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JP2004279258A - Light measurement apparatus and method - Google Patents

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JP2004279258A
JP2004279258A JP2003072147A JP2003072147A JP2004279258A JP 2004279258 A JP2004279258 A JP 2004279258A JP 2003072147 A JP2003072147 A JP 2003072147A JP 2003072147 A JP2003072147 A JP 2003072147A JP 2004279258 A JP2004279258 A JP 2004279258A
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light
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fluorescence
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JP2003072147A
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Japanese (ja)
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Yuichiro Matsuo
祐一郎 松尾
Takami Shibazaki
尊己 芝▲崎▼
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light measurement apparatus and a method capable of always, reliably and accurately measuring a light in an optimal state. <P>SOLUTION: As an optical transmittance of a ND (nutral density) filter 17 is changed based on a comparison result of an output from a photo multiplier 13 in response to fluorescence intensity from a spot (a probe) of a micro array chip 7 and a reference, the output from the photo multiplier 13 is always and regularly controlled and corrected by a fluorescence intensity conversion process based on information on the optical transmittance of the ND filter 17. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遺伝子などの生体関連物質の検査に用いられ、例えば、DNA解析、疫学的解析などに用いられるマイクロアレイチップの読み取り、詳細にはマイクロアレイチップからの蛍光などを測定する光測定装置および方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、遺伝子工学分野における技術の発展は目覚しいものがあり、例えば、10万個にも及ぶと考えられるヒトゲノムの塩基配列を解読する研究が進められている。
【0003】
一方、各種の診断に使用され抗原抗体反応を利用する酵素免疫測定法や蛍光抗体法を始め、各種遺伝子疾患に影響を与えるDNAを探索する研究などには、マイクロアレイ技術が用いられている。
【0004】
マイクロアレイ技術は、例えば、Siウエハやスライドグラスやメンブレンフィルタ上に、プローブとして、cDNAやオリゴDNAをマトリックス状に高密度(数百μm以下の間隔)でスポットしたマイクロアレイチップを用いる技術である。
【0005】
このようなマイクロアレイ技術は、例えば、蛍光色素で標識された健常者の細胞から取り出したDNAや、蛍光色素で標識された遺伝子疾患を有する検体の細胞から取り出したDNAを、ピペットを用いてマイクロアレイチップの各プローブに滴下する。そして、各検体のDNAとプローブとをハイブリタイズさせ、この状態で各プローブについて、それぞれの蛍光色素を励起する励起光を照射し、プローブから発せられる蛍光を光検出器で検出する。その後、マイクロアレイチップ上からの蛍光検出の結果から、各検体のDNAがいずれのプローブとハイブリタイズされているかを求め、さらにハイブリタイズされたDNAを比較することにより、疾病により発現したDNAまたは欠損したDNAを特定するようにしたものである。
【0006】
ところで、マイクロアレイ技術に用いられるマイクロアレイチップの各プローブから発せられる蛍光を検出する技術としては、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。
【0007】
図17は、特許文献1に開示されたマイクロアレイチップの読取り装置の概略構成を示すものである。この場合、101はマイクロアレイチップ、102はスライドガラス、103は結合物(被検出物)、104、105はステップモーター、106はステージ、107は励起光源、108はコリメータレンズ、109は偏向ビームスプリッタ、110は集光レンズ、111はフォトマルチプライヤー、112は位置指示手段である。
【0008】
このような構成において、まずステージ106上の決められた位置に、マイクロアレイチップ101が設置される。このとき、マイクロアレイチップ101上のプローブがスポットされていたそれぞれの位置は、ステージ106上のX軸方向の位置及びY軸方向の位置に対応付けされている。この対応付けは位置指示手段112から各ステップモーター104,105に入力される。一方、励起光源107からは励起光Lが出射される。この励起光Lはコリメーターレンズ108に入射して平行光束とされる。平行光束とされた励起光Lは偏向ビームスプリッタ109を透過し、集光レンズ110によりステージ106上に設置されたマイクロアレイチップ101上に集光される。
【0009】
各ステップモーター104,105は位置指示手段112から入力された指示位置に基づいて、励起光Lがマイクロアレイチップ101上の最初の所定位置を照射するようにステージ106をXY平面内で駆動し、その位置で停止する。励起光Lは、マイクロアレイチップ101上の最初の所定位置を、結合物103よりも広いスポット径で照射するが、この励起光Lで照射された最初の所定位置に結合物103が存在したときは、結合物103はその全体が励起光Lにより照射され、結合物103の蛍光色素が励起され、蛍光kを発光する。励起光Lで照射された最初の所定位置に結合物103が存在しないときは、マイクロアレイチップ101からは蛍光kが発する事は無い。結合物103が存在し蛍光kが発光されたときは、その蛍光kは集光レンズ110、偏向ビームスピリッタ109を順次通過して、フォトマルチプライヤー111に入射し、この光量に応じた電気信号に変換されて、外部の処理装置に出力される。外部の出力装置には、位置指示手段112から、励起光Lが照射した所定位置の情報が入力されており、所定位置と蛍光kの検出の有無及びその光量が対応付けられる。
【0010】
また、特許文献2には、光源からの光量を検出し、この検出値に基づいて光源の出射光量を制御することにより、マイクロアレイチップに対し変動のない安定した照明光を照射し、フォトマルチプライヤーにより各スポットの蛍光強度を測定するようにしたものが開示されている。
【0011】
【特許文献1】
特開2000−131237号公報
【0012】
【特許文献2】
米国特許第6406849号明細書
【0013】
【特許文献3】
特開平8−334709号公報
【0014】
【特許文献4】
特開平5−183851号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に開示された装置は、フォトマルチプライヤー111を用いてマイクロアレイチップ101から発せられる蛍光kの光量を光電変換し、出力信号の強弱をデータ処理手段などで数値化するようにしている。
【0016】
ところで、フォトマルチプライヤー111のような受光素子は、入射する光を光電変換できる光の強度範囲(ダイナミックレンジ)が決まっており、このため、マイクロアレイチップ101でのハイブリタイズにより発せられる蛍光の光量を測定できる範囲に制約を受ける。
【0017】
ところが、マイクロアレイチップ101上のプローブcDNAと蛍光色素で標識されたDNAとのハイブリタイズは、反応時のばらつき、つまり、発現度合いにより、単一照明条件下において、非常に明るい蛍光を発する場合と極めて弱い蛍光を発する場合とがある。
【0018】
このため、フォトマルチプライヤー111を使用した場合、ダイナミックレンジが、検出系のダイナミックレンジを決定してしまうことがある。このことは、仮に、マイクロアレイチップ101のスポット(プローブ103)でもっとも弱い蛍光を発するところの蛍光量を測定できるようにフォトマルチプライヤー111の駆動電圧(HV:ハイボルトとも言う)を合わせておくと、最も明るい蛍光を発するスポット(プローブ103)からの蛍光量を測定したときにフォトマルチプライヤー111の出力がオーバーフローしてしまい、正確な蛍光量が測定できなくなる。
【0019】
そこで、各スポット(プローブ103)から発する蛍光量ごとにフォトマルチプライヤー111の駆動電圧を変更しながら出力信号を得ることが考えられるが、駆動電圧によってS/Nが変化してしまうため、その後の各スポットの蛍光量を比較するにふさわしい正確な出力を取得することができない。
【0020】
フォトマルチプライヤー111については、特性上、駆動電圧によって最も量子効率の良いところがあり、この量子効率の最も良い状態の駆動電圧により使用することが望ましい。しかし、上述したように駆動電圧を変化させる考えのものでは、フォトマルチプライヤー111の性能も十分に発揮することができない。
【0021】
また、フォトマルチプライヤー111に代えて、二次元測光を可能にしたCCDカメラを用いることも考えられる。このようなCCDカメラをを用いれば、一回の露光でマイクロアレイチップ101の全てのスポット(プローブ103)からの蛍光を一度の露光で取り込むことができる。
【0022】
しかし、このようなCCDカメラについてもダイナミックレンジが決まっているため、このダイナミックレンジが狭いと撮像画面上で蛍光量の弱いスポットは真っ暗で見えないため輝点としてのデータが取り出せず、また、非常に蛍光量の大きいスポットは真っ白な状態で出力がオーバーフローした状態になり正しい蛍光量を測定することができない。つまり、ダイナミックレンジに応じた狭い範囲の蛍光量の変化にしか対応できないこととなる。
【0023】
また、このような問題点を解決するためCCDカメラにおいて、ゲインや露光時間を変えて撮影し、その後、撮像データ処理をして全てのスポットの蛍光量を測定することも考えられるが、このようにしても、CCDカメラは露光時間やゲインによって暗ノイズが乗ったりS/Nが変化するため、各スポット(プローブ103)間の正しい蛍光量測定をすることは困難であった。
【0024】
一方、特許文献2には、光源からマイクロアレイチップに対し変動のない安定した照明光を照射し、フォトマルチプライヤーにより各スポットの蛍光強度を測定するものが開示されるが、ここでは、光源からの照明光量を一定に制御することが開示されるだけで、各スポットから発せられる蛍光の強度が変化した場合の対応については何ら述べられていない。
【0025】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、常に最適な状態で、信頼性の高い正確な光測定を行なうことができる光測定装置および方法を提供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、光源と、前記光源からの光が照射される試料と、前記試料からの光の強度を検出する光検出手段と、前記光源と試料との間の光路に配置され前記光源より前記試料に照射される光の量を調整可能にした光量調整手段と、前記光検出手段により検出される光の強度が予め設定された規定値になるように前記光量調整手段による前記試料に照射される光の量を制御する制御手段と、前記制御手段の制御により前記光検出手段により検出される光の強度が前記規定値に一致したときの前記光量調整手段による光量調整情報に基づいて前記光検出手段の検出結果を補正する出力補正手段とを具備したことを特徴としている。請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記光量調整手段は、前記試料に照射される光の量を連続的または段階的に調整可能にした光学素子からなることを特徴としている。
【0027】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記光量調整手段は、前記試料と光学的共役位置に配置され、且つ選択的に偏向制御可能な複数の微小偏向素子を有するとともに、これら微小偏向素子の偏向制御に応じて前記光源から前記試料に照射される光の量を調整可能にした光偏向素子アレイからなることを特徴としている。
【0028】
請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記試料は、反応液中の検体とプローブとの反応を検出するマイクロアレイチップからなり、さらに前記テストサイト中の反応液を移動させる移動手段を有し、前記光偏向素子アレイによる前記試料に照射される光の量の調整動作を前記移動手段による前記反応液の移動と同期させることを特徴としている。
【0029】
請求項5記載の発明は、光源からの光を試料に照射し、前記試料からの光の強度を光検出手段で検出し、前記光源より前記試料に照射される光の量を光量調整手段により調整可能とするとともに、前記光検出手段により検出される光の強度が予め設定された規定値になるように前記光量調整手段による前記試料に照射される光の量を制御し、この制御により前記光検出手段より検出される光の強度が前記規定値に一致したときの前記光量調整手段による光量調整情報に基づいて前記光検出手段の検出結果を補正することを特徴としている。
【0030】
この結果、本発明によれば、光検出手段は、ダイナミックレンジに影響されることなく広範囲に亘って、常に最適な状態で信頼性の高い蛍光測定を行なうことができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【0032】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明が適用される光測定装置の概略構成を示している。図において、1は照明用の光源で、この光源1から発せられる照明光の光路上には、コレクタレンズ2、照明光学系のリレーレンズ3、励起フィルタ4を介して偏向ビームスプリッター5が配置されている。コレクタレンズ2は、光源1からの照明光を平行光に変換するものである。励起フィルタ4は、照明光から蛍光観察用の励起光を選択するためのものである。偏向ビームスプリッター5は、励起フィルタ4からの励起光を反射し、後述するマイクロアレイチップ7からの蛍光を透過するようになっている。
【0033】
偏向ビームスプリッター5の反射光路には、対物レンズ6を介して試料としてのマイクロアレイチップ7が配置されている。
【0034】
マイクロアレイチップ7は、ステージ8上に載置されている。ステージ8は、コントローラ9に接続されたXモータ10およびYモータ11の駆動により指定された位置にマイクロアレイチップ7を移動できるようになっている。
【0035】
例えば、図2(a)(b)は、本発明を適用することが可能なマイクロアレイチップ7の概略構成を示すものである。
【0036】
図2(a)において、701は、マイクロアレイチップ本体で、このマイクロアレイチップ本体701は、直方体をなすもので、前面幅方向に沿って突出部701aが形成されている。マイクロアレイチップ本体701の上面には、複数(図示例では4個)のテストサイト702が開口されている。また、マイクロアレイチップ本体701の突出部701a前面には、テストサイト702に対応する複数(図示例では4個)の吸排出穴703が形成されている。これら吸排出穴703は、マイクロアレイチップ本体701内部で、それぞれ対応するテストサイト702の開口と連通されている。
【0037】
テストサイト702の底部(底部には孔が形成されている)には、同図(b)に示すようなアルミニウム陽極酸化膜で構成され基板704が設けられている。この基板704上には、cDNAやオリゴDNAなどのプローブ705がマトリックス状に高密度(数百μm以下の間隔)でスポットされている。各テストサイト702には、蛍光色素で標識された遺伝子疾患を有する検体細胞から取り出したDNA(反応溶液)がピペット等で滴下され、検体のDNAとプローブとをハイブリタイズさせるようにしている。
【0038】
この場合、テストサイト702に滴下された反応溶液とプローブとのハイブリタイズ速度を高めるため、吸排出穴703には、反応液の移動手段としての図1に示すポンプ14がテフロンチューブ15を介して接続されている。つまり、ポンプ14による反応液の吸引・排出動作により、反応溶液を基板704に対し繰り返し通過させることで、ハイブリタイズ速度を高めるようにしている。
【0039】
図1に戻って、偏向ビームスプリッター5の透過光路には、結像レンズ12を介して光検出手段としてのフォトマルチプライヤー(PMT)13が配置されている。結像レンズ12は、マイクロアレイチップ7から発せられた蛍光をフォトマルチプライヤー13に導くものである。フォトマルチプライヤー13は、蛍光を受光すると、その蛍光の強度に応じて微小なパルス状の電流波形を信号Oとして出力するようになっている。
【0040】
フォトマルチプライヤー13には、電源ユニット16が接続されている。この電源ユニット16は、フォトマルチプライヤー13の駆動電圧(HV:ハイボルト)を可変できるものである。この実施の形態では、駆動電圧として、最も量子効率が良い電圧を固定値としてフォトマルチプライヤー13に供給するようにしている。
【0041】
コレクタレンズ2とリレーレンズ3の間の光路には、光量調整手段としての回転式のNDフィルタ17が配置されている。このNDフィルタ17は、図3に示すように円板状をなすとともに、その板面を円周方向に沿って光透過率(ND値)を連続して変化するようなフィルタに構成している。図示例では、色の濃淡により光透過率(ND値)の異なるフィルタを示しており、色の薄い部分が最も光透過率が大きく、色の濃い部分が最も光透過率が小さいフィルタ部を表わしている。従って、このようなNDフィルタ17を回転させることによって段階的もしくは連続的に光透過率(ND値)を可変できる。
【0042】
この実施の形態では、ND値を連続的に変化する特性を要する回転式のNDフィルタ17を使用している。勿論、ND値の変化が段階的であってもよい。
【0043】
NDフィルタ17には、ステッピングモーター18が回転軸181を介して接続されている。ステッピングモーター18には、バイポーラ式二極のものが用いられている。
【0044】
ステッピングモーター18には、回転式の位置検出用センサ板19が設けられている。位置検出用センサ板19は、ステッピングモーター18の回転軸181と軸心を一致させて連結された回転軸182に固定され、NDフィルタ17の回転と全く同期して回転するようになっている。
【0045】
また、位置検出用センサ板19には、周面には一箇所だけにスリット191が設けられ、このスリット191位置を基準位置として設定されている。
【0046】
位置検出用センサ板19には、フォトインタラプタ20が近接して設けられている。このフォトインタラプタ20は、位置検出用センサ板19のスリット191を検出するもので、この検出信号をNDフィルタ17が原点位置にいることを表わす信号Rとして出力するようになっている。ここでは、回転式のNDフィルタを1枚使用した場合について説明したが、複数枚を組み合わせて用いてもよく、スライド式のNDフィルタを用いることもできる。
【0047】
フォトマルチプライヤー13、ステッピングモーター18およびフォトインタラプタ20には、制御手段としての制御部21が接続されている。制御部21は、フォトマルチプライヤー13から出力される信号Oを解析して規定値と一致しているか判断し、これらの一致により出力補正処理としてNDアドレス−蛍光量変換処理(出力補正手段)を実行し、さらに、ステッピングモーター18を駆動する信号Mを出力したり、フォトインタラプタ20からの信号Rを検出してNDフィルタ17の原点位置を検出したりするものである。
【0048】
制御部21には、コンピュータ(PC)22が接続されている。コンピュータ22は、制御部21に対して制御信号Cを出力したり、制御部21から出力される蛍光強度信号Fを取り込んで、不図示のモニター画面上に表示させる機能を有し、さらに、コントローラ9に対してステージ8を指定位置まで動かすための指示信号Sを出力したり、ポンプ14に対して吸引・排出動作を指示する制御信号Pを出力するようになっている。
【0049】
図4は、制御部21の概略構成を示している。図において、211はバッファ機能を有する電流−電圧変換回路で、この電流−電圧変換回路211は、不図示のオペアンプやコンデンサなどで構成され、フォトインタラプタ20から出力されるパルス状の電流波形の信号Oの波形帯域を鈍らせて、電圧出力Vに変換するようになっている。電流−電圧変換回路211には、A/Dコンバーター212が接続されている。A/Dコンバーター212は、入力される電圧出力VをサンプリングクロックCLKのタイミングでサンプリングして、10ビットのデジタル信号(D0〜D9)として出力するようにしている。A/Dコンバーター212には、コントロール部213が接続されている。コントロール部213は、制御部21の動作全体を司るもので、FPGAで設計されている。
【0050】
コントロール部213には、予め基準値として設定された基準出力値データと、A/Dコンバーター212から出力されるフォトマルチプライヤー13の出力とを比較するための不図示のマグニチュードコンパレーター等が組み込まれている。
【0051】
また、コントロール部213は、ステッピングモーター18を駆動するための6本の駆動信号(M1〜M6)を出力するようになっている。これら駆動信号(M1〜M6)は、モータードライバー215に送られる。モータードライバー215は、不図示のMOS−FETなどで構成されていて、コントロール部213から出力された駆動信号(M1〜M6)を増幅してステッピングモーター18にOM1〜OM6として出力するようにしている。
【0052】
さらに、コントロール部213は、コンピュータ22に対して蛍光強度信号Fを12ビットのデータとして出力し、また、コンピュータ22からの各種コマンドに相当する指示信号Sを受け取り適宜必要なシーケンスを実行するようになっている。
【0053】
さらに、コントロール部213は、フォトインタラプタ20からNDフィルタ17が原点位置にいることを表わす信号Rを受信すると、内部の不図示のアドレスカウンターをリセットする。このアドレスカウンターは、16ビットのもので、アップカウントもダウンカウントも可能にしている。
【0054】
コントロール部213には、クロック源214が接続されている。このクロック源214は、コントロール部213のFPGAを駆動するためのもので、例えば40MHzのクロック信号を出力するようになっている。
【0055】
次に、このように構成された第1の実施の形態の動作を説明する。
【0056】
なお、ここでは、本実施の形態に直接関係ないハイブリタイズ動作原理そのものについては、その説明を割愛する。
【0057】
この場合、ハイブリタイズ動作が終了すると、図5に示すフローチャートが実行される。
【0058】
まず、制御部21は、ステップ501で初期化を行なう。この場合。NDフィルタ17を基準位置に持ってくるための原点検出動作を開始する。制御部21は、フォトインタラプタ20の信号レベルを検出し、現在の状態が原点位置かどうかを判断する。位置検出用センサ板19のスリット191がフォトインタラプタ20の位置に来ていると、フォトインタラプタ20は、Lレベルを出力する。
【0059】
図示例のように、フォトインタラプタ20とスリット191が一致していないと、フォトインタラプタ20がHレベルとなって、原点位置に来ていないことがわかるので、制御部21は、ステッピングモーター18に駆動信号Mを出力してステッピングモーター18を回転させる。これによりNDフィルタ17もステッピングモーター18の回転に同期して回転される。そして、NDフィルタ17が原点位置に達して、フォトインタラプタ20からの信号RがLレベルとなると、制御部21は、ステッピングモーター18の動作を止める。次に、制御部21は、コントロール部213内部の不図示のアドレスカウンタをリセットする。
【0060】
なお、本実施の形態では、NDフィルタ17の原点位置は、ND値の可変範囲の中間の位置となっている。
【0061】
次に、コンピュータ22は、ステージ8を原点位置に移動させるため、コントローラ9に指示信号Sを出力する(ステップ502)。続いて、測定スタートをユーザーがコンピュータ22の不図示のキーボードから指示すると、ステージ8上のマイクロアレイチップ7のテストサイト702の一つが指定されると同時に、テストサイト702内のマトリックス状に位置されたスポット(プローブ705)の一つが指定され、このスポット(プローブ705)の蛍光輝度を測定できる位置にステージ8を移動させる。
【0062】
ステップ503で、ステージ8が指定位置まで移動したことを確認されると、光源1から照明光が出射される。照明光はコレクタレンズ2に入射して平行光となり、NDフィルタ17、リレーレンズ3を透過して励起フィルタ4に入射される。そして、励起フィルタ4で励起光が選択され、偏向ビームスプリッター5で反射し、対物レンズ6によりマイクロアレイチップ7の指定されたテストサイト702内部のさらに指定されたプローブ705上に集光される。
【0063】
そして、スポット(プローブ705)において、標識された検体の蛍光色素が励起され、蛍光が発せられると、この蛍光は、対物レンズ6、偏向ビームスプリッター5を透過し、結像レンズ12によりフォトマルチプライヤー13に入射される。
【0064】
コンピュータ22は、制御部21に対してフォトマルチプライヤー13から出力されたパルス状の電流波形の信号Oをサンプリングするためのサンプリング開始指令を制御信号Cで出力する(ステップ504)。
【0065】
サンプリング開始指示を受けた制御部21は、コントロール部213よりA/Dコンバーター212にCLKを出力してサンプリングを開始する。サンプリングが開始されると、A/Dコンバーター212は、現在のフォトマルチプライヤー13からの出力値を10ビットのデジタルデータとしてコントロール部213に出力する。
【0066】
コントロール部213は、A/Dコンバーター212からの10ビットデジタルデータとコントロール部213に予め規定値として設定された基準出力値データとを比較する(ステップ505)。
【0067】
ここで、A/Dコンバーター212のデータが基準出力値データよりも大きい場合、つまり、フォトマルチプライヤー13の出力が大きい場合(ステップ506)、コントロール部213は、NDフィルタ17の光透過率を下げるためにステッピングモーター18を右回転させるための駆動信号(M1〜M6)を出力する(ステップ507)。
【0068】
この駆動信号(M1〜M6)は、モータードライバー215により電流増幅され、信号OM1〜OM6となりステッピングモーター18を回転させる。これと同時にコントロール部213は、内部のアドレスカウンタをステッピングモーター18を動作させた分だけカウントダウンする(ステップ508)。このような動作により、光源1よりNDフィルタ17を通してスポット(プローブ705)上に集光される励起光の光量が減少し、蛍光の輝度が減少して、フォトマルチプライヤー13の出力が低減される。
【0069】
一方、A/Dコンバーター212のデータが基準出力値データよりも小さい場合、つまり、フォトマルチプライヤー13の出力が小さい場合(ステップ509)、コントロール部213は、NDフィルタ17の光透過率を上げるためにステッピングモーター18を左回転させるための駆動信号(M1〜M6)を出力する(ステップ510)。
【0070】
この駆動信号(M1〜M6)は、モータードライバー215により電流増幅され、信号OM1〜OM6となりステッピングモーター18を回転させる。これと同時にコントロール部213は、内部のアドレスカウンタをステッピングモーター18を動作させた分だけカウントアップする(ステップ511)。このような動作により、光源1よりNDフィルタ17を通してスポット(プローブ705)上に集光される励起光の光量が増加し、蛍光の輝度が増加して、フォトマルチプライヤー13の出力が増加される。
【0071】
これにより、仮に、図6(a)に示すフォトマルチプライヤー13の出力が基準出力値データ(規定値)より大き過ぎる場合は、同図(b)に示すNDフィルタ17を右回転させて光透過率を下げるとともに、同図(c)に示すアドレスカウンタをカウントダウンさせる(図示期間T1)。この間の動作で、スポット(プローブ705)上に集光される励起光の光量が減少し、蛍光の輝度が減少して、フォトマルチプライヤー13の出力が低減される。しかし、この結果として、フォトマルチプライヤー13の出力が基準出力値データ(規定値)より下がり過ぎてしまうと、今度は、同図(b)に示すNDフィルタ17を左回転させて光透過率を上げるとともに、同図(c)に示すアドレスカウンタをカウントアップさせる(図示期間T2)。この間の動作で、今度は、プローブ705上に集光される励起光の光量が増加し、蛍光の輝度が増加して、フォトマルチプライヤー13の出力も増加される。以下、このような動作を、期間T3以降についても繰り返し実行し、期間T4に示すフォトマルチプライヤー13の出力と基準出力値データ(規定値)と一致する状態を待って終了する。
【0072】
そして、ステップ512で、フォトマルチプライヤー13の出力と基準出力値データ(規定値)と一致すると、出力補正処理としてNDアドレス−蛍光量変換処理を行い(ステップ513)、コンピュータ22に12ビットのデジタルデータFとして出力される。ここで、NDフィルタ17が原点位置にある時にフォトマルチプライヤー13の出力、つまりA/Dコンバーター212のデジタルデータと、基準出力値データ(規定値)と一致した時のアドレスカウンタの値が0になるとして、このときの蛍光輝度を十進数で2048(12ビットで1000 0000 0000 0000)をデータFとして出力する。
【0073】
これにより、フォトマルチプライヤー13の出力と基準出力値データ(規定値)とが一致した時点で、アドレスカウンタの値が0よりも小さい場合は、蛍光輝度データとして2048よりも大きい、つまり、蛍光が明るいためNDフィルタ17の光透過率を下げるようなデータFを出力する。例えば、本実施の形態において、アドレスカウンタの値が−16384であったような場合は、上述の蛍光輝度データよりも1.5倍明るいことになるので、蛍光輝度は、3072となる。また、アドレスカウンタの値が0よりも大きい場合は上述と逆の結果となり、例えばアドレスカウンタの値が16384であったような場合は、上述の蛍光輝度データより半分の明るさになることから、蛍光輝度は、1024となる。
【0074】
これらの蛍光輝度は、蛍光量データFとしてコンピュータ22に出力される(ステップ514)。
【0075】
その後、同一テストサイト702中の蛍光測定したい他のスポット(プローブ705)についても、それぞれのスポット(プローブ705)の測定可能な位置にステージ8を移動しながら、上述の測定動作を繰り返し、さらに他のテストサイト702についても同様にして測定を繰り返し行なう。つまり、同一テストサイト702中の蛍光測定したいスポット(プローブ705)について順に上述した測定動作を行い、その後、次のテストサイト702に移って、同様にして蛍光輝度を測定したいスポット(プローブ705)に対し上述した測定動作を繰り返し、全てのテストサイト702について測定動作を行なう。
【0076】
そして、ステップ515で、全てのテストサイト702およびスポット(プローブ705)に対する蛍光輝度測定を終了したことが判断されると、処理を終了する。
【0077】
従って、このようにすれば、スポット(プローブ705)からの蛍光輝度に応じたフォトマルチプライヤー13の出力と予め設定された基準値と比較結果から光路中に配置されるNDフィルタ17の光透過率を変化させてフォトマルチプライヤー13の出力を常に一定に制御し、このときのNDフィルタ17の光透過率のデータに基づいて蛍光量変換処理などのフォトマルチプライヤー13の出力補正を行なうようにしている。これにより、フォトマルチプライヤー13は、ダイナミックレンジに影響されることなく広範囲に亘って、常に最適な状態で信頼性の高い正確な蛍光測定を行なうことができる。また、特に、フォトマルチプライヤー13については、最も量子効率が良い駆動電圧(HV:ハイボルト)を固定値として設定することができるので、さらに安定した状態で、精度の高い蛍光測定を実現できる。
【0078】
さらに、このような考えは、フォトマルチプライヤー13などの検出器のダイナミックレンジの影響だけでなく、例えば、蛍光色素の発光効率に非線形がある場合にも適用することができる。
【0079】
なお、上述した実施の形態では、NDフィルタ17は回転式のものを使用したが、光路中にあるND値のNDフィルタを複数枚挿入するような機構を使用することも何ら問題ない。この場合、挿入するNDフィルタのND値と挿入枚数を管理できる機能を持たせればよい。
【0080】
また、上述した実施の形態では、ハイブリタイズ後にデータを取得する動作を中心に説明したが、ハイブリタイズの途中経過のデータを取得するようにもできる。この場合、ポンプ14の1回の動作に対して1回、所望のスポット(プローブ705)の蛍光輝度を解析する動作を実行するように、コンピュータ22が制御部21、ポンプ14などを動作させることは、なんら困難を要することなく可能である。
【0081】
さらに、上述した実施の形態では、マイクロアレイチップ7として、基板にアルミニウム陽極酸化膜を用いたものを説明したが、マイクロアレイチップの基板には特に制限はなく、シリコンウエハ、ガラス等の2次元基板や、その他、種々の多孔質基板を用いることが可能である。特に、マイクロアレイチップの基板に多孔質基板を用いた場合には、ポンプ14を用いてテストサイト702内の反応溶液を移動させハイブリダイゼーション反応を行なわせながら、検出することが可能となるのでより好ましい。
【0082】
さらにまた、上述した実施の形態では、NDフィルタ17を用い、フォトマルチプライヤー13の出力に応じてNDフィルタ17の光透過率を調整するようにしたが、例えば、図1に示すように、対物レンズ6の瞳位置に開口絞り23を配置し、制御部21によりフォトマルチプライヤー13の出力と基準出力値データ(規定値)と一致するように開口絞り23の開度を制御し、この状態で開口絞りの開度のデータに基づいてフォトマルチプライヤー13の出力について蛍光量変換処理を行なうようにしてもよい。もしくは、照明1の点灯方式をパルス点灯方式にして、その点灯デューティを変更することでマイクロアレイチップに照射される照明光量を調整する方式を取ることも可能である。フォトマルチプライヤー13の出力と基準出力値データ(基準値)と一致するように点灯デューティを制御し、この状態で点灯デューティのデータに基づいてフォトマルチプライヤー13の出力について蛍光量変換処理を行なうようにしてもよい。
【0083】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
【0084】
図7は、第2の実施の形態の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0085】
この場合、光源1から発せられる照明光の光路上には、コレクタレンズ2を介して反射ミラー31が配置されている。反射ミラー31の反射光路上には、光量調整手段としての光偏向素子アレイ、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)32が配置されている。このDMD32については、詳細を後述する。
【0086】
DMD32の反射光路(図示B方向)には、リレーレンズ3、励起フィルタ4を介してダイクロイックミラー33が配置されている。ダイクロイックミラー33は、励起フィルタ4からの励起光を反射し、マイクロアレイチップ7からの蛍光を透過するようになっている。
【0087】
ダイクロイックミラー33の反射光路には、対物レンズ6を介してマイクロアレイチップ7(詳細は図2参照)が配置されている。また、ダイクロイックミラー33の透過光路には、結像レンズ12を介して、光検出手段としてのCCDカメラ34が配置されている。
【0088】
CCDカメラ34は、コンピュータ22に搭載されている不図示の専用PCIボードとケーブル接続されていて、コンピュータ22より撮像開始タイミングやシャッター速度などの指示データが与えられ、また、画像データをコンピュータ22へ直接送信するようになっている。
【0089】
この実施の形態では、CCDカメラ34のゲイン、シャッター速度などが、カメラ自身のS/N比などの特性を基に、固定値として設定されている。また、コンピュータ22へ出力される画像データは、12ビットデータとして送られる。また、CCDカメラ34は、上述の不図示のPCIボードから電源供給されている。
【0090】
図8は、DMD32の概略構成を示している。
【0091】
DMD32は、例えば、特許文献3に開示されているようなもので、図8に示すようにCMOS基板321上にランディングチップ322、ヨーク323、ヒンジ324を有し、これらの上に、例えば16μm角の微小ミラー325が取り付けられている。CMOS基板321上は、メモリーとして一般的に知られているSRAMと同様の原理、構造をなしており、指定のメモリアドレスに1もしくは0を書き込むのと同様の操作によって、ミラー325をon・offさせることができるようになっている。通常、ミラー325がoffしている時には、図8に示す2つのミラー325のうち左側(−10度)の状態になっており、ミラー325がonしているときは、同図に示す2つのミラー325のうち右側(+10度)の状態になる。そして、このような制御が可能なミラー325が、例えば1000×1000のマトリクス状に構成されていて、各ミラー325に対して夫々独立してon・off制御をすることができるようになっている。
【0092】
このようなDMD32は、複数の微小ミラー325が照明光軸に対して垂直で、対物レンズ6の光軸に対して垂直に投影されるようにマイクロアレイチップ7の光学上共役の位置に配置されている。そして、制御部35からの駆動信号Qによって複数のミラー325を夫々独立して10μsecオーダーの応答速度で選択的にon・off制御されるようになっている。図面では、ミラー325がon状態にあるときは光源1から出射された光は、B方向に向けられ、マイクロアレイチップ7を照明可能とし、また、off状態の場合、光はA方向に向けられ、マイクロアレイチップ7を照明できないようにしている。
【0093】
図9(a)(b)は、実際のミラー325の動作状態を示しており、同図(a)は、off状態を、同図(b)は、on状態を示している。
【0094】
図10は、ミラー325のon・off状態と、ミラー325で反射される光の向きについて示している。つまり、同図(a)は、off状態を示し、入射光がA方向に反射され、マイクロアレイチップ7を照明できない状態となり、また、同図(b)は、on状態を示し、入射光がB方向に反射され、マイクロアレイチップ7を照明できるようになる。
【0095】
図11は、DMD32のon・off動作による光量調整について示している。この場合、DMD32のミラー動作は、1周期(1/f)ごとにon・offのデューティを変更することで、光量を調整するPWM制御を行う。ここで、同図(a)に示すように、ミラー325のon時間が長い場合は、光源1から出射された光により、マイクロアレイチップ7を長時間照明できることとなり、同図(b)に示すようにミラー325のon時間が短い場合は、光源1から出射された光により、マイクロアレイチップ7を短時間だけ照明されることになる。
【0096】
これらを纏めると、図12(a)に示すようにミラー325のon時間が長い場合は、マイクロアレイチップ7に照射される光は強く、逆に、同図(b)に示すようにミラー325のon時間が短い場合は、マイクロアレイチップ7に照射される光は弱くなり、このようにしてミラー325のPWM制御を行うことにより、マイクロアレイチップ7に照射される単位時間あたりの照明のエネルギー、つまり光量を調整することができる。
【0097】
なお、DMD32の駆動方法などの詳細については、特許文献4などに開示されているので、ここでは割愛する。
【0098】
図7に戻って、マイクロアレイチップ7を載置するステージ8は、コントローラ9に接続されたXモータ10によって1次元方向に移動できるようになっている。コントローラ9は、コンピュータ22からの指示に基づきXモータ10を駆動する。
【0099】
マイクロアレイチップ7には、テフロンチューブ15を介してポンプ14が接続されている。ポンプ14は、制御線Pを介してコンピュータ22に接続されていて、コンピュータ22からの指示を受けて、マイクロアレイチップ7に対し反応溶液の吸引・排出を行ない、基板704に反応溶液を繰り返し通過させることで、ハイブリタイズを行なわせるようにしている。
【0100】
次に、このように構成された第1の実施の形態の動作を説明する。
【0101】
この場合、ハイブリタイズ動作が終了すると、図13に示すフローチャートが実行される。
【0102】
まず、使用者は、コンピュータ22に接続されている不図示のキーボードから、マイクロアレイチップ7の所望のテストサイト702およびスポット(プローブ705)を指示し、続けて蛍光測定開始を指示する。また、ここでは、テストサイト702の全スポット(プローブ705)の一括測定を指示する。
【0103】
まず、コンピュータ22は、コントローラ9に指示信号Sを出力し、Xモータ10を駆動してマイクロアレイチップ7の指定されたテストサイト702のスポット(プローブ705)の蛍光測定ができる位置にステージ8を移動させる(ステップ1301、1302)。
【0104】
次に、コンピュータ22は、蛍光輝度測定を開始するスポット(プローブ705)のみに照明光を照射するため、、制御部35にスポットアドレスを信号線Cにより出力する。また、ポンプ14に対しても、ポンプ14の吸引・排出動作の指示を制御線Pにより出力する。
【0105】
ポンプ14は、制御線Pを介した動作指示によりテストサイト702内の反応溶液を吸い出したり押し出したりして、アルミナ基板704内を行ったり来たりさせる。つまり、テストサイト702内の反応溶液は、図14(a)に示す充填された状態と、同図(b)に示す取り除かれた状態を繰り返す。
【0106】
この状態で、コンピュータ22は、ポンプ14に対して不図示のシリンダを吸引状態で停止するように指示する。こうすることで、マイクロアレイチップ7のテストサイト702に滴下された反応溶液は、ポンプ14側に引かれ、反応したスポット(プローブ705)が露出した状態になる(図14(b)参照)。
【0107】
この状態は、蛍光輝度測定に最も適していることから、コンピュータ22は、スポット(プローブ705)に光を照射するためにDMD32のミラー325をPWM制御する。一方で、テストサイト702内に反応溶液が充填された、図14(a)に示す状態では、スポット(プローブ705)に光を当てないようにするため、コンピュータ22は、DMD32のミラー325をoffさせるようにしている。
【0108】
コンピュータ22がDMD32のミラー325をPWM制御した状態で、蛍光輝度測定が開始される。
【0109】
この場合、光源1から出射される照明光は、コレクタレンズ2に入射して平行光となり、反射ミラー31で反射され、DMD32に入射される。そして、DMD32のPWM制御により決定される反射光がリレーレンズ3を透過して励起フィルタ4に入射される。そして、励起フィルタ4で励起光が選択され、ダイクロイックミラー33で反射し、対物レンズ6によりマイクロアレイチップ7の指定されたテストサイト702のスポット(プローブ705)上に集光される。
【0110】
そして、スポット(プローブ705)において、標識された検体の蛍光色素が励起され、蛍光が発せられると、この蛍光は、対物レンズ6、ダイクロイックミラー33を透過し、結像レンズ12によりCCDカメラ34の不図示の撮像面に結像される。
【0111】
この場合、DMD32のPWM制御は、制御部35からの駆動信号Qにより指示される。
【0112】
図15は、制御部35の構成を示している。この場合、信号線Cは10ビットからなっており、上位2bitがDMD32のミラー325をon・off動作させる指示およびデューティーの変更を指示し、下位8bitがスポット(プローブ705)の位置情報を指示するものである。そして、下位8bitの信号線は、ミラーアドレスジェネレーター351に接続されている。ミラーアドレスジェネレーター351は、例えば、最初のスポット(プローブ705)位置を照明したい場合、そのスポット(プローブ705)のみを照明するDMD32の複数のミラー325のアドレスを計算し、DMDドライバ352のフレームメモリー352aに画像データのような形で送信する。
【0113】
この場合、蛍光輝度測定されるスポット(プローブ705)とDMD32の複数のミラー325の関係は、図16に示すようになっている。ここでは、DMD32全領域のうちの一部、図示32aで示す領域のミラー325のみがon状態となっている。つまり、スポット(プローブ705)は、on指示された領域32a中の複数のミラー325によってスポット形状に光が照射される。
【0114】
同様にして、DMD32全領域のミラー325は、複数の領域に区分され、これら領域が多数のスポット(プローブ705)に割り当てられ、それぞれの領域中のミラー325のon指示によって、対応するスポット(プローブ705)にスポット形状の光を照射するようになっている。
【0115】
DMD32は1000×1000のマイクロミラー群で構成されており、DMDドライバ352内部のフレームメモリー352aには、1000×1000全てのミラー325のon・offデータがビデオメモリーのように格納されている。DMDドライバ352は、クロック353により駆動され、フレームメモリー352aの内容に基づいてDMD32を駆動するための駆動信号Qを作り出し、DMD32に送信する。また、DMDドライバ352は、スポット(プローブ705)に光を照射するミラー群、つまり図16に示す領域32a中のミラー325をon・offするためのデューティー情報を出力する。この場合、本実施の形態では、4096段階のPWM制御を可能にするため、12bitとなっている。このデューティ情報は信号Fとしてコンピュータ22に出力される。
【0116】
この状態で、コンピュータ22からCCDカメラ34に対して信号線Vを介して撮像指示コマンドが送信されると、CCDカメラ34での撮像が開始される(ステップ1303)。また、これと同時にコンピュータ22から制御部35に対して信号線Cを介して、蛍光輝度測定をしようとするスポット(プローブ705)の位置情報とディフォルトとしてデューティ50%で図16に示す領域32a中のミラー325をon・off制御する様に指示する(ステップ1304)。
【0117】
この状態で、CCDカメラ34が撮像を開始し、画像データが信号線Vを介してコンピュータ22に送られてくると、コンピュータ22の不図示のCPUは、内部の不図示のビデオメモリーに一枚分の画像データを蓄積する。
【0118】
ビデオメモリーに蓄積が終了すると、CPUは、予めデータとして持っている各スポット(プローブ705)の位置情報を基に、ビデオメモリー内部の蛍光輝度測定するスポット(プローブ705)に対応するアドレスの輝度情報を読み取る。
【0119】
そして、CCDカメラ34で取得した輝度情報と予め設定されている規定値とを比較する(ステップ1305)。ここで、CCDカメラ34で取得した蛍光輝度が既定値よりも小さい場合(ステップ1306)は、コンピュータ22は、信号線Cを介してミラー325群のon時間を大きくするようにデューティ変更の指示を送る(ステップ1307)。一方、CCDカメラ34で取得した蛍光輝度が既定値よりも大きい場合(ステップ1308)は、コンピュータ22は、信号線Cを介してミラー325群のon時間を小さくするようにデューティ変更の指示を送る(ステップ1309)。
【0120】
このような動作を繰り返し、CCDカメラ34で取得したスポット(プローブ705)の蛍光輝度が規定値に達すると(ステップ1310)、コンピュータ22は、信号Fを介してデューティを蛍光輝度情報に変換して不図示のモニター上に表示する(ステップ1311)。
【0121】
この場合、例えば、信号Fがデューティ90%を表す3864と言う数値データであったとすると、スポット自体の蛍光量が非常に少なく、コンピュータ22モニター上には4096の10%である410が表示される。また、信号Fがデューティ10%を表す410と言う数値データであったとすると、スポット自体の蛍光量が非常に多く、コンピュータ22のモニター上には4096の90%である3864が表示される。
【0122】
その後、同一テストサイト702中の蛍光測定したい他のスポット(プローブ705)についても、DMD32の対応する他の領域(アドレス)の複数のミラー325をon状態にするとともに、on・offするためのデューティーを設定することで、上述の蛍光輝度測定の動作が繰り返し実行される。そして、全てのスポット(プローブ705)の蛍光輝度測定を終了すると(ステップ1312)、さらに他のテストサイト702についても、同様にして蛍光輝度測定を繰り返し行なう。この場合、他のテストサイト702に対する蛍光輝度測定は、Xモータ10を駆動して、次のテストサイト702に対する蛍光輝度測定ができる位置にステージ8を移動させるようにする。
【0123】
そして、全てのテストサイト702についても蛍光輝度測定を終了したことが判断されると処理を終了する(ステップ1313)。
【0124】
従って、このようにすれば、スポット(プローブ705)からの蛍光に応じてCCDカメラ34で取得した輝度情報と、予め設定された基準値と比較結果から光路中に配置されるDMD32のミラー325のon・offのデューティを変化させてCCDカメラ34の輝度情報を常に一定に制御し、このときのDMD32のデューティ情報に基づいてCCDカメラ34の輝度情報の補正を行なうようにしている。これにより、CCDカメラ34のは、ダイナミックレンジに影響されることなく広範囲に亘って、常に最適な状態で、信頼性の高い正確な蛍光測定を行なうことができる。また、特に、CCDカメラ34については、S/Nが最も良い領域にゲインやシャッター速度を固定して撮影できるようになるので、さらに安定した状態で、精度の高い蛍光輝度測定を実現できる。さらに、CCDカメラ34は、マイクロアレイチップ7のテストサイト702単位で、全てのスポット(プローブ705)に対応させて撮像できるので、各スポット(プローブ705)の蛍光測定をするためにステージ8を移動させるような動作を省略でき、ステージ操作を簡略化でき、その分制御が簡単になるとともに、全体構成も簡単化できる。
【0125】
なお、上述した実施の形態では、CCDカメラ34を用いたが、CCDカメラにこだわることなく、第1の実施の形態で用いたフォトマルチプライヤー(PMT)を用いることもできる。
【0126】
また、上述した実施の形態では、ハイブリタイズ後にデータを取得する動作を中心に説明したが、ハイブリタイズの途中経過のデータを取得するようにもできる。この場合、ポンプ14の1回の動作に対して1回、所望のスポット(プローブ705)の蛍光輝度を解析する動作を実行するようにコンピュータ22が制御部21、ポンプ14などを動作させることが可能である。
【0127】
さらに、上述した実施の形態では、DMD32のミラー325をマイクロアレイチップ7と共役な位置に配置することによって、スポット(プローブ705)の位置に対応した領域(アドレス)のミラー325についてPMW制御することで、所望のスポット(プローブ705)の蛍光輝度測定を行なう構成としたが、DMD32をさらに対物レンズ6の瞳と共役な位置に設置する事によって、開口絞りとして使用することができる。このようにすると、マイクロアレイチップ7と共役な位置に配置されたDMD32により輝度測定したいスポット(プローブ705)に対応する領域のミラー325をonし、対物レンズ6の瞳と共役な位置に設置したDMDのミラーで開口絞りのように円状または多角形状にミラーを選択してonさせれば、上述したと同様に蛍光輝度測定ができる。このようにすれば、ミラー325をPMW制御する必要がなくなるため、その駆動回路を省く事ができ、消費電力の低減に貢献する。
【0128】
さらにまた、上述した実施の形態では、スポット(プローブ705)に対応させてDMD32に割り当てた各領域のミラー325を順番にonさせて各スポット(プローブ705)に光を照射するようにしたが、各領域のミラー325を同時にonさせて各スポット(プローブ705)に光を同時照射し、この状態をCCDカメラ34で撮像するようにしてもよい。こうすれば、蛍光測定時間を飛躍的に短縮できる。
【0129】
さらにまた、上述した実施の形態では、核酸をプローブに用いハイブリタイゼーション反応を行なうマイクロアレイについて説明したが、核酸以外の生体関連物質をプローブに用いアレイ状に固相化して蛍光を検出するマイクロアレイにも適用できる。例えば、プローブとして種々のタンパク質や抗原、抗体などが挙げられる。
【0130】
さらにまた、上述した実施の形態では、DMDを用いたが、これに代えて液晶フィルタを用いることもできる。
【0131】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
【0132】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【0133】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、常に最適な状態で、信頼性の高い正確な光測定を行なうことができる光測定装置および方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態が適用される光測定装置の概略構成を示す図。
【図2】第1の実施の形態に用いられるマイクロアレイチップの概略構成を示す図。
【図3】第1の実施の形態に用いられるNDフィルタを説明する図。
【図4】第1の実施の形態に用いられる制御部の概略構成を示す図。
【図5】第1の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図6】第1の実施の形態の動作を説明するためのタイムチャート。
【図7】本発明の第2の実施の形態が適用される光測定装置の概略構成を示す図。
【図8】第2の実施の形態に用いられるDMDの概略構成を示す図。
【図9】第2の実施の形態に用いられるDMDのon・off状態を示す図。
【図10】第2の実施の形態に用いられるDMDのon・off状態とミラーで反射される光の向きの関係を説明する図。
【図11】第2の実施の形態に用いられるDMDのon・off動作による光量調整を説明する図。
【図12】第2の実施の形態に用いられるDMDのon時間長により光量を調整できることを説明する図。
【図13】第2の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【図14】第2の実施の形態の動作においてテストサイト内の反応溶液の状態を説明する図。
【図15】第2の実施の形態に用いられる制御部の概略構成を示す図。
【図16】第2の実施の形態の動作においてスポット(プローブ)に光を照射するDMDのミラー群の関係を説明する図。
【図17】従来のマイクロアレイチップの読取り装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
1…光源、2…コレクタレンズ、3…リレーレンズ
4…励起フィルタ、5…偏向ビームスプリッター
6…対物レンズ、7…マイクロアレイチップ
701…マイクロアレイチップ本体、701a…突出部
702…テストサイト、703…吸排出穴、704…アルミナ基板
705…プローブ、8…ステージ、9…コントローラ
10…Xモータ、11…Yモータ、12…結像レンズ
13…フォトマルチプライヤー、14…ポンプ
15…テフロンチューブ、16…電源ユニット
17…NDフィルタ、18…ステッピングモーター
181、182…回転軸、19…位置検出用センサ板
191…スリット、20…フォトインタラプタ
21…制御部、211…電流−電圧変換回路、212…A/Dコンバーター
213…コントロール部、214…クロック源
215…モータードライバー、22…コンピュータ、31…反射ミラー
32…DMD、32a…領域、321…CMOS基板
322…ランディングチップ、323…ヨーク、324…ヒンジ
325…ミラー、33…ダイクロイックミラー
34…CCDカメラ、35…制御部、351…ミラーアドレスジェネレーター
352…DMDドライバ、352a…フレームメモリー、353…クロック
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used for testing biologically related substances such as genes, for example, reading a microarray chip used for DNA analysis, epidemiological analysis, and the like, and specifically, a light measuring device and method for measuring fluorescence from the microarray chip. It is about.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the development of technology in the field of genetic engineering has been remarkable, and, for example, research has been advanced to decode the base sequence of the human genome, which is considered to reach 100,000.
[0003]
On the other hand, microarray technology has been used for studies such as enzyme immunoassays and fluorescent antibody methods which are used for various diagnoses and utilize antigen-antibody reactions, and for searching for DNA that affects various genetic diseases.
[0004]
The microarray technology is a technology that uses, for example, a microarray chip in which cDNA or oligo DNA is spotted in a matrix at high density (interval of several hundred μm or less) as a probe on a Si wafer, a slide glass, or a membrane filter.
[0005]
Such a microarray technique is, for example, using a pipette to remove DNA extracted from cells of healthy subjects labeled with a fluorescent dye or DNA extracted from cells of a sample having a genetic disease labeled with a fluorescent dye using a pipette. Of each probe. Then, the DNA of each specimen and the probe are hybridized, and in this state, each probe is irradiated with excitation light for exciting each fluorescent dye, and the fluorescence emitted from the probe is detected by a photodetector. Thereafter, from the results of the fluorescence detection on the microarray chip, the DNA of each sample was determined to be hybridized with which probe, and by comparing the hybridized DNA, the DNA expressed or deficient due to the disease was determined. It is designed to identify DNA.
[0006]
By the way, as a technique for detecting fluorescence emitted from each probe of a microarray chip used in the microarray technique, for example, a technique disclosed in Patent Document 1 is known.
[0007]
FIG. 17 shows a schematic configuration of a microarray chip reader disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. In this case, 101 is a microarray chip, 102 is a slide glass, 103 is a combined object (object to be detected), 104 and 105 are step motors, 106 is a stage, 107 is an excitation light source, 108 is a collimator lens, 109 is a deflecting beam splitter, 110 is a condenser lens, 111 is a photomultiplier, and 112 is position indicating means.
[0008]
In such a configuration, first, the microarray chip 101 is set at a predetermined position on the stage 106. At this time, each position where the probe on the microarray chip 101 was spotted is associated with a position on the stage 106 in the X-axis direction and a position in the Y-axis direction. This association is input from the position indicating means 112 to each of the step motors 104 and 105. On the other hand, the excitation light source 107 emits the excitation light L. This excitation light L is incident on the collimator lens 108 and is converted into a parallel light beam. The excitation light L converted into a parallel light beam passes through the deflecting beam splitter 109, and is condensed on the microarray chip 101 provided on the stage 106 by the condensing lens 110.
[0009]
Each of the step motors 104 and 105 drives the stage 106 in the XY plane so that the excitation light L irradiates the first predetermined position on the microarray chip 101 based on the designated position input from the position designating means 112. Stop at position. The excitation light L irradiates the first predetermined position on the microarray chip 101 with a spot diameter wider than that of the combined substance 103. When the combined substance 103 is present at the first predetermined position irradiated with the excitation light L, The combined substance 103 is entirely irradiated with the excitation light L to excite the fluorescent dye of the combined substance 103 and emit fluorescence k. When the binding substance 103 does not exist at the first predetermined position irradiated with the excitation light L, the fluorescence k does not emit from the microarray chip 101. When the fluorescent substance k is emitted when the compound 103 is present, the fluorescent light k passes through the condensing lens 110 and the deflecting beam splitter 109 in sequence, enters the photomultiplier 111, and receives an electric signal corresponding to the amount of light. And output to an external processing device. The information on the predetermined position irradiated with the excitation light L is input from the position indicating means 112 to the external output device, and the predetermined position is associated with the presence or absence of the detection of the fluorescence k and the light amount.
[0010]
Patent Document 2 discloses a photomultiplier in which a microarray chip is irradiated with stable and stable illumination light by detecting a light amount from a light source and controlling an output light amount of the light source based on the detected value. Discloses measuring the fluorescence intensity of each spot.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2000-131237 A
[0012]
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 6,406,849
[0013]
[Patent Document 3]
JP-A-8-334709
[0014]
[Patent Document 4]
JP-A-5-183851
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The apparatus disclosed in Patent Document 1 photoelectrically converts the amount of the fluorescent light k emitted from the microarray chip 101 using the photomultiplier 111, and digitizes the strength of the output signal using a data processing unit or the like.
[0016]
By the way, the light receiving element such as the photomultiplier 111 has a predetermined intensity range (dynamic range) of light capable of photoelectrically converting incident light. Therefore, the amount of fluorescent light emitted by hybridization in the microarray chip 101 is reduced. There are restrictions on the measurable range.
[0017]
However, the hybridization between the probe cDNA on the microarray chip 101 and the DNA labeled with the fluorescent dye varies depending on the variation during the reaction, that is, depending on the degree of expression, the case where extremely bright fluorescence is emitted under a single illumination condition. It may emit weak fluorescence.
[0018]
Therefore, when the photomultiplier 111 is used, the dynamic range may determine the dynamic range of the detection system. This is because if the driving voltage (HV: also referred to as high volt) of the photomultiplier 111 is adjusted so that the amount of fluorescence that emits the weakest fluorescence at the spot (probe 103) of the microarray chip 101 can be measured, When the amount of fluorescence from the spot (probe 103) that emits the brightest fluorescence is measured, the output of the photomultiplier 111 overflows, and the accurate amount of fluorescence cannot be measured.
[0019]
Therefore, it is conceivable to obtain an output signal while changing the drive voltage of the photomultiplier 111 for each amount of fluorescence emitted from each spot (probe 103). However, since the S / N changes depending on the drive voltage, the subsequent signal is changed. It is not possible to obtain an accurate output suitable for comparing the amount of fluorescence of each spot.
[0020]
The photomultiplier 111 has the best quantum efficiency depending on the drive voltage in terms of characteristics, and it is desirable to use the photomultiplier 111 with the drive voltage in the state with the best quantum efficiency. However, if the driving voltage is changed as described above, the performance of the photomultiplier 111 cannot be sufficiently exhibited.
[0021]
Further, instead of the photomultiplier 111, a CCD camera capable of two-dimensional photometry may be used. If such a CCD camera is used, fluorescence from all the spots (probes 103) of the microarray chip 101 can be captured by one exposure in one exposure.
[0022]
However, since the dynamic range of such a CCD camera is determined, if the dynamic range is narrow, spots with a weak amount of fluorescent light on the imaging screen are completely dark and cannot be seen, so that data as bright spots cannot be taken out. A spot having a large amount of fluorescent light is in a white state and the output overflows, so that a correct amount of fluorescent light cannot be measured. That is, it is possible to cope only with a change in the amount of fluorescence in a narrow range according to the dynamic range.
[0023]
In order to solve such a problem, it is conceivable that the CCD camera changes the gain and the exposure time to shoot an image, and then processes the image data to measure the fluorescence amounts of all spots. However, it is difficult for the CCD camera to correctly measure the amount of fluorescence between spots (probes 103) because dark noise is applied and S / N changes depending on the exposure time and gain.
[0024]
On the other hand, Patent Literature 2 discloses a method in which a light source irradiates a stable illumination light to a microarray chip without fluctuation and measures the fluorescence intensity of each spot by a photomultiplier. It only discloses controlling the amount of illumination light to be constant, but does not disclose anything about the case where the intensity of the fluorescence emitted from each spot changes.
[0025]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light measuring device and a method capable of performing highly reliable and accurate light measurement in an always optimum state.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is arranged on a light source, a sample irradiated with light from the light source, light detection means for detecting the intensity of light from the sample, and an optical path between the light source and the sample. A light amount adjusting unit that makes it possible to adjust an amount of light irradiated on the sample from the light source, and the light amount adjusting unit so that the intensity of light detected by the light detecting unit becomes a predetermined specified value. Control means for controlling the amount of light applied to the sample, and light amount adjustment information by the light amount adjustment means when the intensity of light detected by the light detection means under the control of the control means matches the specified value. Output correction means for correcting the detection result of the light detection means based on the detection result. According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the light amount adjusting means comprises an optical element capable of continuously or stepwise adjusting the amount of light applied to the sample. I have.
[0027]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the light amount adjusting means includes a plurality of minute deflecting elements which are arranged at optically conjugate positions with the sample and which can selectively control deflection. It is characterized by comprising an optical deflecting element array in which the amount of light emitted from the light source to the sample can be adjusted according to the deflection control of these minute deflecting elements.
[0028]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the sample comprises a microarray chip for detecting a reaction between a sample in the reaction solution and a probe, and further includes a movement for moving the reaction solution in the test site. Means for adjusting the amount of light applied to the sample by the light deflection element array in synchronization with the movement of the reaction solution by the movement means.
[0029]
The invention according to claim 5 irradiates a sample with light from a light source, detects the intensity of light from the sample with a light detection unit, and adjusts the amount of light irradiated on the sample from the light source with a light amount adjustment unit. Adjustable and controls the amount of light applied to the sample by the light amount adjusting means so that the intensity of light detected by the light detecting means becomes a preset specified value. The detection result of the light detection unit is corrected based on light amount adjustment information by the light amount adjustment unit when the intensity of light detected by the light detection unit matches the specified value.
[0030]
As a result, according to the present invention, the light detecting means can always perform highly reliable fluorescence measurement in an optimal state over a wide range without being affected by the dynamic range.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0032]
(First Embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a light measuring device to which the present invention is applied. In the figure, reference numeral 1 denotes a light source for illumination, and a deflection beam splitter 5 is disposed on an optical path of illumination light emitted from the light source 1 via a collector lens 2, a relay lens 3 of an illumination optical system, and an excitation filter 4. ing. The collector lens 2 converts illumination light from the light source 1 into parallel light. The excitation filter 4 is for selecting excitation light for fluorescence observation from illumination light. The deflection beam splitter 5 reflects the excitation light from the excitation filter 4 and transmits the fluorescence from the microarray chip 7 described later.
[0033]
A microarray chip 7 as a sample is disposed on the reflection optical path of the deflection beam splitter 5 via an objective lens 6.
[0034]
The microarray chip 7 is mounted on a stage 8. The stage 8 can move the microarray chip 7 to a position designated by driving an X motor 10 and a Y motor 11 connected to a controller 9.
[0035]
For example, FIGS. 2A and 2B show a schematic configuration of a microarray chip 7 to which the present invention can be applied.
[0036]
In FIG. 2A, reference numeral 701 denotes a microarray chip main body. The microarray chip main body 701 has a rectangular parallelepiped shape, and has a protruding portion 701a formed along the front width direction. A plurality (four in the illustrated example) of test sites 702 are opened on the upper surface of the microarray chip main body 701. Further, a plurality of (four in the illustrated example) suction / discharge holes 703 corresponding to the test sites 702 are formed on the front surface of the protruding portion 701 a of the microarray chip main body 701. These suction / discharge holes 703 communicate with the openings of the corresponding test sites 702 inside the microarray chip main body 701.
[0037]
At the bottom of the test site 702 (a hole is formed at the bottom), a substrate 704 made of an aluminum anodic oxide film as shown in FIG. On the substrate 704, probes 705 such as cDNA and oligo DNA are spotted in a matrix at a high density (interval of several hundreds μm or less). To each test site 702, DNA (reaction solution) extracted from a specimen cell having a genetic disease labeled with a fluorescent dye is dropped by a pipette or the like, so that the DNA of the specimen and the probe are hybridized.
[0038]
In this case, in order to increase the hybridization speed between the probe and the reaction solution dropped on the test site 702, the pump 14 shown in FIG. It is connected. That is, the reaction solution is suctioned and discharged by the pump 14 so that the reaction solution is repeatedly passed through the substrate 704 to increase the hybridization speed.
[0039]
Returning to FIG. 1, a photomultiplier (PMT) 13 as a light detecting unit is disposed on a transmission optical path of the deflection beam splitter 5 via an imaging lens 12. The imaging lens 12 guides the fluorescence emitted from the microarray chip 7 to the photomultiplier 13. Upon receiving the fluorescent light, the photomultiplier 13 outputs a minute pulse-like current waveform as a signal O according to the intensity of the fluorescent light.
[0040]
A power supply unit 16 is connected to the photo multiplier 13. The power supply unit 16 can change the drive voltage (HV: high volt) of the photomultiplier 13. In this embodiment, a voltage having the highest quantum efficiency is supplied as a fixed value to the photomultiplier 13 as a drive voltage.
[0041]
In the optical path between the collector lens 2 and the relay lens 3, a rotary ND filter 17 as a light amount adjusting means is arranged. The ND filter 17 has a disk shape as shown in FIG. 3, and its plate surface is configured to continuously change the light transmittance (ND value) along the circumferential direction. . In the illustrated example, a filter having a different light transmittance (ND value) depending on the shading of a color is shown, and a light-colored portion indicates a filter portion having the largest light transmittance, and a dark-colored portion indicates a filter portion having the smallest light transmittance. ing. Therefore, by rotating such an ND filter 17, the light transmittance (ND value) can be varied stepwise or continuously.
[0042]
In this embodiment, a rotary ND filter 17 requiring a characteristic that continuously changes the ND value is used. Of course, the change of the ND value may be stepwise.
[0043]
A stepping motor 18 is connected to the ND filter 17 via a rotation shaft 181. As the stepping motor 18, a bipolar two-pole motor is used.
[0044]
The stepping motor 18 is provided with a rotary position detecting sensor plate 19. The position detecting sensor plate 19 is fixed to a rotating shaft 182 connected with the rotating shaft 181 of the stepping motor 18 so as to have the same axial center, and is rotated completely in synchronization with the rotation of the ND filter 17.
[0045]
The position detecting sensor plate 19 is provided with a slit 191 at only one position on the peripheral surface, and the position of the slit 191 is set as a reference position.
[0046]
A photo interrupter 20 is provided close to the position detection sensor plate 19. The photo interrupter 20 detects the slit 191 of the position detecting sensor plate 19, and outputs this detection signal as a signal R indicating that the ND filter 17 is at the origin position. Here, the case where one rotary ND filter is used has been described, but a plurality of filters may be used in combination, or a slide ND filter may be used.
[0047]
The photomultiplier 13, the stepping motor 18, and the photointerrupter 20 are connected to a control unit 21 as control means. The control unit 21 analyzes the signal O output from the photomultiplier 13 and determines whether or not the signal O matches the specified value. Based on these matches, an ND address-fluorescence amount conversion process (output correction unit) is performed as an output correction process. After that, the signal M for driving the stepping motor 18 is output, and the signal R from the photo interrupter 20 is detected to detect the origin position of the ND filter 17.
[0048]
A computer (PC) 22 is connected to the control unit 21. The computer 22 has a function of outputting a control signal C to the control unit 21 and taking in the fluorescence intensity signal F output from the control unit 21 and displaying the signal on a monitor screen (not shown). An instruction signal S for moving the stage 8 to the designated position is output to the controller 9, and a control signal P for instructing the pump 14 to perform a suction / discharge operation is output.
[0049]
FIG. 4 shows a schematic configuration of the control unit 21. In the figure, reference numeral 211 denotes a current-to-voltage conversion circuit having a buffer function. The current-to-voltage conversion circuit 211 includes an operational amplifier, a capacitor, and the like (not shown), and outputs a pulse-shaped current waveform signal output from the photo-interrupter 20. The waveform band of O is dulled and converted to a voltage output V. An A / D converter 212 is connected to the current-voltage conversion circuit 211. The A / D converter 212 samples the input voltage output V at the timing of the sampling clock CLK and outputs it as a 10-bit digital signal (D0 to D9). The control unit 213 is connected to the A / D converter 212. The control unit 213 controls the entire operation of the control unit 21 and is designed with an FPGA.
[0050]
The control unit 213 incorporates a magnitude comparator (not shown) for comparing reference output value data set in advance as a reference value with the output of the photomultiplier 13 output from the A / D converter 212. ing.
[0051]
Further, the control unit 213 outputs six drive signals (M1 to M6) for driving the stepping motor 18. These drive signals (M1 to M6) are sent to the motor driver 215. The motor driver 215 includes a MOS-FET (not shown) or the like, and amplifies the drive signals (M1 to M6) output from the control unit 213 and outputs the amplified drive signals to the stepping motor 18 as OM1 to OM6. .
[0052]
Further, the control unit 213 outputs the fluorescence intensity signal F to the computer 22 as 12-bit data, receives an instruction signal S corresponding to various commands from the computer 22, and appropriately executes a necessary sequence. Has become.
[0053]
Further, upon receiving a signal R indicating that the ND filter 17 is at the origin position from the photo interrupter 20, the control unit 213 resets an internal address counter (not shown). This address counter is a 16-bit address counter, and enables both up-counting and down-counting.
[0054]
The clock source 214 is connected to the control unit 213. The clock source 214 drives the FPGA of the control unit 213, and outputs a clock signal of, for example, 40 MHz.
[0055]
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described.
[0056]
Here, the description of the principle of the hybridizing operation, which is not directly related to the present embodiment, is omitted.
[0057]
In this case, when the hybridization operation ends, the flowchart shown in FIG. 5 is executed.
[0058]
First, the control unit 21 performs initialization in step 501. in this case. An origin detection operation for bringing the ND filter 17 to the reference position is started. The control unit 21 detects the signal level of the photo interrupter 20 and determines whether the current state is the origin position. When the slit 191 of the position detecting sensor plate 19 is at the position of the photo interrupter 20, the photo interrupter 20 outputs the L level.
[0059]
If the photo interrupter 20 and the slit 191 do not coincide with each other as shown in the example in the figure, the photo interrupter 20 becomes H level and it is known that the photo interrupter 20 has not come to the origin position. The signal M is output to rotate the stepping motor 18. Thus, the ND filter 17 is also rotated in synchronization with the rotation of the stepping motor 18. Then, when the ND filter 17 reaches the origin position and the signal R from the photo interrupter 20 becomes L level, the control unit 21 stops the operation of the stepping motor 18. Next, the control unit 21 resets an address counter (not shown) inside the control unit 213.
[0060]
In the present embodiment, the origin position of the ND filter 17 is located at an intermediate position in the variable range of the ND value.
[0061]
Next, the computer 22 outputs an instruction signal S to the controller 9 to move the stage 8 to the origin position (Step 502). Subsequently, when the user instructs the start of measurement from a keyboard (not shown) of the computer 22, one of the test sites 702 of the microarray chip 7 on the stage 8 is designated, and at the same time, the test sites 702 are arranged in a matrix in the test site 702. One of the spots (probe 705) is designated, and the stage 8 is moved to a position where the fluorescence luminance of this spot (probe 705) can be measured.
[0062]
If it is confirmed in step 503 that the stage 8 has moved to the designated position, the light source 1 emits illumination light. The illumination light enters the collector lens 2 and becomes parallel light, passes through the ND filter 17 and the relay lens 3, and enters the excitation filter 4. Then, excitation light is selected by the excitation filter 4, reflected by the deflection beam splitter 5, and condensed by the objective lens 6 on a specified probe 705 inside a specified test site 702 of the microarray chip 7.
[0063]
Then, in the spot (probe 705), when the fluorescent dye of the labeled sample is excited and emits fluorescence, the fluorescence passes through the objective lens 6 and the deflection beam splitter 5, and the photomultiplier is formed by the imaging lens 12. 13 is incident.
[0064]
The computer 22 outputs a sampling start command for sampling the pulsed current waveform signal O output from the photomultiplier 13 to the control unit 21 as a control signal C (step 504).
[0065]
Upon receiving the sampling start instruction, the control unit 21 outputs CLK to the A / D converter 212 from the control unit 213 and starts sampling. When sampling is started, the A / D converter 212 outputs the current output value from the photomultiplier 13 to the control unit 213 as 10-bit digital data.
[0066]
The control unit 213 compares the 10-bit digital data from the A / D converter 212 with reference output value data set in the control unit 213 as a specified value in advance (step 505).
[0067]
Here, when the data of the A / D converter 212 is larger than the reference output value data, that is, when the output of the photomultiplier 13 is large (step 506), the control unit 213 reduces the light transmittance of the ND filter 17. For this purpose, a drive signal (M1 to M6) for rotating the stepping motor 18 clockwise is output (step 507).
[0068]
The drive signals (M1 to M6) are current-amplified by the motor driver 215, become signals OM1 to OM6, and rotate the stepping motor 18. At the same time, the control unit 213 counts down the internal address counter by the amount of the operation of the stepping motor 18 (step 508). With such an operation, the amount of excitation light condensed on the spot (probe 705) from the light source 1 through the ND filter 17 decreases, the luminance of fluorescence decreases, and the output of the photomultiplier 13 decreases. .
[0069]
On the other hand, when the data of the A / D converter 212 is smaller than the reference output value data, that is, when the output of the photomultiplier 13 is small (step 509), the control unit 213 increases the light transmittance of the ND filter 17. Then, drive signals (M1 to M6) for rotating the stepping motor 18 counterclockwise are output (step 510).
[0070]
The drive signals (M1 to M6) are current-amplified by the motor driver 215, become signals OM1 to OM6, and rotate the stepping motor 18. At the same time, the control section 213 counts up the internal address counter by the amount that the stepping motor 18 is operated (step 511). By such an operation, the amount of excitation light condensed on the spot (probe 705) from the light source 1 through the ND filter 17 increases, the luminance of the fluorescence increases, and the output of the photomultiplier 13 increases. .
[0071]
Accordingly, if the output of the photomultiplier 13 shown in FIG. 6A is too large than the reference output value data (specified value), the ND filter 17 shown in FIG. While reducing the rate, the address counter shown in FIG. 4C is counted down (period T1). During this operation, the amount of excitation light condensed on the spot (probe 705) decreases, the luminance of the fluorescence decreases, and the output of the photomultiplier 13 decreases. However, as a result, when the output of the photomultiplier 13 falls too much below the reference output value data (specified value), the ND filter 17 shown in FIG. At the same time, the address counter shown in FIG. 3C is counted up (period T2). During this operation, the amount of the excitation light focused on the probe 705 increases, the luminance of the fluorescent light increases, and the output of the photomultiplier 13 also increases. Hereinafter, such an operation is repeatedly performed after the period T3, and the process ends after waiting for a state where the output of the photomultiplier 13 matches the reference output value data (specified value) shown in the period T4.
[0072]
If the output of the photomultiplier 13 matches the reference output value data (specified value) in step 512, ND address-fluorescence amount conversion processing is performed as output correction processing (step 513). Output as data F. Here, the output of the photomultiplier 13 when the ND filter 17 is at the origin position, that is, the value of the address counter when the digital data of the A / D converter 212 matches the reference output value data (specified value) becomes 0. Then, the fluorescent luminance at this time is output as data F, which is 2048 in decimal (1000 0000 0000 0000 in 12 bits).
[0073]
Thereby, when the output of the photomultiplier 13 matches the reference output value data (specified value), if the value of the address counter is smaller than 0, the fluorescence luminance data is larger than 2048, that is, the fluorescence is Data F is output to lower the light transmittance of the ND filter 17 because it is bright. For example, in the present embodiment, when the value of the address counter is -16384, the fluorescent brightness data is 3072 because it is 1.5 times brighter than the above-described fluorescent brightness data. When the value of the address counter is larger than 0, the result is the reverse of the above. For example, when the value of the address counter is 16384, the brightness becomes half of the above-described fluorescence luminance data. The fluorescent luminance is 1024.
[0074]
These fluorescent luminances are output to the computer 22 as fluorescent light amount data F (step 514).
[0075]
Thereafter, for the other spots (probes 705) in the same test site 702 for which fluorescence measurement is to be performed, the above-described measurement operation is repeated while moving the stage 8 to a position where each spot (probe 705) can be measured. The measurement is repeated for the test site 702 in the same manner. That is, the above-described measurement operation is sequentially performed on the spot (probe 705) for which fluorescence is to be measured in the same test site 702, and then the process moves to the next test site 702, and the spot (probe 705) for which the fluorescence luminance is to be measured is similarly set. On the other hand, the measurement operation described above is repeated, and the measurement operation is performed for all test sites 702.
[0076]
Then, when it is determined in step 515 that the measurement of the fluorescence luminance for all the test sites 702 and spots (probes 705) has been completed, the processing is terminated.
[0077]
Therefore, according to this configuration, the light transmittance of the ND filter 17 arranged in the optical path is obtained from the output of the photomultiplier 13 according to the fluorescent luminance from the spot (probe 705), a preset reference value, and the comparison result. And the output of the photomultiplier 13 is constantly controlled to be constant, and the output correction of the photomultiplier 13 such as a fluorescence amount conversion process is performed based on the data of the light transmittance of the ND filter 17 at this time. I have. Accordingly, the photomultiplier 13 can always perform highly reliable and accurate fluorescence measurement in an optimal state over a wide range without being affected by the dynamic range. In particular, with respect to the photomultiplier 13, the driving voltage (HV: high volt) with the highest quantum efficiency can be set as a fixed value, so that a more stable and highly accurate fluorescence measurement can be realized.
[0078]
Further, such a concept can be applied not only to the influence of the dynamic range of the detector such as the photomultiplier 13 but also to the case where the luminous efficiency of the fluorescent dye is nonlinear.
[0079]
In the above-described embodiment, the ND filter 17 is of a rotary type, but there is no problem in using a mechanism for inserting a plurality of ND filters having ND values in the optical path. In this case, a function for managing the ND value of the ND filter to be inserted and the number of inserted ND filters may be provided.
[0080]
Further, in the above-described embodiment, an operation of acquiring data after hybridization has been mainly described. However, data in the middle of hybridization may be acquired. In this case, the computer 22 operates the control unit 21, the pump 14, and the like so as to execute the operation of analyzing the fluorescence luminance of a desired spot (probe 705) once for each operation of the pump 14. Is possible without any difficulty.
[0081]
Further, in the above-described embodiment, the microarray chip 7 using an aluminum anodic oxide film as the substrate has been described. However, the substrate of the microarray chip is not particularly limited, and may be a two-dimensional substrate such as a silicon wafer or glass. In addition, various porous substrates can be used. In particular, when a porous substrate is used as the substrate of the microarray chip, the detection can be performed while moving the reaction solution in the test site 702 by using the pump 14 to perform the hybridization reaction, which is more preferable. .
[0082]
Furthermore, in the above-described embodiment, the ND filter 17 is used, and the light transmittance of the ND filter 17 is adjusted according to the output of the photomultiplier 13. However, for example, as shown in FIG. The aperture stop 23 is arranged at the pupil position of the lens 6, and the control unit 21 controls the opening degree of the aperture stop 23 so that the output of the photomultiplier 13 matches the reference output value data (specified value). The fluorescence amount conversion processing may be performed on the output of the photomultiplier 13 based on the data of the opening degree of the aperture stop. Alternatively, it is also possible to adopt a method in which the lighting method of the illumination 1 is changed to a pulse lighting method and the lighting duty is changed to adjust the amount of illumination applied to the microarray chip. The lighting duty is controlled so that the output of the photomultiplier 13 matches the reference output value data (reference value). In this state, the output of the photomultiplier 13 is subjected to a fluorescence amount conversion process based on the lighting duty data. It may be.
[0083]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0084]
FIG. 7 shows a schematic configuration of the second embodiment, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0085]
In this case, a reflection mirror 31 is disposed on the optical path of the illumination light emitted from the light source 1 via the collector lens 2. An optical deflecting element array as a light amount adjusting unit, for example, a DMD (Digital Micromirror Device) 32 is arranged on the reflection optical path of the reflection mirror 31. Details of the DMD 32 will be described later.
[0086]
A dichroic mirror 33 is disposed on the reflection optical path of the DMD 32 (direction B in the drawing) via a relay lens 3 and an excitation filter 4. The dichroic mirror 33 reflects the excitation light from the excitation filter 4 and transmits the fluorescence from the microarray chip 7.
[0087]
A microarray chip 7 (see FIG. 2 for details) is disposed on the reflected light path of the dichroic mirror 33 via an objective lens 6. In addition, a CCD camera 34 as a light detecting unit is disposed on the transmitted light path of the dichroic mirror 33 via the imaging lens 12.
[0088]
The CCD camera 34 is connected to a dedicated PCI board (not shown) mounted on the computer 22 via a cable, and receives instruction data such as an imaging start timing and a shutter speed from the computer 22. It is designed to be sent directly.
[0089]
In this embodiment, the gain, shutter speed, and the like of the CCD camera 34 are set as fixed values based on characteristics such as the S / N ratio of the camera itself. The image data output to the computer 22 is sent as 12-bit data. The power of the CCD camera 34 is supplied from a PCI board (not shown).
[0090]
FIG. 8 shows a schematic configuration of the DMD 32.
[0091]
The DMD 32 is, for example, as disclosed in Patent Document 3, and has a landing chip 322, a yoke 323, and a hinge 324 on a CMOS substrate 321 as shown in FIG. Micro mirror 325 is attached. The CMOS substrate 321 has the same principle and structure as an SRAM generally known as a memory. The mirror 325 is turned on / off by the same operation as writing 1 or 0 to a specified memory address. You can make it. Normally, when the mirror 325 is off, the two mirrors 325 shown in FIG. 8 are on the left side (−10 degrees). When the mirror 325 is on, the two mirrors 325 shown in FIG. The mirror 325 is on the right side (+10 degrees). The mirrors 325 capable of such control are configured in a matrix of, for example, 1000 × 1000, so that on / off control can be performed on each mirror 325 independently. .
[0092]
Such a DMD 32 is disposed at an optically conjugate position of the microarray chip 7 so that the plurality of micro mirrors 325 are projected perpendicular to the illumination optical axis and perpendicular to the optical axis of the objective lens 6. I have. The mirrors 325 are selectively turned on / off independently at a response speed of the order of 10 μsec by a drive signal Q from the control unit 35. In the drawing, when the mirror 325 is in the on state, the light emitted from the light source 1 is directed in the B direction to enable illumination of the microarray chip 7, and in the off state, the light is directed in the A direction. The microarray chip 7 cannot be illuminated.
[0093]
9A and 9B show an actual operation state of the mirror 325, FIG. 9A shows an off state, and FIG. 9B shows an on state.
[0094]
FIG. 10 shows the on / off state of the mirror 325 and the direction of light reflected by the mirror 325. That is, FIG. 11A shows an off state, in which incident light is reflected in the direction A, and the microarray chip 7 cannot be illuminated. FIG. 10B shows an on state, and the incident light is B The light is reflected in the direction, and the microarray chip 7 can be illuminated.
[0095]
FIG. 11 shows the light amount adjustment by the on / off operation of the DMD 32. In this case, the mirror operation of the DMD 32 performs the PWM control for adjusting the light amount by changing the on / off duty every cycle (1 / f). Here, as shown in FIG. 7A, when the ON time of the mirror 325 is long, the light emitted from the light source 1 can illuminate the microarray chip 7 for a long time, and as shown in FIG. When the on time of the mirror 325 is short, the light emitted from the light source 1 illuminates the microarray chip 7 for a short time.
[0096]
In summary, when the on-time of the mirror 325 is long as shown in FIG. 12A, the light irradiated on the microarray chip 7 is strong, and conversely, as shown in FIG. When the on-time is short, the light applied to the microarray chip 7 becomes weak. By performing the PWM control of the mirror 325 in this manner, the energy of the illumination applied to the microarray chip 7 per unit time, that is, the light amount Can be adjusted.
[0097]
Note that details of the driving method of the DMD 32 and the like are disclosed in Patent Literature 4 and the like, and are omitted here.
[0098]
Returning to FIG. 7, the stage 8 on which the microarray chip 7 is mounted can be moved in a one-dimensional direction by an X motor 10 connected to a controller 9. The controller 9 drives the X motor 10 based on an instruction from the computer 22.
[0099]
A pump 14 is connected to the microarray chip 7 via a Teflon tube 15. The pump 14 is connected to the computer 22 via the control line P, and in response to an instruction from the computer 22, sucks and discharges the reaction solution to and from the microarray chip 7, and repeatedly passes the reaction solution to the substrate 704. In this way, hybridization is performed.
[0100]
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described.
[0101]
In this case, when the hybridization operation ends, the flowchart shown in FIG. 13 is executed.
[0102]
First, the user designates a desired test site 702 and a spot (probe 705) of the microarray chip 7 from a keyboard (not shown) connected to the computer 22, and subsequently instructs a start of fluorescence measurement. Here, a batch measurement of all spots (probes 705) on the test site 702 is instructed.
[0103]
First, the computer 22 outputs the instruction signal S to the controller 9, drives the X motor 10, and moves the stage 8 to a position where the fluorescence of the spot (probe 705) of the specified test site 702 of the microarray chip 7 can be measured. (Steps 1301 and 1302).
[0104]
Next, the computer 22 outputs a spot address to the control unit 35 via the signal line C in order to irradiate only the spot (probe 705) at which fluorescence luminance measurement is started with illumination light. The control unit P also outputs an instruction for the suction / discharge operation of the pump 14 to the pump 14.
[0105]
The pump 14 sucks or pushes out the reaction solution in the test site 702 in accordance with an operation instruction through the control line P, and moves the solution in and out of the alumina substrate 704. That is, the reaction solution in the test site 702 repeats the filled state shown in FIG. 14A and the removed state shown in FIG. 14B.
[0106]
In this state, the computer 22 instructs the pump 14 to stop the cylinder (not shown) in the suction state. By doing so, the reaction solution dropped on the test site 702 of the microarray chip 7 is drawn toward the pump 14, and the reacted spot (probe 705) is exposed (see FIG. 14B).
[0107]
Since this state is most suitable for fluorescence luminance measurement, the computer 22 performs PWM control on the mirror 325 of the DMD 32 to irradiate the spot (probe 705) with light. On the other hand, in the state shown in FIG. 14A in which the reaction solution is filled in the test site 702, the computer 22 turns off the mirror 325 of the DMD 32 so as not to shine light on the spot (probe 705). I try to make it.
[0108]
With the computer 22 controlling the mirror 325 of the DMD 32 by the PWM control, the fluorescence luminance measurement is started.
[0109]
In this case, the illumination light emitted from the light source 1 enters the collector lens 2 and becomes parallel light, is reflected by the reflection mirror 31, and enters the DMD 32. Then, the reflected light determined by the PWM control of the DMD 32 passes through the relay lens 3 and enters the excitation filter 4. Then, the excitation light is selected by the excitation filter 4, reflected by the dichroic mirror 33, and focused on the spot (probe 705) of the specified test site 702 of the microarray chip 7 by the objective lens 6.
[0110]
Then, when the fluorescent dye of the labeled sample is excited at the spot (probe 705) and emits fluorescence, the fluorescence passes through the objective lens 6 and the dichroic mirror 33, and is transmitted to the CCD camera 34 by the imaging lens 12. An image is formed on an imaging surface (not shown).
[0111]
In this case, the PWM control of the DMD 32 is instructed by the drive signal Q from the control unit 35.
[0112]
FIG. 15 shows the configuration of the control unit 35. In this case, the signal line C is composed of 10 bits, the upper 2 bits instruct the ON / OFF operation of the mirror 325 of the DMD 32 and the change of the duty, and the lower 8 bits instruct the position information of the spot (probe 705). Things. The lower 8 bit signal line is connected to the mirror address generator 351. For example, when it is desired to illuminate the position of the first spot (probe 705), the mirror address generator 351 calculates the addresses of the plurality of mirrors 325 of the DMD 32 that illuminates only the spot (probe 705), and the frame memory 352a of the DMD driver 352. Is transmitted in the form of image data.
[0113]
In this case, the relationship between the spot (probe 705) whose fluorescence luminance is measured and the plurality of mirrors 325 of the DMD 32 is as shown in FIG. Here, only a part of the entire DMD 32, that is, the mirror 325 in the area shown in FIG. That is, the spot (probe 705) is irradiated with light in the form of a spot by the plurality of mirrors 325 in the area 32a designated to be turned on.
[0114]
Similarly, the mirror 325 in the entire area of the DMD 32 is divided into a plurality of areas, these areas are allocated to a large number of spots (probes 705), and the corresponding spots (probes) are designated by turning on the mirror 325 in each area. 705) is irradiated with spot-shaped light.
[0115]
The DMD 32 is composed of a 1000 × 1000 micromirror group, and the frame memory 352 a inside the DMD driver 352 stores on / off data of all the mirrors 325 of 1000 × 1000 like a video memory. The DMD driver 352 is driven by the clock 353, generates a drive signal Q for driving the DMD 32 based on the contents of the frame memory 352a, and transmits the drive signal Q to the DMD 32. In addition, the DMD driver 352 outputs duty information for turning on / off the mirror group that irradiates the spot (probe 705) with light, that is, the mirror 325 in the area 32a shown in FIG. In this case, in the present embodiment, 12 bits are used in order to enable PWM control in 4096 steps. This duty information is output to the computer 22 as a signal F.
[0116]
In this state, when an imaging instruction command is transmitted from the computer 22 to the CCD camera 34 via the signal line V, the imaging by the CCD camera 34 is started (step 1303). At the same time, the computer 22 sends the position information of the spot (probe 705) for which the fluorescence luminance is to be measured to the control unit 35 via the signal line C to the control unit 35 at the duty of 50% as a default in the area 32a shown in FIG. The mirror 325 is instructed to be turned on / off (step 1304).
[0117]
In this state, when the CCD camera 34 starts imaging and image data is sent to the computer 22 via the signal line V, the CPU (not shown) of the computer 22 stores one image in a video memory (not shown) inside. The image data for each minute is stored.
[0118]
When the storage in the video memory is completed, the CPU determines the luminance information of the address corresponding to the spot (probe 705) for measuring the fluorescent luminance in the video memory based on the positional information of each spot (probe 705) which is stored in advance as data. Read.
[0119]
Then, the brightness information acquired by the CCD camera 34 is compared with a preset specified value (step 1305). Here, when the fluorescence luminance acquired by the CCD camera 34 is smaller than a predetermined value (step 1306), the computer 22 instructs a duty change via the signal line C to increase the on-time of the mirror 325 group. It is sent (step 1307). On the other hand, if the fluorescent luminance acquired by the CCD camera 34 is larger than the predetermined value (step 1308), the computer 22 sends an instruction to change the duty via the signal line C so as to reduce the on-time of the group of mirrors 325. (Step 1309).
[0120]
When the fluorescent brightness of the spot (probe 705) obtained by the CCD camera 34 reaches a specified value (step 1310), the computer 22 converts the duty to fluorescent brightness information via the signal F and repeats such an operation. It is displayed on a monitor (not shown) (step 1311).
[0121]
In this case, for example, if the signal F is numerical data of 3864 representing a duty of 90%, the amount of fluorescence of the spot itself is very small, and 410 which is 10% of 4096 is displayed on the computer 22 monitor. . If the signal F is numerical data of 410 representing a duty of 10%, the amount of fluorescence of the spot itself is very large, and 3864 which is 90% of 4096 is displayed on the monitor of the computer 22.
[0122]
Thereafter, for other spots (probes 705) in the same test site 702 where fluorescence measurement is to be performed, the mirrors 325 in other corresponding areas (addresses) of the DMD 32 are turned on, and the duty for turning on / off is set. Is set, the above-described operation of the fluorescence luminance measurement is repeatedly executed. Then, when the measurement of the fluorescent luminance of all the spots (probes 705) is completed (step 1312), the fluorescent luminance measurement is repeated for the other test sites 702 in the same manner. In this case, when measuring the fluorescent luminance for another test site 702, the X motor 10 is driven to move the stage 8 to a position where the fluorescent luminance can be measured for the next test site 702.
[0123]
Then, when it is determined that the fluorescence luminance measurement has been completed for all the test sites 702, the process is terminated (step 1313).
[0124]
Therefore, according to this, the brightness information acquired by the CCD camera 34 in response to the fluorescence from the spot (probe 705), the reference value set in advance, and the mirror 325 of the DMD 32 arranged in the optical path are compared with the comparison result. The on / off duty is changed to constantly control the luminance information of the CCD camera 34, and the luminance information of the CCD camera 34 is corrected based on the duty information of the DMD 32 at this time. Thus, the CCD camera 34 can perform highly reliable and accurate fluorescence measurement in an optimum state over a wide range without being affected by the dynamic range. Further, in particular, since the CCD camera 34 can perform photographing with the gain and shutter speed fixed in the area where the S / N is the best, it is possible to realize highly accurate fluorescence luminance measurement in a more stable state. Further, since the CCD camera 34 can take an image corresponding to all the spots (probes 705) in units of the test sites 702 of the microarray chip 7, the stage 8 is moved to measure the fluorescence of each spot (probe 705). Such an operation can be omitted, the stage operation can be simplified, the control can be simplified accordingly, and the overall configuration can be simplified.
[0125]
Although the CCD camera 34 is used in the above-described embodiment, the photomultiplier (PMT) used in the first embodiment can be used without being limited to the CCD camera.
[0126]
Further, in the above-described embodiment, an operation of acquiring data after hybridization has been mainly described. However, data in the middle of hybridization may be acquired. In this case, the computer 22 may operate the control unit 21, the pump 14, and the like so as to execute an operation of analyzing the fluorescence luminance of a desired spot (probe 705) once for one operation of the pump 14. It is possible.
[0127]
Further, in the above-described embodiment, the mirror 325 of the DMD 32 is disposed at a position conjugate with the microarray chip 7 so that the mirror 325 in an area (address) corresponding to the position of the spot (probe 705) is subjected to PWM control. Although the fluorescence intensity of a desired spot (probe 705) is measured, the DMD 32 can be used as an aperture stop by further setting the DMD 32 at a position conjugate with the pupil of the objective lens 6. In this way, the DMD 32 arranged at a position conjugate with the microarray chip 7 turns on the mirror 325 in the area corresponding to the spot (probe 705) whose luminance is to be measured, and the DMD placed at a position conjugate with the pupil of the objective lens 6 If a mirror is selected in a circular or polygonal shape like an aperture stop and turned on with the mirror, fluorescence intensity measurement can be performed in the same manner as described above. This eliminates the need to perform the PWM control of the mirror 325, so that the drive circuit thereof can be omitted, contributing to a reduction in power consumption.
[0128]
Furthermore, in the above-described embodiment, the mirrors 325 of the respective regions assigned to the DMD 32 are sequentially turned on in correspondence with the spots (probes 705) to irradiate each spot (probe 705) with light. The mirrors 325 in each area may be turned on at the same time to irradiate light to each spot (probe 705) at the same time, and this state may be imaged by the CCD camera 34. In this case, the fluorescence measurement time can be significantly reduced.
[0129]
Furthermore, in the above-described embodiment, a microarray that performs a hybridization reaction using a nucleic acid as a probe has been described. However, a microarray that detects fluorescence by immobilizing an array of biologically related substances other than nucleic acid as a probe is described. Is also applicable. For example, examples of the probe include various proteins, antigens, antibodies, and the like.
[0130]
Furthermore, although the DMD is used in the above-described embodiment, a liquid crystal filter may be used instead.
[0131]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified in an implementation stage without departing from the spirit of the invention.
[0132]
Further, the embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent features. For example, even if some components are deleted from all the components shown in the embodiments, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the problem described in the column of the effect of the invention can be solved. In the case where the effect described above is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0133]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a light measuring device and a method capable of performing highly reliable and accurate light measurement in an always optimum state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical measurement device to which a first embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a microarray chip used in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating an ND filter used in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a control unit used in the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the first embodiment.
FIG. 6 is a time chart for explaining the operation of the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an optical measurement device to which a second embodiment of the present invention is applied.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a DMD used in the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing an on / off state of a DMD used in the second embodiment.
FIG. 10 is a view for explaining the relationship between the on / off state of a DMD used in the second embodiment and the direction of light reflected by a mirror.
FIG. 11 is a view for explaining light amount adjustment by an on / off operation of a DMD used in the second embodiment.
FIG. 12 is a view for explaining that the amount of light can be adjusted by the on-time length of the DMD used in the second embodiment.
FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of the second embodiment.
FIG. 14 is a diagram illustrating a state of a reaction solution in a test site in the operation of the second embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a control unit used in the second embodiment.
FIG. 16 is a diagram for explaining the relationship between DMD mirror groups that irradiate light to a spot (probe) in the operation of the second embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional microarray chip reader.
[Explanation of symbols]
1: light source, 2: collector lens, 3: relay lens
4: Excitation filter, 5: Deflection beam splitter
6 Objective lens 7 Microarray chip
701: Microarray chip body, 701a: Projecting portion
702: test site, 703: suction and discharge holes, 704: alumina substrate
705: Probe, 8: Stage, 9: Controller
10 X motor, 11 Y motor, 12 imaging lens
13 Photomultiplier, 14 Pump
15: Teflon tube, 16: Power supply unit
17 ... ND filter, 18 ... Stepping motor
181, 182: rotation axis, 19: sensor plate for position detection
191 ... Slit, 20 ... Photo interrupter
21: control unit, 211: current-voltage conversion circuit, 212: A / D converter
213: control unit, 214: clock source
215: motor driver, 22: computer, 31: reflection mirror
32: DMD, 32a: area, 321: CMOS substrate
322: landing tip, 323: yoke, 324: hinge
325: mirror, 33: dichroic mirror
34 ... CCD camera, 35 ... Control unit, 351 ... Mirror address generator
352: DMD driver, 352a: Frame memory, 353: Clock

Claims (5)

光源と、
前記光源からの光が照射される試料と、
前記試料からの光の強度を検出する光検出手段と、
前記光源と試料との間の光路に配置され前記光源より前記試料に照射される光の量を調整可能にした光量調整手段と、
前記光検出手段により検出される光の強度が予め設定された規定値になるように前記光量調整手段による前記試料に照射される光の量を制御する制御手段と、前記制御手段の制御により前記光検出手段により検出される光の強度が前記規定値に一致したときの前記光量調整手段による光量調整情報に基づいて前記光検出手段の検出結果を補正する出力補正手段と
を具備したことを特徴とする光測定装置。
A light source,
A sample irradiated with light from the light source,
Light detection means for detecting the intensity of light from the sample,
Light amount adjusting means disposed in an optical path between the light source and the sample and capable of adjusting the amount of light emitted to the sample from the light source,
Control means for controlling the amount of light applied to the sample by the light amount adjustment means so that the intensity of light detected by the light detection means becomes a preset specified value; and Output correction means for correcting the detection result of the light detection means based on light amount adjustment information by the light amount adjustment means when the intensity of light detected by the light detection means matches the specified value. Light measuring device.
前記光量調整手段は、前記試料に照射される光の量を連続的または段階的に調整可能にした光学素子からなることを特徴とする請求項1記載の光測定装置。2. The light measuring device according to claim 1, wherein said light amount adjusting means comprises an optical element capable of continuously or stepwise adjusting the amount of light applied to said sample. 前記光量調整手段は、前記試料と光学的共役位置に配置され、且つ選択的に偏向制御可能な複数の微小偏向素子を有するとともに、これら微小偏向素子の偏向制御に応じて前記光源から前記試料に照射される光の量を調整可能にした光偏向素子アレイからなることを特徴とする請求項1記載の光測定装置。The light amount adjusting means is disposed at an optically conjugate position with the sample, and has a plurality of minute deflecting elements that can be selectively controlled in deflection. The light source adjusts the light from the light source to the sample in accordance with the deflection control of these minute deflecting elements. 2. The optical measuring device according to claim 1, wherein the optical measuring device comprises an optical deflecting element array capable of adjusting an amount of irradiated light. 前記試料は、反応液中の検体とプローブとの反応を検出するマイクロアレイチップからなり、
さらに前記テストサイト中の反応液を移動させる移動手段を有し、
前記光偏向素子アレイによる前記試料に照射される光の量の調整動作を前記移動手段による前記反応液の移動と同期させることを特徴とする請求項3記載の光測定装置。
The sample is composed of a microarray chip that detects a reaction between a sample and a probe in a reaction solution,
Further, a moving means for moving the reaction solution in the test site,
4. The optical measurement device according to claim 3, wherein the operation of adjusting the amount of light applied to the sample by the light deflection element array is synchronized with the movement of the reaction solution by the movement unit.
光源からの光を試料に照射し、
前記試料からの光の強度を光検出手段で検出し、
前記光源より前記試料に照射される光の量を光量調整手段により調整可能とするとともに、前記光検出手段により検出される光の強度が予め設定された規定値になるように前記光量調整手段による前記試料に照射される光の量を制御し、
この制御により前記光検出手段より検出される光の強度が前記規定値に一致したときの前記光量調整手段による光量調整情報に基づいて前記光検出手段の検出結果を補正することを特徴とする光測定方法。
Irradiate the sample with light from the light source,
The intensity of light from the sample is detected by light detection means,
The amount of light emitted from the light source to the sample can be adjusted by a light amount adjusting unit, and the light amount adjusting unit adjusts the intensity of the light detected by the light detecting unit to a predetermined value. Controlling the amount of light applied to the sample,
The control unit corrects a detection result of the light detection unit based on light amount adjustment information by the light amount adjustment unit when the intensity of light detected by the light detection unit matches the specified value. Measuring method.
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