JP2007046933A - Fluorescent image-detecting method, fluorescent image-detecting substrate, fluorescent image detector, program and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、効率的に、かつ、高精度に行なうことができる蛍光画像検出基板(遺伝子チップ等)を使用した蛍光画像検出方法、蛍光画像検出基板を使用する蛍光画像検出器、プログラムおよび記録媒体に関する。 The present invention relates to a fluorescent image detection method using a fluorescent image detection substrate (such as a gene chip) that can be performed efficiently and with high accuracy, a fluorescent image detector using the fluorescent image detection substrate, a program, and a recording medium About.
近年、遺伝子構造解析の進歩はめざましいものがあり、ヒトの遺伝子構造をはじめとして、多数の遺伝子構造が明らかにされてきている。このような遺伝子構造の解析には、蛍光の性質を利用したDNAチップ法や蛍光抗体法等がよく用いられている。 In recent years, the progress of gene structure analysis has been remarkable, and many gene structures including human gene structures have been clarified. For analysis of such a gene structure, a DNA chip method using a fluorescent property, a fluorescent antibody method, or the like is often used.
DNAチップ法とは、スライドガラス等の蛍光画像検出基板上に予め配列の分かっているDNA断片等のプローブ物質を蛍光画像検出基板にアレイ状に複数並べておき、未知のDNA断片等のターゲット物質とハイブリダイゼーションさせることによって得られるハイブリダイゼーションシグナルを解析することによりDNAの塩基配列を解析・決定する方法である。DNAチップ法は、簡便かつ迅速に塩基配列の解析をすることができ、遺伝子発現のモニタリングや、既知塩基配列における変位の同定を行なうことができることから、医療分野への応用等急速に開発・応用化が進んでおり、例えば、特許文献1には、DNAチップ法を応用した動脈硬化の検出・診断方法を提案している。
In the DNA chip method, a plurality of probe materials such as DNA fragments whose sequences are known in advance are arranged in an array on a fluorescent image detection substrate such as a slide glass, and a target material such as an unknown DNA fragment This is a method for analyzing and determining a DNA base sequence by analyzing a hybridization signal obtained by hybridization. The DNA chip method can analyze base sequences simply and quickly, and can monitor gene expression and identify displacements in known base sequences. For example,
DNAチップ法にてDNA構造解析を行なうには、プローブ物質を調整し、プローブ物質を蛍光画像検出基板上にスポットし固定する工程と、その後ターゲット物質を調整してハイブリダイゼーションを行ない、ハイブリダイゼーションシグナルを検出する工程とからなる。 In order to perform DNA structure analysis by the DNA chip method, a probe substance is prepared, a probe substance is spotted and fixed on a fluorescent image detection substrate, and then a target substance is prepared for hybridization to perform hybridization signal. The process of detecting.
ハイブリダイゼーションシグナルの検出には蛍光物質が利用され、主として解析ソフトを使用して画像を解析・算出する。この際、プローブ物質のスライドガラス上への固定においては、各プローブ物質を順にアレイ状に蛍光画像検出基板上に配置し、蛍光強度が最大のスポットに対応するDNAを検出する方法が一般的に利用されている。 A fluorescent substance is used to detect a hybridization signal, and an image is analyzed and calculated mainly using analysis software. At this time, in order to fix the probe substance on the slide glass, a method is generally used in which each probe substance is arranged in an array on the fluorescent image detection substrate, and the DNA corresponding to the spot having the maximum fluorescence intensity is detected. It's being used.
蛍光抗体法とは、DNAチップ法と同様に、蛍光物質を利用して、細胞にある抗原または抗体の所在を調べ、ウイルス感染の有無を検査する方法である。蛍光抗体法は、簡便かつ迅速に検査を行なうことができ、抗核抗体、抗DNA抗体(クリシディア法)、抗胃壁細胞抗体、抗平滑筋抗体、抗ミトコンドリア抗体、抗好中球細胞質抗体等の自己免疫性疾患検査や、EBウィルス、風疹ウィルス抗体、ヘルペスウィルス抗体(抗原)、サイトメガロウィルス抗体、クラジミアトラコマティス抗体(抗原)、クラジミアシッタシ抗体(抗原)、エンドトキシン、トキソプラズマ抗体、FTA−ABS等の感染症検査や、癌の組織診断等に用いられており、例えば、特許文献2では、蛍光抗体法を利用したクモ膜下出血の検出、検査方法を提案している。
Similar to the DNA chip method, the fluorescent antibody method is a method for examining the presence of virus infection by examining the location of antigens or antibodies in cells using a fluorescent substance. The fluorescent antibody method can be easily and rapidly examined, and includes antinuclear antibody, anti-DNA antibody (Crisidia method), anti-gastric wall cell antibody, anti-smooth muscle antibody, anti-mitochondrial antibody, anti-neutrophil cytoplasmic antibody, etc. Autoimmune disease test, EB virus, rubella virus antibody, herpes virus antibody (antigen), cytomegalovirus antibody, Chlamydia trachomatis antibody (antigen), Kurazimia shitashi antibody (antigen), endotoxin, toxoplasma antibody, FTA-ABS For example,
蛍光抗体法は、直接蛍光抗体法と間接蛍光抗体法に分類され、直接蛍光抗体法は、被験者の細胞、組織等(プローブ物質)を蛍光画像検出基板上に固定する工程と、蛍光物質で標識化された抗体を反応させ、反応後の蛍光を観測する工程とからなる。間接蛍光抗体法は、被験者の細胞、組織等(プローブ物質)を蛍光画像検出基板上に固定する工程と、蛍光物質で標識化されていない抗体を反応させる工程と、蛍光物質で標識化されていない抗体を反応させた後、蛍光物質で標識化されている抗体とさらに反応させ、反応後の蛍光を観測する工程とからなる。
しかし、DNAチップ法および蛍光抗体法において、サンプル中のハイブリダイゼーションまたは反応(以下、ハイブリダイゼーションと抗原、抗体による反応等を総称して「反応」という)していないDNA、抗原、抗体等からの蛍光がノイズの原因となる場合がある。そのため、通常、蛍光画像検出基板を洗浄してから反応していないDNA、抗原、抗体等を洗浄して取り除く作業を必要とし、作業効率の低下が問題となっていた。また、上述したDNAチップ法および蛍光抗体法において、サンプル濃度が薄い場合、観測される蛍光強度は微弱である。そのため、蛍光強度がバックグラウンドのノイズに埋もれてしまい、誤検出が発生するという問題もあった。さらに、プローブ同士が重なってしまった場合、蛍光画像の識別をすることが困難であるため、プローブ同士が重なったチップは、不良品として扱われ、歩留りの低下も問題となっていた。さらに、プローブの数が増大すると基板の面積が大きくなり、反応の均一性の確保が困難となったり、必要なサンプル量が増加するという問題もあった。 However, in the DNA chip method and the fluorescent antibody method, hybridization or reaction in a sample (hereinafter referred to as “reaction” as a general term for hybridization and reaction by an antigen, an antibody, etc.) is not from DNA, antigen, antibody, etc. Fluorescence may cause noise. For this reason, it is usually necessary to clean and remove unreacted DNA, antigens, antibodies, and the like after washing the fluorescent image detection substrate, resulting in a problem of reduced work efficiency. In the above-described DNA chip method and fluorescent antibody method, when the sample concentration is low, the observed fluorescence intensity is weak. Therefore, the fluorescence intensity is buried in the background noise, and there is a problem that erroneous detection occurs. Furthermore, since it is difficult to identify the fluorescent image when the probes overlap, the chip where the probes overlap is treated as a defective product, resulting in a decrease in yield. In addition, when the number of probes increases, the area of the substrate increases, which makes it difficult to ensure reaction uniformity and increases the amount of sample required.
本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、DNAチップ法および蛍光抗体法を改良し、より効率的かつ高精度に行なう方法、その方法に使用する基板、装置、プログラムおよび記録媒体を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to improve the DNA chip method and the fluorescent antibody method, and to perform the method more efficiently and with high accuracy. An object of the present invention is to provide a substrate, an apparatus, a program, and a recording medium to be used.
本発明は、サンプル濃度が薄くても誤検出等を防止できる蛍光画像検出方法であって、本発明の目的は、蛍光画像検出基板上に固定されている複数のプローブ物質と、蛍光物質で標識化されたターゲット物質とを蛍光画像検出基板上で反応させ、反応後の反応生成物の蛍光の蛍光画像を測定することにより、プローブ物質とターゲット物質との反応を検出する蛍光画像検出方法において、前記複数のプローブ物質からなる少なくとも一つのプローブパッドが幾何パターン状となるように前記蛍光画像検出基板に固定し、前記蛍光画像を測定することによって、効果的に達成される。 The present invention is a fluorescent image detection method capable of preventing erroneous detection and the like even when the sample concentration is low. The object of the present invention is to label a plurality of probe substances fixed on a fluorescent image detection substrate with a fluorescent substance. In the fluorescence image detection method for detecting the reaction between the probe substance and the target substance by reacting the target substance on the fluorescence image detection substrate and measuring the fluorescence fluorescence image of the reaction product after the reaction, This is effectively achieved by fixing the fluorescent image detection substrate so that at least one probe pad made of the plurality of probe substances has a geometric pattern, and measuring the fluorescent image.
また、本発明の上述した目的は、プローブパッドが二つ以上ある場合、プローブパッドをアレイ状に蛍光画像検出基板に固定することによって、或はプローブパッドが二つ以上ある場合、プローブパッドを重ねて蛍光画像検出基板に固定することによってより効果的に達成される。 Further, the above-described object of the present invention is to fix the probe pads by fixing the probe pads to the fluorescent image detection substrate in an array when there are two or more probe pads, or when there are two or more probe pads. This is achieved more effectively by fixing it to the fluorescent image detection substrate.
さらに、本発明の上記目的は、反応後に各プローブ物質に対して蛍光分布と幾何パターン分布を相関検出することによって、或は幾何パターン状とは、擬似ランダム符号または直交コードを適用したパターンであることによって、或は幾何パターン状とは、等間隔のピッチ幅を有する縞状パターンであることによって、或は幾何パターン状とは、2次元コードを適用したパターンであることによって、或は擬似ランダム符号、直交コード、2次元コードおよび縞状パターンにおいて、プローブ物質が固定されている箇所とプローブ物質が固定されていない箇所とを有することによって、或は幾何パターンが縞状パターンである場合、相関検出のかわりにフーリエ変換を行なうことによって、或はプローブ物質が、プローブDNAであって、かつ、ターゲット物質がターゲットDNAである場合、反応とは、ハイブリダイゼーションであることによって、より効果的に達成される。 Furthermore, the object of the present invention is to detect the correlation between the fluorescence distribution and the geometric pattern distribution for each probe substance after the reaction, or the geometric pattern is a pattern to which a pseudo-random code or orthogonal code is applied. Or a geometric pattern is a striped pattern having an equal pitch width, or a geometric pattern is a pattern to which a two-dimensional code is applied, or a pseudo-random pattern. In the code, orthogonal code, two-dimensional code, and striped pattern, there are locations where the probe material is fixed and locations where the probe material is not fixed, or the geometric pattern is a striped pattern. By performing Fourier transform instead of detection, or the probe substance is probe DNA, If the target substance is a target DNA, the reaction and, by a hybridization, it is more effectively achieved.
本発明は、プローブ物質が重なっても蛍光画像の識別を行なうことができる蛍光画像検出基板を提供することを目的とし、本発明の目的は、少なくとも一面にプローブ物質が複数固定されている蛍光画像検出基板であって、複数のプローブ物質は、少なくとも一つのプローブパッドを構成するように幾何パターン状に固定されていることによって効果的に達成される。 An object of the present invention is to provide a fluorescent image detection substrate capable of identifying a fluorescent image even if probe substances overlap, and the object of the present invention is to provide a fluorescent image in which a plurality of probe substances are fixed on at least one surface. In the detection substrate, the plurality of probe substances are effectively achieved by being fixed in a geometric pattern so as to constitute at least one probe pad.
また、本発明の上記目的は、プローブパッドが二つ以上ある場合、プローブパッドをアレイ状に固定することによって、或はプローブパッドが二つ以上ある場合、プローブパッドを重ねて固定することによって、或は幾何パターン状とは、擬似ランダム符号または直交コードを適用したパターンであることによって、或は幾何パターン状とは、等間隔のピッチ幅を有する縞状パターンであることによって、或は幾何パターン状とは、2次元コードを適用したパターンであることによって、或は擬似ランダム符号、直交コード、2次元コードおよび縞状パターンにおいて、プローブ物質が固定されている箇所とプローブ物質が固定されていない箇所とを有することによって、より効果的に達成される。 Further, the above object of the present invention is to fix the probe pads in an array when there are two or more probe pads, or by stacking and fixing the probe pads when there are two or more probe pads, Or, the geometric pattern is a pattern to which a pseudo random code or orthogonal code is applied, or the geometric pattern is a striped pattern having a pitch width of equal intervals, or a geometric pattern The shape is a pattern to which a two-dimensional code is applied, or in a pseudo-random code, orthogonal code, two-dimensional code, and striped pattern, the portion where the probe material is fixed and the probe material are not fixed This is achieved more effectively.
本発明は、サンプル濃度が薄くても誤検出をすることなく蛍光画像を検出することができる蛍光画像検出器を提供することを目的とし、本発明の目的は、励起光を照射する光源と、蛍光画像検出基板上に幾何パターン状に固定されている少なくとも一つのプローブパッド中の複数のプローブ物質と、蛍光物質で標識化されたターゲット物質とを反応させ、反応後に反応生成物に励起光を照射し、蛍光物質の励起した蛍光強度の分布を観測し、観測した蛍光強度の分布を電気信号に変換し、電気信号を増幅する光検出部と、光検出部により増幅された電気信号を相関検出する相関検出部と、相関検出部により相関検出した電気信号を入出力するデータ入出力部と、を備えた蛍光画像検出器であって、データ入出力部は、外部情報を入力・記憶し、入力・記憶した外部情報を相関検出部に転送し、相関検出部は、転送された外部情報をもとに幾何パターン分布を構成し、電気信号と幾何パターン分布との相関を検出することによって効果的に達成される。 An object of the present invention is to provide a fluorescence image detector that can detect a fluorescence image without erroneous detection even if the sample concentration is thin, and the object of the present invention is to provide a light source that emits excitation light, A plurality of probe substances in at least one probe pad fixed in a geometric pattern on the fluorescent image detection substrate are reacted with a target substance labeled with a fluorescent substance, and excitation light is applied to the reaction product after the reaction. Irradiate, observe the fluorescence intensity distribution excited by the fluorescent substance, convert the observed fluorescence intensity distribution into an electrical signal, and correlate the electrical signal amplified by the light detection part with the light detection part that amplifies the electrical signal A fluorescence image detector comprising a correlation detection unit for detection and a data input / output unit for inputting and outputting an electrical signal detected by the correlation detection unit, wherein the data input / output unit inputs and stores external information. The input / stored external information is transferred to the correlation detector, and the correlation detector configures the geometric pattern distribution based on the transferred external information and detects the correlation between the electrical signal and the geometric pattern distribution. Is achieved.
また、本発明の上記目的は、プローブパッドが二つ以上ある場合、プローブパッドをアレイ状に蛍光画像検出基板に固定することによって、或はプローブパッドが二つ以上ある場合、プローブパッドを重ねて蛍光画像検出基板に固定することによって、或は幾何パターン状とは、擬似ランダム符号または直交コードを適用したパターンであることによって、或は幾何パターン状とは、等間隔のピッチ幅を有する縞状パターンであることによって、或は幾何パターン状とは、2次元コードを適用したパターンであることによって、或は擬似ランダム符号、直交コード、2次元コードおよび縞状パターンにおいて、プローブ物質が固定されている箇所とプローブ物質が固定されていない箇所とを有することによって、或は幾何パターンが縞状パターンである場合、相関検出のかわりにフーリエ変換をすることによって、或はプローブ物質が、プローブDNAであって、かつ、ターゲット物質がターゲットDNAである場合、反応とは、ハイブリダイゼーションであることによって、より効果的に達成される。 Further, the above object of the present invention is to fix the probe pads to the fluorescent image detection substrate in an array when there are two or more probe pads, or to stack the probe pads when there are two or more probe pads. By fixing to the fluorescent image detection substrate, or the geometric pattern shape is a pattern to which a pseudo random code or orthogonal code is applied, or the geometric pattern shape is a striped pattern having a pitch width of equal intervals. The probe material is fixed by being a pattern, or by being a pattern in which a two-dimensional code is applied, or in a pseudo-random code, orthogonal code, two-dimensional code and striped pattern. Having a portion where the probe material is not fixed, or the geometric pattern is a striped pattern. If the probe substance is a probe DNA and the target substance is a target DNA, the reaction is a hybridization. Achieved more effectively.
さらに、本発明の上記目的とは、外部情報とは、蛍光画像検出基板の大きさ、プローブパッドの大きさ、各プローブ物質の幾何パターンの大きさ、適用した幾何パターンであることによって、或は擬似ランダム符号、直交コードまたは2次元コードを適用してプローブ物質を蛍光画像検出基板に固定している場合、外部情報として、さらに、プローブ物質が固定されている箇所とプローブ物質が固定されていない箇所の総数、各プローブ物質の大きさを入力することによって、或は縞状パターンを適用してプローブ物質を蛍光画像検出基板に固定している場合、外部情報として、さらに、プローブ物質が固定されている箇所とプローブ物質が固定されていない箇所の総数、ピッチ幅を入力することによって、より効果的に達成される。 Further, the above object of the present invention is that the external information is the size of the fluorescent image detection substrate, the size of the probe pad, the size of the geometric pattern of each probe substance, the applied geometric pattern, or When the probe substance is fixed to the fluorescence image detection substrate by applying a pseudo-random code, orthogonal code or two-dimensional code, as the external information, the location where the probe substance is fixed and the probe substance are not fixed When the probe substance is fixed to the fluorescent image detection substrate by inputting the total number of points and the size of each probe substance or by applying a striped pattern, the probe substance is further fixed as external information. This is achieved more effectively by inputting the total number of locations where the probe material is not fixed and the pitch width.
本発明は、蛍光画像検出方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供させることを目的とし、本発明の目的は、蛍光画像検出基板上に幾何パターン状に固定されている少なくとも一つのプローブパッド中の複数のプローブ物質と、蛍光物質で標識化されたターゲット物質とを反応させ、反応後に反応物に励起光を照射し、蛍光物質の励起した蛍光強度の分布を観測し、観測した蛍光強度の分布を電気信号に変換し、電気信号を増幅するステップと、ステップにより増幅された電気信号を、予め入力した外部情報を読み取るステップと、ステップにて入力した外部情報をもとに幾何パターン分布を構成するステップと、電気信号と外部情報との相関を検出するステップと、ステップにより得られた相関度を出力・表示するステップと、を備えた蛍光画像検出方法をコンピュータに実行させることによって、効果的に達成される。 An object of the present invention is to provide a program for causing a computer to execute a fluorescent image detection method, and an object of the present invention is to provide a plurality of probes in at least one probe pad fixed in a geometric pattern on a fluorescent image detection substrate. The probe substance and the target substance labeled with a fluorescent substance are reacted. After the reaction, the reaction material is irradiated with excitation light, and the distribution of the fluorescence intensity excited by the fluorescent substance is observed. A step of converting to an electric signal and amplifying the electric signal, a step of reading external information input in advance from the electric signal amplified in the step, and a geometric pattern distribution based on the external information input in the step A step, a step of detecting a correlation between the electrical signal and the external information, and a step of outputting and displaying the degree of correlation obtained by the step. By executing the fluorescent image detecting method was example to a computer, it is effectively achieved.
また、本発明の上記目的は、プローブパッドが二つ以上ある場合、プローブパッドをアレイ状に蛍光画像検出基板に固定することによって、或はプローブパッドが二つ以上ある場合、プローブパッドを重ねて蛍光画像検出基板に固定することによって、或は幾何パターン状とは、擬似ランダム符号または直交コードを適用したパターンであることによって、或は幾何パターン状とは、等間隔のピッチ幅を有する縞状パターンであることによって、或は幾何パターン状とは、2次元コードを適用したパターンであることによって、或は擬似ランダム符号、直交コード、2次元コードおよび縞状パターンにおいて、プローブ物質が固定されている箇所とプローブ物質が固定されていない箇所とを有することによって、或は幾何パターンが縞状パターンである場合、相関検出のかわりにフーリエ変換をすることによって、或はプローブ物質が、プローブDNAであって、かつ、ターゲット物質がターゲットDNAである場合、反応とは、ハイブリダイゼーションであることによって、より効果的に達成される。 Further, the above object of the present invention is to fix the probe pads to the fluorescent image detection substrate in an array when there are two or more probe pads, or to stack the probe pads when there are two or more probe pads. By fixing to the fluorescent image detection substrate, or the geometric pattern shape is a pattern to which a pseudo random code or orthogonal code is applied, or the geometric pattern shape is a striped pattern having a pitch width of equal intervals. The probe material is fixed by being a pattern, or by being a pattern in which a two-dimensional code is applied, or in a pseudo-random code, orthogonal code, two-dimensional code and striped pattern. Having a portion where the probe material is not fixed, or the geometric pattern is a striped pattern. If the probe substance is a probe DNA and the target substance is a target DNA, the reaction is a hybridization. Achieved more effectively.
さらに、本発明の上記目的とは、外部情報とは、蛍光画像検出基板の大きさ、プローブパッドの大きさ、各プローブ物質の幾何パターンの大きさ、適用した幾何パターンであることによって、或は擬似ランダム符号、直交コードまたは2次元コードを適用してプローブ物質を蛍光画像検出基板に固定している場合、外部情報として、さらに、プローブ物質が固定されている箇所とプローブ物質が固定されていない箇所の総数、各プローブ物質の大きさを入力することによって、或は縞状パターンを適用してプローブ物質を蛍光画像検出基板に固定している場合、外部情報として、さらに、プローブ物質が固定されている箇所とプローブ物質が固定されていない箇所の総数、ピッチ幅を入力することによって、より効果的に達成される。 Further, the above object of the present invention is that the external information is the size of the fluorescent image detection substrate, the size of the probe pad, the size of the geometric pattern of each probe substance, the applied geometric pattern, or When the probe substance is fixed to the fluorescence image detection substrate by applying a pseudo-random code, orthogonal code or two-dimensional code, as the external information, the location where the probe substance is fixed and the probe substance are not fixed When the probe substance is fixed to the fluorescent image detection substrate by inputting the total number of points and the size of each probe substance or by applying a striped pattern, the probe substance is further fixed as external information. This is achieved more effectively by inputting the total number of locations where the probe material is not fixed and the pitch width.
上述したプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することによっても、本発明の目的が達成される。 The object of the present invention can also be achieved by providing a computer-readable recording medium characterized by recording the above-described program.
プローブ物質は、プローブDNA、RNA、抗原、抗体もしくはたんぱく質であるであることによって、或はターゲット物質は、ターゲットDNA、RNA、抗原、抗体もしくはたんぱく質であることによって、本発明の上記目的はより効果的に達成される。 By the probe substance being probe DNA, RNA, antigen, antibody or protein, or the target substance being target DNA, RNA, antigen, antibody or protein, the above object of the present invention is more effective. Is achieved.
本発明の蛍光画像検出方法によれば、プローブ物質を蛍光画像検出基板上に幾何パターン化して固定し、反応後の各プローブ物質の蛍光強度と幾何パターン分布を相関検出することにより、サンプル濃度が低濃度であっても、バックグラウンドのノイズと蛍光信号のS/N比を向上させることができるので、誤検出を防止することができるようになった。また、相関検出を行なうことにより、蛍光強度が微弱であっても検出することができ、低コントラストの蛍光画像であっても検出することができるので、反応後の洗浄工程を省略もしくは簡便化することができるようになり、DNAチップ法および蛍光抗体法等の作業効率を向上させることができ、より迅速に、無駄のない測定ができるようになった。 According to the fluorescence image detection method of the present invention, the probe substance is geometrically patterned and fixed on the fluorescence image detection substrate, and the fluorescence intensity and the geometric pattern distribution of each probe substance after the reaction are detected by correlation to detect the sample concentration. Even when the concentration is low, the S / N ratio between the background noise and the fluorescence signal can be improved, so that erroneous detection can be prevented. Further, by performing correlation detection, even if the fluorescence intensity is weak, it can be detected, and even a low-contrast fluorescence image can be detected, so that the washing step after the reaction is omitted or simplified. As a result, the working efficiency of the DNA chip method and the fluorescent antibody method can be improved, and the measurement can be performed more quickly and without waste.
さらに、本発明の蛍光画像検出方法によれば、プローブ物質をスポット状に固定するのではなく幾何パターン状に固定するので、反応後の蛍光画像の幾何パターンからプローブ物質を識別することができるようになった。これにより、プローブ物質同士が重なっても蛍光を測定することができるようになり、歩留りを向上させることができるようになった。 Furthermore, according to the fluorescent image detection method of the present invention, the probe substance is fixed in a geometric pattern instead of being fixed in a spot form, so that the probe substance can be identified from the geometric pattern of the fluorescent image after the reaction. Became. As a result, fluorescence can be measured even when probe substances overlap with each other, and the yield can be improved.
本発明の蛍光画像検出方法に使用する蛍光画像検出基板によれば、蛍光画像検出基板の少なくとも一面に幾何パターン化したプローブパッドを重ねて固定することにより、高密度で小面積のDNAチップ法および蛍光抗体法等で使用する蛍光画像検出基板を提供することができるようになった。 According to the fluorescent image detection substrate used in the fluorescent image detection method of the present invention, a probe chip having a geometric pattern is overlapped and fixed on at least one surface of the fluorescent image detection substrate. It has become possible to provide a fluorescent image detection substrate for use in a fluorescent antibody method or the like.
本発明の蛍光画像検出器によれば、反応生成物の蛍光物質の励起した蛍光強度の分布を電気信号に変換してから増幅し、相関検出を行なうことによって、蛍光強度が微弱であっても検出することができるようになった。また、相関検出を行なう際、データ入出力部に予めプローブ物質の幾何パターン等の外部情報を入力・記憶させておくことにより、誤検出を防止することができ、また、プローブ物質を重ねて測定すること等ができるようになった。 According to the fluorescence image detector of the present invention, even if the fluorescence intensity is weak, the distribution of the excited fluorescence intensity of the fluorescent substance of the reaction product is amplified after being converted into an electrical signal, and correlation detection is performed. Now it can be detected. In addition, when performing correlation detection, it is possible to prevent erroneous detection by inputting and storing external information such as the geometric pattern of the probe material in advance in the data input / output unit. You can now do things.
本発明のプログラムによれば、上述した蛍光画像検出方法を効率的に、かつ、高精度に行なうことができるようになった。 According to the program of the present invention, the above-described fluorescent image detection method can be performed efficiently and with high accuracy.
さらに、本発明の記憶媒体によれば、記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み取らせて実行することによって、上述した蛍光画像検出方法と同様な効果を得ることができるようになった。 Furthermore, according to the storage medium of the present invention, it is possible to obtain the same effect as the above-described fluorescent image detection method by causing a computer to read and execute a program recorded on the recording medium.
本発明は、蛍光画像検出基板上にプローブ物質をスポットして固定するのではなく、幾何パターン状に蛍光画像検出基板に固定してターゲット物質と反応させ、反応後、必要に応じて相関検出することを特徴とする。 In the present invention, the probe substance is not spotted and fixed on the fluorescent image detection substrate, but is fixed to the fluorescent image detection substrate in a geometric pattern to react with the target substance, and after the reaction, correlation detection is performed as necessary. It is characterized by that.
また、プローブ物質がプローブDNAの場合、蛍光画像検出基板上にプローブDNAをスポットして固定するのではなく、幾何パターン状に蛍光画像検出基板に固定してターゲットDNAをハイブリダイゼーションし、ハイブリダイゼーション後、必要に応じて相関検出することを特徴とする。これにより、プローブ物質またはプローブDNA同士が重なっても蛍光を測定することができるようになり、蛍光強度が微弱であっても検出することができるようになる。 When the probe substance is probe DNA, the probe DNA is not spot-fixed on the fluorescence image detection substrate, but is immobilized on the fluorescence image detection substrate in a geometric pattern, and the target DNA is hybridized. The correlation detection is performed as necessary. As a result, the fluorescence can be measured even if the probe substances or the probe DNAs overlap with each other, and the fluorescence can be detected even if the fluorescence intensity is weak.
本発明において、プローブDNA、RNA、抗原、抗体もしくはたんぱく質等をプローブ物質として適用することができる。 In the present invention, probe DNA, RNA, antigen, antibody, protein or the like can be applied as a probe substance.
また、ターゲットDNA、RNA、抗原、抗体もしくはたんぱく質等をターゲット物質として適用することができる。 Further, target DNA, RNA, antigen, antibody, protein or the like can be applied as a target substance.
以下、本発明の蛍光画像検出方法、蛍光画像検出基板、蛍光画像検出器、プログラムおよび記憶媒体について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the fluorescent image detection method, fluorescent image detection substrate, fluorescent image detector, program, and storage medium of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to these.
本発明の蛍光画像検出方法について図面を参照にしながら詳細に説明する。 The fluorescence image detection method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の蛍光画像検出方法の第1実施形態の手順の例を示すフローチャートである。 FIG. 1 is a flowchart showing an example of the procedure of the first embodiment of the fluorescent image detection method of the present invention.
通常の蛍光画像検出方法では、プローブ物質をスライドガラス等の蛍光画像検出基板上にアレイ状にスポットして固定するが、本発明では、スポットをせずに固定位置を幾何パターン状にする(ステップ12)。図2は、プローブ物質を幾何パターン状に固定した一例を示した図である。本発明では、プローブ物質の固定を従来のようなスポット状にするのではなく、図2の(A)〜(I)に示したように、擬似ランダム符号、直交コード、縞状パターン等を適用したパターンに幾何パターン化する。図2中の黒い部分にプローブ物質を固定し、白い部分には、プローブ物質を固定せず、全体として縞状パターンの配置、擬似ランダム符号および直交コードのパターン(形状)となるようにプローブ物質を固定する。すなわち、バーコード状にプローブ物質を蛍光画像検出基板に固定する。なお、プローブ物質を固定した図2中の黒い部分とプローブ物質を固定していない白い部分全体のパターンをプローブパッドという。 In a normal fluorescent image detection method, the probe substance is spotted and fixed in an array on a fluorescent image detection substrate such as a slide glass. In the present invention, the fixed position is formed in a geometric pattern without spotting (step) 12). FIG. 2 is a diagram showing an example in which the probe substance is fixed in a geometric pattern. In the present invention, the probe substance is not fixed in a spot shape as in the prior art, but a pseudo random code, an orthogonal code, a striped pattern, etc. are applied as shown in (A) to (I) of FIG. Into a geometric pattern. The probe material is fixed to the black portion in FIG. 2 and the probe material is not fixed to the white portion, and the probe material is arranged in a striped pattern, a pseudo random code, and an orthogonal code pattern (shape) as a whole. To fix. That is, the probe substance is fixed to the fluorescent image detection substrate in the form of a barcode. The pattern of the black portion in FIG. 2 where the probe substance is fixed and the entire white portion where the probe substance is not fixed is called a probe pad.
縞状のパターン、擬似ランダム符号および直交コードは、擬似ランダム系列であり自己相関が強く、自然界に存在する可能性が低い信号パターンであり、バックグラウンド成分と相互相関が弱い符号系列である。そのため、バックグラウンドのノイズが問題となる携帯電話等の情報通信分野でデジタル拡散通信にて広く利用されている。 The striped pattern, pseudo-random code, and orthogonal code are pseudo-random sequences that have a strong autocorrelation and a low possibility of existing in nature, and are code sequences that have a weak cross-correlation with the background component. For this reason, it is widely used in digital spread communication in the field of information communication such as mobile phones where background noise is a problem.
本発明で適用する擬似ランダム符号および直交コードは、公知の種々の擬似ランダム符号及び直交コードを適用することができ、例えば、M系列(Maximum length sequence)、Golden系列符号等があげられる。 Various known pseudo-random codes and orthogonal codes can be applied to the pseudo-random code and the orthogonal code applied in the present invention, and examples thereof include an M sequence (Maximum length sequence) and a Golden sequence code.
蛍光物質で標識化されたターゲット物質は、反応後均一にプローブ物質と結合するので蛍光画像検出基板は一様に発光する。このとき、バックグラウンド光があると、測定した発光がバックグラウンド光か、反応生成物により発せられた蛍光か否か区別することができない。本発明では、プローブ物質を予め幾何パターン化して蛍光画像検出基板上に固定することにより、蛍光強度の分布を観測したときにそのパターン化して固定したパターンと同様の形態の発光が観測されたならば、その発光はバックグラウンド光やその他のノイズによるものではなく、反応生成物により発せられた蛍光であることを区別することができる。さらに、異なるプローブ物質に対してそれぞれ異なる幾何パターンを適用すれば、異なるプローブ物質が重なっても観測された蛍光がどのプローブ物質に対応するか区別することができるようになる。 Since the target substance labeled with the fluorescent substance is uniformly bonded to the probe substance after the reaction, the fluorescent image detection substrate emits light uniformly. At this time, if there is background light, it cannot be distinguished whether the measured luminescence is background light or fluorescence emitted by the reaction product. In the present invention, when the probe substance is preliminarily geometrically patterned and fixed on the fluorescence image detection substrate, when the fluorescence intensity distribution is observed, light emission in the same form as the patterned and fixed pattern is observed. For example, it can be distinguished that the emitted light is not due to background light or other noise, but is fluorescence emitted by the reaction product. Furthermore, if different geometric patterns are applied to different probe substances, it is possible to distinguish which probe substance corresponds to the observed fluorescence even if different probe substances overlap.
なお、本発明のプローブ物質の幾何パターン状による固定について、上述した1次元コードの他に、図2(I)のような2次元コードを適用することもできる。本発明では、適用することができる2次元コードは、例えば、2DQRコード、スタック型2次元コード、マトリックス型2次元コード等公知の種々の2次元コードを適用することができる。さらにコードの中に誤り訂正符号を含めることもできる。 In addition to the above-described one-dimensional code, a two-dimensional code as shown in FIG. 2 (I) can also be applied for fixing the probe substance according to the present invention by a geometric pattern. In the present invention, as the applicable two-dimensional code, for example, various known two-dimensional codes such as a 2DQR code, a stack type two-dimensional code, and a matrix type two-dimensional code can be applied. Further, an error correction code can be included in the code.
縞状パターン、擬似ランダム符号、直交コードおよび2次元コードのいずれかを適用して蛍光画像検出基板上にプローブ物質を固定するかは、使用目的、使用方法に応じて適宜変更することができる。また、図2に示した以外の幾何パターンを取るようにしてもよく、直交コード等バックグラウンド光やノイズとの相関が低い幾何的配置であれば特に限定されない。 Whether the probe substance is fixed on the fluorescent image detection substrate by applying any one of the striped pattern, pseudo-random code, orthogonal code, and two-dimensional code can be appropriately changed according to the purpose of use and the method of use. Further, geometric patterns other than those shown in FIG. 2 may be taken, and there is no particular limitation as long as the geometric arrangement has a low correlation with background light such as orthogonal codes and noise.
また、プローブパッドを幾何パターン状に固定することにより、バーコードや2DQRコード等の技術を利用して、プローブ物質のIDを埋めこむことができる。これにより、検出時に予め埋めこんだ情報をデコードし、反応後の蛍光を発しているプローブ物質がどのプローブに該当するか容易に識別することができる。 Further, by fixing the probe pad in a geometric pattern, the ID of the probe substance can be embedded using a technique such as a barcode or a 2DQR code. Thereby, information embedded in advance at the time of detection is decoded, and it is possible to easily identify which probe corresponds to the probe substance emitting fluorescence after the reaction.
図3は、擬似ランダム符号のM系列を適用してプローブ物質をパターン化した一例を示した図である。例えば、2進法において「0」で表現される箇所は、プローブ物質が固定されていない箇所であり(図3の白い部分)、「1」で表現される箇所は、プローブ物質が固定されている箇所を示している(図3の黒い部分)。このような箇所(単位パターン)をひとまとまりにしたものがプローブパッドであり、プローブ物質の固定方法(プローブパッドの固定方法)は、マイクロリソグラフィー技術を利用したもの、インクジェットプリンターを利用したもの等公知の種々の方法で固定することができる。 FIG. 3 is a diagram showing an example in which a probe substance is patterned by applying an M sequence of pseudo-random codes. For example, a location expressed by “0” in the binary system is a location where the probe substance is not fixed (white portion in FIG. 3), and a location expressed by “1” is the location where the probe substance is fixed. (Shown in black in FIG. 3). A probe pad is a group of such portions (unit patterns), and the probe substance fixing method (probe pad fixing method) uses a microlithography technique, uses an ink jet printer, or the like. It can be fixed by various methods.
M系列およびGolden系列直交コードのプローブ物質が固定されていない箇所(白い部分の幅)とプローブ物質を固定されている箇所の配列・設定は、プローブ物質を同じ領域に重ねて固定しない場合(第1実施形態)、バックグラウンドのノイズ成分と相関が低いものであれば特に限定されない。 The arrangement and setting of the position where the probe substance of the M series and the Golden series orthogonal code is not fixed (the width of the white portion) and the position where the probe substance is fixed are the case where the probe substance is not fixed in the same region (No. 1) 1 embodiment), which is not particularly limited as long as it has a low correlation with background noise components.
プローブ物質が固定されていない箇所(図3の白い部分)のピッチ幅をp(μm)とすると、空間周波数が1/p以外のノイズを相関検出で除去することができる。したがって、蛍光画像検出基板の大きさおよび蛍光画像測定の解像度を考慮して、ピッチ幅は可能な限り小さくすることが好ましい。また、プローブ物質が固定されている箇所(図3の黒い部分)の単位パターン数(総数)をnとすると、S/N比はプローブ物質が固定されている箇所の単位パターン数に比例してn倍となり、蛍光強度は(√n)倍となる。蛍光画像検出基板の大きさをLとし、プローブ物質の固定可能な解像度をdとすると、L/dの単位パターン数のプローブ物質を蛍光画像検出基板上に固定することができる。 If the pitch width of the portion where the probe substance is not fixed (the white portion in FIG. 3) is p (μm), noise having a spatial frequency other than 1 / p can be removed by correlation detection. Therefore, it is preferable to make the pitch width as small as possible in consideration of the size of the fluorescent image detection substrate and the resolution of the fluorescent image measurement. In addition, when the number of unit patterns (total number) of the portion where the probe substance is fixed (black portion in FIG. 3) is n, the S / N ratio is proportional to the number of unit patterns where the probe substance is fixed. n times and the fluorescence intensity becomes (√n) times. When the size of the fluorescent image detection substrate is L and the resolution at which the probe material can be fixed is d, the probe material having the number of unit patterns of L / d can be fixed on the fluorescent image detection substrate.
縞状パターンにより固定する場合、ピッチ幅(白い部分の幅)が等間隔の縞状のパターンを適用する。ピッチ幅をp(μm)とした場合、空間周波数が1/p以外のノイズを相関検出で除去することができる。したがって、ピッチ幅pは蛍光画像検出基板の大きさLを考慮して、可能な限り小さくすることが好ましい。縞状パターンの単位パターン数(図2中の黒い部分の総数)をnとすると、S/N比は縞状パターンの単位パターン数に比例してn倍となり、蛍光強度は(√n)倍となる。プローブ物質の固定可能な解像度をdとすると、L/2dの単位パターン数をとることができる。なお、蛍光画像検出基板の大きさLの関係上、単位パターン数を増加させることができない場合であっても、蛍光強度の分布の観測のスキャン数を複数回繰り返せば、S/N比を向上させることができる。また、例えば2DQRコードのような2次元の配置は、(L/d)2の単位パターン数のプローブ物質を蛍光画像検出基板上に固定することができる。 In the case of fixing with a striped pattern, a striped pattern with an equal pitch width (width of white portions) is applied. When the pitch width is set to p (μm), noise having a spatial frequency other than 1 / p can be removed by correlation detection. Therefore, the pitch width p is preferably as small as possible in consideration of the size L of the fluorescent image detection substrate. When the number of unit patterns of the striped pattern (total number of black portions in FIG. 2) is n, the S / N ratio is n times in proportion to the number of unit patterns of the striped pattern, and the fluorescence intensity is (√n) times. It becomes. If the resolution at which the probe substance can be fixed is d, the number of unit patterns of L / 2d can be obtained. Even if the number of unit patterns cannot be increased due to the size L of the fluorescent image detection substrate, the S / N ratio can be improved by repeating the number of scans of the fluorescence intensity distribution multiple times. Can be made. In addition, for example, a two-dimensional arrangement such as a 2DQR code can fix (L / d) 2 number of unit substance probe substances on a fluorescent image detection substrate.
図4は、DNAチップ法等の蛍光画像検出方法において、本発明の蛍光画像検出基板の概念図を示したものである。蛍光画像検出基板1の少なくとも一面に各プローブ物質が幾何パターン状に固定されている。プローブパッド2は、プローブ物質が固定されている箇所(図4では、黒い部分)と、プローブ物質が固定されていない箇所(図4では、白い部分)とからなり、A〜Xの24個をアレイ状に配置し、スポット状ではなく幾何パターン状になるように固定する。本発明において、プローブパッド2は、プローブ物質が固定されている箇所と固定されていない箇所(各個所を単位パターン3という)からなる。なお、図4では、A〜Xまで同様の幾何パターン状に蛍光画像検出基板1に固定している場合を示しているが、それぞれ異なる幾何パターン状に固定するようにしてもよい。また、必要に応じてプローブパッド2の個数を変更できることはいうまでもなく、プローブパッド2が少なくとも一つあればよい。また、例えば、図4中のA〜Hを擬似ランダム符号、I〜Pを直交コード、そしてQ〜Xを縞状パターン等、それぞれ異なる幾何パターンを構成するように各プローブパッド2を固定することもできる。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a fluorescent image detection substrate of the present invention in a fluorescent image detection method such as a DNA chip method. Each probe substance is fixed in a geometric pattern on at least one surface of the fluorescent
また、単位パターン3のプローブ物質が固定されている箇所と固定されていない箇所の組合せは、使用目的、使用方法等に応じて適宜任意に変更することができる。
Further, the combination of the location where the probe substance of the
本発明の蛍光画像検出基板1の材質は、スライドガラス、硬質ガラス等公知の種々の材質を使用することができ、形状等は特に限定されず、試験管の内壁等に適用する等使用目的等に応じて適宜変更することができる。
As the material of the fluorescent
また、詳細は後述するが、プローブパッド2同士を重ねて固定するようにしてもよい。なお、「プローブパッド2同士を重ねて固定する」とは、プローブ物質の上にプローブ物質を固定するのではなく、マクロ的なスケールで同じ領域に重ねて固定されていることを意味し、分子的なスケールではそれぞれのプローブ物質は蛍光画像検出基板1に固定されていることを意味する。
Further, although details will be described later, the
次に、図4に示した蛍光画像検出基板1上全体でターゲット物質と反応させる(ステップ13)。なお、プローブ物質がプローブDNAであり、かつ、ターゲット物質がターゲットDNAである場合、蛍光画像検出基板1上全体でハイブリダイゼーションさせる。
Next, the whole is made to react with a target substance on the fluorescence image detection board |
反応後、反応生成物により発せられた蛍光強度の分布を観測する(ステップ14)。反応生成物により発せられた蛍光が微弱である場合、蛍光強度の分布を相関検出する(ステップ15)。なお、蛍光強度の分布を相関検出する際、後述する幾何パターン分布p(x)も相関検出する。 After the reaction, the distribution of the fluorescence intensity emitted by the reaction product is observed (step 14). When the fluorescence emitted by the reaction product is weak, the correlation of the fluorescence intensity distribution is detected (step 15). When correlation detection is performed on the fluorescence intensity distribution, a geometric pattern distribution p (x) described later is also detected.
通常、反応後に蛍光画像検出基板1を洗浄するが、後述する相関検出を行いノイズ成分を除去できるので、本発明においては蛍光画像検出基板1を洗浄し、浮遊したターゲット物質を取り除く工程を省略するかもしくは簡便化することができる。なお、サンプル濃度が高濃度の場合等、必要に応じて相関検出を省略することができる。
Usually, the fluorescence
図5は、プローブ物質とターゲット物質との反応後に検出される蛍光強度の空間分布を示した図である。なお、説明の便宜上、プローブ物質がM系列で1次元に固定されている場合を説明する。 FIG. 5 is a diagram showing a spatial distribution of fluorescence intensity detected after the reaction between the probe substance and the target substance. For convenience of explanation, a case where the probe substance is fixed in one dimension in the M series will be described.
図5(a)のように、パターン方向にx軸をとり、図5(b)のように、プローブ物質が固定されている部分は1をとり、プローブ物質が固定されていない部分では−1をとる関数(パターン信号)をp(x)とする(以下、p(x)を幾何パターン分布という)。反応後に検出される蛍光強度の空間分布を図5(c)のように測定信号をs(x)とし、p(x)とs(x)との相関Iを(数1)で計算する。 As shown in FIG. 5A, the x-axis is taken in the pattern direction. As shown in FIG. 5B, the portion where the probe substance is fixed takes 1, and the portion where the probe substance is not fixed is -1. Let p (x) be a function (pattern signal) that takes the following (hereinafter, p (x) is referred to as a geometric pattern distribution). As shown in FIG. 5C, the spatial distribution of the fluorescence intensity detected after the reaction is defined as s (x), and the correlation I between p (x) and s (x) is calculated by (Equation 1).
相関法を有効に機能させるためには、バックグラウンドのノイズの分布とp(x)との相関が小さくなるようなp(x)を選択する。反応後のターゲット物質からの蛍光強度空間分布とp(x)の相関は高いので、バックグラウンドの影響を除去することができる。なお、2次元にパターン化した場合にも、(数4)によって、2次元分布p(x、y)を計算することができる。これらにより、蛍光強度が弱くてもノイズと区別することができるので、ターゲット物質を検出することができるようになる。 In order for the correlation method to function effectively, p (x) is selected such that the correlation between the background noise distribution and p (x) is small. Since the correlation between the fluorescence intensity spatial distribution from the target substance after the reaction and p (x) is high, the influence of the background can be eliminated. Even in the case of patterning in two dimensions, the two-dimensional distribution p (x, y) can be calculated by (Equation 4). As a result, even if the fluorescence intensity is weak, it can be distinguished from noise, so that the target substance can be detected.
ターゲット物質に複数のターゲット物質が含まれている場合、蛍光画像検出基板1上の点iにおけるプローブ物質jの面積あたりの濃度をc(ij)とする。ターゲット物質中に含まれるターゲット物質のうちで、ターゲット物質jと相補的なプローブ物質の濃度をd(j)とする。この場合得ることができる蛍光強度分布I(i)は、
When the target material includes a plurality of target materials, the concentration per area of the probe material j at the point i on the fluorescence
また、(数3)をマトリックス形式で表記すると、 Also, when (Equation 3) is expressed in matrix form,
また、蛍光強度分布が得られた場合、[C]は蛍光画像検出基板1作成時に既知であるので、ターゲット物質の無次元濃度α{d}は(数5)のように求めることができる。
Further, when the fluorescence intensity distribution is obtained, [C] is known at the time of producing the fluorescence
相関検出手段(ステップ15)の終了後、測定を終了する(ステップ16)。 After the correlation detecting means (step 15) is finished, the measurement is finished (step 16).
図6は本発明に係る蛍光画像検出方法の第2実施形態の手順の例を示すフローチャートである。なお、上述した第1実施形態と重複する箇所の説明は省略する。 FIG. 6 is a flowchart showing an example of the procedure of the second embodiment of the fluorescent image detection method according to the present invention. In addition, description of the part which overlaps with 1st Embodiment mentioned above is abbreviate | omitted.
第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、幾何パターン状のプローブパッド2を重ねて蛍光画像検出基板1上に固定する(ステップ22)。
In the second embodiment, unlike the first embodiment, the
図7は、プローブパッド2を重ねて固定した様子を示した概念図である。従来では、異なるプローブ物質に対してもプローブパッド2は正方形や円形等のそれぞれ同じ形状であったため、プローブパッド2が重なるとどのスポットの反応生成物が発光しているのか区別することができなかったが、本発明では、プローブ物質を幾何パターン状に固定しているため、プローブパッド2を重ねて固定しても、どの反応生成物から発光しているのか容易に区別することができるようになる。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a state in which the
図7(a)は、従来の方法により、プローブ物質を重ねてスポットして固定した場合を示した図であり、図7(b)は、その方法によりターゲット物質と反応させた後の蛍光強度の分布の観測を行なった場合の様子を示した図である。図7(c)は、プローブパッド2を異なる幾何パターンを用いて重ねて固定した場合を示した図であり、図7(d)は、その方法によりターゲット物質と反応させた後の蛍光強度の分布の観測を行なった場合の様子を示した図である。
FIG. 7A is a diagram showing a case where a probe substance is overlapped and fixed by a conventional method, and FIG. 7B shows a fluorescence intensity after reacting with a target substance by the method. It is the figure which showed the mode at the time of observing distribution of. FIG. 7C is a diagram showing a case where the
図7(a)のように、A〜Zまでの26種類のプローブパッド2を重ねて固定した場合、図7(b)のように検出され、例えば、Cのプローブ物質と反応した反応生成物が蛍光を発していても、従来の方法ではスポットの位置で識別を行なっているため、どのプローブ物質に対して反応した反応生成物が蛍光を発しているのか区別することができない。
When 26 types of
一方、図7(c)のように、プローブパッド2を異なるプローブに対して異なる幾何パターン状に重ねて固定化した場合、プローブパッド2の幾何パターンからA〜Zを識別することができるため、プローブパッド2が重なっていても、どのプローブ物質に対して反応した反応生成物が蛍光を発しているのか区別することができる。また、プローブパッドを重ねて固定することにより基板の面積を小さくすることができるので、反応の均一性の確保や必要サンプル量が少なくなる等の効果が挙げられる。
On the other hand, as shown in FIG. 7C, when the
プローブパッド2を重ねて蛍光画像検出基板1上に固定する方法としては、例えば、図8に示すようにプローブ物質を含有する溶液を順次重ねてスポットする方法、予め同じ箇所に固定すべきプローブ物質を含有する溶液を混合させてスポットする方法等公知の種々の方法があげられる。
Examples of a method for fixing the
例えば、表1の試料A〜試料Gのようにそれぞれ異なるプローブ物質を3桁の2進数で表したID番号を割り振ってパターン化する。すなわち、単位パターン数が3であるプローブパッドとなる。なお、表1中、2進法の「1」は、プローブ物質が固定されている箇所を示し、2進法の「0」は、プローブ物質が固定されていない箇所を示す。 For example, patterning is performed by assigning ID numbers representing different probe substances in three-digit binary numbers like Sample A to Sample G in Table 1. That is, the probe pad has three unit patterns. In Table 1, “1” in the binary system indicates a position where the probe substance is fixed, and “0” in the binary system indicates a position where the probe substance is not fixed.
図9に示したように、プローブ物質1、プローブ物質2およびプローブ物質3を全て同一蛍光画像検出基板1上に固定した後、蛍光画像検出基板1上にターゲット物質と反応させる(ステップ23)。
As shown in FIG. 9, after the
反応後、反応生成物により発せられた蛍光強度の分布を観測する(ステップ24)。例えば、試料Cのプローブ物質とターゲット物質が反応したと仮定すると、反応生成物により発せられた蛍光は、試料Cが含まれているプローブ物質1とプローブ物質3とから蛍光を発することとなるので、表1から試料Cが反応したと判定することができる。蛍光強度の分布の観測(ステップ24)後、必要に応じて蛍光強度の分布を相関検出(ステップ25)する。
After the reaction, the distribution of the fluorescence intensity emitted by the reaction product is observed (step 24). For example, if it is assumed that the probe substance of the sample C and the target substance have reacted, the fluorescence emitted by the reaction product will be emitted from the
上記では試料A〜試料Gの7種類のプローブ物質がある場合の例について説明したが、例えば1000種類のプローブ物質の場合、210が1024となるので2進数のID番号を適用してパターン化するには、この場合、単位パターンが10桁からなるプローブパッドを用いることができる。これにより、従来法では1000個のアレイをもつ基板が必要であったが、本発明では、10個の単位パターンからなる基板に高密度化できる。 In the above, an example in which there are seven types of probe substances of sample A to sample G has been described. For example, in the case of 1000 types of probe substances, 2 10 becomes 1024, so that patterning is performed by applying a binary ID number. In this case, a probe pad having a unit pattern of 10 digits can be used. As a result, a substrate having 1000 arrays is required in the conventional method, but in the present invention, the density can be increased to a substrate composed of 10 unit patterns.
次に、本発明の蛍光画像検出器について図面を参照にしながら詳細に説明する。なお、上述した内容と重複する箇所については説明を省略する。 Next, the fluorescence image detector of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, description is abbreviate | omitted about the location which overlaps with the content mentioned above.
図14は、本発明に蛍光画像検出器の概略図である。本発明の蛍光画像検出器本体4の内部には、励起光を照射する光源5と、励起フィルター7と、蛍光を入射方向に対して垂直になるように反射させて光路を変更させるダイクロックミラー8と、XYスキャナー(ガルバノスキャナー)9を介し、励起光を集光するための対物レンズ10が収められている。
FIG. 14 is a schematic view of a fluorescence image detector according to the present invention. Inside the fluorescent image detector
また、XYスキャナー9のダイクロックミラー8を介して反対側に蛍光フィルター11が設置されており、蛍光フィルター11を透過した蛍光強度の分布を観測し、観測した蛍光強度の分布を電気信号に変換して増幅する光検出部13と、測定データを相関検出する相関検出部14が本体4内に収められている。
In addition, a
本体4内の光源5から励起光が照射され、コリメーターレンズ6を透過し、励起フィルター7により励起に適した波長の光が透過される。励起光は、ダイクロックミラー8により、励起光の入射方向に対して垂直に反射し、XYスキャナー9を透過する。XYスキャナー9を透過した励起光は対物レンズ10で集光し、蛍光画像検出基板1に励起光を照射する。
Excitation light is irradiated from the light source 5 in the
プローブ物質と蛍光物質で標識化されたターゲット物質との反応による反応生成物に励起光が照射されると、蛍光物質が励起し蛍光を発する。この反応生成物により発せられた蛍光は、再度対物レンズ10、XYスキャナー9およびダイクロックミラー8を透過する。XYスキャナー9のダイクロックミラー8を介して反対側に設置してある蛍光フィルター11を反応生成物により発せられた蛍光が透過し、集光レンズ12により集光され、光検出部13に入射する。
When excitation light is irradiated to the reaction product resulting from the reaction between the probe substance and the target substance labeled with the fluorescent substance, the fluorescent substance is excited and emits fluorescence. The fluorescence emitted by the reaction product passes through the
光検出部13により、反応生成物により発せられた蛍光強度の分布が観測され、観測した蛍光強度の分布を電気信号に変換する。この電気信号は光検出部13で増幅され、相関検出部14により相関検出を行なう。相関検出部14には、データ入出力部(図示せず)を有しており、予め蛍光画像検出基板1のプローブパッドの大きさ、幾何パターンの形状等の外部情報をデータ入出力部に入力・記憶させ、データ入出力部が記憶した外部情報を相関検出部14に転送する。相関検出部14では、転送された外部情報をもとに幾何パターン分布を構成し、電気信号と共に相関検出を行なう。相関検出された電気信号は、データ入出力部により出力される。
The
光源5は、励起光を照射するものであれば特に限定されず、例えば、レーザー、タングステンランプ、LED等公知の種々の光源を使用することができる。 The light source 5 is not particularly limited as long as it emits excitation light. For example, various known light sources such as a laser, a tungsten lamp, and an LED can be used.
コリメーターレンズ6は、主に、光源5から出射された光をそれぞれ平行光束にするためのものであり、本発明では、公知の種々のコリメーターレンズを使用することができる。
The
励起フィルター7は、光源5から照射された励起光から、励起に適した波長の光を通過させる。励起フィルター7に励起光を透過させる前にコリンメーターレンズ6に透過させてから励起フィルター7に励起光を透過させるようにしてもよく、コリンメーターレンズ6を透過させずに励起フィルター7に直接透過させるようにしてもよい。
The
ダイクロックミラー8は、励起光の入射方向に対して垂直に反射するように設置されている。なお、図14において、励起フィルター7、ダイクロックミラー8およびXYスキャナー(ガルバノスキャナー)9の光学系は、共焦点スキャナーの例を示しているが、非共焦点光学系等を適用することもできる。また、ダイクロックミラー8の代わりに通常のハーフミラー等を使用してもよく、XYスキャナー9の代わりにプリズム等を使用してもよい。
The
ダイクロックミラー8およびXYスキャナー9を透過した励起光は、対物レンズ10により集光され、蛍光画像検出基板1上に励起光を照射する。
The excitation light that has passed through the
蛍光フィルター11は、特定の波長を有する蛍光のみを透過させる。蛍光フィルター11は、反応生成物の発する蛍光波長によってLPフィルター、SPフィルターおよびBPフィルター等適宜変更することができる。
The
集光レンズ12は、反応生成物により発せられた蛍光を集光し、集光された蛍光は光検出部13へ入射する。本発明で使用する集光レンズ12は、公知の種々の集光レンズを使用することができる。
The condensing
光検出部13は、反応生成物により発せられた蛍光強度の分布を観測すると、電気信号に変換して増幅する。光検出部13には、例えば、CCD等のアレイ型検出器、光電子倍増管(PMT)、フォトダイオード等公知の種々の増幅器を使用することができる。なお、光検出部13にCCDを使用した場合、XYスキャナー9の設置を省略することができる。
When the
なお、プローブパッド2が、蛍光画像検出基板1上に幾何パターン状に重ねて固定されている場合であっても、反応生成物により発せられた蛍光強度の分布を電気信号に変換・増幅する。
Even when the
光検出部13により増幅された電気信号は、相関検出部14により相関検出が行なわれる。
The electrical signal amplified by the
相関検出部14は、データ入出力部(図示せず)を有しており、測定前に外部情報を予めデータ入出力部に入力し、記憶させる。データ入出力部が記憶した外部情報を相関検出部14に転送し、これをもとに幾何パターン分布を構成し、幾何パターン分布と電気信号との相関検出を行なう。相関検出された電気信号は、蛍光画像としてデータ入出力部により出力、表示される。
The
予めデータ入出力部に入力する外部情報として、例えば、蛍光画像検出基板1の各プローブパッド2の大きさ、どのような幾何パターン状に固定されているか、図4に示したようなアレイ状でプローブ物質が固定されているのか、プローブパッド2が重ねて固定されているのか等を入力する。
As external information to be input to the data input / output unit in advance, for example, the size of each
また、プローブパッド2が擬似ランダム符号または直交コード等で蛍光画像検出基板1に固定されている場合、符号もしくはコード、プローブパッド2の各単位パターン3の大きさ、単位パターン3の総数等も併せて入力する。
When the
さらに、プローブパッド2が縞状パターンで蛍光画像検出基板1に固定されている場合、プローブ物質が固定されている箇所と固定されていない箇所の総数、ピッチ幅等も併せて入力する。なお、これら外部情報は、後述するプログラムや記憶媒体等に保存させることもできる。
Further, when the
図15は、相関検出部14の回路構成図であり、蛍光画像検出基板1の幾何パターンが縞状パターンであって、空間角振動数がωの場合に反応生成物より発せられたな蛍光をスキャンした状態を示している。相関検出における積分は、ローパスフィルター(LPF)15により行なう。相関検出は、幾何パターン分布p(x)と相関の高い信号の検出を行なう。測定信号s(x)に含まれる各種信号のうち、幾何パターン分布p(x)と相関の高い成分のみが直流となり、ローパスフィルター15を通過することができる。パターン信号p(x)と相関の低い成分は、周波数が0Hz以外の交流信号に変換されるのでローパスフィルター15により除去される。
FIG. 15 is a circuit configuration diagram of the
また、図16のように、幾何パターン分布p(x)と測定信号s(x)間の位相差を0°に調整し、PSD17に幾何パターン分布p(x)を入力する位相回路16を利用することもできる。なお、相関検出は、アナログ回路を用いて行なってもよく、デジタル回路を用いて行なってもよく、コンピュータおよびソフトウェアを用いて数値的に相関解析を行なうこともできる。
Further, as shown in FIG. 16, the
さらに、プローブ物質の幾何パターンが縞状パターンである場合、相関検出の代わりにフーリエ変換を行ない、予め既知の縞状パターンの空間周波数を抽出するようにしてもよい。 Furthermore, when the geometric pattern of the probe material is a striped pattern, a spatial frequency of a known striped pattern may be extracted in advance by performing Fourier transform instead of the correlation detection.
次に、本発明のプログラムについて図面を参照にしながら詳細に説明する。なお、上述した内容と重複する箇所については説明を省略する。 Next, the program of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, description is abbreviate | omitted about the location which overlaps with the content mentioned above.
図16は、本発明のプログラムの処理の流れを示したフローチャートである。ステップ32からステップ36までが本発明のプログラムに相当し、本発明の蛍光画像検出器でjpeg等のデジタル画像データとプローブ物質の幾何パターン等の情報をもとにコンピュータで相関度を解析する。 FIG. 16 is a flowchart showing the flow of processing of the program of the present invention. Steps 32 to 36 correspond to the program of the present invention, and the degree of correlation is analyzed by a computer based on the digital image data such as jpeg and the information such as the geometric pattern of the probe substance by the fluorescence image detector of the present invention.
本発明のプログラムの動作は、まず、プローブ物質とターゲット物質との反応生成物により発せられた蛍光強度の分布を観測し、光検出部13により電気信号に変換し、増幅する(ステップ32)。
In the operation of the program of the present invention, first, the distribution of the fluorescence intensity emitted by the reaction product of the probe substance and the target substance is observed, converted into an electric signal by the
反応生成物により発せられた蛍光強度の分布を観測し、電気信号に変換・増幅した後、予めデータ入出力部により入力、記憶させたプローブ物質の幾何パターンに関する外部情報を読み取る(ステップ33)。具体的には、プローブ物質は、どのような幾何パターンで蛍光画像検出基板1に固定されているか、プローブ物質が重なって蛍光画像検出基板1に固定されているか否かを判断する。プローブ物質を重ねて固定している場合、どの単位パターン3が蛍光を発しているか確認して読み取る。
The distribution of the fluorescence intensity emitted by the reaction product is observed, converted into an electrical signal, amplified, and then external information relating to the geometric pattern of the probe substance input and stored in advance by the data input / output unit is read (step 33). Specifically, it is determined in what geometric pattern the probe material is fixed to the fluorescent
また、プローブ物質が擬似ランダム符号または直交コード等で蛍光画像検出基板1に固定されている場合、プローブパッド2の各単位パターン3の大きさ、単位パターン3の総数等も併せて確認して読み取る。
When the probe substance is fixed to the fluorescent
さらに、プローブ物質が縞状パターンで蛍光画像検出基板1に固定されている場合、プローブ物質が固定されている箇所と固定されていない箇所の総数、ピッチ幅等も併せて確認して読み取る。
Further, when the probe substance is fixed to the fluorescent
ステップ33の終了後、読み取った外部情報をもとにプローブ物質の幾何パターン分布を構成する(ステップ34)。 After the end of step 33, a geometric pattern distribution of the probe substance is constructed based on the read external information (step 34).
プローブ物質の幾何パターン分布の構成後、相関検出を行ない(ステップ35)、相関度を出力、表示を行なう(ステップ36)。 After constructing the geometric pattern distribution of the probe substance, correlation detection is performed (step 35), and the correlation degree is output and displayed (step 36).
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、またはプログラムをインストールすることで、プログラムの機能を実行することが可能なコンピュータ等に記録媒体等からインストールされるようにすることもできる。 The series of processes described above can be executed by hardware, but can also be executed by software. When a series of processing is executed by software, a computer in which a program constituting the software is incorporated in dedicated hardware, or a computer capable of executing the function of the program by installing the program It can also be installed from a recording medium or the like.
また、本発明のプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。記録媒体とは、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、MO、DVD等の可搬媒体や、ROM、RAM、HD等の固定媒体、あるいは、LAN、インターネット等のネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線等のようなプログラムを保持する公知の種々の通信媒体を含む。 The program of the present invention can also be stored in a computer-readable recording medium. The recording medium is, for example, a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, an MO, or a DVD, a fixed medium such as a ROM, RAM, or HD, or a program via a network such as a LAN or the Internet. Various known communication media for holding a program such as a communication line or the like when transmitting a message are included.
コンピュータが読み取ったプログラムを実行することにより、上述した一連の処理を実行するだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した一連の処理を実現するようにもできる。 By executing the program read by the computer, not only the above-described series of processing is executed, but also the OS (operating system) running on the computer is a part of the actual processing or based on the instruction of the program. It is also possible to perform all of the above and realize the above-described series of processes.
さらに、記憶媒体から読み取られたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備えられたメモリーに書込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した一連の処理を実行するようにもできる。 Furthermore, after the program read from the storage medium is written to the memory provided in the function expansion board inserted into the computer or the function expansion unit connected to the computer, the function expansion is performed based on the instructions of the program. The CPU or the like provided in the board or the function expansion unit may perform part or all of the actual processing, and the above-described series of processing may be executed by the processing.
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to these.
蛍光画像検出基板1に蛍光色素(フルオレセイン溶液)を図10(A)のような縞模様のパターンで印刷した。縞模様のピッチ幅pは0.2mmで、単位パターン数を30本とした(以下、実施例1という)。また、図10(B)に示すように、比較例として、実施例1と同じ条件で矩形領域に均一に蛍光色素を印刷した。実施例1と比較例をバックグランド光が強く、かつ、励起光が弱い劣悪な条件で蛍光強度を顕微鏡で測定した。なお、測定の際には、カットオフ波長500nmのフィルターで励起光を遮断した。
A fluorescent dye (fluorescein solution) was printed on the fluorescent
測定結果を図11に示す。画像の階調は、256階調である。白色が蛍光強度0を示し、黒色が蛍光強度が強いことを示している。
The measurement results are shown in FIG. The gradation of the image is 256 gradations. White indicates
蛍光強度の分布を図13に示す。図12にデータスキャン位置を示す。A−A´がパターン上の分布を表す。B−B´は従来法の均一なパッド上の分布を表す。C−C´は蛍光色素が固定していない領域の検出光の分布を表す。 The distribution of fluorescence intensity is shown in FIG. FIG. 12 shows the data scan position. A-A ′ represents the distribution on the pattern. BB ′ represents a uniform distribution on the pad in the conventional method. CC ′ represents the distribution of detection light in a region where the fluorescent dye is not fixed.
表2に、実施例によって得られたシグナルとノイズのパワーとS/N比を比較例とともに示す。 Table 2 shows signal and noise powers and S / N ratios obtained in the examples together with comparative examples.
1 蛍光画像検出基板
2 プローブパット
3 単位パターン
4 本体
5 光源
6 コリメーターレンズ
7 励起フィルター
8 ダイクロックミラー
9 XYスキャナー(ガルバノスキャナー)
10 対物レンズ
11 蛍光フィルター(吸収フィルター)
12 集光レンズ
13 光検出部
14 相関検出部
15 ローパスフィルター(LPF)
16 位相回路
17 PSD
DESCRIPTION OF
10
12
16
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