专利名称：荧光分析用光学分波检测器和荧光检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及荧光分析用光学分波检测器和具有所述检测器的荧光检测系统。
背景技术：
为了检测如微孔、微化学芯片或微毛细管等微小区域中存在的痕量物质，通常使 用诸如热透镜分光光度法和荧光光谱法等光学测定法。在荧光光谱法中，通过以预定波长的光照射样品，并测定该样品发出的荧光，就可 测定样品中含有的被测物质的浓度。对于用于所述荧光检测的系统，已经提出了构成如图 6所示的荧光检测系统(例如见日本特开2005-30830号公报)。在该荧光检测系统中，光源91发射的预定波长的光(激发光)经光纤95 (第一光 传输路径)传输至光学分波器92，然后由光学分波器92传输至光纤96 (第二光传输路径)， 之后，由设置在光纤96远端的探头94向样品99输出。由于激发光照射而由样品发射的荧 光由探头94接收，经光纤96传输至光学分波器92，然后通过光纤97 (第三光传输路径)传 输至检测器93，并被检测器93转换为电信号。图7示意性显示了图6的荧光检测系统中使用的光学分波器的构造。光学分波器 92构造为通过筒状保持部件86保持两者之间插入有光学分波滤光片81的两个透镜82 和83、保持光纤95和96并放置在透镜82侧的第一毛细管84、以及保持光纤97并放置在 透镜83侧的第二毛细管85。光源91产生的激发光由光纤95输出至透镜82，穿过透镜82从而被光学分波滤光 片81反射，并穿过透镜82而射在光纤96上。此外，由样品99产生的荧光经过光纤96传 播，输出至透镜82，穿过透镜82和光学分波滤光片81而射在透镜83上，穿过透镜83而射 在光纤97上，经过光纤97传播，被引导至检测器93。不过，光纤具有最小卷绕半径(弯曲最小曲率)，不能弯曲至该值以下，因而使用 大量光纤时，它们将占据装置中较广的空间。因而优选的是光纤的使用数量最小化。另外， 由于必须以不使光纤断裂的方式来处置该装置，优选的是光纤的使用数量最小化从而使得 该装置更容易处置。此外，如图7所示而构造的光学分波器92具有多个组件，组装需要大 量时间，因此其制造成本较高。
发明内容
本发明提供了小型、组件数量少并且易于组装的荧光分析用光学分波检测器和具 有所述荧光分析用光学分波检测器的荧光检测系统。因此，本发明的第一方面提供了荧光分析用光学分波检测器，所述检测器将经第 一光传输路径接收的激发光输出至第二光传输路径，经所述第二光传输路径接收由所述第 二光传输路径输出的所述激发光产生的荧光，并检测所述荧光，所述检测器包括在同一表 面上接收通过所述第一光传输路径传播的所述激发光和通过所述第二光传输路径传播的 所述荧光的第一透镜，接收透过所述第一透镜的所述激发光和所述荧光并反射所述激发光和透过所述荧光的包含电介质多层膜的第一光波长选择部件，和直接接收透过所述第一光 波长选择部件的所述荧光的光电转换元件。根据本发明的第一方面，由于组件数量少，因此可以将装置小型化。另外，由于组 件数量减少，装置的制造工时也将减少，这能够减少组件成本和制造成本，使组件成本降 低。此外，装置变得更容易组装。另外，由于在荧光分析用光学分波检测器中，进行光分波的 部分和进行荧光检测的部分构造为一体化单元，并且无需配设诸如光传输用光纤等波导， 因此该装置变得更容易处置。本发明的第一方面可提供下述荧光分析用光学分波检测器，其中，第一光传输路 径和第二光传输路径各自是光纤和/或光波导。根据本发明的第一方面，所述荧光分析用光学分波检测器的构造可简单化，光学 系统容易设计。本发明的第一方面可提供下述荧光分析用光学分波检测器，其中，第一光传输路 径和第二光传输路径位于第一透镜的附近并平行于第一透镜的光轴。根据本发明的第一方面，可以利用简单紧凑的构造在荧光分析用光学分波检测器 中高效地进行激发光的导波。此外，透过所述光波长选择部件的激发光和荧光能够容易地 分离。本发明的第一方面可提供下述荧光分析用光学分波检测器，所述检测器还包括配 置在所述第一光波长选择部件与所述光电转换元件之间的第二透镜。根据本发明的第一方面，由于荧光经所述第二透镜收集而进入所述光电转换元 件，所以可以改善荧光检测的灵敏度。另外，由于可以使用受光面积较小的光电转换元件， 所以装置的尺寸和成本可以降低。本发明的第一方面可提供下述荧光分析用光学分波检测器，所述检测器还包括配 置在所述第二透镜与所述光电转换元件之间的第二光波长选择部件。根据本发明的第一方面，可以有效去除荧光测定过程中由于激发光而检测到的噪 声光，这使得荧光检测的灵敏度得以改善。本发明的第一方面可提供下述荧光分析用光学分波检测器，其中，所述第二透镜 和所述光电转换元件配置为使透过所述第二透镜的荧光聚焦在所述光电转换元件上。根据本发明的第一方面，可以进一步改善荧光检测的灵敏度。本发明的第一方面可提供下述荧光分析用光学分波检测器，所述检测器还包括配 置在所述光电转换元件的第二透镜侧并具有针孔的遮光部件。根据本发明的第一方面，可以有效去除荧光测定过程中由于激发光而检测到的噪 声光，这使得荧光检测的灵敏度得以改善。本发明的第一方面可提供下述荧光分析用光学分波检测器，其中，所述第二透镜 和所述遮光部件配置为使荧光聚焦在所述针孔的位置。根据本发明的第一方面，由于可以有效收集荧光，因而荧光检测的灵敏度可进一 步改善。本发明的第一方面可提供下述荧光分析用光学分波检测器，所述检测器还包括 保持所述第一透镜和所述第一光波长选择部件的第一筒状部件、保持所述光电转换元件的 保持部件和安装在所述保持部件上的第二筒状部件，其中，所述第一筒状部件嵌入到所述
4第二筒状部件中。根据本发明的第一方面，组成部件的光轴容易对齐。因此，可以容易实现其中光电 转换元件的荧光检测灵敏度得到可能的最大程度的改善的光学系统。因此，本发明的第二方面提供了荧光检测系统，所述荧光检测系统包括荧光分析 用光学分波检测器、输出所述激发光的激发光源、将所述激发光源与所述荧光分析用光学 分波检测器连接在一起的所述第一光传输路径、将所述激发光照射在样品上并接收由所述 样品产生的荧光的探头和将所述探头与所述荧光分析用光学分波检测器连接在一起的所 述第二光传输路径。通过以下结合附图的详细描述，本发明的特征和优势将更加显而易见。
图1是示意性显示具有本发明的第一实施方式的荧光分析用光学分波检测器的 荧光检测系统的构造的图。图2是示意性显示本发明的第一实施方式的荧光分析用光学分波检测器的截面 图。图3是示意性显示本发明的第二实施方式的荧光分析用光学分波检测器的截面 图。图4是示意性显示本发明的第三实施方式的荧光分析用光学分波检测器的截面 图。图5是示意性显示本发明的第四实施方式的荧光分析用光学分波检测器的截面 图。图6是示意性显示传统荧光检测系统的构造的图。图7是示意性显示用于图6的荧光检测系统的光学分波器的截面图。
具体实施例方式现在将参照显示本发明实施方式的附图来详细描述本发明。图1是示意性显示具有本发明的第一实施方式的荧光分析用光学分波检测器(下 文中称为“光学分波检测器”)的荧光检测系统的构造的图。荧光检测系统100具有光学分波检测器10、激发光源11、探头12、作为将光学分波 检测器10和激发光源11连接在一起的第一光传输路径的光纤13、以及作为将光学分波检 测器10和探头12连接在一起的第二光传输路径的光纤14。激发光源11输出将照射在被测的荧光分析芯片20上的激发光，例如，可以将发射 主波长A1SATOnm的光的LED (发光二极管)或LD (半导体激光二极管)用作激发光源 11。从激发光源11输出的激发光经可透过波长为480nm以下的光的短波长透射型滤光片 (未示出)而射在透镜(未示出)上，并由透镜聚焦从而射在光纤13上。然后，激发光通过 光纤13传播并被引导至光学分波检测器10。作为光纤13，使用由石英或石英玻璃制成的 光纤从而使得主波长λ工为470nm的激发光以较低损失传播。下文将对光学分波检测器10的构造给出详细描述。通过光纤13传播的激发光在 光学分波检测器10中被引导至光纤14，并通过光纤14传播，被引导至探头12。之后，激发光由探头12输出并照射在安放在样品台21上的荧光分析芯片20上。与光纤13的情况一 样，使用由石英或石英玻璃制成的光纤作为光纤14。探头12由保持光纤14的远端的套圈25、与光纤14光连接的透镜26以及固定套圈 25和透镜26的筒状固定部件27组成，并且可具有例如其中在光纤14的端面上形成100% 放大图像的1 1结合系统。光纤14和透镜26的光轴以高精确度对齐，由透镜26输出激 发光。由探头12照射的激发光的反射光(下文中简称为“反射光”)和荧光分析芯片20 因激发光照射而发射的荧光经透镜26收集而射在光纤14上，并经过光纤14传播而引导至 光学分波检测器10。在光学分波检测器10中，荧光被转换为电信号，另一方面，反射光的一 部分也被转换为电信号(下文所述的“基础信号”)，其余的主要返回至光纤13。样品台21具有可相对于探头12移动并可定位荧光分析芯片20的移动机构(未 示出)。应当注意探头12可以改造为相对于样品台21移动。在荧光检测系统100中，虽然可使用光纤13和14来传播激发光和荧光，不过也可 用光波导替代光纤13和14。现在将对光学分波检测器10的构造进行详细描述。图2是显示分波检测器的构 造的截面图。光学分波检测器10具有保持光纤13和14的毛细管31、与光纤13和14光连接 的透镜32、对由透镜32输出的光进行波长分离的光波长选择部件33、接收透过光波长选择 部件33的光(荧光、激发光和反射光中透过光波长选择部件33的光)的光电转换元件34、 保持光电转换元件34的保持部件35以及保持毛细管31和透镜32的筒状部件36。对于毛细管31，可使用例如由如市售硼硅酸盐玻璃等玻璃制成的毛细管。保持光 纤13和14的毛细管31的孔根据下述透镜32的性质平行于毛细管31的长度方向设置，因 此容易将光轴对齐。在光学分波检测器10中，毛细管31将光纤13和14保持为相互平行，因此经过光 纤13传播的激发光和经过光纤14传播的荧光由透镜32的同一表面射在透镜32上。因此， 为了将激发光从光纤13引导至光纤14并使激发光和荧光相互分离，可以使用梯度折射率 圆柱形棒镜作为透镜32，所述梯度折射率圆柱形棒镜具有折射率梯度因而折射率可从透镜 中心向外降低。梯度折射率圆柱形棒镜容易制造(加工)，这是因为入射面和出射面的两端面都 可以为垂直于光轴方向的平面。另外，梯度折射率圆柱形棒镜易于缩进筒状部件36中，因 此易于保持(组装)。如图2所示，通过使透镜32的外径和毛细管31的外径彼此相等，可 将毛细管31和透镜32都收纳在筒状部件36中，并且可容易地组装光学分波检测器10。如上所述，在毛细管31中，光纤13和14均配置为平行于毛细管31的长度方向。 由于这一原因，当毛细管31和透镜32均被收纳在筒状部件36中时，光纤13和14位于透 镜32的附近并平行于透镜32的光轴。因此，光学分波检测器10适于使透镜32以及光纤 13和14的光轴容易对齐。由光纤13输出并射在透镜32的一个端面(即透镜32的毛细管31侧的端面，下 文称为“左端”)上的激发光按照透镜32的折射率梯度穿过透镜32，并到达透镜32的另一 端面(即透镜32的光波长选择部件33侧的端面，下文中称为“右端”)的中心部位。随后激发光中的绝大部分被光波长选择部件33反射，按照透镜32的折射率梯度朝向光纤14穿 过透镜32，并射在光纤14上。这时，为了能够使光波长选择部件33反射的激发光有效射在光纤14上，优选的是 设计光学系统从而使激发光能够以与光波长选择部件33平行的方式射在光波长选择部件 33上。另一方面，从探头12通过光纤14传播的反射光和荧光从透镜32的左端射在透镜 32上，按照透镜32的折射率穿过透镜32从而到达透镜32的右端。之后，荧光穿过光波长 选择部件33并被引导至光电转换元件34。反射光的绝大部分被光波长选择部件33反射。光波长选择部件33具有以上述方式反射激发光和反射光并透过荧光的性质。此 处，激发光的主波长λ i和荧光的主波长λ 2之间通常存在“ X1SX 2”的关系，因而光波长 选择部件33的截止波长λ需要大于X1并小于λ2。因此，使用所谓的长光程滤光片作为 光波长选择部件33。光波长选择部件33具体是电介质多层膜，其中由SiO2等组成的低折射率层以及 由Ti02、ZrO2和Ta2O5等组成的高折射率层多层层积。关于其透射特性，优选的是对波长 为λ i的光的透射率在-20db以下(约)，对于波长为λ 2的光的透射率在-3db以上 (97% 50% )。对波长为λ i的光的透射率更优选在-30db以下，进而更优选在_35db以 下。可以通过在玻璃基板上形成光波长选择部件33并使用树脂粘合剂等将该基板固 定至透镜32从而配置光波长选择部件33，或者可以通过溅射在透镜32的右端面上直接形 成光波长选择部件33。图2显示的实例中其上形成有光波长选择部件33的玻璃基板(未 示出)由筒状部件36保持。通过设计光学系统使激发光以士5°的角度射在光波长选择部 件33的法线上，就能够使被光波长选择部件33反射的激发光有效射在光纤14上。因此，通过使将光纤13和14保持为相互平行的毛细管31、作为梯度折射率圆柱形 棒镜的透镜32和光波长选择部件33结合在一起，可以使光学分波检测器10紧凑，并且能 够可靠地进行反射光由光纤13向光纤14的入射和反射光与荧光的分离。在光学分波检测器10中，光波长选择部件33和光电转换元件34配置为相互邻 近，因而透过光波长选择部件33的荧光被光电转换元件34直接接收。此处，“直接”一词表 示不涉及诸如光波导或光纤等在重复全反射的同时沿预定方向传导光的元件。光波长选择 部件33和光电转换元件34之间的具体间隔(距离)取决于构成光学分波检测器10的各 组件的形状(尺寸)，并优选在例如Imm以下。应该注意，可以使用透明的树脂粘合剂将光 波长选择部件33和光电转换元件34固定在一起。对于光电转换元件34，可使用Si-PD、Si-APD(Si-雪崩光电二极管)或光电倍增 管等，优选的是，为了小型化优选使用Si-PD或Si-APD。通过光电转换元件34获得的电信 号(电流)经电线(未示出)输入至放大器(未示出)，并被放大器转换为电压信号。基于 电压信号，可以进行荧光检测，即荧光分析芯片20中所含的荧光发射材料的定性分析和定 量分析。应该注意，透过光波长选择部件33的激发光和反射光同样被光电转换元件34接 受并转换为电信号(下文中称为“基础信号”)。因此，从光电转换元件34获得的所有电信 号中减去基础信号就可获得由所检测的荧光产生的电信号。对于基础信号，可以使用通过
7对不发荧光的伪样品照射激发光而获得的电信号。从改善荧光检测准确度的角度出发，优 选的是使用反射条件与荧光分析芯片20相同的样品作为伪样品，并且光电转换元件34在 激发光的主波长X1处具有较低灵敏度。保持部件35例如由如不锈钢或铝等金属制成。筒状部件36例如由如不锈钢等金 属制成。筒状部件36由主要保持透镜32的第一筒状部36a和主要保持毛细管31的第二 筒状部36b组成。使用例如树脂粘合剂将第一筒状部36a和保持部件35固定在一起，从而 防止透过光波长选择部件33的光外漏。可以使用树脂粘合剂将第一筒状部36a和第二筒 状部36b固定在一起，或者第一筒状部36a和第二筒状部36b中的一个可以具有阳螺纹且 另一个具有阴螺纹从而可以通过将它们螺合在一起来形成直圆筒。筒状部件36可以由不 分为第一筒状部36a和第二筒状部36b的一体部件构成。以使得透镜32的长度方向端的一部分从第一筒状部36a的端面伸出的方式将透 镜32收纳在第一筒状部36a中。另一方面，将毛细管31定位并收纳在第二筒状部36b中， 从而收纳透镜32的从第一筒状部36a伸出的那部分。通过用树脂粘合剂将第二筒状部36b与第一筒状部36a固定为使得收纳毛细管31 的第二筒状部36b可收纳透镜32的从第一筒状部36a伸出的那部分，从而能够在容易对齐 光纤13和14(毛细管31)以及透镜32的位置和光轴的情况下组装光学分波检测器10。如上所述构成的光学分波检测器10与图6和图7所示的传统的光学分波器92和 检测器93的组合相比具有数量更少的组件，因而能够减小尺寸并降低组件成本。另外，由 于组件数量较少，可以容易地以减少的生产工时制造光学分波检测器10，并且能够降低制 造成本。此外，由于无需在光学分波器92和检测器93之间配置作为光传输路径的光纤97 等，装置变得更容易处置。接下来，将对本发明的第二实施方式的光学分波检测器进行描述。图3是示意性 显示第二实施方式的光学分波检测器的截面图。图3中光学分波检测器IOA的组成部件与 图2中所示的光学分波检测器10的组成部件具有相同功能的，由相同标记数字表示，并省 略其说明。光学分波检测器IOA具有第一实施方式的光学分波检测器10的组成部件，并且还 具有透镜41 (第二透镜)，透镜41在筒状部件36中配置为使其长度方向上的一端与光波长 选择部件33光连接并且其长度方向上的另一端与光电转换元件34相对。应该注意，在光 学分波检测器IOA中，光波长选择部件33直接形成在透镜41的左端。与第一实施方式的光学分波检测器10的情况相同，在光学分波检测器IOA中同样 优选的是，使由光波长选择部件33反射的激发光以士5°的角度射在光波长选择部件33的 法线上，从而使激发光能够以更有效的方式射在光纤14上。在此情况中，荧光也以士 5°的 角度射在光波长选择部件33的法线上。在这种构造中，在光学分波检测器10中优选的是受光面积宽广从而可检测透过 光波长选择部件33的所有荧光(换言之，改善检测灵敏度)的光电转换元件34。另一方面，在光学分波检测器IOA中，使用与透镜32 (第一透镜)相同的梯度折射 率圆柱形棒镜作为透镜41来收集透过光波长选择部件33的荧光并将其照射在光电转换元 件34上。结果，荧光能够有效地照射在光电转换元件34上，可改善检测灵敏度。另外，由于可以使用受光面积较小的光电转换元件34，可以降低与光电转换元件34有关的组件成 本。光学分波检测器IOA被构造为使得筒状部件42 (第二筒状部件)固定至保持部件 35，并且筒状部件36 (第一筒状部件)插入并保持在筒状部件42中。将筒状部件42以下 述方式固定至保持部件35 筒状部件42的长度方向垂直于光电转换元件34的受光面，并 且其径向中心对应于光电转换元件34的受光面的中心。可以将筒状部件36和42以例如下述方式定位并固定。具体而言，将筒状部件36 以预定长度插入筒状部件42中，在使光电转换元件34检测荧光的同时，使筒状部件36和 42相互嵌合或相互分离，可发现光电转换元件34的灵敏度最大的位置，即将光电转换元件 34的受光面配置在透镜41的焦点位置时的位置。之后，在筒状部件36的侧面与筒状部件 42的露出端面相交叉的部位例如使用树脂粘合剂或通过焊接将筒状部件36和42固定在一 起。因此，由于在光学分波检测器IOA中，筒状部件36和42经改造为以彼此可相对移 动的方式相互嵌合，因此它们在光轴方向上的位置可容易调节。应该注意的是，为了能够使用一个光电转换元件34测定不同波长的荧光以便应 对随被测物质产生波长不同的荧光的情况，优选的是在光学分波检测器IOA中，筒状部件 36和42经改造为以可拆卸的方式相互嵌合(例如，筒状部件36摩擦保持在筒状部件42 中)，并在有需要时使用具有不同分波特性的光学分波器部(透镜32和41、光波长选择部 件33以及筒状部件36)。接下来，将对本发明的第三实施方式的光学分波检测器进行描述。图4是示意性显示第三实施方式的光学分波检测器的截面图。图4中光学分波检 测器IOB的组成部件与图3中所示的光学分波检测器IOA的组成部件具有相同功能的，由 相同标记数字表示，并省略其说明。光学分波检测器IOB具有下述构造光波长选择部件43 (第二光波长选择部件) 插入在第二实施方式的光学分波检测器IOA的透镜41和光电转换元件34之间。光波长选 择部件43是截止透过光波长选择部件33 (第一光波长选择部件)的激发光和反射光(将 作为基础信号的激发光)以及经光波长选择部件33的外部(环绕)到达光波长选择部件 43的激发光和反射光(荧光检测中的噪声光)的滤光片。例如，在将反射波长为490nm以下的光并透过波长为500nm以上的光的长光程滤 光片用作光波长选择部件33时，可将反射波长为500nm以下的光并透过波长为515nm以上 的光的长光程滤光片用作光波长选择部件43。通过使用光波长选择部件43，可以减小在荧光检测中被检测为基础信号的光，而 且可以减小基础信号中含有的噪声光，从而改善荧光检测的灵敏度。接下来，将对本发明的第四实施方式的光学分波检测器进行描述。图5是示意性显示第四实施方式的光学分波检测器的截面图。图5中光学分波检 测器IOC的组成部件与图3中所示的光学分波检测器IOA的组成部件具有相同功能的，由 相同标记数字表示，并省略其说明。光学分波检测器IOC具有下述构造具有针孔(孔部)的环状遮光部件44插入在 第二实施方式的光学分波检测器IOA的透镜41和光电转换元件34之间。
遮光部件44具有阻止除由透镜41收集的光之外的其他光进入光电转换元件34 的功能。具体而言，遮光部件44可截止噪声光(经光波长选择部件33外部到达遮光部件 44的激发光)。下面叙述遮光部件44具有该功能的理由。具体而言，根据用作激发光源11的光源 类型，由光纤13输出的光中包含一定范围波长的光。例如，在将LED用作激发光源11时， 激发光中除波长可使被测物质发射荧光的光以外还包含少量波长与被测物质发射的荧光 相同的光。波长与荧光相同的光可透过光波长选择部件33。另一方面，由光纤14输出的光 除被测物质发射的荧光之外还包含激发光的反射光。由光纤13输出的光在透镜41的右端(光电转换元件34侧的端面)的焦点位置 与由光纤14输出的光在透镜41的右端的焦点位置在垂直于光轴的方向上不同。这是因为 光纤13和14的光出射位置在垂直于光轴的方向上不同，相应地，焦点位置在垂直于光轴的 方向上也不相同。因此，通过将遮光部件44配置为使针孔定位在光纤14输出的光的光路 上、更优选在荧光的焦点位置，光纤14输出的荧光就能穿过针孔，并且由光纤13输出的光 就能被遮光部件44截止。应该注意，通过对光学分波检测器IOB所具有的光波长选择部件43和光学分波检 测器IOC所具有的遮光部件44的组合使用，可以以更有效的方式截止噪声光并可以改善荧 光检测的灵敏度。在此情况中，优选的是将遮光部件44配置在光电转换元件34侧。遮光 部件44主要截止由光纤13所输出的激发光引起的噪声光，光波长选择部件43主要截止由 光纤14所输出的光中包含的反射光所引起的噪声光。接下来，将对本发明的实施例进行描述，但本发明不限于下文中所述的实施例。《荧光检测系统的构成》下面列出了制成的荧光检测系统的组成元件(部件)。应该注意的是，在激发光源 11中，LED输出的激发光经透镜和滤光片(透过波长为480nm以下)被引导至光纤13。探 头12经改造具有在光纤14的端面上形成100%放大图像的1 1结合系统。[与激发光源11相关的组成元件]· LED 型号=NSPB300B，主波长λ : = 470nm,日亚化学工业(制造)·光纤 13 禾Π 14 由石英制成(Si 200/250 (NA = 0. 22)，芯直径=0. 2匪)[与探头12相关的组成元件] 透镜26 型号=SLW18，0. 25pitCh(480nm波长的测量值)，日本板硝子(制造)。[与光学分波检测器10相关的组成元件] 毛细管31 :外径=1.8mm Φ，二轴平行孔，日本电气硝子(制造)·(第一)透镜32 型号=SLW18，0.25pitCh(480nm波长的测量值)，日本板硝子 (制造)·(第一)光波长选择部件33 长光程滤光片(反射区域=波长490nm以下，透过 区域=波长500nm以上)·光电转换元件 34 型号=S5343, Hamamatsu Photonics K. K (制造)。·(第一)筒状部件36 内径=1.8謹(]5，外径=2. 5mmΦ，SUS制[与光学分波检测器IOA相关的组成元件]·(第二)透镜41 型号=SLW18,0. 16pitch (480nm波长的测量值)，日本板硝子
10(制造)·(第二)筒状部件42 内径=2·5_Φ，外径=4.0_(KSUS制[与光学分波检测器IOB相关的组成元件]·(第二)光波长选择部件43 长光程滤光片(反射区域=波长500nm以下，透过 区域=波长515nm以上)[与光学分波检测器IOC相关的组成元件]·遮光部件44 厚度=0. 2_，针孔直径=0. 2ι πιΦ，外径=1. 8_Φ。《测试样品》使用FITC(异硫氰酸荧光素)水溶液(溶液浓度100ymol/L(微摩尔/升))作 为可发射荧光的样品。FITC发射的荧光的主波长λ2* 520ηπι。《测试结果》表1显示了测试结果。表1中，“实施例1”的构造与图2所示的光学分波检测器 10相同，“实施例2”的构造与图3所示的光学分波检测器IOA相同，“实施例3”的构造与图 4所示的光学分波检测器IOB相同，“实施例4”的构造与图5所示的光学分波检测器IOC相 同，“实施例5”具有图3所示的光学分波检测器IOA的组成元件，并且还同时具有作为图4 和图5所示的光学分波检测器IOB和IOC的特征组成元件的光波长选择部件43和遮光部 件44。表1中的“基础信号”表示对不含荧光物质的空白水溶液进行的测定的结果。表1 中，记录了通过对同一空白样品进行多次基础信号(包含噪声光)测定从而对基础信号变 化进行的研究的结果。从对被测样品进行的测定的测定值(包含荧光和基础信号)中减去 基础信号就得出了荧光的信号强度。所确认的是在实施例1至实施例5中均可以测定荧光。信噪比非常影响荧光测定 的灵敏度，在信噪比比较高的构造中检测灵敏度较高。在基于该观点将实施例1至实施例 5相互比较时，可发现下述情况。在对其中不收集荧光的实施例1和其中收集荧光的实施例2进行相互比较时，发 现在实施例2中不仅收集了透过光波长选择部件33的荧光还收集了透过光波长选择部件 33的激发光和反射光，因而基础信号的值本身趋于变大，变化也趋于变宽。不过，当透过光 波长选择部件33的激发光和反射光的量与所检测的荧光量相比较小时，可以通过收集这 些光并使光电转换元件34收集这些光来提高信噪比。在对实施例2和实施例3进行相互比较时，发现实施例3的构造可以提高信噪比， 实施例3的构造具有可截止引起基础信号的光的(第二)光波长选择部件43。此外，还发 现，如实施例4的结果所示，通过使用遮光部件44，可以以极其有利的方式截止引起基础信 号的光，并可明显提高信噪比。还发现，如实施例5的结果所示，通过组合使用光波长选择 部件43和遮光部件44，可以进一步提高信噪比。因此，根据实施例1至实施例5可以确认，其中能够可靠地截止引起基础信号的光 同时收集荧光并使其射在光电转换元件34上的构造可改善检测灵敏度。[表1] *单位mV:通过放大器将光电转换元件输出的电信号(电流)转换为电压并测定
权利要求
一种荧光分析用光学分波检测器，所述检测器将经第一光传输路径接收的激发光输出至第二光传输路径，经所述第二光传输路径接收由所述第二光传输路径输出的所述激发光产生的荧光，并检测所述荧光，所述检测器包括第一透镜，所述第一透镜在同一表面上接收通过所述第一光传输路径传播的所述激发光和通过所述第二光传输路径传送的所述荧光；包含电介质多层膜的第一光波长选择部件，所述第一光波长选择部件接收透过所述第一透镜的所述激发光和所述荧光，并反射所述激发光和透过所述荧光；和光电转换元件，所述光电转换元件直接接收透过所述第一光波长选择部件的所述荧光。
2.如权利要求1所述的荧光分析用光学分波检测器，其中，所述第一光传输路径和第 二光传输路径各自是光纤和/或光波导。
3 如权利要求1所述的荧光分析用光学分波检测器，其中，所述第一光传输路径和所 述第二光传输路径位于所述第一透镜的附近并平行于所述第一透镜的光轴。
4.如权利要求1所述的荧光分析用光学分波检测器，所述检测器还包括配置在所述第 一光波长选择部件与所述光电转换元件之间的第二透镜。
5.如权利要求4所述的荧光分析用光学分波检测器，所述检测器还包括配置在所述第 二透镜与所述光电转换元件之间的第二光波长选择部件。
6.如权利要求4所述的荧光分析用光学分波检测器，其中，所述第二透镜和所述光电 转换元件配置为，使透过所述第二透镜的所述荧光聚焦在所述光电转换元件上。
7.如权利要求4所述的荧光分析用光学分波检测器，所述检测器还包括配置在所述光 电转换元件的所述第二透镜侧并具有针孔的遮光部件。
8.如权利要求7所述的荧光分析用光学分波检测器，其中，所述第二透镜和所述遮光 部件配置为，使所述荧光聚焦在所述针孔的位置。
9.如权利要求1所述的荧光分析用光学分波检测器，所述检测器还包括 保持所述第一透镜和所述第一光波长选择部件的第一筒状部件； 保持所述光电转换元件的保持部件；和安装在所述保持部件上的第二筒状部件，其中，所述第一筒状部件嵌入到所述第二筒状部件中。
10.一种荧光检测系统，所述荧光检测系统包括 权利要求1所述的荧光分析用光学分波检测器； 输出所述激发光的激发光源；将所述激发光源与所述荧光分析用光学分波检测器连接在一起的所述第一光传输路径；将所述激发光照射在样品上并接收由所述样品产生的荧光的探头；和将所述探头与所述荧光分析用光学分波检测器连接在一起的所述第二光传输路径。
全文摘要
本发明涉及荧光分析用光学分波检测器和荧光检测系统。所述荧光分析用光学分波检测器是一种小型、组件数量少并且易于组装的荧光分析用光学分波检测器。将经第一光传输路径接收的激发光输出至第二光传输路径，经所述第二光传输路径接收由所述第二光传输路径输出的所述激发光产生的荧光，并检测所述荧光。通过所述第一光传输路径传播的所述激发光和通过所述第二光传输路径传播的所述荧光由第一透镜的同一表面接收。由电介质多层膜构成的光波长选择部件接收透过所述第一透镜的所述激发光和所述荧光，并反射所述激发光和透过所述荧光。光电转换元件直接接收透过所述第一光波长选择部件的荧光。
文档编号G01N21/01GK101893571SQ20101018109
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月13日 优先权日2009年5月19日
发明者福泽隆 申请人:日本板硝子株式会社