JP5219899B2 - 光照射装置及び光測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロプレートに対して照射光を照射するための光照射装置、及びこの光照射装置とマイクロプレートとを備え測定対象物の測定を行う光測定装置に関する。

従来、マイクロプレートのウェルに照射光を照射する技術としては、特許文献１〜３に記載の技術が知られている。特許文献１の場合、照射光は、マイクロプレートの裏面から、マイクロプレートのウェルの深さ方向に対して平行に、当該ウェルに照射される。マイクロプレートのウェルには、培養液、蛍光指示薬及び評価化合物等の溶液と細胞等の測定対象物とが注入される。

特開２００７−１０８１４６号公報 特開平１０−１９７４４９号公報 特開平１０−２８１９９４号公報

特許文献１に記載の照射光の照射方法において、照射光は、ウェルの深さ方向に対して平行に当該ウェルに照射されるので、測定対象物だけでなく溶液にも多量に照射される場合がある。この場合、溶液からの背景光ノイズが比較的大きくなる。そこで、本発明は、マイクロプレートからの背景光ノイズを低減可能な光照射装置を提供することを目的とする。

本発明の光照射装置は、測定対象物を収容するための複数のウェルが設けられたマイクロプレートに対して照射光を照射するための光照射装置であって、略同一形状の複数の凸部が形成された主面と、該主面と反対側の面である裏面と、主面と略直交する側面と、を有する導光部材と、導光部材の側面から導光部材に照射光を入射する光源と、を備え、凸部は、主面と略平行な上面を有し、導光部材は、凸部の上面がマイクロプレートの裏面に接するように配置可能である、ことを特徴とする。

また、本発明の光測定装置は、測定対象物を収容するための複数のウェルが設けられたマイクロプレートと、マイクロプレートに対して照射光を照射するための光照射装置と、を含む光測定装置であって、光照射装置は、略同一形状の複数の凸部が形成された主面、該主面と反対側の面である裏面及び主面と略直交する側面を有する導光部材と、導光部材の側面から導光部材に照射光を入射する光源と、を備え、凸部は、主面と略平行な上面を有し、導光部材は、凸部の上面がマイクロプレートの裏面に接すると共に、凸部の上面が前記マイクロプレートのウェルの底面に対向するように配置され、導光部材の側面から導光部材に入射される照射光は、導光部材の主面及び裏面において反射され、凸部の上面から射出されて、マイクロプレートのウェルの底面に入射される、ことを特徴とする。

本発明の光照射装置及び光測定装置によれば、導光部材の側面から導光部材に入射された照射光は、導光部材の主面及び裏面において反射され、凸部に入射した後に、凸部の上面からこの上面に接するマイクロプレートのウェルの深さ方向に対し傾いてこのウェルに入射する。このため、培養液、蛍光指示薬及び評価化合物等の溶液に照射される照射光は比較的少ない。したがって、溶液に照射光が照射されることにより生じるマイクロプレートからの背景光ノイズを低減可能である。

本発明の光照射装置においては、複数の凸部は導光部材より高い屈折率を有する、ことが好ましい。この場合、凸部の屈折率が導光部材の屈折率よりも高いので、照射光は、導光部材から凸部へ通過し易い。このため、一層多くの照射光をマイクロプレートのウェルに照射することができる。

本発明の光照射装置においては、導光部材の主面及び裏面は鏡面加工されている、ことが好ましい。この場合、導光部材に入射された照射光の一部は、導光部材の主面及び裏面において全反射される。このため、照射光が導光部材の主面及び裏面から漏れることを抑制できる。

本発明の光照射装置においては、複数の凸部の各凸部の間の領域に充填され、凸部よりも低い屈折率を有する充填部材を更に有する、ことが好ましい。この場合、導光部材に入射されて凸部に入射した照射光が、凸部の側面から漏れることを抑制することができる。

本発明によれば、マイクロプレートからの背景光ノイズを低減可能な光照射装置及び光測定装置を提供することができる。

本実施形態に係る光測定装置の断面構成を表す図である。 図１に示されたマイクロプレートを説明するための図である。 図１に示された光照射装置を説明するための図である。 図１に示された光照射装置を説明するための図である。 図１に示されたマイクロプレートのウェルと導光部材の凸部との関係を表す図である。 図１に示された光照射装置を説明するための図である。 図１に示された光照射装置を説明するための図である。 図１に示された光照射装置を説明するための図である。 図１に示されたマイクロプレート及び導光部材における照射光の光路を表す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、本実施形態に係る光測定装置の断面構成を模式的に表す図である。図１に示されるように、光測定装置１０は、マイクロプレート２０と、マイクロプレートストッカー３０，４０と、運搬ベルト５０と、光照射装置６０と、移動装置７０と、励起光カットフィルタ８０と、検出器９０と、を備える。また、光照射装置６０は、導光部材６１と光源装置６２とを含む。光測定装置１０は、マイクロプレート２０に保持された測定対象物に対して照射光（励起光）を照射することにより、測定対象物から発せられる測定光（蛍光）を検出する装置である。

図２（ａ）は、マイクロプレート２０の平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ線に沿ってとられたマイクロプレート２０の断面構成を表す図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、マイクロプレート２０は、円柱形状の窪みのウェル２１を複数個（例えば９６個）有する。マイクロプレート２０の主面２２には、これら複数のウェル２１の開口が、例えば、８列１２行に配列されている。また、複数のウェル２１のそれぞれには、細胞等の測定対象物Ａと培養液、蛍光指示薬及び評価化合物等の溶液Ｂとが注入されて保持される。測定対象物Ａは、ウェル２１の底部に沈殿する。なお、マイクロプレート２０のウェルは円柱形状の窪みのウェル２１に限らない。例えば、マイクロプレート２０のウェルは、図２（ｃ）に示されるように角柱形状の窪みのウェル２１ａであってもよい。

再び図１を参照して説明する。マイクロプレートストッカー３０は、測定前のマイクロプレート２０を格納する。また、マイクロプレートストッカー４０は、測定後のマイクロプレート２０を格納する。運搬ベルト５０は、マイクロプレートストッカー３０から所定の測定位置（光照射装置６０と向き合う位置）まで測定前のマイクロプレート２０を運搬する。さらに、運搬ベルト５０は、この所定の測定位置からマイクロプレートストッカー４０まで測定後のマイクロプレート２０を運搬する。

光照射装置６０は、導光部材６１と、光源装置６２と、を含む。導光部材６１は、例えば、石英ガラスで構成されている。光源装置６２は、導光部材６１の側面６１ｂから照射光を入射する。光照射装置６０は、マイクロプレート２０の裏面２３側からウェル２１に対して照射光を照射する。移動装置７０は、モータ等を含み、光照射装置６０をマイクロプレート２０の裏面２３に垂直な方向（マイクロプレート２０のウェルの深さ方向）に沿って移動させる。

励起光カットフィルタ８０は、照射光の透過を阻止し、測定対象物Ａ等からの測定光（蛍光）を透過する。検出器９０は、マイクロプレート２０の裏面２３側に配置され、励起光カットフィルタ８０を透過した測定光を結像するための光学系（不図示）と、結像された像を撮像するための２次元ＣＣＤカメラ等の光検出装置を有しており、測定対象物Ａ等からの測定光を検出する。なお、検出器９０は、マイクロプレート２０の主面２２側に配置することも可能である。この場合、検出器９０は、例えば、マイクロプレート２０の各ウェル２１に対してそれぞれ配置された複数の光電子増倍管、もしくはマイクロプレート２０の複数のウェル２１を撮像可能な２次元撮像装置とすることができる。また、検出器９０に光電子増倍管を用いた場合、マイクロプレート２０の主面２２側の上方において光電子増倍管を移動させ、各ウェル２１からの測定光を検出することができる。

続いて、光照射装置６０について詳細に説明する。図３（ａ）は図３（ｂ）のII―II線に沿ってとられた光照射装置６０の断面構成を表す図である。図３（ｂ）は光照射装置６０の平面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、光照射装置６０の導光部材６１は、主面６１ａと、この主面６１ａに略直交し互いに対向する二つの側面６１ｂと、主面６１ａに略直交し互いに対向する他の二つの側面６１ｃと、主面６１ａと反対側の面である裏面６１ｈと、を有する。また、導光部材６１は、主面６１ａに２次元的に配列されて一体的に設けられた複数の凸部６１ｅを有する。複数の凸部６１ｅのそれぞれは、略同一形状である。各凸部６１ｅは、円柱形状の突起であり、主面６１ａと略平行で平坦な上面６１ｆを含む。主面６１ａ及び裏面６１ｈは、鏡面加工されている。

導光部材６１の側面６１ｂには、光源装置６２が配置されている。光源装置６２は、フレーム６２ａと、光源としてのＬＥＤ６２ｂと、フィルタ６２ｃと、を含む。ＬＥＤ６２ｂは、導光部材６１の側面６１ｂに沿って複数配列されてフレーム６２ａにより保持されている。これら複数のＬＥＤ６２ｂは、導光部材６１の側面６１ｂからフィルタ６２ｃを介して導光部材６１に指向性を有する照射光を入射する。フィルタ６２ｃは、特定の波長帯域の光のみを透過するショートパスフィルタやバンドパスフィルタ等であり、ＬＥＤ６２ｂから出射される光から、測定に適した波長の照射光のみを透過する。このように、ＬＥＤ６２ｂとフィルタ６２ｃとを組み合わせることにより、より測定に適した波長の光を導光部材６１へ入射させることができるので、測定精度を高めることができる。以上説明した導光部材６１は、図１に示されるように、凸部６１ｅの上面６１ｆがマイクロプレート２０の裏面２３に接するように配置することができる。また、導光部材６１は、凸部６１ｅの上面６１ｆがマイクロプレート２０のウェル２１の底面に対向するように配置することができる。

なお、導光部材６１の各凸部は円柱形状の突起の凸部６１ｅに限らず、図３（ｃ）に示されるように角柱形状の突起の凸部６１ｇであってもよい。さらに凸部６１ｅ（凸部６１ｇ）は、内部を刳り貫いて中空とした円筒状（角筒状）の突起であってもよい。また、図４（ａ）に示されるように、凸部６１ｅは、導光部材６１とは異なる材料（例えばシリコーン等）によって形成することもできる。この凸部６１ｅの材料は、導光部材６１よりも高い屈折率を有するのが好ましい。この場合、照射光は、導光部材６１から凸部６１ｅへ通過し易くなるので、一層多くの照射光が凸部６１ｅの上面６１ｆから出射される。また、図４（ｂ）に示されるように、各凸部６１ｅの間の領域に充填部材６１ｊを充填してもよい。充填部材６１ｊは、凸部６１ｅよりも低い屈折率を有することが好ましい。これにより、凸部６１ｅに入射した照射光が、凸部６１ｅの側面から漏れることを抑制できる。さらに、充填部材６１ｊは、導光部材６１よりも低い屈折率を有することが好ましい。これにより、導光部材６１から充填部材６１ｊへ照射光が入射されることを抑制できる。また、図４（ｃ）に示されるように、凸部６１ｅが複数設けられた角柱状の光ファイバ６１ｉを複数配列することにより導光部材６１を形成することもできる。

図５は、複数のウェル２１に対する複数の凸部６１ｅの配置パターンのバリエーションを模式的に表す図である。図５（ａ）に示されるように、各凸部６１ｅは各ウェル２１と一対一に対応するように設けるのが好ましいが、図５（ｂ）に示されるように、複数の凸部６１ｅが一つのウェル２１に対応するように設けてもよい。さらに、各凸部６１ｅは、図５（ｃ）に示されるように、主面６１ａの上方から見て、各凸部６１ｅとウェル２１とが重ならないように設けてもよい。

光源装置６２の光源としては、互いに異なる波長の光を出射する２種のＬＥＤを用いることができる。この場合、図６（ａ）に示されるように、導光部材６１の側面６１ｂに沿ってＬＥＤ６２ｂを複数配列し、導光部材６１の他の側面６１ｃに沿って、ＬＥＤ６２ｂとは異なる波長の光を出射するＬＥＤ６２ｄを複数配列する。これにより、光源装置６２は、互いに異なる２種の波長の照射光を導光部材６１に入射できる。ＬＥＤ６２ｂと導光部材６１との間にはフィルタ６２ｃが配置され、ＬＥＤ６２ｄと導光部材６１との間には、フィルタ６２ｃとは異なる波長の光を透過するショートパスフィルタやバンドパスフィルタ等のフィルタ６２ｅが配置される。フィルタ６２ｅは、ＬＥＤ６２ｄから出射される光から、測定に適した波長の照射光のみを透過する。また、図６（ｂ）に示されるように、導光部材６１の側面６１ｂ及び側面６１ｃに沿って、ＬＥＤ６２ｂとＬＥＤ６２ｄとを交互に配列することも可能である。このとき、ＬＥＤ６２ｂ及びＬＥＤ６２ｄと導光部材６１との間には、フィルタ６２ｃ及びフィルタ６２ｅが交互に配置される。

なお、光源装置６２の光源は、ＬＥＤに限らない。光源装置６２の光源としては、例えば、図７（ａ）に示されるように、キセノンランプ６２ｆ等の白色光源を用いることができる。この場合、キセノンランプ６２ｆは、波長切替装置６２ｇ及び光ファイバ６２ｈを介して、指向性を有する所定の波長の照射光を導光部材６１の側面６１ｂから導光部材６１に入射する。これにより、ＬＥＤでは実現できない波長の光を照射光として用いることができる。このとき、光源としてのキセノンランプ６２ｆ自体は、図７（ａ）に示されるように、導光部材６１の側面６１ｂに配置されなくてもよい。また、図７（ｂ）に示されるように、光源装置６２の光源として指向性を有さない光を出射する所定の光源６２ｋを用い、この光源６２ｋとフィルタ６２ｍとの間に、コリメータレンズ６２ｎを配置してもよい。このコリメータレンズ６２ｎは、図７（ｃ）に示されるように、導光部材６１の側面６１ｂに導光部材６１と一体的に設けることも可能である。フィルタ６２ｍは、光源６２ｋにより出射される光から、測定に適した波長の照射光のみを透過する。

図８は、導光部材６１に入射する照射光の範囲を表す図である。図８（ａ）に示されるように、照射光は、側面６１ｂの一部（例えば、底面６１ｈ側の一部）から導光部材６１に入射してもよいし、図８（ｂ）に示されるように、側面６１ｂの全面から入射してもよい。

以上説明したように、光照射装置６０においては、主面６１ａに複数の凸部６１ｅが形成された導光部材６１に対して、導光部材６１の側面６１ｂから指向性を有する照射光が入射される。導光部材６１に入射した照射光の一部は、図９（ａ）中の破線Ｌ１によって示される光路を進行し、導光部材６１の裏面６１ｈ及び主面６１ａにおいて全反射される。また、導光部材６１に入射する照射光の一部は、図９（ａ）中の一点鎖線Ｌ２によって示される光路を進行し、導光部材６１の主面６１ａ及び裏面６１ｈにおいて反射され、凸部６１ｅに入射した後に、上面６１ｆから出射されて凸部６１ｅに接するマイクロプレート２０の各ウェル２１に照射される。これにより、凸部６１ｅの上面６１ｆから出射された照射光は、ウェル２１の深さ方向に対し傾いてウェル２１に入射する。したがって、図９（ｂ）に示されるように、溶液Ｂに照射される照射光が比較的少なくなる。よって、溶液Ｂに照射光が照射されることにより生じる背景光ノイズを低減できる。また、導光部材６１の主面６１ａ及び裏面６１ｈが鏡面加工されているので、導光部材６１の側面６１ｂから導光部材６１に入射された照射光の一部は、導光部材６１の主面６１ａ及び裏面６１ｈにおいて全反射される。このため、導光部材６１に入射された照射光が導光部材６１から漏れることを抑制できる。これに対し、図９（ｃ）は、従来の方法によって、ウェル２１の深さ方向にウェル２１に照射光を照射した場合の照射光の光路を表す図である。図９（ｃ）に示されるように、従来の方法によれば、測定対象物Ａに加えて溶液Ｂにも多くの照射光が照射されるので、本実施形態の光照射装置６０を使用した場合に比較して背景光ノイズが大きい。

１０…光測定装置、２０…マイクロプレート、２１，２１ａ…ウェル、２２，６１ａ…主面、２３，６１ｈ…裏面、３０，４０…マイクロプレートストッカー、５０…運搬ベルト、６０…光照射装置、６１…導光部材、６１ｂ，６１ｃ…側面、６１ｅ，６１ｇ…凸部、６１ｆ…上面、６１ｊ…充填部材、６２…光源装置、６２ａ…フレーム、６２ｂ，６２ｄ…ＬＥＤ、６２ｃ，６２ｅ，６２ｍ…フィルタ、６２ｆ…キセノンランプ、６２ｇ…波長切替装置、６１ｉ，６２ｈ…光ファイバ、６２ｋ…光源、６２ｎ…コリメータレンズ、７０…移動装置、８０…励起光カットフィルタ、９０…検出器。

Claims (5)

1. 測定対象物を収容するための複数のウェルが設けられたマイクロプレートに対して照射光を照射するための光照射装置であって、
   略同一形状の複数の凸部が形成された主面と、該主面と反対側の面である裏面と、前記主面と略直交する側面と、を有する導光部材と、
   前記導光部材の前記側面から前記導光部材に前記照射光を入射する光源と、
   を備え、
   前記凸部は、前記主面と略平行な上面を有し、
   前記導光部材は、前記凸部の前記上面が前記マイクロプレートの裏面に接するように配置可能である、
   ことを特徴とする光照射装置。
2. 前記複数の凸部は前記導光部材より高い屈折率を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記導光部材の前記主面及び前記裏面は鏡面加工されている、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記複数の凸部の各凸部の間の領域に充填され、前記凸部よりも低い屈折率を有する充填部材を更に有する、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の光照射装置。
5. 測定対象物を収容するための複数のウェルが設けられたマイクロプレートと、前記マイクロプレートに対して照射光を照射するための光照射装置と、を含む光測定装置であって、
   前記光照射装置は、略同一形状の複数の凸部が形成された主面、該主面と反対側の面である裏面及び前記主面と略直交する側面を有する導光部材と、前記導光部材の前記側面から前記導光部材に前記照射光を入射する光源と、を備え、
   前記凸部は、前記主面と略平行な上面を有し、
   前記導光部材は、前記凸部の前記上面が前記マイクロプレートの裏面に接すると共に、前記凸部の前記上面が前記マイクロプレートの前記ウェルの底面に対向するように配置され、
   前記導光部材の前記側面から前記導光部材に入射される前記照射光は、前記導光部材の前記主面及び前記裏面において反射され、前記凸部の前記上面から射出されて、前記マイクロプレートの前記ウェルの前記底面に入射される、
   ことを特徴とする光測定装置。

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