(57)【要約】【課題】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。【解決手段】微生物と水とが混ざった混合液を溜めるためのキュベット５ａを具備するセル５と、キュベット５ａに混合液を抽入するポンプ２及びエアロゾルコレクター１と、混合液にレーザー光を照射するレーザー光源部３と、混合液の温度を変化させる温度コントローラ７及び加熱冷却部５ｂと、レーザー光が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部５ｄと、混合液の温度が異なる状態で検出部５ｄから出力される複数の検出信号を取得して、その複数の検出信号の波形に基づいて混合液に含まれる微生物を特定する演算処理部Ｂとを備える。【選択図】　　　　図１
2004093431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
を備えたことを特徴とする微生物分析装置。
【請求項２】
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
ことを特徴とする請求項１項に記載の微生物分析装置。
【請求項３】
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。
【請求項４】
前記ポンプは、
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
【請求項５】
前記ポンプは、
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。
【請求項６】
前記フィルターは、
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。
【請求項７】
前記微生物分析装置は、さらに、
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。
【請求項８】
前記微生物分析装置は、さらに、
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。
【請求項９】
前記処理手段は、
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。
【請求項１０】
前記処理手段は、
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。
【請求項１１】
前記微生物分析装置は、さらに、
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。
【請求項１２】
微生物及び微粒子の少なくとも一方を分析するための微生物分析方法であって、
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。
【請求項１３】
前記温度設定ステップにおいて、混合液の温度を約４℃に設定する
ことを特徴とする請求項１２記載の微生物分析方法。
【請求項１４】
前記抽入ステップでは、
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。
【請求項１５】
前記微生物分析方法は、さらに、
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。
【請求項１６】
前記微生物分析方法は、さらに、
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。
【請求項１７】
前記表示ステップでは、さらに、
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。
【請求項１８】
微生物及び微粒子の少なくとも一方を分析するためのプログラムであって、
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。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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