JP5148935B2 - 分光検査装置および分光検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、分光検査装置および分光検査方法に関するものである。

従来、測定対象の細胞を含有する培養液に近赤外光を照射して、培養液からの反射光または透過光を受光して分析する分光分析装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−１４９１４４号公報

しかしながら、特許文献１の分光分析装置では、培養液内に存在する細胞に光を照射するために、細胞の周囲に満たされている培養液（主として水）が光を強く吸収してしまうという不都合がある。その結果、細胞そのものからの信号が培養液からの信号に比較して非常に小さくなり、定量化することが困難であるという不都合がある。

この不都合を回避するために、検査に先立って、培養容器内から培養液をピペットで吸い出し、細胞を露出させることが考えられるが、この作業においては培養液にピペットを接触させる必要があり、コンタミネーションの可能性が増加するうえ、吸い出し作業が必要となって作業性が悪いという不都合がある。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであって、培養容器内から培養液を吸い出す作業を行うことなく、培養液の影響を受けずに試料の分光分析を行うことができる分光検査装置および分光検査方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、培養液とともに試料を収容する培養容器を載置するステージと、該ステージに載置された培養容器内の試料に対して照射する近赤外光を発生する光源と、該光源から照射され、前記試料において反射または透過した近赤外光を受光するセンサと、該センサにより受光された近赤外光を分光して波長特性を測定する分光測定部とを備え、前記ステージが、前記培養容器を水平方向に対して傾けて載置可能に構成され、前記光源は、前記ステージに載置された前記培養容器内の所定の位置の前記試料に対して前記近赤外光を照射し、前記ステージは、前記培養容器を、該培養用容器内において前記培養液の液面が前記所定の位置よりも下方に配される角度に傾けて載置可能である分光検査装置を提供する。

本発明によれば、培養液および試料を収容した培養容器をステージに載置すると、ステージが培養容器を水平方向に対して傾けて載置可能に構成されているので、ステージに搭載された培養容器内に貯留されている培養液は、培養容器が傾けられることによって、底面に沿って下側に移動し、底面に接着して成長している試料が培養液から露出することになる。この状態で、光源から近赤外光を出射させると、出射された近赤外光が培養液を介することなく試料に照射され、試料において反射または透過した近赤外光がセンサにより受光され、分光測定部において分光されて波長特性が測定される。すなわち、培養容器内に貯留されている培養液の影響を受けることなく波長特性を取得することができる。したがって、培養容器からの培養液の吸い出し作業を行うことなく、試料からの信号を簡易に定量化することができる。

上記発明においては、前記光源が、前記培養容器内の試料の厚さ方向に近赤外光を照射するよう配置されていてもよい。
このようにすることで、成長に伴って厚さの増加する試料の分光分析を精度よく行うことができる。

また、上記発明においては、前記光源、センサおよびステージが、略水平な軸線回りに、一体的に揺動可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、ステージを水平な状態に設定して培養容器を載置し、ステージを略水平な軸線回りに揺動させることにより、培養容器内の培養液から試料を露出させることができる。この場合に、ステージと一体的に光源およびセンサが揺動するので、ステージを傾斜させて培養液から露出した状態の試料に近赤外光を照射し、反射または透過した近赤外光をセンサにより受光することができる。

また、本発明は、培養液とともに試料を収容する培養容器を傾斜させることにより試料を培養液から露出させる露出ステップと、培養液から露出した試料に対して近赤外光を照射する照射ステップと、試料において反射または透過した近赤外光を受光する受光ステップと、受光された近赤外光を分光して波長特性を測定する測定ステップとを備える分光検査方法を提供する。

本発明によれば、培養容器を傾斜させて培養液から露出した試料に近赤外光を照射して受光し、波長特性を測定するので、培養液の影響を受けることなく、試料の分光分析を精度よく行うことができる。

上記発明においては、前記照射ステップが、培養容器を傾斜させることにより、鉛直方向に対して傾斜した試料の厚さ方向に沿う光軸に沿って近赤外光を照射することとしてもよい。
このようにすることで、成長に伴って厚さの増加する試料の分光分析を精度よく行うことができる。

また、本発明の参考例は、培養液とともに試料を収容可能な凹部を有する分光検査用培養容器であって、前記凹部が、試料を接着させて培養可能な平坦な底面を有し、該底面が、その重心位置を通過する直線を挟んで異なる面積を有する形状からなる分光検査用培養容器を提供する。

本発明の参考例によれば、凹部内に培養液および試料を収容し、底面を略水平に設定して培養することにより、試料が凹部内の平坦な底面に接着して成長する。そして、分光検査を行う際には、底面を傾斜させることにより、凹部内の培養液を下側に移動させて、底面に接着している試料を露出させることができる。この場合において、凹部の底面がその重心位置を通過する直線を挟んで異なる面積を有する形状からなるので、面積が大きい側が下側になるように傾斜させることにより、培養液の液面をより下側に移動させて、簡易に試料を露出させることができる。したがって、培養液の影響を受けることなく試料の分光分析を行うことが可能となる。

また、本発明の参考例は、培養液とともに試料を収容可能な凹部を有する分光検査用培養容器であって、前記凹部が、試料を接着させて培養可能な平坦な培養面を有する培養部と、該培養部の培養面に対して傾斜し、前記培養面に隣接する平坦な観察面を有する観察部と、該観察部を挟んで前記培養部とは反対側に配置され、前記観察面が略水平に配されたときに、前記培養部に貯留されていた培養液を収容する容積を有する培養液収容部とを備える分光検査用培養容器を提供する。

本発明の参考例によれば、凹部内に設けられた培養部に、試料および培養液を収容して培養することにより、培養部の略水平に配された平坦な培養面に試料を接着させて成長させることができる。そして、試料の分光検査を行う際には、培養部が観察部よりも上側に配されるように、培養面を傾斜させ、培養面に隣接する観察面を略水平にすることにより、培養部に貯留されていた培養液を培養部から流出させるとともに、培養面に接着していた試料を観察面まで徐々に移動させることができる。このとき、観察部の下側には培養液収容部が隣接しているので、培養部から流出した培養液は、観察部を通過して培養液収容部に流入し収容される。これにより、観察部に移動した試料が、培養液から露出するので、培養液の影響を受けることなく分光検査を行うことが可能となる。

また、本発明の参考例は、培養液とともに試料を収容可能な凹部を有する分光検査用培養容器であって、前記凹部が、試料を接着させて培養可能な平坦な培養面を有する培養部と、該培養部の培養面に対して傾斜する傾斜面を挟んで培養面に隣接し培養面と略平行な平坦な観察面を有する観察部と、該観察部を挟んで前記培養部とは反対側に配置され、前記傾斜面が略水平に配されたときに、前記培養部に貯留されていた培養液を収容する容積を有する培養液収容部とを備え、前記観察部の観察面と、前記培養液収容部との間に、試料の通過を禁止し、培養液の通過を許容する仕切壁が設けられている分光検査用培養容器を提供する。

本発明の参考例によれば、凹部内に設けられた培養部に、試料および培養液を収容して培養することにより、培養部の略水平に配された平坦な培養面に試料を接着させて成長させることができる。そして、試料の分光検査を行う際には、培養部が観察部よりも上側に配されるように培養面を傾斜させ、培養面に接着している試料を培養面に隣接する傾斜面を介して観察面まで徐々に移動させる。観察部の観察面と培養液収容部との間には仕切壁が設けられているので、該仕切壁によって試料が堰き止められ、培養液が観察部の下側に配される培養液収容部に流入し収容される。この状態で、観察面が略水平になるように傾斜を戻すことにより、試料が観察面に培養液から露出して載置された状態となるので、培養液の影響を受けることなく分光検査を行うことが可能となる。

本発明によれば、培養容器内から培養液を吸い出す作業を行うことなく、培養液の影響を受けずに試料の分光分析を行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る分光検査装置１について、図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る分光検査装置１は、図１に示されるように、培養液２とともに試料３を収容する培養容器４を載置するステージ５と、該ステージ５に載置された培養容器４内の試料３に対して近赤外光Ｌを照射する光源６と、該光源６から照射され、試料３を透過した近赤外光Ｌを検出するセンサ７と、該センサ７により検出された近赤外光Ｌを分光して波長特性を取得する分光測定部８とを備えている。

培養容器４は、例えば、略円形の底面４ａを有するシャーレ状の容器であって、近赤外光Ｌを透過可能な透明な石英やプラスチック等の材料により構成されている。培養される試料３は、例えば、底面４ａに接着して成長する軟骨組織等である。

前記ステージ５は、水平方向に対して一方向に傾斜して配置されている。また、ステージ５の略中央位置には、その板厚方向に貫通する貫通孔５ａが設けられている。さらに、ステージ５の載置面５ｂの下側には、載置される培養容器４を突き当てるストッパ５ｃが設けられている。

前記光源６は、前記ステージ５の下方から、前記ステージ５の貫通孔５ａを介して斜め上方に向けて近赤外光Ｌを出射するように配置されている。また、前記センサ７は、ステージ５を挟んで前記光源６に対向する位置に配置されている。

ステージ５の載置面５ｂ上に培養容器４を載置して、その下部をストッパ５ｃに突き当てると、培養容器４によって前記貫通孔５ａが閉塞された状態となり、光源６から出射された近赤外光Ｌが、ステージ５の貫通孔５ａを通過して培養容器４に照射され、培養容器４および該培養容器４内に収容されている試料３を透過してセンサ７により受光されるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る分光検査装置１を用いた分光検査方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る分光検査装置１を用いて試料３の分光分析を行うには、培養容器４内に培養液２とともに試料３を収容し、図示しないインキュベータ内で、所定の培養条件下において培養を行うことにより試料３を成長させ、その成長の過程の所定の時点において、培養容器４をインキュベータ内から取り出してステージ５の載置面５ｂに載置する。

ステージ５の載置面５ｂは傾斜して配置されているが、載置面５ｂにストッパ５ｃが設けられているので、培養容器４の下端部がストッパ５ｃに突き当たって固定される。これにより、培養液２および試料３が収容された培養容器４をステージ５の載置面５ｂに載置すると、図１に示されるように、培養容器４内の試料３は、培養容器４の底面４ａに接着状態に維持される一方、培養液２は培養容器４内を下側に流れて下部に溜まるようになる。その結果、培養容器４内の試料３が培養液２から露出する。

この状態で、光源６を作動させることにより、光源６からの近赤外光Ｌがステージ５の貫通孔５ａを介して斜め上方に出射され、培養容器４を透過して培養容器４内の試料３に照射される。試料３は培養液２から露出させられているので、近赤外光Ｌは試料３を透過した後、培養液２を介することなくセンサ７により受光される。センサ７からの信号は分光測定部８に送られて、波長特性が測定されることにより、試料３に含有される成分を定量的に分析することができる。

このように、本実施形態に係る分光検査装置１によれば、ステージ５の載置面５ｂに培養液２および試料３が収容された培養容器４を載置するだけで、試料３を培養液２から露出させて、培養液２の影響を受けることなく試料３の分光分析を行うことができる。したがって、分光検査に先立ってピペット等を用いて培養液２を排除する等の作業を行う必要がなく、コンタミネーションの可能性を低減できるとともに、作業を簡略化することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、ステージ５が傾斜した状態に固定されている場合について説明したが、これに代えて、図２（ａ）に示されるように、水平状態に配置されたステージ５と、鉛直方向に対向して配置された光源６およびセンサ７とが、図２（ｂ）に示されるように、一体的に所定角度だけ揺動させられるように構成されていてもよい。このようにすることで、図２（ａ）に示されるように水平状態に配置されたステージ５上に培養容器４を水平な状態のまま載置して、ステージ５、光源６およびセンサ７を揺動させるだけで、図１と同様に、培養液２を排除して試料３の分光分析を行うことができる。
また、このような構成にすることにより、培養液を有しない試料３に対しては、図２（ａ）に示されるように、ステージ５を水平な状態に配置したまま検査を行うことができるという利点がある。

また、本実施形態においては、培養液２および試料３を収容する培養容器４として、略円形の底面４ａを有するものを例示したが、これに代えて、図３および図４に示されるように、底面４ａの形状が、その重心位置を通過する直線を挟んで異なる面積を有する形状、例えば、三角形のものを使用することが好ましい。すなわち、図３に示される例では、重心Ｐを通過する直線Ｑを挟んだ２つの領域Ｒ１と領域Ｒ２（斜線部）の面積の関係は、Ｒ１＜Ｒ２となっている。

このようにすることで、図４に示されるように、底面４ａの面積が大きい側の領域Ｒ２が下側となるように培養容器４を傾斜させると、重心位置よりも下側の容積が大きくなるので、少ない角度で培養液の液面を試料よりも下側に移動させることができる。その結果、培養容器４の傾斜角度を大きくしなくても試料を培養液から露出させることができ、培養液の影響を受けずに分光検査を行うことが可能となる。傾斜角度を小さくすることで、試料が培養容器内でずれてしまうことを防止できる。なお、三角形に限定されるものではなく、他の任意の形状を採用してもよい。

また、このような構成の培養容器４としては、培養液２および試料３を収容する凹部４ｂを１個有するものに限定されるものではなく、図５に示されるように、縦横に複数配列されているものを採用してもよい。この場合においても、各凹部が上述したように、例えば、三角形の底面４ａを有することとすればよい。

また、図６に示されるように、培養容器４の凹部４ｂが、試料３を培養液２内に浸漬させて培養する培養部Ａと、該培養部Ａの底面（培養面）４ａに隣接して傾斜する観察面４ｃを有する観察部Ｂと、該観察部Ｂを挟んで培養部Ａとは反対側に配置される培養液収容部Ｃとを備える構造としてもよい。

このようにすることで、図６（ａ）に示されるように、培養部Ａの底面４ａを略水平に配置して、培養液２を貯留し、試料３を培養した後に、分光検査を行う際には、図６（ｂ）に示されるように、培養部Ａが上側に、培養液回収部Ｃが下側になるように培養容器４を傾斜させることにより、培養部Ａ内に貯留されていた培養液を培養液回収部Ｃに流し、底面４ａに接着して成長していた試料３を水平な観察面４ｃまで徐々に移動させることができる。この状態で、鉛直方向上方に向けて近赤外光Ｌを照射することにより、培養液の影響を受けることなく、試料の分光検査を行うことができる。
このような培養容器４によれば、鉛直方向上方に向けて近赤外光Ｌを照射する市販の分光検査装置を使用することができる。

また、図７に示されるように、培養容器４の凹部４ｂが、試料３を培養液内に浸漬させて培養する培養部Ａと、該培養部Ａの底面（培養面）４ａに傾斜面４ｄを挟んで隣接し、底面４ａと略平行な観察面４ｃを有する観察部Ｂと、該観察部Ｂを挟んで培養部Ａとは反対側に配置される培養液収容部Ｃとを備える構造としてもよい。観察部Ｂと培養液回収部Ｃとの間には、培養液２の流通を許容し、試料３の通過を禁止するメッシュ等からなる仕切壁４ｅが設けられている。

このようにすることで、図７（ａ）に示されるように、培養部Ａの底面４ａを略水平に配置して、培養液２を貯留し、試料３を培養した後に、分光検査を行う際には、図７（ｂ）に示されるように、培養部Ａが上側に、培養液回収部Ｃが下側になるように培養容器４を傾斜させることにより、培養部Ａ内に貯留されていた培養液を培養液回収部Ｃに流し、底面４ａに接着して成長していた試料３を仕切壁４ｅによって捕捉する。

この後に、培養容器４を観察面４ｃが略水平になるまで戻すことにより、図７（ｃ）に示されるように、観察面４ｃに試料３を載置した状態にすることができる。この状態で、鉛直方向上方に向けて近赤外光Ｌを照射することにより、培養液の影響を受けることなく、試料の分光検査を行うことができる。
このような培養容器４によっても、鉛直方向上方に向けて近赤外光Ｌを照射する市販の分光検査装置を使用することができる。

また、本実施形態においては、光源６から出射された近赤外光Ｌを試料３に照射し、試料３を透過した近赤外光Ｌをセンサ７により検出することとしたが、これに代えて、試料３において反射した近赤外光Ｌを光源６と同じ側に配置されたセンサ７により検出することとしてもよい。

本発明の一実施形態に係る分光検査装置を示す模式的な全体構成図である。 図１の分光検査装置の第１の変形例であって、（ａ）培養容器を水平に載置した状態、（ｂ）培養容器を傾斜させた状態をそれぞれ示す図である。 図１の分光検査装置に適用して好適な本実施形態に係る培養容器の一例を示す平面図である。 図３の培養容器であって、（ａ）水平な状態、（ｂ）傾斜させた状態をそれぞれ示す斜視図である。 図４と同様の複数の凹部を有する培養容器であって、（ａ）水平な状態、（ｂ）傾斜させた状態をそれぞれ示す縦断面図である。 図３の培養容器の変形例であって（ａ）水平な状態、（ｂ）傾斜させた状態をそれぞれ示す縦断面図である。 図３の培養容器の他の変形例であって（ａ）水平な状態、（ｂ）傾斜させた状態をそれぞれ示す縦断面図である。

符号の説明

Ａ 培養部
Ｂ 観察部
Ｃ 培養液収容部
Ｌ 近赤外光
Ｐ 重心
Ｑ 直線
１ 分光検査装置
２ 培養液
３ 試料
４ 培養容器（分光検査用培養容器）
４ａ 底面（培養面）
４ｂ 凹部
４ｃ 観察面
４ｄ 傾斜面
４ｅ 仕切壁
５ ステージ
６ 光源
７ センサ
８ 分光測定部

Claims (5)

1. 培養液とともに試料を収容する培養容器を載置するステージと、
   該ステージに載置された培養容器内の試料に対して照射する近赤外光を発生する光源と、
   該光源から照射され、前記試料において反射または透過した近赤外光を受光するセンサと、
   該センサにより受光された近赤外光を分光して波長特性を測定する分光測定部とを備え、
   前記ステージが、前記培養容器を水平方向に対して傾けて載置可能に構成され、
   前記光源は、前記ステージに載置された前記培養容器内の所定の位置の前記試料に対して前記近赤外光を照射し、
   前記ステージは、前記培養容器を、該培養用容器内において前記培養液の液面が前記所定の位置よりも下方に配される角度に傾けて載置可能である分光検査装置。
2. 前記光源が、前記培養容器内の試料の厚さ方向に近赤外光を照射するよう配置されている請求項１に記載の分光検査装置。
3. 前記光源、センサおよびステージが、略水平な軸線回りに、一体的に揺動可能に設けられている請求項１または請求項２に記載の分光検査装置。
4. 培養液とともに試料を収容する培養容器を傾斜させることにより試料を培養液から露出させる露出ステップと、
   培養液から露出した試料に対して近赤外光を照射する照射ステップと、
   試料において反射または透過した近赤外光を受光する受光ステップと、
   受光された近赤外光を分光して波長特性を測定する測定ステップとを備える分光検査方法。
5. 前記照射ステップが、培養容器を傾斜させることにより、鉛直方向に対して傾斜した試料の厚さ方向に沿う光軸に沿って近赤外光を照射する請求項４に記載の分光検査方法。

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