JP6807071B2 - マイクロプレートリーダー - Google Patents
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Description
マイクロプレートの各ウェルに収容された試料に対しては、例えば、当該試料の光学的性質が測定される。この測定は、上記試料に対して光学的測定を行う測定装置であるマイクロプレートリーダーによって行われる。マイクロプレートリーダーは、例えば、吸光、蛍光、化学発光、蛍光偏光等の光学的性質を測定可能である。
そのため、ライフサイエンス分野におけるポイントオブケア(POCT)検査のような分野で要請される装置の小型化への対応は難しい。
この場合、マイクロプレートの各ウェルに収容される試料の全ての光測定をほぼ同時に行うことが可能となり、測定時間を短縮することができる。また、従来のようなマイクロプレートを走査させるための複雑な駆動機構等が不要であるため、小型化を実現することができる。
この場合、投光部と受光部と受光用導光路との組をマイクロプレートの全てのウェルに対応させて設ける必要がなく、大幅に小型化することができる。また、投光部と受光部と受光用導光路との組に対してマイクロプレートを相対的に逐次移動させることで、マイクロプレートの各ウェルに収容される試料の全ての光測定を行うことが可能である。
この場合、移動機構による移動を1軸方向のみの移動とすることができる。そのため、移動機構の構造を簡略化することができ、安価に構成することができる。また、薄型化を実現することができるので、例えばインキュベータ内の培養空間などの限られた空間内にも設置することが可能となる。
r=d(La/Lb−1/2)
このように、マイクロプレートから受光部へと光を導光する受光用導光路の形状をもとに、投光部の配置位置を規定してもよい。この場合、受光用導光路を包囲する顔料含有樹脂によって吸収されずに直接受光部に到達する可能性のある光を放出する投光部は、1つの受光部に対して1つのみとすることができる。つまり、隣接する他の投光部からの光が、受光用導光路を包囲する顔料含有樹脂によって吸収されずに外光として直接受光部に到達することを防止することができる。したがって、測定誤差を適切に低減することができる。
このように、制限部材を配置することで、1つの受光部に到達する光を放出する投光部が1つのみとなるようにすることができる。したがって、測定誤差を適切に低減することができる。
このように、アパーチャ板を配置することで、受光用導光路に入射する光の角度成分を制限することができる。また、この場合、アパーチャ板に設けられた開口部の大きさを適宜設定することで、受光用導光路への光の入射範囲を容易に調整することができる。
このように、受光用導光路の内壁に突出部を設けることで、受光用導光路に入射する光、もしくは受光用導光路から出射する光を適切に制限することができる。また、この場合、突出部の大きさを適宜設定することで、受光用導光路の幅を容易に調整することができる。
このように、投光部間に遮蔽部材を配置することで、1つの投光部から放出された光が隣接する投光部の表面に到達して反射され、当該隣接する投光部に対応するウェルに入射してしまうといった不具合が発生することを防止することができる。
このように、マイクロプレートリーダーは、受光部の上に導光部を配置し、導光部の上にマイクロプレートを配置し、マイクロプレートの上方に投光部を配置する構造とすることができる。この場合、受光部および導光部を筐体内に固定しておき、試料を収容したマイクロプレートを導光部上に載置し、マイクロプレートの上方を投光部で覆うようにすればよい。したがって、セッティングが容易なマイクロプレートリーダーとすることができる。
この場合、複数の投光部への電力供給を、配線パターンが形成された1枚のプリント基板によって実現することができる。同様に、複数の受光部への電力供給を、配線パターンが形成された1枚のプリント基板によって実現することができる。したがって、マイクロプレートリーダーの小型化が図れる。
さらに、上記のマイクロプレートリーダーにおいて、前記受光部は、受光センサであってもよい。この場合、受光部をカラーセンサとすることが可能であり、容易に測定データを得ることができる。
また、上記のマイクロプレートリーダーにおいて、前記受光部は、光ファイバであってもよい。この場合、複数の光ファイバによって導光された光を画像センサにより取り込み、画像データとして光測定データを取得することもできる。この場合、全ウェルに対応した光測定データを一括して同時にデータ処理することが可能となる。
この場合、受光用導光路と包囲部材との界面における光の反射や散乱を抑制することができる。したがって、より効果的に迷光による測定誤差を抑制することができる。
このように構成することで、平坦部から入射する光の散乱を抑制することができる。
また、上記のマイクロプレートリーダーにおいて、前記平坦部と前記柱状部材との接続部分に、当該接続部分側の径が前記柱状部材の先端部分側の径よりも大きくなるように段差部が設けられていてもよい。
このように構成することで、外光の影響を抑制することができる。
これにより、小型化が可能であり、マイクロプレートの各ウェルに収容された試料全ての光測定を高精度に行うことができるマイクロプレートリーダーを構成することができる。
このように構成することで、平坦部から入射する光の散乱を抑制することができる。
また、上記のマイクロプレートリーダーユニットにおいて、前記平坦部と前記柱状部材との接続部分に、当該接続部分側の径が前記柱状部材の先端部分側の径よりも大きくなるように段差部が設けられていてもよい。
このように構成することで、外光の影響を抑制することができる。
上記した本発明の目的、態様及び効果並びに上記されなかった本発明の目的、態様及び効果は、当業者であれば添付図面及び請求の範囲の記載を参照することにより下記の発明を実施するための形態(発明の詳細な説明)から理解できるであろう。
(第一の実施形態)
図1は、本実施形態におけるマイクロプレートリーダー10の概略構成図である。また、図2は、マイクロプレートリーダー10の主要部の構成を示す分解斜視図である。
マイクロプレートリーダー10は、投光用基板11aと、測定用基板11bと、複数の光源(投光部)12aと、複数の受光センサ(受光部)12bと、導光プレート部(導光部)13と、筐体15と、電源部16と、給電ケーブル17a、17bと、を備える。
また、本実施形態におけるマイクロプレートリーダー10は、導光プレート部13の上部に設置されたマイクロプレート20の上方に、投光用基板11aが配置されるよう構成されている。投光用基板11aには複数の光源12aが設けられており、投光用基板11aは、光源12aがマイクロプレート20に対向するように配置される。
マイクロプレート20は、例えばアクリル、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス等からなる平板状の部材である。図2に示すように、マイクロプレート20は、例えば長方形状の平板であり、表面に多数のウェル21が設けられている。ウェル21の形状は、例えば平底を有する円柱形状である。また、ウェル21の数は、6個、24個、96個、384個、1536個等であり、容量は数μリットル〜数mリットルである。図2に示すマイクロプレート20は、8×12の96ウェルのマイクロプレートである。
光源12aは、光を放出する投光部であり、投光用基板11aの一方の表面(下部表面)に配置される。受光センサ12bは、光を受光する受光部であり、測定用基板11bの一方の表面(上部表面)に配置される。光源12aは、例えば発光ダイオード(LED)であり、受光センサ12bは、例えばRGBカラーセンサである。光源12aは、例えばチップLED(表面実装型LED)とすることができる。この場合、1つの光源12aは、複数の発光部(発光点)を有するチップLEDを含む。
マイクロプレートリーダー10は、光源12aおよび受光センサ12bを、それぞれマイクロプレート20のウェル21と同じ数だけ備える。つまり、マイクロプレート20の1つのウェル21に対し、1つの光源12aおよび1つの受光センサ12bが対応して設けられている。例えば図2に示すように、マイクロプレート20のウェル21が96個ある場合、投光用基板11aには96個の光源12aが設けられ、測定用基板11bには96個の受光センサ12bが設けられる。
投光用基板11aは、光源12aが接続される光源用電源ラインを有する。複数の光源12aは、投光用基板11aに設けられた光源用電源ラインに接続され、光源用電源ラインから電力を得ている。投光用基板11aの光源用電源ラインには、電源部16から給電ケーブル17aを介して電力が供給される。
同様に、測定用基板11bは、受光センサ12bが接続されるセンサ用電源ラインを有する。複数の受光センサ12bは、測定用基板11bに設けられたセンサ用電源ラインに接続され、センサ用電源ラインから電力を得ている。測定用基板11bのセンサ用電源ラインには、電源部16から給電ケーブル17bを介して電力が供給される。
光源12aおよび受光センサ12bに接続される給電用の配線部は、それぞれ2つである。そのため、本実施形態のように投光部および受光部がそれぞれ96個設けられる場合は、384個の配線が必要となる。このように膨大な配線をコンパクトにまとめるために、投光用基板11aおよび測定用基板11bは、上記配線のパターン(給電回路)が形成されたプリント基板として構成される。なお、測定用基板11bには、受光センサ12bへの給電回路のみならず、センサ出力回路やセンサ出力の外部への通信回路等が設けられていてもよい。
導光プレート部13は、受光用導光路13aを備える。受光用導光路13aは、投光用基板11aに設けられた光源12aから放出され、マイクロプレート20のウェル21に入射し、後述するようにウェル21に収容された試料30等を通過して放出される光を受光センサ12bに導光する。
導光プレート部13は、受光用導光路13aを、マイクロプレート20のウェル21と同じ数だけ備える。つまり、マイクロプレート20の1つのウェル21に対し、1つの受光用導光路13aが対応して設けられる。例えば図2に示すように、マイクロプレート20のウェル21が96個ある場合、導光プレート部13は、96個の受光用導光路13aを備える。
また、光源12aは、上記のように位置決めされたマイクロプレート20の上方に投光用基板11aが設置された場合に、マイクロプレート20の各ウェル21に対応する位置に配置されるように、投光用基板11aに設けられている。
なお、光源12a、受光用導光路13aの光入射端、受光用導光路13aの光出射端および受光センサ12bの配置は、厳密に鉛直方向に一列である必要はなく、光源12aから放出され、マイクロプレート20のウェル21に収容された試料30等を通過して放出される光が、受光センサ12bに到達可能な配置であればよい。
図4に示すように、受光用導光路13aに侵入する外光等のノイズ光L11のうち、受光用導光路13aの光軸と同方向に進む成分は非常に少なく、大部分は、受光用導光路13aと顔料含有樹脂からなる包囲部材13bとの界面から顔料含有樹脂へと入射し、顔料により吸収される。このとき、上記界面での反射は、受光用導光路13aを構成する透明な樹脂と、包囲部材13bを構成する顔料含有樹脂との材質を同じとすることにより、発生しない。
したがって、図4に示すように、受光用導光路13aから取り出される光の大部分は、受光用導光路13aの光軸に沿った直進光L1となる。
受光用導光路13aの光入射端の面積が大きくなると、受光用導光路13aへ入射する光量は大きくなる。よって、当該光入射端の面積が大きくなると、受光用導光路13aを進む直進光の強度も、受光用導光路13aの光入射端で散乱して光出射端へと散乱光として到達する外光の強度も大きくなる。
つまり、受光用導光路13aの光入射端の面積が狭いほど、S/N比が向上することがわかった。具体的には、光入射端から光出射端までの距離(L)に対する、受光用導光路13aの光入射端の面積(A)の平方根の比(√A/L)が、0.4以下であると、S/N比が十分に高い光測定が可能となることがわかった。
したがって、受光用導光路13aの断面積や光路長は、上記の条件を満たすように設定することが好ましい。これにより、散乱光の光測定への悪影響を適切に抑制することができる。
上述したように、マイクロプレート20の1つのウェル21には、1つの光源12aおよび1つの受光センサ12bが対応して配置される。すなわち、1つの光源12aから放出される光が、マイクロプレート20のウェル21が収容する試料30に照射され、試料30とウェル21とを通過して受光用導光路13aに入射し、当該受光用導光路13aから放出される光が1つの受光センサ12bによりセンシングされる。
この1つの光源12aに隣接する他の光源12aから放出される光の一部が、試料30およびウェル21を通過して受光用導光路13aに外光として入射した場合であっても、その光の殆どは、図4に示すように、受光用導光路13aと顔料含有樹脂からなる包囲部材13bとの界面から顔料含有樹脂へと入射し、顔料により吸収される。
r=d(La/Lb−1/2) ………(1)
つまり、発光面12cにおいて、中心o、半径rの円領域内に光源12aの発光部が1つのみ存在するように、各光源12aを投光用基板11aに配置すれば、隣接する他の光源12aからの光が外光として直接受光センサ12bに到達することはなくなる。
なお、各ウェル21の中心と各受光用導光路13aの光軸Lcとが一致する場合、各ウェル21のピッチをPとすると、P>2rである方が好ましい。この場合、各受光用導光路13aにそれぞれ対応する上記円領域が重複することがなくなる。そのため、マイクロプレート20のウェル21のピッチPを考慮して、上記円領域に光源12aの発光部分が1つのみ存在するように配置することが好ましい。
図8に示すように、筐体15内部に測定用基板11b、複数の受光センサ12b、導光プレート部13、電源部16および給電ケーブル17bが固定された状態のマイクロプレートリーダー10に対して、作業者は、図9に示すように、各ウェル21に試料30が収容されたマイクロプレート20を設置する。このとき、マイクロプレート20は、導光プレート部13上に載置される。また、このときマイクロプレート20は、各ウェル21の底面が、受光用導光路13aの光入射端に1つずつ対向する位置に配置するように、位置決めされる。
受光センサ12bによる測定結果は、光強度情報として、不図示のデータ通信部を介して外部装置に送信可能であってもよい。この場合、外部装置は、上記の光強度情報をもとに、試料30の光学特性を測定する。
従来、マイクロプレート20の各ウェル21全てに対応して光源および受光センサを設けるという発想はなく、1回の光測定毎に都度、マイクロプレート20を走査させ、複数回の測定によって全てのウェル21の光測定を行っていた。そのため、全てのウェル21の光測定には時間を要していた。
本実施形態では、従来のように1回の光測定毎にマイクロプレート20を走査させることなく、1回の測定でマイクロプレート20の各ウェル21に収容される試料30の全ての光測定をほぼ同時に行うことが可能である。したがって、測定時間を短縮することができる。また、マイクロプレート20を走査させるための複雑な駆動機構等が不要であるため、装置サイズを小さくすることが可能である。
特に、上記透明な樹脂と、顔料含有樹脂との材質を同じにすることにより、両樹脂の界面での反射や散乱を適切に抑制することができる。つまり、顔料含有樹脂に入射した迷光は当該顔料含有樹脂により吸収され導光路に殆ど戻らず、迷光の複雑な多重反射がほとんど発生しない。また、受光用導光路13aの断面積や光路長を適宜設定することにより、外光の影響を著しく抑制することもできる。
以上のようなシリコーン樹脂を用いたモノリシックな光学系の技術を、SOT(Silicone Optical Technologies)と呼称する。本実施形態では、SOT構造をマイクロプレートリーダーの光学系に採用することにより、外光(ノイズ光)の影響をほぼ無視することが可能となり、装置の小型化と高精度な光測定とが実現されたマイクロプレートリーダーとすることができる。
したがって、例えば、384ウェルのマイクロプレートのようにウェル自体が小型であり、ウェルの中心間距離が短く(例えば4.5mm)、各ウェルに対応させて複数の光源12aを近接させて配置する必要がある場合であっても、迷光の影響を抑制して適切な光測定が可能である。
この場合、図11に示すように、マイクロプレートリーダー10は、各ウェル21に収容される試料30から放出され、受光用導光路13aによって導光される光を、光ファイバ51で受光する構造であってもよい。つまり、受光部として、受光センサ12bの代わりに光ファイバ51の先端(入射端)51aを配置するようにしてもよい。
しかしながら、マイクロプレート20のウェル21の下方から光を照射し、ウェル21を通過した光をウェル21の上方で受光する構造であってもよい。
次に、本発明における第二の実施形態について説明する。
上述した第一の実施形態では、所定のウェル数(96ウェル)のマイクロプレートに対応したマイクロプレートリーダーについて説明した。第二の実施形態では、ウェル数が異なるマイクロプレートに対応したマイクロプレートリーダーについて説明する。
例えば、マイクロプレートを用いて細胞培養を行い、培養した細胞に対する光測定を行う場合、ウェル数の少ない(例えば、6ウェル)マイクロプレートが使用される。このような異なる種類のマイクロプレートに対応するために、本実施形態では、1つのウェルのみに対応した単位ユニット(マイクロプレートリーダーユニット)を用いる。
この図12に示すように、マイクロプレートリーダーユニット18は、単位光源ユニット部181と、単位導光ユニット部182と、を備える。単位光源ユニット部181は、光源181aと、光源181aが設けられた保持用基板181bと、光源用コネクタ部181cと、を備える。単位導光ユニット部182は、受光センサ182aと、受光用導光路182bと、包囲部材182cと、を備える。
ここで、光源181aおよび受光センサ182aは、上述した第一の実施形態における光源12aおよび受光センサ12bと同様である。また、受光用導光路182bおよび包囲部材182cは、上述した第一の実施形態における導光プレート部13を構成する受光用導光路13aおよび包囲部材13bと同様である。
投光用基板111aは、上述した第一の実施形態における投光用基板12aと同様の基板の表面に、単位光源ユニット部181の光源用コネクタ部181cと電気的に接続可能な光源用コネクタ部112aを備えた構成を有する。投光用基板111aの基板の表面には給電回路が形成されており、光源用コネクタ部112aは、当該給電回路に電気的に接続されている。そのため、投光用基板111aの光源用コネクタ部112aに単位光源ユニット部181の光源用コネクタ部181cが装着されると、光源181aは、光源用コネクタ部181cを介して光源用コネクタ部112aと電気的に接続される。
測定用基板111bは、上述した第一の実施形態における測定用基板11bと同様の基板の表面に、単位導光ユニット部182の受光センサ182aと電気的に接続可能なセンサ用コネクタ部112bを備えた構成を有する。投光用基板111aの基板の表面には給電回路が形成されており、センサ用コネクタ部112bは、当該給電回路に電気的に接続されている。
この三者の位置合わせ状態において、光源用コネクタ部112aおよびセンサ用コネクタ部112bは、例えば96ウェルのマイクロプレートの各ウェルに対応するよう、投光用基板111a上および測定用基板111b上にそれぞれ96個ずつ設けられている。
具体的には、光源用コネクタ部112aは、投光用基板111aにおいて、例えば図2に示す光源12aに対応する位置に設けられている。また、センサ用コネクタ部112bは、測定用基板111bにおいて、例えば図2に示す受光センサ12bに対応する位置に設けられている。
投光用基板111a上の96個の光源用コネクタ部112aに96個の単位光源ユニット部181をそれぞれ装着すると、光源181a、光源用コネクタ部181cおよび光源用コネクタ部112aは略同一軸上に配置され、光源181aは、マイクロプレートの96個の各ウェル21に対応する位置にそれぞれ配置される。同様に、測定用基板111b上の96個のセンサ用コネクタ部112bに96個の単位導光ユニット部182をそれぞれ装着すると、受光センサ182aは、マイクロプレートの96個の各ウェル21に対応する位置にそれぞれ配置される。
したがって、96組のマイクロプレートリーダーユニット18を投光用基板111aおよび測定用基板111bに接続したマイクロプレートリーダー10Aは、図1に示す第一の実施形態におけるマイクロプレートリーダー10と同様の構造となる。
図14は、単位光源ユニット部181が1つのウェル21のみに対応しており、単位導光ユニット部182が複数のウェル21に対応している例を示している。
例えば96ウェルのマイクロプレート20を使用する場合、図15に示すように、96組のマイクロプレートリーダーユニット18が、96個の各ウェル21にそれぞれ対応させた位置に配置される。これら96組のマイクロプレートリーダーユニット18のうち、単位光源ユニット部181は、投光用基板111aに形成された配線60aに接続され、電力が供給可能に構成される。同様に、単位導光ユニット部182は、測定用基板111bに形成された配線60bに接続され、電力が供給可能に構成される。ここで、配線60a、60bの接続方式は、マルチドロップ接続やデイジーチェーン接続を用いることができる。
なお、図16では、1つのウェル21に対して1組のマイクロプレートリーダーユニット18を配置する場合について説明したが、1つのウェル21に対して複数組のマイクロプレートリーダーユニット18を配置してもよい。この場合、1つのウェル21に対応する複数組のマイクロプレートリーダーユニット18の測定データの統計を、当該1つのウェル21に対する測定データとして採用してもよい。
上記各実施形態において、受光用導光路(13a、182b)を透明な樹脂により構成する場合について説明したが、これら受光用導光路は空洞であってもよい。その場合、受光用導光路とそれを包囲する顔料含有樹脂からなる包囲部材(13b、182c)との界面における迷光反射の抑制効果は得られないものの、顔料含有樹脂に入射した迷光は当該顔料含有樹脂によって吸収されるので、迷光の複雑な多重反射はある程度抑制される。
例えば図17に示すように、マイクロプレート20のウェル22の底面の形状が球面であってもよい。この場合、受光用導光路13aの光入射端とウェル22の底面との間には、僅かな間隙が形成されるため、外光が入射するおそれがある。しかしながら、受光用導光路13aの断面積および光路長を適宜設定することにより、外光の強度は測定結果に影響しない程度にまで減衰させることが可能である。
また、上記各実施形態においては、投光部(光源)数、受光部(受光センサ)数とウェル数とは必ずしも一致する必要はなく、投光部数および受光部数よりも少ないウェル数のマイクロプレートを配置することもできる。
また、上記各実施形態においては、必ずしもマイクロプレートを水平配置して、その鉛直方向に投光部と受光部とを配置することに限られるものではなく、例えばマイクロプレートを垂直配置したり、マイクロプレートの斜め方向に投光部と受光部とを配置したりするなど、ウェルに収容されている試料が光測定できる範囲内で適宜変形可能である。
図18は、汎用LEDである光源12dを備えるマイクロプレートリーダー10Bの概略構成図である。なお、図18において、図1に示すマイクロプレートリーダー10と同一構成を有する部分には、図1と同一符号を付している。
遮蔽部材19aは、光源12dからの光を遮蔽する材料により構成する。例えば、遮蔽部材19aは、光を吸収する特性を有する顔料を含有する顔料含有樹脂により構成することもできる。ここで、遮蔽部材19aの配置位置や形状(長さ、厚さ)は、1つの光源12dから放出される光が、他の光源12dに対応するウェル21、ひいては受光用導光路13aに入射しないように適宜設定する。
導光プレート部19bは、複数の光源12dにそれぞれ対応する投光用導光路191を備える。投光用導光路191は、光源12aから放出される光に対して透明な樹脂(例えば、シリコーン樹脂)により構成される。また、投光用導光路191は、顔料含有樹脂からなる包囲部材192により包囲されている。この場合、顔料含有樹脂からなる包囲部材192が、互いに隣接する光源12dの間に配置され、1つの光源12dに隣接する光源12dから放出された光が、上記1つの光源12dに対応する受光用導光路13aに入射することを制限ための制限部材として機能する。
なお、図22は、突出部13eを受光用導光路13aの光源側端部に設けた例を示しているが、突出部13eを設ける位置は図22に示す位置に限定されない。
図23Aに示すように、まず受光用導光路が後に形成される導光路用空洞部13fが設けられた顔料含有樹脂からなる包囲部材を成形する。
次に、図23Bに示すように、この包囲部材13fを定盤40上に設置して前記した導光路用空洞部13fに液体状の透明樹脂13gを注入する。この透明樹脂13gを固化することで、図23Cに示すように、透明な樹脂からなる受光用導光路13aと、顔料含有樹脂からなり前記受光用導光路13aを包囲する包囲部材13bとからなる導光プレート部13が得られる。
また、液体状の透明樹脂13gを注入した際に受光用導光路13a内で気泡が生じても、受光用導光路13aが包囲部材13bにより包囲されているので、目視で前記気泡を確認できない。そして、透明樹脂13gが固化すると、前記気泡は、受光用導光路13aにおける泡状空洞部13iとして固定される。
この泡状空洞部13iに光が入射すると散乱され、散乱光の一部は包囲部材13bに入射して吸収される。よって、受光用導光路の光出射部から取り出される光の強度は低下する。
まず、図24Aを示すように、透明な樹脂からなり、平坦部13jに受光用導光路となる柱状部(柱状部材)13kを設けてなる導光路用透明樹脂部材13mを成形する。この場合、導光路用透明樹脂部材13mは包囲部材13bに包囲されていないので、前記導光路用透明樹脂部材13mに泡状空洞部13iが生じているか否かは目視で確認される。また、前記柱状部13kに対応する導光路用空洞部13fが設けられた顔料含有樹脂からなる包囲部材13bを成形する。
そして、包囲部材13bの導光路用空洞部13fに導光路用透明樹脂部材13mの柱状部13kが挿入されるように包囲部材13bと導光路用透明樹脂部材13mとを嵌合することにより、図24Bに示すように、透明な樹脂からなる受光用導光路13aと、顔料含有樹脂からなり前記受光用導光路13aを包囲する包囲部材13bとからなる導光プレート部13が得られる。
なお、両者がスムーズに嵌合可能なように、導光路用透明樹脂部材13mの柱状部13kは、側面にテーパ部13nが設けられた円錐台形状とすることが好ましい。
また、受光用導光路となる導光路用透明樹脂部材13mと包囲部材13bを個別に成形するので、導光路用透明樹脂部材13mに泡状空洞部13iが生じているか否かを目視で確認することができる。泡状空洞部13iが形成されていないと確認できた導光路用透明樹脂部材13mと包囲部材13bとを組み合わせて導光プレート部13を形成することにより、泡状空洞部13iにより生じる光散乱を回避することが可能となる。
先に説明した通り、上記各実施形態におけるマイクロプレートリーダーは、受光用導光路を、外光や散乱光を吸収可能な顔料含有樹脂によりなる包囲部材により包囲するので、外光や散乱光等が迷光(ノイズ光)となって受光部に入射されることを抑制することができる。また、複数の投光部から放出された光が1つの受光用導光路を通過して受光部に到達しないようにすることができるため、適切に測定誤差を低減することができる。したがって、高精度な測定が可能となる。
このような構造は、例えば、投光部、受光部および受光用導光路の組に対してマイクロプレートを相対的に走査させる方式(以下、「スキャン式」という。)のマイクロプレートリーダーにも適用することができる。
しかしながら、上述した各実施形態の光学系構成(SOT構造)を採用することにより、従来のように多重散乱等が発生する迷光に対応する光学系設計が必要ない。SOT構造は比較的構成が簡易であるため、SOT構造を採用したスキャン式のマイクロプレートリーダーは、従来のスキャン式のマイクロプレートリーダーと比較して小型化することができる。また、SOT構造の採用により、従来と比較して測定の高精度化を図ることもできる。
図26および図27は、SOT構造を採用したスキャン式のマイクロプレートリーダー10Eにおける要部を示す。ここで、図27は、図26のX−X断面図である。なお、上述した各実施形態と同様の構成要素については、詳細な説明を省略する。
図27に示すように、マイクロプレートリーダー10Eは、投光用基板11a´と、測定用基板11b´と、光源12a´と、受光センサ12b´と、導光プレート部13´と、を備える。測定用基板11b´には複数の受光センサ12b´が設けられており、この測定用基板11b´の上に導光プレート部13´が設けられている。導光プレート部13´は、複数の受光用導光路13a´を顔料含有樹脂からなる包囲部材13b´により包囲した構造を有する。
測定用基板11b´、導光プレート部13´および投光用基板11a´は、例えば支持部材(例えば、支柱)11cにより一体的に保持されている。
上記隙間にマイクロプレート20が挿入され位置決めされた状態では、投光用基板11a´に設けられた複数の光源12a´は、当該隙間に挿入されたマイクロプレート20の所定の複数のウェル21にそれぞれ対向するように配置される。また、導光プレート部13´に設けられた複数の受光用導光路13a´や測定用基板11b´に設けられた複数の受光センサ12b´も同様に、隙間に挿入されたマイクロプレート20の所定の複数のウェル21にそれぞれ対向するように配置される。
また、1つの光源12a´、1つの受光用導光路13a´における光入射端および光出射端、ならびに1つの受光センサ12b´は、鉛直方向に一列に配置される。さらに、複数配置される光源12a´、受光センサ12b´および受光用導光路13a´の組の配置間隔は、マイクロプレート20の各ウェル21のピッチに等しい。
すなわち、マイクロプレート20の一列分の各ウェル21において、1つの光源12a´から放出された光は、1つのウェル21に収容された試料30等を経由して1つの受光用導光路13a´を通過し、1つの受光センサ12b´に到達する。
これにより、マイクロプレート20のウェル一列分の光測定を同時に行うことが可能となる。
例えば、8×12=96ウェルのマイクロプレート20に対して、一列8個のウェル21に対応して光源12a´、受光センサ12b´および受光用導光路13a´の組が8組設けられている場合、上記の相対的に逐次移動させる方向は、ウェル21が12個並ぶ方向となる。
図26は、マイクロプレート20が固定されており、支柱11cにより一体的に保持される投光用基板11a´、導光プレート部13´および測定用基板11b´の組が、移動機構により逐次移動される場合を示している。
また、光測定部の組をマイクロプレート20の一列分のウェル21の数だけ設け、これら光測定部の組をウェル21の列方向に直交する方向に移動させる構成の場合、1軸方向のみの移動とすることができるので、比較的簡易に移動機構を構成することができる。光測定部の組を直交する2軸方向に移動させる場合には、例えばガイドレールを2段にするなど移動機構が高さ方向に大型化するが、1軸方向のみの移動であれば移動機構が高さ方向に大きくならないようにすることができ、結果として装置の薄型化を図ることができる。
しかしながら、上記のマイクロプレートリーダー10Eでは、SOT構造の導光プレート部13´を採用しており、直進光のみを取り出すことができるため、例えばマイクロプレート20の下面と導光プレート13´の上面との間に隙間が形成されていても、外光や散乱光などの迷光(ノイズ光)の影響を無視することができる。また、外光の影響を受けないため、室外でも高精度な光測定が可能となる。
このように、スキャン式のマイクロプレートリーダー10Eは、小型で高精度な光測定が可能であるため、測定対象となる試料が得られた現場(オンサイト)での光測定が可能である。例えば、港における輸入穀物に対するカビ毒検査などに適用することができる。
ただし、マイクロプレート20を移動させる場合、各ウェル21に収容された液体試料30の液面が動き、液面が安定するまでに時間を要する。そのため、マイクロプレート20を移動させるのではなく光測定部の組を移動させる方が、液面を安定させたまま保持することができ、全てのウェル21に対する光測定を短時間で完了させることができるので好ましい。
また、光測定部の組数を、マイクロプレート20の一列分のウェル21よりも多い数としてもよい。例えば、光測定部の組数を、マイクロプレート20の二列分や三列分といった複数列分のウェル21と同一の数とし、光測定部の組を複数列分ずつ逐次移動させるようにしてもよい。
図1などに示すようにウェル21の数と同一の数の光源12a、受光用導光路13aおよび受光センサ12bからなる光測定部の組を設ける場合、マイクロプレート20のウェル数が多いほど、光測定部のコストが嵩む。また、マイクロプレート20のウェル数が多いほど各ウェル21のピッチは狭く、光測定部のアライメントが困難になる。
このようなマイクロプレートリーダー10Fの場合、図29Aに示すように、光源12a´、受光用導光路13a´および受光センサ12b´の組を、マイクロプレート20の各ウェル21の位置に対して、市松模様状に配置してもよい。この場合、マイクロプレート20を、図29Aの矢印の方向に一列分移動させることにより、図29Bに示すようにマイクロプレート20の全てのウェル21に対して光測定を行うことが可能となる。
このような構成により、ウェル数の多い、例えば各ウェル21のピッチが2.25mmである1536ウェルのマイクロプレート20の光測定にも適切に対応することができる。
インキュベータは、培養容器を収容する収容空間(培養空間)を内部に備える。一般に、収容空間には、複数の棚板が上下方向に離間して水平に配置されており、これらの棚板に培養容器を載置するようになっている。そのため、棚段数をかせぐためには、インキュベータ内で使用されるマイクロプレートリーダーには薄型化が要求される。
また、インキュベータの中では、できるだけウェル中の細胞(幹細胞など)に外部刺激(振動)を与えたくない。
したがって、マイクロプレートリーダー10Fは、インキュベータ内での使用に適したマイクロプレートリーダーとすることができる。
Claims (20)
- 筐体と、
前記筐体内において、配置される複数のウェルを有するマイクロプレートの一方の側に配置され、前記マイクロプレートの1つのウェルに対応した投光部と、
前記マイクロプレートを挟んで前記投光部とは反対側に配置され、前記マイクロプレートの1つのウェルに対応した受光部と、
前記受光部と前記マイクロプレートとの間に配置され、前記投光部から放出され、前記ウェルに収容された試料を通過した光を、前記受光部へ導光する、光透過特性を有する樹脂または空洞からなる受光用導光路と、を備え、
1つのウェルに対応した前記投光部と前記受光部と前記受光用導光路との組が複数設けられていて、
前記受光用導光路の複数を、光を吸収する特性を有する顔料を含有する顔料含有樹脂によりなる包囲部材により包囲し、前記受光用導光路に入射した光のうち直進光を取り出す導光部をさらに備え、
1つの前記投光部から放出された光は、1つの前記受光用導光路を通過して1つの前記受光部に到達することを特徴とするマイクロプレートリーダー。 - 前記1つのウェルに対応した前記投光部と前記受光部と前記受光用導光路との組は、少なくとも前記マイクロプレートのウェルの数だけ設けられていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロプレートリーダー。
- 前記1つのウェルに対応した前記投光部と前記受光部と前記受光用導光路との組は、前記マイクロプレートのウェルの数より少なく、
前記マイクロプレートの全てのウェルに対応するように、前記投光部と前記受光部と前記受光用導光路との組に対して、前記マイクロプレートを相対的に逐次移動させる移動機構を有することを特徴とする請求項1に記載のマイクロプレートリーダー。 - 前記1つのウェルに対応した前記投光部と前記受光部と前記受光用導光路との組は、前記マイクロプレートの一つの辺のウェルの数だけ設けられており、
前記移動機構は、前記投光部と前記受光部と前記受光用導光路との組に対して、前記マイクロプレートを、前記一つの辺に直交する方向にのみ相対的に逐次移動させることを特徴とする請求項3に記載のマイクロプレートリーダー。 - 複数の前記投光部の発光部が配置される発光面と、前記受光用導光路の光軸とが交わる点をo、
前記発光面から前記受光用導光路の前記受光部側の端面までの距離をLa、
前記受光用導光路の光路長をLb、
前記受光用導光路の幅をdとするとき、
前記投光部は、当該投光部の発光部が、前記発光面において、前記点oを中心とし、下式により定義される半径rの円領域内に1つのみ存在するように配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のマイクロプレートリーダー。
r=d(La/Lb−1/2) - 前記1つの投光部に隣接する前記投光部から放出された光が、前記1つの投光部に対応する前記1つの受光用導光路に入射することを制限する制限部材をさらに備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のマイクロプレートリーダー。
- 前記制限部材は、
前記導光部の前記投光部側に配置され、前記試料を通過した光を前記受光用導光路へ入射させる当該受光用導光路の光入射端の開口よりも小さい開口部を有するアパーチャ板であることを特徴とする請求項6に記載のマイクロプレートリーダー。 - 前記制限部材は、
前記受光用導光路の内壁に設けられ、前記受光用導光路の幅を制限する突出部であることを特徴とする請求項6に記載のマイクロプレートリーダー。 - 前記制限部材は、
互いに隣接する前記投光部の間に配置された遮蔽部材であることを特徴とする請求項6に記載のマイクロプレートリーダー。 - 前記受光部の上方に前記導光部が配置され、
前記導光部の上方に配置された前記マイクロプレートの上方に、前記投光部が配置されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のマイクロプレートリーダー。 - 複数の前記投光部への給電回路を有し、前記投光部が電気的に接続された投光用基板と、
複数の前記受光部への給電回路を有し、前記受光部が電気的に接続された受光用基板と、をさらに備えることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載のマイクロプレートリーダー。 - 前記投光部は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載のマイクロプレートリーダー。
- 前記受光部は、受光センサであることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載のマイクロプレートリーダー。
- 前記受光部は、光ファイバであることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載のマイクロプレートリーダー。
- 前記受光用導光路の少なくとも一部に、前記顔料含有樹脂を構成する光透過特性を有する樹脂が充填されていることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載のマイクロプレートリーダー。
- 前記受光用導光路は、光透過特性を有する樹脂からなり、平坦部とこの平坦部から柱状に伸びる柱状部材とからなることを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載のマイクロプレートリーダー。
- 前記平坦部と前記柱状部材との接続部分に、当該接続部分側の径が前記柱状部材の先端部分側の径よりも大きくなるように段差部が設けられていることを特徴とする請求項16に記載のマイクロプレートリーダー。
- マイクロプレートの1つのウェルに対応した投光部を有する単位光源ユニット部と、
マイクロプレートの1つのウェルに対応した受光部と、前記投光部から放出され、対応する前記ウェルが収容する試料を通過した光を、前記受光部へ導光する、光透過特性を有する樹脂または空洞からなる受光用導光路と、前記受光用導光路を、光を吸収する特性を有する顔料を含有する顔料含有樹脂によりなる包囲部材により包囲し、前記受光用導光路に入射した光のうち直進光を取り出す導光部と、を有する単位導光ユニット部と、を備え、
1つの前記単位導光ユニット部が有する前記受光用導光路を通過して前記受光部に到達する光は、1つの前記単位光源ユニットが有する前記投光部から放出された光であることを特徴とするマイクロプレートリーダーユニット。 - 前記受光用導光路は、光透過特性を有する樹脂からなり、平坦部とこの平坦部から柱状に伸びる柱状部材とからなることを特徴とする請求項18に記載のマイクロプレートリーダーユニット。
- 前記平坦部と前記柱状部材との接続部分に、当該接続部分側の径が前記柱状部材の先端部分側の径よりも大きくなるように段差部が設けられていることを特徴とする請求項19に記載のマイクロプレートリーダーユニット。
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