(57)【要約】【課題】  ２波長の励起光で２波長の蛍光検出が可能な蛍光検出装置において、２波長の蛍光を検出する光センサを共通にして装置のコンパクト化やコストの低減を図るとともに、２波長の蛍光についてそれぞれ高いフィルタ特性が得られノイズの少ない蛍光検出を可能とする。【解決手段】  検査チップ３に励起光を照射してそこから発せられる蛍光を検出することで試料の検査を行う蛍光検出装置１００である。そして、第１波長の蛍光を透過させる第１エミッタフィルタ１７Ａと、第２波長の蛍光を透過させる第２エミッタフィルタ１７Ｂと、第１エミッタフィルタ１７Ａおよび第２エミッタフィルタ１７Ｂの位置を移動させるアクチュエータ１８とを備え、アクチュエータ１８の駆動により、第１エミッタフィルタ１７Ａと第２エミッタフィルタ１７Ｂとが交互に入れ替えられて蛍光の光軸上に配置される構成とした。【選択図】        図１
2007232613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が載せられた検査チップに励起光を照射してそこから発せられる蛍光を検出することで試料の検査を行う蛍光検出装置であって、
第１波長の励起光を出射する第１発光器と、
前記第１波長と異なる第２波長の励起光を出射する第２発光器と、
前記蛍光を検出する光センサと、
前記第１発光器の励起光および前記第２発光器の励起光を検査チップの検査箇所まで導いて集束させるとともに該検査箇所から発せられる蛍光を前記光センサまで導く光学系と、
前記第１波長の励起光に基づき発せられる所定波長域の蛍光を透過させ該波長域外の光を除去する第１エミッタフィルタと、
前記第２波長の励起光に基づき発せられる所定波長域の蛍光を透過させ該波長域外の光を除去する第２エミッタフィルタと、
前記第１エミッタフィルタおよび前記第２エミッタフィルタの位置を移動させるアクチュエータとを備え、
前記第１エミッタフィルタと前記第２エミッタフィルタとは、横に並べられて一体化されるとともに、互いに光の入射面が前記蛍光の光軸に対して１°〜１０°の範囲で傾いた状態に配置され、
前記アクチュエータは、プランジャを前記第１エミッタフィルタと前記第２エミッタフィルタとが並べられた方向に直線運動させるとともに、該プランジャを、前記第１エミッタフィルタが前記蛍光の光軸上に位置する状態と、前記第２エミッタフィルタが前記蛍光の光軸上に位置する状態とでそれぞれ停止させることを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項２】
試料が載せられた検査チップに励起光を照射してそこから発せられる蛍光を検出することで試料の検査を行う蛍光検出装置であって、
第１波長の励起光を出射する第１発光器と、
前記第１波長と異なる第２波長の励起光を出射する第２発光器と、
前記蛍光を検出する光センサと、
前記第１発光器の励起光および前記第２発光器の励起光を検査チップの検査箇所まで導いて集束させるとともに該検査箇所から発せられる蛍光を前記光センサまで導く光学系と、
前記第１波長の励起光に基づき発せられる所定波長域の蛍光を透過させ該波長域外の光を除去する第１エミッタフィルタと、
前記第２波長の励起光に基づき発せられる所定波長域の蛍光を透過させ該波長域外の光を除去する第２エミッタフィルタと、
前記第１エミッタフィルタおよび前記第２エミッタフィルタの位置を移動させるアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータの駆動により、前記第１エミッタフィルタと前記第２エミッタフィルタとが交互に入れ替えられて前記光センサに導かれる蛍光の光軸上に配置されることを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項３】
前記第１エミッタフィルタと前記第２エミッタフィルタとは、共に平板形状であり、互いに光の入射面が同一平面上に来るように並べた状態で一体化され、
前記アクチュエータは、前記一体化された第１エミッタフィルタおよび第２エミッタフィルタをこれらが並べられている方向に直線駆動させることを特徴とする請求項２記載の蛍光検出装置。
【請求項４】
前記第１エミッタフィルタと前記第２エミッタフィルタとは、前記蛍光の光軸に対して１°〜１０°の範囲で傾いて配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の蛍光検出装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記第１エミッタフィルタを蛍光の光軸上に配置させる状態と、前記第２エミッタフィルタを蛍光の光軸上に配置させる状態との、２つの状態でそれぞれプランジャを停止させることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の蛍光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試料に励起光を照射してそこから発せられる蛍光を検出することで試料の検査を行う蛍光検出装置に関し、２波長の励起光に基づく２波長の蛍光検出が可能な蛍光検出装置に利用して有用な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
以前より、例えばＤＮＡ（デオキシリボ核酸）などの検体を試薬と反応させ、この試料に励起光を照射してそこから発せられる蛍光量を検出することで、検体の検査を行う蛍光検出装置がある。このような検査によれば、癌など遺伝子に起因すると考えられる病気の検査に威力を発揮すると考えられている。
【０００３】
検体と反応させる試薬には多数の種類があり、試薬に含まれる蛍光物質も複数の種類がある。従って、蛍光検出装置には、蛍光物質の種類に応じて複数波長の励起光が出力可能であったり、複数波長の蛍光が検出可能であることが要求される。
【０００４】
従来、複数波長の蛍光を検出可能な蛍光検出装置として、特許文献１に示されるような装置があった。この装置は、蛍光をその波長ごとに異なる経路で導いて波長ごとに複数の検出センサで検出するように構成されている。
【特許文献１】特開２００４−３４１２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蛍光検出装置では、僅かな量の蛍光を検出しなければならないため、光センサとしてフォトマルチプライア（ＰＭＴ）など比較的構成が大きく高価なものを用いる必要がある。そのため、複数波長の蛍光を複数の光センサでそれぞれ検出する構成では、光センサの個数が増える分、装置体積の増加および部品コストの増大という課題が生じる。
【０００６】
また、複数波長の蛍光を同一の光路に導いて１つの光センサで検出する構成では、次のような課題があった。すなわち、蛍光検出装置では、通常、光センサの側へも励起光が散乱していくため、蛍光と励起光とを分離する光学ミラーが必要となる。このような光学ミラーとしてダイクロイックミラーが通常適用されるが、２波長の励起光や２波長の蛍光に対応するものでは励起光の漏れが幾分多くなる。
【０００７】
そのため、ダイクロイックミラーを透過した光に対して、さらに、蛍光波長域だけを透過させ励起光などその他の波長域の光を反射吸収する光学フィルタ（エミッタフィルタと呼ばれる）を設ける必要が生じるが、このような光学フィルタには高いフィルタ特性が要されるため、２波長対応にすることは困難であった。
【０００８】
この発明は、２波長の励起光で２波長の蛍光検出が行える蛍光検出装置において、２波長の蛍光を検出する光センサを共通にして装置のコンパクト化やコストの低減を図るとともに、高いフィルタ作用で蛍光のみを抽出してノイズの少ない蛍光検出を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、試料が載せられた検査チップに励起光を照射してそこから発せられる蛍光を検出することで試料の検査を行う蛍光検出装置であって、第１波長の励起光を出射する第１発光器と、前記第１波長と異なる第２波長の励起光を出射する第２発光器と、前記蛍光を検出する光センサと、前記第１発光器の励起光および前記第２発光器の励起光を検査チップの検査箇所まで導いて集束させるとともに該検査箇所から発せられる蛍光を前記光センサまで導く光学系と、前記第１波長の励起光に基づき発せられる所定波長域の蛍光を透過させ該波長域外の光を除去する第１エミッタフィルタと、前記第２波長の励起光に基づき発せられる所定波長域の蛍光を透過させ該波長域外の光を除去する第２エミッタフィルタと、前記第１エミッタフィルタおよび前記第２エミッタフィルタの位置を移動させるアクチュエータとを備え、前記アクチュエータの駆動により、前記第１エミッタフィルタと前記第２エミッタフィルタとが交互に入れ替えられて前記光センサに導かれる蛍光の光軸上に配置される構成とした。
【００１０】
このような手段によれば、２波長の蛍光を検出する光センサが共通にされ、装置のコンパクト化と部品コストの低減が図られる。蛍光検出装置では光センサに非常に高い感度が求められるためフォトマルチプライアなどを適用することになるが、このような光センサはアクチュエータと比べて体積も大きく部品コストも高い。従って、光センサを共通化することでコンパクト化とコスト低減が図られる。
【００１１】
また、エミッタフィルタを二種類用意してアクチュエータで切り替える構成にすることで、高いフィルタ特性で蛍光のみを抽出してノイズの少ない蛍光検出を行うことが出来る。
【００１２】
望ましくは、前記第１エミッタフィルタと前記第２エミッタフィルタとは、共に平板形状であり、互いに光の入射面が同一平面上に来るように並べた状態で一体化され、前記アクチュエータは、前記一体化された第１エミッタフィルタおよび第２エミッタフィルタをこれらが並べられている方向に直線駆動させるように構成すると良い。
【００１３】
このような構成により、シンプルで部品点数も少なく組立て工程も簡易化することが出来る。
【００１４】
さらに望ましくは、前記第１エミッタフィルタと前記第２エミッタフィルタは、前記蛍光の光軸に対して１°〜１０°の範囲で傾けて配置すると良い。
【００１５】
このような傾斜により、エミッタフィルタにより反射される光を光軸からずらして、より良いフィルタ特性が得られる。
【００１６】
さらに具体的には、前記アクチュエータは、前記第１エミッタフィルタを蛍光の光軸上に配置させる状態と、前記第２エミッタフィルタを蛍光の光軸上に配置させる状態との、２つの状態でプランジャを停止させるものを適用すると良い。
【００１７】
このような構成により、エミッタフィルタの切り替えを素早く行うことが出来る。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明に従うと、２波長の励起光で２波長の蛍光検出を行う蛍光検出装置において、２波長の蛍光に対して高いフィルタ特性で蛍光のみを抽出し、ノイズの少ない蛍光検出が行えるという効果がある。
【００１９】
また、２波長の蛍光を検出する光センサを共通化して、装置のコンパクト化、部品コストの低減が図れるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態の蛍光検出装置１００の光学構成を示す斜視図、図２はこの光学構成の側面図、図３はこの光学構成の中段部分を抜き出して表わした平面図である。また、図４には測定対象となるＤＮＡがスポットされたＤＮＡチップの一部分を表わした平面図を示す。
【００２２】
この実施の形態の蛍光検出装置１００は、試薬と反応させたＤＮＡに励起光を照射してそこから発せられる蛍光を測定することで、検体であるＤＮＡが正常なものか或いは異常なものかを判別する装置である。また、この蛍光検出装置１００は、第１波長（例えば５３２ｎｍ）の励起光と第２波長（例えば６５８ｎｍ）の励起光とを別々に用いて、各励起光により発生される第１波長（例えば５７０ｎｍ）の蛍光と第２波長（例えば６７０ｎｍ）の蛍光とを検出することを可能とするものである。
【００２３】
図４に示すように、検査チップとしてのスライドガラス３には、試薬と反応させたＤＮＡ試料が縦横複数の配列状にスポットされ、これら各スポットＰ…に励起光の照射位置を順次移動させていくことで、全てのスポットＰ…について検体の検査が行えるようになっている。励起光の照射位置は、対物レンズ１６を横方向に変位させたり或いはスライドガラス３を平行移動させたりして移動させる。
【００２４】
図１〜図３に示すように、この蛍光検出装置１００の光学系は、第１波長の励起光を出力する第１発光器１１と、第１発光器１１の出射光を平行光にするコリメータレンズ１２と、第１発光器１１の出射光から第１波長以外の光を除去するエキサイタフィルタ１３と、第１波長域の光を反射させ第２波長域の光を透過させるフィルタミラー１４と、光の波長帯に応じて励起光は反射させ蛍光は透過させる２波長対応のダイクロイックミラー１５と、励起光をスライドガラス３の各スポットＰへ集束させるとともにそこから発せられる蛍光を受光する対物レンズ１６と、ダイクロイックミラー１５を透過した光から蛍光波長域以外の光を除去する２枚のエミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂと、これら２枚のエミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂの何れかを蛍光の光軸上に配置させるアクチュエータ１８と、蛍光の光量検出を行う光センサとしてのフォトマルチプライア２０と、第２波長の励起光を出力する第２発光器２１と、進行波と反射波とを分離する偏光ビームスプリッタ２２および１／４波長板２４と、第２発光器２１の出射光を平行光にするコリメータレンズ２３と、偏光ビームスプリッタ２２で分離された反射光を受光して励起光の焦点位置の変位量を検出するフォーカス誤差検出ユニット２５等を備えている。
【００２５】
また、この蛍光検出装置１００には、スライドガラス３を一定箇所に載置するステージ（図示略）や、対物レンズ１６を上下左右前後の３軸方向に電気的に駆動するレンズ駆動装置３０、並びに、装置の統括的な制御を行う制御回路等が設けられている。
【００２６】
上記の第１発光器１１は例えばＬＥＤ（発光ダイオード）が適用され、第２発光器２１は例えばレーザーダイオードが適用される。第１発光器１１の出射光と第２発光器２１の出射光とは、フィルタミラー１４の作用によりほぼ同一の光軸に沿ってスライドガラス３の側へ向うようになっている。
【００２７】
エミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂは、一方が第１の蛍光波長（例えば５７０ｎｍ）を透過させる光学フィルタであり、他方が第２の蛍光波長（例えば６７０ｎｍ）を透過させる光学フィルタである。これらは共に、所定波長域での透過特性、および、所定波長域外での反射吸収特性が非常に高く形成されたものである。これらのエミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂは、図１と図２に示すように、入射面が蛍光の光軸に対して１°〜１０°の範囲で傾き、互いに横に並んだ状態で固着されている。この傾斜により、反射光を光軸から外してより良いフィルタ特性をえることができる。
【００２８】
なお、エミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂ自体を互いに固着させるのではなく、１個のフィルタ枠に２個のエミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂを上記と同様の状態で保持・固着させた構成としても良い。また、２個のエミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂを、互いの入射面が同一平面上に来るように並べて固着させるとともに、これら同一平面上に並んだ２個のエミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂをアクチュエータ１８と共に蛍光の光軸に対して１°〜１０°の範囲で傾けて配置させるようにしても良い。
【００２９】
アクチュエータ１８は、例えばソレノイド方式のもので、プランジャ１８ａを直線方向に押し出す駆動と、引き込む駆動とが可能になっている。プランジャ１８ａは全ストロークが押し出された状態と全ストローク引き込まれた状態の２つの状態で停止する構成である。プランジャ１８ａは２個のエミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂが並んだ方向に駆動するように取り付けられている。これにより、図２（ａ），（ｂ）に示すように、プランジャ１８ａが全て押し出された状態で一方のエミッタフィルタ１７Ａが蛍光の光軸上に配置され、プランジャ１８ａが全て引き込まれた状態で他方のエミッタフィルタ１７Ｂが光軸上に配置されるようになっている。
【００３０】
フォーカス誤差検出ユニット２５は、内部にフォーカス誤差検出用の光学部品２５Ａと光センサ２５Ｂとが組み込まれて一体化されたものであり、第２発光器２１からのレーザ光の反射ビームにより励起光の焦点位置のズレ検出を行うものである。上記の第１発光器１１とコリメータレンズ１２、並びに、第２発光器２１とコリメータレンズ２３は、製造時に精度よく位置調整がなされ、第２発光器２１の励起光の焦点が合えば、第１発光器１１の励起光の焦点も同一の高さに合うようになっている。
【００３１】
なお、この実施の形態では、フォーカス誤差検出ユニット２５として、例えば、共焦点法によりフォーカス誤差を検出するもの、ダブルナイフエッジ法によりフォーカス誤差を検出するもの、非点収差法によりフォーカス誤差を検出するものの３種類が用意され、これら複数種類のユニットの中から１つを選択して装着可能な構成にされている。このように選択可能にすることで、適宜フォーカス誤差の検出方式を切り替えて、測定の状況に応じて素早い焦点合わせを行うことが可能となる。
【００３２】
次に、上記構成の蛍光検出装置１００の動作について説明する。
【００３３】
蛍光検出装置１００を動作させる場合、先ず、初期設定として、蛍光検出を行う励起光の波長を第１波長または第２波長の何れかに設定する。ここで、第１波長が選択されればアクチュエータ１８の駆動により第１エミッタフィルタ１７Ａが光軸上に配置され、第２波長が選択されれば第２エミッタフィルタ１７Ｂが光軸上に配置される。
【００３４】
また、この初期設定において、両波長の測定を並行して行うという設定を行うことも可能である。この設定では、測定の途中でアクチュエータ１８を駆動させてエミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂを交互に入れ替える処理を行うことになるが、測定開始時には第１エミッタフィルタ１７Ａを光軸上に配置させて測定開始の状態とする。
【００３５】
上記のような初期設定が済んだら、スライドガラス３をステージに載置して測定を開始させる。測定開始の操作により、先ず、第２発光器２１からレーザ光が照射された状態で、レンズ駆動装置３０により対物レンズ１６を上下方向に駆動して励起光の焦点をスライドガラス３のスポット面に合わせる。この焦点の合わせは、装着された検出ユニット２５からの信号に基づいて制御回路により自動的に行われる。
【００３６】
焦点が合ったら、検出ユニット２５からの信号に基づき焦点がずれないように制御をかけながら、ステージのスライド移動やレンズ駆動装置３０による対物レンズ１６の横方向の駆動により設定された波長の励起光をスライドガラス３のＤＮＡスポットＰ…に順次照射していく。ここで、検体のＤＮＡが特定の蛍光標識と結合されていれば励起光により蛍光が発っせられ、この蛍光がダイクロイックミラー１５とエミッタフィルタ１７Ａ（又は１７Ｂ）を透過してフォトマルチプライア２０で検出される。
【００３７】
ここで、両波長の測定を並行して行う設定がなされている場合には、例えば、複数個のＤＮＡスポットを一単位として第１波長の励起光を用いて上記同様の蛍光検出処理を行い、その後、一旦、計測を停止させるとともにアクチュエータ１８を駆動させてエミッタフィルタ１７Ａと１７Ｂとを入れ替える。そして、先に測定して同一のＤＮＡスポットＰ…に対して、さらに第２波長の励起光を用いて上記同様の蛍光検出処理を行う。
【００３８】
そして、このような蛍光検出の結果が制御回路に取り込まれ、所定の解析が行われて検体のＤＮＡが正常か異常かなどの判定が行われる。
【００３９】
以上のように、この実施の形態の蛍光検出装置１００によれば、２波長の蛍光を検出する光センサが１個のフォトマルチプライア２０により共通化されているので、装置のコンパクト化、並びに、部品コストの低減が図られる。
【００４０】
また、２種類のエミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂをアクチュエータ１８で切り替える構成なので、各波長ごとに最適なフィルタ特性が得られノイズの少ない蛍光検出を行うことが出来る。
【００４１】
また、第１波長と第２波長の励起光を共に照射したまま、一方の励起光により発生された蛍光のみを検出することも可能となる。この構成は、一方の励起光で蛍光を発生させるとともに、他方の励起光で常にフォーカスサーボをかける必要がある場合などに、特に有用である。
【００４２】
また、上記アクチュエータ１８の構成や２種類のエミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂの配置により、シンプルで部品点数も少なく、組立て工程も簡易化できるという効果が奏される。また、エミッタフィルタ１７Ａ，１７Ｂを素早く切り替えることができ、同一の検体を２波長の励起光でそれぞれ測定する場合に有効である。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、光センサはフォトマルチプライアに限られず、例えばアバランシェ・フォトダイオードなどその他の種々の高感度センサを適用することが出来る。また、エミッタフィルタを移動させるアクチュエータも、直線運動するタイプでなく、円弧運動するタイプのものなど種々のものを適用して良い。
【００４４】
その他、励起光の波長、蛍光の波長、発光器の種類、試料（検体）の種類、検査チップにおける試料の固定方法など、実施の形態で具体的に記した細部等は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態の蛍光検出装置の光学構成を示す斜視図である。
【図２】図１の光学構成の側面図である。
【図３】図１の光学構成の中段部分の構成を示す平面図である。
【図４】測定対象のＤＮＡがスポットされたＤＮＡチップの一部分を示した平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
３    スライドガラス
１１    第１発光器
１２    コリメータレンズ
１３    エキサイタフィルタ
１４    フィルタミラー
１５    ダイクロイックミラー
１６    対物レンズ
１７Ａ，１７Ｂ  エミッタフィルタ
１８    アクチュエータ
２０    フォトマルチプライア
２１    第２発光器
２２    偏光ビームスプリッタ
２３    コリメータレンズ
２４    １／４波長板
２５    フォーカス誤差検出ユニット
３０    レンズ駆動装置
１００  蛍光検出装置
【図１】
2007232613.tif 000003
【図２】
2007232613.tif 000004
【図３】
2007232613.tif 000005
【図４】
2007232613.tif 000006