CN1940511A - 光量测量设备和光量测量方法 - Google Patents

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Abstract

通过产生CCD照相机的无信号状态来执行零点调整。由校准遮光器来确保杂散光不进入CCD照相机的状态。CCD照相机的输出信号被发送到光量计算器，并且校准部分通过使用该输出信号值作为基准(零点)来执行对光量计算器的校准。另外，从激光源输出的光由光衰减器衰减，然后入射到CCD照相机。通过切换光衰减器的衰减量，使正确设置的光入射到CCD照相机。CCD照相机的输出信号被发送到光量计算器，并且校准部分执行校准使得各个输出信号的值正确地对应各个光量。

Description

光量测量设备和光量测量方法
本申请要求基于申请号是2005-279506、申请日是2005年9月27日的日本专利申请的外国优先权，该在先日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于测量光量的光量测量设备和光量测量方法，更具体地讲，本发明涉及一种能够定量地评估光量的光量测量设备和光量测量方法。
背景技术
作为识别DNA等的生物聚合物的方法，使用微阵列的方法是已知的。例如，当识别DNA时，具有已知碱基序列的DNA探针被固定到微阵列的每个位点上，并且具有互补碱基序列的DNA通过杂交被配对到每个位点上。通过对配对的DNA标上荧光标记，可以认为配对量是荧光的光量。
例如，引证期刊“Optics”，optical technology in life science“DNAanalysis and optical technology”，Toru Makino，Kyoichi Karino，vol.28，No.10(1999)，An Affiliate of the Japan Society of Applied Physics，OpticalSociety of Japan，1999，p549-552.
使用专用的光量测量设备来测量光量。然而，根据现有技术的设备，绝对光量不能够被测量，因此，基因表达量不能够直接地被定量评估出来。
发明内容
鉴于上述情形进行本发明，并且本发明提供了一种能够定量评估光量的光量测量设备和光量测量方法。
在一些实施方式中，本发明的光量测量设备包括：
光检测器，其用于接收光；
光量计算部分，其用于根据所述光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；
遮光器，其用于截断入射到所述光检测器上的光；和
校准部分，其用于通过使用当入射到所述光检测器上的光被所述遮光器截断时的输出信号的值作为由所述光量计算部分计算的光量的零点来执行校准。
在一些实施方式中，本发明的光量测量设备包括：
光检测器，其用于接收光；
光量计算部分，其用于根据所述光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；
校准光源，其用于将提供到所述光检测器的光的光量控制成预定光量；和
校准部分，其用于通过由所述校准光源将具有所述预定光量的光提供到所述光检测器来校准由所述光量计算部分计算的光量。
在该光量测量设备中，所述校准光源包括：
光源，其用于输出具有恒定光量的光；和
光衰减器，其用于衰减来自所述光源的光，使得该光具有预定光量。
所述光量测量设备还包括：
激发光照射部分，其用于将激发光照射到产生荧光信号光的物体上。
在一些实施方式中，本发明的光量测量设备包括：
光检测器，其用于接收光；
光量计算部分，其用于根据所述光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；
激发光照射部分，其用于照射激发光；
基准荧光信号产生物体，其用于通过接收所述激发光来产生基准荧光信号；和
校准部分，其用于通过由所述基准荧光信号将具有预定光量的光提供到所述光检测器来校准由所述光量计算部分计算的光量。
在一些实施方式中，本发明的光量测量方法包括：
根据用于接收光的光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；
截断入射到所述光检测器上的光；和
通过使用当入射到所述光检测器上的光被截断时的输出信号的值作为被计算的光量的零点来执行校准。
在一些实施方式中，本发明的光量测量方法包括：
根据用于接收光的光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；和
通过由校准光源将具有预定光量的光提供到所述光检测器来校准被计算的光量，所述校准光源将所述光的光量控制成预定光量。
在该光量测量方法中，所述校准光源包括：
光源，其用于输出具有恒定光量的光；和
光衰减器，其用于衰减来自所述光源的光，使得该光具有预定光量。
在一些实施方式中，本发明的光量测量方法包括以下步骤：
光量计算步骤，用于根据用于接收光的光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；
照射步骤，用于将激发光照射到用以产生基准荧光信号的基准荧光信号产生物体；和
校准步骤，用于通过由所述基准荧光信号将具有预定光量的光提供到所述光检测器来校准被计算的光量。
根据本发明的光量测量设备，通过使用当由遮光器截断光的入射时的输出信号的值作为由光量计算部分计算的光量的零点来执行校准。因此，例如，即使光量处在接近背景光的非常弱的等级，该光量也能够被准确地定量评估出来。
根据本发明的光量测量设备，通过由校准光源将具有预定光量的光提供到光检测器来校准由光量计算部分计算的光量的线性。因此，光量能够被定量评估。
根据本发明的光量测量设备，通过将具有预定光量的光提供到光检测器而不用分别提供校准光源就能够校准由光量计算部分计算的光量。因此，光量能够被定量评估。
根据本发明的光量测量方法，通过使用当光的入射被截断时的输出信号的值作为光量的零点来执行校准。因此，例如，即使光量处在接近背景光的非常弱的等级，该光量也能够被准确定量评估。
根据本发明的光量测量方法，通过由校准光源将具有预定光量的光提供到光检测器来校准由光量计算部分计算的光量的线性。因此，光量能够被定量评估。
根据本发明的光量测量方法，通过将具有预定光量的光提供到光检测器而不用分别提供校准光源就能够校准由光量计算部分计算的光量。因此，光量能够被定量评估。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的光量测量设备的光学***的结构的示图。
图2是示出根据本发明实施例的光量测量设备的控制***的结构的框图。
具体实施方式
下面，将参考图1和图2来解释根据本发明的光量测量设备的
实施例。
图1是示出根据本实施例的光量测量设备的光学***的结构的示图。本实施例是光量测量设备，该光量测量设备用于测量在DNA微阵列处通过将激发光照射到该DNA微阵列(微阵列上DNA或RNA样品(以下，称作生物芯片))而产生的荧光信号光的光量。
如图1所示，本实施例的光量测量设备包括用于产生激发光的绿色激光源1和红色激光源2、用于折弯来自绿色激光源1的照射光的反光镜3、以及分别布置在来自绿色激光源1和红色激光源2的照射光的光路上的分色镜5、微透镜阵列6、反光镜7、分色镜8和可移动反光镜9。上述部件作为用于将激发光照射到DNA微阵列(生物芯片)30的光学***。
绿色激光源1和红色激光源2的波长符合诸如cy3和cy5的荧光色料的激发光的波长。
另外，本实施例的光量测量设备包括：中继透镜11，其布置在信号光的光路上；和高灵敏度CCD(电荷耦合器件)照相机12，其用于接收穿过中继透镜11的光。上述部件作为用于接收在DNA微阵列30处产生的荧光信号光的光学***。
另外，本实施例的光量测量设备包括：校准激光源21，其用于输出用于校准的输出激光；和光衰减器22，其用于衰减从校准激光源21输出的激光。校准激光源21和光衰减器22作为用于校准光量的光学***。另外，可以当执行校准时才安装上校准激光源21和光衰减器22，而非将它们并入该设备中。
另外，用于截断入射到CCD照相机12上的光的校准遮光器23被设置在CCD照相机12的前侧。
如图1所示，DNA微阵列30被安装在台子41上。
图2是示出本实施例的光量测量设备的控制***的结构的框图。
如图2所示，本实施例的光量测量设备包括：光量计算部分51，用于计算由CCD照相机12捕获的光的光量；校准遮光器驱动部分53，用于驱动校准遮光器23；反光镜驱动部分55，其用于驱动反射镜9；校准部分56，其用于校准光量计算部分51；和控制部分61，其用于控制绿色激光源1、红色激光源2、CCD照相机12、光量计算部分51、校准激光源21、光衰减器22、校准遮光器驱动部分53、反光镜驱动部分55和校准部分56。
接下来，将解释当测量DNA微阵列30时的操作。
在测试时，可移动反光镜9和校准遮光器23被驱动到分别由虚线指示的避开光路的位置(图1)。
从绿色激光源1或红色激光源2输出的激光经由反光镜3、分色镜5、微透镜阵列6、反光镜7和分色镜8被照射到DNA微阵列30。
由激光激发而产生的来自DNA微阵列30的荧光信号光经由分色镜8和中继透镜11入射到CCD照相机12上。CCD照相机12的输出信号被发送到光量计算部分51，并且在光量计算部分51处计算了信号光的光量。
另外，关于能够被淹没在背景噪声中的低等级的信号光，通过迭代相加而进行的平均处理能够相对减少随机噪声，从而增加了S/N比率。
一般地，基因表达量被分布在宽的范围内，因此，为了定量地测量基因表达量，需要高度准确性地计算一直到低等级的光量。然而，低等级的光量易于被淹没在背景噪声中，并且处于尤其低等级的光量时，计算准确度成为一个问题。
接下来，将描述校准中的操作。
根据本实施例，通过产生CCD照相机12的无信号状态来执行零点调整。此时，校准遮光器23被驱动到由实线指示的截断光路的位置(图1)。因此，保证了杂散光没有进入CCD照相机12的状态。此时CCD照相机12的输出信号被发送到光量计算部分51，并且校准部分56用该输出信号的值作为基准(零点)来对光量计算部分51执行校准。
另外，根据本实施例，通过控制入射到CCD照相机12上的光量，来执行尤其对低光量区域内的光量进行的校准。此时，校准遮光器23被驱动到虚线指示的避开光路的位置。另外，可移动反光镜9被驱动到实线指示的进入光路的位置(图1)。
如图1所示，从校准激光源21输出的光由光衰减器22衰减，然后经由可移动反光镜9和中继透镜11入射到CCD照相机12上。从校准激光源21输出的激光的光量和通过光衰减器22的衰减量是已知的，因此，入射到CCD照相机12上的光量也已经已知。另外，从校准激光源21输出的激光的波长接近例如cy3的荧光信号光的波长(570nm)。
通过切换光衰减器22的衰减量，使光量被正确地设置为例如0dBm、-10dBm、-20dBm等的光入射到CCD照相机12上。此时CCD照相机12的输出信号被发送到光量计算部分51，并且校准部分56对光量计算部分51执行校准，从而各个输出信号值正确地对应于各个光量。
这样，根据本实施例，通过使用校准遮光器23来执行零点的校准，并且通过切换光衰减器22的衰减量能够纠正尤其低等级的光量的线性。因此，一直到接近背景光的低等级的光量都能够被定量地准确测量。另外，背景光的光量能够被正确地评估。
尽管根据本实施例，通过使用校准激光源21和光衰减器22来将具有已知光量的光提供到CCD照相机12，但是也可以使用能够调整光量的光源。例如，LED(发光二极管)可以被用作光源，并且能够由驱动电流来控制光量。
另外，作为校准光源，白色光源可以被使用来替代上述激光源。
另外，替代校准光源和光衰减器的组合，可以替代生物芯片30来安装用于产生作为基准的荧光信号的物体(基准荧光信号产生物体)，激发光可以从将被用作校准光源的绿色激光源或红色激光源(激发光照射部分)照射到该物体。另外，通过准备多个用于产生不同基准荧光信号的物体，可执行线性校准。
尽管根据本实施例，通过准确控制入射到CCD照相机12上的光的光量来校准了光量，但是入射到CCD照相机12上的光量可以被准确地测量。例如，通过将能够准确测量光量的功率表安装到CCD照相机12的位置上，实际上入射到CCD照相机12上的光量能够被准确地测量，并且通过匹配相同条件下的CCD照相机12的输出信号和先前测量的光量而被校准。作为使用功率表的校准方法，公开于JP-A-2004-191232中的方法能够被应用到本发明。
尽管根据本实施例，用于校准的校准部分被设置到该设备中，但是通过在执行校准时安装用于校准的校准部分，相似校准方法可以被执行。这里，该校准部分包括校准光源21、光衰减器22和校准遮光器23。
尽管根据本实施例，测量对象是DNA微阵列的情况被示例出，但是本发明可以类似地应用于各种生物物质，诸如蛋白质、糖链和代谢组(metabolome)的检测。另外，本发明不限于通过微阵列的物质的检测，还可应用在半导体处理中的荧光粉尘(fluorescent dust)、等离子显示面板的荧光面等的评估。
应用本发明的范围不限于本实施例。本发明广泛地应用到用于根据光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量的光量测量设备和光量测量方法。
本领域技术人员应该明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，各种变型和修改能够被应用到本发明的上述优选实施例。因此，本发明试图覆盖与权利要求及其等同物的范围一致的本发明的所有变型和修改。

Claims (10)

1.一种光量测量设备，包括：
光检测器，其用于接收光；
光量计算部分，其用于根据所述光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；
遮光器，其用于截断入射到所述光检测器上的光；和
校准部分，其用于通过使用当入射到所述光检测器上的光被所述遮光器截断时的输出信号的值作为由所述光量计算部分计算的光量的零点来执行校准。
2.一种光量测量设备，包括：
光检测器，其用于接收光；
光量计算部分，其用于根据所述光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；
校准光源，其用于将提供到所述光检测器的光的光量控制成预定光量；和
校准部分，其用于通过由所述校准光源将具有所述预定光量的光提供到所述光检测器来校准由所述光量计算部分计算的光量。
3.如权利要求2所述的光量测量设备，其中，所述校准光源包括：
光源，其用于输出具有恒定光量的光；和
光衰减器，其用于衰减来自所述光源的光，使得所述光具有所述预定光量。
4.如权利要求1所述的光量测量设备，还包括：
激发光照射部分，其用于将激发光照射到产生荧光信号光的物体上。
5.如权利要求2所述的光量测量设备，还包括：
激发光照射部分，其用于将激发光照射到产生荧光信号光的物体上。
6.一种光量测量设备，包括：
光检测器，其用于接收光；
光量计算部分，其用于根据所述光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；
激发光照射部分，其用于照射激发光；
基准荧光信号产生物体，其用于通过接收所述激发光来产生基准荧光信号；和
校准部分，其用于通过由所述基准荧光信号将具有预定光量的光提供到所述光检测器来校准由所述光量计算部分计算的光量。
7.一种光量测量方法，包括：
根据用于接收光的光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；
截断入射到所述光检测器上的光；和
通过使用当入射到所述光检测器上的光被截断时的输出信号的值作为被计算的光量的零点来执行校准。
8.一种光量测量方法，包括：
根据用于接收光的光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；和
通过由校准光源将具有预定光量的光提供到所述光检测器来校准被计算的光量，所述校准光源将所述光的光量控制成预定光量。
9.如权利要求8所述的光量测量方法，其中，所述校准光源包括：
光源，其用于输出具有恒定光量的光；和
光衰减器，其用于衰减来自所述光源的光，使得所述光具有所述预定光量。
10.一种光量测量方法，包括以下步骤：
光量计算步骤，用于根据用于接收光的光检测器的输出信号来计算荧光信号光的光量；
照射步骤，用于将激发光照射到用以产生基准荧光信号的基准荧光信号产生物体；和
校准步骤，用于通过由所述基准荧光信号将具有预定光量的光提供到所述光检测器来校准被计算的光量。
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