JP2001027607A - 観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】例えばＤＮＡチップに蛍光材料を含む検体のＤ
ＮＡを結合処理し、結合したＤＮＡを励起させて蛍光の
程度を判別して検体の性格を推定するに際し、励起用光
の集光効率を向上させると共に受光側の効率を向上させ
る。 【解決手段】透明な基盤１に形成した点２に対し蛍光処
理した検体のＤＮＡを結合させ、この基盤１をバイス11
に装着する。基盤１の下面側に異なる波長の励起用光を
発射する複数の光源体21ａ，21ｂを配置して点２を照射
する。基盤１の上面側に光軸３に沿ってダイクロイック
ミラー32ａ，32ｂを配置し、これにより、励起用光，蛍
光を波長に応じて選択して２つの光路に分離する。各光
路にパスフィルター33ａ，33ｂを配置し励起用光を遮断
して蛍光のみを取り出し、光電位倍増管37ａ，37ｂに集
光する。光電子倍増管によって蛍光量に応じたアナログ
信号を出力し、Ａ／Ｄ変換器55によってデジタル信号に
変換して情報処理装置51に点２の位置情報と共に記憶さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透明な基盤に転写
された蛍光材料を含む物質に対して励起用光を照射する
と共に励起した蛍光の量を観察するための観察装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、医療の分野では遺伝子（ＤＮＡ）
を用いた治療や薬品の研究及び開発が行われている。こ
のような技術分野の研究機関では、化学合成した異なる
遺伝子のコピーを試料としてガラス板や合成樹脂板等か
らなる基盤上に数千個〜数万個張り付けたＤＮＡチップ
と呼ばれるものが取り扱われる。

【０００３】上記ＤＮＡチップの利用法について簡単に
説明する。検体より収集した研究対象となるメッセンジ
ャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）を蛍光色素等の蛍光材料によっ
て蛍光標識し、その後、ＤＮＡチップに対しハイブリダ
イゼーションと呼ばれる結合処理を行うと、予めＤＮＡ
チップに張り付けられていたＤＮＡと塩基配列が補完関
係にあるＤＮＡが逆転写酵素を介して結合する。

【０００４】従って、予めＤＮＡチップに遺伝子配列が
特定な疾患や変異、或いは多型性を有するＤＮＡを張り
付けておくことによって、結合処理を行ったとき、検体
の中に存在するＤＮＡに前記ＤＮＡチップに張り付けた
ＤＮＡと補完関係にあるものが多数存在すると、ＤＮＡ
チップに張り付けたＤＮＡに対する検体のＤＮＡの結合
量が増大し、結合量の増大に伴って標識となる蛍光色素
の量も増大することになる。

【０００５】上記の如くして検体のＤＮＡを結合させた
ＤＮＡチップに張り付けたＤＮＡに対し励起用光を照射
すると、標識となる蛍光が発光する。このため、ＤＮＡ
チップに張り付けられたＤＮＡの蛍光量を測定すること
で、ＤＮＡの結合度合いを推定することが出来、これに
より検体の性質を推定することが出来る。

【０００６】ここで、現在使用されている蛍光量を測定
する装置の例について説明する。

【０００７】図６は第１公知例の構成を説明する図であ
る。図に於いて、61ａ，61ｂは励起用光を発射する光源
であり、光源61ａの光路にはダイクロイックミラー62が
配置されており、光源61ｂの光路にはダイクロイックミ
ラー62と対向させて全反射ミラー63が配置され、これに
より、各光源61ａ，61ｂの光路はダイクロイックミラー
62を通過したところで合流する。この光路上には全反射
ミラー64が配置され、励起用光をレンズ65に向けて屈折
させる。尚、光源61ａ，61ｂとしては、太さが10μｍ程
度の励起用光を発射し得るレーザー発振器を用いるのが
一般的である。

【０００８】レンズ65と対向して移動装置66に取り付け
たＤＮＡチップ67が配置されている。この移動装置66
は、Ｘ方向駆動部材68，Ｙ方向駆動部材69を有してお
り、これらの駆動部材68，69の駆動量を制御することで
ＤＮＡチップ67を光軸に対して所望の方向と位置へと移
動させる。

【０００９】上記構成に於いて、光源61ａ，61ｂから発
射された励起用光はレンズ65を通ってＤＮＡチップ67に
照射され、該ＤＮＡチップ66にスポット70を形成する。
スポット70から反射した蛍光はレンズ65を通り、全反射
ミラー64よりも離隔した位置に配置され、交互に光路を
遮断するパスフィルター71ａ，71ｂを経てレンズ72に至
り、該レンズ72によって集光されて光電子増倍管73に照
射される。光電子増倍管73で受光された蛍光は電圧或い
は電流値からなる電気信号に変換されて出力され、増幅
器74で増幅されたアナログ信号74ａは、アナログ／デジ
タル変換器75によりデジタル信号75ａに変換されて情報
処理部76にデジタル情報として蓄積される。

【００１０】上記第１公知例では、ＤＮＡチップ67に於
けるＤＮＡの張り付け位置が明らかではない。このた
め、ＤＮＡチップ67をＸ−Ｙ方向に励起用光の太さに対
応した10μｍ毎に移動させ、夫々の位置に於ける蛍光を
計測することで、該ＤＮＡチップ67に張り付けられたＤ
ＮＡの蛍光を測定している。例えば、ＤＮＡッチップ67
をＸ方向に連続的に移動させつつ10μｍ移動する毎に蛍
光を測定し、Ｘ方向に配列された１列のＤＮＡの蛍光を
計測した後、Ｙ方向に10μｍ移動させて再度Ｘ方向に連
続的に移動させつつ10μｍ毎に蛍光を計測する作業を繰
り返すことで、ＤＮＡチップ67の全面を走査して蛍光を
計測している。

【００１１】従って、移動装置66によってＤＮＡチップ
67を直交二方向に移動させつつ、張り付けられた個々の
ＤＮＡを励起用光の太さに対応させた10μｍ幅で蛍光を
計測することで、個々のＤＮＡに於ける蛍光量を測定す
ることが出来る。そしてＤＮＡチップ67に張り付けられ
た個々のＤＮＡの蛍光量の測定値から検体の性質を推定
している。

【００１２】図７は第２公知例の構成を説明する図であ
る。この第２公知例では、同図（ａ）に示すように、光
源61ａの光路に多面体ミラー77が配置されており、該多
面体ミラー77をモーター78によって回転させることで光
軸を連続的に屈折させてｆθレンズ79を経てＤＮＡチッ
プ67に照射している。そして同図（ｂ）に示すように、
ＤＮＡチップ67を斜め上方から照射してスポット70を形
成し、この反射光をレンズ65で集光している。レンズ65
以降の構成は第１公知例と同様である。 上記の如く構
成された第２公知例では、励起用光の光軸を振ることで
ＤＮＡチップのＸ方向への移動に置き換えている。従っ
て、ＤＮＡチップの移動装置は該ＤＮＡチップをＹ方向
にのみ移動させるように構成される。

【００１３】上記第１，第２公知例共に励起用光をＤＮ
Ａチップ67の上表面側から照射し、このときの反射光を
上方で集光している点では同様の構成となっている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】蛍光物質を含んだ検体
のＤＮＡがＤＮＡチップに張り付けられたＤＮＡに対し
て結合している程度を蛍光の量によって計測するような
場合、光源から発射される励起用光を有効に利用するこ
と、及び受光側の受光量を可及的に多くとることが必要
である。この目的を達成するためには、励起用光として
レーザー光を用いると共に極めて細く集光すること、及
び集光レンズの開口率を大きくとることが要求される。

【００１５】上記第１公知例では、ＤＮＡチップ67に励
起用光を照射する光学系の一部と、ＤＮＡチップ67から
の蛍光を受光する光学系の一部が共用されており、両者
の共通した光軸上に全反射ミラー64が配置されている。
このため、ＤＮＡチップからの蛍光が全反射ミラー64に
よって反射されるため、受光側の光量が大幅に損失する
という問題が生じる。

【００１６】また励起用光として正規分布のレーザー光
を利用した場合、このようなレーザー光の光軸と蛍光の
光軸を同一軸として利用すると、光学的な集光の性質が
異なるためレーザー光の集光、或いは蛍光の受光の何れ
かで大幅な感度の低下を招くという問題がある。

【００１７】また第２公知例では、ＤＮＡチップに対し
励起用光を斜め上方から照射するため、この励起用光の
入射経路中に干渉物体が存在してはならない。このた
め、レンズ65をＤＮＡチップ67から励起用光の入射経路
に干渉しない程度の距離まで離隔させる必要があり、こ
の結果、充分な開口率を確保し得ずに受光量の損失を招
くという問題がある。

【００１８】またＤＮＡチップ67の全面を走査するのに
要する時間は極力短縮化することが効率の点から見て好
ましい。しかし、上記各公知例では蛍光を受光する光学
系が一系列であるため、検体を複数の蛍光物質によって
蛍光処理した場合、ＤＮＡチップ67の全面を複数回走査
することが必要となり、多くの走査時間が必要となると
いう問題がある。

【００１９】特に、ＤＮＡチップ67に於けるＤＮＡの張
り付け位置を認識せずに走査することから、該ＤＮＡチ
ップ67の全面を励起用光の太さと対応した間隔（10μ
ｍ）で走査することが必須となり、多くの走査時間が必
要である。

【００２０】またＤＮＡチップ67の表面には、個々に性
格の異なる多数のＤＮＡが張り付けられている。このた
め、張り付けられたＤＮＡの位置を正確に把握して、測
定された蛍光量の情報と位置情報とを正確に一致させる
ことが必要である。

【００２１】本発明の目的は、透明な基盤を用い、該基
盤の一方の面側に励起用光の光源を光学系を配置すると
共に他方の面側に蛍光を受光する光学系を配置すること
で、集光効率を向上させ、且つ受光側の光量の減衰を低
減させることで、蛍光の測定感度を向上させると共に安
定させることが出来、基盤に形成された点の位置を観測
して必要な範囲を走査することで観察時間を短縮させる
ことが出来、且つ点の位置を正確に観測して該観測結果
に基づいて走査することで観察時間を短縮させると共に
各点の略中心を走査することで走査間隔を拡げて走査時
間を短縮させることが出来る観察装置を提供することに
ある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る観察装置は、蛍光材料を含む物質が転写
された透明な基盤と、前記基盤の一方の面の側に配置さ
れ該基盤に転写された物質に対応する複数の励起用光を
照射するための複数の光源体を含む照射手段と、前記基
盤の他方の面の側に配置され励起された蛍光を波長に応
じて選択する選択手段を含む受光手段と、前記基盤を照
射手段と受光手段の光軸とを相対的に移動させる移動手
段と、前記受光手段によって受光した蛍光を電気信号に
変換する変換手段と、前記変換手段から出力された受光
情報と移動手段の位置情報とを記憶する記憶手段と、前
記記憶手段に記憶させた受光情報と位置情報を出力する
出力手段とを有して構成したものである。

【００２３】上記観察装置では、透明な基盤に蛍光材料
を含む物質（例えばＤＮＡ、以下単に「ＤＮＡ」とい
う）が転写されており、この基盤の一方の面側に配置さ
れた照射手段によって励起用光を照射して物質に含まれ
た蛍光材料を励起させることが出来る。励起した蛍光は
基盤の他方の面側に配置された受光手段によって受光さ
れ、更に、変換手段によって電気信号に変換され、受光
情報として記憶手段に記憶される。また基盤は移動手段
によって励起用光の光軸に対し相対的に移動され、移動
時の位置情報が受光情報と共に記憶手段に記憶される。
前記記憶手段に記憶された受光情報及び位置情報は出力
手段によって出力され、この出力情報によって、個々の
物質に於ける蛍光の量を観測することが出来る。

【００２４】上記の如く、基盤の一方の面側から励起用
光を照射して他方の面側で受光することによって、両者
の光軸を共用することがなく、互いに光学的に干渉する
ことがない。従って、集光効率を向上させると共に受光
側の光量の減衰を低減させることが出来、これにより蛍
光の測定感度を向上させることが出来る。

【００２５】上記観察装置に於いて、蛍光材料を含むＤ
ＮＡが転写された透明な基盤に於ける転写位置を観測
し、観測した情報に基づいて前記移動手段の移動範囲を
設定することが好ましい。

【００２６】上記観察装置では、例えば、基盤に形成さ
れた多数の点（例えばＤＮＡ）が基盤全体に張り付けら
れたものではなく、一部にのみ張り付けられている場
合、観察装置に装着された基盤の転写位置を観測して得
た情報に基づいて、基盤を移動させるべき範囲を設定す
ることが可能であり、移動手段によって基盤１を前記範
囲内で移動させるように制御することが出来る。このた
め、基盤の全面を走査することなく、効率の良い走査を
実施することで、走査時間を短縮して合理的に観察する
ことが出来る。

【００２７】上記観察装置に於いて、該観察装置に装着
された蛍光材料を含む物質が転写された透明な基盤に於
ける該物質の個々の転写位置を観測すると共に、観測し
た情報と、装着された基盤に対して予め設定されている
物質の配置情報とを比較して両者の誤差量（位置ズレや
傾き）を判別し、判別した誤差量に基づいて前記移動手
段の移動量及び移動方向を補正することが好ましい。観
察装置をこのように構成することによって、基盤に実際
に転写されているＤＮＡの位置を観測して予め設定され
た位置からの誤差量を判別して移動手段を制御すること
が出来る。

【００２８】上記観察装置に於いて、移動手段の移動が
物質の略中心に光軸を一致させるものであることがより
好ましい。観察装置のこのように構成することによっ
て、基盤の走査を実行する際に、基盤に形成されている
ＤＮＡの中心付近の蛍光を観測して蛍光量を判断するこ
とが出来る。

【００２９】即ち、従来技術のように、基盤の全面を励
起用光の太さに対応させた間隔で走査させる必要がな
く、実際に基盤に形成されているＤＮＡの点の間隔に従
って移動させることが出来る。このため、走査時間を大
幅に短縮することが出来る。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、上記観測装置の好ましい実
施形態について図を用いて説明する。図１は観測装置の
構成を原理的に説明する図である。図２は観測装置の制
御系のブロック図である。図３は入射側の光量を調節す
る例を説明する図である。図４は基盤上を走査する際に
ＤＮＡの張り付け位置を補正する手順を説明する図であ
る。図５は多数のＤＮＡを張り付けた基盤の例を説明す
る図である。

【００３１】本発明に係る観測装置の説明に先立って、
多数のＤＮＡを張り付けた点２を有する基盤１について
図５により説明する。

【００３２】基盤１は透明なプラスチック板或いはガラ
ス板を選択的に用いて構成されており、一般的にはスラ
イドグラスを用いている。この基盤１に試薬のＤＮＡを
張り付ける場合の一例として、10mm角の領域内に約0.2m
m のピッチで2500個の点２を形成すると共に該領域を２
×６個作成して１枚の基盤１上に30000 個の点２を形成
することがある。点２のピッチ及び１枚の基盤１上に形
成する点２の数は前記値に限定するものではなく、より
小さいピッチで、より高密度で形成することが要求され
ている。

【００３３】上記点２を形成するＤＮＡは夫々異なる性
格を有するものであり、30000 個の点２を形成するため
には30000 種類の試料が必要となる。このように、各点
２は異なる性格を有するため、隣接する他の点２と混合
すると試料としての価値がなくなる。従って、各点２が
互いに独立した状態で転写されることが必須である。

【００３４】基盤１には、予め設定された２か所に基準
となる点Ｏ（基準点Ｏ）が夫々設けられている。この基
準点Ｏは、基盤１に対するＤＮＡの張り付けを開始する
のに先立って個々の基盤１の正確な位置を検出し、或い
は蛍光物質を含む検体の結合処理を行った基盤１に対
し、観測装置に於いて励起した蛍光の観測を行う際に個
々の基盤１の正確な位置を検出するためのものである。
即ち、基盤１に形成された点２は、基準点Ｏ，Ｏに対し
予め設定された関連を持った位置にある。

【００３５】上記基盤１は表面に形成された点２に対し
蛍光材料を含む検体のＤＮＡが結合処理され、更に、洗
浄されて未結合状態の検体のＤＮＡは表面から除去され
ている。従って、後述する観察装置Ａによって観察され
る基盤１に形成された点２は、予め張り付けられていた
ＤＮＡに対し検体のＤＮＡが結合した状態となってい
る。

【００３６】検体のＤＮＡに含まれる蛍光材料は特に限
定するものではなく、現在一般的に利用されている複数
の材料の中から選択して用いることが可能である。また
検体に対する目的の試験を速やかに且つ合理的に行うに
は検体に含ませる蛍光材料は一種類である必要はなく、
複数種の蛍光材料を用いることが可能である。この場
合、選択した蛍光材料は異なる波長を有することが必要
であり、照射する励起用光も夫々の蛍光材料に応じた波
長を有することが必要である。

【００３７】以下の説明に於いて、点２は複数の波長を
持った蛍光材料を含む検体のＤＮＡが結合したものをい
う。

【００３８】次に、図１〜図４により本実施例に係る観
察装置Ａの構成について説明する。

【００３９】透明体からなり一方の面（本実施例では上
面）に性格の異なる多数のＤＮＡが張り付けられ、この
ＤＮＡに蛍光材料を含む検体のＤＮＡが結合された基盤
１は、水平な状態で移動手段10に取り付けられ、該移動
手段10によって水平面内に於ける直交二方向（ｘ，ｙ方
向）に移動可能に構成されている。

【００４０】基盤１の一方の面の側（本実施例では下面
側）に基盤１に形成された点２に励起用光を照射する照
射手段20が配置され、他方の面の側（本実施例では上面
側）に励起された蛍光を受光する受光手段30が配置され
ている。照射手段20と受光手段30は同一の光軸３を有し
ており、この光軸３は基盤１を厚さ方向（ｚ方向）に貫
通している。また光軸３の延長線上には基盤１に形成し
た点２の位置を観測するための観測手段40が設けられて
いる。

【００４１】移動手段10は、基盤１を光軸３と直交する
平面内で所望の位置に所望量移動させる機能を有するも
のであり、基盤１を着脱可能に保持するバイス11と、バ
イス11をｘ方向に駆動するｘモーター12ａとｘ方向のボ
ールネジ12ｂと、バイス11をｙ方向に駆動するｙモータ
ー13ａとｙ方向のボールネジ13ｂとによって構成されて
いる。

【００４２】バイス11は基盤１を装着したとき、該基盤
１に於ける点２の形成範囲に対応する部位では上下両方
共に開放されており、光軸３に対する基盤１の移動に障
害を与えることがないように構成されている。

【００４３】上記の如く構成された移動手段10では、各
方向のモーター12ａ，13ａを適宜回転させることで、基
盤１をｘ方向，ｙ方向或いはｘ方向とｙ方向との合成方
向に移動させて点２を予め設定された順序で光軸３を横
断させることが可能である。

【００４４】尚、本実施例では光軸３を固定して基盤１
を移動させるように構成したが、必ずしもこの構成に限
定するものではなく、基盤１を固定して光軸３を移動さ
せるようにしても良い。また必ずしも基盤１を水平面内
に、光軸３を垂直に配置しなくとも良く、基盤１を垂直
方向に配置すると共に光軸３を水平方向に配置しても良
い。

【００４５】照射手段20は、異なる励起用光を発射する
複数の光源体21ａ，21ｂと、夫々の光源体21ａ，21ｂに
対向して配置したシャッター22ａ，22ｂと、夫々の光源
体21ａ，21ｂに対応して配置したＮＤ可変フィルター23
ａ，23ｂと、光源体21ａの光軸に設けたダイクロイック
ミラー24と、光源体21ｂの光軸に設けられ且つ前記ダイ
クロイックミラー24と対向して設けられた全反射ミラー
25ａと、光源体21ａの光軸であって光軸３と交差する位
置に設けられた全反射ミラー25ｂと、光軸３に於ける基
盤１の下面側に対向して設けられた集光レンズ26と、前
記集光レンズ26と基盤１の間に設けられたピンホール27
とを有して構成されている。

【００４６】各光源体21ａ，21ｂは、基盤１に形成され
た点２に結合した検体のＤＮＡに含まれた複数の蛍光材
料の波長に対応させた異なる波長を持った励起用光を発
射するものである。このため、各光源体21ａ，21ｂとし
て如何なる光源体を用いるかは、選択された蛍光材料と
の対応で設定されるものであり、本実施例に於いて特に
限定するものではない。

【００４７】例えば、本実施例では、蛍光材料として蛍
光波長が 570nm（ナノメートル）で励起波長が 543nmの
Ｃｙ３と、蛍光波長が 670nmで励起波長が 633nmのＣｙ
５を用いており、Ｃｙ３に対する励起用光を照射する光
源体21ａとしてＮＤ：ＹＡＧレーザーを用い、Ｃｙ５に
対する励起用光を照射する光源体21ｂとしてＨｅ−Ｎｅ
レーザーを用いている。

【００４８】シャッター22ａ，22ｂは励起用光の開閉を
行う機能を有しており、該シャッター22ａ，22ｂの開閉
を制御することで光源体21ａ，21ｂから出射された励起
用光の照射と停止を行っている。特に、各励起用光とし
てレーザー光を用いていることから、該レーザー光が外
部に漏洩したような場合、直ちにシャッター22ａ，22ｂ
を操作してレーザー光の外部への漏洩を防止している。

【００４９】ＮＤ可変フィルター23ａ，23ｂは通過する
励起用光の光量を無段階で調整する機能を有するもので
あり、基盤１に形成されている点２を常に略一定の光量
で照射し得るように構成したものである。特に、励起用
光がレーザー光であることから、該励起用光の光量が多
すぎた場合、点２を構成するＤＮＡを破壊することがあ
る。このため、励起用光の光量を調整してＤＮＡの破壊
を防止することは必須である。

【００５０】ダイクロイックミラー24は、一方側（光源
体21ａ側）から照射された励起用光を略全て全反射ミラ
ー25ｂ側に透過し、他方側（光源体21ｂ側）から照射さ
れた励起用光を略全て全反射ミラー25ｂ側に反射するも
のである。

【００５１】全反射ミラー25ａは光源体21ｂの光路であ
ってダイクロイックミラー24に対向して配置され、該光
源体21ｂから発射された励起用光を略全て反射してダイ
クロイックミラー24に入射させるものである。従って、
ダイクロイックミラー24を経ることによって光源体21
ａ，21ｂの光路は合流し、全反射ミラー25ｂから光軸３
に合流する。

【００５２】集光レンズ26は基盤１に対向して配置さ
れ、光軸３に沿って照射された励起用光を集光して基盤
１に照射するものである。またピンホール27は、集光レ
ンズ26と基盤１の間に配置され、基盤１に照射される励
起用光を予め設定された径に整形すると共に外部からの
迷光を遮断して感度を向上させる機能を有するものであ
る。励起用光は、ピンホール27を通過して基盤１に照射
されたとき径が約10μｍのスポット４を形成する。

【００５３】上記の如く構成した照射手段20では、光源
体21ａ，21ｂから異なる波長を持った励起用光を発射す
ると、これらの励起用光は夫々シャッター22ａ，22ｂ、
ＮＤ可変フィルター23ａ，23ｂを介して適度な光量に調
整される。更に、光源体21ｂから発射された励起用光は
全反射ミラー25ａを経てダイクロイックミラー24に入射
して光源体21ａから発射された励起用光と同一の光路を
通り、その後、全反射ミラー25ｂ，集光レンズ26，ピン
ホール27を通って基盤１に形成された点２に照射され、
該点２を構成するＤＮＡに結合した検体に含まれた蛍光
材料を励起する。

【００５４】励起用光の光量を調整するに際し、必ずし
もＮＤ可変フィルター23ａ，23ｂを用いる必要はなく、
図３に示すように、例えば光源体21ａの光路にＮＤ可変
フィルターに代えて該光路に沿って矢印ａ，ｂ方向に移
動可能なレンズ28を設け、集光レンズ26に対する入射径
を変化させることで調整することも可能である。

【００５５】即ち、レンズ28を矢印ａ方向に移動させた
とき、同図（ａ）に示すように、集光レンズ26に入射す
る励起用光の径を適正にして入射された全ての光量をピ
ンホール27を通過させて基盤１に照射することが可能で
あり、レンズ28を矢印ｂ方向に移動させたとき、同図
（ｂ）に示すように、集光レンズ26に入射する径を大き
くしてピンホール27の径よりも大きい径で出射し、これ
により、ピンホール27の周囲に照射された励起用光を遮
蔽して、点２に照射される励起用光の径を保持しつつ光
量を低減することが可能である。

【００５６】受光手段30は、基盤１に対向して配置され
た集光レンズ31と、光軸３に配置され夫々予め設定され
た波長を持った光（蛍光，励起用光）を反射するダイク
ロイックミラー32ａ，32ｂと、夫々のダイクロイックミ
ラー32ａ，32ｂに対応して設けられたパスフィルター33
ａ，33ｂ、第１集光レンズ34ａ，34ｂ、ピンホール35
ａ，35ｂ、第２集光レンズ36ａ，36ｂ、光電子倍増管37
ａ，37ｂが配置されている。

【００５７】集光レンズ31は、基盤１に形成された点２
に照射され、該点２を透過した励起用光と、励起用光の
照射によって励起した蛍光を平行光に変換する機能を有
するものである。

【００５８】ダイクロイックミラー32ａは、集光レンズ
31によって平行にされた励起用光及び蛍光の中から、波
長の短い励起用光と蛍光を略全て反射して光電子倍増管
37ａ方向に分離する機能と、波長の長い励起用光と蛍光
を略全て透過する機能を有するものである。またダイク
ロイックミラー32ｂは、前記ダイクロイックミラー32ａ
を透過した励起用光と蛍光を略全て反射して光電子倍増
管37ｂの方向に分離する機能を有するものである。

【００５９】本実施例では、検体のＤＮＡに含まれた蛍
光材料が二種類であるため、照射手段20に設けた光源体
21ａ，21ｂが異なる波長を持った励起用光を発射し得る
二種類であり、且つ受光手段30にも二種類の光電子倍増
管37ａ，37ｂを備えている。しかし、これらの数は特に
限定するものではなく、検体のＤＮＡを三種類の蛍光材
料を含ませた場合には、この種類の数に対応させた数の
光源体と光電子倍増管が必要となる。

【００６０】パスフィルター33ａ，33ｂは、夫々ダイク
ロイックミラー32ａ，32ｂによって分離された特定の波
長を持った励起用光と蛍光から励起用光を遮蔽して蛍光
のみを透過させる機能を有するものである。従って、パ
スフィルター33ａを透過した光は波長の短い蛍光（Ｃｙ
３の蛍光材料に対応する）のみとなり、パスフィルター
33ｂを透過した光は波長の長い蛍光（Ｃｙ５の蛍光材料
に対応する）のみとなる。

【００６１】第１集光レンズ34ａ，34ｂはパスフィルタ
ー33ａ，33ｂを透過した蛍光を集光してピンホール35
ａ，35ｂに照射するものであり、第２集光レンズ36ａ，
36ｂはピンホール35ａ，35ｂを通過した蛍光を集光して
光電子倍増管37ａ，37ｂに照射するものである。

【００６２】ピンホール35ａ，35ｂは、外部からの迷光
を遮断する機能を有し且つ光軸３が基盤１の点２以外の
部位に対応したときには焦点を合わせることのないよう
な機能を有するものである。

【００６３】光電子倍増管37ａ，37ｂは、受光した蛍光
の量に応じた電圧或いは電流値からなるアナログ信号を
出力する機能を有するものである。そして光電子倍増管
37ａ，37ｂから出力されたアナログ信号は、従来の装置
と同様にして、後述するようにデジタル信号に変換され
て記憶される（図２参照）。

【００６４】上記の如く構成された受光手段30では、基
盤１に形成された点２に照射された励起用光、及び該励
起用光の照射によって励起した蛍光を波長に応じて分離
し、分離した波長毎に励起用光を遮蔽して蛍光のみを光
電子倍増管37ａ，37ｂに照射し、これにより、蛍光の量
に応じたアナログ信号に変換することが可能である。

【００６５】基盤１に形成した点２の位置を観測するた
めの観測手段40は、光軸３の延長線上に配置されたＣＣ
Ｄカメラ41と、ＣＣＤカメラ41に対向した配置された集
光レンズ42ａと、光軸３上に設けたダイクロイックミラ
ー43と、ダイクロイックミラー43に対向して設けられた
照明用光源44と、前記照明用光源44とダイクロイックミ
ラー43の間に配置された集光レンズ42ｂとを有して構成
されている。

【００６６】ＣＣＤカメラ41は、基盤１に於ける所定の
範囲を撮影する機能を有するものであり、撮影した画像
を後述する画像処理部57に於いて処理し、この結果、基
盤１に形成された基準点Ｏ，Ｏ及び実際の点２の位置を
認識するものである。

【００６７】ダイクロイックミラー43は、光軸３上に配
置され照明用光源44からの光を全反射して基盤１側に照
射し、基盤１からの反射光を略全て透過させてＣＣＤカ
メラ41側へ照射するものである。またダイクロイックミ
ラー43とＣＣＤカメラ41との間に配置された集光レンズ
42ａ及びダイクロイックミラー43と照明用光源44との間
に配置された集光レンズ42ｂは、夫々基盤１からの反射
光を、或いは照明用光源44から発射された光を集光する
機能を有するものである。

【００６８】照明用光源44は、励起用光であるＣｙ５の
波長よりも長い波長を持った光源であることが必要であ
り、このような波長を有することによって、光軸３に設
けた受光手段30を構成するダイクロイックミラー32ａ，
32ｂを透過してダイクロイックミラー43，集光レンズ42
ａを経てＣＣＤカメラに結像させることが可能となる。

【００６９】次に、観察装置Ａの制御系について図２の
ブロック図により説明する。

【００７０】図に於いて、51は情報処理装置であり、演
算部、入力された情報を一次的に記憶する一次記憶部、
観察装置Ａの動作手順のプログラムや個々の点２の位置
を観測するプログラム或いは個々の点２の蛍光の程度に
応じた情報を採取するプログラム等のプログラムが書き
込まれた記憶部等を有するコンピュータを用いている。
また52はモニタやプリンター等の出力装置、53はキーボ
ードやマウス或いは他の入力装置である。

【００７１】54ａは光電子倍増管37ａに接続された増幅
器であり、54ｂは光電子倍増管37ｂに接続された増幅器
である。これらの増幅器54ａ，54ｂはアナログ／デジタ
ル変換器（Ａ／Ｄ変換器）55に接続されており、各光電
子倍増管37ａ，37ｂが受光した蛍光量に応じた電圧或い
は電流値からなるアナログ信号がデジタル信号に変換さ
れ、この信号が受光した蛍光量の信号（蛍光信号）とし
て情報処理装置51に記憶される。

【００７２】56は移動手段10を構成する各モーター12
ａ，13ａの制御部であり、ＣＣＤカメラ41によって撮影
した基盤１に於ける点２の位置情報に基づいて各モータ
ー12ａ，13ａが駆動される。この駆動は、点２の間隔に
対応した寸法に応じた値で行われる。即ち、ｘモーター
12ａを連続的に駆動してｘ方向に１列の走査を行い、そ
の後、ｙモーター13ａを点２の間隔（本実施例では200
μｍ）に相当する量駆動して隣接した列に移動する。こ
のような各モーター12ａ，13ａの駆動に伴って基盤１を
保持したバイス11が所望の方向に移動する。特に、前記
制御部56による各モーター12ａ，13ａの駆動と同期した
信号（本実施例では200μｍ移動する毎に発生する信
号）がＡ／Ｄ変換器55に伝達され、該同期信号に基づい
てＡ／Ｄ変換器55による蛍光信号のサンプリングがなさ
れる。

【００７３】57は画像処理装置であり、ＣＣＤカメラ41
によって撮影した画像に於ける個々の素子の信号に基づ
いて画像処理を行って、点２の位置を判断すると共に各
点２の位置情報を情報処理装置51に伝達する。また58は
照明用電源44の制御部であり、ＣＣＤカメラ41によって
基盤１を撮影するに際し、撮影した画像が鮮明になるよ
うに照明用電源44の発射光量を制御するものである。

【００７４】上記の如く構成された観察装置Ａにより、
基盤１に形成された点２を構成するＤＮＡに蛍光材料を
含む検体のＤＮＡが結合した程度を観察する手順につい
て説明する。

【００７５】先ず、予め所定の結合処理を施した基盤１
をバイス11に装着する。同時に装着した基盤１の情報
（予め設定されている基盤１に於ける点２の位置情報や
数の情報等）を入力装置53から入力して情報処理装置51
に記憶させる。前記基盤１では、予め設定されている基
盤１に対して点２を形成すべき位置の情報と、実際の基
盤１に形成されている点２の位置が正確に一致するか否
かは保証されているものではない。

【００７６】即ち、基盤１に対し多数種類の人工的なＤ
ＮＡを転写する際に、転写部材を駆動して予め設定した
位置に基準点Ｏ，Ｏ及び点２を形成する。このとき、基
盤１が基準方向に対して僅かにズレを生じていたような
場合、点２の相互の位置関係は正確な値に維持されたと
しても、基盤１の基準方向に対して傾斜したり、全体的
なズレが生じることとなる。

【００７７】例えば、図４（ａ）に示すように、基盤１
に形成された点２が予めｘ−ｙ直交座標系で設定された
方向に正確に一致している場合、照射手段20によって照
射された励起用光のスポット４をｘ方向に所定距離走査
して一列の点２を照射し、その後、一列の間隔に対応さ
せてｙ方向に移動させつつ、元の位置に戻すことで、各
列を構成する点２を予め設定された順序で走査すること
が可能である。

【００７８】しかし、同図（ｂ）に示すように、基盤１
に形成された点２の列が移動手段10に設定された直交座
標系に対し傾斜している場合、この傾斜に関わらず、移
動手段10を駆動すると、励起用光のスポット４は点２を
走査し得ないことになる。このため、基盤１に対する観
察の実行に先立って、実際にバイス11に装着された基盤
１の点２が移動手段10に設定された直交座標系に対して
傾きが生じているか否か、傾きが生じている場合、如何
なる補正が必要であるかを観測し、この結果に基づい
て、同図（ｃ）に示すように、スポット４が正確に点２
の列を走査し得るように移動手段10を構成するｘモータ
ー12ａ，ｙモーター13ａの駆動量を制御している。

【００７９】このため、基盤１をバイス11に装着した
後、照明用光源44を作動させて発光させ、この光を集光
レンズ42ｂ，ダイクロイックミラー43を介して光軸３に
沿って基盤１に照射し、反射光を集光レンズ42ａによっ
て集光してＣＣＤカメラ41に結像させる。ＣＣＤカメラ
41によって撮影された画像信号は画像処理装置57に転送
され、該画像処理装置57によって基準点Ｏ，Ｏ及び個々
の点２の位置が認識され、このときの位置情報が情報処
理装置51に伝達されて記憶される。そして前記位置情報
に基づいて移動手段10の制御部56に制御信号が伝達され
る。

【００８０】その後、移動手段10，照射手段20及び受光
手段30が夫々作動し、予め設定された動作プログラムに
従って所定の作業を行う。

【００８１】照射手段20では、光源体21ａ，21ｂが夫々
励起用光を発射し、これらの励起用光は光軸３に沿って
基盤１に照射されスポット４を形成する。そして励起用
光に照射された点２では、該点２を構成するＤＮＡの結
合体に含まれた蛍光が励起し、受光手段30によって受光
される。

【００８２】受光手段30では、光軸３に沿った励起用光
と蛍光をダイクロイックミラー32ａ，32ｂによって波長
毎に分離し、更に、パスフィルター33ａ，33ｂによって
励起用光を遮断して蛍光のみを取り出し、光電子倍像管
37ａ，37ｂに受光させる。

【００８３】光電子倍像管37ａ，37ｂでは受光した蛍光
の量に対応した電圧或いは電流値が発生して出力され、
この電圧或いは電流値は夫々に設けた増幅器54ａ，54ｂ
によって増幅されると共にＡ／Ｄ変換器55によってデジ
タル信号に変換されて情報処理装置51に伝達され、該情
報処理装置51に於いて蛍光情報として記憶される。この
とき、Ａ／Ｄ変換器55に於ける蛍光情報のサンプリング
のタイミングは移動手段10の制御と同期している。

【００８４】即ち、点２が0.2mmのピッチを持って形成
されるため、特定の列を走査する際の移動手段10に於け
るｘ方向の移動速度を一定とすることによって、スポッ
ト４が各点２の略中心を通過するタイミングは一義的に
設定される。このため、前記タイミングでＡ／Ｄ変換器
55にサンプリング信号を伝達し、該信号に基づいてデジ
タル信号を採取することで各列を構成する個々の点２の
蛍光情報を正確な順序で採取することが可能である。

【００８５】更に、当初ＣＣＤカメラ41によって認識し
た基盤１に於ける基準点Ｏ，Ｏ及び点２の位置情報に基
づいて移動手段10を制御し、且つこの制御に伴って蛍光
情報を採取することで、基盤１に形成された点２の位置
の情報と蛍光の情報が一致し、これらの情報を情報処理
装置51に記憶させることで、正確な解析を行うことが可
能である。

【００８６】上記の如くして基盤１に形成された点２の
位置情報と点２の蛍光情報を採取して記憶した後、これ
らの情報から検体のＤＮＡの性格を推定することが可能
である。

【００８７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
観察装置では、多数の性格の異なるＤＮＡに対し蛍光材
料を含む検体のＤＮＡを結合させた基盤（蛍光物質を含
む物質が転写された基盤）に対し、一方の面側から励起
用光を照射して蛍光を励起させ、この蛍光を他方の面側
に配置した受光手段によって受光して蛍光の程度を判定
するようにしたので、励起用光を照射する側の光路と、
受光側の光路が異なる光路として設定される。このた
め、照射側の系と受光側の系が干渉することがなく、照
射側の集光効率を向上させることが出来、且つ受光側の
集光効率も向上させることが出来る。

【００８８】また照射側に複数の光源体を設けると共に
受光側に励起された蛍光を波長に応じて選択する選択手
段を設けたので、検体のＤＮＡを複数の蛍光材料によっ
て蛍光処理することが可能となり、基盤に対する観察に
要する時間を短縮することが出来る。

【００８９】基盤に於ける点が該基盤の全面になく、一
部分のみに形成されている場合、この位置の情報を観測
して点が形成されている部分のみを走査することが出
来、点が形成されていない余分な部位の走査を行うこと
なく、短時間での走査を実現することが出来る。このた
め、処理すべき情報量も少なくなり、処理時間を短縮す
ることが出来る。

【００９０】また基盤に於ける多数の点の位置を観測
し、該観測した情報と予め設定された点の配置情報とを
比較して判別した誤差量に基づいて移動手段を制御する
ことで、実際の基盤に形成された点の方向が移動手段に
設定された直交座標系の方向に対し傾いているような場
合であっても、正確に点を走査することが出来る。

【００９１】また基盤に形成された点の略中心に光軸を
一致させるように移動手段を制御することで、各点に於
ける略中心の蛍光の強い位置を観測することが出来、正
確な情報を得ることが出来る。特に、基盤に形成された
点が完全なものではなく、周囲に欠けがあるようなもの
であっても、略中心を観測することで、前記欠けに影響
されることなく、正確な情報を得ることが出来る。また
基盤の点が形成されるべき位置に点がない場合に、この
状態を観測してスポットミスの情報を得ることが出来
る。

【００９２】特に、基盤に於ける点の位置を観測してお
くことによって、該基盤の全面を走査する必要がなくな
る。このため、列方向に連続移動させて走査した後は、
行方向に点の間隔分移動させて次の列の観測を実施する
ことが出来る。このため、走査時間を大幅に短縮するこ
とが出来る。例えば、従来は基盤上を励起用光の径に応
じて約10μｍ毎に移動させて蛍光を計測したが、本発明
では列方向に連続移動させた後、行方向に200μｍ移動
させて観測することが出来る。このため、走査時間を従
来の２０分の１に短縮することが出来る。そして必要な
情報処理数を４００分の１に低減することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】観測装置の構成を原理的に説明する図である。

【図２】観測装置の制御系のブロック図である。

【図３】入射側の光量を調節する例を説明する図であ
る。

【図４】基盤上を走査する際にＤＮＡの張り付け位置を
補正する手順を説明する図である。

【図５】多数のＤＮＡを張り付けた基盤の例を説明する
図である。

【図６】第１公知例に係る観察装置の構成を説明する図
である。

【図７】第２実施例に係る観察装置の構成を説明する図
である。

【符号の説明】

Ａ 観察装置 １ 基盤 ２ 点 ３ 光軸 ４ スポット 10 移動手段 11 バイス 12ａ ｘモーター 12ｂ ボールネジ 13ａ ｙモーター 13ｂ ボールネジ 20 照射手段 21ａ，21ｂ 光源体 22ａ，22ｂ シャッター 23ａ，23ｂ ＮＤ可変フィルター 24 ダイクロイックミラー 25ａ，25ｂ 全反射ミラー 26 集光レンズ 27 ピンホール 28 レンズ 30 受光手段 31 集光レンズ 32ａ，32ｂ ダイクロイックミラー 33ａ，33ｂ パスフィルター 34ａ，34ｂ 第１集光レンズ 35ａ，35ｂ ピンホール 36ａ，36ｂ 第２集光レンズ 37ａ，37ｂ 光電子倍増管 40 観測手段 41 ＣＣＤカメラ 42ａ，42ｂ 集光レンズ 43 ダイクロイックミラー 44 照明用光源 51 情報処理装置 52 出力装置 53 入力装置 54ａ，54ｂ 増幅器 55 Ａ／Ｄ変換器 56 移動手段の制御部 57 画像処理装置 58 照明用電源の制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 33/58 Ｇ０１Ｎ 33/58 Ａ (72)発明者 野元 誠 栃木県宇都宮市平松本町1132−６ サンガ ーデン (72)発明者 吉岡 弘料 千葉県松戸市松飛台439−１ 株式会社化 研興業内 Ｆターム(参考） 2G043 AA06 BA16 CA07 EA01 GA06 HA01 HA02 HA11 JA01 KA09 2G045 AA35 DA12 DA13 DA14 FA29 FB07 FB12 GC15 HA14 JA01 JA02 JA07 2G054 AA06 AB02 AB10 BB20 CE02 EA03 FA12 FA17 FA19 FA20 FA22 FA50 FB02 FB03 GA05 GB10 JA05 JA20 4B063 QA01 QA05 QA19 QQ42 QR08 QR66 QR84 QS34 QS39 QX02 QX04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蛍光材料を含む物質が転写された透明な
   基盤と、前記基盤の一方の面の側に配置され該基盤に転
   写された物質に対応する複数の励起用光を照射するため
   の複数の光源体を含む照射手段と、前記基盤の他方の面
   の側に配置され励起された蛍光を波長に応じて選択する
   選択手段を含む受光手段と、前記基盤を照射手段と受光
   手段の光軸とを相対的に移動させる移動手段と、前記受
   光手段によって受光した蛍光を電気信号に変換する変換
   手段と、前記変換手段から出力された受光情報と移動手
   段の位置情報とを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に
   記憶させた受光情報と位置情報を出力する出力手段と、
   を有することを特徴とする観察装置。
2. 【請求項２】 蛍光材料を含む物質が転写された透明な
   基盤に於ける転写位置を観測し、観測した情報に基づい
   て前記移動手段の移動範囲を設定するようにしたことを
   特徴とする請求項１に記載した観察装置。
3. 【請求項３】 蛍光材料を含む物質が転写された透明な
   基盤に於ける転写位置を観測すると共に観測した情報と
   予め設定された物質の配置情報とを比較して誤差量を判
   別し、判別した誤差量に基づいて前記移動手段の移動量
   を補正するようにしたことを特徴とする請求項１に記載
   した観察装置。
4. 【請求項４】 前記移動手段の移動が物質の略中心に光
   軸を一致させるものであることを特徴とする請求項３に
   記載した観察装置。