JP2002277396A

JP2002277396A - 発光検出装置

Info

Publication number: JP2002277396A
Application number: JP2001078180A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hata; 良彰秦; Yasuhiro Santo; 康博山東
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】集光効率を向上し、装置の小型化、低コスト
化を図ることができる発光検出装置を提供する。【解決手段】発光物を保持する発光物反応生成物保持
部材２０が配置される発光部と、発光部の一側に配置さ
れ、光を検出する光検出素子８と、発光部と光検出素子
８との間に配置され、発光部から一側に向けて発光され
た光束３００，３０２の少なくとも一部を、大略、光検
出素子８の受光面Ｒに集光する、第１の集光手段１５
と、発光部の一側とは反対側の他側に配置され、発光部
から他側に向けて発光された光束３１０，３１２の少な
くとも一部を、一側に向けて反射する凹面鏡１２と、凹
面鏡１２で反射された光束の少なくとも一部を、大略、
光検出素子８の受光面Ｒに集光する、第２の集光手段１
５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光検出装置に関
し、例えば化学的、生物学的な反応生成物からの光エネ
ルギーを光学的に測定する発光検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、血液凝固検査、免疫学的検査、生
化学的検査、遺伝子検査等の化学的、生物学的な反応を
行い、反応生成物からの光エネルギーを光学的に測定す
ることで、対象物質の検出や測定を行う発光検出装置が
種々提案されている。

【０００３】例えば、免疫血清検査装置であるビオメリ
ュー社製のミニバイダス・システムは、複数の液たまり
(ウエル)に試薬や洗浄液をプリパックした試薬ストリッ
プ上で免疫反応を行い、最終のウエルにパックされた基
質液で蛍光酵素反応を行い蛍光物質を生成する。蛍光の
測定は、基質液ウエルの４５度下方から、キセノンラン
プからの励起光を導入し、励起光と９０度の方向に放射
される蛍光のみをフォトダイオードで受光して行う。こ
の装置では、集光効率を上げる工夫は、特にしていな
い。

【０００４】特開２０００−１９１１４号公報に開示さ
れた微弱蛍光検出法および微弱蛍光検出装置は、キャピ
ラリー内のサンプルからの蛍光を球形や楕円球の反射鏡
で反射させ、測定開口を凹レンズ形状にして光センサー
に導く。この検出方向および検出装置は反射屈折系のみ
の構成であり、反射鏡を介さない屈折系での集光効率の
向上はない。

【０００５】特開平１０―９０１８１号公報に開示され
た試料分析装置は、試料からの蛍光を、集光反射鏡、凹
レンズ、円錐台状の収束光学素子、凹面鏡を介してセン
サーに導く。反射屈折系のみの構成であり、反射鏡を介
さない屈折系での集光効率の向上はない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近、マイ
クロマシン技術を応用して、化学分析や合成などの機器
・手法を微細化して行うμ−ＴＡＳ（μ−Ｔｏｔａｌ
ＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍ）が注目されている。
従来の装置に比べ微細化されたμ−ＴＡＳでは試料の量
が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ないなどのメリ
ットがある。また、医療分野に使用した場合、検体（血
液）の量を少なくすることで患者への負担を軽減でき、
試薬の量を少なくすることで検査のコストを下げること
ができる。さらに、検体・試薬の量が少ないことから反
応時間が大幅に短縮され検査の効率化が図れる。このよ
うなことから、免疫学的検査、生化学的検査、遺伝子検
査等に応用する価値は大きい。また、検体・試薬量が減
るので血液凝固検査にも応用できる。

【０００７】しかし、例えば抗原・抗体反応を蛍光で検
出するような場合、検体の量が多いと検出すべき光の量
は多いが、検体の量が滅ると検出すべき光の量も減り、
反応を捕らえるのが困難になってくる。マイクロチップ
のような微小な流路内での反応を検出する場合、検体量
が少ないため検出光が足りなく、検出感度が低下してし
まう。フォトマルチプライヤーや冷却ＣＣＤなどの大掛
かりな装置を用いれば検出感度を上げることはできる
が、それでは反応検出装置が大きくなってしまい、また
高価な物になってしまう。

【０００８】したがって、本発明が解決しようとする技
術的課題は、集光効率を向上し、装置の小型化、低コス
ト化を図ることができる発光検出装置を提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用・効果】本発明
は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の発
光検出装置を提供する。

【００１０】発光検出装置は、発光部と、光検出素子
と、第１の集光手段と、凹面鏡と、第２の集光手段とを
備える。上記発光部には、光を発光する発光物を保持す
る発光物保持部材が配置される。上記光検出素子は、上
記発光部の一側に配置され、光を検出する。上記第１の
集光手段は、上記発光部と上記光検出素子との間に配置
され、上記発光部から上記一側に向けて発光された光束
の少なくとも一部を、大略、上記光検出素子の受光面に
集光する。上記凹面鏡は、上記発光部の上記一側とは反
対側の他側に配置され、上記発光部から上記他側に向け
て発光された光束の少なくとも一部を、上記一側に向け
て反射する。上記第２の集光手段は、上記発光部と上記
光検出素子との間に配置され、上記凹面鏡で上記他側に
向けて反射された上記光束の少なくとも一部を、大略、
上記光検出素子の受光面に集光する。

【００１１】上記構成において、発光部から一側（片
側）に発光された光束の少なくとも一部（以下、「直接
光」ともいう）は、第１の集光手段により集光され、光
検出素子で検出される。一方、発光部から他側（一側と
は反対側）に発光された光束の少なくとも一部（以下、
「間接光」ともいう）は、凹面鏡で反射された後、第２
の集光手段により集光され、光検出素子で検出される。
凹面鏡は、例えば、球面や楕円の反射面を有する。

【００１２】上記構成によれば、発光部から光検出素子
に直接向かう直接光を集光して受光するだけではなく、
光検出素子とは反対側に向かった間接光も反射し、集光
して受光することができる。これにより、発光部からの
直接光と間接光の両方を効率よく捕捉し、無駄なく検出
することができる。また、直接光と間接光とを一つの光
検出素子でまとめて受光するので、構成が簡単になる。

【００１３】したがって、集光効率を向上し、装置の小
型化、低コスト化を図ることができる。

【００１４】好ましくは、上記発光部から上記一側に発
光された上記光束の少なくとも一部を、大略、平行光束
にして、上記第１の集光手段に導くコリメート部をさら
に備える。

【００１５】上記構成によれば、直接光は、コリメート
部により、大略、平行光束になる。光束が広がらないの
で、第１の集光手段が光軸直角方向に小さくなるように
することができ、第１と第２の集光手段を共通化する場
合には、集光効果を上げることが容易になる。

【００１６】好ましくは、上記凹面鏡は、上記発光部か
ら上記他側に向けて発光された上記光束を、大略、平行
光束にして、上記発光部の上記一側に向けて反射する。

【００１７】上記構成によれば、間接光は、凹面鏡によ
り、大略、平行光束になる。光束が広がらないので、第
２の集光手段が光軸直角方向に小さくなるようにするこ
とができ、第１と第２の集光手段を共通化する場合に
は、集光効果を上げることが容易になる。

【００１８】好ましくは、上記第１の集光手段と上記第
２の集光手段が、共通の部材で構成される。

【００１９】上記構成によれば、例えば、光軸中心付近
が第１の集光手段と機能し、その外側周囲が第２の集光
手段と機能するようにする共通の部材を用いることがで
きる。第１の集光手段と第２の集光手段とを共通化する
ことにより、構成を簡単にし、装置を小型化したり、低
コスト化を図ることができる。

【００２０】好ましくは、上記発光部に配置された上記
発光物保持部材を、上記一側から上記他側に光軸方向に
見ると、上記凹面鏡の反射面の一部分（好ましくは、５
０％以下）を遮蔽する。

【００２１】上記構成によれば、発光部から他側に発光
された間接光が凹面鏡で反射された後、発光部に配置さ
れた発光物保持部材によりできるだけ遮られることな
く、光検出素子に達するようにして、集光効率を高める
ことができる。

【００２２】好ましくは、上記発光部に配置された上記
発光保持部材に保持された上記発光物に励起光を照射す
る励起光照射手段をさらに備える。

【００２３】上記構成によれば、発光物が励起光により
発光する場合には、励起光を照射することで、発光物を
発光させることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態に係る
発光検出装置について、図１〜図９を参照しながら説明
する。発光装置は、化学的、生物学的な反応による生成
物からの化学発光、電気化学発光、蛍光などの光エネル
ギーの放射を測定して対象物質の検出や測定を行う。

【００２５】まず、本発明の第１実施形態の発光検出装
置について、図１〜図８を参照しながら説明する。

【００２６】図１は、集光光学系１０を側面から見たも
のである。反応生成物保持部２０には光測定に先立って
行われる化学的、生物学的な反応による反応生成物が保
持されている。反応生成物保持部２０が容器の形態であ
る場合は、反応生成物からの光を多方向に放射できるよ
うに、反応生成物保持部２０の一部又は全部は少なくと
も測定波長の光は透過する材料で作られる。蛍光測定の
場合は、励起光が反応生成物に到達できるように、反応
生成物保持部２０は、一部又は全部が、少なくとも励起
波長と測定波長の光は透過する材料で作られる。反応生
成物保持部２０が容器の形態ではなく、反応生成物保持
部２０の外周に反応生成物を付着させる場合は、反応生
成物保持部２０の材料は透光性であっても透光性でなく
てもよい。反応生成物保持部２０に保持された反応生成
物は、化学発光、電気化学発光、蛍光発光などの発光機
構により光エネルギーを放射する。

【００２７】図１で反応生成物保持部２０から下方向に
発散される光束３１０は、凹面鏡１２により上向きにコ
リメートされた光束３１１として反射され、集光部１５
の２群のレンズ１６，１８で光センサー８の受光面Ｒに
集光される。

【００２８】反応生成物保持部２０から上方向に発散さ
れる光束３００は、コリメータレンズ１４によりコリメ
ートされ、集光部１５の２群のレンズ１６，１８で光セ
ンサー８の受光面Ｒに集光される。

【００２９】凹面鏡１２とコリメータレンズ１４による
コリメートは厳密なもの（完全な平行光束）でなくても
よく、集光部１５で光センサー８の受光面Ｒに必要な量
の光が集光さるように、大略、平行光束にコリメートさ
れればよい。

【００３０】蛍光を測定する場合は、励起光を凹面鏡１
２とコリメータレンズ１４の間から反応生成物保持部２
０に照射する。励起光は、例えば、励起光源２，４，６
からの光を収束レンズ３，５，７により反応生成物保持
部２０の反応生成物、すなわち集光領域２１に収束させ
て、照射する。凹面鏡１２に励起光導入用の穴１２ａを
設けて、励起光を照射してもよい。

【００３１】この構成は、光源となる反応生成物保持部
２０の大きさが小さいほど、集光光学系１０の収差が小
さくなり、小面積の光センサー８が利用できるようにな
ったり、凹面鏡１２から反射した光束を反応生成物保持
部２０やコリメータレンズ１４が遮る比率が下がるの
で、測定値のＳ／Ｎ比を高くすることができるなど有利
な点がでてくる。このため、微量サンプル中の目的物の
検出・測定用の機器に適している。

【００３２】図２は、検出・測定チップの例である。検
出・測定チップ３０には、サンプルウエル３２、酵素・
抗体ウエル３４、基質ウエル３６の３つのウエルが設け
られている。検出・測定チップ３０は、アクリル樹脂や
ガラス等の透明な材料で作られている。サンプルウエル
３２には、測定対象となるサンプル液体を入れる。酵素
・抗体ウエル３４には、サンプル波体中の目的物である
タンパクや菌体などと抗原・抗体反応を起こす抗体と酵
素の結合物を含む溶液を入れる。基質ウエル３６には、
前記の酵素と反応して化学発光を起こす基質溶波を入れ
る。基質ウエル３６が、反応生成物保持部２０の反応生
成物が保持される部分となる。

【００３３】検出・測定チップ３０とは別に、サンプル
液体中の目的物と抗原・抗体反応を起こす抗体を先端部
２８ｔに固定したプローブニードル２８を用意し、図示
しないマイクロ・マニピュレイターにより、検出・測定
チップ３０の各ウエル３２，３４，３６にプローブニー
ドル２８の先端部２８ｔが浸漬できるようにしておく。

【００３４】最初に、プローブニードル２８の先端部２
８ｔをサンプルウエル３２に浸漬し、ニードル２８に固
定した抗体２８ａで、サンプル液体中の目的物２９ａを
抗原・抗体反応によりトラップする。サンプル液体中に
目的物がない場合は、固定された抗体２８ａには何もト
ラップされない。

【００３５】次に、プローブニードル２８の先端部２８
ｔを、酵素・抗体ウエル３４に浸漬し、サンプルウエル
３２でトラップされた目的物２９ａで、このウエルの中
にある抗体２９ｂを抗原・抗体反応によりトラップす
る。この抗体２９ｂには、基質と反応して化学発光を起
こさせる酵素が結合されていて、結果的にプローブニー
ドル２８の先端部２８ｔに酵素が付くことになる。サン
プル液体中に目的物がない場合は、酵素・抗体ウエル３
４の中で抗原・抗体反応は起きないため、プローブニー
ドル２８の先端部２８ｔには酵素は付かない。

【００３６】次に、プローブニードル２８の先端部２８
ｔを、基質ウエル３６に浸漬する。サンプル液体中に目
的物２９ａがある場合は、酵素・抗体ウエル２４までの
反応でプローブニードル２８の先端部２８ｔに酵素が付
いているため、基質ウエル３６内の基質と酵素の反応に
より化学発光が開始される。サンプル液体中に目的物が
ない場合は、プローブニードル２８の先端部２８ｔに酵
素が付いていないため、基質ウエル３６内での化学発光
は起きない。サンプル液体中の目的物２９ａの濃度によ
り、トラップされる目的物２９ａの量やプローブ２８の
先端部２８ｔに付く酵素の量が変化するため、発光強度
を測定することにより目的物２９ａの濃度を測定するこ
ともできる。

【００３７】プローブニードル２８は、不図示のマイク
ロ・マニピュレイターにより、ウエル３２，３４，３６
の中の液体を攪拌するように上下左右に動かしたり回転
運動や円運動をさせて、抗原・抗体反応や酵素・基質反
応の効率を上げたり促進させたりすることができる。

【００３８】図３は、検出・測定チップ３０と集光光学
系１０の関係を示す図である。前記プローブニードル２
８による操作を行うときに検出・測定チップ３０は集光
光学系１０から外れた反応位置３０ａにあり、プローブ
ニードル２８による一連の操作が完了すると、検出・測
定チップ３０は図示しない移動機構により測定位置３０
ｂに移動する。測定位置３０ｂでは、検出・測定チップ
３０上の基質ウエル３６が集光光学系１０の集光領域に
位置し、基質ウエル３６内の溶液が化学発光している場
合は、基質ウエル３６の溶液の表面からの光がコリメー
タレンズ１４と集光部１５の２群のレンズ１６，１８と
により集光され、光センサー８の受光面Ｒに集光され
る。基質ウエル３６の溶液の底面からの光は、凹面鏡１
２で集光部１５の方向に反射してコリメートされ、集光
部１５の２群のレンズ１６，１８により光センサー８の
受光面Ｒに集光される。基質ウエル３６の溶液の表面と
底面の両側からの発光を共通の光センサー８に集光する
ことができるため、測定感度やＳ／Ｎ比を向上すること
ができる。

【００３９】図４は、検出・測定チップの別の実施例で
ある。検出・測定チップ４０の基板４１の表面には、深
さ・幅が１０μｍから１ｍｍ程度の彫り込みがされ、液
体のたまるウエル（サンプルウエル４３、酵素・抗体ウ
エル４４、基質ウエル４５、反応ウエル４６）と、液体
の流れる流路（注入流路４７ａ、酵素・抗体流路４７
ｂ、基質流路４７ｃ、排出流路４７ｄ）とが形成されて
いる。

【００４０】酵素・抗体ウエル４４には、検出・測定で
使用される酵素と抗体の結合物を含む溶液が充填され
る。この溶液は、ウエル４４と酵素・抗体流路４７ｂの
一部又は全部に充填され、注入流路４７ａには充填され
ないようにする。

【００４１】基質ウエル４５には、検出・測定で使用さ
れる基質を含む溶液が充填される。この溶液は、ウエル
４５と基質流路４７ｃの一部又は全部に充填され、注入
流路４７ａには充填されないようにする。

【００４２】反応ウエル４６には、検出・測定に用いる
抗体を固定し、必要に応じて特異的な抗原・抗体反応の
みを起こさせるためのブロッキング処理を施したり、保
存用にバッファー液を充填しておいたりする。

【００４３】必要に応じて流路４７ａ，４７ｂ，４７
ｃ，４７ｄに親水化処理を施したり、酵素・抗体流路４
７ｂ、基質流路４７ｃと注入流路４７ａとの合流部付近
や排出流路４７ｄの反応ウエル出口４８付近に疎水化処
理をしたりしてもよい。

【００４４】検出・測定チップ４０の基板４１に液体の
充填や上記各種処理を施した後、検出・測定チップ基板
表面４０に検出・測定チップカバー４２を固着する。検
出・測定チップカバー４２は、サンプルウエル４３以外
のウエル４４，４５，４６や流路４７ａ，４７ｂ，４７
ｃ，４７ｄを覆うように固着される。検出・測定チップ
カバー４２がウエル４４，４５，４６や流路４７ａ，４
７ｂ，４７ｃ，４７ｄを覆う部分は、必要に応じて、上
記親水化処理、疎水化処理、ブロッキング処理などを施
しておいてもよい。検出・測定チップ基板４１と検出・
測定チップカバー４２は、ウエル４４，４５，４６、流
路４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ以外の部分では水密
になるように固着される。

【００４５】検出・測定チップ４０の基板４１とカバー
４２とは、アクリル樹脂やガラス等の透明な材料で作ら
れる。反応ウエル４６付近は、他の部分よりも幅を狭く
した形状とし、測定時に反射鏡１２からの光を遮る量が
少なくなるようにする。例えば、遮蔽率が５０％以下と
なるようにする。

【００４６】図５は、図４に示す検出・測定チップ４０
の測定状態の説明図である。検出・測定チップ４０は、
集光光学系１０の集光領域に反応ウエル４６が位置する
ように設置される。反応ウエル４６にバッファー液が充
填されている場合には、測定に先立ちバッファー液を排
出口４８から排出しておく。排出は、検出・測定チップ
４０を振ったり、排出口４８に吸水性のよい吸い取り紙
を当てたりして行うことができる。サンプルピペット５
０には測定対象となるサンプル液５１を吸引しておき、
サンプルウエル４３にサンプル液５１を滴下して、サン
プルウエル４３に充填する。サンプル液は、毛細管現象
により注入流路４７ａを経て反応ウエル４６に満たされ
る。このときに排出流路４７ｄの反応ウエル４６の出口
に近い部分が疎水化処理されていると、サンプル液が反
応ウエル４６を通り過ぎて排出流路４７ｄまで流れ出す
のを防ぐことができる。

【００４７】サンプルピペット５０を注入流路４７ａ入
り口に密着させて、サンプル液５１を注入流路４７ａか
ら反応ウエル４６に圧入する方式も可能である。この場
合は、反応ウエル４６にバッファー液を充填してあって
も、ピペット５０の圧力でバッファー液を排出できるの
で、事前にバッファー液を排出しておく必要はない。

【００４８】反応ウエル４６内では、サンプル液に目的
物が含まれている場合は、反応ウエル４６内に固定され
た抗体と目的物との間で抗原・抗体反応が起き、目的物
が反応ウエル４６にトラップされる。

【００４９】次に、酵素・抗体ウエル４４の上に位置す
る酵素・抗体注入ピストン５２を所定量降下させ、ウエ
ル４４上の検出・測定チップカバー４３を下方に撓ませ
ることにより、酵素・抗体結合物を含む溶液を反応ウヱ
ル４６に注入する。このときに、サンプル液は酵素・抗
体ウエル４４に発生した庄力により排出口４８から排出
される。目的物が反応ウエル４６にトラップされていれ
ば、酵素・抗体結合物が反応ウエル４６にトラップされ
る。

【００５０】次に、基質ウエル４５の上に位置する基質
注入ピストン５４を所定量降下させ、ウエル４５上の検
出・測定チップカバー４３を下方に撓ませることによ
り、基質を含む溶液を反応ウエル４６に注入する。この
ときに、酵素・抗体溶液は基質ウエル４６に発生した圧
力により排出口４８から排出される。酵素・抗体結合物
が反応ウエル４６にトラップされていれば、酵素と基質
の反応により化学発光が起きる。

【００５１】化学発光が起きると、反応ウエル４６内の
溶液の上面からは、検出・測定チップカバー４２を透過
して上方に光が放射され、溶液の下面からは、検出・測
定チップ基板４１を透過して下方に光が放射される。上
方へ放射された光は、コリメータレンズ１４と集光部１
５の２群のレンズ１６，１８により、光センサー８の受
光部に集光される。下方へ放射されされた光は、凹面鏡
１２で集光部１５の方向に反射してコリメートされ、集
光部１５の２群のレンズ１６，１８により、光センサー
８の受光部に集光される。

【００５２】検出・測定チップ４０の排出口４８から排
出される液体５８は、廃液容器５６にたまる。この装置
では、１回の測定で扱う溶液の量が１００μリットル程
度以下であるので、廃液容器５６の底面積を広くしてお
くと、液体５８の蒸発が進み、多数回の測定を行っても
廃棄容器５６が一杯にならず、廃液廃棄の手間を減らす
ことができる。測定の頻度が少ない場合は、実質的に廃
液はたまらず、廃液廃棄の手間はなくなる。

【００５３】検出・測定チップ４０を延長して排出流路
４７ｄの先端に廃液ウエルを設け、１回の測定ごとに廃
液を検出・測定チップとともに廃棄する構成も可能であ
る。

【００５４】図６は、検出・測定チップの別の実施例で
ある。図４の検出・測定チップ４０では反応系は１つで
あるが、この例の検出・測定チップ６０のでは、反応系
が２系統設けられている。すなわち、２系統の酵素・抗
体ウエル６４ａ，６４ｂ、基質ウエル６５ａ，６５ｂ、
反応ウエル６６ａ，６６ｂ、注入流路６７ａ，６７ｒ、
酵素・抗体流路６７ｂ，６７ｓ、基質流路６７ｃ，６７
ｔ、排出流路６７ｄ，６７ｕ、排出口６８ａ，６８ｂ
と、２系統に共通のサンプルウエル６３とが設けられて
いる。２系統に共通のサンプルウエル６３から、サンプ
ル液は２系統の反応ウエル６６ａ，６６ｂにそれぞれに
導入される。２つの系統で異なる項目の検出・測定を行
うために、それぞれの系統の酵素・抗体ウエル６４ａ，
６４ｂ、基質ウエル６５ａ，６５ｂの少なくとも一方
は、他系統と異なる溶液を充填しておく。各系統それぞ
れで、図４の検出・測定チップ４０上と同様な抗原・抗
体反応、酵素・基質反応を起こさせて、２種類の項目の
検出・測定を実施することができる。この検出・測定チ
ップ６０を使用する場合は、集光光学系１０に組み込ま
れている光センサー８の受光面Ｒを２分割し、それぞれ
の受光領域が検出・測定チップ６０上の２つの反応ウエ
ル６６ａ，６６ｂと光学的共役位置に来るようにする。
コリメータレンズ１４経由での像倍率と凹面鏡１２経由
での像倍率とは、一致させておく。光センサー８のそれ
ぞれの領域からの出力が検出・測定チップ６０上で行わ
れた２つの異なる測定項目の測定値となる。

【００５５】２つの項目の反応の結果生じる化学発光の
発光波長が異なるようにすると、光センサー８を分割せ
ずに、光センサー８の前にカラーフィルターやバンドパ
スフィルターを置いて、複数種類切り替えできるように
することで、各項目についての発光強度分別測定するこ
ともできる。フィルターを利用する代わりに、光センサ
ー８として分光センサーを用いてもよい。

【００５６】２つの系続でウエルの個数や流路の経路な
どを必要に応じて異なる構成にしてもよい。系統数は、
２以上の複数個あってもよい。

【００５７】図７は、複数の項目の検出・測定ができる
ように６系統の反応系を持たせた検出・測定チップの例
である。この検出・測定チップ７０は、中央には６系統
に共通のサンプルウエル７３が設けられ、その周囲には
放射状に、６系統の酵素・抗体ウエル７４ａ〜７４ｆ、
基質ウエル７５ａ〜７５ｆ、反応ウエル７６ａ〜７６
ｆ、排出口７８ａ〜７８ｆ、注入流路８０ａ〜８０ｆ、
酵素・抗体流路８２ａ〜８２ｆ、基質流路８４ａ〜８４
ｆが設けられている。そして、中央のサンプルウエル７
３からサンプル液を６つの系統に導入し、図４、図５で
の説明と同様に抗原・抗体反応、酵素・基質反応を起こ
させて、各項目の検出・測定を行う。集光光学系１０の
集光領域に各反応ウエル７６ａ〜７６ｆが順次、位置す
るように、サンプルウエル７３を中心に検出・測定チッ
プ７０を回転できるように構成された不図示の回転装置
の上に、検出・測定チップ７０を置いて使用する。

【００５８】図８は、複数の検出・測定ができるように
した検出・測定チップの別の例である。この検出・測定
チップ１００は、サンプルウエル１０２にはサンプル液
を、試薬ウエル１１０，１１２，１１４，１１６，１１
８，１２０，１２０には試薬（基質、バッファ液等を含
む）を、それぞれ注入する。サンプルウエル１０２に
は、試料中の赤血球を取り除くマイクロフィルター１０
３が設けられている。ウエル１０２，１１０，１１４，
１１６，１１８，１２０，１２２と排出口１９０，１９
２，１９４，１９６，１９８とを結ぶ流路１５０，１５
２，１５４，１５６，１５８，１６０，１６２，１６
４，１６６，１６８，１７０，１７２，１８０，１８
２，１８４，１８６，１８８には、ピエゾ薄膜の伸縮に
より流路壁を撓ませて液体を搬送するディフューザ型の
マイクロポンプ１３０〜１４３が設けられている。所定
の測定シーケンスに従って、マイクロポンプ１３０〜１
４３によりサンプル液、試薬を流路に導入し、サンプル
液と試薬の混合と反応を起こさせる。これにより、流路
１８０，１８２，１８４，１８６，１８８中でできた反
応生成物をマイクロポンプ１３２〜１３８，１４０〜１
４３により検出・測定チップ１００の測定領域１８９に
送る。測定領域１８９の各流路１８０〜１８８が集光光
学系１０の集光領域に順次、位置するように適宜に移動
させることができる不図示の検出・測定チップ移動装置
の上に、検出・測定チップ１００を置いて使用する。

【００５９】図９は、本発明の第２実施形態に係る発光
検出装置の集光光学系１１の概略構成図である。

【００６０】集光光学系１１は、図９（ａ）に示すよう
に、第１実施形態の集光光学系１０と同様に、反応生成
物保持部２２０の下面Ｂ１から下方向に発散される光束
３２０は、凹面鏡２１２により上向きにコリメートされ
た光束３２１として反射され、集光部２１５の３群のレ
ンズ２１６，２１７，２１８で光センサー２０８の受光
面Ｌの近傍に焦点を結び、光センサー２０８の受光面Ｌ
に集光される。

【００６１】一方、反応生成物保持部２２０の上面Ｂ２
から上方向に発散される光束３３０，３３２は、図９
（ｂ）に示すように、直接、集光部２１５の３群のレン
ズ２１６，２１７，２１８で光センサー２０８の受光面
Ｌに集光される。コリメート部を経ることなく集光され
る点で、第１実施形態の集光光学系１０とは異なる。

【００６２】凹面鏡２１２によるコリメートは厳密なも
のでなくてもよく、集光部２１５で光センサー２０８の
受光面Ｌに必要な量の光が集光さるようにコリメートさ
れればよい。また、光センサー２０８の受光面Ｌへの集
光も厳密なものでなくてもよく、光センサー２０８の受
光面Ｌ又はその近傍に集光されればよい。

【００６３】以上の各実施形態では、説明の簡略化のた
めに洗浄については言及していないが、必要に応じて、
最初の抗原・抗体反応と次の抗原・抗体反応の間や、２
回目の抗原・抗体反応の後に、バッファー液で反応生成
物保持部２０，２２０を洗浄する工程を挿入してもよ
い。この場合は、各検出・測定チップやウエルプレート
にバッファーウエルを追加して、バッファーウエル内の
バッファー液を使用して洗浄を行えるようにすることが
できる。

【００６４】以上説明したように、発光検出装置の集光
光学系１０，１１は、光エネルギーの放射を効率よく光
センサー８，２０８に集光することができ、検出感度の
向上や測定値のＳ／Ｎ比の向上に有効である。

【００６５】第１実施形態の集光光学系１０は、反応生
成物から周囲に発散する光束を、凹面鏡１２によるコリ
メート部と、凸レンズによるコリメート部１４で同一の
方向にコリメートし、共通の集光部１５で光センサー８
に収束させることで、発散光束を効率よく捕捉し、捕捉
した光束を無駄なく光センサー８に導くことができる。
集光部１５は、両コリメート部１２，１４に対して共通
であるので、装置の小型化、低コスト化に有効である。

【００６６】また、第２実施形態の集光光学系１１のよ
うに、反応生成物から周囲に発散する光束のうち、間接
光は凹面鏡２１２によるコリメート部でコリメートする
が、直接光についてはコリメート部を設けない構成であ
っても、共通の集光部２１５で光センサー２０８に収束
させることで、発散光束を効率よく捕捉し、捕捉した光
束を無駄なく光センサー２０８に導くことが可能であ
る。この場合も、集光部２１５は共通であるので、装置
の小型化、低コスト化に有効である。

【００６７】従来は、内径３〜８ｍｍ程度の大きなサイ
ズの容器からの光を計測していたため、反射鏡からの光
束のかなりの部分を容器自体や屈折系のコリメートレン
ズが遮ったり、これを防ぐために光学系全体を大型にし
て光センサーも大面積なものにする必要があるなどの問
題があったが、μ−ＴＡＳなど微量物質の反応を扱う機
器では、反応生成物保持部２０が小型化するため、上記
各実施形態の構成が有効である。

【００６８】なお、本発明は上記各実施形態に限定され
るものではなく、その他種々の態様で実施可能である。

【００６９】発光機構は、化学発光に限らず、蛍光、電
気化学発光などの異なる発光機構を利用することもでき
る。

【００７０】検出・測定のために抗原・抗体反応を利用
するほかに、ＤＮＡのハイブリダイズ反応など、他の特
異的な結合反応を利用してもよい。

【００７１】特異的な結合反応以外で、サンプル液中の
目的物質と試薬の反応による発光、発色、散乱特性の変
化などを光学的に測定してもよい。反応生成物の自己発
光を測定する場合以外は、励起光や照明光を集光領域に
導入して測定を行う。

【００７２】また、本発明は、μ−ＴＡＳ以外の微量物
質の反応を扱う機器についても適用可能である。

【００７３】

【実施例】以下に、集光光学系１０，１１の構成例を示
す。

【００７４】図１に示した第１実施形態の集光光学系１
０については、集光部１５のレンズ１８の出射面Ｐ６か
ら光センサー８の受光面Ｒまでの距離が１３．５ｍｍ、
発光部の厚さ（面Ａ１と面Ａ２との間の距離）が空気間
換算で０．５ｍｍ、面Ａ１から凹面鏡１２の反射面Ｐ１
までの物体距離が７．５ｍｍ、面Ａ２からコリメータレ
ンズ１４の入射面Ｑ１までの物体距離が７．５ｍｍであ
る。凹面鏡１２の反射面Ｐ１は、球面である。

【００７５】凹面鏡１２経由の光学系の構成を、表１に
示す。表１において、数値の単位はｍｍである。例え
ば、面Ｐ１から面Ｐ２までの距離が負方向に２２ｍｍ、
面Ｐ２から面Ｐ３までの距離が負方向に１１ｍｍであ
る。面Ａ１から面Ｐ１までの間の媒体はガラス、面Ｐ１
から面Ｐ２までの間の媒体は空気である。

【表１】

【００７６】コリメータレンズ１４経由の光学系の構成
を、表２に示す。表１において、数値の単位はｍｍであ
る。例えば、面Ｑ１から面Ｑ２までの距離が正方向に
２．５ｍｍ、面Ｑ２から面Ｐ２までの距離が正方向に４
ｍｍである。面Ａ２から面Ｑ１までの媒体はガラス、面
Ｑ１から面Ｑ２までの媒体はＳＦ５である。

【表２】

【００７７】図９に示した第２実施形態の光学系１１に
ついては、集光部２１５のレンズ２１８の出射面Ｓ８か
ら光センサー２０８の受光面Ｌまでの距離が７．５ｍ
ｍ、発光部の厚さ（面Ｂ１と面Ｂ２との間の距離）は空
気間換算で０．８ｍｍ、面Ｂ１から凹面鏡２１２の反射
面Ｓ１までの物体距離が８ｍｍ、面Ｂ２からレンズ２１
６の入射面Ｓ２までの物体距離が５８ｍｍである。

【００７８】凹面鏡２１２の反射面Ｓ１は非球面であ
り、光軸方向の座標をＺ、光軸からの距離をＨとする
と、次式（１）で表される。

【数１】ここで、Ｃ＝−１／３０、Ａ＝−０．１６×１０^−３で
ある。

【００７９】凹面鏡２１２経由の光学系（図９（ａ）参
照）の構成を、表３に示す。表３において、数値の単位
はｍｍである。例えば、凹面鏡２１２の反射面Ｓ１から
レンズ２１６の入射面Ｓ２までの距離が負方向に６６．
８ｍｍである。面Ｂ１から面Ｓ１までの間の媒体はガラ
ス、面Ｓ１から面Ｓ２までの間の媒体は空気である。

【００８０】

【表３】

【００８１】直接光の光学系（図９（ｂ）参照）の構成
を、表４に示す。表４において、数値の単位はｍｍであ
る。例えば、レンズ２１６の入射面Ｓ２から面Ｓ３まで
の距離は正方向に１１ｍｍである。面Ｂ２から面Ｓ２ま
での間の媒体はガラス、面Ｓ２から面Ｓ３までの間の媒
体はＢＡＦＮ１０である。

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る発光検出装置の
概略構成図である。

【図２】図１の発光検出装置で用いる第１の検出・測
定チップの斜視図である。

【図３】図２の検出・測定チップの使い方の説明図で
ある。

【図４】図１の発光検出装置で用いる第２の検出・測
定チップの斜視図である。

【図５】図４の検出・測定チップの使い方の説明図で
ある。

【図６】図１の発光検出装置で用いる第３の検出・測
定チップの断面図および平面図である。

【図７】図１の発光検出装置で用いる第４の検出・測
定チップの平面図である。

【図８】図１の発光検出装置で用いる第５の検出・測
定チップの平面図である。

【図９】本発明の第２実施形態に係る発光検出装置の
概略構成図である。

【符号の説明】

２励起光源（励起光照射手段）３収束レンズ（励起光照射手段）４励起光源（励起光照射手段）５収束レンズ（励起光照射手段）６励起光源（励起光照射手段）７収束レンズ（励起光照射手段）８光センサー（光検出素子）１２凹面鏡１４コリメータレンズ（コリメート部）１５集光部（第１の集光手段、第２の集光手段）２０反応生成物保持部（発光物保持部材）４０，６０，７０，１００検出・測定チップ（発光物
保持部材）２０８光センサー（光検出素子）２１２凹面鏡２１５集光部（第１の集光手段、第２の集光手段）２２０反応生成物保持部（発光物保持部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｇ０１Ｎ 21/78 Ｇ０１Ｎ 21/78 Ｃ 33/483 33/483 ＣＦターム(参考） 2G043 AA03 BA16 CA03 DA01 DA05 DA06 EA01 EA06 GA01 GA07 GB01 GB08 HA01 HA03 JA02 JA03 LA01 MA04 2G045 FA11 FB01 FB02 FB03 FB13 GC15 JA07 2G054 EA01 FA17 FA20 FB02 GA04 2G057 AA04 AA14 AC01 AD11 BA01 BA03 BB01 BB06 GA01 HA01 2H087 KA12 LA21 RA05 RA13 RA44 RA45 TA01 TA03 TA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を発光する発光物を保持する発光物保
持部材が配置される発光部と、該発光部の一側に配置され、光を検出する光検出素子
と、上記発光部と上記光検出素子との間に配置され、上記発
光部から上記一側に向けて発光された光束の少なくとも
一部を、大略、上記光検出素子の受光面に集光する、第
１の集光手段と、上記発光部の上記一側とは反対側の他側に配置され、上
記発光部から上記他側に向けて発光された光束の少なく
とも一部を、上記一側に向けて反射する、凹面鏡と、上記発光部と上記光検出素子との間に配置され、上記凹
面鏡で上記他側に向けて反射された上記光束の少なくと
も一部を、大略、上記光検出素子の受光面に集光する、
第２の集光手段とを備えたことを特徴とする、発光検出
装置。
【請求項２】上記発光部から上記一側に発光された上
記光束の少なくとも一部を、大略、平行光束にして、上
記第１の集光手段に導くコリメート部をさらに備えたこ
とを特徴とする、請求項１記載の発光検出装置。
【請求項３】上記凹面鏡は、上記発光部から上記他側
に向けて発光された上記光束を、大略、平行光束にし
て、上記発光部の上記一側に向けて反射することを特徴
とする、請求項１又は２記載の発光検出装置。
【請求項４】上記第１の集光手段と上記第２の集光手
段が、共通の部材で構成されたことを特徴とする、請求
項１、２又は３記載の発光検出装置。
【請求項５】上記発光部に配置された上記発光物保持
部材を、上記一側から上記他側に光軸方向に見ると、上
記凹面鏡の反射面の一部分を遮蔽することを特徴とす
る、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の発光検出装
置。