JP2021144007A - Multichannel light detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生物、化学、医学、薬学および環境サンプルの発光信号を計測する技術に関する。 The present invention relates to techniques for measuring emission signals of biological, chemical, medical, pharmaceutical and environmental samples.
生物、化学、医学、薬学および環境分野では、検体中に存在する多彩な発光サンプルを測定するニーズは、これまで多く存在してきた。バイオアッセイでは、その発光信号によって、蛍光タンパク質を用いる方式と、化学発光(ルシフェラーゼなどからの生物発光を含む)を用いる手法の2種類に大別される。化学発光は、蛍光に比べて極めて弱光であり、高感度の測定装置を使用することが望ましい。 In the fields of biology, chemistry, medicine, pharmacy and the environment, there have been many needs for measuring a variety of luminescent samples present in a sample. Bioassays are roughly classified into two types according to the luminescence signal, a method using a fluorescent protein and a method using chemiluminescence (including bioluminescence from luciferase or the like). Chemiluminescence is extremely weak compared to fluorescence, and it is desirable to use a highly sensitive measuring device.
他方、本発明者は、以前アナログ方式の多チャンネル式光検出装置を試みたが(特許出願2013−268325(特許6161072))、そもそも測定結果が変動する電流波形であったため、各チャンネルことの感度調整や標準化が困難であった。同様の理由で感度が極めて悪くシグナル‐ノイズ比(S/B比)も2倍しか上がらなかった。このアナログ式であるがゆえに各チャンネル間の感度調整ができないため、そこから得られた測定値の信頼性が低かった。 On the other hand, the present inventor has previously tried an analog multi-channel optical detector (Patent Application 2013-268325 (Patent 6161072)), but since the measurement result was a fluctuating current waveform in the first place, the sensitivity of each channel. It was difficult to adjust and standardize. For the same reason, the sensitivity was extremely poor and the signal-to-noise ratio (S / B ratio) was only doubled. Since it is an analog type, the sensitivity cannot be adjusted between each channel, so the reliability of the measured values obtained from it is low.
本発明者は、測定基盤の多数のチャンネルの受光部に各々サンプルを配置して、各チャンネルに接続した光電子増倍管(フォトマル)により各々サンプルの化学発光を同時に測定可能で高感度な化学発光計測システムを開発した(例えば、特許文献1参照。)。 The present inventor arranges each sample in the light receiving part of many channels of the measurement base, and can simultaneously measure the chemiluminescence of each sample by a photomultiplier tube (photomultiplier tube) connected to each channel, and has high sensitivity. A luminescence measurement system has been developed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1のような多数のチャンネルを光検出器で各々測定する計測装置では、各チャンネルの光検出器、例えばフォトマルの印加高圧電圧とゲインを調整し感度を調整しても、なおチャンネル間の検出感度が異なるという問題がある。
In a measuring device such as
本発明の目的は、測定チャンネル間の光強度の検出感度の誤差を低減することが可能な発光強度計測装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a light emission intensity measuring device capable of reducing an error in the detection sensitivity of light intensity between measurement channels.
本発明の一態様によれば、複数の測定チャンネルを有する化学発光の光強度を計測する装置であって、複数の試料を各々、上記複数の測定チャンネルの各々に対して配置可能な試料保持部材を有する測定基盤と、上記試料保持部材に配置された前記複数の試料の光強度を前記測定チャンネル毎に測定する複数の光検出器を有する光検出手段と、上記測定チャンネル毎の補正情報を格納する補正情報格納手段と、上記複数の光検出器からの発光強度を、上記測定チャンネル毎の上記補正情報を参照して演算により補正した光強度を取得する手段と、を備え、上記補正情報が、上記試料保持部材に校正用の試料または所定の光源を配置して上記複数の光検出器により測定した第1の光強度と、その校正用の試料または所定の光源を他の光検出装置により測定した第2の光強度との関係に基づく、上記装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, it is a device for measuring the light intensity of chemical emission having a plurality of measurement channels, and a sample holding member capable of arranging a plurality of samples for each of the plurality of measurement channels. A measurement base having a measurement base, a light detection means having a plurality of light detectors for measuring the light intensity of the plurality of samples arranged on the sample holding member for each measurement channel, and correction information for each measurement channel are stored. The correction information is provided with a means for storing correction information and a means for acquiring the light intensity obtained by calculating the light emission intensity from the plurality of light detectors by referring to the correction information for each measurement channel. A sample for calibration or a predetermined light source is arranged on the sample holding member, and the first light intensity measured by the plurality of light detectors and the sample for calibration or the predetermined light source are measured by another light detection device. The above device is provided based on the relationship with the measured second light intensity.
上記態様によれば、上記複数の光検出器から発光強度を、上記測定チャンネル毎の上記補正情報を参照して演算により補正した光強度を取得することで、測定チャンネル間の光強度の検出感度の誤差を低減した発光強度計測装置を提供することができる。 According to the above aspect, the detection sensitivity of the light intensity between the measurement channels is obtained by acquiring the light emission intensity corrected by calculation with reference to the correction information for each measurement channel from the plurality of photodetectors. It is possible to provide a light emission intensity measuring device in which the error of the above is reduced.
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。なお、複数の図面間において共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Elements common to a plurality of drawings are designated by the same reference numerals, and the repetition of detailed description of the elements will be omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係るマルチチャンネル光計測装置の概略構成を示すブロック図である。図2は、サンプルステージの部分拡大図である。図1および図2を参照するに、マルチチャンネル光計測装置10は、本体11とUSB(ユニバーサルシリアルバス)等で接続されたパーソナルコンピュータ(PC)12とを有する。本体11は、サンプルステージ13と、光検出部14と、制御部15とを有する。サンプルステージ13は、各々サンプルを収容する8連PCRチューブPTを載置可能なサンプル保持部材16が設けられている。サンプル保持部材16は、具体的には、8連PCRチューブPTの先端を挿入する開口部16aが天面に設けられている。各開口部16aの底面16cには、測定チャンネル毎にサンプルの発光を受ける8つの受光部171〜178が設けられている。サンプル保持部材16は、8連PCRチューブPTの先端が収容される空間は、各々の測定チャンネルが仕切り部16bにより隔てられ、各測定チャンネルのサンプルの化学発光が他の測定チャンネルの受光部171〜178に入射しないように構成されている。受光部171〜178が受けた光は、測定チャンネル毎に設けられた光導波路181〜188を介して光検出部14に出力される。なお、マルチチャンネル光計測装置10は、測定チャンネルが8チャンネルに限定されず、8チャンネル以外の複数の測定チャンネルを有してもよい。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a multi-channel optical measuring device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged view of the sample stage. Referring to FIGS. 1 and 2, the multi-channel
なお、光伝導路18は、光透過性のあるプラスチック素材であり光損失を最小限に抑えるためにその外部にはクラッド鋼により覆われている。プラスチック素材以外に光ファイバ等を用いることができる。また、受光部17に光検出器19を直接配置可能な場合は、光伝導路18を省略してもよい。
The
光検出部14は、測定チャンネル毎に光検出器19およびカウンタ回路20が設けられ、各カウンタ回路20の出力は制御部15に送られる。
The photodetector unit 14 is provided with a
光検出器19は、光伝導路18から送られてきた光を電気信号(光電流)に変換する。光検出器19は、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトコンダクタ等の半導体光検出素子、光電子増倍管(PMT)等を用いることができる。光検出器19は、感度の点で、PMTであることが好ましい。半導体光検出素子の出力側には、光電流を電圧信号に変換する。電圧信号を増幅する増幅器(不図示)を設けてもよい。
The
カウンタ回路20は、光検出器19から電圧信号(出力信号)から光強度を計測する。光検出器19に入射する光が弱い場合は、この出力信号がパルス状となる。カウンタ回路20は、このパルス状の出力信号からパルス数を計数するため、例えば、ディスクリミネータ(波高弁別器)、波形整形器およびカウンタを有する。ディスクリミネータは、出力信号の下限を所定の電圧値として設定して、それよりも小さな電圧の信号を除去して所定の電圧値以上のパルスだけを選別する。波形整形器は、選別されたパルスの波形をその下流のカウンタの検出範囲のパルス幅に整形する。カウンタは、例えばゲート回路であり、所定の電圧値を超えるパルスを計数する。カウンタ回路20は、所定の時間期間に計数されたパルス数を光強度として制御部15に出力する。この光強度の単位は、例えば、相対発光単位(Relative Luminescence Unit(RLU))である。
The
制御部15は、各測定チャンネルのカウンタ回路20からパルス数を並行して受け、パラレル−シリアル変換等を行ってインタフェース、例えばUSBによりPC12に出力する。
The
PC12は、演算制御部21と記憶部(メモリ)22とディスプレイ等の表示部23とマウス、キーボード等のユーザインタフェース(不図示)を有する。演算制御部21は、例えば、CPU、GPU等である。演算制御部21は、各チャンネルの光強度(パルス数)を、記憶部22に格納された補正情報24を参照して、演算により補正した発光強度を取得する。
The PC 12 has an
記憶部22は、ROM(リードオンリーメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)等の半導体メモリであり、さらにハードディスクドライブを有してもよい。記憶部22は、測定チャンネル毎の補正情報24を格納する。測定チャンネル毎の補正情報24は、マルチチャンネル光計測装置10で測定した各測定チャンネルの光強度を互いに比較可能なように校正するための情報であり、また、マルチチャンネル光計測装置10で得られた相対発光単位により表された光強度を絶対光強度に変換するための情報である。
The
図3は、補正情報を取得する構成例を示す図である。図3を図1と合わせて参照するに、マルチチャンネル光計測装置10のチャンネル毎の補正情報を取得するために、一例として多検体測定装置100を用いる。多検体測定装置100は、外光が侵入しないように構成されたチャンバー101を有する。チャンバー101内の底面にサンプルステージ102が配置される。チャンバー101内の上方には、一つの光検出器の例としてCCDカメラ103が配置される。サンプルステージ102上の多数の検体の化学発光をCCDカメラ103により同時に測定可能である。なお、CCDカメラ103の代替としては、マイクロチャンネルプレート型PMT(2次元PMT)を用いてもよい。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example for acquiring correction information. With reference to FIG. 3 together with FIG. 1, a
マルチチャンネル光計測装置10の本体11が、多検体測定装置100のチャンバー101内のサンプルステージ102に設置される。本体11のサンプルステージ13には、校正用のサンプルSmpを収容した8連PCRチューブが載置される。校正用のサンプルSmpの化学発光が8連PCRチューブの下面に配置された受光部17から光検出部14に送られ、光強度が例えば相対発光単位としてチャンネル毎に測定され、PC110に出力される。
The
他方、並行して、多検体測定装置100は、サンプルステージ13の上方に配置されたCCDカメラ103により、校正用のサンプルSmpの化学発光を上から測定し、例えば校正用のサンプルSmpの化学発光の光束を光強度として絶対光強度(フォトン/秒)に換算してPC110に出力する。
On the other hand, in parallel, the
なお、マルチチャンネル光計測装置10の通常の使用ではサンプルステージ13は蓋部により暗室になっているが、この行程では蓋部を用いない。
In the normal use of the multi-channel
PC110では、マルチチャンネル光計測装置10で各測定チャンネルで測定した光強度と、多検体測定装置100で測定した光強度との相関関係を下記式によって取得する。マルチチャンネル光計測装置10の各チャンネルの光強度Ai(相対発光単位)と多検体測定装置100で測定した各測定チャンネルに対応したサンプルの光強度Bi(フォトン/秒)との関係が下記式(1)で表される。
log10Ai=mi×log10Bi+bi ・・・(1)
ただし、biおよびmiは実数であり、i(=1〜8)はチャンネル番号を表す。
これにより得られた各チャンネルのmiおよびbiが補正情報24である。この補正情報24を所望のサンプルの測定に先立って取得し、マルチチャンネル光計測装置10の記憶部22に格納する。
In the
log 10 A i = m i × log 10 B i + b i ··· (1)
However, b i and m i is a real number, i (= 1~8) represent the channel number.
Thus m i and b i of each channel obtained is
マルチチャンネル光計測装置10の演算制御部21は、記憶部22に格納された補正情報24を参照して、各測定チャンネルの光強度SAi(相対発光単位)から下記式(2)を用いることで、絶対光強度で表す標準化された光強度(光強度SBi)に換算することができる。
SBi=10^[(log10SAi−bi)/mi] ・・・(2)
The
SB i = 10 ^ [(log 10 SA i -b i) / m i] ··· (2)
これにより、マルチチャンネル光計測装置10の各チャンネル間の化学発光に対する感度を合わせることができ、各チャンネル間の光強度の誤差を低減することができる。さらに、各チャンネルで取得した相対発光単位の光強度を絶対光強度で表すことができる。なお、絶対光強度は、単位としてはフォトン/秒で表す。
Thereby, the sensitivity to chemiluminescence between each channel of the multi-channel
なお、校正用のサンプルSmpは、補正情報を取得するために、複数の発光強度のサンプルを用いることが好ましい。また、校正用のサンプルSmpは、経時的に発光強度が変化する場合は、マルチチャンネル光計測装置10と多検体測定装置100とにより同時に複数回測定することが好ましい。
As the calibration sample Smp, it is preferable to use a plurality of samples having emission intensities in order to acquire correction information. Further, when the emission intensity of the sample Smp for calibration changes with time, it is preferable that the multi-channel
[補正情報の例1]
多検体測定装置100として、パーキンエルマー社の「IVIS Lumina II system」(以下、「IVIS」と称する。)を用いた。校正用のサンプルとして、米国クロンテック社の商品名「Great EscAPe(商標) SEAP Chemiluminescence Kit 2.0」に付属の胎盤性アルカリフォスファターゼ(PLAP)の標準ストック溶液(100μg/mL)を3種類の濃度(20、5および1μg/mL)に希釈した。この3種類のPLAP希釈液について、各々、10μLのPLAP希釈液を8連PCRチューブに移し、8チャンネルマイクロピペットを用いてキットに付属する基質10μLを8個同時に混合し、直ちにマルチチャンネル光計測装置10のサンプルステージ13に載せた。基質添加後、測定時間を2分に設定して、各濃度のサンプルを7回繰り返し測定して、各測定チャンネルで21個のデータを得た。上記式(1)により、測定チャンネル毎に最小二乗法によりパラメータbiおよびmiを求めた。なお、IVISは、1つのCCDによりサンプルの画像を取得し、発光箇所の発光強度を絶対光強度で表される光強度に換算する機能を有する。
[Example of correction information 1]
As the
図4は、各チャンネルの補正情報を示す表である。図4を参照するに、チャンネル間でmiおよびbiは異なる値を示している。しかし、相関係数r2が1に非常に近い値を示しえいることが分かる。これは、取得したmiおよびbiを代入した上記式(1)が、マルチチャンネル光計測装置10の光強度Aから多検体測定装置100で得られる光強度Bを良好に予測できることを示している。これにより、各チャンネル間の光強度の誤差を低減することができ、すなわち、各チャンネル間の検出感度を合わせられることが分かる。
FIG. 4 is a table showing correction information for each channel. Referring to FIG. 4, m i and b i between channels show different values. However, it can be seen that the correlation coefficient r 2 can show a value very close to 1. This is the equation obtained by substituting the obtained m i and b i (1) is the light intensity B obtained by
本発明の一実施形態に係るマルチチャンネル光計測装置の他の補正情報の取得および適用手法の例は以下の通りである。 Examples of other correction information acquisition and application methods of the multi-channel optical measuring device according to the embodiment of the present invention are as follows.
[補正情報の例2]
サンプルステージ13に、複数の測定チャンネルの各々に上記の補正情報の例1と同様の校正用のサンプルを配置して各測定チャンネルの光検出器により光強度Ai(i=1〜8)を測定するとともに、測定チャンネルの一つ、例えば第1チャンネルCh1に配置した校正用のサンプルの光強度を校正済み光検出器(例えば、IVIS)を用いて校正用のサンプルの光強度を測定して基準光強度Brefを取得する。Brefは、絶対光強度で表される。この基準光強度Brefと第1チャンネルCh1の光検出器により測定した光強度A1に基づいて上記式(1)により第1チャンネルCh1について最小二乗法によりb1およびm1を求めて補正情報24とする。
[Example 2 of correction information]
On the
この補正情報24を所望のサンプルの測定に先立って取得し、マルチチャンネル光計測装置10の記憶部22に格納する。マルチチャンネル光計測装置10の演算制御部21は、記憶部22に格納された補正情報24を第1チャンネルCh1以外の測定チャンネルの補正情報としても用いて、サンプルの光強度SAi(相対発光単位)から補正情報の補正係数aを用いることで、下記式(3)により各測定チャンネルについて絶対光強度で表す標準化された光強度(光強度SBi)に換算することができる。
SBi=10^[(log10SAi−b1)/m1] ・・・(3)
ここで、i=1〜8である。
The
SB i = 10 ^ [(log 10 SA i −b 1 ) / m 1 ] ・ ・ ・ (3)
Here, i = 1-8.
なお、補正情報24を一つの測定チャンネルだけではなく、複数の測定チャンネルにおいて上記の手法により取得して、他の測定チャンネルの補正情報として用いてもよい。また、校正用のサンプルに換えて輝度を変更可能な光源(例えば、浜松フォトニクス社製、光電子増倍管用安定化光源、モデルL11494−525(ピーク発光波長:522nm))を用いて、複数の輝度において基準光強度Brefと第1チャンネルCh1の光検出器により測定した光強度A1に基づいて上記式(1)により第1チャンネルCh1についてb1およびm1を求めて補正情報24としてもよく、複数の測定チャンネルにおいてbiおよびmiを求めて、他の測定チャンネルの補正情報24としてもよく、各測定チャンネルにおいてbiおよびmiを求めて対応する測定チャンネルの補正情報24としてもよい。
The
[補正情報の例3]
サンプルステージ13に、複数の測定チャンネルの各々に輝度(または出射される光束)が他の光検出装置によって予め測定された光源(例えば、上記モデルL11494−525)を配置して、複数の輝度を用いて各測定チャンネルの光検出器により光強度Ai(i=1〜8)を測定するとともに、光源の既知の輝度から求めた基準光強度Brefを(絶対光強度)を用いる。この基準光強度Brefと各測定チャンネルChiの光検出器により測定した光強度Aiに基づいて上記式(1)により各測定チャンネルChiについて最小二乗法によりbiおよびmiを求めて補正情報24とする。
[Example 3 of correction information]
On the
この補正係数aを含む補正情報24を所望のサンプルの測定に先立って取得し、マルチチャンネル光計測装置10の記憶部22に格納する。マルチチャンネル光計測装置10の演算制御部21は、記憶部22に格納された補正情報24を参照して、各測定チャンネルのサンプルの光強度SAi(相対発光単位)から補正情報の補正情報biおよびmiを用いることで、上記式(2)により各測定チャンネルについて絶対光強度で表す標準化された光強度(光強度SBi)に換算することができる。
The
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. It is possible.
10 マルチチャンネル光計測装置
11 本体
12 パーソナルコンピュータ(PC)
13 サンプルステージ
14 光検出部
16 サンプル保持部材
171〜178 受光部
19 光検出器
20 カウンタ回路
21 演算制御部
22 記憶部
24 補正情報
10 Multi-channel
13 Sample stage 14
Claims (9)
複数の試料を各々、前記複数の測定チャンネルの各々に対して配置可能な試料保持部材を有する測定基盤と、
前記試料保持部材に配置された前記複数の試料の光強度を前記測定チャンネル毎に測定する複数の光検出器を有する光検出手段と、
前記測定チャンネル毎の補正情報を格納する補正情報格納手段と、
前記複数の光検出器からの発光強度を、前記測定チャンネル毎の前記補正情報を参照して演算により補正した光強度を取得する手段と、を備え、
前記補正情報が、前記試料保持部材に校正用の試料または所定の光源を配置して前記複数の光検出器により測定した第1の光強度と、該校正用の試料または所定の光源を他の光検出装置により測定した第2の光強度との関係に基づく、前記装置。 A device that measures the light intensity of chemiluminescence that has multiple measurement channels.
A measurement base having a sample holding member capable of arranging a plurality of samples for each of the plurality of measurement channels.
A photodetector having a plurality of photodetectors for measuring the light intensity of the plurality of samples arranged on the sample holding member for each measurement channel, and
A correction information storage means for storing correction information for each measurement channel, and
It is provided with a means for acquiring the light intensity corrected by calculation with reference to the correction information for each measurement channel for the light emission intensity from the plurality of photodetectors.
The correction information includes a first light intensity measured by the plurality of light detectors by arranging a sample for calibration or a predetermined light source on the sample holding member, and the sample for calibration or a predetermined light source. The device based on the relationship with the second light intensity measured by the light detection device.
Bi=10^[(log10Ai−bi)/mi]
ただし、biおよびmiは実数であり、iはチャンネル番号を表す、請求項1〜4のうち、いずれか一項記載の装置。 In the correction information, the relationship between the first light intensity A (relative light emission unit) and the second light intensity B (photons / sec) is expressed by the following equation.
B i = 10 ^ [(log 10 A i -b i) / m i]
However, b i and m i is a real number, i is representative of the channel number, of the claims 1-4, apparatus according to any one claim.
前記補正した光強度を取得する手段は、前記複数の測定チャンネルの少なくとも一つのチャンネル以外のチャンネルの発光強度を前記補正係数を参照して演算により補正した光強度を取得する、請求項1記載の装置。 The correction information includes a first light intensity measured in at least one of the plurality of measurement channels and a second light intensity measured by another light detection device using the calibration sample or the predetermined light source. Including the correction coefficient obtained based on the relationship with
The method according to claim 1, wherein the means for acquiring the corrected light intensity obtains the light intensity corrected by calculation with reference to the correction coefficient for the emission intensity of a channel other than at least one of the plurality of measurement channels. Device.
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