JP2004354345A - Biomolecule analysis apparatus - Google Patents

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昭宏 南波
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biomolecule analysis apparatus which performs a multi-point fluorescence correlation analysis while immobilizing an object to be observed by optical trapping. <P>SOLUTION: The biomolecule analysis apparatus for analyzing dynamic behavior of biomolecules comprises a holding means (20) which optically holds the biomolecules in a measurable state, an image acquisition means (35) which acquires an image corresponding to at least one observation area of a biomolecular sample (S) containing the biomolecules held by the holding means, a designation means which designates an arbitrary point on the image acquired by the image acquisition means, an arrangement means (32) which arranges a measurement point on a point position on the sample corresponding to the point designated by the designation means, a measurement means (10) which measures a signal resulting from dynamic information of an object to be measured from the measurement point arranged by the arrangement means, and an analysis means (37) which analyzes measured results measured by the measurement means. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料内の複数の特定部位の統計的な性質や各部位間の相互作用などを求める生体分子解析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
共焦点走査型光学顕微鏡に関しては、例えば文献”Confocal Microscopy” T.Wilson(ed.) Academic press (London)に解説がある。また、主に生物試料を対象とした解説として、文献”Handbook of Biological confocal Microscopy” J.B.Pawley(ed.) Plenum Press (New York)などがある。蛍光相関分光法に関しては、例えば文献”Fluorescence correlation spectroscopy” R.Rigler, E.S.Elson (eds.) Springer (Berlin) などの解説がある。
【0003】
1990年代に入り、蛍光を用いた単一分子の検出・イメージングに関する研究が急増している。例えば単一分子の検出法として、文献P.M.Goodwin etc. ACC.Chem.Res. (1996), Vol.29, p607−613、また蛍光相関分光法(FCS)などが挙げられる。蛍光相関分光法では、共焦点レーザー顕微鏡の視野の中で蛍光標識したタンパク質や担体粒子を溶液中に浮遊させ、これらの微粒子のブラウン運動に基づく蛍光強度のゆらぎを解析して自己相関関数を求め、対象とする微粒子の数や大きさなどを推測する。この技術については、例えば、金城政孝「蛋白質核酸 酵素」(1999) Vol.44, No.9, p1431−1437に論じられている。
【0004】
一方、共焦点走査型光学顕微鏡ではレーザー光を光源とし、これをスキャニングミラーなどにより2次元走査し、試料中の蛍光色素から発する蛍光を受光して、2次元の蛍光顕微鏡画像を得る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
また、上記した技術に関して、いくつか特許出願がなされている。特開2001−194303号公報では、蛍光相関分光法において、レーザー光をシリンドリカル・レンズに導き、これによりライン状の光ビームに変換する。さらに、ライン状の光ビームをガルバノ・ミラーにより垂直方向に走査し、2次元的な走査に切り替え、試料の撮像領域内全体に励起光が照射されるようにして試料全体を励起する。そして、試料からの蛍光信号を2次元光検出器で検出し、試料内の2次元的な位置と光強度との関係を求める。
【0006】
この方法では、試料の撮像領域内全体を励起するため、複数箇所からの蛍光信号を同時に抽出することができる。しかしながら、この方法では試料の撮像領域内で3次元的に分布している所望の複数の微小な特定部位から発せられる蛍光信号を、それぞれ区別して取り出すことはできない。また、この方法では試料の撮像領域内全体を励起するため、試料からの蛍光信号を捉えることはできるが、レーザー光を照射している共焦点領域内に限られる。よって、細胞などの試料が運動を行なって移動し共焦点領域からはずれた場合には、試料ステージを最適な位置に移動させなくてはならない。
【0007】
また、特開平08−43739号公報、特開2000−98245号公報では、走査型光学顕微鏡において、多重染色された試料からの蛍光をそれぞれグレーティング、プリズムにより分光し、複数の光検出器により成分波長毎に検出を行なう。この方法では、一度に励起された試料の撮像領域内全体から蛍光色素毎の信号を取り出すことはできるが、試料の撮像領域内の選択された複数の微小な特定部位から発せられる蛍光信号をそれぞれ区別して取り出すことはできない。
【0008】
特開平08−068694号公報では、複数の光ファイバー管を用い、マルチプレクス処理により試料内の空間的に離れた部位から、複数の光検出器で蛍光信号を同時に取り出して蛍光相関解析を行なう。この方法でも、やはり試料の撮像領域全体からの蛍光信号を取り出すことができるが、試料内の選択された複数の微小な特定部位から発せられる蛍光信号をそれぞれ分離して抽出することはできない。
【0009】
特開平09−113448号公報では、反応容器を複数個設置し、それぞれに対して同一のレーザー光を当てて、各反応容器内の試料からの蛍光信号を共焦点光学系で取り出し、蛍光相関解析を行なう。この場合、複数の試料に対してそれぞれ異なった部位からの蛍光信号を得ることができるとともに、同時に複数の部位からの蛍光信号を得ることもできる。しかしながら、同一の細胞内で複数の部位について、これらを同定しながら、蛍光信号を受光して相関解析を行なうことはできない。また、試料内の複数の部位からの蛍光強度ゆらぎ信号を得ることはできるが、決められた共焦点領域内からの信号に限られ、細胞などの移動に対してリアルタイムに対応することはできない。
【0010】
特開平10−206742号公報では、レーザー走査型共焦点光学顕微鏡において、標本画像を観察しながら、標本の所望の位置にレーザー光を照射し、標本の動的特性を求める方法について記述している。この場合、パルスレーザーを照射し、その影響によって引き起こされる標本の動的特性の取得について開示されており、試料からの蛍光信号の強度のゆらぎを測定することはできない。
【0011】
生きた細胞は絶えず運動しているが、観察視野となる共焦点顕微鏡の共焦点領域は非常に小さく、運動している細胞が、観察の途中で観察視野の周辺にずれたり、場合によっては共焦点領域からはずれてしまうこともある。この場合、共焦点領域からはずれてしまった細胞を再び共焦点領域に戻して観察するためには、試料ステージを最適な位置に移動させなくてはならず、手間がかかる。あるいは、運動している細胞を観察しながら細胞に追随して試料ステージを移動していく必要がある。この場合、動いている細胞などを捕捉しておく方法として、例えばレーザー光による光トラップが通常行なわれている。
【0012】
細胞などをレーザー光で光トラップする試みについて、例えば特開平08−280375号公報では、レーザー光を対物レンズを通して大腸菌のような動きの速い試料に当てて試料の動きを止め、マイクロピペットで所望の微生物を吸引、捕捉している。また、特開平07−104191号公報では、YAGレーザー光を対物レンズを通して細胞、ウイルス、染色体などの微粒子に当てて微粒子を光トラップし、さらに微粒子に電界を印加して、光トラップされた微粒子の姿勢制御を行なっている。また、Steven B.Smithらにより、DNAが付着したラテックス粒子を流路内で光トラップにより捕捉し、付着したDNAを伸長して、その振る舞いや力を測定する試みが行なわれている。(Steven B.Smith etc., Science (1996) Vol.271,795‐)
さらにRiglerらは、各塩基に蛍光色素がラベルされたDNAを微粒子に付着させ、これを微小流路中でレーザー光により光トラップし、この微小流路中に制限酵素を流して、DNAの各塩基を1つずつ切断し、この微小流路中のわずか下流にフォーカスされた共焦点領域内で切断され、微小流路内を流されてきた各塩基に付けられた蛍光色素を励起し、これより発する蛍光を順次検出することにより、DNAの塩基配列を決定する試みを実施している。(Bioimaging Vol.5(1997)p.139−152)
本発明の目的は、光トラップにより観察対象を固定しながら多点の蛍光相関解析を行なう生体分子解析装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
課題を解決し目的を達成するために、本発明の生体分子解析装置は以下の如く構成されている。
【0014】
(1)本発明の生体分子解析装置は、生体分子の動的挙動を解析する生体分子解析装置であって、前記生体分子を測定可能な状態に光学的に保持する保持手段と、この保持手段で保持された前記生体分子を含む生物学的試料の少なくとも一つの観察領域に対応する画像を取得する画像取得手段と、この画像取得手段で取得した画像上の任意の点を指定する指定手段と、この指定手段で指定された点に対応する試料上の点位置に測定点を配置する配置手段と、この配置手段で配置された測定点から被測定物質の動的情報に由来する信号を測定する測定手段と、この測定手段で測定した結果を解析する解析手段と、を具備している。
【0015】
(2)本発明の生体分子解析装置は上記(1)に記載の装置であり、かつ前記画像取得手段で取得する画像は2次元または3次元領域を含む画像であり、前記配置手段は、測定点を3次元上の任意の位置に配置する。
【0016】
(3)本発明の生体分子解析装置は上記(1)に記載の装置であり、かつ前記画像取得手段は、レーザー光を用いた共焦点走査型光学顕微鏡からなる。
【0017】
(4)本発明の生体分子解析装置は上記(1)に記載の装置であり、かつ前記保持手段は、レーザー光により前記生体分子を保持する。
【0018】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る生体分子解析装置の基本構成を示す図である。図2は、本発明による光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図である。
【0019】
本発明では、共焦点走査型光学顕微鏡をベースに、視野内の特定の部位に蛍光標識された生物細胞などの試料(あるいは担体に試料を付着させて)にレーザー光を照射し、試料画像を観察、記録しながら、試料内の複数の特定部位からの蛍光の強度ゆらぎを相関解析し、該部位の統計的な性質や各部位間の相互作用などを求める。また、生物細胞などの試料(あるいは担体)をレーザー光により光トラップし、共焦点観察領域内からはずれていかないように保持する機構を備えている。試料として、例えば、標識とするタンパク質の一部に蛍光色素を付けて、対象とするタンパク質と結合するときの相互作用や結合後の動態を解析する。また、DNAに蛍光色素を標識し、これとタンパク質の相互作用、さらにはDNAハイブリダイゼーションの解析などを行なう。
【0020】
図1では、回動方向が互いに直交する一対のXYスキャナー(X軸走査スキャナとY軸走査スキャナ)を用いてレーザー光を2次元走査(XY軸走査)し、試料からの蛍光、および蛍光の強度ゆらぎを光検出器(受光器)で受光する。ここではXYスキャナーとしてガルバノスキャナーを用いる。レーザー光は一対のレンズとピンホールの組み合わせにより、ビーム直径を拡大すると共にコリメート光とし、一対のガルバノスキャナーに導くように構成されている。
【0021】
レーザー光として、例えば波長488nmのアルゴンレーザー、あるいは波長633nmのHe・Neレーザーを用いる。細胞内の所望の箇所を標識する蛍光色素は、波長488nmのアルゴンレーザーを励起光とした場合はローダミン・グリーン(RhG)、波長633nmのHe・Neレーザーを励起光とした場合はサイファイヴ(Cy5)などを用いれば良い。
【0022】
コリメートされたレーザー光は、対物レンズ5により試料S内の所望の細胞の部位などにフォーカスされる。試料S内の所望の部位にフォーカスされたレーザー光はガルバノスキャナーにより2次元走査され、試料S内の蛍光色素による蛍光信号を捉えることで画像形成が行なわれる。ここで必要な位置でガルバノスキャナーを停止し、蛍光色素分子からの蛍光の強度ゆらぎを時系列信号として光検出器10で受光し、コンピューターで相関解析演算を行ない、蛍光強度ゆらぎの自己相関関数が得られる。
【0023】
試料Sの2次元顕微鏡画像を得るためには、レーザー光源1の2次元走査が必要となる。例えばガルバノミラー2個を互いに回動方向が直交するように配設してX軸走査スキャナ61及びY軸走査スキャナ62とし、レーザー光をXY軸走査する。細胞内にレーザー光をXY軸走査して照射し、反射光、蛍光を光検出器10で受光し、図2に示す信号処理装置34を介して画像処理装置35で画像信号を生成し、TVモニター36上に試料Sの2次元画像を生成する。
【0024】
XYスキャナーの走査角度はXYスキャナー角度検出装置33によって検出され、検出信号はコンピューター37に導かれて、画像処理装置35から出力される画像信号と組み合わされ、TVモニター36画面上の試料Sの顕微鏡画像の位置と一致される。一方、同じ光学系を用いてレーザー光による蛍光色素分子を励起する。これによりレーザー光を試料Sに照射し、蛍光分子からの蛍光信号を光検出器10で受光し、コンピュータ37で蛍光相関解析を行なう。
【0025】
2次元の顕微鏡画像上でのスキャンニングポイントの指定は、以下のように行なう。観察者は、TVモニター36上の観察画像を見ながら所望のポイントの蛍光分子からの発光を見出し、この点でXYスキャナー31のスキャンを停止するように、図示しない操作部(指定手段)でXYスキャナー駆動装置32を調整する。これにより、試料Sの3次元上の任意の位置に測定点が配置される。このときのXYスキャナー31の走査角度は、XYスキャナ角度検出装置33によって精度よく検出される。
【0026】
走査光学系、励起光学系と検出光学系とは波長が異なるため、ダイクロイックミラー7により互いの光学系を分離する。なお、レーザー光をXY走査するために、ガルバノスキャナーに限らず、音響光学変調素子(AOM)やポリゴン鏡などを用いても良い。
【0027】
また対物レンズ5の光軸方向への移動などの方法により、レーザー光のフォーカス移動を行うことができる。これにより、試料Sの3次元画像をTVモニター36上に生成させることができる。また、画像取得と同時にレーザー光の照射位置も細胞内外の所望の位置に3次元的に移動させることができる。
【0028】
一方、レーザー光による光トラップ光学系は波長1,064nmのYAGレーザーを光トラップ用レーザー光源20として用い、複数のレンズ、ピンホールより構成される光学系によりビーム径を拡げた後に平行光とし、ダイクロイックミラー71に導き、測定光学系に合流させた後、対物レンズ5に導いて共焦点領域内にフォーカスされ、試料S内の所望の微粒子などを捕捉する。この際、細胞、染色体、微粒子などはトラップ光により共焦点領域内に固定され、ブラウン運動などのために共焦点領域内から逸脱することなく、測定を行なうことができる。
【0029】
図2において、対物レンズ5を通して得られた試料Sからの蛍光信号は光検出器10で受光された後、画像処理装置35にて画像形成と共にコントラスト向上、輪郭強調などの画像処理が行なわれ、コンピューター37に導かれ、TVモニター36上に2次元画像が得られる。また、レーザー光源1からのレーザー光は試料Sに照射され、蛍光分子からの蛍光の強度ゆらぎが時系列信号として光検出器10で受光され、コンピュータ37に導かれ、ここで自己相関関数が得られる。
【0030】
蛍光分子からの蛍光の強度ゆらぎの強度が比較的大きい場合は、アナログの時系列信号となる。蛍光分子からの蛍光の強度ゆらぎの強度が非常に小さい場合は、蛍光分子からの蛍光の強度ゆらぎは光電流パルスとなる。ここで得られた自己相関関数から蛍光分子の並進拡散運動の速度などの統計的な性質が求められる。また、光トラップ用のレーザー光源20を別光路に設けて、測定用光学系に合流させ、対物レンズ5に導入する。
【0031】
(第2の実施の形態)
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る生体分子解析装置の基本構成を示す図である。図3において図1と同一な部分には同符号を付してある。図3では、基本的な光学系の構成は第1の実施の形態と同様であり、2つの光検出器10a,10bが互いに向き合う形で配置される。すなわち、1つの光学系の共焦点領域に対して2つの受光器を、共焦点領域を中心に任意の角度で受光部分を向かい合わせて配置することにより、蛍光強度ゆらぎの相互相関解析を行なうことができる。なお、2つの光検出器10a,10bの配置はこれに限ることなく、例えば、互いに光路が略直角をなす方向に配置しても良い。
【0032】
(第3の実施の形態)
図4は、本発明の第3の実施の形態に係る生体分子解析装置の基本構成を示す図である。図4において図1と同一な部分には同符号を付してある。図4では、試料S内の2箇所の細胞などの画像取得と蛍光相関解析を行なう光学系を備えている。本第3の実施の形態では、2つの励起光学系により、試料S内の空間的に異なる2箇所に励起用レーザー光がフォーカスされる。これにより、試料S内の異なる2箇所の蛍光画像を取得できると共に、蛍光相関解析を行なうことができる。
【0033】
蛍光色素分子の励起光としてのレーザー光には、例えば波長488nmのアルゴンレーザーと波長633nmのHe・Neレーザーを用いる。細胞内の所望の箇所を標識する蛍光色素は、ローダミン・グリーン(RhG)、サイファイヴ(Cy5)を用いる。ローダミン・グリーン(RhG)は波長488nmのアルゴンレーザーで励起する。サイファイヴ(Cy5)は633nmのHe・Neレーザーで励起する。
【0034】
所望の箇所の蛍光色素分子からの蛍光は、励起光と同じ光路を通り、それぞれの蛍光色素の発光波長に合わせて調整されたダイクロイックミラー7,7bにより、入射光路から分離されて光検出器10a,10bで受光される。光検出器10a,10bとして、光電子増培管、あるいはアバランシェフォトダイオードなどを用いる。光電子増培管で受光した蛍光の光強度の光電流の時系列信号は、図2に示した信号処理装置34に導かれて電圧信号に変換され、波形整形され、on−offの2値化パルスに変換されて、デジタル信号としてコンピューター37に導かれる。コンピューター37に入力された2値化パルス信号は相関演算が行なわれ、自己相関関数が求められる。さらに、得られた自己相関関数から、蛍光分子の並進拡散速度や測定領域中に存在する蛍光色素分子の数密度の変化などが求められる。
【0035】
図5は、本発明の第3の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図である。図5において図4と同一な部分には同符号を付してある。図5では、試料S内の2箇所の細胞などの画像取得と蛍光相関解析を行なう光学系を備えている。測定用光学系が2光路あり、試料S内の空間的に離散した2点からの自己相関関数が得られ、試料S内の2箇所の細胞などの画像取得と蛍光相関解析を行なうことができる。
【0036】
本第3の実施の形態では、2つの走査光学系により2次元方向の走査を行ない、細胞など試料の2次元画像を取得すると共に試料内の細胞などに存在する蛍光色素による蛍光の強度ゆらぎから蛍光相関解析を行なう。2つの走査光学系に焦点距離調節用のレンズを加えて光軸上のフォーカス位置を移動させることにより、試料の3次元画像を得ることもできる。あるいは、それぞれの走査光学系にレンズを追加して、これの焦点距離を動かすことにより、同様に試料の3次元画像を得ることができる。
【0037】
(第4の実施の形態)
図6は、本発明の第4の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図である。図6において図2と同一な部分には同符号を付してある。図6では、測定用光学系を3光路互いに独立に設け、波長の異なる3台のレーザー光源を用いている。
【0038】
レーザー光として、例えば波長488nmのアルゴンレーザー、波長543nmのHe・Neレーザー、633nmのHe・Neレーザーを用いる。蛍光色素としては、例えば波長488nmのアルゴンレーザーで励起するローダミン・グリーン(RhG)、波長543nmのHe・Neレーザーで励起するテトラメチルローダミン(TMR)、波長633nmのHe・Neレーザーで励起するサイファイヴなどを用いる。これにより、試料内の異なる3箇所の顕微鏡画像を取得すると共に、細胞や分子の蛍光相関解析を行なうことができる。
【0039】
(第5の実施の形態)
図7,図8は、本発明の第5の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図である。図7において図5と同一な部分には同符号を付してある。図8において図6と同一な部分には同符号を付してある。
【0040】
第5の実施の形態では、光トラップの光学系が測定用光学系と異なる光路を形成し、光トラップ用レーザー光源20からのレーザー光が試料Sの反対面から測定用光学系に対向して導入される。これにより、試料内の2箇所の細胞などの画像取得と蛍光相関解析を行なうことができる。
【0041】
(第6の実施の形態)
図9は、本発明の第6の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図である。図9では、試料内の離散した4箇所の細胞などの画像取得と蛍光相関解析を行なう光学系を備えている。
【0042】
本第6の実施の形態では、4つの独立した走査光学系によりそれぞれ2次元方向の走査を行ない、細胞など試料の2次元画像を取得すると共に、試料内の異なる4箇所の細胞などに存在する蛍光色素による蛍光の強度ゆらぎから、蛍光相関解析をそれぞれ行なう。また、4つの走査光学系に焦点距離調節用のレンズを加えて光軸上のフォーカス位置を移動させることにより、試料の異なる4箇所の3次元画像を得ることもできる。
【0043】
(第7の実施の形態)
図10は、本発明の第7の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図である。図10において図9と同一な部分には同符号を付してある。
【0044】
本第7の実施の形態では、光トラップの光学系が測定用光学系と異なる光路を形成し、光トラップ用レーザー光源20からのレーザー光が試料Sの反対面から測定用光学系に対向して導入される。これにより、試料内の4箇所の細胞などの画像取得と蛍光相関解析を行なう光学系とは異なる光路を形成し、試料の反対面から光トラップを行なうことができる。
【0045】
上述した実施の形態の生体分子解析装置では、共焦点走査型光学顕微鏡をベースとし、生体細胞、ウイルス、染色体などの微粒子を捉えながら所望の細胞や分子の蛍光顕微鏡画像を取得し、これを観察、記録すると共にこれらの蛍光相関解析を行なう。また、光トラップにより細胞、または細胞の一部、染色体、微粒子、または細胞全部を捕捉し、観察試料が観察視野内から離れていくのを防ぐ。さらに、細胞などの試料の観察したい領域が観察視野内の所望の位置に滞留するように固定する。あるいは細胞などの試料の観察したい領域を観察視野内の所望の位置に移動し、固定する。
【0046】
これにより、観察途中で細胞がブラウン運動などのために共焦点観察領域から消失することを防ぐことができると共に、ステージの移動などを行なう必要がなくなる。また、試料を保持しながら試料内の離散的に存在する複数の部位の蛍光顕微鏡画像を取得すると共に、離散して存在する複数の所望の細胞や分子の蛍光相関解析を行なうことができる。
【0047】
このように、レーザー光による光トラップを行なって試料を共焦点観察領域内に保持しながら、同時に3次元的に異なる部位に存在する複数箇所にレーザー光をフォーカスすることができ、離散して存在する複数の所望の細胞や分子の蛍光相関解析を行なうことができる。
【0048】
なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。例えば、測定光学系をさらに並列に増やして、所望の細胞や分子の蛍光相関解析を行なうと同時に、離散的に存在する複数の部位の蛍光顕微画像を取得して表示、記録しても良い。また、上述した実施の形態では、蛍光相関分光法を用いた測定を例に説明したが、本発明はこれに限定されることはない。すなわち本発明は、測定対象としての試料の特定部位または特定領域に限定して種々の光学特性(偏光、散乱、電気化学発光、共鳴エネルギー転移、プラズモン共鳴等)を測定する任意の微小光学測定に適用可能である。また、取得する画像は、一時的な2次元乃至3次元画像に限らず、複数時間における静止画像乃至ビデオ画像であってもよい。また、試料の保持手段も、細胞その他の適宜の光学的保持が可能な構成要素(容器、溶液成分、温度制御部、光学素子材料等)であることができる。
【0049】
【発明の効果】
本発明によれば、光トラップにより観察対象を固定しながら多点の蛍光相関解析を行なう生体分子解析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る生体分子解析装置の基本構成を示す図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る生体分子解析装置の基本構成を示す図。
【図4】本発明の第3の実施の形態に係る生体分子解析装置の基本構成を示す図。
【図5】本発明の第3の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図。
【図6】本発明の第4の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図。
【図7】本発明の第5の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図。
【図8】本発明の第5の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図。
【図9】本発明の第6の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図。
【図10】本発明の第7の実施の形態に係る光トラップ機構を備えた生体分子の蛍光画像取得及び相関解析装置のブロック図。
【符号の説明】
1,1a,1b,1c…レーザー光源 2…第1レンズ 3…照明光用ピンホール 4…第2レンズ、5…対物レンズ 61,61a,61b…X軸走査スキャナ 62,62a,62b…Y軸走査スキャナ 7…ダイクロイックミラー 8,8a,8b…受光用ピンホール 9,9a,9b…受光用レンズ 10,10a,10b,10c…光検出器 11…ダイクロイックミラー 20…光トラップ用レーザー光源 21,22…レンズ 23…ピンホール 32…XYスキャナー駆動装置 33…XYスキャナー角度検出装置 34…信号処理装置 35…画像処理装置 36…TVモニター 37…コンピュータ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a biomolecule analyzing apparatus for determining statistical properties of a plurality of specific sites in a sample, interactions between the sites, and the like.
[0002]
[Prior art]
For a confocal scanning optical microscope, see, for example, the document “Confocal Microscopy”, T.A. Wilson (ed.) Academic press (London) has commentary. Also, as a commentary mainly on biological samples, reference is made to the document “Handbook of Biological Confocal Microscopy”, J. Org. B. Pawley (ed.) Plenum Press (New York) and the like. Regarding fluorescence correlation spectroscopy, see, for example, the document “Fluorescence correlation spectroscopy”, R.A. Rigler, E .; S. There is a commentary such as Elson (eds.) Springer (Berlin).
[0003]
In the 1990s, research on single molecule detection and imaging using fluorescence has been rapidly increasing. For example, as a method for detecting a single molecule, reference M. Goodwin etc. ACC. Chem. Res. (1996), Vol. 29, p607-613, and fluorescence correlation spectroscopy (FCS). In fluorescence correlation spectroscopy, proteins and carrier particles labeled with fluorescence are suspended in a solution in the field of view of a confocal laser microscope, and fluctuations in fluorescence intensity based on Brownian motion of these particles are analyzed to obtain an autocorrelation function. Then, the number and size of the target fine particles are estimated. This technique is described, for example, in Masataka Kaneshiro, “Protein Nucleic Acid Enzyme” (1999) Vol. 44, no. 9, pp 1431-1437.
[0004]
On the other hand, in a confocal scanning optical microscope, a laser beam is used as a light source, and the laser beam is two-dimensionally scanned by a scanning mirror or the like, and fluorescence emitted from a fluorescent dye in a sample is received to obtain a two-dimensional fluorescence microscope image.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In addition, several patent applications have been filed for the above-mentioned technology. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-194303, in fluorescence correlation spectroscopy, a laser beam is guided to a cylindrical lens, and thereby converted into a linear light beam. Further, the linear light beam is scanned in the vertical direction by the galvanometer mirror, and the scanning is switched to two-dimensional scanning, so that the entire imaging area of the sample is irradiated with the excitation light to excite the entire sample. Then, the fluorescence signal from the sample is detected by a two-dimensional photodetector, and the relationship between the two-dimensional position in the sample and the light intensity is obtained.
[0006]
In this method, since the whole inside of the imaging region of the sample is excited, the fluorescence signals from a plurality of locations can be extracted at the same time. However, according to this method, it is impossible to distinguish and extract the fluorescence signals emitted from a plurality of desired minute specific parts distributed three-dimensionally in the imaging region of the sample. Further, in this method, since the whole of the imaging region of the sample is excited, a fluorescence signal from the sample can be captured, but is limited to a confocal region irradiated with laser light. Therefore, when a sample such as a cell moves and moves out of the confocal region, the sample stage must be moved to an optimal position.
[0007]
Further, in JP-A-08-43939 and JP-A-2000-98245, in a scanning optical microscope, fluorescence from a multi-stained sample is separated by a grating and a prism, and the component wavelength is detected by a plurality of photodetectors. Detection is performed every time. With this method, signals for each fluorescent dye can be extracted from the entire imaging area of the sample that is excited at one time, but the fluorescence signals emitted from a plurality of selected minute specific sites in the imaging area of the sample are respectively obtained. It cannot be taken out separately.
[0008]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-068694, a plurality of optical fiber tubes are used, and a fluorescence signal is simultaneously extracted from a spatially separated portion in a sample by a plurality of photodetectors by multiplex processing to perform fluorescence correlation analysis. Even with this method, fluorescence signals can be extracted from the entire imaging region of the sample, but it is not possible to separate and extract the fluorescence signals emitted from a plurality of selected minute specific sites in the sample.
[0009]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-113448, a plurality of reaction vessels are installed, the same laser light is applied to each of them, a fluorescence signal from a sample in each reaction vessel is taken out by a confocal optical system, and a fluorescence correlation analysis is performed. Perform In this case, fluorescence signals from different sites can be obtained for a plurality of samples, and also, fluorescence signals from a plurality of sites can be obtained at the same time. However, it is not possible to perform correlation analysis by receiving a fluorescent signal while identifying a plurality of sites in the same cell. In addition, although fluorescence intensity fluctuation signals from a plurality of sites in the sample can be obtained, the signals are limited to signals within a predetermined confocal region, and cannot respond to movement of cells or the like in real time.
[0010]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-206742 describes a method for obtaining dynamic characteristics of a sample by irradiating a desired position of the sample with laser light while observing the sample image in a laser scanning confocal optical microscope. . In this case, irradiation of a pulsed laser and acquisition of the dynamic characteristics of a specimen caused by the influence are disclosed, and fluctuation of the intensity of a fluorescence signal from the specimen cannot be measured.
[0011]
Living cells are continually moving, but the confocal area of the confocal microscope, which is the observation field, is very small. It may be out of focus area. In this case, in order to return the cells that have deviated from the confocal region back to the confocal region for observation, it is necessary to move the sample stage to an optimal position, which is troublesome. Alternatively, it is necessary to move the sample stage following the cell while observing the moving cell. In this case, as a method of capturing moving cells or the like, for example, an optical trap using a laser beam is usually performed.
[0012]
Regarding attempts to optically trap cells and the like with laser light, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-280375, a laser light is applied to a fast-moving sample such as Escherichia coli through an objective lens to stop the movement of the sample, and a micropipette is used to stop desired movement Microorganisms are sucked and captured. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-104191, a YAG laser beam is applied to microparticles such as cells, viruses, and chromosomes through an objective lens to optically trap the microparticles. Posture control is performed. Also, Steven B. Smith et al. Attempt to capture latex particles to which DNA has adhered by an optical trap in a channel, extend the attached DNA, and measure its behavior and force. (Steven B. Smith etc., Science (1996) Vol. 271, 795-)
Further, Rigler et al. Attached DNA labeled with a fluorescent dye to each base to microparticles, optically trapped the DNA with laser light in a microchannel, flowed a restriction enzyme into the microchannel, and added each of the DNAs. The base is cut one by one, and the fluorescent dye attached to each base which is cut in the confocal region focused slightly downstream in the microchannel and flows in the microchannel is excited. Attempts have been made to determine the DNA base sequence by sequentially detecting the emitted fluorescence. (Bioimaging Vol. 5 (1997) p. 139-152)
An object of the present invention is to provide a biomolecule analyzing apparatus for performing multipoint fluorescence correlation analysis while fixing an observation target by an optical trap.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problem and achieve the object, the biomolecule analyzing apparatus of the present invention is configured as follows.
[0014]
(1) A biomolecule analyzing apparatus of the present invention is a biomolecule analyzing apparatus for analyzing a dynamic behavior of a biomolecule, and a holding unit for optically holding the biomolecule in a measurable state; Image acquisition means for acquiring an image corresponding to at least one observation region of the biological sample containing the biomolecules held in, and designation means for designating an arbitrary point on the image acquired by the image acquisition means Arranging means for arranging a measurement point at a point position on the sample corresponding to the point designated by the designation means, and measuring a signal derived from dynamic information of the substance to be measured from the measurement point arranged by the arranging means Measurement means for performing the measurement, and analysis means for analyzing a result measured by the measurement means.
[0015]
(2) The biomolecule analyzing apparatus according to the present invention is the apparatus according to (1), wherein the image obtained by the image obtaining means is an image including a two-dimensional or three-dimensional area, and A point is arranged at an arbitrary position in three dimensions.
[0016]
(3) The biomolecule analyzing apparatus according to the present invention is the apparatus according to the above (1), and the image acquiring means comprises a confocal scanning optical microscope using laser light.
[0017]
(4) The biomolecule analyzing apparatus according to the present invention is the apparatus according to the above (1), and the holding means holds the biomolecule by laser light.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a biomolecule analyzing apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus of a biomolecule provided with an optical trap mechanism according to the present invention.
[0019]
In the present invention, based on a confocal scanning optical microscope, a sample (or a sample is attached to a carrier) such as a biological cell fluorescently labeled at a specific site in a field of view is irradiated with laser light, and a sample image is formed. While observing and recording, a correlation analysis is performed on the intensity fluctuations of the fluorescence from a plurality of specific sites in the sample, and the statistical properties of the sites and the interaction between the sites are determined. In addition, a mechanism for optically trapping a sample (or a carrier) such as a biological cell with a laser beam and holding the sample so as not to be displaced from the confocal observation region is provided. As a sample, for example, a fluorescent dye is attached to a part of the protein to be labeled, and the interaction at the time of binding to the target protein and the kinetics after the binding are analyzed. In addition, the DNA is labeled with a fluorescent dye, and the interaction of the fluorescent dye with the protein and the analysis of DNA hybridization are performed.
[0020]
In FIG. 1, laser light is two-dimensionally scanned (XY-axis scanning) using a pair of XY scanners (X-axis scanning scanner and Y-axis scanning scanner) whose rotation directions are orthogonal to each other, and the fluorescence from the sample and the fluorescence The intensity fluctuation is received by a photodetector (light receiver). Here, a galvano scanner is used as the XY scanner. The laser beam is configured to expand the beam diameter and form collimated light by a combination of a pair of lenses and a pinhole, and to guide the beam to a pair of galvano scanners.
[0021]
As the laser light, for example, an argon laser having a wavelength of 488 nm or a He.Ne laser having a wavelength of 633 nm is used. The fluorescent dye for labeling a desired portion in the cell is rhodamine green (RhG) when an argon laser having a wavelength of 488 nm is used as excitation light, and sifive (Cy5) when using a He / Ne laser having a wavelength of 633 nm as excitation light. ) May be used.
[0022]
The collimated laser light is focused on a desired cell site in the sample S by the objective lens 5. The laser beam focused on a desired portion in the sample S is two-dimensionally scanned by a galvano scanner, and an image is formed by capturing a fluorescent signal of a fluorescent dye in the sample S. Here, the galvano scanner is stopped at the required position, the intensity fluctuation of the fluorescence from the fluorescent dye molecule is received by the photodetector 10 as a time-series signal, and a correlation analysis operation is performed by a computer, and the autocorrelation function of the fluorescence intensity fluctuation is calculated. can get.
[0023]
In order to obtain a two-dimensional microscope image of the sample S, two-dimensional scanning of the laser light source 1 is required. For example, two galvanometer mirrors are arranged so that the directions of rotation are orthogonal to each other, and an X-axis scanning scanner 61 and a Y-axis scanning scanner 62 are used to scan the XY axes with laser light. The cell is irradiated with laser light by scanning the XY axes, reflected light and fluorescence are received by the photodetector 10, and an image signal is generated by an image processing device 35 via a signal processing device 34 shown in FIG. A two-dimensional image of the sample S is generated on the monitor 36.
[0024]
The scanning angle of the XY scanner is detected by the XY scanner angle detection device 33, and the detection signal is guided to the computer 37, combined with the image signal output from the image processing device 35, and the microscope of the sample S on the screen of the TV monitor 36. The position of the image is matched. On the other hand, the same optical system is used to excite fluorescent dye molecules by laser light. Thus, the sample S is irradiated with the laser beam, the fluorescence signal from the fluorescent molecule is received by the photodetector 10, and the computer 37 performs the fluorescence correlation analysis.
[0025]
Designation of a scanning point on a two-dimensional microscope image is performed as follows. The observer finds light emission from the fluorescent molecule at a desired point while viewing the observation image on the TV monitor 36, and stops the XY scanner 31 from scanning at this point using an operating unit (designating means) (not shown) such that the XY scanner 31 stops scanning. Adjust the scanner drive 32. As a result, a measurement point is arranged at an arbitrary position on the three-dimensional surface of the sample S. The scanning angle of the XY scanner 31 at this time is accurately detected by the XY scanner angle detecting device 33.
[0026]
Since the scanning optical system, the excitation optical system, and the detection optical system have different wavelengths, the dichroic mirror 7 separates the optical systems from each other. Note that, in order to perform XY scanning with laser light, an acousto-optic modulator (AOM), a polygon mirror, or the like may be used instead of a galvano scanner.
[0027]
The focus movement of the laser light can be performed by a method such as moving the objective lens 5 in the optical axis direction. Thus, a three-dimensional image of the sample S can be generated on the TV monitor 36. In addition, the irradiation position of the laser beam can be three-dimensionally moved to a desired position inside or outside the cell simultaneously with the image acquisition.
[0028]
On the other hand, an optical trapping optical system using laser light uses a YAG laser having a wavelength of 1,064 nm as the laser light source 20 for optical trapping, and expands the beam diameter with an optical system including a plurality of lenses and pinholes, and then converts the beam into parallel light. After being guided to the dichroic mirror 71 and joined to the measurement optical system, it is guided to the objective lens 5 to be focused in the confocal region, and captures desired fine particles and the like in the sample S. At this time, cells, chromosomes, fine particles, and the like are fixed in the confocal region by the trap light, and the measurement can be performed without departing from the confocal region due to Brownian motion or the like.
[0029]
In FIG. 2, after a fluorescence signal from the sample S obtained through the objective lens 5 is received by the photodetector 10, image processing such as contrast enhancement and contour enhancement is performed together with image formation by the image processing device 35. It is guided to a computer 37 and a two-dimensional image is obtained on a TV monitor 36. The sample S is irradiated with the laser light from the laser light source 1, and the intensity fluctuation of the fluorescence from the fluorescent molecules is received by the photodetector 10 as a time-series signal and guided to the computer 37, where the autocorrelation function is obtained. Can be
[0030]
When the intensity of the intensity fluctuation of the fluorescence from the fluorescent molecule is relatively large, an analog time-series signal is obtained. When the intensity of the intensity fluctuation of the fluorescence from the fluorescent molecule is very small, the intensity fluctuation of the intensity of the fluorescence from the fluorescent molecule becomes a photocurrent pulse. From the obtained autocorrelation function, statistical properties such as the speed of the translational diffusion motion of the fluorescent molecule are obtained. Further, a laser light source 20 for an optical trap is provided in another optical path, merges with the optical system for measurement, and is introduced into the objective lens 5.
[0031]
(Second embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration of a biomolecule analyzing device according to the second embodiment of the present invention. 3, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 3, the basic configuration of the optical system is the same as that of the first embodiment, and two photodetectors 10a and 10b are arranged so as to face each other. That is, cross-correlation analysis of fluorescence intensity fluctuations is performed by arranging two light receivers at an arbitrary angle around the confocal region with respect to the confocal region of one optical system. Can be. The arrangement of the two photodetectors 10a and 10b is not limited to this. For example, the two photodetectors 10a and 10b may be arranged in directions in which the optical paths are substantially perpendicular to each other.
[0032]
(Third embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of a biomolecule analyzing apparatus according to the third embodiment of the present invention. 4, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. FIG. 4 includes an optical system that performs image acquisition and fluorescence correlation analysis of two cells and the like in the sample S. In the third embodiment, the excitation laser light is focused on two spatially different points in the sample S by the two excitation optical systems. Thereby, fluorescence images at two different places in the sample S can be obtained, and fluorescence correlation analysis can be performed.
[0033]
As the laser light as the excitation light for the fluorescent dye molecules, for example, an argon laser having a wavelength of 488 nm and a He.Ne laser having a wavelength of 633 nm are used. Rhodamine green (RhG) and sifive (Cy5) are used as fluorescent dyes for labeling a desired portion in a cell. Rhodamine green (RhG) is excited with an argon laser at a wavelength of 488 nm. Sifive (Cy5) is excited by a 633 nm He.Ne laser.
[0034]
The fluorescence from the fluorescent dye molecule at the desired location passes through the same optical path as the excitation light, and is separated from the incident optical path by the dichroic mirrors 7 and 7b adjusted according to the emission wavelengths of the respective fluorescent dyes. , 10b. As the photodetectors 10a and 10b, photomultiplier tubes or avalanche photodiodes are used. The time-series signal of the photocurrent of the light intensity of the fluorescent light received by the photomultiplier tube is guided to the signal processing device 34 shown in FIG. 2, converted into a voltage signal, waveform-shaped, and binarized on-off. The signal is converted into a pulse and guided to the computer 37 as a digital signal. A correlation operation is performed on the binarized pulse signal input to the computer 37 to obtain an autocorrelation function. Further, from the obtained autocorrelation function, the translational diffusion speed of the fluorescent molecules, the change in the number density of the fluorescent dye molecules existing in the measurement region, and the like are obtained.
[0035]
FIG. 5 is a block diagram of a biomolecule fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus provided with an optical trap mechanism according to the third embodiment of the present invention. 5, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. FIG. 5 includes an optical system that performs image acquisition and fluorescence correlation analysis of two cells and the like in the sample S. The measuring optical system has two optical paths, an autocorrelation function can be obtained from two spatially discrete points in the sample S, and image acquisition and fluorescence correlation analysis of two cells in the sample S can be performed. .
[0036]
In the third embodiment, two-dimensional scanning is performed by two scanning optical systems to obtain a two-dimensional image of a sample such as a cell, and to reduce the intensity fluctuation of the fluorescence due to the fluorescent dye present in the cell or the like in the sample. Perform fluorescence correlation analysis. By adding a lens for adjusting the focal length to the two scanning optical systems and moving the focus position on the optical axis, a three-dimensional image of the sample can be obtained. Alternatively, a three-dimensional image of the sample can be similarly obtained by adding a lens to each scanning optical system and moving the focal length of the lens.
[0037]
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a block diagram of a fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus for biomolecules provided with an optical trap mechanism according to a fourth embodiment of the present invention. 6, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 6, three optical paths are provided independently of each other, and three laser light sources having different wavelengths are used.
[0038]
As the laser light, for example, an argon laser having a wavelength of 488 nm, a He.Ne laser having a wavelength of 543 nm, and a He.Ne laser having a wavelength of 633 nm are used. Examples of the fluorescent dye include rhodamine green (RhG) excited by an argon laser having a wavelength of 488 nm, tetramethylrhodamine (TMR) excited by a He / Ne laser having a wavelength of 543 nm, and cyfive excited by a He / Ne laser having a wavelength of 633 nm. And so on. As a result, it is possible to acquire microscope images at three different places in the sample and perform fluorescence correlation analysis of cells and molecules.
[0039]
(Fifth embodiment)
7 and 8 are block diagrams of a fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus for biomolecules provided with an optical trap mechanism according to a fifth embodiment of the present invention. 7, the same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. 8, the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
[0040]
In the fifth embodiment, the optical system of the optical trap forms an optical path different from the optical system for measurement, and the laser light from the laser light source 20 for optical trap faces the optical system for measurement from the opposite surface of the sample S. be introduced. Thereby, it is possible to perform image acquisition and fluorescence correlation analysis of two cells and the like in the sample.
[0041]
(Sixth embodiment)
FIG. 9 is a block diagram of a biomolecule fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus including an optical trap mechanism according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 9 includes an optical system that performs image acquisition and fluorescence correlation analysis of four discrete cells in a sample.
[0042]
In the sixth embodiment, two independent two-dimensional scans are performed by four independent scanning optical systems to obtain a two-dimensional image of a sample such as a cell, which is present in four different cells in the sample. Fluorescence correlation analysis is performed from the fluctuation of the intensity of the fluorescence by the fluorescent dye. Further, by adding a lens for adjusting the focal length to the four scanning optical systems and moving the focus position on the optical axis, it is possible to obtain three-dimensional images at four different places on the sample.
[0043]
(Seventh embodiment)
FIG. 10 is a block diagram of a fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus for biomolecules provided with an optical trap mechanism according to a seventh embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same parts as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
[0044]
In the seventh embodiment, the optical system of the optical trap forms an optical path different from that of the optical system for measurement, and the laser light from the laser light source 20 for optical trap faces the optical system for measurement from the opposite surface of the sample S. Is introduced. Thus, an optical path different from the optical system that performs image acquisition and fluorescence correlation analysis of images of cells at four locations in the sample is formed, and light trapping can be performed from the opposite surface of the sample.
[0045]
The biomolecule analyzer of the embodiment described above is based on a confocal scanning optical microscope, acquires a fluorescence microscope image of a desired cell or molecule while capturing fine particles such as a living cell, virus, or chromosome, and observes it. , And record, and perform the fluorescence correlation analysis. In addition, the optical trap captures the cell, or a part of the cell, chromosome, fine particles, or the whole cell, and prevents the observation sample from leaving the observation field. Further, the region to be observed of the sample such as a cell is fixed so as to stay at a desired position in the observation visual field. Alternatively, a region to be observed of a sample such as a cell is moved to a desired position in an observation visual field and fixed.
[0046]
This prevents the cells from disappearing from the confocal observation region due to Brownian motion or the like during the observation, and eliminates the need to move the stage. In addition, it is possible to acquire fluorescence microscope images of a plurality of discretely existing portions in the sample while holding the sample, and perform a fluorescence correlation analysis of a plurality of discretely desired cells and molecules.
[0047]
As described above, while the sample is held in the confocal observation region by performing the optical trap with the laser light, the laser light can be simultaneously focused on a plurality of locations existing in three-dimensionally different portions, and the discrete Fluorescence correlation analysis of a plurality of desired cells or molecules can be performed.
[0048]
Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be appropriately modified and implemented without changing the gist. For example, by further increasing the number of measurement optical systems in parallel to perform fluorescence correlation analysis of desired cells or molecules, fluorescence microscopic images of a plurality of discrete sites may be acquired, displayed, and recorded. Further, in the above-described embodiment, measurement using fluorescence correlation spectroscopy has been described as an example, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention is applicable to any micro-optical measurement for measuring various optical properties (polarization, scattering, electrochemiluminescence, resonance energy transfer, plasmon resonance, etc.) limited to a specific site or a specific region of a sample to be measured. Applicable. Further, the image to be acquired is not limited to a temporary two-dimensional or three-dimensional image, and may be a still image or a video image over a plurality of hours. Also, the sample holding means can be cells or other components capable of appropriate optical holding (containers, solution components, temperature controllers, optical element materials, etc.).
[0049]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the biomolecule analysis apparatus which performs a fluorescence correlation analysis of multiple points while fixing an observation object with an optical trap can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a biomolecule analyzing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a biomolecule fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus provided with the optical trap mechanism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration of a biomolecule analyzing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of a biomolecule analyzing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a biomolecule fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus including an optical trap mechanism according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a biomolecule fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus including an optical trap mechanism according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of a biomolecule fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus including an optical trap mechanism according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram of a fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus for biomolecules provided with an optical trap mechanism according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of a biomolecule fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus including an optical trap mechanism according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram of a biomolecule fluorescence image acquisition and correlation analysis apparatus including an optical trap mechanism according to a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b, 1c laser light source 2 first lens 3 pinhole for illumination light 4 second lens 5, objective lens 61, 61a, 61b X-axis scanning scanner 62, 62a, 62b Y-axis Scanning scanner 7 Dichroic mirror 8, 8a, 8b Light receiving pinhole 9, 9a, 9b Light receiving lens 10, 10a, 10b, 10c Photodetector 11 Dichroic mirror 20 Laser light source for optical trap 21, 22 ... Lens 23 ... Pinhole 32 ... XY scanner driving device 33 ... XY scanner angle detecting device 34 ... Signal processing device 35 ... Image processing device 36 ... TV monitor 37 ... Computer

Claims (4)

生体分子の動的挙動を解析する生体分子解析装置であって、
前記生体分子を測定可能な状態に光学的に保持する保持手段と、
この保持手段で保持された前記生体分子を含む生物学的試料の少なくとも一つの観察領域に対応する画像を取得する画像取得手段と、
この画像取得手段で取得した画像上の任意の点を指定する指定手段と、
この指定手段で指定された点に対応する試料上の点位置に測定点を配置する配置手段と、
この配置手段で配置された測定点から被測定物質の動的情報に由来する信号を測定する測定手段と、
この測定手段で測定した結果を解析する解析手段と、
を具備したことを特徴とする生体分子解析装置。
A biomolecule analyzer for analyzing dynamic behavior of biomolecules,
Holding means for optically holding the biomolecules in a measurable state,
Image acquisition means for acquiring an image corresponding to at least one observation region of the biological sample containing the biological molecule held by the holding means,
Specifying means for specifying an arbitrary point on the image obtained by the image obtaining means;
Arranging means for arranging a measurement point at a point position on the sample corresponding to the point specified by the specifying means;
Measuring means for measuring a signal derived from the dynamic information of the substance to be measured from the measuring points arranged by the arranging means,
Analysis means for analyzing the result measured by the measurement means;
A biomolecule analysis device comprising:
前記画像取得手段で取得する画像は2次元または3次元領域を含む画像であり、
前記配置手段は、測定点を3次元上の任意の位置に配置することを特徴とする請求項1に記載の生体分子解析装置。
The image obtained by the image obtaining means is an image including a two-dimensional or three-dimensional region,
2. The biomolecule analyzing apparatus according to claim 1, wherein the arranging unit arranges the measurement points at an arbitrary position in three dimensions.
前記画像取得手段は、レーザー光を用いた共焦点走査型光学顕微鏡からなることを特徴とする請求項1に記載の生体分子解析装置。2. The biomolecule analyzing apparatus according to claim 1, wherein the image acquisition unit comprises a confocal scanning optical microscope using laser light. 前記保持手段は、レーザー光により前記生体分子を保持する請求項1に記載の生体分子解析装置。The biomolecule analyzing apparatus according to claim 1, wherein the holding unit holds the biomolecule using laser light.
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