JP4708573B2 - 物体アレイを光学的に評価する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（従来の技術）
従来の光学的に評価する装置では、物体アレイに光を集束させるマイクロレンズアレイのすべての瞳孔の像を視野レンズと対物レンズにより検出器アレイ上に同時に映すことができるものは存在しなかった。
（発明が解決しようとする課題）
本発明の目的は、マイクロレンズアレイのすべての瞳孔の像を視野レンズと対物レンズにより同時に検出器アレイ上に映すことができる物体アレイを光学的に評価する装置を提供することにある。
（発明が解決しようとする課題）
（ビーム経路の説明）
光学アセンブリは、３つの必須の構成要素に分けられる。
１．サンプル基質で満たされたマイクロタイタープレート（ＭＴＰ）（１）のウェル（１ａ〜１ｄ）の小面積（サンプル体積）に光を集束させるマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）（２）。蛍光又は発光を使用する場合、ＭＬＡ（２）はサンプル体積から発せられた光を集める役目も果たす。
【０００２】
２．マイクロレンズアレイ２を照明するためのレンズ３，１１及びコリメータ（１４）の望遠鏡装置。光源として、光ファイバの出力が使用されるか、図面に示されているようにランプ自体が使用される。
【０００３】
３．ＣＣＤアレイ検出器（７）上にＭＬＡ（２）の瞳孔をテレセントリックに結像するための視野レンズ（３）と対物レンズ（６）。
マイクロレンズアレイは、小さなレンズ又は対物レンズの規則的配置から構成される。好ましくは、マイクロレンズは矩形のグリッド（格子）を形成するよう配列される。いずれにせよ、マイクロレンズの配置はサンプル容器アレイの形状又はＭＴＰの形状に各々合わせられる。
【０００４】
照明用の望遠鏡の前方レンズ（３）は、ＭＬＡ（２）と向き合っており、ＭＬＡの瞳孔をテレセントリックに結像するための視野レンズとしての役目も果たす。
【０００５】
１．励起ビーム経路
光ファイバ（１５）から出た光はコリメータ（１４）により集められる。このコリメータ（１４）は、短い焦点距離を有する小さな望遠レンズ（１１）と共に、光ファイバの出力の像を望遠レンズ（３，１１）の中間にある結像面（９）に映す。長い焦点距離を有する大きな望遠レンズ（３）は、中間にある結像面（９）から光を拾い上げ、それを小さな発散のある一束に変換する。これによりＭＬＡ（２）のサンプルから離れている側面が照明される。ＭＬＡ（２）の各個別レンズ（２ａ〜２ｄ）は次に、光をマイクロタイタープレート（１）の各ウェル（１ａ〜１ｄ）に集束させる。
【０００６】
照明用の望遠レンズの開口絞り（１２）と減衰フィルタ（１３）は、コリメータ（１４）と小さな望遠レンズ（１１）との間に配置される。開口絞り（１２）はビームの断面形状を定義し、余分な光をビーム経路から離しておく。これは、検出ビーム経路における信号のクロストークと散乱光によるバックグラウンドを減少するように作用する。開口絞り（１２）は、マイクロレンズ瞳孔面と共役された面に配置される。従って、開口レンズ（１２）はＭＬＡ（２）の外形の小縮尺コピーを形成する。開口絞り（１２）は、散乱光の減少を向上するようディスク絞りアレイとしても具現化される。
【０００７】
照明用の望遠鏡の視野絞り（９ａ）が中間結像面（９）に配置される。中間結像面（９）は、大きな望遠レンズ（３）とＭＬＡ（２）のレンズ（２ａ〜２ｄ）によりＭＴＰ（１）のウェル（１ａ〜１ｄ）に結像される。従って、視野絞り（９ａ）はウェル（１ａ〜１ｄ）内の光束の断面を定義する。
【０００８】
励起フィルタ（１０）は照明のスペクトル範囲を定義する役目を果たす。
サンプルからの光は反射され、鏡（８）を介してビーム経路に入る。このビーム経路も検出用に使用される。
前記鏡８を対物レンズ６の前方に配置することにより、種々のモードの照明の選択が容易となる。
【０００９】
装置を蛍光分析に使用する場合、鏡（８）は二色性ビームスプリッタとして設計される。励起光のスペクトル範囲は反射されるが、検出すべきスペクトル範囲は透過される。装置が発光を検出するように機能する場合、鏡８による反射は照明と同じく省略することができ、ビーム経路は以下に述べるように検出ビーム経路のみを構成することとなる。
【００１０】
２．検出ビーム経路
サンプル体積から発せられた光はマイクロレンズ（２ａ〜２ｄ）により平行にされる。１つのマイクロレンズ（２ａ〜２ｄ）がＭＴＰ（１）の各ウェル（１ａ〜１ｄ）に割り当てられる。マイクロレンズの瞳孔から出た平行光は、大きな望遠レンズ（３）により、励起側の中間結像面（９）と共役された中間結像面（４）上に集束される。大きな望遠レンズ（３）は瞳孔結像用の視野レンズとしても機能する。従って、ＭＴＰ（１）のすべてのウェル（１ａ〜１ｄ）からのサンプル体積の像が、中間結像面（４）に重ね合わされる。絞り（４ａ）は各ウェルで観察されたサンプル体積を定義する。好ましくは、絞り（４ａ）は照明の視野絞り（９ａ）と同じサイズである。
【００１１】
絞り（４ａ）は瞳孔結像用の開口絞りをも構成する。ＣＣＤアレイ検出器（７）上へのマイクロレンズ（２ａ〜２ｄ）の瞳孔の結像は、対物レンズ（６）により遂行される。
【００１２】
発光フィルタ（５）は検出スペクトル範囲を定義する。
反射鏡（１６，１７，１８）はビーム経路をコンパクトな形状にする役目を果たす。このため、複数の鏡による複数の折り畳みが想定される。
【００１３】
（測定モードの説明）
原則的に、ＭＴＰに入っているサンプルに対しては種々の測定方法を適用することができる。上述のビーム経路に基づき、ある方法に従った測定法をいくつかのウェルにおいて同時に行うことが可能である。これまでに、以下の測定方法が考えられている。
１．吸収
２．蛍光
３．発光
４．時間依存的蛍光検出
５．偏光依存的蛍光
【００１４】
吸収
吸収測定法では、励起ビーム経路のみが使用される。
ビームスプリッタ８は鏡全体と置き換えてもよい。サンプルを透過する光は、フォトダイオードアレイ（１９）によって検出される。フォトダイオードアレイ（１９）は、サンプル容器にできるだけ近づけて配置される。
【００１５】
上述のビーム経路は、サンプルから離れた方のＭＬＡの側面が均質に照明されて各ウェルが同じ強度の光によって横断されるのを許容する。吸収のため、ＭＬＡは、ウェル壁がマイクロレンズにより形成されたビームを制限しないよう、かつ各光束がその光速に関連するフォトダイオードアレイの検出器表面（１９ａ〜１９ｄ）に十分に衝突するよう、適合される。
これは、特定のＭＴＰ又はサンプル容器に対して、焦点距離及び曲率半径に関して最適化された交換可能なＭＬＡ及び視野絞り９ａが設けられることを意味する。
【００１６】
蛍光
蛍光測定法では、吸収測定法の場合と同様に励起が行われる。しかし、鏡（８）はサンプルにより発せられた光に対して高い透過性を有する二色性スプリッタにより置き換えられる。
ＭＬＡの設計は励起（できるだけ選択的であるべきである）と、ウェル内に小体積（少量）の検出とに依存する。即ち、十分な色彩の補正には、大きな数字の開口が必要である（０．５以上）。
【００１７】
発光
サンプルはそれ自体が光を発するため、検出ビーム経路のみが使用される。
ビームスプリッタ８は回して外してもよい。
一般に、また、吸収測定法では、ＭＬＡを省略し、ＣＣＤアレイ検出器上に直接ＭＴＰの底部の像を結像することが可能である。この場合、プレートのウェル数に関わらず、プレート全体はすぐに読まれる。これにより感度はわずかに損失するが、多数のチャネルがある場合でもすべてのチャネルを同時に読むことができる。
【００１８】
経時的蛍光検出法
時間依存的蛍光検出法では、蛍光検出法と同じビーム経路が使用される。
励起は、短くて密なパルス（約１ｎｓ）を生成することができる光源、即ち例えば適当なフラッシュランプにより行われる。
使用する検出器は、ほぼ励起インパルスの長さの遅延後、照明クロックに同期させたほぼ同じ長さの積分時間を有する測定法を実行することができる。
マイクロチャネル増幅カメラが上記目的に適している。
前記遅延後に残存している蛍光の強度が測定される。
【００１９】
偏光依存的蛍光
この方法には、偏光維持光学システムが必要とされる。励起光と直交する偏光方向の蛍光強度が測定される。
このため、好ましくは互いに垂直に偏光する偏光フィルタが、フィルタ５及び１０の前方に設けられ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】例えば蛍光測定法におけるビーム経路全体を示す略図。
【図２】吸収測定法におけるビーム経路を示す略図。
【図３】発光測定法におけるビーム経路を示す略図。
【図４】ＭＬＡがない場合のビーム経路を示す略図。

Claims (13)

1. 物体アレイ（１）を光学的に評価する装置であって、
   検出器アレイ（７）と、
   検出器アレイ（７）から見た場合に、物体アレイ（１）の前方に配置されたマイクロレンズアレイ（２）と、
   検出器アレイ（７）から見た場合に、マイクロレンズアレイ（２）の前方に配置された視野レンズ（３）と、
   対物レンズ（６）と、
   光源（１５）とを備え、
   光源（１５）の放射は、視野レンズ（３）と対物レンズ（６）との間のビームスプリッタ（８）により結合され、
   対物レンズ（６）は視野レンズ（３）と共に、マイクロレンズアレイ（２）のすべての瞳孔の像を検出器アレイ（７）上に同時に映す、装置。
2. 視野レンズ（３）とさらなるレンズ（１１）とが、光源（１５）からの光を拡大して物体アレイ（１）を照明する装置を形成する、請求項１に記載の装置。
3. 視野レンズ（３）と対物レンズ（６）との間に配置された絞り（４ａ）を備え、ビームスプリッタ（８）は絞り（４ａ）と視野レンズ（３）との間に位置する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 視野レンズ（３）と対物レンズ（６）とが、マイクロレンズアレイ（２）の瞳孔面のテレセントリック像を検出器アレイ（７）上に結像させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 照明ビーム経路及び検出ビーム経路のうちの少なくとも一方を折り畳むための１または複数の反射要素（１７，１８）が視野レンズ（３）と絞り（４ａ）との間に設けられる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
6. 物体アレイ（１）が、焦点を調節するよう少なくとも照明の軸に対して垂直に摺動可能である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
7. 光源（１５）は切換可能であり、照明クロックと同期する検出が、時間依存的蛍光測定法を許容すべく実行可能である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
8. 光源（１５）としてフラッシュランプを備えた請求項７に記載の装置。
9. マイクロレンズアレイ（２）は物体アレイ（１）全体を観察するためにビーム経路から回転して取り外し可能であるか、及び異なる測定法に調整できるよう交換可能であるかのうちの少なくとも一方である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記光源（１５）は発光検出のために消灯可能であるか、及び光源（１５）の放射を結合するための結合要素（８）が回転して取り外し可能であるかのうちの少なくとも一方である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
11. 第２の検出器アレイが、吸収測定用に、照明方向において物体アレイ（１）の背後に配置される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 物体アレイ（１）についての少なくとも以下の現象のうちの１つ：蛍光、時間依存的蛍光、発光、及び吸収、を測定するための複合装置内における、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の装置の、マイクロタイタープレートリーダーとしての使用方法。

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