JP6662010B2 - 光測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料に光を照射してその吸光度を測定する吸光度測定器や、試料に光を照射して当該試料からの蛍光を測定する蛍光測定器などに適用することができる光測定装置に関する。

従来、試料中の測定対象成分の濃度を測定する方法としては、吸光光度法やレーザ誘起蛍光法などが知られている。
而して、近年、ライフサイエンス分野においては、吸光光度法により測定対象成分の濃度を測定する吸光度測定器や、レーザ誘起蛍光法により測定対象成分の濃度を測定する蛍光測定器などの光測定装置に対する要請として、ポイントオブケア検査に用いることなどを目的に、小型で持ち運びが容易であることが求められている。
例えば特許文献１には、励起光を試料チューブ内の試料に照射する固体光源と、蛍光を検出する蛍光測定器と、測定試料から放出される蛍光を蛍光測定器に導光する蛍光収集光学系とが、励起光および蛍光を含む光に対して透明な樹脂内に埋設された構造を有する蛍光測定器が記載されている。この蛍光測定器においては、試料チューブは、シリコーン樹脂よりなるチューブホルダ内にセットされている。

このような光測定装置において、例えば測定対象成分としてＤＮＡを含む試料の吸光度を測定する際には、ＤＮＡの融解温度以上の温度に試料を加熱することが必要である。このため、光測定装置には、チューブホルダを介して試料チューブを加熱する加熱機構が設けられている。

特開２０１４−０３２０６４号公報

しかしながら、加熱機構を有する光測定装置においては、測定終了直後には、チューブホルダおよび試料チューブが相当に高い温度に加熱されているため、作業者が火傷する虞れがある。また、チューブホルダの周辺には、光源部および受光部などが配置されているため、試料チューブおよびチューブホルダが十分に冷却されるまでに相当に長い時間を要する。そのため、検査の作業効率が低下すると共に、チューブホルダの周辺に配置されたセンサ等が長時間高温に曝されることにより、故障する虞れがある。

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、その目的は、試料チューブおよびチューブホルダを効率よく冷却することができる光測定装置を提供することにある。

本発明の光測定装置は、試料チューブを受容するチューブ受容用凹所が形成されたチューブホルダ、前記試料チューブ内に収容された試料に光を照射する光源部、および前記試料からの光を検出する受光部を有する測定機構と、
前記チューブホルダを介して前記試料チューブを加熱する加熱機構と
を備えてなる光測定装置であって、
前記チューブホルダの周辺には、前記チューブ受容用凹所に受容された前記試料チューブの長手方向に沿って伸びる冷却風路が形成されており、前記冷却風路に冷却風を流通させる冷却機構が設けられており、
前記チューブホルダに前記試料チューブを着脱するためのチューブ着脱用開口が形成された、前記測定機構、前記加熱機構および前記冷却機構を収容する筐体と、この筐体のチューブ着脱用開口を開閉するリッド体とを備え、
前記リッド体には、閉状態において前記試料チューブの上面に対接する補助加熱機構が設けられており、
前記リッド体は、閉状態において前記筐体の内部に冷却風を導入するための吸気口を有し、
前記冷却機構が作動することによって、前記吸気口から導入された冷却風が、前記補助加熱機構に当たった後に、前記冷却風路を流通することを特徴とする。

また、本発明の光測定装置は、試料チューブを受容するチューブ受容用凹所が形成されたチューブホルダ、前記試料チューブ内に収容された試料に光を照射する光源部、および前記試料からの光を検出する受光部を有する測定機構と、
前記チューブホルダを介して前記試料チューブを加熱する加熱機構と
を備えてなる光測定装置であって、
前記チューブホルダの周辺には、前記チューブ受容用凹所に受容された前記試料チューブの長手方向に沿って伸びる冷却風路が形成されており、前記冷却風路に冷却風を流通させる冷却機構が設けられており、
前記光源部と前記チューブホルダとの間に設けられた、前記光源部からの光が通過する第１の光路を形成する第１の光路形成体と、前記チューブホルダと前記受光部との間に設けられた、前記試料チューブからの光が通過する第２の光路を形成する第２の光路形成体とを備え、
前記冷却風路は、前記チューブホルダの外面と前記第１の光路形成体および前記第２の光路形成体の少なくとも一方の外面との間に形成されており、
前記チューブホルダは、その外面に前記チューブ受容用凹所に受容された前記試料チューブの長手方向に沿って伸びる、前記冷却風路を形成するための溝を有することを特徴とする。

本発明の光測定装置によれば、冷却機構によって、チューブホルダの周辺に形成された、試料チューブの長手方向に沿って伸びる冷却風路に冷却風が流通するため、試料チューブおよびチューブホルダを効率よく冷却することができる。従って、測定終了後に、作業者が火傷することを防止することができ、また、検査の作業効率の向上を図ることができると共に、チューブホルダの周辺に配置されたセンサ等が故障することを防止することができる。

本発明の光測定装置の一例における内部の構成を示す説明用断面図である。 図１に示す光測定装置に用いられる試料チューブの構成を示す説明用断面図である。 図１に示す光測定装置における測定機構および加熱機構を上方から見た平面図である。 図３に示す測定機構および加熱機構のＡ−Ａ断面図である。 図３に示す測定機構および加熱機構のＢ−Ｂ断面図である。 図３に示す測定機構および加熱機構のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は、チューブホルダの平面図、（ｂ）は、チューブホルダの側面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の光測定装置の一例における内部の構成を示す説明用断面図である。この光測定装置１０は、試料チューブ内の試料に光を照射してその吸光度を測定することによって、当該試料中の測定対象成分の濃度などを測定する可搬式の吸光度測定器として構成されている。

図１に示す光測定装置１０は、後述する測定機構２０、加熱機構４０および冷却機構５０を収容する、外形が略直方体状の筐体１１を有する。この例では、図１において筐体１１の左面が正面、筐体１１の右面が背面である。この筐体１１の上面には、後述するチューブホルダ２１に、図２に示す構成のマイクロチューブよりなる試料チューブ１を着脱するためのチューブ着脱用開口１２が形成されている。筐体１１の背面（図１において右面）には、後述する冷却機構５０による冷却風を外部に排出するためのルーバーよりなる排気口１３が設けられている。

試料チューブ１は、有底筒状のチューブ本体２と、チューブ本体２の開口に着脱自在に設けられた、当該チューブ本体２の開口を閉塞する蓋体３とを有する。蓋体３は、その周縁部から伸びる連結部４を介してチューブ本体２の開口縁部に一体に連結されている。この試料チューブ１は、例えば内容積が約０．２ｍＬ、全長が約２１ｍｍ、チューブ本体２の最大径が約８ｍｍである。
試料チューブ１内に収容される試料は、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、色素などを、測定対象成分として含有するものである。

筺体１１の内部には、チューブ着脱用開口１２の直下位置に測定機構２０が配置されている。測定機構２０の直下位置には、チューブホルダ２１を介して試料チューブ１を加熱する加熱機構４０が設けられている。また、測定機構２０と筐体１１の排気口１３との間には、冷却風によってチューブホルダ２１を冷却する冷却機構５０が設けられている。
筐体１１には、下方に開口するカップ状のリッド体１５が、開閉機構６０によってチューブ着脱用開口１２に対して開閉自在に設けられている。また、筐体１１には、リッド体１５を閉状態において固定するバックル１４が設けられている。

図３は、図１に示す光測定装置における測定機構２０および加熱機構４０を、試料チューブをセットした状態で上方から見た平面図である。図４は、図３に示す測定機構２０および加熱機構４０のＡ−Ａ断面図である。図５は、図３に示す測定機構２０および加熱機構４０のＢ−Ｂ断面図である。図６は、図３に示す測定機構２０および加熱機構４０のＣ−Ｃ断面図である。
この測定機構２０は、試料チューブ１を保持するチューブホルダ２１と、試料チューブ１内に収容された試料に測定用光を照射する光源部３０と、試料チューブ１内に収容された試料からの検出用光を検出する受光部３５とを備えてなる。

図７（ａ）は、チューブホルダ２１の平面図、図７（ｂ）は、チューブホルダ２１の側面図である。
チューブホルダ２１は、長尺な板状の基台部２２上に、基台部２２と同方向に伸びる直方体状の保持部２３が基台部２２から突出するよう一体に形成されて構成されている。保持部２３の上面には、それぞれ試料チューブ１を受容する複数のチューブ受容用凹所２４が、当該保持部２３の長手方向に沿って互い離間して並ぶよう形成されている。チューブ受容用凹所２４の各々は、試料チューブ１のチューブ本体２に適合する形状、すなわち上端の開口から下端の底部に向かって小径となるテーパ状の形状を有する。

チューブホルダ２１には、試料チューブ１に測定用光を入射するための入射用孔２５が、当該チューブホルダ２１の一方の外側面２１ａからチューブ受容用凹所２４に貫通するよう形成され、試料チューブ１から検出用光を出射するための出射用孔２６が、チューブ受容用凹所２４から当該チューブホルダ２１の他方の外側面２１ｂからチューブ受容用凹所２４に貫通するよう形成されている。
また、チューブホルダ２１の外側面には、隣接するチューブ受容用凹所２４の間の位置に、後述する冷却風路Ｗを形成するための複数の溝２７が、チューブ受容用凹所２４に受容された試料チューブ１の長手方向に沿って伸びるよう形成されている。

また、チューブホルダ２１には、隣接するチューブ受容用凹所２４の間の部分を貫通する貫通孔２８が形成されている。具体的には、貫通孔２８は、一方の外側面２１ａに形成された溝２７の底部から他方の外側面２１ｂに形成された溝２７の底部に貫通するよう形成されている。このような貫通孔２８が形成されていることにより、チューブホルダ２１の熱容量が小さくなると共に、チューブホルダ２１の表面積が大きくなるため、チューブホルダ２１の冷却効率を向上することができる。

チューブホルダ２１を構成する材料としては、アルミニウム等の金属材料、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の耐熱性の樹脂材料を用いることができる。チューブホルダ２１を構成する材料として金属材料を用いる場合には、表面がアルマイト処理等によって黒色化されたものを用いることが好ましい。また、チューブホルダ２１を構成する材料として樹脂材料を用いる場合には、黒色顔料等によって黒色に着色されたものを用いることが好ましい。このような構成とすることにより、入射用孔２５および出射用孔２６において、光の反射や散乱を抑制することができる。

光源部３０は、基板３１と、この基板３１上にチューブホルダ２１のチューブ受容用凹所２４に対応して配置された複数の発光素子３２とにより構成されている。発光素子３２としては、白色光を放射するＬＥＤを用いることができる。
受光部３５は、センサ基板３６と、センサ基板３６上にチューブホルダ２１のチューブ受容用凹所２４に対応して配置された複数の受光センサ３７とにより構成されている。受光センサ３７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。
そして、光源部３０および受光部３５は、発光素子３２および受光センサ３７が、チューブホルダ２１の入射用孔２５、チューブ受容用凹所２４および出射用孔２６を介して互いに対向するよう配置されている。

チューブホルダ２１と光源部３０との間には、第１の光路形成体３３が設けられている。この第１の光路形成体３３には、それぞれ光源部３０における発光素子３２の各々からの測定用光が通過する複数の第１の光路３４が形成されている。そして、第１の光路形成体３３は、第１の光路３４がチューブホルダ２１の入射用孔２５に連通するよう配置されている。図示の例の第１の光路形成体３３においては、光源部３０側の外面に、それぞれ第１の光路３４に通ずる複数の凹所３３ａが形成されており、光源部３０の発光素子３２が、凹所３３ａ内に収容されるよう配置されている。

チューブホルダ２１と受光部３５との間には、第２の光路形成体３８が設けられている。この第２の光路形成体３８には、それぞれ各試料チューブ１内の試料からの検出用光が通過する複数の第２の光路３９が形成されている。そして、第２の光路形成体３８は、第２の光路３９が出射用孔２５に連通するよう配置されている。図示の例の第２の光路形成体３８においては、受光部３５側の外面に、それぞれ第２の光路３９に通ずる複数の凹所３８ａが形成されており、受光部３５の受光センサ３７が、凹所３８ａ内に収容されるよう配置されている。

第１の光路形成体３３および第２の光路形成体３８は、例えば光吸収性を有する材料により構成されていることが好ましく、弾性材料により構成されていることが好ましい。これにより、第１の光路３４および第２の光路３９において、光の反射や散乱を抑制することができる。
光吸収性を有する弾性材料としては、自家蛍光が小さい点で、光吸収性物質が分散された、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのシリコーン樹脂を用いることが好ましい。光吸収性物質としては、カーボンブラックやカーボンナノチューブなどの黒色粉末を用いることができる。

そして、チューブホルダ２１の外面と第１の光路形成体３３および第２の光路形成体３８の各々との間には、試料チューブ１の長手方向に沿って伸びる冷却風路Ｗが形成されている。図示の例では、チューブホルダ２１の外面における溝２７を形成する壁面と、第１の光路形成体３３および第２の光路形成体３８の各々の外面とによって包囲された空間によって、冷却風路Ｗが形成されている。

加熱機構４０は、断熱材料よりなる支持板４１と、この支持板４１上に支持された、例えばポリイミドフィルムにステンレス製の抵抗線が形成されてなるシートヒータ４２とにより構成されている。支持板４１を構成する断熱材料としては、セラミックス材料、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂などの耐熱性を有する樹脂材料などを用いることが好ましい。

加熱機構４０は、筐体１１に固定された板状の支持体５５上にスペーサ５６を介して配置され、チューブホルダ２１は、加熱機構４０におけるシートヒータ４２上に配置されている。そして、チューブホルダ２１および加熱機構４０における支持板４１は、ボルト５７によって支持体５５に固定されている。

冷却機構５０は、ファンよりなり、吸気側が測定機構２０に対向し、排気側が筐体１１の排気口１３に対向するよう配置されている。

リッド体１５の開閉機構６０は、当該リッド体１５を、下方に開口する姿勢が維持されたまま、閉状態と開状態との間を略円軌道で自在に移動するものである。
具体的には、開閉機構６０は、リッド体１５の両側面に取り付けられた２本ずつ（合計４本）のリンクバー６１を備えたリンク機構を有する。各リンクバー６１の基端部は、筺体１１の上面に上方に突出するよう設けられた突起板６２に、枢支軸を介して揺動自在に取り付けられている。一方、各リンクバー６１の先端部は、リッド体１５内における天井面に下方に突出するよう設けられた突起板６３に、枢支軸を介して揺動自在に取り付けられている。

この例の光測定装置１０においては、カップ状のリッド体１５の内部に、補助加熱機構４５が、閉状態において試料チューブ１の上面に対接するよう設けられている。また、リッド体１５には、補助加熱機構４５の側方位置に、閉状態において筐体１１の内部に冷却風を導入するためのルーバーよりなる吸気口１６が設けられている。

補助加熱機構４５は、測定中において、試料チューブ１における蓋体３の内面に結露が生じることを防止するためのものである。この例の補助加熱機構４５は、断熱材料よりなる支持板４６と、この支持板４６上に支持された、例えばポリイミドフィルムにステンレス製の抵抗線が形成されてなるシートヒータ４７と、このシートヒータ４７の表面に設けられた、例えばアルミニウムよりなる伝熱板４８とにより構成されている。この補助加熱機構４５は、支持ロッド４９によって、リッド体１５内における天井面に固定されており、リッド体１５が閉状態とされることにより、伝熱板４８が試料チューブ１における蓋体３の上面に対接される。

また、この例の光測定装置１０においては、筐体１１の上面に、リッド体１５の開状態において補助加熱機構４５に外部の物体が接触することを防止する接触防止部材６５が設けられている。この接触防止部材６５は、リッド体１５の開状態において、当該リッド体１５の開口縁と筐体１１の上面との間に位置するよう配置されている。

上記の光測定装置１０においては、先ずリッド体１５が開状態とされ、この状態で、筐体１１のチューブ着脱用開口１２から、試料チューブ１がチューブホルダ２１のチューブ受容用凹所２４にセットされる。次いで、リッド体１５が開状態とされ、これにより、試料チューブ１における蓋体３の上面に、補助加熱機構４５における伝熱板４８が対接される。この状態で、バックル１４によって、リッド体１５が筐体１１に固定される。

そして、光測定装置１０を作動させると、加熱機構４０および補助加熱機構４５によって、試料チューブ１が所定の温度に加熱される。
この状態で、光源部３０の発光素子３２から出射された測定用光が、チューブホルダ２１のチューブ受容用凹所２４に受容された試料チューブ１内の試料に照射され、試料チューブ１内の試料を透過して当該試料から出射された検出用光が受光センサ３７によって検出される。

以上において、例えば試料中の測定対象成分がＤＮＡである場合には、加熱機構４０による加熱温度は例えば６０〜７０℃であり、補助加熱機構４５による加熱温度は例えば６０〜７０℃である。
また、加熱機構４０および補助加熱機構４５の作動中において、リッド体１５が開けられたときに、加熱機構４０および補助加熱機構４５の作動を停止する安全機構が設けられていてもよい。

発光素子３２から出射された測定用光は、試料中に含まれる測定対象成分の濃度に応じて吸収されるため、当該試料からの検出用光は、測定用光よりも光量が低下することとなる。具体的には、測定用光が試料を通過する際、その透過率が試料中の測定対象成分の濃度に応じて指数関数的に減衰する。従って、試料チューブ１内の試料を透過して出射される検出用光の光量を受光センサ３７によって検出し、当該試料の吸光度を求めることにより、当該吸光度に応じた測定対象成分の濃度を測定することができる。測定対象成分の濃度は、例えば、予め既知の濃度の測定対象成分の標準溶液を基準試料として測定を行うことにより検量線を作成しておき、受光センサ３７によって検出された検出用光の光量を当該検量線に対照することにより得ることができる。

このようにして、試料チューブ１内の試料に対する測定が終了すると、加熱機構４０および補助加熱機構４５が停止されると共に、冷却機構５０が作動する。これにより、リッド体１５に設けられた吸気口１６から装置内部に冷却風が導入される。この冷却風は、先ず、吸気口１６の正面に位置する補助加熱機構４５に当たり、これにより、補助加熱機構４５が冷却される。その後、冷却風は、補助加熱機構４５の下方に向かって流れ、チューブホルダ２１と第１の光路形成体３３および第２の光路形成体３８との間に形成された冷却風路Ｗを流通する。これにより、試料チューブ１、チューブホルダ２１および加熱機構４０が冷却される。その後、冷却風は、加熱機構４０の側方に位置する冷却機構５０に向かって流れ、当該冷却機構５０を介して、排気口１３から装置外部に排出される。

以上において、冷却機構５０は、作動を開始してから所定の時間、例えば５分間が経過したときに作動を停止するよう制御されてもよく、チューブホルダ２１の温度が所定の温度、例えば４０℃に達したときに作動を停止するよう制御されてもよい。
また、冷却機構５０の作動が停止するまで、リッド体１５が開かないよう当該リッド体１５の閉状態を維持する安全機構が設けられていてもよい。

上記の光測定装置１０によれば、冷却機構５０によって、チューブホルダ２１の周辺に形成された、試料チューブ１の長手方向に沿って伸びる冷却風路Ｗに冷却風が流通するため、試料チューブ１およびチューブホルダ２１を効率よく冷却することができる。従って、測定終了後に、作業者が火傷することを防止することができ、また、検査の作業効率の向上を図ることができると共に、チューブホルダ２１の周辺に配置されたセンサ等が故障することを防止することができる。

以上、本発明の光測定装置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。
例えば上記の光測定装置１０は、吸光度測定器として構成されたものであるが、試料に光を照射して当該試料からの蛍光の強度を測定することによって、当該試料中の測定対象成分の濃度を測定する蛍光測定器として構成されていてもよい。

１ 試料チューブ
２ チューブ本体
３ 蓋体
４ 連結部
１０ 光測定装置
１１ 筐体
１２ チューブ着脱用開口
１３ 排気口
１４ バックル
１５ リッド体
１６ 吸気口
２０ 測定機構
２１ チューブホルダ
２１ａ 一方の外側面
２１ｂ 他方の外側面
２２ 基台部
２３ 保持部
２４ チューブ受容用凹所
２５ 入射用孔
２６ 出射用孔
２７ 溝
２８ 貫通孔
３０ 光源部
３１ 基板
３２ 発光素子
３３ 第１の光路形成体
３３ａ 凹所
３４ 第１の光路
３５ 受光部
３６ センサ基板
３７ 受光センサ
３８ 第２の光路形成体
３８ａ 凹所
３９ 第２の光路
４０ 加熱機構
４１ 支持板
４２ シートヒータ
４５ 補助加熱機構
４６ 支持板
４７ シートヒータ
４８ 伝熱板
４９ 支持ロッド
５０ 冷却機構
５５ 支持体
５６ スペーサ
５７ ボルト
６０ 開閉機構
６１ リンクバー
６２ 突起板
６３ 突起板
６５ 接触防止部材
Ｗ 冷却風路

Claims (2)

1. 試料チューブを受容するチューブ受容用凹所が形成されたチューブホルダ、前記試料チューブ内に収容された試料に光を照射する光源部、および前記試料からの光を検出する受光部を有する測定機構と、
   前記チューブホルダを介して前記試料チューブを加熱する加熱機構と
   を備えてなる光測定装置であって、
   前記チューブホルダの周辺には、前記チューブ受容用凹所に受容された前記試料チューブの長手方向に沿って伸びる冷却風路が形成されており、前記冷却風路に冷却風を流通させる冷却機構が設けられており、
   前記チューブホルダに前記試料チューブを着脱するためのチューブ着脱用開口が形成された、前記測定機構、前記加熱機構および前記冷却機構を収容する筐体と、この筐体のチューブ着脱用開口を開閉するリッド体とを備え、
   前記リッド体には、閉状態において前記試料チューブの上面に対接する補助加熱機構が設けられており、
   前記リッド体は、閉状態において前記筐体の内部に冷却風を導入するための吸気口を有し、
   前記冷却機構が作動することによって、前記吸気口から導入された冷却風が、前記補助加熱機構に当たった後に、前記冷却風路を流通することを特徴とする光測定装置。
2. 試料チューブを受容するチューブ受容用凹所が形成されたチューブホルダ、前記試料チューブ内に収容された試料に光を照射する光源部、および前記試料からの光を検出する受光部を有する測定機構と、
   前記チューブホルダを介して前記試料チューブを加熱する加熱機構と
   を備えてなる光測定装置であって、
   前記チューブホルダの周辺には、前記チューブ受容用凹所に受容された前記試料チューブの長手方向に沿って伸びる冷却風路が形成されており、前記冷却風路に冷却風を流通させる冷却機構が設けられており、
   前記光源部と前記チューブホルダとの間に設けられた、前記光源部からの光が通過する第１の光路を形成する第１の光路形成体と、前記チューブホルダと前記受光部との間に設けられた、前記試料チューブからの光が通過する第２の光路を形成する第２の光路形成体とを備え、
   前記冷却風路は、前記チューブホルダの外面と前記第１の光路形成体および前記第２の光路形成体の少なくとも一方の外面との間に形成されており、
   前記チューブホルダは、その外面に前記チューブ受容用凹所に受容された前記試料チューブの長手方向に沿って伸びる、前記冷却風路を形成するための溝を有することを特徴とする光測定装置。

Images