JP5075045B2

JP5075045B2 - 試料観察装置

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Publication number: JP5075045B2
Application number: JP2008194941A
Authority: JP
Inventors: 証山口; 吉人福本; 亮片山
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2028-07-29
Also published as: JP2010032371A

Description

本発明は、筒状体の内側に配された試料を観察するための試料観察装置に関する。

従来、軸方向に開口する開口部を有する筒状体の内側に配された試料を当該筒状体の外部で観察するための試料観察装置がある。

例えば、高磁場を発生可能な超電導マグネットの円筒状のケーシング部（筒状体）の内側に常磁性または反磁性試料を配して、磁気力による低重力または過重力環境における試料の状態や挙動を調べる試料観察装置が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１では、超電導コイルの内側に円筒状のケーシングを配し、そのケーシングの内部に当該コイルの軸方向に互いに並ぶように２つの試料支持部が設けられている。また、各試料支持部の径方向外側の対向位置には、ケーシングの軸方向一端の開口から軸方向に平行に入射した光を軸方向と直交方向に反射して試料支持部に支持される試料に向かわせるための反射ミラーと、試料を通過した光を軸方向に反射してケーシングの開口に向かわせるための反射ミラーとが設けられている。そして、これらの反射ミラーにより試料を通過してケーシングの開口から外方に進行した光を捕らえることにより前記試料を観察するようになっている。

また、各試料支持部に対応する一対の反射ミラーは、軸方向から見た対向方向が互いに周方向にずれるように配設されている（特許文献１では前記対向方向が周方向に９０度ずれている。）。これにより、奥側の試料支持部に保持される試料を、手前側の試料支持部の反射ミラーに干渉されることなく観察することが可能であり、各試料支持部の試料を一度に観察可能となっている。
特許第３７１１３８６号

ところで、従来から、一度により多くの試料を観察したいという要望がある。

例えば、上述の試料観察装置の観察対象である試料の一例として、反磁性体であるタンパク質がある。近年、創薬分野や生命工学分野においてタンパク質の構造解析ニーズが非常に高まっている。

構造解析手法の一つに、タンパク質を結晶化し、Ｘ線回折を用いて構造を決定する手法が知られている。タンパク質を結晶化する際に、磁気力による擬似無重力が効果的であり、超電導マグネット内での結晶化技術が提案されている。

ところが、タンパク質が効率良く結晶化するための条件が未だ十分に把握されておらず、当該タンパク質結晶化に適した条件を見出すために、観察数量の増大（好ましくは数百個以上）がより強く要望されている。

なお、前記特許文献１では、軸方向に並ぶ試料支持部の数を増やすことで、観察試料の数を増大することが可能であるが、この場合、それらの試料支持部の各々に対応する一対の反射ミラーを、軸方向から見た状態で互いに周方向にずらして設置するのが極めて困難である。また、ケーシングを、多数の試料支持部を収容するために、軸方向に長くする必要がある。

本発明は、上記のような要望に応えるためになされたものであり、筒状体の内側に配された多数の試料を全て観察可能な試料観察装置を提供することを目的とする。

上記要望に応えるために、本発明の請求項１に記載の試料観察装置は、軸方向の少なくとも一方に開口する開口部を有する筒状体の内側に配された複数の試料を当該筒状体の外部で観察するための試料観察装置であって、前記筒状体の内側に設けられ、当該筒状体の軸方向と略直交する方向に並ぶ複数の位置に試料を保持するための試料保持部をそれぞれ有し、前記筒状体の軸方向に互いに並ぶ複数の試料保持ユニットと、前記各試料保持ユニットの試料保持部にそれぞれ保持された試料から特定方向に向かう光を形成する照明部とを備え、前記開口部から数えて２番目以降の試料保持ユニットは、前記開口部から前記筒状体の軸方向に見て当該試料保持ユニットよりも手前側の試料保持ユニットと重なる位置であって互いに前記筒状体の周方向に並ぶ複数の位置にそれぞれ前記試料保持部を有する試料保持部材と、この試料保持部材の各試料保持部に対して順次対向可能となるように前記筒状体の中心軸回りに前記試料保持部材に対して相対回転可能に配置され、その対向する試料保持部に保持される試料からの光を前記手前側の試料保持ユニットの外周面と前記筒状体の内周面との隙間から前記開口部へ導く導光部とを含むことを特徴とする。

この請求項１に記載の試料観察装置では、筒状体の内側に、当該筒状体の軸方向と略直交する方向に並ぶ複数の試料保持部を有する試料保持ユニットを、前記筒状体の軸方向に複数並べることによって、筒状体の内側の限られた空間に多数の試料を保持することができる。しかも、開口部から数えて２番目以降の試料保持ユニットに、当該試料保持ユニットの試料保持部に対向しその対向する試料保持部に保持される試料からの光を手前側の試料保持ユニットを迂回させて開口部へ導く導光部を設け、さらに、その導光部が、当該試料保持ユニットの試料保持部材に対して相対回転して前記試料保持部材の各試料保持部に対して順次対向するように構成したので、開口部から数えて２番目以降の試料保持ユニット、すなわち、開口部から見て最も手前側の試料保持ユニットの後ろに隠れる試料保持ユニットについても、当該試料保持ユニットの複数の試料保持部に各々保持される試料を全て観察することができる。従って、本発明によれば、筒状体の内側に配された多数の試料を全て観察することができる。

請求項２に記載の試料観察装置は、請求項１に記載の試料観察装置において、前記導光部は、当該導光部が含まれる試料保持ユニットの試料保持部材の前記筒状体の軸方向のいずれか一方側に、当該試料保持部材の各試料保持部に対向するように配置され、その対向する試料保持部に保持される試料から前記筒状体の軸方向に平行に進む光を前記筒状体の径方向の外側に導き、かつ、前記手前側の試料保持ユニットの外周面と前記筒状体の内周面との隙間から前記開口部へ導くことを特徴とする。

この請求項２に記載の試料観察装置では、試料保持部に保持される試料から筒状体の軸方向に平行に進む光を導光部によって開口部へと導くので、試料保持部同士が筒状体の径方向に見て互いに重なる位置に設けられていても、それらの試料保持部にそれぞれ保持されるいずれの試料も十分に観察することができる。これにより、観察可能な試料の数を増やすことができる。

請求項３に記載の試料観察装置は、請求項２に記載の試料観察装置において、前記導光部が対向する試料保持部が順次切換えられるように、当該導光部をこの導光部が含まれる試料保持ユニットの試料保持部材に対して相対回転させる切換手段を備えることを特徴とする。

この請求項３に記載の試料観察装置では、切換手段によって導光部を試料保持部材に対して容易に相対回転させることができる。

請求項４に記載の試料観察装置は、請求項３に記載の試料観察装置において、前記試料保持ユニットは、前記筒状体の軸方向に並ぶ３つ以上の位置にそれぞれ配され、前記切換手段は、前記開口部から数えて２番目以降の試料保持ユニットがそれぞれ有する導光部をこれらの導光部が互いに周方向にずれる相対位置に保持されるように結合する結合部材と、この結合部材により相互連結される導光部からなる結合体を当該導光部が含まれる試料保持ユニットの各試料保持部材に対して相対回転させる回転駆動手段とを含むことを特徴とする。

この請求項４に記載の試料観察装置では、筒状体の内側に３つ以上の試料保持ユニットが配されている場合でも、開口部から数えて２番目以降の試料保持ユニットにそれぞれ導光部を設けることによって、２番目以降の各試料保持ユニットに保持される複数の試料を観察することができる。また、各試料保持ユニットの導光部が互いに筒状体の周方向にずれた位置に保持されるようにそれらの導光部を結合部材によって結合し、その結合状態のまま導光部を各試料保持部材に対して相対回転させたので、開口部から見て奥側の試料保持ユニットの導光部が手前側の試料保持ユニットの導光部に遮られるのが防がれる。これにより、２番目以降の各試料保持ユニットに保持される複数の試料を全て観察することができる。

請求項５に記載の試料観察装置は、請求項４に記載の試料観察装置において、前記結合部材は、前記筒状体の中心軸に一致するように配されて、前記各導光部が軸方向の互いに異なる位置に取付けられる軸部材であることを特徴とする。

この請求項５に記載の試料観察装置では、導光部が筒状体の中心軸を中心に回転するので、試料保持部材を動かすことなく、各導光部を同時にそれぞれ対応する試料保持部材に対して筒状体の周方向に相対回転させることができる。これにより、回転に伴う衝撃をなるべく与えずに試料保持部に保持される試料を観察することができる。

請求項６に記載の試料観察装置は、請求項４または５に記載の試料観察装置において、前記複数の試料保持部は、前記筒状体の中心軸を中心とし、かつ、互いに径の異なる複数の円環上にそれぞれ並んでおり、前記導光部は、前記各円環上の試料保持部に同時に対向し、それらの試料保持部に保持される試料からの光をそれぞれ前記筒状体の径方向に異なる光路で前記開口部へ導くことを特徴とする。

この請求項６に記載の試料観察装置では、導光部を試料保持部材に対して筒状体の中心軸を中心に相対回転させれば、各円環上の試料保持部に保持される試料を同時に観察することができるので、一度に観察可能な試料の数を増やして観察効率を上げることができる。

請求項７に記載の試料観察装置は、請求項６に記載の試料観察装置において、前記複数の試料保持部は、前記筒状体の周方向に所定角度間隔で設けられており、前記複数の試料保持ユニットの各導光部は、前記所定角度の整数倍の角度で互いに前記筒状体の周方向にずれる位置に保持されていることを特徴とする。

この請求項７に記載の試料観察装置では、いずれかの試料保持ユニットの導光部を、当該導光部が含まれる試料保持ユニットの試料保持部材の試料保持部に対向させれば、他の試料保持ユニットの導光部も、それらの導光部が各々対応する試料保持部材の試料保持部に対向するようになるので、同時に複数の試料保持ユニットの試料保持部材に保持される試料を観察することができる。これにより、観察動作の効率が上がる。

請求項８に記載の試料観察装置は、請求項２〜７のいずれか一項に記載の試料観察装置において、前記導光部は、当該導光部が対向する試料保持部に保持される試料からの光を前記筒状体の径方向の外側に向けて反射する第１のミラーと、この第１のミラーの前記筒状体の径方向の外側位置に設けられて第１のミラーで反射された光を前記開口部に向かう方向に反射する第２のミラーと、これらのミラーを保持し前記筒状体の中心軸を中心に回転する支持部とを有していることを特徴とする。

この請求項８に記載の試料観察装置では、第１のミラーおよび第２のミラーにより、筒状体の軸方向に平行に進む試料からの光を、手前側の試料保持ユニットを迂回させて開口部まで確実に導くことができる。また、第１のミラーおよび第２のミラーを支持部に支持させることで、当該ミラーを筒状体の中心軸回りに容易に回転させることができる。

請求項９に記載の試料観察装置は、請求項８に記載の試料観察装置において、前記導光部は、前記筒状体の中心軸を基準とする対称位置に前記第１のミラーおよび第２のミラーをそれぞれ有していることを特徴とする。

この請求項９に記載の試料観察装置では、導光部を中心軸の回りに略１８０度回転させるだけで、試料保持部材の複数の試料保持部に保持されている試料を全て観察することができる。

請求項１０に記載の試料観察装置は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の試料観察装置において、前記照明部は、前記筒状体の外部に設けられる光源と、この光源から発射され各試料保持ユニットの導光部で導かれて当該試料保持ユニットの試料保持部に保持される試料を通過した光を、当該試料に向けて折り返す反射部材とを含み、前記導光部が前記照明部の一部を兼ねていることを特徴とする。

この請求項１０に記載の試料観察装置では、筒状体の外部の光源から発射された光を、試料からの光を開口部へ導くための導光部を利用して筒状体の内側の試料へ導くようにしたので、筒状体の内側に光源からの光を試料へと導くための導光手段を別途設ける必要がない。これにより、筒状体の内側の構成が複雑になるのを防ぐことができる。

請求項１１に記載の試料観察装置は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の試料観察装置において、前記照明部は、前記試料保持部材の前記導光部の配置位置とは反対側の位置に、前記試料保持部材の試料保持部に臨むように設けられて、当該試料保持部に保持される試料を照らす光源を含むことを特徴とする。

この請求項１１に記載の試料観察装置では、光源からの光を容易に試料へ導くことができる。

本発明の試料観察装置によれば、筒状体の内側に配された多数の試料を全て観察することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるタンパク質結晶化装置の全体構成を概略的に示した正面図である。また、図２および図３は、図１に示したタンパク質結晶化装置の結晶育成部の試料保持ユニットを示した図である。また、図４は、軸方向に並んだ８つの試料保持ユニットを軸方向から見た状態を示した平面図である。以下、第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００について説明する。なお、本実施形態では、本発明の「試料観察装置」をタンパク質結晶化装置１００に適用した例について説明する。

第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００は、高磁場中でタンパク質が結晶化する様子を観察することが可能なように構成されている。これにより、タンパク質結晶化に及ぼす磁場の影響を明らかにすることができる。そして、結晶化の途中で磁場強度や温度などを変化させたり、最適結晶化状態で試料を取り出したりする等、結晶化プロセスを最適化することができる。さらには、観察された結晶化途中の像をデジタル化して取り込み、画像処理を施すことで、上記プロセスを自動化することも可能である。このように、タンパク質の結晶化の様子を観察することで、タンパク質の構造解析に必要な結晶の高品質化を実現することができる。そして、タンパク質の構造が判明すれば、例えば以下のような利点がある。（１）当該タンパク質の働きが明らかになる。（２）特定のタンパク質に作用する薬を作製する手がかりになる。（３）未知のタンパク質の構造が明らかになれば、新たな生命工学的知見を得ることができるようになる。（４）タンパク質を使った有機系工業材料を新たに生み出すことができるようになる。

タンパク質結晶化装置１００は、図１に示すように、ハロゲンランプ１と、照射光学系２と、ハーフミラー３と、結晶育成部４と、撮像光学系５と、撮像部６と、制御装置７とを備えている。なお、ハロゲンランプ１は、本発明の「光源」の一例である。また、ハロゲンランプ１、照射光学系２およびハーフミラー３は、本発明の「照明部」の一部を構成するものである。

このタンパク質結晶化装置１００は、いわゆる落射照明型の装置であり、結晶育成部４の外部に配されたハロゲンランプ１からの光で結晶育成部４の試料（本実施形態ではタンパク質の種結晶）を照明し、当該試料を結晶育成部４の外部で観察するように構成されている。

ハロゲンランプ１は、結晶育成部４内の試料を照明する光を発射するためのものであり、結晶育成部４の上方に設けられている。なお、ハロゲンランプ１以外の照明手段を用いて試料を照明するようにしてもよい。

照射光学系２は、ハロゲンランプ１の下方に配されており、ハロゲンランプ１から発射された光を直線光に変換してハーフミラー３へ導くためのものである。

ハーフミラー３は、上方から入射した光を下方へ透過する一方で、下方から入射した光を図１では右方に反射するように構成されるものである。照射光学系２を通過してハーフミラー３に上方から入射した光は、結晶育成部４に向けて進行する。

結晶育成部４は、試料であるタンパク質の種結晶を育成する、つまりタンパク質を結晶化するための構成を有している。

具体的には、結晶育成部４は、超電導マグネット８と、複数（本実施形態では８つ）の試料保持ユニット１０と、モータ９とを含んでいる。なお、モータ９は、本発明の「回転駆動手段」の一例である。

超電導マグネット８は、その円筒状のボア部８ａの内側空間に強い磁場を発生するものである。なお、ボア部８ａは、本発明の「筒状体」に相当する。ハーフミラー３から下方へ導かれた光は、ボア部８ａの上端に位置する開口部８ｂを通ってボア部８ａ内に導かれる。

複数の試料保持ユニット１０は、試料を保持するものであり、ボア部８ａの内側に当該ボア部８ａの軸方向に互いに並ぶように設けられている。つまり、前記複数の試料保持ユニット１０は、開口部８ｂからボア部８ａの軸方向に見て互いに重なり合っている。そのため、開口部８ｂから数えて２番目以降の試料保持ユニット１０Ｂ〜１０Ｈは、開口部８ｂから見て最も手前側の試料保持ユニット１０Ａの後ろに隠れるようになる。なお、試料保持ユニット１０には、試料保持ユニット１０同士を区別するために、開口部８ｂに近い順に１０Ａ〜１０Ｈの符号を付している。

本実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、高磁場を発生可能な超電導マグネット８のボア部８ａの内側に試料を配して、超電導マグネット８の磁場の作用による擬似無重力状態におけるタンパク質結晶化の様子を観察することが可能なように構成されている。これにより、タンパク質結晶化の妨げとなる重力の影響を極力少なくすることができる。

試料保持ユニット１０は、試料保持部材２０と、導光ユニット（導光部）３０とを有している。

試料保持部材２０は、ボア部８ａの軸方向と略直交する当該ボア部８ａの周方向に互いに並ぶ複数の位置にそれぞれ試料を保持することが可能なように構成されている。この試料保持部材２０に保持される複数の試料は、開口部８ｂからボア部８ａの軸方向に見て当該試料保持ユニット１０よりも手前側の試料保持ユニット１０と重なる位置にそれぞれ配されることとなる。

詳細には、試料保持部材２０は、図２および図３に示すように、円形平板状の本体部２１と、試料を保持する複数の試料保持部２２，２３とを有している。

本体部２１は、その中心がボア部８ａの中心軸上に位置するように配されている。本体部２１の外周面とボア部８ａの内周面との間には、所定隙間ｄが設けられており、この隙間ｄを観察のための光が通過するようになっている。

また、本体部２１は、その中心に貫通孔２１ａが形成されている。この貫通孔２１ａには、後述の回転軸９１が挿入される。

試料保持部２２，２３は、それぞれ、一対のタンパク質溶液収容セル２２ａ，２３ａからなる。本実施形態では、溶液収容セルに収容される溶液の条件を各試料保持部２２，２３で異ならせている。

試料保持部２２，２３は、本体部２１の中心、つまりボア部８ａの中心軸を中心とし、かつ、互いに径の異なる２つの円環上にそれぞれ並ぶように設けられている。本実施形態では、試料保持部２２が本体部２１の外端縁近傍に設けられ、試料保持部２３が試料保持部２２よりも径方向内側に設けられている。なお、試料保持部２３よりも径方向内側の位置にさらに複数の試料保持部を設けてもよい。また、試料保持部２２，２３のいずれか一方のみを設ける構成であってもよい。

また、本実施形態では、試料保持部２２，２３は、ボア部８ａの周方向に約１５度の角度間隔で、ボア部８ａの中心から径方向外側に見て互いに重なる位置に、２４個ずつ設けられている。

また、本体部２１の下面の試料保持部２２，２３に対応する部位には、Ａｌ（アルミニウム）膜やＡｇ（銀）膜からなる反射部材２４が設けられている。この反射部材２４は、試料保持部２２，２３に保持される試料を通過した光を当該試料に向けて折り返し反射するために設けられている。反射部材２４は、本発明の「照明部」の一部を構成するものである。

導光ユニット３０は、当該導光ユニット３０が含まれる試料保持ユニット１０の試料保持部材２０の上方に、当該試料保持部材２０に対向するように配置されている。

この導光ユニット３０は、開口部８ｂから下向きに入射した光を当該導光ユニット３０と対向する試料保持部材２０の試料保持部２２，２３に保持される試料へと導くとともに、当該導光ユニット３０と対向する試料保持部材２０の試料保持部２２，２３に保持される試料からの光を開口部８ｂへと導くように構成されている。すなわち、本実施形態の導光ユニット３０は、本発明の「照明部」の一部としても機能する。

また、導光ユニット３０は、前記各円環上の試料保持部２２，２３に同時に対向し、それらの試料保持部２２，２３に保持される試料からの光をそれぞれボア部８ａの径方向に異なる光路（図３の点線の光路および一点鎖線の光路を参照）で開口部８ｂへ導くことが可能なように構成されている。

また、導光ユニット３０は、モータ９によって、当該導光ユニット３０が含まれる試料保持ユニット１０の試料保持部材２０に対してボア部８ａの中心軸回りに回転するように構成されている。これにより、導光ユニット３０と対向する試料保持部材２０の試料保持部２２，２３が順次切換わるようになっている。

また、図４に示すように、試料保持ユニット１０（１０Ａ〜１０Ｈ）の各導光ユニット３０は、次述する互いの反射ミラー３５が重ならないように、試料保持部材２０の試料保持部２２，２３の設置間隔角度（約１５度）に等しい角度で互いにボア部８ａの周方向にずれる相対位置に保持されている。なお、各導光ユニット３０を、試料保持部２２，２３の設置間隔角度の２倍以上の整数倍の角度でボア部８ａの周方向にずれる相対位置に保持するようにしてもよい。

導光ユニット３０は、支持部３１，３２と、一対の反射ミラー３３〜３５とを有している。なお、反射ミラー３３，３４は、本発明の「第１のミラー」に相当し、反射ミラー３５は、本発明の「第２のミラー」に相当する。

支持部３１は、長板状に形成され、その長手方向両端にそれぞれ反射ミラー３３が取付けられている。支持部３１の中央には、軸部材９１に取り付けられる固定部３１ａが設けられている。

支持部３２は、長板状に形成され、その長手方向両端にそれぞれ反射ミラー３４が取付けられている。支持部３２の中央には、軸部材９１に取り付けられる固定部３２ａが設けられている。支持部３２は、支持部３１の下方に当該支持部３１に密接状態で配されている。

これらの支持部３１，３２は、ボア部８ａの中心軸を中心に回転する。

反射ミラー３３は、試料保持部２２に対向可能な位置に、その反射面が径方向外向きの斜め下４５度に傾斜する姿勢で設けられている。これにより、反射ミラー３３と対向する試料保持部２２に保持される試料からボア部８ａの軸方向上向き（特定方向）に進む光が、当該反射ミラー３３によってボア部８ａの径方向の外側に導かれる。

反射ミラー３４は、試料保持部２３に対向可能な位置に、その反射面が径方向外向きの斜め下４５度に傾斜する姿勢で設けられている。これにより、反射ミラー３４と対向する試料保持部２３に保持される試料からボア部８ａの軸方向上向きに進む光が、当該反射ミラー３４によってボア部８ａの径方向の外側に導かれる。

反射ミラー３５は、反射ミラー３３の径方向の外側面に、その反射面が径方向内向きの斜め上４５度に傾斜する姿勢で取り付けられている。これにより、反射ミラー３３，３４で反射されてボア部８ａの径方向の外向きに進む光が、反射ミラー３５によって上方に導かれる。そして、反射ミラー３５で反射された光は、当該導光ユニット３０が含まれる試料保持ユニット１０よりも開口部８ｂ側の試料保持ユニット１０の試料保持部材２０の外周面とボア部８ａの内周面との隙間ｄから開口部８ｂへ導かれる。

これら一対の反射ミラー３３〜３５は、ボア部８ａの中心軸を基準とする対称位置にそれぞれ設けられている。

モータ９は、軸部材９１を回転駆動するためのものである。なお、軸部材９１は、本発明の「結合部材」の一例である。また、モータ９と軸部材９１とで本発明の「切換手段」が構成される。

軸部材９１は、ボア部８ａの中心軸に一致するように配されており、各導光ユニット３０が軸方向の互いに異なる位置に取付けられている。

本実施形態では、各試料保持ユニット１０の導光ユニット３０が互いに周方向にずれる相対位置に保持されるように軸部材９１に取り付けられている。そして、その軸部材９１により相互連結される導光ユニット３０からなる結合体が、モータ９の駆動力によって、当該導光ユニット３０が含まれる試料保持ユニット１０の各試料保持部材２０に対してボア部８ａの周方向に回転するようになっている。

また、モータ９は、制御装置７に電気的に接続されており、制御装置７からの制御信号によって動作するように構成されている。なお、モータ９には、図示しないエンコーダが備えられており、制御装置７からの制御信号によって当該モータ９に接続される軸部材９１の回転角度等が制御されるようになっている。

撮像光学系５は、例えば複数のレンズを束ねて構成されるものであり、ハーフミラー３で反射された結晶育成部４からの複数の光を調整して撮像部６に向かわせるためのものである。

撮像部６は、複数の撮像カメラからなり、撮像光学系５を通過した光を撮像するためのものである。撮像部６は、制御装置７に電気的に接続されており、撮像データを送信するようになっている。

制御装置７は、撮像部６からの撮像データを基に画像処理を行ったり、モータ９の駆動等のシステム制御処理を行ったりするものである。

次に、上記構成のタンパク質結晶化装置１００による観察動作について説明する。

まず、ハロゲンランプ１から発射された光は、照射光学系２およびハーフミラー３を通って結晶育成部４の超電導マグネット８の開口部８ｂからボア部８ａ内に入射する。

その入射光は、試料保持ユニット１０の試料保持部材２０の外周面とボア部８ａの内周面との隙間ｄを通過して、複数の試料保持ユニット１０の各導光ユニット３０に導かれる。そして、当該光は、各導光ユニット３０によって、当該導光ユニット３０が含まれる試料保持ユニット１０の試料保持部材２０の導光ユニット３０が対向する試料保持部２２，２３へ導かれる。

試料保持部２２，２３に保持される試料を通過した光は、反射部材２４で当該試料に向けて折り返し反射され、試料を再度通過する。そして、その光は、前記導光ユニット３０によって、試料保持ユニット１０の試料保持部材２０の外周面とボア部８ａの内周面との隙間ｄを通して開口部８ｂへと導かれる。

結晶育成部４の超電導マグネット８の開口部８ｂから上方に出射した光は、ハーフミラー３で右方に向けて反射され、撮像光学系５を通過して撮像部６で撮像される。この撮像部６で得られた撮像データは、制御装置７に送られ、画像処理に供される。

以上により、試料保持部材２０の導光ユニット３０が対向する試料保持部２２，２３に保持される試料の観察が、各試料保持ユニット１０について行われる。

また、制御装置７からの制御信号によってモータ９が駆動され、軸部材９１がボア部８ａの中心軸回りに回転することによって、各試料保持ユニット１０において導光ユニット３０が対向する試料保持部材２０の試料保持部２２，２３が順次切換わる。これによって、試料保持部材２０の全ての試料保持部２２，２３に保持される試料を観察することができる。

第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、上記のように、超電導マグネット８のボア部８ａの内側に、当該ボア部８ａの軸方向と略直交する方向に並ぶ複数の試料保持部２２，２３を有する試料保持ユニット１０を、前記ボア部８ａの軸方向に複数並べることによって、ボア部８ａ（当該ボア部８ａの直径は５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度）の内側の限られた空間に多数の試料を保持することができる。しかも、開口部８ｂから数えて２番目以降の試料保持ユニット１０Ｂ〜１０Ｈに、当該試料保持ユニット１０の試料保持部２２，２３に対向しその対向する試料保持部２２，２３に保持される試料からボア部８ａの軸方向に平行に進む光を手前側の試料保持ユニット１０Ａを迂回させるように試料保持ユニット１０の外周面とボア部８ａの内周面との隙間ｄから開口部８ｂへ導く導光ユニット３０を設け、さらに、その導光ユニット３０が、当該試料保持ユニット１０の試料保持部材２０に対して相対回転して前記試料保持部材２０の各試料保持部２２，２３に対して順次対向するように構成したので、開口部８ｂから数えて２番目以降の試料保持ユニット１０Ｂ〜１０Ｈ、すなわち、開口部８ｂから見て最も手前側の試料保持ユニット１０Ａの後ろに隠れる試料保持ユニット１０についても、当該試料保持ユニット１０の複数の試料保持部２２，２３に各々保持される試料を全て観察することができる。従って、本発明によれば、ボア部８ａの内側に配された多数の試料を全て観察することができる。

また、第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、上記のように、試料保持部２２，２３に保持される試料からボア部８ａの軸方向に平行に進む光を導光ユニット３０によって開口部８ｂへと導くので、試料保持部２２，２３同士がボア部８ａの径方向に見て互いに重なる位置に設けられていても、それらの試料保持部２２，２３にそれぞれ保持されるいずれの試料も十分に観察することができる。これにより、観察可能な試料の数を増やすことができる。

また、第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、上記のように、導光ユニット３０が取付けられた軸部材９１をモータ９によって回転駆動する構成としたので、導光ユニット３０を試料保持部材２０に対して容易に相対回転させることができる。

また、第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、上記のように、各試料保持ユニット１０の導光ユニット３０が互いにボア部８ａの周方向にずれた位置に保持されるようにそれらの導光ユニット３０を軸部材９１によって結合し、その結合状態のまま導光ユニット３０を各試料保持部材２０に対して相対回転させたので、開口部８ｂから見て奥側の試料保持ユニット１０の導光ユニット３０が手前側の試料保持ユニット１０の導光ユニット３０に遮られるのが防がれる。これにより、２番目以降の各試料保持ユニット１０に保持される複数の試料を全て観察することができる。

また、第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、上記のように、導光ユニット３０がボア部８ａの中心軸を中心に回転するように構成したので、試料保持部材２０を動かすことなく、各導光ユニット３０を同時にそれぞれ対応する試料保持部材２０に対してボア部８ａの周方向に相対回転させることができる。これにより、回転に伴う衝撃をなるべく与えずに試料保持部２２，２３に保持される試料を観察することができる。

また、第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、上記のように、試料保持部２２，２３をボア部８ａの中心軸を中心とし、かつ、互いに径の異なる２つの円環上にそれぞれ並設したので、導光ユニット３０を試料保持部材２０に対してボア部８ａの中心軸を中心に相対回転させれば、各円環上の試料保持部２２，２３に保持される試料を同時に観察することができる。これにより、一度に観察可能な試料の数を増やして観察効率を上げることができる。

また、第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、上記のように、複数の試料保持ユニット１０の導光ユニット３０同士を、試料保持部材２０の試料保持部２２（２３）の設置間隔角度と同じ角度で互いにボア部８ａの周方向にずれる位置に保持したので、いずれかの試料保持ユニット１０の導光ユニット３０を、当該導光ユニット３０が含まれる試料保持ユニット１０の試料保持部材２０の試料保持部２２，２３に対向させれば、他の試料保持ユニット１０の導光ユニット３０も、それらの導光ユニット３０が各々対応する試料保持部材２０の試料保持部２２，２３に対向するようになる。これにより、同時に複数の試料保持ユニット１０の試料保持部材２０に保持される試料を観察することができるので、観察動作の効率が上がる。

また、第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、導光ユニット３０が対向する試料保持部２２，２３に保持される試料からの光をボア部８ａの径方向の外側に向けて反射する反射ミラー３３，３４と、これらの反射ミラーのボア部８ａの径方向の外側位置に設けられて反射ミラー３３，３４で反射された各光を開口部８ｂに向かう方向に反射する反射ミラー３５とにより、ボア部８ａの軸方向に平行に進む試料からの光を、手前側の試料保持ユニット１０を迂回させて開口部８ｂまで確実に導くことができる。

また、第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、反射ミラー３３〜３５を支持部３１，３２に支持させることで、当該ミラー３３〜３５をボア部８ａの中心軸回りに容易に回転させることができる。

また、第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、上記のように、ボア部８ａの中心軸を基準とする対称位置にそれぞれ反射ミラー３３〜３５を設けたので、導光ユニット３０を中心軸の回りに略１８０度回転させるだけで、試料保持部材２０の複数の試料保持部２２，２３に保持されている試料を全て観察することができる。

また、第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００では、上記のように、ボア部８ａの外部のハロゲンランプ１から発射された光を、試料からの光を開口部８ｂへ導くための導光ユニット３０を利用してボア部８ａの内側の試料へ導くようにしたので、ボア部８ａの内側にハロゲンランプ１からの光を試料へと導くための導光手段を別途設ける必要がない。これにより、ボア部８ａの内側の構成が複雑になるのを防ぐことができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態によるタンパク質結晶化装置の全体構成を概略的に示した正面図である。また、図６は、図５に示したタンパク質結晶化装置の結晶育成部の試料保持ユニットを示した正面断面図である。また、図７は、図６に示した試料保持ユニットの光源ユニットの分解斜視図である。以下、第２実施形態のタンパク質結晶化装置２００について説明する。

第２実施形態のタンパク質結晶化装置２００は、図５に示すように、前記第１実施形態のタンパク質結晶化装置１００とは異なる構成の結晶育成部２０４を備えており、当該結晶育成部２０４に含まれる光源ユニット４０からの光で結晶育成部２０４の試料を照明するように構成された、いわゆる透過照明型の装置である。

従って、タンパク質結晶化装置２００では、第１実施形態におけるハロゲンランプ１および照射光学系２が省略され、結晶育成部２０４の上方には第１実施形態のハーフミラー３に代えて全反射型のミラー２０３が配されている。

また、前記結晶育成部２０４に含まれる複数（本実施形態では８つ）の試料保持ユニット２１０は、図５および図６に示すように、それぞれ、試料保持部材２０および導光ユニット３０に加えて、光源ユニット４０を有している。なお、試料保持部材２０および導光ユニット３０は、第１実施形態のものと同一構成である。

光源ユニット４０は、試料保持部材２０の試料保持部２２，２３に保持される試料を照らすためのものであり、試料保持部材２０の本体部２１の下方の試料保持部２２，２３に対応する位置に設けられている。

この光源ユニット４０は、図７に示すように、円形平板状の本体部４１と、複数のＬＥＤ（光源）４２と、円環状の拡散部材４３とを有している。

本体部４１は、その中心がボア部８ａの中心軸上に位置するように配されている。また、本体部４１は、その中心に貫通孔４１ａが形成されている。この貫通孔４１ａには、回転軸９１が挿入される。

ＬＥＤ４２は、本体部２１の中心、つまりボア部８ａの中心軸を中心とする円環上にそれぞれ並ぶように、本体部４１の内部に埋設されている。本実施形態では、ＬＥＤ４２は、ボア部８ａの周方向に約３０度の角度間隔で１２個設けられている。それらのＬＥＤ４２は、各々個別に点灯・消灯の制御が行われるように構成されている。なお、ＬＥＤ４２を１つだけ設けて、導光ユニット３０とともにボア部８ａの中心軸回りに回転させる構成であってもよい。

拡散部材４３は、ＬＥＤ４２からの光を拡散しながら上方に導くためのものである。このような拡散部材４３として、例えばすりガラスが挙げられる。本実施形態では、拡散部材４３により拡散された光を試料保持部材２０に照射するように構成されているため、ＬＥＤ４２の設置数は、試料保持部材２０の試料保持部２２（２３）の数に対応させることなく任意に設定可能である。なお、ＬＥＤ４２以外の蛍光灯等の照明手段を用いて試料を照明するようにしてもよい。

第２実施形態のタンパク質結晶化装置２００のその他の構成は、上記第１実施形態におけるものと同じである。

また、タンパク質結晶化装置２００では、各試料保持ユニット２１０の光源ユニット４０のＬＥＤ４２から発射された光が、当該光源ユニット４０が含まれる試料保持ユニット２１０の試料保持部材２０の導光ユニット３０が対向する試料保持部２２，２３に保持される試料に直接照射される。

そして、試料保持部２２，２３に保持される試料を通過した光は、前記導光ユニット３０によって、試料保持ユニット２１０の試料保持部材２０の外周面とボア部８ａの内周面との隙間ｄを通して開口部８ｂへと導かれる。

結晶育成部４の超電導マグネット８の開口部８ｂから上方に出射した光は、ミラー２０３で右方に向けて反射され、撮像光学系５を通過して撮像部６で撮像される。この撮像部６で得られた撮像データは、制御装置７に送られ、画像処理に供される。

第２実施形態のタンパク質結晶化装置２００では、上記のように、試料保持部材２０の本体部２１の下方の試料保持部２２，２３に対応する位置に、試料保持部２２，２３に保持される試料を照らすための光源ユニット４０を設けたので、光源ユニット４０からの光を容易に試料へ導くことができる。

なお、上記第１実施形態では、導光ユニット３０を当該導光ユニット３０が含まれる試料保持ユニット１０の試料保持部材２０の上方に配したが、これに限らず、図８に示すように、試料保持部材２０の下方に配した導光ユニット３３０によって、試料保持部２２，２３に保持される試料からの光を開口部８ｂへ導くように構成してもよい。

この場合、ボア部８ａ内に入射した光は、当該試料保持ユニット３１０の試料保持部材２０の外周面とボア部８ａの内周面との隙間ｄを通過して導光ユニット３３０の反射ミラー（第２のミラー）３３５に導かれる。そして、その光は、反射ミラー３３５と反射ミラー（第１のミラー）３３３，３３４とで順次反射されることによって、当該導光ユニット３３０が含まれる試料保持ユニット３１０の試料保持部材２０の導光ユニット３３０が対向する試料保持部２２，２３へ導かれる。なお、図８中の符号３３１，３３２は、反射ミラー３３３〜３３５を支持するための支持部である。

試料保持部２２，２３に保持される試料を通過した光は、試料保持部材２０の上面に設けられた反射部材２４で当該試料に向けて折り返し反射され、試料をボア部８ａの軸方向下向き（特定方向）に通過する。そして、当該光は、前記導光ユニット３３０によって、試料保持ユニット３１０の試料保持部材２０の外周面とボア部８ａの内周面との隙間ｄを通して開口部８ｂへと導かれる。

なお、この変形例の構成は、第２実施形態のタンパク質結晶化装置２００において、試料保持部材２０の上方に光源ユニット４０を配することによって当該タンパク質結晶化装置２００にも適用可能である。

また、導光ユニット３０，３３０を試料保持部材２０の上下のいずれかに配する構成以外に、図９および図１０に示すように、試料保持部材４２０の径方向の外側に配した導光ユニット４３０によって、試料保持部材４２０の試料保持部２２に保持される試料からの光を開口部８ｂへ導くように構成してもよい。

この場合、ボア部８ａ内に入射した光は、試料保持ユニット４１０の試料保持部材４２０の外周面とボア部８ａの内周面との隙間ｄを通過して導光ユニット４３０の反射ミラー４３２に導かれ、反射ミラー４３２で径方向内向きに反射されることによって、当該導光ユニット４３０が含まれる試料保持ユニット４１０の試料保持部材４２０の導光ユニット４３０が対向する試料保持部２２，２３へ導かれる。なお、図９，図１０中の符号４３１は、反射ミラー４３２を支持するための支持部である。

試料保持部２２に保持される試料を通過した光は、試料保持部材４２０の本体部２１の貫通孔２１ａ内に当該本体部２１に密接して設けられた反射部材４２４で当該試料に向けて折り返し反射され、試料を径方向外向き（特定方向）に通過する。そして、その光は、前記導光ユニット４３０によって上方に向かうように反射され、試料保持ユニット４１０の試料保持部材２０の外周面とボア部８ａの内周面との隙間ｄを通して開口部８ｂへと導かれる。

なお、この変形例の構成は、反射部材４２４に代えて照明手段を設けることによって、透過照明型のタンパク質結晶化装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、導光ユニットのみをボア部の中心軸回りに回転させることで、試料保持部材と導光ユニットとをボア部の中心軸回りに相対回転させ、当該導光ユニットが対向する試料保持部材の試料保持部を順次切り換える構成について示したが、これに限らず、試料保持部材のみをボア部の中心軸回りに回転させて、導光ユニットが対向する試料保持部材の試料保持部を順次切り換えるようにしてもよい。また、試料保持部材および導光ユニットの両方をボア部の中心軸回りに回転させて、導光ユニットが対向する試料保持部材の試料保持部を順次切り換えるようにしてもよい。

また、超電導マグネットの開口部から入射した光を試料保持部へ導くための第１の導光ユニットを、試料保持部に保持された試料からの光を開口部へ導くための第２の導光ユニット（上記実施形態における導光ユニット３０，３３０）とは別に設けてもよい。この変形例の構成を利用すれば、例えば、結晶育成部の下方に配した光源から発射され、ボア部の下端側の開口部を通ってボア部内に入射した光を、試料保持部材の下方に設けた前記第１の導光ユニットで試料保持部へ導き、かつ、当該試料保持部に保持された試料を通過した光を、試料保持部材の上方に設けた前記第２の導光ユニットで開口部へ導くといった構成の透過照明型のタンパク質結晶化装置を実現させることができる。

また、上記実施形態では、試料保持部をボア部の中心軸を中心とする円環上に並ぶように配置する例について示したが、これに限らず、試料保持部がボア部の周方向に千鳥状に配列されていてもよい。

また、上記実施形態では、長手方向両端にそれぞれ反射ミラーを有する構成の導光ユニットを示したが、これに限らず、一方の端部が軸部材に取り付けられ、他方の端部に反射ミラーを有する構成の導光ユニットであってもよい。

また、上記実施形態では、８つ全ての試料保持ユニットが導光ユニットを備える構成について示したが、これに限らず、開口部に最も近い試料保持ユニットには導光ユニットを設けない構成とすることもできる。

また、本発明は、上記実施形態のタンパク質結晶化装置以外の、例えば、加熱冷却炉等の筒状の反応炉を備え、その外側方にコイルやヒータ、耐熱材等が設けられることにより当該反応炉の側面にのぞき窓を設置することが困難な装置にも適用可能である。

本発明の第１実施形態によるタンパク質結晶化装置の全体構成を概略的に示した正面図である。図１に示したタンパク質結晶化装置の結晶育成部の試料保持ユニットを示した平面図である。図２に示した試料保持ユニットの正面断面図である。軸方向に並んだ８つの試料保持ユニットを軸方向から見た状態を示した平面図である。本発明の第２実施形態によるタンパク質結晶化装置の全体構成を概略的に示した正面図である。図５に示したタンパク質結晶化装置の結晶育成部の試料保持ユニットを示した正面断面図である。図６に示した試料保持ユニットの光源ユニットの分解斜視図である。本発明の変形例１による試料保持ユニットを示した正面断面図である。本発明の変形例２による試料保持ユニットを示した平面図である。図９に示した試料保持ユニットの正面断面図である。

符号の説明

１ハロゲンランプ（光源、照明部）
２照射光学系（照明部）
３ハーフミラー（照明部）
８ａボア部（筒状体）
８ｂ開口部
９モータ（回転駆動手段、切換手段）
１０，１０Ａ〜１０Ｈ，２１０，３１０，４１０試料保持ユニット
２０，４２０試料保持部材
２２，２３試料保持部
２４，４２４反射部材（照明部）
３０，３３０，４３０導光ユニット（導光部、照明部）
３１，３２，３３１，３３２，４３１支持部
３３，３４，３３３，３３４反射ミラー（第１のミラー）
３５，３３５反射ミラー（第２のミラー）
４２ＬＥＤ（光源）
９１軸部材（結合部材、切換手段）
１００，２００タンパク質結晶化装置（試料観察装置）
ｄ隙間

Claims

軸方向の少なくとも一方に開口する開口部を有する筒状体の内側に配された複数の試料を当該筒状体の外部で観察するための試料観察装置であって、
前記筒状体の内側に設けられ、当該筒状体の軸方向と略直交する方向に並ぶ複数の位置に試料を保持するための試料保持部をそれぞれ有し、前記筒状体の軸方向に互いに並ぶ複数の試料保持ユニットと、
前記各試料保持ユニットの試料保持部にそれぞれ保持された試料から特定方向に向かう光を形成する照明部とを備え、
前記開口部から数えて２番目以降の試料保持ユニットは、前記開口部から前記筒状体の軸方向に見て当該試料保持ユニットよりも手前側の試料保持ユニットと重なる位置であって互いに前記筒状体の周方向に並ぶ複数の位置にそれぞれ前記試料保持部を有する試料保持部材と、この試料保持部材の各試料保持部に対して順次対向可能となるように前記筒状体の中心軸回りに前記試料保持部材に対して相対回転可能に配置され、その対向する試料保持部に保持される試料からの光を前記手前側の試料保持ユニットの外周面と前記筒状体の内周面との隙間から前記開口部へ導く導光部とを含むことを特徴とする試料観察装置。
前記導光部は、当該導光部が含まれる試料保持ユニットの試料保持部材の前記筒状体の軸方向のいずれか一方側に、当該試料保持部材の各試料保持部に対向するように配置され、その対向する試料保持部に保持される試料から前記筒状体の軸方向に平行に進む光を前記筒状体の径方向の外側に導き、かつ、前記手前側の試料保持ユニットの外周面と前記筒状体の内周面との隙間から前記開口部へ導くことを特徴とする請求項１に記載の試料観察装置。
前記導光部が対向する試料保持部が順次切換えられるように、当該導光部をこの導光部が含まれる試料保持ユニットの試料保持部材に対して相対回転させる切換手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の試料観察装置。
前記試料保持ユニットは、前記筒状体の軸方向に並ぶ３つ以上の位置にそれぞれ配され、
前記切換手段は、前記開口部から数えて２番目以降の試料保持ユニットがそれぞれ有する導光部をこれらの導光部が互いに周方向にずれる相対位置に保持されるように結合する結合部材と、この結合部材により相互連結される導光部からなる結合体を当該導光部が含まれる試料保持ユニットの各試料保持部材に対して相対回転させる回転駆動手段とを含むことを特徴とする請求項３に記載の試料観察装置。
前記結合部材は、前記筒状体の中心軸に一致するように配されて、前記各導光部が軸方向の互いに異なる位置に取付けられる軸部材であることを特徴とする請求項４に記載の試料観察装置。
前記複数の試料保持部は、前記筒状体の中心軸を中心とし、かつ、互いに径の異なる複数の円環上にそれぞれ並んでおり、
前記導光部は、前記各円環上の試料保持部に同時に対向し、それらの試料保持部に保持される試料からの光をそれぞれ前記筒状体の径方向に異なる光路で前記開口部へ導くことを特徴とする請求項４または５に記載の試料観察装置。
前記複数の試料保持部は、前記筒状体の周方向に所定角度間隔で設けられており、
前記複数の試料保持ユニットの各導光部は、前記所定角度の整数倍の角度で互いに前記筒状体の周方向にずれる位置に保持されていることを特徴とする請求項６に記載の試料観察装置。
前記導光部は、当該導光部が対向する試料保持部に保持される試料からの光を前記筒状体の径方向の外側に向けて反射する第１のミラーと、この第１のミラーの前記筒状体の径方向の外側位置に設けられて第１のミラーで反射された光を前記開口部に向かう方向に反射する第２のミラーと、これらのミラーを保持し前記筒状体の中心軸を中心に回転する支持部とを有していることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の試料観察装置。
前記導光部は、前記筒状体の中心軸を基準とする対称位置に前記第１のミラーおよび第２のミラーをそれぞれ有していることを特徴とする請求項８に記載の試料観察装置。
前記照明部は、前記筒状体の外部に設けられる光源と、この光源から発射され各試料保持ユニットの導光部で導かれて当該試料保持ユニットの試料保持部に保持される試料を通過した光を、当該試料に向けて折り返す反射部材とを含み、
前記導光部が前記照明部の一部を兼ねていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の試料観察装置。
前記照明部は、前記試料保持部材の前記導光部の配置位置とは反対側の位置に、前記試料保持部材の試料保持部に臨むように設けられて、当該試料保持部に保持される試料を照らす光源を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の試料観察装置。