FR2536858A1

FR2536858A1 - Evaluation of particle agglutination pattern in reaction vessel

Info

Publication number: FR2536858A1
Application number: FR8319054A
Authority: FR
Inventors: Tokio Kano; Akira Tamagawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1982-11-29
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1984-06-01
Also published as: JPS5998708A; DE3343149A1

Abstract

The process described first determines photoelectrically the thickness of the layer, formed by particles deposited on the conically inclined surface at the base of a reaction vessel, in an area which includes the deepest point of the surface. Secondly, the thickness of the layer in an area some way away from the first is likewise determined photoelectrically. A ratio between the two thicknesses is derived from the readings and the particle agglutination pattern is evaluated on the basis of this ratio. Pref. the ratio is then compared with two reference values R1 and R2, obtained by experiment and where r is greater than R1,R1 is greater than or equal to r which is greater than or equal to R2, or r is less than R2, the particle agglutination pattern is evaluated as an integral, intermediate or uniform precipitation pattern. Pref. the first and second thicknesses are determined for different areas by separate calculations of differences between output signals of a photodelectric conversion device receiving an image of a reaction liquid containing particles and another containing no particles.

Description

la présente invention concerne un procédé pour évaluer une configuration d'agglutination de particules for- mée sur une surface de fond inclinée dgun récipient de réaction par des particules qui descendent sur la surface de fond0 -
Il a été proposé, par exemple dans la demande de brevet Japonaise publiée nO 2564/81, un procédé pour évaluer une configuration d'agglutination de particules formée sur une surface de fond conique inclinée d'un récipient de réaction, par la projection d'images des parties centrale et périphérique du fond sur des premier et second éléments de réception de lumière respectivement, et par un traite- ment approprié des signaux de sortie des éléments de récep tion de lumière.Dans le cas de l'utilisation du récipient de réaction ayant un fond conique, lorsque la réaction avec agglutination se produit entre les particules dans un liquide réactif contenu dans le récipient, les particules s'agglutinent les unes aux autres et se déposent uniforme ment sur la surface de fond inclinée, comme de la neige, pour former ce qu'on appelle une configuration de dépôt uniforme, tandis que lorsque la réaction sans agglutination se produit, les particules qui descendent sur le fond roulent le long de la surface dé fond inclinée et se rassemblent au centre du fond pour former ce qu'on appelle une configuration groupée.On supposera maintenant que le signal de sortie du premier élément de réception de lumière recevant l'image de la partie de fond centrale est E1 et que celui du second élément de réception de lumière, recevant l'image de la partie de fond périphérique, est E2.The present invention relates to a method for evaluating a particle agglutination pattern formed on an inclined bottom surface of a reaction vessel by particles that descend to the bottom surface.
It has been proposed, for example in published Japanese Patent Application No. 2564/81, a method for evaluating a particle agglutination pattern formed on an inclined conical bottom surface of a reaction vessel, by the projection of images of the central and peripheral portions of the bottom on first and second light receiving members respectively, and by appropriate processing of the output signals of the light receiving elements. In the case of using the reaction vessel having a conical bottom, when the reaction with agglutination occurs between the particles in a reactive liquid contained in the container, the particles agglutinate with each other and settle uniformly on the inclined bottom surface, such as snow, to form what is called a uniform deposition pattern, whereas when the reaction without agglutination occurs, the particles that descend on the bottom roll along the inclined bottom surface and gather at the center of the bottom to form what is called a cluster configuration. It will now be assumed that the output signal of the first light receiving element receiving the image of the part of the central bottom is E1 and that of the second light receiving element, receiving the image of the peripheral bottom portion, is E2.

Dans ces conditions, une différence AE=lE2-E1j entre ces signaux de sortie E1 et E2 change en fonction de la configuration d'agglutination des particules. Ainsi, lorsque les particules descendent sur la surface de fond pour former la configuration de déport uniforme nette qui est représentée sur les figures 1A et 1B et qui a la distribution de nombre de particules qui est représentée sur la figure 1C, la dif- férence SE devient extremement faible, Au contraire, dans le cas de la formation de la configuration groupée nette qui est représentée sur les figures 2A, 2B et 2C, la dif- férence # E devient grande.Par conséquent, en comparant la différence tE avec deux valeurs de référence V1 et V2 (V1 >
V2), qui peuvent être obtenues expérimentalement, il est possible d'évaluer la réaction dsagglutination de la ma nière suivante : si a E ' 7 on détermine que la configu- ration correspond à la "configuration d'agglutination (+)", mais si AE )V1, on détermine que la configuration correspond à la "configuration d'absence d'agglutination (~)tto En outre, lorsque la configuration de particules présente une agglutination intermédiaire, comme le montrent les figures 3A, 3B et 3a, on obtient V2 # hE 4 V1 et, dans ce cas, on peut évaluer la configuration comme étant une "configura- tion intermédiaire (?)"o Si on évalue un échantillon en considérant qu'il correspond à la configuration intermédiaire (?), on teste à nouveau l'échantillon pour améliorer la fiabilité de l'analyse.Under these conditions, a difference AE = 1E2-E1j between these output signals E1 and E2 changes as a function of the particle agglutination configuration. Thus, as the particles descend to the bottom surface to form the net uniform offset configuration shown in Figs. 1A and 1B and which has the particle number distribution shown in Fig. 1C, the difference SE On the contrary, in the case of the formation of the net cluster configuration shown in FIGS. 2A, 2B and 2C, the difference # E becomes large. Therefore, comparing the difference tE with two values Reference V1 and V2 (V1>
V2), which can be obtained experimentally, it is possible to evaluate the agglutination reaction in the following way: if E '7 it is determined that the configuration corresponds to the "agglutination (+) configuration", but if AE) V1, it is determined that the configuration corresponds to the "no agglutination (t) configuration." In addition, when the particle configuration exhibits an intermediate agglutination, as shown in FIGS. 3A, 3B and 3a, gets V2 # hE 4 V1 and, in this case, we can evaluate the configuration as an "intermediate configuration (?)" o If we evaluate a sample considering that it corresponds to the intermediate configuration (?), we retests the sample to improve the reliability of the analysis.

le procédé d'évaluation connu qui est expliqué ci-dessus présente cependant les inconvénients suivants. the known evaluation method which is explained above, however, has the following drawbacks.

Lorsque la quantité de particules contenues dans le liquide réactif est faible, la configuration groupée (-) se présente de la manière représentée sur les figures 4A et 43, et la distribution du nombre de particules est celle représentée sur la figure 4a. Dans un tel cas, la différence s devient faible, du fait que le nombre de particules rassemblées au centre du fond est faible Dans ces conditions, hE #V1, et on détermine par erreur que la configuration correspond à la configuration intermédiaire (?), et dans un cas extrême, on pourrait évaluer la configuration groupée comme étant la configuration de dépôt uniforme (+).En outre, lorsque le nombre de particules dans le liquide réactif est trop grand, même dans le cas de la réaction avec agglutination, un grand nombre de particules ne pouvant pas être agglutinées roulent sur la couche de particules déposées uniformément et se rassemblent au centre pour former la configuration de particules qui est représentée sur les figures SA, 5B et 50. îa différence t E devient.alors supé- rieure à V2 ou V1, et on pourrait déterminer par erreur que la configuration est la configuration intermédiaire (?) ou la configuration groupée (-), au lieu de la configuration de dépôt uniforme (+). When the amount of particles in the reagent liquid is small, the grouped configuration (-) is as shown in Figures 4A and 43, and the particle number distribution is that shown in Figure 4a. In such a case, the difference becomes small, because the number of particles collected in the center of the bottom is small. Under these conditions, hE # V1, and it is determined by mistake that the configuration corresponds to the intermediate configuration (?), and in an extreme case, one could evaluate the clustered configuration as the uniform (+) deposition pattern.In addition, when the number of particles in the reagent liquid is too large, even in the case of the agglutination reaction, a Many particles that can not be agglutinated roll on the layer of uniformly deposited particles and collect in the center to form the particle configuration shown in Figures 5A, 5B and 50. The difference t E then becomes higher. to V2 or V1, and it could be determined by mistake that the configuration is the intermediate configuration (?) or the cluster configuration (-), instead of the configuration of dep t uniform (+).

l'invention a pour but de procurer un procédé pour évaluer des configurations de particules qui soit capable de supprimer les inconvénients précités du procédé connu et qui puisse déterminer avec précision n'importe quels types de configurations de particules, indépendamment de la quantité de particules présentes dans le récipient de réaction. the object of the invention is to provide a method for evaluating particle configurations which is capable of overcoming the aforementioned drawbacks of the known process and which can accurately determine any types of particle configurations, regardless of the amount of particles present. in the reaction vessel.

Conformément à l'invention, un procédé d'évaluation d'une configuration d'agglutination de particules formée sur une surface de fond inclinée d'un récipient de réaction par des particules qui descendent sur le fond, comprend les opérations suivantes : on détecte de manière photoélectrique une première épaisseur d'une couche de particules dans une première partie comprenant le point inférieur de la surface de fond, et une seconde épaisseur dans une seconde partie distante de la première partie ; on calcule un rapport r entre les première et seconde épaisseurs; et on évalue la configuration d'agglutination de particules sur la base de ce rapport. In accordance with the invention, a method of evaluating a particle agglutination pattern formed on an inclined bottom surface of a reaction vessel by particles that descend to the bottom comprises the following steps: photoelectric manner a first thickness of a layer of particles in a first portion comprising the lower point of the bottom surface, and a second thickness in a second portion remote from the first portion; a ratio r is calculated between the first and second thicknesses; and the particle agglutination pattern is evaluated on the basis of this ratio.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels
Les figures 1A, 1B, 1C ; 2A, 2B, 2C ; 3A, 3B, 3C; 4L, 4B, 4C et SA, 53, 5C montrent cinq configurations de particules formées sur une surface de fond conique d'un ré cipient de réaction ; et
la figure 6 est un schéma montrant un mode de réalisation d'un dispositif d'évaluation de configuration de particules destiné à la mise en oeuvre du procédé dé l'invention.Other features and advantages of the invention will be better understood on reading the following description of an embodiment, and with reference to the accompanying drawings in which:
Figures 1A, 1B, 1C; 2A, 2B, 2C; 3A, 3B, 3C; 4L, 4B, 4C and SA, 53, 5C show five particle configurations formed on a conical bottom surface of a reaction vessel; and
Figure 6 is a diagram showing an embodiment of a particle configuration evaluation device for carrying out the method of the invention.

la figure 6 est un schéma montrant un mode de réalisation d'un dispositif d'évaluation de configuration de particules qui est destiné à mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Dans le mode de réalisation considéré, on utilise une micro-plaquette 1 en matière plastique transparente dans laquee un certain nombre de récipients de réaction sont formés sous la forme d'une matrice, chaque récipient de réaction comportant une surface de fond incli née, de forme conique. la micronplaquette 1 est éclairée uniformément par une source lumineuse 2, par une lentille d'éclairage 3 et par une lame diffusante 4.Un objectif 5 forme une image d'une surface de fond conique lb d'un récipient de réaction la sur un élément de réception de lumière 6. Comme il est egalement représenté par une vue en plan sur la figure 6, 11 élément de réception de lumière 6 comprend des première et seconde régions de réception de lumière 6a et 6b qui sont disposées de façon concentrique. la première région de réception de lumière 6a reçoit une image d'une partie centrale comprenant le point inférieur de la surface de fond lb, et la seconde région de réception de lumière 6b reçoit une image d'une partie périphérique de la surface de fond. les signaux de sortie des première et seconde régions de réception de lumière 6a et 6b sont appliqués à un dispositif de calcul 9 par l'intermédiaire d'amplificateurs 7a et 7b et d'un convertisseur analogique-nu- mérique 8. Dans le dispositif de calcul 9, les signaux de sortie des première et seconde régions de réception de lu- mière 6a et 6b sont traités d'une manière appropriée, comme on l'expliquera ultérieurement, pour calculer un résultat d'évaluation et le résultat ainsi calculé est présen té sur un dispositif de visualisation 10. Fig. 6 is a diagram showing an embodiment of a particle pattern evaluation device which is for implementing the method of the invention. In the present embodiment, a micro-wafer 1 of transparent plastic material is used, in which a number of reaction vessels are formed in the form of a matrix, each reaction vessel having an inclined bottom surface, conical shape. the microplate 1 is illuminated uniformly by a light source 2, a lighting lens 3 and a diffusing plate 4.An objective 5 forms an image of a conical bottom surface 1b of a reaction vessel 1a on an element 6. As also shown in plan view in FIG. 6, the light receiving element 6 comprises first and second light receiving regions 6a and 6b which are arranged concentrically. the first light receiving region 6a receives an image of a central portion comprising the lower point of the bottom surface 1b, and the second light receiving region 6b receives an image of a peripheral portion of the bottom surface. the output signals of the first and second light receiving regions 6a and 6b are applied to a computing device 9 via amplifiers 7a and 7b and an analog-to-digital converter 8. 9, the output signals of the first and second light receiving regions 6a and 6b are suitably processed, as will be explained later, to calculate an evaluation result and the result thus calculated is presented in FIG. on a display device 10.

On considérera maintenant les notations suivantes: I01 et IO désignent respectivement les intensités lumineu- ses tombant sur les parties centrale. et périphérique de la surface de fond conique lb du récipient de réaction la, k1 et k2 désignent les transmittances moyennes d'une couche de particules dans les parties centrale et périphérique, k'1 et k'2 désignent les transmittances totales des chemins de la lumière, sauf en ce qui concerne la couche de particules (liquide de test, matière du récipient de réaction, etc), I1 et I2 désignent les intensités moyennes de la lumière tombant sur les première et seconde régions de réception de lumière 6a et 6b, S1 et S2 désignent les aires des première et seconde régions de réception de lumière, K1 et K2 dési- gnent les coefficients de conversion photoélectrique des première et seconde régions de réception de la lumière, A1 et A2 désignent les amplifications des premier et second amplificateurs 7a et 7b, et E1 et E2 désignent les signaux de sortie des amplificateurs. On peut alors établir les équations suivantes
Ei = Ki.Ai.Si.Ii Si (i= 1, 2)
Ii = ki.k'i.Ioi
Les équations ci-dessus permettent d'obtenir la relation suivante
Ei = Ki.Ai.Si.Ki.K'i.Ioi lorsque les amplifications Ai des amplificateurs 7a et 7b sont réglées de façon que le signal de sortie Ei devienne égal à 100 mV dans le cas où le récipient de réaction la.We will now consider the following notations: I01 and IO respectively designate the luminous intensities falling on the central parts. and peripheral of the conical bottom surface 1b of the reaction vessel 1a, k1 and k2 denote the average transmittances of a particle layer in the central and peripheral parts, k'1 and k'2 denote the total transmittances of the paths of the light, except for the particle layer (test liquid, reaction vessel material, etc.), I1 and I2 mean the average intensities of light falling on the first and second light receiving regions 6a and 6b, S1 and S2 denote the areas of the first and second light receiving regions, K1 and K2 denote the photoelectric conversion coefficients of the first and second light receiving regions, A1 and A2 denote the amplifications of the first and second amplifiers 7a. and 7b, and E1 and E2 denote the output signals of the amplifiers. We can then establish the following equations
Ei = Ki.Ai.Si.Ii Si (i = 1, 2)
Ii = ki.k'i.Io
The equations above allow to obtain the following relation
When the amplifications Ai of the amplifiers 7a and 7b are set so that the output signal Ei becomes equal to 100 mV in the case where the reaction vessel 1a.

contient le liquide de réaction sans particules, c'est-à- dire lorsque ki = 1, le signal de sortie E. dans le cas où le récipient contient le liquide réactif avec des particules devient
E. = 100.ki
On pose en outre, par définition : oi = 1-ki. Le terme Pi est une mesure de la lumière qui n'est pas transmise par les parties centrale et périphérique, à cause de la diffu- sion et de la l'absorption par la couche de particules qui est déposée sur La surface de fond. Lorsqu'on multiplie par 100, on obtient : #'i=100#i=100-100ki.=100-Ei.La va- leur de p1i représente la différence entre le signal de sortie de 1GO mV dans le cas du liquide réactif sans particules et le signal de sortie E. dans le cas du liquide réactif avec des particules. En d'autres termes, la valeur de #'i représente un pourcentage de réduction du signal de sortie du fait de l'existence de particules, et cette valeur est ainsi déterminée par l'épaisseur de la couche de particules dans les parties centrale et périphérique.contains the reaction liquid without particles, that is to say when ki = 1, the output signal E. in the case where the container contains the reactive liquid with particles becomes
E. = 100.ki
In addition, by definition: oi = 1-ki. The term Pi is a measure of light that is not transmitted by the central and peripheral parts because of diffusion and absorption by the layer of particles that is deposited on the bottom surface. When multiplied by 100, we obtain: # 'i = 100 # i = 100-100ki. = 100-Ei.The value of p1i represents the difference between the output signal of 1GO mV in the case of the reactive liquid. without particles and the output signal E. in the case of the liquid reactive with particles. In other words, the value of # 'i represents a percentage of reduction of the output signal due to the existence of particles, and this value is thus determined by the thickness of the particle layer in the central and peripheral.

Dans le mode de réalisation considéré, le dispositif de calcul 9 calcule tout d'abord la valeur ci-dessus de #'i, puis le rapport r=#'1/#'2, puis il compare le rapport r avec des valeurs de référence données R1 et R2 (R1 # R2), qui peuvent eAtre déterminées expérimentalement. In the embodiment considered, the computing device 9 first calculates the above value of # 'i, then the ratio r = #' 1 / # '2, then compares the ratio r with values of reference data R1 and R2 (R1 # R2), which can be determined experimentally.

Dans le cas de la configuration de dépôt uniforme, représentée sur les figures 1A-10 et 5A-5C, le rapport r entre l'épaisseur de la couche de particules dans la partie centrale de la surface de fond et l'épaisseur dans la partie périphérique devient faible, tandis que dans le cas de la configuration groupée qui est représentée sur les figures 2h-2C et 4A-4O, le rapport r devient élevé. En outre, dans le cas de la configuration intermédiaire représentée sur les figures Di-3C, le rapport r a une valeur 'intermédiaire. In the case of the uniform deposition pattern, shown in FIGS. 1A-10 and 5A-5C, the ratio r between the thickness of the particle layer in the central portion of the bottom surface and the thickness in the portion device becomes weak, while in the case of the clustered configuration shown in Figures 2h-2C and 4A-4O, the ratio r becomes high. In addition, in the case of the intermediate configuration shown in Di-3C, the ratio r has an intermediate value.

Par conséquent, en comparant le rapport r avec les deux valeurs de référence R1 et R2, on'peut faire les évaluations suivantes r > R1 "configuration groupée (-)" R1 r aR2 ; r ; "configuration intermédiaire (?)" r < R2 ; "configuration de dépôt uniforme (+)"
Ainsi, conformément à l'invention, on peut évaluer de façon exacte les diverses configurations de particules qui sont représentées sur les figures 1A-5C, En d'autres termes, conformément à l'invention, on peut évaluer avec précision les configurations de particules, même si la quantité de parti cules dans le liquide réactif variez
On notera que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation expliqués ci-dessus, et que de nombreuses modifications peuvent etre envisagées par l'homme de l'art, sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, dans le mode de réalisation ci-dessus, les récipients de réaction sont formés dans la micro-plaquette, mais ils peuvent également être constitués par des récipients de réaction séparés.En outre, la surface de fond du récipient de réaction peut avoir n'importe quelle forme désirée, comme une forme pyramidale, la forme d'un toit à deux pentes ou la fore d'un toit à une seule pente. la surface de fond peut en outre etre balayée de façon linéaire et l'épaisseur de la couche de particules dans la partie centrale comprenant le point inférieur ainsi que l'épaisseur -de la partie périphérique éloignée de la partie centrale peuvent être extraites au moyen d'une fenêtre. Dans un tel cas, on peut calculer l'épaisseur dans la partie périphérique sous la forme d'une épaisseur moyenne de la partie concernée.Therefore, by comparing the ratio r with the two reference values R1 and R2, the following evaluations can be made: r> R1 "group configuration (-)" R1 r aR2; r; "intermediate configuration (?)" r <R2;"uniform deposition configuration (+)"
Thus, in accordance with the invention, the various particle configurations shown in FIGS. 1A-5C can be accurately evaluated. In other words, according to the invention, particle configurations can be accurately evaluated. , even if the amount of particles in the reagent liquid vary
Note that the invention is not limited to the embodiments explained above, and that many modifications can be envisaged by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. For example, in the above embodiment, the reaction vessels are formed in the micro-wafer, but they may also be separate reaction vessels. In addition, the bottom surface of the reaction vessel may have any desired shape, such as a pyramidal shape, the shape of a two-slope roof or the drilled roof of a single slope. the bottom surface can furthermore be linearly scanned and the thickness of the particle layer in the central part comprising the lower point as well as the thickness of the peripheral part remote from the central part can be extracted by means of 'a window. In such a case, it is possible to calculate the thickness in the peripheral part in the form of an average thickness of the part concerned.

Comme il est expliqué ci-dessus, dans le procédé d'évaluation de configuration de particules conformé à l'invention, on calcule le rapport r entre les épaisseurs de la couche de partieulesdans la partie centrale et dans la partie périphérique de la surface de fond inclinée, sur la base des signaux de sortie photoélectriques dans les parties centrale et périphérique, et on compare le rapport r qui est ainsi calculé avec les valeurs de référence R1 et
R2, déterminées expérimentalement, pour évaluer la configuration de particules. On peut ainsi évaluer avec précision n'importe quel type de configuration de particules, mime si la quantité de particules contenues dans le liquide réactif varie considérablement. As explained above, in the particle configuration evaluation method according to the invention, the ratio r between the thicknesses of the layer of particles in the central part and in the peripheral part of the bottom surface is calculated. inclined, based on the photoelectric output signals in the central and peripheral parts, and the ratio r which is thus calculated is compared with the reference values R1 and
R2, determined experimentally, to evaluate the particle configuration. It is thus possible to accurately evaluate any type of particle configuration, even if the amount of particles contained in the reactive liquid varies considerably.

Claims

REVENDICA2IONS

2. Method according to Claim 1, characterized in that the ratio r of the thicknesses is compared with two reference values R1 and R2 which have been determined experimentally, and when this ratio satisfies respectively the conditions r> R1, R1 ar # R2 and R2, it is considered that the particle agglutination configuration is a (-) group configuration, an intermediate (?) Configuration and a uniform (+) defect configuration, respectively.

1e method for evaluating a particle agglutination configuration formed on an inclined bottom surface (lob) of a reaction vessel (1a) by particles falling down on the bottom, characterized in zen what is detected photoelectrically a first thickness of a layer of particles in a first portion comprising the lower point of the bottom surface, and a second thickness in a second portion remote from the first portion; the ratio r between the first and second thicknesses is calculated; and the particle agglutination pattern is evaluated on the basis of this ratio,

3. Method according to claim 1, characterized in that the first thickness of the particle layer is detected by calculating a difference in the output signal of a first photoelectric conversion device (6a) receiving an image of the first part of the reaction container, between a case in which the reactive liquid does not contain particles and a case in which the reactive liquid contains particles, and detecting the second thickness of the particle layer by calculating a difference in the signal outputting a second photoelectric converting device (6b) receiving an image of the second portion of the reaction vessel, between a case wherein the reactive liquid does not contain particles and a case wherein the reagent liquid contains cles

4. The method according to claim 3, wherein the output signals of the first and second photoelectric converting devices (6a, 6b) in the case in which the reagent liquid contains no particles.

5. Method according to claim 1, characterized in that the first and second thicknesses of the layer of particles are detected by scanning by photoelectric means the bottom surface (1b) of the reaction vessel (1a), for producing a photoelectrically converted output signal, and extracting from the photoelectrically converted output signal portions of the signal corresponding to the first and second portions.