JPH0797077B2 - 光学的測定用のスラブ型光導波路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は光学的測定用のスラブ型光導波路に関し、さ
らに詳細にいえば、光導波路に励起光を導入し、エバネ
ッセント波成分により光導波路の表面近傍に存在する測
定対象物の光学特性を測定するスラブ型光導波路に関す
る。

＜従来の技術＞ 従来からスラブ型の光導波路を用い、光導波路から僅か
にしみ出すエバネッセント波成分により光導波路の表面
近傍に存在する標識螢光体のみを励起し、励起された螢
光に基づいて免疫の有無、免疫の程度を測定する光学的
測定方法が知られており、この方法を具体化するため
に、第６図に示すように、スラブ型光導波路（91）の一
面に被験液収容室（92）を一体形成し、図示しないレー
ザ光源等から出射される励起光をダイクロイック・ミラ
ー（93）を通して光導波路（91）に導入し、標識螢光体
から放射される螢光を光導波路（91）を通して出射さ
せ、ダイクロイック・ミラー（93）により反射させ、さ
らに光学フィルタ（94）を通して検出器（95）に入射さ
せるようにしたものが提案されている。

上記の構成を採用した場合には、光導波路（91）の表面
に予め抗体（96）を固定しておき、この抗体（96）に被
験液中の抗原（97）を受容させ、さらに、受容された抗
原（97）に螢光体で標識された螢光標識抗体（98）を受
容させる。即ち、受容される螢光標識抗体（98）の量は
被験液中の抗原（97）の量に基づいて定まることにな
る。そして、光導波路（91）に励起光を導入することに
より得られるエバネッセント波成分により上記受容され
た螢光標識抗体（98）の標識螢光体（98a）のみが励起
され、螢光を放射するので、放射される螢光の強度が被
験液中の抗原（97）の量に比例することになる。また、
この螢光は光導波路（91）を導波されることになる。

したがって、光導波路（91）を導波されてきた螢光のみ
をダイクロイック・ミラー（93）により反射させ、光学
フィルタ（94）により励起光成分を遮断して検出器（9
5）に入射させることにより免疫の有無、免疫の程度を
測定することができる。

＜発明が解決しようとする課題＞ 第６図に示す螢光免疫測定装置は、光導波路（91）の一
面においてのみ螢光を励起するようにしているのである
から、励起される螢光の強度を余り高めることができ
ず、この結果、免疫測定精度を余り高めることができな
いという問題がある。

この点についてさらに詳細に説明すると、スラブ型光導
波路は射出成形が容易であるから、一般的にプラスチッ
クを射出成形することにより得られる場合が殆どであ
る。この場合において、プラスチックはある程度の螢光
性を示すとともに、ラマン散乱を示すのであるから、プ
ラスチック製のスラブ型光導波路を用いて免疫測定を行
なう場合には、上記螢光性およびラマン散乱に起因する
ノイズが螢光に重畳されることになり、測定精度を低下
させてしまうことになる。特に抗原が微量である場合に
はノイズの影響が著しく大きくなり、到底免疫測定を行
ない得ない状態になってしまう。

このような問題を緩和するために、本件発明者らはスラ
ブ型光導波路の全面に抗体（96）を予め固定しておくと
ともに、スラブ型光導波路の全面を被験液と接触させる
ことを考えた。このような構成を採用すれば、エバネッ
セント波成分により励起される螢光のみが増加するの
で、上記ノイズの影響をそれだけ小さくすることがで
き、測定精度を高めることが可能になる。具体的には、
スラブ型光導波路の上面および下面（図中上面および下
面）については励起光導入用のプリズムにより臨界角に
近い角度で励起光を導入し、光路長を十分に長くして十
分な螢光体励起を達成できる。しかし、スラブ型光導波
路の側面については投影レンズのＦ値により定まる角度
でしか励起光を導入できない。したがって、励起光を臨
界角に近い角度で導入しようとすれば、臨界角に見合っ
たＦ値を有する投影レンズを用いればよいのであるが、
屈折率が1.49の光導波路を用いた場合、光導波路の表面
が水（屈折率がほぼ1.33）と接する場合、一般にＦ値を
0.5以下まで下げることができるが、使用できる投影レ
ンズがかなり制約されてしまう。一方、Ｆ値が大きい投
影レンズを用いた場合には、光導波路の側面に対する励
起光の導入角度を臨界角に近い角度にすることが困難で
あり、この結果、側面における螢光体の励起が充分には
行なえず、測定精度を充分には高めることができない。

以上には螢光免疫測定を行なう場合についてのみ説明し
たが、発色を伴なう酵素反応等の測定を行なう場合にも
同様の不都合が発生することになる。

＜発明の目的＞ この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
投影レンズとしてＦ値が余り小さくないものを用いた場
合でも励起光の入射角を臨界角に近づけることができる
新規な光学的測定用のスラブ型光導波路を提供すること
を目的としている。

＜課題を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための、この発明の光学的測定用
のスラブ型光導波路は、スラブ型光導波路の互に対向す
る１対の表面であって、上記面内における幅が狭い表面
の少なくとも一方を、該１対の幅が狭い表面どうしの間
隔が励起光出射側に向かって漸減するテーパ面としてあ
る。

＜作用＞ 以上の構成の光学的測定用のスラブ型光導波路であれ
ば、断面長方形状の光導波路本体を、被験液を収容した
ケーシングに収容し、光導波路に励起光を導入すること
により、エバネッセント波成分によって、光導波路の表
面近傍に存在させられる測定対象物の光学的特性の変化
状態の測定を行なう場合において、光導波路本体の幅が
広い表面に対する励起光の導入角度は簡単に臨界角に近
い角度にすることができる。そして、幅が狭い表面に対
する励起光の導入角度は、当初は臨界角よりもかなり大
きいのであるが、テーパ面より全反射されながら光導波
路本体内部を伝播するのであるから、全反射する毎に幅
が狭い表面に対する入射角が臨界角に近ずく。したがっ
て、幅が狭い表面で反射されながら伝播する励起光の光
路長が長くなる。但し、上記光学的特性には螢光、吸
光、散乱が含まれる。

そして、幅が狭い表面の一方のみがテーパ面である場合
にも、両面がテーパ面である場合にも同様の作用を達成
できる。

＜実施例＞ 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明のスラブ型光導波路の一実施例を示す
斜視図であり、断面長方形状の光導波路本体（１）の一
方の端部に励起光導入用の楔形のプリズム（２）を一体
成形してある。そして、プリズム（２）の、光学的に測
定に影響を及ぼさない余剰部において係合し、光導波路
本体（１）の全範囲を包囲するケーシング（５）を有し
ている。また、上記光導波路本体（１）の全表面には抗
体（４）が固定されている。

第２図は第１図のII−II線断面図であり、光導波路本体
（１）の上面（1a）および下面（1b）（幅が広い面）が
平行である。また、第３図は第１図のIII−III線断面図
であり、光導波路本体（１）の両側面（1c）（1d）（幅
が狭い面）が非平行である。具体的には、一方の側面
（1c）が光導波路本体（１）の光軸（BS）と平行であ
り、他方の側面（1d）のみが、出射端側において側面
（1c）と接近すべく光軸（BS）に対しこの所定角度
（α）だけ傾いている。以下、この角度αをテーパ角
（α）と称する。

上記の構成のスラブ型光導波路を用いて免疫測定を行な
う場合には、先ず、ケーシング（５）に抗原（4a）を含
む被験液および螢光体（4c）で標識された螢光標識抗体
（4b）を収容する。この状態において、抗原（4a）が光
導波路本体（１）に固定された抗体（４）に受容され、
さらに、螢光標識抗体（4b）が抗原（4a）に受容され
る。したがって、被験液中の抗原（4a）の量即ち免疫に
対応する量の螢光標識抗体（4b）が光導波路本体（１）
の表面近傍に拘束される。

また、励起光は、図示しない投影レンズによりプリズム
（２）に導かれるのであるから、第２図に示す平面内に
おいては、プリズム（２）の形状に基づいて定まる入射
角（θ１）で光導波路本体（１）の上面（1a）、下面
（1b）に入射する。ここで、プリズム（２）の形状は自
由に定めることができるのであるから、上記入射角（θ
１）が臨界角にほぼ等しくなるように形状を定めておけ
ば、励起光の光路長を長くし、励起できる標識螢光体
（4c）の量を多くすることができる（第２図中二点鎖線
参照）。また、第３図に示す平面内においては、プリズ
ム（２）により入射角を制御することが不可能であり、
投影レンズのＦ値に基づいて定まる入射角がそのまま光
導波路本体（１）の側面（1c）に対する入射角（θ２）
になる。しかし、側面（1d）は光軸（BS）に対してテー
パ角（α）だけ傾いているのであるから、側面（1c）へ
の当初の入射角が（θ２）であっても、側面（1c）で反
射されて側面（1d）に入射する場合には入射角が（θ２
−α）になり、次に側面（1c）に入射する場合には入射
角が（θ２−２α）になり、以下、同様に反射される毎
に入射角がαずつ小さくなり、臨界角に近づく（第４図
中実線参照）。したがって、テーパ角αを持たせておら
ず、入射角（θ２）が全く変化しない場合（第４図中二
点鎖線参照）と比較して励起光の光路長を長くすること
ができる。

この結果、励起される標識螢光体（4c）が増加するの
で、得られる螢光の強度も増加し、光導波路本体（１）
自体に起因するノイズの影響を低減できるので、免疫測
定精度を高められることになる。

また、この実施例においては光導波路本体（１）が全体
としてテーパ状であるから、射出成形が容易になる。

＜実施例２＞ 第５図は他の実施例を示す水平横断面図であり、上記実
施例と異なる点は、両側面（1c）（1d）が出射端側にお
いて他方の側面と接近すべく光軸（BS）に対して所定角
度（α）だけ傾いている点のみである。

したがって、この実施例の場合には、１回目の反射で入
射角がαだけ減少し、その後は入射角が２αずつ減少
し、上記実施例よりも早く臨界角に近づくことになるの
で、励起光の光路長を一層長くでき、免疫測定精度を一
層高めることができる。

但し、何れの実施例においても、光導波路本体（１）の
長さは上面（1a）および下面（1b）の幅等に基づいて予
め定められるのであるから、励起光が光導波路本体
（１）の終端まで伝播した場合においても入射角が臨界
角を越えないように上記テーパ角αを定めておけばよ
い。

上記何れの実施例においても、光導波路本体（１）に抗
体（３）を固定する代わりに抗原、またはハプテン（ha
pten）を固定することが可能である。

また、上記両実施例においては螢光免疫測定を例にとっ
て説明したが、例えば、抗体（４）に代えて酵素等を固
定しておき、発色を伴なう酵素反応等に起因する励起光
の出射光量低下に基づく測定等にも適用できるほか、螢
光、吸光、散乱等の光学的特性の測定にも適用できる。
さらに、光導波路本体（１）の出射端にもプリズムを一
体成形することが可能であるほか、異なる形状のプリズ
ム（例えば、非対称の楔形プリズム等）を一体成形する
ことが可能であり、その他、この発明の要旨を変更しな
い範囲内において種々の設計変更を施すことが可能であ
る。

＜発明の効果＞ 以上のようにこの発明は、幅が狭い表面に対する励起光
の入射角を、反射が行なわれる毎に小さくして臨界角に
近づけることができ、全体として光路長を長くできるの
で光学的測定信号の強度を増加させることができ、ひい
ては測定精度を高めることができるという特有の効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の免疫測定測定装置の一実施例を示す
斜視図、 第２図は第１図のII−II線断面図、 第３図は第１図のIII−III線断面図、 第４図は第３図に示す平面内における励起光の伝播特性
を示す概略図、 第５図は他の実施例を示す水平横断面図、 第６図は従来例を示す概略図。 （１）……光導波路本体、（1c）（1d）……側面、 （２）……プリズム、（５）……ケーシング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】励起光光軸と直交する面による断面形状が
   長方形であり、全反射しながら伝播するように励起光が
   導入され、励起光の全反射に起因するエバネッセント波
   成分によって表面近傍に存在させられる測定対象物の光
   学的特性の変化状態を測定するためのスラブ型光導波路
   であって、スラブ型光導波路の互に対向する１対の表面
   （1c）（1d）であって、上記面内における幅が狭い表面
   （1c）（1d）の少なくとも一方を、該１対の幅が狭い表
   面（1c）（1d）どうしの間隔が励起光出射側に向って漸
   減するテーパ面としたことを特徴とする光学的測定用の
   スラブ型光導波路。