JP4843543B2 - 蛍光検出装置及び方法 - Google Patents
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Description
同時に観測可能な独立蛍光スポット数を最大に(処理能力を最大化)するためには、明らかに対物レンズ視野と完全に一致しうる形状、すなわち真円の照射領域が好ましい。
一方、真円は平面を埋め尽くせないので、基板をスキャンして対物レンズ視野より広い範囲に固定された蛍光スポットを観測する場合、基板表面に対する観測領域の割合(有効実装率)を100%にすることは困難である。円と円の隙間を再スキャンすることは可能であるが、その場合は対物レンズ視野の活用率が低下する。
S: 照射領域と楕円との両方に含まれる領域の面積
S1: 照射領域の面積
S2: 楕円の面積
とすると、相関係数rは、
図6は、本発明の第1の実施形態による蛍光検出装置100の概略構成を示した側面図である。蛍光検出装置100は、ビームを出力するレーザ光源(以下、光源)6と、入射したビームを所定の形状に整形するビーム断面整形器8と、ビームを所定方向に反射させるためのミラー9と、3角柱プリズムの機能と試料2を載置する基板の機能を兼ね備えた透明体1と、試料2をカバーするためのカバーグラス10と、放射した蛍光を集光し、平行光束化するための対物レンズ12と、蛍光に含まれる散乱光成分を取り除くためのフィルタ13と、結像レンズ14と、検出器15(例えば、CCDやCMOSセンサ)と、を備えている。
図14は、本発明の第2の実施形態による蛍光検出装置101の概略構成を示した側面図である。蛍光検出装置101は、基本的には第1の実施形態に係る蛍光検出装置100と同一の構成を備えているが、ビーム断面整形器8としてアナモルフィックプリズムではなく、光軸に対して回転対称性を持たない非球面レンズが使用されている。
図15は、本発明の第3の実施形態による蛍光検出装置102の概略構成を示した側面図である。蛍光検出装置102は、基本的には第1の実施形態に係る蛍光検出装置100と同一の構成を備えているが、ビーム断面整形器8が無く、断面のアスペクト比が0.33のビームを出力する半導体レーザを光源61として用いている。全反射の入射角θに対してアスペクト比がcosθの断面のビームを出力するレーザを使用すれば、ビーム断面整形器無しでも照射領域のアスペクト比を1とすることができる。
図16は、本発明の第4の実施形態による蛍光検出装置103の概略構成を示した側面図である。蛍光検出装置103では、ビーム断面整形器8が無いが、第1の実施形態と同様、円形断面(アスペクト比が1±0.1)のビームを出力する第2高調波レーザを光源6として用いている。また、第1乃至3の実施形態では、透明体1が試料を載置するための基板とプリズムとを兼ねているが、第4の実施形態では、プローブ分子を固定した基板1と全反射のためのプリズム21が分離されている。つまり、両者は別部材として用意されている。また、プリズム21の天面(基板1が載置される面)には、図17で示されるような遮光膜(Alや好ましくはCr)22が真空蒸着やスパッタリングによって形成されている。さらに、プリズム21と基板1の間には、基板1と同一屈折率のマッチング液が挿入されている。これにより、プリズム21の天面で全反射が起こらず、基板1の試料配置面で全反射が起こるようにできる。他の構成に関しては、図6と同様である。
本発明の各実施形態による蛍光検出装置は、伸長反応を利用したDNAシーケンサや全反射蛍光方式のDNAマイクロアレイリーダーなどに利用することができる。
上述のように、本実施形態による蛍光検出装置では、試料溶液中にエバネセント場を生成するように全反射の条件を満たしつつ、試料の配置面における、光の照射領域の形状のアスペクト比が1±0.1となるように、光が試料に対して照射される。このようにすることにより、高感度で、かつ同時に多くの蛍光を試料からの検出することができる。また、効率よく照射エネルギーを用いることができるので、余分な励起パワーを不要とし、よって装置のコストを低減することができる。
Claims (9)
- 光透過性を有する透明体を含み、液体試料を配置するための試料配置部と、
前記試料配置部の試料配置面に対して、所定の入射角で円形断面の光を照射する光源と、
前記光源からの光の断面形状を円形から楕円に整形する光断面整形器と、
前記光断面整形器により得られた楕円形状の光の照射によって前記液体試料から放射された蛍光を検出する光検出部と、
を備え、
前記試料配置面における光の照射領域のアスペクト比が1±0.1であり、前記入射角に対する正弦関数の値が、(前記液体試料の屈折率)/(前記試料配置部の屈折率)より大きく、
前記光断面整形器は、前記光源からの光の光軸に対して回転対称性を有さない非球面レンズで構成されることを特徴とする蛍光検出装置。 - ((前記試料配置面に入射する光の光軸に垂直な面による断面の、入射面に平行な方向の寸法)/(前記試料配置面に入射する光の光軸に垂直な面による断面の、入射面に垂直な方向の寸法))の値が、前記入射角に対する余弦関数の値に等しいことを特徴とする請求項1に記載の蛍光検出装置。
- 前記試料配置部は、前記試料配置面側に所定形状をなす開口を有する遮光膜が設けられた透明体と前記液体試料を載置するための基板を備え、
前記開口の形状を最も良く近似する楕円の、長軸の長さと短軸の長さの比が1±0.1であること特徴とする請求項1に記載の蛍光検出装置。 - 前記透明体が、前記液体試料を載置するための基板を兼ねていることを特徴とする請求項1に記載の蛍光検出装置。
- 前記透明体の内部について、((前記試料配置面に入射する光の光軸に垂直な面による断面の、入射面に平行な方向の寸法)/(前記試料配置面に入射する光の光軸に垂直な面による断面の、入射面に垂直な方向の寸法))の値が、前記入射角に対する余弦関数の値に等しいことを特徴とする請求項1に記載の蛍光検出装置。
- 前記試料配置部は、遮光膜が設けられた透明体と前記液体試料を載置するための基板を備え、
前記遮光膜は、前記透明体の少なくとも一面の少なくとも一部に配置されることを特徴とする請求項1に記載の蛍光検出装置。 - 前記光源は、照射領域の形状が真円、正三角形、正方形、正六角形及びこれらの中間的形状のいずれかとなる光を照射することを特徴とする請求項1に記載の蛍光検出装置。
- 蛍光検出方法であって、
光透過性を有する透明体を含む試料配置部に液体試料を配置し、
前記試料配置部の試料配置面に対して、光源から出力された円形断面の光を所定の入射角で照射し、
前記光源からの光の断面形状を、光断面整形器を用いて円形から楕円に整形し、
前記光断面整形器により得られた楕円形状の光の照射によって前記液体試料から放射された蛍光を光検出部によって検出し、
前記試料配置面における光の照射領域のアスペクト比が1±0.1であり、前記入射角に対する正弦関数の値が、(前記液体試料の屈折率)/(前記試料配置部の屈折率)より大きく、
前記光断面整形器が、前記光源からの光の光軸に対して回転対称性を有さない非球面レンズで構成されていることを特徴とする蛍光検出方法。 - 前記試料配置部は、遮光膜が設けられた透明体と前記液体試料を載置するための基板を備え、
前記遮光膜は、前記透明体の少なくとも一面の少なくとも一部に配置されることを特徴とする請求項8記載の蛍光検出方法。
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