JPH10501071A - 毛管内容物のラマン散乱を使用する自動化される光学アラインメント装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 毛管の内容物のラマン散乱信号を利用することによってけい光検出適用のために毛管と励起レーザビームとを光学的に整合する装置と方法が開示される。たとえば、電気泳動分離マトリックスによるラマン散乱信号が毛管の電気泳動システムにおいてアラインメントのために使用されうる。けい光物質が存在することができ、このけい光物質もまたアラインメントの目的のために使用できるが、必要なものではない。本発明は、複数の穴を有する放物面の反射装置を採用する。前記穴を通して毛管とレーザビームとが、これらが反射装置の焦点において好ましくは直角で交差するように導かれる。毛管内の物質のラマン散乱信号は一連のフィルタを経て集められる。この情報は、必要な場合、励起ビームを反射装置に導く焦点合せレンズと毛管とを変位するのに使用され、その結果ラマン散乱信号が最大にされる。最大のラマン散乱信号は、毛管と励起ビームとの適当なアラインメントを指示する。試料からのけい光のような別の信号は、それから集められる。焦点合せレンズの調整は、毛管とビームとのアラインメントが毛管内容物の分析の間ずっと維持されるように自動化される。複数の毛管のアレイの励起ビームとの連続したアラインメントもまた開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】 毛管内容物のラマン散乱を使用する自動化される光学アラインメント装置及び 方法 発明の背景 発明の分野 本発明は、毛管又はその他の細い分離チャンネルの内容物の光学分析に関する 。 関連技術の説明 レーザ誘導のけい光検出は、毛管の電気泳動にさらされる巨大分子のような生 物的試料の分析のための重要な光学的検出技術である。しかしながら、毛管の寸 法及びレーザの検出体積が毛管のけい光環境において非常に小さいため、けい光 の励起光源に対しての毛管検出体積の適当な光学的整合、すなわち光学アライン メントは重要である。最高感度は、光学列全体が適当に整合されるときのみ達成 される。典型的には、励起光源は１００ミクロン以下の狭い帯域に焦点を合せら れ、毛管の小さい検出領域を照射する。毛管を励起光源の光通路に正確に配置す ることが困難であるだけでなく、ひとたび位置決めが達成されたときその位置を 維持することも困難である。これは、一部には、その環境における高電界強さ又 は熱変更のストレス下の毛管の変位による。また、毛管は容易に交換することが できるべきであるとの要請の結果でもある。 アラインメントを達成する共通の方法は、毛管をけい光溶液で満たし、けい光 の強度を最大にするために光電子増倍管又はフォトダイオードのような検出器で けい光を監視する間に毛管とビームとの交差を調整することを含む。しかしなが ら、前記技術は、毛管のゾーン電気泳動のような開口毛管の適用に適するだけで ある。それは、試料の電気泳動のために使用されるであろうゲルを満たした毛管 からけい光溶液が簡単には除去されないからである。そうだとしても、アライン メント又はその他の制御目的のためにけい光物質を何らかの分離チューブに挿入 することは一般に好ましくない。それは、けい光物質の残留物の毛管壁への吸着 が試料の分析の邪魔となりうるからである。さらに、この方法は分析中の動的ア ラインメントを可能にしない。 共通に譲渡されている米国特許第5,208,466 号明細書は、けい光検出のために レーザビーム光源に対して毛管を整合する装置及び方法を開示している。前記発 明は、光の反射及び毛管の壁から発する散乱パターンを検出するのに光電子セン サを採用し、最適のアラインメントを指示するために前記散乱パターンの対称性 を利用している。前記光電子センサはまた、フィードバック制御の手段を提供す ることができる。 静的モードにおいても、また完全に自動化できる動的モードにおいても毛管の 内容物の検出光学通路とのアラインメントのための簡単で正確な手段を提供する ことが本発明の目的である。経済的目的のためには、本発明は最少数量の検出器 を採用すべきである。けい光物質を毛管に導くことを必要とせずにアラインメン トを果たすことが本発明の別の目的である。 発明の開示 前記目的は、毛管内に収容されているマトリックスのラマン散乱(Raman scatt er)特性を利用することによって所要の位置にある毛管をレーザビームと整合す るための自動化できる装置及び方法により達成される。ラマン散乱は、毛管の電 気泳動分離マトリックスのような透明の媒体を光が通過するとき観察される周波 数及び位相の変化である。充満された毛管の常に存在するラマン散乱信号を使用 することは、試料から伝達されるか又は散乱されるビームを使用することと比べ て優れている。試料から伝達されるか又は散乱されるビームは、毛管の壁におけ るわずかな不完全さの結果として強度と空間分布との両方において変動するから である。けい光物質は必要ではないが、アラインメントの間の毛管の検出領域内 にありうる。ここで使用する「マトリックス」は、水、バッファ、ゲル、試料又 はその他の物質であり、それによって毛管が充満されるものである。 本発明は、毛管とレーザビームとを、放物面の反射装置であることが好ましい 焦点領域を有する軸線対称の凹状の反射装置内で、前記毛管及び前記ビームを前 記反射装置の壁のガイドを経て導くことによって交差することを含む。前記毛管 と前記ビームとは、前記反射装置の前記焦点領域で、より正確には放物面の反射 装置の焦点でおおよそ直角に交差することが好ましい。前記反射壁の外部に配置 される平凸レンズは、前記ビームを前記毛管に焦点合せする。一連のブロック及 びフィルタは、急な屈折率変化が起こる境界面から前記毛管を囲んでいる非常に 強いレイリー散乱及び反射の実質的な部分をさえぎる。前記ブロック及びフィル タは、ラマン散乱信号と前記毛管の内容物からのけい光発射とを通過させる。前 記毛管の内容物からの前記ラマン散乱信号が検出され、それから前記平凸レンズ を調整することによって最大にされる。前記ビームと前記毛管とは、このように して、けい光発射信号又は他の試料検出信号の収集のために適当に整合される。 前記平凸レンズの位置決めは、前記毛管の内容物の試験の間ずっと光学アライン メントを維持するためにフィードバックを使用して自動化されうる。同様に、交 差の領域からのけい光信号は、前記毛管と前記ビームとのアラインメントのため に使用できる。毛管のアレイもまた前記反射装置を通して案内され、前記ビーム によって連続的に整合される。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の好ましい実施例に従う光学システムの、放物面の反射装置を 側面で示した概略図である。 図２は、本発明の好ましい実施例に従う光学システムの、放物面の反射装置を 端面で示した概略図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の回転フィルタホイールのための２つの可能な実 施例の正面図である。 図４は、本発明の異なる検出装置の概略図である。 図５は、本発明に従うビームと毛管との位置決めのためのフィードバック機構 のブロック図である。 図６は、本発明に従って水を充満した毛管の400 から700nm までのスペクトル を示すグラフである。 図７は、本発明に従ってゲルを充満した毛管の400 から700nm までのスペクト ルを示すグラフである。 図８Ａ及び図８Ｂは、被嵌合ホルダ内にある本発明の放物面の反射装置の側面 図で、図８Ａの反射装置はリムスロットを有し、図８Ｂの反射装置はボウルスロ ットを有する。 図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の放物面の反射装置の端面図で、図９Ａの反射装 置はリムスロットを有し、図９Ｂの反射装置はボウルスロットを有する。 図１０は、本発明の放物面の反射装置と、毛管のアレイを前記反射装置内に配 置するＣ形状のホルダとの斜視図である。 図１１は、本発明の光学装置の別の実施例の概略図である。 図１２は、本発明の光学装置のさらに別の実施例の概略図である。 発明を実施する最良の態様 放物面の反射装置２５を側面視で示す図１を参照すると、反射装置２５は軸線 対称の凹放物面であり、１つの実施例によれば、被嵌合ホルダ２２内に示されて いる。被嵌合ホルダ２２は円筒体とすることができ、この円筒体に反射装置２５ が、たとえば、アルミブロックの研かれた放物面として、又はプラスチックブロ ックの金属化された放物鏡面として形成される。前記被嵌合ホルダはまた、前記 反射装置を嵌合すべく形成された別個の支持装置とすることができる。反射装置 ２５を支持する別の手段を使用することもできる。 反射装置２５は反射凹内面付きの壁を有し、壁の第１の端部は開口していてリ ム４４で縁どられ、このリムの反対の端部はボウル形状の領域を有する。前記ボ ウルは、反射装置２５の中央軸線と整合するボウル内の点となる、図１０に示す 頂点(vertex)４３を組み入れている。反射装置２５はまた、図２に示すように、 焦点３０を有し、したがって反射装置２５の中央軸線に直交し、かつ、焦点３０ を通る面である焦点面を有する。反射装置２５の焦点領域は、このように、焦点 面と焦点３０とを組み入れる。毛管１０と励起ビーム１５とは、図１０に示すよ うに、反射装置２５の壁４５のガイドの使用によって反射装置２５内で交差する ように作られている。図１の被嵌合ホルダ２２のような硬質ホルダが反射装置２ ５を支持するために使用される場合、毛管１０と、励起ビーム１５と、毛管１０ を所定位置に保持するために必要とされる一対のばねのプランジャねじ１４とを 導くための穴がホルダを貫通して作られるべきである。 本発明の好ましい実施例に従うガイドの位置は、図２に一層明確に示されてい る。一組の毛管ガイド２７，２８は、反射装置２５を通して毛管１０を案内する ための入口穴及び出口穴からそれぞれなる。一組のビームガイド１９，２６は、 好ましい実施例では励起ビームのための入口穴及び出口穴からそれぞれなる。前 記一組の毛管ガイドは、２つの穴が対向して間隔をおくように、すなわち、反射 装置２５の前記焦点面の近くに、又は好ましくは焦点面におおよそ180°離れて いるように定められている。同様に、前記一組のビームガイドは、２つの穴が焦 点面での前記壁において対向して間隔をおくように定められていることが好まし い。毛管の入口穴２７とビームの入口穴１９とは、好ましい実施例では前記焦点 面に沿っておおよそ90°離れている。すなわち、前記４つの穴はおおよそ等距離 にある。したがって、反射装置２５の前記壁を貫通する前記穴は、この実施例に 従うと毛管１０とビーム１５とが反射装置２５内でおおよそ90°の角度で交差す るように位置する。前記ガイド及び前記交差の位置に関して使用した「おおよそ 」とは、所定の位置の10°以内の位置を含むことが好ましいことを意味する。 毛管とビームとの前記交差点は、反射装置２５の焦点３０と一致することが好 ましい。図示の第１の実施例では、毛管１０は毛管ガイドの穴２７，２８を貫通 して挿入され、その結果、毛管１０が図１及び図２に示したＺ軸に沿って位置す る。毛管１０は反射装置２５の焦点３０に収まることが好ましい。この実施例で は、ビームガイドの穴１９，２６は、ビーム１５を入口穴１９から出口穴２６へ 反射装置２５を貫通してＸ軸に沿って通過させるように反射装置２５の壁に配置 されている。 毛管１０とビーム１５とが直角以外の角度で交差するように前記ガイドを定め ることもまた可能である。たとえば、前記一組の毛管ガイド２７，２８は、毛管 １０の案内のために前述の実施例におけるように定めることができる。しかしな がら、前記一組のビームの入口穴１９と出口穴２６との位置は、前記毛管ガイド の穴に対して前述の90°の位置から離れて前記焦点面において移ることができる 。前記ビームガイドの穴の位置はまた、前記焦点面から外へ移ることができる。 たとえば、前記焦点面の上方である角度から毛管と交差するようにビームを導く ことが望まれることがあり、ビームガイドの穴はそれに従って定められるべきで ある。 ビーム１５の直径は、ビーム焦点における毛管１０の直径より小さく、ビーム １５は焦点３０において毛管１０の中心と交差すべきである。励起ビーム１５は レーザ１１に光源を有する。ビーム１５はレーザ１１から励起フィルタ１２を通 過し、平凸対物レンズ２０によって焦点合せされる。対物レンズ２０は、ビーム １５がその凸面で対物レンズ２０に入り、その平面で出るように方向付けされて いる。対物レンズ２０を通過した後、ビーム１５は、好ましい実施例では入口穴 １９で反射装置２５に入る。 毛管１０とビーム１５とが交差することは、毛管１０の内容物の照射と励起と を引き起こす。交差領域は検出領域を形成し、その検出領域からラマン散乱信号 とけい光信号とを含む発射が出される。その結果起こる反射、発射及び散乱は、 反射装置２５によって視準され、反射装置２５の放物面形状によって前記ボウル から離れ、前記開口端部に向けて導かれる。二重矢印は出される信号の一般的通 路を意味する。ビームの出口穴２６は、毛管１０に垂直な面において伝達され、 かつ、散乱される光の最も強い部分を通過させるのに十分な大きさの寸法とする ことができる。従って、ビームの出口穴２６は、伝達される光が毛管１０に垂直 な面において四方に散るために、図２に示すように反射装置２５の軸線方向にお いて大きな幅を有するスロットの形態である。ビームダンプ２４がビームの出口 穴２６から出る光を閉じ込めるために設けられており、光はシステムの検出光学 系と干渉しない。 反射装置２５のリム４４の近くには散乱ブロックが位置している。好ましい実 施例の散乱ブロック１８は不透明な材料の狭い片であり、毛管１０の軸線に垂直 な十分に限定された面において毛管１０を取り囲むレイリー散乱及び反射の実質 的な部分を物理的にさえぎるべく設計されている。散乱ブロック１８は図２では 図示の目的のために分けられた形式で示されており、図１及び図２のＸ軸である ビーム１５の軸線に沿って配置されている。 このようにさえぎられない信号は長い帯域フィルタ１３へ通過し、帯域フィル タ１３は残存するレイリー散乱及び反射を非常に減衰する。残存する信号は、ス ポーク１６の周りに回転する帯域フィルタホイール１７へ通過する。 図３Ａ及び図３Ｂは本発明の帯域フィルタホイール１７のための２つの可能な 実施例を示しており、図３Ａは２つの180°のセクタを有するホイール１７ａを 有する。セクタ３２は所要のけい光発射信号の通過を許容する帯域フィルタであ り、セクタ３３はラマン散乱を表示する信号の通過を許容する帯域フィルタであ る。これに代えて、帯域フィルタホイール１７は、図３Ｂのホイール１７ｂに示 すように、ホイール１７ａにおけると同じであるけい光用セクタ３２と、開口し ているセクタ３４との２つの180°のセクタを有することができる。 光を視準するために放物面の反射装置、又は同様な軸線に対称の凹反射装置を 使用することは、けい光検出に必要である光学要素の数量を減らし、帯域フィル タによって散乱放射を効果的に除去し、ビームと毛管との整合、すなわちアライ ンメントを簡単にする。これは、適当なスペクトルろ過が帯域フィルタの面に垂 直である照射によって最良に達成されるからである。 散乱ブロック及びフィルタの列１８−１３−１７を通過する信号は、光電子増 倍管のような図１の検出器２１によって検出される。関心のあるスペクトル領域 を隔離するための別の手段を取り替えて使用しうる。別の検出機構もまた適用で きる。たとえば、電荷結合素子又はフォトダイオードのアレイのような図４のア レイタイプの検出器４９と、格子又はプリズムのような信号を分離するための分 散要素４６が使用できる。これらは、ラマン散乱信号とけい光発射信号とを同時 的に監視するのを可能にするであろう。 放物面の反射装置２５内でビーム１５と毛管１０とを注意深く交差すること、 及びその結果生ずるラマン散乱信号を集め、かつ、検出することの目的は、前記 毛管内の試料成分のけい光分析のための正確なアラインメントを果たすためであ る。ビームと毛管とがわずかでも誤整合である場合、検出及びシステム性能の重 大な低下が起こりうる。特に、ビーム１５と毛管１０との交差が、図１に示す構 造に従うとＺ方向において反射装置２５の焦点３０から変位する場合、検出され るビームは視準されないであろう。検出器２１の検出窓が大きい限り、この方向 におけるアラインメントは決定的ではない。図１に示す検出器２１の検出窓３５ は、反射装置２５のリム４４とほぼ等しい直径を有することが好ましい。 しかしながら、Ｙ方向のアラインメントは検出装置の適当な機能を果たすこと にとって決定的である。ビーム１５と毛管１０とのＹ方向の適当なアラインメン トを果たすには、図１及び図２の対物レンズ２０はＹ方向の並進、又はＺ軸周り の回転のいずれかによって一般に変位される。図２は対物レンズ２０と接続され る位置決め装置２３を示している。対物レンズ２０の調整は自動化され、その結 果、毛管の内容物からのラマン散乱信号の検出は対物レンズ２０にフィードバッ クを与え、対物レンズ２０はラマン散乱信号の強度を最大にするべく変位される 。これは、分析中のアラインメントの何らかのドリフトを補償する手段である。 たとえば、図５はビーム及び毛管の位置決め装置５２を備える閉ループのサー ボシステムを示している。このサーボシステムは励起ビーム１５と毛管１０との 相対位置を自動的に変位する。既に述べたように、位置決め装置２３によって対 物レンズ２０を変位することは、ビームと毛管との相対位置を変位する好ましい 方法である。しかしながら、鏡によってビームを変位したり、機械的に毛管を変 位したりするような別の変位手段が利用できる。ビーム及び毛管の位置決め装置 ５２は検出器２１と接続される。検出器２１は、校正において見いだされる最大 のラマン散乱信号からの偏位を参照して誤差信号、すなわちフィードバックを発 生する。前記誤差信号は、ビーム及び毛管の位置決め装置５２のようなアクチュ エータを校正するためコマンド信号と総和ジャンクションで結合される。校正は 、ラマン散乱信号又はけい光信号が最大になるまで継続され、このようにして所 要のアラインメントを達成する。 対物レンズの並進又は回転を振動することによって自動化もまた達成しうる。 これは振動を前記信号に重ねる。この振動機構はまた、より遅い並進又は回転を することができる。対物レンズ２０の並進又は回転の大きさは、検出信号の約５ ％の変調を生ずるようなものであるべきである。変調が対称ではない場合、前記 並進又は回転機構は、より大きな信号の方向においてビーム１５をわずかな量だ け変位すべきである。この方法では、システムは最大の信号を生ずるレンズ位置 を絶えず見つけようとする。変調周波数は、試料成分の毛管１０における下流へ の移動によって起こされる信号変化の基本周波数よりかなり高くあるべきである 。 既に述べたように、毛管１０は、本発明に従って、ラマン散乱信号の結果とな るマトリックスを含んでいる。このマトリックスは、けい光検出によって分析さ れるべき目標試料である必要はない。マトリックスが単に、たとえば電気泳動の 分離ゲルである場合、前記検出領域から出されるラマン散乱信号は、毛管とビー ムとのアラインメントのために使用され、ゲルだけによって出されるけい光信号 は低いかも知れない。しかしながら、目標試料が電気泳動によるように毛管１０ を通過するとき、出されるけい光信号は分析の目的のために一層有用であり得る 。 図６は、図１の反射装置２５に保持され、水を満たした50μｍの内径の毛管の ための400 から700nm までのスペクトルを示している。励起ビーム１５は、この 場合、543.5nm のヘリウム−ネオンレーザでの光源を有する。前記スペクトルを 得るため、反射装置２５の出力は格子の入口スリットに像を作られ、ＣＣＤ検出 器が前記格子の出口スリットに配置された。図６の665nm に中心をもつ広帯域２ ９は、毛管の内容物によるラマン散乱によるものである。帯域２９の強度は、ビ ーム１５が最適位置から離れてＹ方向又はＺ方向へ並進変位されるとき減少する 。帯域２９が対物レンズ２０の動きによって適当に強められるとき、ビーム１５ と毛管１０とは、けい光信号又は他の信号の光学検出のために正確に整合される 。図７は、線形のポリアクリルアミドのゲルを満たした毛管のための400 から70 0nm までの同様のスペクトルを示している。ゲルマトリックスのラマン散乱は、 665nm に中心をもつ帯域３１で示される。 本発明の実施において、視準され、かつ、検出されるビームの通路に回転フィ ルタがないとき、たとえば図３Ｂのセクタ３４が検出される信号の通路にあると き、ラマン散乱信号とけい光発射信号との両方が検出される。けい光試料が毛管 １０を通ってビーム１５との交差点まで移動するとき、検出される信号はラマン スペクトルとけい光スペクトルとの重なりに相当するスペクトルを持つであろう 。いずれの信号もアラインメントのために使用しうるが、２つのタイプの信号間 を識別することがしばしば好ましい。けい光スペクトルがおおよそ650nm より長 い波長において意味のある要素を持たない場合、けい光発射信号とラマン散乱信 号とは、フィルタホイール１７の適当なセクタを選ぶことによって識別すること ができる。 分散機器とアレイタイプの検出器との使用は、前述のように、けい光信号及び ラマン信号の両方の同時的な監視を可能にする。これは、分析運転中の動的アラ インメントを許容するであろう。また、偏り及びパワー安定性のような光源のあ る特性を反映するラマン散乱信号を与えるであろう。一方、前記試料からのけい 光信号は、分離が進行するにつれて変化するであろう。前記ラマン散乱信号は、 それから、自動アラインメントのための基礎をなすフィードバック信号源として 役に立つことができ、又は偏り基準を与えることができる。 ある実験的な形式では、毛管を静止状態に保つことが好ましいが、これは放物 面の反射装置を通して毛管を導くのを極めて困難にする。この問題は、図８Ａ及 び図９Ａにそれぞれ側面及び端面で示したように、毛管ガイドの穴２７，２８を スロット４７，４８で反射装置のリムまで事実上伸ばすことによって解決される 。したがって、前記一組の毛管ガイドは、穴と、スロットとを含み、放物面の前 記反射装置は、固定された位置にある毛管の周りに押し出されうる。換言すると 、毛管ガイドの穴は、反射装置のリムから入口穴２７をリム４４に連結するスロ ット４７を経て、また出口穴２８をリム４４に連結するスロット４８を経て毛管 に接近できる。毛管それ自体は図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ及び図９Ｂに示してない 。図８Ｂ及び図９Ｂは、固定された位置にある毛管により反射装置の毛管ガイド の穴に接近できる代替手段を示している。単一のスロット４０がボウルに沿って 反射装置２５の壁に定められ、入口穴２７から出口穴２８まで伸びている。ボウ ルスロットの場合、反射装置は、その背後の端、すなわち前記リムの反対側の端 から毛管の周りに押し出される。被嵌合ホルダ２２又は類似のホルダがボウルの スロット付き反射装置と共に使用される場合、図８Ｂに示した被嵌合ホルダ２２ を貫通するスロット４１のように、前記毛管が前記ホルダを貫通するための接近 手段をさらに設ける必要がある。図８Ｂ及び図９Ｂでは、本発明の前記一組の毛 管ガイドは、毛管の穴２７，２８と、スロット４０とを含む。反射装置に狭いス ロットを作ることは、反射装置の反射面又は視準能力のかなりの損失にはつなが らない。所望の場合、スロットはまたビームガイドの穴に関連して使用すること ができる。 図１０を参照すると、本発明の光学アラインメント装置及び方法の別の変形が 示されている。Ｃ形状のホルダ５０はアレイホルダであり、突出アーム３６ａ， ３６ｂを取り付けたブロック３８からなる。突出アーム３６ａ，３６ｂは、毛管 のアレイ１０ａ−ｃをつかむためのクランプ３７ａ，３７ｂをそれぞれ含む。縦 に隣り合っている毛管の一次元のアレイは、本発明の実施に際し、一般には最も 有用である。図１０は、図８Ａ及び図９Ａに関して前述したように、リムからス ロットをつけられた反射装置と結合して使用される毛管アレイ１０ａ−ｃを示し ている。穴３９は、光学信号との干渉を避けるため反射装置２５の開口端の寸法 を少なくとも有するもので、Ｃ形状のホルダ５０が反射装置２５の前端で使用さ れるとき、ホルダ５０に設けられる。前記穴は、Ｃ形状のホルダ５０が反射装置 の背後の端から前記毛管アレイを反射装置２５に配置するのに使用される場合、 すなわち図８Ｂ及び図９Ｂのボウルのスロットが前記反射装置の前記一組の毛管 ガイドのために最も有用な構造である場合にそうであるように不要である。反射 装置のスロットは、前記毛管ガイドの穴が前記毛管アレイを収容するのに十分大 きく、前記毛管自体が静止しているのでないならば、本発明に従うアレイの励起 ビームとのアラインメントのためには必要ではない。Ｃ形状のホルダ５０は反射 装置２５の周りに配置され、前記一組の毛管ガイドを経て前記反射装置を通る前 記アレイの通過を支持する。 毛管アレイ１０ａ−ｃは、一列に、すなわち図１０において反射装置２５の中 央軸線に対して直列に前記スロットに入るべく配置されている。これは、毛管の けい光励起ビームとの連続的なアラインメントを可能にする。ビーム１５は、毛 管アレイ１０ａ−ｃの各毛管と連続的に交差すべく対物レンズ２０とビームガイ ドの穴１９，２６とを通って導かれる。各検出領域がビーム１５によって照射さ れるとき、ラマン散乱信号は、単一の毛管配置のように、アラインメントのため に集められ、使用される。けい光信号は各毛管から集められ、一方ラマン散乱信 号は、前述のように最大にされる。 毛管がＣ形状のホルダ５０の突出アーム３６ａ，３６ｂによって並んだ形式で つかまれるように前記毛管アレイを配置することも可能である。換言すると、前 記毛管アレイは、反射装置２５の中央軸線に対して平行に配置され、複数の毛管 が同時にスロットに入る。毛管ガイドの穴とスロットとはこのタイプのアレイを 収容するためにより広くなることが必要である。このタイプの配置のためには、 前述の反射装置の側部のビームガイドの穴を通るけい光ビームの励起は実際的で はない。したがって、本発明の光学システムの別の実施例が望まれる。 図１１及び図１２は別の実施例を示しており、反射装置２５の中央軸線に対し て平行に配置される毛管アレイに最も有用である。本発明の反射装置に定められ るビームガイド手段は、反射装置の側部の一対のビームガイドの穴に代えて、こ れら実施例のために反射装置２５の頂点を貫通する単一のビーム穴である。頂点 の穴４２が図１１に示され、反射装置内の毛管１０と、前述のように、好ましく は90°の角度でまた好ましくは焦点３０で交差すべく反射装置２５の底部を通っ てビーム１５を導くのに使用されている。しかしながら、この底部励起の実施例 は、反射装置２５の中央軸線に沿って一般に導かれる通路から検出器への強い励 起ビーム１５の移動を必要とする。リム４４の近くでビーム１５の通路中に配置 される反射ウエッジ５１は、図１１の実施例では、ビーム１５を検出光学系から 離れてビームダンプ２４に向け直す機能を果たしている。反射ウエッジ５１はま た、図１１及び図１２の実施例では、前述の好ましい実施例の散乱ブロック１８ と同様の散乱ブロックとして機能する。 図１２はさらに別の実施例であって、反射装置２５の開口端部の方向から毛管 １０と交差しているけい光励起ビーム１５を示している。毛管１０と交差した後 、ビーム１５は頂点の穴４２を通ってビームダンプ２４に達する。図１１の実施 例のように、リム４４の近くの反射ウエッジ５１は、反射装置２５の中央軸線に 対してビーム１５の通路を導く機能を果たす。一次元の、並んだ配置すなわち平 行配置の毛管アレイのけい光励起ビームとの連続的なアラインメントは、毛管と ビームとの相対方向のために、図１１及び図１２に示した光学構造では最も容易 である。 本発明は毛管の電気泳動環境においてけい光検出に直ちに適合するけれども、 本発明は光学的アラインメントを必要とする別の適用にも同様に使用できる。た とえば、本発明はクロマトグラフィーのために又はけい光分析において使用でき る。加えて、小さい検出領域を有する試料毛管、キュベット及びホルダ又はセル に関する検出光学系のために適当なアラインメントが必要とされうる。 本発明は、レーザ誘導のけい光システムにおいて常に利用できる情報を採用し ている。ラマン散乱はどんなマトリックスとも、またレーザ結合とも容易に相互 に関係がつけられる。本発明の方法及び装置は、完全自動できるものであり、け い光物質の使用が光学的アラインメントを達成するのに必要ではないために、当 該技術において重要な進歩を表す。加えて、本発明の装置は、試料の分析計測と 光学的アラインメントシステムの微調整との両方のために単一の検出器を採用し ている。これは、発明品の設計の簡単さと実施のコストとの両方の意味で重要な 改良である。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 されるように自動化される。複数の毛管のアレイの励起 ビームとの連続したアラインメントもまた開示されてい る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ けい光検出のための毛管を利用する光学アラインメント装置であって、 リムによって縁どられた壁と、頂点を組み入れている前記リムの反対側の ボウルと、焦点領域と、前記壁に定められた一組の毛管ガイドと、前記壁に定め られたビームガイド手段とを有する軸線対称の凹状の反射装置であって前記毛管 ガイドは前記反射装置を貫通する前記毛管の通過が可能に形成され、前記ビーム ガイド手段は、ビームの通路が前記反射装置内で前記毛管と交差し、かつ、その 交差領域がラマン散乱信号を出すように励起ビームを導く反射装置と、 前記ラマン散乱信号を集め、かつ、検出するために配置された手段と、 検出されたラマン散乱信号を最大にするために前記ビームの前記毛管に対 する位置を調整するための前記検出手段に接続される手段とを含む、光学アライ ンメント装置。 ２ 前記ビームの前記位置を調整する前記手段は、前記検出手段と連続的なコ ミュニケーションにあり、これによって前記ラマン散乱信号をその最大状態に維 持するため前記ビーム位置がけい光検出中の前記毛管に対して調整される、請求 項１に記載の光学アラインメント装置。 ３ 前記調整手段は閉ループのサーボシステムである、請求項２に記載の光学 アラインメント装置。 ４ 前記調整手段は、前記毛管に対して前記ビームを振動する手段である、請 求項２に記載の光学アラインメント装置。 ５ 前記ビームの前記位置を調整する前記手段は、 前記ビームを前記毛管に焦点合せするレンズであって前記ビームが前記毛 管と交差する前の前記ビームの前記通路に前記反射装置の外部で配置されるレン ズと、 前記検出手段から受け入れる信号に応答して前記レンズを変位するために 前記レンズ及び前記検出手段とコミュニケーションにある位置決め装置とを備え る、請求項１に記載の光学アラインメント装置。 ６ 前記レンズは、平凸レンズであって前記ビームが凸面で前記レンズに入り 、平面で前記レンズを出るように方向付けられている平凸レンズである、請求項 ５に記載の光学アラインメント装置。 ７ 軸線対称の前記凹状の反射装置は放物面の反射装置からなる、請求項１に 記載の光学アラインメント装置。 ８ 前記反射装置の前記焦点領域は焦点と、焦点面とからなる、請求項１に記 載の光学アラインメント装置。 ９ 前記毛管は、この毛管が前記反射装置の前記焦点を横切るように前記毛管 ガイドを通過する、請求項８に記載の光学アラインメント装置。 １０ 前記励起ビームは、このビームが前記反射装置の前記焦点で前記毛管と交 差するように導かれる、請求項９に記載の光学アラインメント装置。 １１ 前記反射装置に定められた前記一組の毛管ガイドは、毛管の入口穴と毛管 の出口穴とを含み、これら穴は前記反射装置の前記焦点面の近くに位置しており 、前記入口穴は前記出口穴から前記壁に沿っておおよそ180°に位置する、請求 項８に記載の光学アラインメント装置。 １２ 前記反射装置に定められた前記ビームガイド手段は、ビームの入口穴とビ ームの出口穴とを含み、これら穴は前記反射装置の前記焦点面の近くに位置して おり、前記ビームの入口穴は前記ビームの出口穴から前記壁に沿っておおよそ18 0°に位置する、請求項１１に記載の光学アラインメント装置。 １３ 前記ビームの入口穴は、前記毛管の入口穴から前記壁に沿っておおよそ90 °に位置しており、これによって前記毛管と前記ビームとをおおよそ90°の角度 で交差させるために、前記毛管が前記毛管の入口穴及び出口穴を経て前記反射装 置を貫通して案内され、前記励起ビームが前記ビームの入口穴及び出口穴を経て 前記反射装置を貫通して導かれる、請求項１２に記載の光学アラインメント装置 。 １４ 前記反射装置に定められた前記ビームガイド手段は頂点の穴を含み、この 頂点の穴は前記反射装置の前記頂点に位置しており、これによって前記毛管と前 記ビームとをおおよそ90°の角度で交差させるために、前記毛管が前記毛管の入 口穴及び出口穴を経て前記反射装置を貫通して案内され、前記励起ビームが前記 頂点の穴を通って導かれる、請求項１１に記載の光学アラインメント装置。 １５ 前記毛管の入口穴と前記毛管の出口穴とは、前記反射装置に定められた一 対のスロットによって前記反射装置の前記リムから前記毛管に接近可能であり、 前記一対のスロットのうちの第１のスロットは前記毛管の入口穴から前記リムま で伸びており、前記一対のスロットのうちの第２のスロットは前記毛管の出口穴 から前記リムまで伸びている、請求項１１に記載の光学アラインメント装置。 １６ 前記毛管の入口穴と前記毛管の出口穴とは、前記反射装置に定められたス ロットによって前記反射装置の前記ボウルから前記毛管に接近可能であり、前記 スロットは前記毛管の入口穴から前記毛管の出口穴まで前記ボウルに沿って伸び ている、請求項１１に記載の光学アラインメント装置。 １７ さらに、複数の毛管のアレイを支持するための前記反射装置の周りに配置 されるアレイホルダを含み、このアレイホルダが前記反射装置の前記壁に定めら れた前記一組の毛管ガイドを経て前記反射装置を貫通する前記アレイの通過を支 持する、請求項１に記載の光学アラインメント装置。 １８ 前記アレイホルダはＣ形状のホルダを含み、前記アレイは前記Ｃ形状のホ ルダの突出部によってつかまれる、請求項１７に記載の光学アラインメント装置 。 １９ 前記Ｃ形状のホルダの前記突出部は、前記複数の毛管が縦に隣接し、かつ 、前記反射装置の中央軸線に対して直列に配置されるように前記アレイをつかむ 、請求項１８に記載の光学アラインメント装置。 ２０ 前記Ｃ形状のホルダの前記突出部は、前記複数の毛管が縦に隣接し、かつ 、前記反射装置の中央軸線に対して平行に配置されるように前記アレイをつかむ 、請求項１８に記載の光学アラインメント装置。 ２１ 前記ラマン散乱信号を集め、かつ、検出する前記手段は、 ラマン散乱信号とけい光信号とを通過させ、かつ、前記毛管を囲んでいる レイリー散乱及び反射の実質的な部分をさえぎる散乱ブロックであって前記反射 装置の前記リムの近くにある前記反射装置の中央軸線と交差する散乱ブロックと この散乱ブロックを迂回されるレイリー散乱及び反射を減衰するための長 い帯域フィルタと、 この長い帯域フィルタを通過する信号を受け入れるべく配置され、前記ラ マン散乱信号を通過させる手段を有する回転フィルタホイールと、 このフィルタホイールから受け入れられる前記ラマン散乱信号に応答する 検出器とを含む、請求項１に記載の光学アラインメント装置。 ２２ 前記散乱ブロックは前記ビームの通路と整列された不透明の片である、請 求項２１に記載の光学アラインメント装置。 ２３ 前記散乱ブロックは反射ウエッジであり、このウエッジが前記反射装置の 中央軸線に対して前記励起ビームの通路を導くべく配置されている、請求項２１ に記載の光学アラインメント装置。 ２４ 前記回転フィルタホイールは、 けい光信号を通過させる第１の帯域フィルタを有する第１のセクタと、 ラマン散乱信号を通過させる第２の帯域フィルタを有する第２のセクタと からなる、請求項２１に記載の光学アラインメント装置。 ２５ 前記回転フィルタホイールは、 けい光信号を通過させる帯域フィルタを有する第１のセクタと、 フィルタを持たない第２のセクタとからなる、請求項２１に記載の光学ア ラインメント装置。 ２６ 前記検出器は光電子増倍管である、請求項２１に記載の光学アラインメン ト装置。 ２７ 前記検出器はアレイタイプの検出器である、請求項２１に記載の光学アラ インメント装置。 ２８ けい光励起ビームと毛管とを整合する方法であって、 リムによって縁どられた壁と、頂点を組み入れている前記リムの反対側の ボウルと、焦点面及び焦点を組み入れている焦点領域とを有する放物面の反射装 置を準備すること、 前記焦点領域の近くの一組の対向して間隔をおく毛管ガイドと、前記反射 装置の前記壁を貫通するビームガイド手段とを定めること、 マトリックスを収容している毛管を前記一組の毛管ガイドを経て案内する こと、 焦点合せするレンズを経て、それから前記ビームガイド手段を経て励起ビ ームを導き、前記反射装置内の前記焦点領域で前記毛管と前記励起ビームとを交 差させ、これによって検出領域であってラマン散乱信号とけい光信号とを前記検 出領域から出させる検出領域を形成すること、 前記ラマン散乱信号を集め、かつ、検出すること、 前記ビームと前記毛管との相対位置を変位して前記ラマン散乱信号を最大 にすること、 その後、前記けい光信号を集め、かつ、検出することを含む、整合方法。 ２９ 前記ビームと前記毛管との相対位置を変位することは、自動化され、かつ 、前記ラマン散乱信号が最大にされたままで留まるように前記ラマン散乱信号の 検出と連係して連続的に起こる、請求項２８に記載の整合方法。 ３０ 前記毛管を案内することは、毛管が前記反射装置の前記焦点を通過するよ うに前記毛管を配置するこをを含む、請求項２８に記載の整合方法。 ３１ 前記励起ビームを導くことは、前記反射装置の前記焦点において前記毛管 と交差すべく前記ビームを導くことを含む、請求項３０に記載の整合方法。 ３２ 前記励起ビームを導くことは、さらに、おおよそ90°の角度で前記毛管と 交差すべく前記ビームを導くことを含む、請求項２８に記載の整合方法。 ３３ 前記一組の対向して間隔をおく毛管ガイドを定めることは、前記反射装置 の前記焦点面の近くの前記壁に毛管の一対の穴を配置することを含む、請求項２ ８に記載の整合方法。 ３４ 前記ビームガイド手段を定めることは、前記反射装置の前記焦点面の近く の前記壁に一組の対向して間隔をおくビームの穴を配置することを含む、請求項 ３３に記載の整合方法。 ３５ 前記ビームガイド手段を定めることは、前記反射装置の前記頂点にビーム の穴を配置することを含む、請求項３３に記載の整合方法。 ３６ 前記一組の対向して間隔をおく毛管ガイドを定めることは、さらに、前記 反射装置の前記壁に一対のスロットであって各スロットが前記反射装置の前記リ ムから前記毛管の一対の穴の１つまで伸びるスロットを定めることを含む、請求 項３３に記載の整合方法。 ３７ 前記一組の対向して間隔をおく毛管ガイドを定めることは、さらに、前記 反射装置の前記壁に、前記反射装置の前記ボウルに沿って前記毛管の一対の穴間 に伸びるスロットを定めることを含む、請求項３３に記載の整合方法。 ３８ 前記焦点合せするレンズを経て前記励起ビームを導くことは、さらに、平 凸焦点合せレンズであって前記ビームが凸面で前記レンズに入り、平面で前記レ ンズから出るように平凸レンズを方向付けることを含む、請求項２８に記載の整 合方法。 ３９ さらに、前記レンズの位置を変位して前記ラマン散乱信号を最大にした後 に、かつ、前記けい光信号を集め、検出する前に目標試料を前記毛管に通過させ ることを含む、請求項２８に記載の整合方法。 ４０ けい光励起ビームと毛管とを整合する方法であって、 壁と焦点領域とを有する放物面の反射装置を準備すること、 前記焦点領域の近くの前記反射装置の前記壁を貫通する一組の対向して間 隔をおく毛管ガイドと、前記反射装置の前記壁を貫通するビームガイド手段とを 定めること、 マトリックスを収容している毛管を前記一組の毛管ガイドを経て案内する こと、 焦点合せするレンズを経て、それから前記ビームガイド手段を経て励起ビ ームを導き、前記反射装置内で前記毛管と前記励起ビームとを交差させ、それに よって検出領域であってラマン散乱信号とけい光信号とを前記検出領域から出さ せる検出領域を形成すること、 分散要素及びアレイタイプの検出器によって前記ラマン散乱信号と前記け い光信号とを同時に集め、かつ、検出すること、 前記レンズの位置を変位して前記ラマン散乱信号を最大にし、それによっ て、前記ラマン散乱信号及びけい光信号を集め、かつ、検出する間に前記ビーム と前記毛管とを整合することを含む、整合方法。 ４１ けい光励起ビームと複数の毛管の一次元のアレイ内の各毛管とを連続して 整合する方法であって、 壁と焦点領域とを有する放物面の反射装置を準備すること、 前記焦点領域の近くの前記反射装置の前記壁を貫通する一組の対向して間 隔をおく毛管ガイドと、前記反射装置の前記壁を貫通するビームガイド手段とを 定めること、 マトリックスを収容している毛管の一次元のアレイを前記一組の毛管ガイ ドを経て案内すること、 焦点合せするレンズを経て、それから前記ビームガイド手段を経て励起ビ ームを導き、前記反射装置内で前記アレイの前記複数の毛管のそれぞれと連続し て交差させ、それによって前記複数の毛管のそれぞれに検出領域であってラマン 散乱信号とけい光信号とを前記検出領域のそれぞれから出させる検出領域を形成 すること、 前記励起ビームが前記複数の毛管のそれぞれと交差する間に前記各検出領 域から前記ラマン散乱信号を集め、かつ、検出すること、 前記励起ビームが前記複数の毛管のそれぞれと交差する間に前記レンズの 位置を変位して前記各検出領域からの前記ラマン散乱信号を最大にすること、 前記ラマン散乱信号が最大にされる間に前記各検出領域から前記けい光信 号を集め、かつ、検出することを含む、整合方法。 ４２ けい光検出のための自動化される光学アラインメント装置であって、 放物面の反射装置であって壁と、頂点と、焦点を組み入れている焦点面と 、マトリックスを収容している毛管を前記反射装置を貫通して案内するための前 記壁に定められた一組の対向して間隔をおく毛管ガイドと、けい光励起ビームを 前記反射装置を貫通して横方向へ前記案内される毛管まで案内し、前記案内され る毛管と交差させるための前記壁に定められたビームガイド手段とを有し、前記 案内されるビームが前記交差領域からラマン散乱信号を出させる反射装置と、 前記案内されるビームを前記案内される毛管に焦点合せするための前記反 射装置の外部に配置されるレンズと、 前記案内される毛管と前記案内されるビームとの相対位置を変位する自動 化される位置決め装置と、 前記案内される毛管と前記案内されるビームとの交差領域からの前記ラマ ン散乱信号を集め、かつ、検出する手段とを含み、この手段は、前記ラマン散乱 信号を最大にする必要があるとき前記案内される毛管と前記案内されるビームと の相対位置を変位するために前記位置決め装置とコミュニケーションにあり、そ れによってけい光検出のために前記案内される毛管と前記案内されるビームとを 整合する、光学アラインメント装置。 ４３ 前記自動化される位置決め装置は、前記案内されるビームを前記案内され る毛管に対して変位するため前記レンズとコミュニケーションにある、請求項４ ２に記載の光学アラインメント装置。 ４４ 前記一組の対向して間隔をおく毛管ガイドは、前記反射装置の前記焦点面 の近くの前記壁に定められている、請求項４２に記載の光学アラインメント装置 。 ４５ 前記ビームガイド手段は、前記反射装置の前記焦点面の近くの前記壁に定 められた一対の対向して間隔をおくビームの穴からなる、請求項４４に記載の光 学アラインメント装置。 ４６ 前記ビームガイド手段は、前記反射装置の前記頂点の前記壁に定められた 頂点の穴からなる、請求項４４に記載の光学アラインメント装置。 ４７ さらに、前記反射装置の前記壁に定められた前記一組の毛管ガイドを経て 前記反射装置を貫通する複数の毛管のアレイを配置する手段と、 前記アレイの各毛管と連続して交差すべく前記案内されるビームを導く手 段とを含む、請求項４２に記載の光学アラインメント装置。 ４８ けい光検出のための自動化される光学アラインメント装置であって、 放物面の反射装置であって壁と、焦点領域と、マトリックスを収容してい る毛管を前記反射装置を貫通して案内するための前記壁に定められた一組の対向 して間隔をおく毛管ガイドと、けい光励起ビームを前記反射装置を貫通して横方 向へ前記案内される毛管まで案内し、前記案内される毛管と交差させるための前 記壁に定められたビームガイド手段とを有し、前記案内されるビームが前記交差 領域からけい光信号を出させる反射装置と、 前記案内される毛管と前記案内されるビームとの相対位置を変位する自動 化される位置決め装置と、 前記案内される毛管と前記案内されるビームとの交差領域から前記けい光 信号を集め、かつ、検出する手段とを含み、この手段は、前記けい光信号を最大 にすべく前記案内される毛管と前記案内されるビームとの相対位置を変位するた めに前記位置決め装置とコミュニケーションにある、光学アラインメント装置。