WO2006123468A1 - マイクロ化学システム及びそのｔｌｍ出力算出方法 - Google Patents

マイクロ化学システム及びそのｔｌｍ出力算出方法 Download PDF

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lens
excitation light
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Masatoshi Nara
Ryo Anraku
Takahiro Asai
Jun Yamaguchi
Akihiko Hattori
Takehiko Kitamori
Manabu Tokeshi
Akihide Hibara
Kazuma Mawatari
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Nippon Sheet Glass Company, Limited
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/171—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/08—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a stream of discrete samples flowing along a tube system, e.g. flow injection analysis

Definitions

  • the present invention relates to a microchemical system and a TLM output calculation method thereof. '' Background technology
  • microchemical system that responds, separates, extracts and detects.
  • reactions performed in this microchemical system include diazotization reactions, nitration reactions, and antigen-antibody reactions.
  • extraction and separation include solvent extraction, electrophoretic separation, There is column separation.
  • the microchemical system may be used with only a single function for the purpose of separation only, or may be used in combination.
  • TLM output the difference between the signal intensity of the detection light before and after the sample in the fine channel is irradiated with the excitation light divided by the signal intensity of the detection light before irradiation
  • thermal lens analysis method utilizes this thermal lens effect.
  • the thermal lens analysis method observes heat diffusion, that is, changes in refractive index as TLM output, and a simulation.Join method that accurately calculates this TLM output has been disclosed. Yes.
  • the above simulation method is a method for calculating the phenomenon in which light bends due to refraction.
  • the NA range that maximizes the T LM output is 0.1 ⁇ NA ⁇ 0.4 (See, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 4-3 0 9 4 3 0 ').
  • a thermal lens having a refractive index distribution according to the excitation beam propagation intensity I (r, z) is approximated to an SNS laminated optical system with a refractive index difference as a variation, and TLM output is obtained by tracking the actual rays.
  • the NA range in which the LM output is maximized is 0.15 ⁇ NA ⁇ 0.6 (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-0 1-2 5 4 7 (See publication No. 8).
  • the thermal lens phenomenon is that the temperature rises due to the excitation light beam.
  • the heat generation distribution follows the intensity distribution of the excitation light beam. Due to diffusion and advection due to the flow of liquid in the microchemical chip, the temperature distribution in the microphone mouth chemical chip actually differs significantly from the applied beam intensity.
  • the refractive index distribution of the thermal lens is gaussed as in the prior art described above.
  • the refractive index distribution of the lens used for the calculation is different from the actual one when approximating the distribution and the SNS laminated optical system, and the result obtained inevitably contains this much error and the accuracy cannot be expected.
  • the refractive index distribution is a lens
  • the conventional technique approximates to an SNS laminated optical system, or approximates to a Gaussian distribution in which the refractive index changes more gently than this SNS laminated optical system.
  • the propagation of the beam cannot be simulated accurately because the interference of light which is a problem in the near field is not considered.
  • An object of the present invention is to provide a microphone system capable of acquiring a highly accurate TLM output value and a TLM output calculating method thereof. Disclosure of the invention
  • the microchemical system of the present invention uses the lens having a numerical aperture NA to form a thermal lens having a predetermined refractive index distribution in a sample flowing in a flow channel having a depth t.
  • First irradiation means for irradiating the sample with excitation light second irradiation means for irradiating the sample with detection light coaxially with the excitation light via the lens, and before and after the thermal lens is formed
  • a light receiving unit that receives transmitted light when the detection light passes through the sample
  • a TLM output calculating unit that calculates a TLM output based on the amount of light received by the light receiving unit.
  • the depth t ( ⁇ m) is in the range of 7 5 ⁇ t 3 0 0, and the numerical aperture NA is 0.0 4 ⁇ NA ⁇ 0. 1 range
  • the TLM output calculation method of the present invention A first irradiating means for irradiating the sample with excitation light through a lens to form a thermal lens having a predetermined refractive index distribution in a sample flowing through the lens, and coaxially with the excitation light through the lens.
  • TLM output calculation means for calculating TLM output based on the TLM output calculation means of the microchemical system having a chromatic aberration for the excitation light and the detection light, wherein the lens has a beam intensity of the excitation light.
  • a heat generation distribution calculating step for calculating the heat generation distribution of the sample by the excitation light under a user-set condition, and a temperature for calculating the temperature distribution of the sample based on thermofluid analysis distribution A calculating step.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a microphone mouth chemical system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of TLM output calculation processing executed by the microchemical system of FIG.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the procedure of the beam propagation simulation process executed in steps S 2 0 9 and S 2 1 0 of FIG.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the numerical aperture NA, the chromatic aberration, and the TLM output when the channel depth t is taken.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the numerical aperture NA, chromatic aberration, and TLM output when the channel depth t is 50 ⁇ .
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the numerical aperture NA, chromatic aberration, and TLM output when the channel depth t is 75 / m.
  • Figure 7 shows the channel depth. NA, chromatic aberration when t is 100 / zm And a graph showing the relationship between TLM outputs.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the numerical aperture NA, chromatic aberration, and TLM output when the channel depth t is 200 / m.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship among the numerical aperture NA, chromatic aberration, and TLM output when the channel depth t is 300 in.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the numerical aperture ⁇ ⁇ , the color difference, and the TLM output when the channel depth t is 500 ⁇ .
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the numerical aperture ⁇ ⁇ for each channel depth t and the strength of the TLM output.
  • a thermal lens having a predetermined refractive index distribution should be formed in a sample flowing in a flow channel having a depth.
  • the lens includes a light receiving portion that receives the transmitted light when the detection light passes through the sample before and after the lens is formed, and a T LM output calculation means that calculates the TLM output based on the amount of light received by the light receiving portion.
  • numerical aperture NA is 0.0 4 ⁇ NA ⁇ 0.1
  • Depth t ( ⁇ m) force S l 0 0 ⁇ t ⁇ 3 0 more preferably, depth t ( ⁇ m) is in the range 2 0 0 t ⁇ 3 0 0 High T
  • LM output values can be obtained.
  • the inventor of the present invention has a heat index having a predetermined refractive index distribution in a sample flowing in the flow path.
  • a TLM output calculating means for calculating the TLM output based on the amount of light received by the light receiving unit.
  • the beam intensity distribution of the excitation light is approximated to a Gaussian distribution, and the heat generation distribution of the sample due to the excitation light is calculated under the conditions set by the user
  • a heat distribution calculation step and a temperature distribution calculation step for calculating the temperature distribution of a sample based on a thermofluid analysis are provided, the actual heat diffusion and flow advection are reflected in the calculation. The It was found that the TLM output in the case of beam propagation can be simulated and a highly accurate TLM output value can be obtained.
  • the refractive index distribution calculating means for calculating the refractive index distribution of the sample from the calculated temperature distribution, and the beam propagation for calculating the beam propagation in the sample after the excitation light irradiation based on the calculated refractive index distribution.
  • Comprising a calculation step and an analytical conversion step for performing an analytical conversion on the region until the transmitted light is received by the light receiving unit the behavior of the beam in consideration of interference in the near field including the beam waist can be accurately determined. I found out that it can be calculated.
  • the present invention has been made based on the above findings.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a microphone mouth chemical system according to an embodiment of the present invention.
  • a microchemical system 1 includes a microchemical chip (not shown) having a flow path of depth t through which a sample flows, a sample in the flow path of the microchemical chip, and excitation light from an excitation light source 13 and Detection light from detection light source 1 4 And a PD (not shown) that receives the thermal lens 12 generated in the sample at the PD light receiving surface 11 1 and performs photoelectric conversion.
  • the photoelectric conversion area of the PD light receiving surface 11 is a concentric area having a radius rad with respect to the optical axis of the objective lens 10.
  • the thermal lens 12 is formed in the sample by the excitation light focused and irradiated at the central position with respect to the depth direction of the flow path of the microchemical chip by the objective lens 10. It is formed. At this time, let L be the distance from the focal point of this excitation light to the PD light receiving surface 11.
  • the detection light is condensed and irradiated by the objective lens 10 onto the thermal lens 12 formed as described above.
  • the focal position of the detection light is the focal difference caused by the difference in wavelength between the excitation light and the detection light (hereinafter referred to as “chromatic aberration”). To do.
  • the detection light is spread onto ⁇ ⁇ with a spread of ⁇ ⁇ .
  • the difference in the signal intensity of the detection light before and after the excitation light is applied to the sample in the channel of the microphone mouth chemical chip is irradiated.
  • Ta ⁇ ⁇ ⁇ so that all the detected light is received by the PD light receiving surface 11 1 in order to accurately detect the value divided by the signal intensity of the detected light (hereinafter referred to as “T LM output”).
  • the distance L is controlled so that ⁇ rad / (L-df).
  • the TLM output calculation process (1) calculates the heat distribution in the flow channel of the microchemical chip after the excitation light irradiation, and (2) the calculated heat generation.
  • the temperature distribution was calculated by performing a thermal fluid analysis on the distribution, (3) the calculated temperature distribution was converted to a refractive index distribution, and (4) the sample was irradiated with detection light before and after excitation light irradiation.
  • the processing of (1) to (4) is performed in the range of (0 to tZ2) in the coordinates where the focal position of the excitation light is 0 and the light propagation direction is positive.
  • the heat distribution of (2) is calculated by substituting various conditions such as the physical properties of the liquid and the flow rate of the liquid as parameters. This makes it possible to accurately calculate heat diffusion and advection due to flow, as well as to calculate the refractive index distribution with high accuracy.
  • the process (5) analytically changes the beam propagation at the position of t 2 obtained in the process (4) to the beam propagation at the L position.
  • interference that is not considered in the ray tracing method can be obtained, and the behavior of the beam can be accurately calculated in consideration of interference in the near field including the beam waste.
  • the heat generation distribution of the sample due to the excitation light is approximated as the excitation light is a Gaussian beam, and is calculated by the following equations (1) to (3).
  • ⁇ wavelength of excitation light
  • AO calorific value scale factor
  • the temperature distribution of the sample approximates that the sample is an incompressible fluid, and is expressed by the mass conservation equation represented by Equation (4), the momentum conservation equation represented by Equation (5), and Equation (6). This is calculated by performing a thermofluid analysis after excitation light irradiation using the basic equation of thermofluid analysis expressed by the energy conservation equation.
  • V Flow velocity vector
  • Equation (6) the first term represents the change in internal energy
  • the second term represents the change in kinetic energy
  • the right-hand side in Equation (6) shows that the first term is work due to external force, and the second term is work due to pressure gradient.
  • the third term represents friction work
  • the fourth term represents heat generated by fluid friction
  • the fifth term represents external heat.
  • the temperature distribution during one cycle of the modulation frequency is calculated in the range of O z ⁇ t / 2 (t: channel depth of the microchemical chip), and one cycle is calculated by this calculation. Obtain the maximum and minimum temperature of the sample.
  • the refractive index distribution corresponds to the heat generation distribution obtained by the thermofluid analysis and is calculated by the following equation (7 ').
  • n n O + (d n / d t) ⁇ ⁇ ...,)
  • ⁇ 0 Refractive index of sample liquid at temperature before thermal lens 1 2 is formed
  • d n / d t Increment of refractive index per temperature
  • the refractive index distribution for the maximum temperature obtained by the temperature distribution calculation process of (2) above is the refractive index distribution of the sample after the excitation light irradiation, that is, when the thermal lens 12 is formed. To do.
  • the refractive index distribution for the minimum temperature obtained by the temperature distribution calculation process in (2) above is used as the refractive index distribution of the sample before irradiation with excitation light.
  • the beam propagation analysis when the sample is irradiated with the detection light before and after the excitation light irradiation is first performed by approximating the wave equation of the beam propagation as a scalar approximation and expressed by the Helmholtz equation expressed by Equation (7). To do.
  • the electric field ⁇ changes slowly with respect to the propagation axis (z axis), including free space propagation and refractive index distribution. If it can be expressed by complex amplitude u (X, y, z), the following equation (8) holds.
  • V 2 ⁇ ⁇ + ⁇ -dx dy
  • the beam propagation before the excitation light irradiation is calculated by substituting the refractive index distribution at the above-mentioned minimum temperature into the above equation (9), and the beam propagation after the excitation light irradiation is the maximum value described above.
  • the refractive index distribution at temperature is calculated by substituting into the above formula (9).
  • the conversion from the electric field distribution at the microchemical chip outlet to the electric field distribution at the PD light-receiving surface 11 is performed by approximating the detection light as coherent light.
  • Equation (1 0) the complex amplitude distribution U i (X, 'y ) And is expressed as the output light distribution U o (X, Y).
  • K is a transfer function, and represents the output distribution corresponding to the point light source (X, y) that is the detection light source 14.
  • the electric field distribution on the PD light receiving surface 1 1 is numerically integrated in the range up to the aperture radius centered on the optical axis. Do. This process is performed for the beam propagation for each of the minimum temperature and the maximum temperature calculated in the beam propagation calculation process in (4) above, and the received light intensity at the PD light receiving surface 11 at each temperature is calculated.
  • the conversion to TLM output is based on the light reception intensity at the PD light receiving surface 11 after the thermal lens 12 is formed, before the thermal lens 12 is formed. This is done by subtracting the received light intensity at the PD light receiving surface 1 1 and normalizing it with the total light intensity.
  • the present embodiment it can be obtained by the electric field distribution conversion process (5) described above.
  • the received light intensity at the minimum temperature is approximated to the received light intensity on the PD light receiving surface 11 before the thermal lens 12 is formed, and the maximum temperature obtained by the electric field distribution conversion process in (5) above.
  • the received light intensity at is approximated to the received light intensity at the PD light receiving surface 11 after the thermal lens 12 is formed.
  • TLM output Kd) -I () (13)
  • FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of TLM output calculation processing executed by the microchemical system 1 of FIG.
  • various parameters used to calculate the heat generation distribution are set (step S 2 0 0). Specifically, the numerical aperture (NA) and wavelength (e) of the excitation light, the frequency of the detection light, the scale factor (AO) of the calorific value determined for each sample, and the refractive index (n) of water and Parameters such as the groove depth (t) of the flow path that will become the thermal fluid analysis part are set in this process.
  • a heat generation distribution is calculated when the sample in the channel of the microchemical chip is irradiated with excitation light (step S 2 0 1).
  • the heat generation distribution of the sample is calculated by substituting the parameter values set in step S 2 0 0 into the above equations (1) to (3).
  • the heat generation distribution obtained here changes in accordance with the intensity of the excitation light that changes according to the modulation by the frequency of the given excitation light. Further, the heat generation distribution may be directly set to an arbitrary value.
  • step S 2 0 2 various parameter values used for calculating the temperature distribution are set (step S 2 0 2). Specifically, flow velocity vector (V), external force Parameter values such as (F), sample density (p), sample kinematic viscosity (y) and sample pressure (p) are set in this process.
  • V flow velocity vector
  • F sample density
  • y sample kinematic viscosity
  • p sample pressure
  • a temperature distribution is calculated by performing a thermal fluid analysis on the heat generation distribution calculated in step S 2 0 1 (steps S 2 0 3 to S 2 0 6). Specifically, the parameter values set in step S 2 0 2 are substituted into the basic equations for thermal fluid analysis (above equations (4) to (6)), and the parameter values set in step S 2 0 0 are used. Calculate the temperature distribution during one cycle of the modulation frequency for the range of analysis area (0 ⁇ Z ⁇ t / 2).
  • this temperature distribution calculation process is performed when the detection light output from the detection light source 14 controlled by a chopper (not shown) provided in the detection light source 14 is the start time ( At each analysis time i obtained by dividing the emission end time (tmax) from tmin) by an interval of minute time ⁇ t, the above-mentioned thermofluid analysis is executed irregularly. This makes it possible to accurately obtain a temperature distribution that changes with time according to the modulation frequency.
  • step S 2 0 7 and S 2 0 8 the maximum temperature and the minimum temperature of the sample in one cycle obtained by the processing of steps S 2 0 3 to S 2 0 6 are acquired (steps S 2 0 7 and S 2 0 8), and the respective temperatures are obtained.
  • the beam propagation simulation process shown in Fig. 3, which will be described later for temperature, is performed (steps S 2 0 9 and S 2 1 0). By this process, the electric field distribution at the microchemical chip outlet (z t 2) at the maximum temperature and the minimum temperature of the sample in one cycle can be obtained.
  • the beam intensity distribution of the excitation light is approximated to a Gaussian distribution, and the heat generation distribution of the sample due to the excitation light is calculated under the conditions set by the user (Steps S 2 0 0, S 2 0 1 ) Since the temperature distribution of the sample is calculated based on thermal fluid analysis (steps S 20 04 to S 20 06), the actual heat diffusion and flow advection are reflected in the calculation. This makes it possible to simulate the TLM output when propagating through a beam, and to obtain a highly accurate TLM output value.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the beam propagation simulation process executed in steps S 2 0 9 and S 2 1 0 of FIG.
  • step S 4 0 first, by substituting the maximum and minimum values of the temperature distribution obtained in steps S 2 0 7 and S 2 0 8 of FIG. 2 into the above equation (7 ′ :), Obtain the refractive index distribution at each analysis time i of the sample after the excitation light irradiation (step S 4 0 1).
  • the conversion of the refractive index distribution in this step is not limited to the maximum and minimum temperature distributions described above.
  • each analysis time for one cycle of the modulation frequency It is also possible to calculate the difference based on the temperature distribution at the same time, and obtain the change over time of the obtained signal by Fourier transform.
  • step S 4 0 2 various parameter values used to calculate the beam propagation are set. Specifically, the numerical aperture NA of the detection light, the wavelength, the chromatic aberration d f with the excitation light, the distance L to the PD light receiving surface 11, and the radius r a d of the PD light receiving surface 11 are set.
  • the propagation of the beam in the microchemical chip is calculated by the above formulas (7) to (9) (step S 4 0 3), and the above formulas (1 0) to (1 2)
  • the electric field distribution at the channel exit is obtained by analytically converting the beam propagation obtained for the region until the transmitted light from the microphone mouth chemical chip is received by the light receiver (Step S 4 0 4).
  • This processing is terminated.
  • the beam propagation in the sample after the excitation light irradiation is based on the refractive index distribution of the sample calculated from the temperature distribution obtained in steps S2 07 and 2 0 8 in Fig. 2.
  • Step S 4 0 1, S 4 0 3 and analytical conversion is performed for the area until the transmitted light from the microphone mouth chemical chip is received by the light receiving unit (Step S 4 0 4). It is possible to accurately calculate the beam behavior considering the interference in the near field including the beam waste.
  • the channel depth t of the microphone mouth tip is 20 m, 50 ⁇ m, 15 ⁇ m
  • the maximum T LM output is obtained when the numerical aperture and chromatic aberration are varied within the above ranges.
  • the values are as small as 0. 0 2 5 a .u. And 0. 0 5 5 a .u., And it was found that the actual measurement is difficult.
  • the TLM output when the channel depth t is 500 ⁇ m the signal strength changes greatly with only a slight change in the numerical aperture value. Therefore, it was found that the detection accuracy deteriorated.
  • the maximum value of the above TLM output when the channel depth t is set to 100 / m is around 0.1 0 0 a.u. Appears more clearly, and as shown in FIG. 8, the channel depth t is 20
  • the maximum value of the ⁇ LM output at 0 / im is around 0.165 a.u., and the peak of the maximum value appears more clearly.
  • the channel depth t is not less than 75 ⁇ and not more than 300 ⁇ m, preferably
  • the numerical aperture should be 0.04 or more and 0.1 or less.
  • the intensity of the LM output increased. Further, it was found that the intensity of the TLM output is preferably further increased when the numerical aperture is 0.05 or more and 0.075 or less.
  • the depth t ( ⁇ m) is in the range of 7 5 ⁇ t ⁇ 30 °
  • the numerical aperture NA is in the range of 0.0 4 ⁇ NA ⁇ 0.1
  • the chromatic aberration df (nm) is 1 0. Since 0 ⁇ df ⁇ 2 5 0, a highly accurate TLM output value can be obtained.

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Abstract

精度の高いTLM出力値を取得することができるマイクロ化学システム及びそのTLM出力算出方法を提供する。マイクロ化学システム1は、試料が流れる深さtの流路を有するマイクロ化学チップと、開口数NAの対物レンズ10を介して試料に励起光を照射する励起光源13と、対物レンズ10を介して励起光と同軸的に試料に検出光を照射する検出光源14と、熱レンズ12が形成される前後で検出光が試料を透過したときの透過光を受光するPDとを備える。マイクロ化学システム1でPDの受光量に基づいてTLM出力を算出する際、深さt(μm)が75≦t≦300の範囲、開口数NAが0.04≦NA≦0.1の範囲、対物レンズ10の励起光及び検出光についての色収差df(nm)が100≦df≦250の範囲に設定する。

Description

明 細 書 マイ ク ロ化学システム及びその T L M出力算出方法 技術分野
本発明はマイ ク ロ化学システム及ぴその T L M出力算出方法に関す る。 ' 背景技術
従来から、 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 の高速性や微少量での反応、 オンサイ ト分析等の観点から注目されてお り、 そのための研究が、 世界的に精力的に進められている。
化学反応の集積化技術の 1つと して微細な流路の中で試料の混合、 反
- 応、 分離、 抽出、 検出等を行う所謂マイク ロ化学システムがある。 この マイクロ化学システムで行われるものと しては反応の例と して、 ジァゾ 化反応、 ニトロ化反応、 抗原抗体反応などがあり、. 抽出、 分離の例と し て溶媒抽出、 電気泳動分離、 カラム分離などがある。 マイ ク ロ化学シス テムは、 分離だけを目的と したよ うな単一の機能のみで用いられても良 く、 また複合的に用いられても良い。
これらのマイクロ化学システムに用いられるマイクロ化学チップの流 路内を流れる試料は極微量であるので、 高感度な検出方法が必須である。 このよ うな方法と して、 微細な流路内の試料に励起光を照射する前後の 検出光の信号強度の差を照射する前の検出光の信号強度で割った値 （以 下 「T L M出力」 という。 ） を検出する熱レンズ分析法が確立され、 こ れによ りマイ ク口化学システムの実用化の道が^かれている。
試料に光を集光照射すると試料中の溶質が光を吸収すると共に熱エネ ルギ一が放出される。 この熱エネルギーによつて溶媒が局所的に温度上 昇すると、 屈折率が変化して熱レンズが形成される （熱レンズ効果） 。 熱レンズ分析法はこの熱レンズ効果を利用する ものである。
熱レンズ分析法は、 熱の拡散、 即ち屈折率の変化を T LM出力と して 観察するものであり 、 この T LM出力を精度よく算出するシミ ュ レーシ. ヨ ン方法が従来より開示されている。
具体的には、 幾何光学による光線追跡法に基づきビームが伝播すると 仮定し、 また上記屈折率分布はレンズであると仮定する。 これらの仮定 の下、 屈折により光が曲がって行く現象を計算する方法が上記シミ ュ レ ーシヨ ン方法である。
例えば、 熱レンズの屈折率分布をガウス分布で近似し、 実光線追跡に より T LM出力を算出する方法においては、 T LM出力を最大とする N Aの範囲は 0. 1 ≤NA≤ 0. 4であることが開示されている （例えば、 特開 2 0 0 4— 3 0 9 4 3 0'号公報参照） 。
また、 励起ビーム伝播強度 I ( r， z ) に応じた屈折率分布を有する 熱レンズを、 屈折率差を変 ¾とする S N S積層光学系と近似し、 実光線 追跡によ り T LM出力を算出する方法においては、 T LM出力を最大と する NAの範囲は 0. 1 5 < NA< 0. 6であることが開示されている (例えば、 特開 2 0 0 4 - 1 2 5 4 7 8号公報参照） 。
しかしながら、 熱レンズ現象は励起光のビームによって温度上昇が発 生するものであり.、 発熱分布は励起光のビームの強度分布に準じた形態 となるが、 その後の温度上昇は熱伝導による熟の拡散や、 マイクロ化学 チップ內の液の流れによる移流などにより、 実際にはマイク口化学チッ プ内における温度分布は与えたビーム強度とはかなり異なる分布とな る。
そのため、 上述の従来技術のように、 熱レンズの屈折率分布をガウス 分布や S N S積層光学系に近似すると、 そもそも計算に使用するレンズ の屈折率分布が実際と異なっていることになり、 必然的に得られた結果 もこの分の誤差を多分に含み精度が期待できないという問題がある。 また、 屈折率分布はレンズであると仮定する際に、 従来技術では、 S N S積層光学系に近似したり、 この S N S積層光学系よりなだらかに屈 折率が変化するガウス分布で近似したり しているが、 いずれの近似にお いても近接場で問題となる光の干渉が考慮されておらず正確にビームの 伝播をシミ ュ レーショ ンすることができないという問題がある。
本発明の目的は、 精度の高い T L M出力値を取得することができるマ イク口化学システム及びその T L M出力算出方法を提供することにあ る。 発明の開示
上記目的を達成するために、 本発明のマイクロ化学システムは、 深さ tの流路中を流れる試料中に所定の屈折率分布を有する熱レンズを形成 すべく開口数 N Aの レンズを介して前記試料に励起光を照射する第 1 の 照射手段と、 前記レンズを介して前記励起光と同軸的に前記試料に検出 '光を照射する第 2の照射手段と、 前記熱レンズが形成される前後で前記 検出光が前記試料を透過したときの透過光を受光する受光部と、 前記受 光部の受光量に基づいて T L M出力を算出する T L M出力算出手段とを 備え、 前記レンズは前記励起光及び前記検出光に.ついての色収差 d f を 有するマイクロ化学システムにおいて、 前記深さ t ( μ m ) が 7 5 ≤ t 3 0 0 の範囲、 前記開口数 N Aが 0 . 0 4 ≤ N A≤ 0 . 1 の範囲、 前 記色収差 d f ( n m) 力 S l 0 0 ≤ d f ≤ 2 5 0 の範囲であることを特徴 とする。
上記目的を達成するために、 本発明の T L M出力算出方法は、 流路中 を流れる試料中に所定の屈折率分布の熱レンズを形成すべく レンズを介 して前記試料に励起光を照射する第 1の照射手段と、 前記レンズを介し て前記励起光と同軸的に前記試料に検出光を照射する第 2の照射手段と、 前記熱レンズが形成される前後で前記検出光が前記試料を透過したとき の透過光を受光する受光部と、 前記受光部の受光量に基づいて T L M出 力を算出する T LM出力算出手段とを備え、 前記レンズは前記励起光及 ぴ前記検出光について色収差を有するマイクロ化学システムの T LM出 力算出方法において、 前記励起光のビーム強度分布をガウス分布に.近似 し、 ユーザ設定された条件下で前記励起光による前記試料の発熱分布を 算出する発熱分布算出ステ ップと、 熱流体解析に基づき前記試料の温度 分布を算出する温度分布算出ステップとを備えるこ とを特徴とする。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の実施の形態に係るマイク口化学システムの概略構 成を示すブロック図である。
第 2図は、 第 1図のマイ ク ロ化学システムによ り実行される T LM出 力算出処理の手順を示すフローチャートである。
第 3図は、 第 2図のステップ S 2 0 9 , S 2 1 0で実行されるビーム 伝播シミュレーショ ン処理の手順を示すフローチヤー トである。
第 4図は、 流路深さ t を と したときの開口数 NA、 色収差及 ぴ T LM出力の関係を示すグラフである。
第 5図は、 流路深さ t を 5 0 μ πιと したときの開口数 NA、 色収差及 び T L M出力の関係を示すグラフである。
第 6図は、 流路深さ t を 7 5 / mと したときの開口数 NA、 色収差及 び T LM出力の関係を示すグラフである。
第 7図は、 流路深さ. t を 1 0 0 /z mと したときの開口数 NA、 色収差 及び T L M出力の関係を示すグラフである。
第 8図は、 流路深さ t を 2 0 0 / mと したときの開口数 N A、 色収差 及び T L M出力の関係を示すグラフである。
第 9図は、 流路深さ t を 3 0 0 inと したときの開口数 N A、 色収差 及び T L M出力の関係を示すグラフである。
第 1 0図は、 流路深さ tを 5 0 0 μ ιηと したときの開口数 Ν Α、 色収 差及び T LM出力の関係を示すグラフである。
第 1 1図は、 流路深さ t毎の開口数 Ν Αと T LM出力の強度の関係を 示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
本発明者は、 上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、 深さ の 流路中を流れる試料中に所定の屈折率分布を有する熱レンズを形成すベ
' く開口数 N Aの レンズを介して試料に励起光を照射する第 1 の照射手段 と、 レンズを介して励起光と同軸的に試料に検出光を照射する第 2 の照 射手段と、 熱レンズが形成される前後で検出光が試料を透過したときの 透過光を受光する受光部と、 受光部の受光量に基づいて T L M出力を算 出する T LM出力算出手段とを備え、 レンズは励起光及び検出光につい ての色収差 d f を有するマイクロ化学システムにおいて、 深さ t ( / m) 力 7 5 ≤ t ≤ 3 0 0の範囲、 開口数 N Aが 0 . 0 4 ≤ N A≤ 0 . 1の範 囲、 色収差 d f ( n m) 力 1 0 0 ≤ d f ^ 2 5 0 の範囲に設定し、 好ま しく は、 開口数 N Aが 0 . 0 5 ≤ N A≤ 0. 0 7 5 の範囲、 又は、 深さ t { μ m) 力 S l 0 0 ≤ t ≤ 3 0 0の範囲であり、 より好ましくは、 深さ t ( μ m) が 2 0 0 t ≤ 3 0 0の範囲であると、 精度の高い T L M出 力値を取得することができることを見出した。
また、 本発明者は、 流路中を流れる試料中に所定の屈折率分布の熱レ ンズを形成すべく レンズを介して試料に励起光を照射する第 1の照射手 段と、 レンズを介して励起光と同軸的に試料に検出光を照射する第 2 の 照射手段と、 熱レンズが形成される前後で検出光が試料を透過したとき の透過光を受光する受光部と、 受光部の受光量に基づいて T L M出力を 算出する T L M出力算出手段とを備え、 レンズは励起光及ぴ検出光につ いて色収差を有するマイクロ化学システムの T L M出力算出方法におい て、 励起光のビーム強度分布をガウス分布に近似し、 ユーザ設定された 条件下で励起光による試料の発熱分布を算出する発熱分布算出ステップ と、 熱流体解析に基づき試料の温度分布を算出する温度分布算出ステツ プとを備えると、 実際の熱の拡散、 流れによる移流を計算に反映した屈 折率分布を有する溶媒中をビーム伝播する場合の T L M出力をシミュレ ーションでき、 精度の高い T L M出力値を取得することができることを 見出した。 好ましくは、 算出された温度分布から試料の屈折率分布を算 出する屈折率分布算出手段と'、 励起光照射後の試料中のビーム伝播を算 出された屈折率分布に基づき算出するビーム伝播算出ステップと、 透過 光が受光部で受光されるまでの領域に関して解析的な変換を行う解析的 変換ステップとを備えると、 ビームウェス トを含む近接場における干渉 を考慮したビームの挙動を正確に計算することができることを見出し た。
本発明は、 上記知見に基づいてなされたものである。
以下、 本発明の実施の形態を図面を用いて詳述する。
第 1図は、 本発明の実施の形態に係るマイク口化学システムの概略構 成を示すブロック図である。
第 1図において、 マイクロ化学システム 1は、 試料を流す深さ tの流 路を備えるマイクロ化学チップ （不図示） と、 マイクロ化学チップの流 路内の試料に励起光源 1 3からの励起光及び検出光源 1 4からの検出光 を集光照射する対物レンズ 1 0 と、 試料中に生じた熱レンズ 1 2を P D 受光面 1 1で受光し光電変換を行う P D (不図示） とを備える。 この P D受光面 1 1の光電変換可能な領域は対物レンズ 1 0の光軸に対して半 径 r a dの同心円の領域である。
このマイク ロ化学システム 1において、 まず、 対物レンズ 1 0でマイ クロ化学チップの流路の深さ方向に対して中央の位置に集光照射された 励起光によって、 試料中に熱レンズ 1 2が形成される。 このとき、 この 励起光の焦点から P D受光面 1 1まで ·の距離を Lとする。
その後、 検出光が、 上記形成された熱レンズ 1 2に対物レンズ 1 0に よって集光照射される。 このと.き、 検出光の焦点位置は、 励起光と検出 光の波長の違いによ り生じる焦点差 （以下 「色収差」 という。 ） d f だ け励起光の焦点位置からずれた位置に集光する。
その後、 検出光は θ ρに広がりをもって P D受光面 1 1に照射される このとき、 マイク口化学チップの流路内の試料に励起光を'照射する前後 の検出光の信号強度の差を照射する前の検出光の信号強度で割った値 (以下 「T LM出力」 という。 ） を精度よく検出するため、 P D受光面 1 1においてすべての検出光が受光されるよ うに、 t a η θ ρ < r a d / ( L - d f ) となるよ うに距離 Lは制御される。
上述のように検出光がビーム伝播する場合、 T LM出力算出処理は、 ( 1 ) 励起光照射後のマイク ロ化学チップの流路内での発熱分布を算出 し、 （ 2 ) 算出された発熱分布について熱流体解析を行うことによ り温 度分布を算出し、 （ 3 )算出された温度分布を屈折率分布に変換し、 （ 4) 励起光照射前後の試料に検出光が照射されたときのビーム伝播をビーム 伝播法により算出し、 （ 5 ) 上記算出されたマイク ロ化学チップ出口に おける電界分布を P D受光面 1 1 における電界分布へ解析的に変換し、 ( 6 ) この変換した電界分布を T LM出力に変換することにより行われ る。
ここで、 励起光の焦点位置を 0 と し、 光の伝播方向を正とする座標に おける （ 0〜 t Z 2) の範囲で上記 （ 1 ) 〜 （ 4 ) の処理は行われる。 また、 液の物性、 液の流量などの諸条件をパラメータと して代入して、 ( 2 ) の発熱分布が算出される。 これにより、 実際と同様の熱の拡散、 流れによる移流を正確に計算することができ、 また精度の良い屈折率分 布の算出を行う ことができる。
また、 （ 5 ) の処理は、 （ 4) の処理で得られた tノ 2の位置におけ るビーム伝播を Lの位置におけるビーム伝播に解析的に変化させる。 こ れにより、 光線追跡法では考慮されない干渉を极うことができ、 ビーム ウェス トを含む近接場における干渉を考慮したビームの挙動を正確に計 算することができる。
( 1 ) 発熱分布算出処理
励起光による試料の発熱分布は、 励起光がガウシアンビームであると 近似し、 以下のような式 （ 1 ) 〜式 （ 3 ) で算出する。
）
Figure imgf000010_0001
N A ： 励起光の開口率
n ： 水の屈折率
λ ： 励起光の波長 A O ： 発熱量のスケールファクタ
W O : 励起光のビームウェス ト
W z ： 励起光のスポッ ト
F ： 発熱量の分布
z ： 励起光の焦点位置を 0 と し、 光の伝播方向を正とする座標 r ： 光軸からの距離
( 2 ) 温度分布算出処理
試料の温度分布は、 試料が非圧縮流体であると近似し、 式 （4 ) で表 される質量保存式と、 式 （ 5 ) で表される運動量保存式と、 式 （ 6 ) で 表されるエネルギー保存式で表される熱流体解析の基礎式により励起光 照射後の熱流体解析を行って算出する。
p Dt
DV 1 2
Dt p
De D r
^.)= V.F0-V^Vp+V.F+ ^ + ^ ••(6)
Dt Dt - 2ノ P o P o P o
V ： 流速べク トル
F ： 外力
P 試料の密度
y ： 試料の動粘性係数
p ： 試料中の圧力
ここで、 式 （ 6 ) における左辺は、 その第 1項が内部エネルギーの変 化、 及び第 2項が運動エネルギーの変化を表す。 また、 式 （ 6 ) におけ る右辺は、 その第 1項が外力による仕事、 第 2項が圧力勾配による仕事 第 3項が摩擦仕事、 第 4項が流体摩擦による発生熱、 第 5項が外部から の熱を表す。
本実施の形態では、 変調周波数の 1サイクルの間の温度分布を、 O z ≤ t / 2 ( t ： マイ ク ロ化学チップの流路深さ） の範囲で算出し、 こ の算出により 1サイクルの間での試料の最大温度及ぴ最小温度を取得す る。
( 3 ) 算出された温度分布の屈折率分布への変換処理
屈折率分布は上記熱流体解析によ り得られた発熱分布に応じたもので あり、 以下のような式 （ 7 ' ) で算出する。
n = n O + ( d n/ d t ) Δ Τ … ，）
η ： 計算された屈折率
η 0 ： 熱レンズ 1 2が形成される前の温度における試料液の屈折率 d n / d t ： 屈折率の温度当たりの増分
厶 T ： 発熱による温度上昇量
本実施の形態では、 上記 （ 2) の温度分布算出処理で得られた最大温 度についての屈折率分布を励起光照射後、 すなわち熱レンズ 1 2が形成 されたときの試料の屈折率分布とする。 また、 上記 （ 2 ) の温度分布算 出処理で得られた最小温度についての屈折率分布を励起光照射前の試料 の屈折率分布とする。
( 4 ) 試料中のビーム伝播算出処理
励起光照射前後の試料に検出光が照射されたと きのビーム伝播解析は、 まず、 そのビーム伝播の波動方程式をスカラー近似が成り立つと近似し て、 式 （ 7 ) で表現されるヘルムホルツ式で表現する。
..(7)
Figure imgf000012_0001
また、 z方向への光の伝搬波波長オーダー程度に細かく分割された微 小区間では自由空間伝搬と屈折率分布などを含む上記式を電界 Φが伝搬 軸 （ z軸） に対してゆるやかに変化する複素振幅 u ( X , y , z ) で表 現することができるとすると以下の式 （ 8 ) が成り立つ。
~ + 2ik i h V2w + kn 2(n2 -n2 = 0
dz2 8z '
Figure imgf000013_0001
V2 = ~ Γ + ~ - dx dy
上式で z方向への変化が非常に小さければ第 1項は無視することがで き、 式 （ 9 ) が得られる。
=^{マ2 ("2- "1 …
本実施の形態では、 励起光照射前のビーム伝播は上述した最小温度に おける屈折率分布を上記式 （ 9 ) に代入することによ り算出し、 励起光 照射後のビーム伝播は上述した最大温度における屈折率分布を上記式 ( 9 ) に代入することにより算出する。
( 5 ) 電界分布変換処理
マイクロ化学チップ出口における電界分布から P D受光面 1 1におけ る電界分布への変換は、 検出光をコヒーレン ト光であると近似すること により行う。
具体的には、 コヒーレン ト光の伝搬では、 ある平面の光の分布が伝播 と共に変化する様子は、 式 （ 1 0 ) に示すよ うに、 入力光の複素振幅分 布 U i ( X ,' y) の線形変換を行い出力光の分布 U o (X, Y) と して表 される。
Figure imgf000014_0001
ここで、 Kは伝達関数であり、 検出光源 1 4である点光源 （ X , y ) に対応する出力分布を表す。
入出力平面での光の分布が伝播距離 Zに比べ十分小さいときには、 上 式の積分の伝達関数 Kは振幅が一様な球面波で与えられ、 波数 1ί=2π / え と して式 （ 1 1 ) で表される。
K(X, Y;x,y) = exp C - xf +(Υ~ yf + Z2 I …ひ
= exp kr)
よって、 出力面 （ P D受光面 1 1 ) の複素振幅は式 （ 1 2 ) で与えら れる。
U0(X,Y)= JJひ JC， ) ex &ί ...(12)
本実施の形態では、 式 （ 1 2) の指数関数中の近似を取らずに P D受 光面 1 1での電界分布を光軸を中心とする開口半径までの範囲でそのま ま数値積分を行う。 この処理を、 上記 （ 4 ) のビーム伝播算出処理にお いて計算された最小温度及び最大温度の夫々についてのビーム伝播につ いて行い、 夫々の温度での P D受光面 1 1 における受光強度を算出す る。
( 6 ) T LM出力への変換処理
T LM出力への変換は、 式 （ 1 3 ) に示すように、 熱レンズ 1 2が形 成された後の P D受光面 1 1 における受光強度から、 熱レンズ 1 2が形 成される前の P D受光面 1 1 における受光強度を差し引いて全光量で規 格化することによ り行う。
また、 本実施の形態では、 上述の （ 5 ) の電界分布変換処理によ り得 られた最小温度における受光強度を熱レンズ 1 2が形成される前の P D 受光面 1 1における受光強度と近似し、 また、 上述の （ 5 ) の電界分布 変換処理によ り得られた最大温度における受光強度を熱レンズ 1 2が形 成された後の P D受光面 1 1における受光強度と近似する。
TLM出力 = Kd )-I( ) (13)
Rout)
I ( d n ) ： 熱レンズ 1 2形成後の P D受光面 1 1における受光強度 I ( 0 ) ： 熱レンズ 1 2形成前の P D受光面 1 1における受光強度 I ( o u t ) ： 射出全光量
第 2図は、 第 1図のマイクロ化学システム 1によ り実行される T LM 出力算出処理の手順を示すフローチャートである。
第 2図において、 発熱分布を算出するのに用いられる各種パラメ一タ の設定を行う （ステップ S 2 0 0 ) 。 具体的には、 励起光の開口数 （N A) 及び波長 （え） 、 検出光の周波数、 試料毎に決定される発熱量のス ケールファ ク ター （A O ) 及び水の屈折率 （n) およぴ熱流体解析部分 となる流路の溝深さ （ t ) 等のパラメータを本処理で設定する。
次に、 マイ ク ロ化学チップの流路内の試料に励起光が照射されたとき の発熱分布を算出する （ステップ S 2 0 1 ) 。 具体的には、 ステップ S 2 0 0で設定したパラメータ値を上記式 （ 1 ) 〜式 （ 3 ) に代入するこ とにより、 試料の発熱分布を算出する。 ここで得られる発熱分布は、 与 えられた励起光の周波数による変調に応じて変化する励起光の強度に応 じて変化する。 また、 発熱分布を直接任意の値に設定するよ うにしても よい。
その後、 温度分布を算出するのに用いられる各種パラメータ値の設定 を行う （ステ ップ S 2 0 2 ) 。 具体的には、 流速ベク トル （ V ) 、 外力 ( F ) 、 試料の密度 （ p ) 、 試料の動粘性係数 （ y ) 及ぴ試料中の圧力 ( p ) 等のパラメータ値を本処理で設定する。
次に、 ステップ S 2 0 1において算出された発熱分布について熱流体 解析を行う ことにより温度分布を算出する （ステップ S 2 0 3〜 S 2 0 6 ) 。 具体的には、 ステップ S 2 0 2で設定したパラメータ値を熱流体 解析の基礎式 （上記式 （ 4 ) 〜式 （ 6 ) ) に代入し、 ステップ S 2 0 0 で設定したパラメータ値によ り得られる解析領域の範囲 （ 0 ≤ Z ≤ t / 2 ) について変調周波数の 1サイクルの間の温度分布を算出する。
本実施の形態では、 この温度分布算出処理は、 検出光源 1 4に設けら れているチヨ ッパ （不図示） によ り制御される検出光源 1 4からの検出 光の出 If開始時刻 （ t m i n ) から出射終了時刻 （ t m a x ) を微小時 間 Δ t の間隔で分割した各解析時刻 i において、 上記熱流体解析を非定 常で実行する。 これによ り、 変調周波数に応じて経時的に変化する温度 分布を精度よく得ることが'できる。
次に、 ステップ S 2 0 3〜 S 2 0 6の処理で得られた 1サイクルにお ける試料の最大温度、 最小温度を取得し（ステップ S 2 0 7 , S 2 0 8 )、 その夫々の温度について後述する第 3図のビーム伝播シミ ュ レーショ ン 処理を行う （ステップ S 2 0 9， S 2 1 0) 。 この処理によ り、 1サイ クルにおける試料の最大温度、 最小温度におけるマイクロ化学チップ出 口 （ z = t 2 ) での電界分布が得られる。
その後、 ステップ S 2 0 9， S 2 1 0の処理により得られた各温度に おけるマイク ロ化学チップ出口 （ z = t Z 2 ) での電界分布を上述の式 ( 1 2 ) に代入し、 P D受光面 1 1 での電界分布を光軸を中心とする開 口半径までの範囲で積分した値 （ I m a x , I m i n ) を夫々算出する (ステップ S 2 1 1， S 2 1 2 ) 。
その後、 上述の式 （ 1 3 ) 〖こ、 ステップ S 2 1 1 , 2 1 2で算出され た I m a x , I m i nを代入し、 I m a x及び I m i nの差分を全光量 で規格化し、 T LM出力を算出し （ステップ S 2 1 3 ) 、 本処理を終了 する。
第 2図の処理によれば、 励起光のビーム強度分布をガウス分布に近似 し、 ユーザ設定された条件下で励起光による試料の発熱分布を算出し (ステップ S 2 0 0 , S 2 0 1 ) 、 熱流体解析に基づき試料の温度分布 を算出するので （ステップ S 2 0 4〜S 2 0 6 ) 、 実際の熱の拡散、 流 れによる移流を計算に反映した屈折率分布を有する溶媒中をビーム伝播 する場合の T LM出力をシミ ュ レーショ ンでき、 精度の高い T LM出力 値を取得することができる。
第 3図は、 第 2図のステップ S 2 0 9 , S 2 1 0で実行されるビーム 伝播シミュレーショ ン処理の手順を示すフローチヤ一トである。
第 3図において、 まず、 第 2図のステップ S 2 0 7 , S 2 0 8で得ら れた温度分布の最大値、 最小値を上記式（ 7 ' ：)に代入することによ り、 励起光照射後の試料の各解析時刻 i における屈折率分布を取得する （ス テツプ S 4 0 1 ) 。 本ステップで屈折率分布の変換が行われるのは、 上 記最大値、 最小値の温度分布に限定されるわけでなく、 第 1 1図に示す ように、 変調周波数の 1サイクルの各解析時刻での温度分布を元に同じ く差分を計算し、 得られた信号の時間による変化をフーリエ変換して求 めてもよレヽ。
次に、 ビーム伝播を算出するのに用いられる各種パラメ一タ値を設定 する（ステップ S 4 0 2 )。 具体的には、 検出光の開口数 NA、 波長ぇ、 励起光との色収差 d f 、 P D受光面 1 1までの距離 L、 P D受光面 1 1 の半径 r a dの値を設定する。
その後、 上記式 （ 7) 〜式 （ 9 ) によりマイクロ化学チップ内のビー ム伝播を計算し （ステップ S 4 0 3 ) 、 上記式 （ 1 0 ) 〜式 （ 1 2 ) に よりマイク口化学チップからの透過光が受光部で受光されるまでの領域 に関して得られたビーム伝播を解析的に変換することにより、 チャネル 出口での電界分布を取得し （ステップ S 4 0 4 ) 、 本処理を終了する。 第 3図の処理によれば、 励起光照射後の試料中のビーム伝播を、 第 2 図のステップ S 2 0 7， 2 0 8で取得した温度分布から算出された試料 の屈折率分布に基づき算出し （ステップ S 4 0 1， S 4 0 3 ) 、 マイク 口化学チップからの透過光が受光部で受光されるまでの領域に関して解 析的な変換を行うので （ステップ S 4 0 4 ) 、 ビームウェス トを含む近 接場における干渉を考慮したビームの挙動を正確に計算することができ る。
次に、 本発明の実施例につレ、て 明する。
まず、 マイク口チップの流路深さ t を 2 0 m , 5 0 μ m , 1 5 μ m
1 0 0 M m， 2 0 0 μ m , 3 0 0 m, 5 0 0 μ ιη、 励起光の開口数 Ν
Aを 0. 0 3 0 , 0. 0 5 0 , 0 0 7 5 , 0 . 1 0 0， 0. 1 3 8，
0. '2 0 0、 色収差を 0〜 3 0 0 μ ιηと したときの T LM出力の強度を 第 4図〜第 1 0図に示し、 流路深さ毎の ΝΑと T LM出力の強度の関係 を第 1 1図に示す。
( 1 ) 流路深さ t について
第 4図， 第 5図に示すように、 流路深さ t力 S 2 0 /x m, 5 0 μ πιのと きは、 開口数、 色収差を上記範囲で振ったときの T LM出力の最大値は 0. 0 2 5 a . u . , 0. 0 5 5 a . u . と小さく、 実際の測定は困難 であることがわかった。
また、 第 1 0図に示すように、 流路深さ tが 5 0 0 μ ιηであるときの 上記 T LM出力は、 開口数の値が少し変化しただけで信号強度が大きく 変化してしま うため、 検出精度が悪く なることがわかった。
これに対して、 第 6図に示すよ うに、 流路深さ tが 7 5 /z mであると きの上記 T LM出力の最大値は 0. 0 8 0 a . u . 前後と、 最大値のピ クがはっき り と現れるので、 実際に測定するのに適した設定範囲であ ることがわかった。
さらに、 第 7図に示すよ うに、 流路深さ tが 1 0 0 / mでめるときの 上記 T LM出力の最大値は 0. 1 0 0 a . u . 前後と、 最大値のピーク がよりはっき り と現れ、 また、 第 8図に示すよ うに 、 流路深さ tが 2 0
0 /i mであるときの上記 Τ LM出力の最大値は 0. 1 6 5 a . u . 前後 と 、 最大値のピークがさらにはっき り と現れること ifiわかつ† 。
また、 第 9図に示すよ うに、 流路深さ t力 S 3 0 0 μ mであるときの上 記 T L M出力の最大値は 0 . 2 0 0 a . u . 前後と 、 最大値のピークが さらにはっき り と現れることがわかった。
以上より、 流路深さ tは 、 7 5 μ πι以上 3 0 0 μ m以下、 好ましくは
1 O O /x m以上 3 0 0 ju m以下、 よ り好ましく は 2 0 0 μ m以上 3 0 0 β m以下であることがわかつた。
( 2 ) 開口数 N Aについて
第 1 1図に示すよ うに、 開口数は 0. 0 4以上 0 . 1以下であるとさ
Τ LM出力の強度が強く なることがわかった。 また 、 好ましく は 、 開口 数は 0. 0 5以上 0. 0 7 5以下であるとき T LM出力の強度はさらに 強くなることがわかった。
( 3 ) 色収差 d f について
上述したように、 T L M出力を測定するのに好ましい流路深さ tの範 囲 （ 7 5〜 3 0 0 μ πι) 及び開口数 NAの範囲 （ 0. 0 5〜 0. 0 7 5 ) において、 色収差 d f は 2 5 0 /x m以下 （第 9図） であり、 且つ 1 0 0 μ πι以上 （第 6図） であるときに、 T LM出力の値は大きくなることが わかった。 産業上の利用可能性
この発明によれば、 深さ t ( μ m) が 7 5≤ t ≤ 3 0 ◦の範囲、 開口 数 NAが 0. 0 4≤ NA≤ 0. 1の範囲、 色収差 d f ( n m) が 1 0 0 ≤ d f ≤ 2 5 0の範囲であるので、 精度の高い T LM出力値を取得する こ とができる。

Claims

, 請 求 の 範 囲
1. 深さ tの流路中を流れる試料中に所定の屈折率分布を有する熱レ ンズを形成すベく開口数 N Aの レンズを介して前記試料に励起光を照射 する第 1 の照射手段と、 前記レンズを介して前記励起光と同軸的に前記 試料に検出光を照射する第 2の照射手段と、 前記熱レンズが形成される 前後で前記検出光が前記試料を透過したときの透過光を受光する受光部 と、 前記受光部の受光量に基づいて T L M出力を算出する T L M出力算 出手段とを備え、 前記レンズは前記励起光及び前記検出光についての色 収差 d f を有するマイ ク ロ化学システムにおいて、
前記深さ ΐ ( μ ιη)が 7 5 ≤ t ≤ 3 0 0 の範囲、 前記開口数 N Aが 0 . 0 4 ≤ N A≤ 0 . 1 の範囲、 前記色収差 d f ( n m) 力 1 0 0 ≤ d f ≤ 2 5 0 の範囲であることを特徴とするマイ ク ロ化学システム。
2 . 前記開口数 N Aが 0 . 0 5 ≤ N A≤ 0 . 0 7 5の範囲であること を特徴とする請求の範囲第 1項記載のマイ ク ロ化学システム。
3 . 前記深さ t ( m) 力 S l 0 0 ≤ t ≤ 3 0 0 の範囲であるこどを特 徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載のマイクロ化学システム。
4 . 前記深さ t ( μ ) カ 2 0 0 ≤ t ≤ 3 0 0 の範囲であることを特 徴とする請求の範囲第 3項記載のマイ ク ロ化学システム。
5 . 流路中を流れる試料中に所定の屈折率分布の熱レンズを形成すぺ く レンズを介して前記試料に励起光を照射する第 1 の照射手段と、 前記 レンズを介して前記励起光と.同軸的に前記試料に検出光を照射する第 2 の照射手段と、 前記熱レンズが形成される前後で前記検出光が前記試料 を透過したときの透過光を受光する受光部と、 前記受光部の受光量に基 づいて T L M出力を算出する T L M出力算出手段とを備え、 前記レンズ は前記励起光及び前記検出光について色収差を有するマイクロ化学シス テムの T L M出力算出方法において、
前記起光のビーム強度分布をガウス分布に近似し、 ユーザ設定された 条件下で前記励起光による前記試料の発熱分布を算出する発熱分布算出 ステップと、
熱流体解析に基づき前記試料の温度分布を算出する温度分布算出ステ ップとを備えることを特徴とする T L M出力算出方法。
6 . 前記算出された温度分布から前記試料の屈折率分布を算出する屈 折率分布算出ステップと、
前記励起光照射後の前記試料中のビーム伝播を前記算出された屈折率 分布に基づき算出するビーム伝播算出ステップと、
前記透過光が前記受光部で受光されるまでの領域に関して解析的な変 換を行う解析的変換ステップとを備えることを特徴とする請求の範囲第 5項記載の T L M出力算出方法。
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