JPS63168543A - 顕微鏡による螢光偏光測定装置 - Google Patents

顕微鏡による螢光偏光測定装置

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JPS63168543A
JPS63168543A JP31250386A JP31250386A JPS63168543A JP S63168543 A JPS63168543 A JP S63168543A JP 31250386 A JP31250386 A JP 31250386A JP 31250386 A JP31250386 A JP 31250386A JP S63168543 A JPS63168543 A JP S63168543A
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fluorescent
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fluorescence
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Kenichi Hirano
憲一 平野
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    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6445Measuring fluorescence polarisation

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は螢光偏光を利用して螢光物質の回転運動速度を
測定し、特に生物学、医学等の分野における&11繊細
胞及び細胞構成物質の状態測定等に好適な顕微鏡による
螢光偏光測定装置に関する。
〔従来の技術〕
一般に、螢光物質が励起光で照射されると、特定の方向
に振動する光(偏光)が効率良く吸収され、その方向と
直角に振動する光は吸収されない。
この方向(軸)は分子の構造によって決まっている。例
えば第3図に示すように、励起光Eの偏光方向がAのよ
うに横方向であったとき、第3図(イ)のように軸が偏
光方向Aと直角の螢光分子は励起されず、第3図(ロ)
のように軸が偏光方向Aと平行な螢光分子は励起される
。そして、分子が螢光Fを出すときも軸に平行に振動す
る光(偏光)を発する。この現象を螢光偏光という。
この場合分子が励起されてから螢光Fを発するまでに時
間がかかるので、その間に分子はブラウン運動などによ
り回転する。そうなると分子の軸方向も当然回転するの
で、励起光Eの偏光方向Aと螢光Fの偏光方向とが一致
しなくなる。したがって、第3図(ハ)に示すような2
つの偏光方向のなす角度aが小さいほど分子の運動が少
なく、大きいほど分子の運動が大きいこととなる。そこ
でこの角度aを測定することによって螢光物質の振動速
度を推測することができる。また、その値から物質の運
動に及ぼすいろいろな環境要因や内部要因を推測するこ
とができる。
このような螢光物質が溶液の中に溶けている場合は、上
で述べた物質の軸はランダムに分布している。そこでこ
の溶液を偏光した光で照射すると、分子のうち、軸が照
射光の偏光方向に近い分子はど良く励起され、軸と偏光
方向の角が大きくなるほど励起されにくくなる。
第4図は励起光Eの偏光方向Bが縦方向の場合を示す図
で、第4図(イ)は代表的な軸方向を持つ分子を模式的
に並べたもので、第4図(ロ)に示すように8個の分子
のうち縦方向の分子はすべて励起されるが、斜めに傾い
ている4個の分子は半分だけ励起されている。軸が水平
の2個の分子はまったく励起されない。
励起されてから螢光を発するまでに、分子がほとんど回
転しないと、その螢光の偏光は励起された時の分子の軸
方向にほとんど一致する。しかし、速い回転をしζいる
と、偏光の方向がランダムになっていき、これを螢光偏
光解消という。そこで、各々の分子の螢光について、励
起光の偏光方向に平行な成分I7、垂直な成分Iよをそ
れぞれ合計すると、速い分子はど並行な成分が少なくな
り、垂直な成分が多くなる。第4図(ロ)は殆ど運動を
しない場合で、第4図(ハ)は運動をする場合を示して
おり、第4図(ニ)は、それらの螢光成分の合計を示し
ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、溶液中の分子14UM1個が出す螢光の成分
を測定することは不可能であるが、/8液全体の螢光成
分は測定できる。そこで、この値を基にして次の計算を
したものを異方性と呼び、螢光偏光解消の度合を示す。
1/+2XIよ この定義によれば、異方性rは理論的に0.4を越える
ことはない。rの値が大きいほど分子の運動速度が小さ
く、Oに近いほど激しく回転運動をしていることになる
生物物理学の分野では異方性は既に古くから測定されて
いるが、その測定はほとんどすべて試料室に角柱形の透
明容器(キュベツト)を挿入して行っている。すなわち
、キュベツトに偏光した励起光を照射し、キュベツト内
部全体からの螢光成分子7、I工の情報を得、これから
異方性を測定している。しかしこの従来の方法では、精
製された均一な試料しか異方性測定をすることができず
、例えば細胞や組織などの複雑な生物試料の場合、試料
自体の自家螢光やm織内の細胞の間の違い、細胞内の構
成要素の間の違いなどのため今までの装置では測定でき
なかった。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、細胞やM
i織などの複雑な生物試料等の異方性も測定することが
でき、これを基に画像化をすることも可能な顕微鏡によ
る螢光偏光測定装置を提供することを目的とする。
c問題点を解決するための手段〕 そのために本発明の顕微鏡による螢光偏光測定装置は、
特定波長の偏光光が励起光として照射された後、試料を
透過した励起光と試料による螢光が対物レンズを介して
入射される励起光をカントする干渉フィルタ、干渉フィ
ルタを透過した螢光のうち励起光に平行な偏光成分、及
び励起光に垂直な偏光成分をそれぞれ選択できるように
回転可能に設けられたアナライザー、アナライザーから
の前記平行偏光成分による拡大像、及び垂直偏光成分に
よる拡大像をそれぞれI最影するカメラ、カメラで捉え
た観察像を画像処理する画像処理装置とを備えたことを
特徴とする。
〔作用〕
本発明の顕微鏡による螢光偏光測定装置は、特定波長の
偏光光を選択し、励起光として試料に照射し、試料を透
過した励起光と試料による螢光を対物レンズを通し、そ
のうち励起光をカットして螢光のうち励起光の偏光方向
と平行な偏光、垂直な偏光をそれぞれ選択して拡大像を
カメラで撮影し、カメラで捉えた観察像を画像処理する
ことにより観察像の各部分の異方性を測定すると共に画
像化することができる。
〔実施例〕
以下、実施例を図面に基づき説明する。
第1図は本発明による顕微鏡を使用した異方性測定の一
実施例を示す図で、1は光源、2は集光レンズ、3はミ
ラー、4は干渉フィルタ、5は偏光板(ポラライザー)
、6はコンデンサーレンズ、7は試料、8は対物レンズ
、9は干渉フィルタ、10は偏光板(アナライザー)、
11はリレーレンズ、12はカメラ、13は画像処理装
置、14は表示装置である。
図において、励起光源1の側に配置された反射ミラー3
とコンデンサーレンズ6の間に干渉フィルター4とポラ
ライザー5を挿入し、また、対物レンズ8とリレーレン
ズ11の間の螢光側にも干渉フィルター9とアナライザ
ー10を入れる。励起側のポラライザー5は動かないよ
うに固定し、螢光側のアナライザー10は180@回転
できるようにする。干渉フィルター4は螢光物質を充分
励起できかつ励起光が螢光側に入り込まないように、螢
光物質の励起スペクトルと螢光スペクトルから適当な種
類を選ぶ。また、フィルターの間で反射する螢光がカメ
ラに入らないように、励起側の干渉フィルター4を若干
傾けて配置する。
次に作用を説明すると、光源1から出て集光レンズ2を
通り、ミラー3で反射された偏光性のない光は、干渉フ
ィルタ4で波長が選択され、ポラライザー5を通り、偏
光となってコンデンサーレンズ6を介してステージ上の
試料7に照射される。
この偏光した励起光によって試料中の螢光物質が励起さ
れる。試料の環境条件や存在状態によって異なるが励起
された螢光物質から螢光が出て励起光とともに対物レン
ズ8を通り、螢光側の干渉フィルター9に入る。ここで
励起光はカットされ、螢光のうち許される波長の光だけ
が次のアナライザー10に入る。アナライザーlOは回
転させることができるので、その偏光方向を励起光の偏
光方向と平行にセットした場合と垂直の方向にセットし
た場合のそれぞれについての螢光偏光成分だけを透過さ
せ、リレーレンズ11を経てカメラ12で撮影する。こ
うして得られた励起光の偏光方向に平行な成分と垂直な
成分とから、2つの画像即ち励起光の偏光方向に平行な
螢光成分による画像と、垂直な螢光成分による画像を画
像処理装置内蔵の2つのフレームメモリM、 、Mtに
それぞれ別々に記憶させる。異方性の計算はMlの画像
中で目的とする構造の上に適当な大きさのウィンドを設
け、その合計強度を求めてその値を17とする0次にM
tの画像で同じ位置に同じ大きさのウィンドを設けその
光強度を求め1.とする、これらの値から式(1)を用
いて、ウィンド内の異方性rを求める。
もし、背景の光が強く、異方性を求めるに当たってその
光強度が無視できないときは、励起光の一部が螢光と混
ざってカメラに入っているので、干渉フィルターの種類
を変えるかフィルターの枚数を増やすようにすればよい
。ただし、背景光の光強度を画面上の他の場所で求めら
れるならば、次の処理を行う。
即ち、第2図に示すように、撮影画像信号から背景光の
成分N(図の背景信号に相当)を求め、上で使ったウィ
ンドの大きさで補正した後、前に求めた見かけ上の螢光
成分である光強度から差し引いて本当の螢光成分の光強
度を求め、その値から同様にして異方性を求めれば良い
ところで、細胞やMi織などの生物試料は強い励起光を
当てると死んでしまうために、大きな出力の光源が使用
できず、そのため異方性を計算するために必要な螢光偏
光の2つの成分の光量は非常に少なくその測定はなかな
か困難であるが、最近開発されている超高感度顕微鏡シ
ステムによれば極めて暗い像も撮影でき、生物試料に悪
影響をあまり与えない弱い光量で励起しても螢光の偏光
成分の像が得られる。さらに、画像処理技術により様々
な画像間演算ができ、充分な光量があれば、ディスプレ
イ上の各画素毎の異方性を表示することができる。
なお、上記実施例においては、干渉フィルタ4、ポララ
イザ5を用いて特定波長、特定偏光を選択するようにし
たが、光源として特定波長、特定偏光で発振するような
レーザー光源を使用する場合には、これら干ン歩フィル
り、ポラライザを用いる必要がないことは勿論である。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、顕微鏡撮影画像から、画
像解析によってw4微鏡視野内のいろいろな部位で別々
に異方性を測定でき、また画像間で演算を行ってHj微
鏡像を構成する一つ一つの画素で異方性の各々の値を画
面上に表示することができ、異方性の画像化が可能であ
る。したがって本発明は、ゲル状態かゾル状態か等の細
胞内の粘性、螢光物質が結合している対象の構造、モノ
マーかダイマーか等分子の会合の状態、DNA、染色体
等の凝集・膨潤状態、薬品等の化学物質の細胞膜への結
合様式等の測定に適用可能であり、生物分野、薬剤の分
野、医学の分野等幅広い利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による顕微鏡を使用した螢光偏光測定装
置の一実施例を示す図、第2図は画像信号及び背景信号
を示す図、第3図(イ)は励起されない螢光分子を示す
図、第3図(ロ)は励起された螢光分子を示す図、第3
図(ハ)は螢光の偏光方向と励起光の偏光方向とのなす
角を示す図、第4図(イ)は代表的な軸方向を持つ分子
を模式的に示す図、第4図(ロ)は分子が殆ど運動をし
ない場合の励起状態と螢光発光の状態を示す図、第4図
(ハ)は分子が運動をする場合の励起状態と螢光発光の
状態を示す図、第4図(ニ)は螢光成分の合計を示す図
である。 1・・・光源、2・・・集光レンズ、3・・・ミラー、
4・・・干渉フィルタ、5・・・偏光板(ポラライザー
)、6・・・コンデンサーレンズ、7・・・試料、8・
・・対物レンズ、9・・・干渉フィルタ、10・・・偏
光板(アナライザー)、11・・・リレーレンズ、12
・・・カメラ、13・・・画像処理装置、14・・・表
示装置。 出  願  人  浜松ホトニクス株式会社代  理 
 人  弁理士 蛭 川 昌 信第1図 第2図 014114名−4 励起光の偏光方向 (貸元分子)    ワh彦21れな5つ螢光の偏た方

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 特定波長の偏光光が励起光として照射された後、試料を
    透過した励起光と試料による螢光が対物レンズを介して
    入射される励起光をカットする干渉フィルタ、干渉フィ
    ルタを透過した螢光のうち励起光に平行な偏光成分、及
    び励起光に垂直な偏光成分をそれぞれ選択できるように
    回転可能に設けられたアナライザー、アナライザーから
    の前記平行偏光成分による拡大像、及び垂直偏光成分に
    よる拡大像をそれぞれ撮影するカメラ、カメラで捉えた
    観察像を画像処理する画像処理装置とを備えた顕微鏡に
    よる螢光偏光測定装置。
JP31250386A 1986-12-29 1986-12-29 顕微鏡による螢光偏光測定装置 Expired - Fee Related JPH0697204B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015004736A (ja) * 2013-06-19 2015-01-08 オリンパス株式会社 透過蛍光顕微鏡
WO2022269877A1 (ja) * 2021-06-24 2022-12-29 株式会社Shinsei 発光体または口腔内組織体の識別装置、及び口腔内組織体の検査装置

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WO2022269877A1 (ja) * 2021-06-24 2022-12-29 株式会社Shinsei 発光体または口腔内組織体の識別装置、及び口腔内組織体の検査装置

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