JP2006058044A - バイオチップ用カートリッジおよびバイオチップ読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受光光量の向上を図り、かつ、マルチビームとサイトとの位置合わせの調整を不要としたバイオチップ用カートリッジおよびバイオチップ読取装置を提供する。
【解決手段】バイオチップ用カートリッジの発明では、バイオチップに設けられた複数のサイトのそれぞれにマイクロレンズによって同時に複数の励起光ビームを照射させるように構成したバイオチップ用カートリッジであって、前記サイトへ照射する励起光とサイトから発生する蛍光が共に同一のマイクロレンズを通過するように構成する。
バイオチップ読取装置の発明では、請求項１ないし５のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジを備え、励起光の平行光を前記バイオチップ用カートリッジの複数のマイクロレンズに同時に入射し、前記バイオチップ用カートリッジの各サイトからの蛍光をリレーレンズを介してカメラで観測するように構成する。

【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のサイトを持つバイオチップのそれぞれのサイトに同時に複数の励起光ビームを照射させるようにしたバイオチップ読取装置に関するものである。

複数のサイトを持つバイオチップのそれぞれのサイトに同時に複数の励起光ビームを照射させて各サイトの試料を観測するバイオチップ読取装置がある（例えば、特許文献１参照）。
図６は特許文献１に記載の非走査で複数の試料の画像情報を読取るように構成されたバイオチップ読取装置の一例を示す構成図である。図において、光源１からの光はレンズ２で平行光になり、バイオチップ６の試料ピッチＰに等しい間隔で配置されたマイクロレンズアレイＭＡのマイクロレンズＭＬにより集光される。その後レンズ３で平行光になり、ダイクロイックミラー４で反射して対物レンズ５によりバイオチップ６上に結像する。

バイオチップ６の各スポットは各々に集光された光により励起され、蛍光を発する。その蛍光は対物レンズ５、ダイクロイックミラー４、フィルタ７を順に透過し、レンズ８によって受光器（例えばカメラ等）９に結像する。このようにして、光走査を行うことなく試料表面の像を得ることができる。なお、マイクロレンズＭＡによる結像スポットサイズは試料のサイズＳ１，Ｓ２，…とほぼ等しくなるようにしてある。

特開２００２−２０７００７号公報

しかしながら、このような従来のバイオチップ読取装置では、次のような課題がある。（１）空気が介在する光学系であり、受光できる光量に制限がある。
（２）マルチビームとサイトの位置合わせが困難である。
本発明の目的は、このような課題を解決するもので、受光光量の向上を図り、かつ、マルチビームとサイトとの位置合わせの調整を不要としたバイオチップ用カートリッジおよびバイオチップ読取装置を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、
バイオチップに設けられた複数のサイトのそれぞれにマイクロレンズによって同時に複数の励起光ビームを照射させるように構成したバイオチップ用カートリッジであって、
前記サイトへ照射する励起光とサイトから発生する蛍光が共に同一のマイクロレンズを通過するように構成したことを特徴とする。

このような構成によれば、サイトへ励起光を照射するためのマイクロレンズにサイトからの蛍光も通過するように構成しており、サイトから広い発散角で発生する蛍光を効率よく集めることができる。そのため、開口数が大きく、光量の多い明るい画像を得ることができる。
この場合、請求項２のように、サイトの位置をマイクロレンズの焦点位置以外の位置に配置することにより、サイト面では励起光ビームスポットの径が大きくなり、サイトの前面をすべて照射する。
また、請求項３のように、マイクロレンズとサイトを同一のカートリッジに形成すると、従来のような励起光ビームとサイトの位置合わせは不要である。

また、請求項４のように、マイクロレンズとサイトの間がバッファ液で充填されると、マイクロレンズは油浸あるいは水浸レンズ相当の効果を得ることができる。
また、請求項５のように、各サイトを、マイクロレンズが形成された基板の裏面に取り付ける構造とすることもできる。このような構造によれば、バッファ液がなくてもマイクロレンズでは蛍光を効率よく集めることができる。

請求項６に記載のバイオチップ読取装置の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジを備え、励起光の平行光を前記バイオチップ用カートリッジの複数のマイクロレンズに同時に入射し、前記バイオチップ用カートリッジの各サイトからの蛍光をリレーレンズを介してカメラで観測するように構成したことを特徴とする。
このような構成によれば、請求項１ないし５と同様な効果を発揮するバイオチップ読取装置が容易に得られる。
請求項７の発明は、請求項６において非走査で複数のサイトの画像情報を読取るように構成した非走査形のバイオチップ読取装置である。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）カートリッジの空洞部にバッファ液を充填することにより、油浸あるいは水浸レンズ相当のウェットな光学系が実現でき、開口数ＮＡを大きくとれるため光量が多く明るい像が容易に得られる。
（２）カートリッジにはマイクロレンズに対峙してバイオチップのサイトが位置合わせ不要に固定配置されるため、従来のバイオチップ読取装置の使用時に行っていた励起光ビームとサイトの位置合わせの調整は全く不要である。カートリッジに励起光の平行光を照射するだけで済む。

以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係るスキャンレス型のバイオチップ読取装置の一実施例を示す要部構成図である。図６と同等部分には同一符号を付してある。図１において、１０はカートリッジ、２０は第１のレンズ２１と第２のレンズ２２を有するリレーレンズである。

カートリッジ１０は、箱状の容器１１とその蓋部１２から構成される。蓋部１２には、励起光および蛍光を集光する複数のマイクロレンズ１４からなるマイクロレンズアレイ１３が蓋部１２と一体的に形成されている。容器１１の内部底面にはバイオチップのサイト１５が設けられている。そして、各サイトは前記各マイクロレンズと同一ピッチで配置されており、サイト１５を照射する励起光とサイト１５から発生する蛍光が当該サイト１５に対峙した同一のマイクロレンズ１４を通過するように形成されている。

なお、蓋部１２のマイクロレンズ１４には励起光と蛍光に対して透過率の良い材料が用いられる。なお、カートリッジ１０の容器１１は、必ずしもマイクロレンズ１４と同じ材料で形成する必要はない。

また、カートリッジ１０の容器１１と蓋部１２は、最終段階において密閉状に接着される。内部の空洞部にはバッファ液が充填される。バッファ液を充填した場合、マイクロレンズ１４からサイト１５までの間は、油浸または水浸レンズ相当のウェットの光学系となる。したがって、開口数ＮＡが大きく取れ、光量が増大する。例えば、開口数０．３のものがバッファ液を充填して開口数１．２になると、光量は４^２＝１６倍となる。開口数０．９のものが開口数１．２になると、光量は１．３^２＝１．８倍となる。

リレーレンズ２０は、第１のレンズ２１と第２のレンズ２２から構成され、ダイクロイックミラー４とカメラ９との間に配置されている。
なお、図１においては、１つのサイトからの蛍光に係る光路のみを、代表として示してある。

このような構成における動作を次に説明する。励起光１の平行光はダイクロイックミラー４で反射され、その平行光は複数のマイクロレンズ１４の全部に一斉入射する。サイト１５は、サイト１５を照射している励起光ビームのフォーカススポットがサイト１５のサイズよりも大きくなるように、マイクロレンズ１４の焦点距離ｆの位置よりも手前の位置ａ（ａ＜ｆ）に配置されている。これにより、サイト１５が焦点距離ｆの位置にあるときに比べて、サイト１５の表面はその全域が励起光により広くかつ均一に照射されることになる。
なお、対になっている他のマイクロレンズとサイトについても同様の間隔で配置されている。

このような励起光の照射により励起されてサイト１５上のサンプルの蛍光物質（図示せず）から蛍光が発生する。この蛍光は、マイクロレンズ１４を介して平行光ではなく発散光としてリレーレンズ２０へ向い、図示のように、リレーレンズ２０を介してカメラ９の受光面に結像する。他のサイトについても同様である。

このような構成によれば、各サイトごとに励起光と蛍光とが同一のマイクロレンズを通過する。そして、サイト１５がマイクロレンズ１４に直近して配置されているため、マイクロレンズ１４は大きな発散角で広がる蛍光を効率良く集めることができ、油浸あるいは水浸対物レンズを用いた場合と同様の効果が生ずる。

また、光軸上で、サイト１５の位置をマイクロレンズ１４の焦点距離ｆの位置からずらしてあるため、励起光ビームでサイト表面をすべて照射することができる。もし、マイクロレンズ１４のピントをサイト表面に合わせていた場合（すなわち、ａ＝ｆの場合）は、励起光はサイト上の１点にのみしか照射されず、そして図２に示すように、戻り光（図２の破線）はマイクロレンズ１４ですべて平行光となり、その平行光（戻り光）はレンズ２０ａにより絞られてカメラ９上では１点にしか集まらず、画像にならないという問題が生じる。なお、レンズ２０ａは図１に示すレンズ２１と２２を合せた合成レンズに対応している。
しかし、本発明のようにピント位置とサイト位置をずらせてあると、そのような問題は発生しない。

なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。例えば、以下のような他の実施例も含む。
（１）図３に示すように、マイクロレンズ１４が形成された基板の裏面にサイト１５が配置される構造であっても構わない。
（２）図４に示すように、カートリッジ１０内の空洞部が狭い場合は、空洞部にバッファ液がなく、空の状態であっても構わない。

（３）サイトの背面に金膜などの励起光反射物が存在していても構わない。
（４）図５に示すように、サイト１５の位置（マイクロレンズ１４からの距離ａ）はマイクロレンズ１４の焦点距離ｆより遠くにあっても構わない。

（５）マイクロレンズ１４はカートリッジ１０と一体に形成されてなくてもよい。カートリッジ１０とは分離され、読取装置（ダイクロイックミラー４、リレーレンズ２０、カメラ９で構成される部分）側にあっても構わない。ただし、その場合、マイクロレンズ１４とサイト１５の位置合わせは必要になるが、明るさを増加させる効果は確保される。
（６）また、サイトについては、カートリッジ外で作製した複数のサイトを有するバイオチップを、カートリッジに挿入し固定するようにしてもよい。

本発明に係るバイオチップ読取装置の一実施例を示す要部構成図である。 サイト位置にピントが合った場合の結像の様子を説明するための図である。 本発明の他の実施例を示す要部構成図である。 本発明のさらに他の実施例を示す要部構成図である。 本発明のさらに他の実施例を示す要部構成図である。 従来のバイオチップ読取装置の一例を示す構成図である。

符号の説明

１ 励起光
４ ダイクロイックミラー
９ カメラ
１０ カートリッジ
１１ 容器
１２ 蓋部
１３ マイクロレンズアレイ
１４ マイクロレンズ
１５ サイト
２０ リレーレンズ
２０ａ レンズ
２１ 第１のレンズ
２２ 第２のレンズ

Claims (7)

1. バイオチップに設けられた複数のサイトのそれぞれにマイクロレンズによって同時に複数の励起光ビームを照射させるように構成したバイオチップ用カートリッジであって、
   前記サイトへ照射する励起光とサイトから発生する蛍光が共に同一のマイクロレンズを通過するように構成したことを特徴とするバイオチップ用カートリッジ。
2. 前記各サイトを、マイクロレンズの光軸方向においてマイクロレンズの焦点位置以外の位置にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ用カートリッジ。
3. 前記マイクロレンズとサイトが同一のカートリッジに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオチップ用カートリッジ。
4. 前記マイクロレンズとサイトの間がバッファ液で充填されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジ。
5. 前記各サイトが、前記マイクロレンズの基板の裏面に取付けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジを備え、励起光の平行光を前記バイオチップ用カートリッジの複数のマイクロレンズに同時に入射し、前記バイオチップ用カートリッジの各サイトからの蛍光をリレーレンズを介してカメラで観測するように構成したことを特徴とするバイオチップ読取装置。
7. 非走査にて前記複数のサイトの画像情報を読取るように構成したことを特徴とする請求項６に記載のバイオチップ読取装置。
   

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