(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験管内の発光反応物や蛍光反応物又はシフェラーゼやＧＦＰを発現する生きたままの細胞や個体およびその抽出物を試料として、前記試料又は容器に収納した前記試料の発する発光又は蛍光を測定するための発光測定装置であって、
前記試料又は容器に収納した前記試料の発する発光又は蛍光を測定するための測定暗室と、
前記測定暗室に隣接して配置され、前記測定暗室で前記試料の発する発光又は蛍光を測定することが可能となるまで、前記前記試料又は容器に収納した前記試料を待機させせるための前暗室と、
前記測定暗室及び前記前暗室の間を隔絶する開閉可能に構成された測定暗室シャッターと、
前記前暗室及び外部を隔絶する開閉可能に構成された前暗室シャッターと、
前記試料又は前記容器に収納した試料を前記前暗室及び前記測定暗室間で移動させる可動部と、
前記測定暗室内に配置され、前記試料の発する発光又は蛍光の強度を測定する測光手段と、
前記測光手段で前記試料の発する発光又は蛍光の強度を測定する測光時間と前記試料が前記前暗室で待機させる測光待機時間に基づいて、前記可動部を介して前記試料の移動及び位置を制御するとともに、前記測定暗室シャッター及び前記前暗室シャッターの開閉状態を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする発光測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光測定装置において、
前記測光手段は、ＣＣＤカメラ、ＥＭＣＣＤカメラ、光電子増倍管、フォトダイオードのいずれか１つ又は複数であることを特徴とする発光測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の発光測定装置において、
前記制御部は、
前記測定暗室における前記試料の発光又は蛍光の測定中に、次に前記測定暗室で測定しようとする試料又は容器に収納した試料を、予め設定した測光待機時間、前記前暗室に待機させることを特徴とする発光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の発する発光や蛍光の強さや、容器に収納した試料の発する発光や蛍光の強さを測定することができる発光測定装置に関する。この発光測定装置は、試験管内における化学反応や生化学反応の反応速度の定量や、試験管内における細胞抽出物を用いた遺伝子発現の定量や、生きたままの細胞又は個体における遺伝子発現の定量などに広く利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
試験管内のおける化学反応や生化学反応の反応速度の定量、試験管内における細胞抽出物を用いた遺伝子発現の定量、および生きたままの細胞や個体における遺伝子発現の定量が、ルシフェラーゼなどの発光タンパク質やＧＦＰなどの蛍光タンパク質を利用して行われている。そして、これらの発光タンパク質や蛍光タンパク質に起因する発光や蛍光を検出してその強さを定量するために、発光測定装置（ルミノメーター、シンチレーションカウンター、生物発光測定装置などの光計測装置）が利用されている。
【０００３】
一般に発光測定装置は、外部からの光を遮断する暗箱（測定暗室）（図１（ａ）中符号１で示す）、暗箱内に設置した測光デバイス（図１（ａ）中符号２で示す）、および暗箱の内部と外部とを必要に応じて隔絶するために開閉可能な暗室シャッター（図１（ａ）中符号３で示す）によって構成される。そして、試料の発光や蛍光の検出は、暗箱内で測光デバイスによって行われる（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
一般に発光測定装置による試料の発光や蛍光の測定は、次の３つの工程によって行われ、これらの一連の工程を測定と呼ぶ。
（１）試料又は試料を収納した容器（以後、「試料容器」と呼ぶ）を測定暗室内へ搬入し、暗室内で位置決めを行う。
（２）暗室内で試料又は試料容器を測光デバイスによって測光する。
（３）測光後の試料又は試料容器を測定暗箱外へ搬出する。
【０００５】
試料又は試料容器が自家蛍光や燐光を発する場合は、上記工程の（１）と（２）の間に、暗黒下で自家蛍光や燐光を減衰させるための静置時間（「測光待機時間」と呼ぶ）を加えて、以下の４つの工程で測定を行う。
（４）試料又は試料容器を測定暗箱内へ搬入し、暗室内で位置決めを行う。
（５）試料又は試料容器の測光待機を行う（測光待機時間を消化する）。
（６）暗室内で試料又は試料容器を測光デバイスによって測光する。
（７）測光後の試料又は試料容器を測定暗室外へ搬出する。
【０００６】
従来の発光測定装置における測定動作の詳細を、図１を使用して以下に説明する。
（１）暗室シャッター（図１（ａ）中符号３で示す）を開き、１番目の試料又は試料容器（図１（ｂ）中符号４で示す）を測定暗室（図１（ａ）中符号１で示す）へ搬入する。（２）暗室シャッターを閉じて測定暗室を暗黒下にし、１番目の試料又は試料容器を測定暗室内で位置決めしてから静置して測光待機時間を消化させる（図１（ｃ）参照）。（３）測光待機時間を消化したら、測光を開始する（図１（ｄ）参照）。
（４）１番目の試料又は試料容器の測光が終了したら、暗室シャッターを開く（図１（ｅ）参照）。
（５）１番目の試料又は試料容器を測定暗室の外へ搬出する（図１（ｆ）参照）。
（６）測定暗室へ２番目の試料又は試料容器を搬入する（図１（ｇ）参照）。
【０００７】
以下、（２）〜（６）の動作を次々と繰り返すことで、複数の試料又は試料容器を順次処理する。
測光待機時間は、試料又は試料容器が発する自家蛍光や燐光が、試料が発する目的の光の検出を妨げることを回避するために必要であり、これを工程へ加えることで、シグナル対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）を高める効果があることが周知である。そして、一般に「測光待機時間」は、３分程度の時間を必要とすることも周知である。
【０００８】
試料又は試料容器の測定暗室内への搬入や測定暗室外への搬出は、搬送ロボットやスタッカー又は実験者の手で行われる。
暗室内部における試料又は試料容器の位置決め（試料又は試料容器の待機位置への移動や測光デバイスとの相対位置の最適化のための移動）は、サーボモータやステッピングモータや直動モータやピエゾモータなどによって駆動される可動部によって機械的に行われる。
【０００９】
こうした背景から、従来の発光測定装置を用いた発光や蛍光の測定には、以下の５つの時間を加算した時間が必要とされる。
（１）試料又は試料容器の測定暗室内への搬入に要する時間
（２）測定暗室内における試料又は試料容器の位置決めに要する時間
（３）測定暗室内における試料又は試料容器の自家蛍光や燐光を減衰させるための測光待機時間
（４）測定暗箱内の測光デバイスによる測光時間
（５）試料又は試料容器の測定暗室外への搬出に要する時間
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３８３７５３５号公報
【特許文献２】特許第３９５０９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の発光測定装置における測定においては、１つの試料の処理に要する処理時間は、前述の５つを加算した時間である。
したがって、複数個の試料を測定する場合に要するトータルの処理時間は、１つの試料の処理に要する処理時間と試料の個数を掛け算した時間である。
【００１２】
従来の発光測定装置において試料の個数が多大となった場合は、最初の試料と最後の試料との時間差が大きくなってしまう。このため、最初の試料と最後の試料の状態に差異が生じてしまう可能性があり、試料間の測定結果の比較などにおいて、精度や再現性に問題を生じやすくなる。
【００１３】
また、従来の発光測定装置において複数個の試料を順次測定することを繰り返し複数サイクル行う場合、１サイクルに要する時間が多大となってしまい、測定データの時間分解能が低下してしまうという問題がある。
【００１４】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、測定に要する処理時間を大幅に高速化するための発光測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。
【００１６】
上記「発明が解決しようとする課題」において述べた問題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、試験管内の発光反応物や蛍光反応物又はシフェラーゼやＧＦＰを発現する生きたままの細胞や個体およびその抽出物を試料として、試料又は容器に収納した試料の発する発光又は蛍光を測定するための発光測定装置であって、試料又は容器に収納した試料の発する発光又は蛍光を測定するための測定暗室（６）と、測定暗室（６）に隣接して配置され、測定暗室（６）で試料の発する発光又は蛍光を測定することが可能となるまで、試料又は容器に収納した試料を待機させせるための前暗室（７）と、測定暗室（６）及び前暗室（７）の間を隔絶する開閉可能に構成された測定暗室シャッター（９）と、前暗室（７）及び外部を隔絶する開閉可能に構成された前暗室シャッター（１０）と、試料又は容器に収納した試料を前暗室（７）及び測定暗室（６）間で移動させる可動部（１１）と、測定暗室（６）内に配置され、試料の発する発光又は蛍光の強度を測定する測光手段（８）と、測光手段（８）で試料の発する発光又は蛍光の強度を測定する測光時間と試料が前暗室（７）で待機させる測光待機時間に基づいて、可動部（１１）を介して試料の移動及び位置を制御するとともに、測定暗室シャッター（９）及び前暗室シャッター（１０）の開閉状態を制御する制御部（１２）と、を備えたことを特徴とする発光測定装置である。
【００１７】
また、本発明において、請求項２に記載のように、測光手段（８）を、ＣＣＤカメラ、ＥＭＣＣＤカメラ、光電子増倍管、フォトダイオードのいずれか１つ又は複数であるようにしてもよい。
【００１８】
さらに、請求項３に記載のように、制御部（１２）は、測定暗室における試料の発光又は蛍光の測定中に、次に測定暗室で測定しようとする試料又は容器に収納した試料を、予め設定した測光待機時間、前暗室に待機させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によって、試料の測光と同時並行して、次の試料の搬入と測光待機時間の消化および前の試料の搬出を行うことが可能となった。これにより、複数個の試料の測定に要する処理時間を、従来の発光測定装置と比較して、大幅に短縮することが可能となった。
【００２０】
また、本発明によって、複数個の試料を順次繰り返して複数サイクルの測定を行う場合、１サイクルに要する処理速度を高速化できるので、測定サイクルと次の測定サイクルの時間間隔を短縮することが可能となり、複数サイクルの測定を行う際の測定データの時間分解能を大きく向上させることが可能となった。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、図示する実施形態は本発明を説明するためのもので、本発明を制限するものではない。
本実施形態の発光測定装置の構造は、図２に示すように、測光待機を行うための前暗室７、測光を行うための測定暗室６から構成される二重暗箱、前暗室７と測定暗室６とを完全に隔絶できる測定暗室シャッター９と、前暗室７と外部とを完全に隔絶できる前暗室シャッター１０、前暗室７や測定暗室６内部で試料の移動及び位置決めをするための可動部１１、試料又は試料容器に入れた試料の発する光又は蛍光を検出するための測光デバイス８、測定暗室シャッター９や前暗室シャッター１０および可動部１１を制御する制御部１２から構成される。
【００２２】
測光デバイス８は測定暗室６の内部に設置し、高感度冷却ＣＣＤカメラ、ＥＭＣＣＤカメラ、光電子増倍管あるいはフォトダイオードなどが使用できる。
制御部１２はＣＰＵを含み、正確な動作時間と時間タイミングと正確な位置精度で測定暗室シャッター９や前暗室シャッター１０および可動部１１を自動動作させる。
【００２３】
測定暗室シャッター９と前暗室シャッター１０及び可動部１１は、サーボモータやステッピングモータやピエゾモータや直動モータによって駆動される。
試料は、液体や固体あるいはゲル状の化学反応物や生化学反応物、ルシフェラーゼタンパク質やＧＦＰを発現する生きたままの細胞や生物個体、ルシフェラーゼタンパク質やＧＦＰを発現する細胞に由来する細胞抽出物などを用いることができる。
【００２４】
試料又は試料容器は、自家蛍光や燐光を発する場合がある。例えば、葉緑体を含む植物系細胞や個体は、自家蛍光を発することが周知である。また、試料容器として広く一般に使用されているマルチウェルプレート（例えばＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社のＣｕｌｔｕｒｅＰｌａｔｅ−９６やＶｉｅｗＰｌａｔｅ−２４など）は、７００ｎｍ以上の長波長域で燐光を発することが周知である。一般に、このような試料又は試料容器を測定に使用する場合は、試料又は試料容器を発光測定装置の暗室へ搬入し、暗黒下で３分間程度静置することによって、自家蛍光や燐光が大きく減衰するのを待った後、測光を開始する。この静置時間は一般に「測光待機時間」と呼ばれている。
【００２５】
試料容器は、９６ウェルマイクロプレート（例えばＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒのＣｕｌｔｕｒｅＰｌａｔｅ−９６やＯｐｔｉＰｌａｔｅ−９６など）、２４ウェルマイクロプレート（例えばＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒのＶｉｅｗＰｌａｔｅ−２４やＯｐｔｉＰｌａｔｅ−２４など）、３８４ウェルマイクロプレート（例えばＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒのＣｕｌｔｕｒｅＰｌａｔｅ−３８４やＯｐｔｉＰｌａｔｅ−３８４など）、１５３６ウェルマイクロプレート（例えばＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒのＣｕｌｔｕｒｅＰｌａｔｅ−１５３６やＯｐｔｉＰｌａｔｅ−１５３６など）などのマルチウェルプレートや、角形シャーレ（例えばＮｕｎｃのオムニプレートや栄研理化の角２号シャーレなど）、丸形シャーレ、マイクロチューブ、試験管などを用いることができる。
【００２６】
試料の外部から前暗室７への搬入又は、試料の前暗室７から外部への搬出は、実験者が直接手で行ってもよいし、搬送ロボットやスタッカーを使用して自動で行ってもよいが、測定処理時間を正確に制御するためには、自動化することが好ましい。
【００２７】
制御部１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭあるいはＩ／Ｏを備え、実験者が設定した測光時間と測光待機時間に基づき、前暗室シャッター１０や測定暗室シャッター９および可動部１１を制御することによって、試料又は試料容器を正確な時間スケジュールと正確な精度で移動させ、位置決めを行う。
（制御部１２における制御処理）
本実施形態の発光測定装置の測定動作を、図２を使用して以下に説明する。
（１）前暗室シャッター１０を開き、１番目の試料又は試料容器１３を前暗室７へ搬入させる（図２（ｂ）参照）。
（２）前暗室シャッター１０を閉じて前暗室７を暗黒下にしてから前暗室７内において可動部１１によって試料又は試料容器１３を位置決めし、１番目の試料又は試料容器１３を前暗室７内で静置して測光待機時間を消化させる（図２（ｃ）参照）。
（３）測光待機時間を消化したら、測定暗室シャッター９を開いて試料又は試料容器１３を測定暗室６へ可動部１１で移動させて位置決めし、測定暗室シャッター９を閉じて測光を開始する（図２（ｄ）参照）。
（４）前暗室シャッター１０を開き、２番目の試料又は試料容器１４を前暗室７へ搬入させる（図２（ｅ）参照）。
（５）前暗室シャッター１０を閉じて前暗室７を暗黒下にしてから測定暗室６内において可動部１１によって試料又は試料容器１４を位置決めし、２番目の試料又は試料容器１４を前暗室７内に静置させて測光待機時間を消化させる（図２（ｆ）参照）。
（６）１番目の試料又は試料容器１３の測光が終了したら、前暗室７の２番目の試料又は試料容器１４の位置を可動部１１で少し移動させ、測定暗室シャッター９を開く（図２（ｇ）参照）。
（７）１番目の試料又は試料容器１３を前暗室７へ可動部１１で移動させ、代わりに２番目の試料又は試料容器１４を測定暗室６へ可動部１１で移動させて位置決めし、測定暗室シャッター９を閉じて測光を開始する（図２（ｈ）参照）。
（８）前暗室シャッター１０を開いて１番目の試料又は試料容器１３を前暗室７の外へ搬出させる（図２（ｉ）参照）。
（９）前暗室７へ３番目の試料又は試料容器１５を搬入させる（図２（ｊ）参照）。
（１０）前暗室シャッター１０を閉じて前暗室７を暗黒下にしてから前暗室７内において可動部１１で試料又は試料容器１５を位置決めし、３番目の試料又は試料容器１５を前暗室７内に静置させて測光待機時間を消化させる（図２（ｋ）参照）。
（１１）２番目の試料又は試料容器１４の測光が終了したら、前暗室７の３番目の試料又は試料容器１５の位置を可動部１１で少し移動させ、測定暗室シャッター９を開く（図２（ｌ）参照）。
（１２）２番目の試料又は試料容器１４を前暗室７へ移動させ、代わりに３番目の試料又は試料容器１５を測定暗室６へ可動部１１で移動させて位置決めし、測定暗室シャッター９を閉じて測光を開始する（図２（ｍ）参照）。
（１３）前暗室シャッター１０を開いて２番目の試料又は試料容器１４を前暗室７の外へ搬出させる（図２（ｎ）参照）。
（１４）前暗室７へ４番目の試料又は試料容器１６を搬入させる（図２（ｏ）参照）。
以下、（５）〜（１４）の動作を次々と繰り返すことで、複数の試料又は試料プレートを処理する。
【００２８】
なお、測定の時間的な正確性が求められるので、これらの一連の動作は、正確な時間間隔とタイミングで繰り返し自動実行される必要があり、これを実験者が手動で実行することは極めて困難である。
【００２９】
また、これら一連の動作を自動実行する機能と構造を備えた発光測定装置はこれまでに存在していない。
本実施形態においては、図３に示したように、制御部１２が測定暗室シャッター９、前暗室シャッタ１０及び可動部１１の作動タイミングを制御することで一連の動作を正確に自動実行する。図３中の工程番号は、図２を用いて本実施形態を説明した（１）〜（１４）と対応している。
（発光測定装置の特徴）
本実施形態の発光測定装置と従来の発光測定装置の処理速度を比較するため、それぞれの装置で５０個の試料の測定を、「測光待機時間」と「測光時間」を様々に設定して、測定に要する処理時間を調査した。その結果を図４に示す。
【００３０】
なお、ここで言う試料の個数とは、１つの試料容器に収納した試料の個数ではなく、試料を収納した容器、すなわち試料容器の個数であり、搬送で取り扱う個数のことを意味する。
【００３１】
測定暗室シャッター９と、前暗室シャッター１０と、試料又は試料容器の移動や位置決めのための可動部１１は、実験者が設定した「測光待機時間」と「測光時間」に基づいて、制御部１２によって正確な動作時間と時間タイミングと位置精度で自動動作させた。
【００３２】
また、発光測定装置への試料又は試料容器の搬入や搬出は、いずれの発光測定装置の場合も搬送ロボットを使用して同一条件で自動的に行った。
試料又は試料容器が自家蛍光や燐光を発する場合、測光待機時間を標準的な１８０秒間に設定し、測光時間を６０秒間、１８０秒間、２４０秒間、３００秒間に設定した。
【００３３】
その結果、いずれの測定条件においても、従来の発光測定装置と比較して、本実施形態の発光測定装置は処理速度が大幅に短縮された。例えば、測光時間を３００秒間に設定した場合、従来の発光測定装置においては５２５分間の処理時間であったが、本実施形態の発光測定装置においては３１５分間であり、処理時間を２１０分間短縮することができた。これは処理速度が約１．７倍高速化したことを意味する。
【００３４】
試料又は試料容器が自家蛍光や燐光を発しない場合には、測光待機時間は必要ではなので、測光待機時間を０秒間に設定し、測光時間を６０秒間、１８０秒間、３００秒間に設定した。
【００３５】
その結果、いずれの測定条件においても、従来の発光測定装置と比較して、本実施形態の発光測定装置は処理速度が短縮された。特に、測光時間が１８０秒間以上の場合においては、処理時間が６０分短縮できた。
【００３６】
本実施例に示したように、試料又は試料容器が自家蛍光や燐光を発するか否かに関係なく、本実施形態の発光測定装置は、従来の発光測定装置と比較して、複数個の試料の測定に要する処理時間を大幅に高速化できることが証明された。
【００３７】
また、その処理時間の短縮効果は、試料又は試料容器が自家蛍光や燐光を発する場合においては、より顕著であることが証明された。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
試験管内のおける化学反応や生化学反応の反応速度の定量、試験管内における細胞抽出物を用いた遺伝子発現の定量、および生きたままの細胞や個体における遺伝子発現の定量などで、発光測定装置は基礎研究から医薬品や農作物の開発のような応用研究までの多岐にわたる産業分野で大いに活用されている。本発明の発光測定装置は、既存の発光測定装置の処理速度の問題点を解決することができるため、これらの分野に大いに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の発光測定装置の概略の構造と動作を示した図である。
【図２】本実施形態の発光測定装置の概略の構造と動作を示した図である。
【図３】本実施形態における制御部１２が制御する測定暗室シャッター９、前暗室シャッタ１０及び可動部１１の作動タイミングを示した図である。
【図４】従来の発光測定装置と本実施形態の発光測定装置を使用して図中に記載の測定条件（測光待機時間と測光時間）で測定を実施したときの処理時間を比較した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…従来の発光測定装置における測定暗室、
２…従来の発光測定装置における測光デバイス、
３…従来の発光測定装置における暗室シャッター、
４…従来の発光測定装置を使用した測定における１番目の試料又は試料容器、
５…従来の発光測定装置を使用した測定における２番目の試料又は試料容器、
６…本実施形態の発光測定装置における測定暗室、
７…本実施形態の発光測定装置における前暗室、
８…本実施形態の発光測定装置における測光デバイス、
９…本実施形態の発光測定装置における測定暗室シャッター、
１０…本実施形態の発光測定装置における前暗室シャッター、
１１…本実施形態の発光測定装置における試料又は試料容器の移動と位置決を行う可動部、
１２…本実施形態の発光測定装置における制御部、
１３…本実施形態の発光測定装置を使用した測定における１番目の試料又は試料容器、
１４…本実施形態の発光測定装置を使用した測定における２番目の試料又は試料容器、
１５…本実施形態の発光測定装置を使用した測定における３番目の試料又は試料容器、
１６…本実施形態の発光測定装置を使用した測定における４番目の試料又は試料容器、
【図４】
0005509430.tif 000002
【図１】
0005509430.tif 000003
【図２】
0005509430.tif 000004
【図３】
0005509430.tif 000005