(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中の試料を処理するマイクロ化学システムに用いるマイクロ化学システム用チップ部材において、試料を含む液体を流す流路を有する流路付き板状部材と、前記流路に面する位置において前記流路付き板状部材に固定されたレンズとを備えることを特徴とするマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項２】
前記レンズの焦点位置が前記流路内にあることを特徴とする請求項１記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項３】
前記レンズは、スペーサを介して前記流路付き板状部材に固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項４】
前記レンズは、屈折率分布型レンズであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項５】
前記屈折率分布型レンズは前記流路付き部材の一方の平面に配されていることを特徴とする請求項４記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項６】
前記屈折率分布型レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする請求項５記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項７】
前記屈折率分布型レンズはプレイナーレンズから成ることを特徴とする請求項５記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項８】
前記流路に関して前記屈折率分布型レンズに対向する位置において前記流路付き板状部材の他方の面に他の屈折率分布型レンズが固定されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項９】
前記他の屈折率分布型レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする請求項８記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項１０】
前記他の屈折率分布型レンズはプレイナーレンズから成ることを特徴とする請求項８記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項１１】
前記屈折率分布型レンズは、前記流路付き板状部材の中に組み込まれていることを特徴とする請求項４記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項１２】
前記屈折率分布型レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする請求項１１記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項１３】
前記流路に関して前記屈折率分布型レンズに対向する位置において前記流路付き板状部材の中に他の屈折率分布型レンズが組み込まれていることを特徴とする請求項１１又は１２記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項１４】
前記他の屈折率分布型レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする請求項１３記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項１５】
前記流路付き板状部材はガラス製であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ部材と、所定波長の励起光を出力する励起光光源と、波長が前記励起光と異なる検出光を出力する検出光光源と、前記励起光と前記検出光を同軸的に前記流路内の試料に入射させる入射光学系と、前記試料からの出力光を導く出射光学系と、前記出射光学系を介して前記出力光を検出する検出器とを備えることを特徴とするマイクロ化学システム。
【請求項１７】
前記励起光の焦点位置に対する前記検出光の焦点位置のずれを、前記屈折率分布型レンズの色収差特性により調整したことを特徴とする請求項１６記載のマイクロ化学システム。
【請求項１８】
前記マイクロ化学システムは分析装置であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のチップ部材。
【請求項１９】
前記マイクロ化学システムは分析装置であることを特徴とする請求項１６又は１７記載のマイクロ化学システム。
【請求項２０】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ部材に前記励起光光源と、前記検出光光源と、前記入射光学系と、前記出射光学系とが組み込まれたことを特徴とするマイクロ化学システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ化学システムに用いられるマイクロ化学システム用チップ部材、及び該チップ部材を用いたマイクロ化学システムに関し、特に、微小空間において精度の高い超微量分析が可能であると共に、任意の場所で簡便な測定が可能であり、とりわけ、卓上小型熱レンズ顕微鏡や分析用熱レンズ顕微鏡等に好適に用いることができるチップ部材、及び該チップ部材を用いたマイクロ化学システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、化学反応を微小空間で行うための集積化技術が、化学反応の高速性や微小量での反応、オンサイト分析等の観点から注目され、世界的に精力的に研究が進められている。
【０００３】
化学反応の集積化技術の１つとしてのガラス基板等を用いたマイクロ化学システムは、小さなガラス基板等に作製した微細な流路の中で試料の混合、反応、分離、抽出、検出などを行うことを目的としたものである。マイクロ化学システムで行う反応の例には、ジアゾ化反応、ニトロ化反応、抗原抗体反応があり、抽出や分離の例には、溶媒抽出、電気泳動分離、カラム分離などがある。「分離」のみを目的としたものとして、極微量のタンパクや核酸等を分析する電気泳動装置が提案されており、これは互いに接合された２枚のガラス基板からなる流路付き板状部材で構成されている（例えば、特開平８−１７８８９７号公報）。この部材は板状であるので、断面が円形又は角形のガラスキャピラリチューブに比べて破損しにくく、取扱いが容易である。
【０００４】
マイクロ化学システムにおいては、試料の料が微量であるので、高度な検出方法が必須であるが、微細な流路の液中試料の光吸収により発生する熱レンズ効果を利用した光熱変換分光分析法が確立されることにより、実用化への道が開かれている。
【０００５】
図１２は、従来の流路付き板状部材の構成を示す分解斜視図である。
【０００６】
流路付き板状部材１００は、互いに一体に接合されたガラス基板１０１及びガラス基板１０２からなる。ガラス基板１０１の接合面上には、分析用流路１０３と、分析用流路１０３と交差する試料（分析対象物）注入用流路１０４とが形成されている。分析用流路１０３は、その両端部分にバッファ溜部１０５を備え、試料注入用流路１０４は、その両端部分にバッファ溜部１０６を備えている。ガラス基板１０２には、ガラス基板１０１のバッファ溜部１０５に対向する位置に貫通孔１０７が形成されていると共に、ガラス基板１０１のバッファ溜部１０６に対向する位置に貫通孔１０８が形成されている。この貫通孔１０７，１０８の内壁、及び貫通孔１０７，１０８の周辺におけるガラス基板１０２の外面上には、電極膜１０９が形成されている。
【０００７】
このような流路付き板状部材１００で構成された分光分析用チップ部材は、分析用流路１０３内に試料注入用流路１０４から試料を注入する。
【０００８】
そして、溶液試料の分析を光熱変換分光分析法を用いて行う。光熱変換分光分析法は、試料に光を集光照射したときに試料中の溶質の光吸収に起因してその後放出される熱エネルギーにより溶媒が局所的に温度上昇して屈折率が変化し、その結果熱レンズが形成されるという光熱変換効果を利用するものである。
【０００９】
図１３は、熱レンズの原理の説明図である。
【００１０】
図１３において、顕微鏡の対物レンズを介して励起光を極微小試料に集光照射すると光熱変換効果が誘起される。多くの物質では温度上昇に伴い屈折率が小さくなるので、励起光が集光照射された試料は、集光中心ほど温度上昇により屈折率が低下し、熱拡散により周囲ほど温度上昇しないので屈折率の低下が少ない。光学的にはこの屈折率の分布はちょうど凹レンズと同じ効果を持つので、この効果を熱レンズ効果と呼び、効果の大きさ、即ち凹レンズの度数は試料の光吸収度に比例する。また、屈折率が温度に比例して大きくなる場合は、凸レンズが形成される。
【００１１】
このように、上記光熱変換分光分析法は、熱の拡散、即ち屈折率変化を観察するものであるので、極微小試料の濃度を検出するのに適している。
【００１２】
上記光熱変換分光分析法を実行する光熱変換分光分析装置としては、例えば特開平１０−２３２２１０号公報に記載されたものが提案されている。
【００１３】
従来の光熱変換分光分析装置においては、流路付き板状部材は、顕微鏡の対物レンズの下方に配置され、励起光光源から出力された所定波長の励起光は、顕微鏡に入射し、この顕微鏡の対物レンズにより流路付き板状部材の分析用流路内の試料に集光照射される。その集光照射された励起光は、試料上の焦点位置で吸収されて、その集光照射位置を中心として熱レンズが形成される。
【００１４】
一方、検出光光源から出力され、波長が励起光と異なる検出光は、顕微鏡に入射し、顕微鏡から出射される検出光は、励起光により試料に形成された熱レンズに集光照射され、試料を透過して発散又は集光する。この試料から発散又は集光して出射された光は信号光となり、その信号光は、集光レンズ及びフィルタ又はフィルタのみを経て検出器により検出される。この検出器により検出された信号光の強度は、試料において形成された熱レンズに応じたものである。なお、検出光は励起光と同じ波長のものでもよく、また、励起光が検出光を兼ねることもできる。
【００１５】
このように、上記分光分析装置においては、熱レンズは励起光の焦点位置に形成され、且つ形成された熱レンズの屈折率の変化は、励起光と同じ波長又は異なる波長の検出光により検出される。
【００１６】
図１４は、励起光の光軸方向（Ｚ方向）に関する熱レンズの形成位置と検出光の焦点位置の説明図であり、（ａ）は、対物レンズが色収差をもつ場合を示し、（ｂ）は、対物レンズが色収差をもたない場合を示す。
【００１７】
上記マイクロ化学システムにおいて、対物レンズ１３０が色収差をもつ場合は、図１４（ａ）に示すように、熱レンズ１３１は、励起光の焦点位置１３２に形成されると共に、検出光の焦点位置１３３はΔＬだけ励起光の焦点位置１３２からずれるので、この検出光により熱レンズ１３１の屈折率の変化を検出光の焦点距離の変化として検出できる。一方、対物レンズ１３０が色収差をもたない場合は、図１４（ｂ）に示すように、検出光の焦点位置１３３は、励起光の焦点位置１３２に形成される熱レンズ１３１の位置とほぼ一致する。このため、検出光は熱レンズ１３１によって偏向しないので熱レンズ１３１の屈折率の変化を検出できない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、顕微鏡の対物レンズは、通常、色収差をもたないように製造されているので、上記の理由により、検出光の焦点位置１３３は、励起光の焦点位置１３２に形成される熱レンズ１３１の位置とほぼ一致し（図１４（ｂ））、熱レンズ１３１の屈折率の変化を検出することができない。このため、測定の度に、熱レンズが形成される試料の位置を、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、検出光の焦点位置１３３からずらしたり、図１６に示すように、不図示のレンズを用いて検出光を若干の角度をつけて入射させることにより検出光の焦点位置１３３を熱レンズ１３１からずらしたりしなければならず、手間が掛かるという問題がある。
【００１９】
また、流路付き板状部材は小型化されているものの、例えば、光源、測定部、検出部（光電変換部）などの光学系が複雑にシステムアップされており、システム全体としては大きく、可搬性に欠けていた。このため、熱レンズ顕微鏡システムを利用した分析を実施したり、化学反応を起こさせたりする際にはこれらを行う場所や操作が限定されることがある。
【００２０】
また、熱レンズが形成されるのは励起光の焦点位置であるため、検出等の対象物を流す流路付き板状部材と対物レンズとが分離している場合には、その対物レンズの焦点位置を板状部材の流路内の所定の場所に位置させる操作が測定毎に必要であった。このために、板状部材の位置を調整するためのＸＹＺ３次元ステージ及び焦点位置を観察するための手段（ＣＣＤ又は目視で観察するための接眼鏡、及びこれらに伴う光学系）が必要であり、装置が大きくなって可搬性に欠けていた。
【００２１】
本発明の目的は、励起光及び検出光の焦点と試料との位置合わせを測定等の度に行う必要性がなくユーザの作業効率を向上できると共に、分析装置などのマイクロ化学システムを小型化できるチップ部材、及び該チップ部材を用いたマイクロ化学システムを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、液体中の試料を処理するマイクロ化学システムに用いるマイクロ化学システム用チップ部材において、試料を含む液体を流す流路を有する流路付き板状部材と、前記流路に面する位置において前記流路付き板状部材に固定されたレンズとを備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項１記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、レンズが流路に面する位置において流路付き板状部材に固定されているので、試料の測定を行う度に励起光の焦点と試料との位置合わせを行う必要性がなくユーザの作業効率を向上できると共に、マイクロ化学システムを小型化できる。
【００２４】
請求項２記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項１記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記レンズの焦点位置が前記流路内にあることを特徴とする。
【００２５】
請求項３記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項１又は２記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記レンズは、スペーサを介して前記流路付き板状部材に固定されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項４記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項１乃至３いずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記レンズは、屈折率分布型レンズであることを特徴とする。
【００２７】
請求項４記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、レンズは屈折率分布型レンズであるので、レンズの大きさが極めて小さくなり、マイクロ化学システムを一層に小型化できる。
【００２８】
請求項５記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項４記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記屈折率分布型レンズは前記流路付き部材の一方の平面に配されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項６記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項５記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記屈折率分布型レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする。
【００３０】
請求項７記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項５記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記屈折率分布型レンズはプレイナーレンズから成ることを特徴とする。
【００３１】
請求項７記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、屈折率分布型レンズがプレイナーレンズから成るので、マイクロ化学システムをより小型化できる。
【００３２】
請求項８記載のチップ部材は、請求項５乃至７のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記流路に関して前記屈折率分布型レンズに対向する位置において前記流路付き板状部材の他方の面に他の屈折率分布型レンズが固定されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項８記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、他の屈折率分布型レンズが流路に関して屈折率分布型レンズに対向する位置において流路付き板状部材の他方の面に固定されているので、試料の位置に形成される熱レンズを検出する検出光を容易に取り出すことができることに加えて、マイクロ化学システムを小型化できる。
【００３４】
請求項９記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項８記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記他の屈折率分布型レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする。
【００３５】
請求項１０記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項８記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記他の屈折率分布型レンズはプレイナーレンズから成ることを特徴とする。
【００３６】
請求項１０記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、他の屈折率分布型レンズがプレイナーレンズから成るので、マイクロ化学システムをより小型化できる。
【００３７】
請求項１１記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項４記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記屈折率分布型レンズは、前記流路付き板状部材の中に組み込まれていることを特徴とする。
【００３８】
請求項１１記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、屈折率分布型レンズが流路付き部材の中に組み込まれているので、マイクロ化学システムを確実に小型化できる。
【００３９】
請求項１２記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項１１記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記屈折率分布型レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする。
【００４０】
請求項１３記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項１１又は１２記載のマイクロ化学システム用部材において、前記流路に関して前記屈折率分布型レンズに対向する位置において前記流路付き板状部材の中に他の屈折率分布型レンズが組み込まれていることを特徴とする。
【００４１】
請求項１３記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、他の屈折率分布型レンズが流路付き板状部材の中に組み込まれているので、マイクロ化学システムを一層に小型化できる。
【００４２】
請求項１４記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項１３記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記他の屈折率分布型レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする。
【００４３】
請求項１５記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記流路付き板状部材はガラス製であることを特徴とする。
【００４４】
上記目的を達成するために、請求項１６記載のマイクロ化学システムは、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ部材と、所定波長の励起光を出力する励起光光源と、波長が前記励起光と異なる検出光を出力する検出光光源と、前記励起光と前記検出光を同軸的に前記流路内の試料に入射させる入射光学系と、前記試料からの出力光を導く出射光学系と、前記出射光学系を介して前記出力光を検出する検出器とを備えることを特徴とする。
【００４５】
請求項１６記載のマイクロ化学システムによれば、マイクロ化学システムがマイクロ化学システム用チップ部材として請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のものを有するので、従来装置では必要な顕微鏡用の対物レンズを不要としてマイクロ化学システムを小型化することができ、加えて、屈折率分布型レンズと流路付き板状部材との一体化により、対物レンズと流路付き板状部材との測定毎の調整を不要として操作を簡単化することができ、もって、ユーザの作業効率を向上できる。
【００４６】
請求項１７記載のマイクロ化学システムは、請求項１６記載のマイクロ化学システムにおいて、前記励起光の焦点位置に対する前記検出光の焦点位置のずれを、前記屈折率分布型レンズの色収差特性により調整したことを特徴とする。
【００４７】
請求項１８記載のマイクロ化学システム用チップ部材は、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ部材において、前記マイクロ化学システムは分析装置であることを特徴とする。
【００４８】
請求項１９記載のマイクロ化学システムは、請求項１６又は１７記載のマイクロ化学システムにおいて、分析装置であることを特徴とする。
【００４９】
上記目的を達成するために、請求項２０記載のマイクロ化学システムは、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ部材に前記励起光光源と、前記検出光光源と、前記入射光学系と、前記出射光学系とが組み込まれたことを特徴とする。
【００５０】
請求項２０記載のマイクロ化学システムによれば、マイクロ化学システム用チップ部材に前記励起光光源と、前記検出光光源と、前記入射光学系と、前記出射光学系とが組み込まれているので小型化が容易であるとともに可搬性にすぐれている。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る流路付き板状部材の構成を図面を参照しながら説明する。
【００５２】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る流路付き板状部材の概略構成を示す斜視図である。
【００５３】
図１において、流路付き板状部材１０は、３層に重ねられると共に互いに接着されたガラス基板１１、ガラス基板１２、及びガラス基板１３から成り、ガラス基板１２には、分解斜視図である図２に示すように、両端が二又に分岐した形状を有する混合、合成、分離、検出等の用とに用いられる流路１５が形成され、流路１５の分岐端に対応する４つの位置にバッファ溜１６が形成されている。
【００５４】
このガラス基板１２の両面にガラス基板１１及びガラス基板１３が接合されることにより、流路１５が形成される。また、ガラス基板１１には、上記バッファ溜１６に対応する４つの位置に貫通孔１７が形成されている。
【００５５】
ガラス基板１１〜１３の材料は、細胞等の生体試料、例えばＤＮＡ分析用としての用途を考慮すると、耐酸性、耐アルカリ性の高いガラス、具体的には、硼珪酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、石英ガラス等が好ましい。ただし、用途を限ることによってプラスチック等の有機化合物を使用することもできる。
【００５６】
流路１５に面する位置において流路付き板状部材１０の一方の面と、この一方の面に対向する他方の面には、上記分析を行うために屈折率分布型のロッドレンズ２０が固定されている。ロッドレンズ２０は、流路付き板状部材１０の一方の面（光の入射側）のみに設けられていれば足りる。
【００５７】
ロッドレンズ２０は、接着剤を使用して流路付き板状部材１０に直接に接着してもよいし、冶具を用いて固定してもよい。ロッドレンズ２０をガラス基板１１，１３に接着する接着剤には紫外線硬化型、熱硬化型、二液硬化型等のアクリル系接着剤、エポキシ系等の有機系接着剤、及び無機系接着剤等を用いることができる。
【００５８】
ガラス基板１１〜１３同士の接着剤は、前述のロッドレンズ２０と流路付き板状部材１０との接着に用いる接着剤を用いてもよい。また、熱融着によってガラス基板１１〜１３同士を融着させてもよい。
【００５９】
なお、図３に示すように、レンズ２４の焦点距離を調整するためのスペーサ２５をレンズ２４と流路付き板状部材１０との間に配置し、このスペーサ２５にレンズ２４が固定されてもよい。
【００６０】
屈折率分布型のロッドレンズ２０は、例えばガラス又はプラスチック製の円柱状の透明体から成り、中心から周辺に向かって屈折率が連続的に変化するものである（例えば、特公昭６３−６３５０２号公報）。
【００６１】
この円柱状の透明体は、中心軸から半径方向でｒの距離の位置における屈折率ｎ（ｒ）が、軸上屈折率をｎo、２乗分布定数をｇとして、近似的にｒに関する２次方程式
ｎ（ｒ）＝ｎ0｛１−（ｇ2／２）・ｒ2｝
で表される集束性光伝送体として知られている。
【００６２】
ロッドレンズ２０は、その長さｚ0を０＜ｚ0＜π／２ｇの範囲内で選ぶとき、その結像特性は、両端面が平坦でありながら通常の凸レンズと同じであり、平行入射光線によって出射端より、
ｓ0＝ｃｏｔ（ｇｚ0）／ｎ0ｇ
の位置に焦点が作られる。
【００６３】
また、ロッドレンズ２０は、例えば、以下の方法で製造される。
【００６４】
即ち、モル百分率でＳｉＯ2：５７〜６３％、Ｂ2Ｏ3：１７〜２３％、Ｎａ2Ｏ：５〜１７％、Ｔｌ2Ｏ：３〜１５％を主成分とするガラスでロッドを成形した後、このガラスロッドを硝酸カリウム塩浴等のイオン交換媒体中で処理してガラス中のタリウムイオン及びナトリウムイオンと媒体中のカリウムイオンとのイオン交換を行ってガラスロッド内に中心から周辺に向けて連続的に低減する屈折率分布を与える。
【００６５】
本第１の実施の形態によれば、ロッドレンズ２０は、流路付き板状部材１０の一方の面に固定されているので、試料の位置に形成される熱レンズを検出光により検出する際には、ロッドレンズ２０と流路１５内の試料との距離を常に一定にしてロッドレンズ２０の焦点位置を流路１５内の試料の位置に固定できるので、検出等を行う度に励起光の焦点と試料との位置合わせを行う必要を無くせると共に、焦点位置を合わせるための装置が不要となるのでマイクロ化学システムを小型化できる。
【００６６】
ロッドレンズ２０は、励起光の焦点位置に対して検出光の焦点位置がわずかにΔＬだけずれるように設定される（図１４（ａ））。
【００６７】
Ｉｃは、共焦点長（ｎｍ）として、Ｉｃ＝π・（ｄ／２）2／λ１で計算される。ここで、ｄは、ｄ＝１．２２×λ１／ＮＡで計算されるエアリーディスクであり、λ１は、励起光の波長（ｎｍ）、ＮＡは、ロッドレンズ２０の開口数である。
【００６８】
上記ΔＬ値は、測定する試料（分析対象物）の厚みによって変化する。共焦点長よりも厚みが薄い試料を測定する場合は、ΔＬ＝√３・Ｉｃであるのが最も好ましい。
【００６９】
例えば、ＮＡ＝０．４６、λ１＝４８８ｎｍ、λ２＝６３２．８ｎｍにおけるずれΔＬの値と信号強度の関係は、ΔＬ＝４．６７μｍのときの信号強度を１００とした場合の相対比係数値で表すと、図８に示すようになり、ΔＬ＝４．６７μｍのときに信号強度が最大となる。これにより、ロッドレンズ２０は、この場合、その最適焦点位置のずれΔＬが４．６７μｍになるように設計するのが好ましいことが分かる。このΔＬの値は、検出光の焦点位置と励起光の焦点位置との差を表わしているので、検出光の焦点距離が励起光の焦点距離よりも長い場合でも短い場合でも同じ結果になる。
【００７０】
上記条件における各種ＮＡのロッドレンズ２０における最適焦点位置のずれΔＬ（＝Ｌ１−Ｌ２）の例を、表１に示す。ここに、Ｌ１，Ｌ２は、励起光（波長λ１）と検出光（波長λ２）の焦点距離である。
【００７１】
【表１】
0003969699.tif 000002
ロッドレンズ２０は、その両端面が平面であるので、スペーサ２５に固定すること及び光軸を試料に合わせることが容易である。
【００７２】
さらに、ロッドレンズ２０は顕微鏡用対物レンズよりもかなり小さいので、マイクロ化学システムを小型化できる。
【００７３】
また、屈折率分布型レンズは適度な色収差を有しているので、ロッドレンズ２０のみで励起光及び検出光双方の焦点位置をずらすことができる。したがって、複数のレンズを配置する必要がなく、この点からもロッドレンズ２０はマイクロ化学システムの小型化に貢献できる。
【００７４】
ロッドレンズ２０が上記の最適焦点位置のずれΔＬを有していないものであっても、検出光の焦点位置を調整する機構を設けることで使用できる。
【００７５】
例えば、焦点位置のずれΔＬが最適値よりも小さすぎる場合（レンズの色収差が小さい場合）は、検出光（波長λ2）の焦点距離を長くすればよく、励起光と検出光とを同軸にする以前に、検出光の光路中に凹レンズを配置して検出光を発散光とし、これによってロッドレンズによる検出光の焦点距離を長くしてΔＬを最適値にすればよい。
【００７６】
上記ΔＬに関する説明は、以下の実施の形態におけるロッドレンズ２２及びプレイナーレンズ２１にも適用される。
【００７７】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る流路付き板状部材の概略構成を示す斜視図である。
【００７８】
本実施の形態に係る流路付き板状部材３０は、それ自体の構造が図２のものと同じであると共に、ロッドレンズ２２は、第１の実施の形態のロッドレンズ２０と同じである。
【００７９】
図４において、流路１５に関して、互いに対向するように一対のロッドレンズ２２，２２がガラス基板１２の内部に組み込まれている（図５）。
【００８０】
図４及び図５には、流路１５を挟んで両側にロッドレンズ２２が示されているが、少なくとも入射光側にあればよい。
【００８１】
本実施の形態によれば、ロッドレンズ２２，２２が板状部材３０の内部に組み込まれているので、ロッドレンズ２２，２２が突出しておらず、もって、第１の実施の形態による作用効果に加えて、マイクロ化学システムをより小型化できる。
【００８２】
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る流路付き板状部材の概略構成を示す斜視図である。
【００８３】
本実施の形態に係る流路付き板状部材４０は、それ自体の構造が図２のものと同じである。図６において、ガラス基板１１の外側面及びガラス基板１３の外側面には、流路１５に面するように屈折率分布型のプレイナーレンズ２１がガラス基板１１及び１３内に形成されている（図７）。
【００８４】
図７に示すように、プレイナーレンズ２１は、球欠状（球を輪切りにした形状）をなし、その平坦面はガラス基板１１及び１３の表面と同じレベルにあって、レンズの中心に向かうに従って屈折率が大きくなっている。この屈折率勾配は、ガラス基板１１及び１３中のナトリウムイオンをタリウムイオンやカリウムイオンに置換するイオン交換方法により形成することができる。イオン交換は、ガラス基板表面をプレイナーレンズを形成する部分を除いて金属膜を被覆することによりマスキングし、ガラス中のナトリウムイオンを硝酸カリウムや硝酸タリウムの溶媒塩に浸漬することによって行う。
【００８５】
プレイナーレンズ２１は、流路付き板状部材４０の一方の面（光の入射側）のみに設けられていれば足りる。
【００８６】
このプレイナーレンズ２１の屈折率の分布は、上記ロッドレンズ２０，２２の屈折率の分布と同様である。このプレイナーレンズ２１を備えた流路付き板状部材４０は、第１の実施の形態の場合と同様にマイクロ化学システムによって所望の検出等が行われる。
【００８７】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態による作用効果に加えて、ガラス基板１１及び１３の表面からの突出部分がないことによりマイクロ化学システムを一層に小型化できる。
【００８８】
上記のような流路付き板状部材１０，３０，４０で構成されたチップ部材は、対象物（試料）注入用流路から流路１５内に試料を注入する。
【００８９】
そして、試料の検出等は、光熱変換分光分析法を用いたマイクロ化学システムによって行う。このマイクロ化学システムは、試料に光を集光照射したときに溶液試料中の溶質の光吸収に起因してその後に放出される熱エネルギーにより溶媒が局所的に温度上昇して屈折率が変化し、これによって熱レンズが形成されるという光熱変換効果を利用するものである。
【００９０】
以下、本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システムを図面を参照して説明する。
【００９１】
図９は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ化学システムの一例である分析装置の概略構成を示すブロック図である。
【００９２】
図９において、前述の流路付き板状部材１０は、Ｘ−Ｙ試料ステージ１２５の上に載置されている。励起光源１１１は所定波長の励起光を出力し、この励起光は、チョッパ１１２により変調される。変調された励起光は、反射鏡１１４により反射され、次いで、ダイクロイックミラー１１３を透過し、流路付き板状部材１０のロッドレンズ２０に照射される。その照射された励起光は、流路付き板状部材１０の分析用流路１５内の試料上の焦点位置で吸収されて、その集光照射位置を中心として熱レンズが形成される。試料に照射された励起光のうち試料に吸収されなかった光は、試料を透過して、他方のロッドレンズ２０を透過した後、波長カットフィルタ１１６に吸収されるので検出器１１７には入射しない。
【００９３】
一方、検出光源１２０は、励起光とは異なる波長の検出光を出力し、この検出光は、ダイバージングレンズ１１９により、若干発散された後、ダイクロイックミラー１１３で反射され、一方のロッドレンズ２０に入射し、このロッドレンズ２０により流路付き板状部材１０の分析用流路１５内の試料に集光照射される。一方のロッドレンズ２０から出射される検出光は、励起光により試料に形成された熱レンズ内を透過して発散又は集光する。この試料から発散又は集光して出射された光は信号光となり、その信号光は、他方のロッドレンズ２０及び波長カットフィルタ１１６を経て検出器１１７により検出される。
【００９４】
この検出器１１７により検出された信号光の強度は、試料において形成された熱レンズに応じたものであり、また、チョッパ１１２による励起光変調周期に同期して変化するものである。そこで、この検出器１１７から出力されプリアンプ１２１により増幅された信号は、ロックインアンプ１２２により、チョッパ１１２による励起光変調周期に同期して検波され、そのロックインアンプ１２２からの出力信号に基づいてコンピュータ１２３により試料の分析がなされる。
【００９５】
本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ化学システムによれば、流路付き板状部材１０に集光するための顕微鏡用の対物レンズ、及びコンデンサレンズを不要とすることができ、加えてＺ軸方向の位置合わせが不要になる。
【００９６】
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ化学システムの一例である分析装置の概略構成を示すブロック図である。
【００９７】
本実施の形態に係る分析装置は、第１の実施の形態のものと比べて、入射光側のロッドレンズ２０が、励起光と検出光とに対して最適焦点位置を実現する構成になっている点、励起光及び検出光それぞれの焦点位置をずらすために用いる、検出光を発散または集光するためのレンズを配していない点、及びプリアンプ１２１を備えていない点で異なり、他の構成は同じである。図１０において、図９のものと同じ構成要素には同一の参照番号を付している。なお、信号強度が弱い場合は、プリアンプ１２１を設けてもよい。
【００９８】
図１０の装置は、入射光側のロッドレンズ２０が励起光と検出光に対して最適焦点位置を実現する構成になっているので、その結果、励起光及び検出光それぞれの焦点位置をずらすために用いる、検出光を発散または集光するためのレンズを不要にできる。
【００９９】
本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ化学システムによれば、流路付き板状部材１０に集光するための顕微鏡用の大きな対物レンズ及びコンデンサレンズに加えて、検出光の焦点位置をずらすために用いる、検出光を発散または集光するためのレンズを不要とすることができるので、マイクロ化学システムを一層に小型化できる。
【０１００】
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロ化学システムの概略構成を示すブロック図である。
【０１０１】
図１１において、図１０に示したものの構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付してある。
【０１０２】
本実施の形態に係るマイクロ化学システムは、主たる構成要素を流路付き板状部材３０に組み込んだ点が上記の実施の形態とは明らかに異なる点である。また、励起光源１１１自体を変調する構成としたため、チョッパー１１２を備えていない点で上記の実施の形態とは異なる。したがって、励起光源１１１、検出光源１２０、ダイクロイックミラー１１３、反射鏡１１４、ロッドレンズ２２，２２、波長カットフィルター１１６、及び検出器１１７が流路付き板状部材３０の内部に組み込まれており、また、励起光源１１１からの励起光及び検出光源１２０からの検出光双方の光路が確保されている。なお、上記の構成要素は流路付き板状部材３０の表面に実装してもよい。
【０１０３】
本実施の形態に係るマイクロ化学システムによれば、各構成要素が流路付き板状部材３０に組み込まれているので、マイクロ化学システムを極めて小型化できると共に可搬性も極めて良好である。
【０１０４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、レンズが流路に面する位置において流路付き板状部材に固定されているので、試料の測定を行う度に励起光の焦点と試料との位置合わせを行う必要性がなくユーザの作業効率を向上できると共に、マイクロ化学システムを小型化できる。
【０１０５】
請求項４記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、レンズは屈折率分布型レンズであるので、レンズの大きさが極めて小さくなり、マイクロ化学システムを一層に小型化できる。
【０１０６】
請求項７記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、屈折率分布型レンズがプレイナーレンズから成るので、マイクロ化学システムをより小型化できる。
【０１０７】
請求項８記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、他の屈折率分布型レンズが流路に関して屈折率分布型レンズに対向する位置において流路付き板状部材の他方の面に固定されているので、試料の位置に形成される熱レンズを検出する検出光を容易に取り出すことができることに加えて、マイクロ化学システムを小型化できる。
【０１０８】
請求項１０記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、他の屈折率分布型レンズがプレイナーレンズから成るので、マイクロ化学システムをより小型化できる。
【０１０９】
請求項１１記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、屈折率分布型レンズが流路付き部材の中に組み込まれているので、マイクロ化学システムを確実に小型化できる。
【０１１０】
請求項１３記載のマイクロ化学システム用チップ部材によれば、他の屈折率分布型レンズが流路付き板状部材の中に組み込まれているので、マイクロ化学システムを一層に小型化できる。
【０１１１】
請求項１６記載のマイクロ化学システムによれば、マイクロ化学システムがマイクロ化学システム用チップ部材として請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のものを有するので、従来装置では必要な顕微鏡用の対物レンズを不要としてマイクロ化学システムを小型化することができ、加えて、屈折率分布型レンズと流路付き板状部材との一体化により、対物レンズと流路付き板状部材との測定毎の調整を不要として操作を簡単化することができ、もって、ユーザの作業効率を向上できる。
【０１１２】
請求項２０記載のマイクロ化学システムによれば、マイクロ化学システム用チップ部材に前記励起光光源と、前記検出光光源と、前記入射光学系と、前記出射光学系とが組み込まれているので小型化が容易であるとともに可搬性にすぐれている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流路付き板状部材の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の流路付き板状部材の分解斜視図である。
【図３】スペーサを介したレンズの配設を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る流路付き板状部材の概略構成を示す斜視図である。
【図５】図４の流路付き部材の切断斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る流路付き板状部材の概略構成を示す斜視図である。
【図７】図６のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図８】ロッドレンズ２０における最適焦点位置のずれΔＬに対する信号強度の変化の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ化学システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ化学システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るマイクロ化学システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１２】従来の流路付き板状部材の構成を示す分解斜視図である。
【図１３】熱レンズの原理の説明図である。
【図１４】励起光の光軸方向（Ｚ方向）に関する熱レンズの形成位置と検出光の焦点位置の説明図であり、（ａ）は、対物レンズが色収差をもつ場合を示し、（ｂ）は、対物レンズが色収差をもたない場合を示す。
【図１５】従来の光熱変換分析装置における熱レンズの屈折率の変化を検出する方法の説明図であり、（ａ）は、熱レンズが検出光の焦点位置に関してレンズ側に形成された場合、（ｂ）は、熱レンズが検出光の焦点位置に関してレンズの反対側に形成された場合を示す。
【図１６】従来の光熱変換分光分析装置における熱レンズの屈折率の変化を検出する方法の説明図であり、検出光をダイバージングレンズを用いて広げる場合を示す。
【符号の説明】
１０，３０，４０  流路付き板状部材
１１，１２，１３  ガラス基板
１５  流路
１６  バッファ溜
１７  貫通孔
２０，２２  ロッドレンズ
２１  プレイナーレンズ
２４  レンズ
２５  スペーサ
１１１  励起光源
１１２  チョッパ
１１３  ダイクロイックミラー
１１４  反射鏡
１１６  波長カットフィルタ
１１７  検出器
１１９  ダイバージングレンズ
１２０  検出光源
１２１  プリアンプ
１２２  ロックインアンプ
１２３  コンピュータ
１２５  Ｘ−Ｙ試料ステージ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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