JPH0372262A - 光学的測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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装置に関し、さらに詳細にいえば
、光導波路に励起光を導入し、エバネ・ソセント波成分
により光導波路の表面近傍に存在する被検物質の光学的
特性の変化状態を測定する光学的ｎＪ定装置に関する。

〈従来の技術〉 従来からスラブ型光導波路を用い、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４図に示すように、スラブ型光導波路（９１）の−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（スイ
ス国特許出願明！ＩＩＪＩ書第２７９９／８５−２号お
よび特開昭８３−２７３０４２号公報参照）。

上記の構成を採用した場合には、光導波路（９（）の表
面に予め抗体（９Ｇ）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（９］）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
（９ｇａ）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（９ｔ）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（９５）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４図に示す螢光免疫測定装置は、励起光除去を十分に
は行ない得ないのであるから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。例えば、標識螢
光体（！１Ｈａ）としてＦ　Ｉ　Ｔ　Ｃ（ｆｌｕｏｒｅ
ｓｃｅｉｎＩｓｏｔｈｌｏｃｙａｎａｔｅ）を用い、光
学フィルタ（９４）としてカットオフ波長が４９０　ｒ
ｖ〜５２０ｎｔｓの色ガラス・フィルタを用いた場合に
は、標識螢光体（９８ａ）のピーク波長が〜５２５　ｎ
ｍであるから理想的には励起光は遮断され螢光のみが検
出器〈９５）に入射されることになる。しかし、実際に
は、励起光等に起因するバック・グラウンド・ノイズの
影響を受けて測定精度がかなり低下してしまうという問
題がある。即ち、励起された螢光のみならず、光導波路
（９１）の出射側端面で反ａｔされた励起光（空気と屈
折率が〜１．５の光導波路との界面における反射率は４
％程度）が光入射部がら出射されるのであるが、励起光
の単色性、ストークス・シフトの大きさ等によっては色
ガラス・フィルタ（９４）による励起光遮断が不十分に
なってしまう場合が多い。そして、螢光は励起光の１０
−６あるいはそれ以下の極めて微弱な光であるから、反
射され、かつ色ガラス・フィルタ（９４〉により減衰さ
れた励起光は螢光と比較して側底無視し得ない強度レベ
ルである場合が多くなり、免疫測定精度を著しく低下さ
せてしまうことになる。以上の説明は、光導波路（９工
）の出射端面における反射のみを考慮しているが、光入
射端面の形状によってはこの面における反射光も重畳さ
れることになるので、−層側定精度が低下してしまう。

また、光導波路（９１）をプラスチックで底形した場合
には、プラスチック自体が不純物等により弱い螢光を発
するとともに、ラマン散乱をも生じるので、これらがバ
ック・グラウンド・ノイズとして重畳され、−層側定精
度を低下させてしまうことになる。

さらに、螢光免疫反応のみならず、螢光、散乱、偏光等
を用いて酵素反応、抗原、抗体以外の物質における結合
反応等起因する光学的特性の変化状態を測定する場合に
も同様の不都合が生じる。

〈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、
測定情報を有する信号光強度に対するバツク・グラウン
ド・ノイズの割合を大幅に減少させることができる新規
な光学的ａｌｌＪ定装置を提供することを目的としてい
る。

く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装
置は、光導波路の出射端側表面に吸光体層を形成しであ
る。

但し、吸光体層としては、光導波路の出射端側表面に塗
布された吸光性塗料層であることが好ましく、この場合
において、吸光性塗料層が、導入された全ての励起光を
吸光し得る範囲にわたって塗布形成されていることが最
も好ましい。

また、吸光体層としては、光導波路の出射端面に一体的
に形成された、光導波路と等しい屈折率を有する吸光性
樹脂層であってもよい。

く作用〉 以上の構成の光学的測定装置であれば、光導波路を、測
定対象溶液を収容した容器に収容し、光導波路に励起光
を導入することにより生じる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被検物質の
光学的特性の変化状態の測定を行なう場合において、光
導波路の出射端側表面に吸光体層を形成しであるので、
光導波路に導入され、伝播された励起光が出射端面で反
射されることを防止でき、励起光の反射成分を含まない
状態で光学的特性の変化状態のみに基づく高精度の測定
を行なうことができる。但し、この場合における光学的
特性の変化状態は、螢光、散乱、偏光等、吸光特性以外
の特性であればよい。

そして、抗原−抗体反応の結果、光導波路の表面近傍に
存在させられる標識螢光体を励起し、標識螢光体から放
射される螢光に基づいて免疫反応を測定する場合にも、
螢光と比較して著しく強度が高い励起光の反射を阻止で
きるので、高精度の免疫反応の測定を行なうことができ
る。また、この場合において、光導波路がプラスチック
製であれば、光導波路自体の螢光、ラマン散乱の影響を
排除することができないのであるが、光導波路の全面に
おいて標識螢光体を励起できるのであるから開ロ数Ｎ、
Ａが増大し、光導波路自体の螢光、ラマン散乱に起因す
るバック・グラウンド・ノイズの、標識螢光体から放射
される螢光に対する割合を小さくでき、測定精度を高め
ることができる。

そして、吸光体層が、光導波路の出射端側表面に塗布さ
れた吸光性塗料層である場合には、光導波路を製造した
後、単に吸光性塗料を塗布するだけでよく、厚みに殆ど
制約がないから製造作業を著しく簡素化できる。

この場合において、吸光性塗料層が、導入された全ての
励起光を吸光し得る範囲にわたって塗布形成されていれ
ば、励起光の反射を完全に阻止でき、測定精度を可能な
上限まで高めることができる。

また、吸光体層が、光導波路の出射端面に一体的に形成
された、光導波路と等しい屈折率を有する吸光性樹脂層
である場合には、吸光体層を光導波路と同時成形するこ
とができ、光導波路製造後の塗布作業を不要にできる。

〈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図はこの発明の光学的測定装置の一実施例としての
免疫測定測定装置を示す分解斜視図、第２図は縦断面図
であり、一方の端部のみに、光軸に関して対称な楔形の
プリズム（（２〉を一体成形してなるスラブ型光導波路
（１）と、スラブ型光導波路（１）を収容するケーシン
グ（２）とで構成されている。

上記プリズム（１２）は、屈折光を光導波路本体（ロ）
に導入し得ない余剰部（１３）（１４）を有しており、
基部寄りの余剰部（１３）および図中前後の端面から外
方に伸びるフランジ（１５）が一体成形されている。

上記スラブ型光導波路（１）の光出射端面は光軸（Ｂ　
Ｓ）と直交する面であり、光出射端面を覆うように吸光
性塗料層（１６）が形成されている。そして、光導波路
本体（１１）の表面には多数の抗体（３）が固定されて
いる。上記ケーシング（２）は上面のみを開放した光導
波路本体（１１）よりも高い容器であり、上端部とフラ
ンジ（ｉ５）とを係合させることにより、光導波路本体
（１１）を吊下げ状に保持する。

上記の構成の螢光免疫測定装置を用いて免疫測定を行な
う場合には、第２図に示すように、図示しない励起光光
源から出射される励起光をダイクロイック・ミラー（４
）を通してプリズム（１２〉に導くとともに、抗原（３
１）を含む被験液および螢光標識抗体（３２）をケーシ
ング（２）に収容するだけでよく、以下のようにして抗
原（３１）の量に対応する螢光を得ることができる。即
ち、被験液および螢光標識抗体（３２）をケーシング（
■に収容すれば、被験液中の抗原（３１）が抗体（３）
に受容され、さらに螢光標識抗体（３２）が抗原（３１
）に受容される。したがって、被験液中の抗原量に対応
する量の螢光標識抗体（３２）が光導波路本体（１１）
の表面近傍に拘束される。

また、励起光は、プリズム（１２）により屈折されて光
導波路本体（１１）に導入され、全反射しながら伝播す
る。そして、励起光のエバネッセント波成分により上記
拘束されている螢光標識抗体（３２）の標識螢光体（３
２ａ）のみを励起し、固有の螢光を放射させる。この螢
光の一部は光導波路本体（１１）の内部を伝播してプリ
ズム（１２）から出射し、ダイクロイック・ミラー（４
）により反射されて検出器（５）に導かれる。尚、従来
例においては上記励起光が出射端面で反射され入射側か
ら出射されていたが、この実施例においては、出射端面
まで伝播した励起光および螢光が共に吸光性塗料層（１
６）において吸光されるのであるから、反射成分を確実
に除去できる。

したがって、励起光の反射成分が検出器（５）に入射さ
れることはなく、測定精度を高めることができる。また
、プリズム（ｉ２）に入１１する場合の環４・Ｊ成分も
存在するが、この反射成分は測定と無関係な方向に伝播
するのであるから、バック・グラウンド・ノイズとして
機能することはない。さらに、スラブ型光導波路（１）
がプラスチック製である場合における光導波路自体の螢
光、ラマン散乱に起因するバック・グラウンド・ノイズ
のレベルは変化しないが、光導波路本体（１１）の全面
に抗体（３）を固定して、得られる螢光を約２倍にでき
るのであるから、螢光に対するバック・グラウンド・ノ
イズの割合が約１／２になり、この点からも測定精度を
一層高めることができる。

第３図（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ変更例の要部を示す概
略図である。

同図（Ａ）は光導波路本体（１１）の出射端面に吸光性
塗料層（１６）を形成する代わりに、出射端面に隣合う
面の出射端側の所定範囲に吸光性塗料層（Ｉ６）を形成
している。但し、この場合における吸光性塗料層（１Ｂ
）の形成範囲ノは、光導波路本体（Ｉｆ）の厚みがｄ１
励起光の伝播角がθである場合に、Ｊ−ｄｔａｎθであ
ることが最も好ましい。しかし、多少の励起光の反射を
許容できれば、Ｊくｄ　　ｔａｎθであってもよい。実
際上は、塗布作業に伴なう誤差の発生を見こしてＪ＞ｄ
ｔａｎθとしておけばよいが、Ｊを余り大きくしすぎる
と、螢光を励起し得る範囲が狭くなるので、誤差相当分
だけ大きくしておくことが好ましい。勿論、光導波路本
体（１１）の断面形状が正方形でなければ各面毎に形成
範囲を変化させる必要がある。

同図（Ｂ）は光導波路（１１）の出射端面および出射端
面に隣合う面の双方に吸光性塗料層（１６）を形成して
いる。したがって、この変更例の場合には、形成範囲を
上記範囲Ｊと比較してかなり自由に設定することができ
、上記範囲」よりかなり狭い範囲のみに吸光性塗料層（
１６）を形成しても励起光の反射を確実に阻止できる。

同図（Ｃ）は光導波路本体（１１）の出射端面に隣合う
面のうち、互に対向面の一方のみに吸光性塗料層（１６
）を形成している。但し、この場合における吸光性塗料
層（１６）の形成範囲は、同図（Ａ）の場合の範囲ｌの
２倍に設定しておけばよく、励起光が必ず吸光性塗料層
（１６）に導かれるので反射を確実に阻止できる。

同図（Ｄ）は吸光性塗料層（１６）に代えて、光導波路
本体（ＩＹ）と等しい屈折率を有する吸光性樹脂（ｌｅ
ａ）を出射端面に一体的に成形している。

尚、上記吸光性塗料、吸光性樹脂としては、黒色の塗料
、樹脂であることが最も好ましいが、灰色等の塗料、樹
脂であってもよい。但し、塗料、樹脂の吸光の程度によ
っては、ダイクロイック・ミラー（４）と検出器（５）
との間に光学フィルタを介７［させることが好ましい。

また、光導波路本体（１１）の出射端面は、ケーシング
（２）の底面と接触していてもよ＜、離れていてもよい
。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば、スラブ型光導波路に代えてファイバ型光導波
路を用いることが可能であるほか、光導波路本体に抗体
（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り、さらに、励起
光を光導波路本体（１１〉に導入するためのプリズム（
１２）として上記実施例以外の形状のもの、例えば非対
称な楔形のもの等を形成することが可能であるほか、光
導波路本体（１１）の両端に先人出射用のプリズムを有
するスラブ型光導波路を用い、一方のプリズムに吸光性
塗料層を形成することが可能であり、さらにまた、螢光
、散乱、偏光等を用いて抗原−抗体反応以外の結合反応
、酵素等による触媒反応等に起因する光学的特性の変化
状態を測定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〉 以上のように第１の発明は、励起光の反射成分を含まな
い状態で光学的特性の変化状態に基づく高精度の被検物
質の測定を行なうことができるという特有の効果を奏す
る。

第２の発明は、励起光の反射成分を含まない状態で螢光
のみに基づく高精度の免疫測定を行なうことができ、し
かも光導波路の全面において標識螢光体を励起すること
と相俟って一層免疫測定の精度を高めることができると
いう特有の効果を奏する。

第３の発明は、光導波路を製造した後、１１．１１に吸
光性塗料を塗布するだけでよく、厚みに殆ど制約がない
から製造作業を著しく簡素化できるという特有の効果を
奏する。

第４の発明は、励起光の反射を完全に阻止でき、測定精
度を可能な上限まで高めることができるという特有の効
果を奏する。

第５の発明は、吸光体層を光導波路と同時成形すること
ができ、光導波路製造後の塗布作業を不要にできるとい
う特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光学的測定装置の一実施例としての
免疫測定測定装置を示す分解斜視図、第２図は免疫測定
状態を示す概略図、 第３図は変更例の要部を示す概略図、 第４図は従来例を示す概略図。 （１）・・・スラブ型光導波路、（２）・・・ケーシン
グ、（１１）・・・光導波路本体、（１２）・・・プリ
ズム、（１３）（１４）・・・余剰部、（１５）・・・
フランジ、（１６）・・・吸光性塗料層、（１６ａ）・
・・吸光性樹脂、（３２ａ）・・・標識螢光体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光導波路（１）を、被験液を収容したケーシング（
   ２）に収容し、光導波路（１）に励起光を導入すること
   により生じるエバネッセント波成分によって、光導波路
   （１）の表面近傍に存在させられる被検物質の光学的特
   性の変化状態の測定を行なう光学的測定装置において、
   光導波路（１）の出射端側表面に吸光体層（１６）（１
   ６ａ）を形成してあることを特徴とする光学的測定装置
   。 ２、光導波路（１）の表面において抗原−抗体反応を行
   なわせ、抗原−抗体反応の結果、光導波路（１）の表面
   近傍に存在させられる標識螢光体（３２ａ）をエバネッ
   セント波成分により励起し、標識螢光体（３２ａ）から
   放射される螢光に基づいて免疫反応を測定する上記特許
   請求の範囲第１項記載の光学的測定装置。 ３、吸光体層が、光導波路（１）の出射端側表面に塗布
   された吸光性塗料層（１６）である上記特許請求の範囲
   第１項または第２項に記載の光学的測定装置。 ４、吸光性塗料層（１６）が、導入された全ての励起光
   を吸光し得る範囲（ｌ）（２ｌ）にわたって塗布形成さ
   れている上記特許請求の範囲第３項記載の光学的測定装
   置。 ５、吸光体層が、光導波路（１）の出射端面に一体的に
   形成された、光導波路（１）と等しい屈折率を有する吸
   光性樹脂層（１６ａ）である上記特許請求の範囲第１項
   または第２項に記載の光学的測定装置。