JPH0643964B2 - 流体試料を検定するための装置 - Google Patents
流体試料を検定するための装置Info
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- JPH0643964B2 JPH0643964B2 JP61211382A JP21138286A JPH0643964B2 JP H0643964 B2 JPH0643964 B2 JP H0643964B2 JP 61211382 A JP61211382 A JP 61211382A JP 21138286 A JP21138286 A JP 21138286A JP H0643964 B2 JPH0643964 B2 JP H0643964B2
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
- G01N21/648—Specially adapted constructive features of fluorimeters using evanescent coupling or surface plasmon coupling for the excitation of fluorescence
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- G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は化学および生化学検定を行うための光学装置、
より詳しくはこのような検定のための改良されたファイ
バーオプティックス装置に関する。
より詳しくはこのような検定のための改良されたファイ
バーオプティックス装置に関する。
(従来技術と発明が解決しようとする課題) 分析または検定に使われるいろいろな化学的および生化
学的技術のひとつとして、減衰させた内部全反射(AT
R)分光学の原理を用いる光学装置がある。免疫検定法
に特に有益なこの種の光学装置は、光ファイバまたはロ
ッドのような光学的な導波管を用いる。抗体は導波管の
外面の一部に共有結合で固定化され、この抗体は検定ま
たは試験される溶液中の抗原と反応する。導波管の一端
に入射した光線は、導波管の稠密な媒質中で内部全反射
し、希薄媒質または試験溶液中に、消失波成分(エバネ
ッセント波成分)として知られている電磁波形を生じ
る。このエバネッセント波成分は、特徴として波長の一
部だけが導波管と試験溶液との間の界面を横切って伸び
る。しかし、このような透過は、エバネッセント波成分
と、溶液中の抗原と共に複合物を形成するようになる固
定化した抗体との間の実質的な光学的相互作用を可能に
するのに十分であり、抗原が存在していたどのようなバ
ルク溶液とも相互作用は最小限となる。このようにし
て、この光学的相互作用は抗原の検定を可能にする。検
定のため内部全反射分光学を用いるこの種の装置の多く
が知られており、例えば、光学的相互作用によって誘起
されたけい光を測定する装置を開示する米国特許第4,13
3,639号;分析体によるエバネッセント波の吸収に基づ
く装置について記述する米国特許第4,050,895号;ファ
イバを通って伝達された光の変化を検出する装置を開示
する米国特許第4,321,057号および第4,399,099号;けい
光免疫検定装置を記述する米国特許第4,447,546号等に
記述されている。
学的技術のひとつとして、減衰させた内部全反射(AT
R)分光学の原理を用いる光学装置がある。免疫検定法
に特に有益なこの種の光学装置は、光ファイバまたはロ
ッドのような光学的な導波管を用いる。抗体は導波管の
外面の一部に共有結合で固定化され、この抗体は検定ま
たは試験される溶液中の抗原と反応する。導波管の一端
に入射した光線は、導波管の稠密な媒質中で内部全反射
し、希薄媒質または試験溶液中に、消失波成分(エバネ
ッセント波成分)として知られている電磁波形を生じ
る。このエバネッセント波成分は、特徴として波長の一
部だけが導波管と試験溶液との間の界面を横切って伸び
る。しかし、このような透過は、エバネッセント波成分
と、溶液中の抗原と共に複合物を形成するようになる固
定化した抗体との間の実質的な光学的相互作用を可能に
するのに十分であり、抗原が存在していたどのようなバ
ルク溶液とも相互作用は最小限となる。このようにし
て、この光学的相互作用は抗原の検定を可能にする。検
定のため内部全反射分光学を用いるこの種の装置の多く
が知られており、例えば、光学的相互作用によって誘起
されたけい光を測定する装置を開示する米国特許第4,13
3,639号;分析体によるエバネッセント波の吸収に基づ
く装置について記述する米国特許第4,050,895号;ファ
イバを通って伝達された光の変化を検出する装置を開示
する米国特許第4,321,057号および第4,399,099号;けい
光免疫検定装置を記述する米国特許第4,447,546号等に
記述されている。
テー・ヒルシュフェルド(T.Hirschfeld)によって開
発された免疫検定装置(1984年5月8日発行、米国特許
第4,447,546号)は、流体相にエバネッセント波を生じ
させるため、固体相と低屈折率の流体相との間の界面に
おける内部全反射を用いている。波によって励起された
けい光は、固体媒質内の全反射によって臨界角よりも大
きい角度で観察される。固体相は界面で多数の内部全反
射を与えるように配置され、照射を受ける。代表的な固
体相は、免疫反応で生成した複合物の一成分を固定する
光ファイバの形状である。発けい光団は複合物の他の成
分と結合する。けい光標識成分は、コンペティティブア
ッセイまたはサンドイッチアッセイのいずれが行なわれ
るかによって、固定化成分の補体またはその類似物であ
る。コンペティティアッセイの場合、典型的には標識成
分を調節した濃度で固定化成分に予め添加する。
発された免疫検定装置(1984年5月8日発行、米国特許
第4,447,546号)は、流体相にエバネッセント波を生じ
させるため、固体相と低屈折率の流体相との間の界面に
おける内部全反射を用いている。波によって励起された
けい光は、固体媒質内の全反射によって臨界角よりも大
きい角度で観察される。固体相は界面で多数の内部全反
射を与えるように配置され、照射を受ける。代表的な固
体相は、免疫反応で生成した複合物の一成分を固定する
光ファイバの形状である。発けい光団は複合物の他の成
分と結合する。けい光標識成分は、コンペティティブア
ッセイまたはサンドイッチアッセイのいずれが行なわれ
るかによって、固定化成分の補体またはその類似物であ
る。コンペティティアッセイの場合、典型的には標識成
分を調節した濃度で固定化成分に予め添加する。
ファイバおよび結合した検定成分を流体相試料中に浸漬
し、励起イルミネーションをファイバの導入端に注入す
る。エバネッセント波は流体相中でけい光を励起するの
に用いられ、この(臨界角より大きい方向に伝わる)固
体相にトンネルバックするけい光は、ファイバの導入端
で検出される。
し、励起イルミネーションをファイバの導入端に注入す
る。エバネッセント波は流体相中でけい光を励起するの
に用いられ、この(臨界角より大きい方向に伝わる)固
体相にトンネルバックするけい光は、ファイバの導入端
で検出される。
試料の測定される量は、界面からの距離の関数としての
エバネッセント波の急速な減衰によってだけでなく、距
離に伴うトンネル効率の同じ程度に急速な減少によって
制限され、発けい光団は離れれば離れるほど励起の強さ
が弱くなってけい光が弱くなるだけでなく、その光もフ
ァイバ内に有効に結合されなくなる。従って、検知層の
有効な深さは、全反射けい光自体で測定した区域と比べ
て非常に減少し、結合効率は区域を効果的に縮小させ
る。
エバネッセント波の急速な減衰によってだけでなく、距
離に伴うトンネル効率の同じ程度に急速な減少によって
制限され、発けい光団は離れれば離れるほど励起の強さ
が弱くなってけい光が弱くなるだけでなく、その光もフ
ァイバ内に有効に結合されなくなる。従って、検知層の
有効な深さは、全反射けい光自体で測定した区域と比べ
て非常に減少し、結合効率は区域を効果的に縮小させ
る。
固体相中の多数の内部全反射は照射ビームをしてエバネ
ッセント波をくり返し励起せしめ、それによって小さな
励起源がより有効に試料に結合させる。これはまた、検
知される試料の量を増加させる。また、検知される試料
の量はファイバ表面を通過する試料の拡散循環によって
増加し、検定される物質は通過する時に反応してファイ
バ表面に付着する。拡散は、実際の試料の層の厚さを、
バックグラウンドに寄与するすべての薄い表面層よりも
はるかに厚くする。
ッセント波をくり返し励起せしめ、それによって小さな
励起源がより有効に試料に結合させる。これはまた、検
知される試料の量を増加させる。また、検知される試料
の量はファイバ表面を通過する試料の拡散循環によって
増加し、検定される物質は通過する時に反応してファイ
バ表面に付着する。拡散は、実際の試料の層の厚さを、
バックグラウンドに寄与するすべての薄い表面層よりも
はるかに厚くする。
ファイバ中にトンネルバックするすべての光は全反射角
内にあり、従ってファイバ内でトラップされる。けい光
から得られるパワーは、けい光物質内のファイバの長さ
とともに増加する。しかし、(ファイバの開口数および
アパーチュアによって決められた)装置の光学処理量
は、一定のままである。ファイバの全表面から来る全け
い光信号は、拡散により試料の量が増加することによっ
て増え、従ってファイバ内の反射の臨界角によって決め
られた制限角により、その導入端でファイバを出て行く
非常に明るいスポット(これは、繊維の直径断面であ
る)において利用できるようになる。この信号は、小さ
い検出器に適合した高い効率と、短い時間で簡単に集め
られる。
内にあり、従ってファイバ内でトラップされる。けい光
から得られるパワーは、けい光物質内のファイバの長さ
とともに増加する。しかし、(ファイバの開口数および
アパーチュアによって決められた)装置の光学処理量
は、一定のままである。ファイバの全表面から来る全け
い光信号は、拡散により試料の量が増加することによっ
て増え、従ってファイバ内の反射の臨界角によって決め
られた制限角により、その導入端でファイバを出て行く
非常に明るいスポット(これは、繊維の直径断面であ
る)において利用できるようになる。この信号は、小さ
い検出器に適合した高い効率と、短い時間で簡単に集め
られる。
屈折率n1の物質によって囲まれた屈折率n0の光ファ
イバを通って初めに伝わる励起光について、ファイバへ
の入射光の最大受入角Bは、次式で表される: NA=n2sinB=(n0 2−n1 2)1/2 ここで、n2は光がファイバの端部に入射するのに最初
に伝わる媒質(典型的には空気)の屈折率であり、NA
はいわゆるファイバの開口数である。従って、ファイバ
の開口数は、ファイバのコア物質が非常に高い屈折率
で、それを囲む媒質が非常に低い屈折率の時、すなわ
ち、n0》》n1の時、最大である。例えば、通常の屈
折率のガラス繊維が一般に約1.33〜1.35の屈折率を有す
る水溶液で囲まれると満足な感度が得られる。
イバを通って初めに伝わる励起光について、ファイバへ
の入射光の最大受入角Bは、次式で表される: NA=n2sinB=(n0 2−n1 2)1/2 ここで、n2は光がファイバの端部に入射するのに最初
に伝わる媒質(典型的には空気)の屈折率であり、NA
はいわゆるファイバの開口数である。従って、ファイバ
の開口数は、ファイバのコア物質が非常に高い屈折率
で、それを囲む媒質が非常に低い屈折率の時、すなわ
ち、n0》》n1の時、最大である。例えば、通常の屈
折率のガラス繊維が一般に約1.33〜1.35の屈折率を有す
る水溶液で囲まれると満足な感度が得られる。
光が導入されるファイバの少なくとも端部を正確に位置
決めするようにファイバを固定するための手段を設ける
ことが今までの通例であった。通常ファイバの導入端ま
たはその付近でのファイバと取付手段との間の接触は、
取付材料の屈折率が一般にn1より高いので、開口数を
減少させる傾向がある。この問題を解消するために、一
般的にファイバは、光が伝搬されるファイバの少なくと
も端部付近を、典型的には透明な高分子量ポリマーから
なるクラッドを用いて被覆することにより、取付手段と
ファイバとの間に低屈折率媒質の介在を達成する。分析
溶液または検定される試料と接触するファイバの部分に
は、このクラッドがない。理想的には、クラッドの屈折
率が試料の屈折率と等しければ、最大の励起を試料に与
えることができる。不都合にも、大抵の入手可能なクラ
ッドの屈折率は約1.40〜1.43であり、これらの屈折率
は、より低屈折率のクラッドが利用できると仮定した時
に得られるものより、最大開口数を非常に低い値に制限
する。
決めするようにファイバを固定するための手段を設ける
ことが今までの通例であった。通常ファイバの導入端ま
たはその付近でのファイバと取付手段との間の接触は、
取付材料の屈折率が一般にn1より高いので、開口数を
減少させる傾向がある。この問題を解消するために、一
般的にファイバは、光が伝搬されるファイバの少なくと
も端部付近を、典型的には透明な高分子量ポリマーから
なるクラッドを用いて被覆することにより、取付手段と
ファイバとの間に低屈折率媒質の介在を達成する。分析
溶液または検定される試料と接触するファイバの部分に
は、このクラッドがない。理想的には、クラッドの屈折
率が試料の屈折率と等しければ、最大の励起を試料に与
えることができる。不都合にも、大抵の入手可能なクラ
ッドの屈折率は約1.40〜1.43であり、これらの屈折率
は、より低屈折率のクラッドが利用できると仮定した時
に得られるものより、最大開口数を非常に低い値に制限
する。
ファイバの開口数が増加するとともにエバネッセント区
域は深さを増す傾向があり、また装置の感度も増す。従
って装置の開口数を最大にすることが好ましい。この最
大にすることは、これまでファイバの近い方の(すなわ
ち、導入励起光に対し)端部またはその近くでファイバ
を固定することによる上記に示した障害によって制限さ
れてきた。
域は深さを増す傾向があり、また装置の感度も増す。従
って装置の開口数を最大にすることが好ましい。この最
大にすることは、これまでファイバの近い方の(すなわ
ち、導入励起光に対し)端部またはその近くでファイバ
を固定することによる上記に示した障害によって制限さ
れてきた。
(課題を解決するための手段) 本発明の主な目的は、ファイバーオプティックスを用い
る改良した検定装置で、開口数が改善され、これによっ
て感度が増加した装置を提供することにある。本発明の
他の目的は、流体試料中でそのファイバの開口数に適合
できる装置を提供し;装置の開口数が最大、すなわちフ
ァイバおよびこれと接触する流体試料の屈折率により可
能な開口数と実質的に同じ位大きい開口数の装置を提供
することにある。
る改良した検定装置で、開口数が改善され、これによっ
て感度が増加した装置を提供することにある。本発明の
他の目的は、流体試料中でそのファイバの開口数に適合
できる装置を提供し;装置の開口数が最大、すなわちフ
ァイバおよびこれと接触する流体試料の屈折率により可
能な開口数と実質的に同じ位大きい開口数の装置を提供
することにある。
本発明の前記および他の目的は、ファイバをその遠方端
部またはその付近で取付けることにより容易に達成さ
れ、その結果、試料だけが、ファイバの近方端部からと
試料中にけい光を誘起するようにエバネッセント波が与
えられるファイバ部分にそって、ファイバと接触するよ
うにしている。本発明において、けい光は励起光が入射
したのと同じファイバ端から集めることが好ましいの
で、遠方端部で取付手段によってもたらされる損失や制
限はいずれも、けい光の測定過程に関する限りにおいて
は無視でき、それによってファイバを取付けるための方
法と材料に関する最大の選択ができる。
部またはその付近で取付けることにより容易に達成さ
れ、その結果、試料だけが、ファイバの近方端部からと
試料中にけい光を誘起するようにエバネッセント波が与
えられるファイバ部分にそって、ファイバと接触するよ
うにしている。本発明において、けい光は励起光が入射
したのと同じファイバ端から集めることが好ましいの
で、遠方端部で取付手段によってもたらされる損失や制
限はいずれも、けい光の測定過程に関する限りにおいて
は無視でき、それによってファイバを取付けるための方
法と材料に関する最大の選択ができる。
本発明の他の目的は一部明らかになったが、他の一部は
以下の記述で明らかになるだろう。
以下の記述で明らかになるだろう。
なお、本明細書における基体とは、光等を伝達する物質
(部材等)のことである。本発明に使用される基体は、
少なくとも支持されていない端部から表面にけい光物質
が配されている部分に亘ってクラッドが設けられていな
い。本発明における基体の一例として使用される光ファ
イバについても同様である。
(部材等)のことである。本発明に使用される基体は、
少なくとも支持されていない端部から表面にけい光物質
が配されている部分に亘ってクラッドが設けられていな
い。本発明における基体の一例として使用される光ファ
イバについても同様である。
本発明の本質と目的を一層完全に理解するために、以下
図面に基づき詳細に説明する。
図面に基づき詳細に説明する。
第1および第2図において、本発明の原理を具体化する
流体試料を検定するための典型的な装置20を示す。装置
20は、内部全反射する基体を構成する光ファイバ22、中
空の細長い囲い24、および取付手段26を含み、前述の米
国特許第4,447,546号に示された装置と多くの点で類似
している。
流体試料を検定するための典型的な装置20を示す。装置
20は、内部全反射する基体を構成する光ファイバ22、中
空の細長い囲い24、および取付手段26を含み、前述の米
国特許第4,447,546号に示された装置と多くの点で類似
している。
ファイバ22は近方端または入口面28から遠方端またはタ
ーミナル端30まで伸びる細長いボディで、好ましくはほ
ぼ円形の断面を有する。面28にてファイバ表面は典型的
には平面であり、通常ファイバの長手軸に対して直角に
配され、入射励起光を散乱させる傾向のあるきずや表面
の欠陥を最小にするために十分磨かれていることが好ま
しい。あるいはまた、ファイバの面28は、例えば拡大ま
たはマッチング光学表面として役立つような他の所望の
光学的形状としてもよい。
ーミナル端30まで伸びる細長いボディで、好ましくはほ
ぼ円形の断面を有する。面28にてファイバ表面は典型的
には平面であり、通常ファイバの長手軸に対して直角に
配され、入射励起光を散乱させる傾向のあるきずや表面
の欠陥を最小にするために十分磨かれていることが好ま
しい。あるいはまた、ファイバの面28は、例えば拡大ま
たはマッチング光学表面として役立つような他の所望の
光学的形状としてもよい。
ファイバに送り込まれた励起光によってファイバ表面に
生じたけい光が、励起光を入射したのと同じファイバの
近方端で集められ観察される実施例においては、迷光が
面30から面28までファイバを戻っていくのを防ぐことが
望ましい。従って、面30はそこに入射する光を内部にま
きちらすような形にしてもよいが、面30を囲む媒質の屈
折率とマッチングする材料で面30が被覆されていること
が好ましく、この材料は励起光に対して吸収性がありか
つ非けい光性であることが好ましい。一般的に、カーボ
ンブラックを加えたエポキシ樹脂がこのような目的にか
なう。
生じたけい光が、励起光を入射したのと同じファイバの
近方端で集められ観察される実施例においては、迷光が
面30から面28までファイバを戻っていくのを防ぐことが
望ましい。従って、面30はそこに入射する光を内部にま
きちらすような形にしてもよいが、面30を囲む媒質の屈
折率とマッチングする材料で面30が被覆されていること
が好ましく、この材料は励起光に対して吸収性がありか
つ非けい光性であることが好ましい。一般的に、カーボ
ンブラックを加えたエポキシ樹脂がこのような目的にか
なう。
ファイバーオプティックス技術に熟練した人たちに良く
知られている前記式(1)で示した、ファイバの長軸と実
質的に対称な円錘受入角(B)の範囲内で入口面28に入
る光学励起光を多数の内部全反射によってその長さ方向
に伝搬するように、ファイバ22が調整される。ファイバ
22は励起光を光学的透過する実質的に均一な多くの材料
のいずれかで良く、それには例えばガラスのようなガラ
ス質材料、石英、サファイア等結晶性材料;ポリオレフ
ィン、ポリプロピレン等の合成ポリマーがあり、かなり
固いものであることが好ましい。ファイバ22は上述した
ように流体検定に用いられるが、ファイバ22を形成する
材料の屈折率(n0)は、検定される流体の屈折率n1
より大きくなければならない。流体の屈折率は水溶液で
約1.3が典型的である。免疫検定装置の目的のために
は、ファイバ22は5mmほどの長さで良く、典型的には約
1mmから数百ミクロンの範囲の直径を有するが、この長
さと直径は単なる例証であり、制限を加えるものではな
い。ファイバの長さと直径とモジュラスの組み合せは、
ファイバが片もちばりの様式で自己支持するように十分
短く、および/または十分な固さがあるように選ぶべき
である。
知られている前記式(1)で示した、ファイバの長軸と実
質的に対称な円錘受入角(B)の範囲内で入口面28に入
る光学励起光を多数の内部全反射によってその長さ方向
に伝搬するように、ファイバ22が調整される。ファイバ
22は励起光を光学的透過する実質的に均一な多くの材料
のいずれかで良く、それには例えばガラスのようなガラ
ス質材料、石英、サファイア等結晶性材料;ポリオレフ
ィン、ポリプロピレン等の合成ポリマーがあり、かなり
固いものであることが好ましい。ファイバ22は上述した
ように流体検定に用いられるが、ファイバ22を形成する
材料の屈折率(n0)は、検定される流体の屈折率n1
より大きくなければならない。流体の屈折率は水溶液で
約1.3が典型的である。免疫検定装置の目的のために
は、ファイバ22は5mmほどの長さで良く、典型的には約
1mmから数百ミクロンの範囲の直径を有するが、この長
さと直径は単なる例証であり、制限を加えるものではな
い。ファイバの長さと直径とモジュラスの組み合せは、
ファイバが片もちばりの様式で自己支持するように十分
短く、および/または十分な固さがあるように選ぶべき
である。
実施例において、ファイバ表面の作用部分は検定が行わ
れる活性化領域の大きさによって決められる。ファイバ
22の作用部分の表面を活性化するために、ファイバは米
国特許第4,447,546号に詳しく記述されているように、
一般にコーティング32を与えるように処理される。
れる活性化領域の大きさによって決められる。ファイバ
22の作用部分の表面を活性化するために、ファイバは米
国特許第4,447,546号に詳しく記述されているように、
一般にコーティング32を与えるように処理される。
囲い24は管であり、好ましくは光学的透過性を有するも
のであるが、必ずしも光学的透過性を有していなくても
よく、また検定する流体との間で化学的に反応性がなく
比較的不溶解性の材料から成る。一般に囲い24はファイ
バ22の最大外径より大きな内径をもつ簡単なガラス管で
あり、少なくともファイバ22上の活性化されたコーティ
ング32を囲む所定の体積を定める大きさであることが好
ましい。好適例では、ファイバ22の被覆表面と囲い24の
内壁との間の空間は、毛細管の大きさである。
のであるが、必ずしも光学的透過性を有していなくても
よく、また検定する流体との間で化学的に反応性がなく
比較的不溶解性の材料から成る。一般に囲い24はファイ
バ22の最大外径より大きな内径をもつ簡単なガラス管で
あり、少なくともファイバ22上の活性化されたコーティ
ング32を囲む所定の体積を定める大きさであることが好
ましい。好適例では、ファイバ22の被覆表面と囲い24の
内壁との間の空間は、毛細管の大きさである。
取付手段26は、囲い24に連結されかつ囲い24を支持する
部分38、およびファイバ22の遠方端30がしっかりと取付
けられたフェルール42に連結されかつこれを支持する他
の部分40を有する架台36として簡単に示される。フェル
ール42を形成する材料は、光学的観点からは重要でない
が、検定する流体試料に対して化学的に比較的反応性が
ないものでなければならない。第1および第2図の実施
例において、囲い24とファイバ22は、囲いとファイバ両
方の長軸がほぼ水平であり、ファイバは囲い24の内部に
片もちばりの状態で延在し、端部28が囲い24から外側に
突きだしており、そしてファイバ22は囲い24の内側の面
に対して間隔を保って保持されるように、取付けられて
示されている。この実施例では、囲い24は両端が開いて
おり、これによって、流体をどちらの端からでも流入ま
たは流出させることができる。
部分38、およびファイバ22の遠方端30がしっかりと取付
けられたフェルール42に連結されかつこれを支持する他
の部分40を有する架台36として簡単に示される。フェル
ール42を形成する材料は、光学的観点からは重要でない
が、検定する流体試料に対して化学的に比較的反応性が
ないものでなければならない。第1および第2図の実施
例において、囲い24とファイバ22は、囲いとファイバ両
方の長軸がほぼ水平であり、ファイバは囲い24の内部に
片もちばりの状態で延在し、端部28が囲い24から外側に
突きだしており、そしてファイバ22は囲い24の内側の面
に対して間隔を保って保持されるように、取付けられて
示されている。この実施例では、囲い24は両端が開いて
おり、これによって、流体をどちらの端からでも流入ま
たは流出させることができる。
第1図の実施例の動作において、ファイバ22のコーティ
ング32は、(けい光タグを含む抗体−抗原複合物の成分
のように)多くの活性化剤のいずれかから成り、本質的
に、米国特許第4,447,546号に記述されたのと同じ操作
を行う。簡単に述べると、囲い24とファイバ22との間の
空間44は、皮下注射器の場合のように、検定する物質の
液体試料で満たされ、試料は囲い24の対向する端部に形
成されたメニスカス表面によって空間44内に保たれる。
第1図の実施例の変更例では、フェルールに隣接した囲
い24の端部30がフェルールをおおうように閉じられても
よいが、囲い24の反対側の端だけは開いており、この場
合には空間44を適宜、満たしたり空にしたりできない。
どちらの場合でも、試料を空間44で所望のようにインキ
ュベートして、流体試料中の検定される物質を、標識化
複合物を形成するためにコーティング32に拡散し該コー
ティング32と反応させることができる。装置は入口面28
が光の照射を受けることができるようにけい光計43と連
結され、典型的にはファイバに沿った光の伝搬に伴うエ
バネッセント波によってコーティング32中でけい光を励
起または誘起することが可能である。次に、コーティン
グ32において標識化された複合体内で誘起されたけい光
は、励起した材料からファイバにトンネルバックし、面
28を通って戻り、けい光計43によって読みとられる。
ング32は、(けい光タグを含む抗体−抗原複合物の成分
のように)多くの活性化剤のいずれかから成り、本質的
に、米国特許第4,447,546号に記述されたのと同じ操作
を行う。簡単に述べると、囲い24とファイバ22との間の
空間44は、皮下注射器の場合のように、検定する物質の
液体試料で満たされ、試料は囲い24の対向する端部に形
成されたメニスカス表面によって空間44内に保たれる。
第1図の実施例の変更例では、フェルールに隣接した囲
い24の端部30がフェルールをおおうように閉じられても
よいが、囲い24の反対側の端だけは開いており、この場
合には空間44を適宜、満たしたり空にしたりできない。
どちらの場合でも、試料を空間44で所望のようにインキ
ュベートして、流体試料中の検定される物質を、標識化
複合物を形成するためにコーティング32に拡散し該コー
ティング32と反応させることができる。装置は入口面28
が光の照射を受けることができるようにけい光計43と連
結され、典型的にはファイバに沿った光の伝搬に伴うエ
バネッセント波によってコーティング32中でけい光を励
起または誘起することが可能である。次に、コーティン
グ32において標識化された複合体内で誘起されたけい光
は、励起した材料からファイバにトンネルバックし、面
28を通って戻り、けい光計43によって読みとられる。
本発明の装置は、ファイバの近方端とけい光が励起され
るファイバの部分に、あるいはそれらの間に存在する、
接触し介在する取付部材またはクラッド材料によって開
口数が低下することがないので、試料の屈折率とファイ
バの屈折率による制限下における開口数と同じ位に大き
い開口数を有するファイバーオプティック検定装置を提
供することが可能である。米国特許第4,447,546号に記
述されているようなファインファイバではなくて、かな
り堅固なガラス「棒」を用いて始められるので、使用す
るガラスの種類、すなわち電気通信ガラスに制限され
ず、従って非常に高い屈折率のガラス、結晶、ポリマー
等を使用でき、さらに試料と接触するファイバ部分で得
られる最大開口数が向上する。
るファイバの部分に、あるいはそれらの間に存在する、
接触し介在する取付部材またはクラッド材料によって開
口数が低下することがないので、試料の屈折率とファイ
バの屈折率による制限下における開口数と同じ位に大き
い開口数を有するファイバーオプティック検定装置を提
供することが可能である。米国特許第4,447,546号に記
述されているようなファインファイバではなくて、かな
り堅固なガラス「棒」を用いて始められるので、使用す
るガラスの種類、すなわち電気通信ガラスに制限され
ず、従って非常に高い屈折率のガラス、結晶、ポリマー
等を使用でき、さらに試料と接触するファイバ部分で得
られる最大開口数が向上する。
囲いの端部が両方とも開いている第1図の実施例は静止
試料、流動試料どちらにも使えるが、フェルール42に隣
接した囲いの部分が閉じている他の実施例は、実質的に
流体の静止試料だけに有効である。また、第1図の実施
例は囲いとファイバを共に水平に配置するように記述し
ているが、これらは垂直に配置することも可能である。
しかし、それによって発生する水圧は、囲いの底端にお
ける支持メニスカスの強度に打ち勝つ力を越えてはなら
ない。
試料、流動試料どちらにも使えるが、フェルール42に隣
接した囲いの部分が閉じている他の実施例は、実質的に
流体の静止試料だけに有効である。また、第1図の実施
例は囲いとファイバを共に水平に配置するように記述し
ているが、これらは垂直に配置することも可能である。
しかし、それによって発生する水圧は、囲いの底端にお
ける支持メニスカスの強度に打ち勝つ力を越えてはなら
ない。
第3図は、ファイバ22、囲い24、および取付手段26を含
む他の実施例の検定装置を示す。第1図の実施例と同様
に、第3図の取付手段26は囲い24に連結されかつこれを
支持し、ファイバ22の遠方端30においてまたはその遠方
端30に隣接したフェルール42に連結される。囲い24の両
端部は、一般に熱収縮性の管から成るエルボ45および46
にそれぞれ連結する。エルボ46にはファイバの近方端28
が貫通して伸びる開口部48が設けられている。エルボ45
には、ファイバ22の遠方端30に隣接する部分が貫通して
伸びる開口部50が設けられている。フェルール42は、フ
ァイバ22を片もちばりの状態に支持し、該ファイバ22
を、両方の開口部の内側周囲とは接触しないように開口
部48および50によって囲い24の内側に間隔を保った関係
に保つよう、フェルール42はファイバ22の遠方端30を保
持する。開口部48および50は、大きさが等しくないこと
が好ましい。
む他の実施例の検定装置を示す。第1図の実施例と同様
に、第3図の取付手段26は囲い24に連結されかつこれを
支持し、ファイバ22の遠方端30においてまたはその遠方
端30に隣接したフェルール42に連結される。囲い24の両
端部は、一般に熱収縮性の管から成るエルボ45および46
にそれぞれ連結する。エルボ46にはファイバの近方端28
が貫通して伸びる開口部48が設けられている。エルボ45
には、ファイバ22の遠方端30に隣接する部分が貫通して
伸びる開口部50が設けられている。フェルール42は、フ
ァイバ22を片もちばりの状態に支持し、該ファイバ22
を、両方の開口部の内側周囲とは接触しないように開口
部48および50によって囲い24の内側に間隔を保った関係
に保つよう、フェルール42はファイバ22の遠方端30を保
持する。開口部48および50は、大きさが等しくないこと
が好ましい。
開口部50を設けることによって、前記エルボによってフ
ァイバ上に加えられる圧力により生じる横からの力を除
去することができ、また開口部48によって、フェルール
42から近方端28に向って伸びるファイバの部分が流体試
料以外のどんな物質とも接触しないようにすることがで
きる。空間44は、より大きな開口部50がファイバを囲ん
でいる遠方端30方向に動く流体試料の流れ(好ましく
は、エルボ45および46にそれぞれ連結した一対のポンプ
52および54によって推進される)によって満たすことが
できる。エルボ45に連結したポンプ52は吸引動作し、ポ
ンプ54は正の圧力で動作するのが好ましく、それによっ
て、周囲大気が開口部50に引き込まれたり、試料流体が
各開口部から引き出されないように、少なくとも開口部
に隣接した囲い24の内側の圧力を、大気あるいは大気に
近い水準に保つ。(吸引された空気は囲いを通らずにポ
ンプ52に運ばれるだけであることに留意して)試料の引
き出しに先立って、エルボ45によって形成された排出ラ
インに空気を確実に取り入れるため、吸引ポンプ52の流
量を供給ポンプ54にセットした流量より僅かに高くセッ
トするのが好ましい。
ァイバ上に加えられる圧力により生じる横からの力を除
去することができ、また開口部48によって、フェルール
42から近方端28に向って伸びるファイバの部分が流体試
料以外のどんな物質とも接触しないようにすることがで
きる。空間44は、より大きな開口部50がファイバを囲ん
でいる遠方端30方向に動く流体試料の流れ(好ましく
は、エルボ45および46にそれぞれ連結した一対のポンプ
52および54によって推進される)によって満たすことが
できる。エルボ45に連結したポンプ52は吸引動作し、ポ
ンプ54は正の圧力で動作するのが好ましく、それによっ
て、周囲大気が開口部50に引き込まれたり、試料流体が
各開口部から引き出されないように、少なくとも開口部
に隣接した囲い24の内側の圧力を、大気あるいは大気に
近い水準に保つ。(吸引された空気は囲いを通らずにポ
ンプ52に運ばれるだけであることに留意して)試料の引
き出しに先立って、エルボ45によって形成された排出ラ
インに空気を確実に取り入れるため、吸引ポンプ52の流
量を供給ポンプ54にセットした流量より僅かに高くセッ
トするのが好ましい。
ファイバ22と開口部48および50の内側周辺との間の隙間
は、毛細管の大きさであることが望ましい。このこと
は、試料流体が、空間44を通る流れを達成するのに必要
な圧力下におかれた場合にも、ファイバの周囲の前記わ
ずかな隙間に形成されたメニスカスの表面張力によっ
て、開口部48および50から流れ出すのを防ぐ。
は、毛細管の大きさであることが望ましい。このこと
は、試料流体が、空間44を通る流れを達成するのに必要
な圧力下におかれた場合にも、ファイバの周囲の前記わ
ずかな隙間に形成されたメニスカスの表面張力によっ
て、開口部48および50から流れ出すのを防ぐ。
第3図の実施例の変更例を第4図に示すが、ここでエル
ボ45はフェルール42に結合され、該フェルール42を支持
するための取付手段として機能する。また、取付手段26
は囲い24だけを直接支持するために使われる。エルボ45
自体がファイバを取付けるのに役立つので、これを設け
たとしても、ファイバの遠方端付近のエルボには開口部
がない。この場合、流体の流れは囲いを通って開口部48
に向かって流れ、空気が開口部48から間違って引き出さ
れたり、被覆されたファイバ上で試料の流れと衝突する
のを防ぐ。
ボ45はフェルール42に結合され、該フェルール42を支持
するための取付手段として機能する。また、取付手段26
は囲い24だけを直接支持するために使われる。エルボ45
自体がファイバを取付けるのに役立つので、これを設け
たとしても、ファイバの遠方端付近のエルボには開口部
がない。この場合、流体の流れは囲いを通って開口部48
に向かって流れ、空気が開口部48から間違って引き出さ
れたり、被覆されたファイバ上で試料の流れと衝突する
のを防ぐ。
また、第5図に示した本発明の他の変更例は、ファイバ
22がエルボ45につくられた開口部50によってフェルール
42から片もちばりの状態となっている。フェルール42
は、取付手段26によってエルボ45の外側から支持され
る。第4図の実施例と違って、第5図の構造は1個だけ
のエルボを含み、囲い24の反対側の端部は開いており、
このため、正の圧力下でエルボ45に導入された流体は、
囲いを通過して囲いの開放端から流れ出る。他の実施例
では、空間44を毛細管の大きさまたはその近くに保持
し、試料流体への圧力を、流体がそれ以上空間44を通っ
て進まない程度に減少させると、流体によって囲い24の
開放端に形成されたメニスカスは流体を空間内に保持
し、測定を行うことができる。従って、第5図の実施例
は一対のポンプを必要としない利点があり、ほぼ一定の
流れ、パルス状の流体の流れ、または空間内に実質的に
静止した流体試料を容易に使用できる。
22がエルボ45につくられた開口部50によってフェルール
42から片もちばりの状態となっている。フェルール42
は、取付手段26によってエルボ45の外側から支持され
る。第4図の実施例と違って、第5図の構造は1個だけ
のエルボを含み、囲い24の反対側の端部は開いており、
このため、正の圧力下でエルボ45に導入された流体は、
囲いを通過して囲いの開放端から流れ出る。他の実施例
では、空間44を毛細管の大きさまたはその近くに保持
し、試料流体への圧力を、流体がそれ以上空間44を通っ
て進まない程度に減少させると、流体によって囲い24の
開放端に形成されたメニスカスは流体を空間内に保持
し、測定を行うことができる。従って、第5図の実施例
は一対のポンプを必要としない利点があり、ほぼ一定の
流れ、パルス状の流体の流れ、または空間内に実質的に
静止した流体試料を容易に使用できる。
第3および第4図の実施例に用いる2個のポンプによっ
て与えられた流量が異なることがあると、気泡がより大
きな開口部を有するエルボ中に引き込まれ、この気泡
は、ファイバのそばまたはファイバ上を通る際に、支持
されていないファイバの端部に好ましくない振動または
ほぼ周期的な横の動きを与える。この問題は、1箇所を
除いて第5図に示されたものと類似の第6図に示された
構造によって解消される。囲い24の開放端60の縁上の1
点は、毛細管64の開放端62の縁上の1点と接触し、毛細
管64と囲い24の各軸は実質的に互いに垂直である。開放
端62および60、および囲い24の縁は、それぞれ管および
囲いの長軸に直角につくられているので、開放端62と60
の縁は、互いに垂直でもある。明らかに、囲い24の開放
端60は開口部50より大きな開口部を形成する。従って、
正の圧力下で流体の流れがポンプ54によって囲いに加え
られ、ポンプ52によって吸引されると、開放端60から送
られた液体は、毛細管現象によって毛細管64に引き入れ
られ、同時に発生する気流とともに、ポンプ52によって
除去される。このプロセスで発生する気泡はいずれも、
ファイバ22と接触しない。
て与えられた流量が異なることがあると、気泡がより大
きな開口部を有するエルボ中に引き込まれ、この気泡
は、ファイバのそばまたはファイバ上を通る際に、支持
されていないファイバの端部に好ましくない振動または
ほぼ周期的な横の動きを与える。この問題は、1箇所を
除いて第5図に示されたものと類似の第6図に示された
構造によって解消される。囲い24の開放端60の縁上の1
点は、毛細管64の開放端62の縁上の1点と接触し、毛細
管64と囲い24の各軸は実質的に互いに垂直である。開放
端62および60、および囲い24の縁は、それぞれ管および
囲いの長軸に直角につくられているので、開放端62と60
の縁は、互いに垂直でもある。明らかに、囲い24の開放
端60は開口部50より大きな開口部を形成する。従って、
正の圧力下で流体の流れがポンプ54によって囲いに加え
られ、ポンプ52によって吸引されると、開放端60から送
られた液体は、毛細管現象によって毛細管64に引き入れ
られ、同時に発生する気流とともに、ポンプ52によって
除去される。このプロセスで発生する気泡はいずれも、
ファイバ22と接触しない。
第1図は、ファイバーオプティックス装置を組み込み、
本発明の原理を具体化する検定装置の理想的に拡大した
縦断面を示す図; 第2図は、第1図の検定装置の端面図; 第3図は、ファイバーオプティックス装置を組み込み、
本発明の原理を具体化する他の実施例の検定装置を部分
的断片的に、理想的に拡大した縦断面図; 第4図は、本発明の検定装置の他の実施例を部分的断片
的に示す断面図; 第5図は、本発明のさらに他の実施例を示す断面図;お
よび 第6図は、本発明の原理を具体化するさらにまた他の実
施例を示す図である。 20……流体試料を検定するための装置 22……光ファイバ、24……囲い 26……取付手段 28……近方端(入口面) 30……遠方端(ターミナル端) 32……コーティング、36……架台 38……囲いを支持する部分 40,42……フェルール、43……けい光計 44……空間、48,50……開口部 60,62……開放端、64……毛細管
本発明の原理を具体化する検定装置の理想的に拡大した
縦断面を示す図; 第2図は、第1図の検定装置の端面図; 第3図は、ファイバーオプティックス装置を組み込み、
本発明の原理を具体化する他の実施例の検定装置を部分
的断片的に、理想的に拡大した縦断面図; 第4図は、本発明の検定装置の他の実施例を部分的断片
的に示す断面図; 第5図は、本発明のさらに他の実施例を示す断面図;お
よび 第6図は、本発明の原理を具体化するさらにまた他の実
施例を示す図である。 20……流体試料を検定するための装置 22……光ファイバ、24……囲い 26……取付手段 28……近方端(入口面) 30……遠方端(ターミナル端) 32……コーティング、36……架台 38……囲いを支持する部分 40,42……フェルール、43……けい光計 44……空間、48,50……開口部 60,62……開放端、64……毛細管
Claims (8)
- 【請求項1】内部全反射する細長い基体であって、表面
の少なくとも一部分に配されたけい光物質のけい光を励
起させるエバネッセント波を与える光と前記けい光とを
伝達する基体、 前記基体の表面を囲みそして少なくとも1つの開放端を
有する中空の細長い囲いを形成するように前記表面から
間隔を保って配された細長い手段、 前記基体の支持されていない端部が前記囲いの前記開放
端に隣接するように、前記基体を前記囲い内で片方もち
ばりの状態に取付ける、前記基体の一端に連結された取
付手段、および 前記基体の前記支持されていない端部に前記光を入射す
る手段からなり; 前記基体は、少なくとも前記支持されていない端部から
表面に前記けい光物質が配されている部分に亘ってクラ
ッドが設けられていないことを特徴とする流体試料を検
定するための装置。 - 【請求項2】前記基体と前記囲いとの間の空間に流体試
料を導入するための手段を含むことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の装置。 - 【請求項3】前記基体が光ファイバであることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の装置。 - 【請求項4】前記囲いが前記ファイバから離れて同軸を
有して間隔を保ち、それを囲む管であることを特徴とす
る特許請求の範囲第3項記載の装置。 - 【請求項5】前記ファイバが、約5mmの長さと数百ミク
ロンから約1mmの範囲の直径を有することを特徴とする
特許請求の範囲第3項記載の装置。 - 【請求項6】前記エバネッセント波によって励起された
けい光を測定するために配されたけい光計を含むことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の装置。 - 【請求項7】前記けい光計が、前記基体の前記支持され
ていない端部から励起するけい光を測定するために配さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の装
置。 - 【請求項8】前記一部分が複数の化学反応性部位を有す
るコーティングでおおわれ、前記部位の各々が前記光に
よって励起された際にけい光を発することができる化学
複合物の選択された一部分を該各部位に結合させること
ができることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US773939 | 1985-09-09 | ||
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Publication Number | Publication Date |
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JPH0643964B2 true JPH0643964B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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EP (1) | EP0223352B1 (ja) |
JP (1) | JPH0643964B2 (ja) |
CA (1) | CA1266826A (ja) |
DE (1) | DE3683452D1 (ja) |
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1986
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- 1986-09-08 CA CA000517705A patent/CA1266826A/en not_active Expired
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- 1986-09-09 EP EP86306930A patent/EP0223352B1/en not_active Expired
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