JP3150117U

JP3150117U - 蛍光検出器

Info

Publication number: JP3150117U
Application number: JP2009000708U
Authority: JP
Inventors: 中根康雄; 大山貴史; 荘厳哲哉; 軒原清史
Original assignee: HIPEP LABORATORIES
Current assignee: HIPEP LABORATORIES
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-02-13

Abstract

【課題】小型、高信頼性、低価格化を可能ならしめた蛍光検出器を提供する。【解決手段】半導体発光ダイオード１１、ラインジェネレータレンズおよびシリンドリカルレンズからなる励起光ユニット１が出力する蛍光物質励起可能な光源システムと、バンドパスフィルター３、被写体部焦点調整用レンズ４、蛍光検出カメラ５により構成される蛍光受光システムを有し、半導体発光ダイオードからのビーム光を矩形あるいは円形で限定された広面積を照射・励起する。【選択図】図１

Description

本考案は、蛍光物質を含む多種合成物質に励起光を区画限定の面積に照射すると共に、励起光を照射された物質から発する多チャンネルスポットの蛍光を検出し映像化することを可能ならしめる蛍光検出器に関する。

従来の蛍光検出器は、蛍光物質励起用光源としてレーザ光源あるいは水銀やキセノンに代表されるランプ系光源が用いられてきた。レーザ光源使用の場合はビーム照射であるため面画像取得には可動機構を備えた装置を必要とし、被励起面をビームスキャンしつつ画面の蛍光データを取得している。蛍光はその波長の光を通すバンドパスフィルターを通して蛍光検出カメラでデータ取得している。この装置は高精度ながら機構が大型化、複雑化するため、それに伴って製造コストが高価となる欠点を有している。
また、もう少し安価な装置として水銀ランプやキセノンランプを励起用光源としている装置は、その光源から照射される光を励起用フィルターを通して被励起面を照射し、蛍光検出にはバンドパスフィルターを通し蛍光検出カメラでデータ取得している。この装置は比較的簡単に装置構成ができるもののランプの寿命が短いこと、ランプ光の照射面での照度むらの是正を必要とするなどの欠点を有している。

また、励起光源としてレーザの代わりに高輝度発光ダイオード（LED）を用いる装置も提案されている（特許文献１）。この装置は、蛍光標識されたDNA断片用の多数の泳動路を有する平板型ゲル電気泳動手段、泳動路に励起光を照射するLED、蛍光標識DNA断片から発生される蛍光を検出する屈折率分布型レンズアレー、フィルタおよびCCDラインセンサから構成される蛍光検出器とからなる。

特開平９−２８２０７８号

従来提案されているLEDを励起光源として用いる装置は、電気泳動するDNAを時間で捕らえるDNA塩基配列決定装置であるため、励起光源は、細いライン状のものであり、限定された面積に面（矩形）照射する思想は全く開示されていない。また、励起光源はラインビーム装置の小型化には寄与するとしても、LEDは各泳動路毎に設置するため、部品点数の増大による高価格、各部品の公差等による励起条件の相違等の課題がある。また、このLEDを用いた従来装置は、励起光側にプリズムを使用するために照射強度の低減等の課題もある。
本考案は、上記課題を解決するためになされたもので、小型、高信頼性、低価格の汎用蛍光検出器を提供することを目的とする。

本考案が提供する蛍光検出器は、特定面積にスポッティングされた蛍光物体に照射する励起光発生源に半導体発光ダイオードを採用し、半導体発光ダイオードが発する特定波長の円筒状励起光を複数レンズにより矩形状光にして複数の被検体物質に照射することが可能となり、被検体物質から発する蛍光を面センサーカメラで取得できることを可能とした。

本考案が提供する蛍光検出器は、被検体の特定面積励起用照射光に半導体発光ダイオードとレンズ系を用い、蛍光受光サイドはバンドパスフィルターと蛍光検出カメラを採用し、可動部を全く含まない部材によるシステム構成のため小型、高信頼性、低価格の蛍光検出器の製作が可能となった。これによって、バイオチップの需要が増大する。

本考案による蛍光検出器の構成図である。（ａ）本考案の励起光ユニットの内部構成図である。（ｂ）励起光Ａ部、Ｂ部およびＣ部の光線断面を示す。 (ａ)本考案による蛍光検出器の励起光ユニットの応用・変形例を示す構成図である。（ｂ）励起光Ａ部およびＤ部の光線断面を示す。

本考案の蛍光検出器は大別すると被検体の蛍光物質を励起するための励起光ユニット部分とこの励起光を受けて被検体内の蛍光物質が発する蛍光を検出する検出ユニットの二つのユニットから構成される。単色光を発する半導体発光ダイオードと、このダイオードからの小円筒状ビーム光を受けてこれを線状にライン光に変換するラインジェネレータレンズと、このライン光を受けて矩形状面積光に変換するシリンドリカルレンズからなる励起光ユニットから基板上の特定面積にスポッティングされている被検体蛍光物質に向けて励起光を発することに特徴を有する。
この励起光を照射された蛍光物質含有の被検体から発する蛍光をバンドパスフィルターと、レンズ系と蛍光検出カメラからなる受光部とで構成し、基板上の特定区画面に多種スポッティングされた蛍光物質含有の合成物質と基板上に滴下された被検体との相互作用を蛍光強度により生成される模様から被検体を特定識別することを可能ならしめた。

まず、本考案が提供する蛍光検出器について説明する。
本考案の蛍光検出器の構成を図１に示す。図中、１は励起光ユニット、２は試料台であり被検体をセッティングするためのものである。３はバンドパスフィルターで、指定した蛍光の波長光のみを通すものであり、４は被写体部焦点調整用レンズであり、５は蛍光検出カメラである。
バンドパスフィルター３および被写体部焦点調整用レンズ４を通して入射する蛍光写体を蛍光検出カメラ５内のＣＣＤセンサーで検出し映像化する。６はバイオチップ基板であり、７は多種化学合成物質でありその各々に蛍光物質を組み込まれておりバイオチップ基板６上に固定されたものである。８は被検体であり、この被検体の化学的構成要素の一部と多種化学合成物質７との間で化学的反応が生じることで多種化学合成物質７内に組み込まれている蛍光による被検体特有の蛍光パターンがバイオチップ基板６上に発生する。この蛍光強度のパターンを蛍光検出カメラ５でデータ取得する。

励起光ユニット１は、図２（ａ）に示す通り、中空の円筒内に半導体発光ダイオード１１、ラインジェネレータレンズ１２、シリンドリカルレンズ１３が収容されている。円筒は、遮光部材で構成されており、各部材は図示しない懸架部材で固定されている。ラインジェネレータレンズ１２は、パウエルレンズとも呼ばれ、均一なラインビームを得るためのものである。
半導体発光ダイオード１１からの照射光をＡ部、ラインジェネレータレンズ１２からの照射光をＢ部、シリンドリカルレンズ１３からの照射光をＣ部とし、各部の光線の断面を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示す通り、一般に半導体発光ダイオード１１の光は照射面積がＡ部のように小さく、照度強度が極めて強い。このため蛍光を面で取得する場合、スキャン機構を必要とする。本考案の特長は励起光としての照射強度を蛍光物質の励起エネルギーを保ちうる範囲で照射範囲を拡大してスキャン機構を有せずに面データを取得できることである。そのため、ラインジェネレータレンズ１２で線状に変換する。ラインジェネレータレンズ１２で線状に変換された光は、シリンドルカルレンズ１３で矩形状面積光に変換されて被検体８に照射される。

本考案による蛍光検出器は、半導体発光ダイオード１１を用いることにより単色且つコリメート光を被検体８に照射することができ、旧来装置のシステム構成品の中から照射光サイドのバンドパスフィルターを削除することができる。一般にバンドパスフィルターは透過減衰率が高いため、多種化学合成物質内に組み込まれている蛍光物質に対し照射光が励起力不足になることがあるため、励起光サイドのバンドパスフィルターの削除はシステム構成の簡略化且つコスト減のほかに検出性能アップに大きな効果となる。
また、前述したように水銀ランプやハロゲンランプを励起光に使用する場合、励起波長選択のためのバンドパスフィルターを必要とするが、本考案の蛍光検出器はこのようなフィルターを必要とせずシステム構成をシンプル且つ堅牢にできることも特長の１つである。

実施例１では、励起光源となる励起光ユニット１は半導体発光ダイオード１１、ラインジェネレータレンズ１２、およびシリンドリカルレンズ１３からなる構成品で説明したが、細いビーム光を計算された照射面積を有する励起光にする手法は、図３に示す手法で代替することが可能である。
図３（ａ）中、２１は改変励起光ユニット、２２はビームエキスパンダーである。改変励起光ユニット２１は半導体発光ダイオード１１とビームエキスパンダー２２から構成され、図中Ａ部およびＤ部の励起光断面を図３（ｂ）に示す。図３（ａ）に示すように光軸断面は実施例１の矩形面積に比較し円形面積である点に特長を有する。半導体発光ダイオード１１とビームエキスパンダー２２は、中空の円筒内で図示しない懸架部材で固定されている。

以上、実施例１および実施例２で述べたように従来の蛍光検出器に比較し、システム構成上機構が極めて簡単化され、シンプル且つ堅牢な装置を提供することができ、製造コストも従来品に比較し大幅に低減することが可能となった。実施例１では励起光を斜光状態で被検体８および多種化学合成物質７に照射する状態図で具体的に説明を行ったが、励起光を被検体の垂直線上に励起光反射兼蛍光透過用フィルターを設置することにより被検体８および多種化学合成物質７に落射式に照射することは容易に考察することができる。

１励起光ユニット
２試料台
３バンドパスフィルター
４被写体部焦点調整用レンズ
５蛍光検出カメラ
６被検体基板
７多種化学合成物質
８被検体
１１半導体発光ダイオード
１２ラインジェネレータレンズ
１３シリンドリカルレンズ
２１改変励起光ユニット
２２ビームエキスパンダー

Claims

基板上の特定区画面に多種スポッティングによりアレイ化された蛍光化合物と基板上に塗布ないし添加された被検体との相互作用を蛍光強度のパターンにより検出する蛍光検出器において、
前記蛍光化合物に励起光を照射する励起光ユニットを、単色光を発する半導体発光ダイオードと、該発光ダイオードからの小円筒状ビーム光を線状ライン光に変換するラインジェネレータレンズと、該ライン光を矩形状面積光に変換するシリンドリカルレンズとから構成するとともに、蛍光化合物から発する蛍光を受光する蛍光受光部を、蛍光を透過するバンドパスフィルターと、この蛍光を映像化するためのレンズ系と蛍光検出カメラとから構成したことを特徴とする蛍光検出器。
基板上の特定区画面に多種スポッティングによりアレイ化された蛍光化合物と基板上に塗布ないし添加された被検体との相互作用を蛍光強度のパターンにより検出する蛍光検出器において、
前記蛍光化合物に励起光を照射する励起光ユニットを、単色光を発する半導体発光ダイオードと、該発光ダイオードからの小円筒状ビーム光の照射面積を拡張するビームエキスパンダーとから構成するとともに、蛍光化合物から発する蛍光を受光する蛍光受光部を、蛍光を透過するバンドパスフィルターと、この蛍光を映像化するためのレンズ系と蛍光検出カメラとから構成したことを特徴とする蛍光検出器。