本發(fā)明涉及光學(xué)分析裝置的高性能化。

背景技術(shù)：

顯然，光學(xué)顯微鏡是在自然科學(xué)、工學(xué)、工業(yè)領(lǐng)域中不可缺少的觀察工具。特別是近年來，使用了激光作為照明光源的更高功能的顯微鏡在尖端技術(shù)開發(fā)中正成為必需。其代表例是熒光共聚焦顯微鏡，作為通過與熒光試劑進(jìn)行組合而觀察生物體試樣中的特定物質(zhì)的分布的機(jī)構(gòu)，在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的領(lǐng)域中正廣泛地普及。進(jìn)一步，伴隨著近年來高性能的短脈沖激光光源的出現(xiàn)，使用了非線性光學(xué)效應(yīng)的非線性光學(xué)顯微鏡的技術(shù)發(fā)展以及在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)領(lǐng)域中的需求顯著提高。作為非線性光學(xué)顯微鏡(或者非線性顯微鏡)的例子，已知雙光子熒光顯微鏡(非專利文獻(xiàn)1)、SHG顯微鏡(非專利文獻(xiàn)2)、相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)顯微鏡(非專利文獻(xiàn)3)、受激拉曼散射(Stimulated Raman scattering,SRS)顯微鏡(非專利文獻(xiàn)4)等。例如在雙光子熒光顯微鏡中，可選擇試樣的吸收小的波長區(qū)域作為照射試樣的激光，與以往的熒光共聚焦顯微鏡相比能夠?qū)崿F(xiàn)深部的成像。SHG顯微鏡是觀察源自試樣的第二高次諧波的顯微鏡，可選擇性地檢測(cè)膠原蛋白等的纖維結(jié)構(gòu)、細(xì)胞膜等的特定結(jié)構(gòu)體。CARS顯微鏡是：對(duì)試樣照射激發(fā)光與斯托克斯光這2種激光，這些光的差頻(Difference Frequency)與試樣分子的固有振動(dòng)進(jìn)行共振，結(jié)果產(chǎn)生反斯托克斯光，對(duì)該反斯托克斯光進(jìn)行觀測(cè)的顯微鏡?？筛鶕?jù)反斯托克斯(anti-Stokes)光的波長、強(qiáng)度分布而觀測(cè)試樣中的特定物質(zhì)的分布，作為代替熒光顯微鏡的無標(biāo)記、非侵入的顯微鏡而受到了關(guān)注。SRS顯微鏡是：與CARS顯微鏡同樣地對(duì)試樣照射激發(fā)光、斯托克斯光，以上述2種光的強(qiáng)度變化的形式觀測(cè)物質(zhì)的固有振動(dòng)的顯微鏡，與CARS顯微鏡同樣地是非侵入的顯微鏡。這樣，非線性光學(xué)顯微鏡提供在以往的顯微鏡中不能實(shí)現(xiàn)的各種各樣的高功能的觀察單元。

此處對(duì)CARS顯微鏡的工作原理進(jìn)行說明。CARS是由三維極化引起的發(fā)光，為了產(chǎn)生CARS，需要激發(fā)光、斯托克斯光、探測(cè)光。一般而言，為了減少光源的數(shù)量，探測(cè)光由激發(fā)光代替。該情況下，誘發(fā)的三維極化由下式表示。

(式1)

P_AS⁽³⁾(ω_AS)＝|χ_r⁽³⁾(ω_AS)+χ_nr⁽³⁾|E_P²(ω_P)E^*_S(ω_S)

此處，χ_r⁽³⁾(ω_AS)是三維電極化率的分子振動(dòng)的共振項(xiàng)，χ_nr⁽³⁾為非共振項(xiàng)。另外，激發(fā)光以及探測(cè)光的電場(chǎng)由E_P表示，斯托克斯光的電場(chǎng)由E_S表示。非共振項(xiàng)沒有頻率依存性。式(1)的E_S的上角所附的星號(hào)表示復(fù)共軛。CARS光的強(qiáng)度如下表示。

(式2)

I_CARS(ω_AS)∝|P_AS⁽³⁾(ω_AS)|²

使用圖13所示的分子的能級(jí)圖，說明產(chǎn)生CARS光的機(jī)理。圖13顯示了共振項(xiàng)的過程(process)。1401表示分子的振動(dòng)基態(tài)，1402表示振動(dòng)激發(fā)態(tài)。同時(shí)地照射頻率ω_P的激發(fā)光與頻率ω_S的斯托克斯光。此時(shí)分子介由虛能級(jí)1403，被激發(fā)到1402的某個(gè)振動(dòng)激發(fā)能級(jí)。對(duì)于處于此激發(fā)態(tài)的分子照射頻率ω_P的探測(cè)光時(shí)，介由虛能級(jí)1404而產(chǎn)生頻率ω_AS的CARS光，同時(shí)分子回到振動(dòng)基態(tài)。此時(shí)的CARS光的頻率表示為ω_AS＝2·ω_P－ω_S。

關(guān)于該共振CARS光，根據(jù)圖13可知，僅在激發(fā)光與斯托克斯光的頻率之差ω_P－ω_S與觀測(cè)試樣的某個(gè)振動(dòng)激發(fā)態(tài)一致的情況下產(chǎn)生。其中，此處采用了普朗克單位體系，普朗克常數(shù)設(shè)為1。因此，在使用了廣頻帶的光源作為斯托克斯光的情況下，產(chǎn)生的CARS光也成為寬頻帶的光，但具備在對(duì)應(yīng)于振動(dòng)激發(fā)態(tài)的波長時(shí)具有尖銳的峰的光譜。該光譜被稱為拉曼光譜，反映了試樣中的分子的振動(dòng)激發(fā)態(tài)的分布，可用于鑒定分子種類。

圖14為表示與式(1)的非共振項(xiàng)相關(guān)的一個(gè)過程的圖。成為斯托克斯光的頻率并非振動(dòng)激發(fā)態(tài)，而是介由虛能級(jí)1405的過程。利用頻率ω_P的激發(fā)光與頻率ω’_P的探測(cè)光的同時(shí)照射而激發(fā)電子等參與的虛能級(jí)1405，進(jìn)一步利用頻率ω’_S的斯托克斯光，介由虛能級(jí)1406而產(chǎn)生頻率ω_AS的非共振的CARS光。該非共振的CARS光與振動(dòng)激發(fā)態(tài)無關(guān)地產(chǎn)生，因而在使用了寬頻帶的斯托克斯光的情況下，產(chǎn)生不具有強(qiáng)度的波長依存性的寬頻帶的非共振CARS光。這些共振CARS光與非共振CARS光是彼此相干的，發(fā)生干涉。實(shí)際上試樣的分子種類鑒定所必需的是共振CARS光的光譜、即拉曼光譜，因而需要從所取得的CARS光的光譜取得拉曼光譜的信號(hào)處理。對(duì)于該信號(hào)處理，已知幾種方法(參照非專利文獻(xiàn)5)，例如，通過從強(qiáng)度光譜恢復(fù)相位光譜的方法即最大熵法(maximum entropy method)，進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，求出共振項(xiàng)的復(fù)數(shù)部分。

予以說明的是，激發(fā)光、斯托克斯光、CARS光的頻率的關(guān)系如圖15所圖示。具有預(yù)定頻率的激發(fā)光與處于比其小的頻率區(qū)域的斯托克斯光向試樣入射，在比激發(fā)光大的頻率區(qū)域產(chǎn)生CARS光。

關(guān)于CARS顯微鏡，對(duì)于如上述那樣操作而求出的拉曼光譜，改變將激發(fā)光、斯托克斯光進(jìn)行聚光的位置而進(jìn)行多次測(cè)定，結(jié)果取得每個(gè)分子種類的空間分布的圖像。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：W.Denk等，“Two-Photon Laser Scanning Fluorescence Microscopy”,Science,Volume 248,Issue 4951,pp.73-76(1990)

非專利文獻(xiàn)2：P.J.Campagnola等，“Second-harmonic imaging microscopy for visualizing biomolecular arrays in cells,tissues and organisms”,Nature Biotechnology 21,1356-1360(2003)

非專利文獻(xiàn)3：M.Okuno等，“Quantitative CARS Molecular finger printing of livingCells”,Angewandte Chemie International Edition 49,6773-6777(2010)

非專利文獻(xiàn)4：B.G.Saar等，“Video-Rate Molecular Imaging in Vivo with Stimulated Raman Scattering”,Science Vol.330 1368(2010)

非專利文獻(xiàn)5：J.P.R.Day,K.F.Domke,G.Rago,H.Kano,H.Hamaguchi,E.M.Vartiainen,and M.Bonn,“Quantitative Coherent Anti-Stokes Scattering(CARS)Microscopy”,J.Phys.Chem.B,Vol.115,7713-7725(2011)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明想要解決的課題

在以上描述的CARS顯微鏡中對(duì)細(xì)胞等試樣進(jìn)行分析的情況下，對(duì)試樣內(nèi)的各點(diǎn)照射激光并由分光器測(cè)定CARS光的光譜，在二維或者三維的整個(gè)區(qū)域的不同位置分別取得CARS光的光譜數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，結(jié)果獲得試樣的光譜信息與空間信息(圖像信息)。但是，在此情況下，由于分光器的檢測(cè)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送速率的制約，從而在數(shù)據(jù)的取得方面需要較長時(shí)間，因而不易根據(jù)情況在現(xiàn)實(shí)的時(shí)間內(nèi)測(cè)定試樣。特別是在對(duì)許多細(xì)胞進(jìn)行解析的用途(單一細(xì)胞解析)中使用CARS顯微鏡的情況下，數(shù)據(jù)取得速度慢成為致命性缺點(diǎn)，將現(xiàn)狀的CARS顯微鏡應(yīng)用于單一細(xì)胞解析實(shí)質(zhì)上是困難的。進(jìn)一步，在取得光譜信息與空間信息的以往方法中，存在數(shù)據(jù)量本身變得巨大、測(cè)定后的數(shù)據(jù)不易保存、數(shù)據(jù)解析時(shí)間變長等課題。例如使用上述最大熵法等進(jìn)行的數(shù)據(jù)解析時(shí)間變長，這使得試樣分析的實(shí)質(zhì)性的轉(zhuǎn)換速率(slew rate)降低，因而在應(yīng)用CARS顯微鏡作為分析技術(shù)的情況下成為大的問題。此前所述的問題是在試樣的各點(diǎn)取得光譜的測(cè)定方法(超光譜成像)的共通問題，除了CARS顯微鏡之外，在利用拉曼顯微鏡、熒光共聚焦顯微鏡而取得熒光光譜的情況下也同樣地適用。

鑒于上述課題，本發(fā)明的目的在于提供一種可高速地進(jìn)行試樣分析的光學(xué)分析裝置。

用于解決問題的方案

以往的CARS顯微鏡等的超光譜成像基于如下的觀點(diǎn)：從試樣取得盡可能多的信息(光譜信息與空間信息)，從而容易進(jìn)行分析。然而實(shí)際上，取得數(shù)據(jù)中的全部信息常常不是必需的，例如有時(shí)只要知道細(xì)胞內(nèi)的一部分或者全體的某個(gè)物質(zhì)的含量等就夠了。因此在本發(fā)明中，不是從試樣的全部空間點(diǎn)取得光譜，而是通過取得一部分或者全體區(qū)域內(nèi)的光譜的累積值，從而進(jìn)行問題的解決。具體使用了以下的方案。

(1)具備：短脈沖激光等光源、保持試樣的試樣保持部、將光源發(fā)出的光束聚光于保持在試樣保持部的試樣而進(jìn)行照射的照射光學(xué)系統(tǒng)、對(duì)通過光照射而從試樣產(chǎn)生的光進(jìn)行分光的分光部、對(duì)利用分光部進(jìn)行了分光的光進(jìn)行檢測(cè)的包含線路傳感器和/或區(qū)域傳感器等檢測(cè)器陣列的檢測(cè)部、以及對(duì)照射光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于試樣的光照射位置進(jìn)行控制的照射控制部；

關(guān)于檢測(cè)部，在由照射控制部進(jìn)行控制的對(duì)于試樣的多個(gè)光照射位置上都維持曝光狀態(tài)，輸出將從各光照射位置產(chǎn)生的光譜進(jìn)行累積而得到的光譜。

由此，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)取得時(shí)間的縮短與數(shù)據(jù)量的削減。

(2)在(1)中，檢測(cè)部輸出多個(gè)進(jìn)行累積而得到的光譜，將多個(gè)輸出的光譜進(jìn)行平均。

由此，即使在測(cè)定的光強(qiáng)度強(qiáng)的情況下也可避免分光器的飽和，另外通過取多個(gè)光譜之和、平均從而相對(duì)地減低噪音，可提高光譜信號(hào)的S/N比。

(3)在(1)中，具備取得保持在試樣保持部的試樣的圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)取得部、以及以取得的圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)而識(shí)別試樣形狀的形狀識(shí)別部；關(guān)于照射控制部，基于由形狀識(shí)別部識(shí)別出的試樣形狀，將光源發(fā)出的光束聚光于試樣的特定區(qū)域而進(jìn)行照射。

由此，可實(shí)現(xiàn)測(cè)定時(shí)間的縮短。另外，可從試樣的各個(gè)部分取得光譜信號(hào)，可更詳細(xì)地解析試樣。

(4)在(1)中，作為光譜，檢測(cè)CARS光譜。

由此，可實(shí)現(xiàn)無染色且高速的試樣解析。

(5)在(1)中，照射控制部包含掃描鏡，掃描鏡的控制方向?yàn)榕c檢測(cè)部的分光方向垂直的方向。

由此，掃描變得更高速，可進(jìn)行高速的測(cè)定。

(6)在(1)中，照射控制部將試樣進(jìn)行二維掃描。

由此，可對(duì)較薄的樣品進(jìn)行高速測(cè)定。

(7)在(1)中，照射控制部將試樣進(jìn)行三維掃描。

由此，對(duì)于較厚的樣品，可取得可靠性高的測(cè)定值。

(8)具備：光源、保持作為試樣的多個(gè)細(xì)胞的試樣保持部、觀察保持在試樣保持部的細(xì)胞的觀察部、將光源發(fā)出的光束聚光于保持在試樣保持部的細(xì)胞而進(jìn)行照射的照射光學(xué)系統(tǒng)、對(duì)通過光照射而從細(xì)胞產(chǎn)生的光進(jìn)行分光的分光部、將利用分光部進(jìn)行了分光的光進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)部、對(duì)照射光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于細(xì)胞的光照射位置進(jìn)行控制的照射控制部、對(duì)保持在試樣保持部的細(xì)胞進(jìn)行破壞的細(xì)胞破壞單元、以及將通過破壞而從細(xì)胞放出的細(xì)胞中的生物體分子進(jìn)行捕捉的生物體分子捕捉設(shè)備；關(guān)于檢測(cè)部，在由照射控制部進(jìn)行控制的對(duì)細(xì)胞的多個(gè)光照射位置上都維持曝光狀態(tài)，輸出將從各光照射位置產(chǎn)生的光譜進(jìn)行累積而得到的光譜。

由此，可進(jìn)行生物體試樣的高速解析。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，可提供與以往相比抑制了數(shù)據(jù)量的高速的光學(xué)分析裝置。

關(guān)于上述以外的課題、構(gòu)成以及效果，通過以下的實(shí)施方式的說明而明確。

附圖說明

圖1為表示光學(xué)分析裝置的結(jié)構(gòu)例的示意圖。

圖2是CCD攝像機(jī)的受光部的示意圖。

圖3是數(shù)據(jù)取得動(dòng)作的時(shí)序圖。

圖4是使用掃描鏡時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。

圖5是檢測(cè)CARS光的反散射的光學(xué)分析裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖6為表示光學(xué)分析裝置的結(jié)構(gòu)例的示意圖。

圖7為表示光學(xué)分析裝置的結(jié)構(gòu)例的示意圖。

圖8為表示生物體分子解析裝置的結(jié)構(gòu)例的示意圖。

圖9是示出生物體分子采樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的試樣的周圍細(xì)節(jié)圖。

圖10是細(xì)孔陣列片的俯視圖。

圖11是說明生物體分子解析裝置的動(dòng)作的流程圖。

圖12是示出主因子分析的結(jié)果的圖。

圖13是表示共振CARS過程的能級(jí)圖。

圖14是表示非共振CARS過程的能級(jí)圖。

圖15是表示激發(fā)光、斯托克斯光、CARS光的頻率關(guān)系的圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

實(shí)施例1

圖1為表示本發(fā)明的光學(xué)分析裝置的基本結(jié)構(gòu)例的示意圖。以下，按照?qǐng)D1說明本實(shí)施例的動(dòng)作。

從根據(jù)來自計(jì)算機(jī)11的指示并通過驅(qū)動(dòng)器10進(jìn)行發(fā)光控制的光源即短脈沖激光光源101(中心波長1064nm、脈沖寬度900ps、重復(fù)頻率30kHz、平均輸出功率200mW)出射的激光，通過分束器(beamsplitter)102而被二分為作為激發(fā)光的透射光與反射光。反射光通過聚光透鏡103而結(jié)合于光子晶體光纖104，在光纖內(nèi)部生成寬頻帶的超連續(xù)譜光(supercontinuum light)。所生成的超連續(xù)譜光通過準(zhǔn)直透鏡(collimator lens)105而變成平行光，然后入射于長通濾波器(long-pass filter)106，短脈沖激光光源的波長與短于其的波長的成分被阻斷。通過了長通濾波器106的波長長于激發(fā)光的成分即斯托克斯光，與上述激發(fā)光通過雙向分色鏡(dichroic mirror)108而合波。此處，雙向分色鏡108具有如下的性質(zhì)：反射激發(fā)光的波長與短于其的波長區(qū)域的光，將比激發(fā)光長的波長區(qū)域的光透射。因此，激發(fā)光發(fā)生反射，斯托克斯光發(fā)生透射，結(jié)果被合波。

關(guān)于該合波光束，通過構(gòu)成將光源發(fā)出的光束聚光于試樣而進(jìn)行照射的照射光學(xué)系統(tǒng)的物鏡109(NA0.9、倍率40倍)而聚光于試樣110的一點(diǎn)，生成反映了在試樣的聚光部位存在的分子的共振振動(dòng)的CARS光。CARS光通過聚光鏡111(NA0.65)而變成平行光，通過短通濾波器112將作為同軸成分的激發(fā)光與斯托克斯光阻斷后，入射于分光器113，通過分光部114而進(jìn)行分光，通過檢測(cè)部115而對(duì)每個(gè)波長分別地檢測(cè)，以檢測(cè)信號(hào)的形式輸出光譜。

此處，對(duì)分光器113的檢測(cè)動(dòng)作進(jìn)行說明。分光器113包含：利用衍射光柵使入射的光在對(duì)于每個(gè)波長而言不同的方向進(jìn)行衍射的分光部114、以及利用一維或者二維的檢測(cè)器陣列(CCD攝像機(jī)、CMOS攝像機(jī)等)檢測(cè)通過分光部114而進(jìn)行了衍射的光的檢測(cè)部115。在本實(shí)施例中使用了CCD攝像機(jī)作為檢測(cè)部115，其受光部201中，如圖2所示二維地排列了像素202。由分光部114進(jìn)行了分光的光以橫幅的光束203形式入射于受光部，波長根據(jù)橫向的位置而不同。此處，檢測(cè)部115的CCD攝像機(jī)通過源自外部的控制而在預(yù)定時(shí)間期間變成曝光狀態(tài)、即各像素被入射的光進(jìn)行曝光并且將入射光轉(zhuǎn)化為電荷而蓄積電荷的狀態(tài)。而且，曝光結(jié)束后，蓄積于縱向排列的像素列的總電荷量被轉(zhuǎn)送至緩沖器(buffer)204(full vertical binning)，緩沖器204的電荷以串行信號(hào)(serial signal)的方式被輸出至外部。因此輸出信號(hào)變成與入射光的每個(gè)波長的強(qiáng)度成比例的信號(hào)、即入射光的光譜信號(hào)。

此處在本實(shí)施例中，檢測(cè)部115在曝光狀態(tài)期間，驅(qū)動(dòng)保持了試樣110的XYZ工作臺(tái)12，在激發(fā)光以及斯托克斯光對(duì)試樣的聚光位置對(duì)試樣進(jìn)行三維或者二維的掃描。更具體而言，以一定的速度掃描預(yù)先指定的例如長方體區(qū)域或者長方形區(qū)域。由此，在一次試樣測(cè)定中獲得1種光譜信號(hào)。這1種光譜相當(dāng)于將從處于掃描線上的試樣的各位置產(chǎn)生的光譜進(jìn)行累積而得到的光譜。數(shù)據(jù)數(shù)是CCD攝像機(jī)的橫向的像素?cái)?shù)。之后，將該取得信號(hào)稱為CARS光譜。予以說明的是，在以往的方法中，為了在每次改變激發(fā)光與斯托克斯光的聚光位置時(shí)取得CARS光譜，以數(shù)據(jù)的形式取得多個(gè)CARS光譜。

對(duì)于由本實(shí)施例獲得的CARS光譜，實(shí)施最大熵法等信號(hào)處理而轉(zhuǎn)化為拉曼光譜。此處所獲得的拉曼光譜表示試樣中的各種化學(xué)種類的含量。由本實(shí)施例獲得的CARS光譜是通過對(duì)激發(fā)光·斯托克斯光的位置進(jìn)行掃描而獲得的信號(hào)，因而可從該信號(hào)知曉試樣整體的(掃描區(qū)域內(nèi)的)各化學(xué)種類的總含量。

使用圖3說明本實(shí)施例的數(shù)據(jù)取得的時(shí)序。圖3(a)表示以往方法的時(shí)序，按照數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)重復(fù)進(jìn)行曝光、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送、位置移動(dòng)的動(dòng)作。予以說明的是，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送與位置移動(dòng)的順序可以是相反的，也可同時(shí)地進(jìn)行。與此相對(duì)，本實(shí)施例的時(shí)序如圖3(b)那樣，重復(fù)進(jìn)行曝光、位置移動(dòng)直到試樣的掃描結(jié)束，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送。予以說明的是，在圖3(b)中串行地進(jìn)行曝光、位置移動(dòng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送，但是也可在位置移動(dòng)期間維持緊前的曝光動(dòng)作，也可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送與緊前的位置移動(dòng)同時(shí)進(jìn)行。

關(guān)于本實(shí)施例與以往方法，對(duì)數(shù)據(jù)取得時(shí)間與數(shù)據(jù)量進(jìn)行比較。以往方法的數(shù)據(jù)取得時(shí)間為，使1次光譜測(cè)定的曝光時(shí)間、移動(dòng)時(shí)間、光譜數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)送時(shí)間之和乘以測(cè)定點(diǎn)數(shù)(試樣空間上進(jìn)行測(cè)定的位置的數(shù)量)而得到的。與此相對(duì)，本實(shí)施例的數(shù)據(jù)取得時(shí)間為：大體將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送時(shí)間視為0的情況下的以往方法的數(shù)據(jù)取得時(shí)間。因此在上述曝光時(shí)間與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送時(shí)間為同程度或者更小的情況下，可縮短數(shù)據(jù)取得時(shí)間。關(guān)于數(shù)據(jù)量，以往方法的數(shù)據(jù)量為本實(shí)施例的數(shù)據(jù)量乘以測(cè)定點(diǎn)數(shù)所得的值。通常，為了取得圖像，測(cè)定點(diǎn)數(shù)設(shè)為數(shù)萬點(diǎn)至數(shù)百萬點(diǎn)，因而根據(jù)本實(shí)施例，將數(shù)據(jù)量削減為數(shù)百萬分之一至數(shù)萬分之一程度。

本實(shí)施例中的試樣位置的掃描可以是如下情況中的任一個(gè)：離散的情況即在每個(gè)測(cè)定點(diǎn)固定曝光中的位置并在曝光結(jié)束后移動(dòng)到別的位置的情況、以及連續(xù)的情況即以預(yù)定的速度使試樣位置連續(xù)性地變化的情況。在連續(xù)掃描的情況下，在檢測(cè)部的曝光時(shí)間中對(duì)試樣中的光點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)掃描，在掃描結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)結(jié)束檢測(cè)部的曝光而進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送。予以說明的是，在連續(xù)掃描的情況下，以往方法中的1個(gè)測(cè)定點(diǎn)相當(dāng)于激發(fā)光與斯托克斯光在試樣中的聚光光點(diǎn)尺寸的空間區(qū)域，可與離散的情況同等地處理。即，連續(xù)掃描大致同等于如下的離散掃描：將位置移動(dòng)量設(shè)為聚光光點(diǎn)尺寸、將每1測(cè)定點(diǎn)的曝光時(shí)間設(shè)為像素駐留時(shí)間(pixel dwell time)時(shí)的離散掃描。予以說明的是，像素駐留時(shí)間定義為(聚光光點(diǎn)尺寸)÷(試樣的掃描速度)。

在本實(shí)施例中，使用XYZ工作臺(tái)12作為對(duì)照射光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于試樣的光照射位置進(jìn)行控制的照射控制部，為了進(jìn)行測(cè)定點(diǎn)的掃描而對(duì)試樣位置進(jìn)行了掃描，但是基于照射控制部的光照射位置的控制方法不受此限。例如，作為照射控制部，可使用通過外部控制對(duì)激發(fā)光·斯托克斯光對(duì)試樣的入射角度進(jìn)行掃描的電流鏡(galvano mirror)、MEMS鏡等掃描鏡，也可對(duì)物鏡109的位置進(jìn)行掃描。或者也可以是上述方法的組合。

特別地，使用圖4來說明使用電流鏡掃描單軸的情況的例子。在此情況下形成如下的結(jié)構(gòu)：在雙向分色鏡108與物鏡109之間插入電流鏡1601，激發(fā)光·斯托克斯光發(fā)生反射之后入射至物鏡109。此處，電流鏡1601通過源自計(jì)算機(jī)11的外部控制而控制設(shè)置角度，由此可控制激發(fā)光·斯托克斯光的光束角度。利用電流鏡1601使角度發(fā)生了變化的激發(fā)光·斯托克斯光聚光于試樣110中與角度變化前不同的位置，在CCD攝像機(jī)的受光面上也產(chǎn)生的CARS光入射于不同的位置。此處，將電流鏡1601的角度掃描方向按照在CCD攝像機(jī)的受光面上CARS光的位置變化為圖2的垂直方向(與分光的方向大致垂直的方向)的方式設(shè)定。在此情況下，CARS光的光束203在垂直方向移動(dòng)，但是如上述那樣在數(shù)據(jù)取得時(shí)輸出在垂直方向進(jìn)行累積而得到的數(shù)據(jù)，因而即使在光束的位置發(fā)生變化也對(duì)輸出信號(hào)沒有影響。其它的軸使用XYZ工作臺(tái)12進(jìn)行掃描。該動(dòng)作即使使用MEMS鏡等其它的掃描鏡也同樣。這些掃描鏡通常與XYZ工作臺(tái)等相比是高速地動(dòng)作，因而可通過適用它們而進(jìn)行高速的測(cè)定。

另外，本實(shí)施例中分光器配置于激發(fā)光·斯托克斯光對(duì)試樣的入射側(cè)的相反一側(cè)，但是也可配置于相同側(cè)，利用物鏡109使源自試樣的反散射光變成平行光并由分光器檢測(cè)。在此情況下，如圖5的示意圖所示，由于激發(fā)光·斯托克斯光與CARS光為同軸，因而需要使用分束器(beam splitter)301等將CARS光與激發(fā)光·斯托克斯光進(jìn)行分離。

在本實(shí)施例中設(shè)想CCD攝像機(jī)作為檢測(cè)器，但是檢測(cè)器不受此限，使用了COMS攝像機(jī)、作為一維檢測(cè)器陣列的線路傳感器的情況下也可獲得同樣的效果。

雖然敘述了本實(shí)施例的掃描可以是二維也可以是三維，但是關(guān)于較厚的(大致為聚光于試樣的激發(fā)光、斯托克斯光的焦點(diǎn)深度以上)試樣，可通過使用三維掃描而精度良好地取得源自試樣整體的信號(hào)累積量，因而有效。相反地，關(guān)于薄的(聚光于試樣的激發(fā)光、斯托克斯光的焦點(diǎn)深度以下)試樣，可通過進(jìn)行二維掃描而在短時(shí)間內(nèi)精度良好地取得信號(hào)的累積量。

實(shí)施例2

本實(shí)施例是在試樣的測(cè)定中進(jìn)行多次曝光動(dòng)作的實(shí)施例。本實(shí)施例的光學(xué)分析裝置的結(jié)構(gòu)例與實(shí)施例1相同。

將本實(shí)施例的數(shù)據(jù)取得的時(shí)間時(shí)序示于圖3(c)?；痉椒ㄅc實(shí)施例1是同等的，但在本實(shí)施例中并未在試樣的掃描整體上維持檢測(cè)部115的曝光狀態(tài)，而是在途中中斷檢測(cè)部115的曝光狀態(tài)而進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送，其后再次設(shè)為曝光狀態(tài)，將這樣的操作重復(fù)進(jìn)行。而且，數(shù)據(jù)取得結(jié)束后，將多個(gè)獲得的光譜數(shù)據(jù)的平均值設(shè)為最終的取得數(shù)據(jù)，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行信號(hào)處理等。即，在本實(shí)施例中，將利用激發(fā)光與斯托克斯光在試樣的所希望的區(qū)域整體上進(jìn)行的掃描分割為多個(gè)掃描，對(duì)于分割的各部分掃描，分光器113的檢測(cè)部115與實(shí)施例1同樣地將在各個(gè)部分掃描期間進(jìn)行累積而得到的光譜進(jìn)行輸出。這般獲得與部分掃描的數(shù)量為相同數(shù)量的累積光譜，將其進(jìn)行平均而得到的平均值設(shè)為最終的光譜數(shù)據(jù)。

在此情況下，由于與實(shí)施例1相比一次曝光時(shí)間變短，因而可避免受光部飽和而不能正常地進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。另外，通過取多個(gè)數(shù)據(jù)的平均，將對(duì)每個(gè)一次光譜數(shù)據(jù)的輸出進(jìn)行加法運(yùn)算的噪聲(主要在將電荷轉(zhuǎn)化為電壓的增幅器中產(chǎn)生)進(jìn)行平均化，從而與實(shí)施例1相比可提高S/N比。

予以說明的是，顯然，本實(shí)施例的一次檢測(cè)部的曝光需要在試樣的多個(gè)位置都進(jìn)行。換言之，需要使檢測(cè)部的曝光時(shí)間比像素駐留時(shí)間長。以往方法相當(dāng)于曝光時(shí)間與像素駐留時(shí)間相等的情況。

實(shí)施例3

本實(shí)施例是從試樣的特定區(qū)域取得數(shù)據(jù)的實(shí)施例。圖6為表示本實(shí)施例的光學(xué)分析裝置的結(jié)構(gòu)例的示意圖。本實(shí)施例的光學(xué)分析裝置除了實(shí)施例1的光學(xué)分析裝置的結(jié)構(gòu)以外，還具備可利用微分干涉顯微鏡觀察試樣的結(jié)構(gòu)。

在本實(shí)施例中，首先，使源自照明401(鹵素?zé)?的照明光通過渥拉斯頓棱鏡402之后，由雙向分色鏡403反射而通過聚光鏡111聚光于試樣110，使用物鏡109、雙向分色鏡404、渥拉斯頓棱鏡405、偏光器(polarizer)406、成像透鏡407將試樣110的微分干涉像在CCD攝像機(jī)408等攝像裝置上進(jìn)行成像而取得試樣的圖像。此結(jié)構(gòu)與熟知的微分干涉顯微鏡的結(jié)構(gòu)是相同的。予以說明的是，雙向分色鏡403、404按照照明401的可見光區(qū)域的波長(400-700nm)進(jìn)行反射，使激發(fā)光、斯托克斯光、CARS光(均具有700nm以上的近紅外域的波長)透射的方式設(shè)計(jì)，不對(duì)CARS信號(hào)的生成、檢測(cè)造成影響。

此處，通過CCD攝像機(jī)408取得的圖像被送入計(jì)算機(jī)11，在識(shí)別試樣形狀、結(jié)構(gòu)的形狀識(shí)別部進(jìn)行了提取試樣(細(xì)胞等)輪廓的圖像數(shù)據(jù)解析后，計(jì)算機(jī)11對(duì)工作臺(tái)12發(fā)送僅僅掃描輪廓范圍內(nèi)的命令，在此掃描時(shí)間中分光器113的檢測(cè)部115維持曝光狀態(tài)并取得通過累積而得到的CARS光譜。此時(shí)，光點(diǎn)的掃描范圍限定于測(cè)定試樣，因而與實(shí)施例1相比可縮短數(shù)據(jù)取得時(shí)間。另外，掃描范圍未必限定為試樣整體，也可僅從一部分區(qū)域、例如細(xì)胞的核部分取得CARS光譜。在此情況下也同樣地取得微分干涉像，由計(jì)算機(jī)11進(jìn)行核部分的輪廓提取之后僅僅對(duì)核部分進(jìn)行掃描即可。進(jìn)一步，例如也可從相同試樣的多個(gè)部位(例如細(xì)胞的核與核以外)分別取得CARS光譜。

在本實(shí)施例中使用了微分干涉顯微鏡作為試樣的觀察設(shè)備，但只要可取得能夠提取試樣輪廓的圖像數(shù)據(jù)即可，也可將微分干涉顯微鏡置換為例如通常的明視野顯微鏡(相當(dāng)于去除了渥拉斯頓棱鏡402、405、偏光器406的結(jié)構(gòu))、相位差顯微鏡等圖像數(shù)據(jù)取得部，或者也可使用它們的組合。

實(shí)施例4

本實(shí)施例是取得自發(fā)拉曼光譜、熒光光譜來替代CARS光譜的實(shí)施例。

圖7為表示本實(shí)施例的光學(xué)分析裝置的結(jié)構(gòu)例的示意圖。本實(shí)施例的光學(xué)分析裝置變成從實(shí)施例1所示的光學(xué)分析裝置中省略斯托克斯光的生成部而得到的形態(tài)。即，從激光器101出射的激發(fā)光直接入射于物鏡109。另外，分光器113中的光譜取得范圍與CARS不同，設(shè)定在相比于激發(fā)光的長波長側(cè)。該設(shè)定通過設(shè)定在分光器113中的分光部114設(shè)置的衍射光柵的角度而進(jìn)行。

本實(shí)施例中，在動(dòng)作上也與實(shí)施例1、實(shí)施例2同樣，按照?qǐng)D3(b)或者圖3(c)所示的時(shí)序取得反映了試樣中的化學(xué)種類或者熒光標(biāo)簽的含量的光譜。即使在從聚光的激光器取得自發(fā)拉曼光譜、熒光光譜的情況下，為了進(jìn)行試樣整體的解析，以往也對(duì)每個(gè)聚光部位取得了光譜數(shù)據(jù)，但是根據(jù)本實(shí)施例可進(jìn)行數(shù)據(jù)取得速度的高速化與數(shù)據(jù)量的削減。

實(shí)施例5

本實(shí)施例是在單一細(xì)胞解析中適用本發(fā)明的光學(xué)分析裝置的生物體分子解析裝置的實(shí)施例，是取得CARS光譜作為細(xì)胞解析的一個(gè)形態(tài)的實(shí)施例。

圖8、圖9為表示本實(shí)施例的生物體分子解析裝置的結(jié)構(gòu)例的示意圖。圖8為表示本裝置的光學(xué)系統(tǒng)部分的概略圖，圖9是示出生物體分子采樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的試樣的周圍細(xì)節(jié)圖。在圖9中，為了進(jìn)行遺傳基因表達(dá)解析而包含有捕捉作為試樣的細(xì)胞的mRNA的生物體分子采樣系統(tǒng)2。光學(xué)系統(tǒng)部分以及生物體分子采樣系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)11進(jìn)行控制，另外還進(jìn)行數(shù)據(jù)的取得。

(光學(xué)系統(tǒng)部分的說明)

圖8所示的裝置的光學(xué)系統(tǒng)部分除了實(shí)施例3的圖6所示的結(jié)構(gòu)以外，還具備細(xì)胞破壞用激光器5(波長355nm、平均輸出功率2W、重復(fù)頻率5kHz的脈沖激光器)以及驅(qū)動(dòng)器602、用于使源自激光器5的出射光與激發(fā)光為同軸的雙向分色鏡603。在光學(xué)系統(tǒng)部分，包含(1)微分干涉顯微鏡像的取得、(2)CARS光譜的取得、(3)細(xì)胞的破壞、這3個(gè)功能。(1)以及(2)的功能如實(shí)施例3所述。(3)的功能是：利用物鏡109將源自細(xì)胞破壞用激光器5的出射光聚光于觀測(cè)對(duì)象的細(xì)胞，將細(xì)胞破壞而將細(xì)胞內(nèi)部的mRNA等生物體分子放出至外部。對(duì)于放出的mRNA，如后述那樣利用生物體分子采樣系統(tǒng)2進(jìn)行捕捉·解析。

(生物體分子采樣系統(tǒng)的說明)

圖9所示的生物體分子采樣系統(tǒng)2具備陣列設(shè)備，所述陣列設(shè)備排列有用于對(duì)從細(xì)胞放出的mRNA等生物體分子進(jìn)行捕捉的區(qū)域。例如，針對(duì)每個(gè)單一細(xì)胞，可在陣列設(shè)備的多個(gè)區(qū)域捕捉mRNA，可在陣列設(shè)備中通過進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)而構(gòu)建cDNA文庫。在本實(shí)施例中，陣列設(shè)備由面上垂直地形成有許多貫通孔的透明多孔質(zhì)膜構(gòu)建，以下將其稱為細(xì)孔陣列片30。另外，將在細(xì)孔陣列片30上形成有cDNA文庫者稱為cDNA文庫細(xì)孔陣列片。

在本實(shí)施例中，作為細(xì)孔陣列片30，使用了通過陽極氧化而形成了許多直徑0.2μm的貫通孔的、厚度80μm、尺寸2mm×2mm的氧化鋁制多孔質(zhì)膜。在細(xì)孔陣列片30中，為了將捕捉生物體分子的區(qū)域彼此進(jìn)行分離，可形成分離壁31。關(guān)于該分離壁31，例如，可通過使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)，利用半導(dǎo)體工藝而形成，可以以厚度80μm左右密合于細(xì)孔陣列片30。

圖10為細(xì)孔陣列片30的俯視圖。在細(xì)孔陣列片30(尺寸2mm×2mm、厚度80μm)上，形成用于捕捉許多生物體分子例如mRNA的區(qū)域300。關(guān)于區(qū)域300的尺寸，此處，將單邊設(shè)為100μm，將間隔設(shè)為80μm(以180μm的周期進(jìn)行配置)。關(guān)于區(qū)域300的尺寸，可根據(jù)成為捕捉對(duì)象的生物體分子的量、在面內(nèi)的擴(kuò)散容易度(分子的尺寸)而自由地設(shè)計(jì)為1μm左右至10mm左右。

作為陣列設(shè)備，除了包含通過對(duì)鋁進(jìn)行陽極氧化而形成的多孔質(zhì)膜的細(xì)孔陣列片30之外，也可使用通過對(duì)硅等材料進(jìn)行陽極氧化而形成了許多貫通孔的陣列設(shè)備。進(jìn)一步，也可通過使用半導(dǎo)體工藝，在硅氧化物、硅氮化物薄膜中設(shè)置許多貫通孔，從而構(gòu)建陣列設(shè)備。

如圖9所示，作為通過電泳將從細(xì)胞放出的生物體分子引導(dǎo)至細(xì)孔陣列片30的特定區(qū)域的方法，將環(huán)(loop)狀的鉑電極32接合于屏蔽線33的前端。鉑電極32的線材的直徑為30μm，將線材對(duì)折，將引線接合部分進(jìn)行扭絞而變成一根，然后將環(huán)(loop)側(cè)加工為直徑100μm的圓形。制作2個(gè)這樣的電極，按照夾持細(xì)孔陣列片30的方式配置，通過電源35而施加直流1.5V。放出的mRNA36具有負(fù)電荷，因而將上側(cè)的鉑電極32設(shè)為正極。其中，設(shè)置銀-氯化銀的參照電極39，對(duì)下側(cè)的鉑電極32施加0.2V。通過這樣的操作，可利用電泳將mRNA36誘導(dǎo)至捕捉生物體分子的區(qū)域300的內(nèi)部。另外，為了更加提高生物體分子的捕捉效率，為了利用橫向的電泳而實(shí)現(xiàn)mRNA的濃縮，也可將上側(cè)的鉑電極32的環(huán)(loop)的直徑設(shè)為50μm。在此情況下，線材的直徑設(shè)為10μm。

(動(dòng)作流程的說明)

接著，對(duì)本實(shí)施例的生物體分子解析裝置的動(dòng)作流程進(jìn)行說明。圖11示出流程圖的一個(gè)例子。

起先將包含粘接系培養(yǎng)細(xì)胞21、22、23的試樣置于培養(yǎng)皿20。在該實(shí)施例中，由于測(cè)定對(duì)象是培養(yǎng)細(xì)胞，因而事先使用培養(yǎng)皿20進(jìn)行培養(yǎng)，使測(cè)定對(duì)象的細(xì)胞粘接于底面。在試樣為冷凍切片的情況下，將其置于培養(yǎng)皿20上?；蛘?，也可在凝膠中三維地配置多個(gè)細(xì)胞，制成試樣。接著，使用者使用顯微鏡系統(tǒng)，取得成為對(duì)象的細(xì)胞群的微分干涉圖像，確定要采取、測(cè)定生物體分子的對(duì)象細(xì)胞。接著，計(jì)算機(jī)11從使用者接受與成為測(cè)定對(duì)象的細(xì)胞或細(xì)胞的部分相關(guān)聯(lián)的信息的輸入。一般而言，使用者常常以多個(gè)細(xì)胞為測(cè)定對(duì)象。在該情況下，計(jì)算機(jī)11確定要捕捉生物體分子的細(xì)胞的順序，首先，按照將最先成為對(duì)象的細(xì)胞配置于視野中心的方式驅(qū)動(dòng)XYZ工作臺(tái)12。此處，利用在實(shí)施例3中敘述的方法而取得配置于視野中心的細(xì)胞的CARS光譜，將數(shù)據(jù)保存于計(jì)算機(jī)11。

接著，計(jì)算機(jī)11使用XYZ工作臺(tái)34，使細(xì)孔陣列片30的特定區(qū)域(例如，(1,1)處的區(qū)域300)接近取得了CARS光譜的細(xì)胞附近(在圖9的例子中為細(xì)胞的正上方)。在本實(shí)施例中，細(xì)孔陣列片30的下表面與培養(yǎng)皿20之間的距離設(shè)定為300μm，但該距離可根據(jù)采取的生物體分子的種類、電極結(jié)構(gòu)而變化。例如，優(yōu)選為1μm至10mm程度。對(duì)于基于XYZ工作臺(tái)34的細(xì)孔陣列片30的移動(dòng)，計(jì)算機(jī)11按照事先的程序而自動(dòng)進(jìn)行。計(jì)算機(jī)11確認(rèn)移動(dòng)完結(jié)之后，在對(duì)電泳用的鉑電極32施加電壓的同時(shí)，為了破壞成為測(cè)定對(duì)象的細(xì)胞的細(xì)胞膜，對(duì)細(xì)胞照射來自細(xì)胞破壞用激光光源5的激光。此處，可將照射時(shí)間例如設(shè)為10秒，電泳驅(qū)動(dòng)時(shí)間設(shè)為60秒。

一個(gè)細(xì)胞的破壞與該細(xì)胞中的生物體分子的捕捉結(jié)束之后，計(jì)算機(jī)11驅(qū)動(dòng)XYZ工作臺(tái)12使登記的第2個(gè)對(duì)象細(xì)胞位于視野中心。其后，取得第2個(gè)細(xì)胞的CARS光譜，將數(shù)據(jù)保存于計(jì)算機(jī)11。接著，計(jì)算機(jī)11驅(qū)動(dòng)XYZ工作臺(tái)34，使細(xì)孔陣列片30的特定區(qū)域(例如，(1,2)處的區(qū)域300)接近第2個(gè)對(duì)象細(xì)胞的附近(在圖9的結(jié)構(gòu)例中為細(xì)胞的正上方)。而后，向在計(jì)算機(jī)11中登記的第2個(gè)細(xì)胞照射來自細(xì)胞破壞用激光器5的激光。此時(shí)，與前述同樣地，同時(shí)對(duì)鉑電極32施加電壓。其后，依次對(duì)指定細(xì)胞進(jìn)行上述的CARS光譜取得，破壞細(xì)胞，從而將該細(xì)胞中的生物體分子捕捉于細(xì)孔陣列片30的特定區(qū)域300，然后實(shí)行用于測(cè)定所捕捉到的生物體分子的處理。最后，將微分干涉圖像中與被破壞的細(xì)胞相當(dāng)?shù)牟糠峙c細(xì)孔陣列片30中捕捉了生物體分子的區(qū)域300、所取得的CARS光譜相關(guān)聯(lián)，提示給使用者。

此處，將破壞的細(xì)胞設(shè)為1個(gè)細(xì)胞，但是在想取得更大的分解能力的數(shù)據(jù)的情況下，也可針對(duì)陣列設(shè)備上的一個(gè)區(qū)域300，對(duì)將多個(gè)細(xì)胞破壞時(shí)放出并進(jìn)行電泳的mRNA進(jìn)行捕捉。此時(shí)的破壞可以將多個(gè)細(xì)胞同時(shí)破壞，也可在不移動(dòng)陣列設(shè)備的狀態(tài)下將每1個(gè)細(xì)胞依次破壞。另外，在本實(shí)施例中，設(shè)為針對(duì)不同細(xì)胞依次進(jìn)行CARS光譜的取得與生物體分子的捕捉的流程，但也可以是例如如下流程，即：在取得試樣的微分干涉圖像之后，將成為對(duì)象的細(xì)胞的CARS光譜全部測(cè)定后，依次破壞各細(xì)胞而捕捉生物體分子。

根據(jù)本實(shí)施例，可針對(duì)各個(gè)細(xì)胞而取得CARS光譜與遺傳基因表達(dá)數(shù)據(jù)。利用此功能，能夠以高精度確認(rèn)細(xì)胞的動(dòng)態(tài)特性。為了實(shí)行這樣的解析，首先取得CARS光譜。在想確認(rèn)所取得的CARS光譜與細(xì)胞的詳細(xì)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)的時(shí)候，對(duì)于使用者所選擇的細(xì)胞，將細(xì)胞破壞，將該細(xì)胞內(nèi)的生物體分子捕捉于陣列設(shè)備上，并計(jì)量其量。通過將該生物體分子進(jìn)行定量而鑒定詳細(xì)的細(xì)胞狀態(tài)、種類，取得與CARS光譜的對(duì)應(yīng)，從而可高精度地進(jìn)行CARS光譜與細(xì)胞狀態(tài)、種類的相關(guān)聯(lián)。關(guān)于CARS光譜，從與通常在單一細(xì)胞的解析中應(yīng)用的熒光共聚焦顯微鏡相比可取得拉曼光譜這樣的觀點(diǎn)考慮，可針對(duì)測(cè)定對(duì)象的化學(xué)種類而獲得更多信息，可進(jìn)行這樣的高精度解析。

接著，示出利用CARS光譜進(jìn)行細(xì)胞分類的方法。取得CARS光譜后，進(jìn)行例如180個(gè)細(xì)胞的20個(gè)遺傳基因表達(dá)解析，進(jìn)行主因子分析，對(duì)于前2個(gè)主因子進(jìn)行繪圖并將得到的圖示于圖12。圖中的PC是principal component的簡稱，PC1是指第一主因子，PC2是指第二主因子。各個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于1個(gè)細(xì)胞的遺傳基因表達(dá)數(shù)據(jù)。在很多情況下根據(jù)細(xì)胞的狀態(tài)、種類而劃分為多個(gè)簇(此例子中為6個(gè)簇)。在圖12中，由于一個(gè)一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于細(xì)胞，因而即使無法僅通過CARS光譜而判定哪個(gè)細(xì)胞是哪種細(xì)胞，也可基于遺傳基因表達(dá)解析數(shù)據(jù)來關(guān)聯(lián)。利用此關(guān)聯(lián)，可使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在獲得了何種CARS光譜時(shí)判定為何種細(xì)胞狀態(tài)、種類那樣的機(jī)械學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)結(jié)束之后可僅通過CARS光譜的取得而將細(xì)胞的狀態(tài)、種類進(jìn)行分類。

予以說明的是，在此例子中，在基于細(xì)胞的遺傳基因表達(dá)的聚類(clustering)中使用了主因子分析，但是可適用階段聚類、k-means法等各種方法。另外，作為機(jī)械學(xué)習(xí)的方法，已知支持向量機(jī)(support vector machine)等在數(shù)據(jù)挖掘(data mining)中應(yīng)用的各種方法，可使用它們中的任一個(gè)。

另外，在本實(shí)施例中，使用CARS光譜作為從試樣獲得的分光光譜進(jìn)行了說明，但是即使使用自發(fā)拉曼光譜、熒光光譜來替代CARS光譜，也可獲得同樣的效果。

予以說明的是，本發(fā)明不受限于上述實(shí)施例，包含各種各樣的變形例。例如，上述實(shí)施例是為了容易理解地說明本發(fā)明而詳細(xì)說明的實(shí)施例，不必受限于具備已經(jīng)說明的全部構(gòu)成的實(shí)施例。另外，可將某一實(shí)施例的構(gòu)成的一部分置換為其它實(shí)施例的構(gòu)成，另外，也可在某一實(shí)施例的構(gòu)成中加入其它實(shí)施例的構(gòu)成。另外，可對(duì)各實(shí)施例的構(gòu)成的一部分進(jìn)行其它構(gòu)成的追加·刪除·置換。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

根據(jù)本發(fā)明，可提供能夠從大量試樣高速地取得信息的分析裝置，可加速醫(yī)療、制藥領(lǐng)域中的研究開發(fā)。

附圖標(biāo)記說明

2：生物體分子采樣系統(tǒng)、5：細(xì)胞破壞用激光器、11：計(jì)算機(jī)、21、22、23：粘接系培養(yǎng)細(xì)胞、30：細(xì)孔陣列片、32：鉑電極、101：短脈沖激光光源、104：光子晶體光纖、109：物鏡、110：試樣、113：分光器、114：分光部、115：檢測(cè)部、201：CCD攝像機(jī)受光部、401：照明、407：成像透鏡、408：CCD攝像機(jī)。