JP3824135B2 - バイオチップ読取り装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオチップの試料を励起光で励起し、発生した蛍光の波長を読み取るバイオチップ読取り装置に関し、測定の高速化、装置の簡素化、試料へのダメージ低減、さらに励起光のレーザをマイクロレンズで集光する際に生ずるスポット内強度分布を平坦化するための改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＤＮＡや蛋白質などに蛍光物質を標識しこれにレーザ光を照射してその蛍光物質を励起し、これにより発生した蛍光を読取ってＤＮＡや蛋白質などを検出し解析する装置がある。この場合、蛍光物質が標識されたＤＮＡや蛋白質などをアレイ状にスポットしたバイオチップが利用される。
【０００３】
図８は従来の落射型のバイオチップ読取り装置の一例を示す概念的構成図である。この装置は、図８（ａ）に示すように基板ＰＬ上に配列が既知のＤＮＡ分子（遺伝子）Ａ，Ｂ，Ｃ,…を複数個結合してなるバイオチップ６に、同図（ｂ）のように未知の遺伝子αを混合（ハイブリダイゼーション）したものを、同図（ｃ）のような機構により読取るものである。
【０００４】
同図（ｃ）において、光源１からの光（レーザ光）はレンズ２で平行光になり、ダイクロイックミラー４を透過した後レンズ３によりバイオチップ６上に集光される。バイオチップ６からの戻り光はレンズ３で平行光に戻り、ダイクロイックミラー４で反射してレンズ８により受光器９に結像する。
【０００５】
この場合、バイオチップ６を載置したステージ（図示せず）を駆動手段（図示せず）によりＸＹ方向に移動してバイオチップ６表面を走査し、バイオチップ６表面の画像を得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の装置では次のような課題があった。バイオチップ６に照射される１つのスポットを用いてステージを走査してバイオチップ表面の画像を得ているが、ステージの移動機構が複雑であり、時間もかかるという欠点がある。
【０００７】
さらに、この場合ビームの光強度は強くなければならないが、光強度が強いと試料の蛍光色素は退色し易いという問題もある。
また、強い光強度のスポットは受光器９やその後段のアナログ・デジタル変換器を飽和させるきらいがあるため、ゲインを下げる必要がある。ゲインを下げると微弱光が測定できなくなり、ダイナミックレンジが狭くなるという欠点もある。
【０００８】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、従来のように試料を載置したステージを移動する必要がなく、また蛍光色素の退色の心配もなく、簡単な構造で微弱光の測定も可能なバイオチップ読取り装置を実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の発明では、
複数の試料をスポット状またはラインアレイ状に配置したバイオチップに複数の光束の光を照射して、受光器により前記複数の試料に応じた画像情報を読取るバイオチップ読取り装置において、
前記複数の試料と前記複数の光束の空間配置を一致させると共に、前記試料からの蛍光画像を受光器の表面とは異なる光軸位置に結像させることを特徴とする。
【００１０】
このような構成により、従来のようなステージ移動を要することなく、非走査で複数の試料の画像情報を読取ることができる。また同一の読取時間で比較するとビームの本数分だけ弱い光でよいため従来のような光強度の強いレーザ光を照射する必要もないため、蛍光色素の退色の心配もなく、微弱光の測定も可能な読取り装置を実現することができる。
また、複数の試料をそれぞれ照射している光束が試料の表面とは異なる光軸位置に結像するようにすると、バイオチップスポットの全体がほぼ一様な強度分布となり試料には励起光強度分布の影響が及ばなくなる。さらに、受光器や後段のアナログ・デジタル変換器の強度的な偏りを軽減させることができ、測定のダイナミックレンジを拡大することができる。
なお、バイオチップを対物レンズの集光点よりも遠い光軸位置に載置した場合には、ワーキングディスタンスが広くなりバイオチップ挿脱などの作業性が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係るバイオチップ読取り装置の一実施例を示す構成図である。図において、光源１からの光はレンズ２で平行光になり、バイオチップ６の試料ピッチＰに等しい間隔で配置されたマイクロレンズアレイＭＡのマイクロレンズＭＬにより集光される。その後レンズ３で平行光になり、ダイクロイックミラー４で反射して対物レンズ５によりバイオチップ６上に結像する。
【００１６】
バイオチップ６の各スポットは各々に集光された光により励起され、蛍光を発する。その蛍光は対物レンズ６、ダイクロイックミラー４、フィルタ７を順に透過し、レンズ８によって受光器９に結像する。このようにして、光走査を行うことなく試料表面の像を得ることができる。
なお、マイクロレンズＭＡによる結像スポットサイズＡは図２に示すように試料のサイズＳ１，Ｓ２，…とほぼ等しくなるようにしてある。
【００１７】
図３は本発明の他の実施例図である。図１の場合、バイオチップのスポットはレンズの集光スポットの強度分布で励起されるため、バイオチップのスポット内部の蛍光は一様に励起されず、中央部が強く周辺部が弱い励起となり、蛍光強度にもその分布の影響が出る。すなわち、中央部では強い蛍光が発生するが周辺部では弱い蛍光しか発生しないことになる。また、中央部は周辺部より蛍光色素が退色し易い。
【００１８】
図３に示す発明はその点を改善したものであり、各構成素子は図１と同じであるが、照射光がバイオチップ６の表面と異なる光軸位置にフォーカスするようにした点が図1のものとは異なる。
【００１９】
図３において、光源１からの照射光はレンズ２で平行光になり、バイオチップ８の試料ピッチに等しい間隔で配置されたマイクロレンズＭＡにより集光される。ここまでは図１のものと同じである。
【００２０】
その後ダイクロイックミラー４で反射され、対物レンズ５によりバイオチップ６の表面と異なる光軸位置にフォーカスさせる（図では鎖線で示す）。つまり、バイオチップ６上ではオフフォーカス（デフォーカス）状態にする。
【００２１】
これにより、図４に示すように試料を照射している光束のフォーカススポットＡは試料のサイズＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４よりも大きくなる。
図５は試料を照射している光束のフォーカススポットとオフフォーカススポットの強度分布の比較図である。これからも明らかなようにオフフォーカススポットＡはバイオチップスポットサイズＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４内でほぼ一様な強度分布となることが理解できる。
【００２２】
各バイオチップスポットはこのデフォーカスされたレーザ光で励起され、蛍光を発する。この蛍光は対物レンズ５、ダイクロイックミラー４、フィルタ７を透過し、受光器前のレンズ８によって受光器９上へ結像する。この場合、結像レンズ８の位置を調節して受光器９の結像面とバイオチップ６の表面のフォーカスを合わせておく。
【００２３】
このように、本発明によればバイオチップスポットはその全体がほぼ一様な強度分布で励起されるため、実質上励起光強度分布の影響のない蛍光像を容易に得ることができる。
【００２４】
なお、図３では対物レンズ５の集光点より手前にバイオチップを載置したが、図６のように反対に対物レンズ５の集光点よりも遠い位置にバイオチップを載置しても構わない。この場合、ワーキングディスタンスｄが長くなり、バイオチップの挿脱などの作業がやり易くなるという利点がある。
【００２５】
なお、この場合、受光器９上にバイオチップスポットの像を結像するとき、オフフォーカスにすると受光素子（ＣＣＤ素子など）や後段のアナログ・デジタル変換器の強度的な偏りを軽減することができ、測定のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００２６】
また、図７（ａ）に示すようにバイオチップ６への入射光を傾けても構わない。これにより励起光は元の光路へは戻らず、励起光の背景光除去が可能になる。特に、同図（ｂ）のように受光器９上で蛍光像と励起光の反射像とが重ならないように結像させると、後の画像処理で容易に除去することができる。
【００２７】
図７のように入射光を斜めにしても、蛍光は３６０度発光のため、対物レンズ５で損失なく集光され受光器９へ結像する。
なお、入射光を斜めにする代わりに、入射光の光軸は垂直にしておき、バイオチップ６の方をその入射軸に対して傾けるようにしても構わない。
また、実施例において試料は円形であるが、矩形やライン状であっても構わない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
（１）従来のようなステージ移動を要することなく、非走査で複数の試料の画像情報を読取ることができるため容易に測定の高速化が図られる。
また同一の読取時間で比較するとビームの本数分だけ弱い光でよいため従来のような光強度の強いレーザ光を照射する必要もないため、蛍光色素の退色の心配もなく、簡単な構造で微弱光の測定も可能な読取り装置を実現することができる。
【００２９】
（２）また、複数の試料をそれぞれ照射している光束を前記試料の表面とは異なる光軸位置に結像するようにしたときは、バイオチップスポットはその全体がほぼ一様な強度分布となり、試料に励起光強度分布の影響が及ばなくなる。
（３）試料からの蛍光画像が受光器の表面とは異なる光軸位置に結像するようにすると、受光器や後段のアナログ・デジタル変換器の強度的な偏りを軽減させることができ、容易に測定のダイナミックレンジを拡大できる。
【００３０】
（４）更に、照射光が試料に対して斜め入射となるような関係にすると、試料からの蛍光画像と励起光とが分離し、背景光除去が可能になる。
（５）試料からの蛍光画像と励起光が受光器上で離れた位置に結像するように構成した場合は、画像処理で励起光の反射像を容易に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバイオチップ読取り装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】結像スポットサイズと試料のサイズとの比較図である。
【図３】本発明に係るバイオチップ読取り装置の他の実施例を示す構成図である。
【図４】フォーカススポットサイズと試料のサイズとの比較図である。
【図５】光束のフォーカススポットとオフフォーカススポットの強度分布の比較図である。
【図６】バイオチップ載置位置の一実施例図である。
【図７】バイオチップへの入射光を傾けた場合の説明図である。
【図８】従来のバイオチップ読取り装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 光源
２，３，８ レンズ
４ ダイクロイックミラー
５ 対物レンズ
６ バイオチップ
７ フィルタ
９ 受光器
ＭＡ マイクロレンズアレイ
ＭＬ マイクロレンズ

Claims (1)

  1. 複数の試料をスポット状またはラインアレイ状に配置したバイオチップに複数の光束の光を照射して、受光器により前記複数の試料に応じた画像情報を読取るバイオチップ読取り装置において、
    前記複数の試料と前記複数の光束の空間配置を一致させると共に、前記試料からの蛍光画像を受光器の表面とは異なる光軸位置に結像させることを特徴とするバイオチップ読取り装置。
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