JP2015125067A - 蛍光測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動分析装置等に備える蛍光測定装置において、励起光測定機構や蛍光標準試料を用いることなく、励起光量の低下（光源の劣化）を監視可能な蛍光測定装置を提供すること。【解決手段】 試料を収容した容器を保持する保持部を複数設けた試料容器ホルダと、前記保持部に保持された容器に励起光を照射する励起光照射部と前記容器に収容された試料から発する蛍光を検出する蛍光検出部とを有し前記容器から前記蛍光検出部までの光路に光学フィルタを設けた蛍光検出手段と、前記保持部に保持された容器のそれぞれに励起光を照射できるよう試料容器ホルダと蛍光検出手段とを相対的に移動走査する走査手段と、を備え、さらに前記試料容器ホルダのうち励起光の照射可能位置に散乱部材または反射部材をさらに設け、前記光学フィルタが前記励起光の波長の一部を透過可能な蛍光測定装置により、前記課題を解決する。【選択図】 図１

Description

本発明は自動分析装置等に備える蛍光測定装置に関する。

自動分析装置等に備える蛍光測定装置の多くは、測定対象に応じて励起光および蛍光の波長帯域を特定の範囲に固定する。波長帯域の選択には、安価かつ所定波長のみ透過可能なバンドパス型の光学フィルタが用いられる。

蛍光強度は励起光強度に比例する。そのため、蛍光測定を正確に行なうには、励起光光量を測定する光学系と検出回路を有した測定機構を備えると好ましい。例えば、特許文献１で開示の蛍光検出装置では、励起用ＬＥＤの強度をモニタする受光素子（モニタＰＤ）を、蛍光受光部とは別に設けて、励起光のフィードバック制御を行なっている。しかしながら前記態様は、モニタＰＤを設置するスペースが必要であり、設置コストも要する。

一方、生化学的な反応に伴う蛍光強度の変化率を測定する場合は、蛍光強度の絶対値は問題とならない。そのため、省スペース、省コストの意味から励起光測定機構を省略した蛍光測定装置もある。しかしながら、光源（ＬＥＤやタングステンランプ）が発する光量は使用に伴い経年劣化する。そのため光量の劣化を知らずに蛍光測定装置を使用し続けると、Ｓ／Ｎ比が低下し、変化率の測定といえども誤判定の原因となり分析の信頼性が低下する。また励起光測定機構を省略すると、測定試薬の変性などに由来した初期蛍光強度の
低下との区別ができなくなる問題もある。励起光測定機構を設ける代わりに、点灯時間で光源の経年劣化を管理する方法もあるが、経年劣化の程度は使用環境環境により異なるため、一律の管理は難しい。

特許文献２に開示の遺伝子解析装置は、複数のウェルが並んだ試料容器に対し、励起光投光用ファイバの出射端面と蛍光受光用ファイバの受光端面を束ねた先端部を移動可能に配置した蛍光測定装置を備えている。前記先端部の移動可能な位置には、試料ウェルと並んで蛍光プラスチックとＮＤフィルタとを組み合わせた固体の蛍光標準試料を設けており、前記標準試料を用いることで励起光源および／または蛍光検出器の経年劣化を監視している。しかしながら前記態様も、前記標準試料を設置するスペースを必要とする。

特開２０１２−０３７３５５号公報 特開２００９−０１４３７９号公報

本発明の課題は、自動分析装置等に備える蛍光測定装置において、励起光測定機構や蛍光標準試料を用いることなく、励起光量の低下（光源の劣化）を監視可能な蛍光測定装置を提供することにある。

上記課題を鑑みてなされた本発明は、以下の態様を包含する。

すなわち本発明の第一の態様は、
試料を収容した容器を保持する保持部を複数設けた試料容器ホルダと、
前記保持部に保持された容器に励起光を照射する励起光照射部と、前記容器に収容された試料から発する蛍光を検出する蛍光検出部とを有し、前記容器から前記蛍光検出部までの光路に光学フィルタを設けた蛍光検出手段と、
前記保持部に保持された容器のそれぞれに励起光を照射できるよう、試料容器ホルダと蛍光検出手段とを相対的に移動走査する走査手段と、
を備えた蛍光測定装置であって、
前記試料容器ホルダのうち励起光の照射可能位置に散乱部材または反射部材をさらに設け、
前記光学フィルタが、前記励起光の波長の一部を透過可能な、
前記蛍光測定装置である。

また本発明の第二の態様は、試料容器ホルダに設けた散乱部材または反射部材に励起光照射部から励起光を照射して蛍光検出部で検出した光量が一定の閾値以下となった場合、警告を発する手段をさらに備えた、前記第一の態様に記載の蛍光測定装置である。

また本発明の第三の態様は、試料容器ホルダに設けた散乱部材または反射部材に励起光照射部から励起光を照射して蛍光検出部で検出した光量に応じて、励起光源の動作電流または蛍光検出部のゲインを可変とする手段をさらに備えた、前記第一の態様に記載の蛍光測定装置である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明において、試料を収容した容器とは、蛍光を測定するための試料を収容した容器を意味し、当該試料は分析対象の目的物質に何らかの化学的または物理的処理を施す前のものであってもよいし、施した後のものであってもよい。

試料容器ホルダの形状および保持部の配置態様については特に制限はなく、保持部を直線状に配置する直方体の形態であってもよいし、保持部を円弧状または円環状に配置する円板の形態であってもよい。試料容器ホルダと蛍光検出手段とを相対的に移動走査する走査手段は、試料容器ホルダの形状および保持部の配置態様に応じて、直線移動機構または回転移動機構を、試料容器ホルダおよび／または蛍光検出手段に対して備えたものであり、複数の保持部に対する励起光の照射位置を順次切り替える位置決め間欠移送機構を前記走査手段にさらに設けると好ましい。

本発明の蛍光測定装置は、試料容器ホルダのうち、励起光の照射可能位置に、散乱部材または反射部材をさらに設けることを特徴としている。例えば、直線状かつ等間隔に配置された保持部に対しては保持部の並びの端の位置から等間隔分延長した位置に、円弧状かつ等間隔に配置された保持部に対してはその円弧から等間隔分延長した位置に、それぞれ散乱部材または反射部材を配置することができる。

反射部材を設ける場合は、励起光照射部からの励起光がその反射部材に鏡面反射して蛍光検出部に到達する位置となるよう励起光照射部および蛍光検出部を設ける必要がある。一方、散乱部材を設ける場合は、励起光照射部および蛍光検出部の設置角度は、適宜決めればよい。散乱部材または反射部材の形態に特に制限はなく、剛性の板状部材であってもよいし、可撓性シール部材であってもよいし、塗料の形態をなしてもよい。さらに散乱部材または反射部材は試料容器と同様の外部形状としてもよく、例えば光散乱性の塗料で被覆した空の試料容器を試料容器ホルダの保持部に保持した態様であってもよい。

本発明の蛍光測定装置は、試料を収容した容器から蛍光検出部までの光路に設けた（蛍光側の）光学フィルタが、励起光照射部から照射される励起光の一部を透過可能であることを特徴としている。通常、励起光照射部は、励起光源から試料を収容した容器までの光路に光学フィルタを設けていることから、前記特徴は、励起光側の光学フィルタの透過波長領域と蛍光側の光学フィルタの透過波長領域とが一部重複していると言い換えることもできる。重複の度合いは、蛍光測定のバックグランド信号を押し上げない程度の重複であればよく、好ましくは１０ｎｍ以下、さらに好ましくは５ｎｍ程度である。

本発明の蛍光測定装置は、励起光照射部から照射される励起光の一部を蛍光検出部で検出するため、励起光源が劣化（励起光量が低下）すると、蛍光検出部で検出する励起光量も減少する。このことを利用し、励起光源の劣化を監視することができる。具体的には、励起光照射部から試料容器ホルダに設けた散乱部材または反射部材に励起光を照射し、当該部材からの散乱光量または反射光量を蛍光検出部で測定する。その測定値が、劣化前の励起光源を用いたときの散乱光量または反射光量の測定値に対し減少していたら、励起光源が劣化していることがわかる。なお、散乱光量または反射光量の値が一定の閾値以下となった場合に、警告を発する手段を設けると、励起光源の劣化の監視が容易となる点で好ましい。一方、散乱光量または反射光量の値に応じて、励起光源の動作電流または蛍光検出部のゲインを可変とする手段をさらに備えることで、励起光源の劣化を緩和する処理を行なってもよい。

本発明は、試料を収容した容器を保持する保持部を複数設けた試料容器ホルダと、前記保持部に保持された容器に励起光を照射する励起光照射部と前記容器に収容された試料から発する蛍光を検出する蛍光検出部とを有し前記容器から前記蛍光検出部までの光路に光学フィルタを設けた蛍光検出手段と、前記保持部に保持された容器のそれぞれに励起光を照射できるよう試料容器ホルダと蛍光検出手段とを相対的に移動走査する走査手段とを備えた蛍光測定装置において、前記試料容器ホルダのうち励起光の照射可能位置に散乱部材または反射部材をさらに設け、かつ前記光学フィルタが前記励起光の波長の一部を透過可能であることを特徴としている。本発明により、励起光の測定機構をさらに備えたり、特殊な蛍光標準試料を使用することなく、励起光量の低下（光源の劣化）を監視することができる。

また、試料容器ホルダに設けた散乱部材または反射部材に励起光照射部から励起光を照射して蛍光検出部で検出した光量が一定の閾値以下となった場合、警告を発する手段を本発明の蛍光測定装置にさらに備えると、励起光量の劣化による誤判定を避けることができる。

また、試料容器ホルダに設けた散乱部材または反射部材に励起光照射部から励起光を照射して蛍光検出部で検出した光量に応じて、励起光源の動作電流または蛍光検出部のゲインを可変とする手段を本発明の蛍光測定装置にさらに備えると、劣化による励起光量の変化（低下）を抑制することができるため、励起光源交換の手間を少なくすることができる。

本発明の蛍光測定装置の一態様を示した図。 本発明の蛍光測定装置の別の態様を示した図。 本発明の蛍光測定装置に備える光学フィルタ（励起光側および蛍光側）の透過波長帯域特性の一例を示した図。 ＬＥＤ電流を変化させた場合の蛍光検出部で検出した出力の変化を示した図。

以下、図面を用いて本発明をさらに詳細に説明する。

本発明の蛍光測定装置の一態様を図１に示す。図１に示す蛍光測定装置１は、
試料を収容した試料容器４０を保持する保持部１１を複数設けた試料容器ホルダ１０と、励起光源２１ａと光学フィルタ２１ｂとを有し、保持部１１に保持された容器４０に励起光を照射する励起光照射部２１と、受光素子２２ａと光学フィルタ２２ｂとを有し、試料容器４０に収容された試料から発する蛍光を検出する蛍光検出部２２と、励起光照射部２１および蛍光検出部２２を支持する支持部材２３とを有した蛍光検出手段２０と、
保持部１１に保持された試料容器４０のそれぞれに励起光を照射できるよう、支持部材２３を介して蛍光検出手段２０を移動走査する、駆動軸３１を備えた走査手段３０と、を備えており、
試料容器ホルダ１０のうち蛍光検出手段２０および走査手段３０による励起光の照射可能位置に、散乱部材（反射部材でもよい）１２を設けている。

図１の蛍光測定装置において、試料容器ホルダ１０に設ける保持部１１は貫通穴を有した構造となっており、試料容器４０を保持する際、その底部が露出した状態となる。また試料容器４０は、励起光照射部２１から照射される励起光および試料から発する蛍光を透過可能な素材でできている。試料容器４０に収容した試料の蛍光を測定する際は、励起光源２１ａから発せられ光学フィルタ２１ｂで所定の波長に制限された励起光を、容器４０の底部に照射し、前記励起光により容器４０に収容した試料から発せられた蛍光を、光学フィルタ２２ｂで所定の波長に制限した後、受光素子２２ａに照射して測定する。

本発明の蛍光測定装置の別の態様を図２に示す。図２に示す蛍光測定装置は、励起光照射用の励起光源２１ａおよび光学フィルタ２１ｂならびに蛍光検出用の受光素子２２ａおよび光学フィルタ２２ｂを一つの筐体内に収容して構成した蛍光検出手段２０を、試料容器ホルダ１０（容器４０）の上部に配置しており、さらに保持部１１に保持された試料容器４０のそれぞれに励起光を照射できるよう、駆動軸３１に沿って蛍光検出手段２０を移動走査する走査手段３０を備えている。

なお図２に示す蛍光測定装置において試料容器４０は、励起光源２１ａから照射される励起光および試料から発する蛍光の乱反射を防止するよう、黒色容器とするとよい。試料容器４０に収容した試料の蛍光を測定する際は、励起光源２１ａから発せられ光学フィルタ２１ｂで所定の波長に制限した励起光を、容器４０の上部から照射する。前記励起光により容器４０に収容した試料から発せられた蛍光は、ダイクロイックミラー２４で反射され、光学フィルタ２２ｂで所定の波長に制限された後、受光素子２２ａに達して測定される。なお図２に示す蛍光測定装置１も、試料容器ホルダ１０のうち励起光の照射可能位置に、散乱部材（反射部材でもよい）１２を設けている。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は当該実施例に限定されるものではない。

実施例１
図１に示す本発明の蛍光検出装置１を用いて、励起光量の変動（すなわち励起光源の劣化）を評価できるか検証した。試料容器ホルダ１０に設ける散乱部材１２としては白色の光散乱シールを用いた。励起光源２１ａは中心波長４５０ｎｍのＬＥＤ（電流：２０ｍＡ）を用いた。励起光側光学フィルタ２１ａおよび蛍光側光学フィルタ２２ｂはそれぞれ図３に示す波長帯域特性を有した干渉フィルタを用いた。図３からわかるように、蛍光側光学フィルタ２２ｂは４６２ｎｍから４６７ｎｍまでの波長領域の励起光は透過する。

保持部１１に空の試料容器４０または蛍光試薬を収容した試料容器４０を載置し、それぞれ受光素子２２ａに照射される光量を測定したところ、空の試料容器４０を載置したときが５０２任意単位であり、蛍光試薬を収容した試料容器４０を載置したときが２５８４０任意単位であった。この結果から、空の試料容器４０からの励起光の反射成分は蛍光試薬を収容した試料容器４０を載置したときの５０分の１であり、励起光の一部を透過する光学フィルタ２２ｂを用いても、蛍光測定自体に大きな影響を及ぼすものではないことを確認した。なお散乱部材１２に対し同様の測定を行なったところ、３８３２６任意単位であった。

実施例２
励起光源の劣化を模して、励起光源（ＬＥＤ）２１ａへの電流を変化させたときの、散乱部材１２から発する光量を、実施例１で用いた蛍光測定装置１で測定した。結果を図４に示す。励起光源２１ａへの電流の変化と光量との間に直線関係が得られており、本発明の蛍光測定装置に設けた散乱部材からの光量を測定することにより励起光源の劣化を監視できることが確認できた。

１：蛍光測定装置
１０：試料容器ホルダ
１１：保持部
１２：散乱部材（または反射部材）
２０：蛍光検出手段
２１：励起光照射部
２１ａ：励起光源
２１ｂ：光学フィルタ（励起光側）
２２：蛍光検出部
２２ａ：受光素子
２２ｂ：光学フィルタ（蛍光側）
２３：支持部材
２４：ダイクロイックミラー
３０：走査手段
３１：駆動軸
４０：試料容器

Claims (3)

1. 試料を収容した容器を保持する保持部を複数設けた試料容器ホルダと、
   前記保持部に保持された容器に励起光を照射する励起光照射部と、前記容器に収容された試料から発する蛍光を検出する蛍光検出部とを有し、前記容器から前記蛍光検出部までの光路に光学フィルタを設けた蛍光検出手段と、
   前記保持部に保持された容器のそれぞれに励起光を照射できるよう、試料容器ホルダと蛍光検出手段とを相対的に移動走査する走査手段と、
   を備えた蛍光測定装置であって、
   前記試料容器ホルダのうち励起光の照射可能位置に散乱部材または反射部材をさらに設け、
   前記光学フィルタが、前記励起光の波長の一部を透過可能な、
   前記蛍光測定装置。
2. 試料容器ホルダに設けた散乱部材または反射部材に励起光照射部から励起光を照射して蛍光検出部で検出した光量が一定の閾値以下となった場合、警告を発する手段をさらに備えた、請求項１に記載の蛍光測定装置。
3. 試料容器ホルダに設けた散乱部材または反射部材に励起光照射部から励起光を照射して蛍光検出部で検出した光量に応じて、励起光源の動作電流または蛍光検出部のゲインを可変とする手段をさらに備えた、請求項１に記載の蛍光測定装置。

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