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JPH09196936A - Optical probe microscope device - Google Patents

Optical probe microscope device

Info

Publication number
JPH09196936A
JPH09196936A JP423796A JP423796A JPH09196936A JP H09196936 A JPH09196936 A JP H09196936A JP 423796 A JP423796 A JP 423796A JP 423796 A JP423796 A JP 423796A JP H09196936 A JPH09196936 A JP H09196936A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
unit
optical probe
light
scanning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP423796A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshimasa Okuyama
佳正 奥山
Akihiko Watanabe
明彦 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bunshi Biophotonics Kenkyusho KK
Original Assignee
Bunshi Biophotonics Kenkyusho KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bunshi Biophotonics Kenkyusho KK filed Critical Bunshi Biophotonics Kenkyusho KK
Priority to JP423796A priority Critical patent/JPH09196936A/en
Publication of JPH09196936A publication Critical patent/JPH09196936A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い位置分解能で顕微観察や電気生理学特性
測定が可能な光学プローブ顕微鏡装置を提供する。 【構成】 試料900の広域像を観察する光学顕微鏡部
100と、試料900の上部に設置される光学プローブ
211を有し、試料900に光を照射する光照射部21
0を備える試料900の局所像を観察する走査型近接場
光学顕微鏡部200と、試料900中で発生した電流を
導出して記録するパッチクランプ測定部300と、走査
型近接場光学顕微鏡部200から得られた試料の局所像
と走査型近接場光学顕微鏡部200の光の照射位置ごと
にパッチクランプ測定部300から得られた電気生理学
的情報とを収集し、解析し、記録するとともに、走査型
近接場光学顕微鏡部200へ照射光の波長指示と走査指
示とを通知する解析部400とを備える。そして、収納
器500に収納された水浸状態の試料900を観察す
る。
(57) [Summary] [Objective] To provide an optical probe microscope apparatus capable of microscopic observation and electrophysiological property measurement with high position resolution. [Structure] An optical microscope section 100 for observing a wide area image of a sample 900 and an optical probe 211 installed on top of the sample 900, and a light irradiation section 21 for irradiating the sample 900 with light.
From the scanning near-field optical microscope unit 200 for observing a local image of the sample 900 including 0, the patch clamp measuring unit 300 for deriving and recording the current generated in the sample 900, and the scanning near-field optical microscope unit 200. The acquired local image of the sample and the electrophysiological information obtained from the patch clamp measurement unit 300 for each light irradiation position of the scanning near-field optical microscope unit 200 are collected, analyzed, and recorded, and the scanning type The near-field optical microscope unit 200 is provided with an analysis unit 400 that notifies the irradiation light wavelength instruction and scanning instruction. Then, the water-immersed sample 900 stored in the container 500 is observed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、細胞などの電気生
理学的な測定や記録と近接場顕微観察とを同時に行う光
学プローブ顕微鏡装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical probe microscope apparatus for simultaneously performing electrophysiological measurement and recording of cells and the like and near-field microscopic observation.

【0002】[0002]

【従来の技術】生細胞の特性の観察にあたって、従来か
らの光学顕微鏡による形態観察に加えて、電気生理学的
特性の観察が注目されている。
In observing the characteristics of living cells, attention has been paid to the observation of electrophysiological characteristics in addition to the conventional morphological observation using an optical microscope.

【0003】こうしたパッチクランプ法に代表される電
気生理特性測定記録法と光学的顕微観察法を融合した複
合顕微観察用の装置として、微分干渉顕微鏡の映像をビ
デオとそれに付随する画像強調装置を用いて観察記録す
るビデオ強化型微分干渉顕微鏡にレーザピンセットおよ
びパッチクランプ電流測定装置を組込んだマルチ計測顕
微鏡が提案されている(辰巳他、近接場光学研究グルー
プ第二回研究討論会予稿集 pp75−80、1994
年11月)。
As a device for complex microscopic observation in which the electrophysiological characteristic measurement recording method typified by the patch clamp method and the optical microscopic observation method are combined, a video of a differential interference microscope and an image enhancing apparatus accompanying it are used. A multi-measurement microscope incorporating a laser tweezers and a patch clamp current measuring device in a video-enhanced differential interference microscope for observation and recording has been proposed (Tatsumi et al., Proceedings of the 2nd Research Symposium of the Near Field Optics Research Group, pp75- 80, 1994
November).

【0004】このマルチ計測顕微鏡装置では、落射照明
光を集光して試料に照射する第1の対物レンズとして水
浸式で開口数の大きな対物レンズを用いることにより側
方からのパッチ電極の進入を可能とするとともに、Ar
−Krレーザ光源から出力された波長=643nmの光
を落射蛍光の光路に導入して、第1の対物レンズに試料
を挟んで対向して設置された開口数の大きな第2の対物
レンズで集光して試料に照射してレーザピンセット機能
を実行させる。
In this multi-measurement microscope apparatus, a water immersion type objective lens having a large numerical aperture is used as the first objective lens for collecting the incident illumination light and irradiating it onto the sample. And enables Ar
-The light of wavelength = 643 nm output from the Kr laser light source is introduced into the optical path of epi-fluorescence, and is collected by the second objective lens having a large numerical aperture, which is installed to face the first objective lens with the sample in between. The sample is illuminated with light to perform the laser tweezers function.

【0005】こうして、この装置では、ビデオ強化型微
分干渉顕微鏡で細胞膜の光学的な映像を捉らえるととも
に、レーザピンセット機能のオン/オフ時における生体
膜電流の変化を観察する。
In this way, in this apparatus, the optical image of the cell membrane is captured by the video enhanced differential interference microscope, and the change in the biomembrane current when the laser tweezers function is turned on / off is observed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】パッチクランプ法に代
表される電気生理特性測定と光学的顕微観察とを融合し
た複合観察では、精度良く限定された微小な領域からの
電気生理特性の情報を選択性を高くして取得することが
条件となる。
In complex observation, which is a fusion of electrophysiological characteristic measurement represented by the patch clamp method and optical microscopic observation, information on electrophysiological characteristic from a very small area that is precisely defined is selected. It is a condition that the property is acquired and acquired.

【0007】この条件に対して、光学プローブとしてレ
ーザピンセットを用いる従来の装置では、 落射蛍光の光路に使用される通常の結像光学系を用い
るレーザピンセットなので、照射径(すなわち、位置分
解能)は、波動としての光の回折効果によって制限さ
れ、その値は理論的にレーザ光の波長の0.61倍であ
ることが知られている。したがって、分解能は数100
nmのオーダとなる 落射蛍光の光路にレーザ光を導入し、開口数の大きな
対物レンズで集光し、試料に照射するレーザピンセット
なので、光の作用の及ぶ領域が照射光の光軸方向に限定
できないという問題点があった。
In contrast to this condition, in the conventional device using the laser tweezers as the optical probe, since the laser tweezers use a normal imaging optical system used for the optical path of epi-fluorescence, the irradiation diameter (that is, position resolution) is It is known that it is limited by the diffraction effect of light as a wave, and its value is theoretically 0.61 times the wavelength of laser light. Therefore, the resolution is several hundreds.
Laser tweezers that introduce laser light into the optical path of epi-fluorescence that is on the order of nm, condense it with an objective lens with a large numerical aperture, and irradiate the sample, so the area where light acts is limited to the optical axis direction of the irradiation light. There was a problem that it could not be done.

【0008】また、従来の装置では、分解能が波長程度
の微分干渉顕微鏡を使用するので、形態学的あるいは光
学物性的な試料の態様を波長以下の分解能で観察できな
い。
Further, since the conventional apparatus uses a differential interference microscope having a resolution of about the wavelength, it is impossible to observe the morphological or optical physical properties of the sample with the resolution of the wavelength or less.

【0009】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、高い位置分解能で顕微観察や電気生理学特性測定が
可能な光学プローブ顕微鏡装置を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an optical probe microscope apparatus capable of microscopic observation and electrophysiological characteristic measurement with high position resolution.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1の光学プローブ
顕微鏡装置は、(a)試料の広域像を観察する光学顕微
鏡部と、(b)試料の上部に設置された光学プローブを
有し、試料に光を照射する光照射部を備え、試料の局所
像を観察する走査型近接場光学顕微鏡部と、(c)試料
中の単一の生細胞あるいは生体膜の微小な領域から生体
膜を横切る電流あるいは膜電位を導出して記録する電気
情報測定部と、(d)走査型近接場光学顕微鏡部から得
られた試料の局所像と、走査型近接場光学顕微鏡部の光
の照射位置ごとに電気情報測定部から得られた電気生理
学的情報とを収集し、記録し、解析するとともに、装置
全体を制御する解析制御部とを備えることを特徴とす
る。
An optical probe microscope apparatus according to claim 1 has (a) an optical microscope section for observing a wide area image of the sample, and (b) an optical probe installed on the upper part of the sample, A scanning near-field optical microscope unit for observing a local image of the sample is provided with a light irradiation unit for irradiating the sample with light, and (c) a single living cell in the sample or a biological membrane from a minute area of the biological membrane. An electrical information measuring unit for deriving and recording a transverse current or a membrane potential, (d) a local image of the sample obtained from the scanning near-field optical microscope unit, and each irradiation position of light of the scanning near-field optical microscope unit In addition to collecting, recording, and analyzing the electrophysiological information obtained from the electrical information measuring unit, an analysis control unit for controlling the entire apparatus is provided.

【0011】ここで、電気情報測定部は、試料の表面
にアクセスするパッチ電極と、パッチ電極を移動させ
るマイクロマニピュレータと、パッチ電極で検出され
た生体電気信号である生体膜を横切る電流信号を入力
し、電圧信号に変換し、増幅して出力する前置増幅器
と、解析制御部からの指示により、シール抵抗の測
定、膜電位固定、または膜電流固定に関する指令信号を
出力する電気信号発生装置と、前置増幅器から出力さ
れた電圧信号を入力し、増幅し、処理して解析制御部へ
向けて出力するとともに、電気信号発生装置から出力さ
れた指令信号を入力し、演算処理して前記前置増幅器へ
向けて出力する主増幅器とを備えることを特徴としても
よい。
Here, the electrical information measuring section inputs a patch electrode for accessing the surface of the sample, a micromanipulator for moving the patch electrode, and a current signal across the biomembrane which is a bioelectric signal detected by the patch electrode. A preamplifier that converts the voltage signal, amplifies and outputs the voltage signal, and an electric signal generator that outputs a command signal for measuring the seal resistance, fixing the membrane potential, or fixing the membrane current according to an instruction from the analysis control unit. , The voltage signal output from the preamplifier is input, amplified, processed, and output to the analysis control unit, and the command signal output from the electric signal generator is input and arithmetically processed to It may be characterized in that it comprises a main amplifier for outputting to an on-amplifier.

【0012】また、電気情報測定部は、試料の内部に
アクセスする微小電極と、微小電極を移動させるマイ
クロマニピュレータと、微小電極で検出された生体電
気信号を入力し、増幅して出力する前置増幅器と、前
置増幅器から出力された電圧信号を入力し、増幅し、処
理して解析制御部へ向けて出力するとともに、電気信号
発生装置から出力された指令信号を入力し、演算処理し
て前置増幅器へ向けて出力する主増幅器とを備えること
を特徴としてもよい。
Further, the electrical information measuring section has a microelectrode for accessing the inside of the sample, a micromanipulator for moving the microelectrode, and a bioelectric signal detected by the microelectrode for inputting, amplifying and outputting the bioelectric signal. The voltage signal output from the amplifier and the preamplifier is input, amplified, processed and output to the analysis control unit, and the command signal output from the electric signal generator is input and processed. It may be characterized in that it comprises a main amplifier for outputting to a preamplifier.

【0013】ここで、微小電極として、ガラス微小電
極、および、金属微小電極のいずれか一方を好適に採
用できる。
Here, either one of a glass microelectrode and a metal microelectrode can be preferably adopted as the microelectrode.

【0014】また、光学顕微鏡部では、コントラスト増
強が可能な、ホフマンモジュレーションシステム、位相
差顕微鏡、または微分干渉顕微鏡を好適に使用できる。
Further, in the optical microscope section, a Hoffman modulation system, a phase contrast microscope or a differential interference microscope capable of enhancing contrast can be preferably used.

【0015】また、光照射部は、波長可変レーザを備え
ることとしてもよいし、また、白色光源と、白色光
源から出力された白色光を分光出力する分光器と、分
光器から出力された光の全波長成分の中から特定の波長
成分の光を選択して出力する光選択器とを備えることと
してもよい。
The light irradiator may be provided with a wavelength tunable laser, and a white light source, a spectroscope for spectrally outputting the white light output from the white light source, and a light output from the spectroscope. And a light selector that selects and outputs light having a specific wavelength component from all wavelength components.

【0016】請求項1の光学プローブ顕微鏡装置では、
まず、光学顕微鏡部で試料の広域像を得る。引き続き、
こうして得られる試料の広域像に基づいて、多次元マイ
クロマニピュレータなどを用い、電極先端を、目標とす
る細胞などの生体試料の特定の位置に接近・接触させ、
あるいは試料内部に侵入させる。
According to the optical probe microscope apparatus of claim 1,
First, a wide area image of the sample is obtained with the optical microscope section. Continued
Based on the wide area image of the sample thus obtained, a multi-dimensional micromanipulator or the like is used to bring the electrode tip close to or in contact with a specific position of a biological sample such as a target cell,
Alternatively, it penetrates into the sample.

【0017】パッチクランプ法を用いる場合には、パッ
チ電極先端を目標とする細胞などの生体試料の特定の位
置に接近・接触させ、ギガオーム(GΩ)シールを形成
させる。このとき、ギガオーム(GΩ)シールの形成ま
での過程を電気的にモニタするため、シール抵抗の測
定、膜電位固定または膜電流固定するための指令パルス
信号を主増幅器を介して前置増幅器に出力するために、
解析制御部の制御を受ける電気信号発生器(パルスジェ
ネレータ)を用いてもよい。
When the patch clamp method is used, the tip of the patch electrode is brought into close contact with a specific position of a biological sample such as a target cell to form a gigaohm (GΩ) seal. At this time, in order to electrically monitor the process up to the formation of a gigaohm (GΩ) seal, a command pulse signal for measuring the seal resistance, fixing the membrane potential or fixing the membrane current is output to the preamplifier via the main amplifier. In order to
An electric signal generator (pulse generator) controlled by the analysis control unit may be used.

【0018】微小電極法を用いる場合には、ガラス微小
電極あるいは金属微小電極からなる微小電極の先端を目
標とする細胞などの生体試料の特定の位置から侵入させ
る。そして、接近から侵入までの過程を微小電極で検出
した電気信号を前置増幅器および主増幅器を介して電気
的にモニタする。なお、生細胞であることの確認のた
め、指令パルス信号を主増幅器を介して前置増幅器に出
力するために、解析制御部の制御を受ける電気信号発生
器(パルスジェネレータ)を用いてもよい。
When the microelectrode method is used, the tip of a microelectrode composed of a glass microelectrode or a metal microelectrode is made to penetrate from a specific position of a biological sample such as a target cell. Then, the electric signal detected by the microelectrode during the process from approach to intrusion is electrically monitored through the preamplifier and the main amplifier. An electric signal generator (pulse generator) controlled by the analysis control unit may be used to output the command pulse signal to the preamplifier via the main amplifier in order to confirm that the cell is a living cell. .

【0019】次に、走査型近接場光学顕微鏡部の光学プ
ローブを、光学顕微鏡部で得られる試料の広域像を観察
しながら、目標とする細胞などの生体試料上の位置に移
動する。引き続き、光学プローブの先端を試料表面の近
接場領域である初期位置まで接近させる。光学プローブ
の近接場領域への移動にあたっては、ノンコンタクト走
査型顕微鏡モードまたはシィアフォースノンコンタクト
走査型顕微鏡モードなどの方式を好適に使用できる。
Next, the optical probe of the scanning near-field optical microscope section is moved to a position on a biological sample such as a target cell while observing a wide area image of the sample obtained by the optical microscope section. Then, the tip of the optical probe is brought close to the initial position, which is the near-field region of the sample surface. In moving the optical probe to the near-field region, a system such as a non-contact scanning microscope mode or a shear force non-contact scanning microscope mode can be preferably used.

【0020】こうして、試料の観察にあたっての幾何学
的配置が完了し、光学的顕微観察および電気生理学的特
性測定の準備が整う。
Thus, the geometrical arrangement for observing the sample is completed, and the preparation for optical microscopic observation and electrophysiological property measurement is completed.

【0021】まず、光照射部で発生した照射光を初期位
置に設定された光学プローブを介して照射する。ここ
で、光学プローブを介して試料に照射される照射光は非
放射光であるエバネセント光であり、結像のためのレン
ズなどを用いないので、レンズの開口による回折の制限
を受けず、位置分解能が光学プローブの先端の開口径の
みで決定される。この結果、光学プローブの先端の径を
数10nmとし、光学プローブと試料との距離を近接場
領域となる数10nmとすれば、照射光の波長の数10
分の1〜数100分の1の分解能で、試料の微細な形状
や構造、あるいは微小領域における光学的な特性が観察
できる。こうして観察される試料の局所像は解析制御部
に通知される。
First, the irradiation light generated in the light irradiation unit is irradiated through the optical probe set at the initial position. Here, the irradiation light that is irradiated to the sample through the optical probe is evanescent light that is non-emission light, and since a lens for image formation is not used, there is no restriction of diffraction by the aperture of the lens and The resolution is determined only by the aperture diameter at the tip of the optical probe. As a result, if the diameter of the tip of the optical probe is set to several tens of nm and the distance between the optical probe and the sample is set to several tens of nm which is a near-field region, the number of wavelengths of the irradiation light is several tens.
With a resolution of 1/100 to 1/100, it is possible to observe the fine shape and structure of the sample, or the optical characteristics in a minute region. The local image of the sample thus observed is notified to the analysis control unit.

【0022】また、光の照射によって発生した試料内の
電気生理学的変化に伴う生体膜を横切る電流あるいは膜
電位の変化は、電極から導出されて電気情報測定部で測
定され、測定結果が解析制御部に通知される。なお、電
極で導出された電流あるいは膜電位は、前置増幅器内の
電流−電圧変換器により電圧信号に変換するとともに、
微小信号なので増幅、演算、電流雑音の低減などの処理
を行う主増幅器を介して解析制御部に通知することが好
ましい。
Further, a change in current or membrane potential across the biological membrane due to electrophysiological changes in the sample caused by light irradiation is derived from the electrodes and measured by the electric information measuring section, and the measurement results are analyzed and controlled. The department will be notified. The current or membrane potential derived from the electrodes is converted into a voltage signal by the current-voltage converter in the preamplifier,
Since it is a minute signal, it is preferable to notify the analysis control unit via the main amplifier that performs processing such as amplification, calculation, and reduction of current noise.

【0023】解析制御部は、走査型近接場光学顕微鏡部
から通知された試料の局所像情報と、電気情報測定部か
ら通知された電気生理学的特性情報を収集し、初期位置
情報とともに格納する。なお、解析制御部は、主増幅
器、電気信号発生装置(パルスジェネレータ)、光照射
部の作動(照射・走査条件)を制御することとすること
もできる。
The analysis control unit collects the local image information of the sample notified from the scanning near-field optical microscope unit and the electrophysiological characteristic information notified from the electric information measuring unit, and stores it together with the initial position information. The analysis control unit can also control the operation (irradiation / scanning condition) of the main amplifier, the electric signal generator (pulse generator), and the light irradiation unit.

【0024】次に、解析制御部は、走査型近接場光学顕
微鏡部に走査を指示する。そして、走査位置ごとに、上
記と同様にして、試料の局所像情報と電気生理学的情報
とを収集し、走査位置情報とともに格納する。
Next, the analysis control unit instructs the scanning near-field optical microscope unit to perform scanning. Then, the local image information and the electrophysiological information of the sample are collected for each scanning position and stored together with the scanning position information.

【0025】走査にあたって、近接場領域内での走査を
確保するためには、コンスタントハイトモード制御、ノ
ンコンタクト走査型顕微鏡モード制御、またはシィアフ
ォースノンコンタクト走査型顕微鏡モード制御などの方
式を好適に使用できる。
In order to secure the scanning in the near-field region in scanning, a method such as constant height mode control, non-contact scanning microscope mode control, or shear force non-contact scanning microscope mode control is suitable. Can be used.

【0026】走査、情報収集、および情報格納の完了
後、解析制御部は格納情報に基づいて、試料の走査領域
全体の光学像情報や光照射位置に応じた電気生理学的特
性情報を解析し、顕微観察像と生体電気反応とを対応さ
せて再構成して表示や記録などを行う。この結果、多元
的な試料の観察ができる。
After completion of scanning, information collection, and information storage, the analysis control unit analyzes the optical image information of the entire scanning region of the sample and the electrophysiological characteristic information according to the light irradiation position based on the stored information, The microscopic observation image and the bioelectric reaction are made to correspond to each other and reconstructed to display or record. As a result, multidimensional observation of the sample is possible.

【0027】また、照射光の波長を変化させて各波長ご
とに、上記と同様に、走査、情報収集、および情報格納
を行い、試料の走査領域全体の光学像情報や光照射位置
に応じた電気生理学的特性情報を解析し、顕微観察像と
生体電気反応とを対応させて再構成して表示や記録など
を行う。この結果、照射光の波長に応じた多元的な試料
の観察ができる。
Further, the wavelength of the irradiation light is changed, and the scanning, the information collection and the information storage are performed for each wavelength in the same manner as described above, and the optical image information of the entire scanning area of the sample and the light irradiation position are determined. The electrophysiological characteristic information is analyzed, and the microscopic observation image and the bioelectric reaction are associated with each other and reconstructed to display or record. As a result, it is possible to observe a multidimensional sample according to the wavelength of the irradiation light.

【0028】また、走査を行わずに、固定した位置に光
学プローブを配置し、光の作用の及ぶ範囲を限定しつつ
ピンポイント照明を行い、経時的に情報収集することに
より、このピンポイント照明に対応して生じる試料の光
学的物性の変化や電気生理学的特性の変化を経時的に観
察することもできる。
Further, the optical probe is arranged at a fixed position without performing the scanning, the pinpoint illumination is performed while the range of the action of the light is limited, and the information is collected with time. It is also possible to observe changes in optical properties and changes in electrophysiological characteristics of the sample that occur in response to the above.

【0029】また、走査を行わずに、固定した位置に光
学プローブを配置し、光の作用の及ぶ範囲を限定しつつ
照射光の波長を変化させて、経時的に情報収集すること
により、このピンポイント照明に対応して生じる試料の
光学的物性の変化や電気生理学的特性の変化の波長依存
性を経時的に観察することもできる。
Further, by arranging the optical probe at a fixed position without scanning, changing the wavelength of the irradiation light while limiting the range of the action of light, and collecting information over time, It is also possible to observe the wavelength dependence of changes in the optical physical properties of the sample and changes in the electrophysiological properties that occur in response to pinpoint illumination.

【0030】請求項5の光学プローブ顕微鏡装置は、
(a)試料の広域像を観察する光学顕微鏡部と、(b)
試料の上部に設置された光学プローブを有し、試料に光
を照射する波長可変光照射部を備え、試料の局所像を観
察する走査型近接場光学顕微鏡部と、(c)試料中の単
一の生細胞あるいは生体膜の微小な領域に電気的な刺激
を付与する電気刺激部と、(d)電気刺激部で刺激され
た試料の各走査位置ごとに走査型近接場光学顕微鏡部か
ら得られた試料の局所像を収集し、記録し、解析すると
ともに、装置全体を制御する解析制御部とを備えること
を特徴とする。
The optical probe microscope apparatus according to claim 5 is
(A) an optical microscope section for observing a wide area image of a sample; and (b)
A scanning type near-field optical microscope section for observing a local image of the sample, which has an optical probe installed on the sample, and a variable wavelength light irradiation section for irradiating the sample with light; Obtained from the scanning near-field optical microscope unit for each scanning position of the electrical stimulation unit that applies an electrical stimulation to one living cell or a minute area of the biological membrane, and (d) the sample stimulated by the electrical stimulation unit. A local image of the obtained sample is collected, recorded and analyzed, and an analysis control unit for controlling the entire apparatus is provided.

【0031】ここで、電気刺激部は、試料の表面にア
クセスするパッチ電極と、パッチ電極を移動させるマ
イクロマニピュレータと、パッチ電極で検出された生
体電気信号である生体膜を横切る電流信号を入力し、電
圧信号に変換し、増幅して出力するとともに、パッチ電
極を介して前記試料に電気的刺激を付与する電気信号を
出力する前置増幅部と、解析制御部からの指示によ
り、シール抵抗の測定、膜電位固定、または膜電流固定
に関する第1の指令信号および試料に電気的刺激を付与
に関する第2の指令信号を出力する電気信号発生装置
と、増幅器から出力された電圧信号を入力し、増幅
し、処理して解析制御部へ向けて出力するとともに、電
気信号発生装置から出力された第1の指令信号および第
2の指令信号を入力し、演算処理して前置増幅器へ向け
て出力する主増幅部とを備えることを特徴としてもよ
い。
Here, the electrical stimulator inputs a patch electrode for accessing the surface of the sample, a micromanipulator for moving the patch electrode, and a current signal across the biomembrane which is a bioelectric signal detected by the patch electrode. , A preamplifier that converts to a voltage signal, amplifies and outputs, and outputs an electrical signal that imparts an electrical stimulus to the sample through the patch electrode, and an instruction from the analysis control unit An electric signal generator that outputs a first command signal related to measurement, membrane potential fixation, or membrane current fixation and a second command signal related to applying electrical stimulation to a sample, and a voltage signal output from an amplifier are input, Amplify, process and output to the analysis control unit, and also input and output the first command signal and the second command signal output from the electric signal generator. It may be characterized in that it comprises a main amplifier for outputting toward the preamplifier.

【0032】また、電気刺激部は、試料の内部にアク
セスする微小電極と、微小電極を移動させるマイクロ
マニピュレータと、微小電極で検出された生体電気信
号を入力し、増幅して出力するとともに、微小電極を介
して試料に電気的刺激を付与する電気信号を出力する前
置増幅部と、解析制御部からの指示により、試料に電
気的刺激を付与に関する指令信号を出力する電気信号発
生装置と、前置増幅器から出力された電圧信号を入力
し、増幅し、処理して解析制御部へ向けて出力するとと
もに、電気信号発生装置から出力された指令信号を入力
し、演算処理して前置増幅器へ向けて出力する主増幅部
とを備えることを特徴としてもよい。
Further, the electrical stimulator receives microelectrodes for accessing the inside of the sample, a micromanipulator for moving the microelectrodes, and bioelectric signals detected by the microelectrodes, amplifies and outputs the bioelectric signals, and A preamplifier that outputs an electrical signal that gives an electrical stimulus to the sample via an electrode, and an electric signal generator that outputs a command signal relating to the electrical stimulus given to the sample by an instruction from the analysis controller. The voltage signal output from the preamplifier is input, amplified, processed, and output to the analysis control unit, and the command signal output from the electric signal generator is input and arithmetically processed to perform the preamplifier. It may be characterized in that it is provided with a main amplifying section for outputting toward.

【0033】ここで、微小電極として、ガラス微小電
極、および、金属微小電極のいずれか一方を好適に採
用できる。
Here, as the microelectrode, one of a glass microelectrode and a metal microelectrode can be preferably adopted.

【0034】また、光学顕微鏡部では、コントラスト増
強が可能な、ホフマンモジュレーションシステム、位相
差顕微鏡、または微分干渉顕微鏡を好適に使用できる。
In the optical microscope section, a Hoffman modulation system, a phase contrast microscope or a differential interference microscope capable of enhancing contrast can be preferably used.

【0035】また、光照射部は、波長可変レーザを備え
ることとしてもよいし、また、白色光源と、白色光
源から出力された白色光を分光出力する分光器と、分
光器から出力された光の全波長成分の中から特定の波長
成分の光を選択して出力する光選択器とを備えることと
してもよい。
The light irradiator may be provided with a wavelength tunable laser, and a white light source, a spectroscope for spectrally outputting the white light output from the white light source, and a light output from the spectroscope. And a light selector that selects and outputs light having a specific wavelength component from all wavelength components.

【0036】請求項5の光学プローブ顕微鏡装置では、
まず、光学顕微鏡部で試料の広域像を得る。引き続き、
こうして得られる試料の広域像に基づいて、多次元マイ
クロマニピュレータなどを用い、電極先端を、目標とす
る細胞などの生体試料の特定の位置に接近・接触させ、
あるいは試料内部に侵入させる。
According to the optical probe microscope apparatus of claim 5,
First, a wide area image of the sample is obtained with the optical microscope section. Continued
Based on the wide area image of the sample thus obtained, a multi-dimensional micromanipulator or the like is used to bring the electrode tip close to or in contact with a specific position of a biological sample such as a target cell,
Alternatively, it penetrates into the sample.

【0037】パッチクランプ法を用いる場合には、パッ
チ電極先端を目標とする細胞などの生体試料の特定の位
置に接近・接触させ、ギガオーム(GΩ)シールを形成
させる。このとき、ギガオーム(GΩ)シールの形成ま
での過程を電気的にモニタするため、シール抵抗の測
定、膜電位固定および膜電流固定するための指令パルス
信号を主増幅器を介して前置増幅器に出力するために、
解析制御部の制御を受ける電気信号発生器(パルスジェ
ネレータ)を用いてもよい。
When the patch clamp method is used, the tip of the patch electrode is brought close to and in contact with a specific position of a target biological sample such as a cell to form a gigaohm (GΩ) seal. At this time, in order to electrically monitor the process up to the formation of a gigaohm (GΩ) seal, a command pulse signal for measuring the seal resistance, fixing the membrane potential and fixing the membrane current is output to the preamplifier via the main amplifier. In order to
An electric signal generator (pulse generator) controlled by the analysis control unit may be used.

【0038】微小電極法を用いる場合には、ガラス微小
電極あるは金属微小電極からなる微小電極の先端を目標
とする細胞などの生体試料の特定の位置から侵入させ
る。そして、接近から侵入までの過程を微小電極で検出
した電気信号を前置増幅器および主増幅器を介して電気
的にモニタする。なお、生細胞であることの確認のた
め、指令パルス信号を主増幅器を介して前置増幅器に出
力するために、解析制御部の制御を受ける電気信号発生
器(パルスジェネレータ)を用いてもよい。
When the microelectrode method is used, the tip of the microelectrode composed of a glass microelectrode or a metal microelectrode is made to penetrate from a specific position of a biological sample such as a target cell. Then, the electric signal detected by the microelectrode during the process from approach to intrusion is electrically monitored through the preamplifier and the main amplifier. An electric signal generator (pulse generator) controlled by the analysis control unit may be used to output the command pulse signal to the preamplifier via the main amplifier in order to confirm that the cell is a living cell. .

【0039】次に、走査型近接場光学顕微鏡部の光学プ
ローブを、光学顕微鏡部で得られる試料の広域像を観察
しながら、目標とする細胞などの生体試料上の位置に移
動する。引き続き、光学プローブの先端を試料表面の近
接場領域である初期位置まで接近させる。光学プローブ
の近接場領域への移動にあたっては、ノンコンタクト走
査型顕微鏡モードまたはシィアフォースノンコンタクト
走査型顕微鏡モードなどの方式を好適に使用できる。
Next, the optical probe of the scanning near-field optical microscope section is moved to a position on a biological sample such as a target cell while observing a wide area image of the sample obtained by the optical microscope section. Then, the tip of the optical probe is brought close to the initial position, which is the near-field region of the sample surface. In moving the optical probe to the near-field region, a system such as a non-contact scanning microscope mode or a shear force non-contact scanning microscope mode can be preferably used.

【0040】こうして、試料の観察にあたっての幾何学
的配置が完了し、光学的顕微観察および電気生理学的特
性測定の準備が整う。
Thus, the geometrical arrangement for observing the sample is completed, and the preparation for optical microscopic observation and electrophysiological property measurement is completed.

【0041】まず、電気刺激部から電極を介して試料に
電流信号または電圧信号を導入するなどして、試料に電
気的刺激を付与する。
First, an electrical stimulus is applied to the sample by introducing a current signal or a voltage signal from the electrical stimulator to the sample via the electrode.

【0042】次に、光照射部で発生した照射光を初期位
置に設定された光学プローブを介して照射する。ここ
で、光学プローブを介して試料に照射される照射光は非
放射光であるエバネセント光であり、結像のためのレン
ズなどを用いないので、レンズの開口による回折の制限
を受けず、位置分解能が光学プローブの先端の開口径の
みで決定される。この結果、光学プローブの先端の径を
数10nmとし、光学プローブと試料との距離を近接場
領域となる数10nmとすれば、照射光の波長の数10
分の1〜数100分の1の分解能で、試料の微細な形状
や構造、あるいは微小領域における光学的な特性が観察
できる。こうして観察される試料の局所像は解析制御部
に通知される。
Next, the irradiation light generated in the light irradiation unit is irradiated through the optical probe set at the initial position. Here, the irradiation light that is irradiated to the sample through the optical probe is evanescent light that is non-emission light, and since a lens for image formation is not used, there is no restriction of diffraction by the aperture of the lens and The resolution is determined only by the aperture diameter at the tip of the optical probe. As a result, if the diameter of the tip of the optical probe is set to several tens of nm and the distance between the optical probe and the sample is set to several tens of nm which is a near-field region, the number of wavelengths of the irradiation light is several tens.
With a resolution of 1/100 to 1/100, it is possible to observe the fine shape and structure of the sample, or the optical characteristics in a minute region. The local image of the sample thus observed is notified to the analysis control unit.

【0043】解析制御部は、走査型近接場光学顕微鏡部
から通知された試料の局所像情報を収集し、初期位置情
報とともに格納する。なお、解析制御部は、主増幅器、
電気信号発生装置(パルスジェネレータ)を制御するこ
ととすることもできる。
The analysis control unit collects the local image information of the sample notified from the scanning near-field optical microscope unit and stores it together with the initial position information. The analysis control unit consists of a main amplifier,
It is also possible to control the electric signal generator (pulse generator).

【0044】次に、解析部は、走査型近接場光学顕微鏡
部に走査を指示する。そして、走査位置ごとに、上記と
同様にして、試料の局所像情報を収集し、走査位置情報
とともに格納する。
Next, the analysis unit instructs the scanning near-field optical microscope unit to perform scanning. Then, local image information of the sample is collected for each scanning position and stored together with the scanning position information.

【0045】走査にあたって、近接場領域内での走査を
確保するためには、コンスタントハイトモード制御、ノ
ンコンタクト走査型顕微鏡モード制御、またはシィアフ
ォースノンコンタクト走査型顕微鏡モード制御などの方
式を好適に使用できる。
In order to secure the scanning in the near-field region in scanning, a method such as constant height mode control, non-contact scanning microscope mode control, or shear force non-contact scanning microscope mode control is suitable. Can be used.

【0046】走査、情報収集、および情報格納の完了
後、解析制御部は格納情報に基づいて、解析部は、試料
の走査領域全体の光学像情報を解析し、顕微観察像を再
構成して表示や記録などを行う。この結果、電気的刺激
に対する光学的物性の変化の観察ができる。
After the completion of scanning, information collection, and information storage, the analysis control unit analyzes the optical image information of the entire scanning region of the sample based on the stored information, and reconstructs the microscopic observation image. Display and record. As a result, it is possible to observe changes in optical properties with respect to electrical stimulation.

【0047】また、照射光の波長を変化させて各波長ご
とに、上記と同様に、走査、情報収集、および情報格納
を行い、試料の走査領域全体の光学像情報を解析し、顕
微観察像を再構成して表示や記録などを行う。この結
果、電気的刺激に対する光学的物性の、照射光の波長に
応じた変化の観察ができる。
Further, the wavelength of the irradiation light is changed, and the scanning, information gathering, and information storing are performed for each wavelength in the same manner as described above, and the optical image information of the entire scanning region of the sample is analyzed to obtain a microscopic observation image. Is reconfigured and displayed and recorded. As a result, it is possible to observe changes in optical properties with respect to electrical stimulation depending on the wavelength of irradiation light.

【0048】また、走査を行わずに、固定した位置に光
学プローブを配置し、経時的に情報収集することによ
り、電気的な刺激に対応して生じる試料の光学的物性の
変化を経時的に観察することもできる。
By disposing an optical probe at a fixed position without scanning and collecting information over time, changes in the optical physical properties of the sample that occur in response to electrical stimulation can be over time. You can also observe.

【0049】また、走査を行わずに、固定した位置に光
学プローブを配置し、光の作用の及ぶ範囲を限定しつつ
照射光の波長を変化させて、経時的に情報収集すること
により、電気的刺激に対応して生じる試料の光学的物性
の変化の波長に応じた経時的観察をすることもできる。
Further, without scanning, the optical probe is arranged at a fixed position, the wavelength of the irradiation light is changed while the range of the action of light is limited, and information is collected with time. It is also possible to observe with time the change in optical properties of the sample that occurs in response to the physical stimulus.

【0050】また、試料に導入する電流量や波形を変化
させるなど電気的刺激条件を様々に変化させることによ
り、異なる電気的刺激条件に応じた試料の光学的物性の
変化を観察することができる。
Further, by changing the electrical stimulation condition in various ways, such as changing the amount of electric current to be introduced into the sample or the waveform, it is possible to observe the change in the optical physical properties of the sample according to the different electrical stimulation conditions. .

【0051】[0051]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の光学プローブ顕微鏡装置の実施の形態を説明する。な
お、図面の説明にあたって同一の要素には同一の符号を
付し、重複する説明を省略する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the optical probe microscope apparatus of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【0052】(第1実施形態)図1は、本発明の光プロ
ーブ顕微鏡装置の第1実施形態の構成図である。この装
置は、近接場顕微鏡機能により高い位置分解能で試料の
光学像を得るとともに、パッチクランプ測定機能により
光刺激による電気生理学的特性の変化を測定する装置で
ある。
(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of an optical probe microscope apparatus of the present invention. This device is a device that obtains an optical image of a sample with a high position resolution by a near-field microscope function and measures changes in electrophysiological properties due to optical stimulation by a patch clamp measurement function.

【0053】図1に示すように、この装置は、(a)試
料900の広域像を観察することが可能な光学顕微鏡部
100と、(b)試料900の上部に設置される光学プ
ローブ211を有し、試料900に光を照射する波長可
変光照射部210と、試料900からの光を結像し撮像
する撮像部220を備え、試料900の局所像を観察す
る走査型近接場光学顕微鏡部200と、(c)試料90
0中の単一の生細胞あるいは生体膜の微小な領域から生
体膜を横切る電流を導出して演算・増幅するパッチクラ
ンプ測定部300と、(d)走査型近接場光学顕微鏡部
200から得られた試料の局所像と、走査型近接場光学
顕微鏡部200の光の照射位置ごとにパッチクランプ測
定部300から得られた電気生理学的情報とを収集・統
合し、記録し、解析するとともに、走査型近接場光学顕
微鏡部200へ照射光の波長指示と走査指示とを通知
し、パッチクランプ測定部300の主増幅器および電気
信号発生装置(パルスジェネレータ)を制御する解析制
御部400とを備える。そして、保温機能を備えた収納
器500に収納された水浸状態の試料900を観察す
る。
As shown in FIG. 1, this apparatus comprises (a) an optical microscope section 100 capable of observing a wide area image of the sample 900, and (b) an optical probe 211 installed on the upper part of the sample 900. A scanning near-field optical microscope unit that has a variable wavelength light irradiation unit 210 that irradiates the sample 900 with light and an imaging unit 220 that images and images the light from the sample 900, and observes a local image of the sample 900. 200 and (c) sample 90
It is obtained from a patch clamp measurement unit 300 that derives a current across the biological membrane from a single living cell in 0 or a minute region of the biological membrane, calculates and amplifies it, and (d) a scanning near-field optical microscope unit 200. A local image of the sample and electrophysiological information obtained from the patch clamp measurement unit 300 for each light irradiation position of the scanning near-field optical microscope unit 200 are collected, integrated, recorded, analyzed, and scanned. The analysis control unit 400 that notifies the type near-field optical microscope unit 200 of the irradiation light wavelength instruction and scanning instruction and controls the main amplifier and the electric signal generator (pulse generator) of the patch clamp measurement unit 300. Then, the water-immersed sample 900 stored in the container 500 having a heat retaining function is observed.

【0054】光学顕微鏡部100では、ホフマンモジュ
レーションシステム、位相差顕微鏡、または微分干渉顕
微鏡を好適に使用できる。
In the optical microscope section 100, a Hoffman modulation system, a phase contrast microscope, or a differential interference microscope can be preferably used.

【0055】図2は、波長可変光照射部210の構成図
である。図2(a)は、波長可変光源を、解析制御部4
00から指示された波長の光を出力する波長可変レーザ
212で構成した場合を示し、また、図2(b)は、波
長可変光源を、白色光源215と、白色光源215
から出力された白色光を分光出力する分光器216と、
分光器216から出力された光の全波長成分の中から
特定の波長成分の光を選択して出力する可動スリット2
17とで構成した場合を示す。
FIG. 2 is a block diagram of the variable wavelength light irradiation section 210. FIG. 2A shows a variable wavelength light source with an analysis control unit 4
00 shows a case in which the wavelength tunable laser 212 that outputs the light of the wavelength instructed from 00 is used, and FIG. 2B shows the wavelength tunable light source as the white light source 215 and the white light source 215.
A spectroscope 216 for spectrally outputting the white light output from
Movable slit 2 for selecting and outputting light having a specific wavelength component from all wavelength components of the light output from the spectroscope 216
17 shows the case of being composed of 17 and.

【0056】また、光学プローブ211は、先端部に数
10nmの開口を有するガラス管を備える。
Further, the optical probe 211 is provided with a glass tube having an opening of several tens nm at its tip.

【0057】撮像部220は、試料からの光を集める
対物レンズ221と、対物レンズ221を介した光を
結像させる結像光学系222と、結像面に受光面が設
置された撮像器223とを備える。
The image pickup section 220 includes an objective lens 221 that collects light from the sample, an image forming optical system 222 that forms an image of the light passing through the objective lens 221, and an image pickup device 223 having a light receiving surface on the image forming surface. With.

【0058】パッチクランプ測定部300は、試料に
アクセスするパッチ電極310と、パッチ電極310
を移動させる多次元マイクロマニピュレータ320と、
パッチ電極310で検出された生体電気信号である電
流を電圧信号に変換・増幅して出力する前置増幅器と、
パッチ電極310で検出された生体電気信号である生
体膜を横切る電流信号を入力し、電圧信号に変換し、増
幅して出力する前置増幅器330と、解析制御部40
0からの指示により、シール抵抗の測定、膜電位固定、
および膜電流固定に関する指令信号を出力する電気信号
発生装置380と、前置増幅器300から出力された
電圧信号を入力し、増幅し、処理して解析制御部400
へ向けて出力するとともに、電気信号発生装置380か
ら出力された指令信号を入力し、演算処理して前置増幅
器330へ向けて出力する主増幅器340とを備える。
The patch clamp measuring section 300 includes a patch electrode 310 for accessing a sample and a patch electrode 310.
A multidimensional micromanipulator 320 for moving the
A preamplifier that converts and amplifies a current, which is a bioelectric signal detected by the patch electrode 310, into a voltage signal and outputs the voltage signal;
A preamplifier 330 that inputs a current signal that is a bioelectric signal that is detected by the patch electrode 310 across the biological membrane, converts the current signal into a voltage signal, amplifies and outputs the voltage signal, and an analysis control unit 40.
According to instructions from 0, seal resistance measurement, membrane potential fixation,
And an electric signal generator 380 that outputs a command signal for fixing the membrane current, and the voltage signal output from the preamplifier 300 is input, amplified, processed, and analyzed and controlled.
And a main amplifier 340 which outputs a command signal output from the electric signal generator 380, performs arithmetic processing, and outputs the processed signal to the preamplifier 330.

【0059】本実施形態の光学プローブ顕微鏡装置で
は、まず、光学顕微鏡部100で試料の広域像を得る。
引き続き、得られる試料の広域像に基づいて、多次元マ
イクロマニピュレータ320を用い、パッチ電極310
の先端を、目標とする細胞などの生体試料900の特定
の位置に接近・接触させる。そして、パッチ電極310
の内部を陰圧にして試料900を吸引し、細胞膜を吸引
侵入させ、ギガオーム(GΩ)シールを形成させる(図
3参照)。このとき、GΩシールの形成までの過程を電
気的にモニタするため、シール抵抗値の測定、膜電位固
定および膜電流固定するための指令パルスを主増幅器3
40を介して前置増幅器330に出力するために、解析
制御部400の制御を受けたパルスジェネレータ380
を用いる。
In the optical probe microscope apparatus of this embodiment, first, the optical microscope section 100 obtains a wide area image of the sample.
Then, based on the obtained wide area image of the sample, the multi-dimensional micromanipulator 320 is used and the patch electrode 310 is used.
The tip of the is brought into contact with a specific position of the biological sample 900 such as a target cell. Then, the patch electrode 310
A negative pressure is applied to the inside of the sample to suck the sample 900, and the cell membrane is sucked and penetrates to form a gigaohm (GΩ) seal (see FIG. 3). At this time, in order to electrically monitor the process until the formation of the GΩ seal, command pulses for measuring the seal resistance value, fixing the membrane potential, and fixing the membrane current are supplied to the main amplifier 3.
Pulse generator 380 under the control of the analysis control section 400 for outputting to the preamplifier 330 via 40.
Is used.

【0060】GΩシールの形成を確認した後、電極31
0の内部に吸引侵入させた細胞膜を破壊してホールセル
記録状態にする(図4参照)。
After confirming the formation of the GΩ seal, the electrode 31
The cell membrane sucked and invaded into the inside of 0 is destroyed to make a whole cell recording state (see FIG. 4).

【0061】次に、走査型近接場光学顕微鏡部200の
光学プローブ211を、光学顕微鏡部100で得られる
試料の広域像を観察しながら、目標とする細胞などの生
体試料900上の位置に移動する。引き続き、3次元マ
イクロマニピュレータを走査して、光学プローブ211
の先端を試料900表面の近接場領域である試料900
なで数10nmの距離の初期位置まで接近させる。光学
プローブ211の近接場領域への移動にあたっては、ノ
ンコンタクト走査型顕微鏡モードまたはシィアフォース
ノンコンタクト走査型顕微鏡モードなどの方式を好適に
使用できる。
Next, the optical probe 211 of the scanning near-field optical microscope unit 200 is moved to a position on the biological sample 900 such as a target cell while observing a wide area image of the sample obtained by the optical microscope unit 100. To do. Then, the optical probe 211 is scanned by scanning the three-dimensional micromanipulator.
Of the sample 900 whose tip is the near-field region of the surface of the sample 900
Then, the initial position of a distance of several tens nm is approached. For moving the optical probe 211 to the near-field region, a method such as a non-contact scanning microscope mode or a shear force non-contact scanning microscope mode can be preferably used.

【0062】こうして、試料900の観察にあたっての
幾何学的配置が完了し、光学的顕微観察および電気生理
学的測定の準備が整い、電気生理学的特性測定を開始す
る。
Thus, the geometrical arrangement for observing the sample 900 is completed, the optical microscopic observation and the electrophysiological measurement are ready, and the electrophysiological characteristic measurement is started.

【0063】まず、解析制御部400は走査型近接場光
学顕微鏡部200に照射光の波長を通知する。この指示
に応じて、光照射部210で発生した照射光を初期位置
に設定された光学プローブ211を介して試料900に
照射する。ここで、光学プローブ211を介して試料9
00に照射される照射光は非放射光であるエバネセント
光であり、結像のためのレンズなどを用いないので、レ
ンズの開口による回折の制限を受けず、位置分解能が光
学プローブ211の先端の開口径のみで決定される。こ
の結果、光学プローブ211の先端の径を数10nmと
し、光学プローブ211先端と試料900との距離を近
接場領域となる数10nmとすれば、照射光の波長の数
10分の1〜数100分の1の分解能で、試料の微細な
形状や構造、あるいは微小領域における光学的な特性が
観察できる。こうして観察される試料900の局所像は
解析部400に通知される。
First, the analysis control section 400 notifies the scanning near-field optical microscope section 200 of the wavelength of the irradiation light. In response to this instruction, the irradiation light generated by the light irradiation unit 210 is irradiated onto the sample 900 via the optical probe 211 set at the initial position. Here, the sample 9 is passed through the optical probe 211.
The irradiation light applied to 00 is non-radiation evanescent light, and since a lens for image formation is not used, there is no restriction of diffraction due to the aperture of the lens, and the positional resolution is that of the tip of the optical probe 211. It is determined only by the aperture diameter. As a result, if the diameter of the tip of the optical probe 211 is set to several tens nm and the distance between the tip of the optical probe 211 and the sample 900 is set to several tens nm, which is a near-field region, then several tenths to several hundreds of wavelengths of irradiation light. With a resolution of one-half, it is possible to observe the fine shape and structure of the sample, or the optical characteristics in a minute region. The local image of the sample 900 thus observed is notified to the analysis unit 400.

【0064】また、光の照射によって発生した試料内の
電気生理学的変化に伴う生体膜を横切る電流および膜電
位の変化は、パッチ電極310から導出されてパッチク
ランプ測定部300で測定され、測定結果が解析制御部
400に通知される。なお、パッチ電極310で導出さ
れた電流・電位は、前置増幅器330内の電流電圧変換
器により電圧信号に変換されるが、微小信号なので増
幅、演算、電流雑音の低減などの処理を行う主増幅器3
40を介して解析制御部400に通知される。
Further, changes in current and membrane potential across the biological membrane due to electrophysiological changes in the sample caused by light irradiation are derived from the patch electrode 310 and measured by the patch clamp measuring section 300. Is notified to the analysis control unit 400. The current / potential derived by the patch electrode 310 is converted into a voltage signal by the current / voltage converter in the preamplifier 330, but since it is a minute signal, it is mainly processed by amplification, calculation, reduction of current noise, etc. Amplifier 3
The analysis control unit 400 is notified via 40.

【0065】解析制御部400は、走査型近接場光学顕
微鏡部200から通知された試料の局所像情報と、パッ
チクランプ測定部300から通知された電気生理学的特
性情報を収集し、初期位置情報とともに格納する。
The analysis control unit 400 collects the local image information of the sample notified from the scanning near-field optical microscope unit 200 and the electrophysiological characteristic information notified from the patch clamp measurement unit 300, and together with the initial position information. Store.

【0066】次に、解析制御部400は、走査型近接場
光学顕微鏡部200にX−Y走査を指示する。そして、
走査位置ごとに、上記と同様にして、試料900の局所
像情報と電気生理学的情報とを収集し、走査位置情報と
ともに格納する。
Next, the analysis control section 400 instructs the scanning near-field optical microscope section 200 to perform XY scanning. And
Similar to the above, local image information and electrophysiological information of the sample 900 are collected for each scanning position and stored together with the scanning position information.

【0067】走査にあたって、近接場領域内での走査を
確保するためには、コンスタントハイトモード制御、ノ
ンコンタクト走査型顕微鏡モード制御、またはシィアフ
ォースノンコンタクト走査型顕微鏡モード制御などの方
式を好適に使用できる。なお、水侵状態の試料を観察対
象とする場合には、コンスタントハイトモード制御によ
る走査が特に好適である。
In order to secure the scanning in the near-field region in scanning, a method such as constant height mode control, non-contact scanning type microscope mode control, or shear force non-contact scanning type microscope mode control is suitable. Can be used. When a sample in a water-immersed state is to be observed, scanning by constant height mode control is particularly suitable.

【0068】次いで、解析制御部400は走査型近接場
光学顕微鏡部200に照射光の波長の変更を通知する。
そして、上記と同様にして、指定波長についての試料9
00の局所像情報と電気生理学的情報とを収集し、走査
位置情報とともに格納する。
Next, the analysis control unit 400 notifies the scanning near-field optical microscope unit 200 of the change in the wavelength of the irradiation light.
Then, in the same manner as described above, the sample 9 for the designated wavelength is
00 local image information and electrophysiological information are collected and stored together with scanning position information.

【0069】以後、観察目的とした照射光波長のすべて
について、上記と同様にして、試料900の局所像情報
と電気生理学的情報とを収集し、走査位置情報とともに
格納する。
Thereafter, local image information and electrophysiological information of the sample 900 are collected and stored together with the scanning position information for all the irradiation light wavelengths for the purpose of observation in the same manner as described above.

【0070】走査、情報収集、および情報格納の完了
後、解析制御部400は格納情報に基づいて、試料90
0の走査領域全体の光学像情報や光照射位置に応じた電
気生理学的特性情報を解析し、顕微観察像と生体電気反
応とを対応させて再構成して表示や記録などを行う。
After the completion of scanning, information collection, and information storage, the analysis control unit 400 determines the sample 90 based on the stored information.
The optical image information of the entire 0 scanning area and the electrophysiological characteristic information according to the light irradiation position are analyzed, and the microscopic observation image and the bioelectric reaction are reconstructed in correspondence to display or record.

【0071】なお、本実施形態の装置を用いて、走査を
行わずに、固定した位置に光学プローブ211を配置
し、光の作用の及ぶ範囲を限定しつつピンポイント照明
を行い、経時的に情報収集することにより、このピンポ
イント照明に対応して生じる試料の光学的物性の変化や
電気生理学的特性の変化を経時的に観察することもでき
る。
By using the apparatus of this embodiment, the optical probe 211 is arranged at a fixed position without performing scanning, and pinpoint illumination is performed while limiting the range of the action of light. By collecting information, it is also possible to observe changes in optical physical properties and electrophysiological characteristics of the sample corresponding to this pinpoint illumination over time.

【0072】また、本実施形態の装置を用いて、走査を
行わずに、固定した位置に光学プローブ211を配置
し、光の作用の及ぶ範囲を限定しつつ照射光の波長を変
化させて、経時的に情報収集することにより、このピン
ポイント照明に対応して生じる試料の光学的物性の変化
や電気生理学的特性の変化の波長依存性を経時的に観察
することもできる。
Further, by using the apparatus of this embodiment, the optical probe 211 is arranged at a fixed position without scanning, and the wavelength of the irradiation light is changed while limiting the range of light action. By collecting information over time, it is also possible to observe over time the wavelength dependence of changes in the optical physical properties and changes in electrophysiological properties of the sample that occur in response to this pinpoint illumination.

【0073】また、本実施形態の装置を用いて、照射光
の波長種を1つにして観察することもできる。
Further, by using the apparatus of this embodiment, it is possible to observe the irradiation light with one wavelength species.

【0074】また、本実施形態ではパッチ電極を使用し
たが、パッチ電極に代えてガラス微小電極や金属微小電
極の試料内へ侵入させる微小電極などを使用しても、本
実施形態と同様にして、高い位置分解能で試料の光学的
態様と、光刺激位置による電気生理学的態様の変化を観
察することができる。
Although the patch electrode is used in the present embodiment, the glass electrode or the metal microelectrode may be used in place of the patch electrode in the same manner as in the present embodiment. , It is possible to observe the change in the optical aspect of the sample and the electrophysiological aspect depending on the light stimulation position with high position resolution.

【0075】なお、微小電極を使用する場合には、パッ
チ電極の場合におけるGΩシールの形成は必要ない。ま
た、生細胞であることの確認を行わない場合には、電気
信号発生装置であるパルスジェネレータは構成から除く
ことが可能である。
When the microelectrode is used, it is not necessary to form the GΩ seal in the case of the patch electrode. Further, when it is not confirmed that the cells are living cells, the pulse generator, which is the electric signal generator, can be excluded from the configuration.

【0076】(第2実施形態)図5は、本発明の光プロ
ーブ顕微鏡装置の第2実施形態の構成図である。この装
置は、電気的な刺激を与えた試料の態様を、近接場顕微
鏡機能により高い位置分解能で試料の光学像を観察する
装置である。
(Second Embodiment) FIG. 5 is a block diagram of a second embodiment of the optical probe microscope apparatus of the present invention. This device is a device for observing an optical image of a sample to which an electrical stimulus has been applied, with a high position resolution by a near-field microscope function.

【0077】図5に示すように、本実施形態の装置は、
(a)試料900の広域像を観察する可能な光学顕微鏡
部100と、(b)試料900の上部に設置される光学
プローブ211を有し、試料に光を照射する光照射部2
10を備え、試料900の局所像を観察する走査型近接
場光学顕微鏡部200と、(c)試料900中の単一の
生細胞あるいは生体膜の微小な領域から試料に電気的な
刺激を付与するパッチクランプ刺激部350と、(d)
パッチクランプ刺激部350で刺激された試料900の
各走査位置ごとに走査型近接場光学顕微鏡部200から
得られた試料の局所像を収集し、記録し、解析するとと
もに、装置全体を制御する解析制御部450とを備え
る。そして、保温機能を備えた収納器500に収納され
た水侵状態の試料を観察する。
As shown in FIG. 5, the apparatus of this embodiment is
(A) An optical microscope unit 100 capable of observing a wide area image of the sample 900, and (b) a light irradiation unit 2 having an optical probe 211 installed on the upper part of the sample 900 and irradiating the sample with light.
10, a scanning near-field optical microscope section 200 for observing a local image of the sample 900, and (c) applying electrical stimulation to the sample from a single living cell in the sample 900 or a minute region of a biological membrane. A patch clamp stimulating unit 350 for performing (d)
A local image of the sample obtained from the scanning near-field optical microscope unit 200 is collected, recorded, and analyzed for each scanning position of the sample 900 stimulated by the patch clamp stimulation unit 350, and analysis for controlling the entire apparatus is performed. And a control unit 450. Then, the water-immersed sample stored in the container 500 having a heat retaining function is observed.

【0078】光学顕微鏡部100では、第1実施形態と
同様に、ホフマンモジュレーションシステム、位相差顕
微鏡、または微分干渉顕微鏡を好適に使用できる。
In the optical microscope section 100, a Hoffman modulation system, a phase contrast microscope, or a differential interference microscope can be preferably used as in the first embodiment.

【0079】パッチクランプ刺激部350は、試料に
アクセスするパッチ電極360と、パッチ電極360
を移動させる多次元マイクロマニピュレータ370と、
パッチ電極360で検出された生体電気信号である生
体膜を横切る電流信号を入力し、電圧信号に変換し、増
幅して出力するとともに、パッチ電極を介して試料に電
気的刺激を付与する電気信号を出力する前置増幅部33
5と、解析制御部450からの指示により、シール抵
抗の測定、膜電位固定、および膜電流固定に関する第1
の指令信号および試料に電気的刺激を付与に関する第2
の指令信号を出力する電気信号発生装置385と、前
置増幅部335から出力された電圧信号を入力し、増幅
し、処理して解析制御部450へ向けて出力するととも
に、電気信号発生装置385から出力された第1の指令
信号および第2の指令信号を入力し、演算処理して前置
増幅部335へ向けて出力する主増幅部345とを備え
る。
The patch clamp stimulator 350 includes a patch electrode 360 for accessing the sample and a patch electrode 360.
A multi-dimensional micromanipulator 370 for moving the
An electric signal that is a bioelectric signal detected by the patch electrode 360, that is, a current signal that traverses a biological membrane is input, converted into a voltage signal, amplified, and output, and at the same time, an electric signal is applied to the sample through the patch electrode. Preamplifier 33 for outputting
5 and instructions from the analysis control unit 450 to measure the seal resistance, fix the membrane potential, and fix the membrane current.
On the application of electrical stimulus to the sample command signal and sample
And the voltage signal output from the preamplifier 335 is input, amplified, processed, and output to the analysis controller 450, and the electric signal generator 385. The main amplification unit 345 that receives the first command signal and the second command signal output from the input unit, performs arithmetic processing, and outputs the processed signal to the pre-amplification unit 335.

【0080】本実施形態の光学プローブ顕微鏡装置で
は、試料の観察に先立って、光学顕微鏡部100で試料
の広域像を得る。引き続き、得られる試料の広域像に基
づいて、多次元マイクロマニピュレータ370を用い、
パッチ電極360の先端を、目標とする細胞などの生体
試料900の特定の位置に接近・接触させ、ギガオーム
(GΩ)シールを形成させ、第1実施形態と同様にホー
ルセル状態とする。
In the optical probe microscope apparatus of this embodiment, a wide area image of the sample is obtained by the optical microscope section 100 before the sample is observed. Subsequently, based on the obtained wide area image of the sample, the multi-dimensional micromanipulator 370 is used,
The tip of the patch electrode 360 is brought close to and in contact with a specific position of a biological sample 900 such as a target cell to form a gigaohm (GΩ) seal, and the whole cell state is obtained as in the first embodiment.

【0081】次に、第1実施形態と同様にして、光学プ
ローブ211の先端を試料900の近接場領域である初
期位置まで接近させる。
Then, similarly to the first embodiment, the tip of the optical probe 211 is brought close to the initial position which is the near-field region of the sample 900.

【0082】こうして、試料900の観察にあたっての
幾何学的配置が完了する。
Thus, the geometrical arrangement for observing the sample 900 is completed.

【0083】まず、パッチクランプ刺激部350からパ
ッチ電極360を介して試料900に電流・電圧信号導
入するなどして、試料900に電気的刺激を付与する。
First, an electrical stimulus is applied to the sample 900 by introducing a current / voltage signal from the patch clamp stimulator 350 to the sample 900 via the patch electrode 360.

【0084】次に、光照射部210で発生した照射光を
初期位置に設定された光学プローブ211を介して照射
する。第1実施形態と同様に、光学プローブ211を介
して試料900に照射される照射光は非放射光であるエ
バネセント光であり、結像のためのレンズなどを用いな
いので、レンズの開口による回折の制限を受けず、位置
分解能が光学プローブの先端の開口径のみで決定され
る。この結果、照射光の波長の数10分の1〜数100
分の1の分解能で、試料900の微細な形状や構造、あ
るいは微小領域における光学的な特性が観察できる。観
察された試料900の局所像は解析制御部450に通知
される。
Next, the irradiation light generated by the light irradiation unit 210 is irradiated through the optical probe 211 set at the initial position. As in the first embodiment, the irradiation light that is irradiated onto the sample 900 via the optical probe 211 is evanescent light that is non-emissive light and does not use a lens for image formation. The position resolution is determined only by the opening diameter of the tip of the optical probe without being restricted by the above. As a result, several tenths to several hundreds of wavelengths of irradiation light
The fine shape and structure of the sample 900, or the optical characteristics in a minute region can be observed with a resolution of one-half. The observed local image of the sample 900 is notified to the analysis control unit 450.

【0085】解析制御部450は、走査型近接場光学顕
微鏡部200から通知された試料900の局所像情報を
収集し、初期位置情報とともに格納する。
The analysis control section 450 collects the local image information of the sample 900 notified from the scanning near-field optical microscope section 200 and stores it together with the initial position information.

【0086】次に、解析制御部450は、走査型近接場
光学顕微鏡部200に走査を指示する。そして、走査位
置ごとに、試料900の局所像情報を収集し、走査位置
情報とともに格納する。
Next, the analysis control section 450 instructs the scanning near-field optical microscope section 200 to perform scanning. Then, local image information of the sample 900 is collected for each scanning position and stored together with the scanning position information.

【0087】次いで、解析制御部450は走査型近接場
光学顕微鏡部200に照射光の波長の変更を通知する。
そして、上記と同様にして、指定波長についての試料9
00の局所像情報とを収集し、走査位置情報とともに格
納する。
Next, the analysis control section 450 notifies the scanning near-field optical microscope section 200 of the change in the wavelength of the irradiation light.
Then, in the same manner as described above, the sample 9 for the designated wavelength is
00 local image information is collected and stored together with the scanning position information.

【0088】以後、観察目的とした照射光波長のすべて
について、上記と同様にして、試料900の局所像情報
を収集し、走査位置情報とともに格納する。
Thereafter, local image information of the sample 900 is collected and stored together with the scanning position information in the same manner as described above for all the irradiation light wavelengths for observation.

【0089】走査、情報収集、および情報格納の完了
後、解析制御部450は格納情報に基づいて、試料90
0の走査領域全体の光学像情報を解析し、顕微観察像を
再構成して表示や記録などを行う。この結果、照射光の
波長に応じた電気的刺激に対する光学的物性の変化の観
察ができる。
After the completion of scanning, information collection, and information storage, the analysis control unit 450 causes the sample 90 based on the stored information.
The optical image information of the entire 0 scanning area is analyzed, and the microscopic observation image is reconstructed for display or recording. As a result, it is possible to observe changes in optical properties with respect to electrical stimulation depending on the wavelength of irradiation light.

【0090】また、走査を行わずに、固定した位置に光
学プローブ211を配置し、経時的に情報収集すること
により、電気的な刺激に対応して生じる試料900の光
学的物性の変化を経時的に観察することもできる。
Further, by arranging the optical probe 211 at a fixed position without performing scanning and collecting information over time, changes in optical physical properties of the sample 900 that occur in response to an electrical stimulus are over time. You can also observe it.

【0091】また、走査を行わずに、固定した位置に光
学プローブ211を配置し、光の作用の及ぶ範囲を限定
しつつ照射光の波長を変化させて、経時的に情報収集す
ることにより、電気的刺激に対応して生じる試料900
の光学的物性の変化の波長に応じた経時的観察をするこ
ともできる。
Further, by arranging the optical probe 211 at a fixed position without scanning, changing the wavelength of the irradiation light while limiting the range of the action of light, and collecting information over time, Sample 900 generated in response to electrical stimulation
It is also possible to observe the change in the optical physical properties of the above with time depending on the wavelength.

【0092】また、試料900に導入する電流量や波形
を変化させるなど電気的刺激条件を様々に変化させるこ
とにより、異なる電気的刺激条件に応じた試料の光学的
物性の変化を観察することができる。
Further, by changing the electrical stimulation condition in various ways such as changing the amount of current or the waveform introduced to the sample 900, it is possible to observe changes in the optical physical properties of the sample according to different electrical stimulation conditions. it can.

【0093】また、本実施形態ではパッチ電極を使用し
たが、第1実施形態と同様に、パッチ電極に代えてガラ
ス微小電極や金属微小電極などの試料内へ侵入させる微
小電極を使用しても、本実施形態と同様にして、電気的
刺激による試料の態様の変化を高い位置分解能で観察す
ることができる。
Further, although the patch electrode is used in the present embodiment, similar to the first embodiment, a micro electrode such as a glass micro electrode or a metal micro electrode which penetrates into the sample may be used instead of the patch electrode. In the same manner as this embodiment, it is possible to observe changes in the aspect of the sample due to electrical stimulation with high position resolution.

【0094】なお、微小電極を使用する場合には、パッ
チ電極の場合におけるGΩシールの形成は必要ない。
If microelectrodes are used, it is not necessary to form the GΩ seal in the case of patch electrodes.

【0095】[0095]

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の請
求項1の光学プローブ顕微鏡装置によれば、走査型近接
場光学顕微鏡部によって光学的顕微鏡観察をし、走査型
近接場光学顕微鏡機能に必須の微小開口の光学プローブ
による微小領域への光照射によって生じる電気生理学的
変化を電気情報測定部で測定し、双方の情報を解析部で
統合するので、高い位置分解能で試料の光学的態様と、
光刺激位置による電気生理学的態様の変化を観察するこ
とができる。
As described in detail above, according to the optical probe microscope apparatus of the first aspect of the present invention, the scanning near-field optical microscope section is used for optical microscope observation, and the scanning near-field optical microscope function is provided. The electrophysiological changes caused by the irradiation of light on a microscopic area by an optical probe with a micro-aperture, which is essential for measurement, are measured by the electrical information measurement unit, and both information are integrated by the analysis unit, so the optical aspect of the sample with high positional resolution. When,
It is possible to observe changes in electrophysiological aspects depending on the light stimulation position.

【0096】また、本発明の請求項5の光学プローブ顕
微鏡装置によれば、電気刺激部で電気的に刺激された試
料を走査型近接場光学顕微鏡部によって光学的顕微鏡観
察するので、電気的刺激による試料の態様の変化を高い
位置分解能で観察することができる。
According to the optical probe microscope apparatus of the fifth aspect of the present invention, since the sample electrically stimulated by the electrical stimulator is observed by the scanning near-field optical microscope with an optical microscope, the electrical stimulation is performed. It is possible to observe the change in the aspect of the sample due to the high positional resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施形態の光学プローブ顕微鏡の
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical probe microscope according to a first embodiment of the present invention.

【図2】波長可変光照射部の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a wavelength variable light irradiation unit.

【図3】GΩシールの形成時の試料付近の幾何学的配置
の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a geometrical arrangement near a sample when forming a GΩ seal.

【図4】ホールセル記録状態での試料付近の幾何学的配
置の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a geometrical arrangement in the vicinity of a sample in a whole cell recording state.

【図5】本発明の第2実施形態の光学プローブ顕微鏡の
構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of an optical probe microscope according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…光学顕微鏡部、200…走査型近接場光学顕微
鏡部、210…波長可変光照射部、211…光学プロー
ブ、212…波長可変レーザ、213…白色光源、21
4…分光器、215…スリット、300…パッチクラン
プ測定部、310…パッチ電極、320…多次元マイク
ロマニピュレータ、330…前置増幅器、340…主増
幅器、350…パッチクランプ刺激部、360…パッチ
電極、370…多次元マイクロマニピュレータ、38
0,390…電気信号発生装置、400,450…解析
制御部。
100 ... Optical microscope part, 200 ... Scanning near-field optical microscope part, 210 ... Wavelength variable light irradiation part, 211 ... Optical probe, 212 ... Wavelength variable laser, 213 ... White light source, 21
4 ... Spectrometer, 215 ... Slit, 300 ... Patch clamp measurement part, 310 ... Patch electrode, 320 ... Multidimensional micromanipulator, 330 ... Preamplifier, 340 ... Main amplifier, 350 ... Patch clamp stimulator, 360 ... Patch electrode 370 ... Multidimensional micromanipulator, 38
0,390 ... Electric signal generator, 400, 450 ... Analysis control unit.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料の広域像を観察する光学顕微鏡部
と、 前記試料の上部に設置された光学プローブを有し、前記
試料に光を照射する光照射部を備え、試料の局所像を観
察する走査型近接場光学顕微鏡部と、 前記試料中の単一の生細胞あるいは生体膜の微小な領域
から生体膜を横切る電流あるいは膜電位を導出して記録
する電気情報測定部と、 前記走査型近接場光学顕微鏡部から得られた前記試料の
局所像と、前記走査型近接場光学顕微鏡部の光の照射位
置ごとに前記パッチクランプ測定部から得られた電気生
理学的情報とを収集し、記録し、解析するとともに、装
置全体を制御する解析制御部と、 を備えることを特徴とする光学プローブ顕微鏡装置。
1. An optical microscope unit for observing a wide area image of a sample, an optical probe installed on the upper part of the sample, and a light irradiation unit for irradiating the sample with light, and observing a local image of the sample. A scanning near-field optical microscope unit, an electric information measuring unit for deriving and recording a current or a membrane potential across a biological membrane from a single living cell in the sample or a minute region of the biological membrane, and the scanning type A local image of the sample obtained from the near-field optical microscope unit and electrophysiological information obtained from the patch clamp measurement unit for each irradiation position of light of the scanning near-field optical microscope unit are collected and recorded. The optical probe microscope apparatus is characterized by comprising: an analysis control section for performing analysis and controlling the entire apparatus.
【請求項2】 前記電気情報測定部は、 前記試料の表面にアクセスするパッチ電極と、 前記パッチ電極を移動させるマイクロマニピュレータ
と、 前記パッチ電極で検出された生体電気信号である前記生
体膜を横切る電流信号を入力し、電圧信号に変換し、増
幅して出力する前置増幅器と、 前記解析制御部からの指示により、シール抵抗の測定、
膜電位固定、または膜電流固定に関する指令信号を出力
する電気信号発生装置と、 前記前置増幅器から出力された電圧信号を入力し、増幅
し、処理して前記解析制御部へ向けて出力するととも
に、前記電気信号発生装置から出力された前記指令信号
を入力し、演算処理して前記前置増幅器へ向けて出力す
る主増幅器と、 を備えることを特徴とする請求項1記載の光学プローブ
顕微鏡装置。
2. The electrical information measuring unit traverses a patch electrode that accesses the surface of the sample, a micromanipulator that moves the patch electrode, and the biomembrane that is a bioelectric signal detected by the patch electrode. A preamplifier that inputs a current signal, converts it into a voltage signal, amplifies and outputs it, and measures the seal resistance according to an instruction from the analysis control unit.
An electric signal generator that outputs a command signal related to membrane potential fixation or membrane current fixation, and a voltage signal output from the preamplifier is input, amplified, processed, and output toward the analysis control unit. 2. The optical probe microscope apparatus according to claim 1, further comprising: a main amplifier that receives the command signal output from the electric signal generator, performs arithmetic processing, and outputs the processed signal toward the preamplifier. .
【請求項3】 前記電気情報測定部は、 前記試料の内部にアクセスする微小電極と、 前記微小電極を移動させるマイクロマニピュレータと、 前記微小電極で検出された生体電気信号を入力し、増幅
して出力する前置増幅器と、 前記前置増幅器から出力された電圧信号を入力し、増幅
し、処理して前記解析制御部へ向けて出力するととも
に、前記電気信号発生装置から出力された前記指令信号
を入力し、演算処理して前記前置増幅器へ向けて出力す
る主増幅器と、 を備えることを特徴とする請求項1記載の光学プローブ
顕微鏡装置。
3. The electrical information measuring unit inputs a microelectrode for accessing the inside of the sample, a micromanipulator for moving the microelectrode, and a bioelectric signal detected by the microelectrode, and amplifies the bioelectric signal. A preamplifier to output and a voltage signal output from the preamplifier are input, amplified, processed, and output toward the analysis control unit, and the command signal output from the electrical signal generator. 2. The optical probe microscope apparatus according to claim 1, further comprising: a main amplifier that inputs, performs arithmetic processing, and outputs toward the preamplifier.
【請求項4】 前記微小電極は、ガラス微小電極および
金属微小電極のいずれか一方である、ことを特徴とする
請求項3記載の光学プローブ顕微鏡装置。
4. The optical probe microscope apparatus according to claim 3, wherein the microelectrode is one of a glass microelectrode and a metal microelectrode.
【請求項5】 試料の広域像を観察する光学顕微鏡部
と、 前記試料の上部に設置された光学プローブを有し、前記
試料に光を照射する波長可変光照射部を備え、試料の局
所像を観察する走査型近接場光学顕微鏡部と、 前記試料中の単一の生細胞あるいは生体膜の微小な領域
に電気的な刺激を付与する電気刺激部と、 前記電気刺激部で刺激された前記試料の各走査位置ごと
に前記走査型近接場光学顕微鏡部から得られた前記試料
の局所像を収集し、記録し、解析するとともに、装置全
体を制御する解析制御部と、 を備えることを特徴とする光学プローブ顕微鏡装置。
5. A local image of the sample, comprising an optical microscope unit for observing a wide area image of the sample, an optical probe installed on the upper part of the sample, and a variable wavelength light irradiation unit for irradiating the sample with light. A scanning near-field optical microscope section for observing, an electrical stimulating section for applying an electrical stimulus to a single living cell in the sample or a minute area of a biological membrane, and the electrical stimulating section A local image of the sample obtained from the scanning near-field optical microscope unit for each scanning position of the sample is collected, recorded and analyzed, and an analysis control unit for controlling the entire apparatus, Optical probe microscope device.
【請求項6】 前記電気刺激部は、 前記試料の表面にアクセスするパッチ電極と、 前記パッチ電極を移動させるマイクロマニピュレータ
と、 前記パッチ電極で検出された生体電気信号である前記生
体膜を横切る電流信号を入力し、電圧信号に変換し、増
幅して出力するとともに、前記パッチ電極を介して前記
試料に電気的刺激を付与する電気信号を出力する前置増
幅部と、 前記解析制御部からの指示により、シール抵抗の測定、
膜電位固定、および膜電流固定に関する第1の指令信号
および前記試料に電気的刺激を付与に関する第2の指令
信号を出力する電気信号発生装置と、 前記前置増幅部から出力された電圧信号を入力し、増幅
し、処理して前記解析制御部へ向けて出力するととも
に、前記電気信号発生装置から出力された前記第1の指
令信号および前記第2の指令信号を入力し、演算処理し
て前記前置増幅部へ向けて出力する主増幅部と、 を備えることを特徴とする請求項5記載の光学プローブ
顕微鏡装置。
6. The electrical stimulation unit comprises a patch electrode for accessing the surface of the sample, a micromanipulator for moving the patch electrode, and a current across the biomembrane which is a bioelectric signal detected by the patch electrode. A signal is input, converted into a voltage signal, amplified and output, and a preamplifier that outputs an electrical signal that imparts an electrical stimulus to the sample via the patch electrode, and from the analysis controller. According to the instructions, measure the seal resistance,
An electric signal generator that outputs a first command signal for fixing the membrane potential and fixing the membrane current and a second command signal for applying an electrical stimulus to the sample; and a voltage signal output from the preamplifier. While inputting, amplifying, processing, and outputting to the analysis control unit, the first command signal and the second command signal output from the electric signal generator are input and arithmetic processing is performed. The optical probe microscope apparatus according to claim 5, further comprising: a main amplification unit that outputs the pre-amplification unit.
【請求項7】 前記電気刺激部は、 前記試料の内部にアクセスする微小電極と、 前記微小電極を移動させるマイクロマニピュレータと、 前記微小電極で検出された生体電気信号を入力し、増幅
して出力するとともに、前記微小電極を介して前記試料
に電気的刺激を付与する電気信号を出力する前置増幅部
と、 前記解析制御部からの指示により、前記試料に電気的刺
激を付与に関する指令信号を出力する電気信号発生装置
と、 前記前置増幅部から出力された電圧信号を入力し、増幅
し、処理して前記解析制御部へ向けて出力するととも
に、前記電気信号発生装置から出力された前記指令信号
を入力し、演算処理して前記前置増幅部へ向けて出力す
る主増幅部と、 を備えることを特徴とする請求項5記載の光学プローブ
顕微鏡装置。
7. The electrical stimulator receives microelectrodes that access the inside of the sample, a micromanipulator that moves the microelectrodes, and a bioelectric signal detected by the microelectrodes that is input, amplified, and output. In addition, a preamplifier that outputs an electrical signal that gives an electrical stimulus to the sample via the microelectrode, and a command signal relating to the electrical stimulus given to the sample by an instruction from the analysis controller. An electrical signal generator for output, and the voltage signal output from the preamplifier is input, amplified, processed and output toward the analysis controller, and the output from the electrical signal generator is output. An optical probe microscope apparatus according to claim 5, further comprising: a main amplification unit that receives a command signal, performs arithmetic processing, and outputs the processed signal toward the pre-amplification unit.
【請求項8】 前記微小電極は、ガラス微小電極および
金属微小電極のいずれか一方である、ことを特徴とする
請求項7記載の光学プローブ顕微鏡装置。
8. The optical probe microscope apparatus according to claim 7, wherein the microelectrode is one of a glass microelectrode and a metal microelectrode.
【請求項9】 前記光学顕微鏡部は、ホフマンモジュレ
ーションシステム、位相差顕微鏡、および微分干渉顕微
鏡のいずれか1つを備える、ことを特徴とする請求項1
または5記載の光学プローブ顕微鏡装置。
9. The optical microscope unit comprises any one of a Hoffman modulation system, a phase contrast microscope, and a differential interference microscope.
Alternatively, the optical probe microscope apparatus according to item 5.
【請求項10】 前記光照射部は波長可変レーザを備え
る、ことを特徴とする請求項1または5記載の光学プロ
ーブ顕微鏡装置。
10. The optical probe microscope apparatus according to claim 1, wherein the light irradiation unit includes a variable wavelength laser.
【請求項11】 前記光照射部は、 白色光源と、 前記白色光源から出力された白色光を分光出力する分光
器と、 前記分光器から出力された光の全波長成分の中から特定
の波長成分の光を選択して出力する光選択器と、 を備えることを特徴とする請求項1または5記載の光学
プローブ顕微鏡装置。
11. The light irradiator includes a white light source, a spectroscope for spectrally outputting white light output from the white light source, and a specific wavelength from all wavelength components of the light output from the spectroscope. An optical probe microscope apparatus according to claim 1 or 5, further comprising: a light selector that selects and outputs component light.
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