JP2009530642A - 表面張力によって保持された多数のサンプルの光学的測定を行うための測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】光学的測定デバイス内で複数の液体の小粒子（マイクロリットル容積のナノドロップ）を同時に、またはほぼ同時に処理すること
【解決手段】本発明は、対向する光ファイバーの間の表面張力によって保持された複数のナノ粒子のサンプルに対して、マルチチャンネルの分光学的測定を行うための装置に関し、この装置では、受信、検出ファイバーの直線状の離間したアレイを横断するように１本のファイバーが走査される。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、光学的測定の分野に関し、特に分光測光技術に関し、より詳細には、２マイクロリットル以下の大きさの液体粒子の測定に関する。

米国特許第6,628,382号および同第6,809,826号明細書において、ロバートソン氏は、表面張力によって小さい液体粒子を保持することを教示している。本明細書では、これら米国特許全体を参考例として援用する。更にここに開示している方法および装置は、ロバートソン氏外による国際特許出願第PCT/US2006/04406号明細書に教示されているような装置および方法を用いた蛍光測定技術にも適用でき、この国際特許出願では、信号が入射光によって圧倒されることがないよう、蛍光測定方法において特殊な光学的条件が含まれるようにしている。この国際特許出願の開示の全体を、本明細書で参考例として援用する。

これら測定を行う際には、関係する研究作業の生産性を高くする必要があることは明らかである。多数のサンプルに対し、同時またはほぼ同時に操作できる測定器および測定方法が最も望ましい。本発明の目的は、かかる測定器および測定方法を提供することにある。

端的に述べれば、本発明は、光学的測定デバイス内で複数の液体の小粒子（マイクロリットル容積のナノドロップ）を同時に、またはほぼ同時に処理することに関する。本発明の好ましい実施形態は、好ましくは１００ミクロンの８本のファイバーを有し、個々のファイバーはフラッシュランプからの光を検出し、この光を８対の測定光ファイバー（ＦＯ）のブッシングのアレイの上部ファイバーブッシングに供給する。好ましくは４００ミクロンの８本の受光ファイバーからの光は、光ファイバースイッチまたはマルチプレクサへ送られ、ここで８本のサンプル信号受信ファイバーの離間した端部を横断するように、精密リニアアクチュエータが４００ミクロンの１本のファイバーを走査する。これらファイバーは、デッドファイバー（図２ｂに示された拡大図では、これらデッドファイバーは業界の慣行として長く使用されている黒い円として示されている）をインターリーブすることにより、マルチプレクサ内で離間されているか、またはマイクロ機械加工されたＶ字形溝ブロックを使用するか、またはカスタムコーティングされたファイバーを精密に嵌合されるように機械加工されたキャビティ内に詰め込むことにより、離間させることができる。

米国特許第6,628,382号明細書および同第6,809,826号明細書に開示されている従来の装置とは異なり、上部アームは、アームの重量に合うよう、ステップモータまたはサーボモータのリニアアクチュエータにより移動される。従来の装置と同じように、サンプルを装填した後に、移動自在な上部アームは、サンプルを並べ、対向するアンビル表面を湿潤化するよう、実質的に閉位置まで移動され、次に、光学的測定のための光路を設定するよう、サンプルをコラム内に吸引するような選択されたより広い位置へ移動される。

装填のために使用される開位置にある本発明の装置１０を示す図１ａ、およびサンプルを並べ、かつ表面を湿潤化するよう、表面が接近した状態にある第１の場合、または表面が充分に離間し、サンプルを測定のための液体コラム内に吸引する測定位置のいずれかにおいて、閉じられた状態にある装置を示す図１ｂを参照する。フラッシュランプ１２で、光が発生される。日本国浜松市の浜松フォトニクス社から入手したランプを使用する。光は、好ましくは１００ミクロンの８本の供給ファイバー１４によって、８チャンネルの測定器１０の上部アーム１６へ搬送される。ファイバーは上部アーム１６を貫通しており、上部アーム１６の表面２０から盛り上がった状態となるように仕上げられている。これらファイバーは装置の８つの上部アンビル２２を形成しており、上部アーム１６は１８にて固定アーム２４に枢着されており、固定アーム２４は測定器のためのベースとして働くか、またはベースに取り付けることができる。固定アーム２４を８本の受信／検出ファイバー２６が貫通し、これらファイバーは固定アームの表面２８から若干盛り上がった状態に置かれ、８つの下方アンビル３０を形成するように仕上げられている。これら受信／検出ファイバーは４００ミクロンであることが好ましい。これらファイバーは、光学的スイッチ３２まで延び、このスイッチにおいて、以下に詳細に説明する装置により、８本のファイバー２６を横断するように、単一のファイバー３４が操作される。この単一の走査ファイバー３４は、次に信号を測定手段３６、好ましくは分光計または蛍光測定計（図３参照）まで送る。

図２ａおよび２ｂを参照する。これら図には光学的スイッチ３２の走査機構がより詳細に示されている。図２ａでは、光学的スイッチ３２は、フィードブロック３８と、走査ブロック４０と、ベース／ガイドスライドアセンブリ４２と、リニア作動機構４４とを備えることが分かる。

フィードブロック３８はファイバー２６の端部を離間した直線状のアレイに保持し、ファイバーの端部４８は、フィードブロック３８の面４６と面一となるように仕上げられている。このことは、図２ｂではより詳細に示されており、この図２ｂでは、図２ａと同じスケールの図と、走査ブロック４０が省略され、より詳細に示された拡大図の双方が示されている。拡大図から走査が分かるように、デッドファイバー端部５０を有するインターリーブされたアクティブなファイバー端部４８により、スペースが設けられている。デッドファイバーとは、光源に接続されていない適当な長さのファイバーを単に意味するにすぎない。スペースは、個々のファイバー２６から出力される信号を読み出す際のクロストークを制限する上で重要である。便宜上、デッドファイバーの端部を黒い円として示すように、公知の約束に従う。実施形態におけるフィードブロック３８は、米国バージニア州ウィリアムズバーグのロマック社によってカスタム製造されたアセンブリである。

ベース／ガイドスライドアセンブリ４２に取り付けられた走査ブロック４０は、ベース／ガイドスライドアセンブリ４２内の、詳細には示されていない手段により拘束され、フィードブロック３８の面に沿って直線状に移動し、よってファイバー３４の一端が離間したファイバー２６の８つの端部４８を横断するようになっている。走査ブロックは、リニア作動機構４４によって移動される。本発明の実施形態では、単一の反対のファイバー４８は、ロマック社から入手したカスタムＳＭＡの終端された光ファイバータッチコードである。

ベースガイドスライドアセンブリ４２は、ファイバー端部４８に直交する状態で走査ブロック４０をリニアにガイドするよう機能する。実施形態では、このスライドアセンブリは、米国、ｐ／ｎＥ−１、コネチカット州ベテルのデルトロン社から入手したボールベアリングスライドである。走査ブロックの動きに対する基準点を定めるために、端部停止点検出器５４が設けられており、リニア作動機構４４は、ステップモータ式のリニアアクチュエータとなっている。米国、ｐ／ｎ２８Ｈ４３−０５−０３６、コネチカット州ウォーターベリーのヘイドンスイッチ社によって製造されたものを使用する。当業者には、例えば図２ｂに示されており本明細書に説明した実施形態のリニアアレイおよびリニア走査手段３２は、図５ａに略図で示されるような走査ファイバー３４を支持する回転手段３２によって走査されるトロイダルアレイに置換できることは、当業者には明らかであろう。これとは異なり、ファイバーをアセンブリ内のＶ字形の溝内の位置に離間させてもよい（図５ｃ参照）。更に別の実施形態では、適当なキャビティ内に適当なスペースが生じるよう、または図５ｂに略図で示されるように、各ファイバー端部をスリーブ２７内に囲むよう、カスタムコーティングされたファイバーを使用する。

実施形態では、米国、ｐ／ｎ ＵＳＢ２０００ ＵＶ／Ｖｉｓ、フロリダ州ダネディンのオーシャンオプティクス社によって製造された分光計を使用する。

照明および走査を制御する適当にプログラムされたコンピュータの制御手段は示されていない。当業者には、かかる手段およびそのプログラムは明らかであるので、更にこれ以上説明する必要はないであろう。

使用の際に、測定器が図１ａに示されるように開となっている状態で、好ましくは総計８個のサンプルを同時に装填できるようにするピペットを使用し、８つの下部アンビル３０の各々に流体のサンプルを装填する。次に、測定器１０は、図１ｂに示されるように、まず（従来のロバートソン特許に教示されているように）閉じたサンプル圧縮位置へ閉じられる。これによって、サンプルは並べられ、アンビルの下方セット３０とアンビルの上方セット２２の双方が湿潤状態となる。次に、従来のロバートソン特許に説明されているように、２本のアーム１６と２４とを、実質的に平行な状態で制御された距離だけ離間させ、ファイバー１４と２６の対向する端部の間の測定コラム内に各サンプルを吸引する。これによって対向するアンビルを形成するファイバーの端部の間は、実質的に平行な関係となり、ファイバー端部の各々における湿潤領域の間に光路が生じる。フラッシュランプ１２を光源として起動し、各測定コラム内で測定信号を発生させ、ファイバー２６の８つの端部４８を横断するようにファイバー３４を走査する。次にファイバー３４は、各信号を分光計３６へ送信する。分光計３６は実際には、情報処理および出力ディスプレイだけでなく、測定器のシーケンスを決定するためのコンピュータのような手段に接続されている。

上部アーム１６のほうが従来のロバートソン特許および出願に記載された従来の測定器の上部アームよりも重いので、枢着された上部アーム１６と固定アーム２４との間の相対運動を生じさせるための改良された手段がこれまで開発されている。かかる測定器は、ネジ６１を作動させるために直流サーボモータ６０を使用しており、ネジ６１は、回転されると、閉じたときの上部アームの高さを制御するようになっている。上部アーム１６の表面２０内の適当なブッシング６４にネジ６１の端部が載っている。

より複雑なスペクトル分析を必要とする応用例では、図３に示されるように、第１ファイバーと同時にデータを収集するように、第２収集ファイバーを使用できる。ここでは、第２ファイバー７４は、第１走査ファイバー３４から１以上のインターバルだけ離間しており、図に示されるように、第２分光計３７または後に分かるような他の光学的測定器に関連させることができる。ＳＰＡＣＥが１インターバルである場合、走査のいずれかの端部で測定するためには、単一の分光計だけを使用する。単一の分光計によってカバーされる測定波長レンジを超えるよう測定波長レンジを拡張するのに、かかる測定を行ってもよいし、または蛍光のような全く異なるタイプの測定のために、第２の測定器を使用してもよく、国際特許出願第PCT/US2006/04406号明細書の蛍光測定器のように直交照明状態で測定を行わなければならない場合には，後者の測定には別の光源が必要である。多数のサンプルでの測定を行うのに必要な時間を短縮するのに多数のファイバー測定を使用することもできる．ファイバー端部グループ４８と同じインターバルで離間した別の走査ファイバーを使用することにより、３つ以上の分光計を同じように使用することができる。

更に、下部アーム２４に直接ランプ１２が取り付けられた状態で、図４ａに示されるように、移動する上部アーム１６をランプ１２に接続する供給ファイバー４１全体を、上部アームに取り付けることができる。

開位置にある装置の斜視図である。 閉位置にある装置の斜視図である。 図１ａおよび１ｂから拡大した走査装置の部分斜視図である。 走査手段が省略されたファイバーの斜視略図であり、ファイバーの間隔を示すための一部の拡大部分を示している。 サンプル測定ファイバーを横断するように２本以上のファイバーが走査され、各ファイバーは別個のスペクトル分析システムに信号を供給するようになっている装置の斜視図を示す。 ソースファイバーを有しない、開位置にある装置を示す、ソースファイバーを装置の移動アームに保持するための別の装置を示す。 ソースファイバーを有し、閉じた移動位置にある装置を示す。 回転走査手段を略図で示している別のファイバーのスペース配置を示す。 別のファイバーのスペース配置を示す。 別のファイバーのスペーシング配置を示す。

符号の説明

１０ 本発明の装置
１２ フラッシュランプ
１４ 供給ファイバー
１６ 上部アーム
２０ 表面
２２ 上部アンビル
２４ 固定アーム
２６ 受信／検出ファイバー
２８ 表面
３０ 下方アンビル
３２ 光スイッチ
３４ 走査ファイバー
３８ 供給ブロック
４０ 走査ブロック
４２ ベース／ガイドスライドアセンブリ
４４ リニア作動機構
４６ 面
４８ ファイバー端部

Claims (11)

1. 複数の供給光ファイバー１４の対向する近接端部２２と受信／検出光ファイバー２６の同じ複数の近接端部３０との間に、表面張力により複数のマイクロリットルのサンプルを保持するための手段とを備え、前記端部は、実質的に平行で、離間した関係にあり、これら端部は信号を測定するための対向するファイバーの端部の各々の上にある湿潤状態の領域間にコラム状の光路を構成し、
   前記供給ファイバー１４の遠方端部に光１２を供給するための手段と、
   前記受信／検出ファイバー２６の遠方端部を、離間したアレイ３８に保持するための手段と、
   前記受信／検出ファイバー２６の離間した遠方端部４８を横断するように１本の走査ファイバー３４の遠方端を走査するための手段３２と、
   前記単一の走査ファイバー３４の遠方端に接続されており、前記走査ファイバー３４を通して送られた信号を受け入れ、上部３６にて光学的測定を行うための手段とを備えた、表面張力によって保持される複数のマイクロリットルのサンプルで光学的測定を行うための測定器１０。
2. 前記測定は、分光学的測定であり、この測定を行うための手段は、分光計である、請求項１に記載の測定器１０。
3. 測定は、蛍光測定であり、この測定を行うための手段は、蛍光測定器である、請求項１に記載の測定器１０。
4. 受信／検出ファイバー２６の遠方端部の離間したアレイは、直線状であり、走査を行うための手段３２は、直線状である、請求項１に記載の測定器１０。
5. 受信／検出ファイバー２６の遠方端部の離間したアレイは、環状であり、走査を行うための手段３２は回転式である、請求項１に記載の測定器１０。
6. ２本以上の走査ファイバー３４、７４および２つ以上の、測定を行うための手段３６、３７を同時に使用し、２つ以上の受信／検出ファイバー端部４８にて光学的測定を行う、請求項１に記載の測定器１０。
7. 第１分光計３６および第２分光計３７が設けられており、前記第２分光計３７は、第１分光計３６とまったく異なる波長のレンジを測定する、請求項６に記載の測定器１０。
8. 測定を行うための第１手段３６および第２手段３７が設けられており、測定を行うための前記第２手段３７は、分光計を除く装置である、請求項６に記載の測定器１０。
9. 前記第２測定手段３７は、蛍光を測定する、請求項８に記載の測定器１０。
10. 異なるサンプルの各々で複数の測定を同時に行うことができる、請求項１に記載の測定器１０。
11. 前記サンプルを保持する手段は、アンビル３０として働くよう、上部表面２８から若干盛り上がるように仕上げられた複数の受信／検出ファイバー２６の近接端部を有する固定された下部アーム２４と、対向するアンビル２２として働くよう、下方表面２０から盛り上がるように仕上げられた、同じ複数の供給ファイバー１４の近接端部を有する、枢着された上部アーム１６とを備え、前記上部アーム１６は、前記サンプルを並べ、前記ファイバーの端部の対向するアンビル表面２２、３０を湿潤化するよう、実質的に閉じた位置まで移動し、次に光学的測定のための光路を設定するために、サンプルをコラム内に吸引するよう選択されたより広い位置まで移動するようになっており、前記供給ファイバー１４の近接端部は前記移動自在なアーム１６に取り付けられており、前記光ファイバーは上方アーム１６および固定アーム２４の双方においてポート１３を貫通し、前記供給ファイバー１６の遠方端は、光１２を供給するための手段に取り付けられており、前記光を供給する手段は前記固定された下部アーム２４に取り付けられている、請求項１に記載の測定器１０。

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