JP7012556B2 - Cell observation device and cell observation method - Google Patents

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本発明は、細胞観察装置および細胞観察方法に関する。さらに詳細には、本発明は、各種の培養されている細胞(本明細書においては、「培養されている細胞」を「培養細胞」と適宜に称する。)の活動を観察する際に用いて好適な細胞観察装置および細胞観察方法に関する。 The present invention relates to a cell observation device and a cell observation method. More specifically, the present invention is used in observing the activity of various cultured cells (in the present specification, "cultured cells" are appropriately referred to as "cultured cells"). The present invention relates to a suitable cell observation apparatus and cell observation method.

従来より、細胞の動的な機能を観察する手法として、電極を用いて電流や電圧を測定する電気生理的手法が知られている。 Conventionally, as a method for observing the dynamic function of cells, an electrophysiological method for measuring an electric current or a voltage using an electrode has been known.

ところで、こうした電気生理的手法に対しては、計測点数が限られること、電極を用いて細胞に接触するため無侵襲ではないこと、操作と取り扱いに熟練を要することなどが、その問題点として指摘されていた。 By the way, it is pointed out that these electrophysiological methods have problems such as limited number of measurement points, non-invasiveness because they come into contact with cells using electrodes, and skill in operation and handling. It had been.

なお、細胞などの活動を無侵襲的に観察する手法は、生物研究や薬品開発などにおいて極めて重要な手法である。 The method of non-invasively observing the activity of cells and the like is an extremely important method in biological research and drug development.

一方、上記した電気生理的手法において指摘された問題点を改善するため、具体的には、侵襲性を改善するため、また、計測点数を増加するために、膜電位や特定のイオンに対して蛍光などが変化する機能感受性色素を用いて光測定する手法が使用されている。 On the other hand, in order to improve the problems pointed out in the above-mentioned electrophysiological method, specifically, to improve the invasiveness, and to increase the number of measurement points, for the membrane potential and specific ions. A method of measuring light using a function-sensitive dye whose fluorescence or the like changes is used.

しかしながら、この機能感受性色素を用いて光測定する手法は、機能感受性色素自体に若干の毒性があるという問題点があるとともに、当該光測定するための計測装置の価格が高価であるという問題点があった。 However, the method of measuring light using this function-sensitive dye has a problem that the function-sensitive dye itself has some toxicity, and also has a problem that the price of the measuring device for measuring the light is expensive. there were.

なお、培養されている心筋細胞(本明細書においては、「培養されている心筋細胞」を「培養心筋細胞」と適宜に称する。)に限って言えば、高精細動画によって無染色の組織の動きを自動的に検出するシステムが、ソニーイメージングプロダクツ&ソリューションズ株式会社より製造販売されている。 As far as the cultured cardiomyocytes (in the present specification, the "cultured cardiomyocytes" are appropriately referred to as "cultured cardiomyocytes"), the unstained tissue by high-definition moving images is used. A system that automatically detects motion is manufactured and sold by Sony Imaging Products & Solutions Co., Ltd.

上記したシステムは、無侵襲性を満たすなど、上記した2つの手法の欠点を補完しているものではあるが、その観察の対象が培養心筋細胞に限られることと、価格が極めて高価であることという問題点があった。
The above system complements the shortcomings of the above two methods, such as satisfying non-invasiveness, but the observation target is limited to cultured cardiomyocytes and the price is extremely high. There was a problem.

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。 Since the prior art that the applicant of the present application knows at the time of filing the patent application is not an invention related to an invention known in the literature, there is no prior art document information to be described in the specification of the present application.

本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点、即ち、電極や染色を必要とした侵襲的な手法であったり、無侵襲性を満たすには複雑かつ高価な装置が必要であったりするという問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、培養心筋細胞や培養されている幹細胞(本明細書においては、「培養されている幹細胞」を「培養幹細胞」と適宜に称する。)などのような各種の細胞の動的な機能観察を無侵襲に行うことが可能であり、かつ、安価で簡便な細胞観察装置および細胞観察方法を提供しようとするものである。 The present invention has various problems as described above of the prior art, that is, an invasive method requiring electrodes and staining, and a complicated and expensive device is required to satisfy non-invasiveness. It was made in view of the problem of being present, and its purpose is to refer to cultured myocardial cells and cultured stem cells (in the present specification, "cultured stem cells" to "cultured stem cells". It is possible to non-invasively observe the dynamic functions of various cells such as), and to provide an inexpensive and simple cell observation device and cell observation method. be.

上記目的を達成するために、本発明は、例えば、可視光あるいは近赤外光を用いて、細胞を色素で染色することなく、非接触的に観察するようにしたものである。 In order to achieve the above object, the present invention is to observe cells non-contactly using, for example, visible light or near-infrared light without staining the cells with a dye.

また、本発明は、細胞に関する研究や応用を推進するため、安価で簡便な装置や方法として構成したものである。
Further, the present invention is configured as an inexpensive and simple device or method in order to promote research and application on cells.

ここで、本発明は、細胞活動に由来する細胞の光散乱の変化を単純な反射光を用いて計測することで観察しうるという学術的な知見を応用し、上記において説明した従来の技術による計測における問題点を解決するものである。 Here, the present invention applies the academic knowledge that changes in light scattering of cells derived from cell activity can be observed by measuring using simple reflected light, and is based on the conventional technique described above. It solves the problems in measurement.

即ち、本発明によれば、細胞に対して無接触、かつ、無染色で無侵襲であり、しかも安価で簡便に細胞の活動を観察することができる。
That is, according to the present invention, the activity of cells can be easily observed at low cost, without contact with cells, without staining and without invasiveness.

ここで、上記した学術的な知見について説明すると、当該学術的な知見は、細胞活動と光散乱との関係を調べた各種の学術研究に基づくものである。 Here, to explain the above-mentioned academic findings, the academic findings are based on various academic studies investigating the relationship between cell activity and light scattering.

こうした学術研究では、光散乱を効率よく定量的に測定・評価するために、偏光した照明光を細胞試料に透過させ、透過光による偏光を検出する光センサーを用いている。上記した学術研究の結果を概説すると、以下の通りである。 In such academic research, in order to efficiently and quantitatively measure and evaluate light scattering, an optical sensor that transmits polarized illumination light through a cell sample and detects polarization by transmitted light is used. The outline of the results of the above-mentioned academic research is as follows.

即ち、学術研究によれば、生物細胞の活動にはイオンの流入流出が伴うことが知られており、イオンの流入流出の際に相当量の水分子も同時に流入流出する。 That is, according to academic research, it is known that the activity of biological cells is accompanied by the inflow and outflow of ions, and a considerable amount of water molecules also flow in and out at the same time as the inflow and outflow of ions.

その水分子は、細胞と細胞の隙間(細胞間隙)を収縮したり拡張したりするため、光散乱が変化する。この変化は微小であり、一般的に、単一活動では検出できないほど小さいが繰り返し加算による平均などを行うことで光学的に検出することができる。 The water molecule contracts and expands the intercellular space (intercellular space) between cells, so that light scattering changes. This change is minute, and generally, it is so small that it cannot be detected by a single activity, but it can be optically detected by performing averaging by repeated addition or the like.

ここで、検出が容易な例としては、脳スライス標本の連続刺激などでは、アベレージングなしでも十分に検出できることが知られている。 Here, as an example of easy detection, it is known that continuous stimulation of brain slice specimens can be sufficiently detected without averaging.

なお、学術研究の多くの場合で、細胞が活動すると、光散乱は減少する方向に変化することが示されており、その理由は細胞間隙の拡張によると考えられている(例えば、雑誌名 「NeuroImage 18 (2003)」、第214頁~第230頁、題名「The relationship between changes in intrinsic optical signals and cell swelling in rat spinal cord slices」、 著者「Eva Sykova 他」を参照する。)。
In many academic studies, it has been shown that when cells are activated, light scattering changes in a decreasing direction, and the reason is thought to be due to the expansion of cell gaps (for example, the journal name "Journal name". NeuroImage 18 (2003) ”, pp. 214-230, title“ The relationship between changes in intrinsic optical signals and cell selling in rat spin s.

本願発明者は、本発明に至る基礎実験段階として、観察対象の細胞として培養心筋細胞を用いて、顕微鏡、安定光源、偏光板ならびに低雑音イメージセンサーなどにより構成される実験機材を用いて、上記した学術研究の際に行われたと同様の透過光による実験を実施したものである。 As a basic experimental step leading to the present invention, the inventor of the present application uses cultured myocardial cells as cells to be observed, and uses experimental equipment composed of a microscope, a stable light source, a polarizing plate, a low noise image sensor, and the like. This is an experiment with transmitted light similar to that conducted during the academic research.

その基礎実験の結果、本願発明者は、培養心筋細胞では単一計測で検出可能であり、学術研究の結果を再現することができた。 As a result of the basic experiment, the inventor of the present application was able to detect in cultured cardiomyocytes by a single measurement, and was able to reproduce the results of academic research.

しかしながら、本願発明者は、透過光による実験では細胞を培養する容器(本明細書においては、「細胞を培養する容器」を「培養容器」と適宜に称する。)」などの影響、特に、樹脂成型過程により培養容器を作製する際における、当該樹脂成型過程に基づく偏光透過特性の歪(旋光性)による計測信号の劣化と振動による水面の揺らぎ由来のノイズが大きく、簡便な測定を目的した用途にはそのままでは使えないことを発見した。 However, the inventor of the present application influences influences such as "a container for culturing cells (in the present specification, a" container for culturing cells "is appropriately referred to as a" culture container ")" in an experiment using transmitted light, particularly a resin. When producing a culture vessel by the molding process, the deterioration of the measurement signal due to the distortion (turning property) of the polarization transmission characteristics based on the resin molding process and the large noise due to the fluctuation of the water surface due to the vibration are large, and the application is intended for simple measurement. I found that it cannot be used as it is.

本願発明者は、上記した発見に基づいて、反射光による計測を試み、反射光による計測信号と上記した透過光による実験での計測信号とを比較し、計測に適した条件を見いだして本発明に至ったものである。 Based on the above-mentioned findings, the inventor of the present invention attempts to measure with reflected light, compares the measured signal with reflected light with the measured signal with the above-mentioned experiment with transmitted light, and finds conditions suitable for measurement. It has reached.

即ち、本願発明者は、光源と光検出器との配置を実験的に最適化するとともに、安価な部品の単純な回路でシステムを構築することにより、培養細胞などの活動を無侵襲的に観察する手法を発明するに至ったものである。
That is, the inventor of the present application observes the activity of cultured cells and the like non-invasively by experimentally optimizing the arrangement of the light source and the photodetector and constructing the system with a simple circuit of inexpensive parts. It led to the invention of the method of doing.

即ち、本発明による細胞観察装置は、細胞の動的な機能観察を行う細胞観察装置において、細胞に光を照射する光照射手段と、上記光照射手段から光を照射された上記細胞からの散乱光を感受して検出する検出手段とを有し、上記検出手段は、連続的に上記散乱光の変化を検出するようにしたものである。 That is, the cell observation device according to the present invention is a cell observation device for observing the dynamic function of cells, in which light irradiation means for irradiating cells with light and scattering from the cells irradiated with light from the light irradiation means. It has a detection means that senses and detects light, and the detection means is designed to continuously detect changes in the scattered light.

また、本発明による細胞観察装置は、上記した本発明による細胞観察装置において、上記細胞を収容するとともに少なくとも下面が透明な容器を有し、上記光照射手段と上記検出手段とは、上記容器の上記下面の下方に配置され、上記光照射手段が照射する上記光の光軸と上記検出手段が感受する上記散乱光の光軸とがなす角度である入射角が20度以上45度未満であるようにしたものである。 Further, the cell observation device according to the present invention has a container for accommodating the cells and having at least a transparent lower surface in the cell observation device according to the present invention, and the light irradiation means and the detection means are the above-mentioned containers. The incident angle, which is the angle between the optical axis of the light irradiated by the light irradiating means and the optical axis of the scattered light sensed by the detecting means, which is arranged below the lower surface, is 20 degrees or more and less than 45 degrees. It is something like that.

また、本発明による細胞観察装置は、上記した本発明による細胞観察装置において、上記入射角は20度乃至40度であるようにしたものである。 Further, the cell observing apparatus according to the present invention is the above-mentioned cell observing apparatus according to the present invention in which the incident angle is 20 to 40 degrees.

また、本発明による細胞観察装置は、上記した本発明による細胞観察装置において、上記入射角は30度であるようにしたものである。 Further, the cell observing apparatus according to the present invention is the above-mentioned cell observing apparatus according to the present invention in which the incident angle is 30 degrees.

また、本発明による細胞観察装置は、上記した本発明による細胞観察装置において、上記検出手段は、上記散乱光を検出して光電流を出力する光検出器であり、上記光検出器の後段に、上記光検出器から出力された光電流を増幅して出力する電流増幅器と、上記電流増幅器から出力された電流の直流(DC)成分を除去して出力するコンデンサーと、上記コンデンサーから出力された直流(DC)成分を除去した電流を電気的に増幅して電圧として出力する高倍率増幅器とを有するようにしたものである。 Further, the cell observation device according to the present invention is the above-mentioned cell observation device according to the present invention, in which the detection means is a light detector that detects the scattered light and outputs a light current, and is located after the light detector. , A current amplifier that amplifies and outputs the optical current output from the optical detector, a condenser that removes the direct current (DC) component of the current output from the current amplifier, and outputs from the condenser. It has a high-magnification amplifier that electrically amplifies a current from which a direct current (DC) component has been removed and outputs it as a voltage.

また、本発明による細胞観察方法は、細胞の動的な機能観察を行う細胞観察方法において、細胞に光を照射し、光を照射された上記細胞からの散乱光の変化を連続的に検出するようにしたものである。 Further, the cell observation method according to the present invention is a cell observation method for observing the dynamic function of cells by irradiating the cells with light and continuously detecting changes in scattered light from the irradiated cells. It is something like that.

また、本発明による細胞観察方法は、上記した本発明による細胞観察方法において、上記細胞に照射する上記光の光軸と検出する上記散乱光の光軸とがなす角度である入射角が20度以上45度未満であるようにしたものである。 Further, in the cell observation method according to the present invention, in the cell observation method according to the present invention, the incident angle, which is the angle formed by the optical axis of the light irradiating the cells and the optical axis of the scattered light to be detected, is 20 degrees. It is designed to be less than 45 degrees.

また、本発明による細胞観察方法は、上記した本発明による細胞観察方法において、上記入射角は20度乃至40度であるようにしたものである。 Further, in the cell observation method according to the present invention, in the cell observation method according to the present invention, the incident angle is set to 20 to 40 degrees.

また、本発明による細胞観察方法は、上記した本発明による細胞観察方法において、上記入射角は30度であるようにしたものである。 Further, in the cell observation method according to the present invention, the incident angle is set to 30 degrees in the cell observation method according to the present invention.

また、本発明による細胞観察方法は、上記した本発明による細胞観察方法において、上記散乱光を検出して光電流を出力し、上記光電流を増幅して直流(DC)成分を除去した後に、さらに電気的に増幅して電圧として出力するようにしたものである。 In the cell observation method according to the present invention, the cell observation method according to the present invention detects the scattered light, outputs a light current, amplifies the light current, and removes a direct current (DC) component. It is further electrically amplified and output as a voltage.

本発明は、以上説明したように構成されているので、培養心筋細胞や培養幹細胞などのような各種の細胞の動的な機能観察を無侵襲に行うことが可能な安価で簡便な細胞観察装置および細胞観察方法を提供することができるようになるという優れた効果を奏するものである。 Since the present invention is configured as described above, an inexpensive and simple cell observation device capable of non-invasively observing the dynamic functions of various cells such as cultured cardiomyocytes and cultured stem cells. And it has the excellent effect of being able to provide a cell observation method.

図1は、本発明の実施の形態の一例による細胞観察装置を模式的に示す構成説明図である。FIG. 1 is a configuration explanatory diagram schematically showing a cell observation device according to an example of the embodiment of the present invention. 図2は、本発明による細胞観察装置における計測手法の原理を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the principle of the measurement method in the cell observation device according to the present invention. 図3は、本発明による細胞観察装置における入射角を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an incident angle in the cell observation device according to the present invention. 図4は、本発明による細胞観察装置における培養心筋細胞を用いた実験結果を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing the experimental results using cultured cardiomyocytes in the cell observation device according to the present invention. 図5は、本発明の実施の形態の他の例による細胞観察装置を模式的に示す構成説明図である。FIG. 5 is a configuration explanatory diagram schematically showing a cell observation device according to another example of the embodiment of the present invention. 図6(a)(b)は、本発明の実施の形態の他の例による細胞観察装置を模式的に示す構成説明図である。図6(a)は、本発明の実施の形態の他の例による細胞観察装置の上面図(図6(b)のA矢視図)である。図6(b)は、本発明の実施の形態の他の例による細胞観察装置の側面図(図6(a)のB矢視図)である。6 (a) and 6 (b) are structural explanatory views schematically showing a cell observation device according to another example of the embodiment of the present invention. FIG. 6A is a top view of the cell observation device according to another example of the embodiment of the present invention (A arrow view of FIG. 6B). FIG. 6B is a side view of the cell observation device according to another example of the embodiment of the present invention (viewing arrow B of FIG. 6A).

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による細胞観察装置および細胞観察方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
Hereinafter, an example of an embodiment of the cell observation apparatus and the cell observation method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(I)第1の実施の形態 (I) First Embodiment

(1)全体の構成 (1) Overall configuration

図1には、本発明の実施の形態の一例による細胞観察装置を模式的に示す構成説明図があらわされている。 FIG. 1 shows a configuration explanatory diagram schematically showing a cell observation device according to an example of the embodiment of the present invention.

細胞観察装置10は、この細胞観察装置10による観察の対象の細胞である試料Saを収納する容器たる試料容器12を有している。ここで、試料Saは、例えば、生きた心筋細胞や幹細胞などのような各種の細胞である。 The cell observation device 10 has a sample container 12 which is a container for storing a sample Sa which is a cell to be observed by the cell observation device 10. Here, the sample Sa is various cells such as living cardiomyocytes and stem cells.

試料容器12は、例えば、培養液や生理活性を保つ溶液などの各種の溶液Soを充填した培養容器として構成される。一般的に、試料Saは、試料容器12に満たされた培養液や生理活性を保つ溶液などの各種の溶液Soに浸されている。 The sample container 12 is configured as a culture container filled with various solutions So such as a culture solution and a solution that maintains physiological activity. Generally, the sample Sa is immersed in various solutions So such as a culture solution filled in the sample container 12 and a solution for maintaining physiological activity.

また、試料容器12は、少なくともその底面12aが、後述する光源たる照明光照射装置14から照射される光たる照明光L1の波長に対して、透明な材料により形成されている。 Further, at least the bottom surface 12a of the sample container 12 is formed of a transparent material with respect to the wavelength of the illumination light L1 emitted from the illumination light irradiation device 14 which is a light source described later.

照明光照射装置14は、試料容器12の底面12aより下方の位置に配置され、試料容器12の底面12aに対して所定の波長の照明光L1(例えば、可視光や近赤外光である。)を照射する。 The illumination light irradiation device 14 is arranged at a position below the bottom surface 12a of the sample container 12, and is illumination light L1 (for example, visible light or near-infrared light) having a predetermined wavelength with respect to the bottom surface 12a of the sample container 12. ) Is irradiated.

こうした照明光照射装置14は、例えば、発光ダイオード(LED)に構成することができる。 Such an illumination light irradiation device 14 can be configured as, for example, a light emitting diode (LED).

細胞観察装置10は、試料容器12の底面12aより下方の位置に配置され、照明光L1を試料容器12の底面12aへ照射することにより生ずる散乱光L2を集光する光学系16を備えている。なお、こうした光学系16としては、例えば、レンズを用いることができる。 The cell observation device 10 is arranged at a position below the bottom surface 12a of the sample container 12, and includes an optical system 16 that collects the scattered light L2 generated by irradiating the bottom surface 12a of the sample container 12 with the illumination light L1. .. As the optical system 16, for example, a lens can be used.

さらに、細胞観察装置10は、光学系16により集光された散乱光L2を検出して微弱な光電流を出力する光検出器18を有している。 Further, the cell observation device 10 has a photodetector 18 that detects the scattered light L2 focused by the optical system 16 and outputs a weak light current.

また、細胞観察装置10は、光検出器18の後段に、光検出器18から出力された微弱な光電流を増幅して取り扱い易い程度の電圧の電流に変換して出力する電流増幅器20と、電流増幅器20から出力された電流の直流(DC)成分を除去して出力するコンデンサー22と、コンデンサー22から出力された直流(DC)成分を除去した電流を電気的に大きく増幅した電圧Vとして出力する高倍率増幅器24とを有している。 Further, the cell observation device 10 has a current amplifier 20 that amplifies a weak optical current output from the optical detector 18 and converts it into a current having a voltage that is easy to handle and outputs the current after the optical detector 18. The capacitor 22 that removes the direct current (DC) component of the current output from the current amplifier 20 and outputs it, and the current that removes the direct current (DC) component output from the capacitor 22 is output as a voltage V that is greatly amplified electrically. It has a high-magnification amplifier 24 and a high-magnification amplifier 24.

従って、高倍率増幅器24が出力する電圧Vは、光検出器18が検出した散乱光L2の光成分の信号たる微弱な光電流を電気的に大きく増幅した電圧出力となる。 Therefore, the voltage V output by the high magnification amplifier 24 is a voltage output obtained by electrically and greatly amplifying a weak optical current which is a signal of the optical component of the scattered light L2 detected by the photodetector 18.

なお、光検出器18としては、例えば、フォトダイオードなどを用いて構成することができる。
The photodetector 18 can be configured by using, for example, a photodiode.

以上の構成において、細胞観察装置10は、本発明で計測すべき物理量として、試料Sa(例えば、生きて活動状態にある生物細胞である。)の光散乱変化を電圧Vの変化として取得する。 In the above configuration, the cell observation device 10 acquires the light scattering change of the sample Sa (for example, a living and active biological cell) as a change in voltage V as a physical quantity to be measured in the present invention.

細胞観察装置10においては、照明光照射装置14から出射された照明光L1が、試料容器12の底面12aに対して斜めから入射して照明するように配置されている。即ち、照明光照射装置14から出射された照明光L1によって、試料容器12の底面12aを斜めから照明する。 In the cell observation device 10, the illumination light L1 emitted from the illumination light irradiation device 14 is arranged so as to be obliquely incident on the bottom surface 12a of the sample container 12 to illuminate the cell. That is, the bottom surface 12a of the sample container 12 is obliquely illuminated by the illumination light L1 emitted from the illumination light irradiation device 14.

ここで、試料容器12の底面12aは照明光L1に対して透明であるので、照明光L1は試料Saにそのまま当り、試料Saの光散乱によって全方向に飛散する散乱光が発生する。 Here, since the bottom surface 12a of the sample container 12 is transparent to the illumination light L1, the illumination light L1 hits the sample Sa as it is, and scattered light scattered in all directions is generated by the light scattering of the sample Sa.

こうして発生した全方向に飛散する散乱光の一部は、試料容器12の底面12aを通過して、試料容器12の下方へ進行する散乱光L2となる。 A part of the scattered light generated in this direction and scattered in all directions passes through the bottom surface 12a of the sample container 12 and becomes the scattered light L2 traveling downward of the sample container 12.

試料容器12の下方へ進行する散乱光L2は、光学系16によって効率よく光検出器18に導かれる。 The scattered light L2 traveling downward of the sample container 12 is efficiently guided to the photodetector 18 by the optical system 16.

光検出器18は散乱光L2を検出して微弱な光電流を出力し、光検出器18が出力した微弱な光電流は電流増幅器20により取り扱い易い程度の電圧に変換され、さらにコンデンサー22によって直流(DC)成分を除去した後に高倍率増幅器24に入力され、高倍率増幅器24はコンデンサー22から出力された直流(DC)成分を除去した電流を電気的に大きく増幅した電圧Vとして出力する。 The photodetector 18 detects the scattered light L2 and outputs a weak optical current, and the weak photocurrent output by the photodetector 18 is converted into a voltage that is easy to handle by the current amplifier 20, and is further converted into a direct current by the condenser 22. After removing the (DC) component, it is input to the high magnification amplifier 24, and the high magnification amplifier 24 outputs the current from which the direct current (DC) component is removed, which is output from the condenser 22, as a voltage V which is greatly amplified electrically.

即ち、細胞観察装置10によれば、時々刻々と変化する散乱光L2の光成分の信号が電気的に大きく増幅されて、試料Saの光散乱の変化を連続的に電圧Vの変化として取得することができる。これにより、試料Sa、即ち、細胞の活動を動的かつ連続的に観察することができるものである。
That is, according to the cell observation device 10, the signal of the light component of the scattered light L2, which changes from moment to moment, is greatly amplified electrically, and the change in light scattering of the sample Sa is continuously acquired as the change in voltage V. be able to. This makes it possible to dynamically and continuously observe the activity of the sample Sa, that is, the cells.

(2)細胞観察装置10における計測原理 (2) Measurement principle in the cell observation device 10

上記において説明したように、本発明で計測すべき物理量は試料Sa(例えば、生きて活動状態にある生物細胞である。)の光散乱変化である。 As described above, the physical quantity to be measured in the present invention is the light scattering change of the sample Sa (for example, a living and active biological cell).

ここで、図2には、細胞観察装置10における計測手法の原理を示す説明図があらわされている。なお、図2は、計測手法の原理の説明のために細胞観察装置10の構成の一部を示す説明図であり、図1に示す構成と同一の構成は同一の符号を付して示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は省略する。 Here, FIG. 2 shows an explanatory diagram showing the principle of the measurement method in the cell observation device 10. Note that FIG. 2 is an explanatory diagram showing a part of the configuration of the cell observation device 10 for explaining the principle of the measurement method, and the same configuration as that shown in FIG. 1 is indicated by the same reference numerals. Therefore, a detailed description of its configuration and operation will be omitted.

細胞観察装置10によれば、図2を参照しながら以下に説明する原理により、光散乱を簡単に計測することができる。 According to the cell observation apparatus 10, light scattering can be easily measured by the principle described below with reference to FIG.

即ち、照明光照射装置14から出射された光たる照明光L1は、試料Saに照射されるが、その多くは試料を突き抜け透過する透過光となる。 That is, the illumination light L1 emitted from the illumination light irradiation device 14 irradiates the sample Sa, but most of it is transmitted light that penetrates and passes through the sample.

また、試料容器12の底面12a(図2においては、図示を省略している。)や試料Saの表面で反射された強い反射光は、入射した照明光L1とは対称の軸に対して線対称の位置に反射されることになる。 Further, the strongly reflected light reflected on the bottom surface 12a of the sample container 12 (not shown in FIG. 2) and the surface of the sample Sa is a line with respect to the axis symmetric with the incident illumination light L1. It will be reflected in a symmetrical position.

ここで、試料Saに向けて照射された光たる照明光L1の大部分は透過光と反射光となるが、照明光L1の一部の光は、試料Sa(例えば、生きた細胞である。)内の組織や試料Saの間隙(細胞間隙)などの構造とたんぱく質などによって複雑に反射し、四方八方に散乱して散乱光となる。 Here, most of the illumination light L1 that is the light emitted toward the sample Sa becomes transmitted light and reflected light, but some of the light of the illumination light L1 is the sample Sa (for example, a living cell). ) Is complicatedly reflected by the structure such as the gap (cell gap) of the sample Sa and the structure and protein, and is scattered in all directions to become scattered light.

こうした散乱光の全てを検出することは極めて困難ではあるが、照明光L1の光軸、透過光の光軸および反射光の光軸から外れた方向に散乱した光(散乱光)は検出することが可能である。 Although it is extremely difficult to detect all of such scattered light, light scattered in a direction deviating from the optical axis of the illumination light L1, the optical axis of the transmitted light, and the optical axis of the reflected light (scattered light) should be detected. Is possible.

細胞観察装置10においては、照明光L1と反射光との中心である真下方向、即ち、対称の軸の延長方向下方に光学系16と光検出器18とを配置して、散乱光の一部である散乱光L2を集光して検出する。 In the cell observation device 10, the optical system 16 and the light detector 18 are arranged in the direction directly below the center of the illumination light L1 and the reflected light, that is, below the extension direction of the axis of symmetry, and a part of the scattered light. The scattered light L2 is condensed and detected.

図2から理解されるように、受光に用いる光学系16の開口率(光学系16がレンズの場合には、レンズの焦点距離をレンズの口径の半径で割った値である。)が大きいほど、より多くの散乱光L2を捉えることができる。 As can be understood from FIG. 2, the larger the aperture ratio of the optical system 16 used for light reception (when the optical system 16 is a lens, the value obtained by dividing the focal length of the lens by the radius of the aperture of the lens) is larger. , More scattered light L2 can be captured.

ここで、試料Sa(例えば、生きた細胞である。)に構造的な方向性がない場合には、散乱光は全方向に飛散し、どの方向でもほぼ同一な散乱光となる。 Here, when the sample Sa (for example, a living cell) has no structural directionality, the scattered light is scattered in all directions, and the scattered light becomes almost the same in all directions.

しかしながら、試料Saの散乱を生じさせる原因である組織や物質に構造的な方向性がある場合には、散乱光は飛散する方向によって同一ではない。例えば、組織が膨張する方向と縮小する方向とが整列しているような場合などでは、その整列方向に依存した散乱の方向性があると予想される。 However, when the tissue or substance that causes the scattering of the sample Sa has a structural directionality, the scattered light is not the same depending on the scattering direction. For example, when the direction in which the tissue expands and the direction in which the tissue contracts are aligned, it is expected that there is a scattering direction depending on the alignment direction.

従って、ある特定方向に散乱する散乱光の光線と別の方向に散乱する散乱光の光線の機能との相関は、必ずしも同一となるものではない。 Therefore, the correlation between the functions of the scattered light rays scattered in a specific direction and the functions of the scattered light rays scattered in another direction is not always the same.

このため、本発明においては、次に説明するような入射角の適正化を図り、最適化した入射角を得ることを可能にしている。
Therefore, in the present invention, it is possible to optimize the incident angle as described below and obtain the optimized incident angle.

(3)入射角の最適化 (3) Optimization of incident angle

上記において説明した構成および原理に示すように、細胞観察装置10によれば、生物細胞などの試料Saの光散乱を計測することができる。 As shown in the configuration and principle described above, the cell observation device 10 can measure light scattering of a sample Sa such as a biological cell.

以下においては、試料容器12の底面12aに対して照明光L1を斜め照射する際の入射角を最適化する点について説明する。 In the following, a point of optimizing the incident angle when the illumination light L1 is obliquely irradiated to the bottom surface 12a of the sample container 12 will be described.

ここで、仮に観察する対象となる試料Saに構造的な特徴がなく均一に近い場合には、入射角に対する依存性が低いことが予想される。 Here, if the sample Sa to be observed has no structural features and is close to uniform, it is expected that the dependence on the incident angle is low.

一方、仮に観察する対象となる試料Saに構造的な特徴があって均一とは見做せない場合には、入射角に依存して検出される信号は異なる可能性が高いと予想される。 On the other hand, if the sample Sa to be observed has structural characteristics and cannot be regarded as uniform, it is highly likely that the detected signal will differ depending on the incident angle.

図3には、細胞観察装置10における入射角を示す説明図があらわされている。なお、図3は、入射角の説明のために細胞観察装置10の構成の一部を示す説明図であり、図1に示す構成と同一の構成は同一の符号を付して示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は省略する。 FIG. 3 shows an explanatory diagram showing the incident angle in the cell observation device 10. Note that FIG. 3 is an explanatory diagram showing a part of the configuration of the cell observation device 10 for the purpose of explaining the incident angle, and the same configuration as that shown in FIG. 1 is indicated by the same reference numerals. A detailed description of its configuration and action will be omitted.

まず、図3を参照しながら、本発明における入射角の定義を説明する。この図3に示すように、照明光L1と当該照明光L1と線対称となる反射光との関係における対称の軸を主軸として、当該主軸を試料Saと試料容器12の真下に配置された光検出器18が感受する光(散乱光L2)の光軸と一致させ、照明用の光源である照明光照射装置14から出射された光たる照明光L1の中心軸(照明光L1の光軸)と主軸(光検出器18が感受する散乱光L2の光軸)とのなす角を入射角と定義する。 First, the definition of the incident angle in the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the light is arranged directly under the sample Sa and the sample container 12 with the axis of symmetry in the relationship between the illumination light L1 and the illumination light L1 and the reflected light having line symmetry as the main axis. The central axis of the illumination light L1 (the optical axis of the illumination light L1), which is the light emitted from the illumination light irradiation device 14 which is the light source for illumination and coincides with the optical axis of the light (scattered light L2) sensed by the detector 18. The angle formed by the main axis (the optical axis of the scattered light L2 sensed by the optical detector 18) is defined as the incident angle.

本願発明者は、入射角の最適な角度を求めるため、試料Saとして培養心筋細胞を用いて細胞観察装置10による実験を行い、その実験によって得られた結果である電圧Vの変化が図4に示されている。なお、光検出器18としては、フォトダイオードを用いた。 In order to obtain the optimum angle of incidence, the inventor of the present application conducted an experiment using a cell observation device 10 using cultured cardiomyocytes as sample Sa, and the change in voltage V, which is the result obtained by the experiment, is shown in FIG. It is shown. A photodiode was used as the photodetector 18.

図4に示す波形図において、横軸は経過時間であり、縦軸は光検出器18たるフォトダイオードに入射した光の全量が光電変換された電圧を100%としてそれに含まれる微小な変化分を拡大した波形である。なお、縦軸と横軸とのスケールは、それぞれ図4に示したとおりである。 In the waveform diagram shown in FIG. 4, the horizontal axis is the elapsed time, and the vertical axis is the minute change contained in the voltage obtained by photoelectrically converting the total amount of light incident on the photodiode 18 as the photodetector 18. It is an enlarged waveform. The scales of the vertical axis and the horizontal axis are as shown in FIG. 4, respectively.

図4において、上方から下方に向けて各波形をそれぞれ波形A、波形B、波形Cならびに波形Dと称することとする。 In FIG. 4, each waveform is referred to as a waveform A, a waveform B, a waveform C, and a waveform D from the upper side to the lower side, respectively.

ここで、波形Aは入射角を45度として計測した結果を示し、波形Bは入射角を45度として計測した結果を示し、波形Cは入射角を30度として計測した結果を示し、波形Dは入射角を30度として計測した結果を示している。 Here, the waveform A shows the result of measurement with the incident angle of 45 degrees, the waveform B shows the result of measurement with the incident angle of 45 degrees, the waveform C shows the result of measurement with the incident angle of 30 degrees, and the waveform D. Shows the result of measurement with the incident angle of 30 degrees.

また、試料Saたる培養心筋細胞については、波形Aと波形Cとについては同一の培養心筋細胞(細胞1)を用い、波形Bと波形Dとについては細胞1とは異なる同一の培養心筋細胞(細胞2)を用いた。 For the cultured cardiomyocytes as sample Sa, the same cultured cardiomyocytes (cell 1) are used for waveform A and waveform C, and the same cultured cardiomyocytes different from cell 1 are used for waveform B and waveform D (cell 1). Cell 2) was used.

なお、この実験に用いた培養心筋細胞(細胞1ならびに細胞2)は心筋が部分的に配向しているが、繊維が見えるような明確に整列した構造は見られないことを顕微鏡で確認した。このような構造は一般的で、意図的に特別な操作を行わないで培養した場合の標準的な試料である。 It was confirmed by a microscope that the cultured cardiomyocytes (cell 1 and cell 2) used in this experiment had the myocardium partially oriented, but no clearly aligned structure was observed so that the fibers could be seen. Such a structure is common and is a standard sample when cultured without intentional special manipulation.

図4を参照すると、波形Aと波形Bとの波形はやや複雑であり、心筋の拍動に対応して上下方向に二つの山があってそれぞれ頂点が見える。 Referring to FIG. 4, the waveforms of the waveform A and the waveform B are a little complicated, and there are two peaks in the vertical direction corresponding to the heartbeat of the myocardium, and the vertices of each can be seen.

これに対して、波形Cと波形Dとの波形は単調であり、山の頂点は上向きのもの1つである。 On the other hand, the waveforms of the waveform C and the waveform D are monotonous, and the peak of the peak is one that points upward.

また、波形Aと波形Bとを比較すると両者は同一な波形ではないが、波形Cと波形Dとを比較すると両者は概ね同一の形状である。 Further, when the waveform A and the waveform B are compared, they are not the same waveform, but when the waveform C and the waveform D are compared, they have substantially the same shape.

本願発明者は、上記と同様の実験を試料Saとして20個以上の細胞で試したところ、入射角が45度では波形に多様性があり、2つ以上の頂点が見られるものが約70%あり、頂点が1つのものが約20%であり、波形が小さく検出が困難なものもあった。それに対して、入射角が30度では、信号の大小はあるが全てがほぼ同一形状で、図4に示す波形Cならびに波形Dの形状と類似していた。 When the inventor of the present application tried the same experiment as the above with 20 or more cells as sample Sa, the waveform was diverse at an incident angle of 45 degrees, and about 70% had two or more vertices. Some of them had one vertex, about 20%, and some of them had small waveforms and were difficult to detect. On the other hand, when the incident angle was 30 degrees, all of the signals had almost the same shape, although the signal was large and small, and were similar to the shapes of the waveform C and the waveform D shown in FIG.

なお、図示は省略したが、入射角60度、入射角20度ならびに入射角10度においても、上記と同様の実験を行った。 Although not shown, the same experiment as above was performed at an incident angle of 60 degrees, an incident angle of 20 degrees, and an incident angle of 10 degrees.

その結果として、入射角60度については入射角45度の結果に似ており、入射角20度では入射角30度の結果と同じであった。 As a result, the incident angle of 60 degrees was similar to the result of the incident angle of 45 degrees, and the incident angle of 20 degrees was the same as the result of the incident angle of 30 degrees.

また、入射角10度の場合も入射角30度の波形に似ているが、直接の反射光が増加するために光の総量が大きくなり、変化成分である信号が埋もれてしまって雑音が大きくなるという結果が得られた。 Further, when the incident angle is 10 degrees, the waveform is similar to the waveform with an incident angle of 30 degrees, but the total amount of light increases due to the increase in the directly reflected light, and the signal which is a change component is buried and the noise becomes large. The result was obtained.

上記した実験の結果から、本願発明者は、試料Saとして培養心筋細胞を用いる場合には、入射角としては入射角20度乃至30度が適切であるという結論を得た。 From the results of the above experiments, the inventor of the present application has concluded that when cultured cardiomyocytes are used as sample Sa, an incident angle of 20 to 30 degrees is appropriate.

細胞種によって最適な入射角があり、それは同一ではないことが予想されるものの、本発明の細胞観察装置10によれば、入射角30度前後、より詳細には、入射角20度以上45度未満、さらに具体的には、20度乃至40度であれば、多くの細胞種に対応できるものである。
Although there is an optimum angle of incidence depending on the cell type and it is expected that they are not the same, according to the cell observation device 10 of the present invention, the angle of incidence is around 30 degrees, more specifically, the angle of incidence is 20 degrees or more and 45 degrees. If it is less than, more specifically, 20 to 40 degrees, it can correspond to many cell types.

(4)本願発明者による上記した実験およびその他の実験についての説明 (4) Explanation of the above-mentioned experiment and other experiments by the inventor of the present application.

(4-1)上記した実験ならびに後述する(4-2)および(4-3)で説明する実験において、試料Saとして培養心筋細胞を用い、かつ、試料容器12として汎用プラスチック容器を用いた場合には、光源たる照明光照射装置14から照射される照明光L1の総光量に対して、光検出器18に入射する光量は1/100程度であった。 (4-1) When cultured myocardial cells are used as the sample Sa and a general-purpose plastic container is used as the sample container 12 in the above-mentioned experiment and the experiments described in (4-2) and (4-3) described later. The amount of light incident on the light detector 18 was about 1/100 of the total amount of illumination light L1 emitted from the illumination light irradiation device 14 as a light source.

その光検出器18に入射する光量うち、培養心筋細胞の活動に伴う光散乱の変化由来の信号は、光検出器18に入射する光量の1/1000~1/3000程度であった。 Of the amount of light incident on the photodetector 18, the signal derived from the change in light scattering accompanying the activity of cultured cardiomyocytes was about 1/1000 to 1/3000 of the amount of light incident on the photodetector 18.

(4-2)試料Saとして培養心筋細胞を用いて、照明光照射装置14から照射される照明光L1の波長依存性を実験的に確認した。 (4-2) Using cultured cardiomyocytes as sample Sa, the wavelength dependence of the illumination light L1 irradiated from the illumination light irradiation device 14 was experimentally confirmed.

実験においては、照明光照射装置14として、赤外光(波長830nm)を発光する発光ダイオードと、赤色(660nm)を発光する発光ダイオードと、黄色(600nm)を発光する発光ダイオードと、緑色(530nm)を発光する発光ダイオードと、緑青色(505nm)を発光する発光ダイオードと、青色(465nm)を発光する発光ダイオードとをそれぞれ用いた。 In the experiment, as the illumination light irradiation device 14, a light emitting diode that emits infrared light (wavelength 830 nm), a light emitting diode that emits red (660 nm), a light emitting diode that emits yellow (600 nm), and a green (530 nm) ), A light emitting diode that emits green-blue (505 nm), and a light emitting diode that emits blue (465 nm), respectively.

その結果として、照明光L1の波長が変化しても、取得された電圧Vの波形の形状に差違は認められなかった。 As a result, even if the wavelength of the illumination light L1 was changed, no difference was observed in the shape of the acquired voltage V waveform.

しかしながら、波形の振幅については、緑、青緑、青が赤外光や赤よりも20%ほど大きかった。その理由については、試料Saたる培養心筋細胞の吸収・反射特性に依存すると思われるが、定性的には照明光L1の波長依存性はほぼないと結論することができる。 However, regarding the amplitude of the waveform, green, blue-green, and blue were about 20% larger than infrared light and red. The reason seems to depend on the absorption / reflection characteristics of the cultured cardiomyocytes, which are the sample Sa, but it can be concluded that there is almost no wavelength dependence of the illumination light L1 qualitatively.

(4-3)図1乃至図3に示すように、上記した実験においては、照明光照射装置14として単一(1個)の発光ダイオードを用いている。 (4-3) As shown in FIGS. 1 to 3, in the above experiment, a single (one) light emitting diode is used as the illumination light irradiation device 14.

本願発明者は、照明光照射装置14として2個の発光ダイオードを試料容器12の底面12aの下方において主軸に対して対称に配置して、主軸に対して両側から底面12aへ照明光を照射して実験を行った。 The inventor of the present application arranges two light emitting diodes symmetrically with respect to the main axis below the bottom surface 12a of the sample container 12 as an illumination light irradiation device 14, and irradiates the bottom surface 12a with illumination light from both sides with respect to the main axis. The experiment was conducted.

また、本願発明者は、照明光照射装置14として4個の発光ダイオードを試料容器12の底面12aの下方において主軸の周りに均等に配置して、全方向から底面12aへ照明光を照射して実験を行った。 Further, the inventor of the present application arranges four light emitting diodes evenly around the main axis below the bottom surface 12a of the sample container 12 as the illumination light irradiation device 14, and irradiates the bottom surface 12a with illumination light from all directions. An experiment was conducted.

その実験の結果、得られた電圧Vの波形の形状にはほとんど差異がないことが確認された。 As a result of the experiment, it was confirmed that there was almost no difference in the shape of the obtained voltage V waveform.

なお、試料容器12や試料Saは、光学系16の上方において基台の上に載置されるものであり、振動などの影響で雑音が入る。このため、照明光照射装置14として単一(1個)の発光ダイオードを用いて照明光L1を主軸の片側から試料容器12の底面12aに照射するよりも、2個の発光ダイオードを用いて主軸の両側から試料容器12の底面12aに照明光を照射した方が、振動などに由来する雑音の感度が下がり、良好な信号を観察することができた。 The sample container 12 and the sample Sa are placed on the base above the optical system 16, and noise is generated due to the influence of vibration or the like. Therefore, rather than irradiating the bottom surface 12a of the sample container 12 with the illumination light L1 from one side of the main shaft using a single (one) light emitting diode as the illumination light irradiation device 14, the main shaft uses two light emitting diodes. When the bottom surface 12a of the sample container 12 was irradiated with the illumination light from both sides, the sensitivity of the noise caused by vibration and the like was lowered, and a good signal could be observed.

ここで、上記した振動に由来する雑音を排除する観点からは、2個の発光ダイオードを用いた場合と4個の発光ダイオードとを用いた場合とを比較すると、4個の発光ダイオードを用いた場合の方が若干優ってはいたが、大きな改善は見られなかった。
Here, from the viewpoint of eliminating the noise caused by the vibration described above, when comparing the case where two light emitting diodes are used and the case where four light emitting diodes are used, four light emitting diodes are used. The case was slightly better, but no significant improvement was seen.

(II)第2の実施の形態 (II) Second embodiment

図5には、本発明の実施の形態の他の例による細胞観察装置を模式的に示す構成説明図があらわされている。 FIG. 5 shows a configuration explanatory diagram schematically showing a cell observation device according to another example of the embodiment of the present invention.

なお、図5において、図1に示す構成と同一あるいは相当する構成については同一の符号を付して示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は省略する。 In FIG. 5, the same or equivalent configurations as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description of the configurations and actions thereof will be omitted.

この細胞観察装置100は、上記において説明した入射角の最適化の観点から、照明光照射装置14から出射される照明光L1の入射角を30度とし、かつ、上記において説明した試料容器12の振動に由来する雑音の低減の観点から、主軸に対して対称に2個の照明光照射装置14を配置している。 From the viewpoint of optimizing the incident angle described above, the cell observation device 100 has an incident angle of the illumination light L1 emitted from the illumination light irradiation device 14 of 30 degrees, and the sample container 12 described above has the incident angle of 30 degrees. From the viewpoint of reducing noise caused by vibration, two illumination light irradiation devices 14 are arranged symmetrically with respect to the main axis.

2個の照明光照射装置14のそれぞれとしては、青緑色の発光ダイオードを用い、高輝度狭照射角の弾丸型の5mm規格の汎用品を用いるようにした。 As each of the two illumination light irradiation devices 14, a blue-green light emitting diode was used, and a bullet-shaped general-purpose product having a high brightness and a narrow irradiation angle and a standard of 5 mm was used.

光学系16としては、プラスチック製で口径6mm、かつ、焦点距離6mmのレンズを用いた。 As the optical system 16, a plastic lens having a diameter of 6 mm and a focal length of 6 mm was used.

また、光学系16であるレンズから試料容器12の底面12aまでの距離αと、光学系16であるレンズから光検出器18として用いるフォトダイオードの表面までの距離βとを、それぞれ約12mmとして、1対1の倍率で焦点が合うように調整した。 Further, the distance α from the lens of the optical system 16 to the bottom surface 12a of the sample container 12 and the distance β from the lens of the optical system 16 to the surface of the photodiode used as the photodetector 18 are set to about 12 mm, respectively. It was adjusted so that it was in focus at a magnification of 1: 1.

ここで、光検出器18として用いるフォトダイオードは、2.65mm角のシリコンPIN型フォトダイオードであり、感度は約950nmから400nmである汎用品を用いた。 Here, the photodiode used as the photodetector 18 is a 2.65 mm square silicon PIN type photodiode, and a general-purpose product having a sensitivity of about 950 nm to 400 nm was used.

さらに、汎用の低雑音演算増幅器を用いて、電流増幅器20と増幅率50倍の高倍率増幅器24とを構成した。 Further, a general-purpose low-noise operational amplifier was used to configure the current amplifier 20 and the high-magnification amplifier 24 having an amplification factor of 50 times.

実験的に電流の増幅率を決めるフィードバック抵抗102は、1MΩ~10MΩが適切であった。 As the feedback resistor 102 that experimentally determines the current amplification factor, 1 MΩ to 10 MΩ was appropriate.

また、電流増幅器20の出力と高倍率増幅器24の入力との間には、図5に示された定数、即ち、容量1μFのコンデンサー22と抵抗2MΩの抵抗104とより構成される直流カット回路が挿入されている。なお、その容量と抵抗とで構成される時定数は、計測対象である試料Saに依存する。 Further, between the output of the current amplifier 20 and the input of the high magnification amplifier 24, there is a DC cut circuit composed of a constant shown in FIG. 5, that is, a capacitor 22 having a capacitance of 1 μF and a resistor 104 having a resistance of 2 MΩ. It has been inserted. The time constant composed of the capacitance and the resistance depends on the sample Sa to be measured.

なお、図示は省略したが、必要に応じてリセット回路やサンプル回路を付加するようにしてもよい。 Although not shown, a reset circuit or a sample circuit may be added as needed.

高倍率増幅器24から出力された電圧Vについては、例えば、16ビット分解能、変換周期100KHzのADコンバータに接続して、連続的にデジタルデータをメモリに記憶してパソコンに転送することにより解析に用いるようにすればよい。
The voltage V output from the high magnification amplifier 24 is used for analysis by connecting to an AD converter having a 16-bit resolution and a conversion period of 100 KHz, and continuously storing digital data in a memory and transferring it to a personal computer. You can do it.

(III)第3の実施の形態 (III) Third Embodiment

図6(a)(b)には、本発明の実施の形態の他の例による細胞観察装置を模式的に示す構成説明図があらわされている。 6 (a) and 6 (b) show a configuration explanatory diagram schematically showing a cell observation device according to another example of the embodiment of the present invention.

なお、図6(a)(b)において、図1ならびに図5に示す構成と同一あるいは相当する構成については同一の符号を付して示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は省略する。また、図6においては、本発明の理解を容易にするために、図5に示す細胞観察装置100の構成の一部を図示せずに簡略化して示している。 In FIGS. 6 (a) and 6 (b), the same or equivalent configurations as those shown in FIGS. 1 and 5 are designated by the same reference numerals, and detailed description of the configurations and actions thereof will be omitted. .. Further, in FIG. 6, in order to facilitate the understanding of the present invention, a part of the configuration of the cell observation apparatus 100 shown in FIG. 5 is shown in a simplified manner without being shown.

図6(a)(b)に示す細胞観察装置200は、一般的に培養研究で使われる96ウェルのピッチ(9mm)で、図5に示す細胞観察装置100を8個並べて配置し、同時に8個の試料容器12たる培養容器から細胞の活動を観察して記録できるようにしたものである。 The cell observation device 200 shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) has a 96-well pitch (9 mm) generally used in culture research, and eight cell observation devices 100 shown in FIG. 5 are arranged side by side at the same time. It is possible to observe and record the activity of cells from a culture vessel which is 12 sample containers.

さらに、上記のようにして細胞観察装置100を8個並べた細胞観察装置200を3列並べて構成し、同時に24個の試料容器12たる培養容器から細胞の活動を記録して実験を行った。 Further, as described above, the cell observation apparatus 200 in which eight cell observation apparatus 100s were arranged were arranged in three rows, and at the same time, the cell activity was recorded from the culture vessels of 24 sample containers 12 and the experiment was conducted.

その結果、細胞観察装置200を用いることにより、iPS細胞(人工多能性幹細胞)由来の培養心筋細胞の活動が正しく計測できることが確認された。
As a result, it was confirmed that the activity of cultured cardiomyocytes derived from iPS cells (induced pluripotent stem cells) can be accurately measured by using the cell observation device 200.

(IV)他の実施の形態および変形例の説明 (IV) Description of Other Embodiments and Modifications

なお、上記した実施の形態は例示に過ぎないものであり、本発明は他の種々の形態で実施することができる。即ち、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 It should be noted that the above-described embodiment is merely an example, and the present invention can be carried out in various other embodiments. That is, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(5)に示すように変形するようにしてもよい。 For example, the above-described embodiment may be modified as shown in (1) to (5) below.

(1)上記した実施の形態においては、光源たる照明光照射装置14として発光ダイオードを用いた場合について説明した。しかしながら、光源たる照明光照射装置14は、発光ダイオードに限られるものではないことは勿論である。光源たる照明光照射装置14としては、発光ダイオードに代えて、例えば、レーザーを光源に用いるようにしてもよい。なお、光源たる照明光照射装置14に求められる特徴としては、照射光の広がり(視野角)は5度以下であることが望ましく、発光強度が極めて安定しているものが望ましい。従って、発光ダイオードやレーザーは、照明光照射装置14として望ましい光源の例である。 (1) In the above-described embodiment, a case where a light emitting diode is used as the illumination light irradiation device 14 as a light source has been described. However, it goes without saying that the illumination light irradiation device 14 as a light source is not limited to the light emitting diode. As the illumination light irradiation device 14 as a light source, for example, a laser may be used as a light source instead of the light emitting diode. As a feature required for the illumination light irradiation device 14 as a light source, it is desirable that the spread (viewing angle) of the irradiation light is 5 degrees or less, and it is desirable that the emission intensity is extremely stable. Therefore, the light emitting diode and the laser are examples of a desirable light source as the illumination light irradiation device 14.

(2)上記した実施の形態における実験においては、光源たる照明光照射装置14として発光色が青緑色の発光ダイオードを用いたが、光源たる照明光照射装置14はこれに限られるものではないことは勿論である。即ち、上記において説明したように、本発明においては、光源たる照明光照射装置14から出射される照明光L1の波長依存性はほぼないものであり、光源たる照明光照射装置14の発光波長については、試料Saの吸収・反射特性に適した適宜の波長を選択するようにすればよい。 (2) In the experiment in the above-described embodiment, a light emitting diode having a blue-green emission color is used as the illumination light irradiation device 14 as a light source, but the illumination light irradiation device 14 as a light source is not limited to this. Of course. That is, as described above, in the present invention, the wavelength dependence of the illumination light L1 emitted from the illumination light irradiation device 14 as the light source is almost nonexistent, and the emission wavelength of the illumination light irradiation device 14 as the light source May select an appropriate wavelength suitable for the absorption / reflection characteristics of the sample Sa.

(3)上記した実施の形態においては、光源たる照明光照射装置14を1個、2個あるいは4個用いた場合について説明したが、光源たる照明光照射装置14を配置する個数はこれに限られるものではないことは勿論である。即ち、光源たる照明光照射装置14を3個あるいは5個以上を主軸周りにリング状に配置するようにしてもよい。なお、照明光照射装置14を3個あるいは5個以上を配置する場合であっても、上記した実施の形態と同様に、それぞれの入射角は30度前後、より詳細には、入射角20度以上45度未満、さらに具体的には、20度乃至40度とする。 (3) In the above-described embodiment, the case where one, two, or four light source illumination light irradiation devices 14 are used has been described, but the number of light source illumination light irradiation devices 14 to be arranged is limited to this. Of course, it is not something that can be done. That is, three or five or more illumination light irradiation devices 14 as light sources may be arranged in a ring shape around the main axis. Even when three or five or more illumination light irradiation devices 14 are arranged, the incident angle of each is about 30 degrees, more specifically, the incident angle is 20 degrees, as in the above-described embodiment. It is set to less than 45 degrees, more specifically, 20 to 40 degrees.

(4)上記した実施の形態における実験においては、光検出器18としてフォトダイオードを用いた場合いついて説明したが、光検出器18はフォトダイオードに限られるものではないことは勿論である。ここで、光検出器18に求められる特性は、感度と低雑音性とであり、実効雑音は、入射される光の総量に対して1/1000以下の変化を十分に捉える感度と低雑音性とをもつことが望ましく、かつ、同時に信号を捉えるのに十分な応答速度が必要である。そうした条件を満たすことができれば、光検出器18として、例えば、多素子フォトダイオードやイメージセンサーを用いることができる。本願発明者による実験によれば、低雑音・高速イメージセンサーを用いることができた。 (4) In the experiment in the above-described embodiment, the case where the photodiode is used as the photodetector 18 has been described, but it goes without saying that the photodetector 18 is not limited to the photodiode. Here, the characteristics required for the photodetector 18 are sensitivity and low noise, and the effective noise is sensitivity and low noise that sufficiently captures a change of 1/1000 or less with respect to the total amount of incident light. It is desirable to have, and at the same time, a sufficient response speed is required to capture the signal. If such a condition can be satisfied, for example, a multi-element photodiode or an image sensor can be used as the photodetector 18. According to the experiment by the inventor of the present application, a low noise and high speed image sensor could be used.

(5)上記した実施の形態ならびに上記した(1)乃至(4)に示す各種の実施の形態や変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよいことは勿論である。 (5) Of course, the above-described embodiment and the various embodiments and modifications shown in the above-mentioned (1) to (4) may be appropriately combined.

本発明は、生物、例えば、培養細胞などを用いた研究や産業に利用することができる。特に、本発明によれば、培養心筋細胞や神経細胞の活動を簡便に観察することができるので、本発明は、薬物の効果や副作用の研究あるいは培養細胞の品質管理などに主に利用することができる。 The present invention can be used for research and industry using organisms such as cultured cells. In particular, according to the present invention, the activities of cultured cardiomyocytes and nerve cells can be easily observed. Therefore, the present invention is mainly used for research on the effects and side effects of drugs or quality control of cultured cells. Can be done.

10 細胞観察装置
12 試料容器(容器)
12a 底面
14 照明光照射装置(光照射手段)
16 光学系
18 光検出器(検出手段)
20 電流増幅器
22 コンデンサー
24 高倍率増幅器
100 細胞観察装置
102 フィードバック抵抗
104 抵抗
200 細胞観察装置
10 Cell observation device 12 Sample container (container)
12a Bottom surface 14 Illumination light irradiation device (light irradiation means)
16 Optical system 18 Photodetector (detection means)
20 Current amplifier 22 Capacitor 24 High magnification amplifier 100 Cell observation device 102 Feedback resistance 104 Resistance 200 Cell observation device

Claims (6)

細胞の動的な機能観察を行う細胞観察装置において、
細胞に光を照射する第1の光照射装置および第2の光照射装置と、
前記第1の光照射装置および前記第2の光照射装置から光を照射された前記細胞からの散乱光を感受して前記散乱光の変化を検出する検出手段と
を有する細胞観察装置であって、
前記細胞を収容するとともに少なくとも下面が透明な容器を有し、
前記第1の光照射装置および前記第2の光照射装置と前記検出手段とは、前記容器の前記下面の下方に配置され、
前記第1の光照射装置ならびに前記第2の光照射装置が照射する前記光の光軸と前記検出手段が感受する前記散乱光の光軸とがなす角度である入射角が20度以上45度未満であり、
前記第1の光照射装置と前記第2の光照射装置とは前記散乱光の光軸に対して対称に配置された
ことを特徴とする細胞観察装置。
In a cell observation device that observes the dynamic function of cells
A first light irradiator and a second light irradiator that irradiate cells with light,
It is a cell observation device having a detection means for detecting a change in the scattered light by sensing the scattered light from the cells irradiated with light from the first light irradiation device and the second light irradiation device . hand,
It has a container that houses the cells and has a transparent bottom surface at least.
The first light irradiation device, the second light irradiation device, and the detection means are arranged below the lower surface of the container.
The incident angle, which is the angle between the optical axis of the light irradiated by the first light irradiation device and the second light irradiation device and the optical axis of the scattered light sensed by the detection means, is 20 degrees or more and 45 degrees. Is less than
The first light irradiation device and the second light irradiation device are arranged symmetrically with respect to the optical axis of the scattered light.
A cell observation device characterized by this.
請求項1に記載の細胞観察装置において、
前記入射角は20度乃至40度である
ことを特徴とする細胞観察装置。
In the cell observation apparatus according to claim 1,
The angle of incidence is 20 to 40 degrees.
A cell observation device characterized by this.
請求項に記載の細胞観察装置において、
前記入射角は20度乃至30度である
ことを特徴とする細胞観察装置。
In the cell observation apparatus according to claim 1 ,
The incident angle is 20 to 30 degrees.
A cell observation device characterized by this.
請求項に記載の細胞観察装置において、
前記入射角は30度である
ことを特徴とする細胞観察装置。
In the cell observation apparatus according to claim 1 ,
A cell observation device characterized in that the incident angle is 30 degrees.
請求項1、2、3または4のいずれか1項に記載の細胞観察装置において、
前記検出手段は、前記散乱光を検出して光電流を出力する光検出器であり、
前記光検出器の後段に、
前記光検出器から出力された光電流を増幅して出力する電流増幅器と、
前記電流増幅器から出力された電流の直流(DC)成分を除去して出力するコンデンサーと、
前記コンデンサーから出力された直流(DC)成分を除去した電流を電気的に増幅して電圧として出力する高倍率増幅器と
を有することを特徴とする細胞観察装置。
In the cell observation apparatus according to any one of claims 1, 2, 3 or 4.
The detection means is a photodetector that detects the scattered light and outputs a photocurrent.
After the photodetector,
A current amplifier that amplifies and outputs the photocurrent output from the photodetector, and
A capacitor that removes the direct current (DC) component of the current output from the current amplifier and outputs it.
A cell observation apparatus characterized by having a high-magnification amplifier that electrically amplifies a current from which a direct current (DC) component output from the capacitor has been removed and outputs it as a voltage.
細胞の動的な機能観察を行う細胞観察方法において、
請求項1、2、3、4または5のいずれか1項に記載の細胞観察装置を用い、
前記第1の光照射装置および前記第2の光照射装置から細胞に光を照射し、
前記検出手段によって前記細胞からの前記散乱光の変化を連続的に検出する
ことを特徴とする細胞観察方法。
In a cell observation method for observing the dynamic function of cells,
The cell observation apparatus according to any one of claims 1, 2, 3, 4 or 5 is used.
The cells are irradiated with light from the first light irradiation device and the second light irradiation device, and the cells are irradiated with light.
The detection means continuously detects changes in the scattered light from the cells.
A cell observation method characterized by this.
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