JPWO2007010803A1 - 光測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
FCSについては、たとえば、金城政孝「蛋白質 核酸 酵素」(1999)Vol.44,No.9,p1431−1437、”Fluorescence correlation spectroscopy”R.Rigler,E.S.Elson(eds.)Springer(Berlin)に解説が掲載されている。また、FCSに関する技術が特表平11−502608号、米国特許第6,071,748号、特表2001−502062号に開示されている。
さらにFIDAでは、溶液中で光の照射領域を積極的に移動させて、溶液中のできるだけ広い領域で測定を行ない、1回当たりの測定時間を短縮させることもできる。なお、FIDAは光強度の統計分布を求めるためにFCSに比べて光照射領域を大きめにとる必要がある。
FIDAについては、Peet Kask,Kaupo Palo,Dirk Ullmann and Karsten Gall PNAS Nov23,1999,vol.96,No24,p.13756−13761、Biophysical Journal Vol.79,(2000)p.2858−2866、米国特許第6,376,843号に記述されている。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は光測定装置の基本的な構成図である。
本発明による光測定装置は、主な構成部として、光源部15、光量モニタ機構7、ビーム走査機構9、対物レンズ10、液浸水供給機構11、試料保持機構18、光検出部16及び信号処理部17を備えている。
以下、光測定装置の詳細の構成と動作について説明する。
光源部15には、レーザ光源1、シャッター23、ビーム径可変機構5、回転式NDフィルタ36、ビームシフタ102、ミラー100及びダイクロイックミラー3が設けられている。
また、音響光学チューナブルフィルタ(AOTF)を搭載したマルチラインのレーザも載置可能である。マルチラインのレーザには、複数の波長のレーザ光が含まれているため、AOTFによって発振波長の切り替えを行なうように構成することで、載置するレーザの台数を減少することができる。
ビームシフタ102は、所定の厚さを持つガラス板が2軸の自由度で動く構造を備えている。ビームシフタ102の調整は、後に示す光量モニタ機構7の光検出器53の検知出力が最大になるようにガラス板を互いに垂直な2軸を中心として回転することにより行なう。またこの調整は、光検出器53の検知出力をコンピュータ14に入力して、コンピュータ14からの制御出力に基づいて、ガラス板の2軸を駆動することでも可能である(駆動機構は図示していない)。
なお、集光スポットを走査させるのは、FIDA測定を行なう場合であり、FCS測定を行なう場合には集光スポットは固定される。具体的には、ビーム走査機構制御部99から制御信号が発生し、ビーム走査機構9を稼動状態として偏芯回転ミラー40を測定条件に対応した所定の角度だけ回転させ、停止させる。これにより、光源から発せられたレーザ光は光軸に沿って進み、対物レンズを通って、試料内でコンフォーカル照明を行う。
図3に示すダイクロイックミラー保持部材58は、複数の円形のダイクロイックミラー101が横方向に一列に搭載されたスライド式の構造であるが、レボルバーやターレットに搭載された回転式のものを用いても良い。ダイクロイックミラー保持部材58はアルミニュームのような金属を用いる。ここでダイクロイックミラー101の形状は円形に限らず、正方形や長方形でも良い。また、切り替え式ダイクロイックミラー101の代わりに音響光学素子(AOTF)を用いて、透過光と反射光の波長を選択しても良い。
図6は、バリア・フィルタ支持基板501とバリア・フィルタ回転機構を示す図である。バリア・フィルタは円板状になっており、図に示すように円板状のバリア・フィルタ支持基板501の円周に沿って配置されている。バリア・フィルタ支持基板501は、その中心軸の周りに回転するが、このとき、所定位置にあるバリア・フィルタの中心軸は光軸と一致する。
図7は、実際に測定を行っているときの光検出器の状態を示す図である。光検出器2が適正に光を受光するためには、受光面が焦点位置にあり、かつ受光面内の所定位置に光が照射されていることが必要である。しかし、ダイクロイックミラー101、バンドパスフィルタ64の切り替えによってレンズ12で信号光が集光される位置がシフトする。
図10は、第1の実施の形態の変形例1を示す図である。この変形例1では測定装置を光源部、測定装置本体部、受光部にそれぞれユニット化し、シングルモード光ファイバー24、80を用いて各ユニットを光接続し、測定装置の小型化を図ったものである。光源部と受光部にシングルモード光ファイバー24,マルチモード光ファイバー80を用いて光を伝送する以外は、第1の実施の形態と同様の構成である。従って、第1の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付して、基本的な装置構成、及び動作については記述を省略する。
図11は、実際に測定を行っているときの光検出器2の状態を示す図である。光検出器2が適正に光を受光するためには、マルチモード光ファイバー80の受光面が焦点位置にあり、かつ受光面内の所定位置に光が照射されていることが必要である。しかし、ダイクロイックミラー101、バンドパスフィルタ64の切り替えによってレンズ12で信号光が集光される位置が光軸に水平、または垂直方向にシフトする。
図14は、第1の実施の形態の変形例2を示す図である。この変形例2では、変形例1と同様に測定装置本体と光源部を分離した装置構成であり、変形例1と同様の構成である。従って、第1の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付して、基本的な装置構成、及び動作については記述を省略する。
図18Aは、FCS測定でのビーム走査機構9を示す図である。点線で表す光軸に対して、45度の角度でミラー90が設置される。この配置では、レーザビームは、対物レンズ10の光軸に沿って焦点を結ぶ。対物レンズ10を最も有効に使うためには、光軸上に焦点を設けることが望ましい。
図19Aは、FCS測定でのビーム走査機構9を示す図である。この構成は、FCS測定とFIDA測定を図18Bと同様のビーム走査機構9の構成で共用するものである。但し、図18Bに示す形態と異なり、モータ41の回転軸が、45度ではない角度で取り付けられている。そのため、偏芯回転ミラー40が一周回転する間に、偏芯回転ミラー40が光軸に対して、図18Aと同一の配置となる回転角度が存在する。図19Aは、この状態を示している。そこで、この回転角度を記憶しておき、FCS測定に切り替えられたときは、この回転角度になるように偏芯回転ミラー40を回転させる。
2.ユーザがFCS測定を設定すると、コンピュータ14は、予め定められたテーブルに従い、測定装置内の各光学素子の組み合わせを選定。使用するレーザを選定する。
2.ユーザがFIDA測定を設定すると、コンピュータ14は、予め定められたテーブルに従い、測定装置内の各光学素子の組み合わせを選定。使用するレーザを選定する。この際、FIDA偏光測定が選択されていた場合は、偏光素子ホルダ28を駆動し、偏光板を光路中に挿入する。
以上説明した、実施の形態によれば測定装置の基本構成を変えることなく、また、光学素子の切り替えなどによるだけで、さまざまな試料の動的な光解析方法を迅速に、しかも効率良く行なうことができる。
Claims (15)
- 光源と、光学素子と、光検出器と、試料容器とをそれぞれ少なくとも1つ備え、前記試料容器に保持された溶液中の生物学的試料の物理的性質について複数種類の測定項目に対応した測定を行なう光測定装置であって、
前記測定種目に対応して、使用する前記光源、前記光学素子、前記光検出器の組み合わせを選択または変更し、この選択または変更に伴って前記光検出器で受光する光の強度に基づいて該光検出器の設置位置を調整することを特徴とする光測定装置。 - 前記光源はレーザであることを特徴とする請求項1に記載の光測定装置。
- 前記切り替えに用いる光学素子は濃淡フィルタ、または波長選択素子、またはミラー、または偏光素子であることを特徴とする請求項1に記載の光測定装置。
- 前記光検出器で得られる光信号は生物学的試料に由来する光学的信号の強度、あるいはその時間的な変化であることを特徴とする請求項1に記載の光測定装置。
- 光信号の強度のゆらぎの相関分光解析を行なうことを特徴とする請求項4に記載の光測定装置。
- 前記試料容器は少なくとも底面の一部が光透過性材料から成ることを特徴とする請求項1に記載の光測定装置。
- 前記試料容器はマイクロプレートであることを特徴とする請求項1に記載の光測定装置。
- 前記光源のあとの光路上に配置され、微小な径の導波路と前記導波路の周囲に前記導波路の屈折率より小さい屈折率を有する材質を備え、前記導波路の断面は、前記導波路を通過する波長の光を少なくともシングルモードで伝播するモードフィールド径である、他の光学素子を有することを特徴とする請求項1に記載の光測定装置。
- 光源と、レンズと、光検出器と、試料容器と、前記光源からの光を前記試料容器中において走査させる光走査機構と、光学素子とをそれぞれ少なくとも1つ備え、前記試料容器に保持された溶液中の生物学的試料の物理的性質について複数種類の測定項目に対応した測定を行う光測定装置であって、
前記測定項目に対応して、前記光走査機構の配置及び動作を制御することを特徴とする光測定装置。 - 前記光源はレーザであることを特徴とする請求項9に記載の光測定装置。
- 前記切り替えに用いる光学素子は濃淡フィルタ、または波長選択素子、またはミラー、または偏光素子であることを特徴とする請求項9に記載の光測定装置。
- 前記光検出器で得られる光信号は生物学的試料に由来する光学的信号の強度、あるいはその時間的な変化であることを特徴とする請求項9に記載の光測定装置。
- 光信号の強度のゆらぎの相関分光解析を行なうことを特徴とする請求項12に記載の光測定装置。
- 前記試料容器は少なくとも底面の一部が光透過性材料から成ることを特徴とする請求項9に記載の光測定装置。
- 前記試料容器はマイクロプレートであることを特徴とする請求項9に記載の光測定装置。
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