JP2014126622A - Diffraction grating and analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回折格子、および、回折格子を備えた分析装置に関する。回折格子を備えた分析装置としては、キャピラリアレイ電気泳動装置、液体クロマトグラフ、分光光度計、生化学自動分析装置等に関する。 The present invention relates to a diffraction grating and an analyzer provided with the diffraction grating. As an analyzer provided with a diffraction grating, it relates to a capillary array electrophoresis apparatus, a liquid chromatograph, a spectrophotometer, a biochemical automatic analyzer, and the like.
回折格子は、基板表面に鋸歯形状が複数本形成された光学素子で、キャピラリアレイ電気泳動装置、液体クロマトグラフ、分光光度計、生化学自動分析装置等の光学式の分析装置に搭載され、波長分散するための素子として用いられる。 A diffraction grating is an optical element with multiple sawtooth shapes formed on the surface of a substrate. It is mounted on optical analyzers such as capillary array electrophoresis devices, liquid chromatographs, spectrophotometers, and automatic biochemical analyzers. Used as an element for dispersion.
回折格子の一般的な構成は、金属膜とガラス基板が、エポキシ樹脂などの接着剤を介して固定されたもので、金属膜表面に鋸歯形状の溝が約1μｍの間隔で形成されている。 A general configuration of the diffraction grating is that a metal film and a glass substrate are fixed via an adhesive such as an epoxy resin, and sawtooth-shaped grooves are formed at an interval of about 1 μm on the surface of the metal film.
回折格子の一般的な作製方法は次の通りである。まず、ガラス基板に金属膜を形成し、金属膜表面に鋸歯形状を加工することにより回折格子を作製する。これを、マスター回折格子と言う。次に、鋸歯形状が形成されたマスター回折格子の金属膜表面を、シリコン系やフッ素系などの離型剤でコーティングした後、離型剤コーティング面に金属蒸着膜を形成し、接着剤を介してガラス基板を貼り合わせて圧力をかける。これにより接着剤が、ガラス基板全体に広がる。接着剤が硬化した後、マスター回折格子とガラス基板を、離型剤コーティング面から剥離することにより、金属蒸着膜がガラス基板側に転写されるので、金属膜表面に鋸歯形状が形成された回折格子が作製できる。 A general manufacturing method of the diffraction grating is as follows. First, a diffraction grating is produced by forming a metal film on a glass substrate and processing a sawtooth shape on the surface of the metal film. This is called a master diffraction grating. Next, after the metal film surface of the master diffraction grating with the sawtooth shape formed is coated with a release agent such as silicon or fluorine, a metal vapor deposition film is formed on the release agent coating surface, and an adhesive is used. Apply pressure to the glass substrates. As a result, the adhesive spreads over the entire glass substrate. After the adhesive is cured, the metal diffraction film is transferred to the glass substrate side by peeling the master diffraction grating and the glass substrate from the release agent coating surface, so that the sawtooth shape is formed on the metal film surface. A lattice can be produced.
ここで、回折格子が設置される環境の温度変化や、回折格子でのレーザ光の光吸収などにより、回折格子が熱膨張することで鋸歯形状が変形し、回折格子の波長分散特性が変化する。この不具合を解決するものとして、回折格子を構成するガラス基板を低膨張係数の材質にするものが提案されている。これにより、熱膨張による回折格子の鋸歯形状の変形を低減できるので、温度変化に対する波長分散特性の安定性を向上することができる。この特許に関連するものとして、例えば、特開平７−２６１０１０号公報（特許文献１）がある。 Here, the sawtooth shape is deformed by the thermal expansion of the diffraction grating due to the temperature change of the environment where the diffraction grating is installed or the light absorption of the laser beam in the diffraction grating, and the wavelength dispersion characteristic of the diffraction grating changes. . As a solution to this problem, a glass substrate that constitutes the diffraction grating is made of a material having a low expansion coefficient. Thereby, since the deformation of the sawtooth shape of the diffraction grating due to thermal expansion can be reduced, the stability of the wavelength dispersion characteristic with respect to the temperature change can be improved. For example, JP-A-7-261010 (Patent Document 1) relates to this patent.
回折格子を構成するガラス基板の熱膨張係数は、１０-6〜１０-7台（／℃）である。他方、回折格子の金属膜とガラス基板との界面に設けられる接着剤の熱膨張係数は、１０-4〜１０-5台（／℃）であり、ガラス基板に比べると二桁程度大きい。厚さ１０ｍｍ程度のガラス基板の剛性は高いため、ガラス基板と接着剤との熱膨張係数差が引き起こす回折格子の反りは防止できる。 The coefficient of thermal expansion of the glass substrate constituting the diffraction grating is 10 −6 to 10 −7 (/ ° C.). On the other hand, the thermal expansion coefficient of the adhesive provided at the interface between the metal film of the diffraction grating and the glass substrate is 10 −4 to 10 −5 (/ ° C.), which is about two orders of magnitude larger than that of the glass substrate. Since the glass substrate having a thickness of about 10 mm has high rigidity, warpage of the diffraction grating caused by the difference in thermal expansion coefficient between the glass substrate and the adhesive can be prevented.
しかしながら、接着剤そのものは、熱膨張係数が大きいため、ガラス基板と平行方向に熱膨張する。部材の熱膨張量は、熱膨張量＝部材寸法×熱膨張係数×温度変化量で決まるため、部材寸法に比例する。すなわち、接着剤の熱膨張により、回折格子の鋸歯形状の溝間隔が変化する。より詳しく言うと、回折格子は、公式
ｍλ＝ｄ（sinα−sinβ）
（ｍ：次数、λ：波長、ｄ：溝間隔、α：入射角、β：回折角）により、波長と溝間隔が関連付けられているため、鋸歯形状の溝間隔の変化は、回折光の波長分散特性を変化させる。
However, since the adhesive itself has a large coefficient of thermal expansion, it thermally expands in the direction parallel to the glass substrate. The thermal expansion amount of the member is proportional to the member size because it is determined by the thermal expansion amount = member size × thermal expansion coefficient × temperature change amount. In other words, the sawtooth groove interval of the diffraction grating changes due to the thermal expansion of the adhesive. More specifically, the diffraction grating has the formula mλ = d (sin α−sin β)
(M: Order, λ: Wavelength, d: Groove spacing, α: Incident angle, β: Diffraction angle) Since the wavelength and the groove spacing are related, the change in the sawtooth groove spacing is the wavelength of the diffracted light. Change the dispersion characteristics.
本発明の目的は、温度変化に対して波長分散特性が安定した回折格子、および温度変化に対して波長分散特性が安定した回折格子を備えた分析装置提供することにある。 An object of the present invention is to provide a diffraction grating having a stable chromatic dispersion characteristic with respect to a temperature change, and an analysis apparatus including a diffraction grating with a stable chromatic dispersion characteristic with respect to a temperature change.
本発明の回折格子は、基板と、光反射膜を有し、前記光反射膜には複数本の鋸歯形状の溝が設けられ、前記基板と前記光反射膜との間には接着層が備えられた回折格子において、前記光反射膜と前記接着層との間には前記鋸歯形状の変形を防止する支持膜が備えられている。 The diffraction grating of the present invention has a substrate and a light reflecting film, and the light reflecting film is provided with a plurality of sawtooth-shaped grooves, and an adhesive layer is provided between the substrate and the light reflecting film. In the obtained diffraction grating, a support film for preventing the sawtooth deformation is provided between the light reflecting film and the adhesive layer.
本発明によれば、回折格子の鋸歯形状の変形を防止することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the sawtooth-shaped deformation of the diffraction grating.
以下、本発明の実施形態について図を参照して詳細に説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものではない。
（第１に実施形態）
本実施形態にかかる回折格子の構成を図１に示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, these examples do not limit the present invention.
(First embodiment)
The configuration of the diffraction grating according to this embodiment is shown in FIG.
第１の実施形態の回折格子は、基板１、樹脂２、支持膜３、光反射膜４より構成される。ガラスからなる基板１と、セラミックからなる支持膜３は、低熱膨張粒子５が充填された接着剤からなる樹脂２により固定され、支持膜３の樹脂２と対向する面には、Ａｌ等の光反射率が高い部材からなる光反射膜４が設けられている。回折格子の大きさは、一辺の長さが２０〜１００ｍｍ程度であり、基板１の厚さは５〜１０ｍｍ程度、樹脂２の厚さは２０〜１００μｍ程度、支持膜３および光反射膜４の厚さは０．１〜１μｍ程度である。光反射膜４には、ピッチ幅０．１〜１μｍ程度、深さ０．１〜１μｍ程度の鋸歯形状６の溝が形成されている。図１では、鋸歯形状６の溝本数は５本程度を図示しているが、実際には、数万〜数十万本程度である。また、図１の低熱膨張粒子５を取り除いた構成においても、支持膜３によって光反射膜４に形成されている鋸歯形状６の変形を防止することにより、温度変化に対して波長分散特性が安定した回折格子を提供することができる。 The diffraction grating of the first embodiment includes a substrate 1, a resin 2, a support film 3, and a light reflection film 4. A substrate 1 made of glass and a support film 3 made of ceramic are fixed by a resin 2 made of an adhesive filled with low thermal expansion particles 5, and the surface of the support film 3 facing the resin 2 is made of light such as Al. A light reflecting film 4 made of a member having a high reflectance is provided. As for the size of the diffraction grating, the length of one side is about 20 to 100 mm, the thickness of the substrate 1 is about 5 to 10 mm, the thickness of the resin 2 is about 20 to 100 μm, the support film 3 and the light reflecting film 4 The thickness is about 0.1 to 1 μm. The light reflecting film 4 is formed with a sawtooth-shaped groove having a pitch width of about 0.1 to 1 μm and a depth of about 0.1 to 1 μm. In FIG. 1, the number of grooves of the sawtooth shape 6 is about five, but actually, it is about tens of thousands to hundreds of thousands. Further, even in the configuration in which the low thermal expansion particles 5 in FIG. 1 are removed, the chromatic dispersion characteristic is stable with respect to temperature change by preventing deformation of the sawtooth shape 6 formed on the light reflecting film 4 by the support film 3. A diffraction grating can be provided.
本発明の回折格子の製作方法について説明する。図２は回折格子の側面図を示す。まず初めに、ガラスからなるマスター基板７に、厚さ数十μｍ程度の金属膜８を形成し、機械加工やエッチング加工等により鋸歯形状６を形成する。これが、マスター回折格子９である（図２（ａ））。 A method for manufacturing the diffraction grating of the present invention will be described. FIG. 2 shows a side view of the diffraction grating. First, a metal film 8 having a thickness of about several tens of μm is formed on a master substrate 7 made of glass, and a sawtooth shape 6 is formed by machining or etching. This is the master diffraction grating 9 (FIG. 2A).
次に、マスター回折格子９の金属膜８に、シリコン系やフッ素系の離型剤１０を蒸着や塗布等によってコーティングした後、光反射膜４を蒸着によって形成し、支持膜３を蒸着によって形成することにより、離型剤１０に膜を積層していく。低熱膨張粒子５が充填された接着剤からなる樹脂２を、支持膜３上に塗布し、基板１を乗せ、基板１を加圧することによって、樹脂２が支持膜３の鋸歯形状６の溝表面、および基板１の表面全体を覆うようにする。なお、基板１とマスター回折格子９の位置合わせを容易にするために、位置決めガイドが用いられるが、図示していない。ここで、樹脂２に固体部材である低熱膨張粒子５を充填すると、樹脂２の粘度が大きくなるため、鋸歯形状６の溝表面を樹脂２で満たすためには、基板１を押す加圧力を上げる必要性がある。この加圧力の増加により、膜厚が０．１〜１μｍ程度の柔らかい材料からなる光反射膜４の形状が変形する。光反射膜４と樹脂２との間に、硬い材料からなる支持膜３を設けることにより、光反射膜４に形成されている鋸歯形状６の変形を防止する（図２（ｂ））。 Next, after coating the metal film 8 of the master diffraction grating 9 with a silicon-based or fluorine-based release agent 10 by vapor deposition or coating, the light reflecting film 4 is formed by vapor deposition, and the support film 3 is formed by vapor deposition. As a result, a film is laminated on the release agent 10. The resin 2 made of an adhesive filled with the low thermal expansion particles 5 is applied onto the support film 3, the substrate 1 is placed on the substrate 1, and the substrate 1 is pressed, so that the resin 2 has a sawtooth-shaped groove surface of the support film 3. And the entire surface of the substrate 1 is covered. Note that a positioning guide is used to facilitate alignment between the substrate 1 and the master diffraction grating 9, but this is not shown. Here, when the resin 2 is filled with the low thermal expansion particles 5 that are solid members, the viscosity of the resin 2 is increased. Therefore, in order to fill the groove surface of the sawtooth shape 6 with the resin 2, the pressing force for pressing the substrate 1 is increased. There is a need. Due to the increase in the applied pressure, the shape of the light reflecting film 4 made of a soft material having a film thickness of about 0.1 to 1 μm is deformed. By providing the support film 3 made of a hard material between the light reflecting film 4 and the resin 2, deformation of the sawtooth shape 6 formed on the light reflecting film 4 is prevented (FIG. 2B).
樹脂２が硬化した後、基板１をマスター回折格子９から引き離すと、離型剤（図示しない）を境界にして剥離するので、光反射膜４と支持膜３が基板１に固定された回折格子１１が製作される。ここで、樹脂２に固体部材である低熱膨張粒子５を充填すると、樹脂２の硬化収縮量が基板１の面内で不均一になるが、樹脂２と光反射膜４との界面に、硬い材料からなる支持膜３を備えることによって、光反射膜４に形成されている鋸歯形状６の変形を防止する（図２（ｃ））。 When the substrate 1 is separated from the master diffraction grating 9 after the resin 2 is cured, it is peeled off with a release agent (not shown) as a boundary, so that the light reflection film 4 and the support film 3 are fixed to the substrate 1. 11 is produced. Here, when the resin 2 is filled with the low thermal expansion particles 5 that are solid members, the amount of cure shrinkage of the resin 2 becomes non-uniform in the plane of the substrate 1, but is hard at the interface between the resin 2 and the light reflecting film 4. By providing the support film 3 made of a material, deformation of the sawtooth shape 6 formed on the light reflection film 4 is prevented (FIG. 2C).
なお、低熱膨張粒子５としては、粒子サイズが０．１〜１μｍ程度、熱膨張係数が１×１０-5〜１０-7／℃程度の部材からなる、例えば、ガラス粒子が用いられる。以下同様にして、図２（ａ）から図２（ｃ）を繰り返すことにより、回折格子１１が量産される。 As the low thermal expansion particles 5, for example, glass particles made of a member having a particle size of about 0.1 to 1 μm and a thermal expansion coefficient of about 1 × 10 −5 to 10 −7 / ° C. are used. Similarly, the diffraction grating 11 is mass-produced by repeating FIG. 2A to FIG. 2C.
本発明の回折格子の効果について説明する。図３は、回折格子における、鋸歯形状６の溝間隔ｄと、入射光１２の入射角αと、回折光１３の回折角βとの関係を示したもので、回折光１３の波長λは、次数ｍを用いて、公式
ｍλ＝ｄ（sinα−sinβ）
で表わされる。なお、図３の回折格子は外形形状のみ図示しているが、実際には、基板１、低熱膨張粒子５が充填された樹脂２、支持膜３、光反射膜４からなるものである。図４は、初期条件として、鋸歯形状６の溝間隔ｄ＝１．６６６μｍ、回折光１３の波長λ＝５００ｎｍである回折格子を含む光学系が、１０℃の温度上昇により、溝間隔ｄおよび波長λがどのように変化するかについて、公式を用いて算出したもので、図４（ａ）が従来の回折格子、図４（ｂ）が本実施形態の回折格子を表す。ここで、従来の回折格子の樹脂の熱膨張係数は８．１×１０-5／℃、本実施形態の回折格子の低熱膨張粒子５が充填された樹脂２の熱膨張係数は４．９×１０-5／℃とした（本実施形態の回折格子は、熱膨張係数０．５１×１０-6／℃の石英ガラスからなる低熱膨張粒子５を樹脂２に体積比で４０％充填した場合である）。図４に示すように、本実施形態の回折格子によれば、鋸歯形状６の溝間隔ｄの変形を低減できるため、回折光１３の波長λが変化することを低減できる。
The effect of the diffraction grating of the present invention will be described. FIG. 3 shows the relationship between the groove interval d of the sawtooth shape 6 in the diffraction grating, the incident angle α of the incident light 12, and the diffraction angle β of the diffracted light 13. The wavelength λ of the diffracted light 13 is Using the order m, the formula mλ = d (sinα−sinβ)
It is represented by The diffraction grating of FIG. 3 shows only the outer shape, but actually comprises the substrate 1, the resin 2 filled with the low thermal expansion particles 5, the support film 3, and the light reflection film 4. FIG. 4 shows an example in which an optical system including a diffraction grating having a sawtooth shape 6 with a groove spacing d = 1.666 μm and a wavelength λ = 500 nm of the diffracted light 13 as an initial condition increases the temperature of 10 ° C. FIG. 4A shows a conventional diffraction grating, and FIG. 4B shows a diffraction grating according to the present embodiment. Here, the thermal expansion coefficient of the resin of the conventional diffraction grating is 8.1 × 10 −5 / ° C., and the thermal expansion coefficient of the resin 2 filled with the low thermal expansion particles 5 of the diffraction grating of this embodiment is 4.9 ×. 10 −5 / ° C. (The diffraction grating of the present embodiment is a case where the resin 2 is filled with 40% by volume of low thermal expansion particles 5 made of quartz glass having a thermal expansion coefficient of 0.51 × 10 −6 / ° C. is there). As shown in FIG. 4, according to the diffraction grating of the present embodiment, the deformation of the groove interval d of the sawtooth shape 6 can be reduced, so that the change in the wavelength λ of the diffracted light 13 can be reduced.
なお、本実施形態では、平面型回折格子のみ示しているが、凹面型回折格子に本実施の構成を適用しても構わない。また、回折格子１１に形成される鋸歯形状６は三角型形状に限らず、回折理論を満足する形状なら如何なる形状でも構わない。さらには、支持膜３を形成する部材はセラミックに限定される必要性はなく、例えばＡｌ合金などの合金でも構わない。低熱膨張粒子５においても、ガラス粒子に限定されなく、粒子サイズが０．１〜１μｍ程度、熱膨張係数が１×１０-5〜１０-7／℃程度の部材であれば用いることができ、低熱膨張粒子５が充填された樹脂２の熱膨張係数が、基板１の熱膨張係数に近づくように設定されるようにする。さらには、低熱膨張粒子５が充填された樹脂２の代わりに、融点が６００℃以下の低融点モールドガラスを用いても構わない。低融点モールドガラスを用いると、熱膨張係数がさらに小さくなるので、回折光１３の波長λの変化をさらに低減することができる。
（第２の実施形態）
図５により、本発明の第２の実施形態であるキャピラリアレイ電気泳動装置の全体構成を説明する。本実施形態は、第１の実施形態の回折格子が備えられたキャピラリアレイ電気泳動装置である。
In the present embodiment, only a planar diffraction grating is shown, but the present embodiment may be applied to a concave diffraction grating. The sawtooth shape 6 formed in the diffraction grating 11 is not limited to a triangular shape, and may be any shape as long as it satisfies the diffraction theory. Furthermore, the member forming the support film 3 is not necessarily limited to ceramic, and may be an alloy such as an Al alloy, for example. The low thermal expansion particle 5 is not limited to glass particles, and any member having a particle size of about 0.1 to 1 μm and a thermal expansion coefficient of about 1 × 10 −5 to 10 −7 / ° C. can be used. The thermal expansion coefficient of the resin 2 filled with the low thermal expansion particles 5 is set so as to approach the thermal expansion coefficient of the substrate 1. Furthermore, instead of the resin 2 filled with the low thermal expansion particles 5, a low melting point glass having a melting point of 600 ° C. or lower may be used. When the low melting point glass is used, the coefficient of thermal expansion is further reduced, so that the change in the wavelength λ of the diffracted light 13 can be further reduced.
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 5, the overall configuration of a capillary array electrophoresis apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is a capillary array electrophoresis apparatus provided with the diffraction grating of the first embodiment.
本実施形態にかかるキャピラリアレイ電気泳動装置は、検査試料を分離するための分離媒体を含むキャピラリ（内径５０μｍ、外径１２６μｍの石英管が厚さ１２μｍのポリマー被膜で覆われた構造）からなるキャピラリアレイ１０１と、キャピラリアレイ１０１の負電極１０２と試料導入部１０３とを浸すバッファー液１０４を保持する第１バッファー容器１０５と、バルブ１０６を有するゲルブロック１０７と、ゲルブロック１０７とアース電極１０８とを浸すバッファー液１０９を保持する第２バッファー容器１１０と、キャピラリアレイ１０１内に泳動媒体であるポリマーを注入するためのシリンジ１１１と、試料に依存する情報を取得するための検出部１１２と、コヒーレント光であるレーザ光１１３を光照射部１１４に照射する光源１１５と、試料が生じる蛍光１１６を取得する検出機構１１７と、キャピラリアレイ１０１の温度を調節する恒温槽１１８と、分離媒体に電圧を印加する高電圧電源１１９から構成される。 The capillary array electrophoresis apparatus according to this embodiment includes a capillary (a structure in which a quartz tube having an inner diameter of 50 μm and an outer diameter of 126 μm is covered with a polymer film having a thickness of 12 μm) including a separation medium for separating a test sample. A first buffer container 105 holding a buffer solution 104 for immersing the array 101, the negative electrode 102 of the capillary array 101 and the sample introduction part 103, a gel block 107 having a valve 106, a gel block 107 and a ground electrode 108; A second buffer container 110 holding a buffer solution 109 to be immersed, a syringe 111 for injecting a polymer as a migration medium into the capillary array 101, a detection unit 112 for acquiring information depending on the sample, and coherent light Light that irradiates the light irradiation unit 114 with the laser beam 113 And 115, a detection mechanism 117 for obtaining a fluorescence 116 sample occurs, a constant temperature bath 118 for adjusting the temperature of the capillary array 101, and a high voltage power source 119 for applying a voltage to the separation medium.
キャピラリアレイ１０１は、管状部材である石英製キャピラリを例えば４８本有するもので、キャピラリ内には、ＤＮＡ分子などのサンプルが含まれている検査試料と検査試料中のＤＮＡ分子を分離するための分離媒体であるポリマーが充填される。キャピラリアレイ１０１の一端には、キャピラリ内に試料を導入できる試料導入部１０３が形成され、負電圧を印加できる負電極１０２が配置されている。他端には、ゲルブロック１０７と連結し、ゲルブロック１０７とキャピラリアレイ１０１との間で分離媒体を移動できるキャピラリヘッド１２０を有する。試料導入部１０３とキャピラリヘッド１２０の間に、レーザ光が照射される光照射部１１４を含む検出部１１２を有する。 The capillary array 101 has, for example, 48 quartz capillaries, which are tubular members, and a separation for separating a test sample in which a sample such as a DNA molecule is contained in the capillary and a DNA molecule in the test sample. The medium polymer is filled. At one end of the capillary array 101, a sample introduction portion 103 capable of introducing a sample into the capillaries is formed, and a negative electrode 102 capable of applying a negative voltage is disposed. The other end has a capillary head 120 which is connected to the gel block 107 and can move the separation medium between the gel block 107 and the capillary array 101. Between the sample introduction unit 103 and the capillary head 120, a detection unit 112 including a light irradiation unit 114 irradiated with laser light is provided.
ゲルブロック１０７とシリンジ１１１は、分離媒体であるポリマーをキャピラリ内に注入する分離媒体注入機構である。キャピラリ内に、分離媒体であるポリマーを充填する際には、バルブ１０６を閉じ、シリンジ１１１を押し込むことによって、シリンジ１１１内のポリマーをキャピラリ内に注入する。 The gel block 107 and the syringe 111 are separation medium injection mechanisms that inject a polymer as a separation medium into the capillary. When filling the capillary with the polymer as the separation medium, the valve 106 is closed and the syringe 111 is pushed in, so that the polymer in the syringe 111 is injected into the capillary.
キャピラリアレイ１０１、負電極１０２、バッファー液１０４、ゲルブロック１０７、アース電極側のバッファー液１０９、アース電極１０８、および高電圧電源１１９は、検査試料を電気泳動するための電圧印加機構を構成する。これにより、負電極１０２、バッファー液１０４、キャピラリアレイ１０１（より正確には、キャピラリ内のポリマー）、ゲルブロック１０７（より正確には、ゲルブロック内のポリマー）、アース電極側のバッファー液１０９、およびアース電極１０８からなる通電路が形成される。この通電路に高電圧電源１１９により電圧を印加する。通電路に電圧が印加されると、ポリマー中の検査試料が電気泳動し、その分子量等の性質に従い分離される。 The capillary array 101, the negative electrode 102, the buffer solution 104, the gel block 107, the buffer solution 109 on the ground electrode side, the ground electrode 108, and the high voltage power source 119 constitute a voltage application mechanism for electrophoresis of the test sample. Thus, the negative electrode 102, the buffer solution 104, the capillary array 101 (more precisely, the polymer in the capillary), the gel block 107 (more precisely, the polymer in the gel block), the buffer solution 109 on the ground electrode side, An energization path composed of the ground electrode 108 is formed. A voltage is applied to this energization path by a high voltage power source 119. When a voltage is applied to the current path, the test sample in the polymer is electrophoresed and separated according to properties such as its molecular weight.
キャピラリアレイ電気泳動装置の光学系は、光源１１５と、光照射部１１４を含む検出部１１２と、検出部１１２から生じる蛍光１１６を検出する検出機構１１７から構成される。光源１１５は、コヒーレント光であるレーザ光１１３（アルゴンイオンレーザからの４８８．０ｎｍおよび５１４．５ｎｍの光）を発生する。光源１１５から発生したレーザ光１１３は、ハーフミラー１２１によって２等分され、２等分されたレーザ光１２２，１２３の光軸がほぼ同軸で、進行方向が逆向きとなるように、ミラー１２４によって進行方向が変更される。検出部１１２には、レーザ光１２２，１２３がキャピラリを通過する箇所である光照射部１１４が整列配置されており、光照射部１１４を構成する４８本のキャピラリの中心軸を含む平面と、レーザ光１２２，１２３がほぼ同一平面となるように配置される。レーザ光１２２，１２３は集光レンズ１２５により集光され、４８本のキャピラリからなる光照射部１１４を同時に貫くように、光照射部１１４を上下両方向から照射する。このレーザ光１２２，１２３が検査試料を励起して、検査試料から蛍光１１６が放出される。 The optical system of the capillary array electrophoresis apparatus includes a light source 115, a detection unit 112 including a light irradiation unit 114, and a detection mechanism 117 that detects fluorescence 116 generated from the detection unit 112. The light source 115 generates laser light 113 (488.0 nm and 514.5 nm light from an argon ion laser) that is coherent light. The laser light 113 generated from the light source 115 is divided into two equal parts by the half mirror 121, and the optical axes of the two equally divided laser lights 122 and 123 are substantially coaxial, and the mirror 124 causes the traveling direction to be opposite. The direction of travel is changed. In the detection unit 112, a light irradiation unit 114 where laser beams 122 and 123 pass through the capillaries is aligned, a plane including the central axes of 48 capillaries constituting the light irradiation unit 114, and a laser The lights 122 and 123 are arranged so as to be substantially in the same plane. The laser beams 122 and 123 are condensed by the condenser lens 125 and irradiate the light irradiation unit 114 from both the upper and lower directions so as to penetrate the light irradiation unit 114 composed of 48 capillaries simultaneously. The laser beams 122 and 123 excite the inspection sample, and the fluorescence 116 is emitted from the inspection sample.
検出機構１１７について図６を用いて説明する。検出機構１１７は、回折格子１２６、第１レンズ１２７、第２レンズ１２８、検出器１２９より構成される。光照射部１１４より放出された蛍光１１６は、第１レンズ１２７により集光され、回折格子１２６に入射される。蛍光１１６は回折格子１２６により波長分散され、回折光１３０となって放出された後、第２レンズ１２８により集光され、検出器１２９により検出される。これにより、ＤＮＡ分子配列等の検査試料に依存した情報を取得できる。 The detection mechanism 117 will be described with reference to FIG. The detection mechanism 117 includes a diffraction grating 126, a first lens 127, a second lens 128, and a detector 129. The fluorescence 116 emitted from the light irradiation unit 114 is collected by the first lens 127 and is incident on the diffraction grating 126. The fluorescence 116 is wavelength-dispersed by the diffraction grating 126, emitted as diffracted light 130, collected by the second lens 128, and detected by the detector 129. Thereby, information depending on the test sample such as a DNA molecule sequence can be acquired.
本発明のキャピラリアレイ電気泳動装置の効果について説明する。本実施形態によると、温度変化に伴う回折格子１２６の鋸歯形状の変形を防止できるので、温度変化に対して波長分散特性が安定し、分析感度が安定する。従って、分析性能に優れたキャピラリアレイ電気泳動装置が実現できる。 The effect of the capillary array electrophoresis apparatus of the present invention will be described. According to the present embodiment, since the deformation of the sawtooth shape of the diffraction grating 126 accompanying the temperature change can be prevented, the wavelength dispersion characteristic is stabilized against the temperature change, and the analysis sensitivity is stabilized. Therefore, a capillary array electrophoresis apparatus with excellent analytical performance can be realized.
なお、キャピラリアレイ電気泳動装置の構成は本実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、平面型の回折格子１２６を凹面型回折格子（平面型の回折格子１２６と、凹面型回折格子の断面構成は同じ）に置き換え、第２レンズ１２８を取り除いた構成でも同様な効果が得られる。
（第３の実施形態）
図７により、本発明の第３の実施形態である液体クロマトグラフの全体構成を示す。本実施形態は、第１の実施形態の回折格子が備えられた液体クロマトグラフである。
The configuration of the capillary array electrophoresis apparatus is not limited to the configuration of the present embodiment. For example, a planar diffraction grating 126 is replaced with a concave diffraction grating (a planar diffraction grating 126 and a concave diffraction grating). A similar effect can be obtained by replacing the same with the same cross-sectional configuration) and removing the second lens 128.
(Third embodiment)
FIG. 7 shows the overall configuration of a liquid chromatograph according to the third embodiment of the present invention. The present embodiment is a liquid chromatograph provided with the diffraction grating of the first embodiment.
本実施形態にかかる液体クロマトグラフは、ポンプ２０１と、オートサンプラ２０２と、恒温槽２０３と、分離カラム２０４と、検出機構２０５と、データ処理部２０６から構成される。 The liquid chromatograph according to this embodiment includes a pump 201, an autosampler 202, a thermostatic chamber 203, a separation column 204, a detection mechanism 205, and a data processing unit 206.
移動相２０７は、ポンプ２０１により分離カラム２０４に送液される。分離カラム２０４は恒温槽２０３に配置されてあり、流路への試料の導入は、ポンプ２０１と分離カラム２０４の間にある、切換えバルブを有するオートサンプラ２０２で行われる。分離カラム２０４にて分離した各分離成分は、検出機構２０５を通過した後、廃液２０８として排出される。 The mobile phase 207 is sent to the separation column 204 by the pump 201. The separation column 204 is disposed in the thermostatic chamber 203, and the sample is introduced into the flow path by an autosampler 202 having a switching valve between the pump 201 and the separation column 204. Each separated component separated by the separation column 204 passes through the detection mechanism 205 and is then discharged as a waste liquid 208.
検出機構２０５について図８を用いて説明する。検出機構２０５は、回折格子２０９、光源２１０、フローセル２１１、第１レンズ２１２、第２レンズ２１３、検出器２１４より構成される。光源２１０より放出された入射光２１５は、フローセル２１１を照射する。フローセル２１１内には、分離カラム２０４にて分離された各分離成分が送液されるので、フローセル２１１から放出される入射光２１５は、分離カラム２０４にて分離された各分離成分を透過した光である。フローセル２１１から放出される入射光２１５は、第１レンズ２１２により集光され、回折格子２０９に入射される。入射光２１５は回折格子２０９により波長分散され、回折光２１６となって放出された後、第２レンズ２１３により集光され、検出器２１４により検出される。これにより、分離カラム２０４にて分離された各分離成分の情報を取得できる。 The detection mechanism 205 will be described with reference to FIG. The detection mechanism 205 includes a diffraction grating 209, a light source 210, a flow cell 211, a first lens 212, a second lens 213, and a detector 214. Incident light 215 emitted from the light source 210 irradiates the flow cell 211. Since the separated components separated in the separation column 204 are fed into the flow cell 211, the incident light 215 emitted from the flow cell 211 is light that has passed through the separated components separated in the separation column 204. It is. Incident light 215 emitted from the flow cell 211 is collected by the first lens 212 and is incident on the diffraction grating 209. The incident light 215 is wavelength-dispersed by the diffraction grating 209, emitted as diffracted light 216, collected by the second lens 213, and detected by the detector 214. Thereby, information of each separated component separated by the separation column 204 can be acquired.
本発明の液体クロマトグラフの効果について説明する。本実施形態によると、温度変化に伴う回折格子２０９の鋸歯形状の変形を防止できるので、温度変化に対して波長分散特性が安定し、分析感度が安定する。従って、分析性能に優れた液体クロマトグラフが実現できる。 The effect of the liquid chromatograph of the present invention will be described. According to the present embodiment, since the deformation of the sawtooth shape of the diffraction grating 209 accompanying the temperature change can be prevented, the wavelength dispersion characteristic is stabilized against the temperature change, and the analysis sensitivity is stabilized. Therefore, a liquid chromatograph excellent in analytical performance can be realized.
なお、検出機構２０５は、本実施形態の光学系に限定されるものではなく、例えば、平面型の回折格子２０９を凹面型回折格子（平面型の回折格子２０９と、凹面型回折格子の断面構成は同じ）に置き換え、第２レンズ２１３を取り除いた光学系でも同様な効果が得られる。
（第４の実施形態）
図９により、本発明の第４の実施形態である分光光度計の全体構成を示す。本実施形態は、第１の実施形態の回折格子が備えられた分光光度計である。
The detection mechanism 205 is not limited to the optical system of the present embodiment. For example, a planar diffraction grating 209 is replaced with a concave diffraction grating (a cross-sectional configuration of the planar diffraction grating 209 and the concave diffraction grating). The same effect can be obtained even in an optical system in which the second lens 213 is removed.
(Fourth embodiment)
FIG. 9 shows the overall configuration of a spectrophotometer that is the fourth embodiment of the present invention. The present embodiment is a spectrophotometer provided with the diffraction grating of the first embodiment.
本実施形態にかかる分光光度計は、光源３０１から放射された入射光３０２が、第１レンズ３０３で集光され、回折格子３０４に入射される。入射光３０２は、回折格子３０４により波長分散され、回折光３０５となって放出された後、第２レンズ３０６で集光され、ハーフミラー３０７で反射光３１１と透過光３１２に２等分される。反射光３１１は反射光検出器３１０により参照光として検出され、一方、透過光３１２は試料３０８を透過し、透過光検出器３０９により検出される。この反射光３１１と透過光３１２を比較することにより、試料３０８の成分を分析する。 In the spectrophotometer according to this embodiment, incident light 302 emitted from a light source 301 is collected by a first lens 303 and is incident on a diffraction grating 304. The incident light 302 is wavelength-dispersed by the diffraction grating 304, emitted as diffracted light 305, collected by the second lens 306, and divided into two equal parts by the half mirror 307 into reflected light 311 and transmitted light 312. . The reflected light 311 is detected as reference light by the reflected light detector 310, while the transmitted light 312 passes through the sample 308 and is detected by the transmitted light detector 309. The component of the sample 308 is analyzed by comparing the reflected light 311 and the transmitted light 312.
本発明の分光光度計の効果について説明する。本実施形態によると、温度変化に伴う回折格子３０４の鋸歯形状の変形を防止できるので、温度変化に対して波長分散特性が安定し、分析感度が安定する。従って、分析性能に優れた分光光度計が実現できる。 The effect of the spectrophotometer of the present invention will be described. According to the present embodiment, since the deformation of the sawtooth shape of the diffraction grating 304 accompanying the temperature change can be prevented, the wavelength dispersion characteristic is stabilized with respect to the temperature change, and the analysis sensitivity is stabilized. Therefore, a spectrophotometer excellent in analytical performance can be realized.
なお、分光光度計の構成は、本実施形態の光学系に限定されるものではなく、例えば、平面型の回折格子３０４を凹面型回折格子（平面型の回折格子３０４と、凹面型回折格子の断面構成は同じ）に置き換え、第２レンズ３０６を取り除いた光学系でも同様な効果が得られる。さらには、本実施形態の分光光度計では、反射光３１１と透過光３１２を比較することにより透過率を検出する構成を示しているが、例えば、試料３０８に入射光を照射したときに試料３０８が発光する蛍光を検出する分光光度計に用いても構わない。
（第５の実施形態）
図１０により、本発明の第５の実施形態である生化学自動分析装置の全体構成を示す。本実施形態は、第１の実施形態の回折格子が備えられた生化学自動分析装置である。
Note that the configuration of the spectrophotometer is not limited to the optical system of the present embodiment. For example, a planar diffraction grating 304 is replaced with a concave diffraction grating (a planar diffraction grating 304 and a concave diffraction grating). The same effect can be obtained with an optical system in which the second lens 306 is removed by replacing the same with the same cross-sectional configuration. Furthermore, the spectrophotometer of this embodiment shows a configuration in which the transmittance is detected by comparing the reflected light 311 and the transmitted light 312. For example, when the sample 308 is irradiated with incident light, the sample 308 is detected. You may use for the spectrophotometer which detects the fluorescence which light-emits.
(Fifth embodiment)
FIG. 10 shows the overall configuration of a biochemical automatic analyzer according to the fifth embodiment of the present invention. The present embodiment is a biochemical automatic analyzer equipped with the diffraction grating of the first embodiment.
本実施形態にかかる生化学自動分析装置は、反応セル４０１、サンプルディスク４０２、試料分注機構４０３、試薬ディスク４０４、試薬分注機構４０５、光源４０６、検出装置４０７から構成される。 The biochemical automatic analyzer according to this embodiment includes a reaction cell 401, a sample disk 402, a sample dispensing mechanism 403, a reagent disk 404, a reagent dispensing mechanism 405, a light source 406, and a detection device 407.
サンプルディスク４０２内の試料は、試料分注機構４０３により反応セル４０１に注入される。次に、試薬ディスク４０４内の試薬が、試薬分注機構４０５により試料が注入された反応セル４０１に注入され、攪拌、混合される。 The sample in the sample disk 402 is injected into the reaction cell 401 by the sample dispensing mechanism 403. Next, the reagent in the reagent disk 404 is injected into the reaction cell 401 into which the sample has been injected by the reagent dispensing mechanism 405, and is stirred and mixed.
検出装置４０７について図１１を用いて説明する。検出装置４０７は、回折格子４０８、第１レンズ４０９、第２レンズ４１２、検出器４１３から構成される。光源４０６から放射された入射光４１０が、第１レンズ４０９で集光され、反応セル４０１を通過し、回折格子４０８に入射される。入射光４１０は、回折格子４０８により波長分散され、回折光４１１となって放出された後、第２レンズ４１２で集光され、検出器４１３により検出され、分析する。 The detection device 407 will be described with reference to FIG. The detection device 407 includes a diffraction grating 408, a first lens 409, a second lens 412, and a detector 413. Incident light 410 emitted from the light source 406 is collected by the first lens 409, passes through the reaction cell 401, and enters the diffraction grating 408. The incident light 410 is wavelength-dispersed by the diffraction grating 408, emitted as diffracted light 411, collected by the second lens 412, detected by the detector 413, and analyzed.
本発明の生化学自動分析装置の効果について説明する。本実施形態によると、温度変化に伴う回折格子４０８の鋸歯形状の変形を防止できるので、温度変化に対して波長分散特性が安定し、分析感度が安定する。従って、分析性能に優れた生化学自動分析装置が実現できる。 The effect of the biochemical automatic analyzer of the present invention will be described. According to this embodiment, since the deformation of the sawtooth shape of the diffraction grating 408 accompanying a change in temperature can be prevented, the wavelength dispersion characteristic is stabilized against the change in temperature, and the analysis sensitivity is stabilized. Therefore, a biochemical automatic analyzer excellent in analytical performance can be realized.
なお、生化学自動分析装置の構成は本実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、平面型の回折格子４０８を凹面型回折格子（平面型の回折格子４０８と、凹面型回折格子の断面構成は同じ）に置き換え、第２レンズ４１２を取り除いた構成でも同様な効果が得られる。 The configuration of the biochemical automatic analyzer is not limited to the configuration of the present embodiment. For example, a planar diffraction grating 408 is replaced with a concave diffraction grating (a planar diffraction grating 408 and a concave diffraction grating). The same effect can be obtained even by replacing the second lens 412 with the same cross-sectional configuration.
１・・・基板、２・・・樹脂、３・・・支持膜、４・・・光反射膜、５・・・低熱膨張粒子、６・・・鋸歯形状、７・・・マスター基板、８・・・金属膜、９・・・マスター回折格子、１０・・・離型剤、１１・・・回折格子、１２・・・入射光、１３・・・回折光、１０１・・・キャピラリアレイ、１０２・・・負電極、１０３・・・試料導入部、１０４・・・バッファー液、１０５・・・第１バッファー容器、１０６・・・バルブ、１０７・・・ゲルブロック、１０８・・・アース電極、１０９・・・バッファー液、１１０・・・第２バッファー容器、１１１・・・シリンジ、１１２・・・検出部、１１３・・・レーザ光、１１４・・・光照射部、１１５・・・光源、１１６・・・蛍光、１１７・・・検出機構、１１８・・・恒温槽、１１９・・・高電圧電源、１２０・・・キャピラリヘッド、１２１・・・ハーフミラー、１２２，１２３・・・レーザ光、１２４・・・ミラー、１２５・・・集光レンズ、１２６・・・回折格子、１２７・・・第１レンズ、１２８・・・第２レンズ、１２９・・・検出器、１３０・・・回折光２０１・・・ポンプ、２０２・・・オートサンプラ、２０３・・・恒温槽、２０４・・・分離カラム、２０５・・・検出機構、２０６・・・データ処理部、２０７・・・移動相、２０８・・・廃液、２０９・・・回折格子、２１０・・・光源、２１１・・・フローセル、２１２・・・第１レンズ、２１３・・・第２レンズ、２１４・・・検出器、２１５・・・入射光、２１６・・・回折光３０１・・・光源、３０２・・・入射光、３０３・・・第１レンズ、３０４・・・回折格子、３０５・・・回折光、３０６・・・第２レンズ、３０７・・・ハーフミラー、３０８・・・試料、３０９・・・透過光検出器、３１０・・・反射光検出器、３１１・・・反射光、３１２・・・透過光４０１・・・反応セル、４０２・・・サンプルディスク、４０３・・・試料分注機構、４０４・・・試薬ディスク、４０５・・・試薬分注機構、４０６・・・光源、４０７・・・検出装置、４０８・・・回折格子、４０９・・・第１レンズ、４１０・・・入射光、４１１・・・回折光、４１２・・・第２レンズ、４１３・・・検出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Resin, 3 ... Support film, 4 ... Light reflection film, 5 ... Low thermal expansion particle, 6 ... Sawtooth shape, 7 ... Master substrate, 8 ... Metal film, 9 ... Master diffraction grating, 10 ... Releasing agent, 11 ... Diffraction grating, 12 ... Incoming light, 13 ... Diffraction light, 101 ... Capillary array, DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 ... Negative electrode, 103 ... Sample introduction part, 104 ... Buffer liquid, 105 ... 1st buffer container, 106 ... Valve, 107 ... Gel block, 108 ... Ground electrode 109: Buffer solution 110: Second buffer container 111 ... Syringe 112 ... Detection unit 113 ... Laser light 114 ... Light irradiation unit 115 ... Light source 116, fluorescence, 117, detection mechanism, 118, thermostat, 1, DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... High voltage power supply, 120 ... Capillary head, 121 ... Half mirror, 122, 123 ... Laser beam, 124 ... Mirror, 125 ... Condensing lens, 126 ... Diffraction Lattice, 127 ... 1st lens, 128 ... 2nd lens, 129 ... Detector, 130 ... Diffracted light 201 ... Pump, 202 ... Autosampler, 203 ... Constant temperature bath 204, separation column, 205, detection mechanism, 206, data processing unit, 207, mobile phase, 208, waste liquid, 209, diffraction grating, 210, light source, 211. ... Flow cell, 212 ... First lens, 213 ... Second lens, 214 ... Detector, 215 ... Incident light, 216 ... Diffracted light 301 ... Light source, 302 ... -Incident light, 303 ... 1st lens 304, diffraction grating, 305, diffraction light, 306, second lens, 307, half mirror, 308, sample, 309, transmitted light detector, 310, reflection. Light detector, 311 ... Reflected light, 312 ... Transmitted light 401 ... Reaction cell, 402 ... Sample disk, 403 ... Sample dispensing mechanism, 404 ... Reagent disk, 405 ... Reagent dispensing mechanism, 406 ... light source, 407 ... detection device, 408 ... diffraction grating, 409 ... first lens, 410 ... incident light, 411 ... diffracted light, 412 ..Second lens, 413 ... detector
Claims (10)
前記光反射膜と前記接着層との間には前記鋸歯形状の変形を防止する支持膜が備えられていることを特徴とする回折格子。
A diffraction grating having a substrate and a light reflecting film, wherein the light reflecting film is provided with a plurality of sawtooth-shaped grooves, and an adhesive layer is provided between the substrate and the light reflecting film;
A diffraction grating, wherein a support film for preventing the sawtooth-shaped deformation is provided between the light reflecting film and the adhesive layer.
前記支持膜はセラミックまたはＡＩ合金であることを特徴とする回折格子。
The diffraction grating according to claim 1, wherein
The diffraction grating according to claim 1, wherein the support film is ceramic or an AI alloy.
前記接着層には該接着層よりも熱膨張係数が小さい粒子が充填されていることを特徴とする回折格子。
The diffraction grating according to claim 1, wherein
The diffraction grating, wherein the adhesive layer is filled with particles having a smaller thermal expansion coefficient than the adhesive layer.
前記粒子は、熱膨張係数が１×１０-5〜１０-7／℃であることを特徴とする回折格子。
The diffraction grating according to claim 3, wherein
The diffraction grating according to claim 1, wherein the particles have a thermal expansion coefficient of 1 × 10 −5 to 10 −7 / ° C.
前記粒子は、ガラスであることを特徴とする回折格子。
The diffraction grating according to claim 3, wherein
The diffraction grating, wherein the particles are glass.
前記粒子は、粒径が０．１〜１μｍであることを特徴とする回折格子。
The diffraction grating according to claim 3, wherein
The diffraction grating according to claim 1, wherein the particles have a particle size of 0.1 to 1 μm.
前記接着層は、樹脂であることを特徴とする回折格子。
The diffraction grating according to claim 1, wherein
The diffraction grating, wherein the adhesive layer is a resin.
前記接着層は、モールドガラスであることを特徴とする回折格子。
The diffraction grating according to claim 1, wherein
The diffraction grating, wherein the adhesive layer is molded glass.
前記モールドガラスの融点は６００℃以下であることを特徴とする回折格子。
The diffraction grating according to claim 8, wherein
The diffraction grating, wherein the melting point of the mold glass is 600 ° C. or less.
前記光反射膜と前記接着層との間には前記鋸歯形状の変形を防止する支持膜が備えられていることを特徴とする分析装置。 An analysis having a substrate and a light reflecting film, wherein the light reflecting film is provided with a plurality of sawtooth-shaped grooves, and an adhesive layer is provided between the substrate and the light reflecting film. In the device
An analysis apparatus, wherein a support film that prevents the sawtooth-shaped deformation is provided between the light reflection film and the adhesive layer.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP (1) | JP2014126622A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115004065A (en) * | 2020-02-20 | 2022-09-02 | 株式会社日立高新技术 | Concave diffraction grating and optical device |
-
2012
- 2012-12-26 JP JP2012281943A patent/JP2014126622A/en active Pending
Cited By (2)
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| CN115004065A (en) * | 2020-02-20 | 2022-09-02 | 株式会社日立高新技术 | Concave diffraction grating and optical device |
| CN115004065B (en) * | 2020-02-20 | 2023-07-11 | 株式会社日立高新技术 | Concave diffraction grating and optical device |
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