JP6125444B2 - 微生物検出システム及び微生物の検出方法 - Google Patents
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Description
本発明は環境評価技術に関し、特に微生物検出システム及び微生物の検出方法に関する。
バイオクリーンルーム等のクリーンルームにおいては、粒子検出装置を用いて、飛散している微生物等の粒子が検出され、記録される（例えば、特許文献１、２及び非特許文献１参照。）。粒子の検出結果から、クリーンルームの空調機器の劣化具合を把握可能である。また、クリーンルームで製造された製品に、参考資料として、クリーンルーム内の粒子の検出記録が添付されることもある。光学式の粒子検出装置は、例えば、クリーンルーム中の気体を吸引し、吸引した気体に光を照射する。気体に微生物が含まれていると、個々の微生物から自家蛍光が発せられるため、蛍光を検出した回数から、気体に含まれる微生物の数を検出することが可能となる。
長谷川倫男他，「気中微生物リアルタイム検出技術とその応用」，株式会社山武，azbil Technical Review 2009年12月号，p.2-7，2009年
本発明は、信頼性の高い微生物検出システム及び微生物の検出方法を提供することを目的の一つとする。
本発明の態様によれば、（ａ）気体を吸引し、気体に光を照射して気体に含まれる微生物を検出する微生物検出装置と、（ｂ）微生物検出装置で光を照射された微生物を捕集する培地を格納可能な少なくとも１つのチャンバと、（ｃ）微生物検出装置に設けられた、光を照射された気体が排出される排出口と、少なくとも１つのチャンバに設けられた注入口と、を、結ぶ経路を、微生物が検出されたときに連通し、微生物が検出されていないときに遮断する開閉装置と、を備える、微生物検出システムが提供される。
また、本発明の態様によれば、（ａ）微生物検出装置で気体を吸引し、気体に光を照射して気体に含まれる微生物を検出することと、（ｂ）微生物検出装置に設けられた、光を照射された気体が排出される排出口と、微生物を捕集する培地を格納する少なくとも１つのチャンバに設けられた注入口と、を、結ぶ経路を、微生物検出装置で微生物が検出されたときに連通し、微生物が検出されていないときに遮断することと、を含む、微生物の検出方法が提供される。
本発明によれば、信頼性の高い微生物検出システム及び微生物の検出方法を提供可能である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る微生物検出システムは、図１に示すように、気体を吸引し、気体に光を照射して気体に含まれる微生物を検出する微生物検出装置１０と、微生物検出装置１０で光を照射された微生物を捕集する培地を格納可能な少なくとも１つのチャンバ２０と、微生物検出装置１０に設けられた、光を照射された気体が排出される排出口と、少なくとも１つのチャンバ２０に設けられた注入口と、を、結ぶ経路１９を、微生物が検出されたときに連通し、微生物が検出されていないときに遮断する開閉装置５と、を備える。
第１の実施の形態に係る微生物検出システムは、図１に示すように、気体を吸引し、気体に光を照射して気体に含まれる微生物を検出する微生物検出装置１０と、微生物検出装置１０で光を照射された微生物を捕集する培地を格納可能な少なくとも１つのチャンバ２０と、微生物検出装置１０に設けられた、光を照射された気体が排出される排出口と、少なくとも１つのチャンバ２０に設けられた注入口と、を、結ぶ経路１９を、微生物が検出されたときに連通し、微生物が検出されていないときに遮断する開閉装置５と、を備える。
光学式微生物検出装置１０は、例えば図２に示すように、光を発する光源素子１と、光源素子１が装着される台座２と、光源素子１から放射された光を平行光にする照射側平行光レンズ１１と、平行光を集光する照射側集光レンズ１２と、照射側集光レンズ１２で集光された光に微生物を含む気流を横切らせる噴射機構３と、を備える。噴射機構３は、例えば気流の流速を変化させるためのエアバルブを備えていてもよい。
台座２に装着された光源素子１は、例えば図３に示すように、基板１０１と、基板１０１の表面に沿って設けられたアノード電極１０２と、カソード電極１０３と、基板１０１上に配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ１０４と、を備える。アノード電極１０２と、ＬＥＤチップ１０４と、は、ワイヤボンディング１０５で電気的に接続される。また、カソード電極１０３と、ＬＥＤチップ１０４と、は、ワイヤボンディング１０６で電気的に接続される。基板１０１上には、ＬＥＤチップ１０４を取り囲むように、リフレクタ１０７が配置される。また、ＬＥＤチップ１０４は、透明樹脂１０８で封止される。
光源素子１が発する光は、可視光であっても、紫外光であってもよい。光が可視光である場合、光の波長は、例えば４００ないし４１０ｎｍの範囲内であり、例えば４０５ｎｍである。光が紫外光である場合、光の波長は、例えば３１０ないし３８０ｎｍの範囲内であり、例えば３５５ｎｍである。ただし、光源素子１が発する光の波長は、検出対象の微生物の種類によって決定され、これらの数値に限定されない。図２に示す光源素子１を保持する台座２は、光学式微生物検出装置１０の筐体３１に固定されている。
噴射機構３は、ファン等によって筐体３１の外部から気体を吸引し、ノズル等を介して、吸引した気体を照射側集光レンズ１２の焦点に向けて噴射する。照射側集光レンズ１２で集光された光の進行方向に対して、噴射機構３から噴射される気流の進行方向は、例えば、略垂直に設定される。ここで、気流に微生物が含まれていると、微生物に当たった光がミー散乱により散乱し、散乱光が生じる。また、光を照射された微生物に含まれるニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）及びフラビン等が、蛍光を発する。なお、気体は、必ずしも照射側集光レンズ１２の焦点に向けて噴射される必要はない。例えば、気体は、光を横切る限りにおいて、照射側集光レンズ１２の焦点から外れた位置に噴射されてもよい。
微生物の例としては細菌及び真菌が含まれる。細菌の例としては、グラム陰性菌、グラム陽性菌、及びカビ胞子を含む真菌が挙げられる。グラム陰性菌の例としては、大腸菌が挙げられる。グラム陽性菌の例としては、表皮ブドウ球菌、枯草菌芽胞、マイクロコッカス、及びコリネバクテリウムが挙げられる。カビ胞子を含む真菌の例としては、アスペルギルスが挙げられる。照射側集光レンズ１２で集光された光を横切った気流は、排気機構によって筐体３１に設けられている排出口から図１に示すパイプ等の経路１９に排気される。
図２に示す光学式微生物検出装置１０は、噴射機構３が噴射した気流を横切った光を平行光にする検出側平行光レンズ１３と、検出側平行光レンズ１３で平行光にされた光を集光する検出側集光レンズ１４と、をさらに備える。気流に含まれる微生物によって散乱光が生じた場合、散乱光も、検出側平行光レンズによって平行光にされ、その後、検出側集光レンズ１４で集光される。
検出側集光レンズ１４の焦点には、微生物によって散乱した光を検出する散乱光検出部１６が配置されている。散乱光検出部１６としては、フォトダイオード及び光電子増倍管等が使用可能である。散乱光検出部１６が散乱光を検出した回数から、微生物の数を計測することが可能である。また、微生物による散乱光の強度は、微生物の粒径と相関する。したがって、散乱光検出部１６で散乱光の強度を検出することにより、光学式微生物検出装置１０が配置された環境を飛散する微生物の粒径を求めることが可能である。
光学式微生物検出装置１０の筐体３１内部には、例えば噴射機構３から噴射される気流と平行に、凹面ミラーである集光ミラー１５がさらに配置されている。集光ミラー１５は、気流に含まれる微生物が発した蛍光を集光する。集光ミラー１５の焦点には、蛍光を検出する蛍光検出部１７が配置されている。散乱光検出部１６が散乱光を検出し、かつ蛍光検出部１７が蛍光を検出しなかった場合、気流に含まれる粒子が非生物粒子であることが分かる。散乱光検出部１６が散乱光を検出し、かつ蛍光検出部１７が蛍光を検出した場合、気流に含まれる粒子が微生物等の生物粒子であることが分かる。また、蛍光検出部１７が蛍光を検出した回数から、微生物の数を計測することが可能である。例えば、散乱光検出部１６及び蛍光検出部１７には、検出した光強度及び蛍光強度をリアルタイムに統計処理するコンピュータが接続される。コンピュータに、図１に示す開閉装置５が接続されている。
開閉装置５はバルブ等を備える。開閉装置５は、微生物検出装置１０が生物粒子が発した蛍光を検出したときのみ、微生物検出装置１０に設けられた、光を照射された気体が排出される排出口と、少なくとも１つのチャンバ２０に設けられた注入口と、を、結ぶ経路１９を、連通する。開閉装置５は、微生物検出装置１０が生物粒子が発した蛍光を検出していないときは、経路１９を遮断する。これにより、生物粒子が検出されたときのみ、光学式微生物検出装置１０で光を照射された気体は、経路１９を経てチャンバ２０に送り込まれる。生物粒子が検出されていないときは、光学式微生物検出装置１０で光を照射された気体は、開閉装置５によって排出経路５０に誘導され、外部に排出される。
図４に示すように、チャンバ２０には、例えばシャーレ２２が格納される。シャーレ２２には、培地２３が入れられている。光学式微生物検出装置１０で検査された気体に含まれている微生物の少なくとも一部が、培地２３に吸着され、培地２３上で培養される。なお、図５に示すように、微生物を含む気流の進行方向に対して、培地２３が垂直になるよう、経路１９とチャンバ２０を接続してもよい。また、図６に示すように、捕捉する微粒子の大きさに応じて、経路１９の開口にノズル２８を設けてもよい。気流に含まれていた微生物が培地２３に衝突すると、培地２３において微生物の培養が直ちに開始され、微生物は乾燥ストレスや栄養不足ストレスから解放される。培地２３上で培養された微生物は、目視により観察されるか、または適宜染色され、光学式顕微鏡等で観察される。
第１の実施の形態に係る微生物検出システムは、チャンバ２０内の温度を制御する温度制御装置をさらに備えていてもよい。温度制御装置は、例えば内部に冷媒が供給される温度調整パイプ２４を備える。あるいは、温度制御装置は、ペルティエ素子を備えていてもよい。
また、第１の実施の形態に係る微生物検出システムは、チャンバ２０内の湿度を制御する湿度制御装置をさらに備えていてもよい。湿度制御装置は、例えば、湿度センサ２５及び乾燥気流供給パイプ２６を備える。湿度センサ２５は、チャンバ２０内の湿度を検出する。湿度センサ２５が検出した湿度の値が所定の値よりも高い場合は、乾燥気流供給パイプ２６から乾燥空気がチャンバ２０内に供給され、チャンバ２０内の湿度が制御される。一般に細菌は水分活性の高い食品で増殖するが、酵母は比較的水分活性の低い食品で増殖し、カビではさらに水分活性の低い食品でも増殖する。ただし、好塩性細菌は水分活性が非常に低くても増殖し、耐乾性カビや耐浸透圧性酵母ではさらに低い水分活性でも増殖が可能である。したがって、水分活性が低くても増殖可能な微生物が検出対象である場合は、湿度制御装置でチャンバ２０内を除湿するとよい。
チャンバ２０内の気体は、図１に示すパイプ２９、ろ過装置３０、及びパイプ３９を介して吸引装置４０で吸引される。図４に示すように、パイプ２９にはバルブ２７が設けられていてもよい。図１に示すろ過装置３０は、例えばＨＥＰＡ（ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ａｉｒ）フィルタを備え、微生物等が吸引装置４０を経て大気中に排出されるのを防止する。吸引装置４０としては、例えばポンプ等が使用可能である。
従来においては、光学式微生物検出装置で検査された気体は、常時ゼラチンフィルタで濾過され、ゼラチンフィルタで捕捉された微生物が培養されている。しかし、従来の方法では、光学式微生物検出装置で検出された微生物の数と、ゼラチンフィルタで捕捉され培養された微生物のコロニーの数と、の相関がとれない場合がある。本発明者は、鋭意研究の上、従来の方法では、ゼラチンフィルタが常時、光学式微生物検出装置の排気にさらされているため、ゼラチンフィルタが乾燥し、ゼラチンフィルタに捕捉された微生物が死滅する場合があることを見出した。また、本発明者は、ゼラチンフィルタに捕捉された微生物が、栄養分の欠乏により死滅する場合があることも見出した。
これに対し、本発明の第１の実施の形態に係る微生物検出システムは、微生物検出装置１０に設けられた、光を照射された気体が排出される排出口と、少なくとも１つのチャンバ２０に設けられた注入口と、を、結ぶ経路１９を、微生物が検出されたときに連通し、微生物が検出されていないときに遮断する開閉装置５を備えるため、チャンバ２０内の図４ないし図６に示す培地２３に、光学式微生物検出装置１０で検査された気体が常時吹き付けられることがない。そのため、培地２３の乾燥が抑制されるため、培地２３に捕捉された微生物が乾燥により死滅することを抑制することが可能となる。また、培地２３が栄養分を含む場合は、微生物が栄養分の欠乏により死滅することも抑制可能となる。したがって、微生物検出装置１０で検出された微生物の数と、培地２３で捕捉され培養された微生物のコロニーの数と、を比較した際に、相関がとれやすくなる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る微生物検出システムは、図７に示すように、複数のチャンバ２０Ａ、２０Ｂを備え、複数の開閉装置５Ａ、５Ｂが、微生物検出装置１０が検出した微生物の粒径等の特性に応じて、微生物を複数のチャンバ２０Ａ、２０Ｂのいずれかに振り分ける。上述したように、微生物による散乱光の強度は、微生物の粒径と相関するため、光学式微生物検出装置１０は、検出した微生物の粒径を求めることが可能である。ここで、例えば、微生物が細菌である場合、細菌の粒径は、例えば０．５ないし１．０μｍである。また、微生物が真菌である場合、真菌の粒径は、例えば１．０ないし５．０μｍである。したがって、検出した微生物の粒径から、微生物が細菌であるか、真菌であるか、を判別することが可能である。
第２の実施の形態に係る微生物検出システムは、図７に示すように、複数のチャンバ２０Ａ、２０Ｂを備え、複数の開閉装置５Ａ、５Ｂが、微生物検出装置１０が検出した微生物の粒径等の特性に応じて、微生物を複数のチャンバ２０Ａ、２０Ｂのいずれかに振り分ける。上述したように、微生物による散乱光の強度は、微生物の粒径と相関するため、光学式微生物検出装置１０は、検出した微生物の粒径を求めることが可能である。ここで、例えば、微生物が細菌である場合、細菌の粒径は、例えば０．５ないし１．０μｍである。また、微生物が真菌である場合、真菌の粒径は、例えば１．０ないし５．０μｍである。したがって、検出した微生物の粒径から、微生物が細菌であるか、真菌であるか、を判別することが可能である。
細菌と真菌では、培養条件が異なる。例えば、細菌を培養する場合には、トリプトソイ寒天（ＴＳＡ）培地が用いられ、温度は３２℃に設定される。また、例えば、真菌を培養する場合には、バレイショブドウ糖寒天（ＰＤＡ）培地が用いられ、温度は２５℃に設定される。
第２の実施の形態において、光学式微生物検出装置１０の排気口は、経路１９を経て、開閉装置５Ａに接続されている。開閉装置５Ａには、経路１９Ａと経路１９Ｃが接続されている。経路１９Ａには、チャンバ２０Ａが接続されている。チャンバ２０Ａの内部は、例えば、細菌の培養に適した環境に設定され、ＴＳＡ培地が配置される。経路１９Ｃには、開閉装置５Ｂが接続されている。開閉装置５Ｂには、経路１９Ｂと排出経路５０が接続されている。経路１９Ｂには、チャンバ２０Ｂが接続されている。チャンバ２０Ｂの内部は、例えば、真菌の培養に適した環境に設定され、ＰＤＡ培地が配置される。
開閉装置５Ａは、光学式微生物検出装置１０が細菌に相当する大きさの蛍光粒子を検出したときのみ、光学式微生物検出装置１０と、チャンバ２０Ａと、を連通させる。また、開閉装置５Ａ、５Ｂは、光学式微生物検出装置１０が真菌に相当する大きさの蛍光粒子を検出したときのみ、光学式微生物検出装置１０と、チャンバ２０Ｂと、を連通させる。光学式微生物検出装置１０が細菌又は真菌を検出していないときは、開閉装置５Ａ、５Ｂは、光学式微生物検出装置１０と、排出経路５０と、を連通させる。チャンバ２０Ａ内の気体は、パイプ２９Ａ、ろ過装置３０Ａ、及びパイプ３９Ａを介して吸引装置４０Ａで吸引される。チャンバ２０Ｂ内の気体は、パイプ２９Ｂ、ろ過装置３０Ｂ、及びパイプ３９Ｂを介して吸引装置４０Ｂで吸引される。
第２の実施の形態に係る微生物検出システムによれば、検査対象となる気体に複数種類の微生物が含まれている場合に、微生物の種類ごとに適した培養をすることが可能となる。なお、微生物検出システムは、３個以上のチャンバ、３個以上の開閉装置を備えていてもよい。
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、光学式微生物検出装置１０における光学系は、図２に示した例に限られない。例えば、図８に示すように、平行光レンズ５１で平行光にされた光に、微生物を含む気流を横切らせてもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、光学式微生物検出装置１０における光学系は、図２に示した例に限られない。例えば、図８に示すように、平行光レンズ５１で平行光にされた光に、微生物を含む気流を横切らせてもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
１ 光源素子
２ 台座
３ 噴射機構
５、５Ａ、５Ｂ 開閉装置
１０ 微生物検出装置
１１ 照射側平行光レンズ
１２ 照射側集光レンズ
１３ 検出側平行光レンズ
１４ 検出側集光レンズ
１５ 集光ミラー
１６ 散乱光検出部
１７ 蛍光検出部
１９、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ 経路
２０、２０Ａ、２０Ｂ チャンバ
２２ シャーレ
２３ 培地
２４ 温度調整パイプ
２５ 湿度センサ
２６ 乾燥気流供給パイプ
２７ バルブ
２９、２９Ａ、２９Ｂ、３９、３９Ａ、３９Ｂ パイプ
２８ ノズル
３０、３０Ａ、３０Ｂ ろ過装置
３１ 筐体
４０、４０Ａ、４０Ｂ 吸引装置
５０ 排出経路
５１ 平行光レンズ
１０１ 基板
１０２ アノード電極
１０３ カソード電極
１０４ チップ
１０５、１０６ ワイヤボンディング
１０７ リフレクタ
１０８ 透明樹脂
２ 台座
３ 噴射機構
５、５Ａ、５Ｂ 開閉装置
１０ 微生物検出装置
１１ 照射側平行光レンズ
１２ 照射側集光レンズ
１３ 検出側平行光レンズ
１４ 検出側集光レンズ
１５ 集光ミラー
１６ 散乱光検出部
１７ 蛍光検出部
１９、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ 経路
２０、２０Ａ、２０Ｂ チャンバ
２２ シャーレ
２３ 培地
２４ 温度調整パイプ
２５ 湿度センサ
２６ 乾燥気流供給パイプ
２７ バルブ
２９、２９Ａ、２９Ｂ、３９、３９Ａ、３９Ｂ パイプ
２８ ノズル
３０、３０Ａ、３０Ｂ ろ過装置
３１ 筐体
４０、４０Ａ、４０Ｂ 吸引装置
５０ 排出経路
５１ 平行光レンズ
１０１ 基板
１０２ アノード電極
１０３ カソード電極
１０４ チップ
１０５、１０６ ワイヤボンディング
１０７ リフレクタ
１０８ 透明樹脂
Claims (12)
- 気体を吸引し前記気体に光を照射して前記気体に含まれる微生物を検出する微生物検出装置と、
前記微生物検出装置で光を照射された前記微生物を捕集する培地を格納可能な少なくとも１つのチャンバと、
前記微生物検出装置に設けられた、光を照射された気体が排出される排出口と、前記少なくとも１つのチャンバと、を結ぶ経路を、前記微生物が検出されたときに連通し、前記微生物が検出されていないときに遮断し前記気体を排出経路に誘導し外部に排出する開閉装置と、
を備える、微生物検出システム。 - 前記培地で、前記微生物検出装置から排出された気体に含まれていた微生物が培養される、請求項１に記載の微生物検出システム。
- 前記チャンバを複数備え、前記開閉装置が、前記微生物検出装置が検出した前記微生物の特性に応じて、前記微生物を前記複数のチャンバのいずれかに振り分ける、請求項１又は２に記載の微生物検出システム。
- 前記少なくとも１つのチャンバ内の温度を制御する温度制御装置を更に備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の微生物検出システム。
- 前記少なくとも１つのチャンバ内の湿度を制御する湿度制御装置を更に備える、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の微生物検出システム。
- 微生物検出装置で気体を吸引し前記気体に光を照射して前記気体に含まれる微生物を検出することと、
前記微生物検出装置に設けられた、光を照射された気体が排出される排出口と、前記微生物を捕集する培地を格納する少なくとも１つのチャンバに設けられた注入口と、を結ぶ経路を、前記微生物検出装置で前記微生物が検出されたときに連通し、前記微生物が検出されていないときに遮断し前記気体を排出経路に誘導し外部に排出することと、
を含む、微生物の検出方法。 - 前記培地で、前記微生物検出装置から排出された気体に含まれていた微生物を培養することを更に含む、請求項６に記載の微生物の検出方法。
- 前記微生物検出装置で検出された微生物の数と、前記培地で培養された微生物の数と、を比較することを更に含む、請求項７に記載の微生物の検出方法。
- 前記培地で培養された微生物の数が前記微生物のコロニーの数である、請求項８に記載の微生物の検出方法。
- 前記チャンバを複数用意し、前記微生物検出装置が検出した前記微生物の特性に応じて、前記微生物を前記複数のチャンバのいずれかに振り分ける、請求項６ないし９のいずれか１項に記載の微生物の検出方法。
- 前記少なくとも１つのチャンバ内の温度を制御することを更に含む、請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の微生物の検出方法。
- 前記少なくとも１つのチャンバ内の湿度を制御することを更に含む、請求項６ないし１１のいずれか１項に記載の微生物の検出方法。
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