WO2002021113A1 - Microscope à lentille thermique - Google Patents

Description

明 細 書 熱レンズ顕微鏡デバイス 技術分野

この出願の発明は、 熱レンズ顕微鏡デバイスに関するものである _c さらに詳しくは、 この出願の発明は、 微小空間内において精度の高 い超微量分析が可能であり、 任意の場所で簡便な測定が可能であ る卓上型のパームトップサイズ熱レンズ顕微鏡デバイスに関するも のである。 背景技術

従来より、 化学反応を微小空間で行うための集積化技術が、 化 学反応の高速性や微小量での反応、 オンサイ ト分析等の観点から 注目され、 世界的に精力的な研究が進められている。

この出願の発明者らによっても、 化学反応の集積化技術につい ての検討が進められてきており、 ガラス基板等を用いたデバイスに おいて、微細チャンネル内の液中試料の光吸収により発生する熱レ ンズ効果を利用した光熱変換吸光分析法が確立され、 実用化への 道が開かれている。

しかしながら、 発明者らにより提供された上記のような熱レンズ 顕微鏡による分析方法においては、 これを可能とする分析機器の 構成が、 たとえば光源や、 測定部や検出部 （光電変換部） の光学 系等が複雑にシステムアップされていて、 まだまだ大翠であり可搬 性に欠けていた。 このため、 この熱レンズ顕微鏡システムを利用し た分析や化学反応を行う際には、 その場所や操作を限定する要因 となっていた。

このような事情から、 熱レンズ顕微鏡システムによる分析は、 分 析可能な対象が広いことなどの多くの利点を持つことから、汎用性 の高い小型化が強く期待されていた。

そこで、 この出願の発明者らは、 励起光源および検出光源として 小型レーザ一光源を備え、 励起光源、 検出光源および熱レンズ頭 微鏡光学系を単一器体 ίこ装着一体化することにより、 コンパクト な構造を持つデスクトップ熱レンズ顕微鏡装置を開発している。 こ のデスクトップ熱レンズ顕微鏡装置においては、 デスクトップ型の 顕微鏡のように単一の器体に全ての要素を装着一体とし、 従来ま での巨大な顕微鏡をデスク トップ型までに小型化することに成功 している。

だが、 このデスクトップ熱レンズ顕微鏡装置においても、 さらに 改善することが望まれていた。

それは、 さらに可搬性のあるものに小型化することである。 この 小型化により、 医療診断や環境計測における超微量化学物質の超 高感度分析の機動性が飛躍的に高まり、空間分解能や定量分析能 力に非常に優れた超微量分析顕微鏡が可能となる。

この出願の発明は、 以上の通りの事情に鑑みてなされたものであ り、 可搬性があって、 医療診断や環境計測における超微量化学物 質の超高感度分析を可能とする、 パームトップサイズの、 新しい熱 レンズ顕微鏡デバイスを提供することを課題としている。 発明の開示

この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第 1には、 分析セルとこれを支持する基板とにより構成されるデバイス本体 において、 励起光源、 検出光源および熱レンズ顕微鏡光学系の少 くとも一部が一体配設されていることを特徴とする熱レンズ顕微 鏡デバイスを提供する。

また、 この出願の発明は、 第 2には、 分析セルとこれを支持する 基板とにより構成されるデバイス本体において、 検出系および検出 用光学系の少くとも一部が一体配設されていることを特徴とする 熱レンズ顕微鏡デバイスを提供し、 第 3には、 この第 2の発明にお いて、 信号処理系および検出結果を送受信する電気回路の一部ま たは全部がデバイス本体に一体配設されていることを特徴とする 熱レンズ顕微鏡デバイスを、 第 4には、 第 2または第 3の発明にお いて、 励起光源、 検出光源および熱レンズ顕微鏡光学系の少くと も一部がデバイス本体に一体配設されていることを特徵とする熱 レンズ顕微鏡デバイスを提供する。 図面の簡単な説明

図 1は、 この発明の一例を示した平面図、 正面図および底面図 である。

図 2は、 この発明の別の例を示した正面図である。

なお、 図中符号は次のものを示している。

1 分析セル

2 A 上基板

2 B 下基板 3 励起光源

4 検出光源

5 レンズ系

6 ダイク口ミックミラー

7 プリズム

8 対物レンズ

9 注入口

1 0 排出口

.1 1 微細チャンネル

1 2 プリズム

1 3 フィルター

1 4 光検出器 発明を実施するための最良の形態

この出願の発明は上記のとおりの特徵をもつものであるが、 以下 に、 その実施の形態について説明する。

前記のとおり、 この出願の発明の熱レンズ顕微鏡デバイスは、 分 析セルとこれを支持する基板により構成されるデバイス本体におい て、

<A>励起光源、 検出光源および熱レンズ顕微鏡光学系の少く とも一部

< B >検出系および検出用光学系の少くとも一部

の <A>< B >の両方、 もしくは一方が一体配設されていること、 さらには、 前記 < B >とともに、 ぐ。 C >信号処理系および検出結 果を送受信する電気回路の一部または全部が一体配設されている ことを特徴としている。

なお、 言うまでもないことであるが、 熱レンズ顕微鏡は、 励起光 と検出光を入射し、 励起光が試料中に照射されることにより形成 される熱レンズに検出光を入射し、熱レンズによる検出光の拡散を 測定することにより試料中の物質の検出を行うシステムである。 以上のようなこの発明の熱レンズ顕微鏡デバイスでは、 従来より この出願の発明者らが提案しているように、 分析セルには、 ガラス、 シリコン、 プラスチック等の透光性のセル基板によりエッチングに より微細、 微小なチャンネル （通液路） やポート （貯液部） 等を 形成したものが用いられる。 そして、 この分析セルを支持する基板. も同様の透光性の素材により形成することができ、 分析セルをその 片側において支持するようにしてもよいし、 上下両側において挾持 して支持するようにしてもよい。 この支持の形態については様々で あってよい。

そして、 前記 <A>< B〉、 さらに < C〉は、 分析セル、 あるい はこれを支持する基板に部分的に、 あるいは全部が一体化されてい てよい。 ここで一体化されているとのことは、 分析セルや基板の外 部に空間を置いて配置されていることではなく、 分析セル、 基板の 内部あるいは表面に当接または埋設されていることを意味してい る。

図 1は、この発明の熱レンズ顕微鏡デバイスの一例を示した平面 図、 正面図および底面図である。 たとえばこの図 1に励磁したよう に、 デバイス本体は、 分析セル （ 1 ) を、 上基板 （ 2 A) と下基 板 （ 2 B ) とによって挾持して構成し、 上基板 （ 2 A) には、 励 起光源 （ 3 )、 検出光源 （ 4 ) とともに、 ビームエキスパンダーや コリメ一ターレンズ等のレンズ系（ 5 )、ダイク口ミックミラー（ 6 )、 プリズム （ 7 ) 等からなる熱レンズ顕微鏡の光学系を一体化配設 している。 プリズム （ 7 ) の直下には対物レンズ （ 8 ) をさらに 埋設により一体化することもできる。

また、 上基板 （ 2 A) には、 試料や反応対薬注入口 （ 9 ) およ び液排出口 （ 1 0 ) が開孔され、 分析セル （ 1 ) に設けた微細チ ヤンネル （ 1 1 ) に各々連通されている。

一方、 下基板 （ 2 B ) においては、 プリズム （ 1 2 ) やミラー、 並びにフィルター （ 1 3 ) 等からなる検出用光学系と、 光検出器 ( 1 4 ) が一体化配設されている。

図 2は、 以上の図 1の例のように上基板 （ 2 A) および下基板 ( 2 B ) の表面に一体化配設するのでなく、 励起光源 （ 3 ) をは じめとする上記の熱レンズ顕微鏡システムの要素を、 上基板 （ 2 A) および下基板 （ 2 B ) に埋設して一体化配設した例を示して いる。 このような各種の構成としてこの発明の熱レンズ顕微鏡デバ イスが構成される。

もちろん、 光源や検出器等の要素の一部が上下基板 （ 2 A) ( 2 B ) の外部に配置されているものもこの発明においては包含してい る。 使用条件、 使用環境等に応じてシステム構成を変更してもよい < いずれの場合でも、 励起光源 （ 3 ) には小型の半導体レーザーを はじめ、 半導体レーザー励起固体レーザーのような小型レーザー光 源の各種のものが用いられる。 励起光源 （ 3 ) から出力された励 起光はたとえば、 チヨッパによって変調され、 さらにビームエキスパ ンダ一により平面波として射出される。

一方、 励起光源 （ 3 ) と同様に小型レーザー光源である検出光 源 （ 4 ) から出力された検出光は、 たとえばコリメ一ターレンズに より平行な光線束として射出され、 だいくロックミラ一 （ 6 ) によ り、 励起光と同軸にて合成される。

励起光と検出光からなる合成光は、 プリズム （ 7 )、 対物レンズ ( 8 ) を通過し、 分析セル （ 1 ) 中の液体試料に照射される。 試 料内部においては、 合成光を構成する励起光の一部により光熱変 換現象に基づき熱レンズが形成され、熱レンズを通過した検出光は 拡散し、 光熱変換に関わらなかった励起光とともに試料中を透過 する。 原理的には励起光も熱レンズの影響を受けるが、 検出光に比 ベてわずかである。

試料は、 前記の注入日に試薬し、 たとえば錯化剤や免疫反応試 薬等と別々に注入され、 微細チャンネル （ 1 1 ) 内での反応によつ て試料中の微量成分の検出が上記の熱レンズ顕微鏡により可能と される。

たとえば、 窒素酸化物の定量分析に関しては、 アルカリ性 （ p H 1 3 ) の過酸化水素水溶液にタバコ煙中の窒素酸化物を亜硝酸ィ オンとして酸化吸収させ、 発色試薬である N— 1 —ナフチルェチレ ンジァミンと反応させて、 赤紫色 （ピーク収光度波長 5 4 4 n m) に呈色させる。 これを、 微細チャンネル （ 1 1 ) への光照射によつ て熱レンズ顕微鏡で検出を行うことができる。 励起光には波長 5 3 2 n m、 出力 1 0 O mWの半導体 Y A Gレーザ一 （第 2高調 波） を、 また、 検出光には波長 6 8 O n m、 出力 5 mWの半導体 レーザーを用いることができる。 産業上の利用可能性

以上詳しく説明したように、 この出願の発明によって、 小型で可 搬性があり、 かつ空間分解能や定量分析能力に優れた超微量分析 のための顕微鏡が提供される。

Claims

請求の範囲

1 . 分析セルとこれを支持する基板とにより構成されるデバイス 本体において、 励起光源、 検出光源および熱レンズ顕微鏡光学系 の少くとも一部が一体配設されていることを特徴とする熱レンズ 顕微鏡デバイス。

2 . 分析セルとこれを支持する棊板とにより構成されるデバイス 本体において、 検出系および検出用光学系の少くとも一部が一体 配設されていることを特徴とする熱レンズ顕微鏡デバイス。

3 . 信号処理系および検出結果を送受信する電気回路の一部ま たは全部がデバイス本体に一体配設されていることを特徴とする 請求項 2の熱レンズ顕微鏡デバイス。

4 . 励起光源、 検出光源および熱レンズ顕微鏡光学系の少くと も一部がデバイス本体に一体配設されていることを特徴とする請 求項 2または 3の熱レンズ顕微鏡デバイス。