JP6593174B2 - 微粒子分析装置、観察装置、微粒子分析プログラムおよび微粒子分析方法 - Google Patents
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Description
本願は、2014年1月17日に出願された日本国特許出願2014−7158号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明の態様は、微粒子の計測誤差を低減することができる微粒子分析装置、観察装置、微粒子分析プログラムおよび微粒子分析方法を提供する。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る観察装置1の外観構成の一例を示す模式図である。観察装置1は、電気泳動装置40を備えている。
このXYZ直交座標系において、鉛直方向をZ方向とし、電気泳動装置40による泳動方向をX方向とし、X方向およびZ方向に直交する方向をY方向とする。
図3Aおよび3Bにおいて、横軸は、ゼータ電位を示し、縦軸は、エキソソームの粒子数(以下の説明において、エキソソーム数とも記載する。)を示す。図3Aは、エキソソーム懸濁液におけるゼータ電位の分布を示す。図3Bは、抗体−エキソソーム懸濁液におけるゼータ電位の分布を示す。このゼータ電位対エキソソーム数のヒストグラムから、あるエキソソーム数におけるゼータ電位の平均値を求めることができる。この一例においては、エキソソーム数が100個の場合におけるゼータ電位の平均値を求める。一例には、図3Aに示すように、エキソソーム懸濁液におけるゼータ電位の平均値は、−4.7±2.2[mV]である。また、図3Bに示すように、抗体−エキソソーム懸濁液におけるゼータ電位の平均値は、−9.0±2.2[mV]である。
照射部20は、電気泳動装置40の流路44c内の媒質に向けて照明光を照射する。流路44c内の媒質中に浮遊する微粒子に、この照明光が照射されると、散乱光が生じる。
ここで、微粒子の一例には、上述したエキソソーム(エクソソーム)がある。以下の説明において、観察装置1は、エキソソームを観察する場合について記載するが、観察装置1は、エキソソーム以外の微粒子についても観察可能である。
対物レンズ31は、照射部20が照射する照明光が直接入射しない位置に配置される。また、対物レンズ31には、照明光がエキソソームに照射された際に生じる散乱光が入射する。ダイクロイックミラー32は、光波長に応じて反射・透過特性が異なる反射透過部材である。ダイクロイックミラー32は、対物レンズ31と、撮像部10との間の光路に配置されており、対物レンズ31から入射する光の少なくとも一部を撮像部10の方向へ反射する。
暗視野光学系30は、対物レンズ31と、ダイクロイックミラー32とを備えることにより、流路44c内の観察領域DOFを、撮像部10によって暗視野観察することを可能にする。
一例として、撮像部10は、100[フレーム/秒]で画像を撮像する。撮像部10は、撮像した画像を微粒子分析装置2に出力する。なお、撮像部10はEMCCDカメラ以外にも、CMOSやNMOSなどの撮像素子を備えていてもよい。
図4は、本実施形態の微粒子分析装置2の機能構成の一例を示す構成図である。
また、記憶部206には、演算部200が演算処理を行った演算結果が格納される。
図5(b)に示すように、エキソソームが観察領域DOFの外に移動すると、エキソソームが存在するにもかかわらず、撮像部10は、このエキソソームの画像を撮像できない。
また、いったん観察領域DOFの外に移動したエキソソームが、ブラウン運動によって再び観察領域DOF内に移動することがある。この場合には、撮像部10は、このエキソソームの画像を撮像できる。このエキソソームの画像を時系列に並べた一例について、図6を参照して説明する。
この一例では、エキソソームP1は、時刻t0から時刻t1までの間、観察領域DOF内にある。また、エキソソームP1は、時刻t2から時刻t47までの間、観察領域DOFの外にあり、時刻t48において、再び観察領域DOF内に戻る。また、エキソソームP2は、時刻t0から時刻t48までの間、観察領域DOF内にある。
この一例の場合、撮像部10が時刻t0および時刻t1において撮像した画像には、エキソソームP1と、エキソソームP2とが写る。また、撮像部10が時刻t2から時刻t47までの間に撮像した画像には、エキソソームP2が写るが、エキソソームP1は写らない。また、撮像部10が時刻t48において撮像した画像には、エキソソームP1と、エキソソームP2とが写る。
ここで、時刻t0において撮像された画像に対する、抽出部202の処理について説明する。図6に示す例においては、抽出部202は、時刻t0において撮像された画像から、2つのエキソソームの画像を抽出する。抽出部202は、抽出した、2つのエキソソームの画像のうち、1つの画像について、エキソソームP1とラベリングし、もう1つの画像について、エキソソームP2とラベリングする。また、抽出部202は、ラベリングしたエキソソームP1について、その位置P1(t0)の座標(x1、y1)、明るさl1、面積s1をそれぞれ算出する。抽出部202は、エキソソームP1について、算出した座標(x1、y1)、明るさl1、面積s1を、記憶部206が記憶する粒子リストに書き込む。記憶部206が記憶する粒子リストの一例について、図7を参照して説明する。
この場合、抽出部202は、時刻t1において撮像された、このエキソソームの画像を、エキソソームP1とラベリングする。また、抽出部202は、時刻t1におけるエキソソームP1の座標(x1’、y1)、明るさl1、面積s1を、粒子リストのエキソソームP1の行の、時刻t1の列に書き込む。
また、抽出部202は、時刻t1において撮像された、もう1つのエキソソームについても、同様にして直前フレームとの連続性を判定して、ラベリングする。
図8は、本実施形態の微粒子分析装置2の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、判定部205は、撮像間隔を取得する。また、判定部205は、着目しているエキソソームについて、第1の時刻における座標、第2の時刻における座標、移動速度を取得する(ステップS40)。
すなわち、ブラウン運動による移動量が、電界による移動量に比べて小さい場合、微粒子分析装置2は、微粒子の計測誤差をさらに低減することができる。
以下、図面を参照して、本発明の第2の実施形態を説明する。なお、上述した第1の実施形態と同様である構成及び動作については、同一の符号を付して、説明を簡略化あるいは省略する。本実施形態の観察装置1aは、照射部20が輪帯50を介して流路44cに光を照射する点において、第1の実施形態と異なる。
図12は、観察装置1aの暗視野光学系の変形例を示す模式図である。図12に示すように、この変形例による暗視野光学系30は、レンズ33を備えている。レンズ33は、照射部20から輪帯50を介して入射する光を、流路44c内の観察領域DOFの位置に集光する。流路44cに微粒子Paが存在する場合に、レンズ33によって集光された光が、微粒子Paにあたると、散乱光が発生する。対物レンズ31は、レンズ33によって集光された光が直接入射しない位置であり、かつ、この散乱光が入射する位置に配置されている。このように構成しても、観察装置1aは、流路44c内の微粒子を暗視野観察することができる。
また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、その技術による集積回路を用いてもよい。
Claims (17)
- 媒質中を所定方向に移動する微粒子が異なる時刻においてそれぞれ撮像された複数の画像を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記複数の画像のうち、第1の時刻において撮像された画像に含まれる第1の微粒子の画像と、前記第1の時刻とは異なる第2の時刻において撮像された画像に含まれる第2の微粒子の画像とが、同一の微粒子を示す画像であるか否かを、前記媒質中のブラウン運動による微粒子の移動量に基づいて判定する判定部と、
前記第1の微粒子の画像が示す微粒子の前記第1の時刻における座標と、前記第1の微粒子が前記所定方向に移動する移動速度とに基づいて、前記第2の時刻における前記第1の微粒子の座標を推定する推定部と、
を備え、
前記判定部は、さらに、前記第2の微粒子の画像が示す微粒子の前記第2の時刻における座標と、前記推定部が推定した前記第1の微粒子の座標とに基づいて、前記第1の微粒子の画像と前記第2の微粒子の画像とが、同一の微粒子を示す画像であるか否かを判定する
微粒子分析装置。 - 前記判定部は、
前記第2の微粒子の画像が示す微粒子の前記第2の時刻における座標と、前記推定部が推定した前記第2の時刻における前記第1の微粒子の座標との差が、ブラウン運動による前記第1の微粒子の移動量以下である場合には、前記第1の微粒子の画像と前記第2の微粒子の画像とを、同一の微粒子を示す画像であると判定する
請求項1に記載の微粒子分析装置。 - 前記微粒子には、前記媒質中を前記所定方向に前記微粒子を移動させる力が加えられている
請求項1または請求項2に記載の微粒子分析装置。 - 前記微粒子を移動させる力とは、前記媒質中に印加される電界による力である
請求項3に記載の微粒子分析装置。 - 前記判定部は、
前記ブラウン運動による微粒子の移動量の成分のうち、少なくとも前記所定方向と直交する方向の成分に基づいて、前記第1の微粒子の画像と前記第2の微粒子の画像とが、同一の微粒子を示す画像であるか否かを判定する
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の微粒子分析装置。 - 前記判定部は、
前記ブラウン運動による微粒子の移動量の成分のうち、少なくとも前記所定方向の成分に基づいて、前記第1の微粒子の画像と前記第2の微粒子の画像とが、同一の微粒子を示す画像であるか否かを判定する
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の微粒子分析装置。 - 前記複数の画像から前記第1の微粒子が前記所定方向に移動する移動速度を算出する速度算出部
をさらに備える
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の微粒子分析装置。 - 前記微粒子はエキソソームであること
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の微粒子分析装置。 - 前記取得部が取得した画像に含まれる粒子の画像の明るさおよび面積に基づいて、前記第1の時刻において撮像された画像から前記第1の微粒子の画像を、前記第2の時刻において撮像された画像から前記第2の微粒子の画像を、それぞれ抽出する抽出部
をさらに備える請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の微粒子分析装置。 - 媒質中を所定方向に移動する微粒子が異なる時刻においてそれぞれ撮像された複数の画像を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記複数の画像のうち、第1の時刻において撮像された画像に含まれる第1の微粒子の座標と、前記第1の時刻とは異なる第2の時刻において撮像された画像に含まれる第2の微粒子の座標と、前記媒質中のブラウン運動による微粒子の移動量とに基づいて、前記第1の微粒子と前記第2の微粒子とを同一の微粒子として扱うか否かを判定する判定部と、
前記第1の微粒子の座標と、前記第1の微粒子が前記所定方向に移動する移動速度とに基づいて、前記第2の時刻における前記第1の微粒子の座標を推定する推定部と
を備え
前記判定部は、さらに、前記第2の微粒子の座標と、前記推定部が推定した前記第1の微粒子の座標とに基づいて、前記第1の微粒子と前記第2の微粒子とが同一の微粒子を示す画像であるか否かを判定する
微粒子分析装置。 - 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の前記微粒子分析装置と、
照射される光によって前記媒質中の微粒子から生ずる散乱光の画像を、異なる複数の時刻においてそれぞれ撮像する撮像部と、
を備える観察装置。 - 光源からの光を、輪帯を介して前記媒質中に照射する照射部を備えることを特徴とする請求項11に記載の観察装置。
- コンピュータに、
(a)媒質中を所定方向に移動する微粒子が異なる時刻においてそれぞれ撮像された複数の画像を取得することと、
(b)前記(a)において取得された前記複数の画像のうち、第1の時刻において撮像された第1の微粒子の画像と、前記第1の時刻とは異なる第2の時刻において撮像された第2の微粒子の画像とが、同一の微粒子を示す画像であるか否かを、前記媒質中のブラウン運動による微粒子の移動量に基づいて判定することと、
(c)前記第1の微粒子の画像が示す微粒子の前記第1の時刻における座標と、前記第1の微粒子が前記所定方向に移動する移動速度とに基づいて、前記第2の時刻における前記第1の微粒子の座標を推定することと、
(d)前記第2の微粒子の画像が示す微粒子の前記第2の時刻における座標と、前記(c)において推定された前記第1の微粒子の座標とに基づいて、前記第1の微粒子の画像と前記第2の微粒子の画像とが、同一の微粒子を示す画像であるか否かを判定することと、
を実行させるための微粒子分析プログラム。 - コンピュータに、
(a)媒質中を所定方向に移動する微粒子が異なる時刻においてそれぞれ撮像された複数の画像を取得することと、
(b)前記(a)において取得された前記複数の画像のうち、第1の時刻において撮像された第1の微粒子の座標と、前記第1の時刻とは異なる第2の時刻において撮像された第2の微粒子の座標と、前記媒質中のブラウン運動による微粒子の移動量とに基づいて、前記第1の微粒子と前記第2の微粒子とを同一の微粒子として扱うか否かを判定することと、
(c)前記第1の微粒子の座標と、前記第1の微粒子が前記所定方向に移動する移動速度とに基づいて、前記第2の時刻における前記第1の微粒子の座標を推定することと、
(d)前記第2の微粒子の座標と、前記(c)において推定された前記第1の微粒子の座標とに基づいて、前記第1の微粒子と前記第2の微粒子とが同一の微粒子を示す画像であるか否かを判定することと、
を実行させるための微粒子分析プログラム。 - (a)媒質中を所定方向に移動する微粒子が異なる時刻においてそれぞれ撮像された複数の画像を取得することと、
(b)前記(a)において取得された前記複数の画像のうち、第1の時刻において撮像された第1の微粒子の画像と、前記第1の時刻とは異なる第2の時刻において撮像された第2の微粒子の画像とが、同一の微粒子を示す画像であるか否かを、前記媒質中のブラウン運動による微粒子の移動量に基づいて判定することと、
(c)前記第1の微粒子の画像が示す微粒子の前記第1の時刻における座標と、前記第1の微粒子が前記所定方向に移動する移動速度とに基づいて、前記第2の時刻における前記第1の微粒子の座標を推定することと、
(d)前記第2の微粒子の画像が示す微粒子の前記第2の時刻における座標と、前記(c)において推定された前記第1の微粒子の座標とに基づいて、前記第1の微粒子の画像と前記第2の微粒子の画像とが、同一の微粒子を示す画像であるか否かを判定することと、
を含む微粒子分析方法。 - (c)光源からの光を、輪帯を介して前記媒質中に照射することと、
(d)前記(c)において照射される光によって前記媒質中の微粒子から生ずる散乱光の画像を、異なる複数の時刻においてそれぞれ撮像することと、
をさらに含み、
前記(a)において、
前記(d)において撮像された複数の画像を取得する
請求項15に記載の微粒子分析方法。 - (a)媒質中を所定方向に移動する微粒子が異なる時刻においてそれぞれ撮像された複数の画像を取得することと、
(b)前記(a)において取得された前記複数の画像のうち、第1の時刻において撮像された第1の微粒子の座標と、前記第1の時刻とは異なる第2の時刻において撮像された第2の微粒子の座標と、前記媒質中のブラウン運動による微粒子の移動量とに基づいて前記第1の微粒子と前記第2の微粒子とを同一の微粒子として扱うか否かを判定することと、
(c)前記第1の微粒子の座標と、前記第1の微粒子が前記所定方向に移動する移動速度とに基づいて、前記第2の時刻における前記第1の微粒子の座標を推定することと、
(d)前記第2の微粒子の座標と、前記(c)において推定された前記第1の微粒子の座標とに基づいて、前記第1の微粒子と前記第2の微粒子とが同一の微粒子を示す画像であるか否かを判定することと、
を含む微粒子分析方法。
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