JP6686800B2 - 光学測定器 - Google Patents

Description

本発明は、光学測定器に関する。更に詳しくは、加熱機構を有する吸光度測定器や蛍光測定器などとして用いられる光学測定器に関する。

例えば親子鑑定、細菌やウイルスなどのＤＮＡの測定において、ＰＣＲ法（ポリメラーゼ連鎖反応）を行う装置が用いられる。ＰＣＲ法を行う装置においては、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試料容器（ＰＣＲチューブ）を加熱するヒーターが備えられている。
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。

このような加熱処理を行う装置として、特許文献１には、ＰＣＲチューブを収納する測定部の蓋（リッド体）に上部ヒーター部材が内蔵されたサーマルサイクラーが開示されている。このサーマルサイクラーにおいて、上部ヒーター部材は、リッド体の裏面における、リッド体を閉状態としたときに当該上部ヒーター部材がＰＣＲチューブの上面に対接する位置に、露出して設けられている。

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、加熱機構を有する吸光度測定器や蛍光測定器などの光学測定器についても、携帯可能なものとすることが求められている。
そして、このような携帯可能な光学測定器においてもリッド体にヒーターが設けられており、加熱処理直後には、ＰＣＲチューブの上部（蓋部）の温度は例えば８０〜１２０℃と高温になるので、加熱処理直後の当該ＰＣＲチューブの蓋部に触れると火傷等を負うおそれがある。

特表２０１２−５１７２２０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、ヒーターを早期に冷却することができて、試料容器の温度を早期に低下させ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光学測定部が設けられた筺体と、
当該筺体に開閉自在に取り付けられ、閉状態において前記試料容器の上面に対接する位置に前記測定試料を加熱するヒーターが設けられた、下方に開口するカップ状のリッド体とよりなり、
前記リッド体は、下方に開口する姿勢が維持されたまま、前方下側の閉状態と、後方上側の開状態との間を略円軌道で自在に移動するものであり、
前記ヒーターは、前記リッド体の内部において下方に露出するよう設けられ、
前記筺体における、前記リッド体の閉状態において当該リッド体に対向する面に、前記リッド体の内部に冷却風を供給する冷却風供給口が設けられ、
前記リッド体の開閉機構が、当該リッド体と前記筺体とを結合する一対のリンクアームを有し、当該一対のリンクアームの間に、前記冷却風供給口からの冷却風を前記ヒーターに向かう状態とする整流板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、前記冷却風供給口が、前記筺体の天板に開口された、前記一対のリンクアームが離間する方向に伸びるスリットよりなり、
当該スリットから供給される冷却風が前記整流板に向かう状態とされるよう、前記スリットの少なくとも一つの長手方向の側面が、前記筐体の天板に対して傾斜していることが好ましい。

本発明の光学測定器においては、リッド体の内部に冷却風を供給する冷却風供給口が設けられると共に、当該冷却風供給口からの冷却風をリッド体内に設けられたヒーターに向かう状態とする整流板が設けられている。従って、ヒーターを使用して測定試料を加熱後に冷却する際に、冷却風供給口からの冷却風の風向きがヒーターに当たるよう調整されるので、当該ヒーターが効率よく冷却される。これに伴い、リッド体の閉状態においては試料容器の蓋の温度も早期に低下させることができ、試料容器の取り出しなどにおいて指で触ったときにも火傷を負うことが抑止される。
また、ヒーターの冷却時間が短縮されることにより、加熱処理のタクトタイムを向上させることができる。
さらに、整流板が一対のリンクアームの間に設けられている構成によれば、リンクアームと一体的に動作されることとなり、光学測定器自体の省スペース化を図ることができる。

本発明の光学測定器の具体的な構成の一例におけるリッド体の閉状態を、試料チューブが装着された状態で示す断面図である。 図１の光学測定器の、リッド体の開状態を示す断面図である。 図１の光学測定器における冷却風供給口を拡大して示す断面図である。 図１の光学測定器における整流板およびリンクアームを拡大して示す側面図である。 実施例１および比較例１の結果を示すグラフである。

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具体的な構成の一例におけるリッド体の閉状態を、試料チューブが装着された状態で示す断面図、図２は、図１の光学測定器の、リッド体の開状態を示す断面図、図３は、図１の光学測定器における冷却風供給口を拡大して示す断面図、図４は、図１の光学測定器における整流板およびリンクアームを拡大して示す側面図である。
この光学測定器１０は、例えば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の可搬式の吸光度測定器として構成することができる。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。

光学測定器１０には、測定試料が収容された試料チューブＷが配置され、加熱処理および一定の温度条件で吸光度測定などの光学測定処理を行う光学測定部２０が設けられた略直方体形の筺体１１と、当該筺体１１に開閉自在に取り付けられ、下方に開口するカップ状のケーシング１３を有するリッド体１２とよりなる。

筺体１１内には、当該筺体１１における前方側（図１において右側）の領域に試料チューブＷが配置される光学測定部２０が設けられている。また、筺体１１の下面（図１において下面）には筺体１１を水平な支持面上に支持する支持脚１７が設けられている。

光学測定部２０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、上方に開口する試料チューブ受容穴（図示せず）が形成されたチューブ支持体２５が配置されている。
試料チューブ受容穴は、底部に向かって小径となる上下方向（図１において上下方向）に伸びるテーパ状の穴である。
試料チューブ受容穴は、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。

チューブ支持体２５を形成する材料としては、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのシリコーン樹脂若しくはアルミニウムなどの金属、ポリカーボネートなどの樹脂を用いることができる。

光学測定部２０において、試料チューブ受容穴は、例えば、筺体１１の左右方向（図１において紙面に垂直な方向）に伸びる試料チューブ配置領域に、複数、例えば４本または８本形成されている。
従って、本発明の光学測定器１０においては、例えば４本または８本の試料チューブＷについて一括して光学処理や加熱処理などを行うことができる。

リッド体１２は、閉状態においてチューブ支持体２５の試料チューブ受容穴の開口を塞ぎ、開状態において試料チューブ受容穴の開口を露出させるものである。

リッド体１２の開閉機構は、当該リッド体１２を、下方に開口する姿勢が維持されたまま、前方下側（図１において左方下側）の閉状態と、後方上側（図１において右方上側）の開状態との間を略円軌道で自在に移動するものである。
具体的には、リッド体１２には、ケーシング１３の天板１３ａに、試料チューブ配置領域が伸びる方向に伸びるリンクプレート２６が間隙を介してネジ２７によって固定されている。リッド体１２は、このリンクプレート２６の両側面に１つずつ取り付けられた一対のリンクアーム３１を備えたリンク機構を介して、筺体１１に結合されている。リンクアーム３１は、各々２本のリンクバー３１ａからなる。各リンクバー３１ａの基端部（筺体１１側の端部）は、筺体１１の上面から鉛直上方に向かって突出する突起板３３に枢支軸を介して揺動自在に取り付けられており、各リンクバー３１ａの先端部（リッド体１２側の端部）は、リッド体１２の頂部の下面から鉛直下方に向かって突出する突起板３５に枢支軸を介して揺動自在に取り付けられている。
リッド体１２の閉状態においては、上部ヒーター部材２２が試料チューブＷの上面に押圧されてその上面に対接されると共に、開口端面が筺体１１の上面に対接される。一方、リッド体１２の完全な開状態においては、上方からの平面視において試料チューブ受容穴または試料チューブ受容穴に挿入された試料チューブＷの全てが見える状態に、リッド体１２が筺体１１の後方側（図１において左側）の上部領域に突出するよう設けられた接触防止用凸部１９の上方に位置する。リッド体１２においては閉状態、開状態および開閉動作状態のいずれにおいても、常に下方に開口する姿勢が維持されている。
なお、図１および図２において、１８はリッド体１２の閉状態を確実に維持するためのバックルである。

光学測定器１０には、光学測定部２０に配置された試料チューブＷ内の測定試料を、一定の温度に加熱する、あるいは、あらかじめ設定された温度パターンで加熱する加熱機構が備えられている。

加熱機構は、上部ヒーター部材２２および下部ヒーター部材２３を有し、試料チューブＷを上下から加熱するものとされる。
具体的には、上部ヒーター部材２２は、リッド体１２の内部において、ケーシング１３に取り付けられたリンクプレート２６の下面（図１において下面）に下方に露出するよう設けられ、当該リッド体１２が閉状態とされることにより全ての試料チューブＷの上面に押下ピン（図示せず）により断熱樹脂製の押圧ブロック２８を介して押圧されてその上面に対接するよう配置されるものである。また、下部ヒーター部材２３は、試料チューブ受容穴の下部に近接するようチューブ支持体２５の下部に配置されたものである。
図１および図２において、２９Ａおよび２９Ｂは、それぞれ上部ヒーター部材２２および下部ヒーター部材２３の温度を検知する温度測定手段である。

上部ヒーター部材２２は、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２２ａと、当該シート状ヒーター２２ａの裏面に積層された、シート状ヒーター２２ａからの熱を均質に試料チューブＷに伝熱するためのアルミニウム板２２ｂとからなる。
下部ヒーター部材２３としては、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２２および下部ヒーター部材２３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、３５℃〜最大１２０℃とすることができる。
上部ヒーター部材２２および下部ヒーター部材２３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２２による温度が下部ヒーター部材２３による温度よりも高いことが好ましい。
具体的には、光学測定部２０において試料チューブＷを加熱する上部ヒーター部材２２の電力は約１９Ｗ、当該上部ヒーター部材２２に接触される試料チューブＷの蓋の温度は例えば８０〜１２０℃とされる。

この光学測定器１０には、リッド体１２の開状態において上部ヒーター部材２２に外部の物体が接触することを阻害する安全機構が設けられている。
安全機構は、具体的には、リッド体１２の開状態において当該リッド体１２と筺体１１の上面との間隙を狭める板状の接触防止部材３０によって構成されている。また、接触防止用凸部１９によっても構成されている。
接触防止部材３０は、筺体１１の上面から、開状態のリッド体１２の前方側（図１において左側）の開口端面に近接する位置まで、上下方向に伸びる状態に形成されている。
接触防止部材３０を構成する材料としては、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）板やアルミニウム板、ポリカーボネート板などを用いることができる。

そして、光学測定部２０には、上部ヒーター部材２２やこれに加熱された試料チューブＷなどを循環冷却風によって急速に冷却する冷却機構が設けられている。
冷却機構は、筺体１１内に設けられた冷却ファン１６と、筺体１１における、リッド体１２の閉状態において当該リッド体１２に対向する面に開口された、リッド体１２の内部に冷却風を供給する冷却風供給口１４と、当該冷却風供給口１４からの冷却風を上部ヒーター部材２２に向かう状態とする整流板３６とを有する。また、吸気口１５Ａが筺体１１の後方側（図１において右側）に開口されると共に、リッド体１２のケーシング１３の移動方向の後方側に排気口１５Ｂが開口されている。

冷却風供給口１４は、例えば筺体１１の天板１１ａに開口された、一対のリンクアーム３１が離間する方向すなわち試料チューブ配置領域が伸びる方向に伸びるスリットよりなるものとすることができる。
冷却風供給口１４を構成するスリットは、当該スリットから供給される冷却風が整流板３６に向かう状態とされるよう、このスリットの少なくとも一つの長手方向（図１において紙面と垂直な方向）の側面が、筐体１１の天板１１ａに対して傾斜したものとされている。スリットの側面がこのような傾斜を有することにより、整流板３６がスリットの真上にない場合にも冷却風を整流板３６に容易に導くことができる。
冷却風供給口１４を構成するスリットの側面の傾斜角度αは、例えば３０〜４５°とされることが好ましい。

整流板３６は、試料チューブ配置領域が伸びる方向（図１において紙面に垂直な方向）に伸びる板状部３６Ａと、当該板状部３６Ａにおける上部ヒーター部材２２に対応する領域における上部および下部に、当該板状部３６Ａと連続し、端部に向かうに従って上部ヒーター部材２２に接近するよう傾いた状態に突出する上部ウィング３６Ｂおよび下部ウィング３６Ｃとを有する形状のものである。

光学測定器１０の各部の寸法の一例を挙げると、筺体１１は、横幅（図１において紙面に垂直な方向の長さ）が３１２ｍｍ、縦幅（図１において左右方向の長さ）が１９０ｍｍ、リッド体１２を閉状態としたときの高さ（図１において上下方向の長さ）が９２ｍｍ、重さが２ｋｇである。また、リッド体１２は、横幅（図１において紙面に垂直な方向の長さ）が１４１ｍｍ、縦幅（図１において左右方向の長さ）が１０５ｍｍ、高さ（図１において上下方向の長さ）が３５ｍｍである。筺体１１の上面からリッド体１２の上面までの高さは、リッド体１２の閉状態において３５ｍｍ、リッド体１２の開状態において５３ｍｍである。
リンクアーム３１は、これを構成する一方のリンクバー３１ａの外端から他方のリンクバー３１ａの外端までの幅が３０ｍｍ、１つのリンクバー３１ａの長さが４７ｍｍ、高さが、リッド体１２が閉状態において４３ｍｍ、開状態において２５〜２８ｍｍである。
リンクプレート２６は、長さ（図１において紙面に垂直な方向の長さ）が１２２ｍｍである。
整流板３６は、上部ウィング３６Ｂおよび下部ウィング３６Ｃの長さ（図１において紙面に垂直な方向の長さ）が７０ｍｍ、板状部３６Ａ、上部ウィング３６Ｂおよび下部ウィング３６Ｃを合計した幅（図１において左右方向の長さ）が約３０ｍｍ、厚みが１．５ｍｍである。
冷却風供給口１４を構成するスリットは、長さ（図１において紙面に垂直な方向の長さ）が１７．５ｍｍ、幅（図１において左右方向の長さ）が４ｍｍである。

光学測定器１０においては、まず、リッド体１２が開状態とされた状態において試料チューブ受容穴に試料チューブＷを挿入し、次いで、リッド体１２を閉状態としてバックル１８を係止することにより上部ヒーター部材２２が試料チューブＷの上面に対接される。この状態において適宜の加熱処理を行った後、リッド体１２が閉状態とされたまま冷却処理を行う。具体的には、吸気口１５Ａから吸気された冷却風は、冷却ファン１６、スリットよりなる冷却風供給口１４、整流板３６と接触防止部材３０との隙間をこの順に介して上部ヒーター部材２２に供給されてこれを冷却する。その後、冷却風は、リンクプレート２６とリッド体１２のケーシング１３の天板１３ａとの隙間、整流板３６と天板１３ａとの隙間をこの順に介して排気口１５Ｂから光学測定器１０の後方側すなわち操作者がいる前方側と反対側に排気される。その後、バックル１８を開け、リッド体１２を後方上側の接触防止用凸部１９の上方に略円軌道で筺体１１の上面から離間するよう移動させて開状態とさせる。このリッド体１２の開状態においては、吸気口１５Ａから吸気された冷却風は、冷却ファン１６、スリットよりなる冷却風供給口１４をこの順に介して上部ヒーター部材２２に供給されてこれを冷却する。その後、冷却風は、リンクプレート２６とリッド体１２のケーシング１３の天板１３ａとの隙間、整流板３６と天板１３ａとの隙間をこの順に介して排気口１５Ｂから光学測定器１０の後方側に排気される。この状態において冷却された試料チューブＷを安全に抜くことができる。
このように、リッド体１２の閉状態および開状態のいずれの場合においても、冷却風は上部ヒーター部材２２に接触するように流れる。

以上の光学測定器１０においては、リッド体１２の内部に冷却風を供給する冷却風供給口１４が設けられると共に、当該冷却風供給口１４からの冷却風をリッド体１２内に設けられた上部ヒーター部材２２に向かう状態とする整流板３６が設けられている。従って、上部ヒーター部材２２を使用して測定試料を加熱後に冷却する際に、冷却風供給口１４からの冷却風の風向きが当該上部ヒーター部材２２に当たるよう調整されるので、当該上部ヒーター部材２２が効率よく冷却される。これに伴い、リッド体１２の閉状態においては試料チューブＷの蓋の温度も早期に低下させることができ、試料チューブＷの取り出しなどにおいて指で触ったときにも火傷を負うことが抑止される。
また、上部ヒーター部材２２の冷却時間が短縮されることにより、加熱処理のタクトタイムを向上させることができる。
さらに、整流板３６が一対のリンクアーム３１の間に設けられている構成によれば、リンクアーム３１と一体的に動作されることとなり、光学測定器１０自体の省スペース化を図ることができる。

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、本発明の光学測定器は、光学測定部とは別個に、これと独立して動作される加熱処理部が１つの筺体に共通して設けられた構成のものとされていてもよい。この場合、光学測定部と加熱処理部とは例えばリッド体の開閉方向と垂直な方向（図１において紙面と垂直な方向）に離間して設けられ、光学測定部および加熱処理部に対して各々整流板が設けられたリッド体が配置される。このような加熱処理部は、例えば加熱処理のみを行う前処理部として用いる。
このような光学測定器において、前処理部の上部ヒーター部材の加熱温度は例えば１２０℃、下部ヒーター部材の加熱温度は例えば９８℃とされ、光学測定部の上部ヒーター部材の加熱温度は例えば８０℃、下部ヒーター部材の加熱温度は例えば６３℃とされる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

〔実施例１〕
図１に示される光学測定器を作製した。光学測定器の各寸法は以下の通りとした。これを光学測定器〔１〕とする。
＜筺体＞
・横幅：３１２ｍｍ、縦幅：１９０ｍｍ、リッド体を閉状態としたときの高さ：９２ｍｍ、重さ：２ｋｇ
＜リッド体＞
・横幅：１４１ｍｍ、縦幅：１０５ｍｍ、閉状態における高さ：３５ｍｍ、開状態における高さ；５３ｍｍ
＜リンクアーム＞
・幅：３０ｍｍ、長さ：４７ｍｍ、リッド体の閉状態における高さ：２８ｍｍ、リッド体の開状態における高さ：４３ｍｍ
＜リンクプレート＞
・長さ：１２２ｍｍ
＜整流板＞
・上部ウィングおよび下部ウィングの長さ：７０ｍｍ、幅：３０ｍｍ、厚み：１．５ｍｍ
＜スリット＞
・長さ：１７．５ｍｍ、幅：４ｍｍ
＜上部ヒーター部材＞
・電力：１９Ｗ

上記の光学測定器〔１〕に試料チューブ（ＰＣＲチューブ）をセットしてヒーター（熱電対）の温度が１２０℃となるまで昇温し、７００秒間以上１２０℃に保った後、冷却ファンを作動させてしてヒーターを冷却する加熱−冷却実験を行った。結果を図５に曲線ａとして示す。

〔比較例１〕
実施例１に用いた光学測定器において、整流板が設けられていないこと以外は同様の比較用の光学測定器〔２〕を作製した。
この光学測定器〔２〕を用いて、上記の光学測定器〔１〕と同様にして加熱−冷却実験を行った。結果を図５に曲線ｂとして示す。

図５のグラフから明らかなように、リッド体の上部ヒーター部材の温度が１２０℃から４０℃に低下するまでの時間は、整流板を設けない比較例１に係る光学測定器〔２〕においては１０２０秒間であるのに対し、整流板を設けた本発明の実施例１に係る光学測定器〔１〕においては６３０秒間であり、約４０％短縮されることが確認された。
比較例１に係る光学測定器〔２〕においては、整流板が設けられていないことによって、供給された冷却風が上部ヒーター部材の上方空間に滞留してしまい、上部ヒーター部材が冷却されるまでに長時間を要するものと考えられる。

１０ 光学測定器
１１ 筺体
１１ａ 天板
１２ リッド体
１３ ケーシング
１３ａ 天板
１４ 冷却風供給口
１５Ａ 吸気口
１５Ｂ 排気口
１６ 冷却ファン
１７ 支持脚
１８ バックル
１９ 接触防止用凸部
２０ 光学測定部
２２ 上部ヒーター部材
２２ａ シート状ヒーター
２２ｂ アルミニウム板
２３ 下部ヒーター部材
２５ チューブ支持体
２６ リンクプレート
２７ ネジ
２８ 押圧ブロック
２９Ａ，２９Ｂ 温度測定手段
３０ 接触防止部材
３１ リンクアーム
３１ａ リンクバー
３３ 突起板
３５ 突起板
３６ 整流板
３６Ａ 板状部
３６Ｂ 上部ウィング
３６Ｃ 下部ウィング
Ｗ 試料チューブ

Claims (2)

1. 測定試料が収容された試料容器が配置される光学測定部が設けられた筺体と、
   当該筺体に開閉自在に取り付けられ、閉状態において前記試料容器の上面に対接する位置に前記測定試料を加熱するヒーターが設けられた、下方に開口するカップ状のリッド体とよりなり、
   前記リッド体は、下方に開口する姿勢が維持されたまま、前方下側の閉状態と、後方上側の開状態との間を略円軌道で自在に移動するものであり、
   前記ヒーターは、前記リッド体の内部において下方に露出するよう設けられ、
   前記筺体における、前記リッド体の閉状態において当該リッド体に対向する面に、前記リッド体の内部に冷却風を供給する冷却風供給口が設けられ、
   前記リッド体の開閉機構が、当該リッド体と前記筺体とを結合する一対のリンクアームを有し、当該一対のリンクアームの間に、前記冷却風供給口からの冷却風を前記ヒーターに向かう状態とする整流板が設けられていることを特徴とする光学測定器。
2. 前記冷却風供給口が、前記筺体の天板に開口された、前記一対のリンクアームが離間する方向に伸びるスリットよりなり、
   当該スリットから供給される冷却風が前記整流板に向かう状態とされるよう、前記スリットの少なくとも一つの長手方向の側面が、前記筐体の天板に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光学測定器。