JP2009036538A - 蛍光検出用のプローブ及び蛍光検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】迷光を回避して検出感度を向上させることができる蛍光検出用のプローブを提供する。
【解決手段】 励起光を出射する光源と、励起光が照射された試料から発生する蛍光を受光する検出器とを有する光学系を複数備えたマルチ波長の蛍光検出システムにおける励起光の光路と蛍光の光路が同一である複数の光ファイバ３、４と、その端部断面と試料との間に配置されたレンズ１とを有する蛍光検出用のプローブであって、光ファイバ３、４の端部断面とレンズ１の端面を、光ファイバ３、４の端部断面の中心を通るＸ軸またはこれに平行な軸を中心としてＸ−Ｙ面に対して同じ方向に、例えば７．５度以上傾斜させる。また、このときレンズ−ファイバ間の間隔を０．２ｍｍ以下、又は３．０ｍｍ以上とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、蛍光検出用のプローブ及び蛍光検出システムに関し、特に、励起光の光路と蛍光の光路が同一である固体導光路を複数備えた蛍光検出用のプローブ及びこの蛍光検出用のプローブが適用されるマルチ波長の蛍光検出システムに関する。

化学反応を微小空間で行うシステムの一例としてマイクロ化学システムがある。マイクロ化学システムは、小さなガラス基板等に形成された微細な流路の中で試料の混合、反応、分離、抽出、検出等を行うものである。

このようなマイクロ化学システムにおいて、例えばマイクロウエル、マイクロ化学チップ、マイクロキャピラリ等、微小領域にある微量の物質の検出を行うに当たり、光学的に測定する方法が多く採用されている。例えば熱レンズ分光分析、蛍光検出などである。蛍光検出では最近光ファイバを用いて、例えば励起光の光路と試料から受けた蛍光の光路を固体導光路（光ファイバや導波路）にて同一にした蛍光検出システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、従来の蛍光検出システムの構成を示すブロック図である。

図６において、この蛍光検出システムは、試料に照射する励起光を発生させる励起光用の光源４１と、光源４１から出射された励起光を反射してプローブ４３を介して蛍光分析用チップ４４に照射させると共に、試料からの蛍光を通過させる合分波器４２と、合分波器４２を通過した蛍光を受光する検出器４５とから主として構成されている。各構成部材は、例えば光ファイバによって接続されており、合分波器４２とプローブ４３とは励起光の光路と蛍光の光路を同一にした光ファイバによって接続されている。

試料への励起光の照射と試料から発生する蛍光の集光を同じレンズ及び同じ導光路で行うことにより、励起光照射及び蛍光集光におけるプローブと試料の位置あわせを同時にすることができることから、微小領域での測定を容易にすることができるとともに、光ファイバのコアをピンホールとする共焦点光学系とすることができるために空間分解能を高くすることができ、もって微小領域での測定を正確に行うことができる。

励起光の光路と蛍光の光路を同一にした光学系を有する蛍光検出システムにおいて、２種類以上の蛍光物質を測定する場合、例えば２本の光ファイバと一つのレンズを用いて２種類の励起光の照射と２種類の蛍光の集光を行う蛍光検出用のプローブが適用される。

図７は、光学系を２系統有するマルチ波長の蛍光検出システムの概略構成を示すブロック図である。

図７において、このマルチ波長の蛍光検出システムは、励起光λ１を出射する第１の光源５１と、光源５１から出射された励起光λ１とこの励起光λ１が照射された試料から発生する蛍光λ２とを合分波する第１の合分波器５２と、第１の合分波器５２を透過した蛍光λ２を検出光として受光する第１の検出器５３とからなる第１系統と、励起光λ３を出射する第２の光源５４と、光源５４から出射された励起光λ３とこの励起光λ３が照射された試料から発生する蛍光λ４とを合分波する第２の合分波器５５と、第２の合分波器５５を通過した蛍光λ４を検出光として受光する第２の検出器５６とからなる第２系統とを有する。

両系統の第１の合分波器５２及び第２の合分波器５５は、それぞれ光ファイバ６２及び６５によって蛍光検出用チップ５８と対向配置されたプローブ５７に接続されている。光ファイバ６２及び６５は、励起光の光路と蛍光の光路が同一の光ファイバであり、プローブ５７は、２種類の励起光の照射と２種類の蛍光の集光を行う。

第１の光源５１と第１の合分波器５２、第１の合分波器５２と第１の検出器５３、第２の光源５４と第２の合分波器５５、第２の合分波器５５と第２の検出器５６は、それぞれ固体導光路としての光ファイバ６１、６３、６４及び６６によって接続されている。なお、図７のマルチ波長の蛍光検出システムにおいて、生化学系でよく使用されている蛍光物質は青色励起、緑色励起、赤色励起が多く、この時の蛍光の色はそれぞれ緑、赤、赤外となることが多い。

図８は、図７のマルチ波長の蛍光検出システムに適用される蛍光検出用のプローブの構成を示す模式図である。

図８において、この蛍光検出用のプローブは、円筒状のレンズ７１と、このレンズ７１の端面に対向して配置され、マイクロキャピラリ７２で端部が保護された２本の光ファイバ（ＳＩ２００）７３及び７４と、マイクロキャピラリ７２とレンズ７１とを一体に覆うカバー部材としてのガラスチューブ７５と、から主として構成されている。

光ファイバ７３及び７４は、それぞれ励起光の光路及び蛍光の光路として機能する。即ち、光ファイバ７３は、例えば第１の光源５１（図７参照）から出射された例えば波長４７０ｎｍの青色励起光λ１を蛍光分析用チップ５８に向かって通すと共に、励起光の照射を受けた試料で発生した例えば波長５３０ｎｍの緑色蛍光λ２を合分波器５２に向けて通す光路となる。一方、光ファイバ７４は、例えば第２の光源５４（図７参照）から出射された例えば波長５３０ｎｍの緑色励起光λ３を蛍光分析用チップ５８に向かって通すと共に、励起光の照射を受けた試料で発生した例えば波長６００ｎｍの赤色蛍光λ４を合分波器５５に向けて通す光路となる。
特開２００５−３０８３０号公報

しかしながら、上記従来のマルチ波長の蛍光検出用のプローブでは、励起光がファイバ端、レンズ端、サンプル端等に反射して迷光となること、特に、長波長系の励起光がレンズ面で反射して短波長系の光路に入り込んで迷光となることがあり、これが検出ノイズとなって測定感度が低下するという問題がある。

すなわち、例えば青色励起の蛍光物質と緑色励起の蛍光物質を測定するプローブにおいて、青色励起系は４７０ｎｍ付近で励起し、５３０ｎｍ付近の蛍光を測定するものである。一方緑色励起系は５３０ｎｍ付近で励起し、６００ｎｍ付近の蛍光を測定するものである。

従って、緑色励起系の励起光がレンズ端面で反射して青色励起系の光路に入った場合（迷光）、青色励起系はプローブから検出器までが例えば５３０ｎｍ付近の光を透過するように設計されているために、そのままノイズとなる。しかも励起光の強度に比べて試料から発生する蛍光の強度は非常に微弱であるために僅かな迷光でも大きく影響し、青色励起系の検出感度に大きく影響する。

本発明の目的は、一の固体導光路を経て照射され、レンズ端面等で反射した励起光が他の固体導光路へ入り込んで試料で発生した蛍光として計測される迷光を回避して検出感度を向上させることができる蛍光検出用のプローブ及びこのプローブを適用した蛍光検出システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の蛍光検出用のプローブは、励起光を出射する光源と、前記励起光が照射された試料から発生する蛍光を受光する検出器とを有する光学系を複数備えたマルチ波長の蛍光検出システムに適用される蛍光検出用のプローブであって、前記複数の光学系に対応して、前記励起光の光路と前記蛍光の光路が同一である平行でかつ一直線上に配列された複数の固体導光路と、該複数の固体導光路の端部断面と前記試料との間に配置されたレンズとを有し、前記複数の固体導光路の夫々の端部断面の中心を結ぶ直線をＸ軸、前記Ｘ軸に垂直で前記固体導光路の長手方向に沿った直線をＺ軸、前記Ｘ軸及びＺ軸にそれぞれ垂直な直線をＹ軸とした場合、前記レンズの前記固体導光路の端部断面に対向する面を前記Ｘ軸に平行な直線を回転の中心としてＸ−Ｙ面に対して所定角度傾斜させたことを特徴とする。

請求項２記載の蛍光検出用のプローブは、請求項１記載の蛍光検出用のプローブにおいて、前記レンズにおける前記傾斜角度は、１０度以上であることを特徴とする。

請求項３記載の蛍光検出用のプローブは、請求項１記載の蛍光検出用のプローブにおいて、前記複数の固体導光路の端部断面を、前記Ｘ軸を回転の中心として前記レンズの前記傾斜面の傾斜方向と同一方向に所定角度傾斜させたことを特徴とする。

請求項４記載の蛍光検出用のプローブは、請求項３記載の蛍光検出用のプローブにおいて、前記複数の固体導光路の端部断面の前記傾斜角度は、７．５度以上であることを特徴とする。

請求項５記載の蛍光検出用のプローブは、請求項３記載の蛍光検出用のプローブにおいて、前記固体導光路の端部断面に対向する前記レンズの前記傾斜面の前記傾斜角度を前記複数の固体導光路の端部断面の前記傾斜角度と同じにしたことを特徴とする。

請求項６記載の蛍光検出用のプローブは、請求項５記載の蛍光検出用のプローブにおいて、前記傾斜角度を７．５度以上としたことを特徴とする。

請求項７記載の蛍光検出用のプローブは、請求項１または５に記載の蛍光検出用のプローブにおいて、前記固体導光路の端部断面と前記レンズの前記傾斜面との間隔を０．２ｍｍ以下とし、前記レンズの前記傾斜面若しくは前記レンズの前記傾斜面及び前記固体導光路の端部断面の前記傾斜角度を５度以上とするか、又は前記固体導光路の端部断面と前記レンズの前記傾斜面との間隔を３ｍｍ以上としたことを特徴とする。

請求項８記載の蛍光検出用のプローブは、励起光を出射する光源と、前記励起光が照射された試料から発生する蛍光を受光する検出器とを有する光学系を複数備えたマルチ波長の蛍光検出システムに適用される蛍光検出用のプローブであって、前記光学系に対応して、前記励起光の光路と前記蛍光の光路が同一である平行でかつ一直線上に配列された複数の固体導光路と、該複数の固体導光路の端部断面と前記試料との間に配置されたレンズとを有し、前記固体導光路の端部断面と該固体導光路の端部断面に対向するレンズ面との間隔を３ｍｍ以上としたことを特徴とする。

請求項９記載の蛍光検出用のプローブは、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の蛍光検出用のプローブにおいて、前記光学系は２系統であることを特徴とする。

請求項１０記載の蛍光検出用のプローブは、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の蛍光検出用のプローブにおいて、前記固体導光路は光ファイバであり、ファイバコア径が０．２ｍｍ、ファイバＮＡが０．２２であることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１１記載のマルチ波長の蛍光検出システムは、励起光を出射する光源と前記励起光が照射された試料から発生する蛍光を受光する検出器とを有する複数の光学系と、前記励起光の光路と前記蛍光の光路が同一である複数の固体導光路及び該複数の固体導光路の端部断面と前記試料との間に配置されたレンズとを有するプローブと、を備えたマルチ波長の蛍光検出システムにおいて、前記プローブは、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の蛍光検出用のプローブであることを特徴とする。

請求項１記載の蛍光検出用のプローブによれば、複数の光学系に対応して複数の固体導光路を有する蛍光検出用のプローブにおいて、固体導光路の端部断面に対向するレンズ面を固体導光路の夫々の端部断面の中心を結んだＸ軸に平行な直線を回転の中心としてＸ−Ｙ面に対して所定角度傾斜させたので、固体導光路の端部断面から照射された励起光がレンズ端面で反射しても固体導光路に直接戻ることがない。従って、迷光の発生を防止して検出感度を向上させることができる。

請求項２記載の蛍光検出用のプローブによれば、レンズ端面の傾斜角度を１０度以上としたので、上記発明の効果に加え、レンズ−固体導光路間の距離に拘わらず迷光量を、例えば０．０３％以下に抑えることができる。

請求項３記載の蛍光検出用のプローブによれば、複数の固体導光路の端部断面を、レンズ面の傾斜方向と同一方向に所定角度傾斜させたので、上記発明の効果に加えて、迷光量をより小さくすることができる。

請求項４記載の蛍光検出用のプローブによれば、複数の固体導光路の端部断面の傾斜角度を７．５度以上としたので、上記発明の効果に加え、レンズ−固体導光路間の距離に拘わらず迷光量を、例えば０．０３％以下に抑えることができる。

請求項５記載の蛍光検出用のプローブによれば、固体導光路の端部断面に対向するレンズ面の傾斜角度を複数の固体導光路の端部断面の傾斜角度と同じにしたので、上記発明の効果に加え、レンズ端面の傾きと固体導光路端部断面の傾きとの相乗効果によって迷光の発生を確実に抑制することができる。

請求項６記載の蛍光検出用のプローブによれば、前記傾斜角度を７．５度以上としたので、上記発明の効果に加え、迷光の発生をより確実に抑制することができる。

請求項７記載の蛍光検出用のプローブによれば、固体導光路の端部断面とレンズ端面との間隔を０．２ｍｍ以下とし、且つレンズ端面若しくはレンズ端面と固体導光路の端部断面の傾斜角度を５度以上とするか、又は固体導光路の端部断面とレンズ面との間隔を３ｍｍ以上としたので、上記発明の効果に加え、レンズ端面及び固体導光路の間隔が小さくても、若しくはレンズ端面及び固体導光路端部断面の傾斜角度が小さくても迷光量を低く抑えることができる。

請求項８記載の蛍光検出用のプローブによれば、固体導光路の端部断面とこれに対向するレンズ端面との間隔を３ｍｍ以上としたので、レンズ端面及び／又は固体導光路端部断面の傾斜角度に拘わらず迷光の発生を効果的に抑制することができる。

請求項９記載の蛍光検出用のプローブによれば、光学系を２系統としたので、上記発明の効果に加え、固体導光路を２本備えた蛍光測定用プローブにおける迷光の発生を防止して検出感度を向上させることができる。

請求項１０記載の蛍光検出用のプローブによれば、固体導光路を光ファイバとし、ファイバコア径を０．２ｍｍ、ファイバＮＡを０．２２としたので、上記発明の効果に加え、実用性の高い蛍光検出用のプローブにおいて迷光の発生を防止して感度を向上させることができる。

請求項１１記載のマルチ波長の蛍光検出システムによれば、プローブとして請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の蛍光検出用のプローブを適用したので、迷光を低減して蛍光の検出感度が向上した蛍光検出システムを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

まず、本発明の実施の形態に係るマルチ波長の蛍光検出システムについて説明する。

本実施の形態に係るマルチ波長の蛍光検出システムは、励起光を出射する光源と、光源から出射された励起光とこの励起光が照射された試料から発生する蛍光とを合波又は分波する合分波器と、合分波器を透過した透過光を受光する検出器とを有する光学系を複数備えた蛍光検出システムである。このようなマルチ波長の蛍光検出システムにおいて、光学系を２系統とした場合、その全体構成は、例えば上述した図７のようになる。

本実施の形態に係るマルチ波長の蛍光検出システムは、光学系を２系統有し、その全体構成は、例えば図７と同様である。従って、全体構成の説明を省略する。

以下、本実施の形態に係るマルチ波長の蛍光検出システムの特徴部分について詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係るマルチ波長の蛍光検出システムに適用される蛍光検出用のプローブの概略構成を示す模式図、図２は、図１の左側面を示す模式図、図３は、図１の光ファイバ３、４の端部断面とレンズ１との位置関係を示す拡大模式図であって、図３（Ａ）は正面を示す図、図３（Ｂ）は左側面を示す図である。
である。

図１において、この蛍光検出用のプローブは、ファイバコア径が０．２ｍｍ、ファイバＮＡが０．２２の光ファイバ３及び４と、これを支持するマイクロキャピラリ２と、光ファイバ３、４の端部断面に対して所定の間隔を隔てて対向するように配置された円筒状のセルフォックマイクロレンズＳＭＬ（日本板硝子株式会社製、以下、単にレンズという）１と、レンズ１とマイクロキャピラリ２とを一体に覆うカバー部材としてのガラスチューブ５とから主として構成されている。

図２において、マイクロキャピラリ２に保護された二つの光ファイバ３、４は紙面の表側から裏側に向かって並設されている。光ファイバ３、４の端部断面は、水平方向に対して所定角度で傾斜するように研磨されており、光ファイバ３、４の端部断面に対向するレンズ１の端面も光ファイバ３、４の端部断面と同じ方向に同じ角度だけ傾斜している。すなわち、光ファイバ３、４の端部断面とレンズ１の端面は、それぞれ同じ方向に同じ角度で傾斜しており、相互に平行である。

図３（Ａ）において、光ファイバ３、４の端部断面の中心を通る直線をＸ軸、このＸ軸に垂直な光ファイバ３、４の長手方向に沿った直線をＺ軸、Ｘ軸及びＺ軸にそれぞれ垂直な直線をＹ軸とした場合、レンズ１の光ファイバ３及び４の端部断面に対向する面（以下、単に、レンズ１の端面という）は、Ｘ軸に平行な直線Ｘ_１を回転の中心としてＸ−Ｙ面に対して所定角度、例えば１０度傾斜している。

レンズ１の端面をＸ−Ｙ面に対して傾斜させたことによって、図３（Ｂ）に示したように、光ファイバ３、４の端部断面から照射された励起光のうちレンズ１の端面で反射した励起光が光ファイバ３、４の端部断面から遠ざかる方向に照射されるので、迷光の発生を防止することができる。本発明において、迷光とは、一の光ファイバから照射された励起光がプローブの構成部材、試料等に反射して別の光ファイバに入射することをいい、照射元の光ファイバに入射する戻り光を含まない概念をいうものとする。

ここで、光ファイバ３、４の端部断面がＸ−Ｙ面に平行（傾斜角度０度）の場合を想定し、レンズ１の端面をＸ−Ｙ面に対して傾斜させた場合におけるレンズ端面の傾斜角度と、光ファイバ３から試料に向かって照射された励起光がレンズ端面で反射して光ファイバ４に入射する迷光量との関係を、光ファイバ３及び４の端部断面とレンズ１の端面との間隔を変化させた場合について求め、表１に示した。ここで光ファイバ３と光ファイバ４との間隔（各コアの中心間）は０．２５ｍｍである。

また、表１を、縦軸を迷光量（％）、横軸をレンズ−ファイバ間距離（ｍｍ）とするグラフに表して図４に示した。

図４は、光ファイバ３、４の端部断面がＸ−Ｙ面に平行（傾斜角度０度）な場合におけるレンズ１の端面の傾斜角度と、レンズ−ファイバ間距離と、迷光量との関係を示すグラフである。

表１及び図４において、光ファイバ３から照射された励起光のうちレンズ端面で４％が反射すると仮定し、隣接した光ファイバ４に入射した励起光の計測値を全励起光に対する割合に換算して迷光量（％）とした。

表１及び図４において、レンズ１の端面の傾斜角度が１０度以上であれば、迷光量は０．０５％以下になることが分かる。また、レンズ−ファイバ間の間隔が３ｍｍ以上になると迷光量が０．０５％以下になり、レンズ−ファイバ間の間隔が０．２ｍｍ以下の場合は、レンズ端面の傾斜角度が２．５度以上であれば迷光量が０．０５％以下になることが分かる。ここで、レンズ−ファイバ間の距離（又は間隔）とは、レンズ端面の中心と光ファイバのフェルール研磨面の中心との距離（又は間隔）をいう。

本発明においては、経験則上、迷光量を０．０５％以下に抑えれば、蛍光検出器における蛍光検出感度における迷光の影響を無視できると定義し、迷光量が０．０５％以下になる範囲を本発明の範囲とする。レンズ端面で４％光が反射するのはレンズ端面に反射防止膜がついていない場合であるが、通常レンズ端面には用いる波長に適した反射防止膜がついており、その場合反射率は０．５％以下となる。これを考慮すると、本発明において迷光量は０．０１％以下となる。ここで０．０１％以下をｄＢ表示で表すと４０ｄＢ以上となる。この迷光比４０ｄＢ以上はファイバ６１からファイバ６３に入り込む別ルートの迷光とオーダー的に等しく、プローブでの迷光をこれ以上下げても感度を向上させることはできないため、本発明での範囲としている。

表１及び図４において、迷光量が０．０５％以下となる範囲は、（１）レンズ１の端面の傾斜角度が１０度以上の場合、（２）レンズ−ファイバ間の間隔が３ｍｍ以上の場合、及び（３）レンズ−ファイバ間の間隔が０．２ｍｍ以下で、且つレンズ１の端面の傾斜角度が２．５度以上の場合である。

従って、本実施の形態においては、ファイバ端部断面がＸ−Ｙ面に平行（傾斜角度０度）の場合は、レンズ端面の傾斜角度は１０度以上であることが好ましい。また、レンズ−ファイバ間の間隔を０．２ｍｍ以下とし且つレンズの端面の傾斜角度を５度以上とするか、またはレンズ−ファイバ間の間隔を３ｍｍ以上とすることが好ましい。

一方、レンズ１の端面を傾斜させた状態において、同様に光ファイバ３、４の端部断面を傾斜させることによって（図３参照）、迷光量をより低減して検出感度を向上させることができる。

すなわち、レンズ１の端面を傾斜させた状態において、光ファイバ３、４の端部断面を傾斜させることによって、図２及び図３（Ｂ）に示したように、光ファイバ３、４の端部断面から照射され、レンズ１の端面で反射した励起光は光ファイバ３、４の列から外れる方向に進む（図２のレンズ端面での反射部８参照）。また、光ファイバ端面で反射した励起光も光ファイバ３、４の列から外れる方向に進む（図２におけるファイバ端面での反射部７参照）。これによって、迷光が生じる可能性は著しく低下する。

光ファイバ３、４の端部断面と、これに対向するレンズ１の端面とを平行に保持したまま、Ｘ−Ｙ面に対して同一方向に同一角度だけ傾斜させた場合における傾斜角度と、光ファイバ３から試料に向かって照射された励起光がレンズ１の端面で反射して光ファイバ４に入射する迷光量との関係を、レンズ−ファイバ間の間隔を変化させて求め、表２に示した。

また、表２を、縦軸を迷光量（％）、横軸をレンズとファイバの傾斜角度（斜め研磨角度）（°）とするグラフに表して図５に示した。

図５は、レンズ端面と光ファイバの端部断面が平行な状態におけるレンズ−ファイバ間の間隔と、レンズ端面及びファイバ端部断面の傾斜角度（斜め研磨角度）と、迷光量との関係を示すグラフである。

表２及び図５において、光ファイバ３から照射された励起光のうちレンズ端面で４％が反射すると仮定し、隣接した光ファイバ４に入射した励起光の計測値を全励起光に対する割合に換算して迷光量（％）とした。

表２及び図５において、迷光量が０．０５％以下となる範囲は、（１）光ファイバ３、４の端部断面及びレンズ１の端面の傾斜角度が７．５度以上の場合、（２）レンズ−ファイバ間の間隔が３ｍｍ以上の場合、及び（３）レンズ−ファイバ間の間隔が０．２ｍｍ以下で、且つ光ファイバ３、４の端部断面及びレンズ１の端面の傾斜角度が５度以上の場合である。

従って、本実施の形態においては、レンズ端面とファイバの端部断面を同じ方向に同じ角度で傾斜させた平行状態において、レンズ端面とファイバ端部断面の傾斜角度は、７．５度以上であることが好ましい。また、レンズ−ファイバ間の間隔を３ｍｍ以上とするか、レンズ−ファイバ間の間隔を０．２ｍｍ以下とし且つレンズ端面とファイバ端部断面の傾斜角度をそれぞれ５度以上とすることが好ましい。

本実施の形態において、レンズ端面とファイバの端部断面との傾斜角度は、必ずしも同じ角度である必要はないが、傾斜方向は同じとする。傾斜方向が異なるとファイバの端部断面からその傾斜方向に傾くように照射された励起光がレンズ端面でファイバ端面の傾斜方向と逆方向に反射して迷光量が増加する場合がある。

また、本実施の形態において、レンズ−ファイバ間の間隔を３ｍｍ以上にすれば、レンズ端面及び／又はファイバ端部断面の傾斜角度を０度、すなわち傾斜させない場合であっても迷光量を０．０５％以下に抑えることができる。

本実施の形態の形態において、光学系が２系統である蛍光測定システムに適用される蛍光検出用のプローブについて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、３系統又はそれ以上の光学系を有する蛍光検出システムに適用される３本又はそれ以上の光ファイバを備えた蛍光検出用のプローブであっても良い。

本実施の形態において、光ファイバ３、４の端部断面と試料の間に設置されるレンズは単一のレンズでも組み合わされたレンズであってもよい。

以下に、本実施の形態における蛍光検出用のプローブを適用した蛍光検出システムの動作について上述した図７を参照して説明する。

図７に示した蛍光検出システムにおいて、２本の光ファイバの端部断面の傾斜角度及びこれに対向するレンズ端面をそれぞれ同じ方向に、例えば８．０度傾斜させ、レンズ−ファイバ間の間隔を、例えば２ｍｍとした図１〜３に示した蛍光検出用のプローブを適用し、第１の光源５１から例えば波長４７０ｎｍの青色の励起光λ１を出射し、光ファイバ６１、合分波器５２及び励起光の光路と蛍光の光路とが同一である光ファイバ６２を介してプローブ（上述した図１のプローブ）５７に入射させ、その後、蛍光分析用チップ５８の試料面に照射した。

このとき、青色の励起光λ１が照射された試料から例えば波長５３０ｎｍの緑色の蛍光λ２が発生し、蛍光λ２は、プローブ５７のレンズ端面で反射した励起光λ１と共に光ファイバ６２を通って合分波器５２に至る。合分波器５２で、波長の短い励起光λ１を分離し、波長の長い蛍光λ２だけを検出光として検出器５３に入射させ、蛍光強度を測定した。

一方、第２の光源５４から例えば波長５３０ｎｍの緑色の励起光λ３を出射し、光ファイバ６４、合分波器５５、励起光の光路と蛍光の光路とが同一である光ファイバ６５を介してプローブ５７に入射させ、その後、蛍光分析用チップ５８の試料面に照射した。

このとき、緑色の励起光λ３が照射された試料から例えば波長６００ｎｍの赤色の蛍光λ４が発生し、蛍光λ４は、プローブ５７のレンズ端面で反射した励起光λ３と共に光ファイバ６５を通って合分波器５５に至る。合分波器５５で、比較的波長の短い励起光λ３を分離し、波長の長い蛍光λ４を検出光として検出器５６に入射させ、蛍光強度を測定した。

本実施例によれば、迷光量を０．０１％以下に抑えることができるので、高い蛍光検出感度を実現することができた。

本実施例において、光ファイバ６５を通って照射され、プローブ５７のレンズ端面で反射する励起光λ３の波長は５３０ｎｍであり、これが隣接する光ファイバ６２に入り込むと、青色励起光λ１が照射された試料で発生する緑色の蛍光λ２（波長：５３０ｎｍ）と分波することができず、蛍光λ２として測定されてしまう虞があるが、上述したように、迷光の発生を防止することができるので、試料から発生した蛍光を高感度で検出することができる。

本実施の形態において、固体導光路として光ファイバを適用した蛍光検出用のプローブについて説明したが、本発明の蛍光検出用のプローブは、これに限定されるものではなく、固体導光路として、励起光の光路と蛍光の光路が同一である導波路やファイバカプラを用いたものを適用することもできる。

なお、複数の光源をそれぞれ異なる周期で点滅させ、蛍光検出用のプローブを用いて試料に照射し、一つの検出器で試料で発生した蛍光を受け、ＦＦＴで各周波数の成分を分解してその強度を測ることにより、それぞれの波長に対応する蛍光色素の濃度を低コストシステムで簡単に測定することもできる。この場合、複数の光源を時分割点滅させることもできる。

実施の形態に係るマルチ波長の蛍光検出システムに適用される蛍光検出用のプローブの概略構成を示す模式図である。 図１の左側面を示す模式図である。 図１の光ファイバの端部断面とレンズとの位置関係を示す拡大模式図であり、（Ａ）は正面を示す図、（Ｂ）は左側面を示す図である。 光ファイバの端部断面がＸ−Ｙ面に平行（傾斜角度０度）な場合におけるレンズの端面の傾斜角度と、レンズ−ファイバ間距離と、迷光量との関係を示すグラフである。 レンズ端面と光ファイバの端部断面が平行な状態におけるレンズ−ファイバ間の間隔と、レンズ端面及びファイバ端部断面の傾斜角度（斜め研磨角度）と、迷光量との関係を示すグラフである。 従来の蛍光検出システムの構成を示すブロック図である。 光学系を２系統有するマルチ波長の蛍光検出システムの概略構成を示すブロック図である。 図７のマルチ波長の蛍光検出システムに適用される蛍光検出用のプローブの構成を示す模式図である。

符号の説明

１ レンズ（セルフォックマイクロレンズ）
２ マイクロキャピラリ
３ 光ファイバ
４ 光ファイバ
５ ガラスチューブ
６ 蛍光分析用チップ
７ ファイバ端面での反射部
８ レンズ端面での反射部
４１ 光源
４２ 合分波器
４３ プローブ
４４ 蛍光分析用チップ
４５ 検出器
５１ 第１の光源
５２ 第１の合分波器
５３ 第１の検出器
５４ 第２の光源
５５ 第２の合分波器
５６ 第２の検出器
５７ プローブ
５８ 蛍光分析用チップ
６１、６３，６４，６６ 光ファイバ
６２，６５ 励起光と蛍光の光路が同一の光ファイバ
７１ レンズ（セルフォックマイクロレンズ）
７２ マイクロキャピラリ
７３ 光ファイバ
７４ 光ファイバ
７５ ガラスチューブ

Claims (11)

1. 励起光を出射する光源と、前記励起光が照射された試料から発生する蛍光を受光する検出器とを有する光学系を複数備えたマルチ波長の蛍光検出システムに適用される蛍光検出用のプローブであって、
   前記複数の光学系に対応して、前記励起光の光路と前記蛍光の光路が同一である平行でかつ一直線上に配列された複数の固体導光路と、該複数の固体導光路の端部断面と前記試料との間に配置されたレンズとを有し、
   前記複数の固体導光路の夫々の端部断面の中心を結ぶ直線をＸ軸、前記Ｘ軸に垂直で前記固体導光路の長手方向に沿った直線をＺ軸、前記Ｘ軸及びＺ軸にそれぞれ垂直な直線をＹ軸とした場合、前記レンズの前記固体導光路の端部断面に対向する面を前記Ｘ軸に平行な直線を回転の中心としてＸ−Ｙ面に対して所定角度傾斜させたことを特徴とする蛍光検出用のプローブ。
2. 前記レンズにおける前記傾斜角度は、１０度以上であることを特徴とする請求項１記載の蛍光検出用のプローブ。
3. 前記複数の固体導光路の端部断面を、前記Ｘ軸を回転の中心として前記レンズの前記傾斜面の傾斜方向と同一方向に所定角度傾斜させたことを特徴とする請求項１記載の蛍光検出用のプローブ。
4. 前記複数の固体導光路の端部断面の前記傾斜角度は、７．５度以上であることを特徴とする請求項３記載の蛍光検出用のプローブ。
5. 前記固体導光路の端部断面に対向する前記レンズの前記傾斜面の前記傾斜角度を前記複数の固体導光路の端部断面の前記傾斜角度と同じにしたことを特徴とする請求項３記載の蛍光検出用のプローブ。
6. 前記傾斜角度を７．５度以上としたことを特徴とする請求項５記載の蛍光検出用のプローブ。
7. 前記固体導光路の端部断面と前記レンズの前記傾斜面との間隔を０．２ｍｍ以下とし、前記レンズの前記傾斜面若しくは前記レンズの前記傾斜面及び前記固体導光路の端部断面の前記傾斜角度を５度以上とするか、又は前記固体導光路の端部断面と前記レンズの前記傾斜面との間隔を３ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１または５に記載の蛍光検出用のプローブ。
8. 励起光を出射する光源と、前記励起光が照射された試料から発生する蛍光を受光する検出器とを有する光学系を複数備えたマルチ波長の蛍光検出システムに適用される蛍光検出用のプローブであって、
   前記光学系に対応して、前記励起光の光路と前記蛍光の光路が同一である平行でかつ一直線上に配列された複数の固体導光路と、該複数の固体導光路の端部断面と前記試料との間に配置されたレンズとを有し、
   前記固体導光路の端部断面と該固体導光路の端部断面に対向するレンズ面との間隔を３ｍｍ以上としたことを特徴とする蛍光検出用のプローブ。
9. 前記光学系は２系統であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の蛍光検出用のプローブ。
10. 前記固体導光路は光ファイバであり、ファイバコア径が０．２ｍｍ、ファイバＮＡが０．２２であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の蛍光検出用のプローブ。
11. 励起光を出射する光源と前記励起光が照射された試料から発生する蛍光を受光する検出器とを有する複数の光学系と、前記励起光の光路と前記蛍光の光路が同一である複数の固体導光路及び該複数の固体導光路の端部断面と前記試料との間に配置されたレンズとを有するプローブと、を備えたマルチ波長の蛍光検出システムにおいて、
    前記プローブは、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の蛍光検出用のプローブであることを特徴とするマルチ波長の蛍光検出システム。

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