(57)【要約】【課題】多チャンネル蛍光測定用の光学系を提供する。【解決手段】複数の試料チャンネルに光を照射して、試料から放射される蛍光を検出するための多チャンネル蛍光測定用の光学系において、光源（１０）と、光源から照射された光を均一な強度分布を有する光にするインテグレーター（２０）と、インテグレーターから出た光に対して蛍光反応する試料が搭載される複数の試料チャンネルを備えた試料ホルダー（３０）と、インテグレーターと試料ホルダーとの間に配置されて、入射光を所定割合で分離させるビームスプリッタ（３３）と、を備える。【選択図】図３
2006215026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の試料チャンネルに光を照射して、試料から放射される蛍光を検出するための多チャンネル蛍光測定用の光学系において、
光源と、
前記光源から照射された光を均一な強度分布を有する光にするインテグレーターと、
前記インテグレーターから出た光により励起される試料が搭載される複数の試料チャンネルを備えた試料ホルダーと、
前記インテグレーターと前記試料ホルダーとの間に配置されて、入射光を所定割合で分離させるビームスプリッタと、を備えることを特徴とする多チャンネル蛍光測定用の光学系。
【請求項２】
前記光源は、ＬＥＤまたはＬＤであることを特徴とする請求項１に記載の多チャンネル蛍光測定用の光学系。
【請求項３】
前記インテグレーターは、ライトトンネル、ライトパイプ、ディフューザまたはフライアイレンズのうち、何れか一つであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多チャンネル蛍光測定用の光学系。
【請求項４】
前記光源とインテグレーターとの間に第１フィルタが備えられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多チャンネル蛍光測定用の光学系。
【請求項５】
前記光源は、相異なる複数波長の光を照射するＬＥＤアレイまたはＬＤアレイから構成されて、多重波長に対する蛍光測定が可能になっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多チャンネル蛍光測定用の光学系。
【請求項６】
前記ＬＥＤアレイまたはＬＤアレイが波長によって選択的にオン−オフ駆動されることを特徴とする請求項５に記載の多チャンネル蛍光測定用の光学系。
【請求項７】
複数の試料チャンネルに複数波長の光を照射して、試料から放射される蛍光を検出するための多チャンネル蛍光測定用の光学系において、
複数の光源と、
前記複数の光源から照射された各光の進行経路上に配置され、入射光を波長によって透過及び反射させて相異なる光路に進む光を同じ一つの経路に進ませる複数のダイクロイックフィルタと、
前記複数のダイクロイックフィルタを通過した光を、均一な強度分布を有する光にするインテグレーターと、
前記インテグレーターから出た光に対して蛍光反応する試料が搭載される複数の試料チャンネルを備えた試料ホルダーと、
前記インテグレーターと前記試料ホルダーとの間に配置されて、入射光を所定割合で分離させるビームスプリッタと、を備えて多重波長に対する蛍光測定を可能とすることを特徴とする多チャンネル蛍光測定用の光学系。
【請求項８】
前記光源は、ＬＥＤまたはＬＤであることを特徴とする請求項７に記載の多チャンネル蛍光測定用の光学系。
【請求項９】
前記インテグレーターは、ライトトンネル、ライトパイプ、ディフューザまたはフライアイレンズのうち、何れか一つであることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の多チャンネル蛍光測定用の光学系。
【請求項１０】
前記試料ホルダーは、半導体基板に形成された複数の微細流路と、前記微細流路を介して流れた試料が集まる試料チャンバーと、を備えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項７または請求項８のうち、何れか１項に記載の多チャンネル蛍光測定用の光学系。
【請求項１１】
複数の試料チャンネルに光を照射して、試料から放射される蛍光を検出して試料を分析するための多チャンネル蛍光試料の分析装置において、
光源と、
前記光源から照射された光を均一な強度分布を有する光にするインテグレーターと、
前記インテグレーターから出た光に対して蛍光反応する試料が搭載される複数の試料チャンネルを備えた試料ホルダーと、
前記インテグレーターと前記試料ホルダーとの間に配置されて、入射光を所定割合で分離させるビームスプリッタと、
前記試料から放射されて、前記ビームスプリッタを介して入射された蛍光を検出する光検出部と、を備え、前記複数の試料チャンネルにより発生した蛍光イメージを前記光検出部で光強度としてそれぞれ検出することを特徴とする多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項１２】
前記光検出部は、前記試料チャンネルに対応する光繊維束と、前記光繊維束を介して出射される各試料チャンネルからの蛍光イメージを検出するように、前記光繊維束に対して対向するように配置されるフォトダイオードと、を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項１３】
前記光源は、ＬＥＤまたはＬＤであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項１４】
前記インテグレーターは、ライトトンネル、ライトパイプ、ディフューザまたはフライアイレンズのうち、何れか一つであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項１５】
前記光源とインテグレーターとの間に第１フィルタが備えられることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項１６】
前記ビームスプリッタと光検出部との間に第２フィルタが備えられることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項１７】
前記光源は、相異なる複数波長の光を照射するＬＥＤアレイまたはＬＤアレイから構成されて、多重波長に対する蛍光測定が可能になったことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項１８】
前記ＬＥＤアレイまたはＬＤアレイが波長によって選択的にオン−オフ駆動されることを特徴とする請求項１７に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項１９】
前記光検出部は、前記試料チャンネルに対応する光繊維束と、前記光繊維束により出射される各試料チャンネルからの蛍光イメージを検出するように、前記光繊維束に対して対向するように配置されるフォトダイオードと、前記光繊維束とフォトダイオードとの間に配置されて、前記複数波長の光をフィルタリングするフィルタホイールと、を備えたことを特徴とする請求項１７に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項２０】
前記フィルタホイールは、前記複数波長の光が順次にオン−オフされる周期に同期して回転されることを特徴とする請求項１９に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項２１】
複数の試料チャンネルに光を照射して、試料から放射される蛍光を検出して試料を分析するための多チャンネル蛍光試料の分析装置において、
複数の光源と、
前記複数の光源から照射された各光の進行経路上に配置され、入射光を波長によって透過及び反射させて相異なる光路に進む光を同じ一つの経路に進ませる複数のダイクロイックフィルタと、
前記複数のダイクロイックフィルタを通過した光を均一な強度分布を有する光にするインテグレーターと、
前記インテグレーターから出た光により励起される試料が搭載される複数の試料チャンネルを備えた試料ホルダーと、
前記インテグレーターと前記試料ホルダーとの間に配置されて、入射光を所定割合で分離させるビームスプリッタと、
前記試料から放射されて、前記ビームスプリッタを介して入射された蛍光を検出する光検出部と、を備え、前記複数の試料チャンネルに光が均一に照射されて発生した蛍光イメージを、前記光検出部を介して多重波長に対してそれぞれ光強度として検出することを特徴とする多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項２２】
前記光検出部は、前記試料チャンネルに対応する光繊維束と、前記光繊維束により出射される各試料チャンネルからの蛍光イメージを検出するように、前記光繊維束に対して対向するように配置されるフォトダイオードと、前記光繊維束とフォトダイオードとの間に配置されて、前記複数波長の光をフィルタリングするフィルタホイールと、を備えたことを特徴とする請求項２１に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項２３】
前記光源は、ＬＥＤまたはＬＤであることを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項２４】
前記インテグレーターは、ライトトンネル、ライトパイプ、ディフューザまたはフライアイレンズのうち、何れか一つであることを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項２５】
前記フィルタホイールは、前記複数波長の光が順次にオン−オフされる周期に同期して回転されることを特徴とする請求項２２に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【請求項２６】
前記試料ホルダーは、半導体基板に形成された複数の微細流路と、前記微細流路を介して流れた試料が集まる試料チャンバーと、を備えることを特徴とする請求項１１、請求項１２、請求項２１または請求項２２のうち、何れか１項に記載の多チャンネル蛍光試料の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多チャンネル蛍光測定用の光学系及びそれを採用した多チャンネル蛍光試料の分析装置に係り、より詳細には、一つの光学系を利用して、複数の微細流路を有する多チャンネル試料ホルダーに含まれた蛍光試料を高速で検出できる小型で、かつ安価な多チャンネル蛍光測定用の光学系及びそれを採用した蛍光試料の分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料に特定波長の光を照射した後、試料から放出される光のスペクトルを検出して試料の成分などを分析する方法はよく知られている。例えば、ＤＮＡの塩基を特定の蛍光染料で染色した後、前記染料から放出される蛍光の強度を分析することによりＤＮＡの濃度を測定する。
【０００３】
図１は、一般的な蛍光分析による試料分析装置の原理を説明するための図面である。図１に示すように、一般的な蛍光分析装置１００は、試料１３０に光を照射するための照明部１１０と、前記試料１３０から放出された蛍光を検出するための検出部１２０とに大別される。照明部１１０は、光源１１２、ダイクロイックミラー１１４及び対物レンズ１１５を備える。そして、試料１３０は、試料ホルダー１１７上に搭載される。前記検出部１２０は、例えば、光電管（Ｐｈｏｔｏ  Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  ｔｕｂｅ；ＰＭＴ）またはフォトダイオードのような光検出器１２５及び特定波長の光のみを通過させるフィルタ１２１等から構成される。
【０００４】
光源１１２としては、ハロゲンランプ、ＬＥＤ（Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）またはレーザーなどを多様に使用できる。光源１１２から放出された光は、ダイクロイックミラー１１４により反射されて、試料ホルダー１１７上の試料１３０に入射する。試料１３０から放出された蛍光は、ダイクロイックミラー１１４を通過して検出部１２０に入射する。検出部１２０に入射した光は、フィルタ１２１を通過して特定波長のみを有し、光検出器１２５は、前記特定波長の光の強度を検出する。
【０００５】
最近では、試料分析の処理量を向上させ、高速で試料を測定するために、多チャンネル試料の分析装置が開発されている。複数の試料を一度に分析できる多チャンネル試料の分析装置は、大きく分けて二種類があるが、一つは、複数の試料に対応する複数の検出部を利用して、複数の試料を同時に測定する装置であり、他の一つは、一つの検出部のみを利用して順次に複数の試料を測定する装置である。
【０００６】
複数の検出部を利用して複数の試料を同時に測定する装置には、試料数ほどの個別的な検出部を使用して、一つの試料から放出された光を一つの検出部が測定する装置（Ｃｅｐｈｅｉｄ  Ｓｍａｒｔ  Ｃｙｃｌｅｒ（登録商標））と、大面積の光を複数の試料に一度に照射した後、試料から放出された蛍光を一つのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）で測定する装置（ＡＢＩ  Ｐｒｉｓｍ７０００（登録商標）、ＢｉｏＲａｄ  ｉＣｙｃｌｅｒ（登録商標））がある。ところが、試料数ほどの個別的な検出部を使用する場合、光検出器、フィルタなどが試料数ほど備えられなければならないため、体積が大きくなり、製造コストも高いという短所がある。
【０００７】
さらに、検出器としてＣＣＤを利用する場合には、一つのフィルタホイールのみを使用してもよいが、蛍光分析で要求される精密度を有する大面積ＣＣＤは、非常に高価な部品であるため、やはり多チャンネル試料の分析装置の製造コストが上昇し、小型分析装置には適していない。また、複数の波長の光を利用して多チャンネル分析を行うために、図２に示すように、試料ホルダー１４５とＣＣＤ１４０との間に回転するフィルタホイール１４３を配置することが普通である。しかし、ＣＣＤの解像度と関連したＦｒａｍｅ  Ｒａｔｅ（秒当たりフレームキャプチャーの数）制限のため、フィルタホイール１４３の速度を速めるにも一定の限界があり、複数の波長の高速測定には依然として制限がある。
【０００８】
また、一つの検出部を利用して順次に複数の試料を測定する装置は、通常、試料ホルダー上に複数の試料を載せて、前記試料上をスキャニングしつつ試料を測定する。ところが、一つの試料に対して複数の波長を測定するためには、回転自在なフィルタホイールが必要であり、前記のように、多チャンネルの測定速度に制限があり、実際測定時間は、試料に対するスキャニング時間とフィルタホイールの回転時間とが乗算されたものであるため、測定時間が長くかかるという短所がある。また、試料をスキャニングする装置が別途に要求されるため、分析装置の体積が大きくなるという問題点を解決できない。
【０００９】
特に、温度制御を高速で行えるため、微量のＤＮＡを短い時間内に増幅させうるシリコン基板を利用したマイクロＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）の場合には、狭い面積の基板上に複数の試料が含まれる微細流体チャンネルを容易に形成できるため、ＰＣＲ機器の小型化に応用されうる。しかし、前記の微細流体チャンネルに光を照射し、試料から放出する蛍光を測定するための光学系が小型化されなくてはＰＣＲ機器の小型化が難しいため、複数の微細流体チャンネルから発生する蛍光を検出できる小型光学系の開発が必須な課題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであって、小型で、かつ安価であり、高速で複数の微細流路を有する多チャンネル試料ホルダーに含まれた蛍光試料の特性を分析可能になった光学系及びそれを採用した試料分析装置を提供するところにその目的がある。
【００１１】
また、一つの光学系を利用して多チャンネル及び多波長蛍光の測定できる小型で、かつ高速測定の可能な光学系及び試料分析装置を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明に係る多チャンネル蛍光測定用の光学系は、複数の試料チャンネルに光を照射して、試料から放射される蛍光を検出するための多チャンネル蛍光測定用の光学系において、光源と、前記光源から照射された光を均一な強度分布を有する光にするインテグレーターと、前記インテグレーターから出た光により励起される試料が搭載される複数の試料チャンネルを備えた試料ホルダーと、前記インテグレーターと前記試料ホルダーとの間に配置されて、入射光を所定割合で分離させるビームスプリッタと、を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記光源は、ＬＥＤまたはＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）であることが好ましい。
【００１４】
前記インテグレーターは、ライトトンネル、ライトパイプ、ディフューザまたはフライアイレンズのうち、何れか一つであることを特徴とする。
【００１５】
前記光源とインテグレーターとの間に第１フィルタが備えられることを特徴とする。
【００１６】
前記光源は、相異なる複数波長の光を照射するＬＥＤアレイまたはＬＤアレイから構成されて、多重波長に対する蛍光測定が可能になっていることを特徴とする。
【００１７】
前記ＬＥＤアレイまたはＬＤアレイが波長によって選択的にオン−オフ駆動されることを特徴とする。
【００１８】
前記目的を達成するために本発明に係る光学系は、複数の試料チャンネルに複数波長の光を照射して、試料から放射される蛍光を検出するための多チャンネル蛍光測定用の光学系において、複数の光源と、前記複数の光源から照射された各光の進行経路上に配置され、入射光を波長によって透過及び反射させて相異なる光路に進む光を同じ一つの経路に進ませる複数のダイクロイックフィルタと、前記複数のダイクロイックフィルタを通過した光を均一な強度分布を有する光にするインテグレーターと、前記インテグレーターから出た光により励起される試料が搭載される複数の試料チャンネルを備えた試料ホルダーと、前記インテグレーターと前記試料ホルダーとの間に配置されて、入射光を所定割合で分離させるビームスプリッタと、を備えて多重波長に対する蛍光測定を可能とすることを特徴とする。
【００１９】
前記試料ホルダーは、半導体基板に形成された複数の微細流路と、前記微細流路を介して流れた試料が集まる試料チャンバーと、を備えることを特徴とする。
【００２０】
前記目的を達成するために、本発明に係る多チャンネル蛍光測定装置は、複数の試料チャンネルに光を照射して、試料から放射される蛍光を検出して試料を分析するための多チャンネル蛍光試料の分析装置において、光源と、前記光源から照射された光を均一な強度分布を有する光にするインテグレーターと、前記インテグレーターから出た光に対して蛍光反応する試料が搭載される複数の試料チャンネルを備えた試料ホルダーと、前記インテグレーターと前記試料ホルダーとの間に配置されて、入射光を所定割合で分離させるビームスプリッタと、前記試料から放射されて、前記ビームスプリッタを介して入射された蛍光を検出する光検出部と、を備え、前記複数の試料チャンネルにより発生した蛍光イメージを前記光検出部で光強度としてそれぞれ検出することを特徴とする。
【００２１】
前記光検出部は、前記試料チャンネルに対応する光繊維束と、前記光繊維束を介して出射される各試料チャンネルからの蛍光イメージを検出するように、前記光繊維束に対して対向するように配置されるフォトダイオードと、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
前記目的を達成するために、本発明に係る装置は、複数の試料チャンネルに光を照射して、試料から放射される蛍光を検出して試料を分析するための多チャンネル蛍光試料の分析装置において、複数の光源と、前記複数の光源から照射された各光の進行経路上に配置され、入射光を波長によって透過及び反射させて相異なる光路に進む光を同じ一つの経路に進ませる複数のダイクロイックフィルタと、前記複数のダイクロイックフィルタを通過した光を均一な強度分布を有する光にするインテグレーターと、前記インテグレーターから出た光に対して蛍光反応する試料が搭載される複数の試料チャンネルを備えた試料ホルダーと、前記インテグレーターと前記試料ホルダーとの間に配置されて、入射光を所定割合で分離させるビームスプリッタと、前記試料から放射されて、前記ビームスプリッタを介して入射された蛍光を検出する光検出部と、を備え、前記複数の試料チャンネルに光が均一に照射されて発生した蛍光イメージを、前記光検出部を介して多重波長に対してそれぞれ光強度として検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る多チャンネル蛍光測定用の光学系及びそれを採用した試料分析装置は、多チャンネル試料に対して共通の光学系を利用して蛍光測定を可能にすることにより光学系を小型化し、光繊維束及びフォトダイオードを利用して蛍光強度を検出することにより製造コストを著しく低減させる。また、複数の微細流路を有する多チャンネルの超小型試料ホルダーに適した試料分析装置を提供するために、ＬＥＤのような低電力、低発熱の光素子及びインテグレーターを利用して面光源を形成し、光繊維束及びフォトダイオードから構成された光検出部を利用して多チャンネル測定を可能にすることで、多チャンネル測定が可能な小型光学系を提供できる。それにより、携帯用の試料分析装置を開発することが可能であり、多チャンネルにより複数の試料に対する迅速な分析を行える。
【００２４】
さらに、光源を多重波長の光を照射する光源に構成して、多重カラーに対する蛍光測定を具現できる。特に、多重カラーに対する蛍光測定を各カラーに対して同じ一つの光学系により具現可能にすることにより、光学系を小型化してコストを大幅に減少させうる。それにより、本発明の光学系を備えた多チャンネル試料の分析装置を携帯可能にするだけでなく、多重波長により試料特性をさらに多様で、かつ精密に分析できる。
【００２５】
また、試料が複数の色素を含んだ場合に、フィルタホイールを介して多重波長を検出することで、各試料に含まれた数種のＤＮＡ量を同時に高速で定量化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２７】
本発明に係る多チャンネル蛍光測定用の光学系は、図３に示すように、光源１０と、前記光源１０から照射された光を均一光にするインテグレーター２０と、前記インテグレーター２０を通過した光により反応する少なくとも一つの試料ｍが搭載された試料ホルダー３０と、試料ｍから放出された蛍光を検出する光検出部４０と、を備える。
【００２８】
前記インテグレーター２０と試料ホルダー３０との間の光路上には、入射光の一部を透過させ、残りの光を反射させて入射光を所定割合で分離させるビームスプリッタ２５が備えられる。前記インテグレーター２０を通過した光は、前記ビームスプリッタ２５により一部光は透過されて前記試料ｍに入射され、残りの光は反射される。
【００２９】
一方、前記試料ｍから放出された蛍光は、前記ビームスプリッタ２５で反射されて光検出部４０に向う。
【００３０】
前記光源１０は、所定波長の光を照射する発光素子であって、例えば、ＬＥＤまたはＬＤが使用されうる。特に、ＬＥＤとしては、高輝度ＬＥＤを使用することが好ましく、ＬＥＤは、ランプを光源として使用する時に発生する熱問題や寿命が比較的に短いという問題点を解消できる。前記インテグレーター２０は、前記光源１０から出射された光の強度を均一にして面光源としての役割を行うものであって、例えば、ライトトンネル、ライトパイプ、ディフューザ、またはフライアイレンズなどが使用されうる。
【００３１】
前記光源１０とインテグレーター２０との間の光路上には、入射光を集束させるための少なくとも一つの集束レンズが備えられ、光の波長特性を向上させるために第１フィルタ１２が備えられうる。前記第１フィルタ１２とインテグレーター２０との間に第１集束レンズ１４及び第２集束レンズ１６が備えられる。また、前記第２集束レンズ１６を通過した光路を変換させるための反射ミラー１８が備えられうる。前記反射ミラー１８は、光学系の構造によって選択的に備え得る。すなわち、光学系の配置構造を水平方向または垂直方向に適当に変更するために選択的に使用される。
【００３２】
前記インテグレーター２０を通過した光は、均一な強度の面光分布を有し、この面光分布の光が前記ビームスプリッタ２５を通過して試料ｍに入射される。前記インテグレーター２０とビームスプリッタ２５との間の光路上には、リレーレンズ２３が備えられ、前記ビームスプリッタ２５と試料ホルダー３０との間に第３集束レンズ２７がさらに備えられうる。
【００３３】
前記試料ホルダー３０は、複数の試料が搭載される複数の微細流体チャンネルから構成されることが好ましい。前記試料には蛍光物質が混合されており、試料に光が照射されれば、蛍光物質から発光された光が出る。前記試料ホルダー３０は、図４Ａに示すように、例えば、第１試料チャンネルＭ１、第２試料チャンネルＭ２、第３試料チャンネルＭ３及び第４試料チャンネルＭ４を備えて、各試料チャンネルに蛍光物質が混合された試料ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４が搭載される。本発明で多チャンネルの試料ホルダーは、多様な構造に設計されうる。図４Ｂは、具体的に本発明に係る光学系で使用される複数の微細流路を有する多チャンネルの試料ホルダーの写真である。多チャンネルの試料ホルダー３０は、シリコン基板３１に微細流路３２ａが形成され、微細流路３２ａを介して供給された試料が、試料チャンバー３２ｂに集まるように構成される。
【００３４】
前記試料から発光されて出た蛍光が、ビームスプリッタ２５で反射されて光検出部４０に向う。前記光検出部４０は、図４Ｃに示すように、前記第１試料チャンネルＭ１ないし第４試料チャンネルＭ４に対応する第１光繊維束ｆ１ないし第４光繊維束ｆ４と、前記第１光繊維束ｆ１ないし第４光繊維束ｆ４に対してそれぞれ結合される第１光検出器４１ないし第４光検出器４４を備える。前記第１光繊維束ｆ１ないし第４光繊維束ｆ４から出た光は、直接前記第１光検出器４１ないし第４光検出器４４に集光される。前記光検出器は、前記試料チャンネルＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４に対応する個数から構成され、各チャンネルでの試料に対する蛍光強度を検出する。前記光検出器は、フォトダイオードであることが好ましい。前記試料ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４から発生する蛍光は、レンズ３３、３４を介して前記光繊維束ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４の末端部の断面上にそれぞれ試料の蛍光イメージを形成する。この時、全体光繊維束は、試料チャンネル個数と一致するように、複数の小さな束に分割されている。光繊維束の入力側の末端面は、全体的に縛られており、出力側の末端面は、フォトダイオードに蛍光イメージが入射するようにチャンネル別に分割されて縛られている。したがって、光繊維束の末端面に形成された各試料の蛍光イメージは、最終的にフォトダイオードに入射されて、それぞれ蛍光イメージの光強度として検出される。これは、光繊維束を構成する光繊維の断面がまるでＣＣＤのピクセルのような役割を担当し、全体光繊維束がチャンネル個数と同じ個数の小さな光繊維束に分割されて光強度を検出することにより、ＣＣＤのピクセルビンニング効果のような効果を出す。すなわち、全体光繊維束を介して伝送された蛍光は、それぞれの小さな光繊維束によりグループ化されて、フォトダイオードで光強度を精密に測定可能にする。
【００３５】
前記ビームスプリッタ２５と光検出部４０との間の光路上には、第４集束レンズ３３及び第５集束レンズ３４が配置され、第２フィルタ３５がさらに備えられる。前記第１フィルタ１２及び第２フィルタ３５は、光源１０から出射された光の波長帯域を選択的に分離して、試料の蛍光測定の精密度を向上させるためのものである。
【００３６】
前記のように構成された多チャンネル蛍光測定用の光学系を備えた分析装置を利用して試料の蛍光特性を分析する作用を説明すれば、次の通りである。
【００３７】
前記光源１０から出射された光がインテグレーター２０により均一なスクエア強度分布を有して前記ビームスプリッタ２５に入射される。前記ビームスプリッタ２５で一部の光が透過されて試料チャンネルＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４に入射される。各試料チャンネルの試料から放射された蛍光が前記ビームスプリッタ２５を介して光検出部４０に入射される。前記各試料チャンネルＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４から放射された光が各チャンネルに対応するそれぞれの光繊維束ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４を介して第１光検出器４１ないし第４光検出器４４に集束され、光検出器により蛍光強度として検出される。各蛍光強度を分析して試料内のＤＮＡ量を測定する。
【００３８】
本発明では、多チャンネルを介して複数の試料に対して同時に蛍光測定を行える。一般的に、多チャンネルで蛍光測定を行う装置は、複数の試料を同時に測定して迅速に試料分析を行える一方、光学系の体積が大きい。しかし、本発明は、多チャンネルに対して一つの光学系を共通で使用できる構造であるため、分析装置を小型化し、生産コストを安くする。さらに、光学系を小型化して複数の微細流路を有する多チャンネルの超小型試料ホルダーに適した試料分析装置を提供する。これは、ＬＥＤのような低電力、低発熱の光源とインテグレーターを利用して面光源を形成した後、光検出部を光繊維束とフォトダイオードとから構成することにより可能である。
【００３９】
以下、図３に示す光学系を利用して多チャンネル及び多重波長蛍光の測定が可能な分析装置について説明する。
【００４０】
検出しようとするプライマー試料以外にＰＣＲの内部コントロール因子を利用するか、または１回の実験で複数のＤＮＡを増幅させうるＭｕｔｉｐｌｅｘ  ＰＣＲのような用途のためには、普通２つ以上の相異なる色素を試料に含めて、２つ以上の相異なる蛍光信号を測定することにより試料に含まれた相異なるＤＮＡの量を定量化する。このような場合には、多チャンネル及び多重波長の蛍光測定が可能となるように光学系を構成することが良い。多チャンネル及び多重波長の蛍光測定過程で発生する相異なる蛍光強度を定量化するためには、それぞれ色素の最大蛍光波長帯域に合わせてフィルタの透過帯域を設計せねばならず、光源の波長も各色素に対して最大に蛍光強度が発生するように設計せねばならない。
【００４１】
光源１０は、図５Ａに示すように、多重波長の光を照射する複数のＬＥＤまたはＬＤアレイ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄから構成されうる。ここでは、光源１０がＬＥＤから構成された例を説明する。例えば、前記光源１０は、第１波長の光を照射する第１  ＬＥＤアレイ１０ａ、第２波長の光を照射する第２  ＬＥＤアレイ１０ｂ、第３波長の光を照射する第３ＬＥＤアレイ１０ｃ、及び第４波長の光を照射する第４ＬＥＤアレイ１０ｄを備える。
【００４２】
前記第１  ＬＥＤアレイ１０ａないし第４ＬＥＤアレイ１０ｄは、選択的にオン−オフ駆動されうる。このように、光源を多重波長の光を照射する光源に構成する場合、光検出部４０は、図５Ｂに示すように、前記第１試料チャンネルＭ１ないし第４試料チャンネルＭ４に対応する第１光繊維束ｆ１１ないし第４光繊維束ｆ１４と、前記第１光繊維束ｆ１１ないし第４光繊維束ｆ１４に対向するように配置される光検出器５１第１ないし第４光検出器５４と、前記第１光繊維束Ｆ１１ないし第４光繊維束Ｆ１４と第１光検出器５１ないし第４光検出器５４との間に配置されるフィルタホイール４５とを備える。前記第１光検出器５１ないし第４光検出器５４は、例えば、第１フォトダイオードないし第４フォトダイオードでありうる。
【００４３】
前記フィルタホイール４５は、前記光源１０の多重波長に対応するように構成される。すなわち、前記光源１０が第１波長光源ないし第４波長光源を備える時、前記フィルタホイール４５は、第１波長光源ないし第４波長光源により試料から発生する蛍光を測定するために、第１波長ないし第４波長の光をフィルタリングする第１フィルタ４５ａないし第４フィルタ４５ｄを備える。前記第１フィルタ４５ａは、第１波長の光をフィルタリングし、第２フィルタ４５ｂは、第２波長の光をフィルタリングし、第３フィルタ４５ｃは、第３波長の光をフィルタリングし、第４フィルタ４５ｄは、第４波長の光をフィルタリングし、前記フィルタホイール４５は、回転自在になっている。
【００４４】
前記フィルタホイール４５は、前記第１波長光源ないし第４波長光源のオン−オフ動作に同期されて回転される。各波長の光がオンになる度に、フィルタホイール４５が１回転する。
【００４５】
前記光源１０から第１波長ないし第４波長の光源が順次に照射され、第１波長光源の光が前記インテグレーター２０を介して均一光になって、多チャンネル試料ホルダー３０の全体試料チャンネルに均一に照射される。前記多チャンネル試料ホルダー３０にある各試料チャンネルから放射された第１チャンネル蛍光ないし第４チャンネル蛍光が、前記ビームスプリッタ２５を介して第１光繊維束ｆ１１ないし第４光繊維束ｆ１４にそれぞれ伝送される。前記第１光繊維束ないし第４光繊維束を介して伝送された第１チャンネル蛍光ないし第４チャンネル蛍光は、回転するフィルタホイール４５を通過する。前記フィルタホイール４５の第１フィルタ４５ａないし第４フィルタ４５ｄにそれぞれ第１波長光源ないし第４波長光源から出る光はフィルタリングされ、試料から放射された蛍光は通過される。
【００４６】
前記フィルタホイール４５が回転されることにより、第１波長光に対する前記第１チャンネル光ないし第４チャンネル光が順次に第１フィルタ４５ａを介してフィルタリングされて、それぞれに対応する第１フォトダイオード５１ないし第４フォトダイオード５４に入射される。次いで、第２波長光が出射される時、前記で第１波長光について説明したものと同じ方式で第２波長光に対する第１チャンネル光ないし第４チャンネル光が順次に第２フィルタ４５ｂを介してフィルタリングされて、それぞれに対応する第１フォトダイオードないし第４フォトダイオードに入射される。また、第３波長光及び第４波長光に対しても同じ方式で第１チャンネル光ないし第４チャンネル光が検出される。この時、それぞれのフォトダイオードで検出される光強度を、与えられた入射光源の波長、フィルタホイールを経た蛍光の波長などを考慮して定量化すれば、多重波長に対する多チャンネル蛍光強度の測定を迅速で、かつ精密に具現できる。
【００４７】
次いで、本発明の他の実施形態に係る光学系を採用した蛍光試料の分析装置が図６に示されている。
【００４８】
本発明の他の実施形態に係る光学系は、第１光源６０ａ、第２光源６０ｂ、第３光源６０ｃ及び第４光源６０ｄと、前記第１光源６０ａないし第４光源６０ｄから出射された光を均一な強度分布を有する光にするインテグレーター７０とを備える。前記第１光源６０ａと前記インテグレーター７０との間の光路上には、第１波長光を透過させ、残りの光を反射させる第１ダイクロイックフィルタ６５ａが配置される。
【００４９】
前記第１ダイクロイックフィルタ６５ａと平行に第２ダイクロイックフィルタ６５ｂ、第３ダイクロイックフィルタ６５ｃ及び第４ダイクロイックフィルタ６５ｄが備えられる。前記第２ダイクロイックフィルタ６５ｂは、前記第２光源６０ｂから出射された光のうち、第２波長の光を反射させて前記第１ダイクロイックフィルタ６５ｂに送り、残りの光は透過させる。前記第３ダイクロイックフィルタ６５ｃは、前記第３光源６０ｃから出射された光のうち、第３波長の光を反射させて、前記第２ダイクロイックフィルタ６５ｂに向わせ、残りの光は透過させる。前記第４ダイクロイックフィルタ６５ｄは、前記第４光源６０ｄから出射された光のうち、第４波長の光を反射させて、前記第３ダイクロイックフィルタ６５ｃに向わせ、残りの光は透過させる。
【００５０】
前記第１光源６０ａないし第４光源６０ｄは、白色光源であるか、または単色光源でありうる。単色光源としては、例えば、ＬＥＤまたはＬＤでありうる。
【００５１】
前記第１光源６０ａと第１ダイクロイックフィルタ６５ａとの間、第２光源６０ｂと第２ダイクロイックフィルタ６５ｂとの間、第３光源６０ｃと第３ダイクロイックフィルタ６５ｃとの間、及び第４光源６０ｄと第４ダイクロイックフィルタ６５ｄとの間には、それぞれ少なくとも一つの集束レンズ６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄが備えられる。
【００５２】
前記第１光源６０ａから入射された光は、第１ダイクロイックフィルタ６５ａを介して第１波長の光が透過されて前記インテグレーター７０に向い、残りの光は反射される。第２光源６０ｂから入射された光は、第２ダイクロイックフィルタ６５ｂを介して第２波長の光が反射されて第１ダイクロイックフィルタ６５ａに向い、残りの光は透過される。前記第２波長の光は、第１ダイクロイックフィルタ６５ａで反射されてインテグレーター７０に向う。
【００５３】
前記第３光源６０ｃから出射された光は、第３波長の光が第３ダイクロイックフィルタ６５ｃで反射された後、第２ダイクロイックフィルタ６５ｂで透過され、第１ダイクロイックフィルタ６５ａで反射されてインテグレーター７０に向う。第４光源６０ｄから出射された光は、第４波長の光が第４ダイクロイックフィルタ６５ｄで反射された後、第３ダイクロイックフィルタ６５ｃ及び第２ダイクロイックフィルタ６５ｂを透過し、第１ダイクロイックフィルタ６５ａで反射されてインテグレーター７０に向う。ここで、前記第４光源６０ｄが第４波長の光を照射する光源である場合には、前記第４ダイクロイックフィルタ６５ｄの代わりに反射ミラーが備えられてもよい。
【００５４】
結局、前記第１光源６０ａないし第４光源６０ｄから出射された光は、前記第１ダイクロイックフィルタ６５ａないし第４ダイクロイックフィルタ６５ｄを介して同じ方向に向う。前記第１ダイクロイックフィルタ６５ａとインテグレーター７０との間の光路上には、光路を変化させて光学系の配置空間を変化させるための反射ミラー６７がさらに備えられうる。また、前記第１ダイクロイックフィルタ６５ａと反射ミラー６７との間に集束レンズ６６がさらに備えられる。
【００５５】
前記第１光源６０ａないし第４光源６０ｄから出射された光は、前記インテグレーター７０を介して均一な強度分布を有する光となり、ビームスプリッタ７５により一部の光が透過されて、多チャンネル試料ホルダー８０に入射される。前記インテグレーター７０は、面光源としての役割を行う。前記インテグレーター７０とビームスプリッタ７５との間の光路上にはリレーレンズ７２が備えられ、前記ビームスプリッタ７５と多チャンネル試料ホルダー８０との間に集束レンズ７７がさらに備えられうる。
【００５６】
多チャンネル試料ホルダー８０は、図５Ａを参照して説明したように、複数の試料を搭載できる複数の微細流路を有する多チャンネルを備える。
【００５７】
前記多チャンネル試料ホルダー８０から放射された蛍光が、前記ビームスプリッタ７５を介して反射されて光検出部９０に入射される。前記ビームスプリッタ７５と光検出部９０との間には集束レンズ８２がさらに備えられる。前記光検出部９０は、前記多チャンネル試料ホルダー８０の試料チャンネル数に対応する個数の光繊維束８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄと、フィルタホイール８７と、光繊維束８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄに対向するように配置された光検出器８９ａ、８９ｂ、８９ｃ、８９ｄを備える。前記光検出器８９ａ、８９ｂ、８９ｃ、８９ｄは、フォトダイオードである。
【００５８】
前記光検出部９０は、図５Ｂを参照して説明した光検出部４０とその構成及び作用効果が同じであるため、その詳細な説明を省略する。
【００５９】
この実施形態では、多重波長及び多チャンネル蛍光測定のために複数の光源と、複数の光源から出射されて相異なる経路に進む光を同じ一つの経路に向わせるために、複数のダイクロイックフィルタとを備える。
【００６０】
以上のようにして、相異なる波長の光を選択的に多チャンネル試料に均一に照射し、各チャンネルの試料に対する蛍光イメージを、光繊維束を介して光検出器で各試料に対する蛍光強度として検出することにより、各試料に含まれたＤＮＡ量を定量化する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、多チャンネル蛍光測定に関連した技術分野に好適に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来の試料分析装置を概略的に示す図面である。
【図２】従来の試料分析装置で試料ホルダーとＣＣＤとの間に回転するフィルタホイールが備えられた例を示す図面である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に係る多チャンネル蛍光試料の分析装置を示す図面である。
【図４Ａ】本発明の好ましい実施形態に係る多チャンネル蛍光試料の分析装置に備えられた試料ホルダーの詳細図である。
【図４Ｂ】本発明の好ましい実施形態に係る多チャンネル蛍光分析装置に備えられた具体的な試料ホルダーの写真を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の好ましい実施形態に係る多チャンネル蛍光試料の分析装置の光検出部を示す図面である。
【図５Ａ】本発明の好ましい実施形態に係る多チャンネル蛍光測定用の光学系に備えられる光源の構造の一例を示す図面である。
【図５Ｂ】本発明の他の実施形態に係る多チャンネル蛍光試料の分析装置の光検出部を示す図面である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る多チャンネル蛍光試料の分析装置を示す図面である。
【符号の説明】
【００６３】
１０    光源、
１２    第１フィルタ、
１４    第１集束レンズ、
１６    第２集束レンズ、
１８    反射ミラー、
２０    インテグレーター、
２３    リレーレンズ、
２５    ビームスプリッタ、
２７    第３集束レンズ、
３０    試料ホルダー、
３３、３４    レンズ、
３５    第２フィルタ、
４０    光検出部、
ｍ    試料。
【図１】
2006215026.tif 000003
【図２】
2006215026.tif 000004
【図３】
2006215026.tif 000005
【図４Ｃ】
2006215026.tif 000006
【図５Ａ】
2006215026.tif 000007
【図５Ｂ】
2006215026.tif 000008
【図６】
2006215026.tif 000009
【図４Ａ】
2006215026.tif 000010
【図４Ｂ】
2006215026.tif 000011