JP6399520B2 - 光測定装置及び光測定方法 - Google Patents
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Description
(A)吸光測定用光源
吸光測定用光源1としては、例えば、白色光を放出するLEDが用いられる。
LIF用光源3としては、例えば、中心波長532nmである光を放出するLED、もしくは、半導体励起のNd:YVO4レーザ(波長1064nm)の第2高調波である波長532nmのレーザビームを放出するグリーンレーザ装置が用いられる。
本実施例においては、測定用試料として、532nmのレーザビームを照射すると、波長570nm〜580nmの蛍光を放出する蛍光試薬であるQ−bodyを用いた。
試料保持部5としては、例えば、ポリスチレン製PCRチューブが用いられる。このPCRチューブは先端がテーパ状になっており、液体状の試料を投入しても、PCRチューブの先端側で気泡が出来にくい。この試料を保持するための試料保持部5は、当該試料保持部を構成するPCRチューブの先端側に光源からの光が照射されるように位置決めされる。
吸光センサ7としては、例えば、RGBカラーセンサが用いられる。
図3に示すように、吸光測定用光源1から放出される吸光測定用入射光11は、当該光に透明な第1のシリコーン樹脂12(本願請求項の「第1樹脂」の一例であり、例えば、PDMSが用いられる。)からなる導光部Aを進み、試料が保持されている試料保持部5に入射する。
透明な第1のシリコーン樹脂12からなる導光部Eを通過する蛍光29は、図2に示す第1の色素含有シリコーン樹脂33、第1の空気室47、第2の空気室49、第2のシリコーン樹脂51、第3の空気室53、第2の45度反射型ノッチフィルタ55、第4の空気室57、第5の空気室59、第2の色素含有シリコーン樹脂61、第6の空気室63からなる蛍光収集光学系65により、LIF用センサ67(本願請求項の「第2測定部」の一例である。)の受光面69に集光される。
第1の色素含有シリコーン樹脂33(本願請求項における「光学フィルタ部」の一例)は、シリコーン樹脂(本願請求項における「第2樹脂」の一例)により構成されており、導光部E、第1の空気室47の斜面77、及び、第2の空気室49に接する。
第1の空気室47は、第1の色素含有シリコーン樹脂33と斜面77で接している。第1の空気室47では、シリコーン樹脂と大気の屈折率差により、第1の空気室47中の大気に対するPDMS樹脂の臨界角以上の入射角で試料から放出される蛍光が第1の空気室47の斜面77に入射すると、蛍光は斜面77において全反射される。そのため、第1の空気室47の斜面77の角度を適切に設定することにより、蛍光は任意の方向(図2では上方向)に折り返される。
第2の空気室49は、第1の色素含有シリコーン樹脂33と第2のシリコーン樹脂51との間に設けられる。また、第1の色素含有シリコーン樹脂33と第2の空気室49との境界面79は、第2の空気室49側に凸の球面であり、第2の空気室49と第2のシリコーン樹脂51との境界面81は平面である。よって、第2の空気室49全体としては、平凹レンズの形状となっている。境界面79の曲率を適宜設定することで、第2の空気室49により、試料から放出される拡散光を平行光に調整することができる。
第2のシリコーン樹脂51は、第2の空気室49の光出射側境界面81、第3の空気室53の斜面85、第4の空気室57の斜面87、第5の空気室59の光入射側境界面89において、それぞれ第2〜第5の空気室と接触している。なお、第2のシリコーン樹脂51により構成される斜面85から斜面87までの導光部の途中に、後で述べる第2の45度反射型ノッチフィルタ55が挿入されている。
第3の空気室53は、第2のシリコーン樹脂51と斜面85にて接している。第1の空気室47と同様、空気室中の大気とシリコーン樹脂との屈折率の差があるため、第3の空気室53の斜面85の角度を適切に設定することにより、第2の空気室49から入射してくる蛍光は任意の方向(図2では左方向)に折り返される。
第2の45度反射型ノッチフィルタ55は、蛍光及びその近傍にある波長域の光を透過させ、当該ノッチフィルタの光入射面に対し45度の入射角で入射する、蛍光及びその近傍にある波長域の光以外の光を反射させる。すなわち、図2に示すように、第2の45度反射型ノッチフィルタ55、その光入射面が光軸方向(図2における水平方向)に対して45度となるように設置されている。
第4の空気室57は、第1のシリコーン樹脂と斜面87にて接している。第1、第3の空気室47、53と同様に、空気室中の大気とシリコーン樹脂との屈折率の差があるため、第4の空気室57の斜面87の角度を適切に設定することにより、第3の空気室53の界面85から反射されてくる蛍光は任意の方向(図2では下方向)に折り返される。
第5の空気室59は、第2のシリコーン樹脂51と第2の色素含有シリコーン樹脂61との間に設けられる。第2のシリコーン樹脂51と第5の空気室59との境界面89は平面であり、第2の色素含有シリコーン樹脂61と第5の空気室59との境界面93は第5の空気室59側に凸の球面である。よって、第5の空気室59全体としては、平凹レンズの形状となっている。そのため、第4の空気室57の斜面87で反射された蛍光は、そのまま平行光として境界面89を通過する。境界面93の曲率を適宜設定することにより、この平行光は第2の色素含有シリコーン樹脂61に面する第6の空気室63の斜面95に収束され、最終的にLIF用センサ67の受光面69に集光する。
第2の色素含有シリコーン樹脂61は、第6の空気室63の斜面95、LIF用センサ67の受光面69において、それぞれ接しており、第1の色素含有シリコーン樹脂33と同様、LIF用励起光19、試料保持部5にLIF用励起光19が照射される際に発生する自家蛍光、及びLIF用励起光19が樹脂(測定光照射兼吸光測定ユニット9の各導光部や第1の色素含有シリコーン樹脂33、第2のシリコーン樹脂51)内を進行する際に樹脂から発生するラマン光を吸収する波長特性を有する色素をほぼ一様に含有している。蛍光以外の光をできるだけ除去するため、第2の色素含有シリコーン樹脂61には、第1の色素含有シリコーン樹脂33よりも色素濃度が高いシリコーン樹脂を用いた方がよい。
第6の空気室63は、第2の色素含有シリコーン樹脂61と斜面95にて接している。第1、第3、第4の空気室と同様に、空気室中の大気とシリコーン樹脂との間には屈折率の差があるため、第6の空気室63の斜面95の角度を適切に設定することにより、第4の空気室57の界面により反射されてくる蛍光は任意の方向(図2では左方向)に折り返される。すなわち、第5の空気室59と第2の色素含有シリコーン樹脂61との境界面93を通過し、第6の空気室63の斜面95に収束した光がLIF用センサ67の受光面69に集光される。
測定光照射兼吸光測定ユニット9から出射した光が通る、第1の色素含有シリコーン樹脂33からLIF用センサ67までの蛍光収集光学系65は、顔料含有シリコーン樹脂35(測定器筐体71)により包囲される。少なくともLIF用センサ67の受光面69は、顔料含有シリコーン樹脂35(測定器筐体71)に埋設されるか又は接触する。顔料含有シリコーン樹脂35は、導光部を形成する第1の色素含有シリコーン樹脂33、第2のシリコーン樹脂51、第2の色素含有シリコーン樹脂61と同じ材質であり、例えば、PDMS樹脂などが用いられる。顔料含有シリコーン樹脂35の顔料は、LIF用光源3から放出されるLIF用励起光19、試料保持部5に励起光19が照射される際に発生する自家蛍光、及び励起光19が樹脂(第1の色素含有シリコーン樹脂33、第2のシリコーン樹脂51、第2の色素含有シリコーン樹脂61)内を進行する際、樹脂から発生するラマン光を吸収する。顔料含有シリコーン樹脂35の顔料には、例えば、炭素からなる黒色顔料が使用される。測定器筐体71は、主な構成要素が光学系の導光部を形成するシリコーン樹脂(第1の色素含有シリコーン樹脂33、第2のシリコーン樹脂51、第2の色素含有シリコーン樹脂61)と同じ材質のシリコーン樹脂であるので、これらの屈折率は全て同じである。すなわち、測定器筐体71と蛍光収集光学系65の導光部を形成するシリコーン樹脂(第1の色素含有シリコーン樹脂33、第2のシリコーン樹脂51、第2の色素含有シリコーン樹脂61)との間には屈折率境界がない。よって、蛍光収集光学系65の導光部を形成するシリコーン樹脂が占める領域を通過した迷光が、測定器筐体71に入射する場合、両シリコーン樹脂(測定器筐体71を構成する顔料含有シリコーン樹脂35と蛍光収集光学系65の導光部を形成するシリコーン樹脂)が接触する界面において光の反射や散乱は抑制されるため、導光部を進行する各迷光は、反射や散乱されることなく測定器筐体に入射し、効率よく測定器筐体により吸収される。
第2の色素含有シリコーン樹脂61における受光面69近傍の位置に、開口(例えば、スリット形状)を有する部材からなる第2のアパーチャ構造97を設けてもよい。第2のアパーチャ構造97は、試料保持部5の試料から放出されLIF用センサ67の受光面69に至る蛍光の導光部以外を進行する光を遮蔽する機能を有する。
LIF用センサ67としては、例えば、光電子増倍管が用いられる。
図8を参照して、第1の色素含有シリコーン樹脂33、第2の色素含有シリコーン樹脂61に含有されている色素は、一般に染料であって樹脂内を移動可能である。そのため、場合によっては、第1の色素含有シリコーン樹脂33、第2の色素含有シリコーン樹脂61を包囲する顔料含有シリコーン樹脂35(測定部筐体71)に染み出すことも有り得る。その場合、第1の色素含有シリコーン樹脂33、第2の色素含有シリコーン樹脂61に含有されている色素の濃度が減少するので、色素含有シリコーン樹脂における迷光の吸収が不十分になることもある。
次に、図9を参照して、色素拡散抑制部材103と第1の色素含有シリコーン樹脂33との間、及び、色素拡散抑制部材103と第2の色素含有シリコーン樹脂61との間に、測定対象である蛍光とは異なる波長の光を吸収する第2吸光部105をさらに備えてもよい。これにより、測定対象である蛍光が進行する導光部を確保しつつ、光学フィルタ部における反射・散乱を抑制することが可能となる。また、この第2吸光部105は、第1の色素含有シリコーン樹脂33、第2の色素含有シリコーン樹脂61と同一の樹脂で構成されており、これらの色素含有シリコーン樹脂に含有される色素とは異なる第2色素107を含むものであってもよい。第2吸光部105と第1の色素含有シリコーン樹脂33、第2の色素含有シリコーン樹脂61とが同一素材であるため、屈折率が同じであり、境界面での反射・散乱の発生を抑制することがさらに容易となる。
Claims (10)
- 第1光源と、前記第1光源から放出され測定対象を透過した第1測定光の光強度を測定する第1測定部と、第2光源と、前記第2光源から放出された光が照射された測定対象からの蛍光である第2測定光を測定する第2測定部とを備える光測定装置であって、
前記第1光源から放出された光が前記第1測定部に至るまで及び前記第2光源から放出された光が前記第2測定部に至るまでに光が通過する導光部と、
前記測定対象を保持する試料保持部と、
前記導光部及び前記試料保持部を包囲する吸光部とを備え、
前記導光部は、前記第1光源から放出される第1入射光、前記第1測定光、前記第2光源から放出される第2入射光及び前記第2測定光に対して透明な第1樹脂で構成されており、
前記試料保持部が、
前記第1入射光及び前記第2入射光を前記測定対象に導光する入射光共用導光窓と、
前記測定対象から前記第1測定部へと前記第1測定光を導光する第1測定光導光窓と、
前記測定対象から前記第2測定部へと前記第2測定光を導光する第2測定光導光窓を有する光測定装置。 - 前記第1測定部の受光面が、前記第1測定光の光軸に対して、直交せずに傾斜していることを特徴とする請求項1記載の光測定装置。
- 前記受光面が、前記第2入射光の光軸と前記第2測定光の光軸を含む平面に対して、直交せずに傾斜していることを特徴とする請求項2記載の光測定装置。
- 前記導光部のうちの前記第2光源と前記試料保持部との間に、前記第2入射光の光軸を前記第1入射光の光軸と平行にする第1光学部材をさらに備える請求項1から3のいずれかに記載の光測定装置。
- 前記試料保持部と前記第2測定部との間にあって前記第2測定光とは波長が異なる光を遮光する第2光学部材をさらに備え、
前記第1光学部材及び前記第2光学部材は、前記第1入射光を通過させると共に、前記第2入射光を反射する光学特性を有することを特徴とする請求項4記載の光測定装置。 - 前記導光部のうちの前記試料保持部と前記第2測定部との間に、色素を有する第2樹脂からなる光学フィルタ部をさらに備える請求項1から5のいずれかに記載の光測定装置。
- 前記光学フィルタ部の周囲に、色素拡散抑制部をさらに備える請求項6記載の光測定装置。
- 前記光学フィルタ部と前記色素拡散抑制部との間に、前記第2測定光とは異なる波長の光を吸収する第2吸光部をさらに備える、請求項7記載の光測定装置。
- 前記第2吸光部は、前記光学フィルタ部を構成する前記第2樹脂と同一の樹脂で構成されており、前記色素とは異なる第2色素を含むものである、請求項8記載の光測定装置。
- 第1光源と、前記第1光源から放出され測定対象を透過した第1測定光の光強度を測定する第1測定部と、第2光源と、前記第2光源から放出された光が照射された測定対象からの蛍光である第2測定光を測定する第2測定部とを備える光測定装置における光測定方法であって、
前記光測定装置は、
前記第1光源から放出された光が前記第1測定部に至るまで及び前記第2光源から放出された光が前記第2測定部に至るまでに光が通過する導光部と、
前記測定対象を保持する試料保持部と、
前記導光部及び前記試料保持部を包囲する吸光部とを有し、
前記導光部は、前記第1光源から放出される第1入射光、前記第1測定光、前記第2光源から放出される第2入射光及び前記第2測定光に対して透明な第1樹脂で構成されており、
前記試料保持部が、
前記第1入射光及び前記第2入射光を前記測定対象に導光する入射光共用導光窓と、
前記測定対象から前記第1測定部へと前記第1測定光を導光する第1測定光導光窓と、
前記測定対象から前記第2測定部へと前記第2測定光を導光する第2測定光導光窓を有し、
前記第1光源及び前記第2光源が、それぞれ前記第1入射光及び前記第2入射光を前記入射光共用導光窓を通じて前記測定対象に照射する照射ステップを含む、光測定方法。
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