(57)【要約】  励起光及び蛍光の利用効率が向上することによる特定物質の検出精度の向上を図ると共に、装置の小型化を図ることが可能な検出装置を提供する。  検出装置は、励起光によって励起されることで蛍光を発する補酵素を含む溶液が流れる溶液流路、気体試料が流れる気体流路、及び前記補酵素と共に前記気体試料の反応を触媒する酵素が保持されている酵素保持膜を含み、かつ一の軸上に配されている反応部と、前記一の軸上に前記反応部と接して設けられ、かつ前記一の軸に沿った導光路を形成する導光部材と、前記一の軸上に配され、かつ前記導光路を通過した前記蛍光を検出する検出部と、を有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体試料が流れる気体流路、前記気体試料との触媒反応の前または後に励起光によって励起されることで蛍光を発する補酵素を含む溶液を保持する溶液保持部、及び前記触媒反応の触媒となる酵素が保持されている酵素保持膜を含み、かつ一の軸上に配されている反応部と、
前記一の軸上に前記反応部と接して設けられ、かつ前記一の軸に沿った導光路を形成する導光部材と、
前記導光路を通過した前記蛍光を検出する検出部と、を有していることを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記導光路を通過した前記蛍光を平行光にする第１のコリメートレンズを含み、かつ前記蛍光を集光する蛍光光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記蛍光光学系は、前記第１のコリメートレンズを通過した前記蛍光を集光する集光レンズを有することを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記蛍光光学系は、前記導光路を通過した前記励起光がデフォーカスされるように構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記反応部から見て前記蛍光光学系の反対側に設けられ、前記励起光を前記反応部に集光する励起光光学系を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の検出装置。
【請求項６】
前記励起光光学系は、前記一の軸上に配され前記励起光を平行にする第２のコリメートレンズと、前記第２のコリメートレンズによって平行にされた前記励起光を前記反応部に集光する集光レンズと、によって構成されていることを特徴とする請求項５に記載の検出装置。
【請求項７】
前記励起光光学系の開口数は、前記導光部材の開口数よりも大きいことを特徴とする請求項５又は６に記載の検出装置。
【請求項８】
前記反応部を通過した前記励起光の少なくとも一部の前記導光部材に対する入射角が前記導光部材の前記導光路の内面で全反射可能な最大受光角よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の検出装置。
【請求項９】
前記導光部材の前記一の軸と沿った方向に延在する側面に沿って、空間を有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の検出装置。
【請求項１０】
前記導光部材の周囲を覆うように前記導光部材を保持する保持部材を有し、
前記保持部材と前記導光部材の前記側面の間に空間を有していることを特徴とする請求項９に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記励起光光学系は、前記一の軸上に配され、前記励起光を遮光可能な遮光部材を含むことを特徴とする請求項５乃至１０のいずれかに記載の検出装置。
【請求項１２】
前記導光部材は、前記反応部と接する部位が蛍光光学系に向かって窄まるように形成されていることを特徴とする請求項２乃至１１のいずれかに記載の検出装置。
【請求項１３】
前記導光部材と前記検出部との間に前記蛍光の波長を含む帯域を透過する光学フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の検出装置。
【請求項１４】
前記気体流路、前記溶液保持部及び前記酵素保持膜のうち少なくとも一つは前記検出装置に着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体試料中に含まれる物質を検出する検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酵素反応に伴う補酵素の減少を検出することにより、気体試料中に含まれる特定の物質を検出する検出装置が知られている。【０００３】
このような検出装置としては、例えば、アセトンなどのケトン類、又はノネナールなどの基質の反応に伴って補酵素であるＮＡＤＨが減少することを利用して、気体試料中に含まれる基質の検出を行うバイオセンサシステムが特許文献１に開示されている。具体的には、特許文献１のバイオセンサシステムは、補酵素に特定の励起光を照射すると蛍光を発することを利用して補酵素の減少を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２２０５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、補酵素が発する蛍光の発光量は、検出精度に影響を与える。したがって、検出可能な蛍光の光量を高めるために、光源から出射される励起光を効率よく補酵素に照射すると共に、補酵素が発する蛍光のみを効率よく検出部へ導光することが考えられる。このため、特許文献１のバイオセンサシステムでは、基質に起因して補酵素の濃度が変化する酵素近傍へ光ファイバプローブを配置し、これを介して補酵素への励起光の照射、及び補酵素が発する蛍光の検出を行っている。【０００６】
しかしながら、光ファイバの開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）は小さいため、装置の構成に必要な光源、及び適当な開口数を持つレンズと組み合わせると励起光の利用効率が著しく低下し、また蛍光の検出効率も同様に低水準になることが課題の１つとして挙げられる。【０００７】
また、自動車のような移動体に検出装置を搭載する場合には、搭載スペースが限られている。このため、検出装置は、部品点数を少なくして小型化を図ることが求められている。【０００８】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、励起光及び蛍光の利用効率が向上することによる特定物質の検出精度の向上を図ると共に、装置の小型化を図ることが可能な検出装置を提供することを課題の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願請求項１に記載の検出装置は、気体試料が流れる気体流路、前記気体試料との触媒反応の前または後に励起光によって励起されることで蛍光を発する補酵素を含む溶液を保持する溶液保持部、及び前記触媒反応の触媒となる酵素が保持されている酵素保持膜を含み、かつ一の軸上に配されている反応部と、前記一の軸上に前記反応部と接して設けられ、かつ前記一の軸に沿った導光路を形成する導光部材と、前記導光路を通過した前記蛍光を検出する検出部と、を有していることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る検出装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１の反応部の拡大断面図である。
【図３】実施例１に係る検出装置の励起光の光路を説明する説明図である。
【図４】実施例１に係る検出装置の蛍光の光路を説明する説明図である。
【図５】実施例２に係る検出装置の構成を示す断面図である。
【図６】実施例２に係る検出装置の励起光の光路を説明する説明図である。
【図７】実施例２の変形例に係る検出装置の構成を示す断面図である。
【図８】実施例３に係る検出装置の構成を示す断面図である。
【図９】実施例４に係る検出装置の構成を示す断面図である。
【図１０】実施例４に係る検出装置の励起光の光路を説明する説明図である。
【図１１】実施例４に係る検出装置の蛍光の光路を説明する説明図である。
【図１２】実施例５に係る検出装置の構成を示す断面図である。
【図１３】実施例６に係る検出装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例である検出装置としてのバイオセンサ１０の一の軸ＡＸに沿った断面を示している。【００１２】
図１において、検出装置としてのバイオセンサ１０は、アポ酵素と結合する補酵素が発する蛍光を検出して、検出対象である基質を検出する装置である。【００１３】
具体的には、バイオセンサ１０の基質の検出に用いる補酵素は、基質の反応前後の一方の状態において励起光により励起されて蛍光を発する。したがって、バイオセンサ１０は、基質の反応によって補酵素が発する蛍光の光量が変化することを利用して、基質を検出する。【００１４】
例えば、化１に示すように、補酵素としてＮＡＤＨ（還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）を用いた場合、酵素であるＳ−ＡＤＨは、基質であるアセトンが２−プロパノールに還元される反応を触媒する。この際、補酵素であるＮＡＤＨは、酵素反応によりＮＡＤ＋（酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）に酸化される。【００１５】
ここでＮＡＤＨは、所定の波長の励起光を受けて蛍光を発するが、同じ波長の励起光をＮＡＤ＋が受けても蛍光を発しない。したがって、この反応の前後において検出される蛍光強度は変動する。【００１６】
本発明のバイオセンサ１０は、このＮＡＤＨが発する蛍光の光量を測定することにより基質の濃度を測定する装置である。【００１７】
【化１】
2019188304.tif 000003
【００１８】
図１において、光源ＬＴは、励起光を出射する発光装置である。光源ＬＴは、例えば、励起光としてピーク波長が３４０ｎｍである紫外光を出射する紫外光発光ダイオードである。発光装置は、紫外光発光ダイオードに限られず、例えば、紫外レーザーダイオード、水銀ランプ等を用いることができる。【００１９】
一の軸ＡＸ上において、光源ＬＴから出射された励起光に対する光学系である励起光光学系２０が設けられている。励起光光学系２０は、励起光を一の軸ＡＸ上に向けて集光する。一の軸ＡＸは、本実施例においては励起光の光軸と同一の軸である。【００２０】
励起光光学系２０は、励起光を平行光にするコリメートレンズ２１と、コリメートレンズ２１によって平行光にされた励起光を一の軸ＡＸ上に向けて集光する集光レンズであるボールレンズ２２を含む。尚、励起光光学系２０は、少なくとも、光ファイバの開口数よりも高い開口数を有して構成されている。【００２１】
尚、ボールレンズ２２は、集光レンズの中でも焦点距離が短いため、バイオセンサ１０の構成をより小型にすることができる。またボールレンズ２２は集光レンズの中でも開口数（ＮＡ）が大きく、より多くの励起光を取り込むことが可能である。【００２２】
ボールレンズ２２とコリメートレンズ２１の間には、励起光の波長を透過する励起光バンドパスフィルタＥＦが設けられている。励起光バンドパスフィルタＥＦが透過させる帯域は、補酵素が励起する励起光の波長を含む帯域である。本実施例では、補酵素にＮＡＤＨを用いている。ＮＡＤＨは３４０ｎｍの紫外線を吸収して蛍光を発する。したがって、励起光バンドパスフィルタＥＦの透過させる波長の範囲は、３３０〜３５０ｎｍとしている。【００２３】
一の軸上ＡＸにおいて、フローセル３０が設けられている。フローセル３０は、化１に示した酵素反応が行われる反応部として機能する。フローセル３０は、基質を含む気体試料が流れる気体流路３１と、補酵素を含む溶液を保持する溶液保持部としての溶液流路３２と、酵素を保持する酵素保持膜３３と、を有する。ここで、溶液流路３２は、補酵素を含む溶液を流す、例えば、管のような構造となっていてもよいし、溶液を流さない、例えば、密閉容器のような構造になっていてもよい。【００２４】
基質は、ケトン基、アルデヒド基のいずれかを含んでいる。補酵素は、基質の反応前後の一方の状態において励起光により励起されて蛍光を発するものが用いられる。このような補酵素の一例としては、ＮＡＤＨ、ＮＡＤＰＨ（還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸）等が挙げられる。尚、補酵素は、基質の反応前後の２つの状態の間で可逆的に化学構造が変化する。【００２５】
酵素は、補酵素としてＮＡＤＨ又はＮＡＤＰＨを用いる場合、例えば、アラニン脱水素酵素、アルコール脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素、イソクエン酸脱水素酵素、ウリジン−５’−ジホスフォ−グルコース脱水素酵素、ガラクトース脱水素酵素、ギ酸脱水素酵素、グリセルアルデヒド−３−リン酸脱水素酵素、グリセロール脱水素酵素、グリセロール−３−リン酸脱水素酵素、グルコース脱水素酵素、グルコース−６−リン酸脱水素酵素、グルタミン酸脱水素酵素、コレステロール脱水素酵素、サルコシン脱水素酵素、ソルビトール脱水素酵素、炭酸脱水素酵素、乳酸脱水素酵素、３−ヒドロキシ酪酸脱水素酵素、ピルビン酸脱水素酵素、フルクトース脱水素酵素、６−ホスフォグルコン酸脱水素酵素、ホルムアルデヒド脱水素酵素、マンニトール脱水素酵素、リンゴ酸脱水素酵素、ロイシン脱水素酵素等を挙げることができ、特に、ＮＡＤＨ又はＮＡＤＰＨを電子供与体として用いてケトン（アセトン、２−ブタノン、２−ペンタノンなど）またはアルデヒド（ノネナール、エチルビニルケトンなど）を還元する酵素、より具体的には、二級アルコール脱水素酵素（Ｓ−ＡＤＨ）（二級アルコール脱水素酵素(secondary alcohol dehydrogenase) EC:1.1.1.x）、エノン還元酵素（ＥＲ１）（エノン還元酵素(enone reductase type 1, ER1)）等が利用できる。【００２６】
一の軸ＡＸ上において、導光部材４０がフローセル３０と接して設けられている。導光部材４０は、本実施例においては円柱状に形成されている。導光部材４０は、円柱状以外の形状でもよく、例えば、非平面の端面を持つ円柱状、多角柱状、円錐台状の形状であってもよい。【００２７】
導光部材４０は、屈折率が均一なガラス等の同一素材で構成されている。尚、導光部材４０は、屈折率が均一なガラス等の同一素材に限られず、例えば、互いに屈折率が異なるコア及びクラッドの２つの素材で構成されるようにしてもよい。また、導光部材４０は、測定する蛍光波長に対して吸収が少ない、例えば、吸収係数が０．１以下の素材で構成されていてもよい。導光部材４０は、一の軸ＡＸに沿って形成されている導光路４１を有する。【００２８】
一の軸上ＡＸ上において、導光部材４０から出射された蛍光に対する光学系である蛍光光学系５０が設けられている。蛍光光学系５０は、導光部材４０から出射された蛍光を一の軸ＡＸ上に向けて集光する。【００２９】
蛍光光学系５０は、蛍光を平行光にするコリメートレンズ５１と、コリメートレンズ５１によって平行光にされた蛍光を一の軸ＡＸ上に集光する集光レンズ５２を含む。【００３０】
集光レンズ５２とコリメートレンズ５１の間には、蛍光の波長を含む帯域を透過する蛍光バンドパスフィルタＦＦが設けられている。補酵素であるＮＡＤＨが励起することにより発する蛍光の波長は、４５０〜５１０ｎｍ、より具体的には４９１ｎｍ付近である。従って、本実施例においては、蛍光バンドパスフィルタＦＦが透過させる波長の範囲は、４４０〜５１０ｎｍとしている。【００３１】
一の軸ＡＸ上において、蛍光光学系５０を通過した蛍光を検出する検出部６０が設けられている。検出部６０は、光電子増倍管、フォトダイオード検出器、及びこれらを含む分光光度計を含み、検出した蛍光の光量、若しくは分光特性に基づいて気体試料中における基質の濃度を検出する。【００３２】
ケースＣは、光源ＬＴ、励起光光学系、フローセル３０、導光部材４０、蛍光光学系、検出部６０の各々の周囲を覆う筒状に形成されている。すなわち、ケースＣは、光源ＬＴ、励起光光学系２０、フローセル３０、導光部材４０、蛍光光学系５０、検出部６０の各々を内部に収容する。したがって、ケースＣは、ケースＣの内部に外光が入らないように構成されている。【００３３】
ケースＣには、一の軸ＡＸに垂直な方向にケースＣを貫通して設けられた２つの貫通穴ＨＡが形成されている。この２つの貫通穴ＨＡに気体流路３１を挿通することで、気体流路３１を一の軸ＡＸ上に取付けることができる。すなわち、２つの貫通穴ＨＡは、気体流路３１を一の軸ＡＸ上に取付可能な第１取付部として機能する。【００３４】
ケースＣには、一の軸ＡＸに垂直な方向にケースＣを貫通して設けられた２つの貫通穴ＨＢが形成されている。この２つの貫通穴ＨＢに管構造を有する溶液流路３２を挿通することで、溶液流路３２を一の軸ＡＸ上に取付けることができる。すなわち、２つの貫通穴ＨＢは、溶液流路３２を一の軸ＡＸ上に取付可能な第２取付部として機能する。【００３５】
ケースＣには、一の軸ＡＸに垂直な方向において互いに対向する内壁が近づくように突出して形成された突出部Ｐが形成されている。突出部Ｐは、ケースＣの内壁の周方向に沿って形成されている。また突出部Ｐは、一の軸ＡＸ上において、貫通穴ＨＡと貫通穴ＨＢとの間に形成されている。突出部Ｐに酵素保持膜３３を嵌め込むことによって、酵素保持膜３３が一の軸ＡＸ上に取付けられている。すなわち、この突出部Ｐは、酵素保持膜３３を一の軸ＡＸ上に取付可能である第３取付部として機能する。【００３６】
このように、気体流路３１、液体流路３２及び酵素保持膜３３は、それぞれケースＣに脱着可能となっている。尚、気体流路３１、液体流路３２及び酵素保持膜３３のうち少なくとも１つが着脱可能となっており、残りがケースＣに固定されていてもよい。【００３７】
尚、溶液流路３２が密閉容器のような構造である場合、貫通穴ＨＢを設けなくてもよい。この場合、ケースＣの内壁から外側に窪んで形成されている溝Ｇを設けるとよい。また、溝Ｇは、ケースＣの内壁の周方向に沿って形成するとよい。密閉容器状の溶液流路３２を溝Ｇに嵌め込むことによって、溶液流路３２を一の軸ＡＸ上に取付けることができる。この場合、溝Ｇは、溶液流路３２を一の軸ＡＸ上に取付可能である第２取付部として機能する。【００３８】
図２は、一の軸ＡＸに沿ったフローセル３０の拡大断面を示している。図２に示すように、フローセル３０の光源ＬＴ側には、励起光を透過させる窓Ｗを有し、基質を含む気体試料が流れる気体流路３１が設けられている。気体流路３１の検出部６０側には、気体流路３１と外部とを貫通する貫通穴Ｈ１が設けられている。【００３９】
フローセル３０の検出部６０側には、補酵素を含む溶液が流れる溶液流路３２が設けられている。溶液流路３２は、溶液の流れ方向の上流側に設けられている上流側接続部と、溶液の流れ方向の下流側に設けられている下流側接続部と、上流側接続部及び下流側接続部から光源ＬＴ側に向かって湾曲して形成されている湾曲部と、を有する。溶液流路３２の湾曲部の気体流路３１側には、溶液流路３２と外部とを貫通する貫通穴Ｈ２が設けられている。【００４０】
溶液流路３２を流れる溶液は、補酵素と、酵素や補酵素の至適ｐＨ値を考慮したｐＨ値を有する緩衝液と、を成分として含んでいる。【００４１】
酵素を保持する酵素保持膜３３は、気体流路３１の貫通穴Ｈ１と溶液流路３２の貫通穴Ｈ２とを塞ぐように、気体流路３１と溶液流路３２との両方に接して設けられている。すなわち、酵素保持膜３３は、保持されている酵素が溶液流路３２の溶液及び気体流路３１の気体試料に接触可能であり、かつ溶液流路３２と気体流路３１とを隔てる隔膜である。【００４２】
酵素保持膜３３は、膜材料である担体上に酵素が固定化されたものである。酵素保持膜３３の担体としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ニトロセルロース、セルロース等が挙げられる。【００４３】
フローセル３０は、検出部６０側から光源ＬＴ側に向かうように一の軸ＡＸに沿って窪んで形成され、かつ溶液流路３２と外部とを貫通する貫通穴Ｈ３を有する。貫通穴Ｈ３は、導光部材４０の外径と同等の大きさを有する小径部と、小径部から蛍光光学系５０に向かって拡径して形成された拡径部と、を有する。【００４４】
したがって、導光部材４０を小径部に嵌め合わせることにより、導光部材４０は、フローセル３０によって保持される。言い換えればフローセル３０は、導光部材４０を保持する保持部材として機能する。【００４５】
フローセル３０は、一の軸ＡＸに沿って延在する導光部材４０の側面ＳＳと貫通孔Ｈ３の拡径部の壁部との間に空間ＳＰを有している。導光部材４０の屈折率をｎ1、空間ＳＰの屈折率をｎ2とすると、開口数（ＮＡ）は以下の式で与えられる。【００４６】
【数１】
2019188304.tif 000004
【００４７】
ここで、導光部材４０の屈折率ｎ1が固定された条件下で開口数（ＮＡ）を最大とするためには、ｎ2を１、すなわち空間ＳＰを空気とする必要がある。よって、導光部材４０は、その側面ＳＳの周囲を空気層とすることで開口数（ＮＡ）が最大となる。【００４８】
ここで、導光部材４０の導光路４１は、励起光が導光される量を少なくするように形成するとよい。具体的には、フローセル３０の溶液流路３２を通過した励起光の少なくとも一部の導光部材４０に対する入射角は、導光部材４０の導光路４１の内面で全反射可能な最大受光角よりも大きくなるようにするとよい。【００４９】
図３は、光源ＬＴから出射された励起光の態様を示している。図３において、一点鎖線矢印は、励起光ＬＴ１を示す。光源ＬＴから照射された励起光ＬＴ１は、コリメートレンズ２１で平行光にされる。【００５０】
コリメートレンズ２１で平行光にされた励起光ＬＴ１は、励起光バンドパスフィルタＥＦにおいて、所定の帯域以外の波長を有する光が除去される。励起光バンドパスフィルタＥＦを通過した励起光ＬＴ１は、ボールレンズ２２によってフローセル３０の溶液流路３２に向けて集光される。【００５１】
尚、ボールレンズ２２は焦点距離が両凸レンズの中でも短い。したがって、ボールレンズ２２を励起光光学系２０に用いることで、導光路４１の最大受光角よりも大きい入射角で入射する励起光ＬＴ１の量を増加させることができる。ここで、ボールレンズ２２は収差が悪いが焦点距離が短く、バイオセンサ１０の小型化には有利である。このため、導光部材４０の径を大きくすることによって、ボールレンズ２２の収差の悪化によるデフォーカスが許容される。つまり、導光部材４０の径は、光源ＬＴのサイズやレンズ収差を許容可能な最小径が理想となる。更に、励起光ＬＴ１を円環光とし、ボールレンズ２２に入射される円環光の径を大きくすると、ボールレンズ２２の収差を小さく、且つ焦点距離を更に短くすることができる。このため、導光路４１の最大受光角を超えて入射される励起光ＬＴ１の量を増加させることが容易になる。【００５２】
また、ボールレンズ２２を含む励起光光学系２０は、導光部材４０の開口数よりも大きい開口数で構成されている。このため、一の軸ＡＸに対して鋭角に導光路４１に入射する励起光ＬＴ１が増加する。すなわち、導光路４１の最大受光角よりも大きい入射角度で導光路４１に入射する励起光ＬＴ１の量が増加する。この結果、導光部材４０を導光せずに外部に透過する励起光ＬＴ１の量が多くなる。【００５３】
また、上記の様に導光部材４０の開口数よりも大きい光学系で構成されていない場合に於いても、励起光ＬＴ１が円環状の分布を示していれば、以後の記述にある通り、後段のコリメートレンズの配置により励起光ＬＴ１のコリメート（検出部６０への導光）を抑制することができる。【００５４】
ここで、フローセル３０を通過した励起光ＬＴ１は、多様な入射角度で導光部材４０に入射する。その際に、導光路４１の内面で全反射可能な最大受光角以下の入射角で入射した励起光ＬＴ１は、光源ＬＴ及び励起光光学系２０の影響を受けて一定の分布をもっている。この励起光ＬＴ１の分布は、導光路４１内でも維持され、結果として導光路４１内で励起光ＬＴ１の濃淡が生じる。【００５５】
励起光ＬＴ１の最も淡い光がコリメートレンズ５１においてコリメートされるように、コリメートレンズ５１が配置されている。すなわち、導光路４１内のコリメートレンズ５１の焦点位置において、励起光ＬＴ１がデフォーカスされる様にコリメートレンズ５１が配置されている。このようにコリメートレンズ５１を配置することで、多くの励起光Ｌ１はコリメートレンズ５１でコリメートされずに拡散させることができる。【００５６】
コリメートレンズ５１で平行光にされた励起光ＬＴ１は、蛍光バンドパスフィルタＦＦにおいて反射する。【００５７】
図４は、フローセル３０から出射された蛍光の態様を示している。図４において、一点鎖線矢印は、蛍光ＬＴ２を示す。補酵素は励起光ＬＴ１を受光すると、蛍光ＬＴ２を発する。蛍光ＬＴ２は、溶液流路３２の溶液中を透過して導光部材４０の導光路４１に入射する。導光路４１を導光した蛍光ＬＴ２は、導光部材４０の出射端からコリメートレンズ５１に向けて出射される。【００５８】
コリメートレンズ５１によってコリメートされた蛍光ＬＴ２は、蛍光バンドパスフィルタＦＦによって所定の帯域以外の波長を有する光が除去される。蛍光バンドパスフィルタＦＦを通過した蛍光ＬＴ２は、集光レンズにて検出部６０に向けて集光される。【００５９】
以上のように、本発明の検出装置であるバイオセンサ１０によれば、光源ＬＴから出射された励起光ＬＴ１は、従来の検出装置に用いられていた光ファイバを介さずにフローセル３０に照射される。従って、励起光光学系２０を光ファイバの開口数に応じて構成する必要がなくなるため、光ファイバが有する開口数よりも高い開口数で励起光光学系２０を構成することが可能となる。【００６０】
この結果、バイオセンサ１０は、高い励起光ＬＴ１の利用効率を有し、補酵素から発せられる蛍光の光量が増加することにより特定物質の検出精度を高めることが可能となる。また、バイオセンサ１０は、光ファイバを有しないことにより、部品点数の削減を図ることができ、装置の小型化を図ることが可能となる。【００６１】
また、バイオセンサ１０は、フローセル３０に接して設けられている導光部材４０を有する。これによって、導光路４１の最大受光角度を超えて導光路４１に入射した励起光ＬＴ１の一部は、導光路４１を導光せずに透過する。したがって、検出部６０において検出される励起光ＬＴ１の量を減らすことが可能となり、検出精度の向上を図ることが可能となる。
【実施例２】
【００６２】
実施例２に係るバイオセンサ１０について説明する。実施例２に係るバイオセンサ１０は、実施例１のバイオセンサ１０とは光源ＬＴから出射された励起光ＬＴ１の放射分布を円環状に成型するための遮光部材を備える点で異なる。尚、実施例１と同一の構成については同一箇所に同一符号を付すことによって説明を省略し、以後の実施例についても同様とする。【００６３】
図５は、実施例２に係るバイオセンサ１０の一の軸ＡＸに沿った断面を示している。図５に示すように、励起光光学系２０は、一の軸ＡＸ上に配され、かつ励起光ＬＴ１を遮光可能な遮光部材７０を含んでいる。【００６４】
遮光部材７０は、例えば、円板状に形成されている。遮光部材７０の大きさは、導光部材４０の導光路４１の径よりも大きく形成されているとよい。このように形成された遮光部材７０を一の軸ＡＸ上に配置することで、一の軸ＡＸ上を直進する励起光ＬＴ１を遮断することができる。【００６５】
図６は、実施例２のバイオセンサ１０において光源ＬＴから出射された励起光ＬＴ１の態様を示している。図６において、一点鎖線矢印は、励起光ＬＴ１を示す。図６に示すように、多くの励起光ＬＴ１は、導光路４１において全反射角よりも大きい角度をもって入射される。これにより、励起光ＬＴ１の多くは導光路４１を導光せずに導光部材４０を透過する。【００６６】
具体的には、溶液流路３２の補酵素（ＮＡＤＨ）によって吸収されなかった励起光ＬＴ１は、導光部材４０へ入射する。励起光ＬＴ１の一部は、軸ＡＸに対して広角に、すなわち、導光部材４０の導光路４１の内面で全反射可能な最大受光角よりも大きい入射角で入射する。最大受光角よりも大きい入射角で入射した励起光ＬＴ１は、導光路４１を導光せずに側面ＳＳから導光部材４０の外部に透過する。【００６７】
以上のように、本実施例に係るバイオセンサ１０によれば、一の軸ＡＸ上を直進する励起光ＬＴ１を遮断することができる。また、導光部材４０に入射される励起光ＬＴ１の入射角度を大きくすることができ、多くの励起光ＬＴ１を導光路４１において導光させないようにすることができる。この結果、検出部６０で検出される励起光ＬＴ１の量を減らすことができ、検出精度の向上を図ることが可能となる。
［変形例］
本実施例のように、励起光光学系２０が遮光部材７０を含む場合には、導光路４１を導光する励起光ＬＴ１の量を減らすことができる。したがって、蛍光光学系５０を設けずにバイオセンサ１０を構成してもよい。【００６８】
図７は、本実施例に係るバイオセンサ１０の変形例の構成を示している。図７に示すように、バイオセンサ１０は、蛍光光学系５０及び蛍光フィルタＦＦを有していない。このように、バイオセンサ１０を構成することで、バイオセンサ１０の小型化を図ることが可能となる。
【実施例３】
【００６９】
実施例３に係るバイオセンサ１０について説明する。実施例３に係るバイオセンサ１０は、フローセル３０の形状が異なる点で実施例１及び２のバイオセンサ１０とは異なる。【００７０】
図８は、実施例３に係るバイオセンサ１０の一の軸ＡＸに沿ったフローセル３０の拡大断面を示している。図８に示すように、導光部材４０は、フローセル３０の溶液流路３２と接する部位３４が蛍光光学系５０に向かって窄まるように形成されている。すなわち、導光部材４０のフローセル３０の溶液流路３２と接する部位３４は、一の軸ＡＸに対して角度を持つように傾斜している。したがって、導光部材４０のフローセル３０の溶液流路３２と接する部位３４に照射された励起光ＬＴ１は、フローセル３０の溶液流路３２に向かって反射する。【００７１】
以上のように、本実施例に係るバイオセンサ１０によれば、導光部材４０に入射された励起光ＬＴ１の一部をフローセル３０の溶液流路３２に向けて反射させることができるため、蛍光ＬＴ２の発光効率を向上させることが可能となる。【００７２】
尚、積極的に励起光ＬＴ１を溶液流路３２に向けて反射させるために、フローセル３０の溶液流路３２と接する部位３４は、励起光ＬＴ１を反射する反射部材を設置してもよい。また、励起光ＬＴ１を乱反射させるために、フローセル３０の溶液流路３２と接する部位は、凹凸面を有するようにしてもよい。
【実施例４】
【００７３】
実施例４に係るバイオセンサ１０について説明する。実施例４にかかるバイオセンサ１０は、励起光光学系２０を有しない点で実施例１のバイオセンサ１０とは異なる。【００７４】
図９は、実施例４に係るバイオセンサ１０の一の軸ＡＸに沿った断面を示している。【００７５】
図９に示すように、一の軸ＡＸ上において、コリメートレンズ５１と蛍光バンドパスフィルタＦＦとの間には、励起光ＬＴ１の波長を含む帯域をカットするロングパスフィルタＬＦが設けられている。【００７６】
図１０は、実施例４に係るバイオセンサ１０の光源ＬＴから出射された励起光ＬＴ１の態様を示している。図１０において、一点鎖線矢印は、励起光ＬＴ１を示す。図１０に示すように、光源ＬＴから出射された励起光ＬＴ１は、フローセル３０を通過し、導光部材４０に入射される。【００７７】
ここで、導光路４１の最大受光角を超える励起光ＬＴ１は、導光路４１を導光せずに透過する。導光路４１を導光した励起光ＬＴ１は、コリメートレンズ５１においてコリメートされ、ロングパスフィルタＬＦにおいて減衰される。【００７８】
図１１は、実施例４に係るバイオセンサ１０のフローセル３０から出射された蛍光ＬＴ２の態様を示している。図１１において、一点鎖線矢印は、蛍光ＬＴ２を示す。【００７９】
フローセル３０の溶液流路３２において発せられた蛍光ＬＴ２は、導光部材４０の導光路４１において導光される。導光部材４０から出射された蛍光ＬＴ２は、コリメートレンズ５１によってコリメートされ、ロングパスフィルタＬＦと蛍光バンドパスフィルタＦＦを通過する。蛍光バンドパスフィルタＦＦを通過した蛍光ＬＴ２は、集光レンズ５２を通って検出部６０に向けて集光される。【００８０】
以上のように、本実施例に係るバイオセンサ１０によれば、励起光光学系２０を有していないため、強度の高い励起光を直接的に溶液流路３２に照射することが可能となる。このため、蛍光ＬＴ２の発光量を高めることができると共に、装置の部品点数が少なくなることによる装置の小型化を図ることが可能となる。
【実施例５】
【００８１】
実施例５に係るバイオセンサ１０について説明する。実施例５に係るバイオセンサ１０は、フローセル３０の気体流路３１の形状が異なる点で実施例１乃至４のバイオセンサ１０とは異なる。【００８２】
図１２は、実施例５に係るバイオセンサ１０の一の軸ＡＸに沿った断面を示している。図１２において、励起光光学系２０は、コリメートレンズ２１を有しているが、ボールレンズ２２を有していない。【００８３】
フローセル３０の気体流路３１は、一の軸ＡＸを中心として、酵素保持膜３３に向かって凸となる曲面を有するように形成されたレンズ部３１ａを有している。【００８４】
レンズ部３１ａは、コリメートレンズ２１によって平行光にされた励起光ＬＴ１を酵素保持膜３３に向けて集光する。従って、本実施例に係るバイオセンサ１０によれば、励起光光学系２０のボールレンズ２２が不要となる。これにより、装置の部品点数が少なくなり、装置の小型化を図ることが可能となる。
【実施例６】
【００８５】
実施例６に係るバイオセンサ１０について説明する。実施例６に係るバイオセンサ１０は、光源ＬＴと検出部６０の配置位置が異なる点で実施例１乃至５のバイオセンサ１０とは異なる。【００８６】
すなわち、実施例１乃至４においては、光源ＬＴ、励起光光学系２０、フローセル３０、導光部材４０、蛍光光学系５０及び検出部６０が一の軸ＡＸ上に配置されているが、光源ＬＴ及び検出部６０のうち少なくとも一方は一の軸ＡＸ上に配置されていなくてもよい。【００８７】
図１３は、実施例６に係るバイオセンサ１０の一の軸ＡＸに沿った断面を示している。図１３に示すように、光源ＬＴと検出部６０は一の軸ＡＸと直行する軸ＡＸ２及び軸ＡＸ３上に夫々配置される。また、軸ＡＸ２及び軸ＡＸ３が一の軸ＡＸと交わる位置において、ミラーＭＲ１及びミラーＭＲ２が配置されている。すなわち、光源ＬＴから出射された励起光ＬＴ１は励起光光学系２０に到達するようにミラーＭＲ１によって反射される。また、蛍光光学系５０を通過した蛍光ＬＴ２は検出部６０に到達するようにミラーＭＲ２によって反射される。【００８８】
実施例１乃至５においては、励起光光学系２０及び蛍光光学系５０が励起光ＬＴ１の光軸と同一の軸である一の軸ＡＸに配置されている。しかし、本実施例において説明したように、励起光ＬＴ１の光軸と同一の軸である一の軸ＡＸ上に励起光光学系２０及び蛍光光学系５０が配置されていなくてもよく、励起光ＬＴ１の光軸と蛍光ＬＴ２の光軸は、検出部６０に蛍光ＬＴ２が到達可能な範囲で、軸ＡＸとずれていてもよい。【００８９】
上述した実施例における機器、装置の構成等は、例示に過ぎず、用途等に応じて、適宜選択または変更することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１０  バイオセンサ
２０  励起光光学系
３０  フローセル
３１  気体流路
３２  溶液流路
３３  酵素保持膜
４０  導光部材
４１  導光路
５０  蛍光光学系
６０  検出部
７０  遮光部材
ＡＸ  一の軸
【図１】
2019188304.tif 000005
【図２】
2019188304.tif 000006
【図３】
2019188304.tif 000007
【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】
2019188304.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年9月11日(2020.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体試料が流れる気体流路、前記気体試料との触媒反応の前または後に励起光によって励起されることで蛍光を発する補酵素を含む溶液を保持する溶液保持部、及び前記触媒反応の触媒となる酵素が保持されている酵素保持膜を含み、かつ一の軸上に配されている反応部と、
前記一の軸上に前記反応部と接して設けられ、かつ前記一の軸に沿った導光路を形成する導光部材と、
前記導光路を通過した前記蛍光を集光する蛍光光学系と、
前記蛍光光学系を通過した前記蛍光を検出する検出部と、
を有し、
前記蛍光光学系は、前記導光路を通過した前記励起光がデフォーカスされるように構成されていることを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記蛍光光学系は、前記導光路を通過した前記蛍光を平行光にする第１のコリメートレンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記蛍光光学系は、前記第１のコリメートレンズを通過した前記蛍光を集光する集光レンズを有することを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記反応部から見て前記蛍光光学系の反対側に設けられ、前記励起光を前記反応部に集光する励起光光学系を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の検出装置。
【請求項５】
前記励起光光学系は、前記一の軸上に配され前記励起光を平行にする第２のコリメートレンズと、前記第２のコリメートレンズによって平行にされた前記励起光を前記反応部に集光する集光レンズと、によって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の検出装置。
【請求項６】
前記励起光光学系の開口数は、前記導光部材の開口数よりも大きいことを特徴とする請求項４又は５に記載の検出装置。
【請求項７】
前記励起光光学系は、前記一の軸上に配され、前記励起光を遮光可能な遮光部材を含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の検出装置。
【請求項８】
前記反応部を通過した前記励起光の少なくとも一部の前記導光部材に対する入射角が前記導光部材の前記導光路の内面で全反射可能な最大受光角よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の検出装置。
【請求項９】
前記導光部材の前記一の軸と沿った方向に延在する側面に沿って、空間を有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の検出装置。
【請求項１０】
前記導光部材の周囲を覆うように前記導光部材を保持する保持部材を有し、
前記保持部材と前記導光部材の前記側面の間に空間を有していることを特徴とする請求項９に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記導光部材は、前記反応部と接する部位が前記蛍光光学系に向かって窄まるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の検出装置。
【請求項１２】
前記導光部材と前記検出部との間に前記蛍光の波長を含む帯域を透過する光学フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の検出装置。
【請求項１３】
前記気体流路、前記溶液保持部及び前記酵素保持膜のうち少なくとも一つは前記検出装置に着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の検出装置。
【国際調査報告】
2019188304.tif 000018
2019188304.tif 000019
2019188304.tif 000020
2019188304.tif 000021