JP2022071821A - Light signal detector, gel member, and method for detecting light signal - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書の開示は、光信号検出装置、ゲル部材、光信号検出方法に関する。 The disclosure of the present specification relates to an optical signal detection device, a gel member, and an optical signal detection method.
現在、多数の細胞を集めて3次元的に培養したスフェロイドやオルガノイドのような細胞凝集塊を使った研究が注目されている。上記のような試料は、例えば100μmから500μm程度の大きさを有している。 Currently, research using cell aggregates such as spheroids and organoids, in which a large number of cells are collected and cultured three-dimensionally, is drawing attention. The sample as described above has a size of, for example, about 100 μm to 500 μm.
このような試料の深部細胞観察では、一般に、液浸系対物レンズが用いられる。液浸系対物レンズでは、対物レンズと試料(より厳密には、試料を保持する保持部材)の間を浸液で満たすことで乾燥系対物レンズに比べて高い開口数を実現することが可能である。 In deep cell observation of such a sample, an immersion objective lens is generally used. In an immersion objective lens, it is possible to realize a higher numerical aperture than a dry objective lens by filling the space between the objective lens and the sample (more precisely, the holding member that holds the sample) with immersion liquid. be.
試料の屈折率に近い屈折率を有する浸液を用いることで、試料と浸液(乾燥系対物レンズの場合には、空気)の界面で生じる屈折率ミスマッチに起因する球面収差を抑えることも可能である。特許文献1などに記載されるように、屈折率ミスマッチに起因する球面収差の影響は観察位置が深くなるほど顕著に生じるため、球面収差を抑制することでよりも深い位置まで観察することが可能となる。
By using an immersion liquid having a refractive index close to that of the sample, it is possible to suppress spherical aberration caused by the refractive index mismatch that occurs at the interface between the sample and the immersion liquid (air in the case of a dry objective lens). Is. As described in
ところで、実際の観察では、乾燥系対物レンズと液浸系対物レンズは、観察の途中で切り替えて使用されることがある。例えば、まず、比較的低倍で広い視野を有する乾燥系対物レンズを用いて注目領域を探し出し、その後、解像力が高い液浸系対物レンズを用いて注目領域を詳細に観察するといった使われ方は、その典型例である。 By the way, in actual observation, the dry objective lens and the immersion objective lens may be switched and used in the middle of observation. For example, first, a dry objective lens with a relatively low magnification and a wide field of view is used to search for the region of interest, and then an immersion objective lens with high resolution is used to observe the region of interest in detail. , A typical example.
しかしながら、乾燥系対物レンズから液浸系対物レンズへ切り換える際には、新たに浸液を供給して対物レンズと試料の間を浸液で満たす必要がある。また、液浸系対物レンズから乾燥系対物レンズへ切り換える際には、試料表面に浸液が残存しないように浸液を確実に拭き取らなければならない。このように、乾燥系対物レンズと液浸系対物レンズの間での切り換えでは、対物レンズ自体の切り換え作業以外にも様々な作業が追加で必要となる。このため、観察が一時的に中断されてしまい、スムーズな観察が困難となる。 However, when switching from the dry objective lens to the immersion objective lens, it is necessary to newly supply the immersion liquid and fill the space between the objective lens and the sample with the immersion liquid. Further, when switching from the immersion objective lens to the dry objective lens, it is necessary to surely wipe off the immersion liquid so that the immersion liquid does not remain on the sample surface. As described above, in the switching between the dry objective lens and the immersion objective lens, various operations other than the switching work of the objective lens itself are additionally required. Therefore, the observation is temporarily interrupted, and smooth observation becomes difficult.
また、液浸系対物レンズのみで試料を観察する場合にも、乾燥系対物レンズを用いる場合と比較すると、様々な課題が存在する。例えば、浸液として水を用いた場合であれば、長時間観察を継続すると浸液が蒸発してしまう。このため、観察の途中に浸液を適宜供給する必要がある。また、浸液としてオイルを用いた場合には、クリーニングに手間がかかる、高い粘性に起因して気泡が生じやすい、などの課題がある。さらに、倒立顕微鏡において作動距離が長い対物レンズを用いる場合には、浸液を表面張力で対物レンズと試料の間に維持することが困難となる。斜め方向や横方向から試料を観察する場合にも、浸液を表面張力によって維持することは困難であり、その点において、長作動距離の対物レンズを用いる場合と同様の課題が存在する。このため、これらのケースにおいては、浸液を対物レンズと試料の間に維持するための大掛かりな仕掛けが必要となる。また、深さ方向に広い範囲にわたって観察を行う場合には、観察中に対物レンズと試料の間の距離が大きく変化するため、対物レンズと試料の間から浸液がこぼれやすいといった課題もある。 Further, even when observing the sample only with the immersion objective lens, there are various problems as compared with the case where the dry objective lens is used. For example, when water is used as the immersion liquid, the immersion liquid evaporates if the observation is continued for a long time. Therefore, it is necessary to appropriately supply the immersion liquid during the observation. Further, when oil is used as the immersion liquid, there are problems that cleaning is troublesome and bubbles are likely to be generated due to high viscosity. Further, when an objective lens having a long working distance is used in an inverted microscope, it becomes difficult to maintain the immersion liquid between the objective lens and the sample by surface tension. Even when observing the sample from an oblique direction or a lateral direction, it is difficult to maintain the immersion liquid by surface tension, and in that respect, there is a problem similar to that when an objective lens having a long working distance is used. Therefore, in these cases, a large-scale mechanism for maintaining the immersion liquid between the objective lens and the sample is required. Further, when observing over a wide range in the depth direction, there is a problem that the immersion liquid easily spills from between the objective lens and the sample because the distance between the objective lens and the sample changes greatly during the observation.
このように、現状では、液浸系対物レンズを用いる場合には、乾燥系対物レンズを用いる場合に比べてユーザに多くの負担を強いている、というのが実情である。以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、ユーザの負担を軽減しながら液浸系対物レンズを用いた良好な観察を可能とする技術を提供することである。 As described above, at present, when an immersion objective lens is used, a greater burden is imposed on the user than when a dry objective lens is used. Based on the above circumstances, an object of one aspect of the present invention is to provide a technique capable of good observation using an immersion objective lens while reducing the burden on the user.
本発明の一実施形態に係る光信号検出装置は、対物レンズと、前記対物レンズと試料の間で前記試料を保持する保持部材と、前記対物レンズと前記保持部材の間の空間を満たすゲル部材と、を備え、前記ゲル部材は、JIS K 2220の1/4円すいを用いるちょう度試験に基づいて測定される44以上111以下の値を示す1/4ちょう度を有する。 The optical signal detection device according to an embodiment of the present invention is a gel member that fills the space between the objective lens, the holding member that holds the sample between the objective lens and the sample, and the space between the objective lens and the holding member. The gel member has a 1/4 consistency indicating a value of 44 or more and 111 or less, which is measured based on a consistency test using a 1/4 cone of JIS K 2220.
本発明の一実施形態に係るゲル部材は、対物レンズの先端に取り付けられるゲル部材であって、前記ゲル部材は、JIS K 2220の1/4円すいを用いるちょう度試験に基づいて測定される44以上111以下の値を示す1/4ちょう度を有する。 The gel member according to the embodiment of the present invention is a gel member attached to the tip of an objective lens, and the gel member is measured based on a consistency test using a 1/4 cone of JIS K 222044. It has a 1/4 consistency showing a value of 111 or less.
本発明の一実施形態に係る光信号検出方法は、対物レンズと試料を保持する保持部材との間の空間を、JIS K 2220の1/4円すいを用いるちょう度試験に基づいて測定される44以上111以下の値を示す1/4ちょう度を有するゲル部材で満たした状態で、試料を照明することと、前記対物レンズを経由して入射した前記試料からの光を光検出器で検出することと、を含む。 In the optical signal detection method according to the embodiment of the present invention, the space between the objective lens and the holding member for holding the sample is measured based on the consistency test using a 1/4 cone of JIS K 222044. The sample is illuminated with the gel member having a 1/4 consistency showing a value of 111 or less, and the light from the sample incident via the objective lens is detected by the light detector. Including that.
上記の態様によれば、ユーザの負担を軽減しながら液浸系対物レンズを用いた良好な観察を可能とする技術を提供することができる。 According to the above aspect, it is possible to provide a technique that enables good observation using an immersion objective lens while reducing the burden on the user.
図1は、一実施形態に係る顕微鏡装置の構成を例示した図である。図1に示す顕微鏡装置1は、試料Sを下方から観察するための倒立顕微鏡であり、光信号を検出する光信号検出装置の一例である。顕微鏡装置1は、図1に示すように、光源2と、レボルバ4に装着された対物レンズ3と、カメラ5を備えている。対物レンズ3は、対物レンズ3と容器との間の空間を浸液で満たした状態で使用される、いわゆる液浸系の対物レンズである。試料Sを収容する容器Cは、例えば、ガラスボトムディッシュなどであり、試料Sを保持する保持部材の一例である。試料Sは、特に限定しないが、例えば、細胞などの生体試料である。試料Sは、三次元培養したスフェロイドやオルガノイドなど数百μmの厚さを有する試料であってもよい。
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the microscope device according to the embodiment. The
なお、図1では、顕微鏡装置1が倒立顕微鏡である例を示したが、顕微鏡装置1は、正立顕微鏡であってもよい。この場合、ゲル部材10は、試料保持部材の別の一例であるカバーガラスと対物レンズ3との間の空間を満たしてもよい。
Although FIG. 1 shows an example in which the
顕微鏡装置1は、光源2からの光を試料Sに照射し、カメラ5で試料Sからの光を検出することで試料Sの画像を取得する。顕微鏡装置1の観察法は特に限定しない。例えば、明視野観察法で試料Sの画像を取得してもよく、蛍光観察法で試料Sの画像を取得してもよい。観察法は、その他の観察法であってもよく、位相差観察法、微分干渉観察法などであってもよい。
The
顕微鏡装置1は、液浸系の対物レンズ3と容器Cの間に、液体である浸液の代わりに、空気よりも高い屈折率を有するゲル部材10を含んでいる。
The
ゲル部材10は、浸液とは異なり流動性を有しない。このため、表面張力を用いて対物レンズ3と容器Cの間に保持される浸液に比べて、ゲル部材10は、対物レンズ3と容器Cの間の観察光路に容易に配置することが可能であり、観察光路から取り除く作業も同様に容易である。従って、液浸系の対物レンズと乾燥系の対物レンズとを切り換えて使用する場合であっても、切り換え作業を素早く行うことができる。また、流動性を有しないゲル部材10は、浸液のように観察中に対物レンズ3上から流れ落ちしてしまうこともない。このため、対物レンズ3やその周囲を汚してしまうこともなく、従って、使用後のクリーニングも容易である。また、蒸発による極端な容積の減少も生じないため、液浸のように観察中に追加で供給する必要もなく、長時間の観察にも容易に対応可能である。さらに、ゲル部材10は、比較的高い粘着性を有しているため、斜めや横からの観察でも対物レンズ3と容器Cの間に安定して存在することができる。このように、ゲル部材10は、液浸と比較してはるかに取り扱いが容易であり、液浸対物レンズの使用に伴う利用者の負担を大幅に軽減することができる。
The
また、ゲル部材10は、浸液と同様に、空気よりも高い屈折率を有している。このため、液浸系の対物レンズ3の性能を発揮して高い開口数を実現することが可能であり、高い解像力で明るい画像を得ることができる。また、空気が介在する場合に比べて容器Cや試料Sとの屈折率差も小さくなる。このため、浸液を用いる場合と同様に、容器Cや試料Sとの屈折率差によって生じる球面収差を抑えつつ、試料Sを深部まで観察することができる。従って、ゲル部材10を用いることで、試料の三次元構造を良好に観察することができる。
Further, the
以上のように、浸液の代わりにゲル部材10を用いて観察を行う顕微鏡装置1によれば、液浸系の対物レンズ3を用いた場合であっても、利用者に過度の負担を強いることなく、試料Sを良好に観察することができる。また、乾燥系の対物レンズと液浸系の対物レンズの切り換えもスムーズに行うことができるため、対物レンズの切り換えに伴う観察の中断を短時間に抑えて効率的に観察することができる。
As described above, according to the
図2は、ちょう度測定方法について説明するための図である。図3は、ゲル部材の形状を説明するための図である。図4から図6は、ゲル部材の形状の例を示した図である。図7は、対物レンズのゲル部材の着脱方法について説明するための図である。以下、図2から図7を参照しながら、顕微鏡装置1の望ましい構成について説明する。
FIG. 2 is a diagram for explaining a consistency measuring method. FIG. 3 is a diagram for explaining the shape of the gel member. 4 to 6 are views showing an example of the shape of the gel member. FIG. 7 is a diagram for explaining a method of attaching and detaching the gel member of the objective lens. Hereinafter, a desirable configuration of the
顕微鏡装置1が備えるゲル部材10は、上述したJIS K 2220の1/4円すいを用いるちょう度試験に基づいて測定される44以上111以下の値を示す1/4ちょう度を有することが望ましい。なお、一般にちょう度とは、JIS K 2220において定義されるように、荷重、時間及び温度の規定条件において、標準円すい及びオプション円すいが試料に進入する距離をいい、0.1mm単位で測定した数値を10倍して表すものである。一方、1/4ちょう度とは、JIS K 2220において定義される1/4ちょう度(one quarter scale penetration)であり、標準円すい又はオプション円錐を1/4に縮尺した規定円すい(1/4円すい)を用いて測定したちょう度である。即ち、図2に示すように、荷重、時間及び温度の規定条件において、1/4円すい6が試験対象物7に進入する距離Lをいい、0.1mm単位で測定した数値を10倍して表すものである。なお、25℃±0.5℃の温度条件で測定は行われる。
It is desirable that the
ゲル部材10の1/4ちょう度が上限値である111を上回ると、ゲル部材10は、浸液の代わりに使用するという用途においては、柔らかくなりすぎる。このため、ゲル部材10は、自身の形状を維持することが困難になり、つぶれてしまう。その結果、対物レンズ3と容器Cの間をゲル部材10で満たすことができず、良好な観察を行うことができないといった事態が生じ得る。特に、作動距離が長い(例えば、WD=4mmなど)対物レンズ3を用いて対物レンズ3と容器Cの間の距離が長い状態で試料Sを観察する場合には、上述した事態が生じやすい。また、ゲル部材10が柔らかすぎると、型を使って所定形状のゲル部材10を作成する場合に、ゲル部材10を型から剥離する際に形状を保つことができず、不良品の割合が増加してしまう。さらに、耐久性も低くなるため、繰り返し使用できる回数も限られてしまう。
If the 1/4 consistency of the
一方、ゲル部材10の1/4ちょう度が下限値である44を下回ると、ゲル部材10は、浸液の代わりに使用するという用途においては、硬くなりすぎる。ゲル部材10が適度な硬さを有している場合には、対物レンズ3と容器Cとの間の距離に応じてゲル部材10が変形することで、容器Cに過度な圧力を加えることなしに対物レンズ3と容器Cの間の空間をゲル部材10で適切に満たすことができる。これに対して、ゲル部材10が硬すぎる場合、即ち、ゲル部材10の1/4ちょう度が下限値である44を下回る場合には、対物レンズ3と容器Cとの間の距離が変化してもゲル部材10が柔軟に変形しない。このため、例えば、深部観察を行うために対物レンズ3を容器Cに近づけると、対物レンズ3に押されたゲル部材10が対物レンズ3と容器Cとの間で十分に広がらず、対物レンズ3と容器Cの間の距離が期待した距離にまで縮まらない。このため、容器Cに大きな力が加わってしまい、容器が変形する、容器の位置がずれてしまう、などの不都合が生じ得る。その結果、観察位置もずれてしまい、注目領域を正しく観察することが困難になる。
On the other hand, when the 1/4 consistency of the
ゲル部材10の1/4ちょう度が44以上111以下の値であることで、対物レンズ3と容器Cの間の距離が可変した場合にも、顕微鏡装置1は、不都合を生じさせることなく適切に観察を行うことが可能である。また、光軸と直交する方向に対物レンズ3と容器Cの位置関係が変化した場合でも、顕微鏡装置1は、不都合を生じさせることなく適切に観察を行うことが可能である。従って、顕微鏡装置1によれば、上述した利用者に過度の負担を強いることなく試料Sを良好に観察するという効果を、広い観察範囲にわたって維持することができる。
Even when the distance between the
対物レンズ3と容器Cの間の空間を満たすゲル部材10では、図3に示すように、ゲル部材10の対物レンズ3との接触面積(以降、第1の接触面積と記す。)が、ゲル部材10の容器Cとの接触面積(以降、第2の接触面積と記す。)よりも大きいことが望ましい。このため、ゲル部材10は、例えば、図4に示すような円錐台形状を有していてもよく、その場合には、対物レンズ3側に錐の頂点を向けて配置されることが望ましい。なお、図3には、ゲル部材10が半径R1の円形の領域で容器Cと接触し、ゲル部材10が半径R2(>半径R1)の円形の領域で対物レンズ3と接触している様子が示されている。
In the
第1の接触面積が第2の接触面積よりも大きいことで、ゲル部材10は、容器Cよりも対物レンズ3にしっかりと貼り付くことができる。これにより、対物レンズ3と容器Cの距離をゲル部材10の厚さ以上に広げた場合に、ゲル部材10が容器Cから剥がれて対物レンズ3に留まることができる。従って、顕微鏡装置1によれば、対物レンズ3を他の対物レンズと切り換えるときに、対物レンズ3に吸着したゲル部材10はレボルバの回転によって対物レンズ3とともに光路外へ移動するため、ゲル部材10を取り除く利用者の作業を省略することが可能であり、対物レンズの切り換えをスムーズに行うことができる。
Since the first contact area is larger than the second contact area, the
図4では、円錐台形状のゲル部材10を例示したが、顕微鏡装置1が有するゲル部材の形状は、ゲル部材10のような円錐台形状に限らない。顕微鏡装置1は、例えば、ゲル部材10の代わりに、図5に示すような円筒形状のゲル部材11を含んでもよく、角柱形状や角錐台形状のゲル部材を含んでもよい。
In FIG. 4, the
また、顕微鏡装置1は、図6に示すような、底面と、曲面で形成される凸面からなるゲル部材12を含んでもよく、その場合、ゲル部材12は、容器C側に凸面を有することが望ましい。ゲル部材10及びゲル部材12に示すように、ゲル部材が対物レンズ3から容器Cへ向かって断面積が減少するテーパー形状を有することで、上述した接触面積間の大小関係を容易に実現することができる。従って、対物レンズの切り換え作業の簡素化の観点においては、ゲル部材は、対物レンズ3から容器Cへ向かって断面積が減少するテーパー形状を有することが望ましい。
Further, the
ゲル部材は、上述したように粘着性を有しており、対物レンズに着脱自在に吸着する。このため、ゲル部材を対物レンズ3へ取り付ける際には、図7に示すように、ピンセットなどを用いて対物レンズ3の先玉3aの部分にゲル部材(ここでは、ゲル部材12)を載せるだけでよい。これにより、ゲル部材12は対物レンズ3に吸着するため、容易にゲル部材12を対物レンズ3に取り付けることができる。ゲル部材12を対物レンズ3へ取り外す際にも、同様にピンセットなどを用いればよい。このように、ゲル部材12は、対物レンズ3に着脱自在に吸着するため、観察のための準備作業を簡単に行うことができる。
As described above, the gel member has adhesiveness and is detachably attached to the objective lens. Therefore, when attaching the gel member to the
以下、顕微鏡装置1のさらに望ましい構成について説明する。顕微鏡装置1が有するゲル部材(例えば、ゲル部材10)の厚さは、対物レンズ3の作動距離の1.1倍以上で1.5倍以下であることが望ましい。ゲル部材10の厚さが作動距離の1.1倍以上あることで、容器Cの厚さを考慮しても、容器Cと対物レンズ3の間の空間を隙間なくゲル部材10で満たしながら、試料Sの表面(図1における試料Sの底面)を観察することができる。また、ゲル部材10の厚さが作動距離の1.5倍以下であることで試料Sの深部を観察する場合に、ゲル部材10が過剰に圧縮されることを回避することができる。ゲル部材10が圧縮されすぎると容器Cに大きな圧力がかかってしまい、容器Cが変形する、又は、容器Cの位置がずれてしまう。その結果、観察位置がずれてしまい、注目領域を正しく観察することが困難になる。作動距離の1.5倍以下であれば、ゲル部材10への圧力が大きくかかることがないので、容器Cの変形や容器Cの位置ずれが少なくなり、意図した位置での観察ができるようになる。従って、深さ方向に試料Sを走査しながら行うZスタック撮影においても容器Cと対物レンズ3の間の空間を隙間なくゲル部材10で満たしながら意図した位置での画像を取得することができる。
Hereinafter, a more desirable configuration of the
また、ゲル部材10と容器Cの間の屈折率差は、±0.1以内であることが望ましい。屈折率差を±0.1以内に抑えることで、屈折率ミスマッチに起因する球面収差を抑えて良好に観察を行うことができる。深部観察においてその効果が顕著に表れるため、厚い試料を観察する場合などに特に好適である。なお、ガラスボトムディッシュの底面やカバーガラスなどの標準的な屈折率は1.52である。このため、ガラスボトムディッシュやカバーガラスの厚みにバラツキが大きい場合、ゲル部材10は、例えば、1.52±0.1の範囲の屈折率を有してもよい。これにより、厚み変化で発生する球面収差を対物レンズの補正環機構を使わなくても、低減させることができる。
Further, it is desirable that the difference in refractive index between the
更に、ゲル部材10と試料S又は試料Sを覆う媒質Mの間の屈折率差は、±0.1以内であることが望ましい。図8及び図9は、容器内における試料と媒質の関係を例示した図である。媒質Mは、特に限定しないが、例えば培養液や透明化溶液などである。屈折率差を±0.1以内に抑えることで、深部観察において発生する屈折率ミスマッチに起因する球面収差を抑えて良好に観察を行うことができる。なお、試料Sは、図8及び図9に示すように、容器Cの底面に接触していても、容器Cの底面から離間していてもよい。試料Sが容器C底面から媒質Mを介して離れている場合であっても、屈折率差を±0.1以内であれば媒質Mを介した試料Sの観察において発生する屈折率ミスマッチに起因する球面収差を抑えて良好に試料Sの観察を行うことができる。
Further, it is desirable that the difference in refractive index between the
図10及び図11は、浸液としてオイルを用いた場合とゲル部材を用いた場合を比較した結果を示す表である。以下、図10及び図11を参照しながら、本願の発明者が望ましい範囲として見出した44以上111以下の範囲の1/4ちょう度を有するゲル部材を用いた場合とオイルを用いた場合の比較結果について説明する。 10 and 11 are tables showing the results of comparison between the case where oil is used as the immersion liquid and the case where the gel member is used. Hereinafter, with reference to FIGS. 10 and 11, a comparison between the case of using a gel member having a quarter consistency in the range of 44 or more and 111 or less, which was found as a desirable range by the inventor of the present application, and the case of using oil. The results will be described.
図10に示す表T1及び図11に示すT2は、オイルを用いて観察するときの試料Sの底面を基準とする基準z座標(Z)とその時の顕微鏡装置のZ座標を示す観察z座標(P)の関係と、ゲル部材を用いて観察するときの基準z座標(Z)と観察z座標(P)の関係を示している。z座標の単位は、μmである。なお、ゲル部材を用いたときのZとPの組み合わせは、オイルを用いたときのZとPの組み合わせで取得される画像と実質的に同じものと判断できる程度に近似した画像が取得されたときのZとPの組み合わせである。また、図10と図11の結果は、後述する図12の顕微鏡を使用して、得られた結果である。 Table T1 shown in FIG. 10 and T2 shown in FIG. 11 are reference z-coordinates (Z) with reference to the bottom surface of the sample S when observing with oil, and observation z-coordinates (Z coordinates) indicating the Z-coordinate of the microscope device at that time. The relationship of P) and the relationship between the reference z-coordinate (Z) and the observation z-coordinate (P) when observing using the gel member are shown. The unit of the z coordinate is μm. It should be noted that the combination of Z and P when the gel member was used was obtained so as to be close to the image obtained by the combination of Z and P when oil was used, to the extent that it can be judged to be substantially the same. It is a combination of Z and P of time. Further, the results of FIGS. 10 and 11 are the results obtained by using the microscope of FIG. 12 described later.
使用したゲル部材は、ちょう度55、62、69、91、111の5種類のゲル部材である。なお、ここでいうちょう度は、いずれも1/4ちょう度である。表T1には、ちょう度55のゲル部材(ゲル番号1)でzスタック撮影が6回行われたことが示されている。また、ちょう度62のゲル部材(ゲル番号2)、ちょう度69のゲル部材(ゲル番号3)、ちょう度91のゲル部材(ゲル番号4)でzスタック撮影がそれぞれ6回、4回、5回行われたことが示されている。また、表T2には、ちょう度111のゲル部材を4つ用意し(ゲル番号5~8)、それぞれ2回ずつzスタック撮影が行われたことが示されている。
The gel members used are five types of gel members having a consistency of 55, 62, 69, 91, and 111. It should be noted that the consistency here is 1/4. Table T1 shows that the z-stack imaging was performed 6 times on the gel member (gel number 1) having a consistency of 55. In addition, z-stack photography was performed 6 times, 4 times, and 5 times with the gel member with a consistency of 62 (gel number 2), the gel member with a consistency of 69 (gel number 3), and the gel member with a consistency of 91 (gel number 4), respectively. It is shown that it was done once. Further, Table T2 shows that four gel members having a consistency of 111 were prepared (
まず、表T1のちょう度55のゲル部材(ゲル番号1)の結果に注目する。1回目のzスタック撮影の結果は、ゲル部材がまだ潰されたことのない状態における結果であるという点で、2回目以降のzスタック撮影とは大きく条件が異なるため、検討から除外する。2回目以降の結果を検討する。なお、1回目のzスタック撮影では、オイルを用いた場合の深さ0μm、50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μmの画像と同じ画像となる位置が測定されている。
First, pay attention to the result of the gel member (gel number 1) having the
ちょう度55のゲル部材(ゲル番号1)の2回目以降の結果、特に、オイルにおける深さ200μmに相当する画像を取得した観察z位置に注目すると、観察z位置のばらつきは最大7μmである。これに対して、ちょう度62のゲル部材(ゲル番号2)、ちょう度69のゲル部材(ゲル番号3)、ちょう度91のゲル部材(ゲル番号4)、ちょう度111のゲル部材(ゲル番号5-8)では、観察z位置のばらつきはそれぞれ、最大5μm、3μm、2μm、1μmである。 Focusing on the results of the second and subsequent times of the gel member having a consistency of 55 (gel number 1), particularly the observation z position at which the image corresponding to the depth of 200 μm in the oil was acquired, the variation of the observation z position is 7 μm at the maximum. On the other hand, a gel member having a consistency of 62 (gel number 2), a gel member having a consistency of 69 (gel number 3), a gel member having a consistency of 91 (gel number 4), and a gel member having a consistency of 111 (gel number 3). In 5-8), the variation of the observed z position is 5 μm, 3 μm, 2 μm, and 1 μm, respectively.
この結果から観察位置のばらつきは、ちょう度が低いほど、即ち、ゲル部材が硬いほど大きく生じることがわかる。これは、ゲル部材が硬いほど、ゲル部材が対物レンズと容器の間の距離に応じた形状に変形する際に容器や試料に大きな圧力が加わり、その結果、容器や試料の位置が変化してしまったため、と推測される。その一方で、細胞の大きさを20μmと想定するとその半分の10μmに観察位置のばらつきを抑えることができれば、繰り返し観察を行った場合に同じ細胞を捉えて観察することが可能である。従って、図10及び図11に示す測定結果から、上述した望ましい1/4ちょう度範囲の下限値である44以上であればばらつきを10μmまでに抑えることが可能と判断できる。即ち、ゲル部材が上述した望ましい1/4ちょう度範囲を満たすことで、観察位置の再現性を確保することができる。 From this result, it can be seen that the variation in the observation position increases as the consistency is lower, that is, as the gel member is harder. This is because the harder the gel member, the greater the pressure applied to the container or sample when the gel member deforms into a shape corresponding to the distance between the objective lens and the container, and as a result, the position of the container or sample changes. It is presumed that it was done. On the other hand, assuming that the size of the cell is 20 μm, if the variation in the observation position can be suppressed to 10 μm, which is half of that, it is possible to capture and observe the same cell when repeated observation is performed. Therefore, from the measurement results shown in FIGS. 10 and 11, it can be determined that the variation can be suppressed to 10 μm if it is 44 or more, which is the lower limit value of the above-mentioned desirable 1/4 consistency range. That is, the reproducibility of the observation position can be ensured by satisfying the above-mentioned desirable 1/4 consistency range of the gel member.
次に表T2の結果について注目する。4つの同じちょう度111を持つゲル部材で、それぞれ2回ずつZスタック撮影行われた結果である。表T2には記載を省略しているがZ位置が安定していて、ゲル番号7以外は、3度目のZスタック撮影でも、それぞれのゲルの2度目のZスタック撮影と同じZ位置の結果となった。但し、ゲル番号7は、試料の浅い部分で3度目の撮影ができなかった。2度目の深い領域観察時にゲルが圧し潰されてしまい、3度目の試料の浅い領域観察時にゲル形状が正常に復元されず、容器と対物レンズの間の空間をゲル部材で満たすことができなくなったからである。
Next, pay attention to the results in Table T2. This is the result of Z-stack photography performed twice for each of the four gel members having the
以上の結果から、ちょう度111のゲルは、ゲルが潰されて復元されず、試料の浅い領域の観察を繰返すことができないことが起こる可能性があるが、75%は、繰り返し観察を行うことができたので、ちょう度111を上限値とすれば、ゲル部材は繰り返し使用することが可能であるといえる。従って、ゲル部材が上述した望ましい1/4ちょう度範囲を満たすことで、ゲル部材は、繰り返し使用された場合であっても、容器と対物レンズの間の距離に応じて形状を変更することが可能であり、容器と対物レンズの間を満たすことができる。
From the above results, it may happen that the gel with a consistency of 111 is not restored because the gel is crushed and the observation of the shallow region of the sample cannot be repeated, but 75% of the gels should be repeatedly observed. Therefore, it can be said that the gel member can be used repeatedly if the
以上のように、ゲル部材は、44以上111以下の値を示す1/4ちょう度を有することが望ましい。 As described above, it is desirable that the gel member has a 1/4 consistency showing a value of 44 or more and 111 or less.
図12及び図13は、実験に使用した顕微鏡装置の構成を説明する図である。図14は、実験1においてオイルを浸液として用いて取得した顕微鏡画像であり、図15は、実験1においてゲル部材を浸液として用いて取得した顕微鏡画像である。図16から図18は、実験10において、それぞれ、4倍、10倍、20倍の乾燥系対物レンズを用いて取得した顕微鏡画像である。図19は、実験10において、30倍の液浸系対物レンズを用いて取得した顕微鏡画像である。
12 and 13 are diagrams illustrating the configuration of the microscope device used in the experiment. FIG. 14 is a microscope image obtained by using oil as an immersion liquid in
以下、図12から図19を参照しながら、発明者が行った様々な実験について記載し、その結果について考察する。まず、実験で使用した顕微鏡装置について、図12及び図13を参照しながら説明する。 Hereinafter, various experiments conducted by the inventor will be described with reference to FIGS. 12 to 19, and the results will be considered. First, the microscope device used in the experiment will be described with reference to FIGS. 12 and 13.
図12に示す顕微鏡装置100は、倒立型の顕微鏡装置であり、光信号を検出する光信号検出装置の一例である。顕微鏡装置100は、光源としてハロゲンランプ101を備えていて、ハロゲンランプ101から試料Sに至る照明光路上に、1100±25nmの波長域の光を透過させるバンドパスフィルタ102と、拡散板103と、コリメータレンズ104と、窓レンズ105と、コレクタレンズ106を備えている。また、顕微鏡装置100は、近赤外波長域に対して感度を増強させたCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを有するカメラ109を備えていて、容器Cに保持された試料Sからカメラ109に至る観察光路上に、対物レンズ107と、結像レンズ108と、を備えている。
The
対物レンズ107は、液浸系の対物レンズである。対物レンズ107と容器Cの間には、上述したゲル部材10が満たされている。
The
顕微鏡装置100は、明視野観察法で画像を取得する。具体的には、顕微鏡装置100は、対物レンズ107と容器Cとの間の空間を、44以上111以下の値を示す1/4ちょう度を有するゲル部材10で満たした状態で、バンドパスフィルタ102を透過した散乱しにくい近赤外域の光を試料Sに照射し、対物レンズ107を経由して入射した試料Sからの光をカメラ109で検出することで、試料Sの画像を取得する。さらに、顕微鏡装置100は、対物レンズ107と試料S(容器C)の間の光軸方向の距離を変更し、距離を変更毎に、試料Sへの光の照射と試料Sからの光の検出を繰り返してもよい。
The
図13に示す顕微鏡装置200は、倒立型の顕微鏡装置、より具体的には、2光子励起レーザ走査型顕微鏡装置であり、光信号を検出する光信号検出装置の一例である。顕微鏡装置200は、光源としてレーザ201を備えていて、レーザ201から試料Sに至る照明光路上に、スキャナ202、リレーレンズ203、ミラー204、ダイクロイックミラー205、対物レンズ206を備えている。スキャナ202は、対物レンズ206の光軸と直交する2方向に照明光を偏向する二次元スキャナであり、例えば、ガルバノメータスキャナとレゾナントスキャナを含んでもよい。また、顕微鏡装置200は、光検出器208を備えていて、容器Cに保持された試料Sから光検出器208に至る観察光路上に、対物レンズ206と、ダイクロイックミラー205と、対物レンズ206の瞳を光検出器208へリレーするリレーレンズ207を備えている。
The
対物レンズ206は、液浸系の対物レンズである。対物レンズ206と容器Cの間には、上述したゲル部材10が満たされている。
The
顕微鏡装置200は、2光子励起蛍光観察法で画像を取得する。具体的には、顕微鏡装置200は、対物レンズ206と容器Cとの間の空間を、44以上111以下の値を示す1/4ちょう度を有するゲル部材10で満たした状態で、スキャナ202で照射位置を二次元に動かしながら700nmの励起波長のレーザ光を試料Sに照射し、対物レンズ206を経由して入射した試料Sからの蛍光を対物レンズ206で検出することで、光検出器208で検出した信号と照射位置の情報に基づいて試料Sの画像を取得する。さらに、顕微鏡装置200は、対物レンズ206と試料S(容器C)の間の光軸方向の距離を変更し、距離を変更毎に、試料Sへの光の照射と試料Sからの蛍光の検出を繰り返してもよい。
The
実施した実験は、実験1から実験11の計11種類であり、いずれもゲル部材を用いて良好な観察が行われることが確認できた。なお、良好な観察が行われているか否かについては、実験1-4、7-8については、ゲル部材を用いて取得した画像と水やオイルなどの浸液を用いて取得した画像との比較により確認した。また、実験5-6、9-11については、ゲル部材を用いて取得した画像単体で確認した。各実験の詳細は以下のとおりである。
There were a total of 11 types of experiments, from
<実験1>
観察パターン:基準z座標Z=52μm、156μm、263μmで撮影(比較対象浸液の各基準z座標の位置で撮影された画像と近似した画像が取得されるz座標の位置で撮影)
比較対象浸液と位置:シリコーンオイル 基準z座標Z=50μm、150μm、250μm
対物レンズ:30倍、NA1.05、WD0.8mmのオイル浸対物レンズ
ゲル部材の材質:シリコーンゲル
ゲル部材のちょう度(1/4ちょう度):69
ゲル部材の屈折率:1.405
ゲル部材の形状:縦4×横4×厚さ0.9mmの直方体形状
顕微鏡:顕微鏡装置100
観察方法:透過明視野観察
中心波長:1100nm
容器:35mmガラスボトムディッシュ
重り:約210g
試料:HT29細胞スフェロイド、厚さ約350μm
<
Observation pattern: Photographed at the reference z-coordinate Z = 52 μm, 156 μm, 263 μm (photographed at the z-coordinate position where an image similar to the image taken at each reference z-coordinate position of the immersion liquid to be compared is acquired)
Comparison target immersion liquid and position: Silicone oil Reference z coordinate Z = 50 μm, 150 μm, 250 μm
Objective lens: 30x, NA 1.05, WD 0.8mm oil-immersed objective lens Gel member material: Silicone gel Gel member consistency (1/4 consistency): 69
Refractive index of gel member: 1.405
Shape of gel member: rectangular parallelepiped shape of length 4 x width 4 x thickness 0.9 mm Microscope:
Observation method: Transmission bright field observation Center wavelength: 1100 nm
Container: 35mm glass bottom dish Weight: Approximately 210g
Sample: HT29 cell spheroid, about 350 μm thick
図14に示す顕微鏡画像P1は、Z=150μmでシリコーンオイルを用いて取得した試料の明視野画像である。図15に示す顕微鏡画像P2は、Z=156μmでゲル部材を用いて取得した試料の明視野画像である。図14及び図15から、ゲル部材を用いた場合であってもシリコーンオイルを用いた場合と遜色のない画像が得られることが確認できる。 The microscope image P1 shown in FIG. 14 is a bright field image of a sample obtained by using silicone oil at Z = 150 μm. The microscope image P2 shown in FIG. 15 is a bright field image of a sample obtained by using a gel member at Z = 156 μm. From FIGS. 14 and 15, it can be confirmed that an image comparable to that when silicone oil is used can be obtained even when the gel member is used.
<実験2>
観察パターン:基準z座標Z=51μm、152μm、255μmで撮影(比較対象浸液の各基準z座標の位置で撮影された画像と近似した画像が取得されるz座標の位置で撮影)
比較対象浸液と位置:シリコーンオイル 基準z座標Z=50μm、150μm、250μm
対物レンズ:30倍、NA1.05、WD0.8mmのオイル浸対物レンズ
ゲル部材の材質:シリコーンゲル
ゲル部材のちょう度(1/4ちょう度):111
ゲル部材の屈折率:1.405
ゲル部材の形状:縦4×横4×厚さ0.9mmの直方体形状
顕微鏡:顕微鏡装置100
観察方法:透過明視野観察
中心波長:1100nm
容器:35mmガラスボトムディッシュ
重り:約210g
試料:HT29細胞スフェロイド、厚さ約350μm
<
Observation pattern: Photographed at reference z-coordinate Z = 51 μm, 152 μm, 255 μm (photographed at z-coordinate position where an image similar to the image taken at each reference z-coordinate position of the immersion liquid to be compared is acquired)
Comparison target immersion liquid and position: Silicone oil Reference z coordinate Z = 50 μm, 150 μm, 250 μm
Objective lens: 30x, NA 1.05, WD 0.8mm oil-immersed objective lens Gel member material: Silicone gel Gel member consistency (1/4 consistency): 111
Refractive index of gel member: 1.405
Shape of gel member: rectangular parallelepiped shape of length 4 x width 4 x thickness 0.9 mm Microscope:
Observation method: Transmission bright field observation Center wavelength: 1100 nm
Container: 35mm glass bottom dish Weight: Approximately 210g
Sample: HT29 cell spheroid, about 350 μm thick
<実験3>
観察パターン:基準z座標Z=52μm、156μm、260μmで撮影(比較対象浸液の各基準z座標の位置で撮影された画像と近似した画像が取得されるz座標の位置で撮影)
比較対象浸液と位置:シリコーンオイル 基準z座標Z=50μm、150μm、250μm
対物レンズ:30倍、NA1.05、WD0.8mmのオイル浸対物レンズ
ゲル部材の材質:シリコーンゲル
ゲル部材のちょう度(1/4ちょう度):69
ゲル部材の屈折率:1.405
ゲル部材の形状:Φ6×最大厚さ1.1mm(曲率4.64mm)の球欠形状
顕微鏡:顕微鏡装置100
観察方法:透過明視野観察
中心波長:1100nm
容器:35mmガラスボトムディッシュ
重り:約210g
試料:HT29細胞スフェロイド、厚さ約350μm
<
Observation pattern: Photographed at the reference z-coordinate Z = 52 μm, 156 μm, 260 μm (taken at the z-coordinate position where an image similar to the image taken at each reference z-coordinate position of the immersion liquid to be compared is acquired)
Comparison target immersion liquid and position: Silicone oil Reference z coordinate Z = 50 μm, 150 μm, 250 μm
Objective lens: 30x, NA 1.05, WD 0.8mm oil-immersed objective lens Gel member material: Silicone gel Gel member consistency (1/4 consistency): 69
Refractive index of gel member: 1.405
Shape of gel member: Φ6 x maximum thickness 1.1 mm (curvature 4.64 mm) missing ball Microscope:
Observation method: Transmission bright field observation Center wavelength: 1100 nm
Container: 35mm glass bottom dish Weight: Approximately 210g
Sample: HT29 cell spheroid, about 350 μm thick
<実験4>
観察パターン:基準z座標Z=49μm、148μm、246μmで撮影(比較対象浸液の各基準z座標の位置で撮影された画像と近似した画像が取得されるz座標の位置で撮影)
比較対象浸液と位置:水 基準z座標Z=49μm、149μm、245μm
対物レンズ:25倍、NA1.05、WD2mmの水浸対物レンズ
ゲル部材の材質:アクアジョイント
ゲル部材のちょう度(1/4ちょう度):96
ゲル部材の屈折率:1.356
ゲル部材の形状:上面Φ3×底面Φ7×厚さ2.5mmの円錐台形状
顕微鏡:顕微鏡装置100
観察方法:透過明視野観察
中心波長:1100nm
容器:35mmガラスボトムディッシュ
重り:約130g
試料:HT29細胞スフェロイド、厚さ約350μm
<
Observation pattern: Photographed at the reference z-coordinate Z = 49 μm, 148 μm, 246 μm (photographed at the z-coordinate position where an image similar to the image taken at each reference z-coordinate position of the immersion liquid to be compared is acquired)
Comparison target immersion liquid and position: water reference z coordinate Z = 49 μm, 149 μm, 245 μm
Objective lens: 25x, NA1.05, WD2mm water immersion objective lens Gel member material: Aqua joint Gel member consistency (1/4 consistency): 96
Refractive index of gel member: 1.356
Shape of gel member: Top surface Φ3 x Bottom surface Φ7 x 2.5 mm thick cone shape Microscope:
Observation method: Transmission bright field observation Center wavelength: 1100 nm
Container: 35mm glass bottom dish Weight: Approximately 130g
Sample: HT29 cell spheroid, about 350 μm thick
<実験5>
観察パターン:基準z座標Z=50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μmで撮影
比較対象浸液:なし
対物レンズ:25倍、NA1、WD8mmの2光子励起用液浸対物レンズ
ゲル部材の材質:ウレタンゲル
ゲル部材のちょう度(1/4ちょう度):44
ゲル部材の屈折率:1.458
ゲル部材の形状:上面Φ4×底面Φ18×厚さ8mmの円錐台形状
顕微鏡:顕微鏡装置100
観察方法:透過明視野観察
中心波長:1100nm
容器:35mmガラスボトムディッシュ
重り:約210g
試料:HT29細胞ScalS4透明化スフェロイド、厚さ約350μm
<
Observation pattern: Photographed at reference z coordinate Z = 50 μm, 100 μm, 150 μm, 200 μm, 250 μm, 300 μm Comparison target immersion: None Objective lens: 25x, NA1, WD8 mm Two-photon excitation immersion objective lens Gel member material: Urethane gel Consistency of gel member (1/4 consistency): 44
Refractive index of gel member: 1.458
Shape of gel member: Top surface Φ4 × Bottom surface Φ18 ×
Observation method: Transmission bright field observation Center wavelength: 1100 nm
Container: 35mm glass bottom dish Weight: Approximately 210g
Sample: HT29 cell ScalS4 clearing spheroid, about 350 μm thick
<実験6>
観察パターン:基準z座標Z=50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μmで撮影
比較対象浸液:なし
対物レンズ:25倍、NA1、WD8mmの2光子励起用液浸対物レンズ
ゲル部材の材質:ウレタンゲル
ゲル部材のちょう度(1/4ちょう度):44
ゲル部材の屈折率:1.458
ゲル部材の形状:上面Φ4×底面Φ18×厚さ8mmの円錐台形状
顕微鏡:顕微鏡装置200
観察方法:2光子励起蛍光観察(DAPI染色)
励起中心波長:700nm(蛍光波長460-500nm)
容器:35mmガラスボトムディッシュ
重り:約200g
試料:HT29細胞ScalS4透明化スフェロイド、厚さ約350μm
<
Observation pattern: Photographed at reference z coordinate Z = 50 μm, 100 μm, 150 μm, 200 μm, 250 μm, 300 μm Comparison target immersion: None Objective lens: 25x, NA1, WD8 mm Two-photon excitation immersion objective lens Gel member material: Urethane gel Consistency of gel member (1/4 consistency): 44
Refractive index of gel member: 1.458
Shape of gel member: Top surface Φ4 × Bottom surface Φ18 ×
Observation method: Two-photon excitation fluorescence observation (DAPI staining)
Excitation center wavelength: 700 nm (fluorescence wavelength 460-500 nm)
Container: 35mm glass bottom dish Weight: Approximately 200g
Sample: HT29 cell ScalS4 clearing spheroid, about 350 μm thick
<実験7>
観察パターン:基準z座標Z=0μm、100μm、200μmで撮影
比較対象浸液と位置:シリコーンオイル 基準z座標 ゲルと同一
対物レンズ:30倍、NA1.05、WD0.8mmのオイル浸対物レンズ
ゲル部材の材質:シリコーンゲル
ゲル部材のちょう度(1/4ちょう度):111
ゲル部材の屈折率:1.405
ゲル部材の形状:縦4×横4×厚さ0.9mmの直方体形状
顕微鏡:顕微鏡装置100
観察方法:透過明視野観察
中心波長:1100nm
容器:384穴U底マイクロプレート
重り:なし
試料:HT29細胞スフェロイド、厚さ約350μm
<
Observation pattern: Photographed at reference z-coordinate Z = 0 μm, 100 μm, 200 μm Comparison target immersion liquid and position: Silicone oil Same as reference z-coordinate gel Objective lens: 30 times, NA 1.05, WD 0.8 mm oil immersion objective lens Gel member Material: Silicone gel Consistency of gel member (1/4 consistency): 111
Refractive index of gel member: 1.405
Shape of gel member: rectangular parallelepiped shape of length 4 x width 4 x thickness 0.9 mm Microscope:
Observation method: Transmission bright field observation Center wavelength: 1100 nm
Container: 384-hole U-bottom microplate Weight: None Sample: HT29 cell spheroid, thickness approx. 350 μm
<実験8>
観察パターン:基準z座標Z=135μm、230μm、300μmで撮影
比較対象浸液:シリコーンオイル
対物レンズ:30倍、NA1.05、WD0.8mmのオイル浸対物レンズ
ゲル部材の材質と位置:シリコーンゲル 基準z座標 ゲルと同一
ゲル部材のちょう度(1/4ちょう度):111
ゲル部材の屈折率:1.405
ゲル部材の形状:縦4×横4×厚さ0.9mmの直方体形状
顕微鏡:顕微鏡装置200
観察方法:2光子励起蛍光観察(DAPI染色)
励起中心波長:700nm
容器:384穴U底マイクロプレート
重り:約240g
試料:HT29細胞スフェロイド、厚さ約350μm
<
Observation pattern: Photographed at reference z coordinate Z = 135 μm, 230 μm, 300 μm Comparison target immersion liquid: Silicone oil Objective lens: 30 times, NA1.05, WD 0.8 mm oil immersion objective lens Gel member material and position: Silicone gel reference z coordinate Same as gel Consistency of gel member (1/4 consistency): 111
Refractive index of gel member: 1.405
Shape of gel member: rectangular parallelepiped shape of length 4 x width 4 x thickness 0.9 mm Microscope:
Observation method: Two-photon excitation fluorescence observation (DAPI staining)
Excitation center wavelength: 700 nm
Container: 384-hole U-bottom microplate Weight: Approximately 240 g
Sample: HT29 cell spheroid, about 350 μm thick
<実験9>
観察パターン:4倍乾燥系対物レンズで注目領域を探し、30倍液浸系対物レンズに切り換えてXYZ位置調整して撮影
比較対象浸液:なし
対物レンズ:4倍、NA0.16、WD13mm、乾燥系対物レンズ
30倍、NA1.05、WD0.8mmのオイル浸対物レンズ
ゲル部材の材質:シリコーンゲル
ゲル部材のちょう度(1/4ちょう度):69
ゲル部材の屈折率:1.405
ゲル部材の形状:Φ6×最大厚さ1.1mm(曲率4.64mm)の球欠形状
顕微鏡:顕微鏡装置100
観察方法:透過明視野観察
中心波長:1100nm
容器:35mmガラスボトムディッシュ
重り:約130g
試料:HT29細胞スフェロイド、厚さ約350μm
<Experiment 9>
Observation pattern: Search for a region of interest with a 4x dry objective lens, switch to a 30x immersion objective lens and adjust the XYZ position for shooting. Comparison target immersion: None Objective lens: 4x, NA0.16, WD13mm, dry System objective lens 30x, NA 1.05, WD 0.8mm oil-immersed objective lens Gel member material: Silicone gel Gel member consistency (1/4 consistency): 69
Refractive index of gel member: 1.405
Shape of gel member: Φ6 x maximum thickness 1.1 mm (curvature 4.64 mm) missing ball Microscope:
Observation method: Transmission bright field observation Center wavelength: 1100 nm
Container: 35mm glass bottom dish Weight: Approximately 130g
Sample: HT29 cell spheroid, about 350 μm thick
<実験10>
観察パターン:4倍乾燥系対物レンズ、10倍乾燥系対物レンズ、20倍乾燥系対物レンズの順に切り換えて注目領域を探し、その後、30倍液浸系対物レンズに切り換えて撮影
比較対象浸液:なし
対物レンズ:4倍、NA0.16、WD13mm、乾燥系対物レンズ
10倍、NA0.3、WD10mm、乾燥系対物レンズ
20倍、NA0.7、WD1.7mm、乾燥系対物レンズ
30倍、NA1.05、WD0.8mmのオイル浸対物レンズ
ゲル部材の材質:シリコーンゲル
ゲル部材のちょう度(1/4ちょう度):69
ゲル部材の屈折率:1.405
ゲル部材の形状:縦4×横4×厚さ0.9mmの直方体形状
顕微鏡:顕微鏡装置100
観察方法:透過明視野観察
中心波長:975nm
容器:35mmガラスボトムディッシュ
重り:約50g
試料:HT29細胞スフェロイド、厚さ約150μm
<Experiment 10>
Observation pattern: Switch to the 4x dry objective lens, 10x dry objective lens, and 20x dry objective lens in this order to search for the area of interest, and then switch to the 30x immersion objective lens to take a picture. None Objective lens: 4x, NA0.16, WD13mm, dry objective lens
10x, NA0.3, WD10mm, dry objective lens
20x, NA0.7, WD1.7mm, dry objective lens
Oil immersion objective lens with 30x, NA1.05, WD0.8mm Gel member material: Silicone gel Gel member consistency (1/4 consistency): 69
Refractive index of gel member: 1.405
Shape of gel member: rectangular parallelepiped shape of length 4 x width 4 x thickness 0.9 mm Microscope:
Observation method: Transmission bright field observation Center wavelength: 975 nm
Container: 35mm glass bottom dish Weight: Approximately 50g
Sample: HT29 cell spheroid, about 150 μm thick
図16に示す顕微鏡画像P3は、4倍の乾燥系対物レンズを用いて取得した試料の明視野画像である。図17に示す顕微鏡画像P4は、10倍の乾燥系対物レンズを用いて取得した試料の明視野画像である。図18に示す顕微鏡画像P5は、20倍の乾燥系対物レンズを用いて取得した試料の明視野画像である。図19に示す顕微鏡画像P6は、30倍の液浸系対物レンズを用いて取得した試料の明視野画像である。図16から図19に示すように、液浸系対物レンズと共にゲル部材を用いることで、観察中に乾燥系対物レンズから液浸系対物レンズへの切り換えが含まれる場合であっても、注目領域を見失うことなく観察倍率を徐々に上げながら詳細に試料を観察することができる。 The microscope image P3 shown in FIG. 16 is a bright-field image of a sample obtained by using a 4x dry objective lens. The microscope image P4 shown in FIG. 17 is a bright-field image of a sample obtained by using a 10x dry objective lens. The microscope image P5 shown in FIG. 18 is a bright-field image of a sample obtained by using a 20x dry objective lens. The microscope image P6 shown in FIG. 19 is a bright field image of a sample obtained by using a 30x immersion objective lens. As shown in FIGS. 16 to 19, by using the gel member together with the immersion objective lens, even when the switching from the dry objective lens to the immersion objective lens is included during the observation, the region of interest It is possible to observe the sample in detail while gradually increasing the observation magnification without losing sight of it.
<実験11>
観察パターン:XY方向に移動して撮影対象のウェルを切り換えて、その後、撮影
比較対象浸液:なし
対物レンズ:25倍、NA1、WD4mmの液浸対物レンズ
ゲル部材の材質:シリコーンゲル
ゲル部材のちょう度(1/4ちょう度):62
ゲル部材の屈折率:1.405
ゲル部材の形状:上面Φ3×底面Φ14×厚さ4mmの円錐台形状
顕微鏡:顕微鏡装置200
観察方法:2光子励起蛍光観察(DAPI染色)
励起中心波長:700nm
容器:96穴U底マイクロプレート
重り:約240g
試料:HT29細胞スフェロイド、厚さ約350μm
<Experiment 11>
Observation pattern: Move in the XY direction to switch the well to be photographed, and then perform the imaging comparison subject Immersion: None Objective lens: 25x, NA1, WD4mm immersion objective lens Gel member material: Silicone gel Consistency (1/4 consistency): 62
Refractive index of gel member: 1.405
Shape of gel member: Top surface Φ3 × Bottom surface Φ14 ×
Observation method: Two-photon excitation fluorescence observation (DAPI staining)
Excitation center wavelength: 700 nm
Container: 96-hole U-bottom microplate Weight: Approximately 240 g
Sample: HT29 cell spheroid, about 350 μm thick
上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上述の実施形態を変形した変形形態および上述した実施形態に代替する代替形態が包含され得る。つまり、各実施形態は、その趣旨および範囲を逸脱しない範囲で構成要素を変形することが可能である。また、1つ以上の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、新たな実施形態を実施することができる。また、各実施形態に示される構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよく、または実施形態に示される構成要素にいくつかの構成要素を追加してもよい。さらに、各実施形態に示す処理手順は、矛盾しない限り順序を入れ替えて行われてもよい。即ち、本発明の光信号検出装置、ゲル部材、光信号検出方法は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。 The above-described embodiments show specific examples for facilitating the understanding of the invention, and the present invention is not limited to these embodiments. Modifications of the above embodiments and alternatives to the above embodiments may be included. That is, each embodiment can modify the components within a range that does not deviate from the purpose and scope. In addition, a new embodiment can be implemented by appropriately combining a plurality of components disclosed in one or more embodiments. In addition, some components may be deleted from the components shown in each embodiment, or some components may be added to the components shown in the embodiments. Further, the processing procedures shown in each embodiment may be performed in a different order as long as there is no contradiction. That is, the optical signal detection device, the gel member, and the optical signal detection method of the present invention can be variously modified and modified without departing from the description of the claims.
上述した実施形態では、光信号検出装置が倒立顕微鏡である例を示したが、光信号検出装置は倒立顕微鏡に限らない。ゲル部材は、流動性がないため、斜めや横からの観察にも対応可能である。従って、図20に示すように、例えば、マウスやマーモセットなどの比較的大きな動物S1の側頭部を生きたまま観察する場合などには、動物S1の側頭部に向けて傾けられた対物レンズ301と動物S1の側頭部との間にゲル部材310を挟んだ状態で、光信号検出装置は撮影を行ってもよい。この場合、動物S1の側頭部には予め行われた手術によってカバーガラスC1が埋め込まれていて、カバーガラスC1と対物レンズ301の間をゲル部材310で満たせばよい。
In the above-described embodiment, the example in which the optical signal detection device is an inverted microscope is shown, but the optical signal detection device is not limited to the inverted microscope. Since the gel member has no fluidity, it can be observed diagonally or from the side. Therefore, as shown in FIG. 20, for example, when observing the temporal region of a relatively large animal S1 such as a mouse or a marmoset alive, an objective lens tilted toward the temporal region of the animal S1 is used. The optical signal detection device may perform imaging with the
上述した実施形態では、まず、対物レンズにゲル部材を貼り付けて、その後、容器に対物レンズを近づけることで容器と対物レンズの間の空間をゲル部材で満たす例を示したが、ゲル部材は、容器と対物レンズの間の空間を満たしていればよく、ゲル部材の取り付け手順は特に限定しない。例えば、図21及び図22に示すように、多数のウェルを有するマイクロプレートC2の裏面にゲル部材410を貼り付けたものを用いて観察が行われてもよい。ゲル部材410は、望ましくは、44以上111以下の1/4ちょう度を有していて、マイクロプレートC2の裏面の形状に合わせて変形することでマイクロプレートC2の裏面に隙間なく密着している。この場合、対物レンズをマイクロプレートC2の裏面のゲル部材410に押し付けることで、対物レンズとマイクロプレートC2の間をゲル部材410で満たすことができるため、容易に高い開口数で試料を観察することができる。
In the above-described embodiment, an example is shown in which the gel member is first attached to the objective lens, and then the space between the container and the objective lens is filled with the gel member by bringing the objective lens closer to the container. , The space between the container and the objective lens may be filled, and the procedure for attaching the gel member is not particularly limited. For example, as shown in FIGS. 21 and 22, observation may be performed using a microplate C2 having a large number of wells to which a
上述した実施形態では、シリコーンオイル、水などの液浸媒体用に設計された既存の液浸系の対物レンズを用い、液浸媒体の代わりに、ゲル部材を使用する構成で説明したが、使用するゲル部材に合わせて新たに設計した対物レンズを用いてもよい。これにより、想定するゲル部材の屈折率に合わせて対物レンズを新規に設計できるので、ゲル部材の選択の自由度が高まる。 In the above-described embodiment, an existing immersion objective lens designed for an immersion medium such as silicone oil or water is used, and a gel member is used instead of the immersion medium. An objective lens newly designed according to the gel member may be used. As a result, the objective lens can be newly designed according to the assumed refractive index of the gel member, so that the degree of freedom in selecting the gel member is increased.
1、100、200 顕微鏡装置
3、107、206、301 対物レンズ
6 1/4円すい
7 試験対象物
10~12、310、410 ゲル部材
C 容器
C1 カバーガラス
C2 マイクロプレート
L 距離
P1~P6 顕微鏡画像
S 試料
S1 動物
1,100,200 Microscope device 3,107,206,301
Claims (24)
前記対物レンズと試料の間で前記試料を保持する保持部材と、
前記対物レンズと前記保持部材の間の空間を満たすゲル部材と、を備え、
前記ゲル部材は、JIS K 2220の1/4円すいを用いるちょう度試験に基づいて測定される44以上111以下の値を示す1/4ちょう度を有する
ことを特徴とする光信号検出装置。 With the objective lens
A holding member that holds the sample between the objective lens and the sample,
A gel member that fills the space between the objective lens and the holding member.
The gel member is an optical signal detection device having a 1/4 consistency which is measured based on a consistency test using a 1/4 cone of JIS K 2220 and shows a value of 44 or more and 111 or less.
前記ゲル部材の前記対物レンズとの接触面積が前記ゲル部材の前記保持部材との接触面積よりも大きい
ことを特徴とする光信号検出装置。 In the optical signal detection device according to claim 1,
An optical signal detection device characterized in that the contact area of the gel member with the objective lens is larger than the contact area of the gel member with the holding member.
前記対物レンズと試料の間で前記試料を保持する保持部材と、
前記対物レンズと前記保持部材の間の空間を満たすゲル部材と、を備え、
前記ゲル部材の前記対物レンズとの接触面積が前記ゲル部材の前記保持部材との接触面積よりも大きい
ことを特徴とする光信号検出装置。 With the objective lens
A holding member that holds the sample between the objective lens and the sample,
A gel member that fills the space between the objective lens and the holding member.
An optical signal detection device characterized in that the contact area of the gel member with the objective lens is larger than the contact area of the gel member with the holding member.
前記対物レンズが装着されたレボルバを備え、
前記レボルバが回転すると、前記対物レンズに吸着した前記ゲル部材が前記対物レンズとともに前記対物レンズの光路外に移動する
ことを特徴とする光信号検出装置。 In the optical signal detection device according to any one of claims 1 to 3, further
A revolver equipped with the objective lens is provided.
An optical signal detection device characterized in that when the revolver rotates, the gel member adsorbed on the objective lens moves together with the objective lens to the outside of the optical path of the objective lens.
前記ゲル部材は、前記対物レンズに着脱自在に吸着する
ことを特徴とする光信号検出装置。 The optical signal detection device according to any one of claims 1 to 4.
The gel member is an optical signal detection device characterized in that it is detachably attached to the objective lens.
前記ゲル部材は、前記対物レンズから前記保持部材へ向かって断面積が減少するテーパー形状を有する
ことを特徴とする光信号検出装置。 The optical signal detection device according to any one of claims 1 to 5.
The gel member is an optical signal detection device having a tapered shape in which the cross-sectional area decreases from the objective lens toward the holding member.
前記ゲル部材は、円錐台形状を有する
ことを特徴とする光信号検出装置。 In the optical signal detection device according to claim 6,
The gel member is an optical signal detection device having a truncated cone shape.
前記ゲル部材は、前記保持部材側に曲面で形成される凸面を有する
ことを特徴とする光信号検出装置。 The optical signal detection device according to any one of claims 1 to 6.
The gel member is an optical signal detection device having a convex surface formed by a curved surface on the holding member side.
前記ゲル部材の厚さは、前記対物レンズの作動距離の1.1倍以上で1.5倍以下である
ことを特徴とする光信号検出装置。 The optical signal detection device according to any one of claims 1 to 8.
An optical signal detection device characterized in that the thickness of the gel member is 1.1 times or more and 1.5 times or less the working distance of the objective lens.
前記ゲル部材と前記保持部材の屈折率差は、±0.1以内である
ことを特徴とする光信号検出装置。 The optical signal detection device according to any one of claims 1 to 9.
An optical signal detection device characterized in that the difference in refractive index between the gel member and the holding member is within ± 0.1.
前記ゲル部材と前記試料または前記試料を覆う媒質との屈折率差は、±0.1以内である
ことを特徴とする光信号検出装置。 The optical signal detection device according to any one of claims 1 to 10.
An optical signal detection device characterized in that the difference in refractive index between the gel member and the sample or the medium covering the sample is within ± 0.1.
前記ゲル部材は、JIS K 2220の1/4円すいを用いるちょう度試験に基づいて測定される44以上111以下の値を示す1/4ちょう度を有する
ことを特徴とするゲル部材。 A gel member attached to the tip of the objective lens.
The gel member is characterized by having a 1/4 consistency indicating a value of 44 or more and 111 or less, which is measured based on a consistency test using a 1/4 cone of JIS K 2220.
前記ゲル部材は、前記対物レンズに着脱自在に吸着する
ことを特徴とするゲル部材。 In the gel member according to claim 12,
The gel member is a gel member that is detachably attached to the objective lens.
前記ゲル部材は、断面積が一方向に減少するテーパー形状を有する
ことを特徴とするゲル部材。 In the gel member according to claim 12 or 13.
The gel member is characterized by having a tapered shape in which the cross-sectional area decreases in one direction.
前記ゲル部材は、円錐台形状を有する
ことを特徴とするゲル部材。 In the gel member according to claim 14,
The gel member is a gel member having a truncated cone shape.
前記ゲル部材は、曲面で形成される凸面を有する
ことを特徴とするゲル部材。 The gel member according to any one of claims 12 to 14.
The gel member is a gel member having a convex surface formed by a curved surface.
前記ゲル部材は、1.52±0.1の範囲内の屈折率を有する
ことを特徴とするゲル部材。 The gel member according to any one of claims 13 to 16.
The gel member is characterized by having a refractive index within the range of 1.52 ± 0.1.
前記ゲル部材の厚さは、前記対物レンズの作動距離の1.1倍以上で1.5倍以下である
ことを特徴とするゲル部材。 The gel member according to any one of claims 13 to 17.
The gel member is characterized in that the thickness of the gel member is 1.1 times or more and 1.5 times or less the working distance of the objective lens.
前記ゲル部材の前記対物レンズとの接触面積が前記ゲル部材の試料を保持する保持部材との接触面積よりも大きい
ことを特徴とするゲル部材。 The gel member according to any one of claims 13 to 18.
A gel member characterized in that the contact area of the gel member with the objective lens is larger than the contact area of the gel member with a holding member for holding a sample.
前記対物レンズを経由して入射した前記試料からの光を光検出器で検出することと、を含む
ことを特徴とする光信号検出方法。 The space between the objective lens and the holding member that holds the sample has a 1/4 consistency that indicates a value of 44 or more and 111 or less, which is measured based on a consistency test using a 1/4 cone of JIS K 2220. Illuminating the sample with the gel member filled,
A method for detecting an optical signal, comprising detecting light from the sample incident via the objective lens with a photodetector.
前記対物レンズと前記試料の間の前記対物レンズの光軸方向の距離を変更し、
前記距離を変更毎に、前記試料を照明することと、前記試料からの光を光検出器で検出することと、を繰り返すこと、を含む
ことを特徴とする光信号検出方法。 In the optical signal detection method according to claim 20, further
The distance in the optical axis direction of the objective lens between the objective lens and the sample is changed.
A method for detecting an optical signal, which comprises repeating the process of illuminating the sample and detecting the light from the sample with a photodetector every time the distance is changed.
前記対物レンズは液浸系の対物レンズである
ことを特徴とする光信号検出装置。 The optical signal detection device according to any one of claims 1 to 11.
The optical signal detection device, wherein the objective lens is an immersion type objective lens.
前記対物レンズは液浸系の対物レンズである
ことを特徴とするゲル部材。 In the gel member according to any one of claims 12 to 19.
The objective lens is a gel member characterized by being an immersion type objective lens.
前記対物レンズは液浸系の対物レンズである
ことを特徴とする光信号検出方法。
20. In the optical signal detection method according to claim 21,
A method for detecting an optical signal, wherein the objective lens is an immersion type objective lens.
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JP2020180773 | 2020-10-28 |
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