JP2010122146A

JP2010122146A - 測定系

Info

Publication number: JP2010122146A
Application number: JP2008297864A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Suzuki; 良政鈴木; Mitsuru Namiki; 満雙木
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】光量ロスを少ない測定系を提供する。
【解決手段】光源部１００と、光源部１００からの照射光を反射する反射面を備える反射部材２００と、反射部材２００からの反射光を検出する光検出部５００と、磁界発生部材３００と、を有し、反射部材２００の反射面の形状が放物面形状であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光やラマン散乱光などの光強度を検出することによって、抗体と反応した被測定物質を定量的に測定するための測定系に関する。

従来から知られている抗原抗体反応を利用した免疫測定方法として、蛍光免疫測定方法がある。この方法は、まず、試料中の被分析物質（抗原）を、抗体が結合された蛍光体と、抗体が結合された磁気粒子に反応させて、反応複合物を作成する。そして、上記反応複合物に光を照射した時に発する蛍光強度を測定して、該試料に含まれる被分析物質の量を測定する手法である。この時、反応複合物を磁石で集合させた上で、当該反応複合物に向けてレーザ光を照射すると、当該反応複合物から蛍光が発生する。この蛍光に基づいて、試料に含まれる被分析物質の濃度を測定することができる。

また、蛍光免疫測定方法の他に、例えばＵＳ７１９２７７８に掲載されているＳＥＲＳナノタグを用いて、当該ナノタグからの微弱なラマン散乱光を用いて免疫測定を行う手法も提案されている。このＳＥＲＳナノタグとは、光照射によって強いラマン散乱光を発生する直径数１０から数１００ｎｍの大きさを持つ粒子である。

上記のような免疫測定のための測定系が種々提案されており、例えば、特許文献１（特開平６−３００７６２号公報）には、検査容器２と、入射光学系３と、磁界発生装置４と、受光系５を備える測定系が開示されている。

入射光学系３は、レーザ光源、レーザ光導波用光ファイバ、レーザ光をレーザ光照射領域に照射するレーザ光照射用集光レンズを備える。また、受光系５は、発生する蛍光を集光する蛍光集光用集光レンズ、集光された蛍光を導波する蛍光導波用光ファイバ、蛍光の強度を測定する光検出器を備える。

ここで、検査容器２は、抗体が結合された蛍光マイクロビーズと、抗体が結合された磁性体標識体と、被分析物質との反応複合体を含む混合溶液を収容する。入射光学系３は、レーザ光を混合溶液の液面に導く。磁界発生装置４は、磁界により液面のレーザ光照射領域の一点に反応複合体を集合させる。受光系５は、反応複合体から発生する蛍光を検出する。
特開平６−３００７６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の測定系においては、レーザ光照射用集光レンズを用いて検査容器中の反応複合体に光を集光し、蛍光集光用集光レンズを使用して、検査容器内の反応複合体からの蛍光を検出する。

ここで、このような、集光レンズの一例として、ＵＳＰＬＳＡＰＯ１０Ｘ（オリンパス製）を挙げることができる。図１５はＵＳＰＬＳＡＰＯ１０Ｘ（オリンパス製）の波長透過率特性を示す図である。図１５に示すようにＵＳＰＬＳＡＰＯ１０Ｘ（オリンパス製）の透過率は、波長５００ｎｍにおいて、およそ９０％であり、波長８００ｎｍにおいて、およそ８０％である。従って、例えば、可視光を励起光として用い、反応複合体から約５００ｎｍの波長の蛍光が発せられた場合、レンズ内で約１０％の光をロスしてしまう。また、近赤外光を励起光として用い、反応複合体から約８００ｎｍの波長のラマン散乱光が発生した場合、レンズ内で約２０％の光がロスしてしまうこととなる。

このように、蛍光やラマン散乱光などの微弱な光を扱う場合、レンズの表面反射と内部吸収によって光量ロスが大きくなるため、測定精度が低くなってしまう、という問題があった。

本発明は上記のような課題を解決するためのものであり、本発明の測定系は、光源部と、前記光源部からの照射光を反射する反射面を備える反射部材と、前記反射部材からの反射光を検出する光検出部と、磁界を発生する磁界発生部と、を有し、前記反射面の形状が凹面形状であることを特徴とする測定系である。

また、本発明の測定系は、前記凹面形状は、放物面形状であることが好ましい。

また、本発明の測定系は、前記磁界発生部は尖端部を有し、前記放物面形状を規定する放物面の焦点近傍に、前記尖端部が位置することが好ましい。

また、本発明の測定系は、前記光源部は前記反射面に向けて平行光を照射すると共に、前記光検出部は前記反射面で反射された平行光を検出し、前記放物面形状を規定する放物面の所定断面がＺ＝(１／４ｃ)Ｘ²（ただし、ｃは放物面の焦点距離）を満たす放物線となるＸ−Ｚ座標を選択したとき、前記光源部から照射される平行光の光軸が前記座標のZ軸に平行であることが好ましい。

また、本発明の測定系は、前記反射部材が、第１の放物面形状を備える第１反射面と、第２の放物面形状を備える第２反射面と、を有し、前記光源部は前記第１反射面に向けて平行光を照射すると共に、前記光検出部は前記第２反射面で反射された平行光を検出し、前記第１反射面を規定する第１放物面の焦点と、前記第２反射面を規定する第２放物面の焦点と、が一致し、前記第１放物面の所定断面がＺ＝(１／４ｃ₁)Ｘ²（ただし、ｃ₁は第１放物面の焦点距離）を満たす放物線となるＸ−Ｚ座標を選択したとき、前記光源部から照射される平行光の光軸が前記座標のZ軸に平行であることが好ましい。

また、本発明の測定系は、光源部と、前記光源部からの照射光を反射する反射面を備える反射部材と、前記反射部材からの反射光を検出する光検出部と、磁界を発生する磁界発生部と、を有し、前記反射面の形状が凹面柱面形状であることを特徴とする測定系である。

また、本発明の測定系は、前記凹面柱面形状は、放物線面形状であることが好ましい。

また、本発明の測定系は、前記磁界発生部は尖端部を有し、前記放物線柱面形状を規定する放物線柱面の焦点の集合近傍に、前記尖端部が位置することが好ましい。

また、本発明の測定系は、前記光源部は前記反射面に向けて平行光を照射すると共に、前記光検出部は前記反射面で反射された平行光を検出し、前記放物線柱面形状を規定する放物線柱面の所定断面がＺ＝(１／４ｃ)Ｘ²（ただし、ｃは放物線柱面の焦点距離）を満たす放物線となるＸ−Ｚ座標を選択したとき、前記光源部から照射される平行光の光軸が前記座標のZ軸に平行であることが好ましい。

また、本発明の測定系は、前記反射部材が、第１の放物線柱面形状を備える第１反射面と、第２の放物線柱面形状を備える第２反射面と、を有し、前記光源部は前記第１反射面に向けて平行光を照射すると共に、前記光検出部は前記第２反射面で反射された平行光を検出し、前記第１反射面を規定する第１放物線柱面の焦点の集合と、前記第２反射面を規定する第２放物線柱面の焦点の集合と、が一致し、前記第１放物線柱面の所定断面がＺ＝(１／４ｃ₁)Ｘ²（ただし、ｃ₁は第１放物線柱面の焦点距離）を満たす放物線となるＸ−Ｚ座標を選択したとき、前記光源部から照射される平行光の光軸が前記座標のZ軸に平行であることが好ましい。

本発明によれば、光量ロスの少ない測定系を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態１に係る測定系の模式的斜視図であり、図２は本発明の実施形態１に係る測定系の模式的断面図である。図２の断面図は図１におけるＡ−Ａ’を鉛直下方に切ったものを示している。図１及び図２において、１００は光源部、２００は反射部材、２０１は第１反射面、２０２は第２反射面、２０５は収容凹部、３００は磁界発生部材、４００は検査容器、５００は光検出部、６００は演算部をそれぞれ示している。

実施形態１の測定系においては、図１及び図２に示すように、概略、検査容器４００と、入射光学系と、検出光学系と、磁界発生手段（磁界発生部材３００）とから構成されている。入射光学系は、検査容器４００に光を照射する。検出光学系は、検査容器４００内の反応複合体からの光を捕捉する。磁界発生手段は、検査容器４００内の反応複合体を所定位置に集める。

なお、実施形態１においては、磁界発生部材３００が上側に、検査容器４００が下側に配置される構成となっているが、これらの天地を逆とした構成、すなわち、磁界発生部材３００を下側に、検査容器４００を上側に配置する構成とすることもできる。この場合当然、反射部材２００も天地が逆さまとなる。なお、このような天地を逆とすることが可能であることは、本実施形態１以外の他の実施形態についても同様に言えることである。

なお、実施形態１においては、検査容器４００の底部が横を向く方向に配置されているが、検査容器４００の底面が下にくる配置にすることもできる。この場合当然、磁界発生部材３００を水平に配置する。このような配置は、本実施形態１以外の他の実施形態についても同様に言えることである。

入射光学系を構成する光源部１００には、例えばレーザやＬＥＤを用いることができる。この光源部１００から反射部材２００に対して所定波長のコリメート光が照射される。反射部材２００は、入射光学系を構成する第１反射面２０１、検出光学系を構成する第２反射面２０２、磁界発生部材３００を保持する収容凹部２０５を備えている。反射部材２００の第１反射面２０１は、光源部１００からのコリメート光を反射し、検査容器４００に集光させる。この第１反射面２０１の形状は放物面Ｓ₁の形状をなしている。反射部材２００の第２反射面２０２は、検査容器４００からの光を反射し、コリメート光にする。この第２の反射面２０２の形状は放物面Ｓ₂の形状をなしている。なお、図において、第１反射面２０１、第２反射面２０２の形状は、放物面の形状となっているが、凹面形状であっても構わない。この場合、検査容器４００の近傍に、光が集光すればよい。

ここで、反射部材２００における第１反射面２０１及び第２反射面２０２に用いられるミラーについて説明する。反射部材２００のミラーとしては、研磨したアルミや金の表面に屈折率の異なる膜誘電体多層膜を蒸着した金属膜ミラーや、研磨したガラス表面に誘電体多層膜を形成した誘電体ミラーを用いることができる。これらは、指定波長で９９％以上の反射率を可能にする。第１反射面２０１と第２反射面２０２とで共通のミラーを用いてもよいし、第１反射面２０１によって反射される光の波長及び第２反射面２０２によって反射される光の波長を考慮して、それぞれに好適なミラーを用いてもよい。

このように実施形態１の測定系は、検査容器４００に対して光を集光する際、及び検査容器内の反応複合体からの光を検出する際に、レンズを用いない構成となっているので、光量ロスを少なくすることができ、測定精度を向上させることが可能となる。

反射部材２００の収容凹部２０５には、図示するような尖端部を有する磁界発生部材３００が保持され、磁界発生部材３００の尖端部が検査容器４００に略当接するようにセッティングがなされる。検査容器４００には、磁界によって集めることが可能な反応複合体が収容されており、磁界発生部材３００の尖端部が検査容器４００に略当接することにより、反応複合体が検査容器４００の上方に集められる。なお、実施形態１においては、磁界発生部材３００として磁石を用いているが、電磁石などを用いることも可能である。また、磁界発生部材３００として、磁石と鉄芯等の結合部材を採用しても良い。

ここで、光源部１００からのコリメート光は、第１反射面２０１によって、放物面Ｓ₁の焦点位置Ｆ₁に集光される。このため、磁界発生部材３００によって、検査容器４００内で集められる反応複合体の位置は、第１反射面２０１を規定する放物面Ｓ₁の焦点位置Ｆ₁であることが好ましい。なお、当然ではあるが、反応複合体は、所定の体積をもつため、完全に一点に集められるのではなく、ある狭い領域に集められる。すなわち、検査容器４００を測定系にセットする際、焦点位置Ｆ₁が、磁界発生部材３００の磁気が強い位置の近傍（磁気粒子が集められる領域）であればよい。つまり、磁気粒子が集められる領域よりも、光源部１００からの光の照射領域が、狭い方が好ましい。これにより、光源部１００からの光を、効率よく反応複合体に照射することができる。

図３は検査容器４００の斜視図である。この検査容器４００は、マイクロリットルからミリリットル程度の試料を入れることができるプラスチック製の容器であり、例えばエッペンドルフチューブやマイクロチューブを用いることができる。なお、検査容器４００の材質は、磁力を通すものであればよく、ガラス製等であっても構わない。また、検査容器４００は、必ずしも測定系自体に、固定的に付属されるものではなく、使い捨てることもできる。

検査容器４００内に収容される試料について説明する。図４（Ａ）は抗体が結合されたラベル物質、図４（Ｂ）は被測定物質（抗原）、図４（Ｃ）は抗体が結合された磁気粒子を模式的に示している。図５はこれらから生成される反応複合体を模式的に示す図である。図４（Ａ）、（Ｃ）中における、Ｙ字形状の物体が、抗体を示している。図４（Ａ）、（Ｃ）に用いられている抗体は、図４（Ｂ）の被測定物質（抗原）と抗原抗体反応する。

あらかじめ、反応容器内などで抗体が結合されたラベル物質と、被測定物質（抗原）と、を抗原抗体反応させ所定の反応物を生成する。さらに、この反応物に、抗体が結合された磁気粒子を抗原抗体反応させることによって、図５に示すような反応複合体を作製する。このようにして生成される反応複合体が試料として検査容器４００内に収容される。

検査容器４００が実施形態１の測定系にセットされると、磁界発生部材３００の磁気が、検査容器４００内の反応複合体の磁気粒子部分に作用して、磁気粒子が、所定の位置に集められる。より具体的には、磁気粒子は、検査容器４００の内壁部であって、磁界発生部材３００の磁力が強い箇所に集められる。

上記のラベル物質としては、光照射によって蛍光等を発するものもしくはラマン散乱光等を発生するもの、例えば、蛍光マイクロビーズやＳＥＲＳナノタグが用いられる。

蛍光マイクロビーズは、多くの製造業者によって提供されており、例えば、ＭｏｌｅｃｕｌａｒＰｒｏｂｅｓ社からは、４８８ｎｍ励起で５１５ｎｍ−６６０ｎｍの蛍光を発するプローブ（フローサイトメトリーアラインメントビーズ）が提供されている。

また、ＳＥＲＳナノタグとは、光照射によって強いラマン散乱光を発生する直径数10nm〜数100nmの大きさを持つ粒子である。例えば、ＵＳ７１９２７７８に掲載されており、１０００〜１７００ｃｍ−１のラマン散乱光を発生する。たとえば、６３３ｎｍ励起光を照射すると６７０ｎｍ〜７１０ｎｍのラマン散乱光を発生する。構造は、約６０ｎｍのラマン活性レポーター分子を付着させた金ナノ粒子を疎水性高分子でシールドした構造である。ここで、ラベル物質は、化学的に安定であること、光源部１００から発せられた光の波長で励起可能な吸収帯を有すること、ラベル物質と磁気粒子との非特異的な吸着が無い材質であることが望ましい。

さて、検査容器４００内に集められた反応複合体は、第１反射面２０１からの光の照射によって、蛍光等もしくはラマン散乱光等を放出する。この時、光源のスポット径を１０〜１００ｕｍ程度に設定することにより、反応複合体を構成しているラベル物質のみを効率よく励起し、未反応のラベル物質の励起を抑制することができる。蛍光やラマン散乱光は全ての方向に広がるが、このうち第２反射面２０２に達するものは、第２反射面２０２での反射によってコリメート光となり、光検出部５００へと導かれる。これは、検査容器４００内で集められる反応複合体の位置が、第２反射面２０２を規定する放物面Ｓ₂の焦点位置Ｆ₂に設定されるためである。すなわち、実施形態１においては、（第１反射面２０１を規定する放物面Ｓ₁の焦点位置Ｆ₁）＝（第２反射面２０２を規定する放物面Ｓ₂の焦点位置Ｆ₂）の関係を有することとなる。

検査容器４００内においては、抗体を介して、被測定物質（抗原）と結合していないラベル物質―すなわち、抗原体の定量分析には不要なラベル物質―も存在している。このような未結合のラベル物質（未反応ラベル物質）に、第１反射面２０１からの光が照射された場合も、上記と同様に、蛍光もしくはラマン散乱光等が発生する。しかしながら、実施形態１の測定系によれば、第２反射面２０２の焦点位置Ｆ₂以外で発生する蛍光もしくはラマン散乱光等が、光検出部５００へと導かれることを防止できるので、精度の高い測定を行うことが可能である。

第２反射面２０２と共に、光検出部５００は検出光学系を構成している。光検出部５００としては、分光器、光電子増倍管、フォトダイオード、フォトンカウンティング等が用いることができる。

実施形態１によれば、一点に凝集された反応複合体を構成するラベル物質からの光を効率よく集光するとともに、外部光の影響を防止することができる。また、励起光の除去が必要な場合、光検出部５００と第２反射面２０２の間に干渉フィルタ等を配置して、励起光の影響を除くことが可能である。

光検出部５００は、光の強度を測定する。光検出部５００の出力は、データ処理用コンピュータなどの演算部６００に入力され、データの蓄積・解析に利用される。

レーザ光などの光源部１００の照射によって励起されたラベル物質からの発光は、光検出部５００を通り、光検出部５００に入力され光の強度が測定される。

光検出部５００の出力は、演算部６００に入力され解析される。ここで、あらかじめ、被測定物質の濃度と、光検出部５００で検出される光強度と、の関係（検量線）を求めておくことができ、この検量線から検査容器４００内の試料に含まれる被測定物質の濃度を高感度に測定できる。

次に、反射部材２００における第１反射面２０１及び第２反射面２０２それぞれの形状を数学的に規定する放物面について説明する。図６は実施形態１に係る測定系の反射面を説明する図である。図６（Ａ）は第１反射面２０１を規定する放物面Ｓ₁と、第２反射面２０２を規定する放物面Ｓ₂とを独立的に示した図であり、図６（Ｂ）は放物面Ｓ₁と放物面Ｓ₂とを本実施形態の測定系と同様に結合させた状態を示した図である。なお、実際の第１反射面２０１は放物面Ｓ₁の一部を、また、同じく第２反射面２０２は放物面Ｓ₂の一部を構成するものであり、それぞれの反射面の実構造は図１及び図２に示したとおりである。

第１反射面２０１の放物面形状を数学的に規定する放物面をＳ₁とし、その焦点をＦ₁とし、頂点をＶ₁とし、焦点Ｆ₁と頂点Ｖ₁との間の距離を｜ｃ₁｜とする。また、第２反射面２０２の放物面形状を数学的に規定する放物面をＳ₂とし、その焦点をＦ₂とし、頂点をＶ₂とし、焦点Ｆ₂と頂点Ｖ₂との間の距離を｜ｃ₂｜とする。

また、放物面Ｓ₁の焦点Ｆ₁、頂点Ｖ₁、放物面Ｓ₂の焦点Ｆ₂、頂点Ｖ₂を通る軸を図示するようにＺ軸（Ｚ−Ｚ’）とし、その垂直方向の軸をＸ軸とし、Ｘ−Ｚ座標を規定する。このとき、放物面Ｓ₁及び放物面Ｓ₂のＸ−Ｚ座標による断面は放物線であり、それぞれの放物線はＺ＝(１／４ｃ₁)Ｘ²＋Ａ（ただしＡは定数）、Ｚ＝(１／４ｃ₂)Ｘ²＋Ｂ（ただしＢは定数）によって現すことができる。なお、Ａ、ＢはＺ方向への移動方向分に相当するものであるが、この移動方向分については放物面の数学的形状を規定する上では本質的でないので、以下、この移動方向分についての議論は行わないこととする。すなわち、放物面Ｓ₁のＸ−Ｚ座標による断面の放物線はＺ＝(１／４ｃ₁)Ｘ²によって規定され、放物面Ｓ₂のＸ−Ｚ座標による断面の放物線はＺ＝(１／４ｃ₂)Ｘ²によって規定されるものとして議論する。

以上のような規定を行うと、放物面Ｓ₁は放物線Ｚ＝(１／４ｃ₁)Ｘ²を、Ｚ軸（Ｚ−Ｚ’）を中心として回転させたときに形成される回転放物面であり、放物面Ｓ₂は放物線Ｚ＝(１／４ｃ₂)Ｘ²を、Ｚ軸（Ｚ−Ｚ’）を中心として回転させたときに形成される回転放物面である、ということができる。

実施形態１に係る測定系においては以上のようにして定義される２つの放物面Ｓ₁、Ｓ₂を図６（Ａ）の状態からそれぞれ近づけて、図６（Ｂ）に示すよう背中合わせにして結合させたものである。このとき、（放物面Ｓ₁の焦点位置Ｆ₁）＝（放物面Ｓ₂の焦点位置Ｆ₂）の関係となるようにして、２つの放物面Ｓ1、Ｓ₂を結合させている。これによって、第１反射面２０１を規定する放物面Ｓ₁に入射するコリメート光（光軸はＺ軸方向）は焦点位置Ｆ₁（＝焦点位置Ｆ₂）に収斂され、第２反射面２０２を規定する放物面Ｓ₂の焦点位置Ｆ₂（＝焦点位置Ｆ₁）から発せられる蛍光やラマン散乱光は、第２反射面２０２での反射によってコリメート光（光軸はＺ軸方向）となる。

また、図６（Ｂ）に示すように、磁界発生部材３００の尖端部が、放物面Ｓ1、Ｓ₂の焦点位置Ｆ₁、Ｆ₂近傍に配置されれば、測定のために反応複合体を効率的に集めることができる。

以上のように、実施形態１によれば、検査容器４００に対して光を集光する際、及び検査容器４００内の反応複合体から光を検出する際にレンズを用いず、第１反射面２０１及び第２反射面２０２を有する反射部材２００を用いる構成となっている。このため、光量ロスを少なくすることができ、測定精度を向上させることが可能となる。

次に、実施形態２について図７及び図８を参照しつつ説明する。図７は実施形態２に係る測定系の模式的断面図であり、図８は実施形態２に係る測定系の反射面を説明する図である。実施形態２が実施形態１と異なる点は反射部材２００における反射面の構成であり、その余の点については同様であるので説明を割愛する。なお実施形態２に関して、実施形態１と同様の参照番号が付された構成については、実施形態１と同様の構成を示している。

実施形態１においては、反射部材２００は２つの放物面Ｓ1、Ｓ₂によって規定される第１反射面２０１及び第２反射面２０２の２つの反射面を有する構成であったが、実施形態２においては、反射部材２００は放物面Ｓ₃によって規定される一つの反射面２１０が備えられる。

実施形態２においても反射部材２００には収容凹部２０５が設けられ、当該収容凹部２０５に磁界発生部材３００がセットされる。磁界発生部材３００がセットされることにより、その尖端部は、反射面２１０を規定する放物面Ｓ₃の焦点Ｆ₃の近傍に位置するようになる。このとき、光源部１００からのコリメート光（光軸はＺ軸方向）を、反射面２１０によって反射し、検査容器４００に集光させる。

そして、磁界発生部材３００の作用により、検査容器４００内に反応複合体が集められる。そして、反応複合体を構成するラベル物質（被測定物質）に、反射面２１０からの光を照射することによって、蛍光等が発せられもしくはラマン散乱光等が発生される。蛍光やラマン散乱光のうち反射面２１０に達するものは、反射面２１０での反射によってコリメート光（光軸はＺ軸方向）となり、光検出部５００へと導かれる。

このように実施形態２によっても、検査容器４００に対して光を集光する際、及び検査容器４００内の反応複合体からの光を検出する際にレンズを用いず、反射面２１０を有する反射部材２００を用いる構成となっているので、光量ロスを少なくすることができ、測定精度を向上させることが可能となる。

また、実施形態２は、反射部材２００としては、放物面Ｓ₃によって規定される反射面２１０を一つだけ設けるので、製造や調整が簡単である、というメリットを有する。

次に、反射部材２００の反射面２１０の形状を数学的に規定する放物面について説明する。図８は実施形態２に係る測定系の反射面を説明する図である。図８は反射面２１０を規定する放物面Ｓ₃を示した図である。なお、実際の反射面２１０は放物面Ｓ₃の一部を構成するものであり、反射面の実構造は図７に示したとおりである。

反射面２１０の放物面形状を数学的に規定する放物面をＳ₃とし、その焦点をＦ₃とし、頂点をＶ₃とし、焦点Ｆ₃と頂点Ｖ₃との間の距離を｜ｃ₃｜とする。また、放物面Ｓ₃の焦点Ｆ₃、頂点Ｖ₃を通る軸を図示するようにＺ軸（Ｚ−Ｚ’）とし、その垂直方向の軸をＸ軸とし、Ｘ−Ｚ座標を規定する。このとき、放物面Ｓ₃のＸ−Ｚ座標による断面は放物線であり、放物面Ｓ₃のＸ−Ｚ座標による断面の放物線はＺ＝(１／４ｃ₃)Ｘ²によって規定される。以上のような規定を行うと、放物面Ｓ₃は放物線Ｚ＝(１／４ｃ₃)Ｘ²を、Ｚ軸（Ｚ−Ｚ’）を中心として回転させたときに形成される回転放物面である、ということができる。

以上のような放物面Ｓ₃によって規定される反射面２１０によれば、放物面Ｓ₃に入射するコリメート光（光軸はＺ軸方向）は焦点位置Ｆ₃に収斂され、焦点位置Ｆ₃からの蛍光やラマン散乱光は、反射面２１０での反射によってコリメート光（光軸はＺ軸方向）となる。

次に、実施形態３について説明する。図９は実施形態３に係る測定系の模式的断面図である。実施形態３が実施形態２と異なる点は、磁界発生部材３００及び検査容器４００のレイアウトの仕方であり、反射部材２００に設けられる反射面２２０（放物面Ｓ₄によって規定されるものとする）は一つであることは共通している。なお実施形態３に関して、先の実施形態と同様の参照番号が付された構成については、先の実施形態と同様の構成を示している。

実施形態３では、反射部材２００に収容凹部２０５を設けることなく、不図示の支持構造によって磁界発生部材３００を図示するように配置する。また、検査容器４００の下部に磁界発生部材３００の尖端部が当接するように検査容器４００が支持される。この支持構造についても詳細については省略する。

実施形態３においては、反射部材２００は放物面Ｓ₄によって規定される一つの反射面２２０が備えられており、その焦点位置近傍に磁界発生部材３００の尖端部が配置される。このような実施形態によれば、光源部１００からのコリメート光は、反射面２２０によって反射され、検査容器４００に収斂されることとなる。また、磁界発生部材３００の作用により検査容器４００内に反応複合体が、集められる。そして、反応複合体に、反射面２２０からの光を照射することによって蛍光等が発せられ、もしくはラマン散乱光等を発生される。蛍光やラマン散乱光のうち反射面２２０に達するものは、反射面２２０での反射によって、コリメート光となり、光検出部５００へと導かれる。

このような実施形態３によっても、検査容器４００に対して光を集光する際、及び検査容器４００内の反応複合体からの光を検出する際に、レンズを用いず、反射面２２０を有する反射部材２００を用いる構成であるため、光量ロスを少なくすることができ、測定精度を向上させることが可能となる。

また、実施形態３は、反射部材２００としては、放物面Ｓ₄によって規定される反射面２２０を一つだけ設けるので、製造や調整が簡単である、というメリットを有する。

また、実施形態３の測定系では、反射部材２００に収容凹部２０５を設ける必要がないので、製造や調整が簡単となる。

次に、実施形態４について図１０及び図１１を参照しつつ説明する。図１０は実施形態４に係る測定系の模式的斜視図であり、図１１は実施形態４に係る測定系の反射面を説明する図である。なお、実施形態４の各図において、先の実施形態と同様の参照番号が付された構成については、先の実施形態と同様の構成を示しているので、その説明を省略する。

実施形態１から３においては、磁界発生部材３００の尖端部一点で検査容器４００内の反応複合体を集めて、当該一点に光を集光して測定を行う系である。ここで、この反応複合体が当該一点に凝集し過ぎると、反応複合体の磁気粒子部分によってラベル物質部分が遮蔽される場合がある。すなわち、光源部１００からの光が、ラベル物質の部分に届きづらくなる場合や、ラベル物質からの光が、磁気粒子部分に遮られる場合などがあり、有効な測定を行うことができなくなる場合がある。なお、これは、試料中における反応複合体の存在数過多によって起こる問題であり、反応複合体の存在数が所定数より少なければ、これまで説明してきた実施形態による測定はもちろん有効である。

ここで、実施形態４で説明する測定系は、磁界発生部材３００が、１ライン状の尖端部を有するため、検査容器４００内の反応複合体を１ライン上に集めることができる。

また、１ライン上に集められた反応複合体に１ライン状の光を照射するために、実施形態４で用いる反射面は、放物線柱面形状である。当該放物線柱面形状の反射面は、光源部１００からのコリメート光を反射することで、所定の１ライン上に焦点を結ぶ。すなわち、磁界発生部材３００によって、検査容器４００内で１ライン上に集められた反応複合体の位置は、第１反射面２３１を規定する放物線柱面Ｓ₅の焦点位置Ｆ₅となっており、光源部１００からのコリメート光は第１反射面２３１によって、当該焦点位置Ｆ₅に集光される。

検査容器４００内で１ライン上に集められた反応複合体に第１反射面２３１からの光を照射することによって、反応複合体は蛍光等を発しもしくはラマン散乱光等を発生する。蛍光やラマン散乱光のうち第２反射面２３２に達するものは、第２反射面２３２での反射によって、コリメート光となり、光検出部５００へと導かれる。これは、検査容器４００内で集められる１ライン状の反応複合体の位置が、第２反射面２３２を規定する放物線柱面Ｓ₆の焦点位置Ｆ₆に設定されるためである。すなわち、実施形態４においては、（第１反射面２３１を規定する放物線柱面Ｓ₅の焦点位置Ｆ₅）＝（第２反射面２３２を規定する放物線柱面Ｓ₆の焦点位置Ｆ₆）の関係を有することとなる。なお、焦点位置Ｆ₅および焦点位置Ｆ₆は、それぞれ１ライン状である。また、図において、第１反射面２３１、第２反射面２３２の形状は、放物線柱面の形状となっているが、凹面柱面形状であっても構わない。

このように、本実施形態では、光源部１００からの光がライン状に集光し、多くの面積を照明することによって、より多くの反応複合体中のラベル物質を励起できる。

また、実施形態４によれば、ライン照明領域からのライン状の光は、放物線柱面反射ミラー（第２反射面２３２）によって、平行光線になり、光検出部５００で受光される。このため、検出するための光量ロスを少なくすることができ、より高精度の測定が可能になる。

次に、反射部材２００における第１反射面２３１及び第２反射面２３２それぞれの形状を数学的に規定する放物線柱面について説明する。図１１は実施形態４に係る測定系の反射面を説明する図である。

図１１（Ａ）は第１反射面２３１を規定する放物線柱面Ｓ₅と、第２反射面２３２を規定する放物線柱面Ｓ₆とを独立的に示した図であり、図１１（Ｂ）は放物線柱面Ｓ₅と放物線柱面Ｓ₆とを本実施形態の測定系と同様に結合させた状態を示した図である。なお、実際の第１反射面２３１は放物線柱面Ｓ₅の一部を、また、同じく第２反射面２３２は放物線柱面Ｓ₆の一部を構成するものであり、それぞれの反射面の実構造は図１０に示したとおりである。

第１反射面２３１の放物線柱面形状を数学的に規定する放物線柱面をＳ₅とし、その焦点の集合線をＦ₅とし、頂点の集合線をＶ₅とし、焦点の集合線Ｆ₅と頂点の集合線Ｖ₅との間の距離を｜ｃ₅｜とする。また、第２反射面２３２の放物線柱面形状を数学的に規定する放物線柱面をＳ₆とし、その焦点の集合線をＦ₆とし、頂点の集合線をＶ₆とし、焦点の集合線Ｆ₆と頂点の集合線Ｖ₆との間の距離を｜ｃ₆｜とする。

また、放物線柱面Ｓ₅の焦点の集合線Ｆ₅、頂点の集合線Ｖ₅、放物線柱面Ｓ₆の焦点の集合線Ｆ₆、頂点の集合線Ｖ₆を通る軸で、それぞれの集合線に平行な軸をY軸、それぞれの集合線を含む面に垂直な軸をX軸とし、Ｘ−Y座標を規定する。さらに、Ｘ−Y座標におけるＸ軸、Y軸と直交する方向にZ軸を規定し、Ｘ―Ｙ―Ｚ座標を規定する。

このとき、放物線柱面Ｓ₅及び放物線柱面Ｓ₆のＸ−Ｚ座標による断面は放物線であり、それぞれの放物線はＺ＝(１／４ｃ₅)Ｘ²、Ｚ＝(１／４ｃ₆)Ｘ²によって現すことができる。すなわち、Ｘ−Ｚ断面に関して、実際の第１反射面２３１および第２反射面２３２は、図２における第1反射面２０１および第２反射面２０２と同様の実構造を示す。

放物線柱面Ｓ₅は放物線Ｚ＝(１／４ｃ₅)Ｘ²を、Ｙ軸方向に平行移動したときに形成される軌跡の集合であり、放物線柱面Ｓ₆は放物線Ｚ＝(１／４ｃ₆)Ｘ²を、Ｙ軸方向に平行移動したときに形成される軌跡の集合である、ということができる。

実施形態４に係る測定系においては以上のようにして定義される２つの放物線柱面Ｓ5、Ｓ₆を図１１（Ａ）の状態からそれぞれ近づけて、図１１（Ｂ）に示すよう背中合わせにして結合させたものである。このとき、（放物線柱面Ｓ₅の焦点の集合線の位置Ｆ₅）＝（放物線柱面Ｓ₆の焦点の集合線の位置Ｆ₆）の関係となるようにして、２つの放物線柱面Ｓ5、Ｓ₆を結合させている。これによって、第１反射面２３１を規定する放物線柱面Ｓ₅に入射するコリメート光（光軸はＺ軸方向）は焦点位置Ｆ₅（＝焦点位置Ｆ₆）に収斂され、第２反射面２３２を規定する放物線柱面Ｓ₆の焦点位置Ｆ₆（＝焦点位置Ｆ₅）からの蛍光やラマン散乱光は、第２反射面２３２での反射によってコリメート光（光軸はＺ軸方向）となる。

また、図１１（Ｂ）に示すように、磁界発生部材３００の尖端部が、放物線柱面Ｓ5、Ｓ₆の焦点の集合線の位置Ｆ₅、Ｆ₆近傍に、配置されれば、反応複合体を効率的に集めることができる。

以上のように、実施形態４によれば、検査容器４００に対して光を集光する際、及び検査容器４００内の反応複合体から光を検出する際にレンズを用いず、第１反射面２３１及び第２反射面２３２を有する反射部材２００を用いる構成となっている。このため、光量ロスを少なくすることができ、測定精度を向上させることが可能となる。

また、実施形態４によれば、反応複合体が１ライン状に広がることによって、一点に凝集されることを防止するため、反応複合体の磁気粒子部分によってラベル物質部分が遮蔽されることを防止できる。

次に、実施形態５について図１２及び図１３を参照しつつ説明する。図１２は実施形態５に係る測定系の模式的断面図であり、図１３は実施形態５に係る測定系の反射面を説明する図である。実施形態５が実施形態４と異なる点は反射部材２００における反射面の構成である。なお実施形態５に関して、先の実施形態と同様の参照番号が付された構成については、先の実施形態と同様の構成を示している。

実施形態４においては、反射部材２００は２つの放物線柱面Ｓ5、Ｓ₆によって規定される第１反射面２３１及び第２反射面２３２の２つの反射面を有する構成であったが、実施形態５においては、反射部材２００は放物線柱面Ｓ₇によって規定される一つの反射面２４０が備えられる。

実施形態５において磁界発生部材３００がセットされることにより、そのライン形状の尖端部が、反射面２４０を規定する放物線柱面Ｓ₇の焦点の集合線Ｆ₇の近傍に位置する。このとき、光源部１００からのコリメート光（光軸はＺ軸方向）を、反射面２４０によって反射し、検査容器４００に集光させる。そして、磁界発生部材３００の作用により検査容器４００内で集められた１ライン状の反応複合体に、反射面２４０からの光を照射することによって、蛍光等が発生しもしくはラマン散乱光等が発生する。蛍光やラマン散乱光のうち反射面２４０に達するものは、反射面２４０での反射によってコリメート光（光軸はＺ軸方向）となり、光検出部５００へと導かれる。

このように実施形態５によっても、検査容器４００に対して光を集光する際、及び検査容器４００内の反応複合体から光を検出する際にレンズを用いず、反射面２４０を有する反射部材２００を用いる構成となっているので、光量ロスを少なくすることができ、測定精度を向上させることが可能となる。

また、実施形態５によれば、反応複合体が１ライン状に広がることによって、一点に凝集されることを防止するため、反応複合体の磁気粒子部分によってラベル物質部分が遮蔽されて、有効な測定を行うことができなくなる、ということを防止できる。

また、実施形態５は、反射部材２００としては、放物線柱面Ｓ₇によって規定される反射面２４０を一つのみ設けるので、製造や調整が簡単である、というメリットを有する。

次に、反射部材２００の反射面２４０の形状を数学的に規定する放物線柱面について説明する。図１３は実施形態５に係る測定系の反射面を説明する図である。図１３は反射面２４０を規定する放物線柱面Ｓ₇を示した図である。なお、実際の反射面２４０は放物線柱面Ｓ₇の一部を構成するものであり、反射面の実構造は図１２に示したとおりである。

反射面２１０の放物線柱面形状を数学的に規定する放物線柱面をＳ₇とし、その焦点の集合線をＦ₇とし、頂点の集合線をＶ₇とし、焦点の集合線Ｆ₇と頂点の集合線Ｖ₇との間の距離を｜ｃ₇｜とする。また、放物線柱面Ｓ₇の焦点の集合線Ｆ₇、頂点の集合線Ｖ₃を通る軸で、かつ各集合線と直交する軸を図示するようにＺ軸（Ｚ−Ｚ’）とし、その垂直方向の軸をＸ軸とし、Ｘ−Ｚ座標を規定する。さらに、Ｘ−Ｚ座標におけるＸ軸、Ｚ軸と直交する方向にＹ軸を規定し、Ｘ―Ｙ―Ｚ座標を規定する。
このとき、放物線柱面Ｓ₇のＸ−Ｚ座標による断面は放物線であり、放物線柱面Ｓ₇のＸ−Ｚ座標による断面の放物線はＺ＝(１／４ｃ₇)Ｘ²によって規定される。以上のような規定を行うと、放物線柱面Ｓ₇は放物線Ｚ＝(１／４ｃ₇)Ｘ²を、Ｙ軸方向に平行移動したときに形成される軌跡の集合である、ということができる。

以上のような放物線柱面Ｓ₇によって規定される反射面２４０によれば、放物線柱面Ｓ₇に入射するコリメート光（光軸はＺ軸方向）は焦点の集合線の位置Ｆ₇に収斂され、焦点の集合線の位置Ｆ₇からの蛍光やラマン散乱光は、反射面２４０での反射によってコリメート光（光軸はＺ軸方向）となる。

次に、実施形態６について説明する。図１４は実施形態６に係る測定系の模式的断面図である。実施形態６が実施形態５と異なる点は、磁界発生部材３００及び検査容器４００のレイアウトの仕方であり、反射部材２００に設けられる反射面２５０（放物線柱面Ｓ₈によって規定されるものとする）が一つであることは共通している。なお実施形態６に関して、先の実施形態と同様の参照番号が付された構成については、先の実施形態と同様の構成を示している。

実施形態６では、反射部材２００に収容凹部２０５を設けることなく、不図示の支持構造によって磁界発生部材３００を図示するように配置する。また、検査容器４００の下部に磁界発生部材３００の尖端部が当接するように検査容器４００が支持される。この支持構造についても詳細については省略する。

実施形態６においては、反射部材２００は放物線柱面Ｓ₈によって規定される一つの反射面２５０が備えられており、その焦点位置近傍に磁界発生部材３００の尖端部が配置される。このような実施形態６によれば、光源部１００からのコリメート光は、反射面２５０によって反射され、検査容器４００に収斂されることとなる。磁界発生部材３００の作用により検査容器４００内でライン状に集められた反応複合体に反射面２５０からの光を照射することで、蛍光等が発せられもしくはラマン散乱光等が発生する。蛍光やラマン散乱光のうち反射面２２０に達するものは、反射面２５０での反射によってコリメート光となり、光検出部５００へと導かれる。

このように、実施形態６によっても、検査容器４００に対して光を集光する際、及び検査容器４００内の反応複合体から光を検出する際に、レンズを用いず、反射面２５０を有する反射部材２００を用いる構成となっているので、光量ロスを少なくすることができ、測定精度を向上させることが可能となる。

また、実施形態６によれば、反応複合体が１ライン状に広がることによって、一点に凝集されることを防止するので、反応複合体の磁気粒子部分によってラベル物質部分が遮蔽されることを防止できる。

また、実施形態６は、反射部材２００としては、放物線柱面Ｓ₈によって規定される反射面２５０を一つのみ設けるので、製造や調整が簡単である、というメリットを有する。

また、実施形態６の測定系では、反射部材２００に収容凹部２０５を設ける必要がないので、製造や調整が簡単となる。

実施形態１に係る測定系の模式的斜視図である。実施形態１に係る測定系の模式的断面図である。検査容器の斜視図である。（Ａ）抗体を結合したラベル物質、（Ｂ）被測定物質、（Ｃ）抗体を結合した粒子を模式的に示す図である。反応複合体を模式的に示す図である。実施形態１に係る測定系の反射面を説明する図である。実施形態２に係る測定系の模式的断面図である。実施形態２に係る測定系の反射面を説明する図である。実施形態３に係る測定系の模式的断面図である。実施形態４に係る測定系の模式的斜視図である。実施形態４に係る測定系の反射面を説明する図である。実施形態５に係る測定系の模式的断面図である。実施形態５に係る測定系の反射面を説明する図である。実施形態６に係る測定系の模式的断面図である。ＵＳＰＬＳＡＰＯ１０Ｘ（オリンパス製）の波長透過率特性を示す図である。

符号の説明

１００・・・光源部、２００・・・反射部材、２０１・・・第１反射面（放物面形状）、２０２・・・第２反射面（放物面形状）、２０５・・・収容凹部、２１０、２２０・・・反射面（放物面形状）、２３１・・・第１反射面（放物線柱面形状）、２３２・・・第２反射面（放物線柱面形状）、２４０、２５０・・・反射面（放物線柱面形状）、３００・・・磁界発生部材、４００・・・検査容器、５００・・・光検出部、６００・・・演算部

Claims

光源部と、
前記光源部からの照射光を反射する反射面を備える反射部材と、
前記反射部材からの反射光を検出する光検出部と、
磁界を発生する磁界発生部と、を有し、
前記反射面の形状が凹面形状であることを特徴とする測定系。
前記凹面形状は、放物面形状であることを特徴とする請求項１に記載の測定系。
前記磁界発生部は尖端部を有し、
前記放物面形状を規定する放物面の焦点近傍に、前記尖端部が位置することを特徴とする請求項２に記載の測定系。
前記光源部は前記反射面に向けて平行光を照射すると共に、前記光検出部は前記反射面で反射された平行光を検出し、
前記放物面形状を規定する放物面の所定断面がＺ＝(１／４ｃ)Ｘ²（ただし、ｃは放物面の焦点距離）を満たす放物線となるＸ−Ｚ座標を選択したとき、
前記光源部から照射される平行光の光軸が前記座標のZ軸に平行であることを特徴とする請求項２または３に記載の測定系。
前記反射部材が、第１の放物面形状を備える第１反射面と、第２の放物面形状を備える第２反射面と、を有し、
前記光源部は前記第１反射面に向けて平行光を照射すると共に、前記光検出部は前記第２反射面で反射された平行光を検出し、
前記第１反射面を規定する第１放物面の焦点と、前記第２反射面を規定する第２放物面の焦点と、が一致し、
前記第１放物面の所定断面がＺ＝(１／４ｃ₁)Ｘ²（ただし、ｃ₁は第１放物面の焦点距離）を満たす放物線となるＸ−Ｚ座標を選択したとき、
前記光源部から照射される平行光の光軸が前記座標のZ軸に平行であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の測定系。
光源部と、
前記光源部からの照射光を反射する反射面を備える反射部材と、
前記反射部材からの反射光を検出する光検出部と、
磁界を発生する磁界発生部と、を有し、
前記反射面の形状が凹面柱面形状であることを特徴とする測定系。
前記凹面柱面形状は、放物線面形状であることを特徴とする、請求項６記載の測定系。
前記磁界発生部は尖端部を有し、
前記放物線柱面形状を規定する放物線柱面の焦点の集合近傍に、前記尖端部が位置することを特徴とする請求項７に記載の測定系。
前記光源部は前記反射面に向けて平行光を照射すると共に、前記光検出部は前記反射面で反射された平行光を検出し、
前記放物線柱面形状を規定する放物線柱面の所定断面がＺ＝(１／４ｃ)Ｘ²（ただし、ｃは放物線柱面の焦点距離）を満たす放物線となるＸ−Ｚ座標を選択したとき、
前記光源部から照射される平行光の光軸が前記座標のZ軸に平行であることを特徴とする請求項７または８に記載の測定系。
前記反射部材が、第１の放物線柱面形状を備える第１反射面と、第２の放物線柱面形状を備える第２反射面と、を有し、
前記光源部は前記第１反射面に向けて平行光を照射すると共に、前記光検出部は前記第２反射面で反射された平行光を検出し、
前記第１反射面を規定する第１放物線柱面の焦点の集合と、前記第２反射面を規定する第２放物線柱面の焦点の集合と、が一致し、
前記第１放物線柱面の所定断面がＺ＝(１／４ｃ₁)Ｘ²（ただし、ｃ₁は第１放物線柱面の焦点距離）を満たす放物線となるＸ−Ｚ座標を選択したとき、
前記光源部から照射される平行光の光軸が前記座標のZ軸に平行であることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の測定系。