2013 Fiscal Year Annual Research Report
ナノフォトニクス、画像認識技術、金属錯体の融合による菌類同定システム研究
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25246033
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
粟津 浩一 独立行政法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 副研究部門長 (60356392)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村川 正宏 独立行政法人産業技術総合研究所, 情報技術研究部門, 研究グループ長 (10358153)
島 隆之 独立行政法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 主任研究員 (10371048)
藤巻 真 独立行政法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 研究グループ長 (10392656)
野里 博和 独立行政法人産業技術総合研究所, 情報技術研究部門, 主任研究員 (40435764)
金里 雅敏 独立行政法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 上級主任研究員 (60356805)
園田 与理子 独立行政法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 主任研究員 (70357333)
坂無 英徳 独立行政法人産業技術総合研究所, 情報技術研究部門, 主任研究員 (80357102)
高橋 栄一 独立行政法人産業技術総合研究所, 情報技術研究部門, 主任研究員 (80357368)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 光ディスク / センサー / HLAC / 金属錯体 |
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| Research Abstract |
■発光材料研究チーム; O-157、桿菌を識別して結合する金属錯体の合成を行った。金属錯体は、菌類捕獲部位と波長変換部位からできている。菌類捕獲部位を調整することにより、O-157、桿菌に特異的に結合できるように合成することが可能であり、一部の合成に成功した。Tb錯体、Eu錯体を反応させて可視化させる。O-157、桿菌により発光波長と発光寿命が異なることを利用して、菌の識別を行った。
■光記録研究チーム；光ディスク上にO-157、桿菌、ごみが混入した汚染水をかけた後、乾燥させて測定を行った。まず、O-157、桿菌、ごみを識別して、ディスク上の数を計算科学を用いて計測した。また光学顕微鏡によっても観測を行い比較検討を行った。その結果、光ディスクで計測した場合と光学顕微鏡観察はほぼ一致した。測定時間は光ディスクの方が、110倍以上速いので光ディスクを用いた計測法の優位さも明確となった。金属錯体を用いた発光を光ディスクで検出する研究はＨ２６年度に集中して研究を行う予定である。
■パターン認識研究チーム；光記録波形データから2次元データとして再構築し、適応学習型汎用認識技術を適用して細菌の種類を特定するパターン認識技術の研究開発を行った。ノイズを除去したO-157、桿菌の電子顕微鏡画像から抽出したHLAC特徴を学習させ、テスト画像に含まれるこれら2種の細菌の種類と数を同定した。実験の結果、同形の桿菌であるにもかかわらず、正確に種類と数を同定可能であることが確認できた。なお、ノイズを除去しなくても、ほぼ計数が可能であることも確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
金属錯体の一部に合成に手間取っているところがあるが、それ以外は順調に進展している。特に、光学的計測と情報科学の組み合わせの有用性は十分に成果を挙げている。
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| Strategy for Future Research Activity |
■発光材料研究チーム; 発光（りん光）測定系を製作し測定を行う。大O-157、桿菌による発光波長、発光寿命を実際に測定し、金属錯体合成にフィードバックさせる。O-157、桿菌による違いが発光波長、発光寿命として大きく現れる側鎖、発光部位を工夫した金属錯体を見出す。また、そのメカニズムの解明を行う。
■光記録研究チーム；検出感度をさらに増大させる手法として、“イムノゴールド法”を取り入れる。平成25年度の手法が万が一うまくいかなかった場合にも有効である。“イムノゴールド法”とは、金ナノ粒子の周りを抗原で修飾したものを菌に抗原抗体反応により結合させる手法である。イムノゴールドを菌と抗原抗体反応により結合させることが可能である。金属錯体からの発光を金ナノ粒子による局在表面プラズモン共鳴による増強させて強発光をさせることにより、菌の種類により、発光波長、発光寿命が異なる。光記録装置の改造を行い、紫外光源とその発光を観察できるような光学系を設計、製作する。
■パターン認識研究チーム；“イムノゴールド法”を取り入れることにより、データ量は劇的に増大する。情報量が増えることはHLACにとって精度が格段に上がることを意味する。従って、データマイニング、クラウドコンピュータ上でデータを処理するなどの情報科学的手法を併用して研究を行う。実際には光記録による読み取り信号から適切にノイズを除去し、表面に付着した細菌の反射率変動から輪郭形状情報を持つ画像形式の2次元データとして再構築する。光記録による読み取り信号を解析し、光透過性情報や時系列増菌情報などを抽出し、細菌の輪郭形状情報と統合することで、細菌の性状を示す複数の情報を持つ2次元状のベクトル場を再構築する。終了年度の目標は、古典的寒天培地で数日間培養した結果と同等の正確さ、２０分以内で診断可能な光ディスクおよびその計測装置を開発し、治験へとつなげる。
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Research Products
(2 results)
