WO2016084153A1

WO2016084153A1 - 細菌検査装置

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Publication number: WO2016084153A1
Application number: PCT/JP2014/081198
Authority: WO
Inventors: 豪桝屋; 英明峰川; 宗郎前嶋; 今井　一成
Original assignee: 株式会社日立ハイテクノロジーズ
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2016-06-02

Abstract

　本発明は、サンプル容器ｓ内の培養液ａ中で細菌を培養すると共に、この培養した細菌の増殖量を測定する細菌検査装置Ａであって、培養液ａの撹拌と培養液ａ中の細菌の凝集とを選択的に行う単一の撹拌凝集機構１と、培養液ａ中の細菌の濃度を測定する測定機構３とを備えていることを特徴とする細菌検査装置Ａである。上記撹拌凝集機構１は、サンプル容器ｓを傾斜可能に保持する保持手段１１と、保持手段１１を自転させる第１の回転手段１２と、保持手段１１を鉛直軸廻りに公転させる第２の回転手段１３と、第１の回転手段１２および第２の回転手段１３を駆動する駆動手段１４とを有することが好ましい。

Description

細菌検査装置

　本発明は、細菌検査装置に関する。

　培養液中で細菌を培養し、増殖した細菌の増殖量を濁度などの光学特性として測定する細菌検査装置では、細菌の初期濃度はＣＬＳＩ（ｔｈｅ　Ｃｌｉｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　Ｓｔａｎｄａｒｄｓ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）により５×１０^５ＣＦＵ／ｍｌという低濃度に定められ、通常一昼夜かけて培養した後、細菌の増殖量を目視または光学測定（濁度測定）することにより検査される。

　このような検査では、患者への負担低減の見地から、培養液を撹拌して細菌の増殖を促進したり濁度測定時に細菌を凝集して測定性能を向上させるなどにより検査時間を短縮化することが求められている。

　これらのうち、培養液の撹拌を行うことができる装置としては、例えば、サンプル容器を旋回させて撹拌を行う撹拌装置が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。このような撹拌装置では比較的小型化が可能なものが多く、恒温槽内に収納して細菌の増殖に適した温度にし易いといった利点がある。

　一方、細菌を凝集させるものとしては、遠心分離機を用いるものや、エクマン・パンピング効果を利用して歳差運動によりサンプル容器内に渦を発生させ、容器底面中心に向かう流れに乗せて細菌をこの容器底面中心に凝集させるものが知られている。

特開平８－２４２８４０号公報特開２０１４－７７６３８号公報

　しかしながら、検査時間の更なる短縮化が求められる中、上述したような培養液の撹拌と細菌の凝集とを単一の装置（機構）で実現可能なものは未だ知られていない。この理由としては、細菌の凝集に関し、遠心分離機を用いる場合はそれ自体が大型であるため恒温槽内に収納し難くかつ培養液の撹拌ができないこと、歳差運動による場合は細菌の凝集は専ら手作業で行われるため上記撹拌装置と組み合わせられないことなどが挙げられる。

　本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、単一の撹拌凝集機構を用いて培養液の撹拌と細菌の凝集とを選択的に行うことができ、細菌の増殖量を迅速に測定することができる細菌検査装置を提供することにある。

　上記課題を解決するためになされた発明は、
　サンプル容器内の培養液中で細菌を培養すると共に、この培養した細菌の増殖量を測定する細菌検査装置であって、
　前記培養液の撹拌と前記培養液中の細菌の凝集とを選択的に行う単一の撹拌凝集機構と、
　前記培養液中の細菌の濃度を測定する測定機構とを備えていることを特徴とする細菌検査装置である。

　なお、本明細書において、「自転」とは第１の回転手段を用いて駆動される保持手段自体の回転を意味し、「公転」とは第２の回転手段を用いて駆動される上記保持手段の鉛直軸廻りの回転を意味する。また、本明細書において「傾斜角度」とは、水平面に対して保持手段のサンプル容器を保持（載置）する面がなす角度を意味する。

　本発明は、単一の撹拌凝集機構を用いて培養液の撹拌と細菌の凝集とを選択的に行うことができ、細菌の増殖量を迅速かつ正確に測定することができる細菌検査装置を提供することができる。

本発明の細菌検査装置の一実施形態を示す概略斜視図である。本発明の撹拌凝集機構を示す概略正面図である。図２の軸回転円盤を示す概略平面図である。本発明の細菌検査装置の変形例を示す概略斜視図である。

　本発明の細菌検査装置は、サンプル容器内の培養液中で細菌を培養すると共に、この培養した細菌の増殖量を測定する細菌検査装置であって、前記培養液の撹拌と前記培養液中の細菌の凝集とを選択的に行う単一の撹拌凝集機構と、前記培養液中の細菌の濃度を測定する測定機構とを備えていることを特徴とする。

　このように、当該細菌検査装置が、上記特定の撹拌凝集機構と測定機構とを備えているので、単一の撹拌凝集機構を用いて培養液の撹拌と細菌の凝集とを選択的に行うことができ、細菌の増殖量を迅速かつ正確に測定することができる。また、当該細菌検査装置が単一の撹拌凝縮機構を備えているので、装置の簡素化および小型化を図ることができ、使い勝手を向上させることができる。

　また、上記撹拌凝集機構は、サンプル容器を傾斜可能に保持する保持手段と、前記保持手段を自転させる第１の回転手段と、前記保持手段を鉛直軸廻りに公転させる第２の回転手段と、前記第１の回転手段および前記第２の回転手段を駆動する駆動手段とを有していることが好ましい。

　このように、当該細菌検査装置の撹拌凝集機構が、上記特定の保持手段と、第１の回転手段と、第２の回転手段と、駆動手段とを有することで、単一の撹拌凝集機構を用いて培養液の撹拌および細菌の凝集を確実に行うことができ、細菌の増殖量をより迅速かつ正確に測定することができる。

　以下、本発明の細菌検査装置を図面に基づいて説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施態様にのみ限定されるものではない。

　図１は、本発明の細菌検査装置の一実施形態を示す概略斜視図である。また、図２は、本発明の撹拌凝集機構を示す概略正面図である。本発明の細菌検査装置Ａは、図１に示すように、概略的に、単一の撹拌凝集機構１と、搬送機構２と、測定機構３と、制御機構４とを備えている。

　撹拌凝集機構１は、培養液ａの撹拌と培養液ａ中の細菌の凝集とを選択的に行う機構である。この撹拌凝集機構１は、図２に示すように、概略的に、保持手段１１と、第１の回転手段１２と、第２の回転手段１３と、駆動手段１４と、傾斜角度制御手段１５とを有している。

　保持手段１１は、サンプル容器ｓを傾斜可能に保持する手段である。この保持手段１１は、円盤状の台板１１１と後述のサンプル容器ｓを固定する固定具（不図示）とを備えている。当該細菌検査装置Ａに用いられるサンプル容器ｓとしては、例えば、マイクロタイタープレート等が挙げられる。このマイクロタイタープレートは、検査対象となる細菌を含んだ培養液ａ（サンプル）を収納する複数のサンプル収納部ｓ１（ウェル）を有しており、各サンプル収納部ｓ１は有底円筒状に形成されている。これらサンプル収納部ｓ１に上記培養液ａが分注され、上記固定具より台板１１１に固定される。

　第１の回転手段１２は、保持手段１１を自転させる手段である。この第１の回転手段１２は、保持手段１１に接続された第１回転軸１２１と、第１回転軸１２１に第１自在継手１２２を介して接続された第２回転軸１２３と、第２回転軸１２３に第２自在継手１２４を介して接続された鉛直回転軸１２５とを有している。また、第１回転軸１２１は通常鉛直軸Ｚに対して所定の傾斜角θをなすように配置され、当該第１回転軸１２１の中途における特定の部位（第１回転軸１２１の軸方向における特定の部位）において自動調心ころ軸受１５７により回転可能に支持されている。

　なお、本実施形態では、第１および第２自在継手１２２、１２４としてカルダンジョイントが用いられているが、これに限定されるものではなく、例えばボールジョイント等の他の自在継手を採用してもよい。また、本実施形態では、第１回転軸１２１の軸受として自動調心ころ軸受１５７が用いられているが、これに限定されるものではなく、他の軸受を採用してもよい。

　第２の回転手段１３は、保持手段１１を鉛直軸Ｚ廻りに回転させる手段である。この第２の回転手段１３は、後述する変速機１４６により回転速度が制御された中間回転軸１３１と、軸回転円盤１３３とを有しており、中間回転軸１３１に設けられたプーリ１３２と軸回転円盤１３３とが連動して回転するようにベルト１３７により連結されている。

　軸回転円盤１３３は、第２回転軸１２３を鉛直軸Ｚ廻りに回転させる。この第２回転軸１２３の鉛直軸Ｚ廻りの回転により、第１回転軸１２１、保持手段１１およびサンプル容器ｓは、第２回転軸１２３と同様に鉛直軸Ｚに対して一定の角度（回転角θ）を保ったまま当該鉛直軸Ｚ廻りに回転する。

　図３は、図２の軸回転円盤１３３を示す概略平面図である。軸回転円盤１３３は、図３に示すように、中心を通り径方向に穿設された長手形状の溝部１３４ｂを有する円盤本体１３４と、溝部１３４ｂ内を上記径方向に摺動自在でありかつ第２回転軸１２３を受け入れる軸受１３５とを有し、溝部１３４ｂの長手方向の一端に臨む円盤本体１３４の取付部１３４ａと軸受１３５とがバネ１３６により接続されている。このバネ１３６は、図２に示す第１回転軸１２１と第２回転軸１２３が鉛直軸Ｚに重なった状態から当該鉛直軸Ｚに対して角度を付ける（傾ける）場合に第２回転軸１２３に折り曲げる力を付与する作用を有する。

　駆動手段１４は、第１の回転手段１２および第２の回転手段１３を駆動する手段である。本実施形態では、駆動手段１４は、第１の回転手段１２による自転速度と、第２の回転手段１３による公転速度とをそれぞれ独立して制御可能となるように形成されている。このように、第１および第２の回転手段１２、１３の回転速度を独立して制御可能とすることで、培養液ａの撹拌および細菌の凝集をそれぞれ確実に行うことができる。

　具体的には、駆動手段１４は、図２に示すように、第１の回転手段１２および第２の回転手段１３の両者を駆動する単一の駆動機１４１（モータ）と、この駆動機１４１に接続され、第１の回転手段１２の自転速度および第２の回転手段１３の公転速度をそれぞれ独立して制御可能な変速機１４６とを有する。駆動機１４１の回転軸には歯車１４２が接続され、歯車１４３を介して鉛直回転軸１２５に接続されている。また、歯車１４３には歯車１４４が接続され、歯車１４４と連動するプーリ１４５の回転が変速機１４６を介して中間回転軸１３１に伝達される。なお、変速機１４６は、プーリ１４５から伝達された回転運動を変換し、中間回転軸１３１を任意の回転速度で回転させる。

　なお、本実施形態では、駆動機１４１としてモータが用いられているが、これに限定されるものではなく、モータ以外の他の駆動機を採用してもよい。また、変速機１４６としては、例えば無段変速機（ＣＶＴ）などの公知の変速機を採用することができる。

　このように、駆動手段が単一の駆動機１４１と、変速機１４６とを有することで、細菌検査装置Ａをより簡素化かつ小型化することができる。

　傾斜角度制御手段１５は、サンプル容器ｓの傾斜角度を制御する手段である。この傾斜角度制御手段１５は、概略的に、第２駆動機１５１（モータ）と、回転軸１５３と、固定部材１５６とを有する。第２駆動機１５１の回転軸には歯車１５２が接続され、回転軸１５３に設けられた歯車１５４に噛合することで当該回転軸１５３を回転させる。回転軸１５３には雄ねじ部１５３ａが螺設されており、固定部材１５６に取り付けられたボールねじ１５５に螺合されている。また、固定部材１５６には第１回転軸１２１を軸支する自動調心ころ軸受１５７が取り付けられている。したがって、第２駆動機１５１を回転させることで、回転軸１５３を介して固定部材１５６に取り付けられた自動調心ころ軸受１５７を任意の高さに移動し、第１回転軸１２１の傾斜角θを調整することができる。

　このように、当該細菌検査装置Ａがサンプル容器ｓの傾斜角度を制御する傾斜角度制御手段１５を備えていることで、培養液ａの撹拌および細菌の凝集をそれぞれより確実に行うことができる。

　搬送機構２は、撹拌凝集機構１と測定機構３（後述）との間でサンプル容器ｓを搬送する機構である。具体的には、この搬送機構２は、図１に示すように、サンプル容器ｓを把持するグリッパ２１と、グリッパ２１を移動させる移動機２２とを備え、グリッパ２１により把持して保持手段１１の台板１１１上と測定機構３の光学測定部３１との間でサンプル容器ｓを搬送する。

　測定機構３は、培養液ａ中の細菌の濃度を測定する機構である。この測定機構３は、各サンプル収納部ｓ１の底面略中心部の濃度を測定する光学測定部３１を備えている。光学測定部３１による細菌の濃度は、菌液の濁度として測定される。光学測定部３１を用いた上記濁度の測定方法としては、例えば菌液を撮像素子（不図示）で測定しブランクと比較して求める方法等が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。この測定機構３により測定された濁度のデータは後述の制御機構４に送信される。

　制御機構４は、測定機構３から受信した濁度のデータを記憶し、必要に応じ上記データを用いて細菌の増殖速度などの演算を行うと共に、細菌検査装置Ａ全体を制御する機構である。この制御機構４は、例えば、図１に示すパーソナルコンピュータ等の制御装置４１を備えている。

　次に、細菌検査装置Ａを用いた細菌量の検査方法について説明する。まず、細菌が懸濁された培養液ａをマイクロタイタープレートなどのサンプル容器ｓに注入した後、このサンプル容器ｓを攪拌凝集機構１の台板１１１上に載置し固定具で固定する。次いで、細菌検査装置Ａを密閉し、制御装置４１を操作して、検査シーケンスを開始する。

　その際、まず細菌の増殖を高速化するため、攪拌凝集機構１によりサンプル容器ｓ中の培養液ａを攪拌する。具体的には、例えば傾斜角度制御手段１５を制御して鉛直軸Ｚに対して傾斜角θが約１５°となるように第１回転軸１２１を傾斜させ、第１および第２回転手段１２、１３を作動させて自転速度６０ｒｐｍ、公転速度３０ｒｐｍの条件下でサンプル容器ｓを回転させる。これにより、サンプル容器ｓ内の培養液ａが撹拌される。

　次いで、細菌を凝集するため、培養液ａ中に渦が発生するようにサンプル容器ｓの運動を変更する。具体的には、例えば傾斜角度制御手段１５を制御して鉛直軸Ｚに対して傾斜角θが約２０°となるように第１回転軸１２１を傾斜させ、第１および第２回転手段１２、１３を作動させて自転速度３０ｒｐｍ、公転速度３０ｒｐｍの条件下でサンプル容器ｓを回転させる。これによりエクマン・パンピング効果で各サンプル収納部ｓ１内の培養液ａに渦が生じ、培養液ａ中の細菌はサンプル収納部ｓ１の底面略中心部に凝集される。

　なお、上述した撹拌条件および凝集条件における傾斜角θ、自転速度および公転速度は限定的なものではなく、サンプル容器ｓの形状や培養液ａの粘性等によって適宜決定される。

　次いで、細菌が底面略中心部に凝集したサンプル容器ｓをグリッパ２１により光学測定部３１へ搬送し、この搬送されたサンプル容器ｓの各サンプル収納部ｓ１の底面略中心部を光学測定部３１により光学測定し、菌液の濁度のデータを得る。次いで、得られた濁度のデータを制御装置４１に送信し、当該制御装置４１において上記データを記憶し、必要に応じて演算を行う。

　なお、細菌量を継続して測定する場合、グリッパ２１を用いて測定機構３内にあるサンプル容器ｓを撹拌凝集機構１に返送し、上記同様に培養液ａの撹拌、細菌の凝集、サンプル容器ｓの搬送、および光学測定を繰り返すことで細菌量の時間変化（増殖速度）等を算出する。

　なお、本発明の細菌検査装置は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

　例えば、上述した実施形態では、駆動手段１４が第１の回転手段１２および第２の回転手段１３を駆動する単一の駆動機１４１を有する細菌検査装置Ａについて説明したが、第１の回転手段１２と第２の回転手段１３とで別異の駆動機（例えば、第１の駆動機と第２の駆動機（不図示）など）を用いる細菌検査装置であってもよい。

　また、上述した実施形態では、撹拌凝集機構１がサンプル容器ｓの傾斜角度を制御する傾斜角度制御手段１５を有する細菌検査装置Ａについて説明したが、本発明の細菌検査装置は、水平状態を含めてサンプル容器ｓが特定の傾斜角度に固定されているものであってもよい。

　また、上述した実施形態では、第１回転軸１２１が鉛直軸Ｚに対して特定の傾斜角θをなすように傾斜（サンプル容器ｓが傾斜）している細菌検査装置Ａについて説明したが、上記傾斜角が０°、すなわちサンプル容器ｓ（台板１１１上面）が水平状態である細菌検査装置も本発明の意図する範囲内である。

　また、上述した図１では、培養液ａの撹拌および細菌の凝集を撹拌凝集機構１のみで行う細菌検査装置Ａについて説明したが、本発明は、図４に示すように、撹拌機構５および第２搬送機構６をさらに備え、撹拌凝集機構１を用いた培養液ａの撹拌を行う前に予め撹拌機構５の撹拌機５１を用いてサンプル容器ｓ内の培養液ａを撹拌し、第２搬送機構６を用いて当該サンプル容器ｓを撹拌凝集機構１に搬送する細菌検査装置Ａ’であってもよい。撹拌機構５としては、例えば、振とう機などの公知の撹拌機を採用することができる。なお、細菌量を継続して測定する場合、第２搬送機構６を用いて撹拌凝集機構１から撹拌機構５にサンプル容器ｓを返送するようにしてもよい。

　Ａ、Ａ’　細菌検査装置
　ａ　培養液
　ｓ　サンプル容器
　Ｚ　鉛直軸
　１　撹拌凝集機構
　２　搬送機構
　３　測定機構
　４　制御機構
　１１　保持手段
　１２　第１の回転手段
　１３　第２の回転手段
　１４　駆動手段
　１５　傾斜角度制御手段
　１４１　駆動機
　１４６　変速機

Claims

　サンプル容器内の培養液中で細菌を培養すると共に、この培養した細菌の増殖量を測定する細菌検査装置であって、
　前記培養液の撹拌と前記培養液中の細菌の凝集とを選択的に行う単一の撹拌凝集機構と、
　前記培養液中の細菌の濃度を測定する測定機構とを備えていることを特徴とする細菌検査装置。
　撹拌凝集機構が、
　サンプル容器を傾斜可能に保持する保持手段と、
　前記保持手段を自転させる第１の回転手段と、
　前記保持手段を鉛直軸廻りに公転させる第２の回転手段と、
　前記第１の回転手段および前記第２の回転手段を駆動する駆動手段とを有する請求項１に記載の細菌検査装置。
　第１の回転手段による自転速度と、第２の回転手段による公転速度とをそれぞれ独立して制御可能な請求項２に記載の細菌検査装置。
　駆動手段が、
　第１の回転手段および第２の回転手段を駆動する単一の駆動機と、
　前記駆動機に接続され、前記第１の回転手段の自転速度および前記第２の回転手段の公転速度をそれぞれ独立して制御可能な変速機とを有する請求項３に記載の細菌検査装置。
　撹拌凝集機構が、サンプル容器の傾斜角度を制御する傾斜角度制御手段をさらに有する請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の細菌検査装置。