測定装置及び測定方法
【課題】蛍光物質の濃度が少ない試料でも、高いＳ／Ｎ比で蛍光強度を測定できる測定装置及び測定方法を提供する。
【解決手段】本発明は、試料中に入射した励起光によって、試料中で発生する蛍光を測定する測定装置２００であって、励起光照射する光源２０１と、この光源２０１が照射する励起光を平行光とするコリメートレンズ２０２と、コリメートレンズ２０２によって平行光とされた励起光を反射し、所定位置に集光させる第１ミラー２２１と、第１ミラー２２１によって反射された励起光を反射し、平行光とする第２ミラー２２２と、試料中で発生する蛍光を検出する光検出器２０５と、を有し、第１ミラー２２１と第２ミラー２２２は試料を挟むようにして配置されることを特徴とする
【解決手段】本発明は、試料中に入射した励起光によって、試料中で発生する蛍光を測定する測定装置２００であって、励起光照射する光源２０１と、この光源２０１が照射する励起光を平行光とするコリメートレンズ２０２と、コリメートレンズ２０２によって平行光とされた励起光を反射し、所定位置に集光させる第１ミラー２２１と、第１ミラー２２１によって反射された励起光を反射し、平行光とする第２ミラー２２２と、試料中で発生する蛍光を検出する光検出器２０５と、を有し、第１ミラー２２１と第２ミラー２２２は試料を挟むようにして配置されることを特徴とする
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小試料の蛍光測定装置に関し、より具体的には、マイクロチップなどの微小な蛍光スポットを効率的に測定可能とする測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来利用されてきた測定装置を小型化し、極微量の液体試薬を反応させるＬＯＣ（Ｌａｂ． ｏｎ a ｃｈｉｐ／ラボオンアチップ）の技術に関する検討が進んでいる。このＬＯＣ技術では、１０ｃｍから数ｃｍ角程度以下のチップが用いられる。このチップは、プラスチック製やガラス製やシリコン製であって、その表面に溝が形成されている。ＬＯＣでは、その溝中に試薬溶液や試料を流して分離、 反応を行って、微量試料の分析を行っている。これにより、例えば血液などの試料（検体）を微量にすることができる。このため、ＬＯＣ技術においては、試料量、 検出に必要な試薬量、 検出に用いた消耗品等の廃棄物、 廃液の量がいずれも少なくなる上、検出に必要な時間もおおむね短時間で済むという利点がある。
【０００３】
上記のようなＬＯＣ技術で用いられる測定装置としては、特許文献１に開示された測定装置がある。この測定措置では、微量試料に励起光を照射して、前記微量試料からの蛍光を検出している。
【特許文献１】特開２００７−７８５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＬＯＣ技術で用いられる測定装置では、試料の量が微量である。この場合、微量試料から発生する蛍光は、一般的に励起光に対して極めて微弱である。このため、このような超微弱光を観測するには、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、長時間の露光を行なう必要があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記のような課題を解決するためのものであり、そのために請求項１に係る発明は、
光源と、試料を保持する保持部材と第１の凹面ミラーと第２の凹面ミラーとを備え、前記第２の凹面ミラーは、前記光源から前記保持部材までの光路中に配置され、前記第１の凹面ミラーは、前記保持部材を挟んで前記第２の凹面ミラーと対向するように配置され、前記第１の凹面ミラーと前記第２の凹面ミラーは、互いの凹面が向き合うように配置され、前記１の凹面ミラーの外形が、前記２の凹面ミラーの外形よりも大きい
ことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記第１の凹面ミラーと前記第２の凹面ミラーは、各々の焦点位置が一致するように配置されている
ことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の測定装置において、前記光源と前記第１の凹面ミラーの間に光学系を有し、該光学系は前記光源からの光を平行光に変換し、
該平行光の径が前記第２の凹面ミラーよりも大きい
ことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の測定装置において、前記第１の凹面ミラーと及び前記第２の凹面ミラーはシリンドリカルミラーであって、
これら２つのシリンドリカルミラーのそれぞれの曲率方向が同じ方向である
ことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の測定装置において、前記第１の凹面ミラー及び前記第２の凹面ミラーが放物面鏡である
ことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項６に係る発明は、輪帯状の平行光を、試料の一方側から入射させる第１照射工程、
試料を通過した前記平行光を試料に向けて反射すると共に、試料内で集光させる第２照射工程、
試料内から発散しながら射出する光を反射させて平行光とし、この平行光を試料の他方の側から入射させる第３照射工程を備え、前記第２照射工程と前記第３照射工程を繰り返し行ない、
前記試料からの光を検出する測定方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の測定装置及び測定方法によれば、長時間の露光を行なわなくても、高いＳ／Ｎ比で蛍光強度を測定することが可能となる。また、長時間の露光を行なわなくても良いことから、測定時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１はマイクロチップを示す図である。このマイクロチップは、本発明の実施形態に係る測定装置に用いられる。図１（ａ）はマイクロチップの上面図であり、流路も併せて示してある。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）中Ａ−Ａ’の断面を模式的に示す図である。 図１及び図２において、１００はマイクロチップ、１１１は第１液導入口、１１２は第２液導入口、１１３は検出部、１１５は排出口、１２１は第１流路、１２２は第２流路、１２３は第３流路、１３１は第１基板、１３２は第２基板をそれぞれ示している。
【００１３】
免疫測定装置は、例えば、臨床検査医療において、血清中に含まれる腫瘍マーカー、各種ホルモン、感染症の病原体の抗体等の測定に用いられる。この種の測定装置においては、被験者の負担を軽減するために、例えば血液のような測定に用いる試料（検体）の量をより少なくすることが求められている。このような少量の試料（検体）の測定を可能にする技術として、大きさ数ｃｍのプラスチック製基板に設けられた微小な流路内で試料（検体）および試薬の導入、攪拌、測定および排出を行うものがＬＯＣ（Ｌａｂ． ｏｎ a ｃｈｉｐ／ラボオンアチップ）技術がある。図１に示したマイクロチップ１００は、このＬＯＣ技術で用いられるものの一例である。
【００１４】
図１のマイクロチップ１００には微小な流路が形成されている。この微小な流路である第１流路１２１、第２流路１２２及び第３流路１２３がほぼＹ字型に連結している。第１流路の端部には第１液を導入する第１液導入口１１１が、第２流路の端部には第２液を導入する第２液導入口１１２がそれぞれ連結し、第３流路１２３内の混合部で、第１液と第２液とを混合する。第３流路１２３中にある検出部１１３には、空間Ｒが設けられている（以下、この空間Ｒを測定対象空間と呼ぶ）。排出口１１５からは、混合された第１液と第２液とを排出することができる。
【００１５】
マイクロチップ１００は、以下のような方法により作成することができる。例えば、上記のような流路に対応する溝が形成された第２基板１３２と、導入口と排出口とが形成された第１基板１３１とを用意し、第１基板１３１と第２基板１３２とを張り合わせて構成することができる。これらの基板は、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）やアクリルレジン（ＰＭＭＡ）などの樹脂材料をシリコンの型から射出成型して作製することができる。また、マイクロチップ１００の別の作製方法としては、例えば半導体の加工技術を応用して、シリコン等の基板上に流路となる溝を異方性エッチング等の微細加工技術を用いて形成した後、この溝を覆う蓋体を基板上に接合することによって作製してもかまわない。また、マイクロチップ１００のさらに別の作製方法としては、ガラス基板から作製する手法も知られている。
【００１６】
マイクロチップ１００の形状の一例を挙げると、外形寸法は、例えば約８０ｍｍ×６０ｍｍ×２．５ｍｍである。流路の幅は約０．５ｍｍ、また、流路の深さは約１ｍｍである。例えば、第１液導入口１１１に試料（検体）、第２液導入口１１２に試薬を導入し、合流点で合流させる。混合液は、第３流路内で混合し、所定の生化学反応が起きる。この反応は測定対象空間Ｒで測定装置によって観察される。
【００１７】
例えば、免疫学的検査では、抗原抗体反応を利用し、混合液に発光したり蛍光を発したりする標識抗体を添加することで、励起光を照射した際に発生する蛍光の強度を光検出器で検出する。例えば、フルオレシンの結合した標識抗体を用いた場合、波長が４９５ｎｍの励起光を照射すると、波長が５１５ｎｍ付近の蛍光が出る。
【００１８】
次に、蛍光測定を例に本実施形態に係る測定装置について説明する。本実施形態に係る測定装置では、マイクロチップ１００を用いて、混合液中の蛍光物質が発光する蛍光の強度を測定する。図２は本実施形態に係る測定装置の概略を模式的に示す図である。図２においては、先のマイクロチップ１００がセットされて、測定対象空間Ｒを観察する様子が示されている。
【００１９】
図２において、２００は測定装置、２０１は光源、２０２はコリメートレンズ、２０４は集光レンズ、２０５は光検出器、２１０は蛍光ユニット、２１１は励起光選択フィルター、２１２はダイクロイックミラー、２１３は蛍光選択フィルター、２２１は第１ミラー、２２２は第２ミラーをそれぞれ示している。
【００２０】
光源２０１は、マイクロチップ１００に照射する光を射出する。コリメートレンズ２０２は、光源２０１から射出された光を平行光にする。このコリメートレンズ２０２は、光源２０１からマイクロチップ１００までの光路中、すなわち光源２０１の光射出側に配置されている。蛍光ユニット２１０は、励起光と蛍光を分離する。この蛍光ユニット２１０は、コリメートレンズ２０２からマイクロチップ１００までの光路中、すなわち、コリメートレンズ２０２の光射出側に配置されている。第１ミラー２２１と第２ミラー２２２は、励起光の集光・反射及び試料からの蛍光を反射する。この第１ミラー２２１と第２ミラー２２２は、蛍光ユニット２１０よりもマイクロチップ１００側の光路中に配置されている。マイクロチップ１００は不図示のステージに載置され、このステージは、第１ミラー２２１から第２ミラー２２２までの光路中に配置されている。光検出器２０５は、試料からの蛍光を受光して光量を検出する。光検出器２０５は、蛍光ユニット２１０を挟んでマイクロチップ１００の反対側に配置されている。集光レンズ２０４は、蛍光を光検出器２０５に集光させる。集光レンズ２０４は、光検出器２０５と蛍光ユニット２１０の間に配置されている。 光源２０１は、励起光を含む光を発するものである。この光源２０１としては、例えばハロゲンランプを使用することができる。この他に、光源２０１に水銀ランプ、レーザー、レーザーダイオード、ＬＥＤ等を用いることができる。
【００２１】
コリメートレンズ２０２は、光源２０１から射出された光を平行光に変換する。ここで、平行光の直径は、第２ミラー２２２の直径よりも大きくなっている。また、平行光を出射することができる光源を用いる場合には、コリメートレンズ２０２を省略することができる。ただし、コリメートレンズ２０２を省略した場合であっても、平行光の直径は第２ミラー２２２の直径よりも大きくなっている。なお、第２ミラー２２２の位置において、平行光の直径が第２ミラー２２２の直径よりも大きくなっていれば良い。
【００２２】
蛍光ユニット２１０は、励起光選択フィルター２１１、ダイクロイックミラー２１２、蛍光選択フィルター２１３とから構成されている。
【００２３】
励起光選択フィルター２１１は、特定の波長の光のみを選択的に透過させるものである。
【００２４】
ダイクロイックミラー２１２は、励起光選択フィルター２１１を透過した励起光を反射させる特性と、蛍光を透過させる特性を有する。また、ダイクロイックミラー２１２は、光源２０１側の光路に対して４５°の角度で配置されている。よって、ダイクロイックミラー２１２に入射した励起光は、９０°偏向されて、マイクロチップ１００に向かう。ここで、マイクロチップ１００の所定の空間を測定対象空間Ｒとすると、励起光は測定対象空間Ｒに入射する。
【００２５】
また、蛍光選択フィルター２１３としては、バンドパスフィルター、吸収フィルターなどがある。蛍光選択フィルター２１３には、目的とする蛍光物質の波長帯域に応じて、適切な光学特性を有するものを使用する。
【００２６】
測定対象空間Ｒから発せられた蛍光は、蛍光ユニット２１０の蛍光選択フィルター２１３を通過して、集光レンズ２０４に入射する。集光レンズ２０４に入射した光は、集光レンズ２０４によって集光あるいは収束される。集光点あるいは収束点には、光検出器２０５が配置されている。よって、蛍光は光検出器２０５によって検出される。光検出器２０５には、例えばフォトダイオード、フォトマルチプライヤー、冷却ＣＣＤ等を用いることができる。
【００２７】
上述のように、不図示のステージ上には、マイクロチップ１００が載置されている。また、第１ミラー２２１と第２ミラー２２２が、マイクロチップ１００を挟むように配置されている。よって、マイクロチップ１００の測定対象空間Ｒ近傍には、２つのミラー２２１、２２２が測定対象空間Ｒを挟むようにして設けられていることになる。図２に示すように、測定対象空間Ｒを挟んで蛍光ユニット２１０と反対側にあるミラーが、第１ミラー２２１である。また、蛍光ユニット２１０と同一側にあるミラーが、第２ミラー２２２である。第１ミラー２２１は図２に示すような凹面鏡であり、この凹面鏡の焦点距離をｆ１とする。同様に、第２ミラー２２２も凹面鏡であり、この凹面鏡の焦点距離をｆ２とする。
【００２８】
第２ミラー２２２の直径は、第２ミラー２２２に到達する平行光の直径よりも小さい。よって、第２ミラー２２２に到達する平行光のうち、中心部の光は第２ミラー２２２によって遮られる。一方、周辺部の光は第２ミラー２２２の外周部を通過して、マイクロチップ１００に入射する。この結果、マイクロチップ１００には、輪帯状の平行光が入射することになる。ここで測定対象空間Ｒは、第２ミラー２２２と対向する場所に位置している。そのため、輪帯状の平行光は、測定対象空間Ｒに到達しない。
【００２９】
マイクロチップ１００に入射した輪帯状の平行光は、マイクロチップ１００を通過する。ここで、第１ミラー２２１の直径は、第２ミラー２２２の直径大きくなっている。よって、輪帯状の平行光は第１ミラー２２１に入射する。第１ミラー２２１に入射した輪帯状の平行光は、第１ミラー２２１により、マイクロチップ１００に向けて反射される。このとき、凹面による反射が行なわれるので、反射された輪帯状の光は測定対象空間Ｒに集光する。これにより、測定対象空間Ｒが照明光で照射されることになる。
【００３０】
なお、第１ミラー２２１の直径は、平行光の直径と同じか、それよりも大きいのが好ましい。第１ミラー２２１の直径は、平行光の直径よりも小さくても構わないが、この場合は、輪帯状の平行光の一部しか反射できないので、光の利用効率が悪くなる。
【００３１】
本実施形態では、光源２０１からの光は、蛍光ユニット２１０の励起光選択フィルター２１１に入射する。これにより、目的とする励起光だけがマイクロチップ１００に入射する。さらに、励起光はマイクロチップ１００を通過して第１ミラー２２１に到達する。到達した光は第１ミラー２２１で反射され、図２に示すように、測定対象空間Ｒの流路内で集光する。そして、励起光の一部は流路内の測定対象空間Ｒに存在する試料によって吸収され、その結果、試料から蛍光が発生する。
【００３２】
また、試料によって吸収されなかった励起光は、マイクロチップ１００を通過し第２ミラー２２２に到達する。第２ミラー２２２に到達した励起光は、第２ミラー２２２で反射される。このとき、発散光が凹面で反射されるので、反射された励起光は平行光となって、第１ミラー２２１に到達する。以上のように、励起光は第１ミラー２２１と第２ミラー２２２との間で反射を繰り返す。
【００３３】
流路内で発生した蛍光は第１ミラー２２１で反射して平行光になる。ただし、平行光のうち、第２ミラー２２２に入射した光は、第２ミラー２２２によって遮られる。そのため、蛍光ユニット２１０に入射する蛍光は、励起光と同じように、輪帯状の平行光になる。蛍光ユニット２１０を通過した後に光検出器２０５に入射する。
【００３４】
このように励起光を測定対象空間Ｒに存在する試料（検体）に照射することによって、試料中の蛍光物質により発生した蛍光は、蛍光ユニット２１０を通過して光検出器２０５で検出される。なお、マイクロチップ１００から光検出器２０５方向に向かう励起光は、蛍光ユニット２１０の蛍光選択フィルタ２１３によってカットされるため、光検出器２０５には到達しない。
【００３５】
以上のような構成によれば、測定対象空間Ｒに存在する試料（検体）に重畳的に励起光を集光させることができ、蛍光物質の濃度が少ない試料（検体）の測定でも、蛍光強度を増幅させ、高いＳ／Ｎ比で蛍光強度を測定することが可能となる。その結果測定時間を短縮することができる。 次に、本発明における第１ミラー２２１、第２ミラー２２２、マイクロチップ１００に係る望ましい測定条件について説明する。
【００３６】
図３は本発明の実施形態に係る測定装置の検出部を示す図である。図３に示すように、第２ミラー２２２と第２基板１３２との間の距離はＬ１で、屈折率ｎ１の媒質で満たされているものとする。また、第２基板１３２の厚さはＬ２で、屈折率ｎ２の物質で形成されているものとする。また、第２基板１３２と第１基板１３１との間の距離はＬ３で、測定においては屈折率がｎ３の試料液で満たされているものとする。また、第１基板１３１の厚さはＬ４で屈折率ｎ４の物質で形成されているものとする。さらに、第１基板１３１と第１ミラー２２１との間の距離はＬ５で、屈折率ｎ５の媒質で満たされているものとする。通常、第２ミラー２２２と第２基板１３２との間の媒質、及び、第１基板１３１と第１ミラー２２１との間の媒質は空気であるため、ｎ１＝ｎ５＝１である。また、図３に示すように距離Ｌ１〜Ｌ５は、凹面鏡である第１ミラー２２１の最凹部の頂点の位置を０（原点）とし、上方を正の方向としたｘ軸座標によって表すものとする。
【００３７】
以上のように定めるとき、第２ミラー２２２と第１ミラー２２１との間隔の空気換算長Ｌは、
以下の式（１）で表される。
Ｌ＝Ｌ１／ｎ１＋Ｌ２／ｎ２＋Ｌ３／ｎ３＋Ｌ４／ｎ４＋Ｌ５／ｎ５ ・・・（１）
第１ミラー２２２及び第２ミラー２２１からの反射光が、第１基板１３１と第２基板１３２の間で集光するためには、まず、第１ミラー２２１の焦点距離ｆ１、第２ミラー２２２の焦点距離ｆ２、及び空気換算長Ｌとが、以下の式（２）を満たす必要がある。
ｆ１＋ｆ２＝Ｌ ・・・（２）
さらに、反射光の集光点を測定対象空間Ｒの内部に設定するためには、以下の式（３）、（４）を満たす必要がある。
Ｌ４／ｎ４＋Ｌ５／ｎ５＜ｆ１＜Ｌ３／ｎ３＋Ｌ４／ｎ４＋Ｌ５／ｎ５ ・・・（３）
Ｌ１／ｎ１＋Ｌ２／ｎ２＜ｆ２＜Ｌ１／ｎ１＋Ｌ２／ｎ２＋Ｌ３／ｎ３ ・・・（４）
式（３）を満足すれば、平行光が第１ミラー２２１に到達したとき、第１ミラー２２１による反射光の集光位置を測定対象空間Ｒの内部に設定することができる。また、式（４）を満足すれば、平行光が第２ミラー２２２に到達したとき、第１ミラー２２２による反射光の集光位置を測定対象空間Ｒの内部に設定することができる。従って、以上のような式（１）乃至式（４）を満足すれば、測定対象空間Ｒに存在する試料（検体）に重畳的に励起光を集光させることができ、蛍光物質の濃度が少ない試料（検体）の測定でも、蛍光強度を増幅させ、高いＳ／Ｎ比で蛍光測定することが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、第１ミラー２２１及び第２ミラー２２２をシリンドリカルミラーで構成している。また、これら２つのシリンドリカルミラーは、それぞれの曲率方向（又は母線方向）が同じ方向になるように配置されている。本実施形態によれば、励起光が測定対象空間Ｒの流路内の試料中にライン状で集光することとなる。すなわち、流路内の試料（検体）をライン状に存在する多点で蛍光測定するのと同等の効果が得られるため、試料の濃度ムラや濃度勾配の影響を少なくすることができる。
【００３９】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態では、第１ミラー２２１及び第２ミラー２２２を放物面鏡で構成する。放物面鏡では、放物面の軸に平行に入射し、放物面で反射した光線は、無収差で放物面の焦点に集光する。また、逆に放物面の焦点から放射された光線は、放物面鏡で反射すると放物面の軸に平行な光線となる。したがって、本実施形態によれば、第１ミラー２２１で反射して、第１ミラーの焦点で集光した励起光は、第２ミラー２２２に入射して、再び反射して平行光となる。これにより励起光が、測定対象空間Ｒにおける試料（検体）の同一位置を繰り返し透過することにより、励起光の利用効率を高めることができる。このため、微弱な蛍光を増幅させて、効率よく検出することができる。
【００４０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図４は本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を模式的に示す図である。本実施形態では、図４に示すように、第２ミラー２２２が、マイクロチップ１００に一体成型される構成となっている。本実施形態によれば、励起光の焦光点から第２ミラー２２２までの距離が短くなるため、第２ミラー２２２のサイズを小さくできる。そのため、第２ミラー２２２によって入射が妨げられる励起光の光量ロスを少なくできる。また、第１ミラー２２１で反射された蛍光も、第２ミラー２２２によって出射が妨げられる蛍光の光量ロスを少なくできる。よって、このように第２ミラー２２２をマイクロチップ１００と一体成型する本実施形態によれば、微弱な蛍光を増幅させて、さらに効率よく検出することができる。
【００４１】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態では、第２ミラー２２２の波長特性は、励起光を反射し、蛍光波長を透過するものとする。具体的には、第２ミラー２２２をダイクロイックミラーとする。このような実施形態によれば、測定対象空間Ｒにおける試料（検体）で発生した蛍光は第２ミラー２２２を透過することができるため、より効率的に蛍光を検出することが可能となる。
【００４２】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図５は本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を含む測定光学系の概略を示す図である。本実施形態が図２に示す実施形態と異なる点は、蛍光が光検出器２０５に入射する前段にピンホール２２０を設けて、共焦点光学系を構成した点である。また、光源としてレーザーを使用してもよい。励起光の焦光点の共役位置にピンホールを配置する。また、励起光がマイクロチップ１００に入射すると、マイクロチップ自体が蛍光を放射して、背景ノイズとなることがある。これを自家蛍光と呼ぶが、このような共焦点光学系を構成することによって、マイクロチップ１００による自家蛍光がノイズとして光検出器２０５に入射することを防止することができる。そのため、本実施形態によれば、蛍光のＳ／Ｎ比をより高くすることができる。
【００４３】
次に、さらに他の実施形態について説明する。図６は本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を含む測定光学系の概略を示す図である。図６に示す実施形態は、励起光の光軸に対して、垂直の方向から測定するように構成されている。
【００４４】
図６において、２５１は光源、２５２はコリメートレンズ、２５４は集光レンズ、２６０は励起光カットフィルター、２６１は光検出器をそれぞれ示している。また、図２と同じ符号が付された構成は、図２に関連して説明した構成と同様であるので説明を省略する。
【００４５】
本実施形態では、光源２５１から射出された励起光は、コリメートレンズ２５２で平行光とされ、第１ミラー２２１と第２ミラー２２２との間に挟まれたマイクロチップ１００の測定対象空間Ｒへ入射する。第１ミラー２２１と第２ミラー２２２による集光の原理は先の実施形態と同様である。
【００４６】
本実施形態では、測定対象空間Ｒに存在する試料（検体）が放射する蛍光を、入射光の光軸とは垂直の方向から測定する。より具体的には、光検出器２６１の手前には励起光カットフィルター２６０を配置する。そして、励起光の集光点と光検出器２６１とが共役位置関係となるように集光レンズ２５４を配置する。
【００４７】
以上のように構成される本実施形態では、先の実施形態と同様の効果に加え、第２ミラー２２２による光量ロスがなく、光検出器２６１で効率よく蛍光を検出することができる。
【００４８】
次に、以上のように構成される本発明の測定装置を用いて測定する際の測定方法について説明する。図７は本発明の実施形態に係る測定方法の測定フローを示す図である。
【００４９】
図７において、ステップＳ１００で測定が開始される。続いて、ステップＳ１０１に進み、測定装置２００にマイクロチップ１００をセットする。そして、第１液導入口１１１から第１液を導入、第２液導入口１１２から第２液を導入し、第３流路で混合させ、測定対象空間Ｒに試料（検体）を導入する。ステップＳ１０２では、試料（検体）から放射される蛍光の測定を行う。
【００５０】
ステップＳ１０３では、光検出器で検出可能な光量の限界を下回っているか否かが判定される。
ステップＳ１０３における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップ１０５に進み、測定処理を終了とする。
【００５１】
ステップＳ１０３における判定の結果がＮＯであるときにはステップ１０４に進み、測定系における光量の調整を実行し、さらにステップＳ１０２で再度蛍光測定を実行する。
【００５２】
このように光量の調整を行いつつ、測定を実行することで、さらに高いＳ／Ｎ比で蛍光測定を行なうことができる。
【００５３】
ここで、光量の調整には、測定光路中にＮＤフィルターを設けるか、光源の出力が可変の場合には光源の出力を下げるか、光検出器のゲインを下げるか、光検出器の露出時間を短くするか、のいずれかを用いるか、或いは、任意の組み合わせを用いるかを適宜選択することができる。
【００５４】
以上、本発明の測定装置及び測定方法によれば、測定対象空間Ｒに存在する試料（検体）に重畳的に励起光を集光させることができ、蛍光物質の濃度が少ない試料（検体）でも、蛍光強度を増幅させ、高いＳ／Ｎ比で測定することが可能となる。その結果、測定時間を短縮することができる。
【００５５】
なお、本明細書においては、種々の実施形態について説明したが、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成された実施形態も本発明の範疇となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係る測定装置に用いるマイクロチップを示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を含む測定光学系の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る測定装置の検出部を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を含む測定光学系の概略を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を含む測定光学系の概略を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る測定方法の測定フローを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１００・・・マイクロチップ、１１１・・・第１液導入口、１１２・・・第２液導入口、１１３・・・検出部、１１５・・・排出口、１２１・・・第１流路、１２２・・・第２流路、１２３・・・第３流路、１３１・・・第１基板、１３２・・・第２基板、２００・・・測定装置、２０１・・・光源、２０２・・・コリメートレンズ、２０４・・・集光レンズ、２０５・・・光検出器、２１０・・・蛍光ユニット、２１１・・・励起光選択フィルター、２１２・・・ダイクロイックミラー、２１３・・・蛍光選択フィルター、２２０・・・ピンホール、２２１・・・第１ミラー、２２２・・・第２ミラー、２２３・・・第２ミラー、２５１・・・光源、２５２・・・コリメートレンズ、２５４・・・集光レンズ、２６０・・・励起光カットフィルター、２６１・・・光検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小試料の蛍光測定装置に関し、より具体的には、マイクロチップなどの微小な蛍光スポットを効率的に測定可能とする測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来利用されてきた測定装置を小型化し、極微量の液体試薬を反応させるＬＯＣ（Ｌａｂ． ｏｎ a ｃｈｉｐ／ラボオンアチップ）の技術に関する検討が進んでいる。このＬＯＣ技術では、１０ｃｍから数ｃｍ角程度以下のチップが用いられる。このチップは、プラスチック製やガラス製やシリコン製であって、その表面に溝が形成されている。ＬＯＣでは、その溝中に試薬溶液や試料を流して分離、 反応を行って、微量試料の分析を行っている。これにより、例えば血液などの試料（検体）を微量にすることができる。このため、ＬＯＣ技術においては、試料量、 検出に必要な試薬量、 検出に用いた消耗品等の廃棄物、 廃液の量がいずれも少なくなる上、検出に必要な時間もおおむね短時間で済むという利点がある。
【０００３】
上記のようなＬＯＣ技術で用いられる測定装置としては、特許文献１に開示された測定装置がある。この測定措置では、微量試料に励起光を照射して、前記微量試料からの蛍光を検出している。
【特許文献１】特開２００７−７８５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＬＯＣ技術で用いられる測定装置では、試料の量が微量である。この場合、微量試料から発生する蛍光は、一般的に励起光に対して極めて微弱である。このため、このような超微弱光を観測するには、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、長時間の露光を行なう必要があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記のような課題を解決するためのものであり、そのために請求項１に係る発明は、
光源と、試料を保持する保持部材と第１の凹面ミラーと第２の凹面ミラーとを備え、前記第２の凹面ミラーは、前記光源から前記保持部材までの光路中に配置され、前記第１の凹面ミラーは、前記保持部材を挟んで前記第２の凹面ミラーと対向するように配置され、前記第１の凹面ミラーと前記第２の凹面ミラーは、互いの凹面が向き合うように配置され、前記１の凹面ミラーの外形が、前記２の凹面ミラーの外形よりも大きい
ことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の測定装置において、前記第１の凹面ミラーと前記第２の凹面ミラーは、各々の焦点位置が一致するように配置されている
ことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の測定装置において、前記光源と前記第１の凹面ミラーの間に光学系を有し、該光学系は前記光源からの光を平行光に変換し、
該平行光の径が前記第２の凹面ミラーよりも大きい
ことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の測定装置において、前記第１の凹面ミラーと及び前記第２の凹面ミラーはシリンドリカルミラーであって、
これら２つのシリンドリカルミラーのそれぞれの曲率方向が同じ方向である
ことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の測定装置において、前記第１の凹面ミラー及び前記第２の凹面ミラーが放物面鏡である
ことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項６に係る発明は、輪帯状の平行光を、試料の一方側から入射させる第１照射工程、
試料を通過した前記平行光を試料に向けて反射すると共に、試料内で集光させる第２照射工程、
試料内から発散しながら射出する光を反射させて平行光とし、この平行光を試料の他方の側から入射させる第３照射工程を備え、前記第２照射工程と前記第３照射工程を繰り返し行ない、
前記試料からの光を検出する測定方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の測定装置及び測定方法によれば、長時間の露光を行なわなくても、高いＳ／Ｎ比で蛍光強度を測定することが可能となる。また、長時間の露光を行なわなくても良いことから、測定時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１はマイクロチップを示す図である。このマイクロチップは、本発明の実施形態に係る測定装置に用いられる。図１（ａ）はマイクロチップの上面図であり、流路も併せて示してある。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）中Ａ−Ａ’の断面を模式的に示す図である。 図１及び図２において、１００はマイクロチップ、１１１は第１液導入口、１１２は第２液導入口、１１３は検出部、１１５は排出口、１２１は第１流路、１２２は第２流路、１２３は第３流路、１３１は第１基板、１３２は第２基板をそれぞれ示している。
【００１３】
免疫測定装置は、例えば、臨床検査医療において、血清中に含まれる腫瘍マーカー、各種ホルモン、感染症の病原体の抗体等の測定に用いられる。この種の測定装置においては、被験者の負担を軽減するために、例えば血液のような測定に用いる試料（検体）の量をより少なくすることが求められている。このような少量の試料（検体）の測定を可能にする技術として、大きさ数ｃｍのプラスチック製基板に設けられた微小な流路内で試料（検体）および試薬の導入、攪拌、測定および排出を行うものがＬＯＣ（Ｌａｂ． ｏｎ a ｃｈｉｐ／ラボオンアチップ）技術がある。図１に示したマイクロチップ１００は、このＬＯＣ技術で用いられるものの一例である。
【００１４】
図１のマイクロチップ１００には微小な流路が形成されている。この微小な流路である第１流路１２１、第２流路１２２及び第３流路１２３がほぼＹ字型に連結している。第１流路の端部には第１液を導入する第１液導入口１１１が、第２流路の端部には第２液を導入する第２液導入口１１２がそれぞれ連結し、第３流路１２３内の混合部で、第１液と第２液とを混合する。第３流路１２３中にある検出部１１３には、空間Ｒが設けられている（以下、この空間Ｒを測定対象空間と呼ぶ）。排出口１１５からは、混合された第１液と第２液とを排出することができる。
【００１５】
マイクロチップ１００は、以下のような方法により作成することができる。例えば、上記のような流路に対応する溝が形成された第２基板１３２と、導入口と排出口とが形成された第１基板１３１とを用意し、第１基板１３１と第２基板１３２とを張り合わせて構成することができる。これらの基板は、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）やアクリルレジン（ＰＭＭＡ）などの樹脂材料をシリコンの型から射出成型して作製することができる。また、マイクロチップ１００の別の作製方法としては、例えば半導体の加工技術を応用して、シリコン等の基板上に流路となる溝を異方性エッチング等の微細加工技術を用いて形成した後、この溝を覆う蓋体を基板上に接合することによって作製してもかまわない。また、マイクロチップ１００のさらに別の作製方法としては、ガラス基板から作製する手法も知られている。
【００１６】
マイクロチップ１００の形状の一例を挙げると、外形寸法は、例えば約８０ｍｍ×６０ｍｍ×２．５ｍｍである。流路の幅は約０．５ｍｍ、また、流路の深さは約１ｍｍである。例えば、第１液導入口１１１に試料（検体）、第２液導入口１１２に試薬を導入し、合流点で合流させる。混合液は、第３流路内で混合し、所定の生化学反応が起きる。この反応は測定対象空間Ｒで測定装置によって観察される。
【００１７】
例えば、免疫学的検査では、抗原抗体反応を利用し、混合液に発光したり蛍光を発したりする標識抗体を添加することで、励起光を照射した際に発生する蛍光の強度を光検出器で検出する。例えば、フルオレシンの結合した標識抗体を用いた場合、波長が４９５ｎｍの励起光を照射すると、波長が５１５ｎｍ付近の蛍光が出る。
【００１８】
次に、蛍光測定を例に本実施形態に係る測定装置について説明する。本実施形態に係る測定装置では、マイクロチップ１００を用いて、混合液中の蛍光物質が発光する蛍光の強度を測定する。図２は本実施形態に係る測定装置の概略を模式的に示す図である。図２においては、先のマイクロチップ１００がセットされて、測定対象空間Ｒを観察する様子が示されている。
【００１９】
図２において、２００は測定装置、２０１は光源、２０２はコリメートレンズ、２０４は集光レンズ、２０５は光検出器、２１０は蛍光ユニット、２１１は励起光選択フィルター、２１２はダイクロイックミラー、２１３は蛍光選択フィルター、２２１は第１ミラー、２２２は第２ミラーをそれぞれ示している。
【００２０】
光源２０１は、マイクロチップ１００に照射する光を射出する。コリメートレンズ２０２は、光源２０１から射出された光を平行光にする。このコリメートレンズ２０２は、光源２０１からマイクロチップ１００までの光路中、すなわち光源２０１の光射出側に配置されている。蛍光ユニット２１０は、励起光と蛍光を分離する。この蛍光ユニット２１０は、コリメートレンズ２０２からマイクロチップ１００までの光路中、すなわち、コリメートレンズ２０２の光射出側に配置されている。第１ミラー２２１と第２ミラー２２２は、励起光の集光・反射及び試料からの蛍光を反射する。この第１ミラー２２１と第２ミラー２２２は、蛍光ユニット２１０よりもマイクロチップ１００側の光路中に配置されている。マイクロチップ１００は不図示のステージに載置され、このステージは、第１ミラー２２１から第２ミラー２２２までの光路中に配置されている。光検出器２０５は、試料からの蛍光を受光して光量を検出する。光検出器２０５は、蛍光ユニット２１０を挟んでマイクロチップ１００の反対側に配置されている。集光レンズ２０４は、蛍光を光検出器２０５に集光させる。集光レンズ２０４は、光検出器２０５と蛍光ユニット２１０の間に配置されている。 光源２０１は、励起光を含む光を発するものである。この光源２０１としては、例えばハロゲンランプを使用することができる。この他に、光源２０１に水銀ランプ、レーザー、レーザーダイオード、ＬＥＤ等を用いることができる。
【００２１】
コリメートレンズ２０２は、光源２０１から射出された光を平行光に変換する。ここで、平行光の直径は、第２ミラー２２２の直径よりも大きくなっている。また、平行光を出射することができる光源を用いる場合には、コリメートレンズ２０２を省略することができる。ただし、コリメートレンズ２０２を省略した場合であっても、平行光の直径は第２ミラー２２２の直径よりも大きくなっている。なお、第２ミラー２２２の位置において、平行光の直径が第２ミラー２２２の直径よりも大きくなっていれば良い。
【００２２】
蛍光ユニット２１０は、励起光選択フィルター２１１、ダイクロイックミラー２１２、蛍光選択フィルター２１３とから構成されている。
【００２３】
励起光選択フィルター２１１は、特定の波長の光のみを選択的に透過させるものである。
【００２４】
ダイクロイックミラー２１２は、励起光選択フィルター２１１を透過した励起光を反射させる特性と、蛍光を透過させる特性を有する。また、ダイクロイックミラー２１２は、光源２０１側の光路に対して４５°の角度で配置されている。よって、ダイクロイックミラー２１２に入射した励起光は、９０°偏向されて、マイクロチップ１００に向かう。ここで、マイクロチップ１００の所定の空間を測定対象空間Ｒとすると、励起光は測定対象空間Ｒに入射する。
【００２５】
また、蛍光選択フィルター２１３としては、バンドパスフィルター、吸収フィルターなどがある。蛍光選択フィルター２１３には、目的とする蛍光物質の波長帯域に応じて、適切な光学特性を有するものを使用する。
【００２６】
測定対象空間Ｒから発せられた蛍光は、蛍光ユニット２１０の蛍光選択フィルター２１３を通過して、集光レンズ２０４に入射する。集光レンズ２０４に入射した光は、集光レンズ２０４によって集光あるいは収束される。集光点あるいは収束点には、光検出器２０５が配置されている。よって、蛍光は光検出器２０５によって検出される。光検出器２０５には、例えばフォトダイオード、フォトマルチプライヤー、冷却ＣＣＤ等を用いることができる。
【００２７】
上述のように、不図示のステージ上には、マイクロチップ１００が載置されている。また、第１ミラー２２１と第２ミラー２２２が、マイクロチップ１００を挟むように配置されている。よって、マイクロチップ１００の測定対象空間Ｒ近傍には、２つのミラー２２１、２２２が測定対象空間Ｒを挟むようにして設けられていることになる。図２に示すように、測定対象空間Ｒを挟んで蛍光ユニット２１０と反対側にあるミラーが、第１ミラー２２１である。また、蛍光ユニット２１０と同一側にあるミラーが、第２ミラー２２２である。第１ミラー２２１は図２に示すような凹面鏡であり、この凹面鏡の焦点距離をｆ１とする。同様に、第２ミラー２２２も凹面鏡であり、この凹面鏡の焦点距離をｆ２とする。
【００２８】
第２ミラー２２２の直径は、第２ミラー２２２に到達する平行光の直径よりも小さい。よって、第２ミラー２２２に到達する平行光のうち、中心部の光は第２ミラー２２２によって遮られる。一方、周辺部の光は第２ミラー２２２の外周部を通過して、マイクロチップ１００に入射する。この結果、マイクロチップ１００には、輪帯状の平行光が入射することになる。ここで測定対象空間Ｒは、第２ミラー２２２と対向する場所に位置している。そのため、輪帯状の平行光は、測定対象空間Ｒに到達しない。
【００２９】
マイクロチップ１００に入射した輪帯状の平行光は、マイクロチップ１００を通過する。ここで、第１ミラー２２１の直径は、第２ミラー２２２の直径大きくなっている。よって、輪帯状の平行光は第１ミラー２２１に入射する。第１ミラー２２１に入射した輪帯状の平行光は、第１ミラー２２１により、マイクロチップ１００に向けて反射される。このとき、凹面による反射が行なわれるので、反射された輪帯状の光は測定対象空間Ｒに集光する。これにより、測定対象空間Ｒが照明光で照射されることになる。
【００３０】
なお、第１ミラー２２１の直径は、平行光の直径と同じか、それよりも大きいのが好ましい。第１ミラー２２１の直径は、平行光の直径よりも小さくても構わないが、この場合は、輪帯状の平行光の一部しか反射できないので、光の利用効率が悪くなる。
【００３１】
本実施形態では、光源２０１からの光は、蛍光ユニット２１０の励起光選択フィルター２１１に入射する。これにより、目的とする励起光だけがマイクロチップ１００に入射する。さらに、励起光はマイクロチップ１００を通過して第１ミラー２２１に到達する。到達した光は第１ミラー２２１で反射され、図２に示すように、測定対象空間Ｒの流路内で集光する。そして、励起光の一部は流路内の測定対象空間Ｒに存在する試料によって吸収され、その結果、試料から蛍光が発生する。
【００３２】
また、試料によって吸収されなかった励起光は、マイクロチップ１００を通過し第２ミラー２２２に到達する。第２ミラー２２２に到達した励起光は、第２ミラー２２２で反射される。このとき、発散光が凹面で反射されるので、反射された励起光は平行光となって、第１ミラー２２１に到達する。以上のように、励起光は第１ミラー２２１と第２ミラー２２２との間で反射を繰り返す。
【００３３】
流路内で発生した蛍光は第１ミラー２２１で反射して平行光になる。ただし、平行光のうち、第２ミラー２２２に入射した光は、第２ミラー２２２によって遮られる。そのため、蛍光ユニット２１０に入射する蛍光は、励起光と同じように、輪帯状の平行光になる。蛍光ユニット２１０を通過した後に光検出器２０５に入射する。
【００３４】
このように励起光を測定対象空間Ｒに存在する試料（検体）に照射することによって、試料中の蛍光物質により発生した蛍光は、蛍光ユニット２１０を通過して光検出器２０５で検出される。なお、マイクロチップ１００から光検出器２０５方向に向かう励起光は、蛍光ユニット２１０の蛍光選択フィルタ２１３によってカットされるため、光検出器２０５には到達しない。
【００３５】
以上のような構成によれば、測定対象空間Ｒに存在する試料（検体）に重畳的に励起光を集光させることができ、蛍光物質の濃度が少ない試料（検体）の測定でも、蛍光強度を増幅させ、高いＳ／Ｎ比で蛍光強度を測定することが可能となる。その結果測定時間を短縮することができる。 次に、本発明における第１ミラー２２１、第２ミラー２２２、マイクロチップ１００に係る望ましい測定条件について説明する。
【００３６】
図３は本発明の実施形態に係る測定装置の検出部を示す図である。図３に示すように、第２ミラー２２２と第２基板１３２との間の距離はＬ１で、屈折率ｎ１の媒質で満たされているものとする。また、第２基板１３２の厚さはＬ２で、屈折率ｎ２の物質で形成されているものとする。また、第２基板１３２と第１基板１３１との間の距離はＬ３で、測定においては屈折率がｎ３の試料液で満たされているものとする。また、第１基板１３１の厚さはＬ４で屈折率ｎ４の物質で形成されているものとする。さらに、第１基板１３１と第１ミラー２２１との間の距離はＬ５で、屈折率ｎ５の媒質で満たされているものとする。通常、第２ミラー２２２と第２基板１３２との間の媒質、及び、第１基板１３１と第１ミラー２２１との間の媒質は空気であるため、ｎ１＝ｎ５＝１である。また、図３に示すように距離Ｌ１〜Ｌ５は、凹面鏡である第１ミラー２２１の最凹部の頂点の位置を０（原点）とし、上方を正の方向としたｘ軸座標によって表すものとする。
【００３７】
以上のように定めるとき、第２ミラー２２２と第１ミラー２２１との間隔の空気換算長Ｌは、
以下の式（１）で表される。
Ｌ＝Ｌ１／ｎ１＋Ｌ２／ｎ２＋Ｌ３／ｎ３＋Ｌ４／ｎ４＋Ｌ５／ｎ５ ・・・（１）
第１ミラー２２２及び第２ミラー２２１からの反射光が、第１基板１３１と第２基板１３２の間で集光するためには、まず、第１ミラー２２１の焦点距離ｆ１、第２ミラー２２２の焦点距離ｆ２、及び空気換算長Ｌとが、以下の式（２）を満たす必要がある。
ｆ１＋ｆ２＝Ｌ ・・・（２）
さらに、反射光の集光点を測定対象空間Ｒの内部に設定するためには、以下の式（３）、（４）を満たす必要がある。
Ｌ４／ｎ４＋Ｌ５／ｎ５＜ｆ１＜Ｌ３／ｎ３＋Ｌ４／ｎ４＋Ｌ５／ｎ５ ・・・（３）
Ｌ１／ｎ１＋Ｌ２／ｎ２＜ｆ２＜Ｌ１／ｎ１＋Ｌ２／ｎ２＋Ｌ３／ｎ３ ・・・（４）
式（３）を満足すれば、平行光が第１ミラー２２１に到達したとき、第１ミラー２２１による反射光の集光位置を測定対象空間Ｒの内部に設定することができる。また、式（４）を満足すれば、平行光が第２ミラー２２２に到達したとき、第１ミラー２２２による反射光の集光位置を測定対象空間Ｒの内部に設定することができる。従って、以上のような式（１）乃至式（４）を満足すれば、測定対象空間Ｒに存在する試料（検体）に重畳的に励起光を集光させることができ、蛍光物質の濃度が少ない試料（検体）の測定でも、蛍光強度を増幅させ、高いＳ／Ｎ比で蛍光測定することが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、第１ミラー２２１及び第２ミラー２２２をシリンドリカルミラーで構成している。また、これら２つのシリンドリカルミラーは、それぞれの曲率方向（又は母線方向）が同じ方向になるように配置されている。本実施形態によれば、励起光が測定対象空間Ｒの流路内の試料中にライン状で集光することとなる。すなわち、流路内の試料（検体）をライン状に存在する多点で蛍光測定するのと同等の効果が得られるため、試料の濃度ムラや濃度勾配の影響を少なくすることができる。
【００３９】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態では、第１ミラー２２１及び第２ミラー２２２を放物面鏡で構成する。放物面鏡では、放物面の軸に平行に入射し、放物面で反射した光線は、無収差で放物面の焦点に集光する。また、逆に放物面の焦点から放射された光線は、放物面鏡で反射すると放物面の軸に平行な光線となる。したがって、本実施形態によれば、第１ミラー２２１で反射して、第１ミラーの焦点で集光した励起光は、第２ミラー２２２に入射して、再び反射して平行光となる。これにより励起光が、測定対象空間Ｒにおける試料（検体）の同一位置を繰り返し透過することにより、励起光の利用効率を高めることができる。このため、微弱な蛍光を増幅させて、効率よく検出することができる。
【００４０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図４は本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を模式的に示す図である。本実施形態では、図４に示すように、第２ミラー２２２が、マイクロチップ１００に一体成型される構成となっている。本実施形態によれば、励起光の焦光点から第２ミラー２２２までの距離が短くなるため、第２ミラー２２２のサイズを小さくできる。そのため、第２ミラー２２２によって入射が妨げられる励起光の光量ロスを少なくできる。また、第１ミラー２２１で反射された蛍光も、第２ミラー２２２によって出射が妨げられる蛍光の光量ロスを少なくできる。よって、このように第２ミラー２２２をマイクロチップ１００と一体成型する本実施形態によれば、微弱な蛍光を増幅させて、さらに効率よく検出することができる。
【００４１】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態では、第２ミラー２２２の波長特性は、励起光を反射し、蛍光波長を透過するものとする。具体的には、第２ミラー２２２をダイクロイックミラーとする。このような実施形態によれば、測定対象空間Ｒにおける試料（検体）で発生した蛍光は第２ミラー２２２を透過することができるため、より効率的に蛍光を検出することが可能となる。
【００４２】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図５は本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を含む測定光学系の概略を示す図である。本実施形態が図２に示す実施形態と異なる点は、蛍光が光検出器２０５に入射する前段にピンホール２２０を設けて、共焦点光学系を構成した点である。また、光源としてレーザーを使用してもよい。励起光の焦光点の共役位置にピンホールを配置する。また、励起光がマイクロチップ１００に入射すると、マイクロチップ自体が蛍光を放射して、背景ノイズとなることがある。これを自家蛍光と呼ぶが、このような共焦点光学系を構成することによって、マイクロチップ１００による自家蛍光がノイズとして光検出器２０５に入射することを防止することができる。そのため、本実施形態によれば、蛍光のＳ／Ｎ比をより高くすることができる。
【００４３】
次に、さらに他の実施形態について説明する。図６は本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を含む測定光学系の概略を示す図である。図６に示す実施形態は、励起光の光軸に対して、垂直の方向から測定するように構成されている。
【００４４】
図６において、２５１は光源、２５２はコリメートレンズ、２５４は集光レンズ、２６０は励起光カットフィルター、２６１は光検出器をそれぞれ示している。また、図２と同じ符号が付された構成は、図２に関連して説明した構成と同様であるので説明を省略する。
【００４５】
本実施形態では、光源２５１から射出された励起光は、コリメートレンズ２５２で平行光とされ、第１ミラー２２１と第２ミラー２２２との間に挟まれたマイクロチップ１００の測定対象空間Ｒへ入射する。第１ミラー２２１と第２ミラー２２２による集光の原理は先の実施形態と同様である。
【００４６】
本実施形態では、測定対象空間Ｒに存在する試料（検体）が放射する蛍光を、入射光の光軸とは垂直の方向から測定する。より具体的には、光検出器２６１の手前には励起光カットフィルター２６０を配置する。そして、励起光の集光点と光検出器２６１とが共役位置関係となるように集光レンズ２５４を配置する。
【００４７】
以上のように構成される本実施形態では、先の実施形態と同様の効果に加え、第２ミラー２２２による光量ロスがなく、光検出器２６１で効率よく蛍光を検出することができる。
【００４８】
次に、以上のように構成される本発明の測定装置を用いて測定する際の測定方法について説明する。図７は本発明の実施形態に係る測定方法の測定フローを示す図である。
【００４９】
図７において、ステップＳ１００で測定が開始される。続いて、ステップＳ１０１に進み、測定装置２００にマイクロチップ１００をセットする。そして、第１液導入口１１１から第１液を導入、第２液導入口１１２から第２液を導入し、第３流路で混合させ、測定対象空間Ｒに試料（検体）を導入する。ステップＳ１０２では、試料（検体）から放射される蛍光の測定を行う。
【００５０】
ステップＳ１０３では、光検出器で検出可能な光量の限界を下回っているか否かが判定される。
ステップＳ１０３における判定の結果がＹＥＳであるときにはステップ１０５に進み、測定処理を終了とする。
【００５１】
ステップＳ１０３における判定の結果がＮＯであるときにはステップ１０４に進み、測定系における光量の調整を実行し、さらにステップＳ１０２で再度蛍光測定を実行する。
【００５２】
このように光量の調整を行いつつ、測定を実行することで、さらに高いＳ／Ｎ比で蛍光測定を行なうことができる。
【００５３】
ここで、光量の調整には、測定光路中にＮＤフィルターを設けるか、光源の出力が可変の場合には光源の出力を下げるか、光検出器のゲインを下げるか、光検出器の露出時間を短くするか、のいずれかを用いるか、或いは、任意の組み合わせを用いるかを適宜選択することができる。
【００５４】
以上、本発明の測定装置及び測定方法によれば、測定対象空間Ｒに存在する試料（検体）に重畳的に励起光を集光させることができ、蛍光物質の濃度が少ない試料（検体）でも、蛍光強度を増幅させ、高いＳ／Ｎ比で測定することが可能となる。その結果、測定時間を短縮することができる。
【００５５】
なお、本明細書においては、種々の実施形態について説明したが、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成された実施形態も本発明の範疇となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係る測定装置に用いるマイクロチップを示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を含む測定光学系の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る測定装置の検出部を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を含む測定光学系の概略を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る測定装置の検出部の断面図を含む測定光学系の概略を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る測定方法の測定フローを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１００・・・マイクロチップ、１１１・・・第１液導入口、１１２・・・第２液導入口、１１３・・・検出部、１１５・・・排出口、１２１・・・第１流路、１２２・・・第２流路、１２３・・・第３流路、１３１・・・第１基板、１３２・・・第２基板、２００・・・測定装置、２０１・・・光源、２０２・・・コリメートレンズ、２０４・・・集光レンズ、２０５・・・光検出器、２１０・・・蛍光ユニット、２１１・・・励起光選択フィルター、２１２・・・ダイクロイックミラー、２１３・・・蛍光選択フィルター、２２０・・・ピンホール、２２１・・・第１ミラー、２２２・・・第２ミラー、２２３・・・第２ミラー、２５１・・・光源、２５２・・・コリメートレンズ、２５４・・・集光レンズ、２６０・・・励起光カットフィルター、２６１・・・光検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
試料を保持する保持部材と
第１の凹面ミラーと
第２の凹面ミラーとを備え、
前記第２の凹面ミラーは、前記光源から前記保持部材までの光路中に配置され、
前記第１の凹面ミラーは、前記保持部材を挟んで前記第２の凹面ミラーと対向するように配置され、
前記第１の凹面ミラーと前記第２の凹面ミラーは、互いの凹面が向き合うように配置され、
前記１の凹面ミラーの外形が、前記２の凹面ミラーの外形よりも大きいことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記第１の凹面ミラーと前記第２の凹面ミラーは、各々の焦点位置が一致するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記光源と前記第１の凹面ミラーの間に光学系を有し、
該光学系は前記光源からの光を平行光に変換し、
該平行光の径が前記第２の凹面ミラーよりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記第１の凹面ミラーと及び前記第２の凹面ミラーはシリンドリカルミラーであって、
これら２つのシリンドリカルミラーのそれぞれの曲率方向が同じ方向であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記第１の凹面ミラー及び前記第２の凹面ミラーが放物面鏡であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
輪帯状の平行光を、試料の一方側から入射させる第１照射工程、
試料を通過した前記平行光を試料に向けて反射すると共に、試料内で集光させる第２照射工程、
試料内から発散しながら射出する光を反射させて平行光とし、この平行光を試料の他方の側から入射させる第３照射工程を備え、
前記第２照射工程と前記第３照射工程を繰り返し行ない、
前記試料からの光を検出する測定方法。
【請求項１】
光源と、
試料を保持する保持部材と
第１の凹面ミラーと
第２の凹面ミラーとを備え、
前記第２の凹面ミラーは、前記光源から前記保持部材までの光路中に配置され、
前記第１の凹面ミラーは、前記保持部材を挟んで前記第２の凹面ミラーと対向するように配置され、
前記第１の凹面ミラーと前記第２の凹面ミラーは、互いの凹面が向き合うように配置され、
前記１の凹面ミラーの外形が、前記２の凹面ミラーの外形よりも大きいことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記第１の凹面ミラーと前記第２の凹面ミラーは、各々の焦点位置が一致するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記光源と前記第１の凹面ミラーの間に光学系を有し、
該光学系は前記光源からの光を平行光に変換し、
該平行光の径が前記第２の凹面ミラーよりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記第１の凹面ミラーと及び前記第２の凹面ミラーはシリンドリカルミラーであって、
これら２つのシリンドリカルミラーのそれぞれの曲率方向が同じ方向であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記第１の凹面ミラー及び前記第２の凹面ミラーが放物面鏡であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
輪帯状の平行光を、試料の一方側から入射させる第１照射工程、
試料を通過した前記平行光を試料に向けて反射すると共に、試料内で集光させる第２照射工程、
試料内から発散しながら射出する光を反射させて平行光とし、この平行光を試料の他方の側から入射させる第３照射工程を備え、
前記第２照射工程と前記第３照射工程を繰り返し行ない、
前記試料からの光を検出する測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１５６６５９（Ｐ２００９−１５６６５９Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３３５８４（Ｐ２００７−３３３５８４）
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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