図面 (/)

技術 光学測定器

出願人 ウシオ電機株式会社
発明者 谷口真司山根亨介森学
出願日 2015年10月2日 (6年1ヶ月経過) 出願番号 2015-196568
公開日 2017年4月6日 (4年7ヶ月経過) 公開番号 2017-067719
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による材料の調査、分析
主要キーワード シート状ヒーター ヒーター部材 光学測定機 受容穴 RGBカラーセンサ 光通過穴 吸光度測定器 光学測定器
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年4月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

容易に持ち運ぶことができるよう小型化が図られた場合にも、試料容器からの伝熱に起因して光源受光部の温度が上昇することが抑制されて高い精度の測定結果を得ることができる光学測定器を提供する。

解決手段

光学測定器は、測定試料が収容された試料容器(試料チューブ)Wが配置される測定部20に導光路21Hを介して測定用光入射させる光源24と、測定部から出射される検出用光を、導光路26Hを介して受光する受光部28とを有するものであって、測定部に配置された試料容器を加熱する加熱機構を備え、加熱機構または試料容器と、光源および受光部の少なくとも一方との間における導光路上以外の領域に、断熱層32が設けられている。

概要

背景

光学測定器の或る種のものとして、例えば特許文献1には、光源から出射した光を測定試料照射し、当該測定試料から出射する蛍光受光部にて受光することにより測定試料中の目的物質の濃度を測定する小型の蛍光測定器が開示されている。
このような蛍光測定器には、例えば親子鑑定、細菌やウイルスなどのDNAの測定にPCR法ポリメラーゼ連鎖反応)を用いる場合に、液体状の測定試料を一定の温度に加熱する、あるいは、周期的な温度パターンで繰り返し加熱する目的で、測定試料が収容されたPCRチューブを加熱するヒーターが設けられている。
測定試料を加熱する場合、PCRチューブの例えば下部のみを加熱すると、測定試料中の水分が蒸発して当該PCRチューブ内の天井面に結露してしまい、その結果、測定試料中の目的物質の濃度が変化してしまう。
このような濃度の変化を防止するため、PCRチューブの上部および下部の両方を加熱することが行われている。

一方、近年、ライフサイエンス分野では、ポイントオブケア検査に用いることなどを目的に、光学測定器について持ち運びを容易にするために小型化の要請がある。
このような要請に応えるために、特許文献1に開示された蛍光測定器は、筺体全体樹脂によって一体に成型することにより小型化を図っている。

しかしながら、このような小型化された蛍光測定器においては、光源と測定部とが近接配置される、あるいは、測定部と受光部とが近接配置されることに起因して、PCRチューブの熱が光源や受光部に伝達されてこれらの温度が上昇してしまう。その結果、光源においては発光素子光変換効率が変化してしまい、また、受光部においては受光素子シグナル強度値が変化してしまい、これにより、高い精度の測定結果を得ることができない、という問題がある。

概要

容易に持ち運ぶことができるよう小型化がられた場合にも、試料容器からの伝熱に起因して光源や受光部の温度が上昇することが抑制されて高い精度の測定結果を得ることができる光学測定器を提供する。光学測定器は、測定試料が収容された試料容器(試料チューブ)Wが配置される測定部20に導光路21Hを介して測定用光入射させる光源24と、測定部から出射される検出用光を、導光路26Hを介して受光する受光部28とを有するものであって、測定部に配置された試料容器を加熱する加熱機構を備え、加熱機構または試料容器と、光源および受光部の少なくとも一方との間における導光路上以外の領域に、断熱層32が設けられている。

目的

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、容易に持ち運ぶことができるよう小型化が図られた場合にも、試料容器からの伝熱に起因して光源や受光部の温度が上昇することが抑制されて高い精度の測定結果を得ることができる光学測定器を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

測定試料が収容された試料容器が配置される測定部導光路を介して測定用光入射させる光源と、前記測定部から出射される検出用光を、導光路を介して受光する受光部とを有する光学測定器であって、前記測定部に配置された試料容器を加熱する加熱機構を備え、当該加熱機構または前記試料容器と、前記光源および受光部の少なくとも一方との間における前記導光路上以外の領域に、断熱層が設けられていることを特徴とする光学測定器。

請求項2

前記加熱機構は、前記測定部に配置された試料容器の上部を加熱するヒーターおよび下部を加熱するヒーターの少なくとも一方を有することを特徴とする請求項1に記載の光学測定器。

請求項3

前記断熱層が、樹脂部材断熱シートまたは空気層により形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光学測定器。

請求項4

前記断熱層が、前記試料容器の外表面に接触する樹脂部材により形成されていることを特徴とする請求項3に記載の光学測定器。

技術分野

0001

本発明は、光学測定器に関する。更に詳しくは、吸光度測定器などとして用いられる可搬式の光学測定器に関する。

背景技術

0002

光学測定器の或る種のものとして、例えば特許文献1には、光源から出射した光を測定試料照射し、当該測定試料から出射する蛍光受光部にて受光することにより測定試料中の目的物質の濃度を測定する小型の蛍光測定器が開示されている。
このような蛍光測定器には、例えば親子鑑定、細菌やウイルスなどのDNAの測定にPCR法ポリメラーゼ連鎖反応)を用いる場合に、液体状の測定試料を一定の温度に加熱する、あるいは、周期的な温度パターンで繰り返し加熱する目的で、測定試料が収容されたPCRチューブを加熱するヒーターが設けられている。
測定試料を加熱する場合、PCRチューブの例えば下部のみを加熱すると、測定試料中の水分が蒸発して当該PCRチューブ内の天井面に結露してしまい、その結果、測定試料中の目的物質の濃度が変化してしまう。
このような濃度の変化を防止するため、PCRチューブの上部および下部の両方を加熱することが行われている。

0003

一方、近年、ライフサイエンス分野では、ポイントオブケア検査に用いることなどを目的に、光学測定器について持ち運びを容易にするために小型化の要請がある。
このような要請に応えるために、特許文献1に開示された蛍光測定器は、筺体全体樹脂によって一体に成型することにより小型化を図っている。

0004

しかしながら、このような小型化された蛍光測定器においては、光源と測定部とが近接配置される、あるいは、測定部と受光部とが近接配置されることに起因して、PCRチューブの熱が光源や受光部に伝達されてこれらの温度が上昇してしまう。その結果、光源においては発光素子光変換効率が変化してしまい、また、受光部においては受光素子シグナル強度値が変化してしまい、これにより、高い精度の測定結果を得ることができない、という問題がある。

先行技術

0005

特開2014−32064号公報

発明が解決しようとする課題

0006

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、容易に持ち運ぶことができるよう小型化が図られた場合にも、試料容器からの伝熱に起因して光源や受光部の温度が上昇することが抑制されて高い精度の測定結果を得ることができる光学測定器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

0007

本発明の光学測定器は、測定試料が収容された試料容器が配置される測定部に導光路を介して測定用光入射させる光源と、前記測定部から出射される検出用光を、導光路を介して受光する受光部とを有する光学測定器であって、
前記測定部に配置された試料容器を加熱する加熱機構を備え、
当該加熱機構または前記試料容器と、前記光源および受光部の少なくとも一方との間における前記導光路上以外の領域に、断熱層が設けられていることを特徴とする。

0008

本発明の光学測定器においては、前記加熱機構は、前記測定部に配置された試料容器の上部を加熱するヒーターおよび下部を加熱するヒーターの少なくとも一方を有することが好ましい。

0009

本発明の光学測定器においては、前記断熱層が、樹脂部材断熱シートまたは空気層により形成された構成とすることができる。

0010

本発明の光学測定器においては、前記断熱層が、前記試料容器の外表面に接触する樹脂部材により形成された構成とすることができる。

発明の効果

0011

本発明の光学測定器は、加熱機構または試料容器と、光源および受光部の少なくとも一方との間における導光路上以外の領域に断熱層が設けられている。従って、本発明の光学測定器は、容易に持ち運ぶことができる小型のものとして構成された場合にも、試料容器の熱が断熱層において遮断され、試料容器からの伝熱に起因して光源や受光部の温度が上昇することが抑制され、その結果、高い精度の測定結果を得ることができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の第1の実施の形態の光学測定器の構成の一例を示す平面図である。
図1の光学測定器の正面図である。
図1におけるA−A線断面図である。
図1におけるB−B線断面図である。
図2におけるC−C線断面図である。
図1の光学測定器における光学測定機構に試料チューブが装着された状態を模式的に示す断面図である。

実施例

0013

以下、本発明について詳細に説明する。
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態の光学測定器の構成の一例を示す平面図、図2は、図1の光学測定器の正面図、図3は、図1におけるA−A線断面図、図4は、図1におけるB−B線断面図、図5は、図2におけるC−C線断面図、図6は、図1の光学測定器における光学測定機構に試料チューブが装着された状態を模式的に示す断面図である。
この光学測定器10は、測定試料における測定対象物質の濃度などを吸光度として測定するためなどに用いられるものであり、測定対象物質は、例えば大腸菌タンパク質、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって増幅されて得られたDNAや、色素などである。

0014

この光学測定器10は、光学測定機構18が筺体11内における上部側(図1における上部側)の領域に設けられると共に、筺体11内の下部側(図1における下部側)の領域には、駆動用電池を収容する電池室19が設けられている。また、筺体11の上面側(図4における左面側)における光学測定機構18に対応する位置には、試料チューブWを挿抜するための片開きの蓋12が形成されている。また、筺体11の上面側の下部(図1における下部)領域には、電源タンなどが配置された操作部16が形成されている。さらに、筺体11の下面側(図4における右面側)には、筺体11を水平な支持面上に支持する支持脚17が突出するよう設けられている。

0015

光学測定機構18は、試料チューブWが配置される測定部20に光源24からの測定用光を入射させる第1の導光路21Hが内部に形成された第1の導光路形成体21と、当該測定部20から出射される検出用光を受光部28に導光する第2の導光路26Hが内部に形成された第2の導光路形成体26とを有する。
第1の導光路21Hおよび第2の導光路26Hは、各々直線状に伸び円柱状の貫通孔よりなり、第1の導光路21Hおよび第2の導光路26Hが互いに同軸上に位置される状態に、第1の導光路形成体21および第2の導光路形成体26が配置されている。

0016

光源24は、第1の導光路21Hにおける第2の導光路26Hと対向しない一端(図6において左端)に嵌入された状態で保持される。また、受光部28は、第2の導光路26Hにおける第1の導光路21Hと対向しない一端(図6において右端)に、光源24の光軸と同軸状に嵌入された状態で保持される。
光源24が第1の導光路21Hに嵌入された状態で保持されることによって、光源24の光軸を概ね当該第1の導光路21Hの軸と並行に設定することが容易となり、従って、受光部28の方向に光束を高い効率で配光することができる。
光源24側の第1の導光路21Hの径は、受光部28側の第2の導光路26Hの径と同じであってもよく、異なっていてもよいが、不必要な散乱光反射光迷光を低減させる観点から、受光部28側の第2の導光路26Hの径が光源24側の第1の導光路21Hの径よりも小さいことが好ましい。

0017

第1の導光路形成体21および第2の導光路形成体26は、弾性体からなり、特に、散乱光や反射光などの迷光を吸収させて光を光源から受光部に効率よく伝達することができる光吸収性の弾性体からなることが好ましい。
光吸収性の弾性体としては、具体的には、カーボンブラックカーボンナノチューブなどが分散された、黒色ポリジメチルシロキサン(PDMS)などのシリコーン樹脂を好ましく用いることができる。

0018

光学測定機構18には、測定試料が装填された試料チューブWが挿入される、底部に向かって小径となるテーパ状の試料チューブ受容穴29が中央部に形成された試料ブラケット25が設けられている。試料チューブ受容穴29には、下部側(図6において下部側)の領域に、測定用光および検出用光がそれぞれ通過する光通過穴27A,27Bが互いに対向する位置にそれぞれ形成されている。試料チューブ受容穴29の底部には、試料チューブ受容穴29に試料チューブWが挿入されたときに、当該試料チューブWの底部が下方に1.5mm程度突出する状態とされる大きさの開口が形成されている。

0019

この試料ブラケット25内には、試料チューブ受容穴29を挟んで左右方向(図6において左右方向)に直線状に伸び、かつ、当該試料チューブ受容穴29の光通過穴27A,27Bに連通するよう収容用凹所23A,23Bが形成されている。そして、この収容用凹所23A,23Bに、それぞれ第1の導光路形成体21および第2の導光路形成体26が、第1の導光路21Hおよび第2の導光路26Hの端部が光通過穴27A,27Bとそれぞれ対向して連通するよう、圧入された状態で保持されている。

0020

試料チューブ受容穴29は、試料チューブWが蓋12によって試料ブラケット25の当該試料チューブ受容穴29に押圧されたときに、当該試料チューブWと試料ブラケット25とが密着されると共に、導光路に対する試料チューブWの位置決めが行われる形状とされる。
試料チューブ受容穴29は、PCRチューブ、または、試料チューブ、例えば1.5mLの試料チューブ若しくは2.0mLの試料チューブに対応する形状および大きさとすることができる。

0021

試料ブラケット25としては、断熱性を有する材料からなることが好ましく、例えばポリカーボネート樹脂からなるものを用いることができる。
試料ブラケット25は、外部からの迷光の入射を抑止する観点から、黒色であることが好ましい。

0022

第1の導光路21Hおよび第2の導光路26Hの径は、それぞれ試料ブラケット25の光通過穴27A,27Bの径よりも大きいものとされている。これにより、第1の導光路形成体21および第2の導光路形成体26は試料ブラケット25に対して圧入されて保持されるが、これらに圧入による変形が生じた場合にも、光通過穴27A,27Bを確実に第1の導光路21Hおよび第2の導光路26Hの開口内に位置させることができる。

0023

光源24としては、例えば白色LEDなどのLEDを用いることができ、受光部28としては、例えばRGBカラーセンサなどのフォトダイオードを用いることができる。受光部28としてRGBカラーセンサを用いることにより、RGBの各波長における吸光度を測定することができる。
例えば波長560nm付近の光の吸光度からBCA法によって、あるいは、波長600〜700nm付近の光の吸光度からブラッドフォード法によって、たんぱく質の濃度を定量することができる。

0024

光学測定機構18には、試料チューブW内の測定試料を、一定の温度に加熱する、周期的な温度パターンで繰り返し加熱する、あるいは、一定の温度条件光学測定するために加熱する加熱機構が備えられている。

0025

光学測定機構18の加熱機構は、試料チューブWを上下から加熱するものとすることができる。具体的には、筺体11の蓋12の裏面側に設けられ、当該蓋12が閉状態とされることにより試料チューブWに押圧されてその上面に接触するよう配置された上部ヒーター部材30Aと、試料チューブ受容穴29の下部に貫通された穴から突出した試料チューブWの下面に接触するよう配置された下部ヒーター部材30Bとからなるものとすることができる。
上部ヒーター部材30Aおよび下部ヒーター部材30Bとしては、各々、ポリイミドフィルム中にステンレス製抵抗線によるパターンが貼り付けられてなるシート状ヒーターを用いることができる。

0026

上部ヒーター部材30Aおよび下部ヒーター部材30Bは、各々独立して温度状態を制御することができる。各々のヒーターの設定温度は、室温〜150℃とすることができる。
上部ヒーター部材30Aおよび下部ヒーター部材30Bによる加熱温度としては、試料チューブWの天井面における結露を防止する観点から、上部ヒーター部材30Aによる温度が下部ヒーター部材30Bによる温度よりも高いことが好ましい。

0027

光学測定機構18には、加熱された試料チューブWを循環冷却風によって急速に冷却する冷却用ファンが設けられていることが好ましい。

0028

そして、本発明の第1の実施の形態の光学測定器10においては、加熱機構または試料チューブWと、光源24および受光部28の少なくとも一方との間における導光路上以外の領域に、断熱層が設けられている。
具体的には、断熱層は、試料ブラケット25と第1の導光路形成体21との間にこれらと接触して配置された第1の断熱層32A、および、試料ブラケット25と第2の導光路形成体26との間にこれらと接触して配置された第2の断熱層32Bよりなる。
第1の断熱層32Aおよび第2の断熱層32Bの、第1の導光路形成体21および第2の導光路形成体26における第1の導光路21Hおよび第2の導光路26Hに対向する位置には、光が通過する光通過穴38A,38Bがそれぞれ形成されている。

0029

第1の断熱層32Aおよび第2の断熱層32Bは、それぞれ略均一の厚みを有する断熱シートより形成されている。断熱シートは、例えば紙、ポリマーゴムなどからなるものとすることができる。
第1の断熱層32Aおよび第2の断熱層32Bの厚みは、例えば10〜3000μmであることが好ましい。

0030

光学測定器10の各部の寸法の一例を挙げると、筺体11は、縦幅図1における上下方向長さ)が150mm、横幅図1における左右方向長さ)が70mm、高さ(図1における紙面と垂直な方向の長さ)が30mm、重さが300gである。また、断熱層32A,32Bの厚みが1.5mmである。また、試料ブラケット25における試料チューブ受容穴29の光通過穴27Bの径はφ1.7mm、厚みは8mm、試料チューブ受容穴29の直径は、最小部がφ1.7mm、最大部がφ3.0mmである。さらに、光源24と受光部28との距離は25mmである。

0031

光学測定器10における光学測定は、以下のように行われる。すなわち、光学測定機構18において、光源24から出射した測定用光が、測定部20において試料チューブ受容穴29に受容された試料チューブW内の液体状の測定試料に照射される。試料チューブW内の測定試料に照射された光は、測定対象物質の濃度に応じて吸収される。吸収されずに試料チューブWを透過して出射された検出用光は受光部28に至り、その光量が測定されて吸光度が取得されて濃度が算出される。具体的には、光が測定試料を透過する際、その透過率が測定対象物質の濃度に応じて光路長に対して指数関数的に減衰する。従って、予め既知の濃度の測定対象物質の標準溶液基準試料として測定して検量線を作成しておき、その光量と比較することにより、測定試料における測定対象物質の吸光度から濃度を算出することができる。
この光学測定器10において、上部ヒーター部材30Aおよび下部ヒーター部材30Bの少なくとも一方によって加熱処理が行われると、試料チューブWの温度が上昇して熱を発する。この試料チューブWから発された熱は、試料ブラケット25と、第1の断熱層32Aおよび第2の断熱層32Bにおいて遮断される。

0032

以上の第1の実施の形態に係る光学測定器10は、加熱機構または試料チューブWと、光源24および受光部28の少なくとも一方との間における導光路上以外の領域に断熱シートによる断熱層が積極的に設けられている。従って、この光学測定器10は、容易に持ち運ぶことができる小型のものとして構成された場合にも、試料チューブWが発する熱が断熱層において遮断され、試料チューブWからの伝熱に起因して光源24や受光部28の温度が上昇することが抑制される。その結果、高い精度の測定結果を得ることができる。

0033

以上、本発明の第1の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、加熱機構として上部ヒーター部材30Aおよび下部ヒーター部材30Bの一方が設けられた構成のものであっても、上記の効果が得られる。

0034

<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態の光学測定器は、断熱層が空気層により構成されていること以外は、第1の実施の形態に係る光学測定器と同様の構成を有する。
空気層は、例えば略均一の厚みを有する板状の空隙とすることができ、空気層の厚みは、例えば100〜3000μm程度であることが好ましい。

0035

このような光学測定器によれば、第1の実施の形態に係る光学測定器と同様の効果が得られる。

0036

以上、本発明の第2の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、空気層の形状は、試料ブラケットと導光路形成体との接触面積が小さく抑制された構成であればよく、略均一の厚みを有する板状の連続的なものに限定されない。具体的には、空気層は、例えば試料ブラケットおよび導光路形成体にそれぞれ条溝が形成され、試料ブラケットおよび導光路形成体が互いに線接触することによって区画される形状の断続的な空隙とすることができる。

0037

<第3の実施の形態>
本発明の第3の実施の形態の光学測定器は、試料ブラケットが断熱性を有する材料からなり、第1の断熱層および第2の断熱層が設けられていないこと以外は、当該第1の実施の形態に係る光学測定器と同様の構成を有する。
具体的には、試料ブラケットと第1の導光路形成体および第2の導光路形成体とが直接接触して配置されており、断熱層が試料ブラケットのみによって構成されている。

0038

このような光学測定器によれば、第1の実施の形態に係る光学測定器と同様の効果が得られる。

0039

以上、本発明の第3の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。

0040

10光学測定器
11筺体
12 蓋
16 操作部
17支持脚
18光学測定機構
19電池室
20測定部
21 第1の導光路形成体
21H 第1の導光路
23A,23B 収容用凹所
24光源
25試料ブラケット
26 第2の導光路形成体
26H 第2の導光路
27A,27B光通過穴
28受光部
29試料チューブ受容穴
30A 上部ヒーター部材
30B 下部ヒーター部材
32A 第1の断熱層
32B 第2の断熱層
38A,38B 光通過穴
W 試料チューブ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ