JP2007093370A - Fluorescence spectroscopic analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光分光分析装置に関する。 The present invention relates to a fluorescence spectroscopic analyzer.
蛍光相関分光分析法(FCS法)は、顕微鏡視野の微小観測領域内で蛍光分子のブラウン運動が作り出す光の揺らぎを解析することにより、蛍光強度の自己相関関数を求め、分子毎の拡散時間や平均分子数を解析する手法であり、例えば非特許文献1に詳述されている。 Fluorescence correlation spectroscopy (FCS method) calculates the autocorrelation function of fluorescence intensity by analyzing the fluctuation of the light generated by the Brownian motion of fluorescent molecules within the microscopic observation region of the microscope field of view. This is a method for analyzing the average number of molecules, which is described in detail in Non-Patent Document 1, for example.
蛍光相互相関分光分析法(FCCS法)は、異なる蛍光信号間の相互相関関数を求めることにより、両者の関連性を解析する手法で、2色の蛍光色素で標識された分子間の相互作用の解析に用いられ、例えば非特許文献2と非特許文献3に詳述されている。蛍光相互相関分光分析法は拡散時間の少ない蛋白質の相互作用などには適している。同様の解析法に共焦点蛍光コインシデンス分析(CFCA法)があり、これは非特許文献4に詳述されている。
相互相関分光分析法(FCCS法)において、蛍光スペクトルに重なりがある2つの蛍光色素を用いた場合、クロストークによる測定誤差の影響を受け、正確に相互相関演算することができない。 In the cross-correlation spectroscopic analysis method (FCCS method), when two fluorescent dyes having overlapping fluorescence spectra are used, the cross-correlation calculation cannot be performed accurately due to measurement error caused by crosstalk.
本発明は、このような実状を考慮してなされたものであり、その目的は、クロストークによる測定誤差の影響を受けずに正確に相互相関演算できる蛍光分光装置を提供することである。 The present invention has been made in consideration of such a situation, and an object of the present invention is to provide a fluorescence spectrometer capable of performing a cross-correlation calculation accurately without being affected by a measurement error due to crosstalk.
本発明による蛍光分光分析装置は、異なる波長の励起光を試料上の同一部位に照射可能な励起光学手段と、前記異なる波長の励起光が時間をずらして排他的に前記試料に照射されるように前記励起光学手段を制御する励起光制御手段と、前記励起光の照射に応じて前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出手段と、前記励起光制御手段による前記試料に照射される励起光の波長の変化と、前記蛍光検出手段の検出結果とに基づいて、前記異なる波長ごとの前記蛍光のゆらぎの相関分析を行なう演算手段とを備えている。 In the fluorescence spectroscopic analyzer according to the present invention, the excitation optical means capable of irradiating the same part of the sample with excitation light of different wavelengths and the excitation light of the different wavelengths are irradiated exclusively on the sample at different times. Excitation light control means for controlling the excitation optical means, fluorescence detection means for detecting fluorescence generated from the sample in response to irradiation of the excitation light, and excitation light irradiated on the sample by the excitation light control means Computing means for performing a correlation analysis of the fluctuation of the fluorescence for each of the different wavelengths based on the change in wavelength of the light and the detection result of the fluorescence detection means.
本発明によれば、クロストークによる測定誤差の影響を受けずに正確に相互相関演算できる蛍光分光装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a fluorescence spectroscopic device that can accurately perform cross-correlation calculation without being affected by a measurement error due to crosstalk.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施形態について説明する前に、まず、図7を参照しながら、相互相関分光分析法(FCCS法)におけるクロストーク発生のしくみについて説明する。図7は、蛍光スペクトルに重なりがある2つの蛍光色素においてクロストークが発生している場合の様子を表している。図7において、第1励起スペクトルを持つ第1蛍光色素に第1励起光を照射すると、第1蛍光スペクトルを持つ第1蛍光が第1蛍光色素から発生する。第1蛍光は、フィルターを用いて第1光信号検出範囲内の波長の光を選択的に検出することにより検出される。また、第2励起スペクトルを持つ第2蛍光色素に第2励起光を照射すると、第2蛍光スペクトルを持つ第2蛍光が第2蛍光色素から発生する。第2蛍光は、フィルターを用いて第2光信号検出範囲内の波長の光を選択的に検出することにより検出される。図7から明らかなように、第1蛍光スペクトルの右すそが第2光信号検出範囲に重なっている。このため、第2蛍光を検出する際に第1蛍光も一緒に検出されてしまい、これがクロストークとなる。その結果、相互相関分光分析法(FCCS法)においては、クロストークによる測定誤差の影響を受け、正確に相互相関演算することができない。 Before describing the embodiment of the present invention, first, the mechanism of crosstalk generation in the cross-correlation spectroscopy (FCCS method) will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a state in which crosstalk occurs in two fluorescent dyes having overlapping fluorescence spectra. In FIG. 7, when the first excitation light is irradiated to the first fluorescent dye having the first excitation spectrum, the first fluorescence having the first fluorescence spectrum is generated from the first fluorescent dye. The first fluorescence is detected by selectively detecting light having a wavelength within the first optical signal detection range using a filter. In addition, when the second fluorescent dye having the second excitation spectrum is irradiated with the second excitation light, second fluorescence having the second fluorescence spectrum is generated from the second fluorescent dye. The second fluorescence is detected by selectively detecting light having a wavelength within the second optical signal detection range using a filter. As is apparent from FIG. 7, the right tail of the first fluorescence spectrum overlaps the second optical signal detection range. For this reason, when the second fluorescence is detected, the first fluorescence is also detected, which results in crosstalk. As a result, in the cross-correlation spectroscopy (FCCS method), the cross-correlation calculation cannot be performed accurately due to the influence of measurement errors due to crosstalk.
<第一実施形態>
図1は、本発明の第一実施形態の蛍光分光分析装置を概略的に示している。図1に示されるように、蛍光分光分析装置100は、励起光学系110と蛍光検出部140と信号処理部150と演算部160とを有している。励起光学系110は、励起光を生成する励起光照射部120と、試料Sが載せられるステージ112と、対物レンズ114と、励起光と蛍光を分離するダイクロイックミラー116とを有している。
<First embodiment>
FIG. 1 schematically shows a fluorescence spectroscopic analyzer according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
蛍光分光分析装置100はさらに、異なる波長の励起光が時間をずらして排他的に試料Sに照射されるように励起光照射部120を制御する励起光制御部130を有している。従って、励起光照射部120は、異なる波長の励起光を試料S上の同一部位に所定のタイミングで繰り返し照射し得る。
The fluorescence
試料Sは、異なる波長の励起光が照射される部位に、異なる波長の励起光にそれぞれ反応して蛍光を発する異なる色素を含んでいる。異なる色素の蛍光スペクトルは少なくとも一部重なっている。 The sample S includes different dyes that emit fluorescence in response to excitation light of different wavelengths, at sites irradiated with excitation light of different wavelengths. The fluorescence spectra of the different dyes overlap at least partly.
蛍光検出部140は、励起光の照射に応じて試料Sから発生する蛍光を検出する。
The
信号処理部150は、蛍光検出部140で得られる蛍光強度を反映した信号を処理する。演算部160は、励起光制御部130による試料Sに照射される励起光の波長の変化と、蛍光検出部140の検出結果とに基づいて、異なる波長ごとの蛍光のゆらぎの相関分析を行なう。例えば演算部160は、それぞれの蛍光に対応した出力信号同士の比較に基づいて自己相関分析または相互相関分析または共焦点蛍光コインシデンス分析解析する。
The
図2は、励起光照射部120の構成例を示している。この例では、励起光照射部120は、第1光源122aと、第2光源122bと、ミラー124aと、ダイクロイックミラー124bと、音響光学素子(AOTF)126とから構成されている。第1光源122aと第2光源122bは互いに波長帯域が異なる第1励起光と第2励起光をそれぞれ発する。ミラー124aは第1光源122aから発せられた第1励起光を図1の対物レンズ114に向けて反射する。ダイクロイックミラー124bは、ミラー124aで反射された第1励起光を透過し、第2光源122bから発せられた第2励起光を図1の対物レンズ114に向けて反射する。第1光源122aと第2光源122bは連続的に駆動され、第1励起光と第2励起光をそれぞれ発し続ける。音響光学素子126は、第1励起光と第2励起光が通過する共通の光路中に配置されていて、通過帯域を制御可能であり、図1の励起光制御部130から供給される励起光操作信号に応じて、第1励起光と第2励起光のいずれか一方を選択的に透過する。つまり音響光学素子126は、第1光源122aと第2光源122bの発する異なる波長の光の中から試料Sに照射される光を選択する。励起光操作信号は時系列的に変化する信号であり、音響光学素子126は第1励起光と第2励起光を交互に透過する。
FIG. 2 shows a configuration example of the excitation
図3は、励起光照射部120の別の構成例を示している。この例では、励起光照射部120は、第1光源122aと、第2光源122bと、ミラー124aと、ダイクロイックミラー124bと、切替器128とから構成されている。第1光源122aと第2光源122bとミラー124aとダイクロイックミラー124bの機能は図2の例と同様である。さらに第1光源122aと第2光源122bはオンオフ制御可能である。切替器128は、図1の励起光制御部130から供給される励起光操作信号に応じて、第1光源122aと第2光源122bのいずれか一方を選択的にオンにし、他方を選択的にオフにする。つまり切替器128は、発光する光源を選択する。励起光操作信号は時系列的に変化する信号であり、第1光源122aと第2光源122bが交互にオンされる。その結果、試料Sに第1励起光と第2励起光が交互に照射される。つまり切替器128は、第1光源122aと第2光源122bの発する異なる波長の光の中から試料Sに照射される光を選択する。
FIG. 3 shows another configuration example of the excitation
図1に戻り、蛍光検出部140は、ダイクロイックミラー142と、第1蛍光フィルター144aと、第2蛍光フィルター144bと、第1受光素子146aと、第2受光素子146bとから構成されている。第1蛍光フィルター144aは第1蛍光を選択的に透過し、第2蛍光フィルター144bは第2蛍光を選択的に透過する。第1受光素子146aは第1蛍光の波長帯域に感度を有し、第2受光素子146bは第2蛍光の波長帯域に感度を有している。つまり、第1受光素子146aと第2受光素子146bは、異なる波長帯域に感度を有している。
Returning to FIG. 1, the
以下、図4のフローチャートを参照しながら、本実施形態の蛍光分光分析装置の動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the fluorescence spectrometer of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
励起光制御部130は励起光操作信号を生成し、これを励起光照射部120に出力する。励起光操作信号は、図5に示されるように、周期的に変化する「0」と「1」の二値信号である。
The excitation
励起光照射部120が図2の構成の場合、音響光学素子126は、励起光操作信号が「0」のときに第1励起光を選択的に透過し、励起光操作信号が「1」のときに第2励起光を選択的に透過する。
When the excitation
また励起光照射部120が図3の構成の場合、切替器128は、励起光操作信号が「0」のときに第1光源122aを選択的にオンし、励起光操作信号が「1」のときに第2光源122bを選択的にオンにする。
When the excitation
その結果、試料Sに照射される励起光は、図5に示されるように、第1励起光と第2励起光が交互に切り替わるものとなる。 As a result, as shown in FIG. 5, the excitation light applied to the sample S is alternately switched between the first excitation light and the second excitation light.
励起光の照射に応じて試料Sから蛍光が発生する。第1受光素子146aは、第1励起光の照射に応じて試料Sから発生する第1蛍光を検出し、図5に示される第1蛍光検出信号を信号処理部150に出力する。第2受光素子146bは、第2励起光の照射に応じて試料Sから発生する第2蛍光を検出し、図5に示される第2蛍光検出信号を信号処理部150に出力する。
Fluorescence is generated from the sample S in response to the excitation light irradiation. The first
信号処理部150は、蛍光検出部140の第1受光素子146aと第2受光素子146bからそれぞれ供給される第1蛍光検出信号と第2蛍光検出信号を一定時間ごとの蛍光強度信号に変換し、その蛍光強度信号と励起光制御信号を最適な形で組み合わせて演算用データを生成し、これを演算部160に出力する。
The
演算部160は、信号処理部150から供給される演算用データに基づいて自己相関分析または相互相関分析または共焦点蛍光コインシデンス分析を実施する
本実施形態では、異なる波長の第1励起光と第2励起光とが時間をずらして排他的に試料Sに照射される。第1励起光と第2励起光の照射に応じて試料Sからそれぞれ発生する第1蛍光と第2蛍光は、それぞれ、蛍光検出部140の第1受光素子146aと第2受光素子146bによって検出される。このため、クロストークによる測定誤差の影響を受けずに正確な相互相関演算を行なえる。
The
<第二実施形態>
図6は、本発明の第二実施形態の蛍光分光分析装置を概略的に示している。本実施形態の蛍光分光分析装置200は、蛍光検出部240のほかは、第一実施形態の蛍光分光分析装置100と同様である。
<Second embodiment>
FIG. 6 schematically shows a fluorescence spectroscopic analyzer according to the second embodiment of the present invention. The fluorescence
蛍光検出部240は、マルチバンドフィルター242と受光素子244とから構成されている。マルチバンドフィルター242は第1蛍光と第2蛍光を選択的に透過する。受光素子244は第1蛍光と第2蛍光を検出可能な受光帯域を有している。つまり、受光素子244は、異なる励起光による異なる波長の蛍光を検出可能な受光帯域を有している。
The
本実施形態では、異なる波長の第1励起光と第2励起光とが時間をずらして排他的に試料Sに照射される。第1励起光と第2励起光の照射に応じて試料Sからそれぞれ発生する第1蛍光と第2蛍光は、ひとつの蛍光検出部240の受光素子244によって時分割に検出される。このため、クロストークによる測定誤差の影響を受けずに正確な相互相関演算を行なえる。
In the present embodiment, the sample S is exclusively irradiated with the first excitation light and the second excitation light having different wavelengths while shifting the time. The first fluorescence and the second fluorescence respectively generated from the sample S in response to the irradiation of the first excitation light and the second excitation light are detected in a time division manner by the
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. Also good.
100…蛍光分光分析装置、110…励起光学系、112…ステージ、114…対物レンズ、116…ダイクロイックミラー、120…励起光照射部、122a…光源、122b…光源、124a…ミラー、124b…ダイクロイックミラー、126…音響光学素子、128…切替器、130…励起光制御部、140…蛍光検出部、142…ダイクロイックミラー、144a…蛍光フィルター、144b…蛍光フィルター、146a…受光素子、146b…受光素子、150…信号処理部、160…演算部、200…蛍光分光分析装置、240…蛍光検出部、242…マルチバンドフィルター、244…受光素子。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記異なる波長の励起光が時間をずらして排他的に前記試料に照射されるように前記励起光学手段を制御する励起光制御手段と、
前記励起光の照射に応じて前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出手段と、
前記励起光制御手段による前記試料に照射される励起光の波長の変化と、前記蛍光検出手段の検出結果とに基づいて、前記異なる波長ごとの前記蛍光のゆらぎの相関分析を行なう演算手段とを具備することを特徴とする蛍光分光分析装置。 Excitation optical means capable of irradiating the same site on the sample with excitation light of different wavelengths;
Excitation light control means for controlling the excitation optical means so that the excitation light of the different wavelengths is irradiated to the sample exclusively at different times, and
Fluorescence detecting means for detecting fluorescence generated from the sample in response to irradiation of the excitation light;
An arithmetic means for performing a correlation analysis of the fluctuations of the fluorescence for the different wavelengths based on a change in the wavelength of the excitation light applied to the sample by the excitation light control means and a detection result of the fluorescence detection means; A fluorescence spectroscopic analyzer characterized by comprising.
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