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JPH0436637A - Method and instrument for measuring sample - Google Patents

Method and instrument for measuring sample

Info

Publication number
JPH0436637A
JPH0436637A JP2143729A JP14372990A JPH0436637A JP H0436637 A JPH0436637 A JP H0436637A JP 2143729 A JP2143729 A JP 2143729A JP 14372990 A JP14372990 A JP 14372990A JP H0436637 A JPH0436637 A JP H0436637A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
specimen
image information
image
light
aggregation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2143729A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Ito
勇二 伊藤
Yoshiyuki Azumaya
良行 東家
Atsushi Saito
斉藤 厚志
Tatsuya Yamazaki
達也 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2143729A priority Critical patent/JPH0436637A/en
Priority to US07/687,627 priority patent/US5198369A/en
Priority to DE69117572T priority patent/DE69117572T2/en
Priority to EP91106608A priority patent/EP0455125B1/en
Publication of JPH0436637A publication Critical patent/JPH0436637A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

PURPOSE:To take an accurate measurement by providing both a process wherein a carrier on which a specific reaction material for a target material reacts and a sample are mixed and a process wherein the mixture is irradiated with light with an intensity gradient to increase the agglutination reaction efficiency of the carrier. CONSTITUTION:The irradiation luminous flux with the intensity gradient is split by a beam splitter 4; and a photodetector 7 detects the intensity of one beam and the other beam is passed through a liquid-dipped objective 13 to form a beam waist 11 with an intensity gradient at a part to be inspected in a reaction cell 31. Then latex particles are converged on nearby the center of the beam waist 11 by an optical trapping phenomenon to accelerate the agglutination. Consequently, when the concentration of the latex particles is low totally, partial concentration is made high to cause agglutination, thereby enabling high-sensitivity measurement.

Description

【発明の詳細な説明】 [a業上の利用分野〕 本発明は、抗原抗体反応等の特異的結合の作用によって
担体の凝集反応を生じさせることにより検体内の目的物
質を測定する検体測定の分野に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to the measurement of a target substance in a specimen by causing an agglutination reaction of a carrier by the action of specific binding such as an antigen-antibody reaction. Regarding the field.

[従来の技術] 従来、目的とする目的物質と特異的に結合する反応、例
えば抗原抗体反応を利用して、検体中の目的物質を精度
良く測定する方法が知られている。これは目的物質であ
る特定抗原と特異的に結合するモノクローナル抗体等の
物質を、ラテックス粒子等の担体粒子の表面に感作した
ものを含む所定濃度の試薬を作成し、この試薬を血清等
の検体と混合して抗原抗体反応により担体粒子同士を結
合凝集させ、一定温度下で十分凝集反応が行なわれる時
間(通常は20〜30分程度)の放置、所謂インキュベ
ーションを行なう。その後に、主に光学的な手法で前記
担体の凝集状態を測定することで血清中の目的抗原を定
性的又は定量的に測定するものである。これは一般に粒
子イムノアッセイ法と呼ばれて広く知られており、例え
ば特開昭53−24015号公報、特開昭54−108
693号公報、特開昭54−108[i94号公報、特
開昭54−108695号公報、特開昭54−1094
94号公報、特開昭55−159157号公報、特開昭
62〜81567号公報等に詳細に記載されている。
[Prior Art] Conventionally, methods have been known for accurately measuring a target substance in a specimen by utilizing a reaction that specifically binds to the target substance, such as an antigen-antibody reaction. This involves preparing a reagent with a predetermined concentration that contains a substance such as a monoclonal antibody that specifically binds to a specific antigen, which is the target substance, sensitized on the surface of carrier particles such as latex particles, and then applying this reagent to serum etc. The carrier particles are mixed with a specimen to cause binding and aggregation between the carrier particles through an antigen-antibody reaction, and the carrier particles are left at a constant temperature for a sufficient period of time (usually about 20 to 30 minutes) to perform a so-called incubation. Thereafter, the target antigen in the serum is qualitatively or quantitatively measured by mainly measuring the aggregation state of the carrier using an optical method. This is generally called a particle immunoassay method and is widely known.
693, JP 54-108 [i94, JP 54-108695, JP 54-1094]
It is described in detail in JP-A No. 94, JP-A-55-159157, JP-A-62-81567, and the like.

しかしながら上記従来例では、インキュベーションの際
、担体が凝集して凝集塊を形成する過程で、担体同士の
接触は、担体自身のブラウン運動によるところが大きく
、特に担体の濃度が低い場合は非効率的で時間がかかつ
てしまう問題点があった。
However, in the conventional example described above, during incubation, during the process in which the carriers aggregate to form aggregates, the contact between the carriers is largely due to the Brownian motion of the carriers themselves, which is inefficient, especially when the carrier concentration is low. There was a problem that it took time.

そこで本願出願人は先に特願平2−109328号にお
いて、光トラツプ現象を利用して担体の凝集を促進する
方法を提案した。
Therefore, the applicant of the present application previously proposed in Japanese Patent Application No. 2-109328 a method of promoting aggregation of carriers by utilizing the optical trapping phenomenon.

本発明は、簡略な方法で効果的に凝集反応効率を高め、
その結果を更に精度良く測定することのできる手法の提
供を目的とする。
The present invention effectively increases the aggregation reaction efficiency with a simple method,
The purpose of this study is to provide a method that can measure the results with even greater precision.

[目的を達成するための手段] この目的を達成する本発明の概要は、目的物質に特異的
に反応する物質を感作させた担体を、前記目的物質が含
まれる検体と混合して混合物を作成する工程と、前記混
合物に対して強度勾配を有する光を照射し、その光圧に
より前記担体を光照射位置近傍に集中させることによっ
て、前記担体の凝集反応効率を高める工程と、前記凝集
反応の終了した混合物中の担体の′a某状態をflif
fi情報として検出して、画像解析することにより目的
物質の定性的あるいは定量的な測定を行なう工程を有す
ることを特徴とする。
[Means for achieving the object] The outline of the present invention for achieving this object is to mix a carrier sensitized with a substance that specifically reacts with a target substance with a sample containing the target substance to form a mixture. a step of increasing the aggregation reaction efficiency of the carrier by irradiating the mixture with light having an intensity gradient and concentrating the carrier near the light irradiation position by the light pressure; flif a certain state of the carrier in the finished mixture of
It is characterized by having a step of qualitatively or quantitatively measuring the target substance by detecting it as fi information and analyzing the image.

[実施例] 本発明の詳細な説明にあたり、まず本発明の基本原理に
ついて第1図を用いて説明する。
[Example] In explaining the present invention in detail, the basic principle of the present invention will first be explained using FIG. 1.

一般に第1図(a)に示すように液体中に非常に微小な
微粒子が分散して存在するときに、液体中にガウス分布
を有するレーザ光のような、強度勾配を有する光束を用
いてビームウェストを形成すると、第1図(b)に示す
如く、レーザ光の光圧による求心力が働ぎ、浮遊微粒子
がビームウェスト中心近傍に集まる現象が知られている
。これは一般に光トラップと呼ばれ、流体中の微粒子を
特定の場所に移動させたり、あるいは集合させるのに有
用な手法である。本発明はこの光トラップの現象を利用
して、担体微粒子をビームウェストS分に集中させて粒
子密度を高め、それによって凝集反応を促進させ、測定
速度共に測定感度を高めることを基本原理とするもので
ある。
Generally, as shown in Figure 1(a), when very small particles are dispersed in a liquid, a beam with an intensity gradient, such as a laser beam with a Gaussian distribution, is used in the liquid. It is known that when a waist is formed, as shown in FIG. 1(b), a centripetal force is exerted by the optical pressure of the laser beam, causing floating particles to gather near the center of the beam waist. This is generally called an optical trap, and is a useful method for moving or aggregating particles in a fluid to a specific location. The basic principle of the present invention is to utilize this optical trap phenomenon to concentrate carrier particles at the beam waist S to increase the particle density, thereby promoting aggregation reactions and increasing measurement speed and measurement sensitivity. It is something.

次に本発明の実施例の装置を図面を用いて詳細に説明す
る。第2図は本発明の第一実施例の構成図であり、同図
において、1は強度勾配を有する照射光を発生する光源
で、本実施例においては波長11064nのYAGレー
ザを用いる。2は濃度フィルタ、3はズームエキスパン
ダ、4は光路中に斜設されるビームスプリッタである。
Next, an apparatus according to an embodiment of the present invention will be explained in detail using the drawings. FIG. 2 is a block diagram of a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a light source that generates irradiation light having an intensity gradient, and in this embodiment, a YAG laser with a wavelength of 11064 nm is used. 2 is a density filter, 3 is a zoom expander, and 4 is a beam splitter installed obliquely in the optical path.

ビームスプリッタ4で分岐された光束の一方は集光レン
ズ6で集光されて、光検出器7にて光強度が検出される
。不図示の制御回路では光検出器7で得られる光源1か
ら発する光強度の実出力をモニタし実出力が設定強度と
なるように光源1の発光量を制御する。
One of the beams split by the beam splitter 4 is condensed by a condenser lens 6, and the light intensity is detected by a photodetector 7. A control circuit (not shown) monitors the actual output of the light intensity emitted from the light source 1 obtained by the photodetector 7, and controls the amount of light emitted from the light source 1 so that the actual output becomes the set intensity.

又、ビームスプリッタ4で分岐されるもう一方の光束は
、ダイクロイックミラー5、対物レンズ13に至る。対
物レンズ13は高い開口数(NA)を持つ液浸形対物レ
ンズであり、本実施例においてはNA=1.25である
。対物レンズ13を通過したレーザ光は、液浸オイル1
2を経て、反応セル31内の被検部に強度勾配を有する
ビームウェスト11を形成する。反応セル31は透光性
のガラスやプラスチック等の材質から成り、内部には反
応検体が封入される構造となっている。
The other beam split by the beam splitter 4 reaches a dichroic mirror 5 and an objective lens 13. The objective lens 13 is an immersion type objective lens with a high numerical aperture (NA), and in this embodiment, NA=1.25. The laser beam that has passed through the objective lens 13 is transmitted to the immersion oil 1
2, a beam waist 11 having an intensity gradient is formed in the test area within the reaction cell 31. The reaction cell 31 is made of a transparent material such as glass or plastic, and has a structure in which a reaction sample is sealed inside.

ここで反応セル31内に封入する反応検体は、直径0.
5μm程度の多数のラテックス粒子の表面に、目的とす
る特定抗原と特異的に結合するモノクローナル抗体を感
作したものを有する所定濃度の試薬を用意し、これと検
1体(血液成分、尿、だ液等の体液が一般的である)と
を混合して作成したものである。より詳しくは前記公報
に記載されているのでここでは詳細な説明は省略する。
Here, the reaction specimen sealed in the reaction cell 31 has a diameter of 0.
A reagent with a predetermined concentration containing a monoclonal antibody that specifically binds to a specific antigen of interest is prepared on the surface of a large number of latex particles of about 5 μm in size, and a reagent with a predetermined concentration (blood components, urine, etc.) is prepared. It is made by mixing body fluids such as saliva (usually body fluids such as saliva). More details are described in the above publication, so a detailed explanation will be omitted here.

反応セル31内の被検部5に強度勾配を有するビームウ
ェスト11を形成すると、前記光トラップの現象により
、ビームウェスト中心付近にラテックス粒子が多数集ま
フてラテックス粒子の存在密度が高くなり、部分的濃度
が高くなる。するとラテックス粒子同士が接触する確率
が高くなり、血清中の目的抗原を介してのラテックス粒
子同士の凝集がより促進されることになる。こうして検
体中に目的とする抗原が存在した場合には、ラテックス
粒子同士が結合して2〜5個程度から成る凝集塊を多数
形成する。又、目的抗原が存在しない場合には当然凝集
塊は形成されない。
When a beam waist 11 having an intensity gradient is formed in the test area 5 in the reaction cell 31, a large number of latex particles gather near the center of the beam waist due to the optical trap phenomenon, and the density of latex particles increases. The local concentration increases. This increases the probability that the latex particles will come into contact with each other, and aggregation of the latex particles with each other via the target antigen in the serum will be further promoted. In this way, when the target antigen is present in the specimen, latex particles bind to each other to form a large number of aggregates each consisting of about 2 to 5 latex particles. Furthermore, if the target antigen is not present, no aggregate will naturally be formed.

従来はこのラテックス凝集反応を起こすのに、ブラウン
運動、攪拌等の偶発的な現象を利用していたため、ラテ
ックス粒子同士の接触回数は非常に少なく、結果として
十分なラテックス凝集反応を終了させるには20分〜3
0分程度に渡るインキュベーションを必要とした。これ
に対して本実施例においては、上記のように光トラップ
の現象を利用してラテックス粒子をビームウェスト中心
付近に集中させ、ラテックス凝集反応を促進させるよう
にしているので、インキュベーションに要する時間を短
縮することができる。それと共に、全体的なラテックス
粒子の濃度が低くても、光トラップにより部分的濃度を
高めて凝集反応を起こさせているので、測定感度が高く
なる効果もある。
Conventionally, accidental phenomena such as Brownian motion and stirring were used to cause this latex aggregation reaction, so the number of times the latex particles came into contact with each other was extremely small, and as a result, it was difficult to complete the latex aggregation reaction sufficiently. 20 minutes ~3
Incubation for approximately 0 minutes was required. In contrast, in this example, as described above, the optical trap phenomenon is used to concentrate latex particles near the center of the beam waist and promote the latex aggregation reaction, so the time required for incubation is reduced. Can be shortened. At the same time, even if the overall latex particle concentration is low, the optical trap increases the local concentration and causes an aggregation reaction, which has the effect of increasing measurement sensitivity.

こうして一定時間に渡って光を照射し続けてラテックス
の凝集塊反応の促進を行なった後に、制御回路の指令に
より、前記レーザ光を遮断するかあるいは強度を弱める
と、これに応じて光トラップの力が弱まり、ビームウェ
スト付近に集中していたラテックス粒子は、ブラウン運
動等の作用のために徐々に液体中の全体に分散する。こ
の時、抗原抗体反応により形成されたラテックス凝集塊
は塊を形成したまま分散する。又、ここで攪拌手段や加
振手段を設けて、反応セル31内の液体を攪拌や加振し
、分散をより短時間て効草的に行なわせるようにすれば
一層効果的である。
After continuing to irradiate the light for a certain period of time to promote the latex agglomerate reaction, the control circuit cuts off the laser light or weakens its intensity, and the light trap is activated accordingly. As the force weakens, the latex particles that were concentrated near the beam waist gradually disperse throughout the liquid due to Brownian motion and other effects. At this time, the latex aggregate formed by the antigen-antibody reaction is dispersed while remaining agglomerated. Further, it would be even more effective to provide a stirring means or a vibration means to stir or vibrate the liquid in the reaction cell 31 so that the dispersion can be effected more effectively in a shorter time.

次に、インキュベーションの完了した検体中のラテック
ス凝集反応の度合を測定するのであるが、その測定手段
の働きを説明する。
Next, the degree of latex agglutination reaction in the specimen after incubation is measured, and the function of the measuring means will be explained.

341図において図示されていない照明光学系によって
波長400nm〜800nmの可視光によって照明され
たラテックス粒子の像は、対物レンズ13によって集光
され、再びダイクロイックミラー5に至る。ダイクロイ
ックミラー5は前記のように波長11064nのレーザ
光を反射し、可視光を透過する特性を有するため、前記
ラテックンズ15を経て受光素子アレイである二次元撮
像素子16(以下rccDJと称する)上に結像する。
An image of the latex particles illuminated with visible light having a wavelength of 400 nm to 800 nm by an illumination optical system (not shown in FIG. 341) is focused by the objective lens 13 and reaches the dichroic mirror 5 again. As described above, the dichroic mirror 5 has the characteristic of reflecting laser light with a wavelength of 11064n and transmitting visible light, so that the dichroic mirror 5 passes through the latex lenses 15 and onto the two-dimensional image sensor 16 (hereinafter referred to as rccDJ) which is a light receiving element array. Form an image.

CCD16で得られた複数枚の画像信号はフレームメモ
リ17及びVTR19に取込まれ、それぞれデジタル及
びアナログの画像情報として記憶される1画像処理装置
18ではフレームメモリ17の内容を基に解析のための
画像処理を行ない、この結果はCRT20又は不図示の
プリンタに出力する。又、VTR19(7)画像もCR
T20に出力することが可能となりている。なお、−旦
VTR19に全て撮影し、後にこれを再生した出力信号
をA/D変換してフレームメモリ17に記憶させること
もできる。こうすることにより、最小限のフレームメモ
リ容量で、様々な時点での画像を繰り返し解析すること
ができる。
A plurality of image signals obtained by the CCD 16 are taken into a frame memory 17 and a VTR 19, and stored as digital and analog image information, respectively.An image processing device 18 processes data for analysis based on the contents of the frame memory 17. Image processing is performed, and the results are output to a CRT 20 or a printer (not shown). Also, VTR19 (7) images are also CR
It is possible to output at T20. Note that it is also possible to record the entire image on the VTR 19 and later reproduce the output signal, A/D converting it and storing it in the frame memory 17. By doing so, images at various points in time can be repeatedly analyzed with a minimum frame memory capacity.

なお、本実施例では二次元の受光素子アレイを用いて検
体の画像を撮像したが、−次元の受光素子アレイを用い
、反応セルと受光素子アレイを相対的に移動させること
によって実質的に二次元の画像情報を検出するようにし
ても良い。
In this example, a two-dimensional photodetector array was used to capture an image of the specimen. It is also possible to detect dimensional image information.

さて、前記画像処理装置18は主に以下の3つの画像処
理機能を備えている。これらの機能は操作者により適宜
選択される。
Now, the image processing device 18 mainly has the following three image processing functions. These functions are appropriately selected by the operator.

第1の画像処理機能は、2枚の同一画像を位置をずらし
て画像同士の積を演算する機能、すなわち画像の自己相
関を計算する機能である。
The first image processing function is a function of shifting the positions of two identical images and calculating the product of the images, that is, a function of calculating the autocorrelation of the images.

一般に2枚の同一画像のずれ量を(α、β)とするとき
、画像の二次元自己相関関数はψ(α。
Generally, when the amount of deviation between two identical images is (α, β), the two-dimensional autocorrelation function of the images is ψ(α.

β)は、 ψ(α、β)弓=f(X・α、y+β) f(x、y)
dx dyで定義される。
β) is ψ(α, β) bow = f(X・α,y+β) f(x,y)
Defined as dx dy.

画像上に単一径の多数の粒子が乱雑に存在する場合、相
関関数ハF&lIi  a  +I3  =O(Dトt
k最大になり、 a  +137の増大と共に減少する
exp (−(τ7T了7/l)の形で表わされる。
When a large number of particles with a single diameter exist randomly on an image, the correlation function F&lIi a +I3 =O(Dtt
It is expressed in the form of exp (-(τ7T7/l)) which is maximum and decreases with the increase of a +137.

ζは相関距離と呼ばれ、粒径を表わすパラメータとなる
。ラテックス粒子が凝集していない場合、ζはラテック
ス粒子径に相当する所定値ζ1となり、α2+β2=ζ
1′の時、相関関数は1 / eとなる。ところが、ラ
テックス凝集反応によってラテックス粒子同士が結合し
ている場合には、実質上ラテックス粒子径が大きくなっ
たと見なせるため、相関距離ζ2は所定値ζ、よりも大
きな値となる。
ζ is called a correlation distance and is a parameter representing the particle size. When latex particles are not aggregated, ζ is a predetermined value ζ1 corresponding to the latex particle diameter, and α2+β2=ζ
When 1', the correlation function becomes 1/e. However, if the latex particles are bonded to each other due to the latex aggregation reaction, it can be considered that the latex particle diameter has substantially increased, so the correlation distance ζ2 becomes a value larger than the predetermined value ζ.

この関係を表わしたものが第5図であり、実線Aはラテ
ックス凝集反応が生じていない時のもの、−点錯線Bは
ラテックス凝集反応が生じている時の相関関数を示して
いる0図から明らかなように、相関関数が1 / eと
なる相関距離ζを求めるか、あるいは一定路III(α
、β)移動したときの相関関数の値を求めることによっ
て、ラテックス凝集反応の度合を調べることができる。
This relationship is shown in Figure 5, where the solid line A shows the correlation function when no latex aggregation reaction occurs, and the - dotted line B shows the correlation function when the latex agglutination reaction occurs. As is clear from
, β) By determining the value of the correlation function when moving, the degree of latex agglutination reaction can be investigated.

具体的には光トラップによりラテックス粒子の凝集塊を
形成し、レーザ光の強度を弱めてから−か所に集中して
いたラテックス粒子が十分に分散した時点での画像を一
枚取込み、取込んだ画像をある閾値を基準にして二値化
する。そして同一の2枚の二値化画像を位置をずらしな
がら画像同志の積を演算し自己相関を得るものである。
Specifically, an optical trap is used to form agglomerates of latex particles, the intensity of the laser beam is weakened, and then a single image is captured and captured when the latex particles that were concentrated in one place have been sufficiently dispersed. The image is binarized based on a certain threshold. Then, the autocorrelation is obtained by calculating the product of two identical binarized images while shifting their positions.

第2の画像処理機能は、時間と共に変化して行く異なる
画像同志の横を演算する機能、すなわち経時変化する画
像同士の相互相関を計算する機能である。
The second image processing function is a function that calculates the width of different images that change over time, that is, a function that calculates the cross-correlation between images that change over time.

時間tをパラメータとする相互相関関数ψft)は、 ψ(t)  = ’Ir−,f(x、y、T◆t)  
f(x、y、T)dx  dyで定義される。
The cross-correlation function ψft) with time t as a parameter is ψ(t) = 'Ir-, f(x, y, T◆t)
It is defined as f(x, y, T) dx dy.

画像上に単一径の粒子が多数存在し、その位置がブラウ
ン運動等により確率的に変動する場合、相関関数は時間
1=0のとき最大になり、tの増大と共に減少するex
p(−t /τ)の形で表わされる。τは相関時間と呼
ばれ、やはり粒径を表わすパラメータとなる。第5図に
その関係を示す。
When there are many particles with a single diameter on an image, and their positions fluctuate stochastically due to Brownian motion, the correlation function is maximum at time 1 = 0, and decreases as t increases.
It is expressed in the form p(-t/τ). τ is called the correlation time and is also a parameter representing the particle size. Figure 5 shows the relationship.

具体的には前記レーザ光を弱めて光トラップを解き、一
定時間経過し、ラテックスが十分に分散した時点で、一
定時間の間隔で2枚の画像を取込み、両画像の相関関数
を計算することにより、ラテックス凝集状態の度合を測
定することができる。但しこの場合、相関時間τは同時
にブラウン運動等による位置変動の度合にも依存するた
め、反応セルの温度管理を行なうことが望ましい。
Specifically, the laser beam is weakened to release the optical trap, and after a certain period of time has elapsed and the latex is sufficiently dispersed, two images are captured at a certain time interval, and a correlation function between both images is calculated. Accordingly, the degree of latex aggregation can be measured. However, in this case, since the correlation time τ also depends on the degree of positional fluctuation due to Brownian motion or the like, it is desirable to control the temperature of the reaction cell.

又、温度に応じて画像を取込む時間間隔を変更するよう
にすれば更に好ましい。
Furthermore, it is more preferable to change the time interval at which images are captured depending on the temperature.

第3の画像処理機能は、輪郭抽出の技法を応用上たもの
である。前記第2の画像処理機能と同様に、前記レーザ
光の強度を弱めてラテックスの光トラップを解き、所定
時間経過の後、ラテックスが十分に分散した時点で、−
枚の画像を取込み、所定の閾値を用いて取込んだ画像を
二値化し輪郭線を抽出する。該輪郭線は円に近似される
が、円の半径はラテックスの半径として既知であるから
、近似は容易に行なうことができる。この時ラテックス
粒子よりも小さい輪郭線については画像のノイズとして
除去する。ラテックス凝集反応が生じているとぎは、ラ
テックス粒子よりも大きい輪郭線が生じるが、この場合
は複数の円の重なり合わせとして処理する。こうして前
記画像処理の結果得られる輪郭内の面積や形状等を統計
的に処理することで画像内のラテックス粒子の数、ラテ
ックス凝集反応により互いに結合しているラテックス粒
子の数、及び両者の割合等が求まり、ラテックス凝集反
応の度合を測定することができる。
The third image processing function is an application of the contour extraction technique. Similar to the second image processing function, the intensity of the laser beam is weakened to release the optical trap of the latex, and after a predetermined period of time has elapsed, when the latex is sufficiently dispersed, -
Two images are captured, the captured images are binarized using a predetermined threshold value, and the outlines are extracted. The contour line is approximated to a circle, and since the radius of the circle is known as the radius of the latex, the approximation can be easily performed. At this time, contour lines smaller than the latex particles are removed as image noise. When a latex aggregation reaction occurs, a contour line larger than the latex particles is generated, but in this case, the contour line is treated as a plurality of overlapping circles. In this way, by statistically processing the area, shape, etc. within the contour obtained as a result of the image processing, the number of latex particles in the image, the number of latex particles bonded to each other by latex aggregation reaction, and the ratio of both, etc. can be determined, and the degree of latex agglutination reaction can be measured.

なお上記では、ラテックス粒子よりも大きい輪郭線に対
して複数の円で近似する方法を示したが、近似せずに隼
にラテックス凝集塊として認識する方法もある。この場
合、画像処理のアルゴリズムが非常に簡単になるため処
理速度が向上するメリットがある。さらに輪郭線を抽出
する方法として二値化法を示したが、他の方法として画
像を微分しエツジ強調処理することによって輪郭線を得
る方法を採用しても良い。
In the above, a method of approximating an outline larger than a latex particle with a plurality of circles has been shown, but there is also a method of recognizing it as a latex agglomerate to a falcon without approximating it. In this case, the image processing algorithm becomes very simple, which has the advantage of increasing processing speed. Further, although the binarization method has been shown as a method for extracting the contour, another method may be adopted in which the contour is obtained by differentiating the image and performing edge enhancement processing.

又、上記の実施例の内、第1、第3の画像処理機能では
、説明を簡略化するため、使用する画像は、前記レーザ
光の強度を弱め一定時間経過した時点で取込んだ一枚で
あるとしたが、−枚に限定する必要はなく、連続的又は
間欠的に測定することで、測定結果の経時的変化を捕ら
え、測定の信頼性を更に向上させることも可能である。
In addition, in the first and third image processing functions of the above embodiments, in order to simplify the explanation, the image used is one image captured after a certain period of time has elapsed while the intensity of the laser beam is weakened. However, it is not necessary to limit the number of sheets to -, and by measuring continuously or intermittently, it is also possible to capture changes in the measurement results over time and further improve the reliability of the measurement.

同様に前記第2の画像処理機能においても、複数の画像
を時系列に連続して取込み、各画像間の相互相関を計算
するようにすれば、より正確な測定が可能となる。
Similarly, in the second image processing function, more accurate measurements can be made by continuously capturing a plurality of images in time series and calculating the cross-correlation between each image.

又、自己相関、相互相関を計算する際、必ずしも二値画
像を用いる必要はなく、CCDで取込んだ多値画像を用
いて相関関数の演算を行なっても良い。
Further, when calculating autocorrelation and cross-correlation, it is not necessary to use a binary image, and a multivalued image captured by a CCD may be used to calculate the correlation function.

[第二実施例] 次に本発明の第二実施例を第3図を用いて説明するが、
第2図と同一の符号は同−又は同様の部材を表わす。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be explained using FIG.
The same reference numerals as in FIG. 2 represent the same or similar parts.

先の実施例では画像情報を得るために受光素子アレイで
あるCCDを用いて測定セル内の画像を撮像したが、本
実施例においては微小な光ビームスポットで測定セル内
を二次元的に光走査して、発生する光を単一の受光素子
にて時系列に検出することで画像情報を得るものである
In the previous example, an image inside the measurement cell was captured using a CCD, which is a light receiving element array, to obtain image information, but in this example, a minute light beam spot is used to capture the image inside the measurement cell two-dimensionally. Image information is obtained by scanning and detecting the generated light in time series with a single light receiving element.

光トラツプ現象によりラテックス粒子の凝集反応を促進
する機構は先の第2図の実施例と同様であり、測定セル
31内にビームウェスト+1を形成し、担体の凝集反応
を促進させる。
The mechanism for promoting the aggregation reaction of latex particles by the optical trapping phenomenon is the same as that of the embodiment shown in FIG. 2, in which a beam waist +1 is formed in the measurement cell 31 to promote the aggregation reaction of the carrier.

走査光の光源であるレーザ光源21としては、光トラツ
プ用のレーザ光源1 (YAGレーザ)とは波長の異な
る、例えば波長670nmの半導体レーザを用いる。レ
ーザ光源21から射出したレーザ光は音響光学素子22
(以下r A OD Jと称する)により主走査方向に
走査し、ビームエクスパンダ23を経た後、振動ミラー
24によって先の主走査方向とは直交する副走査方向に
走査する。このようにAODと振動ミラーの組合せによ
り二次元走査光学系を形成している。
As the laser light source 21 which is a light source of scanning light, a semiconductor laser having a wavelength different from that of the laser light source 1 (YAG laser) for optical trapping, for example, a wavelength of 670 nm is used. The laser light emitted from the laser light source 21 is transmitted to the acousto-optic element 22.
(hereinafter referred to as r A OD J) in the main scanning direction, and after passing through the beam expander 23, the beam is scanned in the sub-scanning direction orthogonal to the previous main scanning direction by the vibrating mirror 24. In this way, a two-dimensional scanning optical system is formed by the combination of the AOD and the vibrating mirror.

この走査光はハーフミラ−25によって測定セル31方
向に向けられ、対物レンズ13によって測定セル31内
に0.5μm程度の微小な結像スポットを形成し、測定
セル31内の測定部を結像スポットにより二次元的に光
走査する。第4図はこの時の様子を示すもので、レーザ
光のビームウェスト11にラテックス粒子が集中し、結
像スポット30が矢印方向に二次元的に走査される。
This scanning light is directed toward the measurement cell 31 by the half mirror 25, and is formed into a minute imaging spot of about 0.5 μm in the measurement cell 31 by the objective lens 13, and the measurement part in the measurement cell 31 is formed into an imaging spot. Two-dimensional optical scanning is performed. FIG. 4 shows the situation at this time. Latex particles are concentrated on the beam waist 11 of the laser beam, and the imaging spot 30 is two-dimensionally scanned in the direction of the arrow.

このとき結像スポット30が照射される位置から発生す
る散乱光は、バンドパスフィルタ14、集光レンズ15
を介して単一受光素子のフォトディテクタ26に入射す
る。そして前記二次元走査光学系を制御する前記同期信
号に基づいてフォトディテクタ26の出力を時系列に取
込み、フレームメモリ17に蓄える。こうして実質的に
先の実施例と同等の二次元的な画像情報が得られる。フ
レームメモリ17に得られるこの画像情報の解析法は先
の実施例と同様であり、画像処理装置18において、操
作者が適宜選択した解析法によって画像処理を行なう。
At this time, the scattered light generated from the position where the imaging spot 30 is irradiated is filtered through the bandpass filter 14 and the condensing lens 15.
The light enters the photodetector 26, which is a single light-receiving element. Then, based on the synchronization signal that controls the two-dimensional scanning optical system, the output of the photodetector 26 is captured in time series and stored in the frame memory 17. In this way, two-dimensional image information substantially equivalent to that of the previous embodiment is obtained. The analysis method of this image information obtained in the frame memory 17 is the same as in the previous embodiment, and image processing is performed in the image processing device 18 using an analysis method appropriately selected by the operator.

[発明の効果コ 以上本発明によれば、簡略な方法で効果的に凝集反応効
率を高めることができ、この凝集状態を画像解析して測
定を行なうため、非常に精度の高い測定が行なえる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, it is possible to effectively increase the agglutination reaction efficiency with a simple method, and since the aggregation state is measured by image analysis, very highly accurate measurements can be performed. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は光トラツプ現象の説明図、 第2図は本発明の第一実施例の構成図、第3図は本発明
の第二実施例の構成図、第4図は第二実施例においてス
ポット光により走査している状態を示す図、 第5図は自己相関関数を示すグラフ図、であり、図中の
主な符号は、 1・・・・YAGレーザ 3・・・・ビームエキスパンダ 11・・・・ビームウェスト 12・・・・液浸オイル 13・・・・対物レンズ 14・・・・バンドパスフィルタ 16・・・・CCD 17・・・・フレームメモリ 18・・・・画像処理装置 19・・・・VTR 20・・・・CRT 21・・・・半導体レーザ 22 ・・・・AOD 23・・・・ビームエキスパンダ 2′4・・・・振動ミラー 26・・・・光検出器 31・・・・測定セル 第3図 距離(時間)
Fig. 1 is an explanatory diagram of the optical trap phenomenon, Fig. 2 is a block diagram of the first embodiment of the present invention, Fig. 3 is a block diagram of the second embodiment of the present invention, and Fig. 4 is a block diagram of the second embodiment of the present invention. Figure 5 is a graph showing the autocorrelation function, and the main symbols in the figure are: 1... YAG laser 3... Beam expander 11... Beam waist 12... Immersion oil 13... Objective lens 14... Band pass filter 16... CCD 17... Frame memory 18... Image processing Device 19...VTR 20...CRT 21...Semiconductor laser 22...AOD 23...Beam expander 2'4...Vibration mirror 26...Photo detection Instrument 31...Measuring cell Figure 3 Distance (time)

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)目的物質に特異的に反応する物質を感作させた担
体を、前記目的物質が含まれる検体と混合して混合物を
作成する工程、 前記混合物に対して強度勾配を有する光を 照射し、その光圧により前記担体を光照射位置近傍に集
中させることによって、前記担体の凝集反応効率を高め
る工程、 前記凝集反応の終了した混合物中の担体の 凝集状態を画像情報として検出して、画像解析すること
により目的物質の測定を行なう工程、を有することを特
徴とする検体測定方法。
(1) A step of creating a mixture by mixing a carrier sensitized with a substance that specifically reacts with the target substance with a sample containing the target substance, and irradiating the mixture with light having an intensity gradient. , a step of increasing the efficiency of the aggregation reaction of the carriers by concentrating the carriers near the light irradiation position using the light pressure; detecting the aggregation state of the carriers in the mixture after the aggregation reaction as image information; A method for measuring a specimen, comprising the step of measuring a target substance by analysis.
(2)目的物質に特異的に反応する物質を感作させた担
体を、前記目的物質が含まれる検体と混合して作成した
混合物を入れる測定セル、前記測定セル中の所定位置に
強度勾配を有 する光を照射して、照射位置付近に前記担体を集中させ
、凝集反応効率を高める光照射手段、前記凝集反応の終
了した混合物中の担体の 凝集状態を画像情報として検出する検出手段、前記検出
手段で得られる画像情報を解析 することにより目的物質の測定を行なう解析手段、 を有することを特徴とする検体測定装置。
(2) A measurement cell containing a mixture prepared by mixing a carrier sensitized with a substance that specifically reacts with the target substance with a sample containing the target substance, and an intensity gradient at a predetermined position in the measurement cell. A light irradiation means for irradiating light with a light beam to concentrate the carriers near the irradiation position and increase the efficiency of the aggregation reaction; a detection means for detecting the aggregation state of the carriers in the mixture after the aggregation reaction has been completed as image information; An analyte measuring device comprising: analysis means for measuring a target substance by analyzing image information obtained by the means.
(3)前記画像情報の検出は、検体を受光素子アレイに
より画像検出する請求項(1)記載の検体測定方法また
は請求項(2)記載の検体測定装置。
(3) The specimen measuring method according to claim (1) or the specimen measuring apparatus according to claim (2), wherein the image information is detected by detecting an image of the specimen using a light-receiving element array.
(4)前記画像情報の検出は、検体を2次元光走査して
画像検出する請求項(1)記載の検体測定方法または請
求項(2)記載の検体測定装置。
(4) The specimen measuring method according to claim (1) or the specimen measuring apparatus according to claim (2), wherein the image information is detected by performing two-dimensional optical scanning of the specimen.
(5)前記検出手段は、検出した画像情報をデジタル的
又はアナログ的に記憶する手段を有する請求項(2)記
載の検体測定装置。
(5) The specimen measuring device according to claim 2, wherein the detection means has means for storing detected image information digitally or analogously.
(6)前記画像情報の解析は、検出した画像を所定閾値
により二値化した画像を用いて行なう請求項(1)記載
の検体測定方法または請求項(2)記載の検体測定装置
(6) The specimen measuring method according to claim (1) or the specimen measuring device according to claim (2), wherein the analysis of the image information is performed using an image obtained by binarizing the detected image using a predetermined threshold value.
(7)前記画像情報の解析は、検出した画像の自己相関
あるいは相互相関を計算することで前記凝集の度合を演
算する請求項(1)記載の検体測定方法または請求項(
2)記載の検体測定装置。
(7) The sample measuring method according to claim (1) or claim (1), wherein the analysis of the image information calculates the degree of aggregation by calculating autocorrelation or cross-correlation of the detected image.
2) The specimen measuring device described above.
(8)前記画像情報の解析は、検出した画像の輪郭を抽
出することで前記凝集の度合を演算する請求項(1)記
載の検体測定方法または請求項(2)記載の検体測定装
置。
(8) The specimen measuring method according to claim (1) or the specimen measuring apparatus according to claim (2), wherein the analysis of the image information calculates the degree of aggregation by extracting the contour of the detected image.
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