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JP2004361086A - Biomolecule analyzer - Google Patents

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JP2004361086A
JP2004361086A JP2003155992A JP2003155992A JP2004361086A JP 2004361086 A JP2004361086 A JP 2004361086A JP 2003155992 A JP2003155992 A JP 2003155992A JP 2003155992 A JP2003155992 A JP 2003155992A JP 2004361086 A JP2004361086 A JP 2004361086A
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Japan
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image
variable focus
scanning
biomolecule
mirror
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JP2003155992A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Nanba
昭宏 南波
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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Publication date
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biomolecule analyzer constituted so as to acquire the image of a specimen by a simple constitution to perform the correlation analysis of fluorescence. <P>SOLUTION: The biomolecule analyzer for analyzing the dynamic behavior of a biomolecule is equipped with a image acquiring means (11) for acquiring the image corresponding to at least one observation region of a biological specimen containing the biomolecule held to a measurable state, an arranging means (12) for arranging a measuring point at the desired point position in the image of the specimen acquired by the image acquiring means, a measuring means (102) for measuring the signal originating from the dynamic data of a substance to be measured from the measuring point arranged by the arranging means and an analyzing means (105) for analyzing the result measured by the measuring means. At least one of the image acquiring means and the arranging means comprises at least one variable focus optical element (11 or 12). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料内の1箇所以上の特定部位の統計的な性質や各部位間の相互作用などを求める生体分子解析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、試料内の特定部位を高い分解能で観察したり測定したりする装置として、共焦点光学系を用いた顕微鏡が利用されてきている。共焦点光学顕微鏡に関しては、例えば文献”Confocal Microscopy” T.Wilson(ed.) Academic press (London)に解説がある。また、主に生物試料を対象とした解説として、文献”Handbook of Biological confocal Microscopy” J.B.Pawley(ed.) Plenum Press (New York)などがある。
【0003】
1990年代に入り、蛍光を用いた単一分子の検出・イメージングに関する研究が急増している。例えば単一分子の検出法として、文献P.M.Goodwin etc. ACC.Chem.Res. (1996), Vol.29, p607−613、また蛍光相関分光法(FCS)などが挙げられる。蛍光相関分光法では、共焦点顕微鏡の視野中の所定の1個の焦点において蛍光標識したタンパク質や担体粒子の溶液中でのブラウン運動に基づく蛍光強度のゆらぎを解析して自己相関関数を求め、対象とする微粒子の数や大きさなどを推測する。この技術については、例えば、金城政孝「蛋白質 核酸 酵素」(1999) Vol.44, No.9, p1431−1437に論じられている。
【0004】
また従来は、試料の顕微鏡画像をレーザー光のような点光源によって取得するために、互いに回動方向を直角に設定してなる2個のガルバノミラー走査機構により2次元走査していた。Z軸方向のフォーカス移動については、試料ステージをモーターなどの駆動機構を用いてZ軸方向へ微小量移動させたり、あるいは光路の途中に固定レンズと可動レンズとからなるフォーカス位置調整機構を挿入し、この可動レンズを光軸方向へ微小量移動させたりすることにより、フォーカス位置を変化させていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
一方、上記の技術に関して、いくつか特許出願がなされている。特開2001−194303号公報の技術は、測定したい蛍光分子の密度が希薄であるような試料溶液に適用される蛍光相関分光法であって、シリンドリカル・レンズを用いて、2次元的に走査して試料の撮像領域内全体に励起光が照射されるようにして試料全体を励起する。そして、2次元光検出器上の蛍光強度値を集めて1つの全体的な揺らぎ情報を得ている。
【0006】
また、特開平08−43739号公報、特開2000−98245号公報では、走査型光学顕微鏡において、多重染色された試料からの蛍光をそれぞれグレーティング、プリズムにより分光し、複数の光検出器により成分波長毎に検出を行なう。この方法では、一度に励起された試料の撮像領域内全体から蛍光色素毎の信号を取り出すことはできるが、試料の撮像領域内の選択された複数の微小な特定部位から発せられる蛍光信号をそれぞれ区別して取り出すことはできない。
【0007】
従来行なわれている蛍光相関分光法では、視野内に存在する蛍光分子からの蛍光強度のゆらぎを観測し、これに基づいて時系列信号を得て、自己相関関数を求める。この場合、視野内に存在する蛍光分子が1種類のみであれば、得られた蛍光強度のゆらぎをそのまま解析することにより、蛍光分子の並進拡散速度などの情報を得ることができる。また、これら蛍光分子が移動したり、運動速度を変えたりしても、これらの変化を統計的に捉えることができる。発光波長の異なる2種類以上の蛍光分子が試料内に存在する場合は、波長分離を行なうことにより、それぞれの蛍光分子の自己相関や相互相関を求めることができる。しかし、同一視野内に限定されてしまう。
【0008】
実際の生体細胞などを観測しようとする場合、細胞内外、細胞核内外での所望の分子の挙動をリアルタイムで観察することや、細胞内のシグナル伝達や物質輸送、細胞分裂などの事象について経時的な変化や局在情報を得ることが必要とされる。従来の蛍光相関分光法では、分子の集団としての状態変化や、挙動については捉えることができるが、細胞内外の所望の部位の状態変化などについて、ダイナミックに測定することは不可能であった。
【0009】
また、顕微鏡の試料ステージをモーターなどの駆動機構を用いてZ軸方向へ移動させるためには、モーターを試料ステージ近傍に固定しなければならず、ステージ周辺の装置が大掛かりになり、試料操作などの作業の妨害になることがあった。また、試料ステージの反復動作を連続して行なうと、モーターのバックラッシュなどのために、実際のフォーカス位置と計算上のフォーカス位置とにずれが生じるなどの問題点があった。
【0010】
また、レンズを加えて可動するフォーカス位置調整機構を用いた場合は、光学系が複雑になり、レンズ移動機構の調整を精度良く行なわないとレンズ移動により光軸がずれたり、レンズが傾くことによって光軸が曲がったりするなどの問題があった。
【0011】
すなわち従来では、レーザー光を簡単な機構により簡単に、3次元的に移動あるいは走査することができなかった。
【0012】
本発明の目的は、簡単な構成で試料の画像を取得し、蛍光の相関解析を行なうことができる生体分子解析装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
課題を解決し目的を達成するために、本発明の生体分子解析装置は以下の如く構成されている。
【0014】
(1)本発明の生体分子解析装置は、生体分子の動的挙動を解析する生体分子解析装置であって、測定可能な状態に保持された生体分子を含む生物学的試料の少なくとも一つの観察領域に対応する画像を取得する画像取得手段と、この画像取得手段で取得した試料画像中の所望の点位置に測定点を配置する配置手段と、この配置手段で配置された測定点から被測定物質の動的情報に由来する信号を測定する測定手段と、この測定手段で測定した結果を解析する解析手段と、を具備し、前記画像取得手段および前記配置手段の少なくとも一方は少なくとも一つの可変焦点光学素子からなる。
【0015】
(2)本発明の生体分子解析装置は上記(1)に記載の装置であり、かつ前記画像取得手段で取得する画像は3次元領域を含む画像であり、前記配置手段は、測定点を3次元上の任意の位置に配置する。
【0016】
(3)本発明の生体分子解析装置は上記(1)に記載の装置であり、かつ前記少なくとも一つの可変焦点光学素子は、それぞれ2次元方向の走査およびZ軸フォーカス移動の少なくとも一方を行なう。
【0017】
(4)本発明の生体分子解析装置は上記(1)または(3)に記載の装置であり、かつ前記少なくとも一つの可変焦点光学素子は、可変焦点レンズおよび可変焦点ミラーの少なくとも一方を含む。
【0018】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る生体分子解析装置の照明光学系、走査光学系、及び検出光学系の基本構成を示す図であり、図2はその一部拡大図である。図1,図2において同一な部分には同符号を付してある。本第1の実施の形態では、図1、図2に示すように光路の途中に、具体的には対物レンズ5の手前側光源よりに(コリメート光の途中)可変焦点レンズ11を設置している。
【0019】
レーザー光源1から出射したレーザー光は、第1レンズ2により合焦(フォーカス)される。合焦位置には、照明光用ピンホール3が配置されている。また、第2レンズ4のフォーカス位置に照明光用ピンホール3の位置を合わせている。第2レンズ4は、対物レンズ5までコリメート光(平行光)を導く。また、対物レンズ5の焦点位置に試料面を合わせている。
【0020】
レーザー光源1から照射されたレーザー光は、第1レンズ2と照明光用ピンホール3を介してダイクロイックミラー7を透過し、第2レンズ4を介して、X軸走査スキャナ61とY軸走査スキャナ62に達する。X軸走査スキャナ61とY軸走査スキャナ62は、互いに走査方向が直交している。レーザー光は、X軸走査スキャナ61とY軸走査スキャナ62により、それぞれX軸走査及びY軸走査され、可変焦点レンズ11と対物レンズ5を介して試料S面内で2次元走査される。
【0021】
試料S内の蛍光分子からの蛍光信号は、照射されたレーザー光と同じ光路を通って、第2レンズ4と照明光用ピンホール3の間に配置されたダイクロイックミラー7で反射される。この反射光は、第2レンズ4の焦点位置に配置された受光用ピンホール8を通過して、受光用レンズ9に導かれる。ダイクロイックミラー7は、照射されたレーザー光(励起光)を透過し、蛍光分子から発せられた蛍光を反射させるスペクトル特性を持っている。受光用レンズ9の焦点位置に受光用ピンホール8が位置している。蛍光は、受光用レンズ9を通って光検出器(受光器)10に到達する。光検出器10としては、画像取得用のCCDカメラなどの2次元光検出器を用いる。蛍光の強度ゆらぎの測定には、APD(アバランシェフォトダイオード)、あるいは光電子増倍管などを用いる。
【0022】
可変焦点レンズ11は、2枚の対向して配置された透明のガラス基板と、両ガラス基板に取り付けられた電極、及び両ガラス基板の間に満たされた液晶により構成されている。この液晶に印加する電圧を調整して液晶分子に一定方向の傾きを持たせ、液晶を通過した光に波面変調または位相変調をかけて、レンズ機能を持たせて焦点位置を変化させる。焦点位置の変更は、電圧の加減により行なうので、スムーズに実施することができる。
【0023】
また、特開平5−100201号公報に開示されているように、共通電極と輪帯状電極の間に液晶を配置して、輪帯状電極に印加する電圧を制御して液晶に屈折率分布を形成し、焦点距離が自由に変えられるように構成した可変焦点レンズを用いても良い。あるいは、特開平5−303011号公報に開示されているように、合成樹脂フィルムから成る透明な膜の中にシリコンオイルのような透明な液体を満たし、この容量を変化させることによって透明膜の形状を変化させて、焦点距離を変えることができる構成とした可変焦点レンズを用いても良い。
【0024】
図3は、可変焦点ミラーの構成を示す図である。レーザー光の光軸方向のフォーカス移動のために、図3に示すような可変焦点ミラーを用いても良い。可変焦点ミラー12は、変形膜121、例えばポリイミドなどのフィルム(厚さ1〜5μm程度)に電極を配置し、この変形膜121の表面にアルミニウムなどの金属薄膜を貼り付けて構成する。そして、対向電極122に電流を印加することにより静電引力を発生させ、フィルム面の曲率を変化させて凹面形状とし、レンズ効果を持たせる。
【0025】
また、対向電極122に印加する電圧を変化させることにより、凹面の曲率が変化し、焦点位置を光軸上で変化させることができる。この場合、可変焦点ミラー12は図4に示すように、光源とするレーザーからの平行光束を鏡面反射させると同時に、反射光を収束光とする。この反射光(収束光)を対物レンズ5に通すことで、レーザー光のフォーカス位置を試料S内のZ軸方向(深さ方向)へ任意に変化させることができる。このように可変焦点ミラー12を用いることで、可変焦点機構をスムーズに実現した上で入射光の吸収損失を極力少なくすることができ、光を有効に利用することができる。
【0026】
可変焦点ミラーの他の構成として、例えば単結晶シリコンの薄膜と下方の電極膜との間に電圧を印加し、静電引力により単結晶シリコンの薄膜の形状を湾曲させて凹面状の放物面とすることができる。単結晶シリコンの薄膜にアルミニウムなどの金属膜を貼り付けることにより、鏡面を形成することができる。これに関してはオプトロニクス誌No.7,1999,p.161〜166に詳しく記載されている。
【0027】
図5は、本発明の第1の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図である。
【0028】
2次元の顕微鏡画像を得るために、レーザー光源1aの2次元走査が必要となる。例えば、2個のガルバノミラーを互いに走査方向が直交するように配設してXYスキャナー6a(X軸走査スキャナとY軸走査スキャナからなる)とし、レーザー光をX軸走査及びY軸走査する。これを第1の走査系とする。
【0029】
レーザー光源1aから照射されたレーザー光は、ダイクロイックミラー71で反射され、XYスキャナー6aによりX軸走査及びY軸走査され、ダイクロイックミラー73で反射され、可変焦点レンズ11と対物レンズ5を介して試料S面内すなわち細胞内で2次元走査される。試料Sからの反射光、蛍光は、照射光と同じ光路を通り、ダイクロイックミラー71を介して光検出器101で受光される。光検出器101に入射した光強度信号は電気信号に変換され、信号処理装置103で波形整形され、画像処理装置106に導かれる。画像処理装置106は画像信号を生成し、TVモニター107上に試料Sの2次元画像を生成する。
【0030】
一方、第1の走査系と同じく、例えば、2個のガルバノミラーを互いに走査方向が直交するように配設してXYスキャナー6b(X軸走査スキャナとY軸走査スキャナからなる)とし、レーザー光をX軸走査及びY軸走査する。これを第2の走査系とする。この第2の走査系でレーザー光を走査し、蛍光分子からの蛍光信号を光検出器102で受光し、コンピュータ105で相関分光解析を行なう。
【0031】
励起光としてのレーザーは、波長488nmのアルゴンレーザー、633nmのHe・Neレーザーを用いる。細胞内の所望の箇所を標識する蛍光色素は、ローダミン・グリーン(RhG)、サイファイヴ(Cy5)を用いる。ローダミン・グリーン(RhG)は波長488nmのアルゴンレーザーで励起する。サイファイヴ(Cy5)は633nmのHe・Neレーザーで励起する。
【0032】
レーザー光源1bから照射されたレーザー光(励起光)は、ダイクロイックミラー72で反射され、さらにミラー74で反射され、XYスキャナー6bによりX軸走査及びY軸走査され、レンズ75とダイクロイックミラー73を介し、可変焦点レンズ11と対物レンズ5を介して試料S面内で2次元走査される。
【0033】
試料S内の所望の箇所の蛍光色素分子からの蛍光は励起光と同じ光路を通り、それぞれの色素の発光波長に合わせて調整されたダイクロイックミラー72により、入射光路から分離されて光検出器102で受光される。光検出器102に入射した光強度信号は電気信号に変換され、信号処理装置103で波形整形され、on−offの2値化パルスに変換されて、コンピューター105に導かれる。コンピューター105に入力された2値化パルス信号は、相関演算が行なわれ、自己相関関数が求められる。さらに、得られた自己相関関数から、蛍光分子の並進拡散速度や測定領域中の蛍光分子の数の変化などが求められる。
【0034】
光検出器102に入射する光強度信号が比較的大きい場合は、光検出器102から出力される電気信号は時系列信号となる。この場合は、電気信号を信号処理装置103でA/D変換しデジタル信号に変換した後、波形整形を行ない、先と同様に2値化パルス信号に変換する。この2値化パルス信号をコンピューター105に導くことによって相関演算が行なわれ、自己相関関数が求められる。
【0035】
第1の走査系と第2の走査系のX軸走査スキャナ及びY軸走査スキャナは、互いに直交する方向に走査されるように配置されており、コンピューター105によって制御されるXYスキャナー駆動装置111,112により走査運動が正確に制御される。XYスキャナー駆動装置111,112には走査位置検出機構が装備されており、リアルタイムで走査位置が精度良く検知され、コンピューター105にフィードバック制御される。これにより、走査位置と画像が一致するようになる。
【0036】
また、可変焦点機構によるZ軸フォーカス移動は、可変焦点レンズ駆動装置113により行なわれる。可変焦点レンズ駆動装置113はコンピューター105に接続されており、コンピューター105から駆動制御信号が送られ、この制御信号に基づいて、可変焦点レンズ11の液晶分子の配向状態を調整し、Z軸フォーカス移動を行なう。このようにして2次元走査に連動してZ軸フォーカス移動が行なわれ、3次元画像をTVモニター107上に生成させる。また、画像取得と同時にレーザー光の照射位置も、細胞S内外の所望の位置に3次元的に移動させることができる。
【0037】
前述したガルバノミラーなどで行なう2個の独立したX軸走査スキャナ及びY軸走査スキャナの走査角度は、XYスキャナ角度検出装置114によって検出される。その検出信号は画像処理装置106に導かれて、画像処理装置106から出力される画像信号と組み合わされ、TVモニター107の画面上の試料Sの顕微鏡画像の位置と一致される。
【0038】
2次元の顕微鏡画像上でのスキャンニングポイントの指定は、以下のように行なう。観察者は、TVモニター107上の観察画像を見ながら所望のポイントの指定をコンピュータ105の指定手段(キーボード、マウスポインタ等)を用いて行う。すると、コンピュータ105は、画面上に指定された1または2以上の点でXYスキャナー6bのスキャンを停止するようにXYスキャナー駆動装置112を調整する。また、Z軸上のポイントについても、XYスキャナー6bと連動して駆動された可変焦点レンズ11によるZ軸方向の画像に基づく指定が行われ、これにより、試料Sの3次元上の任意の位置に測定点が配置される。このときのXYスキャナー6bの走査角度は、XYスキャナ角度検出装置114によって精度よく検出される。
【0039】
また、ガルバノミラーで走査するのでなく、可変焦点レンズまたは可変焦点ミラーで走査系を構成することにより、試料内の3次元方向について、所望の細胞や分子の蛍光相関解析を行なうこともできる。
【0040】
本第1の実施の形態では、可変焦点レンズを用いて、2次元画像を取得するためのXYスキャナー(例えばガルバノミラーを用いる)、及び蛍光の相関解析を行なうためのXY走査光学系(例えばガルバノミラーを用いる。図1ではXYスキャナーと表記)のZ軸上に位置する同じ試料の内外の部位における3次元画像を得られると共に、蛍光の相関解析を行なうことができる。すなわち第1の実施の形態では、画像取得のための光学系と蛍光の相関解析を行なうための光学系とについて、同時にZ軸フォーカス移動を行なうことができる。XYスキャナーの角度は、XYスキャナー角度検出装置で検出し、所望の部位にスキャン位置を確実に一致させることができる。
【0041】
(第2の実施の形態)
図6は、本発明の第2の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図である。図6において図5と同一な部分には同符号を付してある。
【0042】
この場合、レーザー光の走査に可変焦点レンズと可変焦点ミラーを用いている。本第2の実施の形態では、可変焦点レンズ11を用いた第1の走査系により細胞など試料の2次元画像を取得する。可変焦点レンズ駆動装置113は、可変焦点レンズ角度検出装置116を介してコンピューター105に接続されている。また、第2の走査系で可変焦点ミラー12により2次元方向の走査を行ない、細胞内外の所望の箇所(例えば3箇所)の分子などの蛍光相関解析を行なう。可変焦点ミラー12の駆動は、可変焦点ミラー駆動装置115により行なわれる。可変焦点ミラー駆動装置115は、可変焦点ミラー角度検出装置117を介してコンピューター105に接続されており、コンピューター105から駆動制御信号が送られる。
【0043】
勿論、試料の2次元画像を取得するための走査系として可変焦点ミラーを、また細胞内外の所望の部位での蛍光相関解析を行なうための走査系として可変焦点レンズを用いても良い。さらに、試料の画像取得のための走査系と細胞内外の所望の部位での蛍光相関解析を行なうための走査系とを、全て可変焦点ミラーとしても良いし、あるいは可変焦点レンズとしても良い。
【0044】
可変焦点レンズ11及び可変焦点ミラー12の走査角度とZ軸フォーカス位置は、それぞれ可変焦点レンズ角度検出装置116及び可変焦点ミラー角度検出装置117によって検出される。それらの検出信号は画像処理装置106に導かれて、画像処理装置106から出力される画像信号と組み合わされ、TVモニター107の画面上の試料Sの顕微鏡画像の位置と一致される。
【0045】
(第3の実施の形態)
図7は、本発明の第3の実施の形態に係る生体分子解析装置の構成を示す図である。図7では、試料内の3次元方向について、複数の所望の細胞や分子の蛍光相関解析を行なうための複数の走査系と、試料の画像を取得するための走査系の構成例を示す図である。
【0046】
図7では、四つの照明系S11a,S12a、S22a、S32a、三つの走査系S11b,S12b、S13b、及び四つの検出系S11c,S12c、S22c、S32cを備えている。照明系S11a,S12a、S22a、S32aは、それぞれレーザー光源11a,11b、21b、31b及び第1レンズ12a、12b、22b、32bからなる。走査系S11b,S12b、S13bは、それぞれXYスキャナーであるサーボ方式のガルバノスキャナー(ガルバノミラー)16a,16b、16cからなる。ガルバノスキャナー16a,16b、16cは、各々がX軸走査スキャナとY軸走査スキャナからなる。検出系S11c,S12c、S22c、S32cは、それぞれ受光用レンズ19a,19b、29b、39b、受光用ピンホール18a,18b、28b、38b及び光検出器110a,110b、210b、310bからなる。
【0047】
まず、ステージST上に測定可能な状態で保持された生物学的試料(細胞)Sの画像を取得するために、第1の照明系S11a、第1の走査系S11b、及び第1の検出系S11cを用いる。レーザー光源11aから照射されたレーザー光は、第1レンズ12a及びダイクロイックミラー17aを介して、ガルバノスキャナー16aに達する。レーザー光は、ガルバノスキャナー16aでXY走査され、ダイクロイックミラー201で反射し、ダイクロイックミラー202を透過して、対物レンズ5を介してステージST上の試料Sを照明する。
【0048】
試料Sからの反射光および蛍光は、対物レンズ5を介してダイクロイックミラー202を透過し、ダイクロイックミラー201で反射して、ガルバノスキャナー16b、ダイクロイックミラー17a、ミラー191a、受光用レンズ19a、及び受光用ピンホール18aを介して光検出器110aで受光される。光検出器110aは、光信号の強度を測定する。光信号は、画像処理装置にてコントラスト向上、輪郭強調などの画像処理が行なわれた後、コンピューターに導かれ、TVモニター上で2次元画像となる。
【0049】
次に、試料S内の蛍光分子の自己相関関数を取得するために、例えば第2の照明系S12a、第2の走査系S12b、及び第2の検出系S12cを用いる。レーザー光源11bから照射されたレーザー光は、第1レンズ12b、ダイクロイックミラー17b、及びミラー203を介して、ガルバノスキャナー16bに達する。レーザー光は、ガルバノスキャナー16bでXY走査され、ダイクロイックミラー202で反射され、対物レンズ5を介してステージST上の試料Sを照明する。これにより、第1の実施の形態と同様にレーザー光が微小な測定領域に存在する試料S内の蛍光分子を励起し、蛍光信号(フォトンパルス)が得られる。
【0050】
得られた蛍光信号、すなわち蛍光分子からの蛍光の強度ゆらぎは、対物レンズ5を介してダイクロイックミラー202で反射し、ガルバノスキャナー16b、ミラー203、ダイクロイックミラー17b、ミラー191b、受光用レンズ19b、及び受光用ピンホール18bを介して光検出器110bで受光される。蛍光信号は、光検出器110bで光電流パルスに変換され、信号処理装置に導かれて波形整形、2値化処理などが行なわれ、コンピューター(相関解析装置)により自己相関関数、相互相関関数などが求められる。ここで得られた自己相関関数から、蛍光分子の並進拡散運動の速度などの統計的な性質が求められる。
【0051】
上記の例では、蛍光分子の相関関数を取得するために、第2の照明系S12a、第2の走査系S12b、及び第2の検出系S12cの組み合わせを用いたが、その他、第3の照明系S22a、第2の走査系S12b、及び第3の検出系S22cの組み合わせと、第4の照明系S32a、第3の走査系S13b、及び第4の検出系S32cの組み合わせを用いることができる。すなわち、各光学系により個別に、試料内の所望の異なる部位に存在する蛍光分子からの自己相関関数または相互相関関数の取得を行なうことができる。各ガルバノスキャナー16a,16b、16cは互いに独立して動作し、試料内の異なる複数部位にレーザー光スポットを集光させる。あるいは、各ガルバノスキャナー16a,16b、16cを互いに連動させて、試料内の所望の一部位に同時にレーザー光スポットを集光させることもできる。
【0052】
本第3の実施の形態では、第1の走査系はXYスキャナーにより細胞など試料の2次元画像を取得する。第2〜4の走査系は、それぞれXYスキャナーにより2次元方向の走査を行ない、細胞内あるいは外の所望の3箇所の分子などの蛍光相関解析を行なう。
【0053】
第1の走査系についてはXYスキャナーとして可変焦点レンズを、また第2〜4の走査系についてはXYスキャナーとして可変焦点ミラーを用いることができる。勿論、第1の走査系のXYスキャナーとして可変焦点ミラーを、また第2〜4の走査系のXYスキャナーとして可変焦点レンズを用いても良い。さらに、第1〜4の走査系を全て可変焦点ミラーとしても良いし、あるいは全て可変焦点レンズとしても良い。
【0054】
本第3の実施の形態では、3次元的に異なる部位に存在する3点に同時にレーザー光をフォーカスすることができ、所望の細胞や分子の蛍光相関解析を行なうことができる。このとき、同時に第1の走査系で試料の2次元画像、または3次元画像を取得する。また、所望の細胞や分子の蛍光相関解析を行なうための走査系をさらに並列的に増やすこともできる。また、試料の画像を取得するための走査系についても同様に、並列的に増やして、複数の離散的な部位の顕微鏡画像を取得して表示、記録しても良い。
【0055】
(第4の実施の形態)
図8は、本発明の第4の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図である。図8において図5,図6と同一な部分には同符号を付してある。
【0056】
本第4の実施の形態では、2次元の顕微鏡画像を取得するための2次元走査光学系として、例えばガルバノミラーからなるXYスキャナー6aを用いる。また、蛍光の相関解析を行なうためのXY走査光学系として、例えばガルバノミラーからなるXYスキャナー6bを用いる。
【0057】
また、レーザー光のZ軸方向のフォーカス移動のために、可変焦点ミラー12を用いる。すなわち、可変焦点ミラー駆動装置115により可変焦点ミラー12のミラー面の曲率を変化させ、レーザー光のZ軸方向のフォーカス位置を変化させる。
【0058】
これにより、顕微鏡画像の取得のための光学系と蛍光の相関解析を行なうための光学系とについて、同時にZ軸方向のフォーカス移動を行なうことができる。すなわち、Z軸上に位置する同じ試料の内外の部位における3次元画像を得られるとともに、蛍光の相関解析を行なうことができる。
【0059】
可変焦点ミラー12の構成は、上記第1の実施の形態で述べたものと同様である。XYスキャナー6a,6bの角度は、XYスキャナー角度検出装置114で検出し、XYスキャナー駆動装置112は所望の部位にスキャン位置を確実に一致させる。
【0060】
(第5の実施の形態)
図9は、本発明の第5の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図である。図9において図5,図6と同一な部分には同符号を付してある。
【0061】
本第5の実施の形態では、2次元の顕微鏡画像を取得するための2次元走査と、蛍光の相関解析を行なうための2次元走査とを、同時に可変焦点レンズ11の曲率変化、あるいは屈折率変化によって行なう。また、可変焦点レンズ11の曲率変化、あるいは屈折率変化によってレーザー光のZ軸方向のフォーカス位置を変化させる。この際、可変焦点レンズ11によるレーザー光の照射角度を可変焦点レンズ角度検出装置116で検出し、所望の部位にレーザー光のフォーカス位置を確実に一致させる。
【0062】
これにより、画像取得のための光学系と蛍光の相関解析を行なうための光学系とについて、同時に2次元走査とZ軸フォーカス移動とを行なうことができる。
【0063】
(第6の実施の形態)
図10は、本発明の第6の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図である。図10において図5,図6と同一な部分には同符号を付してある。
【0064】
本第6の実施の形態では、2次元の顕微鏡画像を取得するための2次元走査光学系として、例えばガルバノミラーからなるXYスキャナー6aを用いる。また、蛍光の相関解析を行なうためのXY走査光学系として、可変焦点ミラー12を用いる。
【0065】
また、レーザー光のZ軸方向のフォーカス移動についても可変焦点ミラー12を用いる。レーザー光のZ軸方向のフォーカス位置を変化させるための可変焦点ミラー12のミラー面の曲率の変化、及びXY走査を行なうための形状変化は、可変焦点ミラー駆動装置115にて行なう。
【0066】
これにより、顕微鏡画像の取得のための光学系と蛍光の相関解析を行なうための光学系とについて、それぞれ独自に動作を行なわせることができる。すなわち、試料の観察部位と蛍光の相関解析を行なう部位とを、別々に選択することができる。また、XYスキャナー6a及び可変焦点ミラー12の角度は、それぞれXYスキャナー角度検出装置114及び可変焦点ミラー角度検出装置117で検出し、所望の部位にスキャン位置を確実に一致させることができる。
【0067】
(第7の実施の形態)
図11は、本発明の第7の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図である。図11において図5,図6と同一な部分には同符号を付してある。
【0068】
本第7の実施の形態では、2次元の顕微鏡画像を取得するための2次元走査を可変焦点ミラー12aの走査で行ない、蛍光の相関解析を行なうための2次元走査を可変焦点ミラー12bのミラー面の曲率変化によって行なう。また、レーザー光のZ軸方向のフォーカス移動は、2次元画像を取得するための光学系と蛍光の相関解析を行なうための光学系とで、別々に可変焦点ミラー12a,12bのミラー面の曲率を変化させて実施する。この際、可変焦点ミラー12a,12bによるレーザー光の照射角度を可変焦点ミラー角度検出装置117a,117bで検出し、所望の指定位置とレーザー光のフォーカス位置とを確実に一致させる。
【0069】
これにより、画像取得のための光学系と蛍光の相関解析を行なうための光学系とについて、同時に異なる位置で2次元走査とZ軸フォーカス移動とを行なうことができる。結果として、試料の3次元画像を取得するとともに、画像を取得した位置と異なる位置、または同じ位置における蛍光の相関解析を行なうことができる。
【0070】
(第8の実施の形態)
図12は、本発明の第8の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図である。図12において図5,図6と同一な部分には同符号を付してある。
【0071】
本第8の実施の形態では、2次元の顕微鏡画像を取得するための2次元走査を、例えばガルバノミラーからなるXYスキャナー6aで実施する。画像を取得するための光学系において、レーザー光のZ軸方向のフォーカス移動を可変焦点レンズ11の屈折率変化、あるいは形状の曲率変化で行なう。可変焦点レンズ11の屈折率変化、あるいは形状の曲率変化は、可変焦点レンズ駆動装置113で実施する。可変焦点レンズ駆動装置113は可変焦点レンズ角度検出装置116を介してコンピューター105に接続されており、レーザー光のZ軸方向のフォーカス移動の大きさ、方向、タイミングなどを制御する。
【0072】
一方、蛍光の相関解析を行なうための2次元走査を、例えばガルバノミラーからなるXYスキャナー6bを用いて行なう。蛍光の相関解析を行なうための光学系において、レーザー光のZ軸方向のフォーカス移動については、可変焦点ミラー12のミラー面の曲率変化によって行なう。可変焦点ミラー12は可変焦点ミラー駆動装置115により、その形状変化を実現する。可変焦点ミラー駆動装置115はコンピューター105に接続されており、可変焦点ミラー12のミラー面の曲率変化を制御する。
【0073】
以上により、可変焦点ミラー12のミラー面の曲率変化、レーザー光のZ軸方向のフォーカス移動を、2次元画像を取得するための光学系と蛍光の相関解析を行なうための光学系とで別々に、または同時に行なうことができる。この際、2種類のXYスキャナーについて、それらの回動角度をXYスキャナー角度検出装置114で検出し、所望の指定位置とレーザー光の走査角度とを確実に一致させる。
【0074】
これにより、画像取得のための光学系と蛍光の相関解析を行なうための光学系とについて、同時に異なる位置で2次元走査とZ軸フォーカス移動とを行なうことができる。その結果として、試料の3次元画像を取得すると共に、画像を取得した位置と異なる位置、または同じ位置における蛍光の相関解析を行なうことができる。なお、画像を取得するための光学系と蛍光の相関解析を行なうための光学系とを、それぞれ複数配置しても良い。
【0075】
上記実施の形態によれば、生体細胞、生体分子の蛍光相関解析装置を含む画像取得装置において、レーザー光の2次元走査、およびレーザー光によるZ軸(深さ方向)フォーカス移動を、可変焦点レンズあるいは可変焦点ミラーにより行ない、3次元的に離散する複数の分子、あるいは細胞の蛍光相関解析を行なう。また、可変焦点光学系を用いてレーザー光を3次元的に走査して、所望の部位の3次元画像を取得する。
【0076】
このように、可変焦点光学系を離散的に存在する所望の複数の生体細胞、生体分子の蛍光相関解析装置に適用することにより、簡便な機構でレーザー光のZ軸フォーカス移動、または3次元的なフォーカスポイントの移動を行なうことができる。また、本機構を画像取得の走査系にも用いることで、細胞内外の所望の部位の3次元画像を記録、観察することができると共に、細胞内外に3次元的に分布する複数の所望の分子の蛍光相関解析も行なうことができる。
【0077】
また上記実施の形態によれば、ガルバノミラーのようなXY走査系を用いなくて済むので、装置が簡素化されると共に、機械的な磨耗などのおそれがなく、安定した動作が可能になり、振動にも強くなる。また、画像取得のための光学系と蛍光の相関解析を行なうための光学系とを空間的に異なる配置とすることができ、試料の所望の位置での3次元画像を同時または時間差をもって取得できると共に、画像を取得した位置とは異なる位置または同じ位置における蛍光の相関解析を行なうことができる。
【0078】
よって、本発明によれば、生きたままの自然状態に必須な3次元領域中での試料から、各種生体分子の動的挙動を安定した精度で解析でき、例えば多数のタンパク質により構成されたタンパク質複合体(クロマチン構造変換因子など)の解析を行なうことができる。これにより、遺伝子発現を制御するネットワーク機構の解明、アポトーシスの分子機構の解明、ゲノム複製制御のメカニズムの解明、染色体構造変化等をリアルタイムで観察、記録することなどが可能になる。これらの生命現象の解明を通して、新たな医薬品の創生、ガン化メカニズムの解明、プロテオーム解析などに幅広く応用できる。また、細胞のような生体試料中の各種オルガネラ成分や各種イオンチャンネルの動態も解析できる。さらに、神経伝達物質やホルモン受容体の動態解析にも適用できる。
【0079】
なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
【0080】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成で試料の画像を取得し、蛍光の相関解析を行なうことができる生体分子解析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る生体分子解析装置の照明光学系、走査光学系、及び検出光学系の基本構成を示す図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る生体分子解析装置の照明光学系、走査光学系、及び検出光学系の一部拡大図。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る可変焦点ミラーの構成を示す図。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係る可変焦点ミラーの作用を示す図。
【図5】本発明の第1の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図。
【図6】図6は、本発明の第2の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図。
【図7】本発明の第3の実施の形態に係る生体分子解析装置の構成を示す図。
【図8】本発明の第4の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図。
【図9】本発明の第5の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図。
【図10】本発明の第6の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図。
【図11】本発明の第7の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図。
【図12】本発明の第8の実施の形態に係るZ軸方向可変焦点機構を備えた生体分子解析装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
1,1a,1b…レーザー光源 2…第1レンズ 3…照明光用ピンホール 4…第2レンズ 5…対物レンズ 61…X軸走査スキャナ 62…Y軸走査スキャナ 6a,6b…XYスキャナー
7…ダイクロイックミラー 8…受光用ピンホール 9…受光用レンズ 10…光検出器 11…可変焦点レンズ 12…可変焦点ミラー 71…ダイクロイックミラー 72…ダイクロイックミラー 73…ダイクロイックミラー 74…ミラー 75…レンズ 101,102…光検出器 103…信号処理装置 105…コンピューター 106…画像処理装置 107…TVモニター 111,112…XYスキャナー駆動装置 113…可変焦点レンズ駆動装置 114…XYスキャナ角度検出装置 115…可変焦点ミラー駆動装置 116…可変焦点レンズ角度検出装置 117…可変焦点ミラー角度検出装置 121…変形膜 122…対向電極 201,202…ダイクロイックミラー 203,204,205…ミラー S…試料
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a biomolecule analyzing apparatus for determining statistical properties of one or more specific sites in a sample, interactions between the sites, and the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a microscope using a confocal optical system has been used as an apparatus for observing or measuring a specific site in a sample with high resolution. Regarding the confocal optical microscope, see, for example, the document “Confocal Microscopy”, T.A. Wilson (ed.) Academic press (London) has commentary. Also, as a commentary mainly on biological samples, reference is made to the document “Handbook of Biological Confocal Microscopy”, J. Org. B. Pawley (ed.) Plenum Press (New York) and the like.
[0003]
In the 1990s, research on single molecule detection and imaging using fluorescence has been rapidly increasing. For example, as a method for detecting a single molecule, reference M. Goodwin etc. ACC. Chem. Res. (1996), Vol. 29, p607-613, and fluorescence correlation spectroscopy (FCS). In the fluorescence correlation spectroscopy, the autocorrelation function is obtained by analyzing the fluctuation of the fluorescence intensity based on the Brownian motion in the solution of the protein or carrier particles fluorescently labeled at a predetermined one focus in the field of view of the confocal microscope, Estimate the number and size of the target fine particles. This technique is described, for example, in Masataka Kaneshiro, “Protein Nucleic Acid Enzyme” (1999) Vol. 44, no. 9, pp 1431-1437.
[0004]
Conventionally, in order to acquire a microscope image of a sample using a point light source such as a laser beam, two-dimensional scanning has been performed by two galvanometer mirror scanning mechanisms in which the directions of rotation are set at right angles to each other. For the focus movement in the Z-axis direction, the sample stage is moved by a small amount in the Z-axis direction using a drive mechanism such as a motor, or a focus position adjustment mechanism including a fixed lens and a movable lens is inserted in the optical path. By moving the movable lens by a very small amount in the optical axis direction, the focus position is changed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, several patent applications have been filed for the above technology. The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-194303 is a fluorescence correlation spectroscopy applied to a sample solution in which the density of fluorescent molecules to be measured is low, and two-dimensionally scans using a cylindrical lens. Thus, the entire sample is excited by irradiating the entire imaging region of the sample with the excitation light. Then, the fluorescence intensity values on the two-dimensional photodetector are collected to obtain one piece of overall fluctuation information.
[0006]
Further, in JP-A-08-43939 and JP-A-2000-98245, in a scanning optical microscope, fluorescence from a multi-stained sample is separated by a grating and a prism, and the component wavelength is detected by a plurality of photodetectors. Detection is performed every time. With this method, signals for each fluorescent dye can be extracted from the entire imaging area of the sample that is excited at one time, but the fluorescence signals emitted from a plurality of selected minute specific sites in the imaging area of the sample are respectively obtained. It cannot be taken out separately.
[0007]
In the conventional fluorescence correlation spectroscopy, fluctuations in fluorescence intensity from fluorescent molecules present in a visual field are observed, and a time-series signal is obtained based on the fluctuation to obtain an autocorrelation function. In this case, if only one type of fluorescent molecule exists in the visual field, information such as the translational diffusion speed of the fluorescent molecule can be obtained by directly analyzing the fluctuation of the obtained fluorescence intensity. Further, even if these fluorescent molecules move or change the movement speed, these changes can be statistically grasped. When two or more types of fluorescent molecules having different emission wavelengths are present in a sample, autocorrelation and cross-correlation of each fluorescent molecule can be obtained by performing wavelength separation. However, they are limited to the same field of view.
[0008]
When observing actual living cells, it is necessary to observe the behavior of desired molecules inside and outside the cell, inside and outside of the cell nucleus in real time, and to perform chronological analysis of events such as intracellular signaling, mass transport, and cell division. It is necessary to obtain change and localization information. In the conventional fluorescence correlation spectroscopy, it is possible to capture the state change and behavior as a group of molecules, but it is impossible to dynamically measure the state change of a desired site inside and outside a cell.
[0009]
In addition, in order to move the sample stage of the microscope in the Z-axis direction using a drive mechanism such as a motor, the motor must be fixed near the sample stage. Work was interrupted. Further, if the repetitive operation of the sample stage is continuously performed, there is a problem that the actual focus position and the calculated focus position are shifted due to backlash of the motor.
[0010]
In addition, when a focus position adjustment mechanism that is movable by adding a lens is used, the optical system becomes complicated, and if the adjustment of the lens movement mechanism is not performed accurately, the optical axis shifts due to lens movement or the lens is tilted. There were problems such as bending of the optical axis.
[0011]
That is, conventionally, laser light cannot be easily moved or scanned three-dimensionally by a simple mechanism.
[0012]
An object of the present invention is to provide a biomolecule analyzing apparatus capable of acquiring an image of a sample with a simple configuration and performing a fluorescence correlation analysis.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problem and achieve the object, the biomolecule analyzing apparatus of the present invention is configured as follows.
[0014]
(1) A biomolecule analyzer of the present invention is a biomolecule analyzer for analyzing dynamic behavior of a biomolecule, and observes at least one biological sample containing a biomolecule held in a measurable state. Image acquisition means for acquiring an image corresponding to an area, arrangement means for arranging measurement points at desired point positions in the sample image acquired by the image acquisition means, and measurement from the measurement points arranged by the arrangement means Measuring means for measuring a signal derived from dynamic information of a substance, and analyzing means for analyzing a result measured by the measuring means, wherein at least one of the image acquiring means and the arranging means is at least one variable Consists of a focusing optical element.
[0015]
(2) The biomolecule analyzing apparatus according to the present invention is the apparatus according to the above (1), wherein the image acquired by the image acquiring means is an image including a three-dimensional area, and Arrange at any position on the dimension.
[0016]
(3) The biomolecule analyzing apparatus of the present invention is the apparatus according to the above (1), and the at least one variable focus optical element performs at least one of scanning in a two-dimensional direction and Z-axis focus movement.
[0017]
(4) The biomolecule analyzing apparatus according to the present invention is the apparatus according to the above (1) or (3), and the at least one variable focus optical element includes at least one of a variable focus lens and a variable focus mirror.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an illumination optical system, a scanning optical system, and a detection optical system of a biomolecule analyzing apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view thereof. is there. 1 and 2, the same parts are denoted by the same reference numerals. In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a variable focus lens 11 is installed in the middle of the optical path, specifically, from the light source on the near side of the objective lens 5 (in the middle of the collimated light). I have.
[0019]
The laser light emitted from the laser light source 1 is focused by the first lens 2. An illumination light pinhole 3 is arranged at the in-focus position. The position of the illumination light pinhole 3 is adjusted to the focus position of the second lens 4. The second lens 4 guides the collimated light (parallel light) to the objective lens 5. Further, the sample surface is adjusted to the focal position of the objective lens 5.
[0020]
The laser light emitted from the laser light source 1 passes through the dichroic mirror 7 through the first lens 2 and the pinhole 3 for illumination light, and passes through the second lens 4 to the X-axis scanning scanner 61 and the Y-axis scanning scanner. Reach 62. The scanning directions of the X-axis scanning scanner 61 and the Y-axis scanning scanner 62 are orthogonal to each other. The laser beam is scanned in the X-axis and the Y-axis by the X-axis scanning scanner 61 and the Y-axis scanning scanner 62, respectively, and is two-dimensionally scanned in the plane of the sample S via the varifocal lens 11 and the objective lens 5.
[0021]
The fluorescent signal from the fluorescent molecule in the sample S passes through the same optical path as the irradiated laser light and is reflected by the dichroic mirror 7 disposed between the second lens 4 and the illumination light pinhole 3. The reflected light passes through the light receiving pinhole 8 arranged at the focal position of the second lens 4 and is guided to the light receiving lens 9. The dichroic mirror 7 has a spectral characteristic of transmitting irradiated laser light (excitation light) and reflecting fluorescence emitted from fluorescent molecules. The light receiving pinhole 8 is located at the focal position of the light receiving lens 9. The fluorescent light reaches the light detector (light receiver) 10 through the light receiving lens 9. As the photodetector 10, a two-dimensional photodetector such as a CCD camera for acquiring an image is used. An APD (avalanche photodiode), a photomultiplier, or the like is used to measure the intensity fluctuation of the fluorescence.
[0022]
The varifocal lens 11 is composed of two transparent glass substrates that are arranged facing each other, electrodes attached to the two glass substrates, and liquid crystal filled between the two glass substrates. The voltage applied to the liquid crystal is adjusted so that the liquid crystal molecules have an inclination in a certain direction, the light passing through the liquid crystal is subjected to wavefront modulation or phase modulation, and a lens function is provided to change the focal position. Since the focus position is changed by adjusting the voltage, it can be smoothly performed.
[0023]
Further, as disclosed in JP-A-5-100201, a liquid crystal is arranged between a common electrode and an annular electrode, and a voltage applied to the annular electrode is controlled to form a refractive index distribution in the liquid crystal. Alternatively, a varifocal lens configured so that the focal length can be freely changed may be used. Alternatively, as disclosed in JP-A-5-303011, a transparent film made of a synthetic resin film is filled with a transparent liquid such as silicon oil, and the capacity is changed to change the shape of the transparent film. May be used to change the focal length.
[0024]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the variable focus mirror. For the focus movement of the laser beam in the optical axis direction, a variable focus mirror as shown in FIG. 3 may be used. The varifocal mirror 12 is configured by arranging electrodes on a deformable film 121, for example, a film (about 1 to 5 μm in thickness) of polyimide or the like, and attaching a metal thin film such as aluminum to the surface of the deformable film 121. Then, by applying a current to the counter electrode 122, an electrostatic attraction is generated, and the curvature of the film surface is changed to form a concave surface, thereby giving a lens effect.
[0025]
Also, by changing the voltage applied to the counter electrode 122, the curvature of the concave surface changes, and the focal position can be changed on the optical axis. In this case, as shown in FIG. 4, the varifocal mirror 12 mirror-reflects a parallel light beam from a laser serving as a light source, and at the same time, makes the reflected light into convergent light. By passing the reflected light (convergent light) through the objective lens 5, the focus position of the laser light can be arbitrarily changed in the Z-axis direction (depth direction) in the sample S. By using the variable focus mirror 12 in this way, the variable focus mechanism can be realized smoothly, the absorption loss of incident light can be reduced as much as possible, and light can be used effectively.
[0026]
As another configuration of the varifocal mirror, for example, a voltage is applied between a single crystal silicon thin film and a lower electrode film, and the shape of the single crystal silicon thin film is curved by electrostatic attraction to form a concave parabolic surface. It can be. By attaching a metal film such as aluminum to a thin film of single crystal silicon, a mirror surface can be formed. In this regard, Optronics Magazine No. 7, 1999, p. 161 to 166.
[0027]
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a Z-axis direction variable focus mechanism according to the first embodiment of the present invention.
[0028]
In order to obtain a two-dimensional microscope image, two-dimensional scanning of the laser light source 1a is required. For example, two galvanometer mirrors are arranged so that the scanning directions are orthogonal to each other to form an XY scanner 6a (consisting of an X-axis scanning scanner and a Y-axis scanning scanner), and the laser beam performs X-axis scanning and Y-axis scanning. This is defined as a first scanning system.
[0029]
The laser light emitted from the laser light source 1a is reflected by the dichroic mirror 71, scanned in the X-axis and Y-axis by the XY scanner 6a, reflected by the dichroic mirror 73, and passed through the varifocal lens 11 and the objective lens 5. Two-dimensional scanning is performed in the S plane, that is, in the cell. The reflected light and fluorescent light from the sample S pass through the same optical path as the irradiation light, and are received by the photodetector 101 via the dichroic mirror 71. The light intensity signal incident on the photodetector 101 is converted into an electric signal, the waveform is shaped by the signal processing device 103, and the signal is guided to the image processing device 106. The image processing device 106 generates an image signal, and generates a two-dimensional image of the sample S on the TV monitor 107.
[0030]
On the other hand, similarly to the first scanning system, for example, two galvanometer mirrors are arranged so that the scanning directions are orthogonal to each other to form an XY scanner 6b (consisting of an X-axis scanning scanner and a Y-axis scanning scanner). Are scanned in the X-axis and Y-axis directions. This is the second scanning system. The laser beam is scanned by the second scanning system, a fluorescence signal from a fluorescent molecule is received by the photodetector 102, and a correlation spectral analysis is performed by the computer 105.
[0031]
As a laser as the excitation light, an argon laser having a wavelength of 488 nm and a He.Ne laser having a wavelength of 633 nm are used. Rhodamine green (RhG) and sifive (Cy5) are used as fluorescent dyes for labeling a desired portion in a cell. Rhodamine green (RhG) is excited with an argon laser at a wavelength of 488 nm. Sifive (Cy5) is excited by a 633 nm He.Ne laser.
[0032]
The laser light (excitation light) emitted from the laser light source 1b is reflected by the dichroic mirror 72, further reflected by the mirror 74, scanned in the X-axis and Y-axis by the XY scanner 6b, and passed through the lens 75 and the dichroic mirror 73. Is two-dimensionally scanned in the plane of the sample S via the variable focus lens 11 and the objective lens 5.
[0033]
The fluorescence from the fluorescent dye molecule at a desired location in the sample S passes through the same optical path as the excitation light, and is separated from the incident optical path by the dichroic mirror 72 adjusted according to the emission wavelength of each dye. Is received at. The light intensity signal incident on the photodetector 102 is converted into an electric signal, waveform-shaped by a signal processing device 103, converted into an on-off binarized pulse, and guided to a computer 105. A correlation operation is performed on the binarized pulse signal input to the computer 105 to obtain an autocorrelation function. Further, from the obtained autocorrelation function, a translational diffusion speed of the fluorescent molecule, a change in the number of the fluorescent molecule in the measurement region, and the like are obtained.
[0034]
When the light intensity signal incident on the photodetector 102 is relatively large, the electric signal output from the photodetector 102 is a time-series signal. In this case, the electric signal is A / D-converted by the signal processing device 103 to be converted into a digital signal, and then the waveform is shaped and converted into a binarized pulse signal as before. A correlation operation is performed by introducing the binarized pulse signal to the computer 105, and an autocorrelation function is obtained.
[0035]
The X-axis scanning scanner and the Y-axis scanning scanner of the first scanning system and the second scanning system are arranged so as to scan in directions orthogonal to each other, and are driven by the XY scanner driving devices 111 and 111 controlled by the computer 105. The scanning movement is precisely controlled by 112. The XY scanner driving devices 111 and 112 are provided with a scanning position detection mechanism, and the scanning position is detected with high accuracy in real time, and is feedback-controlled to the computer 105. As a result, the scanning position and the image match.
[0036]
The Z-axis focus movement by the variable focus mechanism is performed by the variable focus lens driving device 113. The varifocal lens driving device 113 is connected to the computer 105, receives a drive control signal from the computer 105, adjusts the alignment state of the liquid crystal molecules of the varifocal lens 11 based on the control signal, and moves the Z-axis focus. Perform In this manner, the Z-axis focus movement is performed in conjunction with the two-dimensional scanning, and a three-dimensional image is generated on the TV monitor 107. Further, the irradiation position of the laser beam can be three-dimensionally moved to a desired position inside or outside the cell S simultaneously with the image acquisition.
[0037]
The scanning angles of the two independent X-axis scanning scanners and Y-axis scanning scanners performed by the above-described galvanometer mirror or the like are detected by an XY scanner angle detection device 114. The detection signal is guided to the image processing device 106, is combined with the image signal output from the image processing device 106, and matches the position of the microscope image of the sample S on the screen of the TV monitor 107.
[0038]
Designation of a scanning point on a two-dimensional microscope image is performed as follows. The observer designates a desired point using the designation means (keyboard, mouse pointer, etc.) of the computer 105 while viewing the observation image on the TV monitor 107. Then, the computer 105 adjusts the XY scanner driving device 112 so as to stop the scanning of the XY scanner 6b at one or more points designated on the screen. The point on the Z-axis is also specified based on the image in the Z-axis direction by the varifocal lens 11 driven in conjunction with the XY scanner 6b, whereby an arbitrary three-dimensional position of the sample S is obtained. The measurement point is located at. The scanning angle of the XY scanner 6b at this time is accurately detected by the XY scanner angle detecting device 114.
[0039]
In addition, by configuring a scanning system with a variable focus lens or a variable focus mirror instead of scanning with a galvanometer mirror, fluorescence correlation analysis of desired cells or molecules can be performed in a three-dimensional direction in a sample.
[0040]
In the first embodiment, an XY scanner (for example, using a galvanometer mirror) for acquiring a two-dimensional image using a variable focus lens, and an XY scanning optical system (for example, a galvanometer) for performing fluorescence correlation analysis. A mirror is used. In FIG. 1, a three-dimensional image of the inside and outside of the same sample located on the Z axis of the XY scanner can be obtained, and the fluorescence correlation analysis can be performed. That is, in the first embodiment, the Z-axis focus movement can be performed simultaneously for the optical system for acquiring the image and the optical system for performing the correlation analysis of the fluorescence. The angle of the XY scanner is detected by the XY scanner angle detection device, and the scan position can be surely matched with a desired part.
[0041]
(Second embodiment)
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a Z-axis direction variable focus mechanism according to the second embodiment of the present invention. 6, the same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.
[0042]
In this case, a variable focus lens and a variable focus mirror are used for scanning with laser light. In the second embodiment, a two-dimensional image of a sample such as a cell is acquired by a first scanning system using a variable focus lens 11. The varifocal lens driving device 113 is connected to the computer 105 via a varifocal lens angle detecting device 116. Further, two-dimensional scanning is performed by the variable focus mirror 12 in the second scanning system, and fluorescence correlation analysis is performed on molecules at desired locations (for example, three locations) inside and outside the cell. The variable focus mirror 12 is driven by a variable focus mirror driving device 115. The variable focus mirror driving device 115 is connected to the computer 105 via a variable focus mirror angle detection device 117, and a drive control signal is sent from the computer 105.
[0043]
Of course, a variable focus mirror may be used as a scanning system for acquiring a two-dimensional image of the sample, and a variable focus lens may be used as a scanning system for performing fluorescence correlation analysis at a desired site inside or outside a cell. Furthermore, a scanning system for acquiring an image of a sample and a scanning system for performing fluorescence correlation analysis at a desired site inside and outside a cell may be all variable-focus mirrors or variable-focus lenses.
[0044]
The scanning angle and the Z-axis focus position of the varifocal lens 11 and the varifocal mirror 12 are detected by the varifocal lens angle detecting device 116 and the varifocal mirror angle detecting device 117, respectively. These detection signals are guided to the image processing device 106, combined with the image signals output from the image processing device 106, and matched with the position of the microscope image of the sample S on the screen of the TV monitor 107.
[0045]
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a biomolecule analyzing apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a plurality of scanning systems for performing fluorescence correlation analysis of a plurality of desired cells and molecules in a three-dimensional direction in a sample and a scanning system for acquiring an image of the sample. is there.
[0046]
In FIG. 7, four illumination systems S11a, S12a, S22a, S32a, three scanning systems S11b, S12b, S13b, and four detection systems S11c, S12c, S22c, S32c are provided. The illumination systems S11a, S12a, S22a, S32a include laser light sources 11a, 11b, 21b, 31b and first lenses 12a, 12b, 22b, 32b, respectively. The scanning systems S11b, S12b, and S13b are composed of servo type galvano scanners (galvanometer mirrors) 16a, 16b, and 16c, which are XY scanners, respectively. Each of the galvano scanners 16a, 16b, and 16c includes an X-axis scanning scanner and a Y-axis scanning scanner. The detection systems S11c, S12c, S22c, and S32c include light receiving lenses 19a, 19b, 29b, 39b, light receiving pinholes 18a, 18b, 28b, 38b, and photodetectors 110a, 110b, 210b, 310b, respectively.
[0047]
First, in order to acquire an image of a biological sample (cell) S held in a state that can be measured on the stage ST, a first illumination system S11a, a first scanning system S11b, and a first detection system S11c is used. The laser light emitted from the laser light source 11a reaches the galvano scanner 16a via the first lens 12a and the dichroic mirror 17a. The laser beam is scanned XY by the galvano scanner 16a, reflected by the dichroic mirror 201, transmitted through the dichroic mirror 202, and illuminates the sample S on the stage ST via the objective lens 5.
[0048]
The reflected light and the fluorescent light from the sample S pass through the dichroic mirror 202 via the objective lens 5 and are reflected by the dichroic mirror 201, so that the galvano scanner 16b, the dichroic mirror 17a, the mirror 191a, the light receiving lens 19a, and the light receiving The light is received by the photodetector 110a via the pinhole 18a. The light detector 110a measures the intensity of the light signal. The optical signal is subjected to image processing such as enhancement of contrast and contour enhancement by an image processing device, and then guided to a computer to be converted into a two-dimensional image on a TV monitor.
[0049]
Next, in order to obtain the autocorrelation function of the fluorescent molecules in the sample S, for example, the second illumination system S12a, the second scanning system S12b, and the second detection system S12c are used. The laser light emitted from the laser light source 11b reaches the galvano scanner 16b via the first lens 12b, the dichroic mirror 17b, and the mirror 203. The laser light is scanned XY by the galvano scanner 16b, reflected by the dichroic mirror 202, and illuminates the sample S on the stage ST via the objective lens 5. Thus, similarly to the first embodiment, the laser light excites the fluorescent molecules in the sample S existing in the minute measurement region, and a fluorescent signal (photon pulse) is obtained.
[0050]
The obtained fluorescence signal, that is, the intensity fluctuation of the fluorescence from the fluorescent molecule, is reflected by the dichroic mirror 202 via the objective lens 5, and the galvano scanner 16b, the mirror 203, the dichroic mirror 17b, the mirror 191b, the light receiving lens 19b, and The light is received by the photodetector 110b via the light receiving pinhole 18b. The fluorescence signal is converted into a photocurrent pulse by the photodetector 110b, guided to a signal processing device to perform waveform shaping, binarization processing, and the like, and an autocorrelation function, a cross-correlation function, and the like are performed by a computer (correlation analysis device). Is required. From the autocorrelation function obtained here, statistical properties such as the speed of the translational diffusion movement of the fluorescent molecule are obtained.
[0051]
In the above example, a combination of the second illumination system S12a, the second scanning system S12b, and the second detection system S12c is used to obtain the correlation function of the fluorescent molecules. A combination of the system S22a, the second scanning system S12b, and the third detection system S22c, and a combination of the fourth illumination system S32a, the third scanning system S13b, and the fourth detection system S32c can be used. That is, each optical system can individually acquire an autocorrelation function or a cross-correlation function from fluorescent molecules present at desired different sites in the sample. Each of the galvanometer scanners 16a, 16b, and 16c operates independently of each other, and focuses laser light spots on a plurality of different portions in the sample. Alternatively, the galvanometer scanners 16a, 16b, and 16c may be linked with each other to simultaneously focus a laser beam spot on a desired portion in the sample.
[0052]
In the third embodiment, the first scanning system acquires a two-dimensional image of a sample such as a cell using an XY scanner. Each of the second to fourth scanning systems performs two-dimensional scanning by an XY scanner, and performs fluorescence correlation analysis of three or more desired molecules inside or outside a cell.
[0053]
For the first scanning system, a varifocal lens can be used as an XY scanner, and for the second to fourth scanning systems, a varifocal mirror can be used as an XY scanner. Of course, a varifocal mirror may be used as the XY scanner of the first scanning system, and a varifocal lens may be used as the XY scanners of the second to fourth scanning systems. Further, all of the first to fourth scanning systems may be varifocal mirrors, or all may be varifocal lenses.
[0054]
In the third embodiment, laser light can be simultaneously focused on three points present in three-dimensionally different portions, and fluorescence correlation analysis of desired cells or molecules can be performed. At this time, a two-dimensional image or a three-dimensional image of the sample is simultaneously acquired by the first scanning system. Further, the number of scanning systems for performing fluorescence correlation analysis of desired cells or molecules can be further increased in parallel. Similarly, a scanning system for acquiring an image of a sample may be similarly increased in parallel to acquire, display, and record microscope images of a plurality of discrete parts.
[0055]
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a Z-axis direction variable focus mechanism according to a fourth embodiment of the present invention. 8, the same parts as those in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals.
[0056]
In the fourth embodiment, an XY scanner 6a composed of, for example, a galvanometer mirror is used as a two-dimensional scanning optical system for acquiring a two-dimensional microscope image. An XY scanner 6b composed of, for example, a galvanometer mirror is used as an XY scanning optical system for performing a fluorescence correlation analysis.
[0057]
In addition, the variable focus mirror 12 is used for the focus movement of the laser light in the Z-axis direction. That is, the curvature of the mirror surface of the variable focus mirror 12 is changed by the variable focus mirror driving device 115 to change the focus position of the laser light in the Z-axis direction.
[0058]
Thereby, the focus movement in the Z-axis direction can be simultaneously performed for the optical system for acquiring the microscope image and the optical system for performing the correlation analysis of the fluorescence. That is, it is possible to obtain a three-dimensional image of the inside and outside of the same sample located on the Z axis and to perform a fluorescence correlation analysis.
[0059]
The configuration of the varifocal mirror 12 is the same as that described in the first embodiment. The angles of the XY scanners 6a and 6b are detected by an XY scanner angle detecting device 114, and the XY scanner driving device 112 ensures that the scan position matches a desired portion.
[0060]
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a Z-axis direction variable focus mechanism according to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same parts as those in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals.
[0061]
In the fifth embodiment, two-dimensional scanning for acquiring a two-dimensional microscope image and two-dimensional scanning for performing fluorescence correlation analysis are simultaneously performed by changing the curvature of the varifocal lens 11 or changing the refractive index. Perform by change. In addition, the focus position of the laser light in the Z-axis direction is changed by changing the curvature or the refractive index of the varifocal lens 11. At this time, the irradiating angle of the laser beam by the varifocal lens 11 is detected by the varifocal lens angle detecting device 116, and the focus position of the laser beam is surely matched to a desired portion.
[0062]
Thus, two-dimensional scanning and Z-axis focus movement can be simultaneously performed on the optical system for acquiring an image and the optical system for performing correlation analysis of fluorescence.
[0063]
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a Z-axis direction variable focus mechanism according to a sixth embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same parts as those in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals.
[0064]
In the sixth embodiment, an XY scanner 6a composed of, for example, a galvanometer mirror is used as a two-dimensional scanning optical system for acquiring a two-dimensional microscope image. Further, a variable focus mirror 12 is used as an XY scanning optical system for performing a fluorescence correlation analysis.
[0065]
The variable focus mirror 12 is also used for the focus movement of the laser light in the Z-axis direction. The change in the curvature of the mirror surface of the variable focus mirror 12 for changing the focus position of the laser light in the Z-axis direction and the change in shape for performing XY scanning are performed by the variable focus mirror driving device 115.
[0066]
Thus, the optical system for acquiring the microscope image and the optical system for performing the correlation analysis of the fluorescence can be independently operated. That is, the observation site of the sample and the site for performing the correlation analysis of the fluorescence can be separately selected. Further, the angles of the XY scanner 6a and the variable focus mirror 12 are detected by the XY scanner angle detection device 114 and the variable focus mirror angle detection device 117, respectively, so that the scan position can be surely matched with a desired portion.
[0067]
(Seventh embodiment)
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a variable focus mechanism in the Z-axis direction according to a seventh embodiment of the present invention. 11, the same parts as those in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals.
[0068]
In the seventh embodiment, two-dimensional scanning for acquiring a two-dimensional microscope image is performed by scanning with the variable focus mirror 12a, and two-dimensional scanning for performing fluorescence correlation analysis is performed with the mirror of the variable focus mirror 12b. This is performed by changing the curvature of the surface. The focus movement of the laser beam in the Z-axis direction is separately performed by the optical system for acquiring a two-dimensional image and the optical system for performing a correlation analysis of the fluorescence by using the curvatures of the mirror surfaces of the variable focus mirrors 12a and 12b separately. Is changed. At this time, the irradiation angles of the laser light by the variable focus mirrors 12a and 12b are detected by the variable focus mirror angle detection devices 117a and 117b, and the desired designated position and the focus position of the laser light are surely matched.
[0069]
Thus, two-dimensional scanning and Z-axis focus movement can be simultaneously performed at different positions in the optical system for acquiring an image and the optical system for performing correlation analysis of fluorescence. As a result, a three-dimensional image of the sample can be obtained, and a correlation analysis of fluorescence at a position different from the position at which the image was obtained or at the same position can be performed.
[0070]
(Eighth embodiment)
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus having a variable focus mechanism in the Z-axis direction according to the eighth embodiment of the present invention. 12, the same parts as those in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals.
[0071]
In the eighth embodiment, two-dimensional scanning for acquiring a two-dimensional microscope image is performed by, for example, an XY scanner 6a including a galvanometer mirror. In the optical system for acquiring an image, the focus movement of the laser light in the Z-axis direction is performed by changing the refractive index of the variable focus lens 11 or changing the curvature of the shape. The change in the refractive index of the varifocal lens 11 or the change in the curvature of the shape is performed by the varifocal lens driving device 113. The varifocal lens driving device 113 is connected to the computer 105 via the varifocal lens angle detecting device 116, and controls the magnitude, direction, timing, and the like of the focus movement of the laser light in the Z-axis direction.
[0072]
On the other hand, two-dimensional scanning for performing a fluorescence correlation analysis is performed using, for example, an XY scanner 6b including a galvanometer mirror. In the optical system for performing the correlation analysis of the fluorescence, the focus movement of the laser beam in the Z-axis direction is performed by changing the curvature of the mirror surface of the variable focus mirror 12. The shape of the variable focus mirror 12 is changed by a variable focus mirror driving device 115. The variable focus mirror driving device 115 is connected to the computer 105 and controls a change in curvature of the mirror surface of the variable focus mirror 12.
[0073]
As described above, the change in the curvature of the mirror surface of the varifocal mirror 12 and the focus movement of the laser beam in the Z-axis direction are separately performed by an optical system for acquiring a two-dimensional image and an optical system for performing fluorescence correlation analysis. Or at the same time. At this time, the rotation angles of the two types of XY scanners are detected by the XY scanner angle detection device 114, and the desired designated position and the scanning angle of the laser beam are surely matched.
[0074]
Thus, two-dimensional scanning and Z-axis focus movement can be simultaneously performed at different positions in the optical system for acquiring an image and the optical system for performing correlation analysis of fluorescence. As a result, it is possible to acquire a three-dimensional image of the sample and to perform a correlation analysis of the fluorescence at a position different from the image acquisition position or at the same position. Note that a plurality of optical systems for acquiring an image and an optical system for performing correlation analysis of fluorescence may be arranged.
[0075]
According to the above-described embodiment, in the image acquisition device including the fluorescence correlation analysis device for living cells and biomolecules, the two-dimensional scanning of laser light and the Z-axis (depth direction) focus movement by the laser light are performed by the variable focus lens. Alternatively, a fluorescence correlation analysis of a plurality of three-dimensionally discrete molecules or cells is performed by a variable focus mirror. In addition, a three-dimensional laser beam is scanned using a variable focus optical system to obtain a three-dimensional image of a desired part.
[0076]
As described above, by applying the variable focus optical system to a fluorescence correlation analyzer for a plurality of desired living cells and biomolecules discretely existing, a Z-axis focus movement of a laser beam or a three-dimensional movement can be performed with a simple mechanism. Focus point can be moved. In addition, by using this mechanism in a scanning system for acquiring images, a three-dimensional image of a desired site inside and outside a cell can be recorded and observed, and a plurality of desired molecules distributed three-dimensionally inside and outside a cell. Can also be performed.
[0077]
Further, according to the above-described embodiment, since it is not necessary to use an XY scanning system such as a galvanometer mirror, the apparatus can be simplified, and there is no fear of mechanical abrasion and the like, and stable operation can be performed. It becomes strong against vibration. Further, the optical system for acquiring the image and the optical system for performing the correlation analysis of the fluorescence can be arranged spatially different, and a three-dimensional image at a desired position of the sample can be acquired simultaneously or with a time difference. In addition, correlation analysis of fluorescence at a position different from or the same as the position at which the image was obtained can be performed.
[0078]
Therefore, according to the present invention, the dynamic behavior of various biomolecules can be analyzed with stable accuracy from a sample in a three-dimensional region essential for a living natural state. For example, a protein composed of many proteins Complexes (such as chromatin structure conversion factor) can be analyzed. This makes it possible to elucidate the network mechanism controlling gene expression, elucidate the molecular mechanism of apoptosis, elucidate the mechanism of genome replication control, and observe and record changes in chromosome structure in real time. Through the elucidation of these life phenomena, it can be widely applied to the creation of new drugs, elucidation of canceration mechanisms, proteome analysis, etc. In addition, the dynamics of various organelle components and various ion channels in a biological sample such as a cell can be analyzed. Furthermore, the present invention can be applied to dynamic analysis of neurotransmitters and hormone receptors.
[0079]
Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be appropriately modified and implemented without changing the gist.
[0080]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the biomolecule analyzer which can acquire the image of a sample with a simple structure and perform the correlation analysis of fluorescence can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an illumination optical system, a scanning optical system, and a detection optical system of a biomolecule analyzing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view of an illumination optical system, a scanning optical system, and a detection optical system of the biomolecule analyzing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a variable focus mirror according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the operation of the variable focus mirror according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a Z-axis direction variable focus mechanism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a Z-axis direction variable focus mechanism according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a Z-axis direction variable focus mechanism according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus including a Z-axis direction variable focus mechanism according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a Z-axis direction variable focus mechanism according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a Z-axis direction variable focus mechanism according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a biomolecule analyzing apparatus provided with a Z-axis direction variable focus mechanism according to an eighth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b: laser light source 2: first lens 3: pinhole for illumination light 4: second lens 5: objective lens 61: X-axis scanning scanner 62: Y-axis scanning scanner 6a, 6b: XY scanner
7 dichroic mirror 8 light receiving pinhole 9 light receiving lens 10 photodetector 11 variable focus lens 12 variable focus mirror 71 dichroic mirror 72 dichroic mirror 73 dichroic mirror 74 mirror 75 lens 101 Reference Signs List 102 photodetector 103 signal processing device 105 computer 106 image processing device 107 TV monitor 111, 112 XY scanner driving device 113 variable focus lens driving device 114 XY scanner angle detection device 115 variable focus mirror driving Device 116: Variable focus lens angle detection device 117: Variable focus mirror angle detection device 121: Deformable film 122: Counter electrode 201, 202 ... Dichroic mirror 203, 204, 205 ... Mirror S: Sample

Claims (4)

生体分子の動的挙動を解析する生体分子解析装置であって、
測定可能な状態に保持された生体分子を含む生物学的試料の少なくとも一つの観察領域に対応する画像を取得する画像取得手段と、
この画像取得手段で取得した試料画像中の所望の点位置に測定点を配置する配置手段と、
この配置手段で配置された測定点から被測定物質の動的情報に由来する信号を測定する測定手段と、
この測定手段で測定した結果を解析する解析手段と、を具備し、
前記画像取得手段および前記配置手段の少なくとも一方は少なくとも一つの可変焦点光学素子からなることを特徴とする生体分子解析装置。
A biomolecule analyzer for analyzing dynamic behavior of biomolecules,
Image acquisition means for acquiring an image corresponding to at least one observation region of a biological sample containing a biomolecule held in a measurable state,
Arranging means for arranging measurement points at desired point positions in the sample image acquired by the image acquiring means,
Measuring means for measuring a signal derived from the dynamic information of the substance to be measured from the measuring points arranged by the arranging means,
Analyzing means for analyzing the result measured by the measuring means,
A biomolecule analyzing apparatus, wherein at least one of the image acquisition unit and the arrangement unit includes at least one variable focus optical element.
前記画像取得手段で取得する画像は3次元領域を含む画像であり、
前記配置手段は、測定点を3次元上の任意の位置に配置することを特徴とする請求項1に記載の生体分子解析装置。
The image obtained by the image obtaining means is an image including a three-dimensional area,
2. The biomolecule analyzing apparatus according to claim 1, wherein the arranging unit arranges the measurement points at an arbitrary position in three dimensions.
前記少なくとも一つの可変焦点光学素子は、それぞれ2次元方向の走査およびZ軸フォーカス移動の少なくとも一方を行なう請求項1に記載の生体分子解析装置。The biomolecule analyzer according to claim 1, wherein the at least one variable focus optical element performs at least one of scanning in a two-dimensional direction and Z-axis focus movement. 前記少なくとも一つの可変焦点光学素子は、可変焦点レンズおよび可変焦点ミラーの少なくとも一方を含む請求項1または3に記載の生体分子解析装置。4. The biomolecule analyzing apparatus according to claim 1, wherein the at least one variable focus optical element includes at least one of a variable focus lens and a variable focus mirror.
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