TW201730544A

TW201730544A - 光測量裝置

Info

Publication number: TW201730544A
Application number: TW105131085A
Authority: TW
Inventors: Shinji Taniguchi; Naoki Goto
Original assignee: Ushio Electric Inc
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2017-09-01
Also published as: JP2017106794A; WO2017098811A1

Abstract

本發明之課題在於提供一種可有效率地冷卻試樣管及管保持器之光測量裝置。本發明之解決手段，係具備：測量機構及加熱機構；該測量機構，係具有：將測量用光照射至試樣管內所容納之試樣之光源部、以及檢測來自試樣的檢測用光之感光部、以及形成第1光路徑供來自光源部的測量用光通過之第1光路徑形成體、以及形成第2光路徑供來自試樣的檢測用光通過之第2光路徑形成體、以及設置在第1光路徑形成體與第2光路徑形成體之間，且形成有容納試樣管之管容納用凹處之管保持器；該加熱機構，係經由隔著管保持器來加熱前述試樣管；於管保持器，形成有：用以將測量用光入射於試樣之入射用孔、以及用以將來自試樣的檢測用光射出之射出用孔，該管保持器是由金屬材料所構成。

Description

光測量裝置

本發明係關於可適用在將光照射至試樣並測量該吸光度之吸光度測量器，或是將光照射至試樣並測量來自該試樣的螢光之螢光測量器等之光測量裝置。

以往，測量試樣中之測量對象成分的濃度之方法，為人所知者有吸光光度法或雷射誘發螢光法等。

然而，近年來於生命科學領域中，對於藉由吸光光度法來測量該測量對象成分的濃度之吸光度測量器，或是藉由雷射誘發螢光法來測量該測量對象成分的濃度之螢光測量器等之光測量裝置的需求，以使用在重點照護檢驗等為目的，係要求小型且可容易攜帶者。

例如於專利文獻1中，記載一種螢光測量器，其係具有以下構造，亦即於相對於包含激發光及螢光之光呈透明的樹脂內，埋設有將激發光照射至試樣管內的試樣之固體光源、以及檢測螢光之螢光測量器、以及將從測量試樣所釋出之螢光導光至螢光測量器之螢光收集光學系統。此螢光測量器中，試樣管被安裝在由聚矽氧樹脂所構成之管保持器。

此光測量裝置中，例如在測量作為測量對象成分之含有DNA之試樣的吸光度時，必須將試樣加熱至DNA的熔解溫度以上之溫度。因此，於光測量裝置中，設置有經由隔著管保持器來加熱試樣管之加熱機構。

〔先前技術文獻〕〔專利文獻〕

[專利文獻1]日本特開2014-032064號公報

然而，在具有加熱機構之光測量裝置中，於測量結束不久後，由於管保持器及試樣管被加熱至非常高的溫度，所以作業者有被燙傷之疑慮。此外，由於管保持器由聚矽氧樹脂所構成，所以至試樣管及管保持器充分冷卻為止，會耗費非常長的時間。因此，檢查的作業效率降低，同時配置在管保持器的周邊之感測器等長時間暴露在高溫下，而有故障之疑慮。

本發明係根據以上情形而創作出，該目的在於提供一種可有效率地冷卻試樣管及管保持器之光測量裝置。

本發明之光測量裝置，其特徵為具備：測量機構及加熱機構；該測量機構，係具有：將測量用光照射至試樣管內所容納之試樣之光源部、以及檢測來自前述試樣的檢測用光之感光部、以及形成第1光路徑供來自前述光源部的測量用光通過之第1光路徑形成體、以及形成第2光路徑供來自前述試樣的檢測用光通過之第2光路徑形成體、以及設置在前述第1光路徑形成體與第2光路徑形成體之間，且形成有容納試樣管之管容納用凹處之管保持器；該加熱機構，係經由隔著前述管保持器來加熱前述試樣管；於前述管保持器，形成有：連通於前述第1光路徑且用以將測量用光入射於前述試樣之入射用孔、以及連通於前述第2光路徑且用以將來自前述試樣的檢測用光射出之射出用孔，該管保持器是由金屬材料所構成。

本發明之光測量裝置中，構成前述管保持器之金屬材料的熱傳導率，較佳為20W/(m‧K)以上。

此外，前述管保持器中之包含前述入射用孔及前述射出用孔的內壁面之表面，較佳係經黑化處理。

此外，較佳係設置有藉由冷卻風來冷卻前述管保持器之冷卻機構。

根據本發明之光測量裝置，由於管保持器是由熱傳導性較樹脂材料高之金屬材料所構成，所以可有效率地冷卻試樣管及管保持器。因此，於測量結束後，可防止作業者被燙傷，此外，可達到檢查之作業效率的提升，同時防止配置在管保持器的周邊之感測器等產生故障。

1‧‧‧試樣管

2‧‧‧管本體

3‧‧‧蓋體

4‧‧‧連結部

10‧‧‧光測量裝置

11‧‧‧框體

12‧‧‧管裝卸用開口

13‧‧‧排氣口

14‧‧‧扣

15‧‧‧罩體

16‧‧‧吸氣口

20‧‧‧測量裝置

21‧‧‧管保持器

21a‧‧‧一方的外側面

21b‧‧‧另一方的外側面

22‧‧‧基座部

23‧‧‧保持部

24‧‧‧管容納用凹處

25‧‧‧入射用孔

26‧‧‧射出用孔

27‧‧‧槽

28‧‧‧貫通孔

30‧‧‧光源部

31‧‧‧基板

32‧‧‧發光元件

33‧‧‧第1光路徑形成體

33a‧‧‧凹處

34‧‧‧第1光路徑

35‧‧‧感光部

36‧‧‧感測器基板

37‧‧‧感光感測器

38‧‧‧第2光路徑形成體

38a‧‧‧凹處

39‧‧‧第2光路徑

40‧‧‧加熱機構

41‧‧‧支撐板

42‧‧‧薄片加熱器

45‧‧‧輔助加熱機構

46‧‧‧支撐板

47‧‧‧薄片加熱器

48‧‧‧導熱板

49‧‧‧支撐桿

50‧‧‧冷卻機構

55‧‧‧支撐體

56‧‧‧間隔件

57‧‧‧螺栓

60‧‧‧開閉機構

61‧‧‧連結棒

62‧‧‧突起板

63‧‧‧突起板

65‧‧‧防接觸部件

W‧‧‧冷卻風路

第1圖係顯示本發明之光測量裝置的一例之內部的構成之說明用剖面圖。

第2圖係顯示第1圖所示之光測量裝置所使用之試樣管的構成之說明用剖面圖。

第3圖係從上方觀看第1圖所示之光測量裝置中的測量機構及加熱機構之俯視圖。

第4圖係第3圖所示之測量機構及加熱機構之A-A剖面圖。

第5圖係第3圖所示之測量機構及加熱機構之B-B剖面圖。

第6圖(a)係管保持器之俯視圖，第6圖(b)係管保持器之側視圖。

以下說明本發明之實施形態。

第1圖係顯示本發明之光測量裝置的一例之內部的構成之說明用剖面圖。此光測量裝置10，係構成為藉由將光照射至試樣管內的試樣並測量該吸光度，來測量該試樣中之測量對象成分的濃度等之可攜式吸光度測量器。

第1圖所示之光測量裝置10，具有：容納後述測量裝置20、加熱機構40及冷卻機構50之外形大致呈直方體狀的框體11。此例中，第1圖中，框體11的左面為正面，框體11的右面為背面。於此框體11的上面，於後述管保持器21中，形成有用以裝卸由第2圖所示之構成的微管所構成之試樣管1之管裝卸用開口12。於框體11的背面(第1圖中為右面)，設置有用以將後述冷卻機構50的冷卻風排出至外部之由百葉窗所構成之排氣口13。

試樣管1，具有：有底筒狀的管本體2，以及可裝卸自如地設置在管本體2的開口且關閉該管本體2的開口之蓋體3。蓋體3，係經由隔著從該周緣部所延伸之連結部4而一體地連結於管本體2的開口緣部。此試樣管1，例如內容積約0.2mL，全長約21mm，管本體2的最大徑約8mm。

容納於試樣管1內之試樣，例如含有大腸菌、蛋白質、藉由聚合酶連鎖反應(PCR：Polymerase Chain Reaction)所增幅而得知DNA、色素等作為測量對象成分。

於框體11的內部，於管裝卸用開口12的正下方位置配置有測量裝置20。於測量裝置20的正下方位置，設置有經由隔著管保持器21來加熱試樣管1之加熱機構40。此外，於測量裝置20與框體11的排氣口13之間，設置有藉由冷卻風來冷卻管保持器21之冷卻機構50。

於框體11上，朝下方開口之杯狀的罩體15，藉由開閉機構60開閉自如地設置在管裝卸用開口12。此外，於框體11上，設置有於關閉狀態下固定罩體15之扣14。

第3圖係在安裝試樣管之狀態下，從上方觀看第1圖所示之光測量裝置中的測量機構20及加熱機構40之俯視圖。第4圖係第3圖所示之測量機構20及加熱機構40之A-A剖面圖。第5圖係第3圖所示之測量機構20及加熱機構40之B-B剖面圖。

此測量裝置20，具備：將測量用光照射至容納於試樣管1內之試樣之光源部30、以及檢測來自容納於試樣管1內之試樣的檢測用光之感光部35、以及第1光路徑形成體33、以及第2光路徑形成體38、以及設置在第1光路徑形成體33與第2光路徑形成體38之間之管保持器21。

第6圖(a)係管保持器21之俯視圖，第6圖(b)係管保持器21之側視圖。

管保持器21，在與基座部22為相同方向上延伸之直方體狀的保持部23，以從基座部22突出之方式一體地形成於長條板狀的基座部22上而構成。分別容納試樣管1之複數個管容納用凹處24，以沿著保持部23的長度方向相互開離而排列之方式形成於保持部23的上面。管容納用凹處24的各個，具有配合於試樣管1的管本體2之形狀，亦即從上端的開口朝向下端的底部而成為小口徑之錐狀的形狀。

於管保持器21上，用以使測量用光入射於試樣管1內的試樣之入射用孔25，從該管保持器21之一方的外側面21a貫通管容納用凹處24而形成，用以從試樣管1內的試樣射出檢測用光之射出用孔26，從管容納用凹處24中，從該管保持器21之另一方的外側面21b貫通管容納用凹處24而形成。

於此例之管保持器21的外側面上，用以形成後述冷卻風路W之複數個槽27，以沿著管容納用凹處24所容納之試樣管1的長度方向延伸之方式形成於相鄰接之管容納用凹處24之間的位置。

此外，於管保持器21上，形成有貫通相鄰接之管容納用凹處24之間的部分之貫通孔28。具體而言，貫通孔28，係以從形成於一方的外側面21a之槽27的底部貫通至形成於另一方的外側面21b之槽27的底部之方式所形成。藉由形成此貫通孔28，可降低管保持器21的熱容量，同時增大管保持器21的表面積，所以可提升管保持器21的冷卻效率。

管保持器21，是由金屬材料所構成。構成管保持器21之金屬材料，較佳係使用熱傳導率為20W/(m‧K)以上者。

此金屬材料的具體例，可列舉出鋁、銅、鐵等。此等當中，從裝置的輕量化之觀點來看，較佳為鋁。

此外，管保持器21中之包含入射用孔及射出用孔的內壁面之表面，較佳係經黑化處理。藉由形成為此構成，於入射用孔25及射出用孔26中，可抑制光的反射或散射。

光源部30，是由：基板31、以及對應於管保持器21的管容納用凹處24而配置在此基板31上之複數個發光元件32所構成。發光元件32，可使用射出白色光之LED。

感光部35，是由：感測器基板36、以及對應於管保持器21的管容納用凹處24而配置在此感測器基板36上之複數個感光感測器37而構成。感光感測器37，例如可使用RGB彩色感測器等之光電二極體。

光源部30及感光部35，係以發光元件32及感光感測器37經由隔著管保持器21的入射用孔25、管容納用凹處24及射出用孔26相對向而配置。

於第1光路徑形成體33中，形成有複數個第1光路徑34供來自各光源部30中的各發光元件32測量用光通過。然後，第1光路徑形成體33以使第1光路徑34連通於管保持器21的入射用孔25之方式所配置。圖示的例子之第1光路徑形成體33中，於光源部30側的外面，形成有通過各第1光路徑34之複數個凹處33a，光源部30的發光元件32被容納於凹處33a而配置。

於第2光路徑形成體38中，形成有複數個第 2光路徑39供來自各試樣管1內的試樣之檢測用光通過。然後，第2光路徑形成體38以使第2光路徑39連通於射出用孔26之方式所配置。圖示的例子之第2光路徑形成體38中，於感光部35側的外面，形成有通過各第2光路徑39之複數個凹處38a，感光部35的感光感測器37被容納於凹處38a而配置。

第1光路徑形成體33及第2光路徑形成體38，較佳例如由具有光吸收性之材料所構成，且較佳由彈性材料所構成。藉此，於第1光路徑34及第2光路徑39中，可抑制光的反射或散射。

具有光吸收性之彈性材料，從本身螢光較小之點來看，較佳係使用光吸收物質經分散後之聚二甲基矽氧烷(PDMS：Polydimethylsiloxane)等之聚矽氧樹脂。光吸收物質，可使用碳黑或碳奈米管等之黑色粉末。

於管保持器21的外面與第1光路徑形成體33及第2光路徑形成體38的各形成體之間，形成有沿著試樣管1的長度方向所延伸之冷卻風路W。圖示的例子中，係藉由：以管保持器21的外面上之形成槽27之壁面、與第1光路徑形成體33及第2光路徑形成體38之各形成體的外面所包圍之空間，來形成冷卻風路W。

加熱機構40，是由：由隔熱材料所構成之支撐板41、以及支撐於此支撐板41上之例如於聚醯亞胺薄膜上形成不鏽鋼製的電阻線而成之薄片加熱器42所構成。構成支撐板41之隔熱材料，較佳係使用陶瓷材料、聚苯硫醚(PPS：Polyphenylene Sulfide)樹脂、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT：Polybutylene Terephthalate)樹脂等之具有耐熱性之樹脂材料等。

加熱機構40，係經由隔著間隔件56配置於固定在框體11之板狀的支撐體55上，管保持器21配置在加熱機構40中的薄片加熱器42上。此外，管保持器21及加熱機構40中的支撐板41，藉由螺栓57固定在支撐體55。

冷卻機構50，是由風扇所構成，該吸氣側與測量裝置20相對向，排氣側與框體11的排氣口13相對向而配置。

罩體15的開閉機構60，係在維持朝下方開口之姿勢下，使該罩體15於關閉狀態與開啟狀態之間，以大致為圓軌道自如地移動。

具體而言，開閉機構60，具有：具備安裝於罩體15的兩側面之各2根(合計4根)的連結棒61之連結機構。各連結棒61的基端部，係經由隔著樞軸支撐軸，搖動自如地安裝於以突出於上方之方式設置在框體11的上面之突起板62上。另一方面，各連結棒61的前端部，經由隔著樞軸支撐軸，搖動自如地安裝於以突出於下方之方式設置在罩體15內的頂面之突起板63上。

此例之光測量裝置10中，輔助加熱機構45，以在關閉狀態下對接於試樣管1的上面之方式設置在杯狀之罩體15的內部。此外，於罩體15上，於輔助加熱機構 45的側方位置上，設置有在關閉狀態下用以將冷卻風導入至框體11的內部之由百葉窗所構成之吸氣口16。

輔助加熱機構45，係於測量中用以防止於試樣管1之蓋體3的內面產生結露者。此例之輔助加熱機構45，是由：由隔熱材料所構成之支撐板46、以及支撐於此支撐板46上之例如於聚醯亞胺薄膜上形成不鏽鋼製的電阻線而成之薄片加熱器47、以及設置在此薄片加熱器47的表面之例如由鋁所構成之導熱板48所構成。此輔助加熱機構45，藉由支撐桿49固定在罩體15內的頂面，並藉由將罩體15構成為關閉狀態，使導熱板48對接於試樣管1之蓋體3的上面。

此外，此例之光測量裝置10中，於框體11的上面，設置有在罩體15的開啟狀態下防止外部的物體接觸於輔助加熱機構45之防接觸部件65。此防接觸部件65，係在罩體15的開啟狀態下位於該罩體15的開口緣與框體11的上面之間而配置。

上述光測量裝置10中，首先使罩體15成為開啟狀態，於此狀態下，將試樣管1從框體11的管裝卸用開口12安裝於管保持器21的管容納用凹處24。接著使罩體15成為關閉狀態，藉此使輔助加熱機構45中的導熱板48對接於試樣管1之蓋體3的上面。於該狀態下，藉由扣14將罩體15固定在框體11。

然後使光測量裝置10動作，藉由加熱機構40及輔助加熱機構45將試樣管1加熱至既定溫度。

此狀態下，從光源部30的發光元件32所射出之測量用光，係照射至容納於管保持器21中的管容納用凹處24之試樣管1內的試樣，穿透試樣管1內的試樣並從該試樣所射出之檢測用光，藉由感光感測器37所檢測。

以上，例如當試樣中的測量對象成分為DNA時，加熱機構40的加熱溫度例如為60~70℃，輔助加熱機構45的加熱溫度例如為60~70℃。

此外，亦可設置：於加熱機構40及輔助加熱機構45的動作中，在開啟罩體15時停止加熱機構40及輔助加熱機構45的動作之安全機構。

從發光元件32所射出之測量用光，由於因應試樣中所含有之測量對象成分的濃度而被吸收，所以來自該試樣之檢測用光，該光量較測量用光更低。具體而言，當測量用光通過試樣時，該穿透率因應試樣中之測量對象成分的濃度而呈指數函數性衰減。因此，藉由感光感測器37來檢測穿透試樣管1內的試樣而射出之檢測用光的光量，並求取該試樣的吸光度，藉此可測量因應該吸光度之測量對象成分的濃度。測量對象成分的濃度，例如可將已知濃度之測量對象成分的標準溶液用作為基準試樣，並進行測量而預先製作檢量線，然後將藉由感光感測器37所檢測之檢測用光的光量與該檢量線對照而得到。

如此，當結束對試樣管1內的試樣所進行之測量時，停止加熱機構40及輔助加熱機構45，同時使冷卻機構50動作。藉此，從設置在罩體15之吸氣口16 中，將冷卻風導入至裝置內部。此冷卻風，首先吹抵位於吸氣口16的正面之輔助加熱機構45，藉此冷卻輔助加熱機構45。然後冷卻風朝向輔助加熱機構45的下方流動，並在形成於管保持器21與第1光路徑形成體33及第2光路徑形成體38之間之冷卻風路W中流通。藉此，使試樣管1、管保持器21及加熱機構40冷卻。然後，冷卻風朝向位於加熱機構40的側方之冷卻機構50流動，並經由隔著該冷卻機構50，從排氣口13排出至裝置外部。

以上，冷卻機構50，係可控制為從開始動作後經過既定時間，例如經過5分鐘後停止動作，或是控制為管保持器21的溫度到達既定溫度，例如到達40℃後停止動作。

此外，亦可設置：至冷卻機構50的動作停止為止，以不會使罩體15被開啟之方式維持該罩體15的關閉狀態之安全機構。

根據上述光測量裝置10，由於管保持器21是由熱傳導性較樹脂材料高之金屬材料所構成，所以可有效率地冷卻試樣管1及管保持器21。因此，於測量結束後，可防止作業者被燙傷，此外，可達到檢查之作業效率的提升，同時防止配置在管保持器21的周邊之感測器等產生故障。

以上係說明本發明之光測量裝置的實施形態，但本發明並不限定於上述實施形態，可加入種種變更。

例如，上述光測量裝置10係構成為吸光度測量器，但亦可構成為藉由將光照射至試樣並測量來自該試樣的螢光強度，以測量該試樣中之測量對象成分的濃度之螢光測量器。