JP7780798B2 - Microchips, particle analyzers and measuring devices - Google Patents
Microchips, particle analyzers and measuring devicesInfo
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Description
本発明は、マイクロチップ、微粒子分析装置及び計測装置に関する。 The present invention relates to microchips, particle analysis devices, and measurement devices.
従来の技術として、遅延時間を設定することなく、複数の蛍光色素により標識された試料としての細胞粒子が複数のレーザ光源により励起されて生じた複数の蛍光を検出する計測装置としてのフローサイトメータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional technique, a flow cytometer has been proposed as a measuring device that detects multiple fluorescent light emissions generated when cell particles, serving as a sample labeled with multiple fluorescent dyes, are excited by multiple laser light sources without setting a delay time (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示された計測装置としてのフローサイトメータは、流路内を通流する試料に互いに異なる波長を有する複数の励起光を、所定の周期及び互いに異なる位相で照射する複数の光源と、複数の励起光を同一の入射光路上に導光し、染色された粒子に集光する導光部材とを有する。 The flow cytometer disclosed in Patent Document 1 as a measuring device has multiple light sources that irradiate a sample flowing through a flow path with multiple excitation light beams having different wavelengths at a predetermined cycle and at different phases, and a light-guiding member that guides the multiple excitation light beams along the same incident light path and focuses them on dyed particles.
一方、試料が流れる流路を形成するフローセルをマイクロチップ化し、使い捨て可能にしたフローサイトメータが提案されている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, a disposable flow cytometer has been proposed in which the flow cell that forms the channel through which the sample flows is made into a microchip (see, for example, Patent Document 2).
特許文献2に開示された計測装置としてのフローサイトメータは、平板基板内に流路を形成してなるフローセルと、流路を流れる試料液中の微粒子に光を照射する光照射手段と、光を照射した際に微粒子から発生する散乱光又は蛍光を検出し、それらの信号強度に基づいて微粒子を識別し、目的の微粒子を検出する検出手段と、フローセルの流路を流れる試料液中の微粒子に圧力パルスを与える定圧ポンプ及びそれに接続された電磁バルブと、検出手段からの信号に基づいて電磁バルブの動作を制御する制御手段とを有する。 The flow cytometer disclosed in Patent Document 2 as a measuring device comprises a flow cell having a flow path formed within a flat substrate; a light irradiation means for irradiating light onto particles in a sample liquid flowing through the flow path; a detection means for detecting scattered light or fluorescence emitted from the particles when irradiated with light, identifying the particles based on the signal strength, and detecting the target particles; a constant-pressure pump for applying pressure pulses to the particles in the sample liquid flowing through the flow cell flow path and an electromagnetic valve connected to the pump; and a control means for controlling the operation of the electromagnetic valve based on a signal from the detection means.
上記した特許文献1のフローサイトメータは、複数のレーザビームを同一光路上に導光するため、遅延時間を設定することなく、複数の蛍光色素により標識された細胞粒子からの前方・側方散乱光及び蛍光を検出し、光源からフローセルに至る光軸の調整を簡素化するものの、依然として光学系の光軸調整は必要である。特に、複数の励起波長を用いてそれに対応する発光特性を測定する構成においてはそれぞれの励起波長の光源に対してその光軸を調整する必要があり、当該光軸調整が容易とは言えない、という問題がある。つまり、特許文献1には、具体的な光学系については開示が無く、光軸調整が不要、もしくは容易である光学系が求められている。さらに、特許文献2のフローサイトメータは、マイクロチップが使い捨てとされているため、マイクロチップの交換の度に光軸調整が必要であり、やはり光軸調整が容易であるとは言えない、という問題がある。 The flow cytometer of Patent Document 1, mentioned above, guides multiple laser beams along the same optical path, detecting forward and side scattered light and fluorescence from cell particles labeled with multiple fluorescent dyes without setting a delay time. This simplifies the adjustment of the optical axis from the light source to the flow cell, but optical axis adjustment of the optical system is still required. In particular, in a configuration that uses multiple excitation wavelengths to measure corresponding emission characteristics, the optical axis must be adjusted for the light source of each excitation wavelength, which poses a problem: the optical axis adjustment is not easy. In other words, Patent Document 1 does not disclose specific optical systems, and there is a demand for optical systems that do not require or that easily require optical axis adjustment. Furthermore, the flow cytometer of Patent Document 2 uses disposable microchips, so the optical axis must be adjusted each time the microchip is replaced, again posing a problem: the optical axis adjustment is not easy.
本発明の目的は、光軸調整の困難性を低減することであり、装置全体をコンパクト化するマイクロチップ、微粒子分析装置及び計測装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a microchip, particle analysis device, and measurement device that reduces the difficulty of optical axis adjustment and makes the entire device more compact.
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下のマイクロチップ、微粒子分析装置
及び計測装置を提供する。
In order to achieve the above object, one aspect of the present invention provides the following microchip, particle analysis device, and measurement device.
[1]試料液を通流する流路を有する筐体であって、前記試料液が前記流路上の光照射領域において光照射手段により光が照射されるよう配置される筐体を有するマイクロチップであって、
前記光照射手段は、集光部材を有し、複数の光源から出射するそれぞれの光ビームの出射スポットが存在する前記複数の光源の配列方向の範囲が、前記複数の光源の前記集光部材に対して最も中心に位置する出射スポットから出射した光ビームが前記集光部材を通過した直後の光ビームの前記配列方向のサイズ内に入っており、前記光照射領域は、前記集光部材を通過した後の前記複数の光源のそれぞれのビームが交差する領域であるマイクロチップ。
[2]前記筐体の前記光照射領域において照射される光は、前記光照射手段の前記集光部材と前記光照射領域との間に設けられたミラーを介して照射される前記[1]に記載のマイクロチップ。
[3]前記ミラーは、前記光ビームに対する角度を変更可能に回転するものであり、前記試料液中の試料の流れに追従して前記光照射領域を移動させる前記[2]に記載のマイクロチップ。
[4]前記光照射手段は、複数の波長及び/又は複数の強度の光ビームを順次照射する前記[2]又は[3]に記載のマイクロチップ。
[5]前記ミラーは、前記光照射領域の前記試料液中の試料の透過光、反応発光、蛍光又は散乱光の検出が途切れたタイミングで追従を開始した初期位置に戻る前記[3]又は[4]に記載のマイクロチップ。
[6]試料液に含まれる微粒子を分析するための微粒子分析装置であって、
前記試料液を流通する流路を有する筐体と、当該筐体上に形成されて前記流路に前記試料液を流通する試料液リザーバーとを有するマイクロチップと、
前記流路を通流する前記試料液を光照射領域において照射するための光照射手段と、
微粒子から発生する光の特徴量を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出信号により目的とする微粒子を識別、分析し、その結果を出力する分析手段とを備え、
前記光照射手段は、複数の光源と、集光部材を有し、複数の光源から出射するそれぞれの光ビームの出射スポットが存在する前記複数の光源の配列方向の範囲が、前記複数の光源の前記集光部材に対して最も中心に位置する出射スポットから出射した光ビームが前記集光部材を通過した直後のビームの前記配列方向のサイズ内に入っており、前記光照射領域は、前記集光部材を通過した後の前記複数の光源のそれぞれのビームが交差する領域である微粒子分析装置。
[7]試料液を通流する流路を有する筐体であって、前記試料液が前記流路上の光照射領域において光照射手段により光が照射されるよう配置される筐体を有するマイクロチップであって、前記光照射手段は、集光部材を有し、複数の光源から出射するそれぞれの光ビームの出射スポットが存在する前記複数の光源の配列方向の範囲が、前記複数の光源の前記集光部材に対して最も中心に位置する出射スポットから出射した光ビームが前記集光部材を通過した直後の光ビームの前記配列方向のサイズ内に入っており、前記光照射領域は、前記集光部材を通過した後の前記複数の光源のそれぞれのビームが交差する領域であるマイクロチップと、
前記試料液から入射する光を分光する分光器と、
前記分光器が分光した光の特徴量を検出することで前記試料液中の試料に生じた化学変化を解析する解析手段とを有する計測装置。
[1] A microchip having a housing having a flow path through which a sample liquid flows, the housing being arranged so that the sample liquid is irradiated with light by a light irradiation means in a light irradiation region on the flow path,
The light irradiation means has a focusing member, and the range in the arrangement direction of the multiple light sources in which the emission spots of each light beam emitted from the multiple light sources exist is within the size in the arrangement direction of the light beam immediately after the light beam emitted from the emission spot located most centrally with respect to the focusing member of the multiple light sources passes through the focusing member, and the light irradiation area is a microchip that is an area where the beams of the multiple light sources intersect after passing through the focusing member.
[2] The microchip according to [1], wherein the light irradiated in the light irradiation area of the housing is irradiated via a mirror provided between the light condensing member of the light irradiating means and the light irradiation area.
[3] The microchip according to [2], wherein the mirror rotates so as to change the angle with respect to the light beam, and moves the light irradiation area in accordance with the flow of the sample in the sample liquid.
[4] The microchip according to [2] or [3], wherein the light irradiation means sequentially irradiates light beams of a plurality of wavelengths and/or a plurality of intensities.
[5] The microchip according to [3] or [4], wherein the mirror returns to the initial position where it started tracking when detection of transmitted light, reaction luminescence, fluorescence or scattered light from the sample in the sample solution in the light irradiation area is discontinued.
[6] A particle analyzer for analyzing particles contained in a sample liquid, comprising:
a microchip having a housing having a flow path through which the sample liquid flows, and a sample liquid reservoir formed on the housing and through which the sample liquid flows in the flow path;
a light irradiation means for irradiating the sample liquid flowing through the flow channel in a light irradiation region;
a detection means for detecting a characteristic amount of light emitted from the particle;
an analyzing means for identifying and analyzing the target particles based on the detection signal of the detecting means, and outputting the results;
The light irradiation means has a plurality of light sources and a focusing member, and the range in the arrangement direction of the plurality of light sources in which the emission spots of each light beam emitted from the plurality of light sources exist is within the size in the arrangement direction of the beam immediately after the light beam emitted from the emission spot located most centrally with respect to the focusing member of the plurality of light sources passes through the focusing member, and the light irradiation area is the area where the beams of the plurality of light sources intersect after passing through the focusing member.
[7] A microchip having a housing having a flow path through which a sample liquid flows, the housing being arranged so that the sample liquid is irradiated with light by a light irradiation means in a light irradiation region on the flow path, the light irradiation means having a light condensing member, a range in an arrangement direction of the plurality of light sources in which emission spots of the respective light beams emitted from the plurality of light sources exist is within a size in the arrangement direction of the light beam immediately after the light beam emitted from the emission spot located most centrally with respect to the light condensing member of the plurality of light sources passes through the light condensing member, and the light irradiation region is a region where the respective beams of the plurality of light sources intersect after passing through the light condensing member;
a spectroscope for separating light incident from the sample liquid;
and analyzing means for analyzing chemical changes occurring in the sample in the sample liquid by detecting a characteristic amount of the light dispersed by the spectrometer.
請求項1、6、7に係る発明によれば、光軸調整の困難性を低減することであり、装置全体をコンパクト化することができる。
請求項2に係る発明によれば、ミラーを集光部材と前記光照射領域との間に設けることができる。
請求項3に係る発明によれば、光照射領域を試料液中の試料の流れに追従して移動させることができる。
請求項4に係る発明によれば、複数の波長又は複数の強度の光ビームを順次照射することができる。
請求項5に係る発明によれば、追従を開始した初期位置に戻るタイミングを、光照射領域の試料の透過光、反応発光、蛍光又は散乱光の検出が途切れたタイミングとすることができる。
According to the inventions of claims 1, 6 and 7, the difficulty of adjusting the optical axis is reduced, and the entire device can be made compact.
According to the second aspect of the present invention, a mirror can be provided between the light collecting member and the light irradiation area.
According to the third aspect of the present invention, the light irradiation area can be moved in accordance with the flow of the sample in the sample liquid.
According to the fourth aspect of the present invention, light beams of a plurality of wavelengths or a plurality of intensities can be emitted sequentially.
According to the invention of claim 5, the timing for returning to the initial position where tracking started can be the timing when detection of transmitted light, reaction luminescence, fluorescence or scattered light from the sample in the light irradiation area stops.
[第1の実施の形態]
(フローサイトメータの構成)
図1は、第1の実施の形態のフローサイトメータの構成を示す概略図である。また、図2は、検出器の出力する信号の処理工程の一例を示すブロック図である。
[First embodiment]
(Flow cytometer configuration)
Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a flow cytometer according to a first embodiment, and Fig. 2 is a block diagram showing an example of a process for processing signals output from a detector.
フローサイトメータ2は、試料液中の蛍光標識試薬などで染色された細胞粒子等の試料をシース流内で一列に配列するための流体力学的フロー機構と、各細胞粒子に波長の異なる複数の光を照射し、散乱光及び蛍光を受光するための光学的機構と、光学的機構から出力された散乱光及び蛍光に関する電気信号を制御・処理するための信号処理部とを備える。 Flow cytometer 2 includes a hydrodynamic flow mechanism for arranging samples, such as cell particles stained with fluorescently labeled reagents in a sample liquid, in a line within a sheath flow; an optical mechanism for irradiating each cell particle with multiple light beams of different wavelengths and receiving scattered light and fluorescent light; and a signal processing unit for controlling and processing electrical signals related to the scattered light and fluorescent light output from the optical mechanism.
流体力学的フロー機構は、試料液として分析すべき細胞粒子を含むサンプル懸濁液を貯蔵・供給するためのサンプル懸濁液供給部211と、シース液を貯蔵・供給するためのシース液供給部212と、フローチャンバ222と、フローチャンバ222の下流に連結されたフローセルであるマイクロチップ1とを有する。 The hydrodynamic flow mechanism has a sample suspension supply unit 21 1 for storing and supplying a sample suspension containing cell particles to be analyzed as a sample liquid, a sheath liquid supply unit 21 2 for storing and supplying a sheath liquid, a flow chamber 22 2 , and a microchip 1 which is a flow cell connected downstream of the flow chamber 22 2 .
フローチャンバ222は略円筒形状を有し、その中心軸に沿って懸濁液供給管221が配設されている。サンプル懸濁液供給部211及びシース液供給部212に貯蔵されたサンプル懸濁液及びシース液は、それぞれのエアポンプ201,202の圧力により、懸濁液供給管221及びフローチャンバ222内に供給される。これにより、シース液がサンプル懸濁液を円筒状に包み込む鞘状のシース流(層流としてのシース流f2)が形成される。このとき、サンプル懸濁液供給部211の圧力をシース液供給部212の圧力より若干低く設定することにより、流体力学的な絞り込みが生じ、シース液に包まれたサンプル懸濁液の流径が非常に細くなり(試料流f1)、サンプル懸濁液に含まれる細胞粒子をマイクロチップ1内で一列に整列させることができる。 Flow chamber 22-2 has a substantially cylindrical shape, with suspension supply pipe 22-1 disposed along its central axis. The sample suspension and sheath liquid stored in sample suspension supply unit 21-1 and sheath liquid supply unit 21-2 are supplied into suspension supply pipe 22-1 and flow chamber 22-2 by the pressure of respective air pumps 20-1 , 20-2 . As a result, a sheath-shaped sheath flow (laminar sheath flow f -2 ) is formed in which the sheath liquid envelops the sample suspension in a cylindrical shape. At this time, by setting the pressure of sample suspension supply unit 21-1 slightly lower than the pressure of sheath liquid supply unit 21-2 , hydrodynamic constriction occurs, and the flow diameter of the sample suspension enveloping the sheath liquid becomes extremely narrow (sample flow f -1 ), allowing cell particles contained in the sample suspension to be aligned in a row within microchip 1.
マイクロチップ1は、例えば、フローチャンバ222から取り外して交換可能に構成されており、最下部にオリフィスを有し、マイクロチップ1を通過した細胞粒子を含むシースフローがオリフィスからジェット噴射される。噴射されたシースフローに対し、図示しないピエゾ圧電素子などの振動装置から振動が加えられると、それぞれの細胞粒子を収容する液滴が形成される。また、特定の細胞粒子を含む液滴を分取するとき(セルソータに適用する場合)、液滴が形成されるブレイク・オフ・ポイントの直前で、分取したい細胞粒子を含むシースフローを荷電する荷電部(図示せず)が配設される。さらに、所定電圧(例えば、6000Vの直流電圧)が印加された一対の偏向板23a、23bが設けられ、荷電された液滴は、これらの偏向板23a、23bの間を通過するときに直流電場から力を受けて偏向し、分取される。 The microchip 1 is configured, for example, to be removable and replaceable from the flow chamber 22-2 . It has an orifice at its bottom, from which a sheath flow containing cell particles that have passed through the microchip 1 is jetted. When the jetted sheath flow is vibrated by a vibration device, such as a piezoelectric element (not shown), droplets containing the respective cell particles are formed. Furthermore, when sorting droplets containing specific cell particles (when applied to a cell sorter), a charging unit (not shown) is provided that charges the sheath flow containing the cell particles to be sorted just before the break-off point where the droplets are formed. Furthermore, a pair of deflection plates 23 a, 23 b to which a predetermined voltage (e.g., a DC voltage of 6000 V) is applied is provided. The charged droplets are deflected by a force from a DC electric field as they pass between the deflection plates 23 a, 23 b, and are then sorted.
光照射手段としての光学的機構は、光照射用に、マイクロチップ1内で整列した細胞粒子等の試料に異なる波長の複数の励起光を照射する光源110a、110b、110cと、集光部材としてのレンズ111と、必要に応じてミラー(113、図11参照。)とを有する。光源110a、110b、110cと、レンズ111と(変形例として、さらにMEMSミラー装置113と)は、後述する図4に示すように、単一の基板(112)上に搭載されることで励起用光学ユニット11としてユニット化される。
The optical mechanism as the light irradiation means has, for light irradiation, light sources 110a, 110b, and 110c that irradiate a sample such as cell particles aligned in the microchip 1 with a plurality of excitation lights of different wavelengths, a lens 111 as a light-condensing member, and a mirror (113, see FIG. 11) as needed. The light sources 110a, 110b, and 110c and the lens 111 (and, as a modified example, a MEMS mirror device 113) are mounted on a single substrate (112) and unitized as an excitation optical unit 11, as shown in FIG. 4 described below.
光源110a、110b、110cは、任意の光源であって、本発明を限定するものではないが、それぞれシングルモードの半導体レーザが光ビームをコリメートあるいは集光する点で好ましい。また、光源110a、110b、110cから直接レンズ111に照射する他、光源110a、110b、110cを任意の位置に配置して光ファイバー等を用いてレンズ111に対して光を導くようにしてもよい。また、光源110a、110b、110cの数は、後述する配置の条件を満たせば3つに限定されるものではない。 Light sources 110a, 110b, and 110c may be any light source and are not intended to limit the present invention. However, single-mode semiconductor lasers are preferred because they collimate or focus the light beams. Furthermore, in addition to irradiating lens 111 directly from light sources 110a, 110b, and 110c, light sources 110a, 110b, and 110c may be positioned at any location and light guided to lens 111 using an optical fiber or the like. Furthermore, the number of light sources 110a, 110b, and 110c is not limited to three, as long as the placement conditions described below are met.
光源110a、110b、110cから発せられた光は、図1に示すように、レンズ111を介してマイクロチップ1に照射される。光源110a、110b、110c、レンズ111及びこれらの配置により定まる光照射位置(マイクロチップ1上の光照射領域L)の詳細及び相対的な位置関係については詳しく後述する。 Light emitted from light sources 110a, 110b, and 110c is irradiated onto microchip 1 via lens 111, as shown in FIG. 1. Details of the light sources 110a, 110b, and 110c, lens 111, and the light irradiation position (light irradiation area L on microchip 1) determined by their arrangement and their relative positional relationship will be described in detail below.
また光学的機構は、光検出用に、試料で散乱して生じた前方散乱光(FSC:Forward Scattering Light)を検出する検出器14Aと、試料で散乱して生じた側方散乱光(SSC:Side Scattering Light)及び試料を励起して生じたさまざまな波長を有する複数の蛍光(FL:fluorescent light)を検出する検出器14Bとを備える。検出器14Aは、特定の波長の光を選択的に透過させるバンドパスフィルタ(図示せず、例えば、488±5nmの選択波長)を有し、試料で散乱して生じた前方散乱光を検出するものである。一方、検出器14Bは、照射光の波長と同じ3つの波長を有する側方散乱光と、各光源からの照射光の波長とは異なるさまざまな波長を有する蛍光を検出するものであり、各検出波長に対応したダイクロイックロングパスフィルタ、ロングバスフィルタ、ショートパスフィルタ及びバンドパスフィルタ等のフィルタと各検出波長に対応した複数の検出器とを有する。 The optical mechanism also includes detector 14A, which detects forward-scattered light (FSC) scattered by the sample, and detector 14B, which detects side-scattered light (SSC) scattered by the sample and multiple fluorescent lights (FL) of various wavelengths generated by exciting the sample. Detector 14A has a bandpass filter (not shown, e.g., a selected wavelength of 488±5 nm) that selectively transmits light of specific wavelengths and detects forward-scattered light scattered by the sample. Detector 14B, on the other hand, detects side-scattered light of the three wavelengths identical to the wavelengths of the irradiating light and fluorescent light of various wavelengths different from the wavelengths of the irradiating light from each light source. It has filters such as dichroic long-pass filters, long-pass filters, short-pass filters, and band-pass filters corresponding to each detection wavelength, as well as multiple detectors corresponding to each detection wavelength.
また信号処理部は、図2に示すように、信号処理部15と、データ解析部16と、光源制御部17とを有する。上記した検出器14A(14B)の出力は、信号処理部15に入力される。信号処理部15は、公知の技術、例えば、アナログ信号からデジタル信号へ変換するA/D変換回路や、信号の面積、幅、高さを演算するAWH演算回路、処理すべき光信号要素を選択するパラメータセレクタ回路、蛍光の漏れ込みを補償するコンペンセーション回路等で構成され、検出器14A(14B)の検出したアナログ信号を光の波長及び強度の数値(デジタル信号)として出力する。データ解析部16は、複数の光の強度分布及びそれらの相互関係を解析し、光源制御部17に出力する。光源制御部17は、データ解析部16の解析結果に基づいて光源を制御する(変形例3にて詳細に記載する。)。データ解析部16は、公知のフローサイトメータのデータ分析や各光強度間の比演算や相関関係を行い、試料の特性を分析し、その結果を出力する。また、光の特徴量としては、個々の波長の有する強度に限られず各波長の強度の比較値又は当該強度の比較値から求まる物理量を光の特徴量としてもよい。なお、分光器を備えた場合には、波長分布を比較してもよい。 As shown in FIG. 2, the signal processing unit includes a signal processing unit 15, a data analysis unit 16, and a light source control unit 17. The output of the detector 14A (14B) is input to the signal processing unit 15. The signal processing unit 15 is composed of known technologies, such as an A/D conversion circuit that converts analog signals to digital signals, an AWH calculation circuit that calculates the area, width, and height of the signal, a parameter selector circuit that selects the optical signal elements to be processed, and a compensation circuit that compensates for fluorescence leakage. The signal processing unit 15 outputs the analog signal detected by the detector 14A (14B) as a numerical value (digital signal) of the wavelength and intensity of light. The data analysis unit 16 analyzes the intensity distributions of multiple light beams and their interrelationships, and outputs the results to the light source control unit 17. The light source control unit 17 controls the light source based on the analysis results of the data analysis unit 16 (described in detail in Variation 3). The data analysis unit 16 analyzes data from a known flow cytometer, calculates ratios and correlations between each light intensity, analyzes the characteristics of the sample, and outputs the results. Furthermore, the light feature is not limited to the intensity of each wavelength, but may also be a comparison value of the intensity of each wavelength or a physical quantity calculated from the comparison value of the intensity. If a spectroscope is provided, wavelength distributions may also be compared.
(マイクロチップの構成)
図3は、第1の実施の形態に係るマイクロチップの構成の一例を示す概略斜視図である。
(Microchip configuration)
FIG. 3 is a schematic perspective view showing an example of the configuration of the microchip according to the first embodiment.
マイクロチップ1は、内部に流路13を形成する筐体12A、12Bとを有する。流路13内に、試料流を囲み込むためのシース液、例えば、生理食塩水等がシース流として流され、周囲に流れるシース流f2と、当該シース流の中央に形成される試料を導入するための試料流f1が形成される。また、マイクロチップ1は、図1に示すようにさらに各流の上流に導入路を、下流に排出路を有するが図3では省略している。また、筐体12Bの入射面側には、励起用光学ユニット11が配置されて筐体内を通流する試料流f1の試料に対して励起用光学ユニット11を介して励起光を照射する。ここで、マイクロチップ1の試料流f1上の光を照射すべき範囲のことを「光照射領域L」という。また、以降説明するように励起用光学ユニット11の照射する光のうち複数光源の光が交差する範囲を「光照射位置」という。 The microchip 1 has housings 12A and 12B that form a flow path 13 therein. A sheath liquid, such as physiological saline, flows within the flow path 13 as a sheath flow to surround the sample flow, forming a sheath flow f2 that flows around the periphery and a sample flow f1 that is formed in the center of the sheath flow for introducing the sample. As shown in FIG. 1, the microchip 1 also has an inlet path upstream of each flow and an outlet path downstream, but these are omitted in FIG. 3. An excitation optical unit 11 is disposed on the incident surface of the housing 12B, and excitation light is irradiated onto the sample in the sample flow f1 flowing through the housing via the excitation optical unit 11. Here, the area on the sample flow f1 of the microchip 1 that should be irradiated with light is referred to as the "light irradiation region L." As will be described below, the area where light from multiple light sources intersects among the light irradiated by the excitation optical unit 11 is referred to as the "light irradiation position."
励起用光学ユニット11は、マイクロチップ1に対する光照射領域の調整を不要とするためにマイクロチップ1と一体に構成された場合について以降説明するが、マイクロチップ1の試料流f1上の光照射領域Lに対して励起用光学ユニット11の光照射位置が一致するようにマイクロチップ1と励起用光学ユニット11とが互いに嵌め込み構造を有し、当該構造に嵌め合わせて設置するものであってもよいし、マイクロチップ1と励起用光学ユニット11を、マイクロチップ1の試料流f1上の光照射領域Lに対して励起用光学ユニット11の光照射位置が一致するように位置合わせのためのアタッチメント等を用意して設置するものであってもよい。さらに、マイクロチップ1の試料流f1上の光照射領域Lに対して励起用光学ユニット11の光照射位置が一致するように配置されれば、励起用光学ユニット11はユニット化せずに光源110a~110cとレンズ111とを別体で用意してもよい。また、マイクロチップ1の試料流f1上の光照射領域Lに対して励起用光学ユニット11の光照射位置が一致するように配置されれば、マイクロチップ1と励起用光学ユニット11をそれぞれ異なる位置に任意の方法で配置してよい。これらの配置方法は、マイクロチップ1及び励起用光学ユニット11を使い捨てにするか、マイクロチップ1のみを使い捨てにするか、マイクロチップ1及びレンズ111を使い捨てにするか等のように、設計に応じて適宜変更することができる。
The following description will be given of a case in which the excitation optical unit 11 is configured integrally with the microchip 1 so as to eliminate the need to adjust the light irradiation area on the microchip 1, but the microchip 1 and the excitation optical unit 11 may have a fitting structure and be fitted into each other so that the light irradiation position of the excitation optical unit 11 coincides with the light irradiation area L on the sample flow f1 of the microchip 1, or the microchip 1 and the excitation optical unit 11 may be installed using an alignment attachment or the like so that the light irradiation position of the excitation optical unit 11 coincides with the light irradiation area L on the sample flow f1 of the microchip 1. Furthermore, as long as the excitation optical unit 11 is positioned so that the light irradiation position of the excitation optical unit 11 coincides with the light irradiation area L on the sample flow f1 of the microchip 1, the excitation optical unit 11 may not be unitized, and the light sources 110a to 110c and the lens 111 may be prepared separately. Furthermore, the microchip 1 and the excitation optical unit 11 may be arranged at different positions and by any method as long as they are arranged so that the light irradiation position of the excitation optical unit 11 coincides with the light irradiation region L on the sample flow f1 of the microchip 1. These arrangement methods can be changed as appropriate depending on the design, such as whether the microchip 1 and the excitation optical unit 11 are disposable, whether only the microchip 1 is disposable, or whether the microchip 1 and the lens 111 are disposable.
流路13内では、図面上から下に向けて試料流f1とシース流f2の層流が形成され(図8も併せて参照。)、試料流f1はシース流f2の中心に保持される。図3で流路13の断面形状は矩形としているが円形状としても良い。試料流f1は、例えば、10~100μmの直径、シース流f2は100~1000μmの直径を有する。当該直径は、流路断面が多角形である場合、内接円の直径と考えることができる。試料流f1は、一例として、直径10μm程度の試料(0.5~50μmの範囲で任意の大きさを選択してもよい。)が含まれるものであり、試料は微粒子であり、例えば、細胞、リンパ球等を挙げることができる。 Within the flow channel 13, laminar flows of sample flow f1 and sheath flow f2 are formed from top to bottom in the drawing (see also FIG. 8), with the sample flow f1 being held at the center of the sheath flow f2 . While the cross-sectional shape of the flow channel 13 is rectangular in FIG. 3, it may also be circular. The sample flow f1 has a diameter of, for example, 10 to 100 μm, and the sheath flow f2 has a diameter of 100 to 1000 μm. When the cross section of the flow channel is polygonal, these diameters can be considered to be the diameters of the inscribed circle. For example, the sample flow f1 contains a sample with a diameter of approximately 10 μm (any size may be selected within the range of 0.5 to 50 μm), and the sample is a fine particle, such as a cell or lymphocyte.
また、試料流f1と、検出器14Bへと続く側方散乱光/蛍光光路lsとは、ともに一の同一面(A-A’断面)に位置するように配置され、励起用光学ユニット11の照射光の光路と、試料流f1と、検出器14Aへと続く前方散乱光光路lfとは、ともに他の同一面(B-B’断面)に位置するように配置される。一の同一面と他の同一面は検出する光信号に適した角度位置に配置されるのが好ましく、例えば互いに直交するものとすることをあげることができる。筐体12A、12Bは、一例として、シリコン、ガラス、樹脂等の励起光や試料からの光の障害とならない材質の材料が用いられ、後述する方法によって形成される。筐体12A,12Bは、少なくとも励起用光学ユニット11から出射される励起光、前方散乱光、側方散乱光/蛍光を透過させるものとする。なお、A-A’断面とは、図1において励起用光学ユニット11側からマイクロチップ1の光照射面を正面視して、試料流f1が位置する面の断面である。また、B-B’断面とは、検出器14B側からマイクロチップ1を正面視して、試料流f1が位置する面の断面である。 Furthermore, the sample flow f1 and the side-scattered light/fluorescence light path ls continuing to the detector 14B are all positioned on one identical plane (A-A' cross section), while the optical path of the illumination light from the excitation optical unit 11, the sample flow f1 , and the forward-scattered light path lf continuing to the detector 14A are all positioned on another identical plane (B-B' cross section). The one identical plane and the other identical plane are preferably positioned at an angle appropriate for the optical signal to be detected, for example, orthogonal to each other. The housings 12A and 12B are formed by the method described below using materials such as silicon, glass, and resin that do not interfere with the excitation light or light from the sample. The housings 12A and 12B transmit at least the excitation light, forward-scattered light, and side-scattered light/fluorescence emitted from the excitation optical unit 11. The A-A' cross section is the cross section of the plane where the sample flow f1 is located when viewing the light irradiation surface of the microchip 1 from the excitation optical unit 11 side in FIG. 1. The BB' cross section is a cross section of the plane where the sample flow f1 is located when the microchip 1 is viewed from the front from the detector 14B side.
(励起用光学ユニットの構成)
図4(a)及び(b)並びに図5(a)及び(b)は、本発明の実施の形態の励起用光学ユニットの構成図であり、図4(a)及び図5(a)は平面図であり、図4(b)及び図5(b)は側面図である。なお、図においては光源を3個としているが、光源の数は2以上であれば任意である。
(Configuration of excitation optical unit)
4(a) and 4(b) and 5(a) and 5(b) are diagrams showing the configuration of an excitation optical unit according to an embodiment of the present invention, with 4(a) and 5(a) being plan views and 4(b) and 5(b) being side views. Note that although the figures show three light sources, the number of light sources may be any number as long as it is two or more.
励起用光学ユニット11は、複数の光源110a~110cと、単一の集光部材であるレンズ111によって構成される。なお、この場合のレンズ111としては集光レンズを用いた場合を示している。光源110a~110cは、それぞれ間隔xで配置される。また、光源110bとレンズ111は距離y1で配置される。光源110a~110cの出射スポットea~ecから出射した光ビームra~rcは、光の中心軸の光跡ca~ccが互いに平行になるように、光ビームra~rcの形状は拡がりながらレンズ111に向かって進行する。なお、ここで「単一の集光部材」とは、複数の光源により集光部材が共用されていることを表現したものであり、必ずしも集光部材が1枚で構成されている必要はなく、複合レンズで構成されていてもよい。
The excitation optical unit 11 is composed of a plurality of light sources 110a to 110c and a lens 111, which is a single focusing element. In this case, a focusing lens is used as the lens 111. The light sources 110a to 110c are arranged at intervals x. The light source 110b and the lens 111 are arranged at a distance y1 . The light beams r a to r c emitted from the emission spots e a to ec of the light sources 110a to 110c travel toward the lens 111 while expanding in shape so that the light traces c a to cc of the central axes of the light are parallel to one another. Note that the term "single focusing element" used here expresses that the focusing element is shared by a plurality of light sources, and the focusing element does not necessarily have to consist of a single piece and may be composed of a compound lens.
その後、レンズ111で集光され、レンズ111で集光された後は、コリメートされた光ビームとして、それぞれの光源110a~110cから出射した光の中心軸の光跡ca~ccが交わるように進行する。なお、コリメートされた光ビームとは、ビーム径が変化せずに進行する光ビームのことを言う。この光の中心軸の光跡ca~ccが交わる点を収束点(光照射領域L)と呼ぶことにする。この収束点とレンズ111としての集光レンズ間の距離y2は数学的な厳密さでレンズ111の焦点距離と等しい必要はない。また、収束点(光照射領域L)における3つの光ビームが交わる領域のビーム径が、試料の大きさ(10μm程度)に合わせて、例えば100μm程度となるように、光源110a~110cとレンズ111との距離、レンズ111の設計を調整するものとする。 The light is then focused by lens 111. After being focused by lens 111, the light beams travel as collimated beams such that the light traces c a to c c of the central axes of the light emitted from each of light sources 110 a to 110 c intersect. A collimated light beam refers to a light beam that travels without changing its beam diameter. The point where the light traces c a to c c of the central axes of the light intersect is referred to as the convergence point (light irradiation area L). The distance y2 between this convergence point and the focusing lens serving as lens 111 does not need to be mathematically exacting and equal to the focal length of lens 111. The distance between light sources 110 a to 110 c and lens 111 and the design of lens 111 are adjusted so that the beam diameter of the area where the three light beams intersect at the convergence point (light irradiation area L) is, for example, approximately 100 μm, in accordance with the size of the sample (approximately 10 μm).
ここで、複数光源110a~110cの配列方向の間隔Dが、最も中心に配置された光源110aからの光ビームraのレンズ111を通過した直後の光ビームraのサイズQ以下の範囲になるように設定する。この場合の光ビームraの直径は、光ビームをガウシアンビームに近似して、光パワーが中心軸上の値から1/e2(e:ネピア数)になる直径とする。なお、光ビームraがレンズ111を通過した直後の光ビームraのサイズQとは、レンズ111がレンズの場合にはレンズを透過した直後のビーム径であり、レンズ111が反射体からなる場合には反射体で反射された直後のビーム径である。 Here, the spacing D in the arrangement direction of the multiple light sources 110a to 110c is set to be within a range equal to or less than the size Q of the light beam r a from the centrally arranged light source 110a immediately after passing through the lens 111. In this case, the diameter of the light beam r a is set to be the diameter at which the light beam is approximated to a Gaussian beam and the optical power is 1/e 2 (e: Napier's number) of the value on the central axis. Note that the size Q of the light beam r a immediately after passing through the lens 111 is the beam diameter immediately after passing through the lens if the lens 111 is a lens, or is the beam diameter immediately after being reflected by the reflector if the lens 111 is made of a reflector.
なお、複数の光源110a~110cの光ビームra~rcがレンズ111を通過した直後のビーム直径が異なる場合でも、最も中心に配置された光源110aのビーム直径を用いる。 Even if the beam diameters of the light beams r a to r c from the multiple light sources 110 a to 110 c are different immediately after passing through the lens 111, the beam diameter of the light source 110 a arranged at the center is used.
以降、上記構成によって複数の光源の光ビームを光照射位置に照射可能である理由について説明する。 The following explains why the above configuration allows light beams from multiple light sources to be irradiated onto the light irradiation position.
図6は、光源の横方向移動量と光ビームの断面形状の扁平率の関係をシミュレーションしたものである。ここでは、コリメートビームの直径(図5のQに対応)を1mm、単レンズの焦点距離を6mm、単レンズの口径を4mmとしてシミュレーションを行った。図3から分かるように、横方向移動量が0.5mm付近で、扁平率が10%を超え、且つ、0.5mmよりも大きくなると扁平率は急激に大きくなることが分かる。通常、扁平率は、ビーム品質が劣化しないように、1桁以内で使用することが望ましい。なお、扁平率は扁平率=1-楕円率で表され、楕円率は楕円の短径と長径の比で表される。 Figure 6 shows a simulation of the relationship between the lateral movement of the light source and the oblateness of the cross-sectional shape of the light beam. Here, the simulation was performed with a collimated beam diameter (corresponding to Q in Figure 5) of 1 mm, a single lens focal length of 6 mm, and a single lens aperture of 4 mm. As can be seen from Figure 3, when the lateral movement is around 0.5 mm, the oblateness exceeds 10%, and when it exceeds 0.5 mm, the oblateness increases rapidly. It is generally desirable to use an oblateness within one digit to avoid degrading beam quality. Note that the oblateness is expressed as flattening = 1 - ellipticity, and the ellipticity is expressed as the ratio of the minor axis to the major axis of the ellipse.
この結果は、図5中の範囲Q(―0.5mm~0.5mmの範囲)を超えて、光源110aを配置すると、その光ビームraの形状が大きく劣化することを示すものである。また、この条件は、集光レンズの種類、光ビームの直径、レンズの焦点距離、光源110aの放射角にかかわらず、また、横方向移動した光源110aの放射角が、元の位置における光源110aの放射角と異なる場合でも、実用的な条件のとき(光源110aの放射角が30deg以内で、コリメートビーム直径は5mm以内)、ほぼ一般的に成り立つ。つまり、コリメートビームの直径はQであるから、図6中の横軸を「光源の横方向移動量(mm)」から「光源の横方向移動量/Q」(無次元)と読み替えることができる。そして、「光源の横方向移動量/Q」≦1を満たすように励起用光学ユニット11が構成されればよいことになる。 This result indicates that if the light source 110a is positioned beyond the range Q (-0.5 mm to 0.5 mm) in Figure 5, the shape of the light beam r a is significantly degraded. Furthermore, this condition generally holds true under practical conditions (the radiation angle of the light source 110a is within 30 degrees and the collimated beam diameter is within 5 mm), regardless of the type of focusing lens, the diameter of the light beam, the focal length of the lens, or the radiation angle of the light source 110a, and even if the radiation angle of the light source 110a after moving laterally differs from the radiation angle of the light source 110a at its original position. In other words, since the diameter of the collimated beam is Q, the horizontal axis in Figure 6 can be interpreted as "lateral movement of the light source (mm)" instead of "lateral movement of the light source/Q" (dimensionless). Therefore, it is sufficient for the excitation optical unit 11 to be configured so that "lateral movement of the light source/Q" ≦ 1 is satisfied.
この読み替えた「光源の横方向移動量/Q」の関係から、光源の配置位置、レンズの配置位置、レンズの焦点距離を設計できる。例えば、図5において2つの光源110a、110b(110b、110c)を間隔x=0.15mmで配置して光学レンズ111から光照射位置(光照射領域L)の距離y2を11.5mmに設定して光ビーム径を100μmに絞る場合を考える。まず、光源100bから光学レンズ111に光ビームを投入したときに、半導体レーザー光源からのビームの広がり角は通常は10°程度であるので光源110aと光学レンズ111との距離y1が約11.3mmでQの値が1mmとなり、「光源の横方向移動量/Q」の値は0.15となる。つまり、複数の光源110a、110b、110cの配列方向の範囲が、集光部材(光学レンズ111)に対して最も中心に位置する出射スポット(光源110b)から出射した光ビームが集光部材(光学レンズ111)を通過した直後の光ビームの配列方向のサイズ内に入っている。さらに、例えば焦点距離が5.7mmである光学レンズ111を用いることで、光学レンズ111から光照射位置(光照射領域L)の距離y2=11.5mmにおいて、直径Q=1mmの光ビームを光照射位置(光照射領域L)で100μmに絞ることができる。 From this reinterpretation of the relationship "lateral movement of light source/Q," the position of the light source, the position of the lens, and the focal length of the lens can be designed. For example, consider the case in FIG. 5 where two light sources 110a and 110b (110b and 110c) are arranged with a spacing x of 0.15 mm, the distance y2 from the optical lens 111 to the light irradiation position (light irradiation area L) is set to 11.5 mm, and the light beam diameter is narrowed to 100 μm. First, when a light beam is emitted from the light source 100b to the optical lens 111, the divergence angle of the beam from the semiconductor laser light source is usually about 10°. Therefore, when the distance y1 between the light source 110a and the optical lens 111 is about 11.3 mm, the value of Q becomes 1 mm, and the value of "lateral movement of light source/Q" becomes 0.15. That is, the range in the arrangement direction of the multiple light sources 110a, 110b, and 110c is within the size in the arrangement direction of the light beam emitted from the emission spot (light source 110b) located most centrally with respect to the condenser member (optical lens 111) immediately after passing through the condenser member (optical lens 111). Furthermore, by using optical lens 111 with a focal length of 5.7 mm, for example, it is possible to focus a light beam with a diameter Q = 1 mm to 100 μm at the light irradiation position (light irradiation area L) when the distance y2 from the optical lens 111 to the light irradiation position (light irradiation area L) is 11.5 mm.
なお、上記において例に挙げた光学レンズ111と光照射位置との距離y2=「11.5mm」は以下の条件に基づいて定めたものである。
(a1) 試料流f1がφ100μmであり、これを囲むシース流f2がφ1mm(内接円)であって、シース流f2がクローズの場合(筐体12A、12B(セルチップ)で囲まれている場合。)、シース流f2の外にセルの壁(例えば、厚さ1mmとする。)があるものとする。さらに、シース流f2セル壁外から10mmの位置に励起用光学ユニット11の出射口があり、当該出射口に光学レンズ111が配置されているとすると、光学レンズ111と試料間の距離は「シース流f2径の半分(0.5mm)」+「セル壁の厚さ1mm」+「シース流f2セル壁外から励起用光学ユニット11出射口までの距離10mm」であるから、光学レンズ111と光照射位置との距離は11.5mmとなる。
The distance y 2 = "11.5 mm" between the optical lens 111 and the light irradiation position given as an example above is determined based on the following conditions.
(a1) When the sample flow f1 has a diameter of 100 μm, the surrounding sheath flow f2 has a diameter of 1 mm (an inscribed circle), and the sheath flow f2 is closed (surrounded by the housings 12A and 12B (cell chips)), a cell wall (for example, 1 mm thick) is assumed to exist outside the sheath flow f2 . Furthermore, if the exit port of the excitation optical unit 11 is located 10 mm from the outside of the sheath flow f2 cell wall and an optical lens 111 is disposed at the exit port, the distance between the optical lens 111 and the sample is "half the diameter of the sheath flow f2 (0.5 mm)" + "1 mm thickness of the cell wall" + "10 mm distance from the outside of the sheath flow f2 cell wall to the exit port of the excitation optical unit 11," and therefore the distance between the optical lens 111 and the light irradiation position is 11.5 mm.
また、以下の例についても同様に光源の配置位置、レンズの配置位置、レンズの焦点距離を設計できる。
(a2) 上記(a1)と同様の配置において、光学レンズ111が励起用光学ユニット11の出射口(端部)からオフセットされている場合(例えば5mmのオフセット。)、当該オフセット長が加算されることで(11.5+5)、光学レンズ111と光照射位置との距離y2は16.5mmとなる。なお、オフセットにより生じるスペースは、例えば、後述するMEMSミラー(113、図11)等の配置に用いられる。
In addition, in the following examples, the positions of the light sources, the positions of the lenses, and the focal lengths of the lenses can be designed in a similar manner.
(a2) In the same arrangement as in (a1) above, if the optical lens 111 is offset from the exit (end) of the excitation optical unit 11 (for example, an offset of 5 mm), the distance y2 between the optical lens 111 and the light irradiation position becomes 16.5 mm by adding the offset length (11.5 + 5). Note that the space created by the offset is used, for example, for arranging a MEMS mirror (113, FIG. 11) described later, etc.
この場合、2つの光源110a、110b(110b、110c)を間隔x=0.15mmで配置して光学レンズ111からy2=16.5mm離れた光照射位置(光照射領域L)での光ビーム径を100μmに絞る場合には、まず、光源110aと光学レンズ111との距離x1が約8.7mmでQの値が1mmとなるため、「光源の横方向移動量/Q」の値は上記同様に0.15となる。さらに、焦点距離(例えば5.7mm)を有する光学レンズ111を用いることで、光学レンズ111からy2=10.5mm離れた光照射位置(光照射領域L)において、Q=1mmの光ビームを100μmに絞ることができる。 In this case, when two light sources 110a and 110b (110b and 110c) are arranged at a distance x = 0.15 mm and the light beam diameter is narrowed to 100 μm at the light irradiation position (light irradiation area L) y2 = 16.5 mm away from the optical lens 111, the distance x1 between the light source 110a and the optical lens 111 is approximately 8.7 mm, and the value of Q is 1 mm, so the value of "lateral movement amount of light source/Q" is 0.15 as above. Furthermore, by using the optical lens 111 having a focal length (for example, 5.7 mm), the light beam with Q = 1 mm can be narrowed to 100 μm at the light irradiation position (light irradiation area L) y2 = 10.5 mm away from the optical lens 111.
(b1) また、上記(a1)と、シース流f2がオープンである点において異なる場合(筐体12A、12B(セルチップ)で囲まれていない場合。)はシース流f2の外のセルの壁がないため、シース流f2と10mmの位置に励起用光学ユニット11の出射口があることになり、当該出射口に光学レンズが配置されているとすると、光学レンズ111と試料間の距離は「シース流f2径の半分(0.5mm)」+「シース流f2セル壁外から励起用光学ユニット11出射口までの距離10mm」であるから、光学レンズ111と光照射位置との距離y2は10.5mmとなる。 (b1) Furthermore, in a case that differs from the above (a1) in that the sheath flow f2 is open (a case in which the sheath flow f2 is not surrounded by the housings 12A and 12B (cell chip)), there is no cell wall outside the sheath flow f2 , so the exit port of the excitation optical unit 11 is located 10 mm from the sheath flow f2 , and if an optical lens is placed at the exit port, the distance between the optical lens 111 and the sample is "half the diameter of the sheath flow f2 (0.5 mm)" + "the distance 10 mm from the outside of the sheath flow f2 cell wall to the exit port of the excitation optical unit 11," so the distance y2 between the optical lens 111 and the light irradiation position is 10.5 mm.
この場合、2つの光源110a、110b(110b、110c)を間隔x=0.15mmで配置して光学レンズ111からy2=10.5mm離れた光照射位置(光照射領域L)での光ビーム径を100μmに絞る場合には、まず、光源110aと光学レンズ111との距離y1が約12.5mmでQの値が1mmとなるため、「光源の横方向移動量/Q」の値は0.15となる。さらに、焦点距離(例えば5.7mm)を有する光学レンズ111を用いることで、光学レンズ111からy2=10.5mm離れた光照射位置(光照射領域L)において、Q=1mmの光ビームを100μmに絞ることができる。 In this case, when two light sources 110a and 110b (110b and 110c) are arranged with a spacing x of 0.15 mm and the light beam diameter is narrowed to 100 μm at the light irradiation position (light irradiation area L) y2 = 10.5 mm away from the optical lens 111, the distance y1 between the light source 110a and the optical lens 111 is approximately 12.5 mm, and the value of Q is 1 mm, so the value of "lateral movement amount of light source/Q" is 0.15. Furthermore, by using the optical lens 111 having a focal length (for example, 5.7 mm), the light beam with Q = 1 mm can be narrowed to 100 μm at the light irradiation position (light irradiation area L) y2 = 10.5 mm away from the optical lens 111.
また、さらに光学レンズ111と試料間の距離y2が上記に比べて小さい場合であっても光学レンズ111の焦点距離を変更することで対応可能である。例えば、光学レンズ111と試料間の距離がy2=1.5mmの場合であって、焦点距離1.71mmの光学レンズ111を用いる場合は、光源110aと光学レンズ111との距離y1は約7.1mmに設定すればよい。光源100bから光学レンズ111に光ビームを投入したときに、半導体レーザー光源からのビームの広がり角は通常は10°程度であるので光源110aと光学レンズ111との距離y1が約7.1mmでQの値が0.3mmとなり、「光源の横方向移動量/Q」の値は1以下となる。つまり、複数の光源110a、110b、110cの配列方向の範囲が、集光部材(光学レンズ111)に対して最も中心に位置する出射スポット(光源110b)から出射した光ビームが集光部材(光学レンズ111)を通過した直後の光ビームの配列方向のサイズ内に入っている。さらに、焦点距離が1.71mmである光学レンズ111を用いることで、光学レンズ111から光照射位置(光照射領域L)の距離y2=1.5mmにおいて、直径Q=0.3mmの光ビームを光照射位置(光照射領域L)で100μmに絞ることができる。また、同様に、例えば、光学レンズ111と試料間の距離y2が6.5mmの場合には、焦点距離1.71mmの光学レンズ111を用い、光源110aと光学レンズ111との距離y1は約2mmに設定すればよい。このように各光学パラメータを変更することで様々な配置が可能となる。なお、このように光学レンズ111と試料間の距離が比較的短い例は、マイクロチップ1と励起用光学ユニット11が一体に構成された場合、又はマイクロチップ1に励起用光学ユニット11が填め込み式に構成された場合を想定している。 Furthermore, even if the distance y2 between the optical lens 111 and the sample is smaller than the above, this can be accommodated by changing the focal length of the optical lens 111. For example, when the distance between the optical lens 111 and the sample is y2 = 1.5 mm and an optical lens 111 with a focal length of 1.71 mm is used, the distance y1 between the light source 110a and the optical lens 111 may be set to approximately 7.1 mm. When a light beam is projected from the light source 100b onto the optical lens 111, the divergence angle of the beam from the semiconductor laser light source is usually about 10°. Therefore, when the distance y1 between the light source 110a and the optical lens 111 is approximately 7.1 mm, the value of Q becomes 0.3 mm, and the value of "lateral movement amount of the light source/Q" becomes 1 or less. In other words, the range in the arrangement direction of the multiple light sources 110a, 110b, and 110c is within the size in the arrangement direction of the light beam emitted from the emission spot (light source 110b) located most centrally with respect to the focusing member (optical lens 111) immediately after passing through the focusing member (optical lens 111). Furthermore, by using the optical lens 111 with a focal length of 1.71 mm, a light beam with a diameter Q = 0.3 mm can be focused to 100 μm at the light irradiation position (light irradiation area L) at a distance y2 = 1.5 mm from the optical lens 111 to the light irradiation position (light irradiation area L). Similarly, for example, when the distance y2 between the optical lens 111 and the sample is 6.5 mm, an optical lens 111 with a focal length of 1.71 mm can be used, and the distance y1 between the light source 110a and the optical lens 111 can be set to approximately 2 mm. In this way, various arrangements are possible by changing each optical parameter. In addition, such an example in which the distance between the optical lens 111 and the sample is relatively short is assumed to be a case in which the microchip 1 and the excitation optical unit 11 are configured as an integrated unit, or a case in which the excitation optical unit 11 is configured as an insertable unit into the microchip 1.
また、放射角が等方的でなく、光源110aから出射された光ビームraの断面形状が元々楕円の場合でも、光源の配置方向(横方向)のビーム径を用いれば同じことが言える。このことから、複数の光源から出射するそれぞれの光ビームの出射スポットが存在する光源の配列方向の範囲Dが、光ビームraがレンズ111を通過した直後の光源の配列方向の光ビームの直径の範囲Q内に入っていることが望ましいことが分かる。 Furthermore, even if the radiation angle is not isotropic and the cross-sectional shape of the light beam r a emitted from the light source 110 a is originally elliptical, the same can be said if the beam diameter in the light source arrangement direction (horizontal direction) is used. From this, it can be seen that it is desirable that the range D in the light source arrangement direction, in which the emission spots of the light beams emitted from the multiple light sources exist, be within the range Q of the diameter of the light beam in the light source arrangement direction immediately after the light beam r a passes through the lens 111.
図7は、光源が位置ずれした場合の説明図であり、図7(a)は光源が位置ずれした場合の平面図であり、図7(b)は側面図であり、図7(c)は断面形状の変化の説明図である。図に示すように、光源110aから出射した光ビームraをレンズ111(図の場合は、単レンズ)でコリメートビームにした場合に、光源110aを横方向(光源の配列方向:図においては縦方向)に移動すると、光ビームraは、図7(a)に示すように変形する。特に、光ビームraの断面形状は、光ビームraが等方的に出射された場合、図7(c)に示すように円形から楕円にゆがむことになる。なお、当該ゆがみを考慮して、光ビームraの断面形状が円形となるようにレンズ111を設計してもよい。 FIG. 7 is an explanatory diagram of what happens when the light source is misaligned, with FIG. 7( a) being a plan view, FIG. 7( b) being a side view, and FIG. 7( c) being an explanatory diagram of the change in cross-sectional shape. As shown in the figure, when a light beam r a emitted from a light source 110 a is collimated by a lens 111 (a single lens in the figure), if the light source 110 a is moved in the horizontal direction (the light source arrangement direction: the vertical direction in the figure), the light beam r a is deformed as shown in FIG. 7( a). In particular, if the light beam r a is emitted isotropically, the cross-sectional shape of the light beam r a will be distorted from a circle to an ellipse as shown in FIG. 7( c). Note that the lens 111 may be designed to take this distortion into account so that the cross-sectional shape of the light beam r a becomes circular.
図8は、マイクロチップ1と励起用光学ユニット11との位置関係の一例を示すB-B’断面の一部断面図である。 Figure 8 is a partial cross-sectional view taken along the line B-B' showing an example of the positional relationship between the microchip 1 and the excitation optical unit 11.
励起用光学ユニット11は、光源110a~110c、レンズ111の性能及びこれらの位置関係を適切な値に設定することで、対向する筐体12Bの照射面と距離dの位置から、それぞれ異なる波長の光を出射する光源110a~110cからの光を、試料流f1上の光照射領域Lに照射する。ここで、距離d、筐体12Bの厚みt及び筐体12Bから試料流f1までの距離並びに空気、筐体12Bの材質、試料流f1及びシース流f2の屈折率に応じて光照射領域Lの照射範囲が定まる。なお、光照射領域Lの照射範囲は、例えば、試料の大きさに合わせて100μm程度に設計するが、より小さな径又はより大きな径のビームを、筐体12B上等にレンズを設けて、集光するものであってもよい。 The excitation optical unit 11 irradiates a light irradiation area L on the sample flow f1 with light from the light sources 110a to 110c, each emitting light of a different wavelength, from a position at a distance d from the irradiation surface of the opposing housing 12B by setting the performance and positional relationship of the light sources 110a to 110c and the lens 111 to appropriate values. Here, the irradiation range of the light irradiation area L is determined depending on the distance d, the thickness t of the housing 12B, the distance from the housing 12B to the sample flow f1 , and the refractive indices of air, the material of the housing 12B, the sample flow f1 , and the sheath flow f2 . Note that the irradiation range of the light irradiation area L is designed to be, for example, about 100 μm in accordance with the size of the sample, but a lens may be provided on the housing 12B or the like to focus a beam of a smaller or larger diameter.
図9(a)及び(b)は、光照射領域Lと試料流f1との関係を示す概略図である。 9(a) and (b) are schematic diagrams showing the relationship between the light irradiation area L and the sample flow f1 .
図9(a)に示すように、試料流f1が平面視において上下に設定される場合、光の中心軸の光跡ca~ccが互いに交わる位置を光照射領域Lとして、当該光照射領域Lを通過するようにすることですべての光源110a~110cからの光を効率よく照射することができる。 As shown in FIG. 9( a), when the sample flow f1 is set upside down in a plan view, the position where the light traces c a to c c of the central axis of the light intersect with each other is set as the light irradiation region L, and by passing through this light irradiation region L, it is possible to efficiently irradiate light from all of the light sources 110 a to 110 c.
また、図9(b)に示すように、試料流f1が正面視において上下に設定される場合、光の中心軸の光跡ca~ccが互いに交わる位置を光照射領域Lとして、当該光照射領域Lを通過するようにすることですべての光源110a~110cからの光を効率よく照射することができる。 Furthermore, as shown in FIG. 9( b), when the sample flow f1 is set upside down when viewed from the front, the position where the light traces c a to c c of the central axis of the light intersect with each other is set as the light irradiation area L, and by passing through this light irradiation area L, it is possible to efficiently irradiate light from all of the light sources 110 a to 110 c.
(第1の実施の形態の効果)
上記した実施の形態によれば、マイクロチップ1と一体又は光照射領域に対する位置合わせ可能に別体で励起用光学ユニットを設け、複数の光源の複数の光ビームをレンズ111によって光照射領域Lで重なるように構成し、光照射領域Lをマイクロチップ1の試料流f1が交差する位置に設計したため、マイクロチップの交換の度に複数の光源の光軸調整が不要であり、また、励起用光学ユニット11を用いたため、複数の光源の光軸をそれぞれ一致させる必要がある光学系を用いた場合に比べて装置全体をコンパクト化することができる。
(Effects of the first embodiment)
According to the above-described embodiment, an excitation optical unit is provided integrally with the microchip 1 or separately so as to be positionable relative to the light irradiation area, and multiple light beams from multiple light sources are configured to overlap in the light irradiation area L by the lens 111, and the light irradiation area L is designed to be at the position where the sample flow f1 of the microchip 1 intersects. Therefore, there is no need to adjust the optical axes of the multiple light sources each time the microchip is replaced, and further, because the excitation optical unit 11 is used, the entire device can be made more compact than when an optical system is used in which the optical axes of multiple light sources must be aligned with each other.
(変形例1)
図10は、本発明の変形例1の光ビーム放射装置の概念的構成図である。この変形例1においては、光源を6個にした以外は上記第1の実施の形態と同様である。
(Variation 1)
10 is a conceptual diagram of a light beam emitting device according to Modification 1 of the present invention, which is the same as the first embodiment except that the number of light sources is six.
発振波長が635nmの2つの赤色半導体レーザ110r1、110r2、発振波長が450nmの2つの青色半導体レーザ110b1、110b2、及び、発振波長が520nmの2つの緑色半導体レーザ110g1、110g2を0.15mmの間隔で平行に配置する。この場合も最も端に置いた青色半導体レーザ110b1と緑色半導体レーザ110g2間の出射スポットの素子配列方向の範囲Dが、集光レンズ24の最も中心に近い位置に配置された赤色半導体レーザ110r1の集光レンズ24の通過直後のビーム範囲Q(赤色半導体レーザ110r1からの光ビーム横方向範囲:1mm)内に入っている。なお、配列の仕方としては、集光レンズ24側から向かって、例えば青、赤、緑、青、赤、緑の順でも良く、どのような順でも良い。 Two red semiconductor lasers 110r1 and 110r2 with an oscillation wavelength of 635 nm, two blue semiconductor lasers 110b1 and 110b2 with an oscillation wavelength of 450 nm, and two green semiconductor lasers 110g1 and 110g2 with an oscillation wavelength of 520 nm are arranged in parallel at an interval of 0.15 mm. In this case, too, the range D in the element arrangement direction of the emission spot between the blue semiconductor laser 110b1 and the green semiconductor laser 110g2 arranged at the extreme ends is within the beam range Q (the lateral range of the light beam from the red semiconductor laser 110r1: 1 mm) immediately after passing through the condenser lens 24 of the red semiconductor laser 110r1 arranged closest to the center of the condenser lens 24. Note that the arrangement may be in the order of blue, red, green, blue, red, green from the condenser lens 24 side, or any other order.
本発明の変形例1においては、上記第1の実施の形態の効果に加え、6個の半導体レーザの配置が容易になり、第1の実施の形態の場合に比べて、最大で2倍の強度の光ビームが得られ、高輝度光ビーム投影装置を実現することができる。また、6つの半導体レーザをすべて同色としてもよく、6つのうち任意の個数の半導体レーザを発光させてもよい。すなわち、照射光の強度を素子数で設定できることになる。その結果、従来のように照射光強度を変えたい場合に供給電流値を変更すると発光状態が変化(光ビームの発光位置やビーム径)して光軸調整などが再度必要になることがあったが、本変化例では個々の光源の状態を変えることなく強度を素子数で設定することができるので光学系が安定し、光学的な再調整が不要となる。 In Variation 1 of the present invention, in addition to the effects of the first embodiment described above, the arrangement of six semiconductor lasers is simplified, allowing for a light beam with up to twice the intensity compared to the first embodiment, thereby realizing a high-brightness light beam projection device. Furthermore, all six semiconductor lasers may be the same color, or any number of the six semiconductor lasers may be activated. This means that the intensity of the irradiated light can be set by the number of elements. As a result, in the past, when changing the irradiated light intensity, changing the supply current value would change the light emission state (light beam emission position and beam diameter), requiring readjustment of the optical axis, etc. However, in this variation, the intensity can be set by the number of elements without changing the state of each light source, resulting in a stable optical system and eliminating the need for optical readjustment.
(変形例2)
次に、本発明の変形例2の光ビーム放射装置を説明する。変形例2においては、光源を赤外光及び紫外光を加えて5個にした以外は上記第1の実施の形態と同様である。なお、光源の数以外において図は図10と類似するため省略する。
(Variation 2)
Next, a light beam emitting device according to a second modification of the present invention will be described. The second modification is the same as the first embodiment except that the number of light sources is increased to five by adding infrared and ultraviolet light sources. The diagram is omitted because it is similar to FIG. 10 except for the number of light sources.
発振波長が635nmの赤色半導体レーザ、発振波長が450nmの青色半導体レーザ、発振波長が520nmの緑色半導体レーザ、発振波長が830nmの赤外光半導体レーザ、及び、発振波長が375nmの紫外光半導体レーザを0.15mmの間隔で順次平行に配置する。この場合も最も端に置いた赤色半導体レーザの出射スポットと紫外光半導体レーザ間の出射スポットの素子配列方向の範囲Dが、緑色半導体レーザの集光レンズの通過直後のビーム範囲Q内に入るようにする。なお、並べ方は、集光レンズの中心にどの半導体レーザを置いても良く、且つ、どのような順でも良い。 A red semiconductor laser with an oscillation wavelength of 635 nm, a blue semiconductor laser with an oscillation wavelength of 450 nm, a green semiconductor laser with an oscillation wavelength of 520 nm, an infrared semiconductor laser with an oscillation wavelength of 830 nm, and an ultraviolet semiconductor laser with an oscillation wavelength of 375 nm are arranged in parallel in sequence at intervals of 0.15 mm. In this case, too, the range D in the element arrangement direction of the emission spot of the red semiconductor laser placed at the extreme end and the emission spot between the ultraviolet semiconductor lasers is set to fall within the beam range Q of the green semiconductor laser immediately after passing through the focusing lens. Note that any semiconductor laser can be placed at the center of the focusing lens, and any order is acceptable.
本発明の変形例2においては、第1の実施の形態の効果に加え、発振波長の異なる5個の半導体レーザを用いることによって、第1の実施の形態の場合に比べて、赤外光から紫外光にわたる広範囲の波長領域の多重光ビームからなる小型の光ビーム投影装置を実現することができる。 In variant 2 of the present invention, in addition to the effects of the first embodiment, by using five semiconductor lasers with different oscillation wavelengths, it is possible to realize a compact light beam projection device consisting of multiple light beams in a wider wavelength range, from infrared light to ultraviolet light, compared to the first embodiment.
(変形例3)
(ミラーによる追従制御)
図11は、本発明の変形例3の励起用光学ユニットの概念的構成図である。この変形例3においては、上記第1の実施の形態の励起用光学ユニットの光源110a~110cと光照射領域Lとの間に光軸方向を所定の角度に変化させるためのMEMSミラー装置113を設けている。具体的には、光軸中心に対してMEMSミラー装置113の可動ミラー部113aのミラー面の中心113acを置き、反射光を走査可能に構成している。
(Variation 3)
(Mirror tracking control)
11 is a conceptual configuration diagram of an excitation optical unit according to Modification 3 of the present invention. In Modification 3, a MEMS mirror device 113 for changing the optical axis direction at a predetermined angle is provided between the light sources 110a to 110c and the light irradiation area L of the excitation optical unit according to the first embodiment. Specifically, the center 113ac of the mirror surface of the movable mirror portion 113a of the MEMS mirror device 113 is positioned with respect to the center of the optical axis, so that reflected light can be scanned.
MEMSミラー装置113のサイズは、チップサイズが7mm×5mm×0.7mm(奥行き(Length)×幅(Width)×高さ(Height)の順)とする。MEMSミラー装置113の可動ミラー部113aのサイズは1mmφである。MEMSミラー装置113は基材としてSiを用い、可動ミラー部113aの材料としてAl膜を用いた。 The size of the MEMS mirror device 113 is a chip size of 7 mm x 5 mm x 0.7 mm (length x width x height). The size of the movable mirror portion 113a of the MEMS mirror device 113 is 1 mmφ. The MEMS mirror device 113 uses Si as the base material, and an Al film is used as the material for the movable mirror portion 113a.
例えば、この可動ミラー部113aをピエゾ駆動方式で、最大駆動電圧±15Vで駆動することによって、高速(水平)軸駆動周波数35KHz、高速(水平)軸振り角±15deg(ミラー振れ角)、低速(垂直)軸駆動周波数60Hz、低速(垂直)軸振り角±15deg(ミラー振れ角)で2次元光走査を行う能力を有するものを用いることができる(当該変形例3では2次元光走査可能なMEMSミラーを用いて1次元走査を行っている。)。ここではピエゾ効果を用いたピエゾ駆動方式としているが、静電駆動方式や電磁駆動方式の駆動装置でも良い。 For example, by driving this movable mirror portion 113a using a piezoelectric drive system with a maximum drive voltage of ±15V, it is possible to use a device capable of performing two-dimensional optical scanning with a high-speed (horizontal) axis drive frequency of 35 kHz and a high-speed (horizontal) axis oscillation angle of ±15 degrees (mirror oscillation angle), and a low-speed (vertical) axis drive frequency of 60 Hz and a low-speed (vertical) axis oscillation angle of ±15 degrees (mirror oscillation angle) (in variant 3, one-dimensional scanning is performed using a MEMS mirror capable of two-dimensional optical scanning). Here, a piezoelectric drive system using the piezoelectric effect is used, but electrostatic or electromagnetic drive systems may also be used.
本発明の変形例3の励起用光学ユニットは光軸を変化させる機能を有してその変化を試料の流れ方向とすることにできるので、光源制御部17による制御で、試料流f1の試料の流れに追従させて光を照射することができる。以降、効果的に追従させるための光源制御及びMEMSミラー装置の動作制御について説明する。なお、ここでは、試料の流れ方向への1次元光走査について説明するが、マイクロチップ1の構成によっては試料の流れ方向だけでなくその断面方向を含めた2次元走査を行ってもよい。 The excitation optical unit of the third modification of the present invention has a function of changing the optical axis, and this change can be made to coincide with the flow direction of the sample. Therefore, under the control of the light source control unit 17, light can be irradiated to follow the flow of the sample, i.e., the sample flow f1 . Hereinafter, light source control and operation control of the MEMS mirror device for achieving effective tracking will be described. Note that, although one-dimensional optical scanning in the sample flow direction will be described here, two-dimensional scanning including not only the flow direction of the sample but also its cross-sectional direction may be performed depending on the configuration of the microchip 1.
図12は、変形例3の励起用光学ユニットの光源制御及びMEMSミラー装置の動作制御を説明するタイミングチャートである。 Figure 12 is a timing chart illustrating the light source control of the excitation optical unit and the operation control of the MEMS mirror device in Modification 3.
まず、例えば、光源制御部17により励起用光学ユニット11を制御して試料流f1に対して赤の励起光を照射する(1)。なお、この時点でMEMSミラー装置113の可動ミラー部113aのミラー回転角は試料流f1の上流側限界位置を照射する位置であって、これを初期位置とする。試料流f1中に試料が存在する場合は、検出器14Aによって赤励起光に応じた散乱光が観測される(2)。また、試料の流れに対して追従できている場合には散乱光が連続して観測され、連続して観測されるように可動ミラー部113aの回転角速度を自動で又は手動で調整するように構成する。 First, for example, the light source control unit 17 controls the excitation optical unit 11 to irradiate the sample flow f1 with red excitation light (1). At this point, the mirror rotation angle of the movable mirror portion 113a of the MEMS mirror device 113 is set to a position that irradiates the upstream limit position of the sample flow f1 , and this is set as the initial position. If a sample is present in the sample flow f1 , scattered light corresponding to the red excitation light is observed by the detector 14A (2). Furthermore, if the sample flow can be tracked, scattered light is continuously observed, and the rotation angular velocity of the movable mirror portion 113a is configured to be automatically or manually adjusted to ensure continuous observation.
次に、光源制御部17は、上記(2)のように散乱光が観測され始めたら、MEMSミラー装置113の可動ミラー部113aのミラー回転角を、上記調整した回転角度で、試料流f1の流れに合わせて時間とともに下流側へと移動していく(3)。赤励起光はミラー回転角が試料に追従していることを確かめるため照射し続けるが、次に説明する緑励起光を照射する際に照射を停止するようにしてもよい。 Next, when scattered light begins to be observed as in (2) above, the light source control unit 17 moves the mirror rotation angle of the movable mirror unit 113a of the MEMS mirror device 113 downstream over time at the adjusted rotation angle in accordance with the flow of the sample flow f1 (3). The red excitation light continues to be irradiated to confirm that the mirror rotation angle is tracking the sample, but the irradiation may be stopped when irradiating the green excitation light, which will be described next.
上記の状態で、ミラーで反射した励起光が試料に追従していることが確かめられるため、光源制御部17は、次に赤励起光と異なる波長の光、例えば、緑の励起光を、励起用光学ユニット11を制御してさらに照射する(4)。試料流f1中に試料が存在する場合は、緑励起光に応じた蛍光が検出器14Bによって観測される(5)。緑励起光の照射及び蛍光の観測は予め定めた期間行われる。当該予め定めた期間は、(1)から(8)で定まる周期から定めるものであってもよい。 In the above state, since it is confirmed that the excitation light reflected by the mirror is tracking the sample, the light source control unit 17 then controls the excitation optical unit 11 to further irradiate light of a wavelength different from the red excitation light, for example, green excitation light (4). If a sample is present in the sample flow f1 , fluorescence corresponding to the green excitation light is observed by the detector 14B (5). The irradiation of the green excitation light and the observation of the fluorescence are carried out for a predetermined period. The predetermined period may be determined from the cycle determined by (1) to (8).
次に、光源制御部17は、緑励起光の照射が完了すると、例えば、青の励起光を、励起用光学ユニット11を制御してさらに照射する(6)。試料流f1中に試料が存在する場合は、青励起光に応じた蛍光が検出器14Bによって観測される(7)。青励起光の照射及び蛍光の観測は予め定めた期間行われる。当該予め定めた期間についても、(1)から(8)で定まる周期から定めるものであってもよい。 Next, after completing the irradiation of the green excitation light, the light source control unit 17 controls the excitation optical unit 11 to further irradiate, for example, blue excitation light (6). If a sample is present in the sample flow f1 , fluorescence corresponding to the blue excitation light is observed by the detector 14B (7). The irradiation of the blue excitation light and the observation of the fluorescence are carried out for a predetermined period. This predetermined period may also be determined from the cycle determined by (1) to (8).
次に、光源制御部17は、赤励起光に対する散乱光が観測されなくなった時点で、MEMSミラー装置113の可動ミラー部113aのミラー回転角を初期位置にリセットし(8)、次の試料の追従に移る。これらの(1)から(8)の動作周期を流れてくる次の試料に対して繰り返すことで試料に追従して散乱光、蛍光の観測を行う。 Next, when scattered light in response to the red excitation light is no longer observed, the light source control unit 17 resets the mirror rotation angle of the movable mirror unit 113a of the MEMS mirror device 113 to its initial position (8) and moves on to tracking the next sample. By repeating these operation cycles (1) to (8) for the next sample that flows by, the sample is tracked and scattered light and fluorescence are observed.
なお、異なる波長の励起光を順次照射する例を示したが、同一の波長の励起光を繰り返して順次照射するようにしてもよいし、強度を変更して順次照射してもよい。また、複数の波長を同時に照射する他、順番を追って励起して準位を上げていくように複数の波長を順に照射するようにしてもよい。さらにこれらの組み合わせを用いて光を照射してもよい。 Although an example has been shown in which excitation light of different wavelengths is irradiated sequentially, excitation light of the same wavelength may be irradiated repeatedly and sequentially, or the intensity may be changed and the light may be irradiated sequentially. Furthermore, in addition to irradiating multiple wavelengths simultaneously, multiple wavelengths may be irradiated sequentially so as to excite the light in order to raise the level. Furthermore, light may be irradiated using a combination of these.
本発明の変形例3においては、試料に対して複数波長又は複数強度の光の照射又はこれらの組み合わせを行うようにしたため、ひとつの試料からより多くの情報を得ることができる。また、単一の光の照射又は限られた期間の光の照射では不可能であった、多段的な励起状態の生成やこれに対する反応を得ることができる。 In Variant 3 of the present invention, the sample is irradiated with light of multiple wavelengths or multiple intensities, or a combination of these, making it possible to obtain more information from a single sample. It is also possible to obtain the generation of multi-stage excited states and the corresponding reactions, which would not be possible with single light irradiation or light irradiation for a limited period of time.
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態は、本発明の一例としてのマイクロチップであるところの使い捨てチップ型フローセルに第1の実施の形態の励起用光学ユニット11を、適宜波長を変更して適用し、当該チップ型フローセルを用いた微粒子分析装置を備えた微粒子分離装置(セルソータ)を構成したものである。
Second Embodiment
In the second embodiment, the excitation optical unit 11 of the first embodiment is applied to a disposable chip-type flow cell, which is a microchip as an example of the present invention, with the wavelength appropriately changed, to configure a particle separation device (cell sorter) equipped with a particle analysis device using the chip-type flow cell.
図13(a)~(c)は、第2の実施の形態に係るマイクロチップであるところのフローセルを用いたセルソータの構成の一例を示す概略図である。 Figures 13(a) to 13(c) are schematic diagrams showing an example of the configuration of a cell sorter using a flow cell, which is a microchip according to the second embodiment.
セルソータ2Bは、平板基板を筐体とし、平板基板内に流路を形成してなるフローセル1Bと、流路を流れる試料液中の微粒子に光を照射する光照射手段としての励起用光学ユニット11Bと、光を照射した際に微粒子から発生する少なくとも特定波長の散乱光、反応光又は蛍光を検出する検出手段としての検出器730と、それらの検出信号の信号強度に基づいて微粒子を識別し、目的の微粒子を判別する分析手段としてのマイクロコンピュータ790と、フローセル1Bの流路を流れる試料液中の微粒子に圧力を与える定圧ポンプ及びそれに接続された電磁バルブとを有し、マイクロコンピュータ790は、分析結果に基づいて電磁バルブの動作を制御する。なお、励起用光学ユニット11Bはフローセル1Bと一体に又は光照射領域の位置調整不要に取り付け可能に構成されるものとする。 The cell sorter 2B includes a flow cell 1B with a flat substrate as its housing and a flow path formed within the flat substrate; an excitation optical unit 11B as a light irradiation means that irradiates light onto particles in the sample liquid flowing through the flow path; a detector 730 as a detection means that detects scattered light, reaction light, or fluorescence of at least a specific wavelength emitted from the particles when irradiated with light; a microcomputer 790 as an analysis means that identifies particles and distinguishes target particles based on the signal intensity of these detection signals; and a constant-pressure pump that applies pressure to particles in the sample liquid flowing through the flow path of the flow cell 1B and an electromagnetic valve connected to it. The microcomputer 790 controls the operation of the electromagnetic valve based on the analysis results. The excitation optical unit 11B is configured to be either integrated with the flow cell 1B or can be attached without the need to adjust the position of the light irradiation area.
図13(a)及び(b)は、使い捨てチップ型のフローセル1Bに、シリンダーポンプと電磁バルブを接続した状態を示している。また、図13(b)は、図13(a)のC-C断面を示している。フローセル1Bは、分離用の流路4-1と流路4-2とそれぞれ分離用リザーバー5-1、5-2を対称的に追加した構造とする。使い捨てチップ型のフローセルは、透明な樹脂製である。樹脂の種類としては、ポリメタルアクリレート(PMMA)、シクロオレフィン・コポリマー(COC)、メチルペンテンポリマーなどが使用できる。特に、波長が350nmから410nm程度のUV波長領域のレーザーを照射光源として用いる場合は、フローセルの素材としてはメチルペンテンポリマーが適している。なお、波長は、例えば、405nm、488nm、561nm、637nm等を選択できる。この場合、励起用光学ユニット11Bの各光源の波長は、例えば、405nm、488nm、561nm、637nmの任意の3波長の組み合わせとすることができる。蛍光の波長領域は405nmに対して中心波長445nm、488nmに対して中心波長543nm、561nmに対して中心波長591.5nm、637nmに対して中心波長676nm、716nm、775nmとすることができる。分離用リザーバーを流路4-2にも設置した対称構造として電磁バルブとシリンダーポンプを接続する。 Figures 13(a) and (b) show the disposable chip-type flow cell 1B connected to a cylinder pump and an electromagnetic valve. Figure 13(b) shows the CC cross section of Figure 13(a). Flow cell 1B has a structure in which separation channels 4-1 and 4-2, and separation reservoirs 5-1 and 5-2, respectively, are symmetrically added. The disposable chip-type flow cell is made of transparent resin. Examples of resins that can be used include polymetal acrylate (PMMA), cycloolefin copolymer (COC), and methylpentene polymer. Methylpentene polymer is particularly suitable as a flow cell material when using a laser in the UV wavelength range with a wavelength of approximately 350 nm to 410 nm as the irradiation light source. Wavelengths that can be selected include, for example, 405 nm, 488 nm, 561 nm, and 637 nm. In this case, the wavelengths of the light sources of the excitation optical unit 11B can be any combination of three wavelengths, for example, 405 nm, 488 nm, 561 nm, and 637 nm. The fluorescent wavelength range can be 445 nm center wavelength for 405 nm, 543 nm center wavelength for 488 nm, 591.5 nm center wavelength for 561 nm, and 676 nm, 716 nm, or 775 nm center wavelength for 637 nm. A separation reservoir is also installed in flow path 4-2 in a symmetrical structure, and the electromagnetic valve and cylinder pump are connected.
図13(c)は、光学系と制御系回路との接続関係を示したものである。チップの断面図は図13(a)のD-D断面である。図13(a)に示したように、チップの上流側に空気圧を加えることで、シース液とともにサンプル液を流路370に流し、対向する分離用流路4-1、4-2の領域よりやや上流の主流路の中央部に励起用光学ユニット11Bから単一又は複数の波長の光を照射する。試料液中の被測定微粒子の細胞がこの照射領域を通過した瞬間に散乱光と蛍光がパルス的に発生する。散乱光は複数のフィルタを組み合わせて構成された分光器10Bによって照射光と同じ波長を分離されて検出器730で検出される。また、蛍光は、照射光よりも長波長で分光器10Bによって複数の波長領域に分離されてそれぞれ検出器730で検出される。各検出パルス信号は、信号処理部740において増幅してAD変換してデジタル化し、データ解析部としてのマイクロコンピュータ790によって、試料液中の細胞の特性を分析する。以上が微粒子分析装置の動作である。 Figure 13(c) shows the connection relationship between the optical system and the control circuit. The cross-sectional view of the chip is taken along the line D-D in Figure 13(a). As shown in Figure 13(a), air pressure is applied to the upstream side of the chip to flow the sample liquid along with the sheath liquid through the flow path 370. Light of a single or multiple wavelengths is irradiated from the excitation optical unit 11B onto the center of the main flow path, slightly upstream of the opposing separation flow paths 4-1 and 4-2. The moment the target particle cells in the sample liquid pass through this irradiated area, scattered light and fluorescent light are generated in pulses. The scattered light is separated into the same wavelength as the irradiated light by a spectrometer 10B composed of multiple filters and detected by a detector 730. The fluorescent light, which has a longer wavelength than the irradiated light, is separated by the spectrometer 10B into multiple wavelength regions and each is detected by a detector 730. Each detection pulse signal is amplified, AD converted, and digitized in a signal processing unit 740, and the characteristics of the cells in the sample liquid are analyzed by a microcomputer 790, which serves as a data analysis unit. This completes the operation of the particle analyzer.
また、分離装置として用いる場合はさらにデータ解析部において分析した結果が予め設定した分離条件を満たすか否かを判断し、満たす場合に電磁バルブドライバー760にトリガー信号を一定遅延時間後に出力する。この遅延時間は、細胞がレーザー照射領域から分離用流路4-1、4-2の領域に流れるまでの時間に調整する。トリガー信号を受信した電磁バルブドライバー760は、電磁バルブ7-1,又は7-2に一定時間だけOPENする信号を出力する。電磁バルブOPEN時に目的の細胞が分離用リザーバー5-1又は5-2に流れ込む。分離用リザーバーに流れ込まなかったシース液、試料液は回収リザーバー210に流れ込む。 When used as a separation device, the data analysis unit further determines whether the analysis results meet preset separation conditions, and if so, outputs a trigger signal to the electromagnetic valve driver 760 after a fixed delay. This delay is adjusted to the time it takes for cells to flow from the laser irradiation area to the separation channels 4-1 and 4-2. Upon receiving the trigger signal, the electromagnetic valve driver 760 outputs a signal to open the electromagnetic valve 7-1 or 7-2 for a fixed period of time. When the electromagnetic valve opens, the target cells flow into the separation reservoir 5-1 or 5-2. Sheath fluid and sample fluid that do not flow into the separation reservoir flow into the collection reservoir 210.
図13(a)に示したようにチップの上流側のリザーバー300の内部には、図には記していないが定圧ポンプで一定の空気圧を加えるようにしてある。リザーバー300の内部には試料液リザーバー200がありその内側に適宜蛍光試薬等でマーキングした細胞を含む試料液を入れ、その外側にシース液を入れる。シース液としてはphosphate buffer saline(PBS)を用いるが望ましい。共通の空気圧によって、試料液20が試料液配管20-1を経由して、シース液が左右のシース液配管30-1、30-2を経由して下流に向かって流れ、3本の配管流路が合流したあと流路370内を試料液はシース液によって細く絞られた状態で流れる。例えば、流路370の幅は80μmとすることができ、深さは50μmとすることができる。合流後の試料液の幅は流路幅の約1/10である。流路370には、側面から対向する分離用流路4-1、4-2があり、その流路はリザーバー5-1、又は5-2に接続している。この対向領域よりも数100μmだけ上流側の流路370の中央部に、例えば、波長405nm、488nm、561nmの光を合波した光を照射する。そのビームサイズは長さ50μm幅20μmの長円としている。 As shown in Figure 13(a), a constant air pressure is applied to the reservoir 300 upstream of the chip using a constant-pressure pump (not shown). Inside the reservoir 300 is the sample fluid reservoir 200, which contains sample fluid containing cells appropriately marked with a fluorescent reagent or the like, and sheath fluid outside of it. Phosphate buffer saline (PBS) is preferably used as the sheath fluid. Due to the common air pressure, the sample fluid 20 flows downstream via the sample fluid pipe 20-1, and the sheath fluid flows downstream via the left and right sheath fluid pipes 30-1 and 30-2. After the three pipe channels merge, the sample fluid flows through the channel 370 in a narrowed state due to the sheath fluid. For example, the width of the channel 370 can be 80 μm, and the depth can be 50 μm. The width of the sample fluid after merging is approximately 1/10 of the channel width. The channel 370 has separation channels 4-1 and 4-2 that face each other from the side, and these channels are connected to reservoirs 5-1 and 5-2. A central portion of the channel 370, located a few hundred microns upstream from this facing area, is irradiated with light that combines light with wavelengths of, for example, 405 nm, 488 nm, and 561 nm. The beam size is an ellipse 50 μm long and 20 μm wide.
(第2の実施の形態の効果)
上記した第2の実施の形態によれば、セルソータ及びセルソータに用いるマイクロチップに第1の実施の形態と同様の励起用光学ユニット11を採用したため、セルソータに用いるマイクロチップの交換の度に光軸調整の困難性が低減もしくは不要であり、励起用光源として複数の光源の光軸を一致させる必要がある光学系を採用した場合に比べて、装置全体をコンパクト化することができる。
(Effects of the second embodiment)
According to the second embodiment described above, the cell sorter and the microchip used in the cell sorter employ an excitation optical unit 11 similar to that of the first embodiment, so the difficulty of adjusting the optical axis each time the microchip used in the cell sorter is replaced is reduced or eliminated, and the entire device can be made more compact than when an optical system is employed in which the optical axes of multiple light sources must be aligned as excitation light sources.
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態は、マイクロチップを用いた計測システムに第1の実施の形態の励起用光学ユニット11を適用したものである。
[Third embodiment]
In the third embodiment, the excitation optical unit 11 of the first embodiment is applied to a measurement system using a microchip.
図14(a)~(c)は、第3の実施の形態に係る試料を通流する筐体を有するマイクロチップを用いた計測システムの構成の一例を示す概略図である。なお、図14(a)は平面視であり、図14(b)は透過光又は散乱光を検出する場合の正面断面図、図14(c)は散乱光、蛍光又は反応発光を検出する場合の平面断面図である。 Figures 14(a) to (c) are schematic diagrams showing an example of the configuration of a measurement system using a microchip having a housing through which a sample flows according to the third embodiment. Note that Figure 14(a) is a plan view, Figure 14(b) is a front cross-sectional view when detecting transmitted light or scattered light, and Figure 14(c) is a plan cross-sectional view when detecting scattered light, fluorescence, or reaction luminescence.
計測システム3は、ポンプ4と、ポンプ5と、ポンプ4から試料液Aが流入する流路31と、ポンプ5から試料液Bが流入する流路32とこれらが合流する流路33とを有するマイクロチップ1Cと、合流した液の回収部6と、当該マイクロチップ1C内の合流した試料液に対して複数の波長の光を照射する励起用光学ユニット11Cと、当該マイクロチップ1C内に形成され試料から入射される光を複数のフィルターによって分光する分光器10Cと、照射光に対応した光の特徴量を検出し、化学変化を解析する解析手段として分光器10Cで分光された光を検出する検出器14と、信号処理部15と、データ解析部16とを有する。ここで、導波路型合波器、導波路型分光器に用いる波長としては、前述した合波器、分光器の条件を満たして、かつ、励起スペクトル、吸収スペクトル、発光スペクトル、蛍光スペクトルから選択することができ、例えば、スペクトルのピーク部から選択した波長とすることができる。 The measurement system 3 includes a pump 4, a pump 5, a microchip 1C having a flow path 31 into which sample liquid A flows from pump 4, a flow path 32 into which sample liquid B flows from pump 5, and a flow path 33 where these flow paths converge; a recovery unit 6 for the converged liquid; an excitation optical unit 11C that irradiates the converged sample liquid in the microchip 1C with light of multiple wavelengths; a spectrometer 10C formed in the microchip 1C that disperses light incident from the sample using multiple filters; a detector 14 that detects the light characteristics corresponding to the irradiated light and detects the light dispersed by the spectrometer 10C as an analytical means for analyzing chemical changes; a signal processing unit 15; and a data analysis unit 16. The wavelengths used in the waveguide multiplexer and waveguide spectrometer satisfy the conditions for the multiplexer and spectrometer described above and can be selected from the excitation spectrum, absorption spectrum, emission spectrum, and fluorescence spectrum. For example, wavelengths selected from the peaks of the spectra can be used.
以下、動作の一例を説明する。マイクロチップ1C内では、プロトン化した色素と特定のイオンと選択的に錯形成するクラウンエーテルなどのイオノフェアが加えられた試料液Aを流しておき、合流させた試料液Bに目的イオンが存在する場合には、イオンが試料液Aのイオノフェアと錯形成反応する。このとき試料液A中の色素の吸収スペクトルがシフトする。この吸収スペクトルシフトにより、試料液Aを通過する特定の波長の検出光の光強度が変化する。以上の原理により、試料に生じた化学変化の解析の一例として、目的イオンの存在状況を計測することができる。 An example of operation is described below. Sample solution A, to which a protonated dye and an ionophore such as a crown ether that selectively complexes with specific ions has been added, is flowed inside microchip 1C. When a target ion is present in the merged sample solution B, the ion undergoes a complexation reaction with the ionophore in sample solution A. This shift in the absorption spectrum of the dye in sample solution A causes a change in the intensity of detection light of a specific wavelength that passes through sample solution A. Based on the above principle, the presence of target ions can be measured as an example of analyzing chemical changes that have occurred in a sample.
つまり、図14(b)に示すように、励起用光学ユニット11Cは、試料液A中の色素の吸収スペクトル(シフト前及びシフト後)に対応して選択した波長の光、又は複数の色素の吸収スペクトル(シフト前、シフト後又は双方)に対応した波長の光を合波して試料液A中の色素に対して照射する。また、分光器10Cは、励起用光学ユニット11Cが照射した光に対応した特定の波長に分光し、検出器14と、信号処理部15と、データ解析部16によって試料液Aを通過する光の特徴量の一例として光強度を検出して、その変化を判別する。なお、分光器10Cは、励起用光学ユニット11Cが照射し、試料液Aを透過した光を検出できる位置に配置される。 That is, as shown in FIG. 14(b), excitation optical unit 11C irradiates the dye in sample solution A with light of a wavelength selected to correspond to the absorption spectrum (before and after the shift) of the dye in sample solution A, or with light of a wavelength corresponding to the absorption spectrum of multiple dyes (before, after, or both of the shifts) combined. Spectrometer 10C separates the light irradiated by excitation optical unit 11C into specific wavelengths corresponding to the light, and uses detector 14, signal processing unit 15, and data analysis unit 16 to detect the light intensity as an example of a characteristic quantity of the light passing through sample solution A and determine any changes in this intensity. Spectrometer 10C is positioned so that it can detect the light irradiated by excitation optical unit 11C and transmitted through sample solution A.
また、試料液A中の色素に対して励起光を照射して、図11(c)に示すように、分光器10Cは、第1の実施の形態及び第2の実施の形態と同様に、光の照射方向と直交する方向で散乱光、蛍光又は反応発光を受光する構成とすることもできる。その後、分光器10Cは、励起用光学ユニット11Cが照射した光に対応した波長に分光し、検出器14と、信号処理部15と、データ解析部16によって試料液A中の色素から発する光の特徴量を検出する。 Alternatively, excitation light can be irradiated onto the dye in sample solution A, and as shown in FIG. 11(c), spectrometer 10C can be configured to receive scattered light, fluorescence, or reaction luminescence in a direction perpendicular to the direction of light irradiation, as in the first and second embodiments. Spectrometer 10C then separates the light into wavelengths corresponding to the light irradiated by excitation optical unit 11C, and detects the characteristic quantities of the light emitted from the dye in sample solution A using detector 14, signal processing unit 15, and data analysis unit 16.
(第3の実施の形態の効果)
上記した第3の実施の形態によれば、マイクロチップ1Cと一体又は光軸調整不要に励起用光学ユニット11を設けたため、複数の相が流入するマイクロチップにおいて流路中における化学変化を検出する際にも、マイクロチップの交換の度に光軸調整の困難性が低減もしくは不要であり、複数の光源の光軸を一致させる必要がある光学系を用いた場合に比べて装置全体をコンパクト化することができる。
(Effects of the third embodiment)
According to the third embodiment described above, the excitation optical unit 11 is provided integrally with the microchip 1C or without the need for optical axis adjustment. Therefore, even when detecting chemical changes in a flow path in a microchip into which multiple phases flow, the difficulty of adjusting the optical axis each time the microchip is replaced is reduced or eliminated, and the entire device can be made more compact than when an optical system is used that requires the optical axes of multiple light sources to be aligned.
[他の実施の形態]
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
な変形が可能である。
Other Embodiments
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
上記実施の形態では、励起用光学ユニットをマイクロチップと一体形成したが、位置合わせが可能であれば製造時又は測定準備時に励起用光学ユニットをマイクロチップに取り付けるものであってもよいし、これらを接続するアタッチメント等で取り付けるものであってもよい。 In the above embodiment, the excitation optical unit is integrally formed with the microchip, but if alignment is possible, the excitation optical unit may be attached to the microchip during manufacturing or measurement preparation, or may be attached using an attachment or the like that connects the two.
また、検出器として、微弱光を検出できる検出器であれば公知の検出器を用いることができ、APD(Avalanche Photodiode)またアレイ状検出器としては、APDアレイ、多チャンネルPMT(PhotoMultiplier Tube、光電子増倍管)等を挙げることができる。 In addition, any known detector that can detect weak light can be used as the detector, such as an APD (Avalanche Photodiode). Examples of array detectors include an APD array and a multi-channel PMT (PhotoMultiplier Tube).
1 :マイクロチップ
1B :フローセル
1C :マイクロチップ
2 :フローサイトメータ
2B :セルソータ
3 :計測システム
4、5 :ポンプ
6 :回収部
10B、10C:分光器
11、11B、11C:励起用光学ユニット
12A、12B:筐体
13 :流路
14、14A、14B:検出器
15 :信号処理部
16 :データ解析部
17 :光源制御部
20 :試料液
24 :集光レンズ
31、32、33:流路
110 :光源
111 :レンズ
112 :基板
113 :MEMSミラー装置
1: Microchip 1B: Flow cell 1C: Microchip 2: Flow cytometer 2B: Cell sorter 3: Measurement system 4, 5: Pump 6: Recovery section 10B, 10C: Spectrometer 11, 11B, 11C: Excitation optical unit 12A, 12B: Housing 13: Flow path 14, 14A, 14B: Detector 15: Signal processing section 16: Data analysis section 17: Light source control section 20: Sample liquid 24: Condenser lenses 31, 32, 33: Flow path 110: Light source 111: Lens 112: Substrate 113: MEMS mirror device
Claims (9)
試料液を通流する流路を有する筐体であって、前記流路上に前記光照射領域が位置するよう配置される筐体とを有するマイクロチップ。 a light irradiation means having a plurality of light sources and a condensing member, wherein a range in an arrangement direction of the plurality of light sources in which emission spots of the respective light beams emitted from the plurality of light sources exist is within a size in the arrangement direction of the light beam immediately after the light beam emitted from the emission spot located most centrally with respect to the condensing member of the plurality of light sources has passed through the condensing member, and an area where the respective beams of the plurality of light sources after passing through the condensing member intersect is an optical irradiation area, wherein the light beams emitted from the emission spots located most centrally with respect to the condensing member of the plurality of light sources are light beams that spread in the light emission direction, and the beams immediately after passing through the condensing member are light beams whose width of the luminous flux of the light beams does not change in the light emission direction or light beams that converge in the light emission direction;
A microchip comprising: a housing having a flow path through which a sample liquid flows, the housing being arranged so that the light irradiation region is positioned above the flow path .
前記試料液を流通する流路を有する筐体と、当該筐体上に形成されて前記流路に前記試料液を流通する試料液リザーバーとを有するマイクロチップと、
前記流路を通流する前記試料液を光照射領域において照射するための光照射手段と、
微粒子から発生する光の特徴量を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出信号により目的とする微粒子を識別、分析し、その結果を出力する分析手段とを備え、
前記光照射手段は、複数の光源と、集光部材を有し、複数の光源から出射するそれぞれの光ビームの出射スポットが存在する前記複数の光源の配列方向の範囲が、前記複数の光源の前記集光部材に対して最も中心に位置する出射スポットから出射した光ビームが前記集光部材を通過した直後のビームの前記配列方向のサイズ内に入っており、前記光照射領域は、前記集光部材を通過した後の前記複数の光源のそれぞれのビームが交差する領域であって、前記複数の光源の前記集光部材に対して最も中心に位置する出射スポットから出射した光ビームが、光を出射する方向に対して広がる光ビームであり、前記集光部材を通過した直後のビームが光を出射する方向に対して光ビームの光束の幅が変化しない光ビーム又は光を出射する方向に対して収束する光ビームである微粒子分析装置。 A particle analyzer for analyzing particles contained in a sample liquid, comprising:
a microchip having a housing having a flow path through which the sample liquid flows, and a sample liquid reservoir formed on the housing and through which the sample liquid flows in the flow path;
a light irradiation means for irradiating the sample liquid flowing through the flow path in a light irradiation region;
a detection means for detecting a characteristic amount of light emitted from the particle;
an analyzing means for identifying and analyzing the target particles based on the detection signal of the detecting means, and outputting the results;
The light irradiation means has a plurality of light sources and a focusing member, and the range in the arrangement direction of the plurality of light sources in which the emission spots of each light beam emitted from the plurality of light sources exist is within the size in the arrangement direction of the beam immediately after the light beam emitted from the emission spot located most centrally with respect to the focusing member of the plurality of light sources passes through the focusing member, and the light irradiation area is the area where the beams of the plurality of light sources intersect after passing through the focusing member, and the light beam emitted from the emission spot located most centrally with respect to the focusing member of the plurality of light sources is a light beam that spreads in the direction of light emission, and the beam immediately after passing through the focusing member is a light beam that does not change in width of the luminous flux of the light beam in the direction of light emission or a light beam that converges in the direction of light emission .
前記試料液から入射する光を分光する分光器と、
前記分光器が分光した光の特徴量を検出することで前記試料液中の試料に生じた化学変化を解析する解析手段とを有する計測装置。 a microchip having a housing having a flow path through which a sample liquid flows, the housing being arranged so that the sample liquid is irradiated with light by a light irradiation means in a light irradiation region on the flow path, the light irradiation means having a light condensing member, wherein a range in an arrangement direction of the plurality of light sources in which emission spots of the respective light beams emitted from the plurality of light sources exist is within a size in the arrangement direction of the light beam immediately after the light beam emitted from the emission spot located most centrally with respect to the light condensing member of the plurality of light sources has passed through the light condensing member, the light irradiation region is a region where the beams of the plurality of light sources intersect after passing through the light condensing member, the light beam emitted from the emission spot located most centrally with respect to the light condensing member of the plurality of light sources is a light beam that spreads in the light emitting direction, and the beam immediately after passing through the light condensing member is a light beam whose luminous flux width does not change in the light emitting direction or a light beam that converges in the light emitting direction ;
a spectroscope for separating light incident from the sample liquid;
and analyzing means for analyzing chemical changes occurring in the sample in the sample liquid by detecting a characteristic amount of the light dispersed by the spectrometer.
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