DE60115064T2

DE60115064T2 - Analyseeinrichtung und -verfahren für flüssigkeitshaltige substanzen

Info

Publication number: DE60115064T2
Application number: DE60115064T
Authority: DE
Inventors: Osamu Yogi; Tomonori Kawakami; Mitsuru Ishikawa
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2021-08-11
Also published as: JP4494606B2; US20030170732A1; EP1316795A1; WO2002014842A1; WO2002014842A9; JP2002055051A; EP1316795A4; DE60115064D1; US6881587B2; EP1316795B1; AU2001278710A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft eine Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen sowie ein Analyseverfahren für das Analysieren von in einer Flüssigkeit enthaltenen Substanzen und insbesondere jene, die für die Analyse von Mikrovolumen von Flüssigkeiten verwendet werden.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Techniken für das Analysieren von in einer Flüssigkeit enthaltenen Substanzen gibt es bereits seit einiger Zeit. Als Verfahren zum Spezifizieren der Position einer Flüssigkeit, die in einer solchen Analyse von in Flüssigkeiten enthaltenen Substanzen analysiert wird, sind Verfahren bekannt, bei denen Mikrotiterplatten verwendet werden, und Verfahren, bei denen im Vorhinein auf einem Substrat, auf das eine Flüssigkeit aufgetropft werden soll, Markierungen für die Positionierung angelegt werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die oben genannten Verfahren zum Spezifizieren der Position einer Flüssigkeit wiesen jedoch aufgrund einer Verschlechterung der Positionsgenauigkeit beim Auftropfen von Flüssigkeit die folgenden Probleme auf, wenn die Menge der zu analysierenden Flüssigkeit sehr gering wurde. Das heißt, derzeitige Mikrotiterplatten eignen sich nicht für die Realisierung hoher Dichten und können erst gar nicht für Mikrovolumen von Flüssigkeiten angewendet werden. Mit Verfahren, bei denen Markierungen für das Positionieren im Vorhinein auf einem Substrat angelegt werden, auf das eine Flüssigkeit aufgetropft werden soll, war es schwierig festzustellen, an welcher Position auf dem Substrat die Flüssigkeit aufgetropft worden war, da sich ein genaues Auftropfen eines Mikrovolumens der Flüssigkeit auf die Position, an der eine Markierung vorgenommen worden war, als schwierig erwies.
Wenn die Flüssigkeitsmenge äußerst gering ist, verdunstet die Flüssigkeit des Weiteren sehr schnell, und bei Flüssigkeitsarten, die beim Auftropfen auf ein Substrat sofort verdunsten, war es noch schwieriger, die Position der Flüssigkeit festzustellen.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht daher in der Lösung der oben genannten Probleme und in der Bereitstellung einer Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen sowie eines Analyseverfahrens für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen, mit denen es möglich ist, die Positionen von Mikrovolumen einer Flüssigkeit problemlos festzustellen und dadurch auch in der Flüssigkeit enthaltene Substanzen ohne Weiteres zu analysieren.
Eine erfindungsgemäße Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen umfasst Folgendes: ein hochglanzpoliertes Substrat, auf das eine zu analysierende Flüssigkeit getropft wird, eine erste Lichtquelle für das Beleuchten des Substrates, einen Lichtempfänger, der Streulicht erfasst, das durch das Streuen von Licht von der ersten Lichtquelle durch die Flüssigkeit oder die Spur von Flüssigkeit, die auf das Substrat getropft worden ist, entsteht, einen Positionsdetektor, der auf der Grundlage des vom Lichtempfänger erfassten gestreuten Lichts die Position erfasst, auf die die Flüssigkeit getropft worden ist, eine zweite Lichtquelle, die die vom Positionsdetektor erfasste Position mit Licht einer kürzeren Wellenlänge als das von der ersten Lichtquelle ausgegebene Licht beleuchtet, einen Fluoreszenzdetektor, der Fluoreszenz erfasst, die durch die Anregung der Flüssigkeit oder der Spur von Flüssigkeit durch das von der zweiten Lichtquelle ausge strahlte Licht entsteht, und einen Analysator, der mithilfe der vom Fluoreszenzdetektor erfassten Fluoreszenz in der Flüssigkeit enthaltene Substanzen analysiert.
Durch Bestrahlen des hochglanzpolierten Substrates mit Licht und Verwenden des sich ergebenden Streulichtes aus der Flüssigkeit oder der Spur von Flüssigkeit auf dem Substrat lässt sich ohne Weiteres die Position erfassen, an der sich die Flüssigkeit befindet. Das heißt: Da das hochglanzpolierte Substrat kein Streulicht verursacht, lässt sich, wenn Streulicht vorkommt, aussagen, dass die Flüssigkeit oder die Spur von Flüssigkeit vorhanden ist. Wenn man dann die Position, an der die Flüssigkeit oder die Spur von Flüssigkeit erfasst worden ist, mit Licht aus der zweiten Lichtquelle bestrahlt und die Fluoreszenz analysiert, die durch das Anregen der in der Flüssigkeit enthaltenen Substanzen emittiert wird, lassen sich die in einem Mikrovolumen der Flüssigkeit enthaltenen Substanzen problemlos analysieren.
Bei der oben beschriebenen Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen kann die zweite Lichtquelle so positioniert sein, dass das von ihr ausgegebene Licht die Senkrechte zur Substratebene schneidet, und der Fluoreszenzdetektor kann in der Richtung der Senkrechten zur Substratebene positioniert sein.
Wenn also das von der zweiten Lichtquelle ausgegebene Licht so einfällt, dass es die Richtung der Senkrechten zur Substratebene schneidet, und man die von diesem Licht angeregte Fluoreszenz mithilfe eines Fluoreszenzdetektors erfasst, der in der Richtung der Senkrechten zur Substratebene positioniert ist, dann lässt sich verhindern, dass das von der zweiten Lichtquelle ausgegebene reflektierte Licht direkt auf den Fluoreszenzdetektor fällt, wodurch eine schwache Fluoreszenz erfasst werden kann.
Bei der oben beschriebenen Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen kann auch die Oberfläche des Substrates mit einem wasserlöslichen organischen Dünnfilm beschichtet sein.
Wenn das Substrat mit einem wasserlöslichen organischen Dünnfilm beschichtet ist, ändert sich die Substratoberfläche an einem Teil, auf den eine Flüssigkeit aufgetropft worden ist, wodurch eine Spur der Flüssigkeit erfasst werden kann, selbst wenn die Flüssigkeit verdunstet.
Bei der oben beschriebenen Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen kann es sich bei dem Substrat auch um ein Siliziumsubstrat handeln, auf dem sich ein natürlicher Oxidationsfilm gebildet hat.
Wenn ein solches Siliziumsubstrat verwendet wird, auf dem sich ein natürlicher Oxidationsfilm gebildet hat, ändert sich die Substratoberfläche eines Abschnittes, auf den eine Flüssigkeit aufgetropft worden ist, durch die Bildung eines neuen Siliziumoxidfilms, wodurch eine Spur der Flüssigkeit erfasst werden kann, selbst wenn die Flüssigkeit verdunstet.
Die oben beschriebene Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen kann ferner mit einem Tisch ausgestattet sein, auf den das Substrat gesetzt und mit dem das Substrat so bewegt wird, dass Licht von der ersten Lichtquelle auf das Substrat strahlt.
Indem man das Substrat somit auf den Tisch platziert und beweglich macht, können die Beleuchtungspositionen des von der ersten und der zweiten Lichtquelle ausgegebenen Lichts, das das Substrat beleuchtet, verschoben werden.
Ein erfindungsgemäßes Analyseverfahren für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen umfasst Folgendes: einen Flüssigkeitstropfschritt, bei dem eine zu analysierende Flüssigkeit auf ein hochglanzpoliertes Substrat getropft wird, einen Lichtbestrahlungsschritt, bei dem das Substrat mithilfe einer ersten Lichtquelle mit Licht beleuchtet wird, einen Streulichterfassungsschritt, bei dem Streulicht erfasst wird, das durch das Streuen von Licht von der ersten Lichtquelle durch die Flüssigkeit oder die Spur von Flüssigkeit, die in dem Flüssigkeitstropfschritt auf das Substrat getropft worden ist, entsteht, einen Positionserfassungsschritt, bei dem auf der Grundlage des in dem Streulichterfassungsschritt erfassten Streulichts die Position erfasst wird, auf die die Flüssigkeit getropft worden ist, einen zweiten Lichtbestrahlungsschritt, bei dem die in dem Positionserfassungsschritt erfasste Position mit Licht von einer zweiten Lichtquelle beleuchtet wird, die Licht mit einer kürzeren Wellenlänge als das von der ersten Lichtquelle ausgegebene Licht ausgibt, einen Fluoreszenzerfassungsschritt, bei dem die Fluoreszenz erfasst wird, die durch die Anregung der Flüssigkeit oder der Spur von Flüssigkeit durch das im zweiten Lichtbestrahlungsschritt ausgestrahlte Licht entsteht, und einen Analyseschritt, bei dem auf der Grundlage der in dem Fluoreszenzerfassungsschritt erfassten Fluoreszenz in der Flüssigkeit enthaltene Substanzen analysiert werden.
Durch Beleuchten des hochglanzpolierten Substrates mit Licht und Verwenden des sich ergebenden Streulichtes aus der Flüssigkeit oder der Spur von Flüssigkeit auf dem Substrat lässt sich ohne Weiteres die Position erfassen, an der sich die Flüssigkeit befindet. Das heißt: Da das hochglanzpolierte Substrat kein Streulicht verursacht, lässt sich, wenn Streulicht vorkommt, aussagen, dass die Flüssigkeit oder die Spur von Flüssigkeit vorhanden ist.
Wenn man dann die Position, an der die Flüssigkeit oder die Spur von Flüssigkeit erfasst worden ist, mit Licht aus der zweiten Lichtquelle beleuchtet und die Fluoreszenz analy siert, die durch das Anregen der in der Flüssigkeit enthaltenen Substanzen emittiert wird, lassen sich die in dem Mikrovolumen der Flüssigkeit enthaltenen Substanzen problemlos analysieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen in einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm, das die Operationen der Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen in der ersten Ausführungsform zeigt.
Die 3A, 3B, 3C und 3D sind schematische Darstellungen, die Abbildungen des Streulichtes und der Fluoreszenz bei der Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen in der ersten Ausführungsform zeigen.
4 ist eine schematische Darstellung, die eine Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen in einer zweiten Ausführungsform zeigt.
Die 5A und 5B sind schematische Darstellungen, die Abbildungen des Streulichtes und der Fluoreszenz für den Fall zeigen, dass ein Siliziumsubstrat verwendet wird.
Die 6A, 6B, 6C und 6D sind schematische Darstellungen, die Abbildungen des Streulichtes und der Fluoreszenz für den Fall zeigen, dass in einer Charge eine Fluoreszenzanalyse durchgeführt wird.
BESTE ARTEN DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen von Analyseeinrichtungen für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen gemäß dieser Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen ausführlich beschrieben. Bei der Beschreibung der Zeichnungen werden gleiche Elemente mit den gleichen Zeichen versehen, und auf überflüssige Bescheibungen wird verzichtet.
1 ist eine schematische Darstellung, die die Anordnung einer Analyseeinrichtung 10 für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen (nachfolgend als „Analyseeinrichtung" bezeichnet) zeigt. Die Analyseeinrichtung 10 umfasst einen motorbetriebenen beweglichen Tisch 12, ein Substrat 14, das auf den motorbetriebenen beweglichen Tisch 12 gesetzt worden ist, einen Flüssigkeitstropfer 16 zum Auftropfen einer zu analysierenden Flüssigkeit L auf das Substrat 14 und eine erste Lichtquelle 18 und eine zweite Lichtquelle 20, die beide das Substrat 14 und die auf das Substrat 14 aufgetropfte Flüssigkeit L mit Licht beleuchten.
Das Substrat 14, das auf den motorbetriebenen beweglichen Tisch 12 gesetzt wird, ist hochglanzpoliert. Senkrecht auf das Substrat 14 fallendes Licht wird somit in zum Substrat 14 senkrechter Richtung reflektiert. Die Oberfläche des Substrats 14 ist auch mit einem wasserlöslichen Dünnfilm 14x beschichtet.
Der Dünnfilm 14x wird von einem wasserlöslichen organischen Dünnfilm, insbesondere von wasserlöslichem PVAL (Polyvinylalkohol) gebildet.
Die erste Lichtquelle 18 ist so positioniert, dass sie Licht im Wesentlichen parallel zur Substratebene ausgibt. Ein erster teildurchlässiger Spiegel 22 ist auf der optischen Ausgabeachse der ersten Lichtquelle 18 positioniert und in Bezug zur optischen Achse um 45° geneigt. Das von der ersten Lichtquelle 18 ausgegebene Licht wird dabei im rechten Winkel in Richtung des Substrates 14 abgewinkelt. Das von dem ersten teildurchlässigen Spiegel 22 ausgegebene abgewinkelte Licht beleuchtet das Substrat 14. Zwischen dem ersten teildurchlässigen Spiegel 22 und dem Substrat 14 ist ein Objektiv 26 angeordnet, und das von der ersten Lichtquelle 18 ausgegebene Licht beleuchtet mithilfe des Objektivs 26 ein vorgegebenes Gebiet (nachfolgend wird dieses vorgegebene Gebiet als „Messpunkt" bezeichnet) R auf dem Substrat 14.
Bei dem Objektiv 26 handelt es sich vorzugsweise um eine Dunkelfeldlinse. Der Grund dafür besteht darin, dass das Substrat 14 bei einem Dunkelfeldobjektiv 26 in einem Winkel in Bezug zur Substratsenkrechten mit Beleuchtungslicht bestrahlt und das (vom Substrat) reflektierte Licht, das in die Richtung der Substratsenkrechten gelenkt wird, dadurch verringert wird, wodurch man ein Streulichtbild mit hohem Kontrast erhalten kann. Eine optische Einrichtung 28 für das Einstellen der Brennweite ist auf der optischen Ausgabeachse an einer Position in der Nähe der ersten Lichtquelle 18 angeordnet, damit eine Anordnung bereitgestellt wird, die es ermöglicht, dass das erste und das zweite Licht, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, so eingestellt werden können, dass die Brennweite gleich ist.
Bei der zweiten Lichtquelle 20 handelt es sich um eine Lichtquelle, die Licht mit einer kürzeren Wellenlänge ausgibt als die erste Lichtquelle 18, sowie um eine Erregerlichtquelle zum Erzeugen von von der Flüssigkeit L ausgehender Fluoreszenz. Die zweite Lichtquelle 20 gibt im Wesentlichen senkrecht zum Substrat 14 Licht aus und ist so angeordnet, dass ihre optische Achse die optische Achse des von der ersten Lichtquelle 18 ausgegebenen Lichts schneidet. An der Position, an der das von der zweiten Lichtquelle 20 und das von der ersten Lichtquelle 18 ausgegebene Licht sich schneiden, ist ein zweiter teildurchlässiger Spiegel 24 so angeordnet, dass er in Bezug zur optischen Ausgabeachse der zweiten Lichtquelle 20 um 45°geneigt ist, und das von der zweiten Lichtquelle 20 ausgegebene Licht wird dadurch abgewinkelt und dazu veranlasst, sich an der gleichen optischen Achse entlang fortzubewegen wie das von der ersten Lichtquelle 18 ausgegebene Licht und am Messpunkt R auf dem Substrat 14 einzutreffen.
Der motorbetriebene bewegliche Tisch 12 kann das Substrat 14 so bewegen, dass im Wesentlichen das gesamte Gebiet des Substrates 14 mithilfe des Messpunktes R untersucht werden kann. Der Flüssigkeitstropfer 16 zum Auftropfen der zu messenden Flüssigkeit L ist auch über dem motorbetriebenen beweglichen Tisch 12 angeordnet, und der motorbetriebene bewegliche Tisch 12 kann das Substrat 14 in eine Position bewegen, an der die Flüssigkeit L vom Flüssigkeitstropfer 16 aufgetropft werden soll.
Die Analyseeinrichtung 10 umfasst einen Lichtempfänger 30, der Streulicht erfasst, das durch das Streuen von von der ersten Lichtquelle 18 ausgegebenem Licht durch die Flüssigkeit L oder die Spur von Flüssigkeit L auf dem Substrat 14 entsteht und auf das Substrat 14 strahlt, und einen Fluoreszenzdetektor 32, der die von der Flüssigkeit L emittierte Fluoreszenz erfasst, die durch das Licht entsteht, das von der zweiten Lichtquelle 20 ausgegeben wird und auf die auf das Substrat 14 aufgetropfte Flüssigkeit L strahlt.
Der Lichtempfänger 30 erfasst das durch die Flüssigkeit L oder eine Spur von Flüssigkeit L auf dem Substrat 14 entstehende Streulicht. Der Lichtempfänger 30 ist so über dem Substrat 14 angeordnet, dass er auf der gleichen Geraden liegt wie das Substrat 14 und das Objektiv 26. Vor der lichtaufnehmenden Oberfläche des Lichtempfängers 30 ist ein optisches Filter 36 zum Entfernen von Umgebungslicht angeordnet. Zwischen dem ersten teildurchlässigen Spiegel 22 und dem optischen Filter 36 ist ein teildurchlässiger Spiegel 34 so angeordnet, dass er in Bezug zur Senkrechten zur Substratebene um 45° geneigt ist und das Licht vom Substrat 14 in einer senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Richtung teilt.
Der Fluoreszenzdetektor 32 ist auf der optischen Achse des geteilten Lichts angeordnet. Der Fluoreszenzdetektor 32 erfasst die Fluoreszenz, die aufgrund der Anregung von in der Flüssigkeit L enthaltenen Substanzen durch das von der zweiten Lichtquelle 20 ausgegebene Licht emittiert wird. Vor der lichtaufnehmenden Oberfläche des Fluoreszenzdetektors 32 ist auch ein optisches Filter 38 zum Entfernen des reflektierten Lichts des von der zweiten Lichtquelle 20 ausgegebenen Erregerlichts angeordnet.
Die Analyseeinrichtung 10 weist ferner einen Computer 40 auf. Der Computer 40 ist mit der ersten Lichtquelle 18, der zweiten Lichtquelle 20, dem motorbetriebenen beweglichen Tisch 12 und dem Flüssigkeitstropfer 16 verbunden und steuert die jeweiligen Operationen dieser Komponenten. Der Computer 40 ist auch mit dem Lichtempfänger 30 und dem Fluoreszenzdetektor 32 verbunden, hat die Funktion, auf der Grundlage des von den Einrichtungen 30 und 32 erfassten Lichts Bildverarbeitung und Datenanalyse durchzuführen, und fungiert daher als Positionsdetektor und als Analysator.
Es sollen nunmehr die Operationen der Analyseeinrichtung 10 und begleitend dazu ein Analyseverfahren dieser Ausführungsform für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen beschrieben werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Bereich, auf den die zu analysierende Flüssigkeit aufgetropft wird, d.h. der Bereich, in dem die Möglichkeit besteht, dass die Flüssigkeit L oder eine Spur von Flüssigkeit L auf dem Substrat 14 vorliegt, als „Messbereich" bezeichnet.
Zunächst wird das hochglanzpolierte Substrat 14 mit einem Dünnfilm 14x beschichtet (S10) und auf die Oberfläche des motorbetriebenen beweglichen Tisches 12 gesetzt. Dann wird das Substrat 14 von dem motorbetriebenen beweglichen Tisch 12 so bewegt, dass sich der Messbereich in der Position befindet, auf die vom Flüssigkeitstropfer 16 Flüssigkeit getropft wird. Danach wird mithilfe des Flüssigkeitstropfers 16 ein Mikrovolumen der Flüssigkeit L auf das Substrat 14 getropft (S12).
Das Substrat 14 wird dann von dem motorbetriebenen beweglichen Tisch 12 so bewegt, dass sich der Messpunkt R im Messbereich befindet (S14). Der motorbetriebene bewegliche Tisch 12 wird einmal angehalten, Licht von der ersten Lichtquelle 18 wird ausgegeben, und der Messpunkt R des Substrats 14 wird mit Licht beleuchtet (S16). Das durch die Flüssigkeit L oder die Spur von Flüssigkeit L auf dem Substrat 14 entstehende Streulicht wird dann vom Lichtempfänger 30 erfasst (S18).
Anhand des Ergebnisses der Erfassung durch den Lichtempfänger 30 kann eine Aussage darüber getroffen werden, ob sich Flüssigkeit L oder eine Spur von Flüssigkeit L im Messpunkt R des Substrats 14 befindet (S20). Diese Aussage ist davon abhängig, ob Streulicht erfasst worden ist oder nicht. Das heißt, da das Substrat 14 hochglanzpoliert ist, wird das Beleuchtungslicht aus der ersten Lichtquelle 18 nicht vom Substrat 14 gestreut.
Wird daher Streulicht erfasst, kann ausgesagt werden, dass sich entweder Flüssigkeit L oder eine Spur von Flüssigkeit L auf dem Substrat 14 befindet. Wenn sich Flüssigkeit L auf dem Substrat 14 befindet, wird auf das Substrat 14 strahlendes Licht durch diese Flüssigkeit L gestreut, da sie wie ein Spiegel wirkt. Selbst wenn die Flüssigkeit L verdunstet ist, bleibt eine Spur von Flüssigkeit L übrig, da sich der Dünnfilm 14x, mit dem die Oberfläche des Substrats 14 beschichtet worden ist, auflöst und die Oberfläche des Substrats 14 hierdurch verändert wird, wenn die Flüssigkeit L aufgetropft wird, und das vom Substrat 14 ausstrahlende Licht wird dadurch gestreut.
Gelangt man daher zu der Aussage, dass Flüssigkeit L oder eine Spur von Flüssigkeit L vorhanden ist, wird das Streulicht vom Computer 40 analysiert, um die Position der Flüssigkeit L zu erfassen (S22). Das heißt, wenn die Flüssigkeit L vorliegt, lässt sich damit ihre Position erfassen, da das Beleuchtungslicht von der Flüssigkeit L selbst gestreut wird. Die Position, auf die die Flüssigkeit L aufgetropft worden ist, kann, selbst wenn die Flüssigkeit L verdunstet ist, durch Analysieren des Streulichts erfasst werden, da die Oberfläche des Substrats 14, die durch die aufgetropfte Flüssigkeit L verändert worden ist, eine Wölbung aufweist, die die Stelle umgibt, an der sich die Flüssigkeit L vorher befand.
Die 3A und 3B stellen spezifische Beispiele dar. 3A ist eine schematische Darstellung, die eine Abbildung von von dem Lichtempfänger 30 erfasstem Streulicht S zeigt. Durch Analysieren dieses Streulichts S mithilfe des Computers 40 kann auf der Oberfläche des Substrates 14, die von der aufgetropften Flüssigkeit L verändert worden ist, wie in 3B gezeigt ein Umriss (Spur von Flüssigkeit L) B bestimmt werden. In diesem Fall liegt die Position D, auf die die Flüssigkeit L getropft wurde, auf der Innenseite des Umrisses B.
Gelangt man andererseits zu der Aussage, dass weder die Flüssigkeit L noch eine Spur von Flüssigkeit L vorliegt, kehrt man zu dem Schritt (S14) zurück, bei dem mithilfe des motorbetriebenen beweglichen Tisches 12 das Substrat 14 bewegt wird. Damit hier mithilfe des Messpunktes R der gesamte Messbereich des Substrats 14 abgedeckt werden kann, wird das Substrat 14 so bewegt, dass sich der Messpunkt R nach dem Bewegen des Substrates 14 neben dem Messpunkt R befindet, der soeben mit Licht bestrahlt worden ist.
Wenn die Position der Flüssigkeit L oder einer Spur von Flüssigkeit L erfasst worden ist, wird von der zweiten Lichtquelle 20 Licht ausgegeben, das auf die erfasste Position D strahlt (S24). Die erfasste Position D befindet sich wie in 3B gezeigt auf der Innenseite des Umrisses B. Die von der Flüssigkeit L oder der Spur von Flüssigkeit L angeregte Fluoreszenz wird dann vom Fluoreszenzdetektor 32 erfasst (S26). Eine Abbildung der erfassten Fluoreszenz F ist in 3C gezeigt.
Da wie in 3D gezeigt die Fluoreszenz F, die durch das Anregen von in der Flüssigkeit enthaltenen Substanzen entsteht, an der Position vorliegt, an der die Flüssigkeit L oder die Spur von Flüssigkeit L erfasst worden ist, wird, wenn die in der Flüssigkeit L enthaltenen Substanzen analysiert werden sollen, der Bereich der erfassten Position D mit Erregerlicht bestrahlt und untersucht. Die vom Fluoreszenzdetektor 32 erfasste Fluoreszenz wird dann analysiert, und die Analyseergebnisse werden mithilfe des Computers 40 aufbewahrt (S28).
Danach trifft die Analyseeinrichtung 10 eine Aussage darüber, ob Messungen für den gesamten Messbereich vorgenommen worden sind (S30), und wenn dies der Fall ist, werden die Messungen abgeschlossen. Sind jedoch nicht für den gesamten Messbereich Messungen vorgenommen worden, kehrt man zu dem Schritt zurück, bei dem mithilfe des motorbetriebenen beweglichen Tisches 12 das Substrat 14 bewegt wird (S14).
Da die Analyseeinrichtung 10 dieser Ausführungsform eine erste Lichtquelle 18 aufweist, die ein hochglanzpoliertes Substrat 14 mit Licht beleuchtet, und einen Lichtempfänger 30, der das durch die Flüssigkeit L oder eine Spur von Flüssigkeit L auf dem Substrat 14 entstehende Streulicht erfasst, kann die Position der Flüssigkeit L oder der Spur von Flüssigkeit L auf der Grundlage des erfassten Streu lichts bestimmt werden, selbst wenn sich auf dem Substrat 14 auch nur eine sehr geringe Menge Flüssigkeit L befindet. Somit kann eine Analyse einer äußerst geringen Menge Flüssigkeit L problemlos ausgeführt werden.
Bei der Analyseeinrichtung 10 dieser Ausführungsform wird, da die Oberfläche des Substrats 14 mit einem Dünnfilm 14x beschichtet ist und sich, wenn die Flüssigkeit L aufgetropft wird, der Dünnfilm 14x auflöst und die Oberfläche des Substrats 14 hierdurch verändert wird, selbst wenn die Flüssigkeit L verdunstet, das von der ersten Lichtquelle 18 ausgestrahlte Licht gestreut, und die Position, auf die die Flüssigkeit L getropft wurde, kann mithilfe dieses Streulichts erfasst werden.
Bei der Analyseeinrichtung 10 dieser Ausführungsform wird die zu analysierende Flüssigkeit L nicht zerstört, da die erste Lichtquelle 18, die Licht für das Erfassen der Position der Flüssigkeit L ausstrahlt, Licht mit einer größeren Wellenlänge verwendet als die zweite Lichtquelle 20.
Bei dem Analyseverfahren für in Flüssigkeiten enthaltene Substanzen dieser Ausführungsform kann die Position der Flüssigkeit L erfasst werden, selbst wenn sie nur in einer äußerst geringen Menge vorliegt, da die zu analysierende Flüssigkeit L auf ein hochglanzpoliertes Substrat 14 getropft wird und die Position der Flüssigkeit L auf dem Substrat 14 durch Bestrahlen des Substrates 14 mit Licht erfasst und das von der Flüssigkeit L oder der Spur von Flüssigkeit L auf dem Substrat 14 verursachte Streulicht analysiert wird. Somit kann eine Analyse einer äußerst geringen Menge Flüssigkeit L problemlos ausgeführt werden.
Es wird nun eine Analyseeinrichtung 50 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist eine schematische Darstellung, die die Analyseeinrichtung 50 der zweiten Ausführungsform zeigt.
Die Analyseeinrichtung 50 der zweiten Ausführungsform gleicht zwar in der Grundanordnung der Analyseeinrichtung 10 der ersten Ausführungsform, sie unterscheidet sich davon aber dadurch, dass die zweite Lichtquelle 20 so angeordnet ist, dass Licht aus einer Richtung ausgestrahlt wird, die die Senkrechte zur Substratebene schneidet. Ein Objektiv 52 ist auf der optischen Achse des von der zweiten Lichtquelle 20 ausgegebenen Lichts angeordnet, so dass ein optisches System gebildet wird, durch das ein Messpunkt R auf einem Substrat 14 mit Licht bestrahlt werden kann.
Die Operationen der Analyseeinrichtung 50 der zweiten Ausführungsform gleichen denen der Analyseeinrichtung 10 der ersten Ausführungsform.
Abgesehen davon, dass die Analyseeinrichtung 10 der ersten Ausführungsform den gleichen Effekt hat, dass die Position der Flüssigkeit L, die auf ein Substrat 14 aufgetropft worden ist, problemlos erfasst werden kann, bietet die Analyseeinrichtung 50 der zweiten Ausführungsform den folgenden Effekt.
Und zwar fällt bei der Analyseeinrichtung 50 Erregerlicht aus einer Richtung auf, die die Senkrechte zur Substratebene schneidet, und die aufgrund dieses Erregerlichtes emittierte Fluoreszenz wird von einem Fluoreszenzdetektor erfasst, der in Richtung der Senkrechten zur Substratebene angeordnet ist. Da das reflektierte Licht vom Erregerlicht daher nicht direkt in den Fluoreszenzdetektor 32 eintritt, kann die von der Flüssigkeit L emittierte Fluoreszenz selbst dann erfasst werden, wenn sie schwach ist.
Es sind zwar oben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben worden, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde zwar ein auf der Oberfläche mit einem Dünnfilm 14x aus PVAL beschichtetes Substrat 14 verwendet, es kann aber stattdessen auch ein Siliziumsubstrat 14 mit einem Siliziumoxidfilm (natürlichen Oxidationsfilm) als Dünnfilm 14x verwendet werden.
Bei einer solchen Anordnung bildet sich, wenn eine Flüssigkeit auf das Siliziumsubstrat 14 getropft wird, an der Stelle, auf die die Flüssigkeit getropft wurde, ein Siliziumoxid umfassender Dünnfilm 14x, wodurch die Flüssigkeit L ein so genanntes „Wasserzeichen" als Spur auf dem Siliziumsubstrat hinterlässt, und somit kann, selbst wenn die Flüssigkeit verdunstet, eine Spur davon erfasst werden.
5A ist eine schematische Darstellung, die die Abbildung von Streulicht zeigt, wenn ein Siliziumsubstrat verwendet wird, und 5B ist eine schematische Darstellung, die die Abbildung von Fluoreszenz im gleichen Fall zeigt. Wie in den 5A und 5B zu erkennen ist, muss, wenn das Siliziumsubstrat 14 verwendet wird, ein Bereich innerhalb eines festen Radius um das Streulicht S herum als Analysebereich eingestellt werden, da der Bereich, in dem Fluoreszenz F beobachtet werden kann, größer sein wird als der Bereich, in dem Streulicht S beobachtet werden kann. Die Größe dieses Radius wird vom Durchmesser des Flüssigkeitstropfens bestimmt, der von der äußerst geringen Menge Flüssigkeit gebildet wird, und wenn der Durchmesser des Flüssigkeitstropfens beispielsweise 70 μm beträgt, wird der Analysebereich vorzugsweise so eingestellt, dass er innerhalb eines Radius von 35 bis 40 μm um das Streulicht S herum liegt.
Obwohl das Substrat 14 bei den oben beschriebenen Ausführungsformen mithilfe des motorbetriebenen beweglichen Tisches 12 bewegt wird, damit der Messpunkt R über den gesamten Messbereich des Substrats 14 untersucht wird, kann der gesamte Messbereich oder ein Teil des Messbereiches (ein Bereich, der größer ist als der Messpunkt R) des Substrates 14 mit Licht beleuchtet werden, und es können mithilfe von Streulicht, das durch die Flüssigkeit L oder Spuren von Flüssigkeit L auf dem Substrat 14 entsteht, in einer Charge mehrere Positionen erfasst werden, auf die Flüssigkeit getropft worden ist.
Eine solche Anordnung für die Chargenanalyse lässt sich realisieren, indem man den Beleuchtungsbereich des von der ersten Lichtquelle 18 und der zweiten Lichtquelle 20 ausgegebenen Lichts so erweitert, dass er den gesamten Messbereich abdeckt, und gleichermaßen den Erfassungsbereich des Lichtempfängers 30 und des Fluoreszenzdetektors 32 so erweitert, dass er den gesamten Messbereich abdeckt. Die 6A, 6B, 6C und 6D sind schematische Darstellungen, die ein Beispiel zeigen, bei dem der Messbereich des Substrats 14 in einer Charge analysiert wird.
Durch Beleuchten des gesamten Messbereiches, Erfassen des resultierenden Streulichts S mithilfe des Lichtempfängers 30 wie in 6A gezeigt und Analysieren dieses Streulichts S mithilfe des Computers 40 werden die Umrisse B von Spuren von Flüssigkeitstropfen wie in 6B gezeigt bestimmt, damit die Positionen der Flüssigkeit L innerhalb des Messbereiches erfasst werden können. Wenn man dann den gesamten Messbereich mit Erregerlicht bestrahlt, erhält man auf die in 6C gezeigte Weise Fluoreszenz F. Die Ergebnisse der Analyse unter Verwendung von Fluoreszenz F können dann gemäß dem in 6D gezeigten Positionsverhältnis entfernt werden. Durch das Durchführen einer Chargenanalyse von in einer Flüssigkeit enthaltenen Substanzen kann die Arbeitseffektivität verbessert werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Diese Erfindung lässt sich auf eine Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen und ein Analyseverfahren für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen anwenden.

Claims

Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen, die Folgendes umfasst: ein hochglanzpoliertes Substrat (14), auf das eine zu analysierende Flüssigkeit getropft wird, eine erste Lichtquelle (18) für das Beleuchten des Substrates, einen Lichtempfänger (30), der Streulicht erfasst, das durch das Streuen von Licht von der ersten Lichtquelle durch die Flüssigkeit oder die Spur von Flüssigkeit, die auf das Substrat getropft worden ist, entsteht, einen Positionsdetektor, der auf der Grundlage des vom Lichtempfänger erfassten gestreuten Lichts die Position erfasst, auf die die Flüssigkeit getropft worden ist, eine zweite Lichtquelle (20), die die vom Positionsdetektor erfasste Position mit Licht einer kürzeren Wellenlänge als das von der ersten Lichtquelle ausgegebene Licht beleuchtet, einen Fluoreszenzdetektor (32), der Fluoreszenz erfasst, die durch die Anregung der Flüssigkeit oder der Spur von Flüssigkeit durch das von der zweiten Lichtquelle ausgestrahlte Licht entsteht, und einen Analysator, der mithilfe der vom Fluoreszenzdetektor erfassten Fluoreszenz in der Flüssigkeit enthaltene Substanzen analysiert.
Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen nach Anspruch 1, bei der die zweite Licht quelle so positioniert ist, dass das von ihr ausgegebene Licht die Senkrechte zur Ebene des Substrates schneidet, und der Fluoreszenzdetektor in der Richtung der Senkrechten zur Substratebene positioniert ist.
Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen nach Anspruch 1, bei der die Oberfläche des Substrates mit einem wasserlöslichen organischen Dünnfilm beschichtet ist.
Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen nach Anspruch 1, bei der auf der Oberfläche des Substrates ein Siliziumoxidationsfilm ausgebildet ist.
Analyseeinrichtung für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen nach Anspruch 1, die ferner einen Tisch umfasst, auf den das Substrat gesetzt und mit dem das Substrat so bewegt wird, dass Licht von der ersten Lichtquelle auf das Substrat strahlt.
Analyseverfahren für in einer Flüssigkeit enthaltene Substanzen, das Folgendes umfasst: einen Flüssigkeitstropfschritt, bei dem eine zu analysierende Flüssigkeit auf ein hochglanzpoliertes Substrat getropft wird, einen Lichtbestrahlungsschritt, bei dem das Substrat mithilfe einer ersten Lichtquelle mit Licht beleuchtet wird, einen Streulichterfassungsschritt, bei dem Streulicht erfasst wird, das durch das Streuen von Licht von der ersten Lichtquelle durch die Flüssigkeit oder der Spur von Flüssigkeit, die in dem Flüssigkeitstropfschritt auf das Substrat getropft worden ist, entsteht, einen Positionserfassungsschritt, bei dem auf der Grundlage des in dem Streulichterfassungsschritt erfassten Streulichts die Position erfasst wird, auf die die Flüssigkeit getropft worden ist, einen zweiten Lichtbestrahlungssschritt, bei dem die in dem Positionserfassungsschritt erfasste Position mit Licht von einer zweiten Lichtquelle beleuchtet wird, die Licht mit einer kürzeren Wellenlänge als das von der ersten Lichtquelle ausgegebene Licht ausgibt, einen Fluoreszenzerfassungsschritt, bei dem die Fluoreszenz erfasst wird, die durch die Anregung der Flüssigkeit oder der Spur von Flüssigkeit durch das im zweiten Lichtbestrahlungsschritt ausgestrahlte Licht entsteht, und einen Analyseschritt, bei dem auf der Grundlage der in dem Fluoreszenzerfassungsschritt erfassten Fluoreszenz die in der Flüssigkeit enthaltenen Substanzen analysiert werden.