JP2005030919A - Light detector - Google Patents

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JP2005030919A
JP2005030919A JP2003196549A JP2003196549A JP2005030919A JP 2005030919 A JP2005030919 A JP 2005030919A JP 2003196549 A JP2003196549 A JP 2003196549A JP 2003196549 A JP2003196549 A JP 2003196549A JP 2005030919 A JP2005030919 A JP 2005030919A
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light
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laser light
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JP2003196549A
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Japanese (ja)
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Akihiro Nanba
昭宏 南波
Takahisa Fukuoka
荘尚 福岡
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Olympus Corp
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Olympus Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light detector capable of emitting sufficient light efficiently and capable of performing the detection of light with high reliability. <P>SOLUTION: The light detector is equipped with a laser beam source 14 for irradiating the carrier contained in a sample with a laser beam and a light detecting means having an object lens 5 for condensing the light emitted from the carrier by the laser beam and a photodetector 9 for detecting the light passed through the object lens 5. A laser beam passing light path and the light path of the light detecting means are separated. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、DNAやDNAなどの核酸の解析や抗原抗体反応、たんぱく質の結合反応などの解析に用いられる生体由来物質の検査装置に適用される光検出装置に関するものである
【0002】
【従来の技術】
従来、実用化されている主な遺伝子検査方法には、生体試料から核酸を抽出し、PCR(Polymerase Chain Reaction:ポリメラーゼ連鎖反応)法やNASBA(Nucleic Acid Sequence−Based Amplification:核酸配列に基礎をおいた増幅法)法などを用いて放射性同位元素や、光色素を標識された核酸の増幅を行なってターゲット遺伝子を増幅し、ターゲット遺伝子の塩基配列またはその濃度を測定する方法などが知られている。
【0003】
また、遺伝子の発現量の検査や突然変異などの解析には、電気泳動法が用いられている。しかし、この電気泳動法は、測定に手間と時間がかかり、また一度に行なえる測定に限界があるなどの問題点があった。
【0004】
そこで、最近では、光標識された核酸を複数のキャピラリー内で反応させ、多くの試料を一度に迅速に処理できるキャピラリー電気泳動法が広く用いられるようになってきている。このキャピラリー電気泳動法によれば、従来の電気泳動法を用いた方法に比べて、少量の試料で、より短時間で簡便に測定が行なえるようになっている。
【0005】
さらに、最近になって、同時に複数の遺伝子検査を行なうことができるDNAマイクロアレイを用いた検査方法が新しく開発されている。ここで、DNAマイクロアレイは、ガラス基板の表面に多数のDNAプローブを固定化したものや半導体製造工程を応用してシリコンウエハ上の微小な領域に合成した多数のオリゴプローブなどを標識させたものである。
【0006】
このようなDNAマイクロアレイを用いた検査方法では、サンプル中のDNAの塩基配列や発現量を複数、同時に決定できる。また、DNAマイクロアレイの応用によって多くの遺伝子発現量や複数の突然変異の解析など、多様な検査を行なうことが可能となっている。さらには、DNAマイクロアレイを用いて得られたデータから、多くの遺伝子を複数のグループに分類したり、発生や分化に伴う遺伝子の変動に関する情報なども得られるようになっている。
【0007】
ところが、DNAマイクロアレイを用いた遺伝子解析法は、一度に多数の検査を行える利点があるものの、長い検査時間を必要とし、また全体を通して検査工程が多く、且つ煩雑な操作が必要であるために再現性のよい検出結果が得られにくいという問題があった。
【0008】
そこで、このような問題を克服するために、DNAマイクロアレイのプローブを固相化する基板として多孔質のフィルターを用い、再現性がよく、且つ短時間でDNAマイクロアレイと同様の検査を行うことができる方法や、ハイブリダイゼーション反応を電気的な力によって行なう方法が開発されている(例えば、特許文献1、特許文献2および特許文献3)。
【0009】
さらに、DNAマイクロアレイを用い、遺伝子解析を行なう、遺伝子検査装置が考えられている。この装置は、顕微鏡をベースとしたものであって、予め光標識された標的核酸と多数の核酸プローブとの間でハイブリダイゼーション反応を起こさせ、この反応により生成された光物質からの光信号を取得し、これを基に光画像を得るようにしたものである。ここで、DNAマイクロアレイは、例えば試料を捕捉するプローブをスポットして固相化する微小な反応領域を多数配置した構造となっている。
【0010】
このようなDNAマイクロアレイを用いた遺伝子検査方法では、光物質を効率よく励起して、DNAマイクロアレイの反応槽内で起こった反応生成物から安定した光を発生させることが、精度の高い遺伝子解析を行う上で極めて重要である。
【0011】
従来、光源より蛍光物質に励起光を照射し、蛍光を発生させるようにしたものとして、例えば、特許文献4に開示されるように、LED(Light Emitting Diode)励起光源を用い、このLED励起光源より発せられた励起光により光物質を励起し、励起された光物質が発する光に対して、入射光の波長を選択的に透過するフィルタ手段を通して固体撮像素子で光信号を受光し、この光信号に基づいて光画像を得るようにしたものがある。
【0012】
また、特許文献5に開示されるように、LEDからの光をダイクロイックミラー、対物レンズを介して励起光としてウェルに照射し、試料から発せられた光を対物レンズ、ダイクロイックミラーを介しピンホールユニットを経て光電子増倍管で検出するようにしたものもある。
【0013】
さらに、特許文献6に開示されるように、半導体光源を2次元的に配列して面光源としてコンデンサレンズを介して標本を照明し、標本を透過した光を対物レンズに入射するようにしたもの、つまり、2次元的に配列した半導体光源からの照明光を光軸に沿って送り、対物レンズの光軸と一致させた状態で、対物レンズに入射し、拡大した画像を得られるようにしたものがある。
【0014】
さらにまた、特許文献7に開示されるように、半導体励起光源を用いて、対物レンズを介して試料に光を当てて試料内部の光色素を励起し、試料からの光を入射光と同じ光学系を通して光検出器で検出するようにしたものもある。
【0015】
また非特許文献1では金属微粒子による共鳴光散乱について開示されている。
【0016】
【特許文献1】
特表平9−504864号公報
【0017】
【特許文献2】
特表平2000−515251号公報
【0018】
【特許文献3】
特表平2001−501301号公報
【0019】
【特許文献4】
特開平10−132744号公報
【0020】
【特許文献5】
特開2002−116148号公報
【0021】
【特許文献6】
特公平7−122694号公報
【0022】
【特許文献7】
米国特許第6154282号明細書
【0023】
【非特許文献1】Yguerabide J and Yguerabide E, Analytical Biochemistry, 262, p.137
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これら従来の方法では、試料に光標識した蛍光物質を励起光で励起し、蛍光物質により発せられた光を検出するようにしているため、光検出の光路中にダイクロイックミラーやカラーフィルタなどの光学素子を配置するようにしている。しかし、これらの光学素子を光路中に配置することは、各光学素子を信号光が通ることで光強度が減衰してしまい、信頼性の高い光検出ができなくなることがあった。
【0025】
また、光標識として用いられる蛍光物質は、励起光の波長に制限があり、光強度の強い光源なら何でも使えるということでなく、使用できる光源に制約を受けるという問題もあった。
【0026】
さらに、光強度の強い光源を励起光として使用すると螢光物質が褪色する時間が早まり、測定時間に大幅な制約を受けることになり、逆に、励起光の強度が弱すぎると、螢光物質が褪色するまでの時間は長くなるが、検出光が小さくなってしまい安定した光検出ができないという問題もある。
【0027】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、十分な光を効率よく照射でき、信頼性の高い光検出を行うことができる光検出装置を提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、試料に標識した担体を照明する光を発する光源手段と、前記光源手段からの照明光により前記担体より発せられた反射光または散乱光を集光するための集光レンズと、前記集光レンズを通過した光を検出する光検出器を有する光検出手段と、を具備し、前記光源から発せられる照明光の光路と前記光検出手段の光路が分離されていることを特徴としている。
【0029】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記光源手段は、前記集光レンズの周囲に複数個配置されることを特徴としている。
【0030】
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記光源手段は、発光波長のスペクトル特性が略同一のものからなることを特徴としている。
【0031】
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記光源手段は、白色光源であることを特徴としている。
【0032】
請求項5記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記光源手段は、レーザー光源であることを特徴としている。
【0033】
請求項6記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記光源手段の周囲に配置され、前記試料に標識した担体が載置された面に対する前記光源手段の傾き角、高さ位置および水平方向の位置の少なくとも一つを調整可能にした位置調整手段を有することを特徴としている。
【0034】
請求項7記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記光源手段から発せられる光の偏光を直線偏光に変換する第1の偏光素子と、前記光検出器の前方に配置され、一定の方向の偏光のみを透過させる第2の偏光素子を、さらに設けたことを特徴としている。
【0035】
請求項8記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記担体は金属粒子、あるいは誘電体粒子であることを特徴としている。
【0036】
請求項9記載の発明は、請求項1記載の発明において、さらに前記光源手段から発せられる光の強度を前記試料に標識した担体が載置された面の近傍で検出する光強度検出手段と、前記光源手段を駆動する駆動電流を供給するとともに、該駆動電流の大きさを制御可能にした駆動手段を有し、前記光強度検出手段で検出される前記光源手段からの光の強度に基づいて前記駆動手段により前記光源手段への駆動電流を制御可能にしたことを特徴としている。
【0037】
請求項10記載の発明は、請求項1記載の発明において、さらに前記光源手段から発せられる光の強度を前記試料に標識した担体が載置された面近傍で検出する光強度検出手段と、前記光源手段の方向および位置を移動可能にする移動手段を有し、前記光強度検出手段で検出される前記光源手段からの光の強度に基づいて前記移動手段により前記光源手段の位置および方向を制御可能にしたことを特徴としている。
【0038】
この結果、本発明によれば、担体を用いて、試料DNAをハイブリダイズさせ、担体からの散乱光、または反射光を検出するので、簡便に、しかも短時間で測定を行なうことができる。
【0039】
また、本発明によれば、光源手段を集光レンズの周囲に沿って複数個配置し、これらより同時に光を試料に照射するようにしたので、担体からの散乱光、または反射光を効率よく捉えることができる。
【0040】
さらに、本発明によれば、光源手段から発せられる光を直線偏光として、担体に照射し、担体からの散乱光、または反射光のうちの特定の偏光成分のみを検出するように、光検出器の前方に偏光素子を配置しているので、バックグラウンドノイズを低減させ、S/N比の高い信号光検出を行なうことができる。
【0041】
さらに、本発明によれば、光源手段から発せられる光の方向および集光レンズの光軸に対する傾き方向をそれぞれ調整可能としているので、試料に標識した担体の所望する特定箇所に光を集光させることができる。
【0042】
さらにまた、本発明によれば、試料に標識した担体が載置された面の近傍で検出された光強度に基づいて光源手段への駆動電流または光源手段の位置および方向を個別に制御できるので、光源手段からの光を同一の明るさに揃えることができ、試料を均一の明るさで照明することができる。
【0043】
【発明の実施の形態】
ところで、本発明で使用される「特異的結合物質」とは、ホルモン類、腫瘍マーカー、酵素、抗体、抗原、アブザイム、その他のタンパク、核酸、cDNA、DNA、RNAなどであって、生体由来物質と特異的に結合可能な物質を意味し、プローブと呼ばれる。
【0044】
また、本発明で使用される「生体由来物質」とは、抗体上の所定の位置に配置された既知の特異的結合物質と特異的に結合する物質であって、生体から抽出、単離等された物質を意味するが、生体から直接抽出されたものだけでなく、これらを化学処理、化学修飾等したものも含まれる。例えば、ホルモン類、腫瘍マーカー、酵素、抗体、抗原、アブザイム、その他のタンパク、核酸、cDNA、DNA、RNAなどの物質である。
【0045】
「生体由来物質」と「特異的結合物質」が特異的に結合するとは、例えば、DNAやRNAなどで見られる相補的なヌクレオチド配列の間に安定な二重鎖が形成されるような場合(ハイブリダイゼーション)や、抗原と抗体、ピオチンとアビジンなどのように、特定の物質とのみ選択的に反応する極めて特異性の高い結合を意味する。
【0046】
さらに、本発明で使用される「担体」とは、検査対象の生体関連物質に標識した各種の粒子をさしている。
【0047】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【0048】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明が適用された顕微鏡構造を基本とした光検査装置の概略構成を示している。
【0049】
図1において、1は試料台で、この試料台1上には、被検体として図示しないDNA反応容器に設置された反応領域4が載置されている。
【0050】
試料台1の上方には、集光レンズとして対物レンズ5が配置されている。対物レンズ5は、光軸が反応領域4の中心と一致しており、試料台1面からの垂線上に位置されている。
【0051】
対物レンズ5は、対物レンズ保持機構6に保持されている。この対物レンズ保持機構6は、筒状の形状を有しており、中空部に対物レンズ5の基端部が嵌め込まれている。この場合、対物レンズ5は、対物レンズ保持機構6内で、対物レンズ5の光軸方向に移動可能になっていて、フォーカス調整ができるようになっている。
【0052】
対物レンズ5の光軸a上には、対物レンズ5とともに光検出手段を構成するレンズ8および光検出器9が配置されている。レンズ8は、対物レンズ5を透過した光を光検出器9の検出面に結像するものである。光検出器9は、検出面に集光された光の強度を検出し、電気信号に変換して後述するコンピューター10に出力するものである。ここで、レンズ8については、通常用いられている単レンズでよく、素材としてはBK7、または回折光学素子、液晶レンズなど、通常の可視光に対して集光作用を施すことができる素子や素材を用いることができる。
【0053】
対物レンズ5の周囲には、光源手段として複数(図示例では2個)のレーザー光源ユニット11が配置されている。レーザー光源ユニット11内には、ガスレーザーや半導体レーザーなどからなるレーザー光源14が配置され、このレーザー光源14からの光の光路上には、レンズ12およびシャッター13が配置されている。
【0054】
レンズ12は、レーザー光源14からの光のビーム直径を拡大し、平行光として試料台1上の反応領域4をまんべんなく照射するものである。シャッター13は、後述するコンピューター10に接続されており、コンピューター10からの指令により、開閉操作が行なわれるようになっている。
【0055】
なお、これら複数のレーザー光源ユニット11に用いられるそれぞれのレーザー光源14は、発振波長が同一のものからなっている。
【0056】
このように構成したレーザー光源ユニット11は、位置調整手段としてのレーザー光源ユニット位置調整機構15に組み込まれている。レーザー光源ユニット位置調整機構15は、図示しない可動軸が異なる複数のステッピングモーターにより、反応領域4の面(後述する試料に標識した担体が載置されている面)に対する傾き角、高さ位置、水平方向位置がそれぞれ調整でき、後述するコンピューター10により、それぞれの位置制御を行なうことができるようになっている。この場合、レーザー光源ユニット位置調整機構15により可能な傾斜角度の範囲は、対物レンズ5の光軸に軸に対して45°〜60°程度となっている。
【0057】
図2は、反応領域4が設置されるDNA反応容器の具体例を示している。この場合、図2では、DNA反応容器として、DNAスライドガラス反応容器3を示している。このDNAスライドガラス反応容器3は、スライドガラス状の反応容器本体3aに微小な反応領域4が多数配列されており、これら反応領域4中に、図示しないDNAマイクロアレイが敷設されている。
【0058】
そして、これら反応領域4内に担体で標識されたDNAを含んだ試料溶液(試験サンプル)を注入すると、後述するようにDNAマイクロアレイに固相化された核酸プローブと、試験溶液中の標的核酸との間でハイブリダイゼーション反応が生じ、この反応によりプローブと結合した標的核酸に標識されている担体から散乱光が生じる。この場合、反応に寄与しなかった試料溶液は緩衝液と共に洗浄される。
【0059】
図3は、DNAマイクロアレイ内でのハイブリダイゼーション反応時の様子を示すもので、予め基板7aに固相化された核酸プローブ7cに対して、担体である金属粒子7dを標識した標的核酸7bとの間でハイブリダイゼーション反応が起こる。ここに、入射光14aが照射されると散乱光14bが発生するようになる。ここでは、担体を標的核酸に標識した後に、ハイブリダイゼーション反応を行った場合について説明したが、例えば、標的核酸にビオチンを標識して、ハイブリダイゼーション反応を行ない、その後に、アビジンを結合した担体を加えて、ビオチンとアビジンの反応により図3に示した状態とすることにより、入射光14aに対して散乱光14bを発生させることも可能である。
【0060】
この場合、担体としては、金属粒子や誘電体粒子が用いられる。例えば金微粒子7dの他には、銀、白金、シリコンなどの微粒子やラテックス粒子を用いることができる。特に、金、銀、白金などの金属の微粒子は、粒径が10〜100nmのものが、運動状態にある粒子の速さが最適となるため特に好ましい。また、ラテックス粒子は、粒径が0.1〜1μmのものが、同様に、運動状態にある粒子の速さが最適となるため特に好ましい。適切な粒径は、粒子の比重とブラウン運動の速さにより決定される。ここで、粒子の運動状態は、例えばブラウン運動や振動などがあげられる。
【0061】
このように構成された光検査装置の主要部は、遮光ボックス16内に設置され、外部から遮光されている。
【0062】
図4は、光検査装置全体のブロック図を示している。
【0063】
図において、10はコンピューターで、このコンピューター10には、表示手段としてモニタ17が接続されている。コンピューター10には、図1で述べた装置の主要部で構成された光検出器9と各レーザー光源ユニット11を駆動する駆動手段としてのレーザー光源ユニット駆動装置18が接続されている。レーザー光源ユニット駆動装置18は、コンピューター10からの制御指令を受けると、レーザー光源ユニット11のうちから駆動するものを決定すると同時に、駆動電流の大きさを設定してレーザー光源に必要な電流を供給するようにしている。
【0064】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
【0065】
いま、コンピューター10よりレーザー光源ユニット駆動装置18に制御指令が送られると、レーザー光源ユニット駆動装置18は、この時の指令内容に応じて、レーザー光源ユニット11のうちから駆動するものを決定し、同時に、駆動電流の大きさを決定して供給する。
【0066】
ここで、全て(2個)のレーザー光源ユニット11が同時に駆動されたものとし、レーザー光源14より光が発せられると、試料台1上の反応領域4に向けて光照射される。この場合、各レーザー光源14からの光は、反応領域4の面(試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面)に対して照射ムラが生じないように、つまり、図1に示すように、それぞれのレーザー光源14からの光の中心軸が反応領域4の面略中心に一致するようにしている。
【0067】
これらレーザー光源14による光照射によって、図3で述べたように、試料7に担体として標識された金微粒子7dから散乱光14bが発せられる。この光は、対物レンズ5により集光され、レンズ8を透過して光検出器9の検出面に結像される。光検出器9では、光の強度が検出され、電気信号に変換された後、コンピューター10に出力される。
【0068】
コンピューター10では、輪郭強調、コントラスト補正、色補正などの画像処理や信号解析などを行ない、光画像としてモニタ17上に表示する。あるいは信号光強度の値を数値表示、またはグラフ表示する。
【0069】
従って、このような構成とすれば、レーザー光源ユニット11として、レーザー光源14から発する光の光路上に、レンズ12が配置されることから、反応領域4の面ムラのないコリメート光を照射することができる。これにより、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面内の照射位置の特定が行ないやすくなり、照射位置をコンピューター制御により自動調整する上で容易にプログラムを組むことができるとともに、照射面位置とその照度などの予測も立てやすく有益である。また、手動により、レーザー光を照射する位置を設定するような場合においても、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面内での所望の照射位置に的確にレーザー光の操作を行なうことができる。また、光源から発せられる光が拡散していないので、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面以外の反応領域4内の部分、例えば側壁などを含めて光を誤照射することなどを防止することができる。この場合、各レーザー光源ユニット11の取付位置は、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面を均一の明るさで照射することが必要であり、試料7に照射される光の入射角度に起因して照射ムラが生じないようにするとともに、一部または全面に立体部分を有する試料7に対しても影や照射ムラが生じないようにしている。
【0070】
さらに、このような構成によれば、同一発光波長のスペクトルを有するレーザー光源14を有するレーザー光源ユニット11を複数個(図示例では2個)対物レンズ5の周囲に並べて配置し、これらより同時に光を照射するようにしたので、担体からの散乱光、または反射光を得るのに好都合である。
【0071】
また、これらレーザー光源14からの光が試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面で均一になるように、それぞれの光の中心軸が、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面の略中心に一致するように設定したので、これら面での影や照射ムラを極力小さくすることができ、反応領域4内で発生する散乱光をS/N良く検出することができる。
【0072】
さらに、レーザー光源14からの光は、斜め上方から試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面に向けて照射されるので、試料7表面からの鏡面反射光が、そのまま対物レンズ5側の受光用光路を通過して、光検出器9にノイズ光として入ることが極力少なく、ノイズ光を低減することができる。
【0073】
また、レーザー光源として半導体レーザーを用いれば、出力光強度を電気的に容易に調整でき、しかも安価で、長寿命で、発熱が少なく、さらに消費電力も少なくできる。また装置構成を小型で携帯性に富むものにできる。半導体レーザーとして、例えば発振波長635nm、あるいは670nmのものを用いればよい。勿論、レーザー光源としてヘリウムネオン・レーザーやアルゴン・レーザーのようなガスレーザーを用いることもできる。またレーザー光源14は2個に限らず、3個以上でも良い。このように光源を複数配置する場合には、略回転対称位置に配置することが好ましい。
【0074】
さらに、レーザー光源ユニット11は、レーザー光源14以外の光学素子として、レンズ12のみ用いた構成からなっているので、構成が簡素であり、組立てや光軸の調整が容易であるばかりでなく、コストの低減にもつながり、有用である。またレンズ12は2枚以上の複数のレンズを組み合わせる構成にしても良い。
【0075】
なお、第1の実施の形態では、対物レンズ5の周囲に、複数のレーザー光源ユニット11が配置される場合を述べたが、試料7が極めて小さい場合は、図1において対物レンズ5の周囲に配置されるレーザー光源ユニット11を1個のみとすることもできる。このようにしても、上述したと同様な効果を期待できる。
【0076】
これらのことから第1の実施の形態では、通常用いられている試料DNAを螢光標識し、これを検出する方法で用いられているように、ダイクロイックミラーや色ガラスフィルターのような余分な光学素子を設置する必要もなく、この点で簡単な装置構成にできる。またダイクロイックミラーなどの光学素子がないために、これらの光学素子表面で発生する反射光や散乱光、またこれらの光学素子を光が通過することによって生じる光の吸収による光強度の減衰などが生じないので、光検出器で検出される光強度の損失を最小限に抑えることができる。また、これら光学素子が必要でないために装置全体の光軸調整が簡素化できる。従って、これらのことから、常に容易に、しかも信頼性の高い光検出を行うことができる。
【0077】
(変形例1)
次に、本発明の変形例1の形態を説明する。
【0078】
図5は、第1の実施の変形例1の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0079】
この変形例1では、レーザー光源ユニット11から発せられる光ビームを集束光とし、さらにレーザー光源ユニット位置調整機構15により、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面に対する光ビームの傾き角を変化させ、光の照射角度を調整できるようにしている。
【0080】
この場合、図5では、第1の実施の形態で示したレーザー光源ユニット11に代えて集光型レーザー光源ユニット19が用いられている。
【0081】
集光型レーザー光源ユニット19の内部には、レーザー光源14が配置され、このレーザー光源14からの光の光路上には、レンズ20およびシャッター13が配置されている。
【0082】
レンズ20は、通常用いられるガラスレンズで、レーザー光源14から発せられたレーザー光を集光し、反応領域4にフォーカスさせるようになっている。
【0083】
その他は、図1と同一である。
【0084】
このような構成によれば、集光型レーザー光源ユニット19として、レーザー光源14から発する光の光路上にレンズ20が配置されることから、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面に対し集光ビームを照射することができる。これにより、例えば、レンズ20として、NAが0.9以上の大きいものを用いれば、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面の極めて小さい領域、例えば直径1μm以下程度の範囲に光を集光させて照射することができ、特定の極めて狭い範囲の光照射を行なうことができる。また、レーザー光源14からの光が集光ビームとなって、照射断面の面積が小さくなっているので、反応領域4の側壁など、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面以外の部位にレーザー光が照射され、ノイズ光となって、サンプル4bからの光に混入する要因となることを防ぐことができる。さらにレーザー光源14からの光を試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面内の1点に集光させるように各レーザー光源14の方向を調整してやれば、レーザー光源14からの光を試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面の中の所望の特定部分に限定して照射することができる。これにより、効率的にレーザー光源14からの光を所望する部位のみに照射したり、光スポットをスキャンさせるようなこともできる。また光が拡散していないので、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面以外の反応領域4内の部分、例えば側壁などを含めて光を誤照射することなどを防止することができる。
【0085】
なお、この変形例1において、他の変形例として、レーザー光源14とレンズ20との間の距離を調整し、レーザー光源14から発せられたレーザー光を拡散ビームとしてサンプル4bに照射するようにしても良い。
【0086】
(変形例2)
図6は、第1の実施の変形例2の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。なお、同変形例2では、図4で述べた光検査装置全体のブロック図を援用するものとする。
【0087】
この場合、レーザー光源ユニット11は、対物レンズ5を挟んで対称な位置に配置されている。試料台23は、中心部分が中空、または透明のガラスで形成されており、光が殆んど減衰しないで図示しない反応領域に照射される構造になっている。
【0088】
一方、試料台23の下方にも、レーザー光源ユニット11が(図では2個)光軸に対して略対称に配置されている。
【0089】
これらレーザー光源ユニット11は、各レーザー光源14から発せられる光ビームの中心が反応領域4面の中心に一致するように保持されている。また、これらレーザー光源ユニット11には、レーザー光源ユニット位置調整機構15が取り付けられ、このレーザー光源ユニット位置調整機構15によって、レーザー光源ユニット11の傾き角、上下位置、水平位置などが調整可能で、光ビームの軸方向、上下位置、水平位置などを調整できるようになっている。これらレーザー光源14は、対物レンズ5を挟んで対向する位置に、同一スペクトル特性のものが来るように配置されている。
【0090】
このような構成にすることにより、反応領域4内の試料7の基板(ラテックス粒子)4a部分を上下方向から同時に光照射することができ、種々の担体による前方散乱光も捕捉することができ、より効率的に散乱光を検出することができる。
【0091】
(変形例3)
図7は、第1の実施の変形例3の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。なお、同変形例3でも、図4で述べた光検査装置のブロック図を援用するものとする。
【0092】
この場合、レーザー光源14は複数個あり、対物レンズ5を挟んで対称な位置に配置されている。そして、これらレーザー光源14から発せられる光ビームを直接試料台1上の反応領域4に照射するようにしている。これらレーザー光源14は、それぞれから発せられる光ビームの中心が反応領域4面の中心に一致するように保持されている。また、これらレーザー光源14には、レーザー光源ユニット位置調整機構15が取り付けられ、このレーザー光源ユニット位置調整機構15によって、レーザー光源14の傾き角、上下位置などが調整可能で、光ビームの軸方向などを調整できるようになっている。
【0093】
このような構成とすれば、レーザー光源14からのレーザー光を直接試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面に照射することができるので、光源の構成にレンズなどを用いる必要がなく簡単にでき、また光軸の調整も容易で、簡便に光測定を行うことができる。
【0094】
また、レーザー光源14はレーザー光源ユニット位置調整機構15を作動させることにより、自由にその光ビームの方向を変えることができるので、多彩な形状の反応領域4はもとより、凹凸のあるサンプル4bにも対応することができる。
【0095】
なお、上述では、対物レンズ5周囲に、複数のレーザー光源ユニット11を配置する場合を述べたが、試料7が極めて小さい場合は、対物レンズ5周囲に配置されるレーザー光源14を1個のみとすることもできる。このようにしても、上述したと同様な効果を期待できる。
【0096】
(変形例4)
ところで、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面をムラなく均一の明るさの光で照明するには、事前にこの状態を確認する必要がある。
【0097】
図8は、変形例4の概略構成を示すもので、図1の同一部分には、同符号を付している。また、同変形例では、図4で述べた光検査装置のブロック図を援用するものとする。
【0098】
この場合、複数(図示例では2個)のレーザー光源ユニット11からの光が照射される試料台1上には、反応領域4に代えて光強度検出手段として光強度検出器31が配置されている。ここで、光強度検出器31としては、固体撮像素子(CCDカメラやCMOSセンサー)や撮像管などが用いられる。光強度検出器31は、各レーザー光源ユニット11からの光の強度を個別に検出するものである。この光強度検出器31の光検出出力は、電気信号として図4で述べたコンピューター10に取り込まれる。
【0099】
コンピューター10は、各レーザー光源ユニット11からの光の強度に応じた光強度検出器31の出力から光強度のバラツキを解析して、レーザー光源ユニット駆動装置18に信号を送り、各レーザー光源ユニット11のレーザー光源14に供給する電流を個別に制御する。あるいは、同時にレーザー光源ユニット駆動装置18にもコンピューター10より指令が入り、各レーザー光源14の傾きや上下位置、水平位置を制御し、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面に均一な光を照射することができる。
【0100】
図9は、レーザー光源ユニット11と、このレーザー光源ユニット11のレーザー光源14に電流を供給するための電源装置53の具体的な回路構成を示している。
【0101】
この場合、電源装置53は、交流電源57からの出力を、トランスから構成される変圧回路58に導き電圧調整を行なう。変圧回路58からの出力は、ダイオード4個から成るブリッジ整流回路59に送って全波整流した後、平滑用コンデンサー60によって平滑化する。平滑化された出力は、ダーリントン接続した2個のパワートランジスタ61、62およびOPアンプ63より構成される定電圧回路64に導かれ、一定電圧として出力される。この場合、ツェナーダイオード65の端子電圧を基準電圧にとり、OPアンプ66や抵抗などの回路素子より構成される可変基準電圧生成回路67により可変基準電圧を生成している。そして、OPアンプ63に接続された可変基準抵抗68の値を変化させることにより、可変基準電圧生成回路67の可変基準電圧との関係から定電圧回路64の電圧出力を調整し、レーザー光源ユニット駆動装置18に対して駆動電流を供給する。つまり、可変基準抵抗68の値を変化させることによりレーザー光源ユニット駆動装置18への駆動電流を同時に調整することができる。ここで、FET(field effect transistor:電界効果トランジスタ)70は、万一、電流がショートした場合に急激な電流がOPアンプ63に流れ、このOPアンプ63を損傷する不測の事態を防ぐ働きを担う。また、電源スイッチ69により電源オンオフすることができる。この電源スイッチ69は、コンピューター10と接続されており、コンピューター10によっても、電源入力を調節する。なお、電源スイッチ69は、手動により切り替えても良い。
【0102】
レーザー光源ユニット駆動装置18は、レーザー光源ユニット11の駆動回路として、可変抵抗71a(〜71b)とスィッチ72a(〜72b)の直列回路が各別に用意されている。
【0103】
このレーザー光源ユニット駆動装置18では、それぞれの可変抵抗71a、71bの抵抗値を調整することにより、レーザー光源ユニット11に供給する電流を調節し、その出力光強度を制御することができるようになっている。この出力光強度の調節は、手動で行なってもよいし、あるいは電気的にコンピューター10で自動調整を行なっても良い。
【0104】
また、レーザー光源ユニット駆動装置18では、スイッチ72a、72bのオンオフを制御することで、レーザー光源ユニット11を独立にオンオフできるようになっている。これらのオンオフ制御は、コンピューター制御により、自動的に行なっても良いし、手動で操作しても良い。
【0105】
なお、コンピューター10の制御により、可変抵抗71a、71bこの抵抗値を調整する場合は、レーザー光源14からの光の強度を検出し、この検出信号をコンピューター10に導き、コンピューター10で光強度を解析して、可変抵抗71a、71bの抵抗値を調整する。または、この検出で得られた個々のレーザー光源14からの光の強度を基に、手動で可変抵抗71a、71bの抵抗値調整を行なっても良い。
【0106】
これにより、各レーザー光源14に供給する電流の大きさを試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面近傍で得られる光強度に基づいて制御できるので、各レーザー光源14からの光を同一の明るさに揃えることができ、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面を均一の明るさで照明することができる。このため、この面での照明ムラを抑えることができ、反応領域4内の担体に対して一様に光照射することができ、信頼性の高い光検出を行なうことができる。
【0107】
上述では、コンピューター10を用いたが、光強度検出器31で得られた各レーザー光源ユニット11のレーザー光源14からの光の強度に基づいて上述した要領で、手動によりレーザー光源ユニット駆動装置18を調整したり、あるいはレーザー光源ユニット位置調整機構15を調整して、レーザー光源14からの光を同一の明るさに揃え、その後、光検出器31を取り外し、この位置に反応領域4を設置し直すようにしてもよい。
【0108】
一方、光強度検出器31として撮像手段(例えばCCDカメラやCMOSセンサー(共に図示せず)を使用し、試料台1上に反応領域4をそのまま載置しておいて(サンプルは投入しないで)、各レーザー光源ユニット11のレーザー光源14からの光を反応領域4に個別に照射し、反応領域4からの光を対物レンズ5、レンズ8をそれぞれ通過させ、撮像手段で撮像し、コンピューター10に導きモニタ17に表示させる。そして、このモニタ17の光画像の各画素の明るさをコンピューター10で解析することにより、各レーザー光源14からの光の試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面での強度のバラツキを判断し、この結果に基づいてレーザー光源ユニット駆動装置18、あるいはレーザー光源ユニット位置調整機構15を調整して、それぞれのレーザー光源14に供給する電流、あるいはレーザー光源の空間位置を個別に制御するようにもできる。
【0109】
また、レーザー光源ユニット駆動装置18では、シャッター13のオンオフを制御することで、レーザー光源ユニット11のそれぞれのレーザー光源14を全て独立にオンオフすることもできる。これらのオンオフ操作は、コンピューター制御により、自動的に行なっても良いし、手動でシャッター13を操作しても良い。
【0110】
これにより、反応領域4内部にほぼ均一にレーザー光源14からの光を照射するように調整できる。また、反応領域4内の所望の箇所へ光ビームを集中させることなど、光強度の部分的な加減を行なうことができる。さらに、全てのレーザー光源に流れる駆動電流の大きさを制御することができるので、レーザー光の強度を一斉に強くしたり、弱くしたりすることができる。これにより、個々の試料に対して、的確な光強度のレーザー光を照射することができ、効率良く光を検出することができる。
【0111】
また、レーザー光源ユニット11を構成する個々のレーザー光源は、点灯、消灯を簡単に行うことができ、しかも、出力光強度を個別に調整することもできるので、的確な強さのレーザー光を照射することができ、効率良く光を検出することができる。
【0112】
また、レーザー光源ユニットの数には特に制限はなく、複数のレーザー光源ユニットを複数の駆動回路により個別に制御することができる。
【0113】
このようにして、各レーザー光源14からの光を同一の明るさに揃えることができるので、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面での照射ムラを抑えることができ、反応領域内の金微粒子をほぼ一様に光照射することができる。
【0114】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
【0115】
図10は、第2の実施の形態の概略構成を示すものである。図1と同一部分には、同符号を付している。なお、同第2の実施の形態でも、図4で述べた光検査装置のブロック図を援用するものとする。
【0116】
この場合、レーザー光源ユニット11にはレーザー光源14が配置されており、レーザー光源14から発する光の光路上には、第1の偏光素子としての偏光フィルタ21が配置されている。ここで、偏光フィルタ21は、レーザー光源14から発する光の偏光を直線偏光に変換させるものである。またレンズ12は、図1に示したものと同じであり、レーザー光源から発せられたレーザー光を拡大した後、平行な光に変換し、出射するようにしている。この場合、偏光板22の位置は、レーザー光源14とレンズ12の間にしてもよい。
【0117】
レーザー光源ユニット11は、対物レンズ5を挟んで対称な位置に配置されている。それぞれのレーザー光源ユニット11にはレーザー光源ユニット位置調整機構15が取り付けられており、このレーザー光源ユニット位置調整機構15によって、レーザー光源ユニット11の傾き角、上下位置、水平位置などが調整可能で、光ビームの軸方向、上下位置、水平位置などを調整できるようになっている。すなわち、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面上での照射光の光強度を調整するとともに、光の照射角度の微調整を行い、図1で述べたように、それぞれのレーザー光源ユニット11から発せられる光の中心軸が、反応領域4の略中心にくるように設定することで、試料7に標識した金微粒子7dが載置されている面をムラなく均一の明るさで照明することができる。また、レーザー光源ユニット11ではそれぞれのレーザー光源14に供給する駆動電流を調節し、その出力光強度を制御することができるようになっている。この出力光強度の調節は、手動で行なってもよいし、あるいは電気的にコンピューターで自動調整を行なっても良い。これにより、レーザー光源ユニット11の各レーザー光源14の駆動電流を個別に制御することができる。
【0118】
そして、試料からの反射光路には、対物レンズ5を通ったあと、光検出器9の前方に、第2の偏光素子として偏光板22が配置されている。偏光板22は、偏光板22を通過する光の偏光方向を規定するもので、この偏光板22により、一定の方向の偏光のみを通過させ、レンズを介して、光検出器9で受光する。光検出器9として、例えばCCDカメラを用いている。
【0119】
このような構成によれば、偏光を用いたバックグラウンド光の低減、すなわち信号のS/N比の向上をはかることができる。例えば、担体としてラテックス粒子を用いた場合は、球形粒子が好ましい。このような粒子に直線偏光の光を照射すると、その散乱光の偏光面は入射光の偏光面と同一になる。すなわち、散乱光の偏光面は入射光の偏光面をそのまま保つ。しかし反応領域の壁面や底面、あるいは試料中に混在したゴミなどからの散乱光や反射光は、入射光の偏光面とは異なる偏光面を有する光となる。従って、これらのバックグラウンド光、ノイズ光は対物レンズ5の後方で光検出器9よりの位置に置かれた偏光板22でシャットアウトされ、偏光板22を通過する光は、信号光と、偏光板22を通過するわずかのバックグラウンド光となる。このようにして信号光のS/N比を向上させることができる。
【0120】
次に、このような光検出器を用いた、光検出の具体的な動作を説明する。まず、1つのサンプルに対して、ターゲットDNAを設定し、次に、担体で標識されたDNAを含んだサンプル溶液を反応領域4に滴下し、ハイブリダイゼーションを行わせる。この反応により、プローブと検査対象のDNAが結合する。このとき、反応しなかったDNAは、緩衝液(PBS(リン酸緩衝液)、EDTA(エチレンジアミンテトラ酢酸二ナトリウム)、NaClの混合液:PH7.4)で洗浄する。
【0121】
このようにして取得された被検試料を試料台1上にセットする。そして各レーザー光源ユニット11のレーザー光源14を点灯し、これらレーザー光源14から発せられる光を試料台1上の被検試料に照射する。ただし、レーザー光源14から発せられる光の発光スペクトルは、全てのものが同一となっている。光照射により、担体から散乱光が発せられ、これは対物レンズ5を通過して、偏光板22に到達する。ここで透過した直線偏光は、レンズ12を通過して光検出器9に入り、コンピューター10に導かれる。コンピューター10では光検出器9による光画像を合成してモニタ17上に出力するか、あるいは散乱光による光強度をモニタ17上に数値、またはグラフ表示する。
【0122】
なお、これらレーザー光源ユニット11は、被検試料や反応領域4の大きさや構造などに応じて使い分けることができる。つまり、レーザー光源ユニット11は、レーザー光源14に偏光フィルタ21、レンズ12などの光学素子を組み合わせて一体に構成したものであるので、各レーザー光源ユニット単位で、光を集光したり、コリメート光としたりすることができ、被検試料に標識した担体が載置されている面への光のビームパターンをさまざまに制御することが可能であり、多彩な形状の反応領域4はもとより、種々の大きさの被検試料にも対応することができる。また、レンズ12については素材として通常のレンズに用いられているBK7などのガラスレンズでも良いが、石英ガラス、あるいはプラスチックレンズ、または回折光学素子、液晶レンズなど、通常の可視光に対して集光作用を施すことができる素子や素材を用いることができる。
【0123】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、光源としてレーザ光源を用いたが、レーザー光のようにコヒーレント光源に限定することなく、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、タングステンランプなどの白色光源であるインコヒーレント光源も用いることができる。また、上述した各実施の形態において適用する試料として、DNAマイクロアレイに付いて述べたが、いわゆるDNAマイクロアレイと呼ばれる反応容器の全てに適用可能である。また、DNAに限らず、それ以外の種々の生体由来物質を扱う検査や測定に広く適用可能である。また、本実施の形態は、DNAマイクロアレイを例にとって説明したが、種々の生体関連物質の検査のための種々のプローブを基板に固相化して、免疫反応等の種々の生体関連物質の検査をすることも可能である。さらに、種々の特異的結合物質を固相化する基板は、種々の形態のものを適用することが可能であり、例えば、シリコンウェハやガラスのような2次元基板、種々のビーズ、種々の多孔質基板、種々のゲルを適用することが可能である。さらに、2次元基板に特異的結合物質を固相化した場合は、偏光照明し、反射光の偏光面の変化を測定するエリプソメーターに本発明を適用することは可能である。この場合、感度が非常に高くなるので好ましい。また、種々のビーズに特異的結合物質を固相化した場合は、ビーズアレイやフローサイトメーターに本発明を適用することは可能である。
【0124】
基板としてスライドグラスやシリコンウェハなどの2次元平面に特異的結合物質を固相化した場合は、反応領域が2次元的な広がりを有するので、担体は略平面に載置されるが、3次元的な広がりを持つ多孔質基板に特異的結合物質を固相化した場合には、反応領域が3次元的な広がりを有するので、担体が載置した面は、3次元的な広がりを有することになる。
【0125】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【0126】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、十分な光を効率よく照射でき、信頼性の高い光検出を行うことができる光検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の顕微鏡構造を基本とした光検査装置の概略構成を示す図。
【図2】第1の実施の形態に用いられるDNA反応容器の一例の概略構成を示す図。
【図3】第1の実施の形態に用いられるDNA反応容器の中でのDNAハイブリダイゼーションと金微粒子による光の散乱の様子を示す図。
【図4】第1の実施の形態に用いられるレーザー光源ユニット駆動装置と画像処理装置を示すブロック図。
【図5】第1の実施の形態の変形例1としてレーザー光源ユニットと装置の概略構成を示す図。
【図6】第1の実施の形態の変形例2としてレーザー光源ユニットと装置の概略構成を示す図。
【図7】第1の実施の形態の変形例3として測定光学系の概略構成を示す図。
【図8】第1の実施の形態の変形例4として光源の照射状態測定光学系の概略構成を示す図。
【図9】第1の実施の形態の変形例4に用いられるレーザー光源ユニットのレーザー光源に電流を供給する電源装置の具体的な回路構成を示す図。
【図10】第2の実施の形態に用いられる測定光学系の概略構成を示す図。
【符号の説明】
1…試料台、3…DNAスライドガラス反応容器
3a…反応容器本体、4…反応領域
7a…基板、7b…標的核酸、7c…核酸プローブ
7d…金微粒子、5…対物レンズ、6…対物レンズ保持機構
8…レンズ、9…光検出器
10…コンピューター、11…レーザー光源ユニット
12…レンズ、13…シャッター、14…レーザー光源
15…レーザー光源ユニット位置調整機構
16…遮光ボックス、17…モニタ、18…レーザー光源ユニット駆動装置
19…集光型レーザー光源ユニット、20…レンズ
21…偏光フィルタ、22…偏光板、23…試料台、
31…光強度検出器、53…電源装置、57…交流電源
58…変圧回路、59…ブリッジ整流回路
60…平滑用コンデンサー、61.62…パワートランジスタ
63…OPアンプ、64…定電圧回路
65…ツェナーダイオード、66…OPアンプ
67…可変基準電圧生成回路、68…可変基準抵抗
69…電源スイッチ、71a.71b…可変抵抗
72a.72b…スイッチ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photodetection device applied to an inspection apparatus for a biological substance used for analysis of DNA, nucleic acid such as DNA, antigen-antibody reaction, protein binding reaction and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the main genetic testing methods that have been put into practical use are the extraction of nucleic acids from biological samples and the basis of PCR (Polymerase Chain Reaction) or NASBA (Nucleic Acid Sequence-Based Amplification: nucleic acid sequences). A method of amplifying a target gene by amplifying a radioisotope or a nucleic acid labeled with a photopigment using a method such as a method for measuring the base sequence of the target gene or its concentration. .
[0003]
Electrophoresis is used for examination of gene expression levels and analysis of mutations. However, this electrophoresis method has problems such as time-consuming and time-consuming measurement, and limitations in measurement that can be performed at one time.
[0004]
Therefore, recently, capillary electrophoresis has been widely used in which photolabeled nucleic acids are reacted in a plurality of capillaries and many samples can be rapidly processed at once. According to this capillary electrophoresis method, it is possible to perform measurement easily and in a short time with a small amount of sample, compared with a method using a conventional electrophoresis method.
[0005]
Furthermore, recently, a test method using a DNA microarray capable of performing a plurality of gene tests simultaneously has been newly developed. Here, a DNA microarray is one in which a number of DNA probes are immobilized on the surface of a glass substrate, or a number of oligo probes synthesized on a small area on a silicon wafer by applying a semiconductor manufacturing process. is there.
[0006]
In such an inspection method using a DNA microarray, a plurality of DNA base sequences and expression levels in a sample can be determined simultaneously. In addition, the application of DNA microarrays enables various tests such as analysis of many gene expression levels and multiple mutations. Furthermore, from data obtained using a DNA microarray, many genes can be classified into a plurality of groups, and information on gene fluctuations associated with development and differentiation can be obtained.
[0007]
However, although the gene analysis method using a DNA microarray has the advantage of being able to perform a large number of tests at once, it requires a long test time, has many test steps throughout, and requires complicated operations. There was a problem that it was difficult to obtain a good detection result.
[0008]
Therefore, in order to overcome such problems, a porous filter is used as a substrate on which the probe of the DNA microarray is immobilized, and the same test as the DNA microarray can be performed in a short time with good reproducibility. Methods and methods for conducting hybridization reactions by electric force have been developed (for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).
[0009]
Furthermore, a genetic testing device that performs genetic analysis using a DNA microarray has been considered. This device is based on a microscope, and causes a hybridization reaction between a target nucleic acid pre-labeled with a nucleic acid and a number of nucleic acid probes, and an optical signal from a light substance generated by this reaction is generated. An optical image is obtained based on the acquired image. Here, the DNA microarray has, for example, a structure in which a large number of minute reaction regions for spotting a probe for capturing a sample to be immobilized are arranged.
[0010]
In such a genetic testing method using a DNA microarray, it is possible to excite a light substance efficiently and generate a stable light from a reaction product generated in a reaction vessel of the DNA microarray. It is extremely important to do.
[0011]
2. Description of the Related Art Conventionally, an LED (Light Emitting Diode) excitation light source as disclosed in Patent Document 4, for example, is disclosed in which a fluorescent material is irradiated with excitation light from a light source to generate fluorescence. The light material is excited by the excitation light emitted from the light source, and the light signal is received by the solid-state imaging device through filter means that selectively transmits the wavelength of the incident light with respect to the light emitted from the excited light material. There is one in which an optical image is obtained based on a signal.
[0012]
Further, as disclosed in Patent Document 5, light from an LED is irradiated to a well as excitation light via a dichroic mirror and objective lens, and light emitted from the sample is pinhole unit via the objective lens and dichroic mirror. In some cases, a photomultiplier tube is used for detection.
[0013]
Further, as disclosed in Patent Document 6, a semiconductor light source is two-dimensionally arranged to illuminate a specimen through a condenser lens as a surface light source, and light transmitted through the specimen is incident on an objective lens. In other words, illumination light from a two-dimensionally arranged semiconductor light source is sent along the optical axis and incident on the objective lens in a state where it matches the optical axis of the objective lens so that an enlarged image can be obtained. There is something.
[0014]
Furthermore, as disclosed in Patent Document 7, a semiconductor excitation light source is used to illuminate the sample through the objective lens to excite the photopigment inside the sample, and the light from the sample is the same optical as the incident light. Some are detected by a photodetector through the system.
[0015]
Non-Patent Document 1 discloses resonance light scattering by metal fine particles.
[0016]
[Patent Document 1]
JP-T 9-504864
[0017]
[Patent Document 2]
Japanese National Patent Publication No. 2000-515251
[0018]
[Patent Document 3]
JP-T-2001-501301
[0019]
[Patent Document 4]
JP-A-10-132744
[0020]
[Patent Document 5]
JP 2002-116148 A
[0021]
[Patent Document 6]
Japanese Patent Publication No. 7-122694
[0022]
[Patent Document 7]
US Pat. No. 6,154,282
[0023]
[Non-Patent Document 1] Yguerabid J and Yguerabe E, Analytical Biochemistry, 262, p. 137
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these conventional methods, a fluorescent substance photolabeled on a sample is excited with excitation light, and light emitted by the fluorescent substance is detected, so that a dichroic mirror, a color filter, etc. are in the optical path of light detection. These optical elements are arranged. However, when these optical elements are arranged in the optical path, the light intensity is attenuated by passing signal light through each optical element, and it may be impossible to detect light with high reliability.
[0025]
In addition, the fluorescent substance used as a photolabel has a problem in that the wavelength of excitation light is limited, and any light source having a high light intensity can be used.
[0026]
In addition, if a light source with high light intensity is used as excitation light, the time required for the fluorescent substance to fade is accelerated, and the measurement time is greatly limited. Conversely, if the intensity of the excitation light is too weak, the fluorescent substance is Although it takes a long time to fade, there is a problem that the detection light becomes small and stable light detection cannot be performed.
[0027]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a photodetector that can efficiently irradiate sufficient light and can perform highly reliable light detection.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided light source means for emitting light for illuminating a carrier labeled on a sample, and light collection for collecting reflected light or scattered light emitted from the carrier by illumination light from the light source means. A light detection means having a lens and a light detector for detecting light that has passed through the condenser lens, wherein the optical path of the illumination light emitted from the light source and the light path of the light detection means are separated It is characterized by.
[0029]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a plurality of the light source means are arranged around the condenser lens.
[0030]
A third aspect of the present invention is characterized in that, in the second aspect of the present invention, the light source means has substantially the same spectral characteristics of emission wavelengths.
[0031]
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the light source means is a white light source.
[0032]
The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the light source means is a laser light source.
[0033]
The invention according to claim 6 is the invention according to claim 1, wherein the light source means is inclined around the light source means with respect to the surface on which the carrier labeled with the sample is placed. It is characterized by having a position adjusting means capable of adjusting at least one of the directional positions.
[0034]
According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the first polarizing element that converts the polarized light of the light emitted from the light source means into a linearly polarized light and the front of the photodetector are arranged, and is fixed. A second polarizing element that transmits only polarized light in the direction is further provided.
[0035]
The invention described in claim 8 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the carrier is a metal particle or a dielectric particle.
[0036]
The invention according to claim 9 is the light intensity detection means according to the invention according to claim 1, wherein the light intensity detection means detects the intensity of light emitted from the light source means in the vicinity of the surface on which the carrier labeled on the sample is placed, Based on the intensity of light from the light source means detected by the light intensity detecting means, the driving means supplying driving current for driving the light source means and controlling the magnitude of the driving current. The drive means can control the drive current to the light source means.
[0037]
The invention according to claim 10 is the invention according to claim 1, further comprising: a light intensity detecting means for detecting the intensity of light emitted from the light source means in the vicinity of a surface on which a carrier labeled on the sample is placed; A moving unit that enables movement of the direction and position of the light source unit, and the position and direction of the light source unit are controlled by the moving unit based on the intensity of light from the light source unit detected by the light intensity detecting unit; It is characterized by having made it possible.
[0038]
As a result, according to the present invention, sample DNA is hybridized using a carrier, and scattered light or reflected light from the carrier is detected. Therefore, measurement can be performed easily and in a short time.
[0039]
Also, according to the present invention, a plurality of light source means are arranged along the periphery of the condenser lens, and the sample is irradiated with light simultaneously from these, so that scattered light or reflected light from the carrier is efficiently emitted. Can be caught.
[0040]
Furthermore, according to the present invention, the light detector is configured to irradiate the carrier with light emitted from the light source means as linearly polarized light, and to detect only a specific polarization component of the scattered light or reflected light from the carrier. Since the polarizing element is arranged in front of the light source, the background noise can be reduced and signal light detection with a high S / N ratio can be performed.
[0041]
Furthermore, according to the present invention, the direction of the light emitted from the light source means and the tilt direction with respect to the optical axis of the condensing lens can be adjusted, so that the light is condensed at a desired specific place of the carrier labeled on the sample. be able to.
[0042]
Furthermore, according to the present invention, the drive current to the light source means or the position and direction of the light source means can be individually controlled based on the light intensity detected in the vicinity of the surface on which the carrier labeled on the sample is placed. The light from the light source means can be aligned with the same brightness, and the sample can be illuminated with uniform brightness.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
By the way, the “specific binding substance” used in the present invention is a hormone, tumor marker, enzyme, antibody, antigen, abzyme, other protein, nucleic acid, cDNA, DNA, RNA, etc. It is a substance that can specifically bind to and is called a probe.
[0044]
Further, the “biological substance” used in the present invention is a substance that specifically binds to a known specific binding substance arranged at a predetermined position on an antibody, and is extracted, isolated, etc. from a living body. In addition to those extracted directly from the living body, those obtained by chemical treatment, chemical modification, etc. are also included. For example, substances such as hormones, tumor markers, enzymes, antibodies, antigens, abzymes, other proteins, nucleic acids, cDNA, DNA, and RNA.
[0045]
“Biological substance” and “specific binding substance” specifically bind to each other when, for example, a stable duplex is formed between complementary nucleotide sequences found in DNA, RNA, etc. ( Hybridization), or a highly specific bond that selectively reacts only with a specific substance, such as an antigen and an antibody, or piotin and avidin.
[0046]
Furthermore, the “carrier” used in the present invention refers to various particles labeled with a biological substance to be examined.
[0047]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0048]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an optical inspection apparatus based on a microscope structure to which the present invention is applied.
[0049]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sample stage. On the sample stage 1, a reaction region 4 installed in a DNA reaction container (not shown) is placed as an object.
[0050]
Above the sample stage 1, an objective lens 5 is disposed as a condenser lens. The objective lens 5 has an optical axis that coincides with the center of the reaction region 4 and is positioned on a perpendicular line from the surface of the sample stage 1.
[0051]
The objective lens 5 is held by the objective lens holding mechanism 6. The objective lens holding mechanism 6 has a cylindrical shape, and the base end portion of the objective lens 5 is fitted in the hollow portion. In this case, the objective lens 5 is movable in the direction of the optical axis of the objective lens 5 in the objective lens holding mechanism 6 so that focus adjustment can be performed.
[0052]
On the optical axis a of the objective lens 5, a lens 8 and a photodetector 9 that constitute a light detection means together with the objective lens 5 are arranged. The lens 8 forms an image of the light transmitted through the objective lens 5 on the detection surface of the photodetector 9. The photodetector 9 detects the intensity of the light collected on the detection surface, converts it into an electrical signal, and outputs it to a computer 10 described later. Here, the lens 8 may be a commonly used single lens, and the material may be BK7, a diffractive optical element, a liquid crystal lens, or the like, an element or a material capable of condensing normal visible light. Can be used.
[0053]
Around the objective lens 5, a plurality (two in the illustrated example) of laser light source units 11 are arranged as light source means. In the laser light source unit 11, a laser light source 14 composed of a gas laser, a semiconductor laser, or the like is disposed, and a lens 12 and a shutter 13 are disposed on an optical path of light from the laser light source 14.
[0054]
The lens 12 expands the beam diameter of the light from the laser light source 14 and irradiates the reaction region 4 on the sample stage 1 evenly as parallel light. The shutter 13 is connected to a computer 10 to be described later, and an opening / closing operation is performed according to a command from the computer 10.
[0055]
Each of the laser light sources 14 used in the plurality of laser light source units 11 has the same oscillation wavelength.
[0056]
The laser light source unit 11 configured as described above is incorporated in a laser light source unit position adjusting mechanism 15 as position adjusting means. The laser light source unit position adjusting mechanism 15 includes a plurality of stepping motors having different movable axes (not shown), an inclination angle with respect to a surface of the reaction region 4 (a surface on which a carrier labeled on a sample to be described later is placed), a height position, Each of the horizontal positions can be adjusted, and each position can be controlled by a computer 10 described later. In this case, the range of the inclination angle possible by the laser light source unit position adjusting mechanism 15 is about 45 ° to 60 ° with respect to the optical axis of the objective lens 5.
[0057]
FIG. 2 shows a specific example of a DNA reaction vessel in which the reaction region 4 is installed. In this case, FIG. 2 shows a DNA slide glass reaction vessel 3 as the DNA reaction vessel. In this DNA slide glass reaction vessel 3, a large number of minute reaction regions 4 are arranged in a slide glass-like reaction vessel main body 3a, and a DNA microarray (not shown) is laid in these reaction regions 4.
[0058]
Then, when a sample solution (test sample) containing DNA labeled with a carrier is injected into these reaction regions 4, a nucleic acid probe immobilized on a DNA microarray, a target nucleic acid in the test solution, and A hybridization reaction occurs between the two, and this reaction generates scattered light from the carrier labeled with the target nucleic acid bound to the probe. In this case, the sample solution that has not contributed to the reaction is washed with the buffer.
[0059]
FIG. 3 shows a state during a hybridization reaction in a DNA microarray. A nucleic acid probe 7c previously immobilized on a substrate 7a is compared with a target nucleic acid 7b labeled with a metal particle 7d as a carrier. Hybridization reactions occur between them. When incident light 14a is irradiated here, scattered light 14b is generated. Here, the case where the hybridization reaction is performed after labeling the carrier with the target nucleic acid has been described. For example, the target nucleic acid is labeled with biotin, the hybridization reaction is performed, and then the carrier to which avidin is bound is added. In addition, the scattered light 14b can be generated with respect to the incident light 14a by setting the state shown in FIG. 3 by the reaction of biotin and avidin.
[0060]
In this case, metal particles or dielectric particles are used as the carrier. For example, in addition to the gold fine particles 7d, fine particles such as silver, platinum, silicon, and latex particles can be used. In particular, fine particles of metal such as gold, silver, platinum, etc., having a particle size of 10 to 100 nm are particularly preferable because the speed of particles in a moving state is optimized. Further, latex particles having a particle size of 0.1 to 1 μm are particularly preferable because the speed of particles in a moving state is also optimal. The appropriate particle size is determined by the specific gravity of the particles and the speed of the Brownian motion. Here, examples of the motion state of the particles include Brownian motion and vibration.
[0061]
The main part of the optical inspection apparatus configured as described above is installed in the light shielding box 16 and is shielded from the outside.
[0062]
FIG. 4 shows a block diagram of the entire optical inspection apparatus.
[0063]
In the figure, reference numeral 10 denotes a computer, and a monitor 17 is connected to the computer 10 as display means. Connected to the computer 10 are a photodetector 9 constituted by the main part of the apparatus described in FIG. 1 and a laser light source unit driving device 18 as a driving means for driving each laser light source unit 11. Upon receiving a control command from the computer 10, the laser light source unit driving device 18 determines which one of the laser light source units 11 is to be driven, and simultaneously sets the magnitude of the drive current to supply a necessary current to the laser light source. Like to do.
[0064]
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.
[0065]
Now, when a control command is sent from the computer 10 to the laser light source unit driving device 18, the laser light source unit driving device 18 determines what is to be driven from the laser light source unit 11 according to the command content at this time, At the same time, the magnitude of the drive current is determined and supplied.
[0066]
Here, it is assumed that all (two) laser light source units 11 are driven at the same time. When light is emitted from the laser light source 14, light is irradiated toward the reaction region 4 on the sample stage 1. In this case, the light from each laser light source 14 does not cause uneven irradiation on the surface of the reaction region 4 (the surface on which the gold fine particles 7d labeled on the sample 7 are placed), that is, in FIG. As shown, the center axis of the light from each laser light source 14 is made to coincide with the approximate center of the reaction region 4.
[0067]
As described with reference to FIG. 3, scattered light 14b is emitted from the gold fine particles 7d labeled on the sample 7 as a carrier by light irradiation by the laser light source 14. This light is collected by the objective lens 5, passes through the lens 8, and forms an image on the detection surface of the photodetector 9. The light detector 9 detects the light intensity, converts it into an electrical signal, and then outputs it to the computer 10.
[0068]
The computer 10 performs image processing such as contour enhancement, contrast correction, and color correction, signal analysis, and the like, and displays the image on the monitor 17 as an optical image. Alternatively, the signal light intensity value is displayed numerically or graphically.
[0069]
Therefore, with such a configuration, since the lens 12 is disposed on the optical path of the light emitted from the laser light source 14 as the laser light source unit 11, the collimated light without surface unevenness in the reaction region 4 is irradiated. Can do. Thereby, it becomes easy to specify the irradiation position in the surface where the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed, and it is possible to easily compile a program for automatically adjusting the irradiation position by computer control. Prediction of the irradiation surface position and its illuminance is easy to make and useful. Further, even when the position to irradiate the laser beam is manually set, the operation of the laser beam is accurately performed at a desired irradiation position on the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed. Can be done. Further, since the light emitted from the light source is not diffused, light is erroneously irradiated including a portion in the reaction region 4 other than the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed, for example, a side wall. Etc. can be prevented. In this case, the mounting position of each laser light source unit 11 needs to irradiate the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed with uniform brightness. Irradiation unevenness is prevented from occurring due to the incident angle, and shadows and irradiation unevenness are also prevented from occurring on the sample 7 having a three-dimensional part in part or on the entire surface.
[0070]
Furthermore, according to such a configuration, a plurality (two in the illustrated example) of laser light source units 11 each having a laser light source 14 having a spectrum of the same emission wavelength are arranged around the objective lens 5 and light is simultaneously emitted from these. Therefore, it is convenient to obtain scattered light or reflected light from the carrier.
[0071]
Further, the central axis of each light is placed on the sample 7 so that the light from the laser light source 14 is uniform on the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed. Since it is set to coincide with the approximate center of the placed surface, shadows and irradiation unevenness on these surfaces can be minimized, and scattered light generated in the reaction region 4 can be detected with good S / N. Can do.
[0072]
Furthermore, since the light from the laser light source 14 is irradiated obliquely from above toward the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed, the specular reflection light from the surface of the sample 7 is directly used as the objective lens 5. It is possible to reduce the noise light by passing through the light receiving optical path on the side and entering the photodetector 9 as noise light as much as possible.
[0073]
If a semiconductor laser is used as the laser light source, the output light intensity can be easily adjusted electrically, and it is inexpensive, has a long service life, generates little heat, and further reduces power consumption. In addition, the device configuration can be made small and portable. For example, a semiconductor laser having an oscillation wavelength of 635 nm or 670 nm may be used. Of course, a gas laser such as a helium neon laser or an argon laser can also be used as the laser light source. Further, the number of laser light sources 14 is not limited to two, and may be three or more. When a plurality of light sources are arranged in this way, it is preferable to arrange them at a substantially rotationally symmetric position.
[0074]
Further, since the laser light source unit 11 has a configuration in which only the lens 12 is used as an optical element other than the laser light source 14, the configuration is simple, the assembly and the adjustment of the optical axis are easy, and the cost is reduced. It is also useful because it leads to a reduction in The lens 12 may be configured by combining a plurality of two or more lenses.
[0075]
In the first embodiment, the case where a plurality of laser light source units 11 are arranged around the objective lens 5 has been described. However, when the sample 7 is extremely small, the objective lens 5 is surrounded by the objective lens 5 in FIG. Only one laser light source unit 11 may be arranged. Even in this case, the same effect as described above can be expected.
[0076]
From these facts, in the first embodiment, as used in a method of fluorescently labeling and detecting a sample DNA that is usually used, an extra optical element such as a dichroic mirror or a colored glass filter is used. There is no need to install an element, and a simple device configuration can be achieved in this respect. In addition, since there is no optical element such as a dichroic mirror, light intensity is attenuated due to reflected light or scattered light generated on the surface of these optical elements, or absorption of light caused by light passing through these optical elements. Therefore, the loss of light intensity detected by the photodetector can be minimized. Further, since these optical elements are not necessary, the optical axis adjustment of the entire apparatus can be simplified. Therefore, from these, it is possible to always easily and reliably perform light detection.
[0077]
(Modification 1)
Next, the form of the modification 1 of this invention is demonstrated.
[0078]
FIG. 5 shows a schematic configuration of the first modification of the first embodiment, and the same parts as those in FIG.
[0079]
In the first modification, the light beam emitted from the laser light source unit 11 is focused light, and the laser light source unit position adjusting mechanism 15 further tilts the light beam with respect to the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed. By changing the angle, the light irradiation angle can be adjusted.
[0080]
In this case, in FIG. 5, a condensing laser light source unit 19 is used in place of the laser light source unit 11 shown in the first embodiment.
[0081]
A laser light source 14 is disposed inside the condensing laser light source unit 19, and a lens 20 and a shutter 13 are disposed on the optical path of light from the laser light source 14.
[0082]
The lens 20 is a commonly used glass lens that focuses the laser light emitted from the laser light source 14 and focuses it on the reaction region 4.
[0083]
Others are the same as FIG.
[0084]
According to such a configuration, since the lens 20 is arranged on the optical path of the light emitted from the laser light source 14 as the condensing laser light source unit 19, the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed. A focused beam can be applied to the surface. Thus, for example, if a lens 20 having a large NA of 0.9 or more is used, the lens 20 has a very small area on the surface on which the labeled gold fine particle 7d is placed, for example, a range of about 1 μm or less in diameter. Light can be condensed and irradiated, and light irradiation in a specific extremely narrow range can be performed. Further, since the light from the laser light source 14 becomes a condensed beam and the area of the irradiation cross section is reduced, the surface of the reaction region 4 other than the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed is placed. It is possible to prevent the laser beam from irradiating the part and becoming noise light and becoming a factor of being mixed into the light from the sample 4b. Furthermore, if the direction of each laser light source 14 is adjusted so that the light from the laser light source 14 is condensed at one point on the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed, the light from the laser light source 14 is obtained. Can be irradiated only to a desired specific portion in the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed. Thereby, it is possible to efficiently irradiate only the desired portion with the light from the laser light source 14 or to scan the light spot. Further, since light is not diffused, it is possible to prevent erroneous irradiation of light including a part in the reaction region 4 other than the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed, for example, a side wall. Can do.
[0085]
In this modified example 1, as another modified example, the distance between the laser light source 14 and the lens 20 is adjusted, and the sample 4b is irradiated with the laser light emitted from the laser light source 14 as a diffused beam. Also good.
[0086]
(Modification 2)
FIG. 6 shows a schematic configuration of the second modification of the first embodiment, and the same parts as those in FIG. In the second modification, the block diagram of the entire optical inspection apparatus described with reference to FIG. 4 is used.
[0087]
In this case, the laser light source unit 11 is disposed at a symmetrical position with the objective lens 5 interposed therebetween. The sample stage 23 is formed of a hollow or transparent glass at the center, and has a structure in which light is irradiated to a reaction region (not shown) with little attenuation.
[0088]
On the other hand, laser light source units 11 (two in the figure) are also arranged substantially symmetrically with respect to the optical axis below the sample stage 23.
[0089]
These laser light source units 11 are held such that the center of the light beam emitted from each laser light source 14 coincides with the center of the reaction area 4 surface. Further, a laser light source unit position adjusting mechanism 15 is attached to these laser light source units 11, and the tilt angle, vertical position, horizontal position, etc. of the laser light source unit 11 can be adjusted by the laser light source unit position adjusting mechanism 15. The axial direction, vertical position, horizontal position, etc. of the light beam can be adjusted. These laser light sources 14 are arranged such that those having the same spectral characteristics come to positions facing each other with the objective lens 5 interposed therebetween.
[0090]
By adopting such a configuration, the substrate (latex particle) 4a portion of the sample 7 in the reaction region 4 can be simultaneously irradiated with light from above and below, and forward scattered light from various carriers can be captured, Scattered light can be detected more efficiently.
[0091]
(Modification 3)
FIG. 7 shows a schematic configuration of the third modification of the first embodiment, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the third modification, the block diagram of the optical inspection apparatus described with reference to FIG. 4 is also used.
[0092]
In this case, there are a plurality of laser light sources 14 and they are arranged at symmetrical positions with the objective lens 5 interposed therebetween. Then, the reaction region 4 on the sample stage 1 is directly irradiated with a light beam emitted from the laser light source 14. These laser light sources 14 are held so that the centers of the light beams emitted from the respective laser light sources 14 coincide with the centers of the surfaces of the reaction region 4. Further, a laser light source unit position adjusting mechanism 15 is attached to these laser light sources 14, and the laser light source unit position adjusting mechanism 15 can adjust the tilt angle, vertical position, etc. of the laser light source 14, and the axial direction of the light beam. Etc. can be adjusted.
[0093]
With such a configuration, the laser light from the laser light source 14 can be directly applied to the surface on which the gold fine particles 7d labeled on the sample 7 are placed. Therefore, it is necessary to use a lens or the like for the configuration of the light source. The optical axis can be easily adjusted, and light measurement can be easily performed.
[0094]
Further, since the laser light source 14 can freely change the direction of the light beam by operating the laser light source unit position adjusting mechanism 15, not only the reaction region 4 having various shapes but also the uneven sample 4b can be changed. Can respond.
[0095]
In the above description, the case where a plurality of laser light source units 11 are arranged around the objective lens 5 has been described. However, when the sample 7 is extremely small, only one laser light source 14 is arranged around the objective lens 5. You can also Even in this case, the same effect as described above can be expected.
[0096]
(Modification 4)
By the way, in order to illuminate the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed with light of uniform brightness without unevenness, it is necessary to confirm this state in advance.
[0097]
FIG. 8 shows a schematic configuration of the modified example 4, and the same parts in FIG. In the modification, the block diagram of the optical inspection apparatus described with reference to FIG. 4 is used.
[0098]
In this case, a light intensity detector 31 is arranged as a light intensity detection means on the sample stage 1 irradiated with light from a plurality of (two in the illustrated example) laser light source units 11 instead of the reaction region 4. Yes. Here, as the light intensity detector 31, a solid-state imaging device (CCD camera or CMOS sensor), an imaging tube, or the like is used. The light intensity detector 31 individually detects the intensity of light from each laser light source unit 11. The light detection output of the light intensity detector 31 is taken into the computer 10 described with reference to FIG. 4 as an electric signal.
[0099]
The computer 10 analyzes the variation in light intensity from the output of the light intensity detector 31 corresponding to the light intensity from each laser light source unit 11, sends a signal to the laser light source unit driving device 18, and sends each laser light source unit 11. The current supplied to the laser light source 14 is individually controlled. Alternatively, at the same time, a command is also input from the computer 10 to the laser light source unit driving device 18 to control the inclination, vertical position, and horizontal position of each laser light source 14, and on the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed. Uniform light can be irradiated.
[0100]
FIG. 9 shows a specific circuit configuration of the laser light source unit 11 and a power supply device 53 for supplying a current to the laser light source 14 of the laser light source unit 11.
[0101]
In this case, the power supply device 53 conducts voltage adjustment by guiding the output from the AC power supply 57 to the transformer circuit 58 including a transformer. The output from the transformer circuit 58 is sent to a bridge rectifier circuit 59 composed of four diodes, subjected to full-wave rectification, and then smoothed by a smoothing capacitor 60. The smoothed output is led to a constant voltage circuit 64 composed of two power transistors 61 and 62 and an OP amplifier 63 connected in Darlington, and output as a constant voltage. In this case, the terminal voltage of the Zener diode 65 is used as a reference voltage, and the variable reference voltage generation circuit 67 configured by circuit elements such as an OP amplifier 66 and a resistor generates the variable reference voltage. Then, by changing the value of the variable reference resistor 68 connected to the OP amplifier 63, the voltage output of the constant voltage circuit 64 is adjusted from the relationship with the variable reference voltage of the variable reference voltage generation circuit 67, and the laser light source unit drive A drive current is supplied to the device 18. That is, by changing the value of the variable reference resistor 68, the drive current to the laser light source unit drive device 18 can be adjusted simultaneously. Here, an FET (Field Effect Transistor) 70 plays a role of preventing an unexpected situation in which a sudden current flows to the OP amplifier 63 when the current is short-circuited and the OP amplifier 63 is damaged. . The power switch 69 can be used to turn on / off the power. The power switch 69 is connected to the computer 10, and the computer 10 also adjusts the power input. The power switch 69 may be switched manually.
[0102]
In the laser light source unit driving device 18, series circuits of variable resistors 71 a (˜71 b) and switches 72 a (˜72 b) are separately prepared as drive circuits for the laser light source unit 11.
[0103]
In the laser light source unit driving device 18, by adjusting the resistance values of the variable resistors 71a and 71b, the current supplied to the laser light source unit 11 can be adjusted, and the output light intensity can be controlled. ing. The adjustment of the output light intensity may be performed manually or may be automatically adjusted electrically by the computer 10.
[0104]
Further, in the laser light source unit driving device 18, the laser light source unit 11 can be turned on and off independently by controlling on and off of the switches 72a and 72b. These on / off controls may be automatically performed by computer control or may be manually operated.
[0105]
When adjusting the resistance values of the variable resistors 71a and 71b under the control of the computer 10, the intensity of the light from the laser light source 14 is detected, the detected signal is guided to the computer 10, and the computer 10 analyzes the light intensity. Then, the resistance values of the variable resistors 71a and 71b are adjusted. Alternatively, the resistance values of the variable resistors 71a and 71b may be manually adjusted based on the intensity of light from each laser light source 14 obtained by this detection.
[0106]
As a result, the magnitude of the current supplied to each laser light source 14 can be controlled based on the light intensity obtained in the vicinity of the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed. To the same brightness, and the surface on which the gold fine particles 7d labeled on the sample 7 are placed can be illuminated with uniform brightness. For this reason, uneven illumination on this surface can be suppressed, the light in the reaction region 4 can be uniformly irradiated, and light detection with high reliability can be performed.
[0107]
In the above description, the computer 10 is used. However, the laser light source unit driving device 18 is manually operated in the manner described above based on the light intensity from the laser light source 14 of each laser light source unit 11 obtained by the light intensity detector 31. Adjust or adjust the laser light source unit position adjusting mechanism 15 to align the light from the laser light source 14 to the same brightness, and then remove the photodetector 31 and re-install the reaction region 4 at this position. You may do it.
[0108]
On the other hand, an imaging means (for example, a CCD camera or a CMOS sensor (both not shown)) is used as the light intensity detector 31, and the reaction region 4 is placed on the sample stage 1 as it is (without introducing a sample). The light from the laser light source 14 of each laser light source unit 11 is individually applied to the reaction region 4, the light from the reaction region 4 is passed through the objective lens 5 and the lens 8, respectively, and is imaged by the imaging means. Then, the brightness of each pixel of the light image of the monitor 17 is analyzed by the computer 10 to place the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 of the light from each laser light source 14. The intensity variation in the surface is determined, and the laser light source unit driving device 18 or the laser light source unit position adjusting mechanism 1 is determined based on the result. The adjusted, it is also to current supplied to each of the laser light source 14, or the spatial position of the laser light source is controlled individually.
[0109]
Further, in the laser light source unit driving device 18, all the laser light sources 14 of the laser light source unit 11 can be turned on / off independently by controlling on / off of the shutter 13. These on / off operations may be automatically performed by computer control, or the shutter 13 may be manually operated.
[0110]
Thereby, it can adjust so that the light from the laser light source 14 may be irradiated into the reaction region 4 substantially uniformly. Further, the light intensity can be partially adjusted, for example, by concentrating the light beam at a desired location in the reaction region 4. Furthermore, since the magnitude of the drive current flowing through all the laser light sources can be controlled, the intensity of the laser light can be increased or decreased all at once. Thereby, it is possible to irradiate each sample with laser light having an appropriate light intensity, and to detect light efficiently.
[0111]
In addition, the individual laser light sources constituting the laser light source unit 11 can be easily turned on and off, and the output light intensity can be individually adjusted, so that laser light of an appropriate intensity is irradiated. It is possible to detect light efficiently.
[0112]
The number of laser light source units is not particularly limited, and a plurality of laser light source units can be individually controlled by a plurality of drive circuits.
[0113]
In this way, since the light from each laser light source 14 can be made to have the same brightness, irradiation unevenness on the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed can be suppressed, and the reaction The gold fine particles in the region can be irradiated with light almost uniformly.
[0114]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0115]
FIG. 10 shows a schematic configuration of the second embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the second embodiment, the block diagram of the optical inspection apparatus described with reference to FIG. 4 is also used.
[0116]
In this case, a laser light source 14 is disposed in the laser light source unit 11, and a polarizing filter 21 as a first polarizing element is disposed on the optical path of light emitted from the laser light source 14. Here, the polarization filter 21 converts the polarization of light emitted from the laser light source 14 into linearly polarized light. Further, the lens 12 is the same as that shown in FIG. 1, and after the laser light emitted from the laser light source is enlarged, it is converted into parallel light and emitted. In this case, the position of the polarizing plate 22 may be between the laser light source 14 and the lens 12.
[0117]
The laser light source unit 11 is disposed at a symmetrical position with the objective lens 5 interposed therebetween. Each laser light source unit 11 is provided with a laser light source unit position adjusting mechanism 15. By this laser light source unit position adjusting mechanism 15, the tilt angle, vertical position, horizontal position, etc. of the laser light source unit 11 can be adjusted. The axial direction, vertical position, horizontal position, etc. of the light beam can be adjusted. That is, the light intensity of the irradiation light on the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed is adjusted, and the light irradiation angle is finely adjusted. As described in FIG. By setting the central axis of the light emitted from the laser light source unit 11 to be approximately at the center of the reaction region 4, the surface on which the gold fine particle 7d labeled on the sample 7 is placed is evenly uniform and uniform. It can be illuminated with. Further, the laser light source unit 11 can control the output light intensity by adjusting the drive current supplied to each laser light source 14. The adjustment of the output light intensity may be performed manually or may be automatically adjusted electrically by a computer. Thereby, the drive current of each laser light source 14 of the laser light source unit 11 can be individually controlled.
[0118]
Then, after passing through the objective lens 5 in the reflected light path from the sample, a polarizing plate 22 is disposed as a second polarizing element in front of the photodetector 9. The polarizing plate 22 defines the polarization direction of the light passing through the polarizing plate 22. The polarizing plate 22 allows only polarized light in a certain direction to pass through and is received by the photodetector 9 through the lens. For example, a CCD camera is used as the photodetector 9.
[0119]
According to such a configuration, it is possible to reduce the background light using polarized light, that is, to improve the S / N ratio of the signal. For example, when latex particles are used as the carrier, spherical particles are preferable. When such particles are irradiated with linearly polarized light, the polarization plane of the scattered light becomes the same as the polarization plane of the incident light. That is, the polarization plane of the scattered light keeps the polarization plane of the incident light as it is. However, the scattered light or reflected light from the wall surface or bottom surface of the reaction region or dust mixed in the sample becomes light having a polarization plane different from the polarization plane of the incident light. Therefore, these background light and noise light are shut out by the polarizing plate 22 placed behind the objective lens 5 and at a position from the photodetector 9, and the light passing through the polarizing plate 22 is the signal light and polarized light. Only a small amount of background light passes through the plate 22. In this way, the S / N ratio of the signal light can be improved.
[0120]
Next, a specific operation of light detection using such a light detector will be described. First, target DNA is set for one sample, and then a sample solution containing DNA labeled with a carrier is dropped onto the reaction region 4 to perform hybridization. By this reaction, the probe and the DNA to be examined are bound. At this time, the unreacted DNA is washed with a buffer solution (PBS (phosphate buffer solution), EDTA (ethylenediaminetetraacetate disodium salt), NaCl mixed solution: PH 7.4).
[0121]
The test sample obtained in this way is set on the sample stage 1. Then, the laser light source 14 of each laser light source unit 11 is turned on, and the test sample on the sample stage 1 is irradiated with light emitted from the laser light source 14. However, the emission spectrum of the light emitted from the laser light source 14 is the same for all. By light irradiation, scattered light is emitted from the carrier, which passes through the objective lens 5 and reaches the polarizing plate 22. The linearly polarized light transmitted here passes through the lens 12, enters the photodetector 9, and is guided to the computer 10. The computer 10 synthesizes the light image by the light detector 9 and outputs it on the monitor 17 or displays the light intensity by the scattered light on the monitor 17 as a numerical value or a graph.
[0122]
These laser light source units 11 can be used properly according to the sample to be examined and the size and structure of the reaction region 4. That is, since the laser light source unit 11 is configured integrally by combining the laser light source 14 with optical elements such as the polarizing filter 21 and the lens 12, the laser light source unit 11 collects light or collimates light in units of each laser light source unit. It is possible to control the beam pattern of the light on the surface on which the carrier labeled on the test sample is placed, and various kinds of reaction regions 4 as well as various shapes can be controlled. It is possible to deal with a test sample of a size. The lens 12 may be a glass lens such as BK7, which is used as a material for a normal lens, but is condensed with respect to normal visible light such as quartz glass, a plastic lens, a diffractive optical element, or a liquid crystal lens. An element or a material that can act can be used.
[0123]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the implementation stage, it can change variously in the range which does not change the summary. For example, in the above-described embodiment, a laser light source is used as a light source. However, an incoherent light source that is a white light source such as a halogen lamp, a metal halide lamp, or a tungsten lamp is used without being limited to a coherent light source such as a laser beam. be able to. In addition, although the DNA microarray has been described as a sample to be applied in each of the above-described embodiments, it can be applied to all reaction containers called so-called DNA microarrays. Further, the present invention is not limited to DNA, and can be widely applied to inspections and measurements that handle various other biological substances. In this embodiment, the DNA microarray has been described as an example. However, various probes for testing various biological substances are immobilized on a substrate to test various biological substances such as immune reactions. It is also possible to do. Furthermore, the substrate on which various specific binding substances are immobilized can be applied in various forms, such as a two-dimensional substrate such as a silicon wafer or glass, various beads, and various porous materials. It is possible to apply a quality substrate and various gels. Further, when a specific binding substance is solid-phased on a two-dimensional substrate, the present invention can be applied to an ellipsometer that measures the change in the polarization plane of reflected light by illuminating with polarized light. In this case, the sensitivity is very high, which is preferable. In addition, when a specific binding substance is immobilized on various beads, the present invention can be applied to a bead array or a flow cytometer.
[0124]
When a specific binding substance is solid-phased on a two-dimensional plane such as a slide glass or a silicon wafer as a substrate, since the reaction region has a two-dimensional extent, the carrier is placed on a substantially flat plane. When a specific binding substance is solid-phased on a porous substrate having a general extent, the reaction region has a three-dimensional extent, so that the surface on which the carrier is placed has a three-dimensional extent. become.
[0125]
Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. If the above effect is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0126]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a photodetector that can irradiate sufficient light efficiently and perform highly reliable light detection.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical inspection apparatus based on a microscope structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a DNA reaction vessel used in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a state of DNA hybridization and light scattering by gold fine particles in the DNA reaction vessel used in the first embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a laser light source unit driving device and an image processing device used in the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a laser light source unit and an apparatus as a first modification of the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a laser light source unit and an apparatus as a second modification of the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a measurement optical system as a third modification of the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an optical state measurement optical system of a light source as a fourth modification of the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a specific circuit configuration of a power supply device that supplies a current to a laser light source of a laser light source unit used in Modification 4 of the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a measurement optical system used in a second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Sample stand 3 ... DNA slide glass reaction vessel
3a ... reaction vessel body, 4 ... reaction region
7a ... substrate, 7b ... target nucleic acid, 7c ... nucleic acid probe
7d: Gold fine particles, 5 ... Objective lens, 6 ... Objective lens holding mechanism
8 ... Lens, 9 ... Photo detector
10 ... computer, 11 ... laser light source unit
12 ... Lens, 13 ... Shutter, 14 ... Laser light source
15 ... Laser light source unit position adjustment mechanism
16 ... Shading box, 17 ... Monitor, 18 ... Laser light source unit drive device
19 ... Condensing laser source unit, 20 ... Lens
21 ... Polarizing filter, 22 ... Polarizing plate, 23 ... Sample stage,
31 ... Light intensity detector, 53 ... Power supply, 57 ... AC power supply
58 ... transformer circuit, 59 ... bridge rectifier circuit
60 ... smoothing capacitor, 61.62 ... power transistor
63 ... OP amplifier, 64 ... constant voltage circuit
65 ... Zener diode, 66 ... OP amplifier
67 ... Variable reference voltage generation circuit, 68 ... Variable reference resistor
69 ... Power switch, 71a. 71b ... Variable resistance
72a. 72b ... switch

Claims (10)

試料に標識した担体を照明する光を発する光源手段と、
前記光源手段からの照明光により前記担体より発せられた反射光または散乱光を集光するための集光レンズと、
前記集光レンズを通過した光を検出する光検出器を有する光検出手段と、を具備し、
前記光源から発せられる照明光の光路と前記光検出手段の光路が分離されていることを特徴とする光検出装置。
Light source means for emitting light for illuminating the carrier labeled on the sample;
A condensing lens for condensing the reflected light or scattered light emitted from the carrier by the illumination light from the light source means;
Photodetection means having a photodetector for detecting the light that has passed through the condenser lens,
An optical path of illumination light emitted from the light source and an optical path of the light detection means are separated from each other.
前記光源手段は、前記集光レンズの周囲に複数個配置されることを特徴とする請求項1記載の光検出装置。2. The light detection device according to claim 1, wherein a plurality of the light source means are arranged around the condenser lens. 前記光源手段は、発光波長のスペクトル特性が略同一のものからなることを特徴とする請求項2記載の光検出装置。3. The light detection device according to claim 2, wherein the light source means has substantially the same spectral characteristics of emission wavelengths. 前記光源手段は、白色光源であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光検出装置。The light detection device according to claim 1, wherein the light source means is a white light source. 前記光源手段は、レーザー光源であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光検出装置。4. The light detection apparatus according to claim 1, wherein the light source means is a laser light source. 前記光源手段の周囲に配置され、前記試料に標識した担体が載置された面に対する前記光源手段の傾き角、高さ位置および水平方向の位置の少なくとも一つを調整可能にした位置調整手段を有することを特徴とする請求項1記載の光検出装置。A position adjusting means arranged around the light source means and capable of adjusting at least one of an inclination angle, a height position and a horizontal position of the light source means with respect to a surface on which a carrier labeled with the sample is placed; The photodetection device according to claim 1, further comprising: 前記光源手段から発せられる光の偏光を直線偏光に変換する第1の偏光素子と、前記光検出器の前方に配置され、一定の方向の偏光のみを透過させる第2の偏光素子を、さらに設けたことを特徴とする請求項1記載の光検出装置。A first polarizing element that converts the polarized light of the light emitted from the light source means into linearly polarized light; and a second polarizing element that is disposed in front of the photodetector and transmits only polarized light in a certain direction. The photodetection device according to claim 1, wherein: 前記担体は金属粒子、あるいは誘電体粒子であることを特徴とする請求項1記載の光検出装置。2. The light detection device according to claim 1, wherein the carrier is a metal particle or a dielectric particle. さらに前記光源手段から発せられる光の強度を前記試料に標識した担体が載置された面の近傍で検出する光強度検出手段と、前記光源手段を駆動する駆動電流を供給するとともに、該駆動電流の大きさを制御可能にした駆動手段を有し、前記光強度検出手段で検出される前記光源手段からの光の強度に基づいて前記駆動手段により前記光源手段への駆動電流を制御可能にしたことを特徴とする請求項1記載の光検出装置。Furthermore, the light intensity detecting means for detecting the intensity of light emitted from the light source means in the vicinity of the surface on which the carrier labeled on the sample is placed, and a drive current for driving the light source means are supplied, and the drive current Drive means capable of controlling the magnitude of the light source, and the drive means can control the drive current to the light source means based on the intensity of light from the light source means detected by the light intensity detection means. The photodetection device according to claim 1. さらに前記光源手段から発せられる光の強度を前記試料に標識した担体が載置された面近傍で検出する光強度検出手段と、前記光源手段の方向および位置を移動可能にする移動手段を有し、前記光強度検出手段で検出される前記光源手段からの光の強度に基づいて前記移動手段により前記光源手段の位置および方向を制御可能にしたことを特徴とする請求項1記載の光検出装置。Furthermore, it has light intensity detecting means for detecting the intensity of light emitted from the light source means in the vicinity of the surface on which the carrier labeled on the sample is placed, and moving means for making the direction and position of the light source means movable. 2. The light detection apparatus according to claim 1, wherein the position and direction of the light source means can be controlled by the moving means based on the light intensity from the light source means detected by the light intensity detection means. .
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