JP2019520551A - 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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Abstract
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 (25)
- 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検出し、ここに前記空中サンプルは光学検出器を囲む環境から採取されものであり、
(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の偏光ビームでの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の偏光ビームでの前記単浮遊粒子の照明により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)前記単浮遊粒子の第1の値、ここに前記第1の値は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1つである、
とを決定し、そして
(e)前記単浮遊粒子の大きさや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。 - 請求項1に記載の方法において、
(a)前記単浮遊粒子が10ミクロン以下の空気力学的径を有している。 - 請求項1に記載の方法において、
(a)前記少なくとも1つの特性は、前記単浮遊粒子を生物学的か非生物学的か見分ける。 - 請求項1に記載の方法において、
(a)前記少なくとも1つの特性は、前記単浮遊粒子を生物学的粒子の特定類型と見極める。 - 請求項1の方法は、さらに、
(a)第2の偏光ビームを備えた前記光学視界領域の単浮遊粒子を照らし、ここに前記第2の偏光ビームは前記第1の偏光ビームから予め設定した間隔を設けられ、前記第1の偏光ビームが水平偏光ビームで、第2の偏光ビームが垂直偏光ビームとされ、そして、
(b)前記水平偏光ビーム及び前記垂直偏光ビームと前記単浮遊粒子の照明に起因する弾性光散乱を検出する工程を含む。 - 請求項5の方法は、さらに、
(a)請求項5の検出工程の前に、前記水平偏光ビーム及び前記垂直偏光ビームと前記単浮遊粒子の照明に起因す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。 - 請求項6の方法において、
(a)第1の値が直線偏光値である。 - 請求項1の方法において、さらに:
(a)第2の偏光ビームを備えた前記光学視界領域の単浮遊粒子を照らし、ここに前記第2の偏光ビームは前記第1の偏光ビームから予め設定した間隔を設けられ、前記第1の偏光ビームが右回り円偏光ビームで、第2の偏光ビームが左回り円偏光ビームとされる工程を含む。 - 請求項8の方法において、
(a)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。 - 請求項1の方法において、
(a)前記第1の値が偏光解消値である場合、次の等式
(i)δN =[IV]/[IH + IV]
ここに、δNが正常化された偏光解消を表し、IHは水平偏光の弾性散乱強度を表して照明ビームの偏光状態と同一であり、IVは垂直偏光の強度を表し、
(ii)δ = IHV/IHH
ここに、δが偏光解消を表し、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し、
(iii)δ+C =[I⊥]/[I||+ I⊥]
ここに、δ+C は照明源として右回り円偏光を使うときの円偏光解消を表し、I⊥ 垂直偏光の弾性散乱強度を示し、I||は平行偏光の弾性散乱強度を表し、
(iv)δ-C =[I||]/[I||+ I⊥]
ここに、δ-C は照明源として左回り円偏光を使うときの円偏光解消を表し、I⊥ 垂直偏光の弾性散乱強度を示し、I||は平行偏光の散乱強度を表す、
の少なくとも1つを使って前記偏光解消値を決定し、そして
(b)前記第1の値が強度微分弾性散乱値である場合、次の方程式
(i)[IL(θ)−IR(θ)]/[IL(θ)+IR(θ)]
ここに、IL(θ)は入射ビームが左回り円偏光されるとき角度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で散乱する光であり、そして、
(ii)[IH(θ)−IV(θ)]/[IH(θ)+IV(θ)]
ここに、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の少なくとも1つを使って前記偏光解消値を決定する。 - 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)真空源を使って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周辺環境から光学検出器の光学感知ゾーンに引き込み、
(b)前記光学感知ゾーンの単浮遊粒子に水平偏光ビームを照らし、
(c)前記光学感知ゾーンの単浮遊粒子に垂直偏光ビームを照らし、ここにおいて、前記垂直偏光ビームは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ものとし、
(d)前記水平偏光ビームと垂直偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明に起因する弾性光散乱を検出し、そして
(e)段落(d)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起因する弾性光散乱を水平偏光フィルターに透過させる。 - 請求項11の方法は、
(a)請求項11の段落(d)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起因する弾性光散乱を水平偏光フィルターに透過させる更なる工程を含む。 - 請求項11の方法は、
(a)請求項11の段落(d)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起因する弾性光散乱を垂直偏光フィルターに透過させる更なる工程を含む。 - 請求項12の方法は、
(a)前記単浮遊粒子の照明に起因する検出弾性散乱を使って、次の
(i)単浮遊粒子の大きさ、と
(ii)前記単浮遊粒子の直線偏光解消値
とをそれぞれ決定し、
(b)前記単浮遊粒子の大きさと前記単浮遊粒子の直線偏光解消値に基づいて前記単浮遊粒子の少なくとも1つの特性を決定する更なる工程を含む。 - 請求項11の方法において、
(a)前記単浮遊粒子が0.5〜1.5ミクロンの範囲の空気力学的径を有している。 - 請求項11の方法において、
(a)前記単浮遊粒子が10ミクロン以下の空気力学的径を有している。 - 請求項11の方法は、さらに、
(a)前記水平偏光ビームと垂直偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明に起因する弾性光散乱を直交蛍光発光検出チャンネルに透過させる工程を含む。 - 請求項12の方法は、さらに、
(a)単独の光検出器に前記水平偏光フィルターを透過する弾性光散乱を検出する工程を含む。 - 単浮遊粒子を検出して分類する単浮遊粒子光学分析装置であって、該単浮遊粒子光学分析装置は、
(a)光学感知ゾーン、
(b)前記光学感知ゾーンが配置される環境から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引き込むための真空源、
(c)前記光学感知ゾーンの単浮遊粒子を少なくとも1つの偏光ビームで照明する手段、
(d)前記単浮遊粒子の照明に起因する弾性光散乱を検出するための光検出器、
(e)前記単浮遊粒子の照明に起因する検出弾性光散乱を使って、
(i)前記単浮遊粒子の大きさ、及び
(ii)前記単浮遊粒子の第1の値、ここに第1の値は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1つである、
のそれぞれを決定するプロセッサを含み、
(f)さらに前記プロセッサは、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。 - 請求項19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ている。 - 請求項19の単浮遊粒子光学分析装置において、
(a)少なくとも1つの特性は前記単浮遊粒子を生物学的か非生物学的か見分ける。 - (a)前記少なくとも1つの特性は前記単浮遊粒子を生物学的粒子の特定類型と見極める。
- 請求項19の単浮遊粒子光学分析装置において、
(a)前記照明手段がレーザー、1/4波リターダ及び複屈折結晶を含み、前記1/4波リターダが前記レーザーによって発生されたビームを円状偏光し、そして、前記複屈折結晶が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明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。 - 請求項23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、前記垂直水平偏光ビームによる前記単浮遊粒子の照明に起因する弾性光散乱が透過するように、前記光学感知ゾーンと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んでいる。 - 単浮遊粒子を検出し分類する方法であって、該方法は、
(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検出し、ここに前記空中サンプルは光学検出器を囲む環境から採取されものであり、
(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の偏光ビームでの前記単浮遊粒子の照明により
(i)粒子自動蛍光、と
(ii)前記単浮遊粒子の第1の値で、この第1の値は前記単浮遊粒子の偏光解消値である、をそれぞれ決定し、そして
(d)粒子自動蛍光に基づく前記単浮遊粒子と前記単浮遊粒子の前記第1の値のうち少なくとも1つの特性を決定する。
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