(57)【要約】【課題】高感度、高処理能力（同時に多くの蛍光スポットの観察が可能）及びコスト上の優位性を有する蛍光検出装置を実現する。【解決手段】本発明の蛍光検出装置では、試料の配置面における、光の照射領域の形状のアスペクト比が１±０．１となるように、光が試料に対して照射される。好ましい照射領域の形状は一通りではなく、最適化する項目に応じて、ある範囲で変化する。照射領域の形状としては、例えば、真円、正三角形、正方形、正六角形等が考えられる。【選択図】図８
2008241549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する透明体を含み、液体試料を配置するための試料配置部と、
前記試料配置部の試料配置面に対して、所定の入射角で光を照射する光源と、
前記光源からの光照射によって前記液体試料から放射された蛍光を検出する光検出部と、を備え、
前記試料配置面における光の照射領域のアスペクト比が１±０．１であることを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項２】
前記入射角に対する正弦関数の値が、（前記液体試料の屈折率）／（前記試料配置部の屈折率）より大きいことを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項３】
（前記試料配置面に入射する光の光軸に垂直な面による断面の、入射面に平行な方向の寸法）／（前記試料配置面に入射する光の光軸に垂直な面による断面の、入射面に垂直な方向の寸法）の値が、前記入射角に対する余弦関数の値に等しいことを特徴とする請求項２に記載の蛍光検出装置。
【請求項４】
前記試料配置部は、前記試料配置面側に所定形状をなす開口を有する遮光膜が設けられた透明体と前記液体試料を載置するための基板を備え、
前記開口の形状を最も良く近似する楕円の、長軸の長さと短軸の長さの比が１±０．１であること特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項５】
前記光源は、円形断面の光を出力するレーザであり、
前記蛍光検出装置は、さらに、前記光源からの光の断面形状を円形から楕円に整形するビーム断面整形器を備えることを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項６】
前記ビーム断面整形器は、一対のプリズムで構成され、前記光源からの光を、鉛直方向はそのままで、水平方向にのみ所定倍することを特徴とする請求項５に記載の蛍光検出装置。
【請求項７】
前記ビーム断面整形器は、前記光源からの光の光軸に対して回転対称性を有さない非球面レンズで構成されることを特徴とする請求項５に記載の蛍光検出装置。
【請求項８】
前記光源は、楕円断面の光を出力する半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項９】
前記透明体が、前記液体試料を載置するための基板を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項１０】
光透過性を有する透明体を含む試料配置部に液体試料を配置し、
前記試料配置部の試料配置面に対して、光源から出力された光を所定の入射角で照射し、
前記光源からの光照射によって前記液体試料から放射された蛍光を光検出部によって検出する蛍光検出方法であって、
前記試料配置面における光の照射領域のアスペクト比が１±０．１であることを特徴とする蛍光検出方法。
【請求項１１】
液体試料を配置した基板を載置し、前記基板を載置する面で光源からの光を全反射させるためのプリズム体であって、
前記基板載置面に所定形状をなす開口を有する遮光膜が設けられ、前記開口の形状を最も良く近似する楕円の、長軸の長さと短軸の長さの比が１±０．１であることを特徴とするプリズム体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に配列されたスポットから放射された蛍光を検出する蛍光検出装置及び方法、並びにプリズム体に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光検出装置においては、例えば、光透過性の基板における光の内部全反射により基板表面上にエバネセント場を生成し、基板表面上に供給された液体試料中でプローブにより蛍光標識された生体分子をエバネセント場で励起させる。そして、その結果生体分子から放射された蛍光を検出することにより、生体分子を定性的に検出、或いは定量分析している。
【０００３】
このような蛍光検出に関し、非特許文献１には、プリズムにレーザビームを照射して全反射させ、プリズム上の試料溶液中にエバネッセント場を生成して、エバネセント場によって励起された試料中の生体分子から放射される蛍光を、対物レンズで収集して検出する装置が記載されている。エバネセント場はプリズム表面に局在するので、試料溶液中で蛍光や散乱光が励起される領域がプリズム表面近傍に限定される。その結果、背景光が低く抑えられ、表面近傍の分子を極めて高感度に検出できる。実際、非特許文献１では単一蛍光分子の検出に成功している。
【０００４】
また、特許文献１には、透明体の表面で励起ビームを全反射させてエバネセント場を励起し、蛍光標識された分子からの発光を検出する装置が記載されている。
【０００５】
一般に全反射を得るには、反射面に対してビームを斜めに照射しなければならない。図１は、光透過性を有する基板１の内部から、基板１とそれに接する試料２との界面に励起ビーム３が入射して全反射される様子の、入射面による断面図である。ここで入射面とは入射ビーム光軸と界面の法線で張られる平面であり、界面の法線と入射ビーム光軸のなす角を入射角と呼ぶ。基板１の屈折率をｎ１、  試料の屈折率をｎ２、入射角をθとすると、全反射が起こる必要十分条件は次の式１のようになる。
【０００６】
【数１】
2008241549.tif 000003
【０００７】
この全反射の条件が満たされている場合、試料中では界面近傍にのみエバネセント場５が生成される。なお、可視域で透明な材料ではｎ１＜２．５であり、水溶液系の試料ならばｎ２＞１．３であるから、常に（ｎ２／ｎ１）＞０．５である。したがって式１が満たされるならばθ＞３０°である。一般的なガラスではｎ１〜１．５であるから、ほとんどの場合θ≧６０°である。実際、非特許文献１ではθ＝６８°である。
【０００８】
また、非特許文献１では、ガスレーザの出力するビームはレンズを通過した後、反射面に斜めに照射されている。一般にガスレーザの出力するビームの断面は真円であり、真円断面のビームを普通のレンズを透過させても断面が真円であることはかわらない。真円の断面を有するビームが反射面に入射角θで入射すると、反射面上の照射領域はアスペクト比がｃｏｓθの楕円になる。したがって非特許文献１の装置では、励起ビームが照射されている領域はアスペクト比がｃｏｓ６８°＝０．３７の楕円となっている。非特許文献１では、ｎ１＝１．４６のクオーツ基板を用いているが、上述したように、いかなる基板材料を用いても全反射を起こすには常にθ＞３０°、ほとんどの場合θ＞６０°としなければならない。したがって非特許文献１と同様の構成である限り、いかなる基板材料を用いても、照射領域のアスペクト比は常にｃｏｓ３０°＝０．８６以下、ほとんどの場合ｃｏｓ６０°＝０．５以下の楕円となる。
【０００９】
【特許文献１】特表２００４−５２７７４１号公報
【非特許文献１】Funatsu et al., Nature Vol. 374, 555-559 (1995).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
照射領域からの蛍光を収集する対物レンズの視野は一般に真円、別の表現をすればアスペクト比が１の楕円である。一般に同時に沢山の蛍光スポットを観測しようとする場合、対物レンズの視野をフル活用することが好ましい。よって、対物レンズ視野全体が光で照射されるべきである。
【００１１】
ところが、特許文献１や非特許文献１における照射領域はアスペクト比が１とは異なる楕円の形状をなしている。従って、この場合の照射領域は、対物レンズ視野外にはみ出ることになる。対物レンズ視野と照射領域がぴったり一致する場合と比べ、同一強度で励起するならば余分な励起パワーが必要となり、同一のトータルパワーで励起するならば励起強度が減る。励起強度の低下は蛍光検出の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の低下に直結し、１分子の検出が可能な超高感度が求められる状況では許されない。
【００１２】
一方、励起パワーを増やすことはコストの上昇を招き、実用的技術としては好ましく無い。仮にコストの上昇を許したとしても、複数視野にまたがる蛍光スポットを基板のスキャンによって測定する場合、視野外の領域に光が照射されるので、観測する前に退色する蛍光スポットが生じる。これは実効的なスポット数集積度の低下を意味している。このようにアスペクト比と１との差が有意である楕円の照射領域は好ましくない。
【００１３】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、高感度、高処理能力（同時に多くの蛍光スポットの観察が可能）及びコスト上の優位性を有する蛍光検出装置を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の蛍光検出装置では、試料の配置面における、光の照射領域の形状のアスペクト比が１±０．１となるように、光が試料に対して照射される。好ましい照射領域の形状は一通りではなく、最適化する項目に応じて、ある範囲で変化する。照射領域の形状としては、例えば、真円、正三角形、正方形、正六角形等が考えられる。なお、ここでアスペクト比とは、照射領域をそれに一番近い楕円に近似した場合のその楕円のアスペクト比を言うものとする。よって、本明細書では、円や楕円以外の形状であってもアスペクト比という文言が適用される。
【００１５】
即ち、本発明による蛍光検出装置は、光透過性を有する透明体を含み、液体試料を配置するための試料配置部と、試料配置部の試料配置面に対して、所定の入射角で光を照射する光源と、光源からの光照射によって液体試料から放射された蛍光を検出する光検出部と、を備え、試料配置面における光の照射領域のアスペクト比が１±０．１であることを特徴とする。
【００１６】
さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、励起ビームのパワーと対物レンズの視野を最大限活用することができ、その結果、高い処理能力と高い感度を有する装置を低コストで実現できる。また、視野外の蛍光体を観測前に退色させることが無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
【００１９】
＜本発明の原理＞
同時に観測可能な独立蛍光スポット数を最大に（処理能力を最大化）するためには、明らかに対物レンズ視野と完全に一致しうる形状、すなわち真円の照射領域が好ましい。
一方、真円は平面を埋め尽くせないので、基板をスキャンして対物レンズ視野より広い範囲に固定された蛍光スポットを観測する場合、基板表面に対する観測領域の割合（有効実装率）を１００％にすることは困難である。円と円の隙間を再スキャンすることは可能であるが、その場合は対物レンズ視野の活用率が低下する。
【００２０】
そこで、有効実装率を高めるという点では、平面を埋め尽くせる形状、すなわち三角形、四角形、六角形が有効である。その中で、対物レンズ視野の活用率が高いのは明らかに正三角形、正方形、正六角形である。従って、照射領域の形状は、目標とする対物レンズ視野の活用率と基板の有効実装率との兼ね合いから、真円、正三角形、正方形、正六角形及びこれらの中間的形状の中から選択されるのが好ましい。これらの好ましい形状を包括的に表現すると、アスペクト比が実質的に１の形状となる。
【００２１】
ここで、楕円や長方形に対するアスペクト比の意味は自明であるが、三角形や長方形でない平行四辺形に対しては自明ではない。そこで、以下で任意形状に対する一般化されたアスペクト比を定義する。そのためにまず照射領域と楕円領域との相関係数の概念を導入する。
【００２２】
反射面上に照射領域の中心を原点とする直交座標系を取り、照射強度の分布をＩ（ｘ、ｙ）とする。一様な半径ｗの分布の場合、照射強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）は、
【００２３】
【数２】
2008241549.tif 000004
と表せる。また、長軸半径がｗｘ、短軸半径がｗｙの楕円ガウシアンならば、照射強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）は、
【００２４】
【数３】
2008241549.tif 000005
である。ここである楕円の領域Ｅに対して、次のようにおく。
【００２５】
【数４】
2008241549.tif 000006
【００２６】
このとき、照射領域と楕円Ｅとの相関係数ｒを以下で定義する。
【００２７】
【数５】
2008241549.tif 000007
【００２８】
コーシー−シュワルツの不等式より、ｒ≦１であり、照射領域と楕円が完全に一致した時にｒ＝１となる。任意の照射領域に対するアスペクト比を、照射領域との相関係数ｒを最大にする楕円のアスペクト比と定義する。照射強度の分布が一様の場合、
Ｓ：  照射領域と楕円との両方に含まれる領域の面積
Ｓ１：  照射領域の面積
Ｓ２：  楕円の面積
とすると、相関係数ｒは、
【００２９】
【数６】
2008241549.tif 000008
となる。
【００３０】
図２は、照射領域が長辺２ｍｍ、短辺１ｍｍの長方形である場合の、ある楕円と、その楕円と照射領域との共通領域を示す図である。斜線部が共通領域である。この場合，照射領域が長方形であるので、直感的にそのアスペクト比は２であることがわかる。また、図３は楕円の長軸半径ａ及び短軸半径ｂと、式６で定義される相関係数ｒの関係を等高線で示している。図３から分かるように、ａ＝１．１２、ｂ＝０．５６のときｒは最大値０．９２となる。したがって、「相関係数を最大にする楕円の長軸／短軸」として定義したアスペクト比は、１．１２／０．５６＝２となり、直感的なアスペクト比と一致する。さらに、図４は、照射領域が一辺２ｍｍの正方形の場合における楕円の長軸半径ａ及び短軸半径ｂと、相関係数ｒの関係を示している。この場合、ａ＝ｂ＝１．１ｍｍのとき相関係数は最大となり、予想通り照射領域のアスペクト比は１となる。長方形でない一般の形状の照射領域に対しても式５又は式６で定義される相関係数を最大にする楕円の長軸半径／短軸半径としてアスペクト比を定義でき、正六角形、正三角形に対してその値は１となる。
【００３１】
ところで、照射領域のアスペクト比を実質的に１にする手段は大きくわけて２通り有る。１つは、入射角に応じて決まるある所定の１でないアスペクト比の断面を有するビームを照射することである。もう１つの手段は、基板表面の近傍にアスペクト比が１の開口を有する遮光膜を設けることである。前者の方法の原理を、図を用いて以下詳しく説明する。
【００３２】
図５は、全反射の様子を立体的に示す図である。図５では入射ビーム断面が楕円であるが、勿論長方形など他の形もありうる。いずれにせよ、ビーム断面には、入射面に平行な方向（ｐ方向）の長さと入射面に垂直な方向（ｓ方向）の長さの、２通りの寸法を有することになる。ｐ方向長さをｄｐ、ｓ方向長さをｄｓとすると、通常の円形ビームでは当然ｄｐ＝ｄｓである。照射領域にもまた、入射面方向の長さと入射面に垂直な長さの２方向の寸法がある。入射面方向の長さはｄｐ／ｃｏｓθ、入射面垂直方向の長さはｄｓである。したがって、入射ビーム断面において、アスペクト比ｄｐ／ｄｓ＝ｃｏｓθにすれば、照射領域のアスペクト比を１にできる。
【００３３】
以下、このような本発明の原理を適用した蛍光検出装置の各実施形態について説明する。
【００３４】
＜第１の実施形態＞
図６は、本発明の第１の実施形態による蛍光検出装置１００の概略構成を示した側面図である。蛍光検出装置１００は、ビームを出力するレーザ光源（以下、光源）６と、入射したビームを所定の形状に整形するビーム断面整形器８と、ビームを所定方向に反射させるためのミラー９と、３角柱プリズムの機能と試料２を載置する基板の機能を兼ね備えた透明体１と、試料２をカバーするためのカバーグラス１０と、放射した蛍光を集光し、平行光束化するための対物レンズ１２と、蛍光に含まれる散乱光成分を取り除くためのフィルタ１３と、結像レンズ１４と、検出器１５（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ）と、を備えている。
【００３５】
このような構成を有する蛍光検出装置１００において、光源６からの出力ビーム７は、アナモルフィックプリズムペアで構成されるビーム断面整形器８を透過したのち、ミラー９で反射される。そして、ミラー９による反射光は、透明体１に入射して、試料２と透明体１との界面で全反射される。試料中に生成されたエバネセント場によって試料中の蛍光分子は励起され、蛍光１１を放射する。蛍光１１は、カバーグラス１０を透過したのちに対物レンズ１２で集光され、平行光束化される。平行光束化された蛍光はフィルタ１３を透過して、散乱光成分を除去した後に、結像レンズ１４で検出器１５の感光面上に結像される。なお、本実施形態では、光源６として、直径０．４ｍｍ、波長５３２ｎｍの円形ビームを出力するＮＤ−ＹＡＧの第２高調波レーザを使用することができる。
【００３６】
図７は、ビーム断面整形器８の概略構成を示す正面図である。ビーム断面整形器は、２つのプリズムで構成されたアナモルフィックプリズムペアである。２つのプリズムでの屈折により、ビーム断面整形器の出力ビームの断面は、鉛直方向の径が入力ビームと同一で、水平方向の径は例えば入力ビームの３倍となる。入力ビーム断面は直径０．４ｍｍの真円であるので、出力ビームは鉛直方向の直径が０．４ｍｍ、水平方向の直径が１．２ｍｍの楕円ビームとなる。このビームがミラー９によって所定の方向に反射され、３角形プリズム状の透明体１の入射面に垂直に入射し、水平な反射面に入射角７０．５度で入射して、全反射が起こる。
【００３７】
従って、図５の記号で表すと、ｄｓ＝１．２ｍｍ、ｄｐ＝０．４ｍｍの入射ビームが反射面にθ＝７０．５°で入射することになり、反射面状での照射領域の大きさは、ｓ方向にｄｓ＝１．２ｍｍ、ｐ方向にｄｐ／ｃｏｓθ＝０．４ｍｍ／ｃｏｓ７０．５°＝１．２ｍｍとなり、照射領域の形状は真円となる。なお、照射領域周辺を拡大した立体図が図８に示されている。
【００３８】
また、対物レンズ１２としては、例えば、有効視野が直径１．２ｍｍの真円、倍率２０倍のものを用いることができる。この結果、対物レンズの視野と照射領域がぴったり一致し、視野内の蛍光分子をくまなく観測可能であると同時に、最低限の励起パワーで１蛍光分子をも検出可能な高い感度を得ることができる。
【００３９】
図９は、本実施形態の蛍光検出装置１００によって得られた蛍光スポット像を示す図である。本実施形態では、試料２に含まれる蛍光分子と結合するプローブ分子が基板（透明体１）上にランダムに固定されている。
【００４０】
本実施形態では、例えば、公称直径０．４ｍｍの真円断面ビームを出力するレーザを用いており、出力ビーム断面のアスペクト比の保証値は１±０．１である。一般に、レーザ光源が出力するビームの公称真円断面の保証値は１．０±０．１程度である。よって、本発明においては、アスペクト比が１±０．１であれば、高感度・高処理能力を保証することができる。また、このアスペクト比であれば、ビーム断面整形器８の整形精度や入射角の精度を十分高く制御できるので、レーザ出力ビームのアスペクト比の精度が、最終的に得られる照射領域のアスペクト比の精度となる。したがって１．０±０．１のアスペクト比が実質的に１のアスペクト比といえる。
【００４１】
図１０は、本実施形態の蛍光検出装置１００によって得られる別の蛍光スポット像を示す図である。図１０で示されるように、プローブ分子は基板上に格子状に固定されている。その結果、視野内で観測できる蛍光スポット密度が約１桁向上し、同時に単位時間あたりの処理能力が約１桁向上した。図１１に基板上のプローブ分子の配置が模式的に示されている。本実施形態では、照射領域の形状が円形をなしているので、格子上に並んだ複数の円内にのみプローブ分子が固定されている。
【００４２】
なお、図１１では各円は基板上で格子状に配置されているが、図１２のように千鳥状、あるいは図１３のように六方再密充填に配置すれば基板表面の利用効率が上がり、スキャン時間が数割節約できるという効果がさらに得られることになる。
【００４３】
＜第２の実施形態＞
図１４は、本発明の第２の実施形態による蛍光検出装置１０１の概略構成を示した側面図である。蛍光検出装置１０１は、基本的には第１の実施形態に係る蛍光検出装置１００と同一の構成を備えているが、ビーム断面整形器８としてアナモルフィックプリズムではなく、光軸に対して回転対称性を持たない非球面レンズが使用されている。
【００４４】
本実施形態では、ビーム断面整形器８として、焦点距離７５ｍｍのシリンドリカルレンズ８−ｃと焦点距離２５ｍｍのシリンドリカルレンズ８−ｄを用いている。そして、これにより、直径１．２ｍｍの円形のレーザ出力ビームをｄｓ＝１．２ｍｍ、ｄｐ＝０．４ｍｍのビームに変換する。本実施形態では、ｐ方向（図５参照）のみビーム断面長を変換したが、２方向に曲率を有する非球面レンズを使用すれば両方のビーム断面長を変換することも可能である。
【００４５】
本実施形態の構成を備える蛍光検出装置１０１による固有の効果は、アナモルフィックプリズムではビーム断面を大きくすることしかできないのに対し、シリンドリカルレンズでは小さくすることも大きくすることもできることにある。よって、照射領域の大きさの調整を容易にすることができる。
【００４６】
＜第３の実施形態＞
図１５は、本発明の第３の実施形態による蛍光検出装置１０２の概略構成を示した側面図である。蛍光検出装置１０２は、基本的には第１の実施形態に係る蛍光検出装置１００と同一の構成を備えているが、ビーム断面整形器８が無く、断面のアスペクト比が０．３３のビームを出力する半導体レーザを光源６１として用いている。全反射の入射角θに対してアスペクト比がｃｏｓθの断面のビームを出力するレーザを使用すれば、ビーム断面整形器無しでも照射領域のアスペクト比を１とすることができる。
【００４７】
本実施形態によれば、蛍光検出装置の構成が簡単になり、コストが低減できるという効果が期待できる。
【００４８】
＜第４の実施形態＞
図１６は、本発明の第４の実施形態による蛍光検出装置１０３の概略構成を示した側面図である。蛍光検出装置１０３では、ビーム断面整形器８が無いが、第１の実施形態と同様、円形断面（アスペクト比が１±０．１）のビームを出力する第２高調波レーザを光源６として用いている。また、第１乃至３の実施形態では、透明体１が試料を載置するための基板とプリズムとを兼ねているが、第４の実施形態では、プローブ分子を固定した基板１と全反射のためのプリズム２１が分離されている。つまり、両者は別部材として用意されている。また、プリズム２１の天面（基板１が載置される面）には、図１７で示されるような遮光膜（Ａｌや好ましくはＣｒ）２２が真空蒸着やスパッタリングによって形成されている。さらに、プリズム２１と基板１の間には、基板１と同一屈折率のマッチング液が挿入されている。これにより、プリズム２１の天面で全反射が起こらず、基板１の試料配置面で全反射が起こるようにできる。他の構成に関しては、図６と同様である。
【００４９】
以上のような構成を備える図１６の蛍光検出装置１０３において、光源６が出力する直径１．２ｍｍの円形断面を有するビームは、断面を整形することなくそのままプリズム２１に入射する。プリズム２１の上面には図１７に示したように、対角線の長さが１．２ｍｍの正方形の開口が設けられた遮光膜が形成されている。このため、遮光膜２２下でのビーム照射領域は図１７に示したように、アスペクト比０．３３の楕円となるが、基板１の表面では直径１．２ｍｍの円に内接する正方形となる。この結果、基板１上で格子上に隙間無く並んだすべての蛍光スポットを、１００％の効率で観測できるという効果が得られる。つまり、ビーム照射領域を正方形にすれば、基板１上を一定間隔で、スペースに無駄を生じさせること無くプローブ分子を配置することができる。一方、ビーム照射領域を円形にすると、図１１乃至１３に示されるように、基板１上でのブローブ分子の配置に無駄が出てしまう。よって、ビーム照射領域の形状を遮光膜２２で工夫するのは技術的にも非常に効果があることが分かる。
【００５０】
図１８は、蛍光検出装置１０３で取得される蛍光スポット像の例を示している。本実施形態では、遮光膜２２の開口の形状を正方形としたが、アスペクト比が実質的に１の他の形状でももちろんかまわない。なお、本実施形態での構成では、開口の外の部分に照射されるレーザのパワーは無駄になるが、照射領域の形状を制御しやすいという効果がある。第１の実施形態のようにビーム断面整形器で整形する限り、多角形のような照射領域は得にくいが、本実施形態によれば四角形や六角形の照射領域をたやすく得られるという効果が有る。
【００５１】
さらに、図１９は、遮光膜２２の開口の形状を正六角形とした場合の蛍光スポット像の例を示している。これによると、対物レンズ視野の利用率は、開口形状が正方形の場合と比べて３０％向上する。つまり、図１８と図１９を見比べると分かるように、正六角形の方が、対物レンズ視野における蛍光スポット像の形状の占める割合が３０％分大きいのである。
【００５２】
＜まとめ＞
本発明の各実施形態による蛍光検出装置は、伸長反応を利用したＤＮＡシーケンサや全反射蛍光方式のＤＮＡマイクロアレイリーダーなどに利用することができる。
上述のように、本実施形態による蛍光検出装置では、試料溶液中にエバネセント場を生成するように全反射の条件を満たしつつ、試料の配置面における、光の照射領域の形状のアスペクト比が１±０．１となるように、光が試料に対して照射される。このようにすることにより、高感度で、かつ同時に多くの蛍光を試料からの検出することができる。また、効率よく照射エネルギーを用いることができるので、余分な励起パワーを不要とし、よって装置のコストを低減することができる。
【００５３】
好ましい照射領域の形状は一通りではなく、最適化する項目に応じて、ある範囲で変化する。照射領域の形状としては、例えば、真円、正三角形、正方形、正六角形等が考えられる。よって、例えば、正方形や正六角をなす照射領域を用いることにより、基板上に隙間無く試料を配置することができ、より処理能力を高めることができる。なお、照射領域の形状を円形以外にするには、透明体（プリズム体）の試料配置面側に所定形状（正方形、正六角形や正三角形等）をなす開口を有する遮光膜を設けるようにすればよい。このようなプリズム体を提供することにより、従来の蛍光検出装置に改良された本発明によるプリズム体を取り付けるだけで、高感度、高処理能力、低コストの蛍光検出装置が実現できる。
【００５４】
実質的に真円の照射領域を形成する場合、光源が円形断面の光を出力するレーザであるときには、断面形状を円形から楕円に整形するビーム断面整形器を用いればよい。このビーム断面整形器は、一対のプリズムで構成され、前記光源からの光を、鉛直方向はそのままで、鉛直方向にのみ所定倍するものや、光源からの光の光軸に対して回転対称性を有さない非球面レンズで構成されるようにしている。このように複雑な構成を必要とせずに、照射領域を真円にすることができるので、装置のコストを上げずに、高感度、高処理能力の蛍光検出装置を提供することができる。なお、最初から光源を楕円断面の光を出力する半導体レーザで構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一般的な全反射の状況の入射面による断面図である。
【図２】照射領域と楕円の関係を示す図である。
【図３】長辺２ｍｍ、短辺１ｍｍの長方形に対する相関係数を示すグラフである。
【図４】一辺２ｍｍの正方形に対する相関係数を示すグラフである。
【図５】全反射の状況を示す立体図
【図６】本発明の第１の実施形態による蛍光検出装置の概略構成図である。
【図７】ビーム断面整形器８の構成を示す図である。
【図８】第１の実施形態における照射領域周辺を拡大した立体図である。
【図９】第１の実施形態による蛍光検出装置によって得られた蛍光像を示す図である。
【図１０】第１の実施形態において、プローブ分子を格子状に基板に固定したときの蛍光像を示す図である。
【図１１】基板上のプローブ分子配置の例１を示す図である。
【図１２】基板上のプローブ分子配置の例２を示す図である。
【図１３】基板上のプローブ分子配置の例３を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態による蛍光検出装置の概略構成図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態による蛍光検出装置の概略構成図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態による蛍光検出装置の概略構成図である。
【図１７】遮光膜が形成された透明体２１の構成例を示す図である。
【図１８】第４の実施形態による蛍光検出装置によって得られた蛍光像を示す図である。
【図１９】遮光膜の開口の形状を正六角形とした場合の蛍光スポット像の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１：基板、２：試料、３：励起ビーム、４：励起ビーム光軸、５：エバネセント場、６：光源、７：光源の出力ビーム、８：ビーム断面整形器、８−ａ、８−ｂ：アナモルフィックプリズム、８−ｃ、８−ｄ：シリンドリカルレンズ、９：ミラー、１０：カバーグラス、１１：蛍光放射、１２：対物レンズ、１３：フィルタ、１４：結像レンズ、１５：検出器、２０：プローブ分子、２１：プリズム、２２：遮光膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2008241549.tif 000022
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月20日(2008.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する透明体を含み、液体試料を配置するための試料配置部と、
前記試料配置部の試料配置面に対して、所定の入射角で光を照射する光源と、
前記光源からの光照射によって前記液体試料から放射された蛍光を検出する光検出部と、を備え、
前記試料配置面における光の照射領域のアスペクト比が１±０．１であり、前記入射角に対する正弦関数の値が、（前記液体試料の屈折率）／（前記試料配置部の屈折率）より大きいことを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項２】
（（前記試料配置面に入射する光の光軸に垂直な面による断面の、入射面に平行な方向の寸法）／（前記試料配置面に入射する光の光軸に垂直な面による断面の、入射面に垂直な方向の寸法））の値が、前記入射角に対する余弦関数の値に等しいことを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項３】
前記試料配置部は、前記試料配置面側に所定形状をなす開口を有する遮光膜が設けられた透明体と前記液体試料を載置するための基板を備え、
前記開口の形状を最も良く近似する楕円の、長軸の長さと短軸の長さの比が１±０．１であること特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項４】
前記光源は、円形断面の光を出力するレーザであり、
前記蛍光検出装置は、さらに、前記光源からの光の断面形状を円形から楕円に整形するビーム断面整形器を備えることを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項５】
前記ビーム断面整形器は、一対のプリズムで構成され、前記光源からの光を、鉛直方向はそのままで、水平方向にのみ所定倍することを特徴とする請求項４に記載の蛍光検出装置。
【請求項６】
前記ビーム断面整形器は、前記光源からの光の光軸に対して回転対称性を有さない非球面レンズで構成されることを特徴とする請求項４に記載の蛍光検出装置。
【請求項７】
前記光源は、楕円断面の光を出力する半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項８】
前記透明体が、前記液体試料を載置するための基板を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項９】
前記透明体の内部について、（（前記試料配置面に入射する光の光軸に垂直な面による断面の、入射面に平行な方向の寸法）／（前記試料配置面に入射する光の光軸に垂直な面による断面の、入射面に垂直な方向の寸法））の値が、前記入射角に対する余弦関数の値に等しいことを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項１０】
前記試料配置部は、遮光膜が設けられた透明体と前記液体試料を載置するための基板を備え、
前記遮光膜は、前記透明体の少なくとも一面の少なくとも一部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項１１】
前記光源は、照射領域の形状が真円、正三角形、正方形、正六角形及びこれらの中間的形状のいずれかとなる光を照射することを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出装置。
【請求項１２】
光透過性を有する透明体を含む試料配置部に液体試料を配置し、
前記試料配置部の試料配置面に対して、光源から出力された光を所定の入射角で照射し、
前記光源からの光照射によって前記液体試料から放射された蛍光を光検出部によって検出する蛍光検出方法であって、
前記試料配置面における光の照射領域のアスペクト比が１±０．１であり、前記入射角に対する正弦関数の値が、（前記液体試料の屈折率）／（前記試料配置部の屈折率）より大きいことを特徴とする蛍光検出方法。
【請求項１３】
前記試料配置部は、遮光膜が設けられた透明体と前記液体試料を載置するための基板を備え、
前記遮光膜は、前記透明体の少なくとも一面の少なくとも一部に配置されることを特徴とする請求項１２記載の蛍光検出方法。
【請求項１４】
液体試料を配置した基板を載置し、前記基板を載置する面で光源からの光を全反射させるためのプリズム体であって、
前記基板載置面に所定形状をなす開口を有する遮光膜が設けられ、前記開口の形状を最も良く近似する楕円の、長軸の長さと短軸の長さの比が１±０．１であることを特徴とするプリズム体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2008241549.tif 000028
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１６】
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