JP6534889B2 - 倒立型顕微鏡および倒立型顕微鏡システム - Google Patents

倒立型顕微鏡および倒立型顕微鏡システム Download PDF

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Description

本発明は、倒立型顕微鏡および倒立型顕微鏡システムに関するものである。
従来、標本を収容した容器と該容器の下方に近接させられる対物レンズとの間に液浸媒質であるイマージョン液を供給する供給手段を備えた倒立顕微鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特許第4443832号公報
しかしながら、特許文献1の倒立型顕微鏡では、対物レンズに対して容器を移動させて観察位置を変更すると、対物レンズと容器との間に保有されている液浸媒質の量が減少するため、液浸媒質を補給する必要がある。特に、容器がマルチウェルプレートである場合のように対物レンズと容器との相対移動距離が長ければ長いほど、高い頻度で液浸媒質を補給する必要があり、大量の液浸媒質を用意しておかなければならないという不都合がある。また、液浸媒質の補給には時間がかかるため、補給頻度が多くなるほど総観察時間が長くなるという問題もある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、用意すべき液浸媒質の量を低減し、補給頻度を低減しつつ、液浸媒質の液切れを効果的に防止して、観察の信頼性を向上することができる倒立型顕微鏡および倒立型顕微鏡システム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。
本発明の一態様は、液浸対物レンズと、該液浸対物レンズの上方に間隔をあけて配置され、前記液浸対物レンズとの間に第1液浸媒質を保有可能な透明部分を有する底面を備え、内部に前記第1液浸媒質と同等の屈折率を有する第2液浸媒質を貯留可能な媒質容器と、標本を収容し、底面の少なくとも一部に透明部分を有するサンプル容器を、前記媒質容器内において水平方向に移動可能に支持する可動ステージとを備える倒立型顕微鏡を提供する。
本態様によれば、第2液浸媒質を貯留した媒質容器内に、標本を収容するサンプル容器の少なくとも底面を、第2液浸媒質に浸漬した状態に配置するとともに、媒質容器の下方に近接させた液浸対物レンズと媒質容器の底面との間に第1液浸媒質を保有させた状態で、液浸対物レンズを介して標本の観察が行われる。液浸対物レンズと標本との間の空間は、屈折率がほぼ同等のサンプル容器、媒質容器およびこれらの間に配置される第1液浸媒質および第2液浸媒質によって埋められているので、ドライ対物レンズに比べて大きな開口数を有する液浸対物レンズによって、高解像の顕微鏡画像を取得することができる。
この場合において、サンプル容器内の異なる場所に存在する標本を観察する場合には、可動ステージを作動させて媒質容器内においてサンプル容器を水平方向に移動させる。サンプル容器を媒質容器に対して水平方向に移動させても、両容器間を第2液浸媒質が埋めている状況に変化はない。さらに、媒質容器と液浸対物レンズとの相対移動も生じないので、両者間を埋めている第1液浸媒質の大きな減少も生じない。したがって、サンプル容器を移動させて異なる位置に配置されている標本を観察する場合にも、頻繁な補給を行わなくても、液浸媒質の液切れを防止して、長時間にわたり安定した観察を行うことができる。また、液切れが生じないので、用意する液浸媒質の量を低減し、補給頻度を低減することができる。
本発明の他の態様は、液浸対物レンズと、該液浸対物レンズの上方に間隔をあけて配置され、前記液浸対物レンズとの間に第1液浸媒質を保有可能な透明部分を有する底面を備え、内部に第2液浸媒質を貯留可能な媒質容器と、標本を収容し、底面の少なくとも一部に透明部分を有するサンプル容器を、前記媒質容器内において水平方向に移動可能に支持する可動ステージとを備える倒立型顕微鏡である。
上記態様においては、前記媒質容器が鉛直軸線回りに全周にわたって延びる円環状に形成され、前記可動ステージが、前記サンプル容器を、前記媒質容器の鉛直軸線回りに移動可能に支持してもよい。
このようにすることで、媒質容器に対して、該媒質容器の下方に第1液浸媒質を保有した液浸対物レンズを固定し、サンプル容器の底面を媒質容器内に貯留されている第2液浸媒質内に浸漬させた状態で、可動ステージを作動させてサンプル容器を鉛直軸線回りに移動させることにより、サンプル容器を水平方向に移動させて、サンプル容器内の異なる領域を液浸対物レンズの光軸上に配置し、順次観察を行うことができる。媒質容器を円環状に形成することにより、サンプル容器を一方向に移動させるだけでサンプル容器内の同じ位置について繰り返し観察を行うことができる。
また、上記態様においては、前記第1液浸媒質を前記液浸対物レンズと前記媒質容器との間に供給する第1媒質供給部を備えていてもよい。
このようにすることで、乾燥等により第1液浸媒質量が低減した場合に、第1媒質供給部の作動により、液浸媒質レンズと媒質容器との間に第1液浸媒質を供給し、補充することができる。
また、上記態様においては、前記第2液浸媒質を前記媒質容器内に供給する第2媒質供給部を備えていてもよい。
このようにすることで、乾燥等により第2液浸媒質量が低減した場合に、第2媒質供給部の作動により、媒質容器内に第2液浸媒質を供給し、補充することができる。
また、上記態様においては、前記媒質容器を前記液浸対物レンズに対して水平方向に移動可能に支持する容器ステージを備えていてもよい。
このようにすることで、容器ステージの作動により媒質容器を液浸対物レンズに対して水平方向に移動させることにより、媒質容器内のサンプル容器も液浸対物レンズに対して移動させることができる。これにより、サンプル容器内の標本の観察範囲をさらに広げることができる。媒質容器内でサンプル容器を移動させることを前提としているので、その部分において第1液浸媒質の液切れを防止することができる。
また、本発明の他の態様は、上記いずれかの倒立型顕微鏡と、前記可動ステージによる移動方向に沿う異なる位置に前記標本を収容可能な前記サンプル容器とを備える倒立型顕微鏡システムを提供する。
本態様によれば、第2液浸媒質を貯留した媒質容器内に、標本を収容するサンプル容器の少なくとも底面を、第2液浸媒質に浸漬した状態に配置するとともに、媒質容器の下方に近接させた液浸対物レンズと媒質容器の底面との間に第1液浸媒質を保有させた状態で、液浸対物レンズを介して標本の観察が行われる。
サンプル容器内の異なる場所に存在する標本を観察する場合には、可動ステージを作動させて媒質容器内においてサンプル容器を水平方向に移動させる。サンプル容器を媒質容器に対して水平方向に移動させても、両容器間を第2液浸媒質が埋めている状況に変化はなく、媒質容器と液浸対物レンズとの相対移動も生じないので、両者間を埋めている第1液浸媒質の大きな減少も生じない。したがって、サンプル容器を移動させて異なる位置に配置されている標本を観察する場合にも、頻繁な補給を行わなくても、液浸媒質の液切れを防止して、長時間にわたり安定した観察を行うことができる。
上記態様においては、前記サンプル容器が、前記可動ステージによる移動方向に間隔をあけて配置され前記標本を収容可能な複数のウェルを備えるマルチウェル容器であってもよい。
このようにすることで、可動ステージの作動により、媒質容器内でマルチウェル容器からなるサンプル容器を移動させることにより、複数のウェルに収容されている標本を順次液浸対物レンズの光軸上に配置して、観察することができる。
また、上記態様においては、前記サンプル容器が、前記可動ステージによる移動方向に間隔をあけて配置され前記標本を収容可能な複数のキュベットであってもよい。
このようにすることで、可動ステージの作動により、媒質容器内で複数のキュベットからなるサンプル容器を移動させることにより、各キュベットに収容されている標本を順次液浸対物レンズの光軸上に配置して、観察することができる。
また、上記態様においては、前記サンプル容器が、前記可動ステージによる移動方向に間隔をあけて配置された複数のウェルを備えるマルチウェル容器と、前記第1液浸媒質と同等の屈折率を有する第3液浸媒質を収容した各前記ウェル内に挿入され前記標本を収容可能な複数のキュベットとを備えていてもよい。
このようにすることで、第3液浸媒質を収容した各ウェル内に、標本を収容したキュベットを挿入することにより構成されたサンプル容器が、稼動ステージの作動により移動させられて、各キュベットに収容されている標本を順次液浸対物レンズの光軸上に配置して観察することができる。
また、上記態様においては、前記可動ステージによる移動方向に沿う異なる位置に配置されている前記標本を前記液浸対物レンズの光軸上に配置するように前記可動ステージを制御する制御部を備えていてもよい。
このようにすることで、制御部の作動により可動ステージが制御され、サンプル容器の異なる位置に配置されている標本を、順次液浸対物レンズの光軸上に配置して観察することができる。
本発明によれば、用意すべき液浸媒質の量を低減し、補給頻度を低減しつつ、液浸媒質の液切れを効果的に防止して、観察の信頼性を向上する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倒立型顕微鏡システムを示す全体構成図である。 図1の倒立型顕微鏡システムの液浸対物レンズ付近を示す部分的な縦断面図である。 図1の倒立型顕微鏡システムの可動ステージに取り付けられたサンプル容器の(a)動作範囲の一端、(b)動作範囲の他端に可動ステージが移動した状態をそれぞれ示す平面図である。 図1の倒立型顕微鏡システムの変形例に係るサンプル容器、媒質容器および液浸対物レンズを示す分解斜視図である。 図4の媒質容器内にサンプル容器を収容した状態を示す斜視図である。 図5の媒質容器、サンプル容器および液浸対物レンズを組み合わせた状態を示す縦断面図である。 図6のサンプル容器をキュベットに変更した変形例を示す部分的な縦断面図である。 図6のサンプル容器として、マルチウェル容器の各ウェルにキュベットを挿入したものに変更した変形例を示す部分的な縦断面図である。
以下、本発明の一実施形態に係る倒立型顕微鏡2および倒立型顕微鏡システム1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る倒立型顕微鏡システム1は、図1に示されるように、標本Xを観察する本発明の一実施形態に係る倒立型顕微鏡2と、標本Xを収容し、倒立型顕微鏡2に装着されるサンプル容器3とを備えている。
本実施形態に係る倒立型顕微鏡2は、標本Xを収容するサンプル容器3を支持する可動ステージ4と、該可動ステージ4に支持されたサンプル容器3を収容する位置に配置された媒質容器5と、該媒質容器5を静止した状態に支持する固定ステージ(容器ステージ)6と、該媒質容器5の鉛直下方に間隔をあけて配置された液浸対物レンズ7とを備えている。
図中、符号8は光源、符号9はコンデンサレンズ、符号10はコンデンサレンズを上下動させるためのハンドル、符号11はハーフミラー、12はカメラ、符号13は接眼部、符号14はミラーである。
サンプル容器3は、図3に示されるように、例えば、直線上に配列された4つのウェル15a,15b,15c,15dを有する直方体の箱状のマルチウェル容器であり、各ウェル15a,15b,15c,15d内に標本Xを収容している。各ウェル15a,15b,15c,15dは、少なくとも底面が光学的に透明な材質による構成されている。標本Xとしては、ウェル15a,15b,15c,15dの底面に接着状態に成長する細胞等の任意のものを採用することができる。
媒質容器5は、少なくとも底面5bの一部に光学的に透明な部分を有し、底面5bを下方に配置したときに上方に開口する開口部5aを有している。媒質容器5の幅は、サンプル容器3の幅寸法より大きく、媒質容器5の長さは、サンプル容器3の幅寸法の約2倍の長さを有している。
媒質容器5は、図2に示されるように、開口部5aを上方に向けて、底面5bを略水平にして固定ステージ6に載置され、内部に、イマージョン液(第2液浸媒質)Bを貯留している。
固定ステージ6は、搭載した媒質容器5の略中央に一致する位置に、底面5bを下方に露出させる開口部6aを有している。
可動ステージ4は、サンプル容器3を装着すると、図2に示されるように、サンプル容器3の長手方向が媒質容器5の長手方向に一致して配置されるようになっている。そして、可動ステージ4に装着されたサンプル容器3は、その底面3aを、媒質容器5の底面5bの上方に間隔をあけて媒質容器5内に収容されるとともに、媒質容器5内に貯留されているイマージョン液に底面3aを浸漬させた状態に配置されるようになっている。これにより、媒質容器5の底面5bとサンプル容器3の底面3aとの間隔には、イマージョン液Bが満たされた状態となる。
また、可動ステージ4は装着したサンプル容器3を、媒質容器5内において水平方向にかつサンプル容器3および媒質容器5の長手方向に移動させるようになっている。図中、符号16は可動ステージ4を固定ステージ6に対して水平方向に直線移動可能に支持するベアリングである。可動ステージ4は、図示しないモータおよびボールネジ等の直動機構によって水平方向の任意の位置に移動させられるようになっている。なお、手動で移動させることができるようになっていてもよい。
液浸対物レンズ7は、図2に示されるように、固定ステージ6の開口部6aに一致する位置に、鉛直方向に光軸Sを配置して、上方に向けて配置されるとともに、開口部6aから露出している媒質容器5の底面5bと先玉レンズ7aとの間にイマージョン液(第1液浸媒質)Aを、表面張力によって保有することができるようになっている。
これにより、液浸対物レンズ7と標本Xとの間には、サンプル容器3の底面3aおよび媒質容器5の底面5bと、これらの間隙を満たすイマージョン液Bとによって埋められるようになっている。
サンプル容器3の底面3a、媒質容器5の底面5bおよびイマージョン液Bは、標本Xと同等の屈折率を有する材質により構成されている。これにより、サンプル容器3内の標本Xからの光は、各界面で屈折することなく、液浸対物レンズ7によって集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倒立型顕微鏡2および倒立型顕微鏡システム1の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る倒立型顕微鏡システム1を用いて標本Xの観察を行うには、イマージョン液Bを貯留した媒質容器5を固定ステージ6に固定し、各ウェル15a,15b,15c,15d内に標本Xを収容したサンプル容器3を可動ステージ4に装着する。
これにより、サンプル容器3の底面3a全体が媒質容器5内のイマージョン液B内に浸漬された状態となる。
また、このとき、媒質容器5の底面5bの略中央の下方には液浸対物レンズ7が間隔をあけて配置されるので、液浸対物レンズ7の先玉レンズ7aと媒質容器5の底面5bとの間にイマージョン液Bを保有させる。これにより、標本Xからの光を液浸対物レンズ7によって集光し、観察することができる。
本実施形態に係る倒立型顕微鏡システム1によれば、ドライ対物レンズに比べると大きな開口数を有する液浸対物レンズ7によって、高解像の顕微鏡画像を取得することができる。また、スフェロイドのような3次元培養細胞の内部を観察する場合に、細胞との屈折率差を小さくして光学収差の発生を抑えることができ、鮮明な画像を取得することができるという利点がある。
そして、異なるウェル15a,15b,15c,15d内の標本Xを観察するには、直動機構を作動させて、可動ステージ4を固定ステージ6に対してウェル15a,15b,15c,15dのピッチ分だけ水平方向に移動させる。これにより、サンプル容器3は媒質容器5内において水平移動し、次のウェル15a,15b,15c,15dの底面が液浸対物レンズ7の光軸S上に配置され、ウェル15a,15b,15c,15d内に収容されている標本Xを観察することができる。さらに次のウェル15a,15b,15c,15d内の標本Xについても可動ステージ4の作動により順次行うことができる。
この場合において、サンプル容器3の底面3aは媒質容器5内のイマージョン液Bに浸漬された状態のまま移動するので、媒質容器5の底面5bとの間にイマージョン液Bが満たされた状態に維持される。また、サンプル容器3を移動させても、媒質容器5と液浸対物レンズ7との相対位置は変化しない。したがって、媒質容器5と液浸対物レンズ7との間もイマージョン液Aによって満たされた状態に維持される。
すなわち、本実施形態に係る倒立型顕微鏡システム1によれば、標本Xの観察位置を変更する際に、液浸対物レンズ7の先玉レンズ7aの上方に保有されているイマージョン液Aを引きずらずに済むので、液切れを防止することができるという利点がある。また、可動ステージ4の作動によりサンプル容器3と媒質容器5とは相対的に移動するが、媒質容器5内に貯留されているイマージョン液Bの内部でサンプル容器3が移動するので、引きずりによる液切れは発生しない。
このように、本実施形態に係る倒立型顕微鏡システム1によれば、イマージョン液Bの引きずりによる液切れを生じないので、イマージョン液Bを頻繁に補給する必要がない。したがって、イマージョン液Bの消費量を低減し、コストを節約することができるという利点がある。また、イマージョン液Bの補給に要する時間を節約して、観察時間を短縮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、複数のウェル15a,15b,15c,15dを有するマルチウェル容器をサンプル容器3とする場合について例示したが、これに代えて、ウェル15a,15b,15c,15dを有さず、液浸対物レンズ7の視野範囲を超える平坦な底面積を有するサンプル容器3を採用してもよい。この場合においても、底面3aの各位置に存在している標本Xを観察するために液浸対物レンズ7の光軸Sに直交する方向にサンプル容器3を移動させる必要があり、同様の効果を奏することができる。
また、本実施形態においては、可動ステージ4を固定ステージ6に対して移動させることにより、サンプル容器3を媒質容器5に対して水平な一方向に移動させることとしたが、これに代えて、水平な2次元方向に移動させることにしてもよい。
また、複数のウェル15a,15b,15c,15dを有する単一のマルチウェル容器をサンプル容器3としたが、図7に示されるように、サンプル容器3が、可動ステージ4の移動方向に配列状態に支持される複数のキュベット31からなることとしてもよい。
さらに、図8に示されるように、マルチウェル容器30の各ウェルにイマージョン液(第3液浸媒質)Cを貯留し、各ウェルに、標本Xを収容したキュベット31を挿入することにしてもよい。
また、本実施形態においては、媒質容器5として、図4に示されるような円環状のものを採用してもよい。この場合には、媒質容器5内に収容されるサンプル容器3は、媒質容器5の周方向に沿う異なる位置に標本Xを収容する形態のもの、例えば、図4に示されるような、円環状のマルチウェル容器30の他、その一部である円弧状のマルチウェル容器(図示略)、ウェル15a,15b,15c,15dを有しない円弧状または円環状のサンプル容器、円弧上または円環上に配列される複数のキュベット31からなるサンプル容器3を採用することができる。
また、この場合には、液浸対物レンズ7は、図5および図6に示されるように、媒質容器5の底面5bの周方向の特定位置に光軸Sを一致させて固定されるようになっている。そして、サンプル容器3を移動させる可動ステージ4は、図6に示されるように、媒質容器5の中心軸(鉛直軸線)Tに一致する軸線回りにサンプル容器3を回転させるモータ17を備えている。
このように構成された倒立型顕微鏡システム1によれば、モータ17の作動により可動ステージ4を回転させると、該可動ステージ4に支持されたサンプル容器3が、媒質容器5内において周方向に移動し、異なる位置、異なるウェルあるいは異なるキュベット内の標本Xを液浸対物レンズ7の光軸S上に順次配置することができる。媒質容器5を円環状に形成することにより、可動ステージ4を一方向に回転させるだけで、往復移動させることなく、全ての標本Xを繰り返し観察することができるという利点がある。
また、本実施形態に係る倒立型顕微鏡システム1においても、媒質容器5内のイマージョン液Bおよび媒質容器5と液浸対物レンズ7との間のイマージョン液Aは、蒸発等により自然に減少するので、図6に示されるように、イマージョン液A,Bを補給するノズル(第1媒質供給部、第2媒質供給部)18,19を備える補給装置を備えていてもよい。蒸発等により自然減少するイマージョン液Aの量は、引きずりにより消失されるイマージョン液Bの量よりも十分に少なく、頻繁な補給は不要である。
なお、本実施形態においては、媒質容器5と液浸対物レンズ7とは相対的に固定されていることとしたが、これに代えて、可動ステージ4によるサンプル容器3の移動方向と交差する水平方向に、液浸対物レンズ7に対して媒質容器5を移動させることにしてもよい。例えば、図3に示されるように、可動ステージ4が直線に沿って移動する場合には、その直線に直交する方向に媒質容器5を支持している固定ステージ6を移動させることにしてもよい。
また、図6に示されるように、可動ステージ4が中心軸線T回りに回転する場合には、媒質容器5を支持している固定ステージ6を半径方向に移動させることにすればよい。
液浸対物レンズ7に対して媒質容器5を移動させると、引きずりが生じるが、移動量を限定することにより、引きずりによる液切れを抑制しつつ、観察範囲を容易に広げる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、モータ17を制御する制御部(図示略)を備え、マルチウェル容器3の各ウェル15a,15b,15c,15dまたは複数のキュベット31のいずれかが液浸対物レンズ7の光軸S上に配置されるように可動ステージ4を駆動することにしてもよい。
1 倒立型顕微鏡システム
2 倒立型顕微鏡
3 サンプル容器
3a 底面
4 可動ステージ
5 媒質容器
5b 底面
6 固定ステージ(容器ステージ)
7 液浸対物レンズ
15a,15b,15c,15d ウェル
18,19 ノズル(第1媒質供給部、第2媒質供給部)
30 マルチウェル容器(サンプル容器)
31 キュベット(サンプル容器)
A イマージョン液(第1液浸媒質)
B イマージョン液(第2液浸媒質)
C イマージョン液(第3液浸媒質)
T 中心軸(鉛直軸線)
X 標本

Claims (11)

  1. 液浸対物レンズと、
    該液浸対物レンズの上方に間隔をあけて配置され、前記液浸対物レンズとの間に第1液浸媒質を保有可能な透明部分を有する底面を備え、内部に前記第1液浸媒質と同等の屈折率を有する第2液浸媒質を貯留可能な媒質容器と、
    標本を収容し、底面の少なくとも一部に透明部分を有するサンプル容器を、前記媒質容器内において水平方向に移動可能に支持する可動ステージとを備える倒立型顕微鏡。
  2. 液浸対物レンズと、
    該液浸対物レンズの上方に間隔をあけて配置され、前記液浸対物レンズとの間に第1液浸媒質を保有可能な透明部分を有する底面を備え、内部に第2液浸媒質を貯留可能な媒質容器と、
    標本を収容し、底面の少なくとも一部に透明部分を有するサンプル容器を、前記媒質容器内において水平方向に移動可能に支持する可動ステージとを備える倒立型顕微鏡。
  3. 前記媒質容器が鉛直軸線回りに全周にわたって延びる円環状に形成され、
    前記可動ステージが、前記サンプル容器を、前記媒質容器の鉛直軸線回りに移動可能に支持する請求項1または請求項2に記載の倒立型顕微鏡。
  4. 前記第1液浸媒質を前記液浸対物レンズと前記媒質容器との間に供給する第1媒質供給部を備える請求項1から請求項3のいずれかに記載の倒立型顕微鏡。
  5. 前記第2液浸媒質を前記媒質容器内に供給する第2媒質供給部を備える請求項1から請求項のいずれかに記載の倒立型顕微鏡。
  6. 前記媒質容器を前記液浸対物レンズに対して水平方向に移動可能に支持する容器ステージを備える請求項1から請求項のいずれかに記載の倒立型顕微鏡。
  7. 請求項1から請求項のいずれかに記載の倒立型顕微鏡と、
    前記可動ステージによる移動方向に沿う異なる位置に前記標本を収容可能な前記サンプル容器とを備える倒立型顕微鏡システム。
  8. 前記サンプル容器が、前記可動ステージによる移動方向に間隔をあけて配置され前記標本を収容可能な複数のウェルを備えるマルチウェル容器である請求項に記載の倒立型顕微鏡システム。
  9. 前記サンプル容器が、前記可動ステージによる移動方向に間隔をあけて配置され前記標本を収容可能な複数のキュベットである請求項に記載の倒立型顕微鏡システム。
  10. 前記サンプル容器が、前記可動ステージによる移動方向に間隔をあけて配置された複数のウェルを備えるマルチウェル容器と、前記第1液浸媒質と同等の屈折率を有する第3液浸媒質を収容した各前記ウェル内に挿入され前記標本を収容可能な複数のキュベットとを備える請求項に記載の倒立型顕微鏡システム。
  11. 前記可動ステージによる移動方向に沿う異なる位置に配置されている前記標本を前記液浸対物レンズの光軸上に配置するように前記可動ステージを制御する制御部を備える請求項から請求項10のいずれかに記載の倒立型顕微鏡システム。
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