JPH0310902B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学分析方法及びその装置に関す
る。

従来技術は、少量の試験試料を取扱いかつ計測
するための分析装置につき数多く開示している。

英国特許第2090659号（インストルメンテーシ
ヨン・ラボラトリー社）は、（たとえば）10μ
を毛細管作用により採取して透明窓の下方におけ
るフイルタ層の上の繊維パツドに載せた試薬と反
応させるべき自動充填式計量チヤンネルとリツプ
もしくは入口とで構成されて約10μを超えるた
とえば全血の試料を載置しうる試験片を記載して
いる。その結果は、肉眼によりたとえば呈色反応
として見ることができる。

英国特許第2036075号（H.E.メニエール）、英
国特許第1104774号（J.P.ガラガー）、ヨーロツパ
特許出願第0057110号、第0034049号および第
0010456号（コダツク社）は全て、生物学的流体
または試験流体を取扱うための毛細管流路または
チヤバー寸法の使用につき幾つかの例を記載して
いる。

英国特許第1530997号（モンサント社）は、試
験に使用しうる被覆光フアイバの使用を記載して
おり、これら繊維は反応を介して導波器の光伝播
能力を変化させる。

さらにPCT出願第81／00912号（ブツクレス）
は、繊維の表面または周囲がコアを通る透光率を
変化させるような光フアイバ装置を記載してい
る。

米国特許第3939350号は、単一全内部反射およ
びプリズムの表面における減衰波と結合物質との
相互作用を含む方法による、固体透明プリズムの
表面に結合した蛍光物質の光学測定を記載してい
る。

ヨーロツパ特許出願第0075353号（バテル）は、
繊維中で長手方向に伝播する光およびその被覆と
の相互作用による指数関数的に減少する（減衰）
外部放射につき特に記載しており、この原理はさ
らにヨーロツパ特許出願第0103426号（ブロツク）
の免疫学的検定試験装置にも採用されている。

この場合、蛍光励起からの光および放出波長を
有する光が抗原−もしくは抗体−被覆された光フ
アイバもしくはプレート内を伝播し、この光フア
イバもしくはプレートはチユーブもしくはその他
のプレートにより画定された毛細管寸法の試料液
量と接触すると共に、繊維もしくはプレートに被
覆された物質の蛍光標識した結合相手を含有す
る。

本発明の目的は、極めて少量の試料を便利かつ
融通性のある方法で光学的に分析して、固体表面
に結合された試料物質を、流体中に遊離している
試料物質から識別しうるような光学分析方法及び
光学分析装置を提供することである。

本発明の前記目的は、吸光性、散乱性、蛍光
性、燐光性、又は発光性を有しており、部分的に
流体中に存在すると共に部分的に隣接する固体表
面に付着している試料を前記流体中に存在する部
分と前記固体表面に付着した部分とにそれぞれ識
別する光学分析方法であつて、前記固体表面が透
明な固体の光導波器の表面の一部を形成する段階
と、前記固体表面に付着した前記試料の部分から
放出され、前記光導波器に入射して全反射により
伝播し、前記光導波器から当該光導波器の光学軸
に対して所定の放射角度α未満の放射角度で放射
された光を測定する段階と、前記光導波器から当
該光学導波器の光学軸に対して所定の放射角度α
以上の放射角度で放射された光の実質的にすべて
を前記測定から除外する段階とを含み、前記所定
の放射角度αは、n₁を前記流体の屈折率とし、n₂
を前記光導波器を形成する材料の屈折率として、
α＝arcsin√（₂ ²−₁ ²）である光学分析方法によ
つて達成される。

本発明の光学分析方法によれば、透明な固体の
光導波器の表面を固体表面として形成することに
より、流体中に存在する試料の部分と固体表面に
結合した試料の部分との両方から放出された光を
光導波器に入射し得、光導波器の光学軸に対して
所定の放射角度α未満で光導波器から放射された
光を測定し、かつ光導波器の光学軸に対して所定
の放射角度α以上の放射角度で光導波器から放射
された光の実質的にすべてを測定から除外するこ
とにより、固体表面に付着する試料の部分から発
生し、光導波器に入射して全反射により伝播して
光導波器から放射した光を測定し得るが故に、流
体中に存在する試料の部分と固体表面に結合した
試料の部分とを識別し得る。

更に、本発明の前記目的は、免疫学的、化学
的、又は生成学的検査を行うための光学分析装置
であつて、光導波器として作用し、吸光性、蛍光
性、又は発光性の特性を有する試料を収容するた
めの試料セルの一部を構成し、前記試料が分散さ
れた流体から前記試料が表面に付着し得るように
形成された透明な固体プレートと、前記固体プレ
ート中を伝播する光が当該固体プレートから放射
された後に受容され得るように前記固体プレート
に対して光学的に連結された光検出器と、前記固
体プレートの表面に付着した前記試料から生ずる
光を、前記流体中に分散しており前記固体プレー
トの前記表面から離間して留まる前記試料から生
ずる光から識別するために前記光検出器の視野角
度を制限する制御手段とを備えており、前記視野
角度は放射角度αに相等し、前記放射角度αがn₁
を前記流体の屈折率とし、n₂を前記固体プレート
を形成する材料の屈折として、 α＝arcsin√（₂ ²−₁ ²） である光学分析装置によつて達成される。

本発明の光学分析装置によれば、透明の固体プ
レートは試料の分散された流体から試料を収容す
るように固体プレートと接触している試料が固体
プレートの表面に付着し得るように形成され、且
つ光導波器として作用することにより、試料から
放出される光のうち固体プレートと接触している
試料から放出される光の殆どを入射し得、光検出
器は固体プレートに光学的に連結されており、固
体プレート中を伝播しかつ固体プレートから放射
された光を受容することにより、試料から放出さ
れる光のうち固体プレートに入射した光を検出し
得、制御手段は光検出器の視野角度を制限して、
固体プレートに付着した試料から生ずる光と、流
体中に分散していると共に固体プレートの表面か
ら離間して留まる試料から生ずる光とを識別する
ことにより、試料の特性を検査し得、それ故に免
疫学的、化学的、及び生物学的試料の特性検査を
行い得る。

光検出器は電気的な出力信号を発生し、出力信
号を公知の方法で処理しかつ使用して、関連のあ
るパラメータを表わす信号または表示を生ぜしめ
る。

光検出器が固体プレートの表面に結合した試料
から優先的に光を受光すると共に、溶液もしくは
分散物からの所定量の光をも受光し、次いで溶液
または分散物からのほぼ全部を受光するよう配置
した補助検出器からの補償信号を与えるようにす
ることも本発明の範囲内である。

さらに本発明は、光検出器の視野角度に対する
制限が上記のものとは逆であるような装置、すな
わち主たる光検出器が溶液または分散物からの光
のみまたは少なくともその光を優先的に受光する
ような配置にも拡張される。

本発明は、固体プレートから放出される光が液
体中の試料から生ずるのかまたは極めて薄く表面
結合した試料の層から生ずるのかに応じてその放
射角度の角度範囲に差が存在するという原理に基
づく。

固体プレートはガラス、シリカ、無機結晶（た
とえばサフアイヤ）またはプラスチツク材料（た
とえばアクリル性プラスチツク、ポリカーボネー
トもしくはポリスチレン）の光フアイバまたはス
ライドにより構成されたシート形状であり得、こ
の場合比較的低屈折率、たとえば水の屈折率に近
似する屈折率を有しており隣接している液体中の
試料から生ずる光は、固体プレートの光学軸とし
ての軸線からかなり大きい角度で放射される。

光を生ぜしめる試料の結合された層の屈折率
が、より大きくなりかつ固体プレートの屈折率に
近づくにつれて、光分布の角度範囲も大きくな
る。この範囲は固体プレートの軸線に近い角度を
も含む。

さらに、透明な固体プレートの表面に密着した
蛍光性もしくは発光性分子または散乱性分子もし
くは粒子（基質の案内モードに対応する）角度範
囲に光を放射し、この角度範囲の一部は光学特性
の意味で「禁止」範囲であつてこの範囲には減衰
波のみが存在し、液体、たとえば水性液を含む本
体中に存在するソースから伝播した主たる光は存
在しない。この結果、光は固体プレートの軸線に
比較的近い放射角度にて固体プレートから放射さ
れる。

今回、固体プレートが蛍光性溶質を含有する隣
接水性液体と接触しかつ固体プレートの軸線に対
し横方向の光源により蛍光が励起されると、固体
プレートの端部から放射する蛍光は主として少な
くとも約α＝arcsin√（₂ ²−₁ ²）（ここでn₂は固
体プレートの屈折率、n₁は液体の屈折率を示す）
の角度で放射されることを得た。

固体プレートがアクリルプラスチツク材料であ
り、流体が水溶液であり、光源が510nｍの波長
を有する黄緑色蛍光については、角度αは約41゜
となる。

従つて、光の大部分はいずれの方向においても
固体プレートの軸線から41〜90゜の角度で放射さ
れ、いずれの方向にも約40゜未満の角度では殆ん
ど放射されない。

固体プレートの表面に吸着蛍光層が存在する場
合、この固体プレートの端部から放射される蛍光
性の多くは、固体プレートの軸線に近い角度で放
射される。

しかしながら、固体プレートの軸線自身のいず
れかの方向で数度（約5゜）内にて放射される光量
には比較的小さい差しか見られない。

固体プレートがガラスであり、流体が水溶液で
あり、光源が510nｍの波長の蛍光の場合、対応
する角度αは固体プレートの軸線から約47゜とな
り、所望ならば溶解した蛍光性物質の試料からの
光を軸線からいずれの方向にも約49〜52゜以上か
つ90゜までの範囲で検出することができる。

試料が吸着された層からの光は、約47゜より小
さい角度を含む放射角度の広範囲にわたり光放射
によつて識別することができる。即ち、固体プレ
ートの軸線から、いずれの方向にも５〜45゜の範
囲の角度で光を検出することができる。

低レベルのバツクグランド光は、特に固体プレ
ートの軸線に近い、いずれの方向にも軸線から約
5゜までの角度範囲にわたつてある程度検出するこ
とができる。

ここに説明した装置におけるバツクグランド光
の作用は、多くの方法で取扱うことができる。

バツクグランド光は外来性の迷光から生じるこ
とが判明し、発光、たとえば蛍光を励起させる光
源を使用するような本発明の例においては、所望
の試料以外の物質から生ずる散乱光とバツクグラ
ンド光とが光検出器への光路を取り易くなること
があり得る。

所望波長以外の光を排除する適当なフイルタ配
置の例を以下に説明する。

固体プレートの軸線に沿つて、あるいは軸線の
いずれの側においても例えば±5゜という狭い角度
の範囲内で放射される光のみを捕える別個の検出
器を設けて、この種の検出器の出力をバツクグラ
ンド光の指標として使用し、光源の波長にて放射
角度±α未満の角度範囲（一般に前述のように数
度であり小さい）で放射される光を測定し、かつ
この測定値を光検出器が感受する波長にて同様な
角度範囲内で放射される光のバツクグランド成分
の指標として使用することにより、固体プレート
の軸線いずれの側においても放射角度±αの範囲
内における領域のバツクグランド光は検出され得
る。

一般に、生物発光もしくは化学発光の放射を検
出する装置の場合には励起光源が存在しないた
め、比較的簡単な手段で充分である。

一般に、バツクグランド光を閉込めるには光を
通さない光学容器で充分である。

任意の放射角度または放射角度範囲の放射光を
選択するには、所望に応じて適当なダイヤフラム
を配置することができる。

液体により包囲された円形断面のガラスもしく
はプラスチツク製の固体プレートの場合、ダイヤ
フラムは円形もしくは環状のダイヤフラムとする
ことができる。

また扁平スライドの形態の固体プレートの場合
にはダイヤフラムを矩形またはスリツト状とする
ことができる。

本発明の好適形態は、たとえばガラス製もしく
はプラスチツク製のスライドもしくは光フアイバ
（繊維）状の透明な光導波器として機能する固体
プレートに隣接した液体中の試料としての蛍光性
物質を固体プレートの軸線に対して、または固体
プレートにおける光の伝播方向に対し横方向の光
源からの光によつて励起させる形態のものであ
る。

固体プレートの端部から放射される光は、後の
光検出器の視野角度のダイヤフラムまたはその他
の制限部を通過し、それにより角度α未満の角度
で放射される光を角度α以上の角度で放射される
光から識別することができる。

この場合の水性液体は試薬を含有することがで
き、かつ固体プレートの表面は免疫吸着増感のよ
うな増感を有するリガンド結合、免疫学的検定の
ようなリガンド結合検定に対処することができ、
これにより試験する分析物の存在または量に応じ
て増感された表面に対する蛍光性物質の付着また
は結合の変化程度を得る。

このようにして、本発明による装置は、遊離物
質と結合物質との物理的分離のための操作を必要
とすることなく、付着もしくは結合の程度を識別
することができる。

蛍光測定または発光測定以外の比色測定に適し
た本発明の代案は、たとえばガラスもしくはプラ
スチツク材料からなるスライドもしくは光フアイ
バ状の固体プレート中に長手方向に光を進める光
源を使用し、たとえばデイフユーザを介する広い
入射角度範囲あるいはより狭い選択入射角度範囲
を選択して、下記のような吸光装置と連携させ
る。

固体プレートに隣接して、吸光性物質および試
薬を含有する液体を存在させ、これにより吸光性
物質の量を固体プレートの表面に結合または付着
させることができる。

結合が起これば、特に角度α未満の放射角度に
相当する角度で固体プレート内を移動する光につ
き減衰が生ずる。

液体中の吸光性物質は、角度α以上の角度で放
射される光に対し減衰効果を示す。

放射光を検出するよう配置した光検出器の視野
角度にもとづいて適当なダイヤフラムもしくは制
限部分を設けて、減衰により影響を受けた光を区
別することができる。

この装置は、一般に各種の免疫吸着分析の場合
のように固相に部分的に結合される物質の遊離部
分と結合部分との間の光学的区別を得るという目
的を有する。

しかしながら、本発明の方法は、たとえば一般
に免疫吸着分析で必要とされるような液相と固相
（これらはそれぞれより低いおよびより高い屈折
率を有する）の実際の物理的分離を必要とせずに
上記区別を可能にする。

本発明による装置は、多くの過程で、特にたと
えば吸光、散乱、蛍光もしくは燐光放出または化
学発光もしくは生物発光放出によつて光と相互作
用する結合的に形成された物質に応用するのに適
している。これら相互作用を利用する分析試験法
の化学的特徴は当業界で公知であり、それ自体本
発明を構成しない。

以下、添付図面を参照して本発明を実施例につ
き説明する。

第１図は、水性試料液体（以後、液体と称す
る）１で生ずる特異な結合反応、たとえば免疫吸
着反応、の光学的な分析を行なう本発明の具体例
による装置の部分断面図を示す。

この分析において液体１中に溶解もしくは分散
された試料としての物質は、その成分、例えばフ
ルオレセインに対応する光学特性を有する蛍光性
成分が、透明な光導波器としての固体プレート３
の表面に物質の層２（図面では誇張した厚さで示
している）として部分的に結合される。

なお、上記の固体プレート３は、固体のガラ
ス、シリカもしくはプラスチツク製のスライドも
しくは光フアイバ状であつてもよい。

本実施例では、液体１を固体プレート３と平行
なプレート４４とを含む試料セルに配置した。

なお、プレート４は図示した例では透明である
が、装置の構成に応じて不透明とすることもでき
る。固体プレート３及びプレート４は、例えば本
出願人による英国特許出願第8415018号および
1985年６月出願の英国特許出願明細書に記載され
たように、一体的な試料セルを形成することがで
きる。

光源５としての写真機のフラツシユにしばしば
使用されるようなフラツシユランプもしくはスト
ロボフラツシユ装置６は、励起波長の光を選択的
に透過させるフイルタ７により、試料セルの一部
を構成するプレート４の表面を照射する光９を発
生することにより、液体１と層２とを照射する。

光源５から光検出器（以後、検出器と称する）
１１への伝播に際して迷光から保護される限り、
ランプ６とフイルタ７とを試料セルに対しできる
だけ近接配置するのが好ましい。

代案の配置において、固体プレート３及びプレ
ート４と液体１と層２とは第１図に示したものと
は逆転させることもできる。この場合、光９は先
ず固体プレート３に相当するものに衝突し、次い
で層２および液体１に衝突する。

また、光源とは反対側の試料セルの側に鏡を配
置して有効照射を増大させてもよい。

他の代案の配置においては、図示した光源５は
任意の視準されかつ濾光された光源によつてある
いはレーザーによつて置換することもできる。

他の可能な光源５の形態はa.c.−変調光、たと
えばチヨツプ光もしくはパルス光を与えることが
でき、これは電子制御によつてまたはそれ自体周
知の部品技術にしたがい断片化した回転式チヨツ
パ−羽根によつて与えることができる。

固体プレート３は平行な平面を備えており光学
的に透明なものであつて、ほぼ平滑かつ長手方向
に対し垂直な端部１０を備える。他の縁部は粗面
化させ、かつ暗色として迷光を除去することがで
きる。

液体１と層２とからの光は（部分的に）固体プ
レート３の長手軸方向に沿つて伝播し、途中で多
段反射して端部１０から放出される。

検出器１１は、全反射により固体プレート３内
を伝播して端部１０から放射される光を受光し感
知するように配置される。

第１図に示すように検出器１１は、固体プレー
ト３の長手軸方向に対し平行な軸線方向に関し測
定して放射角度α未満の角度で放射した光のみを
受光する。換言すれば、放射角度αより大きい角
度で軸線からそれる光は検出器１１により捕えら
れない。

これは、固体プレート３の端部１０からかなり
離間して設置された開孔ダイヤフラム１２を含む
スクリーニング装置で達成される。なお、光が端
部１０の頂部から放射されたかあるいは底部から
放射されたかに応じて放射角度αには、実際上無
視しうる差（約２〜3゜）が生ずる。

ダイヤフラム１２を凸レンズ、たとえば円筒状
レンズと連携させて所望の角度範囲にわたり光検
出器１１に対して放射される光を集めることが有
利である。

液体１から生ずる光のほぼ全部を排除するため
に検出器１１に入射すべき光の放射角度は、次式
で示される角度α α＝arcsin√（₂ ²−₁ ²） の値よりも、充分小さい放射角度に選択する。

上式においてn₁は液体１の屈折率、n₂は固体プ
レート３の材料の屈折率を示す。

水溶液に関連して使用する約510nｍの角度黄
緑色の光とアクリル製プラスツチク材料（n₂＝約
1.495）の固体プレート３の場合、上記式の数値
は約41゜となり、適する放射角度の数値は実際上
角度αの値よりも約4゜以上小さく、たとえばこの
場合約37゜もしくはそれ以下、好ましくはもう少
し低いものである。

必要な値よりもずつと小さく放射角度を設定す
ることは望ましくない。何故なら、この場合包囲
する液体の屈折率よりもあまり大きくない屈折率
を有するか或いは表面から僅か離間している（分
子尺度で）結合層から生ずる光を排除するという
危険が生ずるからである。

このようにして、検出器１１は好ましくは固体
プレート３の表面に結合された物質の層２からの
光を受光するが、この物質の層２からの光の幾分
かは勿論他の方向にも損失される。

本実施例においては、補助検出器を次のように
設け得る。

補助検出器（以後、検出器と称する）１４は他
のダイヤフラム１３を介して固体プレート３から
放射された光を受光し、検出器１１により検出さ
れ得る光の角度範囲より大きい角度範囲にて固体
プレート３の垂直かつ光学的に扁平な端部１０か
ら放射される光を受光するように制限され、さら
に別の補助検出器としての基準検出器（以後、検
出器と称する）１５を設けて試料に照射された光
源５から光の強度を検出する。またフイルタ７は
励起波長の光を遮蔽する。

ある種の用途については、図面に示したダイヤ
フラム１２，１３の代りに他のダイヤフラムとし
てスクリーンを配置し、検出器１１の視野角度範
囲が上限値である角度αを有するだけでなく、ス
クリーンにより与えられる下限値α₁（＞０）をも
有するようにするのが望ましく、できれば２つの
開孔部を設けて軸線方向の両側における±（α〜
α₁）の範囲内で放射される光を検出する。

他の具体例においては、検出器１４，１５の一
方又は両方を省略することができる。

光学的に検査される層２が既知でありかつ明確
な屈折率を有する場合、あるいは表面結合物質か
らの光の角分布が、たとえば層２の下の固体プレ
ート３の表面に対して表面プラスモンレゾナンス
（plasmon resonance）を示すような50nｍの銀
層を設けることにより狭い角度範囲に存在するよ
う改変した場合、有効な信号とノイズとの比を増
大させるには、R.E.ベンナー等により、ジヤーナ
ル・フイジカル・ケミストリー、第84巻、
（1980）、第1602−1606頁に記載されているように
±（α〜α₁）の極めて制限された視野角度範囲が
適している。第２図は、第１図に示した装置にお
ける放射角度を備えた光出力の変化とグラフとし
て図示している。

第２図の横軸は固体プレート３の軸線（第１図
において水平）に対する放射角度の値を示してお
り、放射角度0゜は第１図における固体プレート３
の軸線（点線）に沿つた光出力に相当する。

縦軸は相対蛍光強さを示し、第２図の幾つかの
曲線は次のように固体プレート３に隣接した液体
の異なる条件を示している。

曲線２１は、蛍光性物質が固体プレート３に隣
接して完全に溶解している場合、フルオレセイン
厚さ20μｍのセル間隔における0.5μｇ／水１ml）
蛍光強さが放射角度に依存することを示してい
る。極めて少ない蛍光が約45゜未満の角度で放射
されることが明らかである。

曲線２２は、１つの実験において固体プレート
３に対する牛血清アルブミンの結合に基づくバツ
クグランド信号を示しており、曲線２３は固体プ
レート３に対してフルオレセイン標識した蛋白質
の結合結果を示している。

0゜に近い放射角度における蛍光出力は最小であ
つて、曲線２４により示されるようなブランクス
ライドに基づくバツクグランド水準に匹敵し、表
面結合した蛍光の条件下で著しい量の光が放射さ
れる角度αよりも小さい制限された範囲の放射角
度が存在するが、実際には曲線２１で示したよう
にバツクグランドより大きい蛍光出力はこの角度
範囲にて溶液中の蛍光性物質から放射されない。

第１図における検出器１１からの信号は層２に
おける表面結合した発蛍光団としてのフルオロフ
オアによる蛍光を、液体１におけるフルオロフオ
アによる蛍光から識別することができる。

本発明はフルオロフオアまたはフルオレセイン
およびその結合体に限定されない。しかしなが
ら、フルオレセインは本発明で使用するのに特に
便利なフルオロフオアであり、同様にローダミン
をたとえば励起波長550nｍおよび放出波長590n
ｍで使用することもできる。

簡単に上述した代案において、第１図と同様な
検出器１１は開孔部の上限および下限の角度範囲
を備えたダイヤフラムからの光を受光することが
できる。

この場合、固体プレート３からその軸線に極め
て接気近して、たとえば軸線から約5゜の範囲内で
放射される光は、検出器１１により捕えられな
い。

所望ならば、この光に対する別個の検出器を装
着して、バツクグランド水準の制御信号を生ぜし
めて信号処理にかけることもできる。

それ自体慣用の構造上の特徴を有するため、図
面には残部の光学系、全スクリーン系、カバー並
びに測定の際迷光を遮断する吸光特性および必要
に応じ光学系および試料を相互に移動させて複数
試料の連続測定を可能にする機械的手段に関し所
定整列させて固体プレート３を装着するための積
極的な整列配置は図示しない。

さらに、第１図に示した検出器１１及び検出器
１４，１５から生ずる信号を受けかつ処理するた
めの電気回路およびモジユールについてもそれ自
体慣用の装置で構成されているので詳細には図示
しない。

これら装置のブロツク図を第３図に示す。

１つの適切な配置において、第１図の光源６は
制御器又は電源３０により制御されるフラツシユ
ランプ３１（第３図）である。

フラツシユランプ３１は第１図の試料セル４
（第３図において参照数字32で示す）を照射する。

検出器（第１図における検出器１１、検出器１
４，１５並びに第３図における検出器３３，３４
及び３５）に対する入射光が電気信号を発生し、
次いでこれら信号を信号処理回路で処理する。

この回路は幾つかの公知の光電信号処理技術を
含み、特に基準検出器から発生する追加信号によ
り作動されて光源のチヨツプ頻度と同期する同期
固定装置またはボツクスカー検出装置を備えるこ
とができる。

検出器からの信号は、たとえばａ，ｃおよび
ｄ，ｃ分離、試料切換装置、アナログ対デジタル
変換器により必要に応じて処理され、あるいはた
とえば線状組合せまたは比率回路もしくはデジタ
ル処理により組合せて、便利な所望のパラメータ
を直接的に示す処理信号、たとえば基準化データ
信号または出力信号を得ることができる。

信号またはデータ出力は、任意所望の形態、た
とえば公知の適当な出力、またはインターフエー
ス回路および装置を用いてアナログ、デジタル、
グラフ、印刷または電子記憶もしくは処理データ
として得られる。特に、検出器１５の出力に対比
して検出器１１及び検出器１４からの信号を任意
適当な形で基準化することができる。

例えば検出器１１及び検出器１４からの信号の
線状組合せまたは比率などの組合せを形成して、
興味ある異なる光源間の効果的な識別、バツクグ
ランド光の削除および／またはランプ光の絶対強
度における変化の排除を可能にするのが望まし
い。

所望に応じ、所定時間間隔で連続的な光測定を
行ないかつ信号処理を行つて試料セルにおける結
合反応の速度を検出し又は測定し得る回路を設け
ることができる。

第３図に示した特定配置において、検出器３５
は、積分増幅器３７，３８のためのリセツト３６
を介して時限信号を与え、かつ遅延装置３９およ
びトリガー４０によつて遅延トリガー信号を発生
することによりａ／ｄ変換器４１を制御し、アナ
ログデバイダ４２の出力に基づいてデジタル出力
を与える。典型的には、デバイダ４２により送出
される適当な比率信号は積分増幅器３７，３８の
出力の比を示す。

積分増幅器３７は、角度α未満の角度で固体プ
レート３から放射される光に対応する検出器出力
を示す信号、即ち試料の物質が吸着された部分で
ある層２から生ずる光に呼応する信号を与える。

また積分増幅器３８は、角度αより大きい角度
で固体プレート３から放射される光の検出器出力
を示す信号、即ち溶液及び試料の物質が吸着され
た層２からの蛍光に呼応する信号を与える。

上記の光学分析装置は、あらゆる適当な使用可
能の遮蔽装置およびカバー装置を設けて、迷光お
よび電気干渉を最少化させることができる。さら
に適当なホルダーおよび整列装置を設けて光学分
析装置の光学系に対し試料セルを所定の配向で保
持し、所望の電子検出装置および安定化装置を設
けてドリフトの作用が未制御にデータ出力を阻害
しないようにすることができる。

試料セルを多重の移動自在な形態で設け、及
び／または光学系を移動自在として２つ以上の試
料セルを連続的に測定することもできる。

光源がフラツシユ光源である場合、ある用途に
はフラツシユ後の数マイクロ秒にて検出器の応答
を付勢してバツクグランド蛍光を減衰させるため
の装置、たとえばヨーロツパ特許出願第0104926
号および米国特許第4341957号明細書に記載され
た装置を設け得る。

第４図は以下の変更以外は第１図におけると同
様な装置を示している。（第１図および第４図に
おける同じ参照記号は対応部分を示している）。

フラツシユ光源６には視準装置４１を設けて、
検出器１１，１４に対する迷光量を最少化させ
る。光源６の反対側に反射面４２を設けて試料に
対する照射レベルを増大させる。

検出器１５が示されているが、必要に応じて省
略することもできる。また励起光の強度変化およ
びバツクグランド光を補償する代替手段として光
線スプリツタキユーブ４３と検出器４４とフイル
タ４５，４６とを設けて励起波長の光を排除し得
る（第１図における固体プレート３の端部１０に
隣接した単一のフイルタと対比される）。

検出器４４への光路は励起波長の光に対し透過
性であり、したがつて検出器４４は主として角度
範囲±α内で固体プレート３の端部１０から放射
されるバツクグランド光の強度を検出する。

フイルタ４５は検出器１１に入射する光を制限
するためにできるだけ多量の光を排除すると共
に、検出器１１からの信号の残留バツクグランド
成分は検出器４４から生ずる信号により主として
補償することができる。励起波長の光を排除すべ
くフイルタ４６を設けた検出器１４を使用して、
検出器１１からの出力を基準化させる信号を与え
ることができる。

第４ａ図および第４ｂ図は、試料セルを照射す
るための他の具体例を示す。

第４ａ図において、光源６はフイルタ７により
包囲されて励起波長の光を選択すると共に、光源
６が一方の焦点を占めかつ試料セルが他方の焦点
を占める楕円形（円筒形）の反射器４７を設けて
試料に対する照射強度を増大させる。

第４ｂ図においては、光源６からの光は、層２
を層２のほぼ平面内であるが主検出系（図面には
参照数字48にて略示されている）に対する固体プ
レート３の光の主伝播方向に対しほぼ横方向に照
射する。

試料セルにおける層２（第１図および第４図）
の一部として金属薄層（たとえば厚さ約50nｍの
金属銀層）を設けて、これを固体プレート３の表
面、および結合した試料の層２が蛍光標識リガン
ドを付着した免疫吸着剤として形成された表面に
それぞれ形成される。

これは、B.リードベルク等、センサー・アン
ド・アクチユエーター、第４巻（1983）、第299−
304頁あるいは上記に引用したベンナー等により
記載されているように、それ自体公知の表面プラ
スモンレゾナンス（以後s.p.rと称する）の現象を
本発明による装置と関連して使用し、層２に結合
した試料の識別を、光エネルギーが固体プレート
３の端部１０を介して伝播されかつ放射されるこ
となく、その分散もしくは結合が最大となるよう
な共鳴角度に対する効果を用いて行なうことを可
能にする。この目的で、ダイヤフラム１２は、た
とえばs.p.r.分散もしくは結合による最小伝達角
度もしくは結合角度に近い角度に相当する狭いス
リツト幅に調節され得る。かくして検出器１１を
使用して試料の物質が層２に結合した際、最大分
散もしくは結合のs.p.r.角度で生ずるような変化
に応じて光出力の変化を検出することができる。

本発明はその範囲内で幾つかの変形及び変更が
可能であり、上記説明および添付図面の１つもし
くは幾つかの特徴を使用することまで拡張され
る。

さらに、1984年６月13日付けで出願され「化学
試験法に使用する装置」と題する本出願人による
英国特許出願第84 15018号を優先権とする同時出
願に記載した装置（その全開示を参考のため本明
細書中に引用する）の多くを、上記光学分析法お
よび光学分析装置により試験試料を光学測定する
のに有利に応用し得る。

本発明の光学分析方法によれば、透明な固体の
光導波器の表面を固体表面として形成することに
より、流体中に存在する試料の部分と固体表面に
結合した試料の部分との両方から放出された光を
光導波器に入射し得、光導波器の光学軸に対して
所定の放射角度α未満で光導波器から放射された
光を測定し、かつ光導波器の光学軸に対して所定
の放射角度α以上の放射角度で光導波器から放射
された光の実質的にすべてを測定から除外するこ
とにより、固体表面に付着する試料の部分から発
生し、光導波器に入射して全反射により伝播して
光導波器から放射した光を測定し得るが故に、流
体中に存在する試料の部分と固体表面に結合した
試料の部分とを識別し得る。

本発明の光学分析装置によれば、透明の固体プ
レートは試料の分散された流体から試料を収容す
るように固体プレートと接触している試料が固体
プレートの表面に付着し得るように形成され、且
つ光導波器として作用することにより、試料から
放出される光のうち固体プレートと接触している
試料から放出される光の殆どを入射し得、光検出
器は固体プレートに光学的に連結されており、固
体プレート中を伝播しかつ固体プレートから放射
された光を受容することにより、試料から放出さ
れる光のうち固体プレートに入射した光を検出し
得、制御手段は光検出器の視覚角度を制限して、
固体プレートに付着した試料から生ずる光と、流
体中に分散していると共に固体プレートの表面か
ら離間して留まる試料から生ずる光とを識別する
ことにより、試料の特性を検査し得、それ故に免
疫学的、化学的、及び生物学的試料の特性検査を
行い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一具体例による光学分析装置
の構成を示す図、第２図は第１図に示す配置にお
ける放射角度を備えた光出力の変化を示すグラ
フ、第３図は第１図の装置の信号処理装置のブロ
ツク図、第４図、第４ａ図および第４ｂ図は、本
発明に従つて使用し得る他の光学分析装置を示す
図である。 １……液体、２……層、３……固体プレート、
４……プレート、５……光源、６……ストロボフ
ラツシユ装置、７……フイルタ、９……光、１０
……端部、１１，１４，１５……検出器、１２，
１３……開孔ダイヤフラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸光性、散乱性、蛍光性、燐光性、又は発光
   性を有しており、部分的に流体中に存在すると共
   に部分的に隣接する固体表面に付着している試料
   を前記流体中に存在する部分と前記固体表面に付
   着した部分とにそれぞれ識別する光学分析方法で
   あつて、前記固体表面が透明な固体の光導波器の
   表面の一部を形成する段階と、前記固体表面に付
   着した前記試料の部分から放出され、前記光導波
   器に入射して全反射により伝播し、前記光導波器
   から当該光導波器の光学軸に対して所定の放射角
   度α未満の放射角度で放射された光を測定する段
   階と、前記光導波器から当該光学導波器の光学軸
   に対して所定の放射角度α以上の放射角度で放射
   された光の実質的にすべてを前記測定から除外す
   る段階とを含み、前記所定の放射角度αは、n₁を
   前記流体の屈折率とし、n₂を前記光導波器を形成
   する材料の屈折率として、 α＝arcsin√（₂ ²−₁ ²） である光学分析方法。 ２ 前記光導波器は、ガラス、シリカ、又はプラ
   スチツク材料から構成された透明な固体プレート
   である請求の範囲１に記載の方法。 ３ 前記光導波器は、前記試料が配置された流体
   を収容する試料セルの１つの壁部を構成する請求
   の範囲２に記載の方法。 ４ 前記試料は、蛍光性であり、光源が蛍光を励
   起するように設けられており、測定されるべき前
   記試料からの光が前記蛍光の発光である請求の範
   囲１から３のいずれか一項に記載の方法。 ５ 前記試料は、前記光導波器の光学軸に対して
   実質的に横方向に配置された励起源により照射さ
   れる請求の範囲３に記載の方法。 ６ 前記励起源の励起光が補助検出器により測定
   される請求の範囲５に記載の方法。 ７ 前記試料からの測定されるべき光が、上限の
   放射角度α未満でありかつ下限の放射角度α₁より
   も大きい角度だけ前記光学軸からずれた角度で前
   記光導波器から放射された光であり、前記光学軸
   から前記放射角度α₁未満ずれた角度で放射された
   光を前記測定から除外する請求の範囲４から６の
   いずれか一項に記載の方法。 ８ 前記光学軸に対して放射角度が０度で前記光
   学軸に沿つて前記光導波器から放射された光が制
   御信号又は基準信号を供給するために測定される
   請求の範囲７に記載の方法。 ９ 前記光導波器がアクリルプラスチツク製であ
   り、前記流体が水溶液であり、前記試料が蛍光誘
   導体であり、前記放射角度αが約41度である請求
   の範囲１から８のいずれか一項に記載の方法。 １０ 前記光導波器がガラス製であり、前記流体
   が水溶液であり、前記試料が蛍光誘導体であり、
   前記放射角度αが約47度である請求の範囲１から
   ８のいずれか一項に記載の方法。 １１ 蛍光発行のために励起光源を使用し、かつ
   前記光導波器の前記光学軸に対して放射角度±α
   の範囲内に限定された角度で前記光導波器から放
   射された供給光の強度を測定するために補助検出
   器を使用する請求の範囲１に記載の方法。 １２ 免疫学的、化学的、又は生物学的検査を行
   うための光学分析装置であつて、光導波器として
   作用し、吸光性、蛍光性、又は発光性の特性を有
   する試料を収容するための試料セルの一部を構成
   し、前記試料が分散された流体から前記試料が表
   面に付着し得るように形成された透明な固体プレ
   ートと、前記固体プレート中を伝播する光が当該
   固体プレートから放射された後に受容され得るよ
   うに前記固体プレートに対して光学的に連結され
   た検出器と、前記固体プレートの表面に付着した
   前記試料から生ずる光を、前記流体中に分散して
   おり前記固体プレートの前記表面から離間して留
   まる前記試料から生ずる光から識別するために前
   記検出器の視野角度を制限する制御手段とを備え
   ており、前記視野角度は放射角度αに相等し、前
   記放射角度αがn₁を前記流体の屈折率とし、n₂を
   前記固体プレートを形成する材料の屈折として、
   α＝arcsin√（₂ ²−₁ ²）である光学分析装置。 １３ 使用時の状態において前記固体プレートに
   光を照射し得、前記照射された光が前記固体プレ
   ートの表面から当該固体プレート中に入射し、全
   反射により前記検出器に伝播するように配置され
   た光源を更に備える請求の範囲１２に記載の装
   置。 １４ 前記励起源の励起光の強度を増大するため
   に前記固体プレートの表面に反射表面が備えられ
   た請求の範囲１３に記載の装置。