(57)【要約】      （修正有）【課題】微量な生体サンプルを支持する支持体を回転させながら、この生体サンプルに光を照射して検出をおこなう生体サンプル判別装置において、支持体の回転時に面ぶれが生じた場合でも、高感度に測定可能とする。【解決手段】半導体レーザ１０からの光を光源用集光レンズ１１で一旦集光し、その集光位置を照明用集光レンズ１２の前側焦点位置に一致させ、光源用アクチュエータ１３と、光源集光レンズ用アクチュエータ１４とで位置調整を行い、照明光を平行光とするともに、ビームサイズを一定に調整する。これにより、生体サンプルへの照明光量を一定とし、感度低下を防止する。【選択図】図１
2008209264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体サンプルに光を照射し、該生体サンプルから得られる光を検出して、該生体サンプルの判別を行う生体サンプル判別装置において、
前記生体サンプルに向けて照射する光を生成する拡散光源と、
前記拡散光源からの光を一旦集光する光源用集光レンズと、
前記生体サンプルへ集光して照射するための照明用集光レンズと、を備え、
前記光源用集光レンズによる集光位置を、前記照明用集光レンズの前側焦点位置に一致させて、前記生体サンプルへの照射光を、平行光としてなる、
ことを特徴とする生体サンプル判別装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生体サンプル判別装置において、
前記拡散光源を光軸方向に移動させる光源移動機構と、
前記光源用集光レンズを光軸方向に移動させる光源用集光レンズ移動機構と、を備え、
前記光源移動機構を用いて、前記光源用集光レンズに対する該拡散光源の距離を変えることで、前記光源用集光レンズから出射する光の集光角度を可変であり、
前記光源用集光レンズ移動機構を用いて、前記照明用集光レンズに対する該光源用集光レンズの距離を変え、前記光源用集光レンズでの集光位置を、前記照明用集光レンズの前側焦点位置に一致させることで、前記生体サンプルへの照射光のビーム径を可変である、
ことを特徴とする生体サンプル判別装置。
【請求項３】
請求項２記載の生体サンプル判別装置において、
前記拡散光源と、前記光源用集光レンズの主点との距離をｚ1、前記光源用集光レンズの主点と、前記照明用集光レンズの前側焦点位置との距離をｚ’1とし、
前記光源移動機構と、前記光源用集光レンズ移動機構とを用いて、下記の式（１）、（２）とすることが可能である、
ことを特徴とする生体サンプル判別装置。
【数１】
2008209264.tif 000008
【数２】
2008209264.tif 000009
ただし、
2008209264.tif 000010
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の生体サンプル判別装置において、
前記拡散光源は、半導体レーザである、
ことを特徴とする生体サンプル判別装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の生体サンプル判別装置において、
おのおの一部に透過領域を有する複数の遮光部材と、
照明光を受光して照明光量を検出する受光素子と、を備え、
前記照明光用集光レンズを透過した照明光の光路中に、前記遮光部材を２箇所以上の異なる位置に配置し、
前記遮光部材の各透過領域を透過してきた照明光の光路上に、前記受光素子を配置し、
該受光素子の出力が最大となるように前記光源移動機構と、前記光源用集光レンズ移動機構とを用いて、前記拡散光源と、前記光源用集光レンズとの位置合わせを実施可能である、
ことを特徴とする生体サンプル判別装置。
【請求項６】
請求項５に記載の生体サンプル判別装置において、
前記生体サンプルを封止するプレート上に、前記遮光部材を配置する、
ことを特徴とする生体サンプル判別装置。
【請求項７】
請求項６に記載の生体サンプル判別装置において、
前記遮光部材の透過部分のサイズを、前記生体サンプルの封止部のサイズに概略一致させてなる、
ことを特徴とする生体サンプル判別装置。
【請求項８】
請求項１ないし４のいずれかに記載の生体サンプル判別装置において、
おのおのの一部に透過領域を有する遮光部材と、
該遮光部材を透過した光を集光する平行度検出用集光レンズと、
該平行度検出用集光レンズで集光した光のサイズを制限するピンホールと、
該ピンホールの透過光を受光して光量を検出する受光素子と、を備え、
前記照明光用集光レンズを透過した照明光の光路中に、前記遮光部材を配置し、
該遮光部材の透過領域を透過してきた照明光の光路中に、前記平行度検出用集光レンズを配置し、
該平行度検出用集光レンズの焦点位置に、前記ピンホールを配置し、
前記ピンホールの透過光の光路上に、前記受光素子を配置し、
該受光素子の出力が最大となるように、前記光源移動機構と、前記光源用集光レンズ移動機構とを用いて、前記拡散光源と前記光源用集光レンズとの位置合わせを実施可能である、
ことを特徴とする生体サンプル判別装置。
【請求項９】
請求項８に記載の生体サンプル判別装置において、
前記生体サンプルを封止するプレート上に、前記遮光部材を配置する、
ことを特徴とする生体サンプル判別装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の生体サンプル判別装置において、
前記遮光部材の透過部分のサイズを、前記生体サンプルの封止部分のサイズに、概略一致させるようにした、
ことを特徴とする生体サンプル判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡやタンパクその他の生体サンプルへ光を照射し、その照射によって得られる光を検出して生体サンプルを判別する生体サンプル判別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な生体サンプルを考えた場合、大きくはＤＮＡとタンパクが存在している。そして、近年、分子生物学の急速な進展によって、様々な疾患において遺伝子の関与がかなり正確に理解されるようになり、遺伝子をターゲットにした医療に注目が集まるようになってきている。
【０００３】
このような遺伝子をターゲットにする医療においては、遺伝子の検査、つまり遺伝子内の特定部位のＤＮＡ配列の並びを同定する必要があり、ＤＮＡチップとその読み取り装置が開発され、実用化されている。
【０００４】
その一つとして、生体サンプルが流れる流路を形成した平板状の支持体を、光学的な読み取りを行う生体サンプル判別装置に取り付け、この流路の両端部に電圧を印加して生体サンプルを電気泳動させて判別を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記従来の生体サンプル判別装置は、支持体の流路を走査して読み取る構成ではなく、支持体は装置に固定的に配置される構成である。このように流路中を流れる生体サンプルを、予め定められた特定の位置で検出する構成では、生体サンプルが特定位置に電気泳動されるまで待たなければならず、判別するのに時間がかかったり、また、支持体に複数の流路を形成した場合には、複数の光学系を用意しなければならなかったりするなどの不都合がある。
【０００６】
そこで、本出願人は、生体サンプルを支持する支持体を回転可能に支持して、流路を走査して読み取りを行うことで、流路中を移動する生体サンプルの判別や、あるいは、複数の流路における判別を短時間で行うことのできる生体サンプル判別装置の開発を進めている。
【特許文献１】特表２００２−５０５００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、検査に用いるＤＮＡなどの生体サンプルは、血液などから、細胞を破壊してＤＮＡを抽出し、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ：ポリメラーゼ連鎖反応）などによって目的のＤＮＡ配列を含む部分を増幅して準備しなければならない。このため大量に生体サンプルを準備するには手間がかかってしまう。
【０００８】
そこで、微量な生体サンプルでも測定可能な生体サンプル判別装置が望まれている。しかしながら、生体サンプルを微量にすると、その分だけ、検出できる光量が微弱になってしまい、精度の高い判別は困難になる。
【０００９】
上述した本出願人が開発を進めているような装置においては、支持体を装置にセットする際の位置ずれや、支持体を回転させた際の面振れによって、生体サンプルが流れる流路への照明光のサイズが変わってしまう。このように照明光のサイズが変わると、サンプルに照射されている照明光量が変わるため、検出信号レベルが変わってしまい、精度の高い判別が困難になる。最悪の場合は、十分に信号が得られず、判別できなくなるという課題を有していた。
【００１０】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、支持体を回転させた場合などにおいて、面ぶれが生じたときであっても、それに左右されない、精度の高い測定を可能とする生体サンプル判別装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記従来の課題を解決するために、本発明にかかる生体サンプル判別装置は、生体サンプルに光を照射し、該生体サンプルから得られる光を検出して、該生体サンプルの判別を行う生体サンプル判別装置において、該生体サンプルに向けて照射する光を生成する拡散光源と、該拡散光源からの光を一旦集光する光源用集光レンズと、前記生体サンプルへ集光して照射するための照明用集光レンズと、を備え、該光源用集光レンズでの集光位置を、該照明用集光レンズの前側焦点位置に一致させて、該生体サンプルへの照射光を平行光としてなる、ことを特徴とするものである。
【００１２】
これにより、生体サンプルを支持する支持体と照明用集光レンズとの距離が変動しても、生体サンプルに照射されている光量の変動がなく、精度の高い測定を可能とできる。
【００１３】
また、本発明にかかる生体サンプル判定装置は、前記生体サンプル判別装置において、前記拡散光源を光軸方向に移動させる光源移動機構と、前記光源用集光レンズを光軸方向に移動させる光源用集光レンズ移動機構と、を備え、前記光源移動機構を用いて、前記光源用集光レンズに対する該拡散光源の距離を変えることで、該光源用集光レンズから出射する光の集光角度を可変であり、前記光源用集光レンズ移動機構を用いて、前記照明用集光レンズに対する該光源用集光レンズの距離を変えて、前記光源用集光レンズでの集光位置を、前記照明用集光レンズの前側焦点位置に一致させることで、前記生体サンプルへの照射光のビーム径を可変である、ことを特徴とするものである。
【００１４】
これにより、光源用集光レンズからの出射光の集光角度を一定にでき、また、生体サンプルへの照射光のビームサイズを一定とでき、生体サンプルに照射されている光量のばらつきをなくすことができる。
【００１５】
また、本発明にかかる生体サンプル判定装置は、前記生体サンプル判別装置において、おのおの一部に透過領域を有する複数の遮光部材と、照明光を受光して照明光量を検出する受光素子と、を備え、前記照明光用集光レンズを透過した照明光の光路中に、前記遮光部材を２箇所以上の異なる位置に配置し、前記遮光部材の各透過領域を透過してきた照明光の光路上に、前記受光素子を配置し、該受光素子の出力が最大となるように前記光源移動機構と、前記光源用集光レンズ移動機構とを用いて、前記拡散光源と、前記光源用集光レンズとの位置合わせを実施可能である、ことを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、光源からの光を無駄なく生体サンプルに照射でき、微量な生体サンプルに対しても高感度な測定を可能とできる。
【００１７】
また、本発明にかかる生体サンプル判定装置は、前記生体サンプル判別装置において、おのおのの一部に透過領域を有する遮光部材と、該遮光部材を透過した光を集光する平行度検出用集光レンズと、該平行度検出用集光レンズで集光した光のサイズを制限するピンホールと、該ピンホールの透過光を受光して光量を検出する受光素子と、を備え、前記照明光用集光レンズを透過した照明光の光路中に、前記遮光部材を配置し、該遮光部材の透過領域を透過してきた照明光の光路中に、前記平行度検出用集光レンズを配置し、該平行度検出用集光レンズの焦点位置に、前記ピンホールを配置し、前記ピンホールの透過光の光路上に、前記受光素子を配置し、該受光素子の出力が最大となるように、前記光源移動機構と、前記光源用集光レンズ移動機構とを用いて、前記拡散光源と前記光源用集光レンズとの位置合わせを実施可能である、ことを特徴とする。
【００１８】
これにより、光源からの光を無駄なく生体サンプルに照射でき、微量な生体サンプルに対しても高感度な測定を可能とできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の生体サンプル判別装置は、生体サンプルを支持する支持体を回転させた場合に面ぶれが生じ、支持体と、照明用集光レンズとの距離が変動しても、照明光が平行光なので、生体サンプルに照射されている光量の変動をなくすことができる。
【００２０】
また、拡散光源の広がり角がばらついた場合にでも、光源用集光レンズからの出射光の集光角度を一定に調整し、生体サンプルへの照射光のビームサイズを一定とすることで、生体サンプルに照射されている光量のばらつきをなくすことができる。
【００２１】
さらに、照明光のビームサイズを可変する機構として機能させることで、ビームサイズを生体サンプルが封入されている領域のサイズに合わせることもできるため、ビームを有効に、かつ、集中することなくサンプルに照射することができ、検出信号を、より多く取得し、かつ、褪色の影響を低減することができる。
【００２２】
よって、生体サンプルへの照明光を一定に保つことができ、検出感度の低下を防止できるので、微量な生体サンプル量でも、高感度に測定可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明による生体サンプル判別装置の実施の形態を、図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による生体サンプル判別装置１０００のブロック図を示す。
【００２４】
図１において、１は生体サンプルを支持するプレートであり、生体サンプルを流すための流路２を有する上基板１ａと、下基板１ｂとを貼り合わせてなる円盤状のものである。
【００２５】
上基板１ａ、下基板１ｂは、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの透明系の材料を用いることができる。
【００２６】
１０は半導体レーザであり、生体サンプルへ照射するための光源である。１１は光源用集光レンズであり、半導体レーザ１０からの光を集光する。１２は照明用集光レンズであり、光源用集光レンズ１１で集光された光を集光し、流路２に照射する。
【００２７】
１３は光源用アクチュエータであり、半導体レーザ１０を光軸に沿って移動させて位置決めを行う。
【００２８】
１４は光源集光レンズ用アクチュエータであり、光源用集光レンズ１１を光軸に沿って移動させて位置決めを行う。
【００２９】
光源用アクチュエータ１３は、螺旋溝を切った送りねじと受けねじとを有し、受けねじと半導体レーザ１０とを締結させ、送りねじの同軸上にステッピングモータを連結させて該ステッピングモータを回転させることで、半導体レーザ１０を光軸上で直線的に移動させるようになっている。
【００３０】
光源集光レンズ用アクチュエータ１４は、同様に螺旋溝を切った送りねじと受けねじを有し、受けねじと光源用集光レンズ１１とを締結させ、送りねじの同軸上にステッピングモータを連結させて該ステッピングモータを回転させることで、光源用集光レンズ１１を光軸上で直線的に移動させるようになっている。
【００３１】
光源用集光レンズ１１に対する半導体レーザ１０の位置と、照明用集光レンズ１２に対する光源用集光レンズ１１および半導体レーザ１０の位置を、それぞれ適切に配置することによって生体サンプルを流すための流路２への照明を平行光としている。
【００３２】
ここで、流路２に照射される照明光の強度によって検出感度が変わってしまうという問題を回避するため、この照明光は一定のパワーとするとともに、一定のビーム径にする必要がある。
【００３３】
次に、本実施の形態１の生体サンプル判別装置１０００の動作のうちの、一定のビーム径の平行光で照明を行うための、半導体レーザ１０と光源用集光レンズ１１との位置決めにつき、図２を用いて説明する。
【００３４】
６０は、光源用集光レンズ１１からの収束光の収束位置であり、６１はプレート１への照明光である。この収束光の収束位置６０を照明用集光レンズ１２の焦点に一致させることで、照明光を平行光とすることが出来る。ここで、半導体レーザ１０の出射光はある広がり角を持つ拡散光であり、その広がり角は個々にばらつきを持っている。照明光のビーム径を一定にするためにはこの収束光の収束角を一定にする必要がある。つまり、光源用集光レンズ１１からの収束光の収束位置６０を、照明用集光レンズ１２の焦点に一致させるとともに、その収束角を一定にするように半導体レーザ１０と光源用集光レンズ１１との位置決めを行う。
【００３５】
図２（ａ）は、半導体レーザ１０の広がり角が狭い場合の調整後の状態を示しており、図２（ｂ）は、半導体レーザ１０の広がり角が広い場合の調整後の状態を示している。図２（ｂ）では、図２（ａ）に比べて半導体レーザ１０の広がり角が広いため、光源用集光レンズ１１への入射光の口径が大きくなる。このため、光源用集光レンズ１１をより遠くへ配置させて照明光６１のビーム径を一定に調整する。
【００３６】
広がり角に応じた半導体レーザ１０と、光源用集光レンズ１１の位置との関係は、次のようにして求まる。拡散光源１０と光源用集光レンズ１１の主点との距離をｚ1、光源用集光レンズ１１の主点と、照明用集光レンズ１２の前側焦点位置との距離をｚ’1、光源用集光レンズ１１の焦点距離をｆ1、半導体レーザ１０の広がり角（半値半幅）をθx、照明用集光レンズ１２の焦点距離をｆ2、照明光６１のビーム半径をｘ2すると、前記位置決め条件より、式（１０）の関係が成り立つ。
【００３７】
【数３】
2008209264.tif 000003
【００３８】
式（１０）を変形して、
【００３９】
【数４】
2008209264.tif 000004
【００４０】
一方、レンズの結像の公式より、式（１２）も成り立つ。
【００４１】
【数５】
2008209264.tif 000005
【００４２】
式（１２）に、式（１１）を代入して整理していくと、
【００４３】
【数６】
2008209264.tif 000006
【００４４】
式（１３）を、式（１１）に代入して解くと
【００４５】
【数７】
2008209264.tif 000007
【００４６】
つまり、式（１３）と式（１４）を満たすように、半導体レーザ１０と、光源用集光レンズ１１の位置決めを行えばよい。
【００４７】
次に、図１に戻り、本実施の形態１の生態サンプル判別装置１０００の動作の全体について説明する。
【００４８】
プレート１を透過した光は検出側集光レンズ２０へ到達し平行光にされる。２５は蛍光フィルタ、２１は受光用集光レンズ、２２は信号用開口、２３は信号検出用受光素子であり、検出側集光レンズ２０にて平行となった光のうち、サンプルによる蛍光信号成分以外を蛍光フィルタ２５でカットし、受光用集光レンズ２１で集光され、信号用開口２２を通過した光のみが信号検出用受光素子２３に入射し、電気信号に変換される。ここで、信号用開口２２は、検出側集光レンズ２０の焦点と共役な位置に配置され、検出側集光レンズ２０の焦点付近の光のみを通過させて不要な光を遮断し、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる働きをする。ここで、検出側集光レンズ２０の口径を、プレートの面振れ量や偏芯量に対して２桁以上大きく設定して、プレートの面振れや偏芯による検出信号の低下を防いでいる。
【００４９】
３０は、コントローラであり、半導体レーザ１０をオン／オフしたり、信号検出用受光素子２３からの信号を、Ａ／Ｄ変換して信号処理を行ったり、光源や、レンズの位置決めを行ったり、流路をスキャンする際に回転モータ３１をオン／オフしたりして、装置全体を制御する。
【００５０】
図３（ａ）は、プレート１の上面図である。同心円上に電気泳動が行われる流路２が４組あり、その両端には電極を挿入する電極穴５０と、電極穴５１とがある。電気泳動の流路２ａと交差して、生体サンプル導入用の流路２ｂがあり、その両端には電極を挿入する電極穴５２と、電極穴５３とがある。
【００５１】
あらかじめ、流路２の全体にＤＮＡサンプルを分離する分離用ＤＮＡコンジュゲートを詰めておく。電極穴５２にＤＮＡサンプルを入れ、電極穴５２にマイナス、電極穴５３にプラスの４００〜１０００Ｖ程度の電圧を印加すると、ＤＮＡサンプルはマイナスの電荷を持っているため、プラスの電極側へ連続的に引っ張られていき、時間の経過とともに生体サンプル導入用流路２ｂの全体に満たされるようになる。
【００５２】
次に、電極穴５０にマイナス、電極穴５１にプラスの４００〜１０００Ｖ程度の電圧を印加すると、電気泳動用流路２ａと、サンプル導入用流路２ｂとがクロスした領域にあるＤＮＡサンプルだけが切り取られるようにして、電極穴５１の方向に引き寄せられる。つまり、一定量のＤＮＡサンプルを、電気泳動させることができる。
【００５３】
例えば、ＤＮＡサンプルの異常ＤＮＡのＤＮＡ配列がＡＴＣＧＣＧＴを含み、正常ＤＮＡがＡＴＣＡＣＧＴを含む場合、下線で示した部分で異常ＤＮＡと正常ＤＮＡの塩基が異なっている。このとき、分離用ＤＮＡコンジュゲートのＤＮＡ部分の配列をＴＡＧＣＧＣＡとすると、正常ＤＮＡは下線部においてＤＮＡコンジュゲートと相補的ではなくなる。これにより、全体の結合力は異常ＤＮＡの方が正常ＤＮＡより１塩基分大きくなり、電気泳動時に異常ＤＮＡの方が正常ＤＮＡより遅延して泳動される。
【００５４】
正常ＤＮＡと、異常ＤＮＡとを両方含むＤＮＡサンプルを用いて電気泳動を行い、一定時間経過すると、正常ＤＮＡが電極穴５１により近い所にまで到達し、異常ＤＮＡは遅れるため、より遠い位置にしか到達できない。この状態で、プレート１を回転させて電気泳動用流路２ａをスキャンさせると、ＤＮＡの分布に応じて信号を得ることができる。
【００５５】
図４は、電極穴５１から電極穴５０方向にスキャンした際の信号の様子を示しており、縦軸は検出信号を、横軸は時間を示している。図の左側の山Ａは正常型ＤＮＡの分布であり、右側の山Ｂは異常型ＤＮＡの分布である。正常型ＤＮＡ、異常型ＤＮＡのいずれか一方のみしかＤＮＡサンプルに含まれていない場合は、いずれか一方の山しか現れない。
【００５６】
プレート１は樹脂でできており、μｍレベルで平面度が出ているわけではなく、プレート１を回転させると面振れや偏芯がある。流路２に着目すると、流路２をスキャンする際、該流路２はプレート１の回転により照明用集光レンズ１２から遠ざかる方向と近づく方向に、および内周方向と外周方向に変動する。しかし、照明用集光レンズ１２からの照明光は平行光であり十分大きいビーム径があるため、流路位置の変動にかかわらず流路上にほぼ一定の照明光を照射することができる。
【００５７】
プレート１の面振れ量や偏芯量は、プレート１の流路２の成型精度と、回転モータ３１の軸、及びプレートの取り付け精度に依存する。プレート１の面振れ量や偏芯量は、複数の要因で発生し、一般的なメカ精度は±５０μｍ程度であることより、かなり精度良く作ったとしてもコストとの兼ね合いも考慮して、実用的には少なくとも±１００μｍ程度の面振れ偏芯を見込む必要がある。一方、流路のサイズは、断面積が小さいほど電気泳動時の分解能を高くでき、より幅を狭く深さを浅くする必要があるが、ここでは、流路のサイズは幅を２００μｍ、深さを５０μｍとした。このとき、照明光のビームの半径（半値半幅）を偏芯量の１０倍の１ｍｍとし、その直径は２ｍｍとした。照射光は平行光としているので、面振れ方向の変動では照射光量の低下は発生しない。照射光のビーム径に対して流路幅は十分小さいので、仮に±１ｍｍの偏芯時なら流路２に照射される光量は５０％となり、前記±１００μｍの偏芯量では、光量の低下は−５％未満に抑えられ、よって感度の低下は−５％未満を実現できた。
【００５８】
本実施の形態１においては、上記のように半導体レーザ１０からの光を光源用集光レンズ１１で一旦集光し、その集光位置を照明用集光レンズ１２の前側焦点位置に一致させて該生体サンプルへの照射光を平行光とするようにし、半導体レーザ１０の広がり角のばらつきに応じて光源用アクチュエータ１３と光源集光レンズ用アクチュエータ１４とで位置調整を行い、光源用集光レンズ１１での収束角を一定にすることで照明光のビームサイズを一定としているものであり、これにより、サンプルに照射される照明光量を、プレート１の面振れや偏芯に大きく影響されること無く、ほぼ一定にすることが出来ているものである。
【００５９】
このように、本実施の形態１の生体サンプル判別装置によれば、光源からの出射光をプレート１までの光路途中で捨てることなく最大限利用してプレート１に照射できるので、より小さな出力の半導体レーザを採用することができ、かつ偏芯や面振れによる得られる信号の大幅な低下を防ぎ、Ｓ／Ｎ比の良い信号を検出して、微量な生体サンプル量でも高感度にばらつきなく測定を行うことができ、精度の高い生体サンプルの判別、測定ができる。
【００６０】
なお、本実施の形態１では、サンプルに蛍光標識を付けて蛍光する光の量を測定する蛍光測定をもって説明したが、本発明は、蛍光フィルタ２５を削除して生体サンプルからの信号を吸光度信号として検出する吸光測定にも適用できるものである。
【００６１】
また、本実施の形態１においては、電気泳動の流路をスキャンする構成について説明したが、ＤＮＡチップをスキャンする構成としてもよく、同様に実施可能である。
【００６２】
また、本実施の形態１では、生体サンプルとしてはＤＮＡを用いたが、これは、タンパク質等の他の生体サンプルを用いてもよく、同様に適用可能である。
【００６３】
また、本実施の形態１では、光源用アクチュエータ１３と、光源集光レンズ用アクチュエータ１４を、コントローラ３０でコントロールしているが、これは半固定的に工場出荷時にのみ、該光源用アクチュエータ１３と光源集光レンズ用アクチュエータ１４とよりなるメカ機構を調整し、ユーザによっては調整できない構成とすることもできる。
【００６４】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２による生体サンプル判別装置２０００のブロック図を示す。
【００６５】
図５において、１５はダイクロイックミラーであり、４０は光学ユニットであり、４１は光学ユニット用アクチュエータであり、４２は第１の遮光用マスクであり、４３は第２の遮光用マスクであり、４４は調整用受光素子である。
【００６６】
本実施の形態２が、前記実施の形態１と異なるところは、ダイクロイックミラー１５を用いることで、プレート１に対して、同一の方向より、照明と、検出を行う構成とした点と、照明光の光路に、第１、第２の遮光用マスク４２、４３と、調整用受光素子４４とを配して、照明光のビーム径の調整を可能とした点である。
【００６７】
前記ダイクロイックミラー１５は、照明光の波長成分を反射し、サンプルの蛍光波長成分を透過する。半導体レーザ１０からプレート１までの照明光学系については、ダイクロイックミラー１５による反射によって、光路が９０°折り曲げられている点以外は、前記実施の形態１におけると同様の構成である。
【００６８】
次に、本実施の形態２の生体サンプル判別装置２０００の動作について説明する。
図５の本実施の形態２の装置２０００の構成において、前記流路２中の生体サンプルで発生した蛍光信号は、照明用集光レンズ１２を介して集光され、ダイクロイックミラー１５を透過し、蛍光フィルタ２５を透過し、受光用集光レンズ２４で集光され、信号用開口２２を通過した光のみが信号検出用受光素子２３に入射し、電気信号に変換される。ここで、信号用開口２２は、照明用集光レンズ１２の焦点と共役な位置に配置され、照明用集光レンズ１２の焦点付近の光のみを通過させ、不要な光を遮断し、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる働きをする。
【００６９】
本実施の形態２で特徴的なことは、第１、第２の遮光用マスク４２、４３と、調整用受光素子４４とを配して、照明光のビーム調整を可能とした点であり、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて、その調整方法について説明する。
【００７０】
図６（ａ）は、調整時の初期状態を示しており、光源用集光レンズ１１と、半導体レーザ１０は、照明用集光レンズ１２に比較的近い位置に配置されている。この状態では、光源用集光レンズ１１からの収束光の位置が、照明用集光レンズ１２の焦点位置よりも照明用集光レンズ１２寄りとなっているため、プレート１への照明光６１ａは平行光ではなく、拡散光となっている。そこで、図６（ｂ）のように、半導体レーザ１０の位置を光源用集光レンズ１１から遠ざかる方向に移動させて、照明光６１ｂが平行光になるように調整する。
【００７１】
しかし、この状態では、光源用集光レンズ１１からの収束光、つまり、照明用集光レンズ１２への入射光の集散角が大きすぎるため、照明光６１ｂのビーム径が大きくなっている。そこで、光源用集光レンズ１１についてもその位置を、照明用集光レンズ１２から遠ざかる位置に移動させ、合わせて半導体レーザ１０の位置を、光源用集光レンズ１１から遠ざかる方向に移動させて、最終的には、その照明光６１ｃのサイズが、図６（ｃ）のように第１、第２の遮光用マスク４２、４３と同じサイズになるように調整を行う。
【００７２】
即ち、この図６（ｃ）における、上記プレート１の通過後の照明光６１ｃが調整用受光素子４４により検出される光量は、プレート１通過前の照明光６１ｃが、第１、第２の遮光用マスク４２、４３によっても全く遮蔽されておらず、上記照明光６１ｃの光量と同じであるため、図６（ａ）（ｂ）の場合に比し、最も信号レベルが高くなっている。したがって、このことより、上記光源用集光レンズ１１、および照明用集光レンズ１２の位置は、プレート１を通過した後に調整用受光素子４４により検出される照明光６１により得られる信号レベルが、最も高くなるように調整を行えばよいことがわかる。
【００７３】
ここで、第１、第２の遮光用マスク４２、４３は、プレート１正面から見ると、図３（ｂ）のようにプレート１上に配置している。ここでは、流路２の幅と、第１の、第２の遮蔽用マスク４２、４３の開口の幅とを等しくしており、照明光６１のビーム径を流路幅に合わせて調整することが可能である。
【００７４】
さらに、図５に示すように、調整用受光素子４４は領域が２分割されており、それぞれの領域からの信号が等しくなるように、光学ユニット用アクチュエータ４１を動かして、光学ユニット４０をプレート１の内外周方向へ移動させる位置調整を行うこともできる。
【００７５】
本実施の形態２においては、上記のように半導体レーザ１０からの光を光源用集光レンズ１１で一旦集光し、その集光位置を照明用集光レンズ１２の前側焦点位置に一致させて該生体サンプルへの照射光を平行光とするようにし、半導体レーザ１０の広がり角のばらつきに応じて光源用アクチュエータ１３と光源集光レンズ用アクチュエータ１４とで位置調整を行い、光源用集光レンズ１１での集光角を一定にすることで照明光のビームサイズを一定としているものであり、これにより、サンプルに照射される照明光量をプレート１の面振れや偏芯に大きく影響されること無くほぼ一定にすることが出来るものである。
【００７６】
このように、本実施の形態２の生体サンプル判別装置によれば、前記実施の形態１の構成において、プレート１に対して同一の方向より照明と検出を行う構成とし、かつ照明光６１の光路に第１、第２の遮光用マスク４２、４３と調整用受光素子４４とを配して照明光のビーム径の調整を可能としていることにより、得られる信号の大幅な信号低下を防止できて、Ｓ／Ｎ比の良い信号を検出して微量な生体サンプル量に対して高感度の測定を行うことができる効果が得られる。
【００７７】
また、本実施の形態２では、照明光のビームサイズ、即ち遮光部材の遮光領域の幅を、を、流路２の幅、即ち生体サンプルの封止部分のサイズに調整可能であるので、照明光を無駄なく流路２に照射することができ、より高感度化を実現できる効果も得られる。
【００７８】
また、照明光は平行光になるものであって、局所的に集中するものでもないので、高光密度下でのサンプルの褪色の問題を回避できる効果も得られる。
【００７９】
また、プレート毎に流路幅が異なる場合においても、照射光のビームサイズを最適に調整できる効果も得られる。
【００８０】
なお、本実施の形態２においては、図３（ｂ）に示すように、遮光用マスク４２を流路２の両サイド部分に配置するばかりでなく、流路と流路の間の領域にも配置している（４２ｂ）が、これはそのいずれか一方のみに配置してもよく、また、プレート１全周にわたって配置してもよく、さらに溝のような開口ではなく、円形開口であってもよい。
【００８１】
また、本実施の形態２においては、電気泳動の流路をスキャンする構成について説明したが、ＤＮＡチップをスキャンする構成としてもよく、同様に実施可能である。
【００８２】
また、本実施の形態２では、生体サンプルとしてＤＮＡを用いているが、これはタンパク質等の他の生体サンプルを用いてもよく、同様に適用可能である。
【００８３】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における生体サンプル判別装置３０００のブロック図を示す。
【００８４】
図７において、４５は調整用集光レンズであり、４６は調整用開口であり、前記実施の形態２と異なるところは、照明用ビームの平行度と、径の検出方法である。
【００８５】
半導体レーザ１０からプレート１までの照明光学系と、プレート１から信号検出用受光素子２３までの蛍光信号検出光学系については、前記実施の形態２におけると同様の構成である。
【００８６】
次に、本実施の形態３に生体サンプル判別装置３０００の動作について説明する。
本実施の形態３において特徴的なことは、遮光用マスク４２と、調整用集光レンズ４５と、調整用開口４６と、調整用受光素子４４を配して、照明光１２のビーム調整を可能とした点であり、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて、その調整方法について説明する。
【００８７】
図８（ａ）は、調整時の初期状態を示しており、光源用集光レンズ１１と、半導体レーザ１０は、照明用集光レンズ１２に比較的近い位置に配置されている。この状態では、光源用集光レンズ１１からの収束光の位置が、照明用集光レンズ１２の焦点位置よりも照明用集光レンズ１２寄りとなっているため、プレート１への照明光６１ａは平行光ではなく、拡散光となっている。
【００８８】
そこで、図８（ｂ）のように半導体レーザ１０の位置を光源用集光レンズ１１から遠ざかる方向に移動させて、照明光６１ｂが平行光になるように調整する。しかしこの状態では、光源用集光レンズ１１からの収束光、つまり照明用集光レンズ１２への入射光の集散角が大きすぎるため、照明光１２ａのビーム径が大きくなっている。
【００８９】
そこで、光源用集光レンズ１１についてもその位置を照明用集光レンズ１２から遠ざかる位置に移動させ、合わせて半導体レーザ１０の位置を光源用集光レンズ１１から遠ざかる方向に移動させて、最終的には、図８（ｃ）のように照明用集光レンズ１２からの照明光６１ｃのサイズが遮光用マスク４２の光透過領域のサイズと同じサイズになるように、調整を行う。
【００９０】
そして、この調整時に調整用受光素子４４の信号を用いることが可能である。ここで、調整用開口４６は調整用集光レンズ４５のちょうど焦点位置に配置してあるため、調整用集光レンズ４５への入射光が平行光の時、調整用開口４６を通り抜ける光量が最大となり、照明光６１の平行度を、感度良く検出することが可能である。
【００９１】
即ち、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）で、調整用受光素子４４への光量を比較すると、最終的に調整された図８（ｃ）の状態での照明光６１ｃａは、遮光用マスク４２と調整用開口４６との両方で遮蔽されておらず、最も信号レベルが高くなっている。したがって、このことより、上記光源用集光レンズ１１、および照明用集光レンズ１２の位置は、照明光６１により得られる信号レベルが高くなるように、調整を行えばよいことがわかる。
【００９２】
ここで、遮光用マスク４２は、プレート１正面から見ると、図３（ｂ）のようにプレート１上に配置している。ここでは、流路２の幅と、遮蔽用マスク４２の開口の幅とを等しくしており、照明光６１のビーム径を流路幅に合わせて調整することが可能である。
【００９３】
さらに、図７に示すように、調整用受光素子４４は領域が２分割されており、それぞれの領域からの信号が等しくなるように光学ユニット用アクチュエータ４１を動かして、光学ユニット４０をプレート１を内外周方向へ移動させる位置調整を行うこともできる。
【００９４】
本実施の形態３においては、上記のように半導体レーザ１０からの光を光源用集光レンズ１１で一旦集光し、その集光位置を照明用集光レンズ１２の前側焦点位置に一致させて該生体サンプルへの照射光を平行光とするようにし、半導体レーザ１０の広がり角のばらつきに応じて光源用アクチュエータ１３と光源集光レンズ用アクチュエータ１４とで位置調整を行い、光源用集光レンズ１１での集光角を一定にすることで照明光のビームサイズを一定としているものであり、これにより、サンプルに照射される照明光量をプレート１の面振れや偏芯に大きく影響されること無くほぼ一定にすることが出来るものである。
【００９５】
このように、本実施の形態３の生体サンプル判別装置によれば、前記実施の形態２の構成と同様、プレート１に対して同一の方向より照明と検出を行う構成とし、かつ照明光６１の光路に遮光用マスク４２と調整用集光レンズ４５と調整用開口４６と調整用受光素子４４を配して照明光６１のビーム調整を可能としたことにより、得られる信号の大幅な低下を防止できて、Ｓ／Ｎ比の良い信号を検出して微量な生体サンプル量に対しても高感度での測定を行うことができる効果が得られる。
【００９６】
また、本実施の形態３では、照明光のビームサイズ、即ち遮光部材の遮光領域の幅を、流路２の幅、即ち生体サンプルの封止部分のサイズに調整可能であるので、照明光を無駄なく流路２に照射することができ、より高感度化を実現できる効果も得られる。
【００９７】
また、照明光は平行光になるものであって、局所的に集中するものでもないので、高光密度下でのサンプルの褪色の問題を回避できる効果も得られる。
【００９８】
また、プレート毎に流路幅が異なる場合においても、照射光のビームサイズを最適に調整できる効果も得られる。
【００９９】
なお、本実施の形態３においては、図３（ｂ）に示すように、遮光用マスク４２を流路２の両サイド部分に配置するばかりでなく、流路と流路の間の領域にも配置している（４２ｂ）が、これはそのいずれか一方のみに配置してもよく、またプレート１全周にわたって配置しても良く、さらに溝のような開口ではなく、円形開口であってもよい。
【０１００】
また、本実施の形態３においては、電気泳動の流路をスキャンする構成について説明したが、ＤＮＡチップをスキャンする構成としてもよく、同様に実施可能である。
【０１０１】
また、本実施の形態３では、生体サンプルとしてＤＮＡを用いているが、これは、タンパク質等の他の生体サンプルを用いてもよく、同様に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明にかかる生体サンプル判別装置は、チップを用いて、微量な生体サンプルで高感度に測定できる特徴を有し、ＤＮＡサンプル等の生体サンプルの判別を、安価で、且つ簡便に行えるようにするものとして、有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の実施の形態１における生体サンプル判別装置１０００のブロック図
【図２】前記実施の形態１の生体サンプル判別装置１０００における照明光ビーム径の調整を説明する図
【図３】前記実施の形態１の生体サンプル判別装置１０００において用いるプレートの上面図
【図４】前記実施の形態１の生体サンプル判別装置１０００における信号検出結果を説明する図
【図５】本発明の実施の形態２における生体サンプル判別装置２０００のブロック図
【図６】前記実施の形態２の生体サンプル判別装置２０００における照明光ビーム径の調整を説明する図
【図７】本発明の実施の形態３における生体サンプル判別装置３０００のブロック図
【図８】前記実施の形態３の生体サンプル判別装置３０００における照明光ビーム径の調整を説明する図
【符号の説明】
【０１０４】
１０００  生体サンプル判別装置
２０００  生体サンプル判別装置
３０００  生体サンプル判別装置
１  プレート
２  流路
１０  半導体レーザ
１１  光源用集光レンズ
１２  照明用集光レンズ
１３  光源用アクチュエータ
１４  光源集光レンズ用アクチュエータ
１５  ダイクロイックミラー
１６  蛍光フィルタ
２０  検出側集光レンズ
２１  受光用集光レンズ
２２  信号用開口
２３  信号検出用受光素子
２４  受光用集光レンズ
２５  蛍光フィルタ
３０  コントローラ
３１  回転モータ
４０  光学ユニット
４１  光学ユニット用アクチュエータ
４２  第１の遮光用マスク
４３  第２の遮光用マスク
４４  調整用受光素子
４５  調整用集光レンズ
４６  調整用開口（ピンホール）
５０、５１、５２、５３  電極穴
６０  照明用集光レンズの前側焦点
６１  照射光
【図１】
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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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