JP2010230396A - Light irradiation device and light measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロプレートに対して照射光を照射するための光照射装置、及びこの光照射装置とマイクロプレートを備え測定対象物の測定を行う光測定装置に関する。 The present invention relates to a light irradiation device for irradiating irradiation light to a microplate, and a light measurement device that includes the light irradiation device and the microplate to measure a measurement object.
従来、マイクロプレートのウェルに照射光(励起光)を照射する技術としては、特許文献1〜3に記載の技術が知られている。特許文献1の場合、照射光は、マイクロプレートの裏面から、マイクロプレートのウェルの深さ方向に対して平行に、当該ウェルに照射される。マイクロプレートのウェルには、培養液、蛍光指示薬及び評価化合物等の溶液と細胞等の測定対象物とが注入される。
Conventionally, as a technique for irradiating irradiation light (excitation light) to a well of a microplate, techniques described in
特許文献1に記載の照射光の照射方法において、照射光は、ウェルの深さ方向に対して平行に当該ウェルに照射されるので、測定対象物だけでなく溶液にも多量に照射される場合がある。この場合、溶液からの背景光ノイズが比較的大きくなる。そこで、本発明は、マイクロプレートからの背景光ノイズを低減可能な光照射装置を提供することを目的とする。
In the irradiation method of irradiation light described in
本発明の光照射装置は、測定対象物を収容するための複数のウェルが設けられたマイクロプレートに対して照射光を照射するための光照射装置であって、複数の凹部が形成された主面と、該主面と略直交する側面と、を有する導光部材と、導光部材の側面から導光部材に照射光を入射する光源と、を備え、凹部は、主面に開口を有し、導光部材は、ウェルの底面と凹部の開口とが対向するように配置可能であり、側面から導光部材に入射される照射光は、凹部の側面において屈折及び反射され、複数の凹部の開口からそれぞれ出射される、ことを特徴とする。 The light irradiation apparatus of the present invention is a light irradiation apparatus for irradiating irradiation light to a microplate provided with a plurality of wells for accommodating a measurement object, and is mainly provided with a plurality of recesses. A light guide member having a surface and a side surface substantially orthogonal to the main surface, and a light source that makes irradiation light incident on the light guide member from the side surface of the light guide member, and the recess has an opening in the main surface. The light guide member can be arranged so that the bottom surface of the well and the opening of the recess face each other, and the irradiation light incident on the light guide member from the side surface is refracted and reflected on the side surface of the recess, and the plurality of recesses The light is emitted from each of the openings.
また、本発明の光測定装置は、測定対象物を収容するための複数のウェルが設けられたマイクロプレートと、マイクロプレートに対して照射光を照射するための光照射装置と、を含む光測定装置であって、光照射装置は、複数の凹部が形成された主面及び該主面と略直交する側面を有する導光部材と、導光部材の側面から導光部材に照射光を入射する光源と、を備え、凹部は、主面に開口を有し、導光部材は、ウェルの底面と凹部の開口とが対向するように配置され、導光部材の側面から導光部材に入射される照射光は、凹部の側面において屈折及び反射され、複数の凹部の開口からそれぞれ射出されて、マイクロプレートのウェルの前記底面に入射される、ことを特徴とする。 In addition, the light measurement device of the present invention includes a microplate provided with a plurality of wells for accommodating a measurement object, and a light measurement device including a light irradiation device for irradiating the microplate with irradiation light. The light irradiation device is a light guide device having a main surface on which a plurality of recesses are formed and a side surface substantially orthogonal to the main surface, and incident light is incident on the light guide member from the side surface of the light guide member. And the recess has an opening in the main surface, and the light guide member is disposed so that the bottom surface of the well and the opening of the recess face each other, and enters the light guide member from the side surface of the light guide member. The irradiation light is refracted and reflected on the side surface of the recess, is emitted from the openings of the plurality of recesses, and is incident on the bottom surface of the well of the microplate.
本発明の光照射装置及び光測定装置によれば、照射光は、凹部の側面において屈折及び反射されて凹部の開口から出射されるので、ウェルの深さ方向に対して傾きをもってウェルに照射される。このため、培養液、蛍光指示薬及び評価化合物等の溶液に照射される照射光が比較的少ない。よって、溶液に照射光が照射されることにより生じるマイクロプレートからの背景光ノイズを低減可能である。 According to the light irradiation device and the light measurement device of the present invention, the irradiation light is refracted and reflected on the side surface of the recess and is emitted from the opening of the recess, so that the well is irradiated with an inclination with respect to the depth direction of the well. The For this reason, there is comparatively little irradiation light irradiated to solutions, such as a culture solution, a fluorescent indicator, and an evaluation compound. Therefore, it is possible to reduce background light noise from the microplate that is generated by irradiating the solution with irradiation light.
本発明の光照射装置においては、凹部は円柱形状の窪みである、ことが好ましい。この場合、凹部の側面に角がないので、凹部の内部にランダムな光の散乱を誘発し易い。したがって、マイクロプレートの各ウェルに対する照射光の照射ムラを低減することができる。 In the light irradiation apparatus of this invention, it is preferable that a recessed part is a cylindrical hollow. In this case, since there is no corner on the side surface of the recess, random light scattering is easily induced inside the recess. Therefore, irradiation unevenness of irradiation light to each well of the microplate can be reduced.
本発明の光照射装置においては、凹部の底面は平坦である、ことが好ましい。この場合、凹部の底面が平坦であるので、導光部材に入射して凹部の底面に到達する照射光の一部は、凹部の底面において全反射される。このため、ウェルの深さ方向に対して平行な照射光の入射が低減される。 In the light irradiation apparatus of this invention, it is preferable that the bottom face of a recessed part is flat. In this case, since the bottom surface of the recess is flat, a part of the irradiation light that enters the light guide member and reaches the bottom surface of the recess is totally reflected on the bottom surface of the recess. For this reason, incidence of irradiation light parallel to the depth direction of the well is reduced.
本発明の光照射装置においては、凹部の底面は鏡面加工されている、ことが好ましい。この場合、凹部の底面が鏡面加工されているので、導光部材に入射して凹部の底面に到達する照射光の大部分は、凹部の底面において全反射される。このため、ウェルの深さ方向に対して平行な照射光の入射を一層低減可能である。 In the light irradiation apparatus of this invention, it is preferable that the bottom face of a recessed part is mirror-finished. In this case, since the bottom surface of the recess is mirror-finished, most of the irradiation light that enters the light guide member and reaches the bottom surface of the recess is totally reflected on the bottom surface of the recess. For this reason, it is possible to further reduce the incidence of irradiation light parallel to the depth direction of the well.
本発明によれば、マイクロプレートからの背景光ノイズを低減可能な光照射装置及び光測定装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light irradiation apparatus and optical measurement apparatus which can reduce the background light noise from a microplate can be provided.
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図1は、本実施形態に係る光測定装置の断面構成を模式的に表す図である。図1に示されるように、光測定装置10は、マイクロプレート20と、マイクロプレートストッカー30,40と、運搬ベルト50と、光照射装置60と、励起光カットフィルタ70と、検出器80と、を備える。また、光照射装置60は、導光部材61と光源装置62とを含む。光測定装置10は、マイクロプレート20に保持された測定対象物に対して照射光(励起光)を照射することにより、測定対象物から発せられる測定光(蛍光)を検出する装置である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, if possible, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional configuration of the light measurement apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
図2(a)は、マイクロプレート20の平面図であり、図2(b)は、図2(a)のI−I線に沿ってとられたマイクロプレート20の断面構成を表す図である。図2(a)及び図2(b)に示されるように、マイクロプレート20は、円柱形状の窪みのウェル21を複数個(例えば96個)有する。マイクロプレート20の主面22には、これら複数のウェル21の開口が、例えば、8列12行に配列されている。また、複数のウェル21のそれぞれには、細胞等の測定対象物Aと培養液、蛍光指示薬及び評価化合物等の溶液Bとがそれぞれ注入されて保持される。測定対象物Aは、ウェル21の底部に沈殿する。なお、マイクロプレート20のウェルは円柱形状の窪みのウェル21に限らない。例えば、マイクロプレート20のウェルは、図2(c)に示されるように角柱形状の窪みのウェル21aであってもよい。
2A is a plan view of the
再び図1を参照して説明する。マイクロプレートストッカー30は、測定前のマイクロプレート20を格納する。また、マイクロプレートストッカー40は、測定後のマイクロプレート20を格納する。運搬ベルト50は、マイクロプレートストッカー30から所定の測定位置(光照射装置60と向き合う位置)まで測定前のマイクロプレート20を運搬する。さらに、運搬ベルト50は、この所定の測定位置からマイクロプレートストッカー40まで測定後のマイクロプレート20を運搬する。
A description will be given with reference to FIG. 1 again. The microplate stocker 30 stores the
光照射装置60は、導光部材61と、光源装置62と、を含む。導光部材61は、例えば、石英ガラスで構成されている。光源装置62は、導光部材61の側面61bから照射光を入射する。光照射装置60は、マイクロプレート20の裏面23側からウェル21に対して照射光を照射する。ここで、光測定装置10は、光照射装置60を裏面23に垂直な方向(マイクロプレート20のウェル21の深さ方向)に移動するための機構を有している(不図示)。なお、光照射装置60は、導光部材61の主面61aとマイクロプレート20の裏面23とが所定の間隔(例えば5mm程度)を有するように配置されて固定されていてもよい。この場合、マクロプレート20は光照射装置60に衝突することなく所定の測定位置に運搬される。
The
励起光カットフィルタ70は、照射光の透過を阻止し、測定対象物A等からの測定光を透過する。検出器80は、マイクロプレート20の裏面23側に配置され、励起光カットフィルタ70を透過した測定光を結像するための光学系(不図示)と、結像された像を撮像するための2次元CCDカメラ等の光検出装置を有しており、測定対象物A等からの測定光を検出する。なお、検出器80は、マイクロプレート20の主面22側に配置することも可能である。この場合、検出器80は、例えば、マイクロプレート20の各ウェル21に対してそれぞれ配置された複数の光電子増倍管、もしくはマイクロプレート20の複数のウェル21を撮像可能な2次元撮像装置とすることができる。また、検出器80に光電子増倍管を用いた場合、マイクロプレート20の主面22側の上方において光電子増倍管を移動させ、各ウェル21からの測定光を検出することができる。
The excitation light cut
続いて、光照射装置60について詳細に説明する。図3(a)は図3(b)のII―II線に沿ってとられた光照射装置60の断面構成を表す図である。図3(b)は光照射装置60の平面図である。図3(a)及び図3(b)に示されるように、光照射装置60の導光部材61は、主面61aと、この主面61aに略直交し互いに対向する二つの側面61bと、主面61aに略直交し互いに対向する二つの側面61cと、を有する。また、導光部材61は、主面61aに2次元的に配列されて設けられた複数の凹部61eを有する。凹部61eは、導光部材61の主面61aに開口を有する円柱形状の窪みであり、光出射面61aと略平行で平坦な底面61fを含む。この底面61fは鏡面加工されている。
Next, the
導光部材61の側面61bには、光源装置62が配置されている。光源装置62は、フレーム62aと、光源としてのLED62bと、フィルタ62cと、を含む。LED62bは、導光部材61の側面61bに沿って複数配列されてフレーム62aにより保持されている。これら複数のLED62bは、導光部材61の側面61bからフィルタ62cを介して導光部材61に指向性を有する照射光を入射する。フィルタ62cは、特定の波長帯域の光のみを透過するショートパスフィルタやバンドパスフィルタ等であり、LED62bから出射される光から、測定に適した波長の照射光のみを透過する。このように、LED62bとフィルタ62cとを組み合わせることにより、より測定に適した波長の光を導光部材61へ入射させることができるので、測定精度を高めることができる。
A
なお、導光部材61の各凹部は円柱形状の窪みの凹部61eに限らず、図3(c)に示されるように角柱形状の窪みの凹部61gであってもよい。さらに、導光部材61の各凹部(凹部61eや凹部61g)は、図4(a)及び図4(b)に示されるように断面(図3(b)のII―II線に沿ってとられた断面)が台形状の窪みであってもよい。この場合、導光部材61の各凹部(凹部61eや凹部61g)の側面と主面61aとの成す角φは、鋭角であることが望ましいが、90度〜120度程度の鈍角であってもよい。また、図4(c)に示されるように、凹部61eが複数設けられた角柱状の光ファイバ61iを複数配列することにより導光部材61を形成することもできる。以上説明した導光部材61は、図1に示されるように、ウェル21の底面と、凹部61eの開口とが対向するように配置可能である。なお、導光部材61の各凹部(凹部61eや凹部61g)の深さは、2mm程度であることが好ましい。
In addition, each recessed part of the
図5は、複数のウェル21に対する複数の凹部61eの配置パターンのバリエーションを模式的に表す図である。図5(a)に示されるように、各凹部61eは各ウェル21と一対一に対応するように設けられることが好ましいが、図5(b)に示されるように、複数の凹部61eが一つのウェル21に対応するように設けられてもよい。また、各凹部61eは、図5(c)に示されるように、各ウェル21と一対一に対応し、且つ、ウェル21よりも幅広に設けられてもよい。さらに、各凹部61eは、図5(d)に示されるように、一つのウェル21に複数の凹部61eが対応し、且つ、主面61aの上方から見て、各凹部61eの一部がウェル21に重ならないように(そして、各凹部61eの残りの部分がウェル21に重なるように)設けられてもよい。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a variation in the arrangement pattern of the plurality of
光源装置62の光源としては、互いに異なる波長の光を出射する2種のLEDを用いることができる。この場合、図6(a)に示されるように、導光部材61の側面61bに沿ってLED62bを複数配列し、導光部材61の他の側面61cに沿って、LED62bとは異なる波長の光を出射するLED62dを複数配列する。これにより、光源装置62は、互いに異なる2種の波長の照射光を導光部材61に入射することができる。LED62bと導光部材61との間にはフィルタ62cが配置され、LED62dと導光部材61との間には、フィルタ62cとは異なる波長の光を透過するショートパスフィルタやバンドパスフィルタ等のフィルタ62eが配置される。よって、フィルタ62eは、LED62dから出射される光から、測定に適した波長の照射光のみを透過することができる。また、図6(b)に示されるように、導光部材61の側面61b及び側面61cに沿って、LED62bとLED62dとを交互に配列することも可能である。このとき、LED62b及びLED62dと導光部材61との間には、フィルタ62c及びフィルタ62eが交互に配置される。
As the light source of the
なお、光源装置62の光源は、LEDに限らない。光源装置62の光源としては、例えば、図7(a)に示されるように、キセノンランプ62f等の白色光源を用いることができる。この場合、キセノンランプ62fは、波長切替装置62g及び光ファイバ62hを介して、指向性を有する所定の波長の照射光を導光部材61の側面61bから導光部材61に入射する。これにより、LEDでは実現できない波長の光を照射光として用いることができる。このとき、光源としてのキセノンランプ62f自体は、図7(a)に示されるように、導光部材61の側面61bに配置されなくてもよい。また、図7(b)に示されるように、光源装置62の光源として指向性を有さない光を出射する所定の光源62kを用い、この光源62kとフィルタ62mとの間に、コリメータレンズ62nを配置してもよい。このコリメータレンズ62nは、図7(c)に示されるように、導光部材61の側面61bに導光部材61と一体的に設けることも可能である。フィルタ62mは、光源62kにより出射される光から、測定に適した波長の照射光のみを透過する。
The light source of the
図8は、導光部材61に入射する照射光の範囲を表す図である。図8(a)に示されるように、側面61bのうち、凹部61eの裏面61fと導光部材61の底面61hとの間の領域に対応する部分から照射光を入射することが好ましいが、図8(b)に示されるように、側面61bの全面から照射光を入射してもよい。
FIG. 8 is a diagram illustrating a range of irradiation light incident on the
以上説明したように、光照射装置60においては、主面61aに複数の凹部61eが形成された導光部材61に対して、導光部材61の側面61bから指向性を有する照射光が入射される。導光部材61に入射した照射光の一部は、図9(a)中の破線L1によって示される光路を進行し、凹部61eの底面61f、導光部材61の裏面61h及び主面61aにおいて全反射される。このため、ウェル21の深さ方向に進行する照射光が凹部61e内に入射することを抑制できる。また、導光部材61に入射する照射光の一部は、図9(a)中の一点鎖線L2によって示される光路を進行し、凹部61eの側面から凹部61e内に入射する。この照射光は、導光部材61と凹部61e内の空気との屈折率差から、光出射面61aと平行な方向に向けて屈折し、各ウェル21に照射される。これにより、ウェル21に入射する照射光は、ウェル21の深さ方向に対して傾きをもつ。したがって、図9(b)に示されるように、溶液Bに照射される照射光が比較的少なくなる。よって、溶液Bに照射光が照射されることにより生じる背景光ノイズを低減できる。これに対し、図9(c)は、従来の方法によって、ウェル21の深さ方向にウェル21に照射光を照射した場合の照射光の光路を表す図である。図9(c)に示されるように、従来の方法によれば、測定対象物Aに加えて溶液Bにも多くの照射光が照射されるので、背景光ノイズが比較的大きくなる。
As described above, in the
図10は、測定対象物A等からの測定光としての蛍光を測定した結果を表す図である。横軸は各ウェル21に注入された細胞(測定対象物A)の数を表しており、縦軸は蛍光検出比率を表している。各ウェル21に注入される細胞は、蛍光染色色素によって染色されたものである。破線L3によって表された測定結果は、マイクロプレート20の各ウェル21に細胞と蛍光溶液(溶液B:FITC)とを注入した後に、ウェル21の深さ方向に対して平行な照射光をウェル21に照射することによって細胞から発せられる蛍光を測定する従来の方法により得られた結果である。一点鎖線L4によって表された測定結果は、マイクロプレート20の各ウェル21に細胞と蛍光溶液とを注入した後に、光照射装置60を用いて各ウェル21に照射光を照射することによって細胞から発せられた蛍光を測定した結果である。この測定において、導光部材60の各凹部61eの深さは、4mmである。二点鎖線L5によって表された測定結果は、マイクロプレート20の各ウェル21に細胞と蛍光溶液とを注入した後に、光照射装置60を用いて各ウェル21に照射光を照射することによって細胞から発せられた蛍光を測定した結果である。この測定において、光照射装置60の導光部材61の各凹部61eの深さは、1mmである。実線L6によって表された測定結果は、マイクロプレート20の各ウェル21に細胞のみを注入した後に、各ウェル21に照射光を照射することによって細胞から発せられた蛍光を測定した結果である。したがって、図10においては、実線L6によって表された結果に近いほど、蛍光溶液からの背景光ノイズが低減された結果となっている。図10に示された測定結果によれば、一点鎖線L4及び二点鎖線L5によって表された、光照射装置6を用いて照射光を照射した場合の測定結果は、破線L3によって表された従来の照射光の照射方法による測定結果に比べて、実線L6によって表された測定結果に近いことがわかる。したがって、光照射装置60によれば、背景光ノイズが低減されていることがわかる。
FIG. 10 is a diagram illustrating a result of measuring fluorescence as measurement light from the measurement object A or the like. The horizontal axis represents the number of cells (measuring object A) injected into each well 21, and the vertical axis represents the fluorescence detection ratio. Cells injected into each well 21 are stained with a fluorescent dye. The measurement result represented by the broken line L3 shows that after injecting cells and a fluorescent solution (solution B: FITC) into each well 21 of the
10…光測定装置、20…マイクロプレート、21,21a…ウェル、22,61a…主面、23,61h…裏面、30,40…マイクロプレートストッカー、50…運搬ベルト、60…光照射装置、61…導光部材、61b,61c…側面、61e,61g…凹部、61f…底面、62…光源装置、62a…フレーム、62b,62d…LED、62c,62e,62m…フィルタ、62f…キセノンランプ、62g…波長切替装置、61i,62h…光ファイバ、62k…光源、62n…コリメータレンズ、70…励起光カットフィルタ、80…検出器。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
複数の凹部が形成された主面と、該主面と略直交する側面と、を有する導光部材と、
前記導光部材の前記側面から前記導光部材に前記照射光を入射する光源と、
を備え、
前記凹部は、前記主面に開口を有し、
前記導光部材は、前記ウェルの底面と前記凹部の前記開口とが対向するように配置可能であり、前記側面から前記導光部材に入射される前記照射光は、前記凹部の側面において屈折及び反射され、複数の前記凹部の前記開口からそれぞれ出射される、
ことを特徴とする光照射装置。 A light irradiation device for irradiating irradiation light to a microplate provided with a plurality of wells for containing a measurement object,
A light guide member having a main surface formed with a plurality of recesses, and a side surface substantially orthogonal to the main surface;
A light source that makes the irradiation light incident on the light guide member from the side surface of the light guide member;
With
The recess has an opening in the main surface,
The light guide member can be arranged such that the bottom surface of the well and the opening of the recess face each other, and the irradiation light incident on the light guide member from the side surface is refracted and reflected on the side surface of the recess. Reflected and emitted from the openings of the plurality of recesses, respectively.
The light irradiation apparatus characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。 The recess is a cylindrical recess.
The light irradiation apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光照射装置。 The bottom surface of the recess is flat;
The light irradiation apparatus according to claim 1, wherein the light irradiation apparatus is a light irradiation apparatus.
ことを特徴とする請求項3に記載の光照射装置。 The bottom surface of the recess is mirror-finished,
The light irradiation apparatus according to claim 3.
前記光照射装置は、複数の凹部が形成された主面及び該主面と略直交する側面を有する導光部材と、前記導光部材の前記側面から前記導光部材に前記照射光を入射する光源と、を備え、
前記凹部は、前記主面に開口を有し、
前記導光部材は、前記ウェルの底面と前記凹部の前記開口とが対向するように配置され、前記導光部材の前記側面から前記導光部材に入射される前記照射光は、前記凹部の側面において屈折及び反射され、複数の前記凹部の前記開口からそれぞれ射出されて、前記マイクロプレートの前記ウェルの前記底面に入射される、
ことを特徴とする光測定装置。
A light measurement device comprising: a microplate provided with a plurality of wells for containing a measurement object; and a light irradiation device for irradiating the microplate with irradiation light,
The light irradiation device includes a light guide member having a main surface on which a plurality of recesses are formed and a side surface substantially orthogonal to the main surface, and the irradiation light is incident on the light guide member from the side surface of the light guide member. A light source,
The recess has an opening in the main surface,
The light guide member is disposed such that a bottom surface of the well and the opening of the recess are opposed to each other, and the irradiation light incident on the light guide member from the side surface of the light guide member is a side surface of the recess. Is refracted and reflected at each of the plurality of recesses, and is respectively emitted from the openings and incident on the bottom surface of the well of the microplate.
An optical measuring device characterized by that.
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