JP5273361B2

JP5273361B2 - 蛍光検出装置並びに蛍光検出方法

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Publication number: JP5273361B2
Application number: JP2008262579A
Authority: JP
Inventors: 隆仲村
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: JP2010091456A

Description

本発明は、蛍光検出装置並びに蛍光検出方法に関する。

従来から、所定の波長帯域の励起光が照射されることで励起されて所定の波長帯域の蛍光を放出する蛍光色素試薬が知られている。このような蛍光色素試薬で物質を標識して、この標識した蛍光色素試薬の蛍光を検出する装置として、下記特許文献１に示す装置が開示されている。この装置は、光源と、この光源からの光軸に配置され透過波長の異なる複数の干渉フィルタからなる励起光用フィルタユニットと、この励起光用フィルタユニットのうちの所望の干渉フィルタを前記光軸上に選択配置するための励起フィルタ切換装置と、選択配置された励起光用の干渉フィルタを通過した励起光をサンプル（蛍光色素試薬で標識された物質）へ投射して得られるサンプルからの透過光または反射光の光軸上に配置された蛍光用干渉フィルタ（蛍光フィルタ）と、この蛍光用干渉フィルタを通過した蛍光像を撮像（撮影）し、撮像された異なる二つの波長の励起光による蛍光像の強度から画素毎の強度の比を求め、サンプルの各位置の蛍光強度の比の分布を示す像を形成して出力する画像処理装置（撮影手段）と、を備えるものである。
特開平１０−９６６９７号公報

ところで、前記従来の蛍光検出装置では、画像処理装置によって一度に撮像できる蛍光像は、一種類の蛍光用干渉フィルタを通過した波長帯域の蛍光像のみである。そのため、例えばサンプルとして複数種類の蛍光色素試薬で標識された物質を用いて、これら複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光を検出する場合には、以下に示す問題があった。即ち、検出したい蛍光の波長帯域毎に、その波長帯域に合わせて蛍光用干渉フィルタを交換すると共に画像処理装置によって蛍光像を撮像する必要があり、手間がかかり効率が悪いという問題があった。
なお、複数種類の蛍光色素試薬が異なる波長帯域の励起光によって励起される場合には、異なる波長帯域の励起光を照射する度に上記作業を繰り返す必要があり、著しく手間がかかり効率が悪くなる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、励起光によって励起された複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光を効率良く検出することができる蛍光検出装置、並びにこの蛍光検出装置を用いた蛍光検出方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る蛍光検出装置は、複数種類の蛍光色素試薬で標識された物質が投入される反応セルと、前記複数種類の蛍光色素試薬を励起する励起光を前記反応セルに照射する照射手段と、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される蛍光を撮影する撮影手段と、前記反応セルの像を前記撮影手段の異なる場所に投影する複数のレンズと、前記複数のレンズに対応して配置され、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光をそれぞれ透過する複数種類の蛍光フィルタと、前記反応セル、前記照射手段、前記撮影手段、前記複数のレンズ及び前記複数種類の蛍光フィルタを内部に収容する筐体と、を備え、前記反応セルは、前記筐体内において前記筐体の中心軸線上に位置する所定のセット位置に位置決めされ、前記照射手段は、異なる波長帯域の前記励起光を同時に照射可能であり、前記照射手段には、対応する前記蛍光色素試薬の励起光の波長帯域の光のみを透過させる複数種類の励起フィルタが、当該励起フィルタの種類ごとに複数個ずつ設けられた励起フィルタ部が備えられ、前記励起フィルタ部には、全ての前記励起フィルタが、前記筐体の中心軸線回りに並列して配置されるとともに、前記中心軸線回りに隣り合う前記励起フィルタ同士が、前記中心軸線回りに等しい間隔をあけて設けられ、同一種類の前記励起フィルタ同士は、前記中心軸線回りに等しい間隔をあけて配置されていることを特徴とするものである。

本発明に係る蛍光検出装置によれば、励起光によって励起された複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光を、複数のレンズ及び複数種類の蛍光フィルタを通して、撮影手段の異なる場所に投影することができる。従って、異なる波長帯域の蛍光を撮影手段によって同時に撮影することが可能となり、異なる波長帯域の蛍光を効率良く検出することができる。
また照射手段が、異なる波長帯域の励起光を同時に照射可能なので、照射手段を交換することなく複数種類の蛍光色素試薬を励起させることが可能となり、前述の蛍光の検出をより効率良く行うことができる。

また、本発明の参考例に係る蛍光検出装置は、複数種類の蛍光色素試薬で標識された物質が投入される反応セルと、前記複数種類の蛍光色素試薬を励起する励起光を前記反応セルに照射する照射手段と、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される蛍光を撮影する撮影手段と、前記反応セルの像を前記撮影手段の異なる場所に投影する複数のレンズと、前記複数のレンズに対応して配置され、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光をそれぞれ透過する複数種類の蛍光フィルタと、を備え、前記照射手段は、異なる波長帯域の前記励起光を順次に照射可能であることを特徴とするものである。

本発明の参考例に係る蛍光検出装置によれば、励起光によって励起された複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光を、複数のレンズ及び複数種類の蛍光フィルタを通して、撮影手段の異なる場所に投影することができる。従って、異なる波長帯域の蛍光を撮影手段によって同時に撮影することが可能となり、異なる波長帯域の蛍光を効率良く検出することができる。
また照射手段が、異なる波長帯域の励起光を順次に照射可能なので、照射手段を交換することなく複数種類の蛍光色素試薬を励起させることが可能となり、前述の蛍光の検出をより効率良く行うことができる。

また、本発明に係る蛍光検出装置、及び本発明の参考例に係る蛍光検出装置では、前記照射手段は、前記反応セルの周囲から前記励起光を照射しても良い。

この場合、照射手段が反応セルの周囲から励起光を照射するので、反応セルに照射される励起光の強度が局部的にばらつくのを抑制することが可能となり、前述の蛍光の検出を効率良く行った上で蛍光の検出の精度を向上させることができる。

また、本発明に係る蛍光検出装置、及び本発明の参考例に係る蛍光検出装置では、前記照射手段は、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される蛍光のいずれの波長帯域とも異なる波長帯域の前記励起光を照射しても良い。

この場合、照射手段から照射される励起光が、複数種類の蛍光色素試薬から放出される蛍光のいずれの波長帯域とも異なっているので、励起光が反射等してレンズに入射したとしても、その励起光を蛍光色素試薬の蛍光として誤検出することがない。従って、前述の蛍光の検出を効率良く行った上で蛍光の検出の精度をより一層向上させることができる。

また、本発明に係る蛍光検出方法は、複数種類の蛍光色素試薬で標識された物質が投入される反応セルと、前記複数種類の蛍光色素試薬を励起する異なる波長帯域の励起光を前記反応セルに照射する照射手段と、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される蛍光を撮影する撮影手段と、前記反応セルの像を前記撮影手段の異なる場所に投影する複数のレンズと、前記複数のレンズに対応して配置され、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光をそれぞれ透過する複数種類の蛍光フィルタと、前記反応セル、前記照射手段、前記撮影手段、前記複数のレンズ及び前記複数種類の蛍光フィルタを内部に収容する筐体と、を備え、前記反応セルは、前記筐体内において前記筐体の中心軸線上に位置する所定のセット位置に位置決めされ、前記照射手段には、対応する前記蛍光色素試薬の励起光の波長帯域の光のみを透過させる複数種類の励起フィルタが、当該励起フィルタの種類ごとに複数個ずつ設けられた励起フィルタ部が備えられ、前記励起フィルタ部には、全ての前記励起フィルタが、前記筐体の中心軸線回りに並列して配置されるとともに、前記中心軸線回りに隣り合う前記励起フィルタ同士が、前記中心軸線回りに等しい間隔をあけて設けられ、同一種類の前記励起フィルタ同士は、前記中心軸線回りに等しい間隔をあけて配置されている蛍光検出装置を用いて、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される蛍光を検出する方法であって、前記照射手段における全ての前記励起フィルタから異なる波長帯域の前記励起光を同時に照射する照射工程と、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光を、前記レンズ及び前記蛍光フィルタを通して、前記撮影手段の異なる場所で同時に撮影する撮影工程と、を有することを特徴とするものである。

本発明に係る蛍光検出方法においては、照射工程において異なる波長帯域の励起光を同時に照射して複数種類の蛍光色素試薬を同時に励起させ、更に撮影工程において複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光を同時に撮影する。従って、異なる波長帯域の蛍光を効率良く検出することができる。

本発明に係る蛍光検出装置及び蛍光検出方法、並びに本発明の参考例に係る蛍光検出装置によれば、励起光によって励起された複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光を効率良く検出することができる。

以下、本発明に係る蛍光検出装置の一実施形態を、図１から図１０を参照して説明する。図１は、本発明に係る一実施形態の蛍光検出装置の模式的な断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図３は、各種類の蛍光色素試薬の励起光及び蛍光それぞれの波長帯域の一例を示すグラフである。図４は、図１に示す複眼レンズ部、蛍光フィルタ部及びイメージセンサの模式的な分解斜視図である。図５は、図１に示す制御部の機能ブロック図である。

（蛍光検出装置）
蛍光検出装置１は、図１から図５に示すように、複数種類の蛍光色素試薬で標識された物質が投入される反応セル４と、複数種類の蛍光色素試薬を励起する励起光を反応セル４に照射する照射手段５と、複数種類の蛍光色素試薬から放出される蛍光を撮影するイメージセンサ（撮影手段）６と、反応セル４の像をイメージセンサ６の異なる場所に投影する複数のレンズ７と、複数のレンズ７に対応して配置された複数種類の蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄと、を備えている。更に本実施形態では、蛍光検出装置１は、照射手段５を制御すると共にイメージセンサ６が撮影した蛍光を検出する制御部９と、前述した各構成要素を内部に収容する筐体１０と、を備えている。

なお、図示の例では、筐体１０は、中空円筒状に形成されると共に、互いに対向する端面１０ａ、１０ｂのうちの一方側の端面１０ａに制御部９が配設され、他方側の端面１０ｂに反応セル４が配設されている。以下では、筐体１０の中心軸線を軸線Ｏと称し、軸線Ｏに沿って前記一方側である制御部９側を上側、前記他方側である反応セル４側を下側と称する。

筐体１０には、開閉可能な図示しない収容扉が設けられている。
反応セル４は、図１及び図２に示すように、前記軸線Ｏ方向に沿った平面視で矩形状の板状体に形成されている。また、反応セル４は、図１に示すように、下面が筐体１０の下側端面１０ｂに接触するように筐体１０に対して着脱自在に載置されている。また、図示の例では、反応セル４は、筐体１０の下側端面１０ｂに設けられた位置決め凸部１０ｃに側面を当接させることで下側端面１０ｂ上の所定のセット位置に位置決めされる。また、反応セル４は、前記セット位置に位置決めされた状態で前記軸線Ｏと同軸に配置されている。

また、反応セル４の上面には、図２に示すように、ボウル状に形成されると共に、内部に前記物質が投入される複数のピット４ａが設けられている。図示の例では、反応セル４の上面には、２０個のピット４ａが設けられ、これらピット４ａは、反応セル４の長手幅方向Ｄ１に沿って４行、短手幅方向Ｄ２に沿って５列の行列状に配列されている。
本実施形態では、ピット４ａの内部に投入された物質が、例えば４種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで標識されている場合を一例として説明する。以下では、各種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを特に区別をする必要がある場合、第１の蛍光色素試薬２ａ、第２の蛍光色素試薬２ｂ、第３の蛍光色素試薬２ｃ、第４の蛍光色素試薬２ｄとそれぞれ称する。

なお、本実施形態では、４種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、励起される励起光の波長帯域及び放出する蛍光の波長帯域が、それぞれ図３に示すグラフのようになっている。即ち、各種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの蛍光２ａｂ、２ｂｂ、２ｃｂ、２ｄｂの波長帯域は互いに異なっている。しかも、各種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの励起光２ａａ、２ｂａ、２ｃａ、２ｄａの波長帯域は、互いに異なっている上に、各種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの蛍光２ａｂ、２ｂｂ、２ｃｂ、２ｄｂのいずれの波長帯域とも異なっている。

図３に示す例では、第１の蛍光色素試薬２ａは、４４０ｎｍ前後の波長帯域の励起光２ａａによって励起され、４８０ｎｍ前後の波長帯域の蛍光２ａｂを放出する。第２の蛍光色素試薬２ｂは、５５０ｎｍ前後の波長帯域の励起光２ｂａによって励起され、５７０ｎｍ前後の波長帯域の蛍光２ｂｂを放出する。第３の蛍光色素試薬２ｃは、５９０ｎｍ前後の波長帯域の励起光２ｃａによって励起され、６２０ｎｍ前後の波長帯域の蛍光２ｃｂを放出する。第４の蛍光色素試薬２ｄは、６５０ｎｍ前後の波長帯域の励起光２ｄａによって励起され、６７０ｎｍ前後の波長帯域の蛍光２ｄｂを放出する。なお、物質を標識する蛍光色素試薬は４種類に限られず、２種類、３種類でも良いし、５種類以上でも良い。また、各種類の蛍光色素試薬が励起される励起光の波長帯域及び放出する蛍光の波長帯域は、前述した各種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの波長帯域に限られない。

また、図１及び図２に示すように、照射手段５は、異なる波長帯域の励起光を同時又は順次に照射可能である。また、照射手段５は、反応セル４の周囲から励起光を照射する。
本実施形態では、照射手段５は、円環状に形成され前記軸線Ｏと同軸に配設されたＬＥＤ基板１１と、このＬＥＤ基板１１の下面側に装着されて反応セル４に光を照射する複数のＬＥＤ光源１２と、このＬＥＤ光源１２から照射される光のうち、励起光となる波長帯域の光を透過させる励起フィルタ部１３と、を備えている。

ＬＥＤ基板１１は、筐体１０における前記軸線Ｏ方向の中間位置に配設されると共に、外周面が筐体１０の内周面に全周に亘って固定されている。また、ＬＥＤ基板１１の内径は、前記平面視でＬＥＤ基板１１の内周面の内側に反応セル４の全体が収まる大きさになっている。また、ＬＥＤ基板１１は、図示しない配線で制御部９と電気的に接続されている。
複数のＬＥＤ光源１２は、図示の例では１２個設けられており、それぞれが半球体状に形成されている。また、隣り合うＬＥＤ光源１２同士は、前記軸線Ｏ回りに等しい間隔をあけて配置されている。

図２に示すように、励起フィルタ部１３は、前記平面視でＬＥＤ基板１１と同形同大に形成され、前記軸線Ｏと同軸に且つＬＥＤ基板１１及びＬＥＤ光源１２の下側に配置されている。励起フィルタ部１３においてＬＥＤ光源１２と前記軸線Ｏ方向で対向する部分には、励起光となる波長帯域の光を透過させる励起フィルタ１４が１つずつ設けられており、つまり励起フィルタ部１３には１２個の励起フィルタ１４が、隣り合うもの同士が前記軸線Ｏ回りに等しい間隔をあけて設けられている。

励起フィルタ１４は、４種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに対応した４種類の励起フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ各３個からなる。各種類の励起フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、対応する蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの励起光の波長帯域の光のみを透過させる。また、本実施形態では、同一種類の励起フィルタ１４同士は、前記軸線Ｏ回りに等しい間隔をあけて配置され、つまり同一種類の励起フィルタ１４は、前記軸線Ｏ回りに３つおきに配置されている。

また、本実施形態では、前述した複数のＬＥＤ光源１２は、４種類の励起フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに対応した４種類のＬＥＤ光源１２各３個からなる。そして、励起フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと対向する位置に配置されているＬＥＤ光源１２の種類は、前記励起フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの種類の対応している。また、各種類のＬＥＤ光源１２は、対応する励起フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが透過させる波長帯域に含まれる光を照射可能となっている。

以上のように構成された照射手段５によれば、各ＬＥＤ光源１２から照射された光が、励起フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを透過してその励起フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに対応した蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの励起光として反応セル４を照射する。従って、特定種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに対応する励起フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと対向する位置にあるＬＥＤ光源１２のみに光を照射させることで、前記特定種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの励起光を照射することが可能になる。よって、異なる種類の励起フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを光が順次に透過するように複数のＬＥＤ光源１２に順次に照射させることで、異なる波長帯域の励起光を順次に照射可能である。また、全てのＬＥＤ光源１２に光を同時に照射させることで、異なる波長帯域の励起光を同時に照射可能である。

また、照射手段５によれば、励起フィルタ部１３が、前記軸線Ｏと同軸に配置されて反応セル４と同軸になっていると共に、同一種類の励起フィルタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ同士が、前記軸線Ｏ回りに等しい間隔をあけて配置されているので、異なる波長帯域の励起光をいずれも反応セル４の周囲から照射することができる。これにより、反応セル４に照射される励起光の強度が局部的にばらつくのを抑制することが可能となり、各種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放出される蛍光の検出の精度を、その蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが投入されたピット４ａの位置によらず向上させることができる。

また、本実施形態では、前述したように各種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを励起させる励起光２ａａ、２ｂａ、２ｃａ、２ｄａの波長帯域、つまり照射手段５から照射される励起光の波長帯域が、各種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの蛍光２ａｂ、２ｂｂ、２ｃｂ、２ｄｂのいずれの波長帯域とも異なっている。従って、励起光が筐体１０の内面に反射等してレンズ７に入射したとしても、その励起光をいずれの蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの蛍光２ａｂ、２ｂｂ、２ｃｂ、２ｄｂとしても誤検出することがない。従って、前述の蛍光の検出の精度をより一層向上させることができる。

制御部９は、図１に示すように、本実施形態では回路基板からなり、筐体１０の上側端面１０ａに上面が接触した状態で固定されている。図示の例では、制御部９は、前記平面視で上側端面１０ａと同形同大に形成されている。
また、制御部９の下面には、前記イメージセンサ６が固定されている。図示の例では、イメージセンサ６は、矩形の板状に形成されていると共に前記軸線Ｏと同軸に配置され、上面が制御部９の下面に固定されている。また、イメージセンサ６の下面には、レンズ７を透過した光が投影される撮像面６ａが設けられている。また、イメージセンサ６は、図示しない配線で制御部９と電気的に接続されており、制御部９によって撮影動作を制御され、撮像面６ａに投影された光の画像信号を生成して制御部９に送出する。また、イメージセンサ６は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等で構成される。

また、イメージセンサ６の下面には、前記複数種類の蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを有する板状の蛍光フィルタ部１５が、図示しない固定手段により固定されている。図示の例では、蛍光フィルタ部１５は、前記平面視においてイメージセンサ６と同形同大に形成されている。
また、蛍光フィルタ部１５の下面側には、前記複数のレンズ７と、これら複数のレンズ７が固定された固定部材１６ａとを有する複眼レンズ部１６が設けられている。
固定部材１６ａは、下側に向けて開口された箱状に形成され、前記軸線Ｏと同軸に配置されている。そして、固定部材１６ａの上面部に、前記複数のレンズ７が固定されている。

図４に示すように、レンズ７は、蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの種類と同数、つまり４つ設けられており、いずれのレンズ７も形状が同一となっている。また、各レンズ７は、固定部材１６ａの上面部に形成された複数の孔内にそれぞれ固定されている。前記複数の孔は、固定部材１６ａの上面部の長手幅方向及び短手幅方向に２行２列の行列状に形成されており、これら孔に固定された各レンズ７は、イメージセンサ６の撮像面６ａの異なる投影場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に反応セル４の像を投影する。なお各投影場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、図４に示す左上から反時計回りに投影場所Ｐ１、投影場所Ｐ２、投影場所Ｐ３及び投影場所Ｐ４とする。

以上のように構成された複眼レンズ部１６は、図１に示すように、固定部材１６ａの上面部と蛍光フィルタ部１５の下面との間に隙間があいた状態で、蛍光フィルタ部１５に対して固定されている。図示の例では、複眼レンズ部１６は、蛍光フィルタ部１５の外周面と固定部材１６ａの外周面とを連結するブラケット１７により固定されている。なお、図４では、図面を見易くするため、固定部材１６ａの周壁部及びブラケット１７の図示を省略している。

また、図４に示すように、蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、レンズ７の数と同種類、つまり４種類設けられており、各蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、前記平面視で矩形状に形成され、対応するレンズ７の光軸と同軸となるように配置されている。
そして、本実施形態では、４種類の蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、４種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放出される異なる波長帯域の蛍光をそれぞれ透過する構成となっている。図示の例では、各蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、４種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのいずれか１つと対応しており、対応する蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが放出する蛍光のみを透過させる。

なお以下では、図４に示す左上の蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄから反時計回りに、第１の蛍光色素試薬２ａ、第２の蛍光色素試薬２ｂ、第３の蛍光色素試薬２ｃ及び第４の蛍光色素試薬２ｄそれぞれの蛍光を透過させるものとする。また、各蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを特に区別する必要がある場合、図４に示す左上から反時計回りに第１の蛍光フィルタ８ａ、第２の蛍光フィルタ８ｂ、第３の蛍光フィルタ８ｃ及び第４の蛍光フィルタ８ｄとそれぞれ称する。

また、前述した制御部９は、図５に示すように、機能構成として、照射手段５の照射制御部２０と、イメージセンサ６の画像処理部２１と、電気的に接続されたモニタ２３の表示を制御するビデオ出力部２４と、電気的に接続されたプリンタ２５の印刷を制御するプリント出力部２６と、記録部２７と、照射制御部２０及び画像処理部２１を制御する演算処理部２８と、を備えている。

画像処理部２１は、イメージセンサ６が撮影した撮像面６ａ全体の画像を取得して画像データを生成し、この画像データをビデオ出力部２４に送出する。
また、画像処理部２１は、演算処理部２８から制御信号が送出されたときに、イメージセンサ６が撮影した撮像面６ａの蛍光の画像を画像処理して蛍光の撮像面６ａにおける位置、波長帯域及び強度を検出し、前記蛍光の撮像面６ａにおける位置データ、波長帯域データ及び強度データを生成する。また、画像処理部２１は、前記位置データと、予め記憶されている撮像面６ａにおける投影場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の位置情報とを用いて、検出した蛍光の反応セル４における位置を示すセル内位置データを生成する。そして、画像処理部２１は、検出した蛍光の位置データ、波長帯域データ、強度データ及びセル内位置データを演算処理部２８及びビデオ出力部２４に送出する。なお、前記位置データ及び前記セル内位置データとしては、例えばそれぞれ撮像面６ａ若しくは反応セル４における所定の基準点を原点とした２次元座標データ等が挙げられる。

ビデオ出力部２４は、画像処理部２１から送出された画像データ、位置データ、波長帯域データ、強度データ及びセル内位置データ等を、それぞれ所定の形式でモニタ２３に表示させるための処理及び制御を行う。また、ビデオ出力部２４には、演算処理部２８から画像処理部２１を介して前述した各データのいずれかを印刷するように指示があった場合に、必要なデータをプリント出力部２６に送出する。
プリント出力部２６は、ビデオ出力部２４から送出されたデータを印刷するようにプリンタ２５を制御する。

演算処理部２８には、照射手段５の照射タイミング及びイメージセンサ６が撮影した蛍光の解析タイミングを蛍光検出装置１の操作者が入力するための操作部２９が電気的に接続されている。演算処理部２８は、操作部２９から入力された操作情報に基づいて、照射制御部２０及び画像処理部２１に制御信号を送出する。また、演算処理部２８は、画像処理部２１から送出される蛍光の位置データ、波長帯域データ、強度データ及びセル内位置データを記録部２７に記録させる。
照射制御部２０は、演算処理部２８から送出された制御信号に基づいて照射手段５のＬＥＤ基板１１に照射信号を送出して複数のＬＥＤ光源１２の照射を制御する。

（蛍光検出方法）
次に、以上に示した蛍光検出装置１を用いて、反応セル４に投入された物質を標識する複数種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放出される蛍光を検出する方法の一例について説明する。
図６は、照射手段から励起光が照射された反応セルにおいて、物質を標識する蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが放出する蛍光の一例を示した図である。図７は、図６に示す蛍光のうち、第１の蛍光フィルタ８ａを透過してイメージセンサ６の投影場所Ｐ１に投影された蛍光を示す図である。図８は、図６に示す蛍光のうち、第２の蛍光フィルタ８ｂを透過してイメージセンサ６の投影場所Ｐ２に投影された蛍光を示す図である。図９は、図６に示す蛍光のうち、第３の蛍光フィルタ８ｃを透過してイメージセンサ６の投影場所Ｐ３に投影された蛍光を示す図である。図１０は、図６に示す蛍光のうち、第４の蛍光フィルタ８ｄを透過してイメージセンサ６の投影場所Ｐ４に投影された蛍光を示す図である。

ここで、本実施形態では、一例として、複数種類の検体に対して、複数種類の蛍光色素試薬で標識された物質を投入し、検体と物質との反応有無を確認する場合を例として説明する。このような例として、具体的には、例えば腫瘍に関する投薬実験等を行った１個体の各部位及び各臓器において、投薬によって良性腫瘍が発生したか、悪性腫瘍が発生したか、或いはいずれの腫瘍も発生しなかったかを判断する例などが挙げられる。この例では、前記複数種類の検体として、各部位及び各臓器の細胞を用い、また、前記物質として、細胞に特定の種類の腫瘍がある場合にのみ細胞と反応し、その細胞と結合する抗体等からなる複数種類の物質を用いる。そして、この複数種類の物質を、種類毎に異なる種類の蛍光色素試薬を用いて標識した上で、以下に示すように蛍光の検出を行う。

始めに、準備工程として、以下に示すように反応セル４の準備を行う。
詳しく説明すると、まず操作者は、反応セル４の各ピット４ａ内に検体を配置する。この際、本実施形態では、検体を、図６に示す反応セル４のピット４ａの配列において短手幅方向Ｄ２に沿った列毎に同一となるように配置する。これにより、反応セル４には、５種類の検体が各種類４個ずつ配置される。ここで、各ピット４ａの列毎に配置されている各種類の検体を、図６に示す反応セル４上の左側の列のピット４ａ内に配置されているものから右側の列に向けて順に第１の検体、第２の検体、第３の検体、第４の検体、第５の検体とそれぞれ称する。

次に、操作者は、反応セル４の各ピット４ａ内に、４種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで標識された４種類の物質をそれぞれ投入する。この際、本実施形態では、図６に示す反応セル４のピット４ａの配列において長手幅方向Ｄ１に沿った行毎に同一種類の物質を投入する。つまり、同一の検体が配置されている複数のピット４ａ内には、互いに異なる４種類の物質が投入される。

ここで、前述したように、各種類の物質は、異なる種類の蛍光色素試薬で標識されているため、各ピット４ａ内に投入される各種類の物質を標識している蛍光色素試薬の種類も前記長手幅方向Ｄ１に沿ったピット４ａの行毎に同一となっている。以下では、各ピット４ａ内に投入された各種類の物質を標識する蛍光色素試薬の種類は、図６に示すピット４ａの上側の行から下側の行に向けて順に第１の蛍光色素試薬２ａ、第２の蛍光色素試薬２ｂ、第３の蛍光色素試薬２ｃ、第４の蛍光色素試薬２ｄであるとする。

物質投入後、操作者は、ピット４ａ内で検体と物質とが反応しうるように、反応セル４を一定期間安定した状態を維持する。この際、検体と物質とが反応したピット４ａ内では、物質が検体に結合される。
次に、操作者は、反応セル４の各ピット４ａ内において、検体と反応していない物質を洗浄等によって除去する。これにより、各ピット４ａ内の検体と反応した物質、及びその物質を標識する蛍光色素試薬のみが反応セル４上に残る。
次に、操作者は、以上のように準備した反応セル４を筐体１０の外部から収容扉を通して内部に投入し、前記セット位置にセットする。
以上で準備工程が終了する。

次いで、照射工程として、照射手段５から異なる波長帯域の励起光を同時に照射する。
詳しく説明すると、まず、操作者は、照射手段５が照射開始するように操作部２９を用いて操作情報を入力する。すると、この操作情報が、演算処理部２８及び照射制御部２０を経て全てのＬＥＤ光源１２を照射させるための照射信号に変換され、この照射信号が照射手段５に送出される。これにより、照射手段５から異なる波長帯域の励起光が同時に照射される。

本実施形態では、照射工程によって照射された反応セル４における各蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが、図６に示すように蛍光を放出する場合を例として説明する。なお、図６は、図面を見易くするために、各蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが放出する蛍光のみを図示している。本実施形態では、準備工程を経ることで、各ピット４ａ内の検体と反応した物質、及びその物質を標識する蛍光色素試薬のみが反応セル４上に残っているので、図６において、蛍光が放出されている位置のピット４ａ内に配置された検体と、そのピット４ａ内に投下された物質とが反応していることがわかる。

ここで、各種類の物質は、互いに異なる蛍光を放出する複数種類の試薬でそれぞれ標識されているので、蛍光の波長帯域から検体と反応した物質を特定できる。しかも、反応セル４の各ピット４ａ内に配置された検体の種類は、ピット４ａの配列において前記短手幅方向Ｄ２に沿った列毎に同一となっているので、反応セル４において蛍光が放出される位置を確認することで、各種類の物質と反応した検体の種類を判定することができる。
即ち、図６に示す例では、第１の蛍光色素試薬２ａが標識する物質とは、第３の検体及び第５の検体とが反応し、第２の蛍光色素試薬２ｂが標識する物質とは、第１の検体及び第２の検体とが反応し、第３の蛍光色素試薬２ｃが標識する物質とは、第１の検体及び第４の検体とが反応し、第４の蛍光色素試薬２ｄが標識する物質とは、第２の検体及び第５の検体とが反応していることを判定することができる。
以上により、蛍光の検出を容易に効率良く行うことができる。

そして、４種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放出される異なる波長帯域の蛍光は、図７から図１０に示すように、レンズ７及び蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを通り、撮像面６ａの異なる投影場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に投影される。この際、４種類の蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、４種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放出される異なる波長帯域の蛍光をそれぞれ透過するので、各投影場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４には、各蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放出される蛍光のいずれか１つが投影される。

次いで、撮影工程として、４種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放出される異なる波長帯域の蛍光を、イメージセンサ６の撮像面６ａの異なる場所で同時に撮影する。
次いで、画像表示工程として、撮影工程でイメージセンサ６が撮影した撮像面６ａ全体の画像を、イメージセンサ６から画像処理部２１が取得した後に画像データとしてビデオ出力部２４に送出し、前記画像をモニタ２３に出力させる。

次いで、強度検出工程として、撮影工程でイメージセンサ６が撮影した蛍光の強度を検出する。
詳しく説明すると、まず、操作者は、モニタ２３で蛍光を確認した後、蛍光検出装置１が蛍光の強度検出をするように操作部２９を用いて操作情報を入力する。すると、演算処理部２８から画像処理部２１に制御信号が送出され、画像処理部２１は、イメージセンサ６から取得した画像の画像処理をして蛍光の位置データ、波長帯域データ、強度データ及びセル内位置データを生成し、これら各データを演算処理部２８及びビデオ出力部２４に送出する。

以上に示した蛍光検出装置１によれば、励起光によって励起された複数種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放出される異なる波長帯域の蛍光を、複数のレンズ７及び複数種類の蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを通して、イメージセンサ６の撮像面６ａの異なる投影場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に投影することができる。従って、異なる波長帯域の蛍光をイメージセンサ６によって同時に撮影することが可能となり、異なる波長帯域の蛍光を効率良く検出することができる。
また、照射手段５が、異なる波長帯域の励起光を同時又は順次に照射可能なので、照射手段５を交換することなく複数種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを励起させることが可能となり、前述の蛍光の検出をより効率良く行うことができる。

また、以上に示した蛍光検出方法においては、照射工程において異なる波長帯域の励起光を同時に照射して複数種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを同時に励起させ、更に撮影工程において複数種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放出される異なる波長帯域の蛍光を同時に撮影する。従って、異なる波長帯域の蛍光を効率良く検出することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態では、制御部９の機能構成は、画像表示工程及び強度検出工程をいずれも実施可能なものとしたが、いずれか一方の工程のみを実施可能な構成としても良い。つまり、画像表示工程のみ実施する場合には、画像処理部２１には蛍光の位置データ、波長帯域データ、強度データ及びセル内位置データを生成する機能構成等がなくても良く、一方、強度検出工程のみ実施する場合には、画像処理部２１がビデオ出力部２４に送出するための画像データを生成する機能構成等がなくても良い。

また、前記実施形態では、反応セル４のピット４ａが行列状に配列されているものとしたが、これに限られず、例えば不規則に配置されていても良い。また、ピット４ａが行列状に配列されている場合であっても、この行列の一方向に沿って、蛍光色素試薬が標識する物質の種類や検体の種類をそれぞれ同一のものとしなくても良い。

また、前記実施形態では、複数種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから放出される蛍光を検出する方法の一例として、複数種類の検体に対して、複数種類の蛍光色素試薬２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで標識された物質を投入した場合を説明したが、これに限られない。例えば、１種類の検体複数個に対して、複数種類の蛍光色素試薬で標識された物質を投入しても良く、また、１つの検体に対して、複数種類の蛍光色素試薬で標識された物質を投入しても良い。

また、前記実施形態では、複数のＬＥＤ光源１２は、複数種類の蛍光フィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄと対応して複数種類のＬＥＤ光源１２からなるとしたが、これに限られず、例えば全て白色のＬＥＤ光源としても良い。
また、前記実施形態では、隣り合うＬＥＤ光源１２同士が、前記軸線Ｏ回りに等しい間隔をあけて設けられているものとしたが、これに限られず、隣接するＬＥＤ光源１２の間隔が前記軸線Ｏ回りに互いに異なっていても良い。
更にまた、照射手段５の光源は、ＬＥＤ光源１２でなくても良く、例えばハロゲン光源などでも良い。但し、ＬＥＤ光源１２は、省電力化を測ることができるので好ましい。
また、前記実施形態では、照射手段５は、異なる波長帯域の励起光を同時又は順次に照射可能であるとしたが、これに限られず、例えば１つの波長帯域の励起光のみ照射可能でも良い。

また、前記実施形態では、照射手段５は、反応セル４の周囲から励起光を照射するものとしたが、これに限られず、励起光は周囲から照射されなくても良い。例えば、反応セル４を透明に形成すると共に、反応セル４を挟んでイメージセンサ６の反対側から励起光を照射するような照射手段５を備える蛍光検出装置としても良い。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係る一実施形態の蛍光検出装置の模式的な断面図である。図１のＡ−Ａ矢視断面図である。各種類の蛍光色素試薬の励起光及び蛍光それぞれの波長帯域の一例を示すグラフである。図１に示す複眼レンズ部、蛍光フィルタ部及びイメージセンサの模式的な分解斜視図である。図１に示す制御部の機能ブロック図である。照射手段から励起光が照射された反応セルにおいて、物質を標識する蛍光色素試薬が放出する蛍光の一例を示した図である。図６に示す蛍光のうち、第１の蛍光フィルタを透過してイメージセンサの投影場所に投影された蛍光を示す図である。図６に示す蛍光のうち、第２の蛍光フィルタを透過してイメージセンサの投影場所に投影された蛍光を示す図である。図６に示す蛍光のうち、第３の蛍光フィルタを透過してイメージセンサの投影場所に投影された蛍光を示す図である。図６に示す蛍光のうち、第４の蛍光フィルタを透過してイメージセンサの投影場所に投影された蛍光を示す図である。

符号の説明

１蛍光検出装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ蛍光色素試薬
４反応セル
５照射手段
６イメージセンサ（撮影手段）
７レンズ
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ蛍光フィルタ

Claims

複数種類の蛍光色素試薬で標識された物質が投入される反応セルと、
前記複数種類の蛍光色素試薬を励起する励起光を前記反応セルに照射する照射手段と、
前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される蛍光を撮影する撮影手段と、
前記反応セルの像を前記撮影手段の異なる場所に投影する複数のレンズと、
前記複数のレンズに対応して配置され、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光をそれぞれ透過する複数種類の蛍光フィルタと、
前記反応セル、前記照射手段、前記撮影手段、前記複数のレンズ及び前記複数種類の蛍光フィルタを内部に収容する筐体と、を備え、
前記反応セルは、前記筐体内において前記筐体の中心軸線上に位置する所定のセット位置に位置決めされ、
前記照射手段は、異なる波長帯域の前記励起光を同時に照射可能であり、
前記照射手段には、対応する前記蛍光色素試薬の励起光の波長帯域の光のみを透過させる複数種類の励起フィルタが、当該励起フィルタの種類ごとに複数個ずつ設けられた励起フィルタ部が備えられ、
前記励起フィルタ部には、全ての前記励起フィルタが、前記筐体の中心軸線回りに並列して配置されるとともに、前記中心軸線回りに隣り合う前記励起フィルタ同士が、前記中心軸線回りに等しい間隔をあけて設けられ、
同一種類の前記励起フィルタ同士は、前記中心軸線回りに等しい間隔をあけて配置されていることを特徴とする蛍光検出装置。
請求項１に記載の蛍光検出装置であって、
前記照射手段は、前記反応セルの周囲から前記励起光を照射することを特徴とする蛍光検出装置。
請求項１又は２に記載の蛍光検出装置であって、
前記照射手段は、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される蛍光のいずれの波長帯域とも異なる波長帯域の前記励起光を照射することを特徴とする蛍光検出装置。
複数種類の蛍光色素試薬で標識された物質が投入される反応セルと、
前記複数種類の蛍光色素試薬を励起する異なる波長帯域の励起光を前記反応セルに照射する照射手段と、
前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される蛍光を撮影する撮影手段と、
前記反応セルの像を前記撮影手段の異なる場所に投影する複数のレンズと、
前記複数のレンズに対応して配置され、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光をそれぞれ透過する複数種類の蛍光フィルタと、
前記反応セル、前記照射手段、前記撮影手段、前記複数のレンズ及び前記複数種類の蛍光フィルタを内部に収容する筐体と、を備え、
前記反応セルは、前記筐体内において前記筐体の中心軸線上に位置する所定のセット位置に位置決めされ、
前記照射手段には、対応する前記蛍光色素試薬の励起光の波長帯域の光のみを透過させる複数種類の励起フィルタが、当該励起フィルタの種類ごとに複数個ずつ設けられた励起フィルタ部が備えられ、
前記励起フィルタ部には、全ての前記励起フィルタが、前記筐体の中心軸線回りに並列して配置されるとともに、前記中心軸線回りに隣り合う前記励起フィルタ同士が、前記中心軸線回りに等しい間隔をあけて設けられ、
同一種類の前記励起フィルタ同士は、前記中心軸線回りに等しい間隔をあけて配置されている蛍光検出装置を用いて、前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される蛍光を検出する方法であって、
前記照射手段における全ての前記励起フィルタから異なる波長帯域の前記励起光を同時に照射する照射工程と、
前記複数種類の蛍光色素試薬から放出される異なる波長帯域の蛍光を、前記レンズ及び前記蛍光フィルタを通して、前記撮影手段の異なる場所で同時に撮影する撮影工程と、
を有することを特徴とする蛍光検出方法。