JP2009287999A - Fluorescence detecting system and concentration measuring method using it - Google Patents
Fluorescence detecting system and concentration measuring method using it Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009287999A JP2009287999A JP2008139218A JP2008139218A JP2009287999A JP 2009287999 A JP2009287999 A JP 2009287999A JP 2008139218 A JP2008139218 A JP 2008139218A JP 2008139218 A JP2008139218 A JP 2008139218A JP 2009287999 A JP2009287999 A JP 2009287999A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluorescence
- light
- excitation light
- detection system
- detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 66
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 61
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 185
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 claims description 75
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 73
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 38
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims description 22
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 17
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 claims description 14
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 9
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 8
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- MHMNJMPURVTYEJ-UHFFFAOYSA-N fluorescein-5-isothiocyanate Chemical compound O1C(=O)C2=CC(N=C=S)=CC=C2C21C1=CC=C(O)C=C1OC1=CC(O)=CC=C21 MHMNJMPURVTYEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 58
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 52
- 238000012921 fluorescence analysis Methods 0.000 description 40
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 10
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 10
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 7
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004397 blinking Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
本発明は、蛍光検出システム及びこれを利用した濃度測定方法に関する。 The present invention relates to a fluorescence detection system and a concentration measurement method using the same.
従来より、図9のような蛍光検出システムにより励起光を測定物質に照射し、その際に測定物質が発する蛍光を測定することで試料溶液中に含まれる測定物質の濃度を測定する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been known a method for measuring the concentration of a measurement substance contained in a sample solution by irradiating the measurement substance with excitation light by a fluorescence detection system as shown in FIG. 9 and measuring the fluorescence emitted from the measurement substance at that time. (For example, refer to Patent Document 1).
しかし、蛍光検出システムを外光が入る状態に置いて上記蛍光の測定を行うと、検出対象である蛍光以外の光(以下「ベース光」という。)も蛍光と同時に検出器に導光される。つまり、図10の実線で示すように、蛍光測定の際に得られる検出信号は、点線で示されるベース光の検出信号の上に、測定対象である蛍光の検出信号が乗った状態となる。このため、蛍光検出を感度良く行うことができない。この問題は、検出器を暗室内に設置してベース光が検出器に入らないようにすれば改善される。 However, when the fluorescence is measured with the fluorescence detection system in a state where external light enters, light other than the fluorescence to be detected (hereinafter referred to as “base light”) is also guided to the detector simultaneously with the fluorescence. . That is, as shown by the solid line in FIG. 10, the detection signal obtained in the fluorescence measurement is in a state where the detection signal of the fluorescence to be measured is on the detection signal of the base light indicated by the dotted line. For this reason, fluorescence detection cannot be performed with high sensitivity. This problem can be remedied by installing the detector in a dark room so that the base light does not enter the detector.
一方、励起光以外の外光が被測定物質に入射し、これによって生じた蛍光がベース光となる場合がある。このベース光は、上述したように検出器を暗室に設置しても除去することはできないので、蛍光測定の際に得られる検出信号(図11の点線1101)は、上記外光で生じた蛍光により生じるベース光の検出信号(図11の太線1102)の上に、測定対象である蛍光の検出信号が乗った状態となる。かかるベース光を除去する方法としては、励起光を変調し、その変調に同期した信号のみをロックインアンプで検出する方法が知られている。
しかし、励起光源としてLDやLEDを使用する場合、発光時間及び外部温度によって励起光の光量が変化する。また、検出器内にあって蛍光を受光する受光素子の検出感度も使用時間及び外部温度によって変化する。 However, when an LD or LED is used as the excitation light source, the amount of excitation light varies depending on the light emission time and the external temperature. Further, the detection sensitivity of the light receiving element in the detector that receives the fluorescence also varies depending on the use time and the external temperature.
例えば、図12に示すように、励起光量の設定値は維持していても、測定開始直前で得られた励起光量1201は、一定時間経過後には励起光量1200まで変化しうる。この場合、検出器を暗室に設置し、且つロックインアンプにより励起光の強度の変調を行うようにして、同一濃度の蛍光物質からなる試料の蛍光測定を行ってもその検出信号が変動してしまう。具体的には、励起光量1200を照射したときの蛍光測定で得られる検出信号は点線1202で示すものとなるのに対し、励起光量1201を照射したときの蛍光測定で得られる検出信号は一点破線1203で示すものとなる。
For example, as shown in FIG. 12, even if the set value of the excitation light amount is maintained, the
従来、かかる変動を考慮して正確な蛍光検出測定を実施するためには、所定時間毎、より正確さが求められる場合は、測定毎に、励起光源や検出器に対してキャリブレーションという補正作業を行う必要があり、測定に手間がかかった。 Conventionally, in order to carry out accurate fluorescence detection measurement in consideration of such fluctuations, if more accuracy is required every predetermined time, a correction operation called calibration for the excitation light source and detector is performed for each measurement. It took a lot of time to measure.
本発明の目的は、使用時間や外部温度に依存して変動する蛍光の量をリアルタイムで補正することができる蛍光検出システム及びこれを利用した濃度測定方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fluorescence detection system capable of correcting in real time the amount of fluorescence that varies depending on the use time and external temperature, and a concentration measurement method using the same.
上記目的を達成するために、請求項1記載の蛍光検出システムは、主波長λ1の励起光が照射された試料から発生する主波長λ2の蛍光(λ2>λ1)を分析する蛍光検出システムにおいて、入射端からの光を第1の出射端に、前記第1の出射端からの光を第2の出射端に導光する光合分波器と、前記入射端と接続し、前記励起光を出射する励起光用光源と、前記第2の出射端と接続し、前記蛍光を受光する検出器と、一端から入射した前記励起光を前記試料に集光照射すると共に、他端から入射した前記蛍光を集光するレンズと、前記第1の出射端、及び前記レンズの一端と接続する光ファイバとを備え、前記検出器は、前記励起光に起因した光を前記蛍光と同時に受光することを特徴とする。
To achieve the above object, a fluorescent detection system of
請求項2記載の蛍光検出システムは、請求項1記載の蛍光検出システムにおいて、前記光合分波器は、2つのレンズの間に介在されたフィルタを備え、前記2つのレンズの径が前記フィルタの径より大きいことを特徴とする。
The fluorescence detection system according to
請求項3記載の蛍光検出システムは、請求項1記載の蛍光検出システムにおいて、前記光合分波器は、フュージョン(溶融型)カプラであることを特徴とする。
The fluorescence detection system according to claim 3 is the fluorescence detection system according to
請求項4記載の蛍光検出システムは、請求項1記載の蛍光検出システムにおいて、前記光ファイバは、前記励起光に起因した光を前記蛍光と同時に前記第1の出射端まで導光することを特徴とする。
The fluorescence detection system according to
請求項5記載の蛍光検出システムは、請求項4記載の蛍光検出システムにおいて、前記光ファイバは、その一部に反射素子が導入されており、前記励起光に起因した光は、前記反射素子により前記励起光の一部が反射された光であることを特徴とする。
The fluorescence detection system according to
請求項6記載の蛍光検出システムは、請求項5記載の蛍光検出システムにおいて、前記反射素子はその端面における反射を利用した素子であることを特徴とする。 A fluorescence detection system according to a sixth aspect is the fluorescence detection system according to the fifth aspect, wherein the reflective element is an element utilizing reflection at an end face thereof.
請求項7記載の蛍光検出システムは、請求項6記載の蛍光検出システムにおいて、前記端面における反射はガラスの平面反射であることを特徴とする。
The fluorescence detection system according to
請求項8記載の蛍光検出システムは、請求項4乃至7のいずれか1項に記載の蛍光検出システムにおいて、前記光合分波器は、カットオフ波長λ(λ1<λ<λ2)のロングパスフィルタからなるフィルタを備えることを特徴とする。
The fluorescence detection system according to
請求項9記載の蛍光検出システムは、請求項8記載の蛍光検出システムにおいて、前記フィルタの波長λ1における透過率が−20dB以下であることを特徴とする。
Fluorescence detection system according to claim 9, wherein, in the fluorescence detection system of
請求項10記載の蛍光検出システムは、請求項4乃至7のいずれか1項に記載の蛍光検出システムにおいて、前記光合分波器は、カットオフ波長λ(λ1<λ<λ2)のショートパスフィルタからなるフィルタを備えることを特徴とする。
The fluorescence detection system according to
請求項11記載の蛍光検出システムは、請求項10記載の蛍光検出システムにおいて、前記フィルタの波長λ1における反射率が−20dB以下であることを特徴とする。
Fluorescence detection system according to claim 11, wherein, in the fluorescence detection system according to
請求項12記載の蛍光検出システムは、請求項8乃至11のいずれか1項に記載の蛍光検出システムにおいて、前記フィルタは、2つのレンズの間に介在されており、前記2つのレンズの径が前記フィルタの径より大きいことを特徴とする。
The fluorescence detection system according to claim 12 is the fluorescence detection system according to any one of
請求項13記載の蛍光検出システムは、請求項4乃至7のいずれか1項に記載の蛍光検出システムにおいて、前記光合分波器は、フュージョン(溶融型)カプラであることを特徴とする。 A fluorescence detection system according to a thirteenth aspect is the fluorescence detection system according to any one of the fourth to seventh aspects, wherein the optical multiplexer / demultiplexer is a fusion coupler.
請求項14記載の蛍光検出システムは、請求項4記載の蛍光検出システムにおいて、前記励起光に起因した光は、前記光ファイバからのラマン散乱光であることを特徴とする。
The fluorescence detection system according to claim 14 is the fluorescence detection system according to
請求項15記載の蛍光検出システムは、請求項14記載の蛍光検出システムにおいて、前記ラマン散乱光は、スト一クス散乱によるものであることを特徴とする。 A fluorescence detection system according to a fifteenth aspect is the fluorescence detection system according to the fourteenth aspect, characterized in that the Raman scattered light is due to Stokes scattering.
上記目的を達成するために、請求項16記載の濃度測定方法は、請求項1乃至15のいずれか1項に記載の蛍光検出システムを利用した濃度測定方法において、基準時に、第1の濃度を有する前記被測定物質に前記励起光を照射し、そのときに前記検出器に導光された光を、第1の検出信号として取得する第1の取得ステップと、前記基準時に、第2の濃度を有する前記被測定物質に前記励起光を照射し、そのときに前記検出器に導光された光を、第2の検出信号として取得する第2の取得ステップと、前記基準時に、前記励起光に起因した光のみを前記検出器に導光したときに、第3の検出信号を取得する第3の取得ステップと、前記第1乃至第3の検出信号に基づき検量線を作成する作成ステップと、前記基準時から所定時間の経過した測定時に、未知濃度を有する前記被測定物質に前記励起光を照射し、そのときに前記検出器に導光された光を、第4の検出信号として取得する第4の取得ステップと、前記測定時に、前記励起光に起因した光のみを前記検出器に導光したときに、第5の検出信号を取得する第5の取得ステップと、前記第3の検出信号及び前記第5の検出信号に基づき、前記第4の検出信号を補正する補正ステップと、前記補正された第4の検出信号を前記作成された検量線にあてはめ、前記未知濃度の値を算出する算出ステップとを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the concentration measurement method according to claim 16 is the concentration measurement method using the fluorescence detection system according to any one of
請求項1記載の蛍光検出システムによれば、主波長λ1の励起光が照射された試料から発生する主波長λ2の蛍光(λ2>λ1)を分析する蛍光検出システムにおいて、入射端からの光を第1の出射端に、第1の出射端からの光を第2の出射端に導光する光合分波器と、入射端と接続し、励起光を出射する励起光用光源と、第2の出射端と接続し、蛍光を受光する検出器と、一端から入射した励起光を試料に集光照射すると共に、他端から入射した蛍光を集光するレンズと、第1の出射端、及びレンズの一端と接続する光ファイバとを備え、検出器は、励起光に起因した光を蛍光と同時に受光するので、使用時間や外部温度に依存して変動する蛍光の量をリアルタイムで補正することができる。
According to the fluorescence detection system of
請求項2記載の蛍光検出システムによれば、光合分波器は、2つのレンズの間に介在されたフィルタを備え、その2つのレンズの径がフィルタの径より大きいので、励起光に起因した光として、レンズの一端と接続する光ファイバからの光及び/又は励起光用光源からの光を光合分波器を介して検出器に確実に導光することができる。
According to the fluorescence detection system of
請求項3記載の蛍光検出システムによれば、光合分波器は、フュージョン(溶融型)カプラであるので、励起光に起因した光として、レンズの一端と接続する光ファイバからの光及び/又は励起光用光源からの光を光合分波器を介して検出器に確実に導光することができる。 According to the fluorescence detection system of the third aspect, since the optical multiplexer / demultiplexer is a fusion (melting type) coupler, the light from the optical fiber connected to one end of the lens and / or the light caused by the excitation light The light from the excitation light source can be reliably guided to the detector via the optical multiplexer / demultiplexer.
請求項4記載の蛍光検出システムによれば、光ファイバは、励起光に起因した光を蛍光と同時に第1の出射端まで導光するので、励起光に起因した光を蛍光と同時に確実に検出器に導光することができる。
According to the fluorescence detection system of
請求項5記載の蛍光検出システムによれば、光ファイバは、その一部に反射素子が導入されており、励起光に起因した光は、反射素子により励起光の一部が反射された光であるので、上記励起光に起因した光を蛍光と同時に確実に検出器に導光することができる。
According to the fluorescence detection system of
請求項6記載の蛍光検出システムによれば、反射素子はその端面における反射を利用した素子であるので、簡易に反射素子を作成することができる。 According to the fluorescence detection system of the sixth aspect, since the reflection element is an element using reflection at the end face, the reflection element can be easily created.
請求項7記載の蛍光検出システムによれば、上記端面における反射はガラスの平面反射であるので、光ファイバの端面処理等により簡易に反射素子を作成することができる。 According to the fluorescence detection system of the seventh aspect, since the reflection at the end face is a flat reflection of glass, a reflecting element can be easily produced by processing the end face of the optical fiber or the like.
請求項8記載の蛍光検出システムによれば、光合分波器は、カットオフ波長λ(λ1<λ<λ2)のロングパスフィルタからなるフィルタを備えるので、光ファイバに導入された反射素子により一部反射された励起光を光合分波器を透過して検出器にまで導光することができる。 According to the fluorescence detection system of the eighth aspect, since the optical multiplexer / demultiplexer includes a filter composed of a long-pass filter having a cutoff wavelength λ (λ 1 <λ <λ 2 ), the reflection element introduced into the optical fiber The partially reflected excitation light can be guided to the detector through the optical multiplexer / demultiplexer.
請求項9記載の蛍光検出システムによれば、上記ロングパスフィルタからなるフィルタの波長λ1における透過率が−20dB以下であるので、光ファイバに導入された反射素子により一部反射された励起光を光合分波器を透過して検出器にまで確実に導光することができる。 According to the fluorescence detection system of the ninth aspect, since the transmittance at the wavelength λ 1 of the filter composed of the long pass filter is −20 dB or less, the excitation light partially reflected by the reflection element introduced into the optical fiber is The light can be reliably guided to the detector through the optical multiplexer / demultiplexer.
請求項10記載の蛍光検出システムによれば、光合分波器は、カットオフ波長λ(λ1<λ<λ2)のショートパスフィルタからなるフィルタを備えるので、光ファイバに導入された反射素子により一部反射された励起光を光合分波器で反射して検出器にまで導光することができる。
According to the fluorescence detection system of
請求項11記載の蛍光検出システムによれば、上記ショートパスフィルタからなるフィルタの波長λ1における反射率が−20dB以下であるので、光ファイバに導入された反射素子により一部反射された励起光が過剰に検出器に導光されることを防止することができる。 According to the fluorescence detection system of claim 11, since the reflectance at the wavelength λ 1 of the filter composed of the short pass filter is −20 dB or less, the excitation light partially reflected by the reflective element introduced into the optical fiber. Can be prevented from being excessively guided to the detector.
請求項12記載の蛍光検出システムによれば、上記フィルタは、2つのレンズの間に介在されており、この2つのレンズの径が上記フィルタの径より大きいので、励起光に起因した光として、入射端からの励起光も光合分波器を透過して検出器にまで導光することができる。 According to the fluorescence detection system of claim 12, the filter is interposed between two lenses, and the diameter of the two lenses is larger than the diameter of the filter. Excitation light from the incident end can also be guided to the detector through the optical multiplexer / demultiplexer.
請求項13記載の蛍光検出システムによれば、上記光合分波器は、フュージョン(溶融型)カプラであるので、励起光に起因した光として、入射端からの励起光も光合分波器を透過して検出器にまで導光することができる。 According to the fluorescence detection system of the thirteenth aspect, since the optical multiplexer / demultiplexer is a fusion coupler, the excitation light from the incident end also passes through the optical multiplexer / demultiplexer as the light caused by the excitation light. Then, the light can be guided to the detector.
請求項14記載の蛍光検出システムによれば、励起光に起因した光は、光ファイバからのラマン散乱光であるので、上記励起光に起因した光を蛍光と同時に確実に検出器に導光することができる。 According to the fluorescence detection system of claim 14, since the light caused by the excitation light is Raman scattered light from the optical fiber, the light caused by the excitation light is reliably guided to the detector simultaneously with the fluorescence. be able to.
請求項15記載の蛍光検出システムによれば、上記ラマン散乱光は、スト一クス散乱によるものであるので、上記ラマン散乱光の波長を蛍光の波長とほぼ同一とでき、上記励起光に起因した光として、蛍光と同時により確実に検出器に導光することができる。
According to the fluorescence detection system of
請求項16記載の濃度測定方法によれば、上記蛍光検出システムを利用した濃度測定方法において、基準時に、第1の濃度を有する被測定物質に励起光を照射し、そのときに検出器に導光された光を、第1の検出信号として取得し、基準時に、第2の濃度を有する被測定物質に励起光を照射し、そのときに検出器に導光された光を、第2の検出信号として取得し、基準時に、励起光に起因した光のみを検出器に導光したときに、第3の検出信号を取得し、第1乃至第3の検出信号に基づき検量線を作成し、基準時から所定時間の経過した測定時に、未知濃度を有する被測定物質に励起光を照射し、そのときに検出器に導光された光を、第4の検出信号として取得し、測定時に、励起光に起因した光のみを検出器に導光したときに、第5の検出信号を取得し、第3の検出信号及び第5の検出信号に基づき、第4の検出信号を補正し、補正された第4の検出信号を作成された検量線にあてはめ、上記未知濃度の値を算出するので、上記蛍光検出システムにより得られた検出信号に基づき、使用時間や外部温度に依存して変動する蛍光の量をリアルタイムで補正することができる。 According to the concentration measuring method of the sixteenth aspect, in the concentration measuring method using the fluorescence detection system, at the reference time, the substance to be measured having the first concentration is irradiated with the excitation light, and then introduced to the detector. The emitted light is acquired as a first detection signal, and at the time of reference, the substance to be measured having the second concentration is irradiated with excitation light, and the light guided to the detector at that time is converted into the second detection signal. Obtained as a detection signal, and at the time of reference, when only light caused by the excitation light is guided to the detector, a third detection signal is obtained, and a calibration curve is created based on the first to third detection signals. At the time of measurement after a predetermined time from the reference time, the measured substance having an unknown concentration is irradiated with excitation light, and the light guided to the detector at that time is acquired as a fourth detection signal. The fifth detection when only the light caused by the excitation light is guided to the detector Is obtained, the fourth detection signal is corrected based on the third detection signal and the fifth detection signal, and the corrected fourth detection signal is applied to the generated calibration curve, and the value of the unknown concentration is obtained. Therefore, based on the detection signal obtained by the fluorescence detection system, the amount of fluorescence that varies depending on the use time and the external temperature can be corrected in real time.
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、主波長λ1の励起光が照射された試料から発生する主波長λ2の蛍光(λ2>λ1)を分析する蛍光検出システムにおいて、入射端からの光を第1の出射端に、第1の出射端からの光を第2の出射端に導光する光合分波器と、入射端と接続し、励起光を出射する励起光用光源と、第2の出射端と接続し、蛍光を受光する検出器と、一端から入射した励起光を試料に集光照射すると共に、他端から入射した蛍光を集光するレンズの一端及び第1の出射端を接続する光ファイバとを備え、検出器は、励起光に起因した光を前記蛍光と同時に受光すると、使用時間や外部温度に依存して変動する蛍光の量をリアルタイムで補正することができることを見出した。 Fluorescent present inventors to analyze result of extensive studies to achieve the above object, the dominant wavelength lambda 2 of the fluorescence dominant wavelength lambda 1 of the excitation light is generated from the sample irradiated (λ 2> λ 1) In the detection system, an optical multiplexer / demultiplexer that guides light from the incident end to the first exit end, and light from the first exit end to the second exit end, and the entrance end are connected to the excitation light. A light source for excitation light to be emitted, a detector connected to the second emission end, and receiving fluorescence, and condensing and irradiating the sample with excitation light incident from one end and condensing fluorescence incident from the other end And an optical fiber connecting one end of the lens and the first emission end, and when the detector receives the light caused by the excitation light simultaneously with the fluorescence, the amount of fluorescence that varies depending on the use time and the external temperature Has been found to be corrected in real time.
本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。 The present invention has been made based on the above findings.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る蛍光分析システムの概略構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fluorescence analysis system according to an embodiment of the present invention.
図1において、蛍光分析システム100は、蛍光分析用光学モジュール100aと、励起光を蛍光分析用チップ20内部の流路204内の試料溶液に集光するレンズ付き光ファイバ(以下「プローブ」という。)50と、蛍光分析用チップ20を載置する試料台21とを備える。
In FIG. 1, a
試料台21は、プローブ50に対し相対的に移動して試料の位置決めする不図示の移動機構を備える。尚、本発明の実施の形態では試料台21が移動機構を備えるものとしたが、試料の位置決めを行うことができればこれに限定されるものでなく、プローブ50も試料台21に対し相対的に移動する移動機構を備えてもよい。
The
蛍光分析用光学モジュール100aは、主波長λ1の励起光を出射するLEDからなる励起光用光源53と、励起光をプローブ50を介して照射することにより試料から発生した主波長λ2の蛍光(λ2>λ1)を透過する蛍光分析用光合分波器56と、この蛍光を受光する検出器54と、励起光用光源53及び蛍光分析用光合分波器56の入射端56aを接続する光ファイバ106と、プローブ50及び蛍光分析用光合分波器56の出射端56bを接続する長さ30cmの光ファイバ103と、検出器54及び蛍光分析用光合分波器56の出射端56cを接続する光ファイバ108とを備える。蛍光分析用光学モジュール100aをこのような構成とすることにより、励起光を試料に導くと共に試料からの蛍光を蛍光分析用光合分波器56に導くことができる。
Fluorescence analysis
また、本実施の形態のように励起光用光源53としてLEDを使用するのではなくLDを使用する場合は、蛍光分析用光合分波器56からの戻り励起光λ1が励起光用光源53に入ることを防止すべく、アイソレータを設けてもよい。これにより、LDの光源としての出力安定性を上げることができる。
Further, when an LD is used instead of an LED as the
このように、蛍光分析用光学モジュール100aは、このモジュールを構成する上述の機器間において光を伝送するために光ファイバを用いるので、このモジュールを簡潔、小型化することができる。
Thus, since the optical module for
プローブ50は、光ファイバ103の他端の先端部103aを保持するフェルール104と、光ファイバ103の上記先端部103aと光学的に接続されたレンズ40と、フェルール104とレンズ40を固定するチューブ105とから成る。光ファイバ103の上記先端部103aは、平面加工され、励起光の一部が反射するように構成されている。これにより、光ファイバ103内に反射素子を簡易且つ確実に導入することができる。例えば、光ファイバ103がシリカガラスでできている場合、上記構成とすることにより約3.5%の励起光が光ファイバ103内に戻る。これに対して、光ファイバ103の上記先端部103aが斜め研磨され且つ無反射コートを施した場合、約0.01%の励起光しか光ファイバ103内には戻らない。
The
励起光用光源53は、ロックイン変調回路109と接続されており、このロックイン変調回路109によりl00Hz以上10KHz以下で励起光用光源53のOn−Off変調(例えば矩形変調)が行われる。これにより確実に検出感度を上げることができる。
The
また、ロックイン変調回路109はロックインアンプと接続されており、励起光用光源53の変調と同期(ロックイン)をさせて検出を行う。これにより、より測定精度を上げることができる。
The lock-in
尚、本発明の実施の形態ではロックイン変調回路109及びロックインアンプが用いられていたが、外光の影響を除いて検出感度をあげることができる光変調機構であればこれに限定されるものではなく、例えばFFTを利用するようにしてもよい。
In the embodiment of the present invention, the lock-in
図2は、図1における蛍光分析用光合分波器56の概略断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional schematic diagram of the fluorescence analyzing optical multiplexer /
図2において、蛍光分析用光合分波器56は、その出力端56a,56b側から順にロッドレンズ500と、その上に蒸着されたフィルタ501と、フィルタ501に接着剤により固定されたロッドレンズ502とを直列に配置したものから成り、これらは一体的に構成されている。これにより、蛍光分析用光合分波器56を貼り合わせ構造とすることができ、コンパクト化できる。また、フィルタ501をガラス基板上に形成し、このガラス基板をロッドレンズ500とロッドレンズ502の間に配置させてもよい。
In FIG. 2, an optical multiplexer /
ロッドレンズ500,502は、中心から外部に向かって屈折率が低下するように屈折率勾配が設けられた屈折率分布型円柱状ロッドレンズである。これにより、入射面と出射面の2端面を光軸方向に直角方向の平面にでき、レンズの結合等の組立が容易にできる。また、ロッドレンズ500,502は、円柱状であるため、シリンダー状保持具に容易に格納でき、光軸合わせが容易とすることができる。
The
フィルタ501は、屈折率の低いSiO2等から成る層(L)と屈折率の高いTiO2,ZrO2,Ta2O5等から成る層(H)が多層に積層された誘電体多層膜であって、そのカットオフ波長λは、λ1より大きくλ2より小さい。すなわち、フィルタ501は、いわゆるロングパスフィルタで構成される。より具体的には、本実施の形態に係るフィルタ501の特性は、波長λ1の光の透過率は−20dB(約1%)以下であって、波長λ2の光の透過率は−3dB以上(97〜50%)である。また、より好ましくは、波長λ1の光の透過率は−30dB以上、より好ましくは−35dB以上である。
The
ここで、入射端56a及び出射端56cはロッドレンズ500の図2の向かって上側に、出射端56bは下側に配されている。ここで、蛍光分析用光合分波器56内において、上記フィルタ501が介在しない場合、入射端56aから光は点線503の光路を進み、出射端56bから光は実線504の光路を進む。しかし、本実施の形態においては、入射端56aからは主波長λ1の励起光が入射するので、フィルタ501でその約99%が反射して出射端56bに導光される一方、フィルタ501を透過した一部の励起光は、点線503の光路を経て出力端56dから外へ出る。かかる構成により、励起光用光源53からの光が蛍光分析用光合分波器56を介して直接検出器54に入射するのを確実に遮断することができる。
Here, the
また、プローブ50を介して出力端56bから入射される光は、試料から生じる蛍光と、光ファイバ103の先端部103aで一部反射された励起光とからなるが、このうち、蛍光の主波長はλ2であるので、フィルタ501を97〜50%透過して出力端56cに導光される。一方、上記一部反射された励起光の主波長はλ1であるので、フィルタ501でその約99%が反射して入射端56aに導光される一方、残りの約1%はフィルタ501を透過して出力端56cに導光される。これにより、蛍光を検出器54に導光するのと同時に、検出対象である蛍光以外の光として励起光の一部(以下「励起ベース光」という。)を検出器54に導光することができる。
The light incident from the
以上の構成により、蛍光分析システム100は蛍光の検出信号の強度を確保することができると共に、この蛍光と同時に励起ベース光を検出器54まで導光することができる。つまり、本システムにおいては、流路204に被測定物である蛍光物質を含まない試料を流し、これに励起光を照射すると、図3に示すように、何ら測定を行っていないときに得られる検出信号301(以下「BKG信号」という。)に励起ベース光の検出信号303が乗った、点線で示す検出信号300が測定される。一方、流路204に被測定物である蛍光物質を所定濃度含む試料を流し、これに励起光を照射すると、図3に示すように、BKG信号301に蛍光及び励起ベース光の総和としての検出信号304が乗った、点線で示す検出信号302が測定される。
With the above configuration, the
ここで、上記検出信号300,302は、ロックインアンプを用いて励起光と同期させて測定を行うことにより、BKG信号301を取り除くことができる。以下、図3の検出信号300からBKG信号301を除いたものを「ベース信号」という。このベース信号は励起ベース光のみに起因する。
Here, the detection signals 300 and 302 can be removed from the BKG signal 301 by performing measurement in synchronization with the excitation light using a lock-in amplifier. Hereinafter, the signal obtained by removing the BKG signal 301 from the
尚、本実施の形態では、フィルタ501の波長λ1に対する透過率を通常より高くなるように制御したが、励起光の一部を出力端56cに導光できるのであればこれに限定されるものではない。
In the present embodiment, the transmittance of the
例えば、フィルタ501として、そのカットオフ波長λをより短波長側にシフトさせたものを使用してもよい。また、図13に示すように、ロングパスフィルタからなるフィルタ501をショートパスフィルタからなるフィルタ503に変更し、且つその接続を通常と逆とするようにしてもよい。ここで、通常と逆の接続とは、蛍光分析用光合分波器56の出力端56cに励起光用光源53、出力端56bにプローブ50を接続し、その入力端56aに検出器54を接続することをいう。この場合、光ファイバ103の先端部103aから一部反射された励起光に対するショートパスフィルタからなるフィルタ503の波長λ1における反射率は−20dB(約1%)以下となる。これにより、光ファイバ103の先端部103aで一部反射された励起光が過剰に検出器54に導光されることを防止することができる。また、より好ましくは、フィルタ503の波長λ1における反射率は−30dB以上、より好ましくは−35dB以上である。これにより、検出器54に励起ベース光として励起光の一部を蛍光分析用光合分波器56で反射して確実に導光することができる。また、上述したロングパスフィルタからなるフィルタ501やショートパスフィルタからなるフィルタ503の代わりに、バンドパスフィルタやノッチパスフィルタを用いるようにしてもよい。
For example, a
また、蛍光分析用光合分波器として分岐カプラを用いてもよい。この分岐カプラとしては、2本の光ファイバを融着・延伸して作成したフュージョン(溶融型)カプラ1400(図14)や、Si基板又は石英基板に光回路を形成した光導波路型カプラを用いることができる。この場合、フュージョン(溶融型)カプラ1400を介して検出器54に導光される励起ベース光には、光ファイバ103の先端部103aで一部反射された励起光だけでなく、励起光用光源53から直接フュージョン(溶融型)カプラ1400に導光された励起光も含まれる。
A branching coupler may be used as the optical multiplexer / demultiplexer for fluorescence analysis. As this branching coupler, a fusion coupler 1400 (FIG. 14) prepared by fusing and stretching two optical fibers, or an optical waveguide coupler in which an optical circuit is formed on a Si substrate or a quartz substrate is used. be able to. In this case, the excitation base light guided to the
さらに、本実施の形態では、光ファイバ103の先端部103aを平面研磨するようにしたが、光ファイバ103の一部に反射素子が導入され、これにより励起光の一部が出力端56bに導光できる構成であれば、反射素子の構成及びその導入場所は本実施の形態に限定されるわけでない。
Further, in the present embodiment, the
以上のように、図1、図2、図13、及び図14に示す構成を有する蛍光検出システム100によれば、試料から発生した蛍光と同時に、光ファイバ103の先端部103aで一部反射された励起光等からなる励起光に起因した光を検出器54に導光することができ、この結果、励起ベース光として検出器54に導光された励起光の一部を用いて、使用時間や外部温度に依存して変動する蛍光の量を以下後述するようにリアルタイムで補正することができる。
As described above, according to the
図4は、蛍光測定時の検出信号をリアルタイムで補正する方法を説明するのに用いられるグラフであり、(a)は各FITC濃度におけるロックイン検出信号と励起光量の関係を示し、(b)は各FITC濃度におけるFITC蛍光信号とベース信号の関係を示す。本実施例において励起光量とは、励起光用光源53から出射される励起光の出力をいう。
FIG. 4 is a graph used to explain a method for correcting the detection signal at the time of fluorescence measurement in real time. (A) shows the relationship between the lock-in detection signal and the excitation light amount at each FITC concentration. Indicates the relationship between the FITC fluorescence signal and the base signal at each FITC concentration. In this embodiment, the excitation light amount refers to the output of excitation light emitted from the
以下の測定では、流路204中の試料には、蛍光物質であるFITC(Fluorescein isothiocyanate)の濃度(以下「FITC濃度」という。)が0.1μmol/Lのものと、FITC濃度が1μmol/Lのものを用いた。また、ベース信号を測定すべく、蛍光を発しないバッファ液もFITC濃度0.0μmol/Lの試料として用いた。尚、蛍光を発する物質が含まれていないものであれば、上記FITC濃度0.0μmol/Lの試料としてバッファ液を用いなくてもよい。但し、洗浄液やバッファ液を使用すると、測定の合間に実施できるので、測定に際して工数が増えることはない点で好ましい。
In the following measurement, the sample in the
次に上記各試料に励起光を照射したときに検出されるロックインアンプからの出力値(mV)(以下「ロックイン検出信号」という。)を、励起光量を変化させながら測定した。この測定の結果、図4(a)に示すように、全ての試料のロックイン検出信号が励起光量を強くするほど大きくなることがわかった。 Next, the output value (mV) (hereinafter referred to as “lock-in detection signal”) from the lock-in amplifier detected when the above samples were irradiated with excitation light was measured while changing the excitation light amount. As a result of this measurement, as shown in FIG. 4A, it has been found that the lock-in detection signals of all the samples increase as the excitation light intensity increases.
ここで、FITC濃度0.0μmol/Lの試料のロックイン検出信号は、上述の励起ベース光のみに起因するベース信号を表すものであるので、かかる結果が得られるのは当然である。しかし、FITC濃度1.0μmol/L,0.1μmol/Lの試料のロックイン検出信号は、図3の検出信号304からBKG信号301を除いた信号であって、蛍光及び励起ベース光の総和としての信号である。また、蛍光は励起光量だけでなくFITC濃度にも依存する。そこで、各励起光量毎に、FITC濃度1.0μmol/L,0.1μmol/Lの試料のロックイン検出信号からベース信号を差し引き、試料から発生した蛍光のみに依存する信号(以下「FITC蛍光信号」という)、及びFITC濃度1.0μmol/LにおけるFITC蛍光信号をFITC濃度0.1μmol/LにおけるFITC蛍光信号で割ったときの信号比(以下「FITC信号比」という)を算出した。この結果、図4(b)に示すように、4μW以上の励起光量におけるベース信号において、FITC蛍光信号はベース信号に比例し、FITC信号比は、ベース信号に関係なくほぼ一定の値となることがわかった。 Here, since the lock-in detection signal of the sample having the FITC concentration of 0.0 μmol / L represents the base signal caused only by the above-described excitation base light, such a result is naturally obtained. However, the lock-in detection signal of the samples having FITC concentrations of 1.0 μmol / L and 0.1 μmol / L is a signal obtained by removing the BKG signal 301 from the detection signal 304 of FIG. 3, and is the sum of fluorescence and excitation base light. Signal. Further, the fluorescence depends not only on the amount of excitation light but also on the FITC concentration. Therefore, for each excitation light quantity, the base signal is subtracted from the lock-in detection signal of the samples having FITC concentrations of 1.0 μmol / L and 0.1 μmol / L, and a signal dependent on only the fluorescence generated from the sample (hereinafter referred to as “FITC fluorescence signal” And a signal ratio when the FITC fluorescence signal at the FITC concentration of 1.0 μmol / L is divided by the FITC fluorescence signal at the FITC concentration of 0.1 μmol / L (hereinafter referred to as “FITC signal ratio”). As a result, as shown in FIG. 4B, in the base signal at an excitation light amount of 4 μW or more, the FITC fluorescence signal is proportional to the base signal, and the FITC signal ratio becomes a substantially constant value regardless of the base signal. I understood.
以上の結果より、4μW以上の励起光量におけるベース信号においては、FITC蛍光信号は、ベース信号及びFITC濃度のみに比例することから、以下の式(1)のような関係が成立する。
F=b×d×C・・・(1)
F:FITC蛍光信号
b:ベース信号
d:FITC濃度
C:定数
一方、1μW未満の励起光量におけるベース信号においては、FITC信号比にばらつきが生じていることがわかった。これは1μW未満の励起光量におけるFITC蛍光信号はロックインアンプ等による電気的な影響を受けるため精度よく測定することはできないからであると考えられる。
From the above results, in the base signal at an excitation light amount of 4 μW or more, the FITC fluorescence signal is proportional only to the base signal and the FITC concentration, and therefore, the following relationship (1) is established.
F = b × d × C (1)
F: FITC fluorescence signal b: base signal d: FITC concentration C: constant On the other hand, it was found that the FITC signal ratio varied in the base signal at an excitation light amount of less than 1 μW. This is presumably because the FITC fluorescence signal with an excitation light amount of less than 1 μW cannot be measured with high accuracy because it is electrically influenced by a lock-in amplifier or the like.
また、ベース信号が励起光量のみに比例するという図4(a)の関係が得られる程度に、励起ベース光の光量が確保される必要がある。励起ベース光の光量が非常に小さいと、上述の場合と同様にロックインアンプ等による電気的な影響を受け精度よく測定することはできないからであり、逆に励起ベース光の光量が非常に大きいと、受光素子が飽和し、やはり精度よく測定することはできないからである。 Further, it is necessary to secure the light amount of the excitation base light to such an extent that the relationship of FIG. 4A that the base signal is proportional only to the excitation light amount can be obtained. This is because if the light amount of the excitation base light is very small, it cannot be measured accurately due to the electrical influence from the lock-in amplifier, etc. as in the case described above. Conversely, the light amount of the excitation base light is very large. This is because the light receiving element is saturated and measurement cannot be performed with high accuracy.
以上の結果に基づき、測定時における未知濃度の試料について得られたFITC蛍光信号から、その試料の濃度を求める方法について説明する。 Based on the above results, a method for obtaining the concentration of the sample from the FITC fluorescence signal obtained for the sample of unknown concentration at the time of measurement will be described.
まず、励起光量をA(例えば、A>4)μWに設定し、バッファ液及び複数の既知のFITC濃度の試料について蛍光測定を行い、横軸をFITC濃度、縦軸を上記各試料のFITC蛍光信号とする検量線を作成する。 First, the amount of excitation light is set to A (for example, A> 4) μW, fluorescence measurement is performed on a buffer solution and a plurality of samples having a known FITC concentration, the horizontal axis is FITC concentration, and the vertical axis is FITC fluorescence of each sample. Create a calibration curve as a signal.
次に、励起光量の設定を変更することなく、上記検量線の作成後一定時間経過したときにバッファ液及び未知のFITC濃度の試料について蛍光測定を行う。ここで励起光用光源53はLEDであるため、励起光量の設定を維持していても、発光時間や外部温度により励起光量が変動する。この変動に生じるFITC蛍光信号への影響を以下の方法により補正する。
Next, without changing the setting of the excitation light amount, fluorescence measurement is performed on the buffer solution and the sample having an unknown FITC concentration when a certain time has elapsed after the calibration curve is created. Here, since the
まず、検量線作成時及び試料測定時において得られるベース信号を夫々b0,b1、未知のFITC濃度(濃度d1とする)におけるロックイン検出信号を夫々S0,S1、濃度d1におけるFITC蛍光信号を夫々F0,F1とする。FITC蛍光信号は、ロックイン検出信号からベース信号を差し引いた値であるので、
F0=S0−b0・・・(2)
F1=S1−b1・・・(3)
という関係が得られる。また、上記式(1)に代入すると、
F0=S0−b0=b0×d1×C・・・(4)
F1=S1−b1=b1×d1×C・・・(5)
という関係が得られる。
First, base signals obtained at the time of calibration curve creation and sample measurement are b 0 and b 1 , respectively, and lock-in detection signals at unknown FITC concentrations (concentration d 1 ) are S 0 , S 1 , and concentration d 1, respectively. The FITC fluorescence signals at are denoted by F 0 and F 1 , respectively. Since the FITC fluorescence signal is a value obtained by subtracting the base signal from the lock-in detection signal,
F 0 = S 0 −b 0 (2)
F 1 = S 1 −b 1 (3)
The relationship is obtained. Moreover, if it substitutes in said Formula (1),
F 0 = S 0 −b 0 = b 0 × d 1 × C (4)
F 1 = S 1 −b 1 = b 1 × d 1 × C (5)
The relationship is obtained.
このうち、S1,b0,b1は測定値として得ることができるので、F1は式(3)から算出できる。さらに、この算出値F1と測定値b1と式(5)から、d1×CはF1/b1と算出できる。 Of these, S 1 , b 0 , b 1 can be obtained as measured values, and therefore F 1 can be calculated from equation (3). Furthermore, d 1 × C can be calculated as F 1 / b 1 from the calculated value F 1 , the measured value b 1 and the equation (5).
次に、式(4)に算出されたd1×C(=F1/b1)を代入すると、F0=F1×b0/b1と算出される。 Next, when d 1 × C (= F 1 / b 1 ) calculated in Expression (4) is substituted, F 0 = F 1 × b 0 / b 1 is calculated.
よって、このF0の値を作成した検量線に当てはめることにより、d1の濃度を精度よく求めることができる。 Therefore, the concentration of d 1 can be obtained with high accuracy by applying the value of F 0 to the prepared calibration curve.
尚、上記方法においては、試料のロックイン検出信号からベース信号を差し引いたFITC蛍光信号を利用したが、ベース信号で試料のロックイン検出信号を割ったFITC蛍光信号比を利用してもよい。 In the above method, the FITC fluorescence signal obtained by subtracting the base signal from the sample lock-in detection signal is used. However, a FITC fluorescence signal ratio obtained by dividing the sample lock-in detection signal by the base signal may be used.
この場合、図4(a)で得られた各FITC濃度におけるロックイン検出信号に基づき、ベース信号とFITC蛍光信号比の関係をグラフ化すると、図5に示すように、4μW以上の励起光量におけるベース信号の場合、FITC蛍光信号比はベース信号に依存することなく、ほぼ一定値となる。つまり、FITC蛍光信号比は、FITC濃度にのみ比例するので、以下の式(6)が成立することがわかった。
F’=d×C’・・・(6)
F’:FITC蛍光信号比
d:FITC濃度
C’:定数
この結果に基づき、FITC蛍光信号比を利用して、未知のFITC濃度の試料の濃度を求める方法を説明する。
In this case, when the relationship between the base signal and the FITC fluorescence signal ratio is graphed based on the lock-in detection signal at each FITC concentration obtained in FIG. 4A, as shown in FIG. 5, the excitation light quantity is 4 μW or more. In the case of the base signal, the FITC fluorescence signal ratio is substantially constant without depending on the base signal. That is, since the FITC fluorescence signal ratio is proportional only to the FITC concentration, it was found that the following formula (6) is established.
F ′ = d × C ′ (6)
F ′: FITC fluorescence signal ratio d: FITC concentration C ′: constant Based on this result, a method for obtaining the concentration of a sample having an unknown FITC concentration using the FITC fluorescence signal ratio will be described.
まず、励起光量をA(例えば、A>4)μWに設定し、バッファ液及び複数の既知のFITC濃度の試料について蛍光測定を行い、横軸をFITC濃度、縦軸を上記各試料のロックイン検出信号とする検量線を作成する。 First, the amount of excitation light is set to A (for example, A> 4) μW, fluorescence measurement is performed on a buffer solution and a plurality of samples having known FITC concentrations, the horizontal axis is FITC concentration, and the vertical axis is lock-in of each sample. A calibration curve is created as a detection signal.
この変形例において、FITC蛍光信号比は、ロックイン検出信号をベース信号で割った値であるので、検量線作成時及び試料測定時において得られる濃度d1におけるFITC蛍光信号比を夫々F’0,F’1とすると、
F’0=S0/b0・・・(7)
F’1=S1/b1・・・(8)
という関係が得られる。また、測定時の値を上記式(6)に代入すると、
F’0=d1×C’・・・(9)
F’1=d1×C’・・・(10)
という関係が得られる。
In this modification, since the FITC fluorescence signal ratio is a value obtained by dividing the lock-in detection signal by the base signal, the FITC fluorescence signal ratio at the concentration d 1 obtained when the calibration curve is created and when the sample is measured is F ′ 0. , F ′ 1 ,
F ′ 0 = S 0 / b 0 (7)
F ′ 1 = S 1 / b 1 (8)
The relationship is obtained. Moreover, when the value at the time of measurement is substituted into the above equation (6),
F ′ 0 = d 1 × C ′ (9)
F ′ 1 = d 1 × C ′ (10)
The relationship is obtained.
このうち、S1,b0,b1は測定値として得ることができるので、F’1は式(8)から算出できる。よって、式(10)からd1×C’はS1/b1と算出できる。 Of these, S 1 , b 0 , b 1 can be obtained as measured values, and therefore F ′ 1 can be calculated from equation (8). Therefore, d 1 × C ′ can be calculated as S 1 / b 1 from Equation (10).
算出されたd1×C’を式(9)に代入すると、S0=S1・b0/b1という関係が得られる。 Substituting the calculated d 1 × C ′ into the equation (9), the relationship S 0 = S 1 · b 0 / b 1 is obtained.
よって、このS0の値を作成した検量線に当てはめることにより、d1の濃度を精度よく求めることができる。 Therefore, the concentration of d 1 can be obtained with high accuracy by applying the value of S 0 to the created calibration curve.
尚、蛍光分析システム100は、蛍光分析用光合分波器56のフィルタ特性を調整することにより、励起光の一部が検出器54まで導光されたが、この形態に限定されるわけではない。
In the
例えば、ロッドレンズ500,502の径をフィルタ501の径より大きくして、励起光の一部を検出器54まで導光するようにしてもよい。この場合、入射端56a側からの励起光は、フィルタ501の外側を迂回する理論上の光路から外れた光路をとるため、出射端56cにもその一部が導光される。つまり、この補正方法の場合、検出器54に導光される励起ベース光には、光ファイバ103の先端部103aで一部反射された励起光だけでなく、入射端56aから入った励起光用光源53からの励起光も含まれる。
For example, the diameters of the
従って、この形態の蛍光分析用光合分波器を使用する場合は、光ファイバ103の先端部103aを従来通りに無反射処理を施したものを使用し、検出器54に導光される励起ベース光を、入射端56aから入った励起光用光源53からの励起光のみとしてもよい。
Therefore, when using this type of optical multiplexer / demultiplexer for fluorescence analysis, an excitation base that is guided to the
図6は、本発明の実施の形態に係る蛍光分析システムの変形例の概略構成を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a modification of the fluorescence analysis system according to the embodiment of the present invention.
本変形例に係る蛍光分析システム100’は、上記実施の形態で用いられたファイバ長が30cmである光ファイバ103の代わりに、ファイバ長が7mであって、その先端部103a’は無反射処理(斜め研磨+APコート被覆)がされている光ファイバ103’が用いられる点、光ファイバ108が、λ1<λ’<λ2である波長λ’をカットオフ波長とするエッジフィルタ57を有している点、及び蛍光分析用光合分波器56’のフィルタ501’のλ1における透過率が-30dB以下である点において相違する。本変形例のその他の要素は、上記実施の形態の対応するものと同一なので、同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
In the
本変形例においては、励起ベース光として光ファイバ103’を構成する成分により発生するラマン散乱光を用いる。
In this modification, Raman scattered light generated by components constituting the
ここで、散乱光には、入射光と同じ振動数であるレーリー散乱光、入射光とは異なる振動数であるラマン散乱光が存在する。ラマン散乱光における入射光との振動数のずれは、物質に入射した光が物質の原子、分子に衝突した際にエネルギーの授受を行うことで発生するものであり、このうち、振動数が小さくなる(波長が長くなる)ものをスト一クス散乱光、逆に振動数の大きくなる(波長が短くなる)ものをアンチストークス散乱光という。本変形例では、レーリー散乱光は、励起光と同じ波長である点で、上記実施の形態で用いた励起光の反射光と結局同じなので用いず、ラマン散乱光のみについて検討する。ラマン散乱光のうち、アンチストークス散乱光は蛍光分析用光合分波器56’のフィルタ501’で除去されるように設計されている。これに対し、ストークス散乱は波長が長くなるので蛍光の波長と重なり、フィルタ501’で除去することはできない。本変形例では、このストークス散乱の特徴を逆に利用すべく、ラマン散乱を検量線の補正に用いる励起ベース光として利用した。 Here, the scattered light includes Rayleigh scattered light having the same frequency as the incident light and Raman scattered light having a frequency different from the incident light. The deviation of the frequency of the Raman scattered light from the incident light is caused by the transfer of energy when the light incident on the material collides with the atoms and molecules of the material. Of these, the frequency is small. What becomes (wavelength becomes longer) is called Stokes scattered light, and on the contrary, light whose frequency becomes larger (wavelength becomes shorter) is called anti-Stokes scattered light. In this modification, Rayleigh scattered light is the same wavelength as the reflected light of the excitation light used in the above embodiment in that it has the same wavelength as the excitation light, so it is not used and only Raman scattered light is considered. Of the Raman scattered light, the anti-Stokes scattered light is designed to be removed by the filter 501 'of the fluorescence analyzing optical multiplexer / demultiplexer 56'. On the other hand, since the wavelength of Stokes scattering becomes longer, it overlaps with the wavelength of fluorescence and cannot be removed by the filter 501 '. In this modification, Raman scattering is used as excitation base light used for correction of the calibration curve in order to use the feature of Stokes scattering in reverse.
次に、本発明を実施例及び比較例により説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1)
図1で図示するシステムでベース信号及び試料のロックイン検出信号を測定した。
Next, although an example and a comparative example explain the present invention, the present invention is not limited to this.
Example 1
The base signal and the sample lock-in detection signal were measured by the system shown in FIG.
具体的には、LEDからなる励起光用光源53として日亜化学社製のNSPB300Bを使用し、レンズ40として日本板硝子製のSLW18(0.4ピッチ)を使用し、光ファイバ103としてエドモンド製のコア径/クラッド径の比率が200/220であって、NAが0.22である石英製光ファイバを使用した。また、蛍光分析用光合分波器56として日本板硝子製の光合分波器を使用し、蛍光分析用光合分波器56内のレンズ500,502として日本板硝子製のSLW18(0.25ピッチ)を使用した。さらに、検出器54として浜松ホトニクス社製のPMT(H5784−20)を使用した。
Specifically, NSPB300B manufactured by Nichia Corporation is used as the
光ファイバ103の先端部103aは0度研磨を行い、またARコートは付けなかった。
The
かかるシステム構成において、ブロープ50から出射した励起光量が点滅信号の平均値で40μWの状態でFITC濃度が0.1μmol/Lの試料の蛍光測定を行い、ロックインアンプ出力値を得た。
In such a system configuration, a fluorescence measurement of a sample having a FITC concentration of 0.1 μmol / L was performed in a state where the excitation light amount emitted from the
その後、図7で示すシステムにより、上記得られたロックインアンプ出力値となるように励起光用光源53の励起光量を調整した。この調整により得られた励起光量は2pWであった。つまり、図1のシステム100において、上記試料から発生する蛍光及び励起ベース光の総和の光量は2pWであった。
Thereafter, the excitation light amount of the
同様の方法で、バッファ溶液に上記励起光を照射してロックインアンプ出力値を得て、この得られたロックインアンプ出力値となるように図7で示すシステムにおける励起光用光源53の励起光量を調整した。この調整により得られた励起光量は1pWであった。つまり、図1のシステム100において、励起ベース光の光量は1pWであった。
(比較例1)
実施例1とは、光ファイバ103の先端部103aについて10度研磨を行い、ARコートは付けた点のみ異なり、それ以外は全て同一の条件で測定を行った。
In the same manner, the buffer solution is irradiated with the excitation light to obtain a lock-in amplifier output value, and the
(Comparative Example 1)
The difference from Example 1 was that the
この結果、試料からの蛍光の光量は1pWであったのに対して、励起ベース光の光量は測定限界未満の値である0.01pW以下となった。 As a result, the amount of fluorescence from the sample was 1 pW, whereas the amount of excitation base light was 0.01 pW or less, which is a value less than the measurement limit.
以上の結果より、実施例1における励起ベース光の光量と、蛍光の光量はほぼ同じとなる。当然のことながら試料の濃度が変化すればそこから出力される蛍光の光量は変化するので、蛍光と励起ベース光の総和の光量と比べて励起ベース光のみ光量が小さくなる場合はある。しかし、実施例でえられた励起ベース光の光量は、比較例で得られた励起ベース光の光量のように測定限界未満の値であって、ノイズの影響を考慮しなくてはならないほどの小さな値ではない。よって、励起光を一部反射した光を励起ベース光として使用することができることがわかった。 From the above results, the amount of excitation base light in Example 1 and the amount of fluorescence light are substantially the same. As a matter of course, if the concentration of the sample changes, the amount of fluorescence output from the sample changes, so that the amount of light of only the excitation base light may be smaller than the total amount of fluorescence and excitation base light. However, the light amount of the excitation base light obtained in the example is a value less than the measurement limit like the light amount of the excitation base light obtained in the comparative example, and the influence of noise must be taken into consideration. Not a small value. Therefore, it was found that the light partially reflecting the excitation light can be used as the excitation base light.
一方、検出器54中の受光素子が飽和する量は、100pWであるので、実施例で検出される励起ベース光を問題なく使用できることがわかった。
(実施例2)
図6の蛍光分析システム100’の光ファイバ103の長さを調整し、調整後のラマン散乱光を検出した。
On the other hand, since the amount of saturation of the light receiving element in the
(Example 2)
The length of the
具体的には、LEDからなる励起光用光源53として日亜化学社製のNSPB300Bを使用し、レンズ40として日本板硝子製のSLW18(0.4ピッチ)を使用し、光ファイバ103としてエドモンド製のコア径/クラッド径の比率が200/220であって、NAが0.22である石英製光ファイバを使用した。また、蛍光分析用光合分波器56として日本板硝子製の光合分波器を使用し、蛍光分析用光合分波器56内のレンズ500,502として日本板硝子製のSLW18(0.25ピッチ)を使用した。さらに、検出器54として浜松ホトニクス社製のPMT(H5784−20)を使用した。
Specifically, NSPB300B manufactured by Nichia Corporation is used as the
また、光ファイバ103の先端部103aは10度研磨を行い、ARコートを付けた。
Further, the
かかるシステム構成において、上記光ファイバ103の長さを変化させ、ラマン散乱光の強度を測定した。
In such a system configuration, the length of the
この結果、図8に示すように、ファイバ長さが1m未満の場合に検出されるラマン散乱光の強度は0.01pW未満となり、測定限界未満の値となった。 As a result, as shown in FIG. 8, the intensity of Raman scattered light detected when the fiber length was less than 1 m was less than 0.01 pW, which was less than the measurement limit.
これに対して、ファイバ長さが5mの場合のラマン強度は0.5pW、7mではFITC蛍光信号の値とほぼ同じ約1pWとなり、ノイズの影響を考慮しなくてもよい程度の光量が得られた。 On the other hand, when the fiber length is 5 m, the Raman intensity is 0.5 pW, and when it is 7 m, it is about 1 pW, which is almost the same as the value of the FITC fluorescence signal. It was.
よって、ファイバ長さが5m以上、より好ましくは7m以上の場合、励起ベース光としてラマン散乱を用いることで、上記検量線で試料のFITC濃度を図6のシステムにおいては確実に求めることができることがわかった。 Therefore, when the fiber length is 5 m or longer, more preferably 7 m or longer, the FITC concentration of the sample can be reliably obtained in the system shown in FIG. 6 by using Raman scattering as the excitation base light. all right.
一方、ラマン散乱は励起光が光ファイバ内を通過した場合に発生するものであるので、当然上記の実施例1等の場合でも発生している。しかしながら、実施例1のプローブ部分の光ファイバ長(=30cm)が1m以下であったので、測定限界以下のラマン散乱しか発生しない。よって、比較例1のようなシステムにおいては励起ベース光としてラマン散乱を用いることはできないことがわかった。 On the other hand, Raman scattering occurs when the excitation light passes through the optical fiber, and naturally occurs even in the case of the first embodiment. However, since the optical fiber length (= 30 cm) of the probe portion of Example 1 is 1 m or less, only Raman scattering below the measurement limit occurs. Therefore, it was found that Raman scattering cannot be used as excitation base light in a system such as Comparative Example 1.
100 蛍光分析システム
20 蛍光分析用チップ
40 レンズ
53 励起光用光源
54 検出器
56 蛍光分析用光合分波器
103 光ファイバ
103a 先端部
109 ロックイン変調回路
DESCRIPTION OF
Claims (16)
入射端からの光を第1の出射端に、前記第1の出射端からの光を第2の出射端に導光する光合分波器と、
前記入射端と接続し、前記励起光を出射する励起光用光源と、
前記第2の出射端と接続し、前記蛍光を受光する検出器と、
一端から入射した前記励起光を前記試料に集光照射すると共に、他端から入射した前記蛍光を集光するレンズと、
前記第1の出射端、及び前記レンズの一端と接続する光ファイバとを備え、
前記検出器は、前記励起光に起因した光を前記蛍光と同時に受光することを特徴とする蛍光検出システム。 In fluorescence detection system for analyzing a dominant wavelength lambda 2 of the fluorescence emitted from a sample dominant wavelength lambda 1 of the excitation light is irradiated (λ 2> λ 1),
An optical multiplexer / demultiplexer that guides light from the incident end to the first exit end, and guides light from the first exit end to the second exit end;
A light source for excitation light connected to the incident end and emitting the excitation light;
A detector connected to the second emission end and receiving the fluorescence;
A lens that condenses and irradiates the sample with the excitation light incident from one end, and condenses the fluorescence incident from the other end;
An optical fiber connected to the first emission end and one end of the lens;
The fluorescence detection system, wherein the detector receives light caused by the excitation light simultaneously with the fluorescence.
基準時に、第1の濃度を有する前記被測定物質に前記励起光を照射し、そのときに前記検出器に導光された光を、第1の検出信号として取得する第1の取得ステップと、
前記基準時に、第2の濃度を有する前記被測定物質に前記励起光を照射し、そのときに前記検出器に導光された光を、第2の検出信号として取得する第2の取得ステップと、
前記基準時に、前記励起光に起因した光のみを前記検出器に導光したときに、第3の検出信号を取得する第3の取得ステップと、
前記第1乃至第3の検出信号に基づき検量線を作成する作成ステップと、
前記基準時から所定時間の経過した測定時に、未知濃度を有する前記被測定物質に前記励起光を照射し、そのときに前記検出器に導光された光を、第4の検出信号として取得する第4の取得ステップと、
前記測定時に、前記励起光に起因した光のみを前記検出器に導光したときに、第5の検出信号を取得する第5の取得ステップと、
前記第3の検出信号及び前記第5の検出信号に基づき、前記第4の検出信号を補正する補正ステップと、
前記補正された第4の検出信号を前記作成された検量線にあてはめ、前記未知濃度の値を算出する算出ステップとを備えることを特徴とする濃度測定方法。 In the concentration measuring method using the fluorescence detection system according to any one of claims 1 to 15,
A first acquisition step of irradiating the substance to be measured having a first concentration with the excitation light at a reference time and acquiring the light guided to the detector at that time as a first detection signal;
A second acquisition step of irradiating the substance to be measured having a second concentration with the excitation light at the reference time and acquiring the light guided to the detector at that time as a second detection signal; ,
A third acquisition step of acquiring a third detection signal when only the light caused by the excitation light is guided to the detector at the reference time;
A creation step for creating a calibration curve based on the first to third detection signals;
During measurement after a predetermined time has elapsed from the reference time, the substance to be measured having an unknown concentration is irradiated with the excitation light, and light guided to the detector at that time is acquired as a fourth detection signal. A fourth acquisition step;
A fifth acquisition step of acquiring a fifth detection signal when only the light caused by the excitation light is guided to the detector during the measurement;
A correction step of correcting the fourth detection signal based on the third detection signal and the fifth detection signal;
A concentration measuring method comprising: applying the corrected fourth detection signal to the created calibration curve, and calculating a value of the unknown concentration.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008139218A JP2009287999A (en) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Fluorescence detecting system and concentration measuring method using it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008139218A JP2009287999A (en) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Fluorescence detecting system and concentration measuring method using it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009287999A true JP2009287999A (en) | 2009-12-10 |
Family
ID=41457365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008139218A Pending JP2009287999A (en) | 2008-05-28 | 2008-05-28 | Fluorescence detecting system and concentration measuring method using it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009287999A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010262149A (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Hoya Corp | Light transmission system for scanning observation apparatus, confocal observation system, optical coupler, and image creation method |
| WO2018235822A1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-12-27 | 国立大学法人北海道大学 | Fluorescence correlation spectroscopy |
| CN109520982A (en) * | 2018-11-20 | 2019-03-26 | 东南大学 | A kind of fluorescence correlation spectroscopy measuring system |
| US10337994B2 (en) | 2016-09-20 | 2019-07-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sample liquid measuring device and measuring method |
| JP2020078543A (en) * | 2018-09-14 | 2020-05-28 | キヤノン ユーエスエイ, インコーポレイテッドCanon U.S.A., Inc | System and method for detecting optical probe connections |
| CN114166371A (en) * | 2021-12-06 | 2022-03-11 | 河北师范大学 | A fluorescent optical fiber temperature measurement system for biomedicine |
| CN115096866A (en) * | 2022-07-25 | 2022-09-23 | 南京大学 | An all-fiber fluorescence signal enhancement detection system |
-
2008
- 2008-05-28 JP JP2008139218A patent/JP2009287999A/en active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010262149A (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Hoya Corp | Light transmission system for scanning observation apparatus, confocal observation system, optical coupler, and image creation method |
| US10337994B2 (en) | 2016-09-20 | 2019-07-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sample liquid measuring device and measuring method |
| WO2018235822A1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-12-27 | 国立大学法人北海道大学 | Fluorescence correlation spectroscopy |
| JPWO2018235822A1 (en) * | 2017-06-19 | 2020-03-19 | 国立大学法人北海道大学 | Fluorescence correlation spectrometer |
| JP2020078543A (en) * | 2018-09-14 | 2020-05-28 | キヤノン ユーエスエイ, インコーポレイテッドCanon U.S.A., Inc | System and method for detecting optical probe connections |
| US11129520B2 (en) | 2018-09-14 | 2021-09-28 | Canon U.S.A., Inc. | System and method for detecting optical probe connection |
| JP7065813B2 (en) | 2018-09-14 | 2022-05-12 | キヤノン ユーエスエイ,インコーポレイテッド | Catheter systems, methods, and devices for detecting optical probe connections |
| CN109520982A (en) * | 2018-11-20 | 2019-03-26 | 东南大学 | A kind of fluorescence correlation spectroscopy measuring system |
| CN114166371A (en) * | 2021-12-06 | 2022-03-11 | 河北师范大学 | A fluorescent optical fiber temperature measurement system for biomedicine |
| CN115096866A (en) * | 2022-07-25 | 2022-09-23 | 南京大学 | An all-fiber fluorescence signal enhancement detection system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5297887B2 (en) | Optical demultiplexing detector and fluorescence detection system for fluorescence analysis | |
| JP2009287999A (en) | Fluorescence detecting system and concentration measuring method using it | |
| US5521703A (en) | Diode laser pumped Raman gas analysis system with reflective hollow tube gas cell | |
| JP2022095987A (en) | Confocal displacement meter | |
| JP2020187140A (en) | Method for evaluating characteristics of waveguide | |
| JP2017134089A5 (en) | Sensing system | |
| JP5094484B2 (en) | Fluorescence detection method and fluorescence detection apparatus | |
| JP2012037355A (en) | Fluorescence detector, fluorescence measuring method and environment measuring device | |
| US10184888B2 (en) | Device and method for determining a refractive index | |
| US9250184B2 (en) | Status estimation device, status estimation method and program for ultraviolet curable resin | |
| JP2002350335A (en) | Refractive index sensor, sensor system and optical fiber | |
| US8063384B2 (en) | Detection system and probe therefor | |
| JPH0450639A (en) | Optical sample analyzer | |
| JP2014194362A (en) | Electrophoretic apparatus | |
| US10359365B2 (en) | Optical sensor | |
| KR20150064094A (en) | Method for detecting analytes | |
| JP7205190B2 (en) | Optical measuring instrument | |
| JP2006125919A (en) | Spectroscopic analysis apparatus and spectral analysis method | |
| JP2009243886A (en) | Optical analyzer | |
| JP6291278B2 (en) | Detection device | |
| KR20180065804A (en) | Optical fiber in-line temperature sensor and apparatus for measuring temperature using the sensor | |
| JP6822099B2 (en) | Optical fiber wire manufacturing method, optical fiber wire manufacturing equipment, and optical fiber wire inspection equipment | |
| JP3631221B2 (en) | Fiber spectroscopic detector and manufacturing method thereof | |
| JP2006292562A (en) | Surface plasmon sensor | |
| JP7364798B2 (en) | capillary electrophoresis device |