TWI662268B - 光學測量器 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的，在於提供一種光學測量器，其係達成小型化而容易搬運，且能夠抑制檢測用光以外的光入射至受光部，而能夠獲得高精度的測量結果。
本發明係一種光學測量器，其特徵為：具有：第1導光路形成體，係於內部形成有使來自光源的測量用光入射至配置有測量試料的測量部並由直線狀延伸的貫穿孔所構成之第1導光路；以及第2導光路形成體，係於內部形成有將從前述測量部出射的檢測用光導光至受光部並由直線狀延伸的貫穿孔所構成之第2導光路；前述第2導光路形成體，係由具有吸光性的材料所形成。

Description

光學測量器
本發明係有關於光學測量器。更詳細來說，係有關於作為吸光度測量器使用之可攜式的光學測量器。
作為光學測量器的一種，例如於專利文獻1係揭示有一種吸光度測量器，其係將從光源出射的光照射至測量試料，並使穿透該測量試料的光藉由複雜組成的光學系進行聚光、反射並導光至受光部，由光的衰減量來對測量試料中之目的物質的濃度進行測量。
如此之吸光度測量器，係具有功能性高且能夠測量高精度的吸光度之優點。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2014-126529號公報
一方面，近年來於生命科學領域中，以使用於定點照護檢測(Point of Care Testing，POCT)為目的，針對吸光度測量器等之光學測量器有為了容易搬運之小型化的需求。
因此，針對前述般之吸光度測量器欲達成小型化時，例如有使光源與配置有測量試料的測量部之間、或測量部與受光部之間的光學系簡易化，而將光源與受光部接近配置的方法。
然而，由光源所放射的光係發散光，故於包圍導光路的壁面會產生穿透了測量試料的檢測用光以外的光之反射、散射。因此，對於受光部不僅照射了穿透測量試料後直線前進的檢測用光，亦有於包圍導光路的壁面反射、散射的光，故有產生測量誤差而無法獲得高精度的測量結果之問題。
本發明係有鑑於以上情事而完成者，目的在於提供一種光學測量器，其係達成小型化而容易搬運，且能夠抑制檢測用光以外的光入射至受光部，而能夠獲得高精度的測量結果。
本發明係一種光學測量器，其特徵為：具有：第1導光路形成體，係於內部形成有使來自光源的測量用光入射至配置有測量試料的測量部並由直線狀延伸的貫穿孔所構成之第1導光路；以及第2導光路形成體，係 於內部形成有將從前述測量部出射的檢測用光導光至受光部並由直線狀延伸的貫穿孔所構成之第2導光路；於前述測量部，係透過試料托架，使前述測量用光入射並且使前述測量用光出射；該試料托架，係形成有用以使裝填有測量試料的試料管插入的試料管收容孔，前述第2導光路形成體，係由具有吸光性的材料所形成，若令前述第2導光路形成體的第2導光路之直徑為d、長度為L，則滿足下述關係式(1)；關係式(1)：3≦L/d≦15。
於本發明之光學測量器中，前述第1導光路形成體，係由具有吸光性的材料所形成為佳。
於本發明之光學測量器中，前述具有吸光性的材料，係具有吸光性的彈性體為佳；前述具有吸光性的彈性體，係分散有吸光性物質的矽酮樹脂為佳。
於本發明之光學測量器中，於前述試料托架，形成有用以收容前述第1導光路形成體及前述第2導光路形成體的收容用凹部，前述第1導光路形成體及前述第2導光路形成體係在分別被壓入該收容用凹部的狀態被保持。
於本發明之光學測量器中，前述第2導光路形成體的第2導光路，係與前述第1導光路形成體的第1導光路位於同軸上為佳。
本發明之光學測量器，係藉由使光源與受光器接近配置而達成小型化，故能夠輕易搬運。並且，依據本發明之光學測量器，因第2導光路形成體係由具有吸光性的材料所構成，故包圍第2導光路的壁面會吸收檢測用光以外的光，而能夠抑制該檢測用光以外的光之反射、散射。因此，依據本發明之光學測量器，能夠對於受光部僅照射檢測用光，而能夠獲得高精度的測量結果。
10‧‧‧光學測量器
11‧‧‧框體
12‧‧‧蓋
16‧‧‧操作部
17‧‧‧支承腳
18‧‧‧光學測量機構
19‧‧‧電池室
20‧‧‧測量部
21‧‧‧第1導光路形成體
21H‧‧‧第1導光路
22‧‧‧位置限制構件
23A、23B‧‧‧收容用凹部
24‧‧‧光源
25‧‧‧試料托架
26‧‧‧第2導光路形成體
26H‧‧‧第2導光路
27A、27B‧‧‧光通過孔
28‧‧‧受光部
29‧‧‧試料管收容孔
W‧‧‧試料管
[第1圖]係表示本發明之光學測量器的構成之一例的俯視圖。
[第2圖]係第1圖的光學測量器的正視圖。
[第3圖]係第1圖的A-A線剖面圖。
[第4圖]係第1圖的B-B線剖面圖。
[第5圖]係第2圖的C-C線剖面圖。
[第6圖]係表示於第1圖的光學測量器之光學測量機構安裝了試料管的狀態的俯視圖。
[第7圖]係第6圖的D-D線剖面圖。
以下，針對本發明之實施方式進行詳細說明。
第1圖，係表示本發明之光學測量器的構成之一例的俯視圖；第2圖，係第1圖的光學測量器的正視圖；第3圖，係第1圖的A-A線剖面圖；第4圖，係第1圖的B-B線剖面圖；第5圖，係第2圖的C-C線剖面圖；第6圖，係表示於第1圖的光學測量器之光學測量機構安裝了試料管的狀態的俯視圖；第7圖，係第6圖的D-D線剖面圖。
該光學測量器10，係用於將測量試料之測量對象物質的濃度等作為吸光度進行測量而使用者，測量對象物質係例如為大腸桿菌、蛋白質、藉由聚合酶鏈反應(polymerase chain reaction，PCR)增幅而得的DNA或色素等。
該光學測量器10，光學測量機構18係設置於框體11內之上部側(第1圖中之上部側)的區域，並且在框體11內的下部側(第1圖中之下部側)的區域設置有收容驅動用電池的電池室19。另外，在對應於框體11的上表面側(第4圖中之左面側)之光學測量機構18的位置，係形成有用於插入拔出試料管W的單開式之蓋12。另外，在框體11的上表面側的下部(第1圖中之下部)區域，係形成有配置了電源按鍵等之操作部16。進而，在框體11的下表面側(第4圖中之右面側)，係突出設置有將框體11支承於水平的支承面上之支承腳17。
光學測量機構18，其特徵為：具有：第1導光路形成體21，係於內部形成有使來自光源24的測量用 光入射至配置有試料管W的測量部20之第1導光路21H；以及第2導光路形成體26，係於內部形成有將從該測量部20出射的檢測用光導光至受光部28之第2導光路26H。
第1導光路21H及第2導光路26H，係分別由直線狀延伸之圓柱狀的貫穿孔所構成，並在第1導光路21H及第2導光路26H彼此位於同軸上的狀態下，配置有第1導光路形成體21及第2導光路形成體26。
光源24，係以嵌入至第1導光路21H之未與第2導光路26H相對向的一端(第7圖中之左端)的狀態受到保持。另外，受光部28，係以嵌入至未與第2導光路26H之未與第1導光路21H相對向的一端(第7圖中之右端)，且與光源24的光軸為同軸狀的狀態受到保持。
光源24以嵌入至第1導光路21H的狀態受到保持，藉此能夠輕易將光源24的光軸設定為大致與該第1導光路21H的軸平行，因此能夠於受光部28的方向將光束以高效率進行配光。
光源24側的第1導光路21H的直徑，係與受光部28側的第2導光路26H的直徑相同亦可、不同亦可，然由減少非必要的散射光、反射光、漫射光的角度來看，受光部28側的第2導光路26H的直徑比光源24側的第1導光路21H的直徑更小為佳。
於光學測量機構18，係插入有裝填了測量試 料的試料管W，並設置有試料托架25；該試料托架25，係於中央部形成有朝底部變得小徑之圓錐狀的試料管收容孔29。於試料管收容孔29，在下部側(第7圖中之下部側)的區域係在彼此相對向的位置分別形成有光通過孔27A、27B；該光通過孔27A、27B，係分別通過測量用光及檢測用光。於試料托架25內，係以夾著試料管收容孔29於左右方向(第7圖中之左右方向)直線狀地延伸，且連通於該試料管收容孔29的光通過孔27A、27B的方式形成有收容用凹部23A、23B。並且，於該收容用凹部23A、23B，各個第1導光路形成體21及第2導光路形成體26，係在以第1導光路21H及第2導光路26H的端部與光通過孔27A、27B分別相對向而連通的方式受到壓入的狀態下受到保持。
另外，於試料托架25，限制試料管W的位置之位置限制構件22，以從試料托架25的表面(第7圖中之上表面)突出的狀態形成。
試料管收容孔29，係能夠對應於PCR管、或是試料管的形狀及大小，例如為能夠對應於1.5mL的試料管或是2.0mL的試料管的形狀及大小。
作為試料托架25，係例如能夠使用聚碳酸酯樹脂所構成者。
試料托架25從抑制來自外部的漫射光之入射的角度來看，為黑色為佳。
並且，於本發明之光學測量器10中，第1導 光路形成體21及第2導光路形成體26係由具有吸光性的材料所形成，特別是由具有吸光性的彈性體構成為佳。
作為具有吸光性的彈性體，係能夠使用分散有吸光性物質的聚二甲基矽氧烷(PDMS)等之矽酮樹脂。因矽酮樹脂自身所發出的螢光即自發螢光(autofluorescence)較小，故能夠適宜作為本發明之具有吸光性的彈性體使用。
作為吸光性物質，係例如能夠使用黑色的粉末；作為黑色的粉末，係能夠舉出碳黑或碳奈米管等。
分散有吸光性物質的彈性體的折射率，係1.3以上而1.8以下為佳。
若令第2導光路形成體26的第2導光路26H之直徑為d、長度為L，則該等之比L/d係3以上而15以下為佳，為3.3以上而13.3以下更佳。
第2導光路26H的直徑與長度的比L/d為3以下時，有無法將所期望之光檢測光之外的散射光充分藉由包圍第2導光路26H的壁面進行吸收而去除之虞。另一方面，第2導光路26H的直徑與長度的比L/d為15以上時，因第2導光路26H的長度L變得較大，故有無法充分達成光學測量器的小型化的情形。另外，因第2導光路26H的直徑d變得較小，故有必要提高光源24的光量，而不得不增加通電至光源24的電源之電容，而有電源大型化導致無法充分達成光學測量器的小型化的情形。
第2導光路26H的直徑d，係例如為1.5~3mm。
第1導光路21H及第2導光路26H的直徑， 係比各個試料托架25的光通過孔27A、27B的直徑更大。藉此，雖各個第1導光路形成體21及第2導光路形成體26係對於試料托架25壓入而受到保持，然壓入至該等而導致變形產生時，亦能夠使光通過孔27A、27B確實位於第1導光路21H及第2導光路26H的開口內。
第2導光路26H的長度L，係指沿著該第2導光路26H的中心軸的長度。
另外，第2導光路26H的長度L，係因試料托架25的光通過孔27B的厚度(第7圖中之左右方向的厚度)而有所不同。具體而言，沿著從試料管W至受光部28為止之光軸的長度係10~20mm。
作為光源24，能夠使用例如白色LED等之LED，作為受光部28，係能夠使用例如RGB顏色感測器等之光二極體。藉由使用RGB顏色感測器作為受光部28，能夠測量RGB之各波長的吸光度。
例如由波長560nm附近的光的吸光度藉由BCA(bicinchoninic acid)法、或是由波長600~700nm附近的光的吸光度藉由布拉福(Bradford)法，能夠將蛋白質的濃度定量。
於本發明之光學測量器10，設置將試料管W內的測量試料進行化學性或物理性的加熱處理、或是以一定的溫度條件為進行光學測量而加熱的加熱機構亦可。
加熱機構，係能夠將試料管W從上下進行加熱者。具體而言，係能夠由上部加熱器構件及下部加熱器 構件所構成；該上部加熱器構件，係設置於框體11的蓋12的裏面側，藉由使該蓋12為閉狀態而按壓於試料管W並以接觸於該試料管W的上表面的方式進行配置；該下部加熱器構件，係以接觸在突出於貫穿了試料管收容孔29的下部的孔之試料管W的下表面之方式進行配置。
作為上部加熱器構件及下部加熱器構件，係能夠使用具有紋路的片狀加熱器。
在本發明之光學測量器10設置有加熱機構時，進一步設置使受到加熱的試料管W藉由循環冷卻風進行急速冷卻的冷卻用風扇為佳。
作為光學測量器10的各部尺寸之一例，可舉出框體11之縱向寬度(第1圖中之上下方向的長度)為150mm，橫向寬度(第1圖中之左右方向長度)為70mm，高度(第1圖中之與紙面為垂直之方向的長度)為30mm，重量為300g者。另外，第2導光路26H的直徑d為Φ3.0mm，光軸方向的長度L為11.2mm，從試料管W的壁面至受光部28的表面為止的距離為12.8mm。另外，試料托架25之試料管收容孔29的光通過孔27B的直徑係Φ1.7mm，試料管收容孔29的直徑係最小部為Φ1.7mm、最大部為Φ3.0mm。進而，光源24與受光部28的距離係35mm。
光學測量器10之光學測量，係如以下般進行。亦即，於光學測量機構18中，從光源24出射之測量用光，係在測量部20照射於收容於試料管收容孔29的試 料管W內之液體狀的測量試料。照射至試料管W內的測量試料之測量用光，係對應於測量對象物質的濃度而受到吸收。未受到吸收而穿透試料管W出射之光當中，所期望之光檢測光以外的散射光係藉由包圍第2導光路26H的壁面吸收而去除，僅檢測用光抵達受光部28，並測量該光量而取得吸光度，從而算出濃度。具體而言，於光穿透測量試料時，該穿透率對應於測量對象物質的濃度而對於光路長呈指數衰減。因此，將預先已知濃度之測量對象物質的標準溶液作為基準試料進行測定而製作校正曲線，藉由比較該光量而能夠從測量試料之測量對象物質的吸光度算出濃度。
以上所述之光學測量器10，係藉由使光源24與受光器28接近配置而達成小型化，故能夠輕易搬運。並且，依據該光學測量器10，因第2導光路形成體26係由具有吸光性的材料所構成，故包圍第2導光路26H的壁面會吸收所期望之檢測用光以外的散射光，而能夠抑制該檢測用光以外的散射光之反射、散射。因此，依據本發明之光學測量器10，能夠對於受光部28僅照射檢測用光，而能夠獲得高精度的測量結果。
以下，針對本發明之實施方式進行說明，然本發明係不限於上述之實施方式，而能夠進行種種變更。
例如，試料托架並非必須者，為使試料管對於導光路形成體直接插入拔出的構成亦可。然而，在導光路形成體係由彈性體所形成時，因與聚丙烯製之試料管之間的摩擦 力較大而有難以插入拔出之情事。因此，於本發明之光學測量器中，設置有試料托架為佳。

Claims (11)

  1. 一種光學測量器，其特徵為：具有：第1導光路形成體，係於內部形成有使來自光源的測量用光入射至配置有測量試料的測量部並由直線狀延伸的貫穿孔所構成之第1導光路；以及第2導光路形成體，係於內部形成有將從前述測量部出射的檢測用光導光至受光部並由直線狀延伸的貫穿孔所構成之第2導光路；於前述測量部，係透過試料托架，使前述測量用光入射並且使前述測量用光出射；該試料托架，係形成有用以使裝填有測量試料的試料管插入的試料管收容孔，前述第2導光路形成體，係由具有吸光性的材料所形成，若令前述第2導光路形成體的第2導光路之直徑為d、長度為L，則滿足下述關係式(1)；關係式(1)：3≦L/d≦15。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學測量器，其中，前述第2導光路形成體的第2導光路，係與前述第1導光路形成體的第1導光路位於同軸上。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之光學測量器，其中，前述具有吸光性的材料，係具有吸光性的彈性體。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光學測量器，其中，前述具有吸光性的彈性體，係分散有吸光性物質的矽酮樹脂。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之光學測量器，其中，於前述試料托架，形成有用以收容前述第1導光路形成體及前述第2導光路形成體的收容用凹部，前述第1導光路形成體及前述第2導光路形成體係在分別被壓入該收容用凹部的狀態被保持。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之光學測量器，其中，於前述試料托架，形成有用以收容前述第1導光路形成體及前述第2導光路形成體的收容用凹部，前述第1導光路形成體及前述第2導光路形成體係在分別被壓入該收容用凹部的狀態被保持。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之光學測量器，其中，前述第1導光路形成體，係由具有吸光性的材料所形成。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之光學測量器，其中，前述第1導光路形成體，係由具有吸光性的材料所形成。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之光學測量器，其中，前述第1導光路形成體，係由具有吸光性的材料所形成。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之光學測量器，其中，前述第1導光路形成體，係由具有吸光性的材料所形成。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之光學測量器，其中，前述第1導光路形成體，係由具有吸光性的材料所形成。
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