JP4179002B2

JP4179002B2 - 顕微鏡装置及びこの顕微鏡装置を用いた薬物効果測定方法

Info

Publication number: JP4179002B2
Application number: JP2003065894A
Authority: JP
Inventors: 義太郎中野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: JP2004271471A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は顕微鏡装置及びこの顕微鏡装置を用いた薬物効果測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の顕微鏡装置の正面図である。
【０００３】
この顕微鏡装置は顕微鏡として倒立顕微鏡を使用している。顕微鏡装置は観察光学系（図示せず）と透過照明ユニット（透過照明系）５４０とピペット５５０とを備える。
【０００４】
観察光学系はステージ５２０の直下に設けられた対物レンズ（図示せず）を有し、試料容器５２１に入れられた試料（図示せず）からの光を対物レンズを介して集光する。
【０００５】
透過照明ユニット５４０は光源５４１とコンデンサレンズ５４２とで構成されている。透過照明ユニット５４０は顕微鏡本体５１０に取り付けられたアーム（図示せず）に設けられている。コンデンサレンズ５４２は対物レンズの光軸上に配置され、光源５４１から出射された光を試料に照射する。
【０００６】
ピペット５５０は試料に所定量の試薬を添加する。ピペット５５０は使用者又は保持部材（図示せず）によってステージ５２０の上方に保持されている。
【０００７】
試料に試薬を添加する場合、ピペット５５０の先端を透過照明ユニット５４０と試料との間に挿入して試薬を添加する。透過照明ユニット５４０を使用して試料の透過像を測定する場合、ピペット５５０を透過照明ユニット５４０と試料との間から除去する。
【０００８】
【特許文献】
特表２００２−５４２４８１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バイオテクノロジー分野では、上記顕微鏡装置を用いて試料容器５２１に入れられた細胞等の生物試料にピペット５５０で試薬を添加し、細胞に生じる光学的変化を観察することが行われる。
【００１０】
しかし、モータを用いてピペット５５０を遠隔操作し、自動的に試薬を試料に添加する場合、ピペット５５０やピペット５５０を保持する保持部材が透過照明ユニット５４０に干渉し、透過像を取得することができないという問題がある。
【００１１】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は添加手段の操作を電動で行う顕微鏡装置において、添加手段に干渉することなく観察光学系の光軸上に透過照明系を配置することができる顕微鏡装置及びこの顕微鏡装置を用いた薬物効果測定方法を提供することである。
【００１２】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、観察光学系と、透過照明系と、試料に試薬を添加する自動添加手段とを備える顕微鏡装置において、前記透過照明系及び前記自動添加手段を移動させる移動手段と、前記透過照明系及び前記自動添加手段の位置を検出する検出手段と、前記観察光学系の光軸上に配置され、前記自動添加手段が前記観察光学系の光軸上に移動したときに前記試料を照明する落射照明系と、前記検出手段の出力に基づいて前記透過照明系及び前記自動添加手段のいずれかが前記観察光学系の光軸上に選択的に配置されるように前記移動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の顕微鏡装置において、前記検出手段は、前記透過照明系が前記観察光学系の光軸上にあるか否かを検出する第１の検出手段と、前記添加手段が前記観察光学系の光軸上にあるか否かを検出する第２の検出手段とを有し、前記移動手段は前記透過照明系を移動させる透過照明系移動手段と前記添加手段を移動させる添加手段移動手段とを有し、前記制御手段は、前記第１の検出手段によって前記透過照明系が前記観察光学系の光軸上にあることが検出されたとき、前記添加手段の前記観察光学系の光軸上への移動を阻止し、前記第２の検出手段によって前記添加手段が前記観察光学系の光軸上にあることが検出されたとき、前記透過照明系の前記観察光学系の光軸上への移動を阻止するように、前記添加手段移動手段と前記透過照明系移動手段とを制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の顕微鏡装置において、前記制御手段は前記添加手段移動手段と前記透過照明系移動手段とを同時に移動させることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の顕微鏡装置において、前記移動手段に前記透過照明系と前記自動添加手段とが一体的に取り付けられていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の顕微鏡装置において、前記観察光学系は対物レンズを有し、前記対物レンズは前記落射照明系の一部を構成することを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載の顕微鏡装置を用いて薬物効果を測定する薬物効果測定方法であって、試料に試薬を添加する直前と添加から一定時間経過後とに前記試料の蛍光画像を取得する工程と、測定中に前記試料の透過画像を少なくとも１回取得する工程と、前記両工程で得られた画像に対して所定の画像処理を行なう工程とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１（ａ），（ｂ）はこの発明の第１実施形態に係る顕微鏡装置の正面図である。なお、図１（ａ）は透過照明系を観察光学系の光軸上に位置させたときの状態を示し、図１（ｂ）はピペットを観察光学系の光軸上に位置させたときの状態を示す。
【００１９】
この顕微鏡装置は顕微鏡本体１０とステージ２０と接眼部３０と透過照明ユニット（透過照明系）４０と観察光学系（図示せず）とピペット（自動添加手段）５０とを備える。
【００２０】
顕微鏡本体１０の側面には対物レンズ（図示せず）を上下方向へ移動させる照準ハンドル１１が設けられている。また、顕微鏡本体１０の正面にはカメラ等を装着するためのフロントポート（光の取出口）１２が設けられている。対物レンズは観察光学系を構成し、生物試料である細胞からの光を集光する。
【００２１】
また、顕微鏡本体１０の正面には試料の像を肉眼で観察する接眼部３０が設けられている。
【００２２】
ステージ２０の上面には細胞を入れた透明な底面を有する試料容器２１が載置されている。また、ステージ２０にはステージ２０を移動させるためのステージ操作ハンドル２２が取り付けられている。
【００２３】
透過照明ユニット４０は光源４１とコンデンサレンズ４２とで構成されている。透過照明ユニット４０は顕微鏡本体１０と別体の支柱６０の上端部に固定されたレール４６に透過照明可動部（透過照明系移動手段）４５を介して取り付けられている。
【００２４】
レール４６はステージ２０と平行に取り付けられている。
【００２５】
透過照明可動部４５はリニアモータ（図示せず）とリニアモータ駆動回路（図示せず）とを備える。
【００２６】
顕微鏡本体１０又は図示しないリモートコントローラ等に設けられた選択スイッチ（図示せず）から透過照明ユニット４０を選択する選択信号が図示しない制御部（制御手段）に出力されたとき、制御部はこの選択信号に基づいてリニアモータ駆動回路に駆動信号を出力し、リニアモータを駆動して透過照明ユニット４０を観察光学系の光軸上に移動させる（図１（ａ）参照）。
【００２７】
透過照明ユニット４０の位置は図示しない第１の位置検出センサ（第１の検出手段）によって検出される。第１の位置検出センサとしては例えばレール４６に設けたマイクロスイッチやフォトカプラを用いる。第１の位置検出センサは透過照明ユニット４０の位置に応じた透過照明系位置信号を制御部へ出力する。
【００２８】
なお、例えば支柱６０の上端部に透過照明ユニット４０へ向けて光を発するＬＥＤ等の投光素子を配置するとともに、透過照明ユニット４０で反射された光を受ける受光面の受光位置に応じて強度が変化する２つの受光信号を出力するＰＳＤを前記投光素子の近傍に配置し、２つの受光信号の大きさに基づいて前記投光素子から透過照明ユニット４０までの距離を演算し、透過照明ユニット４０の位置を検出するようにしてもよい。
【００２９】
コンデンサレンズ４２は対物レンズの光軸上に配置され、光源４１から出射された光を細胞に照射する。
【００３０】
ピペット５０は試料容器２１に所定量の試薬（液体）を添加する。このピペット５０は顕微鏡本体１０と別体の支柱７０の上端部に設けられたレール５６に自動添加手段可動部（自動添加手段移動手段）５５を介して取り付けられている。ピペット５０はステージ２０の上方に、対物レンズの光軸とほぼ平行に取り付けられている。
【００３１】
レール５６はステージ２０と平行に支柱７０へ向けて取り付けられている。
【００３２】
自動添加手段可動部５５はリニアモータ（図示せず）とリニアモータ駆動回路（図示せず）とを備える。顕微鏡本体１０又は図示しないリモートコントローラ等に設けられた選択スイッチからのピペット５０を選択する選択信号が制御部に出力されたとき、制御部はこの選択信号に基づいてリニアモータ駆動回路に駆動信号を出力し、リニアモータを駆動してピペット５０を観察光学系の光軸上に移動させる（図１（ｂ）参照）。
【００３３】
ピペット５０の位置は図示しない第２の位置検出センサ（第２の検出手段）によって検出される。第２の位置検出センサは第１の位置検出センサと同様のものであり、例えばレール５６に設けられる。第２の位置検出センサはピペット５０の位置に応じたピペット位置信号を制御部へ出力する。
【００３４】
なお、制御部は、透過照明ユニット４０又はピペット５０が既に観察光学系の光軸上にあるときには、次のようにモータ駆動回路を制御する。
【００３５】
制御部は透過照明系位置信号に基づいて透過照明ユニット４０が観察光学系の光軸上にあることを検出したとき、リニアモータへの通電を停止してピペット５０の観察光学系の光軸上への移動を阻止する（図１（ａ）参照）。透過照明ユニット４０を光軸上から外した後、ピペット５０を光軸上に移動させる。
【００３６】
また、制御部はピペット位置信号に基づいてピペット５０が観察光学系の光軸上にあることを検出したとき、リニアモータへの通電を停止して透過照明ユニット４０の観察光学系の光軸上への移動を阻止する（図１（ｂ）参照）。ピペット５０を光軸上から外した後、透過照明ユニット４０を光軸上に移動させる。
【００３７】
透過照明ユニット４０とピペット５０とは上記したように別々に移動させても、透過照明ユニット４０とピペット５０とを同時に移動させてもよい。なお、ピペット５０は観察光学系の光軸上になくても、試料容器２１に試薬を添加することができる試料容器２１の上方に配置されていればよい。
【００３８】
また、図示しないが、この顕微鏡装置は落射照明系も備えており、透過照明観察だけでなく落射照明観察も行うことができる。落射照明観察のとき、対物レンズはコンデンサレンズの役目を果たす。
【００３９】
上記構成の顕微鏡装置を用いて細胞に添加される試薬の薬物効果測定が行われる。
【００４０】
図２は薬物効果測定方法を説明するフローチャートである。
【００４１】
図２において、Ｓ１〜Ｓ１１は顕微鏡装置の動作の各ステップを示す。
【００４２】
まず、リニアモータに通電して観察光学系（対物レンズ）の光軸上へ透過照明ユニット４０を配置する（Ｓ１）。
【００４３】
次に、カメラ（図示せず）等によって試料容器２１に入った細胞の透過画像及び蛍光画像を取得する（Ｓ２）。
【００４４】
その後、リニアモータに通電して観察光学系（対物レンズ）の光軸上から透過照明ユニット４０を外す（Ｓ３）。
【００４５】
次に、リニアモータに通電して観察光学系（対物レンズ）の光軸上へピペット５０を移動する(Ｓ４)。
【００４６】
その後、所定量の試薬を試料容器２１内に添加し、落射照明を行う(Ｓ５)。
【００４７】
次に、カメラ等によって細胞の蛍光画像を取得する（Ｓ６）。
【００４８】
その後、リニアモータに通電して観察光学系（対物レンズ）の光軸上からピペット５０を外す（Ｓ７）。
【００４９】
次に、一定の時間が経過するまで待機する（Ｓ８）。
【００５０】
その後、落射照明を行う(Ｓ９)。
【００５１】
次に、カメラ等によって細胞の蛍光画像を取得する（Ｓ１０）。
【００５２】
最後に、上記工程で得られた画像に対して所定の画像処理を行ない、画像解析を行う(Ｓ１１)。画像処理としては、例えば画像内の所定の細胞領域を抽出し、この細胞領域内の蛍光強度の平均値を算出し、試薬を添加する前と後との画像で平均値を比較する処理がある。
【００５３】
この実施形態によれば、ピペット５０の操作を電動で行う顕微鏡装置において、ピペット５０に干渉することなく観察光学系の光軸上に透過照明ユニット４０を配置して細胞等の生物試料に対する薬物効果の測定を正確に（蛍光染色されない部分の形態変化を見逃すことなく）行うことができる。また、大量かつ高速に薬物効果の測定を行うことができ、製薬業における新薬の探索に利用できる等、産業上有用である。
【００５４】
なお、上記実施形態では透過画像の取得をピペット５０による試薬の添加前に１回行っているだけであるが、試薬の添加後、ピペット５０が観察光学系の光軸上に位置しないときにも透過画像の取得を行い、試薬の添加前後で透過像の取得を行うようにしてもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では透過照明ユニット４０とピペット５０とをリニアモータを用いて移動させたが、例えばボールスクリュー付きのステッピングモータで移動させるようにしてもよい。
【００５６】
更に、上記実施形態では支柱６０，７０の上端部にレール４６，５６を固定したが、変形例として、支柱６０，７０の上端部にレール４６，５６を回転可能に取り付けてもよい。透過照明ユニット４０はレール４６に固定されている。透過照明ユニット４０はレール４６を回転させたとき、観察光学系の光軸上を通る。ピペット５０はレール５６に固定されている。ピペット５０はレール５６を回転させたとき、観察光学系の光軸上を通る。
【００５７】
図３（ａ），（ｂ）はこの発明の第２実施形態に係る顕微鏡装置の正面図であり第１実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。なお、図３（ａ）は透過照明系を観察光学系の光軸上に位置させたときの状態を示し、図３（ｂ）はピペットを観察光学系の光軸上に位置させたときの状態を示す。
【００５８】
この実施形態は透過照明ユニット（透過照明系）４０とピペット（添加手段）５０とを１つの可動部（移動手段）８０に固定した点で第１実施形態と相違する。
【００５９】
可動部８０は顕微鏡本体１０と別体の支柱６０，７０間に架け渡されたレール８１に水平方向へ移動可能に取り付けられている。
【００６０】
可動部８０は図示しない制御部（制御手段）によって通電を制御されるリニアモータ（図示せず）を備え、リニアモータによって透過照明ユニット４０とピペット５０とをレール８１に沿って同時に同方向へ移動させる。
【００６１】
透過照明ユニット４０及びピペット５０の位置は図示しない位置検出センサ（検出手段）によって検出される。位置検出センサとしてはマイクロスイッチやフォトカプラ等を用いる。位置検出センサは透過照明ユニット４０及びピペット５０の位置に応じた透過照明系位置信号を制御部へ出力する。
【００６２】
上記構成の顕微鏡装置を用いて第１実施形態と同様に細胞に添加される試薬の効果測定を行うことができる。
【００６３】
この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、１個のリニアモータによって透過照明ユニット４０とピペット５０とを同時に移動させる構成であるので、第１実施形態に比べて製造コストを低減でき、制御が容易となる。
【００６４】
図４はこの発明の第３実施形態に係る顕微鏡装置の側面図である。
【００６５】
なお、図４はピペット１５０を観察光学系の光軸上に位置させたときの状態を示す。
【００６６】
この顕微鏡装置は、顕微鏡本体１１０と、ステージ１２０と、接眼部１３０と、透過照明ユニット（透過照明系）１４０と、観察光学系（図示せず）と、ピペット（添加手段）１５０とを備える。
【００６７】
顕微鏡本体１１０の側面には対物レンズ１７０を上下方向へ移動させる照準ハンドル１１１が設けられている。また、顕微鏡本体１１０の正面にはカメラ等を装着するためのフロントポート（光の取出口）１１２が設けられている。対物レンズ１７０は観察光学系を構成し、生物試料である細胞からの光を集光する。
【００６８】
また、顕微鏡本体１１０の正面には対物レンズ１７０によって生じた像を肉眼で観察できるように拡大する接眼部１３０が設けられている。
【００６９】
ステージ１２０の上面には細胞を入れた透明な底面を有する試料容器（図示せず）が載置される。
【００７０】
透過照明ユニット１４０は光源１４１とコンデンサレンズ１４２とで構成されている。透過照明ユニット１４０は顕微鏡本体１１０に取り付けられた回転軸１６０の上端部に回転可能に支持されたレール１４６の一端に取り付けられている。
【００７１】
コンデンサレンズ１４２は対物レンズ１７０の光軸上に配置され、光源１４１から出射された光を細胞に照射する。
【００７２】
ピペット１５０は細胞に所定量の試薬（液体）を添加する。このピペット１５０はレール１４６の他端に取り付けられている。
【００７３】
上記したように、ピペット１５０と透過照明ユニット１４０とがレール１４６の両端に取り付けられているので、ピペット１５０と透過照明ユニット１４０とは干渉しない。
【００７４】
透過照明ユニット１４０及びピペット１５０の位置は図示しない位置検出センサ（検出手段）によって検出される。透過照明ユニット１４０及びピペット１５０の位置を回転軸１６０を回転させるモータ（図示せず）の回転位置に容易に置換することができるため、位置検出センサとしては例えばモータの回転位置を検出するモータ位置検出回路を用いる。このモータ位置検出回路でモータの回転位置を検出して図示しない制御部（制御手段）にフィードバックすることによって、制御部は使用者によって選択された透過照明ユニット１４０又はピペット１５０が観察光学系の光軸と一致するようにモータ駆動回路（図示せず）を制御する。
【００７５】
透過照明ユニット１４０又はピペット１５０の選択は顕微鏡本体１１０又は図示しないリモートコントローラ等に設けられた選択スイッチ（図示せず）によって行われる。
【００７６】
また、図示しないが、この顕微鏡装置は落射照明系も備えており、透過照明観察だけでなく落射照明観察も行うことができる。落射照明観察のとき、対物レンズ１７０はコンデンサレンズの役目を果たす。
【００７７】
この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００７８】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明によれば、添加手段の操作を電動で行う顕微鏡装置において、添加手段に干渉することなく観察光学系の光軸上に透過照明系を配置することができる。更に、細胞等の生物試料に対する薬物効果の測定を正確に（蛍光染色されない部分の形態変化を見逃すことなく）行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ），（ｂ）はこの発明の第１実施形態に係る顕微鏡装置の正面図である。
【図２】図２は薬物効果測定方法を説明するフローチャートである。
【図３】図３（ａ），（ｂ）はこの発明の第２実施形態に係る顕微鏡装置の正面図である。
【図４】図４はこの発明の第３実施形態に係る顕微鏡装置の側面図である。
【図５】図５は従来の顕微鏡装置の正面図である。
【符号の説明】
４０，１４０透過照明ユニット（透過照明系）
４５透過照明可動部（透過照明系移動手段）
５０，１５０ピペット（添加手段）
５５自動添加手段可動部（自動添加手段移動手段）
８０可動部（移動手段）

Claims

観察光学系と、透過照明系と、試料に試薬を添加する自動添加手段とを備える顕微鏡装置において、
前記透過照明系及び前記自動添加手段を移動させる移動手段と、
前記透過照明系及び前記自動添加手段の位置を検出する検出手段と、
前記観察光学系の光軸上に配置され、前記自動添加手段が前記観察光学系の光軸上に移動したときに前記試料を照明する落射照明系と、
前記検出手段の出力に基づいて前記透過照明系及び前記自動添加手段のいずれかが前記観察光学系の光軸上に選択的に配置されるように前記移動手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする顕微鏡装置。
前記検出手段は、前記透過照明系が前記観察光学系の光軸上にあるか否かを検出する第１の検出手段と、前記自動添加手段が前記観察光学系の光軸上にあるか否かを検出する第２の検出手段とを有し、
前記移動手段は前記透過照明系を移動させる透過照明系移動手段と前記自動添加手段を移動させる自動添加手段移動手段とを有し、
前記制御手段は、前記第１の検出手段によって前記透過照明系が前記観察光学系の光軸上にあることが検出されたとき、前記自動添加手段の前記観察光学系の光軸上への移動を阻止し、前記第２の検出手段によって前記自動添加手段が前記観察光学系の光軸上にあることが検出されたとき、前記透過照明系の前記観察光学系の光軸上への移動を阻止するように、前記自動添加手段移動手段と前記透過照明系移動手段とを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡装置。
前記制御手段は前記自動添加手段移動手段と前記透過照明系移動手段とを同時に移動させることを特徴とする請求項２記載の顕微鏡装置。
前記移動手段に前記透過照明系と前記自動添加手段とが一体的に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の顕微鏡装置。
前記観察光学系は対物レンズを有し、前記対物レンズは前記落射照明系の一部を構成することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡装置。
請求項１〜５のいずれか１項記載の顕微鏡装置を用いて薬物効果を測定する薬物効果測定方法であって、
試料に試薬を添加する直前と添加から一定時間経過後とに前記試料の蛍光画像を取得する工程と、測定中に前記試料の透過画像を少なくとも１回取得する工程と、前記両工程で得られた画像に対して所定の画像処理を行なう工程とを備えていることを特徴とする薬物効果測定方法。