CN108431582A - 凝胶粒子测定方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
检测在凝胶粒子生成开始时间点由光照射产生的散射光,在发生该现象的溶剂中,抑制散射光衰减而早期且准确地测量。具备:装纳含有试样(S)和试剂(R)的溶液的试样池(1),连续搅拌试样池(1)内的混合溶液(W)的搅拌装置(2),对试样池(1)内的混合溶液(W)照射相干光(Bm)的光源(3),检测试样池(1)内的混合溶液(W)中散射的光中返回光源(3)侧方向的后方散射光成分的后方散射光检测装置(4),调节试样池(1)的入射部表面以使试样池(1)内混合溶液(W)中散射的光中朝向后方散射光检测装置(4)的检测光路(ST)与试样池(1)的表面反射的光(Bm0)的反射光路(DT)不同的光路调节装置(5),和基于后方散射光检测装置(4)的检测输出至少判别混合溶液(W)内的凝胶粒子(G)的生成开始时间点的计测装置(6)。
Description
技术领域
本发明涉及使用通过凝胶化反应使测定对象的试样中的内毒素、β-D-葡聚糖等目标物质凝集的试剂,使目标物质粒子化而测定的凝胶粒子测定方法及其装置,特别是涉及试图高灵敏度地测定凝胶粒子开始出现的时间点的凝胶粒子测定方法及其装置。
背景技术
所谓的内毒素,主要是不被革兰氏染色法染色的(革兰氏阴性)细菌类的菌体膜成分的一部分,该成分是被称为脂多糖的脂质多糖类。具体地,是由被称作脂质A(Lipid A)的脂质和多糖链通过2-酮基-3-脱氧辛酸(KDO)结合而成的脂多糖(LPS),其中含有的被称为脂质A的脂质结构部分通过感染进入人体时,与细胞的受体结合而引起炎症,在大多数情况下会引起各种各样的重度的临床症状。这样,内毒素是成为人类败血症或菌血症等致死率非常高的临床症状的原因的物质,因此,对进入到体内的内毒素进行评估在临床上的要求很高。
另外,药品(注射剂等)、医疗用具(血管导管等)、透析治疗中使用的人工透析液不被内毒素污染(无热原)是非常重要的,在使用细菌制备的药品(在重组蛋白质、基因治疗中使用的DNA等)、食品添加剂、化妆品等中,适当除去或控制内毒素是必不可少的。
该内毒素的除去确认或者急救医学中的计测,不仅要求大量的测定试样数,而且还要求适合救命治疗目的的迅速性。
为了治疗败血症等,测量内毒素值的研究很早就开始了,人们发现鲎(Limulus)的阿米巴样血细胞成分中所含的基因组与内毒素发生特异性反应而成为凝集块堵塞伤口的现象,并据此尝试使用该鲎的阿米巴样血细胞水解物(Limulus Amebocyte Lysate;LAL试剂或鲎试剂)对内毒素进行定量测定。
最初的使用鲎试剂的测定方法,仅仅是将其与作为试样的患者血浆混合后静置,在一定时间后倒转过来,通过溶液的凝固来确认混合溶液是否凝胶化,根据引起凝胶化的最大稀释率来推算内毒素的量,这就是被称为所谓凝胶化法的半定量的测定方法。
随后,人们着眼于在凝胶化反应过程中反应溶液的浊度增加,通过光学测量方法,根据伴随静置后的混合溶液的凝胶化反应的浊度变化来定量测定内毒素浓度,这是已知的比浊时间分析法。
另外,还已知有显色合成底物法,其中,将鲎试剂反应过程的最终阶段的凝固蛋白原(Coagulogen)转换为凝固素(Coagulin)的凝胶化反应替换为合成底物,使显色色素与该底物结合。具体地,例如,通过加入显色合成底物(Boc-Leu-Gly-Arg-对硝基苯胺)来代替凝固过程中的凝固前体物质(凝固蛋白原:Coagulogen),通过其水解使对硝基苯胺游离,利用其黄色显色的比色来测定内毒素的浓度。予以说明,还已知除了对硝基苯胺以外使用荧光色素等的方法。
在此,作为以往的凝胶化反应测定装置,例如可举出专利文献1~3中所示的装置。
专利文献1涉及使用比浊时间分析法的凝胶化反应测定装置,其测定混合检体(试样)和鲎试剂而得到的混合液的透射光强度的经时变化,从规定时间的变化量测定检体的内毒素浓度。
另外,专利文献2涉及用于测定通过凝胶化反应测定的内毒素等物质的浓度的凝胶化测定装置,其具有用于接收由在试样池中产生的各个凝胶粒子的激光束散射的光的光接收元件、以及用于根据上述光接收元件的散射光检测输出而时序测量凝胶粒子的直径和数量的计测装置。
进而,专利文献3涉及一种凝胶粒子测定装置,其具备:收纳包含试样和试剂的溶液的试样池,搅拌混合溶液的搅拌装置,向混合溶液照射相干光的相干光源,检测在试样池内的混合溶液中透射的光的透射光检测装置,根据透射光检测装置的检测输出计测透射光的变动成分的透射光变动计测装置,根据透射光变动计测装置的计测结果,至少判别与上述混合溶液从溶胶相向凝胶相的相转变的时间点相关的混合溶液内的凝胶粒子的生成状态的凝胶粒子生成判别装置。
在专利文献1~3中,均公开了如下测定方式:在来自激光光源的照射光中在试样池内散射的光中,检测朝向与设置激光光源一侧不同的侧,例如与激光光源相反侧的前方透射的前方散射光、或者,相对于激光光源朝向侧方散射的侧方散射光,基于该检测结果,测定作为测定对象的内毒素浓度。
进而,利用凝胶化反应的测定技术不仅可用于上述内毒素的测定,而且可用于β-D-葡聚糖(β-D-glucan)等的测定。
β-D-葡聚糖为构成具有真菌特征的细胞膜的多糖(多糖体)。通过测定该β-D-葡聚糖,不仅对诸如念珠菌、曲霉、隐球菌这样的一般在临床上常见的真菌,而且对包括稀有真菌在内的广泛范围内的真菌感染症的筛分等都是有效的。
在该β-D-葡聚糖的测定中,利用通过β-D-葡聚糖使鲎的血细胞提取成分凝胶化的方法,然后通过上述的凝胶化法、比浊时间分析法、显色合成底物法进行测定。
内毒素和β-D-葡聚糖的测定方法具有共同点,例如,采用大致相同的测定硬件,通过从鲎的血细胞提取成分中除去与β-D-葡聚糖发生特异性反应的G因子成分,能够测定内毒素的选择性凝胶化反应和显色反应,并且通过预处理使试样中的内毒素失活,能够测定β-D-葡聚糖的选择性凝胶化反应和显色反应。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开2004-93536号公报(发明的实施方式,图3)
专利文献2:国际公开WO2008/038329号(发明的最佳实施方式,图1)
专利文献3:国际公开WO2009/116633号(发明的最佳实施方式,图1)
专利文献4:特开2011-257156号公报(发明的最佳实施方式,图1)
发明内容
发明要解决的课题
但是,在以往的凝胶化法、比浊时间分析法及显色合成底物法中,存在以下缺点。
凝胶化法和比浊时间分析法虽然均生成凝胶,但是在低浓度下,需要约90分钟以上的长时间。即,虽然反应溶液的凝胶化时间与作为测定对象的试样中的目标物质的浓度呈正比,但凝胶化法及比浊时间分析法均由于灵敏度的问题而不能检测出准确的凝胶化开始时间等,因而只能依据进行至某种程度的凝胶化的时间来计算反应量,以此作为凝胶化时间的基准。
例如以比浊时间分析法为例进行说明,比浊时间分析法是这样一种定量法,虽然通过制备试剂,关于变化开始时的最初浓度水平的浊度和变化达到目的时的浓度水平的浊度是知道的,但是各种变化的开始时间和结束时间却很难知道,通过测定最初和最终水平之间的一定水平的变化到达(检测浊度的增加和通常最大反应量的8%浊度的进行),转变为对凝胶化整体的变化观察,以此进行定量。但是,如果变成低浓度的内毒素,则整个体系的凝胶化就会推迟,由此观测到的浊度变化也随之变慢,以致于难以测定至一定水平的变化到达,在此情况下,灵敏度必然变得迟钝。
因此,很难说凝胶化法和比浊时间分析法都是适合于需要急救的情况或者可测定许多检体的方法。此外,在比浊时间分析法中往往产生与内毒素无关的非特异性的混浊,因此,有可能欠缺测定精度。另外,凝胶化法的测定极限浓度为3pg/ml,比浊时间分析法的测定极限浓度为1pg/ml左右。
另一方面,虽然显色合成底物法与凝胶化法和比浊时间分析法相比,测定时间缩短至约30分钟左右,但是在临床试样等天然物的测定中,有时发生由混在的非特异性蛋白分解酶所引起的伪阳性反应,难以对临床试样等进行特异度较高的测定,另外,测定准备工作繁琐,测定极限浓度也为3pg/ml,劣于比浊时间分析法。
另外,例如,专利文献1所述的凝胶化反应测定装置采用的是观察试剂与内毒素反应而凝固的过程的方法,基于其凝固速度依赖于内毒素浓度的事实而得出的测定原理,在静止条件下进行反应溶液的凝胶化是必要且充分的条件。
但是,对于来自作为可溶性蛋白的酶混合溶液的鲎血细胞成分的试剂与内毒素反应、生成不溶性蛋白质凝固素并凝胶化的反应,溶液的均匀性随着反应进行而减少,很难想象作为生化学的酶反应体系而维持一定条件,推测这成为比浊时间分析法的灵敏度差、计测时间长、测定值不稳定等的原因。
因此,例如,如专利文献3所示,为了使反应溶液均匀,采用连续搅拌该反应溶液的方法。结果,反应变得均匀而且迅速。另一方面发现,反应溶液整体的凝胶化被抑制,相反,当反应溶液中生成的凝固素达到一定浓度时,其凝集成微小的凝胶粒子。所幸,已经发现,直至生成这种微小的凝胶粒子为止的时间也取决于内毒素浓度,并提供了通过计测照射激光这样的相干光检测凝胶粒子的散射光为止的时间来定量内毒素的方法(ESP法:内毒素散射光度法(Endotoxin Scattering Photometry)(注册商标))。
在此,两者之间的根本区别在于,例如,专利文献1所示的比浊时间分析法试图计测凝胶化的进行,而ESP法试图计测直至凝胶化开始的时间。即,也可以说,ESP法的测定终点相当于比浊时间分析法的测定开始。
另外,由于对粒子的散射光是在所有方向上产生,所以ESP法捕获这些散射光即可,将它们大致分为前方散射、侧方散射和后方散射(相对于光入射样品池的方向,在0°、90°、180°方向散射)时,在考虑粒子的尺寸和散射光发生的方向时,发现:在粒子为微小的尺寸时,散射光虽然微弱但却向所有方向辐射,但随着颗粒变大,前方散射有增强的趋势。因此,从检测的观点出发,强的前方散射可能是有利的,但从尽早掌握粒子生成初期阶段的观点来看,希望检测出微小粒子在所有方向上产生的微弱的散射光。
在这种情况下,对前方散射和侧方散射而言,由反应溶液的散射光吸收引起的信号衰减、对反应溶液中的其他粒子的二次散射光(多重散射)的产生等,对于捕获微小粒子生成初期阶段的微弱信号来说是不利的,从这一点来说,在反应容器的光入射下立即捕获,对反应溶液的衰减吸收较小的后方散射是有利的。
基于这样的观点,作为早期(快速地)捕捉凝胶粒子的生成初期的方式,检测后方散射光的方式已经被专利文献4中公开。
该专利文献4具备:收纳包含试样和试剂的溶液的试样池;搅拌混合溶液的搅拌装置;向混合溶液照射相干光的入射光源;设置在试样池的外部与入射光源同侧,检测在试样池内的混合溶液中散射的光中返回到入射光源侧方向的后方散射光成分的后方散射光检测装置;基于后方散射光检测装置的检测输出,计测后方散射光的变动成分的散射光变动计测装置;以及,基于散射光变动计测装置的计测结果,判别至少包括与混合溶液从溶胶相向凝胶相相变的时间点相关的凝胶粒子的生成开始时间点在内的凝胶粒子的生成状态的凝胶粒子生成判别装置。
在此所谓的后方散射光检测装置只要是能检测试样池内的混合溶液中散射的光中返回到入射光源侧方向的后方散射光成分的装置即可,在试样池的附近配置后方散射光检测装置的方式中,代表性的方式为:通过在来自入射光源的光照射到试样池的区域的周围设置检测面,在试样池内的混合溶液中散射的光中在正后方散射方向的周边检测散射光成分。在这样的检测方式中,当沿着试样池表面的法线照射光时,即使照射光的一部分在试样池的表面上被反射,该反射光也被导向正后方散射方向,因此,避免了来自试样池表面的反射光成分被带到后方散射光检测装置。
然后,本发明人等进一步研究了检测后方散射光的方式,得出以下结论:只要能正确地检测在试样池内的混合溶液中散射的光中朝向正后方散射方向的散射光成分,就能将混合溶液中的散射光衰减抑制到最小限度,可以更早期地且高灵敏度地检测凝胶粒子的生成开始时间点,这是期望的。
但是,为了检测朝向正后方散射方向的散射光成分,在分离来自试样池表面的反射光成分的状态下检测上述散射光成分是必不可少的,关于如何解决这些问题,进行依次讨论。
本发明要解决的技术课题是,在通过凝胶化反应测定试样中的目标物质时,进行在凝胶粒子的生成开始时间点由光照射引起的散射光的检测,在发生该现象的溶剂中抑制散射光衰减,及早期且准确地测量凝胶粒子的生成开始时间点。
解决课题的手段
本发明的第1技术方案是一种凝胶粒子测定方法,其特征在于,在测定通过凝胶化反应将试样中的目标物质粒子化的凝胶粒子时,使用以下装置:
试样池,具有至少部分地入射光的入射部、收纳包含含有作为测定对象的目标物质的试样和使上述目标物质发生凝胶化的试剂的溶液,
搅拌装置,连续搅拌上述混合溶液以抑制上述试样池内的含有上述试样和上述试剂的全部混合溶液发生凝胶化,
光源,设置在上述试样池的入射部的外部、向上述试样池内的上述混合溶液照射相干光,和
后方散射光检测装置,设置在上述试样池的入射部的外部且与上述光源同侧,检测上述试样池内的上述混合溶液中散射的光中返回到上述光源侧方向的后方散射光成分;
所述方法包括以下工序:
搅拌工序,在上述试样池内收纳上述混合溶液的状态下通过上述搅拌装置连续搅拌上述混合溶液,
光分离工序,在实施上述搅拌工序时,向上述混合溶液入射来自上述光源的照射光,使在上述试样池的表面上反射的光的反射光路与朝向上述后方散射光检测装置的光的检测光路不同,通过上述后方散射光检测装置捕捉上述混合溶液中散射的光成分,和
计测工序,基于经过上述光分离工序得到的上述后方散射光检测装置的检测输出,计测散射光的变动成分,判别至少包括与上述混合溶液从溶胶相向凝胶相相变的时间点相关的上述混合溶液内的凝胶粒子的生成开始时间点在内的凝胶粒子的生成状态。
本发明的第2技术方案是具备第1技术方案的凝胶粒子测定方法,其特征在于,在上述光分离工序中,上述检测光路包括从上述光源向上述试样池内照射的光的照射光路的一部分。
本发明的第3技术方案是测定通过凝胶化反应将试样中的目标物质粒子化的凝胶粒子的凝胶粒子测定装置,其特征在于,包括以下装置:
试样池,具有至少部分地入射光的入射部、收纳包含含有作为测定对象的目标物质的试样和使上述目标物质发生凝胶化的试剂的溶液,
搅拌装置,连续搅拌上述混合溶液以抑制上述试样池内的含有上述试样和上述试剂的全部混合溶液发生凝胶化,
光源,设置在上述试样池的入射部的外部,在用上述搅拌装置搅拌上述混合溶液时,向上述试样池内的上述混合溶液照射相干光,
后方散射光检测装置,设置在上述试样池的入射部的外部且与上述入射光源同侧、检测上述试样池内的上述混合溶液中散射的光中返回到上述光源侧方向的后方散射光成分,
光路调节装置,在向上述试样池的入射部入射来自上述光源的照射光时,调节上述试样池的入射部表面,使得上述试样池内的上述混合溶液中散射的光中朝向上述后方散射光检测装置的检测光路与在上述试样池的表面上反射的光的反射光路不同,和
计测装置,基于上述后方散射光检测装置的检测输出,计测散射光的变动成分,判别至少包括与上述混合溶液从溶胶相向凝胶相相变的时间点相关的上述混合溶液内的凝胶粒子的生成开始时间点在内的凝胶粒子的生成状态。
本发明的第4技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,上述试样池具有至少可透射入射部的有底的截面圆形的筒状容器,将上述光路调节装置配置成使得来自上述光源的光轴穿过从上述筒状容器的中心轴偏移的位置。
本发明的第5技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,将上述光路调节装置配置成从上述试样池的中心轴与上述光源的光轴正交的位置倾斜。
本发明的第6技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,上述光路调节装置在上述试样池的入射部具有预先形成的反射面,使得来自上述光源的照射光中被上述入射部表面反射的反射光朝向与朝向上述后方散射光检测装置的方向不同的方向。
本发明的第7技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,包括上述光源、上述后方散射光检测装置和上述光路调节装置的光学系统具备:透射从上述光源向上述试样池的入射部照射的光、而且使上述混合溶液中散射的光中朝向上述后方散射光检测装置的光的检测光路从来自上述光源的照射光路的中途分支的光路分支部件。
本发明的第8技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,包括上述光源、上述后方散射光检测装置和上述光路调节装置的光学系统具有使来自上述光源的照射光以其通过上述试样池内壁的接近位置为焦点位置而进行收敛的入射用成像部件,而且具有使朝向上述后方散射光检测装置的光以该后方散射光检测装置的检测面为共轭焦点位置而进行收敛的检测用成像部件。
本发明的第9技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,包括上述光源、上述后方散射光检测装置和上述光路调节装置的光学系统具有使来自上述光源的照射光以其通过上述试样池内壁的接近位置为焦点位置而进行收敛的入射用成像部件,具有在朝向上述后方散射光检测装置的检测光路的中途配置光圈部件、使朝向上述后方散射光检测装置的光以光圈部件位置为共轭焦点位置而进行收敛的第1检测用成像部件,并且具有使通过上述光圈部件的光以上述后方散射光检测装置的检测面为共轭焦点位置而进行收敛的第2检测用成像部件。
本发明的第10技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,包括上述光源、上述后方散射光检测装置和上述光路调节装置的光学系统将从上述光源朝向上述试样池的光束经由光圈部件缩小,并且将上述光束设定得比上述混合溶液中散射的光中朝向上述后方散射光检测装置的光束窄。
本发明的第11技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,上述试样池设置在恒温槽内。
本发明的第12技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,试样池本身或其周围具备:将由来自上述光源的照射光中上述混合溶液中朝向上述后方散射光检测装置的后方散射光成分以外的透射或上述试样池内壁上的散射所产生的杂散光成分除去的杂散光除去装置。
本发明的第13技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,具备显示由上述计测装置得到的计测结果的显示装置。
本发明的第14技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,具备:
第1散射光检测装置,其是检测在上述混合溶液内散射的光中返回到上述光源侧方向的后方散射光成分的后方散射光检测装置,和
第2散射光检测装置,检测在上述混合溶液内散射的光中返回到上述光源侧方向的后方散射光成分以外的散射光成分;
上述计测装置基于上述第1散射光检测装置的检测输出的变动成分的计测结果,判别包括上述混合溶液内的凝胶粒子的生成开始时间点在内的凝胶粒子的生成状态,
基于第1散射光检测装置和第2散射光检测装置的检测输出或第2散射光检测装置的检测输出的变动成分的计测结果,判别上述混合溶液内的凝胶粒子的生成状态以外的凝胶粒子的生成状态。
本发明的第15技术方案是具备第3技术方案的凝胶粒子测定装置,其特征在于,作为测定对象的目标物质为内毒素,将其凝胶化的试剂为来自鲎血细胞或来自与之同等的生物血细胞的试剂。
发明效果
根据本发明的第1技术方案,能够在通过凝胶化反应测定试样中的目标物质时,进行在凝胶粒子的生成开始时间点由光照射产生的散射光的检测,在发生该现象的溶剂中抑制散射光的衰减,早期且准确地计测凝胶粒子的生成开始时间点。
根据本发明的第2技术方案,能够在通过凝胶化反应测定试样中的目标物质时,进行在凝胶粒子的生成开始时间点由光照射产生的朝向正后方散射方向的散射光的检测,在发生该现象的溶剂中抑制散射光的衰减,早期且准确地计测凝胶粒子的生成开始时间点。
根据本发明的第3技术方案,能够容易地实现具有以下优点的凝胶粒子测定方法:能够在通过凝胶化反应测定试样中的目标物质时,进行在凝胶粒子的生成开始时间点由光照射产生的散射光的检测,在发生该现象的溶剂中抑制散射光的衰减,早期且准确地计测凝胶粒子的生成开始时间点。
根据本发明的第4技术方案,能够直接利用有底的截面圆形的筒状容器作为试样池,从后方散射光检测装置的检测对象中除去来自试样池表面的反射光。
根据本发明的第5技术方案,无论试样池的截面形状如何,能够从后方散射光检测装置的检测对象中除去来自试样池表面的反射光。
根据本发明的第6技术方案,通过对试样池的入射部表面进行设计,能够从后方散射光检测装置的检测对象中除去来自试样池表面的反射光。
根据本发明的第7技术方案,能够将试样池内的混合溶液中散射的光中朝向后方散射光检测装置的光在不受光源存在干扰的情况下,导入后方散射光检测装置。
根据本发明的第8技术方案,与以试样池的入射部表面位置为焦点位置而进行收敛的光学系统相比,能够通过后方散射光检测装置准确地检测来自试样池的内壁附近生成的凝胶粒子的散射光信息。
根据本发明的第9技术方案,与以试样池的入射部表面位置为焦点位置而进行收敛的光学系统相比,能够通过后方散射光检测装置准确地检测仅来自试样池的内壁附近生成的凝胶粒子的散射光信息。
根据本发明的第10技术方案,将在试样池内的混合溶液中散射的光中朝向后方散射光检测装置的光成分在不受从光源的入射光的影响下,导入后方散射光检测装置中。
根据本发明的第11技术方案,能够在恒温环境下稳定地进行凝胶化反应。
根据本发明的第12技术方案,能够有效地避免后方散射光成分以外的透射或试样池内壁上的散射所产生的杂散光成分被后方散射光检测装置误检。
根据本发明的第13技术方案,能够目测计测装置的计测结果。
根据本发明的第14技术方案,与不使用第2散射光检测装置的方式相比,除了能够计测后方散射光的变动成分以外,也能够计测后方散射光以外的(前方或侧方)散射光的变动成分,因此,除了能够更准确地判别混合溶液内的凝胶粒子的生成开始时间点以外,也能够更准确地判别其他凝胶粒子的生成状态信息。
根据本发明的第15技术方案,能够适用于内毒素的定量测定。
附图说明
[图1](a)是说明本发明所采用的凝胶粒子测定装置的实施方式的概要的说明图,(b)为(a)中B-B线截面图。
[图2](a)是示意性地示出凝胶化反应的说明图,(b)是表示凝胶化反应的进行的工序I~III的说明图,(c)是表示凝胶化反应的进行工序的反应时间与散射光强度的关系的说明图。
[图3]是示意性地示出使用鲎试剂时的内毒素的凝胶化反应过程的说明图。
[图4](a)是表示凝胶粒子被相干光照射时的散射光的散射方向的说明图,(b)是表示伴随凝胶粒子的粒径变化的散射光的光度分布的说明图。
[图5]是表示实施方式1的凝胶粒子测定装置的说明图。
[图6]是示意性地表示实施方式1的凝胶粒子测定装置的试样池的周边结构的说明图。
[图7](a)是表示实施方式1中使用的试样池的分解透视图,(b)是其截面说明图。
[图8](a)是表示实施方式1中使用的光路调节方法1的说明图,(b)是表示实施方式1中使用的光路调节方法2的说明图。
[图9]是表示实施方式1的凝胶粒子测定装置的数据分析处理的一例的流程图。
[图10](a)是表示实施方式1中使用的后方散射光检测器的输出例的说明图,(b)是表示(a)所示的输出例的散射光强度分布的一例的说明图。
[图11](a)是对已知内毒素浓度的试样通过后方散射测光的凝胶粒子的检测例的说明图,(b)是表示使用(a)的结果的校准曲线作成例的说明图。
[图12](a)(b)是表示实施方式1的凝胶粒子测定装置的变形方式1,2的说明图。
[图13](a)是表示实施方式1的凝胶粒子测定装置的变形方式3的说明图,(b)是(a)中B-B线截面图,(c)是表示实施方式1的凝胶粒子测定装置的变形方式4的说明图,(d)是(c)中D-D线截面图。
[图14]是表示实施方式2的凝胶粒子测定装置的说明图。
[图15](a)是表示实施方式2中使用的针孔的作用的说明图,(b)是表示实施方式2中使用的后方散射光检测器的输出例的说明图。
[图16]是表示实施方式3的凝胶粒子测定装置的说明图。
[图17]是表示分别通过实施例1(后方散射检测方式(BS))、比较例1(前方散射检测方式(FS))的凝胶粒子测定装置测定内毒素浓度不同的同一试样的凝胶化开始时间的结果的说明图。
[图18]是表示对实施例2的凝胶粒子测定装置的光学系统的试样池的伴随焦点位置变化的后方散射光检测器的输出变化例I、II的说明图,(a)表示输出变化例I,(b)表示(a)的散射光强度的分布例,(c)表示输出变化例II,(d)表示(c)的散射光强度的分布例。
[图19]是表示对实施例2的凝胶粒子测定装置的光学系统的试样池的伴随焦点位置变化的后方散射光检测器的输出变化例III、IV的说明图,(a)表示输出变化例III,(b)表示(a)的散射光强度的分布例,(c)表示输出变化例IV,(d)表示(c)的散射光强度的分布例。
[图20](a)是表示对实施例2的凝胶粒子测定装置的光学系统的试样池的伴随焦点位置变化的后方散射光检测器的输出变化例V的说明图,(b)是表示(a)的散射光强度的分布例的说明图。
具体实施方式
◎实施方式的概要
图1(a)(b)是表示本发明所采用的实施方式的凝胶粒子测定方法的概要的说明图。
该图中,凝胶粒子测定方法包括:
在通过凝胶化反应测定将试样S中的目标物质粒子化的凝胶粒子G时,使用以下装置:
试样池1,具有至少部分地入射光的入射部、收纳包含含有作为测定对象的目标物质的试样S和使上述目标物质发生凝胶化的试剂R的溶液,
搅拌装置2,连续搅拌混合溶液W以抑制上述试样池1内的含有试样S和试剂R的全部混合溶液W发生凝胶化,
光源3,设置在试样池1的入射部的外部,向上述试样池1内的混合溶液W照射相干光Bm,和
后方散射光检测装置4,设置在试样池1的入射部的外部且与光源3同侧、检测试样池1内的混合溶液W中散射的光中返回光源3侧方向的后方散射光成分;
所述方法包括以下工序:
搅拌工序,在试样池1内收纳混合溶液W的状态下通过上述搅拌装置2连续搅拌上述混合溶液W,
光分离工序,在实施搅拌工序时,向混合溶液W入射来自光源3的照射光Bm,使在试样池1的表面上反射的光的反射光路DT与朝向后方散射光检测装置4的光的检测光路ST不同,通过后方散射光检测装置4捕捉混合溶液W中散射的光成分,
计测工序,基于经过光分离工序得到的后方散射光检测装置4的检测输出,计测散射光的变动成分,判别至少包括与混合溶液W从溶胶相向凝胶相相变的时间点相关的混合溶液W内的凝胶粒子G的生成开始时间点在内的凝胶粒子G的生成状态。
在这样的技术装置中,本申请的目标物质可广泛地包括能够与规定试剂R之间发生凝胶化反应而生成凝胶粒子G的物质。例如可举出内毒素、β-D-葡聚糖。在此,当目标物质为内毒素时,作为将其凝胶化的试剂R,代表性地可举出鲎试剂(来自鲎属的鲎血细胞的试剂),但不限定于此,也可以是来自鲎属的鲎血细胞的试剂、或来自与这些试剂同等的生物血细胞的试剂。
另外,试样池1只要是具有至少部分地入射光的入射部即可,其形状不限于具有圆柱状周壁的形状,也可以是具有多边形周壁的形状。
进而,作为搅拌装置2,可以广泛地包括对含有试样S和试剂R的混合溶液W赋予搅拌作用的装置,可以选择内置而直接搅拌的方式,也可以适当选择通过空气赋予搅拌作用、或者通过振荡赋予搅拌作用等的方式。
再者,光源3只要是照射相干光的光源,不限于来自激光光源的激光,例如,也可以通过将钠灯的光这样的单色光穿过针孔来制作。另外,光源3既可以设置在试样池1的外侧附近,也可以设置在远离试样池1的位置从而经由各种光学元件(成像部件、反射部件、光圈部件、光纤等)而导入到试样池1的入射部内。
另外,作为后方散射光检测装置4,只要是通过从光源3向试样池1内入射的光检测含有试样S和试剂R的混合溶液W中散射的光中返回光源3侧方向的后方散射光成分的装置即可。此时,作为后方散射光检测装置4,既可以设置在试样池1的外侧附近,也可以设置在远离试样池1的位置从而使用光学元件导入其内。
另外,本实施方式中,凝胶粒子测定方法可以使用上述构成要素,通过搅拌工序、光分离工序来实施计测工序。
在此,搅拌工序需要通过搅拌装置2连续搅拌以抑制试样池1内的全部混合溶液W凝胶化,在实施光分离工序、计测工序期间,需要继续搅拌工序。
另外,关于光分离工序,如图1(b)所示,从光源3照射的光Bm包括透射试样池1的光Bm1成分,在试样池1的表面反射的光Bm0成分,只要是能够使在试样池1的表面反射的光Bm0的反射光路DT与在试样池1内的混合溶液W中散射且朝向后方散射光检测装置4的光Bm2的检测光路ST分离而不同,则可以适当选择其手段。
进而,计测工序需要基于后方散射光检测装置4的检测输出来计测散射光的变动成分,例如可举出将检测输出进行平均化或平滑化的同时进行过滤化的方法。进而,只要能基于计测结果,判别至少包括与混合溶液W从溶胶相向凝胶相相变的时间点相关的混合溶液W内的凝胶粒子G的生成开始时间点在内的凝胶粒子G的生成状态即可。在此,“凝胶粒子G的生成状态”是指除了包括凝胶粒子G的生成开始(出现)时间点以外,还广泛地包括生成过程的变化、生成结束时间点、生成量等,“判别凝胶粒子G的生成状态”不仅包括直接判别与凝胶粒子G的生成状态相关的信息,也包括基于凝胶粒子G的生成状态判别可判别的信息(例如,目标物质的定量信息)。
另外,作为光分离工序的优选方式,可举出检测光路ST包括从光源3照射到试样池1内的光Bm的照射光路AT的一部分的方式。
光分离工序只要将上述反射光路DT与检测光路ST分离即可,虽然包括使从光源3朝向试样池1内的光Bm的照射光路AT与朝向后方散射光检测装置4的检测光路ST不一致的方式,但从捕捉朝向正后方散射方向的散射光成分的观点考虑,检测光路ST优选经过与照射光路AT相同的光路。在此,在大多数方式中,光源3与后方散射光检测装置4通常设置在不同的位置,在该方式中,为了能够通过后方散射光检测装置4进行检测工作,需要从照射光路AT的中途分支出检测光路ST。但是,不限于使用光源3与后方散射光检测装置4一体化的设备的方式。
另外,实现实施方式的凝胶粒子测定方法的凝胶粒子测定装置的概要如下所述。
图1(a)(b)中,凝胶粒子测定装置是测定通过凝胶化反应将试样S中的目标物质粒子化的凝胶粒子G的装置,其包括:
试样池1,具有至少部分地入射光的入射部、收纳包含含有作为测定对象的目标物质的试样S和使上述目标物质发生凝胶化的试剂R的溶液,
搅拌装置2,连续搅拌混合溶液W以抑制试样池1内的含有试样S和试剂R的全部混合溶液W发生凝胶化,
光源3,设置在试样池1的入射部的外部,在通过搅拌装置2搅拌混合溶液W时,向试样池1内的混合溶液W照射相干光Bm,和
后方散射光检测装置4,设置在试样池1的入射部的外部且与光源3同侧,检测试样池1内的混合溶液W中散射的光中返回光源3侧方向的后方散射光成分,
光路调节装置5,在向试样池1的入射部入射来自光源3的照射光时,调节试样池1的入射部表面,使得试样池1内的混合溶液W中散射的光中朝向后方散射光检测装置4的检测光路ST与在试样池1的表面上反射的光Bm0的反射光路DT不同,和
计测装置6,基于后方散射光检测装置4的检测输出,计测散射光的变动成分,判别至少包括与混合溶液W从溶胶相向凝胶相相变的时间点相关的混合溶液W内的凝胶粒子G的生成开始时间点在内的凝胶粒子G的生成状态。
在此,作为光路调节装置5,只要是能实现如下目的的装置即可适当选用:通过调节试样池1的入射部表面,使得从光源3照射到试样池1的入射部的光中试样池1的入射部表面的反射光路DT与在试样池1内的混合溶液W中散射的光中朝向后方散射光检测装置4的检测光路ST不同。
作为光路调节装置5的代表的方式,可举出如下方式。
作为代表的方式1,如图1(b)所示,可举出如下方式:试样池1具有至少可透射入射部的有底的截面圆形的筒状容器,光路调节装置5配置成使得来自光源3的光轴m穿过从筒状容器的中心轴O偏移的位置。
其中,关于来自光源3的光轴m与和该光轴m平行且通过试样池1的筒状容器的中心轴O的假定光路之间的偏移量,考虑到试样池1的外径、壁厚、以及材料(光的折射率),必须以至少使得来自光源3的照射光Bm的一部分能够透过试样池1的周壁的方式选定偏移量。即,当把上述偏移量选定得过大时,担心来自光源3的照射光Bm在试样池1的入射部表面上发生全反射,因此以避免这种情况的方式选定偏移量即可。
本例以试样池1为有底的截面为圆形的筒状容器的方式为前提,当配置成使得来自光源3的光轴m穿过与筒状容器的中心轴O偏移的位置时,由于从光源3照射的光Bm从与筒状容器的表面的法线H方向锐角交叉的方向入射,因此,以与夹入法线H方向的入射角度大致相同的角度正反射。因此,从光源3入射而在试样池1的表面上反射的光Bm0朝向与朝向后方散射光检测装置4的检测光路ST不同的方向的反射光路DT。
此时,将来自光源3的照射光Bm中在试样池1(筒状容器)表面上反射的光Bm0的反射光路DT与在试样池1内的混合溶液W中散射的光中朝向后方散射光检测装置4的光Bm2的检测光路ST分离,减少反射光路DT的光混入检测光路ST的担心。
另外,作为光路调节装置5的代表的方式2,可举出从试样池1的中心轴O与光源3的光轴m正交的位置倾斜而配置的方式。本例不论试样池1的截面形状如何,都将从试样池1的表面反射的反射光路DT相对于包括光源3的光轴m的水平面倾斜配置。此时,作为试样池1的倾斜角度,可以选定使反射光路DT与检测光路ST分离所需的角度,而且,可以在可实现的范围适当选定通过搅拌装置2的搅拌动作等。
进而,作为光路调节装置5的代表的方式3,可举出如下方式:在试样池1的入射部具有预先形成的反射面,使得来自光源3的照射光Bm中在入射部表面反射的反射光Bm0朝向与朝向后方散射光检测装置4的方向不同的方向。本例中,通过在试样池1的入射部形成期望的反射面,在试样池1的入射部上反射的光被导入与朝向后方散射光检测装置4的检测光路ST不同的方向的反射光路DT。
再者,对于光路调节装置5的代表的方式1~3,可以将它们适当组合。
本实施方式中,光学系统只要至少包括光源3、后方散射光检测装置4和光路调节装置5,即可适当选定,作为光学系统的优选的方式,可举出以下方式。
作为光学系统的优选的方式1,可举出如下方式:其具备光路分支部件7,其使从光源3向试样池1的入射部照射的光Bm透过、而且使混合溶液W中散射的光中朝向后方散射光检测装置4的光Bm2的检测光路ST从来自光源3的照射光路AT的中途分支。本例中,在从光源3朝向试样池1的照射光路AT的中途配置光路分支部件7,作为光路分支部件7,具有透射来自光源3的光Bm的功能、以及使从试样池1朝向后方散射光检测装置4的光Bm2的检测光路ST从来自光源3的照射光路AT的中途分支的功能即可。作为该光路分支部件7,例如,可以在反射部件的一部分设置透射来自光源3的光Bm的孔,也可以使用透射来自一侧的光并反射来自另一侧的光的光学部件。
另外,作为光学系统的优选的方式2,可举出如下方式:其具有使来自光源3的照射光Bm以通过试样池1内壁的接近位置为焦点位置而进行收敛的入射用成像部件(未图示),而且具有使朝向后方散射光检测装置4的光Bm2以该后方散射光检测装置4的检测面为共轭焦点位置而进行收敛的检测用成像部件(未图示)(参照图5所示的实施方式1)。
本例是使来自光源3的照射的光Bm以通过试样池1内壁的接近位置为焦点位置而进行收敛的方式,因此,通过焦点位置附近的凝胶粒子G散射的光朝向后方散射光检测装置4,以该后方散射光检测装置4的检测面为共轭焦点位置而进行收敛。因此,来自在试样池1的内壁附近生成的凝胶粒子G的散射光信息在后方散射光检测装置4中在聚焦的状态下检测。
进而,作为光学系统的优选的方式,可举出如下方式:其具有使来自光源3的照射光Bm以通过试样池1内壁的接近位置为焦点位置而进行收敛的入射用成像部件(未图示);具有在朝向后方散射光检测装置4的检测光路ST的中途配置光圈部件(未图示)且使朝向后方散射光检测装置4的光Bm2以光圈部件位置为共轭焦点位置而进行收敛的第1检测用成像部件(未图示),同时具有通过光圈部件的光以后方散射光检测装置4的检测面为共轭焦点位置而进行收敛的第2检测用成像部件(未图示)(参照图14所示的实施方式2)。
本例为来自光源3的照射的光Bm以通过试样池1内壁的接近位置为焦点位置而进行收敛的方式,因此,通过焦点位置附近的凝胶粒子G散射的光朝向后方散射光检测装置4,以光圈部件(例如,针孔)位置为共轭焦点位置而进行收敛后,通过光圈部件的光以后方散射光检测装置4的检测面为共轭焦点位置而进行收敛。因此,来自试样池1的内壁附近生成的凝胶粒子G的散射光通过光圈部件,但其他散射光不通过光圈部件,仅来自凝胶粒子G的散射光在后方散射光检测装置4中在聚焦的状态下检测。
另外,作为光学系统的优选的方式4,可举出如下方式:其将从光源3朝向试样池1的光束经由光圈部件(未图示)汇聚,且将光束设定得比混合溶液W中散射的光中朝向后方散射光检测装置4的光束窄。本例是向试样池1内的混合溶液W中照射汇聚的光束,将在混合溶液W中散射而朝向后方散射光检测装置4的光束从入射光的光束的周围导入。
另外,作为试样池1的优选的方式,从凝胶化反应在恒温环境下进行的观点考虑,可举出设在恒温槽8内的方式。
进而,作为试样池1的其他优选的方式,可举出如下方式:试样池1本身或其周围具备杂散光除去装置9,其将来自光源3的照射光Bm中混合溶液W中朝向后方散射光检测装置4的后方散射光成分以外的透射或试样池1内壁上的散射产生的杂散光成分除去。
本例中,当从试样池1的入射部入射的光在与入射部不同的试样池的周壁(外壁、内壁)上反射散射时,担心该反射散射光的一部分被后方散射光检测装置4作为杂散光错误地捕捉,因此,试图采用不产生影响这样的检测的杂散光的构成。在此,作为杂散光除去装置9,可以适当选择如下方式等:在试样池1的周壁上设置可吸收杂散光成分的吸收部件、或者在试样池1的内壁设置可漫反射杂散光成分的粗糙面等。
再者,从目测计测装置6的计测结果的观点考虑,优选具备显示由计测装置6得到的计测结果的显示装置10。
另外,在本实施方式中,具备上述后方散射光检测装置4作为第1散射光检测装置,进而具备检测上述混合溶液W内散射的光中返回光源3侧方向的后方散射光成分以外的散射光成分的第2散射光检测装置11,计测装置6可设置成如下方式:基于第1散射光检测装置4的检测输出的变动成分的计测结果,判别包括混合溶液W内的凝胶粒子G的生成开始时间点在内的凝胶粒子G的生成状态;基于第1散射光检测装置4和第2散射光检测装置11的检测输出或第2散射光检测装置11的检测输出的变动成分的计测结果,判别上述以外的凝胶粒子G的生成状态。
即,基于第1散射光检测装置4的检测输出的变动成分,判别包括混合溶液W内的凝胶粒子G的生成开始时间点在内的凝胶粒子G的生成状态,对于除此以外的凝胶粒子G的生成状态,基于第1散射光检测装置4以及第2散射光检测装置11的检测输出、或者第2散射光检测装置11的检测输出的变动成分进行判别。
接着,说明图1(a)(b)所示的凝胶粒子测定装置的工作。
首先,在图2(a)中示意性地示出凝胶化反应。
在该图中,当存在与试样S的目标物质St发生特异性反应的试剂R时,按照取决于试样S中的目标物质St的浓度的比例,发生该目标物质St与试剂R特异性反应的现象。在该反应过程中,试剂R受到目标物质St的刺激,规定的因子被激活,由此在规定的酶被激活的时间点,例如,水溶性的蛋白质通过酶的分解反应转化成不溶性的蛋白质,导致出现凝胶粒子G。
更具体地,以内毒素为例,示意性地示出内毒素的凝胶化反应过程,如图3所示。
在该图中,一旦(1)所示的内毒素的刺激传递到例如鲎试剂,首先,如(2)所示,因子C被活化,成为活化因子C,接着,由于活化因子C的作用,如(3)所示,因子B被活化,成为活化因子B。然后,由于活化因子B的作用,如(4)所示,凝固酶原变成凝固酶,如(5)所示,该凝固酶将凝固蛋白原(水溶性蛋白质)分解,生成凝固素(不溶性蛋白质)。该凝固素(不溶性蛋白质)一旦在该条件下被搅拌,整体的凝胶化被抑制,随之作为凝胶粒子G出现,一旦静置,则如(6)所示,溶液体系全体发生聚合化/凝胶化。
总之,可以理解,其反应过程如下:在试样S的目标物质St为内毒素的情况下,通过向混合溶液W赋予一定的搅拌状态,可以抑制混合溶液W整体的凝胶化,同时在该状态下,当内毒素的刺激传递给鲎试剂R时,就可能在凝固酶的周围产生出凝固素(不溶性蛋白质)的凝胶粒子G,凝固素(不溶性蛋白质)作为凝胶粒子G生成后,凝胶粒子G就逐渐生成。
另外还发现,内毒素的刺激传递给鲎试剂R的反应流(级联反应)的速度(鲎反应速度)取决于内毒素浓度,内毒素浓度越高,鲎反应速度越快,由凝固素(不溶性蛋白质)形成的凝胶粒子G的出现时间就越早。
因此,只要能够精度良好地检测散射光变化,就可以把握作为凝胶粒子G的生成开始时间点的由上述凝固素(不溶性蛋白质)形成的凝胶粒子G的出现时间点,这是本实施方式的凝胶粒子测定装置的测定原理的基础。
这种凝胶粒子测定装置的测定原理与例如以往的凝胶化法和比浊时间分析法的测定原理(在利用鲎试剂R的反应过程中,在静置的条件下,在被活化的凝固酶的影响下最终实现凝胶化,利用浊度来定量测定该凝胶化的过程的方式)完全不同。
在此,在图2(b)中示意性地示出凝胶粒子测定装置的测定原理。
在本实施方式的凝胶粒子测定装置中,如图2(b)的工序I所示,在试样S和试剂R溶液的混合溶液W中没有凝胶粒子G的情况(相当于混合溶液W为溶胶相的情况)下,由于从光源3(参照图1(a))入射到试样池1内的照射光Bm1没有被凝胶粒子G遮挡,因此,该照射光Bm1不会被凝胶粒子G散射,自然也没有返回到光源3侧后方的后方散射光成分。因此,由后方散射光检测装置4检测的散射光强度大致保持在0(参照图2(c)I工序P1)。
而且,如图2(b)的工序II所示,在试样S和试剂R溶液的混合溶液W中开始生成凝胶粒子G的情况(相当于混合溶液W开始从溶胶相向凝胶相相变的情况)下,例如,在内毒素的情况下开始生成凝固素(不溶性蛋白质)的凝胶粒子G时,从光源3入射到试样池1内的照射光Bm1的一部分由于所产生的凝固素(不溶性蛋白质)形成的凝胶粒子G的存在,被部分遮挡,导致该照射光Bm1的一部分发生散射,该散射光中返回光源3侧方向的后方散射光Bm2成分被后方散射光检测装置4检测到。因此,后方散射光检测装置4的检测输出从稳定区域的0水平向上升变化(参照图2(c)II工序P2)。此时,被照射光Bm1照射后的试样池1的后方散射光Bm2几乎不受溶剂衰减的影响而被检测。
此时,本例中,从光源3向试样池1的照射光Bm1如图1(a)(b)所示,除了入射到试样池1内的照射光Bm1以外,在试样池1的表面作为反射光Bm0反射,但本例中,通过光路调节装置5调节试样池1的入射部表面,因此,使得朝向后方散射光检测装置4的后方散射光Bm2的检测光路ST与来自试样池1表面的反射光Bm0的反射光路DT不同。因此,不必担心反射光Bm0成分混入后方散射光检测装置4的检测光路ST中而被检测。
然后,如图2(b)的工序III所示,在试样S和试剂R溶液的混合溶液W中逐渐产生凝胶粒子G的情况下,从光源3入射到试样池1内的照射光Bm3由于逐渐生成的大量凝胶粒子G的存在,散射程度逐渐增加,被后方散射光检测装置4检测到的返回光源3侧后方的后方散射光Bm3成分也逐渐增加。因此,后方散射光检测装置4的检测输出依次增加,通过后方散射光检测装置4检测的散射光强度以变化点P2为界逐渐变为上升(参照图2(c)III工序P3)。另一方面,如果强度增加到一定程度,则前方和侧方散射也变得比溶剂引起的衰减更强而得以检测。但是,初期的散射因衰减而无法检测,刚照射到试样池1后的后方散射检测被延迟。
上述的实施方式中,可示出以下方式:基于照射到混合溶液W中的照射光Bm的后方散射光的变动成分,与其他方向的散射相比显著快速地判别与使混合溶液W从溶胶相向凝胶相相变的时间点相关的凝胶粒子G的生成开始时间点(相当于图2(b)II工序P2)。
一般而言,对于临床试样中内毒素的测定的要求,特别是在救命救急的目的下,简便而快速的测定为第一要求。
对于在以往方法的比浊时间法中成为问题的“灵敏度差导致的测定水平低”和“测定时间长带来的不便”等事项,通过采用上述的测定方式而得以更可靠地消除。
即,本实施方式的凝胶粒子测定装置从原理上说,通过均匀地搅拌含有试样和鲎试剂的混合溶液,由此,在均匀的反应下,不是作为混合溶液体系全体,而是在局部产生微小的凝胶粒子,通过对其照射激光那样的相干的均匀的光而引起散射,通过对其进行检测,检测与通过添加内毒素而引起凝胶粒子出现的与溶胶相向凝胶相的相转变有关的相转变点,通过计测直至达到该相转变点的时间,可以推测鲎试剂中的内毒素的量。
简要地说,本实施方式的凝胶粒子测定装置的特征在于,不追求混合溶液体系全体的变化(凝胶化),而着眼于直至引起相转变的时间(凝胶粒子的生成开始时间点)为依赖于内毒素的反应这一事实,由此,与以往方法的比浊时间法相比,可以更快地检测出内毒素。
特别是,本实施方式中,着眼于散射光中返回光源3侧后方的后方散射光成分,其理由如下所述。
一般而言,如图4(a)所示,假设向粒子照射例如激光等相干的均匀的光(相干光)的模型时,相干光通过粒子的存在而散射是众所周知的。在这样的散射现象中,研究粒子的大小与散射光的关系,结果发现,由单一光的入射产生的散射光的强度和方向性例如具有如图4(b)所示的关系。该图中,作为散射现象,存在与向粒子入射的光相同方向产生的前方散射、与入射的光成直角方向产生的侧方散射、以及与入射光沿相反方向产生的后方散射。
在这样的散射现象中,除了产生的能量之外,考虑到粒子的大小和散射的方向,粒子越变大,前方散射越变主导,当粒子小时,观察到包括后方散射在内的向所有方向的散射。由这些观察结果可断言,对于捕捉大的粒子来说,前方散射是有利的。另一方面,在从无的状态产生、生长的现象下,对于尽早地捕捉最初发生的小的粒子而言,可以说从任何方向都是可以的,但考虑到能量小,考虑到存在粒子的溶剂中的散射光的衰减时,认为其衰减少的(受溶剂影响而吸收减少)后方散射是合适的。
特别是,本实施方式的凝胶粒子测定装置由于捕捉从无生成的粒子(称为凝胶化的相变),以尽早地检测出形成的微小粒子为目的,推测通过入射光刚照射试样池下的后方散射进行的凝胶粒子检测与其他任何方向的散射检测相比更优异。
这样,例如,为了快速地灵敏地检测通过由鲎试剂引起的相转变而出现的微小粒子,通过采用由后方散射进行的检测方式,想要进一步测量上述相转变的时间点。
总而言之,检测由微小粒子出现所产生的散射光中的后方散射光成分的方式具有以下两个优点:在同一反应中也能快速地检测出小的粒子,以及能够在浮游有粒子的溶剂没有衰减地情况下检测出散射光。
以下,基于附图所示的实施方式,更详细地说明该发明。
◎实施方式1
在本实施方式1的凝胶粒子测定装置中,作为试样S,以含有作为目标物质的内毒素的物质为对象,作为试剂R,使用能与作为目标物质的内毒素发生凝胶化反应的试剂。
-试剂-
在本实施方式中,试剂R至少含有与内毒素之间发生凝胶化反应的试剂基剂即可,但为了促进凝胶粒子G的形成,可使用在试剂基剂中添加有粒子形成因子的试剂。
试剂基剂含有与目标物质发生凝胶化反应的因子(酶等)即可。例如,只要目标物质为内毒素、β-D-葡聚糖,则代表地可举出鲎试剂,但并不限定于鲎试剂,只要是鲎(Limulus)以外的鲎类的阿米巴样血细胞成分中含有的因子组能与内毒素或β-D-葡聚糖发生特异性反应的试剂基剂,则当然也可以利用该阿米巴样血细胞水解物来制作试剂基剂。
另外,粒子形成因子被添加到试剂基剂中,其是生物惰性的,对试样S具有可溶性,而且以0.002至1%的浓度溶解,同时使产物凝集而形成凝胶粒子G。予以说明,本申请中的粒子形成因子的浓度值用体积百分比(v/v)表示。
在此,补充说明粒子形成因子的各要素的必要性。
首先,需要对试样S是可溶性的。因为如果假设其是不溶性的,则有可能成为准确地把握凝胶粒子G的生成开始时间点的障碍。
另外,粒子形成因子作为促进形成凝胶粒子G的成核产物(例如,酶的产物)的凝集的凝集因子起作用,只要是能够起到促进凝胶粒子G的形成的作用的物质即可。此时,作为粒子形成因子,推测起到了将形成凝胶粒子G的鲎反应最终产物凝固素聚集成一定尺寸的作用。即,当加入粒子形成因子时,随时间经过产生的不溶性蛋白质凝固素的凝集不会导致无限制、无定型尺寸地生成各种各样的粒子大小,而是生成导致集中在规定范围的粒子大小(例如,相对于粒子大小的水平,偏在于小的S尺寸的范围)的凝胶粒子G的产物,其产生凝集而快速形成凝胶粒子G。在此所谓的“规定范围的粒子大小”只要是容易凝集的相对较小的尺寸,即可包括一定的范围。
而且,粒子形成因子需要浓度为0.002~1%。此时,当小于0.002%时,不能控制凝胶粒子G的形成,产生从小到大的粒子形成,结果形成受到抑制。另一方面,大于1%时,加入过量的粒子形成因子,凝固素分子分散,相互的作用相互干扰,结果,反而发现凝集反应被抑制的倾向。
进而,要求粒子形成因子是生物惰性的。这是因为,例如在具有生物活性的因子中,因子的特性随着活性而变化,担心不仅作为因子的作用变得不稳定,而且试剂基剂的反应本身也会受影响。
另外,作为粒子形成因子的代表的方式,例如可举出可溶性的热变性蛋白质。作为该热变性蛋白质,包括血浆蛋白质类、酶类、植物蛋白质类、卵白蛋白等。例如,血浆蛋白质是通过将稀释溶液进行热处理(例如,120℃、20分钟高压灭菌处理)而作为可溶性的热变性蛋白质得到的。
再者,作为粒子形成因子,只要是被称为粒子形成的微小凝胶化的成核物质即可,因而未必是热变性蛋白质,作为粒子形成因子的其他代表的方式,可举出来自生物的高分子或来自石油高分子化学成分的多孔质微粒。但是,它们也需要是可溶性的而且生物惰性的。
在上述来自生物的高分子中,例如包括纤维素、多糖类、糖蛋白质等,另外,在来自石油高分子化学成分的多孔质微粒中,例如可举出纳米颗粒树脂等。
-凝胶粒子测定装置-
<凝胶粒子测定装置的整体构成>
本实施方式中,凝胶粒子测定装置如图5和图6所示构成。
该图中,凝胶粒子测定装置具有注入有含有内毒素的试样S的试样池100,例如,其使用试剂R(本例中,在鲎试剂中添加有粒子形成因子的试剂)通过凝胶化反应测定作为试样S的目标物质的内毒素的浓度。
本例中,试样池100设置在预先确定的测定台上,配置在带有加热器116的恒温槽115内,将含有试样S和试剂R的混合溶液W静置在一定的恒温环境(例如,37℃)下,使测定条件恒定。
另外,符号120是驱动试样池100内的磁性搅拌棒121以搅拌试样池100内的混合溶液W的搅拌驱动装置,例如,对混合溶液W赋予一定的搅拌状态,一边均匀搅拌混合溶液W一边抑制全部混合溶液W凝胶化。
特别是,在本例中,搅拌驱动装置120被构造为搅拌驱动源(磁力搅拌器):用于对试样池100内的底壁内置的由磁体构成的搅拌棒121通过磁力作用搅拌力。
进而,在试样池100的周围,设置用于测定试样池100内的混合溶液W中的凝胶化反应的光学系统130。
<试样池的构成例>
接着,基于图7(a)(b),详细描述本实施方式中使用的试样池100的构成例、和试样池100中的搅拌棒121、试样S的导入例。
该图中,试样池100例如包括由玻璃材料一体化形成而且上部开口的截面为圆形的有底的筒状容器101,其上部形成凸缘部102,同时在该凸缘部102的下部形成中间变细部103,在凸缘部102和中间变细部103中形成小径孔部104,在内部形成比该小径孔部104直径大的大径空间部105。
而且,在该试样池100内例如以冻干粉末状预先无菌且无内毒素地(一般称为“无内毒素”或“无热原”)装纳与含有内毒素的试样S发生凝胶化反应的试剂106,同时预先装纳使用磁性材料的搅拌棒121。
进而,在该试样池100的小径孔部104中嵌入由橡胶等弹性材料构成的密封栓108。该密封栓108成型为截面略T字状,其头部108a载置在试样池100的凸缘部102中,其脚部108b在紧密粘接在小径孔部104的状态下插入。予以说明,在密封栓108的脚部108b的一部分设置有缺口108c。
再者,试样池100的凸缘部102和密封栓108的头部108a例如被铝制的盖状的保持盖109覆盖,该保持盖109嵌入试样池100的凸缘部102的周壁,从外侧包封保持密封栓108。而且,在该保持盖109的例如中央处,面朝密封栓108的头部108a而形成孔部109a。
另外,试样池100如图7(a)(b)所示,在开放筒状容器101的小径孔部104的状态下装纳试剂106和搅拌棒121,在该状态下、用密封栓108密封筒状容器101的小径孔部104,同时,用保持盖109覆盖该密封栓108。
这样的试样池100作为凝胶粒子测定装置的附属品和测定盒供给使用者。
而且,作为本方式的试样S向试样池100的筒状容器101的导入例,例如可举出以下方式:利用保持盖109的孔部109a,在密封栓108上用注射针这样的穿孔具(未图示)穿孔,通过该穿孔,用注入器(未图示)注入试样S。进而,为了容易地进行试样S的导入,可以设定密封栓108的密封规格,使得筒状容器101内对大气压保持规定的负压水平。
<光学系统的整体构成>
本例中,光学系统130如图5所示,具有照射相干光Bm的激光光源131,通过将来自该激光光源131的照射光Bm经由准直透镜132平行后,经由棱镜型镜子133将激光光源131的光轴m的方向改变大约90°,由此将来自激光光源131的照射光Bm导向试样池100。而且,在棱镜型镜子133与试样池100之间的照射光路AT中,在棱镜型镜子133的直接后方,配置作为光圈部件的针孔134(孔径d1:例如,2mm),由针孔134汇聚的光Bm经由成像透镜135,收敛到试样池100的规定部位。
另外,光学系统130在试样池100的外部在激光光源131的同侧具有后方散射光检测器140。该后方散射光检测器140在来自激光光源131的照射光Bm入射到试样池100内时,检测由在试样池100内的混合溶液W中生成的凝胶粒子G散射的光中返回到来自激光光源131的照射光路AT侧的后方散射光成分。而且,在来自激光光源131的照射光路AT中,在针孔134与成像透镜135之间配置反射镜141,从试样池100朝向后方散射光检测器140的后方散射光通过反射镜141以改变光轴m大致90°的方式反射后,经过成像透镜142收敛到后方散射光检测器140的规定部位。
在此,在反射镜141中预先形成使通过针孔134汇聚的光Bm直接通过的孔部141a(孔径d2>d1:例如5mm),另外,来自试样池100的后方散射光从入射焦点位置向周围扩散,并透过成像透镜135变成大致平行的光而到达反射镜141,到达反射镜141的后方散射光Bm2的光束充分大于反射镜141的孔部141a的孔径d2,反射光Bm2中反射镜141的孔部141a处的衰减量极低。
<光路调节方法1>
本实施方式中,试样池100如图5和图8(a)所示,具有截面为圆形的筒状容器101,来自激光光源131的照射光路AT设定为穿过与筒状容器101的中心轴O偏移的位置。即,所述方式为:来自激光光源131的照射光路AT相对于与来自激光光源131的照射光Bm平行且穿过筒状容器101的中心轴O的假想光路L0仅偏移y>0。例如,在筒状容器101的外径为11.8mm的方式中,y=2.5mm。
此时,来自激光光源131的照射光Bm在水平面上从相对于筒状容器101的表面的法线H方向以角度为α的锐角交叉的方向入射时,来自激光光源131的照射光Bm的一部分Bm1经由筒状容器101的入射部表面,通过筒状容器101的周壁折射,入射到混合溶液W内,上述照射光Bm的剩余部分Bm0以与夹入法线H方向的入射角度α大致相同的角度正反射。
另一方面,入射到筒状容器101内的照射光Bm1与混合溶液W中产生的凝胶粒子G接触时,作为散射光散射,散射光中朝向后方散射光检测器140的后方散射光Bm2成分经过与入射光Bm1大致相同的光路,通过筒状容器101的周壁折射,向包括与照射光路AT相同的光路在内的检测光路ST返回。
在该状态下,从激光光源131被照射而在筒状容器101的表面上反射的反射光Bm0朝向与朝向后方散射光检测器140的检测光路ST不同的方向的反射光路DT,因此,不用担心反射光Bm0混入到检测光路ST中。
在此,关于检测光路ST与反射光路DT之间的角度(2α),考虑到筒状容器101的外径、壁厚、材料,可以根据来自激光光源131的照射光路AT的偏移量y而适当选择。
<光路调节方法2>
本实施方式中,试样池100如图6和图8(b)所示,通过池支架110保持。本例中,池支架110具有沿笔直方向的支柱111和预先形成有可保持试样池100的保持部的支架臂112,支柱111中,经由以与该支柱111交叉的水平方向为摇动支点的摇动轴113,可摇动自如地支持支架臂112,在由支架臂112的保持部保持试样池100后,使支架臂112以摇动轴113为中心适宜地摇动,利用与摇动轴113同轴设置的未图示的止动构件将支架臂112固定在规定的摇动位置。
如果使用这样的池支架110,通过将支架臂112固定在规定的摇动位置,试样池100以筒状容器101的中心轴O相对于笔直轴z0仅倾斜β角的状态配置。
此时,来自激光光源131的照射光Bm从大致水平方向照射,在笔直方向上,相对于试样池100的周壁表面的法线H方向仅倾斜β角而入射,因此,以与夹入法线H方向的入射角度β大致相同的角度正反射。
在该状态下,从激光光源131被照射并在试样池100(筒状容器101)的表面上反射的反射光Bm0朝向相对于水平面在笔直方向具有2β的角度的反射光路DT,因此,不用担心反射光Bm0混入到朝向后方散射光检测器140的检测光路ST中。
在此,关于试样池100的倾斜角度β,从准确地分离反射光路DT与检测光路ST的观点考虑,可以根据试样池100的支持结构等而适当选择。
予以说明,本实施方式中,是池支架110使用可自由摇动的支架臂112的方式,但不限定于此,例如,也可以在构成恒温槽115的带加热器的加温模块中设置试样池100的收纳部、激光光源131或通过后方散射光检测器140的光路等,利用加温模块本身作为池支架。
<焦点调节方法>
本实施方式中,光学系统130中使用的成像透镜135,142的焦点调节按如下所述设定。
成像透镜135以紧接在来自激光光源131的照射光Bm通过试样池100的周壁之后的位置为入射焦点位置Q1而进行收敛。在此,将入射焦点位置Q1与照射光Bm入射的试样池100的周壁表面位置之间的距离设定为g(参照图8(a))时,g在大于试样池100的周壁的壁厚尺寸、且接近试样池100的内壁面的条件下适当选择即可。例如,在外径为11.8mm、壁厚为0.7mm的试样池100的情况下,g可以在1.0~2.5mm的范围选定。详细的在实施例2中描述。
另外,成像透镜142将朝向后方散射光检测器140的照射光Bm2以后方散射光检测器140的检测面为共轭焦点位置Q2进行收敛。
<数据分析装置>
在图5和图6中,符号160是表示采集来自后方散射光检测器140的检测输出、执行例如图9所示的数据分析处理的数据分析装置,符号170是显示由数据分析装置160分析的分析结果的显示器。
该数据分析装置160由包括CPU、ROM、RAM、I/O接口等的计算机系统构成,例如,在ROM内预先存储图9所示的数据分析处理程序,基于来自后方散射光检测器140的检测输出,通过CPU执行数据分析处理程序。
予以说明,来自后方散射光检测器140的检测输出例如通过未图示的增幅器转换电流电压后,通过AD转换器进行AD转换,被采集到数据分析装置160中。
接着,说明本实施方式的凝胶粒子测定装置的工作。
本实施方式中,如图5和图6所示,在预先收纳有试剂R的试样池100中注入含有内毒素的试样S后,进行未图示的启动开关的打开操作时,开始通过凝胶粒子测定装置的测定程序。
该测定程序为通过搅拌驱动装置120旋转搅拌棒121,搅拌试样池100内的含有试样S和试剂R的混合溶液W。因此,混合溶液W整体被均匀搅拌,同时,抑制混合溶液W全部发生凝胶化。
进而,测定程序如下所述:从激光光源131将相干光Bm照射到试样池100内的混合溶液W,通过后方散射光检测器140检测混合溶液W中散射的光中朝向激光光源131侧方向的后方散射光成分,并且,将后方散射光检测器140的检测输出采集到数据分析装置160中。
此时,来自激光光源131的照射光Bm如图5和图8(a)所示,经由准直透镜132、棱镜型镜子133后,朝向试样池100转换光轴,然后,用针孔134汇聚成外径d1(本例中d1=2mm)的光束,直接通过反射镜141的孔部141a(孔径d2>d1;本例中d2=5mm),用成像透镜135以试样池100的预先确定的入射焦点位置Q1为收敛点入射到试样池100中。
在此,补充说明来自激光光源131的照射光Bm入射到试样池100的入射部的状况,上述照射光Bm如图8(a)所示,分为从试样池100的周壁表面的反射光Bm0、和折射入射至试样池100的周壁而入射到试样池100内的混合溶液W中的透射光Bm1。予以说明,还存在在试样池100的周壁表面上部分散射的光成分。
在该状态下,当在试样池100内的混合溶液W中生成凝胶粒子G时,透射光Bm1碰到凝胶粒子G而被散射,该散射光中,后方散射光Bm2成分返回试样池100的周壁的入射部侧,主要经由与透射光Bm1的入射经路相同的路径,而向处于与照射光路AT相同区域的检测光路ST射出。
另一方面,试样池100的周壁表面上的反射光Bm0如图8(a)(b)所示,沿反射光路DT反射,该反射光路DT在水平面上与检测光路ST具有2α的角度,而且,在笔直面上与检测光路ST具有2β的角度,因此,反射光路DT朝向与检测光路ST(本例中包括与照射光路AT相同的路径)完全不同的方向。因此,完全不用担心在试样池100的周壁表面上反射的反射光Bm0成分与朝向检测光路ST的后方散射光Bm2成分混合至浑然一体。
这样,来自凝胶粒子G的后方散射光Bm2通过检测光路ST而朝向后方散射光检测器140,但是当凝胶粒子G在成像透镜135的入射焦点位置或其附近生成时,从试样池100射出的后方散射光Bm2以凝胶粒子G为起点而放射扩散,变成比来自激光光源131的照射光Bm的光束大的光束,到达成像透镜135。而且,到达成像透镜135的后方散射光Bm2通过成像透镜135,变成与大致平行的成像透镜135的口径大致对应的外径d3(d3>>d1)的光束后,到达反射镜141,用反射镜141将光轴转换大致90°后,朝向后方散射光检测器140。
在该状态下,后方散射光Bm2的检测光路ST从照射光Bm的照射光路AT的中途分离,后方散射光检测器140可以设置在与激光光源131和比反射镜141更靠近激光光源131侧的光学元件(准直透镜132、棱镜型镜子133)无关的位置。予以说明,在反射镜141上设置孔部141a,因此,后方散射光Bm2的一部分通过孔部141a而损失,反射后方散射光Bm2的反射镜141的反射面充分大于孔部141a,因此,后方散射光Bm2的损失量极少。
然后,被反射镜141反射的后方散射光Bm2到达成像透镜142,通过成像透镜142以后方散射光检测器140的检测面为共轭焦点位置Q2进行收敛。因此,位于入射焦点位置Q1或其附近的来自凝胶粒子G的后方散射光Bm2在后方散射光检测器140的检测面上在聚焦状态下成像。
在此,后方散射光检测器140的输出例如图10(a)所示。
该图中,来自凝胶粒子G的后方散射光Bm2在后方散射光检测器140的检测面的大致中央处在聚焦状态下输出。另外,来自试样池100表面的漫反射光的一小部分被混入到检测光路ST中,但试样池100表面与成像透镜135的入射焦点位置Q1仅距距离g,因此,在后方散射光检测器140的检测面上,来自试样池100表面的漫反射光Bm2’成分在远离来自凝胶粒子G的后方散射光Bm2的位置,在未对焦的状态下输出。
另外,关于图10(a)所示的输出例,测定散射光强度分布,结果,得到图10(b)所示的结果。根据该图,来自凝胶粒子G的后方散射光Bm2成分显示出比来自试样池100表面的漫反射光Bm2’成分强的强度,因此,即使假设混入了来自试样池100表面的漫反射光Bm2’成分,也可以将其排除而检测出来自凝胶粒子G的后方散射光Bm2。
另一方面,在试样池100内的混合溶液W中,内毒素的刺激传递至鲎试剂,发生如图3所示的鲎反应,在抑制混合溶液W全部发生凝胶化的状态下,逐渐生成凝胶粒子G。
本实施方式中,在来自激光光源131的相干光Bm通过的面积内例如生成1个凝胶粒子G时,将其作为与混合溶液W从溶胶相变至凝胶相的相变点的时间点相关的凝胶粒子G的生成开始时间点来把握。
在这样的反应过程中,数据分析装置160例如如图9所示,将来自后方散射光检测器140的检测输出作为散射光量数据(数字数据)读入后,进行平均化和过滤化处理,计测散射光量数据的变动成分。
接着,基于散射光量数据的变动成分,通过提取由后方散射光检测器140检出的散射光量数据的增加变化点(相当于图2(c)II工序P2),参照预先规定的校准曲线,确定试样S的内毒素浓度(ETX浓度),显示在显示器170中。
本例中,校准曲线表示内毒素浓度(ETX浓度)与直至散射光量数据的增加变化点为止的时间阀值之间的关系,基于直至散射光量数据的增加变化点的时间与校准曲线的相关性,确定内毒素浓度(ETX浓度)。另外,显示器170中,除了内毒素浓度(ETX浓度)以外,还切换显示散射光量数据的时序数据、散射光量数据的变动成分的时序计测数据等数据。
<校准曲线的制作例>
在此,说明本实施方式中采用的校准曲线的制作例。
使用本实施方式1的凝胶粒子测定装置,预先确定的实验条件例如按如下方式确定:对添加有各种各样的内毒素浓度(例如,10·1·0.1pg/ml)的样品试样的鲎试剂,用凝胶粒子测定装置研究通过后方散射光检测器140测定的散射光强度(散射光量数据)的变化。
本例中使用的实验条件如下所述。
·激光光源131:红色光或蓝色光
·后方散射光检测器140:光电二极管
·搅拌棒121的旋转数:1000rpm
·恒温条件:37℃
图11(a)是对内毒素浓度10pg/ml、1pg/ml、0.1pg/ml的样品试样的追随各个时间经过的散射光强度绘制的图。予以说明,图11(a)的纵轴表示散射光强度U(图中的最大散射光强度刻度用Uy表示),横轴表示反应时间(图中的最大反应时间刻度用tx[例如,100分钟]表示)。该图中,各条件的散射光强度的变化均显示:维持在大致0的恒定水平的部分在某个时间点增加的倾向。假设该散射光强度的增加变化点相当于凝胶粒子G的生成开始时间点(含有内毒素的样品试样从溶胶相向凝胶相相变的时间点),意味着凝胶化开始时光强度增加。
为了求出该凝胶化开始的时间,本实施方式中,在图11(a)的图中,手动求出近似于恒定散射光强度的部分的直线(通常为0)与近似于散射光强度逐渐倾斜增加的变化部分的直线的交点,求出各自的凝胶化开始时间(反应时间)t(10)、t(1)、t(0.1)。
进而,本实施方式中,使用由图11(a)的图求出的凝胶化开始时间t(10)、t(1)、t(0.1)的值制作校准曲线(参照图11(b))。
在图11(b)中,校准曲线是如下求出:将X轴设为内毒素浓度(ETX浓度)(log转换)、Y轴设为凝胶化开始时间,绘制各凝胶化开始时间的值而制图,对这些值通过最小二乘法绘制直线。此时,凝胶化开始时间的值相对于各内毒素浓度的样品试样,获得直线关系,显示出相关系数高的相关性。
本实施方式中,试样池100本身或其周围没有实施其他设计,但不限定于此,可以采用以下这样的变形方式1、2的构成。
◎变形方式1,2
变形方式1,2中,试样池100具备将混合溶液W中朝向后方散射光检测器140的后方散射光Bm2成分以外的透射或由试样池100内壁上的散射所产生的杂散光成分除去的杂散光除去部件150。
变形方式1中,杂散光除去部件150例如如图12(a)所示,设置筒状盖151以围绕试样池100的周围,将该筒状盖151的内面例如用黑色的光吸收材料覆盖,在筒状盖151的一部分上开设来自激光光源131的照射光Bm和朝向后方散射光检测器140的后方散射光Bm2通过的通孔152。
予以说明,在本变形方式中,试样池100由具有透射性的材料构成,几乎求不出试样池100内的混合溶液W中的光的透射,因此,仅将与在试样池100中来自激光光源131的照射光Bm和朝向后方散射光检测器140的后方散射光Bm2通过的位置对应的一部分设定为具有透射性的入射部,至于试样池100的其他部位,既可以由非透射性的材料构成,或者也可以涂布非透射性的涂料。
进而,变形方式2中,不限于杂散光除去部件150设置在试样池100的外部的方式,例如,如图12(b)所示,也可以在试样池100的内壁周面形成微小粗糙面155作为杂散光除去部件150,通过使由激光光源131照射的照射光Bm中的杂散光成分在该微小粗糙面155上漫反射而使之衰减。
予以说明,本变形方式中,虽然设置了杂散光除去部件150,但杂散光除去部件150不是必须使用的,例如,使用已知内毒素浓度的样品试样预先实测杂散光成分的影响程度,基于该实测值,例如可以校正由后方散射光检测器140的检测输出实测的杂散光成分。
◎变形方式3,4
本实施方式中,关于试样池100的入射部表面的调节,采用光路调节方法1,2,但不限定于此,也可以采用以下这样的变形方式3,4的光路调节方法3。
首先,变形方式3中,光路调节方法3如图13(a)(b)所示,例如,在试样池100具有截面为圆形的筒状容器101的方式中,可以按如下方式设定:在来自激光光源131的照射光Bm入射的入射部,预先形成反射面180,使得在该反射面180上反射的反射光Bm0的反射光路DT与朝向后方散射光检测器140的后方散射光Bm2的检测光路ST不同。在此,关于反射面180的角度,可以选定以使得在反射光路DT上反射的反射光Bm0不会混入到检测光路ST中。
予以说明,本例中,可以适当组合光路调节方法1或2。
另外,变形方式4中,光路调节方法3例如如图13(c)(d)所示,在具有截面为矩形的筒状容器181的方式中,可以按如下方式设定:在来自激光光源131的照射光Bm入射的入射部,预先形成反射面180,使得在该反射面180上反射的反射光Bm0的反射光路DT与朝向后方散射光检测器140的后方散射光Bm2的检测光路ST不同。
予以说明,本例中,除了光路调节方法3,还可以组合光路调节方法2。
◎实施方式2
图14示出实施方式2的凝胶粒子测定装置的整体构成。
该图中,凝胶粒子测定装置的基本构成与实施方式1基本相同,但具有与实施方式1不同的光学系统130。予以说明,对于与实施方式1同样的构成要素,采用与实施方式1同样的符号,并省略其详细的说明。
本实施方式中,凝胶粒子测定装置具有与实施方式1同样的试样池100、搅拌驱动装置120。
进而,光学系统130与实施方式1同样地,具备激光光源131、准直透镜132、棱镜型镜子133、针孔134、成像透镜135、后方散射光检测器140和反射镜141(具备孔部141a),但与实施方式1不同的是,在反射镜141与后方散射光检测器140之间的检测光路ST中,配置多个(本例中为3个)成像透镜144~146,在第1成像透镜144与第2成像透镜145之间配置孔径d4的针孔147。
而且,本例中,使用针孔147的孔径d4(参照图15(a))为足够小的值、例如1mm以下、优选0.5mm以下的针孔。
第1成像透镜144将被反射镜141反射的后方散射光Bm2以针孔147位置(相当于针孔147的光轴位置)为共轭焦点位置Q21进行收敛。
进而,第2成像透镜145以其与共轭焦点位置Q21之间的距离为焦点距离,使通过针孔147的后方散射光Bm2入射并作为平行光射出。
再者,第3成像透镜146将通过第2成像透镜145的后方散射光Bm2以后方散射光检测器140的检测面为共轭焦点位置Q22进行收敛。
根据本实施方式,凝胶粒子测定装置与实施方式1以基本同样的方式工作,试样池100内的来自凝胶粒子G的后方散射光Bm2经过成像透镜135变成平行光,通过反射镜141转换光轴,朝向后方散射光检测器140,但是之后的工作与实施方式1不同。
即,被反射镜141反射的平行的后方散射光Bm2通过第1成像透镜144以针孔147位置为共轭焦点位置Q21进行收敛。此时,在试样池100的入射焦点位置Q1或其附近生成的来自凝胶粒子G的后方散射光Bm2成分如图15(a)所示,一旦在针孔147的孔部147a(孔径d4)的位置成像后,就通过针孔147。但是,例如即使来自试样池100表面的漫反射光的一小部分混入到检测光路ST中,由于试样池100表面与入射焦点位置Q1之间仅隔距离g,因此,来自试样池100表面的漫反射光Bm2’成分不能通过针孔147,在针孔147处被除去。
然后,通过针孔147的后方散射光Bm2成分经由第2成像透镜145变成平行光,经由第3成像透镜146,以后方散射光检测器140的检测面为共轭焦点位置Q22进行收敛。因此,位于入射焦点位置或其附近的来自凝胶粒子G的后方散射光Bm2在后方散射光检测器140的检测面上在聚焦状态下成像。此时,作为后方散射光检测器140的输出例,如图15(b)所示,来自凝胶粒子G的后方散射光Bm2在后方散射光检测器140的检测面上在聚焦状态下作为图像Im被输出,来自试样池100表面的漫反射光Bm2’成分被针孔147除去,因此其不能在检测面上输出。
因此,根据本实施方式可以理解,其与实施方式1相比,能够更准确地检测来自凝胶粒子G的后方散射光Bm2。
◎实施方式3
图16表示本发明采用的凝胶粒子测定装置的实施方式3的主要部件。予以说明,对于与实施方式1同样的构成要素,采用与实施方式1同样的符号,并省略其详细的说明。另外,图16中,省略了图6所示的池支架110和加热器116。
该图中,凝胶粒子测定装置具备与实施方式1基本相同的试样池100、搅拌驱动装置120和光学系统130,但与实施方式1不同的是,在试样池100的外部例如夹持试样池100并在与后方散射光检测器(相当于第1散射光检测器)140的相反侧设置第2散射光检测器190,不仅将第1散射光检测器140的检测输出而且将第2散射光检测器190的检测输出采集入数据分析装置160,基于第1散射光检测器140的检测输出,与实施方式1同样地判别凝胶粒子G的生成开始时间点,同时,基于第2散射光检测器190的检测输出(前方散射光输出),判别凝胶粒子G的生成开始时间点以外的凝胶粒子G的生成状态信息(例如,凝胶粒子G的生成量等)。
本例中,对于第2散射光检测器190而言,设为用于检测后方散射光成分以外的散射光成分,但在第2散射光检测器190中,例如也可以将透射光成分合并在一起检测,因此,在数据分析时,当存在除去作为第2散射光检测器190的检测对象的透射光成分的请求时,也可以利用散射光成分与透射光成分之间存在相位差的事实,设置偏振滤光器191以除去透射光成分。
另外,在不使用这种偏振滤光器191的情况下,第2散射光检测器190虽然检测出了包括透射光成分的散射光成分,但可以在考虑在数据分析装置160侧包括透射光成分的事实的情况下来分析散射光成分,或者,也可以在数据分析装置160侧以除去透射光成分的方式进行校正后再分析散射光成分。
予以说明,第2散射光检测器190检测基本上单独的散射光成分或者连同透射光成分一起检测,例如,可以通过存在用于除去散射光成分的偏振滤光器,仅分析不含散射光成分的透射光成分。
另外,本例中,是使用第1散射光检测器140的检测输出判别凝胶粒子G的生成开始时间点,使用第2散射光检测器190判别凝胶粒子G的生成开始时间点以外的凝胶粒子G的生成状态信息,但并不限定于此,也可以使用第1散射光检测器140和第2散射光检测器190两者的检测输出判别凝胶粒子G的生成开始时间点以外的凝胶粒子G的生成状态信息。此时,通过使用第1散射光检测器140与第2散射光检测器190的检测输出的差分信息,例如,由散射光和来自试样的非特异性浊度的增加和杂散光的发生、或者来自试样溶剂的散射光的吸收产生的衰减程度,能够校准试样溶剂的性质,可更详细地分析凝胶粒子G的生成状态信息。
予以说明,本实施方式中,第2散射光检测器190设置在试样池100的与第1散射光检测器140的相反侧,但不限定于此,第2散射光检测器190的设置位置只要是与第1散射光检测器140不同的部位,就可以设置在任意的部位。例如,若设置在相对于第1散射光检测器140、在与试样池100的周围方向偏离90°的部位上,就可以检测图4(b)所示的侧方散射光。
实施例
◎实施例1
实施例1使用实施方式1的凝胶粒子测定装置,准备多个向水或全血溶液中添加已知浓度的内毒素的试样样品,研究各试样样品的内毒素浓度与测定的凝胶化开始时间之间的关系。
另外,比较例1用于进行实施例1的性能评价,仅使用实施方式3的凝胶粒子测定装置的第2散射光检测器190,研究与实施例1同样的各试样样品的内毒素浓度与测定的凝胶化开始时间之间的关系。
结果如图17所示。
BS(后方散射检测方式)为实施例1的结果,FS(前方散射检测方式)为比较例1的结果。予以说明,该图中,横轴表示内毒素浓度(ETX浓度)pg/ml,纵轴表示凝胶化开始时间(分钟)。
根据该图,实施例1与比较例1相比,显示出更优异的测定结果。
特别是,这种倾向在内毒素为低浓度时比高浓度时更显著。
其理由认为是:内毒素的浓度越低,凝固素产出速度越低,直至凝胶粒子形成的时间延迟,而且,凝胶粒子形成开始后的粒子生长也同样地延迟,导致直至检出为止的时间呈对数形式延迟。
推测如下:本实施例中,由于采用后方散射检测方式,因此能够捕捉极早期产生的凝胶粒子,但在比较例1的前方散射检测方式中,需要从由后方散射检测方式可检测的大小到由前方散射检测方式可检测的大小,伴随对数形式的反应变化的凝胶粒子的进一步成长,而且,由于内毒素在低浓度区域下的反应延迟,因此,直至凝胶化开始时间的检出为止的差异呈对数形式延迟,在图上作为平行的反应曲线被捕捉。
例如,在内毒素浓度为约10pg/ml左右下比较比较例1与实施例1的检出时间的差异时,只有几分钟的差异,但在内毒素浓度为0.01pg/ml的极低浓度区域,作为与比较例1的差异,实施例1显示出缩短了60分钟至80分钟,作为旨在迅速测定的凝胶粒子测定方法,其优势显而易见。
◎实施例2
实施例2使用实施方式1的凝胶粒子测定装置,使图5所示的光学系统130的成像透镜135的入射焦点位置Q1与试样池100表面的位置关系(距离g)逐次变化0.5mm,研究每种情况下的后方散射光检测器140的检测结果。
试验条件
试样池100:外径11.8mm的圆筒玻璃管(厚0.7mm)
试样池100的入射部表面的调节量:y=2.5mm、β=5°
试样样品的内毒素浓度:10.0pg/ml
激光光源131:照射强度10mW(620nm)
针孔134:孔径2mm
成像透镜135:焦点距离30mm
反射镜141:孔径5mm
成像透镜142:焦点距离150mm
结果如图18~图20所示。
图18(a)表示在g=0mm、即,成像透镜135的入射焦点位置Q1为试样池100表面的条件下的后方散射光检测器140的输出例,图18(b)表示其散射光强度分布。
图18(c)表示在g=0.5mm的条件下的后方散射光检测器140的输出例,图18(d)表示其散射光强度分布。
图19(a)表示在g=1.0mm的条件下的后方散射光检测器140的输出例,图19(b)表示其散射光强度分布。
图19(c)表示在g=1.5mm的条件下的后方散射光检测器140的输出例,图19(d)表示其散射光强度分布。
图20(a)表示在g=2.0mm的条件下的后方散射光检测器140的输出例,图20(b)表示其散射光强度分布。
根据图18(a)(b),在成像透镜135的入射焦点位置Q1处于试样池100表面的情况下,后方散射光检测器140的输出例成为散射光强度强的范围广的检测信号,不仅包括来自凝胶粒子的后方散射光成分,还包括来自试样池100表面的漫反射光成分,难以将后方散射光成分与来自试样池100表面的漫反射光成分分离而检测。
另外,根据图18(c)(d),在g=0.5mm(成像透镜135的入射焦点位置Q1在试样池100的周壁内)的情况下,在后方散射光检测器140的输出例中,散射光成分强,作为扩散成环状的检测信号而获得。在本例的情况下,例如,不仅包括来自凝胶粒子的后方散射光成分,还包括来自试样池100表面的漫反射光成分,难以将这两者的散射光成分分离而检测来自凝胶粒子的后方散射光成分。
进而,根据图19(a)(b),在g=1.0mm的情况下,在后方散射光检测器140的输出例中,在检测面的大致中央处,来自凝胶粒子的后方散射光成分作为强的强度分布的检测信号获得,在其周边的一部分,来自试样池100表面的漫反射光成分作为强度极弱的检测信号,在与后方散射光成分分离的状态下被观察到。在本例的情况下,可以理解,由于成像透镜135的入射焦点位置Q1位于试样池100的周壁的紧后方,因此,在入射焦点位置Q1或其附近生成的来自凝胶粒子的后方散射光成分在后方散射光检测器140的检测面上在聚焦状态下成像。
因此,在本例的情况下,可以说,通过后方散射光检测器140,能够准确地检测出来自凝胶粒子的后方散射光成分。
另外,根据图19(c)(d),在g=1.5mm的情况下,在后方散射光检测器140的输出例中,在检测面的大致中央处,来自凝胶粒子的后方散射光成分具有比g=1.0mm的情况更宽的散射光幅度,作为分散的强度分布的检测信号获得,在其周边的一部分,来自试样池100表面的漫反射光成分作为强度极弱的检测信号,在与后方散射光成分分离的状态下被观察到。即,在本例的情况下,推测:由于变成成像透镜135的入射焦点位置Q1与试样池100的内壁的紧后方略微分离的方式,因此,在试样池100的内壁的紧后方产生凝胶粒子的情况下,该来自凝胶粒子的后方散射光成分在后方散射光检测器140的检测面上,在略微不对焦的状态下被检测到。
进而,根据图20(a)(b),在g=2.0mm的情况下,对于后方散射光检测器140的输出例,作为与g=1.5mm的情况大致相同的检测信号获得,但来自凝胶粒子的后方散射光成分具有比g=1.5mm的情况更宽的散射光幅度,作为分散的强度分布的检测信号获得。
由此,本实施例中,可以理解:当成像透镜135的入射焦点位置Q1处于试样池100的表面或周壁内时,后方散射光检测器140中产生漫反射光成分的检测信号,而难以检测来自凝胶粒子的后方散射光成分,但在成像透镜135的入射焦点位置Q1为1.0mm~2.0mm的情况下,可以将来自凝胶粒子的后方散射光成分在与来自试样池100的表面的漫反射光成分分离的状态下检测。
产业实用性
本发明始于以使用鲎试剂的内毒素或β-D-葡聚糖等为测定对象的凝胶粒子测定装置,广泛地应用于以可通过凝胶化反应生成凝胶粒子的目标物质为测定对象的测定装置。
例如,可在血液凝固反应和抗原抗体反应中应用。
符号说明
1…试样池,2…搅拌装置,3…光源,4…后方散射光检测装置(第1散射光检测装置),5…光路调节装置,6…计测装置,7…光路分支部件,8…恒温槽,9…杂散光除去装置,10…显示装置,11…第2散射光检测装置,G…凝胶粒子,S…试样,R…试剂,W…混合溶液,Bm…照射光,Bm0…反射光,Bm1…照射光(入射光、透射光),Bm2…后方散射光,AT…照射光路,DT…反射光路,ST…检测光路,O…试样池中心轴,m…照射光的光轴,H…法线。
Claims (15)
1.凝胶粒子测定方法,其特征在于,在测定通过凝胶化反应将试样中的目标物质粒子化的凝胶粒子时,使用以下装置:
试样池,具有至少部分地入射光的入射部、收纳包含含有作为测定对象的目标物质的试样和使上述目标物质发生凝胶化的试剂的溶液,
搅拌装置,连续搅拌上述混合溶液以抑制上述试样池内的含有上述试样和上述试剂的全部混合溶液发生凝胶化,
光源,设置在上述试样池的入射部的外部、向上述试样池内的上述混合溶液照射相干光,和
后方散射光检测装置,设置在上述试样池的入射部的外部且与上述光源同侧、检测上述试样池内的上述混合溶液中散射的光中返回到上述光源侧方向的后方散射光成分;
所述方法包括以下工序:
搅拌工序,在上述试样池内收纳上述混合溶液的状态下通过上述搅拌装置连续搅拌上述混合溶液,
光分离工序,在实施上述搅拌工序时,向上述混合溶液入射来自上述光源的照射光,使在上述试样池的表面上反射的光的反射光路与朝向上述后方散射光检测装置的光的检测光路不同,通过上述后方散射光检测装置捕捉上述混合溶液中散射的光成分,和
计测工序,基于经过上述光分离工序得到的上述后方散射光检测装置的检测输出,计测散射光的变动成分,判别至少包括与上述混合溶液从溶胶相向凝胶相相变的时间点相关的上述混合溶液内的凝胶粒子的生成开始时间点在内的凝胶粒子的生成状态。
2.权利要求1所述的凝胶粒子测定方法,其特征在于,上述光分离工序中,上述检测光路包括从上述光源向上述试样池内照射的光的照射光路的一部分。
3.凝胶粒子测定装置,其是测定通过凝胶化反应将试样中的目标物质粒子化的凝胶粒子的凝胶粒子测定装置,其特征在于,包括以下装置:
试样池,具有至少部分地入射光的入射部、收纳包含含有作为测定对象的目标物质的试样和使上述目标物质发生凝胶化的试剂的溶液,
搅拌装置,连续搅拌上述混合溶液以抑制上述试样池内的含有上述试样和上述试剂的全部混合溶液发生凝胶化,
光源,设置在上述试样池的入射部的外部,在用上述搅拌装置搅拌上述混合溶液时,向上述试样池内的上述混合溶液照射相干光,
后方散射光检测装置,设置在上述试样池的入射部的外部且与上述入射光源同侧、检测上述试样池内的上述混合溶液中散射的光中返回到上述光源侧方向的后方散射光成分,
光路调节装置,在向上述试样池的入射部入射来自上述光源的照射光时,调节上述试样池的入射部表面,使得上述试样池内的上述混合溶液中散射的光中朝向上述后方散射光检测装置的检测光路与在上述试样池的表面上反射的光的反射光路不同,和
计测装置,基于上述后方散射光检测装置的检测输出,计测散射光的变动成分,判别至少包括与上述混合溶液从溶胶相向凝胶相相变的时间点相关的上述混合溶液内的凝胶粒子的生成开始时间点在内的凝胶粒子的生成状态。
4.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,上述试样池具有至少可透射入射部的有底的截面圆形的筒状容器,
将上述光路调节装置配置成使得来自上述光源的光轴穿过从上述筒状容器的中心轴偏移的位置。
5.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,将上述光路调节装置配置成从上述试样池的中心轴与上述光源的光轴正交的位置倾斜。
6.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,上述光路调节装置在上述试样池的入射部具有预先形成的反射面,使得来自上述光源的照射光中被上述入射部表面反射的反射光朝向与朝向上述后方散射光检测装置的方向不同的方向。
7.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,包括上述光源、上述后方散射光检测装置和上述光路调节装置的光学系统具备:透射从上述光源向上述试样池的入射部照射的光、而且使上述混合溶液中散射的光中朝向上述后方散射光检测装置的光的检测光路从来自上述光源的照射光路的中途分支的光路分支部件。
8.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,包括上述光源、上述后方散射光检测装置和上述光路调节装置的光学系统具有使来自上述光源的照射光以其通过上述试样池内壁的接近位置为焦点位置而进行收敛的入射用成像部件,而且具有使朝向上述后方散射光检测装置的光以该后方散射光检测装置的检测面为共轭焦点位置而进行收敛的检测用成像部件。
9.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,包括上述光源、上述后方散射光检测装置和上述光路调节装置的光学系统具有使来自上述光源的照射光以其通过上述试样池内壁的接近位置为焦点位置而进行收敛的入射用成像部件,具有在朝向上述后方散射光检测装置的检测光路的中途配置光圈部件、使朝向上述后方散射光检测装置的光以光圈部件位置为共轭焦点位置而进行收敛的第1检测用成像部件,并且具有使通过上述光圈部件的光以上述后方散射光检测装置的检测面为共轭焦点位置而进行收敛的第2检测用成像部件。
10.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,包括上述光源、上述后方散射光检测装置和上述光路调节装置的光学系统将从上述光源朝向上述试样池的光束经由光圈部件缩小,并且将上述光束设定得比上述混合溶液中散射的光中朝向上述后方散射光检测装置的光束窄。
11.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,上述试样池设置在恒温槽内。
12.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,试样池本身或其周围具备:将由来自上述光源的照射光中上述混合溶液中朝向上述后方散射光检测装置的后方散射光成分以外的透射或上述试样池内壁上的散射所产生的杂散光成分除去的杂散光除去装置。
13.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,具备显示由上述计测装置得到的计测结果的显示装置。
14.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,具备:
第1散射光检测装置,其是检测在上述混合溶液内散射的光中返回到上述光源侧方向的后方散射光成分的后方散射光检测装置,和
第2散射光检测装置,检测在上述混合溶液内散射的光中返回到上述光源侧方向的后方散射光成分以外的散射光成分;
上述计测装置基于上述第1散射光检测装置的检测输出的变动成分的计测结果,判别包括上述混合溶液内的凝胶粒子的生成开始时间点在内的凝胶粒子的生成状态,
基于第1散射光检测装置和第2散射光检测装置的检测输出或第2散射光检测装置的检测输出的变动成分的计测结果,判别上述混合溶液内的凝胶粒子的生成状态以外的凝胶粒子的生成状态。
15.权利要求3所述的凝胶粒子测定装置,其特征在于,作为测定对象的目标物质为内毒素,将其凝胶化的试剂为来自鲎血细胞或来自与之同等的生物血细胞的试剂。
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