JP2007183123A - 分析ディスク及び分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光の焦点位置をずらすことにより粒状物情報の検出感度を向上させた分析ディスク及び分析装置を提供する。
【解決手段】 回転する分析ディスクの反射膜１３に光５の焦点位置を合わせることが可能な光照射部２と、照射した光５の透過光あるいは反射光あるいは散乱光を少なくとも２つ以上に分割された受光素子３で取得し、その差信号１６より分析ディスク上の粒状物情報をＳカーブ信号１７として取り出す手段を備え、光照射部２での制御もしくは分析ディスクに中間層１８を設けることによって焦点位置をずらすことで、感度よいＳカーブ信号１７を取得することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、血液などの液体サンプルを収集して光学的な分析を行うための分析ディスク、及びこの分析ディスクを回転させながら光学的な分析を行う分析装置に関する。

従来、液体サンプルを収集可能なチャンバーをその内部に形成した分析ディスクを回転させながら、この分析ディスクに光源から出力される光を照射し、チャンバーより得られる透過光あるいは反射光あるいは散乱光を受光素子で検出することにより、ディスク上の粒状物情報を取得し、光学的に分析する分析装置がある。（例えば、特許文献１参照。）従来の分析ディスク及び分析装置について、以下、図面を用いて説明する。

図７は分析ディスクの平面図であり、図８はこの分析ディスクを用いて分析を行う分析装置の構成図であり、図９は分析ディスクにおける粒状物情報抽出の詳細を示した図である。

ここで血液中のコレステロールなどを分析する場合を例にあげ、まずその概要を説明する。分析ディスク１に設けた試料注入チャンバー２１に、人体から採取した血液をピペットなどで注入する。この状態で分析ディスクを回転させて遠心分離を行い血漿と血球とに分離する。

遠心分離後、分析ディスク１の回転を止め、分離した血漿を次の分離チャンバー２２へと毛細管現象で移送させる。この分離チャンバー２２では、血漿中の成分のうち、コレステロールの分析に不要な成分を、内部に備えた試薬と反応させ沈殿させる。そして再度、分析ディスクを回転させ、沈殿物を分離する。さらに分析ディスク１の回転を止め、不要成分の分離された血漿を、測定スポット１４へと導く。

この分析測定スポット１４にて、コレステロールと反応する試薬と凝集反応を生じさせ、これにより生じた凝集物の量を光学的に計測することにより、コレステロールを定量する。

また、図８の分析装置において、光照射部２及び分割された受光素子３は、共に分析ディスク１の半径方向（矢印Ａ方向）に移動可能であり、回転駆動部６による分析ディスク１の矢印Ｂ方向への回転と組み合わせることで、分析ディスク１上の任意の位置をトレースすることができる。

光照射部２によって測定領域内へ照射された光５は、分析ディスク１を透過し、受光素子３により粒状物情報として取得される。ここで受光素子３は半径方向、すなわち、分析ディスク１の回転方向に直交する方向に分割ライン４で示すように分割されており、分割された領域３ａと領域３ｂそれぞれで別々の信号を得ることができる。得られた光信号は信号変換部７で電気信号に変換され、信号増幅部８で増幅、信号演算部９で演算し、分析部１０で解析が行われる。

また、図９（ａ）において、上述の分析チャンバー２２における光学的な分析の詳細を説明する。分析ディスク１は、ベースディスク１２と上カバー１１から成り、上カバー１１の凹凸形状によりチャンバーや毛細管流路を形成している。ベースディスク１２の上面には、金や銀などを薄くスパッタ蒸着することにより、光照射部２からのレーザ光の一部を反射する反射膜１３が形成されている。この反射光を利用することにより、光照射部２からのレーザ光が、反射膜１３の位置に合焦するようにフォーカス制御されている。

上記の凝集反応により生じた粒状物１５は分析チャンバー１４内のベースディスク１２表面に固定化される。そして、ベースディスク１２表面に焦点を合わせた光５の反射または透過または散乱したものの光量変化を受光素子３で検出し、領域３ａ及び領域３ｂそれぞれの差信号１６を取ることにより、粒状物１５の時間に対する電位の変化は図９（ｂ）に示すＳ字カーブ形状の信号（以下、「Ｓカーブ信号」という）１７として得ることができる。ここで、ベースディスク１２表面の反射膜１３を形成し、その反射光により光５の焦点を反射膜１３の位置に合わせる制御を光照射部２で行っている。
国際公開第０３／０３６３３７号パンフレット

しかしながら、前記従来の構成では、粒状物の大きさが小さいと検出されるＳカーブ信号の振幅及び周期が小さくなり、小さな粒状物は認識できないという課題を有していた。

例えば、照射する光のビーム径は１．０μｍ程度で、半径方向のトレース位置の間隔も例えば１．６μｍ程度あるので、粒状物の大きさが０．６μｍ以下のものは検出できなくなり、測定精度に問題があった。これはコレステロールなどの測定に限らず、赤血球の数をカウントしたりする場合も同様であり、粒状物の分析に関して同じ問題が生じていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、感度よくＳカーブ信号を検出できる分析ディスクまたは分析装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の分析ディスクは、透過性の材料よりなり、一表面に他方表面より入射した光の一部を反射する反射膜を形成したベースディスクと、前記ベースディスクの反射膜上に形成した光透過性の材料で形成した中間層と、前記中間層の上部に配置され、液体サンプルを収集可能なチャンバーを有するカバーと、を備えるものである。

また本発明の分析装置は、上記の分析ディスクを回転可能に支持する回転駆動部と、分析ディスクの前記他方表面より光を照射し、前記反射膜に前記光の焦点を合わせるように制御する光照射部と、前記分析ディスクを透過した光を受光するとともに、前記分析ディスクの回転方向に対して直交する方向に分割されて配置された少なくとも２つの受光素子と、前記受光素子のそれぞれの出力から差信号を取り出す信号処理部と、を備えるものである。

また、本発明の他の分析装置は、一表面に他方表面より入射した光の一部を反射する反射膜を形成したベースディスクと、前記ベースディスクの上部に液体サンプルを収集可能なチャンバーを有するカバーとを備える分析ディスクを回転可能に支持する回転駆動部と、分析ディスクの前記他方表面より光を照射し、前記反射膜よりもベースディスクよりにオフセットした位置に前記光の焦点を合わせるように制御する光照射部と、前記分析ディスクを透過した光を受光するとともに、前記分析ディスクの回転方向に対して直交する方向に分割されて配置された少なくとも２つの受光素子と、前記受光素子のそれぞれの出力から差信号を取り出す信号処理部と、を備えたものである。

本発明の分析ディスク及び分析装置によれば、小さい粒状物に対しても感度よくＳカーブ信号を検出することができるので、測定精度を向上させることができる。

以下に、本発明の分析ディスク及び分析装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。なお、従来の構成と同様の構成については同じ符号を付して説明をする。

図１は、本実施例における分析ディスク１の分解斜視図である。図において、ベースディスク１２は、外形寸法は直径１２０ｍｍ、厚さは１．２ｍｍ、ポリカーボネートなどの樹脂材料からなり、透過率は９５％以上のものである。

ベースディスク１２の上面には、反射膜１３を、金もしくは銀をスパッタ蒸着することにより、金の場合は２５ｎｍ程度、銀の場合は１５ｎｍ程度の厚さに形成している。この反射膜１３の透過率は３０％程度であり、ベースディスク１２の下面より入射した光の一部を反射するものである。

ベースディスク１２の反射膜１３の上には、ホットメルトシートや接着シートなどの材料からなる中間層１８を形成している。この中間層１８の透過率は、できるだけ１００％に近いのが好ましく、アクリル樹脂やポリスチレン樹脂を用いることができる。また屈折率はできるだけ１．０に近いのが好ましい。中間層１８の厚みとしては、１０μｍ以下がよく、また、このような中間層１８は、全体の厚みが一定であるシートを上カバー１１及びベースディスク１２と同一の大きさに切り抜いた後、上カバー１１とベースディスク１２の間に挟み込んで接着することによりベースディスク１２上に形成することができる。

上記のように構成した分析ディスク１を搭載して、分析を行う分析装置の概略構成は、図８で示したものと同様である。

図２を用いて、本実施例における分析装置の動作の詳細を説明する。図２は分析ディスクの構造とそれにより得られる粒状物情報を示す図である。図２（ａ）において、光照射部２は、出力する光ビームの焦点位置を、光照射部２により従来と同様反射膜１３に合わせている。このため、この中間層１８の厚さを変えることにより、粒状物の位置を焦点位置から任意に遠ざけることが可能である。中間層１８の厚さは、上述したとおりであり、０．５μｍ程度の大きさの粒状物１５を検出しようとする場合には、中間層１８と粒状物１５の接する部分での光ビームの光径１９が１．５μｍ程度であるとき、つまり２．８μｍ程度の厚さにすることが望ましい。

ここで、中間層１８の厚さを大きくして、粒状物１５の位置を焦点から遠ざけると、粒状物１５に当たる光５の光径１９が大きくなり、粒状物１５の大きさと光径１９の大きさのバランスによって受光素子３で受光される光特性が変化する。そしてあるバランスになったとき、図２（ｂ）に示すように取得した差信号１６は反転したＳカーブ信号１７として出力される。

ここで、粒状物１５の大きさと光径１９の大きさのバランスによる光路変化を示すために、従来の分析ディスク及び従来の分析装置を用いて分析を行った場合の光路変化と、本実施例における分析ディスクおよび分析装置を用いて分析を行った場合の光路変化との違いを図３、４を用いて説明する。図３に中間層１８のない場合、すなわち従来の分析を用いた場合であり、光径１９が粒状物１５より小さいときの光路変化を示す。また図４に中間層１８がある場合、すなわち本実施例の分析ディスクを用いた場合の光路変化を示す。

ここで、光径１９が粒状物１５の大きさより大きい場合、すなわち、従来の分析装置では、検出できない大きさの粒状物のときの光路変化を説明する。

図３において、中間層１８がない場合、分析ディスク１の回転により、光５と粒状物１５との関係は（ａ）から（ｅ）へと変わっていく。粒状物１５が領域３ａ側の光５に接し始めた（ａ）のとき、粒状物１５に接した光５は粒状物１５の表面を反射もしくは屈折し領域Ａ３ａへ入射しなくなるために、領域３ｂへの入射光量が領域３ａへの入射光量より大きくなり差信号１６の電圧が下がる。粒状物１５が光５に入っていくと（ｂ）、領域３ｂには屈折により光５の当たらない部分が多くなり、領域３ａへは粒状物１５を透過した光５や領域３ｂへ当たるはずであった屈折光が当たるため、領域３ａへの入射光量が領域３ｂへの入射光量より大きくなり差信号１６の電圧は上がる。粒状物１５が光域の中心にくると（ｃ）、領域３ａ及び領域３ｂの入射光量が釣り合い、差信号１６の電圧は基準値に落ち着く。

同様に粒状物１５が光域の中心から外れていくと（ｄ）、領域３ａには屈折により光５の当たらない部分が多くなり、領域３ｂへは粒状物１５を透過した光５や領域３ａへ当たるはずであった屈折光が当たるため、領域３ｂへの入射光量が領域３ａへの入射光量より大きくなり差信号１６の電圧は下がる。

そして粒状物１５が光５から外れていくと（ｅ）、粒状物１５に接した光５は粒状物１５の表面を屈折し領域３ｂへ入射しなくなるために、領域３ａへの入射光量が領域３ｂへの入射光量より大きくなり差信号１６の電圧が上がる。以上の過程で形成されるＳカーブ信号は、図５（ａ）に示すものとなり、正常なＳカーブとならず、粒状物とは認識することができないＳカーブ信号となる。

次に、図４において、中間層１８がある場合、分析ディスクの回転により、光５と粒状物１５との関係は（ａ）から（ｅ）へと変わっていく。粒状物１５が領域３ａ側の光５に接し始めた（ａ）のとき、粒状物１５に接した光５は粒状物１５の表面を反射もしくは屈折し領域３ａへ入射しなくなるために、領域３ｂへの入射光量が領域３ａへの入射光量より大きくなり差信号１６の電圧が下がる。粒状物１５が光５に入っていくと（ｂ）、粒状物１５内を透過する光５は領域３ａに当たるが、粒状物１５の両端付近に当たる光５は屈折するために、領域３ａの光量は小さくなる。逆に領域３ｂにおいては粒状物を通らずにくる直接光や領域３ａに当たるはずの光５が屈折してくるため、光量は大きくなるので、差信号１６の電圧はもっと下がる。粒状物１５が光域の中心にくると（ｃ）、領域３ａ及び領域３ｂの光量が釣り合い、差信号１６の電圧は基準値に落ち着く。同様に粒状物１５が光域の中心から外れていくと（ｄ）、粒状物１５内を透過する光５は領域３ｂに当たるが、粒状物１５の両端付近に当たる光５は屈折するために、領域３ｂの光量は小さくなる。逆に領域３ａにおいては粒状物１５を通らずにくる直接光や領域３ｂに当たるはずの光５が屈折してくるため、光量は大きくなるので、差信号１６の電圧は上がる。そして、粒状物１５が光域から外れていくと（ｅ）、領域３ｂに当たる光量が増えていき、差信号１６は基準値に落ち着いていく。以上の過程で図５（ｂ）に示す、正常な形状の反転のＳカーブ信号１７が形成される。このように、従来の分析ディスクおよび分析装置では検出できなかった、小さな粒状物に対しても、本実施例によれば検出が可能となる。

以上のように、図３で中間層１８がない場合の光量変化を、図３で中間層１８がある場合の光量変化を示したが、Ｓカーブ信号１７の正転と反転の切り替わりに影響している要素は、粒状物１８の大きさと光径１９の関係である。Ｓカーブ信号１７が正転するのは受光素子３に当たる光路変化が粒状物内を透過する光５に影響される部分が大きく、また、Ｓカーブ信号１７が反転するのは受光素子３に当たる光路変化が粒状物１５の外から回り込む光５に影響される部分が大きいためである。

差信号１６の振幅がより大きく取れる光径１９になるよう、中間層１８の厚みを決定してやることで、より感度よいＳカーブ信号１７を取得することができる。また、中間層１８は粒状物１５の位置を焦点位置から離すためのものであるので、中間層１８はベースディスクの腐食を防ぐための保護膜とすることができ、また中間層１８は粒状物１５を固定化するためのコートとすることもできる。

本実施例における分析装置は、従来からある分析ディスク、もしくは実施例１の分析ディスクを用いて、より小さな粒状物を検出できるものである。

図６に分析ディスクの構造とそれにより得られる粒状物情報を示す。図では、従来からある分析ディスクを用いた例を示している。光照射部２では従来と同様、出力した光５が反射膜１３で反射して帰ってくる光を受光することで焦点位置情報を取得でき、その情報をもとに焦点位置オフセット量２０を自由に調整することができる。焦点位置をずらす方法としては、例えば光ディスクのピックアップと同様に集光レンズをずらす方法や、もしくは光照射部２をずらす方法などがある。

０．５μｍ程度の大きさの粒状物１５を検出しようとする場合には、中間層１８と粒状物１５の接する部分での光ビームの光径１９が１．５μｍ程度であるとき、つまり焦点位置オフセット量を２．６〜３．０μｍ程度にすることが望ましい。
反転したＳカーブ信号１７が生成される原理は実施例１と同様であり、この方法であれば粒状物１５の大きさに準じた光径１９になるよう、焦点位置オフセット量２０を変えることが可能で、感度よいＳカーブ信号１７を得ることができる。

さらに、上記実施例１の分析ディスクを用いて、本実施例２の分析装置で分析を行うと、上記実施例１で検出可能な粒状物より、さらに小さな大きさの粒状物を検出することが可能となる。

本発明にかかる分析ディスク及び分析装置は小さい粒状物に対しても感度よくＳカーブ信号を検出することができるため、透過光あるいは反射光あるいは散乱光から微小な測定対象物の情報を取り出すような装置等に有用である。

本発明の実施例１における分析ディスクの分解斜視図 本発明の実施例１における分析ディスクの構造とそれにより得られる粒状物情報を示す図 従来の分析ディスクを用いた場合の光路変化を示した図 本発明の実施例１における分析ディスクを用いた場合の光路変化を示した図 本発明の実施例１における分析ディスクと、従来の分析ディスクとによる粒状物情報の相違を示す図 本発明の実施例２における分析ディスクの構造とそれにより得られる粒状物情報を示す図 従来の分析ディスクの平面図 従来の分析装置の構成図 従来の分析装置における分析ディスクの構造とそれにより得られる粒状物情報を示す図

符号の説明

１ 分析ディスク
２ 光照射部
３ 受光素子
３ａ 領域Ａ
３ｂ 領域Ｂ
４ 分割ライン
５ 光
６ 回転制御部
７ 信号変換部
８ 信号増幅部
９ 信号演算部
１０ 分析部
１１ 上カバー
１２ ベースディスク
１３ 反射膜
１４ 測定スポット
１５ 粒状物
１６ 差信号
１７ Ｓカーブ信号
１８ 中間層
１９ 光径
２０ 焦点位置オフセット量
２１ 試料注入チャンバー
２２ 分離チャンバー

Claims (8)

1. 透過性の材料よりなり、一表面に他方表面より入射した光の一部を反射する反射膜を形成したベースディスクと、前記ベースディスクの反射膜上に形成した光透過性の材料で形成した中間層と、前記中間層の上部に配置され、液体サンプルを収集可能なチャンバーを有するカバーと、を備える分析ディスク。
2. 中間層は、アクリル樹脂で形成したことを特徴とする請求項１記載の分析ディスク。
3. 中間層は、ポリスチレン樹脂で形成したことを特徴とする請求項１記載の分析ディスク。
4. 中間層の厚みは、１０μｍ以下にしたことを特徴とする請求項１記載の分析ディスク。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の分析ディスクを回転可能に支持する回転駆動部と、
   分析ディスクの前記他方表面より光を照射し、前記反射膜に前記光の焦点を合わせるように制御する光照射部と、
   前記分析ディスクを透過した光を受光するとともに、前記分析ディスクの回転方向に対して直交する方向に分割されて配置された少なくとも２つの受光素子と、
   前記受光素子のそれぞれの出力から差信号を取り出す信号処理部と、を備える、分析装置。
6. 透過性の材料よりなり、一表面に他方表面より入射した光の一部を反射する反射膜を形成したベースディスクと、前記ベースディスクの反射膜上に配置され、液体サンプルを収集可能なチャンバーを有するカバーと、を備える分析ディスク、もしくは、請求項１から３に記載の分析ディスク、を回転可能に支持する回転駆動部と、
   分析ディスクの前記他方表面より光を照射し、前記反射膜よりもベースディスクよりにオフセットした位置に前記光の焦点を合わせるように制御する光照射部と、
   前記分析ディスクを透過した光を受光するとともに、前記分析ディスクの回転方向に対して直交する方向に分割されて配置された少なくとも２つの受光素子と、
   前記受光素子のそれぞれの出力から差信号を取り出す信号処理部と、を備えた分析装置。
7. オフセット量は、任意に設定可能であることを特徴とする請求項６に記載の分析装置。
8. 焦点位置の光径を略１μｍの大きさとすることを特徴とする請求項５または６に記載の分析装置。
   
   

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