JP2003254963A - Instrument for dynamically measuring biological molecule - Google Patents

Instrument for dynamically measuring biological molecule

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JP2003254963A
JP2003254963A JP2002059342A JP2002059342A JP2003254963A JP 2003254963 A JP2003254963 A JP 2003254963A JP 2002059342 A JP2002059342 A JP 2002059342A JP 2002059342 A JP2002059342 A JP 2002059342A JP 2003254963 A JP2003254963 A JP 2003254963A
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JP
Japan
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sample
stage
light
optical system
instrument
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2002059342A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Yagi
明 八木
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device capable of measuring a biological specimen by associating its optical characteristics, dynamic characteristics, and biochemical characteristics, with each other. <P>SOLUTION: A measuring instrument 100 includes an inverted microscope 120. The microscope 120 has a first XY stage 132 and a second XY stage 142 for moving a specimen 110, an observational optical system including an objective lens 152, and a lighting optical system 210 including a light source 212 and a condenser lens 216. The instrument 100 has an optical system for observing forward scattering, which includes a light quantity detector 236. The instrument 100 has an optical system for observing fluorescence or backward scattering, which includes an excitation light source 312, a mirror scanner 318, and a light quantity detector 330. The instrument 100 has a probe scanning unit 410, having a cantilever 412 and a displacement detecting system therefor. The detecting system includes a light source 422, a light receiving element 430, and a displacement detector 440. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、特定の基板に固着
された細胞の集団あるいは血球あるいは生体分子の生物
標本の試料の光学的特性と力学的特性と生化学的特性を
測定するための装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring optical properties, mechanical properties and biochemical properties of a sample of a cell population adhered to a specific substrate, a blood cell or a biological specimen of a biomolecule. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】日本国特許第3090679号は、生物
標本の光学的特性を測定する方法として、細胞集団を特
徴付ける光学的データを開示している。この方法は、デ
ジタルデータサンプルを生成するために細胞集団をレー
ザービームで走査するステップであって、異なる前記サ
ンプルは前記細胞集団内の異なる位置を表すステップ
と、前記デジタルデータを記憶するステップと、前記集
団内で細胞を位置付けするステップと、その位置付けさ
れた細胞に対応するデジタルデータサンプルを含む、デ
ジタルデータサンプルの近傍を定めるステップと、前記
近傍の各デジタルデータサンプルに対して、前の又は後
続する近傍における対応する走査位置からの記憶された
デジタルデータを基にして、バックグラウンドレベルを
概算するステップと、前記近傍に対応する前記デジタル
データサンプルの各々を、概算された前記バックグラウ
ンドレベルを用いて補正するステップと、前記近傍にお
ける前記の補正されたデジタルデータサンプルの和をと
って光学的データを発生するステップとを備えており、
前記細胞集団が可動面上にあり、前記の走査が前記可動
面のステップ運動に同期して行われ、デジタルデータが
取得された時間にほぼ対応する時間が同期デジタル時間
データとして記録かつ記憶され、サンプルに対応する位
置をそこから取得することができるデジタル位置データ
が発生され、その結果、各サンプルが、対応するデジタ
ル時間点および位置を有する。
Japanese Patent No. 3090679 discloses optical data characterizing cell populations as a method for measuring the optical properties of biological specimens. The method comprises scanning a cell population with a laser beam to produce a digital data sample, wherein the different samples represent different locations within the cell population, and storing the digital data. Locating cells within the population, defining a neighborhood of digital data samples, including digital data samples corresponding to the located cells, and for each digital data sample in the neighborhood, before or after. Estimating a background level based on stored digital data from corresponding scan positions in the neighborhood, and using each of the digital data samples corresponding to the neighborhood using the estimated background level. And the step of And a step of generating an optical data taking the sum of the corrected digital data samples of the serial,
The cell population is on a movable surface, the scanning is performed in synchronism with a step movement of the movable surface, and a time substantially corresponding to a time when digital data is acquired is recorded and stored as synchronous digital time data, Digital position data is generated from which the position corresponding to the sample can be obtained, so that each sample has a corresponding digital time point and position.

【0003】同特許はまた、生物標本の光学的特性を測
定する装置として、細胞集団を特徴付ける光学的データ
を生成する装置を開示している。この装置は、細胞集団
をレーザービームで走査するスキャナー及びレーザーの
走査に対して或る角度で細胞集団を動かす動力設備付き
ステージであって、レーザーの刺激により細胞から出さ
れる光からデジタルデータサンプルを生成し、異なる前
記サンプルは前記細胞集団内の走査線に沿った異なる位
置を表す、スキャナー及びステージと、前記デジタルデ
ータを記憶するメモリと、前記集団内の細胞に対応する
メモリにおけるデジタルデータサンプルを位置付けする
手段と、前記の位置付けされた細胞の周りに近傍を定め
る手段と、前記近傍の各デジタルデータサンプルに対す
るバックグラウンドレベルを、前又は後続の近傍におけ
る走査位置に対応する記憶されたデジタルデータを基に
して概算する手段と、光学的データを発生するために、
前記近傍に対応する前記デジタルデータサンプルの各々
を、前言の概算された近傍のバックグラウンドレベルを
用いて補正する手段とを備えている。
The patent also discloses a device for producing optical data characterizing a cell population as a device for measuring the optical properties of a biological specimen. The device is a scanner that scans the cell population with a laser beam and a powered stage that moves the cell population at an angle to the laser scan, which produces a digital data sample from the light emitted from the cells by laser stimulation. Generating a different sample representing a different position along a scan line within the cell population, a scanner and a stage, a memory for storing the digital data, and a digital data sample in the memory corresponding to the cells in the population. Means for positioning, means for defining a neighborhood around said positioned cell, background level for each digital data sample in said neighborhood, stored digital data corresponding to scan positions in previous or subsequent neighborhoods. A means to estimate based on and to generate optical data ,
Means for correcting each of the digital data samples corresponding to the neighborhood using the estimated neighborhood background level of the foregoing.

【0004】また、特開平5−322552号は、生物
標本の力学的特性、生化学的特性を測定する装置とし
て、探針走査型顕微鏡を開示している。この装置は、探
針を試料に対して微少距離まで近づけ、探針と試料の間
に作用する引力などの物理量を検出し、探針または試料
を走査させることにより、試料の表面形状や表面の物性
などを測定するようにした探針走査型顕微鏡において、
前記探針と試料の間に作用する引力の最大値を検出する
ピーク検出装置と、前記探針または試料を走査させるx
−y方向の走査信号および前記ピーク検出装置の出力か
ら吸着力分布を測定・画像化する吸着力画像記憶装置と
を備え、各測定点にてフォースカーブを測定し、吸着力
を記憶・画像化することにより、吸着力分布を測定す
る。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 322552/1993 discloses a probe scanning microscope as an apparatus for measuring mechanical characteristics and biochemical characteristics of a biological specimen. This device brings the probe close to the sample to a very small distance, detects a physical quantity such as an attractive force acting between the probe and the sample, and scans the probe or the sample to determine the surface shape and surface of the sample. In a scanning probe microscope that measures physical properties,
A peak detector for detecting the maximum value of the attractive force acting between the probe and the sample, and x for scanning the probe or the sample
-Adsorption force image storage device that measures and images the adsorption force distribution from the scanning signal in the y direction and the output of the peak detection device, measures the force curve at each measurement point, and stores and images the adsorption force. By doing so, the suction force distribution is measured.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述した装置はそれぞ
れ光学的特性を測定すること、力学的特性及び生化学的
特性を測定することはできるが、それぞれ別個の装置で
ある。経時変化を伴う生物標本の測定を異なる装置で行
なうことは意味が無い。
The above-mentioned devices are capable of measuring optical properties, mechanical properties and biochemical properties, but they are separate devices. It does not make sense to use different instruments to measure biological specimens over time.

【0006】本発明は、生物標本の光学的特性と力学的
特性と生化学的特性とを関連づけて測定し得る装置を提
供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a device capable of associating and measuring optical properties, mechanical properties and biochemical properties of a biological specimen.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、試料の特性情
報を取得する装置において、光学的特性に基づき、試料
の位置を予め検出しておき、検出された光学的特性の一
定の範囲に属する位置を自動で検出し、検出された位置
において力学的測定を行なうことを特徴とする。
According to the present invention, in a device for acquiring characteristic information of a sample, the position of the sample is detected in advance based on the optical characteristic and the detected optical characteristic is set within a certain range. It is characterized in that the position to which it belongs is automatically detected and the mechanical measurement is performed at the detected position.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0009】本実施形態は、生物標本の光学的特性と力
学的特性と生化学的特性を測定する装置である。
The present embodiment is an apparatus for measuring optical characteristics, mechanical characteristics and biochemical characteristics of a biological specimen.

【0010】図1において、測定装置100は、試料1
10を光学的に観察するための倒立型の顕微鏡120を
有している。顕微鏡120は、倒立型である必然性はな
く、後述する各機能要素が適所に配置されさえすれば、
正立型であっても構わない。
In FIG. 1, a measuring device 100 is a sample 1
It has an inverted microscope 120 for optically observing 10. The microscope 120 does not necessarily have to be an inverted type, as long as each functional element described later is arranged in a proper place.
It may be upright.

【0011】試料110は、組織または細胞標本あるい
は特定のパターンで滴下されたDNAあるいはタンパク
質等の生体分子が載せられたスライドか、または細胞が
底面に付着した上面が開放できる培養容器でよい。
The sample 110 may be a tissue or cell specimen, a slide on which biomolecules such as DNA or protein dropped in a specific pattern are placed, or a culture container in which cells are attached to the bottom surface and the top surface can be opened.

【0012】標本の細胞は、目的に応じて抗体反応等を
利用して光散乱特性を変えたり、蛍光物質により染色し
たりしてもよい。ただし、各細胞の散乱または蛍光は、
DNAまたは蛋白質のような特定細胞成分、あるいは特
定細胞抗原にのみ結合する蛍光抗体量の何れかに関係す
ることが望ましい。
The cells of the sample may be changed in light scattering property by utilizing an antibody reaction or the like or may be stained with a fluorescent substance depending on the purpose. However, the scattering or fluorescence of each cell is
It is desirable to relate to either specific cell components such as DNA or proteins, or the amount of fluorescent antibody that binds only to specific cell antigens.

【0013】顕微鏡120は、試料110を移動させる
ためのステージを有している。ステージは、第一のXY
ステージ132と、第二のXYステージ142とを有し
ている。第一のXYステージ132は圧電体制御のXY
ステージであり、XY圧電体駆動回路134により駆動
される。第二のXYステージ142はステップモーター
制御のXYステージである。第二のXYステージ142
は、X方向ステップモーター144と、Y方向ステップ
モーター146とを有しており、XYステージ制御回路
148によって制御される。
The microscope 120 has a stage for moving the sample 110. The stage is the first XY
It has a stage 132 and a second XY stage 142. The first XY stage 132 is a piezoelectric controlled XY
The stage is driven by the XY piezoelectric body driving circuit 134. The second XY stage 142 is a step motor-controlled XY stage. Second XY stage 142
Has an X-direction step motor 144 and a Y-direction step motor 146, and is controlled by the XY stage control circuit 148.

【0014】顕微鏡120は、試料110を光学的に観
察するための観察光学系を有している。観察光学系は、
対物レボルバー150と、対物レボルバーに取り付けら
れた複数の対物レンズ152と、フィルター162と、
光路を折り曲げるためのミラー166と、下部筐体16
4に設けられたポート168とを有している。対物レン
ズ152は、対物レボルバー150によって、任意の一
つが試料110の下方の光路上に配置される。ポート1
68には、例えば、CCDカメラ172が取り付けられ
ている。ポート168には、接眼鏡筒などが取り付けら
れてもよい。顕微鏡120は、手動あるいはモーターで
対物レボルバー150を上下させることにより焦点合わ
せが行なわれる。
The microscope 120 has an observation optical system for optically observing the sample 110. The observation optical system
An objective revolver 150, a plurality of objective lenses 152 attached to the objective revolver, a filter 162,
Mirror 166 for bending the optical path, and lower housing 16
4 and a port 168 provided in the No. 4 port. Any one of the objective lenses 152 is arranged on the optical path below the sample 110 by the objective revolver 150. Port 1
A CCD camera 172 is attached to 68, for example. An eyepiece tube or the like may be attached to the port 168. Focusing is performed on the microscope 120 manually or by moving the objective revolver 150 up and down by a motor.

【0015】顕微鏡120は、さらに、試料を照明する
ための照明光学系210を有している。照明光学系21
0は、光源212と、コレクタレンズ214と、コンデ
ンサレンズ216とを有している。照明光学系210
は、さらに、シャッター222と、位相差用リング開口
224とを有している。これらは、検鏡法に応じて、適
宜光路上に配置される。
The microscope 120 further has an illumination optical system 210 for illuminating the sample. Illumination optical system 21
Reference numeral 0 has a light source 212, a collector lens 214, and a condenser lens 216. Illumination optical system 210
Further has a shutter 222 and a phase difference ring opening 224. These are appropriately arranged on the optical path according to the spectroscopic method.

【0016】測定装置100は、さらに、前方散乱を観
察するための光学系を有している。この光学系は、照明
光学系210の光路上に配置されたダイクロイックミラ
ー232と、受けた光の強度に応じた電気信号を出力す
る光検出器234と、光検出器234からの信号に基づ
いて光量を算出する光量検出器236とを有している。
The measuring device 100 further has an optical system for observing forward scattering. This optical system is based on a dichroic mirror 232 arranged on the optical path of the illumination optical system 210, a photodetector 234 that outputs an electric signal according to the intensity of received light, and a signal from the photodetector 234. And a light amount detector 236 for calculating the light amount.

【0017】測定装置100は、さらに、蛍光または後
方散乱を観察するための蛍光観察光学系を有している。
蛍光観察光学系は、励起光を生成するための励起光源3
12を有している。励起光源312は、例えば、ヘリウ
ムネオンレーザーやアルゴンイオンレーザーやヘリウム
カドミウムレーザーなどの固体レーザー、あるいはスー
パールミネッセントダイオードである。励起光源312
は、用途に応じて、二つの光源を有していてもよい。
The measuring apparatus 100 further has a fluorescence observation optical system for observing fluorescence or backscattering.
The fluorescence observation optical system includes an excitation light source 3 for generating excitation light.
Have twelve. The excitation light source 312 is, for example, a solid laser such as a helium neon laser, an argon ion laser, or a helium cadmium laser, or a super luminescent diode. Excitation light source 312
May have two light sources depending on the application.

【0018】蛍光観察光学系は、さらに、蛍光を選択的
に取り出すためのダイクロイックミラー314と、レン
ズ316と、励起光のビームを走査するためのミラース
キャナー318と、レンズ322と、外照明視野絞り3
24と、フィルタ326と、前述の観察光学系の光路上
に配置されたダイクロイックミラー328とを有してい
る。これらは、励起光源312で生成される励起光の光
路に沿って配置されている。
The fluorescence observation optical system further includes a dichroic mirror 314 for selectively extracting fluorescence, a lens 316, a mirror scanner 318 for scanning a beam of excitation light, a lens 322, and an external illumination field diaphragm. Three
24, a filter 326, and a dichroic mirror 328 arranged on the optical path of the observation optical system described above. These are arranged along the optical path of the excitation light generated by the excitation light source 312.

【0019】ダイクロイックミラー314は殆どすべて
の波長のレーザー光を通す一方、試料110で発生した
蛍光を選択的に反射する。ミラースキャナー318はレ
ーザースキャン回路320によって駆動される。
The dichroic mirror 314 allows laser light of almost all wavelengths to pass therethrough, while selectively reflecting the fluorescence generated in the sample 110. The mirror scanner 318 is driven by the laser scan circuit 320.

【0020】蛍光観察光学系は、前述した光学観察のた
めの対物レンズ152も含んでいる。つまり、蛍光観察
光学系は対物レンズ152を前述の観察光学系と共用し
ている。蛍光観察光学系と観察光学系の光路は、ダイク
ロイックミラー328によって、これと試料110の間
だけ結合している。ダイクロイックミラー328は、励
起光と蛍光を選択的に反射する。
The fluorescence observation optical system also includes the objective lens 152 for optical observation described above. That is, the fluorescence observation optical system shares the objective lens 152 with the observation optical system described above. The fluorescence observation optical system and the optical path of the observation optical system are coupled by the dichroic mirror 328 only between this and the sample 110. The dichroic mirror 328 selectively reflects excitation light and fluorescence.

【0021】蛍光観察光学系は、さらに、ダイクロイッ
クミラー314で反射された蛍光を検出するための光量
検出器330とを有している。光量検出器330は、図
2に示されるように、ミラー332と、フィルタ334
と、第一のフォトマルチプライヤー336とを有してい
る。光量検出器330は、さらに、ダイクロイックミラ
ー342と、フィルタ344と、第二のフォトマルチプ
ライヤー346とを有している。フォトマルチプライヤ
ーの代わりに、フォトダイオードや光電子倍増管など、
光量検出可能な任意の光電変換素子が用いられてもよ
い。
The fluorescence observation optical system further has a light amount detector 330 for detecting the fluorescence reflected by the dichroic mirror 314. The light amount detector 330 includes a mirror 332 and a filter 334 as shown in FIG.
And a first photomultiplier 336. The light amount detector 330 further includes a dichroic mirror 342, a filter 344, and a second photomultiplier 346. Instead of photomultiplier, photodiode, photomultiplier tube, etc.
Any photoelectric conversion element capable of detecting the amount of light may be used.

【0022】ダイクロイックミラー342は、部分的に
銀メッキして、もし用途が蛍光の偏光解消を測定するこ
とを必要とするならば、偏光に基づいて反射させたり透
過させたりしてもよい。
The dichroic mirror 342 may be partially silver plated and may reflect or transmit based on polarization if the application requires that fluorescence depolarization be measured.

【0023】図1において、測定装置100は、さら
に、試料110を探針を用いて観察するための探針走査
ユニット410と、これをZ軸に沿って移動可能に支持
するZステージ452とを有している。探針走査ユニッ
ト410は、Zステージ452によって試料110の上
方に支持されている。Zステージ452は、電体制御の
Zステージであり、Z軸に沿った探針走査ユニット41
0の位置を高精度に調整し得る。さらに測定装置100
はZステージ452を駆動するためのZ圧電体駆動回路
454を有している。
In FIG. 1, the measuring apparatus 100 further includes a probe scanning unit 410 for observing the sample 110 with a probe, and a Z stage 452 that supports the probe scanning unit 410 so as to be movable along the Z axis. Have The probe scanning unit 410 is supported above the sample 110 by the Z stage 452. The Z stage 452 is an electric body controlled Z stage, and is a probe scanning unit 41 along the Z axis.
The position of 0 can be adjusted with high precision. Further measuring device 100
Has a Z piezoelectric drive circuit 454 for driving the Z stage 452.

【0024】測定装置100は、図には示されていない
が、Zステージ452をZ軸に沿って移動可能に支持す
る第二のZステージを更に有している。第二のZステー
ジはモーター制御のZステージであり、比較的長いスト
ロークを有している。第二のZステージはZステージ4
52と共に探針走査ユニット410を移動させる 探針走査ユニット410は、自由端に探針を備えるカン
チレバー412と、カンチレバー412の自由端の変位
を検出する変位検出系とを有している。
Although not shown in the drawing, the measuring apparatus 100 further includes a second Z stage that supports the Z stage 452 so as to be movable along the Z axis. The second Z stage is a motor controlled Z stage and has a relatively long stroke. The second Z stage is Z stage 4
The probe scanning unit 410, which moves the probe scanning unit 410 together with 52, has a cantilever 412 having a probe at its free end, and a displacement detection system for detecting the displacement of the free end of the cantilever 412.

【0025】変位検出系は、光ビームを発射する光源
(LD)422と、光ビームを絞るレンズ424と、光
ビームをカンチレバー412に向けて反射するミラー4
26と、カンチレバー412からの反射光を偏向するミ
ラー428と、カンチレバー412からの反射光を光電
変換する受光素子(PD)430と、受光素子430か
らの電気信号に基づいてカンチレバー412の変位を求
める変位検出器440とを有している 測定装置100は、さらに、装置全体を制御するための
動作制御装置180を有している。動作制御装置180
は、いわゆるコンピューターであり、記憶装置やアナロ
グデジタル変換器などを内蔵している。動作制御装置1
80は、光量検出器236と光量検出器330と変位検
出器440から情報を取得し、XY圧電体駆動回路13
4とXYステージ制御回路148とZ圧電体駆動回路4
54とレーザースキャン回路320の駆動を制御する。
The displacement detection system includes a light source (LD) 422 that emits a light beam, a lens 424 that narrows the light beam, and a mirror 4 that reflects the light beam toward the cantilever 412.
26, a mirror 428 for deflecting the reflected light from the cantilever 412, a light receiving element (PD) 430 for photoelectrically converting the reflected light from the cantilever 412, and a displacement of the cantilever 412 based on an electric signal from the light receiving element 430. The measuring device 100 including the displacement detector 440 further includes an operation control device 180 for controlling the entire device. Motion control device 180
Is a so-called computer, which has a built-in storage device, analog-digital converter, and the like. Motion control device 1
80 acquires information from the light amount detector 236, the light amount detector 330, and the displacement detector 440, and the XY piezoelectric body drive circuit 13
4, an XY stage control circuit 148, and a Z piezoelectric body driving circuit 4
54 and the laser scanning circuit 320 are controlled.

【0026】動作制御装置180は、光量検出器236
と光量検出器330からアナログ信号を受け取り、アナ
ログデジタル変換して得られたデジタル信号を記憶す
る。またXYステージ142から制限値を提供するデジ
タル値を受け取り、XYステージ142を制御するデジ
タル出力値を提供する。さらに光量検出器330への供
給電圧を制御するのに使用されるアナログ電圧値も制御
する。
The operation controller 180 includes a light amount detector 236.
The analog signal is received from the light amount detector 330 and the digital signal obtained by analog-to-digital conversion is stored. It also receives a digital value that provides a limiting value from the XY stage 142 and provides a digital output value that controls the XY stage 142. It also controls the analog voltage value used to control the supply voltage to the light intensity detector 330.

【0027】動作制御装置180は、変位検出器440
からカンチレバー412の変位信号を受け取り、これに
基づいてZ圧電体駆動回路454を制御して、試料表面
の凹凸情報あるいは分子物性情報を取得し記憶する。ま
た、第二のXYステージ132に基づいて試料110の
位置情報を取得し、これと凹凸情報あるいは物性分布情
報対応させて、凹凸情報あるいは物性分布情報の画像を
構築する。
The motion controller 180 includes a displacement detector 440.
From the displacement signal of the cantilever 412, the Z piezoelectric body driving circuit 454 is controlled based on the displacement signal, and the unevenness information or molecular physical property information of the sample surface is acquired and stored. Further, the positional information of the sample 110 is acquired based on the second XY stage 132, and the positional information is associated with the concave-convex information or the physical property distribution information to construct an image of the concave-convex information or the physical property distribution information.

【0028】励起光源312から発射された光ビーム
は、ダイクロイックミラー314を通過し、ミラースキ
ャナー318の前後に位置する二枚のレンズ316と3
22によって、外照明視野絞り324上に結像される。
光ビームは、ミラースキャナー318によって、外照明
視野絞り324上を移動すなわち走査される。外照明視
野絞り324を通過した光ビームは、フィルタ326と
ダイクロイックミラー238を経て、対物レンズ152
によって集光され、試料110の面上に一定直径または
サイズのスポットを形成する。
The light beam emitted from the excitation light source 312 passes through a dichroic mirror 314 and two lenses 316 and 3 located before and after a mirror scanner 318.
An image is formed on the external illumination field stop 324 by 22.
The light beam is moved or scanned by an external illumination field stop 324 by a mirror scanner 318. The light beam that has passed through the external illumination field diaphragm 324 passes through the filter 326 and the dichroic mirror 238, and then the objective lens 152.
The light is condensed by the light to form a spot having a constant diameter or size on the surface of the sample 110.

【0029】レンズ316と322の焦点距離およびミ
ラースキャナー318の偏向角は視野絞り324に従っ
て試料110のスポットサイズおよび走査長さを制御す
る。ミラースキャナー318は100〜1000Hzで
駆動され、試料110上のスポットのサイズは10ミク
ロン、試料面上の走査長さは120ミクロンである。こ
れらは公称値であり、対物レボルバー150により光路
上に配置する対物レンズ152を変更することにより変
更可能である。
The focal lengths of the lenses 316 and 322 and the deflection angle of the mirror scanner 318 control the spot size and scanning length of the sample 110 according to the field stop 324. The mirror scanner 318 is driven at 100 to 1000 Hz, the spot size on the sample 110 is 10 microns, and the scan length on the sample surface is 120 microns. These are nominal values and can be changed by changing the objective lens 152 arranged on the optical path by the objective revolver 150.

【0030】第二のXYステージ142は、その移動量
をモニター可能なセンサーを有しているとよい。好まし
くは、センサーはXYステージ142の原点位置を指示
するとともにXYステージ142の走行を制限するため
の信号を動作制御装置180に与える。さらに好ましく
は、センサーは、試料面上の与えられた細胞の基準位置
からの相対的な移動量を検出し、動作制御装置180は
それを記憶する。記憶された移動量に従って細胞を再配
置することにより、その細胞を再び観察したり、その細
胞の光学的な特性を再度測定したりすることを容易に行
なえる。
The second XY stage 142 preferably has a sensor capable of monitoring the amount of movement thereof. Preferably, the sensor gives a signal for indicating the origin position of the XY stage 142 and a signal for restricting the traveling of the XY stage 142 to the operation control device 180. More preferably, the sensor detects the relative movement amount of a given cell from the reference position on the sample surface, and the motion control device 180 stores it. By rearranging the cells according to the stored migration amount, it is possible to easily observe the cells again and measure the optical characteristics of the cells again.

【0031】試料110で発生した蛍光や試料110で
後方散乱された光は、励起光の光路を逆行してダイクロ
イックミラー314に達し、これによって光量検出器3
30に向けて選択的に反射される。光量検出器330に
入射したエネルギー(蛍光や散乱光)は、図2に示され
るように、ダイクロイックミラー342によって二つに
分割される。ダイクロイックミラー342は、例えば散
乱光と蛍光に、あるいは波長の異なる二つの蛍光に分割
する。
The fluorescence generated by the sample 110 and the light back-scattered by the sample 110 go backward in the optical path of the excitation light and reach the dichroic mirror 314, whereby the light quantity detector 3 is detected.
It is selectively reflected toward 30. The energy (fluorescence or scattered light) incident on the light quantity detector 330 is divided into two by the dichroic mirror 342 as shown in FIG. The dichroic mirror 342 divides into, for example, scattered light and fluorescent light, or into two fluorescent lights having different wavelengths.

【0032】ダイクロイックミラー342で反射された
エネルギーは、適切な帯域波長を有するフィルタ344
を通り、フォトマルチプライヤー346に達し、光電変
換される。ダイクロイックミラー342を通過した残り
のエネルギーは、ミラー332で反射され、フィルタ3
34を通り、フォトマルチプライヤー336に達し、光
電変換される。
The energy reflected by the dichroic mirror 342 is filtered by the filter 344 having an appropriate band wavelength.
And reaches the photomultiplier 346, and is photoelectrically converted. The remaining energy that has passed through the dichroic mirror 342 is reflected by the mirror 332 and is filtered by the filter 3
After passing through 34, it reaches the photomultiplier 336 and is photoelectrically converted.

【0033】光量検出器330は、フォトマルチプライ
ヤー336と346の出力に基づいて光量を算出する。
光量検出器330は、光量に対応する信号を、内部の増
幅器でその信号強度を動作制御装置180のアナログデ
ジタル変換器の入力電圧範囲に調整して、動作制御装置
180に送る。
The light amount detector 330 calculates the light amount based on the outputs of the photomultipliers 336 and 346.
The light quantity detector 330 adjusts the signal strength of the signal corresponding to the light quantity by an internal amplifier within the input voltage range of the analog-digital converter of the operation control device 180 and sends the signal to the operation control device 180.

【0034】図1に戻り、試料110で前方散乱された
光は、ダイクロイックミラー232で反射され、光検出
器234に達し、光電変換される。光量検出器236
は、光検出器234の出力に基づいて光量を算出する。
光量検出器236、光量に対応する信号を、内部の増幅
器でその信号強度を動作制御装置180のアナログデジ
タル変換器の入力電圧範囲に調整して、動作制御装置1
80に送る。
Returning to FIG. 1, the light scattered forward by the sample 110 is reflected by the dichroic mirror 232, reaches the photodetector 234, and is photoelectrically converted. Light intensity detector 236
Calculates the light amount based on the output of the photodetector 234.
The light intensity detector 236 adjusts the signal intensity of the signal corresponding to the light intensity with an internal amplifier within the input voltage range of the analog-digital converter of the operation control device 180, and the operation control device 1
Send to 80.

【0035】動作制御装置180は、光量検出器236
と光量検出器330からの入力信号を、ミラースキャナ
ー318あるいは第一のXYステージ132あるいは第
二のXYステージ142の位置と同期させて記憶する。
同期は、それぞれのスキャナーあるいはステージの運動
を制御する信号の発生のさせ方によって異なる。同期パ
ルスからの時間分割あるいは同時記録、既存波形の読み
取り配列との対応他の方法である。もちろん、この同期
信号は別個の入力信号として使用してもよい。
The operation controller 180 includes a light amount detector 236.
And an input signal from the light amount detector 330 are stored in synchronization with the position of the mirror scanner 318 or the first XY stage 132 or the second XY stage 142.
Synchronization depends on how the signals that control the movement of each scanner or stage are generated. Other methods are time division from the sync pulse or simultaneous recording, correspondence with the reading arrangement of the existing waveform. Of course, this sync signal may be used as a separate input signal.

【0036】使用者は記載しないモニタ画面上で、サン
プリング速度及び多種のテストパラメータ、走査領域、
しきい値設定などを設定できる。デジタル化されたパラ
メータの数もまた予め設定され、増幅器ゲイン設定およ
び入力と出力との関係、即ち、リニアであるか対数関係
であるか、を追加のパラメータとして使用可能である。
ミラースキャナー318、第一のXYステージ132あ
るいは第二のXYステージ142の出力および入力は、
X方向およびY方向の試料対レーザー光、あるいはカン
チレバーの相対運動を制御するのに使用され、これらの
スキャナーの各々はそれぞれ動作制御装置により駆動さ
れる。
On the monitor screen, which is not described by the user, the sampling rate and various test parameters, scanning area,
You can set threshold settings. The number of digitized parameters is also preset and the amplifier gain setting and the input-output relationship, ie linear or logarithmic, can be used as additional parameters.
The output and input of the mirror scanner 318, the first XY stage 132 or the second XY stage 142 are
Used to control the sample-to-laser light in the X and Y directions, or the relative movement of the cantilevers, each of these scanners being driven by a respective motion controller.

【0037】測定の手順 第一の工程では、第一のXYステージのステップモータ
ーの駆動信号に同期させて記憶した、試料のXY平面内
の細胞上の前方散乱の分布あるいは蛍光分布によって試
料面内の細胞の存在位置を記憶する。記憶される情報
は、照射されるレーザー光の照射面積及び平均化される
時間、走査速度に応じて決まる試料上の面積に応じた光
量分布であり、例えば細胞1個あたりに相当する面積の
光量が一定の範囲である位置を記憶された光量分布から
抜き出す処理を行なう。抜き出された位置の順番を決め
ておく。
Measurement procedure In the first step, the in-plane of the sample is determined by the forward scattering distribution or fluorescence distribution on the cells in the XY plane of the sample stored in synchronization with the drive signal of the step motor of the first XY stage. Memorize the location of the cells. The information to be stored is a light amount distribution according to the irradiation area of the irradiated laser light, the time to be averaged, and the area on the sample determined according to the scanning speed. For example, the light quantity of the area corresponding to one cell Is extracted from the stored light intensity distribution. Determine the order of the extracted positions.

【0038】第二の工程では、第一の工程で決めた一定
光量が検出された位置が順番にカンチレバー412の直
下になるように第二のXYステージ142の制御信号を
設定する。
In the second step, the control signal of the second XY stage 142 is set so that the position where the constant light amount determined in the first step is detected is directly below the cantilever 412.

【0039】第三の工程では、図1に示されていないス
テップモーター等により駆動される第二のZステージに
より、カンチレバー412と試料110がZステージ4
52の動作範囲内で相互作用できるように、接近させ
る。
In the third step, the cantilever 412 and the sample 110 are moved to the Z stage 4 by the second Z stage driven by a step motor or the like not shown in FIG.
It is close enough to interact within the range of motion of 52.

【0040】第四の工程では、Zステージ452の上下
動作に同期させて、カンチレバー412と試料110と
の間の相互作用を反映するカンチレバー412の変位信
号を記録する。
In the fourth step, the displacement signal of the cantilever 412, which reflects the interaction between the cantilever 412 and the sample 110, is recorded in synchronization with the vertical movement of the Z stage 452.

【0041】第二の工程から第四の工程までの一連の動
作を、第一の工程で設定した一定光量範囲の位置の数だ
け繰り返す。
A series of operations from the second step to the fourth step are repeated for the number of positions within the constant light amount range set in the first step.

【0042】上述した動作により、特定のたんぱく質あ
るいはDNAが発現している細胞に関して、その表面に
存在する受容体あるいは糖鎖などの分子と、カンチレバ
ー上の探針との相互作用の情報を記録することができ
る。
By the above-mentioned operation, information on the interaction between a molecule such as a receptor or sugar chain existing on the surface of a cell expressing a specific protein or DNA and the probe on the cantilever is recorded. be able to.

【0043】上述した第四の工程は、第一のXYステー
ジ132を用いて一定の面積で例えば100×100点
で繰り返すように変更されてもよい。これにより、相互
作用の分布情報を記録できる。
The above-mentioned fourth step may be modified so as to be repeated at a constant area, for example, 100 × 100 points, using the first XY stage 132. This makes it possible to record interaction distribution information.

【0044】DNAチップのように予め決められた位置
に試料が限定されている場合には、上述した第一の工程
は、第二のXYステージ142の移動を予め決められた
位置に移動させて、試料のある場所のみで光量測定動作
を行なうように変更されてもよい。これにより、測定時
間を短縮することができる。
When the sample is limited to a predetermined position like a DNA chip, the first step described above is to move the second XY stage 142 to a predetermined position. , May be modified so that the light quantity measurement operation is performed only at a place where the sample is present. Thereby, the measurement time can be shortened.

【0045】これまで、図面を参照しながら本発明の具
体的な実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施
形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で様々に変形されてよい。
Although specific embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. May be done.

【0046】例えば、第一のXYステージ142は、ス
テップモーターの代わりに、パルスモーターやエンコー
ダ付モーターなどで駆動されてもよい。また、一軸ごと
に異なる手段で駆動されてもよい。
For example, the first XY stage 142 may be driven by a pulse motor or a motor with an encoder instead of the step motor. Further, the driving may be performed by different means for each axis.

【0047】散乱光に基づいて細胞を選別する手法につ
いては、透過照明光路に設けた出し入れ可能なミラーに
より折り返し、直接光以外の光のみを受けることのでき
る光学センサーに導いて、光学センサーからの信号を元
に識別してもよい。センサーの形式としては、光軸をず
らして設置したものでも、同心円状の中心部分に感度を
無くしたものでもよい。
Regarding the method of selecting cells based on scattered light, the cells are folded back by a retractable mirror provided in the transmission illumination optical path, and led to an optical sensor capable of receiving only light other than direct light. You may identify based on a signal. The sensor may be installed with the optical axis shifted, or may have a concentric center portion with no sensitivity.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明によれば、生物標本の光学的特性
と力学的特性と生化学的特性とを関連づけて測定し得る
装置が提供される。
According to the present invention, there is provided an apparatus capable of correlating and measuring optical properties, mechanical properties and biochemical properties of a biological specimen.

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

【図1】本発明の実施形態の装置の全体の構成を示して
いる。
FIG. 1 shows the overall configuration of an apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の蛍光観察光学系の光量検出器の構成を示
している。
FIG. 2 shows a configuration of a light quantity detector of the fluorescence observation optical system of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 測定装置 120 顕微鏡 132 第一のXYステージ 142 第二のXYステージ 152 対物レンズ 172 CCDカメラ 180 動作制御装置 210 照明光学系 212 光源 216 コンデンサレンズ 236 光量検出器 312 励起光源 318 ミラースキャナー 330 光量検出器 410 探針走査ユニット 412 カンチレバー 422 光源 430 受光素子 440 変位検出器 100 measuring device 120 microscope 132 First XY stage 142 Second XY Stage 152 Objective lens 172 CCD camera 180 Motion control device 210 Illumination optical system 212 light source 216 Condenser lens 236 Light intensity detector 312 Excitation light source 318 Mirror Scanner 330 Light intensity detector 410 Probe scanning unit 412 cantilever 422 light source 430 Light receiving element 440 displacement detector

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料の特性情報を取得する装置におい
て、光学的特性に基づき、試料の位置を予め検出してお
き、検出された光学的特性の一定の範囲に属する位置を
自動で検出し、検出された位置において力学的測定を行
なうことを特徴とする、生物分子の力学的測定装置。
1. An apparatus for acquiring characteristic information of a sample, the position of the sample is previously detected based on the optical characteristic, and the position belonging to a certain range of the detected optical characteristic is automatically detected, An apparatus for mechanically measuring a biomolecule, which comprises performing a mechanical measurement at a detected position.
【請求項2】 試料が細胞集団である、請求項1に記載
の測定装置。
2. The measuring device according to claim 1, wherein the sample is a cell population.
【請求項3】 試料がDNAやたんぱく質等の生体分子
の集積物である、請求項1に記載の測定装置。
3. The measuring device according to claim 1, wherein the sample is an aggregate of biomolecules such as DNA and protein.
【請求項4】 力学的測定が単一の距離依存性に基づく
測定である、請求項1に記載の測定装置。
4. The measuring device according to claim 1, wherein the mechanical measurement is a measurement based on a single distance dependency.
【請求項5】 力学的測定が特定の面積で多数点の距離
依存性にも基づく測定である、請求項1に記載の測定装
置。
5. The measuring device according to claim 1, wherein the mechanical measurement is a measurement based on distance dependence of a large number of points in a specific area.
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Cited By (3)

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