JP2006010523A - Molecule measuring instrument - Google Patents
Molecule measuring instrument Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006010523A JP2006010523A JP2004188504A JP2004188504A JP2006010523A JP 2006010523 A JP2006010523 A JP 2006010523A JP 2004188504 A JP2004188504 A JP 2004188504A JP 2004188504 A JP2004188504 A JP 2004188504A JP 2006010523 A JP2006010523 A JP 2006010523A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measurement
- trap
- region
- molecule
- light source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、生体分子等の単一又は複数の分子に対して蛍光相関分光(Fluorescence Correlation Spectroscopy:FCS)等の測定を行うための装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for performing measurements such as fluorescence correlation spectroscopy (FCS) on single or plural molecules such as biomolecules.
近年、1個の分子の挙動を測定する1分子測定が注目され、そのための測定装置や方法が提案されている。
従来のように、多数の分子に対して何らかの測定を行った場合には、得られるデータは多数の分子に関する統計として得られるに過ぎず、個々の分子の挙動を知ることができない。また、多数の分子のうちのごく一部の分子のみに変化が生じても、統計として得られるデータではその変化は無視されるため捉えることができない。それに対して、1分子測定ではその分子の挙動を直接捉えることができる。
In recent years, single-molecule measurement for measuring the behavior of a single molecule has attracted attention, and a measurement apparatus and method for that purpose have been proposed.
As in the past, when some measurement is performed on a large number of molecules, the obtained data is only obtained as statistics on the large number of molecules, and the behavior of individual molecules cannot be known. In addition, even if a change occurs in only a small part of a large number of molecules, it cannot be detected because the change is ignored in the data obtained as statistics. In contrast, single-molecule measurement can directly capture the behavior of the molecule.
このような1分子測定の一例がFCSである(特許文献1)。FCSでは、蛍光標識を付した分子を含む液体にビーム状の光を照射して、蛍光標識が発する蛍光を検出する。この蛍光の時間変化から分子の自己相関関数の値を計算する。得られた自己相関関数の値には、例えば分子の速度に関する情報が含まれる。また、ブラウン運動をする分子の速度はその質量が小さいほど大きくなるため、分子の質量やその時間変化を知ることができる。ここで、分子の質量の時間変化は、例えば分子が分裂することにより生じる。 An example of such single molecule measurement is FCS (Patent Document 1). In FCS, a liquid containing a molecule with a fluorescent label is irradiated with a beam of light to detect fluorescence emitted by the fluorescent label. The value of the autocorrelation function of the molecule is calculated from the time change of the fluorescence. The obtained autocorrelation function value includes, for example, information related to the velocity of the molecule. In addition, since the speed of a molecule that undergoes Brownian motion increases as its mass decreases, the mass of the molecule and its change over time can be known. Here, the time change of the mass of the molecule occurs, for example, when the molecule is split.
なお、本願において「蛍光標識」は、分子に付着させた蛍光物質の他、分子自身が有する蛍光物質を含むものとする。 In the present application, the “fluorescent label” includes a fluorescent substance possessed by the molecule itself in addition to the fluorescent substance attached to the molecule.
1個の分子のような微小試料を測定するためには、その微小試料をハンドリングする必要がある。このハンドリングの手段として、特許文献2に記載されるような光ピンセットが知られている。光ピンセットは、誘電体が光の勾配の方向に力(これをグラジエント・フォースgradient forceという)を受ける現象を利用したもので、強い光を或る点(焦点)に絞り、そこに向けて形成される光の強度の大きな勾配によって微小物体を引き寄せ、保持するものである。 In order to measure a micro sample such as one molecule, it is necessary to handle the micro sample. As a means for handling this, optical tweezers as described in Patent Document 2 are known. Optical tweezers use a phenomenon in which a dielectric receives a force in the direction of the light gradient (this is called a gradient force). The micro object is attracted and held by the large gradient of the intensity of the light.
1分子に対してFCS測定を行う場合、分子の運動空間をFCS測定領域に対して十分大きくすると、分子はブラウン運動により時間の経過と共に測定領域から離れて行ってしまい、もはやFCS測定を行うことができなくなる。従って、着目する1分子に対して何らかの環境(例えば温度)を変化させつつその挙動の変化を調査する等の測定を行いたい場合、従来の方法では不可能であった。
それ以外の測定においても、分子をほぼ自由に運動させつつ継続的に観察しようとする場合、従来は適切な保持手段が存在しなかった。
When performing FCS measurement for one molecule, if the movement space of the molecule is sufficiently large relative to the FCS measurement area, the molecule will move away from the measurement area with time due to Brownian motion, and FCS measurement will no longer be performed. Can not be. Therefore, when it is desired to perform a measurement such as investigating a change in behavior while changing some environment (for example, temperature) for one molecule of interest, it is impossible with the conventional method.
In other measurements as well, there has been no appropriate holding means in the past when trying to observe molecules while moving the molecules almost freely.
本発明が解決しようとする課題は、1個又は複数個の分子についてFCS測定等の測定を比較的長時間に亘って行うことのできる分子測定装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a molecule measuring apparatus capable of performing measurement such as FCS measurement for one or a plurality of molecules over a relatively long time.
上記課題を解決するために成された本発明に係る分子測定装置は、
a)運動する一個又は複数個の目的分子に対して所定の測定領域を対象に測定を行う測定部と、
b)前記測定領域を含むトラップ領域内に目的分子を保持するためのトラップ光を生成するトラップ光源と、
を備えることを特徴とする。
The molecular measurement device according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
a) a measurement unit for measuring a predetermined measurement region for one or more moving target molecules;
b) a trap light source for generating trap light for holding the target molecule in the trap region including the measurement region;
It is characterized by providing.
前記測定部は、目的分子が有する蛍光物質を蛍光励起させるための光を前記測定領域に照射する蛍光励起光源と、蛍光を検出する検出部と、を有するものとすることができる。また、そのような測定の一つに、蛍光相関分光測定(FCS)を挙げることができる。 The measurement unit may include a fluorescence excitation light source that irradiates the measurement region with light for exciting the fluorescent substance included in the target molecule, and a detection unit that detects fluorescence. One of such measurements is fluorescence correlation spectroscopy (FCS).
本発明に係る分子測定装置では、測定を行う領域よりも広い領域に一個又は複数個の測定目的分子を保持する。従来、光ピンセットは、目的とする微小物体(誘電体)を確実に把持するために用いられていたが、本発明においては、そのように固定的に把持するのではなく、或る程度広い領域内で目的とする微小物体が自由に動くことを許しつつ、その領域からは出ないように保持するために用いる。例えばFCS測定を行う場合には、分子のブラウン運動に殆ど影響を与えない程度の広さの保持場を提供するようにする。
このような保持場を形成するためのトラップ光は、従来の光ピンセットよりも広い領域で集光するようなトラップ光学系を作製することで実現することができる。
In the molecular measurement apparatus according to the present invention, one or a plurality of molecules to be measured are held in an area wider than the area to be measured. Conventionally, optical tweezers have been used to securely hold a target minute object (dielectric material), but in the present invention, rather than being fixedly held in such a manner, an area that is somewhat wide is used. It is used to keep the target minute object from moving out of the area while allowing it to move freely. For example, when FCS measurement is performed, a holding field having a width that does not substantially affect the Brownian motion of the molecule is provided.
Trap light for forming such a holding field can be realized by manufacturing a trap optical system that collects light in a wider area than conventional optical tweezers.
なお、トラップ光は、測定対象の分子に、その光の進行方向への運動量を与える(この力をスキャッタリング・フォースscattering forceという)。本発明に係る分子測定装置で使用するトラップ光は目的分子を比較的広い範囲で保持するため、グラジエント・フォースが弱くなるようにしている。従って、光の進行方向においてもグラジエント・フォースが弱く、条件によってはスキャッタリング・フォースの方が大きくなって保持場の分子が光の進行方向に押し出される場合がある。そのような場合には、更にトラップ光の進行方向とは逆方向の光をトラップ領域に照射する逆方向トラップ光源を設け、分子をトラップ領域内に閉じこめるようにすることが望ましい。 The trapped light gives a momentum to the molecule to be measured in the traveling direction of the light (this force is called scattering force scattering force). The trapping light used in the molecular measuring apparatus according to the present invention holds the target molecule in a relatively wide range, so that the gradient force is weakened. Accordingly, the gradient force is weak also in the traveling direction of light, and depending on the conditions, the scattering force may be larger and the molecules in the holding field may be pushed out in the traveling direction of light. In such a case, it is desirable to further provide a reverse trap light source that irradiates the trap region with light in a direction opposite to the traveling direction of the trap light so as to confine molecules in the trap region.
本発明の分子測定装置には更に、測定対象の分子又は測定対象外の分子を捕捉するためのトラップ光源であって、その捕捉領域を前記トラップ領域の周囲で移動可能な移動トラップ光源を設けることができる。この移動トラップ光源が生成するトラップ光は、従来の光ピンセットと同様に、目的物である分子を固定的に把持するものであることが望ましい。例えば、この移動トラップ光源からのトラップ光により測定目的の分子を測定領域の外において捕捉し、その移動トラップ光を測定領域内に移動させることにより、目的分子を測定領域外から測定領域内に導入することができる。このように測定領域内に分子を導入することは、例えば、測定中に測定領域内の分子の数を変化させて分子間の相互作用の変化をみる場合等に用いることができる。 The molecular measurement apparatus of the present invention further includes a trap light source for capturing a molecule to be measured or a molecule not to be measured, and a movable trap light source capable of moving the capture region around the trap region. Can do. The trap light generated by the moving trap light source is desirably one that holds the target molecule in a fixed manner, like conventional optical tweezers. For example, the target molecule is introduced from outside the measurement region into the measurement region by capturing the target molecule outside the measurement region with the trapped light from the moving trap light source and moving the trapped light into the measurement region. can do. Introducing molecules into the measurement region in this way can be used, for example, when the number of molecules in the measurement region is changed during the measurement to see changes in the interaction between the molecules.
逆に、移動トラップ光源により形成される捕捉領域を測定領域の周囲で移動させておくことにより、測定目的以外の分子が測定領域内に侵入しないようにすることもできる。 Conversely, by moving the capture region formed by the moving trap light source around the measurement region, it is possible to prevent molecules other than the measurement purpose from entering the measurement region.
本発明に係る分子測定装置では、目的とする一個又は複数個の分子をトラップ光により比較的広い場に保持しつつ、すなわち分子の自由な運動に大きな影響を与えることなく、分子の運動の様子等を観察することができる。従って、例えば、分子の環境条件を変えつつ運動状態の変化を見たり、長時間に亘って分子の変化の様子を見る等の分子に関する測定が容易となる。 In the molecular measurement device according to the present invention, the state of the molecular movement is maintained while holding the target molecule or molecules in a relatively wide field by the trapped light, that is, without greatly affecting the free movement of the molecule. Etc. can be observed. Therefore, for example, it is easy to perform measurement related to a molecule, such as watching a change in a motion state while changing the environmental condition of the molecule, or watching a change of a molecule over a long time.
本発明に係る分子測定装置の一実施形態を、図1〜図5を用いて説明する。本実施形態の測定装置は、FCS測定を行うためのものである。
図1は、本実施形態の測定装置の概略構成図である。サンプルセル10の内部にトラップ領域を形成するためのトラップ光源11及び集光光学系(トラップ光源レンズ12、反射鏡13及び対物レンズ18)を設ける。サンプルセル10内には、分散媒となる液体と共に測定対象の分子を入れておく。また、測定対象の分子には蛍光標識を付しておく。
One embodiment of a molecular measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. The measuring apparatus of this embodiment is for performing FCS measurement.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a measuring apparatus according to the present embodiment. A
次に、トラップ領域の内部に励起光を照射するように、蛍光励起光源14、励起光源レンズ15、共焦点ピンホール16、及び反射鏡17の位置を設定する。そして、蛍光励起光源14により励起光が照射される場が測定領域となる。一方、測定領域から発する蛍光を集光し、検出するための共焦点光学系及び検出器19を設定する。検出器19の直前には共焦点光学系を形成するためのピンホール20を設ける。なお、蛍光励起光源14がレーザであって、ピンホール16の位置がレーザ光の焦点にある場合には、ピンホール16は省略することができる。
トラップ光源11には、例えば波長1000nm程度のレーザ光を発振するレーザ光源を用いる。また、蛍光励起光源14には、蛍光標識の物質に応じて、例えば波長400〜800nmのレーザ光源を用いる。
Next, the positions of the fluorescence
As the
図2に示すように、トラップ光21の集光点に形成されるトラップ領域23の大きさは、トラップ光源レンズ12及び対物レンズ18の焦点距離及び開口数により設定することができる。蛍光励起光22についても同様に、励起光源レンズ15の焦点距離及び開口数を調整することにより、トラップ領域23中に照射領域を設定する。これが測定領域24となる。なお、実際には図2のトラップ領域23及び測定領域24は立体状に形成される。
As shown in FIG. 2, the size of the
こののようにトラップ領域23及び測定領域24が形成されることにより、サンプルセル10内の分子は、トラップ領域23内においてほぼ自由に動けるため、ブラウン運動を行いつつ測定領域24への出入りを繰り返す(図3)。分子が測定領域24の中に存在する間は、分子が有する蛍光標識が励起光22により蛍光を発し、分子が測定領域24の外に存在する間は蛍光を発しない。検出器19により検出される蛍光の時間変化に基づき、FCS測定を行う。測定対象となる粒子の径によって、トラップ用のレーザ光の強度を調整することができる。
By forming the
図2では、トラップ光21が矢印31の方向に進行する。測定対象の分子はトラップ光21のスキャッタリング・フォースによりこの方向の運動量が与えられる。この力がトラップのためのグラジエント・フォースを上回る場合には、測定対象分子はトラップ領域23から押し出されることとなる。そこで、そのような場合には逆方向トラップ光源(図示せず)を設け、図4に示すように、トラップ光21の進行方向31とは逆方向32に進行するトラップ光を与えるようにする。これにより、分子33は安定してトラップ領域23中に保持されるようになる。
In FIG. 2, the trapped light 21 travels in the direction of the
更に、図5に示すように、トラップ領域23の周囲を移動することができる移動トラップ光41を形成することが望ましい。例えば、図5(a)に示すように、この移動トラップ光41により測定対象の分子42を捕捉し、移動させてトラップ領域23内に導入することができる。あるいは図5(b)に示すように、測定対象ではない分子43を移動トラップ光41により捕捉して、この分子43がトラップ領域23内に侵入することを防ぐことができる。また、測定前にあらかじめ測定領域の周辺にある粒子をこの移動トラップでトラップし、測定領域に別の粒子が侵入することを防ぐことができる。
Furthermore, as shown in FIG. 5, it is desirable to form a moving
10…サンプルセル
11…トラップ光源
12…トラップ光源レンズ
13…反射鏡
14…蛍光励起光源
15…励起光源レンズ
16、20…ピンホール
17…反射鏡
18…対物レンズ
19…検出器
21…トラップ光
22…蛍光励起光
23…トラップ領域
24…測定領域
41…移動トラップ光
42…測定対象の分子
43…測定対象外の分子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
b)前記測定領域を含むトラップ領域内に目的分子を保持するためのトラップ光を生成するトラップ光源と、
を備えることを特徴とする分子測定装置。 a) a measurement unit for measuring a predetermined measurement region for one or more moving target molecules;
b) a trap light source for generating trap light for holding the target molecule in the trap region including the measurement region;
A molecular measurement apparatus comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004188504A JP2006010523A (en) | 2004-06-25 | 2004-06-25 | Molecule measuring instrument |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004188504A JP2006010523A (en) | 2004-06-25 | 2004-06-25 | Molecule measuring instrument |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006010523A true JP2006010523A (en) | 2006-01-12 |
Family
ID=35777941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004188504A Pending JP2006010523A (en) | 2004-06-25 | 2004-06-25 | Molecule measuring instrument |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006010523A (en) |
-
2004
- 2004-06-25 JP JP2004188504A patent/JP2006010523A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ortega-Arroyo et al. | Interferometric scattering microscopy (iSCAT): new frontiers in ultrafast and ultrasensitive optical microscopy | |
JP5250152B2 (en) | Optical analysis apparatus, optical analysis method, and computer program for optical analysis | |
JP2011002415A (en) | Fluorescence correlation spectroscopic device | |
CN105699344A (en) | Measuring system for obtaining single molecular spectrum and imaging under shear field | |
CN104749162B (en) | Confocal laser-scanning microscopy instrument and its light path device | |
US20040190134A1 (en) | Time resolved fluorescence microscope | |
CN112485235B (en) | Transmission electron microscope sample rod system with ultrafast time resolution spectral capability and application | |
JP6357245B2 (en) | Optical analyzer and biomolecule analyzer | |
EP3186615B1 (en) | High throughput biochemical screening | |
JP6951354B2 (en) | Methods and devices for high-throughput imaging | |
US9528923B2 (en) | Optical analysis device, optical analysis method and computer program for optical analysis using single light-emitting particle detection | |
JP6206871B2 (en) | Optical microscope system | |
JP2004361087A (en) | Biomolecule analyzer | |
JP2013195208A (en) | Fine particle measuring instrument | |
JP2006010523A (en) | Molecule measuring instrument | |
JP2002286639A (en) | Time-resolved fluorescence detecting device | |
US20080293154A1 (en) | Apparatus and method for detecting target | |
JP2004354345A (en) | Biomolecule analysis apparatus | |
WO2002014842A1 (en) | Liquid-containing substance analyzing device and liquid-containing substance analyzing method | |
US20110186754A1 (en) | Device for the Optical Imaging of a Sample | |
JP6249049B2 (en) | Fine particle measuring device | |
JP5320593B2 (en) | Molecular analysis using laser-induced shock waves | |
JP2020034501A (en) | Spectroscopic instrument | |
JP7429256B2 (en) | Systems and methods for imaging and ablating samples | |
JP2836859B2 (en) | Three-dimensional spatial and time-resolved absorption spectrum measurement device |