JP4624083B2 - 容器保持機構 - Google Patents

Description

本発明は、容器保持機構に関する。

従来、溶液等の試料を光学的に測定・観察する装置において、試料や試薬を少量ずつ小分けして保持する容器としてマイクロプレートが用いられている。
このようなマイクロプレートにおいて、特に溶液もしくは組織を試料とする装置では、底面が光学的に透明なマイクロプレートを水平に保持し、容器下方より底面を通して測定・観察を行う方式がよく用いられる。このようなマイクロプレートの構成例を図９に示す。図９に示すマイクロプレートは、主に樹脂や金属からなるフレーム部１と、光学的に透明である底面２（以下、「透明部材」と称する場合もある）とを備えている。なお、フレーム部１には、試料を入れる複数のウェル３（試料槽）が形成されており、底面２がフレーム部１に接着されることにより、各ウェル３が分離されている。また、一般にこれらのマイクロプレートでは、フレーム部１の外周が底面２より一段低く形成されている。これにより、非測定時や試料の分注時でも、マイクロプレートの底面２の測定領域２ａは机上等に接触しないので、測定に悪影響を与えるようなゴミや汚れが付着せず、また、傷つきも防止される。

上記のマイクロプレートを測定装置や分注装置に装着する場合に、マイクロプレートのフレーム部１の外周部を保持機構が保持することによりマイクロプレートを支持している。図１０は、このマイクロプレートを用いた測定装置の例としての蛍光測定装置を示す図である。
図１０において、装置の本体部分の基本的な装置構成は共焦点光学顕微鏡をベースとしている。光源５として、アルゴン・レーザー（発振出力１０ｍＷ、波長：４８８ｎｍ）を用い、対物レンズ６で集光した領域（「共焦点領域」と称する）に試料が当たるように、マイクロプレートの水平位置、垂直位置をステージ７、及び対物レンズ縦軸調整機構８により調整する。

アルゴン・レーザーから発せられた光は図示しない蛍光測定装置本体内に設置されたダイクロイック・ミラー９により反射されて対物レンズ６に入り、試料を収容したマイクロプレート内のウェル３内で集光する。レーザー光の集光位置は水平方向（Ｘ−Ｙ軸）についてはウェルの中央部分、垂直方向（Ｚ軸）については、試料内のほぼ中央付近となっている。集光されたレーザー光は試料内の蛍光分子を励起するので、蛍光分子から蛍光が発せられる。この蛍光は再び対物レンズ６に戻り、続いてダイクロイック・ミラー９を通過して、バンドパス・フィルター１０に入射する。バンドパス・フィルター１０は円板状の形状となっており、その分光特性は蛍光の発光スペクトルに合わせて、透過光のスペクトルが調整されるようになっており、信号光となる蛍光の発光スペクトルの波長域の光のみが通過する。

バンドパス・フィルター１０を通過した信号光は反射プリズム１１で反射され、レンズ１２でピンホール１３のピンホール面に集光される。ピンホール１３により共焦点領域外からのバックグラウンド光が除去され、信号光はレンズ１４で再度集光される。レンズ１４の焦点位置に受光面を合わせて、光検出器１５が配置されている。光検出器１５は例えばアバランシェ・フォトダイオード（略称：ＡＰＤ）、あるいは光電子増倍管などの微弱光検出器を用いる。ここで、光検出器１５で受光される信号光は微弱光であり、フォトン・パルス信号となっている。光検出器１５によって、このフォトン・パルス信号は電気信号（光電流パルス）に変換され、増幅されて信号処理装置１６に送られる。信号処理装置１６によって、この電気信号は波形整形され、ｏｎ−ｏｆｆ電圧パルスとされて、コンピューター１７に導かれる。この電圧パルスはコンピューター１７のメモリ（図示しない）に記憶され、続いて相関解析などの演算が行なわれる。これによって得られた蛍光の強度ゆらぎの自己相関関数、あるいは相互相関関数などがコンピューター１７の画面上に提示され、測定結果（グラフ、またはデータ）として得られる。

図１１はマイクロプレート（２点鎖線で表記）とそれを保持するステージ７の斜視図である。マイクロプレートは、水平方向には垂直位置決め面１８および必要に応じてマイクロプレートを付勢し固定するレバー２０によって位置が決まる。垂直方向は、水平位置決め面１９で３点支持され、装置に対しての設置位置が決まっている。

このマイクロプレートを用い、前述のように容器底面より測定する方法の大きな利点の一つとして、測定時の照射光の合焦位置を底面よりやや試料側に設定すれば、試料溶液の量や試料組織の状態によらず、どのウェルでも比較的同じ位置で合焦可能なことが挙げられる。しかし、実際には、マイクロプレート内に並んだ複数のウェル３をそれぞれ測定する場合（特にウェル同士が離れている場合）には、ウェルにより対物レンズと試料の間の距離にばらつきがあるので、やはり複数回の合焦動作が必要である。
その原因の一つとして、対物レンズの駆動する平面（水平方向）と、底面の透明部材との間の平行度が十分ではないことが挙げられる。この原因として、装置自身の精度とマイクロプレートの形状誤差などが考えられる。装置自身の精度に関しては、工作精度や調整により改善が可能である。マイクロプレートについては、フレーム自体の形状誤差やフレームに対する透明部材（底面）の取り付け誤差等が考えられる。そのため、図１２に示すように、ステージ７に保持されるマイクロプレートのフレーム部１の形状が歪んで、左右異なっているような場合には、底面２がステージ７に対して傾くため、対物レンズ６についても、その焦点位置を試料に合わせなくてはならないので、特にサンプルが微少体積で合焦位置の精度が求められる場合には、試料の位置に応じて合焦動作を行う必要がある。

また、対物レンズとガラス面の距離が短い場合には、ステージに対して底面が傾いている場合には、あるウェルを計測後に他のウェルに移動しようとすると、対物レンズがガラス面に衝突してしまい、破損してしまう恐れがある。これを避けるため、移動の度にガラス面から対物レンズを光軸方向に待避させる必要があった。その結果、本来の計測に不必要な動作が多くなり、計測の迅速性を妨げる原因になっていた。

なお、上記のようなマイクロプレートを保持するための機構が提案されているが、ステージと底面の平行度を維持するための構成は開示されていない。
例えば、特許文献１では、あらゆる大きさのマイクロプレートに対応できる分注装置へのマイクロプレートの自動供給装置を提案しているが、マイクロプレートの支持、および水平方向の位置決めは全てフレームを保持することにより行っている。このため、装置本体に対するマイクロプレートの位置決め精度は、フレーム形状精度に大きく依存している。
また、特許文献２では、形状の異なる複数のマイクロプレートを支持固定するために、複数の支持ピンを備えている。このため、このような保持機構は、底面から試料を観察するようなマイクロプレートには応用できない。なぜなら、このようなマイクロプレートには、像を得るために底面は平面であること、かつ、支持機構が測定の支障にならないことが求められるからである。
特開平６−２４７５５６号公報 特開２００３−２７００９９号公報

本発明は、底面が透明なマイクロプレートのような測定容器を用いる測定装置において、対物レンズとサンプルとの距離の変動を低減させるための容器保持機構を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る容器保持機構は、容器表面側に開口部を有する複数の試料槽が形成され、その底面が光学的に透明な部材で形成された測定領域を備え、前記底面がフレーム部の接地部分より内側に位置するように構成され、前記底面が前記測定領域よりも大きく形成されており、その大きさが少なくとも前記測定領域以外の領域で支持部材により支持することが可能な大きさである測定容器を保持するための保持機構において、前記測定領域以外の領域に少なくとも３個の支持突起を当接することにより前記測定容器を位置決めすることを特徴とする。

本発明によれば、測定容器の底面とステージとの平行度を改善できるので、試料槽間での光軸方向位置の変化がおさえられ、複数の試料槽を計測するときも合焦動作の回数が減少し、測定が高速化される。また、マイクロプレートの保持を測定領域外で行うようにしたので、測定時に、マイクロプレート支持機構と対物レンズの干渉することが無くなり、測定可能なウェルが減少してしまうことや、保持機構が測定に悪影響を与えることを防止できる。

図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロプレート保持機構の概略構成を示す図である。なお、図１において、図１１と同じ部分には同じ符号を付している。図１に示すように、本実施形態では、マイクロプレートのフレーム部１の水平位置決め面１９に３点（或いはそれ以上）の支持突起２１が設けられている。このような保持機構に対して、図２に示すようなマイクロプレートを用意する。図２は、本発明の一実施形態に係る測定容器（マイクロプレート）を背面から見た図である。図２において、図９と同じ部分には同じ符号を付している。

図２に示すように、本実施形態では、マイクロプレートの底面２の大きさを、図９に示す底面（以下、「測定領域」と称する）２ａよりも大きくし、ウェルが形成されている部分以外の部分２ｂ（以下、「保持領域」と称する）を形成して、該保持領域２ｂの支持部分２４に図１に示す支持突起２１を当接させるようにしている。これにより、支持突起２１による支持部分が測定領域２ａから外れるので、測定領域と干渉することはない。また、この場合において、支持突起２１が直接底面２を支持しており、かつ底面２が１枚のプレートで形成されているので、その歪等はフレーム部１への取り付け誤差よりも格段に低いことが予想される。従って、本実施形態のように底面２を直接指示突起２１で支持することにより、底面２とステージ７との平行度（なお、以下の説明において、ステージと対物レンズの水平方向への駆動平面との平行度は保たれているものとする）を保つことができる。
なお、この場合において、支持突起２１の突起の量が０．３ｍｍ以上に設定されることが好ましい。また、支持突起の形状は先端にＲを持った円筒形か円錐形、もしくは半球形状が望ましい。さらに、測定領域２ａ以外の部分である保持領域２ｂの寸法Ａは、対物レンズ６との干渉を防ぐために、測定領域２ａから２ｍｍ以上であることが好ましい。

上記のようなマイクロプレート保持機構とマイクロプレートを用いることにより、マイクロプレートの透明部材のうち、測定領域２ａ以外の保持領域２ｂを支持突起２１により支持することが可能となる。
図３は、マイクロプレートとそれを保持するステージ７の断面図である。図３において、図１２と同じ部分には同じ符号を付している。図３に示すように、マイクロプレートは、その底面２の保持領域２ｂに支持突起２１が当接することにより、その垂直方向の位置（すなわち底面２とステージ７との平行度）が決定されている。従って、支持突起２１の先端部の形成する平面と、対物レンズ６の水平方向への駆動平面（すなわちステージ）との平行度が保たれていれば、対物レンズ６の水平方向への駆動平面と底面２との平行度は底面２の歪のみに依存することになる。従って、フレームの形状誤差や底面の透明部材の接着誤差があっても、それらは全く影響しない。このため、本実施形態によれば、対物レンズ６を図中矢印に示すように、水平方向に駆動した場合でも、焦点位置は変わることがないので、対物レンズ６の移動の度に合焦動作を行う必要がない。

マイクロプレートの底面形状として、図２に示した形状以外に、図４の形状でも良い。多くの場合、底面２となる透明部材はより大きな板状の素材から切り出される。図４に示す形状とした場合には、凹形状２５と凸形状２６を組み合わせて一度に切り抜くことにより、取り数を向上させつつ加工工数を低減できる。なお、この場合にも、支持部分２４を最低限（３点）確保出来る。

図２のように、底面２の大きさを最も小さくするような形状とせず、図５に示すように、フレーム部に対して、可能な限り大きく透明部材（底面２）の大きさを確保しても良い。この場合には、寸法Ｂを大きく取ることができるので、測定領域２ａから離れた部分でのマイクロプレート保持が可能となる。このため、支持部品と対物ユニットの衝突を回避でき、かつ対物ユニットの大型化による光学性能の向上も可能となる。

図６は、その他の容器における本発明の適用例を示す図であり、図６の（ａ）は表面から見た図であり、（ｂ）は容器の裏面から見た図である。
図６において、試料２３は微少であり、透明部材２上に滴下、もしくは微細な液滴状態で吹き付けられる。このような測定容器においては、上記の測定容器よりも、さらに試料が微少であるため、測定時のサンプルへの合焦動作をさらに精度良く行うことが求められる。従って、フレーム部１の熱変形等による透明部材２の平面度への影響を防止するため、フレーム部１も最小限な物になっている。また、同じく透明部材２の平面度を保つため、隣り合うウェルを区切ったり、ウェルを識別する目的では印刷や化学処理で微細なマーキングが用いられる。もしくは、区切りや識別マーキング自体が設けられない。
なお、支持部分は、上記と同様に３点でも良いが、透明部材２の平面度をさらに向上させて保持するため、図示のように支持部分２４を多く設定しても良い。

上記の構成において、底面２とステージ７との平行度をより正確、容易に調整するために、ステージ７に取り付けられた支持突起２１の先端位置を調整できることが好ましい。図７の（ａ）にその一例を示す。図７の（ａ）に示すように、支持突起２１がステージ７本体と螺合しており、支持突起２１が回転することにより支持突起２１の高さを容易に変化させることが出来る。なお、全ての支持突起２１の先端部の高さは、独立に可変であるものとする。ワッシャ２８は突起の回転に負荷を与えるものであり、静止状態での支持突起のガタや回転を防ぐ。回転のための動力は、手動もしくは電動アクチュエータにより供給される。なお、支持突起２１の上下の移動は、それぞれ独立して移動するようにしても良いし、連動して移動するようにしても良い。また、独立或いは連動を切り替えて移動制御することもできる。
また、図７の（ｂ）に示すように、この形状では今回発明したマイクロプレート以外の従来マイクロプレートを使ったとしても、マイクロプレート形状の違いを問題とせずステージ部分２９において支持し、計測することが可能である。

上記の実施形態では、本実施形態に係るマイクロプレートを支持するのに、マイクロプレートを支持突起上に載置する構成のみを示したが、これに限らず、下記のような位置決めを行うようにしても良い。下記の実施形態では、図８に示すように、マイクロプレートの一部に穴を開けて位置決め用突起３０によって上から底面２を付勢すると共に、フレーム部１を下方から付勢している。このような構成により、対物レンズと支持突起の干渉が無いので、対物ユニットの大型化による光学性能の向上も可能となる。具体的な構成は以下のとおりである。

例えば、図８の（ａ）に示す構成例では、ステージに設けられた突起３０により、透明部材が直接位置決めされている。ここで、突起３０がステージ７から鉛直方向下向きに設けられており、マイクロプレートは下側から付勢されて突起に押し当てられるように構成されている。このマイクロプレートの下方からの付勢は、フレーム部をバネ３１やその他の弾性部材およびプランジャー３２を用いて上向きに押さえることにより行われる。この構成においてもフレーム形状誤差が位置決めに影響しないと言う利点が得られる。加えて、対物レンズと支持突起の干渉が無いという利点を有し、これにより、対物ユニットの大型化による光学性能の向上も可能となる。
図８の（ｂ）、（ｃ）は、図８の（ａ）の変形例を示す図であって、（ａ）と同様に、下方からフレーム部を押しており、位置決めがステージに設けられた突起３０によりなされている。具体的には、図８の（ｂ）では、バネ３３により付勢されたレバー３４がフレームを持ち上げている。また、図８の（ｃ）では、ステージとは独立した部材３５により、フレームが下方から付勢されているので、より自由度の高い設計が可能となる。

本発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

また、例えば各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係るマイクロプレート保持機構の概略構成を示す図。 本発明の一実施形態に係る測定容器（マイクロプレート）を背面から見た図。 マイクロプレートとそれを保持するステージの断面図。 本発明の一実施形態に係る他のマイクロプレートの概略構成を示す図。 本発明の一実施形態に係るさらに他のマイクロプレートの概略構成を示す図。 本発明の一実施形態に係るさらに他のマイクロプレートの概略構成を示す図。 ステージ７に取り付けられた支持突起の先端位置の調整機構の例を示す図。 本発明の一実施形態に係る他のマイクロプレート保持機構の概略構成を示す図。 従来のマイクロプレートの構成例を示す図。 マイクロプレートを用いた測定装置の例としての蛍光測定装置を示す図。 マイクロプレートとそれを保持するステージ７の斜視図。 マイクロプレートとそれを保持するステージの断面図。

符号の説明

１…フレーム部、２…底面、２ａ…測定領域、２ｂ…保持領域、３…ウェル、５…光源、６…対物レンズ、７…ステージ、８…対物レンズ縦軸調整機構、９…ダイクロイック・ミラー、１０…バンドパス・フィルター、１１…反射プリズム、１２…レンズ、１３…ピンホール、１４…レンズ、１５…光検出器、１６…信号処理装置、１７…コンピューター、２０…レバー、２１…支持突起、２３…試料、２４…支持部分、２５…凹形状、２６…凸形状、２８…ワッシャ、２９…ステージ部分、３０…突起、３１…バネ、３２…プランジャー、３３…バネ、３４…レバー、３５…部材。

Claims (2)

1. 容器表面側に開口部を有する複数の試料槽が形成され、その底面が光学的に透明な部材で形成された測定領域を備え、前記底面がフレーム部の接地部分より内側に位置するように構成され、前記底面が前記測定領域よりも大きく形成されており、その大きさが少なくとも前記測定領域以外の領域で支持部材により支持することが可能な大きさである測定容器を保持するための保持機構において、
   前記測定領域以外の領域に少なくとも３個の支持突起を当接することにより前記測定容器を位置決めすることを特徴とする容器保持機構。
2. 前記少なくとも３個の支持突起は、それぞれ独立に、または連動して上下方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の容器保持機構。

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