a pump that sucks air and sends it to a predetermined place, and passes the air sent from the pump through water stored in advance in advance, and microorganisms contained in the air and You may provide the aerosol collector which collects this by mixing at least one of microparticles | fine-particles with water, and produces | generates the said liquid mixture.
[0049]
Thereby, since microorganisms and fine particles floating in the atmosphere are mixed with water and drawn into the container, the microorganisms and fine particles floating in the air can be quickly and easily analyzed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external configuration diagram of a microorganism analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram of the microbial analysis apparatus of the above.
FIG. 3 is an operation flow chart showing a series of operations of the microorganism analysis apparatus same as above.
FIG. 4 is a waveform diagram of a detection signal output from the data processing unit.
FIG. 5 is a screen display diagram of the arithmetic processing unit of the above.
FIG. 6 is a block diagram of a microorganism analysis apparatus according to a modified example of the above.
FIG. 7 is a spectrum distribution diagram showing the fluorescence spectrum distribution and the survival rate of microorganisms.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記容器に前記混合液を抽入する抽入手段と、
前記混合液にレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、
前記混合液の温度を変化させる温度調整手段と、
レーザー光が前記混合液中を透過することで生じる超音波を検出して検出信号を出力する検出手段と、
前記温度調整手段を制御して前記混合液の温度を変化させるとともに、前記混合液の温度が異なる状態で検出手段から出力される複数の検出信号を取得して、前記複数の検出信号の波形に基づいて前記混合液に含まれる微生物及び微粒子の少なくとも一方を特定する処理手段と
を備えたことを特徴とする微生物分析装置。A container for storing a mixed liquid of at least one of microorganisms and fine particles and water;
Drawing means for drawing the mixed solution into the container;
Laser light irradiation means for irradiating the mixed liquid with laser light;
Temperature adjusting means for changing the temperature of the mixed liquid;
Detection means for detecting ultrasonic waves generated by laser light passing through the mixture and outputting a detection signal;
The temperature of the mixed liquid is changed by controlling the temperature adjusting means, and a plurality of detection signals output from the detecting means in a state where the temperature of the mixed liquid is different are obtained, and waveforms of the plurality of detection signals are obtained. And a processing means for specifying at least one of microorganisms and fine particles contained in the mixed solution.
前記混合液の温度が約4℃のときに検出手段から出力される検出信号と、前記混合液の温度が約4℃でないときに検出手段から出力される検出信号とを取得し、前記両検出信号の波形に基づいて前記混合液に含まれる微生物及び微粒子の少なくとも一方を特定する
ことを特徴とする請求項1項に記載の微生物分析装置。The processing means includes
The detection signal output from the detection means when the temperature of the liquid mixture is about 4 ° C. and the detection signal output from the detection means when the temperature of the liquid mixture is not about 4 ° C. are obtained. The microorganism analysis apparatus according to claim 1, wherein at least one of microorganisms and fine particles contained in the mixed solution is specified based on a signal waveform.
大気を吸引して所定の場所に送り込むポンプと、
前記ポンプから送り込まれた大気を、予め内部に溜めておいた水に通して、前記大気中に含まれる微生物及び微粒子の少なくとも一方を水に混合することでこれを収集し、前記混合液を生成するエアロゾルコレクターと
を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の微生物分析装置。The lottery means
A pump that sucks in the air and sends it to a predetermined location;
The atmosphere sent from the pump is passed through water previously stored in the interior, and at least one of the microorganisms and fine particles contained in the atmosphere is mixed with water to collect it, and the mixed solution is generated. The microbial analyzer according to claim 1, further comprising an aerosol collector.
毎分1000リットル以上の大気を吸引して前記エアロゾルコレクターに送り込む
ことを特徴とする請求項3記載の微生物分析装置The pump is
The microbial analyzer according to claim 3, wherein the air is sucked into the aerosol collector at a rate of 1000 liters per minute or more.
大気中に含まれる所定の大きさの微生物及び微粒子を透過させるように形成されたフィルターを備え、
前記フィルターを透過した微生物及び微粒子の少なくとも一方を大気とともに前記エアロゾルコレクターに送り込む
ことを特徴とする請求項3又は4記載の微生物分析装置。The pump is
Provided with a filter formed to permeate microbes and fine particles of a predetermined size contained in the atmosphere,
5. The microorganism analysis apparatus according to claim 3, wherein at least one of the microorganisms and the fine particles that have passed through the filter is sent to the aerosol collector together with the atmosphere.
1〜2[μm]の幅寸法の微生物及び微粒子を透過させるように形成されている
ことを特徴とする請求項5記載の微生物分析装置。The filter is
6. The microorganism analysis apparatus according to claim 5, wherein the microorganism analysis apparatus is formed so as to allow passage of microorganisms and fine particles having a width of 1 to 2 [μm].
前記容器内の混合液中から生じる熱エネルギーを検出して熱信号を出力するカロリーメーターを備え、
前記処理手段は、前記混合液中に微生物が含まれるときには、前記熱信号を基に前記微生物の生死を判別する
ことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の微生物分析装置。The microorganism analysis apparatus further includes:
A calorimeter that detects thermal energy generated from the liquid mixture in the container and outputs a heat signal is provided,
The microorganism processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein when the mixed solution contains microorganisms, the processing unit determines whether the microorganisms are alive or dead based on the heat signal. .
前記混合液中で蛍光を発生させる光を出力する光出力手段と、
前記光が前記混合液中を透過することで生じる蛍光を検出して蛍光検出信号を出力する蛍光検出手段とを備え、
前記処理手段は、
前記混合液中に微生物が含まれるときには、前記蛍光検出信号に基づいて前記蛍光のスペクトル分布を作成し、前記スペクトル分布の形状から前記混合液中に含まれる微生物の生存率を特定する
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の微生物分析装置。The microorganism analysis apparatus further includes:
Light output means for outputting light that generates fluorescence in the mixed solution;
Fluorescence detection means for detecting fluorescence generated by the light passing through the mixture and outputting a fluorescence detection signal;
The processing means includes
When microorganisms are contained in the mixed solution, a spectral distribution of the fluorescence is created based on the fluorescence detection signal, and the survival rate of the microorganisms contained in the mixed solution is specified from the shape of the spectral distribution. The microorganism analysis apparatus according to any one of claims 1 to 7.
文字及び画像を表示するディスプレイを備え、
特定された微生物又は微粒子の名称を前記ディスプレイに表示させる
ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の微生物分析装置。The processing means includes
It has a display that displays text and images,
The microorganism analysis apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the name of the identified microorganism or microparticle is displayed on the display.
前記混合液の温度が異なる状態で検出手段から出力される複数の検出信号の波形を前記ディスプレイに表示させる
ことを特徴とする請求項9記載の微生物分析装置。The processing means includes
The microorganism analysis apparatus according to claim 9, wherein waveforms of a plurality of detection signals output from the detection unit in a state where the temperature of the mixed liquid is different are displayed on the display.
少なくとも前記容器と、抽入手段と、レーザー光照射手段と、温度調整手段と、検出手段とを収納する可搬型のケースを備えた
ことを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の微生物分析装置。The microorganism analysis apparatus further includes:
The portable case which accommodates at least the said container, a drawing-out means, a laser beam irradiation means, a temperature adjustment means, and a detection means is provided, The any one of Claims 1-10 characterized by the above-mentioned. The microorganism analysis apparatus as described.
微生物及び微粒子の少なくとも一方と水との混合液を容器に抽入する抽入ステップと、
前記混合液の温度を所定の温度に設定する温度設定ステップと、
前記混合液にレーザー光を照射するレーザー光照射ステップと、
レーザー光が前記混合液中を透過することで生じる超音波を検出して、検出結果を示す検出信号を取得する検出ステップと、
前記混合液の温度を前記所定の温度から変化させる温度変化ステップと、
前記混合液にレーザー光を照射して再び検出信号を取得する再検出ステップと、
取得された前記複数の検出信号の波形に基づいて前記混合液に含まれる微生物及び微粒子の少なくとも一方を特定する特定ステップと
を含むことを特徴とする微生物分析方法。A microorganism analysis method for analyzing at least one of microorganisms and fine particles,
A drawing step of drawing a mixture of at least one of microorganisms and fine particles and water into a container;
A temperature setting step for setting the temperature of the mixture to a predetermined temperature;
A laser beam irradiation step of irradiating the mixed solution with a laser beam;
A detection step of detecting an ultrasonic wave generated by laser light passing through the mixture and obtaining a detection signal indicating a detection result;
A temperature change step of changing the temperature of the liquid mixture from the predetermined temperature;
A re-detection step of obtaining a detection signal again by irradiating the mixed liquid with laser light;
And a specifying step of specifying at least one of microorganisms and fine particles contained in the mixed solution based on the acquired waveforms of the plurality of detection signals.
ことを特徴とする請求項12記載の微生物分析方法。13. The microorganism analysis method according to claim 12, wherein in the temperature setting step, the temperature of the mixed solution is set to about 4 ° C.
大気を吸引する吸引ステップと、
吸引された大気を水に通して、前記大気中に含まれる微生物及び微粒子の少なくとも一方を水に混合することでこれを収集し、前記混合液を生成する収集ステップと
を含むことを特徴とする請求項12又は13記載の微生物分析方法。In the lottery step,
A suction step for sucking air;
A collecting step of passing the sucked air through water and collecting at least one of microorganisms and fine particles contained in the air by mixing with water to generate the mixed solution. The microorganism analysis method according to claim 12 or 13.
前記混合液中で蛍光を発生させる光を出力する光出力ステップと、
前記光が前記混合液中を透過することで生じる蛍光を検出して、前記検出結果を示す蛍光検出信号を取得する蛍光検出ステップと、
前記蛍光検出信号に基づいて前記蛍光のスペクトル分布を作成するスペクトル分布作成ステップと、
前記スペクトル分布の形状から前記混合液中に含まれる微生物の生存率を特定する生存率特定ステップと
を含むことを特徴とする請求項12〜14の何れか1項に記載の微生物分析方法。The microorganism analysis method further includes:
A light output step of outputting light that generates fluorescence in the mixed solution;
A fluorescence detection step of detecting fluorescence generated by the light passing through the mixture and obtaining a fluorescence detection signal indicating the detection result;
A spectral distribution creating step of creating a spectral distribution of the fluorescence based on the fluorescence detection signal;
The microorganism analysis method according to any one of claims 12 to 14, further comprising a survival rate specifying step of specifying a survival rate of microorganisms contained in the mixed solution from the shape of the spectrum distribution.
特定された微生物又は微粒子の名称を表示する表示ステップ
を含むことを特徴とする請求項12〜15の何れか1項に記載の微生物分析方法。The microorganism analysis method further includes:
The microorganism analysis method according to any one of claims 12 to 15, further comprising a display step of displaying a name of the identified microorganism or microparticle.
前記混合液の温度が異なる状態で取得された複数の検出信号の波形を表示する
ことを特徴とする請求項16記載の微生物分析方法。In the display step,
The microorganism analysis method according to claim 16, wherein waveforms of a plurality of detection signals acquired in a state where the temperature of the mixed solution is different are displayed.
請求項12〜17の何れか1項に記載の微生物分析方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラム。A program for analyzing at least one of microorganisms and fine particles,
The program which makes a computer perform the step contained in the microorganisms analysis method of any one of Claims 12-17.
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