CN107063978A - 液体中生物颗粒的检测装置及液体中生物颗粒的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了能够准确检测液体中的生物粒子的液体中生物粒子的检测装置及液体中生物粒子的检测方法。该液体中生物粒子的检测装置具备：加热用流路(201)，其供含有微生物粒子的液体流动；微波照射装置(202)，其向加热用流路(201)中的含有微生物粒子的液体照射微波；检查流路(40)，其被连接于加热用流路(201)；激发光光源(10)，其向检查流路(40)照射激发光；以及荧光检测器(102)，其检测被照射了激发光的检查流路(40)中的微生物粒子发出的荧光。

Description

液体中生物颗粒的检测装置及液体中生物颗粒的检测方法
技术领域
本发明涉及环境技术，特别涉及液体中生物颗粒的检测装置及液体中生物颗粒的检测方法。
背景技术
在生物洁净室等洁净室中，利用粒子检测装置，检测、记录飞散的微生物粒子、非微生物粒子(例如参照专利文献1、2以及非专利文献1)。根据粒子的检测结果，能够掌握洁净室的空调设备的劣化情况。另外，有时也对在洁净室中制备的产品附上洁净室内的粒子检测记录作为参考资料。例如，光学式的粒子检测装置吸引洁净室中的气体，向吸引的气体照射光。若气体中含有微生物粒子、非微生物粒子，则被照射了光的粒子就会发出荧光、在粒子中产生散射光等。因此，通过检测荧光、散射光，能够检测出气体所含的微生物粒子、非微生物粒子的数量、大小等。另外，期望在洁净室以外也准确检测流体中的粒子的技术(例如参照专利文献3、4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-83214号公报
专利文献2：日本专利第5275522号公报
专利文献3：日本特开平8-29331号公报
专利文献4：日本特开2014-153199号公报
非专利文献
非专利文献1：长谷川伦男他，《气体中微生物实时检测技术及其应用》，山武株式会社，azbil Technical Review 2009年12月号，p.2-7，2009年(長谷川倫男他，「気中微生物リアルタイム検出技術とその応用」，株式会社山武，azbil Technical Review 2009年12月号，p.2-7，2009年)
发明内容
发明要解决的问题
存在着液体中的生物粒子发出的荧光弱的问题。在此，本发明的目的之一在于提供能够准确地检测液体中的生物粒子的液体中生物粒子的检测装置，以及液体中生物粒子的检测方法。
解决问题的技术手段
根据本发明的形态，提供了液体中生物粒子的检测装置，该检测装置具备：(a)加热用流路，其供含有微生物粒子的液体流动；(b)微波照射装置，其向加热用流路中的含有微生物粒子的液体照射微波；(c)检查流路，其被连接于加热用流路；(d)激发光光源，其向检查流路照射激发光；以及(e)荧光检测器，其检测被照射了激发光的检查流路中的微生物粒子发出的荧光。
上述的液体中生物粒子的检测装置也可以还具备循环流路，其使流过检查流路的含有生物粒子的液体返回加热用流路。微波照射装置也可以不向在循环流路中循环前的含有微生物粒子的液体照射微波。另外，微波照射装置也可以向在循环流路中循环后的含有微生物粒子的液体照射微波。
上述的液体中生物粒子的检测装置也可以还具备前后比较部，其将在循环流路中循环前的粒子发出的荧光的强度和在循环流路中循环后的粒子发出的荧光的强度进行比较。
在上述的液体中生物粒子的检测装置中，加热用流路可以相对于光不透明。
另外，根据本发明的形态，提供了液体中生物粒子的检测方法，该检测方法具备：(a)向含有微生物粒子的液体照射微波；以及(b)向被照射了微波的生物粒子照射激发光，并检测该生物粒子发出的荧光。
上述的液体中生物粒子的检测方法也可以还包括在向含有微生物粒子的液体照射微波之前，向没有被照射微波的生物粒子照射激发光，并检测该生物粒子发出的荧光。
上述的液体中生物粒子的检测方法也可以还包括将没有被照射微波的粒子发出的荧光的强度与被照射了微波的粒子发出的荧光的强度进行比较。另外，在上述的液体中生物粒子的检测方法中，也可以在相比于没有被照射微波的粒子发出的荧光的强度，被照射了微波的粒子发出的荧光的强度较强的情况下，判定粒子为微生物粒子。
发明的效果
根据本发明，能够提供能够准确检测液体中的生物粒子的液体中生物粒子的检测装置，以及液体中生物粒子的检测方法。
附图说明
图1为本发明的第1实施方式所涉及的液体中生物粒子的检测装置的示意图。
图2为本发明的第1实施方式所涉及的液体中生物粒子的检测装置的光学系统的示意图。
图3为本发明的第2实施方式所涉及的液体中生物粒子的检测装置的示意图。
图4为本发明的第2实施方式所涉及的液体中生物粒子的检测装置的光学系统的示意图。
图5为本发明的实施例1所涉及的没有被照射微波的表皮葡萄球菌悬浊液的荧光图像。
图6为本发明的实施例1所涉及的被照射了微波的表皮葡萄球菌悬浊液的荧光图像。
图7为表示本发明的实施例1所涉及的没有被照射微波的表皮葡萄球菌悬浊液的荧光强度的分布，以及被照射了微波的表皮葡萄球菌悬浊液的荧光强度的分布的柱状图。
图8为本发明的实施例2所涉及的没有被照射微波的大肠杆菌悬浊液的荧光图像。
图9为本发明的实施例2所涉及的被照射了微波的大肠杆菌悬浊液的荧光图像。
图10为表示本发明的实施例2所涉及的没有被照射微波的大肠杆菌悬浊液的荧光强度的分布，以及被照射了微波的大肠杆菌悬浊液的荧光强度的分布的柱状图。
图11为本发明的比较例1所涉及的没有被照射微波的、干燥的表皮葡萄球菌的荧光图像。
图12为本发明的比较例1所涉及的被照射了微波的、干燥的表皮葡萄球菌的荧光图像。
图13为表示本发明的比较例1所涉及的没有被照射微波的、干燥的表皮葡萄球菌的荧光强度的分布，以及被照射了微波的、干燥的表皮葡萄球菌的荧光强度的分布的柱状图。
图14为本发明的比较例2所涉及的没有被照射微波的、干燥的大肠杆菌的荧光图像。
图15为本发明的比较例2所涉及的被照射了微波的、干燥的大肠杆菌的荧光图像。
图16为表示本发明的比较例2所涉及的没有被照射微波的、干燥的大肠杆菌的荧光强度的分布，以及被照射了微波的、干燥的大肠杆菌的荧光强度的分布的柱状图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。但是，不应该理解为对成为本公开内容的一部分的记载以及附图限定了本发明。对于本领域技术人员来说，根据本公开内容，各种各样的代替技术以及运用技术应该变得明显，本发明应该理解为包含在此没有记载的各种各样的实施方式等。
(第1实施方式)
实施方式所涉及的液体中生物粒子的检测装置包括：加热用流路201，其供含有微生物粒子的液体流动；微波照射装置202，其向加热用流路201中的含有微生物粒子的液体照射微波；检查流路40，其被连接于加热用流路201；激发光光源10，其向检查流路40照射激发光；以及荧光检测器102，其检测被照射了激发光的检查流路40中的微生物粒子发出的荧光。在此，微波是指300MHz～300GHz频率的电磁波。
加热用流路201只要能够透过微波即可，相对于光不透明也是可以的。因此，作为加热用流路201的材料，能够使用不透明且难以破坏的材料。加热用流路201内部的液体如果被照射微波的话，则会由于介电损耗而产生热。另外，液体中存在的微生物粒子如果被照射微波的话，则也会由于介电损耗而产生热。另外，加热用流路201内的液体即使浑浊、不透明，也能被微波加热。
由于被照射了微波的溶剂以及内部的液体而被加热的微生物粒子会发生美拉德反应。美拉德反应是指，将氨基酸、肽、以及蛋白质等的氨基化合物，在葡糖糖等糖类存在下，通过加热，生成糖化终产物(AGE：Advanced Glycation endproduct，晚期糖基化终末产物)的反应。糖化终产物发出荧光。另外，微生物粒子就算不发生美拉德反应，微生物粒子所含有的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸以及核黄素等也会发出荧光。但是，在发生了美拉德反应的微生物粒子中，由于糖化终产物也发出荧光，因此与没有发生美拉德反应的微生物粒子相比较，发生了美拉德反应的微生物粒子发出更强的荧光。
在不含有蛋白质以及糖的非微生物粒子中不发生美拉德反应。因此，若向加热用流路201照射微波，则在微生物粒子中荧光物质增加，但非微生物粒子中荧光物质不增加。
加热用流路201具有例如以下这样的长度：使得含有微生物粒子的液体能够花费为了在微生物粒子中结束美拉德反应所需的微波照射时间而通过微波照射区域。例如，如果为了在微生物粒子中结束美拉德反应所需的微波照射时间为10分钟，则加热用流路201具有含有微生物粒子的液体花费10分钟通过加热用流路201的长度。这样的加热用流路201长度是根据加热用流路201的内径、含有微生物粒子的液体的流速、以及微波的强度而适当设计的。
为了确保必要的长度，加热用流路201可以为例如螺旋状，也可以具有三维折叠构造。折叠构造的外径可以形成为例如长方体，也可以形成为球。加热用流路201只要是由能够透过微波的材料构成即可，三维折叠构造的内部不能从外部确认也是可以的。
微波照射装置202可以具备单模谐振腔，也可以具备多模谐振腔。另外，也可以将微波照射装置202发出的微波通过反射构件反射，调节微波的照射区域。
如图2所示，液体中生物粒子的检测装置还可以具备散射光检测器105，其检测在被照射了激发光的液体中产生的、波长与激发光相同的散射光。向激发光光源10供给电力的光源驱动电源11被连接于激发光光源10。控制向激发光光源10供给的电力的电源控制装置12被连接于光源驱动电源11。
激发光光源10向检查流路40中流过的液体照射宽频带波长的激发光。作为激发光光源10，能够使用例如发光二极管(LED)以及激光器。激发光的波长为例如250nm至550nm。激发光可以为可见光也可以为紫外光。在激发光为可见光的情况下，激发光的波长为例如400nm至550nm的范围，例如为405nm。在激发光为紫外光的情况下，激发光的波长为例如300nm至380nm的范围内，例如为340nm。但是，激发光的波长并不限于这些。
检查流路40相对于激发光为透明，由例如石英等构成。
在检查流路40中的液体含有细菌等微生物的情况下，被照射了激发光的微生物所含有的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、核黄素、以及糖化终产物等会发出荧光。另外，在检查流路40中的液体含有由例如金属或树脂构成的非微生物粒子情况下，有时被照射了激发光的非微生物粒子也会发出荧光、或波长频带与荧光重叠的光。另外，荧光包括自体荧光。但是，如上所述，由于美拉德反应在微生物粒子中产生，不在非生物粒子中产生，因此美拉德反应导致的荧光的增强不在非生物粒子中产生。
例如，在液体为用纯化水制备装置制备的水的情况下，有时水中含有由纯化水制备装置的材料形成的非微生物粒子。例如，从纯化水制备装置可能具备的过滤器、壳体可能产生由从聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、烯烃、聚碳酸酯、以及聚氨酯等中选择的至少一种材料构成的粒子。另外，从纯化水制备装置可能具备的填充物可能产生由从例如硅橡胶、丁腈橡胶(NBR)、乙丙橡胶(EPDM)、氟橡胶、全氟橡胶Kalrez(カルレッツ)、以及PTFE等中选择的至少一种材料构成的粒子。进一步地，从纯化水制备装置可能具备的泵可能产生由从含氟橡胶Viton(バイトン)、氟树脂、有机硅树脂、聚酰胺、聚苯硫醚(PPS)、以及全氟橡胶Perfluoro(パーフロ)等中选择的至少一种材料构成的粒子。更进一步地，从纯化水制备装置可能具备的密封件可能产生由例如PTFE等构成的粒子。除此之外，从纯化水制备装置可能具备的配管可能产生由氧化不锈钢等金属材料构成的粒子。如上所述的从纯化水制备装置产生的粒子的材料如果被照射激发光的话，则有时发出荧光、或波长频带与荧光重复的光。
微生物以及非微生物粒子发出的荧光频带的光的光谱根据微生物以及非微生物粒子的种类而不同。另外，一般来说，相比于非微生物粒子发出的荧光波长频带的光的强度，微生物发出的荧光波长频带的光的强度具有长波长侧较强的倾向。因此，根据在多个波长中检测出的荧光频带的光的强度，能够判定液体所含有的粒子等物质是微生物还是非微生物粒子。
荧光检测器102检测微生物或非微生物粒子发出的荧光频带的光。荧光检测器102具备：第1受光元件20A，其接收第1荧光波长频带的光；以及第2受光元件20B，其接收不同于第1荧光波长频带、相比于第1荧光波长频带更短波长侧的第2荧光波长频带的光。作为第1受光元件20A以及第2受光元件20B，能够使用光电二极管以及光电倍增管等，在接收光时，将光能转变为电能。
第1受光元件20A上连接有放大在第1受光元件20A中产生的电流的放大器21A。放大器21A上连接有向放大器21A供给电力的放大器电源22A。另外，放大器21A上连接有接收被放大器21A放大了的电流，并算出第1受光元件20A接收的光的强度的光强度算出装置23A。光强度算出装置23A根据例如检测出的光的光谱面积，算出光的强度。光强度算出装置23A上连接有保存光强度算出装置23A算出的光的强度的光强度存储装置24A。
第2受光元件20B上连接有放大在第2受光元件20B中产生的电流的放大器21B。放大器21B上连接有向放大器21B供给电力的放大器电源22B。另外，放大器21B上连接有接收被放大器21B放大了的电流，并算出第2受光元件20B接收的光的强度的光强度算出装置23B。光强度算出装置23B根据例如检测出的光的光谱的面积，算出光的强度。光强度算出装置23B上连接有保存光强度算出装置23B算出的光的强度的光强度存储装置24B。
散射光检测器105检测在被照射了检查光的微生物以及非微生物粒子上产生的散射光。散射光检测器105具备接收散射光的散射光受光元件50。作为散射光受光元件50，能够使用光电二极管等，在接收光时，将光能转变为电能。
散射光受光元件50上连接有放大在散射光受光元件50中产生的电流的放大器51。放大器51上连接有向放大器51供给电力的放大器电源52。另外，放大器51上连接有接收被放大器51放大了的电流，并算出散射光受光元件50接收的散射光的强度的光强度算出装置53。光强度算出装置53上连接有保存光强度算出装置53算出的散射光的强度的光强度存储装置54。
在液体流过检查流路40内时，激发光光源10照射激发光，荧光检测器102测定第1荧光波长频带的光的强度以及第2荧光波长频带的光的强度，并按照时间序列保存在光强度存储装置24A、24B中。另外，散射光检测器105测定散射光，将散射光的光强度按照时间序列保存在光强度存储装置54中。
第1实施方式所涉及的液体中生物粒子的检测装置还包含中央运算处理装置(CPU)300。CPU300包含散射光基准判定部303。散射光基准判定部303从光强度存储装置24A、24B读取第1荧光波长频带的光的强度值以及第2荧光波长频带的光的强度值。另外，散射光基准判定部303从光强度存储装置54读取散射光的强度。
在荧光检测器102未测量到荧光频带的光，且散射光检测器105测量到散射光的情况下，散射光基准判定部303判定检查对象的水含有气泡。进一步地，在荧光检测器102未测量到荧光频带的光，且散射光检测器105测量到散射光的情况下，散射光基准判定部303也可以判定检查对象的水不含有微生物以及非微生物粒子。更进一步地，在荧光检测器102测量到荧光频带的光，且散射光检测器105测量到散射光的情况下，散射光基准判定部303也可以判定检查对象的水含有微生物或非微生物粒子。
CPU300还可以包含波长比较部301以及荧光基准判定部302。波长比较部301从光强度存储装置24A、24B读取检测出的第1荧光波长频带中的光的强度值以及第2荧光波长频带中的光的强度值。进一步地，波长比较部301将第1荧光波长频带的光的强度与第2荧光波长频带的光的强度进行比较。在长波长侧的第1荧光波长频带的光的强度大于短波长侧的第2荧光波长频带的光的强度的情况下，荧光基准判定部302判定液体含有微生物。另外，在短波长侧的第2荧光波长频带的光的强度大于长波长侧的第1荧光波长频带的光的强度的情况下，荧光基准判定部302判定液体含有非生物粒子。
例如，荧光基准判定部302将判定结果从输出装置401输出。作为输出装置401，能够使用显示器、扬声器、以及打印机等。
根据以上说明的第1实施方式所涉及的液体中生物粒子的检测装置，能够通过微波照射，增强微生物粒子发出的荧光强度。一般来说，由于发生美拉德反应之前的微生物粒子发出的荧光弱，在通过微波照射，微生物粒子发出的荧光强度增强时，能够提高微生物粒子的检测精度。另外，由于美拉德反应不在非微生物中发生，因此能够通过微波照射来选择性地增强微生物粒子的荧光强度。
(第2实施方式)
如图3所示，第2实施方式所涉及的液体中生物粒子的检测装置还具备循环流路203，其使流过检查流路40的含有生物粒子的液体返回加热用流路201。例如，在第2实施方式中，即使在循环流路203中循环前的含有微生物粒子的液体流经加热用流路201，微波照射装置202也不向加热用流路201内的液体照射微波。但是，在循环流路203中循环后的含有微生物粒子的液体流经加热用流路201时，微波照射装置202向加热用流路201内的液体照射微波。
如图4所示，在第2实施方式中，CPU300还具备前后比较部304，其将在循环流路203中循环前的粒子发出的荧光的强度与在循环流路203中循环后的粒子发出的荧光的强度进行比较。
当在循环流路203中循环前的、未被照射微波的粒子发出的荧光的强度与在循环流路203中循环后的、被照射了微波的粒子发出的荧光的强度为相等的情况下，前后比较部304判断粒子为非微生物粒子。另外，在相比于在循环流路203中循环前的、未被照射微波的粒子发出的荧光的强度，在循环流路203中循环后的、被照射了微波的粒子发出的荧光的强度强的情况下，前后比较部304判断粒子为微生物粒子。
根据第2实施方式所涉及的液体中生物粒子的检测装置，能够相对于非微生物粒子，更加准确地识别微生物粒子。
(其他实施方式)
如上所述通过实施方式记载了本发明，但是不应该理解为成为该公开内容的一部分的记载以及附图限定了本发明。对于本领域技术人员，根据该公开内容，各种各样的代替实施方式、实施例以及运用技术应该是明显的。例如，在实施方式中，示出了用多个受光元件检测多个波长频带的荧光强度的例子，但是也可以用单一的受光元件检测单一的波长频带的荧光强度。如此，本发明应该理解为包含在此没有记载的各种各样的实施方式等。
【实施例】
(实施例1)
使用单模谐振腔，向3mL的表皮葡萄球菌悬浊液照射了10分钟400W的微波。此时，控制单模谐振腔，以使悬浊液的温度不超过200℃。随后，分别向载玻片滴下没有被照射微波的表皮葡萄球菌悬浊液(控制组)和被照射了微波的表皮葡萄球菌悬浊液，并用荧光显微镜观察。其结果，获得了图5所示的控制组的荧光图像以及图6所示的被照射了微波的表皮葡萄球菌悬浊液的荧光图像。进一步地，进行荧光图像的解析，制作了荧光强度的柱状图，如图7所示，显示了与控制组相比较，被照射了微波的表皮葡萄球菌悬浊液的荧光强度较强。
(实施例2)
使用单模谐振腔，向3mL的大肠杆菌悬浊液照射了10分钟400W的微波。此时，控制单模谐振腔，以使悬浊液的温度不超过200℃。随后，分别向载玻片滴下没有被照射微波的大肠杆菌悬浊液(控制组)和被照射了微波的大肠杆菌悬浊液，并用荧光显微镜观察。其结果，获得了图8所示的控制组的荧光图像以及图9所示的被照射了微波的大肠杆菌悬浊液的荧光图像。进一步地，进行荧光图像的解析，制作了荧光强度的柱状图，如图10所示，显示了与控制组相比，被照射了微波的大肠杆菌悬浊液的荧光强度较强。
(比较例1)
使用单模谐振腔，向在载波片上自然干燥后的表皮葡萄球菌照射10分钟400W的微波，但未确认温度上升。随后，分别用荧光显微镜观察没有被照射微波的、在载波上自然干燥后的表皮葡萄球菌(控制组)和被照射了微波的、在载波片上干燥后的表皮葡萄球菌。其结果，获得了图11所示的控制组的荧光图像和图12所示的被照射了微波的干燥后的表皮葡萄球菌的荧光图像。进一步地，进行荧光图像的解析，制作了荧光强度的柱状图，如图13所示，与控制组相比，被照射了微波的干燥后的表皮葡萄球菌的荧光强度没有被观察到明显的差别。
(比较例2)
使用单模谐振腔，向在载玻片上自然干燥后的大肠杆菌照射10分钟400W的微波，但未确认温度上升。随后，分别用荧光显微镜观察没有被照射微波的、在载玻片上自然干燥后的大肠杆菌(控制组)和被照射了微波的、在载玻片上干燥后的大肠杆菌。其结果，获得了图14所示的控制组的荧光图像和图15所示的被照射了微波的干燥后的大肠杆菌的荧光图像。进一步地，进行荧光图像的解析，制作了荧光强度的柱状图，如图16所示，与控制组相比，被照射了微波的干燥后的大肠杆菌的荧光强度没有被观察到明显的差别。
符号说明
10 激发光光源
11 光源驱动电源
12 电源控制装置
20A，20B 受光元件
21A，21B，51 放大器
22A，22B，52 放大器电源
23A，23B，53 光强度算出装置
24A，24B，54 光强度存储装置
40 检查流路
50 散射光受光元件
102 荧光检测器
105 散射光检测器
201 加热用流路
202 微波照射装置
203 循环流路
300 中央运算处理装置
301 波长比较部
302 荧光基准判定部
303 散射光基准判定部
304 前后比较部
401 输出装置。

Claims (10)

1.一种液体中生物粒子的检测装置，其特征在于，具备：
加热用流路，其供含有微生物粒子的液体流动；
微波照射装置，其向所述加热用流路中的含有微生物粒子的液体照射微波；
检查流路，其被连接于所述加热用流路；
激发光光源，其向所述检查流路照射激发光；以及
荧光检测器，其检测被照射了所述激发光的所述检查流路中的微生物粒子发出的荧光。
2.如权利要求1所述的液体中生物粒子的检测装置，其特征在于，
还具备循环流路，其使流过所述检查流路的含有生物粒子的液体返回所述加热用流路。
3.如权利要求2所述的液体中生物粒子的检测装置，其特征在于，
所述微波照射装置不向在所述循环流路中循环前的含有微生物粒子的液体照射微波。
4.如权利要求3所述的液体中生物粒子的检测装置，其特征在于，
所述微波照射装置向在所述循环流路中循环后的含有微生物粒子的液体照射微波。
5.如权利要求4所述的液体中生物粒子的检测装置，其特征在于，
还具备前后比较部，其将在所述循环流路中循环前的粒子发出的荧光的强度与在所述循环流路中循环后的粒子发出的荧光的强度进行比较。
6.如权利要求1-5中任一项所述的液体中生物粒子的检测装置，其特征在于，
所述加热用流路相对于光不透明。
7.一种液体中生物粒子的检测方法，其特征在于，包括：
向含有微生物粒子的液体照射微波；以及
向被照射了所述微波的生物粒子照射激发光，并检测该生物粒子发出的荧光。
8.如权利要求7所述的液体中生物粒子的检测方法，其特征在于，还包括：
在向含有所述微生物粒子的液体照射微波之前，向没有被照射所述微波的生物粒子照射激发光，并检测该生物粒子发出的荧光。
9.如权利要求8所述的液体中生物粒子的检测方法，其特征在于，还包括：
将没有被照射所述微波的粒子发出的荧光的强度与被照射了所述微波的粒子发出的荧光的强度进行比较。
10.如权利要求9所述的液体中生物粒子的检测方法，其特征在于，还包括：
在相比于没有被照射所述微波的粒子发出的荧光的强度，被照射了所述微波的粒子发出的荧光的强度较强的情况下，判定所述粒子为微生物粒子。
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