JP2017062184A - 光学測定器 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化が図られて容易に持ち運ぶことができ、かつ、検出用光以外の光が受光部に入射することを抑制することができて高い精度の測定結果を得ることができる光学測定器を提供する。
【解決手段】測定試料が配置される測定部20に光源24からの測定用光を入射させる、直線状に伸びる貫通孔よりなる第1の導光路21Hが内部に形成された第1の導光路形成体21と、測定部20から出射される検出用光を受光部28に導光する、直線状に伸びる貫通孔よりなる第2の導光路26Hが内部に形成された第2の導光路形成体26とを有する光学測定器であって、第2の導光路形成体26が、光吸収性を有する材料より形成されている。
【選択図】図7

Description

本発明は、光学測定器に関する。更に詳しくは、吸光度測定器などとして用いられる可搬式の光学測定器に関する。
光学測定器の或る種のものとして、例えば特許文献1には、光源から出射した光を測定試料に照射し、当該測定試料を透過した光を複雑な構成の光学系によって集光、反射させて受光部に導光し、光の減衰量から測定試料中の目的物質の濃度を測定する吸光度測定器が開示されている。
このような吸光度測定器は、高機能であって高い精度の吸光度を測定することができるという利点を有する。
特開2014−126529号公報
一方、近年、ライフサイエンス分野では、ポイントオブケア検査に用いることなどを目的に、吸光度測定器などの光学測定器について、持ち運びを容易にするために小型化の要請がある。
そして、上記のような吸光度測定器について小型化を図る場合は、例えば光源と測定試料が配置される測定部との間や、測定部と受光部との間の光学系を簡略化して光源と受光部とを接近配置させることが考えられる。
しかしながら、光源から放射される光は発散光であるため、導光路を包囲する壁面において測定試料を透過した検出用光以外の光の反射、散乱が生じてしまう。その結果、受光部に対して、測定試料を透過して直進する検出用光だけでなく、導光路を包囲する壁面において反射、散乱された光が照射されることとなり、測定誤差が生じて高い精度の測定結果を得ることができない、という問題がある。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、小型化が図られて容易に持ち運ぶことができ、かつ、検出用光以外の光が受光部に入射することを抑制することができて高い精度の測定結果を得ることができる光学測定器を提供することを目的とする。
本発明の光学測定器は、測定試料が配置される測定部に光源からの測定用光を入射させる、直線状に伸びる貫通孔よりなる第1の導光路が内部に形成された第1の導光路形成体と、前記測定部から出射される検出用光を受光部に導光する、直線状に伸びる貫通孔よりなる第2の導光路が内部に形成された第2の導光路形成体とを有する光学測定器であって、
前記第2の導光路形成体が、光吸収性を有する材料より形成されていることを特徴とする。
本発明の光学測定器においては、前記第1の導光路形成体が、光吸収性を有する材料より形成されていることが好ましい。
本発明の光学測定器においては、前記光吸収性を有する材料が、光吸収性を有する弾性体であることが好ましく、前記光吸収性を有する弾性体が、光吸収性物質が分散されたシリコーン樹脂であることが好ましい。
本発明の光学測定器においては、前記第2の導光路形成体の第2の導光路の径をd、長さをLとしたとき、下記関係式(1)を満足することが好ましい。
関係式(1):3≦L/d≦15
本発明の光学測定器においては、前記第2の導光路形成体の第2の導光路は、前記第1の導光路形成体の第1の導光路と同軸上に位置されていることが好ましい。
本発明の光学測定器は、光源と受光器とを近接配置させることにより小型化が図られ、容易に持ち運ぶことができる。しかも、本発明の光学測定器によれば、第2の導光路形成体が光吸収性を有する材料よりなるので、第2の導光路を包囲する壁面において検出用光以外の光が吸収されることにより当該光の反射、散乱を抑制することができる。その結果、本発明の光学測定器によれば、受光部に対して検出用光のみを照射させることができて高い精度の測定結果を得ることができる。
本発明の光学測定器の構成の一例を示す平面図である。 図1の光学測定器の正面図である。 図1におけるA−A線断面図である。 図1におけるB−B線断面図である。 図2におけるC−C線断面図である。 図1の光学測定器における光学測定機構を試料チューブが装着された状態で示す平面図である。 図6におけるD−D線断面図である。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の光学測定器の構成の一例を示す平面図、図2は、図1の光学測定器の正面図、図3は、図1におけるA−A線断面図、図4は、図1におけるB−B線断面図、図5は、図2におけるC−C線断面図、図6は、図1の光学測定器における光学測定機構を試料チューブが装着された状態で示す平面図、図7は、図6におけるD−D線断面図である。
この光学測定器10は、測定試料における測定対象物質の濃度などを吸光度として測定するためなどに用いられるものであり、測定対象物質は、例えば大腸菌、タンパク質、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって増幅されて得られたDNAや、色素などである。
この光学測定器10は、光学測定機構18が筺体11内における上部側(図1における上部側)の領域に設けられると共に、筺体11内の下部側(図1における下部側)の領域には、駆動用電池を収容する電池室19が設けられている。また、筺体11の上面側(図4における左面側)における光学測定機構18に対応する位置には、試料チューブWを挿抜するための片開きの蓋12が形成されている。また、筺体11の上面側の下部(図1における下部)領域には、電源ボタンなどが配置された操作部16が形成されている。さらに、筺体11の下面側(図4における右面側)には、筺体11を水平な支持面上に支持する支持脚17が突出するよう設けられている。
光学測定機構18は、試料チューブWが配置される測定部20に光源24からの測定用光を入射させる第1の導光路21Hが内部に形成された第1の導光路形成体21と、当該測定部20から出射される検出用光を受光部28に導光する第2の導光路26Hが内部に形成された第2の導光路形成体26とを有する。
第1の導光路21Hおよび第2の導光路26Hは、各々直線状に伸びる円柱状の貫通孔よりなり、第1の導光路21Hおよび第2の導光路26Hが互いに同軸上に位置される状態に、第1の導光路形成体21および第2の導光路形成体26が配置されている。
光源24は、第1の導光路21Hにおける第2の導光路26Hと対向しない一端(図7において左端)に嵌入された状態で保持される。また、受光部28は、第2の導光路26Hにおける第1の導光路21Hと対向しない一端(図7において右端)に、光源24の光軸と同軸状に嵌入された状態で保持される。
光源24が第1の導光路21Hに嵌入された状態で保持されることによって、光源24の光軸を概ね当該第1の導光路21Hの軸と並行に設定することが容易となり、従って、受光部28の方向に光束を高い効率で配光することができる。
光源24側の第1の導光路21Hの径は、受光部28側の第2の導光路26Hの径とで同じであってもよく、異なっていてもよいが、不必要な散乱光、反射光、迷光を低減させる観点から、受光部28側の第2の導光路26Hの径が光源24側の第1の導光路21Hの径よりも小さいことが好ましい。
光学測定機構18には、測定試料が装填された試料チューブWが挿入される、底部に向かって小径となるテーパ状の試料チューブ受容穴29が中央部に形成された試料ブラケット25が設けられている。試料チューブ受容穴29には、下部側(図7において下部側)の領域に、測定用光および検出用光がそれぞれ通過する光通過穴27A,27Bが互いに対向する位置にそれぞれ形成されている。この試料ブラケット25内には、試料チューブ受容穴29を挟んで左右方向(図7において左右方向)に直線状に伸び、かつ、当該試料チューブ受容穴29の光通過穴27A,27Bに連通するよう収容用凹所23A,23Bが形成されている。そして、この収容用凹所23A,23Bに、それぞれ第1の導光路形成体21および第2の導光路形成体26が、第1の導光路21Hおよび第2の導光路26Hの端部が光通過穴27A,27Bとそれぞれ対向して連通するよう、圧入された状態で保持されている。
また、試料ブラケット25には、試料チューブWの位置を規制する位置規制部材22が、試料ブラケット25の表面(図7において上面)から突出する状態に形成されている。
試料チューブ受容穴29は、PCRチューブ、または、試料チューブ、例えば1.5mLの試料チューブ若しくは2.0mLの試料チューブに対応する形状および大きさとすることができる。
試料ブラケット25としては、例えばポリカーボネート樹脂からなるものを用いることができる。
試料ブラケット25は、外部からの迷光の入射を抑止する観点から、黒色であることが好ましい。
そして、本発明の光学測定器10においては、第1の導光路形成体21および第2の導光路形成体26は、光吸収性を有する材料より形成されており、特に、光吸収性を有する弾性体からなることが好ましい。
光吸収性を有する弾性体としては、光吸収性物質が分散された、ポリジメチルシロキサン(PDMS)などのシリコーン樹脂を用いることができる。シリコーン樹脂は自らが蛍光を発する自家蛍光が小さいという理由から、本発明に係る光吸収性を有する弾性体として好ましく用いることができる。
光吸収性物質としては、例えば黒色の粉末を用いることができ、黒色の粉末としては、カーボンブラックやカーボンナノチューブなどが挙げられる。
光吸収性物質が分散される弾性体の屈折率は、1.3以上1.8以下であることが好ましい。
第2の導光路形成体26の第2の導光路26Hの径をd、長さをLとしたとき、これらの比L/dは、3以上15以下であることが好ましく、より好ましくは3.3以上13.3以下である。
第2の導光路26Hの径と長さとの比L/dが3以下である場合は、所期の光検出光以外の散乱光を、十分に第2の導光路26Hを包囲する壁面によって吸収して除去することができないおそれがある。一方、第2の導光路26Hの径と長さとの比L/dが15以上である場合は、第2の導光路26Hの長さLが大きくなることにより、光学測定器の十分な小型化を図ることができない場合がある。また、第2の導光路26Hの径dが小さくなることで、光源24の光量を高める必要があるため、光源24に通電する電源の容量を増やさなければならず、電源が大型化し、光学測定器の十分な小型化を図ることができない場合がある。
第2の導光路26Hの径dは、例えば1.5〜3mmである。
第1の導光路21Hおよび第2の導光路26Hの径は、それぞれ試料ブラケット25の光通過穴27A,27Bの径よりも大きいものとされている。これにより、第1の導光路形成体21および第2の導光路形成体26は試料ブラケット25に対して圧入されて保持されるが、これらに圧入による変形が生じた場合にも、光通過穴27A,27Bを確実に第1の導光路21Hおよび第2の導光路26Hの開口内に位置させることができる。
第2の導光路26Hの長さLは、当該第2の導光路26Hの中心軸に沿った長さをいう。
また、第2の導光路26Hの長さLは、試料ブラケット25の光通過穴27Bの厚み(図7における左右方向の厚み)によっても異なる。具体的には、試料チューブWから受光部28までの光軸に沿った長さが10〜20mmとされる。
光源24としては、例えば白色LEDなどのLEDを用いることができ、受光部28としては、例えばRGBカラーセンサなどのフォトダイオードを用いることができる。受光部28としてRGBカラーセンサを用いることにより、RGBの各波長における吸光度を測定することができる。
例えば波長560nm付近の光の吸光度からBCA法によって、あるいは、波長600〜700nm付近の光の吸光度からブラッドフォード法によって、たんぱく質の濃度を定量することができる。
本発明の光学測定器10には、試料チューブW内の測定試料を、化学的または物理的に加熱処理するため、または、一定の温度条件で光学測定するために加熱する加熱機構が設けられていてもよい。
加熱機構は、試料チューブWを上下から加熱するものとすることができる。具体的には、筺体11の蓋12の裏面側に設けられ、当該蓋12が閉状態とされることにより試料チューブWに押圧されてその上面に接触するよう配置された上部ヒーター部材と、試料チューブ受容穴29の下部に貫通された穴から突出した試料チューブWの下面に接触するよう配置された下部ヒーター部材とからなるものとすることができる。
上部ヒーター部材および下部ヒーター部材としては、各々、パターンを有するシートヒーターを用いることができる。
本発明の光学測定器10に加熱機構が設けられる場合においては、さらに、加熱された試料チューブWを循環冷却風によって急速に冷却する冷却用ファンが設けられていることが好ましい。
光学測定器10の各部の寸法の一例を挙げると、筺体11は、縦幅(図1における上下方向長さ)が150mm、横幅(図1における左右方向長さ)が70mm、高さ(図1における紙面と垂直な方向の長さ)が30mm、重さが300gである。また、第2の導光路26Hの径dがφ3.0mm、光軸方向の長さLが11.2mm、試料チューブWの壁面から受光部28の表面までの距離が12.8mmである。また、試料ブラケット25における試料チューブ受容穴29の光通過穴27Bの径はφ1.7mm、試料チューブ受容穴29の直径は、最小部がφ1.7mm、最大部がφ3.0mmである。さらに、光源24と受光部28との距離は35mmである。
光学測定器10における光学測定は、以下のように行われる。すなわち、光学測定機構18において、光源24から出射した測定用光が、測定部20において試料チューブ受容穴29に受容された試料チューブW内の液体状の測定試料に照射される。試料チューブW内の測定試料に照射された測定用光は、測定対象物質の濃度に応じて吸収される。吸収されずに試料チューブWを透過して出射された光のうち、所期の光検出光以外の散乱光は第2の導光路26Hを包囲する壁面によって吸収されて除去され、検出用光のみが受光部28に至り、その光量が測定されて吸光度が取得されて濃度が算出される。具体的には、光が測定試料を透過する際、その透過率が測定対象物質の濃度に応じて光路長に対して指数関数的に減衰する。従って、予め既知の濃度の測定対象物質の標準溶液を基準試料として測定して検量線を作成しておき、その光量と比較することにより、測定試料における測定対象物質の吸光度から濃度を算出することができる。
以上の光学測定器10は、光源24と受光器28とを近接配置させることにより小型化が図られ、容易に持ち運ぶことができる。しかも、この光学測定器10によれば、第2の導光路形成体26が光吸収性を有する材料よりなるので、第2の導光路26Hを包囲する壁面における所期の検出用光以外の散乱光が吸収されることにより当該光の反射、散乱を抑制することができる。その結果、本発明の光学測定器10によれば、受光部28に対して検出用光のみを照射させることができて高い精度の測定結果を得ることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、試料ブラケットは必須のものではなく、導光路形成体に対して、試料チューブを直接挿抜する構成であってもよい。しかしながら、導光路形成体が弾性体によって形成されている場合は、ポリプロピレン製の試料チューブとの間の摩擦が大きいために挿抜しにくいことがある。従って、本発明の光学測定器においては、試料ブラケットが設けられることが好ましい。
10 光学測定器
11 筺体
12 蓋
16 操作部
17 支持脚
18 光学測定機構
19 電池室
20 測定部
21 第1の導光路形成体
21H 第1の導光路
22 位置規制部材
23A,23B 収容用凹所
24 光源
25 試料ブラケット
26 第2の導光路形成体
26H 第2の導光路
27A,27B 光通過穴
28 受光部
29 試料チューブ受容穴
W 試料チューブ

Claims (6)

  1. 測定試料が配置される測定部に光源からの測定用光を入射させる、直線状に伸びる貫通孔よりなる第1の導光路が内部に形成された第1の導光路形成体と、前記測定部から出射される検出用光を受光部に導光する、直線状に伸びる貫通孔よりなる第2の導光路が内部に形成された第2の導光路形成体とを有する光学測定器であって、
    前記第2の導光路形成体が、光吸収性を有する材料より形成されていることを特徴とする光学測定器。
  2. 前記第1の導光路形成体が、光吸収性を有する材料より形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学測定器。
  3. 前記光吸収性を有する材料が、光吸収性を有する弾性体であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光学測定器。
  4. 前記光吸収性を有する弾性体が、光吸収性物質が分散されたシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項3に記載の光学測定器。
  5. 前記第2の導光路形成体の第2の導光路の径をd、長さをLとしたとき、下記関係式(1)を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の光学測定器。
    関係式(1):3≦L/d≦15
  6. 前記第2の導光路形成体の第2の導光路は、前記第1の導光路形成体の第1の導光路と同軸上に位置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の光学測定器。
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