WO2014045481A1 - 分光解析装置、分光解析方法、及びコンピュータ可読媒体 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a spectroscopic analysis apparatus, a spectroscopic analysis method, and a program, and more particularly to a spectroscopic analysis apparatus, a spectroscopic analysis method, and a program that perform analysis using a spectrum obtained by splitting light generated in a sample.
  • Patent Document 1 An apparatus for specifying a gene locus has been disclosed (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 discloses the use of capillary electrophoresis. Moreover, the point labeled using fluorescence is disclosed. Further, Patent Document 1 discloses the use of Raman spectroscopy.
  • Patent Document 1 discloses a method of performing analysis using a computer program. However, there are cases where the method of Patent Document 1 cannot properly analyze the sample.
  • An object of the present invention is to provide a spectroscopic analysis apparatus, a spectroscopic analysis method, and a program that can appropriately analyze a sample.
  • a spectroscopic analysis apparatus is generated in the sample by a light source that generates light to be applied to a sample including a plurality of substances labeled with a plurality of labeling substances and light that is applied to the sample.
  • a spectroscope that splits the observation light, a detector that detects the observation light dispersed by the spectroscope and outputs observation spectrum data, and a sample based on the observation spectrum data output from the detector.
  • a processing unit for analyzing a plurality of contained substances including a generalized inverse matrix of a matrix whose elements are reference spectrum data set for a plurality of labeled substances, and included in the sample from the observed spectrum data
  • a processing unit for analyzing the substance to be collected is generated in the sample by a light source that generates light to be applied to a sample including a plurality of substances labeled with a plurality of labeling substances and light that is applied to the sample.
  • a spectroscope that splits the observation light
  • a detector that detects
  • a spectroscopic analysis method is directed to irradiating a sample including a plurality of substances labeled with a plurality of labeling substances, and spectrally observing the observation light generated in the sample with the light irradiated to the sample. Detecting the spectroscopic observation light and outputting observation spectrum data; A generalized inverse matrix of a matrix whose elements are reference spectral data set for a plurality of the labeled substances is obtained, and the substance contained in the sample is analyzed using the generalized inverse matrix and the observed spectrum data Is.
  • a program according to an aspect of the present invention is a program for causing a computer to execute a spectroscopic analysis method for analyzing a sample using observation spectrum data obtained by spectroscopic measurement of light generated in the sample,
  • the spectroscopic analysis method obtains a generalized inverse matrix of a matrix of the reference spectrum data by using, as a matrix, reference spectrum data set for a plurality of labeled substances that label a plurality of substances included in a sample, and the observed spectrum
  • the substance contained in the sample is analyzed using the data and the generalized inverse matrix.
  • a spectroscopic analysis apparatus it is possible to provide a spectroscopic analysis apparatus, a spectroscopic analysis method, and a program that can appropriately analyze a sample.
  • DNA base sequence analysis is performed using a plurality of fluorescent substances having different emission wavelengths.
  • DNA is extracted from human cells.
  • the DNA fragment is amplified by polymerase chain reaction (PCR) and labeled with a fluorescent substance.
  • PCR polymerase chain reaction
  • the fluorescent material for example, 5-FAM, JOE, NED, ROX or the like can be used.
  • the fluorescent substance to be labeled is not particularly limited.
  • a plurality of fluorescent substances having different peak wavelengths are used as labels. Different bases are labeled with different fluorescent substances.
  • PCR products labeled with fluorescent labels are supplied to the capillary and electrophoresed in the gel.
  • the moving speed varies depending on the size of the DNA fragment. The smaller the number of bases, the longer the migration distance, so that DNA fragments can be separated in size.
  • fluorescence is generated from the fluorescent material. Then, the fluorescence generated from the fluorescent substance is spectroscopically measured to obtain observation spectrum data. Acquire observed spectrum data for each size. Then, by analyzing these observation spectrum data, DNA of a specific sequence can be quantified, and DNA identification can be performed.
  • the spectroscopic analysis apparatus is described as being used for DNA identification, but the use of the spectroscopic analysis apparatus according to the present embodiment is not limited to DNA identification.
  • the present invention can be applied to a spectroscopic analyzer that analyzes a spectrum of fluorescence generated from a sample labeled with a fluorescent probe. For example, nucleic acids and proteins can be analyzed.
  • the spectroscopic analyzer can be used for identification of substances.
  • the substance contained in the sample may be labeled with a labeling substance other than the fluorescent substance.
  • the labeling substance it is preferable to use a substance whose peak wavelength of light is shifted.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a spectroscopic analysis apparatus.
  • the spectroscopic analysis apparatus includes an injection unit 11, a capillary 12, a light source 13, a spectroscope 14, a detector 15, a processing unit 16, a microchip 20, and an optical fiber 31.
  • analysis is performed using capillary electrophoresis.
  • the injection unit 11 is injected with a PCR product containing a DNA fragment labeled with a fluorescent substance.
  • the sample DNA fragment is labeled with a plurality of fluorescent substances.
  • fluorescent materials such as 5-FAM, JOE, NED, and ROX are used depending on the base sequence of the DNA fragment.
  • the type and number of fluorescent substances for labeling are not particularly limited.
  • the injection unit 11 communicates with the capillary 12 on the microchip 20. Electrodes (not shown) are arranged at both ends of the capillary 12 provided on the microchip 20 to apply a voltage.
  • the capillary 12 and the injection part 11 are filled with an electrophoretic medium such as an agarose gel. Accordingly, since the migration speed is slowed according to the number of bases of the DNA fragment, the DNA fragment is size-separated.
  • the light source 13 irradiates the medium in the capillary with light.
  • the light source 13 for example, an argon ion laser light source that emits excitation light having a wavelength of 488 nm or 514.5 nm can be used.
  • the light emitted from the light source 13 enters the capillary 12.
  • the microchip 20 is provided with 8-lane capillaries 12 in parallel.
  • the fluorescent substance that labels the DNA fragment in the capillary 12 generates fluorescence.
  • the fluorescence generated by the fluorescent material becomes the observation light.
  • Fluorescence generated from the fluorescent material in the sample enters the spectrometer 14.
  • the spectroscope 14 has a prism or a diffraction grating and separates fluorescence. That is, the fluorescence is spatially dispersed according to the wavelength.
  • the fluorescence spatially dispersed by the spectroscope 14 enters the detector 15. Therefore, the fluorescence generated from the fluorescent material becomes the observation light observed by the detector.
  • the detector 15 is, for example, a photodetector such as a CCD device, and light receiving pixels are arranged along the dispersion direction. Accordingly, fluorescence having different wavelengths is detected for each light receiving pixel arranged in the dispersion direction.
  • the detector 15 detects the spectrum of the fluorescent substance labeled with the DNA fragment and outputs the observed spectrum data to the processing unit 16. For example, the spectrum in the wavelength range of 640 to 860 nm is detected by the spectroscope 14 and the detector 15.
  • the wavelength range in which the spectroscopic measurement can be performed by the spectroscope 14 and the detector 15 is not particularly limited. It can set appropriately according to the fluorescent substance used as a label
  • the detector 15 outputs the light intensity at each wavelength to the processing unit 16 as observation spectrum data in the observable wavelength range.
  • the number of data included in the observation spectrum data is a value according to the spectral performance of the spectroscope 14 and the like.
  • the processing unit 16 is an information processing apparatus such as a personal computer, and performs processing according to a control program. Specifically, the processing unit 16 stores an analysis program for analyzing the observed spectrum data output from the detector 15. And the process part 16 performs a process according to an analysis program. Based on the observed spectrum data output from the detector 15, the processing unit 16 analyzes a plurality of substances contained in the sample. Thereby, the concentration of the DNA fragment is determined. In this way, DNA identification can be performed.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the spectrum of a fluorescent substance labeled with a DNA fragment.
  • labeling is performed using four fluorescent substances of 5-FAM, JOE, NED, and ROX will be described.
  • the fluorescence spectrum when the 5-FAM is irradiated with excitation light is used as the reference spectrum 51.
  • the fluorescence spectrum when JOE is irradiated with excitation light is set as a reference spectrum 52
  • the fluorescence spectrum when NED is irradiated with excitation light is set as a reference spectrum 53
  • the fluorescence spectrum when ROX is irradiated with excitation light is set as a reference.
  • the wavelength of the excitation light is 488 nm.
  • the horizontal axis represents the wavelength
  • the vertical axis represents the fluorescence intensity normalized with the peak intensity set to 100.
  • the reference spectra 51 to 54 of each fluorescent substance are known and differ depending on the fluorescent substance. That is, the reference spectrum has different peak wavelengths.
  • the reference spectrum 51 of 5-FAM has a peak wavelength near 540 nm
  • the reference spectrum 52 of JOE has a peak wavelength near 560 nm
  • the reference spectrum 53 of NED has a peak wavelength near 580 nm
  • the reference spectrum 54 has a peak wavelength near 610 nm.
  • the observed spectrum detected by the detector 15 is a superposition of spectra obtained by integrating the reference spectra 51 to 54 shown in FIG. 2 according to the concentration of the fluorescent substance. Therefore, the concentration distribution of each base can be obtained by analyzing the observation spectrum data and obtaining the concentration of each fluorescent substance.
  • windows 41 to 44 having a certain wavelength width are usually set.
  • the window 41 is set near the peak wavelength of the 5-FAM reference spectrum 51
  • the window 42 is set near the peak wavelength of the JOE reference spectrum 52
  • the window 43 is set near the peak wavelength of the NED reference spectrum 53.
  • the window 44 is set near the peak wavelength of the reference spectrum 54 of ROX. Then, the light intensity data of the observed spectrum data is integrated for each of the windows 41 to 44.
  • the concentration of the fluorescent material is obtained from the integrated value of each of the windows 41 to 44.
  • the concentrations of 5-FAM, JOE, NED, and ROX are b, g, y, and r, respectively.
  • the integrated values of the windows 41 to 44 are I 540 , I 560 , I 580 , and I 610 .
  • the concentration of the fluorescent substance is obtained by solving the quaternary simultaneous equations shown in the following formula (1) for b, g, y, and r.
  • I 540 bx b + gy b + yb b + rw b
  • the integrated values in the windows 41 to 44 in the reference spectrum 51 are coefficients x b , y b , b b , and w b .
  • the integrated values in the windows 41 to 44 in the reference spectrum 52 are coefficients x g , y g , b g and w g
  • the integrated values in the windows 41 to 44 in the reference spectrum 53 are coefficients xy , y y, b y, and w y
  • the windows 41 to 44 are set according to the peak wavelength of the fluorescence spectrum, there is a possibility that the analysis cannot be performed properly. For example, setting the windows 41 to 44 may be difficult depending on the peak wavelength of the fluorescence spectrum. For example, if the widths of the windows 41 to 44 are narrow, the information to be integrated decreases and the noise increases. This is because noise generally decreases in proportion to the square root of the number to be integrated. That is, from the viewpoint of S / N, it is advantageous that the width of the windows 41 to 44 is wide. However, if the windows 41 to 44 are too wide, data on other fluorescent materials is included. Accordingly, it is difficult to set appropriate windows 41 to 44.
  • the analysis can be appropriately performed by using the spectral analysis method according to the present embodiment.
  • the spectral analysis method for simplification of description, a case where two fluorescent substances are used for labeling will be described.
  • FIG. 3 This is a reference spectrum that is referred to for obtaining the reference spectra 61 and 62, and is known.
  • the reference spectra 61 and 62 are different for each fluorescent substance.
  • the standard spectra 61 and 62 are normalized so that the peak intensity is 1.
  • the processing unit 16 calculates a generalized inverse matrix of a matrix having light intensity data of the reference spectra 61 and 62 set for a plurality of labeling substances as elements.
  • the data of the generalized inverse matrix are shown as generalized inverse matrix data 63 and 64 in the graph of FIG.
  • the processing unit 16 analyzes the DNA fragment included in the sample from the observed spectrum data.
  • matrix calculation performed by the processing unit 16 to analyze the sample will be described.
  • b is a matrix composed of light intensity data at each wavelength included in the observed spectrum data. If the observed spectrum data includes, for example, m pieces of light intensity data (m is an integer greater than 2), the matrix b is an m ⁇ 1 matrix.
  • the elements included in the matrix b are b1, b2,.
  • A be a matrix composed of light intensity data included in the reference spectra 61 and 62 of the two fluorescent substances.
  • the matrix A is an m ⁇ 2 matrix.
  • ... A m2 is an element of the matrix A.
  • Light intensity data A 11, A 21, A 31 , ⁇ A m1 becomes the first line of the element, the light intensity data A 12, A 22, A 32 , ⁇ A m2 of the second line element It becomes.
  • the matrix A is a matrix of m rows and 2 columns, but the number of rows of the matrix A increases according to the number of fluorescent materials used. To do. For example, when a sample is labeled with four fluorescent substances corresponding to four bases, the matrix A is an m ⁇ 4 matrix.
  • the number of light intensity data of the reference spectra 61 and 62 is the same as the number of light intensity data included in the observed spectrum. That is, in the observed spectrum and the reference spectra 61 and 62, the wavelength at which the light intensity data exists is the same. Of course, when the number of data of the reference spectra 61 and 62 is different from the data of the observed spectrum, the number of data may be matched by data interpolation.
  • a matrix composed of the concentration of the fluorescent substance contained in the sample is assumed to be x.
  • the matrix x is a matrix of 2 rows and 1 column. Elements included in the matrix x are assumed to be x 1 and x 2 .
  • the processing unit 16 performs processing for obtaining the matrix x.
  • Expression (3) in FIG. 4 can be obtained by expressing Expression (2) using the matrix A, the matrix b, and the matrix x.
  • Equation (3) in FIG. 4 is established.
  • m is larger than 2
  • the condition is excessive. Therefore, an approximate solution that minimizes the error r shown in Equation (4) in FIG. 5 is obtained. This is a least square problem that minimizes
  • A is not a square matrix, there is no inverse matrix, but a generalized inverse matrix (also called a general inverse matrix) can be calculated.
  • x can be calculated from Equation (3) shown in FIG. That is, the processing unit 16 obtains a least square optimal solution using a general reversible matrix.
  • a T 2 rows and m columns.
  • a T A is a square matrix (here, 2 rows and 2 columns), and thus an inverse matrix can be obtained.
  • Equation (6) means obtaining a least squares solution that minimizes the error r in equation (4) in FIG. Since the matrix A is composed of known reference spectra 61 and 62, (A T A) ⁇ 1 A T can be uniquely calculated.
  • the matrix x can be calculated by multiplying the observed spectrum matrix b by (A T A) ⁇ 1 A T. Therefore, the concentration of the fluorescent substance can be obtained.
  • C (A T A) ⁇ 1 A T
  • C is a generalized inverse matrix.
  • the product of the generalized inverse matrix C of A and the matrix b is obtained.
  • the elements of the generalized inverse matrix (A T A) ⁇ 1 A T are the generalized inverse matrix data 63 and 64 shown in FIG. That is, the matrix is a 2-row m-column matrix with the generalized inverse matrix data 63 as the first row and the generalized inverse matrix data 64 as the second row.
  • the concentration of a plurality of fluorescent substances used for labeling can be easily calculated.
  • the density can be calculated more accurately.
  • the light intensity data of the observation spectrum outside the windows 41 to 44 is not used. That is, the number of light intensity data for obtaining the concentration of the fluorescent substance is reduced, and the calculation accuracy is deteriorated.
  • noise can be reduced and measurement accuracy can be improved. Therefore, the concentration can be accurately obtained, and more appropriate analysis can be performed.
  • the processing unit 16 analyzes a plurality of substances contained in the sample based on the observation spectrum data output from the detector 15. For this reason, the processing unit 16 obtains a generalized inverse matrix of the matrix of the data of the reference spectra 61 and 62 using the data of the reference spectra 61 and 62 set for the plurality of labeled substances that label the plurality of substances as a matrix. .
  • the processing unit 16 analyzes the substance contained in the sample using the observed spectrum data and the generalized inverse matrix. If the generalized inverse matrix of the matrix of the reference spectrum is calculated in advance, processing can be performed in a shorter time.
  • the sample can be analyzed appropriately based on the fluorescence spectrum, and DNA identification with a small measurement error becomes possible.
  • the DNA fragments are size-separated by electrophoresis of the PCR-amplified sample. Then, the DNA fragment in the capillary is irradiated with light, and the observed spectrum of each size is detected. The above processing is performed on a plurality of observed spectra, and the concentration of each base is calculated. Obtain the base concentration distribution for each size. DNA identification is performed according to the base sequence of the DNA fragment. This enables more accurate DNA identification.
  • Non-transitory computer readable media include various types of tangible storage media.
  • Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (for example, flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (for example, magneto-optical disks), CD-ROM (Read Only Memory), CD-R, CD-R / W, semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable ROM), flash ROM, RAM (Random Access Memory)) are included.
  • the program may also be supplied to the computer by various types of temporary computer readable media.
  • Examples of transitory computer readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves.
  • the temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.
  • this program is not limited to the OS ( A case where the functions of the above-described embodiment are realized in cooperation with (Operating System) or application software is also included in the embodiment of the present invention.
  • the analysis / analysis apparatus according to the present invention can be applied to the analysis of DNA, nucleic acids, proteins and the like.

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Abstract

　適切に試料を解析することができる分光解析装置、分光解析方法、及び分光解析プログラムを提供する。 本発明の実施の形態にかかる分光解析装置は、複数の標識物質で標識された複数の物質を含む試料に照射する光を発生する光源（１３）と、試料に照射された光によって、試料が発生した観測光を分光する分光器（１４）と、分光器（１４）で分光された観測光を検出して、観測スペクトルデータを出力する検出器（１５）と、検出器（１５）から出力された観測スペクトルデータに基づいて、試料中に含まれる複数の物質を解析する処理部（１６）であって、複数の標識物質に対して設定された基準スペクトルデータを要素とする行列の一般化逆行列を用いて、試料に含まれる物質を解析する処理部（１６）と、を備えたものである。

Description

分光解析装置、分光解析方法、及びコンピュータ可読媒体
　本発明は、分光解析装置、分光解析方法、及びプログラムに関し、試料で発生する光を分光して得られたスペクトルを用いて解析を行う分光解析装置、分光解析方法、及びプログラムに関する。
　遺伝子座を特定するための装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１では、キャピラリ泳動法を用いる点が開示されている。また、蛍光を用いて標識する点が開示されている。さらに、特許文献１ではラマン分光法を用いる点が開示されている。
特表２００５－５２７９０４号公報
　特許文献１では、コンピュータプログラムを用いて、解析を行う方法が開示されている。しかしながら、特許文献１の方法で、試料を適切に解析することができない場合がある。
　本発明は、適切に試料を解析することができる分光解析装置、分光解析方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
　本願発明の一態様にかかる分光解析装置は、複数の標識物質で標識された複数の物質を含む試料に照射する光を発生する光源と、前記試料に照射された光によって、前記試料で発生した観測光を分光する分光器と、前記分光器で分光された観測光を検出して、観測スペクトルデータを出力する検出器と、前記検出器から出力された観測スペクトルデータに基づいて、試料中に含まれる複数の物質を解析する処理部であって、複数の標識物質に対して設定された基準スペクトルデータを要素とする行列の一般化逆行列を用いて、前記観測スペクトルデータから前記試料に含まれる物質を解析する処理部と、を備えたものである。
　本願発明の一態様にかかる分光解析方法は、複数の標識物質で標識された複数の物質を含む試料に光を照射し、前記試料に照射された光によって、前記試料で発生した観測光を分光し、分光された前記観測光を検出して、観測スペクトルデータを出力し、
　複数の前記標識物質に対して設定された基準スペクトルデータを要素とする行列の一般化逆行列を求め、前記一般化逆行列と前記観測スペクトルデータとを用いて前記試料に含まれる物質を解析するものである。
　本願発明の一態様にかかるプログラムは、試料で発生した光を分光測定することで得られた観測スペクトルデータを用いて、試料を解析する分光解析方法をコンピュータに対して実行させるプログラムであって、前記分光解析方法は、試料に含まれる複数の物質を標識する複数の標識物質に対して設定された基準スペクトルデータを行列として、前記基準スペクトルデータの行列の一般化逆行列を求め、前記観測スペクトルデータと前記一般化逆行列とを用いて、前記試料に含まれる物質を解析する。
　本発明によれば、適切に試料を解析することができる分光解析装置、分光解析方法、及びプログラムを提供することができる。
本発明の実施の形態にかかる分光解析装置の構成を模式的に示す図である。 ＤＮＡを標識する蛍光物質から発生する蛍光のスペクトルを示すグラフである。 蛍光物質のスペクトルと、一般化逆行列データを示すグラフである。 ＤＮＡ解析を行うための行列計算式を示す図である。 ＤＮＡ解析を行うための行列計算式を示す図である。 ＤＮＡ解析を行うための計算式を示す図である。
　添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
　本実施の形態では発光波長の異なる蛍光物質を複数用いて、ＤＮＡ塩基配列解析を行っている。具体的には、人の細胞からＤＮＡを抽出する。そして、ＤＮＡ断片をポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）で増幅するとともに、蛍光物質で標識する。蛍光物質としては、例えば、５－ＦＡＭ、ＪＯＥ、ＮＥＤ、ＲＯＸ等を用いることができる。もちろん、標識する蛍光物質は特に限定されるものではない。ここでは、ピーク波長が異なる複数の蛍光物質を標識として用いている。そして、異なる塩基は、異なる蛍光物質で標識される。
　蛍光標識ラベルされた別々のＰＣＲ産物をキャピラリに供給して、ゲル内で電気泳動する。電気泳動によって電圧が印加された状態では、ＤＮＡ断片のサイズによって、移動速度が異なる。塩基数が小さい程、泳動距離が長くなるため、ＤＮＡ断片をサイズ分離することができる。キャピラリ内のＰＣＲ産物に光源からの励起光を照射すると、蛍光物質から蛍光が発生する。そして、蛍光物質から発生した蛍光を分光測定して、観測スペクトルデータを取得する。サイズ毎に観測スペクトルデータは取得する。そして、これらの観測スペクトルデータを解析することで、特定の配列のＤＮＡを定量することができ、ＤＮＡ鑑定を行うことができる。
　なお、本実施の形態では、分光解析装置が、ＤＮＡ鑑定に用いられるものとして説明するが、本実施の形態に係る分光解析装置の用途はＤＮＡ鑑定に限られるものでない。蛍光プローブで物質を標識した試料から発生する蛍光のスペクトルを解析する分光解析装置に適用可能である。例えば、核酸、たんぱく質などを解析することも可能である。分光解析装置は、物質の同定などにも利用可能である。さらに、蛍光物質以外の標識物質で試料に含まれる物質を標識してもよい。標識物質は、光のピーク波長がずれた物質を用いることが好ましい。
　本発明にかかる分光解析装置について、図１を用いて説明する。図１は、分光解析装置の構成を示す図である。分光解析装置は、注入部１１、キャピラリ１２、光源１３、分光器１４、検出器１５、処理部１６、マイクロチップ２０、及び光ファイバ３１を備えている。ここでは、キャピラリ電気泳動を用いて、解析を行っている。
　注入部１１には、蛍光物質で標識されたＤＮＡ断片を含むＰＣＲ産物が注入される。ここでは、試料であるＤＮＡ断片が、複数の蛍光物質で標識されている。例えば、ＤＮＡ断片の塩基配列に応じて、５－ＦＡＭ、ＪＯＥ、ＮＥＤ、ＲＯＸ等の蛍光物質が用いられている。もちろん、標識するための蛍光物質の種類、及び数は特に限定されるものではない。
　そして、注入部１１は、マイクロチップ２０上においてキャピラリ１２と連通している。マイクロチップ２０に設けられたキャピラリ１２の両端に電極（図示せず）を配置して、電圧を印加する。キャピラリ１２、及び注入部１１には、アガロースゲル等の電気泳動媒体が充填されている。従って、ＤＮＡ断片の塩基数に応じて、泳動速度が遅くなるため、ＤＮＡ断片がサイズ分離される。
　光源１３は、キャピラリ中の媒体に光を照射する。光源１３としては、例えば、波長４８８ｎｍあるいは５１４．５ｎｍの励起光を出射するアルゴンイオンレーザ光源を用いることができる。
　光源１３から出射された光は、キャピラリ１２に入射する。ここでは、マイクロチップ２０には８レーンのキャピラリ１２が平行に設けられている。８レーンのキャピラリ１２に励起光が照射されると、キャピラリ１２内のＤＮＡ断片を標識する蛍光物質が蛍光を発生する。蛍光物質で発生した蛍光が観測光となる。
　試料中の蛍光物質で発生した蛍光は、分光器１４に入射する。例えば、分光器１４は、プリズム又は回折格子等を有しており、蛍光を分光する。すなわち、波長に応じて蛍光が空間的に分散される。分光器１４で空間的に分散された蛍光は、検出器１５に入射する。従って、蛍光物質から発生した蛍光が検出器で観測される観測光となる。
　検出器１５は、例えば、ＣＣＤデバイス等の光検出器であり、分散方向に沿って受光画素が配列されている。従って、分散方向に配列された受光画素毎に、異なる波長の蛍光が検出される。検出器１５は、ＤＮＡ断片を標識した蛍光物質のスペクトルを検出して、観測スペクトルデータを処理部１６に出力する。例えば、分光器１４、及び検出器１５によって、６４０～８６０ｎｍの波長域のスペクトルが検出される。もちろん、分光器１４、及び検出器１５によって分光測定可能な波長域は特に限定されるものではない。標識として使用する蛍光物質や励起光波長に応じて適切に設定することができる。
　検出器１５は、観測可能な波長域において、各波長での光強度を観測スペクトルデータとして、処理部１６に出力する。なお、観測スペクトルデータに含まれるデータ数は、分光器１４の分光性能等に応じて値となっている。
　処理部１６は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、制御プログラムにしたがって処理を行う。具体的には、処理部１６は、検出器１５から出力された観測スペクトルデータを解析する解析プログラムを格納している。そして、処理部１６は、解析プログラムにしたがって、処理を実行する。検出器１５から出力された観測スペクトルデータに基づいて、処理部１６は試料中に含まれる複数の物質を解析する。これにより、ＤＮＡ断片の濃度を求める。こうすることで、ＤＮＡ鑑定を行うことができる。
　処理部１６における処理が、本実施の形態にかかる分光解析方法における特徴部分の一つとなる。以下、処理部１６における処理について、説明する。図２は、ＤＮＡ断片を標識した蛍光物質のスペクトルを模式的に示す図である。ここでは、５－ＦＡＭ、ＪＯＥ、ＮＥＤ、ＲＯＸの４つの蛍光物質を用いて標識した場合を説明する。
　図２では、５－ＦＡＭに励起光を照射したときの蛍光スペクトルを基準スペクトル５１としている。同様に、ＪＯＥに励起光を照射したときの蛍光スペクトルを基準スペクトル５２とし、ＮＥＤに励起光を照射したときの蛍光スペクトルを基準スペクトル５３とし、ＲＯＸに励起光を照射したときの蛍光スペクトルを基準スペクトル５４とする。なお、励起光の波長は４８８ｎｍとしている。図２において、横軸は波長であり、縦軸はピーク強度を１００として規格化した蛍光強度である。
　それぞれの蛍光物質の基準スペクトル５１～５４は、既知であり、蛍光物質によってことなっている。すなわち、基準スペクトルは、異なるピーク波長を有している。例えば、５－ＦＡＭの基準スペクトル５１は５４０ｎｍ付近にピーク波長を有し、ＪＯＥの基準スペクトル５２は５６０ｎｍ付近にピーク波長を有し、ＮＥＤの基準スペクトル５３は５８０ｎｍ付近にピーク波長を有し、ＲＯＸの基準スペクトル５４は６１０ｎｍ付近にピーク波長を有している。
　検出器１５で検出される観測スペクトルは、図２で示した基準スペクトル５１～５４を蛍光物質の濃度に応じて積算したスペクトルの重ね合わせたものとなる。従って、観測スペクトルデータを解析して、各蛍光物質の濃度を求めることで、各塩基の濃度分布を求めることができる。
　試料中に含まれる蛍光物質の濃度を求める場合、通常、ある一定の波長幅を有する窓４１～４４を設定する。窓４１は５－ＦＡＭの基準スペクトル５１のピーク波長近傍に設定され、窓４２はＪＯＥの基準スペクトル５２のピーク波長近傍に設定され、窓４３はＮＥＤの基準スペクトル５３のピーク波長近傍に設定され、窓４４はＲＯＸの基準スペクトル５４のピーク波長近傍に設定される。そして、窓４１～４４毎に、観測スペクトルデータの光強度データが積算される。
　そして、それぞれの窓４１～４４の積算値から、蛍光物質の濃度を求める。例えば、５－ＦＡＭ、ＪＯＥ、ＮＥＤ、ＲＯＸの濃度をそれぞれ、ｂ、ｇ、ｙ、ｒとする。また、それぞれの窓４１～４４の積算値をＩ５４０、Ｉ５６０、Ｉ５８０、Ｉ６１０とする。すると、以下式（１）に示す４元連立方程式をｂ、ｇ、ｙ、ｒについて解くことによって、蛍光物質の濃度を求める
Ｉ５４０＝ｂｘｂ＋ｇｙｂ＋ｙｂｂ＋ｒｗｂ
Ｉ５６０＝ｂｘｇ＋ｇｙｇ＋ｙｂｇ＋ｒｗｇ
Ｉ５８０＝ｂｘｙ＋ｇｙｙ＋ｙｂｙ＋ｒｗｙ
Ｉ６１０＝ｂｘｒ＋ｇｙｒ＋ｙｂｒ＋ｒｗｒ　　　　（１）
　ここで、基準スペクトル５１における各窓４１～４４での積算値を係数ｘｂ、ｙｂ、ｂｂ、ｗｂとしている。同様に、基準スペクトル５２における各窓４１～４４での積算値を係数ｘｇ、ｙｇ、ｂｇ、ｗｇとし、基準スペクトル５３における各窓４１～４４での積算値を係数ｘｙ、ｙｙ、ｂｙ、ｗｙとし、基準スペクトル５４における各窓４１～４４での積算値を係数ｘｒ、ｙｒ、ｂｒ、ｗｒとしている。各蛍光物質の基準スペクトル５１～５４は既知であるため、これらの係数は、全て既知となっている。従って、処理部１６が、上記の連立方程式をｂ、ｇ、ｙ、ｒについて解くことによって、蛍光物質の濃度を求めることが可能になる。
　しかしながら、上記のように、蛍光スペクトルのピーク波長に応じた窓４１～４４を設定する場合、適切に分析することができない恐れがある。例えば、蛍光スペクトルのピーク波長によっては、窓４１～４４の設定が困難となることがある。例えば窓４１～４４の幅が狭いと、積算する情報が少なくなり、ノイズが多くなる。一般に、ノイズは、積算する個数の平方根に比例して減少するからである。つまり、Ｓ／Ｎの観点から窓４１～４４の幅が広いほうが有利だが、窓４１～４４を広くしすぎると、他の蛍光物質のデータが含まれてしまう。したがって、適切な窓４１～４４の設定が困難となる。
　しかしながら、本実施の形態に係る分光解析方法を用いることで、適切に解析することができる。以下の説明では、説明の簡略化のため、２つの蛍光物質で標識した場合について説明を行う。
　２つの蛍光物質が図３に示すような基準スペクトル６１、６２を有しているとする。この基準スペクトル６１、６２濃度を求めるために参照される基準スペクトルであり、既知となっている。基準スペクトル６１、６２は、蛍光物質毎に異なる。図３では、基準スペクトル６１、６２のピーク強度が１となるように規格化している。
　処理部１６は、複数の標識物質に対して設定された基準スペクトル６１、６２の光強度データを要素とする行列の一般化逆行列を算出する。ここで、一般化逆行列のデータを図３のグラフ中の一般化逆行列データ６３、６４として示す。処理部１６は、観測スペクトルデータから試料に含まれるＤＮＡ断片を解析する。以下、処理部１６が、試料を解析するために行う行列計算について説明する。
　観測スペクトルデータに含まれる各波長での光強度データからなる行列をｂとする。観測スペクトルデータが、例えば、ｍ個（ｍは２よりも大きい整数）の光強度データを含んでいるとすると、行列ｂはｍ行１列の行列となる。ここで、行列ｂに含まれる要素を、ｂ１,ｂ２,・・・ｂｍとする。
　さらに、２つの蛍光物質の基準スペクトル６１、６２に含まれる光強度データからなる行列をＡとする。行列Ａはｍ行２列の行列となる。基準スペクトル６１に含まれるｍ個の光強度データＡ１１,Ａ２１,Ａ３１,・・・・Ａｍ１と、基準スペクトル６２に含まれるｍ個の光強度データＡ１２,Ａ２２,Ａ３２,・・・・Ａｍ２とが，行列Ａの要素となる。光強度データＡ１１,Ａ２１,Ａ３１,・・・・Ａｍ１が１行目の要素となり、光強度データＡ１２,Ａ２２,Ａ３２,・・・・Ａｍ２が２行目の要素となる。なお、ここでは、試料を標識する蛍光物質を２としているため、行列Ａは、ｍ行２列の行列となっているが、用いられる蛍光物質の数に応じて、行列Ａの行数が増加する。例えば、４つの塩基に対応して、４つの蛍光物質で試料を標識する場合、行列Ａはｍ行４列の行列となる。
　なお、基準スペクトル６１、６２の光強度データの数は、観測スペクトルに含まれる光強度データ数と同じとしている。すなわち、観測スペクトルと基準スペクトル６１、６２において、光強度データが存在する波長は同じとしている。もちろん、基準スペクトル６１、６２のデータ数と、観測スペクトルのデータとが異なる場合、データ補完により、データ数を一致させるようにしてもよい。
　また、試料に含まれる蛍光物質の濃度からなる行列をｘとする。ここでは、標識に用いられる蛍光物質が２つであるため、行列ｘは２行１列の行列となる。行列ｘに含まれる要素をｘ１,ｘ２とする。処理部１６は、行列ｘを求めるための処理を実行する。
　各波長において、以下の式（２）が成り立つ
　ｂj＝Ａｊ１×ｘ１＋Ａｊ２×ｘ２　　・・・（２）
　なお、jは１からｍの間の任意の整数である。すなわち、標識に用いられる蛍光物質の濃度と、ある波長における基準スペクトルの光強度データとの積によって、その波長での観測スペクトルの光強度データが算出される。式（２）は任意の波長において成立するため、式（２）を行列Ａ、行列ｂ、及び行列ｘを用いて表すと、図４の式（３）を得ることができる
　理想的な測定では、図４の式（３）が成立する。ここで求めたい行列ｘの要素ｘ１,ｘ２が２つであるのに対して、条件式がｍ個である。ｍが２よりも大きいため、条件過多となる。そこで、図５の式（４）に示す誤差ｒを最小とする近似解を求める。これは、｜ｒ｜を最小とする最小二乗問題となる。
　Ａは正方行列ではないため、逆行列が存在しないが、一般化逆行列（一般逆行列ともいう）を算出することができる。一般化逆行列を用いることで、図４に示した式（３）からｘを算出することができる。すなわち、処理部１６は、一般可逆行列による最小二乗最適解を求める。
　ここで、ＡＴ＝２行ｍ列の行列とする。図６の式（５）に示すように、ＡＴＡは正方行列（ここでは２行２列）となるため、逆行列を求めることができる。ＡＴＡの逆行列を（ＡＴＡ）－１とすると、図６の式（５）から、行列ｘは以下の式（６）で算出することができる。
ｘ＝（ＡＴＡ）－１ＡＴｂ　・・・（６）
　式（６）は、図５の式（４）の誤差ｒを最小にする最小二乗解を求めることを意味している。そして、行列Ａは既知の基準スペクトル６１、６２からなるため、（ＡＴＡ）－１ＡＴを一義的に算出することが可能になる。
　そして、観測スペクトルの行列ｂに（ＡＴＡ）－１ＡＴをかけることで、行列ｘを算出することができる。よって、蛍光物質の濃度を求めることができる。例えば、Ｃ＝（ＡＴＡ）－１ＡＴとすると、Ｃが一般化逆行列となる。そして、Ａの一般化逆行列Ｃと行列ｂとの積を求める。一般化逆行列（ＡＴＡ）－１ＡＴの要素は図３で示した一般化逆行列データ６３、６４となる。すなわち、一般化逆行列データ６３を１行目とし、一般化逆行列データ６４を２行目とする２行ｍ列の行列となる。
　これにより、標識に用いられた複数の蛍光物質の濃度を簡便に算出することができる。さらに、図２で示したように、窓４１～４４を設定していないため、より正確に濃度を算出することができる。例えば、窓４１～４４を設定することによって、窓４１～４４の外側の観測スペクトルの光強度データが使用されなくなってしまう。すなわち、蛍光物質の濃度を求めるための光強度データ数が少なくなってしまい、計算の精度が劣化してしまう。これに対して、本実施の形態では、観測スペクトルに含まれる光強度データをより多く使用することができるため、ノイズを低減することができ、測定精度を向上することができる。よって、正確に濃度を求めることができ、より適切な解析が可能になる。
　このように、処理部１６は、検出器１５から出力された観測スペクトルデータに基づいて、試料中に含まれる複数の物質を解析する。そのため、処理部１６は、複数の物質を標識する複数の標識物質に対して設定された基準スペクトル６１、６２のデータを行列として、基準スペクトル６１、６２のデータの行列の一般化逆行列を求める。処理部１６は、観測スペクトルデータと一般化逆行列とを用いて、試料に含まれる物質を解析する。なお、基準スペクトルの行列の一般化逆行列を、あらかじめ算出しておけば、より短時間で処理を行うことができる。
　こうすることで、より多くの観測スペクトルデータを用いた解析が可能になる。よって、蛍光のスペクトルに基づいて、適切に試料を解析することができ、測定誤差の小さいＤＮＡ鑑定が可能になる。
　このように、ＰＣＲ増幅された試料を電気泳動することで、ＤＮＡ断片をサイズ分離している。そして、キャピラリ中のＤＮＡ断片に光を照射して、それぞれのサイズの観測スペクトルを検出する。複数の観測スペクトルに対して、上記の処理を行い、各塩基の濃度を算出する。サイズごとに塩基濃度分布を求める。ＤＮＡ断片の塩基配列に応じて、ＤＮＡ鑑定を行う。これにより、より正確なＤＮＡ鑑定が可能になる。
　なお、上記した試料を解析するための制御は、コンピュータプログラムによって実行されても良い。上述した制御プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、ＣＤ－ＲＯＭ(Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ(例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
　また、コンピュータが上述の実施の形態の機能を実現するプログラムを実行することにより、上述の実施の形態の機能が実現される場合だけでなく、このプログラムが、コンピュータ上で稼動しているＯＳ(Operating System)もしくはアプリケーションソフトウェアと共同して、上述の実施の形態の機能を実現する場合も、本発明の実施の形態に含まれる。
　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１２年９月１９日に出願された日本出願特願２０１２－２０６０２３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明に係る分析解析装置は、ＤＮＡ、核酸、たんぱく質などの分析に適用することが可能である。
　１１　注入部
　１２　キャピラリ
　１３　光源
　１４　分光器
　１５　検出器
　１６　処理部
　２０　チップ
　４１～４４　窓
　５１～５４　基準スペクトル
　６１、６２　基準スペクトル
　６３、６３　一般化逆行列データ

Claims (12)

  1. 　複数の標識物質で標識された複数の物質を含む試料に照射する光を発生する光源と
    　前記試料に照射された光によって、前記試料で発生した観測光を分光する分光器と、
    　前記分光器で分光された観測光を検出して、観測スペクトルデータを出力する検出器と、
    　前記検出器から出力された観測スペクトルデータに基づいて、試料中に含まれる複数の物質を解析する処理部であって、複数の標識物質に対して設定された基準スペクトルデータを要素とする行列の一般化逆行列を用いて、前記観測スペクトルデータから前記試料に含まれる物質を解析する処理部と、を備えた分光解析装置。
  2. 　前記観測スペクトルデータの行列と、前記一般化逆行列との積を算出することで、前記試料に含まれる複数の標識物質の割合を算出する請求項１に記載の分光解析装置。
  3. 　前記標識物質が蛍光物質であり、前記蛍光物質の既知の蛍光スペクトルに基づいて基準スペクトルが設定されている請求項１、又は２に記載の分光解析装置。
  4. 　前記試料に含まれる複数の物質がＤＮＡ断片であり、
    　ＰＣＲ増幅された前記試料を電気泳動することで前記ＤＮＡ断片をサイズ分離し、
    　サイズ分離された前記ＤＮＡ断片の塩基配列に応じて、ＤＮＡ鑑定を行う請求項１～３のいずれか１項に記載の分光解析装置。
  5. 　複数の標識物質で標識された複数の物質を含む試料に光を照射し、
    　前記試料に照射された光によって、前記試料で発生した観測光を分光し、
    　分光された前記観測光を検出して、観測スペクトルデータを出力し、
    　複数の前記標識物質に対して設定された基準スペクトルデータを要素とする行列の一般化逆行列を求め、
    　前記一般化逆行列と前記観測スペクトルデータとを用いて前記試料に含まれる物質を解析する分光解析方法。
  6. 　前記観測スペクトルデータの行列と、前記一般化逆行列との積を算出することで、前記試料に含まれる複数の標識物質の割合を算出する請求項５に記載の分光解析方法。
  7. 　前記標識物質が蛍光物質であり、前記蛍光物質の既知の蛍光スペクトルが基準スペクトルと設定されている請求項５、又は６に記載の分光解析方法。
  8. 　前記試料に含まれる複数の物質がＤＮＡ断片であり、
    　ＰＣＲ増幅された前記試料を電気泳動することで前記ＤＮＡ断片をサイズ分離し、
    　サイズ分離された前記ＤＮＡ断片の塩基配列に応じて、ＤＮＡ鑑定を行う請求項５～７のいずれか１項に記載の分光解析方法。
  9. 　試料で発生した光を分光測定することで得られた観測スペクトルデータを用いて、試料を解析する分光解析方法をコンピュータに対して実行させるプログラムを格納した非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
    　前記分光解析方法は、
    　試料に含まれる複数の物質を標識する複数の標識物質に対して設定された基準スペクトルデータを行列として、前記基準スペクトルデータの行列の一般化逆行列を求め、
    　前記観測スペクトルデータと前記一般化逆行列とを用いて、前記試料に含まれる物質を解析する
    　プログラムを格納した非一時的なコンピュータ可読媒体。
  10. 　前記観測スペクトルデータの行列と、前記一般化逆行列との積を算出することで、前記試料に含まれる複数の標識物質の割合を算出する請求項９に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
  11. 　前記標識物質が蛍光物質であり、前記蛍光物質の既知の蛍光スペクトルが基準スペクトルと設定されている請求項９、又は１０に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
  12. 　前記試料に含まれる複数の物質がＤＮＡ断片であり、
    　ＰＣＲ増幅された前記試料を電気泳動することで、前記ＤＮＡ断片をサイズ分離し、
    　サイズ分離された前記ＤＮＡ断片の塩基配列に応じて、前記ＤＮＡ鑑定を行う請求項９～１１のいずれか１項に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016157270A1 (ja) * 2015-03-31 2016-10-06 日本電気株式会社 分光解析装置、分光解析方法、及び可読媒体
CN106248209A (zh) * 2016-07-14 2016-12-21 中国科学院光电研究院 一种基于仪器特征矩阵的干涉光谱仪光谱复原方法
WO2016174356A3 (fr) * 2015-04-30 2016-12-29 bioMérieux Machine et procédé pour la détection automatisée in vitro d'analytes mettant en ouvre une décomposition spectrale chromatique d'une réponse optique
WO2020026418A1 (ja) * 2018-08-02 2020-02-06 株式会社日立ハイテクノロジーズ 生体ポリマー分析方法、および生体ポリマー分析装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017203448B9 (de) * 2017-03-02 2021-12-23 Carl Zeiss Meditec Ag Mikroskopiesystem und Mikroskopieverfahren zum Quantifizieren einer Fluoreszenz

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005527904A (ja) 2002-05-20 2005-09-15 ロゼッタ インファーマティクス エルエルシー 複雑性疾患を構成疾患に細分するコンピュータ・システムおよび方法
JP2005274496A (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Tochigi Nikon Corp 成分分析方法およびその方法を用いた成分分析装置
JP3727031B2 (ja) * 1994-02-07 2005-12-14 アプレラ コーポレイション ポリヌクレオチド分析のための螢光に基づく電気泳動システム
JP2011053074A (ja) * 2009-09-01 2011-03-17 Olympus Corp 画像処理方法、画像処理装置および画像処理プログラム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6738502B1 (en) * 1999-06-04 2004-05-18 Kairos Scientific, Inc. Multispectral taxonomic identification
US6333501B1 (en) * 2000-01-27 2001-12-25 Perkin-Elmer Corporation Methods, apparatus, and articles of manufacture for performing spectral calibration
US6863791B1 (en) * 2000-09-11 2005-03-08 Spectrumedix Llc Method for in-situ calibration of electrophoretic analysis systems
US8244021B2 (en) * 2006-12-20 2012-08-14 Ventana Medical Systems, Inc. Quantitative, multispectral image analysis of tissue specimens stained with quantum dots
EP2105736A1 (en) * 2008-03-28 2009-09-30 Novartis Ag Analysis of DNA by means of cappillary electrophoresis

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3727031B2 (ja) * 1994-02-07 2005-12-14 アプレラ コーポレイション ポリヌクレオチド分析のための螢光に基づく電気泳動システム
JP2005527904A (ja) 2002-05-20 2005-09-15 ロゼッタ インファーマティクス エルエルシー 複雑性疾患を構成疾患に細分するコンピュータ・システムおよび方法
JP2005274496A (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Tochigi Nikon Corp 成分分析方法およびその方法を用いた成分分析装置
JP2011053074A (ja) * 2009-09-01 2011-03-17 Olympus Corp 画像処理方法、画像処理装置および画像処理プログラム

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
O.N.VYLEGZHANIN ET AL.: "CALCULATION OF THE CONCENTRATIONS OF THE COMPONENTS OF A MIXTURE BASED ON ITS SPECTRUM USING PSEUDOINVERSION", JOURNAL OF APPLIED SPECTROSCOPY, vol. 52, no. 3, 1990, pages 275 - 279, XP008179154 *
See also references of EP2902772A4

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11385168B2 (en) 2015-03-31 2022-07-12 Nec Corporation Spectroscopic analysis apparatus, spectroscopic analysis method, and readable medium
JPWO2016157270A1 (ja) * 2015-03-31 2018-01-25 日本電気株式会社 分光解析装置、分光解析方法、及び可読媒体
WO2016157270A1 (ja) * 2015-03-31 2016-10-06 日本電気株式会社 分光解析装置、分光解析方法、及び可読媒体
WO2016174356A3 (fr) * 2015-04-30 2016-12-29 bioMérieux Machine et procédé pour la détection automatisée in vitro d'analytes mettant en ouvre une décomposition spectrale chromatique d'une réponse optique
CN107533007A (zh) * 2015-04-30 2018-01-02 生物梅里埃公司 借助于光学响应的彩色光谱分解进行体外自动分析物检测的机器和方法
JP2018522209A (ja) * 2015-04-30 2018-08-09 ビオメリューＢｉｏｍｅｒｉｅｕｘ 光応答の色スペクトル分解を用いた自動インビトロ検体検出のための装置及び方法
US10753926B2 (en) 2015-04-30 2020-08-25 bioMérieux Machine and method for automated in vitro analyte detection by means of chromatic spectral decomposition of an optical response
CN106248209A (zh) * 2016-07-14 2016-12-21 中国科学院光电研究院 一种基于仪器特征矩阵的干涉光谱仪光谱复原方法
WO2020026418A1 (ja) * 2018-08-02 2020-02-06 株式会社日立ハイテクノロジーズ 生体ポリマー分析方法、および生体ポリマー分析装置
JPWO2020026418A1 (ja) * 2018-08-02 2021-08-19 株式会社日立ハイテク 生体ポリマー分析方法、および生体ポリマー分析装置
JP7016957B2 (ja) 2018-08-02 2022-02-07 株式会社日立ハイテク 生体ポリマー分析方法、および生体ポリマー分析装置
GB2590015A (en) * 2018-08-02 2021-06-16 Hitachi High Tech Corp Biopolymer Analysis Method and Biopolymer Analysis Device
GB2590015B (en) * 2018-08-02 2022-08-17 Hitachi High Tech Corp Biopolymer Analysis Method and Biopolymer Analysis Device

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