JP2004138420A - Biochip equipped with confocal optical system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive, compact biochip reading apparatus by providing biochips having a confocal optical system. <P>SOLUTION: The biochips comprise a substrate having a plurality of samples and a light-shielding member that is provided at a surface at a side opposite to a surface provided with the sample of the substrate. The substrate has a lens corresponding to each of the substrates. The light-shielding member has an opening corresponding to each of the samples, and the sample and the opening are in a confocal relationship via the lens. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微弱な光の進行方向を所定の方向に制御する機能を有するバイオチップに関し、具体的には共焦点光学系を備えたバイオチップに関する。また本発明は、当該バイオチップを用いたバイオチップ読取装置および光検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガラスやシリコンなどの基板上に複数の試料を並べて固定化したバイオチップ(DNAチップ、プロテインチップ、DNAアレイおよびDNAマイクロアレイなどを含む)を用いた物性評価試験や定量試験では、蛍光あるいは化学発光の検出が行われることが多い。こうした微弱な光を検出する代表的な装置としては、共焦点光学系を用いたバイオチップ読取装置が挙げられる(例えば、特許文献1を参照のこと)。
【0003】
共焦点光学系とは、結像する位置(合焦点位置)にピンホールを置くことで、合焦点以外からの光を一切排除し、コントラストの良い像を得るための光学系である。
【0004】
共焦点光学系を用いた従来のバイオチップ読取装置22は、図6に示すように、試料23を備えたバイオチップ24、対物レンズ25、ビームスプリッター26、ミラー27、光学フィルタ28、受光レンズ29、共焦点ピンホール30、受光器31などから構成される。光源(図示されない)から出射される励起光32をビームスプリッター26で反射させて試料23に照射すると、励起された試料23から蛍光33が発生する。その蛍光33を、試料23の上側に位置する対物レンズ25で取り込み、ビームスプリッター26を透過させ、ミラー27により光学フィルタ28に導き、受光レンズ29により集光し、共焦点ピンホール30によりノイズ光を除去して、受光器31により検出する。化学発光検出の場合、励起光32は照射されないが、試料23から発せられた光が受光器31により検出されるまでの過程は同様である。
このような共焦点型のバイオチップ読取装置は、検出光のSN比が高いが、ノイズ光を低減させるための光学系が複雑かつ大型なので装置価格が高い。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−311690「バイオチップ読取装置及び電気泳動装置」
【発明が解決しようとする課題】
上述の事情に鑑み、本発明は、バイオチップ読取装置の小型化および低価格化を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるバイオチップは、複数の試料を備えた基板と、前記基板の前記試料が備えられた面とは反対側の面に設けられた遮光部材とを有するバイオチップであって、前記基板は、前記試料の各々に対応したレンズを備えており、前記遮光部材は、前記試料の各々に対応する開口を有し、前記試料と前記開口とが前記レンズを介して共焦点の関係にあることを特徴とする。
このような構成のバイオチップは、事実上チップ内に共焦点光学系を有しているので、バイオチップ読取装置の複雑かつ大型な光学系を要しない。すなわち、上記バイオチップにより、基板上の励起された試料から発生した光のうち基板側に出射した光を、レンズにより集光させ、試料の各々に対応するように遮光部材上に設けた開口を通過させることができる。従って、上記バイオチップを用いて、励起光の照射と試料が発生する光の検出とを、基板を挟んで反対側で行うようにすれば、バイオチップ読取装置の小型化および低価格化が可能となる。
【0007】
前記基板は、屈折率の異なる複数の物質を積層して形成しても良い。
このように基板を形成することで、内部にレンズ機能を有する基板を容易に形成することができる。
また、前記基板を形成する複数の物質のうち、前記試料と接する物質の屈折率を、前記試料の屈折率より大きくすると良い。
このように、試料と接する基板の材質として試料よりも屈折率が大きなものを選べば、試料から発生して基板側に進行する蛍光は基板の光入射面に対して法線の方向に屈折するため、基板と反対側に発生する蛍光よりも集光効率が良い。
【0008】
前記基板の前記試料が備えられた面側には、前記試料を挟んで第1マイクロレンズアレイがさらに形成されており、前記第1マイクロレンズアレイは、前記試料の各々に対応する第1レンズを有し、前記第1レンズの焦点が前記試料の位置に一致するようにしても良い。
このように、バイオチップが第1マイクロレンズアレイを備えることで、光源からの光を試料に集光するための対物レンズが不要となり、装置を小型化することができる。
さらに、このような構成により励起光を各試料に効率良く集光することができるので、複数の試料を同時に精度良く励起することができる。
【0009】
前記基板の前記試料が備えられた面とは反対側の面に、前記遮光部材を挟んで、第2マイクロレンズアレイが配置されており、前記第2マイクロレンズアレイは、前記開口の各々に対応する第2レンズを有し、前記第2レンズの焦点は前記開口の位置に一致するようにしても良い。
このように、バイオチップが第2マイクロレンズアレイを備えることで、遮光部材の開口を通過した光を受光する受光レンズが不要となり、装置を小型化することができる。
さらに、このような構成により各試料が発生した光を効率良く集光することができるので、複数の試料が発生する光を同時に精度良く検出することができる。
【0010】
前記試料は、生物の遺伝情報を含んでいても良い。
生物の遺伝情報を含む試料を備えたバイオチップを用いることで、遺伝子配列の決定、特定遺伝子の有無の確認、SNP(単一塩基多型)の解析、タンパク質の同定または機能解析などを行うことができる。
【0011】
本発明のバイオチップ読取装置は、光源と、光源からの励起光を試料に集光するための対物レンズと、バイオチップと、前記試料から前記基板側に発生して前記遮光部材の前記開口を通過した光を受光するための受光レンズと、前記励起光を遮断もしくは減衰させるための光学フィルタと、前記受光レンズおよび前記光学フィルタを通過した光を受光する受光器とからなり、前記バイオチップは、複数の試料を備えた基板と、前記基板の前記試料が備えられた面とは反対側の面に設けられた遮光部材とを有するバイオチップであって、前記基板は、前記試料の各々に対応したレンズを備えており、前記遮光部材は、前記試料の各々に対応する開口を有し、前記試料と前記開口とが前記レンズを介して共焦点の関係にあることを特徴とする。
このような構成のバイオチップ読取装置は、バイオチップ内に共焦点光学系を有するので、従来の装置に比べて小型で低価格である。
【0012】
本発明にかかる光検出方法は、上記バイオチップと、光源と、受光器とを用いた光検出方法であって、前記光源からの励起光を前記試料に照射することにより前記試料から発生した光のうち、前記基板側に出射した光を、前記レンズにより集光し、前記試料の各々に対応するように前記遮光部材上に設けた開口を通過させて受光器により検出することを特徴とする。
このように、共焦点光学系を備えたバイオチップを用いて、励起光の照射と試料が発生する光の検出とを、基板を挟んで反対側で行うことにより、従来の光検出装置のような複雑な光学系が不要となり、装置を小型化することができる。
【0013】
上記光検出方法において、前記光源から励起光の照射を停止したのち、前記受光器による光検出を行っても良い。
このように、励起光の照射を停止した状態で試料が発生する光の検出を行うことにより、励起光がノイズ光として検出されることはないので、SN比が飛躍的に向上する。
【0014】
【詳細な説明】
以下、本発明の好適な実施形態を、蛍光を検出する場合を例に、図面を参照しながら詳しく説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは説明例に過ぎず、特に記載がない限りこの発明の範囲をそれらに限定する意図はない。また、各図面は模式図であり、構成要素の屈折率の相異を考慮して描かれてはいない。
【0015】
図1は、本発明の一つの実施形態にかかるバイオチップ読取装置1を示す。バイオチップ読取装置1は、光源2、対物レンズ4、バイオチップ5、受光レンズ6、光学フィルタ7、および受光器8から構成される。
【0016】
まず、図2により、バイオチップ読取装置1で使用されるバイオチップ5aの細部を説明する。バイオチップ5aにおいて、基板11は、屈折率の異なる物質12および13から形成され、基板11の表面上には試料9が備えられている。ここで、物質12と13との境界面は、試料9の各々に対応したレンズ120を有するマイクロレンズアレイを形成している。望ましくは、各レンズ120の有効半径は試料の配置間隔に等しい。さらに、基板11の試料9が備えられた面とは反対側の面には遮光部材14が形成され、遮光部材14には各試料に対応した開口15が設けられている。ここで、試料9と開口15は、物質12および13から形成されるマイクロレンズアレイを介して共焦点の関係にある。
【0017】
次に、バイオチップ読取装置1の動作を説明する。光源2からの励起光3は、対物レンズ4で集束されて、基板11上の試料9に照射される。試料9は励起光3を吸収して、蛍光10を発生する。蛍光10は、励起光3とは異なる波長特性を有する。試料9から発生した蛍光10は、バイオチップ5a内に物質12および13により形成されたマイクロレンズアレイによって屈折作用を受ける。このとき、試料9と開口15は共焦点の関係にあるので、蛍光10は遮光部材14の開口15を通過する。ここで、励起光3も同様にレンズの屈折作用によって開口15を通過するので、受光レンズ6と受光器8との間に波長選択特性を有する光学フィルタ7を設け、蛍光10を透過させ、励起光3を透過させないようにする。光学フィルタ7を透過した蛍光10は、受光器8で検出される。
ここで、光学フィルタとは、特定の波長の光を透過させるかまたは吸収もしくは反射することにより遮断する機能を有する波長選択素子をいう。
【0018】
このように、本発明のバイオチップは、従来のバイオチップと違い、試料から発生した蛍光のうち基板側に発生した蛍光を検出するための構成となっている。図6に示すような従来の共焦点型バイオチップ読取装置を用いて基板と反対側に発生する蛍光を検出する場合、検出される光の量は、対物レンズ25の開口数(NA)に依存してわずかである。一方、本発明に従って基板側に発生した蛍光を検出する場合、基板の材質として試料よりも屈折率が大きなものを選べば、基板側に進行する蛍光は基板の光入射面に対して法線の方向に屈折するため、基板と反対側に発生する蛍光よりも効率良く集光することができる。
ここで、試料の屈折率は1.33〜1.50程度であるから、例えば、試料の屈折率が1.4であるとき、基板の材料として屈折率が1.6程度の樹脂を選択すれば、蛍光の屈折角は約60度となり、集光効率が良い。従って、基板に用いる材料としては、透明で屈折率が大きなガラスや樹脂などが相応しい。
【0019】
基板内部に形成するレンズの曲率および基板の厚みは、試料および基板の屈折率に応じて、蛍光の集光効率が最適となるように選択される。
【0020】
基板11は、屈折率の異なる複数の樹脂により形成されても良いし、樹脂層と空気層とで形成されても良い。空気の屈折率は1であるから、屈折率の大きな樹脂層を組み合わせるとNAの大きなレンズを形成することができ、より多くの蛍光を検出することができる。
【0021】
図3は、本発明にかかる別のバイオチップ5bを示す。図3に示すように、基板11は、2つ以上のマイクロレンズアレイを光軸方向に積層した構成であっても良い。ここで、物質16および18の屈折率は同じであっても良いし、異なっていても良い。
このように2つ以上のマイクロレンズアレイを積層することにより、レンズの合成NAを大きくすることができるので、より多くの蛍光を検出することができる。
【0022】
図4は、本発明のさらに別の実施形態にかかるバイオチップ読取装置19を示す。バイオチップ読取装置19は、バイオチップが備える複数の試料に一度に励起光を照射し、各試料が発生した光を同時に検出することを特徴とする。図5に、バイオチップ読取装置19に使用されるバイオチップ5cの細部を示す。
【0023】
バイオチップ5cは、バイオチップ5bの構成に加えて、基板11の試料10が備えられた面側にスペーサ21を介して第1マイクロレンズアレイ20を備える。ここで、第1マイクロレンズアレイ20は、試料の各々に対応する第1レンズ200を有し、第1レンズ200の焦点は前記試料の位置に一致する。
【0024】
このように、バイオチップ5cが第1マイクロレンズアレイ20を備えることで、光源からの励起光3を試料に集光するための対物レンズが不要となる。即ち、第1マイクロレンズアレイ20により、励起光3は各試料10の位置に効率良く集光されるので、複数の試料10を同時に精度良く励起することができる。対物レンズを用いる場合には、焦点位置を各試料に合わせる必要があるが、第1マイクロレンズアレイ20が備えられている場合は、第1レンズ200の焦点が各試料の位置に一致しているので焦点位置を調節する必要がない。
【0025】
さらに、図示しないが、基板の試料が備えられた面とは反対側の面に、遮光部材を挟んで第2マイクロレンズアレイを備えても良い。第2マイクロレンズアレイは、遮光部材の開口の各々に対応する第2レンズを有し、第2レンズの焦点は前記開口の位置に一致するようにする。
このように、バイオチップ5cが第2マイクロレンズアレイを備えることで、各試料が発生した光は効率良く集光されるので、複数の試料が発生する光を同時に精度良く検出することができる。受光器としては高感度CCDカメラなどが用いられる。
【0026】
従って、バイオチップ5cを用いれば、複数の試料を同時に励起し、複数の試料が発生する光を同時に検出することができるので、基板を走査する必要がない。
ただし、バイオチップ5bに第1マイクロレンズアレイ20および第2マイクロレンズアレイを設ける際には、精度の高い位置合わせが必要である。位置合わせにはアラインメントマークを用いる。
【0027】
第1マイクロレンズアレイ20の第1レンズ200は、空気と接触していても良いが、屈折率の異なる樹脂を用いてレンズ表面を平坦化しても良い。そうすれば、レンズ表面を粉塵から保護することができると同時に取り扱いが容易となる。
【0028】
以上の実施例においては、基板が備えるレンズとして、屈折率の異なる複数の物質を積層して形成したマイクロレンズアレイの例を示したが、屈折率分布型レンズ(GRINレンズ)を配列したGRINレンズアレイとしても同様の効果が得られる。
【0029】
本発明にかかる光検出方法は、以上で説明したバイオチップと、光源と、受光器とを用いた光検出方法であって、光源からの励起光を試料に照射し、励起された試料から発生した光のうち、基板側に出射した光を、チップ内部のレンズにより集光し、試料の各々に対応するように遮光部材上に設けた開口を通過させて受光器により検出することを特徴とする。
このように、共焦点光学系を備えたバイオチップを用いて、励起光の照射と試料が発生する光の検出とを、基板を挟んで反対側で行うことにより、従来の光検出装置のような複雑な光学系が不要となり、装置を小型化することができる。
【0030】
さらに、上記光検出方法において、光源からの励起光の照射を停止したのち、受光器による光検出を行えば、励起光がノイズ光として検出されることはないので、SN比が飛躍的に向上する。また、光検出装置において励起光を除去するための光学フィルタは不要となり、装置を小型化することができる。
【0031】
以上、蛍光を検出する場合を例に説明したが、化学発光を検出する場合においても本発明にかかるバイオチップにより同様の効果が得られることは明白である。
【0032】
本発明の光検出方法は、遺伝子配列の決定、特定遺伝子の有無の確認、特定遺伝子の発現レベルの測定、SNP(単一塩基多型)の解析、実験用マウスに投与した物質の代謝・吸収・排泄の経路または状態の確認、細胞内のイオン濃度測定、タンパク質の同定または機能解析などに用いることができる。また、個人の健康状態を判別する健康診断や個人セキュリティーのための検査などにも応用することができる。
【発明の効果】
本発明にかかるバイオチップは、例えば、複数の試料を備える基板を屈折率の異なる物質を積層して形成することで、基板にレンズ機能を持たせている。さらに、基板の試料が備えられた面とは反対側の面に、試料の各々に対応する開口を有する遮光部材を設けることでチップ内部に共焦点光学系を備える構成とした。本発明のバイオチップを用いて、励起光の照射と試料が発生する光の検出とを、基板を挟んで反対側で行えば、従来の複雑かつ大型な光学系が不要となり、バイオチップ読取装置の小型化および低価格化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかるバイオチップ読取装置を示す。
【図2】本発明の実施形態にかかるバイオチップ読取装置の要部を示す。
【図3】本発明の別の実施形態にかかるバイオチップを示す。
【図4】本発明の別の実施形態にかかるバイオチップ読取装置を示す。
【図5】本発明の別の実施形態にかかるバイオチップ読取装置の要部を示す。
【図6】従来の共焦点型バイオチップ読取装置を示す。
【符号の説明】
1、19、22 バイオチップ読取装置
2       光源
3、32    励起光
4、25    対物レンズ
5、24    バイオチップ
6、29    受光レンズ
7、28    光学フィルタ
8、31    受光器
9、23    試料
10、33    蛍光
11       基板
14       遮光部材
15       開口
20       第1マイクロレンズアレイ
21       スペーサ
26       ピームスプリッタ
27       ミラー
30       共焦点ピンホール
120      レンズ
200      第1レンズ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a biochip having a function of controlling a traveling direction of weak light in a predetermined direction, and more specifically, to a biochip provided with a confocal optical system. The present invention also relates to a biochip reader using the biochip and a light detection method.
[0002]
[Prior art]
In physical property evaluation tests and quantitative tests using biochips (including DNA chips, protein chips, DNA arrays and DNA microarrays) in which multiple samples are arranged and immobilized on a substrate such as glass or silicon, fluorescence or chemiluminescence is used. Detection is often performed. A typical device for detecting such weak light is a biochip reader using a confocal optical system (for example, see Patent Document 1).
[0003]
The confocal optical system is an optical system for obtaining a high-contrast image by placing a pinhole at a position where an image is formed (focused position), thereby eliminating light from other than the focused point at all.
[0004]
As shown in FIG. 6, a conventional biochip reader 22 using a confocal optical system includes a biochip 24 having a sample 23, an objective lens 25, a beam splitter 26, a mirror 27, an optical filter 28, and a light receiving lens 29. , A confocal pinhole 30, a light receiver 31, and the like. When excitation light 32 emitted from a light source (not shown) is reflected by the beam splitter 26 and irradiated on the sample 23, fluorescence 33 is generated from the excited sample 23. The fluorescent light 33 is captured by the objective lens 25 located above the sample 23, transmitted through the beam splitter 26, guided to the optical filter 28 by the mirror 27, collected by the light receiving lens 29, and condensed by the confocal pinhole 30. , And is detected by the light receiver 31. In the case of chemiluminescence detection, the excitation light 32 is not irradiated, but the process until the light emitted from the sample 23 is detected by the light receiver 31 is the same.
Such a confocal type biochip reader has a high S / N ratio of detection light, but is expensive because the optical system for reducing noise light is complicated and large.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-31690 "Biochip reader and electrophoresis apparatus"
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to reduce the size and cost of a biochip reader.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The biochip according to the present invention is a biochip having a substrate provided with a plurality of samples, and a light blocking member provided on a surface of the substrate opposite to a surface provided with the samples, wherein the substrate Has a lens corresponding to each of the samples, the light shielding member has an opening corresponding to each of the samples, and the sample and the openings are in a confocal relationship via the lens. It is characterized by the following.
Since the biochip having such a configuration actually has a confocal optical system in the chip, the biochip reader does not require a complicated and large-sized optical system. That is, by the biochip, the light emitted to the substrate side out of the light generated from the excited sample on the substrate is condensed by the lens, and the opening provided on the light shielding member corresponding to each of the samples is formed. Can be passed. Therefore, if the irradiation of the excitation light and the detection of the light generated by the sample are performed on the opposite side of the substrate using the biochip, the biochip reader can be reduced in size and cost. It becomes.
[0007]
The substrate may be formed by stacking a plurality of substances having different refractive indexes.
By forming the substrate in this manner, a substrate having a lens function therein can be easily formed.
Further, it is preferable that, out of a plurality of substances forming the substrate, a substance in contact with the sample has a refractive index larger than that of the sample.
As described above, if a material having a higher refractive index than the sample is selected as the material of the substrate in contact with the sample, the fluorescent light generated from the sample and traveling toward the substrate is refracted in a direction normal to the light incident surface of the substrate. Therefore, the light-collecting efficiency is higher than the fluorescence generated on the side opposite to the substrate.
[0008]
On the surface of the substrate on which the sample is provided, a first microlens array is further formed with the sample interposed therebetween, and the first microlens array includes a first lens corresponding to each of the samples. And the focal point of the first lens may coincide with the position of the sample.
As described above, since the biochip includes the first microlens array, an objective lens for condensing light from the light source on the sample becomes unnecessary, and the apparatus can be downsized.
Furthermore, since excitation light can be efficiently condensed on each sample by such a configuration, a plurality of samples can be excited simultaneously and accurately.
[0009]
A second microlens array is disposed on the surface of the substrate opposite to the surface on which the sample is provided, with the light shielding member interposed therebetween, and the second microlens array corresponds to each of the openings. And a focal point of the second lens coincides with the position of the opening.
As described above, since the biochip includes the second microlens array, a light receiving lens that receives light passing through the opening of the light blocking member is not required, and the device can be downsized.
Furthermore, with such a configuration, the light generated by each sample can be efficiently collected, so that the light generated by a plurality of samples can be detected simultaneously and accurately.
[0010]
The sample may include genetic information of an organism.
Use of a biochip equipped with a sample containing genetic information of an organism to determine the sequence of a gene, confirm the presence or absence of a specific gene, analyze SNPs (single nucleotide polymorphisms), identify proteins or analyze functions, etc. Can be.
[0011]
The biochip reader of the present invention includes a light source, an objective lens for condensing excitation light from the light source on the sample, a biochip, and the opening of the light shielding member generated on the substrate side from the sample. A light-receiving lens for receiving the passed light, an optical filter for blocking or attenuating the excitation light, and a light-receiving device for receiving the light passed through the light-receiving lens and the optical filter, wherein the biochip is A biochip having a substrate provided with a plurality of samples, and a light blocking member provided on a surface of the substrate opposite to the surface provided with the samples, wherein the substrate is provided on each of the samples. A corresponding lens is provided, and the light shielding member has an opening corresponding to each of the samples, and the sample and the opening are in a confocal relationship via the lens.
Since the biochip reader having such a configuration has a confocal optical system in the biochip, it is smaller and less expensive than a conventional device.
[0012]
The light detection method according to the present invention is a light detection method using the biochip, a light source, and a light receiver, wherein light generated from the sample by irradiating the sample with excitation light from the light source. The light emitted to the substrate side is condensed by the lens, passed through an opening provided on the light shielding member so as to correspond to each of the samples, and detected by a light receiver. .
In this way, by using a biochip equipped with a confocal optical system, irradiation of excitation light and detection of light generated by the sample are performed on the opposite side across the substrate, as in a conventional photodetector. A complicated optical system becomes unnecessary, and the size of the apparatus can be reduced.
[0013]
In the above-described light detection method, after the irradiation of the excitation light from the light source is stopped, light detection may be performed by the light receiver.
As described above, by detecting the light generated by the sample while the irradiation of the excitation light is stopped, the excitation light is not detected as noise light, so that the SN ratio is dramatically improved.
[0014]
[Detailed description]
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking a case of detecting fluorescence as an example. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are merely illustrative examples, and there is no intention to limit the scope of the present invention to them unless otherwise specified. In addition, each drawing is a schematic diagram, and is not drawn in consideration of a difference in refractive index of a component.
[0015]
FIG. 1 shows a biochip reader 1 according to one embodiment of the present invention. The biochip reader 1 includes a light source 2, an objective lens 4, a biochip 5, a light receiving lens 6, an optical filter 7, and a light receiver 8.
[0016]
First, the details of the biochip 5a used in the biochip reader 1 will be described with reference to FIG. In the biochip 5a, the substrate 11 is formed from substances 12 and 13 having different refractive indexes, and a sample 9 is provided on the surface of the substrate 11. Here, the boundary surface between the substances 12 and 13 forms a microlens array having lenses 120 corresponding to each of the samples 9. Desirably, the effective radius of each lens 120 is equal to the sample spacing. Further, a light blocking member 14 is formed on the surface of the substrate 11 opposite to the surface on which the sample 9 is provided, and the light blocking member 14 is provided with an opening 15 corresponding to each sample. Here, the sample 9 and the opening 15 have a confocal relationship via a microlens array formed of the substances 12 and 13.
[0017]
Next, the operation of the biochip reader 1 will be described. The excitation light 3 from the light source 2 is focused by the objective lens 4 and is irradiated on the sample 9 on the substrate 11. The sample 9 absorbs the excitation light 3 and generates fluorescence 10. The fluorescence 10 has a wavelength characteristic different from that of the excitation light 3. The fluorescence 10 generated from the sample 9 undergoes a refraction action by the microlens array formed by the substances 12 and 13 in the biochip 5a. At this time, since the sample 9 and the opening 15 have a confocal relationship, the fluorescent light 10 passes through the opening 15 of the light shielding member 14. Since the excitation light 3 similarly passes through the opening 15 by the refraction of the lens, an optical filter 7 having a wavelength selection characteristic is provided between the light receiving lens 6 and the light receiver 8 to transmit the fluorescent light 10 and excite the excitation light. Light 3 is not transmitted. The fluorescence 10 transmitted through the optical filter 7 is detected by the light receiver 8.
Here, the optical filter refers to a wavelength selection element having a function of transmitting or absorbing or reflecting light of a specific wavelength to block the light.
[0018]
Thus, unlike the conventional biochip, the biochip of the present invention has a configuration for detecting the fluorescence generated on the substrate side from the fluorescence generated from the sample. When detecting the fluorescence generated on the side opposite to the substrate using the conventional confocal biochip reader as shown in FIG. 6, the amount of detected light depends on the numerical aperture (NA) of the objective lens 25. And a little. On the other hand, when detecting fluorescence generated on the substrate side according to the present invention, if a material having a higher refractive index than that of the sample is selected as the material of the substrate, the fluorescence traveling toward the substrate side is normal to the light incident surface of the substrate. Since the light is refracted in the direction, the light can be collected more efficiently than the fluorescence generated on the side opposite to the substrate.
Here, since the refractive index of the sample is about 1.33 to 1.50, for example, when the refractive index of the sample is 1.4, a resin having a refractive index of about 1.6 is selected as the material of the substrate. For example, the refraction angle of the fluorescent light is about 60 degrees, and the light collection efficiency is good. Therefore, as a material used for the substrate, glass, resin, or the like that is transparent and has a large refractive index is suitable.
[0019]
The curvature of the lens formed inside the substrate and the thickness of the substrate are selected according to the refractive indices of the sample and the substrate so that the efficiency of condensing the fluorescence is optimized.
[0020]
The substrate 11 may be formed of a plurality of resins having different refractive indexes, or may be formed of a resin layer and an air layer. Since the refractive index of air is 1, by combining a resin layer with a large refractive index, a lens with a large NA can be formed, and more fluorescence can be detected.
[0021]
FIG. 3 shows another biochip 5b according to the present invention. As shown in FIG. 3, the substrate 11 may have a configuration in which two or more microlens arrays are stacked in the optical axis direction. Here, the refractive indices of the substances 16 and 18 may be the same or different.
By laminating two or more microlens arrays in this way, the synthetic NA of the lens can be increased, so that more fluorescence can be detected.
[0022]
FIG. 4 shows a biochip reader 19 according to still another embodiment of the present invention. The biochip reader 19 is characterized in that a plurality of samples included in a biochip are irradiated with excitation light at a time, and the light generated by each sample is simultaneously detected. FIG. 5 shows details of the biochip 5c used in the biochip reader 19.
[0023]
The biochip 5c includes a first microlens array 20 via a spacer 21 on the surface of the substrate 11 on which the sample 10 is provided, in addition to the configuration of the biochip 5b. Here, the first microlens array 20 has a first lens 200 corresponding to each of the samples, and the focal point of the first lens 200 coincides with the position of the sample.
[0024]
As described above, since the biochip 5c includes the first microlens array 20, an objective lens for condensing the excitation light 3 from the light source on the sample becomes unnecessary. That is, the excitation light 3 is efficiently condensed at the position of each sample 10 by the first microlens array 20, so that a plurality of samples 10 can be simultaneously and accurately excited. When an objective lens is used, the focal position needs to be adjusted to each sample. However, when the first micro lens array 20 is provided, the focal point of the first lens 200 matches the position of each sample. There is no need to adjust the focus position.
[0025]
Further, although not shown, a second microlens array may be provided on a surface of the substrate opposite to the surface on which the sample is provided, with a light shielding member interposed therebetween. The second micro lens array has a second lens corresponding to each of the openings of the light blocking member, and the focal point of the second lens is made to coincide with the position of the opening.
As described above, since the biochip 5c includes the second microlens array, the light generated by each sample is efficiently collected, so that the light generated by a plurality of samples can be simultaneously detected with high accuracy. A high-sensitivity CCD camera or the like is used as the light receiver.
[0026]
Therefore, if the biochip 5c is used, a plurality of samples can be excited at the same time, and the light generated by the plurality of samples can be detected at the same time, so that it is not necessary to scan the substrate.
However, when providing the first microlens array 20 and the second microlens array on the biochip 5b, highly accurate positioning is required. An alignment mark is used for alignment.
[0027]
The first lens 200 of the first microlens array 20 may be in contact with air, or the surface of the lens may be flattened using resins having different refractive indexes. Then, the lens surface can be protected from dust, and at the same time, the handling becomes easy.
[0028]
In the above embodiments, the example of the microlens array formed by laminating a plurality of materials having different refractive indexes as the lens included in the substrate has been described, but the GRIN lens in which the gradient index lenses (GRIN lenses) are arranged. Similar effects can be obtained as an array.
[0029]
The light detection method according to the present invention is a light detection method using the biochip described above, a light source, and a light receiver, and irradiates the sample with excitation light from the light source, and generates the light from the excited sample. The light emitted to the substrate side is collected by a lens inside the chip, passed through an opening provided on a light shielding member so as to correspond to each of the samples, and detected by a light receiver. I do.
In this way, by using a biochip equipped with a confocal optical system, irradiation of excitation light and detection of light generated by the sample are performed on the opposite side across the substrate, as in a conventional photodetector. A complicated optical system becomes unnecessary, and the size of the apparatus can be reduced.
[0030]
Further, in the above-described light detection method, if the irradiation of the excitation light from the light source is stopped and the light is detected by the light receiver, the excitation light is not detected as noise light, so that the SN ratio is dramatically improved. I do. Further, an optical filter for removing the excitation light is not required in the photodetector, and the device can be downsized.
[0031]
The case where fluorescence is detected has been described above as an example, but it is clear that the same effect can be obtained by the biochip according to the present invention even when chemiluminescence is detected.
[0032]
The photodetection method of the present invention includes determination of a gene sequence, confirmation of the presence or absence of a specific gene, measurement of the expression level of a specific gene, analysis of SNP (single nucleotide polymorphism), metabolism and absorption of a substance administered to an experimental mouse -It can be used for confirming the route or state of excretion, measuring intracellular ion concentration, identifying proteins or analyzing functions. Further, the present invention can be applied to a medical examination for determining the health condition of an individual, a test for personal security, and the like.
【The invention's effect】
In the biochip according to the present invention, for example, a substrate having a plurality of samples is formed by laminating substances having different refractive indices, so that the substrate has a lens function. Further, a light-shielding member having an opening corresponding to each of the samples is provided on the surface of the substrate opposite to the surface on which the samples are provided, so that a confocal optical system is provided inside the chip. By using the biochip of the present invention to perform irradiation of excitation light and detection of light generated by the sample on the opposite side of the substrate, a conventional complicated and large-sized optical system becomes unnecessary, and a biochip reader is used. It is possible to reduce the size and cost of the device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a biochip reader according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a main part of the biochip reader according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a biochip according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a biochip reader according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows a main part of a biochip reader according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a conventional confocal biochip reader.
[Explanation of symbols]
1, 19, 22 Biochip reader 2 Light source 3, 32 Excitation light 4, 25 Objective lens 5, 24 Biochip 6, 29 Light receiving lens 7, 28 Optical filter 8, 31 Light receiver 9, 23 Sample 10, 33 Fluorescence 11 Substrate 14 Light-blocking member 15 Opening 20 First micro-lens array 21 Spacer 26 Beam splitter 27 Mirror 30 Confocal pinhole 120 Lens 200 First lens

Claims (8)

複数の試料を備えた基板と、前記基板の前記試料が備えられた面とは反対側の面に設けられた遮光部材とを有するバイオチップであって、
前記基板は、前記試料の各々に対応したレンズを備えており、
前記遮光部材は、前記試料の各々に対応する開口を有し、
前記試料と前記開口とが前記レンズを介して共焦点の関係にあることを特徴とする、バイオチップ。
A substrate provided with a plurality of samples, a biochip having a light-blocking member provided on a surface of the substrate opposite to the surface provided with the samples,
The substrate includes a lens corresponding to each of the samples,
The light blocking member has an opening corresponding to each of the samples,
A biochip, wherein the sample and the aperture are in a confocal relationship via the lens.
前記基板は、屈折率の異なる複数の物質を積層して形成されることを特徴とする、請求項1に記載のバイオチップ。The biochip according to claim 1, wherein the substrate is formed by stacking a plurality of substances having different refractive indexes. 前記基板を形成する複数の物質のうち、前記試料と接する物質の屈折率が、前記試料の屈折率より大きいことを特徴とする、請求項2に記載のバイオチップ。The biochip according to claim 2, wherein a refractive index of a substance in contact with the sample is larger than a refractive index of the sample among the plurality of substances forming the substrate. 前記基板の前記試料が備えられた面側に、前記試料を挟んで第1マイクロレンズアレイが配置されており、
前記第1マイクロレンズアレイは、前記試料の各々に対応する第1レンズを有し、
前記第1レンズの焦点は前記試料の位置に一致することを特徴とする、請求項1に記載のバイオチップ。
A first microlens array is arranged on the surface of the substrate on which the sample is provided, with the sample interposed therebetween,
The first micro lens array has a first lens corresponding to each of the samples,
The biochip of claim 1, wherein a focus of the first lens coincides with a position of the sample.
前記試料が生物の遺伝情報を含んでいることを特徴とする、請求項1に記載のバイオチップ。The biochip according to claim 1, wherein the sample contains genetic information of an organism. 請求項1に記載のバイオチップと、光源と、光源からの励起光を前記試料に集光するための対物レンズと、前記試料から前記基板側に発生して前記遮光部材の前記開口を通過した光を受光するための受光レンズと、前記励起光を遮断するための光学フィルタと、前記受光レンズおよび前記光学フィルタを通過した光を受光する受光器とからなるバイオチップ読取装置。The biochip according to claim 1, a light source, an objective lens for condensing excitation light from the light source on the sample, and the sample is generated on the substrate side from the sample and passed through the opening of the light shielding member. A biochip reader comprising: a light receiving lens for receiving light; an optical filter for blocking the excitation light; and a light receiver for receiving light passing through the light receiving lens and the optical filter. 請求項1に記載のバイオチップと、光源と、受光器とを用いた光検出方法であって、前記光源からの励起光を前記試料に照射することにより前記試料から発生した光のうち前記基板側に出射した光を、前記レンズにより集光し、前記試料の各々に対応するように前記遮光部材上に設けた開口を通過させて受光器により検出することを特徴とする、光検出方法。A light detection method using a biochip, a light source, and a light receiver according to claim 1, wherein the substrate is included in light generated from the sample by irradiating the sample with excitation light from the light source. A light detection method, wherein the light emitted to the side is condensed by the lens, passed through an opening provided on the light shielding member so as to correspond to each of the samples, and detected by a light receiver. 前記光源からの励起光の照射を停止したのち、前記受光器による光検出を行うことを特徴とする、請求項7に記載の光検出方法。The light detection method according to claim 7, wherein after the irradiation of the excitation light from the light source is stopped, light detection is performed by the light receiver.
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