JP2017067719A - 光学測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に持ち運ぶことができるよう小型化が図られた場合にも、試料容器からの伝熱に起因して光源や受光部の温度が上昇することが抑制され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】光学測定器は、測定試料が収容された試料容器（試料チューブ）Ｗが配置される測定部２０に導光路２１Ｈを介して測定用光を入射させる光源２４と、測定部から出射される検出用光を、導光路２６Ｈを介して受光する受光部２８とを有するものであって、測定部に配置された試料容器を加熱する加熱機構を備え、加熱機構または試料容器と、光源および受光部の少なくとも一方との間における導光路上以外の領域に、断熱層３２が設けられている。【選択図】図６

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、当該測定試料から出射する蛍光を受光部にて受光することにより測定試料中の目的物質の濃度を測定する小型の蛍光測定器が開示されている。
このような蛍光測定器には、例えば親子鑑定、細菌やウイルスなどのＤＮＡの測定にＰＣＲ法（ポリメラーゼ連鎖反応）を用いる場合に、液体状の測定試料を一定の温度に加熱する、あるいは、周期的な温度パターンで繰り返し加熱する目的で、測定試料が収容されたＰＣＲチューブを加熱するヒーターが設けられている。
測定試料を加熱する場合、ＰＣＲチューブの例えば下部のみを加熱すると、測定試料中の水分が蒸発して当該ＰＣＲチューブ内の天井面に結露してしまい、その結果、測定試料中の目的物質の濃度が変化してしまう。
このような濃度の変化を防止するため、ＰＣＲチューブの上部および下部の両方を加熱することが行われている。

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、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。
このような要請に応えるために、特許文献１に開示された蛍光測定器は、筺体全体を樹脂によって一体に成型することにより小型化を図っている。

しかしながら、このような小型化された蛍光測定器においては、光源と測定部とが近接配置される、あるいは、測定部と受光部とが近接配置されることに起因して、ＰＣＲチューブの熱が光源や受光部に伝達されてこれらの温度が上昇してしまう。その結果、光源においては発光素子の光変換効率が変化してしまい、また、受光部においては受光素子のシグナル強度値が変化してしまい、これにより、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。

特開２０１４−３２０６４号公報

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、容易に持ち運ぶことができるよう小型化が図られた場合にも、試料容器からの伝熱に起因して光源や受光部の温度が上昇することが抑制され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、測定試料が収容された試料容器が配置される測定部に導光路を介して測定用光を入射させる光源と、前記測定部から出射される検出用光を、導光路を介して受光する受光部とを有する光学測定器であって、
前記測定部に配置された試料容器を加熱する加熱機構を備え、
当該加熱機構または前記試料容器と、前記光源および受光部の少なくとも一方との間における前記導光路上以外の領域に、断熱層が設けら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、前記加熱機構は、前記測定部に配置された試料容器の上部を加熱するヒーターおよび下部を加熱するヒーターの少なくとも一方を有することが好ましい。

本発明の光学測定器においては、前記断熱層が、樹脂部材、断熱シートまたは空気層により形成された構成とすることができる。

本発明の光学測定器においては、前記断熱層が、前記試料容器の外表面に接触する樹脂部材により形成された構成とすることができる。

本発明の光学測定器は、加熱機構または試料容器と、光源および受光部の少なくとも一方との間における導光路上以外の領域に断熱層が設けられている。従って、本発明の光学測定器は、容易に持ち運ぶことができる小型のものとして構成された場合にも、試料容器の熱が断熱層において遮断され、試料容器からの伝熱に起因して光源や受光部の温度が上昇することが抑制され、その結果、高い精度の測定結果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態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に試料チューブが装着された状態を模式的に示す断面図である。

以下、本発明について詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態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に試料チューブが装着された状態を模式的に示す断面図である。
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６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６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。

第１の導光路形成体２１および第２の導光路形成体２６は、弾性体からなり、特に、散乱光や反射光などの迷光を吸収させて光を光源から受光部に効率よく伝達することができる光吸収性の弾性体からなることが好ましい。
光吸収性の弾性体としては、具体的には、カーボンブラックやカーボンナノチューブなどが分散された、黒色のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのシリコーン樹脂を好ましく用いることができる。

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６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。試料チューブ受容穴２９の底部には、試料チューブ受容穴２９に試料チューブＷが挿入されたときに、当該試料チューブＷの底部が下方に１．５ｍｍ程度突出する状態とされる大きさの開口が形成されている。

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６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。

試料チューブ受容穴２９は、試料チューブＷが蓋１２によって試料ブラケット２５の当該試料チューブ受容穴２９に押圧されたときに、当該試料チューブＷと試料ブラケット２５とが密着されると共に、導光路に対する試料チューブＷの位置決めが行われる形状とされる。
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、断熱性を有する材料からなることが好ましく、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。

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。

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。

光学測定機構１８には、試料チューブＷ内の測定試料を、一定の温度に加熱する、周期的な温度パターンで繰り返し加熱する、あるいは、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備えられている。

光学測定機構１８の加熱機構は、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３０Ａ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３０Ｂとからなるものとすることができる。
上部ヒーター部材３０Ａおよび下部ヒーター部材３０Ｂとしては、各々、ポリイミドフィルム中にステンレス製の抵抗線によるパターンが貼り付けられてなるシート状ヒーターを用いることができる。

上部ヒーター部材３０Ａおよび下部ヒーター部材３０Ｂは、各々独立して温度状態を制御することができる。各々のヒーターの設定温度は、室温〜１５０℃とすることができる。
上部ヒーター部材３０Ａおよび下部ヒーター部材３０Ｂによる加熱温度としては、試料チューブＷの天井面における結露を防止する観点から、上部ヒーター部材３０Ａによる温度が下部ヒーター部材３０Ｂによる温度よりも高いことが好ましい。

光学測定機構１８には、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。

そして、本発明の第１の実施の形態の光学測定器１０においては、加熱機構または試料チューブＷと、光源２４および受光部２８の少なくとも一方との間における導光路上以外の領域に、断熱層が設けられている。
具体的には、断熱層は、試料ブラケット２５と第１の導光路形成体２１との間にこれらと接触して配置された第１の断熱層３２Ａ、および、試料ブラケット２５と第２の導光路形成体２６との間にこれらと接触して配置された第２の断熱層３２Ｂよりなる。
第１の断熱層３２Ａおよび第２の断熱層３２Ｂの、第１の導光路形成体２１および第２の導光路形成体２６における第１の導光路２１Ｈおよび第２の導光路２６Ｈに対向する位置には、光が通過する光通過穴３８Ａ，３８Ｂがそれぞれ形成されている。

第１の断熱層３２Ａおよび第２の断熱層３２Ｂは、それぞれ略均一の厚みを有する断熱シートより形成されている。断熱シートは、例えば紙、ポリマー、ゴムなどからなるものとすることができる。
第１の断熱層３２Ａおよび第２の断熱層３２Ｂの厚みは、例えば１０〜３０００μｍであることが好ましい。

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、断熱層３２Ａ，３２Ｂの厚みが１．５ｍｍ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、厚みは８ｍｍ、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２５ｍｍ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検出用光は受光部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。
この光学測定器１０において、上部ヒーター部材３０Ａおよび下部ヒーター部材３０Ｂの少なくとも一方によって加熱処理が行われると、試料チューブＷの温度が上昇して熱を発する。この試料チューブＷから発された熱は、試料ブラケット２５と、第１の断熱層３２Ａおよび第２の断熱層３２Ｂにおいて遮断される。

以上の第１の実施の形態に係る光学測定器１０は、加熱機構または試料チューブＷと、光源２４および受光部２８の少なくとも一方との間における導光路上以外の領域に断熱シートによる断熱層が積極的に設けられている。従って、この光学測定器１０は、容易に持ち運ぶことができる小型のものとして構成された場合にも、試料チューブＷが発する熱が断熱層において遮断され、試料チューブＷからの伝熱に起因して光源２４や受光部２８の温度が上昇することが抑制される。その結果、高い精度の測定結果を得ることができる。

以上、本発明の第１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ず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、加熱機構として上部ヒーター部材３０Ａおよび下部ヒーター部材３０Ｂの一方が設けられた構成のものであっても、上記の効果が得られる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態の光学測定器は、断熱層が空気層により構成されていること以外は、第１の実施の形態に係る光学測定器と同様の構成を有する。
空気層は、例えば略均一の厚みを有する板状の空隙とすることができ、空気層の厚みは、例えば１００〜３０００μｍ程度であることが好ましい。

このような光学測定器によれば、第１の実施の形態に係る光学測定器と同様の効果が得られる。

以上、本発明の第２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ず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、空気層の形状は、試料ブラケットと導光路形成体との接触面積が小さく抑制された構成であればよく、略均一の厚みを有する板状の連続的なものに限定されない。具体的には、空気層は、例えば試料ブラケットおよび導光路形成体にそれぞれ条溝が形成され、試料ブラケットおよび導光路形成体が互いに線接触することによって区画される形状の断続的な空隙とすることができる。

＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態の光学測定器は、試料ブラケットが断熱性を有する材料からなり、第１の断熱層および第２の断熱層が設けられていないこと以外は、当該第１の実施の形態に係る光学測定器と同様の構成を有する。
具体的には、試料ブラケットと第１の導光路形成体および第２の導光路形成体とが直接接触して配置されており、断熱層が試料ブラケットのみによって構成されている。

このような光学測定器によれば、第１の実施の形態に係る光学測定器と同様の効果が得られる。

以上、本発明の第３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ず、種々の変更を加えることが可能である。

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
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
３０Ａ 上部ヒーター部材
３０Ｂ 下部ヒーター部材
３２Ａ 第１の断熱層
３２Ｂ 第２の断熱層
３８Ａ，３８Ｂ 光通過穴
Ｗ 試料チューブ

Claims (4)

1. 測定試料が収容された試料容器が配置される測定部に導光路を介して測定用光を入射させる光源と、前記測定部から出射される検出用光を、導光路を介して受光する受光部とを有する光学測定器であって、
   前記測定部に配置された試料容器を加熱する加熱機構を備え、
   当該加熱機構または前記試料容器と、前記光源および受光部の少なくとも一方との間における前記導光路上以外の領域に、断熱層が設けられていることを特徴とする光学測定器。
2. 前記加熱機構は、前記測定部に配置された試料容器の上部を加熱するヒーターおよび下部を加熱するヒーターの少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１に記載の光学測定器。
3. 前記断熱層が、樹脂部材、断熱シートまたは空気層により形成されてい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. 前記断熱層が、前記試料容器の外表面に接触する樹脂部材により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光学測定器。
   
   

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