JP2008089540A - 光計測方法および光計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】サンプル流に対してサンプル流の流れ方向に対して直交する方向に沿って均一な光強度で照射することで、サンプル流のサンプルの光情報をバラツキが生じないように効率良く得ることができる。
【解決手段】光計測装置10のキャピラリー30内を流れる液体40に分散させた被測定対象であるサンプルSに対して照射光Lを照射することで、サンプルSの光情報を測定する際に、光源11が発生する光13から照射光Lを整形して、サンプルSがキャピラリー30内を流れる方向に対して交差する方向にそって均一な光強度を有する照射光Lを、サンプルSに照射する。
【選択図】図1
【解決手段】光計測装置10のキャピラリー30内を流れる液体40に分散させた被測定対象であるサンプルSに対して照射光Lを照射することで、サンプルSの光情報を測定する際に、光源11が発生する光13から照射光Lを整形して、サンプルSがキャピラリー30内を流れる方向に対して交差する方向にそって均一な光強度を有する照射光Lを、サンプルSに照射する。
【選択図】図1
Description
本発明は、光計測方法および光計測装置に関し、特に流路内を流れる液体に分散させたサンプルの光情報を測定するための照射光をサンプルに照射する光計測方法および光計測装置に関する。
液体にサンプル(被検微小物)を分散させたサンプル流がフローセル内を流れるようにして、光源からの光がこのサンプル流に照射されることで、サンプル流中のサンプルの光情報(蛍光情報)を測定することが提案されている。このレーザ光は、結像レンズにより集光されてサンプル流に向けて照射されるようになっている(例えば、特許文献1参照)。
特開平7−92077号公報
ところが、特許文献1に開示されているサンプルを測定する方法では、レーザ光は、結像レンズを用いて、単にフローセル中のサンプル流の中心にスポット光として集光しているだけであり、レーザ光はフローセル中のサンプル流に対して不均一の光強度で照射されてしまう。このため、レーザ光はサンプル流中の各サンプルに対して確実に照射できず、各サンプルの光情報の取得にバラツキが生じてしまう。サンプル流中の各サンプルの光情報をバラツキが生じないように効率良く得るためには、照射光は、サンプル流に対して、サンプル流の流れ方向に対して交差する方向に沿って均一な光強度で照射することが求められる。
そこで、本発明は上記課題を解消するために、サンプル流に対してサンプル流の流れ方向に対して交差する方向に沿って均一な光強度で照射することで、サンプル流の各サンプルの光情報をバラツキが生じないように効率良く得ることができる光計測方法および光計測装置を提供することを目的とする。
上記課題を解消するために、本発明の光計測方法は、流路内を流れる液体に分散させた被測定対象であるサンプルに対して照射光を照射することで、前記サンプルの光情報を測定するための光計測方法であり、
光源が発生する光から前記照射光を整形して、前記サンプルが前記流路内を流れる方向に対して交差する方向にそって均一な光強度を有する前記照射光を、前記サンプルに照射することを特徴とする。
光源が発生する光から前記照射光を整形して、前記サンプルが前記流路内を流れる方向に対して交差する方向にそって均一な光強度を有する前記照射光を、前記サンプルに照射することを特徴とする。
本発明の光計測方法は、好ましくは前記光源が発生する光は回折光学素子を用いて整形することを特徴とする。
本発明の光計測方法は、好ましくは前記光はマイクロアレイレンズを用いて整形することを特徴とする。
本発明の光計測方法は、好ましくは整形された前記照射光は、長軸と前記長軸とは直交する短軸を有する形状を有しており、前記長軸と前記サンプルが前記流路を流れる方向とは交差していることを特徴とする。
本発明の光計測方法は、好ましくは前記照射光の前記長軸方向の長さは、サンプル流の長さより大きく設定されていることを特徴とする。
本発明の光計測方法は、好ましくは前記流路は、フローサイトメータの流路であることを特徴とする。
本発明の光計測装置は、流路内を流れる液体に分散させた被測定対象であるサンプルに対して照射光を照射することで、前記サンプルの光情報を測定するための光計測装置であり、
光源と、
前記光源が発生する光から前記照射光を整形して、前記サンプルが前記流路内を流れる方向に対して交差する方向にそって均一な光強度を有する前記照射光を、前記サンプルに照射するための照射光整形部と、
を備えることを特徴とする。
光源と、
前記光源が発生する光から前記照射光を整形して、前記サンプルが前記流路内を流れる方向に対して交差する方向にそって均一な光強度を有する前記照射光を、前記サンプルに照射するための照射光整形部と、
を備えることを特徴とする。
本発明の光計測方法によれば、サンプル流に対してサンプル流の流れ方向に対して交差する方向に沿って均一な光強度で照射することで、サンプル流の各サンプルの光情報をバラツキが生じないように効率良く得ることができる。
本発明の光計測装置によれば、サンプル流に対してサンプル流の流れ方向に対して交差する方向に沿って均一な光強度で照射することで、サンプル流の各サンプルの光情報をバラツキが生じないように効率良く得ることができる。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の光計測方法を実施するための光計測装置の好ましい実施形態を示している。
図1に示す光計測装置1の構成例について説明する。
光計測装置10は、一例としてフローサイトメータ(フローサイトメトリともいう)1として用いられている。光計測装置10は、光源としてのレーザ光源11と、照射光整形部としての回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element)20と、サンプル流を流すための流路としてのキャピラリー30と、受光部70と、制御部100を有している。受光部70は、例えばホトダイオードである。
図1に示すキャピラリー30の下部32には、液体収容部31が配置されている。この液体収容部31内には、液体40が収容されている。この液体40には被測定対象である複数のサンプルSが分散されている。このサンプルSが分散された液体40は、サンプル流50という。
図2は、図1におけるJ方向から見たキャピラリー30、回折光学素子20等を示している平面図である。
図1と図2に示すように、キャピラリー30は例えば断面正方形を有する中空部材である。キャピラリー30内では、キャピラリー30の長手方向Tに沿って、サンプル流50が、シース流51により案内されて流れる。サンプル流50はサンプル懸濁液ともいう。
図1に示すキャピラリー30の大きさとしては、上部33の各辺の幅Dが例えば500μmである。シース流51の幅Cは例えば300μmである。また、サンプル流51の直径Hは例えば50μmである。サンプル流50は、液体収容部31からキャピラリー30の長手方向Tに沿って上昇して流れ、シース流51は別の図示しないシース液供給部からキャピラリー30内に供給される。
図1と図2に示すサンプルSとしては、例えば大きさが5μmの細胞であり、サンプル流50はシース流51で包み込むような形で、光計測部位77を通過させるようにして流すようになっている。このシース流51を用いたシースフロー技術は、サンプル流50とシース流51の圧力差によりサンプル流50の幅を任意に制御して、サンプル流の圧損の低減と詰まりの防止を図っている。
図1と図2に示すレーザ光源11は、レーザ光13を発生し、図示例では光ファイバ(光導波路の一例)12を通じて回折光学素子20に照射される。1波長分の回折光学素子20は、レーザ光13を、図3に示すような長方形状の照射光Lに整形する。すなわち、回折光学素子20は、レーザ光13の空間パターンをいわゆるフラットトップ形状にして、均一光強度を有する照射光Lを整形する。これにより、照射光Lは、均一な光強度の測定光としてサンプル流50とその中に含まれる各サンプルSに対して、測定位置77において確実に照射でき、各サンプルSの光情報をバラツキが生じないようにして、サンプルSの光情報は図1の受光部70により受光して効率良く得ることができる。
図1に示すように、照射光Lと回折光学素子20の間隔Rは、例えば1〜4mmである。照射光Lの長軸方向Fは、キャピラリー30の長手方向Tと直交しており、照射光Lの短軸方向Gは、キャピラリー30の長手方向Tと平行である。キャピラリー30の長手方向Tはサンプル流50の流れ方向でもある。
照射光Lがサンプル流50に照射されると、サンプル流50の各サンプルSから得られる例えば蛍光情報は、図1の受光部70Pにより受光される。受光部70Pにより受光された蛍光情報は、制御部100において信号処理される。この受光部70は、キャピラリー30の横側の位置R1、すなわちレーザ光源11のレーザ光13の射出方向Jと平行な方向に配置されている。また制御部100はレーザ光源11の動作を制御する。
図3は、図1と図2に示す照射光Lの形状例を示している。
図1と図2に示すように、レーザ光13は回折光学素子20に通すことで、レーザ光13は、図3に例示するような光強度のフラットトップ形状部分44,45を有する均一光強度の照射光Lとして整形される。
図1と図3に示す長方形状の照射光Lの寸法例としては、長軸方向Fの長さMが60μmであり、短軸方向Gの長さNが30μmである。長軸方向Fの長さMは、好ましくはサンプル流50の直径Hに比べて大きく設定されている。
しかも、図3に示すように照射光Lの長軸方向Fに沿った光強度分布98の空間パターンは、光強度をフラットトップ形状44にして均一光強度になるようにした整形されている。また、同様にして、図3に示すように照射光Lの短軸方向Gに沿った光強度分布99の空間パターンは、光強度をフラットトップ形状45にして均一光強度になるようにした整形されている。
これにより、均一な光強度を有する照射光Lが、キャピラリー30内を流れるサンプル流50とその中に含まれる各サンプルSに対して確実に照射することができる。この際、サンプルSがサンプル流50のF方向(サンプル流50の直径H方向)に関してどの位置で、キャピラリー30の長手方向Tに沿って流れていったとしても、照射光Lが、キャピラリー30内を流れるサンプル流50とその中に含まれる各サンプルSに対して確実に照射することができる。しかも、各サンプルSに対しては、同じ光強度の照射光Lを照射できるので、サンプル流50の各サンプルSの光情報をバラツキが生じないように効率良く得ることができる。
図4は、サンプル流50と整形済みの照射光Lの位置関係の例を示している。
図4に示すように、長方形の実線で示す照射光Lが、破線で示す照射光Lのようにサンプル流50の流れる方向(キャピラリー30の長手方向T)に対して多少傾いて照射されてもかまわない。図4に示すように、照射光Lがサンプル流50の流れる方向(キャピラリー30の長手方向T)に対して多少傾いて照射されたとしても、サンプルSの光情報をバラツキが生じないように、効率良く得ることができる。この場合であっても、図3においてサンプルSがサンプル流50とともに長手方向Tに沿って流れる際に、サンプルSがサンプル流50の直径Hのどの位置において長手方向Tに沿って流れたとしても、サンプルSは、図3のようにフラットトップ形状44,45を有する照射光Lにより均一な光強度により照射される。このため、各サンプルSの光計測の際の計測値のバラツキを低減でき、サンプルSを効率よく光計測することができる。
ここで、図1を参照してサンプルSの光計測方法の一例を説明する。
図1では、液体40は、液体収容部31からキャピラリー30内に供給され、シース流51によりキャピラリー30の長手方向Tに沿って送られる。制御部11はレーザ光源11を駆動してレーザ光源11からレーザ光13を発生させると、レーザ光13は光ファイバ12を通って回折光学素子20に照射される。このレーザ光13は回折光学素子20により照射光Lに整形されてサンプル流50とその中に含まれている各サンプルSに対して、測定位置77において照射される。
この照射の時には、均一な光強度を有する照射光Lが、キャピラリー30内を流れるサンプル流50とその中に含まれる各サンプルSに対して確実に照射することができる。サンプルSは照射光Sにより蛍光情報を発生して受光部70Pにより受光される。受光された蛍光情報は制御部100に送られて処理が施される。
図5は、本発明の実施形態における照射光Lと比較するために、比較例としてレーザ光300をスポット光としてサンプル流50に対して照射する例を示している。
例えばレーザ光300のガウス分布(光強度分布)の頂点部分303における光強度の値と、途中部分304における光強度の値との間には光強度差301が生じており、途中部分304における光強度の値は、頂点部分303における光強度の値に対して80%程度しかない。このため、スポット状のレーザ光300がサンプル流50に照射されると、サンプル流50とともに流れる各サンプルSがサンプル流50の径方向Hに関してどの位置で流れるかによって、各サンプルSに照射されるレーザ光300の光強度にバラツキが生じてしまい、各サンプルSの光情報を取得する時に光情報にバラツキが生じてしまう。
また、レーザ光300がサンプル流50以外の外側部分51Pに照射されるので、その外側部分51Pに照射されたレーザ光300はエネルギーの無駄になり、そのエネルギー損失は例えばレーザ光300の全体のエネルギーの51%に達する。
しかし、本発明の実施形態では、図1と図3に示すような光強度を有する照射光Lのエネルギーのほとんどは、サンプル流50に対して照射しており、サンプル流50とサンプルSに対して照射光Lを照射する際のエネルギー損失を減少させることができる。例えば照射光Lをサンプル流50に照射した例では、照射光Lの90%以上のエネルギーをサンプル流50に対して使用でき、各サンプルSの光情報を取得する際のエネルギー損失を減少させて、サンプルSの光計測時の感度と分解能を向上できる。
次に、図6と図7を参照して、本発明の好ましい別の実施形態を説明する。
図6は、本発明の光計測方法を実施するための光計測装置の好ましい別の実施形態を示す斜視図であり、図7は、図6の光計測装置に用いられる照射光Lの形状例を示す図である。
図6に示す光計測装置10Aは、図1に示す光計測装置10に比べてほとんど同じ構造を有しているので、異なる要素について説明することにして、同様の箇所には同じ符号を記載してその説明を用いる。
図6に示す回折光学素子20Aは、図1に示す回折光学素子20とは異なるものが用いられており、この回折光学素子20Aは、図6と図7に示すように、レーザ光13を正方形状の照射光Lに整形してサンプル流50に照射することができる。
図7に示す正方形状の照射光Lは、長軸方向Fの長さMが例えば60μmであり、短軸方向Gの長さNが同様にして60μmである。長軸方向Fの長さMはサンプル流50の直径Hに比べて大きく設定されている。
図7に示すように、照射光Lの長軸方向Fに沿った光強度分布98Aの空間パターンは、フラットトップ形状44Aにして均一光強度になるようにした整形されている。また、同様にして、図7に示すように照射光Lの短軸方向Gに沿った光強度分布99Aの空間パターンは、フラットトップ形状45Aにして均一光強度になるようにした整形されている。 これにより、サンプルSの光計測を行う際には、照射光Lの形状は任意に選択できる。ただし、照射光Lの短軸方向Gの長さNが小さいほど、サンプルSを光計測してサンプルSの光情報を取得する際に分解能を上げることができる。
次に、図8を参照して、本発明のさらに別の実施形態を説明する。
図1と図6に示す実施形態の光計測装置10,10Aでは、ともにキャピラリー30は正方形状の断面空間を有する中空体である。これに対して、図8に示す実施形態の光計測装置10Bでは、ともにキャピラリー30Aは円形状の断面空間を有する中空体である。キャピラリー30A内は、シース流51とサンプル流50を流すようになっている。光計測装置10Bのその他の構成要素は、光計測装置10,10Aの対応する構成要素と同じであるので、同様の箇所には同じ符号を記載して説明を用いる。
図9は、本発明のさらに別の実施形態を示している。
図9では、光源11Aは例えば発光ダイオードを用いており、光源11Aが発生する光13Aは、照射光整形部としてのマイクロアレイレンズ20Gにより照射光LAに整形される。照射光LAは、サンプルSとサンプル流50に対して均一な光強度で照射される。
図1などに示すフローサイトメータ(FCM)1では、照射光Lがサンプル流50に対して一様に照射され、受光部70PはサンプルSから得られる例えば蛍光情報である蛍光計測値を受光して、制御部100はその蛍光計測値を解析する。励起光源であるレーザ光源11が発生するレーザ光13から得られる照射光Lは、サンプルSの計測能力を確保するために励起光強度と光強度分布が重要である。
各サンプルSは、サンプル流50内をある範囲内で自由に流れていることから、励起光としての照射光L内の光強度の差は、各サンプルSの光情報を得る際にはバラツキが生じることになる。本発明の実施形態では、照射光Lはサンプル流50の幅の範囲に一様な光強度で照射できる。
本発明の実施形態では、光計測装置のキャピラリー(流路)内を流れる液体に分散させた被測定対象であるサンプルSに対して照射光Lを照射することで、サンプルSの光情報を測定する。この際に、光源が発生する光から照射光を整形して、サンプルが流路内を流れる方向に対して交差する方向にそって均一な光強度を有する照射光を、サンプルに照射する。これにより、サンプル流に対してサンプル流の流れ方向に対して直交する方向に沿って均一な光強度で照射することで、サンプル流のサンプルの光情報をバラツキが生じないように効率良く得ることができる。
本発明の実施形態では、光源はレーザ光源であり、照射光はレーザ光源から発生するレーザ光であり、レーザ光は回折光学素子(DOE)を用いて照射光に整形する。これにより、回折光学素子を用いることで、レーザ光は均一な光強度を有する照射光に確実に整形できる。
本発明の実施形態では、光はマイクロアレイレンズを用いて整形する。これにより、マイクロアレイレンズを用いることで、レーザ光は均一な光強度を有する照射光に確実に整形できる。
本発明の実施形態では、整形された照射光は、長軸と長軸とは直交する短軸を有する形状を有しており、長軸とサンプルが流路を流れる方向とは交差している。これにより、均一な光強度を有する照射光Lが、キャピラリー内を流れるサンプル流とその中に含まれるサンプルに対して確実に照射することができる。この際、サンプルがサンプル流の直径方向に関してどの位置で、キャピラリーの長手方向Tに沿って流れていったとしても、照射光が、キャピラリー内を流れるサンプル流とその中に含まれるサンプルに対して確実に照射することができる。しかも、各サンプルに対しては、同じ光強度の照射光Lを照射できるので、サンプル流の各サンプルの光情報をバラツキが生じないように効率良く得ることができる。
本発明の実施形態では、照射光の長軸方向の長さは、サンプル流の長さより大きく設定されていることを特徴とする。これにより、照射光がサンプル流の流れる方向(キャピラリーの長手方向T)に対して多少傾いて照射されたとしても、サンプルの光情報をバラツキが生じないように、効率良く得ることができる。
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。
例えば、図1,図6、図8に示す受光部70Pは、好ましくはキャピラリー30の横側の位置R1に配置されているが、これに限らず図1,図6、図8に示す受光部70は、回折光学素子20に対してキャピラリー30を挟んで対面する位置R2に配置することも可能である。
図1に示すキャピラリー30は例えば断面正方形を有する中空部材であるが、例えば断面長方形やその他の断面形状であっても良い。図1などに示す光ファイバ11は省略しても良い。
また、サンプルSである例えば細胞から得られる散乱光、透過光、そして蛍光情報といった信号を受光部70を用いて取得することができる。照射光Lの長軸方向の長さMは、サンプル流50の幅(直径)Hと同じであるか、少し大きく設定することができる。
例えば図3に示す照射光Lの形状は、長方形形状や、正方形形状に限らず、楕円形状であってもよく、照射光Lの形状は長軸と短軸を有する形状である。
本発明の光計測方法と光計測装置は、遺伝子、免疫系、タンパク質、アミノ酸、糖類の生体高分子に関する検査、解析、分析が要求される分野、例えば工学分野、食品、農産、水産加工等の農学全般、薬学分野、衛生、保健、免疫、疫病、遺伝等の医学分野、化学もしくは生物学等の理学分野等、あらゆる分野に適用できる。
1 フローサイトメータ
10 光計測装置
11 レーザ光源
20 回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element)
30 キャピラリー
40 液体
50 サンプル流
51 シース流
70、70P 受光部
100 制御部
S サンプル
L 照射光
10 光計測装置
11 レーザ光源
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50 サンプル流
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70、70P 受光部
100 制御部
S サンプル
L 照射光
Claims (7)
- 流路内を流れる液体に分散させた被測定対象であるサンプルに対して照射光を照射することで、前記サンプルの光情報を測定するための光計測方法であり、
光源が発生する光から前記照射光を整形して、前記サンプルが前記流路内を流れる方向に対して交差する方向にそって均一な光強度を有する前記照射光を、前記サンプルに照射することを特徴とする光計測方法。 - 前記光源が発生する光は回折光学素子を用いて整形することを特徴とする請求項1に記載の光計測方法。
- 前記光はマイクロアレイレンズを用いて整形することを特徴とする請求項1に記載の光計測方法。
- 整形された前記照射光は、長軸と前記長軸とは直交する短軸を有する形状を有しており、前記長軸と前記サンプルが前記流路を流れる方向とは交差していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光計測方法。
- 前記照射光の前記長軸方向の長さは、サンプル流の長さより大きく設定されていることを特徴とする請求項4項に記載の光計測方法。
- 前記流路は、フローサイトメータの流路であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光計測方法。
- 流路内を流れる液体に分散させた被測定対象であるサンプルに対して照射光を照射することで、前記サンプルの光情報を測定するための光計測装置であり、
光源と、
前記光源が発生する光から前記照射光を整形して、前記サンプルが前記流路内を流れる方向に対して交差する方向にそって均一な光強度を有する前記照射光を、前記サンプルに照射するための照射光整形部と、
を備えることを特徴とする光計測装置。
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JP2006273880A JP2008089540A (ja) | 2006-10-05 | 2006-10-05 | 光計測方法および光計測装置 |
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