JP7045330B2 - 生物学的及び非生物学的粒子を検知し分類するリアルタイム光学系方法及びシステム - Google Patents
生物学的及び非生物学的粒子を検知し分類するリアルタイム光学系方法及びシステム Download PDFInfo
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Description
δN =[IV]/[IH + IV]
によって決定できる。
δNが正規化された偏光解消を表すとき、IHは水平偏光の散乱強度を表して照明ビームの偏光状態と同様であり、IVは垂直偏光の強度を表す。他の構成では、直交する直線偏光の2つの入射ビームを個々の粒子の照明に使用することができ、散乱水平偏光が偏光解消度を測定するのに使用される。この構成では、直交する直線偏光入射ビームが空間的に2つに分離されている間に収集された水平偏光の散乱強度の割合は個々の粒子を分類するために使用することができ、関係式:
δ = IHV/IHH
によって得られる。
δが偏光解消を表すとき、IHHは水平偏光と水平偏光入射ビームの散乱強度を表し、IHVは垂直偏光入射ビームの強度を表す。
δ+C =[I⊥]/[I||+ I⊥]
δ-C =[I||]/[I||+ I⊥]
によって決定できる。
δ+C は照明源として右回り偏光を使うときの円偏光解消を表し、δ-C は照明源として左回り偏光を使うときの円偏光解消を表し、I⊥ は垂直偏光の散乱強度を示し、I||は平行偏光の散乱強度を表す。このアプローチで、単一円偏光源が照明に使用されるか、左右回り円偏光の2つの入射ビームが個々の粒子の照明に使用され、散乱した垂直及び平行の偏光が偏光解消度を測定するために使用される。二重ビーム構成において、左右回りの円偏光入射ビームが空間的に2つに分離されている間に収集された垂直及び平行の偏光散乱強度の比率は個々の粒子を分類するために使用することができる。
[IL(θ)-IR(θ)]/[IL(θ)+IR(θ)]
で決定することができる。
IL(θ)は入射ビームが左回り円偏光であるとき角度θで散乱した光で、IR(θ)は入射ビームが右回り円偏光であるとき角度θで散乱する光である。CIDSはサイズ、形状、又は屈折率に高感度ではないが、全ての空中浮遊細菌、菌類、ウイルスやタンパク質凝集分子に存在する生体高分子のキラリティに対して高感度である。
[IH(θ)-IV(θ)]/[IH(θ)+IV(θ)]
で決定することができる。
IH(θ)は入射ビームが水平偏光されるとき角度θで散乱した光で、IV(θ)は入射ビームが垂直偏光であるとき角度θで散乱する光である。LIDSはサイズ、形状、及び屈折率に高感度であり、また全ての空中浮遊細菌、菌類、ウイルスやタンパク質凝集分子に存在する生体高分子のキラリティに対しても高感度である。
δN =[IV]/[IH + IV] 又は δ = IHV/IHH
それから直線偏光解消値は、好ましくは、各エアロゾルイベントの粒径と共にビニングされる。各エアロゾル粒子の粒径と直線偏光解消値を使用して、好ましくは、細菌胞子、栄養細胞、ウイルス、ウイルス性凝集体、タンパク毒素凝集体、真菌性粒子、花粉粒子、人工生物学的粒子及び、塩粒子、水滴、有機炭素粒子や適用に応じた他の関連非生物学的粒子のような非生物学的粒子を含む公知のエアロゾルの前記測定からエアロゾル類型のライブラリに対して比較することができる。ライブラリと知られていない粒子データと共に、偏光弾性散点図を生物学的及び非生物学的粒子の検出及び分類を許可する粒径の機能として生成することができる。
δN =[IV]/[IH + IV] 又は δ = IHV/IHH
それから直線偏光解消値は、好ましくは、各エアロゾルイベントの粒径と共にビニングされる。各エアロゾル粒子の粒径と直線偏光解消値を用いて、好ましくは、細菌胞子、栄養細胞、ウイルス、ウイルス性凝集体、タンパク毒素凝集体、真菌性粒子、花粉粒子、人工生物学的粒子及び、塩粒子、水滴、有機炭素粒子や適用に応じた他の関連非生物学的粒子のような非生物学的粒子を含む公知のエアロゾルの前記測定とエアロゾル類型のライブラリが比較される。ライブラリと知られていない粒子データと共に、偏光弾性散点図を生物学的及び非生物学的粒子の検出や分類を許容する粒径の相関関係としてつくることができる。
δ+C =[I⊥]/[I||+ I⊥]
δ-C =[I||]/[I||+ I⊥]
によって得られる。
δ+C は照明源として右回り偏光を使うときの円偏光解消を表し、δ-C は照明源として左回り偏光を使うときの円偏光解消を表し、I⊥ 垂直偏光の散乱強度を示し、I||は平行偏光の散乱強度を表す。この実施態様において、円偏光解消測定は、左回り及び右回り両方の円偏光励起を使用して単粒子上で実行することができる。図4で説明した実施態様と同じ検出器と電子装置を使用することができる。
[IL-IR]/[IL+IR]
を使って決定することができる
ILは入射ビームが左回り円偏光されるときの光散乱強度で、IRは入射ビームが右回り円偏光されるときの光散乱強度である。検出イベントから生成された電流パルスは各粒子のCIDS値を測定するために使用される。それから、CIDS値は各エアロゾルイベントの粒径とビニングされる。各エアロゾル粒子に粒径やCIDS値データを使用して、細菌胞子、栄養細胞、ウイルス、ウイルス性凝集体、タンパク毒素凝集体、真菌性粒子、花粉粒子、人工生物学的粒子及び、塩粒子、水滴、有機炭素粒子や適用に応じた他の関連非生物学的粒子のような非生物学的粒子を含む公知のエアロゾルの前記測定からのエアロゾル類型のライブラリと比較することができる。ライブラリと知られていない粒子データと共に、偏光弾性散点図を生物学的及び非生物学的粒子の検出及び分類を許容する粒径の相関関係としてつくることができる。
[IH-IV]/[IH+IV]
を使って決定することができる。
IHは入射ビームが水平偏光されるときの光散乱強度で、IVは入射ビームが垂直偏光されるときの光散乱強度である。検出イベントから生成された電流パルスは各粒子のLIDS値を測定するために使用される。それから、LIDS値は各エアロゾルイベントの粒径とビニングされる。各エアロゾル粒子に粒径やLIDS値データを使用して、細菌胞子、栄養細胞、ウイルス、ウイルス性凝集体、タンパク毒素凝集体、真菌性粒子、花粉粒子、人工生物学的粒子及び、塩粒子、水滴、有機炭素粒子や適用に応じた他の関連非生物学的粒子のような非生物学的粒子を含む公知のエアロゾルの前記測定からのエアロゾル類型のライブラリと比較することができる。ライブラリと知られていない粒子データと共に、偏光弾性散点図を生物学的及び非生物学的粒子の検出及び分類を許容する粒径の相関関係としてつくることができる。
Claims (15)
- 単浮遊粒子を検出し分類する方法であって、前記方法は、
(a)光学検出器の光学感知ゾーンにたくさんの浮遊粒子を有する空中サンプルを導き、
(b)前記光学感知ゾーンにある単浮遊粒子を第1の偏光ビームで照らし、
(c)前記第1の偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱を検出し、
(d)前記第1の偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる前記検出した弾性光散乱を使用して、次の、(i)前記単浮遊粒子の大きさ、と(ii)前記単浮遊粒子の偏光解消値と前記単浮遊粒子の強度微分弾性散乱値のうちの1つである前記単浮遊粒子の第1の値、のそれぞれを決定し、ここに前記偏光解消値の決定は前記第1の偏光ビームに直交して偏光する第2の偏光の散乱振幅を分析することを含むものである、そして
(e)前記単浮遊粒子の大きさ及び前記単浮遊粒子の第1の値に基づく前記単浮遊粒子の少なくとも1つの特性を決定する、
工程を含むことを特徴とする単浮遊粒子を検出し分類する方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに
(a)垂直に偏光した散乱光を前記第1の偏光ビームに直交して配置される第1の検出器に導き、
(b)水平に偏光した散乱光を前記第1の偏光ビームに直交して配置される第2の検出器に導き、そして
(c)水平に偏光した散乱光と垂直に偏光した散乱光を分析することにより決定される前記偏光解消値及び粒子の大きさに基づいて粒子を分類する、
工程を含むことを特徴とする単浮遊粒子を検出し分類する方法。 - 請求項2に記載の方法において、
(a)前記単浮遊粒子は10ミクロン以下の空気力学的径を有しており、前記少なくとも1つの特性は前記単浮遊粒子を特定の類型の生物学的粒子として識別するものである、
ことを特徴とする単浮遊粒子を検出し分類する方法。 - 請求項1に記載の方法は、さらに、
(a)前記第1の偏光ビームから予め設定した間隔を設けられた第2の偏光ビームで前記光学感知ゾーンにある単浮遊粒子を照らし、ここに前記第1の偏光ビームは水平偏光ビームで第2の偏光ビームは垂直偏光ビームであり、そして、
(b)前記水平偏光ビーム及び前記垂直偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱を検出し、
(c)前記水平偏光ビーム及び前記垂直偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱を検出する前に、前記水平偏光ビーム及び前記垂直偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱を水平偏光フィルターに透過させる、
工程を含むことを特徴とする単浮遊粒子を検出し分類する方法。 - 単浮遊粒子を検出し分類する方法であって、前記方法は、
(a)たくさんの浮遊粒子を有する空中サンプルを光学検出器の光学感知ゾーンに導き、
(b)前記光学感知ゾーンにある単浮遊粒子を第1の偏光ビームで照らし、
(c)前記第1の偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱を検出し、
(d)前記第1の偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる前記検出した弾性光散乱を使って、次の、(i)単浮遊粒子の大きさ、と(ii)前記単浮遊粒子の偏光解消値と前記単浮遊粒子の強度微分弾性散乱値のうちの1つである前記単浮遊粒子の第1の値、のそれぞれを決定し、
(e)前記単浮遊粒子の大きさ及び前記単浮遊粒子の第1の値に基づく前記単浮遊粒子の少なくとも1つの特性を決定し、そして
(f)前記光学感知ゾーンにある前記単浮遊粒子を前記第1の偏光ビームから予め設定した間隔を設けられた第2の偏光ビームで照らし、ここに前記第1の偏光ビームは右回り円偏光ビームで第2の偏光ビームは左回り円偏光ビームであり、且つ、前記第1の値が円偏光解消値と円強度微分散乱値のうちの1つである、
工程を含むことを特徴とする単浮遊粒子を検出し分類する方法。 - 単浮遊粒子を検出し分類する方法であって、前記方法は、
(a)たくさんの浮遊粒子を有する空中サンプルを光学検出器の光学感知ゾーンに導き、
(b)前記光学感知ゾーンにある単浮遊粒子を水平偏光ビームで照らし、
(c)前記光学感知ゾーンにある前記単浮遊粒子を前記水平偏光ビームが前記単浮遊粒子を照らす前又は後に前記単浮遊粒子を照らす垂直偏光ビームで照らし、
(d)前記水平偏光ビーム及び垂直偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱を検出し、そして
(e)(d)項の検出工程の前に、前記水平偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱を水平偏光フィルターに透過させる、
工程からなることを特徴とする単浮遊粒子を検出し分類する方法。 - 請求項6に記載の方法において、さらに
(a)請求項6の(d)項の検出工程の前に、前記垂直偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱を水平偏光フィルターに透過させ、
(b)前記単浮遊粒子の照明によって生ずる前記検出した弾性光散乱を使って、次の(i)前記単浮遊粒子の大きさ、と(ii)前記単浮遊粒子の直線偏光解消値、のそれぞれを決定し、そして、
(c)前記単浮遊粒子の大きさ及び前記単浮遊粒子の直線偏光解消値に基づく前記単浮遊粒子の少なくとも1つの特性を決定する、
工程を含むことを特徴とする単浮遊粒子を検出し分類する方法。 - 請求項7に記載の方法において、さらに
(a)前記水平偏光フィルターを透過する弾性光散乱を単一の光検出器に導く、
工程を含むことを特徴とする。 - 請求項6に記載の方法において、さらに
(a)請求項6の(d)項の検出工程の前に、前記垂直偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱を垂直偏光フィルターに透過させる、
工程を含むことを特徴とする単浮遊粒子を検出し分類する方法。 - 請求項6に記載の方法において、
(a)前記単浮遊粒子が10ミクロン以下、好ましくは0.5-1.5ミクロンの範囲の空気力学的径を有している、
ことを特徴とする単浮遊粒子を検出し分類する方法。 - 請求項6に記載の方法において、さらに
(a)前記水平偏光ビーム及び前記垂直偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱を直交蛍光検出チャンネルに透過させる、ここに前記直交蛍光検出チャンネルは光学感知ゾーンの片側に配置され且つ前記水平偏光フィルターは光学感知ゾーンの反対側に配置されている、
工程を含むことを特徴とする単浮遊粒子を検出し分類する方法。 - 単浮遊粒子を検出し分類する単浮遊粒子光学分析装置であって、前記単浮遊粒子光学分析装置は、
(a)光学感知ゾーン、
(b)たくさんの浮遊粒子を有する空中サンプルを光学検出器の光学感知ゾーンに導く手段、
(c)前記光学感知ゾーンにある単浮遊粒子を少なくとも1つの偏光ビームで照らす手段、
(d)前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱を検出する光検出器、
(e)前記単浮遊粒子の照明によって生ずる前記検出した弾性光散乱を使って、次の(i)前記単浮遊粒子の大きさ、と(ii)前記単浮遊粒子の偏光解消値と前記単浮遊粒子の強度微分弾性散乱値のうちの1つである前記単浮遊粒子の第1の値、のそれぞれを決定するプロセッサ、ここに前記プロセッサは偏光解消値を決定する際、第1の偏光ビームに直交して偏光する第2の偏光の散乱振幅を分析するように構成されている、とを含み、
(f)前記プロセッサはさらに、前記単浮遊粒子の大きさ及び前記単浮遊粒子の第1の値に基づく前記単浮遊粒子の少なくとも1つの特性を決定するように構成されている、
ことを特徴とする単浮遊粒子光学分析装置。 - 請求項12に記載の単浮遊粒子光学分析装置において、
(a)前記単浮遊粒子は10ミクロン以下の空気力学的径を有し、前記少なくとも1つの特性は前記単浮遊粒子を特定の類型の生物学的粒子として識別する、
ことを特徴とする単浮遊粒子光学分析装置。 - 請求項12に記載の単浮遊粒子光学分析装置において、さらに
(a)前記弾性光散乱が前記光検出器で検出される前に、垂直水平偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明によって生ずる弾性光散乱が透過するように、前記光学感知ゾーン及び前記光検出器に対応して配置される水平偏光フィルターを含み、且つ、前記照らす手段がレーザー、1/4波リターダ及び複屈折結晶を含み、前記1/4波リターダは前記レーザーによって発生されたビームを円偏光し、そして、前記複屈折結晶は予め設定された距離だけ間隔を開けられた垂直水平偏光ビームを発生し、且つ、前記複屈折結晶は、前記単浮遊粒子が前記光学感知ゾーンを透過する際、前記垂直水平偏光ビームによって照らされるように前記光学感知ゾーンに対応して配置されている、
ことを特徴とする単浮遊粒子光学分析装置。 - 単浮遊粒子を検出し分類する方法であって、前記方法は、
(a)たくさんの浮遊粒子を有する空中サンプルを光学検出器の光学感知ゾーンに導き、(b)前記光学感知ゾーンにある単浮遊粒子を第1の偏光ビームで照らし、
(c)前記第1の偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明により、次の(i)粒子自己蛍光、と(ii)前記単浮遊粒子の偏光解消値である前記単浮遊粒子の第1の値、のそれぞれを決定し、そして
(d)粒子自己蛍光及び前記単浮遊粒子の第1の値に基づく前記単浮遊粒子の少なくとも1つの特性を決定する、
工程からなることを特徴とする単浮遊粒子を検出し分類する方法。
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