JP2005515423A - 病原性微生物の検出方法 - Google Patents

Abstract

病原性微生物によって散乱したラマン光のスペクトルを画像化し、これにより該微生物を検出、分類する。

Description

本出願は、３５米国法典１１９（e）に従って、２００２年１月１０日に出願した米国仮出願第６０／３４７，８０６を優先権主張したものであり、この米国仮出願の全内容は、本明細書中に含まれている。

本発明は、化学的及び生物学的な分析分野に関するものであり、特に、ラマン及び蛍光結像分光法を使って化学薬品、生物病原体を直ちに特定することに関する。

我々の快適な暮らし向きは、テロリストが、化学薬品及び／又は接触伝染性を有する生物病原体を、大量破壊を目的とした兵器として配備することにより脅威にさらされている。実際、テロリストが、例えば炭疽菌等の、生物学的脅威となる病原体を使用しているので、大衆、特に我々米国民の関心は高まってきている。罪の無い何万もの犠牲者が、感染し、死にかかっている不快なイメージが、殆ど全ての人の心の中の恐怖心を掻き立てる。生物学的、化学的戦争は、我々の生命を奪うだけでなく、米国経済に及ぼす損害からしても意義深いものである。米疾病対策センターの試算によると、十万人が死亡すると、２９０億ドルの経済損失になるという。生物兵器（ＢＷＡｓ）及び化学兵器（ＣＷＡｓ）による大量破壊の可能性は、核兵器のそれとほぼ匹敵するか、もしくはいっそう高いものと多くの人は考えている。核兵器が影響を及ぼす地域はかなり広いとはいえ、限定されており、また、核兵器が使用された事実は、すぐに明らかになる。一方、生物兵器や化学兵器は、実質的な境界がなく、静かにかつ、ゼロ地点から遠い全住民に阻止されることもなく広がる可能性がある。加えて、かなり低レベルの放射能汚染も瞬時に検出し、その量を定める技術も広く入手可能である。残念ながら、同レベルの生物兵器及び化学兵器のための技術は完成に至っておらず、広く入手できるものでもなく、また多くの場合、そういった技術の進歩は急速ではない。

この種の脅威が与える心理的な影響もまた、意義深いものである。人々は、新しく出現する病原菌をますます警戒するようになってきている。生物兵器及び化学兵器の目に見えない性質に怯えるからこそ、本質的かつ、自然な形で、テロ行為の兵器が効果的になっている。このことを認知するだけでなく、バイオテクノロジーがかなり進歩したことにより、現実味を帯びた脅威もある。今や、最も猛毒な細菌や病原菌を変化させたり、病原性と、従来の治療に対する抵抗力の双方を増加させることが可能である。分子生物学革命は、ここ３０年以上に亘って進歩の途上にあり、専門技術をもつ、大量破壊兵器を創る可能性をもつ絶対的な人の数が、結果的に増えている。世界中を飛び回ることができる時代においては、どんな種類の生物兵器も、ごく短時間に世界規模で急速に散布されてしまう可能性は高く、また、一般の人もこの事実を十分に認識している。

特殊抗体、遺伝標識、培養増殖等の、バイオロジーツールを使って病原体を特定する従来の手段は、基本的には遅く、また、実務経験技術を必要とする。更に、新しい生物兵器及び化学兵器は作り替えられているため、これら従来のツールの効果はますます低くなりやすい。テロリストは実際に生物兵器及び化学兵器を使用しているため、これら病原菌や薬剤を、接触しないで、分子レベルで素早く、精密に検出し、分類することが出来るツールの開発に対する必要性が高まってきている。これらツールは、このような兵器の生物的、化学的根本原理や、人体に与える潜在的な影響に関する我々の理解を広げる手助けになるよう求められている。更に、このような分子レベルの分析を介して得た知識は、治療に役立つ新しいターゲットや予防薬を特定する際の手がかりになる。

生物兵器（ＢＷＡｓ）及び化学兵器（ＣＷＡｓ）を特定するために、ラマン、蛍光、紫外・可視、反射／吸収及び／又は近赤外（ＮＩＲ）反射／吸収分光技術を用いた、化学結像システムとも言う、分光結像システムを開示する。

第１の実施例では、生物兵器、化学兵器、非脅威化合物を検出し、分類し、特定し及び／又は視覚化するために、ラマン微視的結像分光法及び／又は、蛍光微視的結像分光法を用いることが可能である。微視的結像分光法により、単細菌や、その他ミクロン以下の粒子を検出し、分類し、特定することが出来る。更に、ラマン微視的結像分光法では、適宜なデータ解析技術を使うと、非脅威「マスキング」化合物が存在する中、ミクロン以下の粒子サイズで、生物兵器及び化学兵器を検出し、分類し、特定し、視覚化することが可能である。

第２の実施例では、生物兵器、化学兵器、非脅威化合物を検出し、分類し、特定し及び／又は視覚化するために、蛍光及びラマン巨視的結像分光法を用いることが可能である。この巨視的結像技術により、ミリメートル以下の粒子サイズで、生物兵器及び化学兵器を検出し、分類し、特定し、視覚化することが可能である（即ち、細菌の塊や、内生芽胞の検出及び特定）。更に、蛍光及びラマン巨視的結像分光法では、適宜なデータ解析技術を使うと、非脅威「マスキング」化合物が存在する中、生物兵器及び化学兵器を検出し、分類し、特定し、視覚化することが可能である。

第３の実施例では、ラマンファイバオプティック分散分光法により、生物兵器、化学兵器、非脅威化合物を検出し、分類し、及び／又は特定することが可能である。加えて、ラマンファイバオプティック結像分光法では、適宜なデータ解析技術を使うと、生物兵器、化学兵器、非脅威化合物を検出し、分類し、特定し、及び／又は視覚化することが可能である。

生物兵器、化学兵器、非脅威化合物を迅速に検出、分類、特定するために、より迅速なリアルタイム分析としての、ファイバアレイスペクトラルトランスレータ（Ｆｉｂｅｒ−Ａｒｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｔｒａｎｓｌａｔｏｒ；ＦＡＳＴ）分散型分光法が使われる。加えて、ファイバアレイスペクトラルトランスレータ（ＦＡＳＴ）結像分光法では、適宜なデータ解析技術を使うと、生物兵器、化学兵器、非脅威化合物を迅速に検出し、分類し、特定し、視覚化することが可能である。

上記したシステムは、各種の方式で使われる。本システムは、実験室で使われるか、或いは、ＣｈｅｍＩｍａｇｅ社の結像分光同時装置に装備した、ＣｈｅｍＩｍａｇｅ社のＦＡＬＣＯＮ（商標）ラマン顕微鏡等の、可搬型野外用ラマン顕微鏡に利用する。また、本システムは、ＣｈｅｍＩｍａｇｅ社のＣＯＮＤＯＲ（商標）マクロスコープ等の、紫外／可視／近赤外蛍光、ラマン又は紫外／可視／近赤外／中赤外吸収／反射マクロスコープに利用することが出来る。更に、本システムは、実験室で使われるか、或いは、ＣｈｅｍＩｍａｇｅ社のＲＡＶＥＮ（商標）内視鏡等の、野外用ファイバスコープに利用することが出来る。加えて、本システムは、実験室で使われるか、或いは野外用ファイバアレイスペクトラルトランスレータ（ＦＡＳＴ）プローブに利用される。所望する結果を所望する速度で得るためには、これらの利用形式を単独で、若しくは互いに組み合わせる形で使用しても良い。

大気中の生物兵器、化学兵器、非脅威化合物を検出、分類、特定及び／又は視覚化するように設計されたセンサに対して、分光法結像技術が応用される。このセンサの概略を図１に示す。エアサンプリングポンプによって作られた真空状態により、サンプル口及びフィルタを介して大気が引き寄せられる。フィルタ材は、円板状若しくはロール状の多孔性のポリプロピレンまたはセルロースである。エアサンプル中の粒子がフィルタ手段の表面に残り、これを分光結像システムの視野範囲内で保持する。使用している分子分光法のタイプに従って特別に選択した光源を、残った粒子に照射し、サンプルからラマン放射若しくは蛍光放射させる。結像検出器が放射光の空間分布を連続波長で測定し、これに続く分析のためにデータファイルを作成する。結像用光ファイバか、若しくは従来の光学系がこの結像検出器の入口となり得る。進歩的な化学計量技術を、画像分析工程と共に利用することで、生物兵器、化学兵器、非脅威化合物を検出し、分類し、特定し及び／又は視覚化することが出来る。

生物兵器、化学兵器、非脅威剤を標的にするために、ロボティクスやマクロミクロ結合器具を使用して、本システムを自動化することが可能である。また、生物兵器及び化学兵器を標的にした後は、レーザ除去装置及び／又は化学除去装置を使って、本システムにより自動でこれを撲滅させることも出来る。

本システムで、各種のデータ処理手順を利用することが出来る。顕微鏡のスライドグラスによる貢献を抑制するためには、スペクトル重量画像データ控除工程を実行することが可能である。更に、生物兵器、化学兵器、非脅威「マスキング」化合物内の純粋な分子特徴を特定するために、主因子分析、これに続くファクタ回転を始めとする、多変量画像分析を利用することが出来る。

ラマン化学画像化方法は、本願の譲受人に譲渡された次に挙げる米国特許及び米国特許出願において広くカバーされている。即ち、特許番号６，００２，４７６、２０００年７月１９日提出の米国非仮出願０９／６１９，３７１、２００１年３月７日提出の米国非仮出願０９／８００，９５３、２００１年１０月２１日提出の米国非仮出願０９／９７６，３９１、２００２年６月２７日提出の米国非仮出願１０／１８５，０９０、２００２年６月２７日提出の米国非仮出願１０／１８４，５８０、１９９９年７月１９日提出の米国仮出願６０／１４４，５１８、２００２年１月１０日提出の米国仮出願６０／３４７，８０６、１９９９年７月１９日提出の米国仮出願６０／１４４，５１８、２０００年３月２８日提出の米国仮出願６０／１８７，５６０、２０００年１１月１３日提出の米国仮出願６０／２３９，９６９、２００１年６月２８日提出の米国仮出願６０／３０１，７０８、２００２年１１月２１日提出の米国仮出願６０／４２２，６０４である。

本明細書中で、上記した特許及び特許出願について、その中で出てくる物質と共に言及した。

分光学は、光と物質の相互作用を研究するものである。電磁ベクトル（γ線、Ｘ線、紫外線（ＵＶ）、可視光線、赤外線、マイクロ波、ラジオ周波数発光を含む）の固有波長（例えば、色）で、外部エネルギ源により物質を励起することにより、光を吸収、反射、透過、放射、散乱させることが出来る。この固有波長により、物質の、基本的及び／又は、分子構造を特定することが出来る。通常、実験は、光源、スペクトルを作り出す光散乱要素（即ち、プリズム又は回折格子）、及び検出装置から構成される。

ラマン分光法では、物質を用いて目的の光子を散乱させる。レーザ光源を使用したとき、入射光が単色（単波長）のままだと、散乱光の一部分の周波数（波長）は、レーザの周波数と異なる。更に、散乱光の周波数は、分子種に特有なものである。この現象は、ラマン効果として公知である。

ラマン分光法では、散乱光に現れる周波数の差を観測することにより、分子のエネルギレベルを厳密に調べる。一般的な実験では、試料に注ぐ単色光源（通常はレーザ）を使う。すると、分光計及び、電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器等の、器具を使用して観測すると、ラマン散乱や、その他各種の現象が生じる。

赤外スペクトルと同様に、ラマンスペクトルにより、有機分子及び無機分子に表れる特定の官能基等、物質の分子構造が明らかなる。ラマンが有効なのは、それぞれの共振が、各種の選択規則に応じて、特徴的な「指紋」スペクトルを示すからである。ピーク形状、ピーク位置及び選択規則をどれだけ守ったかにより、分子構造情報（結晶状態、次数の程度、歪み、粒子サイズ等）を決定する。赤外分光法とは違って、有機物質、無機物質双方の分子を特徴づけるには、たった１つのラマン分光計を使えば足りる。典型的な赤外分光法と比較した時のラマンの他の利点としては、水性状態の物質を分析出来ること及び、サンプルを全く必要としないで、若しくはほんの少しのサンプルで物質を分析することが可能なことが挙げられる。赤外分光法とは全く違い、ラマン現象は比較的弱い性質であること、及び蛍光により干渉してしまうことが、ラマン分光法の使用を制限する原因になっている。ここ数年間で、ラマン分光法固有の問題を科学者が幅広く解決する数々の重要な技術が導入され、広く使用されている。こういった技術には、高度に有効な固体レーザ、有効レーザ拒絶フィルタ、シリコンＣＣＤ検出器等が含まれる。

蛍光分光法では、光子が吸収される励起ステップを経て、物質から光子を放射させる。実験では一般的に、水銀（Ｈｇ）ランプ、キセノン（Ｘｅ）ランプ等の多色励起光源や、試料励起用のレーザ等の多色光源が使われる。その後、放射光の一部を、ＣＣＤ等の検出装置を装着した、分散単色光分光器にかける。物質から蛍光スペクトルを測定することにより、無機及び有機種から質的、量的な情報を導き出すことが出来る。ラマン分光法と比較して、蛍光は本質的により感度が高い。検出限界は１０億の中の一部であるというのが通常である。一方、蛍光はラマンほど選択的ではなく、蛍光を発現する化学システムは数に限りがある。

分子紫外／可視及び、近赤外吸収分光法では、それぞれ紫外／可視（１８５−７８０ｎｍ（５４，０５４−１２，８００ｃｍ^−１））及び、近赤外（７８０ｎｍ−２．５μｍ（１２，８００−４，０００ｃｍ^−１））スペクトル領域に亘って光子を吸収する。一般的な使用器具は、重水素若しくは石英タングステンハロゲンランプ等の、多色光源、単色光分光器若しくは干渉計等の分散要素、Ｓｉ ＣＣＤ検出器若しくはＩｎＧａＡｓフォーカルプレーンアレイ検出器等の、検出装置である。紫外／可視若しくは近赤外照射に基づいて吸収を測定すると、無機種及び有機種を質的、量的双方に決定づける広範囲にわたる適用法を見つけることが出来る。より高周波の帯域及び、基本の中赤外（ＭＩＲ）帯域の組合せ帯域から、近赤外スペクトルが結果として生じる。蛍光と同様、吸収分光器使用法は、高感度であるが、選択性はほどほどである。

分光法は、液晶結像分光計等の、結像分光計を使うと画像化技術にまでその範囲を広げることが出来る。ここ数年におけるこの種の技術の進歩により、各種の分野における分光結像法が発展し、完成した。

分光結像法は、複雑な不均質材の分析にも十分適した、用途の広い技術である。分光結像法の適用範囲は、ポリマーブレンドの分析、半導体材の欠陥状況分析、人間の胸部組織への封入、浸食サンプルの特色付け、及び生物兵器、化学兵器の検出、分類、特定にまで及ぶ。分光結像法は、生物兵器、化学兵器の分子の組成及び形態に関する、質的、量的双方の画像情報を得る際の、考え得る解決法であり、従来の結像法や「ウエット」化学法と比べると、より精密かつより迅速な分析が可能である。

分光結像法では、ラマン、蛍光、紫外／可視、吸収／反射、近赤外吸収／反射分光法と、物質の分子特別分析用のデジタル結像法が組み合わされている。これにより、サンプル画像を不連続波長（エネルギー）で記録することが出来るようになる。波長範囲に亘って液晶結像分光計を回転させ、画像を断続的に集めることにより、無数の空間に配置する形で、サンプル表面にスペクトルが発生する。材料及び選択した分光法次第では、別の励起波長を使うことにより、若しくは、インクリメンタル焦点面で分光画像を得ることにより、深さ関連情報も入手可能である。サンプル全体に亘って配置された異種により生じる、相対的な量のラマン散乱、蛍光放射、紫外／可視吸収／反射、近赤外吸収／反射による画像には、差異が生じる。スペクトルは、各ピクセル毎に生じるので、多変量曲線解析（ＭＣＲ）を始めとして、相互依存関係分析、主成分分析（ＰＣＡ）、ファクタ回転等の、化学計量分析ツールを画像データに応用すると、通常の単一変量手段によって見逃した直接関係のある情報を引き出すことが出来る。

ラマン分光結像法では、可視レーザ波長を用いると、約２５０ｎｍの空間解像力が実証された。これは、回折のため一般的に２０ミクロンに限定された赤外線結像と比較してほぼ２次数も優るものである。加えて、液晶光学特性に基づく分光結像は、高度のピクセル密度検出器（しばしば、１００万画素プラス検出器要素）を使用しているため、（総画像ピクセル数に基づいた）画像鮮明度を非常に高くすることが可能である。

分光結像機器による炭疽菌即時検出システム
炭疽菌検出システムを効果的に、かつ瞬時に行うために必要となる、前記した重要機器要請に応えることの出来る、分光結像法に基づく即座に出来る機械構成は非常に沢山存在する。これらの構成には、顕微鏡の操作架台、マクロスコープ、内視鏡、ファイバアレイスペクトラルトランスレータ（ＦＡＳＴ）、エアサプライ設計が含まれる。これらを、以下に簡単に説明する。

顕微鏡ベースシステム
分光結像顕微鏡には、１つの操作架台に、サンプル励起用固体レーザ（ラマン及びレーザ誘導蛍光のみ）、超高感度補正顕微鏡対物レンズを備えた屈折光学式顕微鏡架台、自動ＸＹＺ変換顕微鏡ステージ、水晶タングステンハロゲン（ＱＴＨ）ランプ及び／又は水銀（Ｈｇ）ランプが組み合わされている。また、顕微鏡の一部としては、通常の光学画像及びデジタル画像取得用、アナログカラー電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器、液晶結像分光計若しくは、ＡＯＴＦ等の他の結像分光計技術、線状走査可変誘導フィルタ若しくは、円形回転可変誘導フィルタ、角度回転ファブリー−ペロー誘電性フィルタ若しくは他の帯域フィルタ、マイケルソン、ジェナック（Ｚｈｅｎａｃ）型干渉計、分光結像波長選択用の分散型分光計が挙げられる。他に含まれる物は、ＩＲ像取得用室温、若しくは適宜冷却したＩＲ ＦＰＡの何れか１つ、紫外／可視、ラマン、蛍光画像取得用の、熱電気的に冷却した（ＴＥ）Ｓｉ ＣＣＤ検出器、分散スペクトル取得用、分散型リモートコントロール単色光分光器である。

ＱＴＨ光源、若しくはメタルハライドランプ、Ｈｇアーク灯、Ｘｅアーク灯等の、他の広帯域の白色光源を使った反射光構造内で、又は、ＱＴＨ光源、若しくは他の適宜な光源を用いた透過光構造内で、屈折光学顕微鏡プラットフォームを介してサンプルに対して紫外、可視、近赤外を照射する。ラマン、レーザ誘導蛍光実験では、ラマン反射鏡を使って、サンプルにレーザを照射する。自動ＸＹＺ変換顕微鏡ステージに配置されたサンプルから、超高感度補正顕微鏡対物レンズを介して、散乱し、放射し、反射し、透過した光を集める。

顕微鏡のタレットホイールに挿入されたミラー、ビームスプリッタ、プリズム配置を使い、アナログ、デジタルカラーの単色電荷結合素子（ＣＣＤ）、ＣＭＯＳ検出器を使って画像を集めることにより、サンプルの通常の光学画像を得ることが出来る。分光結像モードでは、結像分光計を介して、拡大した分光画像が連結され、近赤外若しくは中赤外焦点面アレイ（ＦＰＡ）検出器（赤外分光結像用）若しくは、Ｓｉ ＣＣＤ検出器（紫外／可視吸収／反射、蛍光及びラマン結像用）上に集められる。一般的にＩＲ ＦＰＡは、インジウムガリウム砒化物（ＩｎＧａＡｓ）からなるが、プラチナ珪素化合物（ＰｔＳｉ）、インジウムアンチモン化合物（ＩｎＳｂ）、水銀カドミウムテルル化物（ＨｇＣｄＴｅ）等の、他のＩＲ感知材であってもよい。

分光画像を収集し、処理するため中央処理装置、通常はペンティアム（登録商標）コンピュータを使用する。アナログカラーＣＣＤ、ＩＲ、ＦＰＡ及び／又はＳｉＣＣＤ、コントローラを介して制御した自動ＸＹＺ変換顕微鏡ステージ及び、液晶若しくは別の結像分光計（適宜な結像分光コントローラを介して）を、ＣｈｅｍＡｃｑｕｉｒｅ（ＣｈｅｍＩｍａｇｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）等の市販のソフトウェアを、ＣｈｅｍＡｎａｌｙｚｅ（ＣｈｅｍＩｍａｇｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と一緒に用いて、稼働させる。

液晶結像分光計に先立って光路内に、偏光感知型ビームスプリッタを取り入れることにより、サンプルからの信号の一部を、遠隔操作型分散分光計に連結することが出来る。これにより、従来の分光計ツールを、一般的な高速スペクトル分析にかけるスペクトルを集めるために使用することが出来る。分光計の種類としては、固定フィルタ分光計、格子基準分光計、フーリエ変換分光計、音響光学分光計が挙げられる。マイケルソン干渉計、サニャク（Ｓａｇｎａｃ）干渉計、トィナムグリーン（Ｔｗｙｎａｍ−Ｇｒｅｅｎ）干渉計、マッハ・ツェンダー干渉計等の、偏向独立干渉計を、フィルタとして使用することが出来る。

波長を選択する際、液晶（ＬＣ）結像分光計技術を採用すると好ましい。液晶結像分光計は、リオ液晶調整可能フィルタ（ＬＣＴＦ）、エヴァンス スプリットエレメント（Ｅｖａｎｓ Ｓｐｌｉｔ−Ｅｌｅｍｅｎｔ）ＬＣＴＦ、ソルク（Ｓｏｌｃ）ＬＣＴＦ、強誘電性ＬＣＴＦ、液晶ファブリーペロー（ＬＣＦＰ）、上記ＬＣフィルタタイプの組み合わせからなる混成フィルタ技術等である。加えて、固定帯域フィルタ及び、誘電性型、皺のある型、ホログラフィ型、色吸収型、音響光学型、偏向型からなる帯域消去フィルタも、単独で、若しくは上記したＬＣ分光計と組み合わせて使用することが可能である。

サンプルをＺ軸寸法内で焦点を介して移動させる手段を使って、焦点を合わせ、また焦点を外す形で画像を収集し、ソフトフェアでサンプルの容積測定画像を再現すると、分光結像顕微鏡を容積測定結像機器として利用することが可能である。容積測定型分光結像法は、何らかの容量（粉粒体、表面、インターフェイス、間期）を有するサンプルに対しては、不良解析、製品開発、ルーチン品質監視する際に役立つことが証明されている。容積測定解析と同時に、量的解析をも行うことが出来る可能性も存在する。別々の焦平面でサンプルを画像化する必要がある、数値共焦技術を使ってサンプルに変化を与えなくとも、非接触で容積測定結像を実行することが出来る。結果としてできた画像を処理し、再現し、視覚化する。最近接固体（ｎｅａｒｅｓｔ ｎｅｉｇｈｂｏｒｓ）、反復デコンヴォルーション（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）等の、変化に満ちた戦略に基づいたコンピュータによる光学切断再現技術（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｅｃｔｉｏｎｉｎｇ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が実証されている。

顕微鏡ベース分光結像システムでは、例えば単一の細菌にまで掘り下げた形で、生物兵器を検出し、分類し、特定し、視覚化出来るほど明瞭な画像を取得することが出来る。これらのシステムは、数値デコンヴォルーション法を用いると、８ｃｍ^―１オーダーのスペクトル解像度と、約２００ｎｍの空間解像度を誇る。

マクロスコープベースシステム
分光結像マクロスコープでは、１つの操作架台に、照明光源（一般的に、ＱＴＨ、Ｘｅ、Ｈｇ、若しくは他のメタルハライドランプ）からなる照明組立部品、光学防護壁フィルタ、及び光源照射モジュール（即ち、直接ビーム、ファイバオプティック若しくは液状光源案内照明）が組み合わされている。通常の光学画像及びデジタル画像取得には、アナログカラー電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器を用いる。液晶結像分光計若しくは他の結像分光計を使用する際、波長を選択する。近赤外画像取得には、室温若しくは適宜冷却した近赤外ＦＰＡが、また、紫外／可視及び蛍光画像取得には熱電気的に冷却した（ＴＥ）Ｓｉ ＣＣＤ検出器を、結像検出器として用いる。

ＱＴＨ光源、若しくはメタルハライドランプ、Ｈｇアーク灯、Ｘｅアーク灯等の、他の広帯域の白色光源を使った反射光構造、又は、ＱＴＨ光源、又は他の適宜な光源を用いた透過光構造内で、直接照明、ファイバオプティクス若しくは液状光源案内を介してサンプルに対して紫外、可視、近赤外を照射する。マクロスコープサンプルベース上に配置されたサンプルから、マクロレンズを介して、放射し、反射し、透過した光を集める。

マクロスコープのコレクションスタックに挿入されたミラー、ビームスプリッタ、プリズム配置を使い、アナログ、デジタルカラー、単色電荷結合素子（ＣＣＤ）、又はＣＭＯＳ検出器を使って画像を集めることにより、サンプルの通常の光学画像を得ることが出来る。分光結像モードでは、液晶結像分光計を介して分光画像を連結し、近赤外焦点面アレイ（ＦＰＡ）検出器（近赤外分光結像用）若しくは、Ｓｉ ＣＣＤ検出器（紫外／可視、吸収／反射、蛍光及びラマン分光結像用）上に集められる。一般的に近赤外ＦＰＡは、インジウムガリウム砒化物（ＩｎＧａＡｓ）からなるが、プラチナ珪素化合物（ＰｔＳｉ）、インジウムアンチモン化合物（ＩｎＳｂ）、水銀カドミウムテルル化物（ＨｇＣｄＴｅ）等の、他の近赤外感知材であってもよい。

分光画像を収集し、処理するため中央処理装置、通常はペンティアム（登録商標）コンピュータを使用する。アナログカラーＣＣＤ、近赤外ＦＰＡ及び／又はＳｉ ＣＣＤ、液晶若しくは別の結像分光計を、（適宜な結像分光計コントローラを介して）ＣｈｅｍＡｃｑｕｉｒｅ（ＣｈｅｍＩｍａｇｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）等の市販のソフトウェアを、ＣｈｅｍＡｎａｌｙｚｅ（ＣｈｅｍＩｍａｇｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と一緒に用いて、稼働させる。

波長を選択する際、液晶（ＬＣ）結像分光計技術を採用すると好ましい。液晶結像分光計は、リオ液晶調整可能フィルタ（ＬＣＴＦ）、エヴァンス スプリットエレメント（Ｅｖａｎｓ Ｓｐｌｉｔ−Ｅｌｅｍｅｎｔ）ＬＣＴＦ、ソルク（Ｓｏｌｃ）ＬＣＴＦ、強誘電性ＬＣＴＦ、液晶ファブリーペロー（ＬＣＦＰ）、上記ＬＣフィルタ型の組み合わせからなる混成フィルタ技術等である。加えて、固定帯域フィルタ及び、誘電性型、皺のある型、ホログラフィ型、色吸収型、音響光学型、偏向型からなる帯域消去フィルタも、単独で、若しくは上記したＬＣ分光計と組み合わせて使用することが可能である。

マクロスコープベースのシステムを用いると、広範囲に亘って潜在的な生物兵器及び化学兵器を瞬時に検出出来る利点がある。過去の作業では、マクロスコープシステムの使用で、２００ｍｍの半導体ウェーハ上の０．０１ｍｍの大きさの欠陥画像を示す能力が示された。

内視鏡ベースシステム
従来は、調査用の軽量顕微鏡技術を画像収集プラットフォームとして使用し、実験施設内で分光結像法を実施してきた。しかしながら、分光結像法は、工業プロセスをその場で監視したり、生体内で臨床分析したりする際にも適用可能である。工業プロセスの監視と臨床環境に対する物理的要求を両立できる持続性のある結像プラットフォームを入手出来なかったため、研究実験室外における分光結像法の利用は制限されてきたのである。工業的、臨床的な設定にしばしば要求されるのは、従来の分光結像機器が近づくことが出来ない遠隔地での調査に適した小型で、軽量な機器である。

今までに液晶技術を用いた丈夫な分光結像設計が開発されてきた。液晶内視鏡は、スペクトル解析を使ってリアルタイムでのビデオ点検を可能にした最初の柔軟性を有する結像内視鏡技術である。干渉性画像束内に並んだ２から数千の独立ファイバからなる内視鏡を、分析領域をリアルタイムでビデオ画像化するビデオＣＣＤに繋ぐ。これにより、サンプルを短時間で視覚的にふるい分けすることが出来る。内視鏡チップは、レーザ照射及び、収集したラマン散乱及び蛍光放射（ラマンを適用するか蛍光を適用するかによる）の双方をフィルタにかけるように設計されている。レーザ伝達ファイバからの光をフィルタにかけて、サンプルにレーザ波長だけが現れるようにする。集めた光からレーザを除去して２００ｃｍ^―１のレーザライン内でラマン情報が見えるようにする。液晶ラマン内視鏡の末端は、環境的な観点からも耐性があり、また、高温での連続稼働にも耐えることが出来、高シグナル／バックグラウンド（Ｓ／Ｂ）性能を維持した状態で、０−３１５℃で稼働できることが実証されている。この末端を顕微鏡ベースシステムに繋ぐことにより、分散型分光法及び分光結像法を離れた場所で実行することが出来る。

内視鏡ベース分光結像システムの利点は、例えば箱の中や封筒の中等、離れた場所にある疑わしい生物兵器や化学兵器の存在を検出すること出来ることである。

ＦＡＳＴベースシステム
分光結像技術の分野で最近わかってきたことは、ファイバオプティックアレイを利用することである。我々は、この技術を、ファイバアレイスペクトラルトランスレータ（ＦＡＳＴ）と名付けたが、寸法減少アレイ（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｒｒａｙ）とも呼ぶ。ＦＡＳＴの技術により、何千ものフルスペクトルに対して数スペクトルと、空間的に変形させたスペクトルを同時に獲得することが出来る。これは、分光画像を、蛇紋岩配列を有する一次元末端アレイ（ｄｉｓｔａｌ ａｒｒａｙ）に引き込まれる二次元の光ファイバアレイ上で焦点を合わせることにより行われる。そこで一次元ファイバスタックを画像分光器に連結させる。そこでソフトウェアにより、１つのＣＣＤ画像フレームに埋もれているスペクトル／空間情報が引き出される。ファイバアレイ分光結像法は、超小型複合物や生体適合物質に対するラマン化学結像分析やレーザ誘導プルームに対する時間分解分子放出化学結像法を始めとする、各種の技術に適用出来ることが証明されている。

他の分光結像方法とは違うこの方法の重要な利点は、分析速度が早いことである。任意の材料からたった１つのスペクトルを生じさせる時間内で、完璧な分光画像データセットを手に入れることが出来る。現在のＦＡＳＴの制約は、物体分野においては、画像解像度（画像の画素の数）が低いことである。画像解像度は、検出器の長手軸方向における成分の数によって必然的に決まる。画像解像度を上げるためには、現在の設計において多数の検出器を用いることも選択肢の１つとなる。画素解像度が制限されている場合には、高空間解像度のグレースケール上に、色分類した分光画像を重ねることで、材料の組織や化学的性質をかなり見抜くことが出来る。

大気センサシステム
大気センサシステムは、２つの部分、即ち、サンプリングシステムと分光結像システムから構成されている。サンプリングシステムの鍵となるのが、図１に概略的に示した光ブロックである。このブロックは、フィルタ手段の一部を支持しており、これによりサンプリング領域の周囲に完全な気密シールをもたらす。このブロックは、（分離したフィルタの場合）新しいフィルタ若しくは、（連続フィルタの場合）フィルタの新しい部分をサンプリング／光経路に置くことが出来るように簡単に開くことが出来るようになっている。

サンプリングシステムには、試験する大気に対して開放している吸気口が形成されている。この吸気口は、サンプリング流量や予想される粒子サイズの範囲を考慮した形で最適化した寸法をもつ。微粒子やエーロゾルをサンプリングする際には、吸気口が、微粒子が収集フィルタに到達する前に析出する可能性がある、はっきりした湾曲部や線速度が低い領域を持たないことが重要である。サンプリングシステムには、フィルタを介して大気を抜くことにより真空状態をもたらすサンプリングポンプも設けられている。予想される流量は、０．５から２．０Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、予想される真空度は、１００ｉｎ−Ｈ_２Ｏ（１８０ｍｍ−Ｈｇ）の範囲である。

サンプリングシステムは、通常連続稼働しているわけではなく、不連続なサンプリング期間において連続稼働している。各期間終了時にフィルタ手段を交換する必要がある。交換はオペレータにより、若しくは自動で行われる。サンプリングを連続して行う際には、テープ形状のフィルタ手段を使って、新しいフィルタ部分を、オーディオカセットのものと同様の、テープ駆動機構により光りブロック内に配置してもよい。

微粒子がフィルタ手段に残ったらすぐに、結像分光法を実行して生物兵器若しくは化学兵器を検出、分類する。励起光源が、従来のもの若しくはファイバオプティックスを使った光ブロックに連結した、光がサンプリング領域全体に亘って一様に届くレーザであるときは、ラマン結像法を使うことが出来る。また、別の構成においては、自家蛍光を励起するには、広帯域の紫外／可視、フィルリングした紫外／可視、又は紫外／可視レーザからなる光源を使用することも出来る。結像検出器は液晶整調型であってもよいし、また前述の結像分光型でもよい。また、多数の波長でサンプリング領域を画像化するにはＣＣＤ又は他のアレイカメラを使ってもよい。ファイバベースのもの若しくは従来の光学的特性を介して、検出器を光ブロックに連結してもよい。検出器によるデータは、ＣｈｅｍＡｎａｌｙｚｅ（ＣｈｅｍＩｍａｇｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）ソフトウェア内で見つけたもの等の、化学計量分析ツール及び画像分析ツールを用いて処理する。

この種の大気モニタの典型的な稼働は通常、周期的分光結像測定をする一連のサンプリング期間だけである。過去及び現在のサンプリング期間から出た結果は、該結果を表示し、該結果により警戒警報及び危険警報を作動するか、又は、空気取り入れ口外にある建物を閉める等の、何らかの行動を開始することが出来るシステムコンピュータによって判断する。

結果
従来の分光法を使って生成されたスペクトルにより、生物兵器及び化学兵器の分子特性に関する情報を多量に入手できる可能性はある。分光結像法は、こういった情報を、プローブする材料の組成に関して、必要に応じて単一の細菌にまで掘り下げた形で変化を加えることにより合成する。図２は、直径１μｍのポリスチレン微小球と枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｖａｒ． ｎｉｇｅｒ）芽胞（炭疽菌に似たもの）を混合したラマン分光結像データを示している。図の左側の２つの画像は、それぞれ細菌芽胞／微少球混合物の明視野反射画像（上部）及びラマン分光画像（下部）を示している。細菌芽胞と微少球はそれぞれ緑と赤で色分けされている。２つの画像の右側のラマンスペクトルは、それぞれ細菌芽胞及びポリスチレン微少球と結びついたスペクトル「指紋」を示している。混合成分は形態学的には類似点があるものの、ラマン分光画像は分子的には別種を示している。生物兵器及び化学兵器を検出し、特定する際には、非脅威「マスキング」剤が存在する中、細菌芽胞の特徴を引き出すことが出来るということが重要である。芽胞を異なる細菌種別に区別しようとすると困難な点が多数存在する。図３は、３つの異なる細菌芽胞タイプの分散ラマンスペクトルを示している。ラマン分散分光法を使うと、異なる細菌芽胞を、発生学的及び形態学的には類似性はあるにもかかわらず、十分に区別することが出来る。

図４は、細菌芽胞タイプを見分ける際にどのようにして蛍光分光結像法を使用したかを示している。図の下部に示す蛍光スペクトルは、上部の連鎖状の蛍光分光画像の色分けした箱領域から得た。Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ芽胞とＢａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ芽胞が、それぞれ蛍光ピーク上限５４０ｎｍ及び６３０ｎｍで現れているのがわかる。

図５は、米軍医科学研究所病理学研究部（ＡＦＩＰ）によって供給された非特定のサンプルに対して迅速に試験した結果を示している。これらサンプルは、６種類の未知な粉からなる４つのサンプルと、ＢＧ芽胞のサンプルからなる４種のサンプルを含んでいる。

図５Ａは、ガラス瓶を介して得た６種類の非特定粉のラマンスペクトル（緑レーザ励起）を示している。

図５Ｂは、６種類の非特定粉のラマンスペクトル（赤レーザ励起）を示している。

図５Ｃから５Ｄ（サンプル１３３１−００２）は、６種類の非特定粉に関する第１回のラマン、赤外、ＳＥＭ−ＥＤＳ試験結果を示している。このサンプルは無機であり、殆どがタルクである可能性が高い。

図５Ｅから５Ｆ（サンプル１３２５−００２）は、６種類の非特定粉に関する第２回のラマン、赤外、ＳＥＭ−ＥＤＳ試験結果を示している。このサンプルは有機であり、殆どが澱粉、おそらくコーンスターチである可能性が高い。

図５Ｇから５Ｈ（サンプル１３０３−００２）は、６種類の非特定粉に関する第３回のラマン、赤外、ＳＥＭ−ＥＤＳ試験結果を示している。このサンプルは有機であり、殆どが澱粉、おそらくコーンスターチである可能性が高い。

図５Ｉから５Ｎ（サンプル１２９１−００６）は、残った非特定粉に関するラマン、赤外、ＳＥＭ−ＥＤＳ試験結果を示している。このサンプルには３種類の性質の異なる粉が含まれている。３種類の内２種類のサンプルには、アルミノ珪酸塩が豊富に含まれているが、三種類とも有機内容を有している。３つの粉の内、１つは複合芳香族炭化水素と思われる。

図５Ｏから５Ｑは、ラマン化学結像法を用いるとたやすく見分けがつく、広く知られた２種類の白い粉のラマンスペクトルと画像を示している。

図５Ｒは、市販のＢＧ芽胞と比較したサンプルのＢＧ芽胞のラマンスペクトルを示している。２種類混合サンプルのラマンスペクトルも同時に示した。ラマンは、これらサンプルが類似している、即ち殆ど同一であることを示している。

図５Ｓは、化学結像法により、２種類の類似する芽胞が自家蛍光の差により区別されることを示している。

図５Ｔは、図５Ｏの２種類の粉をＢＧ（ＡＦＩＰ）と混ぜた時のラマン化学結像法を示している。３つの種は、難なく区別がつく。

図５Ｕは、封筒の上に置かれた白い粉（重炭酸ナトリウム）が存在する中ＢＧを検出するための努力の成果を示している。

図５Ｖは、封筒を動かした状態で画像化した、封筒上のＢＧを示している。

図６は、生来有する種の差別化が困難なため、特別に追加して調べた芽胞サンプルの結果を示している。このサンプルには、バチラス・ツリーンゲネシス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｅｎｇｅｎｓｉｓ、略してＢＴ）、バチラス・セレウス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｃｅｒｅｕｓ、略してＢＣ）、ＢＧが含まれている。３種類の芽胞から生じたラマンスペクトルは相違している。この差異に基づいて炭疽菌を非脅威剤と区別出来る可能性が高い。詳細を以下に述べる。

図６Ａは、ＢＴと懸濁残基の未処理のラマンスペクトルを示している。残基は懸濁液からのものである。

図６Ｂは、ＢＴと残基のバックグラウンド修正スペクトルを示している。芽胞スペクトルと残基スペクトルは、顕微鏡スライドのスペクトルにより分割されている。

図６Ｃは、ＢＣ及び懸濁残基の未処理のラマンスペクトルを示している。

図６Ｄは、ＢＣと残基のバックグラウンド修正スペクトルを示している。

図６Ｅは、顕微鏡スライドによるバックグラウンド修正した、ＢＴ、ＢＣ、ＢＧサンプルのスペクトルを寄せ集めたものを示している。これらスペクトルは相違している。指紋領域における差異が最も大きい。

図６Ｆは、ＣＨ領域スペクトル特徴（〜２９５０ｃｍ^―１）に対して、ベースライン控除及び標準化を行った後の、３種類の芽胞の寄せ集めを示している。

図７は、単一種内の多数の細菌系を見分けるためにいかにしてＲＣＩを適用することが出来るかを示す図である。

図８は、異なる条件で育てた同一種、同一系の細菌を見分けるためにいかにしてＲＣＩを適用することが出来るかを示す図である。

図９は、ＲＣＩの概略説明図である。

図１０は、実際の個々の炭疽菌のラマン化学結像及び、類似材料を使った識別でも再現することが出来るＲＣＩの力を示している。

図１１は、実際の脅威レベルを決めるにあたって決定的な変数となる、芽胞が生存可能か不可能を見分けるためにいかにＲＣＩを適用することが出来るかを示している。

今までに安全生物災害研究所において炭疽菌の芽胞をラマン画像化されている（図１０）。そして、ラマン結像法により炭疽菌芽胞の異種系が識別されてきた（図７）。更に、異なる環境条件及び／又は異なる成長媒体の下で育てた同一種と同一系を識別する際にラマン化学結像法が用いられてきた（図８）。こういったことが可能であるということは、別の研究においても有効に応用できる。また、ＲＣＩ（ラマン化学結像法）は、内生芽胞が生存可能か不可能かを見分けるために利用されてきた（図１１）。疑わしい芽胞の生存能力は、与えられた実際の脅威の程度を決定する際に重要な変数となる。本出願の発明者は、ラマンスペクトルの輪郭及びラマン結像法により、次に挙げる病原性微生物を、種、系、生存能力に関して検出、分類可能であると予想している。即ち、原虫（ｐｒｏｔｏｚｏａ）、クリプトスポリジア（ｃｒｙｐｔｏｓｐｏｒｉｄｉａ）、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）、ペスト（ペスト菌Ｙｅｒｓｉｎｉａ ｐｅｓｔｉｓ）、天然痘（痘瘡ｖａｒｉｏｌａ ｍａｊｏｒ）、野兎病菌（Ｆｒａｎｃｉｓｅｌｌａ ｔｕｌａｒｅｎｓｉｓ）、ブルセラ（ブルセラ種Ｂｒｕｃｅｌｌａ ｓｐｅｃｉｅｓ）、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｐｅｒｆｒｉｎｇｅｎｓ）、鼻疽（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｍａｌｌｅｉ）、類鼻疽（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｐｓｅｕｄｏｍａｌｌｅｉ）、オウム病（オウム病クラミジア；Ｃｈｌａｍｙｄｉａ ｐｓｉｔｔａｃｉ）、Ｑ熱（Ｃｏｘｉｅｌｌａ ｂｕｒｎｅｔｉｉ）、発疹チフス（Ｒｉｃｋｅｔｔｓｉａ ｐｒｏｗａｚｅｋｉｉ）、コレラ菌、ジアルジア（Ｇｉａｒｄｉａ）、Ｃａｎｄｉｄａ ａｌｂｉｃａｎｓ、腸球菌（Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ ｆａｅｃａｌｉｓ）、表皮ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ｅｐｉｄｅｒｍｉｄｉｓ）、黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）、エンテロバクター・エロゲネス（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ ａｅｒｏｇｅｎｅｓ）、ジフテリア菌、緑濃菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）、非発酵陰性桿菌（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ）、肺炎桿菌（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）、セラチア菌（Ｓｅｒｒａｔｉａ ｍａｒｃｅｓｃｅｎｓ）、エボラウイルス、マールブルグウイルス等のフィロウイルス科、ラッサ熱ウイルス、マチュボウイルス等のナウイルス（ｎａｖｉｒｕｓｅｓ）、ベネズエラ馬脳炎、東部馬脳炎、西部馬脳炎等のアルファウイルスである。

進歩した画像分析及び化学測量ツールによって、図４に示すような画像を形成して、蛍光スペクトルの差異を引き出し、種を空間的に特定する。次に挙げるものは、この分析を実行する際の典型的なアルゴリズムである。
１）未処理画像を（サンプル無しでとった）バックグラウンド画像によって分割する
２）合成画像を宇宙線フィルタにかける（近接中間から大きく相違する値の画素に対する中間フィルタリング）
３）位置合わせ手順を用いて、データ収集の際のサンプルの僅かな動きを修正する
４）空間平滑化フィルタにかける
５）（サンプル上の照度の変化修正を助ける）スペクトル正規化を行う
６）３スペクトル点の各セットに対してスペクトル移動平均を実行する
７）５５０から６２０ｎｍに対応する１セットのフレームを抜き取る。２つの細菌芽胞（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｖａｒ ｎｉｇｅｒとＢａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓ）のスペクトルは、基本的にこの範囲においては直線である。Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｖａｒ ｎｉｇｅｒは、ポジティブスロープを有しており、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓはネガテフィブスロープを有している。
８）各輝度値がスペクトル小領域のスロープになっている単一のフレーム画像を（最後の画像から）形成する。スロープは最小二乗法を使って決定する。
９）結果としてできた画像を０と４０９５の間で作る。前の画像の０（ゼロポイント）に対応する０から４０９５に軌道点を維持する。
１０）次の一連のステップからマスク画像を形成する。
ａ）各画素の輝度が、各スペクトルの最大輝度値になる単一フレームの最も明るい画像を、調整画像（３ステップ）から計算する。
ｂ）この最も明るい画像を０と４０９５の間で作る。
ｃ）輝度が９００よりも大きい各画素を新画像で１に設定し、輝度が９００未満の各画素を新画像で０に設定した２値化画像を、調整画像からつくる。９００の値は、調整画像と対応している柱状グラフを考察して選択する。任意の画像の柱状グラフを数値的に分析することにより、自動的に限界値を選択することで、このアルゴリズムは将来的に進歩する。
１１）ステップ９でできた調整画像にステップ１０のマスク画像を掛け合わせる。これにより、芽胞に対応した部分だけが視覚化される。結果としてできたのは、グレイスケール画像であり、この画像では、輝度値がステップ９で定義したゼロポイント未満の場合はｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｕｍｉｌｕｓに対応し、輝度値がゼロポイントより大きい場合はｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓｖａｒ ｎｉｇｅｒに対応する。
１２）そこで負値を全て赤に、正値を全て緑に設定することにより、最終的にＲＧＢ画像が作られる。

応用
生物兵器及び化学兵器を、高精度に、かつ要求されるサンプルが限られている中、またはサンプルが無い中、非接触で、リアルタイムに、高処理能力で検出、分類、特定することが出来る分光結像器具に対する要求は数しれない。生物兵器及び化学兵器を客観的に評価する際に適したユーザサイドの基本手段は、有害物質（ＨＡＺＭＡＴ）取り扱いチーム、潜在的な脅威が高い政府施設や私的施設、郵便取り扱い施設、学校関連、産業関連、医療研究関連研究所などである。

炭疽菌又は他の微生物脅威を瞬時に検出するシステムがユーザ対象に与える恩恵はかなり大きいものとなるだろう。マクロスコープ型技術における設定では、疑わしい生物兵器、化学兵器を、その蛍光、近赤外及び／又は紫外／可視反応に基づいて広範囲にわたって迅速に評価するには、分光結像法を用いることが出来る。顕微鏡モードにおける設定では、疑わしい生物兵器、化学兵器を決定的に分析し、分類し、特定し、視覚化することが可能である。内視鏡モードにおける設定では、遠く離れた所で生物兵器、化学兵器を分析し、分類し、特定し、視覚化することが出来る。ＦＡＳＴモードにおける設定では、遠く離れた所で、若しくは、リアルタイムで顕微鏡を使って、生物兵器、化学兵器を分析し、分類し、特定し、視覚化することが出来る。エアサンプラとしての設定では、生物兵器、化学兵器をはっきりと分析することが可能である。

これらを組み合わせて実行すると、生物兵器、化学兵器特定効果が高まると思われる。こういった恩恵には、次に挙げるものが含まれるが、これに限定されるわけではない。
・迅速に広範囲をスキャニングすることで疑わしい生物兵器、化学兵器を検出する
・疑わしい生物兵器、化学兵器を確実に検出、分類、特定、視覚化する
・非接触で行う
・サンプルを準備する必要が無い、若しくは限られたサンプルのみ用意する
・疑わしい生物兵器、化学兵器を離れた場所で検出、分類、特定、視覚化する
・固体サンプル又は気体サンプル内で、リアルタイムで疑わしい生物兵器、化学兵器を検出、分類、特定、視覚化する
炭疽菌検出を瞬時に行う際に分光結像システムで適用すべき特別な条件は、
・「マスキング」剤が脅威か非脅威かを識別する
・生物兵器、化学兵器の空間分布を調べる
・単一の細菌芽胞にまで掘り下げた形で生物兵器、化学兵器の空間分布を調べる

現在利用可能な技術と比較した利点
従来の生物兵器、化学兵器の検出方法には、接種法、酵素免疫測定（ＥＬＩＳＡ）法、生物脅威警戒（ＢＴＡ）試験紙（テストストリップ）、ＤＮＡベーステスト、ＤＮＡチップ分析、質量分光測定法がある。接種法では、動物に不審な培養組織又は不審な種を接種し、その後、病気の進展を観察する。この方法には、動物虐待問題に加えて、検出時点に達するまでに非常に長い時間を要するなど、数々の障害が存在する。

ＥＬＩＳＡテストでは、抗体を検出する。この技術もまた、時間がかかり、高擬陽性（無関係な抗体が非特異的に抗原と反応してしまう）、更に悪いことには、高擬陰性（血液中に存在する干渉化合物や抗体があまり蓄積されていないため検出不能である）で悩む。更に、患者が回復してからも長期間に亘って抗体に対して陽性であるかを試験しなければならない。

ＢＴＡ試験紙は、家庭用の妊娠検査と非常に近い働きする小型のプラスチック装置である。この試験紙には特殊な抗体が含まれており、これにより、生物脅威剤の存在を示すと、試験紙上の色が変化するようになっている。反応しない場合は、試験紙の限られた検出範囲内には生物脅威剤が存在しないことを示している。比較的短時間（１５分）で結果がわかる反面、擬陰性及び擬陽性の発生率が高い。

ＤＮＡベーステストでは、試験剤を、その遺伝配列を理解することによって検出する。ＤＮＡベーステストはＢＴＡ試験紙よりもずっと感度が高いものの、マスキング剤に影響を受けやすく、また分析にかなりの時間を要する。ＤＮＡチップ分析では、ＤＮＡらせん構造をＳｉ又はガラスウェーハーチップ上で不動にする。ＤＮＡは、試験するサンプル内の補完的なＤＮＡらせん構造と結びつくか、これと交雑する。特別に設計した顕微鏡で、ＤＮＡがどこで交雑したかを検出する。複製連鎖反応（ＰＣＲ）により増幅する。数分内で生物脅威剤の検出を報告することが可能である。

ＤＮＡベース法には、２つの制限がある。１つには、ＤＮＡ法は、特殊な生物脅威剤を、特有なＤＮＡ配列から検出するようになっている。それ故、各ＤＮＡテストは、ある試験剤に特有であり、これとは別の試験剤を検出しようとすると、別の試薬を開発する必要がある。２つ目の制限は、環境汚染による擬陰性及び擬陽性の問題である。ＤＮＡテストは、実世界のサンプルに関して正しい結果に影響を受けやすいという問題をもっていることはよく知られている。

質量分析（ＭＳ）では、微生物を特定するために、細胞若しくは芽胞を高真空下でイオン化した時の質量片のパターンを使う方法である。この方法は、かなり高感度で検出が可能であるが、対応するサンプルをイオン化装置に運ぶために高性能なサンプリングシステムを必要とする。ＭＳにおける主な制限は、本質的に精密で、高価な高真空ポンプを使用しなければならないことである。もう１つの制限は、完全な非破壊技術である分光化学結像法とは対照的に、ＭＳ法は破壊技術であるということである。

生物兵器及び化学兵器を、迅速に、非接触で、精密に検出するための別の技術／機会には、ラマン、蛍光、ＮＩＲ等の分光法を基礎としたプローブ又は顕微鏡が挙げられる。この種のツールは、従来の方法では不可能とされる、生物兵器、化学兵器及び／又は非脅威マスキング剤が存在する中、別の生物兵器、化学兵器が、ある特定の場所で、若しくは離れた場所で蔓延するのを検出し、分類し、特定し、視覚化出来る可能性を秘めている。このツールにより、擬陽性及び擬陰性の発生率が大幅に減少し、本当に生物脅威が存在するかどうかを直ちに決定する方法が提供される。

最新式分光結像技術
広視野可変波長フィルタベースの分光結像法やＦＡＳＴ技術に匹敵する分光結像技術は今までに進化してきた。これらの技術には、点走査、線画像化、干渉フィルタ、フーリエ変換インタフェロメトリ、アダマール変換走査を使った分光結像法などが含まれる。

点走査は、サンプルの単一のＸ、Ｙ位置で完全なスペクトルを取り、これに続いて、残りの複数のＸ、Ｙ位置でラスタ走査する。この方法の利点は、スペクトル解像度が高いこと、フルスペクトル解像度であることだが、欠点は画像解像能力があまり高くないことと、極端に時間がかかることである。線画像化においては、Ｘの１値及びＹの全値によって特徴が与えられたサンプルの垂直断面からデータを収集し、これに続いてＸ方向に走査する。この方法は、点走査方法とほぼ同じ利点及び欠点があるが、点走査法よりはるかに迅速に行うことが出来る。線画像の画像品質を劣化させた結果として出来るのが、フィールド曲率アーチファクト（Ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ａｒｔｉｆａｃｔ）である。１つ若しくは多数の干渉フィルタを使用して、波長特殊画像を作ることが可能である。この方法は、迅速、安価でしかも高解像度の画像を作ることが出来る反面、スペクトル解像度が悪く、画像人工産物に影響を受けやすい。

フーリエ変換干渉計は、ＣＣＤベース検出システム付き機械駆動型干渉計を使っている。干渉計の各ステップ毎にスペクトル分析を更に行うため、ＣＣＤを使ってインターフェログラムを画像化する。この方法は、良好な空間解像度を誇るが、低いスペクトル解像度（〜１００ｃｍ^―１）に悩まされる。

アダマール変換化学結像技術は、ＣＣＤベース検出機能付きアダマールマスク空間多重方式と連結することにより、２つの空間寸法データと１つのスペクトル寸法データを得ている。この方法では、ラマン分光器使用法等の、低光レベルを適用すると、Ｓ／Ｎ利点があり、また、スペクトル解像度がナノメートル以下である。その反面、この技術は、空間解像度が並みであり、多数のコードマスクを介して走査している関係上、時間解像度が低い。

特徴付けをする際に使う理想的な化学結像システムに求められるのは、迅速に結果を得られること（秒）、空間解像度が高いこと（ミクロン以下）、スペクトルの解像度が良好であること（＜２００ｎｍ）等である。目下、こういった要求にかなう分光結像システムは、ＣｈｅｍＩｍａｇｅ社のＦＡＬＣＯＮ（登録商標）顕微鏡だけである。

他の分光法ベース結像方法
赤外（ＩＲ）分光器使用法を始めとする、上記した使用法と匹敵する分光技術は、個々の生物兵器及び／又は化学兵器を２５０ミクロンのオーダーで観察するための解像度に設定されているため、これに対する関心度は低い。赤外線は水に吸収しにくいので、ＩＲ分光器使用法はあまり使えない。一般的に言って、生物兵器は、その水溶性からしてあまりうまく画像化することが出来ない。本明細書で記述した分光結像システムのために選ばれた液晶結像分光器は、市場に出ているどんな分散格子技術や、音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ）技術も凌ぐものである。ＬＣＴＦのスペクトル帯域能力は、画像の詳細を得るため最も効果的手段を使用することをみこんで、８ｃｍ^−１である。

上記に開示した技術から鑑みて、本発明に修正、変更を加えることが出来るのは明らかなことである。それ故、添付したクレームの範囲内であれば、本明細書に特記したものと相違する形で本発明を実行可能であると解釈されるべきである。

図１は、結像分光検出法を基礎とした生物兵器、化学兵器大気センサの概略図である。 図２は、直径１μｍのポリスチレン微小球と枯草菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｖａｒ． ｎｉｇｅｒ）芽胞（炭疽菌に似たものでＢｃｉｌｌｕｓ ｇｌｏｂｉｇｉｉ（ＢＧ）の名で知られている）の混合のラマン分光画像を示している。 図３は、炭疽菌に似たものを含む３種類の異なるタイプの細菌芽胞の分散ラマンスペクトルを示している。 図４は、２種類の相違する細菌芽胞の顕微鏡蛍光分光画像を示す図である。 図５は、生物脅威検出技術の物質的な評価をするエキスパートである、米軍医科学研究所病理学研究部（ＡＦＩＰ）によって供給されたサンプルに対して迅速に試験した際の予備的な結果を示す図である。これらのサンプルには、６種類の未知な粉と、ＢＧ芽胞のサンプルが含まれている。 図５Ａは、ガラス瓶を介して得た６種類の非特定粉のラマンスペクトル（緑レーザ励起）を示す図である。 図５Ｂは、６種類の非特定粉のラマンスペクトル（赤レーザ励起）を示す図である。 図５Ｃから５Ｄ（サンプル１３３１−００２）は、６種類の非特定の粉に関する第１回のラマン、赤外、ＳＥＭ−ＥＤＳ試験結果を示す図である。このサンプルは無機であり、殆どがタルクである可能性が高い。 図５Ｅから５Ｆ（サンプル１３２５−００２）は、６種類の非特定なサンプルに関する第２回のラマン、赤外、ＳＥＭ−ＥＤＳ試験結果を示す図である。このサンプルは有機であり、殆どが澱粉、おそらくコーンスターチである可能性が高い。 図５Ｇから５Ｈ（サンプル１３０３−００２）は、６種類の非特定粉に関する第３回のラマン、赤外、ＳＥＭ−ＥＤＳ試験結果を示している。このサンプルは有機であり、殆どが澱粉、おそらくコーンスターチである可能性が高い。 図５Ｉから５Ｎ（サンプル１２９１−００６）は、残った非特定粉に関するラマン、赤外、ＳＥＭ−ＥＤＳ試験結果を示す図である。このサンプルには３種類の性質の異なる粉が含まれている。３種類の内２種類のサンプルには、アルミノ珪酸塩が豊富に含まれているが、三種類とも有機内容を有している。３つの粉の内、１つは複合芳香族炭化水素と思われる。 図５Ｏから５Ｑは、ラマン化学結像法を用いるとたやすく見分けがつく、広く知られた２種類の白い粉のラマンスペクトル及び画像を示す図である。 図５Ｒは、市販のＢＧ芽胞と比較したＢＧ芽胞サンプルのラマンスペクトルを示す図である。２種類混合サンプルのラマンスペクトルも同時に示した。ラマンは、これらサンプルが類似している、即ち殆ど同一であることを示している。 図５Ｓは、２種類の類似する芽胞が自家蛍光の差により区別出来ることを示している化学画像の図である。 図５Ｔは、図５Ｏの２種類の粉をＢＧ芽胞と混ぜた時のラマン化学画像を示す図である。３つの種は、難なく区別がつく。 図５Ｕは、封筒の上に置かれた白い粉（重炭酸ナトリウム）が存在する中ＢＧを検出するための努力の成果を示す図である。 図５Ｖは、封筒を動かした状態で画像化した、封筒上のＢＧを示す図である。 図６は、種の差別化が本来困難なため、特別に追加して選んだ芽胞サンプルの結果を示す図である。このサンプルには、バチラス・ツリーンゲネシス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｅｎｇｅｎｓｉｓ、略してＢＴ）、バチラス・セレウス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｃｅｒｅｕｓ、略してＢＣ）、ＢＧが含まれている。３種類の芽胞から生じたラマンスペクトルは相違している。この差異に基づいて炭疽菌を非脅威剤と区別出来る可能性が高い。詳細を以下に述べる。 図６Ａは、ＢＴと懸濁残基の未処理のラマンスペクトルを示す図である。残基は懸濁液からのものである。 図６Ｂは、ＢＴと残基のバックグラウンド修正スペクトルを示す図である。芽胞スペクトルと残基スペクトルは、顕微鏡スライドのスペクトルにより分割されている。 図６Ｃは、ＢＣ及び懸濁残基の未処理のラマンスペクトルを示す図である。 図６Ｄは、ＢＣと残基のバックグラウンド修正スペクトルを示す図である。 図６Ｅは、顕微鏡スライドによるバックグラウンド修正した、ＢＴ、ＢＣ、ＢＧサンプルのスペクトルの寄せ集めを示す図である。これらスペクトルは相違している。指紋領域における差異が最も大きい。 図６Ｆは、ＣＨ領域スペクトル特徴（〜２９５０ｃｍ^―１）に対して、ベースライン控除及び標準化を行った後の、３種類の芽胞の寄せ集めを示す図である。 図７は、単一種内の多数の細菌系を見分けるためにいかにしてＲＣＩを適用することが出来るかを示す図である。 図８は、異なる条件で育てた同一種、同一系の細菌を見分けるためにいかにしてＲＣＩを適用することが出来るかを示す図である。 図９は、ＲＣＩの概略説明図である。 図１０は、実際の個々の炭疽菌のラマン化学結像及び、類似材料を使った識別でも再現することが出来るＲＣＩの力を示す図である。 図１１は、実際の脅威レベルを決めるにあたって決定的な変数となる、芽胞が生存可能か不可能を見分けるためにいかにＲＣＩを適用することが出来るかを示す図である。

Claims (56)

1. ａ）少なくとも１つの炭疽菌微生物に光線を照射し、その後、
   ｂ）その病原性微生物から発したラマンシフト光を使って、炭疽菌微生物の画像を形成し、その後、
   ｃ）炭疽菌微生物の特徴的パターンを求めて、ラマンシフト光画像を分析する、
   ことを特徴とする、炭疽菌（バチルス炭疽菌；Ｂａｃｉｌｌｕｓ ａｎｔｈｒａｃｉｓ）検出方法。
2. 前記分析ステップは、前記炭疽菌微生物の資質を分析することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記分析ステップは、前記炭疽菌微生物の生存能力を分析することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 前記分析ステップは、前記炭疽菌微生物が成長する成長媒質を分析することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
5. ａ）少なくとも１つの病原性微生物に光線を照射し、その後、
   ｂ）病原性微生物から発したラマンシフト光を使って、少なくとも１つの病原性微生物の画像を形成し、その後、
   ｃ）病原性微生物の特徴的パターンを求めて、ラマンシフト光画像を分析することを特徴とする、病原性微生物検出方法。
6. 領域から発したラマンシフト光をファイバアレイスペクトル分析器（ＦＡＳＴ）に通すことを特徴とする、請求項５記載の方法。
7. 領域から発したラマンシフト光をファブリー・ペロー（Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ）角度調整フィルタに通すことを特徴とする、請求項５記載の方法。
8. 領域から発したラマンシフト光を音響光学可変波長フィルタに通すことを特徴とする、請求項５記載の方法。
9. 領域から発したラマンシフト光を液晶可変波長フィルタに通すことを特徴とする、請求項５記載の方法。
10. 領域から発したラマンシフト光をリオ（Ｌｙｏｔ）フィルタに通すことを特徴とする、請求項９記載の方法。
11. 領域から発したラマンシフト光をエヴァンス スプリットエレメント（Ｅｖａｎ’ｓ Ｓｐｌｉｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ）液晶可変波長フィルタに通すことを特徴とする、請求項９記載の方法。
12. 領域から発したラマンシフト光をソルク（Ｓｏｌｃ）液晶可変波長フィルタに通すことを特徴とする、請求項９記載の方法。
13. 領域から発したラマンシフト光を液晶ファブリー・ペロー（ＬＣＦＰ）可変波長フィルタに通すことを特徴とする、請求９項記載の方法。
14. 領域から発したラマンシフト光を極性独立型画像化干渉計に通すことを特徴とする、請求項５記載の方法。
15. 領域から発したラマンシフト光をマイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）干渉計に通すことを特徴とする、請求項１４記載の方法。
16. 領域から発したラマンシフト光をサニャク（Ｓａｇｎａｃ）干渉計に通すことを特徴とする、請求項１４記載の方法。
17. 領域から発したラマンシフト光をトワイマン・グリーン（Ｔｗｙｎａｍ−Ｇｒｅｅｎ）干渉計に通すことを特徴とする、請求項１４記載の方法。
18. 領域から発したラマンシフト光をマッハツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計に通すことを特徴とする、請求項１４記載の方法。
19. 領域から発したラマンシフト光をファブリー・ペロー（Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ）調節干渉計に通すことを特徴とする、請求項５記載の方法。
20. 領域から発したラマンシフト光をソルク（Ｓｏｌｃ）フィルタ、ＬＣＦＰフィルタ、リオ（Ｌｙｏｔ）フィルタ、エヴァンス スプリットエレメント（Ｅｖａｎ’ｓ Ｓｐｌｉｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ）フィルタから構成されるグループから選んだ少なくとも２つのフィルタを通すことを特徴とする、請求項５記載の方法。
21. 前記病原性微生物は、炭疽菌芽胞であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
22. 前記病原性微生物は、原虫（ｐｒｏｔｏｚｏａ）であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
23. 前記病原性微生物は、クリプトスポリジア（ｃｒｙｐｔｏｓｐｏｒｉｄｉａ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
24. 前記病原性微生物は、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
25. 前記病原性微生物は、大腸菌１５７（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ １５７）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
26. 前記病原性微生物は、ペスト（ペスト菌Ｙｅｒｓｉｎｉａ ｐｅｓｔｉｓ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
27. 前記病原性微生物は、天然痘（痘瘡ｖａｒｉｏｌａ ｍａｊｏｒ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
28. 前記病原性微生物は、野兎病菌（Ｆｒａｎｃｉｓｅｌｌａ ｔｕｌａｒｅｎｓｉｓ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
29. 前記病原性微生物は、ブルセラ（ブルセラ種Ｂｒｕｃｅｌｌａ ｓｐｅｃｉｅｓ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
30. 前記病原性微生物は、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｐｅｒｆｒｉｎｇｅｎｓ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
31. 前記病原性微生物は、サルモネラ（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
32. 前記病原性微生物は、赤痢菌（Ｓｈｉｇｅｌｌａ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
33. 前記病原性微生物は、鼻疽（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｍａｌｌｅｉ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
34. 前記病原性微生物は、類鼻疽（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｐｓｅｕｄｏｍａｌｌｅｉ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
35. 前記病原性微生物は、オウム病（オウム病クラミジア；Ｃｈｌａｍｙｄｉａ ｐｓｉｔｔａｃｉ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
36. 前記病原性微生物は、Ｑ熱（Ｃｏｘｉｅｌｌａ ｂｕｒｎｅｔｉｉ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
37. 前記病原性微生物は、発疹チフス（Ｒｉｃｋｅｔｔｓｉａ ｐｒｏｗａｚｅｋｉｉ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
38. 前記病原性微生物は、コレラ菌（Ｖｉｂｒｉｏ ｃｈｏｌｅｒａｅ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
39. 前記病原性微生物は、エボラウイルス、マールブルグウイルス等のフィロウイルス科、ラッサ熱ウイルス、マチュボウイルス等のナウイルス（ｎａｖｉｒｕｓｅｓ）、ベネズエラ馬脳炎、東部馬脳炎、西部馬脳炎等のアルファウイルスのグループから選ばれることを特徴とする、請求項５記載の方法。
40. 前記病原性微生物は、ジアルジア（Ｇｉａｒｄｉａ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
41. 前記病原性微生物は、Ｃａｎｄｉｄａ ａｌｂｉｃａｎｓ微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
42. 前記病原性微生物は、腸球菌（Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ ｆａｅｃａｌｉｓ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
43. 前記病原性微生物は、表皮ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ｅｐｉｄｅｒｍｉｄｉｓ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
44. 前記病原性微生物は、黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
45. 前記病原性微生物は、エンテロバクター・エロゲネス（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ ａｅｒｏｇｅｎｅｓ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
46. 前記病原性微生物は、ジフテリア菌（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｄｉｐｈｔｈｅｒｉａｅ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
47. 前記病原性微生物は、緑濃菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
48. 前記病原性微生物は、非発酵陰性桿菌（Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
49. 前記病原性微生物は、肺炎桿菌（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
50. 前記病原性微生物は、セラチア菌（Ｓｅｒｒａｔｉａ ｍａｒｃｅｓｃｅｎｓ）微生物であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
51. 照射する光線は、波長４１０ｎｍ未満の紫外線スペクトル領域のものであることを特徴とする、請求項５記載の方法。
52. 照射する光線は、波長７８０ｎｍ未満、かつ４１０ｎｍより大きい可視スペクトル領域のものであることを特徴とする、請求項５記載の方法。
53. 照射する光線は、波長２５００ｎｍ未満、かつ７８０ｎｍより大きい近赤外スペクトル領域のものであることを特徴とする、請求項５記載の方法。
54. 前記分析ステップは、前記病原菌微生物の資質を分析することを含むことを特徴とする、請求項５記載の方法。
55. 前記分析ステップは、前記病原菌微生物の生存能力を分析することを含むことを特徴とする、請求項５記載の方法。
56. 前記分析ステップは、前記病原菌微生物が成長する成長媒質を分析することを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
    

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