(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェルプレートに載置された試料に励起光を照射し、試料からの蛍光信号に基づいて画像処理を行う創薬スクリーニング装置において、
前記ウェルプレートの各ウェルの間隔の整数倍の間隔で設けられ、複数の励起光を複数の試料にそれぞれ照射し、複数の試料から生じる複数の蛍光信号をそれぞれ集光する複数の対物レンズと、
これら複数の対物レンズを介して前記複数の対物レンズにそれぞれ対応した異なる位置で複数の蛍光信号が入射される単一のピンホールアレイディスクと、
このピンホールアレイディスクを通過した前記複数の蛍光信号をそれぞれ反射する複数のダイクロイックミラーと、
入射される複数の励起光を集光し、それぞれ前記複数のダイクロイックミラーおよび前記ピンホールアレイディスクを介して前記複数の対物レンズに導くマイクロレンズアレイディスクと、
前記複数のダイクロイックミラーからそれぞれ出射される複数の蛍光信号をそれぞれ入射する複数の撮像カメラと
を備え、
同時に複数の試料から複数の共焦点画像を取得することを特徴とする創薬スクリーニング装置。
【請求項２】
前記複数の対物レンズからそれぞれ出射された複数の蛍光信号を前記ピンホールアレイディスクのピンホール面にそれぞれ集光する複数の結像レンズを備えたことを特徴とする請求項１に記載の創薬スクリーニング装置。
【請求項３】
４つの前記対物レンズは、１辺が前記ウェルプレートの各ウェルの間隔の整数倍の長さを持つ正方形の各頂点に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の創薬スクリーニング装置。
【請求項４】
４つの前記対物レンズは、１辺が前記ウェルプレートの各ウェルの間隔の整数倍の長さを持つ長方形の各頂点に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の創薬スクリーニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光顕微システムを利用した高精度の創薬スクリーニング装置に関し、特にスループットの高い創薬スクリーニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
創薬スクリーニング装置ではウェルプレートにあるアレイ状のウェル（穴）に並べられた試料に特定の波長の光を照射して励起し、励起された試料から出る蛍光像を顕微鏡システムで拡大し、拡大像をカメラで取り込んでいる。その場合、全ウェルから蛍光画像を取得するため、ＸＹステージでウェルプレートを移動する。
【０００３】
次に、カメラで取得した画像に対して画像処理をし、その結果を元に薬の候補になる試料を見出している。画像の画質を高めるため、顕微鏡とカメラの間に共焦点スキャナが設置される。
【０００４】
図６は従来の創薬スクリーニング装置を示す構成説明図である。
【０００５】
図において、共焦点スキャナ９は顕微鏡１１に接続されている。共焦点スキャナ９に入射した照明用平行励起光束３（点線）はマイクロレンズアレイディスク４により個別の光束に集光される。励起光束３は、分光特性を持つ平板ミラーからなる第１のダイクロイックミラー５を透過後、ピンホールアレイディスク（ニポウディスクともいう）６の個々のピンホールを通過し、顕微鏡１１の対物レンズ１０により、ウェルプレート１に載置された試料２に集光され、蛍光試薬を励起する。マイクロレンズアレイディスク４とピンホールアレイディスク６は連結部材７で機械的に連結された状態で、回転中心軸８の周りを回転する。
【０００６】
試料２の蛍光試薬が発した蛍光信号１２は再び対物レンズ１０を通り、ピンホールアレイディスク６の個々のピンホール上に集光される。個々のピンホールを通過した蛍光信号１２はダイクロイックミラー５で反射され、リレーレンズ１３を介して、共焦点光学像がカメラ１４に結像される。画像処理装置１５はカメラ１４からの画像信号を受けて細胞の動態などを表すための適宜の画像処理やデータ処理を行う。
【０００７】
上述の構成では、ピンホールアレイディスク６のピンホールが並んでいる平面と、試料２上の被観察平面と、カメラ１４の受光面とは互いに光学的に共役な関係に配置してあるので、カメラ１４には試料２の光学的断面像、すなわち共焦点画像が結像される。したがって、試料２の共焦点画像をカメラ１４の受光面上に形成することができるため、多数の被検査試料２をマトリックス上に並べたウェルプレート１を、顕微鏡１１および共焦点スキャナ９に対して相対的に移動させることにより、試料全数の共焦点画像を高速に取り込むことができる。
【０００８】
このような共焦点顕微鏡装置の先行技術としては下記のような特許文献が知られている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−０６２４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述の従来技術においては、顕微鏡は一系統のみであり、一台の共焦点顕微鏡に対して一つの対物レンズが配置されていた。そのため、格子状に並ぶ大量の試料の蛍光画像を取り込むのに時間がかかり、創薬スクリーニング装置として組み込んだ場合、装置としてのスループットに限界があるという問題があった。
【００１１】
本発明は上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、スループットの高い高精度の創薬スクリーニング装置を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
ウェルプレートに載置された試料に励起光を照射し、試料からの蛍光信号に基づいて画像処理を行う創薬スクリーニング装置において、
前記ウェルプレートの各ウェルの間隔の整数倍の間隔で設けられ、複数の励起光を複数の試料にそれぞれ照射し、複数の試料から生じる複数の蛍光信号をそれぞれ集光する複数の対物レンズと、
これら複数の対物レンズを介して前記複数の対物レンズにそれぞれ対応した異なる位置で複数の蛍光信号が入射される単一のピンホールアレイディスクと、
このピンホールアレイディスクを通過した前記複数の蛍光信号をそれぞれ反射する複数のダイクロイックミラーと、
入射される複数の励起光を集光し、それぞれ前記複数のダイクロイックミラーおよび前記ピンホールアレイディスクを介して前記複数の対物レンズに導くマイクロレンズアレイディスクと、
前記複数のダイクロイックミラーからそれぞれ出射される複数の蛍光信号をそれぞれ入射する複数の撮像カメラと
を備え、
同時に複数の試料から複数の共焦点画像を取得することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、
請求項１に記載の創薬スクリーニング装置において、
前記複数の対物レンズからそれぞれ出射された複数の蛍光信号を前記ピンホールアレイディスクのピンホール面にそれぞれ集光する複数の結像レンズを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、
請求項１または２に記載の創薬スクリーニング装置において、
４つの前記対物レンズは、１辺が前記ウェルプレートの各ウェルの間隔の整数倍の長さを持つ正方形の各頂点に配置されることを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、
請求項１または２に記載の創薬スクリーニング装置において、
４つの前記対物レンズは、１辺が前記ウェルプレートの各ウェルの間隔の整数倍の長さを持つ長方形の各頂点に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の創薬スクリーニング装置によれば、ウェルプレートに載置された試料に励起光を照射し、試料からの蛍光信号に基づいて画像処理を行う創薬スクリーニング装置において、複数の励起光を複数の試料にそれぞれ照射し、複数の試料から生じる複数の蛍光信号をそれぞれ集光する複数の対物レンズと、これら複数の対物レンズを介して複数の蛍光信号が入射されるピンホールアレイディスクと、このピンホールアレイディスクを通過した前記複数の蛍光信号をそれぞれ反射する複数のダイクロイックミラーとを備えたことによって、一度に複数のウェルを共焦点画像で撮像可能なマルチヘッド顕微機能を備えた創薬スクリーニング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施の形態に係る、創薬スクリーニング装置の一実施例で、共焦点光学系が２系統の場合を示す構成説明図である。図６と同一要素には同一記号を付して重複する説明は省略する。図２は共焦点スキャナ内の各光学部品の配置を示す部分構成平面図である。
【００２１】
２つの励起光束３ａ，３ｂ（点線）はマイクロレンズアレイディスク４に図の下方から入射し、それぞれ個別の光束に集光される。励起光束３ａ，３ｂは、それぞれ分光特性を持つ平板ミラーからなる２つのダイクロイックミラー５ａ，５ｂを透過後、それぞれピンホールアレイディスク６の個々のピンホールを通過し、顕微鏡１１０の２つの結像レンズ１８ａ，１８ｂおよび２つの対物レンズ１０ａ，１０ｂにより、ウェルプレート１に載置された各試料２に集光され、蛍光試薬を励起する。
【００２２】
試料２は、特定の波長を持つ励起光束３ａ，３ｂで励起されると、励起光３ａ，３ｂよりも波長の長い蛍光信号１２ａ，１２ｂ（図中実線）を発生する。この蛍光信号１２ａ，１２ｂは、顕微鏡１１０内の対物レンズ１０ａ、１０ｂと結像レンズ１８ａ、１８ｂでそれぞれ集光され、共焦点スキャナ９０内のピンホールアレイディスク６の個々のピンホール１７の面上にそれぞれ像を結ぶ。
【００２３】
ピンホールアレイディスク６の個々のピンホール１７を通過した蛍光信号１２ａ，１２ｂは、ダイクロイックミラー５ａ、５ｂによってそれぞれ反射され、リレーレンズ１３ａ、１３ｂによって共焦点光学像がそれぞれカメラ１４ａ，１４ｂに結像される。
【００２４】
なお、上述の構成において、２つの対物レンズ１０ａ，１０ｂの配置間隔はウェルプレート１の各ウェルの間隔の整数倍とする。
【００２５】
また、励起光束と蛍光信号を混合、分離するため、ダイクロイックミラー５ａ、５ｂは励起光束を透過し、蛍光信号を反射する特性を持つように設計され、ピンホールアレイディスク６とマイクロレンズアレイディスク４の間に設置される。
【００２６】
また、ピンホールアレイディスク６のピンホールが並んでいる平面と、試料２上の被観察平面と、カメラ１４ａ，１４ｂの受光面とは互いに光学的に共役な関係に配置してあるので、カメラ１４ａ，１４ｂには試料２の光学的断面像、すなわち共焦点画像が結像される。したがって、試料２の共焦点画像をカメラ１４ａ，１４ｂの受光面上に形成することができるため、多数の被検査試料２をマトリックス状に並べたウェルプレート１を顕微鏡１１０と共焦点スキャナ９０に対してＸＹステージ（図示なし）等で相対的に移動させることにより、試料全数の共焦点画像を高速に取り込むことができる。
【００２７】
図１装置の動作を次に説明する。
【００２８】
図１ではウェルプレート１上にマトリックス状に並んだ各ウェルの縦位置がアルファベットで示され、横位置が数字で示されている。図１には、Ａ１番目のウェルとＡ５番目のウェルの試料について共焦点画像を同時に取り込んでいる様子が示されている。ここで、Ａ１番目のウェルとＡ５番目のウェルについて画像取得が終了すると、ＸＹステージ（図示なし）でウェルプレート１を次のＡ２位置とＡ６位置のウェルまで搬送し、Ａ２番目のウェルとＡ６番目のウェルの試料について共焦点画像を同時に取り込む。以下同様にウェルプレート１の搬送と画像取得を繰り返して、試料の共焦点画像を一度に２つずつ取得してゆく。このときのＸＹステージによるウェルプレート１の搬送シーケンス例を下記に示す。
Ａ１、Ａ５
Ａ２、Ａ６
Ａ３、Ａ７
Ａ４、Ａ８
Ｂ４、Ｂ８
Ｂ３、Ｂ７
Ｂ２、Ｂ６
Ｂ１、Ｂ５
Ｃ１、Ｃ５
Ｃ２、Ｃ６
・・・
【００２９】
上記のような創薬スクリーニング装置によれば、共焦点スキャナ内に２つのダイクロイックミラーを設けて２系統の共焦点光学系を形成することにより、アレイ試料（アレイサンプル）に対して、一度に２つの試料の共焦点画像を取得することができるので、高い精度を持つ創薬スクリーニング装置のスループットを約２倍向上することができる。
【００３０】
また、１つの共焦点スキャナを２つの光学系で共用しているので、複数の光学系と複数のウェルとの位置合わせが高精度かつ容易である。
【００３１】
なお、対物レンズ、結像レンズおよびダイクロイックミラーで構成する光学系を３つ以上配置して、一度に３つ以上の試料を計測することも可能である。
【００３２】
また、十分に明るい蛍光信号を発する試料を検査対象とする場合には、マイクロレンズアレイディスク４は省略してもよい。
【００３３】
なお、混合分離手段はダイクロイックミラーに限られず、２つの光束を混合分離することのできる任意の手段を用いることができる。
【００３４】
図３は本発明の実施の形態に係る、創薬スクリーニング装置の第２の実施例で、共焦点光学系が４系統の場合の共焦点スキャナ内の各光学部品の配置を示す部分構成平面図である。図１、図２と同一要素には同一記号を付して重複する説明は省略する。
【００３５】
図３の装置は図２の２系統（添字ａ，ｂ）の共焦点光学系と直交する位置に、新たに２系統（添字ｃ，ｄ）の共焦点光学系が追加された構成となっている。ここで、ダイクロイックミラー５ａ〜５ｄ、結像レンズ１８ａ〜１８ｄ（図示せず）、対物レンズ１０ａ〜１０ｄ（図示せず）、リレーレンズ１３ａ〜１３ｄおよびカメラ１４ａ〜１４ｄからなる４系統の共焦点光学系は、４つの対物レンズ１０ａ〜１０ｄが、１辺がウェルプレート１の各ウェルの間隔の整数倍の長さを持つ正方形の各頂点に配置される。
【００３６】
図３装置の動作を、ウェルプレート１の第１の配列例を示す図４の動作説明図を用いて次に説明する。
【００３７】
図４の配列表に示すような９６ウェルプレート（［Ａ〜Ｈ］×［１〜１２］）を例にすると、ＸＹステージによるウェルプレート１の搬送シーケンスは以下のようになる。
Ａ１、Ｅ１、Ａ５、Ｅ５
Ｂ１、Ｆ１、Ｂ５、Ｆ５
Ｃ１、Ｇ１、Ｃ５、Ｇ５
Ｄ１、Ｈ１、Ｄ５、Ｈ５
Ｄ２、Ｈ２、Ｄ６、Ｈ６
Ｃ２、Ｇ２、Ｃ６、Ｇ６
・・・
【００３８】
上記のような創薬スクリーニング装置によれば、共焦点スキャナ内に４つのダイクロイックミラーを設けて４系統の共焦点光学系を形成することにより、アレイ試料（アレイサンプル）に対して、同時に４つの試料の共焦点画像を取得することができるので、高い精度を持つ創薬スクリーニング装置のスループットをさらに向上することができる。
【００３９】
なお、４つの対物レンズ１０ａ〜１０ｄは、各辺がウェルプレート１の各ウェルの間隔の整数倍の長さを持つ長方形の各頂点に配置されるようにしてもよい。例えば、ウェルプレート１の第２の配列例を示す図５の動作説明図に示すように、初期位置をＡ１、Ｅ１、Ａ７、Ｅ７とし、２３回のシフトで全ウェルの共焦点画像を取得することができる。
【００４０】
以上述べたように、本発明の創薬スクリーニング装置によれば、共焦点スキャナ内において、複数のダイクロイックミラー等を設けて複数系統の共焦点光学系を形成し、アレイ試料（アレイサンプル）に対して、一度に複数試料の共焦点画像を取得することにより、高い精度で創薬スクリーニング装置のスループットを上げることができる。
【００４１】
なお、現在ウェルプレートには以下の種類がある（外形はすべて同じ）。
２列×  ３行＝６ウェル
４列×  ６行＝２４ウェル
８列×１２行＝９６ウェル
１６列×２４行＝３８４ウェル
３２列×４８行＝１５３６ウェル
これらのプレートにある各ウェルの中心位置はプレートによって異なるが、対物レンズのピッチ変換機能を設けてこの差を調整することにより、全種類のウェルが対応可能となる。
【００４２】
また、本発明は、上記実施例や変形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、変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る創薬スクリーニング装置の一実施例を示す構成説明図である。
【図２】共焦点スキャナ９０内の各光学部品の配置を示す部分構成平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る創薬スクリーニング装置の第２の実施例を示す部分構成平面図である。
【図４】ウェルプレート１の第１の配列例を示す動作説明図である。
【図５】ウェルプレート１の第２の配列例を示す動作説明図である。
【図６】従来の創薬スクリーニング装置を示す構成説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ウェルプレート
２  試料
３ａ，３ｂ  励起光
４  マイクロレンズアレイディスク
５ａ，５ｂ  ダイクロイックミラー
６  ピンホールアレイディスク
１０ａ，１０ｂ  複数の対物レンズ
１２ａ，１２ｂ  複数の蛍光信号
１４ａ，１４ｂ  複数の撮像カメラ
９０  共焦点スキャナ
【図１】
0005110370.tif 000002
【図２】
0005110370.tif 000003
【図３】
0005110370.tif 000004
【図６】
0005110370.tif 000005
【図４】
0005110370.tif 000006
【図５】
0005110370.tif 000007