ホーム > 特許ランキング > 国立大学法人福井大学
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023110594
(43)【公開日】2023-08-09
(54)【発明の名称】マイクロチップ、微粒子分析装置及び計測装置
(51)【国際特許分類】
G01N 15/14 20060101AFI20230802BHJP
G01N 21/05 20060101ALI20230802BHJP
G01N 21/64 20060101ALI20230802BHJP
【ＦＩ】
G01N15/14 D
G01N21/05
G01N21/64 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022012140
(22)【出願日】2022-01-28
(71)【出願人】
【識別番号】504145320
【氏名又は名称】国立大学法人福井大学
(74)【代理人】
【識別番号】100180758
【弁理士】
【氏名又は名称】荒木 利之
(72)【発明者】
【氏名】樋口 人志
(72)【発明者】
【氏名】勝山 俊夫
【テーマコード（参考）】
2G043
2G057
【Ｆターム（参考）】
2G043AA04
2G043BA16
2G043CA04
2G043DA05
2G043EA01
2G043EA06
2G043EA13
2G043EA14
2G043FA06
2G043HA01
2G043HA02
2G043JA03
2G043KA09
2G043LA02
2G057AA02
2G057AA03
2G057AA04
2G057AC01
2G057BA05
2G057BB01
2G057DB01
2G057DB02
2G057DC07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】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。
【解決手段】マイクロチップ１は、試料液を通流する流路１３を有する筐体１２Ａ及び１２Ｂを有し、当該筐体１２Ａ及び１２Ｂは試料液が流路１３上の光照射領域において励起用光学ユニット１１により光が照射されるよう配置されるものであり、励起用光学ユニット１１は、レンズ１１１を有し、複数の光源１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ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複数の光源１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの配列方向の範囲が、光源１１０ｂから出射した光ビームがレンズ１１１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、光照射領域は、レンズ１１１を通過した後のそれぞれのビームが交差する領域である。
【選択図】図１
【解決手段】マイクロチップ１は、試料液を通流する流路１３を有する筐体１２Ａ及び１２Ｂを有し、当該筐体１２Ａ及び１２Ｂは試料液が流路１３上の光照射領域において励起用光学ユニット１１により光が照射されるよう配置されるものであり、励起用光学ユニット１１は、レンズ１１１を有し、複数の光源１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ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複数の光源１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの配列方向の範囲が、光源１１０ｂから出射した光ビームがレンズ１１１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、光照射領域は、レンズ１１１を通過した後のそれぞれのビームが交差する領域である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項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。
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。
【請求項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請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項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請求項２に記載のマイクロチップ。
【請求項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請求項２又は３に記載のマイクロチップ。
【請求項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する初期位置に戻る請求項３又は４に記載のマイクロチップ。
【請求項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。
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。
【請求項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。
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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）。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００７－０４６９４７号公報
【特許文献2】特開２０１６－５７３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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）。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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。
及び計測装置を提供する。
【0010】
［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。
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。
【発明の効果】
【0011】
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。
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。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
（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。
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
（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。
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
（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。
【0038】
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。
（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。
【0039】
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。
【0040】
（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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
（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。
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。
【0051】
（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。
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
（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。
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
（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。
（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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
［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。
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
（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。
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。
【0077】
［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。
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
（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。
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。
【0084】
［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。
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【符号の説明】
【0087】
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
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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】