JP4488259B2 - 量子ドット観察装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、量子ドット観察装置に関し、特に、量子ドットを用いた発光観察法を具現化するための発光観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年までに開発されてきた超高感度検出機材が、単一分子の検出、同定、及び、運動の観察を可能にし、分析化学、分子生物学及びナノ構造体の解析に大きな役割を果たしてきている。
【０００３】
単一分子の観察には、従来は、目的の分子を蛍光色素を用いて標識付けし、それを蛍光顕微鏡で観察する方法が大部分だったが、近年になって、それに代わる方法として、量子ドットで標識する方法がＷ．Ｃ．Ｗ．Ｃｈａｎ等により提案されてきている（Ｗ．Ｃ．Ｗ．Ｃｈａｎ ａｎｄ Ｓ．Ｎｉｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，ｖｏｌ．２８１（１９９８），ｐ．２０１６）。
【０００４】
Ｗ．Ｃ．Ｗ．Ｃｈａｎ等により示された量子ドットの構造の代表的な例は、図３に示すように、直径２〜５ｎｍの半導体ＣｄＳｅの微小球の表面にＺｎＳをコートし、それに硫黄分子を介して水酸基を吸着させた形である。この水酸基の一部を目標とする蛋白質と結合させる。
【０００５】
量子ドットの発光特性は、図４に示すように、従来の蛍光色素に比較して次のような特徴がある。一つは、発光スペクトルの半値幅が中心波長の１／２０ぐらいであり、蛍光色素の約１／３程度に狭いということ、発光スペクトルのピーク波長は量子ドットの大きさ及び材質を選択することにより、およそ４００ｎｍ〜２０００ｎｍぐらいの範囲で比較的自由に設定することが可能であるということ、さらには、励起スペクトルは、発光スペクトルの中心波長の位置に関わらず、可視光〜紫外光領域では短波長側程その強度が強くなるということである。図４には、ＣｄＳｅ及びＩｎＰからなる粒径の異なる量子ドットの励起・発光スペクトル分布を示してある。
【０００６】
量子ドットは、一分子検出に用いる場合、従来の有機物よりなる蛍光色素と比較して、次のような利点がある。その一つは、大きさが非常に小さく、目標の分子の運動をほとんど妨げないということ、もう一つは、発光効率が従来の蛍光式それぞれより格段に高く、高感度に一分子を検出できるということ、もう一つは、毒性が非常に少なく、生体内部を生きたまま観察できるということ、さらにもう一つは、褪色が非常に少ないということである。このような利点から、今後の一分子検出を用いた分析解析には、従来の蛍光色素に代わって量子ドットが広く使われるようになることが期待される。
【０００７】
さらに、複数種類の分子の同定を同時に行おうとする場合、量子ドットは、従来の蛍光色素に比べて以下の利点がある。すなわち、量子ドットにおいては、上に記した通り粒径や材質を選ぶことにより複数の発光中心波長を比較的自由に設定することができ、しかも、発光スペクトルの半値幅が狭いので、使用可能な波長域において、蛍光色素を用いる従来の方法より数多くの種類の分子の同定が可能になるということである。さらに、量子ドットは、励起スペクトルが、発光スペクトルの中心波長に関わらず、可視域ならば短波長程励起強度が強いため、単一の波長帯域で全ての量子ドットを効率良く励起することが可能である。
【０００８】
さて、量子ドットで標識付けした複数種類の物質の同定を行うことは、通常の落射型蛍光顕微鏡を用いても可能である。
【０００９】
通常の落射型蛍光顕微鏡の特徴としては、使用する蛍光色素を励起する波長域を選択する励起フィルタと、励起フィルタの透過波長帯域を阻止し、蛍光の波長帯域を透過する阻止フィルタと、励起フィルタの透過波長帯域を反射し、蛍光の波長帯域を透過するダイクロイックミラーとを備えることである。光源からの光は、励起フィルタを透過することによりある定められた波長帯域に制限された励起光となり、その励起光はダイクロイックミラーによって観察光路と同軸に標本に向かって反射されて標本を照射し、それによって発生した蛍光は観察光路を励起光と逆向きに進み、ダイクロイックミラーを透過し、阻止フィルタはダイクロイックミラーを透過した光から励起光の残存成分を阻止し、蛍光を透過する。これら３つの光学素子を用いることにより、蛍光を励起光により発光させ、かつ、励起光と比較して微弱な蛍光をコントラスト良く検出することが可能になる。
【００１０】
通常の落射蛍光顕微鏡では、これら３つの光学素子を一体にして蛍光キューブとして構成し、各種蛍光色素の発光特性に合わせたものを多種類用意している。そして、使用する蛍光色素に応じて簡単な操作で切り換えられるようにしていることが多い。例えば、複数の蛍光キューブをターレット上に配置し、ターレットを回転させるだけで蛍光キューブの切り換えができるようになっている落射蛍光顕微鏡構成が公知である。また、蛍光キューブをスライダ上に配置し、スライダをスライドさせるだけで蛍光キューブが切り換えられるようになっている構成も公知である。
【００１１】
さて、この落射蛍光顕微鏡を用いて、大きさ又は材質が異なる複数種類の量子ドットで標識された標本を観察する場合、これら３つの光学素子の波長特性は、図５に示すように、励起フィルタは使用する量子ドットの発光帯域の最小値λ0 より長い波長の光を阻止すると共に、それより短い波長の光を透過し、阻止フィルタはλ0 より短い波長の光を阻止すると共に、それより長い波長の光を透過し、ダイクロイックミラーはλ0 より短い波長の光を反射し、それより長い波長の光を透過するように設定すればよい。このようにすることによって、微弱な量子ドットの発光は、強力な励起光と重なることなく、コントラスト良く観察することができる。
【００１２】
さらに、λ0 の異なる複数の蛍光キューブを用意しておき、使用する量子ドットの発光帯域に応じてその蛍光キューブを自由に切り換えられるようにしておけば、検出効率上好ましい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、量子ドットで標識された標本を通常の落射蛍光顕微鏡で検出しようとする場合、以下の問題が生じる。
【００１４】
すなわち、量子ドットを効率良く励起して、量子ドットの発光強度を強め、コントラスト良く検出しようとするならば、励起光はλ0 より短い波長領域をできるだけ広く取ることが好ましい。しかし、励起光の波長が短い成分により、標本を固定する封入剤及び対物レンズを構成する硝材からの自家蛍光が発生し、それが観察像のコントラストを著しく下げる場合がある。その自家蛍光の程度は、封入剤及び対物レンズによって様々であり、予め励起波長域を設定しておくことは好ましくない。すなわち、励起波長域を予めある値に設定しておけば、自家蛍光のほとんど発生しない標本及び対物レンズ使用時においては、量子ドットの発光効率が最適化されていないことになり、特に、一分子観察のような極微弱光検出を行う場合においては、著しく検出能力を低下させてしまい都合が悪い。また、このような極微弱光検出のためのλ0 も、標本や使用対物レンズにより異なることがある。
【００１５】
本発明は従来技術のこのような問題点に着目してなされたものであり、その目的は、量子ドットを観察する場合に最適な装置構成を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の量子ドット観察法は、量子ドットに励起光を照射し、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する量子ドット観察法において、前記励起光の波長帯域が可変的に調整可能であることを特徴とする方法である。
【００１７】
本発明によれば、励起光の波長帯域を使用する光学系の自家蛍光の特性に応じて調節することにより、自家蛍光の影響を受けない範囲で量子ドットの励起効率を最大に調整することが可能となるため、特に、一分子観察のように微弱光を検出する場合に都合がよい。
【００１８】
この発明の好適一実施形態においては、励起光の波長帯域の調整方法として、分光透過率の調整可能な可変フィルタ手段を用いるようにすれば、簡単な装置構成で励起光の波長帯域の調整が実現できる。
【００１９】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段として、励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持ち、カットオフ波長の異なる複数のフィルタを選択的に用いるようにすれば、そのフィルタを切り換えるだけで、簡単に励起光の波長帯域が調整できるので、便利である。
【００２０】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段として、励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持つ干渉フィルタであって光軸に対する傾きを調整可能にしたものを用いるようにすれば、その干渉フィルタの傾きを調整するだけで簡単に励起光の波長帯域が調整できるので、便利である。
【００２１】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段として、液晶チューナブルフィルタを用いるようにすれば、液晶チューナブルフィルタへの印加電圧を変えるだけで簡単に励起光の波長帯域が調整できるので、便利であ。
【００２２】
この発明の好適一実施形態においては、励起光の波長帯域の調整方法として、励起光を発生する光源の発光波長帯域を調整するようにすれば、簡単な装置構成で励起光の波長帯域の調整が実現できる。
【００２３】
この発明の好適一実施形態においては、その光源として、多波長発振レーザを用いるようにすれば、多波長発振レーザへの印加電流を変えることにより、簡単に励起光の波長帯域が調整できるので、便利である。
【００２４】
また、本発明の量子ドット観察装置は、量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記光源からの励起光を集光し、前記量子ドットを含む標本に向けて照射する照明光学系と、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する検出光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記励起光の波長帯域を調整する可変フィルタ手段を有することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の装置構成によれば、可変フィルタ手段により励起光の波長帯域を使用する光学系の自家蛍光の特性に応じて調節することにより、自家蛍光の影響を受けない範囲で量子ドットの励起効率を最大に調整することが可能となるため、特に、一分子観察のように微弱光を検出するのに適した装置を提供できる。
【００２６】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段は、励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持ち、カットオフ波長の異なる複数のフィルタを有するようにすれば、簡単な装置構成で励起光の波長帯域を調整できる装置を提供できる。
【００２７】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段は、励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持つ干渉フィルタであって光軸に対する傾きを可変にしたものを有するようにすれば、その干渉フィルタの傾きを調整するだけで簡単に励起光の波長帯域が調整できる装置を提供できる。
【００２８】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段は、液晶チューナブルフィルタを有するようにすれば、液晶チューナブルフィルタへの印加電圧を変えるだけで簡単に励起光の波長帯域が調整できる装置を提供できる。
【００２９】
また、本発明のもう一つの量子ドット観察装置は、量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記光源からの励起光を集光し、前記量子ドットを含む標本に向けて照射する照明光学系と、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する検出光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記光源は発光の波長帯域の調整手段を有することを特徴とするものである。
【００３０】
この発明によれば、光源に設けられた発光の波長帯域の調整手段によって、励起光の波長帯域を光学系内部で発生する自家蛍光の特性に応じて調節することにより、自家蛍光の影響を受けない範囲で量子ドットの励起効率を最大に調整することが可能となるため、特に、一分子観察のように微弱光を検出するのに適した装置を提供できる。
【００３１】
この発明の好適一実施形態においては、その光源は、多波長発振レーザであるようにすれば、多波長発振レーザへの印加電流を変えることにより、簡単に励起光の波長帯域が調整できる装置を提供できる。
【００３２】
さらに、本発明のもう一つの量子ドット観察装置は、量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長が可変な可変ロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長を持つショートパスフィルタからなる励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定するフィルタ装置を含むことを特徴とするものである。
【００３３】
この発明によれば、可変ロングパスフィルタユニットで励起光の波長帯域の下限を光学系内部で発生する自家蛍光特性に応じて調節することにより、自家蛍光の影響を受けない範囲で量子ドットの励起効率を最大に調整することが可能となり、撮像光学系内のフィルタ装置で撮像波長領域を変えながら撮像することにより、発光波長域の異なる量子ドットを分離して撮像できると共に、撮像光学系に余計な阻止フィルタがないことにより、特に、一分子観察のように微弱光を撮像するのに適した装置を提供できる。
【００３４】
また、本発明のさらにもう一つの量子ドット観察装置は、量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長を持つロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長が可変なショートパスフィルタからなる可変励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、励起光をカットするショートカットフィルタからなる阻止フィルタを含み、前記撮像光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定できるフィルタ装置を含むことを特徴とするものである。
【００３５】
この発明によれば、可変励起フィルタで励起光の波長帯域の上限を使用する量子ドットの発光帯域の特性に応じて調節することにより、クロストークによるコントラストの低下が目立たない範囲で量子ドットの励起効率を最大に調整することが可能となり、撮像光学系内のフィルタ装置で撮像波長領域を変えながら撮像することにより、発光波長域の異なる量子ドットを分離して撮像できると共に、撮像光学系に余計な阻止フィルタがないことにより、特に、一分子観察のように微弱光を撮像するのに適した装置を提供できる。
【００３６】
さらに、本発明のさらに別の量子ドット観察装置は、量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長が可変な可変ロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長が可変なショートパスフィルタからなる可変励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、励起光をカットするショートカットフィルタからなる阻止フィルタを含み、前記撮像光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定できるフィルタ装置を含むことを特徴とするものである。
【００３７】
この発明によれば、可変ロングパスフィルタユニットで励起光の波長帯域の下限を光学系内部で発生する自家蛍光の特性に応じて調節し、さらに、可変励起フィルタで励起光の波長帯域の上限を使用する量子ドットの発光帯域の特性に応じて調節することにより、自家蛍光及びクロストークの影響を受けない範囲で量子ドットの励起効率を最大限に調整することが可能となり、また、撮像光学系内のフィルタ装置で撮像波長領域を変えながら撮像することにより、発光波長域の異なる量子ドットを分離して撮像できると共に、撮像光学系に余計な阻止フィルタがないことにより、特に、一分子観察のように微弱光を撮像するのに適した装置を提供できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の量子ドット観察法を実施する量子ドット観察装置の１実施例について説明する。
【００３９】
本発明の１実施例の量子ドット観察装置の構成は、図１に示すように、水銀ランプ１１とコレクタレンズ１２と光軸上に出し入れ可能なカットオフ波長の異なる複数のロングパスフィルタからなる可変ロングパスフィルタユニット１３と励起フィルタ１４と照明レンズ１５からなる照明光学系１と、対物レンズ２１とダイクロイックミラー２２からなる検出光学系２と、結像レンズ３１と鏡筒プリズム３２よりなる鏡筒３と、阻止フィルタ４１と接眼レンズ４２からなる観察光学系４と、写真レンズ５１と赤外ダイクロイックミラー５２と第１フィルタホイール５３とＣＣＤ５４と赤外線収差補正レンズ５５と第２フィルタホイール５６と赤外ビジコン５７からなる撮像光学系５と、コントローラ６１とパーソナルコンピュータ（ＰＣ）６２とモニタ６３からなる駆動・制御系６とからなる。
【００４０】
水銀ランプ１１を発した照明光は、コレクタレンズ１２でコリメートされ、可変ロングパスフィルタユニット１３中の可変ロングパスフィルタで励起光の短波長側カットオフ波長が調整され、照明レンズ１５で対物レンズ２１の瞳位置に向かって集光され、励起フィルタ１４で使用する量子ドットの発光スペクトル帯域の成分を阻止され、ダイクロイックミラー２２で対物レンズ２１の光軸上に偏向され、対物レンズ２１を通って標本Ｓ上に視野一様な強度で照明される。標本Ｓ上の量子ドットから発した発光は、対物レンズ２１によって集光され、ダイクロイックミラー２２を透過し、結像レンズ３１により鏡筒３内に標本像を形成する。その形成された標本像は、阻止フィルタ４１により励起光の残留成分を除去され、接眼レンズ４２を通して肉眼Ｅでの観察が可能であり、また、写真レンズ５１によってＣＣＤ５４及び赤外ビジコン５７の撮像面上に再結像され、蛍光像の撮像が可能である。
【００４１】
通常ならば鏡筒３内にある阻止フィルタ４１を観察光学系４内に持ってきたことにより、撮像する量子ドット像の強度の阻止フィルタ４１による低下を免れ、微弱な量子ドットからの発光を効率よく撮像することができる。
【００４２】
写真レンズ５１と赤外ビジコン５７の撮像面を結ぶ光軸上には赤外ダイクロイックミラー５２が配置され、可視光から近赤外光までの成分を反射し、赤外光を透過する。赤外ダイクロイックミラー５２と赤外ビジコン５７の撮像面を結ぶ光軸上には赤外線収差補正レンズ５５が配置され、標本像の赤外光成分に生じた収差の補正及び赤外ビジコン５７の解像に合わせた倍率変換を行う。ダイクロイックミラー５２とＣＣＤ５４の撮像面を結ぶ光軸上、及び、赤外線収差補正レンズ５５と赤外ビジコン５７を結ぶ光軸上には、それぞれ第１フィルタホイール５３及び第２フィルタホイール５６が、各発光スペクトルを持つ量子ドットを区別できるように異なった分光透過率を持つ複数のフィルタを光軸上に出し入れ可能に配置され、コントローラ６１を介してＰＣ６２に接続されたモータにより各フィルタの出し入れが行われる。各フィルタ使用時の像強度を用いてＰＣ６２で演算することにより、各量子ドットの発光スペクトルの同定ができ、その量子ドットで標識付けられた分子の種類が識別できる。
【００４３】
可変ロングパスフィルタユニット１３には、カットオフ波長の異なる複数のロングパスフィルタが照明光学系１の光軸上に選択的に挿入できるようになっており、簡単に励起光の短波長側のカットオフ波長を調整することができる。ロングパスフィルタの分光特性は、図２に示すように、量子ドットの発光波長域λ0 よりも短い波長λL をカットオフ波長として、それより短い波長の光を阻止し、それより長い波長を透過するようになっている。λL は各ロングパスフィルタ毎に異なる。可変ロングパスフィルタユニット１３で励起光の短波長側のカットオフ波長を調整することにより、一分子検出のような微弱光検出にとって有害である自家蛍光の強度を調整することができる。自家蛍光は励起光の波長が短い程強く発生することが多いので、短波長側をカットすればその強度は弱まるが、同時に量子ドットの発光強度にも影響するため、最適なカットオフ波長は両者のトレードオフで決まる。観察対象を見ながら調節することが望ましい。
【００４４】
励起フィルタ１４とダイクロイックミラー２２はその光学特性に合わせて一体的に形成されており、使用する量子ドットの発光スペクトル（短波長側）によって切り換えるようにすると、励起光のスペクトル幅ができるだけ広く取れるようになり、量子ドットの発光強度が稼げるようになるので望ましい。
【００４５】
本実施例の量子ドット観察装置は、通常の落射蛍光顕微鏡に撮像光学系５と可変ロングパスフィルタユニット１３を付け加え、阻止フィルタ４１を接眼レンズ４２の直前又は直後に移動するだけの簡単な改造で実現できる。
【００４６】
本実施例の可変ロングパスフィルタの代わりに、干渉膜で形成されたロングパスフィルタを照明光学系１の光軸上で光軸に対し角度可変に調整可能なように設置してもよい。干渉膜で形成されたフィルタは、一般的に光線の入射角により波長特性が変化し、この場合は光線の入射角が変化するためにロングパスフィルタのカットオフ波長がシフトすることにより、励起光の波長帯域を連続的に微調整できる。
【００４７】
また、本実施例の可変ロングパスフィルタの代わりに、液晶チューナブルフィルタを同じ位置に配置してもよい。液晶チューナブルフィルタは、印加電圧により透過波長帯域を連続的にシフトさせるので、コンピュータ制御により励起光の波長帯域を連続的に微調整させることもできる。
【００４８】
以上の説明から明らかなように、本発明の量子ドット観察法及びその装置は例えば次のように構成することができる。
【００４９】
〔１〕 量子ドットに励起光を照射し、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する量子ドット観察法において、前記励起光の波長帯域が可変的に調整可能であることを特徴とする量子ドット観察法。
【００５０】
〔２〕 前記励起光の波長帯域の調整方法として、分光透過率の調整可能な可変フィルタ手段を用いることを特徴とする上記１記載の量子ドット観察法。
【００５１】
〔３〕 前記可変フィルタ手段として、前記励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持ち、カットオフ波長の異なる複数のフィルタを選択的に用いることを特徴とする上記２記載の量子ドット観察法。
【００５２】
〔４〕 前記可変フィルタ手段として、前記励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持つ干渉フィルタであって光軸に対する傾きを調整可能にしたものを用いることを特徴とする上記２記載の量子ドット観察法。
【００５３】
〔５〕 前記可変フィルタ手段として、液晶チューナブルフィルタを用いることを特徴とする上記２記載の量子ドット観察法。
【００５４】
〔６〕 前記励起光の波長帯域の調整方法として、前記励起光を発生する光源の発光波長帯域を調整することを特徴とする上記１記載の量子ドット観察法。
【００５５】
〔７〕 前記光源として、多波長発振レーザを用いることを特徴とする上記６記載の量子ドット観察法。
【００５６】
〔８〕 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記光源からの励起光を集光し、前記量子ドットを含む標本に向けて照射する照明光学系と、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する検出光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記励起光の波長帯域を調整する可変フィルタ手段を有することを特徴とする量子ドット観察装置。
【００５７】
〔９〕 前記可変フィルタ手段は、前記励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持ち、カットオフ波長の異なる複数のフィルタを有することを特徴とする上記８記載の量子ドット観察装置。
【００５８】
〔１０〕 前記可変フィルタ手段は、前記励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持つ干渉フィルタであって光軸に対する傾きを可変にしたものを有することを特徴とする上記８記載の量子ドット観察装置。
【００５９】
〔１１〕 前記可変フィルタ手段は、液晶チューナブルフィルタを有することを特徴とする上記８記載の量子ドット観察装置。
【００６０】
〔１２〕 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記光源からの励起光を集光し、前記量子ドットを含む標本にむけて照射する照明光学系と、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する検出光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記光源は発光の波長帯域の調整手段を有することを特徴とする量子ドット観察装置。
【００６１】
〔１３〕 前記光源は、多波長発振レーザであることを特徴とする上記１２記載の量子ドット観察法。
【００６２】
〔１４〕 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長が可変な可変ロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長を持つショートパスフィルタからなる励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定するフィルタ装置を含むことを特徴とする量子ドット観察装置。
【００６３】
〔１５〕 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長を持つロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長が可変なショートパスフィルタからなる可変励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、励起光をカットするショートカットフィルタからなる阻止フィルタを含み、前記撮像光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定できるフィルタ装置を含むことを特徴とする量子ドット観察装置。
【００６４】
〔１６〕 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長が可変な可変ロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長が可変なショートパスフィルタからなる可変励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、励起光をカットするショートカットフィルタからなる阻止フィルタを含み、前記撮像光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定できるフィルタ装置を含むことを特徴とする量子ドット観察装置。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の量子ドット観察法によれば、量子ドットにより染色された一分子の観察等、極微弱光検出をする場合において、感度良く検出することができるようになる。
【００６６】
さらに、本発明の量子ドット観察装置によれば、量子ドットにより染色された一分子の観察等、極微弱光検出をする場合において、感度良く検出できる装置を簡単な装置構成で提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の量子ドット観察装置の構成を示す図である。
【図２】図１の量子ドット観察装置を用いた場合の光学素子の波長特性を説明する図である。
【図３】量子ドットの構造の代表的な例を示す図である。
【図４】量子ドットの励起・発光スペクトルを説明する図である。
【図５】従来の落射蛍光顕微鏡を用いた場合の光学素子の波長特性を説明する図である。
【符号の説明】
１…照明光学系
２…検出光学系
３…鏡筒
４…観察光学系
５…撮像光学系
６…駆動・制御系
１１…水銀ランプ
１２…コレクタレンズ
１３…可変ロングパスフィルタユニット
１４…励起フィルタ
１５…照明レンズ
２１…対物レンズ
２２…ダイクロイックミラー
３１…結像レンズ
３２…鏡筒プリズム
４１…阻止フィルタ
４２…接眼レンズ
５１…写真レンズ
５２…赤外ダイクロイックミラー
５３…第１フィルタホイール
５４…ＣＣＤ
５５…赤外線収差補正レンズ
５６…第２フィルタホイール
５７…赤外ビジコン
６１…コントローラ
６２…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
６３…モニタ
Ｓ…標本
Ｅ…肉眼
【発明の属する技術分野】
本発明は、量子ドット観察装置に関し、特に、量子ドットを用いた発光観察法を具現化するための発光観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年までに開発されてきた超高感度検出機材が、単一分子の検出、同定、及び、運動の観察を可能にし、分析化学、分子生物学及びナノ構造体の解析に大きな役割を果たしてきている。
【０００３】
単一分子の観察には、従来は、目的の分子を蛍光色素を用いて標識付けし、それを蛍光顕微鏡で観察する方法が大部分だったが、近年になって、それに代わる方法として、量子ドットで標識する方法がＷ．Ｃ．Ｗ．Ｃｈａｎ等により提案されてきている（Ｗ．Ｃ．Ｗ．Ｃｈａｎ ａｎｄ Ｓ．Ｎｉｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，ｖｏｌ．２８１（１９９８），ｐ．２０１６）。
【０００４】
Ｗ．Ｃ．Ｗ．Ｃｈａｎ等により示された量子ドットの構造の代表的な例は、図３に示すように、直径２〜５ｎｍの半導体ＣｄＳｅの微小球の表面にＺｎＳをコートし、それに硫黄分子を介して水酸基を吸着させた形である。この水酸基の一部を目標とする蛋白質と結合させる。
【０００５】
量子ドットの発光特性は、図４に示すように、従来の蛍光色素に比較して次のような特徴がある。一つは、発光スペクトルの半値幅が中心波長の１／２０ぐらいであり、蛍光色素の約１／３程度に狭いということ、発光スペクトルのピーク波長は量子ドットの大きさ及び材質を選択することにより、およそ４００ｎｍ〜２０００ｎｍぐらいの範囲で比較的自由に設定することが可能であるということ、さらには、励起スペクトルは、発光スペクトルの中心波長の位置に関わらず、可視光〜紫外光領域では短波長側程その強度が強くなるということである。図４には、ＣｄＳｅ及びＩｎＰからなる粒径の異なる量子ドットの励起・発光スペクトル分布を示してある。
【０００６】
量子ドットは、一分子検出に用いる場合、従来の有機物よりなる蛍光色素と比較して、次のような利点がある。その一つは、大きさが非常に小さく、目標の分子の運動をほとんど妨げないということ、もう一つは、発光効率が従来の蛍光式それぞれより格段に高く、高感度に一分子を検出できるということ、もう一つは、毒性が非常に少なく、生体内部を生きたまま観察できるということ、さらにもう一つは、褪色が非常に少ないということである。このような利点から、今後の一分子検出を用いた分析解析には、従来の蛍光色素に代わって量子ドットが広く使われるようになることが期待される。
【０００７】
さらに、複数種類の分子の同定を同時に行おうとする場合、量子ドットは、従来の蛍光色素に比べて以下の利点がある。すなわち、量子ドットにおいては、上に記した通り粒径や材質を選ぶことにより複数の発光中心波長を比較的自由に設定することができ、しかも、発光スペクトルの半値幅が狭いので、使用可能な波長域において、蛍光色素を用いる従来の方法より数多くの種類の分子の同定が可能になるということである。さらに、量子ドットは、励起スペクトルが、発光スペクトルの中心波長に関わらず、可視域ならば短波長程励起強度が強いため、単一の波長帯域で全ての量子ドットを効率良く励起することが可能である。
【０００８】
さて、量子ドットで標識付けした複数種類の物質の同定を行うことは、通常の落射型蛍光顕微鏡を用いても可能である。
【０００９】
通常の落射型蛍光顕微鏡の特徴としては、使用する蛍光色素を励起する波長域を選択する励起フィルタと、励起フィルタの透過波長帯域を阻止し、蛍光の波長帯域を透過する阻止フィルタと、励起フィルタの透過波長帯域を反射し、蛍光の波長帯域を透過するダイクロイックミラーとを備えることである。光源からの光は、励起フィルタを透過することによりある定められた波長帯域に制限された励起光となり、その励起光はダイクロイックミラーによって観察光路と同軸に標本に向かって反射されて標本を照射し、それによって発生した蛍光は観察光路を励起光と逆向きに進み、ダイクロイックミラーを透過し、阻止フィルタはダイクロイックミラーを透過した光から励起光の残存成分を阻止し、蛍光を透過する。これら３つの光学素子を用いることにより、蛍光を励起光により発光させ、かつ、励起光と比較して微弱な蛍光をコントラスト良く検出することが可能になる。
【００１０】
通常の落射蛍光顕微鏡では、これら３つの光学素子を一体にして蛍光キューブとして構成し、各種蛍光色素の発光特性に合わせたものを多種類用意している。そして、使用する蛍光色素に応じて簡単な操作で切り換えられるようにしていることが多い。例えば、複数の蛍光キューブをターレット上に配置し、ターレットを回転させるだけで蛍光キューブの切り換えができるようになっている落射蛍光顕微鏡構成が公知である。また、蛍光キューブをスライダ上に配置し、スライダをスライドさせるだけで蛍光キューブが切り換えられるようになっている構成も公知である。
【００１１】
さて、この落射蛍光顕微鏡を用いて、大きさ又は材質が異なる複数種類の量子ドットで標識された標本を観察する場合、これら３つの光学素子の波長特性は、図５に示すように、励起フィルタは使用する量子ドットの発光帯域の最小値λ0 より長い波長の光を阻止すると共に、それより短い波長の光を透過し、阻止フィルタはλ0 より短い波長の光を阻止すると共に、それより長い波長の光を透過し、ダイクロイックミラーはλ0 より短い波長の光を反射し、それより長い波長の光を透過するように設定すればよい。このようにすることによって、微弱な量子ドットの発光は、強力な励起光と重なることなく、コントラスト良く観察することができる。
【００１２】
さらに、λ0 の異なる複数の蛍光キューブを用意しておき、使用する量子ドットの発光帯域に応じてその蛍光キューブを自由に切り換えられるようにしておけば、検出効率上好ましい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、量子ドットで標識された標本を通常の落射蛍光顕微鏡で検出しようとする場合、以下の問題が生じる。
【００１４】
すなわち、量子ドットを効率良く励起して、量子ドットの発光強度を強め、コントラスト良く検出しようとするならば、励起光はλ0 より短い波長領域をできるだけ広く取ることが好ましい。しかし、励起光の波長が短い成分により、標本を固定する封入剤及び対物レンズを構成する硝材からの自家蛍光が発生し、それが観察像のコントラストを著しく下げる場合がある。その自家蛍光の程度は、封入剤及び対物レンズによって様々であり、予め励起波長域を設定しておくことは好ましくない。すなわち、励起波長域を予めある値に設定しておけば、自家蛍光のほとんど発生しない標本及び対物レンズ使用時においては、量子ドットの発光効率が最適化されていないことになり、特に、一分子観察のような極微弱光検出を行う場合においては、著しく検出能力を低下させてしまい都合が悪い。また、このような極微弱光検出のためのλ0 も、標本や使用対物レンズにより異なることがある。
【００１５】
本発明は従来技術のこのような問題点に着目してなされたものであり、その目的は、量子ドットを観察する場合に最適な装置構成を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の量子ドット観察法は、量子ドットに励起光を照射し、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する量子ドット観察法において、前記励起光の波長帯域が可変的に調整可能であることを特徴とする方法である。
【００１７】
本発明によれば、励起光の波長帯域を使用する光学系の自家蛍光の特性に応じて調節することにより、自家蛍光の影響を受けない範囲で量子ドットの励起効率を最大に調整することが可能となるため、特に、一分子観察のように微弱光を検出する場合に都合がよい。
【００１８】
この発明の好適一実施形態においては、励起光の波長帯域の調整方法として、分光透過率の調整可能な可変フィルタ手段を用いるようにすれば、簡単な装置構成で励起光の波長帯域の調整が実現できる。
【００１９】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段として、励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持ち、カットオフ波長の異なる複数のフィルタを選択的に用いるようにすれば、そのフィルタを切り換えるだけで、簡単に励起光の波長帯域が調整できるので、便利である。
【００２０】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段として、励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持つ干渉フィルタであって光軸に対する傾きを調整可能にしたものを用いるようにすれば、その干渉フィルタの傾きを調整するだけで簡単に励起光の波長帯域が調整できるので、便利である。
【００２１】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段として、液晶チューナブルフィルタを用いるようにすれば、液晶チューナブルフィルタへの印加電圧を変えるだけで簡単に励起光の波長帯域が調整できるので、便利であ。
【００２２】
この発明の好適一実施形態においては、励起光の波長帯域の調整方法として、励起光を発生する光源の発光波長帯域を調整するようにすれば、簡単な装置構成で励起光の波長帯域の調整が実現できる。
【００２３】
この発明の好適一実施形態においては、その光源として、多波長発振レーザを用いるようにすれば、多波長発振レーザへの印加電流を変えることにより、簡単に励起光の波長帯域が調整できるので、便利である。
【００２４】
また、本発明の量子ドット観察装置は、量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記光源からの励起光を集光し、前記量子ドットを含む標本に向けて照射する照明光学系と、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する検出光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記励起光の波長帯域を調整する可変フィルタ手段を有することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の装置構成によれば、可変フィルタ手段により励起光の波長帯域を使用する光学系の自家蛍光の特性に応じて調節することにより、自家蛍光の影響を受けない範囲で量子ドットの励起効率を最大に調整することが可能となるため、特に、一分子観察のように微弱光を検出するのに適した装置を提供できる。
【００２６】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段は、励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持ち、カットオフ波長の異なる複数のフィルタを有するようにすれば、簡単な装置構成で励起光の波長帯域を調整できる装置を提供できる。
【００２７】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段は、励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持つ干渉フィルタであって光軸に対する傾きを可変にしたものを有するようにすれば、その干渉フィルタの傾きを調整するだけで簡単に励起光の波長帯域が調整できる装置を提供できる。
【００２８】
この発明の好適一実施形態においては、可変フィルタ手段は、液晶チューナブルフィルタを有するようにすれば、液晶チューナブルフィルタへの印加電圧を変えるだけで簡単に励起光の波長帯域が調整できる装置を提供できる。
【００２９】
また、本発明のもう一つの量子ドット観察装置は、量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記光源からの励起光を集光し、前記量子ドットを含む標本に向けて照射する照明光学系と、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する検出光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記光源は発光の波長帯域の調整手段を有することを特徴とするものである。
【００３０】
この発明によれば、光源に設けられた発光の波長帯域の調整手段によって、励起光の波長帯域を光学系内部で発生する自家蛍光の特性に応じて調節することにより、自家蛍光の影響を受けない範囲で量子ドットの励起効率を最大に調整することが可能となるため、特に、一分子観察のように微弱光を検出するのに適した装置を提供できる。
【００３１】
この発明の好適一実施形態においては、その光源は、多波長発振レーザであるようにすれば、多波長発振レーザへの印加電流を変えることにより、簡単に励起光の波長帯域が調整できる装置を提供できる。
【００３２】
さらに、本発明のもう一つの量子ドット観察装置は、量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長が可変な可変ロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長を持つショートパスフィルタからなる励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定するフィルタ装置を含むことを特徴とするものである。
【００３３】
この発明によれば、可変ロングパスフィルタユニットで励起光の波長帯域の下限を光学系内部で発生する自家蛍光特性に応じて調節することにより、自家蛍光の影響を受けない範囲で量子ドットの励起効率を最大に調整することが可能となり、撮像光学系内のフィルタ装置で撮像波長領域を変えながら撮像することにより、発光波長域の異なる量子ドットを分離して撮像できると共に、撮像光学系に余計な阻止フィルタがないことにより、特に、一分子観察のように微弱光を撮像するのに適した装置を提供できる。
【００３４】
また、本発明のさらにもう一つの量子ドット観察装置は、量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長を持つロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長が可変なショートパスフィルタからなる可変励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、励起光をカットするショートカットフィルタからなる阻止フィルタを含み、前記撮像光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定できるフィルタ装置を含むことを特徴とするものである。
【００３５】
この発明によれば、可変励起フィルタで励起光の波長帯域の上限を使用する量子ドットの発光帯域の特性に応じて調節することにより、クロストークによるコントラストの低下が目立たない範囲で量子ドットの励起効率を最大に調整することが可能となり、撮像光学系内のフィルタ装置で撮像波長領域を変えながら撮像することにより、発光波長域の異なる量子ドットを分離して撮像できると共に、撮像光学系に余計な阻止フィルタがないことにより、特に、一分子観察のように微弱光を撮像するのに適した装置を提供できる。
【００３６】
さらに、本発明のさらに別の量子ドット観察装置は、量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長が可変な可変ロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長が可変なショートパスフィルタからなる可変励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、励起光をカットするショートカットフィルタからなる阻止フィルタを含み、前記撮像光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定できるフィルタ装置を含むことを特徴とするものである。
【００３７】
この発明によれば、可変ロングパスフィルタユニットで励起光の波長帯域の下限を光学系内部で発生する自家蛍光の特性に応じて調節し、さらに、可変励起フィルタで励起光の波長帯域の上限を使用する量子ドットの発光帯域の特性に応じて調節することにより、自家蛍光及びクロストークの影響を受けない範囲で量子ドットの励起効率を最大限に調整することが可能となり、また、撮像光学系内のフィルタ装置で撮像波長領域を変えながら撮像することにより、発光波長域の異なる量子ドットを分離して撮像できると共に、撮像光学系に余計な阻止フィルタがないことにより、特に、一分子観察のように微弱光を撮像するのに適した装置を提供できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の量子ドット観察法を実施する量子ドット観察装置の１実施例について説明する。
【００３９】
本発明の１実施例の量子ドット観察装置の構成は、図１に示すように、水銀ランプ１１とコレクタレンズ１２と光軸上に出し入れ可能なカットオフ波長の異なる複数のロングパスフィルタからなる可変ロングパスフィルタユニット１３と励起フィルタ１４と照明レンズ１５からなる照明光学系１と、対物レンズ２１とダイクロイックミラー２２からなる検出光学系２と、結像レンズ３１と鏡筒プリズム３２よりなる鏡筒３と、阻止フィルタ４１と接眼レンズ４２からなる観察光学系４と、写真レンズ５１と赤外ダイクロイックミラー５２と第１フィルタホイール５３とＣＣＤ５４と赤外線収差補正レンズ５５と第２フィルタホイール５６と赤外ビジコン５７からなる撮像光学系５と、コントローラ６１とパーソナルコンピュータ（ＰＣ）６２とモニタ６３からなる駆動・制御系６とからなる。
【００４０】
水銀ランプ１１を発した照明光は、コレクタレンズ１２でコリメートされ、可変ロングパスフィルタユニット１３中の可変ロングパスフィルタで励起光の短波長側カットオフ波長が調整され、照明レンズ１５で対物レンズ２１の瞳位置に向かって集光され、励起フィルタ１４で使用する量子ドットの発光スペクトル帯域の成分を阻止され、ダイクロイックミラー２２で対物レンズ２１の光軸上に偏向され、対物レンズ２１を通って標本Ｓ上に視野一様な強度で照明される。標本Ｓ上の量子ドットから発した発光は、対物レンズ２１によって集光され、ダイクロイックミラー２２を透過し、結像レンズ３１により鏡筒３内に標本像を形成する。その形成された標本像は、阻止フィルタ４１により励起光の残留成分を除去され、接眼レンズ４２を通して肉眼Ｅでの観察が可能であり、また、写真レンズ５１によってＣＣＤ５４及び赤外ビジコン５７の撮像面上に再結像され、蛍光像の撮像が可能である。
【００４１】
通常ならば鏡筒３内にある阻止フィルタ４１を観察光学系４内に持ってきたことにより、撮像する量子ドット像の強度の阻止フィルタ４１による低下を免れ、微弱な量子ドットからの発光を効率よく撮像することができる。
【００４２】
写真レンズ５１と赤外ビジコン５７の撮像面を結ぶ光軸上には赤外ダイクロイックミラー５２が配置され、可視光から近赤外光までの成分を反射し、赤外光を透過する。赤外ダイクロイックミラー５２と赤外ビジコン５７の撮像面を結ぶ光軸上には赤外線収差補正レンズ５５が配置され、標本像の赤外光成分に生じた収差の補正及び赤外ビジコン５７の解像に合わせた倍率変換を行う。ダイクロイックミラー５２とＣＣＤ５４の撮像面を結ぶ光軸上、及び、赤外線収差補正レンズ５５と赤外ビジコン５７を結ぶ光軸上には、それぞれ第１フィルタホイール５３及び第２フィルタホイール５６が、各発光スペクトルを持つ量子ドットを区別できるように異なった分光透過率を持つ複数のフィルタを光軸上に出し入れ可能に配置され、コントローラ６１を介してＰＣ６２に接続されたモータにより各フィルタの出し入れが行われる。各フィルタ使用時の像強度を用いてＰＣ６２で演算することにより、各量子ドットの発光スペクトルの同定ができ、その量子ドットで標識付けられた分子の種類が識別できる。
【００４３】
可変ロングパスフィルタユニット１３には、カットオフ波長の異なる複数のロングパスフィルタが照明光学系１の光軸上に選択的に挿入できるようになっており、簡単に励起光の短波長側のカットオフ波長を調整することができる。ロングパスフィルタの分光特性は、図２に示すように、量子ドットの発光波長域λ0 よりも短い波長λL をカットオフ波長として、それより短い波長の光を阻止し、それより長い波長を透過するようになっている。λL は各ロングパスフィルタ毎に異なる。可変ロングパスフィルタユニット１３で励起光の短波長側のカットオフ波長を調整することにより、一分子検出のような微弱光検出にとって有害である自家蛍光の強度を調整することができる。自家蛍光は励起光の波長が短い程強く発生することが多いので、短波長側をカットすればその強度は弱まるが、同時に量子ドットの発光強度にも影響するため、最適なカットオフ波長は両者のトレードオフで決まる。観察対象を見ながら調節することが望ましい。
【００４４】
励起フィルタ１４とダイクロイックミラー２２はその光学特性に合わせて一体的に形成されており、使用する量子ドットの発光スペクトル（短波長側）によって切り換えるようにすると、励起光のスペクトル幅ができるだけ広く取れるようになり、量子ドットの発光強度が稼げるようになるので望ましい。
【００４５】
本実施例の量子ドット観察装置は、通常の落射蛍光顕微鏡に撮像光学系５と可変ロングパスフィルタユニット１３を付け加え、阻止フィルタ４１を接眼レンズ４２の直前又は直後に移動するだけの簡単な改造で実現できる。
【００４６】
本実施例の可変ロングパスフィルタの代わりに、干渉膜で形成されたロングパスフィルタを照明光学系１の光軸上で光軸に対し角度可変に調整可能なように設置してもよい。干渉膜で形成されたフィルタは、一般的に光線の入射角により波長特性が変化し、この場合は光線の入射角が変化するためにロングパスフィルタのカットオフ波長がシフトすることにより、励起光の波長帯域を連続的に微調整できる。
【００４７】
また、本実施例の可変ロングパスフィルタの代わりに、液晶チューナブルフィルタを同じ位置に配置してもよい。液晶チューナブルフィルタは、印加電圧により透過波長帯域を連続的にシフトさせるので、コンピュータ制御により励起光の波長帯域を連続的に微調整させることもできる。
【００４８】
以上の説明から明らかなように、本発明の量子ドット観察法及びその装置は例えば次のように構成することができる。
【００４９】
〔１〕 量子ドットに励起光を照射し、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する量子ドット観察法において、前記励起光の波長帯域が可変的に調整可能であることを特徴とする量子ドット観察法。
【００５０】
〔２〕 前記励起光の波長帯域の調整方法として、分光透過率の調整可能な可変フィルタ手段を用いることを特徴とする上記１記載の量子ドット観察法。
【００５１】
〔３〕 前記可変フィルタ手段として、前記励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持ち、カットオフ波長の異なる複数のフィルタを選択的に用いることを特徴とする上記２記載の量子ドット観察法。
【００５２】
〔４〕 前記可変フィルタ手段として、前記励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持つ干渉フィルタであって光軸に対する傾きを調整可能にしたものを用いることを特徴とする上記２記載の量子ドット観察法。
【００５３】
〔５〕 前記可変フィルタ手段として、液晶チューナブルフィルタを用いることを特徴とする上記２記載の量子ドット観察法。
【００５４】
〔６〕 前記励起光の波長帯域の調整方法として、前記励起光を発生する光源の発光波長帯域を調整することを特徴とする上記１記載の量子ドット観察法。
【００５５】
〔７〕 前記光源として、多波長発振レーザを用いることを特徴とする上記６記載の量子ドット観察法。
【００５６】
〔８〕 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記光源からの励起光を集光し、前記量子ドットを含む標本に向けて照射する照明光学系と、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する検出光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記励起光の波長帯域を調整する可変フィルタ手段を有することを特徴とする量子ドット観察装置。
【００５７】
〔９〕 前記可変フィルタ手段は、前記励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持ち、カットオフ波長の異なる複数のフィルタを有することを特徴とする上記８記載の量子ドット観察装置。
【００５８】
〔１０〕 前記可変フィルタ手段は、前記励起光の波長帯域において、ロングパスフィルタ又はショートパスフィルタの性質を持つ干渉フィルタであって光軸に対する傾きを可変にしたものを有することを特徴とする上記８記載の量子ドット観察装置。
【００５９】
〔１１〕 前記可変フィルタ手段は、液晶チューナブルフィルタを有することを特徴とする上記８記載の量子ドット観察装置。
【００６０】
〔１２〕 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記光源からの励起光を集光し、前記量子ドットを含む標本にむけて照射する照明光学系と、前記量子ドットからの複数の異なる波長域の発光を検出する検出光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記光源は発光の波長帯域の調整手段を有することを特徴とする量子ドット観察装置。
【００６１】
〔１３〕 前記光源は、多波長発振レーザであることを特徴とする上記１２記載の量子ドット観察法。
【００６２】
〔１４〕 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長が可変な可変ロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長を持つショートパスフィルタからなる励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定するフィルタ装置を含むことを特徴とする量子ドット観察装置。
【００６３】
〔１５〕 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長を持つロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長が可変なショートパスフィルタからなる可変励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、励起光をカットするショートカットフィルタからなる阻止フィルタを含み、前記撮像光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定できるフィルタ装置を含むことを特徴とする量子ドット観察装置。
【００６４】
〔１６〕 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長が可変な可変ロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長が可変なショートパスフィルタからなる可変励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、励起光をカットするショートカットフィルタからなる阻止フィルタを含み、前記撮像光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定できるフィルタ装置を含むことを特徴とする量子ドット観察装置。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の量子ドット観察法によれば、量子ドットにより染色された一分子の観察等、極微弱光検出をする場合において、感度良く検出することができるようになる。
【００６６】
さらに、本発明の量子ドット観察装置によれば、量子ドットにより染色された一分子の観察等、極微弱光検出をする場合において、感度良く検出できる装置を簡単な装置構成で提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の量子ドット観察装置の構成を示す図である。
【図２】図１の量子ドット観察装置を用いた場合の光学素子の波長特性を説明する図である。
【図３】量子ドットの構造の代表的な例を示す図である。
【図４】量子ドットの励起・発光スペクトルを説明する図である。
【図５】従来の落射蛍光顕微鏡を用いた場合の光学素子の波長特性を説明する図である。
【符号の説明】
１…照明光学系
２…検出光学系
３…鏡筒
４…観察光学系
５…撮像光学系
６…駆動・制御系
１１…水銀ランプ
１２…コレクタレンズ
１３…可変ロングパスフィルタユニット
１４…励起フィルタ
１５…照明レンズ
２１…対物レンズ
２２…ダイクロイックミラー
３１…結像レンズ
３２…鏡筒プリズム
４１…阻止フィルタ
４２…接眼レンズ
５１…写真レンズ
５２…赤外ダイクロイックミラー
５３…第１フィルタホイール
５４…ＣＣＤ
５５…赤外線収差補正レンズ
５６…第２フィルタホイール
５７…赤外ビジコン
６１…コントローラ
６２…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
６３…モニタ
Ｓ…標本
Ｅ…肉眼
Claims (3)
- 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、
前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、
前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、
前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長が可変な可変ロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長を持つショートパスフィルタからなる励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定するフィルタ装置を含むことを特徴とする量子ドット観察装置。 - 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、
前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、
前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、
前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長を持つロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長が可変なショートパスフィルタからなる可変励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、励起光をカットするショートカットフィルタからなる阻止フィルタを含み、前記撮像光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定できるフィルタ装置を含むことを特徴とする量子ドット観察装置。 - 量子ドットに対する励起光を発生する光源と、
前記励起光を前記量子ドットを含む標本に照射する照明光学系と、
前記量子ドットからの発光を集光する集光光学系と、前記量子ドットからの発光を肉眼観察する観察光学系と、前記量子ドットからの発光を撮像する撮像光学系とからなる量子ドット観察装置において、
前記照明光学系は、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の下限を決定するカットオフ波長が可変な可変ロングパスフィルタユニットと、前記量子ドットに照射する前記励起光波長帯域の上限を決定するカットオフ波長が可変なショートパスフィルタからなる可変励起フィルタとを含み、前記観察光学系は、励起光をカットするショートカットフィルタからなる阻止フィルタを含み、前記撮像光学系は、透過波長帯域の異なる複数の透過波長帯域を設定できるフィルタ装置を含むことを特徴とする量子ドット観察装置。
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