蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システム
【課題】簡単な構成で蛍光を効率よく受光することができる小型の蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システムを提供する。
【解決手段】蛍光物質に励起光を照射する発光部と、蛍光物質の発光する蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、を有する蛍光検出ユニットにおいて、蛍光を反射するとともに励起光は反射しない分光反射特性を持つ反射部材を有し、蛍光を反射部材に反射させて受光部に導光することを特徴とする蛍光検出ユニット。
【解決手段】蛍光物質に励起光を照射する発光部と、蛍光物質の発光する蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、を有する蛍光検出ユニットにおいて、蛍光を反射するとともに励起光は反射しない分光反射特性を持つ反射部材を有し、蛍光を反射部材に反射させて受光部に導光することを特徴とする蛍光検出ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサなど）を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ総合分析システム）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実には遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたマイクロ総合分析システムは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。
【０００３】
また、本出願人は、マイクロチップの微細流路内に試薬などを封入し、マイクロポンプによって微細流路に液体を注入して試薬などを移動させ、反応部、次いで検出部へ流すことにより、血液など検体との反応結果を測定することができる反応検出装置を提案している（例えば、特許文献２参照）。このような反応検出装置では、マイクロチップの検出部に蛍光検出ユニットの発光部から励起光を照射し、試薬に含まれる蛍光物質の発光する非常に微弱な蛍光を蛍光検出ユニットの受光部で検出するように構成されている。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００６−１４９３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の蛍光検出ユニットの例を図１０に示す。
【０００５】
１はマイクロチップであり、検出部１９で試薬と検体の反応結果を測定する。発光部１６０から照射される励起光は、スリット１５７を介してレンズ１５５に入射し、レンズ１５５で集光された励起光は検出部１９を照射する。検出部１９で発生する蛍光は球状の配光分布を持ち、図１０に矢印で示すように一部が受光部１６１に入射する。蛍光を受光部１６１に効率よく入射させるためにはできるだけ検出部１９の近くに受光部１６１を配置する必要がある。
【０００６】
しかしながら、蛍光物質を励起する励起光と、蛍光の波長の差は数ｎｍ〜数１０ｎｍと非常に小さい。そのため、励起光と蛍光を分離するために急峻な遮断特性を持つ励起光カットフィルタを受光部１６１と検出部１９の間に配置する必要がある。このようなフィルタは製造が困難なため大型であり、検出部１９の近くに受光部１６１を配置することができない。また、このようなフィルタを用いても受光部１６１に入射する励起光を完全に除去することは難しい。そのため、蛍光を効率よく受光部１６１に入射させることが難しかった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で蛍光を効率よく受光することができる小型の蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システム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】
【０００８】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【０００９】
１．
蛍光物質に励起光を照射する発光部と、
前記励起光を照射された前記蛍光物質の発光する蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、
を有する蛍光検出ユニットにおいて、
前記励起光の波長領域の反射率より前記蛍光の波長領域の反射率が高い分光反射特性を持つ反射部材を有し、
前記蛍光を前記反射部材に反射させて前記受光部に導光することを特徴とする蛍光検出ユニット。
【００１０】
２．
前記発光部は、前記受光部の光軸に対し斜め方向から前記蛍光物質に励起光を照射するように配置されていることを特徴とする１に記載の蛍光検出ユニット。
【００１１】
３．
前記発光部は、前記蛍光物質に対して前記受光部と同じ側に配置されていることを特徴とする１または２に記載の蛍光検出ユニット。
【００１２】
４．
前記発光部は、前記蛍光物質で正反射した前記励起光が前記反射部材に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする３に記載の蛍光検出ユニット。
【００１３】
５．
前記蛍光検出ユニットは、前記蛍光物質で正反射した前記励起光を正反射する反射板を有し、前記反射板で正反射した前記励起光を前記蛍光物質に再度照射することを特徴とする３または４に記載の蛍光検出ユニット。
【００１４】
６．
前記発光部は、前記蛍光物質を挟んで前記受光部と反対側に配置されていることを特徴とする１または２に記載の蛍光検出ユニット。
【００１５】
７．
前記発光部は、前記蛍光物質を透過した前記励起光が前記反射部材に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする６に記載の蛍光検出ユニット。
【００１６】
８．
前記蛍光検出ユニットは、前記蛍光物質を透過した前記励起光を正反射する反射板を有し、前記反射板で正反射した前記励起光を前記蛍光物質に再度照射することを特徴とする６または７に記載の蛍光検出ユニット。
【００１７】
９．
１乃至８の何れか１項に記載の蛍光検出ユニットを有し、
前記蛍光検出ユニットによって蛍光物質に励起光を照射し、前記蛍光物質が発光した蛍光を受光して測定することを特徴とする反応検出装置。
【００１８】
１０．
９に記載の反応検出装置と、
蛍光物質を含む試薬と反応させた検体を前記蛍光検出ユニットにより測定可能なマイクロチップと、
を有することを特徴とするマイクロチップ検査システム。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、励起光を照射した蛍光物質から発生する蛍光を反射するとともに励起光は反射しない分光反射特性を持つ反射部材に反射させて受光部に導光するので、簡単な構成で蛍光だけを受光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【００２２】
反応検出装置８０はマイクロチップ１に予め注入された検体と、試薬との反応を自動的に検出し、表示部８４に結果を表示する装置である。
【００２３】
反応検出装置８０の筐体８２には挿入口８３があり、マイクロチップ１を挿入口８３に差し込んで筐体８２の内部にセットするようになっている。なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に挿入口８３に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分高さがある。８５はメモリカードスロット、８６はプリント出力口、８７は操作パネル、８８は入出力端子である。
【００２４】
検査担当者は図１の矢印方向にマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させる。反応検出装置８０の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると液晶パネルなどで構成される表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。
【００２５】
検査担当者は、検査終了後、マイクロチップ１を挿入口８３から取り出す。
【００２６】
次に、本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の一例について、図２を用いて説明する。
【００２７】
図２（ａ）、図２（ｂ）はマイクロチップ１の外観図である。図２（ａ）において矢印は、反応検出装置８０にマイクロチップ１を挿入する挿入方向であり、図２（ａ）は挿入時にマイクロチップ１の下面となる面を図示している。図２（ｂ）はマイクロチップ１の側面図である。
【００２８】
図２（ａ）の窓１１１はマイクロチップ１内部の検出部１９で行われる検体と蛍光物質を含む試薬の反応を光学的に検出するために設けられており、ガラスや樹脂などの透明な部材で構成されている。１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは内部の微細流路に連通する駆動液注入部であり、各駆動液注入部１１０から駆動液を注入し内部の試薬等を駆動する。１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための検体注入部である。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、マイクロチップ１は溝形成基板１０８と、溝形成基板１０８を覆う被覆基板１０９から構成されている。
【００３０】
マイクロチップ１を構成する溝形成基板１０８と被覆基板１０９に用いる材料について説明する。
【００３１】
マイクロチップ１は、加工成形性、非吸水性、耐薬品性、耐候性、コストなどに優れていることが望まれており、マイクロチップ１の構造、用途、検出方法などを考慮して、マイクロチップ１の材料を選択する。その材料としては従来公知の様々なものが使用可能であり、個々の材料特性に応じて通常は１以上の材料を適宜組み合わせて、基板および流路エレメントが成形される。
【００３２】
特に、多数の測定検体、とりわけ汚染、感染のリスクのある臨床検体を対象とするチップは、ディスポーザブルタイプであることが望ましい。そのため、量産可能であり、軽量で衝撃に強く、焼却廃棄が容易なプラステック樹脂、例えば、透明性、機械的特性および成型性に優れて微細加工がしやすいポリスチレンが好ましい。また、例えば分析においてチップを１００℃近くまで加熱する必要がある場合には、耐熱性に優れる樹脂（例えばポリカーボネートなど）を用いることが好ましい。また、タンパク質の吸着が問題となる場合にはポリプロピレンを用いることが好ましい。樹脂やガラスなどは熱伝導率が小さく、マイクロチップの局所的に加熱される領域に、これらの材料を用いることにより、面方向への熱伝導が抑制され、加熱領域のみ選択的に加熱することができる。
【００３３】
本実施形態では、検出部１９において、蛍光物質の検出を光学的に行うので、少なくともこの部位の基板は光透過性の材料（例えばアルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類）を用い、光が透過するようにする必要がある。本実施形態においては、検出部の窓１１１は光透過性の材料が用いられていて、窓１１１を光が透過するようになっている。
【００３４】
本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１には、検査、試料の処理などを行うための、微小な溝状の流路（微細流路）および機能部品（流路エレメント）が、用途に応じた適当な態様で配設されている。本実施形態では、これらの微細流路および流路エレメントによってマイクロチップ１内で行われる特定の遺伝子の増幅およびその検出を行う処理の一例を図２（ｃ）を用いて説明する。なお、本発明の適用は図２（ｃ）で説明するマイクロチップ１の例に限定されるものでは無く、様々な用途のマイクロチップ１に適用できる。
【００３５】
図２（ｃ）はマイクロチップ１内部の微細流路および流路エレメントの機能を説明するための説明図である。
【００３６】
微細流路には、例えば検体液を収容する検体収容部１２１、試薬類を収容する試薬収容部１２０などが設けられており、場所や時間を問わず迅速に検査ができるよう、試薬収容部１２０には必要とされる試薬類、洗浄液、変性処理液などがあらかじめ収容されている。図２（ｃ）において、試薬収容部１２０、検体収容部１２１および流路エレメントは四角形で表し、その間の微細流路は実線と矢印で表す。
【００３７】
マイクロチップ１は、微細流路を形成した溝形成基板１０８と溝状の流路を覆う被覆基板１０９から構成されている。微細流路はマイクロメーターオーダーで形成されており、例えば幅は数μｍ〜数百μｍ、好ましくは１０〜２００μｍで、深さは２５〜５００μｍ程度、好ましくは２５〜２５０μｍである。
【００３８】
少なくともマイクロチップ１の溝形成基板１０８には、上記の微細流路が形成されている。被覆基板１０９は、少なくとも溝形成基板の微細流路を密着して覆う必要があり、溝形成基板の全面を覆っていても良い。なお、マイクロチップ１の微細流路には、例えば、図示せぬ送液制御部、逆流防止部（逆止弁、能動弁など）などの送液を制御するための部位が設けられ、逆流を防止し、所定の手順で送液が行われるようになっている。
【００３９】
検体注入部１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための注入部、駆動液注入部１１０はマイクロチップ１に駆動液１１を注入するための注入部である。マイクロチップ１による検査を行うに先立って、検査担当者は検体を検体注入部１１３から注射器などを用いて注入する。図２（ｃ）に示すように、検体注入部１１３から注入された検体は、連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容される。
【００４０】
次に、駆動液注入部１１０ａから駆動液１１を注入すると、駆動液１１は連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容されている検体を押し出し、増幅部１２２に検体を送り込む。
【００４１】
一方、駆動液注入部１１０ｂから注入された駆動液１１は、連通する微細流路を通って試薬収容部１２０ａに収容されている蛍光物質を含む試薬を押し出す。試薬収容部１２０ａから押し出された蛍光物質を含む試薬は増幅部１２２に駆動液１１によって送り込まれる。このときの反応条件によっては、増幅部１２２の部分を所定の温度にする必要があり、後で説明するように反応検出装置８０の内部で加熱または吸熱して所定の温度で反応させる。
【００４２】
所定の反応時間の後、さらに駆動液１１により増幅部１２２から送り出された反応後の検体を含む溶液は、検出部１９に注入される。窓１１１から検出部１９に励起光を照射すると、検体と反応した試薬が蛍光を発光するので蛍光の光量を測定することにより反応結果を計測することができる。
【００４３】
図３は、本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図、である。以下、同じ構成要素には同番号を付し、説明を省略する。
【００４４】
反応検出装置８０は、温度調節ユニット１５２、ポンプユニット９２、パッキン９６、パッキン９７、流体タンク９１などから構成される。図３はマイクロチップ１をそれぞれ温度調節ユニット１５２とパッキン９７に密着させている状態である。図３に示すマイクロチップ１は、試薬の反応結果を測光する検出部１９がマイクロチップ１の内部に１つ設けられている。
【００４５】
温度調節ユニット１５２とマイクロチップ１は、モータ３０２、送りネジ３０１、トレイ３００等からなる駆動部材により駆動され、紙面上下方向に移動可能である。初期状態において、駆動部材により温度調節ユニット１５２を、図３の状態からマイクロチップ１の厚み以上上昇させる。すると、マイクロチップ１は紙面左右方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３からトレイ３００の図示せぬ規制部材に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。所定の位置までマイクロチップ１を挿入するとフォトインタラプタなどを用いたチップ検知部９５がマイクロチップ１を検知し、オンになる。
【００４６】
温度調節ユニット１５２は、ペルチェ素子、電源装置、温度制御装置などを内蔵し、発熱または吸熱を行ってマイクロチップ１の面を所定の温度に調整するユニットである。
【００４７】
次に、駆動部材３０３により温度調節ユニット１５２とトレイ３００を下降させて、マイクロチップ１を温度調節ユニット１５２とパッキン９７に密着させる。
【００４８】
マイクロチップ１の検出部１９では、検体とマイクロチップ１内に貯蔵された試薬が反応して、例えば呈色、発光、蛍光、混濁などをおこす。本実施形態では試薬の反応結果を測光するマイクロチップ１の検出部１９を構成する溝形成基板１０８と被覆基板１０９は、光透過性の材料になっていて、試薬と検体の反応結果は、マイクロチップ１の検出部１９で発光する蛍光を測光または測色することで解析することができる。
【００４９】
蛍光検出ユニット１５は発光部１６０、受光部１６１、スリット１５７、レンズ１５５、反射筒１９１から成り、マイクロチップ１の検出部１９で発生する蛍光を検出できるように配置されている。蛍光検出ユニット１５については後に詳しく説明する。
【００５０】
ポンプユニット９２は少なくとも一つのポンプ６２を有している。ポンプ６２の吸込側には、パッキン９６が接続され、流体タンク９１に充填された流体を吸い込むようになっている。一方、ポンプ６２の吐出側にはパッキン９７が接続されていて、吸い込んだ流体を、パッキン９７を介してマイクロチップ１の流体注入部１１０からマイクロチップ１内に形成された微細流路に注入する。パッキン９７はポンプユニット９２とマイクロチップ１の間に挟まれ、ポンプ６２の流体出口とパッキン９７の開口部と流体注入部１１０とは連通している。このように、ポンプ６２から、連通しているパッキン９７を介して流体注入部１１０より流体を注入する。
【００５１】
蛍光検出ユニット１５の第１の実施形態について図４、図５を用いて説明する。図４は蛍光検出ユニット１５の構成の第１の実施形態を示す断面図、図５は反射筒１９１の分光特性について説明するグラフである。
【００５２】
図４は図３で説明した蛍光検出ユニット１５を拡大し、光路を図示している。発光部１６０は検出部１９を挟んで受光部１６１と反対側に配置されている。発光部１６０から照射される励起光は、スリット１５７を介してレンズ１５５に入射し、レンズ１５８で集光された励起光は検出部１９を照射する。検出部１９の蛍光物質を含む検体５０は励起光により蛍光を発光する。
【００５３】
蛍光はほぼ１８０度に亘って射出するので、受光部１６１に向けて図中矢印で示すように出射する。反射筒１９１の内壁に入射した蛍光は、反射して図４に示すように受光部１６１に入射する。反射筒１９１は本発明の反射部材である。
【００５４】
図４（ｂ）、図４（ｃ）は反射筒１９１の光軸方向の断面形状の例であり、図４（ｂ）のように円筒状、図４（ｃ）のように角筒状など反射面が蛍光を受光部１６１に向けて反射するのであればどのような形状でも良い。
【００５５】
図５（ａ）を用いて励起光と蛍光の分光特性について説明する。発光部１６０として例えば主波長５５５ｎｍのＬＥＤを用いたとき、励起光の分光特性は図５（ａ）に示すＲ１のようになる。このような励起光を蛍光物質（例えばＴＡＭＲＡ）に照射すると図５（ａ）にＲ２で示す分光特性の蛍光を発光する。蛍光の主波長は５８０ｎｍであり、励起光との主波長の差であるストークスシフトλｓは２５ｎｍである。検出部１９から出射した光にはこのように蛍光と主波長の近い励起光が含まれている。本発明では、反射筒１９１の内壁に蛍光の波長領域を反射し励起光の波長領域では反射率が低い分光反射特性を持たせて蛍光だけが反射筒１９１の内壁に反射して受光部１６１に入射するようにしている。
【００５６】
図５（ｂ）は反射筒１９１の内壁の分光反射特性の例を示すグラフである。図中のＦ１が反射筒１９１の内壁の分光反射特性であり、蛍光の波長領域を反射する一方、５５０ｎｍ以下の波長をほとんど反射しない遮断特性を有している。本例は一例であり、使用する蛍光物質や励起光の波長に合わせて反射筒１９１の内壁の分光反射特性を決定すれば良い。
【００５７】
このように、蛍光だけが反射筒１９１の内壁に反射して受光部１６１に入射するので、効率よく蛍光を受光することができる。
【００５８】
次に、蛍光検出ユニット１５の第２の実施形態について図６を用いて説明する。図６は蛍光検出ユニット１５の構成の第２の実施形態を示す断面図である。
【００５９】
第１の実施形態との違いは発光部１６０から検出部１９に向けて斜め方向から励起光を照射し、検出部１９を透過した励起光を反射する反射板１９２を設けた点である。
【００６０】
発光部１６０は、受光部１６１の光軸Ｌに対し斜め方向から蛍光物質を含む検体５０に励起光を照射する。θは発光部１６０の光軸Ｍと光軸Ｌのなす角度である。角度θは、検出部１９を透過した励起光が反射筒１９１に入射しない角度に設定されている。反射板１９２は励起光の波長領域を反射し蛍光の波長領域では反射率が低い分光反射特性を持ち、検出部１９を透過した励起光を正反射して再度検出部１９を照射するように配置されている。
【００６１】
発光部１６０から照射される励起光は、検出部１９を照射し、検出部１９の蛍光物質を含む検体５０は励起光により蛍光を発光する。蛍光はほぼ１８０度に亘って射出するので第１の実施形態と同様に、受光部１６１に向けて図中矢印で示すように出射する。反射筒１９１の内壁は第１の実施形態と同様に蛍光の波長領域を反射し励起光の波長領域では反射率が低い分光反射特性を有するので、蛍光だけが図６に示すように反射して受光部１６１に入射する。
【００６２】
このようにすると、検出部１９に効率よく励起光を照射して励起される蛍光の量を増すとともに、受光部１６１に入射する励起光を減らすことができる。
【００６３】
次に、検出部１９に対して受光部１６１と同じ側から光を照射する蛍光検出ユニット１５を用いる第３の実施形態について説明する。
【００６４】
図７は、本発明の第３の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す斜視図、図８は、本発明の第３の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図である。
【００６５】
反応検出装置８０は、温度調節ユニット１５２、蛍光検出ユニット１５、駆動液ポンプ９２、パッキン９０、駆動液タンク９１、送りネジ３０１、ジョイント３０２、モータ３００などから構成される。図７、図８はマイクロチップ１を温度調節ユニット１５２とパッキン９０ｂに密着させている状態である。以下、図７、図８を用いて実施形態を説明する。
【００６６】
温度調節ユニット１５２とマイクロチップ１は、図示せぬ駆動部材により駆動され、紙面上下方向に移動可能である。初期状態において、駆動部材により温度調節ユニット１５２を、図７の状態からマイクロチップ１の厚み以上上昇させる。すると、マイクロチップ１は図７の矢印Ａ方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３から図示せぬ規制部材に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。所定の位置までマイクロチップ１を挿入するとフォトインタラプタなどを用いたチップ検知部９５がマイクロチップ１を検知し、オンになる。
【００６７】
温度調節ユニット１５２は、ペルチェ素子、電源装置、温度制御装置などを内蔵し、発熱または吸熱を行ってマイクロチップ１の面を所定の温度に調整するユニットである。
【００６８】
次に、駆動部材により温度調節ユニット１５２とマイクロチップ１を下降させて、マイクロチップ１を温度調節ユニット１５２とパッキン９０ｂに密着させる。
【００６９】
マイクロチップ１の検出部１９では、検体と前記マイクロチップ１内に貯蔵された蛍光物質を含む試薬が反応し、励起光を照射すると蛍光をおこす。本実施形態では検出部１９でおこる試薬の反応結果を、窓１１１から光学的に検出する。
【００７０】
図７に示すマイクロチップ１は、試薬の反応結果を測光する検出部１９がマイクロチップ１の内部に４つ設けられている例である。
【００７１】
４つの検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、図７に示す直線Ｆに沿って配設されている。検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの図示せぬ窓１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄは被覆基板１０９の面にそれぞれ設けられており、窓１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを介して反応結果を光学的に検出できる。
【００７２】
蛍光検出ユニット１５は送りネジ３０１と螺合するネジ部を有し、送りネジ３０１が回転することにより図７の矢印Ｂ方向または逆方向に移動する。送りネジ３０１は直線Ｆと平行に配設されており、蛍光検出ユニット１５が送りネジ３０１によって移動すると、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄのそれぞれの中心部に、蛍光検出ユニット１５の図示せぬ受光部１６１の光軸が一致するように配置されている。蛍光検出ユニット１５は、所定の位置に移動した後、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄに順次励起光を照射し、蛍光物質が発光する蛍光を受光して電気信号を出力する。
【００７３】
送りネジ３０１はモータ３００によりジョイント３０２を介して駆動される。モータ３００は例えばパルスモータであり、パルスにより所定量回転する。
【００７４】
なお、蛍光検出ユニット１５には回転防止用に図７には図示せぬガイド穴１７３が設けられており、ガイド穴１７３を貫通するガイド棒に沿って移動する。ガイド棒は送りネジ３０１と平行に配設されている。
【００７５】
なお、本実施形態では検出部１９が４つ設けられている場合について説明したが、検出部１９の数は１つ以上であればいくつでも良い。検出部１９の数が一つの場合は蛍光検出ユニット１５を移動させる必要は無いので送りネジ３０１、モータ３００等は不要である。
【００７６】
図８に示すように、駆動液ポンプ９２の吸込側には、パッキン９０ｃが接続され、駆動液タンク９１に充填された駆動液を吸い込むようになっている。一方、駆動液ポンプ９２の吐出側にはパッキン９０ｂが接続されていて、パッキン９０ｃから吸い込んだ駆動液を、パッキン９０ｂを介してマイクロチップ１の駆動液注入部１１０からマイクロチップ１内に形成された微細流路６に注入する。パッキン９０ｂは駆動液ポンプ９２とマイクロチップ１の間に挟まれ、駆動液ポンプ９２の駆動液出口とパッキン９０ｂの開口部と駆動液注入部１１０とは連通している。このように、駆動液ポンプ９２から、連通しているパッキン９０ｂを介して駆動液注入部１１０より駆動液を注入する。
【００７７】
図９は、本発明の第３の実施形態における蛍光検出ユニット１５の光学系を示す説明図である。
【００７８】
図６で説明した第２の実施形態と違いは、検出部１９の蛍光物質を含む検体５０に対して受光部１６１と同じ側から光を照射する点である。
【００７９】
図９のように発光部１６０は、受光部１６１の光軸Ｌに対し斜め方向から蛍光物質を含む検体５０に励起光を照射する。βは発光部１６０の光軸Ｎと光軸Ｌのなす角度である。角度βは、検出部１９で正反射した励起光が反射筒１９１に入射しない角度に設定されている。反射板１９２は励起光を反射する分光反射特性を持ち、検出部１９を透過した励起光を正反射して再度検出部１９を照射する位置に配置されている。
【００８０】
発光部１６０から照射される励起光は、検出部１９を照射し、検出部１９の蛍光物質は励起光により蛍光を発光する。蛍光はほぼ１８０度に亘って射出するので第１の実施形態と同様に、受光部１６１に向けて図中矢印で示すように出射する。反射筒１９１の内壁は第１の実施形態と同様に蛍光を反射するとともに励起光はほとんど反射しない分光反射特性を有するので、蛍光だけ反射して図９に示すように受光部１６１に入射する。
【００８１】
このようにすると、検出部１９に効率よく励起光を照射して励起される蛍光の量を増すとともに、受光部１６１に入射する励起光を減らすことができる。また、受光部１６１と発光部１６０を検出部１９のマイクロチップ１に対し同じ側に配置できるので、蛍光検出ユニット１５を小型にすることができ、図７のように移動させることが容易になる。
【００８２】
以上このように、本発明によれば、簡単な構成で蛍光を効率よく受光することができる小型の蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係わるマイクロチップ１の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図である。
【図４】蛍光検出ユニット１５の構成の第１の実施形態を示す断面図である。
【図５】反射筒１９１の分光特性について説明するグラフである。
【図６】蛍光検出ユニット１５の構成の第２の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図である。
【図９】蛍光検出ユニット１５の構成の第３の実施形態を示す断面図である。
【図１０】従来の蛍光検出ユニットの光学系の例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ マイクロチップ
６ パッキン
１５ 蛍光検出ユニット
１９ 検出部
３５ エアポンプ
３７ 電磁バルブ
６２ マイクロポンプ
８０ 反応検出装置
８２ 筐体
８３ 挿入口
８４ 表示部
９１ 駆動液タンク
９２ ポンプ
１１０ 駆動液注入部
１５２ 温度調節ユニット
１６０ 発光部
１６１ 受光部
１９１ 反射筒
１９２ 反射板
３００ モータ
３０１ 送りネジ
３０２ ジョイント
３０３ ストッパ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサなど）を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ総合分析システム）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実には遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたマイクロ総合分析システムは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。
【０００３】
また、本出願人は、マイクロチップの微細流路内に試薬などを封入し、マイクロポンプによって微細流路に液体を注入して試薬などを移動させ、反応部、次いで検出部へ流すことにより、血液など検体との反応結果を測定することができる反応検出装置を提案している（例えば、特許文献２参照）。このような反応検出装置では、マイクロチップの検出部に蛍光検出ユニットの発光部から励起光を照射し、試薬に含まれる蛍光物質の発光する非常に微弱な蛍光を蛍光検出ユニットの受光部で検出するように構成されている。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００６−１４９３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の蛍光検出ユニットの例を図１０に示す。
【０００５】
１はマイクロチップであり、検出部１９で試薬と検体の反応結果を測定する。発光部１６０から照射される励起光は、スリット１５７を介してレンズ１５５に入射し、レンズ１５５で集光された励起光は検出部１９を照射する。検出部１９で発生する蛍光は球状の配光分布を持ち、図１０に矢印で示すように一部が受光部１６１に入射する。蛍光を受光部１６１に効率よく入射させるためにはできるだけ検出部１９の近くに受光部１６１を配置する必要がある。
【０００６】
しかしながら、蛍光物質を励起する励起光と、蛍光の波長の差は数ｎｍ〜数１０ｎｍと非常に小さい。そのため、励起光と蛍光を分離するために急峻な遮断特性を持つ励起光カットフィルタを受光部１６１と検出部１９の間に配置する必要がある。このようなフィルタは製造が困難なため大型であり、検出部１９の近くに受光部１６１を配置することができない。また、このようなフィルタを用いても受光部１６１に入射する励起光を完全に除去することは難しい。そのため、蛍光を効率よく受光部１６１に入射させることが難しかった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で蛍光を効率よく受光することができる小型の蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システム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】
【０００８】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【０００９】
１．
蛍光物質に励起光を照射する発光部と、
前記励起光を照射された前記蛍光物質の発光する蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、
を有する蛍光検出ユニットにおいて、
前記励起光の波長領域の反射率より前記蛍光の波長領域の反射率が高い分光反射特性を持つ反射部材を有し、
前記蛍光を前記反射部材に反射させて前記受光部に導光することを特徴とする蛍光検出ユニット。
【００１０】
２．
前記発光部は、前記受光部の光軸に対し斜め方向から前記蛍光物質に励起光を照射するように配置されていることを特徴とする１に記載の蛍光検出ユニット。
【００１１】
３．
前記発光部は、前記蛍光物質に対して前記受光部と同じ側に配置されていることを特徴とする１または２に記載の蛍光検出ユニット。
【００１２】
４．
前記発光部は、前記蛍光物質で正反射した前記励起光が前記反射部材に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする３に記載の蛍光検出ユニット。
【００１３】
５．
前記蛍光検出ユニットは、前記蛍光物質で正反射した前記励起光を正反射する反射板を有し、前記反射板で正反射した前記励起光を前記蛍光物質に再度照射することを特徴とする３または４に記載の蛍光検出ユニット。
【００１４】
６．
前記発光部は、前記蛍光物質を挟んで前記受光部と反対側に配置されていることを特徴とする１または２に記載の蛍光検出ユニット。
【００１５】
７．
前記発光部は、前記蛍光物質を透過した前記励起光が前記反射部材に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする６に記載の蛍光検出ユニット。
【００１６】
８．
前記蛍光検出ユニットは、前記蛍光物質を透過した前記励起光を正反射する反射板を有し、前記反射板で正反射した前記励起光を前記蛍光物質に再度照射することを特徴とする６または７に記載の蛍光検出ユニット。
【００１７】
９．
１乃至８の何れか１項に記載の蛍光検出ユニットを有し、
前記蛍光検出ユニットによって蛍光物質に励起光を照射し、前記蛍光物質が発光した蛍光を受光して測定することを特徴とする反応検出装置。
【００１８】
１０．
９に記載の反応検出装置と、
蛍光物質を含む試薬と反応させた検体を前記蛍光検出ユニットにより測定可能なマイクロチップと、
を有することを特徴とするマイクロチップ検査システム。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、励起光を照射した蛍光物質から発生する蛍光を反射するとともに励起光は反射しない分光反射特性を持つ反射部材に反射させて受光部に導光するので、簡単な構成で蛍光だけを受光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【００２２】
反応検出装置８０はマイクロチップ１に予め注入された検体と、試薬との反応を自動的に検出し、表示部８４に結果を表示する装置である。
【００２３】
反応検出装置８０の筐体８２には挿入口８３があり、マイクロチップ１を挿入口８３に差し込んで筐体８２の内部にセットするようになっている。なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に挿入口８３に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分高さがある。８５はメモリカードスロット、８６はプリント出力口、８７は操作パネル、８８は入出力端子である。
【００２４】
検査担当者は図１の矢印方向にマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させる。反応検出装置８０の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると液晶パネルなどで構成される表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。
【００２５】
検査担当者は、検査終了後、マイクロチップ１を挿入口８３から取り出す。
【００２６】
次に、本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の一例について、図２を用いて説明する。
【００２７】
図２（ａ）、図２（ｂ）はマイクロチップ１の外観図である。図２（ａ）において矢印は、反応検出装置８０にマイクロチップ１を挿入する挿入方向であり、図２（ａ）は挿入時にマイクロチップ１の下面となる面を図示している。図２（ｂ）はマイクロチップ１の側面図である。
【００２８】
図２（ａ）の窓１１１はマイクロチップ１内部の検出部１９で行われる検体と蛍光物質を含む試薬の反応を光学的に検出するために設けられており、ガラスや樹脂などの透明な部材で構成されている。１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは内部の微細流路に連通する駆動液注入部であり、各駆動液注入部１１０から駆動液を注入し内部の試薬等を駆動する。１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための検体注入部である。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、マイクロチップ１は溝形成基板１０８と、溝形成基板１０８を覆う被覆基板１０９から構成されている。
【００３０】
マイクロチップ１を構成する溝形成基板１０８と被覆基板１０９に用いる材料について説明する。
【００３１】
マイクロチップ１は、加工成形性、非吸水性、耐薬品性、耐候性、コストなどに優れていることが望まれており、マイクロチップ１の構造、用途、検出方法などを考慮して、マイクロチップ１の材料を選択する。その材料としては従来公知の様々なものが使用可能であり、個々の材料特性に応じて通常は１以上の材料を適宜組み合わせて、基板および流路エレメントが成形される。
【００３２】
特に、多数の測定検体、とりわけ汚染、感染のリスクのある臨床検体を対象とするチップは、ディスポーザブルタイプであることが望ましい。そのため、量産可能であり、軽量で衝撃に強く、焼却廃棄が容易なプラステック樹脂、例えば、透明性、機械的特性および成型性に優れて微細加工がしやすいポリスチレンが好ましい。また、例えば分析においてチップを１００℃近くまで加熱する必要がある場合には、耐熱性に優れる樹脂（例えばポリカーボネートなど）を用いることが好ましい。また、タンパク質の吸着が問題となる場合にはポリプロピレンを用いることが好ましい。樹脂やガラスなどは熱伝導率が小さく、マイクロチップの局所的に加熱される領域に、これらの材料を用いることにより、面方向への熱伝導が抑制され、加熱領域のみ選択的に加熱することができる。
【００３３】
本実施形態では、検出部１９において、蛍光物質の検出を光学的に行うので、少なくともこの部位の基板は光透過性の材料（例えばアルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類）を用い、光が透過するようにする必要がある。本実施形態においては、検出部の窓１１１は光透過性の材料が用いられていて、窓１１１を光が透過するようになっている。
【００３４】
本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１には、検査、試料の処理などを行うための、微小な溝状の流路（微細流路）および機能部品（流路エレメント）が、用途に応じた適当な態様で配設されている。本実施形態では、これらの微細流路および流路エレメントによってマイクロチップ１内で行われる特定の遺伝子の増幅およびその検出を行う処理の一例を図２（ｃ）を用いて説明する。なお、本発明の適用は図２（ｃ）で説明するマイクロチップ１の例に限定されるものでは無く、様々な用途のマイクロチップ１に適用できる。
【００３５】
図２（ｃ）はマイクロチップ１内部の微細流路および流路エレメントの機能を説明するための説明図である。
【００３６】
微細流路には、例えば検体液を収容する検体収容部１２１、試薬類を収容する試薬収容部１２０などが設けられており、場所や時間を問わず迅速に検査ができるよう、試薬収容部１２０には必要とされる試薬類、洗浄液、変性処理液などがあらかじめ収容されている。図２（ｃ）において、試薬収容部１２０、検体収容部１２１および流路エレメントは四角形で表し、その間の微細流路は実線と矢印で表す。
【００３７】
マイクロチップ１は、微細流路を形成した溝形成基板１０８と溝状の流路を覆う被覆基板１０９から構成されている。微細流路はマイクロメーターオーダーで形成されており、例えば幅は数μｍ〜数百μｍ、好ましくは１０〜２００μｍで、深さは２５〜５００μｍ程度、好ましくは２５〜２５０μｍである。
【００３８】
少なくともマイクロチップ１の溝形成基板１０８には、上記の微細流路が形成されている。被覆基板１０９は、少なくとも溝形成基板の微細流路を密着して覆う必要があり、溝形成基板の全面を覆っていても良い。なお、マイクロチップ１の微細流路には、例えば、図示せぬ送液制御部、逆流防止部（逆止弁、能動弁など）などの送液を制御するための部位が設けられ、逆流を防止し、所定の手順で送液が行われるようになっている。
【００３９】
検体注入部１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための注入部、駆動液注入部１１０はマイクロチップ１に駆動液１１を注入するための注入部である。マイクロチップ１による検査を行うに先立って、検査担当者は検体を検体注入部１１３から注射器などを用いて注入する。図２（ｃ）に示すように、検体注入部１１３から注入された検体は、連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容される。
【００４０】
次に、駆動液注入部１１０ａから駆動液１１を注入すると、駆動液１１は連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容されている検体を押し出し、増幅部１２２に検体を送り込む。
【００４１】
一方、駆動液注入部１１０ｂから注入された駆動液１１は、連通する微細流路を通って試薬収容部１２０ａに収容されている蛍光物質を含む試薬を押し出す。試薬収容部１２０ａから押し出された蛍光物質を含む試薬は増幅部１２２に駆動液１１によって送り込まれる。このときの反応条件によっては、増幅部１２２の部分を所定の温度にする必要があり、後で説明するように反応検出装置８０の内部で加熱または吸熱して所定の温度で反応させる。
【００４２】
所定の反応時間の後、さらに駆動液１１により増幅部１２２から送り出された反応後の検体を含む溶液は、検出部１９に注入される。窓１１１から検出部１９に励起光を照射すると、検体と反応した試薬が蛍光を発光するので蛍光の光量を測定することにより反応結果を計測することができる。
【００４３】
図３は、本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図、である。以下、同じ構成要素には同番号を付し、説明を省略する。
【００４４】
反応検出装置８０は、温度調節ユニット１５２、ポンプユニット９２、パッキン９６、パッキン９７、流体タンク９１などから構成される。図３はマイクロチップ１をそれぞれ温度調節ユニット１５２とパッキン９７に密着させている状態である。図３に示すマイクロチップ１は、試薬の反応結果を測光する検出部１９がマイクロチップ１の内部に１つ設けられている。
【００４５】
温度調節ユニット１５２とマイクロチップ１は、モータ３０２、送りネジ３０１、トレイ３００等からなる駆動部材により駆動され、紙面上下方向に移動可能である。初期状態において、駆動部材により温度調節ユニット１５２を、図３の状態からマイクロチップ１の厚み以上上昇させる。すると、マイクロチップ１は紙面左右方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３からトレイ３００の図示せぬ規制部材に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。所定の位置までマイクロチップ１を挿入するとフォトインタラプタなどを用いたチップ検知部９５がマイクロチップ１を検知し、オンになる。
【００４６】
温度調節ユニット１５２は、ペルチェ素子、電源装置、温度制御装置などを内蔵し、発熱または吸熱を行ってマイクロチップ１の面を所定の温度に調整するユニットである。
【００４７】
次に、駆動部材３０３により温度調節ユニット１５２とトレイ３００を下降させて、マイクロチップ１を温度調節ユニット１５２とパッキン９７に密着させる。
【００４８】
マイクロチップ１の検出部１９では、検体とマイクロチップ１内に貯蔵された試薬が反応して、例えば呈色、発光、蛍光、混濁などをおこす。本実施形態では試薬の反応結果を測光するマイクロチップ１の検出部１９を構成する溝形成基板１０８と被覆基板１０９は、光透過性の材料になっていて、試薬と検体の反応結果は、マイクロチップ１の検出部１９で発光する蛍光を測光または測色することで解析することができる。
【００４９】
蛍光検出ユニット１５は発光部１６０、受光部１６１、スリット１５７、レンズ１５５、反射筒１９１から成り、マイクロチップ１の検出部１９で発生する蛍光を検出できるように配置されている。蛍光検出ユニット１５については後に詳しく説明する。
【００５０】
ポンプユニット９２は少なくとも一つのポンプ６２を有している。ポンプ６２の吸込側には、パッキン９６が接続され、流体タンク９１に充填された流体を吸い込むようになっている。一方、ポンプ６２の吐出側にはパッキン９７が接続されていて、吸い込んだ流体を、パッキン９７を介してマイクロチップ１の流体注入部１１０からマイクロチップ１内に形成された微細流路に注入する。パッキン９７はポンプユニット９２とマイクロチップ１の間に挟まれ、ポンプ６２の流体出口とパッキン９７の開口部と流体注入部１１０とは連通している。このように、ポンプ６２から、連通しているパッキン９７を介して流体注入部１１０より流体を注入する。
【００５１】
蛍光検出ユニット１５の第１の実施形態について図４、図５を用いて説明する。図４は蛍光検出ユニット１５の構成の第１の実施形態を示す断面図、図５は反射筒１９１の分光特性について説明するグラフである。
【００５２】
図４は図３で説明した蛍光検出ユニット１５を拡大し、光路を図示している。発光部１６０は検出部１９を挟んで受光部１６１と反対側に配置されている。発光部１６０から照射される励起光は、スリット１５７を介してレンズ１５５に入射し、レンズ１５８で集光された励起光は検出部１９を照射する。検出部１９の蛍光物質を含む検体５０は励起光により蛍光を発光する。
【００５３】
蛍光はほぼ１８０度に亘って射出するので、受光部１６１に向けて図中矢印で示すように出射する。反射筒１９１の内壁に入射した蛍光は、反射して図４に示すように受光部１６１に入射する。反射筒１９１は本発明の反射部材である。
【００５４】
図４（ｂ）、図４（ｃ）は反射筒１９１の光軸方向の断面形状の例であり、図４（ｂ）のように円筒状、図４（ｃ）のように角筒状など反射面が蛍光を受光部１６１に向けて反射するのであればどのような形状でも良い。
【００５５】
図５（ａ）を用いて励起光と蛍光の分光特性について説明する。発光部１６０として例えば主波長５５５ｎｍのＬＥＤを用いたとき、励起光の分光特性は図５（ａ）に示すＲ１のようになる。このような励起光を蛍光物質（例えばＴＡＭＲＡ）に照射すると図５（ａ）にＲ２で示す分光特性の蛍光を発光する。蛍光の主波長は５８０ｎｍであり、励起光との主波長の差であるストークスシフトλｓは２５ｎｍである。検出部１９から出射した光にはこのように蛍光と主波長の近い励起光が含まれている。本発明では、反射筒１９１の内壁に蛍光の波長領域を反射し励起光の波長領域では反射率が低い分光反射特性を持たせて蛍光だけが反射筒１９１の内壁に反射して受光部１６１に入射するようにしている。
【００５６】
図５（ｂ）は反射筒１９１の内壁の分光反射特性の例を示すグラフである。図中のＦ１が反射筒１９１の内壁の分光反射特性であり、蛍光の波長領域を反射する一方、５５０ｎｍ以下の波長をほとんど反射しない遮断特性を有している。本例は一例であり、使用する蛍光物質や励起光の波長に合わせて反射筒１９１の内壁の分光反射特性を決定すれば良い。
【００５７】
このように、蛍光だけが反射筒１９１の内壁に反射して受光部１６１に入射するので、効率よく蛍光を受光することができる。
【００５８】
次に、蛍光検出ユニット１５の第２の実施形態について図６を用いて説明する。図６は蛍光検出ユニット１５の構成の第２の実施形態を示す断面図である。
【００５９】
第１の実施形態との違いは発光部１６０から検出部１９に向けて斜め方向から励起光を照射し、検出部１９を透過した励起光を反射する反射板１９２を設けた点である。
【００６０】
発光部１６０は、受光部１６１の光軸Ｌに対し斜め方向から蛍光物質を含む検体５０に励起光を照射する。θは発光部１６０の光軸Ｍと光軸Ｌのなす角度である。角度θは、検出部１９を透過した励起光が反射筒１９１に入射しない角度に設定されている。反射板１９２は励起光の波長領域を反射し蛍光の波長領域では反射率が低い分光反射特性を持ち、検出部１９を透過した励起光を正反射して再度検出部１９を照射するように配置されている。
【００６１】
発光部１６０から照射される励起光は、検出部１９を照射し、検出部１９の蛍光物質を含む検体５０は励起光により蛍光を発光する。蛍光はほぼ１８０度に亘って射出するので第１の実施形態と同様に、受光部１６１に向けて図中矢印で示すように出射する。反射筒１９１の内壁は第１の実施形態と同様に蛍光の波長領域を反射し励起光の波長領域では反射率が低い分光反射特性を有するので、蛍光だけが図６に示すように反射して受光部１６１に入射する。
【００６２】
このようにすると、検出部１９に効率よく励起光を照射して励起される蛍光の量を増すとともに、受光部１６１に入射する励起光を減らすことができる。
【００６３】
次に、検出部１９に対して受光部１６１と同じ側から光を照射する蛍光検出ユニット１５を用いる第３の実施形態について説明する。
【００６４】
図７は、本発明の第３の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す斜視図、図８は、本発明の第３の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図である。
【００６５】
反応検出装置８０は、温度調節ユニット１５２、蛍光検出ユニット１５、駆動液ポンプ９２、パッキン９０、駆動液タンク９１、送りネジ３０１、ジョイント３０２、モータ３００などから構成される。図７、図８はマイクロチップ１を温度調節ユニット１５２とパッキン９０ｂに密着させている状態である。以下、図７、図８を用いて実施形態を説明する。
【００６６】
温度調節ユニット１５２とマイクロチップ１は、図示せぬ駆動部材により駆動され、紙面上下方向に移動可能である。初期状態において、駆動部材により温度調節ユニット１５２を、図７の状態からマイクロチップ１の厚み以上上昇させる。すると、マイクロチップ１は図７の矢印Ａ方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３から図示せぬ規制部材に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。所定の位置までマイクロチップ１を挿入するとフォトインタラプタなどを用いたチップ検知部９５がマイクロチップ１を検知し、オンになる。
【００６７】
温度調節ユニット１５２は、ペルチェ素子、電源装置、温度制御装置などを内蔵し、発熱または吸熱を行ってマイクロチップ１の面を所定の温度に調整するユニットである。
【００６８】
次に、駆動部材により温度調節ユニット１５２とマイクロチップ１を下降させて、マイクロチップ１を温度調節ユニット１５２とパッキン９０ｂに密着させる。
【００６９】
マイクロチップ１の検出部１９では、検体と前記マイクロチップ１内に貯蔵された蛍光物質を含む試薬が反応し、励起光を照射すると蛍光をおこす。本実施形態では検出部１９でおこる試薬の反応結果を、窓１１１から光学的に検出する。
【００７０】
図７に示すマイクロチップ１は、試薬の反応結果を測光する検出部１９がマイクロチップ１の内部に４つ設けられている例である。
【００７１】
４つの検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、図７に示す直線Ｆに沿って配設されている。検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの図示せぬ窓１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄは被覆基板１０９の面にそれぞれ設けられており、窓１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを介して反応結果を光学的に検出できる。
【００７２】
蛍光検出ユニット１５は送りネジ３０１と螺合するネジ部を有し、送りネジ３０１が回転することにより図７の矢印Ｂ方向または逆方向に移動する。送りネジ３０１は直線Ｆと平行に配設されており、蛍光検出ユニット１５が送りネジ３０１によって移動すると、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄのそれぞれの中心部に、蛍光検出ユニット１５の図示せぬ受光部１６１の光軸が一致するように配置されている。蛍光検出ユニット１５は、所定の位置に移動した後、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄに順次励起光を照射し、蛍光物質が発光する蛍光を受光して電気信号を出力する。
【００７３】
送りネジ３０１はモータ３００によりジョイント３０２を介して駆動される。モータ３００は例えばパルスモータであり、パルスにより所定量回転する。
【００７４】
なお、蛍光検出ユニット１５には回転防止用に図７には図示せぬガイド穴１７３が設けられており、ガイド穴１７３を貫通するガイド棒に沿って移動する。ガイド棒は送りネジ３０１と平行に配設されている。
【００７５】
なお、本実施形態では検出部１９が４つ設けられている場合について説明したが、検出部１９の数は１つ以上であればいくつでも良い。検出部１９の数が一つの場合は蛍光検出ユニット１５を移動させる必要は無いので送りネジ３０１、モータ３００等は不要である。
【００７６】
図８に示すように、駆動液ポンプ９２の吸込側には、パッキン９０ｃが接続され、駆動液タンク９１に充填された駆動液を吸い込むようになっている。一方、駆動液ポンプ９２の吐出側にはパッキン９０ｂが接続されていて、パッキン９０ｃから吸い込んだ駆動液を、パッキン９０ｂを介してマイクロチップ１の駆動液注入部１１０からマイクロチップ１内に形成された微細流路６に注入する。パッキン９０ｂは駆動液ポンプ９２とマイクロチップ１の間に挟まれ、駆動液ポンプ９２の駆動液出口とパッキン９０ｂの開口部と駆動液注入部１１０とは連通している。このように、駆動液ポンプ９２から、連通しているパッキン９０ｂを介して駆動液注入部１１０より駆動液を注入する。
【００７７】
図９は、本発明の第３の実施形態における蛍光検出ユニット１５の光学系を示す説明図である。
【００７８】
図６で説明した第２の実施形態と違いは、検出部１９の蛍光物質を含む検体５０に対して受光部１６１と同じ側から光を照射する点である。
【００７９】
図９のように発光部１６０は、受光部１６１の光軸Ｌに対し斜め方向から蛍光物質を含む検体５０に励起光を照射する。βは発光部１６０の光軸Ｎと光軸Ｌのなす角度である。角度βは、検出部１９で正反射した励起光が反射筒１９１に入射しない角度に設定されている。反射板１９２は励起光を反射する分光反射特性を持ち、検出部１９を透過した励起光を正反射して再度検出部１９を照射する位置に配置されている。
【００８０】
発光部１６０から照射される励起光は、検出部１９を照射し、検出部１９の蛍光物質は励起光により蛍光を発光する。蛍光はほぼ１８０度に亘って射出するので第１の実施形態と同様に、受光部１６１に向けて図中矢印で示すように出射する。反射筒１９１の内壁は第１の実施形態と同様に蛍光を反射するとともに励起光はほとんど反射しない分光反射特性を有するので、蛍光だけ反射して図９に示すように受光部１６１に入射する。
【００８１】
このようにすると、検出部１９に効率よく励起光を照射して励起される蛍光の量を増すとともに、受光部１６１に入射する励起光を減らすことができる。また、受光部１６１と発光部１６０を検出部１９のマイクロチップ１に対し同じ側に配置できるので、蛍光検出ユニット１５を小型にすることができ、図７のように移動させることが容易になる。
【００８２】
以上このように、本発明によれば、簡単な構成で蛍光を効率よく受光することができる小型の蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係わるマイクロチップ１の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図である。
【図４】蛍光検出ユニット１５の構成の第１の実施形態を示す断面図である。
【図５】反射筒１９１の分光特性について説明するグラフである。
【図６】蛍光検出ユニット１５の構成の第２の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図である。
【図９】蛍光検出ユニット１５の構成の第３の実施形態を示す断面図である。
【図１０】従来の蛍光検出ユニットの光学系の例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ マイクロチップ
６ パッキン
１５ 蛍光検出ユニット
１９ 検出部
３５ エアポンプ
３７ 電磁バルブ
６２ マイクロポンプ
８０ 反応検出装置
８２ 筐体
８３ 挿入口
８４ 表示部
９１ 駆動液タンク
９２ ポンプ
１１０ 駆動液注入部
１５２ 温度調節ユニット
１６０ 発光部
１６１ 受光部
１９１ 反射筒
１９２ 反射板
３００ モータ
３０１ 送りネジ
３０２ ジョイント
３０３ ストッパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光物質に励起光を照射する発光部と、
前記励起光を照射された前記蛍光物質の発光する蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、
を有する蛍光検出ユニットにおいて、
前記励起光の波長領域の反射率より前記蛍光の波長領域の反射率が高い分光反射特性を持つ反射部材を有し、
前記蛍光を前記反射部材に反射させて前記受光部に導光することを特徴とする蛍光検出ユニット。
【請求項２】
前記発光部は、前記受光部の光軸に対し斜め方向から前記蛍光物質に励起光を照射するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項３】
前記発光部は、前記蛍光物質に対して前記受光部と同じ側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項４】
前記発光部は、前記蛍光物質で正反射した前記励起光が前記反射部材に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項５】
前記蛍光検出ユニットは、前記蛍光物質で正反射した前記励起光を正反射する反射板を有し、前記反射板で正反射した前記励起光を前記蛍光物質に再度照射することを特徴とする請求項３または４に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項６】
前記発光部は、前記蛍光物質を挟んで前記受光部と反対側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項７】
前記発光部は、前記蛍光物質を透過した前記励起光が前記反射部材に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項８】
前記蛍光検出ユニットは、前記蛍光物質を透過した前記励起光を正反射する反射板を有し、前記反射板で正反射した前記励起光を前記蛍光物質に再度照射することを特徴とする請求項６または７に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の蛍光検出ユニットを有し、
前記蛍光検出ユニットによって蛍光物質に励起光を照射し、前記蛍光物質が発光した蛍光を受光して測定することを特徴とする反応検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の反応検出装置と、
蛍光物質を含む試薬と反応させた検体を前記蛍光検出ユニットにより測定可能なマイクロチップと、
を有することを特徴とするマイクロチップ検査システム。
【請求項１】
蛍光物質に励起光を照射する発光部と、
前記励起光を照射された前記蛍光物質の発光する蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、
を有する蛍光検出ユニットにおいて、
前記励起光の波長領域の反射率より前記蛍光の波長領域の反射率が高い分光反射特性を持つ反射部材を有し、
前記蛍光を前記反射部材に反射させて前記受光部に導光することを特徴とする蛍光検出ユニット。
【請求項２】
前記発光部は、前記受光部の光軸に対し斜め方向から前記蛍光物質に励起光を照射するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項３】
前記発光部は、前記蛍光物質に対して前記受光部と同じ側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項４】
前記発光部は、前記蛍光物質で正反射した前記励起光が前記反射部材に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項５】
前記蛍光検出ユニットは、前記蛍光物質で正反射した前記励起光を正反射する反射板を有し、前記反射板で正反射した前記励起光を前記蛍光物質に再度照射することを特徴とする請求項３または４に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項６】
前記発光部は、前記蛍光物質を挟んで前記受光部と反対側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項７】
前記発光部は、前記蛍光物質を透過した前記励起光が前記反射部材に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項８】
前記蛍光検出ユニットは、前記蛍光物質を透過した前記励起光を正反射する反射板を有し、前記反射板で正反射した前記励起光を前記蛍光物質に再度照射することを特徴とする請求項６または７に記載の蛍光検出ユニット。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の蛍光検出ユニットを有し、
前記蛍光検出ユニットによって蛍光物質に励起光を照射し、前記蛍光物質が発光した蛍光を受光して測定することを特徴とする反応検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の反応検出装置と、
蛍光物質を含む試薬と反応させた検体を前記蛍光検出ユニットにより測定可能なマイクロチップと、
を有することを特徴とするマイクロチップ検査システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−５８２５６（Ｐ２００９−５８２５６Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２３８４６（Ｐ２００７−２２３８４６）
【出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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