JP2001228088A - 生体試料光学的走査装置 - Google Patents

生体試料光学的走査装置

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JP2001228088A
JP2001228088A JP2000040442A JP2000040442A JP2001228088A JP 2001228088 A JP2001228088 A JP 2001228088A JP 2000040442 A JP2000040442 A JP 2000040442A JP 2000040442 A JP2000040442 A JP 2000040442A JP 2001228088 A JP2001228088 A JP 2001228088A
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fluorescent substance
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Haruo Tajima
晴雄 田島
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NIPPON LASER DENSHI KK
Nippon Laser and Electronics Lab
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NIPPON LASER DENSHI KK
Nippon Laser and Electronics Lab
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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】試料チップに対する光の走査時間を著しく短縮
して解析作業を効率的に行うことができる生体試料光学
的走査装置を提供する。 【解決手段】多数の生体試料が配列された試料チップに
対して光を走査して蛍光物質が標識された生体試料を特
定する。本体フレーム上を往復移動可能に支持される可
動テーブルを、数値制御可能な移動部材により直線移動
する。可動テーブルに生体試料がセットされる回転テー
ブルを回転角制御しながら回転させる回転部材を設け
る。試料チップに対して光源から蛍光物質の蛍光に応じ
た波長の光を照射し、対物レンズにより光を所定のスポ
ット径で集光させる。試料チップからの反射光及び蛍光
を受光部材により受光し、電気信号を出力する。直線移
動しながら回転する試料チップに対して光を渦巻状に走
査して蛍光物質が付着された生体試料を検出可能にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、生体試料光学的走
査装置に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】例えば細胞や組織にお
ける遺伝子発現様態(遺伝子発現量、遺伝子欠損等の変
異)を解析する際に、例えば1cm2のガラス基板上に
数千個から数万個のDNAプローブ、RNAプローブ
(以下、DNAプローブとする。)をドット配列したマ
イクロチップやDNAチップ(以下、これらをマイクロ
チップとする。)を使用している。
【0003】このマイクロチップを使用した遺伝子発現
の解析方法としては、予め所定の細胞や組織から調整さ
れたDNAプローブがドット配列されたマイクロチップ
に解析しようとする細胞や組織から調整され、蛍光物質
が標識された解析用DNAを掛け合わせ(Hybridize)
ると、DNA自体が対の関係からなるため、DNAプロ
ーブと解析用DNAが同一の場合には互いに結合し合
い、反対に異なる場合には非結合になる。
【0004】この状態でマイクロチップ上で非結合状態
の解析用DNAを緩衝液等により洗い流した後、該マイ
クロチップ上にレーザ光等の光を照射してDNAプロー
ブに結合した解析用DNAに標識された蛍光物質からの
蛍光を検出することにより解析用DNAの種類や配列パ
ターンを検出してDNA解析を行っている。
【0005】従来、このマイクロチップにレーザ光等の
光を走査するには、マイクロチップをX軸及びY軸の二
次元方向へ移動することにより走査しているが、この方
式では光の走査に時間がかかる問題を有していた。特に
解析用DNAの種類や配列パターンを検出するには解析
用DNAに一致すると予想されるDNAプローブがドッ
ト配列された多数のマイクロチップを使用する必要があ
るため、この検出作業に多大な時間がかかって解析作業
効率が極めて悪かった。
【0006】本発明は、上記した従来の欠点を解決する
ために発明されたものであり、その課題とする処は、試
料チップに対する光の走査時間を著しく短縮して解析作
業を効率的に行うことができる生体試料光学的走査装置
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、多数の生体試
料が配列された試料チップに対して光を走査して蛍光物
質が標識された生体試料を特定する生体試料光学的走査
装置において、本体フレーム上を往復移動可能に支持さ
れる可動テーブルと、該可動テーブルを数値制御可能に
移動する移動部材と、可動テーブルに設けられ、生体試
料がセットされる回転テーブルを回転角制御しながら回
転させる回転部材と、試料チップに対して蛍光物質の蛍
光に応じた波長の光を照射する光源と、試料チップに照
射される光を所定のスポット径で集光させる対物レンズ
と、試料チップからの反射光及び蛍光を受光して電気信
号を出力する受光部材とを備え、直線移動しながら回転
する試料チップに対して光を渦巻状に走査して蛍光物質
が付着された生体試料を検出可能にしたことを特徴とす
る。
【0008】
【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態を図に従っ
て説明する。図1は生体試料光学的走査装置の全体斜視
図、図2は生体試料光学的走査装置の原理図である。
【0009】生体試料光学的走査装置1の本体フレーム
3には可動テーブル5が、図示する左右方向へ移動可能
に支持され、該可動テーブル5には可動テーブル5の移
動方向に軸線を有して本体フレーム3に回転可能に支持
されたスクリュー軸7が噛み合わされている。該スクリ
ュー軸7には本体フレーム3に取り付けられたサーボモ
ータ、ステップモータ等の数値制御可能な第1電動モー
タ9が連結され、該第1電動モータ9の駆動に伴って回
転するスクリュー軸7により可動テーブル5を移動制御
する。
【0010】なお、第1電動モータ9にはロータリーエ
ンコーダ等の位置検出部材(図示せず)が取り付けら
れ、該位置検出部材からの位置信号により可動テーブル
5の移動量(位置)が検出される。
【0011】第1電動モータ9の数値制御分解能として
はマイクロチップ、DNAチップ等の試料チップ11上
にドット配列されるDNAプローブの配列間隔により決
定され、本実施形態においては例えば0.01mmとす
るが、これに限定されるものではない。
【0012】可動テーブル5上には上下方向に軸線を有
した第2電動モータ13が固定され、該第2電動モータ
13の回転軸13aには回転テーブル15が取り付けら
れている。第2電動モータ13としては回転テーブル1
5を所定回転数、本実施形態においては例えば1000
0rpmで定常回転させる特性を有している。また、該
第2電動モータ13にはロータリーエンコーダ等の回転
角検出器(図示せず)が取り付けられ、第2電動モータ
13の回転に伴ってその回転角を検出する。
【0013】回転テーブル15の上面には単一若しくは
複数個の試料チップ11が着脱可能に取り付けられる。
試料チップ11としては、上記したように細胞や組織か
ら調整されたDNAプローブ(RNAプローブ)が上記
した測定間隔(0.01mm)毎にドットマトリクス状
に固定されると共に夫々のDNAプローブに対し、解析
しようとする細胞等から調整され、蛍光物質が標識され
た解析用DNA(解析用RNA)を掛け合わせてなる。
試料チップ11として平面長方形状からなる2枚のもの
を図示したが、回転テーブル15とほぼ一致する円盤状
或いは正方形状等の何れであってもよいことは勿論であ
る。
【0014】回転テーブル15の上方に位置する本体フ
レーム3には対物レンズ17が、回転テーブル15上に
セットされた試料チップ11上面に対して近接配置され
る。該対物レンズ17の光軸上には反透鏡19が光軸に
対して45度の角度で配置され、対物レンズ17の光軸
と直交する軸線上には光源21が、又光軸上には受光部
材23が夫々配置されている。
【0015】光源21は、例えば波長532〜570n
mのレーザ光を発光するレーザ照射装置からなる。該光
源21から照射される光は解析用DNAに標識される蛍
光物質からの蛍光により決定され、上記した波長に限定
されるものではないことは勿論である。
【0016】また、受光部材23としては受光ダイオー
ド、CCD等で、蛍光を受光した際に電気信号を出力す
る。なお、受光部材23に蛍光を受光させる際に外乱光
によるS/N比を向上させるためにその前段に蛍光のみ
を透過させる光学的フィルター25を設けてもよい。
【0017】そして受光部材23からの電気信号は可動
テーブル5の移動量(位置)に関する位置データと回転
テーブル15の回転角に関する回転角データとを関連さ
せて図示しない記憶部材に記憶される。
【0018】次に、上記生体試料光学的走査装置1の作
用を説明する。図3は走査軌跡を示す説明図、図4は検
出パターン例を示す説明図である。
【0019】回転テーブル15上に、例えば2個の試料
チップ11を並列状態で取り付けた状態で第1電動モー
タ9の駆動により可動テーブル5を上記した所定の移動
速度で移動させながら第2電動モータ13の駆動により
回転テーブル15を所定の回転数で回転させる。また、
この状態で光源21から出力されるレーザ光は半透鏡1
9により光路変更された後に対物レンズ17により試料
チップ11の上面に所定のスポット径で集光される。こ
のとき、レーザ光は回転及び直線移動する試料チップ1
1の上面に対し、図3に示すように渦巻状に走査され
る。
【0020】今、測定間隔を0.01mm、第2電動モ
ータ13の回転数を10000rpm、回転テーブル1
5の半径を50mmとすると、回転テーブル15の最外
周側における測定点数は{50・(3.14/0.0
1)}=15700、回転テーブル15の1回当りの時
間は60/10000=0.006sec、1点当りの
走査時間は0.006/15700=0.4μs、測定
に必要な回転数は50/0.01=5000回となり、
全体としての走査時間が0.5分になる。
【0021】上記した試料チップ11に対するレーザ光
の渦巻状走査に伴ってDNAプローブに掛け合わされた
解析用DNAにレーザ光が照射されると、DNAプロー
ブに結合した解析用DNA(図4においてDNAプロー
ブを○、解析用DNAが結合したDNAプローブを◎で
示す)に標識された蛍光物質の蛍光は対物レンズ17、
半透鏡19及び光学的フィルター25を介して受光部材
23に受光され、該受光部材23から電気信号が出力さ
れる。該電気信号は可動テーブル5の位置データ及び回
転テーブル15の回転角データと共にDNA検出データ
として記憶部材に記憶される。
【0022】該DNA検出データ自体は試料チップ11
に対して渦巻状に走査されるデータであるため、コンピ
ュータにより直交座標データに変換する必要がある。こ
の変換方法としてはコンピュータに記憶された円座標デ
ータを使用して渦巻き状のDNA検出データを直交座標
データに変換すればよい。
【0023】上記した試料チップ11に対するレーザ光
の渦巻き走査により該試料チップ11にドット配列され
たDNAプローブに掛け合わされた解析用DNAの配列
パターン等を検出し、解析することができる。
【0024】その際、従来のように試料チップ11に対
してレーザ光を二次元方向に走査して検出する場合に比
べて走査時間を大幅に短縮することができ、解析作業を
効率化することができる。
【0025】
【発明の効果】本発明は、試料チップに対する光の走査
時間を著しく短縮して解析作業を効率的に行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】生体試料光学的走査装置の全体斜視図である。
【図2】生体試料光学的走査装置の原理図である。
【図3】走査軌跡を示す説明図である。
【図4】検出パターン例を示す説明図である。
【符号の説明】 1−生体試料光学的走査装置、3−本体フレーム、5−
可動テーブル、9−第1電動モータ、11−試料チッ
プ、13−第2電動モータ、15−回転テーブル、19
−半透鏡、21−光源、23−受光部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C12N 15/09 C12Q 1/68 A C12Q 1/68 C12N 15/00 A Fターム(参考) 2G043 AA03 BA16 CA05 DA01 DA05 EA01 FA02 GA02 GA07 GB19 HA01 HA09 KA09 LA03 4B024 AA19 CA01 CA09 DA01 HA11 HA13 HA14 4B029 AA07 AA23 BB01 BB15 BB20 CC03 CC08 FA01 FA09 FA12 FA15 4B063 QA01 QA13 QA17 QA18 QA19 QQ42 QQ52 QR32 QR35 QR38 QR55 QR56 QR84 QS34 QS39 QX02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数の生体試料が配列された試料チップに
    対して光を走査して蛍光物質が標識された生体試料を特
    定する生体試料光学的走査装置において、本体フレーム
    上を往復移動可能に支持される可動テーブルと、該可動
    テーブルを数値制御可能に移動する移動部材と、可動テ
    ーブルに設けられ、生体試料がセットされる回転テーブ
    ルを回転角制御しながら回転させる回転部材と、試料チ
    ップに対して蛍光物質の蛍光に応じた波長の光を照射す
    る光源と、試料チップに照射される光を所定のスポット
    径で集光させる対物レンズと、試料チップからの反射光
    及び蛍光を受光して電気信号を出力する受光部材とを備
    え、直線移動しながら回転する試料チップに対して光を
    渦巻状に走査して蛍光物質が付着された生体試料を検出
    可能にした生体試料光学的走査装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、光源及び受光部材は対
    物レンズの光軸に対して直交する関係で配置されると共
    に光源からの光軸及び受光部材に対する光軸の交点に半
    透鏡を設けた生体試料光学的走査装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、光源はレーザ光照射装
    置からなる生体試料光学的走査装置。
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