JP2005069827A - Laser scanning type fluorescence microscope - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser scanning type fluorescence microscope simple to operate and capable of exciting and detecting at least three fluorescent coloring matters by one measurement. <P>SOLUTION: The laser scanning type fluorescence microscope has a laser light source part 1 and a detection part for detecting fluorescence emitted from a specimen 8 irradiated with the light from the laser light source part 1. The laser light source part 1 is constituted of one ultrashort pulse laser for allowing the specimen 8 to emit fluorescence by two-photon excitation. The detection part has a plurality of detectors 7<SB>1</SB>-7<SB>n</SB>corresponding to respective fluorescences so as to detect at least three fluorescences different in wavelength in the fluorescence emitted from the specimen 8 by two-photon excitation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、3色以上の蛍光検出に用いるレーザ走査型蛍光顕微鏡に関する。   The present invention relates to a laser scanning fluorescence microscope used for detecting fluorescence of three or more colors.

従来、所定の遺伝子やDNAの染色体上での検出方法として、FISH(fluorescence in situ hybridization)が知られている。この方法は、所定の蛍光体でマーキングした遺伝子やDNAプローブを水銀ランプ等で励起し、発した蛍光を検出器で検出する方法である。
近年、蛍光分光画像解析は、最新の遺伝子工学等に欠かせない技術となっている。そして、FISHを応用した検出方法として、少なくとも3色以上の蛍光体を用いて、例えば多重遺伝子の検出を可能とする所謂Multi Colour FISHが知られている。
Conventionally, FISH (fluorescence in situ hybridization) is known as a method for detecting a predetermined gene or DNA on a chromosome. In this method, a gene or DNA probe marked with a predetermined phosphor is excited with a mercury lamp or the like, and the emitted fluorescence is detected with a detector.
In recent years, fluorescence spectroscopic image analysis has become an indispensable technique for the latest genetic engineering and the like. As a detection method applying FISH, so-called Multi Color FISH is known that enables detection of multiple genes, for example, using phosphors of at least three colors.

Multi Colour FISHを用いた顕微鏡としては、例えば、次の非特許文献1に開示のものが提案されている。
「M-FISHシステム 取扱説明書」,オリンパス光学工業株式会社,1998年12月,M002,p1,3,6
As a microscope using Multi Color FISH, for example, a microscope disclosed in the following Non-Patent Document 1 has been proposed.
“M-FISH System Instruction Manual”, Olympus Optical Co., Ltd., December 1998, M002, p1, 3, 6

従来、FISHは、1光子励起に基づいて行なわれていた。このため、Multi Colour FISHを行なうためには、励起波長が複数必要であり、また各蛍光のみを検出するためのフィルタ(バリアフィルタ)等も、その分だけ必要であった。
そして、非特許文献1に記載の顕微鏡では、Multi Colour FISHを行なうために、水銀ランプを光源とする通常の蛍光顕微鏡を用いるとともに、透過波長の異なる励起フィルタとバリアフィルタを多数用意し、これらのうち所望の励起フィルタとバリアフィルタを顕微鏡内においてカセットやターレットを介して順次切り替えることにより、切り替える都度、所望の励起波長で標本を励起するとともに、その励起波長で励起された蛍光を検出していた。
Conventionally, FISH has been performed based on one-photon excitation. For this reason, in order to perform Multi Color FISH, a plurality of excitation wavelengths are necessary, and a filter (barrier filter) for detecting only each fluorescence is also required.
In the microscope described in Non-Patent Document 1, in order to perform Multi Color FISH, an ordinary fluorescent microscope using a mercury lamp as a light source is used, and many excitation filters and barrier filters having different transmission wavelengths are prepared. By switching the desired excitation filter and barrier filter sequentially through the cassette and turret in the microscope, the sample was excited at the desired excitation wavelength and the fluorescence excited at the excitation wavelength was detected each time the switching was performed. .

このため、従来の蛍光顕微鏡では、Multi Colour FISHを行なうための複数波長の蛍光検出を一度の測定で行なうことができず、しかも複数波長の蛍光励起のための操作がその分、煩雑化していた。   For this reason, in the conventional fluorescence microscope, it is not possible to perform fluorescence detection of a plurality of wavelengths for performing Multi Color FISH in a single measurement, and the operation for excitation of the fluorescence of a plurality of wavelengths is complicated accordingly. .

また、Multi Colour FISHをレーザ走査型蛍光顕微鏡の1光子(1光子)で行なうためには、励起波長の種類分のレーザ光源が必要となる。しかし、従来型の共焦点レーザ走査型顕微鏡では、一般に、ごく少数種類の励起波長しか利用できない。このため、非特許文献1に記載の従来型の共焦点レーザ走査型顕微鏡では、2色程度のFISHであれば、2本のレーザを用いることにより対応可能であるが、例えば3色〜7色の蛍光検出をする場合には、その蛍光の数に応じた多数のレーザを用いなければならず、到底対応できなかった。   In addition, in order to perform Multi Color FISH with one photon (one photon) of a laser scanning fluorescence microscope, a laser light source corresponding to the type of excitation wavelength is required. However, a conventional confocal laser scanning microscope generally can use only a few types of excitation wavelengths. For this reason, the conventional confocal laser scanning microscope described in Non-Patent Document 1 can cope with FISH of about two colors by using two lasers, for example, three to seven colors. In the case of detecting fluorescence, a large number of lasers corresponding to the number of fluorescences must be used, which cannot be dealt with at all.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、操作が簡単で、かつ、一度の測定で3色以上の蛍光色素を励起、検出可能なレーザ走査型蛍光顕微鏡を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides a laser scanning fluorescence microscope that is easy to operate and can excite and detect fluorescent dyes of three colors or more by a single measurement. With the goal.

上記目的を達成するため、本第1の発明によるレーザ走査型蛍光顕微鏡は、レーザ光源部と、前記レーザ光源部からの光が照射された標本で発する蛍光を検出する検出部を有する蛍光顕微鏡において、前記レーザ光源部が、前記標本で2光子励起による蛍光を発生させる一つの超短パルスレーザで構成され、前記検出部が、前記標本で2光子励起により発した蛍光のうち少なくとも3つの波長の異なる各蛍光を検出するように、該各蛍光に対応する複数の検出器を有して構成されていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, a laser scanning fluorescence microscope according to the first invention is a fluorescence microscope having a laser light source part and a detection part for detecting fluorescence emitted from a sample irradiated with light from the laser light source part. The laser light source unit is composed of one ultrashort pulse laser that generates fluorescence by two-photon excitation in the sample, and the detection unit has at least three wavelengths of fluorescence emitted by two-photon excitation in the sample. It is characterized by having a plurality of detectors corresponding to each fluorescence so as to detect each different fluorescence.

また、本第2の発明によるレーザ走査型蛍光顕微鏡は、レーザ光源部と、前記レーザ光源部からの光が照射された標本で発する蛍光を検出する検出部を有する蛍光顕微鏡において、前記レーザ光源部が、前記標本で2光子励起による蛍光を発生させる一つの超短パルスレーザで構成され、前記検出部が、前記標本で2光子励起により発した蛍光のうち少なくとも3つの波長の異なる各蛍光を夫々時間差をつけて一つの検出器で検出するように構成されていることを特徴としている。   The laser scanning fluorescence microscope according to the second invention is a fluorescence microscope having a laser light source unit and a detection unit for detecting fluorescence emitted from a sample irradiated with light from the laser light source unit. Is composed of a single ultrashort pulse laser that generates fluorescence by two-photon excitation in the specimen, and the detection unit emits at least three different wavelengths of fluorescence emitted from the specimen by two-photon excitation. It is characterized by being configured to detect with one detector with a time difference.

また、本第3の発明によるレーザ走査型蛍光顕微鏡は、レーザ光源部と、前記レーザ光源部からの光が照射された標本から発する蛍光を検出する検出部を有する蛍光顕微鏡において、前記レーザ光源部が、前記標本で2光子励起による蛍光を発生させる一つの超短パルスレーザで構成され、前記検出部が、前記標本で2光子励起により発した蛍光のうち少なくとも3つの波長の異なる各蛍光を波長毎に分離させる手段と、1次元センサを有して構成されていることを特徴としている。   The laser scanning fluorescence microscope according to the third aspect of the invention is a fluorescence microscope having a laser light source unit and a detection unit for detecting fluorescence emitted from a sample irradiated with light from the laser light source unit. Is composed of a single ultrashort pulse laser that generates fluorescence by two-photon excitation in the sample, and the detection unit emits at least three different wavelengths of fluorescence emitted from the sample by two-photon excitation. It is characterized by having a means for separating each and a one-dimensional sensor.

また、本発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡においては、前記波長毎に分離させる手段が、プリズムで構成されているのがよい。   In the laser scanning fluorescence microscope of the present invention, it is preferable that the means for separating each wavelength comprises a prism.

また、本発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡においては、前記波長毎に分離させる手段が、回折格子で構成されていてもよい。   In the laser scanning fluorescence microscope of the present invention, the means for separating each wavelength may be a diffraction grating.

また、本発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡においては、前記1次元センサが、スリットと、光電子増倍管(PMT)とで構成され、前記波長毎に分離させる手段が、該波長毎に分離させる手段で分離された各蛍光が順次前記スリットを通過し、前記光電子増倍管で受光されるように、蛍光の位置を調整する手段を有して構成されているのが好ましい。   In the laser scanning fluorescence microscope of the present invention, the one-dimensional sensor is composed of a slit and a photomultiplier tube (PMT), and the means for separating each wavelength is a means for separating each wavelength. It is preferable to have a means for adjusting the position of the fluorescence so that each fluorescence separated in step 1 passes through the slit sequentially and is received by the photomultiplier tube.

また、本発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡においては、前記1次元センサが、ラインセンサを用いて、スペクトル情報(蛍光波長情報)のみを検出するように構成されているのが好ましい。   In the laser scanning fluorescence microscope of the present invention, it is preferable that the one-dimensional sensor is configured to detect only spectrum information (fluorescence wavelength information) using a line sensor.

また、本発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡においては、前記1次元センサが、CCD又は1次元アバランシェフォトダイオード(APD)で構成されているのが好ましい。   In the laser scanning fluorescence microscope of the present invention, the one-dimensional sensor is preferably composed of a CCD or a one-dimensional avalanche photodiode (APD).

また、本発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡においては、染色体(DNA)の解析に必須の、3色以上の蛍光を検出するMulti Colour FISH(Fluorescence in situ Hybrization)に適用可能に構成されていることを特徴としている。   In addition, the laser scanning fluorescence microscope of the present invention is configured to be applicable to Multi Color FISH (Fluorescence in situ Hybrization) that detects fluorescence of three colors or more, which is essential for chromosome (DNA) analysis. It is a feature.

本発明によれば、操作が簡単で、かつ、一度の測定で3色以上の蛍光色素を励起、検出可能なレーザ走査型蛍光顕微鏡が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a laser scanning fluorescence microscope that is easy to operate and that can excite and detect three or more color fluorescent dyes in one measurement.

実施例に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
従来の1光子励起や、3光子励起では、用いる蛍光色素の吸収波長域(3光子では約3倍の波長)に対応した励起光を照射しなければ、蛍光を効率よく発生させることができない。これに対し、2光子励起では、ある波長(例えば800nm)を標本に照射すると、様々な蛍光色素を同時に励起させることができる。
本発明は、この点に着目し、レーザ走査型蛍光顕微鏡を、所謂2光子励起により蛍光を発生させるとともに、2光子励起で発生した3種類以上の波長の蛍光をほぼ同時に検出できるように構成したものである。
Prior to the examples, the function and effect of the present invention will be described.
In conventional one-photon excitation or three-photon excitation, fluorescence cannot be generated efficiently unless excitation light corresponding to the absorption wavelength region of the fluorescent dye used (about three times the wavelength for three-photons) is irradiated. On the other hand, in the two-photon excitation, when a sample is irradiated with a certain wavelength (for example, 800 nm), various fluorescent dyes can be excited simultaneously.
The present invention focuses on this point, and the laser scanning fluorescence microscope is configured to generate fluorescence by so-called two-photon excitation and to detect fluorescence of three or more wavelengths generated by two-photon excitation almost simultaneously. Is.

このように構成すれば、一つのレーザ(波長)を用いて、Multi Colour FISHによる3種類以上の波長の蛍光検出をほぼ同時に行なうことができる。なお、2光子励起により標本で発せられる3種類以上の波長領域の蛍光を検出する手段は、必要に応じて最適な手段を用いることができる。   If comprised in this way, the fluorescence detection of three or more types of wavelengths by Multi Color FISH can be performed substantially simultaneously using one laser (wavelength). As a means for detecting fluorescence in three or more types of wavelength regions emitted from a specimen by two-photon excitation, an optimum means can be used as necessary.

具体的には、本第1の発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡は、光源に一つの超短パルスレーザを用い、標本から2光子励起による蛍光が発せられるようにし、その蛍光中の少なくとも3種類の波長の異なる蛍光を検出するように構成する。このようにすれば、一つのレーザ(特定波長)で、少なくとも3種類以上の蛍光色素をほぼ同時に励起、検出することができる。   Specifically, the laser scanning fluorescence microscope of the first invention uses one ultrashort pulse laser as a light source, and emits fluorescence by two-photon excitation from a specimen, and at least three kinds of fluorescence in the fluorescence are emitted. It is configured to detect fluorescence having different wavelengths. In this way, at least three types of fluorescent dyes can be excited and detected almost simultaneously with one laser (specific wavelength).

また、本第1の発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡は、検出器を検出する波長の種類分設ける。このようにすれば、各波長の蛍光を同時に検出することが可能となる。   The laser scanning fluorescence microscope of the first invention is provided for the types of wavelengths for detecting the detector. By doing so, it becomes possible to simultaneously detect fluorescence of each wavelength.

また、本第2の発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡は、各蛍光波長に対して時間差をもって順次検出するように構成する。このようにすれば、複数種類の波長の異なる蛍光を一つの検出器で検出することができる。   The laser scanning fluorescence microscope of the second aspect of the invention is configured to sequentially detect each fluorescence wavelength with a time difference. In this way, a plurality of types of fluorescence having different wavelengths can be detected by a single detector.

また、本第3の発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡は、検出部を、標本から発した蛍光を波長毎に分離させる手段を有すると共に、検出器に1次元センサを用いて構成する。このようにすれば、蛍光のスペクトル分析が可能であり、用いる検出器も一つで足りる。   In the laser scanning fluorescence microscope of the third aspect of the invention, the detection unit includes means for separating the fluorescence emitted from the specimen for each wavelength, and uses a one-dimensional sensor as a detector. In this way, fluorescence spectrum analysis is possible, and only one detector is required.

なお、本発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡においては、前記波長毎に分離させる手段をプリズムで構成することができる。   In the laser scanning fluorescence microscope of the present invention, the means for separating each wavelength can be constituted by a prism.

また、本発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡においては、前記波長毎に分離させる手段を回折格子で構成することもできる。   Moreover, in the laser scanning fluorescence microscope of the present invention, the means for separating each wavelength can be constituted by a diffraction grating.

また、本発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡においては、前記1次元センサを、スリットと、光電子増倍管(PMT)とで構成するとともに、前記波長毎に分離させる手段を、該波長毎に分離させる手段で分離された各蛍光が順次前記スリットを通過し、前記光電子増倍管で受光されるように、蛍光の位置を調整する手段を有して構成してもよい。このようにすれば、複数種類の波長の異なる蛍光を一つの検出器で検出することができる。   In the laser scanning fluorescence microscope of the present invention, the one-dimensional sensor is composed of a slit and a photomultiplier tube (PMT), and means for separating each wavelength is separated for each wavelength. A means for adjusting the position of the fluorescence may be provided so that each fluorescence separated by the means sequentially passes through the slit and is received by the photomultiplier tube. In this way, a plurality of types of fluorescence having different wavelengths can be detected by a single detector.

また、前記1次元センサをラインセンサで構成し、スペクトル情報(蛍光波長情報)のみを検出するようにしてもよい。このようにすれば、スペクトル情報(蛍光波長情報)のみを検出し、後で合成することで標本の解析が可能となる。   Further, the one-dimensional sensor may be constituted by a line sensor so as to detect only spectrum information (fluorescence wavelength information). In this way, it is possible to analyze the specimen by detecting only the spectral information (fluorescence wavelength information) and synthesizing it later.

また、本発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡においては、前記1次元センサを、1次元CCD又は1次元アバランシェフォトダイオード(APD)で構成しても良い。   In the laser scanning fluorescence microscope of the present invention, the one-dimensional sensor may be composed of a one-dimensional CCD or a one-dimensional avalanche photodiode (APD).

また、本発明のレーザ走査型蛍光顕微鏡は、染色体(DND)の解析に必須なアプリケーションである、Multi Colour FISH(Fluorescence in situ Hybrization)に適用可能に構成する。このようにすれば、従来の顕微鏡に比べて、より簡単な操作でMulti Colour FISHによる3色以上の蛍光検出を行なうことができる。   In addition, the laser scanning fluorescence microscope of the present invention is configured to be applicable to Multi Color FISH (Fluorescence in situ Hybrization), which is an application essential for chromosome (DND) analysis. In this way, it is possible to detect fluorescence of three or more colors by Multi Color FISH with a simpler operation than a conventional microscope.

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。     Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の第1実施例にかかるレーザ走査型蛍光顕微鏡の概略構成図である。
第1実施例のレーザ走査型蛍光顕微鏡は、2光子励起用レーザ光源部1と、ミラー2と、走査ユニット3と、ダイクロイックミラー4と、対物レンズ5と、ダイクロイックミラー61〜6n(n:3≦n)と、光電子増倍管(PMT)71〜7n(n:3≦n)を有して構成されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser scanning fluorescent microscope according to the first embodiment of the present invention.
The laser scanning fluorescence microscope of the first embodiment includes a two-photon excitation laser light source unit 1, a mirror 2, a scanning unit 3, a dichroic mirror 4, an objective lens 5, and dichroic mirrors 6 1 to 6 n (n : 3 ≦ n) and photomultiplier tubes (PMT) 7 1 to 7 n (n: 3 ≦ n).

2光子励起用レーザ光源部1は、例えば、チタンサファイアレーザで、レーザ光が100フェムト秒程度の超短パルスで、近赤外の波長を持ち、100MHz程度の繰り返し周波数を持つレーザ装置として構成されている。   The two-photon excitation laser light source unit 1 is, for example, a titanium sapphire laser, and is configured as a laser device having an ultrashort pulse of about 100 femtoseconds, a near infrared wavelength, and a repetition frequency of about 100 MHz. ing.

走査ユニット3は、所定方向に傾きを変えることにより標本8上を走査可能なミラー3aを有している。
ダイクロイックミラー61は、標本8で発生し、ダイクロイックミラー4で反射された蛍光のうち所定波長の蛍光を反射し、その他の波長の蛍光を透過するように構成されている。
ダイクロイックミラー62は、ダイクロイックミラー61を透過した蛍光のうち所定波長領の蛍光を反射し、その他の波長の蛍光を透過するように構成されている。
ダイクロイックミラー6nは、ダイクロイックミラー6n-1を透過した蛍光を反射するように構成されている。
The scanning unit 3 has a mirror 3a that can scan the sample 8 by changing the inclination in a predetermined direction.
The dichroic mirror 61 is generated at the specimen 8, it reflects the fluorescence of a predetermined wavelength among the fluorescence reflected by the dichroic mirror 4, and is configured to transmit the fluorescence of other wavelengths.
The dichroic mirror 6 2 is configured so as to reflect the fluorescence of a predetermined wavelength territory of fluorescence transmitted through the dichroic mirror 61, transmitted through the fluorescence of other wavelengths.
The dichroic mirror 6 n is configured to reflect the fluorescence transmitted through the dichroic mirror 6 n-1 .

このように構成された第1実施例のレーザ走査型蛍光顕微鏡では、2光子励起用レーザ光源部1から近赤外の波長を持ち100フェムト秒程度の超短パルスのレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、ミラー2、走査ユニット3、ダイクロイックミラー4、対物レンズ5を経て、標本8上に照射される。標本8はレーザ光を2光子励起されることで、3種類以上の複数の波長の蛍光を発する。蛍光は、対物レンズ5を経て、ダイクロイックミラー4で反射される。反射された蛍光は、ダイクロイックミラー61〜6n、光電子増倍管71〜7nを介して、夫々所定の波長の蛍光ごとに検出される。 In the laser scanning fluorescence microscope of the first embodiment configured as described above, an ultrashort pulse laser beam having a near-infrared wavelength and about 100 femtoseconds is emitted from the two-photon excitation laser light source unit 1. The emitted laser light is irradiated on the specimen 8 through the mirror 2, the scanning unit 3, the dichroic mirror 4, and the objective lens 5. The specimen 8 emits fluorescence of a plurality of wavelengths of three or more by exciting the laser beam with two photons. The fluorescence is reflected by the dichroic mirror 4 through the objective lens 5. The reflected fluorescence is detected for each fluorescence having a predetermined wavelength via the dichroic mirrors 6 1 to 6 n and the photomultiplier tubes 7 1 to 7 n .

従って、第1実施例のレーザ走査型蛍光顕微鏡によれば、従来の1光子顕微鏡を用いた場合と異なり、2光子励起により、一つのレーザでもって、様々な色の3種類以上の蛍光色素を同時に励起させることができる。また、従来の1光子顕微鏡を用いた場合のような複数波長の光励起操作のために励起フィルタとバリアフィルタを多数用意してこれらのうち所望の励起フィルタとバリアフィルタを切り替えるという必要がなくて済む。   Therefore, according to the laser scanning fluorescent microscope of the first embodiment, unlike the case of using the conventional one-photon microscope, three or more kinds of fluorescent dyes of various colors can be obtained with one laser by two-photon excitation. It can be excited simultaneously. Further, it is not necessary to prepare a large number of excitation filters and barrier filters for the optical excitation operation of a plurality of wavelengths as in the case of using a conventional one-photon microscope, and to switch between the desired excitation filter and barrier filter. .

次に、図2に変形例を示す。図2の変形例のレーザ走査型蛍光顕微鏡は、図1の構成のダイクロイックミラー61〜63、光電子増倍管71〜73に加えて、所定波長の蛍光のみを透過させるバリアフィルタ9a1〜9a5と光電子増倍管9b1〜9b5とを備えた5つのユニット91〜95が設けられている。ユニット91〜95のそれぞれのバリアフィルタ9a1〜9a5は、それぞれ所望波長の蛍光のみ透過する特性を有している。なお、図2中、レンズ51’〜55’は、標本8で発生し対物レンズ5以外の方向に向かって発散する蛍光を平行光にしてバリアフィルタ9a1〜9a5に導くレンズである。
図2の変形例によれば、標本8で発生した蛍光のうち、対物レンズ5以外の方向に向かう5種類の蛍光は、ユニット91〜95の光電子増倍管9b1〜9b5で検出され、一方、対物レンズ5を通過した3種類の蛍光は、光電子増倍管71〜73で検出される。つまり、この変形例のレーザ走査型蛍光顕微鏡によれば、合計8種類の蛍光を検出することができる。
そして、対物レンズ5以外の方向の蛍光を含めて合計8種類の蛍光を検出するので、対物レンズ5を通過した蛍光のみで8種類の蛍光を検出するように構成した場合に比べて、ダイクロイックミラー4の後方に配置すべき光電子増倍管の数を少なくすることができ、ダイクロイックミラー4以降の装置の長さ(大きさ)を短く(小さく)することができる。
Next, a modification is shown in FIG. The laser scanning fluorescence microscope of the modified example of FIG. 2 includes a barrier filter 9a that transmits only fluorescence of a predetermined wavelength in addition to the dichroic mirrors 6 1 to 6 3 and the photomultiplier tubes 7 1 to 7 3 configured as shown in FIG. 1 ~9A 5 and five units 91 to 93 5 and a photomultiplier tube 9b 1 ~9b 5 is provided. Each barrier filter 9a 1 ~9a unit 91 to 93 5 5 has a characteristic of transmitting only the fluorescence of each desired wavelength. In FIG. 2, lenses 5 1 ′ to 5 5 ′ are lenses that guide fluorescence to the barrier filters 9 a 1 to 9 a 5 by making the fluorescent light generated in the specimen 8 and diverging in a direction other than the objective lens 5 into parallel light. .
According to a variant of Figure 2, of the fluorescence generated in the specimen 8, five types of fluorescence toward the direction other than the objective lens 5, the units 91 to 93 5 of the photomultiplier tube 9b 1 ~9b 5 detection On the other hand, the three types of fluorescence that have passed through the objective lens 5 are detected by the photomultiplier tubes 7 1 to 7 3 . That is, according to the laser scanning fluorescence microscope of this modification, a total of eight types of fluorescence can be detected.
Since a total of 8 types of fluorescence including fluorescence in directions other than the objective lens 5 are detected, the dichroic mirror is compared with a configuration in which only 8 types of fluorescence are detected by passing through the objective lens 5. 4 can be reduced, and the length (size) of the device after the dichroic mirror 4 can be shortened (decreased).

また、図2の変形例をさらに変形して、対物レンズ5を通過した蛍光を検出する光電子増倍管の数と、対物レンズ5以外の方向に向かう蛍光を検出する光電子増倍管の数とを同数配置、例えば、光電子増倍管71〜75と光電子増倍管9b1〜9b5というように夫々5個ずつ配置し、光電子増倍管71と光電子増倍管9b1、光電子増倍管72と光電子増倍管9b2、…、光電子増倍管75と光電子増倍管9b5を夫々ペアーとし、ペアー毎に同じ種類の蛍光を検出することができるようにして合計で5種類の蛍光を検出することができるようにし、図示省略した蛍光信号合成手段等を介して同じ種類の蛍光を合成するようにしてもよい。
このように構成した場合は、標本8で発生する蛍光が非常に強度が弱い場合であっても、標本8で発生する対物レンズ5以外の方向に向かう蛍光と対物レンズ5を通過する蛍光とを同じ種類の蛍光として同時に検出することができ、その分、より多くの光量で高精度に検出することができ、明るい蛍光観察が可能になる。
2 is further modified so that the number of photomultiplier tubes that detect fluorescence that has passed through the objective lens 5 and the number of photomultiplier tubes that detect fluorescence in a direction other than the objective lens 5 are as follows. the same number arranged, for example, by respective five and so photomultiplier 7 1-7 5 and the photomultiplier tube 9b 1 ~9B 5 arranged, photomultiplier 71 and photomultiplier tube 9b 1, photoelectrons intensifier 7 2 and photomultiplier tube 9b 2, ..., sum the photomultiplier tube 7 5 photomultiplier tube 9b 5 and each pair, so as to be able to detect the same type of fluorescent each pair Thus, the five types of fluorescence can be detected, and the same type of fluorescence may be synthesized via a fluorescence signal synthesizing unit (not shown).
When configured in this way, even when the fluorescence generated in the specimen 8 is very weak, the fluorescence generated in the specimen 8 in a direction other than the objective lens 5 and the fluorescence passing through the objective lens 5 are obtained. The same type of fluorescence can be detected at the same time, and accordingly, it can be detected with a higher amount of light with high accuracy, enabling bright fluorescence observation.

図3は本発明の第2実施例にかかるレーザ走査型蛍光顕微鏡の概略構成図である。
第2実施例のレーザ走査型蛍光顕微鏡は、2光子励起用レーザ光源部1と、ダイクロイックミラー2’と、走査ユニット3と、瞳リレーレンズ10と、結像レンズ11と、対物レンズ5と、単レンズ12と、分散素子13と、集光レンズ14と、ラインセンサ15を有して構成されている。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a laser scanning fluorescence microscope according to the second embodiment of the present invention.
The laser scanning fluorescence microscope of the second embodiment includes a two-photon excitation laser light source unit 1, a dichroic mirror 2 ', a scanning unit 3, a pupil relay lens 10, an imaging lens 11, an objective lens 5, A single lens 12, a dispersion element 13, a condenser lens 14, and a line sensor 15 are included.

ダイクロイックミラー2’は、2光子励起用レーザ光源部1からのレーザ光を反射し、標本8で発生した蛍光を透過するように構成されている。
単レンズ12は、ダイクロイックミラー2’を透過した光束を平行光にするように構成されている。
分散素子13は、プリズムで構成され、入射した蛍光を夫々の波長ごとに分光して出射するようになっている。
集光レンズ14は、分散素子13で分光された各波長域の蛍光を集光して、ラインセンサ15の各波長域の蛍光に対応して設けられた所定の受光素子15aに導くようになっている。
ラインセンサ15は、分散素子13で分散される各波長域の蛍光が検出されるように、複数の受光素子15aを線状に配列して構成されている。
The dichroic mirror 2 ′ is configured to reflect the laser light from the two-photon excitation laser light source unit 1 and transmit the fluorescence generated in the specimen 8.
The single lens 12 is configured so that the light beam that has passed through the dichroic mirror 2 ′ becomes parallel light.
The dispersive element 13 is composed of a prism, and splits the emitted fluorescence for each wavelength and emits it.
The condensing lens 14 condenses the fluorescent light of each wavelength region dispersed by the dispersive element 13 and guides it to a predetermined light receiving element 15 a provided corresponding to the fluorescent light of each wavelength region of the line sensor 15. ing.
The line sensor 15 is configured by linearly arranging a plurality of light receiving elements 15a so that fluorescence in each wavelength region dispersed by the dispersion element 13 is detected.

このように構成された第2実施例のレーザ走査型蛍光顕微鏡では、2光子励起用レーザ光源部1から近赤外の波長を持ち100フェムト秒程度の超短パルスのレーザ光が照射される。出射されたレーザ光は、ダイクロイックミラー2’と、走査ユニット3と、瞳リレーレンズ10と、結像レンズ11と、対物レンズ5を経て、標本8上に照射される。標本8はレーザ光を2光子励起されることで、3種類以上の複数の波長の蛍光を発する。蛍光は、対物レンズ7、結像レンズ11、瞳リレーレンズ10、操作ユニット3を経て、ダイクロイックミラー2’を透過する。ダイクロイックミラー2’を透過した蛍光は、単レンズ12で平行光となり、分散素子13で夫々の波長に平行光のまま分光され、集光レンズ14を介して夫々集光され、ラインセンサ15上の所定の受光素子15aで夫々受光される。   In the laser scanning fluorescence microscope of the second embodiment configured as described above, a laser beam of an ultrashort pulse having a near-infrared wavelength and about 100 femtoseconds is irradiated from the two-photon excitation laser light source unit 1. The emitted laser light is irradiated onto the specimen 8 through the dichroic mirror 2 ′, the scanning unit 3, the pupil relay lens 10, the imaging lens 11, and the objective lens 5. The specimen 8 emits fluorescence of a plurality of wavelengths of three or more by exciting the laser beam with two photons. The fluorescent light passes through the dichroic mirror 2 ′ through the objective lens 7, the imaging lens 11, the pupil relay lens 10, and the operation unit 3. The fluorescence transmitted through the dichroic mirror 2 ′ is converted into parallel light by the single lens 12, and is dispersed by the dispersive element 13 as parallel light at each wavelength, and is condensed through the condenser lens 14. Each light is received by a predetermined light receiving element 15a.

従って、第2実施例のレーザ走査型蛍光顕微鏡によれば、図1の実施例と同様に、2光子励起により、一つのレーザでもって、様々な色の3種類以上の蛍光色素を同時に励起させることができる。また、従来の1光子顕微鏡を用いた場合と異なり、複数波長の光励起操作のために励起フィルタとバリアフィルタを多数用意してこれらのうち所望の励起フィルタとバリアフィルタを切り替える必要がなくて済み、操作がその分、簡単になる。さらに、第1実施例のように複数の検出器を必要とせず、一つの検出器で蛍光のスペクトル分析が可能となる。   Therefore, according to the laser scanning fluorescence microscope of the second embodiment, as in the embodiment of FIG. 1, two or more photochromic dyes of various colors are simultaneously excited with one laser by two-photon excitation. be able to. Also, unlike the case of using a conventional one-photon microscope, it is not necessary to prepare a large number of excitation filters and barrier filters for a multi-wavelength optical excitation operation, and it is not necessary to switch between the desired excitation filter and barrier filter. Operation is much easier. Further, unlike the first embodiment, a plurality of detectors are not required, and the fluorescence spectrum can be analyzed with one detector.

図4は本発明の第3実施例にかかるレーザ走査型蛍光顕微鏡の概略構成図である。
第3実施例のレーザ走査型蛍光顕微鏡は、2光子励起用レーザ光源部1と、ダイクロイックミラー2’と、走査ユニット3と、瞳リレーレンズ10と、結像レンズ11と、対物レンズ5と、単レンズ12と、回折格子16と、集光レンズ14と、スリット17と、光量検出器18を有して構成されている。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a laser scanning fluorescence microscope according to the third embodiment of the present invention.
The laser scanning fluorescence microscope of the third embodiment includes a two-photon excitation laser light source unit 1, a dichroic mirror 2 ′, a scanning unit 3, a pupil relay lens 10, an imaging lens 11, an objective lens 5, A single lens 12, a diffraction grating 16, a condenser lens 14, a slit 17, and a light amount detector 18 are included.

回折格子16は、異なる波長の蛍光に分光反射するように構成されている。また、回折格子16には図示省略した回動手段が設けられており、矢印方向へ回動可能になっている。
スリット17は、回折格子16で分光され、集光レンズ14で集光される蛍光のうち所定波長域の蛍光のみを通過させるように形成されている。なお、スリット17は幅を変えることによって波長域の範囲を選択できるようになっている。
光量検出器18は、例えば電子増倍管(PMT)で構成されており、スリット17を通過した光を受光するように配置されている。
The diffraction grating 16 is configured to spectrally reflect fluorescence having different wavelengths. The diffraction grating 16 is provided with a rotating means (not shown) so that it can be rotated in the direction of the arrow.
The slit 17 is formed so as to pass only the fluorescence in a predetermined wavelength region out of the fluorescence that is split by the diffraction grating 16 and collected by the condenser lens 14. In addition, the slit 17 can select the range of a wavelength range by changing the width | variety.
The light quantity detector 18 is composed of, for example, an electron multiplier tube (PMT), and is disposed so as to receive light that has passed through the slit 17.

このように構成された第3実施例のレーザ走査型蛍光顕微鏡では、2光子励起用光源部から近赤外の波長を持ち100フェムト秒程度の超短パルスのレーザ光が照射される。レーザ光は、ダイクロイックミラー2’と、走査ユニット3と、瞳リレーレンズ10と、結像レンズ11と、対物レンズ5を経て、標本8上に照射される。標本8はレーザ光を2光子励起されることで、3種類以上の複数の波長の蛍光を発する。蛍光は、対物レンズ7、結像レンズ11、瞳リレーレンズ10、操作ユニット3を経て、ダイクロイックミラー2’を透過する。ダイクロイックミラー2’を透過した蛍光は、単レンズ12で平行光となり、回折格子16で夫々の波長に平行光のまま分光されて反射され、集光レンズ14を介して夫々集光される。集光された蛍光は線状に分布している。ここで、不要の波長はスリット17で遮断される。スリット17を通過した所定波長の蛍光が光量検出器18で受光される。
また、回折格子16を回転させることでスリット16を通過する波長を選択できる。従って、回折格子16を所定方向に回転させながら光量検出器18で受光する。
In the laser scanning fluorescence microscope of the third embodiment configured as described above, a laser beam having an ultrashort pulse of about 100 femtoseconds having a near-infrared wavelength is emitted from a two-photon excitation light source unit. The laser light is irradiated on the specimen 8 through the dichroic mirror 2 ′, the scanning unit 3, the pupil relay lens 10, the imaging lens 11, and the objective lens 5. The specimen 8 emits fluorescence of a plurality of wavelengths of three or more by exciting the laser beam with two photons. The fluorescence passes through the dichroic mirror 2 ′ through the objective lens 7, the imaging lens 11, the pupil relay lens 10, and the operation unit 3. The fluorescence that has passed through the dichroic mirror 2 ′ becomes parallel light by the single lens 12, is split and reflected by the diffraction grating 16 as parallel light at each wavelength, and is condensed through the condenser lens 14. The condensed fluorescence is distributed linearly. Here, unnecessary wavelengths are blocked by the slit 17. The fluorescence having a predetermined wavelength that has passed through the slit 17 is received by the light amount detector 18.
Further, the wavelength passing through the slit 16 can be selected by rotating the diffraction grating 16. Therefore, the light quantity detector 18 receives light while rotating the diffraction grating 16 in a predetermined direction.

従って、第3実施例のレーザ走査型蛍光顕微鏡によれば、図1の実施例と同様に、2光子励起により、一つのレーザでもって、様々な色の3種類以上の蛍光色素を同時に励起させることができる。また、第2実施例と同様に、従来の1光子顕微鏡を用いた場合と異なり、複数波長の光励起操作のために励起フィルタとバリアフィルタを多数用意してこれらのうち所望の励起フィルタとバリアフィルタを切り替える必要がなくて済み、操作がその分、簡単になる。さらに、第1実施例のように複数の検出器を必要とせず、一つの検出器で蛍光のスペクトル分析が可能となる。   Therefore, according to the laser scanning fluorescent microscope of the third embodiment, as in the embodiment of FIG. 1, two or more photochromic dyes of various colors are excited simultaneously with one laser by two-photon excitation. be able to. As in the second embodiment, unlike the conventional one-photon microscope, many excitation filters and barrier filters are prepared for the optical excitation operation of a plurality of wavelengths, and a desired excitation filter and barrier filter among them are prepared. There is no need to switch between and the operation becomes much easier. Further, unlike the first embodiment, a plurality of detectors are not required, and the fluorescence spectrum can be analyzed with one detector.

本発明の第1実施例にかかるレーザ走査型蛍光顕微鏡の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser scanning fluorescence microscope concerning 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例にかかるレーザ走査型蛍光顕微鏡の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of the laser scanning fluorescence microscope concerning 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例にかかるレーザ走査型蛍光顕微鏡の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser scanning fluorescence microscope concerning 2nd Example of this invention. 本発明の第3実施例にかかるレーザ走査型蛍光顕微鏡の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser scanning fluorescence microscope concerning 3rd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 2光子励起用レーザ光源
2,3a ミラー
2’,4,61,62,6n ダイクロイックミラー
3 走査手段
5 対物レレンズ
1’,52’,53’,54’,55’ レンズ
1,72,73,7n,9b1,9b2,9b3,9b4,9b5,18
光電子増倍管
8 標本
1,92,93,94,95 ユニット
9a1,9a2,9a3,9a4,9a5 バリアフィルタ
10 瞳リレーレンズ
11 結像レンズ
12 単レンズ
13 分散素子
14 集光レンズ
15 ラインセンサ
15a 受光素子
16 回折格子
17 スリット
1 Two-photon excitation laser light source 2, 3a Mirror 2 ', 4, 6 1 , 6 2 , 6 n Dichroic mirror 3 Scanning means 5 Objective lens 5 1 ', 5 2 ', 5 3 ', 5 4 ', 5 5 'Lens 7 1 , 7 2 , 7 3 , 7 n , 9b 1 , 9b 2 , 9b 3 , 9b 4 , 9b 5 , 18
Photomultiplier tube 8 sample 9 1 , 9 2 , 9 3 , 9 4 , 9 5 unit 9a 1 , 9a 2 , 9a 3 , 9a 4 , 9a 5 barrier filter 10 pupil relay lens 11 imaging lens 12 single lens 13 dispersion Element 14 Condensing lens 15 Line sensor 15a Light receiving element 16 Diffraction grating 17 Slit

Claims (9)

レーザ光源部と、前記レーザ光源部からの光が照射された標本で発する蛍光を検出する検出部を有する蛍光顕微鏡において、
前記レーザ光源部が、前記標本で2光子励起による蛍光を発生させる一つの超短パルスレーザで構成され、
前記検出部が、前記標本で2光子励起により発した蛍光のうち少なくとも3つの波長の異なる各蛍光を検出するように、該各蛍光に対応する複数の検出器を有して構成されていることを特徴とするレーザ走査型蛍光顕微鏡。
In a fluorescence microscope having a laser light source unit and a detection unit for detecting fluorescence emitted from a sample irradiated with light from the laser light source unit,
The laser light source unit is composed of one ultrashort pulse laser that generates fluorescence by two-photon excitation in the specimen,
The detection unit is configured to have a plurality of detectors corresponding to each fluorescence so as to detect each fluorescence having different wavelengths among at least three fluorescences emitted by two-photon excitation in the specimen. A laser scanning fluorescence microscope characterized by the above.
レーザ光源部と、前記レーザ光源部からの光が照射された標本で発する蛍光を検出する検出部を有する蛍光顕微鏡において、
前記レーザ光源部が、前記標本で2光子励起による蛍光を発生させる一つの超短パルスレーザで構成され、
前記検出部が、前記標本で2光子励起により発した蛍光のうち少なくとも3つの波長の異なる各蛍光を夫々時間差をつけて一つの検出器で検出するように構成されていることを特徴とするレーザ走査型蛍光顕微鏡。
In a fluorescence microscope having a laser light source unit and a detection unit for detecting fluorescence emitted from a sample irradiated with light from the laser light source unit,
The laser light source unit is composed of one ultrashort pulse laser that generates fluorescence by two-photon excitation in the specimen,
The detection unit is configured to detect at least three fluorescences having different wavelengths among the fluorescences emitted by the two-photon excitation in the specimen with a single time detector. Scanning fluorescence microscope.
レーザ光源部と、前記レーザ光源部からの光が照射された標本から発する蛍光を検出する検出部を有する蛍光顕微鏡において、
前記レーザ光源部が、前記標本で2光子励起による蛍光を発生させる一つの超短パルスレーザで構成され、
前記検出部が、前記標本で2光子励起により発した蛍光のうち少なくとも3つの波長の異なる各蛍光を波長毎に分離させる手段と、1次元センサを有して構成されていることを特徴とするレーザ走査型蛍光顕微鏡。
In a fluorescence microscope having a laser light source unit and a detection unit for detecting fluorescence emitted from a sample irradiated with light from the laser light source unit,
The laser light source unit is composed of one ultrashort pulse laser that generates fluorescence by two-photon excitation in the specimen,
The detection unit is configured to include means for separating each fluorescence having different wavelengths among the fluorescence emitted by the two-photon excitation in the sample for each wavelength, and a one-dimensional sensor. Laser scanning fluorescence microscope.
前記波長毎に分離させる手段が、プリズムで構成されていることを特徴とする請求項3に記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。   4. The laser scanning fluorescence microscope according to claim 3, wherein the means for separating each wavelength comprises a prism. 前記波長毎に分離させる手段が、回折格子で構成されていることを特徴とする請求項3に記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。   4. The laser scanning fluorescence microscope according to claim 3, wherein the means for separating each wavelength comprises a diffraction grating. 前記1次元センサが、スリットと、光電子増倍管(PMT)とで構成され、
前記波長毎に分離させる手段が、該波長毎に分離させる手段で分離された各蛍光が順次前記スリットを通過し、前記光電子増倍管で受光されるように、蛍光の位置を調整する手段を有して構成されていることを特徴とする請求項3に記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。
The one-dimensional sensor includes a slit and a photomultiplier tube (PMT),
Means for adjusting the position of the fluorescence so that each fluorescence separated by the means for separating each wavelength sequentially passes through the slit and is received by the photomultiplier tube. The laser scanning fluorescence microscope according to claim 3, wherein the laser scanning fluorescence microscope is provided.
前記1次元センサが、ラインセンサを用いて、スペクトル情報(蛍光波長情報)のみを検出するように構成されていることを特徴とする請求項3に記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。   The laser scanning fluorescence microscope according to claim 3, wherein the one-dimensional sensor is configured to detect only spectrum information (fluorescence wavelength information) using a line sensor. 前記1次元センサが、1次元CCD又は1次元アバランシェフォトダイオード(APD)で構成されていることを特徴とする請求項3に記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。   4. The laser scanning fluorescence microscope according to claim 3, wherein the one-dimensional sensor includes a one-dimensional CCD or a one-dimensional avalanche photodiode (APD). 染色体(DNA)の解析に必須の、3色以上の蛍光を検出するMulti Colour FISH(Fluorescence in situ Hybrization)に適用可能に構成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。   It is comprised so that it can apply to Multi Color FISH (Fluorescence in situ Hybrization) which detects the fluorescence of three or more colors essential for the analysis of a chromosome (DNA). Laser scanning fluorescence microscope.
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