JP2003098087A - Method and device for detecting fluorescent bead or fluorescent dot array, and dna testing method and device - Google Patents

Method and device for detecting fluorescent bead or fluorescent dot array, and dna testing method and device

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JP2003098087A
JP2003098087A JP2001292783A JP2001292783A JP2003098087A JP 2003098087 A JP2003098087 A JP 2003098087A JP 2001292783 A JP2001292783 A JP 2001292783A JP 2001292783 A JP2001292783 A JP 2001292783A JP 2003098087 A JP2003098087 A JP 2003098087A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems in a conventional method that the fluorescent detection is performed by scanning one-spot excitation light over the whole surface of a sample face when a bead array or a dot array with a fluorescent sign is detected; as a result, a ratio of the time for irradiating the excitation light to an internal part of the beads and the dots is increased, which causes the waste of time, whereby the high-speed detection becomes difficult; and the detection of a high sensitivity and wide dynamic range, which can be realized only by elongating the detection time of one bead and dot, becomes impossible. SOLUTION: The multi-spot excitation light of approximately equal to a diameter of the bead or dot array is applied, the bead or dot array and the spot excitation light are relatively scanned, and the obtained fluorescence is separated from the excitation light to be detected. Here, the spot excitation light is trailed and driven so as to generally constantly apply the spot excitation light to the bead or dot array within the time necessary for the relative scanning by one pitch of the bead arrangement. Or the fluorescent bead or dot array sample is moved by one pitch step to generally apply the spot excitation light to the bead or dot array within an average time necessary for the relative scanning by one pitch of the bead or dot arrangement.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はそれ自体が蛍光を発
するもの又は蛍光標識されたもの、特に蛍光標識された
DNAを検出あるいは検査する方法及び装置に関する。
特に、ビーズ又はドットアレー状に配列した蛍光を高感
度・広ダイナミックレンジ・高速に検出、検査する方法
及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for detecting or inspecting a fluorescent substance or a fluorescently labeled substance, especially a fluorescently labeled DNA.
In particular, the present invention relates to a method and apparatus for detecting and inspecting fluorescence arranged in the form of beads or dot arrays at high sensitivity, wide dynamic range and high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】蛍光物体又は蛍光標識されたDNAがビ
ーズまたはドットアレー状に配列したサンプルを検出す
る方法として従来励起レーザ光を1スポット状にし、こ
れをサンプルと励起レーザスポットを相対走査させて、
得られる蛍光を検出していた。またサンプルの広い領域
に励起光を面照射して、得られる蛍光を2次元CCD等
で蛍光検出していた。
2. Description of the Related Art As a method for detecting a sample in which a fluorescent substance or fluorescently labeled DNA is arranged in the form of beads or a dot array, a conventional excitation laser beam is formed into one spot, and the sample and the excitation laser spot are relatively scanned. ,
The resulting fluorescence was detected. Further, a wide area of the sample was surface-illuminated with excitation light, and the obtained fluorescence was detected by a two-dimensional CCD or the like.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記の1スポットを照
射し、相対走査して検出する場合、ビーズ又はドットア
レーサンプルを全面隈なく走査するため下記に示すよう
に実際に蛍光検出に有効に使われる時間の比率が非常に
小さくなる。即ち、ビーズ又はドットの径をDとし、ビ
ーズ又はドットのピッチをPとすると、アレーが正方碁
盤目状であるとすると走査時間中蛍光検出に有効に使わ
れる比率はπD/4Pとなる。例えばDとPの比を
1:2とすると、この値は19.6%、1:1.5とし
ても34.9%となる。このように半分以上の時間が検
出に有効に使われないことに成る。
When the above-mentioned one spot is irradiated and the relative scanning is performed for detection, the beads or dot array sample is scanned over the entire surface, so that it can be effectively used for fluorescence detection as shown below. The ratio of time spent is very small. That is, if the diameter of the beads or dots is D and the pitch of the beads or dots is P, and the array is in a square grid pattern, the ratio effectively used for fluorescence detection during the scanning time is πD 2 / 4P 2. . For example, if the ratio of D and P is 1: 2, this value will be 19.6%, and even if it is 1: 1.5, it will be 34.9%. Thus, more than half of the time will not be effectively used for detection.

【0004】また1スポット光を照射して検出するた
め、サンプルが多数のビーズやドットからなる場合蛍光
検出に多大な時間を要することに成り、高速検出が難し
い。さらに高感度・広ダイナミックレンジで検出しよう
とすると、1ビーズ又は1ドットを励起する時間はある
程度必要になり、高速検出を実現しようとすると感度と
ダイナミックレンジを犠牲にしなければならない上記の
第2の面照射し、2次元的に検出する場合も、上記の無
駄な時間は同じであり、高感度・広ダイナミックレンジ
についても、困難と成る。
Further, since one spot light is irradiated for detection, when a sample is composed of a large number of beads or dots, it takes a lot of time for fluorescence detection, and high-speed detection is difficult. Further, when trying to detect with high sensitivity and wide dynamic range, it takes some time to excite one bead or one dot, and in order to realize high speed detection, sensitivity and dynamic range must be sacrificed. The above wasteful time is the same when the surface irradiation is performed and the two-dimensional detection is performed, and it is difficult to achieve high sensitivity and a wide dynamic range.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するため以下に示す手段を用いている。
The present invention uses the following means in order to solve the above problems.

【0006】蛍光物質が付着したビーズ又はドットアレ
ーの直径に概ね等しいビーム径のスポット状の励起光を
照射する。このビーズ又はドットアレーとこのスポット
状励起光を相対的に走査して得られる蛍光を励起光から
分離、検出する。この際、ビーズ配列の1ピッチ分の相
対走査に要する時間内で概ね常時スポット励起光がビー
ズ又はドットアレーに照射するようにスポット励起光を
追尾駆動する。この用にすることにより、従来問題とな
っていた、走査時間内のほとんどの時間を蛍光検出に利
用することが可能になる。
Spot-like excitation light having a beam diameter approximately equal to the diameter of the beads or dot array to which the fluorescent substance is attached is irradiated. Fluorescence obtained by relatively scanning this bead or dot array and this spot-shaped excitation light is separated and detected from the excitation light. At this time, the spot excitation light is driven to be tracked so that the spot excitation light irradiates the beads or the dot array almost constantly within the time required for relative scanning of one pitch of the bead array. By doing so, it becomes possible to utilize most of the scanning time, which has been a problem in the past, for fluorescence detection.

【0007】また同様の効果を得る手段として、ビーズ
又はドットアレーとスポット状励起光の相対走査により
蛍光検出する際、1ピッチ分の相対走査に要する平均時
間内で概ねスポット励起光がビーズ又はドットアレーを
照射するように蛍光ビーズ又はドットアレー試料を1ピ
ッチステップずつステップ移動させる。
As means for obtaining the same effect, when fluorescence is detected by relative scanning of a bead or dot array and spot-shaped excitation light, the spot excitation light is generally bead or dot within an average time required for one pitch of relative scanning. The fluorescent beads or dot array sample is step-moved by one pitch step so as to irradiate the array.

【0008】さらに上記スポット励起光はマルチスポッ
トとする。これにより同時に多数のビーズ又はドットを
同時に検出することが可能になる。この結果、1ビーズ
又はドットの検出にかけられる時間が更に長くなり、高
感度・広ダイナミックレンジ・高速検出が実現できる。
Further, the spot excitation light is multi-spot. This allows a large number of beads or dots to be detected simultaneously. As a result, the time taken to detect one bead or dot becomes longer, and high sensitivity, wide dynamic range, and high speed detection can be realized.

【0009】上記のような検出を確実に行うため本発明
ではスポット励起光がビーズ又はドットで反射もしくは
回折した光分布の走査方向の偏りを検出し、この検出信
号に基づいて、スポット励起光とサンプルの位置を補正
する。
In order to reliably perform the above-described detection, in the present invention, the spot excitation light is reflected or diffracted by the beads or dots to detect the deviation of the light distribution in the scanning direction, and the spot excitation light is detected based on this detection signal. Correct the position of the sample.

【0010】更に、スポット励起光がビーズ又はドット
で反射もしくは回折した光分布のトラッキング方向の偏
りを検出する。この検出信号に基づいてビーズ又はドッ
トアレーの配列方向と直交する方向にスポット励起光の
位置もしくは蛍光ビーズ又はドットアレー試料位置を補
正する。このようにすることにより確実にほぼ常時励起
光がビーズ又はドットを照射することになる。
Further, the deviation in the tracking direction of the light distribution of the spot excitation light reflected or diffracted by the beads or dots is detected. Based on this detection signal, the position of the spot excitation light or the fluorescent bead or dot array sample position is corrected in the direction orthogonal to the bead or dot array arrangement direction. By doing so, it is possible to ensure that the excitation light irradiates the beads or dots almost always.

【0011】また上記蛍光を検出する方法としてフォト
ンカウント検出法を用いる。これにより、上記の検出時
間の長時間化の効果とあいまって蛍光が微弱なビーズ又
はドットでも検出が可能になる。
A photon count detection method is used as a method for detecting the fluorescence. This makes it possible to detect even beads or dots with weak fluorescence, in combination with the effect of increasing the detection time described above.

【0012】更に上記ビーズ配列の1ピッチ分の相対走
査に要する時間内で上記励起光の強度を段階的に変化さ
せ、各段階での蛍光を分離検出する。このようにするこ
とにより、サンプル内に蛍光が大きなものと微弱なもの
が混ざっていても、双方を精度良く検出することが可能
になり、広ダイナミックレンジ検出が実現できる。
Further, the intensity of the excitation light is changed stepwise within the time required for relative scanning of the bead array for one pitch, and the fluorescence at each step is separated and detected. By doing so, even if the sample contains a large amount of fluorescence and a weak amount of fluorescence, both can be detected with high accuracy, and wide dynamic range detection can be realized.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態例を用いて
詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The embodiments of the present invention will be described in detail below.

【0014】図1は、蛍光標識されたDNAがビーズ7
1の表面に付着し、このビーズが蜂の巣状に2次元平面
上に最密充填配列(但しP>D)したDNAビーズアレ
ーサンプル7を励起光ビーム301,302,303…
…で照射し、蛍光検出している図である。ビーズ711
1,7121,7131……には励起光ビーム301,
302,303……がサンプル上の各ビーズ中心付近で
ある3001,3002,3003……を照射してい
る。DNAビーズアレーサンプル7は図示しないxステ
ージにより太い矢印で示すようにx方向に連続一様速度
Vsで走査されている。
FIG. 1 shows that beads labeled with fluorescently labeled DNA
DNA beads array sample 7 attached to the surface of No. 1 and having the beads in the shape of a honeycomb on a two-dimensional plane in the closest packing arrangement (however, P> D) is excited by light beams 301, 302, 303 ...
It is the figure which irradiates with ... and detects fluorescence. Beads 711
1, 7121, 7131 ... Are the excitation light beams 301,
.. are irradiated with 3001, 3002, 3003 .. The DNA bead array sample 7 is scanned at a continuous uniform velocity Vs in the x direction by an x stage (not shown) as indicated by a thick arrow.

【0015】このため、図2の(A)に示すように、図
1の状態が時間(時刻)tとすると、ビーズ7111
はΔt(=tn+1−t)時間後の時刻tではビー
ズの配列ピッチP離れた図1の7112の位置に来てい
る。そこで励起光ビーム301,302,303……を
x方向に太い矢印で示すようにx方向に速度Vbで走査
する。この時ほぼVb=Vsとなるように走査する。7
112の近くの位置までビームを走査したら図2の
(B)に示すようにもとの位置即ち図1の301,30
2,303、……迄戻し、時刻t2では再び速度Vbで
ビームを走査する。
Therefore, as shown in FIG. 2A, when the state of FIG. 1 is time (time) t 1 , beads 7111
At time t 2 after Δt (= t n + 1 −t n ) time, the position of 7112 in FIG. Therefore, the excitation light beams 301, 302, 303 ... Are scanned in the x direction at a velocity Vb as indicated by a thick arrow. At this time, scanning is performed so that Vb = Vs. 7
When the beam is scanned to a position near 112, the original position, that is, 301, 30 in FIG. 1 is displayed as shown in FIG.
2, 303, ... And the beam is scanned again at the speed Vb at time t2.

【0016】この動作をビーズの配列ピッチP進む毎に
繰り返し、x方向に配列する最後のビーズまで到達した
ら図示しないyステージを用いてDNAサンプル7を-
y方向に√3P/2だけ移動することにより、今まで検
出していた図1のライン71A1,71A2,71A3
……の隣のライン71B1,71B2……を上記の方法
で検出することが出来る。Bのラインが検出終了すれば
マルチスポットの数をNとすると-y方向に√3P(N-
1/2)移動し、上記の検出を繰り返す。このようにし
てサンプル全面のビーズを検出する。
This operation is repeated every time the bead array pitch P advances, and when the last bead arrayed in the x direction is reached, the DNA sample 7 is formed by using the y stage (not shown).
By moving √3P / 2 in the y direction, the lines 71A1, 71A2, 71A3 of FIG.
The lines 71B1, 71B2 ... Next to .. can be detected by the above method. When the line B is detected, if the number of multi-spots is N, then √3P (N-
1/2) move and repeat the above detection. In this way, the beads on the entire surface of the sample are detected.

【0017】以上の説明で明らかなようにビーズの配列
の1ピッチ分を走査する時間内のほとんどで励起光がビ
ーズを照射している。このためこの時間内で蛍光検出を
行うことが可能になる。即ち従来のようにサンプルの面
全面を走査する場合には走査速度Vsが同じとすると、
ビームがビーズを過ぎる時間D/Vsしか検出時間がな
かったが、上記の方法を採用することにより、ほぼP/
Vsの時間検出に使える。更に従来の全面走査の場合に
は隣接ビーズの間も走査するためy方向のステップ移動
の数を本方式に比べ、√3P/2D倍多くなり、この全
サンプルを検出する時間が長くなる。
As is clear from the above description, the excitation light irradiates the beads most of the time during which one pitch of the bead array is scanned. Therefore, it becomes possible to detect fluorescence within this time. That is, when scanning the entire surface of the sample as in the conventional case, if the scanning speed Vs is the same,
Although the detection time was only the time D / Vs when the beam passed through the beads, it was almost
It can be used for Vs time detection. Further, in the case of the conventional whole surface scanning, the number of step movements in the y direction is increased by √3P / 2D times as compared with the present method because the scanning between adjacent beads is also performed, and the time for detecting all the samples becomes long.

【0018】このように本方式を採用することにより、
1ビーズを検出する時間が長くなり、従って蛍光が微弱
でフォトンカウント法で蛍光強度を検出する場合には多
くのフォトンが検出器に入り、高感度化される。また全
面検出の時間が早くなり、高速検出が可能になる。
By adopting this method in this way,
Since it takes a long time to detect one bead, and therefore the fluorescence is weak and many photons enter the detector when the fluorescence intensity is detected by the photon counting method, the sensitivity is increased. In addition, the time for full surface detection is shortened and high speed detection is possible.

【0019】図3は本発明の蛍光ビーズ検出装置あるい
は蛍光ビーズを用いるDNA検査装置の実施形態図であ
る。11及び12は励起レーザ光源であり、11は波長
488nmのレーザ、12は波長532nmのレーザで
ある。それぞれのレーザビームは必要に応じて、本図で
は1201,1202で示すビーズ整形光学系により所
望のビーム径にされる。所望のビーム径になった各レー
ザビームは111及び121のAO偏向変調器(acousti
c-optic deflector & modulator)に入射する。AO偏向
変調器はこの中に実装されている水晶の超音波振動子に
入力する高周波信号の周波数を変えることにより出射す
るレーザビームの回折角を変え、また入力高周波信号の
振幅を変えることにより出射するレーザビームの強度を
変える。
FIG. 3 is an embodiment of a fluorescent bead detecting device or a DNA testing device using fluorescent beads of the present invention. Reference numerals 11 and 12 are excitation laser light sources, 11 is a laser having a wavelength of 488 nm, and 12 is a laser having a wavelength of 532 nm. Each laser beam is made to have a desired beam diameter by a bead shaping optical system shown by 1201 and 1202 in this figure, if necessary. Each laser beam having a desired beam diameter is transmitted by the AO deflection modulators (acousti modulators) 111 and 121.
incident on the c-optic deflector & modulator). The AO deflection modulator changes the diffraction angle of the emitted laser beam by changing the frequency of the high-frequency signal input to the quartz crystal ultrasonic oscillator mounted therein, and also changes the amplitude of the input high-frequency signal. Change the intensity of the laser beam.

【0020】両レーザビームの光軸は紙面に垂直な方向
に僅かにずれているので、488nmと532nmのレ
ーザビームはミラー112と121により-z方向(下
方)に僅かに位置ずれし、また角度も平行から僅かにず
れて進む。両光は凸レンズ101に入射し他の知平行に
進み2つの穴が開いたピンホール板に入射する。それぞ
れのピンホールを通過した両光は偏光ビームスプリッタ
21を通過し、それぞれのビームが間隔Wから成る2つ
のビームになる。各波長の2つのビームは互いに直交す
る直線偏光になっているが、1/4波長板22を通過す
ることにより右及び左回りの円偏光になり、台形張り合
われプリズム23に入射する。この台形貼り合わせプリ
ズムの貼り合わせ部分は偏光ビームスプリッタになって
おり、2つの台形の高さは僅かに違っているため1/4
波長板24に入射するときには各波長のビームは間隔が
1/2Wで交互に直交する直線偏光の4本のビームにな
っている。
Since the optical axes of both laser beams are slightly shifted in the direction perpendicular to the paper surface, the laser beams of 488 nm and 532 nm are slightly displaced in the -z direction (downward) by the mirrors 112 and 121, and the angle Also moves slightly out of parallel. Both lights enter the convex lens 101, travel in parallel with each other, and enter the pinhole plate having two holes. Both lights that have passed through the respective pinholes pass through the polarization beam splitter 21, and each of the beams becomes two beams with the interval W. Although the two beams of each wavelength are linearly polarized light which are orthogonal to each other, they pass through the quarter-wave plate 22 to be circularly polarized light to the right and counterclockwise, and are incident on the prism 23 that is trapezoidally laminated. The bonded part of this trapezoidal bonded prism is a polarization beam splitter, and the height of the two trapezoids is slightly different, so it is 1/4.
When entering the wave plate 24, the beams of the respective wavelengths are four linearly polarized beams with an interval of 1/2 W and alternately orthogonal to each other.

【0021】1/4波長板24を通過すると各波長で4
本のビームは交互に右および左回りの円偏光になり、第
2の台形貼り合わせプリズム25に入射する。このプリ
ズムは23と同じ構造であるが2個ある台形の高さの差
が23のそれの半分になっている。このためこのプリズ
ムを通過したビームは各波長で間隔が1/8Wの8本の
ビームに成っており、1/4波長板26を通過すること
により、右と左の円偏光ビームが交互に並ぶ。
When passing through the quarter-wave plate 24, 4 at each wavelength
The beams of the book are alternately turned into right-handed and left-handed circularly polarized lights, and enter the second trapezoidal bonded prism 25. This prism has the same structure as 23, but the difference in height of the two trapezoids is half that of 23. Therefore, the beam that has passed through this prism is made up of eight beams with an interval of ⅛ W for each wavelength, and by passing through the ¼ wavelength plate 26, the right and left circularly polarized beams are alternately arranged. .

【0022】各波長で8本のビームがx方向の前後に平
行に-z方向に進み、波長分離ビームスプリッタ30を
通過し、チューブレンズ31と対物レンズ35により、
DNAビーズサンプル7の8個のビーズアレーを図1に
示すように同時に照射する。2波長のそれぞれ8個のビ
ームはサンプル7上で図1に示すようにy方向に並び、
図1には図示していないx方向のmP(mは整数)離れ
たビーズの列を他方の波長のマルチビームが照射する。
チューブレンズ31と対物レンズ35はピンホール10
2の像をサンプル7に1/Mの倍率で縮小結像するの
で、図1に示すようにビーズ71の径Dとほぼ同程度か
やや大きいスポット径になるようにピンホール径と倍率
1/Mが設定されている。
Eight beams at each wavelength travel in the z direction parallel to the front and rear in the x direction, pass through the wavelength separation beam splitter 30, and are guided by the tube lens 31 and the objective lens 35.
Eight beads arrays of DNA bead sample 7 are simultaneously illuminated as shown in FIG. Eight beams of two wavelengths are aligned on the sample 7 in the y direction as shown in FIG.
A row of beads, which is not shown in FIG. 1 and is separated by mP (m is an integer) in the x direction, is irradiated with the multi-beam having the other wavelength.
The tube lens 31 and the objective lens 35 have a pinhole 10.
Since the image of No. 2 is reduced and formed on the sample 7 at a magnification of 1 / M, as shown in FIG. 1, the pinhole diameter and the magnification 1 / are set so that the spot diameter is almost the same as the diameter D of the beads 71 or slightly larger. M is set.

【0023】制御回路8は既に図1と2を用いて説明し
たようにxyステージ6を図2の(A)に示すようにx
方向に走査し、サンプル上のビーズの端まで行くとy方
向にステップ移動すると共に、AO偏向変調器を駆動
し、図2の(B)に示すように2色のマルチビームをビ
ーズの移動に合わせて同時に走査する。1ピッチ移動の
ほとんどの時間ビームがビーズを照射しているので、各
ビーズにある蛍光標識からはこの間蛍光が発生してい
る。発生した蛍光は対物レンズ35とチューブレンズ3
1を透過し、波長選択ビームスプリッタ30で反射し、
蛍光検出光学系5の窓51を通りレンズ52、開口付き
遮光板53レンズ54を通過しマルチチャンネルフォト
マル501と502に照射ビーズの蛍光像を結像する。
55は波長選択ビームスプリッタであり、488nmで
励起され510nm近傍の蛍光を透過し、501のマル
チチャンネルフォトマルに導き、532nmで励起され
570nm近傍の蛍光を反射し、502のマルチチャン
ネルフォトマルに導く。
The control circuit 8 controls the xy stage 6 as shown in FIG. 2A, as already described with reference to FIGS.
Scanning in the direction, and when it reaches the end of the bead on the sample, it moves stepwise in the y-direction, drives the AO deflection modulator, and moves the multi-beams of two colors to move the bead as shown in FIG. 2B. Simultaneously scan at the same time. Since the beam irradiates the beads for most of the time of one pitch movement, the fluorescent label on each bead emits fluorescence during this time. The generated fluorescence is the objective lens 35 and the tube lens 3
1, is reflected by the wavelength selective beam splitter 30,
The fluorescence image of the irradiation beads is formed on the multi-channel photomuls 501 and 502 through the lens 52, the light shielding plate 53 with the aperture 53 and the lens 54 through the window 51 of the fluorescence detection optical system 5.
Reference numeral 55 denotes a wavelength selective beam splitter, which is excited at 488 nm, transmits fluorescence near 510 nm, and guides it to 501 multi-channel photomul, which is excited at 532 nm and reflects fluorescence near 570 nm and guides it to 502 multi-channel photomul. .

【0024】各マルチチャンネルフォトマル501及び
502の前には上記の傾向波長整分のみを透過する干渉
フィルタが設置されており、余分なノイズ光をこのフィ
ルタでカットする。またこのフィルタとフォトマルの間
に8個の蛍光スポットのみを通過させるピンホールアレ
ーを設置することにより、図以外の場所から発生する蛍
光灯のノイズ光をフォトマルの各チャンネルに入れない
ようにし、共焦点検出を行うことにより、更にSNの高
い検出を行うことが出来る。
In front of each of the multi-channel photomultipliers 501 and 502, an interference filter that transmits only the above-mentioned trend wavelength adjustment is installed, and excess noise light is cut by this filter. In addition, by installing a pinhole array that allows only 8 fluorescent spots to pass between this filter and Photomal, it is possible to prevent the noise light of fluorescent lamps generated from places other than the figure from entering each channel of Photomar. By performing confocal detection, detection with a higher SN can be performed.

【0025】窓51は蛍光波長から離れた波長の光をカ
ットする色フィルタにすると、外部のノイズとなる迷光
を遮光することになる。さらにチューブレンズと対物レ
ンズから成るレンズ系は両テレセントリックにしてある
ので、各ビーズから得られる蛍光の主光線は平行になっ
ている。このため凸レンズ52の焦点位置に遮光板53
を配置することにより、例え色フィルタからなる窓51
から外部の明光が入射してもほとんど遮光されることに
なる。
If the window 51 is a color filter that cuts light having a wavelength away from the fluorescence wavelength, it will block stray light that becomes external noise. Furthermore, since the lens system including the tube lens and the objective lens is both telecentric, the principal rays of fluorescence obtained from each bead are parallel. Therefore, the light blocking plate 53 is placed at the focal position of the convex lens 52.
By arranging the
Therefore, even if external bright light enters, it is almost shielded.

【0026】また図3の55は上記の説明では1枚の一
様な波長選択ビームスプリッタとしているが、これをx
方向の前後で丁度2つの蛍光ビームの中間の位置を境に
する2枚の特性の異なる波長選択ビームスプリッタにし
ても良い。即ちこのビーズの結像位置に近い部分では、
両方の蛍光の像は完全に分離しているので、それぞれの
蛍光色に最適な波長選択ビームスプリッタを2枚前後に
置くことが可能になる。
Also, although 55 in FIG. 3 is one uniform wavelength selective beam splitter in the above description, it is x
Two wavelength selection beam splitters having different characteristics may be used, with the boundary between the positions of the two fluorescence beams just before and after the direction. That is, in the part near the image forming position of this bead,
Since the images of both fluorescences are completely separated, it becomes possible to put two wavelength selective beam splitters optimal for each fluorescence color around.

【0027】各蛍光波長の8個のビーズ像はマルチチャ
ンネルフォトマルの各チャンネルで検出される。1個の
ビーズの検出時間はほぼP/Vs(=Δt)であるので
この時間の間に来るフォトンの数を制御回路8で計数す
る。計数されたフォトン数はビーズの番地毎に又蛍光の
色毎に制御回路のメモリに保存される。
Eight bead images of each fluorescence wavelength are detected in each channel of the multichannel photomultiplier. Since the detection time of one bead is approximately P / Vs (= Δt), the control circuit 8 counts the number of photons that come during this time. The counted number of photons is stored in the memory of the control circuit for each bead address and each fluorescent color.

【0028】このメモリに保存したデータを別途記憶し
ておいたデータと比較することにより、蛍光検出したD
NAの状態を検査・評価することができる。また、上記
求めたフォトン数の情報を、試料上のビーズの番地情報
と共に、図示していない画面上に表示して、オペレータ
に結果を閲覧できるようにしても良い。更に、この求め
たフォトン数の情報を、試料上のビーズの番地情報と共
に、通信手段を介して解析装置や分析装置、他の検査装
置などに送信して用いることもできる。サンプル上のビ
ーズの中には非常に多くの蛍光分子がついているものも
ある。このような場合にはΔtの時間にフォトンが多く
来過ぎて、この数をNpとしたとき、フォトンパルスの
時間幅Δtに対し、Np>Δt/Δtとなってしま
うと、パルスが重なり、計数することが困難になる。こ
のように微弱な蛍光から非常に強い蛍光までを含むサン
プルに対しては制御回路からAO偏向変調器に、送る信
号を以下のように制御して、上記の問題を解決する。
By comparing the data stored in this memory with the data stored separately, fluorescence detected D
The state of NA can be inspected and evaluated. Further, the information on the number of photons thus obtained may be displayed on a screen (not shown) together with the address information of beads on the sample so that the operator can view the result. Further, the obtained information on the number of photons can be used together with the address information of the beads on the sample for transmission to an analysis device, an analysis device, or another inspection device via a communication means. Some beads on the sample have a large number of fluorescent molecules attached. In such a case, too many photons arrive at the time of Δt, and if this number is Np and the time width Δt p of the photon pulse is Np> Δt / Δt p , the pulses will overlap. , It becomes difficult to count. For the sample including weak fluorescence to very strong fluorescence, the signal sent from the control circuit to the AO deflection modulator is controlled as follows to solve the above problem.

【0029】即ち、1ビーズを検出する時間Δtを2分
し、例えば前半のΔt/2の時間にはほぼ100%の励
起光を照射し、後半のΔt/2の時間には数%の励起光
を照射するようにAO偏向変調器の高周波の振幅を変化
させる。このようにして強弱2種の励起光での蛍光をそ
れぞれ分離して検出する。このようにすることにより、
蛍光分子が非常に少ない領域から非常に多い領域のビー
ズまで広いダイナミックレンジで正確に蛍光検出を行う
ことが可能になる。しかも1回の走査で、2個の蛍光標
識を広ダイナミックレンジで検出することが可能にな
る。
That is, the time Δt for detecting one bead is divided into 2 minutes, for example, 100% of the excitation light is irradiated in the first half Δt / 2, and several percent of the excitation light is emitted in the second half Δt / 2. The high frequency amplitude of the AO deflection modulator is changed so as to irradiate light. In this way, the fluorescences of the two types of excitation light of strong and weak are separately detected. By doing this,
It becomes possible to perform accurate fluorescence detection with a wide dynamic range from beads with very few fluorescent molecules to beads with very many fluorescent molecules. Moreover, it becomes possible to detect two fluorescent labels in a wide dynamic range by one scanning.

【0030】図3の34は励起光を低い反射率で反射さ
せるビームスプリッタである。このビームスプリッタで
反射した励起光はレンズ41に入射する。このレンズ4
1は対物レンズの瞳を4分割ポジションセンサ40のセ
ンサ面に結像する。また4分割ポジションセンサ40の
前には図7に詳細を示すマスク40がある。
Reference numeral 34 in FIG. 3 denotes a beam splitter which reflects the excitation light with a low reflectance. The excitation light reflected by this beam splitter enters the lens 41. This lens 4
1 forms an image of the pupil of the objective lens on the sensor surface of the 4-division position sensor 40. In front of the four-division position sensor 40, there is a mask 40 shown in detail in FIG.

【0031】前述したように8個のマルチスポットビー
ムはチューブレンズの光軸に平行に入射し、対物レンズ
の瞳中心に各ビームが集まる。対物レンズを透過した8
本のビームは図4の300に示すように垂直にビーズを
照射する。ビーズの表面で反射する光502はビーズの
中心からずれ、入射角がθとなると、反射光は垂線から
大きな角度2θで反射し、対物レンズには入射しなくな
る。
As described above, the eight multi-spot beams are incident parallel to the optical axis of the tube lens, and the respective beams converge at the center of the pupil of the objective lens. 8 through the objective lens
The beam of books illuminates the beads vertically as shown at 300 in FIG. The light 502 reflected on the surface of the bead deviates from the center of the bead, and when the incident angle becomes θ, the reflected light is reflected at a large angle 2θ from the perpendicular and does not enter the objective lens.

【0032】他方ビーズの表面で屈折しビーズの中に入
った励起光はビーズの下の面で反射しビーズの上面で屈
折し、光軸に対しαの角度で上方に出てくる。この屈折
する光は図5の3001Aに示すようにビーズの中心か
ら大きく外れた光も対物レンズに戻る際光軸からの角度
αが小さく、ほとんどが対物レンズに入射する。
On the other hand, the excitation light refracted on the surface of the bead and entered into the bead is reflected on the lower surface of the bead and refracted on the upper surface of the bead, and emerges upward at an angle α with respect to the optical axis. As shown in 3001A of FIG. 5, even when the light refracted greatly deviates from the center of the bead, the angle α from the optical axis is small when returning to the objective lens, and most of the light is incident on the objective lens.

【0033】対物レンズの瞳の位置でビーズからの戻り
光の位置はビーズから出てくる光の光軸とのなす角度で
決まり、対物レンズのNAに相当する角度θNA(=s
in −1NA)より小さい角度は対物レンズを通過し、
大きい光は通過しない。図6に示すようにこの瞳Cの内
部で白い部分、即ち瞳の中心Oから放射状にAまでと、
BからCまでを除いた、AからBまでの領域に来る光の
みを検出するようにする。この白い部分を通過する光
は、ビーズの球面で反射するものは図5の円弧部300
2Aに入射する光3002であり、ビーズで屈折し戻っ
てくるものは図5の円弧部3001Aに入射する光30
01のみとなる。
Return from the beads at the pupil position of the objective lens
The position of the light is the angle formed by the optical axis of the light emitted from the beads.
Angle θ corresponding to the NA of the objective lensNA(= S
in -1Angle smaller than (NA) passes through the objective lens,
Large light does not pass. Within this pupil C as shown in FIG.
White part, that is, from the center O of the pupil to radially A,
Of the light coming from A to B, excluding B to C
Only detect it. Light passing through this white area
What is reflected by the spherical surface of the beads is the arc portion 300 of FIG.
The light 3002 is incident on 2A and is refracted and returned by the beads.
What comes is the light 30 incident on the arc portion 3001A of FIG.
Only 01.

【0034】ビーズで屈折して戻ってくる光501´は
入射時に矢印W1で示した広い範囲からの光が図6の瞳
内の白い部分に戻ってくるのに対し、表面で反射する光
は入射時にW2で示した狭い範囲からの光しか図6の瞳
内の白い部分に戻らない。しかも表面で反射する光は屈
折して戻ってくる光とは瞳の逆側に戻ってくる。
The light 501 'refracted and returned by the beads returns from the wide range indicated by the arrow W1 upon incidence and returns to the white part in the pupil of FIG. 6, whereas the light reflected on the surface is At the time of incidence, only light from a narrow range indicated by W2 returns to the white part in the pupil of FIG. Moreover, the light reflected on the surface refracts and returns to the opposite side of the pupil from the returning light.

【0035】以上の戻り光の瞳上での性質を用いて、図
7に示すように瞳を結像する位置に置いた4分割ポジシ
ョンセンサ40の前に図6の瞳内の白い部分に相当する
4401を透過部とし、他の部分を社高部とするマスク
44を図7のように設置する。このマスク44の背面に
は図8に示すような4分割ポジションセンサ40があ
る。4分割ポジションセンサ40は4つの独立なセンサ
401,402,403及び404がギャップ400を
隔てて配置されており、各センサから上下の端子A1,
A2及び左右の端子B1,B2が対角状に出ている。
By using the above-described nature of the return light on the pupil, the four-division position sensor 40 placed at the position where the pupil is imaged as shown in FIG. 7 is equivalent to the white portion in the pupil of FIG. A mask 44 having a transparent portion 4401 and another portion as a company height portion is set as shown in FIG. On the back surface of the mask 44, there is a 4-division position sensor 40 as shown in FIG. The four-divided position sensor 40 has four independent sensors 401, 402, 403, and 404 arranged with a gap 400 in between, and the upper and lower terminals A1,
A2 and left and right terminals B1 and B2 are projected diagonally.

【0036】A1,A2の方向は励起マルチスポットの
アレー方向であり、B1,B2はアレーと直角な方向で
ある。図4〜図6を用いて説明したようにビーズに対し
励起スポット光がアレーの方向にずれていればA1,A
2の端子間で電圧変化を生じるので図15ニ示すように
この差(符号を含め)信号を増幅する。この励起スポッ
トのアレー方向のずれ信号をAD変換し、制御回路8に
入力する。同様にB1,B2の電圧差を差動増幅し、A
D変換したアレーと直交する方向のずれ信号を制御回路
8に入力する。
The directions of A1 and A2 are the array directions of the excitation multi-spots, and B1 and B2 are the directions perpendicular to the array. As described with reference to FIGS. 4 to 6, if the excitation spot light deviates from the beads in the array direction, A1, A
Since a voltage change occurs between the two terminals, this difference (including the sign) signal is amplified as shown in FIG. The displacement signal of the excitation spot in the array direction is AD-converted and input to the control circuit 8. Similarly, the voltage difference between B1 and B2 is differentially amplified,
A shift signal in a direction orthogonal to the D-converted array is input to the control circuit 8.

【0037】この2方向のずれを検知したなら、図15
に示すようにアレーと直交する方向については図3のA
O偏向変調器111及び121に入力する高周波信号の
周波数をずれが少なくなるように制御回路により変化さ
せ、アレーの方向に付いてはxyステージ6のyステー
ジを制御回路8により制御し、ずれを補正する。
If the deviations in the two directions are detected, FIG.
As shown in Fig. 3, the direction orthogonal to the array is shown in Fig. 3A.
The frequency of the high-frequency signals input to the O-deflection modulators 111 and 121 is changed by the control circuit so as to reduce the deviation, and the y stage of the xy stage 6 is controlled by the control circuit 8 in the direction of the array, and the deviation is to correct.

【0038】図9は本発明の蛍光標識ドットアレー検査
装置の実施形態図である。72はスポッタあるいはイン
クジェット等で打点されたDNAのドットである。ドッ
ト径は数十ミクロンでありこれがドット径の数倍のピッ
チPで正方状に配列している。このドットを同時に複数
照射する励起光学系は図1と概ね同じであるが、ドット
系が大きい分照射ビーム径が数十ミクロンに成るような
設計がされている。図10は上記のマルチ励起スポット
形成光学系を省略した光学系が示されている。マルチス
ポット励起光3は図1同様31のチューブレンズと35
の対物レンズによりサンプル7上のドットアレーを同時
照射している。励起光により生じた蛍光は図1と同様に
して蛍光検出系5により2波長励起光に対する2波長の
蛍光を検出する。
FIG. 9 is an embodiment of the fluorescent labeled dot array inspection apparatus of the present invention. Reference numeral 72 is a dot of DNA which is spotted by a spotter or an ink jet. The dot diameter is several tens of microns, which are arranged in a square shape with a pitch P which is several times the dot diameter. The excitation optical system for irradiating a plurality of dots at the same time is almost the same as that in FIG. 1, but the design is such that the irradiation beam diameter is several tens of microns because the dot system is large. FIG. 10 shows an optical system in which the above multi-excitation spot forming optical system is omitted. The multi-spot excitation light 3 is the same as in FIG.
The dot array on the sample 7 is simultaneously irradiated by the objective lens of. The fluorescence generated by the excitation light is detected by the fluorescence detection system 5 in the same manner as in FIG.

【0039】以下に本実施例におけるサンプルと励起マ
ルチスポットの位置関係について図17を用いて説明す
る。なお後に説明する図16に示すビーズアレーの検出
においても同様な位置関係の動作になる。
The positional relationship between the sample and the excitation multi-spot in this embodiment will be described below with reference to FIG. Note that the operation of the similar positional relationship is also performed in the detection of the bead array shown in FIG. 16 described later.

【0040】図17(A)はビーズアレーまたはドット
アレーサンプルの位置の時間変化を表し、(B)は励起
光の位置を表す。ステージはビーズ又はドットアレーの
配列ピッチP相当の距離をステップ的に移動し、t
n+1-t=Δtより若干短い時間内で検出を行う。従
って基本的には励起光は図17(B)のように静止して
いる。
FIG. 17A shows the change over time in the position of the bead array or dot array sample, and FIG. 17B shows the position of the excitation light. The stage moves stepwise over a distance corresponding to the array pitch P of beads or dot arrays, and t
Detection is performed within a time slightly shorter than n + 1- t n = Δt. Therefore, the excitation light is basically stationary as shown in FIG.

【0041】図16のビーズ検出の場合には先に図1で
説明したビーズからの反射光を対物レンス゛の瞳と協約な位
置に設置した4分割ポジションセンサでビーズの中心と
励起光スポットが一致していることを検出し、ずれてい
る場合には制御する。
In the case of the bead detection shown in FIG. 16, the center of the bead and the excitation light spot are made uniform by the four-division position sensor, which is installed in a position where the reflected light from the bead described in FIG. It is detected that it is doing, and if there is a deviation, it is controlled.

【0042】図9のドットアレーの場合には図10に示
す光学系を用いて、励起光とドットの位置ずれを検出し
て、このずれを補正する。以下図10を用いて詳細に説
明する。図10のハーフミラー34はサンプルのドット
から反射した励起光の一部を反射し、レンズ411に導
く。440は図11に詳細図を示す0次光カットフィル
タであり、サンプルから反射した光の0次光を図11の
4402で遮光する。即ちレンズ411による対物レン
ズ35の瞳の結像位置にこの0次光フィルタが設置され
ており、サンプルで反射した励起光の正反射光が、この
フィルタの4402で遮光され、回折した光のみがこの
フィルタの4401を通過してくる。
In the case of the dot array shown in FIG. 9, the optical system shown in FIG. 10 is used to detect the positional deviation between the excitation light and the dot and correct the deviation. This will be described in detail below with reference to FIG. The half mirror 34 in FIG. 10 reflects a part of the excitation light reflected from the sample dot and guides it to the lens 411. Reference numeral 440 is a 0th-order light cut filter whose detailed view is shown in FIG. 11. The 0th-order light of the light reflected from the sample is shielded by 4402 in FIG. That is, the 0th-order optical filter is installed at the image forming position of the pupil of the objective lens 35 by the lens 411, and the specular reflection light of the excitation light reflected by the sample is shielded by the filter 4402 and only the diffracted light is emitted. It passes through 4401 of this filter.

【0043】ドットアレーの各ドットはプローブDNA
と溶媒等を含んだ液体をスポッタ又はインクジェット機
構により打点された後、蛍光標識されたターゲットDN
Aをハイブリダイゼションさせたものである。従ってド
ットの部分はその周囲のガラス基板に比べ盛り上がって
いる。このため個々のレーザ光が照射されると、この盛
り上がり部で光が屈折し、反射した光は0次光とは異な
る方向に回折する。この結果この回折光のみ0次光カッ
トフィルタ440の4401を通過することに成る。
Each dot of the dot array is a probe DNA
A liquid containing a solvent and a solvent is spotted by a spotter or an inkjet mechanism, and then fluorescently labeled target DN
It is a hybridized form of A. Therefore, the dot portion is higher than the surrounding glass substrate. Therefore, when each laser beam is irradiated, the light is refracted at this raised portion, and the reflected light is diffracted in a direction different from the 0th order light. As a result, only this diffracted light passes through the 0401th light cut filter 440 4401.

【0044】図12はマルチスポット励起光3がサンプ
ルのドットアレー72をずれた状態で照射しているとこ
ろを示している。このようにずれた状態で照射すると反
射し、0次カットフィルタを通過した光は図10のレン
ズ412により撮像センサ430の面上に図13に示す
ように、ドットのエッジ部が明るくその他の場所は暗く
結像する。そこで撮像センサとして例えば図14に示す
ように4分割センサをドットの0次カットフィルタ透過
像721のアレーピッチと等しいピッチで配列してお
く。またこの4分割センサの中心は、もし励起光とドッ
トが一致していれば像の中心と一致するように配置され
ている。
FIG. 12 shows that the multi-spot excitation light 3 irradiates the sample dot array 72 in a shifted state. When the light is emitted in such a shifted state, it is reflected, and the light passing through the 0th-order cut filter is displayed on the surface of the image sensor 430 by the lens 412 in FIG. 10 as shown in FIG. Forms a dark image. Therefore, as an image sensor, for example, four-division sensors are arranged at a pitch equal to the array pitch of the 0th-order cut filter transmission image 721 of dots as shown in FIG. Further, the center of the four-divided sensor is arranged so as to coincide with the center of the image if the excitation light and the dot coincide with each other.

【0045】このため図12のようにずれていると図1
4のように0次カットフィルタ透過像721は4分割セ
ンサの中心からずれて結像する。この結果4分割センサ
の433、431の順に検出強度が強く、432,43
4にはほとんど光が来ないようになる。この結果先に説
明した図15の差動増幅器を用いることにより、ずれの
2次元的な方向が分かり、制御回路8を介してステージ
6を微動制御することにより、ずれを補正し正しい位置
に励起光が照射するように出来る。
Therefore, if there is a deviation as shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the 0th-order cut filter transmission image 721 is formed with a deviation from the center of the 4-division sensor. As a result, the detection intensity is strong in the order of 433 and 431 of the four-division sensor,
Almost no light will come to 4. As a result, by using the differential amplifier shown in FIG. 15 described above, the two-dimensional direction of the shift can be known, and by finely controlling the stage 6 via the control circuit 8, the shift is corrected and the correct position is excited. It can be illuminated by light.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によ
り、ビーズ又はドットアレーから成る蛍光物体あるいは
蛍光標識を付着したDNAサンプルを検出したい部分の
みに励起光を照射し、蛍光検出できるようになり、高感
度・広ダイナミックレンジ・高速に検出することが可能
になった。この結果、今後の医療検査等で大量サンプル
を扱う領域での高精度、高速検査に非常に有効である。
As described in detail above, according to the present invention, it becomes possible to irradiate excitation light only to a portion where a fluorescent substance consisting of beads or dot arrays or a DNA sample attached with a fluorescent label is to be detected, and fluorescence can be detected. High sensitivity, wide dynamic range and high speed detection are now possible. As a result, it is very effective for high-accuracy and high-speed inspection in a region handling a large amount of samples in future medical inspections and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による蛍光ビーズアレー検出の状態を説
明するビーズアレーサンプルの斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a bead array sample for explaining a state of fluorescent bead array detection according to the present invention.

【図2】(A)ビーズアレーの位置変化を示すグラフ、
(B)マルチスポット励起光の位置変化を示すグラフで
ある。
FIG. 2 (A) is a graph showing a change in position of a bead array,
(B) is a graph showing a change in position of multi-spot excitation light.

【図3】本発明による蛍光ビーズアレー検出装置の概略
構成を示す正面図である。
FIG. 3 is a front view showing a schematic configuration of a fluorescent bead array detection device according to the present invention.

【図4】ビーズに照射する励起光と反射光の関係を説明
するビーズの断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of beads for explaining the relationship between excitation light and reflected light with which the beads are irradiated.

【図5】ビーズに照射する励起光と反射光の関係を説明
するビーズの断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of beads for explaining a relationship between excitation light and reflected light with which the beads are irradiated.

【図6】対物レンズの瞳上でのビーズ反射光の状態を示
す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing a state of bead reflected light on a pupil of an objective lens.

【図7】ビーズ反射光を検出する4分割センサの平面図
である。
FIG. 7 is a plan view of a four-division sensor that detects bead reflected light.

【図8】ビーズ反射光を検出する4分割センサの平面図
である。
FIG. 8 is a plan view of a four-division sensor that detects bead reflected light.

【図9】本発明による蛍光ドットアレー検出の状態を説
明するビーズアレーサンプルの斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view of a bead array sample for explaining a state of fluorescent dot array detection according to the present invention.

【図10】本発明による蛍光ドットアレー検出装置の概
略構成を示す正面図である。
FIG. 10 is a front view showing a schematic configuration of a fluorescent dot array detection device according to the present invention.

【図11】0次光カットフィルタの平面図である。FIG. 11 is a plan view of a 0th-order light cut filter.

【図12】マルチスポット励起光がずれた状態で照射さ
れたビーズアレーサンプルの正面の断面図である。
FIG. 12 is a front sectional view of a bead array sample irradiated with multi-spot excitation light displaced.

【図13】マルチスポット励起光がずれた状態で照射さ
れたビーズアレーサンプルの平面図である。
FIG. 13 is a plan view of a bead array sample irradiated with the multi-spot excitation light displaced.

【図14】4分割センサ上に投影された励起光の0次カ
ットフィルタ透過像の状態を示す4分割センサアレイの
平面図である。
FIG. 14 is a plan view of a 4-division sensor array showing a state of a 0th-order cut filter transmission image of excitation light projected on the 4-division sensor.

【図15】4分割センサの信号を処理する回路のブロッ
ク図である。
FIG. 15 is a block diagram of a circuit that processes a signal of a 4-division sensor.

【図16】本発明による蛍光ビーズアレー検出の状態を
説明するビーズアレーサンプルの斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view of a bead array sample illustrating a state of fluorescent bead array detection according to the present invention.

【図17】(A)ビーズアレーの位置変化を示すグラ
フ、(B)マルチスポット励起光の位置変化を示すグラ
フである。
FIG. 17A is a graph showing a change in the position of a bead array, and FIG. 17B is a graph showing a change in the position of multi-spot excitation light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5・・・蛍光検出光学系 6・・・XYステージ 7・・・
DNAビーズアレーサンプル 8・・・制御回路 1
1,12・・・励起レーザ光源 30・・・波長分離ビーム
スプリッタ 31・・・チューブレンズ 35・・・対物
レンズ 40・・・4分割ポジションセンサ 55・・・
波長選択ビームスプリッタ 71・・・ビーズ
301,302,303・・・励起光ビーム 11
1,121・・・AO偏向変調器 501,502・・・マ
ルチチャンネルフォトマル
5 ... Fluorescence detection optical system 6 ... XY stage 7 ...
DNA bead array sample 8 ... Control circuit 1
1, 12 ... Excitation laser light source 30 ... Wavelength separation beam splitter 31 ... Tube lens 35 ... Objective lens 40 ... 4-division position sensor 55 ...
Wavelength selection beam splitter 71 ... Beads
301, 302, 303 ... Excitation light beam 11
1,121 ... AO deflection modulator 501,502 ... Multi-channel photomultiplier

フロントページの続き (72)発明者 高橋 智 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 清野 太作 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 Fターム(参考) 2G043 AA03 BA16 CA09 EA01 FA01 GA06 GA07 GB01 HA01 HA07 HA09 JA02 JA03 KA02 KA05 KA07 KA09 LA02 MA01 Continued front page    (72) Inventor Satoshi Takahashi             882 Ichimo, Hitachinaka City, Ibaraki Stock Association             Company Hitachi Ltd. measuring instrument group (72) Inventor Taisaku Seino             882 Ichimo, Hitachinaka City, Ibaraki Stock Association             Company Hitachi Ltd. measuring instrument group F-term (reference) 2G043 AA03 BA16 CA09 EA01 FA01                       GA06 GA07 GB01 HA01 HA07                       HA09 JA02 JA03 KA02 KA05                       KA07 KA09 LA02 MA01

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】微小なビーズ又はドットアレーに蛍光物質
を付着させ、当該ビーズ又はドットアレーを1次元もし
くは2次元状に配列した蛍光ビーズ又はドットアレー試
料に励起光を照射し、得られる蛍光を検出する方法にお
いて、当該ビーズ又はドットアレーの直径に概ね等しい
ビーム径のスポット状の励起光を照射し、該ビーズ又は
ドットアレーと該スポット状励起光を相対的に走査し、
得られる蛍光を励起光から分離、検出する際、ビーズ配
列の1ピッチ分の相対走査に要する時間内で概ね常時ス
ポット励起光がビーズ又はドットアレーに照射するよう
にスポット励起光を追尾駆動することを特徴とする蛍光
ビーズ又は蛍光ドットアレーの検出方法。
1. A fluorescent substance is attached to a minute bead or dot array, and a fluorescent bead or dot array sample in which the bead or dot array is one-dimensionally or two-dimensionally arranged is irradiated with excitation light to obtain fluorescence. In the method of detecting, irradiating spot-shaped excitation light having a beam diameter approximately equal to the diameter of the beads or dot array, and relatively scanning the beads or dot array and the spot-shaped excitation light,
When separating and detecting the obtained fluorescence from the excitation light, the spot excitation light should be tracked and driven so that the spot excitation light irradiates the beads or dot array almost constantly within the time required for relative scanning for one pitch of the bead array. A method for detecting fluorescent beads or an array of fluorescent dots.
【請求項2】微小なビーズ又はドットアレーに蛍光物質
を付着させ、当該ビーズ又はドットアレーを1次元もし
くは2次元状に配列した蛍光ビーズ又はドットアレー試
料に励起光を照射し、得られる蛍光を検出する方法にお
いて、当該ビーズ又はドットアレーの直径に概ね等しい
ビーム径のスポット状の励起光を照射し、該ビーズ又は
ドットアレーと該スポット状励起光を相対的に走査し、
得られる蛍光を励起光から分離、検出する際、ビーズ又
はドット配列の1ピッチ分の相対走査に要する平均時間
内で概ねスポット励起光がビーズ又はドットアレーに照
射するように蛍光ビーズ又はドットアレー試料を1ピッ
チステップずつステップ移動させることを特徴とする蛍
光ビーズ又は蛍光ドットアレーの検出方法。
2. A fluorescent substance is adhered to minute beads or dot arrays, and fluorescent beads or dot array samples in which the beads or dot arrays are one-dimensionally or two-dimensionally arranged are irradiated with excitation light to obtain fluorescence. In the method of detecting, irradiating spot-shaped excitation light having a beam diameter approximately equal to the diameter of the beads or dot array, and relatively scanning the beads or dot array and the spot-shaped excitation light,
When separating and detecting the obtained fluorescence from the excitation light, fluorescent beads or dot array samples are so irradiated that the spot excitation light is generally applied to the beads or dot array within the average time required for relative scanning of one pitch of the beads or dot array. The method for detecting a fluorescent bead or a fluorescent dot array is characterized in that the step is moved by one pitch step.
【請求項3】上記蛍光ビーズ又はドットアレーは2次元
状に配列しており、上記スポット励起光はマルチスポッ
トからなることを特徴とする請求項1又は2記載の蛍光
ビーズ又は蛍光ドットアレーの検出方法。
3. The detection of fluorescent beads or fluorescent dot array according to claim 1, wherein the fluorescent beads or dot array are arranged two-dimensionally, and the spot excitation light is composed of multiple spots. Method.
【請求項4】上記追尾駆動は光偏向器を用い、上記相対
走査の駆動状態に同期して行うことを特徴とする請求項
1記載の蛍光ビーズ又は蛍光ドットアレーの検出方法。
4. The method for detecting fluorescent beads or fluorescent dot arrays according to claim 1, wherein the tracking drive is performed in synchronization with the relative scanning drive state by using an optical deflector.
【請求項5】上記追尾駆動はスポット励起光がビーズ又
はドットで反射もしくは回折した光分布の追尾方向の偏
りを検出し、この検出信号に基づいて、スポット励起光
の位置を補正することにより行われることを特徴とする
請求項1記載の蛍光ビーズ又は蛍光ドットアレーの検出
方法。
5. The tracking drive is performed by detecting a deviation in the tracking direction of a light distribution in which spot excitation light is reflected or diffracted by beads or dots, and correcting the position of spot excitation light based on this detection signal. The method for detecting fluorescent beads or fluorescent dot arrays according to claim 1, wherein
【請求項6】上記追尾駆動はビーズ又はドットアレーの
配列方向と上記相対走査の方向のずれを、スポット励起
光がビーズ又はドットで反射もしくは回折した光分布の
トラッキング方向の偏りを検出し、この検出信号に基づ
いてビーズ又はドットアレーの配列方向と直交する方向
にスポット励起光の位置もしくは蛍光ビーズ又はドット
アレー試料位置を補正することを特徴とする請求項1又
は2記載の蛍光ビーズ又は蛍光ドットアレーの検出方
法。
6. The tracking drive detects a deviation between the arrangement direction of beads or dot arrays and the relative scanning direction, and a deviation in a tracking direction of a light distribution of spot excitation light reflected or diffracted by beads or dots. 3. The fluorescent beads or fluorescent dots according to claim 1, wherein the position of the spot excitation light or the fluorescent bead or dot array sample position is corrected in a direction orthogonal to the arrangement direction of the beads or dot array based on the detection signal. Array detection method.
【請求項7】上記蛍光を検出する方法はフォトンカウン
ト検出法であることを特徴とする請求項1又は2記載の
蛍光ビーズ又は蛍光ドットアレーの検出方法。
7. The method for detecting fluorescent beads or fluorescent dot arrays according to claim 1, wherein the method for detecting fluorescence is a photon count detection method.
【請求項8】上記ビーズ配列の1ピッチ分の相対走査に
要する時間内で上記励起光の強度を段階的に変化させ、
各段階での蛍光を分離検出することを特徴とする請求項
1又は2記載の蛍光ビーズ又は蛍光ドットアレーの検出
方法。
8. The intensity of the excitation light is changed stepwise within the time required for relative scanning of one pitch of the bead array,
3. The method for detecting fluorescent beads or fluorescent dot arrays according to claim 1, wherein the fluorescence at each stage is detected separately.
【請求項9】励起光源と、当該励起光源より出射した励
起光を蛍光ビーズ又はドットアレーサンプルに概ねビー
ズ又はドットアレーの直径に等しいスポット径に絞り込
む励起光照射光学系と、蛍光ビーズまたはドットアレー
から得られる蛍光を検出するための蛍光検出光学系と、
当該蛍光を受光し電気信号に変換する光検出手段と、蛍
光ビーズ又はドットアレーサンプルを概ねアレーの方向
に走査する駆動ステージと、上記励起光照射光学系の中
にありビーズまたはドットの上記ステージの走査に伴う
位置変化に追尾し、励起光スポットを変化せしめる偏向
手段と、上記ステージの走査と照射スポットの追尾を制
御する制御回路からなる蛍光ビーズまたは蛍光ドットア
レー検出装置。
9. An excitation light source, an excitation light irradiation optical system for narrowing the excitation light emitted from the excitation light source to a fluorescent bead or dot array sample to a spot diameter approximately equal to the diameter of the bead or dot array, and fluorescent bead or dot array. A fluorescence detection optical system for detecting fluorescence obtained from
Light detection means for receiving the fluorescence and converting it into an electric signal, a drive stage for scanning the fluorescent bead or dot array sample in the direction of the array in general, and a stage for the beads or dots in the excitation light irradiation optical system. A fluorescent bead or fluorescent dot array detection device comprising a deflecting unit for tracking a change in position due to scanning and changing an excitation light spot, and a control circuit for controlling scanning of the stage and tracking of an irradiation spot.
【請求項10】励起光源と、当該励起光源より出射した
励起光を蛍光ビーズ又はドットアレーサンプルに概ねビ
ーズ又はドットアレーの直径に等しいスポット径に絞り
込む励起光照射光学系と、蛍光ビーズまたはドットアレ
ーから得られる蛍光を検出するための蛍光検出光学系
と、当該蛍光を受光し電気信号に変換する光検出手段
と、蛍光ビーズ又はドットアレーサンプルを概ねアレー
の方向に走査する駆動ステージと、ビーズ又はドット配
列の1ピッチ分の相対走査に要する平均時間内で概ねス
ポット励起光がビーズ又はドットアレーに照射するよう
に蛍光ビーズ又はドットアレー試料を1ピッチステップ
ずつステップ移動させるように制御する制御回路からな
る蛍光ビーズまたは蛍光ドットアレー検出装置。
10. An excitation light source, an excitation light irradiation optical system for narrowing the excitation light emitted from the excitation light source to a fluorescent bead or dot array sample to a spot diameter approximately equal to the diameter of the bead or dot array, and fluorescent bead or dot array. Fluorescence detection optical system for detecting the fluorescence obtained from, the light detection means for receiving the fluorescence and converting it into an electrical signal, a driving stage for scanning the fluorescent beads or dot array sample in the direction of the array in general, beads or From the control circuit that controls the fluorescent beads or dot array sample to move stepwise by one pitch step so that the spot excitation light irradiates the beads or dot array within the average time required for the relative scanning of one pitch of the dot array. Fluorescent beads or fluorescent dot array detector.
【請求項11】上記励起光照射光学系は励起光スポット
をマルチスポットとし、ビーズまたはドットアレーサン
プルの複数のビーズ又はドットに同時に照射するマルチ
スポット発生光学系を具備することを特徴とする請求項
9又は10記載の蛍光ビーズまたは蛍光ドットアレー検
出装置。
11. The excitation light irradiation optical system is provided with a multi-spot generation optical system which makes the excitation light spot a multi-spot and simultaneously irradiates a plurality of beads or dots of a bead or dot array sample. 9. The fluorescent bead or fluorescent dot array detection device according to 9 or 10.
【請求項12】スポット励起光がビーズ又はドットで反
射もしくは回折した光分布の走査方向の偏りを検出する
走査方向ずれ検出手段と、この検出信号に基づいて、ス
ポット励起光とビーズ又はドットの相対位置を補正する
走査制御手段を具備した請求項9又は10記載の蛍光ビ
ーズまたは蛍光ドットアレー検出装置。
12. A scanning direction deviation detecting means for detecting a deviation in a scanning direction of a light distribution in which spot excitation light is reflected or diffracted by beads or dots, and relative to the spot excitation light and beads or dots based on the detection signal. The fluorescent bead or fluorescent dot array detection device according to claim 9 or 10, further comprising scanning control means for correcting the position.
【請求項13】スポット励起光がビーズ又はドットで反
射もしくは回折した光分布の走査方向と直交するトラッ
キング方向の偏りを検出するトラッキング方向ずれ検出
手段と、この検出信号に基づいて、スポット励起光とビ
ーズ又はドットの相対位置を補正するトラッキング制御
手段を具備した請求項9又は10記載の蛍光ビーズまた
は蛍光ドットアレー検出装置。
13. A tracking direction deviation detecting means for detecting a deviation of a light distribution of spot excitation light reflected or diffracted by beads or dots in a tracking direction orthogonal to the scanning direction, and spot excitation light based on the detection signal. The fluorescent bead or fluorescent dot array detection device according to claim 9 or 10, further comprising tracking control means for correcting the relative position of the bead or dot.
【請求項14】上記光検出手段はフォトンカウント検出
器であることを特徴とする請求項9又は10記載の蛍光
ビーズまたは蛍光ドットアレー検出装置。
14. The fluorescent bead or fluorescent dot array detection device according to claim 9, wherein the light detection means is a photon count detector.
【請求項15】上記励起光照射光学系には励起光強度を
段階的に変化せしめる変調手段を具備し、上記光検出手
段には上記ビーズ配列の1ピッチ分の相対走査に要する
時間内で上記励起光の強度を段階的に変化させて得られ
る各段階での蛍光を分離検出する手段を具備することを
特徴とする請求項9又は10記載の蛍光ビーズ又は蛍光
ドットアレーの検出装置。
15. The excitation light irradiation optical system is provided with a modulation means for changing the excitation light intensity in a stepwise manner, and the photodetection means is provided within the time required for relative scanning of one pitch of the bead array. The fluorescent bead or fluorescent dot array detection device according to claim 9 or 10, further comprising means for separately detecting and detecting fluorescence at each step obtained by changing the intensity of the excitation light stepwise.
【請求項16】蛍光標識されたDNAを表面に付着させ
た蛍光ビーズ又は蛍光ドットのアレーからなるDNAサ
ンプルを蛍光検出することによりDNAを検査する方法
において請求項1から8項記載の蛍光検出方法のいずれ
かを用いたDNA検査方法。
16. The fluorescence detection method according to claim 1, which is a method for inspecting DNA by fluorescence-detecting a DNA sample consisting of an array of fluorescent beads or fluorescent dots having fluorescent-labeled DNA attached to the surface thereof. DNA inspection method using any of the above.
【請求項17】蛍光標識されたDNAを表面に付着させ
た蛍光ビーズ又は蛍光ドットのアレーからなるDNAサ
ンプルを蛍光検出することによりDNAを検査する装置
において請求項9から15項記載の蛍光検出装置のいず
れかを用いたDNA検査装置。
17. The fluorescence detection device according to claim 9, which is a device for inspecting DNA by fluorescence-detecting a DNA sample consisting of an array of fluorescent beads or fluorescent dots having fluorescent-labeled DNA attached to the surface thereof. A DNA testing device using any of the above.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006098286A (en) * 2004-09-30 2006-04-13 Yokogawa Electric Corp Screening device
JP2006337257A (en) * 2005-06-03 2006-12-14 Hitachi Software Eng Co Ltd Fluorescence reading apparatus and method for bead array
JP2009069011A (en) * 2007-09-13 2009-04-02 Sony Corp Reaction control apparatus and method
WO2010137543A1 (en) * 2009-05-27 2010-12-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ Nucleic acid analysis device, nucleic acid analysis apparatus, and nucleic acid analysis method
JP2011145110A (en) * 2010-01-12 2011-07-28 Institute Of Physical & Chemical Research Method for estimating amount of immobilized probe and use thereof

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006098286A (en) * 2004-09-30 2006-04-13 Yokogawa Electric Corp Screening device
JP4577645B2 (en) * 2004-09-30 2010-11-10 横河電機株式会社 Screening equipment
JP2006337257A (en) * 2005-06-03 2006-12-14 Hitachi Software Eng Co Ltd Fluorescence reading apparatus and method for bead array
JP4733433B2 (en) * 2005-06-03 2011-07-27 株式会社日立ソリューションズ Fluorescence reading apparatus for bead array and fluorescence reading method for bead array
JP2009069011A (en) * 2007-09-13 2009-04-02 Sony Corp Reaction control apparatus and method
WO2010137543A1 (en) * 2009-05-27 2010-12-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ Nucleic acid analysis device, nucleic acid analysis apparatus, and nucleic acid analysis method
JP2011145110A (en) * 2010-01-12 2011-07-28 Institute Of Physical & Chemical Research Method for estimating amount of immobilized probe and use thereof

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