JP2016148534A - Fluorescence correlation spectroscope - Google Patents

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Taro Yamashita
太郎 山下
茂人 三木
Shigeto Miki
茂人 三木
徳子 原口
Noriko Haraguchi
徳子 原口
寺井 弘高
Hirotaka Terai
弘高 寺井
政孝 金城
Masataka Kaneshiro
政孝 金城
条太郎 山本
Jotaro Yamamoto
条太郎 山本
泰 平岡
Yasushi Hiraoka
泰 平岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescence correlation spectroscope that can accurately measure the correlation of materials without being influenced by an after-pulse of an avalanche photodiode.SOLUTION: A fluorescence correlation spectroscope 1 includes: a superconducting single photon detector 30 detecting change with time in intensity of fluorescent light 21 emitted from a material 15a of a sample 15; and a signal processor 50 processing an intensity signal representing the intensity of the fluorescent light 21 detected by the superconducting single photon detector 30, the signal processor 50 having a correlator 55 obtaining at least either one of an autocorrelation function and a cross-correlation function of the intensity signal of the fluorescent light 21.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、蛍光相関分光装置に関する。   The present invention relates to a fluorescence correlation spectrometer.

細胞や溶液の中の分子などの材料の相関を測定するために、蛍光相関分光装置が用いられている。蛍光相関分光装置とは、細胞や溶液の中の分子などの材料に標識された蛍光材料から放射される蛍光光を光検出器で検出して、光検出器で検出された蛍光光の強度信号の自己相関関数および相互相関関数の少なくとも1つを得ることによって、測定領域に含まれる分子などの材料の数及び大きさ、並びに複数の分子どうしの相互作用などを求める装置である。この蛍光相関分光装置における蛍光光の光検出器として、アバランシェフォトダイオード(APD)が用いられていた(特許文献1、非特許文献1を参照)。   In order to measure the correlation of materials such as cells and molecules in a solution, a fluorescence correlation spectroscopic device is used. A fluorescence correlation spectrometer is an intensity signal of fluorescent light detected by a photodetector that detects fluorescent light emitted from a fluorescent material labeled with a material such as a molecule in a cell or solution. By obtaining at least one of the autocorrelation function and the cross-correlation function, the number and size of materials such as molecules included in the measurement region, the interaction between a plurality of molecules, and the like are obtained. An avalanche photodiode (APD) has been used as a photodetector for fluorescent light in this fluorescence correlation spectroscopic apparatus (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

特開2005−43278号公報JP-A-2005-43278

R.Rigler、外3名、「Fluorescence correlation spectroscopy with high count rate and low background: analysis of translational diffusion」、European Biophysics Journal、Springer-Verlag、1993年8月、第22巻、p.169-175R. Rigler, 3 others, "Fluorescence correlation spectroscopy with high count rate and low background: analysis of translational diffusion", European Biophysics Journal, Springer-Verlag, August 1993, Vol. 22, p.169-175

しかし、アバランシェフォトダイオードでは、アフターパルスと呼ばれる好ましくないノイズが発生する。このアフターパルスは、アバランシェ現象の最中にバンドギャップ内のエネルギー準位に捕獲された電荷キャリアによって引き起こされると考えられている。アフターパルスは、典型的には、光子検出から数100ナノ秒(サブマイクロ秒)後に現れる。このアフターパルスのため、アバランシェフォトダイオードを備える蛍光相関分光装置では材料の相関を正確に測定することができない、という課題があった。   However, in the avalanche photodiode, an undesirable noise called an after pulse is generated. This after-pulse is thought to be caused by charge carriers trapped in the energy level in the band gap during the avalanche phenomenon. Afterpulses typically appear several hundred nanoseconds (submicroseconds) after photon detection. Due to this after-pulse, there has been a problem that the correlation of materials cannot be accurately measured with a fluorescence correlation spectrometer equipped with an avalanche photodiode.

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、材料の相関を正確に測定することができる蛍光相関分光装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fluorescence correlation spectrometer capable of accurately measuring the correlation of materials without being affected by the afterpulse of an avalanche photodiode. It is to be.

本発明の蛍光相関分光装置は、試料に含まれる材料から放射された蛍光光の強度の時間変化を検出する超伝導単一光子検出器と、超伝導単一光子検出器によって検出された蛍光光の強度を示す強度信号を処理する信号処理部とを備え、信号処理部は蛍光光の強度信号の自己相関関数及び相互相関関数の少なくとも1つを得る相関器を有する。なお、本明細書において、蛍光相関分光装置は、蛍光相関分光法(FCS)を利用した装置だけでなく、蛍光相互相関分光法(FCCS)を利用した装置も含む。   The fluorescence correlation spectroscopic device of the present invention includes a superconducting single photon detector that detects temporal changes in the intensity of fluorescent light emitted from a material contained in a sample, and fluorescent light detected by the superconducting single photon detector. A signal processing unit that processes an intensity signal indicating the intensity of the light, and the signal processing unit includes a correlator that obtains at least one of an autocorrelation function and a cross-correlation function of the intensity signal of fluorescent light. In this specification, the fluorescence correlation spectroscopy apparatus includes not only an apparatus using fluorescence correlation spectroscopy (FCS) but also an apparatus using fluorescence cross correlation spectroscopy (FCCS).

本発明の蛍光相関分光装置では、試料に含まれる材料から放射された蛍光光の強度の時間変化を検出するために、超伝導単一光子検出器が用いられている。超伝導単一光子検出器は、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスを発生しない。そのため、本発明の蛍光相関分光装置によれば、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、材料の相関を正確に測定することができる。   In the fluorescence correlation spectroscopic apparatus of the present invention, a superconducting single photon detector is used to detect temporal changes in the intensity of fluorescent light emitted from a material contained in a sample. Superconducting single photon detectors do not generate afterpulses of avalanche photodiodes. Therefore, according to the fluorescence correlation spectroscopic apparatus of the present invention, the correlation of materials can be accurately measured without being affected by the afterpulse of the avalanche photodiode.

実施の形態1に係る蛍光相関分光装置の模式図である。1 is a schematic diagram of a fluorescence correlation spectroscopy apparatus according to Embodiment 1. FIG. (A)は、第1の蛍光光が入射する側から平面視した、実施の形態1における第1の超伝導単一光子検出器の模式図である。(B)は、実施の形態1における第1の超伝導単一光子検出器の、図2(A)に示す断面線IIB−IIBにおける概略断面図である。(A) is the schematic diagram of the 1st superconducting single photon detector in Embodiment 1 planarly viewed from the side into which the 1st fluorescence light enters. (B) is a schematic sectional view of the first superconducting single photon detector according to the first embodiment, taken along a sectional line IIB-IIB shown in FIG. 2 (A). 図1に示す領域IIIの拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram of the area | region III shown in FIG. (A)は、光照射領域に含まれる材料の分子量が小さい場合に、実施の形態1に係る蛍光相関分光装置によって検出される蛍光光強度の一例を示す図である。(B)は、光照射領域に含まれる材料の分子量が大きい場合に、実施の形態1に係る蛍光相関分光装置によって検出される蛍光光強度の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the fluorescence light intensity detected by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus which concerns on Embodiment 1 when the molecular weight of the material contained in a light irradiation area | region is small. (B) is a figure which shows an example of the fluorescence light intensity detected by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus which concerns on Embodiment 1 when the molecular weight of the material contained in a light irradiation area | region is large. (A)は、光照射領域に含まれる材料の数が少ない場合に、実施の形態1に係る蛍光相関分光装置によって検出される蛍光光強度の一例を示す図である。(B)は、光照射領域に含まれる材料の数が多い場合に、実施の形態1に係る蛍光相関分光装置によって検出される蛍光光強度の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the fluorescence light intensity detected by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus which concerns on Embodiment 1, when there are few materials contained in a light irradiation area | region. (B) is a figure which shows an example of the fluorescence light intensity detected by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus which concerns on Embodiment 1 when there are many materials contained in a light irradiation area | region. 実施の形態1に係る蛍光相関分光装置によって得られる蛍光光の強度信号の自己相関関数の一例のグラフを示す図である。6 is a graph showing an example of an autocorrelation function of an intensity signal of fluorescent light obtained by the fluorescence correlation spectroscopic device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る蛍光相関分光装置と比較例のアバランシェフォトダイオードを用いた蛍光相関分光装置とによって得られた、ローダミンBの蛍光光の強度信号の自己相関関数を表すグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph showing the autocorrelation function of the intensity signal of the fluorescence light of rhodamine B obtained by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus which concerns on Embodiment 1, and the fluorescence correlation spectroscopy apparatus using the avalanche photodiode of the comparative example. . 実施の形態1に係る蛍光相関分光装置と比較例のアバランシェフォトダイオードを用いた蛍光相関分光装置とによって得られた、ローダミン6Gの蛍光光の強度信号の自己相関関数の、10−2マイクロ秒以上10マイクロ秒以下の時間領域における、全体のグラフを示す図である。10 −2 microseconds or more of the autocorrelation function of the intensity signal of the fluorescent light of rhodamine 6G obtained by the fluorescence correlation spectrometer according to the first embodiment and the fluorescence correlation spectrometer using the avalanche photodiode of the comparative example at 10 2 microseconds or less in the time domain, it shows the overall graph. 実施の形態1に係る蛍光相関分光装置と比較例のアバランシェフォトダイオードを用いた蛍光相関分光装置とによって得られた、ローダミン6Gの蛍光光の強度信号の自己相関関数の、相関関数値が1.00付近のグラフを示す図である。The correlation function value of the autocorrelation function of the intensity signal of the fluorescent light of rhodamine 6G obtained by the fluorescence correlation spectrometer according to the first embodiment and the fluorescence correlation spectrometer using the avalanche photodiode of the comparative example is 1. It is a figure which shows the graph of 00 vicinity. (A)は、第1の蛍光光が入射する側から平面視した、実施の形態1の変形例における第1の超伝導単一光子検出器の模式図である。(B)は、実施の形態1の変形例における第1の超伝導単一光子検出器の、図10(A)に示す断面線XB−XBにおける概略断面図である。(A) is the schematic diagram of the 1st superconducting single photon detector in the modification of Embodiment 1 planarly viewed from the side into which the 1st fluorescence light enters. FIG. 10B is a schematic cross-sectional view of the first superconducting single photon detector in the modification of the first embodiment, taken along a cross-sectional line XB-XB shown in FIG. 実施の形態2に係る蛍光相関分光装置の模式図である。6 is a schematic diagram of a fluorescence correlation spectroscopic device according to Embodiment 2. FIG. 図11に示す領域XIIの拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram of the area | region XII shown in FIG. (A)は、実施の形態2に係る蛍光相関分光装置によって検出される蛍光光強度の一例を示す図である。(B)は、図13(A)に示す領域XIIIBの拡大模式図である。(A) is a figure which shows an example of the fluorescence light intensity detected by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. FIG. 13B is an enlarged schematic diagram of a region XIIIB shown in FIG. 実施の形態2に係る蛍光相関分光装置によって得られる蛍光光の強度信号の自己相関関数の一例のグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph of an example of the autocorrelation function of the intensity | strength signal of the fluorescence light obtained by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る蛍光相関分光装置の測定対象物である材料(Qロッド)の写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the material (Q rod) which is a measuring object of the fluorescence correlation spectroscopy apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る蛍光相関分光装置とアバランシェフォトダイオードを用いた蛍光相関分光装置とによって得られた、Qロッドの蛍光光の強度信号の自己相関関数を表すグラフを示す図の拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view showing a graph representing an autocorrelation function of an intensity signal of fluorescent light of a Q rod obtained by a fluorescence correlation spectroscopy apparatus according to Embodiment 2 and a fluorescence correlation spectroscopy apparatus using an avalanche photodiode. . 実施の形態3に係る蛍光相関分光装置の模式図である。6 is a schematic diagram of a fluorescence correlation spectroscopic device according to Embodiment 3. FIG. 図17に示す領域XVIIIの拡大模式図である。It is an expansion schematic diagram of the area | region XVIII shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。特に説明しない限り、同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Unless otherwise described, the same reference numerals are given to the same components and the description will not be repeated.

(実施の形態1)
図1から図3を参照して、実施の形態1に係る蛍光相関分光装置1を説明する。
(Embodiment 1)
With reference to FIG. 1 to FIG. 3, a fluorescence correlation spectroscopy apparatus 1 according to Embodiment 1 will be described.

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置1は、光学系20と、第1の超伝導単一光子検出器(SSPD)30と、冷凍機40と、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光21の強度を示す強度信号を処理する信号処理部50とを備えている。   The fluorescence correlation spectroscopy device 1 according to the present embodiment includes an optical system 20, a first superconducting single photon detector (SSPD) 30, a refrigerator 40, and a first superconducting single photon detector 30. And a signal processing unit 50 for processing an intensity signal indicating the intensity of the first fluorescent light 21 detected by.

光学系20は、第1の材料15aを含む試料15に第1の励起光11を入射させる第1の光学系と、第1の材料15aから放射される第1の蛍光光21を第1の超伝導単一光子検出器30に入射させる第2の光学系とを含む。第1の材料15aは、蛍光材料、または、蛍光材料で標識された材料であってもよい。本実施の形態において、第1の材料15aとして、蛍光材料で標識された分子、蛍光材料で標識されたたんぱく質、蛍光材料で標識された細胞を例示することができる。   The optical system 20 includes a first optical system that causes the first excitation light 11 to be incident on the sample 15 including the first material 15a, and a first fluorescent light 21 that is emitted from the first material 15a. And a second optical system incident on the superconducting single photon detector 30. The first material 15a may be a fluorescent material or a material labeled with a fluorescent material. In the present embodiment, examples of the first material 15a include molecules labeled with a fluorescent material, proteins labeled with a fluorescent material, and cells labeled with a fluorescent material.

第1の光学系は、第1の光源10と、対物レンズ14とを含む。第1の光学系は、第1のフィルタ12と、第1の波長選択素子13とをさらに含んでいてもよい。   The first optical system includes a first light source 10 and an objective lens 14. The first optical system may further include a first filter 12 and a first wavelength selection element 13.

第1の光源10は、試料15に含まれる第1の材料15aを基底状態から励起状態に励起するための第1の励起光11を出射する。本実施の形態では、第1の光源10はレーザであり、第1の励起光11はレーザ光である。第1の光源10は、レーザに限られない。   The first light source 10 emits first excitation light 11 for exciting the first material 15a included in the sample 15 from the ground state to the excited state. In the present embodiment, the first light source 10 is a laser, and the first excitation light 11 is a laser beam. The first light source 10 is not limited to a laser.

第1のフィルタ12によって、第1の材料15aを含む試料15に照射される第1の励起光11の強度が調整される。第1のフィルタ12として、NDフィルタを例示することができる。   The intensity | strength of the 1st excitation light 11 irradiated to the sample 15 containing the 1st material 15a by the 1st filter 12 is adjusted. An example of the first filter 12 is an ND filter.

第1の波長選択素子13は、第1の励起光11を反射し、試料15に含まれる第1の材料15aから放射される第1の蛍光光21を透過する性質を有する。第1の波長選択素子13として、ダイクロイックミラーを例示することができる。第1の波長選択素子13によって、第1の励起光11は反射されて、対物レンズ14に向けられる。   The first wavelength selection element 13 has a property of reflecting the first excitation light 11 and transmitting the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15 a included in the sample 15. An example of the first wavelength selection element 13 is a dichroic mirror. The first excitation light 11 is reflected by the first wavelength selection element 13 and directed to the objective lens 14.

対物レンズ14によって、第1の励起光11は試料15に集光される。図2を参照して、第1の材料15aを含む試料15において、第1の励起光11は集光領域11aに集光される。第1の励起光11は、対物レンズ14によって、試料15において第1の励起光11の回折限界まで絞り込まれてもよい。試料15において第1の励起光11を狭い集光領域11aに集光することによって、集光領域11aに含まれる試料15の量を、例えば、フェムトリットル(10−15L)程度とすることができる。対物レンズ14を用いて第1の励起光11を集光することによって、微小な測定領域を得ることができる。 The first excitation light 11 is condensed on the sample 15 by the objective lens 14. Referring to FIG. 2, in the sample 15 including the first material 15a, the first excitation light 11 is condensed on the condensing region 11a. The first excitation light 11 may be narrowed down to the diffraction limit of the first excitation light 11 in the sample 15 by the objective lens 14. By condensing the first excitation light 11 in the sample 15 in the narrow condensing region 11a, the amount of the sample 15 included in the condensing region 11a may be set to about femtoliter (10 −15 L), for example. it can. By collecting the first excitation light 11 using the objective lens 14, a minute measurement region can be obtained.

第2の光学系は、第1の共焦点光学系22を含む。本実施の形態では、第1の共焦点光学系22は、第1のレンズ23と第1の光ファイバ24とを有する。第1の共焦点光学系22は、ピンホールのような他の光学要素によって構成されていてもよい。第2の光学系は、対物レンズ14と、第1の波長選択素子13と、第2のフィルタ26と、第1の屈折率分布型レンズ25とをさらに含んでいてもよい。   The second optical system includes a first confocal optical system 22. In the present embodiment, the first confocal optical system 22 includes a first lens 23 and a first optical fiber 24. The first confocal optical system 22 may be constituted by another optical element such as a pinhole. The second optical system may further include an objective lens 14, a first wavelength selection element 13, a second filter 26, and a first gradient index lens 25.

第1の材料15aから放射される第1の蛍光光21は、対物レンズ14によって集められる。対物レンズ14を透過して第1の波長選択素子13に入射する光には、第1の蛍光光21と試料15において反射または散乱された第1の励起光11とが含まれる。第1の波長選択素子13によって、試料15において反射または散乱された第1の励起光11は反射され、第1の蛍光光21のみが第1の波長選択素子13を透過する。   The first fluorescent light 21 emitted from the first material 15 a is collected by the objective lens 14. The light that passes through the objective lens 14 and enters the first wavelength selection element 13 includes the first fluorescent light 21 and the first excitation light 11 reflected or scattered by the sample 15. The first wavelength selective element 13 reflects the first excitation light 11 reflected or scattered by the sample 15, and only the first fluorescent light 21 passes through the first wavelength selective element 13.

第1の波長選択素子13を透過した第1の蛍光光21は、第2のフィルタ26に入射される。第2のフィルタ26によって、第1の超伝導単一光子検出器30に入射させる必要のない光が除去される。第2のフィルタ26として、帯域通過フィルタを例示することができる。   The first fluorescent light 21 transmitted through the first wavelength selection element 13 is incident on the second filter 26. The second filter 26 removes light that does not need to be incident on the first superconducting single photon detector 30. An example of the second filter 26 is a band pass filter.

第2のフィルタ26を透過した第1の蛍光光21は、第1の共焦点光学系22に入射する。第1の蛍光光21は第1のレンズ23によって集光されて、第1の光ファイバ24の入射端24fに入射する。第1のレンズ23によって集光された第1の蛍光光21のうち、第1の光ファイバ24のコアに光学的に結合することができる光だけが、第1の光ファイバ24内を伝搬することができる。第1のレンズ23によって集光された第1の蛍光光21のうち、第1の光ファイバ24のコアに光学的に結合することができない光は、第1の光ファイバ24のコア内を伝搬することができない。そのため、第1の光ファイバ24の入射端24fは、ピンホールのように作用する。第1のレンズ23と第1の光ファイバ24とを有する第1の共焦点光学系22は、対物レンズ14の焦点位置にある第1の材料15aから放射された第1の蛍光光21以外の光が、第1の光ファイバ24を伝搬することを防ぐ。第1の光ファイバ24として、62.5μmの直径のコアを有するマルチモードファイバを例示することができる。   The first fluorescent light 21 transmitted through the second filter 26 is incident on the first confocal optical system 22. The first fluorescent light 21 is collected by the first lens 23 and enters the incident end 24 f of the first optical fiber 24. Of the first fluorescent light 21 collected by the first lens 23, only light that can be optically coupled to the core of the first optical fiber 24 propagates in the first optical fiber 24. be able to. Of the first fluorescent light 21 collected by the first lens 23, light that cannot be optically coupled to the core of the first optical fiber 24 propagates in the core of the first optical fiber 24. Can not do it. Therefore, the incident end 24f of the first optical fiber 24 acts like a pinhole. The first confocal optical system 22 having the first lens 23 and the first optical fiber 24 is other than the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15 a at the focal position of the objective lens 14. Light is prevented from propagating through the first optical fiber 24. An example of the first optical fiber 24 is a multimode fiber having a core with a diameter of 62.5 μm.

第1の光ファイバ24は、冷凍機40の外部から冷凍機40の内部に延在している。第1の光ファイバ24によって、冷凍機40の外部に位置する試料15中の第1の材料15aから放射された第1の蛍光光21を、冷凍機40の内部に位置する第1の超伝導単一光子検出器30に、高い効率で光学的に結合させることができる。   The first optical fiber 24 extends from the outside of the refrigerator 40 to the inside of the refrigerator 40. The first optical fiber 24 causes the first fluorescent light 21 radiated from the first material 15 a in the sample 15 located outside the refrigerator 40, to the first superconductivity located inside the refrigerator 40. The single photon detector 30 can be optically coupled with high efficiency.

第1の光ファイバ24の出射端に第1の屈折率分布型レンズ25が設けられる。第1の光ファイバ24を伝搬した第1の蛍光光21は第1の屈折率分布型レンズ25によって、第1の超伝導単一光子検出器30上に集光される。第1の屈折率分布型レンズ25によって、試料15中の第1の材料15aから放射された第1の蛍光光21を、第1の超伝導単一光子検出器30に、高い効率で光学的に結合させることができる。   A first gradient index lens 25 is provided at the exit end of the first optical fiber 24. The first fluorescent light 21 propagating through the first optical fiber 24 is condensed on the first superconducting single photon detector 30 by the first gradient index lens 25. The first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a in the sample 15 is optically transmitted to the first superconducting single photon detector 30 by the first gradient index lens 25 with high efficiency. Can be combined.

第1の超伝導単一光子検出器30は、試料15に含まれる第1の材料15aから放射された第1の蛍光光21の強度の時間変化を検出して、第1の蛍光光21の強度を示す第1の強度信号を信号処理部50に出力する。本実施の形態では、第1の超伝導単一光子検出器30は、基板31と、ミラー32と、誘電体層33と、超伝導細線34と、パッド電極35とを有する。第1の超伝導単一光子検出器30は、冷凍機40によって、超伝導細線34の超伝導転移温度T以下の温度に冷却される。 The first superconducting single-photon detector 30 detects a temporal change in the intensity of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15 a included in the sample 15, and detects the first fluorescent light 21. A first intensity signal indicating the intensity is output to the signal processing unit 50. In the present embodiment, the first superconducting single photon detector 30 includes a substrate 31, a mirror 32, a dielectric layer 33, a superconducting thin wire 34, and a pad electrode 35. The first superconducting single photon detector 30 is cooled by the refrigerator 40 to a temperature not higher than the superconducting transition temperature Tc of the superconducting wire 34.

本実施の形態では、基板31として、シリコン基板が用いられている。基板31の材料はシリコンに限られない。   In the present embodiment, a silicon substrate is used as the substrate 31. The material of the substrate 31 is not limited to silicon.

基板31上にミラー32が設けられる。ミラー32は、基板31と超伝導細線34との間に設けられている。本実施の形態では、ミラー32は、波長400nm〜1000nmの範囲で99%以上の反射率を示す誘電体多層膜を有している。ミラー32は、誘電体多層膜に限られない。ミラー32は、50%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上の反射率を有していてもよい。ミラー32は、基板31と超伝導細線34との間に位置する。ミラー32は、超伝導細線34で吸収されなかった第1の蛍光光21を超伝導細線34に向けて反射する。   A mirror 32 is provided on the substrate 31. The mirror 32 is provided between the substrate 31 and the superconducting thin wire 34. In the present embodiment, the mirror 32 has a dielectric multilayer film that exhibits a reflectance of 99% or more in a wavelength range of 400 nm to 1000 nm. The mirror 32 is not limited to a dielectric multilayer film. The mirror 32 may have a reflectance of 50% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more. The mirror 32 is located between the substrate 31 and the superconducting thin wire 34. The mirror 32 reflects the first fluorescent light 21 that has not been absorbed by the superconducting thin wire 34 toward the superconducting thin wire 34.

ミラー32上に誘電体層33が設けられる。本実施の形態では、高周波スパッタ法によって、ミラー32上に誘電体層33が堆積される。他の堆積法によってミラー32上に誘電体層33を形成してもよい。本実施の形態では、誘電体層33として、二酸化シリコンが用いられている。誘電体層33の材料は、二酸化シリコンに限られず、第1の蛍光光21に対する光吸収率が低い誘電体材料であってもよい。誘電体層33は、超伝導細線34とミラー32との間に光共振器36が形成されるような厚さを有することが好ましい。言い換えると、超伝導細線34とミラー32とは光共振器36を構成することが好ましい。超伝導細線34とミラー32とが光共振器36を構成することによって、第1の蛍光光21は超伝導細線34により一層吸収されやすくなる。そのため、本実施の形態の蛍光相関分光装置1によれば、第1の超伝導単一光子検出器30の検出効率をさらに向上させることができる。超伝導細線34とミラー32とが光共振器36を構成するように、誘電体層33は厚さd33=λ/4nを有することが好ましい。ここで、nは誘電体層33の屈折率、λは第1の蛍光光21の波長を表す。誘電体層33の厚さは、例えば100nmである。 A dielectric layer 33 is provided on the mirror 32. In the present embodiment, the dielectric layer 33 is deposited on the mirror 32 by high frequency sputtering. The dielectric layer 33 may be formed on the mirror 32 by other deposition methods. In the present embodiment, silicon dioxide is used as the dielectric layer 33. The material of the dielectric layer 33 is not limited to silicon dioxide, and may be a dielectric material having a low light absorption rate with respect to the first fluorescent light 21. The dielectric layer 33 preferably has such a thickness that an optical resonator 36 is formed between the superconducting thin wire 34 and the mirror 32. In other words, the superconducting thin wire 34 and the mirror 32 preferably constitute an optical resonator 36. Since the superconducting thin wire 34 and the mirror 32 constitute the optical resonator 36, the first fluorescent light 21 is more easily absorbed by the superconducting thin wire 34. Therefore, according to the fluorescence correlation spectroscopy device 1 of the present embodiment, the detection efficiency of the first superconducting single photon detector 30 can be further improved. The dielectric layer 33 preferably has a thickness d 33 = λ / 4n so that the superconducting thin wire 34 and the mirror 32 constitute an optical resonator 36. Here, n represents the refractive index of the dielectric layer 33, and λ represents the wavelength of the first fluorescent light 21. The thickness of the dielectric layer 33 is, for example, 100 nm.

基板31上に超伝導細線34とパッド電極35とが設けられる。基板31上に超伝導細線34が設けられるとは、超伝導細線34が基板31に直接接しないことを含む。本実施の形態では、誘電体層33上に超伝導細線34とパッド電極35とが設けられる。本実施の形態では、超伝導細線34とパッド電極35とは、窒化ニオブ(NbN)を主に含む。超伝導細線34の材料は窒化ニオブに限られない。超伝導細線34の材料として、ニオブ(Nb)、MgB(二ホウ化マグネシウム)、イットリウム系の銅酸化物超電導材料、ビスマス系の銅酸化物超電導材料など、超伝導を示すいかなる材料を使用してもよい。 A superconducting thin wire 34 and a pad electrode 35 are provided on the substrate 31. The provision of the superconducting thin wire 34 on the substrate 31 includes the fact that the superconducting thin wire 34 is not in direct contact with the substrate 31. In the present embodiment, superconducting thin wires 34 and pad electrodes 35 are provided on dielectric layer 33. In the present embodiment, the superconducting thin wire 34 and the pad electrode 35 mainly contain niobium nitride (NbN). The material of the superconducting thin wire 34 is not limited to niobium nitride. As the material of the superconducting thin wire 34, any material exhibiting superconductivity such as niobium (Nb), MgB 2 (magnesium diboride), yttrium-based copper oxide superconducting material, bismuth-based copper oxide superconducting material is used. May be.

本実施の形態では、直流反応性スパッタ法によって、誘電体層33上に窒化ニオブ膜を形成する。その後、電子線リソグラフィと反応性イオンエッチングによって、窒化ニオブ膜をパターニングして、超伝導細線34とパッド電極35とを形成する。他の方法によって、超伝導細線34及びパッド電極35を形成してもよい。   In the present embodiment, a niobium nitride film is formed on the dielectric layer 33 by direct current reactive sputtering. Thereafter, the niobium nitride film is patterned by electron beam lithography and reactive ion etching to form superconducting thin wires 34 and pad electrodes 35. The superconducting thin wire 34 and the pad electrode 35 may be formed by other methods.

超伝導細線34における第1の蛍光光21の検出効率を向上させるために、本実施の形態の超伝導細線34は、第1の蛍光光21の入射方向から見たときに、蛇行した形状(メアンダ形状)を有している。第1の蛍光光21の入射方向から見たときの超伝導細線34の形状は、他の形状であってもよい。   In order to improve the detection efficiency of the first fluorescent light 21 in the superconducting thin wire 34, the superconducting thin wire 34 of the present embodiment has a meandering shape when viewed from the incident direction of the first fluorescent light 21 ( Meander shape). The shape of the superconducting thin wire 34 when viewed from the incident direction of the first fluorescent light 21 may be other shapes.

第1の超伝導単一光子検出器30における検出効率を向上させるために、第1の蛍光光21を第1の超伝導単一光子検出器30に高効率で光学的に結合させる必要がある。そのため、超伝導細線34の外周37の形状は、超伝導細線34上における第1の蛍光光21の断面形状と相似であることが好ましい。また、超伝導細線34の外周37は、超伝導細線34上における第1の蛍光光21の断面よりも大きいことが好ましい。具体的には、本実施の形態の超伝導細線34は、直径35μmの円の形状である外周37を有している。第1の屈折率分布型レンズ25によって集光された第1の蛍光光21の超伝導細線34上における断面も円の形状を有している。超伝導細線34の外周37の形状は、第1の屈折率分布型レンズ25によって集光された第1の蛍光光21の超伝導細線34上における断面形状と相似である。そのため、第1の蛍光光21を、高効率で超伝導細線34に光学的に結合させることができる。また、第1の屈折率分布型レンズ25によって集光された第1の蛍光光21は、超伝導細線34上において、28μmの直径を有している。超伝導細線34の外周37は、超伝導細線34上における第1の蛍光光21の断面よりも大きい。そのため、第1の蛍光光21を、高効率で超伝導細線34に光学的に結合させることができる。超伝導細線34の外周形状は、円形以外の任意の形状であってもよい。   In order to improve the detection efficiency in the first superconducting single photon detector 30, it is necessary to optically couple the first fluorescent light 21 to the first superconducting single photon detector 30 with high efficiency. . Therefore, the shape of the outer periphery 37 of the superconducting thin wire 34 is preferably similar to the cross-sectional shape of the first fluorescent light 21 on the superconducting thin wire 34. Moreover, it is preferable that the outer periphery 37 of the superconducting thin wire 34 is larger than the cross section of the first fluorescent light 21 on the superconducting thin wire 34. Specifically, the superconducting thin wire 34 of the present embodiment has an outer periphery 37 that is a circle having a diameter of 35 μm. The cross section of the first fluorescent light 21 condensed by the first gradient index lens 25 on the superconducting thin wire 34 also has a circular shape. The shape of the outer periphery 37 of the superconducting thin wire 34 is similar to the cross-sectional shape of the first fluorescent light 21 collected by the first gradient index lens 25 on the superconducting thin wire 34. Therefore, the first fluorescent light 21 can be optically coupled to the superconducting thin wire 34 with high efficiency. Further, the first fluorescent light 21 condensed by the first gradient index lens 25 has a diameter of 28 μm on the superconducting thin wire 34. The outer periphery 37 of the superconducting thin wire 34 is larger than the cross section of the first fluorescent light 21 on the superconducting thin wire 34. Therefore, the first fluorescent light 21 can be optically coupled to the superconducting thin wire 34 with high efficiency. The outer peripheral shape of the superconducting thin wire 34 may be any shape other than a circle.

本実施の形態では、超伝導細線34は10.5nmの厚さと150nmの幅wSCとを有している。隣接する超伝導細線34どうしが100nmの間隙GSCを空けて、超伝導細線34は蛇行している(図2(A)、図2(B)を参照)。超伝導細線34の厚さ、幅、間隙は、これらの値に限られない。 In the present embodiment, the superconducting thin wire 34 has a thickness of 10.5 nm and a width w SC of 150 nm. And if the adjacent superconductive fine wires 34 spaced the 100nm gap G SC, superconducting thin lines 34 are meandering (see FIG. 2 (A), the FIG. 2 (B)). The thickness, width and gap of the superconducting thin wire 34 are not limited to these values.

第1の超伝導単一光子検出器30の動作について説明する。
冷凍機40によって、第1の超伝導単一光子検出器30を超伝導細線34の超伝導転移温度T以下に冷却する。その後、パッド電極35から超伝導細線34に、超伝導臨界電流密度Iよりも小さな電流密度を有するバイアス電流Iを印加する。バイアス電流Iの電流密度は超伝導臨界電流密度Iよりもわずかに小さいため、超伝導細線34は超伝導状態にある。そのため、超伝導細線34はゼロである電気抵抗を有し、一対のパッド電極35間にゼロの電圧が発生する。
The operation of the first superconducting single photon detector 30 will be described.
The refrigerator 40 cools the first superconducting single photon detector 30 to a superconducting transition temperature Tc of the superconducting wire 34 or lower. Thereafter, the superconducting fine wires 34 from the pad electrode 35, for applying a bias current I b having a smaller current density than a superconducting critical current density I c. Since the current density of the bias current I b is slightly smaller than the superconducting critical current density I c, the superconducting fine wires 34 is in a superconducting state. Therefore, the superconducting thin wire 34 has an electric resistance which is zero, and a zero voltage is generated between the pair of pad electrodes 35.

ここで、超伝導ギャップエネルギーよりも大きいエネルギーの単一光子が入射すると、単一光子が超伝導細線34の一部に吸収される。超伝導細線34における単一光子が吸収された領域の温度が局所的に上昇し、この局所的に温度が上昇した領域(ホットスポット領域)は常伝導状態となる。バイアス電流Iは、ホットスポット領域を迂回して超伝導細線34中を流れる。ホットスポット領域以外の領域のバイアス電流Iの電流密度が超伝導臨界電流密度Iを越えるため、常伝導領域がホットスポット領域を含む超伝導細線34の幅方向全体に広がる。そのため、超伝導細線34はゼロより大きな電気抵抗を有し、一対のパッド電極35間にゼロより大きな電圧が発生する。 Here, when a single photon having an energy larger than the superconducting gap energy is incident, the single photon is absorbed by a part of the superconducting thin wire 34. The temperature of the region where the single photon is absorbed in the superconducting thin wire 34 is locally increased, and the region where the temperature is locally increased (hot spot region) is in a normal conduction state. Bias current I b flows through the superconducting fine wires 34 medium to bypass the hot spot area. Since the current density of the bias current I b in the region other than the hot spot region exceeds a superconducting critical current density I c, the normal conducting region is spread throughout the width direction of the superconducting fine wires 34 including the hot spot region. Therefore, the superconducting thin wire 34 has an electric resistance larger than zero, and a voltage larger than zero is generated between the pair of pad electrodes 35.

第1の超伝導単一光子検出器30は冷凍機40によって冷却されているため、ホットスポット領域の温度はすぐに下がり、超伝導細線34は超伝導状態に戻る。超伝導細線34が超伝導状態に戻ると、一対のパッド電極35間にゼロの電圧が発生する。   Since the first superconducting single-photon detector 30 is cooled by the refrigerator 40, the temperature of the hot spot region immediately decreases, and the superconducting wire 34 returns to the superconducting state. When the superconducting thin wire 34 returns to the superconducting state, zero voltage is generated between the pair of pad electrodes 35.

その結果、単一光子が第1の超伝導単一光子検出器30に入射したことを、一対のパッド電極35間に発生する1つの電圧パルス(強度信号)として観測することができる。第1の超伝導単一光子検出器30では、アバランシェフォトダイオードにおけるアフターパルスは発生しない。第1の超伝導単一光子検出器30によって、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、第1の蛍光光21の強度の変化を正確に測定することができる。第1の超伝導単一光子検出器30に印加するバイアス電流Iの電流密度を超伝導臨界電流密度Iにまで近づけるほど、第1の超伝導単一光子検出器30による単一光子の検出効率をより一層高めることができる。第1の超伝導単一光子検出器30は30%以上の検出効率、より好ましくは40%以上の検出効率、さらに好ましくは70%以上の検出効率を有していてもよい。 As a result, the fact that a single photon has entered the first superconducting single photon detector 30 can be observed as one voltage pulse (intensity signal) generated between the pair of pad electrodes 35. In the first superconducting single photon detector 30, no afterpulse is generated in the avalanche photodiode. The first superconducting single photon detector 30 can accurately measure the change in intensity of the first fluorescent light 21 without being affected by the afterpulse of the avalanche photodiode. The first current density of the bias current I b applied to the superconducting single-photon detector 30 is brought closer to the superconducting critical current density I c, of a single photon of the first superconducting single-photon detectors 30 The detection efficiency can be further increased. The first superconducting single photon detector 30 may have a detection efficiency of 30% or more, more preferably a detection efficiency of 40% or more, and even more preferably a detection efficiency of 70% or more.

信号処理部50は、第1の相関器55を有する。信号処理部50は、第1の低ノイズ増幅器51と、第1のコンパレータ52とをさらに有していてもよい。   The signal processing unit 50 includes a first correlator 55. The signal processing unit 50 may further include a first low noise amplifier 51 and a first comparator 52.

第1の低ノイズ増幅器51は、第1の超伝導単一光子検出器30によって得られた第1の蛍光光21の強度を示す強度信号を、低いノイズで増幅する回路である。   The first low noise amplifier 51 is a circuit that amplifies an intensity signal indicating the intensity of the first fluorescent light 21 obtained by the first superconducting single photon detector 30 with low noise.

第1のコンパレータ52は、第1の超伝導単一光子検出器30によって得られた第1の蛍光光21の強度を示す強度信号を、トランジスタ−トランジスタ論理(TTL)信号に変換する回路である。第1のコンパレータ52は、第1の超伝導単一光子検出器30によって得られた第1の蛍光光21の強度を示す強度信号を、他の信号に変換する回路であってもよい。   The first comparator 52 is a circuit that converts an intensity signal indicating the intensity of the first fluorescent light 21 obtained by the first superconducting single photon detector 30 into a transistor-transistor logic (TTL) signal. . The first comparator 52 may be a circuit that converts an intensity signal indicating the intensity of the first fluorescent light 21 obtained by the first superconducting single photon detector 30 into another signal.

第1の相関器55は、第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数を得る回路である。第1の相関器55では、第1の蛍光光21の強度に対して、式(1)で表される演算を行う。   The first correlator 55 is a circuit that obtains an autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21. The first correlator 55 performs the calculation represented by the equation (1) on the intensity of the first fluorescent light 21.

ここで、I(t)は時間tにおける第1の蛍光光21の強度信号を表し、<I(t)>は第1の蛍光光21の強度信号の時間平均を表し、τは相関時間を表し、G11(τ)は第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数を表す。第1の相関器55として、デジタル相関器を例示することができる。 Here, I 1 (t) represents the intensity signal of the first fluorescent light 21 at time t, <I 1 (t)> represents the time average of the intensity signal of the first fluorescent light 21, and τ represents the correlation. G 11 (τ) represents the autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21. An example of the first correlator 55 is a digital correlator.

本実施の形態の蛍光相関分光装置1を用いた材料(第1の材料15a)の相関を測定する方法について説明する。   A method for measuring the correlation of the material (first material 15a) using the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 1 of the present embodiment will be described.

図3を参照して、溶液や細胞といった試料15の中に含まれる分子などの第1の材料15aは、ランダムな方向に並進拡散運動している(ブラウン運動)。このブラウン運動によって、第1の材料15aが微小な集光領域11aを絶えず出入りする。微小な集光領域11aに位置する第1の材料15aのみから第1の蛍光光21が放射される。そのため、微小な集光領域11aに第1の材料15aがランダムに出入りすることに応じて、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出される第1の蛍光光21の強度もランダムに揺らぐ。   Referring to FIG. 3, the first material 15a such as a molecule contained in the sample 15 such as a solution or a cell performs translational diffusion movement in a random direction (Brownian motion). By this Brownian motion, the first material 15a constantly enters and exits the minute light collection region 11a. The first fluorescent light 21 is emitted only from the first material 15a located in the minute light collection region 11a. For this reason, the intensity of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single-photon detector 30 is also randomly determined in response to the first material 15a entering and exiting the minute condensing region 11a at random. Shake.

分子などの第1の材料15aのサイズが小さく、第1の材料15aが早く拡散する場合には、第1の材料15aが集光領域11aを通過する時間が短くなる。また、分子などの第1の材料15aの周りの微小領域の粘性が小さく、第1の材料15aが早く拡散する場合にも、第1の材料15aが集光領域11aを通過する時間が短くなる。そのため、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出される第1の蛍光光21が、短い時間間隔で揺らぐ(図4(A)を参照)。これに対し、分子などの第1の材料15aのサイズが大きく、第1の材料15aがゆっくりと拡散する場合には、第1の材料15aが集光領域11aを通過する時間が長くなる。また、分子などの第1の材料15aの周りの微小領域の粘性が大きく、第1の材料15aがゆっくりと拡散する場合にも、第1の材料15aが集光領域11aを通過する時間が長くなる。そのため、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出される第1の蛍光光21が、長い時間間隔で揺らぐ(図4(B)を参照)。その結果、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光21の強度信号の時間の揺らぎには、分子などの第1の材料15aのサイズ(分子量)や、分子などの第1の材料15aの周りの微小領域の環境に関する情報が含まれている。   When the size of the first material 15a such as a molecule is small and the first material 15a diffuses quickly, the time for the first material 15a to pass through the light collection region 11a is shortened. In addition, even when the viscosity of a minute region around the first material 15a such as a molecule is small and the first material 15a diffuses quickly, the time for the first material 15a to pass through the light collection region 11a is shortened. . Therefore, the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30 fluctuates at a short time interval (see FIG. 4A). On the other hand, when the size of the first material 15a such as a molecule is large and the first material 15a diffuses slowly, the time for the first material 15a to pass through the light collection region 11a becomes long. In addition, even when the viscosity of a minute region around the first material 15a such as a molecule is large and the first material 15a diffuses slowly, the time for the first material 15a to pass through the light collection region 11a is long. Become. Therefore, the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30 fluctuates at a long time interval (see FIG. 4B). As a result, the time fluctuation of the intensity signal of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30 includes the size (molecular weight) of the first material 15a such as a molecule, The information regarding the environment of the micro area | region around the 1st material 15a, such as these is included.

集光領域11aに含まれる分子などの第1の材料15aの数が少ない場合には、集光領域11a内に第1の材料15aが存在するときと、集光領域11a内に第1の材料15aが存在しないときがある。集光領域11a内に第1の材料15aが存在するときには、第1の超伝導単一光子検出器30によって第1の蛍光光21が検出される。集光領域11a内に第1の材料15aが存在しないときには、第1の超伝導単一光子検出器30によって第1の蛍光光21が検出されない。そのため、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光21の強度信号の振幅の揺らぎは大きくなる(図5(A)を参照)。これに対し、集光領域11aに含まれる分子などの第1の材料15aの数が多い場合には、集光領域11a内に第1の材料15aが常に存在する。そして、集光領域11a内に存在する第1の材料15aの数に対する集光領域11aを出入りする第1の材料15aの数の割合は小さくなる。そのため、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光21の強度信号の振幅の揺らぎは小さくなる(図5(B)を参照)。その結果、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出される第1の蛍光光21の強度信号の振幅の揺らぎには、分子などの第1の材料15aの数に関する情報が含まれている。   When the number of the first materials 15a such as molecules included in the light collection region 11a is small, the first material 15a exists in the light collection region 11a and the first material in the light collection region 11a. There are times when 15a does not exist. When the first material 15a is present in the light collecting region 11a, the first fluorescent light 21 is detected by the first superconducting single photon detector 30. When the first material 15a is not present in the light collection region 11a, the first fluorescent light 21 is not detected by the first superconducting single photon detector 30. For this reason, the amplitude fluctuation of the intensity signal of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30 becomes large (see FIG. 5A). On the other hand, when the number of the first materials 15a such as molecules contained in the light collection region 11a is large, the first material 15a is always present in the light collection region 11a. And the ratio of the number of the 1st materials 15a which go in and out of the condensing area | region 11a with respect to the number of the 1st materials 15a which exist in the condensing area | region 11a becomes small. Therefore, the amplitude fluctuation of the intensity signal of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30 is reduced (see FIG. 5B). As a result, the fluctuation in the amplitude signal of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30 includes information on the number of first materials 15a such as molecules. Yes.

以上のように、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光21の強度信号の揺らぎには、分子などの第1の材料15aのサイズ(分子量)に関する情報、及び、第1の材料15aの周りの微小領域の環境に関する情報、並びに、分子などの第1の材料15aの数に関する情報が含まれている。第1の相関器55において、第1の蛍光光21の強度に対して式(1)で表される演算を行って、第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数を得ることによって、第1の蛍光光21の強度信号の時間の揺らぎと第1の蛍光光21の強度信号の振幅の揺らぎとを得ることができる。   As described above, the fluctuation of the intensity signal of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30 includes information on the size (molecular weight) of the first material 15a such as a molecule, And the information regarding the environment of the micro area | region around the 1st material 15a and the information regarding the number of the 1st materials 15a, such as a molecule | numerator, are contained. In the first correlator 55, the calculation represented by the equation (1) is performed on the intensity of the first fluorescent light 21 to obtain the autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21. Time fluctuation of the intensity signal of the first fluorescent light 21 and fluctuation of the amplitude of the intensity signal of the first fluorescent light 21 can be obtained.

図6に示される第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数のグラフにおいて、グラフの横軸は時間を表し、グラフの縦軸は相関関数値を表す。第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数の曲線は、ある時点に集光領域11aで検出された第1の材料15aが集光領域11aに存在する確率が時間とともに減少することを示す。   In the graph of the autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21 shown in FIG. 6, the horizontal axis of the graph represents time, and the vertical axis of the graph represents the correlation function value. The curve of the autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21 indicates that the probability that the first material 15a detected in the condensing region 11a at a certain time point exists in the condensing region 11a decreases with time. .

τは、第1の材料15bの並進拡散運動の相関時間である。相関時間τは、第1の材料15aが集光領域11aを通過する時間を表す。分子などの第1の材料15aのサイズが小さかったり、第1の材料15aの周りの微小領域の粘性が小さい場合には、第1の材料15aは早い速度で並進拡散運動するため、第1の材料15a集光領域11aを通過する時間を表す相関時間τは短くなる。これに対し、分子などの第1の材料15aのサイズが大きかったり、第1の材料15aの周りの微小領域の粘性が大きい場合には、第1の材料15aは遅い速度で並進拡散運動するため、第1の材料15a集光領域11aを通過する時間を表す相関時間τは長くなる。その結果、相関時間τから、分子などの第1の材料15aのサイズに関する情報や、第1の材料15aの周りの微小領域の環境に関する情報を得ることができる。 τ T is the correlation time of the translational diffusion movement of the first material 15b. The correlation time τ T represents the time for the first material 15a to pass through the light collection region 11a. When the size of the first material 15a such as a molecule is small or the viscosity of a micro region around the first material 15a is small, the first material 15a moves in a translational manner at a high speed. The correlation time τ T representing the time for passing through the material 15a condensing region 11a is shortened. On the other hand, when the size of the first material 15a such as a molecule is large or the viscosity of the micro region around the first material 15a is large, the first material 15a moves in a translational manner at a low speed. The correlation time τ T that represents the time for passing through the light condensing region 11a of the first material 15a becomes longer. As a result, information on the size of the first material 15a such as a molecule and information on the environment of a micro region around the first material 15a can be obtained from the correlation time τ T.

集光領域11aに含まれる分子などの第1の材料15aの数が少ない場合には、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光21の強度信号の振幅の揺らぎは大きくなる。そのため、集光領域11aに含まれる分子などの第1の材料15aの数が少ない場合には、相関関数値の最大値GTmaxは大きな値を有する。これに対し、集光領域11aに含まれる分子などの第1の材料15aの数が多い場合には、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光21の強度信号の振幅の揺らぎは小さくなる。そのため、集光領域11aに含まれる分子などの第1の材料15aの数が多い場合には、相関関数値の最大値GTmaxは小さな値を有する。その結果、相関関数値の最大値GTmaxから、集光領域11aに含まれる分子などの第1の材料15aの数に関する情報を得ることができる。 When the number of the first materials 15a such as molecules contained in the light collection region 11a is small, the amplitude signal of the intensity signal of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30 is used. Fluctuations become larger. Therefore, when the number of first materials 15a such as molecules included in the light collection region 11a is small, the maximum correlation function value GTmax has a large value. On the other hand, when the number of the first materials 15a such as molecules contained in the light collection region 11a is large, the intensity of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30. The fluctuation of the signal amplitude is reduced. Therefore, when the number of the first materials 15a such as molecules included in the light collection region 11a is large, the maximum value GTmax of the correlation function value has a small value. As a result, information on the number of first materials 15a such as molecules included in the light collection region 11a can be obtained from the maximum correlation function value GTmax .

図7に、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置と比較例の蛍光相関分光装置とによって得られた、ローダミンBの蛍光光の強度信号の自己相関関数を表すグラフを示す。比較例の蛍光相関分光装置では、単一光子検出器としてアバランシェフォトダイオードが用いられている。試料15は、1.0μMの濃度でローダミンBを含む溶液である。第1の材料15aは、蛍光材料であるローダミンBである。   FIG. 7 shows a graph representing the autocorrelation function of the intensity signal of the fluorescent light of rhodamine B, obtained by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus according to the present embodiment and the fluorescence correlation spectroscopy apparatus of the comparative example. In the fluorescence correlation spectroscopy apparatus of the comparative example, an avalanche photodiode is used as a single photon detector. Sample 15 is a solution containing rhodamine B at a concentration of 1.0 μM. The first material 15a is rhodamine B which is a fluorescent material.

比較例の蛍光相関分光装置によって得られた、ローダミンBの蛍光光の強度信号の自己相関関数は、数100ナノ秒(サブマイクロ秒)以下の時間領域に、大きなピークを有する。この大きなピークは、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスに基く偽ピークであって、ローダミンB(第1の材料15a)から放射された第1の蛍光光21に基くピークではない。アバランシェフォトダイオードのアフターパルスに基く偽ピークのために、アバランシェフォトダイオードを備えた比較例の蛍光相関分光装置では、数100ナノ秒(サブマイクロ秒)以下の時間領域における材料の相関を正確に測定することができない。   The autocorrelation function of the intensity signal of the fluorescent light of rhodamine B obtained by the fluorescence correlation spectrometer of the comparative example has a large peak in the time region of several hundred nanoseconds (submicroseconds) or less. This large peak is a false peak based on the afterpulse of the avalanche photodiode, and is not a peak based on the first fluorescent light 21 emitted from rhodamine B (first material 15a). Due to the false peak based on the after-pulse of the avalanche photodiode, the comparative fluorescence correlation spectrometer equipped with the avalanche photodiode accurately measures the correlation of materials in the time domain of several hundred nanoseconds (sub-microseconds) or less. Can not do it.

これに対し、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置によって得られた、ローダミンB(第1の材料15a)の第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数は、数100ナノ秒(サブマイクロ秒)以下の時間領域に、大きなピークを有しない。本実施の形態では、第1の材料15aから放射された第1の蛍光光21を検出する単一光子検出器として、アフターパルスを生じない第1の超伝導単一光子検出器30が用いられているからである。第1の材料15aから放射された第1の蛍光光21を検出する単一光子検出器として、第1の超伝導単一光子検出器30が用いられることによって、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、材料の相関を正確に測定することができることが明らかになった。   On the other hand, the autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21 of rhodamine B (first material 15a) obtained by the fluorescence correlation spectroscopic device according to the present embodiment is several hundred nanoseconds (sub There is no large peak in the time region below (microsecond). In the present embodiment, the first superconducting single photon detector 30 that does not generate an after pulse is used as the single photon detector that detects the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a. Because. By using the first superconducting single photon detector 30 as a single photon detector for detecting the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a, the influence of the afterpulse of the avalanche photodiode is used. It has become clear that the correlation of materials can be accurately measured without being subjected to the above.

図8及び図9に、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置と比較例の蛍光相関分光装置とによって得られた、ローダミン6Gの蛍光光強度信号の自己相関関数を表すグラフを示す。比較例の蛍光相関分光装置では、単一光子検出器としてアバランシェフォトダイオードが用いられている。試料15は、1.0μMの濃度でローダミン6Gを含む溶液である。第1の材料15aは、蛍光材料であるローダミン6Gである。   8 and 9 are graphs showing the autocorrelation function of the fluorescent light intensity signal of rhodamine 6G obtained by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus according to the present embodiment and the fluorescence correlation spectroscopy apparatus of the comparative example. In the fluorescence correlation spectroscopy apparatus of the comparative example, an avalanche photodiode is used as a single photon detector. Sample 15 is a solution containing rhodamine 6G at a concentration of 1.0 μM. The first material 15a is rhodamine 6G which is a fluorescent material.

比較例の蛍光相関分光装置によって得られた、ローダミン6G(第1の材料15a)の第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数は、数100ナノ秒(サブマイクロ秒)以下の時間領域に、大きなピークを有する(図8を参照)。この大きなピークは、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスに基く偽ピークであって、ローダミン6G(第1の材料15a)から放射された第1の蛍光光21に基くピークではない。また、この大きなピークの裾は、数100マイクロ秒(サブミリ秒)以下の時間領域における自己相関関数にも影響を及ぼしている。これに対し、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置によって得られた、ローダミン6G(第1の材料15a)の第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数は、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスに基く大きなピークを有しない(図8を参照)。本実施の形態に係る蛍光相関分光装置では、前記偽ピークの影響を受けることなく、ローダミン6G(第1の材料15a)から放射された第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数を解析することができるため、集光領域11aに含まれるローダミン6G(第1の材料15a)の相関時間τ、数などを正確に得ることができる。第1の超伝導単一光子検出器30によって検出される第1の蛍光光21の強度信号の揺らぎは、ローダミン6G(第1の材料15a)が並進拡散運動して、ローダミン6G(第1の材料15a)が集光領域11aを出入りすることと、ローダミン6Gが三重項状態から一重項状態に緩和することとによって生じる。ローダミン6G(第1の材料15a)から放射される第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数は、一般に、式(2)で与えられる。 The autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21 of rhodamine 6G (first material 15a) obtained by the fluorescence correlation spectrometer of the comparative example has a time domain of several hundred nanoseconds (submicroseconds) or less. Has a large peak (see FIG. 8). This large peak is a false peak based on the after pulse of the avalanche photodiode, and is not a peak based on the first fluorescent light 21 emitted from the rhodamine 6G (first material 15a). In addition, the bottom of this large peak also affects the autocorrelation function in the time domain of several hundred microseconds (sub-milliseconds) or less. On the other hand, the autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21 of rhodamine 6G (first material 15a) obtained by the fluorescence correlation spectroscopic device according to the present embodiment is the afterpulse of the avalanche photodiode. Does not have a large peak based on (see FIG. 8). In the fluorescence correlation spectroscopic device according to the present embodiment, the autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21 emitted from the rhodamine 6G (first material 15a) is analyzed without being affected by the false peak. Therefore, the correlation time τ T and the number of rhodamine 6G (first material 15a) included in the light collection region 11a can be accurately obtained. The fluctuation of the intensity signal of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30 is caused by the translational diffusion movement of rhodamine 6G (first material 15a) and the rhodamine 6G (first This occurs when the material 15a) enters and exits the light collecting region 11a and the rhodamine 6G relaxes from the triplet state to the singlet state. The autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21 emitted from the rhodamine 6G (first material 15a) is generally given by equation (2).

ここで、Nは、集光領域11aと第1の共焦点光学系22とによって定義される測定体積中に含まれるローダミン6G(第1の材料15a)の平均分子数を表し、τは相関時間(拡散時間)を表し、sは測定体積の光軸方向の長さと測定体積の光軸方向に直交する方向の長さとの比を表し、Qは試料15に含まれるローダミン6Gからなる第1の材料15aの数に対する三重項状態にあるローダミン6Gからなる第1の材料15aの数の割合を表し、τ31は三重項状態から一重項状態へ緩和する緩和時間を表す。 Here, N represents the average number of molecules of rhodamine 6G (first material 15a) contained in the measurement volume defined by the condensing region 11a and the first confocal optical system 22, and τ T is a correlation. Represents the time (diffusion time), s represents the ratio between the length of the measurement volume in the optical axis direction and the length of the measurement volume in the direction perpendicular to the optical axis direction, and Q represents the first of rhodamine 6G contained in the sample 15. Represents the ratio of the number of first materials 15a made of rhodamine 6G in the triplet state to the number of materials 15a, and τ 31 represents the relaxation time for relaxation from the triplet state to the singlet state.

図9に示されるように、本実施の形態のデータと比較例のデータとを式(2)を用いてフィッティングすることによって得られたパラメータの値を、表1に示す。図9の実線は、本実施の形態のデータを式(2)でフィッティングした曲線を表す。図9の二点鎖線は、比較例のデータを式(2)でフィッティングした曲線を表す。   As shown in FIG. 9, the parameter values obtained by fitting the data of the present embodiment and the data of the comparative example using Expression (2) are shown in Table 1. The solid line in FIG. 9 represents a curve obtained by fitting the data of the present embodiment with Expression (2). The dashed-two dotted line of FIG. 9 represents the curve which fitted the data of the comparative example by Formula (2).

表1に示されるように、本実施の形態のデータに基づいて求められたこれらパラメータの値は、比較例のデータに基づいて求められたこれらパラメータの値と異なる。比較例ではアバランシェフォトダイオードのアフターパルスのため、ローダミン6Gからなる第1の材料15aから放射される第1の蛍光光21の自己相関関数を正確に解析できない。これに対し、第1の超伝導単一光子検出器30を用いる本実施の形態では、アフターパルスの影響を受けることなく、第1の材料15aであるローダミン6Gから放射された第1の蛍光光21の自己相関関数を解析することができる。そのため、集光領域11aに含まれるローダミン6Gからなる第1の材料15aの相関時間(拡散時間)τ、平均分子数Nなどを正確に得ることができる。 As shown in Table 1, the values of these parameters obtained based on the data of the present embodiment are different from the values of these parameters obtained based on the data of the comparative example. In the comparative example, the autocorrelation function of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a made of rhodamine 6G cannot be accurately analyzed because of the afterpulse of the avalanche photodiode. In contrast, in the present embodiment using the first superconducting single photon detector 30, the first fluorescent light emitted from the rhodamine 6G, which is the first material 15a, is not affected by the afterpulse. 21 autocorrelation functions can be analyzed. Therefore, the correlation time (diffusion time) τ T , the average number of molecules N, and the like of the first material 15a made of rhodamine 6G contained in the light collection region 11a can be accurately obtained.

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置1、及び、材料(第1の材料15a)の相関を測定する方法の効果を説明する。   The effects of the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 1 according to the present embodiment and the method of measuring the correlation between the materials (first material 15a) will be described.

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置1は、試料15に含まれる第1の材料15aから放射された第1の蛍光光21の強度の時間変化を検出する第1の超伝導単一光子検出器30と、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光21の強度を示す強度信号を処理する信号処理部50とを備え、信号処理部50は第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数G11(τ)を得る第1の相関器55を有する。本実施の形態に係る蛍光相関分光装置1では、第1の材料15aから放射された第1の蛍光光21の強度の時間変化を検出するために、第1の超伝導単一光子検出器30が用いられている。第1の超伝導単一光子検出器30は、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスを発生しない。そのため、本実施の形態の蛍光相関分光装置1によれば、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、第1の材料15aの相関を正確に測定することができる。本実施の形態に係る蛍光相関分光装置1を用いることによって、例えば、生体内(in vivo)において、細胞内で病原たんぱく質が生じたことや、細胞内の微小環境の変化を検出することができる。 The fluorescence correlation spectroscopic device 1 according to the present embodiment detects the first superconducting single photon detection that detects the temporal change in the intensity of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a included in the sample 15. And a signal processing unit 50 for processing an intensity signal indicating the intensity of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30. The signal processing unit 50 includes a first signal processing unit 50. The first correlator 55 for obtaining the autocorrelation function G 11 (τ) of the intensity signal of the fluorescent light 21 is provided. In the fluorescence correlation spectroscopic device 1 according to the present embodiment, the first superconducting single photon detector 30 is used to detect a temporal change in the intensity of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a. Is used. The first superconducting single photon detector 30 does not generate afterpulses of the avalanche photodiode. Therefore, according to the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 1 of the present embodiment, the correlation of the first material 15a can be accurately measured without being affected by the afterpulse of the avalanche photodiode. By using the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 1 according to the present embodiment, for example, it is possible to detect the occurrence of a pathogenic protein in a cell or a change in the microenvironment in the cell in vivo. .

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置1では、第1の超伝導単一光子検出器30は基板31と基板31上に設けられた超伝導細線34とを含み、第1の蛍光光21が超伝導細線34側から入射するように、第1の超伝導単一光子検出器30が配置される。第1の蛍光光21は基板31を透過しないので、第1の蛍光光21が基板31に吸収されることを防ぐことができる。そのため、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置1によれば、第1の超伝導単一光子検出器30の検出効率を向上させることができる。   In the fluorescence correlation spectroscopy device 1 according to the present embodiment, the first superconducting single photon detector 30 includes a substrate 31 and a superconducting thin wire 34 provided on the substrate 31, and the first fluorescent light 21 is The first superconducting single photon detector 30 is arranged so as to be incident from the superconducting thin wire 34 side. Since the first fluorescent light 21 does not pass through the substrate 31, it is possible to prevent the first fluorescent light 21 from being absorbed by the substrate 31. Therefore, according to the fluorescence correlation spectroscopy device 1 according to the present embodiment, the detection efficiency of the first superconducting single photon detector 30 can be improved.

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置1では、第1の超伝導単一光子検出器30は、基板31と超伝導細線34との間にミラー32をさらに含む。超伝導細線34に吸収されずに基板31に向かう第1の蛍光光21を、ミラー32によって超伝導細線34に向けて反射させて、超伝導細線34に吸収させることができる。そのため、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置1によれば、第1の超伝導単一光子検出器30の検出効率を向上させることができる。   In the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 1 according to the present embodiment, the first superconducting single photon detector 30 further includes a mirror 32 between the substrate 31 and the superconducting wire 34. The first fluorescent light 21 toward the substrate 31 without being absorbed by the superconducting thin wire 34 can be reflected by the mirror 32 toward the superconducting thin wire 34 and absorbed by the superconducting thin wire 34. Therefore, according to the fluorescence correlation spectroscopy device 1 according to the present embodiment, the detection efficiency of the first superconducting single photon detector 30 can be improved.

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置1では、超伝導細線34とミラー32とは光共振器36を構成する。超伝導細線34とミラー32とが光共振器36を構成することによって、第1の蛍光光21は超伝導細線34により一層吸収されやすくなる。そのため、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置1によれば、第1の超伝導単一光子検出器30の検出効率をさらに向上させることができる。   In the fluorescence correlation spectroscopy device 1 according to the present embodiment, the superconducting thin wire 34 and the mirror 32 constitute an optical resonator 36. Since the superconducting thin wire 34 and the mirror 32 constitute the optical resonator 36, the first fluorescent light 21 is more easily absorbed by the superconducting thin wire 34. Therefore, according to the fluorescence correlation spectroscopy device 1 according to the present embodiment, the detection efficiency of the first superconducting single photon detector 30 can be further improved.

本実施の形態に係る材料(第1の材料15a)の相関を測定する方法は、試料15に含まれる第1の材料15aから放射された第1の蛍光光21の強度の時間変化を第1の超伝導単一光子検出器30によって検出することと、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光の強度を示す強度信号の自己相関関数G11(τ)を得ることとを備える。本実施の形態に係る材料(第1の材料15a)の相関を測定する方法では、第1の材料15aから放射された第1の蛍光光21の強度の時間変化を検出するために、第1の超伝導単一光子検出器30が用いられている。第1の超伝導単一光子検出器30は、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスを発生しない。そのため、本実施の形態に係る第1の材料15aの相関を測定する方法によれば、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、第1の材料15aの相関を正確に測定することができる。本実施の形態に係る材料の相関を測定する方法を用いることによって、例えば、生体内(in vivo)において、細胞内で病原たんぱく質が生じたことや、細胞内の微小環境の変化を検出することができる。 In the method for measuring the correlation of the material (first material 15a) according to the present embodiment, the first time change in intensity of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a included in the sample 15 is measured. And the autocorrelation function G 11 (τ) of the intensity signal indicating the intensity of the first fluorescent light detected by the first superconducting single photon detector 30. And getting ready. In the method of measuring the correlation of the material (the first material 15a) according to the present embodiment, the first change is performed in order to detect the temporal change in the intensity of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a. A superconducting single photon detector 30 is used. The first superconducting single photon detector 30 does not generate afterpulses of the avalanche photodiode. Therefore, according to the method of measuring the correlation of the first material 15a according to the present embodiment, the correlation of the first material 15a can be accurately measured without being affected by the afterpulse of the avalanche photodiode. it can. By using the method for measuring the correlation of materials according to the present embodiment, for example, detection of pathogenic proteins in cells or changes in intracellular microenvironments in vivo Can do.

図10(A)及び(B)を参照して、第1の超伝導単一光子検出器30の変形例の第1の超伝導単一光子検出器30aを示す。変形例の第1の超伝導単一光子検出器30aは、ミラー32を備えていない。変形例の第1の超伝導単一光子検出器30aでは、基板31の表面を酸化することによって、誘電体層33を形成することができる。変形例の第1の超伝導単一光子検出器30aによれば、第1の超伝導単一光子検出器30aの構造及び製造方法を単純にすることができるため、製造コストを低減することができる。   Referring to FIGS. 10A and 10B, a first superconducting single photon detector 30a, which is a modification of the first superconducting single photon detector 30, is shown. The modified first superconducting single photon detector 30 a does not include the mirror 32. In the first superconducting single photon detector 30a of the modification, the dielectric layer 33 can be formed by oxidizing the surface of the substrate 31. According to the modified first superconducting single photon detector 30a, the structure and the manufacturing method of the first superconducting single photon detector 30a can be simplified, so that the manufacturing cost can be reduced. it can.

(実施の形態2)
図11及び図12を参照して、実施の形態2に係る蛍光相関分光装置2を説明する。本実施の形態の蛍光相関分光装置2は、基本的には、図1から図3に示す実施の形態1の蛍光相関分光装置1と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、主に以下の点で異なる。
(Embodiment 2)
With reference to FIG.11 and FIG.12, the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 2 which concerns on Embodiment 2 is demonstrated. The fluorescence correlation spectroscopy device 2 of the present embodiment basically has the same configuration as the fluorescence correlation spectroscopy device 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 and can obtain the same effects. The main differences are as follows.

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置2の光学系20bは、第2の偏光選択素子27を含む。本実施の形態に係る蛍光相関分光装置2の光学系20bは、第1の材料15bを含む試料15に第1の励起光11を入射させる第1の光学系と、第1の材料15bから放射される第1の蛍光光21を第1の超伝導単一光子検出器30に入射させる第2の光学系とを含む。より特定的には、光学系20bのうち、第1の蛍光光21を第1の超伝導単一光子検出器30に入射させる第2の光学系は、第2の偏光選択素子27を含む。本実施の形態では、第2の偏光選択素子27は、試料15中の第1の材料15bから放射された第1の蛍光光21のうち特定の偏光成分の光だけを透過させる。第2の偏光選択素子27の偏光方向は、第1の蛍光光21の光路に交差する面内において任意の方向に変化させてもよい。第2の偏光選択素子27は、第1の蛍光光21を第1の超伝導単一光子検出器30に入射させる第2の光学系中の任意の場所に配置することができる。本実施の形態では、第2の偏光選択素子27は、第2のフィルタ26と第1のレンズ23との間に配置されている。第2の偏光選択素子27として、偏光子、偏光ビームスプリッタを例示することができる。   The optical system 20 b of the fluorescence correlation spectroscopy device 2 according to the present embodiment includes a second polarization selection element 27. The optical system 20b of the fluorescence correlation spectroscopic device 2 according to the present embodiment radiates from the first optical system that causes the first excitation light 11 to enter the sample 15 including the first material 15b, and the first material 15b. And a second optical system that causes the first fluorescent light 21 to be incident on the first superconducting single-photon detector 30. More specifically, in the optical system 20 b, the second optical system that causes the first fluorescent light 21 to enter the first superconducting single photon detector 30 includes the second polarization selection element 27. In the present embodiment, the second polarization selection element 27 transmits only light of a specific polarization component out of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15b in the sample 15. The polarization direction of the second polarization selection element 27 may be changed in an arbitrary direction within a plane intersecting the optical path of the first fluorescent light 21. The second polarization selection element 27 can be disposed at any location in the second optical system that causes the first fluorescent light 21 to be incident on the first superconducting single photon detector 30. In the present embodiment, the second polarization selection element 27 is disposed between the second filter 26 and the first lens 23. Examples of the second polarization selection element 27 include a polarizer and a polarization beam splitter.

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置2の光学系20bは、第1の偏光選択素子17を含む。より特定的には、光学系20bのうち、第1の励起光11を第1の材料15bを含む試料15に入射させる第1の光学系は、第1の偏光選択素子17を含む。本実施の形態では、第1の偏光選択素子17は、第1の光源10から放射された第1の励起光11のうち特定の偏光成分の光だけを透過させる。第1の偏光選択素子17の偏光方向は、第1の励起光11の光路に交差する面内において任意の方向に変化させてもよい。第1の偏光選択素子17は、第1の励起光11を試料15に入射させる第1の光学系中の任意の場所に配置することができる。本実施の形態では、第1の偏光選択素子17は、第1のフィルタ12と第1の波長選択素子13との間に配置されている。本実施の形態では、第1の光源10はレーザ光源であり、第1の励起光11はx方向に偏光されたレーザ光である。第1の偏光選択素子17は、x偏光光を透過し、y偏光光を遮断する。第1の偏光選択素子17として、偏光子、偏光ビームスプリッタなどを例示することができる。第1の偏光選択素子17は配置しなくてもよい。例えば、第1の光源10がレーザ光源であり、第1の励起光11がレーザ光である場合には、第1の励起光11は偏光された光であるため、第1の偏光選択素子17を設けなくてもよい。   The optical system 20 b of the fluorescence correlation spectroscopy device 2 according to the present embodiment includes a first polarization selection element 17. More specifically, in the optical system 20 b, the first optical system that makes the first excitation light 11 incident on the sample 15 including the first material 15 b includes the first polarization selection element 17. In the present embodiment, the first polarization selection element 17 transmits only light of a specific polarization component in the first excitation light 11 emitted from the first light source 10. The polarization direction of the first polarization selection element 17 may be changed in any direction within the plane intersecting the optical path of the first excitation light 11. The first polarization selection element 17 can be disposed at an arbitrary position in the first optical system that causes the first excitation light 11 to enter the sample 15. In the present embodiment, the first polarization selection element 17 is disposed between the first filter 12 and the first wavelength selection element 13. In the present embodiment, the first light source 10 is a laser light source, and the first excitation light 11 is laser light polarized in the x direction. The first polarization selection element 17 transmits x-polarized light and blocks y-polarized light. Examples of the first polarization selection element 17 include a polarizer and a polarization beam splitter. The first polarization selection element 17 may not be arranged. For example, when the first light source 10 is a laser light source and the first excitation light 11 is a laser light, the first excitation light 11 is polarized light, and therefore the first polarization selection element 17 is used. May not be provided.

なお、本実施の形態において、試料15中の第1の材料15bから放射される第1の蛍光光21が第1の超伝導単一光子検出器30に向かって進む方向をz方向と定義する。第1の光源10から出射された第1の励起光11が第1の波長選択素子13に向かって進む方向をy方向と定義する。z方向とy方向とに直交する方向をx方向と定義する。   In the present embodiment, the direction in which the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15b in the sample 15 travels toward the first superconducting single photon detector 30 is defined as the z direction. . The direction in which the first excitation light 11 emitted from the first light source 10 travels toward the first wavelength selection element 13 is defined as the y direction. A direction orthogonal to the z direction and the y direction is defined as an x direction.

本実施の形態の蛍光相関分光装置2を用いた第1の材料15bの相関を測定する方法について説明する。図12を参照して、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置2によって測定される試料15に含まれる第1の材料15bは、棒の形状を有している。第1の材料15bは、異方的な形状及び等方的な形状を含む他の形状を有していてもよい。   A method for measuring the correlation of the first material 15b using the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 2 of the present embodiment will be described. Referring to FIG. 12, first material 15b included in sample 15 measured by fluorescence correlation spectroscopy apparatus 2 according to the present embodiment has a bar shape. The first material 15b may have other shapes including an anisotropic shape and an isotropic shape.

図12を参照して、溶液や細胞といった試料15の中に含まれる分子などの第1の材料15bは、ランダムな方向に並進拡散運動する(ブラウン運動)とともに、ランダムな方向に回転拡散運動をする。分子などの第1の材料15bの回転拡散運動は、第1の材料15bの形状(形状の異方性、大きさ等)や第1の材料15aの周りの微小領域の粘性等の影響を受ける。第1の材料15bの回転拡散運動は、第1の材料15bから放射される第1の蛍光光21の偏光方向の変化に反映される。そこで、本実施の形態では、第1の蛍光光21を第1の超伝導単一光子検出器30に入射させる第2の光学系中に第2の偏光選択素子27を配置することによって、第1の材料15bの回転拡散運動に伴う第1の蛍光光21の強度の変化を測定する。第1の材料15bの回転拡散運動に伴う第1の蛍光光21の強度の変化を測定することによって、第1の材料15bの形状(形状の異方性、大きさ等)に関する情報や第1の材料15aの周りの微小領域の環境に関する情報を得ることができる。分子などの第1の材料15bの回転拡散運動における相関時間τは、分子などの第1の材料15bの大きさの3乗に比例する。これに対し、実施の形態1で述べた、分子などの第1の材料15bの並進拡散運動における相関時間τは、分子などの第1の材料15bの大きさの3乗に比例する。そのため、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置2を用いることによって、分子などの第1の材料15bの大きさを高精度に測定することができる。 Referring to FIG. 12, first material 15b such as a molecule contained in sample 15 such as a solution or a cell performs translational diffusion movement in a random direction (Brownian movement) and rotational rotation movement in a random direction. To do. The rotational diffusion movement of the first material 15b such as a molecule is affected by the shape (anisotropy of shape, size, etc.) of the first material 15b, the viscosity of a minute region around the first material 15a, and the like. . The rotational diffusion movement of the first material 15b is reflected in a change in the polarization direction of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15b. Therefore, in the present embodiment, the second polarization selection element 27 is disposed in the second optical system that causes the first fluorescent light 21 to enter the first superconducting single photon detector 30, thereby The change in the intensity of the first fluorescent light 21 accompanying the rotational diffusion movement of the first material 15b is measured. By measuring the change in intensity of the first fluorescent light 21 accompanying the rotational diffusion movement of the first material 15b, information on the shape (anisotropy, size, etc.) of the first material 15b and the first It is possible to obtain information on the environment of a minute region around the material 15a. The correlation time τ R in the rotational diffusion motion of the first material 15b such as a molecule is proportional to the cube of the size of the first material 15b such as a molecule. In contrast, the correlation time τ T in the translational diffusion motion of the first material 15b such as a molecule described in the first embodiment is proportional to the cube of the size of the first material 15b such as the molecule. Therefore, by using the fluorescence correlation spectroscopy device 2 according to the present embodiment, the size of the first material 15b such as a molecule can be measured with high accuracy.

第1の材料15bの回転拡散運動は、第1の材料15bの並進拡散運動よりも速い。そのため、第1の超伝導単一光子検出器30によって測定される第1の材料15bから放射される第1の蛍光光21の強度の時間変化は、図13(A)に示される相対的に遅い第1の材料15bの並進拡散運動に基く第1の蛍光光21の強度の時間変化と、図13(B)に示される相対的に速い第1の材料15bの回転拡散運動に基く第1の蛍光光21の強度の時間変化とによって構成される。   The rotational diffusion movement of the first material 15b is faster than the translational diffusion movement of the first material 15b. Therefore, the time change of the intensity of the first fluorescent light 21 radiated from the first material 15b measured by the first superconducting single photon detector 30 is relatively shown in FIG. The first time based on the time variation of the intensity of the first fluorescent light 21 based on the translational diffusion motion of the slow first material 15b and the relatively fast rotational diffusion motion of the first material 15b shown in FIG. 13B. The intensity of the fluorescent light 21 is changed with time.

以上のように、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光21の強度信号の揺らぎには、分子などの第1の材料15aのサイズ(分子量)に関する情報、第1の材料15aの周りの微小領域の環境に関する情報、分子などの第1の材料15aの数とに関する情報、及び、分子などの第1の材料15aの形状(形状の異方性、大きさ等)に関する情報が含まれている。第1の相関器55において、第1の蛍光光21の強度に対して式(1)で表される演算を行って、第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数を得ることによって、第1の蛍光光21の強度信号の時間の揺らぎと第1の蛍光光21の強度信号の振幅の揺らぎとを得ることができる。   As described above, the fluctuation of the intensity signal of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30 includes information on the size (molecular weight) of the first material 15a such as a molecule, Information on the environment of the micro region around the first material 15a, information on the number of the first materials 15a such as molecules, and the shape (anisotropy and size of the shape) of the first material 15a such as molecules Etc.) is included. In the first correlator 55, the calculation represented by the equation (1) is performed on the intensity of the first fluorescent light 21 to obtain the autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21. Time fluctuation of the intensity signal of the first fluorescent light 21 and fluctuation of the amplitude of the intensity signal of the first fluorescent light 21 can be obtained.

図14を参照して、第1の材料15bの回転拡散運動は、第1の材料15bの並進拡散運動よりも速いために、第1の材料15bの並進拡散運動に基く自己相関関数よりも短い時間領域に、第1の材料15bの回転拡散運動に基く自己相関関数が現れる。τは、第1の材料15bの回転拡散運動に基く自己相関関数がGTmax+GRmax×e−1の値をとる幅であり、第1の材料15bの回転拡散運動の相関時間である。GRmaxは、第1の材料15bの回転拡散運動に基く相関関数値の最大値である。 Referring to FIG. 14, the rotational diffusion motion of first material 15b is shorter than the auto-correlation function based on the translational diffusion motion of first material 15b because it is faster than the translational diffusion motion of first material 15b. An autocorrelation function based on the rotational diffusion movement of the first material 15b appears in the time domain. τ R is a width in which the autocorrelation function based on the rotational diffusion motion of the first material 15b takes a value of G Tmax + G Rmax × e −1 , and is a correlation time of the rotational diffusion motion of the first material 15b. GRmax is the maximum value of the correlation function value based on the rotational diffusion motion of the first material 15b.

本実施の形態に用いられる試料15は、100nMの濃度でQロッドを含む溶液である。図15に、第1の材料15bであるQロッドのTEM像を示す。Qロッドは、セレン化カドミウム(CdSe)からなるコアの周りに、硫化カドミウム(CdS)からなるシェルが形成された棒状の半導体蛍光材料である。本実施の形態に用いられるQロッドの寸法は、長軸方向に20μmの長さを有し、短軸方向に4μmの長さを有する。   The sample 15 used in the present embodiment is a solution containing a Q rod at a concentration of 100 nM. FIG. 15 shows a TEM image of the Q rod, which is the first material 15b. The Q rod is a rod-like semiconductor fluorescent material in which a shell made of cadmium sulfide (CdS) is formed around a core made of cadmium selenide (CdSe). The dimension of the Q rod used in the present embodiment has a length of 20 μm in the long axis direction and a length of 4 μm in the short axis direction.

図16に、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置と比較例の蛍光相関分光装置とによって得られた、Qロッドの蛍光光の強度信号の自己相関関数を表すグラフを示す。比較例の蛍光相関分光装置は、単一光子検出器としてアバランシェフォトダイオードが用いられている。図16における二点鎖線(APD)が、比較例の蛍光相関分光装置によって得られた自己相関関数を示す。図16における一点鎖線(SSPD1)が、実施の形態1の蛍光相関分光装置によって得られた自己相関関数を示す。図16における実線(SSPD2x)が、第2の偏光選択素子27がx偏光光を透過するように配置された本実施の形態の蛍光相関分光装置2によって得られた自己相関関数を示す。図16における実線(SSPD2y)が、第2の偏光選択素子27がy偏光光を透過するように配置された本実施の形態の蛍光相関分光装置2によって得られた自己相関関数を示す。   FIG. 16 shows a graph representing the autocorrelation function of the intensity signal of the fluorescence light of the Q rod, obtained by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus according to the present embodiment and the fluorescence correlation spectroscopy apparatus of the comparative example. In the fluorescence correlation spectroscopy apparatus of the comparative example, an avalanche photodiode is used as a single photon detector. The two-dot chain line (APD) in FIG. 16 shows the autocorrelation function obtained by the fluorescence correlation spectrometer of the comparative example. An alternate long and short dash line (SSPD1) in FIG. 16 represents an autocorrelation function obtained by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus of the first embodiment. A solid line (SSPD2x) in FIG. 16 represents an autocorrelation function obtained by the fluorescence correlation spectroscopy device 2 of the present embodiment in which the second polarization selection element 27 is arranged to transmit x-polarized light. A solid line (SSPD2y) in FIG. 16 represents an autocorrelation function obtained by the fluorescence correlation spectroscopy device 2 of the present embodiment in which the second polarization selection element 27 is arranged to transmit y-polarized light.

比較例の蛍光相関分光装置を用いた場合には、Qロッド(第1の材料15b)の回転拡散運動の自己相関関数を観測することができない(図16のAPDを参照)。Qロッド(第1の材料15b)の並進拡散運動の自己相関関数よりも短い時間領域に位置するQロッド(第1の材料15b)の回転拡散運動の自己相関関数が、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの自己相関関数のピークによって隠されるためである。   When the fluorescence correlation spectroscopy apparatus of the comparative example is used, the autocorrelation function of the rotational diffusion motion of the Q rod (first material 15b) cannot be observed (see APD in FIG. 16). The autocorrelation function of the rotational diffusion motion of the Q rod (first material 15b) located in the time region shorter than the autocorrelation function of the translational diffusion motion of the Q rod (first material 15b) is the afterpulse of the avalanche photodiode. This is because it is hidden by the peak of the autocorrelation function.

実施の形態1に係る蛍光相関分光装置1を用いても、Qロッド(第1の材料15b)の回転拡散運動の自己相関関数を明確に観測することができない(図16のSSPD1を参照)。実施の形態1に係る蛍光相関分光装置1では、第1の超伝導単一光子検出器30が用いられているので、Qロッド(第1の材料15b)の並進拡散運動の自己相関関数よりも短い時間領域に位置するQロッド(第1の材料15b)の回転拡散運動の自己相関関数が、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの自己相関関数のピークによって隠されない。しかし、実施の形態1に係る蛍光相関分光装置1では、第1の蛍光光21を第1の超伝導単一光子検出器30に入射させる光路中に第2の偏光選択素子27が配置されていない。そのため、Qロッド(第1の材料15b)から放射される第1の蛍光光21の偏光方向の変化を第1の超伝導単一光子検出器30で検出することはできない。その結果、実施の形態1に係る蛍光相関分光装置1を用いても、Qロッド(第1の材料15b)の回転拡散運動を特徴づける回転拡散時間τと回転拡散運動による相関関数値の最大値GRmaxとを求めることはできない。 Even using the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 1 according to the first embodiment, the autocorrelation function of the rotational diffusion motion of the Q rod (first material 15b) cannot be clearly observed (see SSPD1 in FIG. 16). In the fluorescence correlation spectroscopic device 1 according to Embodiment 1, since the first superconducting single photon detector 30 is used, the autocorrelation function of the translational diffusion motion of the Q rod (first material 15b) is used. The autocorrelation function of the rotational diffusion motion of the Q rod (first material 15b) located in the short time region is not obscured by the peak of the autocorrelation function of the afterpulse of the avalanche photodiode. However, in the fluorescence correlation spectroscopy device 1 according to the first embodiment, the second polarization selection element 27 is disposed in the optical path for allowing the first fluorescent light 21 to enter the first superconducting single photon detector 30. Absent. Therefore, the first superconducting single photon detector 30 cannot detect a change in the polarization direction of the first fluorescent light 21 emitted from the Q rod (first material 15b). As a result, even when the fluorescence correlation spectroscopic device 1 according to the first embodiment is used, the rotation diffusion time τ R that characterizes the rotational diffusion motion of the Q rod (first material 15b) and the maximum correlation function value due to the rotational diffusion motion. The value GRmax cannot be determined.

これに対し、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置2を用いることによって、1マイクロ秒前後に、Qロッド(第1の材料15b)の回転拡散運動に基く自己相関関数を明確に得ることができる(図16のSSPD2x及びSSPD2yを参照)。本実施の形態に係る蛍光相関分光装置2では、第1の超伝導単一光子検出器30が用いられているので、Qロッド(第1の材料15b)の並進拡散運動の自己相関関数よりも短い時間領域に位置するQロッド(第1の材料15b)の回転拡散運動の自己相関関数が、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの自己相関関数のピークによって隠されない。また、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置2では、第1の蛍光光21を第1の超伝導単一光子検出器30に入射させる光路中に第2の偏光選択素子27が配置されている。そのため、Qロッド(第1の材料15b)から放射される第1の蛍光光21の偏光方向の変化を第1の超伝導単一光子検出器30で検出することができる。その結果、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置2を用いることにより、Qロッド(第1の材料15b)の回転拡散運動を特徴づける回転拡散時間τと回転拡散運動による相関関数値の最大値GRmaxとを求めることができる。 On the other hand, by using the fluorescence correlation spectroscopy device 2 according to the present embodiment, an autocorrelation function based on the rotational diffusion motion of the Q rod (first material 15b) can be clearly obtained around 1 microsecond. Yes (see SSPD2x and SSPD2y in FIG. 16). In the fluorescence correlation spectroscopic device 2 according to the present embodiment, since the first superconducting single photon detector 30 is used, the autocorrelation function of the translational diffusion motion of the Q rod (first material 15b) is used. The autocorrelation function of the rotational diffusion motion of the Q rod (first material 15b) located in the short time region is not obscured by the peak of the autocorrelation function of the afterpulse of the avalanche photodiode. Further, in the fluorescence correlation spectroscopy device 2 according to the present embodiment, the second polarization selection element 27 is arranged in the optical path for allowing the first fluorescent light 21 to enter the first superconducting single photon detector 30. Yes. Therefore, the first superconducting single photon detector 30 can detect a change in the polarization direction of the first fluorescent light 21 emitted from the Q rod (first material 15b). As a result, by using the fluorescence correlation spectroscopy device 2 according to the present embodiment, the rotation diffusion time τ R that characterizes the rotation diffusion motion of the Q rod (first material 15b) and the maximum correlation function value due to the rotation diffusion motion. The value GRmax can be determined.

本実施の形態の蛍光相関分光装置2、及び、材料(第1の材料15b)の相関を測定する方法の効果を説明する。   The effect of the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 2 of the present embodiment and the method of measuring the correlation between the materials (first material 15b) will be described.

本実施の形態の蛍光相関分光装置2は、第2の偏光選択素子27をさらに備え、第2の偏光選択素子27は第1の蛍光光21が第1の超伝導単一光子検出器30に入射する光路に配置される。第1の蛍光光21が第1の超伝導単一光子検出器30に入射する光路に第2の偏光選択素子27が配置されているので、第1の材料15bから放射される第1の蛍光光21の偏光方向の変化を第1の超伝導単一光子検出器30で検出することができる。その結果、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置2を用いることにより、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、第1の材料15aの回転拡散のような第1の材料の相関を正確に測定することができる。本実施の形態に係る蛍光相関分光装置2を用いることによって、例えば、生体内(in vivo)において、細胞内で病原たんぱく質が生じたことや、細胞内の微小環境の変化を検出することができる。   The fluorescence correlation spectroscopy apparatus 2 of the present embodiment further includes a second polarization selection element 27, and the second polarization selection element 27 causes the first fluorescent light 21 to be converted into the first superconducting single photon detector 30. Arranged in the incident optical path. Since the second polarization selection element 27 is disposed in the optical path where the first fluorescent light 21 enters the first superconducting single photon detector 30, the first fluorescence emitted from the first material 15b. A change in the polarization direction of the light 21 can be detected by the first superconducting single photon detector 30. As a result, by using the fluorescence correlation spectroscopy device 2 according to the present embodiment, the correlation of the first material such as the rotational diffusion of the first material 15a can be obtained without being affected by the afterpulse of the avalanche photodiode. It can be measured accurately. By using the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 2 according to the present embodiment, for example, it is possible to detect the occurrence of pathogenic proteins in cells or changes in the intracellular microenvironment in vivo. .

本実施の形態の材料(第1の材料15b)の相関を測定する方法は、第1の蛍光光21を第2の偏光選択素子27に入射させ、第2の偏光選択素子27から出射された第1の蛍光光21を第1の超伝導単一光子検出器30に入射させることをさらに備える。第2の偏光選択素子27から出射された第1の蛍光光21を第1の超伝導単一光子検出器30に入射させるので、第1の材料15bから放射される第1の蛍光光21の偏光方向の変化を第1の超伝導単一光子検出器30で検出することができる。その結果、本実施の形態に係る第1の材料15bの相関を測定する方法により、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、第1の材料15aの回転拡散のような第1の材料の相関を正確に測定することができる。本実施の形態に係る第1の材料15bの相関を測定する方法を用いることによって、例えば、生体内(in vivo)において、細胞内で病原たんぱく質が生じたことや、細胞内の微小環境の変化を検出することができる。   In the method of measuring the correlation of the material (first material 15b) of the present embodiment, the first fluorescent light 21 is incident on the second polarization selection element 27 and is emitted from the second polarization selection element 27. The method further includes causing the first fluorescent light 21 to be incident on the first superconducting single photon detector 30. Since the first fluorescent light 21 emitted from the second polarization selection element 27 is incident on the first superconducting single photon detector 30, the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15b A change in polarization direction can be detected by the first superconducting single photon detector 30. As a result, the method of measuring the correlation of the first material 15b according to the present embodiment allows the first material such as rotational diffusion of the first material 15a without being affected by the afterpulse of the avalanche photodiode. Can be accurately measured. By using the method of measuring the correlation of the first material 15b according to the present embodiment, for example, in vivo, pathogenic proteins are generated in the cell, or the microenvironment in the cell is changed. Can be detected.

(実施の形態3)
図17及び図18を参照して、実施の形態3に係る蛍光相関分光装置3を説明する。本実施の形態の蛍光相関分光装置3は、基本的には、図1から図3に示す実施の形態1の蛍光相関分光装置1と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、主に以下の点で異なる。
(Embodiment 3)
With reference to FIG.17 and FIG.18, the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 3 which concerns on Embodiment 3 is demonstrated. The fluorescence correlation spectroscopy device 3 of the present embodiment basically has the same configuration as the fluorescence correlation spectroscopy device 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 and can obtain the same effects. The main differences are as follows.

本実施の形態の蛍光相関分光装置3によれば、試料15に含まれる複数の材料の相関を測定することができる。より特定的には、本実施の形態の蛍光相関分光装置3によれば、試料15に含まれる複数の材料(第1の材料15a及び第2の材料15c)間の相互相関を測定することができる。また、本実施の形態の蛍光相関分光装置3によれば、試料15に含まれる複数の材料(第1の材料15a及び第2の材料15c)のそれぞれの自己相関を同時に測定することができる。第2の材料15cは、第1の材料15aと異なる材料である。第1の材料15a及び第2の材料15cは、蛍光材料、または、蛍光材料で標識された材料であってもよい。第1の材料15a及び第2の材料15cとして、蛍光材料で標識された分子、蛍光材料で標識されたたんぱく質、蛍光材料で標識された細胞を例示することができる。   According to the fluorescence correlation spectroscopy device 3 of the present embodiment, the correlation of a plurality of materials included in the sample 15 can be measured. More specifically, according to the fluorescence correlation spectroscopy device 3 of the present embodiment, the cross-correlation between a plurality of materials (the first material 15a and the second material 15c) included in the sample 15 can be measured. it can. In addition, according to the fluorescence correlation spectroscopy device 3 of the present embodiment, the autocorrelation of each of a plurality of materials (first material 15a and second material 15c) included in the sample 15 can be measured simultaneously. The second material 15c is a material different from the first material 15a. The first material 15a and the second material 15c may be a fluorescent material or a material labeled with a fluorescent material. Examples of the first material 15a and the second material 15c include molecules labeled with a fluorescent material, proteins labeled with a fluorescent material, and cells labeled with a fluorescent material.

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置3は、光学系20cと、第1の超伝導単一光子検出器(SSPD)30と、第2の超伝導単一光子検出器(SSPD)30cと、冷凍機40と、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光21の強度を示す第1の強度信号と第2の超伝導単一光子検出器30cによって検出された第2の蛍光光21cの強度を示す第2の強度信号とを処理する信号処理部50cとを備えている。   The fluorescence correlation spectroscopy device 3 according to the present embodiment includes an optical system 20c, a first superconducting single photon detector (SSPD) 30, a second superconducting single photon detector (SSPD) 30c, The first intensity signal indicating the intensity of the first fluorescent light 21 detected by the refrigerator 40 and the first superconducting single photon detector 30 and the second superconducting single photon detector 30c are detected. And a signal processing unit 50c for processing a second intensity signal indicating the intensity of the second fluorescent light 21c.

光学系20cは、第1の光学系と第2の光学系とを含む。第1の光学系は、第1の材料15a及び第2の材料15cを含む試料15に第1の励起光11及び第2の励起光11cを入射させる。第2の光学系は、第1の材料15aから放射される第1の蛍光光21を第1の超伝導単一光子検出器30に入射させるとともに、第2の材料15cから放射される第2の蛍光光21cを第2の超伝導単一光子検出器30cに入射させる。   The optical system 20c includes a first optical system and a second optical system. The first optical system causes the first excitation light 11 and the second excitation light 11c to enter the sample 15 including the first material 15a and the second material 15c. The second optical system causes the first fluorescent light 21 radiated from the first material 15a to enter the first superconducting single-photon detector 30, and the second radiated from the second material 15c. The fluorescent light 21c is incident on the second superconducting single photon detector 30c.

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置3の光学系20cの第1の光学系は、実施の形態1の光学系20の第1の光学系に含まれる光学要素に加えて、第2の光源10cと、光合波器19とをさらに含む。本実施の形態の第1の光学系は、第1のミラー18をさらに含んでいてもよい。   The first optical system of the optical system 20c of the fluorescence correlation spectroscopic device 3 according to the present embodiment includes a second light source in addition to the optical elements included in the first optical system of the optical system 20 of the first embodiment. 10c and the optical multiplexer 19 are further included. The first optical system of the present embodiment may further include a first mirror 18.

第2の光源10cは、試料15に含まれる第2の材料15cを基底状態から励起状態に励起するための第2の励起光11cを出射する。第2の励起光11cの波長は第1の励起光11の波長と異なる。本実施の形態では、第2の光源10cはレーザであり、第2の励起光11cはレーザ光である。第2の光源10cは、レーザに限られない。第2の励起光11cは第1のミラーで反射された後、光合波器19において、第1の励起光11と合波される。光合波器19として、第1の励起光11を透過し第2の励起光11cを反射するダイクロイックミラーを例示することができる。   The second light source 10c emits second excitation light 11c for exciting the second material 15c included in the sample 15 from the ground state to the excited state. The wavelength of the second excitation light 11 c is different from the wavelength of the first excitation light 11. In the present embodiment, the second light source 10c is a laser, and the second excitation light 11c is a laser beam. The second light source 10c is not limited to a laser. The second excitation light 11 c is reflected by the first mirror and then combined with the first excitation light 11 in the optical multiplexer 19. An example of the optical multiplexer 19 is a dichroic mirror that transmits the first pumping light 11 and reflects the second pumping light 11c.

光合波器19において合波された第1の励起光11及び第2の励起光11cは、第1のフィルタ12に入射される。第1のフィルタ12によって、第1の材料15a及び第2の材料15cを含む試料15に照射される第1の励起光11及び第2の励起光11cの強度が調整される。第1のフィルタ12として、NDフィルタを例示することができる。   The first pumping light 11 and the second pumping light 11 c combined by the optical multiplexer 19 are incident on the first filter 12. The first filter 12 adjusts the intensities of the first excitation light 11 and the second excitation light 11c irradiated on the sample 15 including the first material 15a and the second material 15c. An example of the first filter 12 is an ND filter.

第1のフィルタ12を通過した第1の励起光11及び第2の励起光11cは、第1の波長選択素子13に入射する。第1の波長選択素子13は、第1の励起光11及び第2の励起光11cを反射し、試料15に含まれる第1の材料15aから出射される第1の蛍光光21と試料15に含まれる第2の材料15cから出射される第2の蛍光光21cとを透過する性質を有する。第1の波長選択素子13によって、第1の励起光11及び第2の励起光11cは反射されて、対物レンズ14に向けられる。   The first excitation light 11 and the second excitation light 11 c that have passed through the first filter 12 enter the first wavelength selection element 13. The first wavelength selection element 13 reflects the first excitation light 11 and the second excitation light 11 c, and reflects the first fluorescent light 21 and the sample 15 emitted from the first material 15 a included in the sample 15. It has a property of transmitting the second fluorescent light 21c emitted from the included second material 15c. The first excitation light 11 and the second excitation light 11 c are reflected by the first wavelength selection element 13 and directed to the objective lens 14.

対物レンズ14によって、第1の励起光11及び第2の励起光11cは試料15に集光される。図18を参照して、第1の材料15a及び第2の材料15cを含む試料15において、第1の励起光11及び第2の励起光11cは集光領域11aに集光される。第1の励起光11及び第2の励起光11cは、対物レンズ14によって、試料15において第1の励起光11及び第2の励起光11cの回折限界まで絞り込まれてもよい。試料15において第1の励起光11及び第2の励起光11cを狭い集光領域11aに集光することによって、集光領域11aに含まれる試料15の量を、例えば、フェムトリットル(10−15L)程度とすることができる。対物レンズ14を用いて第1の励起光11及び第2の励起光11cを集光することによって、微小な測定領域を得ることができる。 The first excitation light 11 and the second excitation light 11 c are collected on the sample 15 by the objective lens 14. Referring to FIG. 18, in the sample 15 including the first material 15a and the second material 15c, the first excitation light 11 and the second excitation light 11c are condensed on the condensing region 11a. The first excitation light 11 and the second excitation light 11c may be narrowed down to the diffraction limit of the first excitation light 11 and the second excitation light 11c in the sample 15 by the objective lens 14. By condensing the first excitation light 11 and the second excitation light 11c in the sample 15 onto the narrow light collection region 11a, the amount of the sample 15 contained in the light collection region 11a is reduced to, for example, femtoliter (10 −15 L). By collecting the first excitation light 11 and the second excitation light 11c using the objective lens 14, a minute measurement region can be obtained.

本実施の形態の光学系20cの第2の光学系は、実施の形態1の光学系20の第2の光学系に含まれる光学要素に加えて、第2の波長選択素子28と、第2の共焦点光学系22cとをさらに含む。本実施の形態では、第2の共焦点光学系22cは、第2のレンズ23cと第2の光ファイバ24cとを有する。第2の共焦点光学系22cは、ピンホールのような他の光学要素によって構成されていてもよい。本実施の形態の第2の光学系は、第2のミラー29と、第2の屈折率分布型レンズ25cをさらに含んでいてもよい。   The second optical system of the optical system 20c of the present embodiment includes a second wavelength selection element 28, a second wavelength selection element 28 in addition to the optical elements included in the second optical system of the optical system 20 of the first embodiment. The confocal optical system 22c. In the present embodiment, the second confocal optical system 22c includes a second lens 23c and a second optical fiber 24c. The second confocal optical system 22c may be configured by other optical elements such as pinholes. The second optical system of the present embodiment may further include a second mirror 29 and a second gradient index lens 25c.

第1の材料15aから放射された第1の蛍光光21と第2の材料15cから放射された第2の蛍光光21cとは、対物レンズ14によって集められる。対物レンズ14を透過して第1の波長選択素子13に入射する光には、第1の蛍光光21と、第2の蛍光光21cと、試料15において反射または散乱された第1の励起光11及び第2の励起光11cが含まれる。第1の波長選択素子13によって、試料15において反射または散乱された第1の励起光11及び第2の励起光11cは反射され、第1の蛍光光21及び第2の蛍光光21cのみが第1の波長選択素子13を透過する。   The first fluorescent light 21 emitted from the first material 15 a and the second fluorescent light 21 c emitted from the second material 15 c are collected by the objective lens 14. The light that passes through the objective lens 14 and enters the first wavelength selection element 13 includes the first fluorescent light 21, the second fluorescent light 21 c, and the first excitation light reflected or scattered by the sample 15. 11 and second excitation light 11c. The first excitation light 11 and the second excitation light 11c reflected or scattered by the sample 15 are reflected by the first wavelength selection element 13, and only the first fluorescence light 21 and the second fluorescence light 21c are the first. 1 wavelength selection element 13 is transmitted.

第1の波長選択素子13を透過した第1の蛍光光21及び第2の蛍光光21cは、第2のフィルタ26に入射される。第2のフィルタ26によって、第1の超伝導単一光子検出器30及び第2の超伝導単一光子検出器30cに入射させる必要のない光が除去される。第2のフィルタ26として、帯域通過フィルタを例示することができる。   The first fluorescent light 21 and the second fluorescent light 21 c that have passed through the first wavelength selection element 13 are incident on the second filter 26. The second filter 26 removes light that does not need to be incident on the first superconducting single photon detector 30 and the second superconducting single photon detector 30c. An example of the second filter 26 is a band pass filter.

第2のフィルタ26を透過した第1の蛍光光21及び第2の蛍光光21cは、第2の波長選択素子28に入射する。第2の波長選択素子28は、第1の蛍光光21を透過し、第2の蛍光光21cを反射する。第2の波長選択素子28として、ダイクロイックミラーを例示することができる。   The first fluorescent light 21 and the second fluorescent light 21 c that have passed through the second filter 26 enter the second wavelength selection element 28. The second wavelength selection element 28 transmits the first fluorescent light 21 and reflects the second fluorescent light 21c. An example of the second wavelength selection element 28 is a dichroic mirror.

第2の波長選択素子28で反射された第2の蛍光光21cは、第2のミラー29で反射された後、第2の共焦点光学系22cに入射する。本実施の形態では、第2の共焦点光学系22cは、第2のレンズ23cと第2の光ファイバ24cとを有する。第2の蛍光光21cは第2のレンズ23cによって集光されて、第2の光ファイバ24cの入射端24cfに入射する。第2のレンズ23cによって集光された第2の蛍光光21cのうち、第2の光ファイバ24cのコアに光学的に結合することができる光だけが、第2の光ファイバ24c内を伝搬することができる。第2のレンズ23cによって集光された第2の蛍光光21cのうち、第2の光ファイバ24cのコアに光学的に結合することができない光は、第2の光ファイバ24cのコア内を伝搬することができない。そのため、第2の光ファイバ24cの入射端24cfは、ピンホールのように作用する。第2のレンズ23cと第2の光ファイバ24cとを有する第2の共焦点光学系22cは、対物レンズ14の焦点位置にある第2の材料15cから放射された第2の蛍光光21c以外の光が、第2の光ファイバ24cを伝搬することを防ぐ。第2の光ファイバ24cとして、62.5μmの直径のコアを有するマルチモードファイバを例示することができる。   The second fluorescent light 21c reflected by the second wavelength selection element 28 is reflected by the second mirror 29 and then enters the second confocal optical system 22c. In the present embodiment, the second confocal optical system 22c includes a second lens 23c and a second optical fiber 24c. The second fluorescent light 21c is collected by the second lens 23c and enters the incident end 24cf of the second optical fiber 24c. Of the second fluorescent light 21c collected by the second lens 23c, only the light that can be optically coupled to the core of the second optical fiber 24c propagates in the second optical fiber 24c. be able to. Of the second fluorescent light 21c collected by the second lens 23c, light that cannot be optically coupled to the core of the second optical fiber 24c propagates in the core of the second optical fiber 24c. Can not do it. Therefore, the incident end 24cf of the second optical fiber 24c acts like a pinhole. The second confocal optical system 22c having the second lens 23c and the second optical fiber 24c is other than the second fluorescent light 21c emitted from the second material 15c at the focal position of the objective lens 14. Light is prevented from propagating through the second optical fiber 24c. An example of the second optical fiber 24c is a multimode fiber having a core with a diameter of 62.5 μm.

第2の光ファイバ24cは、冷凍機40の外部から冷凍機40の内部に延在している。第2の光ファイバ24cによって、冷凍機40の外部に位置する試料15中の第2の材料15cから放射された第2の蛍光光21cを、冷凍機40の内部に位置する第2の超伝導単一光子検出器30cに、高い効率で光学的に結合させることができる。   The second optical fiber 24 c extends from the outside of the refrigerator 40 to the inside of the refrigerator 40. By the second optical fiber 24c, the second fluorescent light 21c radiated from the second material 15c in the sample 15 located outside the refrigerator 40 is converted into the second superconductivity located inside the refrigerator 40. The single photon detector 30c can be optically coupled with high efficiency.

第2の光ファイバ24cの出射端に第2の屈折率分布型レンズ25cが設けられる。第2の光ファイバ24cを伝搬した第2の蛍光光21cは第2の屈折率分布型レンズ25cによって、第2の超伝導単一光子検出器30c上に集光される。第2の屈折率分布型レンズ25cによって、試料15中の第2の材料15cから放射された第2の蛍光光21cを、第2の超伝導単一光子検出器30cに、高い効率で光学的に結合させることができる。   A second gradient index lens 25c is provided at the exit end of the second optical fiber 24c. The second fluorescent light 21c propagating through the second optical fiber 24c is condensed on the second superconducting single photon detector 30c by the second gradient index lens 25c. By the second gradient index lens 25c, the second fluorescent light 21c emitted from the second material 15c in the sample 15 is optically transmitted to the second superconducting single photon detector 30c with high efficiency. Can be combined.

第2の超伝導単一光子検出器30cは、試料15に含まれる第2の材料15cから放射された第2の蛍光光21cの強度を検出して、第2の蛍光光21cの強度を示す強度信号を信号処理部50cに出力する。第2の超伝導単一光子検出器30cは、図2(A)、(B)または図10(A)、(B)に示される構造を有している。   The second superconducting single photon detector 30c detects the intensity of the second fluorescent light 21c emitted from the second material 15c included in the sample 15, and indicates the intensity of the second fluorescent light 21c. The intensity signal is output to the signal processing unit 50c. The second superconducting single photon detector 30c has the structure shown in FIGS. 2A and 2B or FIGS. 10A and 10B.

本実施の形態の信号処理部50cは、実施の形態1の信号処理部50cに含まれる回路に加えて、第2の相関器55cと第3の相関器56とを有する。本実施の形態の信号処理部50cは、第2の低ノイズ増幅器51cと、第2のコンパレータ52cとをさらに有していてもよい。   The signal processing unit 50c according to the present embodiment includes a second correlator 55c and a third correlator 56 in addition to the circuits included in the signal processing unit 50c according to the first embodiment. The signal processing unit 50c of the present embodiment may further include a second low noise amplifier 51c and a second comparator 52c.

第2の低ノイズ増幅器51cは、第2の超伝導単一光子検出器30cによって検出された第2の蛍光光21cの強度信号を、低いノイズで増幅する回路である。   The second low noise amplifier 51c is a circuit that amplifies the intensity signal of the second fluorescent light 21c detected by the second superconducting single photon detector 30c with low noise.

第2のコンパレータ52cは、第2の超伝導単一光子検出器30cによって検出された第2の蛍光光21cの強度信号を、トランジスタ−トランジスタ論理(TTL)信号に変換する回路である。第2のコンパレータ52cは、第2の超伝導単一光子検出器30cによって得られた第2の蛍光光21cの強度を示す強度信号を、他の信号に変換する回路であってもよい。   The second comparator 52c is a circuit that converts the intensity signal of the second fluorescent light 21c detected by the second superconducting single photon detector 30c into a transistor-transistor logic (TTL) signal. The second comparator 52c may be a circuit that converts an intensity signal indicating the intensity of the second fluorescent light 21c obtained by the second superconducting single photon detector 30c into another signal.

第2の相関器55cは、第2の超伝導単一光子検出器30cによって検出された第2の蛍光光21cの強度信号の自己相関関数を得る回路である。第3の相関器56は、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出された第1の蛍光光21の強度信号と第2の超伝導単一光子検出器30cによって検出された第2の蛍光光21cの強度信号との相互相関関数を得る回路である。第2の相関器55cでは、第2の蛍光光21cの強度信号に対して、式(3)で表される演算を行い、第3の相関器56では、第1の蛍光光21の強度信号及び第2の蛍光光21cの強度信号に対して、式(4)で表される演算を行う。   The second correlator 55c is a circuit that obtains an autocorrelation function of the intensity signal of the second fluorescent light 21c detected by the second superconducting single photon detector 30c. The third correlator 56 includes an intensity signal of the first fluorescent light 21 detected by the first superconducting single photon detector 30 and a second signal detected by the second superconducting single photon detector 30c. This circuit obtains a cross-correlation function with the intensity signal of the fluorescent light 21c. The second correlator 55c performs the calculation represented by the expression (3) on the intensity signal of the second fluorescent light 21c, and the third correlator 56 calculates the intensity signal of the first fluorescent light 21. And the calculation represented by Expression (4) is performed on the intensity signal of the second fluorescent light 21c.

ここで、I(t)は時間tにおける第2の蛍光光21cの強度信号を表し、<I(t)>は第2の蛍光光21cの強度信号の時間平均を表し、τは相関時間を表し、G22(τ)は第2の蛍光光21cの強度信号の自己相関関数を表し、G12(τ)は第1の蛍光光21の強度信号と第2の蛍光光21cの強度信号との相互相関関数を表す。第2の相関器55c及び第3の相関器56として、デジタル相関器を例示することができる。 Here, I 2 (t) represents the intensity signal of the second fluorescent light 21c at time t, <I 2 (t)> represents the time average of the intensity signal of the second fluorescent light 21c, and τ is a correlation. G 22 (τ) represents the autocorrelation function of the intensity signal of the second fluorescent light 21c, and G 12 (τ) represents the intensity signal of the first fluorescent light 21 and the intensity of the second fluorescent light 21c. Represents the cross-correlation function with the signal. A digital correlator can be exemplified as the second correlator 55c and the third correlator 56.

本実施の形態の蛍光相関分光装置3を用いた第1の材料15a及び第2の材料の相関を測定する方法について説明する。   A method for measuring the correlation between the first material 15a and the second material using the fluorescence correlation spectroscopy apparatus 3 of the present embodiment will be described.

図18を参照して、溶液や細胞といった試料15の中に含まれる分子などの第1の材料15a及び第2の材料15cは、ランダムな方向に並進拡散運動している(ブラウン運動)。このブラウン運動によって、第1の材料15a及び第2の材料15cは微小な集光領域11aを絶えず出入りする。微小な集光領域11aに位置する第1の材料15aのみから第1の蛍光光21が放射され、微小な集光領域11aに位置する第2の材料15cのみから第2の蛍光光21cが放射される。そのため、微小な集光領域11aに第1の材料15a及び第2の材料15cがランダムに出入りすることに応じて、第1の超伝導単一光子検出器30によって検出される第1の蛍光光21の強度及び第2の超伝導単一光子検出器30cによって検出される第2の蛍光光21cの強度もランダムに揺らぐ。   Referring to FIG. 18, the first material 15a and the second material 15c such as molecules contained in a sample 15 such as a solution or a cell are translated and diffused in random directions (Brownian motion). By this Brownian motion, the first material 15a and the second material 15c constantly enter and exit the minute condensing region 11a. The first fluorescent light 21 is emitted only from the first material 15a located in the minute condensing region 11a, and the second fluorescent light 21c is emitted only from the second material 15c located in the minute condensing region 11a. Is done. Therefore, the first fluorescent light detected by the first superconducting single photon detector 30 in response to the first material 15a and the second material 15c entering and exiting the minute condensing region 11a at random. The intensity of 21 and the intensity of the second fluorescent light 21c detected by the second superconducting single photon detector 30c also fluctuate randomly.

実施の形態1と同様に、第1の相関器55によって、試料15に含まれる第1の材料15aから放射される第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数を得る。第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数から、第1の材料15aのサイズに関する情報、第1の材料15aの周りの微小領域の環境に関する情報、及び集光領域11aに含まれる第1の材料15aの数に関する情報などを得ることができる。また、第2の相関器55cによって、試料15に含まれる第2の材料15cから放射される第2の蛍光光21cの強度信号の自己相関関数を得る。第2の蛍光光21cの強度信号の自己相関関数から、第2の材料15cのサイズに関する情報、第2の材料15cの周りの微小領域の環境に関する情報、及び集光領域11aに含まれる第2の材料15cの数に関する情報などを得ることができる。   Similar to the first embodiment, the first correlator 55 obtains the autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a included in the sample 15. From the autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21, information on the size of the first material 15a, information on the environment of the minute region around the first material 15a, and the first included in the light collection region 11a. Information on the number of materials 15a can be obtained. In addition, the autocorrelation function of the intensity signal of the second fluorescent light 21c emitted from the second material 15c included in the sample 15 is obtained by the second correlator 55c. From the autocorrelation function of the intensity signal of the second fluorescent light 21c, information on the size of the second material 15c, information on the environment of the minute region around the second material 15c, and the second included in the light collection region 11a. Information on the number of the materials 15c can be obtained.

本実施の形態の蛍光相関分光装置3における信号処理部50cは、第1の材料15aから放射される第1の蛍光光21の強度信号と第2の材料15cから放射される第2の蛍光光21cの強度信号との相互相関関数を得る第3の相関器56を有している。第3の相関器56によって、第1の蛍光光21の強度の揺らぎと第2の蛍光光21cの強度の揺らぎとの同時性を測定することができる。第1の蛍光光21の強度の揺らぎと第2の蛍光光21cの強度の揺らぎとの同時性は、第1の蛍光光21を放射する第1の材料15aと第2の蛍光光21cを放射する第2の材料15cとが時間的及び空間的に一緒に存在する程度を表す。   The signal processing unit 50c in the fluorescence correlation spectroscopic device 3 according to the present embodiment has the intensity signal of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a and the second fluorescent light emitted from the second material 15c. A third correlator 56 is provided for obtaining a cross-correlation function with the intensity signal 21c. The third correlator 56 can measure the simultaneity of the intensity fluctuation of the first fluorescent light 21 and the intensity fluctuation of the second fluorescent light 21c. The simultaneous fluctuation of the intensity fluctuation of the first fluorescent light 21 and the intensity fluctuation of the second fluorescent light 21c radiates the first material 15a that emits the first fluorescent light 21 and the second fluorescent light 21c. This represents the degree to which the second material 15c to be present exists temporally and spatially.

第1の材料15aから放射される第1の蛍光光21の強度信号と第2の材料15cから放射される第2の蛍光光21cの強度信号との相互相関関数の振幅から、第1の材料15aと第2の材料15cとの結合の度合いを得ることができる。例えば、第1の蛍光光21の強度信号と第2の蛍光光21cの強度信号との相互相関関数の振幅が大きいほど、第1の材料15aと第2の材料15cの結合の度合いが大きく、第1の蛍光光21の強度信号と第2の蛍光光21cの強度信号との相互相関関数の振幅が小さいほど、第1の材料15aと第2の材料15cとの結合の度合いが小さい。   From the amplitude of the cross-correlation function between the intensity signal of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a and the intensity signal of the second fluorescent light 21c emitted from the second material 15c, the first material The degree of coupling between 15a and the second material 15c can be obtained. For example, as the amplitude of the cross-correlation function between the intensity signal of the first fluorescent light 21 and the intensity signal of the second fluorescent light 21c increases, the degree of coupling between the first material 15a and the second material 15c increases. The smaller the amplitude of the cross-correlation function between the intensity signal of the first fluorescent light 21 and the intensity signal of the second fluorescent light 21c, the smaller the degree of coupling between the first material 15a and the second material 15c.

本実施の形態の信号処理部50cは、第1の蛍光光21の強度信号と第2の蛍光光21cの強度信号との相互相関関数の振幅を、第1の相関器55によって得られた第1の蛍光光21の強度信号の自己相関関数の振幅及び第2の相関器55cによって得られた第2の蛍光光21cの強度信号の自己相関関数の振幅で除算する演算回路58を有していてもよい。このような演算回路58によって、第1の材料15aと第2の材料15cとの結合の度合いをより正確に得ることができる。   The signal processing unit 50c according to the present embodiment uses the first correlator 55 to obtain the amplitude of the cross-correlation function between the intensity signal of the first fluorescent light 21 and the intensity signal of the second fluorescent light 21c. And an arithmetic circuit 58 that divides by the amplitude of the autocorrelation function of the intensity signal of the first fluorescent light 21 and the amplitude of the autocorrelation function of the intensity signal of the second fluorescent light 21c obtained by the second correlator 55c. May be. By such an arithmetic circuit 58, the degree of coupling between the first material 15a and the second material 15c can be obtained more accurately.

第1の材料15aから放射される第1の蛍光光21の強度信号と第2の材料15cから放射される第2の蛍光光21cの強度信号との相互相関関数の相関時間から、第1の材料15aと第2の材料15cとが結合する平均時間、または第1の材料15aと第2の材料15cとが結合した材料構造体、例えば分子構造体、が微小な集光領域11aに滞在する平均時間を得ることができる。   From the correlation time of the cross-correlation function between the intensity signal of the first fluorescent light 21 emitted from the first material 15a and the intensity signal of the second fluorescent light 21c emitted from the second material 15c, the first The average time during which the material 15a and the second material 15c are combined, or a material structure in which the first material 15a and the second material 15c are combined, such as a molecular structure, stays in the minute light collection region 11a. Average time can be obtained.

本実施の形態の蛍光相関分光装置3、及び、複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相関を測定する方法の効果を説明する。   The effects of the fluorescence correlation spectroscopy device 3 of the present embodiment and the method of measuring the correlation between a plurality of materials (the first material 15a and the second material 15c) will be described.

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置3は、試料15に含まれる複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)から放射された複数の蛍光光(第1の蛍光光21、第2の蛍光光21c)の強度の時間変化を検出する複数の超伝導単一光子検出器(第1の超伝導単一光子検出器30、第2の超伝導単一光子検出器30c)と、複数の超伝導単一光子検出器(第1の超伝導単一光子検出器30、第2の超伝導単一光子検出器30c)によって検出された複数の蛍光光(第1の蛍光光21、第2の蛍光光21c)の強度を示す複数の強度信号を処理する信号処理部50cとを備え、信号処理部50cは複数の蛍光光(第1の蛍光光21、第2の蛍光光21c)の複数の強度信号のそれぞれの自己相関関数を得る複数の相関器(第1の相関器55、第2の相関器55c)を有する。   The fluorescence correlation spectroscopic device 3 according to the present embodiment includes a plurality of fluorescent lights (first fluorescent light 21, first material 15a, second material 15c) radiated from a plurality of materials (first material 15a, second material 15c). A plurality of superconducting single photon detectors (first superconducting single photon detector 30, second superconducting single photon detector 30c) that detect temporal changes in the intensity of the second fluorescent light 21c); A plurality of fluorescent light (first fluorescent light 21) detected by a plurality of superconducting single photon detectors (first superconducting single photon detector 30, second superconducting single photon detector 30c). And a signal processing unit 50c for processing a plurality of intensity signals indicating the intensity of the second fluorescent light 21c). The signal processing unit 50c includes a plurality of fluorescent lights (first fluorescent light 21 and second fluorescent light 21c). A plurality of correlators (first correlator 5) for obtaining respective autocorrelation functions of a plurality of intensity signals. , A second correlator 55c).

第1の超伝導単一光子検出器30及び第2の超伝導単一光子検出器30cは、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスを発生しない。そのため、本実施の形態の蛍光相関分光装置3によれば、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、複数の材料(第1の材料15a及び第2の材料15c)のそれぞれの自己相関関数を同時かつ正確に測定することができる。本実施の形態に係る蛍光相関分光装置3を用いることによって、例えば、生体内(in vivo)において、細胞内で複数の病原たんぱく質が生じたことや、細胞内の微小環境の複数の変化を同時に検出することができる。   The first superconducting single photon detector 30 and the second superconducting single photon detector 30c do not generate afterpulses of the avalanche photodiode. Therefore, according to the fluorescence correlation spectroscopy device 3 of the present embodiment, each autocorrelation of the plurality of materials (the first material 15a and the second material 15c) is not affected by the afterpulse of the avalanche photodiode. Functions can be measured simultaneously and accurately. By using the fluorescence correlation spectroscopy device 3 according to the present embodiment, for example, in vivo, a plurality of pathogenic proteins are generated in a cell, or a plurality of changes in a microenvironment in a cell are simultaneously performed. Can be detected.

本実施の形態に係る蛍光相関分光装置3は、試料15に含まれる複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)から放射された複数の蛍光光(第1の蛍光光21、第2の蛍光光21c)の強度の時間変化を検出する複数の超伝導単一光子検出器(第1の超伝導単一光子検出器30、第2の超伝導単一光子検出器30c)と、複数の超伝導単一光子検出器(第1の超伝導単一光子検出器30、第2の超伝導単一光子検出器30c)によって検出された複数の蛍光光(第1の蛍光光21、第2の蛍光光21c)の強度を示す複数の強度信号を処理する信号処理部50cとを備え、信号処理部50cは複数の蛍光光(第1の蛍光光21、第2の蛍光光21c)の複数の強度信号の相互相関関数を得る相関器(第3の相関器56)を有する。   The fluorescence correlation spectroscopic device 3 according to the present embodiment includes a plurality of fluorescent lights (first fluorescent light 21, first material 15a, second material 15c) radiated from a plurality of materials (first material 15a, second material 15c). A plurality of superconducting single photon detectors (first superconducting single photon detector 30, second superconducting single photon detector 30c) that detect temporal changes in the intensity of the second fluorescent light 21c); A plurality of fluorescent light (first fluorescent light 21) detected by a plurality of superconducting single photon detectors (first superconducting single photon detector 30, second superconducting single photon detector 30c). And a signal processing unit 50c for processing a plurality of intensity signals indicating the intensity of the second fluorescent light 21c). The signal processing unit 50c includes a plurality of fluorescent lights (first fluorescent light 21 and second fluorescent light 21c). ) Has a correlator (third correlator 56) for obtaining a cross-correlation function of the plurality of intensity signals.

複数の超伝導単一光子検出器(第1の超伝導単一光子検出器30、第2の超伝導単一光子検出器30c)は、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスを発生しない。そのため、本実施の形態に係る蛍光相関分光装置3によれば、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相互相関関数を正確に測定することができる。本実施の形態に係る蛍光相関分光装置3によれば、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相互作用の状況を正確に測定することができる。本実施の形態に係る蛍光相関分光装置3を用いることによって、例えば、生体内(in vivo)において、細胞内の分子の相互作用の状況を検出することができる。   The plurality of superconducting single photon detectors (first superconducting single photon detector 30, second superconducting single photon detector 30c) do not generate afterpulses of the avalanche photodiode. Therefore, according to the fluorescence correlation spectroscopy device 3 according to the present embodiment, the cross-correlation function of a plurality of materials (the first material 15a and the second material 15c) is not affected by the afterpulse of the avalanche photodiode. Can be measured accurately. According to the fluorescence correlation spectroscopic device 3 according to the present embodiment, the interaction state of a plurality of materials (first material 15a and second material 15c) is not affected by the afterpulse of the avalanche photodiode. It can be measured accurately. By using the fluorescence correlation spectroscopy device 3 according to the present embodiment, for example, the state of interaction of molecules in cells can be detected in vivo (in vivo).

本実施の形態に係る複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相関を測定する方法は、試料15に含まれる複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)から放射された複数の蛍光光(第1の蛍光光21、第2の蛍光光21c)の強度の時間変化を複数の超伝導単一光子検出器(第1の超伝導単一光子検出器30、第2の超伝導単一光子検出器30c)によって検出することと、複数の超伝導単一光子検出器(第1の超伝導単一光子検出器30、第2の超伝導単一光子検出器30c)によって検出された複数の蛍光光(第1の蛍光光21、第2の蛍光光21c)の強度を示す複数の強度信号の自己相関関数を得ることを備える。   The method for measuring the correlation between a plurality of materials (first material 15a and second material 15c) according to the present embodiment is based on a plurality of materials (first material 15a and second material 15c) included in the sample 15. ) The time variation of the intensity of the plurality of fluorescent lights (first fluorescent light 21 and second fluorescent light 21c) emitted from a plurality of superconducting single photon detectors (first superconducting single photon detector). 30, detection by a second superconducting single photon detector 30c) and a plurality of superconducting single photon detectors (first superconducting single photon detector 30, second superconducting single photon Obtaining an autocorrelation function of a plurality of intensity signals indicating the intensities of the plurality of fluorescent lights (first fluorescent light 21 and second fluorescent light 21c) detected by the detector 30c).

第1の超伝導単一光子検出器30及び第2の超伝導単一光子検出器30cは、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスを発生しない。そのため、本実施の形態に係る複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相関を測定する方法によれば、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、複数の材料(第1の材料15a及び第2の材料15c)のそれぞれの自己相関関数を同時かつ正確に測定することができる。本実施の形態に係るに係る複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相関を測定する方法によって、例えば、生体内(in vivo)において、細胞内で複数の病原たんぱく質が生じたことや、細胞内の微小環境の複数の変化を同時に検出することができる。   The first superconducting single photon detector 30 and the second superconducting single photon detector 30c do not generate afterpulses of the avalanche photodiode. Therefore, according to the method for measuring the correlation between the plurality of materials (first material 15a and second material 15c) according to the present embodiment, the plurality of materials are not affected by the afterpulse of the avalanche photodiode. The autocorrelation functions of (first material 15a and second material 15c) can be simultaneously and accurately measured. By the method of measuring the correlation between a plurality of materials (first material 15a, second material 15c) according to the present embodiment, for example, in vivo, a plurality of pathogenic proteins are present in cells. Occurrence and multiple changes in the microenvironment in the cell can be detected simultaneously.

本実施の形態に係る複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相関を測定する方法は、試料15に含まれる複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)から放射された複数の蛍光光(第1の蛍光光21、第2の蛍光光21c)の強度の時間変化を複数の超伝導単一光子検出器(第1の超伝導単一光子検出器30、第2の超伝導単一光子検出器30c)によって検出することと、複数の超伝導単一光子検出器(第1の超伝導単一光子検出器30、第2の超伝導単一光子検出器30c)によって検出された複数の蛍光光(第1の蛍光光21、第2の蛍光光21c)の強度を示す強度信号の相互相関関数を得ることとを備える。   The method for measuring the correlation between a plurality of materials (first material 15a and second material 15c) according to the present embodiment is based on a plurality of materials (first material 15a and second material 15c) included in the sample 15. ) The time variation of the intensity of the plurality of fluorescent lights (first fluorescent light 21 and second fluorescent light 21c) emitted from a plurality of superconducting single photon detectors (first superconducting single photon detector). 30, detection by a second superconducting single photon detector 30c) and a plurality of superconducting single photon detectors (first superconducting single photon detector 30, second superconducting single photon Obtaining a cross-correlation function of intensity signals indicating the intensities of the plurality of fluorescent lights (first fluorescent light 21 and second fluorescent light 21c) detected by the detector 30c).

第1の超伝導単一光子検出器30及び第2の超伝導単一光子検出器30cは、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスを発生しない。そのため、本実施の形態に係る複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相関を測定する方法によれば、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相互相関関数を正確に測定することができる。本実施の形態に係る複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相関を測定する方法によれば、アバランシェフォトダイオードのアフターパルスの影響を受けることなく、複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相互作用の状況を正確に測定することができる。本実施の形態に係る複数の材料(第1の材料15a、第2の材料15c)の相関を測定する方法によって、例えば、生体内(in vivo)において、細胞内の分子の相互作用の状況を検出することができる。   The first superconducting single photon detector 30 and the second superconducting single photon detector 30c do not generate afterpulses of the avalanche photodiode. Therefore, according to the method for measuring the correlation between the plurality of materials (first material 15a and second material 15c) according to the present embodiment, the plurality of materials are not affected by the afterpulse of the avalanche photodiode. The cross-correlation function of (the first material 15a and the second material 15c) can be accurately measured. According to the method of measuring the correlation between a plurality of materials (first material 15a and second material 15c) according to the present embodiment, a plurality of materials (first materials 15) are not affected by the afterpulse of the avalanche photodiode. It is possible to accurately measure the interaction between the first material 15a and the second material 15c). By the method of measuring the correlation between a plurality of materials (first material 15a, second material 15c) according to the present embodiment, for example, in vivo, the state of interaction of molecules in cells is determined. Can be detected.

本実施の形態の変形例について説明する。本実施の形態に係る蛍光相関分光装置3は、第1の相関器55及び第2の相関器55cを備えているが、本実施の形態の第1の変形例に係る蛍光相関分光装置3は、第1の相関器55及び第2の相関器55cの少なくとも1つを備えていなくてもよい。本実施の形態の第2の変形例に係る蛍光相関分光装置3は、第3の相関器56及び演算回路58を備えていなくてもよい。本実施の形態の第3の変形例に係る蛍光相関分光装置3は、実施の形態2のように、第2の波長選択素子28と第1のレンズ23との間、及び、第2の波長選択素子28と第2のレンズ23cとの間に、第2の偏光選択素子27を配置してもよい。本実施の形態の第4の変形例に係る蛍光相関分光装置3は、実施の形態2のように、第1の波長選択素子13と第2の波長選択素子28との間に、第2の偏光選択素子27を配置してもよい。   A modification of the present embodiment will be described. The fluorescence correlation spectroscopy device 3 according to the present embodiment includes the first correlator 55 and the second correlator 55c, but the fluorescence correlation spectroscopy device 3 according to the first modification of the present embodiment is , At least one of the first correlator 55 and the second correlator 55c may not be provided. The fluorescence correlation spectroscopy apparatus 3 according to the second modification of the present embodiment may not include the third correlator 56 and the arithmetic circuit 58. The fluorescence correlation spectroscopy device 3 according to the third modification of the present embodiment is arranged between the second wavelength selection element 28 and the first lens 23 and the second wavelength as in the second embodiment. A second polarization selection element 27 may be disposed between the selection element 28 and the second lens 23c. The fluorescence correlation spectroscopic device 3 according to the fourth modification of the present embodiment is arranged between the first wavelength selection element 13 and the second wavelength selection element 28 as in the second embodiment. A polarization selection element 27 may be arranged.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1,2,3 蛍光相関分光装置、10 第1の光源、10c 第2の光源、11 第1の励起光、11a 集光領域、11c 第2の励起光、12 第1のフィルタ、13 第1の波長選択素子、14 対物レンズ、15 試料、15a,15b 第1の材料、15c 第2の材料、17 第1の偏光選択素子、18 第1のミラー、19 光合波器、20,20b,20c 光学系、21 第1の蛍光光、21c 第2の蛍光光、22 第1の共焦点光学系、22c 第2の共焦点光学系、23 第1のレンズ、23c 第2のレンズ、24 第1の光ファイバ、24c 第2の光ファイバ、24cf,24f 入射端、25 第1の屈折率分布型レンズ、25c 第2の屈折率分布型レンズ、26 第2のフィルタ、27 第2の偏光選択素子、28 第2の波長選択素子、29 第2のミラー、30,30a 第1の超伝導単一光子検出器、30c 第2の超伝導単一光子検出器、31 基板、32 ミラー、33 誘電体層、34 超伝導細線、35 パッド電極、36 光共振器、37 外周、40 冷凍機、50,50c 信号処理部、51 第1の低ノイズ増幅器、51c 第2の低ノイズ増幅器、52 第1のコンパレータ、52c 第2のコンパレータ、55 第1の相関器、55c 第2の相関器、56 第3の相関器、58 演算回路。
1, 2, 3 Fluorescence correlation spectroscopic device, 10 1st light source, 10c 2nd light source, 11 1st excitation light, 11a Condensing area | region, 11c 2nd excitation light, 12 1st filter, 13 1st Wavelength selection element, 14 objective lens, 15 sample, 15a, 15b first material, 15c second material, 17 first polarization selection element, 18 first mirror, 19 optical multiplexer, 20, 20b, 20c Optical system, 21 1st fluorescent light, 21c 2nd fluorescent light, 22 1st confocal optical system, 22c 2nd confocal optical system, 23 1st lens, 23c 2nd lens, 24 1st Optical fiber, 24c second optical fiber, 24cf, 24f incident end, 25 first refractive index distribution type lens, 25c second refractive index distribution type lens, 26 second filter, 27 second polarization selection element , 28 second wavelength selection element, 29 second 2 mirrors, 30, 30a first superconducting single photon detector, 30c second superconducting single photon detector, 31 substrate, 32 mirror, 33 dielectric layer, 34 superconducting wire, 35 pad electrode, 36 optical resonator, 37 outer periphery, 40 refrigerator, 50, 50c signal processing unit, 51 first low noise amplifier, 51c second low noise amplifier, 52 first comparator, 52c second comparator, 55 first Correlator, 55c second correlator, 56 third correlator, 58 arithmetic circuit.

Claims (5)

試料に含まれる材料から放射された蛍光光の強度の時間変化を検出する超伝導単一光子検出器と、前記超伝導単一光子検出器によって検出された前記蛍光光の前記強度を示す強度信号を処理する信号処理部とを備え、前記信号処理部は前記蛍光光の前記強度信号の自己相関関数及び相互相関関数の少なくとも1つを得る相関器を有する、蛍光相関分光装置。   A superconducting single-photon detector that detects temporal changes in the intensity of fluorescent light emitted from a material contained in the sample, and an intensity signal that indicates the intensity of the fluorescent light detected by the superconducting single-photon detector A signal processing unit for processing the signal, and the signal processing unit includes a correlator that obtains at least one of an autocorrelation function and a cross-correlation function of the intensity signal of the fluorescent light. 偏光選択素子をさらに備え、前記偏光選択素子は前記蛍光光が前記超伝導単一光子検出器に入射する光路に配置される、請求項1に記載の蛍光相関分光装置。   The fluorescence correlation spectroscopic apparatus according to claim 1, further comprising a polarization selection element, wherein the polarization selection element is disposed in an optical path where the fluorescent light is incident on the superconducting single photon detector. 前記超伝導単一光子検出器は、基板と前記基板上に設けられた超伝導細線とを含み、前記蛍光光が前記超伝導細線側から入射するように、前記超伝導単一光子検出器が配置される、請求項1または請求項2に記載の蛍光相関分光装置。   The superconducting single photon detector includes a substrate and a superconducting thin wire provided on the substrate, and the superconducting single photon detector is arranged so that the fluorescent light is incident from the superconducting thin wire side. The fluorescence correlation spectroscopic device according to claim 1 or 2, which is arranged. 前記超伝導単一光子検出器は、前記基板と前記超伝導細線との間にミラーをさらに含む、請求項3に記載の蛍光相関分光装置。   The fluorescence correlation spectroscopic apparatus according to claim 3, wherein the superconducting single photon detector further includes a mirror between the substrate and the superconducting thin wire. 前記超伝導細線と前記ミラーとは光共振器を構成する、請求項4に記載の蛍光相関分光装置。   The fluorescence correlation spectroscopic apparatus according to claim 4, wherein the superconducting thin wire and the mirror constitute an optical resonator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111431624A (en) * 2020-06-09 2020-07-17 北京赛博融合信息技术有限公司 Underwater wireless optical communication system

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070109536A1 (en) * 2003-06-20 2007-05-17 The Regents Of The University Of California Modulated excitation fluorescense analysis
JP2008071908A (en) * 2006-09-13 2008-03-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Superconductive photodetector
US20090020701A1 (en) * 2006-10-05 2009-01-22 Commissariat A L'energie Atomique High time-resolution ultrasensitive optical detector, using grating coupling
JP2009038190A (en) * 2007-08-01 2009-02-19 National Institute Of Information & Communication Technology Superconducting single-photon detecting element and manufacturing method of superconducting single-photon detecting element
JP2009122606A (en) * 2007-11-19 2009-06-04 Nec Corp Wavelength converter, and detector
JP2011164068A (en) * 2010-02-15 2011-08-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Superconductive photodetector
JP2011179906A (en) * 2010-02-26 2011-09-15 Olympus Corp Sample evaluation method and sample evaluation device
US20120026483A1 (en) * 2009-01-21 2012-02-02 Rare Light, Inc. Correlation interferometric methods, devices and systems for low cost and rugged spectroscopy
JP2013036765A (en) * 2011-08-04 2013-02-21 Olympus Corp Optical analysis device and method using single light-emitting particle detection, and computer program for optical analysis
US20130172195A1 (en) * 2011-10-06 2013-07-04 Massachusetts Institute Of Technology Optical detectors and associated systems and methods

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070109536A1 (en) * 2003-06-20 2007-05-17 The Regents Of The University Of California Modulated excitation fluorescense analysis
JP2008071908A (en) * 2006-09-13 2008-03-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Superconductive photodetector
US20090020701A1 (en) * 2006-10-05 2009-01-22 Commissariat A L'energie Atomique High time-resolution ultrasensitive optical detector, using grating coupling
JP2009038190A (en) * 2007-08-01 2009-02-19 National Institute Of Information & Communication Technology Superconducting single-photon detecting element and manufacturing method of superconducting single-photon detecting element
JP2009122606A (en) * 2007-11-19 2009-06-04 Nec Corp Wavelength converter, and detector
US20120026483A1 (en) * 2009-01-21 2012-02-02 Rare Light, Inc. Correlation interferometric methods, devices and systems for low cost and rugged spectroscopy
JP2011164068A (en) * 2010-02-15 2011-08-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Superconductive photodetector
JP2011179906A (en) * 2010-02-26 2011-09-15 Olympus Corp Sample evaluation method and sample evaluation device
JP2013036765A (en) * 2011-08-04 2013-02-21 Olympus Corp Optical analysis device and method using single light-emitting particle detection, and computer program for optical analysis
US20130172195A1 (en) * 2011-10-06 2013-07-04 Massachusetts Institute Of Technology Optical detectors and associated systems and methods

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"検出効率80%以上の「超伝導ナノワイヤ単一光子検出器」を開発", URL, JPN6019034571, 5 November 2013 (2013-11-05), ISSN: 0004226487 *
ALEXANDER KORNEEV ET AL.: "Single-Photon Detection System for Quantum Optics Applications", IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, vol. 13, no. 4, JPN6019000788, 2007, US, pages 944 - 951, XP011192030, ISSN: 0004226485, DOI: 10.1109/JSTQE.2007.903856 *
金城政孝: "蛍光相関法によるタンパク質の機能解析", 生化学, vol. 82, no. 12, JPN6019034568, 2010, pages 1103 - 1116, ISSN: 0004226486 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111431624A (en) * 2020-06-09 2020-07-17 北京赛博融合信息技术有限公司 Underwater wireless optical communication system
CN111431624B (en) * 2020-06-09 2020-10-02 北京赛博融合信息技术有限公司 Underwater wireless optical communication system

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