JPWO2016121189A1 - 多色蛍光分析装置 - Google Patents

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Abstract

異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を迅速かつ確実に識別することができる多色蛍光分析装置の提供を目的とする。本発明の多色蛍光分析装置１１は、励起光の照射により試料ｓが含む複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を検出する多色蛍光分析装置であって、光源５１０から発せられた光を励起光として試料ｓに照射する照射光学部５２０と、試料ｓから発せられた蛍光を透過し、かつ励起波長帯と異なる透過波長帯の光を透過する蛍光フィルタ５３１を有する蛍光集光部５３０と、所定波長の光を透過する複数種の透過フィルタ５５６を有し、透過フィルタ５５６毎に所定波長の光の強度を検出する二次元検出器５５４とを備え、複数種の蛍光色素のうちの少なくとも２種の蛍光色素から発せられた光を同時に検出し、かつ検出された光の強度から蛍光色素の種類を識別することを特徴とする。

Description

本発明は、多色蛍光分析装置に関する。
例えば生物学的試験において、蛍光色素でラベルされた多数の微小なＤＮＡ断片に一括して励起光を照射し、上記蛍光色素が発した蛍光を検出して各ＤＮＡ断片の塩基配列を解読する分析装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
上記分析装置は、フローセルと呼ばれる反応容器中にＤＮＡ断片を高密度で配置し、ポリメラーゼ伸長反応（ＰＣＲ：Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）を用いて異なる蛍光色素で標識された４種類の塩基のうちＤＮＡ断片の塩基に相補的な塩基を上記ＤＮＡ断片に取り込ませ、励起光の照射により上記蛍光色素を識別することで塩基を特定し、この操作を繰り返すことで塩基配列を解読するものである。
また、これに関連し、ＤＮＡ断片を担持する担体として微粒子(ＤＮＡビーズ)を用い、上記微粒子上でＰＣＲを行った後、当該微粒子をガラス基板上にばら撒いて固定し、上記ガラス基板上で酵素反応（ライゲーション）を行い、蛍光色素付き基質を取り込ませて蛍光検出を行うことにより各ＤＮＡ断片の配列情報を得る方法が示されている（例えば、非特許文献２参照）。
これらのような分析装置等では、多数のＤＮＡ断片をパラレルに分析することができる点で、塩基配列を解読する速度の向上が期待される。
Ｄ．Ｒ．Ｂｅｎｔｌｅｙ ｅｔ ａｌ．，Ａｃｃｕｒａｔｅ ｗｈｏｌｅ ｈｕｍａｎ ｇｅｎｏｍｅ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｎａｔｕｒｅ ４５６，５３−５９，（２００８） Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００５，ｖｏｌ．３０９，ｐ．１７２８−１７３２
しかしながら、上述したＤＮＡの塩基配列の解読に代表されるような異なる蛍光色素を含む試料を蛍光分析する場合、従来の分析装置では、測定する蛍光色素ごとに当該蛍光色素が発する蛍光を透過するフィルタに切り換えながら分析を行うため、この切り換えに時間を要する分、分析に時間が掛かってしまい、分析迅速化の点で今日的要求を必ずしも満たしているとは言えない。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を迅速かつ確実に識別することができる多色蛍光分析装置を提供することにある。
本発明は、
（１）励起光の照射により試料が含む異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を検出する多色蛍光分析装置であって、励起用の光源と、互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過する励起フィルタを有し、前記励起フィルタを介して前記光源から発せられた光を励起光として前記試料に照射する照射光学部と、前記励起光の照射により前記試料から発せられた蛍光の少なくとも一部を透過し、かつ前記励起波長帯を含まない複数の透過波長帯の光を透過する蛍光フィルタを有する蛍光集光部と、前記蛍光フィルタを透過した光のうち所定波長の光を透過する複数種の透過フィルタを有し、前記透過フィルタ毎に当該透過フィルタを透過した光の強度を検出する二次元検出器とを備え、前記二次元検出器を用いて前記複数種の蛍光色素のうちの少なくとも２種の蛍光色素から発せられた光を同時に検出し、かつ前記検出された光の強度から前記蛍光色素の種類を識別することを特徴とする多色蛍光分析装置、
（２）透過フィルタの種類が４種である前記（１）に記載の多色蛍光分析装置、
（３）透過フィルタの種類が２種である前記（１）に記載の多色蛍光分析装置、
（４）励起光の照射により試料が含む異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を検出する多色蛍光分析装置であって、励起用の光源と、互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過すると共に切換え可能な複数の励起フィルタを有し、前記励起フィルタを介して前記光源から発せられた光を励起光として前記試料に照射する照射光学部と、前記励起光の照射により前記試料から発せられた蛍光の少なくとも一部を透過し、かつ前記励起波長帯を含まない複数の透過波長帯の光を透過する蛍光フィルタを有する蛍光集光部と、前記蛍光フィルタを透過した光のうち所定波長の光を透過する複数種の透過フィルタを有し、前記透過フィルタ毎に当該透過フィルタを透過した光の強度を検出する二次元検出器とを備え、前記二次元検出器を用いて前記複数種の蛍光色素のうちの少なくとも２種の蛍光色素から発せられた光を同時に検出し、かつ前記検出された光の強度から前記蛍光色素の種類を識別することを特徴とする多色蛍光分析装置、
（５）透過フィルタの種類が４種である前記（４）に記載の多色蛍光分析装置、
（６）透過フィルタの種類が２種である前記（４）に記載の多色蛍光分析装置、
（７）励起光の照射により試料が含む異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を検出する多色蛍光分析装置であって、励起用の複数の光源と、前記光源毎に設けられ、互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過する励起フィルタを有し、前記励起フィルタを介して前記光源から発せられた光を励起光として前記試料に照射する照射光学部と、前記励起光の照射により前記試料から発せられた蛍光の少なくとも一部を透過し、かつ前記励起波長帯を含まない複数の透過波長帯の光を透過する蛍光フィルタを有する蛍光集光部と、前記蛍光フィルタを透過した光のうち所定波長の光を透過する複数種の透過フィルタを有し、前記透過フィルタ毎に当該透過フィルタを透過した光の強度を検出する二次元検出器とを備え、前記複数の光源のうちのいずれかを点灯させて前記二次元検出器を用いて前記複数種の蛍光色素のうちの少なくとも２種の蛍光色素から発せられた光を同時に検出し、かつ前記検出された光の強度から前記蛍光色素の種類を識別することを特徴とする多色蛍光分析装置、
（８）透過フィルタの種類が４種である前記（７）に記載の多色蛍光分析装置、
（９）透過フィルタの種類が２種である前記（７）に記載の多色蛍光分析装置、
（１０）励起光の照射により試料が含む異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を検出する多色蛍光分析装置であって、励起用の光源と、互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過する励起フィルタを有し、前記励起フィルタを介して前記光源から発せられた光を励起光として前記試料に照射する照射光学部と、前記励起光の照射により前記試料から発せられた蛍光の少なくとも一部を透過し、かつ前記励起波長帯を含まない複数の透過波長帯の光を透過する蛍光フィルタを有する蛍光集光部と、前記蛍光フィルタを透過した光を各波長毎に所定比率で二分割する分離部と、前記分離部で二分割された一方の光のうち所定波長の光を透過する複数種の第１の透過フィルタを有し、前記第１の透過フィルタ毎に当該第１の透過フィルタを透過した光の強度を検出する第１の二次元検出器と、前記分離部で二分割された他方の光のうち所定波長の光を透過する複数種の第２の透過フィルタを有し、前記第２の透過フィルタ毎に当該第２の透過フィルタを透過した光の強度を検出する第２の二次元検出器とを備え、前記第１および第２の二次元検出器を用いて前記複数種の蛍光色素のうちの少なくとも２種の蛍光色素から発せられた光を同時に検出し、かつ前記検出された光の強度から前記蛍光色素の種類を識別することを特徴とする多色蛍光分析装置、
（１１）第１および第２の透過フィルタの種類が、それぞれ４種である前記（１０）に記載の多色蛍光分析装置、
（１２）第１および第２の透過フィルタの種類が、それぞれ２種である前記（１０）に記載の多色蛍光分析装置、
（１３）分離部が、蛍光フィルタを透過した光の一部を透過しかつ残部を反射する２色性ミラーを有し、前記２色性ミラーを透過する光の透過率が所定の波長範囲において実質的に０％から１００％まで変化する前記（１０）から（１２）のいずれか１項に記載の多色蛍光分析装置、
（１４）試料に照射される励起光が少なくとも２つの励起波長帯からなる前記（１）から（１３）のいずれか１項に記載の多色蛍光分析装置、
（１５）試料に照射される励起光が少なくとも３つの励起波長帯からなる前記（１）から（１４）のいずれか１項に記載の多色蛍光分析装置、ならびに
（１６）二次元検出器で検出された光の強度から二種以上の蛍光色素を識別するデータ処理部を備えている前記（１）から（１５）のいずれか１項に記載の多色蛍光分析装置
に関する。
本発明は、異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を迅速かつ確実に識別することができる多色蛍光分析装置を提供することができる。したがって、当該多色蛍光分析装置は、蛍光色素で標識されたＤＮＡ、ＲＮＡなどの生体関連物質等の蛍光分析に好適に使用することができる。
本発明の第１の実施形態の多色蛍光分析装置を示す概略斜視図である。 図１の多色蛍光分析装置におけるフローセルの一例を分解して示す概略斜視図である。 図１の多色蛍光分析装置における搬送ユニットの一例を示す概略斜視図である。 図１の多色蛍光分析装置における送液ユニットの一例を示す概略斜視図である。 図１の多色蛍光分析装置における光学ユニットの一例を示す概略正面図である。 図１の多色蛍光分析装置における二次元検出器の透過フィルタの配置を示す概略図である。 図１の多色蛍光分析装置の波長特性の一例を示す概略図であって、（ａ）は試料に照射される励起光の波長特性（伝搬率）、（ｂ）は各蛍光色素の吸収スペクトル、（ｃ）は励起光の照射による各蛍光色素の吸収スペクトル、（ｄ）は各蛍光色素の蛍光スペクトルをそれぞれ示す。 図１の多色蛍光分析装置の波長特性の一例を示す概略図であって、（ｅ）はダイクロイックミラーおよび蛍光フィルタによる波長特性（透過率）、（ｆ）は蛍光フィルタを透過する各蛍光色素の蛍光スペクトル、（ｇ）は各種透過フィルタ毎の波長特性（透過率）、（ｈ）は各蛍光色素における透過フィルタ毎の強度比をそれぞれ示す。 図１の多色蛍光分析装置の二次元イメージセンサ上に結像されるＤＮＡビーズの像の一例を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態の多色蛍光分析装置における波長特性を示す概略図であって、（ａ）は透過フィルタの波長特性（透過率）、（ｂ）は各蛍光色素における透過フィルタ毎の強度比をそれぞれ示す。 第２の実施形態において、二次元イメージセンサ上に結像されるＤＮＡビーズの像の一例を示す概略図である。 本発明の第３の実施形態の多色蛍光分析装置の光学ユニットの一例を示す概略正面図である。 図１１の多色蛍光分析装置の波長特性を示す概略図であって、（ａ１）は第１の励起フィルタとダイクロイックミラーとを畳重した波長特性（伝搬率）、（ａ２）は第２の励起フィルタとダイクロイックミラーとを畳重した波長特性（伝搬率）、（ｂ）はダイクロイックミラーと蛍光フィルタとを畳重した波長特性（透過率）、（ｃ１）は第１の励起フィルタ使用時の各蛍光色素における透過フィルタ毎の強度比、（ｃ２）は第２の励起フィルタ使用時の各蛍光色素における透過フィルタ毎の強度比をそれぞれ示す。 本発明の第４の実施形態の多色蛍光分析装置における光学ユニットの一例を示す概略正面図である。 本発明の第５の実施形態の多色蛍光分析装置における光学ユニットの一例を示す概略正面図である。 第５の実施形態における波長特性を示す概略図であって、（ａ）は励起フィルタとダイクロイックミラーとを畳重した波長特性（伝搬率）、（ｂ）は分離部の波長特性（透過率）をそれぞれ示す。 図１の多色蛍光分析装置を用いた塩基配列決定手順の一例を説明するためのフローチャートである。
本発明は、励起光の照射により試料が含む異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を検出する多色蛍光分析装置であって、後述の二次元検出器で検出された光の強度から蛍光色素の種類を識別することを特徴とする。
以下に、本発明の多色蛍光分析装置を図面に基づいて説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施態様のみに限定されるものではない。なお、以下に示す各実施形態では、試料が分析対象となる増幅されたクローンＤＮＡ断片を担持する微粒子（以下、「ＤＮＡビーズ」という）であり、当該多色蛍光分析装置が上記ＤＮＡ断片の塩基配列の解読（Ａ（アデニン）、Ｇ（グアニン）、Ｃ(シトシン)およびＴ(チミン)の各塩基を識別するＤＮＡシーケンサ）に用いられる例について説明する。
なお、上記各塩基を識別するための４種の蛍光色素（第１〜第４蛍光色素）は、これらの塩基を識別することができる限り特に限定されない。本明細書の第１〜第５の実施形態においては、上記４種の蛍光色素として、第１蛍光色素（最大吸収波長：４９０ｎｍ、最大蛍光波長：５１５ｎｍ）、第２蛍光色素（最大吸収波長：５５５ｎｍ、最大蛍光波長：５６５ｎｍ）、第３蛍光色素（最大吸収波長：５９５ｎｍ、最大蛍光波長：６１５ｎｍ）、および第４蛍光色素（最大吸収波長：６５０ｎｍ、最大蛍光波長：６６５ｎｍ）を用いている。
また、第２〜第５の実施形態において、フローセル、試薬保管庫、搬送ユニット、送液ユニットおよびデータ処理ユニットについては、以下に示す第１の実施形態と同様であるため、第２〜第５の実施形態での図示およびその詳細な説明を省略する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の多色蛍光分析装置を示す概略斜視図である。多色蛍光分析装置１１は、図１に示すように、概略的に、フローセル１００と、試薬保管庫２００と、搬送ユニット３００と、送液ユニット４００と、光学ユニット５０１と、データ処理ユニット６００とを備えている。
フローセル１００は、図２に示すように、上部基板１０１と、下部基板１０３と、上部基板１０１と下部基板１０３とに挟まれた内層部１０２とから構成されている。
上部基板１０１は、その内側板面上にＤＮＡビーズを吸着するための表面処理が施された光透過性基板である。ここで、光透過性基板とは、励起光およびＤＮＡビーズが発する蛍光等の光を透過することができる性質を有する基板を意味する。一般に、ＤＮＡ、ＲＮＡなどの生体関連物質に取り込まれる蛍光色素が発する蛍光は、可視光が多いことから、当該多色蛍光分析装置１１を生体関連物質に用いる場合、上部基板１０１は可視光に対して光透過性を有することが好ましい。上部基板１０１の材質としては、例えば、ガラス、アクリル樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂等が挙げられる。また、上部基板１０１には、試薬等を注入する注入ポート１０４と、使用済みの試薬等を排出する排出ポート１０５とが設けられている。
試薬保管庫２００は、ＤＮＡシーケンサに用いられる試薬等を保管するユニットである。試薬保管庫２００には通常複数の保管容器２０１が備えられ、各保管用器２０１毎に試薬等が保管されている。
搬送ユニット３００は、フローセル１００を搬送するユニットである。搬送ユニット３００は、図３に示すように、Ｘ軸方向に移動可能なリニアアクチュエータ３０１と、上記リニアアクチュエータ３０１に接続され上記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動可能なリニアアクチュエータ３０２と、上記リニアアクチュエータ３０１に連結されたフローセル固定台３０３とを備えている。フローセル固定台３０３にはフローセル１００を固定する手段（不図示）が備えられている。また、フローセル固定台３０３にはフローセル１００を温調するための温調手段（不図示）が備えられている。
送液ユニット４００は、試薬等をフローセル１００内に供給するユニットである。送液ユニット４００は、図４に示すように、水平面内のＸ軸方向に移動可能なリニアアクチュエータ４０１と、リニアアクチュエータ４０１に接続され上記Ｘ軸方向と直交する水平面内のＹ軸方向に移動可能なリニアアクチュエータ４０２と、リニアアクチュエータ４０１に連結され鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能なリニアアクチュエータ４０３と、分注ノズル４０５と、分注ノズル４０５とリニアアクチュエータ４０３とを連結するスライダ４０４とを備えている。
分注ノズル４０５は、パイプ状の部材である。この分注ノズル４０５は、配管を介してシリンジに接続されている（不図示）。分注ノズル４０５は、上述したリニアアクチュエータ４０１、４０２、４０３を駆動することで３次元的に移動することができ、これにより上記シリンジのプランジャ（不図示）を操作して保管容器２０１から試薬を吸入すると共に注入ポート１０４（図２参照）を介して試薬をフローセル１００内に注入（供給）することができる。
光学ユニット５０１は、蛍光色素が含まれる試料に励起光を照射し、得られた光を分光して蛍光を検出するユニットである。光学ユニット５０１は、図５に示すように、光源５１０と、照射光学部５２０と、蛍光集光部５３０と、二次元検出部５５０とを備えている。
光源５１０は、励起用の光源である。この光源５１０は、励起光を生成するのに用いられる光を発する。光源５１０としては、白色光源であることが好ましい。これにより可視光全域に亘って所望の波長帯を有する励起光を確実に得ることができる。光源５１０としては、キセノンショートアークランプおよび白色ＬＥＤランプが好ましい。これらの光源は、可視光領域に良好な連続スペクトルを有するので、複数の励起波長帯の光を発生させるための光源として好適であるからである。
照射光学部５２０は、互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過する励起フィルタを有し、励起フィルタを介して光源から発せられた光を励起光として試料ｓに照射する。照射光学部５２０は、コリメートレンズ５２３と、励起フィルタ５２４と、ダイクロイックミラー５４０と、対物レンズ５２７とを備えている。
コリメートレンズ５２３は、光源５１０から発せられた光をコリメート光（平行光）に調整するレンズである。励起フィルタ５２４は、光源５１０から発せられた光のうち、互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過するフィルタである。励起フィルタ５２４としては、透過波長領域を確実に峻別する観点から、誘電体多層膜を光透過性ガラス上に形成したものが好ましい。ダイクロイックミラー５４０は、励起光を反射しかつ蛍光を透過するミラーである。ダイクロイックミラー５４０は、ガラスなどの光透過性基板と、この基板上に形成され、所定の波長領域の光を反射しかつ他の波長領域の光を透過させる誘電体多層膜からなる波長選択透過膜とから形成されている。対物レンズ５２７は、励起フィルタ５２４を透過した励起光を試料ｓの測定部位に集光させるレンズである。
なお、図７Ａ（ａ）は、励起フィルタ５２４およびダイクロイックミラー５４０を用いて試料ｓに照射される励起光の波長特性（伝搬率）を示している。
蛍光集光部５３０は、励起光の照射により試料から発せられた蛍光の少なくとも一部を透過し、かつ励起波長帯を含まない複数の透過波長帯の光を透過する蛍光フィルタを有する。この蛍光集光部５３０は、対物レンズ５２７と、蛍光フィルタ５３１とを備えている。
対物レンズ５２７は、試料ｓから発せられた光を集光させるレンズである。なお、照射光学部５２０における対物レンズ５２７および蛍光集光部５３０における対物レンズ５２７は、上述のダイクロイックミラー５４０を用いることで供用可能となるため、本実施形態では照射光学部５２０と蛍光集光部５３０とで同一の対物レンズが用いられている。
蛍光フィルタ５３１は、試料ｓから発せられた蛍光の少なくとも一部を透過し、かつ励起波長帯を含まない複数の透過波長帯の光を透過するフィルタである。すなわち、蛍光フィルタ５３１の透過波長帯は、励起光の反射光が透過しないような波長帯に設定されている。試料ｓから発せられる光は、上記励起光の照射により試料ｓが含む蛍光色素から発せられた蛍光と、試料ｓで反射した励起光の反射光を含んでいる。そのため、蛍光色素が発する微弱な蛍光が当該蛍光の強度に比べて格段に大きい強度を有する励起光の反射光に埋没せず、上記蛍光を確実に検出することができるように、励起光の反射光を除去する目的で蛍光フィルタ５３１が用いられる。蛍光フィルタ５３１としては、透過波長領域を確実に峻別する観点から、誘電体多層膜を光透過性ガラス上に形成したものが好ましい。蛍光フィルタ５３１の透過により励起光等の光が除去された光は、後述する二次元検出部５５０に送出される。
二次元検出部５５０は、試料ｓから発せられた蛍光を検出する。二次元検出部５５０は、チューブレンズ５５２と、二次元検出器５５４とを備えている。
チューブレンズ５５２は、蛍光フィルタ５３１を透過した光を集光させ、この集光した光を後述する二次元検出器５５４の二次元イメージセンサ（不図示）上で結像させるレンズである。
二次元検出器５５４は、蛍光フィルタを透過した光のうち所定波長の光を透過する複数種の透過フィルタを有し、透過フィルタ毎に当該透過フィルタを透過した光の強度を検出する。この二次元検出器５５４は、蛍光フィルタ５３１を透過した光を互いに異なる複数の波長帯に分けて検出する単板式カメラである。二次元検出器５５４は、複数種の透過フィルタ５５６と、二次元イメージセンサとを備えている。
各透過フィルタ５５６は、蛍光フィルタ５３１を透過した光のうち所定波長の光を透過するフィルタである。本実施形態では、透過フィルタ５５６の種類は、透過波長帯の異なる４種で構成されている。上記４種の透過フィルタは、図６に示すように、Ｒフィルタ（主として赤色領域の光を透過するフィルタ）５５６ａ、Ｇフィルタ（主として緑色領域の光を透過するフィルタ）５５６ｂ、Ｂフィルタ（主として青色領域の光を透過するフィルタ）５５６ｃおよびＩＲフィルタ（主として近赤外領域の光を透過するフィルタ）５５６ｄである。これら４種の透過フィルタは、Ｒフィルタ５５６ａ、Ｇフィルタ５５６ｂ、Ｂフィルタ５５６ｃおよびＩＲフィルタ５５６ｄが一つずつ並んだブロックを一単位とし、この単位が平面方向に繰り返して配設されている。なお、空間分解能を向上させる観点から、各透過フィルタ５５６は、後述する二次元イメージセンサの各検出素子（入射した光の強度を測定する素子、不図示）に対応するように、検出素子一個に対して一個が設けられている。
二次元イメージセンサは、透過フィルタ５５６毎に当該透過フィルタ５５６を透過した所定波長の光の強度を検出するセンサである。二次元イメージセンサには格子状に多数の検出素子が配設されており、検出素子毎に光の強度が検出される。二次元イメージセンサとしては、例えば、モノクロＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等を採用することができる。
このような光学ユニット５０１においては、光源５１０から発せられた光は、コリメートレンズ５２３で集光され、集光された光のうちの特定の波長帯の光が励起光として励起フィルタ５２４を透過し、さらに励起フィルタ５２４を透過した励起光のうちの特定の波長帯の光がダイクロイックミラー５４０で反射し、対物レンズ５２７によりＤＮＡビーズ（試料ｓ）が捕獲されている領域に集光される。ここで、励起フィルタ５２４を透過しかつダイクロイックミラー５４０で反射される波長帯は、ＤＮＡ断片が含む複数種の蛍光色素の全てを励起するために必要な複数の波長帯を含んでいる。
励起光を試料ｓに照射することにより励起された複数種の蛍光色素から発せられる蛍光は、対物レンズ５２７で集光され、特定の波長帯を透過するダイクロイックミラー５４０と所定の波長帯の光を透過する蛍光フィルタ５３１とを通過し、チューブレンズ５５２によって二次元検出器５５４の二次元イメージセンサ上に結像される。結像した蛍光は各種透過フィルタ５５６で分光され、分光された光は透過フィルタ５５６毎に設けられた検出素子によりその強度が測定される。なお、ダイクロイックミラー５４０と蛍光フィルタ５３１とを透過する波長帯は、ＤＮＡ断片が含む複数種の蛍光色素から発せられる蛍光の波長帯の全てまたはその一部を含んでいる。
データ処理ユニット６００は、二次元検出器５５４で検出された光の強度から二種以上の蛍光色素を識別するデータ処理部（不図示）を備えているユニットである。このデータ処理ユニット６００は、検出された蛍光を二次元画像データとして取得すると共に、この二次元画像データを解析して各試料ｓが含む蛍光色素を識別する。データ処理ユニット６００としては、例えば、上記二次元画像データを解析可能なパーソナルコンピュータ等を採用することができる。
このように、当該多色蛍光分析装置１１が上記データ処理部を備えていることで、検出された蛍光の二次元画像データを解析することができ、試料ｓに含まれる蛍光色素を識別することができる。
次に、第１の実施形態において、試料ｓに含まれる蛍光色素を識別する方法について説明する。なお、以下の説明では、便宜上、光学素子以外の特性（例えば、光源５１０のスペクトル、二次元検出器５５４における各検出素子の分光感度等の特性）は、対象とする波長範囲において一様であるものとする。
光源５１０から発せられた白色光は、コリメートレンズ５２３、励起フィルタ５２４、ダイクロイックミラー５４０および対物レンズ５２７を介し、励起光として試料ｓ（ＤＮＡビーズ）に照射される。この照射される励起光の波長特性（伝搬率）は、励起フィルタ５２４の波長特性（透過率）とダイクロイックミラー５４０の波長特性（反射率）とを掛け合わせたものとなり、例えば、図７Ａ（ａ）のようになる。
ここで、検出対象となる４種類の蛍光色素（第１〜第４蛍光色素）が有する規格化された吸収スペクトルは、図７Ａ（ｂ）に示す特性となる。それ故、全ての蛍光色素を励起することができるように、上記４種の蛍光色素のそれぞれについて、蛍光色素の吸収スペクトルの少なくとも一部を含む励起光が上述した照射光学部５２０から試料ｓに照射される。
励起光の照射により試料ｓに含まれる各蛍光色素が呈する規格化された吸収スペクトルは、図７Ａ（ｃ）に示す特性となる。この図７Ａ（ｃ）に示す吸収スペクトルは、図７Ａ（ａ）に示す伝搬率と図７Ａ（ｂ）に示す吸収スペクトルとを重畳したものである。なお、図７Ａ（ｃ）に示す吸収スペクトルのグラフを波長で積分した値（グラフで囲まれた面積）から、各蛍光色素が吸収する励起光のエネルギーの度合いを見積もることができる。
ここで、上記４種類の蛍光色素が発する規格化された蛍光スペクトルは、図７Ａ（ｄ）に示す特性となる。
試料ｓから発せられた光は、対物レンズ５２７、ダイクロイックミラー５４０、蛍光フィルタ５３１およびチューブレンズ５５２を介して二次元検出器５５４に入射される。この試料ｓから発せられる光には、蛍光色素が発する蛍光に加え、励起光が試料ｓ等で反射した反射光（以下、単に「反射光」ともいう）が含まれる。この反射光は上述したように蛍光に比して強度が非常に大きいため、二次元検出部５５０での蛍光の検出が阻害されないように二次元検出部５５０に入射する前に取り除かれる。
ここで、ダイクロイックミラー５４０の波長特性（透過率）と蛍光フィルタ５３１の波長特性（透過率）とを重畳した波長特性（透過率）を図７Ｂ（ｅ）に示す。蛍光集光部５３０の透過波長特性は、図７Ａ（ａ）に示す照射光学部５２０の励起光の波長特性と逆の特性、つまり照射光学部５２０での励起光の伝搬率が約１００％になる波長帯において、当該蛍光集光部５３０での透過率が約０％になるように設計されている。これにより、試料ｓから発せられた光から反射光を取り除くことができ、反射光が二次元検出部５５０に取り込まれるの防止して蛍光を確実に識別することができる。
図７Ａ（ｄ）に示す蛍光スペクトルと図７Ｂ（ｅ）に示す波長特性（透過率）とを重畳したものを図７Ｂ（ｆ）に示す。この図７Ｂ（ｆ）に示す規格化された蛍光スペクトルは、実質的に、蛍光集光部５３０を通過した後に二次元検出部５５０に到達する蛍光色素毎の蛍光スペクトルを示している。この図７Ｂ（ｆ）が示すように、二次元検出部５５０に到達する光には、図７Ａ（ｃ）に示す励起光がほぼ含まれていない。
蛍光集光部５３０を通過した光は、二次元検出部５５０に取り込まれ、透過フィルタ５５６で分光されて二次元イメージセンサにより分光後の強度が測定される。図７Ｂ（ｇ）は、４種類の透過フィルタ（Ｒフィルタ５５６ａ、Ｇフィルタ５５６ｂ、Ｂフィルタ５５６ｃ、ＩＲフィルタ５５６ｄ）毎の透過特性を示している。
本実施形態では、上記４種類の透過フィルタ５５６が設けられているので、各蛍光色素から発せられた４種の蛍光は、それぞれ上記４種の透過フィルタ５５６により分光され、この分光された光の各強度が検出素子により同時に測定される。なお、上記データ処理部において、上述の測定された蛍光から、４種の蛍光色素が同時に識別される。このように、透過フィルタ５５６の種類が４種であることで、これら４種の透過フィルタ５５６を用いて検出された光の強度の比率から、蛍光色素の種類を確実に識別することができる。
ここで、各検出素子で検出される各蛍光色素が発する蛍光の強度比率は、図７Ｂ（ｈ）に示す表中の値のように見積もられる。この値は、図７Ｂ（ｆ）に示す蛍光スペクトルと図７Ｂ（ｇ）に示す各種透過フィルタ毎の波長特性（透過率）をそれぞれ重畳し、得られたスペクトルの積分値から算出される。なお、第１および第２の蛍光色素からの光は、ともにＧフィルタ５５６ｂでの成分が最も強く検出されるが、Ｂフィルタ５５６ｃとＲフィルタ５５６ａでの成分の強度比率が異なるので、これらの蛍光色素の判別が可能である。また、第３および第４の蛍光色素からの光は、ともにＲフィルタ５５６ａでの成分が最も強く検出されるが、ＩＲフィルタ５５６ｄでの強度比率が異なるので、これらの蛍光色素の判別が可能である。
なお、ここでは、本発明の内容を説明するために、特定の蛍光色素等を用いた一例について説明したが、使用する蛍光色素や光学素子類の特性を最適化することで、より好適な条件を得ることも可能である。例えば、ＤＮＡビーズ（試料ｓ）が発する蛍光は、空間的な強度分布を持っている。したがって、その影響を無視できるレベルまで軽減できるよう、結像倍率を大きくする（検出素子の大きさに対して二次元イメージセンサ上のＤＮＡビーズの像の大きさを大きくする）ことが好ましい。
図８は、図１の多色蛍光分析装置１１の二次元イメージセンサ上に結像されるＤＮＡビーズの像ｉ１の一例を示す概略図である。この図は、光学ユニット５０１の結像倍率が約２０倍、二次元イメージセンサの検出素子のサイズが３μｍ、ＤＮＡビーズの投影サイズが直径０．９μｍでの例を示している（但し、この図では光学系の収差や結像能力の影響等は考慮していない）。この例の場合、ＤＮＡビーズの像ｉ１は二次元イメージセンサ上の６×６ピクセルの領域に映し出されている。蛍光の測定に際し、この領域内のほぼ中央のＲ、Ｇ、Ｂ、ＩＲの各透過フィルタ５５６を一つずつ含む領域Ａを抽出する。このとき領域Ａにおける空間的な蛍光強度分布が上記強度比率に対して十分小さければ、領域Ａ内の各検出素子で得られた強度比率から蛍光色素を識別することができる。この例では、図７Ｂ（ｈ）に示すように、蛍光色素間での検出素子毎の強度比率の差分が数十％程度であるので、空間的な蛍光強度分布が１０％以内であれば、各蛍光色素を識別することができる。
このように、互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過する励起フィルタ５２４を有する照射光学部５２０と、励起波長帯を含まない複数の透過波長帯の光を透過する蛍光フィルタ５３１を有する蛍光集光部５３０と、所定波長の光を透過する複数種の透過フィルタを有し、透過フィルタ毎に当該透過フィルタを透過した光の強度を検出する二次元検出器５５４とを備え、二次元検出器５５４を用いて複数種の蛍光色素のうちの少なくとも２種の蛍光色素から発せられた光を同時に検出するので、当該多色蛍光分析装置１１は、異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を迅速かつ確実に識別することができる。したがって、当該多色蛍光分析装置１１は、蛍光色素で標識されたＤＮＡ、ＲＮＡなどの生体関連物質等の蛍光分析に好適に使用することができる。以下、当該多色蛍光分析装置１１を用いたＤＮＡ塩基配列の分析方法について説明する。
当該多色蛍光分析装置１１を用いたＤＮＡ塩基配列の分析方法は、特に限定されないが、例えば、段階的ライゲーション法を利用したＤＮＡ配列の分析方法（Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｂｙ Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ｌｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を一例として挙げることができる。段階的ライゲーション法とは、フローセル内のＤＮＡビーズに結合した１本鎖ＤＮＡを鋳型に蛍光色素で蛍光標識されたプローブを順次結合させ、２塩基ずつ配列を決定していく手法をいう。
リガーゼによる酵素反応として、ＤＮＡ断片のターゲット配列に対応する蛍光色素を含むオリゴヌクレオチドが結合して、伸長反応が引き起こされる。上記伸長反応完了後、蛍光色素に励起光を照射し、光学ユニット５０１で蛍光の検出が行われる。その後、蛍光色素は切断され、さらに伸長反応が行われ、次の配列に対応した蛍光が検出される。
以上のように、伸長反応、蛍光の検出および蛍光色素の切断を繰り返すことにより、各蛍光色素に対応した塩基が次々と決定され、最終的にＤＮＡ断片の塩基配列として解読される。この方法により、１サイクルで数十〜数百ｂｐの塩基を解読することができ、１ランで数十Ｇｂのデータを解析することが可能である。このような段階的ライゲーション法においては、蛍光色素で蛍光標識したオリゴヌクレオチドを繰り返しハイブリダイズすることでフローセル１００中の複数のＤＮＡ断片を並列的にシーケンシングすることができる。
次に、上述した伸長反応等における塩基配列決定手順の１サイクルについて詳述する。図１６は、図１の多色蛍光分析装置１１を用いた塩基配列決定手順の一例を説明するためのフローチャートである。塩基配列の決定に際し、まず送液ユニット４００の分注ノズル４０５を試薬保管庫２００に設置された保管容器２０１に挿入し、保管容器２０１中の試薬を吸入する（ステップｓ１）。次いで、送液ユニット４００および搬送ユニット３００を駆動させ、分注ノズル４０５をフローセル１００の注入ポート１０４に連通させた状態で試薬をフローセル１００内に注入する（ステップｓ２）。
ここで、温調が必要な場合は、搬送ユニット３００のフローセル固定台３０３に組み込まれた温調装置（不図示）で温調しながら反応させ、反応が完了するまで待つ（ステップｓ３）。また、複数の反応工程が必要な場合は、その反応工程を繰り返した後、フローセル１００内のＤＮＡ断片に蛍光色素を結合させ、蛍光検出が可能な状態にする。
次いで、搬送ユニット３００を駆動させてフローセル固定台３０３上のフローセル１００を光学ユニット５０１の対物レンズ５２７の直下に移動させ、フローセル１００内の試料ｓの蛍光検出を行う（ステップｓ４）。なお、上記蛍光検出の際、光学ユニット５０１で検出できる領域に対して、ＤＮＡ断片が固定された上部基板１０１の面積が広い場合には、搬送ユニット３００を駆動させてフローセル固定台３０３を少しずつ動かしながら、２次元的に走査して上部基板１０１上の所定の範囲の試料ｓを順次蛍光検出する。次いで、光学ユニット５０１において検出された蛍光の二次元画像データを、電気信号としてデータ処理ユニット６００に送信し、データ処理ユニット６００において解析して蛍光色素を識別することで、識別された蛍光色素に対応する塩基が決定される。
このようにして１サイクル分の蛍光検出を行った後、次のサイクルを実行し、これを繰り返すことで、蛍光色素に対応した塩基が次々に決定され、ＤＮＡ断片の塩基配列が解読される。
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る多色蛍光分析装置１２は、概略的に、フローセル１００と、試薬保管庫２００と、搬送ユニット３００と、送液ユニット４００と、光学ユニット５０２と、データ処理ユニット６００とを備えている。当該多色蛍光分析装置１２は、光学ユニット５０２における透過フィルタ５５７の種類が第１の実施形態と異なっている。なお、光学ユニット５０２については、上述した実施形態と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
図９（ａ）は、本発明の第２の実施形態の多色蛍光分析装置における透過フィルタの波長特性（透過率）を示す概略図である。本実施形態では、透過フィルタ５５７の種類は、図９（ａ）に示すように、２種（一方がＧ’フィルタ、他方がＲ’フィルタ（図１０参照））で構成されており、Ｇ’フィルタはおよそ４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲に透過領域を有し、Ｒ’フィルタはおよそ５７５ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲に透過領域を有している。
ここで、上記Ｇ’フィルタおよびＲ’フィルタに対応する各検出素子で検出される各蛍光色素が発する蛍光の強度比率は、図７Ａ（ｄ）の蛍光スペクトルと図９（ａ）に示す各種透過フィルタ５５７毎の透過率をそれぞれ重畳し、得られたスペクトルの積分値を用いて算出される。その結果を図９（ｂ）に示す。この図９（ｂ）に示すように、蛍光色素毎に上記Ｇ’フィルタとＲ’フィルタで検出される信号強度の比率が異なるので、この比率から蛍光色素の判別が可能である。
図１０は、第２の実施形態において、二次元イメージセンサ上に結像されるＤＮＡビーズの像ｉ２の一例を示す概略図である。この図は、光学ユニット５０２の結像倍率が約１３．３倍、二次元イメージセンサの検出素子のサイズが３ミクロン、ＤＮＡビーズの投影サイズが直径０．９μｍの例を示している（但し、この図では光学系の収差や結像能力の影響等は考慮していない）。この場合、例えば、次の（１）〜（３）の手順で示すように蛍光色素を識別することができる。
（１）二次元イメージセンサにおいてＤＮＡビーズが映し出された領域から最も強度が強い位置のフィルタ（Ｇ’フィルタまたはＲ’フィルタ）を抽出する。例えば、図１０では、Ｇ’フィルタ５５７aを抽出する。
（２）上記（１）で抽出されたフィルタに隣接する別の種類の検出素子（図１０におけるＲ’フィルタ５５７ｂ、５５７ｃ、５５７ｄおよび５５７ｅ）の強度の平均または特殊な近似計算方法により、（１）の位置における上記別の種類の検出素子（Ｒ’フィルタ）の強度を見積もる。
（３）上記（２）で得られた別の種類の検出素子（Ｒ’フィルタ）の強度と上記（１）で抽出されたフィルタ（Ｇ’フィルタ５５７ａ）の比率を算出し、得られた比率を図９（ｂ）に記載のＧ’フィルタとＲ’フィルタとの比率に照らしてＤＮＡビーズに結合している蛍光色素を識別する。
このように、透過フィルタ５５７の種類が２種であることで、上述した透過フィルタ５５６の種類が４種である場合に比べ、一つのＤＮＡビーズに割り当てる検出素子の数を減らすことができる。その結果、当該多色蛍光分析装置１２は、結像倍率を小さくして一度に検出可能な領域を増やすことができ、測定可能な試料ｓの数を増やして塩基配列解読のスループットを向上させることができる。
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る多色蛍光分析装置１３は、概略的に、フローセル１００と、試薬保管庫２００と、搬送ユニット３００と、送液ユニット４００と、光学ユニット５０３と、データ処理ユニット６００とを備えている。当該多色蛍光分析装置１３は、光学ユニット５０３における励起フィルタ５２５および透過フィルタ５５７が第１の実施形態と異なっている。なお、光学ユニット５０３については、上述した実施形態と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
本実施形態の多色蛍光分析装置１３は、光学ユニット５０３が、互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過すると共に切換え可能な複数の励起フィルタを有し、励起フィルタを介して光源から発せられた光を励起光として試料に照射する照射光学部を備えている。
図１１は、本発明の第３の実施形態の多色蛍光分析装置の光学ユニットの一例を示す概略正面図である。多色蛍光分析装置１３は、図１１に示すように、励起フィルタ５２５が、第１の励起フィルタ５２５ａと第２の励起フィルタ５２５ｂとにより構成されている。
また、本実施形態では、ダイクロイックミラー５４０は、第１の励起フィルタ５２５ａおよび第２の励起フィルタ５２５ｂが透過する波長帯の全部または一部を反射し、かつ蛍光フィルタ５３１が透過する波長帯の全部または一部を透過する特性を有している。
なお、図１２（ａ１）は、第１の励起フィルタ５２５ａおよびダイクロイックミラー５４０を用いて試料ｓに照射される励起光の波長特性（伝搬率）を示しており、図１２（ａ２）は、第２の励起フィルタ５２５ｂおよびダイクロイックミラー５４０を用いて試料ｓに照射される励起光の波長特性（伝搬率）を示している。また、図１２（ｂ）は、ダイクロイックミラー５４０と蛍光フィルタ５３１とを畳重した波長特性（透過率）を示している。
次に、第３の実施形態において、試料ｓに含まれる蛍光色素を識別する方法について説明する。なお、以下の説明では、ダイクロイックミラー５４０は、第１および第２の励起フィルタ５２５ａ、５２５ｂが透過する波長帯の光を１００％の効率で反射し、かつ蛍光フィルタ５３１が透過する波長帯の光を１００％の確率で透過するものとする。また、便宜上、光学素子以外の特性（例えば、光源５１０のスペクトル、二次元検出器５５４における各検出素子の分光感度等の特性）は、対象とする波長範囲において一様であるものとする。
まず、第１の励起フィルタ５２５ａを光軸に挿入した状態で蛍光測定を行うと、第１蛍光色素と第３蛍光色素が主に励起され、二次元検出器５５４において、それぞれの蛍光色素からの蛍光が図１２（ｃ１）に示す信号比率（強度比率）で検出される。なお、第２蛍光色素および第４蛍光色素も多少の蛍光を発するが、強度が弱いため、二次元イメージセンサ（カメラ）で検出される信号強度によるフィルタリング機能により解析の対象から除外される。
次いで、第２の励起フィルタ５２５ｂを光軸に挿入した状態で蛍光測定を行うと、第２蛍光色素と第４蛍光色素が主に励起され、二次元検出器５５４において、それぞれの蛍光色素からの蛍光が図１２（ｃ２）に示す信号比率（強度比率）で検出される。なお、第１蛍光色素および第３蛍光色素も多少の蛍光を発するが、強度が弱いため、二次元イメージセンサ（カメラ）で検出される信号強度によるフィルタリング機能により解析の対象から除外される。
その際、第１の励起フィルタ５２５ａを用いて得られたＧ’フィルタおよびＲ’フィルタでの強度比率から第１蛍光色素と第３蛍光色素とを判別し、これら第１および第３蛍光色素を同時に識別する。他方、第２の励起フィルタ５２５ｂを用いて得られたＧ’フィルタおよびＲ’フィルタ（図１０参照）での強度比率から第２蛍光色素と第４蛍光色素とを判別し、これら第２および第４蛍光色素を同時に識別する。以上のようにして、各試料ｓにおける第１〜第４蛍光色素を識別することができ、ＤＮＡ断片の塩基配列の解読を行うことができる。
このように、照射光学部５２１が互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過すると共に切換え可能な複数の励起フィルタ５２５を有していることで、一つの励起フィルタ（第１の励起フィルタ５２５ａおよび第２の励起フィルタ５２５ｂのそれぞれ）で同時に検出する蛍光色素の数を少なくすることができる分、色分離性能を向上することができ、蛍光色素をより確実に識別することができる。
［第４の実施形態］
第４の実施形態に係る多色蛍光分析装置１４は、概略的に、フローセル１００と、試薬保管庫２００と、搬送ユニット３００と、送液ユニット４００と、光学ユニット５０４と、データ処理ユニット６００とを備えている。当該多色蛍光分析装置１４は、光学ユニット５０４における光源および励起フィルタが第１の実施形態と異なっている。なお、光学ユニット５０４については、上述した実施形態と同一部分については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
本実施形態の多色蛍光分析装置１４は、光学ユニット５０４が、励起用の複数の光源と、光源毎に設けられ、互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過する励起フィルタを有し、励起フィルタを介して光源から発せられた光を励起光として試料に照射する照射光学部とを備えている。
図１３は、本発明の第４の実施形態の多色蛍光分析装置１４における光学ユニットの一例を示す概略正面図である。多色蛍光分析装置１４は、図１３に示すように、照射光学部５２２が、第１の光源５１０ａと、第１のコリメートレンズ５２３ａと、第１の励起フィルタ５２６ａと、第２の光源５１０ｂと、第２のコリメートレンズ５２３ｂと、第２の励起フィルタ５２６ｂと、励起用ダイクロイックミラー５２８とを備えている。
第１および第２の光源５１０ａ、５１０ｂは、それぞれ第１の実施形態の光源５１０と同じ構成である。また、第１および第２のコリメートレンズ５２３ａ、５２３ｂは、それぞれ第１の実施形態のコリメートレンズ５２３と同じ構成である。
第１の励起フィルタ５２６ａは、第１蛍光色素および第３蛍光色素を励起する波長帯の光を透過するフィルタである。第２の励起フィルタ５２６ｂは、第２蛍光色素および第４蛍光色素を励起する波長帯の光を透過するフィルタである。これら第１および第２の励起フィルタ５２６ａ、５２６ｂは、波長に対して互いに異なる波長特性を有している。
励起用ダイクロイックミラー５２８は、第１の励起フィルタ５２６ａを透過した励起光を透過すると共に、第２の励起フィルタ５２６ｂを透過した励起光を反射するミラーである。この励起用ダイクロイックミラー５２８により、第１の光源５１０ａから発する光の光軸と第２の光源５１０ｂから発する光の光軸とを一致させることができる。
なお、第１の光源５１０ａおよび第２の光源５１０ｂを用いて試料ｓに照射される励起光の波長特性（伝搬率）は、それぞれ図１２（ａ１）および図１２（ａ２）と同様である。
なお。本実施形態の多色蛍光分析装置１４は、第１の光源５１０ａと第２の光源５１０ｂとを交互に切り換えて点灯させ、第１の光源５１０ａの点灯により第１蛍光色素および第３蛍光色素を同時に識別すると共に、第２の光源５１０ｂの点灯により第２蛍光色素および第４蛍光色素を同時に識別する（第１および第３蛍光色素の識別と、第２および第４蛍光色素の識別とを分けて行う）。
このように、励起用の複数の光源５１０ａ、５１０ｂと、光源毎に設けられ、互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過する励起フィルタ５２６ａ、５２６ｂを有する照射光学部５２２とを備えていることで、上述した第３の実施形態と同様に色分離性能の向上により蛍光色素をより確実に識別することができ、しかも励起フィルタ５２６ａ、５２６ｂの機械的な切り換えがない分、機械的な動作に起因して装置の不具合が発生するのを回避することができ、当該装置の寿命の延長が期待できる。
［第５の実施形態］
第５の実施形態に係る多色蛍光分析装置１５は、概略的に、フローセル１００と、試薬保管庫２００と、搬送ユニット３００と、送液ユニット４００と、光学ユニット５０５と、データ処理ユニット６００とを備えている。当該多色蛍光分析装置１５は、光学ユニット５０５における分離部および二次元検出部が第１の実施形態と異なっている。なお、光学ユニット５０５については、上述した実施形態と同一部分については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
図１４は、第５の実施形態の多色蛍光分析装置１５における光学ユニットの一例を示す概略正面図である。当該多色蛍光分析装置１５は、図１４に示すように、光学ユニット５０５が、蛍光フィルタ５３１を透過した光を波長毎に所定比率で二分割する分離部５６０を備えている。具体的には、分離部５６０は、蛍光フィルタ５３１を透過した光の一部を透過しかつ残部を反射する２色性ミラーを有している。本実施形態では、上記２色性ミラーが分離用ダイクロイックミラー５６１で構成されている。この分離用ダイクロイックミラー５６１は、その透過率（反射率）が所定の波長範囲において実質的に０％から１００％まで変化する特性を有している。
図１５（ａ）は、励起フィルタ５２４およびダイクロイックミラー５４０を用いて試料ｓに照射される励起光の波長特性（伝搬率）を示している。また、図１５（ｂ）は、分離部５６０の波長特性（透過率）を示す概略図である。分離用ダイクロイックミラー５６１の波長特性は、例えば図１５（ｂ）に実線ｔ１で示すダイクロイックミラー５４０と蛍光フィルタ５３１とを畳重した波長特性（透過率）に対し、同図に破線ｔ２で示す波長特性を有している。
なお、図１５（ｂ）の破線ｔ２で示した波長特性は分離用ダイクロイックミラー５６１の透過率であり、透過率０％は反射率１００％を、透過率１００％は反射率０％をそれぞれ意味する。すなわち、透過率と反射率とは、下記式（１）で表される関係を有する。
反射率（％）＝１００−透過率（％） （１）
したがって、図１５（ｂ）に示す波長特性を有する分離用ダイクロイックミラー５６１を用いた場合、第１および第３蛍光色素が発した蛍光は分離用ダイクロイックミラー５６１を主に透過して第１の二次元検出部５５１ａで検出されると共に、第２および第４蛍光色素が発した蛍光は分離用ダイクロイックミラー５６１で主に反射して第２の二次元検出部５５１ｂで検出される。
このように、分離部５６０が上記２色性ミラーであり、この２色性ミラーを透過する光の透過率が所定の波長範囲において実質的に０％から１００％まで変化することで、蛍光フィルタ５３１を透過した光を均等に割り振ることができ、蛍光色素をさらに確実に識別することができる。
また、当該多色蛍光分析装置１５は、図１４に示すように、光学ユニット５０５が、第１の二次元検出部５５１ａと第２の二次元検出部５５１ｂとを備え、第１の二次元検出部５５１ａは第１のチューブレンズ５５３ａと第１の二次元検出器５５９ａとを有し、第２の二次元検出部５５１ｂは第２のチューブレンズ５５３ｂと第２の二次元検出器５５９ｂとを有している。
第１のチューブレンズ５５３ａは、分離用ダイクロイックミラー５６１で透過した光を集光させ、この光を後述する第１の二次元検出器５５９ａの二次元イメージセンサ上で結像させる。第１の二次元検出器５５９ａは、分離部５６０で二分割された一方の光のうち所定波長の光を透過する複数種の第１の透過フィルタを有し、第１の透過フィルタ毎に所定波長の光の強度を検出する。これにより、第１および第３蛍光色素が発した蛍光からこれらの蛍光色素が同時に識別される。なお、第１の二次元検出器５５９ａは、上述した第２の実施形態のものと同様であるため、その詳細な説明は省略する。
第２のチューブレンズ５５３ｂは、分離用ダイクロイックミラー５６１で反射した光を集光させ、この光を後述する第２の二次元検出器５５９ｂの二次元イメージセンサ上で結像させる。第２の二次元検出器５５９ｂは、分離部５６０で二分割された他方の光のうち所定波長の光を透過する複数種の第２の透過フィルタを有し、第２の透過フィルタ毎に所定波長の光の強度を検出する。これにより、第２および第４蛍光色素が発した蛍光からこれらの蛍光色素が同時に識別される。なお、第２の二次元検出器５５９ｂは、上述した第２の実施形態のものと同様であるため、その詳細な説明は省略する。
このように、蛍光フィルタ５３１を透過した光を各波長毎に所定比率で二分割する分離部５６０を備えていることで、二次元検出器一台当たりの検出される蛍光色素の種類の数を少なくすることができる分、色分離性能を向上することができ、蛍光色素をより確実に識別することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、上述した第１〜第５の実施形態では、フローセル１００と、試薬保管庫２００と、搬送ユニット３００と、送液ユニット４００と、光学ユニット５０１〜５０５と、データ処理ユニット６００とを備えている多色蛍光分析装置１１〜１５について説明したが、当該多色蛍光分析装置１１〜１５は、励起光の照射により試料が含む異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を検出することができる限り特に限定されない。例えば、フローセル１００や、試薬保管庫２００、搬送ユニット３００、送液ユニット４００等を備えていないものも本発明が意図する範囲内である。
また、上述した実施形態では、試料ｓに照射される励起光の励起波長帯の数が特定数の多色蛍光分析装置１１〜１５について説明したが、本発明の効果を損なわない限り、上記特定数以外の数の励起波長帯の励起光を照射する多色蛍光分析装置であってもよい。試料ｓに照射される励起光としては、少なくとも２つの励起波長帯からなることが好ましく、少なくとも３つの励起波長帯からなることがより好ましい。これにより、多色蛍光を同時に検出できる。
また、上述した実施形態では、透過フィルタの種類の数が特定数（例えば、第１の実施形態では４種類の透過フィルタを備えており、第２の実施形態では２種類の透過フィルタを備えている）の多色蛍光分析装置１１〜１５について説明したが、本発明の効果を損なわない限り、上記特定数以外の種類の数の透過フィルタを備えている多色蛍光分析装置であってもよい。これにより、蛍光色素の識別における確実性と励起光一照射当たりの測定可能な試料数（スループット）とのバランスを適宜選択することができる。
本発明は、異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を迅速かつ確実に識別することができる多色蛍光分析装置を提供することができる。したがって、当該多色蛍光分析装置は、蛍光色素で標識されたＤＮＡ、ＲＮＡなどの生体関連物質等の蛍光分析に好適に使用することができる。
ｓ 試料
１１〜１５ 多色蛍光分析装置
１００ フローセル
２００ 試薬保管庫
３００ 搬送ユニット
４００ 送液ユニット
５０１〜５０５ 光学ユニット
６００ データ処理ユニット
５１０ 光源
５２０〜５２２ 照射光学部
５２４ 励起フィルタ
５２６ａ 第１の励起フィルタ
５２６ｂ 第２の励起フィルタ
５３０ 蛍光集光部
５３１ 蛍光フィルタ
５４０ ダイクロイックミラー
５５０ 二次元検出部
５５４、５５５ 二次元検出器
５５６、５５７ 透過フィルタ
５５９ａ 第１の二次元検出器
５５９ｂ 第２の二次元検出器
５６０ 分離部

Claims (16)

  1. 励起光の照射により試料が含む異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を検出する多色蛍光分析装置であって、
    励起用の光源と、
    互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過する励起フィルタを有し、前記励起フィルタを介して前記光源から発せられた光を励起光として前記試料に照射する照射光学部と、
    前記励起光の照射により前記試料から発せられた蛍光の少なくとも一部を透過し、かつ前記励起波長帯を含まない複数の透過波長帯の光を透過する蛍光フィルタを有する蛍光集光部と、
    前記蛍光フィルタを透過した光のうち所定波長の光を透過する複数種の透過フィルタを有し、前記透過フィルタ毎に当該透過フィルタを透過した光の強度を検出する二次元検出器とを備え、
    前記二次元検出器を用いて前記複数種の蛍光色素のうちの少なくとも２種の蛍光色素から発せられた光を同時に検出し、かつ前記検出された光の強度から前記蛍光色素の種類を識別することを特徴とする多色蛍光分析装置。
  2. 透過フィルタの種類が４種である請求項１に記載の多色蛍光分析装置。
  3. 透過フィルタの種類が２種である請求項１に記載の多色蛍光分析装置。
  4. 励起光の照射により試料が含む異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を検出する多色蛍光分析装置であって、
    励起用の光源と、
    互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過すると共に切換え可能な複数の励起フィルタを有し、前記励起フィルタを介して前記光源から発せられた光を励起光として前記試料に照射する照射光学部と、
    前記励起光の照射により前記試料から発せられた蛍光の少なくとも一部を透過し、かつ前記励起波長帯を含まない複数の透過波長帯の光を透過する蛍光フィルタを有する蛍光集光部と、
    前記蛍光フィルタを透過した光のうち所定波長の光を透過する複数種の透過フィルタを有し、前記透過フィルタ毎に当該透過フィルタを透過した光の強度を検出する二次元検出器とを備え、
    前記二次元検出器を用いて前記複数種の蛍光色素のうちの少なくとも２種の蛍光色素から発せられた光を同時に検出し、かつ前記検出された光の強度から前記蛍光色素の種類を識別することを特徴とする多色蛍光分析装置。
  5. 透過フィルタの種類が４種である請求項４に記載の多色蛍光分析装置。
  6. 透過フィルタの種類が２種である請求項４に記載の多色蛍光分析装置。
  7. 励起光の照射により試料が含む異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を検出する多色蛍光分析装置であって、
    励起用の複数の光源と、
    前記光源毎に設けられ、互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過する励起フィルタを有し、前記励起フィルタを介して前記光源から発せられた光を励起光として前記試料に照射する照射光学部と、
    前記励起光の照射により前記試料から発せられた蛍光の少なくとも一部を透過し、かつ前記励起波長帯を含まない複数の透過波長帯の光を透過する蛍光フィルタを有する蛍光集光部と、
    前記蛍光フィルタを透過した光のうち所定波長の光を透過する複数種の透過フィルタを有し、前記透過フィルタ毎に当該透過フィルタを透過した光の強度を検出する二次元検出器とを備え、
    前記複数の光源のうちのいずれかを点灯させて前記二次元検出器を用いて前記複数種の蛍光色素のうちの少なくとも２種の蛍光色素から発せられた光を同時に検出し、かつ前記検出された光の強度から前記蛍光色素の種類を識別することを特徴とする多色蛍光分析装置。
  8. 透過フィルタの種類が４種である請求項７に記載の多色蛍光分析装置。
  9. 透過フィルタの種類が２種である請求項７に記載の多色蛍光分析装置。
  10. 励起光の照射により試料が含む異なる蛍光波長を有する複数種の蛍光色素から発せられた蛍光を検出する多色蛍光分析装置であって、
    励起用の光源と、
    互いに異なる複数の励起波長帯の光を透過する励起フィルタを有し、前記励起フィルタを介して前記光源から発せられた光を励起光として前記試料に照射する照射光学部と、
    前記励起光の照射により前記試料から発せられた蛍光の少なくとも一部を透過し、かつ前記励起波長帯を含まない複数の透過波長帯の光を透過する蛍光フィルタを有する蛍光集光部と、
    前記蛍光フィルタを透過した光を各波長毎に所定比率で二分割する分離部と、
    前記分離部で二分割された一方の光のうち所定波長の光を透過する複数種の第１の透過フィルタを有し、前記第１の透過フィルタ毎に当該第１の透過フィルタを透過した光の強度を検出する第１の二次元検出器と、
    前記分離部で二分割された他方の光のうち所定波長の光を透過する複数種の第２の透過フィルタを有し、前記第２の透過フィルタ毎に当該第２の透過フィルタを透過した光の強度を検出する第２の二次元検出器とを備え、
    前記第１および第２の二次元検出器を用いて前記複数種の蛍光色素のうちの少なくとも２種の蛍光色素から発せられた光を同時に検出し、かつ前記検出された光の強度から前記蛍光色素の種類を識別することを特徴とする多色蛍光分析装置。
  11. 第１および第２の透過フィルタの種類が、それぞれ４種である請求項１０に記載の多色蛍光分析装置。
  12. 第１および第２の透過フィルタの種類が、それぞれ２種である請求項１０に記載の多色蛍光分析装置。
  13. 分離部が、蛍光フィルタを透過した光の一部を透過しかつ残部を反射する２色性ミラーを有し、前記２色性ミラーを透過する光の透過率が所定の波長範囲において実質的に０％から１００％まで変化する請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の多色蛍光分析装置。
  14. 試料に照射される励起光が少なくとも２つの励起波長帯からなる請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の多色蛍光分析装置。
  15. 試料に照射される励起光が少なくとも３つの励起波長帯からなる請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の多色蛍光分析装置。
  16. 二次元検出器で検出された光の強度から二種以上の蛍光色素を識別するデータ処理部を備えている請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の多色蛍光分析装置。
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