JP4508388B2 - 熱レンズ顕微鏡デバイス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、熱レンズ顕微鏡デバイスに関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、微小空間内において精度の高い超微量分析が可能であり、任意の場所で簡便な測定が可能である卓上型のパームトップサイズ熱レンズ顕微鏡デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、化学反応を微小空間で行うための集積化技術が、化学反応の高速性や微小量での反応、オンサイト分析等の観点から注目され、世界的に精力的な研究が進められている。
【０００３】
この出願の発明者らによっても、化学反応の集積化技術についての検討が進められてきており、ガラス基板等を用いたデバイスにおいて、微細チャンネル内の液中試料の光吸収により発生する熱レンズ効果を利用した光熱変換吸光分析法が確立され、実用化への道が開かれている。
【０００４】
しかしながら、発明者らにより提供された上記のような熱レンズ顕微鏡による分析方法においては、これを可能とする分析機器の構成が、たとえば光源や、測定部や検出部（光電変換部）の光学系等が複雑にシステムアップされていて、まだまだ大型であり可搬性に欠けていた。このため、この熱レンズ顕微鏡システムを利用した分析や化学反応を行う際には、その場所や操作を限定する要因となっていた。
【０００５】
このような事情から、熱レンズ顕微鏡システムによる分析は、分析可能な対象が広いことなどの多くの利点を持つことから、汎用性の高い小型化が強く期待されていた。
【０００６】
そこで、この出願の発明者らは、励起光源および検出光源として小型レーザー光源を備え、励起光源、検出光源および熱レンズ顕微鏡光学系を単一器体に装着一体化することにより、コンパクトな構造を持つデスクトップ熱レンズ顕微鏡装置を開発している。このデスクトップ熱レンズ顕微鏡装置においては、デスクトップ型の顕微鏡のように単一の器体に全ての要素を装着一体とし、従来までの巨大な顕微鏡をデスクトップ型までに小型化することに成功している。
【０００７】
だが、このデスクトップ熱レンズ顕微鏡装置においても、さらに改善することが望まれていた。
【０００８】
それは、さらに可搬性のあるものに小型化することである。この小型化により、医療診断や環境計測における超微量化学物質の超高感度分析の機動性が飛躍的に高まり、空間分解能や定量分析能力に非常に優れた超微量分析顕微鏡が可能となる。
【０００９】
この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、可搬性があって、医療診断や環境計測における超微量化学物質の超高感度分析を可能とする、パームトップサイズの、新しい熱レンズ顕微鏡デバイスを提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、微細チャンネルを形成した分析セルとこの分析セルを上下両側において挟持して支持する２枚の基板で構成されるデバイス本体を含む熱レンズ顕微鏡デバイスにおいて、デバイス本体の一方の基板の表面もしくは内部に、励起光源と、検出光源と、熱レンズ顕微鏡光学系とが一体配設されており、デバイス本体の他方の基板の表面もしくは内部に、検出系と、検出用光学系とが一体配設されており、上記基板のうち分析セルの上側の基板の上面には、分析セルの微細チャンネルに連通する注入口及び排出口が開孔されていることを特徴とする熱レンズ顕微鏡デバイスを提供する。
【００１１】
また、この出願の発明は、第２には、第１の発明において、信号処理系および検出結果を送受信する電気回路の一部または全部がデバイス本体に一体配設されていることを特徴とする熱レンズ顕微鏡デバイスを提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について説明する。
【００１３】
前記のとおり、この出願の発明の熱レンズ顕微鏡デバイスは、分析セルとこの分析セルを上下両側において挟持して支持する２枚の基板で構成されるデバイス本体を含む熱レンズ顕微鏡デバイスにおいて、デバイス本体の一方の基板は、＜Ａ＞励起光源と、検出光源と、熱レンズ顕微鏡光学系とが一体配設されており、デバイス本体の他方の基板は、＜Ｂ＞検出系と、検出用光学系とが一体配設されていること、さらには、＜Ｃ＞信号処理系および検出結果を送受信する電気回路の一部または全部がデバイス本体に一体配設されていることを特徴としている。
【００１４】
なお、言うまでもないことであるが、熱レンズ顕微鏡は、励起光と検出光を入射し、励起光が試料中に照射されることにより形成される熱レンズに検出光を入射し、熱レンズによる検出光の拡散を測定することにより試料中の物質の検出を行うシステムである。
【００１５】
以上のようなこの発明の熱レンズ顕微鏡デバイスでは、従来よりこの出願の発明者らが提案しているように、分析セルには、ガラス、シリコン、プラスチック等の透光性のセル基板によりエッチングにより微細、微小なチャンネル（通液路）やポート（貯液部）等を形成したものが用いられる。そして、この分析セルを支持する基板も同様の透光性の素材により形成することができ、分析セルをその上下両側において挾持して支持するようにしている。
【００１６】
そして、前記＜Ａ＞＜Ｂ＞はそれぞれ、基板に一体化されている。前記＜Ｃ＞は、分析セル、あるいはこれを支持する基板に部分的に、あるいは全部が一体化されていてよい。ここで一体化されているとのことは、分析セルや基板の外部に空間を置いて配置されていることではなく、分析セル、基板の内部あるいは表面に当接または埋設されていることを意味している。
【００１７】
図１は、この発明の熱レンズ顕微鏡デバイスの一例を示した平面図、正面図および底面図である。たとえばこの図１に例示したように、デバイス本体は、分析セル（１）を、上基板（２Ａ）と下基板（２Ｂ）とによって挾持して構成し、上基板（２Ａ）には、励起光源（３）、検出光源（４）とともに、ビームエキスパンダーやコリメーターレンズ等のレンズ系（５）、ダイクロミックミラー（６）、プリズム（７）等からなる熱レンズ顕微鏡の光学系を一体化配設している。プリズム（７）の直下には対物レンズ（８）をさらに埋設により一体化することもできる。
【００１８】
また、上基板（２Ａ）には、試料や反応試薬注入口（９）および液排出口（１０）が開孔され、分析セル（１）に設けた微細チャンネル（１１）に各々連通されている。
【００１９】
一方、下基板（２Ｂ）においては、プリズム（１２）やミラー、並びにフィルター（１３）等からなる検出用光学系と、光検出器（１４）が一体化配設されている。
【００２０】
図２は、以上の図１の例のように上基板（２Ａ）および下基板（２Ｂ）の表面に一体化配設するのでなく、励起光源（３）をはじめとする上記の熱レンズ顕微鏡システムの要素を、上基板（２Ａ）および下基板（２Ｂ）に埋設して一体化配設した例を示している。このような各種の構成としてこの発明の熱レンズ顕微鏡デバイスが構成される。
【００２１】
もちろん、光源や検出器等の要素の一部が上下基板（２Ａ）（２Ｂ）の外部に配置されているものもこの発明においては包含している。使用条件、使用環境等に応じてシステム構成を変更してもよい。
【００２２】
いずれの場合でも、励起光源（３）には小型の半導体レーザーをはじめ、半導体レーザー励起固体レーザーのような小型レーザー光源の各種のものが用いられる。励起光源（３）から出力された励起光はたとえば、チョッパによって変調され、さらにビームエキスパンダーにより平面波として射出される。
【００２３】
一方、励起光源（３）と同様に小型レーザー光源である検出光源（４）から出力された検出光は、たとえばコリメーターレンズにより平行な光線束として射出され、ダイクロミックミラー（６）により、励起光と同軸にて合成される。
【００２４】
励起光と検出光からなる合成光は、プリズム（７）、対物レンズ（８）を通過し、分析セル（１）中の液体試料に照射される。試料内部においては、合成光を構成する励起光の一部により光熱変換現象に基づき熱レンズが形成され、熱レンズを通過した検出光は拡散し、光熱変換に関わらなかった励起光とともに試料中を透過する。原理的には励起光も熱レンズの影響を受けるが、検出光に比べてわずかである。
【００２５】
試料は、前記の注入口に注入し、たとえば錯化剤や免疫反応試薬等と別々に注入され、微細チャンネル（１１）内での反応によって試料中の微量成分の検出が上記の熱レンズ顕微鏡により可能とされる。
【００２６】
たとえば、窒素酸化物の定量分析に関しては、アルカリ性（ｐＨ１３）の過酸化水素水溶液にタバコ煙中の窒素酸化物を亜硝酸イオンとして酸化吸収させ、発色試薬であるＮ−１−ナフチルエチレンジアミンと反応させて、赤紫色（ピーク収光度波長５４４ｎｍ）に呈色させる。これを、微細チャンネル（１１）への光照射によって熱レンズ顕微鏡で検出を行うことができる。励起光には波長５３２ｎｍ、出力１００ｍＷの半導体ＹＡＧレーザー（第２高調波）を、また、検出光には波長６８０ｎｍ、出力５ｍＷの半導体レーザーを用いることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この出願の発明によって、小型で可搬性があり、かつ空間分解能や定量分析能力に優れた超微量分析のための顕微鏡が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一例を示した平面図、正面図および底面図である。
【図２】この発明の別の例を示した正面図である。
【符号の説明】
１ 分析セル
２Ａ 上基板
２Ｂ 下基板
３ 励起光源
４ 検出光源
５ レンズ系
６ ダイクロミックミラー
７ プリズム
８ 対物レンズ
９ 注入口
１０ 排出口
１１ 微細チャンネル
１２ プリズム
１３ フィルター
１４ 光検出器

Claims (2)

1. 微細チャンネルを形成した分析セルとこの分析セルを上下両側において挟持して支持する２枚の基板で構成されるデバイス本体を含む熱レンズ顕微鏡デバイスにおいて、
   デバイス本体の一方の基板の表面もしくは内部に、励起光源と、検出光源と、熱レンズ顕微鏡光学系とが一体配設されており、
   デバイス本体の他方の基板の表面もしくは内部に、検出系と、検出用光学系とが一体配設されており、
   上記基板のうち分析セルの上側の基板の上面には、分析セルの微細チャンネルに連通する注入口及び排出口が開孔されていることを特徴とする熱レンズ顕微鏡デバイス。
2. 信号処理系および検出結果を送受信する電気回路の一部または全部がデバイス本体に一体配設されていることを特徴とする請求項１に記載の熱レンズ顕微鏡デバイス。

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