JP3155296U - 蛍光検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体に照射する励起光発生源に、半導体発光ダイオードを採用した小型、高信頼度、低価格な蛍光検出器を提供する。【解決手段】半導体発光ダイオード１、バンドル型光ファイバー２からなる励起光セットが出力する蛍光物質励起可能な光源システムと、バンドパスフィルター４、被写体部焦点調整用レンズ５、蛍光検出カメラ６により構成される蛍光受光システムを有し、半導体発光ダイオード１からのビーム光を限定された面積内に均一照射・励起する。【選択図】図１

Description

本考案は、蛍光物質を含む多種合成物質に励起光を区画限定の面積に照射すると共に、励起光を照射された物質から発する多チャンネルスポットの蛍光を検出し映像化することを可能ならしめる蛍光検出器に関する。

従来の蛍光検出器は、蛍光物質励起用光源としてレーザ光源あるいは水銀やキセノンに代表されるランプ系光源が用いられてきた。レーザ光源使用の場合はビーム照射であるため面画像取得には可動機構を備えた装置を必要とし、被励起面をビームスキャンしつつ画面の蛍光データを取得している。蛍光はその波長の光を通すバンドパスフィルターを通して蛍光検出カメラでデータ取得している。この装置は高精度ながら機構が大型化、複雑化するため、それに伴って製造コストが高価となる欠点を有している。
また、もう少し安価な装置として水銀ランプやキセノンランプを励起用光源としている装置は、その光源から照射される光を励起用フィルターを通して被励起面を照射し、蛍光検出にはバンドパスフィルターを通し蛍光検出カメラでデータ取得している。この装置は比較的簡単に装置構成ができるもののランプの寿命が短いこと、ランプ光の照射面での照度むらの是正を必要とするなどの欠点を有している。

また、励起光源としてレーザの代わりに高輝度発光ダイオード（LED）を用いる装置も提案されている（特許文献１）。この装置は、蛍光標識されたDNA断片用の多数の泳動路を有する平板型ゲル電気泳動手段、泳動路に励起光を照射するLED、蛍光標識DNA断片から発生される蛍光を検出する屈折率分布型レンズアレー、フィルタおよびCCDラインセンサから構成される蛍光検出器とからなる。

特開平９−２８２０７８号

従来提案されているLEDを励起光源として用いる装置は、電気泳動するDNAを時間で捕らえるDNA塩基配列決定装置であるため、励起光源は、細いライン状のものであり、限定された面積に面（矩形）照射する思想は全く開示されていない。また、励起光源はラインビーム装置の小型化には寄与するとしても、LEDは各泳動路毎に設置するため、部品点数の増大による高価格、各部品の公差等による励起条件の相違等の課題がある。また、このLEDを用いた従来装置は、LED出力に集光レンズを使用するために照射面積の限定、LED出力に光のガウシャー分布のよる輝度ムラがある等の課題もある。
本考案は、上記課題を解決するためになされたもので、小型、高信頼性、低価格の汎用蛍光検出器を提供することを目的とする。

本考案が提供する蛍光検出器は、特定面積にスポッティングされた蛍光物体に照射する励起光発生源に半導体発光ダイオードを採用し、半導体発光ダイオードが発する特定波長の円筒状励起光を光ファイバーに通すことにより励起光の輝度分布を平滑化して複数の被検体物質に照射することが可能となり、一定照度化した励起光により被検体物質から発する蛍光を面センサーカメラで取得できることを可能とした。

本考案が提供する蛍光検出器は、被検体の特定面積励起用照射光に半導体発光ダイオードとバンドル型光ファイバーを用い、蛍光受光サイドはバンドパスフィルターと蛍光検出カメラを採用し、可動部を全く含まない部材によるシステム構成のため小型、高信頼性、低価格の蛍光検出器の製作が可能となった。これによって、バイオチップの需要が増大する。

本考案による蛍光検出器の構成図である。 （ａ）本考案の励起光ラインの構成図である。 （ｂ）励起光Ａ部およびＢ部の光線断面を示す。

本考案の蛍光検出器は大別すると被検体の蛍光物質を励起するための励起光源部分とこの励起光を受けて被検体内の蛍光物質が発する蛍光を検出する検出ユニットの二つのユニットから構成される。単色光を発する半導体発光ダイオードと、このダイオードからの小円筒状ビーム光を受けて発光ダイオード出力光に特有な光の輝度分布（ガウシャー分布）を均一輝度に加工するバンドル型光ファイバーからなる励起光システムから基板上の特定面積にスポッティングされている被検体蛍光物質に向けて励起光を発することに特徴を有する。
この励起光を照射された蛍光物質含有の被検体から発する蛍光をバンドパスフィルターと、レンズ系と蛍光検出カメラからなる受光部とで構成し、基板上の特定区画面に多種スポッティングされた蛍光物質含有の合成物質と基板上に滴下された被検体との相互作用を蛍光強度により生成される模様から被検体を特定識別することを可能ならしめた。

まず、本考案が提供する蛍光検出器について説明する。
本考案の蛍光検出器の構成を図１に示す。図中、１は半導体発光ダイオード、２はバンドル型光ファイバー、３は試料台であり被検体をセッティングするためのものである。４はバンドパスフィルターで、指定した蛍光の波長光のみを通すものであり、５は被写体部焦点調整用レンズであり、６は蛍光検出カメラである。
バンドパスフィルター４および被写体部焦点調整用レンズ５を通して入射する蛍光写体を蛍光検出カメラ６内のＣＣＤセンサーで検出し映像化する。７はバイオチップ基板であり、８は多種化学合成物質でありその各々に蛍光物質を組み込まれておりバイオチップ基板７上に固定されたものである。９は被検体であり、この被検体の化学的構成要素の一部と多種化学合成物質８との間で化学的反応が生じることで多種化学合成物質８内に組み込まれている蛍光による被検体特有の蛍光パターンがバイオチップ基板７上に発生する。この蛍光強度のパターンを蛍光検出カメラ６でデータ取得する。

半導体発光ダイオード１は円筒のビーム状照射光を出力とする。この照射光輝度は高いが中心点からその中心点からの距離に応じて輝度が落ちるガウシャー分布特性を有している。この半導体発光ダイオード１からの出力光をバンドル型光ファイバー２に導入する。バンドル型光ファイバー２は直径数十ミクロンの細い光ファイバー線が数千本束ねられたものであり、このバンドル型光ファイバー２に入った半導体発光ダイオード１からの照射光は多数の光ファイバー素線の中で乱反射を繰り返し、バンドル型ファイバー２の出力では若干の照度ムラは生じるものの照射光の中心部においてはほぼ均一な照射光となっている。即ち、バンドル型光ファイバー２は、限定された面積を均一な照度にするためのものである。
半導体発光ダイオード１からの出力照射光をＡ部、バンドル型光ファイバー２からの出力照射光をＢ部とし、各部の光線の断面を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示す通り、一般に半導体発光ダイオード１の光は照射面積がＡ部のように小さく、照度強度が極めて強いがその中心部が最も照度が強いガウシャー分布特性を有している。このため蛍光を面で取得する場合、同じ蛍光を発する多種化学合成物質８であっても、励起光が照射される場所によって蛍光出力が異なってくる。本考案の特長は励起光としての照射強度を蛍光物質の励起エネルギーを保ちうる範囲で照射範囲を拡大してスキャン機構を有せず均一な照度下での面データを取得できることである。そのため、バンドル型光ファイバー２の特性を利用して均一な照度面積に可能にする。この均一照度にされた照射光が被検体９に照射される。

本考案による蛍光検出器は、半導体発光ダイオード１を用いることにより単色且つコリメート光を被検体９に照射することができ、旧来装置のシステム構成品の中から照射光サイドのバンドパスフィルターを削除することができる。一般にバンドパスフィルターは透過減衰率が高いため、多種化学合成物質内に組み込まれている蛍光物質に対し照射光が励起力不足になることがあるため、励起光サイドのバンドパスフィルターの削除はシステム構成の簡略化且つコスト減のほかに検出性能アップに大きな効果となる。
また、水銀ランプやハロゲンランプを励起光に使用する場合、励起波長選択のためのバンドパスフィルターを必要とするが、本考案の蛍光検出器はこのようなフィルターを必要とせずシステム構成をシンプル且つ堅牢にできることも特長の１つである。

１ 半導体発光ダイオード
２ バンドル型光ファイバー
３ 試料台
４ バンドパスフィルター
５ 被写体部焦点調整用レンズ
６ 蛍光検出カメラ
７ 被検体基板
８ 多種化学合成物質
９ 被検体

Claims (1)

1. 基板上の特定区画面に多種スポッティングによりアレイ化された蛍光化合物と基板上に塗布ないし添加された被検体との相互作用を蛍光強度のパターンにより検出する蛍光検出器において、
   前記蛍光化合物に励起光を照射する励起光ユニットを、単色光を発する半導体発光ダイオードと、前記発光ダイオードからの小円筒状ビーム光の照射面積を均一照度に拡張するバンドル型光ファイバーとから構成するとともに、蛍光化合物から発する蛍光を受光する蛍光受光部を、蛍光を透過するバンドパスフィルターと、この蛍光を映像化するためのレンズ系と蛍光検出カメラとから構成したことを特徴とする蛍光検出器。

Images