JP2005062105A - Photodetection device and photodetection method - Google Patents

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光城 山口
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佳弘 島田
Akihiro Nanba
昭宏 南波
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photodetection device and a photodetection method, capable of simply and inexpensively coping with the changes in a medium temperature, without impeding measuring work on a test sample. <P>SOLUTION: This photodetection device has a holding means 4 for holding the test sample and a known sample, a light source means 2 for irradiating the test sample and the known sample with light, a photodetection means 12 for detecting light from the test sample and the known sample, a means 13 for holding the relation between the physical properties and the temperature of the known sample acquired beforehand, and a means 13 for performing the correction operation of the physical properties of the test sample, relative to the temperature from the relation between the physical property and the temperature of the known sample. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、試料に標識した担体粒子などの微細物質から発せられる散乱光、あるいは、試料に標識した蛍光物質から発せられる螢光の検出を行うための光検出装置及び光検出方法に関し、特にこれらの光の強度揺らぎの相関解析や相関分光解析(Fluorescence Correlation Spectroscopy: FCS)などを行うための光検出装置及び光検出方法に関する。   The present invention relates to a light detection apparatus and a light detection method for detecting scattered light emitted from a fine substance such as carrier particles labeled on a sample or fluorescence emitted from a fluorescent substance labeled on a sample. The present invention relates to a light detection apparatus and a light detection method for performing correlation analysis of light intensity fluctuations, correlation spectroscopy analysis (FCS), and the like.

近年の光学技術やデータ解析技術の進歩に伴い、光の強度を統計的に解析して、分子などの特性に関する情報を得る解析手法が開発されてきている。このような技術としては、蛍光相関分光解析法(Fluorescence Correlation Spectroscopy)が知られている。   With recent advances in optical technology and data analysis technology, analysis methods have been developed that statistically analyze the intensity of light to obtain information on properties such as molecules. As such a technique, Fluorescence Correlation Spectroscopy is known.

蛍光相関分光解析法では共焦点光学顕微鏡の視野の中で、蛍光物質で標識されたタンパク質やコロイド粒子などの担体粒子を溶液中に浮遊させ、これにレーザ光を照射して蛍光物質を励起する。蛍光物質から発せられる蛍光の強度は媒質中に浮遊する蛍光分子がブラウン運動をしているために時間と共に変化する時系列信号となる。一方、蛍光分子の並進拡散運動の速度は、化学反応や結合反応などによる蛍光分子の見かけの大きさの変化や媒質の温度の変化などによって変化する。そこで、この分子の細胞内での化学反応や結合反応などによる拡散運動の速度の変化を蛍光の光強度の時系列信号の統計的な変化として捉えて、これらの微細物質のブラウン運動に基づく蛍光強度のゆらぎを解析して自己相関関数を求めることで、対象とする微粒子の数や並進拡散速度などを測定することができる。   In fluorescence correlation spectroscopy, in the field of view of a confocal optical microscope, carrier particles such as proteins and colloidal particles labeled with a fluorescent substance are suspended in a solution, and this is irradiated with laser light to excite the fluorescent substance. . The intensity of the fluorescence emitted from the fluorescent material is a time-series signal that changes with time because the fluorescent molecules floating in the medium are in Brownian motion. On the other hand, the speed of the translational diffusion movement of the fluorescent molecule varies depending on a change in the apparent size of the fluorescent molecule due to a chemical reaction or a binding reaction or a change in the temperature of the medium. Therefore, the change in the speed of the diffusion motion due to the chemical reaction or binding reaction of this molecule in the cell is regarded as a statistical change in the time series signal of the fluorescence light intensity, and the fluorescence based on the Brownian motion of these fine substances. By analyzing the fluctuation of the intensity and obtaining the autocorrelation function, the number of target fine particles, the translational diffusion rate, and the like can be measured.

この技術については例えば、金城政孝「蛋白質 核酸 酵素」(1999) Vol.44, No.9, p1431-1437に論じられている。さらに”Fluorescence correlation spectroscopy” R.Rigler, E.S.Elson (eds.) Springer (Berlin) などの解説がある。   This technique is discussed in, for example, Masataka Kaneshiro “Protein Nucleic Acid Enzyme” (1999) Vol. 44, No. 9, p1431-1437. Furthermore, there are explanations such as “Fluorescence correlation spectroscopy” R.Rigler, E.S.Elson (eds.) Springer (Berlin).

このような、光を検出し光強度ゆらぎの相関解析などを行って被検試料の物理的な性質を測定する技術としては、次のものが知られている。   As techniques for measuring the physical properties of a test sample by detecting light and performing correlation analysis of fluctuations in light intensity, the following are known.

共焦点光学顕微鏡を用いて、試料ステージ上で蛍光標識された試料にレーザ光を照射し、試料から発せられる蛍光の強度ゆらぎを解析し、螢光分子の並進拡散係数などの統計的な性質や分子間の相互作用などを求める方法及び装置(例えば、特許文献1)。マイクロプレートに収容された蛍光物質を含む試料内に共焦点領域を生成し、これにレーザ光を照射して蛍光物質を励起し、試料から発せられる蛍光の強度や寿命などを測定する装置(例えば、特許文献2)。レーザ光をレンズにより集光し、マイクロプレートのウエルに入れられた、蛍光標識された試料を励起する技術(例えば、特許文献3)。
特表平11−502608号公報 米国特許第6,071,748号明細書 特表2001−502062号公報
Using a confocal optical microscope, a sample that is fluorescently labeled on the sample stage is irradiated with laser light, the intensity fluctuation of the fluorescence emitted from the sample is analyzed, and statistical properties such as the translational diffusion coefficient of fluorescent molecules are analyzed. A method and apparatus for obtaining an interaction between molecules (for example, Patent Document 1). A device that generates a confocal region in a sample containing a fluorescent material housed in a microplate, and irradiates this with laser light to excite the fluorescent material, and measures the intensity and lifetime of the fluorescence emitted from the sample (for example, Patent Document 2). A technique for condensing laser light with a lens and exciting a fluorescently labeled sample placed in a well of a microplate (for example, Patent Document 3).
JP-T-11-502608 US Pat. No. 6,071,748 Special table 2001-502062 gazette

しかしながら、上述の技術を適用して測定を行う際には、なお解決すべき次のような課題が存していた。   However, when performing the measurement by applying the above-described technique, there are still the following problems to be solved.

即ち、測定中、あるいは反応の前後で媒質の温度が変化した場合、見かけ上、蛍光分子の拡散運動の速度の変化が起きた場合と同じ状態となるため、測定結果から媒質の温度変化の影響と、反応による純粋な拡散運動による変化を区別することが困難となるという問題点が存在する。   In other words, if the temperature of the medium changes during the measurement or before and after the reaction, it appears to be the same state as when the speed of the diffusion movement of the fluorescent molecule occurs, so the influence of the temperature change of the medium from the measurement results. There is a problem that it becomes difficult to distinguish changes due to pure diffusion motion due to reaction.

例えば、室温程度の温度で媒質温度が2℃変化すると、蛍光分子の並進拡散時間は5%程度も変化することが指摘されている。そのため、測定中に媒質の温度が変化すると、測定値の誤差が増大したり、測定結果そのものが大きく変化する、という不具合があった。特に、生きている細胞の内外で起こるシグナル伝達のようなタンパク質の結合反応を測定する場合のように、比較的長時間連続して、反応の経過を測定する場合、媒質の温度変化に細心の注意を払う必要があり測定作業の大きな負担となっている。   For example, it is pointed out that when the medium temperature changes by 2 ° C. at a temperature of about room temperature, the translational diffusion time of the fluorescent molecules changes by about 5%. For this reason, if the temperature of the medium changes during the measurement, there is a problem that the error of the measurement value increases or the measurement result itself changes greatly. In particular, when measuring the course of a reaction for a relatively long period of time, such as when measuring a protein binding reaction such as signal transduction that occurs inside or outside a living cell, the temperature change of the medium is meticulous. It is necessary to pay attention, which is a heavy burden of measurement work.

そこで、このような測定誤差を打ち消すために、測定中の媒質の温度を計測したり、あるいは媒質温度をコントロールする機構を測定装置に搭載することが考えられるが、この場合、温度測定に手間がかからず、かつ被検試料測定の操作性が低下することなく、また余計な費用の発生を抑止できることが必要である。しかしながら、このような目的に適合した技術は知られていない。   Therefore, in order to cancel out such measurement errors, it is conceivable to measure the temperature of the medium being measured or to install a mechanism for controlling the medium temperature in the measuring device. Therefore, it is necessary that the operability of measurement of the test sample is not deteriorated and generation of extra costs can be suppressed. However, there is no known technique suitable for such purposes.

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであって、被検試料に関する測定作業を阻害することなく、媒質温度の変化に簡便にまた安価に対応することができる、光検出装置及び光検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and can provide a light detection device and a light detection that can easily and inexpensively respond to changes in the medium temperature without hindering measurement work related to a test sample. It aims to provide a method.

本発明に係る請求項1に記載の光検出装置は、光を用いて被検試料の物理的な性質を測定する装置において、被検試料および既知試料を保持する保持手段と、被検試料および既知試料に光を照射する光源手段と、被検試料および既知試料からの光を検出する光検出手段と、予め取得した既知試料の物理的な性質と温度の関係を保持する手段と、既知試料の物理的な性質と温度の関係より、被検試料の物理的な性質を温度に対して補正演算する手段とを有する。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a photodetecting device according to the first aspect of the present invention, in which a physical property of a test sample is measured using light, a holding means for holding the test sample and a known sample, Light source means for irradiating light to a known sample, light detection means for detecting light from the test sample and the known sample, means for maintaining the relationship between the physical properties and temperature of the previously obtained known sample, and the known sample Means for correcting the physical property of the test sample with respect to the temperature based on the relationship between the physical property of the sample and the temperature.

また本発明に係る請求項3に記載の光検出装置は、上記記載の発明である光検出装置において、被検試料温度または被検試料近傍の温度を制御する温度制御手段を更に有する。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the light detection apparatus according to the third aspect, further comprising a temperature control means for controlling the test sample temperature or a temperature in the vicinity of the test sample.

また本発明に係る請求項3に記載の光検出装置は、上記記載の発明である光検出装置において、予め取得した既知試料の物理的な性質が、少なくとも並進拡散係数、回転拡散係数、分極率、平均粒子密度のいずれか1つを含む。   According to a third aspect of the present invention, in the photodetector according to the first aspect of the present invention, the physical properties of a known sample acquired in advance are at least a translational diffusion coefficient, a rotational diffusion coefficient, a polarizability. Any one of the average particle densities.

また本発明に係る請求項4に記載の光検出装置は、光を用いて被検試料の物理的な性質を測定する装置において、被検試料を保持する保持手段と、被検試料に光を照射する光源手段と、被検試料からの光を検出する光検出手段と、被検試料または被検試料近傍の温度を計測するための温度計測手段と、前記温度計測手段によって計測された温度に基づいて、被検試料の物理的な性質を温度に対して補正演算する手段とを有する。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a photodetection device according to the present invention, wherein the light is used to measure the physical properties of the test sample, the holding means for holding the test sample, and light to the test sample. Light source means for irradiating, light detecting means for detecting light from the test sample, temperature measuring means for measuring the temperature of the test sample or the vicinity of the test sample, and the temperature measured by the temperature measuring means And a means for correcting the physical property of the test sample with respect to the temperature.

また本発明に係る請求項5に記載の光検出装置は、上記記載の発明である光検出装置において、被検試料または被検試料近傍の温度計測手段は、被検試料溶液、または、被検試料を溶解若しくは分散している溶液と同じ組成の溶液を収容する手段と、収容されている溶液の温度を測定する手段とを更に有する。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the photodetection device according to the above-described invention, wherein the test sample or the temperature measuring means in the vicinity of the test sample is the test sample solution or the test sample. It further has means for storing a solution having the same composition as the solution in which the sample is dissolved or dispersed, and means for measuring the temperature of the stored solution.

また本発明に係る請求項6に記載の光検出装置は、上記記載の発明である光検出装置において、被検試料の物理的な性質を、規定の温度における値として補正して出力、または、表示する手段を有する。   Further, the light detection device according to claim 6 of the present invention is the light detection device according to the above-described invention, wherein the physical property of the test sample is corrected and output as a value at a specified temperature, or Means for displaying.

また本発明に係る請求項7に記載の光検出方法は、光を用いて被検試料の物理的な性質を測定する測定方法において、保持した被検試料および既知試料に光を照射し、被検試料および既知試料からの光を検出し、既知試料の物理的な性質と温度の関係と既知試料の物理的な性質の測定値より、被検試料の物理的な性質を温度に対して補正する。   The light detection method according to claim 7 of the present invention is a measurement method for measuring physical properties of a test sample using light, irradiating the held test sample and a known sample with light, Detects light from the test sample and known sample, and corrects the physical property of the test sample with respect to the temperature based on the relationship between the physical property of the known sample and temperature and the measured value of the physical property of the known sample. To do.

また本発明に係る請求項8に記載の光検出方法は、上記記載の発明である光検出方法において、被検試料または被検試料近傍の温度を制御する。   According to an eighth aspect of the present invention, in the light detection method of the present invention, the temperature of the test sample or the vicinity of the test sample is controlled.

また本発明に係る請求項9に記載の光検出方法は、上記記載の発明である光検出方法において、既知試料の物理的な性質として、少なくとも並進拡散係数、回転拡散係数、分極率、平均粒子密度のいずれか1つを測定する。   The light detection method according to claim 9 of the present invention is the light detection method according to the above-described invention, wherein at least the translational diffusion coefficient, the rotational diffusion coefficient, the polarizability, and the average particle as physical properties of the known sample. Measure any one of the densities.

また本発明に係る請求項10に記載の光検出方法は、光を用いて被検試料の物理的な性質を測定する方法において、保持した被検試料に光を照射し、被検試料からの光を検出し、被検試料または被検試料近傍の温度を計測し、計測された温度に基づいて、物理的な性質を温度に対して補正演算する。   According to a tenth aspect of the present invention, in the method for measuring physical properties of a test sample using light, the held test sample is irradiated with light to measure the physical property of the test sample. The light is detected, the temperature of the test sample or the vicinity of the test sample is measured, and the physical property is corrected and calculated with respect to the temperature based on the measured temperature.

また本発明に係る請求項11に記載の光検出方法は、上記記載の発明である光検出方法において、被検試料または被検試料近傍の温度計測は、被検試料溶液、または、被検試料を溶解若しくは分散している溶液と同じ組成の溶液を容器に収容し、収容されている溶液の温度を測定する。   According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided the photodetection method according to the above-described invention, wherein the test sample or a temperature in the vicinity of the test sample is measured by a test sample solution or a test sample. A solution having the same composition as the solution in which is dissolved or dispersed is stored in a container, and the temperature of the stored solution is measured.

また本発明に係る請求項12に記載の光検出方法は、上記記載の発明である光検出方法において、被検試料または既知試料または被検試料を溶解若しくは分散している溶液が、マイクロプレートに収容されている。   The optical detection method according to claim 12 of the present invention is the optical detection method according to the invention described above, wherein a test sample, a known sample, or a solution in which the test sample is dissolved or dispersed is applied to the microplate. Contained.

また本発明に係る請求項13に記載の光検出方法は、上記記載の発明である光検出方法において、被検試料の物理的な性質を、規定の温度における値として補正して出力、または、表示する。   The light detection method according to claim 13 of the present invention is the light detection method according to the invention described above, wherein the physical property of the test sample is corrected and output as a value at a specified temperature, or indicate.

本発明によれば、被検試料に関する測定作業を阻害することなく、媒質温度の変化に簡便にまた安価に対応することができる   According to the present invention, it is possible to easily and inexpensively respond to changes in the medium temperature without hindering the measurement work related to the test sample.

以下、本発明に係る光検出装置の実施形態を蛍光測定装置に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of a light detection device according to the present invention will be described based on a fluorescence measurement device.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明に係る第1の実施の形態の蛍光測定装置の概略構成を示す図であり、図2は、本発明に係る第1の実施の形態の蛍光測定装置を示す側面図である。図1、2を参照しつつ蛍光測定装置の構成と動作について説明する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fluorescence measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view showing the fluorescence measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. is there. The configuration and operation of the fluorescence measuring apparatus will be described with reference to FIGS.

蛍光測定装置の本体部分の基本的な装置構成は共焦点光学顕微鏡をベースとしている。   The basic device configuration of the main part of the fluorescence measuring device is based on a confocal optical microscope.

蛍光測定装置は、試料ステージ1、光源2、対物レンズ3、マイクロプレート4、ウエル5、ダイクロイックミラー6、バンドパスフィルタ7、反射プリズム8、レンズ9、ピンホール10、レンズ11、光検出器12、コンピュータ13及び対物レンズ縦軸調整機構17で構成されている。   The fluorescence measuring apparatus includes a sample stage 1, a light source 2, an objective lens 3, a microplate 4, a well 5, a dichroic mirror 6, a bandpass filter 7, a reflecting prism 8, a lens 9, a pinhole 10, a lens 11, and a photodetector 12. And a computer 13 and an objective lens longitudinal axis adjusting mechanism 17.

マイクロプレート4は、試料を収容するための反応容器であり、一般的には樹脂、及びガラスが用いられる。ウエル5は、マイクロプレート4に設けられた試料を収容するための穴であり、マイクロプレート4に多数配列(38穴など)されている。各ウエル5の底面はガラスなどの可視光を透過する素材で作成された窓となっている(図示しない)。   The microplate 4 is a reaction container for containing a sample, and generally a resin and glass are used. The well 5 is a hole for accommodating a sample provided in the microplate 4, and is arranged in a large number (38 holes or the like) in the microplate 4. The bottom surface of each well 5 is a window made of a material that transmits visible light such as glass (not shown).

試料ステージ1は、試料を収容したマイクロプレート4を載置して固定する。この試料ステージ1を水平または垂直に移動させることにより、試料の位置を調整する。対物レンズ縦軸調整機構17は、試料ステージ1の位置を垂直方向に調整する。   The sample stage 1 places and fixes a microplate 4 containing a sample. The position of the sample is adjusted by moving the sample stage 1 horizontally or vertically. The objective lens vertical axis adjustment mechanism 17 adjusts the position of the sample stage 1 in the vertical direction.

光源2には、アルゴン・レーザ(発振出力10mW、波長:488nm)を用いる。対物レンズ3は、試料ステージ1に搭載されたマイクロプレート4の下方に設置され、レーザ光束を集光して、その集光領域(共焦点領域)をウエル5内に形成する。対物レンズとしては、例えば×40水浸対物レンズ(NA0.9)を用いる。これにより、ウエル5内で得られる共焦点領域の大きさとして、直径0.6μm程度、長さ2μm程度の略円筒状となる。   As the light source 2, an argon laser (oscillation output 10 mW, wavelength: 488 nm) is used. The objective lens 3 is installed below the microplate 4 mounted on the sample stage 1, condenses the laser beam, and forms a condensing region (confocal region) in the well 5. As the objective lens, for example, a x40 water immersion objective lens (NA 0.9) is used. As a result, the confocal region obtained in the well 5 has a substantially cylindrical shape with a diameter of about 0.6 μm and a length of about 2 μm.

ダイクロイックミラー6は、波長に応じて選択的に光を透過あるいは反射させる。ダイクロイックミラー6はプリズム形状のガラス製のブロックの斜面に多層膜コーティングを施して、透過、反射のスペクトル特性が最適になるように製作されている。なお、ダイクロイックミラー6には平板を用いても良い。   The dichroic mirror 6 selectively transmits or reflects light according to the wavelength. The dichroic mirror 6 is manufactured such that the spectral characteristics of transmission and reflection are optimized by applying a multilayer coating to the slope of a prism-shaped glass block. A flat plate may be used for the dichroic mirror 6.

バンドパスフィルタ7は、特定の範囲の波長の光を透過させ、ノイズ成分を除去する。レンズ9、ピンホール10は、ウエル5内の共焦点領域からの光を透過し、共焦点領域外からのバックグラウンド光を除去する。   The bandpass filter 7 transmits light having a specific range of wavelengths and removes noise components. The lens 9 and the pinhole 10 transmit light from the confocal region in the well 5 and remove background light from outside the confocal region.

光検出器12は、レンズ11の焦点位置に受光面を合わせて配置され、信号光を電気信号(光電流パルス)に変換する。光検出器12は例えばアバランシェ・フォトダイオード(略称:APD)、あるいは光電子増倍管などの微弱光検出器を用いる。コンピュータ13は、相関解析などの演算を実行する処理装置である。   The photodetector 12 is arranged with the light receiving surface aligned with the focal position of the lens 11 and converts the signal light into an electric signal (photocurrent pulse). The photodetector 12 uses, for example, a weak photodetector such as an avalanche photodiode (abbreviation: APD) or a photomultiplier tube. The computer 13 is a processing device that executes operations such as correlation analysis.

次に、蛍光測定装置の動作について説明する。   Next, the operation of the fluorescence measuring apparatus will be described.

光源2から発せられたレーザ光は蛍光測定装置本体内に設置されたダイクロイックミラー6により反射されて対物レンズ3に入り、試料を収容したマイクロプレート4内のウエル5内で集光する。レーザ光の集光位置は水平方向(X−Y軸)については、ウエルの中央部分、垂直方向(Z軸)については、ウエルの底面の上壁位置から150μm上方となっている。   The laser light emitted from the light source 2 is reflected by the dichroic mirror 6 installed in the main body of the fluorescence measuring apparatus, enters the objective lens 3, and is condensed in the well 5 in the microplate 4 containing the sample. The condensing position of the laser light is 150 μm above the upper wall position of the well bottom in the horizontal direction (XY axis) and in the vertical direction (Z axis) in the vertical direction (Z axis).

集光されたレーザ光は試料内の蛍光分子を励起するので、蛍光分子から蛍光が発せられる。この蛍光は再び対物レンズ3、続いてダイクロイックミラー6を通過して、バンドパスフィルタ7に入射する。バンドパスフィルタ7は円板状の形状となっており、蛍光の発光スペクトルに合わせて透過光のスペクトルが調整されており、信号光となる蛍光の発光スペクトルの波長域の光のみが通過する。これにより、試料容器内で発生する散乱光やウエル5の壁などから反射して入射光路に戻ってくる入射光の一部などのノイズ光をカットすることができる。なお、ノイズ光を遮断できるのは、蛍光の波長とバックグラウンド光の波長が異なるためである。   Since the condensed laser light excites fluorescent molecules in the sample, fluorescence is emitted from the fluorescent molecules. This fluorescence again passes through the objective lens 3 and then the dichroic mirror 6 and enters the bandpass filter 7. The band-pass filter 7 has a disk shape, the spectrum of transmitted light is adjusted in accordance with the fluorescence emission spectrum, and only the light in the wavelength region of the fluorescence emission spectrum that is signal light passes through. Thereby, scattered light generated in the sample container and noise light such as part of incident light reflected from the wall of the well 5 and returning to the incident optical path can be cut. Note that the noise light can be blocked because the wavelength of fluorescence and the wavelength of background light are different.

バンドパスフィルタ7を通過した信号光は反射プリズム8で反射され、レンズ9を介してレンズ9の後方に配置されたピンホール10のピンホール面に集光する。すなわちレンズ9の焦点面とピンホール10の開口面とが一致している。ピンホール10のピンホール径は例えば直径50μmである。このピンホール10により、反応容器内の共焦点領域外からのバックグラウンド光が除去される。   The signal light that has passed through the bandpass filter 7 is reflected by the reflecting prism 8 and is condensed through the lens 9 onto the pinhole surface of the pinhole 10 disposed behind the lens 9. That is, the focal plane of the lens 9 and the opening surface of the pinhole 10 coincide. The pinhole diameter of the pinhole 10 is, for example, 50 μm in diameter. The pinhole 10 removes background light from outside the confocal region in the reaction vessel.

ピンホール10を通過した信号光は再びレンズ11で集光される。レンズ11の焦点位置に受光面を合わせて配置された光検出器12によって、信号光は電気信号(光電流パルス)に変換され、増幅・波形整形を受けた後、ON−OFF電圧パルスとなって、コンピュータ13に導かれる。この電圧パルスはコンピューター13のメモリ(図示しない)に記憶され、続いて相関解析などの演算が行なわれる。この演算によって得られた蛍光の強度ゆらぎの自己相関関数、あるいは相互相関関数など測定結果がコンピュータ13の画面上に提示される。   The signal light that has passed through the pinhole 10 is condensed again by the lens 11. The signal light is converted into an electric signal (photocurrent pulse) by the photodetector 12 arranged with the light receiving surface aligned with the focal position of the lens 11, and after being subjected to amplification and waveform shaping, it becomes an ON-OFF voltage pulse. To the computer 13. This voltage pulse is stored in a memory (not shown) of the computer 13 and subsequently subjected to calculations such as correlation analysis. Measurement results such as an autocorrelation function or a cross-correlation function of the fluorescence intensity fluctuation obtained by this calculation are presented on the screen of the computer 13.

続いて、被検試料の物理的な性質の測定値を温度補正する方法について説明する。   Next, a method for correcting the temperature of the measured physical property value of the test sample will be described.

あらかじめ既知の試料を用意する。ここで、既知の試料は、少なくとも分子の大きさがわかっていることが必要である。分子の濃度がわかっているとさらに有用である。そこで、既知の試料として、例えばローダミン・グリーン(Rhodamine Green:RhG)を用いる。ローダミン・グリーンは励起光のピーク波長が490nm付近にあり、発光波長は530nm付近にピークを持っている。   A known sample is prepared in advance. Here, it is necessary that the known sample has at least the molecular size. It is more useful if the concentration of the molecule is known. Therefore, for example, Rhodamine Green (RhG) is used as a known sample. Rhodamine green has a peak wavelength of excitation light in the vicinity of 490 nm, and an emission wavelength has a peak in the vicinity of 530 nm.

次に、ローダミン・グリーンについて媒質温度と拡散時間の関係を示す検量線を予め求めておく。この媒質温度と拡散時間には以下に示す関係式が成立する。   Next, a calibration curve showing the relationship between the medium temperature and the diffusion time for rhodamine green is obtained in advance. The following relational expression is established between the medium temperature and the diffusion time.

一般にブラウン運動する分子の並進拡散係数D(m/s)は、分子の形状を球形と仮定した場合、以下のアインシュタイン・ストークスの式で表わされる。 In general, the translational diffusion coefficient D (m 2 / s) of a molecule that undergoes Brownian motion is expressed by the following Einstein-Stokes equation when the shape of the molecule is assumed to be spherical.

D=kT/(6πηr) …(1)
:ボルツマン定数(J/K)
T:媒質の絶対温度(K)
r:分子の半径(m)
η:媒質の粘性係数(N・s/m
尚、式(1)は、金城政孝「蛋白質 核酸 酵素」Vol.44, No.9, (1999) p1431-1437に記載されている。
D = k B T / (6πηr) (1)
k B : Boltzmann constant (J / K)
T: Absolute temperature of medium (K)
r: radius of the molecule (m)
η: Medium viscosity coefficient (N · s / m 2 )
The formula (1) is described in Masataka Kaneshiro “Protein Nucleic Acid Enzyme” Vol. 44, No. 9, (1999) p1431-1437.

また蛍光相関分光法において、蛍光色素分子の並進ブラウン運動の拡散時間をτとすると、以下の式(2)が成立する(文献3)。   In the fluorescence correlation spectroscopy, when the diffusion time of the translational Brownian motion of the fluorescent dye molecule is τ, the following formula (2) is established (Reference 3).

τ=w /(4・D) …(2)
:共焦点領域の最も細くなっている部分の半径(m)
尚、式(2)は、S.R.Aragon and R.Pecora : J.Chem.Phys. Vol.64, No.4, (1971) p1971-1803に記載されている。
τ = w 0 2 / (4 · D) (2)
w 0 : radius (m) of the narrowest part of the confocal region
Formula (2) is described in SRAragon and R. Pecora: J. Chem. Phys. Vol. 64, No. 4, (1971) p1971-1803.

式(1)のDを式(2)に代入して式(3)を得る。   By substituting D in equation (1) into equation (2), equation (3) is obtained.

τ=(3π/2k)・w ・r・(η/T) …(3)
蛍光色素ローダミン・グリーンの並進拡散係数Dは、媒質を22℃の水としたときには、2.8×10−10(m/s)が測定値として得られている。これを用いると媒質を水とした場合の、媒質温度とローダミン・グリーン分子の拡散時間の関係(検量線)を求めることができる。尚、ローダミン・グリーンの並進拡散係数Dの測定値は、R.Rigler, U.Mets, J.Widengren and P.Kask: Eur. Biophys. J. , Vol.22, (1993), p169-175に記載されている。
τ = (3π / 2 k B ) · w 0 2 · r · (η / T) (3)
The translational diffusion coefficient D of the fluorescent dye rhodamine green is 2.8 × 10 −10 (m 2 / s) as a measured value when the medium is water at 22 ° C. When this is used, the relationship (calibration curve) between the temperature of the medium and the diffusion time of rhodamine green molecules when the medium is water can be obtained. In addition, the measured value of the translational diffusion coefficient D of rhodamine green is R. Rigler, U. Mets, J. Widengren and P. Kask: Eur. Biophys. J., Vol. 22, (1993), p169-175. Has been described.

図3は、媒質温度とローダミン・グリーン分子の拡散時間の検量線を示す図である。このときのローダミン・グリーンの濃度は10nMとなっている。なお、この検量線は、測定により作成してもよい。作成された検量線は、データまたはデータテーブルなどの形態でコンピュータ13内に格納され、以降の処理において使用される。   FIG. 3 is a graph showing a calibration curve of the medium temperature and the diffusion time of rhodamine green molecules. The concentration of rhodamine green at this time is 10 nM. This calibration curve may be created by measurement. The created calibration curve is stored in the computer 13 in the form of data or a data table and used in the subsequent processing.

次に既知の試料であるローダミン・グリーンをマイクロプレート4内の1つのウエル5に収容し、レーザ光を照射して蛍光相関分光測定を行なう。この測定によって蛍光の強度ゆらぎの自己相関関数、または相互相関関数を得ることができ、これらの相関関数に基づいて媒質温度での既知の試料の拡散時間τを求めることができる。このτを図3に示す検量線に当てはめることにより、媒質の温度Tが求められる。 Next, rhodamine green, which is a known sample, is accommodated in one well 5 in the microplate 4 and irradiated with laser light to perform fluorescence correlation spectroscopy measurement. By this measurement, an autocorrelation function or a cross-correlation function of fluorescence intensity fluctuation can be obtained, and based on these correlation functions, a known sample diffusion time τ A at the medium temperature can be obtained. By fitting the tau A calibration curve shown in FIG. 3, the temperature T A of the medium is determined.

次に測定しようとする試料をマイクロプレート4内の別のウエル5に収容し、試料ステージ1を動かして、このウエル5に入射レーザ光が当たるように位置を調整する。そしてレーザ光を照射して蛍光相関分光測定を行い、未知の試料(被検試料)の拡散時間τを求める。得られた未知の試料(被検試料)の拡散時間τと媒質の温度Tを式(3)に代入することにより、未知の試料(被検試料)の半径rを先に得られた既知の試料の拡散時間と比較して求めることができる。なお、測定が長時間にわたる場合は、適宜の時間間隔で既知の試料の拡散時間τを求め、その都度未知の試料(被検試料)の半径rを求めていけば良い。 Next, the sample to be measured is accommodated in another well 5 in the microplate 4, the sample stage 1 is moved, and the position is adjusted so that the incident laser light strikes the well 5. Then, the fluorescence correlation spectroscopy measurement is performed by irradiating laser light, and the diffusion time τ B of the unknown sample (test sample) is obtained. By substituting the unknown sample obtained the temperature T A of the diffusion time tau B and medium (test sample) Equation (3), the resulting radius r of the unknown sample (test sample) before It can be determined by comparing with the diffusion time of a known sample. When the measurement takes a long time, the known sample diffusion time τ A is obtained at appropriate time intervals, and the radius r of the unknown sample (test sample) may be obtained each time.

これにより媒質の温度Tを測定することなく、未知の試料(被検試料)の分子の大きさrを求めることができる。ただし、既知の試料と未知の試料(被検試料)について、媒質は同じ物質(例えば、水など)とする。もし、既知の試料と未知の試料(被検試料)について、媒質が異なる場合は、双方の粘性係数を求め、測定値を補正する必要があることは、式(3)により明らかである。   Thus, the molecular size r of the unknown sample (test sample) can be obtained without measuring the temperature T of the medium. However, for the known sample and the unknown sample (test sample), the medium is the same substance (for example, water). If the medium is different between the known sample and the unknown sample (test sample), it is clear from Equation (3) that the viscosity coefficient of both needs to be obtained and the measured value corrected.

未知の試料(被検試料)の半径rが求まることにより、例えば、たんぱく分子の細胞内での反応などを捉えることができる。何故ならば、たんぱく質が反応を起こして結合した場合は見かけ上、結合分子の大きさが大きくなり、その結果、分子の拡散時間に変化が表れるからである。   By obtaining the radius r of an unknown sample (test sample), for example, the reaction of protein molecules in cells can be captured. This is because when a protein reacts and binds, the size of the binding molecule is apparently increased, resulting in a change in the diffusion time of the molecule.

[第2の実施の形態]
図4は、本発明に係る第2の実施の形態の蛍光測定装置の測定状態を示す図である。第2の実施の形態では、媒質の温度測定を行なう点が、第1の実施の形態と異なっている。従って、第1の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a diagram showing a measurement state of the fluorescence measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in that the temperature of the medium is measured. Accordingly, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第2の実施の形態では、熱電対などの温度計14を未知の試料(被検試料)が収容されたマイクロプレート4のウエル5内に入れて、媒質の温度Tを計測する。そして、測定した温度に基づいて媒質の粘性係数ηを求める。尚、粘度に関しては、粘度計を用いて直接測定しても良い。   In the second embodiment, a thermometer 14 such as a thermocouple is placed in the well 5 of the microplate 4 containing an unknown sample (test sample), and the temperature T of the medium is measured. Then, the viscosity coefficient η of the medium is obtained based on the measured temperature. The viscosity may be directly measured using a viscometer.

次に、マイクロプレート1のウエル2内の未知の試料(被検試料)に対して蛍光相関分光測定を行ない、未知の試料(被検試料)の拡散時間τを求める。このようにして求めた未知の試料(被検試料)の拡散時間τと媒質の粘性係数η、さらに媒質の温度Tを式(3)に代入して、未知の試料(被検試料)の分子の大きさrを求めることができる。ある参照温度における未知の試料(被検試料)の分子の大きさrを求めるためには、ある参照温度における媒質の粘性係数ηを求め、これと参照温度の値を式(3)に代入して、未知の試料(被検試料)の分子の大きさrを求めることができる。これにより検量線を用いずに、未知の試料(被検試料)の分子の大きさrを求めることができる。 Next, fluorescence correlation spectroscopy is performed on the unknown sample (test sample) in the well 2 of the microplate 1 to determine the diffusion time τ B of the unknown sample (test sample). Substituting the diffusion time τ B of the unknown sample (test sample) thus obtained, the viscosity coefficient η of the medium, and the temperature T of the medium into Equation (3), the unknown sample (test sample) The size r of the molecule can be determined. In order to obtain the molecular size r of an unknown sample (test sample) at a certain reference temperature, the viscosity coefficient η of the medium at a certain reference temperature is obtained, and this and the value of the reference temperature are substituted into equation (3). Thus, the molecular size r of the unknown sample (test sample) can be obtained. Thus, the molecular size r of the unknown sample (test sample) can be obtained without using the calibration curve.

ここで、媒質の温度の測定は、被検試料そのものの温度を測定するのが最も好ましいが、被検試料が収容されている容器(ウエル)の近傍であれば、被検試料との温度差は小さいので、被検試料が収容されている容器の近傍の温度とすることも可能である。   Here, the temperature of the medium is most preferably measured by measuring the temperature of the test sample itself, but if it is in the vicinity of the container (well) in which the test sample is stored, the temperature difference from the test sample Since it is small, it is possible to set the temperature in the vicinity of the container in which the test sample is stored.

容器近傍の温度としては、当該容器自体の温度を含み、当該容器の周囲のマイクロプレート4の温度、当該容器の周囲の容器の温度、当該容器の周囲の容器に収容されている媒質の温度、当該容器と隣接する容器の隙間の温度等が該当する。   The temperature in the vicinity of the container includes the temperature of the container itself, the temperature of the microplate 4 around the container, the temperature of the container around the container, the temperature of the medium accommodated in the container around the container, This corresponds to the temperature of the gap between the container and the adjacent container.

被検試料そのものに熱電対や測温抵抗対等の温度センサを入れて温度測定することも可能であるが、温度センサに付着した被検試料が、他の被検試料に混入することも考えられるので、十分洗浄する必要がある。そこで、被検試料を分散または溶解している溶液と同じ組成の溶液をマイクロプレートの複数の位置に配置し、そこに温度センサを入れて温度を測定すると、温度センサを洗浄する必要が無く、複数の位置での温度をモニターできるので、より精密に温度による補正を行なうことが可能となるので好ましい。   Although it is possible to measure the temperature by inserting a temperature sensor such as a thermocouple or resistance temperature detector into the test sample itself, the test sample attached to the temperature sensor may be mixed into other test samples. So it needs to be washed thoroughly. Therefore, when a solution having the same composition as the solution in which the test sample is dispersed or dissolved is arranged at a plurality of positions on the microplate and the temperature sensor is inserted therein to measure the temperature, there is no need to clean the temperature sensor. Since it is possible to monitor the temperature at a plurality of positions, it is preferable because correction with temperature can be performed more precisely.

また、媒質の温度は、熱電対などの接触式の温度センサだけでなく放射温度計、温度画像計測装置などの非接触式のサーモメータにより測定することも可能である。被検試料をマイクロプレートに多数収容した場合は、すべての被検試料をサーモメータにより同時にモニターすることが可能となり、より精密に温度による補正を行なうことが可能となる。更に、非接触式であるため観測に際して障害とならずに、被検試料の温度を測定することができるので好ましい。   Further, the temperature of the medium can be measured not only by a contact type temperature sensor such as a thermocouple but also by a non-contact type thermometer such as a radiation thermometer or a temperature image measuring device. When a large number of test samples are accommodated in the microplate, it is possible to monitor all the test samples at the same time with a thermometer, and it is possible to perform more precise correction with temperature. Furthermore, since it is a non-contact type, it is preferable because the temperature of the test sample can be measured without obstructing the observation.

また、多数の被検試料が収容されたマイクロプレートにおいて、複数の温度センサをマイクロプレート内の、いくつかのウエルに入れて測定を行なうことがある。このとき、複数の温度センサ間で測定値が異なる場合は、各温度測定値と各ウエルの空間位置の関係から、各ウエル内の媒質の温度を計算により推定して、各ウエル内の媒質の温度値とすることができる。   Further, in a microplate containing a large number of test samples, measurement may be performed by putting a plurality of temperature sensors in several wells in the microplate. At this time, if the measured values are different among a plurality of temperature sensors, the temperature of the medium in each well is estimated by calculation from the relationship between each measured temperature value and the spatial position of each well. It can be a temperature value.

[第3の実施の形態]
図5は、本発明に係る第3の実施の形態の蛍光測定装置の測定状態を示す図である。第3の実施の形態では、試料ステージ1に温度コントローラ15が装着されている点が、第1の実施の形態と異なっている。従って、第1の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a diagram showing a measurement state of the fluorescence measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the first embodiment in that a temperature controller 15 is attached to the sample stage 1. Accordingly, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

温度コントローラ15はペルチエ素子で構成されており、マイクロプレート1を周囲より加熱または冷却することで温度制御を行う。   The temperature controller 15 is composed of a Peltier element, and controls the temperature by heating or cooling the microplate 1 from the surroundings.

まず図3に示すように、あらかじめ既知の試料(例えばローダミン・グリーン)に対して検量線を作成し、さらに設定温度を決めておく。例えば20℃などとする。次に既知の試料、例えばローダミン・グリーンをマイクロプレート4内のウエル5に収容し、レーザ光を照射し、蛍光相関分光測定を行なう。この測定により、既知の試料(ローダミン・グリーン)の拡散時間τが求められる。このτを検量線に当てはめて、媒質の温度が求められる。 First, as shown in FIG. 3, a calibration curve is created in advance for a known sample (for example, rhodamine green), and a set temperature is determined. For example, it is set to 20 ° C. Next, a known sample, for example, rhodamine green is accommodated in the well 5 in the microplate 4 and irradiated with laser light to perform fluorescence correlation spectroscopy measurement. By this measurement, the diffusion time τ A of a known sample (rhodamine green) is obtained. By applying this τ A to the calibration curve, the temperature of the medium is obtained.

もし、媒質の温度と設定温度とが異なる場合は、コンピュータ13は温度コントローラ15に温度偏差に対応した制御信号を出力し、媒質の温度が設定温度になるように制御する。   If the temperature of the medium is different from the set temperature, the computer 13 outputs a control signal corresponding to the temperature deviation to the temperature controller 15 so that the temperature of the medium becomes the set temperature.

媒質の温度が設定温度になったときは測定しようとする試料をマイクロプレート4のウエル5内に収容し、蛍光相関分光測定を行なう。得られた未知の試料(被検試料)の拡散時間τを式(3)に代入することにより、未知の試料(被検試料)の見かけの半径rを求めることができる。これにより媒質の温度Tを測ることなく、未知の試料(被検試料)の分子の見かけの半径rを求めることができる。ただし、既知の試料と未知の試料(被検試料)について、媒質は同じ物質とする。既知の試料と未知の試料(被検試料)について、媒質が異なる場合は、粘性係数の補正を行なう必要がある。 When the temperature of the medium reaches the set temperature, the sample to be measured is accommodated in the well 5 of the microplate 4 and fluorescence correlation spectroscopy measurement is performed. By substituting the obtained diffusion time τ B of the unknown sample (test sample) into the equation (3), the apparent radius r of the unknown sample (test sample) can be obtained. Thereby, the apparent radius r of the molecule of the unknown sample (test sample) can be obtained without measuring the temperature T of the medium. However, the medium is the same for the known sample and the unknown sample (test sample). When the medium is different between the known sample and the unknown sample (test sample), it is necessary to correct the viscosity coefficient.

[第4実施の形態]
図6は、本発明に係る第4実施の形態の蛍光測定装置の測定状態を示す図である。第4実施の形態では、マイクロプレート4内のウエルのうち、1つのウエルを温度参照用ウエルとし、このウエル内には既知の試料を含む媒質を収容し、温度計14で媒質の温度をモニターする点が第1の実施の形態と異なっている。従って、第1の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明は省略する。
[Fourth embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing a measurement state of the fluorescence measuring apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, one of the wells in the microplate 4 is used as a temperature reference well, a medium containing a known sample is accommodated in the well, and the temperature of the medium is monitored by the thermometer 14. This is different from the first embodiment. Accordingly, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

温度計14で測定した温度参照用ウエル内の媒質の温度に基づいて、マイクロプレート4は温度コントローラ15により温度調節される。温度コントローラ15は光が通過する部分のみ空隙となっているか、あるいは可視光の透過率の良いガラス板の窓になっており、測定を阻害することなくマイクロプレート4の周囲から各ウエルの中の媒質の温度を調節することができる。尚、温度コントローラ15として、上述のペルチエ素子の他に、温熱ヒータを用いても良く、あるいは温度調節水によって循環式の温度制御を行なっても良い。   The temperature of the microplate 4 is adjusted by the temperature controller 15 based on the temperature of the medium in the temperature reference well measured by the thermometer 14. The temperature controller 15 has a gap only in a portion through which light passes or is a window of a glass plate having a high transmittance of visible light, and from the periphery of the microplate 4 to the inside of each well without disturbing the measurement. The temperature of the medium can be adjusted. As the temperature controller 15, in addition to the above-described Peltier element, a thermal heater may be used, or circulation type temperature control may be performed with temperature adjustment water.

図7は、温度コントロールの有無による拡散時間変化を示す図である。図7は、ローダミン・グリーンの拡散時間を測定した結果である。図7中の●は温度コントロールを行わなかった場合の拡散時間の変化を示し、□は、温度コントロールを行なった場合の拡散時間の変化を示す。   FIG. 7 is a diagram showing a change in diffusion time with and without temperature control. FIG. 7 shows the results of measuring the diffusion time of rhodamine green. In FIG. 7, ● represents a change in diffusion time when temperature control was not performed, and □ represents a change in diffusion time when temperature control was performed.

本発明による温度コントロールを実施することにより、長時間にわたる測定にもかかわらず、ほぼ一定の拡散時間データが得られている。 By carrying out the temperature control according to the present invention, almost constant diffusion time data is obtained despite measurement over a long period of time.

また、本実施の形態に係る蛍光測定装置で測定値を温度補正する際には、測定値を規定温度における値に補正することが望ましい。種々の媒質の粘性係数は20℃の値がよく調べられているので、式(1)や式(3)におけるηを直ちに参照することができるので規定温度は20℃が好ましい。また、規定温度を27℃とすると、300K(絶対温度)になるので、27℃で規定することも計算が容易になり好ましい。   In addition, when the measured value is temperature-corrected by the fluorescence measuring apparatus according to the present embodiment, it is desirable to correct the measured value to a value at a specified temperature. Since the viscosity coefficient of various media has been well examined for a value of 20 ° C., η in the equations (1) and (3) can be referred to immediately, so the specified temperature is preferably 20 ° C. Further, if the specified temperature is 27 ° C., it will be 300K (absolute temperature), so it is preferable to specify it at 27 ° C. because the calculation is easy.

図8は、並進拡散時間の測定値を規定温度での値に補正した結果を示す図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating a result of correcting the measured value of the translational diffusion time to a value at a specified temperature.

本測定では、ローダミン・グリーンを被検試料とした。媒質の温度は、温度センサにより測定し、規定温度を20℃として温度補正をおこなっている。   In this measurement, rhodamine green was used as the test sample. The temperature of the medium is measured by a temperature sensor, and the temperature is corrected by setting the specified temperature to 20 ° C.

本実施例では、ローダミン・グリーンを被検試料としたが、ある分子同士の反応状態の検出時にも、反応後の分子の大きさが分かる反応系であれば、本実施例と同様にして、式(1)〜式(3)を用いて、20℃や27℃の規定温度で補正して出力を行なったり表示を行うことが可能である。例えば、異なった時期に測定を行った場合、被検試料の温度が異なる場合がある。このときは、本発明により実測値を規定温度での値に補正すると、結果の比較が非常に容易になる。   In this example, rhodamine green was used as the test sample, but even when detecting the reaction state between certain molecules, if it is a reaction system in which the size of the molecule after the reaction is known, as in this example, Using the equations (1) to (3), it is possible to perform output and display with correction at a specified temperature of 20 ° C. or 27 ° C. For example, when the measurement is performed at different times, the temperature of the test sample may be different. At this time, if the actually measured value is corrected to the value at the specified temperature according to the present invention, the comparison of the results becomes very easy.

なお、本発明は蛍光物質から発せられる蛍光の強度ゆらぎに限らず、例えばラテックス粒子のようなコロイド粒子による抗原抗体反応の測定などをレーザ光による散乱光強度ゆらぎの相関解析から行なう方法にも適用することができる。   The present invention is not limited to the intensity fluctuation of the fluorescence emitted from the fluorescent substance, and is also applied to a method for performing the antigen-antibody reaction measurement by colloidal particles such as latex particles from the correlation analysis of the scattered light intensity fluctuation by the laser beam. can do.

以上説明したように本実施の形態では、あらかじめ既知の蛍光分子による媒質温度と並進拡散時間の関係を求めておき、未知試料の蛍光相関分光による蛍光分子の並進拡散速度などの測定値と既知の蛍光分子による並進拡散時間とを比較し、これをあらかじめ求めておいた既知の蛍光分子による並進拡散時間と温度の関係を示す検量線に当てはめ、これから逆に媒質温度を推定し、この媒質温度に対応する未知試料の蛍光分子の並進速度を導く。   As described above, in this embodiment, the relationship between the medium temperature and the translational diffusion time by the known fluorescent molecules is obtained in advance, and the measured values such as the translational diffusion speed of the fluorescent molecules by fluorescence correlation spectroscopy of the unknown sample and the known Compare the translational diffusion time with the fluorescent molecule and apply it to the calibration curve showing the relationship between the translational diffusion time with the known fluorescent molecule and the temperature obtained in advance. The translation speed of the fluorescent molecule of the corresponding unknown sample is derived.

また、推定された媒質温度を標準測定温度まで温度コントローラにより変化させ、媒質温度が標準測定温度になるまで測定を中断し、温度環境が整うのを待って、測定を開始する。   Further, the estimated medium temperature is changed to the standard measurement temperature by the temperature controller, the measurement is suspended until the medium temperature reaches the standard measurement temperature, and the measurement is started after the temperature environment is adjusted.

従って、試料の温度変化に伴う、試料の媒質中での物理的な性質の変化を自動的に補正することができるので、試料の温度が変化しても、高精度で媒質中での試料の物理的な性質の測定を行なうことができる。また、既知試料の測定値に基づく検量線を用いれば、温度測定を必要とせず、媒質の温度変化に無関係に試料の物理的な性質を簡便に測定することができる。   Therefore, changes in the physical properties of the sample in the medium accompanying changes in the temperature of the sample can be automatically corrected. Therefore, even if the temperature of the sample changes, the accuracy of the sample in the medium can be increased. Measurement of physical properties can be performed. In addition, if a calibration curve based on the measurement values of a known sample is used, temperature measurement is not required, and the physical properties of the sample can be easily measured regardless of the temperature change of the medium.

なお、上述の実施の形態では、被検試料の物理的な性質として拡散時間、粘性係数などを求めたが、本発明は、これ以外の物理的な性質として例えば、「並進拡散係数、回転拡散係数、分極率、平均粒子密度」を求める場合にも適用することができる。これらの値は種々の光検出装置により計測可能な値であり、またこれらの値は、分子間の反応、また分子の挙動と関連性を有している。   In the above-described embodiment, the diffusion time, the viscosity coefficient, and the like are obtained as the physical properties of the test sample. However, the physical properties other than this include, for example, “translational diffusion coefficient, rotational diffusion”. The present invention can also be applied to the case of obtaining “coefficient, polarizability, average particle density”. These values are values that can be measured by various photodetection devices, and these values are related to reactions between molecules and molecular behavior.

並進拡散係数と分子間の反応の関係は、ある分子が結合すると質量が大きくなるので、ブラウン運動による分子の移動速度が遅くなる結果、並進拡散係数が小さくなる。また、ある分子が解離すると質量が小さくなるので、ブラウン運動による分子の移動速度が速くなる結果、並進拡散係数が大きくなる。   Regarding the relationship between the translational diffusion coefficient and the reaction between molecules, since a mass increases when a certain molecule is bonded, the translational diffusion coefficient becomes small as a result of the movement speed of the molecule due to Brownian motion being slowed. In addition, when a certain molecule is dissociated, the mass is reduced, and as a result, the moving speed of the molecule due to Brownian motion is increased, resulting in an increased translational diffusion coefficient.

回転拡散係数と分子間の反応の関係は、ある分子が結合すると質量が大きくなったり、分子の形状が変化するので、回転ブラウン運動が変化して(一般的には小さくなり)、分子の回転速度が変化するので回転拡散係数が変化する。また、ある分子が解離すると質量が小さくなったり、分子の形状が変化するので、回転ブラウン運動が変化して(一般的には大きくなり)、分子の回転速度が変化するので回転拡散係数が変化する。   The relationship between the rotational diffusion coefficient and the reaction between molecules is that when a molecule is bound, the mass increases or the shape of the molecule changes, so the rotational Brownian motion changes (generally decreases) and the molecule rotates. As the speed changes, the rotational diffusion coefficient changes. Also, when a molecule is dissociated, the mass decreases or the shape of the molecule changes, so the rotational Brownian motion changes (generally increases) and the rotational speed of the molecule changes, so the rotational diffusion coefficient changes. To do.

分極率と分子間の反応は、ある分子が結合すると分子の形状や分子の電子状態が変化するので、分極率が変化する。また、ある分子が解離すると分子の形状や分子の電子状態が変化するので、分極率が変化する。   In the reaction between the polarizability and the molecule, when a certain molecule is bonded, the shape of the molecule and the electronic state of the molecule change, so the polarizability changes. Also, when a molecule is dissociated, the molecular shape and the electronic state of the molecule change, so the polarizability changes.

粒子密度と分子間の反応は、ある分子が結合すると分子数が減少するので粒子密度は低くなる。また、ある分子が解離すると分子数が増加するので粒子密度は高くなる。   In the reaction between the particle density and the molecule, when a certain molecule is bonded, the number of molecules is decreased, so that the particle density is lowered. Further, when a certain molecule is dissociated, the number of molecules increases, so that the particle density increases.

そして、これらの物理的な性質を測定する際にも、上述の実施の形態で述べたと同様に温度に対する補正が必要不可欠である。   And when measuring these physical properties, it is indispensable to correct the temperature as described in the above embodiment.

並進拡散係数と温度の関係は、媒質の温度が上昇するとブラウン運動が激しくなるので、分子の移動速度が速くなる結果、並進拡散係数が大きくなる。   Regarding the relationship between the translational diffusion coefficient and the temperature, the Brownian motion becomes intense as the temperature of the medium rises, so that the translational diffusion coefficient increases as a result of the increase in the moving speed of the molecules.

回転拡散係数と温度の関係は、媒質の温度が上昇すると回転ブラウン運動が激しくなるので、分子の回転速度が大きくなる結果、回転拡散係数が大きくなる。   Regarding the relationship between the rotational diffusion coefficient and the temperature, the rotational Brownian motion becomes more intense as the temperature of the medium rises, so that the rotational speed of the molecule increases, resulting in an increased rotational diffusion coefficient.

分極率と温度の関係は、媒質の温度が上昇すると分子を構成している原子の振動が激しくなるので、分子の形状変化が大きくなる結果、分極率が大きくなる。   Regarding the relationship between the polarizability and temperature, when the temperature of the medium rises, the vibration of atoms constituting the molecule becomes intense, so that the change in the shape of the molecule increases, resulting in an increase in the polarizability.

粒子密度と温度の関係は、媒質の温度が上昇すると媒質及び分子の振動が激しくなる結果、分子密度が小さくなる。   Regarding the relationship between the particle density and the temperature, as the temperature of the medium increases, the vibration of the medium and molecules becomes intense, resulting in a decrease in the molecular density.

したがって、これらの物理的な性質と温度との関係を予め測定し、本発明を適用することで、被検試料の温度を補正して精度の良い測定を行うことができる。   Therefore, by measuring the relationship between these physical properties and temperature in advance and applying the present invention, it is possible to correct the temperature of the sample to be measured and perform accurate measurement.

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

本発明に係る第1の実施の形態の蛍光測定装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the fluorescence measuring apparatus of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第1の実施の形態の蛍光測定装置を示す側面図。The side view which shows the fluorescence measuring apparatus of 1st Embodiment which concerns on this invention. 媒質温度とローダミン・グリーン分子の拡散時間の検量線を示す図。The figure which shows the calibration curve of the diffusion time of medium temperature and rhodamine green molecule. 本発明に係る第2の実施の形態の蛍光測定装置の測定状態を示す図。The figure which shows the measurement state of the fluorescence measuring apparatus of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第3の実施の形態の蛍光測定装置の測定状態を示す図。The figure which shows the measurement state of the fluorescence measuring apparatus of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第4の実施の形態の蛍光測定装置の測定状態を示す図。The figure which shows the measurement state of the fluorescence measuring apparatus of 4th Embodiment which concerns on this invention. 温度コントロールの有無による拡散時間変化を示す図。The figure which shows the diffusion time change by the presence or absence of temperature control. 並進拡散時間の測定値を規定温度での値に補正した結果を示す図。The figure which shows the result of having corrected the measured value of translational diffusion time to the value in regulation temperature.

符号の説明Explanation of symbols

1…試料ステージ、2…光源、3…対物レンズ、4…マイクロプレート、5…ウエル、12…光検出器、13…コンピュータ、14…温度計、15…温度コントローラ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample stage, 2 ... Light source, 3 ... Objective lens, 4 ... Microplate, 5 ... Well, 12 ... Photodetector, 13 ... Computer, 14 ... Thermometer, 15 ... Temperature controller.

Claims (13)

光を用いて被検試料の物理的な性質を測定する装置において、
被検試料および既知試料を保持する保持手段と、
被検試料および既知試料に光を照射する光源手段と、
被検試料および既知試料からの光を検出する光検出手段と、
予め取得した既知試料の物理的な性質と温度の関係を保持する手段と、
既知試料の物理的な性質と温度の関係より、被検試料の物理的な性質を温度に対して補正演算する手段と
を有することを特徴とする光検出装置。
In an apparatus that measures the physical properties of a test sample using light,
Holding means for holding a test sample and a known sample;
A light source means for irradiating a test sample and a known sample with light;
A light detecting means for detecting light from the test sample and the known sample;
Means for maintaining the relationship between the physical properties and temperature of a previously obtained known sample;
And a means for correcting the physical property of the test sample with respect to the temperature based on the relationship between the physical property of the known sample and the temperature.
被検試料温度または被検試料近傍の温度を制御する温度制御手段を更に有することを特徴とする請求項1に記載の光検出装置。   The photodetection device according to claim 1, further comprising temperature control means for controlling a test sample temperature or a temperature in the vicinity of the test sample. 予め取得した既知試料の物理的な性質が、少なくとも並進拡散係数、回転拡散係数、分極率、平均粒子密度のいずれか1つを含むこと
を特徴とする請求項1または2に記載の光検出装置。
The photodetection device according to claim 1 or 2, wherein the physical properties of the known sample acquired in advance include at least one of a translational diffusion coefficient, a rotational diffusion coefficient, a polarizability, and an average particle density. .
光を用いて被検試料の物理的な性質を測定する装置において、
被検試料を保持する保持手段と、
被検試料に光を照射する光源手段と、
被検試料からの光を検出する光検出手段と、
被検試料または被検試料近傍の温度を計測するための温度計測手段と、
前記温度計測手段によって計測された温度に基づいて、被検試料の物理的な性質を、温度に対して補正演算する手段と
を有することを特徴とする光検出装置。
In an apparatus that measures the physical properties of a test sample using light,
Holding means for holding the test sample;
Light source means for irradiating the test sample with light;
A light detecting means for detecting light from the test sample;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the test sample or the vicinity of the test sample;
And a means for correcting the physical property of the test sample with respect to the temperature based on the temperature measured by the temperature measuring means.
被検試料または被検試料近傍の温度計測手段は、被検試料溶液、または、被検試料を溶解若しくは分散している溶液と同じ組成の溶液を収容する手段と、収容されている溶液の温度を測定する手段とを更に有することを特徴とする請求項4に記載の光検出装置。   The test sample or the temperature measuring means in the vicinity of the test sample includes a test sample solution or a means for storing a solution having the same composition as the solution in which the test sample is dissolved or dispersed, and the temperature of the stored solution The light detection apparatus according to claim 4, further comprising means for measuring the light intensity. 被検試料の物理的な性質を、規定の温度における値として補正して出力、または、表示する手段を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光検出装置。   6. The photodetecting device according to claim 1, further comprising means for correcting or outputting a physical property of the test sample as a value at a specified temperature. 光を用いて被検試料の物理的な性質を測定する測定方法において、
保持した被検試料および既知試料に光を照射し、
被検試料および既知試料からの光を検出し、
既知試料の物理的な性質と温度の関係と既知試料の物理的な性質の測定値より、被検試料の物理的な性質を温度に対して補正することを特徴とする光検出方法。
In a measurement method that measures the physical properties of a test sample using light,
Irradiate light to the held test sample and known sample,
Detects light from test samples and known samples,
A photodetection method comprising correcting a physical property of a test sample with respect to temperature based on a relationship between a physical property of the known sample and temperature and a measured value of the physical property of the known sample.
被検試料または被検試料近傍の温度を制御することを特徴とする請求7に記載の光検出方法。   The light detection method according to claim 7, wherein the temperature of the test sample or the vicinity of the test sample is controlled. 既知試料の物理的な性質として、少なくとも並進拡散係数、回転拡散係数、分極率、平均粒子密度のいずれか1つを測定することを特徴とする請求項7または8のいずれか1項に記載の光検出方法。   The physical property of the known sample is measured by at least one of a translational diffusion coefficient, a rotational diffusion coefficient, a polarizability, and an average particle density, according to any one of claims 7 and 8. Light detection method. 光を用いて被検試料の物理的な性質を測定する方法において、
保持した被検試料に光を照射し、
被検試料からの光を検出し、
被検試料または被検試料近傍の温度を計測し、
計測された温度に基づいて、物理的な性質を温度に対して補正演算することを特徴とする光検出方法。
In a method for measuring the physical properties of a test sample using light,
Irradiate light to the held test sample,
Detects light from the test sample,
Measure the temperature of the test sample or the vicinity of the test sample,
A photodetection method characterized in that a physical property is corrected for temperature based on a measured temperature.
被検試料または被検試料近傍の温度計測は、被検試料溶液、または、被検試料を溶解若しくは分散している溶液と同じ組成の溶液を容器に収容し、収容されている溶液の温度を測定することを特徴とする請求項10に記載の光検出方法。   The temperature of the test sample or the vicinity of the test sample is measured by storing the test sample solution or a solution having the same composition as the solution in which the test sample is dissolved or dispersed in the container and measuring the temperature of the stored solution. The light detection method according to claim 10, wherein measurement is performed. 被検試料または既知試料または被検試料を溶解若しくは分散している溶液が、マイクロプレートに収容されていることを特徴とする請求項7乃至11のいずれか1項に記載の光検出方法。   The light detection method according to claim 7, wherein a test sample, a known sample, or a solution in which the test sample is dissolved or dispersed is contained in a microplate. 被検試料の物理的な性質を、規定の温度における値として補正して出力、または、表示することを特徴とする請求項7乃至12のいずれか1項に記載の光検出方法。   The light detection method according to claim 7, wherein the physical property of the test sample is corrected and output or displayed as a value at a specified temperature.
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