JP2008022776A - Microorganism metering device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microorganism counting device counting live bacteria and dead bacteria by applying fluorescent dye to a sample containing microorganisms or having possibility of containing microorganisms, and improved in accuracy in comparison with a conventionally well-known technique. <P>SOLUTION: The microorganism counting device 1 enables more accurate count of the number of live bacteria through using a live/dead bacteria-dyeing reagent dyeing both of the live and dead bacteria and a dead bacteria-dyeing reagent dyeing only dead bacteria, wherein the exited wavelength of the live/dead bacteria-dyeing reagent is shorter than that of the dead bacteria-dyeing reagent to firstly discriminate microorganisms from others referring to luminous points emitting fluorescence due to the dyeing reagent dyeing the live bacteria and the dead bacteria and then discriminate the live bacteria from the dead bacteria referring to luminous points detected as those of the microorganisms. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、環境試料、食品検体などに含まれる微生物を迅速検出し、生菌および死菌を計量する微生物計量装置に関する。   The present invention relates to a microorganism measuring device that rapidly detects microorganisms contained in environmental samples, food samples, etc., and measures live and dead bacteria.

従来、蛍光染色法を用いて微生物を染色し、蛍光発光した発光点を画像として撮影し、その発光点の蛍光発光の波長、光量から微生物を検査あるいは菌数をカウントする装置が知られている。土壌や水環境などには微生物以外に夾雑物が多く存在し、発光点の発光した光の波長のピーク分布から微生物と判断する装置も知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a device that stains microorganisms using a fluorescent staining method, photographs fluorescent emission points as images, and inspects microorganisms or counts the number of bacteria based on the fluorescence emission wavelength and light quantity of the emission points. . There is also known an apparatus for determining a microorganism from the peak distribution of the wavelength of light emitted from a light emitting point because there are many contaminants in addition to microorganisms in the soil, water environment, and the like (for example, see Patent Document 1).

これは、複数の波長の励起光を照射して、蛍光した光の波長のピーク分布から微生物を判断あるいは認識して微生物数を測定するものである。
国際公開第03/008634号パンフレット
In this method, the number of microorganisms is measured by irradiating excitation light having a plurality of wavelengths, judging or recognizing microorganisms from the peak distribution of the wavelengths of fluorescent light.
International Publication No. 03/008634 Pamphlet

しかしながら、上記特許文献1のような従来の装置では、例えば波長を2nm毎など細かく解析してピーク波長を測定すれば、微生物特有のピーク波長を求め、微生物と判断することができるが、非常に複雑な装置になるため、実際の検査装置として実用化は困難である。したがって、10〜数10nmのある波長域(青、緑、赤など)のみを透過する分光フィルタを用いて、その波長域の光量あるいは輝度値を測定することが一般的であり、この方法ではピーク分布を測定することは難しい。また、細胞や微生物を特定する蛍光染色試薬は、多種多様なものが市販されており、反応機構あるいは励起光と蛍光も各種市販されているため、目的に応じて任意に選択できる。但し、実際の検体に含まれる微生物以外の微生物とほぼ同等の大きさの粒子状物質(無機物、有機物など)が、反射や蛍光などで発光するため、この微生物と微生物以外の物質(異物)を簡単に区別することが必要である。また、装置もできるだけ安価が望まれているため、できるだけ簡単な機構で微生物を認識し、さらに生菌と死菌の区別も行う必要がある。一般的に微生物検査は、生菌、死菌、特定の微生物の有無などを行われているが、とりわけ生菌がどの程度いるのかを測定することは重要である。実際の検体に含まれる微生物以外の微生物とほぼ同等の大きさの粒子状物質(無機物、有機物など)が、反射や蛍光などで発光するため、この微生物と微生物以外の物質(異物)を簡単に、正確に区別することができず、その結果、生菌数を正確に測定できないという課題があった。また、蛍光顕微鏡などを用いて、目視で観察した場合、蛍光発光した微小な色の違いにより、微生物とそれ以外の異物を判別が可能であるが、光学的な装置を用いてその判別を行うためには、非常に複雑で高価な装置になるという課題があった。   However, in the conventional apparatus such as Patent Document 1 described above, if the peak wavelength is measured by finely analyzing the wavelength, for example, every 2 nm, the peak wavelength peculiar to the microorganism can be obtained and determined as a microorganism. Since it becomes a complicated device, it is difficult to put it to practical use as an actual inspection device. Therefore, it is common to measure the light quantity or the luminance value in the wavelength range using a spectral filter that transmits only a certain wavelength range (blue, green, red, etc.) of 10 to several tens of nm. It is difficult to measure the distribution. In addition, a wide variety of fluorescent staining reagents for identifying cells and microorganisms are commercially available, and various reaction mechanisms or excitation light and fluorescence are commercially available, and can be arbitrarily selected according to the purpose. However, since particulate matter (inorganic matter, organic matter, etc.) of approximately the same size as the microorganisms contained in the actual specimen emits light due to reflection or fluorescence, the microorganisms and substances other than microorganisms (foreign matter) It is necessary to distinguish easily. In addition, since the apparatus is desired to be as inexpensive as possible, it is necessary to recognize microorganisms with as simple a mechanism as possible and to distinguish between live and dead bacteria. In general, microbiological tests are performed on the presence or absence of live bacteria, dead bacteria, or specific microorganisms. It is particularly important to measure how much live bacteria are present. Particulate matter (inorganic matter, organic matter, etc.) of approximately the same size as that of microorganisms contained in the actual specimen emits light due to reflection, fluorescence, etc. As a result, there was a problem that the number of viable bacteria could not be accurately measured. In addition, when visually observed using a fluorescence microscope or the like, it is possible to discriminate between microorganisms and other foreign substances based on minute differences in fluorescent light emission, but the discrimination is performed using an optical device. Therefore, there has been a problem that the apparatus becomes very complicated and expensive.

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、生死菌両方を染色する第1の試薬と死菌のみを染色する第2の試薬を用いて、第1の試薬の励起波長は、第2の試薬よりも短いものとし、まず、生死菌を染色した試薬で蛍光発光した発光点から微生物とそれ以外と判断し、微生物と判断された発光点をさらに生菌と死菌を判断することによって、より生菌数を正確に測定できる微生物計数装置を提供することを目的としている。   The present invention solves such a conventional problem, and the excitation wavelength of the first reagent is determined by using the first reagent that stains both live and dead bacteria and the second reagent that stains only dead bacteria. First, it is determined to be shorter than the second reagent. First, it is determined that the microorganism is other than the luminescent point that is fluorescent with the reagent stained with live and dead bacteria, and the luminescent point determined to be the microorganism is further determined to be live and dead. It is an object of the present invention to provide a microorganism counting device that can more accurately measure the number of viable bacteria.

微生物と微生物以外の物質(異物)を簡単に正確に区別し、生菌数を正確に測定できる微生物計数装置を提供することを目的としている。   It is an object of the present invention to provide a microorganism counting apparatus that can easily and accurately distinguish microorganisms and substances other than microorganisms (foreign substances) and accurately measure the number of viable bacteria.

また、細胞や微生物を染色する蛍光染色試薬は色々な反応機構のものが市販されているが、異なる反応機構のものを使用すると、検体の性状によって発光しないものがある。性状とは、検体のPH、温度、特定の物質の有無、乾燥状態などがある。ある蛍光染色試薬は、PHに影響されやすく、別の蛍光染色試薬は、温度に影響されやすいなど違いがあった場合、検体をそれぞれの最適な状態にすることが難しく、検体の性状によって、測定することが非常に難しい。   In addition, fluorescent staining reagents for staining cells and microorganisms are commercially available with various reaction mechanisms. However, when using reagents with different reaction mechanisms, some may not emit light depending on the properties of the specimen. The properties include the pH of the specimen, temperature, presence / absence of a specific substance, dry state, and the like. One fluorescent staining reagent is easily affected by pH, and another fluorescent staining reagent is easily influenced by temperature. If there is a difference, it is difficult to bring the specimen into the optimum state. Very difficult to do.

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、生死菌、死菌を染色する染色試薬の両方とも、検体の性状に影響されにくい核酸(DNA)と結合、反応する核酸染色染色試薬を使用することで、また、生菌と死菌の区別を細胞膜が正常か否かを判断するために細胞膜透過性の有無の違いだけを有した蛍光染色試薬を用いることで、検体の性状を改善する処理(例えば、最適なPHにするために処理を行う)などが非常にしやすい微生物計数装置を提供することを目的としている。   The present invention solves such a conventional problem, and both nucleic acid staining stain that binds and reacts with nucleic acid (DNA) that is hardly affected by the properties of the specimen, both of living and dead bacteria and staining reagents that stain dead bacteria. By using a reagent, and by using a fluorescent staining reagent that has only a difference in the presence or absence of cell membrane permeability in order to determine whether the cell membrane is normal to distinguish between live and dead bacteria, the properties of the specimen It is an object of the present invention to provide a microorganism counting apparatus that is very easy to perform a process for improving the pH (for example, a process for achieving an optimum PH).

また、励起光および蛍光の波長は、可視光以外の波長にすると検証確認することが非常に困難である。   In addition, if the wavelengths of the excitation light and the fluorescence are other than visible light, it is very difficult to verify and confirm.

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、生死菌を染色する染色試薬の励起光の波長を紫外、そのときの死菌を染色する染色試薬の励起光の波長を青あるいは緑にする。または、生死菌を染色する染色試薬の励起光の波長を青、そのときの死菌を染色する染色試薬の励起光の波長を緑にすることで、発光点の蛍光が可視光の波長域になり、蛍光顕微鏡などを使用して検証確認をするのが簡単である微生物計量装置を提供することを目的としている。   The present invention solves such a conventional problem, the wavelength of the excitation light of the staining reagent for staining viable and dead bacteria is ultraviolet, and the wavelength of the excitation light of the staining reagent for staining dead bacteria at that time is blue or Make it green. Alternatively, the excitation light wavelength of the staining reagent that stains viable bacteria is blue, and the excitation light wavelength of the staining reagent that stains the dead bacteria is green, so that the fluorescence at the emission point is in the visible wavelength range. Therefore, an object of the present invention is to provide a microorganism weighing device that can be easily verified using a fluorescence microscope or the like.

また、生死菌染色試薬あるいは死菌染色試薬で微生物を染色した場合、微生物の状態によって染色の程度が大きく異なることがあり、生死菌染色試薬で発光し、死菌染色試薬でも発光した点を単純に死菌と判断すると誤った判断になるという課題をあった。例えば、殺菌剤によって微生物の細胞膜が損傷した場合、死菌染色試薬でも若干染色されることがあるが、その微生物を培養するとコロニーを形成し、実際には生菌であるということもあり、そのような損傷菌に対しても正確に判別したいという課題があった。   In addition, when a microorganism is stained with a live or dead bacteria staining reagent or a dead bacteria staining reagent, the degree of staining may vary greatly depending on the state of the microorganism. There was a problem that it would be wrong to judge that it was dead. For example, when the cell membrane of a microorganism is damaged by a bactericidal agent, it may be slightly stained even with a dead bacteria staining reagent, but when the microorganism is cultured, it forms a colony and may actually be a live cell. There is a problem that it is desired to accurately discriminate against such damaged bacteria.

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、生死菌染色試薬により発光した輝度値と死菌染色試薬により発光した輝度値の比率をもとにより損傷菌などをより正確に判別する微生物計量装置を提供することを目的としている。   The present invention solves such a conventional problem, and more accurately distinguishes damaged bacteria and the like based on the ratio of the luminance value emitted by the living and dead bacteria staining reagent and the luminance value emitted by the dead bacteria staining reagent. An object of the present invention is to provide a microbial metering device.

また、生菌は、生死菌染色試薬だけで染色され、死菌は生死菌染色試薬と死菌染色試薬の両方に染色される。このことにより、生菌と死菌とでは、微生物と微生物以外の異物を判別するために色彩的特性の値が異なり、一つの判断では正確に区別することが難しいという課題があった。   In addition, viable bacteria are stained only with a live / dead bacteria staining reagent, and dead bacteria are stained with both a live / dead bacteria staining reagent and a dead bacteria staining reagent. As a result, there is a problem in that the value of the color characteristic is different between the living bacteria and the dead bacteria in order to discriminate between the microorganisms and the foreign substances other than the microorganisms, and it is difficult to accurately distinguish them by one judgment.

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、生菌と死菌を判別した後で、それぞれ色彩的特性に対する範囲を設定し、微生物と異物とを判別することで、より正確に微生物を特定できる微生物計量装置を提供することを目的としている。   The present invention solves such a conventional problem, and after distinguishing between live and dead bacteria, sets a range for each color characteristic to distinguish between microorganisms and foreign substances, thereby more accurately. Another object of the present invention is to provide a microorganism weighing device that can identify microorganisms.

本発明の微生物計量装置は上記目的を達成するために、請求項1記載のとおり、生死細胞のいずれとも反応して生死細胞のいずれも発色させる第1の試薬と死細胞とのみ反応して死細胞のみ反応させる第2の試薬との両方を微生物の有無を検査する検体に接触させ、蛍光染色法で染色した微生物を計量する微生物計量装置において、予め定められた複数の波長域の励起光を照射する光源と前記励起光によって発光する予め定められ異なった波長域の光だけを透過する分光フィルタと光を受光する受光部を備え、前記第1の試薬は、第2の試薬よりも短い波長の光で蛍光を発し、その蛍光を発した発光点の面積と輝度値と色彩的特性から微生物1個と判断する微生物判断手段と第1の試薬による発光した輝度値と第2の試薬による発光した輝度値から生細胞と死細胞を判別する生死菌判断手段と前記微生物判断手段と前記生死菌判断手段とから生菌あるいは死菌と判断された各発光点を順次積算することで生菌および死菌を同時に計量するものである。   In order to achieve the above object, the microorganism measuring device of the present invention reacts only with the first reagent that reacts with any of the living and dead cells and develops a color of both the living and dead cells and the dead cells as described in claim 1. In a microbiological weighing apparatus that measures both microorganisms stained by the fluorescent staining method by bringing both the second reagent that reacts only with the cell into contact with the specimen to be examined for the presence of microorganisms, excitation light in a plurality of predetermined wavelength ranges A light source that irradiates; a spectral filter that transmits only light of different wavelength ranges that is emitted by the excitation light; and a light receiving unit that receives the light, wherein the first reagent has a shorter wavelength than the second reagent Fluorescence is emitted by the light of the luminescence, and the light emission value emitted by the first reagent, the light emission value emitted by the first reagent, and the light emission by the second reagent are determined from the area, luminance value and color characteristics of the emission point emitting the fluorescence. Brightness Viable cells and dead cells are determined by sequentially integrating the luminescent points determined to be viable or dead from the microorganism judging means and the living and dead bacteria judging means. It measures at the same time.

また、請求項2記載の蛍光読取装置は、前記第1の試薬と前記第2の試薬は、核酸と反応して発色する試薬としたものである。   In the fluorescence reading apparatus according to claim 2, the first reagent and the second reagent are reagents that develop color by reacting with a nucleic acid.

また、請求項3記載の微生物計量装置は、前記第1の試薬と前記第2の試薬は、細胞膜の透過性の違いから生菌と死菌を判別するものである。   According to a third aspect of the present invention, the first reagent and the second reagent discriminate between live bacteria and dead bacteria based on a difference in permeability of a cell membrane.

また、請求項4記載の微生物計量装置は、励起光が紫外である第1の試薬と励起光が青または緑である第2の試薬とからなるものである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a microorganism measuring apparatus comprising a first reagent whose excitation light is ultraviolet and a second reagent whose excitation light is blue or green.

また、請求項5記載の微生物計量装置は、励起光が青である第1の試薬と励起光が緑である第2の試薬とからなるものである。   The microorganism weighing device according to claim 5 comprises a first reagent whose excitation light is blue and a second reagent whose excitation light is green.

また、請求項6記載の微生物計量装置は、第1の試薬により蛍光を発した発光点の面積と輝度値が微生物判断手段により設定された範囲内の値により微生物と判断された発光点に対して、第1の試薬と第2の試薬により蛍光を発光する各波長域での輝度値の比から生菌と死菌を判別する生死菌判断手段を有したものである。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the microorganism measuring apparatus according to the present invention, wherein the area and the luminance value of the light emitting point that emits fluorescence by the first reagent are determined for the light emitting point determined to be a microorganism by the value within the range set by the microorganism determining means. Thus, there is a viable and dead bacteria judging means for discriminating viable and dead bacteria from the ratio of the luminance values in the respective wavelength ranges in which fluorescence is emitted by the first reagent and the second reagent.

また、請求項7記載の微生物計量装置は、生死菌判断手段によって、生菌あるいは死菌と判別した各発光点に対して、色彩的特性を算出し、生菌と死菌と各々ある範囲の設定値を設け、色彩的特性から生菌と異物あるいは死菌と異物を判別する 微生物判断手段を有するものである。   In addition, the microorganism measuring device according to claim 7 calculates a color characteristic for each luminescent point determined to be viable or dead by the viable and dead bacteria determining means, A set value is provided, and a microorganism judging means for discriminating between live bacteria and foreign substances or dead bacteria and foreign substances from color characteristics is provided.

本発明の微生物計量装置によれば、短い波長域で蛍光を発する蛍光染色試薬を用いることで、短い波長ほど光のエネルギーが高いため、微生物以外の異物の一部も反射などで発光することがある。この発光の色彩的特性を算出するためには、蛍光波長の範囲が大きいほど微生物の認識がしやすい。異物は蛍光染色試薬の蛍光の波長と違う波長を発する可能性が高いために、短い波長で励起することで微生物と異物の判別がしやすくなり、より正確に微生物を判断できる。   According to the microorganism weighing device of the present invention, by using a fluorescent staining reagent that emits fluorescence in a short wavelength range, the shorter the wavelength, the higher the energy of light, so that some foreign substances other than microorganisms can also emit light by reflection or the like. is there. In order to calculate the color characteristics of this light emission, the larger the fluorescence wavelength range, the easier it is to recognize microorganisms. Since the foreign substance is likely to emit a wavelength different from the fluorescence wavelength of the fluorescent staining reagent, excitation with a short wavelength facilitates discrimination between the microorganism and the foreign substance, and the microorganism can be determined more accurately.

また、核酸と反応する蛍光染色試薬を用いることで、検体の性状を最適にしやすく、そのことにより微生物の発光強度を高くすることができ、微生物の判断および生菌、死菌の判別を精度良く行うことができる。   In addition, by using a fluorescent staining reagent that reacts with nucleic acids, it is easy to optimize the properties of the specimen, thereby increasing the luminescence intensity of microorganisms, and accurately judging microorganisms and distinguishing live and dead bacteria. It can be carried out.

また、細胞膜の透過性の違う蛍光染色試薬を用いることで、細胞膜の損傷程度で生菌、死菌の区別を行うことができる。   In addition, by using fluorescent staining reagents having different cell membrane permeability, it is possible to distinguish between live and dead bacteria according to the degree of cell membrane damage.

また、生死菌を染色する第1の試薬の励起光を紫外にすることで、可視光の波長の範囲の中で蛍光波長を解析できる範囲が大きく使えるため、より微生物の判断ができる。   Further, by making the excitation light of the first reagent for staining viable and dead bacteria ultraviolet, the range in which the fluorescence wavelength can be analyzed within the range of the wavelength of visible light can be used, so that the microorganism can be judged more.

また、生死菌を染色する第1の試薬の励起光の波長を青にすることで、微生物以外の発光を少なくして、微生物の判断をしやすくすることができる。   In addition, by setting the wavelength of the excitation light of the first reagent for staining viable and dead bacteria to blue, it is possible to reduce the emission of light other than the microorganisms and facilitate the determination of the microorganisms.

本発明の請求項1記載の発明は、死菌だけを染色する染色する蛍光染色試薬と比べて、励起光の波長の短い生菌および死菌を染色する蛍光染色試薬を用いることで、微生物以外の異物から発光した発光点の蛍光波長と微生物からの発光点の蛍光波長とを比較しやすく、その発光点の色彩的特性(例えば、各波長域での光量、輝度値の比較、発光点の色度など)から微生物と異物との区別がしやすいという作用を有する。蛍光染色法で微生物を検出する場合、生菌、死菌とも検出可能であるが、通常の微生物検査の現場においては、加熱、次亜塩素酸などの殺菌を行っていることが多く、生菌数がより重要である。したがって、死菌を染色する試薬で発光した発光点の色彩的特性から微生物と異物との判断をすると、生菌と異物の区別ができないため、再度行う必要が生じる。また、生死菌の両方を染色する染色試薬と死菌のみを染色する染色試薬は、通常同時に染色させる。そのとき、必ず異なる励起波長および蛍光波長を用いる。少なくとも蛍光波長は同じにはできない。同じであれば、どちらの試薬によって蛍光を発しているのかわからない。一般的な光の波長を色で示すと紫外、青、緑、黄色、赤、赤外であるが、赤外は人間の目では認識できないため、励起光は紫外を含め、蛍光の波長は可視光の範囲で青〜赤の範囲で使用するのが良い。例えば、生死菌の両方いずれも染色する試薬として、1,4−ジアミジノ―2−フェニルインドール(DAPI)があり、この試薬の励起光は紫外光で、青色の蛍光を発する。微生物以外が発光する場合には、青以外の緑、黄色、赤の波長域を含む蛍光を発する可能性が高い。その蛍光の波長、即ち色彩的特性を算出することで、微生物の発光か、異物の発光かを簡単に正確に区別することができる。生死菌を染色する試薬と死菌を染色する試薬は、異なる波長域の蛍光を使用する必要があるため、生死菌を染色する染色試薬の方を短い波長域の励起光で蛍光を発する試薬を用いることで、蛍光の波長を解析するための範囲を大きくとることができ、微生物と異物を区別することがより正確に実施できるという作用を有する。微生物計量装置で微生物を検出したときに、その検出したものが、正しく微生物を検出しているかを確認する方法としては、蛍光顕微鏡を用いて、目視で色、形などから判断することになる。したがって、蛍光の波長は、可視光の範囲が望ましい。   The invention according to claim 1 of the present invention uses a fluorescent staining reagent that stains live bacteria and dead bacteria with a short wavelength of excitation light, as compared with a fluorescent staining reagent that stains only dead bacteria. It is easy to compare the fluorescence wavelength of the emission point emitted from a foreign substance with the fluorescence wavelength of the emission point from the microorganism, and the color characteristics of the emission point (for example, comparison of light intensity and luminance value in each wavelength range, It has an effect that it is easy to distinguish microorganisms and foreign substances from the chromaticity. When detecting microorganisms by fluorescent staining, both live and dead bacteria can be detected. However, in the field of normal microorganism testing, heating and hypochlorous acid are often sterilized. Number is more important. Therefore, if it is determined that the microorganism is a foreign substance from the color characteristics of the light emission point emitted by the reagent that stains dead bacteria, it is not possible to distinguish between the live bacteria and the foreign substance. In addition, a staining reagent that stains both live and dead bacteria and a staining reagent that stains only dead bacteria are usually stained simultaneously. At that time, different excitation wavelengths and fluorescence wavelengths are always used. At least the fluorescence wavelength cannot be the same. If they are the same, you do not know which reagent is emitting fluorescence. In general, the wavelengths of light are expressed in ultraviolet, blue, green, yellow, red, and infrared, but the infrared light cannot be recognized by the human eye, so the excitation light is ultraviolet and the fluorescence wavelength is visible. It is good to use in the range of blue to red in the light range. For example, there is 1,4-diamidino-2-phenylindole (DAPI) as a reagent for staining both live and dead bacteria, and the excitation light of this reagent is ultraviolet light and emits blue fluorescence. When non-microorganisms emit light, there is a high possibility of emitting fluorescence including wavelength bands of green, yellow, and red other than blue. By calculating the wavelength of the fluorescence, that is, the color characteristic, it is possible to easily and accurately distinguish between the emission of microorganisms and the emission of foreign matter. Reagents that stain live and dead bacteria and reagents that stain dead bacteria need to use fluorescence in different wavelength ranges, so stain reagents that stain viable and dead bacteria should be reagents that emit fluorescence with excitation light in a shorter wavelength range. By using it, it is possible to increase the range for analyzing the wavelength of fluorescence, and to have an effect that it is possible to more accurately carry out discrimination between microorganisms and foreign substances. When a microorganism is detected by the microorganism weighing device, a method for confirming whether the detected substance is detecting the microorganism correctly is to visually determine the color, shape, etc. using a fluorescence microscope. Therefore, the wavelength of fluorescence is preferably in the visible light range.

また、請求項2記載の発明は、生死菌を染色する試薬と死菌のみを染色する試薬を同一の反応機構の蛍光染色試薬を用いることで、検体中の微生物を染色する際に、検体の性状を最適にしやすいという特性を有する。蛍光染色試薬は、核酸(DNAやRNA)、細胞内の酵素(例えばエステラーゼ)や呼吸活性と反応するものなど各種市販されている。ここで、核酸に反応する試薬と酵素に反応する試薬の2種類を用いることにした場合、検体中に界面活性剤が入っていると、酵素に反応する試薬は、微生物を染色、発光しにくくなるが、核酸に反応する試薬は、ほとんど影響を受けないものがある。検体から界面活性剤を除去する必要があるが、その処理の方法によっては、核酸に反応する試薬に悪影響を与える可能性があり、反応機構は同じの方が良い。また、DNAやRNAの核酸と反応する試薬は、比較的安定で発光強度が高いものが多い。DNA、RNAは細胞、微生物に必ず存在するもので、他の反応機構の染色試薬と比較して、ほとんどの微生物を検知する可能性が高い。例えば、酵素と反応する試薬の場合は、微生物の種類や活性度の状態によって、酵素がほとんど存在しない、あるいは少量しか存在しないために反応した試薬の量も少なく、検知が難しいレベルしか蛍光発光しないことがある。DNA、RNAは動物細胞や植物細胞にも存在しているが、微生物の大きさが0.2〜7μm、酵母のような大きなものでも数10μmであるのに対して、動物細胞、植物細胞は、どんなに小さくても数10μm、通常は100μm以上の大きさであり、発光した発光点の大きさもそれに比例した面積(CCDを使用した場合は、そのピクセル数)になるため、発光点の面積から微生物と動物細胞、植物細胞と区別し、微生物と認識することができる。したがって、核酸と反応する蛍光染色試薬を使用することで、ほとんどの微生物を検知することができ、微生物以外にDNA、RNAを有するものはあるが、発光した発光点の大きさ、即ちCCDで撮影した発光点に対して、設定した輝度値よりも高い輝度値を示したピクセルの数で微生物とそれ以外と区別することができるという作用を有する。   Further, the invention according to claim 2 uses a fluorescent staining reagent having the same reaction mechanism as a reagent for staining live and dead bacteria and a reagent for staining only dead bacteria. It has the characteristic that it is easy to optimize the properties. Various fluorescent staining reagents are commercially available, such as nucleic acids (DNA and RNA), intracellular enzymes (for example, esterases) and those that react with respiratory activity. Here, when two types of reagents, a reagent that reacts with nucleic acid and a reagent that reacts with an enzyme, are used, if a surfactant is contained in the sample, the reagent that reacts with the enzyme does not easily stain or emit light from microorganisms. However, some reagents that react with nucleic acids are hardly affected. It is necessary to remove the surfactant from the sample, but depending on the method of treatment, there is a possibility that the reagent that reacts with the nucleic acid may be adversely affected, and the same reaction mechanism is better. Many reagents that react with DNA or RNA nucleic acids are relatively stable and have high emission intensity. DNA and RNA are always present in cells and microorganisms, and are more likely to detect most microorganisms than staining reagents of other reaction mechanisms. For example, in the case of a reagent that reacts with an enzyme, depending on the type of microorganism and the state of activity, the enzyme is hardly present or only a small amount is present, so the amount of the reacted reagent is small, and only a level that is difficult to detect emits fluorescence. Sometimes. DNA and RNA are also present in animal cells and plant cells, but the size of microorganisms is 0.2-7 μm, and even large ones such as yeast are several tens of μm, whereas animal cells and plant cells are No matter how small it is, it is a size of several tens of μm, usually 100 μm or more, and the size of the emitted light emission point is also proportional to the area (the number of pixels when using a CCD). A microorganism can be recognized as a microorganism by distinguishing it from an animal cell or a plant cell. Therefore, by using a fluorescent staining reagent that reacts with nucleic acids, most microorganisms can be detected, and there are those that have DNA and RNA in addition to microorganisms, but the size of the emitted light emission point, that is, taken with a CCD. The light emitting point has an effect that it can be distinguished from the microorganisms and the other by the number of pixels having a luminance value higher than the set luminance value.

また、請求項3記載の発明は、生死菌と死菌を区別する方法として、細胞膜の透過性の違う2種類の蛍光染色試薬を用いることで、生菌と死菌の区別を明確にできるという作用を有する。微生物の生死の定義は非常に難しい。確実に生きていることの証明は、例えば、培養してコロニーを形成することを確認すれば良い。しかし、コロニーを形成しなかったからといって、死んでいることにはならない。通常の培養条件(培地、温度、時間など)でコロニーを形成しない微生物は非常に多い。一般的に環境中に存在する微生物の99%以上は、通常の培養条件ではコロニーを形成しないと言われている。また、加熱あるいは次亜塩素酸などで殺菌した場合、培養法ではコロニーを形成しないときでも、微生物が損傷を受け、すぐにコロニーを形成しないが、死んでいるわけではなく、長期間放置することでまたコロニーを形成する能力を回復して増殖する場合もあり、生死の判断が非常に難しい。生死菌いずれも染色するDAPIは、細胞膜を透過する性質を有しており、細胞膜の損傷度合いに関係なく、微生物を染色する。死菌のみを染色する試薬として、例えば、プロピジウムイオダイト(PI)がある。PIは細胞膜を透過する性質を有していない。殺菌あるいはその他の要因によって、微生物が死んだ、あるいは死んだ状態に近づくと、細胞膜が損傷あるいは変性してくる。このPIは、細胞膜が正常なときは細胞膜透過性を有していないため細胞内に入ることができないが、細胞膜が損傷あるいは変性したときに細胞膜を通りDNA、RNAと反応する。細胞膜が損傷あるいは変性したことで微生物の生死を判断することは難しいが、例えば、ある種の微生物を用い、その微生物が必ずコロニーを形成する培養条件を予め確認しておき、殺菌処理(例えば、加熱、次亜塩素酸処理、エタノール処理など)を行ったその微生物に対して、PIによる染色度合い、即ち、PIによる蛍光した光量(たとえば、CCDで撮影した発光点の輝度値など)と培養法でコロニーを形成した菌数、初期菌数に対して減少した菌数あるいは比率などを検証することで、生菌、死菌の判断を行うことができるという作用を有する。これは他の反応機構の試薬では難しく、エステラーゼや呼吸活性と反応する試薬は、反応した微生物に対して生きていることは言えるが、上述したように微生物の種類によって反応するものが少ないものがものもあり、未知の微生物が無数に存在する実際の検体では測定が難しいが、核酸は全ての微生物が有しており、また、細胞膜も有しているため、微生物を判断することがしやすいという作用を有する。なお、本発明で示している死菌は、微生物の形状をほぼ保ったまま、増殖する可能性がない、または非常に少ないものを指し、溶菌などを起こして、菌の形状が大きくくずれたり、細胞内のDNA、RNAが溶出したりして、顕微鏡下で目視でも確認できないものは含まれない。   The invention described in claim 3 can clearly distinguish between live and dead bacteria by using two types of fluorescent staining reagents having different cell membrane permeability as a method for distinguishing between live and dead bacteria. Has an effect. It is very difficult to define the life and death of microorganisms. To prove that it is alive reliably, for example, it can be confirmed that it is cultured to form a colony. But just because you didn't form a colony doesn't mean you are dead. There are many microorganisms that do not form colonies under normal culture conditions (medium, temperature, time, etc.). Generally, it is said that 99% or more of microorganisms present in the environment do not form colonies under normal culture conditions. In addition, when sterilized by heating or hypochlorous acid, even if the colony is not formed by the culture method, the microorganism is damaged and does not form a colony immediately, but it is not dead and should be left for a long time. In some cases, the ability to form colonies may be recovered and proliferation may occur, and it is very difficult to judge whether it is dead or alive. DAPI that stains both living and dead bacteria has a property of permeating the cell membrane, and stains microorganisms regardless of the degree of damage to the cell membrane. An example of a reagent that stains only dead bacteria is propidium iodide (PI). PI does not have the property of penetrating the cell membrane. When a microorganism dies or approaches a dead state due to sterilization or other factors, the cell membrane is damaged or denatured. When the cell membrane is normal, PI does not have cell membrane permeability and cannot enter the cell. However, when the cell membrane is damaged or denatured, it passes through the cell membrane and reacts with DNA and RNA. Although it is difficult to determine the viability of a microorganism because the cell membrane has been damaged or denatured, for example, using a certain type of microorganism, the culture conditions in which the microorganism always forms a colony are confirmed in advance, and sterilization treatment (for example, The degree of staining with PI, that is, the amount of fluorescence emitted by PI (for example, the luminance value of a luminescent spot photographed by a CCD) and the culture method for the microorganism subjected to heating, hypochlorous acid treatment, ethanol treatment, etc. By verifying the number of bacteria that formed colonies, the number of bacteria reduced or the ratio with respect to the initial number of bacteria, it is possible to determine whether live or dead. This is difficult with reagents of other reaction mechanisms, and it can be said that reagents that react with esterase and respiratory activity are alive with respect to reacted microorganisms, but there are few that react with the types of microorganisms as described above. Some of them are difficult to measure in an actual sample with an infinite number of unknown microorganisms. However, since all the microorganisms have a nucleic acid and also have a cell membrane, it is easy to judge the microorganisms. It has the action. In addition, dead bacteria shown in the present invention, while maintaining the shape of the microorganism substantially, refers to those that do not grow or very little, causing lysis, the shape of the bacteria is greatly deformed, It does not include DNA or RNA that elutes within the cell and cannot be visually confirmed under a microscope.

また、請求項4記載の発明は、生死菌を染色する染色試薬の励起波長を紫外にして、死菌を染色する試薬の励起波長を青または緑にすることで、特に生死菌を検出する励起波長を紫外にすることで、蛍光が通常は青である場合、その他の波長域の緑、黄色、赤の蛍光の光量がどの程度あるかを測定することで、発光点の色彩的特性を把握できる情報量が多くなるため、微生物と微生物以外の異物の判別がしやすくなるという作用を有する。蛍光染色試薬は、上述の反応機構だけでなく、反応機構は同じでも異なる蛍光色素を使用することで、最適な励起波長、その励起波長を照射したときに発光する蛍光波長が異なり、非常に多くの種類が市販されている。この蛍光染色試薬は、使用する装置や目的などによって、ユーザが選択するものであるが、一般的には、生死菌と死菌を染色する2種類以上を同時に用いて染色することは少なく、同じ検体であっても別々に染色して、別々も目視で確認することが多い。したがって、染色試薬のカタログにも同時に染色する場合の使い方を示していることはほとんどない。生死菌を染色する試薬としてDAPIを使用して、死菌のみを染色する試薬としてPIを用いる場合、DAPIは紫外光を照射すると青に蛍光発光し、PIは、緑光を照射すると赤に発光する。両方の試薬に染色された微生物に紫外光を照射し、青色で発光した場合はまず生死菌と判断し、さらに緑光で照射し、赤色で蛍光発光した場合は、死菌、赤色で発光しなかった場合は生菌として判断できる。しかし、微生物以外が蛍光発光した場合、目視で観察すると黄色あるいは赤に近い色で発光する。これは微生物以外と判断できる。この場合でも青の波長域の発光が全くないということは少なく、青の波長域の光もふくまれていることが多い。つまり、染色試薬としてDAPIを用いて、紫外光を照射して、青の波長域の光だけを透過する分光フィルタを用いて、その分光フィルタを透過した光だけをCCDで撮影し、発光点の輝度値だけで微生物と判断するのが難しく、青以外の波長域、例えば緑、赤の波長域の光量あるいは輝度値を測定し、青およびそれ以外の波長域の輝度値に対して、ある設定した値以上、各輝度値の比率、あるいは各輝度値から発光点の色度の算出など発光点の色彩的特性を算出することで、微生物の判断をより正確に実施できるという作用を有する。   In addition, the invention according to claim 4 is an excitation that particularly detects viable and dead bacteria by setting the excitation wavelength of a staining reagent that stains live and dead bacteria to ultraviolet and the excitation wavelength of the reagent that stains dead bacteria and that is blue or green. By making the wavelength ultraviolet, if the fluorescence is normally blue, measure the amount of green, yellow, and red fluorescence in the other wavelength ranges to determine the color characteristics of the emission point Since the amount of information that can be increased, it is easy to distinguish between microorganisms and foreign substances other than microorganisms. Fluorescent staining reagents use not only the above reaction mechanism but also different fluorescent dyes with the same reaction mechanism, so that the optimum excitation wavelength and the fluorescence wavelength emitted when irradiated with that excitation wavelength are very different. Are commercially available. This fluorescent staining reagent is selected by the user according to the apparatus and purpose to be used, but generally, it is rare to stain using two or more types that stain live and dead bacteria at the same time. Even specimens are often stained separately and visually checked separately. Therefore, the catalog of staining reagents rarely shows how to use staining at the same time. When DAPI is used as a reagent for staining live and dead bacteria and PI is used as a reagent for staining only dead bacteria, DAPI fluoresces blue when irradiated with ultraviolet light, and PI emits red when irradiated with green light. . When the microorganisms stained with both reagents are irradiated with ultraviolet light and emitted blue light, it is first determined that they are viable and dead bacteria, and further when irradiated with green light and fluorescent light is emitted in red, dead bacteria do not emit light in red If it is, it can be determined as a live bacteria. However, when a substance other than the microorganism emits fluorescence, it emits light with a color close to yellow or red when visually observed. This can be judged as other than microorganisms. Even in this case, there is little light emission in the blue wavelength region, and light in the blue wavelength region is often included. That is, using DAPI as a staining reagent, irradiating with ultraviolet light, using a spectral filter that transmits only light in the blue wavelength range, photographing only the light transmitted through the spectral filter with a CCD, It is difficult to judge microorganisms only by the luminance value, and the light intensity or luminance value in the wavelength range other than blue, for example, the green and red wavelength ranges is measured, and there is a certain setting for the luminance value in blue and other wavelength ranges. By calculating the chromaticity characteristic of the light emitting point such as the ratio of the luminance values or the luminance value or calculating the chromaticity of the light emitting point from each luminance value, the microorganism can be judged more accurately.

また、請求項5記載の発明は、生死菌を染色する試薬の励起光を青にして、死菌を染色する試薬の励起波長を緑または黄色にすることで、特に生死菌を検出する励起波長を青にすることで、微生物以外の発光をできるだけ少なくするという作用を有する。波長が短いほど光のエネルギーが高いため、微生物以外の異物であっても蛍光発光するものが多い。しかし、励起波長を長くすると、異物の発光は少なくなるが、異物以外の発光の色彩的特性を検討する波長範囲が短くなり、微生物か異物かを判断する情報が少なくなる。励起波長が青の場合は、異物の発光が少なくなり、緑と赤の波長域の輝度値から色彩的特性を算出することができる。励起波長を緑にすると、異物の発光は青と比べて多少少なくなる程度で大きな効果はないが、蛍光波長域が赤の波長だけになり、その範囲だけで色彩的特性を算出するには、情報が少なくなり、また目視で検証確認することも基本的に赤色で蛍光しているため、困難である。   Further, the invention according to claim 5 is an excitation wavelength for detecting particularly viable and dead bacteria by setting the excitation light of the reagent that stains dead and dead bacteria to blue and the excitation wavelength of the reagent that stains dead bacteria to green or yellow. By setting the blue to blue, it has the effect of reducing light emission other than microorganisms as much as possible. Since the light energy is higher as the wavelength is shorter, many foreign substances other than microorganisms emit fluorescence. However, if the excitation wavelength is lengthened, the emission of foreign matter is reduced, but the wavelength range for studying the color characteristics of the emission of light other than the foreign matter is shortened, and information for determining whether it is a microorganism or a foreign matter is reduced. When the excitation wavelength is blue, the emission of foreign matter is reduced, and the chromatic characteristics can be calculated from the luminance values in the green and red wavelength regions. If the excitation wavelength is green, the emission of foreign matter is somewhat less than blue, but there is no significant effect, but the fluorescence wavelength range is only the red wavelength, and to calculate the color characteristics only in that range, It is difficult to check and confirm with the naked eye because the amount of information is reduced and the fluorescent light is basically red.

なお、紫外、青、緑、黄色、赤などで波長域を示しているが、特定のピーク波長だけでなく、実際の光は、分光フィルタなどで設定した波長域の光だけを透過させるようにしているが、励起光、蛍光ともピーク波長のみのシャープな分布ではなく、広い範囲にブロードした分布になる。したがって、本発明でいう例えば青の波長とは、一般的に示す特定のピーク波長のみ光ではなく、その波長部分を有したある程度の分布を有した波長域を示す。その他の色も同様である。   Although the wavelength range is indicated by ultraviolet, blue, green, yellow, red, etc., not only the specific peak wavelength but also the actual light should be transmitted only in the wavelength range set by the spectral filter. However, both the excitation light and the fluorescence are not sharp distributions with only peak wavelengths, but are broad distributions. Therefore, for example, the wavelength of blue in the present invention refers to a wavelength region having a certain distribution having a wavelength portion, not only light having a specific peak wavelength generally shown. The same applies to other colors.

また、請求項6記載の発明は、殺菌剤などで細胞膜を損傷した微生物に対して、生死菌染色試薬と死菌染色試薬の染色量あるいは染色状態の違いによる各発光輝度値の比率から生菌と死菌を判断できるという作用を有する。但し、生菌と死菌の確認方法は、学術的にも非常に難しい。例えば、加熱などをした微生物に対して、通常の培養条件(健常微生物が増殖する条件)ではコロニー形成せず、死菌と判断しても、培養条件(培地、培養温度、培養時間など)を最適にすることで、コロニーを形成し生菌と判断することもあり、条件によって、生菌、死菌の判断が異なることが多い。したがって、この輝度値の比率を決定方法は、培養試験により検証実験をした結果を踏まえて任意に決定できるという作用を有する。ここで示した比率とは、例えば生死菌染色試薬で蛍光発光した輝度値の絶対値の範囲によって、任意に変更しても良い。つまり、輝度値の低い範囲と高い範囲では、異なった比率を設定しても良い。培養試験など異なる手法で検証した結果と比較検証を行って決める。また、微生物は、その状態によってDNA、RNA量、細胞膜の状態などが変化するため、試薬の取り込み量が異なり、その結果輝度値(発光量)や面積(設定した輝度値以上のピクセル数)が異なり、単純に輝度値だけでなく、面積と掛け合わせた値との比率として用いることで、生死菌染色試薬による発光量と死菌染色試薬による発光量の差、比率などを増幅させる作用を有し、生菌、死菌の判別をしやすくすることが可能である。   The invention described in claim 6 is based on the ratio of each luminescent luminance value depending on the difference in the amount or state of staining between the living and dead bacteria staining reagent and the dead bacteria staining reagent. It has the effect of being able to judge dead bacteria. However, the method of confirming live and dead bacteria is also very difficult academically. For example, for microorganisms that have been heated, colony formation does not occur under normal culture conditions (conditions for healthy microorganisms to grow), and culture conditions (medium, culture temperature, culture time, etc.) By optimizing, colonies may be formed and determined as live bacteria, and the determination of live bacteria and dead bacteria often varies depending on conditions. Therefore, the method for determining the ratio of the luminance values has an effect that it can be arbitrarily determined based on the result of the verification experiment by the culture test. The ratio shown here may be arbitrarily changed depending on, for example, the range of the absolute value of the luminance value that is fluorescently emitted by the viable and dead bacteria staining reagent. In other words, different ratios may be set for the range of low and high luminance values. Decide by comparing and verifying results with different methods such as culture tests. In addition, since microorganisms change the amount of DNA, RNA, cell membrane, etc. depending on their state, the amount of reagent uptake varies, and as a result the luminance value (light emission amount) and area (number of pixels greater than the set luminance value) Unlike the brightness value, it is used as a ratio between the area and the value multiplied by the area, and has the effect of amplifying the difference, ratio, etc. In addition, it is possible to easily distinguish between live and dead bacteria.

また、請求項7記載の発明は、生死菌染色試薬と死菌染色試薬は異なる励起波長域および蛍光波長域のものを用いているため、生菌染色試薬だけ(あるいは死菌染色試薬の比率が非常に小さい)で染色されている微生物と生菌染色試薬と死菌染色試薬の両方で染色された微生物とでは、色彩的特性が異なることがある。生菌と死菌のそれぞれに対して異なる色彩的特性の設定を個別に設けることで、生死菌(微生物)とそれ以外の異物および死菌(微生物)とそれ以外の異物と判別することができ、より正確に微生物を判別できるという作用を有する。   In the invention according to claim 7, since the viable and dead bacteria staining reagent and the dead bacteria staining reagent have different excitation wavelength ranges and fluorescence wavelength ranges, only the live bacteria staining reagent (or the ratio of the dead bacteria staining reagent is Color characteristics may be different between microorganisms that are stained with (very small) and microorganisms that are stained with both live and dead stain reagents. By setting different color characteristics for each of live and dead bacteria, it is possible to distinguish between live and dead bacteria (microorganisms) and other foreign substances, and dead bacteria (microorganisms) and other foreign substances. , It has the effect of accurately distinguishing microorganisms.

(実施の形態1)
まず、微生物を含む試料を測定するために、固定部となるスライドグラスや、培養ディッシュ、マルチウェルプレート、またはろ過膜や、測定に適した形状を持つセルの観察面表面の表側、もしくは裏側の一方に微生物を固定する。固定は、ポリ‐L‐ リジンのような試薬や、ゼラチンなどの粘着性、付着性をもった高分子材料を表面に薄く塗布し、微生物を含んだ試料を滴下し、表面に吸着させる。またメンブランフィルタのようなろ過膜の場合、上方から液体試料を吸引してろ過し、メンブランフィルタ表面に微生物を平面状に捕捉し、固定する。本発明において、最も好適に実施するものとしては、このようなろ過膜を使用することで、以下の染色や洗浄などの操作が簡便かつ微生物を流失することなく扱うことができるのでよい。また、メンブランフィルタは、薄く、小さいため、そのままでは取り扱いが容易でない。そのため、専用の支持台、吸引口付きのホルダーを使用する、もしくは膜に保持部を結合するか、一体化させたデバイスとすることで容易に膜を取り扱うことができる。
(Embodiment 1)
First, in order to measure a sample containing microorganisms, a slide glass as a fixed part, a culture dish, a multi-well plate, or a filtration membrane, or the front side or the back side of the observation surface of a cell having a shape suitable for measurement Fix microorganisms on one side. For immobilization, a reagent such as poly-L-lysine or a polymer material having adhesiveness or adhesion such as gelatin is thinly applied to the surface, and a sample containing microorganisms is dropped and adsorbed on the surface. In the case of a membrane filter such as a membrane filter, a liquid sample is sucked from above and filtered, and microorganisms are captured and fixed on the surface of the membrane filter in a flat shape. In the present invention, it is most preferable to use such a filtration membrane because the following operations such as staining and washing can be handled easily and without losing microorganisms. Further, since the membrane filter is thin and small, it is not easy to handle as it is. Therefore, the membrane can be handled easily by using a dedicated support base, a holder with a suction port, or by connecting the holding portion to the membrane or by integrating the device.

また本発明において微生物を含有するか含有する可能性のある検体は液状検体であるが、検査対象が飲料水などの液状サンプルの場合は、それ自体が液状検体となる。検査対象が野菜や肉をはじめとする食材などの固体サンプルの場合は、それをホモジナイズして液状検体としたり、その表面から綿棒などを用いて細胞および微生物を採取し、これを生理食塩水や燐酸緩衝液などに遊離させて液状検体としたりする。また、まな板などの調理器具などが検査対象となる場合、その表面から綿棒などを用いて微生物を採取し、これを生理食塩水などに遊離させて液状検体とする。こうした液状検体をメンブランフィルタで吸引および加圧濾過、また場合によっては超音波を利用して加振ろ過することでメンブランフィルタ上に細胞および微生物を捕捉することができる。   In the present invention, the specimen containing or possibly containing the microorganism is a liquid specimen. However, when the test object is a liquid sample such as drinking water, the specimen itself is a liquid specimen. If the object to be inspected is a solid sample such as vegetables or meat, homogenize it to obtain a liquid sample, or collect cells and microorganisms from the surface using a cotton swab, etc. It is released into a phosphate buffer or the like to make a liquid sample. When a cooking utensil such as a cutting board is an object to be inspected, microorganisms are collected from the surface using a cotton swab or the like and released into physiological saline or the like to obtain a liquid sample. Cells and microorganisms can be captured on the membrane filter by aspirating and pressure-filtering such a liquid specimen with a membrane filter, and in some cases, by vibrating and filtering using ultrasonic waves.

また、固定部としては、メンブランフィルタ以外にも、プレパラート表面や、可視光の透過性が高く、平面性の高いプレートの表面や、プレート間の間隙に固定し、もしくは粘着性を持ったシート状、ディスク状のチップデバイス表面、平板培地表面、もしくはシャーレやディッシュ、マルチウェルプレートなどの表面、電極材料や吸着材料の表面などに行う。このとき、固定は、遠心力や、静電気力、誘電泳動力、疎水力などの物理吸着力以外にも、ゼラチンなどの接着成分によるものや、抗原・抗体反応、リガンド・レセプターの反応などの生物的な結合力を用いることができる。   In addition to the membrane filter, the fixing part is fixed to the preparation surface, the surface of a plate with high visible light transmission and high flatness, and the gap between the plates, or a sticky sheet. It is performed on the surface of a disk-shaped chip device, the surface of a flat plate medium, or the surface of a petri dish, dish, multiwell plate or the like, the surface of an electrode material or an adsorbing material. At this time, fixation is not limited to physical adsorption forces such as centrifugal force, electrostatic force, dielectrophoretic force, and hydrophobic force, but also due to an adhesive component such as gelatin, or an organism such as an antigen / antibody reaction or a ligand / receptor reaction. Bond strength can be used.

また、蛍光染色試薬の浸透を調整するために、必要に応じて、適当な濃度の2価金属錯体や、カチオン性界面活性剤を混合した水溶液などを液体試料に混合させるか、もしくは細胞および微生物が固定部の上方から接触、またはろ過するか、または下方から接触させるなどの手法により、細胞および微生物の細胞膜透過性を一定に保たせることができる。   In addition, in order to adjust the penetration of the fluorescent staining reagent, an appropriate concentration of a divalent metal complex, an aqueous solution mixed with a cationic surfactant, or the like is mixed with a liquid sample, or cells and microorganisms are mixed. The cell membrane permeability of cells and microorganisms can be kept constant by a method such as contacting from above the fixed part, filtering, or contacting from below.

なお、2価金属錯体としては、エチレンジアミン四酢酸などを0.5から100mM程度の濃度範囲にて使用する。   In addition, as a bivalent metal complex, ethylenediaminetetraacetic acid or the like is used in a concentration range of about 0.5 to 100 mM.

なお、カチオン性界面活性剤としては、Tween20やTween60、Tween80、TritonX−100などの細胞に対して侵襲性が低いものが使用でき、これらを0.01から1%程度の濃度範囲にて使用する。   As the cationic surfactant, those having low invasiveness to cells such as Tween 20, Tween 60, Tween 80, Triton X-100 can be used, and these are used in a concentration range of about 0.01 to 1%. .

次に蛍光染色手段として、乾燥防止成分を混合し、生死菌染色試薬または死菌染色試薬のいずれか、または両方を一定濃度含む染色試薬を微生物の有無を検査する固定表面に一定量滴下する。   Next, as a fluorescent staining means, a drying prevention component is mixed, and a fixed amount of a staining reagent containing a fixed concentration of either a living or dead bacteria staining reagent or a killed bacteria staining reagent is dropped onto a fixed surface to be examined for the presence or absence of microorganisms.

蛍光染色試薬は、細胞または微生物のDNA、RNAと反応するもの(例えばDAPI)、呼吸活性と反応するもの(例えばCTC)、取り込み活性と反応するもの(例えば2−NBDG)、代謝活性と反応するもの(例えば6−CFDA)など各種市販されている。反応機構が同じでも、蛍光色素の違いによって、励起波長、蛍光波長が異なる蛍光染色試薬も非常に多く市販されており、検査目的、測定機器の仕様などにより任意に選択できる。微生物の特定および生死の判断を行うためには、生死菌および死菌のみを染色する両方の蛍光染色試薬で同時に微生物を染色することが望ましい。もっとも微生物が生菌の場合は、死菌のみを染色する試薬では染色されないが、ここでは染色するとは染色処理のことを示している。   Fluorescent staining reagents react with DNA or RNA of cells or microorganisms (eg DAPI), react with respiratory activity (eg CTC), react with uptake activity (eg 2-NBDG), react with metabolic activity A variety of products (such as 6-CFDA) are commercially available. Even though the reaction mechanism is the same, there are a large number of fluorescent staining reagents with different excitation wavelengths and fluorescence wavelengths depending on the fluorescent dye, and they can be arbitrarily selected depending on the inspection purpose, the specifications of the measuring instrument, and the like. In order to identify microorganisms and determine whether they are alive or dead, it is desirable to stain the microorganisms simultaneously with both fluorescent staining reagents that stain only viable and dead bacteria. However, when the microorganism is a living microorganism, it is not stained with a reagent that stains only dead bacteria, but here, staining indicates a staining treatment.

生死菌および死菌を染色する蛍光染色試薬は、特に生死の判断を行うのに、同じ反応機構の試薬を用いることが望ましい。その中でも、DNA、RNAと反応する核酸染色試薬を使用することが望ましい。細胞および微生物は、必ずDNA、RNAを有しており、例えば細胞膜が損傷した死菌であれば、生死菌試薬および死菌染色試薬の両方に染色される。生死菌染色試薬としてDAPI、死菌染色試薬としてPIを用い、実際の顕微鏡での観察で紫外光を照射して青に発光した発光点に、緑光を照射して、赤に蛍光発光すれば死菌として認識でき、発光しなければ生菌であると判断できる。核酸染色試薬で染色された微生物は、顕微鏡で観察すると菌全体が発光するため、倍率を拡大すると菌の形状まで認識できる。微生物の特定および生死判断を行うための方法(順番)も重要である。紫外光、緑光で照射した際、染色された微生物以外の異物による発光もあるため、その判断を行う必要がある。まず、生死菌の検出を行う。DAPIを使用した場合は、紫外光を照射して青の蛍光を発した発光点が生死菌の可能性が高いと判断する。その次に青以外の波長域の光量、輝度値を測定する。具体的には、紫外光を照射して、まず、青の波長域を透過する分光フィルタを用いて、その分光フィルタを透過した光量、あるいはその光を受光したCCDの発光点の輝度値を測定する。次に緑の波長域の光を透過する分光フィルタに切り替えて、CCDで発光点を撮影し、緑の波長域の輝度値を算出する。また、必要に応じて、赤の波長、あるいいは、緑の波長域の範囲でさらに分割して測定などを行う。これは、発光点の色彩的特性から微生物とそれ以外と判断できる複数の波長域の輝度値を測定し、その輝度値から色彩的特性を算出して、微生物と判断する。次に緑光を照射して、赤に発光する点を確認する。このときは、紫外光を照射して、青に発光した発光点の中から、その発光点の色彩的特性から微生物と判断された発光点のみの確認で良い。その中で赤に発光した発光点は死菌、発光しなかった発光点は生菌と判断できる。この手順で実施すると効率良く、微生物の特定、生死の判断が実施できる。生死菌の染色試薬で微生物とそれ以外と判断するために、励起波長は短いほど、蛍光波長を分析して色彩的特性を算出するための情報量を多くすることができる。励起光が同じである生死菌と死菌の染色試薬は使用することができないため、生死菌を染色する蛍光染色試薬の方を励起波長の短いものを選択する必要がある。   It is desirable to use a reagent having the same reaction mechanism as a life-and-death bacterium and a fluorescent staining reagent that stains the dying bacterium, in particular, in order to determine whether or not it is alive. Among them, it is desirable to use a nucleic acid staining reagent that reacts with DNA and RNA. Cells and microorganisms always have DNA and RNA. For example, if the cell membrane is a dead cell, the cell and the microorganism are stained with both a live cell and a dead cell reagent. If DAPI is used as a staining reagent for live and dead bacteria and PI is used as a staining reagent for dead bacteria, the light emitting point that is emitted blue by irradiating with ultraviolet light in actual observation is irradiated with green light, and then fluorescence is emitted in red. If it can be recognized as a bacterium and does not emit light, it can be determined to be a living bacterium. Microorganisms stained with a nucleic acid staining reagent, when observed under a microscope, emit light from the entire bacterium, so that when the magnification is increased, the shape of the bacterium can be recognized. The method (order) for identifying microorganisms and determining whether they are alive or dead is also important. When irradiating with ultraviolet light or green light, there is also light emission due to foreign matters other than the stained microorganisms, and it is necessary to make a judgment. First, live and dead bacteria are detected. When DAPI is used, it is determined that a light emitting point that emits blue fluorescence when irradiated with ultraviolet light is highly likely to be a viable or dead bacterium. Next, the light amount and luminance value in the wavelength region other than blue are measured. Specifically, by irradiating with ultraviolet light, first, using a spectral filter that transmits the blue wavelength range, the amount of light transmitted through the spectral filter or the luminance value of the light emitting point of the CCD that received the light is measured. To do. Next, the spectral filter that transmits light in the green wavelength range is switched, and the emission point is photographed by the CCD, and the luminance value in the green wavelength range is calculated. If necessary, measurement is performed by further dividing the wavelength in the red wavelength or green wavelength range. In this method, luminance values in a plurality of wavelength regions that can be determined as microorganisms and other than the microorganism are measured from the color characteristics of the light emission points, and the color characteristics are calculated from the luminance values to determine the microorganism. Next, irradiate with green light and confirm the point that emits red light. At this time, it is only necessary to confirm only the light emitting points that are determined to be microorganisms from the color characteristics of the light emitting points among the light emitting points that emit blue light when irradiated with ultraviolet light. Among them, the luminescent spot emitting red light can be judged as dead bacteria, and the luminescent spot not emitting light can be judged as live bacteria. When this procedure is implemented, it is possible to efficiently identify microorganisms and determine whether they are alive or dead. In order to judge that the microorganism is a microorganism or any other organism by using a staining reagent for viable and dead bacteria, the shorter the excitation wavelength, the greater the amount of information for analyzing the fluorescence wavelength and calculating the color characteristics. Since the living and dead bacteria and the dead bacteria staining reagents having the same excitation light cannot be used, it is necessary to select a fluorescent staining reagent that has a shorter excitation wavelength for staining the living and dead bacteria.

また、この処理手順は、自動で微生物を計量する装置に非常に適している。具体的な一例を説明する。微生物の菌数を検査する液状の検体をメンブレンフィルタでろ過して、メンブレンフィルタ上に微生物を捕捉する。DAPIとPIを最適な溶液に最適な濃度で溶かし、その溶液をメンブレンフィルタに滴下して、最適な時間放置した後、その溶液をろ過する。この操作でメンブレンフィルタ上の微生物は、DAPI、PIで染色される。メンブレンフィルタの最適な面積に紫外光を照射する。この面積は、レンズの倍率などによってCCDで1回の撮影される面積よりやや大きめで、当然撮影される部分である。フィルタの面積が撮影される面積より大きい場合は、スキャンニングを行い、フィルタ全体あるいは適当な面積になるように複数回撮影する。青の波長を透過する分光フィルタを用いて、発光点の画像を撮影する。この分光フィルタは、DAPIの蛍光特性に適した波長を中心とした波長域を透過する性質を有することが望ましいが、それに拘る必要はなく、後述の色彩的特性を算出するのに適した波長域でも良い。その後、同じ紫外光を照射して、緑の波長域および/または赤の波長域を透過する特性を有した分光フィルタに切り替え、同様に発光点を撮影する。次に同じ場所に緑光を照射して、赤の波長域を透過する性質を有する分光フィルタで透過した光(発光点)をCCDで撮影する。スキャンニングを行う場合、メンブレンフィルタを移動させ、先ほど撮影した以外の部分を同様に発光点の画像を撮影する。メンブレンフィルタの1回の測定で、測定画像は、紫外光照射の青の蛍光画像、緑の蛍光画像と赤の蛍光画像、緑光照射の赤の蛍光画像が撮影される。それらの画像について画像処理を行い、微生物の特定および生死菌の判断を行う。それらの画像の各発光点について、位置情報、輝度値、面積(ピクセル数)などを記憶する。なお、分光フィルタなどお光学特性上、各画像の発光点の位置がずれる場合には補正した位置情報にする必要がある。画像処理方法の一例について説明する。まず、紫外光照射の青の蛍光画像の各発光点について、設定した輝度値の範囲内および設定した大きさ(ピクセル数)の範囲内の発光点を仮の生死菌として認識する。ピクセル数としては、1〜30個の範囲の大きさが1個の菌として認識できることが望ましい。これより大きいと結果的に撮影面積が小さくなり、フィルタ全体を測定するのに記憶するデータ量が増大し、画像処理に多大な時間がかかる。1以下では1個の菌を認識できない。次に紫外光照射の緑の蛍光画像と赤の蛍光画像について、仮の生死菌として認識した発光点と同じ位置の発光点の輝度値を求め、青、緑、赤のそれぞれの輝度値から色彩的特性を算出する。ここでは色彩的特性として色度を算出する。色度の算出方法の詳細は後述するが、土壌の検体の粒子(異物)と大腸菌について測定した一例を図1に示す。図1で示したように、大腸菌は、色度x、色度yとも0.25以下であるが、土壌成分である異物は、各色度とも0.25以上であった。このように色度を算出することで、微生物と微生物以外の異物と判別することができる。なお、この色度は、分光フィルタなどの特性によって、同じものを測定しても値が大きく変ることがある。測定対象の菌、およびそれ以外の異物の色度を測定し、その測定値をもとに微生物と特定できる色度の設定値、範囲、あるいはxとyの比率などを設定して、微生物と判別する必要がある。もちろん、色度以外の色彩的特性から設定値を設けても良い。次に色度から微生物と判断された紫外光照射の青の蛍光画像の発光点と同じ位置の緑光照射の赤の蛍光画像の発光点の輝度値から、設定した輝度値以上を死菌、以下を生菌として判断できる。生菌、死菌として認識した各発光点を積算し、生菌数、死菌数として計量することができる。なお、実際の検体を測定した場合、紫外光照射の青の蛍光画像には発光点がないが、緑照射の赤の蛍光画像には発光点がある場合がある。これは、微生物以外の異物として認識して良いので、画像処理などを行わない方が早く結果がだせる。この発光は特にお茶に含まれている成分に良く見られる現象である。上記の手順、処理方法で行うことで、仮の微生物の発光点から微生物を特定し、その発光点だけに関して生菌と死菌を区別することで、最小限のデータ保存、処理で行うことができ、効率的に画像処理を行い、結果として測定時間を短くすることができる。   In addition, this processing procedure is very suitable for an apparatus for automatically measuring microorganisms. A specific example will be described. A liquid specimen for inspecting the number of microorganisms is filtered with a membrane filter, and the microorganisms are captured on the membrane filter. DAPI and PI are dissolved in an optimal solution at an optimal concentration, the solution is dropped on a membrane filter and left for an optimal time, and then the solution is filtered. By this operation, the microorganisms on the membrane filter are stained with DAPI and PI. Irradiate the optimal area of the membrane filter with ultraviolet light. This area is slightly larger than the area captured once by the CCD depending on the magnification of the lens and the like, and is naturally a part to be imaged. If the area of the filter is larger than the area to be photographed, scanning is performed, and the entire filter or a plurality of photographs are taken so as to obtain an appropriate area. An image of the light emission point is taken using a spectral filter that transmits the blue wavelength. It is desirable that this spectral filter has a property of transmitting a wavelength range centered on a wavelength suitable for the fluorescence characteristics of DAPI, but it is not necessary to be concerned with this, and a wavelength range suitable for calculating a color characteristic described later. But it ’s okay. Thereafter, the same ultraviolet light is irradiated to switch to a spectral filter having a characteristic of transmitting the green wavelength range and / or the red wavelength range, and the emission point is similarly photographed. Next, green light is irradiated to the same place, and light (light emitting point) transmitted through a spectral filter having a property of transmitting the red wavelength region is photographed by the CCD. When scanning is performed, the membrane filter is moved, and an image of the light emission point is captured in the same manner as the portion other than the previously captured image. In one measurement of the membrane filter, a blue fluorescent image irradiated with ultraviolet light, a green fluorescent image and a red fluorescent image, and a red fluorescent image irradiated with green light are photographed. Image processing is performed on these images, and microorganisms are identified and viable and dead bacteria are determined. For each light emitting point of those images, position information, luminance value, area (number of pixels), etc. are stored. If the position of the light emitting point of each image is shifted due to optical characteristics such as a spectral filter, it is necessary to use corrected position information. An example of the image processing method will be described. First, for each light emitting point of the blue fluorescent image irradiated with ultraviolet light, the light emitting point within the set luminance value range and the set size (number of pixels) is recognized as a temporary living and dead bacterium. As the number of pixels, it is desirable that the size in the range of 1 to 30 can be recognized as one bacterium. If it is larger than this, the photographing area will be reduced as a result, the amount of data stored for measuring the entire filter will increase, and image processing will take a lot of time. If it is 1 or less, one bacterium cannot be recognized. Next, for the green fluorescent image and the red fluorescent image irradiated with ultraviolet light, determine the luminance value of the light emitting point at the same position as the light emitting point recognized as a temporary live and dead bacteria, and color from the luminance values of blue, green, and red. The target characteristic is calculated. Here, chromaticity is calculated as a chromatic characteristic. Although details of the method of calculating chromaticity will be described later, FIG. 1 shows an example of measurement of soil sample particles (foreign matter) and E. coli. As shown in FIG. 1, Escherichia coli has both chromaticity x and chromaticity y of 0.25 or less, but the foreign substances that are soil components have chromaticity of 0.25 or more. By calculating the chromaticity in this way, it can be distinguished from microorganisms and foreign substances other than microorganisms. Note that the value of this chromaticity may vary greatly even if the same chromaticity is measured due to characteristics such as a spectral filter. Measure the chromaticity of the bacteria to be measured and other foreign substances, and set the chromaticity setting value, range, x / y ratio, etc. that can be identified as microorganisms based on the measured values. It is necessary to determine. Of course, a set value may be provided based on chromatic characteristics other than chromaticity. Next, from the luminance value of the emission point of the red fluorescent image of the green light irradiation at the same position as the emission point of the blue fluorescent image of the ultraviolet light irradiation determined to be a microorganism from the chromaticity, the dead value above the set luminance value, the following Can be determined as viable bacteria. The light emitting points recognized as viable bacteria and dead bacteria can be integrated and measured as viable bacteria count and dead bacteria count. When an actual specimen is measured, the blue fluorescent image irradiated with ultraviolet light does not have a light emitting point, but the red fluorescent image irradiated with green light may have a light emitting point. Since this may be recognized as a foreign substance other than microorganisms, the result can be obtained more quickly without image processing. This luminescence is a phenomenon that is particularly common in ingredients contained in tea. By performing the above procedure and processing method, it is possible to identify the microorganism from the light emission point of the temporary microorganism, and distinguish between live and dead bacteria only with respect to the light emission point, so that it can be performed with minimal data storage and processing. It is possible to perform image processing efficiently and to shorten the measurement time as a result.

参考までに、図2にDAPIの励起光の吸収スペクトルと蛍光スペクトルを示す。励起光の最適なピーク波長は、360nm付近で、蛍光波長は、460nm付近である。それそれシャープな分布ではなく、そのピーク波長を中心に大きくブロードしている。ピーク波長と多少異なった励起光でも蛍光を発するし、蛍光もピーク波長と多少異なった波長域でもある程度の光量を発する。DAPIに限らず、蛍光染色試薬は、ピーク波長は異なるが、同様の分布を示す。励起光は、360nmにピーク波長を持つ光源あるいは分光フィルタで調整するのが望ましいが、多少異なる波長であっても、蛍光を発生される光量で照射できれば良い。但し、励起光の波長と蛍光の波長が重なり合わないように励起光、蛍光の波長を分光フィルタで調整する必要がある。重なる部分があると、反射で蛍光の部分に光量がもれ、蛍光発光の発光点として撮影される可能性がある。蛍光した発光点の色彩的特性の一つとして、図2のようなピーク分布と測定し、そのピーク分布とパターン認識などを用いて比較し、設定した範囲内であれば微生物として認識することができるが、微生物の発光量は微小であり、このようなピーク分布を測定しようとすれば、非常に大掛かりな装置で、高価なものになり実用化が困難である。簡単にかつ精度良く微生物と判断するための色彩的特性を算出するためには、ある程度の波長域(10〜60nm)の透過性を有した分光フィルタを使用し、その波長域の異なる分光フィルタを複数使用し、それぞれの波長域における光量あるいはCCDで撮影したときの輝度値から微生物と異物を区別できる色彩的特性を把握し、その特性から微生物を判断することで、安価で実用的な装置を提供できる。   For reference, FIG. 2 shows an absorption spectrum and a fluorescence spectrum of DAPI excitation light. The optimum peak wavelength of the excitation light is around 360 nm, and the fluorescence wavelength is around 460 nm. It is not a sharp distribution, but it is broad and broad around its peak wavelength. Fluorescence is emitted even with excitation light slightly different from the peak wavelength, and the fluorescence also emits a certain amount of light even in a wavelength range slightly different from the peak wavelength. The fluorescent staining reagent is not limited to DAPI, but shows a similar distribution although the peak wavelength is different. The excitation light is preferably adjusted with a light source having a peak wavelength at 360 nm or a spectral filter. However, it is sufficient that the excitation light can be irradiated with a light amount that generates fluorescence even at a slightly different wavelength. However, it is necessary to adjust the wavelengths of the excitation light and the fluorescence with a spectral filter so that the wavelengths of the excitation light and the fluorescence do not overlap. If there is an overlapping portion, the amount of light leaks from the fluorescent portion due to reflection, and there is a possibility of photographing as a light emitting point of fluorescent light emission. As one of the color characteristics of the fluorescent emission point, the peak distribution as shown in FIG. 2 is measured, compared with the peak distribution and pattern recognition, etc., and recognized as a microorganism within the set range. However, the amount of luminescence of microorganisms is very small, and if such a peak distribution is to be measured, it is a very large apparatus, becomes expensive and difficult to put into practical use. In order to calculate color characteristics for determining microorganisms easily and accurately, spectral filters having a certain degree of wavelength range (10 to 60 nm) are used, and spectral filters having different wavelength ranges are used. By using multiple, grasp the color characteristics that can distinguish microorganisms and foreign substances from the amount of light in each wavelength range or the brightness value when photographed with CCD, and determine microorganisms from the characteristics, cheap and practical equipment Can be provided.

蛍光染色試薬は、核酸結合性の構造をもつが好ましく、DNA、RNAを有する細胞を検出することで、微生物を見逃すことが少ないという効果がある。各種染色試薬は、励起波長、蛍光波長が異なるものが多く市販されており、最適な各波長も明示されており、適時目的に応じて選択することができる。細胞膜を透過する性質を有する生死菌染色試薬として使用するものは、紫外励起で青色蛍光を発するものであれば、DAPI(1,4−ジアミジノ―2−フェニルインドール)、青色励起で緑色蛍光または黄緑色、黄色蛍光を発するもので、例えばアクリジンオレンジ、オキサゾールイエロー、チアゾールオレンジや、SYTO9、SYTO13、SYTO16、SYTO21、SYTO24、SYBR Green I、SYBR Green II、SYBR Goldなどのポリメチン架橋非対称シアニン色素系化合物が使用できる。また、細胞膜と透過する性質を有していない死菌染色試薬としては、緑色蛍光を発するもので、例えばアクリジン2量体、チアゾールオレンジ2量体、オキサゾールイエロー2量体などのモノメチン架橋非対称シアニン色素2量体や、SYTOX Green、TO−PRO−1などのモノメチン架橋非対称シアニン色素系化合物、赤色蛍光を発するものであれば、PI(ヨウ化プロピジウム)、臭化ヘキシジウム、臭化エチジウム、LDS−751、SYTOX Orangeなどのポリメチン架橋非対称シアニン色素などが使用できる。   The fluorescent staining reagent preferably has a nucleic acid binding structure, and has an effect that it is less likely to miss a microorganism by detecting a cell having DNA or RNA. Many types of staining reagents differ in excitation wavelength and fluorescence wavelength and are commercially available. Each optimum wavelength is clearly specified and can be selected according to the purpose in a timely manner. As a reagent for dyeing viable and dead bacteria having the property of penetrating the cell membrane, DAPI (1,4-diamidino-2-phenylindole) is used as long as it emits blue fluorescence by ultraviolet excitation, and green fluorescence or yellow is used by blue excitation. It emits green and yellow fluorescence. Examples include acridine orange, oxazole yellow, thiazole orange, and polymethine cross-linked asymmetric cyanine dye compounds such as SYTO9, SYTO13, SYTO16, SYTO21, SYTO24, SYBR Green I, SYBR Green II, and SYBR Gold. Can be used. In addition, as a dead bacteria staining reagent that does not have a property of permeating with a cell membrane, it emits green fluorescence. For example, monomethine cross-linked asymmetric cyanine dye such as acridine dimer, thiazole orange dimer, oxazole yellow dimer, etc. Dimer, monomethine cross-linked asymmetric cyanine dye compounds such as SYTOX Green, TO-PRO-1, and PI (propidium iodide), hexidium bromide, ethidium bromide, LDS-751 Polymethine cross-linked asymmetric cyanine dyes such as SYTOX Orange can be used.

なお、これらの蛍光色素は、細胞および微生物を含む試料に対して、あらかじめ0.1から100μMとなるようを混合しておき、同時に作用させるか、もしくは別々に、時間を置かず、もしくは適当な時間間隔を開けて所定の濃度で作用させることとする。   In addition, these fluorescent dyes are mixed with a sample containing cells and microorganisms in advance so as to be 0.1 to 100 μM and are allowed to act simultaneously or separately, without taking time, or appropriate The action is performed at a predetermined concentration with a time interval.

なお、メンブランフィルタ上に捕捉した細胞および微生物を含む物質表面が、測定中に乾燥し、発光強度が変化することを防ぐための手段として、染色試薬には10から60%w/vのグリセロールや、10から90%v/vのD(−)−マンニトールやD(−)−ソルビトールなどの糖アルコール類のいずれかを1種類以上混合させておく。   As a means for preventing the surface of the substance containing cells and microorganisms captured on the membrane filter from being dried during measurement and changing the luminescence intensity, 10 to 60% w / v glycerol or One or more sugar alcohols such as 10 to 90% v / v of D (-)-mannitol and D (-)-sorbitol are mixed.

なお、乾燥固化して保存する目的として、ポリビニルアルコールを10から80%程度の適当な濃度にて混合、もしくは後から表面を覆うことで、蛍光発光を比較的安定に保存することができる。   In addition, for the purpose of drying and solidifying, it is possible to store fluorescence emission relatively stably by mixing polyvinyl alcohol at an appropriate concentration of about 10 to 80% or covering the surface later.

なお、固定部として適しているメンブランフィルタとしては、例えば、孔径が0.2μm〜1μmのポリカーボネート製など公知のものを用いることができる。   In addition, as a membrane filter suitable as a fixing | fixed part, well-known things, such as the product made from a polycarbonate with a hole diameter of 0.2 micrometer-1 micrometer, can be used, for example.

また、画像検出には、蛍光色素に対して特定の波長を照射するための励起光源、分光フィルタ、励起光を直径3mm程度に集光する為の集光レンズ、励起光の成分を除去する為のハイパスフィルタ、試料から発せられる蛍光から特定の波長成分を取り出すための受光フィルタ、拡大する為のレンズユニット、蛍光像を画像の電気信号に変換するためのCCDやCMOSなどの受像素子により構成される。   For image detection, an excitation light source for irradiating a fluorescent dye with a specific wavelength, a spectral filter, a condensing lens for condensing the excitation light to a diameter of about 3 mm, and an excitation light component are removed. High-pass filter, light receiving filter for extracting specific wavelength components from fluorescence emitted from the sample, lens unit for enlarging, CCD and CMOS image receiving elements for converting the fluorescent image into electrical image signals Is done.

蛍光染色試薬として使用する蛍光色素の主な発光波長であるが、例えば、青色励起の場合には波長が470nmから510nm付近の波長成分を含む励起光を照射した場合、波長が510nmから540nm付近の蛍光を発する。緑色励起の場合には、510nmから550nm付近の波長成分を含む励起光を照射し、波長が560から620nm付近の蛍光を発する。オレンジ色励起の場合には、波長が540nmから610nm付近の波長成分を含む励起光を照射した場合、波長が560nmから630nm付近の蛍光を発する。   This is the main emission wavelength of the fluorescent dye used as the fluorescent staining reagent. For example, in the case of blue excitation, when the excitation light containing a wavelength component in the vicinity of 470 nm to 510 nm is irradiated, the wavelength is in the vicinity of 510 nm to 540 nm. Fluoresce. In the case of green excitation, excitation light including a wavelength component in the vicinity of 510 nm to 550 nm is irradiated, and fluorescence having a wavelength in the vicinity of 560 to 620 nm is emitted. In the case of orange excitation, when excitation light including a wavelength component having a wavelength of 540 to 610 nm is irradiated, fluorescence having a wavelength of 560 to 630 nm is emitted.

そのため、検出手段である励起光源として、発光ダイオードを使用する場合、青色のものでは、好ましくは480nm付近の波長を発することができるもの、緑色のものでは、好ましくは535nm付近の波長を発することができるもの、黄色からオレンジ色のものでは、好ましくは560nm付近の波長を発することができるものを使用する。分光フィルタを使用して、その波長を中心として波長域にすることが必要であるが、波長域を狭くすると光量が低下する。波長域を広くすると蛍光波長と重なる部分が生じるなどの問題も起こるため、最適な波長域に調整することが必要である。   Therefore, when a light emitting diode is used as an excitation light source as a detection means, a blue light source can emit a wavelength of preferably around 480 nm, and a green light source preferably emits a wavelength of around 535 nm. Among those that can be produced, those that are capable of emitting a wavelength of around 560 nm are preferably used. Although it is necessary to use a spectral filter to make the wavelength range around the wavelength, the amount of light decreases when the wavelength range is narrowed. When the wavelength range is widened, problems such as the occurrence of a portion overlapping with the fluorescence wavelength also occur. Therefore, it is necessary to adjust to the optimal wavelength range.

また、励起光源としてレーザーを用いる場合には、青色のものでは、好ましくは475nm付近の波長を発することができるもの、緑色のものでは、好ましくは535nm付近の波長を発することができるものを使用する。   When a laser is used as the excitation light source, a blue light source that can emit a wavelength of preferably around 475 nm is used, and a green light source that can emit a wavelength of preferably around 535 nm is used. .

また、励起光源としてハロゲンランプや水銀ランプを使用する場合には、適当な分光フィルタとして、染色試薬の励起波長に合わせて最適な干渉フィルタを使用することができる。また、0.1から10nmの波長分解能を有する反射型や透過型の回折格子により、最適な角度を与え、任意の波長を含む励起光を取り出すことができる。   When a halogen lamp or a mercury lamp is used as the excitation light source, an optimum interference filter can be used as an appropriate spectral filter according to the excitation wavelength of the staining reagent. In addition, the reflection angle or transmission type diffraction grating having a wavelength resolution of 0.1 to 10 nm can give an optimum angle and extract excitation light including an arbitrary wavelength.

集光レンズは、蛍光染色された細胞および微生物が展開されているメンブレンフィルタに対し、照射範囲が、例えば直径が3mm程度の一定面積となるよう励起光を照射することができる。さらに光を散乱させるための拡散板などを上流側に組み合わせることでより均一な励起光を照射することもできる。   The condensing lens can irradiate the membrane filter on which the fluorescently stained cells and microorganisms are spread so that the irradiation range is, for example, a constant area having a diameter of about 3 mm. Furthermore, a more uniform excitation light can be irradiated by combining a diffuser plate for scattering light on the upstream side.

サンプルに照射された励起光により発生した蛍光は、ハイパスフィルタを通過することで、色彩的特性は損なわれず、効果的に励起光由来の光成分がカットされる。   The fluorescence generated by the excitation light applied to the sample passes through the high-pass filter, so that the color characteristics are not impaired, and the light component derived from the excitation light is effectively cut.

当該蛍光はレンズユニットを通し、受光部として単板カラーCCDや、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3原色を取得できるRGB3種類の蛍光フィルタを含む3CCDなどの電荷結合素子ユニットを用いて露光時間0.1秒から10秒程度の露光時間でRGB3色からなる画像撮影することにより取得される。   The fluorescent light passes through a lens unit, and a charge coupled device such as a single CCD CCD as a light receiving unit, or a 3CCD including three types of RGB fluorescent filters capable of acquiring three primary colors of red (R), green (G), and blue (B). It is obtained by photographing an image composed of three colors of RGB with an exposure time of about 0.1 to 10 seconds using the unit.

取得する色の輝度情報は、蛍光染色試薬である蛍光色素の蛍光波長範囲であれば、使用可能である。例えばシアニン色素であるSYBR Greenの場合、極大蛍光波長は521nmであるが、蛍光スペクトルは620nm付近まで広がっており、生死菌染色試薬として使用した場合、530nm付近の緑色(G)を画像(a)、610nm付近の赤色(R)を画像(b)として取得することができ、(a)、(b)を使用して微生物と夾雑物との判別が行える。   The luminance information of the color to be acquired can be used as long as it is in the fluorescence wavelength range of the fluorescent dye that is the fluorescent staining reagent. For example, in the case of SYBR Green, which is a cyanine dye, the maximum fluorescence wavelength is 521 nm, but the fluorescence spectrum extends to around 620 nm, and when used as a staining reagent for viable and dead bacteria, green (G) around 530 nm is image (a). , Red (R) in the vicinity of 610 nm can be acquired as an image (b), and microorganisms and contaminants can be discriminated using (a) and (b).

また、単板モノクロCCDやCMOSを使用した場合、適切な分光フィルタを切り替えて使用することで、必要な波長の輝度情報を含む画像を取得することができる。このとき、別の利点として、同一のCCDを使用することで、異なるCCDによる感度特性の差の影響は全く受けずに測定を行うことが可能となり、感度補正を行う工程を省略することができる。   In addition, when a single-plate monochrome CCD or CMOS is used, an image including luminance information of a necessary wavelength can be acquired by switching and using an appropriate spectral filter. At this time, as another advantage, by using the same CCD, it becomes possible to perform measurement without being affected by the difference in sensitivity characteristics between different CCDs, and the step of performing sensitivity correction can be omitted. .

これらの操作により取得された複数の蛍光画像は、演算部であるマイコンや外部端末上のプログラムによって処理される。   A plurality of fluorescent images acquired by these operations are processed by a microcomputer as a calculation unit or a program on an external terminal.

演算部には、画像からドット欠けなどの輝点を除去するための輝点除去部と、画像から発光点を抽出するための発光点抽出部、複数の画像の発光点を照合し、一致させる発光点照合部、照合されて数値が結合されたデータを出力する出力部、蛍光発光を評価する蛍光評価部、染色試薬の輝度より微生物の生死を判別する生死判断部、そして色彩的特性を表す変数によって発光点が微生物もしくは夾雑物であることを判別する微生物判断部、そして測定した画像の有効面積を算出する有効エリア算出部により構成される。   The calculation unit collates and matches the luminescent spot removing unit for removing luminescent spots such as missing dots from the image, the luminescent point extracting unit for extracting luminescent points from the image, and the luminescent points of a plurality of images. A light emission point collation unit, an output unit that outputs collated numerical data, a fluorescence evaluation unit that evaluates fluorescence emission, a life / death judgment unit that distinguishes the life and death of microorganisms from the brightness of a staining reagent, and a color characteristic It comprises a microorganism determination unit that determines whether a light emitting point is a microorganism or a contaminant, and an effective area calculation unit that calculates an effective area of a measured image.

まず、輝点除去部であるが、これはCCDなどの受像素子に見られる画素ピクセルの感度ムラや、感度消失した部分によるドット欠けと呼ばれる現象があるが、このドット欠けの輝点が画像上に現れると、微生物の発光点と間違える恐れがあるか、または微生物の発光点を取得できない原因となり、誤差の要因となりうる。そのためこのような輝点は除去する必要があるが、輝点除去用の画像として、光源を照射しない暗視野画像を、露光時間をサンプル測定と同程度かもしくは長めに設定して取得し、輝点のみが写っている画像を得る。そして発光点を写した各画像から輝点画像を減算することにより、輝点のみを削除することが可能となる。そのようにして輝点を除去した画像を以下において使用する。   First, there is a bright spot removing unit. This is a pixel pixel sensitivity irregularity found in a CCD or other image receiving element, or a phenomenon called dot missing due to a loss of sensitivity. If it appears above, it may be mistaken for the luminescence point of the microorganism, or the luminescence point of the microorganism cannot be obtained, which may cause an error. For this reason, it is necessary to remove such bright spots, but as a bright spot removal image, a dark field image that is not irradiated with a light source is acquired by setting the exposure time to be the same as or longer than that of the sample measurement. Get an image with only points. Then, it is possible to delete only the bright spot by subtracting the bright spot image from each image showing the light emitting spot. The image in which the bright spots are removed in this way is used below.

発光点抽出部について、画像中に含まれる発光点のうち、設定された面積、輝度の範囲に該当するものを抽出する。例えば、面積を2から15、輝度を15から255とすると、面積が16以上であるような大きい夾雑物はあらかじめカウントから除外することができ、また輝度が14以下のバックグラウンドノイズ(暗ノイズ)を除去することができる。このしきい値は、レンズの倍率や、励起光源の強度、露光時間などにより最適な値が変化するため、微生物を最適に抽出できる値は、あらかじめ検証して確認することが必要である。   About a light emission point extraction part, the thing corresponding to the set area and the range of a brightness | luminance is extracted among the light emission points contained in an image. For example, if the area is 2 to 15 and the luminance is 15 to 255, a large foreign object having an area of 16 or more can be excluded from the count in advance, and background noise (dark noise) having a luminance of 14 or less. Can be removed. Since the optimum value of this threshold value varies depending on the magnification of the lens, the intensity of the excitation light source, the exposure time, and the like, it is necessary to verify and confirm in advance the value at which microorganisms can be optimally extracted.

なお、最大輝度を示した座標の(x、y)の値、RGBの値を含む場合、それぞれの輝度も数値として同時に抽出される。この処理は、汎用的な画像処理ソフトウェアであるImage Pro Plusなどを使用して実行できる。また、同様の処理を組み込んだプログラムとすることもできる。   In addition, when the value of (x, y) of the coordinate which showed the maximum brightness | luminance and the value of RGB are included, each brightness | luminance is simultaneously extracted as a numerical value. This processing can be executed using Image Pro Plus, which is general-purpose image processing software. Moreover, it can also be set as the program incorporating the same process.

次に発光点照合部によって、抽出された発光点の数値データと、異なる輝度情報を含む同位置の発光点の数値データとを、座標をもとに比較、照合され、結合される。   Next, the light emission point collating unit compares the numerical data of the extracted light emitting points with the numerical data of the light emitting points at the same position including different luminance information, collates them, and combines them.

このとき、異なる輝度情報を含む画像とは、異なる受光フィルタで取得された画像のことを指すが、画像間では分光フィルタの特性や、機械的誤差に起因する座標ズレがわずかに生じる為、そのまま画像のピクセル座標を照合した場合、一致しないことがある。そこで、一方の座標に画像ズレを補正する座標補正値を補って照合させるのだが、特に機械的誤差については温湿度などの使用環境の影響により、使用するごとに座標ズレの値が変化してしまう場合がある。そのため、座標補正値を測定毎に更新して使用することで、測定ごとに最適な値を使用することが有効である。   At this time, an image including different luminance information refers to an image acquired by a different light receiving filter, but there is a slight shift in coordinates between the images due to spectral filter characteristics and mechanical errors. If the pixel coordinates of the image are collated, they may not match. Therefore, the coordinate correction value that corrects image misalignment is added to one coordinate and collated, but especially for mechanical errors, the value of the coordinate misalignment changes with each use due to the influence of the usage environment such as temperature and humidity. May end up. Therefore, it is effective to use the optimum value for each measurement by updating and using the coordinate correction value for each measurement.

座標を補正するための補正値は、あらかじめ取得した位置補正用画像から補正値を読み取ることにより取得する。位置補正用画像は、取得する全ての波長域において写りこむ蛍光体を使用して撮像する。取得する波長が緑色と赤色であれば、長波長側の赤色の蛍光粒子が使用でき、同程度の発光強度が得られるように励起光源の強度と露光時間を調節して行う。また、蛍光体により補正値を自動で算出させるような処理の場合には、個数が多くなると演算する数も多くなり、時間がかかってしまうため、画面あたり5から50個の範囲内であれば、1から数分程度と比較的短時間で求めることができる。このような濃度になるように調整し、確認された蛍光粒子の懸濁液を一定量メンブランフィルタでろ過をする、固定部と反応させることにより、位置補正用画像を取得するための位置補正用チップを作成する。また、これを校正用として長期的に繰返し使用したい場合には、ビーズを高分子などで固定するか、金属蒸着で金属薄膜を覆ってしまうことにより固定しておくことで繰返し使用しても外れずに位置が一定になる。また、校正用としては、その他にも、蛍光性の樹脂をマスキングして微小パターンやスポットを形成させるなどにより作成することも有効である。   The correction value for correcting the coordinates is acquired by reading the correction value from the position correction image acquired in advance. The position correction image is picked up using a phosphor that is reflected in all the wavelength ranges to be acquired. If the wavelength to be acquired is green and red, red fluorescent particles on the long wavelength side can be used, and the intensity of the excitation light source and the exposure time are adjusted so that the same emission intensity can be obtained. In addition, in the process of automatically calculating the correction value by the phosphor, the number of calculations increases as the number increases, and it takes time, so if it is within the range of 5 to 50 per screen 1 to several minutes, which can be obtained in a relatively short time. Adjusting to such a concentration, filtering the confirmed suspension of fluorescent particles with a fixed amount of membrane filter, and reacting with a fixed part, for position correction to obtain a position correction image Create a tip. Also, if you want to use this repeatedly for calibration for a long time, fix the beads with a polymer or by covering the metal thin film with metal vapor deposition. Instead, the position becomes constant. For calibration, it is also effective to create a fine pattern or spot by masking the fluorescent resin.

このようにして作成された位置補正用チップは、装置に設置されて実際の計測と同じ動きを与えて画像を撮像する。これにより、モーターの位置制御誤差やバックラッシュなどの機械的誤差、フィルタやレンズの製造誤差、装置を組み上げる際の製造誤差に由来する光軸のズレなどで発生する画像の座標ズレを再現した画像を取得し、その補正値を求めて実際の計測で使用することで、位置精度が高められる。   The position correction chip created in this way is installed in the apparatus and images the image by giving the same movement as the actual measurement. This reproduces the coordinate deviation of the image that occurs due to mechanical error such as motor position control error and backlash, filter and lens manufacturing error, and optical axis shift caused by manufacturing error when assembling the device. The position accuracy can be improved by obtaining the correction value and using it in actual measurement.

画像中に見られる微生物の発光点を示すオブジェクトは、拡大レンズ系の合計が200から300倍程度のときは、オブジェクトの面積は受像素子上で1から20ピクセル程度になる。これは微生物の細胞1個の直径が0.6から5μm程度であるときに撮像された値である。一方、微生物細胞が2から複数個繋がっていた場合、発光点のオブジェクトの面積は大きくなり、20ピクセルを越えるものも見られる。このような大きな発光点のオブジェクトは、共焦点光学系などの特殊な光学系を使用しない限りは、殆どの場合一つのオブジェクトとして検出され、二つのオブジェクトを分離して検出することが難しい。このとき問題となるのは、二つのオブジェクトが異なる発光特性をもつ場合に、各画像を比較して発光点を照合して輝度を結合したときに、同一のオブジェクトとして検出される、隣り合った微生物の発光輝度を誤って結合してしまうと、本来の微生物の発光特性とは全く異なる不正確なデータが形成されてしまうという恐れがある。そのような事例を防止するためには、発光点の座標をオブジェクトの最大輝度値を示す座標とし、画像間の発光点を照合するときは、その座標から非常に近傍に限定された誤差範囲エリア内にあるもう一方の画像の座標をもつ発光点とのみ結合されるようにすることが必要である。   When the total of the magnifying lens system is about 200 to 300 times, the area of the object showing the luminescence point of the microorganisms seen in the image is about 1 to 20 pixels on the image receiving element. This is a value taken when the diameter of one microbial cell is about 0.6 to 5 μm. On the other hand, when two or more microbial cells are connected to each other, the area of the object of the light emission point becomes large, and some objects exceed 20 pixels. Such an object having a large light emitting point is detected as one object in most cases unless a special optical system such as a confocal optical system is used, and it is difficult to detect two objects separately. The problem at this time is that when two objects have different light emission characteristics, adjacent images are detected as the same object when the luminance is compared by comparing the light emission points by comparing the images. If the light emission luminance of microorganisms is mistakenly combined, inaccurate data that is completely different from the light emission characteristics of the original microorganisms may be formed. In order to prevent such a case, the coordinates of the light emitting point are the coordinates indicating the maximum luminance value of the object, and when collating the light emitting point between images, an error range area limited to the very vicinity from the coordinates. It is necessary to be coupled only with the light emitting point having the coordinates of the other image inside.

そのため、同一の発光点のオブジェクトとして抽出されているものであっても、照合した場合に一致しないことがありうる。そのとき結合する輝度データが存在しなくなってしまうことを防止するために、照合するもう一方の画像に一致する発光点が検出されなかった場合に、もう一方の画像中の同じ座標のピクセルの輝度値を抽出し、この値を結合させることが有効である。これにより、発光点が一方の画像でしか抽出されなかった場合でも、輝度情報を欠如させることなく、精度よく照合データを作成することができることになる。   Therefore, even objects extracted as objects with the same light emission point may not match when collated. In order to prevent the luminance data to be combined from being lost at that time, the luminance of the pixel of the same coordinate in the other image is detected when the light emitting point matching the other image to be compared is not detected. It is useful to extract values and combine these values. As a result, even when the light emitting point is extracted from only one image, the collation data can be created with high accuracy without losing the luminance information.

また、最終菌数の検出精度にも関連するが、生菌と死菌が繋がって存在している場合、上記のような工程を持たせなければ、オブジェクトを死菌として検出してしまう可能性があるが、これにより生菌と死菌が繋がったものとして検出することができるようになり、培養法などとの相関性が向上することに繋がる。   In addition, although related to the detection accuracy of the final number of bacteria, there is a possibility that an object will be detected as dead if it does not have the above-mentioned process when living and dead bacteria are connected. However, this makes it possible to detect that live and dead bacteria are connected, leading to improved correlation with culture methods and the like.

照合されて結合されたデータは、出力部によりデータファイルとして出力される。この時点でデータファイルとして保存することで、この後の工程を一度にまとめて処理することも可能となるため、作業が効率化される。   The collated and combined data is output as a data file by the output unit. By saving as a data file at this time, it is possible to process the subsequent processes all at once, thus improving the efficiency of the work.

発光点の輝度情報をもつデータファイルに対して、生死判断部によって発光点が生菌群であるか、もしくは死菌群であるかいずれかに分類される。このとき、生菌群、もしくは死菌群であることを示すパラメータを与えることで、以降の処理が行いやすくなり、処理を効率化することができる。尚、パラメータとは生菌群であれば1、死菌群であれば2であるというように、発光点のデータの変数を与えることにより行うこととする。   For the data file having the luminance information of the light emission point, the life-and-death determining unit classifies the light emission point as either the live bacteria group or the dead bacteria group. At this time, by giving a parameter indicating that it is a viable cell group or a dead cell group, the subsequent processing can be easily performed, and the processing can be made efficient. Note that the parameter is set by giving a variable of the data of the light emission point, such as 1 for the live bacteria group and 2 for the dead bacteria group.

生菌群または死菌群であるかを判断する為には、以下のようにグラフを使用することが望ましい。まず、発光点のデータのうち、生死菌染色試薬の輝度と、死菌染色試薬の輝度を用いて、この二つの値よりドットプロットを作成し、表示させる。これは、横軸に生死菌染色試薬の輝度値、縦軸に死菌染色試薬の輝度値をとり、検出された発光点毎にプロットしていく。尚、ドットプロットの表示は、画像処理を行うプログラムのインターフェース上に行うことが良く、発光点のデータファイルを読み出した場合に表示させるようにするとよい。   In order to determine whether the group is a live or dead group, it is desirable to use a graph as follows. First, a dot plot is created from these two values and displayed using the luminance of the living and dead bacteria staining reagent and the luminance of the dead bacteria staining reagent in the light emission point data. This is plotted for each detected emission point, with the horizontal axis representing the luminance value of the viable and dead bacteria staining reagent and the vertical axis representing the luminance value of the dead bacteria staining reagent. The dot plot is preferably displayed on the interface of a program that performs image processing, and is preferably displayed when a data file of light emission points is read.

次に、表示されたドットプロットに対して、カーソルを使用して境界線を作成する。境界線は、1本ないし複数本の直線や曲線、多角線などで自由に作成することができるものとし、プロットを見ながら、プロットの集団を分類しやすいように、作成する。なお、境界線の作成工程は、簡単に行えるようにグリッドなどを使用することや、輪郭、プロットにトラップさせるような機能を持たせると、作成が容易であり、かつ正確に行うことができる。この境界線は、生死菌染色試薬の輝度値と死菌染色試薬の輝度値との比率を示している。   Next, use the cursor to create a boundary for the displayed dot plot. The boundary line can be freely created by one or a plurality of straight lines, curves, polygonal lines, etc., and is created so that the group of plots can be easily classified while viewing the plot. It should be noted that the creation process of the boundary line can be easily and accurately performed by using a grid or the like so that it can be easily performed, or by having a function of trapping the outline or plot. This boundary line indicates the ratio between the luminance value of the living and dead bacteria staining reagent and the luminance value of the death bacteria staining reagent.

また、多角線の場合には、線が交差しないように、一方の方向のみに作成可能とすると確実である。   In the case of a polygonal line, it is certain that it can be created only in one direction so that the lines do not intersect.

作成した境界線は、取り消すことや、保存することができるようにし、繰り返し使用することができるようにする。   The created boundary line can be canceled or saved, and can be used repeatedly.

次に、作成した境界線をもとに、境界線に相当するしきい値を算出する。算出されたしきい値に対して、グラフの上・左側にあるものが死菌群、反対が生菌群として分類し、パラメータを与えて処理する。   Next, a threshold corresponding to the boundary line is calculated based on the created boundary line. The calculated threshold values are classified as dead bacteria groups on the upper and left sides of the graph and as viable bacteria groups on the opposite side, and processed by giving parameters.

生菌群、死菌群が判断された後、微生物判断部によって夾雑物を分離除外する場合は、以下の処理を行う。微生物と夾雑物の判別は、色彩的特性の値を算出することによってなされる。   After the viable bacteria group and the dead bacteria group are determined, the following processing is performed when the microorganism determination unit separates and excludes the contaminants. Discrimination between microorganisms and contaminants is made by calculating the value of the color characteristic.

色彩的特性とは、RGBの輝度値より演算されて与えられた色度、色相角などから発光点の色彩に関して算出した値のことである。色彩的特長を示す表色系は、Lab表色系や、LCh表色系、XYZ表色系などの表色系が使用される。ここではXYZ表色系に基づいた色度を用いる。取得される輝度はRGBの色空間のものであるため、このRGBそれぞれの輝度値から、XYZ表色系への変換が行われる。
(数式1)
X=0.3933×R/255+0.3651×G/255+0.1903×B/255
Y=0.2123×R/255+0.7010×G/255+0.0858×B/255
Z=0.0182×R/255+0.1117×G/255+0.9570×B/255
さらに、
x=X/(X+Y+Z)
y=Y/(X+Y+Z)
式中のR、G、BはそれぞれR輝度値、G輝度値、B輝度値であることを示す。これにより細胞および微生物または夾雑物かの判断に必要な値として、最終的にx、yの値が算出される。
The chromatic characteristic is a value calculated with respect to the color of the light emitting point from the chromaticity, hue angle, etc., calculated from the RGB luminance values. Color systems such as Lab color system, LCh color system, and XYZ color system are used as the color system indicating the color features. Here, chromaticity based on the XYZ color system is used. Since the acquired luminance is in the RGB color space, the RGB luminance values are converted into the XYZ color system.
(Formula 1)
X = 0.3933 × R / 255 + 0.3651 × G / 255 + 0.1903 × B / 255
Y = 0.2123 × R / 255 + 0.7010 × G / 255 + 0.0858 × B / 255
Z = 0.0182 × R / 255 + 0.1117 × G / 255 + 0.9570 × B / 255
further,
x = X / (X + Y + Z)
y = Y / (X + Y + Z)
R, G, and B in the formula indicate an R luminance value, a G luminance value, and a B luminance value, respectively. As a result, the values of x and y are finally calculated as values necessary for determining whether the cells and microorganisms or impurities are present.

発光点毎に算出された色度の値であるが、発光点はそれぞれ生菌群、死菌群であるかを判別するためのパラメータが与えられており、生菌群であった場合には、生菌群に対して設定された色度しきい値(ある範囲を有した)と比較し、死菌群であった場合には、死菌群に対して設定された色度しきい値(ある範囲を有した)と比較して、それぞれに微生物以外の値を示したものは、微生物以外の異物として判断される。その異物と判断された発光点は除外され、しきい値の範囲内の発光点は、それぞれ生菌、死菌として判断され、発光点ひとつを生菌1個あるいは死菌1個とカウントされ、積算される。   It is a chromaticity value calculated for each luminescent point, but the luminescent point is given a parameter to determine whether it is a viable cell group or a dead cell group. Compared to the chromaticity threshold value set for the live bacteria group (has a certain range), if it is a dead bacteria group, the chromaticity threshold value set for the dead bacteria group Compared with (having a certain range), those showing values other than microorganisms are judged as foreign substances other than microorganisms. The luminescent point determined to be a foreign substance is excluded, and the luminescent points within the threshold range are determined as live and dead bacteria, respectively, and one luminescent point is counted as one live or one dead bacteria, Accumulated.

次に、このカウント値に対して、実際に使用した検体に含まれる単位量あたり(たとえば1mLや1グラムなど)の菌数の総数を算出する。そのためには、測定した画像のうち、画像処理して使用した有効エリア面積を有効エリア算出部にて求める。測定に使用した有効エリアは、画像の補正値を変数とした関数で求められる。   Next, the total number of bacteria per unit amount (for example, 1 mL, 1 gram, etc.) contained in the actually used specimen is calculated for this count value. For this purpose, an effective area area used for image processing among the measured images is obtained by an effective area calculation unit. The effective area used for the measurement is obtained by a function using the correction value of the image as a variable.

画像の縦の長さをP、横の長さをQ、縦方向の座標補正値をα、横方向の座標補正値をβとすると、1画面あたりの有効エリア画素数Mは数式2のように表される。   Assuming that the vertical length of the image is P, the horizontal length is Q, the vertical coordinate correction value is α, and the horizontal coordinate correction value is β, the number of effective area pixels M per screen is given by Equation 2. It is expressed in

(数式2)
M =(P−α)×(Q−β)
また、有効エリア面積は、レンズ系の倍率などから、画素あたりの面積を求め、画素あたりの面積をsとするとし、測定視野数をNとして、1画面あたりの有効エリア面積Sと全有効面積は、
(数式3)
S = Ms
全有効面積:S×N
となる。
(Formula 2)
M = (P−α) × (Q−β)
Also, the effective area area is obtained by calculating the area per pixel from the magnification of the lens system, the area per pixel is s, the number of fields of view is N, and the effective area area S per screen and the total effective area. Is
(Formula 3)
S = Ms
Total effective area: S × N
It becomes.

得られた面積に対して、微生物の固定部の固定部分の表面積(例えば、メンブランフィルタの全面積)の値を割り返す。これにより得られた数値を、カウント菌数に掛け合わせることで、最終的な、微生物の生菌または死菌の総数を算出し、菌数を求めることができる。   The surface area (for example, the total area of the membrane filter) of the fixed part of the fixed part of the microorganism is divided with respect to the obtained area. By multiplying the numerical value obtained in this way by the number of counted bacteria, the final total number of living or dead microorganisms can be calculated to obtain the number of bacteria.

以上の手法を用いて、検体中や細胞培養液に含まれていた微生物の生死を判別し夾雑物と分離して、数を計量することができるのである。   By using the above method, it is possible to discriminate the life and death of microorganisms contained in the specimen and the cell culture medium, separate them from foreign substances, and measure the number.

図3は、本発明を好適に実施するための微生物計量装置の一態様を示す構成図である。この微生物計量装置1は、検出手段として励起光源2、励起用分光フィルタ3、集光レンズ4、ハイパスフィルタ5、蛍光用分光フィルタ6、レンズユニット7、受光素子8を含む。励起光源2から発せられた励起光から目的の波長を取り出すために蛍光用分光フィルタ6で分光する。分光された励起光は集光レンズ4を経て検査台9にセットされたメンブランフィルタ10(別途の操作によりメンブランフィルタ上に核酸結合性の蛍光色素で染色された微生物を捕捉してあるもの)上に集光される。励起光源から発せられた励起光は、集光レンズ4によって集光されるが、その際、集光レンズ4によって励起光を照射する範囲は直径3mm程度の微小な一定面積に集光される。励起光により発する蛍光は、励起光成分を除去するためにハイパスフィルタ5を経て、蛍光用分光フィルタ6、レンズユニット7により拡大され、受像素子であるCCDユニット11に到達し、電気信号化される。これにより得られた信号は画像化され、演算部12によって画像処理される。   FIG. 3 is a block diagram showing an aspect of the microorganism weighing device for favorably implementing the present invention. The microorganism weighing apparatus 1 includes an excitation light source 2, an excitation spectral filter 3, a condensing lens 4, a high-pass filter 5, a fluorescence spectral filter 6, a lens unit 7, and a light receiving element 8 as detection means. In order to extract the target wavelength from the excitation light emitted from the excitation light source 2, the light is split by the fluorescence spectral filter 6. The split excitation light passes through a condenser lens 4 and is placed on a membrane filter 10 (which captures microorganisms stained with a nucleic acid-binding fluorescent dye on the membrane filter by a separate operation). It is focused on. The excitation light emitted from the excitation light source is condensed by the condensing lens 4, and at this time, the range irradiated with the excitation light by the condensing lens 4 is condensed on a small fixed area having a diameter of about 3 mm. The fluorescence emitted by the excitation light passes through the high-pass filter 5 to remove the excitation light component, is enlarged by the fluorescence spectral filter 6 and the lens unit 7, reaches the CCD unit 11 that is the image receiving element, and is converted into an electrical signal. The The signal thus obtained is converted into an image and subjected to image processing by the calculation unit 12.

励起光源2は、異なる波長域の複数用いることや異なる波長域の複数の励起用分光フィルタ3を切り替えて使用することができる。このとき、死菌染色試薬の励起波長域より生死菌染色試薬の励起波長域を短いものを選択する。具合的には、死菌染色試薬の励起波長が、青の波長であれば、生死菌染色試薬の励起波長は、紫外の波長を用い、死菌染色試薬の励起波長が、緑あるいは黄色の波長であれば、生死菌染色試薬の励起波長は、青の波長を用いる。核酸接合性の染色試薬を用いたとき、微生物は全て染色される。しかし、微生物以外の発光、あるいは電気的なノイズも含めて発光した発光点があり、大きさ、輝度値が微生物と同等であると、微生物と判断する。さらに詳細に微生物と判断するためには、発光点の色彩的特性を算出して、微生物の発光点の値と比較して判断する必要がある。その色彩的特性を算出するためには、解析を行うための波長の範囲が長いほど有利である。したがって、微生物を判断するための色彩的特性の算出は、生死菌の染色試薬の励起光での発光点で行うので、できるだけ短い波長で実施する必要がある。但し、紫外光は、エネルギーが高いため、生死菌染色試薬で染色された微生物だけでなく、無機の粒子状の物質も反射や自家蛍光などで蛍光を発するものが多い。例えば、検体に酸化アルミなどが多く含むと蛍光を発することがある。色彩的特性を算出して多くのものが、微生物以外の物質と判断できるが、異物の発光点が多いと誤カウントする可能性も多い。青の励起光は、色彩的特性を算出する波長の範囲は、紫外光と比較して狭くはなるが、エネルギーは低くなるため、微生物以外の発光は少なくなる。少ない方が誤カウントする可能性は低くなる。微生物の有無、または菌数を検査する検体は、食品、化粧品、医薬品、土壌・河川の環境などさまざまあり、その検体に含まれる微生物以外の物質の種類、量や要求される菌数の制度、感度によって適時選択する必要がある。   The excitation light source 2 can be used by switching a plurality of excitation spectral filters 3 having different wavelength ranges or a plurality of excitation spectral filters 3 having different wavelength ranges. At this time, an excitation wavelength region shorter than the excitation wavelength region of the dead bacteria staining reagent is selected. Specifically, if the excitation wavelength of the killed bacteria staining reagent is a blue wavelength, the excitation wavelength of the living bacteria staining reagent is an ultraviolet wavelength, and the excitation wavelength of the killed bacteria staining reagent is a wavelength of green or yellow. If so, the blue wavelength is used as the excitation wavelength of the viable and dead bacteria staining reagent. All microorganisms are stained when a nucleic acid-binding staining reagent is used. However, if there is a light emitting point that emits light other than microorganisms or light including electric noise, it is determined as a microorganism if the size and luminance value are equivalent to those of the microorganism. In order to determine in more detail the microorganism, it is necessary to calculate the color characteristic of the light emitting point and compare it with the value of the light emitting point of the microorganism. In order to calculate the color characteristic, the longer the wavelength range for analysis, the more advantageous. Therefore, since the calculation of the color characteristics for judging the microorganism is performed at the emission point of the excitation light of the staining reagent for viable and dead bacteria, it is necessary to carry out at a wavelength as short as possible. However, since ultraviolet light is high in energy, not only microorganisms stained with a living and dead bacteria staining reagent but also inorganic particulate substances often fluoresce due to reflection or autofluorescence. For example, if the specimen contains a large amount of aluminum oxide or the like, fluorescence may be emitted. Many things can be determined by calculating their color characteristics as substances other than microorganisms, but if there are many luminescence points of foreign substances, there is a high possibility of miscounting. The blue excitation light has a narrower wavelength range for calculating the color characteristics than ultraviolet light, but the energy is low, so that the emission of light other than microorganisms is reduced. The smaller the number, the lower the possibility of erroneous counting. There are various types of specimens that can be tested for the presence or absence of microorganisms or the number of bacteria, including food, cosmetics, pharmaceuticals, soil and river environments, and the type, quantity, and required number of bacteria other than microorganisms contained in the specimen, It is necessary to select timely depending on the sensitivity.

なお、色彩的特性を算出するために、透過する波長域の異なる複数の蛍光用分光フィルタ6を用いる。波長域は色彩的特性を算出するために最適な波長域を設定する。また、演算部12は、微生物計量装置1の外部に設けても良いし、パソコンを使用して発光点の画像を微生物計量装置1で撮影し、その画像データをパソコンに送り、そのパソコンで画像解析、色彩的特性の算出、微生物のカウントを行っても良い。   In order to calculate the color characteristics, a plurality of fluorescent spectral filters 6 having different transmission wavelength ranges are used. The wavelength range is set to an optimum wavelength range in order to calculate the color characteristics. The computing unit 12 may be provided outside the microorganism weighing device 1, or a personal computer is used to take an image of the light emission point with the microorganism weighing device 1, send the image data to the personal computer, and the computer uses the image. Analysis, calculation of color characteristics, and count of microorganisms may be performed.

図4は、演算部12における演算工程フローを示した図であり、輝点除去部13、仮の微生物判断手段14、微生物判断手段15、生死菌判断手段16、有効エリア算出部17から構成されている。演算部12における演算工程フロー、輝点除去部13、仮の微生物判断手段14、微生物判断手段15、生死菌判断手段16、有効エリア算出部17などについて、以下説明する。   FIG. 4 is a diagram showing a calculation process flow in the calculation unit 12, which is composed of a bright spot removal unit 13, a temporary microorganism determination unit 14, a microorganism determination unit 15, a live / dead bacteria determination unit 16, and an effective area calculation unit 17. ing. The calculation process flow in the calculation unit 12, the bright spot removal unit 13, the temporary microorganism determination unit 14, the microorganism determination unit 15, the viable and dead bacteria determination unit 16, the effective area calculation unit 17, and the like will be described below.

まず座標補正用画像を読み込んで座標補正値を算出する。次にしきい値などの変数を入力し、輝点除去部によって除去する輝点を確認し、以後、撮影された画像について、輝点を除去する。除去された輝点の部分の画素には、周囲の画素の輝度値をもとにした平均値などをいれることにする。生死菌画像(生死菌染色試薬で染色し、予め設定した励起光で照射して、蛍光した発光点を撮影した画像)を読み込み、まず各発光点を認識し、その発光点に関して、輝度値、面積値(ピクセル数)などが予め設定した値の範囲のものについて、仮の微生物判断手段によって、その発光点を仮の微生物と認識する。   First, a coordinate correction image is read and a coordinate correction value is calculated. Next, a variable such as a threshold value is input, and the bright spot to be removed is confirmed by the bright spot removing unit. Thereafter, the bright spot is removed from the photographed image. For the pixels of the removed bright spot portion, an average value or the like based on the luminance value of the surrounding pixels is entered. Read live and dead bacteria images (images that are stained with live and dead bacteria staining reagents, irradiate with preset excitation light, and photograph fluorescent emission points), first recognize each emission point, For those whose area value (number of pixels) is in the range of a preset value, the luminescent spot is recognized as a temporary microorganism by the temporary microorganism judging means.

次の色彩的特性を算出するための他の波長域での発光点を撮影した色度算出用画像(生死菌染色試薬とは異なる波長域の蛍光画像)を読み込む。このとき、色彩的特性をより精密に検討するために、蛍光波長が異なる複数の画像を用いても良い。色度算出用画像の各発光点について、座標補正を行い、さきほどの仮の微生物と判断された発光点と同じ座標(発光点がなくても)の輝度値を求める。   A chromaticity calculation image (fluorescence image in a wavelength range different from that of the viable and dead bacteria staining reagent) obtained by photographing a light emission point in another wavelength range for calculating the next color characteristic is read. At this time, a plurality of images having different fluorescence wavelengths may be used in order to study the color characteristics more precisely. Coordinate correction is performed for each light emission point of the chromaticity calculation image, and a luminance value at the same coordinate (even if there is no light emission point) as the light emission point determined to be a temporary microorganism is obtained.

仮の微生物と認識した発光点の輝度値と色度算出用画像の輝度値から色彩的特性を算出して、予め純粋の微生物を用いて算出した色彩的特性値と比較し、設定した範囲内の値であれば微生物判断手段15によってその発光点を微生物と認識し、微生物(生死菌)1個とカウントする。この処理を仮の微生物と判断した発光点全てに行い、微生物と判断された発光点を積算し、撮影された画像毎に生死菌数として計量する。次に死菌画像(死菌染色試薬で染色し、予め設定した励起光で照射して、蛍光した発光点を撮影した画像)を読み込み、各発光点を認識し、その発光点の座標を補正する。   Calculate the color characteristics from the luminance value of the light emitting point recognized as a temporary microorganism and the luminance value of the chromaticity calculation image, and compare it with the color characteristic value calculated using a pure microorganism in advance. If the value is, the microorganism judging means 15 recognizes the light emission point as a microorganism and counts it as one microorganism (live and dead). This process is performed on all the luminescent spots determined to be temporary microorganisms, the luminescent spots determined to be microorganisms are integrated, and the number of live and dead bacteria is measured for each photographed image. Next, read the dead bacteria image (images that are stained with a dead bacteria staining reagent, irradiate with the preset excitation light, and photograph the fluorescent emission points), recognize each emission point, and correct the coordinates of the emission point To do.

微生物(生死菌)と判断した発光点と同じ座標の輝度値(発光点がなくても)を求める。このとき、発光点がある場合は、輝度値と面積(ピクセル数)から、微生物以外と判断することもでき、設定した値の範囲内のものについて、輝度値を求めることもできる。もちろん、微生物以外と判断した発光点が先ほどの積算値から差し引く必要がある。生死菌と判断した発光点について、生死菌画像の発光点の輝度値と死菌画像の同じ位置の輝度値から生死菌判断手段16にいって、その発光点全てについて、生菌、死菌と判断して、それぞれ発光点を特定し、生菌と判断した発光点を生菌1個として、死菌と判断した発光点を死菌1個と判断して、撮影画像毎にそれぞれ積算し、生菌数と死菌数を計量する。   A luminance value (even if there is no light emission point) at the same coordinates as the light emission point determined to be a microorganism (live and dead) is obtained. At this time, if there is a light emitting point, it can be determined from the brightness value and the area (number of pixels) that it is not a microorganism, and the brightness value can be obtained for those within the set value range. Of course, it is necessary to subtract the luminous points determined to be other than microorganisms from the previous integrated value. With respect to the luminescent points determined to be viable and dead bacteria, the luminance values of the luminescent points of the live and dead bacteria image and the luminance values at the same position of the dead bacteria image are entered into the viable and dead bacteria determination means 16. Judging and identifying each luminescent point, assuming that the luminescent point determined to be a living bacterium is one living bacterium, determining the luminescent point determined to be a dead bacterium to be one dead bacterium, and integrating each photographic image, Count the number of viable and dead bacteria.

撮影画像の中で生菌数、死菌数を算出した有効エリアを有効エリア算出部17で算出して、メンブレンフィルタの面積とその面積に対して最終的に撮影して有効エリア面積からメンブレンフィルタの面積における最終の菌数を算出して、最終生菌数、死菌数を算出して出力をする。   The effective area in which the number of viable bacteria and the number of dead bacteria in the photographed image is calculated is calculated by the effective area calculating unit 17, and finally, the membrane filter area and its area are photographed and the membrane filter is calculated from the effective area area. The final number of bacteria in the area is calculated, and the final viable cell count and dead cell count are calculated and output.

図5(a)にE.coliの輝度と色度の演算結果を示す。E.coliを含む水検体をメンブレンフィルタにろ過し、生死細胞用蛍光色素であるSYTO9と、死細胞用蛍光色素であるヨウ化プロピジウムを用いて染色したものを、単板モノクロCCDと、青色励起光照射におけるG輝度画像とR輝度画像を取得したデータの一例を示す表である。このとき、B輝度画像は、励起光の波長と重なるために取得できず、数値を代入して使用している。この変数は、最適な値に調整することができる。   In FIG. The calculation result of the brightness | luminance and chromaticity of E. coli is shown. E. A water sample containing E. coli is filtered through a membrane filter and stained with SYTO9, a fluorescent dye for living and dead cells, and propidium iodide, a fluorescent dye for dead cells. It is a table | surface which shows an example of the data which acquired the G luminance image and R luminance image in. At this time, the B luminance image cannot be acquired because it overlaps the wavelength of the excitation light, and is used by substituting numerical values. This variable can be adjusted to an optimal value.

図5(b)に微生物判断手段15の具体的な一例を示す。図5(b)に示される色度の演算工程フローは、RGBの輝度から、XYZ表色系の(x、y)の値への変換を示す。この工程はまず、RGBの輝度を測定する手段によって取得されたRGBそれぞれの輝度値から、リニアRGBへの変換、ガンマ補正がなされる。これにさらに視覚的特性を重み付けし、微生物または夾雑物かの判断に必要な値として、最終的にx、yの値が求められる。このとき、例えば光学フィルタによって青色(B)をカットし、緑色(G)および赤色(R)のみが取得されるような条件の場合には、青色の感度は得られないものとして、あらかじめ実験によって最適化された固定値を代入して使用することや、またはRまたはGの輝度値による関数を設定して使用することもできる。これにより得られた色度の値に対してしきい値と比較することで、微生物か夾雑物であるかを判別する。なお、このときのしきい値は実験により決定する。   FIG. 5B shows a specific example of the microorganism determination means 15. The chromaticity calculation process flow shown in FIG. 5B shows conversion from RGB luminance to (x, y) values in the XYZ color system. In this step, first, the RGB luminance values acquired by the means for measuring RGB luminance are converted into linear RGB and gamma correction is performed. The visual characteristics are further weighted, and the values of x and y are finally obtained as values necessary for the determination of whether the substance is a microorganism or a contaminant. At this time, for example, in a condition where blue (B) is cut by an optical filter and only green (G) and red (R) are acquired, it is assumed that blue sensitivity cannot be obtained. An optimized fixed value can be substituted and used, or a function based on a luminance value of R or G can be set and used. By comparing the obtained chromaticity value with a threshold value, it is determined whether it is a microorganism or a contaminant. The threshold value at this time is determined by experiment.

E.coliを含む菌液と、水道水(塩素除去済み)の中の菌数を測定する。これらの液体試料を、孔径が0.45μm、直径9mmの黒色メンブランフィルタに表面を金属蒸着したものの上方からピペットにて滴下し、吸引ろ過した。メンブランフィルタは、そのままでは表面に触れてしまう恐れがあり、扱いにくいため、周囲を樹脂枠で覆い、一体化させたものを使用した。吸引ろ過圧は、あまり高すぎるとろ過できず、低すぎると微生物へのダメージとなってしまうばかりか、メンブランフィルタが破損することがあるため、100から400Torr付近のポンプ圧に設定して行った。メンブランフィルタ上にろ過するとき、計数しやすさや、逆算する精度の問題から、微生物などの発光物はできるだけ均一に分散させる必要がある。そのため、メンブランフィルタのろ過性能を均一にするために、メンブランフィルタ下方の吸引口にはろ紙などを挟み、吸引圧を拡散して、メンブラン全体に均一にかかるようにして行った。また、それとは別に、メンブランフィルタのポアの通過抵抗を減少させるため、液体試料をろ過する前に、少量の界面活性剤希釈液(Tween20 0.1%)をろ過した。液体試料は、E.coli菌液の場合は0.1mL、水道水の場合は20mLろ過した。   E. The number of bacteria in the bacterial solution containing E. coli and tap water (chlorine removed) is measured. These liquid samples were dropped with a pipette from above a black membrane filter having a pore diameter of 0.45 μm and a diameter of 9 mm with a metal deposited on the surface, and suction filtered. Since the membrane filter may touch the surface as it is and is difficult to handle, the membrane filter was used by covering the periphery with a resin frame and integrating them. If the suction filtration pressure is too high, filtration cannot be performed, and if the suction filtration pressure is too low, the membrane filter may be damaged, and the membrane pressure may be broken. . When filtering on a membrane filter, it is necessary to disperse luminescent substances such as microorganisms as uniformly as possible because of ease of counting and accuracy of back calculation. Therefore, in order to make the filtration performance of the membrane filter uniform, a filter paper or the like is sandwiched in the suction port below the membrane filter, and the suction pressure is diffused to uniformly apply to the entire membrane. Separately, in order to reduce the passage resistance of the membrane filter pores, a small amount of surfactant diluent (Tween 20 0.1%) was filtered before the liquid sample was filtered. The liquid sample is E. coli. In the case of E. coli bacterial solution, 0.1 mL was filtered, and in the case of tap water, 20 mL was filtered.

続いてメンブランフィルタ上に捕集された微生物に対して、蛍光染色を行った。染色試薬は、生死菌染色試薬であるSYTO24と、死菌染色試薬であるSYTOX Orange(いずれも商品名)を使用した。これらの染色試薬は、空気中で光を吸収して分解しやすいため、ジメチルスルホキシドにて500μMに調整し、少量ずつマイクロチューブに分注してストック液とし、保管した。保管は、マイクロチューブ内に窒素を封入し、マイナス20度のフリーザーにて暗所保管した。必要本数を解凍し、それぞれの試薬10μLに対して希釈液を全量が1mLになるように加え、混合した。この希釈液は、試薬の溶解性と、保存性、細胞への浸透性、乾燥防止性、低自家蛍光性である必要があるが、このような条件を満たすものとして、D−ソルビトールを蒸留水で50%程度に希釈しTris−HClと少量の界面活性剤(Tween20)を混合したものを使用した。   Subsequently, fluorescent staining was performed on the microorganisms collected on the membrane filter. The staining reagent used was SYTO24, which is a viable and dead bacteria staining reagent, and SYTOX Orange, which is a dead bacteria staining reagent (both are trade names). Since these staining reagents absorb light easily in the air and are easily decomposed, they were adjusted to 500 μM with dimethyl sulfoxide, and dispensed into microtubes in small amounts as stock solutions and stored. For storage, nitrogen was sealed in a microtube and stored in a dark place with a minus 20 degree freezer. The required number was thawed, and the diluent was added to 10 μL of each reagent so that the total amount was 1 mL, and mixed. This diluent must have reagent solubility, storage stability, permeability to cells, anti-drying properties, and low autofluorescence. D-sorbitol must be distilled water to satisfy these conditions. The mixture was diluted to about 50% and mixed with Tris-HCl and a small amount of surfactant (Tween 20).

終濃度5μMに調整した試薬は、1種類ずつ微生物が捕集されたメンブランフィルタ上方から滴下し、常温にて数分間染色し、余剰の試薬は吸引ろ過にて除去した。染色順序は限定されず、生死菌染色試薬、死菌染色試薬いずれから行っても同様に染色することができる。   Reagents adjusted to a final concentration of 5 μM were dropped from above the membrane filter where microorganisms were collected one by one, stained at room temperature for several minutes, and excess reagents were removed by suction filtration. The order of staining is not limited, and the staining can be performed in the same manner regardless of whether the staining reagent is viable or dead.

染色したのち、余剰試薬を吸引によってできる限り除去した後、メンブランフィルタを微生物計数装置に設置し、計測を行った。   After staining, the excess reagent was removed as much as possible by aspiration, and then the membrane filter was placed in a microbe counting apparatus and measured.

微生物計数装置は、図3に記載されたものであるが、今回、生死菌試薬に対応する励起光は青色LED(約470nm)と、死菌試薬に対応する励起光は黄色LED(約560nm)を使用し、分光フィルタとして緑色は530から550nmに透過性をもつものと、赤色は590から610nmに透過性を持つものを使用した。なお、光源には、光束を撮像範囲に照射しやすいよう集光レンズを設けている。   The microorganism counting apparatus is the one described in FIG. 3, but this time, the excitation light corresponding to the live and dead bacteria reagent is a blue LED (about 470 nm) and the excitation light corresponding to the dead bacteria reagent is a yellow LED (about 560 nm). As a spectral filter, green has transparency between 530 and 550 nm and red has transparency between 590 and 610 nm. The light source is provided with a condensing lens so that the light beam can be easily irradiated onto the imaging range.

また、メンブランフィルタの設置ステージには着脱可能な機構を設け、さらにステージ部材がメンブランフィルタを裏側から平面かつピントが合う高さに固定できるようにし、ピント調節を不要とした。メンブランフィルタを固定したステージは、モーター駆動のXYステージにより移動可能であり、プログラムによってあらかじめ指定した位置への移動を連続的に行うことができるものとした。   The membrane filter installation stage is provided with a detachable mechanism so that the stage member can fix the membrane filter from the back side to a flat surface and at a height that is in focus, eliminating the need for focus adjustment. The stage to which the membrane filter is fixed can be moved by a motor-driven XY stage, and can be continuously moved to a position designated in advance by a program.

メンブランフィルタ表面の蛍光画像の取得は、メンブランフィルタの上方に設置された赤外カットフィルタを施した単板モノクロCCDカメラと、拡大レンズ系にて行った。画像を取得する際には、励起光となるLEDが点灯して照射され、受光フィルタを切り替えて目的の波長の画像を取得できるものとし、これらのカメラ、光源、フィルタ、およびステージは、動作をプログラムされたマイコンを使用して制御されるものとした。   The fluorescence image on the surface of the membrane filter was acquired using a single-plate monochrome CCD camera with an infrared cut filter installed above the membrane filter and a magnifying lens system. When acquiring an image, the LED that is the excitation light is turned on and illuminated, and the light receiving filter can be switched to acquire an image of the desired wavelength. These cameras, light sources, filters, and stages operate as follows. It was controlled using a programmed microcomputer.

画像の取得は、同一の位置で(a)青色励起,緑色蛍光、(b)青色励起、赤色蛍光、(c)黄色励起、赤色蛍光、の3種類の画像を、露光時間が0.1から3秒程度で連続的に取得し、ステージによって次の撮像領域に移動し、同様に画像を取得するものとした。また、測定の最初には、LEDを点灯させずに画像を取得し、ドット欠けである輝点の画素部分を確認し、輝点を除去するための画像を取得した。   Images are acquired at the same position using three types of images (a) blue excitation, green fluorescence, (b) blue excitation, red fluorescence, and (c) yellow excitation, red fluorescence, with an exposure time from 0.1. Images were acquired continuously in about 3 seconds, moved to the next imaging region by the stage, and images were acquired in the same manner. In addition, at the beginning of the measurement, an image was acquired without turning on the LED, a pixel portion of a bright spot having a missing dot was confirmed, and an image for removing the bright spot was acquired.

画像を全て取得した後、演算部により輝点の除去、発光点の抽出、照合が行われ、発光点ごとに輝度値を求めたデータを作成した。   After all the images were acquired, the bright spot was removed, the light emission points were extracted, and collation was performed by the calculation unit, and data for which the luminance value was obtained for each light emission point was created.

図6(a)に、E.coliと水道水中の発光物の輝度のドットプロット及び生死判断手段による分類方法を示す。図6(a)に示されていますように、E.coliと水道水中にみられる発光点のプロットを生死菌染色試薬であるSYTO24の蛍光波長である青励起、緑蛍光での輝度と、死菌染色試薬であるSYTOX Orangeの蛍光波長である黄色励起、赤蛍光での輝度を2軸におき、ドットプロットを作成したものである。   In FIG. The classification method by the dot plot of the brightness | luminance of the luminescent material in E. coli and tap water and the life-and-death judgment means is shown. As shown in FIG. A plot of emission points seen in E. coli and tap water is blue excitation, which is the fluorescence wavelength of SYTO24, which is a viable and dead bacteria staining reagent, and brightness of green fluorescence and yellow excitation, which is the fluorescence wavelength of SYTOX Orange, which is a death bacteria staining reagent. The dot plot is created with the brightness at red fluorescence on two axes.

このとき、任意に設定できる境界線として、cがy=100、dがx=yのような直線を設定し、cより小さく、かつdより小さい領域を生菌群、それ以外の領域を死菌群として指定し、該当する領域の発光点に対してフラグを立て、発光点の分類を行った。dは、生死菌染色試薬による輝度値と死菌染色試薬による輝度値の比率を示しており、このような一定の比率で判断しても良いし、Cで示した範囲を組合わせて行っても良い。また、比率は一定ではなく、範囲によって異なった比率でも良い。この設定は、プロットした点で2つの群ができたときは、それらに群を分けるように設定することや培養試験での結果に基づき最適と考えられる比率を設定する。   At this time, as a boundary line that can be arbitrarily set, a straight line such that c is y = 100 and d is x = y is set, and an area that is smaller than c and smaller than d is a viable group, and other areas are dead. Designated as a fungal group, flags were set for the luminescent spots in the corresponding area, and the luminescent spots were classified. d shows the ratio of the luminance value by the living and dead bacteria staining reagent and the luminance value by the death bacteria staining reagent, and it may be judged by such a fixed ratio, or by combining the range indicated by C. Also good. Further, the ratio is not constant, and may be a ratio that varies depending on the range. When two groups are formed at the plotted points, this setting is set so that the groups are divided into them or a ratio that is considered to be optimal based on the results of the culture test.

図6(b)に、発光点の色度図と微生物判断手段による判断方法を示す。図6(b)に示されていますように、大きさ、輝度値から仮の微生物として分類された発光点の集団を、XYZ表色系における色度データのうち、xとyの値をグラフ上にプロットした。このとき、E.coli生菌がx<0.37、y>0.54の領域に分布していたのに対し、水道水中の微生物以外の発光物はxが0.3から0.6、yが0.3から0.6と幅広い領域に分布していることが確認された。このとき、しきい値は、E.coliの値を参考に設定し、xはe=0.37、yはf=0.54として、x<e、y>fの領域に分類された集団を微生物として判別し、水道水中に含まれる発光物のような夾雑物を判別した。その結果、検出された発光点のうち夾雑物の大半を分離することができ、水道水では図6の(a)のとおり生死判断手段によって100個の点から32個の点が抽出されたが、さらに図6の(b)によってそのうちの8個が微生物の生菌であると判別することができた。実際のプログラムは、まず、(a)の画像の発光点の大きさと輝度値から仮の微生物と認識した点に関して、(b)の画像から色度を算出して、微生物と特定される発光点を求める。その発光点に関して、(a)と(c)の画像から得られる輝度値を用いて、生菌と死菌の判断することで、菌数が多い、即ち発光点が多くても、色度や輝度値の比率などを求める発光点を順次絞って、少なくして判断することで、計算が速くなり、測定時間も短縮することができる。   FIG. 6B shows a chromaticity diagram of the light emission point and a determination method by the microorganism determination means. As shown in FIG. 6 (b), a group of luminous points classified as temporary microorganisms based on their size and luminance values is shown as a graph of x and y values in the chromaticity data in the XYZ color system. Plotted above. At this time, E.I. E. coli live bacteria were distributed in the region of x <0.37 and y> 0.54, whereas luminescent materials other than microorganisms in tap water had x of 0.3 to 0.6 and y of 0.3. It was confirmed that it was distributed in a wide area of 0.6. At this time, the threshold value is E.E. The value is set with reference to the value of E. coli, x is e = 0.37, y is f = 0.54, and the group classified into the region of x <e, y> f is identified as a microorganism and included in tap water The foreign matter such as the luminescent material is discriminated. As a result, most of the detected emission points can be separated, and in tap water, 32 points are extracted from 100 points by the life / death determining means as shown in FIG. Furthermore, it was possible to determine that 8 of them were viable microorganisms by (b) of FIG. The actual program first calculates the chromaticity from the image of (b) and identifies the luminescent point identified as a microorganism with respect to the point recognized as a temporary microorganism from the size and brightness value of the luminescent point of the image of (a). Ask for. With regard to the light emission point, the brightness value obtained from the images (a) and (c) is used to determine whether the bacteria are viable or dead. By sequentially narrowing down and determining the emission points for obtaining the ratio of luminance values, etc., the calculation becomes faster and the measurement time can be shortened.

図7に図6同様大腸菌と異物について、生菌、死菌、異物に関する発光点の色度とその発光点について蛍光顕微鏡を用いて目視で確認した結果の一例を示す。大腸菌と特定した発光点に関して、生菌と死菌とでは、色度の値が異なり、生菌と死菌を別々の色彩的特性の設定範囲を設けることで、生菌、死菌、異物と判別することができる。より正確に微生物(生菌あるいは死菌)と判別するために、発光点を生菌、死菌と区別してから、生菌と異物、死菌と異物の判断をさせると良い。   FIG. 7 shows an example of the results of visual confirmation of the chromaticity of the luminescent spots and the luminescent spots of live bacteria, dead bacteria, and foreign substances using a fluorescence microscope for E. coli and foreign substances as in FIG. With regard to the luminescent point identified as E. coli, the value of chromaticity is different between live and dead bacteria, and by setting different color characteristic setting ranges for live and dead bacteria, Can be determined. In order to more accurately discriminate between microorganisms (live bacteria or dead bacteria), it is preferable to distinguish between live bacteria and dead bacteria after distinguishing the luminescent point from live bacteria and dead bacteria.

このしきい値は一例であるが、染色に使用する蛍光色素の種類や、濃度、希釈する溶液の極性などによっても変化することから、使用が想定される環境に最も適した値をあらかじめ設定しておくことが好ましい。   This threshold is an example, but it varies depending on the type, concentration, and polarity of the solution used for staining. It is preferable to keep it.

なお、最終菌数の妥当性については、培養困難である菌も存在する為、適切な培養方法、培地の種類を複数組み合わせて使用し、評価することが望ましい。   In addition, since there are bacteria that are difficult to culture, the appropriateness of the final number of bacteria is preferably evaluated by using a combination of appropriate culture methods and types of media.

本発明は、細胞および微生物を含んだ検体から蛍光染色を用いて微生物と微生物以外の異物と区別・判断し、微生物と判断された発光点に対して生菌と死菌を判断する装置であって、微生物の特定とより精度良く検出できる微生物計量装置を提供することができ、食品工場、病院、あるいは給食センタ−などでの微生物計量、あるいは微生物検出、あるいは環境試験での微生物計量、あるいは微生物検出などにも適用できる。   The present invention is an apparatus for discriminating and judging microorganisms and foreign substances other than microorganisms using fluorescent staining from a specimen containing cells and microorganisms, and judging viable and dead bacteria with respect to a luminescent point judged to be a microorganism. Therefore, it is possible to provide a microorganism weighing apparatus that can identify microorganisms and detect them with higher accuracy, and measure microorganisms in food factories, hospitals, or food service centers, or measure microorganisms in microorganism detection or environmental tests, or microorganisms. It can also be applied to detection.

本発明の実施の形態1のDAPIで染色した色度分布図Chromaticity distribution diagram stained with DAPI according to Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1のDAPIの励起光の吸収スペクトルと蛍光スペクトルを示す図The figure which shows the absorption spectrum and fluorescence spectrum of the excitation light of DAPI of Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1の微生物計量装置の構成図Configuration diagram of the microorganism weighing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1の演算工程のフローチャートThe flowchart of the calculation process of Embodiment 1 of this invention (a)本発明の実施の形態1のE.coliの輝度と色度の演算結果を示す図、(b)同色度の演算工程フローを示す図(A) E. of the first embodiment of the present invention. The figure which shows the calculation result of the brightness | luminance and chromaticity of E. coli, (b) The figure which shows the calculation process flow of the same chromaticity (a)本発明の実施例1のE.coliと水道水中の発光物の輝度のドットプロット及び生死判断手段による分類方法を示す図、(b)同発光点の色度図と微生物判断手段による判断方法を示す図(A) E. of Example 1 of the present invention. The figure which shows the dot plot of the brightness | luminance of the luminescent material in E. coli and tap water, and the classification method by the life-and-death judgment means, (b) The chromaticity diagram of the same luminescent point, and the figure which shows the judgment method by microbe judgment means 本発明の実施例1のE.coliと水道水中の発光物の色度図と微生物判断手段による生菌、死菌、異物の判断方法を示す図E. of Example 1 of the present invention. Coli and chromaticity diagram of luminescent material in tap water and a diagram showing a method for judging viable bacteria, dead bacteria and foreign substances by means of microorganism judging means

符号の説明Explanation of symbols

1 微生物計量装置
2 励起光源
3 励起用分光フィルタ
4 集光レンズ
5 ハイパスフィルタ
6 蛍光用分光フィルタ
7 レンズユニット
8 受光素子
9 検査台
10 メンブランフィルタ
11 CCDユニット
12 演算部
13 輝点除去部
14 仮の微生物判断手段
15 微生物判断手段
16 生死菌判断手段
17 有効エリア算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microorganism measuring device 2 Excitation light source 3 Excitation spectral filter 4 Condensing lens 5 High pass filter 6 Fluorescence spectral filter 7 Lens unit 8 Light receiving element 9 Inspection table 10 Membrane filter 11 CCD unit 12 Calculation unit 13 Bright spot removal unit 14 Temporary Microorganism determination means 15 Microorganism determination means 16 Life / death bacteria determination means 17 Effective area calculation unit

Claims (7)

生死細胞のいずれとも反応して生死細胞のいずれも発色させる第1の試薬と死細胞とのみ反応して死細胞のみ反応させる第2の試薬との両方を微生物の有無を検査する検体に接触させ、蛍光染色法で染色した微生物を計量する微生物計量装置において、予め定められた複数の波長域の励起光を照射する光源と前記励起光によって発光する予め定められ異なった波長域の光だけを透過する分光フィルタと光を受光する受光部を備え、前記第1の試薬は、前記第2の試薬よりも短い波長の光で蛍光を発し、その蛍光を発した発光点の面積と輝度値と色彩的特性から微生物1個と判断する微生物判断手段と前記第1の試薬による発光した輝度値と前記第2の試薬による発光した輝度値から生細胞と死細胞を判別する生死菌判断手段と前記微生物判断手段と前記生死菌判断手段とにより生菌あるいは死菌と判断された各発光点を順次積算することで生菌および死菌を同時に計量する微生物計量装置。 Both the first reagent that reacts with any of the living and dead cells and develops both the living and dead cells and the second reagent that reacts only with dead cells and reacts only with dead cells are brought into contact with the specimen to be examined for the presence of microorganisms. In a microorganism weighing device that measures microorganisms stained by fluorescent staining, only a light source that emits excitation light in a plurality of predetermined wavelength ranges and light in a predetermined different wavelength range that is emitted by the excitation light are transmitted. The first reagent emits fluorescence with light having a wavelength shorter than that of the second reagent, and the area, luminance value, and color of the emission point that emits the fluorescence. Determination means for determining one microorganism from the physical characteristics, brightness value emitted by the first reagent and brightness value emitted by the second reagent, live / dead bacteria determination means for distinguishing live cells from dead cells, and the microorganism Judgment Microorganism metering device for simultaneously measuring the viable and dead bacteria by sequentially integrating the light emitting points that are determined to live cells or dead by said the stage death bacteria determination means. 第1の試薬と第2の試薬は、核酸と反応して発色する試薬とした請求項1記載の微生物計量装置。 The microorganism measuring apparatus according to claim 1, wherein the first reagent and the second reagent are reagents that develop color by reacting with a nucleic acid. 第1の試薬と第2の試薬は、細胞膜の透過性の違いから生菌と死菌を判別することを特徴とした請求項1記載の微生物計量装置。 The microorganism measuring apparatus according to claim 1, wherein the first reagent and the second reagent discriminate between live bacteria and dead bacteria from the difference in permeability of the cell membrane. 第1の試薬の励起波長を紫外とし、第2の試薬の励起波長を青または緑としたことを特徴とする請求項1記載の微生物計量装置。 2. The microorganism weighing apparatus according to claim 1, wherein the excitation wavelength of the first reagent is ultraviolet and the excitation wavelength of the second reagent is blue or green. 第1の試薬の励起波長を青とし、第2の試薬の励起波長を緑としたことを特徴とする請求項1記載の微生物計量装置。 2. The microorganism weighing apparatus according to claim 1, wherein the excitation wavelength of the first reagent is blue and the excitation wavelength of the second reagent is green. 第1の試薬により蛍光を発した発光点の面積と輝度値が微生物判断手段により設定された範囲内の値により微生物と判断された発光点に対して、第1の試薬と第2の試薬により蛍光を発光する各波長域での輝度値の比から生菌と死菌を判別する生死菌判断手段を有した請求項1記載の微生物計量装置。 The first reagent and the second reagent use the first reagent and the second reagent for the light emission point where the area and luminance value of the light emission point that is fluorescent by the first reagent are determined to be microorganisms based on the values within the range set by the microorganism determination means. 2. The microorganism measuring apparatus according to claim 1, further comprising viable and dead bacteria judging means for discriminating viable bacteria and dead bacteria from a ratio of luminance values in respective wavelength regions emitting fluorescence. 生死菌判断手段によって、生菌あるいは死菌と判別した各発光点に対して、色彩的特性を算出し、生菌と死菌と各々ある範囲の設定値を設け、色彩的特性から生菌と異物あるいは死菌と異物を判別する微生物判断手段を有する請求項1あるいは請求項6記載の微生物計量装置。 A color characteristic is calculated for each luminescent point that has been determined to be live or dead by the viable and dead bacteria determination means, and a set value is set for each range of live and dead bacteria. The microorganism measuring device according to claim 1 or 6, further comprising a microorganism judging means for discriminating foreign matter or dead bacteria from foreign matter.
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