JPH0989780A - 光学測定装置 - Google Patents
光学測定装置Info
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- JPH0989780A JPH0989780A JP7239510A JP23951095A JPH0989780A JP H0989780 A JPH0989780 A JP H0989780A JP 7239510 A JP7239510 A JP 7239510A JP 23951095 A JP23951095 A JP 23951095A JP H0989780 A JPH0989780 A JP H0989780A
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Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 空間分解能を持った形で試料が引き起こす溶
液状態の変化を観察する手段を提供すること。 【構成】 レーザー光源で発生させた単色の平行光は、
半透鏡で対物レンズに導入され、このような集束光によ
って蛍光微粒子が捕獲される構成の光学トラップのため
の機構と、光学トラップによって捕獲され、その光の集
束点を移動させ、それぞれの位置での蛍光微粒子の蛍光
強度を測定することで、それぞれの位置での溶液の状態
を検出することができる蛍光微粒子とよりなる。画像処
理解析部によって微粒子の蛍光強度の変化に応じて半透
鏡を走査機構によって制御し、光学トラップの位置を移
動させることもできる。
液状態の変化を観察する手段を提供すること。 【構成】 レーザー光源で発生させた単色の平行光は、
半透鏡で対物レンズに導入され、このような集束光によ
って蛍光微粒子が捕獲される構成の光学トラップのため
の機構と、光学トラップによって捕獲され、その光の集
束点を移動させ、それぞれの位置での蛍光微粒子の蛍光
強度を測定することで、それぞれの位置での溶液の状態
を検出することができる蛍光微粒子とよりなる。画像処
理解析部によって微粒子の蛍光強度の変化に応じて半透
鏡を走査機構によって制御し、光学トラップの位置を移
動させることもできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学トラップを用いた
光学測定装置に関する。
光学測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】試料が引き起こす溶液状態の変化を観察
する手法として、溶液中に蛍光色素を分散させ、その蛍
光色素の強度変化を観察する手法が実用化されている。
たとえば、筋小胞体からのカルシウムの放出は、インド
ー・ワンなどのカルシウムの濃度の変化に応じて蛍光強
度が変化する蛍光色素を用い、溶液中に分散させたその
蛍光色素の強度変化を経時観察することで筋小胞体から
放出されたカルシウムイオンを測定することができる。
溶液中に分散している蛍光色素の強度変化を空間分解能
をもって観察するためには、共焦点顕微鏡を用いてμm
オーダーの空間分解能を持った観察が可能である。ま
た、試料が蛋白質等の固形物である場合には、試料に蛍
光色素を付着させてこの蛍光色素の強度変化を観察する
ことで試料表面の蛍光色素の強度を選択的に観察するこ
とができる。
する手法として、溶液中に蛍光色素を分散させ、その蛍
光色素の強度変化を観察する手法が実用化されている。
たとえば、筋小胞体からのカルシウムの放出は、インド
ー・ワンなどのカルシウムの濃度の変化に応じて蛍光強
度が変化する蛍光色素を用い、溶液中に分散させたその
蛍光色素の強度変化を経時観察することで筋小胞体から
放出されたカルシウムイオンを測定することができる。
溶液中に分散している蛍光色素の強度変化を空間分解能
をもって観察するためには、共焦点顕微鏡を用いてμm
オーダーの空間分解能を持った観察が可能である。ま
た、試料が蛋白質等の固形物である場合には、試料に蛍
光色素を付着させてこの蛍光色素の強度変化を観察する
ことで試料表面の蛍光色素の強度を選択的に観察するこ
とができる。
【０００３】蛍光色素には、米国のモレキュラープロー
ブ社のｐＨ感受性色素、カルシウム感受性色素など、溶
液状態の変化に応じて蛍光強度が変化する様々な蛍光色
素が実用化されている。
ブ社のｐＨ感受性色素、カルシウム感受性色素など、溶
液状態の変化に応じて蛍光強度が変化する様々な蛍光色
素が実用化されている。
【０００４】集束光を用いた微粒子の捕獲技術はアーサ
ー・アシュキンらによって提案され、光学トラップ装置
として特許出願されている（特開平２−９１５４５）。
光学トラップでは、ポリスチレン球等の微粒子を光の集
束点に捕獲し、この集束点を移動させることで溶液中で
特定の微粒子を移動させることが可能となっている。ま
た、蛍光色素を付加したポリスチレン球なども実用化さ
れており、特に、表面にカルボキシル基あるいはアミノ
基を付加したポリスチレン球の表面に、反応残基を持つ
蛍光色素を共有結合させることで、任意の蛍光色素を付
けたポリスチレン球を作ることができる。
ー・アシュキンらによって提案され、光学トラップ装置
として特許出願されている（特開平２−９１５４５）。
光学トラップでは、ポリスチレン球等の微粒子を光の集
束点に捕獲し、この集束点を移動させることで溶液中で
特定の微粒子を移動させることが可能となっている。ま
た、蛍光色素を付加したポリスチレン球なども実用化さ
れており、特に、表面にカルボキシル基あるいはアミノ
基を付加したポリスチレン球の表面に、反応残基を持つ
蛍光色素を共有結合させることで、任意の蛍光色素を付
けたポリスチレン球を作ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、蛍光
色素を用いて溶液中のpＨ、あるいは特定のイオンの空
間中での分布を観察する手法として、溶液中に溶質とし
て分散させる場合と、蛋白質等の試料に蛍光色素を共有
結合させ、試料の近傍に色素を局在させる手法があった
が、溶液中に分散させた場合は、共焦点顕微鏡を用いた
場合であっても、その蛍光物質の発光の空間分解能はμ
mオーダー程度までしか高くできなかった。また、試料
に直接蛍光物質を付着させた場合は、蛍光色素の局在に
よってその発光の空間分解能は向上するが、蛍光色素の
付着による試料の活性の低下、あるいは試料と蛍光物質
との付着の手法の開発の必要などの問題点があった。
色素を用いて溶液中のpＨ、あるいは特定のイオンの空
間中での分布を観察する手法として、溶液中に溶質とし
て分散させる場合と、蛋白質等の試料に蛍光色素を共有
結合させ、試料の近傍に色素を局在させる手法があった
が、溶液中に分散させた場合は、共焦点顕微鏡を用いた
場合であっても、その蛍光物質の発光の空間分解能はμ
mオーダー程度までしか高くできなかった。また、試料
に直接蛍光物質を付着させた場合は、蛍光色素の局在に
よってその発光の空間分解能は向上するが、蛍光色素の
付着による試料の活性の低下、あるいは試料と蛍光物質
との付着の手法の開発の必要などの問題点があった。
【０００６】本発明は、溶液状態の変化に応じて蛍光強
度が変化する蛍光色素を用い、試料に蛍光色素を付着す
ることなく、空間分解能を持った形で試料が引き起こす
溶液状態の変化を観察する手段を有する装置を提供する
ことを目的とする。
度が変化する蛍光色素を用い、試料に蛍光色素を付着す
ることなく、空間分解能を持った形で試料が引き起こす
溶液状態の変化を観察する手段を有する装置を提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
には、溶液状態の変化に応じて蛍光強度が変化する蛍光
色素を微粒子の表面に付着し、集束光を用いた光学トラ
ップ装置を用いてこの微粒子を捕獲し、また、この集束
点を移動させることでこの微粒子の位置を移動させ、溶
液中の任意の位置における蛍光微粒子の蛍光強度を測定
解析すればよい。また、光学トラップ装置で用いる集束
光の波長として、蛍光色素の励起波長の２倍波長を用い
ることで、光学トラップで捕獲した蛍光微粒子の蛍光色
素のみを選択的に励起すればよい。
には、溶液状態の変化に応じて蛍光強度が変化する蛍光
色素を微粒子の表面に付着し、集束光を用いた光学トラ
ップ装置を用いてこの微粒子を捕獲し、また、この集束
点を移動させることでこの微粒子の位置を移動させ、溶
液中の任意の位置における蛍光微粒子の蛍光強度を測定
解析すればよい。また、光学トラップ装置で用いる集束
光の波長として、蛍光色素の励起波長の２倍波長を用い
ることで、光学トラップで捕獲した蛍光微粒子の蛍光色
素のみを選択的に励起すればよい。
【０００８】
【作用】溶液状態の変化に応じて蛍光強度が変化する蛍
光色素を付加した微粒子を光学トラップによって捕獲
し、この光学トラップの集光点を移動させることで、微
粒子を溶液中で自在に移動させることができる。このと
き、微粒子を測定したい溶液中で移動させ、そのときの
蛍光強度の変化を観測、解析することによって、溶液状
態の変化を空間分解能をもったかたちで見積もることが
できる。
光色素を付加した微粒子を光学トラップによって捕獲
し、この光学トラップの集光点を移動させることで、微
粒子を溶液中で自在に移動させることができる。このと
き、微粒子を測定したい溶液中で移動させ、そのときの
蛍光強度の変化を観測、解析することによって、溶液状
態の変化を空間分解能をもったかたちで見積もることが
できる。
【０００９】
【実施例】図１に、本発明の代表的な実施例の装置構成
図を示す。本装置は、集束光を試料溶液中に作り出す機
構と、試料観察、解析のための機構からなる。集束光を
試料溶液中に作り出す機構は、以下のような構成になっ
ている。レーザー光源６で発生させた単色の平行光は、
半透鏡７で対物レンズ５に導入される。レーザー光はレ
ンズ５で試料を含む溶液４中に集束される。また、この
レーザー光の集束点の位置は半透鏡７の方向を走査機構
１５によって制御することで移動させることができる。
あるいは、試料を載せた台を移動させることで同様な効
果を与えることができる。
図を示す。本装置は、集束光を試料溶液中に作り出す機
構と、試料観察、解析のための機構からなる。集束光を
試料溶液中に作り出す機構は、以下のような構成になっ
ている。レーザー光源６で発生させた単色の平行光は、
半透鏡７で対物レンズ５に導入される。レーザー光はレ
ンズ５で試料を含む溶液４中に集束される。また、この
レーザー光の集束点の位置は半透鏡７の方向を走査機構
１５によって制御することで移動させることができる。
あるいは、試料を載せた台を移動させることで同様な効
果を与えることができる。
【００１０】この集束光を試料溶液中に作り出す機構の
レーザー光源６の波長を蛍光物質の励起波長の２倍波長
で用いれば２光子吸収の原理によって、試料溶液中の光
の集束点近傍のみの蛍光色素を選択的に励起させること
ができる。
レーザー光源６の波長を蛍光物質の励起波長の２倍波長
で用いれば２光子吸収の原理によって、試料溶液中の光
の集束点近傍のみの蛍光色素を選択的に励起させること
ができる。
【００１１】また、この集束光を試料溶液中に作り出す
機構を用いることで微粒子の光トラップを行うことがで
きる。すなわち、その集束点の近傍に集束レーザー光が
生み出す勾配力場が発生することから、この勾配力場に
よって溶液中に浮遊する蛍光微粒子１８は捕獲される。
図２に、このような集束光によって蛍光微粒子１８が捕
獲される様子を示す。溶液４中での蛍光微粒子１８の位
置は、対物レンズ５を通じて集束したレーザー光の位置
を移動させることで移動することができる。
機構を用いることで微粒子の光トラップを行うことがで
きる。すなわち、その集束点の近傍に集束レーザー光が
生み出す勾配力場が発生することから、この勾配力場に
よって溶液中に浮遊する蛍光微粒子１８は捕獲される。
図２に、このような集束光によって蛍光微粒子１８が捕
獲される様子を示す。溶液４中での蛍光微粒子１８の位
置は、対物レンズ５を通じて集束したレーザー光の位置
を移動させることで移動することができる。
【００１２】試料観察、解析の機構は以下のような構成
になっている。水銀ランプ、ハロゲンランプ等の照射光
源１より照射された白色光は反射鏡２でコンデンサー３
に導入される。コンデンサー３を通過した光は試料を含
む溶液４に入射し、対物レンズ５を通過して半透鏡７を
通過して半透鏡８に達する。半透鏡８で分割された光の
一方は、レーザー光源の波長の光を遮断するフィルター
８１を通して、試料面からの散乱光を除去した上でテレ
ビカメラ９に送られる。テレビカメラ９で撮られた試料
を含む溶液の全体像は、そのまま、画像記憶部１２、画
像処理解析部１３、モニター１４に送られる。半透鏡８
で分割された光のもう一方は、反射鏡１０を経て、蛍光
微粒子が発する蛍光のみを透過するフィルター１０１通
過後にテレビカメラ１１で、蛍光微粒子の蛍光強度を計
測することができる。また、レーザー光源６の波長を蛍
光物質の励起波長の２倍波長で用いれば、このレーザー
光の集束点で捕獲された蛍光微粒子１８の蛍光色素を、
２光子吸収の機構で選択的に励起させることができる。
この集束点における２光子吸収によって、蛍光微粒子の
一部、光の集束点近傍のみを選択的に励起させることが
でき、この結果、蛍光微粒子の発光点の空間分解能を高
めることができる。
になっている。水銀ランプ、ハロゲンランプ等の照射光
源１より照射された白色光は反射鏡２でコンデンサー３
に導入される。コンデンサー３を通過した光は試料を含
む溶液４に入射し、対物レンズ５を通過して半透鏡７を
通過して半透鏡８に達する。半透鏡８で分割された光の
一方は、レーザー光源の波長の光を遮断するフィルター
８１を通して、試料面からの散乱光を除去した上でテレ
ビカメラ９に送られる。テレビカメラ９で撮られた試料
を含む溶液の全体像は、そのまま、画像記憶部１２、画
像処理解析部１３、モニター１４に送られる。半透鏡８
で分割された光のもう一方は、反射鏡１０を経て、蛍光
微粒子が発する蛍光のみを透過するフィルター１０１通
過後にテレビカメラ１１で、蛍光微粒子の蛍光強度を計
測することができる。また、レーザー光源６の波長を蛍
光物質の励起波長の２倍波長で用いれば、このレーザー
光の集束点で捕獲された蛍光微粒子１８の蛍光色素を、
２光子吸収の機構で選択的に励起させることができる。
この集束点における２光子吸収によって、蛍光微粒子の
一部、光の集束点近傍のみを選択的に励起させることが
でき、この結果、蛍光微粒子の発光点の空間分解能を高
めることができる。
【００１３】蛍光微粒子１８は、光学トラップによって
捕獲され、その光の集束点を走査機構１５をもちいて移
動させることで、溶液中を移動させることができるが、
このとき、微粒子１８を溶液中で移動させながら微粒子
の蛍光強度を連続的に測定することで、微粒子が移動し
た軌跡上の溶液の状態を連続的に測定することができ
る。このときの空間分解能はｎｍオーダーに達する。ま
た、光学トラップによって蛍光微粒子を捕獲するのみの
場合には、集束点を一点に固定して微粒子のブラウン運
動を抑制し、この結果、一点での蛍光微粒子の蛍光強度
の経時変化を連続測定することもできる。このとき、微
粒子に付加する蛍光色素としては、ｐＨ感受性色素、カ
ルシウムイオン感受性色素、電位感受性色素、その他イ
オン感受性色素等がある。また、画像処理解析部１３に
よって微粒子の蛍光強度の変化に応じて半透鏡７を走査
機構１５によって制御し、光学トラップの位置を移動さ
せることもできる。これによって、等イオン濃度曲線を
求めることもできる。
捕獲され、その光の集束点を走査機構１５をもちいて移
動させることで、溶液中を移動させることができるが、
このとき、微粒子１８を溶液中で移動させながら微粒子
の蛍光強度を連続的に測定することで、微粒子が移動し
た軌跡上の溶液の状態を連続的に測定することができ
る。このときの空間分解能はｎｍオーダーに達する。ま
た、光学トラップによって蛍光微粒子を捕獲するのみの
場合には、集束点を一点に固定して微粒子のブラウン運
動を抑制し、この結果、一点での蛍光微粒子の蛍光強度
の経時変化を連続測定することもできる。このとき、微
粒子に付加する蛍光色素としては、ｐＨ感受性色素、カ
ルシウムイオン感受性色素、電位感受性色素、その他イ
オン感受性色素等がある。また、画像処理解析部１３に
よって微粒子の蛍光強度の変化に応じて半透鏡７を走査
機構１５によって制御し、光学トラップの位置を移動さ
せることもできる。これによって、等イオン濃度曲線を
求めることもできる。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、空間分解能を持った形で試料が引き起こす
溶液状態の変化を観察することができるという効果を奏
する。
ているので、空間分解能を持った形で試料が引き起こす
溶液状態の変化を観察することができるという効果を奏
する。
【図１】本発明の実施例の装置構成図。
【図２】光学トラップによる蛍光微粒子の捕獲を説明す
る模式図。
る模式図。
１…照射光源、２、１０…反射鏡、３…コンデンサー、
４…試料を含む溶液、５…対物レンズ、６…レーザー光
源、７、８…半透鏡、８１、１０１…フィルター、９、
１１…テレビカメラ、１２…画像記憶部、１３…画像処
理解析部、１４…モニター、１５…走査機構、１７…カ
バーグラス、１８…蛍光微粒子。
４…試料を含む溶液、５…対物レンズ、６…レーザー光
源、７、８…半透鏡、８１、１０１…フィルター、９、
１１…テレビカメラ、１２…画像記憶部、１３…画像処
理解析部、１４…モニター、１５…走査機構、１７…カ
バーグラス、１８…蛍光微粒子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石渡 信一 東京都大田区西嶺町32−12 (72)発明者 木下 一彦 神奈川県横浜市都筑区茅ヶ崎南４−12−12 −503
Claims (2)
- 【請求項１】所定の波長領域の光束を発生させる光源、
所定の領域に前記光束を集光させる手段および前記集光
点を移動させる手段とよりなる光学トラップを形成する
機構と、溶液の状態の変化に応じて蛍光強度を変える蛍
光色素を含む微粒子と、その微粒子の蛍光色素を励起す
る所定の波長領域の光源と、蛍光色素の発光を検出する
手段と、その蛍光色素の蛍光強度を解析する手段とを具
有することを特徴とする光学測定装置。 - 【請求項２】前記所定の波長領域の光束を発生させる光
源が蛍光色素を励起する波長の２倍の波長とされた請求
項１記載の光学測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7239510A JPH0989780A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 光学測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7239510A JPH0989780A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 光学測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989780A true JPH0989780A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17045872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7239510A Pending JPH0989780A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 光学測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0989780A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6624940B1 (en) * | 1998-02-03 | 2003-09-23 | Arch Development Corporation | Method for applying optical gradient forces and moving material |
| US6718083B2 (en) | 2001-06-20 | 2004-04-06 | Arryx, Inc. | Optical switch and router |
-
1995
- 1995-09-19 JP JP7239510A patent/JPH0989780A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6624940B1 (en) * | 1998-02-03 | 2003-09-23 | Arch Development Corporation | Method for applying optical gradient forces and moving material |
| US7227688B2 (en) | 1998-02-03 | 2007-06-05 | National Science Foundation | Apparatus for applying optical gradient forces |
| US6718083B2 (en) | 2001-06-20 | 2004-04-06 | Arryx, Inc. | Optical switch and router |
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