KR20090024624A - 광조사 장치, 미립자 해석 장치 및 광조사 방법 - Google Patents

광조사 장치, 미립자 해석 장치 및 광조사 방법 Download PDF

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Abstract

조사 불균일이나, 조사 위치나 포커스 위치의 어긋남을 방지할 수 있는 광조사 장치로 하는 것을 과제로 하며, 이를 위해,
유로(11)에 존재하는 시료 A에 지향성(指向性) 광을 조사하는 광조사 장치로서, 상기 지향성 광 L13을 조사하는 광원(13)과, 상기 시료 A에 광원(12)으로부터 광조사를 해서 상기 유로(11)내에서의 상기 시료 A의 위치 정보를 얻고, 상기 위치 정보에 의거해서 상기 지향성 광 L13의 조사를 제어하는 조사 제어 수단을 적어도 구비한 광조사 장치(1)로 하는 것을 특징으로 한다.　
광조사 장치, 유로, 시료, 광원, 조사 제어 수단.

Description

광조사 장치, 미립자 해석 장치 및 광조사 방법{LIGHT IRRADIATION DEVICE, FINE PARTICLE ANALYZING APPARATUS, AND LIGHT IRRADIATION METHOD}
본 발명은, 광조사 장치, 미립자 해석 장치 및 광조사 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 유로에 존재하는 시료에 대해서 광조사를 행하는 기술에 관한 것이다.
레이저 등의 지향성(指向性) 광의 조사 기술은, 분광 측정이나 가공 기술 등에 폭넓게 사용되고 있다. 지향성 광은, 파장이 동일하고 위상이 일치되어 있기 때문에, 이것을 렌즈 등으로 집속시킨 경우, 광을 작은 점에 모을 수 있고, 그 조사점의 에너지 밀도가 높다고 하는 특성을 가지고 있다.
레이저 분광에 관해서는, 선형 레이저 분광이나 비선형 레이저 분광 등으로 분류할 수 있다. 흡수 스펙트럼이나 여기(勵起; excitation) 스펙트럼을 측정하는 선형 레이저 분광도 재래(在來)의 광원을 이용하는 분광에 비해서 고감도이고 또한 고분해능이다. 비선형 레이저 분광은, 더욱더 고감도이고 또한 고분해능의 분광이 가능해진다. 이와 같은 것으로서, 예를 들면 레이저 유기(誘起) 형광 분광, 레이저·라만 분광법, CARS(Coherent anti-Stokes Raman Scattering), 편광 분광, 공명 이온화 분광, 광 음향 분광 등을 들 수 있다. 특히, 시간 분해능이 높은 것은, 피코초(picosecond) 분광이나 펨토초(femtosecond) 분광이라고도 불리고 있다.
예를 들면, 레이저 조사 기술은 플로 사이토메트리(flow cytometry)에도 이용되고 있다(비특허 문헌 1). 플로 사이토메트리라 함은, 측정 대상인 세포를 산 채로 분취(分取)(소팅)해서 세포의 기능 등을 해석하는 측정 수법이다. 세포를 라미나(laminar) 플로중에 흘려넣고, 플로 셀을 통과하는 세포에 레이저를 조사한다. 이것에 의해서 발생한 형광이나 산란광을 측정한다. 또, 펄스 검출계에서는, 세포가 레이저를 횡단(橫切; traverse)할 때에 생긴 형광이나 산란광을 전기 펄스로서 검출하고, 펄스 높이나 펄스 폭이나 펄스 면적 등을 분석함으로써 해석을 행한다. 이것에 의해서, 세포 1개 1개로부터 발(發)해지는 산란광이나 형광을 검출함으로써, 각 세포의 특성을 산 채로 분석할　수가 있다.
[비특허 문헌 1] 나카우치 히로미츠(中內啓光)저(著), 「세포 공학 별책: 실험 프로토콜 시리즈, 플로 사이토메트리 자유자재」, 슈쥰샤(秀潤社), p.12∼p.13, 제2판, 2006년 8월 31일 발행.
그러나, 레이저 등의 지향성 광을 연속적 혹은 장시간 조사할 필요가 있는 경우에는, 레이저 등의 광원의 수명이나 가동 시간의 제약을 받는다. 또, 유로중에 존재하는 시료에 대해서 지향성 광을 조사하는 경우, 유로중에 존재하는 시료의 위치와 레이저의 조사 스폿 위치와의 관계에 따라서는, 조사 불균일(照射斑)이나, 조사 위치나 포커스 위치의 어긋남이 생기는 경우가 있었다.
그래서, 본 발명은, 조사 불균일이나, 조사 위치나 포커스 위치의 어긋남을 방지할 수 있는 광조사 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
우선, 본 발명은, 유로에 존재하는 시료에 지향성 광을 조사하는 광조사 장치로서, 상기 지향성 광을 조사하는 광원과, 상기 시료에 광조사를 해서 상기 유로내에서의 상기 시료의 위치 정보를 얻고, 상기 위치 정보에 의거해서 상기 지향성 광의 조사를 제어하는 조사 제어 수단을 적어도 구비한 광조사 장치를 제공한다.
미리 유로내에서의 시료의 위치 정보를 얻음으로써, 지향성 광을 보다 정확한 위치나 깊이에 조사할 수가 있다. 이것에 의해, 연속적 혹은 장시간 조사하지 않아도, 유로에 존재하는 시료에 대해서 정확하게 조사할 수 있다. 또, 조사 불균일이나, 조사 위치나 포커스 위치의 어긋남을 해소할 수 있다.
다음에, 본 발명은, 상기 광의 조사 목표 위치는, 상기 지향성 광의 조사 목표 위치보다도 상기 유로의 상류(上流)의 위치인 광조사 장치를 제공한다. 또, 본 발명은, 상기 위치 정보를 얻는 광은, 상기 유로내의 복수 개소에 조사되는 광조사 장치를 제공한다. 이것에 의해, 보다 정확한 위치 정보를 얻을 수가 있다.
그리고, 본 발명은, 상기 위치 정보를 얻기 위한 광은, 상기 지향성 광을 분할 조사함으로써 얻어지는 광인 광조사 장치를 제공한다. 상기 지향성 광을 분할함으로써, 필요로 하는 광원 수(數)를 경감할 수 있다. 이것에 의해, 광조사 장치의 장치 구성을 간이화할 수 있다.
또, 본 발명은, 지향성 광을 조사하는 광원과, 유로내에서의 미립자에 광조사를 해서, 상기 유로내에서의 미립자의 위치 정보를 얻고, 상기 위치 정보에 의거해서 상기 지향성 광의 조사를 제어하는 조사 제어 수단을 적어도 구비한 광조사부를 구비한 미립자 해석 장치를 제공한다. 미리 유로내에서의 시료의 위치 정보를 얻음으로써 지향성 광의 조사 불균일이나, 조사 위치나 포커스 위치의 어긋남을 해소할 수 있기 때문에, 보다 고정밀도의 해석이 가능한 미립자 해석 장치로 할 수가 있다.
또, 본 발명은, 상기 위치 정보에 의거해서 상기 유로에 존재하는 미립자를 가공하는 가공부, 상기 위치 정보에 의거해서 상기 유로에 존재하는 미립자를 처리하는 처리부, 상기 위치 정보에 의거해서 상기 유로에 존재하는 미립자를 분별하는 분별부의 적어도 어느것인가를 더 구비한 미립자 해석 장치를 제공한다. 상기 위치 정보를 광조사부에서 행하는 광조사에 반영시킬 뿐만 아니라, 가공이나 처리나 분별 등의 공정에 대해서도 반영시킬 수가 있다. 이것에 의해, 가공이나 처리나 분별 등의 공정도 높은 정밀도로 행할 수가 있다.　
또한, 「가공」이라 함은, 시료에 대해서 어떠한 손질을 가하는 것을 의미하고, 기계적 가공뿐만 아니라 인위적 가공에 관련되는 개념도 포함한다. 「처리」라 함은, 시료에 대해서 어떠한 처치를 행하는 것을 의미한다. 「분별」이라 함은, 적어도 시료를 어떠한 기준에 의거해서 나누는(분류하는) 것을 의미한다.
또, 본 발명은, 유로에 존재하는 시료에 지향성 광을 조사함에 있어서, 상기 시료에 광을 조사해서 상기 유로내에서의 상기 시료의 위치 정보를 얻고, 그 위치 정보에 의거해서 상기 지향성 광을 상기 시료에 조사하는 것을 적어도 행하는 광조사 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 유로중의 시료의 위치 정보를 얻음으로써, 적절한 위치에 지향성 광을 조사할 수 있다.
이하, 첨부 도면에 의거해서, 본 발명에 관계된 광조사 장치의 매우 적합한 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 첨부 도면에 도시된 각 실시형태는, 본 발명에 관계된 대표적인 실시형태의 1예를 도시한 것이며, 이것에 의해 본 발명의 범위가 좁게 해석되는 일은 없다.
도 1은, 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제1 실시형태의 개략도이다.
도 1중의 부호 (1)은, 본 발명에 관계된 광조사 장치를 나타내고 있다. 이 광조사 장치(1)의 크기나 장치 구성 등은, 목적에 따라서 적당히 선정가능하며, 광조사 장치(1)의 형태 구성에 대해서도 본 발명의 목적에 따른 범위에서 설계 또는 변경가능하다.
광조사 장치(1)는, 시료 A가 존재하는 유로(11)와, 광원(12, 13)을 적어도 구비하고 있다. 광원(12)은, 시료 A의 위치 정보를 얻기 위해서 조사하는 광 L12의 광원이며, 광원(13)의 조사 제어 수단으로서 이용되는 광원이다. 광원(13)은 지향성 광 L13의 광원이다.
광원(13)으로부터 조사되는 지향성 광은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 레이저나 LED(Light Emission Diode; 발광 다이오드) 등의 지향성 광을 이용할 수가 있다.
예를 들면, 레이저를 이용하는 경우에는, 그 종류는 한정되지 않고, 사용 목적에 따라서 적당히 매우 적합한 것을 선택할 수가 있다. 사용 목적으로서는, 예를 들면 각종 분석용이나 측량용이나 가열용이나 가공용 등을 들 수 있고, 이들의 사용 목적에 따라서 적절한 매체를 선택할 수 있다. 매체로서는, 예를 들면 반도체 레이저나 액체 레이저나 기체 레이저나 고체 레이저 등을 들 수 있다.
반도체 레이저로서는, GaAs 레이저나 InGaAsP 레이저 등을 들 수 있다. 가스 레이저로서는, He-Ne 레이저(적색), Ar 레이저(가시(可視), 청색 또는 녹색), CO2 레이저(적외선), 엑시머 레이저(보라색 등) 등을 들 수 있다. 액체 레이저로서는, 색소 레이저 등을 들 수 있다. 고체 레이저로서는, 루비 레이저나 YAG 레이저나 유리 레이저 등을 들 수 있다. 또, 레이저 다이오드(LD)로 Nd:YAG 등의 고체 매체를 여기해서 발진시키는 DPSS(다이오드 여기 고체 레이저) 등도 이용할 수가 있다.
시료 A는 유로(11)내를 화살표 F 방향을 따라서 송류(送流; flow)된다. 시료 A에 대해서 광원(12)으로부터 광 L12를 조사한다. 광 L12의 조사 위치는 조사 스폿 S12의 위치이다. 광 L12가 시료 A에 조사됨으로써, 측정 대상광 L12′가 발생한다. 이 측정 대상광 L12′를 검출기(14)에서 측정함으로써, 시료 A의 위치 정보를 얻을 수가 있다.
도시는 하지 않지만, 검출기(14)에는, 측정 대상광 L12′의 측정 데이터를 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 등에 의해서 디지털 신호로 변환하고, 이 신호를 컴퓨터에 의해 연산 처리하여, 광원(13)의 조사를 제어하기 위한 정보 등으로서 피드백하는 것 등을 할 수 있다.
측정 대상광 L12′의 종류는 한정되지 않고, 시료 A의 종류나 측정 조건 등을 고려해서 적당히 매우 적합한 검출 방법을 채용할 수가 있다. 측정 대상광 L12′로서는, 시료 A로부터 발해지는(발광되는) 형광이나 산란광을 들 수 있다. 검출 방법으로서는, 예를 들면 미리 시료 A를 특정의 형광 물질로 라벨링해 두고, 광원(12)으로부터 여기광을 광 L12로서 조사하고, 이것에 의해 발하는 형광을 측정 대상광 L12′로서 검출하는 것을 들 수 있다.
형광 색소를 이용하는 경우는, 사용하는 광 L12의 파장(예를 들면, 레이저의 파장)에 대응한 형광 색소를 이용할 수가 있다. 예를 들면, Ar 이온 레이저(488㎚)의 경우에는, FITC(fluorescein isothiocyanate)나 PE(phycoerythrin)나 PerCP(peridinin chlorophyll protein) 등의 형광 색소를 이용할 수가 있다. 또, He-Ne 레이저(633㎚)의 경우에는, APC(allophycocyanin)나 APC-Cy7 등의 형광 색소를 이용할 수가 있다. 다이 레이저(598㎚)의 경우에는, TR(Texas Red) 등의 형광 색소를 이용할 수가 있다. Cr 레이저(407㎚)나 반도체 레이저의 경우에는, Cascade Blue 등의 형광 색소를 이용할 수가 있다.
측정 대상광 L12′를 이용한 다른 검출 방법으로서는, 라벨링 등을 행하지 않고 시료 A로부터의 산란광을 검출해도 좋다. 예를 들면, 레이저광이 시료 A를 통과했을 때에 발해지는 산란광을 검출해도 좋다.
그리고, 얻어진 위치 정보에 의거해서, 후속 광원(13)으로부터 지향성 광 L13이 조사 스폿 S13을 향해서 조사된다. 이 조사 조건은, 얻어진 위치 정보에 의거해서 조사 제어 수단에 의해서 제어된다.
유로(11)에서 시료 A가 이동하는 경우(도 1의 화살표 F 참조)에는, 시료 A가 유로(11)내를 이동하는 속도나 존재 위치 등에 따라서는, 지향성 광 L13을 조사하는 경우에 적지 않게 조사 불균일이 생겨 버린다. 즉, 종래에서는 지향성 광의 조사 스폿을 시료 A가 통과한 시간만을 검출·측정하고 있었기 때문에, 상세한 위치 정보를 얻을 수가 없었다. 이것에 의해, 시료 A에 지향성 광 L13을 필요 충분하게 조사할 수 없거나, 보다 장시간의 조사를 행할 필요가 있거나, 조사 스폿 지름을 크게 하거나 할 필요가 있었다.
특히, 시료 A의 크기가 유로(11)의 유로폭보다도 작은 경우에는, 유로(11)내에서 시료 A가 일정의(임의의) 자유도를 가지고 이동하기 때문에, 지향성 광 L13의 조사 스폿 S13의 빔 지름에 따라서는, 조사 불균일이나 조사 위치 어긋남이나 디포커스(초점 빗나감; defocus) 등이 생기는 경우도 있다. 이와 같은 것 등이, 지향성 광 L13의 조사 효율 저하의 한 요인으로 되고 있었다. 또, 이와 같은 문제를 해소하기 위해서, 지향성 광 L13을 항상(常時) 조사하거나 하고 있었기 때문에, 광원(13)의 짧은 수명화나 가동 시간의 제약을 받는다고 하는 등의 문제도 생기고 있었다.
이것에 대해서, 조사 제어 수단으로서, 미리 조사 스폿 S13의 전방(前方)에 서 시료 A의 위치 정보를 검출해 둠으로써, 유로(11)내의 시료 A의 이동 속도나 존재 위치나 층류폭(層流幅; laminar flow width) 등을 알 수가 있다. 조사 제어 수단으로서 상기 위치 정보에 의거해서 조사 스폿 S13의 조사 강도나 조사 시간이나 조사 위치 등을 조절할 수가 있다.
시료 A의 위치 정보라 함은, 유로(11)중에 존재하는 시료 A의 유속이나, 3차원의 존재 위치 등에 관한 정보를 가리키고, 유로(11)내에서의 시료 A의 벡터에 관련된 모든 정보를 포함한다.
본 발명에서는, 유로(11)중의 시료 A의 위치 정보를 얻음으로써, 지향성 광 L13의 조사 강도나 조사 시간이나 조사 위치 등을 조절하거나 최적화할 수가 있다. 그 결과, 조사 불균일이나 조사 위치 어긋남이나 디포커스 등을 개선할 수가 있다. 또, 위치 정보를 얻음으로써, 시료 A가 조사 스폿 S12로부터 조사 스폿 S13에까지 도달하는 시간 등을 예측할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 시료 A가 조사 스폿 S13에 도달했을 때에 지향성 광 L13을 조사하도록 제어할 수도 있다. 이 경우, 광원(13)으로부터 지향성 광 L13을 연속 조사할 필요가 없기 때문에, 광원의 수명이나 장치에의 부담 경감 등에 기여할 수가 있다.
예를 들면, 조사 스폿 S12로부터 조사 스폿 S13으로 시료 A가 이동하는 시간 등에 의거해서, 시료 A가 조사 스폿 S13에 도달하는 시간을 예측해서 지향성 광 L13을 조사하는 타이밍을 결정할 수도 있다. 지향성 광 L13을 상시 조사할 필요가 없어, 광원(13)의 수명을 더욱더 늘릴(연장시킬) 수가 있다. 이에 부가해서, 시료 의 깊이(Z 방향)도 포함하는 위치 정보나 시료의 이동 속도를 검출함으로써, 별도로 행하는 시료의 가공이나 처리나 분별 등의 공정에도 반영시킬 수가 있다. 보다 구체적으로는, 이들 공정을 행하는 트리거 타이밍으로서도 이용할 수 있다.
그리고, 본 발명의 광조사 장치(1)에서는, 필요에 따라서, 광원(13)으로부터 시료 A에 광조사함으로써 발생하는 광을, 측정광 L13′로서 검출할 수 있다. 이 경우, 이 광조사 장치(1)를 분광 측정 기기 등으로서 이용할 수가 있다. 구체적으로는, 광원(13)에 대응하는 수광부(15)를 설치할 수가 있다. 이 경우도, 앞서 기술한 바와 같이, 필요에 따라서 형광이나 산란광 등을 측정광으로서 검출할 수 있다.
또, 본 발명에서 유로(11)내에 존재하는 시료 A의 종류에 대해서는 한정되지 않는다. 예를 들면, 시료 A가 세포나 비즈 등의 미소 입자나 구조체 등이더라도 정확히 조사할 수 있다. 유로(11)내의 매체에 대해서는 유체이면 좋고, 여러 가지 용액이나 기체 등을 이용할 수가 있다. 시료 A의 종류나 조사 조건 등을 고려해서 매우 적합한 매체를 선택할 수 있다.
또, 상기 위치 정보를 반영시키는 것은 광조사를 행하는 광학계에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 시료의 위치 정보(특히 이동 속도 등)를 고려해서, 유로(11)중의 매체의 유속을 제어하는 수단을 설치할 수가 있다. 상기 위치 정보에 의거해서 유로(11)내의 매체의 유속을 조절함으로써, 시료 A에 대해서 보다 정확한 위치에 지향성 광 L13을 조사할 수 있다.
또, 지향성 광 L13의 조사 스폿 S13에서, 상기 위치 정보에 의거해서 조사 대상인 시료 A를 위치결정하는 수단을 설치할 수도 있다. 시료 A가 조사 스폿 S13으로 이송되어(보내져) 오는 타이밍을 가늠(計; expect)해서, 적절한 타이밍에서 소정 시간 동안 시료 A를 위치결정할 수도 있다. 이와 같은 위치결정 수단을 설치함으로써, 보다 정확한 위치에 지향성 광 L13을 조사할 수가 있다. 유속의 조절이나 위치결정을 행하는 수단은 한정되지 않고, 예를 들면 유속 자체를 조절하는 것이나, 유로를 탄성을 가지는 수지 등으로 구성해서, 그 유로폭을 압압(押壓; pressing) 등에 의해 변형시키는 것 등을 이용할 수가 있다.
광 L12의 조사 스폿 S12의 스폿 지름은 한정되지 않지만, 매우 적합하게는 유로(11)의 유로폭 Dy보다도 작은 것이 바람직하다. 유로폭 Dy보다도 작은 스폿 지름으로 함으로써, 유로폭 Dy 방향에서 어느 위치에 시료 A가 존재하고 있는지 보다 정확한 위치 정보를 얻을 수가 있다.
위치 정보를 얻는 광 L12의 조사 스폿 S12는, 지향성 광 L13의 조사 스폿 S13의 바로 앞(바로 앞의 상류)인 것이 바람직하다. 조사 스폿 S13의 바로 앞의 위치 정보를 얻음으로써, 지향성 광 L13의 조사 스폿 S13의 적절한 조사 목표 위치를 보다 정확히 얻을 수가 있다.
또, 지향성 광 L13의 조사 스폿 S13 등에서의 스폿 형상(形狀)이나 스폿 사이즈(예를 들면, 빔 지름)나 광량이나 에너지 프로파일 등은, 특별히 한정되지 않고, 사용 목적에 따라서 적당히 결정할 수가 있다.
도 2는, 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제2 실시형태의 개략도이다.
도 2의 부호 (2)는, 광조사 장치를 나타내고 있다. 그 광조사 장치(2)는, 위치 정보를 얻는 광조사의 조사 스폿의 위치 등이 제1 실시형태와 다르다. 이하, 제1 실시형태와의 공통점은 생략(割愛)하고, 상위점(相違点)을 중심으로 설명한다. 또, 도 2에서는, 광조사의 조사 스폿 위치에 대해서만 도시하고 있으며, 그 밖의 부위에 대해서는 생략(省略)하고 있다.
광조사 장치(2)는 유로(21)내에 존재하는 시료 A에 대해서, 위치 정보를 얻는 광을 복수의 조사 스폿 S22, S23, S24에 조사한다. 이것에 의해서 얻어진 위치 정보에 의거하여, 지향성 광을 조사 스폿 S25에 조사한다.
위치 정보를 얻는 광을 복수 개소의 조사 스폿 S22, S23, S24에 조사함으로써, 시료 A의 보다 상세한 위치 정보를 검출할 수가 있다.
예를 들면, 도 2에서, 시료 A가 조사 스폿 S22와 조사 스폿 S23에 걸친(跨; extend) 위치에 존재하고 있는 경우(도 2의 점선 영역 참조)에는, 조사 스폿 S22에 조사되는 광과, 조사 스폿 S23에 조사되는 광의 각각으로부터 얻어지는 측정 대상광(도시하지 않음)에 의거해서 시료 A의 위치 정보를 검출할 수 있다.
시료 A가 유로(21)의 유로 방향(Dx)과 폭방향(Dy)에 대해서 어느 위치에 존재하고 있는지를 보다 정확히 알기 위해서는, 복수의 조사 스폿을 유로 방향과 폭방향에 대해서 다른(異) 위치에 조사해 가는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에 의거해서 설명하면, 조사 스폿 S22의 후방(後方)의 아래쪽(下方)에 조사 스폿 S23을 설정하고, 조사 스폿 S23의 후방 또한 아래쪽에 조사 스폿 S24를 설정하고 있다. 이와 같은 배치로 함으로써, 시간차를 두고 시료 A의 위치 정보를 얻을 수도 있다.
또, 2차원(Dx와 Dy)의 검출에 한정되지 않고, 3차원의 위치 정보 검출을 행 하는 경우에 대해서도 마찬가지로, 복수의 조사 스폿의 포커스 위치를 조정해서 배치하는 것에 의해, 깊이 방향(Z 방향)의 위치 정보도 검출할 수 있다.
위치 정보를 얻는 광을 복수 개소에 조사하는 방법은 한정되지 않으며, 각 조사 스폿에 대응하는 광원을 복수 설치해도 좋고, 하나의 광원을 주사시켜 조사해도 좋고, 하나의 광원으로부터 발해지는 광을 분할 조사시켜도 좋다.
하나의 광원을 주사시키는 경우에는, 2차원 주사에 한정되지 않고, 유로(21)내의 깊이 방향을 포함시켜 3차원 주사하도록 해도 좋다. 주사 수단에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 종래 공지의 수법을 채용할 수가 있다.
그리고, 도시는 하지 않지만, 각 조사 스폿 S22, S23, S24에 대응한 검출기를 설치해 두고, 각각의 검출기에 의해서 얻어진 측정 데이터에 입각(踏)해서 시료 A의 정확한 위치 정보를 얻을 수가 있다.
도 3은, 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제3 실시형태의 개략도이다.
도 3의 부호 (3)은, 광조사 장치를 나타내고 있다. 그 광조사 장치(3)는, 위치 정보를 얻는 광조사의 조사 스폿 위치나 유로(31)의 형상 등이 제1 실시형태와 다르다. 이하, 제1 실시형태와의 공통점은 생략하고, 상위점을 중심으로 설명한다. 또, 도 3에서는, 광조사의 조사 스폿 위치에 대해서만 도시하고 있으며, 그 밖의 부위에 대해서는 생략하고 있다.
광조사 장치(3)는, 조사 위치 전방에 분기된 구조의 유로(31)를 가지고 있다. 이동 방향 F1, F2로부터 이송되어 온 시료 A가 합류해서 이동 방향 F3으로 이 송되어 옴으로써, 조사 위치로 이송되어 온다.
광조사 장치(3)는, 유로(31)내에 존재하는 시료 A에 대해서, 위치 정보를 얻는 광을 9개소의 조사 스폿 S32에 조사한다. 이것에 의해서 얻어진 위치 정보에 의거해서, 지향성 광을 조사 스폿 S33에 조사한다.
위치 정보를 얻는 광의 조사 스폿 S32를 유로(31)내에 복수 개소에 조사함으로써, 시료 A의 보다 상세한 위치 정보를 검출할 수가 있다. 광조사 장치(3)에서는, 유로(31)내를 대략 원고지 칸모양(grid form; 모눈모양)으로 분할해서 형성된 각 영역에 대해서, 위치 정보를 얻는 광을 조사한다.
유로(31)가 분기되어 있는 경우 등에서는, 시료 A가 유로(31)내를 회전하거나 해서 운동하면서 화살표 F3의 방향으로 이송되어 온다. 이와 같은 경우, 위치 정보를 얻는 광의 조사 스폿 S32를 보다 많이 설치해서, 유로(31)내의 유로 공간을 망라(網羅; cover)하도록 조사함으로써, 시료 A의 경시적(經時的)인 위치 정보도 얻을 수가 있다. 그 결과, 보다 정확한 위치 정보를 검출할 수가 있다.
도 4는, 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제4 실시형태의 개략도이다.
도 4의 부호 (4)는, 광조사 장치를 나타내고 있다. 그 광조사 장치(4)는, 위치 정보를 얻는 광조사의 조사 스폿이 지향성 광의 조사 스폿 전후에 설치되어 있는 점 등이 제1 실시형태와 다르다. 이하, 제1 실시형태 등과의 공통점은 생략하고, 상위점을 중심으로 설명한다. 또, 도 4에서는, 광조사의 조사 스폿 위치에 대해서만 도시하고 있으며, 그 밖의 부위에 대해서는 생략하고 있다.
광조사 장치(4)는 유로(41)내에 존재하는 시료 A에 대해서, 위치 정보를 얻는 광을 조사 스폿 S42에 조사한다. 그리고, 지향성 광을 조사 스폿 S43에 조사한다. 또, 조사 스폿 S43의 후방에 설치한 조사 스폿 S44에 위치 정보를 얻는 광을 조사한다. 위치 정보를 얻는 광을 조사 스폿 S42, S44에 조사함으로써, 보다 정확한 위치 정보를 얻을 수가 있다.
또, 지향성 광을 조사 스폿 S43에 조사한 후에, 위치 정보를 얻는 광을 조사 스폿 S44에 조사함으로써, 지향성 광을 조사한 시료 A가 유로(41)의 후방 영역에서 어느 위치에 존재하고 있는지 등을 알 수가 있다. 또, 전방의 조사 스폿 S42에서 측정 대상 광을 검출할 수 없었던 경우이더라도, 후방의 조사 스폿 S44에서 측정 대상광을 검출할 수 있기 때문에, 보다 상세한 위치 정보를 얻을 수가 있다. 이와 같이, 유로(41)의 후방 영역에서의 시료 A의 위치 정보도 지향성 광의 광조사에 반영시킬 수가 있다.
도시는 하지 않지만, 유로(41)의 후방에서 시료 A를 분취(소팅)하는 경우 등에서는, 시료가 유로(41)내의 어느 위치에 존재하고, 어느 정도의 속도로 분취 예정 위치까지 이동해 오는것인지 등에 대해서도 위치 정보를 반영할 수 있다. 이것에 대해서는 후술한다.
도 5는, 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제5 실시형태의 개략도이다.
도 5의 부호 (5)는, 광조사 장치를 나타내고 있다. 그 광조사 장치(5)는, 위치 정보를 얻는 광을 주사시켜 조사하는 점 등이 제1 실시형태 등과 다르다. 이하, 제1 실시형태 등과의 공통점은 생략하고, 상위점을 중심으로 설명한다. 또, 도 5에서는, 광조사의 조사 스폿 위치에 대해서만 도시하고 있으며, 그 밖의 부위에 대해서는 생략하고 있다.
광조사 장치(5)는, 유로(51)내에 존재하는 시료 A에 대해서 조사하는 조사 스폿으로서, 유로(51)의 폭방향에 조사 스폿 S521, S522, S523, S524, S525를 설치하고 있다. 그리고, 이 조사 스폿에의 광조사는, 하나의 광원을 주사함으로써 조사한다(도 5의 화살표 참조). 주사시켜 광조사를 행하는 조사 스폿 S521, S522, S523, S524, S525는, 위치 정보를 얻는 광의 조사 스폿이더라도 좋고, 지향성 광의 조사 스폿 등이더라도 좋다.
위치 정보를 얻는 광을 주사시킴으로써, 광원이 하나의 광원으로도 좋기 때문에, 장치 구성의 간이화가 가능하게 된다. 그리고, 이 위치 정보를 얻는 광도 지향성 광으로 하는 것이 바람직하다. 보다 매우 적합하게는, 유로(51)중에 존재하는 시료 A에 지향성 광을 조사하는 광조사 방법으로서, 상기 유로(51)의 유로폭보다도 작은 조사 스폿을 가지는 지향성 광을, 상기 유로(51)의 폭방향에 주사시키면서 상기 시료에 대해서 조사하는 것이 바람직하다.
또, 지향성 광을 주사하면서 조사함으로써 조사 스폿의 면강도(面强度) 밀도를 상대적으로 높게할 수가 있다(도 5의 사선 영역 등 참조). 그 결과, 광원의 원래(元) 파워의 저감이나, 이른바 레이저 집광 효율의 개선이나, 저소비 전력화에 공헌할 수 있다는 점에서 바람직하다.
그리고, 광주사에 의해 복수의 조사 스폿을 형성시키는 것은, 유로(51)의 소망의(원하는) 위치에서 행할 수가 있다. 따라서, 시료 A가 유로(51)내의 어떠한 위치에 존재하고 있다고 해도, 그 유로(51)내를 고속으로 광조사 스캔을 행함으로써 위치 정보의 검출이나, 측정 대상광(형광이나 산란광 등)의 검출을 행할 수가 있다.
지향성 광은 정속도(定速度)로 주사하는 것에 한정되지 않고, 사용 목적이나 조사 조건 등을 고려해서 적당히 변속으로 주사시켜도 좋지만, 고속으로 주사시키는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 유로(51)를 이동하는 시료 A에 대해서 보다 확실히 광조사할 수 있고, 나아가서는 복수회(複數回) 광조사할 수 있다. 특히, 바람직하게는 하기 식 (1)에 나타내는 조건에서 광조사하는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
Figure 112008060449937-PAT00001
식 (1)의 좌변은, 「조사 스폿 지름 D2」를 「유로(51)내에서의 시료 A의 이동 속도 ｖ1」로 나눈(나눗셈한) 것이다. 이것은, 시료 A가 조사 스폿 지름을 통과하는 시간을 근사(近似)하는 것이다. 조사 스폿 지름 D2는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 1㎛∼100㎛인 것이 바람직하다. 유로(51)내에서의 시료의 이동 속도 ｖ1은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.1m/s∼10m/s인 것이 바람직하다.
식 (1)의 우변은, 「유로폭 D1」을 「지향성 광의 주사 속도 ｖ2」로 나눈 것이다. 이것은, 유로폭을 지향성 광이 주사하기 위해서 소요되는 주사 시간을 근사하는 것이다. 유로폭 D1은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 10㎛∼1㎜인 것이 바람직하다. 지향성 광의 주사 속도 ｖ2는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 1m/s∼50m/s인 것이 바람직하다.
즉, 시료 A가 조사 스폿 지름을 통과하는 동안에, 적어도 1회는 유로폭의 전폭(全幅)에 광조사되게 된다. 따라서, 보다 많이 주사하기 위해서는, (D2/V1)이 (D1/2)에 비해서 충분히 큰 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, (D2/V1)이 (D1/ｖ2)의 2∼10배인 것이 바람직하다. 이 경우라면, 조사 스폿(예를 들면, 조사 스폿 S523)을 시료 A가 통과하는 동안에 2∼10회 주사할 수 있다. 이것에 의해, 지향성 광의 이용 효율(efficiency)을 높일 수가 있고, 복수회의 주사에 의한 검출 신호를 적산(積算)하는 것에 의해, 지향성 광의 S/N비를 더욱더 향상시킬 수가 있다. 예를 들면, 형광과 같이 비교적 어두운 대상을 취급하는 경우에는, 형광 신호를 높이면서 노이즈를 내릴수 있기 때문에, 특히 매우 적합하다.
또, 고속으로 주사시키는 것 이외에, 유로폭 D1을 보다 좁게 하는 것으로도 마찬가지 효과를 얻을 수 있다. 유로폭 D1을 좁게 함으로써, 조사 스폿의 주사 소요 시간(즉, D1/V2)을 단축할 수 있다. 이와 같은 주사 조건, 유로 구조로 함으로써, 시료에 대해서 복수회 광조사할 수가 있다. 예를 들면, N회 광조사할 수 있으 면, 그 신호를 적산하는 것에 의해서, (N)1/2배로 검출광 신호의 S/N비를 더욱더 향상시킬 수가 있다.
광조사의 주사 수단은 특별히 한정되지 않지만, 매우 적합하게는, 갈바노 미러나, 전기 광학 소자나, 폴리곤 미러나, MEMS 소자 등에 의해서 조사 스폿 S12를 주사시키는 것이 바람직하다. 특히, 전기 광학 소자는 가동부가 없기 때문에, 안정성이나 신뢰성이 특히 높다는 점에서 매우 적합하다. 또, 이들 주사 수단을 복수 이용해도 좋다.
도 6은, 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제6 실시형태의 개략도이다.
도 6의 부호 (6)은, 광조사 장치를 나타내고 있다. 그 광조사 장치(6)는, 위치 정보를 얻는 광과 지향성 광이 동일한 광원인 것을 특징으로 하고 있다. 이하, 제1 실시형태와의 공통점은 생략하고, 상위점을 중심으로 설명한다.
광조사 장치(6)는, 시료 A가 존재하는 유로(61)에 대해서 지향성 광으로서 레이저 조사를 행하는 장치이다. 광조사 장치(6)는, 레이저 광 L을 조사하는 광원(62)과, 레이저 제어 수단(63)과, 미러(64)와, 분광 소자(65)와, 대물 렌즈(66)를 구비하고 있다. 그리고, 측정 대상 광 L′를 검출하는 검출기(67)와 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(68)를 구비하고 있다.
광원(62)은 레이저 발진기를 이용할 수 있고, 이것에 의해 레이저 L이 출사(出射)된다. 출사된 레이저 L은, 레이저 제어 수단(63)에 의해서 소망의 조사 강도나 조사 파장이나 조사 스폿으로 되도록 제어할 수가 있다. 이 레이저 제어 수 단은 특별히 한정되지 않고, 사용 목적이나 조사하는 지향성 광의 종류 등을 고려해서 매우 적합한 수법을 채용할 수가 있다.
예를 들면, 레이저 L의 빔 지름을 조절하기 위해서, 빔 익스펜더 기능을 가지는 볼록 렌즈 등을 이용할 수가 있다.
그리고, 미러(64)를 거쳐서 분광 소자(65)에 입사된다. 그리고, 분광 소자(65)에 의해서 세갈래(3方; 3개의 레이저 빔)로 분할된 후, 대물 렌즈(66)를 경유해서 유로(61)의 각 조사 스폿(도시하지 않음)에 조사된다.
분광 소자로서는, 예를 들면 그레이팅이나 홀로그램이나 MEMS 소자나 프리즘 등을 이용할 수가 있다.
그레이팅은, 레이저 L을 복수로 나눌 수 있으면 좋고, 그의 종류나 구조 등은 한정되지 않는다. 그레이팅으로서는, 반사형(反射型) 그레이팅을 사용한 모노크로메터 등을 이용할 수가 있다. 그레이팅은 프리즘에 비해서 분산도(分散度)를 높게 할 수 있다는 점이나 파장 분해능이 뛰어나다는 등의 이점을 가진다.
홀로그램은, 입사 레이저광을 분할해서, 분할된 각 레이저 빔을 목표로 하는 소정의 위치에 입사시키는 기능을 가지고 있는 소자이다. 예를 들면, 레이저 발진기로부터 발해진(발사된) 레이저 L을 집광 렌즈로 집광하고, 이 집광된 레이저 L의 분할 조사를 행하는 각 조사 스폿(도시하지 않음)의 목표 위치에 맞추어 간섭 무늬 패턴을 형성한 홀로그램으로 투과시킴으로써 복수로 분할할 수가 있다.
MEMS 소자로서는, 예를 들면 압전 구동형(壓電驅動型)의 MEMS 소자를 이용할 수가 있다. 이 경우, MEMS 소자에 대해서 인가하는 전압의 크기를 제어함으로써, 레이저 L의 입사 방향으로부터 소정의 각도만큼 기울어진 방향으로 출사하도록 요동(搖動; oscillate)시킬 수가 있다. 이와 같은 MEMS 소자를 광원과 회절 광학 소자 등(도시하지 않음) 사이에 설치함으로써 레이저 L의 입사광의 파장마다 다른 회절 패턴을 투영시키는 것도 가능하다.
세갈래로 분할된 레이저 L은, 위치 정보를 얻는 광과 메인 조사 레이저의 각각의 조사 목적에 이용할 수가 있다. 즉, 하나의 레이저 광원으로부터 얻어지는 레이저를 분할 조사함으로써, 그의 일부를 위치 정보를 검출하기 위해서 이용할 수가 있다. 또, 분할하는 레이저광은 3개에 한정되지 않고, 소망하는 개수의 레이저광으로 분할해도 좋다.
그리고, 레이저를 유로(61)의 각 조사 스폿에 조사함으로써 얻어지는 각 측정 대상광 L′, L′, L′를 검출기(67, 67, 67)에서 검출한다. 검출부(67)에서 얻어진 측정 데이터는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에 의해서 디지털 신호로 변환되고, 위치 정보로서 CPU(도시하지 않음) 등에 의해서 연산 처리된다.
그리고, 얻어진 위치 정보는 레이저 제어 수단(63) 등에 이송됨으로써, 레이저의 조사 강도나 조사 시간 등에 반영시킬 수가 있다. 또, 별도로 시료의 가공이나 처리나 분별을 행하는 경우에는, 이들의 트리거 신호로서 반영시킬 수도 있다.
이와 같이, 하나의 광원(62)을 이용해서, 복수의 지향성 광을 조사할 수 있는 구성이기 때문에, 광학계의 구성을 보다 간편하게 할 수 있고, 장치 전체의 구성을 간이화할 수 있다는 점에서 매우 적합하다.
레이저 광원과, 이 레이저 광원으로부터 발해진 레이저광을 각 조사 스폿에 인도하는 출사 광학계와, 상기 조사 스폿에서 발생한 측정 대상광을 검출하는 광학 검출계와, 이 광학 검출계에 의해 얻어진 측정 데이터를 연산 처리함으로써 위치 정보로서 얻는 연산 처리부와, 적어도 메인 레이저광의 조사를 상기 위치 정보에 의거해서 제어하는 조사 제어 수단을 구비하고, 각 조사 스폿은, 적어도 하나의 레이저광을 분할함으로써 조사되는 광조사 장치로 할 수가 있다.
이와 같이, 위치 정보를 조사 제어 수단에 피드백시킴으로써, 보다 정확한 위치에 메인 레이저를 조사할 수 있다. 또, 하나의 광원으로부터 출사되는 레이저를 분할해서 조사함으로써, 장치 구성의 간편화가 가능하게 되며, 광원의 수도 줄일 수 있기 때문에 경제적이며, 메인터넌스도 경감할 수 있다.
이 광조사 장치(6)의 조사 스폿의 패턴 등에 대해서는, 도 1∼도 5에 도시한 각 실시형태의 조사 스폿의 패턴을 적당히 채용하는 것이 가능하다. 사용 목적 등을 고려해서 적당히 매우 적합한 조사 스폿의 패턴을 결정할 수 있다.
본 발명에 관계된 광조사 장치 및 광조사 방법은, 여러 가지 기술 분야에 응용할 수 있고, 예를 들면 입자 지름 분포 측정이나 유체 화상 해석이나 3차원 측정이나 레이저 현미경 등을 비롯한 지향성 광을 이용한 계측 장치·해석 장치에 응용할 수 있다. 그 중에서도, 유로중에 존재하는 시료에 대해서 조사를 행하는 기술로서, 미소 입자를 측정 대상으로 하는 미립자 해석 장치 등에 매우 적합하게 이용할 수가 있다.
미립자 해석 장치로서는, 플로 사이토메터나 비즈 어세이(beads assay)(플로 비즈 어세이) 등의 해석 장치를 들 수 있다. 즉, 미소 입자에 대해서 광조사를 행 하고, 얻어지는 형광이나 산란광의 측정 대상광을 검출함으로써, 미소 입자를 분취하는 것 등을 행하는 기술에 응용할 수가 있다.
또, 본 발명의 미립자 해석 장치는, 상기 위치 정보에 의거해서 유로에 존재하는 시료를 가공하는 가공부를 더 설치할 수가 있다. 또, 상기 위치 정보에 의거해서 유로에 존재하는 시료를 처리하는 처리부를 설치할 수가 있다. 나아가서는, 상기 위치 정보에 의거해서 유로에 존재하는 시료를 분별하는 분별부를 설치할 수가 있다.
본 발명에서는, 단순히 광조사 장치에, 이들 가공부나 처리부나 분별부를 조합 뿐만 아니라, 시료의 위치 정보를 이들 부위에 피드백시킬 수가 있다. 이것에 의해, 가공이나 처리나 분별 등의 공정도 정확하게 또한 효율좋게 행할 수가 있다.
가공부는, 시료에 대해서 어떠한 손질을 가하는 것을 포함하고, 예를 들면 기계 가공, 레이저 가공, 표면 가공 등을 시료에 대해서 행하는 것을 들 수 있다. 처리부는, 시료에 대해서 어떠한 처치를 행하는 것을 포함하고, 예를 들면 화학적 처리, 물리적 처리, 활성화 처리, 가열 처리, 세정 처리 등을 시료에 대해서 행하는 것을 들 수 있다. 분별부는, 시료를 어떠한 기준에 의거해서 나누는 것을 포함하고, 예를 들면 시료의 분리, 분취(소팅) 등을 행하는 것을 들 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 미립자 해석 장치를 플로 사이토메트리로서 이용하는 경우에는, 미소 입자의 크기나 구조 등을 측정하는 것만을 목적으로 하는 것이나, 또 측정된 크기나 구조 등에 의거해서 소망의 미소 입자를 분취할 수 있도록 구성할 수가 있다. 이 중, 특히 세포의 분취를 행하는 것을 셀 소터로서 이용할 수도 있다. 이들 셀 소터에 의하면, 매초 수만∼10만이라고 하는 세포의 고속 측정 및 분취가 가능하다.
미소 입자를 소팅할 때에, 본 발명의 광조사 기술을 광학적 검출 기구에 이용할 수가 있다. 즉, 유로중에 존재하는 미소 입자(생체 세포 등)에 대해서 정확한 위치에 레이저 조사하는 것이 가능하기 때문에, 생체 세포중에 아주 조금 존재하는 줄기(幹) 세포 등이더라도 정확하게 또한 효율좋게 소팅할 수가 있다.
이와 같이, 유로내에 존재하는 미소 입자(세포나 비즈 등)에 대해서, 조사 누락(빠짐, 결락) 등이 적은 적절한 레이저 조사를 행할 수 있기 때문에, 보다 고정밀도의 검출이 가능하게 된다. 나아가서는, 리얼타임의 검출도 가능한 미립자 해석 장치로 할 수도 있다는 점에서 매우 적합하다.
본 발명에 관계된 광조사 장치, 미립자 해석 장치 및 광조사 방법에 의하면, 보다 정확한 지향성 광의 조사가 가능하기 때문에, 각종 측정 기기나 분석 기기를 비롯한 폭넓은 분야에 응용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제1 실시형태의 개략도,
도 2는 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제2 실시형태의 개략도,
도 3은 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제3 실시형태의 개략도,
도 4는 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제4 실시형태의 개략도,
도 5는 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제5 실시형태의 개략도,
도 6는 본 발명에 관계된 광조사 장치의 제6 실시형태의 개략도.
[부호의 설명]
1, 2, 3, 4, 5, 6: 광조사 장치, 11, 21, 31, 41, 51, 61: 유로, A:　시료.

Claims (7)

  1. 유로(流路)에 존재하는 시료에 지향성(指向性) 광을 조사(照射)하는 광조사 장치로서,
    상기 지향성 광을 조사하는 광원과,
    상기 시료에 광조사를 해서 상기 유로내에서의 상기 시료의 위치 정보를 얻고, 상기 위치 정보에 의거해서 상기 지향성 광의 조사를 제어하는 조사 제어 수단
    을 적어도 구비한 광조사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치 정보를 얻는 광의 조사 목표 위치는, 상기 지향성 광의 조사 목표 위치보다도 상기 유로의 상류(上流)의 위치인 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치 정보를 얻는 광은, 상기 유로내의 복수 개소에 조사되는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위치 정보를 얻는 광은, 상기 지향성 광을 분할 조사함으로써 얻어지는 광인 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
  5. 지향성 광을 조사하는 광원과,
    유로내에서의 미립자에 광조사를 해서, 상기 유로내에서의 미립자의 위치 정보를 얻고, 상기 위치 정보에 의거해서 상기 지향성 광의 조사를 제어하는 조사 제어 수단
    을 적어도 구비한 광조사부를 구비한 미립자 해석 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 위치 정보에 의거해서 상기 유로에 존재하는 미립자를 가공하는 가공부,
    상기 위치 정보에 의거해서 상기 유로에 존재하는 미립자를 처리하는 처리부,
    상기 위치 정보에 의거해서 상기 유로에 존재하는 미립자를 분별하는 분별부의 적어도 어느것인가를 더 구비한 것을 특징으로 하는 미립자 해석 장치.
  7. 유로에 존재하는 시료에 지향성 광을 조사함에 있어서,
    상기 시료에 광을 조사해서 상기 유로내에서의 상기 시료의 위치 정보를 얻고,
    그 위치 정보에 의거해서 상기 지향성 광을 상기 시료에 조사하는 것을 적어도 행하는 광조사 방법.
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