JP2008139236A - 光計測方法および光計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の損失が生じないようにしてサンプルの光計測を高感度で行うことができる光計測装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源２０が発生する照明光Ｌを案内する光ファイバ４０の端面４３とキャピラリー３０の壁面との間には、透明の部材であえるガラス板５０が配置されている。これにより、光ファイバ４０の端面４３とキャピラリー３０の壁面との間には、空気層が存在しないようにして、空気層の存在による照明光Ｌの損失が生じないようにしてサンプルＳの光計測を高感度で行うことができばらつきを低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光計測装置に関し、特に流路内を流れる液体に分散させたサンプルの光情報を測定するために照明光をサンプルに照射するための光計測装置に関する。

液体にサンプル（被検微小物）を分散させた液体が毛細管内を流れるようにして、光源からの光がこの液体流に照射されることで、液体流中のサンプルの光情報（蛍光情報）を測定することが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
特許第２９７３３８７号公報

ところが、特許文献１に開示されている測定装置では、レーザ光は、光ファイバを通じて毛細管内を通過するサンプルに照射されるようになっているが、光ファイバの端面は毛細管の表面に対して近づけて配置されている。このため、光ファイバの端面と毛細管の表面との間には、空気層が形成されてしまう。

このため、光ファイバ及び毛細管と空気層の光の屈折率が異なることから、光ファイバの端面から毛細管に対して照射される光の損失が生じてしまい、サンプルの高感度な光計測が難しい。

また、サンプルの流れる範囲への照射面積により計測値のばらつきが変わることから、この相互関係についての調整が重要である。

そこで、本発明は上記課題を解消するために、照明光の損失が生じないようにしてサンプルの光計測を高感度で行うことができばらつきを低減することができる光計測装置を提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明の光計測装置は、流路内を流れる液体に分散させた被測定対象であるサンプルに対して光を照射することで、前記サンプルの光情報を測定するための光計測装置であり、
光源が発生する照射光を導光する光導波路の端面と前記流路の壁面との間には、透明の部材が配置されていることを特徴とする。

本発明の光計測装置は、好ましくは前記光導波路は光ファイバであることを特徴とする。

本発明の光計測装置は、好ましくは前記透明の部材は、ガラスからなることを特徴とする。

本発明の光計測装置は、好ましくは前記透明の部材は、前記流路側の壁面が直接流路に接していることを特徴とする。

本発明の光計測装置は、好ましくは前記光導波路の前記端面と前記透明の部材との間及び前記透明の部材と前記流路の壁面には、光の屈折率を整合させるための屈折率整合剤が配置されていることを特徴とする。

本発明の光計測装置は、好ましくは前記光導波路の前記端面と前記透明の部材との間には、光の屈折率を整合させるための屈折率整合剤が配置されていることを特徴とする。

本発明の光計測装置は、好ましくは前記光導波路の前記端面と前記透明の部材との間の前記屈折率整合剤が低粘度で、前記屈折率整合剤の周囲には高粘度の前記屈折率整合剤が配置されていることを特徴とする。

本発明の光計測装置は、好ましくは前記光導波路は、前記光導波路の軸方向と、前記軸方向と直交する第１方向と、前記軸方向と前記第１方向とそれぞれ直交する第２方向に沿って移動可能に支持されていることを特徴とする。

本発明の光計測装置は、好ましくは前記光導波路は、前記流路に沿って複数配置されていて、一括で移動可能に支持されている。

本発明の光計測装置によれば、照明光の損失が生じないようにしてサンプルの光計測を高感度で行うことができばらつきを低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１と図２は、本発明の光計測装置の好ましい実施形態を示している。図１と図２に示す光計測装置１の構成例について説明する。

図１に示す光計測装置１０は、一例としてフローサイトメータ（フローサイトメトリともいう）との光計測部として用いられている。フローサイトメータ１は、この光計測装置１０と、液体にサンプル（被検微小物）が分散された液体１１を供給するための供給部１２と、サンプルの分注部１３を有している。

供給部１２は、このサンプルＳが分散された液体１１を、サンプル流１１Ｓとしてシース流１９と共に光計測装置１０に対してＺ１方向に（図１の例は、上側から下側に向けて）チューブ１４を通じて供給することができる。光計測装置１０を通過した液体１１のサンプルＳは、分注部１３において必要なものと不要なものに分けることができる。

図１に示す光計測装置１０は、照明光Ｌの光源としての例えばレーザ光源２０と、サンプルＳを含むサンプル流１１Ｓを流すための流路としてのキャピラリー３０と、受光部３１と、照射光Ｌを導くための光導波路としての光ファイバ４０と、ガラス板５０と、マッチングオイル６０と、移動操作部７０と、制御部１００を有している。受光部７０は、例えばホトダイオードである。

光計測装置１０は、レーザ光源２０が発生する照明光（照射光）Ｌを、キャピラリー３０内を通過するサンプル流（液体）１１Ｓ中のサンプルＳに照射して、サンプルの光情報（蛍光情報）を測定するための装置である。供給部１２内の液体１１は、サンプル流（液体）１１Ｓとしてシース流１９と共に、キャピラリー３０内にＺ１方向に沿って供給する。

図１と図２に示すサンプルＳとしては、例えば大きさが５μｍの細胞であり、サンプル流１１Ｓはシース流１９で包み込むような形で、光計測装置１０のキャピラリー３０内を通過させるようにして流すようになっている。このシース流１９を用いたシースフロー技術は、サンプル流１１Ｓとシース流１９の圧力差によりサンプル流１１Ｓの幅を任意に制御して、サンプル流１１Ｓの圧損の低減と詰まりの防止を図っている。

図１に示すように、供給されたサンプル流１１ＳのサンプルＳには、レーザ光源２０からの照明光Ｌは、光ファイバ４０とマッチングオイル６０とガラス板５０とキャピラリー３０の透明な壁部の外面３１Ｆを通じて照射されるようになっている。サンプルＳに照射された照明光Ｌは、受光部３１に受光されることで、サンプルＳが発生する蛍光情報を得て、制御部１００に送ることで、制御部１００はその蛍光計測値を解析する。

光ファイバ４０は、図１に示すようにコア４１とこのコア４１の周囲を被覆するクラッド４２を有する構造であり、光ファイバ４０の端面４３には光コネクタ４４が装着されている。光コネクタ４４は、ホルダー４５に保持されている。

図１と図２に示すキャピラリー３０は例えばガラス製である。ガラス板５０は、キャピラリー３０の壁面の外面３１Ｆと光ファイバ４０の端面４３の間に配置されている透明の介在部材であり、ガラス板５０の他方の面５２と光ファイバ４０の端面４３との間に空気層を介在させない。光ファイバ４０の端面４３とガラス板５０の他方の面５２とは、好ましくは同じ面に位置している。

しかも、ガラス板５０の他方の面５２と、光コネクタ４４の端面すなわち光ファイバ４０の端面４３との間には、マッチングオイル６０が充填されている。このマッチングオイル６０は、ガラス板５０の他方の面５２と光ファイバ４０の端面４３との間に空気層を介在させないようにしながら、ガラス板５０の光の屈折率と光ファイバ４０の光の屈折率とを整合させるための屈折率整合剤（例えば液体）であるが、照射光Ｌは通すことができる透明なオイルである。

同様にして、ガラス板５０の一方の面５１とキャピラリー３０の壁面の外面３１の間には、好ましくはマッチングオイルのような屈折率整合剤１７０が配置されている。

図１に示すように、光ファイバ４０は、移動操作部７０の動作によりＸ軸方向と、Ｙ軸方向と、Ｚ軸方向に沿って移動可能である。移動操作部７０の動作は制御部１００の指令により制御され、移動操作部７０は、例えば通常用いられているＸ−Ｙ−Ｚテーブルなどの３軸移動テーブルを用いることができる。

移動操作部７０は、サンプル流１１Ｓに対する照明光Ｌの位置を調整するための調整機構である。Ｘ軸方向と、Ｙ軸方向と、Ｚ軸方向は互いに直交している。

Ｘ軸方向に沿って光ファイバ４０の位置を調整することにより、照明光Ｌとサンプル流１１Ｓの中心位置を調整することができる。Ｙ軸方向に沿って光ファイバ４０の位置を調整することにより、照明光Ｌの照射径を調整することができる。Ｚ軸方向に沿って光ファイバ４０の位置を調整することにより、受光部３１側の光ファイバ（図示せず）との光軸位置を調整することができる。Ｙ軸方向は、光ファイバ４０の軸方向である。Ｘ軸方向とＺ軸方向は、Ｙ軸方向と直交する第１方向と第２方向である。

これにより、ガラス板５０の他方の面５２と光ファイバ４０の端面４３との間に空気層を介在させずに、サンプルＳの大きさや、サンプルＳがキャピラリー３０内を通る位置に応じて、照明光Ｌを広げて照射することが可能であり、その照明光Ｌの照射径や照射密度や開口数を変えながら照射範囲を調整することができる。

次に、図１に示す光計測装置１０の動作例を説明する。

供給部１２から液体１１が、サンプル流１１Ｓとしてキャピラリー３０内をシース流１９を用いてＺ１方向に供給されると、サンプルＳの蛍光情報が光計測装置１０において照明光Ｌにより得られ、受光部３１により受光される。

この際に、レーザ光源２０の照明光Ｌは、光ファイバ４０を通り、マッチングオイル６０により屈折率の整合が行われて、ガラス板５０とキャピラリー３０の壁部を通過してサンプルＳに照射される。マッチングオイル６０が光ファイバ４０の屈折率とガラス板６０の屈折率の整合を取ることができる。

しかも、キャピラリー３０の壁部の外面３１Ｆにはガラス板５０の一方の面５１が密着されており、ガラス板５０の他方の面５２と光コネクタ４４の端面すなわち光ファイバ４０の端面４３との間には、マッチングオイル６０が充填されているので、キャピラリー３０の壁部の外面３１Ｆと光ファイバ４０の端面４３との間に空気層を介在させないようにすることができる。このため、空気層の存在による照明光Ｌの損失が生じない。

また、ガラス板５０の他方の面５２と光コネクタ４４の端面すなわち光ファイバ４０の端面４３との間には、マッチングオイル６０が充填されているので、光ファイバ４０が移動操作部７０によりＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の少なくとも１つの方向に移動しても、光ファイバ４０の端面４３がマッチングオイル６０内を移動することができるので、キャピラリー３０の壁部の外面と光ファイバ４０の端面４３との間に空気層を介在することはないので、サンプルＳの蛍光情報を高感度で光計測することができる。

また、光ファイバ４０の端面４３が直接キャピラリー３０の壁部に対して当接する構成ではないので、光ファイバ４０の端面４３が損傷を受けることを防止できる。

このように、本発明の光測定装置１０では、照明光の損失が生じないようにしてサンプルの正確な光計測を高感度で行うことができる。

もし、キャピラリー３０の壁部の外面と光ファイバ４０の端面４３との間に空気層があると、例えば４％の照明光の損失が生じる。

図３は、本発明の別の実施形態を示しており、透明の部材５０が、キャピラリー３０の流路壁の一部を構成している例である。図１と図２に示す実施形態では、透明の部材５０がキャピラリー３０の流路壁の外面の外に配置されていて、透明の部材５０は流路外に配置されている。これに対して、図３の実施形態では、透明の部材５０の内壁が流路内壁面を構成している。

本発明の光測定装置１０は、流路内を流れる液体に分散させた被測定対象であるサンプルに対して光を照射することで、前記サンプルの光情報を測定するための光計測装置である。レーザ光源２０が発生する照射光Ｌを導光する光導波路４０の端面４３と流路であるキャピラリー３０の壁面との間には、透明の部材５０が配置されている。これにより、これにより、光ファイバ４０の端面４３とキャピラリー３０の壁面との間には、空気層が存在しないようにして、空気層の存在による照明光Ｌの損失が生じないようにしてサンプルＳの光計測を高感度でしかもばらつきなく行うことができる。

本発明の実施形態では、透明の部材５０は、ガラスからなる。透明の部材５０の材質として汎用の材質を用いるので低コストになるばかりでなく、照射光の照射径の調整や位置の調整が可能である。

本発明の実施形態では、透明の部材５０は、流路側の壁面５１が直接流路に接している。これにより、簡単な構成により透明の部材５０を光ファイバ４０の端面４３と流路の間に配置できる。屈折率整合剤は、流路側の壁面５１と透明の部材５０の間に配置すればよいので、透明の部材の数が１つでよく、屈折率整合剤の配置数が１つですむ。

本発明の実施形態では、光導波路の端面４３と透明の部材５０との間及び透明の部材５０と流路の壁面３１には、光の屈折率を整合させるための屈折率整合剤が配置されている。これにより、照射光Ｌの光損失を低減できる。

本発明の実施形態では、光導波路の端面４３と透明の部材５０との間には、光の屈折率を整合させるための屈折率整合剤が配置されている。これにより、照射光Ｌの光損失を低減できる。

本発明の実施形態では、光導波路の端面４３と透明の部材５０との間の屈折率整合剤が低粘度で、この屈折率整合剤の周囲には高粘度の屈折率整合剤が配置されている。これにより、低粘度の屈折率整合剤だけでは透明の部材５０の保持が困難であるが、高粘度の屈折率整合剤を用いることで保持ができ、気泡が入りやすい高粘度の屈折率整合剤が低粘度の屈折率整合剤の周囲にあることで気泡が入っても照射光Ｌの照射には影響を与えない。

本発明の光計測装置１０では、光ファイバ４０は、光ファイバ４０の軸方向（Ｙ軸方向）と、Ｙ軸方向と直交する第１方向（Ｘ軸方向）と、Ｙ軸方向とＸ軸方向とそれぞれ直交する第２方向（Ｚ軸方向）に沿って移動可能に支持されている。これにより、サンプルＳの大きさや、サンプルＳがキャピラリー３０内を通る位置に応じて、照明光Ｌを広げて照射することが可能であり、その照明光Ｌの照射径や照射密度や開口数を変えながら照射範囲を調整することができる。

本発明の実施形態では、光導波路は、流路に沿って複数配置されていて、一括で移動可能に支持されている。これにより、複数本の光ファイバの端面の位置が同時に高精度調整できる。

本発明の実施形態では、透明な部材５０の厚みを変えることで、照射光Ｌの照射径を調整することができる。サンプル流の径は、測定対象により異なるが、前記端面位置の調整では屈折率整合剤を介在させる構成上、調整幅は限定される。そこで、サンプル流の径に応じて照射光Ｌの照射径を透明な部材の厚みで調整して構成することで様々なサンプルに対応できる。

また、透明な部材５０は、毛細管（ガラス管）としての外に配置して、ファイバを用いる構成もある。

屈折率整合剤を使用することにより、照射光Ｌの光損失を低減できる。

しかも、光導波路である光ファイバの端面に埃等の異物が付着するのを防止できる（異物は熱エネルギーで焼ける）。これにより、光ファイバの端面のダメージ回避に効果がある
２種類の屈折率整合剤を使用することで、低粘度の屈折率整合剤だと保持するのが困難
であるが、高粘度の屈折率整合剤だと移動・組立時に気泡が混入しやすい。従って、光ファイバの端面には低粘度の屈折率整合剤を介在させ、その周囲に高粘度の屈折率整合剤を配置することで、保持ができしかも気泡が入りにくい構造にできる。

光ファイバの端面は、流路に沿って複数配置されていて、一括で移動可能に支持されるように構成することで、複数本の光ファイバの端面の位置が同時に高精度調整できる。この複数の光ファイバとしては、光多芯コネクタを用いて構成すればよい。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。

例えば、図１に示す受光部３１は、ガラス板５０とはキャピラリー３０を挟んで反対の位置に配置されているが、これに限らず図２に示すように、受光部３１Ｄは、キャピラリー３０の横側の位置（図１の紙面垂直方向に沿った位置）に配置しても良い。

図１と図２に示すキャピラリー３０は例えば断面正方形を有する中空部材であるが、例えば断面長方形やその他の断面形状であっても良い。

また、サンプルＳである例えば細胞から得られる散乱光、透過光、そして蛍光情報といった信号を、受光部３１を用いて取得することができる。

透明な部材は、ガラス板に限らず透明であればプラスチック板などの他の材質であっても良い。

本発明では、照明光は測定光あるいは照射光とも言うことができる。

本発明の光計測装置は、遺伝子、免疫系、タンパク質、アミノ酸、糖類の生体高分子に関する検査、解析、分析が要求される分野、例えば工学分野、食品、農産、水産加工等の農学全般、薬学分野、衛生、保健、免疫、疫病、遺伝等の医学分野、化学もしくは生物学等の理学分野等、あらゆる分野に適用できる。

本発明の光計測装置の好ましい実施形態を含むフローサイトメータの一例を示す斜視図である。 図１の光計測装置の平面図である。 本発明の別の実施形態を示す平面図である。

符号の説明

１ フローサイトメータ
１０ 光計測装置
２０ レーザ光源
３０ キャピラリー
４０ 液体
１１Ｓ サンプル流
１９ シース流
３０ キャピラリー（流路の一例）
３１ 受光部
５０ ガラス板（透明な部材の一例）
６０ マッチングオイル（屈折率整合液の一例）
７０ 移動操作部
１００ 制御部
Ｓ サンプル
Ｌ 照明光

Claims (9)

1. 流路内を流れる液体に分散させた被測定対象であるサンプルに対して光を照射することで、前記サンプルの光情報を測定するための光計測装置であり、
   光源が発生する照射光を導光する光導波路の端面と前記流路の壁面との間には、透明の部材が配置されていることを特徴とする光計測装置。
2. 前記光導波路は光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光計測装置。
3. 前記透明の部材は、ガラスからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光計測装置。
4. 前記透明の部材は、前記流路側の壁面が直接流路に接していることを特徴とする請求項３に記載の光計測装置。
5. 前記光導波路の前記端面と前記透明の部材との間及び前記透明の部材と前記流路の壁面には、光の屈折率を整合させるための屈折率整合剤が配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の光計測装置。
6. 前記光導波路の前記端面と前記透明の部材との間には、光の屈折率を整合させるための屈折率整合剤が配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の光計測装置。
7. 前記光導波路の前記端面と前記透明の部材との間の前記屈折率整合剤が低粘度で、前記屈折率整合剤の周囲には高粘度の前記屈折率整合剤が配置されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の光計測装置。
8. 前記光導波路は、前記光導波路の軸方向と、前記軸方向と直交する第１方向と、前記軸方向と前記第１方向とそれぞれ直交する第２方向に沿って移動可能に支持されていることを特徴とする請求項７に記載の光計測装置。
9. 前記光導波路は、前記流路に沿って複数配置されていて、一括で移動可能に支持されていることを特徴とする請求項8に記載の光計測装置。

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