(57)【要約】【課題】形状とともに絶対光量を測定することができ、蛍光分子の数なども直接推定することのできる光量測定装置を提供する。【解決手段】１次元または２次元状に配列された受光素子を有し、光パワーの国家標準にトレーサビリティがとれたパワーメータで測定することによりその光量が値付けされた照明用基準光源からの出射光を利用して、各受光素子の受光光量とその出力信号との関係が一度に校正された光量検出器を備え、バイオチップまたは細胞または蛍光塗布体または蛍光性塵埃から発生される蛍光の絶対光量を測定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元または２次元状に配列された受光素子を有し、光パワーの国家標準にトレーサビリティがとれたパワーメータで測定することによりその光量が値付けされた照明用基準光源からの出射光を利用して、各受光素子の受光光量とその出力信号との関係が一度に校正された光量検出器を備え、
バイオチップまたは細胞または蛍光塗布体または蛍光性塵埃から発生される蛍光の絶対光量を測定する光量測定装置。
【請求項２】
１次元または２次元状に配列された受光素子を有し、光パワーの国家標準にトレーサビリティがとれたパワーメータで測定することによりその光量が値付けされた照明用基準光源からの出射光を利用して、各受光素子の受光光量とその出力信号との関係が一度に校正された光量検出器と、
蛍光物体からの蛍光光量を検出した前記光量検出器の出力信号と、蛍光色素から発生する光量の関係式とから、前記蛍光物体の分子数を算出する手段とを備え、
前記蛍光物体の光量または分子数あるいは光量と分子数を直接推定することを特徴とする光量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次元または２次元状に配列された受光素子を有し、光パワーの国家標準にトレーサビリティがとれた光量検出器を用いた光量測定装置に関する。光量検出器としては、例えば、複数の受光素子からなる受光部を持つカメラである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、生体高分子などの同定・分画（例えば、ＤＮＡの検出、遺伝子ＤＮＡの有無検出）にはＤＮＡチップが使用される。
ＤＮＡチップは、例えば数千から数万種類の既知のＤＮＡの断片を基板上のサイトにそれぞれ固定したものである。このようなＤＮＡチップに未知のＤＮＡの断片を流すと、同じ種類のＤＮＡ同士がハイブリダイズして結合する。結合しなかった未知のＤＮＡを洗浄により除去した後、残ったＤＮＡに励起光（レーザ光）を照射する。未知のＤＮＡにはあらかじめ蛍光物質が標識されており、励起光の照射により励起された蛍光物質からは蛍光が発生する。その結果、ハイブリダイゼーションが生じたか否かに対応してサイトごとに明暗が現れる。
【０００３】
この明暗観察は、共焦点レーザー光学系による蛍光スキャニング装置などで行われる（例えば、非特許文献１参照）。蛍光観察の検出器としては、高感度検出が可能なフォトマルチプライヤー（Photo multiplier）などが利用される。
なお、検出器としてパワーメータを利用する場合もあるが、パワーメータは零次元の検出しかできないため、ＤＮＡチップをはじめとするバイオチップや、プラズマディスプレイなどのような形状を持った試料は正確には計測できない。これは、サンプルの形状に依存して蛍光光量が空間的な分布を持つためである。
【０００４】
【非特許文献１】牧野徹・狩野恭一、会誌「光学」  ライフサイエンスにおける光技術  「DNA解析と光技術」、第２８巻１０号（１９９９）、（社）応用物理学会分科会  日本光学会、１９９９年、ｐ５４９〜５５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、カメラや蛍光スキャニング装置などの検出器では、絶対光量が測定できないため次のような課題があった。
（１）装置間で検出器の出力信号の値が比較できない。
（２）バイオチップ計測においては遺伝子発現量が不明のため、既知の遺伝子などを混入させて比較測定するしかなく、そのため装置が高価になる。
【０００６】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、形状とともに絶対光量を測定することができ、蛍光分子の数なども直接推定することのできる光量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、請求項１の発明は、１次元または２次元状に配列された受光素子を有し、光パワーの国家標準にトレーサビリティがとれたパワーメータで測定することによりその光量が値付けされた照明用基準光源からの出射光を利用して、各受光素子の受光光量とその出力信号との関係が一度に校正された光量検出器を備え、バイオチップまたは細胞または蛍光塗布体または蛍光性塵埃から発生される蛍光の絶対光量を測定することを特徴とする。
このような光量測定装置によれば、光量検出器での絶対光量測定が可能となる。また、光量検出器としては、複数の受光素子からなる受光部を持つカメラが使用可能である。
【０００８】
また、請求項２の発明は、１次元または２次元状に配列された受光素子を有し、光パワーの国家標準にトレーサビリティがとれたパワーメータで測定することによりその光量が値付けされた照明用基準光源からの出射光を利用して、各受光素子の受光光量とその出力信号との関係が一度に校正された光量検出器と、蛍光物体からの蛍光光量を検出した前記光量検出器の出力信号と、蛍光色素から発生する光量の関係式とから、前記蛍光物体の分子数を算出する手段とを備え、前記蛍光物体の光量または分子数あるいは光量と分子数を直接推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば次のような効果がある。
（１）受光素子を並べた受光部を持つカメラを、国家基準からトレーサブルなパワーメータにより各受光素子について受光光量とカメラ出力を校正するため、カメラ出力から絶対光量を直接測定できる。
（２）このように校正されたカメラを用いれば、蛍光測定用の各装置間の光量測定誤差を容易に減らすことができる。
【００１０】
（３）蛍光分子の数も分るため、工程管理指標を明確化し、サンプル処理のプロセスの改善が容易になり、また容易に高精度化もできる。
（４）さらにサンプル自身もリファレンス用に付加するダミーサンプルを減らせるため、容易にコストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて、本発明の光量測定装置を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明に係る校正方法の原理を説明するための図である。図１（ａ）において、１はパワーメータ、２は光学系、３はＬＥＤなどの照明用基準光源である。
パワーメータ１は、光パワーの国家標準にトレーサビリティがとれたものであり、国家標準と互換性のあるものである。このパワーメータ１により光学系２経由の照明用基準光源３の光量を測定し、パワーメータ１を基準にして照明用基準光源３の光量を値付けする。
【００１３】
次に、図１（ｂ）に示すように、その校正された照明用基準光源３の光量を光学系２を介して光量検出器（例えばカメラ）４の受光素子（図示せず）で検出する。これによりカメラ４の受光素子の受光光量とカメラの出力信号の関係を一度に校正することができる。
【００１４】
図２にこのような校正方法による校正結果の一例を示す。図は受光素子の単位面積当りの絶対光量とカメラの輝度信号出力の階調との関係を表す。光源３が緑色の光である場合は、Y=2.61E-06X＋2.57E-05、光源３が赤色の光である場合は、Y=1.81E-06X−5.26E-05の関係となる。なお、式中のXは階調、Yは光量である。
【００１５】
このようにして校正されたカメラをバイオチップ読取装置（例えば、本願出願人が提案した特開２００１−３１１６９０号に記載のバイオチップ読取装置など）の受光器に用いると、測定した画像の階調値から直接蛍光光量を測定することができる。
【００１６】
他方、蛍光色素から発生する光量は以下の演算処理により求めることができる。
蛍光色素によって吸収される光のパワーΔＩは、次式で与えられる。
ΔＩ＝2.3×103×α×Io×ｎ／（Na×Ｓ）  ［Ｗ］      …（１）
ただし、
α  ：  モル吸光係数  ８×104［M-1 cm-1］
Io  ：  入射光量［W］
ｎ  ：  分子数［個］
Na  ：  アボガドロ数  6×1023
Ｓ  ：  面積［cm2］
である。
これに量子効率などを考慮することで蛍光色素から発生する蛍光光量を推定することができる。
【００１７】
したがって、上記校正方法によって校正されたカメラを用いて計測した蛍光光量と上記推定した蛍光光量の値を対応させることにより、バイオチップ上の蛍光分子の数nを直接推定することができる。
【００１８】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
例えば、バイオチップに限らず、一般の細胞や、半導体プロセスにおけるゴミ（蛍光性塵埃）、プラズマパネルなどの蛍光塗布体なども計測可能である。
【００１９】
また、受光器としては、受光素子が２次元状に配列されたいわゆる２次元アレイ状のものに限らず、図３に示すように受光素子が１次元状に配列されたラインセンサ4ａも使用可能である。この場合、ステージ（図示せず）を付加して、サンプル５をラインセンサ４ａの配列方向と直交する方向に移動させて、サンプルの２次元画像を検出するようにしてもよい。
【００２０】
また、カメラと光学系の間にイメージインテンシファイアなどの光量増幅系を挿入してもよい。これによって微弱光も測定可能となる。なお、この場合は、イメージインテンシファイアも含めた形で校正を行う必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る校正方法の原理を説明するための説明図である。
【図２】校正結果の一例を示す図である。
【図３】１次元状に配列の受光素子を用いた場合の実施例図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  パワーメータ
２  光学系
３  照明用基準光源
４  光量検出器
４ａ  ラインセンサ
５  サンプル
【図１】
2007212478.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007212478.tif 000005