(57)【要約】      （修正有）【課題】蛍光偏光を検出する光学系及び偏光度測定ユニットを提供する。【解決手段】偏光を出射する偏光ビーム出射ユニット１０、当該サンプルを収容するサンプル室を含むサンプル台、ピンホールを通過した誘起蛍光を水平偏光誘起蛍光と垂直偏光誘起蛍光に分割するスプリッタ３４、及び、当該水平偏光誘起蛍光と当該垂直偏光誘起蛍光を受け付ける２つの光電検出器３１を含む。蛍光偏光を検出する光学系は、当該スプリッタ３４と当該２つの光電検出器３１がコンパクトサイズに集積され、現場においてサンプルの蛍光偏光を検出するために適用可能であり、簡単且つ正確に蛍光偏光の測定を実施可能である。【選択図】図７
2020176967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光偏光を検出する光学系であって、
ビームを出射する半導体レーザダイオードを含む光源、
前記ビームの光路に設けられ、当該ビームをコリメートするコリメートレンズ、
前記コリメートレンズ近傍の光路に設けられ、当該ビームを偏光する偏光板、
当該偏光ビームを受け付けるとともに、サンプル室を含み、蛍光を誘起するようプローブと混合された前記サンプルが前記サンプル室に収容されるサンプル台、及び
偏光度測定ユニット、を含み、当該偏光度測定ユニットは、
前記サンプルから誘起された蛍光を通過させるピンホールが設けられ、散乱した蛍光を減少させるピンホールプレート、
前記ピンホールを通過した当該誘起蛍光を水平偏光誘起蛍光と垂直偏光誘起蛍光に分割するスプリッタ、及び
前記水平偏光誘起蛍光と前記垂直偏光誘起蛍光を受け付けて現場での検出を実行する２つの光電検出器、を含み、
前記ピンホールプレートは前記スプリッタの表面に装着され、且つ、前記２つの光電検出器はそれぞれ前記スプリッタの異なる表面に装着されることを特徴とする光学系。
【請求項２】
更に、前記コリメートレンズと前記偏光板の間に設けられ、前記コリメートレンズによりコリメートされたビームを濾過する光学フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記サンプル室は、円管槽又は方形槽であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記サンプル室はガラス管ユニットであり、前記偏光度測定ユニットは、前記ガラス管ユニットの周囲であって、前記偏光板の外部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
前記光源は、複数の光源であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項６】
前記複数の光源の波長は、同じ又は異なることを特徴とする請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
前記光学系は、携帯可能式であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項８】
前記プローブと混合された前記サンプルは、標的ＤＮＡの相補的配列を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項９】
更に、前記サンプル台の一方の側の近傍に設けられるとともに、前記偏光度測定ユニットの方向と垂直なもう一つの光電検出器を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１０】
蛍光偏光を検出する偏光度測定ユニットであって、
ピンホールが設けられ、プローブと混合されたサンプルから誘起された蛍光を通過させるピンホールプレートと、
前記ピンホールを通過した前記誘起蛍光を水平偏光誘起蛍光と垂直偏光誘起蛍光に分割するスプリッタと、
前記水平偏光誘起蛍光と前記垂直偏光誘起蛍光を受け付ける２つの光電検出器、を含み、
前記ピンホールプレートは前記スプリッタの１つの表面に装着され、且つ、前記２つの光電検出器はそれぞれ前記スプリッタの異なる表面に装着されることを特徴とする偏光度測定ユニット。
【請求項１１】
蛍光偏光を検出する光学系であって、
レーザビームを出射する半導体レーザダイオードを含む光源、
前記レーザビームの光路に設けられ、前記レーザビームをコリメートする第１コリメートレンズ、
前記第１コリメートレンズ近傍の光路に設けられ、前記レーザビームを偏光する第１偏光板、
前記第１偏光板により偏光されたレーザビームを受け付けるとともに、サンプル室を含み、蛍光を誘起するようプローブと混合されたサンプルが前記サンプル室に収容されるサンプル台、及び
偏光度検出ユニット、を含み、当該偏光度検出ユニットは、
前記誘起蛍光を水平偏光誘起蛍光と垂直偏光誘起蛍光に偏光するよう、各々が前記サンプル台の一方の側に設けられる２つの第２偏光板、
各々が前記２つの第２偏光板のうち一方の第２偏光板に対応する隣接位置にそれぞれ設けられ、前記水平偏光誘起蛍光と前記垂直偏光誘起蛍光をコリメートする２つの第２コリメートレンズ、及び
各々が前記２つのコリメートレンズのうち一方のコリメートレンズに対応する隣接位置にそれぞれ設けられ、前記２つの第２コリメートレンズによりコリメートされて得られたコリメート水平偏光誘起蛍光と、前記コリメート垂直偏光誘起蛍光を受け付けて、現場での検出を実行する２つの光電検出器、を含むことを特徴とする光学系。
【請求項１２】
更に、前記第１コリメートレンズと前記第１偏光板の間に設けられ、前記第１コリメートレンズによりコリメートされたレーザビームを濾過する光学フィルタを含むことを特徴とする請求項１１に記載の光学系。
【請求項１３】
前記２つの光電検出器、前記２つの第２コリメートレンズ及び前記２つの第２偏光板は、それぞれ前記サンプル台の両側に設けられるとともに、前記サンプル台に対し１８０°又は９０°の位置に設けられることを特徴とする請求項１１に記載の光学系。
【請求項１４】
前記サンプル台は、ガラス管又は方形ガラス管であることを特徴とする請求項１２に記載の光学系。
【請求項１５】
前記光源の数は１つ以上であり、且つ、前記サンプル台の周囲に設けられることを特徴とする請求項１４に記載の光学系。
【請求項１６】
半導体レーザダイオードの波長は、同じ又は異なる波長であることを特徴とする請求項１５に記載の光学系。
【請求項１７】
前記光学系は、携帯可能式であることを特徴とする請求項１１に記載の光学系。
【請求項１８】
蛍光偏光を検出する光学系であって、
レーザビームを出射する半導体レーザダイオードを含む光源、
前記レーザビームの光路に設けられ、前記レーザビームをコリメートするコリメートレンズ、
前記コリメートレンズ近傍の光路に設けられ、前記コリメート光を濾過する第１光学フィルタ、
前記第１光学フィルタ近傍の光路に設けられ、前記レーザビームを偏光する偏光板、
前記偏光ビームを受け付けるとともに、サンプル室を含み、蛍光を誘起するようプローブと混合された前記サンプルが前記サンプル室に収容されるサンプル台、及び
偏光度検出ユニット、を含み、当該偏光度検出ユニットは、
前記誘起蛍光を濾過する第２光学フィルタ、
誘起蛍光を水平偏光誘起蛍光と垂直偏光誘起蛍光に分割する偏光スプリッタ、及び
前記偏光スプリッタの両側に設けられ、前記水平偏光誘起蛍光と前記垂直偏光誘起蛍光を受け付けて現場での検出を実行する２つの光電検出器、を含むことを特徴とする光学系。
【請求項１９】
前記サンプル台は、ガラス管又は方形ガラス管であることを特徴とする請求項１８に記載の光学系。
【請求項２０】
前記光学系は、携帯可能式であることを特徴とする請求項１８に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学の技術分野に関し、特に、蛍光偏光を検出する光学系及び偏光度測定ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光偏光（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ，ＦＰ）度の測定は、標的分子における慣性モーメント（ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｅｒｔｉａ）の変化に基づいて行われる。慣性モーメントの変化を誘起するためには、サンプルと標的ＤＮＡの相補的配列を持つプローブ（ｐｒｏｂｅ）とを混合する。また、当該プローブは、５’位置に付着するＦＡＭ−蛍光標識を有する。ハイブリダイゼーション（ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）の発生時には、ＦＡＭ−プローブを有するＤＮＡが重く且つ長くなり、慣性モーメントに変化が生じる。ＦＡＭ−プローブの双極子モーメント（ｄｉｐｏｌｅ ｍｏｍｅｎｔ）と入射レーザビームが同じ偏光方向である場合、ＦＡＭ−プローブは特定波長（４８３ｎｍ）の光子を吸収する。また、その励起寿命から、ＦＡＭ−プローブは正確な時間（２ｎｓｅｃ）内に蛍光光子を出射する。このような蛍光は、ＤＮＡ上に付着しているか否かに関わらず、レーザビームの入射により励起したあらゆるＦＡＭ−プローブに発生する。ところが、ＤＮＡに付着するＦＡＭ−プローブは総質量が重いため、未付着のＦＡＭ−プローブに比べて慣性モーメントが大きくなる。即ち、ＤＮＡに付着するＦＡＭ−プローブは未付着のＦＡＭ−プローブよりも回転がかなり遅くなる。そのため、出射時間（２ｎｓｅｃ）内に蛍光が発生した場合、出射される蛍光光子は、ＤＮＡに付着又は未付着という２種類の異なる偏光特性を示すことになる。ストークスベクトル（Ｓｔｏｋｅｓ ｖｅｃｔｏｒ）は、偏光度（Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）と称される偏光特性について明確に定義している。
【０００３】
代表的な偏光度の測定結果によれば、未付着のＦＡＭ−プローブの分子量は約５０００ｇ／ｍｏｌ、中型ＤＮＡは約１００００ｇ／ｍｏｌ、大型ＤＮＡは約２００００ｇ／ｍｏｌである。
【０００４】
そのため、プローブ−ＤＮＡのハイブリダイゼーション作用において重量に変化が生じさえすれば、ＦＰ測定を標的ＤＮＡ配列の鑑定／選別に適用可能である。
【０００５】
ＦＰ測定は、簡単且つ正確なＤＮＡ鑑定方法である。その他のＤＮＡ鑑定方法とは異なり、ＦＰ測定は、大部分の場合に測定前の濾過が不要であるとの利点を有する。近年、ＦＰは、生物学分野においてハイブリダイゼーション現象を分析するための有力ツールの一つとなっており、使用者はこのような現象をＦＰ測定の簡単且つ直接的な測定プロセスによってリアルタイムで観察可能である。更に、ＦＰ測定は、大部分の場合に測定前の濾過が不要であるとの極めて大きな利点を有する。現在、パンデミックや食中毒といったケースにおいて、「現場」でのＤＮＡ鑑定ニーズが非常に高まっている。こうした場合には、現場でのスクリーニングが非常に重要な手順となる。現場でのスクリーニングには容易なサンプル調製や携帯型装置、バッテリオペレーション、及び迅速且つ正確な測定結果が必要とされる。そのため、ＦＰ測定は現場での測定としては最も将来性のある分析方法の一つとなり得る。ところが、従来のＦＰ測定システムはいずれも巨大且つ高価であり、これらの機器を現場での測定に適用することは不可能である。そこで、バッテリオペレーションや携帯が可能なＦＰ測定装置を提供できれば、社会にとって多大な貢献を果たすことになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、簡単且つ正確な蛍光偏光を検出する光学系を提供する。当該光学系は、現場でサンプルの蛍光偏光を検出するために適用可能である。本発明における蛍光偏光を検出する光学系は、レーザ光源、簡易型の光学構造、常用の光電ユニット、短縮型の光路長、及び入射波長を選別可能な複数の光源を使用する。また、本発明の一実施例における蛍光偏光を検出する光学系は、更に、バッテリオペレーティングシステムとネットワーク接続を含む。これらの手段によって、本発明の蛍光偏光を検出する光学系はポイントオブケアの目的を達成可能となる。
【０００７】
本発明の実施例で提供する蛍光偏光を検出する光学系は、レーザ光学系を簡略化することで、携帯機器のサイズ、ＦＰ測定の精度及び再現性を達成可能である。また、電力消費が小さく、バッテリによる電気供給が可能であるとともに、迅速且つ簡便なサンプル調製ができるため、現場での測定に有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明において、上記の目的は、光源として半導体レーザダイオード或いはＬＥＤを用いるシステム、１種類のレンズユニット、即ちコリメートレンズのみを光源として用いるシステム、一対の偏光器を用いて水平及び垂直の偏光ビームをそれぞれ検出するシステム、偏光ビームスプリッタを用いて水平及び垂直の偏光ビームを検出するシステム、一対のシリコン光電検出器を用いて偏光を検出するシステム、偏光ビームスプリッタに直接装着されるシリコン光電検出器を用いるシステム、複数の光源を用いるシステム、コリメートされたレーザビームをサンプルに直接入射させるシステム、蛍光ビームによる検出角度を調整可能なシステム、同時に蛍光強度を測定可能なシステム、及び、同時に光吸収を測定可能なシステム、により実現される。
【０００９】
携帯機器サイズの目的を達成するために、光源としては、常用のハロゲンランプ／タングステン電球／ＨＩＤランプではなく、レーザダイオードを使用する。蛍光偏光の測定には、単色光化された良好な光源が必要である。これは、蛍光偏光の測定に常用されるＦＩＴＣのような蛍光剤は、非常に狭い吸収帯域幅（４９３ｎｍ±１０ｎｍ）を有するためである。そこで、ＦＩＴＣ材料を励起するためには４９３ｎｍの単色光源が必要となる。従来設計において、システムは、ハロゲンランプ、タングステン電球又はＨＩＤランプを光源として使用していた。図１Ａ及び図１Ｂは、ハロゲンランプ及びＨＩＤランプからの出射スペクトルを示している。図示するように、ハロゲンランプとＨＩＤランプは広いスペクトルを有している。そこで、モノクロメータ又はバンドパスフィルタを用いて特定の波長を選別すると、選別された波長の強度が非常に弱くなってしまう（図１Ｃ）。これに対し、半導体レーザダイオードの場合には、出射光が実質的にほぼ単色光である（図２）。そのため、選別される波長の相対強度がハロゲンランプやＨＩＤランプの相対強度よりも大幅に強くなる。よって、蛍光偏光を検出する光学系の光源として半導体レーザダイオードを使用する場合、出射される蛍光がより強くなる。また、レーザダイオードを光源として使用する場合には、かなり複雑／高価なモノクロメータをシステムから省略可能となる。
【００１０】
本発明の光学系は、ピンホールと偏光ビームスプリッタにより偏光を検出することで、光路を短縮するとともに、コリメートレンズを省略する。図３は、代表的な蛍光偏光を検出する光学系を示している。入射光はモノクロメータにより単色化された後、偏光板によりコリメート及び偏光される。偏光ビームはスプリッタにより二手に分けられる。半分のビームはコリメートレンズを経由して光電子増倍管に伝送される。また、残り半分のビームはサンプルに送られて蛍光反応する。出射された蛍光光子は、回転により最大出力を得るもう一つの偏光板を経由した後、もう一つのコリメートレンズを経由して光電検出器に到達する。図７は、本発明の蛍光偏光検出ユニットを備える本発明における光学系の構造を示している。レーザビームはコリメートされてサンプルへと直接送られる。蛍光偏光検出ユニットは、ピンホール、偏光ビームスプリッタ及び２つのシリコン光電検出器から構成される。当該システムでは、偏光板、コリメートレンズを有するスプリッタ及び回転する偏光板を省略可能である。本発明の光学系によれば、より短い光路とより少ないガラス表面が提供される。光の強度は、距離の二乗の逆数に伴って低下する。更に、コリメートレンズを省略することで、各ガラス表面によって生じる反射損失を減少させられる。また、シリコン光電検出器は偏光ビームスプリッタに直接装着され、より短い光路長を提供するため、コリメートレンズが省略されるとともに、光電検出器の光学キャリブレーションも不要となる。また、本発明の光学系における他の設計では、複数の光源を用いて入射ビームを選別する。図８に示すように、モノクロメータと光学ユニットを省略した設計とすることで、本発明の光学系は、偏光板を備える複数のレーザ光源或いはＬＥＤ光源を使用可能となる。また、本システムは、異なる励起波長を有する異なる蛍光標識を同じ検出ユニットで測定可能である。
【００１１】
本発明の光学系は、光電子増倍管を備えない低コストのシリコン光電検出器を使用する。代表的な蛍光偏光測定システムでは、光電子増倍管を用いて蛍光光子を検出する。これは、励起ビームの強度が弱いため、出射される蛍光光子も非常に弱くなるためである。しかし、本発明の光学系では、レーザダイオードからの強力な単色光を使用する。これにより、相対的に強力な蛍光が出射されるため、低コストのシリコン光電検出器であっても蛍光偏光を測定可能となる。本発明では、レーザ光源及び極めて短い光路を用いることで、一対の低コストのシリコン光電検出器による偏光の検出を可能としているのに対し、大多数の蛍光偏光測定システムでは、高価な光電子増倍器の使用が必須となっている。
【００１２】
本発明の光学系では、単色波選別ユニットを省略している。モノクロメータは、温度の変化や環境内の振動に対し非常に敏感である。そのため、現在の蛍光偏光を検出する光学系は「ポイントオブケア」への利用には適していない。これに対し、本発明におけるレーザ光源を用いる光学系はモノクロメータの使用が不要なため、システムのコスト低下やサイズの縮小が可能となる。
【００１３】
本発明の光学系では、レーザ光で直接励起するため、光ファイバのような導波ユニットが省略される。モノクロメータのサイズに起因して、モノクロメータを備えるシステムの場合には、ビームをサンプル表面に直接入射させることが困難である。そのため、光ファイバを用いて入射ビームをサンプルの表面まで案内せねばならない。また、光ファイバは出射された蛍光光子を収集し、光電子増倍器へと案内する。これに対し、本発明ではモノクロメータが不要なため、導波ユニットも不要となり、使用するレーザ光が蛍光標識を直接励起する。
【００１４】
本発明の光学系は反射鏡が不要である。従前の設計では、反射鏡を用いて蛍光ビームを検出ユニットに案内していた。これに対し、本発明では、蛍光ビームがＰＤセンサユニットに直接送出される。
【００１５】
本発明の光学系では、レーザビームがサンプルに直接衝突する。従前の設計では、サンプルに衝突するビームの手前に配置されたダイクロイックミラーを用いて入射ビームの波長を選別していた。これに対し、本発明の方案ではレーザビームがサンプルに直接衝突するため、ダイクロイックミラーを省略可能である。
【００１６】
本発明は、蛍光偏光を検出する光学系であって、ビームを出射する半導体レーザダイオードを含む光源、当該ビームの光路に設けられ、当該ビームをコリメートするコリメートレンズ、当該コリメートレンズ近傍の光路に設けられ、当該ビームを偏光する偏光板、当該偏光ビームを受け付けるとともに、サンプル室を含み、蛍光を誘起するようプローブと混合されたサンプルが当該サンプル室に収容されるサンプル台、及び、偏光度測定ユニット、を含み、当該偏光度測定ユニットは、サンプルからの誘起蛍光を通過させるピンホールが設けられ、散乱した蛍光を減少させるピンホールプレート、ピンホールを通過した誘起蛍光を水平偏光誘起蛍光と垂直偏光誘起蛍光に分割するスプリッタ、及び、当該水平偏光誘起蛍光と当該垂直偏光誘起蛍光を受け付けて現場での検出を実行する２つの光電検出器、を含み、当該ピンホールプレートは当該スプリッタの表面に装着され、且つ、当該２つの光電検出器はそれぞれ当該スプリッタの異なる表面に装着される光学系に関する。
【００１７】
具体的実施例において、前記光学系は、当該コリメートレンズと当該偏光板の間に設けられ、当該コリメートレンズによりコリメートされたビームを濾過する光学フィルタを更に含む。
【００１８】
具体的実施例において、前記サンプル室は、円管槽又は方形槽である。
【００１９】
具体的実施例において、前記サンプル室はガラス管ユニットであり、偏光度測定ユニットは、あらゆる角度で当該誘起蛍光を受け付けられるよう、ガラス管ユニットの周囲であって、偏光板の外部に設けられる。
【００２０】
具体的実施例において、前記光源は複数の光源である。
【００２１】
具体的実施例において、前記複数の光源の波長は同じ又は異なる。
【００２２】
具体的実施例において、前記光学系は携帯可能式である。
【００２３】
具体的実施方案において、前記のプローブと混合されたサンプルは、標的ＤＮＡの相補的配列を有する。
【００２４】
具体的実施例において、前記光学系は、蛍光強度の測定能力が強化されるよう、当該サンプル台の一方の側の近傍に設けられるとともに、偏光度測定ユニットの方向と垂直なもう一つの光電検出器を更に含む。
【００２５】
本発明は、更に、蛍光偏光を検出する偏光度測定ユニットであって、ピンホールが設けられ、プローブと混合されたサンプルから誘起された蛍光を通過させるピンホールプレート、ピンホールを通過した誘起蛍光を水平偏光誘起蛍光と垂直偏光誘起蛍光に分割するスプリッタ、及び、当該水平偏光誘起蛍光と当該垂直偏光誘起蛍光を受け付ける２つの光電検出器、を含み、当該ピンホールプレートは当該スプリッタの１つの表面に装着され、且つ、２つの光電検出器はそれぞれ当該スプリッタの異なる表面に装着される偏光度測定ユニットに関する。
【００２６】
本発明は、更に、蛍光偏光を検出する光学系であって、レーザビームを出射する半導体レーザダイオードを含む光源と、当該レーザビームの光路に設けられ、当該レーザビームをコリメートする第１コリメートレンズと、当該第１コリメートレンズ近傍の光路に設けられ、当該レーザビームを偏光する第１偏光板と、蛍光を誘起するようプローブと混合されたサンプルを収容するサンプル室を備えるサンプル台と、偏光度検出ユニットと、を含み、当該偏光度検出ユニットは、当該誘起蛍光を水平偏光誘起蛍光と垂直偏光誘起蛍光に偏光するよう、各々が当該サンプル台の一方の側に設けられる２つの第２偏光板、各々が当該２つの第２偏光板のうち一方の第２偏光板に対応する近傍にそれぞれ設けられ、当該偏光誘起蛍光をコリメートする２つの第２コリメートレンズ、及び、各々が当該２つのコリメートレンズのうち一方のコリメートレンズに対応する近傍にそれぞれ設けられ、２つの第２コリメートレンズによりコリメートされて得られたコリメート水平偏光誘起蛍光と、コリメート垂直偏光誘起蛍光を受け付けて、現場での検出を実行する２つの光電検出器、を含む光学系に関する。
【００２７】
具体的実施例において、前記光学系は、更に、第１コリメートレンズと第１偏光板の間に設けられ、当該第１コリメートレンズによりコリメートされたレーザビームを濾過する光学フィルタを含む。
【００２８】
具体的実施例において、前記２つの光電検出器、当該２つの第２コリメートレンズ及び当該２つの第２偏光板は、それぞれ当該サンプル台の両側に設けられるとともに、当該サンプル台に対し１８０°又は９０°で位置決めされる。
【００２９】
具体的実施例において、前記サンプル台はガラス管又は方形ガラス管である。
【００３０】
具体的実施方案において、前記光源の数は１つ以上であり、且つ、サンプル台の周囲に設けられる。
【００３１】
具体的実施例において、前記半導体レーザダイオードの波長は同じ又は異なる波長である。
【００３２】
具体的実施例において、当該光学系は携帯可能式である。
【００３３】
本発明は、更に、サンプルの蛍光偏光を検出する光学系であって、レーザビームを出射する半導体レーザダイオードを含む光源と、当該レーザビームの光路に設けられ、当該レーザビームをコリメートするコリメートレンズと、当該コリメートレンズの近傍に設けられ、当該コリメート光を濾過する第１光学フィルタと、当該第１光学フィルタ近傍の光路に設けられ、当該レーザビームを偏光する偏光板と、当該偏光ビームを受け付けるとともに、サンプル室を含み、蛍光を誘起するようプローブと混合されたサンプルが当該サンプル室に収容されるサンプル台と、偏光度検出ユニットを含み、当該偏光度検出ユニットは、当該誘起蛍光を濾過する第２光学フィルタ、当該誘起蛍光を水平偏光誘起蛍光と垂直偏光誘起蛍光に分割する偏光ビームスプリッタ、及び、当該偏光ビームスプリッタの両側に設けられ、当該水平偏光誘起蛍光と当該垂直偏光誘起蛍光を受け付けて現場での検出を実行する２つの光電検出器、を含む光学系に関する。
【００３４】
具体的実施例において、当該サンプル台はガラス管又は方形ガラス管である。
【００３５】
具体的実施例において、当該光学系は携帯可能式である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】図１Ａは、広範囲に拡散するハロゲンランプの出射スペクトルである。
【図１Ｂ】図１Ｂは、広範囲に拡散するＨＩＤランプの出射スペクトルである。
【図１Ｃ】図１Ｃは、モノクロメータ（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｒ）で特定波長の白色光を選別することで強度の低下が招来されることを説明する図である。
【図２】図２は、実質的にほぼ単色光の半導体レーザダイオード（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）のスペクトルである。
【図３】図３は、代表的な偏光度測定システムである。
【図４】図４は、本発明の具体的実施例における蛍光偏光を検出する光学系を示す図である。
【図５】図５は、一実施例における円管槽を用いて検出角度を調整可能な蛍光偏光を検出する光学系を示す図である。
【図６】図６は、本発明の具体的実施例における蛍光偏光を検出する光学系を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施例における円管槽を備えた蛍光偏光を検出する光学系を示す図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例における蛍光標識別に用いられる複数の偏光ビーム出射ユニットを示す図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例における複数の光電検出器を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例において、本発明の蛍光偏光を検出する光学系を用いて大腸菌ゲノムＤＮＡ（Ｅ．ｃｏｌｉ ｇｅｎｏｍｉｃ ＤＮＡ）につき実施した特異性検出の一実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明が所期の発明の目的を達成するために用いる技術的手段及び効果につきより詳細に述べるために、以下に、図面と好ましい実施例を組み合わせて、本発明による具体的実施形態、構造、特徴及び効果につき詳細に説明する。
【実施例１】
【００３８】
図４は、本発明の具体的実施例における蛍光偏光を検出する光学系を示している。図４に示すように、偏光ビーム出射ユニット（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）１０は、半導体レーザ装置（ｓｅｍｉ−ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ）１０１、コリメートレンズ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｌｅｎｓ）１０２、光学フィルタ（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒ）１０３及び偏光板（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ｐｌａｔｅ）１０４から構成される。当該半導体レーザ装置１０１は、規定波長の偏光レーザビームを出射する。当該コリメートレンズ１０２は当該レーザビームをコリメートする。コリメートされた後、当該レーザビームは当該光学フィルタ１０３及び当該偏光板１０４を通過する。サンプルは、方形槽（ｓｑｕａｒｅ ｓｈａｐｅ ｃｅｌｌ）２ａ内に位置している。なお、図４において当該槽は方形であるが、円管槽を使用してもよい。図４の偏光度測定ユニットは、一対の検出器ユニットからなる。各検出器ユニットは、光電検出器（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）３１、コリメートレンズ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｌｅｎｓ）３２及び偏光板（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ｐｌａｔｅ）３３を備える。なお、各検出器ユニットの位置によって、偏光板３３を、偏光軸が当該レーザビーム上となる偏光平面に位置決めする一方、他方の偏光板３３を、偏光軸が当該レーザビームに対し垂直となる偏光平面に位置決め可能である。また、各光電検出器３１からの電圧の出力が測定及び記録される。
【実施例２】
【００３９】
図５は、円管槽（ｒｏｕｎｄ−ｔｕｂｅ ｃｅｌｌ）２ｂを用いて検出角度を調整可能とする具体的実施例を示している。当該偏光ビーム出射ユニット１０は、半導体レーザ装置１０１、コリメートレンズ１０２、光学フィルタ１０３及び偏光板１０４から構成される。サンプルは円管槽２ｂ内に位置している。偏光度測定ユニットは、一対の検出器ユニットからなる。各検出器ユニットは、光電検出器３１、コリメートレンズ３２及び偏光板３３をそれぞれ備える。当該光電検出器３１は、９０度をなすよう設けられる。
【実施例３】
【００４０】
図６は、本発明の具体的実施例における蛍光偏光を検出する光学系を示している。図６に示すように、偏光ビーム出射ユニット１０は、半導体レーザ装置１０１、コリメートレンズ１０２、光学フィルタ１０３及び偏光板１０４から構成される。当該半導体レーザ装置１０１は、規定波長の偏光レーザビームを出射する。当該コリメートレンズ１０２は当該レーザビームをコリメートする。その後、当該コリメートされたレーザビームは当該光学フィルタ１０３及び当該偏光板１０４を通過する。サンプルは方形槽２ａ内に位置している。なお、本図において当該槽は方形であるが、円管槽を使用してもよい。図６の検出器ユニットは、２つの光電検出器３１、１つの偏光ビームスプリッタ３４及びの１つの光学フィルタ３５から構成される。当該２つの光電検出器３１は、９０度をなすよう設けられる。
【実施例４】
【００４１】
図７は、本発明の具体的実施例における円管槽２ｂを備えた蛍光偏光を検出する光学系を示している。図７に示すように、偏光ビーム出射ユニット１０は、半導体レーザ装置１０１、コリメートレンズ１０２、光学フィルタ１０３及び偏光板１０４から構成される。当該半導体レーザ装置１０１は、規定波長の偏光レーザビームを出射する。当該コリメートレンズ１０２は当該レーザビームをコリメートする。その後、当該コリメートされたレーザビームは当該光学フィルタ１０３及び当該偏光板１０４を通過する。サンプルは円管槽２ｂ内に位置するため、ユーザはサンプル管をどのような角度とすることも可能である。図７の検出器ユニットは、２つの９０度に位置決めされた光電検出器３１、１つの偏光ビームスプリッタ３４及び１つのピンホールプレート３６から構成される。当該ピンホールプレート３６は当該偏光ビームスプリッタ３４の表面に装着されている。また、当該光電検出器３１は当該偏光ビームスプリッタ３４の表面に装着されている。ピンホールプレート３６と光電検出器３１を当該偏光ビームスプリッタ３４の表面に装着することで、光学キャリブレーションがより簡単且つ容易となる。
【実施例５】
【００４２】
図８は、本発明の具体的実施例における蛍光標識別に用いられる複数の偏光ビーム出射ユニット１０を示している。複数の偏光ビーム出射ユニットは、入射ビームを選別するために異なる波長を有している。
【実施例６】
【００４３】
図９は、本発明の具体的実施例における複数の光電検出器３１を示す。当該具体的実施例において、システムは、別途追加された一対の光電検出器３１を用いて蛍光偏光を検出可能なだけでなく、蛍光ビームの強度についても同時に検出して光子の吸収状況を提供可能である。
【実施例７】
【００４４】
サンプルを調製するために、標的サンプルからＤＮＡを抽出した後、標準的なＰＣＲプログラムによりＤＮＡ数を増幅させる。ＤＮＡを増幅した後、増幅したＤＮＡに蛍光プローブを追加することでサンプルの検出準備を整える。次に、本システムを操作するために、本発明の光学系を、例えばノート型パソコンやデスクトップ型パソコンといったコンピュータデバイスにコネクタを介して接続した後、本発明における光学系の測定ソフトを動作させる。最適には、当該ソフトはグラフィカルユーザインタフェース（ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＧＵＩ）形式とする。続いて、本発明の光学系を起動して、サンプルを含むユニットを本発明の光学系におけるサンプル台に配置し、蛍光測定を開始する。蛍光偏光値はスクリーン上に表示されるが、Ｙ軸がｍＰ値を、Ｘ軸が秒単位の時間目盛を示す。通常、ｍＰ値は１０〜２０秒後に安定する。基準値として各種ＤＮＡに対し提供される参考ｍＰ値よりもｍＰ値が高い場合には、当該サンプルに標的ＤＮＡが含まれることを意味するが、ｍＰ値が基準値未満の場合には、当該サンプルに標的ＤＮＡが含まれないことを意味する。
【００４５】
図１０は、実施例３の図６で記載した具体的実施例である本発明の光学系を用い、大腸菌ゲノムＤＮＡにつき実施した特異性検出の一実施例を示す。標的ＤＮＡ断片の非対象ＰＣＲ増幅後に、本発明の光学系を用いて偏光度測定を実施したところ、１０２〜１０７の大腸菌ゲノムＤＮＡが検出された。この大腸菌検出試験の特異性より、投入したサルモネラ菌のゲノムＤＮＡ、或いは、使用したサーモン精子のＤＮＡ（非特異性であり、ランダムシーケンスの陰性対照群ＤＮＡ）を検出したところ、その信号を考慮不要なことが明らかとなった。
【００４６】
本明細書は、当業者が本発明を製造及び使用しやすいよう、本発明について十分詳細に記載し、且つ、例を挙げて説明している。本発明の精神と範囲を逸脱しないことを前提に、各種の置き換え、修正及び改良は自明である。
【００４７】
当業者であれば理解可能なように、本発明は上記目標の実現に非常に適しており、上記の目的と利点、及び固有の目的と利点を達成している。なお、細胞、動物、製造工程及びその調製方法については代表的な好ましい具体的実施方案であり、例示であって、本発明の範囲を制限する主旨ではない。当業者は、修正の手法及びその他用途への適用を周知している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2020176967000001.pdf