特許 6814918 光学測定システム、光学セル、及び、光学測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6814918

(24)【登録日】2020年12月24日

(45)【発行日】2021年1月20日

(54)【発明の名称】光学測定システム、光学セル、及び、光学測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/03 20060101AFI20210107BHJP

   G01N 21/33 20060101ALI20210107BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/03 Z

   G01N21/33

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-41127(P2017-41127)

(22)【出願日】2017年3月3日

(65)【公開番号】特開2018-146367(P2018-146367A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2019年9月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】504145342

【氏名又は名称】国立大学法人九州大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100109036

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 重幸

(72)【発明者】

【氏名】興 雄司

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 宏晃

(72)【発明者】

【氏名】森田 金市

【審査官】 横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０５７２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０７８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５０３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２２４１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１３２７８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／６１

Ｇ０２Ｂ ５／００− ５／１３６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料の光学測定を行う光学測定装置と光学セルと光検出部とを備える光学測定システムであって、
前記光学測定装置は、
第１波長の光成分を含む第１光と第２波長の光成分を含む第２光とを前記光学セルに対して照射する照射手段を有し、
前記光学セルは、
前記第２波長の光成分よりも前記第１波長の光成分を透過させ、前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を散乱させる第１波長透過部と、
前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を透過させ、前記第２波長の光成分よりも前記第１波長の光成分を散乱させる第２波長透過部と、
前記試料を保持し、前記第１波長透過部及び前記第２波長透過部に接する試料保持部とを有し、
前記照射手段は、前記第１波長透過部、前記第２波長透過部、及び、前記試料保持部を通過する同一の導光路に対して、前記第１光及び前記第２光を異なる方向から照射し、
前記光検出部は、前記第１波長透過部から出てきた光と、前記第２波長透過部から出てきた光とを検出する、光学測定システム。

【請求項2】

前記第１波長透過部は、
シリコーン樹脂と、
前記シリコーン樹脂内に分散された第１光学材料粒子とを有し、
前記第２波長透過部は、
前記シリコーン樹脂と、
前記シリコーン樹脂内に分散された第２光学材料粒子とを有し、
前記シリコーン樹脂の屈折率と前記第１光学材料粒子の屈折率とは、第２波長よりも第１波長においてより良く一致し、
前記シリコーン樹脂の屈折率と前記第２光学材料粒子の屈折率とは、第１波長よりも第２波長においてより良く一致する、請求項１記載の光学測定システム。

【請求項3】

前記導光路から出射した光のうち、散乱されずに透過した光を遮光して検出させない中央遮光部と、
前記導光路から出射した光のうち、散乱された光を集光する集光レンズとをさらに備える、請求項１又は２記載の光学測定システム。

【請求項4】

前記照射手段は、
前記第１光と前記第２光を含む光を発する光源と、
前記光源からの光を前記第１波長透過部に対して入射させる第１反射部材と、
前記光源からの光を前記第２波長透過部に対して入射させる第２反射部材とを有する、請求項１から３のいずれかに記載の光学測定システム。

【請求項5】

前記第１波長は260nmであり、前記第２波長は280nmである、請求項１から４のいずれかに記載の光学測定システム。

【請求項6】

試料の光学測定を行う光学測定システムに用いられる光学セルであって、
第２波長の光成分よりも第１波長の光成分を透過させ、前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を散乱させる第１波長透過部と、
前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を透過させ、前記第２波長の光成分よりも前記第１波長の光成分を散乱させる第２波長透過部と、
前記試料を保持し、前記第１波長透過部及び前記第２波長透過部に接する試料保持部とを備え、
前記第１波長透過部から入射した光が前記試料保持部を通って前記第２波長透過部から出射する導光路が存在する、光学セル。

【請求項7】

試料の光学測定を行う光学測定装置と光学セルと光検出部とを備える光学測定システムにおける光学測定方法であって、
前記光学測定装置は、
第１波長の光成分を含む第１光と第２波長の光成分を含む第２光とを前記光学セルに対して照射する照射手段を有し、
前記光学セルは、
前記第２波長の光成分よりも前記第１波長の光成分を透過させ、前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を散乱させる第１波長透過部と、
前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を透過させ、前記第２波長の光成分よりも前記第１波長の光成分を散乱させる第２波長透過部と、
前記試料を保持し、前記第１波長透過部及び前記第２波長透過部に接する試料保持部とを有し、
前記照射手段が、前記第１波長透過部、前記第２波長透過部、及び、前記試料保持部を通過する同一の導光路に対して、前記第１光及び前記第２光を異なる方向から照射する照射ステップと、
前記光検出部が、前記第１波長透過部から出てきた光と、前記第２波長透過部から出てきた光とを検出する光検出ステップとを含む、光学測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学測定システム、光学セル、及び、光学測定方法に関し、特に、試料の光学測定を行う光学測定装置と光学セルと光検出部とを備える光学測定システム等に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ライフサイエンス分野において、紫外線（以下、ＵＶ光とも言う）を用いた光分析の要請は大きい。ＵＶ光を用いた光分析法としては、吸光度測定法、光（レーザ）誘起蛍光測定法などがある。

【0003】

ＵＶ光を用いた吸光度測定は、例えば、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ，オリゴヌクレオチドなど）の定量やタンパク質の定量するために採用される。すなわち、核酸を構成する４種類の各塩基（アデニン、グアニン、シトシン、チミン）の最大吸収波長は、２５０〜２７０ｎｍの波長域内にある。よって、この波長域の光（ＵＶ光）を用いた吸光度測定を行うことにより、核酸の定量を実施することが可能となる。

【0004】

また、タンパク質は、波長２８０ｎｍ付近のＵＶ光をよく吸収する。これは、タンパク質中のアミノ酸のうち、トリプトファン・チロシン・フェニルアラニンの芳香族のベンゼン環がこの付近に吸収ピークをもつことに由来する。そのため、波長２８０nmの光を用いた吸光度測定を行うことにより、タンパク質の定量を実施することが可能となる。

【0005】

特許文献１、２には、体積マイクロリットルオーダーの測定試料（液体）を表面張力を利用して円筒状に保持し、当該試料を光測定する方法・装置が開示されている。このような装置を用いることにより、試料をサンプルケースに保持することなく、紫外線を用いた光学測定を行うことが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４９８２３８６号公報

【特許文献2】特開２００９−５３０６４２号公報

【特許文献3】特許第５６６５８１１号公報

【特許文献4】特願２０１６−２３７０４１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１又は２に開示されている技術を用いて光測定を行う場合、測定の都度、ピペットを用いて装置の測定部に試料を供給する必要がある。この作業は、測定する者に負担となっていた。

【0008】

本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、核酸やタンパク質等の光学測定に適した光学測定システム等を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第１の観点は、試料の光学測定を行う光学測定装置と光学セルと光検出部とを備える光学測定システムであって、前記光学測定装置は、第１波長の光成分を含む第１光と第２波長の光成分を含む第２光とを前記光学セルに対して照射する照射手段を有し、前記光学セルは、前記第２波長の光成分よりも前記第１波長の光成分を透過させ、前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を散乱させる第１波長透過部と、前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を透過させ、前記第２波長の光成分よりも前記第１波長の光成分を散乱させる第２波長透過部と、前記試料を保持し、前記第１波長透過部及び前記第２波長透過部に接する試料保持部とを有し、前記照射手段は、前記第１波長透過部、前記第２波長透過部、及び、前記試料保持部を通過する同一の導光路に対して、前記第１光及び前記第２光を異なる方向から照射し、前記光検出部は、前記第１波長透過部から出てきた光と、前記第２波長透過部から出てきた光とを検出する、光学測定システムである。

【0010】

本発明の第２の観点は、第１の観点の光学測定システムであって、前記第１波長透過部は、シリコーン樹脂と、前記シリコーン樹脂内に分散された第１光学材料粒子とを有し、前記第２波長透過部は、前記シリコーン樹脂と、前記シリコーン樹脂内に分散された第２光学材料粒子とを有し、前記シリコーン樹脂の屈折率と前記第１光学材料粒子の屈折率とは、第２波長よりも第１波長においてより良く一致し、前記シリコーン樹脂の屈折率と前記第２光学材料粒子の屈折率とは、第１波長よりも第２波長においてより良く一致する。

【0011】

本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点の光学測定システムであって、前記導光路から出射した光のうち、散乱されずに透過した光を遮光して検出させない中央遮光部と、前記導光路から出射した光のうち、散乱された光を集光する集光レンズとをさらに備える。

【0012】

本発明の第４の観点は、第１から第３のいずれかの観点の光学測定システムであって、前記照射手段は、前記第１光と前記第２光を含む光を発する光源と、前記光源からの光を前記第１波長透過部に対して入射させる第１反射部材と、前記光源からの光を前記第２波長透過部に対して入射させる第２反射部材とを有する。

【0013】

本発明の第５の観点は、第１から第５のいずれかの観点の光学測定システムであって、前記第１波長は260nmであり、前記第２波長は280nmである。

【0014】

本発明の第６の観点は、試料の光学測定を行う光学測定システムに用いられる光学セルであって、第２波長の光成分よりも第１波長の光成分を透過させ、前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を散乱させる第１波長透過部と、前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を透過させ、前記第２波長の光成分よりも前記第１波長の光成分を散乱させる第２波長透過部と、前記試料を保持し、前記第１波長透過部及び前記第２波長透過部に接する試料保持部とを備え、前記第１波長透過部から入射した光が前記試料保持部を通って前記第２波長透過部から出射する導光路が存在する、光学セルである。

【0015】

本発明の第７の観点は、試料の光学測定を行う光学測定装置と光学セルと光検出部とを備える光学測定システムにおける光学測定方法であって、前記光学測定装置は、第１波長の光成分を含む第１光と第２波長の光成分を含む第２光とを前記光学セルに対して照射する照射手段を有し、前記光学セルは、前記第２波長の光成分よりも前記第１波長の光成分を透過させ、前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を散乱させる第１波長透過部と、前記第１波長の光成分よりも前記第２波長の光成分を透過させ、前記第２波長の光成分よりも前記第１波長の光成分を散乱させる第２波長透過部と、前記試料を保持し、前記第１波長透過部及び前記第２波長透過部に接する試料保持部とを有し、前記照射手段が、前記第１波長透過部、前記第２波長透過部、及び、前記試料保持部を通過する同一の導光路に対して、前記第１光及び前記第２光を異なる方向から照射する照射ステップと、前記光検出部が、前記第１波長透過部から出てきた光と、前記第２波長透過部から出てきた光とを検出する光検出ステップとを含む、光学測定方法である。

【発明の効果】

【0016】

本発明の各観点によれば、同一の光源かつ同一の導光路を用いて複数の波長の光測定が可能となる。そのため、ごく少量の試料を保持するコンパクトな光学測定システムを用いて、ＤＮＡ純度の測定のように複数の波長の光を用いた測定が可能となる。

【0017】

ここで、特許文献１、２に開示されている技術を用いて試料を光測定する場合、以下のような問題点が懸念される。従来技術においては、体積マイクロリットルオーダーの測定試料（液体）を、表面張力を利用して円筒状に保持させる。そのため、測定の都度、ピペットを用いて測定装置の測定部に測定試料を供給する必要がある。すなわち、測定試料を事前に準備しておくことができない。

【0018】

これに対して、本発明の各観点によれば、測定装置ではなく光学セルに試料を保持させる。そのため、複数の光学セルへの試料の注入作業をまとめて測定の前に行うことができる。これにより、測定をする者の作業負担を軽減することが可能となる。

【0019】

また、マイクロリットルオーダーの測定試料は蒸発しやすい。そのため、光学測定中に試料を通過する通過光の光路が絶えず変化し、安定した光学測定が困難となる可能性がある。光学セルの試料保持部に試料を保持させることにより、資料の蒸発を防止して安定した光学測定を行うことが容易となる。

【0020】

さらに、従来の光学測定装置で複数回の測定を実施する場合、各測定が終了後、都度測定部において測定試料の拭き取りが行われる。よって、それに続く測定は、拭き取り具合によっては、前回の測定の影響を受ける。例えば、前回測定試料が僅かでも光学測定装置に残留する場合、その残留物は、後に続く測定において不純物となり得る。

【0021】

本発明の第３の観点によれば、ノイズ光である透過光をカットし、散乱光となった測定光を高精度に検出することが可能となる。

【0022】

さらに、本発明の第４の観点によれば、同一の光源からの光を異なる方向から導光路に照射することが可能となる。一般に、光源は高価であるため、複数の光源を使用する光学測定システムと比較してコストを抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の光測定用セルの構成の一例を示す図である。

【図2】本発明の光測定用セルに第１波長の光が入射した場合を示す図である。

【図3】本発明の光測定用セルに第２波長の光が入射した場合を示す図である。

【図4】本発明の光学測定システム（実施例１）の構成を示す図である。

【図5】本発明の光学測定システム（実施例２）の構成を示す図である。

【図6】本発明の光学測定システム（実施例３）の構成を示す図である。

【図7】本発明の光学測定システムの光源、光測定用セル、第２全反射ミラー、第３全反射ミラー、集光レンズ及び光検出器の位置関係を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

〔ＳＯＴ技術〕
本発明の光測定装置は、ポイントオブケア検査（ＰＯＣＴ）用の測定機器としても期待される。そのため、光測定装置や光測定用セルはできるだけコンパクトであることが好ましい。コンパクトな光学測定装置の一例として、発明者らは特許文献３記載のＰＯＣＴ対応のＬＩＦ（Laser‐induced fluorescence）装置を提案した。これは、光路を含む光学系をシリコーン樹脂で構成するものである。導光路の一部に照射光（励起光）及び観測光に透明な樹脂を充填し、透明な樹脂を包囲するように、迷光を吸収する特性を有する顔料を含有する樹脂（顔料含有樹脂）を設ける。

【0025】

透明な樹脂と、顔料含有樹脂との材質を同じにすることにより、以下のような利点が得られる。まず、両樹脂の界面での反射・散乱が抑制される。次に、顔料含有樹脂に入射した迷光が当該樹脂で吸収され導光路に殆ど戻らず、迷光の複雑な多重反射がほとんど発生しない。さらに、外部からの外光も導光路に到達しない。

【0026】

よって、光学測定装置の光学系は、複雑な多重反射に対応する必要がない。よって、光学系は小型・簡便化される。結果として、光学測定装置も小型化される。このようなシリコーン樹脂で構築した光学系の技術を、ＳＯＴ（Silicone Optical Technologies）と呼称することにする。

【0027】

〔シリコーン製波長選択素子〕
さらに発明者らは、高価なノッチフィルタ等の光学素子の代替となり、かつ、形状の自由度が高い光学部材として、特許文献４記載の光学部材を提案した。この光学素子は、シリコーン樹脂からなる本体に光学材料粒子が分散されている光学素子である。そして、このシリコーン樹脂からなる本体の屈折率と光学素子粒子の屈折率が、第１の波長においては一致し、第２の波長においては一致しない。

【0028】

２つの互いに接する材料のそれぞれの屈折率が一致する場合、その２つの材料の境界面は光学的には存在しないとみなすことができる。したがって、上記シリコーン樹脂の屈折率と光学素子粒子の屈折率が一致する第１の波長λ１の光は、シリコーン樹脂と光学素子粒子との境界面において、反射、散乱及び屈折が発生しない。つまり、直進光として光学部材に入射する第１の波長λ１の光は、光学部材の中を直進する。

【0029】

一方、第１の波長λ１とは一致しない第２の波長λ２の光を光学部材に照射すると、当該第２の波長λ２の光は、シリコーン樹脂と光学素子粒子との境界面において、反射、散乱又は屈折が発生する。そのため、直進光として第２の波長λ２の光が光学部材に入射しても、第２の波長λ２の光は、上記した反射、散乱又は屈折により、光学部材の中を直進しない。

【0030】

言い換えれば、上記光学部材は、第１の波長λ１の光を選択的に透過する光学フィルタとして機能し、例えばノッチフィルタの代替光学素子となる。

【0031】

上記のＳＯＴ技術、シリコーン製波長選択素子の知見から、発明者らは、測定試料（液体）をキャピラリー内に保持可能であって当該キャピラリー内流路をＵＶ光が通過可能な構造を有する光測定用セルおよび当該光測定用セルを用いる光測定装置を発明するに至った。更に詳細には、上記光測定用セルは、セル自体に２つの波長を選択する機能を有し、当該セル１つで２つの波長の光による光測定を可能とするものである。

【0032】

以下に本発明の光測定装置における、光測定用セルを含む光学系の構成例を示す。ここでは、ＤＮＡ、タンパク質を含む測定試料に、波長２６０ｎｍ、２８０ｎｍの紫外線を照射して、ＤＮＡ、タンパク質の定量を行うための吸光度測定を行う場合の構成例を示す。

【実施例1】

【0033】

〔光測定用セル〕
図１に、本発明の光測定装置に使用される光測定用セル１（本願請求項に記載の「光学セル」の一例）の構成の一例を示す。図１（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）はＢ方向から見たときの側面図、（ｄ）は立体図である。図１の光測定用セル１には、測定試料３が保持されるキャピラリー５（本願請求項に記載の「試料保持部」の一例）が設けられており、当該キャピラリー５は、測定試料３が導入される試料流入口７を有する試料流入路９、および、測定試料３が排出される試料排出口１１を有する試料排出路１３と連通している。

【0034】

キャピラリー５を有する光測定用セル１の本体は、例えばＰＤＭＳ等のシリコーン樹脂からなる。光測定用セル１の本体を構成するシリコーン樹脂は、光がキャピラリー５を通過する際に生じる迷光を吸収可能な顔料を含有する顔料含有樹脂１４である。顔料としては、例えば、カーボンブラックが用いられる。なお、キャピラリー５を通過する光は、キャピラリー５の軸方向１５に沿って進行する。すなわち、キャピラリー５の両端側が、光が入射したり出射したりする面となる。

【0035】

キャピラリー５の両端側には、それぞれ第１の光学部材１７（本願請求項に記載の「第１波長透過部」の一例）、第２の光学部材１９（本願請求項に記載の「第２波長透過部」の一例）が設けられている。第１の光学部材１７は、上記したシリコーン製波長選択素子であり、シリコーン樹脂（本願請求項に記載の「シリコーン樹脂」の一例）からなる本体の屈折率と当該本体に分散されている第１光学材料粒子（本願請求項に記載の「第１光学材料粒子」の一例）の屈折率が、第１の波長においては一致し、第２の波長においては一致しないように構成されている。一方、第２の光学部材１９は、第１の光学部材と同様のシリコーン製波長選択素子であり、シリコーン樹脂からなる本体の屈折率と当該本体に分散されている第２光学材料粒子本願請求項に記載の「第２光学材料粒子」の一例）の屈折率が、第２の波長においては一致し、第１の波長においては一致しないように構成されている。

【0036】

第１の光学部材１７及び第２の光学部材１９を構成するシリコーン樹脂としては、例えば、ＰＤＭＳが用いられる。また、第１の光学部材１７におけるシリコーン樹脂に分散される第１光学材料粒子としては、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）が用いられ、第２の光学部材１９におけるシリコーン樹脂に分散される第２光学材料粒子としては、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）が用いられる。発明者らが上記構成で第１の光学部材、第２の光学部材を製作したところ、第１の光学部材１７においては波長２６０ｎｍ付近の光が直進し、第２の光学部材１９においては波長２８０ｎｍ付近の光が直進する性質が得られた。

【0037】

図１（ｂ）から明らかなように、キャピラリー５の両端面（光の入射面、出射面に相当）は、第１の光学部材１７、第２の光学部材１９と接している。この接する部分を除いて、キャピラリー５は、入射した光を吸収する顔料を含有する顔料含有樹脂１４で包囲されている。よって、キャピラリー５内を散乱する光は、この顔料含有樹脂１４の部分で吸収される。また、顔料を含有する光測定用セル１の本体、第１の光学部材１７の本体、第２の光学部材１９の本体をＰＤＭＳで構成することにより、光測定用セル１の本体と第１の光学部材１７との界面、光測定用セル１の本体と第２の光学部材１９との界面では、屈折率差がほぼ０となる。そのため、両樹脂の界面での迷光等の反射・散乱を抑制することが可能となる。また、光測定用セル１自体がＳＯＴ構造であるため、ＳＯＴ技術を用いた光学測定装置と用いれば、接触面において反射・散乱が抑制され、高精度な光学測定が実施できる。

【0038】

〔光測定用セルの光学特性〕
図２、図３を用いて、本発明における光測定用セル１の光学特性を説明する。図２は、本発明の光測定用セル１の図１（ｃ）におけるＣ−Ｃ断面図であり、図２（ａ）は左側から第１波長の光２１が入射する場合、図２（ｂ）は右側から第１波長の光２１が入射する場合を示す図である。図２において、キャピラリー５の左側に第１の光学部材１７、右側に第２の光学部材１９が設けられている。上記したように、第１の光学部材１７は、第１の波長（波長λ１）の光２１が直進し、第２の波長（波長λ２）の光２３が散乱する光学特性を有する。一方、第２の光学部材１９は、第２の波長（波長λ２）の光２３が直進し、第１の波長（波長λ１）の光２１が散乱する光学特性を有する。

【0039】

厳密にいうと、第１の光学部材１７において散乱される光は、第２の波長（λ２）の光２３を含む、第１の波長（λ１）以外の波長の光である。同様に、第２の光学部材１９において散乱される光は、第１の波長（λ１）の光２１を含む、第２の波長（λ２）以外の波長の光である。以下では、理解を容易にするために、第１の波長（λ１）の光２１と第２の波長（λ２）の光２３についてのみ述べる。

【0040】

図２（ａ）に示すように、光測定用セル１の第１の光学部材１７側から波長λ１の光２１が直進光として入射した場合、波長λ１の光２１は第１の光学部材１７内を直進するので、キャピラリー５内も直進し、第２の光学部材１９に入射する。第２の光学部材１９に直進光として入射した波長λ１２１の光は、第２の光学部材１９で散乱され、拡散光として外部に出射する。

【0041】

一方、図２（ｂ）に示すように、光測定用セル１の第２の光学部材側１９から波長λ１の光２１が直進光として入射した場合、波長λ１の光２１は第２の光学部材１９内で散乱されるので、拡散光としてキャピラリー５内に入射する。キャピラリー５に入射した拡散光である波長λ１の光２１は、直進成分以外は、キャピラリー５を包囲する顔料含有樹脂１４に入射して吸収される。強度が減衰した波長λ１の光２１の直進光成分のみがキャピラリー５内を直進し、第１の光学部材１７に入射する。第１の光学部材１７に直進光として入射した波長λ１の光２１は、第１の光学部材１７内も直進し、直進光として外部に出射する。

【0042】

次に、図３（ａ）に示すように、光測定用セル１の第１の光学部材１７側から波長λ２の光２３が直進光として入射した場合を考える。この場合、波長λ２の光２３は第１の光学部材１７内で散乱されるので、拡散光としてキャピラリー５内に入射する。キャピラリー５に入射した拡散光である波長λ２の光２３は、直進成分以外は、キャピラリー５を包囲する顔料含有樹脂１４に入射して吸収される。強度が減衰した波長λ２の光２３の直進光成分のみがキャピラリー５内を直進し、第２の光学部材１９に入射する。第２の光学部材１９に直進光として入射した波長λ２の光２３は、第２の光学部材１９内も直進し、直進光として外部に出射する。

【0043】

また、図３（ｂ）に示すように、光測定用セル１の第２の光学部材１９側から波長λ２の光２３が直進光として入射した場合、波長λ２の光２３は第２の光学部材１９内を直進するので、キャピラリー５内も直進し、第１の光学部材１７に入射する。第１の光学部材１７に直進光として入射した波長λ２の光２３は、第１の光学部材１７で散乱され、拡散光として外部に出射する。

【0044】

このように本発明における光測定用セル１は、キャピラリー５への光入射方向により、光測定用セル１へ入射した光を、拡散光として出射したり、減衰させたりする機能を有する。すなわち、キャピラリー５への入射方向のうち、一方向の入射光のみ通過させ、他方向の入射光は減衰する。また、波長λ１の光２１が通過する方向が波長λ２の光２３が減衰する方向であり、波長λ２の光２３が通過する方向が波長λ１の光２１が減衰する方向となる。このように、本発明における光測定用セル１は、入射する光の波長選択性能を有し、かつ、この波長選択性能がキャピラリー５への入射方向に応じて相違するという特性を有する。本発明の光測定装置は、このような光測定用セル１の機能を利用したものである。

【0045】

図４に本発明の光測定装置（本願請求項に記載の「光学測定装置」の一例）及び光測定用セル１からなる光学測定システム３１（本願請求項に記載の「光学測定システム」の一例）の構成例を示す。本発明の光測定装置は、波長λ１とλ２の光を含む光３３を放出する光源３５（本願請求項に記載の「照射手段」及び「光源」の一例）と、上記した光測定用セル１と、光測定用セル１を回転させる回転部と、集光レンズ３７（本願請求項に記載の「集光レンズ」の一例）と、光検出器３９（本願請求項に記載の「光検出器」の一例）とからなる。なお、回転部は図示されていない。波長λ１＝２６０ｎｍ、λ２＝２８０ｎｍとすれば、ＤＮＡ、タンパク質を含む測定試料について、ＤＮＡ、タンパク質の定量を行うための吸光度測定を行うことが可能となる。光源３５としては、例えば、２６０ｎｍと２８０ｎｍの光を含む光を放出するＵＶ−ＬＥＤを用いることができる。また、キセノンランプ、Ｄｅｅｐ ＵＶランプ、希ガス蛍光ランプ等を用いることもできる。

【0046】

図４に示すように、光測定用セル１は、光源３５からの光３３がキャピラリー５に入射する位置に配置される。図４（ａ）に示す例においては、波長λ１の光がキャピラリー５を直進する向きで光測定用セル１が配置されている。このように配置された場合、光測定用セル１の第１の光学部材１７側から出射される光は、波長λ１の光２１が拡散光として外部に放出され、波長λ２の光２３が減衰した直進光として外部に放出される。波長λ１の光２１による測定試料の吸光度を測定する場合、波長λ２の光２３はノイズとなるので、光測定用セル１の光出射側にはキャピラリー５を通過する直進光（波長λ２および波長λ１）をブロックするトラップ４１（本願請求項に記載の「中央遮光部」の一例）が配置される。

【0047】

光測定用セル１から出射される波長λ１の光２１の拡散光は、トラップ４１でブロックされた直進光成分を除き、集光レンズ３７で集光され光検出器３９に導光される。

【0048】

以下、液体試薬をＤＮＡ含有溶液とし、図４に示す光測定装置を用いて、上記液体試薬の純度測定方法例を示す。まず、キャピラリー５にＤＮＡ含有溶液が注入されている光測定用セル１を用意する（ステップＳＴ０１）。次に、この光測定用セル１を光測定装置の測定位置に設置する（ステップＳＴ０２）。具体的には、光測定用セル１の第１の光学部材１７側が光入射側となるように、設置する。ここで、上記光測定装置の光学系は、光測定用セル１が所定の位置に設置されると、光測定用セル１から出射される拡散光が集光レンズ３７によって、光検出器３９の受光部に導光されるように予めセッティングされている。

【0049】

光源３５に図示を省略した電源より電力を供給して、光源３５を点灯する（ステップＳＴ０３）。光測定用セル１から波長２６０ｎｍ光の拡散光が放出され、この波長２６０ｎｍ光の拡散光のうち、トラップ４１でブロックされる直進光成分以外が集光レンズ３７により集光されて光検出器３９に入射する。そして、この光検出器３９を用いて波長２６０ｎｍ光の強度（測定試料と透過した透過光強度）を測定する（ステップＳＴ０４）。

【0050】

次に、光源３５を消灯して、光測定用セル１を取り外し、図４（ｂ）（ｃ）のように、光が入射する側が第２の光学部材１９側となるように光測定用セル１の向きを変えて、再度光測定用セル１を光測定装置に取り付ける（ステップＳＴ０５）。光源３５を再点灯する（ステップＳＴ０６）。なお、光源３５が再点灯して安定になるまで時間がかかる場合は、光源３５と光測定用セル１との間に、遮光用シャッターを設け、シャッターを動作させるようにしてもよい。この場合、ステップＳＴ０５においては、光源３５を消灯せず、図示を省略したシャッター駆動機構により、光源３５と光測定用セル１との間の空間にシャッターを挿入する。また、光測定用セル１の再設置が終了後は、シャッター駆動機構により、光源３５と光測定用セル１との間の空間からシャッターを離脱させる。光測定用セル１の向きを変え、光源３５からの光はまず第２の光学部材１９に入射するので、光測定用セル１からは波長２８０ｎｍ光の拡散光が放出され、この波長２８０ｎｍ光の拡散光のうち、トラップ４１でブロックされる直進光成分以外が集光レンズ３７により集光されて光検出器３９に入射する。そして、この光検出器３９を用いて波長２８０ｎｍ光の強度（測定試料と透過した透過光強度）を測定する（ステップＳＴ０７）。

【0051】

ステップＳＴ０４で測定した波長２６０ｎｍ光の透過光強度（以下、Ａ_２６０と称する）とステップＳＴ０７で測定した波長２８０ｎｍ光の透過光強度（以下、Ａ_２８０と称する）を用いて、式（１）によりＤＮＡ純度を測定する（ステップＳＴ０８）。

【0052】

【数1】

【0053】

なお、光源３５に電力を供給する図示を省略した電源の動作、シャッターを用いる場合のシャッター駆動機構の動作、光検出器３９にて測定される透過光強度のデータ処理等は、例えば、図示を省略した制御部により行うことができる。

【0054】

なお、実際には、上記ステップＳＴ０１〜ステップＳＴ０８の測定を行う前に、光測定用セル１内のキャピラリー５は洗浄されている。そして、キャピラリー５を洗浄した光測定用セル１に、ＤＮＡ混入する前の溶媒（以下、参照用液体とも言う）を注入し、上記ステップＳＴ０２〜ステップＳＴ０７の手順により参照用液体を透過した波長２６０ｎｍ光、波長２８０ｎｍ光の透過光強度、すなわちブランク光強度の測定が事前に行われている。

【0055】

すなわち、ブランク光強度を測定後、光測定装置から光測定用セル１を取り外し、次にキャピラリー５内に液体試薬を注入した光測定用セル１を光測定装置にセットして、液体試薬に対する波長２６０ｎｍ光、波長２８０ｎｍ光の透過光強度を測定している。上記ステップＳＴ０４で測定した波長２６０ｎｍ光の透過光強度、ステップＳＴ０７で測定した波長２８０ｎｍ光の透過光強度は、実際には、このブランク光強度により補正されている。

【0056】

本発明の光測定装置においては、液体試料を光測定用セル１のキャピラリー５内に保持する方式であるので、測定前に事前に測定試料を準備しておくことができる。すなわち、キャピラリー５内に液体試料を注入した光測定用セル１を事前に準備可能であり、必要に応じて、複数の光測定用セル１を用意することも可能となる。そのため、測定する者の負担を軽減することが可能となる。

【0057】

また、光測定用セル１のキャピラリー５内に測定試料を注入する方式であるので、液体試料の量が少なくても蒸発の影響は殆どない。よって、安定な光学測定を行うことが可能となる。

【0058】

複数回の光学測定を行う場合、キャピラリー５に測定試料を注入済みの複数の光測定用セル１を用意すればよく、従来技術のように、測定の都度、測定部を洗浄する必要はない。そのため、各光学測定において、前回の測定の影響を受けることはなく、信頼性の高い光学測定を実施することが可能となる。

【0059】

また、本発明の光測定装置における光測定用セル１は、内部に測定試料を保持するキャピラリー５を有し、キャピラリー５の一端側に波長λ１の光２１を選択する機能を有する第１の光学部材１７、キャピラリー５の他端側に波長λ２の光２３を選択する機能を有する第２の光学部材１９を有しているので、単色用光源や波長選択フィルターを用意することなく、簡単な構成で２波長による光測定が可能となる。特に、波長λ１＝２６０ｎｍ、λ２＝２８０ｎｍとなるように、第１の光学部材１７、第２の光学部材１９を構成することにより、簡単な構成で核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ，オリゴヌクレオチドなど）の定量やタンパク質の定量、核酸の純度測定を行うことが可能となる。

【実施例2】

【0060】

図５は、本発明の光測定装置及び光測定用セル１からなる光学測定システム５０の構成の一例を示す図である。図４に示した構成例では、波長２６０ｎｍ光を用いる測定と波長２８０ｎｍ光を用いる測定は、光測定用セル１の向きを変えることが必要であるため、同時に行うことができない。また、光測定用セル１の向きを変えることで再度の光軸調整が必要となる。実施例２の光測定装置は、波長２６０ｎｍ光を用いる測定と波長２８０ｎｍ光を用いる測定とを同時に行うことが可能となる。

【0061】

図５に示すように、実施例２の光測定装置は、光源、集光レンズ、光検出器が２組ずつ用意される。また、波長λ１の光２１を４５度折り返し、波長λ２の光２３（厳密には、波長λ２の光を含む波長λ１以外の光）を透過する４５度誘電体ミラーである第１誘電体ミラー５１（本願請求項に記載の「第１反射部材」の一例）、波長λ２の光２３を４５度折り返し、波長λ１の光２１（厳密には、波長λ１の光を含む波長λ２以外の光）を透過する４５度誘電体ミラーである第２誘電体ミラー５３（本願請求項に記載の「第２反射部材」の一例）が新たに用いられる。

【0062】

図５に示す光測定装置においては、第１光源５５から放出される光（波長λ１とλ２の光を含む光３３）が第１誘電体ミラー５１に入射する。第１誘電体ミラー５１に入射した第１光源５５からの光３３は、波長λ１の光２１が紙面の右側に折り返され、波長λ２の光２３が第１誘電体ミラー５１を通過する。第１誘電体ミラー５１を通過した波長λ２の光２３は、必要に応じて第１トラップ５７でブロックされる。

【0063】

第１誘電体ミラー５１で折り返された波長λ１の光２１は、第１の光学部材側１７から光測定用セル１に入射し、第２の光学部材１９側から拡散光として出射する。この拡散光として出射した波長λ１の光２１は、第２誘電体ミラー５３を通過して、第１集光レンズ５９により集光されて、第１光検出器６１により検出される。

【0064】

一方、第２光源６３から放出される光（波長λ１とλ２の光を含む光３３）は第２誘電体ミラー５３に入射する。第２誘電体ミラー５３に入射した第２光源６３からの光３３は、波長λ２の光２３が紙面の左側に折り返され、波長λ１の光２１が第２誘電体ミラー５３を通過する。第２誘電体ミラー５３を通過した波長λ１の光２１は、必要に応じて第２トラップ６５でブロックされる。

【0065】

第２誘電体ミラー５３で折り返された波長λ２の光２３は、第２の光学部材１９側から光測定用セル１に入射し、第１の光学部材１７側から拡散光として出射する。この拡散光として出射した波長λ２の光２３は、第１誘電体ミラー５１を通過して、第２集光レンズ６７により集光されて、第２光検出器６９により検出される。

【0066】

以上のように構成することにより、波長λ１（＝２６０ｎｍ）光２１を用いる測定と波長λ２（＝２８０ｎｍ）光２３を用いる測定とを同時に行うことが可能となる。また、光測定用セル１の向きを変えないため、光軸の再調整も不要である。

【0067】

なお、第１誘電体ミラー５１、第２誘電体ミラー５３を用いているので、両誘電体ミラーの波長選択性能が良好で、狭帯域の波長選択が可能であれば、光測定用セル１の第１の光学部材１７、第２の光学部材１９を単なる光透過性部材にすることも理論的には可能である。しかしながら、狭帯域な１つの波長（例えば、λ１）を選択して折り返し、残りの波長を透過させるように誘電体ミラーを構成するのは、誘電体の層数が多くなり、著しく高価となる。よって、ある程度広帯域の波長を選択する誘電体ミラーと本発明の光測定用セル１の第１の光学部材１７、第２の光学部材１９とを組み合わせて波長を選択することが、コストも安くなり実際的である。

【実施例3】

【0068】

図６は、本発明の光測定装置及び光測定用セル１からなる光学測定システム７０の構成の一例を示す。実施例３は、実施例２の変形例であり、実施例２の光測定装置では２組ずつであった光源、集光レンズを１組とする例である。

【0069】

図６に示すように、実施例３の光測定装置においては、１つの光源７１からの光を２分割して、第１誘電体ミラー５１、第２誘電体ミラー５３に導光するものである。すなわち、光源７１から放出される波長λ１とλ２を含む光３３は、ビームスプリッター（ハーフミラー）７３で２分割される。ビームスプリッター７３を通過した光源７１からの光は、第２誘電体ミラー５３に導光される。そして、第２誘電体ミラー５３に入射した光は、波長λ２の光２３が紙面の上側に折り返され、波長λ１の光２１が第２誘電体ミラー５３を通過し、第２トラップ６５でブロックされる。

【0070】

一方、ビームスプリッター７３により紙面の上側へ折り返された光源からの光は、第１全反射ミラー７５で更に紙面の右側に折り返され、第１誘電体ミラー５１に導光される。そして、第１誘電体ミラー５１に入射した光は、波長λ１の光２１が紙面の下側に折り返され、波長λ２の光２３が第１誘電体ミラー５１を通過し、第１トラップ５７でブロックされる。

【0071】

光測定用セル１の第１の光学部材１７側から拡散光として出射する波長λ２の光２３は、第２全反射ミラー７７で紙面の右側へ折り返され、集光レンズ７９によって集光されて、第１光検出器８１により検出される。また、光測定用セル１の第２の光学部材１９側から拡散光として出射する波長λ１の光２１は、第３全反射ミラー８３で紙面の右側へ折り返され、集光レンズ７９によって集光されて、第２光検出器８５により検出される。このように、光測定用セル１から出射する波長λ１の光２１及び波長λ２の光２３は、第２全反射ミラー７７及び第３全反射ミラー８３で同じ向きに折り返されるので、１枚の集光レンズ７９で各光を集光して、各光検出器により検出することが可能となる。

【0072】

なお、図７に示すように、実施例３において、光源７１、光測定用セル１、第２全反射ミラー７７、第３全反射ミラー８３、集光レンズ７９、光検出器８７の位置を適宜調整することにより、１つの光検出器８７で波長λ１、λ２の光を測定することも可能となる。この場合、光検出器に分光機能が備えられていなければ、波長λ１、λ２の光を同時に測定することは難しいので、必要に応じて、第２全反射ミラー７７及び第３全反射ミラー８３の光出射側に、シャッター手段を設けることになる。なお、図７では、ビームスプリッター７３、第１全反射ミラー７５、第１トラップ５７及び第２トラップ６５を図示していない。

【符号の説明】

【0073】

１・・・光測定用セル、３・・・測定試料、５・・・キャピラリー、７・・・試料流入口、９・・・試料流入路、１１・・・試料排出口、１３・・・試料排出路、１４・・・顔料含有樹脂、１５・・・軸方向、１７・・・第１の光学部材、１９・・・第２の光学部材、２１・・・第１の波長（波長λ１）の光、２３・・・第２の波長（波長λ２）の光、３１・・・光学測定システム、３３・・・波長λ１とλ２の光を含む光、３５・・・光源、３７・・・集光レンズ、３９・・・光検出器、４１・・・トラップ、５０・・・光学測定システム、５１・・・第１誘電体ミラー、５３・・・第２誘電体ミラー、５５・・・第１光源、５７・・・第１トラップ、５９・・・第１集光レンズ、６１・・・第１光検出器、６３・・・第２光源、６５・・・第２トラップ、６７・・・第２集光レンズ、６９・・・第２光検出器、７０・・・光学測定システム、７１・・・光源、７３・・・ビームスプリッター（ハーフミラー）、７５・・・第１全反射ミラー、７７・・・第２全反射ミラー、７９・・・集光レンズ、８１・・・第１光検出器、８３・・・第３全反射ミラー、８５・・・第２光検出器、８７・・・光検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】