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WO2004095009A1 - 光学検査装置 - Google Patents

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WO2004095009A1
WO2004095009A1 PCT/JP2004/005952 JP2004005952W WO2004095009A1 WO 2004095009 A1 WO2004095009 A1 WO 2004095009A1 JP 2004005952 W JP2004005952 W JP 2004005952W WO 2004095009 A1 WO2004095009 A1 WO 2004095009A1
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WO
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sample
light
optical
sample tube
inspection
Prior art date
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Ceased
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PCT/JP2004/005952
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English (en)
French (fr)
Inventor
Toru Myogadani
Masayoshi Tatsu
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Moritex Corp
Original Assignee
Moritex Corp
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Publication date
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Priority to US10/553,947 priority patent/US20060120566A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/82—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a precipitate or turbidity

Definitions

  • the present invention relates to an optical inspection device that inspects a sample placed in a sample tube for the presence or absence of an inspection object that causes an optical change such as white precipitation or fluorescence.
  • the LAMP method not only has extremely high amplification efficiency, but also has the effect of elongating and synthesizing the gene (DNA) in a sample tube with pyrophosphate ions released from the substrate (dNTPs) and magnesium in the reaction solution. A large amount of magnesium pyrophosphate, a by-product that combines with ions, is generated, and cloudiness and white precipitation are observed in the sample tube.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a main part of an inspection apparatus for detecting the degree of cloudiness and white precipitation of a sample depending on the presence or absence of amplification in the LAMP method in real time as the reaction proceeds.
  • the optical inspection device 31 is provided with a plurality of observation holes 35 perpendicular to each of the plurality of arrangement holes 34 for erecting the sample tubes 33 formed in the reaction block 32.
  • a sample tube is formed on the optical axis passing through each observation through hole 35.
  • a light emitting element 36 for irradiating the detection light 33 and a light receiving element 37 for detecting the detection light transmitted through the sample tube 33 are arranged.
  • each sample is put in the sump tubes 33 and arranged in the reaction block 32, and while the light emitted from the light emitting element 36 and transmitted through the sample tube 33 is detected by the light receiving element 37,
  • the reaction is carried out under the specified temperature conditions, the sample in which gene amplification has progressed produces cloudiness and white precipitation, and the transmitted light intensity decreases.Therefore, the presence or absence of cloudiness and white precipitation is detected based on the change in the amount of light. If white turbidity / white precipitation occurs, it can be determined that the inspection target exists.
  • the change in the light intensity detected by the light receiving element 37 may be caused not only by the white turbidity and white precipitation of the sample, but also by the change in the optical characteristics of the light emitting element 36 and the light receiving element 37. .
  • reaction block 32 since the reaction block 32 is heated, there is a high possibility that the optical characteristics of the light emitting element 36 and the light receiving element 37 are changed by the influence of the temperature.
  • the light-emitting element 3 Since optical axis alignment is required for as many as 16 optical elements, each including 6 and 8 light-receiving elements 37, there is a problem that the optical axis alignment is very troublesome at the stage of assembling the apparatus.
  • the turbidity is measured based on only the transmitted light intensity by the light receiving element 37, the measurement is not possible if other external factors, for example, clouding and bubbles are formed in the sample tube 33. Be accurate.
  • the present invention can accurately detect the presence or absence of white turbidity, white sedimentation, or fluorescence caused by the reaction of the sample regardless of the change in the amount of the inspection light and the fogging or bubbles in the sample tube.
  • the technical challenge is to eliminate the need for precise optical axis alignment of optical elements and to simplify assembly work. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to an optical inspection apparatus for inspecting a sample placed in a sample tube for the presence of an object to be inspected that causes optical changes such as white turbidity, white precipitation, and fluorescence.
  • a reaction block in which a test block is formed a light emitting section for irradiating the sample tube with test light through a through hole for observation formed in a side surface of the reaction block or a through hole formed in a bottom surface;
  • An imaging camera for imaging each sample tube through a through hole for use, and measuring an optical change generated in the sample tube based on a luminance distribution or a chromaticity distribution of image data imaged by the imaging camera.
  • an arithmetic processing unit that performs the processing.
  • optical inspection device of the present invention by irradiating the inspection light into the sample tube, optical changes occurring in the respective samples caused by cloudiness, white precipitation and fluorescence can be simultaneously imaged by the camera.
  • the gene amplification progresses and the sample becomes cloudy or white
  • the light irradiated from below will be scattered in the sample tube, and the scattered light will leak from the observation through-hole, so the image will be captured by the imaging camera It looks bright when you do.
  • the imaging camera can simultaneously image all the sample tubes, it is possible to detect the presence or absence of cloudiness for each area by specifying the area in the image corresponding to the position of the observation through-hole. It is possible to easily determine which sample is causing cloudiness.
  • the luminance distribution or chromaticity distribution data read from the image data of each sample tube captured by the imaging camera is not a simple numerical value, but the position of the white turbid part on the image is the XY coordinate and the luminance is the Z coordinate. Recognized as three-dimensional information. Therefore, even if the amount of light illuminating each of the sump ⁇ tubes may change slightly, the effects of the change in the amount of light can be eliminated by performing appropriate image processing and selecting or normalizing the threshold. It is possible to accurately detect the progress of cloudiness and white precipitation.
  • the imaging camera only needs to be placed at a position where all the sump tubes are in the field of view, and it is very easy to confirm whether the installation position is appropriate just by looking at the image.
  • accurate optical axis alignment of the camera is not required at all, and the installation of the device is simplified.
  • the amplified gene (nucleic acid) interacts with a fluorescent substance, so that it emits fluorescence when irradiated with excitation light, and therefore appears bright when captured by an imaging camera.
  • the imaging camera can simultaneously image all the sample tubes, it is possible to easily determine which sample is generating fluorescence.
  • the luminance distribution or chromaticity distribution data read from the image data is recognized as the same three-dimensional information as described above, even if the light amount illuminating each sample tube may change slightly, the light amount The effect of the change can be eliminated, and the progress of the fluorescent reaction can be accurately detected.
  • FIG. 1 is a basic configuration diagram showing an optical inspection apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is an overall configuration diagram
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a detection area of image data
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an image change as a reaction progresses.
  • Fig. 5 is a graph showing the result of image processing
  • Fig. 6 is a graph showing the result of image processing
  • Fig. 7 is a main part showing another embodiment of the optical inspection device
  • Fig. 8 is a description showing a conventional device.
  • the optical inspection apparatus 1 shown in FIG. 1 optically inspects a sample in a sample tube 2 for the presence or absence of a gene (test object) of a specific pathogen to be detected based on its turbidity.
  • the optical inspection apparatus 1 includes two reaction blocks 5 R and 5 L in which a plurality of arrangement holes 4, which stand up and line up sample tubes 2, are formed in a housing 3 in a horizontal row;
  • the two imaging power cameras 6R and 6L are arranged to capture images for each reaction block 5R and 5L, and the brightness distribution or the chromaticity distribution of the image data captured by the imaging power cameras 6R and 6L is provided. Turbidity change in each sample tube based on Calculation unit 7 for measuring the target change).
  • reaction blocks 5R and 5L are equipped with heaters H for maintaining the sample tubes 2 set up in the array holes 4 at a predetermined temperature, and the respective sample tubes set in each array hole 4
  • a light emitting element (light emitting portion) 8 for irradiating light from below with respect to 2 is fitted to the bottom of the arrangement hole 4.
  • the light-emitting portion is not limited to the light-emitting element 8 such as an LED, and any light-emitting element can be used.
  • the light-emitting end of the optical fiber is provided!
  • the observation through-hole 9 may have any shape as long as it is formed so as not to block the optical path from the imaging cameras 6R and 6L to the sample tube 2.
  • the reaction block 5R Alternatively, a horizontal slit may be formed on the side of 5L.
  • the image data captured by the imaging power lenses 6R and 6L is input to the arithmetic processing unit 7, and the turbidity is measured for each sample.
  • each detection area A As The turbidity is measured individually based on the data of.
  • magnesium pyrophosphate is produced when the gene is amplified as the reaction of the sample progresses, and the amount of the produced product increases the cloudiness.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an image change due to the following.
  • the concentration was measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer.
  • this for example, it acquires the luminance distribution data of the detection area Ai ⁇ A 8 by image processing, ask extracted high have the shape of a luminance portion than 50% of the luminance of the highest luminance in each image as a threshold value For example, the shape changes as shown in Figs. 5 (a) to 5 (d).
  • the turbidity is calculated based on the detected area S. it can.
  • a lamp for notifying the end of the reaction is turned on or an alarm sound is emitted.
  • the turbidity is not measured using the luminance as a direct parameter, but the turbidity is measured based on the luminance distribution. According to this, the light amount of the light emitting element 8 is slightly changed. It was confirmed that turbidity could be measured accurately even in some cases. Furthermore, even if the sample tube 2 is fogged or bubbles are present, it does not significantly affect the overall luminance distribution, so that there is no erroneous measurement due to these factors.
  • the width of the higher luminance portion than the normalized threshold of 70% is defined as luminance 70% * IW, which is defined as turbidity, or turbidity and luminance 70% measured by other methods. If the relationship of ilfW is converted into data, the turbidity can be calculated based on the detected brightness 70% width W.
  • the turbidity is not measured using the luminance as a direct parameter, but the turbidity is measured based on the luminance distribution. According to this, the amount of light of the light emitting element 8 may be slightly changed. It was confirmed that the turbidity could be measured accurately even if there were any problems. Also, if there is fogging or bubbles in the sample tube 2, the measurement will not be erroneous due to these as described above.
  • the light of the light emitting element 8 is detected as scattered light, so that the portion corresponding to the high luminance portion has high chromaticity.
  • turbidity can be measured in the same manner as described above, based on the chromaticity distribution instead of the luminance distribution.
  • test object a specific gene (test object) based on the fluorescence of the sample.
  • a fluorescent substance exhibiting a fluorescent reaction is mixed in the sample tube 2 in advance.
  • the DNA interacts with the amplified DNA (nucleic acid), enters the duplex, and irradiates with ultraviolet light of 300 nm as excitation light to bring it into the range of 590 nm.
  • Etidumimide which emits color fluorescence was used as the fluorescent substance.
  • an ultraviolet light emitting diode that emits ultraviolet light of 300 nm as the light emitting element 8 is fitted to the bottom of the array hole 4, and fluorescence is observed in the sample tube 2 according to the progress of gene amplification. Therefore, if this is imaged by the imaging cameras 6R and 6L, and the fluorescence intensity is measured based on the luminance distribution and chromaticity distribution of the image data, the presence or absence of the inspection target can be determined in the same manner as described above. Can be detected.
  • FIG. 7 is a main part showing another embodiment of the optical inspection apparatus 11 for measuring fluorescence. Parts common to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
  • the optical path from the observation through holes 9 to the imaging cameras 6R and 6L is A half mirror 12 and a filter 13 are arranged, and ultraviolet light of 300 nm emitted from an ultraviolet light emitting diode (light emitting portion) 14 is reflected by the half mirror 12 to pass through the observation holes 9. Then, each sample type 2 is irradiated as excitation light.
  • the filter 13 has a high transmittance for orange light of 590 nm and a low transmittance for light of other wavelengths. Only the fluorescence generated within 2 can be observed.
  • the optical axis alignment for irradiating the sample tube 2 with the excitation light emitted from the light emitting diode 14 is required, but the optical axis alignment for the imaging cameras 6R and 6L is not required.
  • a sample is sampled based on the luminance distribution or chromaticity distribution of the image data of the sample tube 2 imaged through the observation through hole 9. It is possible to determine the presence or absence of the inspection object by observing the optical change of the generated turbidity and fluorescence.
  • sample tube 2 Even if the sample tube 2 is clouded or has bubbles, it does not significantly affect the overall luminance distribution, and has an excellent effect that optical changes in turbidity and fluorescence can be accurately detected.
  • the imaging cameras 6R and 6L only need to be installed at a position where the sample tube 2 to be observed enters the field of view, and it is extremely easy to check whether or not the installation position is appropriate just by looking at the images. As a result, there is no need for complicated optical axis alignment, and the assembly of the device can be simplified. Industrial applicability
  • the optical inspection apparatus has a specific pathogenic bacterium, bacterium, microorganism, or chemical substance to be inspected in a sample to be inspected in the fields of biochemistry, medicine, pharmacy, and food.
  • a specific pathogenic bacterium, bacterium, microorganism, or chemical substance to be inspected in a sample to be inspected in the fields of biochemistry, medicine, pharmacy, and food.
  • it can be used for the purpose of testing the presence or absence of a specific gene by amplifying a specific gene as in the LAMP method.

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Abstract

本発明に係る光学検査装置は、サンプルチューブ内に存在する検査対象物を増幅させる反応に伴ってサンプルに白濁・白沈や蛍光などの光学的変化を生じる場合に、反応ブロックに形成された複数の配列孔にサンプルチューブを立てて並べ、その側面に形成された観察用透孔又は底面に形成された透孔を通して前記各サンプルチューブに対して検査光を照射し、撮像カメラにより撮像された画像データの輝度分布又は色度分布に基づきサンプルチューブ内で生じた白濁・白沈や蛍光などの光学的変化を検出し、検査対象物の有無を正確・迅速に検査できるようにした。

Description

技術分野
本発明は、 サンプルチューブに入れたサンプルについて白 '淘'白沈や蛍光など の光学的変化を生じる検査対象物の有無を検査する光学検査装置に関する。 背景技術 明
生化学、 医学薬学、 食品分野等においては、 簡易、 迅速、 精確、 安価な遺伝子 増幅法が望まれており、 このような要請に応書え得る新規な遺伝子増幅法として近 年 L AMP法が注目されている。
この L AMP法は、 増幅効率が極めて高いだけでなく、 サンプルチューブ内で 遺伝子 （D NA) を伸長合成させるときに、 基質 （d N T P s ) から遊離される ピロリン酸イオンと反応溶液中のマグネシウムイオンとが結合した副産物である ピロリン酸マグネシウムが多量に生成されて、 サンプルチューブ内に白濁 ·白沈 が観察される。
一方、 サンプルがもともと濁っている場合には白濁 ·白沈を観察することがで きないので、 増幅される遺伝子と相互作用して蛍光を生ずる蛍光物質を注入して おけば、 サンプルに励起光を照射することによりサンプルチューブ内に蛍光が観 察される。
したがって、 この白濁.白沈や蛍光を観察することにより遺伝子増幅が行われ たか否か、 すなわち、 検出しょうとする特定の遺伝子 （検査対象物） が存在した か否かを簡単に識別することができる。
図 8はこのような L AMP法における増幅の有無によるサンプルの白濁 ·白沈 の程度を、 反応の進行に伴いリアルタイムで検出する検査装置の要部を示す説明 図である。
この光学検查装置 3 1は、 反応ブロック 3 2に形成されたサンプルチューブ 3 3を立てる複数の配列孔 3 4…の夫々に、 各配列孔 3 4に直交して観察用透孔 3 5…が貫通形成され、 各観察用透孔 3 5を透過する光軸上にはサンプルチューブ 3 3に検查光を照射する発光素子 3 6と、 サンプルチューブ 3 3を透過してきた 検查光を検出する受光素子 3 7が配されている。
これによれば、 サンプ チューブ 3 3…に各サンプルを入れて反応ブロック 3 2に並べ、 発光素子 3 6から照射されてサンプルチューブ 3 3を透過する光を受 光素子 3 7で検出しながら、 所定の温度条件で反応させた場合に、 遺伝子増幅が 進行したサンプルについては白濁 ·白沈を生じて透過光強度が低下するので、 こ の光量変化に基づいて、 白濁 ·白沈の有無を検出することができ、 白濁 ·白沈を 生じれば検査対象物が存在すると判断できる。
し力 し、 受光素子 3 7で検出される光強度変化は、 サンプルの白濁 ·白沈によ る場合だけでなく、 発光素子 3 6及ぴ受光素子 3 7の光学特性の変化が考えられ る。
すなわち、 反応中に発光素子 3 6の光量が低下したり、 受光素子 3 7の出力特 性が変化すると、 サンプルが白濁 ·白沈しているにも拘らず増幅不十分と誤判断 されたり、 白濁 · 白沈していないにも拘らず増幅完了と誤判断されるおそれがあ る。
特に、 反応ブロック 3 2は加熱されるため、 その温度の影響を受けて、 発光素 子 3 6及ぴ受光素子 3 7の光学特性が変化する可能性は高い。
このため、 従来は、 発光素子 3 6として光量モニタ付き発光ダイオードを使用 して照射光量を一定に維持するだけでなく、 反応ブロック 3 2の熱の影響を排除 するために発光素子 3 6及び受光素子 3 7を反応プロック 3 2から離して配置し ており、 これにより、 熱による光学特性の変化を最小限に抑えている。
し力 しながら、 発光素子 3 6及ぴ受光素子 3 7を反応ブロック 3 2から離して 設置する場合に、 8個程度の配列孔 3 4が形成された反応プロック 3 2において は、 発光素子 3 6及び受光素子 3 7を 8個ずつ合計 1 6個もの光学素子について 光軸合せが必要になるため、 装置の組立段階でその光軸合せが非常に面倒である という問題を生じる。
また、 発光素子 3 6及ぴ受光素子 3 7を反応プロック 3 2から離せば離す程、 各素子 3 6、 3 7に与える熱の影響は少なくなるものの、 外部の光の影響を受け やすくなるため、 反応プロック 3 2を設置する暗室を形成しなければならないと いう面倒もある。
さらに、 受光素子 3 7により透過光強度のみに基づいて濁度を測定するように しているので、 その他の外因、 例えば、 サンプルチューブ 3 3内に曇り、 気泡が 形成されてしまうと測定が不正確になる。
しかも、 これらは反応中に生ずることが多いため、 各素子 3 6、 3 7の光学特 性が安定していても、 また、 反応ブロック 3 2を暗室内に設置していても起こり 得る。
上述の夫々の問題は、 蛍光により検査対象物の有無を検査しようとする場合も 同様である。
そこで本発明は、 検査光の光量変化や、 サンプルチューブ内の曇りや気泡に関 係なく、 サンプルの反応に伴って生じた白濁，白沈や蛍光の有無を正確に検出で き、 しかも、 各光学素子の正確な光軸合せを不要にして、 組立作業も簡単にでき るようにすることを技術的課題としている。 発明の開示
本発明は、 サンプルチューブに入れたサンプルについて白濁 ·白沈や蛍光など の光学的変化を生じる検査対象物の有無を検査する光学検査装置であって、 サン プルチューブを立てて並べる複数の配列孔が形成された反応プロックと、 前記反 応ブロックの側面に形成された観察用透孔又は底面に形成された透孔を通して前 記各サンプルチューブに対して検査光を照射する発光部と、 前記観察用透孔を通 して夫々のサンプルチューブを撮像する撮像カメラと、 前記撮像カメラで撮像さ れた画像データの輝度分布又は色度分布に基づきサンプノレチユーブ内で生じた光 学的変化を測定する演算処理装置とを備えたことを特徴としている。
本発明に係る光学検查装置によれば、 サンプルチューブ内に検査光を照射させ ることにより、 白濁 ·白沈や蛍光により生ずる夫々のサンプル内で起きる光学的 変化をカメラにより同時に撮像できる。
例えば、 透明サンプルを用い、 L AMP法による遺伝子増幅の有無をサンプノレ の濁度に基づいて判断しょうとする場合に、 遺伝子増幅が進行せずサンプルが透 明のうちは、 下方から照射された光がサンプルチューブ内で散乱しないので、 観 察用透孔から漏れる光量がほとんどなく、 したがつて撮像力メラで撮像したとき に S音く映る。
また、 遺伝子増幅が進んでサンプルが白濁 ·白沈を起こすと、 下方から照射さ れた光がサンプルチューブ内で散乱を起こすので、 その散乱光が観察用透孔から 漏れ、 したがって撮像カメラで撮像したときに明るく映る。
このとき、 撮像カメラでは、 全てのサンプルチューブを同時に撮像できるので 、 観察用透孔の位置に対応する画像中のエリアを特定することにより、 夫々のェ リアごとに白濁の有無を検出することができ、 どのサンプルが白濁を起こしてい るかを容易に判定することができる。
また、 撮像カメラで撮像された各サンプルチューブの画像データから読み取ら れる輝度分布又は色度分布のデータは、 単なる数値ではなく、 白濁部分の画像上 の位置を XY座標とし、 輝度を Z座標とする三次元情報として認識される。 したがって、 各サンプ^^チューブを照らす光量が多少変化するようなことがあ つても、 画像処理を施して閾値を適当に選んだり正規化することにより、 光量変 化による影響を排除することができ、 白濁 ·白沈の進行状況を正確に検出するこ とができる。
以上より、 発光素子を配列孔の底部に反応プロックと一体に取り付けることに より熱の影響を受けて光量が変化することがあっても、 濁度を正確に検出するこ とができ、 また、 発光素子を反応ブロックと一体に取り付ければ、 その光軸合せ も不要となる。
さらに、 撮像カメラは、 全サンプ^^チューブが視野に入る位置に配するだけで よく'、 その画像を見るだけで設置位置が適正であるか否かを極めて容易に確認す ることができるので、 カメラの正確な光軸合せも一切不要になり、 装置の a立て が簡素化される。
同様に、 不透明なサンプルを用い、 L AMP法による遺伝子増幅の有無をサン プルの蛍光に基づいて判断しょうとする場合、 増幅される遺伝子 （核酸） と相互 作用して蛍光反応を示す蛍光物質をサンプル内に混入させておく。
遺伝子増幅が進行しないうちは相互作用が生じないので、 励起光を照射しても 蛍光を示さず、 したがつて撮像力メラで撮像したときに暗く映る。 また、 遺伝子増幅が進むと増幅された遺伝子 （核酸） と蛍光物質が相互作用す るので、 励起光を照射したときに蛍光を発し、 したがって撮像カメラで撮像した ときに明るく映る。
このとき、 撮像カメラでは、 全てのサンプルチューブを同時に撮像できるので 、 どのサンプルで蛍光を生じているかを容易に判定することができる。 また、 画 像データから読み取られる輝度分布又は色度分布のデータは、 前述と同様の三次 元情報として認識されるので、 各サンプルチューブを照らす光量が多少変化する ようなことがあっても、 光量変化による影響を排除することができ、 蛍光反応の 進行状況を正確に検出することができる。
さらに、 カメラの正確な光軸合せも一切不要になり、 装置の組立てが簡素化さ れる点も同様である。 図面の簡単な説明
図 1は本発明に係る光学検査装置を示す基本構成図、 図 2は全体構成図、 図 3 は画像データの検出エリアを示す説明図、 図 4は反応の進行に伴う画像変化を示 す説明図、 図 5は画像処理の結果を示すグラフ、 図 6は画像処理の結果を示すグ ラフ、 図 7は光学検査装置の他の実施形態を示す要部、 図 8は従来装置を示す説 明図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の最良の実施形態を添付の図面によって説明する。
図 1に示す光学検査装置 1は、 サンプルチューブ 2…内のサンプルについて、 検出しょうとする特定の病原菌の遺伝子 （検査対象物） の有無をその濁度により 光学的に検査するものである。
この光学検査装置 1は、 ハウジング 3内に、 サンプルチューブ 2…を立てて並 ベる複数の配列孔 4…が横一列に形成された 2つの反応プロック 5 R、 5 Lと、 前記サンプルチューブ 2を反応プロック 5 R、 5 Lごとに撮像する 2台の撮像力 メラ 6 R、 6 Lが配され、 前記撮像力メラ 6 R、 6 Lで撮像された画像データの 輝度分布又は色度分布に基づいて各サンプルチューブ内で生じた濁度変化 （光学 的変化） を測定する演算処理装置 7を備えている。
反応プロック 5 R、 5Lは、 配列孔 4···に立てられたサンプルチューブ 2を所 定の温度に維持するためのヒータ Hを備えると共に、 各配列孔 4に立てられた夫 々のサンプルチューブ 2に対して下から光を照射する発光素子 （発光部） 8が該 配列孔 4の底部に嵌め付けられている。
なお、 発光部は、 LEDなどの発光素子 8に限らず、 任意のものを使用するこ とができ、 光フアイバの光出射端を配してお!/、ても良レ、。
また、 反応プロック 5 R、 5 Lの側面には、 撮像カメラ 6 R、 6 Lのレンズか ら夫々のサンプルチューブ 2に向かう放射線上に夫々のサンプノレチューブ 2を撮 像するための観察用透孔 9が穿設されている。
なお、 観察用透孔 9は、 撮像カメラ 6 R、 6 Lからサンプルチューブ 2へ向か う光路を遮らないように形成されていれば、 その形状は任意であり、 例えば、 反 応プロック 5 R、 5 Lの側面に水平方向のスリットを形成する場合でも良い。 撮像力メラ 6 R、 6 Lで撮像された画像データは演算処理装置 7に入力されて 、 夫々のサンプルごとに濁度が計測される。
演算処理装置 7では、 図 3に示すように、 画像データ Gに各観察用透孔 9を通 してサンプルチューブ 2が撮像される検出エリア Ai〜A8が設定され、 夫々の 検出エリア A Asのデータに基づいて個別に濁度を測定する。
LAMP法による遺伝子増幅を行う場合、 サンプルの反応の進行に伴つて遺伝 子が増幅されるとピロリン酸マグネシウムが産生され、 その産生量により白濁が 進む。
図 4 (a) 〜 （d) は、 ピロリン酸マグネシウムに替えて、 ポリスチレン粒子 を純水に拡散させて白濁状態を作り出したサンプルにっき、 濃度 OD=0、 0. 02、 0.2、 0.4の 4種類による画像変化を示す説明図である。
なお、 濃度は、 紫外光可視分光光度計を用いて測定したものである。
濃度 OD=0の場合、 図 4 (a) に示すように、 サンプルチューブ 2の底部に 溜まっているサンプル内は一様に暗く、 したがって観察用透孔 9から観察される 画像データも一様に暗い。
濃度〇D= 0.02の場合、 僅かに白濁を生じ、 図 4 (b) に示すように、 発 光素子 8の光がサンプル内で僅かに散乱を起こすため、 サンプルチューブ 2の中 心線に沿って微かに光の散乱が観察され、 その部分が少し明るくなる。
濃度 OD=0.2の場合、 白濁がかなり進行し、 図 4 (c) に示すように、 発 光素子 8の光がサンプル内で散乱を起こし、 サンプルチューブ 2の中心線に沿つ て観察される高輝度部分も太くなっている。
濃度〇D=0.4の場合、 サンプル全体が白濁化し、 図 4 (d) に示すように 、 中央部の高輝度部分が全体に広がっている。
これより、 例えば、 画像処理により各検出エリア Ai〜A8の輝度分布データ を取得し、 それぞれの画像中の最高輝度の 50%の輝度を閾値としてそれより高 い輝度部分の形状を抽出させれば、 その形状は図 5 (a) 〜 （d) のように変化 する。
ここで、 その形状の面積 Sを濁度として定義したり、 他の方法で測定した濁度 と面積 Sの関係をデータ化しておけば、 検出された面積 Sに基づいて、 濁度を算 出できる。
したがって、 その面積 Sに応じて濁度を測定し、 その濁度が予め設定された値 に達した時点で反応終了を知らせるランプを点灯させたり、 報知音を鳴らせば良 レ、。
このとき、 輝度を直接のパラメータとして濁度測定をしているのではなく、 輝 度分布に基づいて濁度測定をしており、 これによれば、 発光素子 8の光量が多少 変化するようなことがあっても正確に濁度を測定できることが確認できた。 さらに、 サンプルチューブ 2に曇りや気泡があつたとしても、 全体の輝度分布 には大きく影響しないので、 これらが原因で測定を誤ることもない。
また、 画像処理により水平方向の輝度分布を取得し、 最高輝度を 100%とし て正規化すれば、 そのグラフは、 図 6 (a) 〜 （d) に示すようになる。
ここで、 正規ィ匕された輝度 70 %の閾値より高輝度部分の幅を輝度 70 %*IW とし、 これを濁度として定義したり、 又は、 他の方法で測定した濁度と輝度 70 %ilfWの関係をデータ化しておけば、 検出された輝度 70%幅 Wに基づいて、 濁 度を算出できる。
そして、 このようにして測定された濁度が、 予め設定された値に達した時点で 反応終了を知らせるランプを点灯させたり、 チャイムを鳴らせば良い。
この場合も、 輝度を直接のパラメータとして濁度測定をしているのではなく、 輝度分布に基づいて濁度測定をしており、 これによれば、 発光素子 8の光量が多 少変化するようなことがあっても正確に濁度を測定できることが確認できた。 また、 サンプルチューブ 2に曇りや気泡があった場合も、 前述同様、 これらが 原因で測定を誤ることがない。
なお、 上述の説明では、 輝度分布に基づいて濁度を測定する場合についてのみ 説明したが、 輝度分布に変えて、 R G B信号などに基づく色度分布により濁度を 測定する場合も同様である。
すなわち、 白濁 ·白沈を生ずれば、 発光素子 8の光が散乱光として検出される ので、 高輝度部分に対応する部分はその色度が高くなる。
したがって、 輝度分布に替えて色度分布に基づき、 前述と同様に濁度を測定す ることができる。
また、 濁度に替えて、 特定の遺伝子 （検査対象物） の有無をサンプルの蛍光に より検査することも可能である。
この場合は、 サンプルチューブ 2内に予め蛍光反応を示す蛍光物質をサンプル 内に混入させておく。
本例では、 増幅された D NA (核酸） と相互作用を生じてその 2本鎖の中に入 り込み、 励起光として 3 0 0 n mの紫外線を照射することにより 5 9 0 n mのォ レンジ色の蛍光を発するェチジゥムブ口マイドを蛍光物質として用いた。
この場合、 発光素子 8として 3 0 0 n mの紫外線を出力する紫外発光ダイォー ドを配列孔 4の底部に嵌め付けておき、 サンプルチューブ 2内で遺伝子の増幅の 進行に応じて蛍光が観察されるので、 これを撮像カメラ 6 R, 6 Lで撮像し、 そ の画像データの輝度分布や色度分布に基づいて、 蛍光強度を測定すれば、 上述と 同様にして、 検查対象物の有無を検出できる。
さらに、 図 7は蛍光測定する場合の光学検査装置 1 1の他の実施形態を示す要 部である。 なお、 図 1と共通する部分については同一符号を付して詳細説明を省 略する。
本例では、 夫々の観察用透孔 9…から撮像カメラ 6 R、 6 Lに至る光路上にハ 一フミラー 1 2及ぴフィルタ 1 3が配され、 紫外発光ダイォード （発光部） 1 4 力 ら照射された 3 0 0 n mの紫外光がハーフミラー 1 2で反射され、 観察用透孔 9…を通ってそれぞれのサンプルチユープ 2…に励起光として照射される。 フィルタ 1 3は、 5 9 0 n mのオレンジ光の透過率が高く、 他の波長の光の透 過率が低いものが用いられており、 蛍光以外の光の影響を排除して、 サンプルチ ユーブ 2内で生じた蛍光のみを観察できるようになっている。
この場合、 発光ダイオード 1 4から照射された励起光をサンプルチューブ 2に 照射させる光軸合せは必要になるが、 撮像カメラ 6 R、 6 Lについての光軸合せ は不要になる。
以上述べたように、 本発明に係る光学検査装置 1、 1 1によれば、 観察用透孔 9を介して撮像されるサンプルチューブ 2の画像データの輝度分布又は色度分布 に基づき、 サンプルに生じた濁度 ·蛍光の光学的変化を観察して検査対象物の有 無を判定することができるという効果を奏する。
この際、 輝度分布又は色度分布に基づいて光学的変化を観察しているので、 サ ンプルチューブ 2を照らす検查光の光量が多少変化するようなことがあっても、 画像処理を施して閾値を適当に選んだり正規化することにより、 光量変化による 影響を排除することができるという大変優れた効果を奏する。
また、 サンプルチューブ 2に曇りや気泡があつたとしても全体の輝度分布には 大きく影響せず、 濁度 ·蛍光の光学的変化を正確に検出することができるという 大変優れた効果を奏する。
さらに、 撮像カメラ 6 R、 6 Lは、 観察しょうとするサンプルチューブ 2が視 野に入る位置に設置すれば足り、 設置位置が適正である力否かもその画像を見る だけで極めて容易に確認することができるので、 面倒な光軸合せが一切不要にな り、 装置の組立てを簡素化することができるという大変優れた劾果を奏する。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明に係る光学検査装置は、 生化学、 医学薬学、 食品分野等 において、 検査試料となるサンプル内に、 検査対象物となる特定の病原菌や細菌 、 微生物や化学物質が存在するか否かを簡易、 迅速、 正確、 安価に検査する用途 に用いることができ、 特に L AMP法のように特定の遺伝子を増幅することによ りその有無を検査する用途に用いることができる。

Claims

請求の範囲
1 . サンプ チューブに入れたサンプルについて、 白濁'白沈や蛍光などの光学 的変化を生じる検査対象物の有無を検査する光学検查装置であって、
サンプルチューブを立てて並べる複数の配列孔が形成された反応プロックと 、 前記反応プロックの側面に形成された観察用透孔又は底面に形成された透孔を 通して前記各サンプルチューブに対して検査光を照射する発光部と、 前記観察用 透孔を通して夫々のサンプルチューブを撮像する撮像カメラと、 前記撮像カメラ で撮像された画像データの輝度分布又は色度分布に基づきサンプルチューブ内で 生じた光学的変化を測定する演算処理装置とを備えたことを特徴とする光学検査
2 . 前記発光部から反応ブロックの底面に形成された透孔を通して各サンプルチ ユーブに対して検査光が照射され、 サンプルに生じた白濁又は白沈を画像データ で得られた輝度分布又は色度分布に基づき光学的変化として測定する請求項 1記
3 . 前記検査光として予めサンプ^/内に混入された蛍光物質に応じた波長の励起 光が照射され、 サンプルに生じた蛍光を画像データで得られた輝度分布又は色度 分布に基づき光学的変化として測定する請求項 1記載の光学検査装置。
4 . 前記観察用透孔が撮像カメラのレンズから夫々のサンプルチューブに至る放 射線上に形成されている請求項 1記載の光学検査装置。
5 . 前記発光素子が各配列孔の底部に設けられてなる請求項 1記載の光学検査装
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