JPH11511560A - 分析器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、測定光が試料から検出器へ方向付けられる光学分析器に関する。装置は、光学モジュール（１５）を有しており、この光学モジュールは、検出器と、試料によって発せられる光を検出器へ方向付ける光学手段とを有していると共に、その光学モジュールは、光が試料の上方から検出器に向けられるか又は光が試料の下方から検出器に向けられるかのどちらにもなるよう、二者択一的に位置させられ得る。本発明は、特に、蛍光計及び輝度計に使用可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 分析器 技術分野 本発明は、機器分析技術に関し且つ実験室で使用される光学分析器に関し、そ の光学分析器においては、測定光が、試料から検出器へ方向付けられる。本発明 に係る分析器は、例えば、臨床化学及び食品技術の分析に使用され得る。本発明 は、蛍光計及び輝度計での使用に特に適している。 背景 試料の光学特性の測定に基づく定量は、実験室において、通常、複数の反応液 体溜めを有するプレート上で行われる。光度測定は、垂直方向にあるプレートを 介して行われる場合に最良である。測定光は、上方又は下方のいずれかからプレ ートに向けられる（例えば、ＷＯ−８２／００３５６号参照）。 プレートを介する蛍光測定は、特に好ましくない。何故ならば、そのような場 合、多量の励起光も、プレートを通過するからであり、それは、発せられた光の 測定を複雑にするからである。更に、プレートの材料に起因する、バックグラウ ンドの蛍光が、問題を起こし得る。日常分析に供される最新の蛍光計においては 、励起光は、上方からプレートに向けられると共に、放出された放射も、上方か ら収集される。 輝度計においては、試料から発せられた光は、通常、上方から検出器に向けら れる。 ある種の蛍光分析においては、試料は、不均質であり、もって、測定されつつ ある検体の濃度は、プレート液体溜めの底部において最も高くなる。細胞培養物 を含むある種の試料の場合には、特にそうである。そのような場合、底部層上方 の溶液が測定を妨害しないようにするため、通常、試料への励起光と試料からの 放射光との両方を、プレートの底部を通過するように方向付けるのが、最良であ ろう。 測定が上方又は下方のどちらからも実施され得る蛍光計は、知られている（例 えば、米国のＣａｍｂｒｉｄｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．製のＳｅｒ ｉｅｓ ７６００ Ｍｉｃｒｏｐｌａｔｅ Ｆｌｕｏｒｏｍｅｔｅｒ）。そのよ うな装置においては、光源と検出器とが、固設されている。励起光は、光源から プレートに向けられており、そして、放射光は、光ファイバー束によってプレー トから検出器に導かれる。ファイバー束の端部は、プレートの上方又は下方のど ちらにも置かれ得る。これらの装置における１つの問題は、目的に適した光ファ イバーが高価であるということである。 発明の説明 全体的な説明 請求項１に記載されている分析器が、ここに発明された。本発明の好適な実施 形態は、他の請求項に記載されている。 本発明の第１の独立の特徴によると、装置は、試料の上方又は下方のどちらに も置かれ得る光学モジュールであって、試料から発せられる光を測定する検出器 を有するものを有している。これにより、装置は、必要に応じて、上方又は下方 のいずれかから測定を行うべく使用され得る。しかしながら、装置は、光を検出 器に導くための光ファイバーを必要としない。何故ならば、必要な光学手段が、 可動モジュールの一部を構成し、このため、検出器に対して固設され得るからで ある。装置は、例えば、蛍光計、輝度計、比濁計、光度計、又はこれらのいずれ かの組合せであってよい。 通常、装置は、光を試料に向ける光源をも有している。実際には、輝度計のみ の装置は、光源を必要としない。光源は、光学モジュールから分離され得ると共 に、試料の上方又は下方のどちらにも装着され得る。 好適に、光源は、光学モジュールの一部である。この特徴は、蛍光計に特に良 く適している。この場合、試料への励起光及び試料からの放射光の両方が、試料 の同じ側において方向付けられる。はっきり言うと、ＵＶ範囲内で使用可能なフ ァイバー光学素子が特に高価であるところの蛍光計においては、ファイバー光学 素子の回避は、特に有利である。ファイバー光学素子も、バックグラウンドの蛍 光を生ぜしめ、このバックグラウンドの蛍光は、本発明によれば、避けられる。 もし目的に適した短波長放射がそれによって十分に生成され得るならば、使用 される光源は、好適に白熱電球である。 光源も、交換可能になされ得る。特別の場合には、光学モジュール内の光源は 、光学素子であってそれらによって光が外側からモジュール内へ導入されるもの で、置き換えられ得る。 本発明の別の独立の特徴によると、分析器は、測定されるべき光を限定するア パーチュアと、試料の限定された領域の像をアパーチュア内に形成する光学手段 とを有している。好適に、範囲を画定するアパーチュアのサイズ及び形状は、変 化させられ得、その場合、測定光は、常に、所望されているタイプの領域から視 準され得る。好適に、これらの光学手段は、試料によって発せられた光を収束さ せるレンズ系と、収束させられた光ビームが向けられるところのミラーと、ミラ ーで反射した光の像を範囲画定器のアパーチュア内に形成する収束レンズ系とを 含んでいる。 もし測定光の波長範囲を所望の範囲に限定するフィルターが使用されるならば 、フィルターは、範囲画定アパーチュアの後ろの位置に好適に置かれる。濾波は 、視準された光に対して好適に行われる。 本発明の第３の独立の特徴によると、分析器は、分析されつつある対象物まで の距離における変動によって生ぜしめられる誤差を排除する手段を有し得る。そ の手段は、測定光を視準するレンズ系と、光ビームからの散乱光線を限定する範 囲画定器とを含んでいる。 装置は、好適に、異なるタイプの容器内の試料がその中で測定され得るような ものである。試料容器は、通常、マイクロタイタープレートのような、複数の容 器で作られているユニットを構成している。好適に、装置は、可動の測定フレー ムを有しており、そのフレームにより、各試料が、測定位置に運ばれる。また、 フレームの適切な移動により、試料は、そのように所望されるならば、攪拌され 得る。所謂走査測定も、フレームを移動させることによって実施され得る。 図面 図１は、本発明に係る蛍光計の側面図を示している。 図２は、図１の蛍光計の光学素子集成装置を示している。 図３は、光学素子集成装置で使用可能なミラー示している。 図４は、光学素子集成装置で使用可能な別のミラー示している。 図５は、図１の蛍光計の試料プレート移送装置の平面図を示している。 図６は、図の蛍光計であって、計量分配・測定位置にあるプレートを有してい るものの詳細を示している。 図７は、別の移送装置の平面図を示している。具体的な説明 図１の蛍光計は、下側ハウジング１を有しており、この下側ハウジングは、他 の物の間に、制御ユニット２と、電源への結線及び装置外部の機能への結線とを 収容している。下側ハウジングの頂部には、光密な測定ユニット３がある。その 後縁部は、下側ハウジングの後縁部にヒンジ４で取り付けられており、もって、 測定ユニットは、上方に回動させられ得、これにより、その下にある部品へのア クセスが、容易になる。回動させられた測定ユニットは、空気ばね５により、上 方位置（図１に破線で示されている）に保持される。下側ハウジング及び測定ユ ニットの上方には、取り外し可能な上側ハウジング６がある。測定ユニット及び 上側ハウジングの前壁には、光密なハッチを設けられている孔７があり、この孔 を介して、試料が、測定ユニットの中へと且つその測定ユニットから外へと移送 される。 測定ユニット３は、下側デッキ８と上側デッキ９とを有している。これらの間 の空間内を、測定キャリヤー１０が、移送手段１１によって移動させられる。分 析されるべき試料を有するプレート１２が、測定キャリヤー内に置かれている。 測定キャリヤーは、孔７を介して外へ移動させられ得る。 測定ユニット３の下側デッキ８には、下側測定孔１３があり、上側デッキ９に は、上側測定孔１４がある。測定ユニットは、光学モジュール１５を有しており 、この光学モジュールは、測定ユニットの上方又は下方のどちらにも位置させら れ得る。上側デッキは、液体計量分配ユニット１６と計量分配孔１７とを有して おり、その計量分配孔を介して、液体が、プレート１２の液体溜め内へ計量分配 される。 光学モジュール１５の主要部分は、光源ユニット１８、ミラーユニット１９、 及び検出ユニット２０である。光学モジュールは、上方又は下方のいずれかから の、試料への励起光及び試料からの放射光の両方を方向付けるために使用される 。 光源ユニット１８は、白熱電球２１を有しており、電球のフィラメントの像は 、レンズ系２２により、ミラーユニット１９内の励起範囲画定器２３のアパーチ ュア２４に収束させられる。電球は、その使用寿命を延ばすため、測定の間のみ オンされ続けるのが好ましい。 アパーチュア２４から来る励起光は、レンズ系２５を用いて視準され、そして 、視準された光は、フィルター２６を介して、部分透明ミラー２７に向けられる 。フィルターにより、励起光の波長は、所望の範囲に限定される。 ミラー２７を通過した光は、合焦レンズ系２８を介して、試料に収束させられ る。これにより、光のスポット２９が、試料の限定された空間領域内に得られる 。 ミラー２７で反射した励起光の部分は、基準検出器３０に向けられる。それに より、励起光の強度における変動によって生ぜしめられる測定結果における誤差 が、補償される。励起光の代表試料が、ミラーから得られる。半分の光が励起に 使用されると、残りの半分は、励起振幅を規定するために利用され得る。光の一 方向ビームは、大きい表面積を有する検出器に、又は収束レンズを介して小さい 検出器に向けられ得る。 試料内のスポット２９から発せられた光は、合焦レンズ系２８を介して、ミラ ー２７の下側面へ移動する。ミラーで反射した部分から、スポットの像が、収束 レンズ系３１により、発光範囲画定器３２のアパーチュア３３内に形成される。 アパーチュアから、放射光は、レンズ系３４により、フィルター３５へ視準され 、このフィルターから、それは、収束レンズ系３６を介して、検出器３７に向け られる。フィルターにより、放射光から、所望の波長範囲が、限定される。ここ で、フィルターは、干渉フィルターである。検出器は、光電子増倍管である。 ミラー２７が、励起チャンネルと発光チャンネルとに共通な結像レンズ系２８ に近接して位置させられている場合、ミラー内の像は、分析されつつある対象物 から遠い位置に形成される。ミラーが焦点距離よりも短い距離にあるときには、 像は、全く形成されない。 装置は、複数の異なる励起フィルター２６及び発光フィルター３５を有してい る。フィルターは、円板に取り付けられており、そして、円板を回転させること により、所望のフィルターが、組み込まれる。フィルター円板も、交換可能であ る。 励起範囲画定器２３は、交換可能であり、従って、所望のサイズ及び形状の最 適な励起アパーチュア２４が、モジュール内に常に置かれ得る。この結果、励起 光は、所定の時点に分析される試料上に、又はその好適な若しくは十分な領域上 に、正確に、良好な効率で合焦させられ得る。範囲画定器により、特に隣の試料 の蛍光によって引き起こされる擾乱を排除することが、可能である。 範囲画定アパーチュア２４の形状も、実施形態に応じて変化し得る。例えば、 ある実施形態においては、電気泳動で形成された試料の線の蛍光が、測定される 。そのような場合、適切な線状のアパーチュアが、使用される。 ユーザーは、必要であれば、形成される光のスポットのサイズ及び形状を目視 でチェックすることも可能である。 発光範囲画定器３２も、交換可能であり、そして、検出器に到着する光は、ア パーチュア３３によって範囲が画定される。光は、常に、正確に規定された領域 から測定され得る。これは、検出器に到着するバックグラウンド放射を最少にす るために使用され得、そのような放射は、特に隣の液体溜めから来る可能性があ る。アパーチュアの形状も、分析されるべき試料又はそれらの部分的な領域に応 じて変化させられ得る。 所望されるならば、測定領域のサイズ及び形状を規定する、励起範囲画定アパ ーチュア２４及び発光範囲画定アパーチュア３３の両方を使用することが、可能 である。多くの場合、範囲画定器のうちの一方のみの交換で、十分であろう。何 故ならば、妨害する隣の試料は、いずれの場合にも、幅の広い方の範囲画定アパ ーチュアの領域の外側に配置されるからである。好適に、励起光領域は、発光測 定領域よりも小さくなされる。 上述の発光処理光学素子は、分析されつつある対象物までの距離における変動 によって生ぜしめられる誤差を排除するためにも使用され得る。そのような誤差 は、例えば、プレートの湾曲、路の傾斜、及び試料の量における変動により、生 ぜしめられ得る。 発光感度は、測定の立体角を一定にすることにより、一定になされ得る。これ は、ミラー２７の後ろの位置に取り付けられる、平行光線を限定するアパーチュ アにより、達成される。図の実施形態においては、レンズ３１の保持器は、範囲 画定器としても機能する。適切に範囲を画定することにより、深さ効果が、殆ど 完全に排除され得る。 光源ユニット１８も、交換可能である。その場所に、それによって励起光が外 部光源から導かれるところの光ファイバー束の端部が、範囲画定アパーチュア２ ４に対して組み込まれ得る。この場合、像は、ファイバー束の端部で形成される 。この構成は、例えば、特別の安全装置を必要とするところのＸｅ電球が必要と される場合に、使用される。光を導くのに使用されるファイバーの固有の蛍光は 、この場合には問題を生ぜしめない。何故ならば、ファイバーの後で、光は、励 起フィルター２６を通過するからである。 使用可能な部分透明ミラー２７は、ガラスシート上に反射スポット（例えば、 約１ｍｍの直径）を形成することによって製造され得、これらのスポットは、光 学的に透明な面の半分を覆っている。反射材料は、アルミニウムが好ましく、ア ルミニウムは、非常に広い反射波長領域（約２００〜１５００ｎｍ）を有してい る。ガラスシートは、可能な限り薄いのが好ましく、これは、ガラス内の内部反 射に起因する散乱光の量を最少にする。 しかしながら、好適に、適切な形状になされている反射領域が、使用される。 図３における部分透明ミラー２７．１の反射領域は、円い中央部３８．１と、そ の周りの分離した放射状セクター３９．１とで作られており、透明領域４０．１ は、車輪の形状になされている。図４によるミラーにおいては、それに関する限 り、連続的な反射領域が、車輪の形状になされている中央部３８．２と、それに 連結されている放射状セクター３９．２とで作られていると共に、透明領域は、 分離した放射状セクター４０．２で形成されている。中央領域は、光学素子の内 部反射を最少にする。放射状反射領域の縁部により、光の回折が、半径を横切る 接線方向に起こさせられ得る。 一実施形態によると、ミラー２７．１又は２７．２は、その４５°の投影が円 であるところの楕円形である。 図５による移送手段１１において、キャリヤー１０は、縦方向の摺動バー４１ に沿って摺動すべく装着されており、摺動バー４１は、横方向の摺動バー４２上 に摺動可能に装着されている。摺動バーは、モーター並びにベルト４３及び４４ を用いることによって移動させられ得、これにより、キャリヤーは、測定ユニッ ト内の所望の位置へ運び入れられ得、又は前壁の孔から運び出され得る。 キャリヤー１０は、矩形であり、そして、それは、後壁４５及び側壁４６を有 している。側壁の下側部には、支持部４７があり、もって、開放空間が、中央に 残されている。前縁において、突出部が、取り外し可能な垂直ピン４８を有して いる。キャリヤー１０は、分析用のプレートが支持部４７上に載るようにして置 かれ得るような寸法になされており、液体溜めの底部は、開口部の領域内に存在 することになる。使用されるプレートが開口部よりも小さい場合には、適切なア ダプタートレーが、先ず、支持部上に載るようにして置かれる。 キャリヤー１０の一方の側縁部は、プレート保持器４９を有している。それは 、開いたＶの基本形状を有していると共に、キャリヤーの垂直ピン５０を中心に その頂部の所で回動させられるレバーである。それには、ばね５１が連結されて おり、そのばねの一方の端部は、キャリヤーのフレームに対していると共に、他 方の端部は、保持器に対しており、もって、それは、保持器の外側分枝部をキャ リヤーの中央部に向けて（図５における時計方向に）回動させようとする。保持 器の外側分枝部の端部には、キャリヤーに向かう突起部５２がある。保持器が解 放された状態にあるときには、それは、キャリヤー内のプレートを、後壁と、保 持器とは反対側の側壁とに圧しつける。従って、プレートは、常に、隅部に対す る同じ場所で、自動的にキャリヤー内に据えられる。キャリヤーが測定ユニット から外へ駆動される場合には、保持器の内側分枝部が、移送装置の制止壁５３に 衝突し、制止壁は、保持器をそれが開くように回動させる。このようにして、プ レートは、キャリヤー内におかれ得、又はそこから取り外され得る。ピン４８が 取り外されている場合には、プレートは、水平路に沿ってもキャリヤーへ移送さ れ得る。 キャリヤー１０の後縁部は、４つの異なった蛍光基準面５４を有しており、所 望される場合には、それらにより、検出器の感度が、チェックされ得る。 図６は、キャリヤー１０中のプレート１２内への液体の計量分配を示している 。 計量分配孔１７から、内方に傾斜している２つの計量分配ヘッド５６及び５７が 、入ってきている。第１のものは、測定位置における液体溜め内へ液体を計量分 配すべく使用され得ると共に、第２のものは、測定位置の隣の液体溜め、特に、 測定位置に次に到着する液体溜め内へ液体を計量分配すべく使用され得る。更に 、装置は、第３の計量分配ヘッドを好適に有しており、その第３の計量分配ヘッ ドは、測定位置に横方向に隣接している（図６においては測定されつつある液体 溜めの向こう側の）液体溜め内へ液体を計量分配すべく使用され得る。 図７による移送装置１１．１は、摺動バー４１．１に沿う一方向に、ベルト４ ３．１によって移動可能なキャリヤー１０．１を有している。装置は、図５によ る装置内におけるそれと同様のプレート保持器４９を有している。 図７による移送装置１１．１は、例えば、マイクロタイタープレート１２．１ のような試料プレート上で試料が一度に１列分析されるところの、マルチチャン ネル光度計で使用され得る。また、装置は、液体がプレート上へ一度に１列計量 分配されるところの計量分配装置に適している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トゥパッカ，ヘイッキ フィンランド．エフアイエヌ−00780 ヘ ルシンキ，テルヴァペースキィンポルク ４ (72)発明者 ケルメニエミ，ティモ フィンランド．エフアイエヌ−00820 ヘ ルシンキ，ルミキンティエ ３ デー 142

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．試料の光学的特性を測定する分析器において、 それが、試料が測定のために置かれるところのフレームを有していると共に 、検出器（３７）と試料から発せられる光を検出器へ方向付ける光学手段とを有 する光学モジュール（１５）を有しており、そのモジュールが、光が試料の上方 から検出器に向けられるか又は光が試料の下方から検出器に向けられるかのどち らにもなるよう、二者択一的に位置させられ得ることを特徴とする分析器。 ２．光を試料に向ける光源（２１）を有している請求項１に記載の分析器。 ３．光源（２１）が、光学モジュール内にある請求項２に記載の分析器。 ４．検出器（３７）及び光源（２１）が、試料の同じ側にある請求項２又は３に 記載の分析器。 ５．試料の蛍光を測定する請求項２〜４のいずれか一項に記載の分析器。 ６．試料の限定された領域からの測定されるべき光を検出器へ方向付ける手段（ ２８）を有している請求項１〜５のいずれか一項に記載の分析器。 ７．試料の限定された領域の像を形成する収束レンズ系（２８）を有している請 求項６に記載の分析器。 ８．試料の限定された領域の像が形成されるところの範囲画定器（３２）と、範 囲画定器からの光を検出器へ方向付ける手段（３６）とを有している請求項７に 記載の分析器。 ９．試料から発せられる光を、検出器の前の位置で濾波するフィルター（３５） を有している請求項１〜８のいずれか一項に記載の分析器。 10．分析されつつある対象物によって引き起こされる距離変動を排除する手段（ ２８，３１）を有している請求項１〜９のいずれか一項に記載の分析器。 11．試料が、底部、側壁及び開放口部を有する容器内にある請求項１〜１０のい ずれか一項に記載の分析器。 12．試料の光学的特性を測定する分析器において、 それが、試料が測定のために置かれるところのフレームと、検出器（３７） 及び試料から発せられる光を検出器へ方向付ける光学手段を有する光学モジュ ール（１５）と、試料の限定された空間領域からの測定されるべき光を検出器へ 方向付ける手段（２８）とを有していることを特徴とする分析器。 13．試料の光学的特性を測定する分析器において、 それが、試料が測定のために置かれるところのフレームと、検出器（３７） 及び試料から発せられる光を検出器へ方向付ける光学手段を有する光学モジュー ル（１５）と、分析されつつある対象物によって引き起こされる距離変動を排除 する手段（２８，３１）とを有していることを特徴とする分析器。