JP2009145320A - 光分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板表面上に金属の構造物を設けるとともに、生体分子固定位置からの生体分子以外の物質から放射された発光のうち、励起光よりも長波長の成分を検出して、光分析に用いる。構造物には、金、クロム、銀、アルミなどの金属の微粒子(励起光の波長以下の大きさをなす金属構造物)、微細な突起、あるいは微小開口を有する薄膜を用いることができる。微粒子もしくは微細な突起の場合は、生体分子は金属構造物上に固定し、構造物の光ルミネセンスを検出する。微小開口を有する金属薄膜の場合は、生体分子は開口中に固定し、生体分子周囲の試料液のラマン散乱光と生体分子近傍の金属構造物の光ルミネセンスを検出する。
【選択図】図1
Description
(1)光分析装置の構成
図1は、本発明の第1の実施形態による光分析装置100の概略構成を示す図である。図1において、励起光源1から射出された励起光は励起フィルタ2でスペクトル純度を高めたのち、プリズム3に入射し、さらに基板4に入射する。プリズム3と基板4の間はマッチングオイルで満たされており、これらの界面では全反射が起こらないようにしてある。基板4に入射した励起光はその上面で全反射し、基板の表面にエバネセント波を生成する。反応液5が基板4の表面とカバーグラス6の間に満たされている。
図2は光分析装置100の基板4の周辺における拡大図であり、図2Aは上面図、図2Bは一点鎖線Cにおける断面図である。基板4の上には、生体分子13が固定された複数の微粒子12が固定されている。微粒子の固定は、例えば界面活性剤を基板表面にコーティングし、その上に金粒子をばら撒くことにより実現される。ここでは微粒子として直径50nmの金微粒子を用いたが、銀でも銅でもアルミでもクロムでも、励起光の波長以下の直径を有する任意の金属微粒子で良く、形状も必ずしも球と限らず、直方体、円錐、円柱、その他いびつな形状でも良い。また、図2では基板を低コストで製造するため金微粒子をランダムに分散させているが、格子上に配置してもよい。
図3は、伸長反応開始前の基板の分散像を示す図である。図4は、伸長反応後の基板の分散像を示す図である。
続いて、塩基種判定処理の詳細について説明する。図5は、塩基種判定処理の詳細なアルゴリズムを示したフローチャートである。なお、図5に対応するプログラムが図示しないメモリに格納されており、塩基種判定処理を実行する際に、演算装置20によって当該プログラムが実行される。よって、図5における各ステップの処理主体は特に断らない限り演算装置20である。また、図5中、Th1及びTh2はそれぞれ、予め設定された、構造物の発光を判定する閾値、及び生体分子の発光を判定する閾値である。
第2の実施形態による光分析装置としては、第1の実施形態による光分析装置100と同一の構成を適用することができる。よって、装置構成についての説明は省略する。また、塩基種判定も第1の実施形態と同様な処理を適用できる。
第3の実施形態による光分析装置としては、第1の実施形態による光分析装置100と同一の構成を適用することができる。よって、装置構成についての説明は省略する。また、塩基種判定も第1の実施形態と同様な処理を適用できる。
図8は、本発明の第4の実施形態による光分析装置200の概略構成を示す図である。光分析装置200の基本構成は第1の実施形態のそれとほぼ同一であるが、バンドパスフィルタ15がステージ16によって光路から出し入れ可能なようになっている。このバンドパスフィルタ15は、構造物(例えば金粒子)自体の発光にばらつきがあるため、それをある範囲(バンドパスフィルタの通過域)に抑えるために用いられるものである。
図9は、本発明の第5の実施形態による光分析装置300の概略構成を示す図である。光分析装置300は、異なる波長の光を出力する複数の励起光源1−1と1−2を備えており、それ以外の構成は、第1の実施形態のそれと同一である。
図10は、本発明の第6の実施形態による光分析装置400の概略構成を示す図である。光分析装置400は、少なくとも1つの励起光源(1−1及び/又は1−2)から発光フィルタ8の構成までは第5の実施形態と同一の構成を備えるが、分光する手段として分散素子9を用いるのではなく、複数のダイクロイックミラーを用いている。つまり、図10に示したように、フィルタ8を透過した光は第1のダイクロイックミラー18−1(波長600nm以上の光を透過、それより短い光を反射)で反射光と透過光に分けられた後に、反射光、透過光いずれも結像レンズ10−1及び10−2を透過する。反射光はさらに第2のダイクロイックミラー18−2(波長570nm以上の光を透過、それより短い光を反射)で反射光と透過光に分けられ、反射光は第1のイメージセンサ11−1で検出され、透過光は第2のイメージセンサ11−2で検出される。
図12は、本発明の第7の実施形態による光分析装置500の概略構成を示す図である。光分析装置500では、基板4からの弾性散乱光を、フィルタ8で遮断せず、ダイクロイックミラー18で反射して、第2の結像レンズ10−2で第2のイメージセンサ11−2に結像している。それ以外の構成は、第1の実施形態の光分析装置100と同一である。
第8の実施形態による光分析装置としては、第1の実施形態による光分析装置100と同一の構成を適用されるが、フィルタ8の弾性散乱光遮断性能を低くし、イメージセンサ11に構造物の光ルミネセンスの分散像と弾性散乱光の像を重ねて結像する。例えば、第8の実施形態では、第1の実施形態で2枚用いる光の透過率1/1000のフィルタを1枚にしたり、光の透過率10-4〜10-5のフィルタを用いたりする。
第9の実施形態による光分析装置としては、第5の実施形態による光分析装置300と同一の構成を適用されるが、光源1−2の波長がフィルタ8の透過域にあり、構造物12による光源1−2が出力する光の散乱光を検出することが特徴である。具体的には、光源1−2は波長594nmのHeNeレーザとした。その他にも、波長633nmのHeNeレーザ、任意の半導体レーザが好適に使用できる。フィルタ8の透過帯域を520nm以上に変更し、光源1−1を波長488または514.5nmのアルゴンイオンレーザに変更すれば、光源1−2として、第一の実施例の光源1として用いた波長532nmのレーザを用いることも可能である。また、光源1−2のパワーは光源1−1よりはるかに小さくてもかまわないため、フィルタ8の透過域の波長を有する発光ダイオードを好適に用いることが可能である。本実施例では散乱光が実質的に単色なのでより高精度な波長基準になるという固有の効果がある。また、光源1−2のパワーは小さくてよいので、光源を2台に増やしたことによるコスト上昇は実質的に発生しない。
Claims (20)
- 生体分子が各々固定された複数の構造物を備える実質的に透明な基板と、
前記基板に励起光を照射する少なくとも1つの光源と、
前記構造物から放出された光を分光する分光部と、
前記分光部による分光された光を検出するセンサ部と、
前記センサ部によって検出された光を処理する処理部と、を備え、
前記センサ部は、前記分光結果に基づいて前記励起光よりも長い波長の光を検出し、
前記処理部は、前記励起光よりも長波長の光の有無に基づいて、前記構造物の位置情報を生成することを特徴とする光分析装置。 - 前記光源は、前記基板からエバネセント波を生じさせるように、前記基板に照射することを特徴とする請求項1に記載の光分析装置。
- 前記基板に前記励起光よりも長波長の光を照射する第二の光源を備えることを特徴とする請求項1に記載の光分析装置。
- 前記センサ部は、前記分光された光に基づいて、前記基板上に固定された前記複数の構造物の画像を一括して検出することを特徴とする請求項1に記載の光分析装置。
- 前記構造物は、前記励起光の波長以下の大きさをなす金属構造物であることを特徴とする請求項1に記載の光分析装置。
- 前記基板が金属薄膜を有し、
前記構造物が、前記基板上の金属薄膜中に形成された、直径が前記励起光の波長以下の開口であることを特徴とする請求項1に記載の光分析装置。 - 前記分光部は、分散素子で構成されることを特徴とする請求項1に記載の光分析装置。
- 前記分光部は、複数のダイクロイックミラーで構成され、
前記センサ部は、複数のイメージセンサで構成されることを特徴とする請求項1に記載の光分析装置。 - 前記処理部は、前記生体分子が発光していない時に検出された第1の画像と、前記生体分子が発光した時に検出された第2の画像との差分を計算し、この差分と前記第1の画像とを比較することにより発光した前記生体分子の種類を判別することを特徴とする請求項1に記載の光分析装置。
- 前記センサは、前記構造物から放出された光に前記生体分子から放出された光が重ねあわされた状態の光を検出し、
前記処理部は、前記重ねあわされた状態の光を用いて前記位置情報を生成することを特徴とする請求項1に記載の光分析装置。 - 前記処理部は、前記重ねあわされた状態の光の中で周囲より明るい部分の相対位置に基づいて、前記生体分子の種類を判別することを特徴とする請求項10に記載の光分析装置。
- 生体分子が各々固定された複数の構造物を備える実質的に透明な基板と、
前記基板からエバネセント波を生じさせるように、前記基板に励起光を照射する少なくとも1つの光源と、
前記構造物から放出された光を分光する分光部と、
前記分光部による分光された光を検出するセンサと、
前記センサによって検出された光を処理する処理部と、を備え、
前記センサは、前記エバネセント波によって励起された前記構造物からの発光の、前記励起光よりも長い波長を有する部分と前記励起光と同一波長を有する部分との両方を検出し、
前記処理部は、前記励起光と同一波長の光の有無に基づいて、前記構造物の位置情報を生成することを特徴とする光分析装置。 - 前記センサ部は、前記分光された光に基づいて、前記基板上に固定された前記複数の構造物の画像を一括して検出することを特徴とする請求項12に記載の光分析装置。
- 前記構造物は、前記励起光の波長以下の大きさをなす金属構造物であることを特徴とする請求項12に記載の光分析装置。
- 前記基板が金属薄膜を有し、
前記構造物が、前記基板上の金属薄膜中に形成された、直径が前記励起光の波長以下の開口であることを特徴とする請求項12に記載の光分析装置。 - 前記分光部は、分散素子で構成されることを特徴とする請求項12に記載の光分析装置。
- 前記分光部は、複数のダイクロイックミラーで構成され、
前記センサ部は、複数のイメージセンサで構成されることを特徴とする請求項12に記載の光分析装置。 - 前記処理部は、前記生体分子が発光していない時に検出された第1の画像と、前記生体分子が発光した時に検出された第2の画像との差分を計算し、この差分と前記第1の画像とを比較することにより発光した前記生体分子の種類を判別することを特徴とする請求項12に記載の光分析装置。
- 前記センサは、前記構造物から放出された光に前記生体分子から放出された光が重ねあわされた状態の光を検出し、
前記処理部は、前記重ねあわされた状態の光を用いて前記位置情報を生成することを特徴とする請求項12に記載の光分析装置。 - 前記処理部は、前記重ねあわされた状態の光の中で周囲より明るい部分の相対位置に基づいて、前記生体分子の種類を判別することを特徴とする請求項19に記載の光分析装置。
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