JPH0352575B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は螢光性偏光分析器に関し、特にこのよ
うな分析器のための改良された光学装置に関す
る。

螢光性偏光機器およびその臨床的応用はたとえ
ば“Design，Construction，and Two
Applications for an Automated Flow−Cell
Polarization Fluorometer with Digital Read
Out：etc.”；R.D.Spencer，F.D.Toledo，B.T.
Williams，and N.L.Yoss；Clinical
Chemistry，19／８，pp838−344（1973）に記載
されている。このような機器は螢光性物質で標識
した体液サンプルを迅速に分析することができ
る。

上記の文献において、螢光性偏光機器は線状に
偏光され一方が垂直に他方が水平に光を励起する
２つの光束によつて照射される螢光性サンプルを
含むものとして説明されている。このサンプルに
垂直および水平の偏光を交互に通過させる区分チ
ヨツピング鏡によつて交互偏光サンプルの励起が
与えられる。励起光はサンプルの吸収スペクトル
のピークに対応して単色である。照明された螢光
性サンプルは２次放射源となり、励起光よりも長
波長のピークをもつスペクトルの光を放出する。
放出光の通路中にある垂直分光器は垂直偏光を、
サンプルからえられた放出光を検出するための光
電子増倍管に送る。光電子増倍管の出力信号は分
析されて偏光度Ｐを与える。これは次式Ｉ（VV）
−Ｉ（HV）／Ｉ（VV）＋Ｉ（HV）によつて求め
られる。ここにＩ（VV）は垂直偏光がサンプル
を励起して放出光の垂直成分が分析されるときの
検出された光電子増倍管の信号の測定強度であ
り、Ｉ（HV）は水平偏光がサンプルを励起して
放出光の垂直成分が分析されるときの検出された
光電子増倍管の信号である。

この種の周知の機器は、低ノイズ光電増倍管お
よび付属電子機器による検出および増幅に十分な
低水準のノイズ比の信号でサンプルから所望の放
射線をうるために、比較的高いワツト数の強い光
源たとえば200〜250ワツトの水銀またはキセノン
のガスの放電ランプを必要とする。このような高
いワツト数の明るい光また光学系の一体性を保持
するためにかなりな冷却を必要とする。それ故、
低ワツト数および低強度のランプを使用し然も従
来技術のものと同等もしくはそれ以上の感度を与
えることのできる螢光性偏光機器のための改良さ
れた光学装置を提供することが望まれている。

本発明は低ワツト数、低強度の集中光源、狭い
帯幅のフイルタ、偏光器、および螢光性液体サン
プル上に励起光を集中させる励起通路中のフイー
ルド効果液晶を含む、螢光性偏光機器のための改
良された光学系を提供するものである。

ここにフイールド効果液晶とは液晶（すなわち
高度に異方性の流体）に電場が適用されないとき
は液晶に侵入する光を90゜だけ回転させ、液晶に
電場が適用されるときは入射光の偏光面を回転さ
せない伝達性シヤツター型の液晶をいう。すなわ
ちこの液晶に電場が適用されないと、液晶は励起
光の偏光面を90゜回転させるが、液晶に電場が適
用されると偏光面は90゜回転しない。それ故、液
晶に電場を交互に適用すると、励起光がサンプル
に対して、相互に垂直な偏光角度で適用されるこ
とになる。サンプルからの放出光はロ波され、偏
光され、そして処理用の光電子増倍管上に集中せ
しめられる。

低ワツト数、低強度の光源は液体サンプルの量
に応じて十分な量の光を与える大きさの穴に光を
集中させる反射器の付いた50ワツトのタングステ
ン−ハロゲンランプである。赤外線吸収要素が励
起通路中に備えてあつて励起通路中のサンプルお
よび成分の温度感受性を最小にするようランプか
ら穴を通して伝達される赤外放射線を吸収させ
る。薄い、裏打ち金属ストリツプから作られた一
連のバツフルをサンプルのまわりに置いて、放出
通路に望ましくなく入る励起光による表明反射を
減少させる。励起光を検知してランプ出力供給を
調節する部材を装備して実質的に一定水準の励起
光強度を保持する。

第１図は本発明の原理に従う螢光性偏光機器の
ための改良された光学装置を示す図式的ブロツク
ダイヤグラムである。

第１図を参照して、集中光源を構成する低ワツ
ト数、低強度のタングステン−ハロゲンランプ１
０は、光遮蔽要素１６中に形成された穴１４中に
ランプからの光を集める反射器１２を含む。反射
器１２は楕円形の反射鏡の形体をしている。光遮
蔽要素１６は両端に黒い非反射性表面をもつ約3/
４mmの厚さの薄い金属プレートからなる。穴１４
は約３mmの直径をもち、円周横断面の試験管２０
中に含まれる約１mlの螢光性液体サンプル１８に
一致するに十分な量の光を与える。ランプ１０お
よび反射器１２は、購入部品として容易に入手し
うる50ワツトのタングステン−ハロゲン投光ラン
プによつて装備することができる。

穴あき光遮蔽要素１６のいづれかの一面には、
反射器２２および赤外線吸収要素２４が備えてあ
り、ランプから伝達される赤外放射線をそれぞれ
反射および吸収し、これによつて励起通路中のサ
ンプルおよび化合物の温度感受性を最小にする。
反射器は二色性フイルム多層反射器で与えること
ができる。赤外線吸収要素はコリオンコーポレー
シヨンから入手しうるような容易に入手しうる型
のBG−38吸収器着色ガラスで与えることができ
る。

平−凸レンズ２６は穴１４からの光を平行にす
る。この平行にされた光は次いで螢光性サンプル
の吸収ピークにほぼ相当する狭い帯幅フイルタ２
８中を通過する。透明ガラスの光束スプリツタ３
０は入射光の約４％を平−凸レンズ３２上へ反射
する。平−凸レンズ３２は次いで基準検出器３４
へこの光を集中させる。基準検出器の出力はラン
プ出力供給器３６を介してランプの強度を検知し
調節するために使用する。ランプのフイラメント
は基準検出器３４からの検知基準信号水準に応じ
てランプ出力供給器３６を介した調節され、サン
プル１８へ向けられた励起光の強度を一定水準に
保持する。光束スプリツタ３０は、透明であつて
入射光の約４％を反射させながら96％を透過させ
る顕微鏡ガラスによつて与えることができる。

光束スプリツタから伝達された光は、次いで偏
光回転器としての機能を果す第１の偏光器３８と
フイールド効果液晶４０との組合せに入射する。
第１の偏光器３８は偏光の固定面をもつている。
この固定面はたとえば水平面Ｈでありうる。フイ
ールド効果液晶４０は電場が液晶に適用されない
ときは90゜だけ液晶に侵入する光を回転させ、電
場が液晶に適用されると入射光の偏光面を回転さ
せない伝達性シヤツター型のものである。フイー
ルド効果液晶４０への電場の選択的適用は図中に
閉鎖用回路４２として図示してある。この回路は
電圧をかけて液晶に電場を与えるものである。

このようにして、図示する具体例において、偏
光器／フイールド効果液晶の組合せは、はじめに
スイツチ４２を開放にして液晶がこれに侵入する
光を90゜だけ回転させてサンプルを垂直光によつ
て励起させ、その後にスイツチ４２を閉じて回転
を起こさせずサンプルを水平光によつて励起させ
る、という操作によつて螢光性サンプル１８を垂
直偏光および水平偏光により交互に励起させるた
めに使用する。偏光され、水平にされた励起光は
次いで平−凸レンズ４４によつて円周横断面の試
験管２０中の螢光性サンプル１８の中心に集中せ
しめられる。サンプルを入れた試験管２０の空気
−ガラスの界面およびガラス−液体の界面におけ
る反射によつて、それた光が放出光中に導入され
ることがある。この効果を最小にするために、ラ
ンプ１０は試験管２０の中心に集光させ、すべて
の光線（入射および反射）を試験管２０にその表
面に対して直角に出入させる。以後に記述される
べき放出光は最適の効率で螢光性サンプル１８の
中心区域に像を結ぶので、ランプを試験管の中心
に集光させることは系の効率を増大させ、全系の
処理性を最大にする。本発明の装置による処理効
率を高めたのは比較的低いワツト数の、低強度タ
ングステン−ハロゲンランプを光源として使用す
ることを可能ならしめたことにある。この点に関
して本出願人に譲渡されたS.R.Popelkaの米国特
許第４，195，932号を参照することができる。そ
こには光を円周横断面の試験管の中心に集中させ
て試験管の偏りによる誤差を非常に減少させた吸
収分光計が論じられている。

励起光チヤンネル中の偏光器３８とフイールド
効果液晶４０との組合せは本発明の重要な面であ
る。放出チヤンネル中の光電装置の使用は他の者
によつて提案されていた。然しながら、放出チヤ
ンネル中の偏光成分のスペクトルに付せられる液
晶によりえられる固有の回転誤差は、正確ではな
い偏光測定値をもたらした。このような提案にお
いて、放出チヤンネル中に液晶を使用するときの
固有の回転誤差が適切な初期基準データを使用し
てあとで測定した偏光回転誤差を補償することに
よつて著るしく減少させうるということが示唆さ
れた。然しながら、この示唆された補償は追加デ
ータの貯蔵成分、および補償データを誘導するた
めの時間のかかる初期修正法を必要とする。

これとは対照的に、従来技術で経験したこれら
の誤差は、本発明において励起チヤンネル中にフ
イールド効果液晶４０を置くことにより、そして
液晶の前に固定面の偏光器を置き偏光の唯一面の
みが液晶に入射するようになしたことにより、消
滅する。それ故、液晶は目立つた誤差なしに偏光
成分の単一面を回転させる。

黒い、実質的に非反射性の表面をもつ薄いプラ
スチツクまたは金属のストリツプからなる一連の
バツフル４６がサンプル１８のまわりに配置され
ていて、試験管２０による励起光の全反射ならび
にそれた光としての放出光の周囲区域への侵入を
防いでいる。図示するように、励起光チヤンネル
および放出光チヤンネルは相互に直角をなして励
起光が放出チヤンネルに望ましくなく入る可能性
を減少させている。螢光性サンプルから放出され
る放射線の量は非常に少ないので、放出チヤンネ
ル中のそれた励起光の存在を可能な限り減少させ
るのが望ましい。螢光性サンプルのまわりに境界
を作るバツフル４６なしでは、それた励起光が測
定偏光値にその絶対値の増大ならびに再現性の悪
化の点でかなりな影響を及ぼすが、バツフルを使
用すると、これらの望ましくない性質は実質的に
消滅する。

サンプル１８はたとえば、ナトリウムフルオレ
セインのような螢光標識を付けた物質を添加した
体液を含むことができる。標識を付けた生理学的
分子は次いで励起光チヤンネルからの入射光によ
り励起されてより長波長の光を放出する。平−凸
レンズ４８は放出光を平行にする。この平行にさ
れた光は螢光性サンプルの放出光ピークにほぼ相
当する広い帯幅のフイルタ５０ならびに垂直偏光
の固定面をもつ第２偏光器５２を横断する。平行
にされた、垂直偏光の放出光は次いで光電子増倍
管６０への入口における実質的に非反射性の光遮
蔽要素５８中の穴５６に平−凸レンズからなる放
出光集中レンズ類５４によつて集光され、周知技
術により更に処理される。放出光の穴５６は3.0
×8.0mmであり、サンプルを入れた試験管２０中
の光可視容積に一致する。

サンプルがナトリウムフルオレセインで標識さ
れている本発明の構成原型の具体例において、励
起フイルタ２８は485nmの波長において集中し、
強度の半減する帯幅は10nmである。放出フイル
タ５０は540nmの中心波長をもち、強度の半減す
る帯幅は30nmである。図面に示すすべてのレン
ズは抗反射性被覆をもち、16.7mmの焦点距離、15
mmの直径、14.4mmの後方焦点距離および1.785の
屈折率をもつている。この構成原型について
10^-11モルのオーダーのナトリウムフルオレセイ
ンの感度がえられた。

図面を参照しての上記の記述は本発明を具体的
に説明するために行なつたものであつて、本発明
を限定するものと解すべきではない。当業者によ
つて変形は自明のことだからである。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は本発明の原理に従う螢光偏光機器
のための改良された光学装置を示す図式的ブロツ
クダイヤグラムである。 １０……ランプ、１２……反射器、１４……
穴、１６……光遮蔽要素、１８……サンプル、２
０……円周横断面の試験管、２２……反射器、２
４……赤外線吸収要素、２６……平−凸レンズ、
２８……狭い帯幅のフイルタ、３０……光束スプ
リツタ、３２……平−凸レンズからなる放出光集
中レンズ類、３４……基準検出器、３６……出力
供給器、３８……第１の偏光器、４０……フイー
ルド効果液晶、４２……スイツチ、４４……平−
凸レンズ、４６……バツフル、４８……平−凸レ
ンズ、５０……広い帯幅のフイルタ、５２……第
２の偏光器、５４……平−凸レンズからなる放出
光集中レンズ類、５６……穴、５８……光遮蔽要
素、６０……光電子増倍管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 螢光性液体サンプルに励起光を照射して放出
   光を放射させ、この放出光から偏光度Ｐを式Ｉ
   （Ｚ）−Ｉ（Ｙ）／Ｉ（Ｚ）＋Ｉ（Ｙ）により求める
   〔ただし式中のＩ（Ｚ）は該液体サンプルに第１の
   偏光角度で偏光励起光を照射したときの第１の偏
   光角度の放出光の一偏光成分の測定強度であり、
   Ｉ（Ｙ）は該液体サンプルに該第１の偏光角度に
   対して垂直の第２の偏光角度で偏光励起光を照射
   したときの第１の偏光角度の放出光の該偏光成分
   の測定強度である〕螢光性偏光分析器のための光
   学装置であつて； 該液体サンプルを入れるための実質的に円周横
   断面の形状をもつ試験管； 該液体サンプルの中心に実質的に集中させた励
   起光を該液体サンプルに照射するための集中光
   源； 該集中光源を構成する比較的低いワツト数の低
   強度タングステン−ハロゲンランプ； 該集中光源と該サンプルとの中間にあつて、該
   螢光性サンプルの吸収帯に実質的に対応する励起
   光を通過させる狭い帯幅のフイルタ； 上記の狭い帯幅のフイルタと該サンプルとの中
   間にあり、且つ該第１の偏光角度において固定し
   た偏光面をもつ第１の偏光器； 該偏光器と該サンプルとの中間にあるフイール
   ド効果液晶であつて、該液体サンプルに対して第
   １および第２の角度で偏光させた励起光を交互に
   適用すべく該液晶に電場を交互に適用するための
   部材を含むフイールド効果液晶； 光電子増倍管によつて検出される放出光を制限
   する入口穴を含む光電子増倍管検出器； 上記の試験管に近接して存在し、励起光の反射
   が光電子増倍管の入口穴への放出光の通路に侵入
   するのを実質的に防ぐバツフル； 該サンプルと該光電子増倍管との中間にあつ
   て、放出光を上記の光電子増倍管の入口穴に集中
   させるための放出光集中レンズ類； 該サンプルと該光電子増倍管との中間にあり、
   且つ該第１の偏光角度において固定した偏光面を
   もつ第２の偏光器；および 該サンプルと該光電子増倍管との中間にあつ
   て、該螢光性サンプルの放出帯に実質的に対応す
   る放出光を通過させる広い帯幅のフイルタ； からなることを特徴とする光学装置。 ２ 第１および第２の偏光器が垂直偏光器からな
   る特許請求の範囲第１項記載の光学装置。 ３ 集中光源が更に、タングステン−ハロゲンラ
   ンプ用の反射器；該ランプから反射される励起光
   を受入れる穴をもつ光遮蔽要素；および上記の穴
   とサンプルとの中間にあつて、サンプルの中心に
   励起光を集中させるための励起光集中レンズ；を
   含む特許請求の範囲第２項記載の光学装置。 ４ 上記の穴と上記の励起光集中レンズとの中間
   にある赤外線吸収要素を含む特許請求の範囲第３
   項記載の光学装置。 ５ 励起光の強度を検知してその光の強度を実質
   的に一定に保つための励起光検知器を含む特許請
   求の範囲第４項記載の光学装置。