WO2009098867A1 - 蛍光検出装置および蛍光検出方法 - Google Patents

蛍光検出装置および蛍光検出方法 Download PDF

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Hironori Hayashi
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Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd.
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    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters

Definitions

  • the present invention relates to a fluorescence detection apparatus and a fluorescence detection method for irradiating a measurement object with laser light and measuring fluorescence emitted at that time.
  • a flow cytometer used in the medical and biological fields incorporates a fluorescence detection device that receives fluorescence emitted from a fluorescent dye of a measurement object by irradiating laser light and identifies the type of the measurement object.
  • a fluorescence detection device that receives fluorescence emitted from a fluorescent dye of a measurement object by irradiating laser light and identifies the type of the measurement object.
  • attempts have been made to measure fluorescence using fluorescent dyes in order to examine intracellular local information such as proteins.
  • a flow cell (flow cell body) is used as shown in Non-Patent Document 1 below.
  • This flow cell is an elongated quartz hollow chamber having a quadrangular cross section, and is a member that transmits laser light and irradiates the cells in the sample with laser light.
  • the laser light that has passed through the flow cell is irradiated onto a measurement object that passes through a measurement point in the flow cell, and fluorescence is detected by a separately provided detection system.
  • the light intensity distribution of the laser beam is a Gaussian distribution.
  • An optical system is constructed in which the beam is condensed and converged into an elliptical shape to increase the intensity and a plurality of cells are not irradiated at a time.
  • the laser light passes through two cylindrical condenser lenses before reaching the sample stream through which the cells flow, resulting in an elliptical beam.
  • the beam width is adjusted with the first lens, and the beam height is adjusted with the second lens.
  • the elliptical beam irradiates cells flowing in an elongated flow cell having a quadrilateral cross section. It is described that when the sample pressure is lowered, the sample flow becomes narrower and passes through a portion where the fluctuation of the light intensity at the center of the laser beam is smaller, so that the measurement resolution is improved.
  • Non-Patent Document 1 has a problem that the measurement resolution cannot be improved to the extent that local information in cells such as proteins is examined.
  • an object of the present invention is to provide a fluorescence detection apparatus and a fluorescence detection method capable of improving measurement resolution to such an extent that local information in cells such as proteins is examined. .
  • the present invention is a fluorescence detection apparatus for irradiating a measurement object with laser light and measuring the fluorescence emitted at that time, wherein the flow cell body is formed with a flow path through which the measurement object flows.
  • a laser light source unit that irradiates a laser beam to a measurement object that passes through a measurement point in the flow path; a light receiving unit that receives fluorescence of the measurement object irradiated with the laser beam and outputs a light reception signal; From the light reception signal output from the light receiving unit, a processing unit that outputs an output value of fluorescence intensity,
  • a lens is provided so as to cross the optical path of the laser beam, and this lens is a surface perpendicular to the moving direction of the measurement object passing through the measurement point of the measurement object.
  • a fluorescence detection device characterized in that, when virtually cut, a cross section of the lens forms a part of a circular shape centered on the measurement point.
  • the lens is a spherical lens that forms a part of a spherical shape with the measurement point as a focal position.
  • the cross-sectional shape of the flow path formed in the blow cell body is a rectangular shape, and the laser beam is irradiated so that an optical axis is parallel to one side of the rectangular shape, and the rectangular shape,
  • the ratio of the length of the other side perpendicular to the one side to the length of the one side parallel to the optical axis of the laser light is preferably 1 to 2.5.
  • the length of one side parallel to the optical axis of the laser beam is preferably 30 times or more and 200 times or less with respect to the average diameter of the measurement object.
  • the flow cell body and the lens are preferably made of the same material. Further, another lens is provided on the surface of the flow cell body in the fluorescence optical path between the measurement point and the light receiving unit, and the lens cross-section forms a part of a circular shape centered on the measurement point. It is also preferable.
  • the measurement object is, for example, a cell
  • the laser beam irradiates a part of the cell at the measurement point
  • the light receiving unit receives fluorescence emitted from the protein in the cell.
  • the present invention is a fluorescence detection method for irradiating a measurement object with laser light and measuring the fluorescence emitted at that time, Flowing a measurement object through a flow path provided in the flow cell body;
  • the cross section of the flow cell body when passing through the measurement point of the measurement object and virtually cut along a plane perpendicular to the moving direction of the measurement object, forms a part of a circular shape centering on the measurement point.
  • the lens is a spherical lens forming a part of a spherical shape with the measurement point as a focal position.
  • a lens is provided on the surface of a flow cell body in which a flow path through which a measurement object flows is formed.
  • the cross section of the lens forms a part of a circular shape centered on the measurement point.
  • NA number of aperture
  • the diameter of the focused beam of laser light can be reduced.
  • the diameter of the focused beam of laser light can be efficiently reduced.
  • the NA number of the focused beam of laser light
  • the NA number of the focused beam of laser light
  • the diameter of the focused beam of laser light can be reduced.
  • the measurement resolution can be improved to the extent that local information in cells such as proteins is examined.
  • (A) And (b) is a figure explaining the flow cell body used for the fluorescence detection apparatus of this invention. It is a figure explaining the state through which a laser beam passes the conventional flow cell body.
  • Flow cytometer 12 Sample 20
  • Signal processing device 22 Laser light source 22r R light source 22g G light source 22b B light sources 23a 1 , 23a 2 , 26b 1 , 26b 2 dichroic mirror 23c.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a flow cytometer 10 using the fluorescence detection device of the present invention.
  • the flow cytometer 10 irradiates a sample 12 such as a cell to be measured with laser light, detects fluorescence emitted from a part of the sample 12 such as protein, and performs signal processing (fluorescence detection device) 20.
  • an analysis device 80 for analyzing the measurement object in the sample 12 from the processing result obtained by the signal processing device 20.
  • the signal processing device 20 irradiates the laser light with a predetermined intensity by irradiating the laser light source unit 22, the light receiving units 24 and 26, the processing unit 28 that outputs the output value of the fluorescence intensity of the sample 12, and the operation of each processing.
  • a control unit 29 that performs control management; a pipe line 30 that flows in the sheath liquid that forms a high-speed flow; and a flow cell body 31 that is connected to the end of the pipe line 30 and forms the flow of the sample 12; Have An irradiation point (measurement point) of laser light is formed in the flow cell body 31 in the flow path of the sample 12.
  • a recovery container 32 is provided on the outlet side of the flow cell body 31.
  • the flow cytometer 10 can also be configured to arrange a cell sorter for separating specific cells or the like in the sample 12 within a short period of time by laser light irradiation and separate them into separate collection containers. .
  • a lens system is provided so that the laser beam is focused at a predetermined position in the flow path of the flow cell body 31, and this focusing position is a measurement point of the sample 12.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the laser light source unit 22.
  • the laser light source unit 22 includes an R light source 22r, a G light source 22g, a B light source 22b, dichroic mirrors 23a 1 and 23a 2 , a lens system 23c, laser drivers 34r, 34g and 34b, and a power splitter 35. Configured.
  • the R light source 22r, the G light source 22g, and the B light source 22b are laser light emitting portions of visible light of 350 nm to 800 nm.
  • the R light source 22r emits mainly the red laser light R with a predetermined intensity.
  • the G light source 22g emits green laser light G with a predetermined intensity.
  • the B light source 22b emits blue laser light B with a predetermined intensity.
  • the dichroic mirrors 23a 1 and 23a 2 transmit laser light in a specific wavelength band and reflect laser light in other wavelength bands.
  • the lens system 23 c focuses the laser beam composed of the laser beams R, G, and B on the measurement point in the pipe line 30.
  • the laser drivers 34r, 34g, and 34b drive the R light source 22r, the G light source 22g, and the B light source 22b, respectively.
  • the power splitter 35 distributes the supplied signal to the laser drivers 34r, 34g, and 34b, respectively.
  • a semiconductor laser is used as a light source for emitting these laser beams.
  • the dichroic mirror 23a 1 is a mirror that transmits the laser beam R and reflects the laser beam G
  • the dichroic mirror 23a 2 is a mirror that transmits the laser beams R and G and reflects the laser beam B.
  • the laser drivers 34r, 34g, and 34b are connected to the processing unit 28 and the control unit 29 so as to adjust the intensity of emission of the laser beams R, G, and B.
  • the R light source 22r, the G light source 22g, and the B light source 22b oscillate in a predetermined wavelength band so that the laser beams R, G, and B excite the fluorescent dye to emit fluorescence in a specific wavelength band.
  • the fluorescent dye excited by the laser beams R, G, and B is attached to the sample 12 such as a biological material to be measured, and when passing through the measurement point of the flow cell body 31 as the measurement object, the laser beam is measured at the measurement point. Fluorescent light is emitted at a specific wavelength when irradiated with R, G, and B.
  • the light receiving unit 24 is disposed so as to face the laser light source unit 22 with the flow cell body 31 interposed therebetween, and the sample 12 passes through the measurement point by the forward scattering of the laser light by the sample 12 passing through the measurement point.
  • the photoelectric converter which outputs the detection signal of is provided.
  • the signal output from the light receiving unit 24 is supplied to the processing unit 28, and is used as a trigger signal informing the timing at which the sample 12 passes the measurement point in the pipe line 30 in the processing unit 28.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a schematic configuration of an example of the light receiving unit 26.
  • the 3 includes a lens system 26a that focuses a fluorescent signal from the sample 12, dichroic mirrors 26b 1 and 26b 2 , bandpass filters 26c 1 to 26c 3, and a photoelectric converter such as a photomultiplier tube. 27a to 27c.
  • the lens system 26a is configured to focus the fluorescence incident on the light receiving unit 26 on the light receiving surfaces of the photoelectric converters 27a to 27c.
  • the dichroic mirrors 26b 1 and 26b 2 are mirrors that reflect fluorescence in a wavelength band within a predetermined range and transmit the other fluorescence.
  • the reflection wavelength band and the transmission wavelength band of the dichroic mirrors 26b 1 and 26b 2 are set so as to be filtered by the band-pass filters 26c 1 to 26c 3 and to capture fluorescence of a predetermined wavelength band by the photoelectric converters 27a to 27c. .
  • the band-pass filters 26c 1 to 26c 3 are filters that are provided in front of the light receiving surfaces of the photoelectric converters 27a to 27c and transmit only fluorescence in a predetermined wavelength band.
  • the wavelength band of the transmitted fluorescence is set corresponding to the wavelength band of the fluorescence emitted by the fluorescent dye.
  • the photoelectric converters 27a to 27c are sensors provided with photomultiplier tubes, for example, and are sensors that convert light received by the photocathode into electrical signals.
  • the control unit 29 is a part that performs laser beam irradiation with a predetermined intensity and performs control management of operation of each process in the processing unit 28.
  • the processing unit 28 is a part that performs predetermined signal processing and outputs an output value of fluorescence intensity to the analyzer 80.
  • the analyzer 80 uses the output value supplied from the processing unit 28 to specify the type of biological material included in the sample 12 that passes through the measurement point of the flow cell body 31 and the biological material included in the sample 12. It is a device that performs the analysis. In this way, the analyzer 80 obtains, for example, a histogram of the types of biological substances contained in the sample 12 and various characteristics in a short time.
  • FIG. 4A is a schematic perspective view of the flow cell body 31, and FIG. 4B is a diagram illustrating a state in which laser light is transmitted through the flow cell body 31.
  • the flow cell body 31 is a transparent member having a rectangular parallelepiped shape, and is made of quartz or the like. Laser light is incident from the side surface of the flow cell body 31, passes through the inside of the flow cell body 31, and is focused at the center of the flow path 31 b provided in the flow cell body 30 and extending in the vertical direction from the pipe line 30. This focusing position is the measurement point P.
  • This measurement point P is the focal position of the lens system 23 c of the laser light source unit 22.
  • a spherical lens 31a having a shape of a part of a sphere having the measurement point P as a focal position is provided on the side surface of the flow cell body 31 on which the laser light is incident. That is, the spherical lens 31a is provided so as to cross the optical path of the laser light.
  • the spherical center of the spherical lens 31 a that is, the center of curvature of the spherical lens 31 a coincides with the measurement point P of the sample 12.
  • Reference numeral 23c in FIG. 4B denotes a lens system (focusing lens) of the laser light source unit 22 shown in FIG.
  • the spherical lens 31a is made of the same material as the flow cell body 31, for example, quartz.
  • the spherical lens 31a is provided on the laser light incident surface of the flow cell body 31 in order to reduce the diameter of the focused beam of the laser light and improve the measurement resolution.
  • the incident angle of the laser beam incident on the spherical lens 31a is 0 degree.
  • NA number of the condensed beam of laser light that passes through the flow cell body 31
  • ⁇ is an incident angle of the laser light to the flow cell body 31.
  • the laser light that has passed through the lens system 23c is always incident at an incident angle of 0 degrees, so that ⁇ does not change.
  • NA becomes the value of the refractive index of the medium ⁇ sin ⁇ .
  • NA in the condensed beam passing through the flow cell body 31 is sin ⁇ according to Snell's law.
  • the spherical lens 31a when the laser light passes through the flow cell body 31, the spherical lens 31a is provided so that the NA does not decrease at the boundary surface of the flow cell body 31 as in the prior art.
  • the spherical lens 31a By providing the spherical lens 31a, it is possible to increase the NA compared to the conventional case according to the following formula. As a result, the diameter of the focused beam can be reduced.
  • the following expression is an expression assuming that the laser light has a Gaussian distribution.
  • ⁇ is the wavelength of the laser beam
  • f is the lens focal length
  • D is the aperture diameter of the lens system 23c.
  • the spherical lens 31a is provided on one side surface of the rectangular parallelepiped flow cell body 31.
  • the flow cell through which the fluorescence passes and reaches the light receiving unit 26 is provided.
  • a spherical lens 31 may be provided on another side surface of the body 31. Also in this case, the spherical lens 31 is arranged so that the focal position of the spherical lens 31 comes to the position of the measurement point P.
  • the NA is made higher than in the prior art.
  • the cross-sectional shape of the flow path 31b formed in the flow cell body 31 is limited as follows. That is, the cross-sectional shape of the flow path 31b provided in the flow cell body 31 is a rectangular shape as shown in FIG. 4B, and the laser beam is irradiated so that the optical axis is parallel to one side of the rectangular shape. Is done. At this time, the ratio of the length L 2 of the other side perpendicular to the one side to the length L 1 of the one side parallel to the optical axis of the laser beam in the rectangular shape of the flow path 31b is 1 to 2.5. It is.
  • the position through which the sample 12 passes in the optical axis direction of the laser beam can be regulated. For this reason, the inconvenience of the depth of focus which has become shallower by increasing the NA can be solved by setting the ratio of the rectangular shape of the flow path 31b to 1 to 2.5 and regulating the position where the sample 12 flows. . Further, the length L 1 is preferably 30 to 200 times the average size (diameter) of the sample 12 to be measured.
  • the flow cytometer 10 is configured as described above.
  • the following fluorescence detection method is performed in which the sample 12 is irradiated with laser light and the fluorescence emitted at that time is measured.
  • the sample 12 is caused to flow through the flow path provided in the flow cell body 31 using the sheath liquid.
  • the laser beam converged by using the spherical lens 31a provided on the surface of the flow cell body 31 is irradiated to the sample 12 passing through the measurement point in the flow path.
  • the spherical lens 31a is a lens whose cross section forms a part of a circular shape centering on the measurement point when it is virtually cut along a plane perpendicular to the moving direction of the sample 12 through the measurement point of the sample 12. .
  • the spherical lens 31 forms a part of a spherical shape with the measurement point as the focal position.
  • the spherical lens 31a is provided in the flow cell body 31, but the present invention is not limited to this.
  • the surface of the flow cell body 31 on which the laser beam is incident passes through the measurement point P of the sample 12 and is virtually cut along a plane perpendicular to the moving direction of the sample 12, the cross section forms a part of a circular shape.
  • a lens For example, a cylindrical lens may be used.

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Abstract

　蛍光検出装置は、試料が流れる流路が形成されるフローセル体と、流路中の測定点を通過する測定対象物に対してレーザ光を照射するレーザ光源部と、レーザ光の照射された測定対象物の蛍光を受光して受光信号を出力する受光部と、受光部から出力した受光信号から、蛍光強度の出力値を出力する処理部と、を有する。フローセル体の表面には、レンズが設けられ、このレンズは、測定対象物の測定点を通り、測定対象物の移動方向と垂直な面で仮想的に切断したとき、レンズの断面が測定点を中心とする円形形状の一部を成している。  

Description

蛍光検出装置および蛍光検出方法
　本発明は、測定対象物にレーザ光を照射し、そのとき発する蛍光を測定する蛍光検出装置および蛍光検出方法に関する。
　医療、生物分野で用いられるフローサイトメータには、レーザ光を照射することにより測定対象物の蛍光色素から発する蛍光を受光して、測定対象物の種類を識別する蛍光検出装置が組み込まれている。特に、近年、タンパク質等の細胞内の局所情報を調べるために、蛍光色素を用いて蛍光測定を行うことが試みられている。
　細胞内の局所情報を調べるためには、計測分解能を従来に比べて向上させることが必要である。
　今日用いられるフローサイトメータでは、下記非特許文献１に示されるように、フローセル（フローセル体）が用いられる。このフローセルとは断面が四方形の細長いクォーツ製の中空チャンバで、レーザ光を透過し、サンプル中の細胞にレーザ光を照射するための部材である。このフローセルを通過したレーザ光は、フローセル中の測定点を通過する測定対象物に照射され、別途設けられた検出系で蛍光が検出される。
　当該文献では、以下の内容が記載されている。レーザ光のビームの光強度の分布はガウス分布である。このビームを楕円形に集光・収束させて、強度を高めるとともに、一度に複数の細胞が照射されないような光学系が構成されている。レーザ光は細胞が流れるサンプル流に到達する前に２つの円筒型集光レンズを通過し、楕円形のビームになる。１番目のレンズでビームの幅を調整し、２番目のレンズでビームの高さを調整する。２つのレンズを通過した後、楕円形のビームは、断面が四方形の細長いフローセル内を流れる細胞に照射される。サンプル圧を低くするとサンプル流は細くなり、レーザ光の中央の光強度の変動のより少ない部分を通過するため、測定の分解能が向上する、と記載されている。
ＦＣＭの原理入門講座－Ｖ、http://www.bc-cytometry.com/FCM/fcmprinciple_5.html#5-1http://www.bc-cytometry.com/FCM/fcmprinciple_6-1.html　（２００７年１１月２８日検索）
　しかし上記非特許文献１に記載される装置では、タンパク質等の細胞内の局所情報を調べる程度に測定分解能を向上することはできないといった問題があった。
　そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、タンパク質等の細胞内の局所情報を調べる程度に測定分解能を向上することができる蛍光検出装置および蛍光検出方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、測定対象物にレーザ光を照射し、そのとき発する蛍光を測定する蛍光検出装置であって、測定対象物が流れる流路が形成されたフローセル体と、流路中の測定点を通過する測定対象物に対してレーザ光を照射するレーザ光源部と、レーザ光の照射された測定対象物の蛍光を受光して受光信号を出力する受光部と、前記受光部から出力した受光信号から、蛍光強度の出力値を出力する処理部と、を有し、
　前記フローセル体の表面には、レーザ光の光路を横切るようにレンズが設けられレンズが設けられ、このレンズは、測定対象物の前記測定点を通る、測定対象物の移動方向と垂直な面で仮想的に切断したとき、前記レンズの断面が前記測定点を中心とした円形形状の一部分を成していることを特徴とする蛍光検出装置を提供する。
　ここで、前記レンズは、前記測定点を焦点位置とする球体形状の一部分を成す球面レンズであることが好ましい。
　又、前記ブローセル体に形成される前記流路の断面形状は、矩形形状であり、前記レーザ光は、光軸がこの矩形形状の一辺に平行になるように照射され、前記矩形形状の、前記レーザ光の光軸に平行な一辺の長さに対する、この一辺に対して直交する他辺の長さの比率が、１～２．５であることが好ましい。
　その際、前記レーザ光の光軸に平行な一辺の長さは、測定対象物の平均直径に対して３０倍以上２００倍以下の長さであることが好ましい。
　また、前記フローセル体と前記レンズは同じ材料で構成されていることが好ましい。
　さらに、前記測定点と前記受光部との間の蛍光の光路中の前記フローセル体の表面に、レンズの断面が前記測定点を中心とした円形形状の一部分を成した別のレンズが設けられていることも好ましい。
　なお、測定対象物は例えば細胞であり、前記レーザ光は、前記測定点において細胞内の一部分を照射し、前記受光部は、細胞内のタンパク質が発する蛍光を受光する。
　さらに、上記目的を達成するために、本発明は、測定対象物にレーザ光を照射し、そのとき発する蛍光を測定する蛍光検出方法であって、
　測定対象物を、フローセル体に設けられた流路に流すステップと、
　測定対象物の測定点を通り、測定対象物の移動方向と垂直な面で仮想的に切断したとき、断面が前記測定点を中心とした円形形状の一部分を成している、前記フローセル体の表面に設けられたレンズを用いて収束させたレーザ光を、前記流路中の測定点を通過する測定対象物に対して照射させるステップと、
　レーザ光の照射された測定対象物の蛍光を受光して受光信号を出力するステップと、
　出力した前記受光信号から、蛍光強度の出力値を出力するステップと、を有することを特徴とする蛍光検出方法を提供する。
　その際、前記レンズは、前記測定点を焦点位置とする球体形状の一部分を成す球面レンズであることが好ましい。
　本発明の蛍光検出装置は、測定対象物が流れる流路が形成されたフローセル体の表面に、レンズが設けられ、このレンズは、測定対象物の測定点を通り、測定対象物の移動方向と垂直な面で仮想的に切断したとき、前記レンズの断面が前記測定点を中心とする円形形状の一部分を成している。このため、従来に比べてＮＡ（開口数）を高めることができ、レーザ光の集光ビームの直径を小さくすることができる。特に、測定点を焦点位置とする球体形状の一部分を成す球面レンズを用いることで、レーザ光の集光ビームの直径を効率よく小さくすることができる。
　また、上記レンズを用いて蛍光を検出する方法においても、従来に比べてＮＡ（開口数）を高めることができ、レーザ光の集光ビームの直径を小さくすることができる。特に、測定点を焦点位置とする球体形状の一部分を成す球面レンズを用いることで、レーザ光の集光ビームの直径を効率よく小さくすることができる。
　したがって、タンパク質等の細胞内の局所情報を調べる程度に測定分解能を向上することができる。
本発明の蛍光検出装置を用いたフローサイトメータの概略構成図である。 本発明の蛍光検出装置に用いられるレーザ光源部の一例を示す概略構成図である。 本発明の蛍光検出装置に用いられる受光部の一例を示す概略構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の蛍光検出装置に用いられるフローセル体を説明する図である。 従来のフローセル体をレーザ光が通過する状態を説明する図である。
符号の説明
１０　フローサイトメータ
１２　試料
２０　信号処理装置
２２　レーザ光源部
２２ｒ　Ｒ光源
２２ｇ　Ｇ光源
２２ｂ　Ｂ光源
２３ａ1，２３ａ2，２６ｂ1，２６ｂ2　ダイクロイックミラー
２３ｃ．２６ａ　レンズ系
２４，２６　受光部
２６ｃ1，２６ｃ2，２６ｃ３　バンドパスフィルタ
２７ａ～２７ｃ　光電変換器
２８　処理部
２９　制御部
３０　管路
３１　フローセル体
３１ａ　球面レンズ
３１ｂ　流路
３２　回収容器
３４ｒ，３４ｇ，３４ｂ　レーザドライバ
８０　分析装置
　以下、本発明の蛍光検出装置および蛍光検出方法を詳細に説明する。
　図１は、本発明の蛍光検出装置を用いたフローサイトメータ１０の概略構成図である。
　フローサイトメータ１０は、レーザ光を測定対象とする細胞等の試料１２に照射し、試料１２中のタンパク質等の一部分から発する蛍光を検出して信号処理する信号処理装置（蛍光検出装置）２０と、信号処理装置２０で得られた処理結果をから試料１２中の測定対象物の分析を行なう分析装置８０とを有する。
　信号処理装置２０は、レーザ光源部２２と、受光部２４、２６と、試料１２の蛍光強度の出力値を出力する処理部２８と、所定の強度でレーザ光を照射させ、各処理の動作の制御管理を行う制御部２９と、高速流を形成するシース液に含ませて試料１２を流す管路３０と、管路３０の端に接続され、試料１２のフローを形成するフローセル体３１と、を有する。フローセル体３１には、試料１２の流路中にレーザ光の照射点（測定点）が形成される。フローセル体３１の出口側には、回収容器３２が設けられている。フローサイトメータ１０には、レーザ光の照射により短時間内に試料１２中の特定の細胞等を分離するためのセル・ソータを配置して別々の回収容器に分離するように構成することもできる。
　レーザ光源部２２は、波長の異なる３つのレーザ光、例えばλ1＝４０５ｎｍ、λ2＝５３３ｎｍおよびλ3＝６５０ｎｍ等のレーザ光を出射する部分である。レーザ光は、フローセル体３１の流路中の所定の位置に集束するようにレンズ系が設けられ、この集束位置が試料１２の測定点となっている。
　図２は、レーザ光源部２２の構成の一例を示す図である。
　レーザ光源部２２は、Ｒ光源２２ｒ、Ｇ光源２２ｇ、Ｂ光源２２ｂと、ダイクロイックミラー２３ａ1、２３ａ2と、レンズ系２３ｃと、レーザドライバ３４ｒ，３４ｇおよび３４ｂと、パワースプリッタ３５と、を有して構成される。
　Ｒ光源２２ｒ、Ｇ光源２２ｇ、Ｂ光源２２ｂは、３５０ｎｍ～８００ｎｍの可視光の、レーザ光を出射する部分で、Ｒ光源２２ｒは、主に赤色のレーザ光Ｒを所定の強度で出射する。Ｇ光源２２ｇは、緑色のレーザ光Ｇを所定の強度で出射する。Ｂ光源２２ｂは、青色のレーザ光Ｂを所定の強度で出射する。
　ダイクロイックミラー２３ａ1、２３ａ2は、特定の波長帯域のレーザ光を透過し、他の波長帯域のレーザ光を反射する。
　レンズ系２３ｃは、レーザ光Ｒ，ＧおよびＢからなるレーザ光を管路３０中の測定点に集束させる。レーザドライバ３４ｒ，３４ｇおよび３４ｂは、Ｒ光源２２ｒ、Ｇ光源２２ｇおよびＢ光源２２ｂのぞれぞれを駆動する。
　パワースプリッタ３５は、供給された信号をレーザドライバ３４ｒ，３４ｇおよび３４ｂにそれぞれ分配する。
　これらのレーザ光を出射する光源として例えば半導体レーザが用いられる。
　ダイクロイックミラー２３ａ1は、レーザ光Ｒを透過し、レーザ光Ｇを反射するミラーであり、ダイクロイックミラー２３ａ2は、レーザ光ＲおよびＧを透過し、レーザ光Ｂを反射するミラーである。
　この構成によりレーザ光Ｒ，ＧおよびＢが合成されて、測定点を通過する試料１２を照射する照射光となる。
　レーザドライバ３４ｒ，３４ｇおよび３４ｂは、処理部２８及び制御部２９に接続されて、レーザ光Ｒ，Ｇ，Ｂの出射の強度が調整されるように構成される。
　Ｒ光源２２ｒ、Ｇ光源２２ｇおよびＢ光源２２ｂは、レーザ光Ｒ、ＧおよびＢが蛍光色素を励起して特定の波長帯域の蛍光を発するように、予め定められた波長帯域で発振する。レーザ光Ｒ、ＧおよびＢによって励起される蛍光色素は測定しようとする生体物質等の試料１２に付着されており、測定対象物としてフローセル体３１の測定点を通過する際、測定点でレーザ光Ｒ、ＧおよびＢの照射を受けて特定の波長で蛍光を発する。
　受光部２４は、フローセル体３１を挟んでレーザ光源部２２と対向するように配置されており、測定点を通過する試料１２によってレーザ光が前方散乱することにより試料１２が測定点を通過する旨の検出信号を出力する光電変換器を備える。この受光部２４から出力される信号は、処理部２８に供給され、処理部２８において試料１２が管路３０中の測定点を通過するタイミングを知らせるトリガ信号として用いられる。
　一方、受光部２６は、レーザ光源部２２から出射されるレーザ光の出射方向に対して垂直方向であって、かつフローセル体３１の流路中の試料１２の移動方向に対して垂直方向に配置されており、測定点にて照射された試料１２が発する蛍光を受光する光電変換器を備える。
　図３は、受光部２６の一例の概略の構成を示す概略構成図である。
　図３に示す受光部２６は、試料１２からの蛍光信号を集束させるレンズ系２６ａと、ダイクロイックミラー２６ｂ１，２６ｂ２と、バンドパスフィルタ２６ｃ１～２６ｃ３と、光電子倍増管等の光電変換器２７ａ～２７ｃと、を有する。
　レンズ系２６ａは、受光部２６に入射した蛍光を光電変換器２７ａ～２７ｃの受光面に集束させるように構成されている。
　ダイクロイックミラー２６ｂ１，２６ｂ２は、所定の範囲の波長帯域の蛍光を反射させて、それ以外は透過させるミラーである。バンドパスフィルタ２６ｃ１～２６ｃ３でフィルタリングして光電変換器２７ａ～２７ｃで所定の波長帯域の蛍光を取り込むように、ダイクロイックミラー２６ｂ１，２６ｂ２の反射波長帯域および透過波長帯域が設定されている。
　バンドパスフィルタ２６ｃ１～２６ｃ３は、各光電変換器２７ａ～２７ｃの受光面の前面に設けられ、所定の波長帯域の蛍光のみが透過するフィルタである。透過する蛍光の波長帯域は、蛍光色素の発する蛍光の波長帯域に対応して設定されている。
　光電変換器２７ａ～２７ｃは、例えば光電子増倍管を備えたセンサであり、光電面で受光した光を電気信号に変換するセンサである。
　制御部２９は、所定の強度でレーザ光を照射させ、処理部２８における各処理の動作の制御管理を行う部分である。
　処理部２８は、所定の信号処理を行って蛍光強度の出力値を分析装置８０に出力する部分である。
　分析装置８０は、処理部２８から供給される出力値を用いて、フローセル体３１の測定点を通過する試料１２中に含まれる生体物質の種類等を特定し、試料１２中に含まれる生体物質の分析を行う装置である。こうして、分析装置８０は、例えば、試料１２中に含まれる生体物質の種類のヒストグラムや各種特性を短時間に求める。
　管路３０の下端はフローセル体３１が接続されている。フローセル体３１は、本発明の特徴とする部分である。図４（ａ）は、フローセル体３１の概略斜視図であり、図４（ｂ）は、フローセル体３１をレーザ光が透過する状態を説明する図である。
　フローセル体３１は、長方体を成した透明部材であり、石英等によって作られている。フローセル体３１の側面からレーザ光が入射され、フローセル体３１の内部を通過し、フローセル体３０に設けられた、管路３０から縦方向に延びる流路３１ｂの中心で集束するようになっており、この集束位置が測定点Ｐとなっている。この測定点Ｐは、レーザ光源部２２のレンズ系２３ｃの焦点位置である。
　ここで、レーザ光が入射するフローセル体３１の側面には、測定点Ｐを焦点位置とする球体の一部分の形状を成す球面レンズ３１ａが設けられている。すなわち、レーザ光の光路を横切るように球面レンズ３１ａが設けられている。球面レンズ３１ａの球形状の中心、すなわち、球面レンズ３１ａの曲率中心位置は、試料１２の測定点Ｐと一致している。図４（ｂ）中の２３ｃは、図２に示すレーザ光源部２２のレンズ系（集束レンズ）である。球面レンズ３１ａは、フローセル体３１と同じ材料、例えば石英等によって作られている。
　このように、フローセル体３１のレーザ光の入射面に球面レンズ３１ａを設けるのは、レーザ光の集光ビームの直径を小さくし、測定分解能を向上させるためである。
　フローセル体３１に球面レンズ３１ａを設けることで、レンズ系２３ｃを通過したレーザ光を測定点Ｐで集束させるとき、球面レンズ３１ａに入射するレーザ光の入射角は０度となる。このため、ＮＡ(開口数)は、球面レンズ３１ａを設けない場合に比べて、向上する。
　具体的には、フローセル体３１を通過するレーザ光の集光ビームのＮＡは、（媒質の屈折率）×ｓｉｎθで表される。ここで、θはレーザ光のフローセル体３１への入射角度である。このとき、球面レンズ３１ａでは、レンズ系２３ｃを通過したレーザ光は常に入射角度０度で入射するのでθは変化せず、球面レンズ３１ａを通過したときＮＡは媒質の屈折率×ｓｉｎθの値になる。一方、図５に示す従来例のように、球面レンズ３１ａがない場合、レーザ光がフローセル体３１の側面に入射する入射角度は、レーザ光の光軸の部分を除いて、０度ではない。このため、フローセル体３１を通過する集光ビームにおけるＮＡはスネルの法則よりｓｉｎθとなる。以上より、本発明では、フローセル体３１をレーザ光が通過するとき、フローセル体３１の境界面でＮＡが従来のように低下しないように、球面レンズ３１ａを設ける。
　球面レンズ３１ａを設けることにより、下記式に従って、従来に比べてのＮＡを増大させることができる。これによって集光ビームの直径を小さくすることができる。下記式は、レーザ光がガウシアン分布を想定した式である。
　　集光ビームの直径ε＝　４×λ×ｆ／（πＤ）＝０．６４λ／ＮＡ
　ここで、λはレーザ光の波長、ｆはレンズ焦点距離、Ｄはレンズ系２３ｃの開口径である。
　このように、レーザ光が入射する、フローセル体３１の側面に球面レンズ３１ａを設けることで、集光ビームの直径を小さくすることができる。これによって、タンパク質等の細胞内の局所情報を調べる程度に測定分解能を向上することができる。
　なお、本実施形態の球面レンズ３１ａは、直方体形状をしたフローセル体３１の１つの側面に設けるが、受光部２６の蛍光の測定分解能を向上させるために、蛍光が通過し受光部２６に至るフローセル体３１の別の側面に球面レンズ３１を設けてもよい。この場合においても、測定点Ｐの位置に球面レンズ３１の焦点位置が来るように配置する。
　本発明では、レーザ光の集光ビームのサイズを小さくするために、ＮＡを従来より高くする。このために、球面レンズ３１ａをフローセル体３１の側面に設けるが、ＮＡを高くすることにより、下記式に示されるように、焦点深度が浅くなる。これによって測定分解能の低下が懸念される。
　　焦点深度ｚ＝０．６４／（ＮＡ）2
　そこで、本発明では、フローセル体３１に形成される流路３１ｂの断面形状が以下のように制限されることが好ましい。
　すなわち、フローセル体３１に設けられた流路３１ｂの断面形状は、図４（ｂ）に示すように矩形形状であり、レーザ光は、光軸がこの矩形形状の一辺に平行になるように照射される。このとき、流路３１ｂの矩形形状の、レーザ光の光軸に平行な一辺の長さＬ1に対する、この一辺に対して直交する他辺の長さＬ2の比率が、１～２．５である。このような比率の矩形形状の流路３１ｂを形成することで、レーザ光の光軸方向において試料１２が通過する位置を規制することができる。このため、ＮＡを高くすることで浅くなった焦点深度の不都合を、流路３１ｂの矩形形状の比率を１～２．５とし、試料１２の流れる位置を規制することにより、解決することができる。また、測定する試料１２の平均サイズ（直径）に対して長さＬ1を３０～２００倍とすることが好ましい。
　フローサイトメータ１０は以上のように構成される。
　このようなフローセル体３１を有するフローサイトメータ１０では、試料１２にレーザ光を照射し、そのとき発する蛍光を測定する、以下の蛍光検出方法が行われる。
　試料１２を、フローセル体３１に設けられた流路にシース液を用いて流す。そして、フローセル体３１の表面に設けられた球面レンズ３１ａを用いて収束させたレーザ光を、流路中の測定点を通過する試料１２に対して照射させる。球面レンズ３１ａは、試料１２の測定点を通り、試料１２の移動方向と垂直な面で仮想的に切断したとき、断面が測定点を中心とした円形形状の一部分を成しているレンズである。このとき、レーザ光の照射された試料１２の発する蛍光を受光して受光信号を出力する。出力した受光信号から、蛍光強度の出力値を出力する。
　なお、球面レンズ３１は、測定点を焦点位置とする球体形状の一部分を成している。
　なお、本実施形態では、フローセル体３１に球面レンズ３１ａを設けたが、本発明においては、これに限定されない。フローセル体３１のレーザ光が入射する表面には、試料１２の測定点Ｐを通り、試料１２の移動方向と垂直な面で仮想的に切断したとき、断面が円形形状の一部を成しているレンズを用いるとよい。例えばシリンドリカルレンズであってもよい。
　以上、本発明の蛍光検出装置および蛍光検出方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

Claims (9)

  1. 　測定対象物にレーザ光を照射し、そのとき発する蛍光を測定する蛍光検出装置であって、
    　測定対象物が流れる流路が形成されたフローセル体と、
    　流路中の測定点を通過する測定対象物に対してレーザ光を照射するレーザ光源部と、
    　レーザ光の照射された測定対象物の蛍光を受光して受光信号を出力する受光部と、
    　前記受光部から出力した受光信号から、蛍光強度の出力値を出力する処理部と、を有し、
    　前記フローセル体の表面には、レーザ光の光路を横切るようにレンズが設けられ、このレンズは、測定対象物の測定点を通る、測定対象物の移動方向と垂直な面で仮想的に切断したとき、前記レンズの断面が前記測定点を中心とした円形形状の一部分を成していることを特徴とする蛍光検出装置。
  2. 　前記レンズは、前記測定点を焦点位置とする球体形状の一部分を成す球面レンズである請求項１に記載の蛍光検出装置。
  3. 　前記ブローセル体に形成される前記流路の断面形状は、矩形形状であり、前記レーザ光は、光軸がこの矩形形状の一辺に平行になるように照射され、
    　前記矩形形状の、前記レーザ光の光軸に平行な一辺の長さに対する、この一辺に対して直交する他辺の長さの比率が、１～２．５である請求項１または２に記載の蛍光検出装置。
  4. 　前記レーザ光の光軸に平行な一辺の長さは、測定対象物の平均直径に対して３０倍以上２００倍以下の長さである請求項３に記載の蛍光検出装置。
  5. 　前記フローセル体と前記レンズは同じ材料で構成されている請求項１～４のいずれか1項に記載の蛍光検出装置。
  6. 　前記測定点と前記受光部との間の蛍光の光路中の前記フローセル体の表面に、レンズの断面が前記測定点を中心とした円形形状の一部分を成した別のレンズが設けられている請求項１～５のいずれか１項に記載の蛍光検出装置。
  7. 　測定対象物は細胞であり、
    　前記レーザ光は、前記測定点において細胞内の一部分を照射し、
    　前記受光部は、細胞内のタンパク質が発する蛍光を受光する請求項１～６のいずれか１項に記載の蛍光検出装置。
  8. 　測定対象物にレーザ光を照射し、そのとき発する蛍光を測定する蛍光検出方法であって、
    　測定対象物を、フローセル体に設けられた流路に流すステップと、
    　測定対象物の測定点を通り、測定対象物の移動方向と垂直な面で仮想的に切断したとき、断面が前記測定点を中心とした円形形状の一部分を成している、前記フローセル体の表面に設けられたレンズを用いて収束させたレーザ光を、前記流路中の測定点を通過する測定対象物に対して照射させるステップと、
    　レーザ光の照射された測定対象物の蛍光を受光して受光信号を出力するステップと、
    　出力した前記受光信号から、蛍光強度の出力値を出力するステップと、を有することを特徴とする蛍光検出方法。
  9. 　前記レンズは、前記測定点を焦点位置とする球体形状の一部分を成す球面レンズである請求項８に記載の蛍光検出方法。
     
     
     
     
     
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