JP2002022744A - 試料チップ解析装置及び解析方法 - Google Patents
試料チップ解析装置及び解析方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】蛍光物質の励起光や外乱光に影響されることな
く試料プルーブに結合された被解析用試料に標識された
蛍光物質からの蛍光を確実、かつ高精度に検出して被解
析用試料の解析作業を効率化することができる試料チッ
プ解析装置及び解析方法を提供する。一度に異なる波長
の蛍光を高精度に検出して解析作業を効率化することが
できる試料チップ解析装置及び解析方法を提供する。 【解決手段】一定厚さで入射される光を全反射して導波
可能で、表面に多数の試料プローブが固定される導波板
の端面に対して光源から光を内部に照射する。撮像部材
により試料プローブが固定された導波板の表面を撮像す
る。試料プローブに対して蛍光物質が標識された被解析
用試料が結合された導波板内にて光を全反射させて導波
する際に生じるエバネッセン波により蛍光物質を励起し
て蛍光させる。撮像された導波板の蛍光像により被解析
用試料を解析する。
く試料プルーブに結合された被解析用試料に標識された
蛍光物質からの蛍光を確実、かつ高精度に検出して被解
析用試料の解析作業を効率化することができる試料チッ
プ解析装置及び解析方法を提供する。一度に異なる波長
の蛍光を高精度に検出して解析作業を効率化することが
できる試料チップ解析装置及び解析方法を提供する。 【解決手段】一定厚さで入射される光を全反射して導波
可能で、表面に多数の試料プローブが固定される導波板
の端面に対して光源から光を内部に照射する。撮像部材
により試料プローブが固定された導波板の表面を撮像す
る。試料プローブに対して蛍光物質が標識された被解析
用試料が結合された導波板内にて光を全反射させて導波
する際に生じるエバネッセン波により蛍光物質を励起し
て蛍光させる。撮像された導波板の蛍光像により被解析
用試料を解析する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、細胞や生体組織
の遺伝子発現態様を解析したり、抗原抗体反応を解析し
たりする試料チップ解析装置及び解析方法に関する。
の遺伝子発現態様を解析したり、抗原抗体反応を解析し
たりする試料チップ解析装置及び解析方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】上記用途にあっては、
スライドガラス上にＤＮＡプローブやＲＮＡプローブ等
のポリヌクレオチドや蛋白質のペプチドプローブ等の各
種試料プローブを、高密度（数十〜数万個／ｃｍ2）に
ドット配列して固定した試料チップを使用している。
スライドガラス上にＤＮＡプローブやＲＮＡプローブ等
のポリヌクレオチドや蛋白質のペプチドプローブ等の各
種試料プローブを、高密度（数十〜数万個／ｃｍ2）に
ドット配列して固定した試料チップを使用している。
【０００３】そして、例えば遺伝子発現態様を解析する
際には、試料チップ上の各試料プローブに対して細胞や
生体組織から抽出されて調整されると共に蛍光物質が標
識された被解析用試料を付着させ、付着した試料プロー
ブと被解析用試料とが相補的関係の場合には結合し、反
対に非相補的関係の場合には非結合になる。
際には、試料チップ上の各試料プローブに対して細胞や
生体組織から抽出されて調整されると共に蛍光物質が標
識された被解析用試料を付着させ、付着した試料プロー
ブと被解析用試料とが相補的関係の場合には結合し、反
対に非相補的関係の場合には非結合になる。
【０００４】そして緩衝液により試料プローブに対して
非結合の被解析用試料を洗い流した後に試料チップ表面
を光学的に走査して蛍光物質からの蛍光を検出すること
により被解析用試料が結合した試料プローブに基づいて
被解析用試料を特定している。
非結合の被解析用試料を洗い流した後に試料チップ表面
を光学的に走査して蛍光物質からの蛍光を検出すること
により被解析用試料が結合した試料プローブに基づいて
被解析用試料を特定している。
【０００５】試料チップを光学的に走査するには、光源
から光を試料チップ表面に所定のビーム径で収束させて
照射しながら試料チップからの光を受光する対物レンズ
及び試料チップを相対的に二次元移動させることにより
試料チップ全体を光学的に走査して蛍光物質を励起させ
ている。
から光を試料チップ表面に所定のビーム径で収束させて
照射しながら試料チップからの光を受光する対物レンズ
及び試料チップを相対的に二次元移動させることにより
試料チップ全体を光学的に走査して蛍光物質を励起させ
ている。
【０００６】この方法にあっては受光部材に蛍光物質か
らの蛍光と共に反射した蛍光物質の励起光も一緒に受光
されるため、蛍光と励起光とを選別する光学的フィルタ
ーを設ける必要があるが、蛍光に比べて反射励起光の強
度が極めて高いため、蛍光検出に際して励起光の影響を
受け易く、蛍光検出精度が悪かった。
らの蛍光と共に反射した蛍光物質の励起光も一緒に受光
されるため、蛍光と励起光とを選別する光学的フィルタ
ーを設ける必要があるが、蛍光に比べて反射励起光の強
度が極めて高いため、蛍光検出に際して励起光の影響を
受け易く、蛍光検出精度が悪かった。
【０００７】また、蛍光物質から励起される蛍光を効率
的に受光するには対物レンズの受光可能範囲を広げる必
要からその径を大きくする必要があり、光照射装置が大
型化する問題をも有していた。
的に受光するには対物レンズの受光可能範囲を広げる必
要からその径を大きくする必要があり、光照射装置が大
型化する問題をも有していた。
【０００８】更に、外乱光（ノイズ）の影響を低くして
蛍光の検出精度を上げるには、試料チップに対して対物
レンズを可及的に近接させる必要があるが、対物レンズ
の物理的特性により近接距離に限界があり、蛍光を高精
度に検出できない問題をも有している。
蛍光の検出精度を上げるには、試料チップに対して対物
レンズを可及的に近接させる必要があるが、対物レンズ
の物理的特性により近接距離に限界があり、蛍光を高精
度に検出できない問題をも有している。
【０００９】本発明は、上記した従来の欠点を解決する
ために発明されたものであり、その課題とする処は、蛍
光物質の励起光や外乱光に影響されることなく試料プル
ーブに結合された被解析用試料に標識された蛍光物質か
らの蛍光を確実、かつ高精度に検出して被解析用試料の
解析作業を効率化することができる試料チップ解析装置
及び解析方法を提供することにある。
ために発明されたものであり、その課題とする処は、蛍
光物質の励起光や外乱光に影響されることなく試料プル
ーブに結合された被解析用試料に標識された蛍光物質か
らの蛍光を確実、かつ高精度に検出して被解析用試料の
解析作業を効率化することができる試料チップ解析装置
及び解析方法を提供することにある。
【００１０】本発明の他の課題は、一度に異なる波長の
蛍光を高精度に検出して解析作業を効率化することがで
きる試料チップ解析装置及び解析方法を提供することに
ある。
蛍光を高精度に検出して解析作業を効率化することがで
きる試料チップ解析装置及び解析方法を提供することに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、表面
に多数の試料プローブが固定される導波板と、該導波板
の端面から内部に光を照射する光源と、試料プローブが
固定された導波板の表面を撮像する撮像部材とを備え、
試料プローブに対して蛍光物質が標識された被解析用試
料が結合された導波板内にて光を全反射させて導波する
際に生じるエバネッセン波により蛍光物質を励起し、撮
像された導波板の像に基づいて蛍光箇所の試料プローブ
により被解析用試料を解析可能にしたことを特徴とす
る。
に多数の試料プローブが固定される導波板と、該導波板
の端面から内部に光を照射する光源と、試料プローブが
固定された導波板の表面を撮像する撮像部材とを備え、
試料プローブに対して蛍光物質が標識された被解析用試
料が結合された導波板内にて光を全反射させて導波する
際に生じるエバネッセン波により蛍光物質を励起し、撮
像された導波板の像に基づいて蛍光箇所の試料プローブ
により被解析用試料を解析可能にしたことを特徴とす
る。
【００１２】請求項２の発明は、表面に多数の試料プロ
ーブが固定された導波板内部に対し、光源からの光を入
射させて導波させる際に生じるエバネッセン波により試
料プローブに結合された被解析用試料に標識された蛍光
物質を励起して蛍光させて導波板の像に基づいて蛍光箇
所の試料プローブにより被解析用試料を解析することを
特徴とする。
ーブが固定された導波板内部に対し、光源からの光を入
射させて導波させる際に生じるエバネッセン波により試
料プローブに結合された被解析用試料に標識された蛍光
物質を励起して蛍光させて導波板の像に基づいて蛍光箇
所の試料プローブにより被解析用試料を解析することを
特徴とする。
【００１３】
【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態を図に従っ
て説明する。図１は試料チップ解析装置の全体斜視図、
図２は解析装置の原理図である。
て説明する。図１は試料チップ解析装置の全体斜視図、
図２は解析装置の原理図である。
【００１４】試料チップ解析装置１のテーブル３側方に
は遮光ボックス５が設けられ、該遮光ボックス５内には
光源７が内蔵されている。また、遮光ボックス５には後
述する試料チップ９の導波板１１がほぼ密着状態で差し
込み可能な開口１３が形成され、テーブル３上に載置さ
れた導波板１１の端部が挿嵌される。
は遮光ボックス５が設けられ、該遮光ボックス５内には
光源７が内蔵されている。また、遮光ボックス５には後
述する試料チップ９の導波板１１がほぼ密着状態で差し
込み可能な開口１３が形成され、テーブル３上に載置さ
れた導波板１１の端部が挿嵌される。
【００１５】なお、開口１３の内周面にはパッキング１
２が取り付けられ、後述する光源７からの光が導波板１
１内部以外に露光しないように構成される。
２が取り付けられ、後述する光源７からの光が導波板１
１内部以外に露光しないように構成される。
【００１６】遮光ボックス５内に収容される光源７とし
ては、後述する被解析用試料に標識される蛍光物質の励
起波長に応じて決定され、例えば被解析用試料に標識さ
れる蛍光物質が単一の場合には、該蛍光物質を励起させ
る特定波長の光を出力するレーザ照射装置や、標識され
る蛍光物質が複数の場合には夫々の励起波長を有した白
色光を照射するものであればよい。
ては、後述する被解析用試料に標識される蛍光物質の励
起波長に応じて決定され、例えば被解析用試料に標識さ
れる蛍光物質が単一の場合には、該蛍光物質を励起させ
る特定波長の光を出力するレーザ照射装置や、標識され
る蛍光物質が複数の場合には夫々の励起波長を有した白
色光を照射するものであればよい。
【００１７】テーブル３上にセットされる試料チップ９
は光の導波特性を有したスライドガラスや薄手状ガラス
板を所定の微小間隔をおいて相対配置した導波板１１上
に、ＤＮＡプローブやＲＮＡプローブ等のポリヌクレオ
チドプローブや蛋白質のペプチドプローブ等の多数の試
料プローブ１５を、所定の密度（数千〜数万個／ｃ
ｍ 2）で、互いに所定の間隔（２００μｍ）をおいたド
ット状に付着固定してなる。
は光の導波特性を有したスライドガラスや薄手状ガラス
板を所定の微小間隔をおいて相対配置した導波板１１上
に、ＤＮＡプローブやＲＮＡプローブ等のポリヌクレオ
チドプローブや蛋白質のペプチドプローブ等の多数の試
料プローブ１５を、所定の密度（数千〜数万個／ｃ
ｍ 2）で、互いに所定の間隔（２００μｍ）をおいたド
ット状に付着固定してなる。
【００１８】テーブル３上にセットされた試料チップ９
の上方には試料チップ９表面の撮像装置１７が配置され
る。該撮像装置１７としては試料チップ９の全体又は所
定区画ごとに撮像する、例えばＣＣＤカメラが適してい
る。撮像装置１７による試料チップ９の撮像範囲として
は試料チップ９の全体に限定されるものではなく、試料
チップ９全体を複数コマで撮像するものであってもよ
い。
の上方には試料チップ９表面の撮像装置１７が配置され
る。該撮像装置１７としては試料チップ９の全体又は所
定区画ごとに撮像する、例えばＣＣＤカメラが適してい
る。撮像装置１７による試料チップ９の撮像範囲として
は試料チップ９の全体に限定されるものではなく、試料
チップ９全体を複数コマで撮像するものであってもよ
い。
【００１９】なお、撮像装置１７にはＲＧＢフィルタが
内蔵され、該ＲＧＢフィルタにより撮像データを各色に
分解して色付き撮像データをバッファメモリ１９に記憶
させる。そしてＣＰＵ２１はバッファメモリ１９に記憶
された各色の撮像データを表示装置２３に出力して試料
チップ９の全体像を表示させる。
内蔵され、該ＲＧＢフィルタにより撮像データを各色に
分解して色付き撮像データをバッファメモリ１９に記憶
させる。そしてＣＰＵ２１はバッファメモリ１９に記憶
された各色の撮像データを表示装置２３に出力して試料
チップ９の全体像を表示させる。
【００２０】次に、上記した試料チップ解析装置１によ
る被解析用試料の解析方法を説明する。図３はスライド
ガラスにおける光の導波状態を示す説明図、図４は図３
におけるＡ箇所の拡大図である。
る被解析用試料の解析方法を説明する。図３はスライド
ガラスにおける光の導波状態を示す説明図、図４は図３
におけるＡ箇所の拡大図である。
【００２１】解析方法をＤＮＡ解析例に基づいて説明す
ると、試料チップ９に配列固定された試料プローブ１５
に対して被解析用試料をハイブリダイズするには、細胞
や生体組織から抽出して調整された被解析用試料を含ん
だ緩衝液を試料チップ９の表面に付着させて所定時間、
放置する。このとき、被解析用試料と試料プローブ１５
とが、互いに相補的な場合には掛け合わさって２本鎖構
造になり、反対に異なる場合には非結合状態に保たれ
る。
ると、試料チップ９に配列固定された試料プローブ１５
に対して被解析用試料をハイブリダイズするには、細胞
や生体組織から抽出して調整された被解析用試料を含ん
だ緩衝液を試料チップ９の表面に付着させて所定時間、
放置する。このとき、被解析用試料と試料プローブ１５
とが、互いに相補的な場合には掛け合わさって２本鎖構
造になり、反対に異なる場合には非結合状態に保たれ
る。
【００２２】そして試料プローブ１５と被解析用試料と
がハイブリダイズするのに必要な時間を経過した後に、
試料チップ９の上面を、純水や緩衝液により洗浄して試
料プローブ１５に対して非結合の被解析用試料を除去す
る。
がハイブリダイズするのに必要な時間を経過した後に、
試料チップ９の上面を、純水や緩衝液により洗浄して試
料プローブ１５に対して非結合の被解析用試料を除去す
る。
【００２３】次に、テーブル３上に試料チップ９を、そ
の端部が開口１３内に挿嵌するように差し込んだ後、光
源７を駆動して出力される光を導波板１１の端面から内
部に入射させると、導波板１１内に入射した光は内部に
おける入射角が臨界角以上になって全反射しながら試料
チップ９の他方端部側へ導波させられる。
の端部が開口１３内に挿嵌するように差し込んだ後、光
源７を駆動して出力される光を導波板１１の端面から内
部に入射させると、導波板１１内に入射した光は内部に
おける入射角が臨界角以上になって全反射しながら試料
チップ９の他方端部側へ導波させられる。
【００２４】このとき、試料チップ９の表裏面において
は内部にて全反射する際にエバネッセン波が発生し、一
部が試料チップ９の外面側にしみ出し、しみ出した光の
電場により試料プローブ１５にハイブリダイズされた被
解析用試料に標識された蛍光物質を励起して蛍光させ
る。
は内部にて全反射する際にエバネッセン波が発生し、一
部が試料チップ９の外面側にしみ出し、しみ出した光の
電場により試料プローブ１５にハイブリダイズされた被
解析用試料に標識された蛍光物質を励起して蛍光させ
る。
【００２５】その際、試料チップ９の各試料プローブ１
５のハイブリダイズされた被解析用試料に標識される蛍
光物質が異なる場合には光源７としてＲＧＢが混色した
白色光を使用することにより各蛍光物質を夫々の色で蛍
光させることができるが、この場合にあっては各蛍光物
質の励起エネルギーが低いため、光源の出力を高くする
必要がある。
５のハイブリダイズされた被解析用試料に標識される蛍
光物質が異なる場合には光源７としてＲＧＢが混色した
白色光を使用することにより各蛍光物質を夫々の色で蛍
光させることができるが、この場合にあっては各蛍光物
質の励起エネルギーが低いため、光源の出力を高くする
必要がある。
【００２６】オペレータは撮像装置１７により蛍光物質
が蛍光した試料チップ９表面の像を撮像して表示装置２
３に表示させ、蛍光した試料プローブ１５に基づいて該
試料プローブ１５にハイブリダイズした被解析用試料を
特定して解析作業を終了する。
が蛍光した試料チップ９表面の像を撮像して表示装置２
３に表示させ、蛍光した試料プローブ１５に基づいて該
試料プローブ１５にハイブリダイズした被解析用試料を
特定して解析作業を終了する。
【００２７】本実施形態は、導波板１１内部を全反射し
ながら進行する光によるエバネッセン波により試料プロ
ーブ１５にハイブリダイズした被解析用試料に標識され
た蛍光物質を蛍光させるため、外部から各試料プローブ
１５に光（励起光）を照射して蛍光物質からの蛍光を受
光する従来の方法に比べて、蛍光と共に反射励起光を受
光することがないため、励起光の影響を遮断して蛍光の
みを効率的に検出することができ、解析精度を高めるこ
とができる。
ながら進行する光によるエバネッセン波により試料プロ
ーブ１５にハイブリダイズした被解析用試料に標識され
た蛍光物質を蛍光させるため、外部から各試料プローブ
１５に光（励起光）を照射して蛍光物質からの蛍光を受
光する従来の方法に比べて、蛍光と共に反射励起光を受
光することがないため、励起光の影響を遮断して蛍光の
みを効率的に検出することができ、解析精度を高めるこ
とができる。
【００２８】また、解析作業は試料チップ９表面の撮像
データから蛍光している試料プローブ１５を特定して行
うため、従来のように光を走査する方式に較べて解析時
間を大幅に短縮することができる。
データから蛍光している試料プローブ１５を特定して行
うため、従来のように光を走査する方式に較べて解析時
間を大幅に短縮することができる。
【００２９】
【発明の効果】本発明は、蛍光物質の励起光や外乱光に
影響されることなく試料プルーブに結合された被解析用
試料に標識された蛍光物質からの蛍光を確実、かつ高精
度に検出して被解析用試料の解析作業を効率化すること
ができる。また、一度に異なる波長の蛍光を高精度に検
出して解析作業を効率化することができる。
影響されることなく試料プルーブに結合された被解析用
試料に標識された蛍光物質からの蛍光を確実、かつ高精
度に検出して被解析用試料の解析作業を効率化すること
ができる。また、一度に異なる波長の蛍光を高精度に検
出して解析作業を効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試料チップ解析装置の全体斜視図である。
【図２】解析装置の原理図である。
【図３】スライドガラスにおける光の導波状態を示す説
明図である。
明図である。
【図４】図３におけるＡ箇所の拡大図である。
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 21/64 Ｇ０１Ｎ 33/53 Ｍ 33/53 33/552 33/552 33/566 33/566 37/00 １０２ 37/00 １０２ Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ Ｆターム(参考） 2G043 AA06 BA16 CA09 DA02 EA01 JA02 KA02 KA09 LA03 MA01 NA06 4B024 AA19 CA01 CA09 HA12 4B029 AA07 AA23 BB20 FA12
Claims (7)
- 【請求項１】入射される光を全反射して導波可能で、表
面に多数の試料プローブが固定される導波板と、該導波
板の端面から内部に光を照射する光源と、試料プローブ
が固定された導波板の表面を撮像する撮像部材とを備
え、試料プローブに対して蛍光物質が標識された被解析
用試料が結合された導波板内にて光を全反射させて導波
する際に生じるエバネッセン波により蛍光物質を励起
し、撮像された導波板の蛍光像により被解析用試料を解
析可能にした試料チップ解析装置。 - 【請求項２】表面に多数の試料プローブが固定された導
波板内部に光源からの光を入射させて導波する際の全反
射により生じるエバネッセン波により試料プローブに結
合された被解析用試料に標識された蛍光物質を励起して
蛍光させた導波板の像に基づいて蛍光箇所の試料プロー
ブにより被解析用試料を解析する試料チップ解析方法。 - 【請求項３】請求項１又は２において、導波板はガラス
基板とした試料チップ解析装置及び解析方法。 - 【請求項４】請求項１又は２において、導波板は一対の
絶縁反射板を所定の間隔をおいて相対配置した試料チッ
プ解析装置及び解析方法。 - 【請求項５】請求項１又は２において、光源は白色光を
出力する試料チップ解析装置及び解析方法。 - 【請求項６】請求項１又は２において、光源は標識され
た蛍光物質を励起させる波長の光を出力する試料チップ
解析装置及び解析方法。 - 【請求項７】請求項１又は２において、試料プローブ及
び被解析用試料はポリヌクレオチド、ペプチド及び蛋白
質のいずれかとした試料チップ解析装置及び解析方法。
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