JP2000338035A - バイオチップ読取装置 - Google Patents
バイオチップ読取装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】小型化、低価格化、高精度化を図ることのでき
るバイオチップ読取装置を実現する。 【解決手段】複数の試料をスポット状またはラインアレ
イ状に配置したバイオチップに光を照射して、受光器に
より前記複数の試料に応じた画像情報を読取るバイオチ
ップ読取装置であって、前記試料に応じた画像における
試料像間の空き領域に、対象となる試料の複数の分光情
報を配置する手段を備えたことを特徴とする。
るバイオチップ読取装置を実現する。 【解決手段】複数の試料をスポット状またはラインアレ
イ状に配置したバイオチップに光を照射して、受光器に
より前記複数の試料に応じた画像情報を読取るバイオチ
ップ読取装置であって、前記試料に応じた画像における
試料像間の空き領域に、対象となる試料の複数の分光情
報を配置する手段を備えたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＮＡや蛋白質の
試料に蛍光物質を標識してこれをレーザ光等で励起して
蛍光を発生させ、その蛍光の波長を読取る読取装置に関
し、特に小型化、低価格化、高精度化のための改善に関
するものである。
試料に蛍光物質を標識してこれをレーザ光等で励起して
蛍光を発生させ、その蛍光の波長を読取る読取装置に関
し、特に小型化、低価格化、高精度化のための改善に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ＤＮＡや蛋白質に蛍光物質を
標識しレーザ光を照射してその蛍光物質を励起し、これ
により発生した蛍光を読取り、ＤＮＡや蛋白質を検出し
解析する技術がある。また、この場合、バイオチップ上
に蛍光物質が標識されたＤＮＡや蛋白質をアレイ状にス
ポットしたバイオチップが利用される。
標識しレーザ光を照射してその蛍光物質を励起し、これ
により発生した蛍光を読取り、ＤＮＡや蛋白質を検出し
解析する技術がある。また、この場合、バイオチップ上
に蛍光物質が標識されたＤＮＡや蛋白質をアレイ状にス
ポットしたバイオチップが利用される。
【０００３】バイオチップの読取りは次のようにして行
われる。レーザ光を例えば横軸方向に振って照射しアレ
イ状の各スポットの蛍光物質を励起させ、発光した蛍光
を例えば光ファイバーで集光し、これを光学フィルタを
介して受光器で受光し、目的の波長を抽出する。このよ
うにして１ライン（スポット列）の読取り動作が終わる
と、バイオチップを縦軸方向に駆動し、上記と同様の操
作を行う。この操作を繰り返してバイオチップ全体を読
取る。
われる。レーザ光を例えば横軸方向に振って照射しアレ
イ状の各スポットの蛍光物質を励起させ、発光した蛍光
を例えば光ファイバーで集光し、これを光学フィルタを
介して受光器で受光し、目的の波長を抽出する。このよ
うにして１ライン（スポット列）の読取り動作が終わる
と、バイオチップを縦軸方向に駆動し、上記と同様の操
作を行う。この操作を繰り返してバイオチップ全体を読
取る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の読取装置には次のような課題があった。 １）バイオチップはスポットが多く、外形寸法が大き
い。アレイ数も多い。 ２）蛍光の波長を光学フィルタで分離するため、多色で
はスペクトラムが各色素の濃度により混合して分離し難
い。 ３）自己蛍光や背景光等が混合するため定量性が悪化
し、精度が悪い。 ４）蛍光色に応じて光学フィルタ、受光器を切替える場
合、その切替え操作に時間がかかる。 ５）光学フィルタ、受光器を切替える代わりに、これら
を複数個用意し同時に受光させると高速となるが、高価
になるという欠点がある。 ６）走査型共焦点顕微鏡を用いると、部品点数が多いた
め、高価で大型であり、また測定に時間がかかる。
うな従来の読取装置には次のような課題があった。 １）バイオチップはスポットが多く、外形寸法が大き
い。アレイ数も多い。 ２）蛍光の波長を光学フィルタで分離するため、多色で
はスペクトラムが各色素の濃度により混合して分離し難
い。 ３）自己蛍光や背景光等が混合するため定量性が悪化
し、精度が悪い。 ４）蛍光色に応じて光学フィルタ、受光器を切替える場
合、その切替え操作に時間がかかる。 ５）光学フィルタ、受光器を切替える代わりに、これら
を複数個用意し同時に受光させると高速となるが、高価
になるという欠点がある。 ６）走査型共焦点顕微鏡を用いると、部品点数が多いた
め、高価で大型であり、また測定に時間がかかる。
【０００５】本発明の目的は、上記の課題を解決するも
ので、一挙に、小型化、低価格化、高精度化を図ること
のできるバイオチップ読取装置を実現することにある。
ので、一挙に、小型化、低価格化、高精度化を図ること
のできるバイオチップ読取装置を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明では、複数の試料をスポット
状またはラインアレイ状に配置したバイオチップに光を
照射して、受光器により前記複数の試料に応じた画像情
報を読取るバイオチップ読取装置であって、前記試料に
応じた画像における試料像間の空き領域に、対象となる
試料の複数の分光情報を配置する手段を備えたことを特
徴とする。
るために、請求項１の発明では、複数の試料をスポット
状またはラインアレイ状に配置したバイオチップに光を
照射して、受光器により前記複数の試料に応じた画像情
報を読取るバイオチップ読取装置であって、前記試料に
応じた画像における試料像間の空き領域に、対象となる
試料の複数の分光情報を配置する手段を備えたことを特
徴とする。
【０００７】このような構成によれば、受光器の画像の
試料間に試料の分光情報が出力でき、同時多波長測定が
容易に実現できる。また、多波長情報をコンパクトに得
ることもできる。
試料間に試料の分光情報が出力でき、同時多波長測定が
容易に実現できる。また、多波長情報をコンパクトに得
ることもできる。
【０００８】この場合、請求項２のように、前記手段と
しては、試料と受光器の間に、回折格子、または光学フ
ィルタと光学的シフト手段の組み合わせ、またはフーリ
エ分光手段を配置した構成とすることができ、適宜に各
種の機構を利用することができる。
しては、試料と受光器の間に、回折格子、または光学フ
ィルタと光学的シフト手段の組み合わせ、またはフーリ
エ分光手段を配置した構成とすることができ、適宜に各
種の機構を利用することができる。
【０００９】また、請求項３のように、試料がスポット
の場合、受光器上に分光情報を２次元的に展開させるこ
ともできる。このような発明によれば、コンパクトであ
りながらも情報量が多く高精度の測定が可能となる。
の場合、受光器上に分光情報を２次元的に展開させるこ
ともできる。このような発明によれば、コンパクトであ
りながらも情報量が多く高精度の測定が可能となる。
【００１０】また、本発明では、請求項４のように、測
定には走査型または非走査型の共焦点顕微鏡、あるいは
２光子励起型顕微鏡が適宜利用できる。
定には走査型または非走査型の共焦点顕微鏡、あるいは
２光子励起型顕微鏡が適宜利用できる。
【００１１】また、請求項５のように、分光情報の信号
に対し、既知のスペクトラムを利用して回帰法によりノ
イズと分離する手段を用いて、精度を上げることもでき
る。
に対し、既知のスペクトラムを利用して回帰法によりノ
イズと分離する手段を用いて、精度を上げることもでき
る。
【００１２】また、請求項６のように、分光対象領域を
制限するための開口部を、各試料の位置と一致させるか
または各試料の一部と一致させると、ノイズの少ない情
報が得られる。
制限するための開口部を、各試料の位置と一致させるか
または各試料の一部と一致させると、ノイズの少ない情
報が得られる。
【００１３】請求項７の発明では、試料の画像位置と一
致または試料の一部と一致する開口部を持つ非走査型共
焦点顕微鏡を読取手段としたことを特徴とする。このよ
うな構成によってもノイズの少ない情報を容易に得るこ
とができる。
致または試料の一部と一致する開口部を持つ非走査型共
焦点顕微鏡を読取手段としたことを特徴とする。このよ
うな構成によってもノイズの少ない情報を容易に得るこ
とができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明の読取装置の一実施例を示す構
成図である。図において、１はレーザ光を発生する光
源、２は光源からの光を平行光にするレンズ、３はダイ
クロイックミラー、４は対物レンズ、５は試料、６は回
折格子、７はレンズ、８は受光器である。
説明する。図１は本発明の読取装置の一実施例を示す構
成図である。図において、１はレーザ光を発生する光
源、２は光源からの光を平行光にするレンズ、３はダイ
クロイックミラー、４は対物レンズ、５は試料、６は回
折格子、７はレンズ、８は受光器である。
【００１５】光源１から発生した光（励起光）はレンズ
２により平行光となり、ダイクロイックミラー３で反射
し、対物レンズ４を介して集光し試料５面を照射する。
この照射光により試料は蛍光（励起光とは波長が異な
る）を発し、その蛍光は再び対物レンズ４に逆戻りしダ
イクロイックミラー３に入射する。
２により平行光となり、ダイクロイックミラー３で反射
し、対物レンズ４を介して集光し試料５面を照射する。
この照射光により試料は蛍光（励起光とは波長が異な
る）を発し、その蛍光は再び対物レンズ４に逆戻りしダ
イクロイックミラー３に入射する。
【００１６】ダイクロイックミラー３を透過した試料か
らの蛍光は回折格子６で回折する。その回折角は波長に
対応する。回折格子６で回折した光はレンズ７を介して
受光器８上に集光する。受光器８は例えばカメラ等が使
用される。
らの蛍光は回折格子６で回折する。その回折角は波長に
対応する。回折格子６で回折した光はレンズ７を介して
受光器８上に集光する。受光器８は例えばカメラ等が使
用される。
【００１７】バイオチップに、例えば図２に示すように
４個の試料Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のスポットが配置さ
れている場合、受光器８には図３のように各試料ごとに
空間的にずれた位置に波長λ１〜λｎの分光画像（スペ
クトラム）が得られる。この分光画像は分光情報である
が、白黒カメラで十分その分光情報を測定することがで
きる。この場合、図からも明らかなように各スポットの
隙間が巧みに利用されている。
４個の試料Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のスポットが配置さ
れている場合、受光器８には図３のように各試料ごとに
空間的にずれた位置に波長λ１〜λｎの分光画像（スペ
クトラム）が得られる。この分光画像は分光情報である
が、白黒カメラで十分その分光情報を測定することがで
きる。この場合、図からも明らかなように各スポットの
隙間が巧みに利用されている。
【００１８】上記実施例ではスポットがアレイ状に点在
するバイオチップを対象としているが、本発明はこれに
限らずライン状に配置された電気泳動パターンの蛍光パ
ターンも対象にすることができる。その場合は、図４に
示すような像が得られる。すなわち、各レーンの泳動パ
ターン（縦軸方向）について空間的に横軸方向にずれた
位置にλ１〜λｎの分光画像が生じる。
するバイオチップを対象としているが、本発明はこれに
限らずライン状に配置された電気泳動パターンの蛍光パ
ターンも対象にすることができる。その場合は、図４に
示すような像が得られる。すなわち、各レーンの泳動パ
ターン（縦軸方向）について空間的に横軸方向にずれた
位置にλ１〜λｎの分光画像が生じる。
【００１９】図５は本発明の他の実施例を示す構成図で
ある。図５は直角に２枚の回折光子を配置した例であ
る。このような構成によれば、図６に示すように２次元
のスペクトラムが得られる。例えば、横軸方向（Ｘ軸方
向）を１００ｎｍ刻み、縦軸方向（Ｙ軸方向）を１０ｎ
ｍ刻みとすれば、ダイナミックレンジが広く、かつ高精
度の計測が可能となる。
ある。図５は直角に２枚の回折光子を配置した例であ
る。このような構成によれば、図６に示すように２次元
のスペクトラムが得られる。例えば、横軸方向（Ｘ軸方
向）を１００ｎｍ刻み、縦軸方向（Ｙ軸方向）を１０ｎ
ｍ刻みとすれば、ダイナミックレンジが広く、かつ高精
度の計測が可能となる。
【００２０】図７は回折格子の代わりにダイクロイック
ミラーを使用した場合の実施例である。これは光学フィ
ルタと光学的シフト手段の組み合わせである。図示のよ
うに、透過波長の異なるダイクロイックミラー３１，３
２，３３（光学フィルタ）を光軸上に積み重ねる。この
場合、ダイクロイックミラーを反射する光が、丁度回折
格子で回折するのと同様な角度で反射するように、各ダ
イクロイックミラーの角度を設定しておく（光学的シフ
ト手段に相当する）。
ミラーを使用した場合の実施例である。これは光学フィ
ルタと光学的シフト手段の組み合わせである。図示のよ
うに、透過波長の異なるダイクロイックミラー３１，３
２，３３（光学フィルタ）を光軸上に積み重ねる。この
場合、ダイクロイックミラーを反射する光が、丁度回折
格子で回折するのと同様な角度で反射するように、各ダ
イクロイックミラーの角度を設定しておく（光学的シフ
ト手段に相当する）。
【００２１】図８は回折格子やダイクロイックミラーに
代えて、サバール方式やマイケルソン型の非可動型のフ
ーリエ分光手段８１を用いた例である。この場合、受光
器に得られる画像は、スペクトラムそのものではなく、
干渉縞像である。したがって、この干渉縞像を計算手段
（図示せず）によりフーリエ変換処理することによりス
ペクトラムが得られる。
代えて、サバール方式やマイケルソン型の非可動型のフ
ーリエ分光手段８１を用いた例である。この場合、受光
器に得られる画像は、スペクトラムそのものではなく、
干渉縞像である。したがって、この干渉縞像を計算手段
（図示せず）によりフーリエ変換処理することによりス
ペクトラムが得られる。
【００２２】なお、測定には通常の蛍光顕微鏡やカメラ
だけでなく、共焦点や２光子方式の顕微鏡を用いると、
更に高分解能となる。また、共焦点のスライス効果によ
り個々の試料の厚みがばらついている場合でも常に一定
の体積の試料を測定出来るため、定量性も向上する。な
お、この場合、共焦点顕微鏡は非走査型でもよい。
だけでなく、共焦点や２光子方式の顕微鏡を用いると、
更に高分解能となる。また、共焦点のスライス効果によ
り個々の試料の厚みがばらついている場合でも常に一定
の体積の試料を測定出来るため、定量性も向上する。な
お、この場合、共焦点顕微鏡は非走査型でもよい。
【００２３】また、図９に示すように本来の蛍光とわず
かに波長が異なる自己蛍光等は、使用される試薬の特性
が既知であるため、容易に除去することができる。必要
なら信号スペクトルを回帰法により分離してもよい。こ
のようにすれば、高精度、高感度化を容易に実現するこ
とができる。
かに波長が異なる自己蛍光等は、使用される試薬の特性
が既知であるため、容易に除去することができる。必要
なら信号スペクトルを回帰法により分離してもよい。こ
のようにすれば、高精度、高感度化を容易に実現するこ
とができる。
【００２４】また、分光では、スリット等の遮光手段で
測定領域を制限する必要がある。そのため、例えば図１
０に示すように、開口部Ａを試料Ｓ１のある領域と一致
させるか、または試料の一部と一致させることにより、
面積を最も有効に使うことができる。
測定領域を制限する必要がある。そのため、例えば図１
０に示すように、開口部Ａを試料Ｓ１のある領域と一致
させるか、または試料の一部と一致させることにより、
面積を最も有効に使うことができる。
【００２５】これは、試料のふち部の乱れによるエラー
を除去するためにも有効である。なお、開口部の形状は
丸型だけでなく矩形などでもよい。
を除去するためにも有効である。なお、開口部の形状は
丸型だけでなく矩形などでもよい。
【００２６】また、図１０に示すような開口部あるいは
上記のような矩形型の開口部を非走査型共焦点顕微鏡の
ピンホールまたはスリットとして利用すると、安価かつ
小型でありながら共焦点の高分解能とスライスによる定
量性が得られる。この場合、検出手段は図１に示すよう
な分光方式に限らず、一般のフィルタ方式でもよい。
上記のような矩形型の開口部を非走査型共焦点顕微鏡の
ピンホールまたはスリットとして利用すると、安価かつ
小型でありながら共焦点の高分解能とスライスによる定
量性が得られる。この場合、検出手段は図１に示すよう
な分光方式に限らず、一般のフィルタ方式でもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
ような効果がある。 １）フィルタや受光器を切替えることなく多波長の蛍光
を同時に測定でき、コンパクトな読取装置を実現するこ
とができる。 ２）受光器上に表示されるスペクトラムの撮影は白黒カ
メラでよく、安価で済む。 ３）受光器上に表示されるスペクトラムは、容易に２次
元スペクトラムとすることもでき、高精度化が容易であ
る。
ような効果がある。 １）フィルタや受光器を切替えることなく多波長の蛍光
を同時に測定でき、コンパクトな読取装置を実現するこ
とができる。 ２）受光器上に表示されるスペクトラムの撮影は白黒カ
メラでよく、安価で済む。 ３）受光器上に表示されるスペクトラムは、容易に２次
元スペクトラムとすることもでき、高精度化が容易であ
る。
【図１】本発明に係るバイオチップ読取装置の一実施例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図２】バイオチップ上の試料の配列を説明するための
図である。
図である。
【図３】受光器上に表示される分光情報を説明するため
の説明図である。
の説明図である。
【図４】ラインアレイ状に配置された試料を測定した場
合の分光情報を説明するための説明図である。
合の分光情報を説明するための説明図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図６】分光情報が２次元的に展開された場合の分光画
像についての説明図である。
像についての説明図である。
【図７】本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図８】本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図９】自己蛍光等の分布状態を示す説明図である。
【図１０】試料と開口部の関係に係る説明図である。
１ 光源 ２ レンズ ３，３１，３２，３３ ダイクロイックミラー ４ 対物レンズ ５，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ 試料 ６，６１ 回折格子 ７ レンズ ８ 受光器 ８１ フーリエ分光手段 Ａ 開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 33/483 Ｇ０１Ｎ 33/483 Ｃ 33/566 33/566 Ｆターム(参考） 2G020 AA04 BA02 BA04 CA01 CB05 CB23 CB43 CC04 CC22 CC26 CD14 CD27 CD35 2G045 AA39 BA11 BB11 CB30 DA13 DA36 FA12 FA17 FA19 FA26 FB02 FB12 JA01 2G054 AA06 AB07 CA30 CE02 EA03 FA18 FA19 GA03 GA04 JA02 JA07 2G059 AA01 BB12 CC20 DD01 EE07 FF11 GG01 HH02 JJ02 JJ05 JJ07 KK04
Claims (7)
- 【請求項１】複数の試料をスポット状またはラインアレ
イ状に配置したバイオチップに光を照射して、受光器に
より前記複数の試料に応じた画像情報を読取るバイオチ
ップ読取装置であって、 前記試料に応じた画像における試料像間の空き領域に、
対象となる試料の複数の分光情報を配置する手段を備え
たことを特徴とするバイオチップ読取装置。 - 【請求項２】前記手段は、前記試料と受光器の間に、回
折格子、または光学フィルタと光学的シフト手段の組み
合わせ、またはフーリエ分光手段を配置した構成である
ことを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読取装
置。 - 【請求項３】前記手段は、前記試料がスポットの場合、
前記受光器上に分光情報を２次元的に展開するように構
成されてなることを特徴とする請求項１記載のバイオチ
ップ読取装置。 - 【請求項４】前記手段は、走査型または非走査型の共焦
点顕微鏡、あるいは２光子励起型顕微鏡を用いたことを
特徴とする請求項１記載のバイオチップ読取装置。 - 【請求項５】前記分光情報の信号に対し、既知のスペク
トラムを利用して回帰法によりノイズと分離する手段を
有したことを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読
取装置。 - 【請求項６】分光対象領域を制限するための開口部が、
各試料の位置と一致するかまたは各試料の一部と一致す
るようにしたことを特徴とする請求項１記載のバイオチ
ップ読取装置。 - 【請求項７】複数の試料をスポット状またはラインアレ
イ状に配置したバイオチップに光を照射して、受光器に
より前記複数の試料に応じた画像情報を読取るバイオチ
ップ読取装置であって、 前記試料の画像位置と一致または試料の一部と一致する
開口部を持つ非走査型共焦点顕微鏡を読取手段としたこ
とを特徴とするバイオチップ読取装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14939999A JP3689901B2 (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | バイオチップ読取装置 |
| EP00109722A EP1055925B1 (en) | 1999-05-28 | 2000-05-08 | Biochip reader |
| EP08160013A EP1983331B1 (en) | 1999-05-28 | 2000-05-08 | Optical system for reading a biochip |
| DE60044923T DE60044923D1 (de) | 1999-05-28 | 2000-05-08 | Biochip-Lesegerät |
| DE1055925T DE1055925T1 (de) | 1999-05-28 | 2000-05-08 | Biochip-Lesegerät und Elektrophoresesystem |
| US10/768,632 US20040184960A1 (en) | 1999-05-28 | 2004-01-30 | Biochip reader and electrophoresis system |
| US10/769,017 US20040182710A1 (en) | 1999-05-28 | 2004-01-30 | Biochip reader and electrophoresis system |
| US12/550,001 US8264680B2 (en) | 1999-05-28 | 2009-08-28 | Biochip reader and electrophoresis system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14939999A JP3689901B2 (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | バイオチップ読取装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000338035A true JP2000338035A (ja) | 2000-12-08 |
| JP3689901B2 JP3689901B2 (ja) | 2005-08-31 |
Family
ID=15474292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14939999A Expired - Fee Related JP3689901B2 (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | バイオチップ読取装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3689901B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003038754A1 (en) * | 2001-11-01 | 2003-05-08 | Diachip Co., Ltd. | Method for analyzing image of biochip |
| US7349093B2 (en) | 2005-02-17 | 2008-03-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fluorescence measurement apparatus |
| JP2011007775A (ja) * | 2009-05-22 | 2011-01-13 | Canon Inc | 撮像装置及び撮像方法 |
| JP2011080980A (ja) * | 2009-09-14 | 2011-04-21 | Ricoh Co Ltd | 分光特性取得装置 |
| CN109856059A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-07 | 金华职业技术学院 | 一种电化学红外反射光谱实验装置 |
| CN117402721A (zh) * | 2023-11-03 | 2024-01-16 | 苏州思迈德生物科技有限公司 | 一种多色荧光检测的检测装置及检测方法 |
-
1999
- 1999-05-28 JP JP14939999A patent/JP3689901B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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