JP3176770B2 - 流体検査装置 - Google Patents

流体検査装置

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  • Optical Measuring Cells (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば蛋白質の分析、
DNAの塩基配列決定等のクロマトグラフィ、特に液体
クロマトグラフィの技術分野に用いられる流体検査装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】蛋白質の分析、DNAの塩基配列決定の
ために、各種の液体クロマトグラフィが有効である。ま
た最近では、従来のスラブ方式よりも高感度であるとい
う利点を有するカラム方式が利用されるようになってい
る。
【0003】図9は従来のキャピラリ電気泳動装置の構
成図であり、冷媒ユニット1を備えたキャピラリカセッ
ト2にはキャピラリ3が配管され、このキャピラリ3の
両端は例えば蛍光ラベルしたアミノ酸やアミン等のサン
プル液の入った容器4、5に挿入されている。また、容
器4、5内には電極6、7がそれぞれ設けられ、電極
6、7は高電圧電源8に接続されている。更に、キャピ
ラリカセット2内にはキャピラリ3の一部を挟んで光源
9及び光検出器10が設けられている。 ここで、高電
圧電源7に電圧を印加すると、サンプル液は分離され、
容器4、5内の微粒子は帯電強度、大きさ等により異な
る速さでキャピラリ3を通って互いの容器5、4に向か
って移動する。これらの微粒子は冷媒Cによって冷却さ
れながら検出部を通過する際に、光源9からの照射光に
より照射され光検出器10によって検出される。
【0004】このようなキャピラリ電気泳動装置は、
「生化学」誌第64巻(1992)第2号第111頁に
説明されており、石英製キャピラリを利用することによ
って、分析時間の短縮、分析精度の向上等の利点があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このキ
ャピラリ方式はオンカラム測定により高感度で高速な測
定が可能であるという利点を有しているが、キャピラリ
内を毎回洗浄する必要があるため、多数種類の測定を連
続して行うことが困難であると共に、キャピラリを一度
外すと、カラムと光軸の調整が煩雑になるという問題点
がある。
【0006】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
多数種類のサンプル波の測定を連続して行うことがで
き、かつ簡便で低コストな流体検査装置を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る流体検査装置は、測定用サンプル液を
流通する流路と、本体装置から出射された平行光を前記
流路の一部に集光する第1の光学系と測定用サンプル液
から出射された光束を平行光に変換する第2の光学系の
少なくとも一方とを有するカートリッジを用いる流体検
査装置であって、前記カートリッジを着脱可能に保持す
る保持手段と、前記カートリッジを経た光束を受光する
光検出手段と、光源から出射された光束を平行光に変換
する第3の光学系と前記カートリッジから出射された平
行光を前記光検出手段に集光する第4の光学系の少なく
とも一方を有する本体装置とを備えたことを特徴とす
る。
【0008】
【作用】上述の構成を有する流体検査装置は、測定用サ
ンプル液を注入する流路と測定する部位をカートリッジ
として着脱可能なものとし、カートリッジに入射する光
束及びカートリッジ内の測定用サンプル液から出射され
る光束を平行光とすることにより、カートリッジを取り
付ける際の機械的誤差の影響を受けずに測定を行う。
【0009】
【実施例】本発明を図1〜図8に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。図1は第1の実施例の構成図であ
り、本体装置11の上部には例えば各種のレーザー、L
ED、ハロゲンランプ、タングステンランプ、水銀ラン
プ等から成る光源12が設けられ、光源12の光路上に
は光学系13、ハーフミラー14、カートリッジ保持手
段15が配置され、保持手段15にはカートリッジC1を
装着し得るようになっている。また、ハーフミラー14
の反射方向には光学系16を介して受光系17が設けら
れている。
【0010】なお、化学発光、生物発光等のサンプル自
身が発光し、その光束を検出して測定を行う場合には、
光照射は不要であるために光照射部を設ける必要はな
い。また、ハーフミラー14は光源12からの光束を透
過し、サンプル液からの蛍光を反射するように構成すれ
ば、ダイクロイックミラー等で置き換えてもよい。
【0011】図2はカートリッジC1の断面図であり、シ
リコン基板により製作された第1基板21上に、ガラス
基板により製作された第2基板22が接合されている。
第2基板22には注入口23、搬出口24が裏面まで貫
通して形成され、サンプル液は第1基板21と第2基板
22間の第1基板21に形成された微小径の流路25中
を流通するようになっている。更に、第2基板22にお
ける光源12の光路上には、モールド成型されたガラス
から成る集光レンズ26が、これと屈折率が等しい接着
剤により接合され、外部からの平行光を流路25上に集
光するようになっている。なお、第2基板22をガラス
又は合成樹脂のモールド成型により製作してもよく、ま
た集光レンズ26をフレネルレンズ、バイナリレンズ等
により構成しても支障はない。
【0012】サンプル液は注入口23から注入され、流
路25を通って搬出口24に送出されるようになってい
る。なお、このサンプル液の送出は注入口23又は搬出
口24にキャピラリを通してポンプを接続したり、或い
は流路25に圧電薄膜を設け、表面波振動により発生す
る搬送力を利用することができる。
【0013】このようなカートリッジC1は、半導体製造
プロセスを含むマイクロメカニクス技術によって比較的
容易に製造できるため、バッチ処理による大量生産に適
し、複数の流路を並べたアレイ化も容易である。
【0014】一般的に、カートリッジC1を保持手段15
に取り付ける際の機械的精度は数10〜数100μmで
あり、例えばカートリッジC1の流路25の幅を10μm
とすると、光源12からの光束が流路25に照射された
際の光軸と流路25の中心軸とのずれは、上述の精度と
同程度だけ発生する可能性がある。
【0015】光源12から出射され、光学系13を透過
した光束が平行光であり、光軸と流路25の中心軸との
ずれがない場合には、この光束は図3の実線に示すよう
に流路25に集光され、流路25内のサンプル液から出
射又は反射される光束はハーフミラー14により反射さ
れ、光学系16により集光されて受光系17に入射し測
定される。
【0016】また、流路25の中心軸が本体装置11の
光軸からずれて、光源12、光学系13が光源12’、
光学系13’の位置にある場合でも、光源12’からの
光束は一点鎖線のように進み、集光レンズ26を透過し
て光軸のずれに影響されずに流路25に入射する。更
に、サンプル液からの蛍光又は反射光は同様に集光レン
ズ26、ハーフミラー14、光学系16を介して受光系
17に入射するため、測定不能とはなることはない。
【0017】これに対して、カートリッジC1に入射する
光束が平行光ではない場合には、光軸のずれがなければ
光源12からの光束は、図4の実線に示すように流路2
5上に集光されるが、光軸がずれた場合に光源12’か
らの光束は一点鎖線のような光路を通り、流路25の中
心には集光されないため測定不能となる。
【0018】必要とするサンプル液の量を少なくして、
かつ測定時の分離性能を向上するために、カートリッジ
C1の流路25の径を狭くした場合でも、カートリッジC1
への入射光を平行光とし、集光レンズ8により流路25
に集光させるように構成することによって、測定精度を
低下させずに、保持手段15がカートリッジC1を保持す
る際の機械的精度により測定不能となることを防止する
ことができる。
【0019】なお、第1の実施例では受光系17を本体
装置11に配置した場合を示したが、カートリッジC1の
第1基板21に受光系を成膜し、電極を外部に取り出し
て検出を行うことも可能である。
【0020】図5は第2の実施例の構成図であり、図1
と同一の符号は同一の部材を示している。光学系16の
ハーフミラー14側にはグレーティングから成る分光素
子31が設けられ、保持手段15にはカートリッジC2が
取り付けられるようになっている。
【0021】図6はカートリッジC2の斜視図、図7は流
路に沿った断面図であり、共にガラス基板である第1基
板41、第2基板42を接合して構成されている。第2
基板42には注入口43、搬出口44が裏面まで貫通す
るように形成され、更に第1基板41と接する面には注
入口43と搬出口44とを結ぶように、幅及び深さが共
に数μm〜数100μmである流路45が形成されてい
る。また、第1基板41には銀、アルミニウム等から成
る電極46、47がスパッタリングにより形成され、こ
れらの電極46、47はカートリッジC2の外部の電源か
ら電圧を印加することができるように、外部電極4
6’、外部電極47’にそれぞれ接続されている。更
に、第2基板42の光源12からの光路上には集光レン
ズ48が設けられている。
【0022】この集光レンズ48には、イオン交換によ
り製作されたマイクロレンズ等が使用され、その製法に
ついて説明すると、先ずカリウム+等のアルカリ酸化物
を含有するガラス基板上に金属の薄膜を蒸着法で形成
し、その上に感光性レジストを塗布する。次に、集光レ
ンズ48を設ける部位のパターンを介して露光し、エッ
チングによりマスクが得られる。このマスクが形成され
たガラス基板を溶融塩中に浸し、マスクのパターンを通
してイオン交換を行い、ほぼ半球状のアルカリイオンの
濃度勾配が得られた時点で溶融塩から取り出し、最後に
金属薄膜のマスクを酸で溶かして除去する。
【0023】エッチングにより流路45を形成する際に
は、集光レンズ48の表面をレジスト等で扱うか、或い
は流路45を第1基板41上に形成し、第1基板41、
第2基板42を陽極接合する際に、接合面に炭酸ガスレ
ーザー光を照射して接合温度を低くすることにより、イ
オン交換により製作された集光レンズ48に対する影響
を低減することができる。
【0024】測定を行う際には、注入口43からサンプ
ル液を注入し、外部電極46’、外部電極47’に電圧
を印加すると、サンプル液中の被測定物である微粒子は
帯電強度、大きさ等により異なる速度で電極47側に移
動し、異なる時刻に被測定位置である集光レンズ48の
下部に到達し、微粒子の種類により分離される。
【0025】光源12から出射された光束は第1の実施
例と同様にカートリッジC2に入射し、集光レンズ48に
よって集光されて流路45中のサンプル液を照射する。
このサンプル液から蛍光又は吸収された後の非吸収光が
出射されると、この光束は集光レンズ48により再度平
行光となってハーフミラー14により反射され、分光素
子31により分光分離された後に光学系16により集光
されて、受光系17において波長成分ごとに分離された
光量が検出される。
【0026】カートリッジC2を保持手段15に取り付け
る際には、第1の実施例と同様に本体装置11の光軸と
カートリッジC2の流路45の中心軸とがずれる可能性が
ある。このようなずれが生じた場合でも、カートリッジ
C2に入射する光束が平行光であり、集光レンズ48がこ
の平行光を流路45上に集光するように構成されていれ
ば、光源12からの光束は光軸のずれに影響されずに流
路45に到達し、サンプル液からの蛍光や反射光も集光
レンズ48を透過した後に、平行光となってカートリッ
ジC2から出射する。更に、分光素子31、光学系16に
おいて分光分離、光検出を行う際にも、光軸のずれに影
響を受けることは殆どない。
【0027】図8は第3の実施例の構成図であり、本体
装置50の下部にはレンズ等を含んだ光源51が設けら
れ、光源51の光路上にはミラー52が設けられ、更に
ミラー52の反射方向にはカートリッジC3を取り付ける
保持手段53が設けられている。また、保持手段53の
透過方向には光学系54を介してアレイ型受光素子から
成る受光系55が設けられている。
【0028】カートリッジC3は第2の実施例におけるカ
ートリッジC2とほぼ同一であるが、集光レンズ48の代
りに屈折率分布型レンズ61及びグレーティングやプリ
ズム等の分光素子62が設けられている。なお、屈折率
分布型レンズ61及び分光素子62に関しては集光機能
と分光機能とを兼ねたゾーンプレートに置き換えてもよ
い。
【0029】光源51からの光束はミラー52によって
反射され、カートリッジC3内のサンプル液に対して下方
から照射する。サンプル液から出射される蛍光は屈折率
分布型レンズ61により平行光となり、分光素子62に
より分光されて受光系55で各波長成分ごとに受光され
る。
【0030】このようにして、カートリッジC3に入射す
る光束を平行光とすることにより、カートリッジC3を取
り付けた際の光軸のずれに影響されずに測定を行うこと
ができる。
【0031】なお、第2、第3の実施例において、カー
トリッジC2、C3の表面に集光レンズを設けずに、広い面
積に均一強度分布の光を入射させ、光束の一部が流路に
入射するように構成することも可能である。また、この
場合に搬出口44を設けずにカートリッジC2、C3内に蓄
液スペースを設け、検査後のサンプル液が外に漏れない
ようにすることもできる。
【0032】更に、本発明は液体に限らず気体の分離測
定を行うガスクロマトグラフィにも適用が可能であるこ
とは勿論である。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る流体検
査装置は、サンプル液を微小径の流路を有する着脱可能
なカートリッジ内に注入し、カートリッジ内のサンプル
液から得られる光を受光して測定を行うことにより、光
学測定の測定精度を低下させずに、キャピラリ内を毎回
洗浄する手間を省略し、多数種類のサンプル液を連続し
て測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の構成図である。
【図2】カートリッジの断面図である。
【図3】カートリッジに平行光を入射した際の説明図で
ある。
【図4】カートリッジに非平行光を入射した際の説明図
である。
【図5】第2の実施例の構成図である。
【図6】カートリッジの斜視図である。
【図7】カートリッジの断面図である。
【図8】第3の実施例の構成図である。
【図9】従来の液体クロマトグラフィ装置の構成図であ
る。
【符号の説明】
11、50 本体装置 12、51 光源 13、16、54 光学系 14 ハーフミラー 15、53 保持手段 17、55 受光系 21、41 第1基板 22、42 第2基板 23、43 注入口 24、44 搬出口 25、45 流路 26、48 集光レンズ 31 分光素子 46、47 電極 61 屈折率分布型レンズ 62 分光素子 C1、C2、C3 カートリッジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 隆行 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ャノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−8195(JP,A) 実開 昭58−195860(JP,U) 特表 平2−500298(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/83 G01N 30/74 JICSTファイル(JOIS)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定用サンプル液を流通する流路と、本
    体装置から出射された平行光を前記流路の一部に集光す
    る第1の光学系と測定用サンプル液から出射された光束
    を平行光に変換する第2の光学系の少なくとも一方とを
    有するカートリッジを用いる流体検査装置であって、前
    記カートリッジを着脱可能に保持する保持手段と、前記
    カートリッジを経た光束を受光する光検出手段と、光源
    から出射された光束を平行光に変換する第3の光学系と
    前記カートリッジから出射された平行光を前記光検出手
    段に集光する第4の光学系の少なくとも一方を有する本
    体装置とを備えたことを特徴とする流体検査装置。
  2. 【請求項2】 前記カートリッジには測定用サンプル液
    を注入する注入口と搬出口を設け、前記流路は前記注入
    口と前記搬出口とを結ぶように形成し、前記流路の一部
    の上方又は下方に前記第1及び第2の光学系の少なくと
    も一方を設けた請求項1に記載の流体検査装置。
  3. 【請求項3】 前記カートリッジは分光素子を備えた請
    求項1に記載の流体検査装置。
  4. 【請求項4】 前記第4の光学系内に分光素子を設けた
    請求項1に記載の流体検査装置。
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