JP3166814U

JP3166814U - 蛍光検出器

Info

Publication number: JP3166814U
Application number: JP2011000082U
Authority: JP
Inventors: 中根康雄; 軒原清史; 大山貴史; 荘厳哲哉; 平田晃義
Original assignee: HIPEP LABORATORIES
Current assignee: HIPEP LABORATORIES
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2021-01-11

Abstract

【課題】励起光ユニットをベースにしたことで、小型、高信頼性、低価格化を可能ならしめた蛍光検出器を提供する。【解決手段】蛍光検出器７は、多数のＬＥＤランプとこれらの照度を均一化するための出力光平滑用透過体及び出力光平滑保持筒を有するＬＥＤランプユニット１、バンドパスフィルタ３およびダイクロイックレンズ４からなる励起光ユニ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５、被写体部焦点調整用レンズ６、蛍光検出カメラにより構成される蛍光受光システムを有し、励起光ユニットからの光を限定された面積を均一照射・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走査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波長域のみ通すバンドパスフィルタを通して被励起面を照射し、蛍光検出には蛍光波長域透過用バンドパスフィルタ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他、装置の大型化と重量が大きい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が、ライン光源としてのみ使用されてきた。

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、励起光側にプリズムを使用するために照射強度の低減等の課題もある。また、特定面積を計測するための蛍光検出器は上記背景技術の項でも述べた通り励起光用光源が水銀ランプあるいはキセノンランプであるため装置の大型化及び重量増大が割けられない状況にあった。
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広面積照射用ＬＥＤランプとこの広面積に拡散する光を限定した面積にのみ照射させるための集光レンズを採用し、ＬＥＤランプが発する光を集光レンズで集光することで特定の照射面積を一定強度被検体物質に照射することが可能となり、この集光を特定のバンドパスフィルタを通して励起光として被検体物質に照射し、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、被検体に照射する特定面積励起用照射光にＬＥＤランプとレンズ系並びに励起光用バンドパスフィルタを用い、蛍光受光サイドは蛍光検出用バンドパスフィルタと蛍光検出カメラを採用し、特定面積を有する被検体から発する蛍光を、可動部を全く含まない部材によるシステム構成によって小型、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、本装置を必需とするバイオチップの需要が飛躍的に拡大する。

本考案による蛍光検出器の構成図である。本考案の励起光ユニットの構成図である。本考案による蛍光検出器の励起光有効波長域を示す図である。

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ユニット部分と特定の波長域の光を通過あるいは反射する光学フィルタと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機構から構成される。高出力を得るため複数の発光源からなるＬＥＤランプと、これら個々の発光源からの光をミキシングして出力光を平滑化して決められた光軸方向に向かわせる光平滑用透過体並びに出力光平滑保持筒並びに集光レンズを有し、この光束をバンドパスフィルタに通すことにより蛍光物質の励起に必要な波長のみを通す機構とする。
この励起光を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照射する。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蛍光検出用バンドパスフィルタとレンズ系を通し蛍光検出カメラで検出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ＬＥＤランプであり蛍光物質に照射することにより蛍光を発せさせるための励起光源である。２は光出力レンズでありＬＥＤランプから出た光を平行光として出力する。３はバンドパスフィルタでありＬＥＤランプ１から出た多波長光のうち特定の波長域の光のみを通過させる。４はダイクロイックミラーであり、特定波長以外の光は全面反射する。バンドパスフィルタ３を通った光はダイクロイックミラー４により全面反射され、光軸を９０°変更する。８は試料台であり、９は被検体基板である。１０は多種化学合成物質であり合成時に蛍光物質が予め組み込まれており、被検体基板９上にスポッティングされている。１１は被検体である。多種合成物質１０と被検体１１に含まれる物質が化学反応した場合、ダイクロイックミラー４からの励起光を受光した時その反応箇所に限定して多種合成物質１０に含まれた蛍光物質の蛍光強度が変化する。これら多種化学合成物質１０に組み込まれた蛍光物質から発する蛍光はその蛍光波長の光に限定してダイクロイックミラー４を透過する。５はバンドパスフィルタでありダイクロイックミラー４を透過した特定の波長域の光のうち更に必要最小限波長幅の光のみを通過させる。６はカメラレンズであり、７は蛍光検出カメラである。バンドパスフィルタ５と透過した特定波長の蛍光はカメラレンズ６を通して蛍光検出カメラ７で画像化される。

被検体基板９上の多種化学合成物質と被検体１１との結合に関わる蛍光の微小変化を前述した構成部品により検出できることが本考案の特徴であるが、この微小蛍光変化検出を可能ならしめている大きな要因は光学系にも工夫が施されている。従来この種の蛍光検出器の光源には水銀ランプやキセノンランプを使用されてきた。これらのランプは寿命が短いこと、装置全体が大型化するなど多くの課題を有してきた。本考案にはＬＥＤランプ１を採用した。蛍光検出器へのＬＥＤランプはこれまで励起光としてのエネルギー不足や被検体への均一照射の難しさ等により実用化されてこなかった。これらの難点を解決した本考案の励起光源部について説明する。

図２および図３にＬＥＤランプユニット部の詳細を示す。ＬＥＤユニット１は大別すると複数のＬＥＤランプと放熱部からなる。図２のＡ−Ａ断面を図３に示す。図中、１４および１５はＬＥＤランプ群である。図３に示されるように光源は多数のＬＥＤランプ１４，１５からなり個々のランプの光は可能な限り真っ直ぐ前方に向けて放射される。図２で示す２１は出力光平滑用透過体であり、２２は出力光平滑保持筒である。
多数のＬＥＤランプ１４、１５から出た光は出力光平滑用透過体２１内でお互いに乱反射しつつ個々の小さな光軸の光の集合から全体の光にミキシングされ太い光軸となって出力される。この出力光は出力光平滑保持筒２２でガードされ四方に光が分散されることなく光出力レンズ２を通してバンドパスフィルタ３に伝達される。バンドパスフィルタ３はＬＥＤランプ１から出た多波長光のうち特定の波長域の光のみを通過させる。バンドパスフィルタ３を通った特定波長の光はダイクロイックミラー４により全面反射され、光軸を９０°変更し、多種化学合成物質１０内の蛍光物質への励起光として被検体基板９の表面を均等な照射度で照射する。この励起光により多種化学合成物質１０内の蛍光物質が励起され予め決まっている蛍光を発する。被検体基板９上の多種化学合成物質１０から発せられた蛍光はダイクロイックミラー４を透過しバンドパスフィルタ５を通しカメラレンズ６を経由して蛍光検出カメラ７に取り込まれ画像化される。バンドパスフィルタ５および被写体部焦点調整用カメラレンズ６を通して入射する蛍光写体を蛍光検出カメラ７内のＣＣＤセンサーで検出し映像化する。被検体基板９上の被検体１１の化学的構成要素の一部と多種化学合成物質１０との間で化学的反応が生じることで多種化学合成物質１０内に組み込まれている蛍光物質により被検体特有の蛍光パターンを被検体基板６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７検出しデータ取得する。

前述した通り、励起用光源は多数のＬＥＤランプ１４，１５からなり、これらのＬＥＤランプ１４、１５は、円筒のＬＥＤランプユニットケース１３に密に収容されている。ＬＥＤランプ１４、１５から出た光はすべて出力光平滑用透過体２１に導入される。個々のＬＥＤランプから出力された光の集合体は厳密に見れば個々のランプ枠陰あるいは照度差などで局所的に小さいながらも多くの光のムラがある。こうした照度ムラを無くして全体の光束を平面に映した場合、規定照射面内では均一な照射光を得る必要がある。このためＬＥＤランプ１４，１５から照射される光は出力光平滑用透過体２１を通すことによりお互いに乱反射しつつ個々の小さな光軸の光の集合から全体の光にミキシングされ、太く照射度が均一な光軸となる。この出力光は出力光平滑保持筒２２で平行照射をガードされ四方に光が分散されることなく光出力レンズ２を通してバンドパスフィルタ３に伝達される。

本考案による蛍光検出器は、複数の半導体ＬＥＤランプ１４，１５を用いることによりレーザビームに比較し広範囲で均一な照度を得ることをベースとし、特定波長の励起光を必要とする多種化学合成物質１０にその特定波長の光を均一に照射するためのバンドパスフィルタ３並びに多種化学合成物質１０が発する蛍光波長のみを透過するバンドパスフィルタ５を備えることで被検体基板９上の被検体１１の種類により変化する多種化学合成物質１０が発する蛍光状況をパターンとして蛍光検出カメラ７に取り込むことができることを特徴とする。
また、前述したように水銀ランプやハロゲンランプを励起光に使用する場合、大型化、重量化、短寿命などの欠点を有するが、本考案の蛍光検出器はこれら従来商品の欠点をすべて解消し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。

以上、実施例で述べたように従来の蛍光検出器に比較し、システム構成上、その機構が極めて簡単化され、シンプル且つ堅牢な装置を提供することができ、製造コストも従来品に比較し大幅に低減することが可能となった。実施例では励起光を落射式に照射する方式での説明を行ったが斜光状態で多種化学合成物質１０および被検体１１に照射することは容易に考察することができる。

１ＬＥＤランプユニット
２光出力レンズ
３ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）−１
４ダイクロイックミラー
５ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）−２
６カメラレンズ
７蛍光検出器
８試料台
９被検体基板
１０多種化学合成物質
１１被検体
１３ＬＥＤランプユニットケース
１４ＬＥＤランプ−１
１５ＬＥＤランプ−２
２１出力光平滑用透過体
２２出力光平滑保持筒

Claims

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出力機構を、複数個のＬＥＤランプからなるランプ群と、これらランプ群から照射される光を均一照射するための出力光平滑用透過体並びに出力光平滑保持筒と、照射面積を特定するための光出力レンズと特定波長の光のみを通すバンドパスフィルタより構成したことを特徴とする蛍光検出器。