キャピラリ照明における屈折率整合
開口数(Numerical Aperture)を向上し、蛍光性の光のクロストークを減少させるために、蛍光性の光の励起およびサンプルからの検出のためのシステムおよび方法。該システムは、サンプルを分析する励起システムであって、光源と、筐体であって、該筐体はサンプルを搬送し、内部全反射によって、該光源から光を伝搬する、筐体と、該光源から該筐体へ該筐体の壁を通って導くように構成された結合光学素子と、該筐体および該結合光学素子と光学的に結合するような方法で配置された屈折率整合組成物とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
(発明の分野)
本教示は、蛍光を検出するデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
(背景)
分子生物学および他の科学は、その広い順応性および感度のために、蛍光検出を利用し得る。蛍光検出を利用する方法の例は、クロマトグラフィおよび電気泳動を含む。蛍光性の光は、励起光または化学的手段を用いてサンプル内の色素を励起することによって生成され得る。放出される蛍光性の光は、サンプル内の色素の低い濃度に起因して拡散し得る。蛍光検出の効率を高めるために、拡散光のさらなる収集が望ましい。
【0003】
放出された蛍光性の光は、検出ゾーンに向けられ得る励起光の量に比例し得る。ノンコヒーレント光源、例えば、発光ダイオード(LED)、白熱電球およびアークランプに対して、少量の光のみが、一般的に、サンプル筐体の壁を通って検出ゾーンに向けられ得る。検出ゾーンにおける励起光の十分に高い放射照度を提供するために、レーザーはサンプル筐体の壁を通って光を集束させるために使用されている。しかしながら、望ましい波長のレーザーは、しばしば大きく、高価で、大量の電力を消費する。
【0004】
レーザー光のコヒーレントな性質に起因して、レーザーはまた、検出ゾーンを照明するために内部コアを有するチューブ形状のサンプル筐体の一端に光を集束させるために使用されている。しかしながら、非レーザー励起光を用いたサンプル筐体の軸に沿って伝搬するように照明を結合することは、ノンコヒーレント光をサンプル筐体の中に結合する問題によって実現されていない。例えば、筐体が内部コアを有するキャピラリである場合には、ノンコヒーレントな光をコアに結合して、キャピラリの軸に沿って伝播することは困難である。蛍光性の光の検出システムは、より小さく、より安価でより低電力の励起光源から利益をもたらされ得る。例えば、筐体を通って検出ゾーンまで伝搬するように照明を結合することによって、レーザーを、検出ゾーンにおいて十分な励起光を提供するノンコヒーレントな励起光源と交換することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0005】
(要旨)
前述の一般的な記載および以下の様々な実施形態の記載の両方は、例示的および説明的であるだけであり、限定的ではないことが理解されるべきである。様々な実施形態において、本教示は、サンプルを分析する励起システムを提示する。励起システムは、光源と、筐体であって、該筐体はサンプルを搬送し、内部全反射によって光源からの光を伝搬する、筐体と、該光源から該筐体へ該筐体の壁を通って導くように構成された結合光学素子と、該筐体および該結合光学素子と光学的に結合するような方法で配置された屈折率整合組成物とをさらに備えている。
【0006】
他の実施形態において、本教示は、サンプルの蛍光を励起する方法であって、キャピラリを用いて、検出ゾーンを通って複数のサンプルを搬送することと、結合光学素子ならびに該結合光学素子および該キャピラリに光学的に結合する屈折率整合組成物を用いて、キャピラリにノンコヒーレントな光を向けることとを包含する、方法を提供する。
【0007】
さらに他の実施形態において、本教示は、サンプルを分析するシステムであって、ノンコヒーレントな励起光を提供する光源と、少なくとも1つの筐体であって、該筐体はサンプルを搬送し、内部全反射によって該ノンコヒーレントな励起光を伝搬する、筐体と、該ノンコヒーレントな励起光を該少なくとも1つの筐体の壁を通って該少なくとも1つの筐体に導くように構成された結合光学素子と、該少なくとも1つの筐体と該結合光学素子との間に配置された屈折率整合組成物と、放出された蛍光を収集するための少なくとも1つのNA向上光学素子であって、該NA向上光学素子は、第一の材料から構築され、該筐体は第二の材料から構築され、該第一の材料は該第二の材料よりも大きい屈折率を有する、NA向上光学素子とを包含する、システムを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付する図面は、様々な実施形態を示す。
【0009】
ここで、様々な例示的な実施形態に参照するが、実施形態の例が添付の図面に図示されている。可能であり限り、同じ参照番号が、同じまたは同様な部分を指すように、図面および記述において使用される。
【0010】
本明細書において使用されている用語「光源」は、蛍光性の放出をもたらす励起を提供し得る放射照度源(photons/mm2で測定され得る)を指す。発光は、ほとんどの場合において蛍光性の光に関連し得る。なぜならば、蛍光性の光は、励起のための光源の光子の数に比例するからである。光源は、限定するわけではないが、レーザー、ソリッドステートレーザー、レーザーダイオード、ダイオードソリッドステートレーザー(DSSL)、垂直キャビティ面放出レーザー(VCSEL)、LED、蛍光体コーティングされたLED、有機LED、無機−有機LED、量子ドット技術を使用したLED、LEDアレイ、フィラメント灯、アーク灯、ガス灯、蛍光性チューブを含み得る。光源は、高い放射照度、例えばレーザー、または低い放射照度、例えばLEDを有し得る。
【0011】
本明細書において使用されている用語「ノンコヒーレント光」は、非レーザー光源からの放射照度を指す。ノンコヒーレント光源は、限定するわけではないが、LED、蛍光体コーティングされたLED、有機LED、無機−有機LED、量子ドット技術を使用したLED、LEDアレイ、フィラメント灯、アーク灯、ガス灯、蛍光性チューブを含み得る。
【0012】
本明細書において使用されている用語「蛍光性の光」は、励起されたサンプルによって放出された光を指す。蛍光性の光は全ての方向に放出され得る。蛍光性の光は検出信号に関連し得る。なぜならば、信号はサンプルから収集される蛍光性の光の光子の数に比例するからである。蛍光性の光は、蛍光のように励起光によって励起されるか、または電気的に励起されるサンプルによって放出され得る。
【0013】
本明細書において使用されている用語「結合光学素子」は、筺体と物理的に接触するシングレットまたは構成要素のアセンブリを指し、例えば、図18A〜D、図21〜図24、図25A〜C、および図26〜図27に示されているように、該筐体は、筐体の端への流体接続を可能にする一方で、筐体内で励起光を集中させ伝搬し得る。結合光学素子は、円錐、切頭球、ハイパー半球(hyperhemispere)、円筒面に組み合わされる球面、平面に組み合わされる球面、メニスカスレンズなどを含み得る。結合光学素子の構成要素は、実質的には蛍光しない適切な屈折率の固体または流体のような組成物で接着または結合され得る。一局面において、固体浸光学構成が上記の組成物によって提供され得る。組成物の屈折率は、レンズの材料および/または筐体の材料の屈折率と同じであり得る。特に、筐体と結合光学素子とを結合する流体の屈折率は、結合光学素子の屈折率を下回るか、またはそれに等しいかであり得る。様々な実施形態に従って、筐体と結合光学素子とを結合する流体の屈折率は、約1.43から概ね結合光学素子の屈折率までであり得る。結合光学素子は、BK7、PBH71、LaSFN9または屈折率の高いガラスおよびプラスチック構成され得、例えば、メタクリル酸メチル、ポリカーボネイトまたはガラスとプラスチックとの組み合わせで構成され得る。本明細書において使用されている用語「レンズ」は、単一の構成要素またはシングレットを指し得、例えば、切頭球状、メニスカスレンズ状、凹レンズ状、凸レンズ状など、または複数の構成要素を含み得るシステムを指し得る。
【0014】
本明細書において使用されている用語「NA向上光学素子」は、図3A〜図3Eに図示されているような少なくとも2つの無収差の状態を満たすシングレットのアセンブリを指す。無収差状態は、対象サンプル面における任意の地点から放出される多くの蛍光性の光子の束の発散角度を低減し得るか、または対象面における任意の地点に届けられる多くの励起光線の収束を増加させる。接合面は、同一の曲率(平面の事例においては無限大)を有し得る。非接合面または外面はそれぞれ、異なる無収差状態を実質的に満たす。例示的なNA向上光学素子は、切頭球状、円筒面に組み合わされた球面状、メニスカスレンズなどを含み得る。NA向上光学素子の構成要素は、実質的には蛍光しない適切な屈折率の流体で接着または結合され得る。NA向上光学素子の構成要素は、互いに静止または可動であり得、例えば、スキャニングシステムで有り得る。NA向上光学素子は、BK7、PBH71、LeSFN9または他の屈折率の高いガラスで構成され得る。
【0015】
本明細書において使用されている用語「検出器」は、光を検出し得る任意の構成要素または構成要素のシステムを指し、該構成要素または構成要素のシステムは、電荷結合素子(CCD)、背面薄化CCD、冷却CCD、光ダイオード、光ダイオードのアレイ、フォトマルチプライヤチューブ(PMT)、PMTのアレイ、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)感知器、CMOSアレイ、電荷注入デバイス(CID)、CIDアレイなどを含む。本明細書において使用されている用語「サイクル」は、光を電気信号に変換する前に検出器が光を収集する期間を指す。
【0016】
本明細書において使用されている用語「筐体」は、サンプルに対する封じ込めまたはサポートを提供する任意の構造を指す。筐体は、励起光に対する入口および蛍光性の光に対する出口を提供するように透明であり得る。筐体はガラス、低蛍光性プラスチックのようなプラスチック、合成融解シリカまたは合成石英のような融解シリカなどで構成され得る。筐体は任意の形状をとり得、該形状は、(様々なタイプの)1つ以上のチューブ、キャピラリ、キャピラリのアセンブリ、エッチングされたチャネルプレート、モールドされたチャネルプレート、エンボスされたチャネルプレート、マルチウェルトレイ内のウェル、マイクロカード内のチャンバ、マイクロスライド内の領域などを含む。
【0017】
本明細書において使用されている用語「色素」は、サンプル内の任意の形状または量子ドットにおける任意の色素を指す。色素は、蛍光を介して蛍光性の光を放出し得る。蛍光性の色素は、使用される色素に従って異なる色の光を放出するために使用され得る。いくつかの色素は色素化学の分野の当業者には明らかである。検出される色素または複数の色素の識別を提供するために、各色素に対して、1つ以上の色が収集され得る。色素は、他の化学種、例えばタンパク質、炭素水酸化物などに基づき得るか、またはそれらに関連し得る。
【0018】
本明細書において使用されている用語「クロストーク」は、1つのサンプルから放出された蛍光性の光が別のサンプルの検出位置に現れることを指す。サンプルは異なる筐体または同じ筐体内に存在し得る。クロストークは、システム内の構成要素からの反射、散乱、および/または屈折の結果であり得る。
【0019】
本明細書において使用されている用語「変換メカニズム」は、1つ以上の素子を少なくとも1つの軸またはパスに沿って移動するためのメカニズムを指す。変換メカニズムは、素子、例えば、マスク、NA向上光学素子および/または筐体を移動する。変換メカニズムは、メカニカルに(ギア、空気式、カム、親ねじ、球ねじなど)、電気的に(アクチュエータ、線形モータなど)、圧電的に、および/または磁気的に(場の移動の誘発、ソレノイドなど)制御可能な移動を提供し得る。制御は、検出パラメータに対応して、所望の運動を提供するように設計されているコンピュータまたは電気回路網によって提供され得る。
【0020】
本教示は、蛍光を励起し、および/または収集するための装置および方法に関する。まず、蛍光の収集に関して考えると、サンプルは流体または固体の色素を含み得る。サンプルは、全ての方向に蛍光性の光を放出する。収集システムは、この光の一部分、特に円錐状の光を収集する。
【0021】
様々な実施形態に従って、図1に図示されているように、サンプル10は筐体20によって拘束され得る。蛍光性の光30は、NA向上光学素子40にとって利用可能な半分の角度50を有する円錐状の光を形成するように屈折され得る。スネルの法則(Snell’s Law)に従って、光のパス内での屈折率の変化は光を屈折し、従って、円錐のサイズに影響し、その結果、光学素子によって収集され得るサンプルから出る光の量に影響し得る。様々な実施形態に従って、サンプル10は、約1.29〜約1.41の屈折率を有し得、筐体20は、約1.46〜1.6の屈折率を有し得る。様々な実施形態に従って、屈折率整合流体が、筐体20とNA向上光学素子40との間に置かれ得る。様々な実施形態に従って、空気または流体は、筐体20とNA向上光学素子40との間に置かれ得る。
【0022】
様々な実施形態に従って、光軸に沿ったサンプルの深さは小さなものであり得る。様々な実施形態に従って、距離は5マイクロメートル〜200マイクロメートルの深さであり得る。蛍光性の光は、球面の収差を実質的に減少させる限られた深さの場において放出され得る。様々な実施形態に従って、Richard T.Reelによる「Optical System and Method for Optically Analyzing Light from a Sample」と題され、本明細書においてその全体が参照により援用される米国特許出願第09/564,790号に記述されているように、無収差状態は、固体レンズの曲率半径にサンプルを置くことによって提供され得る。様々な実施形態に従って、他の無収差状態は、本明細書においてその全体が参照により援用される、Kinder、Micheal J.による「Fundamental Optical Design」(2002)に記述されている。
【0023】
様々な実施形態に従って、収集される蛍光性の光の量は、NA向上光学素子40の屈折率(n2)とNA向上光学素子40の周囲の屈折率(n1)との関数であり得る。図2Aおよび図2Bに図示されているように、NA向上光学素子40は、半径(R)60およびソース平面70を有し、ソース平面70は、NA向上光学素子40の前端90からの距離80を有し、距離80は、R*(n1+n2)/n2として計算され得る。NA向上光学素子40は、ソース平面70からの蛍光性の光を屈折し得、その結果、蛍光性の光は平面100から来るように現れ、円錐状の光を半分の角度120から半分の角度130に減少させ、蛍光性の光の更なる収集を提供する。平面100はNA向上光学素子40の前端90からの距離110を有し、距離110は、R*(n1+n2)/n1として計算され得る。様々な実施形態に従って、図2Bは、図2Aに図示されているNA向上光学素子40よりも高い屈折率を有するNA向上光学素子40を図示している。屈折率の高い材料の例は、融解シリカ(n=1.46)、光学ガラス、例えばBK7(n=1.52)およびLaSFN9(n=1.85)、およびプラスチック、例えばポリカーボネート(n=1.56)を含む。様々な実施形態に従って、構成するために使用される材料は、低蛍光材料、低レーリー(Raleigh)散乱および低ラーマン(Raman)拡散を使用することによって、より優れた機能を発揮し得る。
【0024】
様々な実施形態に従って、図3A〜図3Eは、異なるNA向上光学素子を図示している。図3Aは、切頭球150を含むNA向上光学素子40を図示し、該切頭球において、ソース平面70は切頭球150の平坦な部分であり得る。図3Bは、円筒170と組み合わされた球160を含むNA向上光学素子40を図示し、該円筒において、ソース平面70は円筒170の端であり得る。図3Cは、メニスカスレンズ190を含むNA向上光学素子40を図示し、該メニスカスレンズにおいて、ソース平面70は、メニスカス200の曲率半径における面であり得る。図3Dは、プレート180と組み合わされた球160を含むNA向上光学素子40を図示し、該プレートにおいて、ソース平面70は、プレート180の端であり得る。図3Eは、流体140およびプレート180と組み合わされた球160を図示する。球160は、似た屈折率の流体140に接着または結合され得る。球160は、ソース平面70に沿ったスキャニングを提供するように、プレート180に対して静止または可動であり得る。
【0025】
様々な実施形態に従って、NA向上光学素子および筐体は、異なる材料から構成される。切頭球と筐体との屈折率が整合され、その結果、球面の収差が消去され得る公知のシステムとは異なり、本発明の教示に従ったNA向上光学素子の材料を変えることは、球面の収差の導入を最小化して、NA向上に関する顕著な増大を提供する。屈折率整合流体が切頭球と筐体との両方を整合するように添加され、切頭球と筐体とのインターフェースの屈折を最小化する連続体を提供する公知のシステムとは異なり、屈折率整合流体は、切頭球または筐体のいずれかに対して中間屈折率で整合する。
【0026】
様々な実施形態に従って、図4に図示されているように、NA向上光学素子40は、切頭球150を含み得、該切頭球は、ソース平面70と理論的無収差ソース平面70Aとの間にオフセット205を提供するように、切頭および/または配置され得る。切頭球150と筐体560とが異なる材料、例えば、ガラスと融解シリカとで構成されているときに、オフセット205は蛍光性の光検出システムに補正収差を導入し得る。切頭球において使用されるガラスの屈折率が、実用的な大きさであるということが望まれる。ガラス分散は、色分散を減少するように、できる限り低いことがまた望まれる。ガラス分散は、色収差を減少するように、できる限り低いことがさらに望ましい。NA向上光学素子が励起または収集に使用される共焦点構成において、改善は、励起と収集とのそれぞれに対してn4または両方に対して、n8に概ね比例する。図4Aは、球150と筐体560とが異なる材料で構成されたときに、球150を切頭すること、および理論的無収差ソース平面70Aに筐体560を配置することを図示する。焦点は、筐体560の中心において望ましい位置からずれている。図4Bは、球150を切頭すること、およびソース平面70に筐体560を配置することを図示し、該ソース平面は、理論的無収差ソース平面70Aからのオフセット205を有する。オフセット205は、切頭球150と筐体560との屈折率に関する差を補償するように、望ましい筐体560の中心に焦点をシフトさせる。
【0027】
様々な実施形態に従って、図5に図示されているように、NA向上光学素子40は、切頭球150を含み得、該切頭球において、背端200は、湾曲された視野全体の画像化を改善することに関する補助を提供するように湾曲される。様々な実施形態に従って、更なる光学素子が、湾曲された視野の平坦化を提供するために、図5に図示されているNA向上光学素子40に添加され得る。
【0028】
様々な実施形態に従って、図6Aに図示されているように、蛍光性の光検出システム210は、オフセットソース平面70有する切頭球150を含むNA向上光学素子40と、レンズ220と、フィルタ240と、レンズ250と、検出器290とを含む。レンズ220は、蛍光性の光30が実質的に平衡された領域230を形成し得、該平衡された領域において、フィルタ240は、所望の波長の蛍光性の光30を受け取り、他の波長を排除するように配置され得る。フィルタ240は、インターフェースフィルタであり得る。レンズ250は、検出器290上に蛍光性の光30の焦点を合わせ得る。様々な実施形態に従って、図6Bは、図6Aに図示された蛍光性の光検出システムと同様な蛍光性の光検出システム210を図示するが、レンズ260はフィルタ270上に蛍光性の光30の焦点を合わせ、該フィルタは所望の波長の蛍光性の光30を受け取り、他の波長を排除する点で異なる。レンズ280は検出器290上に蛍光性の光30の焦点を合わせる。フィルタ270はフィルタホイール、線形アクチュエータ、または複数のフィルタ間でスイッチする他のメカニズム上に配置され得る。
【0029】
様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、蛍光性の光の波長をスペクトルで分離し、多色の検出を提供する構成要素を含み得、該構成要素は、限定するわけではないが、透過格子、反射格子、プリズム、グリスム、ソフトウェア制御可能なフィルタ(スペクトル軸での幅および位置)などを含む。様々な実施形態に従って、サンプル容器または蛍光性の光検出システムは、検出器上の動きによって誘発されるぼやけを減少させるために変換され得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、システムのサイズを減少するために、折りたたみ式のミラーを含み得る。
【0030】
様々な実施形態に従って、図7に図示されているように、蛍光性の光検出システム210は、光源310と、フィルタ220およびフィルタ370を含むフィルタホイール300と、ミラー320および330と、レンズ340、260、360、および280と、ソース平面70を含むNA向上光学素子40と、検出器290とを含み得る。励起光3500は光源310によって提供され得る。励起光は、フィルタホイール300上でフィルタ220によってフィルタされ得る。励起光350は、ミラー320および330とレンズ340とによって、フィルタホイール300上のフィルタ370、例えばダイクロイックフィルタに導かれ得る。フィルタ370は、励起光350をレンズ260、NA向上光学素子40、およびソース平面70におけるサンプルに向けて反射する。NA向上光学素子40の大きい集束角は、光源310からサンプルの小さい検出スポットに対し量の増加した光を提供し得る。励起光350は、蛍光性の光30を放出し得るサンプルまたはサンプル内の色素によって吸収され得る。蛍光性の光30はNA向上光学素子40によって収集され、レンズ260およびフィルタ370に導かれ得る。蛍光性の光30の色は、フィルタ370を通過してレンズ360そしてレンズ280に届き、該レンズ280は、検出器290上に蛍光性の光30の焦点を合わせる。画像は、検出器290に適した集束角に集束角を減少するように拡大され得る。様々な実施形態に従って、変換特性、反射特性およびスペクトル特性を改善するために、ダイクロイックミラー480の反射に対する入射角を45度を下回る角度であるようにすることによって口径食を避けるように、レンズ500はレンズ430よりも直径が大きくなり得る。
【0031】
様々な実施形態に従って、図8に図示されているように、蛍光性の光検出システム210は、サンプルの両側から蛍光性の光を収集するために、2つのNA向上光学素子40を含み得る。検出器290の反対側の蛍光性の光30は、レンズ400およびミラー410、例えば凹面ミラーを通って検出器290に向けて戻るように、収集され、かつ、導かれ得る。ミラー410から反射された蛍光性の光30は、検出器290に向けて(ソース平面70全体で共画像化される)NA向上光学素子40と、レンズ220および250と、フィルタ240とを通って戻るように導かれ得る。サンプルの両側から光を収集することは、励起光の量を二倍にするとともに、検出器290に向けて導かれる蛍光性の光の量を二倍にし、四倍の改善をもたらし得る。様々な実施形態に従って、図9は、図7に図示されている蛍光性の光検出システムと同様であり、図8に図示されているような2つのNA向上光学素子40とミラー410とを有する蛍光性の光検出システム210を図示している。
【0032】
様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、複数のサンプル間のクロストークを減少させるための開口を提供するマスクを含む。様々な実施形態に従って、マスクは、単一のサンプルからの蛍光性の光の励起および収集を提供するように配置され得る。様々な実施形態に従って、マスクが単一のサンプルに励起光を提供し、単一のサンプルからの蛍光性の光の収集を提供するように、サンプルは配置され得る。様々な実施形態に従って、サンプルのサブセットからの蛍光性の光の励起および収集を提供するように、マスクは配置され得る。様々な実施形態に従って、マスクがサンプルのサブセットからの蛍光性の光の励起および収集を提供するように、サンプルは配置され得る。様々な実施形態に従って、検出器の様々な部分上の各サンプルから蛍光性の光を収集し、それにより個々に収集するが集合的に検出するように、蛍光性の光検出システムは配置され得る。
【0033】
様々な実施形態に従って、図10に図示されているように、蛍光性の光検出システム210は、サンプル筐体560と、NA向上光学素子40と、レンズ430、460、520、500および800と、ダイクロイックビームスプリッタ480と、光源310と、マスク440と、格子510と、検出器290とを含み得る。様々な実施形態に従って、マスク付近の双頭の矢印によって図示されているように複数のサンプル間のクロストークを減少させるように、マスク440は配置され得る。レンズ800は、破線によって示されるようにマスクのいずれか側にも配置され得、動かないままで光をマスク440上に焦点を合わせ得る。様々な実施形態に従って、光源310は、光源付近の双頭の矢印によって図示されているようにマスク440の配置と協調して配置され得る。光源は、マスク内の1つだけの開口と同程度に狭くなり得る。従って、光源は、2つ以上の開口をスキャニングすることによって、マスク内の開口から開口へと配置され得る。様々な実施形態に従って、サンプル筐体560および/またはNA向上光学素子40は、サンプル筐体付近の双頭の矢印によって図示されているように複数のサンプル間のクロストークを減少させるために配置され得る。様々な実施形態に従って、レンズ500および/または検出器290は、レンズと検出器との間の双頭の矢印によって図示されているように複数のサンプル間のクロストークを減少させるために配置され得る。様々な実施形態に従って、ミラーは、画像が検出器に届く場所に導くように配置され得る。様々な実施形態に従って、検出器は、画像が検出器に届く場所を制御するようにマスクされ得る。
【0034】
様々な実施形態に従って、図11Aに図示されているように、蛍光性の光検出システム210はアセンブリ550を含み得、該アセンブリは、屈折率整合流体420内のサンプル筐体560と、NA向上光学素子40と、レンズ430、500、520、460、および800と、ダイクロイックビームスプリッタ480と、フィルタ470、ミラー530と、格子510と、マスク440とを含み得る。光源310は励起光250をレンズ460に提供し得、該レンズは、光源から励起光250を収集し得る。励起光250は、フィルタ470に導かれ得、該フィルタは、望ましい波長の励起光250を受け入れるが、他の波長を遮ることによって、励起光250を調節し得る。例えば、フィルタ470は、帯域通過フィルタであり得、該帯域通過フィルタは、サンプル内の色素を励起する波長を受け入れ、色素によって放出された蛍光性の光の波長に一致する波長を遮る。励起光250は、マスク440内の開口を通過するようにダイクロイックミラー480によって反射され得る。マスク440は、レンズ430の画像面に配置され得る。マスク440は、双頭の矢印によって図示されるように画像面に沿って変換し得る。レンズ800は、動かないままでマスク440上に光の焦点を合わせ得る。励起光250は、NA向上光学素子40に導かれ、ソース平面70に配置され得る筐体560上に焦点を合わせられ得る。励起光250は、筐体560内のサンプル内の色素によって吸収され得、全方向に蛍光性の光30を放出するように色素を刺激する。NA向上光学素子40は、蛍光性の光30を収集し、蛍光性の光をレンズ430とマスク440とに導き得る。マスク440内の開口は、励起光250および蛍光性の光30を1つの筐体560に制限し得、それにより他の筐体560から放出された蛍光性の光の間のクロストークを減少させる。蛍光性の光30はダイクロイックミラー480を通過し得るが、非蛍光性の光は排除され得る。蛍光性の光30は、ミラー530によって反射され、レンズ520によって実質的に平衡にされ、透過格子510によって分散され、レンズ500によって検出器290上に焦点を合わせられ得る。
【0035】
様々な実施形態に従って、図11Bは、図11Aに図示されている検出器290の部分540の拡大図を図示する。部分540は、スペクトル軸570と空間軸580とを有する。単一の筐体560からの蛍光性の光30は、検出器の帯域595全体に分散され得る。検出器の領域、例えば590および600は、異なる波長の光を収集し、蛍光性の光のスペクトル構成を決定するために測定され得る。帯域605全体に分散された、他の筐体560からの光は、検出器上で位置を移され得、その結果、様々な領域が選択され得る。各筐体からの光が読み取られた後に、帯域595と帯域605との重複は、検出器をクリアすることによって減少され得る。様々な実施形態に従って、領域590は520ナノメートルであり得、領域600は700ナノメートルであり得る。様々な実施形態に従って、色素の帯域が筐体を通って移動する間に、蛍光性の光は検出ゾーンから収集され得る。様々な実施形態に従って、色素の帯域の動きによって誘発されるぼやけは、検出器上での移動する色素の帯域の画像と同じ速度で、検出器上で電荷のパケットをシフトすることによって減少され得る。検出ゾーンを通過する色素の帯域の速度は予測され得る。なぜならば、色素の帯域は、予測可能な速度で筐体を通って移動するからである。検出ゾーン内の色素の帯域の速度は、測定された時間間隔で既知の距離間隔を除算することによって計算され得る。様々な実施形態に従って、Nordmanらによる「Time−Delay Integration in Electrophoretic Detection Systems」と題され、本明細書においてその全体が参照により援用される米国特許出願第10/205,028号において記述されているように、検出器上の電荷のパケットは、時間遅延積分によって蓄積され得る。様々な実施形態に従って、マスクは、異なる筐体および/または筐体のサブセットを励起および/または検出するように配置され得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、すべての筐体および/または筐体のサブセットを通って循環し得、その結果、循環の最初に検出された色素の帯域は、循環の間に、検出ゾーンの全長だけ移動する。各循環は、各筐体から電気泳動図の一部分を捉え得る。蛍光性の帯域の画像の空間軸は、従来の電気泳動図を作成するために距離から時間に変換され得る。様々な実施形態に従って、集光レンズに対するソース平面に適合し得る筐体の数は、望ましい循環回数/循環速度を決定し得る。
【0036】
様々な実施形態に従って、図12Aに図示されているように、蛍光性の光検出システム210は、光源310と、レンズ460、430、および500と、NA向上光学素子40と、フィルタ470と、格子510と、ダイクロイックミラー480と、検出器290と、筐体560と、マスク440とを含み得る。光源310は、光源から励起光250を収集するレンズ460に励起光250を提供し得る。励起光250は、フィルタ470に導かれ得、該フィルタは、望ましい波長の励起光250を受け入れるが、他の波長を遮ることによって、励起光250を調節し得る。例えば、フィルタ470は、帯域通過フィルタであり得、該帯域通過フィルタは、サンプル内の色素を励起する波長を受け入れ、色素によって放出された蛍光性の光の波長に対応する波長を遮る。励起光250は、ダイクロイックミラー480によって反射され、マスク440を通して筐体560上に焦点を合わせられるように、レンズ430によってNA向上光学素子40に導かれ得、筐体560は、NA向上光学素子40からオフセットを有するソース平面70に配置され得る。励起光250は、筐体560内のサンプル内の色素によって吸収され得、全方向に蛍光性の光30を放出するように色素を刺激する。
【0037】
様々な実施形態に従って、図12Aに図示される蛍光性の光検出システムは、ソース平面70における筐体560を変換し、その結果、マスク440が1つの筐体または筐体のサブセットと提携し得るメカニズムを含み得る。この変換は、筐体560付近の双頭の矢印として、図12Cに図示されている。様々な実施形態に従って、図12Bにおいて図示されているように、マスク440は、NA向上光学素子40の背端200に結合され得、その結果、マスク440内の開口は検出ゾーン630を提供する。NA向上光学素子40は、検出ゾーン630から蛍光性の光30を収集し、蛍光性の光をレンズ430に導き得る。マスク440内の検出ゾーン630は、励起光250および蛍光性の光30を1つの筐体または筐体のサブセットに制限し得、それにより他の筐体560から放出された蛍光性の光の間のクロストークを減少させる。蛍光性の光30は、ダイクロイックミラー480を通過し得るが、非蛍光性の光は排除され得る。蛍光性の光30は、透過格子510によって分散され、レンズ500によって検出器290上に焦点を合わせられ得る。
【0038】
様々な実施形態に従って、図12Cに図示されているように、筐体560は、アセンブリ550内に配置され得、その結果、筐体560は、屈折率整合流体420の中に浸漬される。アセンブリ550は、NA向上光学素子ホルダ610とベース650とを含み得る。マスク440は、NA向上光学素子40の背端220に結合され得、その結果、マスク440内の開口は、検出ゾーン630を提供する。マスク440は、NA向上光学素子40の背端200に塗布され得るコーティングであり得る。様々な実施形態に従って、ベース650は、筐体560と屈折率整合流体420とを配置するために変換され得、その結果、マスク440は、1つの筐体または筐体のサブセットから蛍光性の光を収集するために、検出ゾーン630を所望の位置に提供し得る。様々な実施形態に従って、筐体560は、検出ゾーン630と提携するために、連続して配置され得る。様々な実施形態に従って、ベース650は隔壁(baffering)640を含み得る。隔壁640は、アセンブリ550の底部を形成し得る。様々な実施形態に従って、隔壁640は、励起光250および/または蛍光性の光30が、NA向上光学素子40の反対側でアセンブリを出ることを可能にするように、非反射窓を含み得る。例えば、窓は、背景光を最小化するように、AR材料でコーティングされた融解シリカで構成され得る。様々な実施形態に従って、隔壁640は、蛍光性の光30を反射し、NA向上光学素子40を通して透過された蛍光性の光30の量を増加させるために、ミラーを含み得る。様々な実施形態に従って、ミラーは、図8および図9に図示されているように球面であり得る。
【0039】
様々な実施形態に従って、図12Dは、図12Aに図示されている検出器290の部分540の拡大図を図示する。部分540は、スペクトル軸570と空間軸580とを有する。単一の筐体560からの蛍光性の光30は、異なる波長、例えば帯域620にスペクトルで分離され得る。様々な実施形態に従って、帯域を重複させることは、次の筐体560にスイッチする前に、各筐体560から蛍光性の光30を収集することによって防止され得る。各筐体から光を収集する集積時間は、筐体560の数を限定し得る。様々な実施形態に従って、帯域620は、520ナノメートルから700ナノメートルまでに範囲し得る。様々な実施形態に従って、ベースによって配置され得る筐体の数は、ベース変換時間、検出器の収集時間、検出ゾーンのサイズ、およびサンプルの速度のうちの少なくとも1つによって決定され得る。様々な実施形態に従って、サンプルの速度は、サンプルが筐体を通って移動する速度および/または電気泳動の速度を含み得る。
【0040】
様々な実施形態に従って、図12Aに図示されている蛍光性の光検出システムは、NA向上光学素子40を移動させる変換メカニズムを含み得る。この変換は、ホルダ610付近の双頭の矢印によって図示されている。様々な実施形態に従って、図12Bおよび図12Cに図示され、本明細書において記述されているように、NA向上光学素子40、マスク440、およびアセンブリ550は、筐体560を移動させる変換メカニズムを含むシステムと同じであり得る。検出ゾーン630は、NA向上光学素子40を移動させる変換メカニズムによって配置され得る。様々な実施形態に従って、図12Eは、図12Aに図示されている検出器290の部分540の拡大図を図示する。部分540は、スペクトル軸570および空間軸580を有する。蛍光性の光30は、各筐体560からの異なる波長において、例えば、各々が異なる筐体560からの波長660、670、680、および690で検出され得る。様々な実施形態に従って、各波長660、670、680、および690は、520ナノメートルから700ナノメートルまでに範囲し得る。様々な実施形態に従って、筐体560のピッチまたはスペーシングが提供され得、その結果、図12Eに図示されているように、隣接する筐体560の帯域は重複しない。各筐体560に対する波長の帯域は、別々に検出されることを必要とせず一回で、検出器290上で検出され得る。様々な実施形態に従って、検出器は時間遅延積分によって電荷のパケットを蓄積し得る。検出器の収集時間はサンプル速度に整合され得る。
【0041】
様々な実施形態に従って、ギャップ700は、帯域通過フィルタ470が、検出器290の部分540上での帯域660、670、680、および690の間での重複を減少させることに充分な波長を排除することを可能にする波長の範囲を提供し得る。様々な実施形態に従って、ピッチPは、P=S*R/Mで計算され得、Sは帯域およびギャップのうちの1つを捉えるための検出器290上の画素数であり、Rは画素毎の幅であり、Mは倍率である。様々な実施形態に従って、検出器290のサイズは、同時に検出される筐体560の数を決定し得る。
【0042】
様々な実施形態に従って、図13に図示されているように、色収差は検出器290を傾斜し、ソース平面70が傾斜するように筐体560を配置することによって減少され得る。例えば、矢印のよって図示されているように、位置70Aにソース平面70を傾斜することと、位置710Aに検出器290の面710を傾斜することとは、波長帯域720Aによって検出されるべき筐体560Aから収集される蛍光性の光30と、波長帯域720Bによって検出されるべき筐体560Bから収集される蛍光性の光30との検出を提供する。様々な実施形態に従って、図13に図示されている傾斜を含む蛍光性の光検出システムは、異なる色を遠ざけることによって色収差を減少させ得る。
【0043】
様々な実施形態に従って、図12Aに図示されている蛍光性の光検出システムは、マスク440を変換するためのメカニズムを含み得る。この変換は、図12Cにおけるマスク440付近の双頭の矢印によって図示されている。様々な実施形態において、図12Bおよび図12Cに図示され、本明細書において記述されるように、NA向上光学素子40と、マスク440と、アセンブリ550とは、筐体560を移動させる変換メカニズムを含むシステムと同じであり得るが、マスク440はNA向上光学素子40に結合されない点で異なる。検出ゾーン630は、マスク440を変換するメカニズムによって配置され得る。様々な実施形態に従って、図12Dに図示され、本明細書において記述されるように、蛍光性の光検出システムは、検出器290の部分540に帯域620を提供し得る。
【0044】
様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、筐体のサブセットから蛍光性の光を収集し得る。様々な実施形態に従って、マスクは複数の検出ゾーンを提供するように、2つ以上の開口を含み得る。様々な実施形態に従って、開口は並べられ得、その結果、蛍光性の光は隣接しない筐体から収集され得る。これは複数の筐体からの蛍光性の光の収集を提供し得る。様々な実施形態に従って、図14および図14Aに図示されているように、マスク440は複数の検出ゾーン630を含み得る。様々な実施形態に従って、図14Bに図示されているように、検出器290の部分540は、波長帯域730として第1の検出ゾーンから収集され、波長帯域740として第2の検出ゾーンから収集された蛍光性の光を、重複なく検出し得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、ダイクロイックミラーを含み得、該ダイクロイックミラーは、波長帯域の重複を減少させるように、関心の範囲外の波長を排除するために、帯域通過フィルタリングを提供する。
【0045】
様々な実施形態に従って、図15に図示されているように、マスク440は、隣接しない筐体560から蛍光性の光30を収集する検出ゾーン630を提供するために、複数の開口を含み得る。様々な実施形態に従って、図16に図示されているように、マスク440は、隣接しない筐体560から蛍光性の光30を収集する検出ゾーンを提供するために、2つの開口を含み得る。筐体560は、色収差を減少させるように検出器290を傾斜することに対して補償するために、ソース平面70からソース平面71に傾斜され得る。様々な実施形態に従って、(1)筐体560を変換することと;(2)マスク440に結合されたNA向上光学素子40を変換することと;(3)NA向上光学素子40に結合されていないマスクを変換し、マスクは筐体560とNA向上光学素子40との間に配置され得ることと;(4)NA向上光学素子40に結合されていないマスクを変換し、マスクはNA向上光学素子40と検出器290との間に配置され得ることとのうちの少なくとも1つによって、蛍光性の光は、残っている筐体から収集され得る。
【0046】
様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、電気泳動からの蛍光性の光の検出のための器具内に含まれ得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、フローサイトメトリからの蛍光性の光の検出のための器具内に含まれ得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、液体クロマトグラフィ、例えば高圧クロマトグラフィ(HPLC)からの蛍光性の光の検出のための器具内に含まれ得る。
【0047】
様々な実施形態に従って、蛍光性の光の検出のための方法は、サンプルに対して複数の筐体を提供することと、NA向上光学素子を提供することと、マスクを提供することと、サンプルからの蛍光性の光の間のクロストークを減少させるために、マスクを配置することとを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、NA向上光学素子と複数の筐体との間にマスクを配置することを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、複数の筐体を変換することをさらに含む。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、NA向上光学素子とマスクとを変換することを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、マスクを変換することを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、NA向上光学素子と検出器との間にマスクを配置することを含み得る。
【0048】
ここで蛍光性の光の励起およびサンプルを搬送する筐体への励起光の結合を検討すると、励起システムの例示的な実施形態および同軸の照明を利用する蛍光を励起する方法が、ここで記述される。
【0049】
様々な実施形態によると、図17Aは、例示的な蛍光励起システム1700を例示する。蛍光励起システム1700は、光源1710、レンズ1760、フィルタ1770、反射光学素子1780および結合光学素子1740を含み得る。光源1710は、非レーザー光源であり、ノンコヒーレント/インコヒーレントの照明を提供する。レーザー光源などの照明のコヒーレント光源を含む光源1710も、本教示の様々な実施形態と関連して利用され得るが、一般的により拡散的であるノンコヒーレント照明源は、そのような光源からの照明や強度の向上した獲得および/または利用の利益を容易に得る。さらに、光源は、例えば、例示的なLEDおよびレーザー光源が同時または独立して蛍光励起システム1700において動作する、コヒーレント光源/ノンコヒーレント光源の組み合わせを含み得る。レンズ1760は、光源1710に近接して配列されることによって、光源1710からノンコヒーレント励起光を収集し、平行にし、および/または集束するために光源1710に近接して配列され得る。フィルタ1770は、レンズ1760と反射光学素子1780との間に配列され得る。フィルタ1770は、例えば励起蛍光に対して有用なノンコヒーレント光の波長を通過させ、一方で、励起蛍光に対して有用ではないノンコヒーレント光の波長または収集された蛍光性の光と重なる波長を除去する。
【0050】
動作において、図17Aにおける例示的な蛍光励起システム1700を参照すると、蛍光を放出するように励起され得る色素を有するサンプルは、筐体560によって、検出ゾーン1765を介して搬送され得る。様々な実施形態において、筐体560は、キャピラリであり得、そのルーメン内のサンプルを搬送し、励起光に対する導波管として役立ち得る。筐体560は、円形の断面を有し得るが、様々な実施形態において、筐体560は、非円形の断面をも有し得る。例えば液体クロマトグラフィなどの特定の実施形態において、筐体560は、サンプルまたは材料(ゲルまたは粒子など)の、異なる成分に対する異なる親和性を提示するコーティングを含み得、サンプルの成分に対して違った相互作用を提供する。様々な実施形態において、蛍光励起システム1700は、光ダンプ(dump)1762を含み得、該光ダンプは、例えば励起光を筐体560から除去することによって、サンプルが検出ゾーン1765に入る前の色素の漂白を防止する。
【0051】
レンズ1760は、光源1710からノンコヒーレント励起光250を収集し得、収集されたノンコヒーレント励起光を、フィルタ1770を介して反射光学素子1780の方向に向け得る。フィルタ1770は、蛍光を放出するための色素の励起に対して有用なノンコヒーレント励起光の波長を通過させることによって、蛍光を放出するための色素の励起に対して有用ではないノンコヒーレント光の波長、または収集される蛍光性の光と重なっている波長を除去し得る。反射光学素子1780は、次いで収集されたノンコヒーレント励起光を平行にし、結合光学素子1740の方向に向け得る。平行にされたノンコヒーレント励起光は、結合光学素子1740のベースに入り得る。例示を簡潔にするために、図17Aは、光250が、筐体560内に結合される前に結合光学素子1740内を二回はねているところを示す。しかし、光250は、複数回のはね返り、一回のはね返りおよびゼロ回のはね返りの後に筐体560内に結合され得る。様々な実施形態において、結合光学素子1740の幾何学的形状は、光250が、筐体560内に結合される前に、結合光学素子1740内を数回はねるように構成され得、その結果として、結合光学素子1740の受光角は、結合光学素子1740内の光250のはね返り角のほんの一部となり得る。例えば、光250は、筐体560内に結合される前に、結合光学素子1740内を一回はね返り得る。この場合において、結合光学素子1740の受光角は、はね返り角の約三分の一となり得る。同様に、結合光学素子1740の幾何学的形状は、光250が、筐体560内に結合される前に、結合光学素子1740内を二回はね返るように構成され得、結合光学素子1740の受光角は、はね返り角の約五分の一となり得る。結合光学素子1740の幾何学的形状はさらに、光250が、筐体560内に結合される前に、結合光学素子1740内を三回はね返るように構成され得、結合光学素子1740の受光角は、はね返り角の約七分の一となり得る。様々な実施形態において、光250は、結合光学素子の壁/空気の界面ではね返り得る。
【0052】
結合光学素子1740の幾何学的形状のせいで、ノンコヒーレント励起光の一部は、筐体560の壁を通過し筐体560と結合し得ることによって、内部全反射によって筐体560内に伝搬する。ノンコヒーレント励起光は、筐体560内で伝搬することによって、検出ゾーン1765を照明する。検出ゾーン1765の一部分は、上述されたように、次いで、例えば収集光学40によって画像化され得る。ノンコヒーレント励起光250が検出ゾーン1765を照明した後に、光ダンプ1762は、ノンコヒーレント励起光が、筐体560から逃げ、検出ゾーン1765に到達する前の色素の漂白を避けることを可能にする。
【0053】
様々な実施形態において、反射光学素子1780は、ノンコヒーレント光を結合素子1740の方向に向け得る平面鏡であり得る。反射光学素子1780はまた、筐体560が通過し得る穴1781を含み得る。様々な実施形態において、反射光学素子1780における穴の使用は、結合光学素子に先立つ、光路内の位置で筐体560を曲げることによって避けられ得る。反射光学素子1780におけるアパーチャに対する必要性を避けるための、屈曲している筐体560の実施例は、図18Dに示される。様々な実施形態において、図18Aによって例示されるように、反射光学素子は、内部全反射面1889と筐体560が通過し得るアパーチャとを含むプリズム1880であり得る。プリズム1880は、結合素子1840に近接して配置され得る。
【0054】
他の様々な実施形態によると、反射光学素子1780および結合光学素子1740は、モノリシックな構造であり得る。図18Bによって例示されるように、モノリシック構造1885は、内部全反射面1889を含むプリズムと結合光学素子1885とを一体化し得る。さらに他の実施形態によると、図18Cによって例示されるように、反射光学素子は、内部全反射面1889を含むプリズム1880であり得る。プリズム1880は、結合光学素子1850とは別個の構造であり得るが、結合光学素子1840と接触して配列され得る。図18Cに示されるように、第2のレンズ1763は、プリズム1880に隣接して配置され得る。第2のレンズ1763は、例えば、フレネルレンズ、球状のレンズまたは非球面のレンズであり得る。様々な実施形態によると、反射光学素子は、ノンコヒーレント光が、結合光学素子に入る前に、該光を平行にし得る。他の様々な実施形態において、レンズは、結合光学素子の方向にノンコヒーレント光を集束し得る。図18Dに示されるように、レンズ1785は、結合光学素子1740の方向にノンコヒーレント光を集束し得る。筐体560も、レンズ1785における穴に対する必要性を避けるために屈曲され得る。
【0055】
様々な実施形態において、結合光学素子1740は、円錐状の素子、長円形(ob−round)に延びた円錐状、または該二つの形状の組み合わせであり得る。結合光学素子1740は、例えば、筐体560上に成形、鋳造、融合、熱収縮または圧着され得る。様々な実施形態において、屈折率整合組成物または屈折率整合構成、例えば光学エポキシが、結合光学素子1740と筐体560の一部分とを光学的に結合するために用いられ得る。屈折率整合組成物の構成は、さらに固形材料、半固形材料、液体材料、粘性材料、ゲル材料またはそれらの組み合わせであり得る。図17Bを参照すると、結合光学素子1740は、例えば屈折率整合組成物561を用いて筐体560の外部面に対して先細になり得る。
【0056】
様々な実施形態において、結合光学素子1740は、筐体560の外部面に対して先細にならない。図17Cを参照すると、結合光学素子1740は、筐体560の外部面に対して先細にはならず、直径dの端部を含む。直径dは、結合光学素子1740の先端の直径よりも大きい。励起源の像1763が、結合光学素子1740の先端の直径よりも適切に大きい場合には、結合光学素子1740は、望むように機能し得る。例えば、励起源の像1763は、図17Cに示されるように、3dの直径を有し得る。
【0057】
例えば、結合光学素子1740の材料の屈折率が、筐体560の材料の屈折率よりも大きな様々な実施形態において、結合光学素子1740内にあり筐体560に入射するノンコヒーレント光は、以下のモードのうちの1つにおいて伝搬し得る。非常に浅い入射角の光は、筐体560の内部壁で反射し、ルーメンを横切り得ない。入射角の浅い光は、筐体の壁に入り、内部全反射によって筐体の壁の中で伝搬し得る。急な入射角の光は、筐体560に入り、かつ出得る。また、入射角の範囲内の光は、筐体の壁の外部面を通過し、筐体560内で、概ね筐体の軸方向に伝搬し得る。この入射角範囲内の光は、筐体の壁およびルーメン内において伝搬し得、筐体の外部壁から反射する。上の状況のそれぞれではね返る角度は、結合光学素子1740の材料の屈折率および筐体560の材料の屈折率に依存し得る。様々な実施形態によると、円錐状の結合光学素子1740は、筐体560に入射する照明が、筐体560の壁を通過し、筐体に入ることによって、内部全反射によって筐体の軸の方向に伝搬するような角度範囲内に、円錐の角度を有し得る。
【0058】
様々な実施形態において、屈折率整合組成物561は、結合光学素子1740と筐体560との間の空間または領域を満たすか、または占領し得る。屈折率整合組成物561はさらに、結合光学素子1740と筐体560とから伝搬する光の結合効率に影響する所望の光学特性を有するように選択され得る。例えば、屈折率整合組成物561は、結合光学素子1740と筐体560との間の結合効率を向上させる屈折率を有し得る。
【0059】
様々な実施形態において、屈折率整合組成物561の屈折率は、結合光学素子1740の屈折率より少なくあり得る。屈折率整合組成物561の屈折率と結合光学素子1740との差を提供することは、結合光学素子1740と筐体560、結合光学素子1740と屈折率整合組成物561、または結合光学素子1740と筐体560との間の結合効率をさらに向上させ得る。同様にして、屈折率整合組成物561の屈折率は、所望の結合効率を達成するために筐体560の光学特性または屈折率を基礎として選択され得る。
【0060】
様々な実施形態において、屈折率整合組成物561の屈折率は、1.4と結合光学素子1740の屈折率との間に近似する範囲になるように選択され得る。様々な実施形態において、屈折率整合組成物561の屈折率は、1.4より僅かに大きいか僅かに小さくあり得、または1.4よりも遥かに大きいか遥かに小さくあり得る。加えて、屈折率整合組成物561の屈折率は、結合光学素子1740よりも僅かに大きいか僅かに小さくあり得、または結合光学素子1740よりも遥かに大きいか遥かに小さくあり得る。
【0061】
図17Dおよび図17Eは、結合光学素子1740と筐体560との関係の一実施形態を例示し、屈折率整合組成物561が、その間に存在することによって所望の結合効率を達成する。一局面において、結合光学素子1740と筐体560との間の結合効率は、屈折率整合組成物561に対する適切な、または所望の屈折率を決定するために、それぞれの光学特性に基づいて評価され得る。例えば、図17Eは、約1.5の屈折率および約24度の角度1780を有する結合光学素子に対する、結合光学素子1740と筐体560との間の結合効率の例示的な依存関係を例示する。結合効率は、結合光学素子1740を介する筐体560への放出の強度または伝搬の割合の関数としてさらに決定され得る。この情報を用いて、屈折率整合組成物561に対する適切または所望の屈折率が、決定され得る。
【0062】
様々な実施形態において、結合光学素子は、筐体560への光の結合を容易にする任意の形状であり得る。図25Aを参照すると、結合光学素子2540は、例えば軸上で非対称な形状、例えば、長円形の断面を有する円錐を有し、キャピラリ2560の面と結合する。光250は、結合光学素子2540の端部2541に入り、次いでキャピラリ2560の面に結合し得る。様々な実施形態によると、結合光学素子は、楕円体または放物線状の形状を有し得る。図25Bを参照すると、結合光学素子2545は、光250を平面端に結合し得る楕円体または放物線の形状を有する。光250は、次いで筐体560に結合され得る。さらに別の実施形態によると、結合光学素子2550は、ウェッジまたは切頭された円錐形の形状を有し得る。図25Cの側面図を参照すると、結合光学素子2550は、光250を端部2551に結合し得るウェッジの形状を有し得る。光250は、次いで筐体560に結合し得る。
【0063】
様々な実施形態において、光ダンプ1762は、励起光を吸収または伝達し得る。例えば、光ダンプ1762は、低蛍光吸収材料であり得、光学路から離れて配置され得る。例えば、光ダンプ1762は、黒色の塗料、エポキシ、またはノンコヒーレント励起光を吸収する炭化したポリイミドであり得る。他の様々な実施形態において、光ダンプは、例えば図19Aに示されるように、励起光250を漏らすことを可能にする、筐体560の湾曲部分であり得る。筐体560の湾曲部分は、光250が検出ゾーン1765を通過した後に配置され得る。様々な実施形態において、筐体560の湾曲部分は、サンプルが検出ゾーン1765に到達する前に配置され得、図19Aにおいて矢印561によって筐体560内のサンプルの流れの方向を示すように図示される。図19Bに示されるように、光ダンプ1762は、筐体1760のルーメン内の流体の反射率と等しいか、それよりも大きな反射率を有する材料から作られた円錐の素子であり得、ノンコヒーレント励起光250が筐体1760から漏れることを可能にする。光ダンプ1762の形状は、必要に応じて変化することによって、筐体560の形状を収容する。様々な実施形態において、図19Cに示されるように、光ダンプ1762は、筐体560の全周よりも小さくサンプル筐体に光学的に結合されることによって、例えば、筐体560に近接し得る収集光学40の、検出ゾーン1765により近い位置での励起光250のダンピングを容易にする。
【0064】
様々な実施形態によると、例示的な蛍光励起システムは、複数のノンコヒーレント光源および結合光学素子を含み得る。図20を参照すると、蛍光励起システム2000は、光源1710、レンズ1760、フィルタ1770、反射光学素子1780および結合光学素子1740を含み得る。様々な実施形態において、蛍光励起システム2000はさらに、第2の光源1711、第2のレンズ1761、第2のフィルタ1771、第2の反射光学素子1781および第2の結合光学素子1741を含み得る。第2の光源1711は、ノンコヒーレント照明を提供する非レーザー光源であり得る。様々な実施形態において、結合光学素子は、光ダンプとして用いられ得る。例えば、結合光学素子1741は、光源1710からのノンコヒーレント照明に対する光ダンプになり得、結合光学素子1740は、光源1711からのノンコヒーレント照明に対する光ダンプになり得る。
【0065】
様々な実施形態によると、結合光学素子は、図3に示されるNA向上素子40の形状に類似した切頭球であり得る。図21を参照すると、切頭球2140は、同軸伝搬するように筐体2160の壁を介してノンコヒーレント励起光250を導くための結合光学素子として用いられ得る。筐体2160の壁を介するノンコヒーレント励起光の結合は、そのような光が終点または端部を介して筐体2160に導かれるような条件なしに、軸方向に伝搬する光を提供するメカニズムを提供する。
【0066】
様々な実施形態において、切頭球2140は、筐体2160に成形、鋳造、融合または光学的に接続され得る。様々な実施形態において、Aより小さな角度で筐体2160に入射する励起光は、筐体2160の内壁で反射し、伝搬しながら該壁の中に留まる。Bよりも大きな角度で筐体2160に入射する励起光は、筐体2160で反射せず、筐体2160を出る。しかし、Aと等しいかより大きく、Bと等しいかより小さな角度で入射する励起光250は、筐体2160の軸に沿って同軸上に伝搬し得る。例えば、例示的な実施形態において、切頭球2140は、1.85の屈折率を有し得、筐体2160は、1.46の屈折率を有し得、筐体2160内の流体は、1.41の屈折率を有し得る。40.6°以上、57.4°以下で入射する励起光は、同軸伝搬し、筐体のルーメンにおける流体を照明する。
【0067】
様々な実施形態において、結合光学素子は、複数の光学素子を備え得る。図22は、筐体2260に成形、鋳造、融合または光学的に接続され得る透明素子2243を含み得る、結合光学素子2240の側面図を示す。透明素子2243の第1の面(上面)で、球2244の一部は、例えば屈折率整合組成物または流体によって透明素子2243に接合され得る。同様に、球2246の第2の部分は、透明な素子2243の第2の面(底面)に接合され得る。包括的に、透明素子2243、球2244の一部、および球2246の第2の部分は、結合光学素子2240を形成することによって、筐体2260においてノンコヒーレント励起光を同軸伝搬する。
【0068】
様々な実施形態において、筐体は、複数のキャピラリを含み得る。図23に示されるように、複数のキャピラリ2360は、サンプルを検出ゾーンに搬送し得る。透明素子2343は、複数のキャピラリ2360に成形、鋳造、融合されることによって、ノンコヒーレント励起光を結合させ、複数のキャピラリ2360において同軸伝搬する。球2344の一部分は、例えば屈折率整合組成物または流体によって、透明素子2343の第1の面(表面)に接合され得る。図22に示される球の第2の部分は、例えば屈折率整合組成物または流体によって、透明素子2343の第2の面(底面)に接合され得る。包括的に、図22において示される、透明素子2343、球2344の一部分および球の第2の部分は、結合光学素子2344を形成することによって、複数のキャピラリ2360においてノンコヒーレント励起光を同軸伝搬する。
【0069】
複数のキャピラリを含む様々な実施形態において、バリヤが、キャピラリ間のクロストークを低減するために用いられ得る。図29の端面図において示されるように、複数のキャピラリ2960のそれぞれは、バリヤ2961によって分離され得る。バリヤ2961は、キャピラリ2960間のクロストークを低減させる不透明な材料であり得る。
【0070】
同軸方向の照明は、ノンコヒーレント光を筐体の端部に結合することによって、さらに達成され得る。様々な実施形態によれば、結合光学素子は、切頭球2140または半球であり、図3Aに示されるNA向上素子40に形状が類似しており、ノンコヒーレント光を筐体の端部に集束させ、一方で、なおも筐体の端部への流体的な接続を可能にしている。図24の断面図を参照すると、切頭球2440は、結合光学素子としての役目を果たす。流体接続部2468から筐体2460に流体の伝達を容易にする光学的に透明なシール2490は、流体接続部2468と筐体2460との間に接続され得る。切頭球2440は、図24に示されるように、シール2490に接合され得、その結果として、流体は、流体接続部2468から筐体2460に伝達され得、切頭球2440は、ノンコヒーレント光250を収集し、それを筐体2460の端部に集束し得る。
【0071】
様々な実施形態によれば、結合光学素子は、メニスカスレンズを含み得る。図26を参照すると、結合光学素子は、透明素子2690に接合されたメニスカスレンズ2640であり得る。接合されたメニスカスレンズ2640および透明素子2690は、キャビティ2649を形成し得る。透明素子2690は、キャビティ2649への流体の流れを可能にする流体接続部2668をさらに含み得る。筐体2660は、透明素子2690の幅を通過し得、その結果として、筐体2660の端部は、キャビティ2649内で開き、筐体2660への流体の流れを可能にし得る。サンプルを搬送する流体は、流体接続部2668からキャビティ2649へと流れ、次いでキャビティ2649から筐体2660の端部へと流れ得る。筐体2660の検出ゾーン部分(不図示)は、メニスカスレンズ2640を用いて同軸方向に照明され、ノンコヒーレント励起光を収集し、それを、キャビティ2649の中へ開く筐体2660の端部に集束し得る。
【0072】
様々な実施形態によれば、結合光学素子は、筐体に接合された切頭球であり得る。図27の断面図に示されるように、切頭球2740は、例えば、成形、鋳造または融合によって筐体2760に接合され得る。流体接続部2768は、切頭球2740に接合され得、その結果として、流体は、切頭球2740を通過し、筐体2760の端部に入り得る。筐体2670の検出ゾーン(不図示)は、切頭球2740を用いて同軸方向に照明し、ノンコヒーレント励起光250を収集し、それを、筐体2760の端部に集束し得る。
【0073】
様々な実施形態によれば、生物学的サンプルを分析するためのシステムは、蛍光励起システムと蛍光検出システムとを含み得る。図28を参照すると、生物学的なサンプルを分析するためのシステム2800は、複数の光源および結合光学素子を有する例示的な蛍光励起システム2801を含み得る。図28に示されるように、蛍光励起システム2801は、光源2810、レンズ2860、フィルタ2870、反射光学素子2880および結合光学素子2840を含み得る。様々な実施形態において、蛍光励起システム2801は、第2の光源2811、第2のレンズ2861、第2のフィルタ2871、第2の反射光学素子2881および第2の結合光学素子2841をも含み得る。第2の光源2811は、非レーザー光源であり得、ノンコヒーレント照明を提供する。サンプルは、筐体560によって検出ゾーンに搬送され得る。様々な実施形態において、筐体560は、複数のキャピラリを備え得る。
【0074】
生物学的サンプルを分析するためのシステム2800は、さらに例示的な蛍光性の光検出システム2802を含み得、該蛍光性の光検出システムは、NA向上光学素子40、レンズ430および500、マスク(不図示)、格子510および検出器290を含む。格子510は、筐体560の軸に直角の方向、例えばページの中および外への方向に、光を屈折し得る。例示を簡潔にするために、これは、図28において、格子510およびレンズ500を僅かに傾けることによって描写される。様々な実施形態によれば、ミラーは、像が検出器に届く方向に配置され得る。様々な実施形態によれば、検出器は、像が検出器のどこに入るかを制御するためにマスクされ得る。様々な実施形態によれば、筐体560は、複数のキャピラリを含み得、かつ/または格子510は、フィルタホイールによって置換され得る。フィルタホイールは、良好なスペクトルの分離および収集効率を提供するために選択され得、サンプル内の複数の色素の間の区分を可能にする。
【0075】
動作において、光源2810および2811は、励起光をレンズ2860および2861のそれぞれに提供し得る。励起光は、フィルタ2870および2871のそれぞれに導かれ得、該フィルタは、励起光の所望の波長を受け入れ、他の波長をブロックすることによって励起光を調節し得る。励起光は、反射素子2880および2881のそれぞれによって反射され、結合光学素子2840および2841のそれぞれに向けられ得る。励起光は、同軸方向に伝搬するように筐体560に結合され得る。励起光は、筐体560におけるサンプル内の色素によって吸収され得、該色素を刺激することによって全方向に蛍光性の光30を放出する。様々な実施形態によれば、NA向上光学素子40は、検出ゾーンから蛍光性の光30を収集し、それをレンズ430に向け得る。蛍光性の光は、伝達格子510によって分散され、レンズ500によって検出器290に集束され得る。上述されたサンプルを分析するためのシステムは、例示的であり、本明細書中に開示された他の励起システムが、本明細書中に開示の他の検出システムと組み合され得ることを、当業者は理解されたい。
【0076】
他の様々な実施形態において、筐体2860は、複数のルーメン、例えばマルチボアキャピラリまたはマルチチャネルプレートを含み得る。他の様々な実施形態において、筐体2860は、各筐体内に単一または複数のルーメンを有する複数の筐体を包含し得る。複数のキャピラリを含む実施形態、例えば図25Aに示されるような実施形態において、バリヤが、キャピラリ間のクロストークを低減させるために配置され得る。図29Aは、複数のキャピラリ2960が、バリヤ2961によって分離され得ることを示す。バリヤ2961は、1つのキャピラリへの励起光および/または蛍光性の光を制限し得る。
【0077】
様々な実施形態において、マスクは、迷った励起光から検出ゾーンおよび検出光学を保護するために用いられ得る。図29Bを参照すると、マスク440は、結合光学素子2940の下流で、筐体560の周囲に配置され得る。マスク440は、例えばスリットを含む不透明な材料であり得、筐体560へのマスク440の挿入を可能にする。励起光250は、結合光学素子2940によって筐体560の中に結合され得る。光の一部分、迷光253は、筐体560の中に結合されず、図29Bにおいて示されるように、結合光学素子2940を出る。マスク440は、迷光253から検出ゾーンおよび検出光学を保護し得る。
【0078】
他の様々な実施形態によれば、システムは、光を筐体の内部および外部へと結合させるための結合光学素子を含み得る。図30を参照すると、システム3000は、光250を提供する光源、光学素子3080および結合光学素子3040を含み得る。光学素子3080は、例えばダイクロイック光学フィルタであり得る。光学素子3080、例えばダイクロイック光学フィルタは、図30に示されており、励起光250に対して45度の角度で配置される。しかし、他の角度も用いられ得ることを、当業者は理解されたい。システム3000は、例えばキャピラリなどの筐体560をさらに含み得る。筐体560は、光学素子3080を避けるために曲げられ得る。結合光学素子3040は、本明細書中に開示されるように、筐体560に結合され得る。様々な実施形態において、システム3000は、光ダンプ1762をさらに含み得る。
【0079】
動作において、励起光250は、光学素子3080から反射し、結合光学素子3040の方向に向けられ得る。結合光学素子3040は、次いでキャピラリ560に励起光250を結合させ得る。キャピラリ560に結合されると、励起光250は、ゾーン3065で筐体560内のサンプルと相互作用され得、蛍光性の光を全方向に放出させる。蛍光性の光の一部は、結合光学素子3040の方向に放出される。結合光学素子3040は、次いで筐体560の外で蛍光性の光のその部分を結合させ、それを光学素子3080の方向に向け得る。結合光学素子3040によって筐体560の外で結合され光学素子3080の方向に向けられた蛍光性の光は、図30において蛍光性の光252として示される。光学素子3080、例えばダイクロイック光学フィルタは、蛍光性の光252を通過させるが、光の望ましくない波長、例えば励起光250を反射し得る。蛍光性の光252は、次いで検出器(不図示)の方向に向けられ得る。
【0080】
さらに他の実施形態において、吸収および/または蛍光システムは、例えば液体クロマトグラフィシステムにおいて用いられ得るように提供される。図31を参照すると、吸収システム3100は、励起光250を提供する光源、第1の結合光学素子3140、第2の結合光学素子3141、マスク440および筐体560を含み得る。筐体560は、図31に示されるように曲げられ得、光源(不図示)および検出器(不図示)を避ける。しかし、筐体560は、他の方法、例えばZの形状に曲げられ得ることを、当業者は理解されたい。第1の結合光学素子3140および第2の結合光学素子3141は、本明細書中に開示されたように、筐体560に結合され得る。
【0081】
様々な実施形態において、第1の結合光学素子3140および/または第2の結合光学素子3141は、複数の区画から形成され得る。屈折率整合組成物または屈折率整合液体と接合された複数の区画から形成された結合光学素子3240の実施例が、図32A〜図32Cにおいて示される。様々な区画が、点線A−AおよびB−Bによって描写される。様々な実施形態において、いずれの屈折率整合も、用いられていない。様々な実施形態において、第2の結合光学素子3141は、複数の間隔を置いた区画によって形成され得る。図33は、2つの間隔を置いた区画3341aおよび3341bによって形成された第2の光学素子3141の実施例を示す。様々な実施形態において、区画3341aは、本明細書中に開示されたように、筐体560に接合され得る。区画3321bは、区画3321aおよび筐体560に接合されずに、離れて配列され得る。第1の結合光学素子3140および/または第2の結合光学素子3141は、さらに取付け特徴を含み得る。図34を参照すると、結合光学素子3440は、本明細書中に開示されたように、筐体560に結合され得る。結合光学素子3440は、例えば結合光学素子3440を取り付けるか安定させるように用いられ得る、取付け特徴3448をも含み得る。様々な実施形態において、取付け特徴3448は、効率の損失を避けるために結合光学素子3440の表面上の領域C内に位置し得る。
【0082】
再び図31を参照すると、励起光250は、第1の結合光学素子3140に向けられ得る。第1の結合光学素子3140は、筐体560に励起光250を結合させ得る。励起光250は、次いでゾーン3065で筐体250内のサンプルと相互作用し得る。相互作用は、例えば、光の吸収および/または蛍光の放出であり得る。サンプルとの相互作用の後に、光251は、第2の結合光学素子3141によって、筐体560の外で結合され、検出器(不図示)の方向に向けられ得る。
【0083】
本明細書中に関係する全ての刊行物および特許出願は、個々の刊行物または特許出願のそれぞれが、詳細かつ個別的に参照として援用されると同等な程度に、ここに参照として援用される。
【0084】
本明細書および添付の特許請求の範囲の目的のために、特記されない限りは、本明細書および特許請求の範囲において用いられる、量、割合または比率を表す全ての番号および他の数値は、用語「約」によって全ての場合において修正されることが理解されるべきである。従って、対照的に示されない限りは、以下の明細書および添付の特許請求の範囲において明らかにされる数のパラメータは、本発明によって取得されようとする所望の特性に依存して変化し得る近似値である。特許請求の範囲内の均等物の教義の適用を限定するのではなく、それぞれの数のパラメータは、少なくとも、報告される重要な桁の数を考慮し、一般的な切り上げの技術を適用することによって解釈されるべきである。
【0085】
本発明の幅広い範囲を明らかにする数の範囲およびパラメータは、近似値であるが、特定の実施例において明らかにされる数値は、可能な限り正確に報告されている。しかし、あらゆる数値は、本質的に、それぞれの検査測定において発見された標準偏差からやむをえず生じる特定のエラーを含む。さらに、本明細書中に開示の全ての範囲は、本明細書中に組み入れられた任意および全てのサブレンジを包含することが理解される。例えば、「10より少ない」という範囲は、最小値のゼロと最大値の10との間(およびそれらを含む)の任意および全てのサブレンジ、すなわち、ゼロと等しいか、それよりも大きな最小値および10と等しいか、それよりも小さな最大値を有する、任意および全てのサブレンジを含み、例えば1から5などである。
【0086】
留意されるべきは、本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられるように、単数形の「一」、「1つ」および「この」は、明白で疑う余地のないように1つの指示対象に制限されない限りは、複数の指示対象物を含む。従って、例えば「1つのマスク」に対する参照は、2つ以上の異なるマスクを含む。本明細書中に用いられるように、用語「含む」およびその文法上の異形は、非限定的であるように意図されるのであって、リストにおけるアイテムの引用は、リスト化されたアイテムと代用され得るか、または加えられ得る他の同類のアイテムを除外するものではない。
【0087】
様々な修正および変更が、本明細書中に記述された様々な実施形態に、本教示の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることが当業者には明確である。従って、本明細書中に記述された様々な実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲の内において、他の修正および変更を包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0088】
【図1】図1は、サンプル、筐体およびNA向上光学素子の様々な実施形態の図解である。
【図2A】図2Aは、NA向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。
【図2B】図2Bは、NA向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。
【図3】図3A〜図3Eは、NA向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。
【図4】図4は、NA向上光学素子に対するソース平面と理論的な無収差ソース平面との関係性を図示し、ここで図4Aは、理論的な無収差ソース平面が使用される場合の光の焦点を図示し、図4Bは、本発明の様々な教示に従うソース平面が使用される場合の光の焦点を示す。
【図5】図5は、NA向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。
【図6A】図6Aは、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図6B】図6Bは、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図7】図7は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図8】図8は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図9】図9は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図10】図10は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図11A】図11Aは、光検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図11B】図11Bは、図11Aに図示されるような検出器の一部分の様々な実施形態の図解を示す。
【図12A】図12Aは、光検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図12B】図12Bは、図12Aに図示されるような光検出システムの一部分の様々な実施形態の上部断面図を示す。
【図12C】図12Cは、図12Aに図示されるような光検出システムの一部分の様々な実施形態の側方断面図を示す。
【図12D】図12Dは、図12Aに図示されるような検出器の一部分の様々な実施形態の図解を示す。
【図12E】図12Eは、図12Aに図示されるような検出器の一部分の様々な実施形態の図解を示す。
【図13】図13は、光検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図14】図14は、NA向上光学素子およびマスクの様々な実施形態の上部断面図を示す。
【図14A】図14Aは、NA向上光学素子およびマスクの様々な実施形態の上部断面図を示す。
【図14B】図14Bは、第一の検出ゾーンから収集された蛍光性の光を検出するように構成された検出器の一部分を示す。
【図15】図15は、NA向上光学素子、マスクおよび筐体構成の様々な実施形態の側方断面図を示す。
【図16】図16は、NA向上光学素子、マスクおよび筐体構成の様々な実施形態の側方断面図を示す。
【図17A】図17Aは、結合光学素子を含む蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図17B】図17Bは、結合光学素子を含む蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図17C】図17Cは、結合光学素子を含む蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図17D】図17Dは、光検出システムの結合効率および屈折率整合特性の原理を示す。
【図17E】図17Eは、光検出システムの結合効率および屈折率整合特性の原理を示す。
【図18】図18A、図18B、図18Cおよび図18Dは、蛍光励起システムの反射光学素子および結合光学素子の様々な実施形態の側面図を示す。
【図19】図19A、図19Bおよび図19Cは、蛍光励起システムの光ダンプの様々な実施形態の図解を示す。
【図20】図20は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図21】図21は、結合光学素子の様々な実施形態の側方図を示す。
【図22】図22は、結合光学素子の様々な実施形態の側方図を示す。
【図23】図23は、結合光学素子の様々な実施形態の上面図を示す。
【図24】図24は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図25】図25A、図25Bおよび図25Cは、蛍光励起システムの実施形態に従う例示的な結合光学素子および筐体を示す。
【図26】図26は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図27】図27は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図28】図28は、蛍光励起および検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図29A】図29Aは、クロストークを減少させるためのバリヤを有する複数のキャピラリを含む蛍光励起および検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図29B】図29Bは、検出ゾーンおよび/または検出光学素子からの迷光を減少させるためのマスクの様々な実施形態の図解を示す。図29Bは、検出ゾーンおよび/または検出光学素子からの迷光を減少させるためのマスクの様々な実施形態の図解を示す。
【図30】図30は、光を筐体内および筐体外に結合するための結合光学素子を含むシステムの様々な実施形態の図解を示す。
【図31】図31は、吸光および/または蛍光システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図32】図32A、図32Bおよび図32Cは、複数の区画を備える結合光学素子の様々な実施形態の図解を示す。
【図33】図33は、2つの部分を備える結合光学素子の様々な実施形態の図解を示す。
【図34】図34は、取り付け特徴を含む結合光学素子の様々な実施形態の図解を示す。
【技術分野】
【0001】
(発明の分野)
本教示は、蛍光を検出するデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
(背景)
分子生物学および他の科学は、その広い順応性および感度のために、蛍光検出を利用し得る。蛍光検出を利用する方法の例は、クロマトグラフィおよび電気泳動を含む。蛍光性の光は、励起光または化学的手段を用いてサンプル内の色素を励起することによって生成され得る。放出される蛍光性の光は、サンプル内の色素の低い濃度に起因して拡散し得る。蛍光検出の効率を高めるために、拡散光のさらなる収集が望ましい。
【0003】
放出された蛍光性の光は、検出ゾーンに向けられ得る励起光の量に比例し得る。ノンコヒーレント光源、例えば、発光ダイオード(LED)、白熱電球およびアークランプに対して、少量の光のみが、一般的に、サンプル筐体の壁を通って検出ゾーンに向けられ得る。検出ゾーンにおける励起光の十分に高い放射照度を提供するために、レーザーはサンプル筐体の壁を通って光を集束させるために使用されている。しかしながら、望ましい波長のレーザーは、しばしば大きく、高価で、大量の電力を消費する。
【0004】
レーザー光のコヒーレントな性質に起因して、レーザーはまた、検出ゾーンを照明するために内部コアを有するチューブ形状のサンプル筐体の一端に光を集束させるために使用されている。しかしながら、非レーザー励起光を用いたサンプル筐体の軸に沿って伝搬するように照明を結合することは、ノンコヒーレント光をサンプル筐体の中に結合する問題によって実現されていない。例えば、筐体が内部コアを有するキャピラリである場合には、ノンコヒーレントな光をコアに結合して、キャピラリの軸に沿って伝播することは困難である。蛍光性の光の検出システムは、より小さく、より安価でより低電力の励起光源から利益をもたらされ得る。例えば、筐体を通って検出ゾーンまで伝搬するように照明を結合することによって、レーザーを、検出ゾーンにおいて十分な励起光を提供するノンコヒーレントな励起光源と交換することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0005】
(要旨)
前述の一般的な記載および以下の様々な実施形態の記載の両方は、例示的および説明的であるだけであり、限定的ではないことが理解されるべきである。様々な実施形態において、本教示は、サンプルを分析する励起システムを提示する。励起システムは、光源と、筐体であって、該筐体はサンプルを搬送し、内部全反射によって光源からの光を伝搬する、筐体と、該光源から該筐体へ該筐体の壁を通って導くように構成された結合光学素子と、該筐体および該結合光学素子と光学的に結合するような方法で配置された屈折率整合組成物とをさらに備えている。
【0006】
他の実施形態において、本教示は、サンプルの蛍光を励起する方法であって、キャピラリを用いて、検出ゾーンを通って複数のサンプルを搬送することと、結合光学素子ならびに該結合光学素子および該キャピラリに光学的に結合する屈折率整合組成物を用いて、キャピラリにノンコヒーレントな光を向けることとを包含する、方法を提供する。
【0007】
さらに他の実施形態において、本教示は、サンプルを分析するシステムであって、ノンコヒーレントな励起光を提供する光源と、少なくとも1つの筐体であって、該筐体はサンプルを搬送し、内部全反射によって該ノンコヒーレントな励起光を伝搬する、筐体と、該ノンコヒーレントな励起光を該少なくとも1つの筐体の壁を通って該少なくとも1つの筐体に導くように構成された結合光学素子と、該少なくとも1つの筐体と該結合光学素子との間に配置された屈折率整合組成物と、放出された蛍光を収集するための少なくとも1つのNA向上光学素子であって、該NA向上光学素子は、第一の材料から構築され、該筐体は第二の材料から構築され、該第一の材料は該第二の材料よりも大きい屈折率を有する、NA向上光学素子とを包含する、システムを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付する図面は、様々な実施形態を示す。
【0009】
ここで、様々な例示的な実施形態に参照するが、実施形態の例が添付の図面に図示されている。可能であり限り、同じ参照番号が、同じまたは同様な部分を指すように、図面および記述において使用される。
【0010】
本明細書において使用されている用語「光源」は、蛍光性の放出をもたらす励起を提供し得る放射照度源(photons/mm2で測定され得る)を指す。発光は、ほとんどの場合において蛍光性の光に関連し得る。なぜならば、蛍光性の光は、励起のための光源の光子の数に比例するからである。光源は、限定するわけではないが、レーザー、ソリッドステートレーザー、レーザーダイオード、ダイオードソリッドステートレーザー(DSSL)、垂直キャビティ面放出レーザー(VCSEL)、LED、蛍光体コーティングされたLED、有機LED、無機−有機LED、量子ドット技術を使用したLED、LEDアレイ、フィラメント灯、アーク灯、ガス灯、蛍光性チューブを含み得る。光源は、高い放射照度、例えばレーザー、または低い放射照度、例えばLEDを有し得る。
【0011】
本明細書において使用されている用語「ノンコヒーレント光」は、非レーザー光源からの放射照度を指す。ノンコヒーレント光源は、限定するわけではないが、LED、蛍光体コーティングされたLED、有機LED、無機−有機LED、量子ドット技術を使用したLED、LEDアレイ、フィラメント灯、アーク灯、ガス灯、蛍光性チューブを含み得る。
【0012】
本明細書において使用されている用語「蛍光性の光」は、励起されたサンプルによって放出された光を指す。蛍光性の光は全ての方向に放出され得る。蛍光性の光は検出信号に関連し得る。なぜならば、信号はサンプルから収集される蛍光性の光の光子の数に比例するからである。蛍光性の光は、蛍光のように励起光によって励起されるか、または電気的に励起されるサンプルによって放出され得る。
【0013】
本明細書において使用されている用語「結合光学素子」は、筺体と物理的に接触するシングレットまたは構成要素のアセンブリを指し、例えば、図18A〜D、図21〜図24、図25A〜C、および図26〜図27に示されているように、該筐体は、筐体の端への流体接続を可能にする一方で、筐体内で励起光を集中させ伝搬し得る。結合光学素子は、円錐、切頭球、ハイパー半球(hyperhemispere)、円筒面に組み合わされる球面、平面に組み合わされる球面、メニスカスレンズなどを含み得る。結合光学素子の構成要素は、実質的には蛍光しない適切な屈折率の固体または流体のような組成物で接着または結合され得る。一局面において、固体浸光学構成が上記の組成物によって提供され得る。組成物の屈折率は、レンズの材料および/または筐体の材料の屈折率と同じであり得る。特に、筐体と結合光学素子とを結合する流体の屈折率は、結合光学素子の屈折率を下回るか、またはそれに等しいかであり得る。様々な実施形態に従って、筐体と結合光学素子とを結合する流体の屈折率は、約1.43から概ね結合光学素子の屈折率までであり得る。結合光学素子は、BK7、PBH71、LaSFN9または屈折率の高いガラスおよびプラスチック構成され得、例えば、メタクリル酸メチル、ポリカーボネイトまたはガラスとプラスチックとの組み合わせで構成され得る。本明細書において使用されている用語「レンズ」は、単一の構成要素またはシングレットを指し得、例えば、切頭球状、メニスカスレンズ状、凹レンズ状、凸レンズ状など、または複数の構成要素を含み得るシステムを指し得る。
【0014】
本明細書において使用されている用語「NA向上光学素子」は、図3A〜図3Eに図示されているような少なくとも2つの無収差の状態を満たすシングレットのアセンブリを指す。無収差状態は、対象サンプル面における任意の地点から放出される多くの蛍光性の光子の束の発散角度を低減し得るか、または対象面における任意の地点に届けられる多くの励起光線の収束を増加させる。接合面は、同一の曲率(平面の事例においては無限大)を有し得る。非接合面または外面はそれぞれ、異なる無収差状態を実質的に満たす。例示的なNA向上光学素子は、切頭球状、円筒面に組み合わされた球面状、メニスカスレンズなどを含み得る。NA向上光学素子の構成要素は、実質的には蛍光しない適切な屈折率の流体で接着または結合され得る。NA向上光学素子の構成要素は、互いに静止または可動であり得、例えば、スキャニングシステムで有り得る。NA向上光学素子は、BK7、PBH71、LeSFN9または他の屈折率の高いガラスで構成され得る。
【0015】
本明細書において使用されている用語「検出器」は、光を検出し得る任意の構成要素または構成要素のシステムを指し、該構成要素または構成要素のシステムは、電荷結合素子(CCD)、背面薄化CCD、冷却CCD、光ダイオード、光ダイオードのアレイ、フォトマルチプライヤチューブ(PMT)、PMTのアレイ、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)感知器、CMOSアレイ、電荷注入デバイス(CID)、CIDアレイなどを含む。本明細書において使用されている用語「サイクル」は、光を電気信号に変換する前に検出器が光を収集する期間を指す。
【0016】
本明細書において使用されている用語「筐体」は、サンプルに対する封じ込めまたはサポートを提供する任意の構造を指す。筐体は、励起光に対する入口および蛍光性の光に対する出口を提供するように透明であり得る。筐体はガラス、低蛍光性プラスチックのようなプラスチック、合成融解シリカまたは合成石英のような融解シリカなどで構成され得る。筐体は任意の形状をとり得、該形状は、(様々なタイプの)1つ以上のチューブ、キャピラリ、キャピラリのアセンブリ、エッチングされたチャネルプレート、モールドされたチャネルプレート、エンボスされたチャネルプレート、マルチウェルトレイ内のウェル、マイクロカード内のチャンバ、マイクロスライド内の領域などを含む。
【0017】
本明細書において使用されている用語「色素」は、サンプル内の任意の形状または量子ドットにおける任意の色素を指す。色素は、蛍光を介して蛍光性の光を放出し得る。蛍光性の色素は、使用される色素に従って異なる色の光を放出するために使用され得る。いくつかの色素は色素化学の分野の当業者には明らかである。検出される色素または複数の色素の識別を提供するために、各色素に対して、1つ以上の色が収集され得る。色素は、他の化学種、例えばタンパク質、炭素水酸化物などに基づき得るか、またはそれらに関連し得る。
【0018】
本明細書において使用されている用語「クロストーク」は、1つのサンプルから放出された蛍光性の光が別のサンプルの検出位置に現れることを指す。サンプルは異なる筐体または同じ筐体内に存在し得る。クロストークは、システム内の構成要素からの反射、散乱、および/または屈折の結果であり得る。
【0019】
本明細書において使用されている用語「変換メカニズム」は、1つ以上の素子を少なくとも1つの軸またはパスに沿って移動するためのメカニズムを指す。変換メカニズムは、素子、例えば、マスク、NA向上光学素子および/または筐体を移動する。変換メカニズムは、メカニカルに(ギア、空気式、カム、親ねじ、球ねじなど)、電気的に(アクチュエータ、線形モータなど)、圧電的に、および/または磁気的に(場の移動の誘発、ソレノイドなど)制御可能な移動を提供し得る。制御は、検出パラメータに対応して、所望の運動を提供するように設計されているコンピュータまたは電気回路網によって提供され得る。
【0020】
本教示は、蛍光を励起し、および/または収集するための装置および方法に関する。まず、蛍光の収集に関して考えると、サンプルは流体または固体の色素を含み得る。サンプルは、全ての方向に蛍光性の光を放出する。収集システムは、この光の一部分、特に円錐状の光を収集する。
【0021】
様々な実施形態に従って、図1に図示されているように、サンプル10は筐体20によって拘束され得る。蛍光性の光30は、NA向上光学素子40にとって利用可能な半分の角度50を有する円錐状の光を形成するように屈折され得る。スネルの法則(Snell’s Law)に従って、光のパス内での屈折率の変化は光を屈折し、従って、円錐のサイズに影響し、その結果、光学素子によって収集され得るサンプルから出る光の量に影響し得る。様々な実施形態に従って、サンプル10は、約1.29〜約1.41の屈折率を有し得、筐体20は、約1.46〜1.6の屈折率を有し得る。様々な実施形態に従って、屈折率整合流体が、筐体20とNA向上光学素子40との間に置かれ得る。様々な実施形態に従って、空気または流体は、筐体20とNA向上光学素子40との間に置かれ得る。
【0022】
様々な実施形態に従って、光軸に沿ったサンプルの深さは小さなものであり得る。様々な実施形態に従って、距離は5マイクロメートル〜200マイクロメートルの深さであり得る。蛍光性の光は、球面の収差を実質的に減少させる限られた深さの場において放出され得る。様々な実施形態に従って、Richard T.Reelによる「Optical System and Method for Optically Analyzing Light from a Sample」と題され、本明細書においてその全体が参照により援用される米国特許出願第09/564,790号に記述されているように、無収差状態は、固体レンズの曲率半径にサンプルを置くことによって提供され得る。様々な実施形態に従って、他の無収差状態は、本明細書においてその全体が参照により援用される、Kinder、Micheal J.による「Fundamental Optical Design」(2002)に記述されている。
【0023】
様々な実施形態に従って、収集される蛍光性の光の量は、NA向上光学素子40の屈折率(n2)とNA向上光学素子40の周囲の屈折率(n1)との関数であり得る。図2Aおよび図2Bに図示されているように、NA向上光学素子40は、半径(R)60およびソース平面70を有し、ソース平面70は、NA向上光学素子40の前端90からの距離80を有し、距離80は、R*(n1+n2)/n2として計算され得る。NA向上光学素子40は、ソース平面70からの蛍光性の光を屈折し得、その結果、蛍光性の光は平面100から来るように現れ、円錐状の光を半分の角度120から半分の角度130に減少させ、蛍光性の光の更なる収集を提供する。平面100はNA向上光学素子40の前端90からの距離110を有し、距離110は、R*(n1+n2)/n1として計算され得る。様々な実施形態に従って、図2Bは、図2Aに図示されているNA向上光学素子40よりも高い屈折率を有するNA向上光学素子40を図示している。屈折率の高い材料の例は、融解シリカ(n=1.46)、光学ガラス、例えばBK7(n=1.52)およびLaSFN9(n=1.85)、およびプラスチック、例えばポリカーボネート(n=1.56)を含む。様々な実施形態に従って、構成するために使用される材料は、低蛍光材料、低レーリー(Raleigh)散乱および低ラーマン(Raman)拡散を使用することによって、より優れた機能を発揮し得る。
【0024】
様々な実施形態に従って、図3A〜図3Eは、異なるNA向上光学素子を図示している。図3Aは、切頭球150を含むNA向上光学素子40を図示し、該切頭球において、ソース平面70は切頭球150の平坦な部分であり得る。図3Bは、円筒170と組み合わされた球160を含むNA向上光学素子40を図示し、該円筒において、ソース平面70は円筒170の端であり得る。図3Cは、メニスカスレンズ190を含むNA向上光学素子40を図示し、該メニスカスレンズにおいて、ソース平面70は、メニスカス200の曲率半径における面であり得る。図3Dは、プレート180と組み合わされた球160を含むNA向上光学素子40を図示し、該プレートにおいて、ソース平面70は、プレート180の端であり得る。図3Eは、流体140およびプレート180と組み合わされた球160を図示する。球160は、似た屈折率の流体140に接着または結合され得る。球160は、ソース平面70に沿ったスキャニングを提供するように、プレート180に対して静止または可動であり得る。
【0025】
様々な実施形態に従って、NA向上光学素子および筐体は、異なる材料から構成される。切頭球と筐体との屈折率が整合され、その結果、球面の収差が消去され得る公知のシステムとは異なり、本発明の教示に従ったNA向上光学素子の材料を変えることは、球面の収差の導入を最小化して、NA向上に関する顕著な増大を提供する。屈折率整合流体が切頭球と筐体との両方を整合するように添加され、切頭球と筐体とのインターフェースの屈折を最小化する連続体を提供する公知のシステムとは異なり、屈折率整合流体は、切頭球または筐体のいずれかに対して中間屈折率で整合する。
【0026】
様々な実施形態に従って、図4に図示されているように、NA向上光学素子40は、切頭球150を含み得、該切頭球は、ソース平面70と理論的無収差ソース平面70Aとの間にオフセット205を提供するように、切頭および/または配置され得る。切頭球150と筐体560とが異なる材料、例えば、ガラスと融解シリカとで構成されているときに、オフセット205は蛍光性の光検出システムに補正収差を導入し得る。切頭球において使用されるガラスの屈折率が、実用的な大きさであるということが望まれる。ガラス分散は、色分散を減少するように、できる限り低いことがまた望まれる。ガラス分散は、色収差を減少するように、できる限り低いことがさらに望ましい。NA向上光学素子が励起または収集に使用される共焦点構成において、改善は、励起と収集とのそれぞれに対してn4または両方に対して、n8に概ね比例する。図4Aは、球150と筐体560とが異なる材料で構成されたときに、球150を切頭すること、および理論的無収差ソース平面70Aに筐体560を配置することを図示する。焦点は、筐体560の中心において望ましい位置からずれている。図4Bは、球150を切頭すること、およびソース平面70に筐体560を配置することを図示し、該ソース平面は、理論的無収差ソース平面70Aからのオフセット205を有する。オフセット205は、切頭球150と筐体560との屈折率に関する差を補償するように、望ましい筐体560の中心に焦点をシフトさせる。
【0027】
様々な実施形態に従って、図5に図示されているように、NA向上光学素子40は、切頭球150を含み得、該切頭球において、背端200は、湾曲された視野全体の画像化を改善することに関する補助を提供するように湾曲される。様々な実施形態に従って、更なる光学素子が、湾曲された視野の平坦化を提供するために、図5に図示されているNA向上光学素子40に添加され得る。
【0028】
様々な実施形態に従って、図6Aに図示されているように、蛍光性の光検出システム210は、オフセットソース平面70有する切頭球150を含むNA向上光学素子40と、レンズ220と、フィルタ240と、レンズ250と、検出器290とを含む。レンズ220は、蛍光性の光30が実質的に平衡された領域230を形成し得、該平衡された領域において、フィルタ240は、所望の波長の蛍光性の光30を受け取り、他の波長を排除するように配置され得る。フィルタ240は、インターフェースフィルタであり得る。レンズ250は、検出器290上に蛍光性の光30の焦点を合わせ得る。様々な実施形態に従って、図6Bは、図6Aに図示された蛍光性の光検出システムと同様な蛍光性の光検出システム210を図示するが、レンズ260はフィルタ270上に蛍光性の光30の焦点を合わせ、該フィルタは所望の波長の蛍光性の光30を受け取り、他の波長を排除する点で異なる。レンズ280は検出器290上に蛍光性の光30の焦点を合わせる。フィルタ270はフィルタホイール、線形アクチュエータ、または複数のフィルタ間でスイッチする他のメカニズム上に配置され得る。
【0029】
様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、蛍光性の光の波長をスペクトルで分離し、多色の検出を提供する構成要素を含み得、該構成要素は、限定するわけではないが、透過格子、反射格子、プリズム、グリスム、ソフトウェア制御可能なフィルタ(スペクトル軸での幅および位置)などを含む。様々な実施形態に従って、サンプル容器または蛍光性の光検出システムは、検出器上の動きによって誘発されるぼやけを減少させるために変換され得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、システムのサイズを減少するために、折りたたみ式のミラーを含み得る。
【0030】
様々な実施形態に従って、図7に図示されているように、蛍光性の光検出システム210は、光源310と、フィルタ220およびフィルタ370を含むフィルタホイール300と、ミラー320および330と、レンズ340、260、360、および280と、ソース平面70を含むNA向上光学素子40と、検出器290とを含み得る。励起光3500は光源310によって提供され得る。励起光は、フィルタホイール300上でフィルタ220によってフィルタされ得る。励起光350は、ミラー320および330とレンズ340とによって、フィルタホイール300上のフィルタ370、例えばダイクロイックフィルタに導かれ得る。フィルタ370は、励起光350をレンズ260、NA向上光学素子40、およびソース平面70におけるサンプルに向けて反射する。NA向上光学素子40の大きい集束角は、光源310からサンプルの小さい検出スポットに対し量の増加した光を提供し得る。励起光350は、蛍光性の光30を放出し得るサンプルまたはサンプル内の色素によって吸収され得る。蛍光性の光30はNA向上光学素子40によって収集され、レンズ260およびフィルタ370に導かれ得る。蛍光性の光30の色は、フィルタ370を通過してレンズ360そしてレンズ280に届き、該レンズ280は、検出器290上に蛍光性の光30の焦点を合わせる。画像は、検出器290に適した集束角に集束角を減少するように拡大され得る。様々な実施形態に従って、変換特性、反射特性およびスペクトル特性を改善するために、ダイクロイックミラー480の反射に対する入射角を45度を下回る角度であるようにすることによって口径食を避けるように、レンズ500はレンズ430よりも直径が大きくなり得る。
【0031】
様々な実施形態に従って、図8に図示されているように、蛍光性の光検出システム210は、サンプルの両側から蛍光性の光を収集するために、2つのNA向上光学素子40を含み得る。検出器290の反対側の蛍光性の光30は、レンズ400およびミラー410、例えば凹面ミラーを通って検出器290に向けて戻るように、収集され、かつ、導かれ得る。ミラー410から反射された蛍光性の光30は、検出器290に向けて(ソース平面70全体で共画像化される)NA向上光学素子40と、レンズ220および250と、フィルタ240とを通って戻るように導かれ得る。サンプルの両側から光を収集することは、励起光の量を二倍にするとともに、検出器290に向けて導かれる蛍光性の光の量を二倍にし、四倍の改善をもたらし得る。様々な実施形態に従って、図9は、図7に図示されている蛍光性の光検出システムと同様であり、図8に図示されているような2つのNA向上光学素子40とミラー410とを有する蛍光性の光検出システム210を図示している。
【0032】
様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、複数のサンプル間のクロストークを減少させるための開口を提供するマスクを含む。様々な実施形態に従って、マスクは、単一のサンプルからの蛍光性の光の励起および収集を提供するように配置され得る。様々な実施形態に従って、マスクが単一のサンプルに励起光を提供し、単一のサンプルからの蛍光性の光の収集を提供するように、サンプルは配置され得る。様々な実施形態に従って、サンプルのサブセットからの蛍光性の光の励起および収集を提供するように、マスクは配置され得る。様々な実施形態に従って、マスクがサンプルのサブセットからの蛍光性の光の励起および収集を提供するように、サンプルは配置され得る。様々な実施形態に従って、検出器の様々な部分上の各サンプルから蛍光性の光を収集し、それにより個々に収集するが集合的に検出するように、蛍光性の光検出システムは配置され得る。
【0033】
様々な実施形態に従って、図10に図示されているように、蛍光性の光検出システム210は、サンプル筐体560と、NA向上光学素子40と、レンズ430、460、520、500および800と、ダイクロイックビームスプリッタ480と、光源310と、マスク440と、格子510と、検出器290とを含み得る。様々な実施形態に従って、マスク付近の双頭の矢印によって図示されているように複数のサンプル間のクロストークを減少させるように、マスク440は配置され得る。レンズ800は、破線によって示されるようにマスクのいずれか側にも配置され得、動かないままで光をマスク440上に焦点を合わせ得る。様々な実施形態に従って、光源310は、光源付近の双頭の矢印によって図示されているようにマスク440の配置と協調して配置され得る。光源は、マスク内の1つだけの開口と同程度に狭くなり得る。従って、光源は、2つ以上の開口をスキャニングすることによって、マスク内の開口から開口へと配置され得る。様々な実施形態に従って、サンプル筐体560および/またはNA向上光学素子40は、サンプル筐体付近の双頭の矢印によって図示されているように複数のサンプル間のクロストークを減少させるために配置され得る。様々な実施形態に従って、レンズ500および/または検出器290は、レンズと検出器との間の双頭の矢印によって図示されているように複数のサンプル間のクロストークを減少させるために配置され得る。様々な実施形態に従って、ミラーは、画像が検出器に届く場所に導くように配置され得る。様々な実施形態に従って、検出器は、画像が検出器に届く場所を制御するようにマスクされ得る。
【0034】
様々な実施形態に従って、図11Aに図示されているように、蛍光性の光検出システム210はアセンブリ550を含み得、該アセンブリは、屈折率整合流体420内のサンプル筐体560と、NA向上光学素子40と、レンズ430、500、520、460、および800と、ダイクロイックビームスプリッタ480と、フィルタ470、ミラー530と、格子510と、マスク440とを含み得る。光源310は励起光250をレンズ460に提供し得、該レンズは、光源から励起光250を収集し得る。励起光250は、フィルタ470に導かれ得、該フィルタは、望ましい波長の励起光250を受け入れるが、他の波長を遮ることによって、励起光250を調節し得る。例えば、フィルタ470は、帯域通過フィルタであり得、該帯域通過フィルタは、サンプル内の色素を励起する波長を受け入れ、色素によって放出された蛍光性の光の波長に一致する波長を遮る。励起光250は、マスク440内の開口を通過するようにダイクロイックミラー480によって反射され得る。マスク440は、レンズ430の画像面に配置され得る。マスク440は、双頭の矢印によって図示されるように画像面に沿って変換し得る。レンズ800は、動かないままでマスク440上に光の焦点を合わせ得る。励起光250は、NA向上光学素子40に導かれ、ソース平面70に配置され得る筐体560上に焦点を合わせられ得る。励起光250は、筐体560内のサンプル内の色素によって吸収され得、全方向に蛍光性の光30を放出するように色素を刺激する。NA向上光学素子40は、蛍光性の光30を収集し、蛍光性の光をレンズ430とマスク440とに導き得る。マスク440内の開口は、励起光250および蛍光性の光30を1つの筐体560に制限し得、それにより他の筐体560から放出された蛍光性の光の間のクロストークを減少させる。蛍光性の光30はダイクロイックミラー480を通過し得るが、非蛍光性の光は排除され得る。蛍光性の光30は、ミラー530によって反射され、レンズ520によって実質的に平衡にされ、透過格子510によって分散され、レンズ500によって検出器290上に焦点を合わせられ得る。
【0035】
様々な実施形態に従って、図11Bは、図11Aに図示されている検出器290の部分540の拡大図を図示する。部分540は、スペクトル軸570と空間軸580とを有する。単一の筐体560からの蛍光性の光30は、検出器の帯域595全体に分散され得る。検出器の領域、例えば590および600は、異なる波長の光を収集し、蛍光性の光のスペクトル構成を決定するために測定され得る。帯域605全体に分散された、他の筐体560からの光は、検出器上で位置を移され得、その結果、様々な領域が選択され得る。各筐体からの光が読み取られた後に、帯域595と帯域605との重複は、検出器をクリアすることによって減少され得る。様々な実施形態に従って、領域590は520ナノメートルであり得、領域600は700ナノメートルであり得る。様々な実施形態に従って、色素の帯域が筐体を通って移動する間に、蛍光性の光は検出ゾーンから収集され得る。様々な実施形態に従って、色素の帯域の動きによって誘発されるぼやけは、検出器上での移動する色素の帯域の画像と同じ速度で、検出器上で電荷のパケットをシフトすることによって減少され得る。検出ゾーンを通過する色素の帯域の速度は予測され得る。なぜならば、色素の帯域は、予測可能な速度で筐体を通って移動するからである。検出ゾーン内の色素の帯域の速度は、測定された時間間隔で既知の距離間隔を除算することによって計算され得る。様々な実施形態に従って、Nordmanらによる「Time−Delay Integration in Electrophoretic Detection Systems」と題され、本明細書においてその全体が参照により援用される米国特許出願第10/205,028号において記述されているように、検出器上の電荷のパケットは、時間遅延積分によって蓄積され得る。様々な実施形態に従って、マスクは、異なる筐体および/または筐体のサブセットを励起および/または検出するように配置され得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、すべての筐体および/または筐体のサブセットを通って循環し得、その結果、循環の最初に検出された色素の帯域は、循環の間に、検出ゾーンの全長だけ移動する。各循環は、各筐体から電気泳動図の一部分を捉え得る。蛍光性の帯域の画像の空間軸は、従来の電気泳動図を作成するために距離から時間に変換され得る。様々な実施形態に従って、集光レンズに対するソース平面に適合し得る筐体の数は、望ましい循環回数/循環速度を決定し得る。
【0036】
様々な実施形態に従って、図12Aに図示されているように、蛍光性の光検出システム210は、光源310と、レンズ460、430、および500と、NA向上光学素子40と、フィルタ470と、格子510と、ダイクロイックミラー480と、検出器290と、筐体560と、マスク440とを含み得る。光源310は、光源から励起光250を収集するレンズ460に励起光250を提供し得る。励起光250は、フィルタ470に導かれ得、該フィルタは、望ましい波長の励起光250を受け入れるが、他の波長を遮ることによって、励起光250を調節し得る。例えば、フィルタ470は、帯域通過フィルタであり得、該帯域通過フィルタは、サンプル内の色素を励起する波長を受け入れ、色素によって放出された蛍光性の光の波長に対応する波長を遮る。励起光250は、ダイクロイックミラー480によって反射され、マスク440を通して筐体560上に焦点を合わせられるように、レンズ430によってNA向上光学素子40に導かれ得、筐体560は、NA向上光学素子40からオフセットを有するソース平面70に配置され得る。励起光250は、筐体560内のサンプル内の色素によって吸収され得、全方向に蛍光性の光30を放出するように色素を刺激する。
【0037】
様々な実施形態に従って、図12Aに図示される蛍光性の光検出システムは、ソース平面70における筐体560を変換し、その結果、マスク440が1つの筐体または筐体のサブセットと提携し得るメカニズムを含み得る。この変換は、筐体560付近の双頭の矢印として、図12Cに図示されている。様々な実施形態に従って、図12Bにおいて図示されているように、マスク440は、NA向上光学素子40の背端200に結合され得、その結果、マスク440内の開口は検出ゾーン630を提供する。NA向上光学素子40は、検出ゾーン630から蛍光性の光30を収集し、蛍光性の光をレンズ430に導き得る。マスク440内の検出ゾーン630は、励起光250および蛍光性の光30を1つの筐体または筐体のサブセットに制限し得、それにより他の筐体560から放出された蛍光性の光の間のクロストークを減少させる。蛍光性の光30は、ダイクロイックミラー480を通過し得るが、非蛍光性の光は排除され得る。蛍光性の光30は、透過格子510によって分散され、レンズ500によって検出器290上に焦点を合わせられ得る。
【0038】
様々な実施形態に従って、図12Cに図示されているように、筐体560は、アセンブリ550内に配置され得、その結果、筐体560は、屈折率整合流体420の中に浸漬される。アセンブリ550は、NA向上光学素子ホルダ610とベース650とを含み得る。マスク440は、NA向上光学素子40の背端220に結合され得、その結果、マスク440内の開口は、検出ゾーン630を提供する。マスク440は、NA向上光学素子40の背端200に塗布され得るコーティングであり得る。様々な実施形態に従って、ベース650は、筐体560と屈折率整合流体420とを配置するために変換され得、その結果、マスク440は、1つの筐体または筐体のサブセットから蛍光性の光を収集するために、検出ゾーン630を所望の位置に提供し得る。様々な実施形態に従って、筐体560は、検出ゾーン630と提携するために、連続して配置され得る。様々な実施形態に従って、ベース650は隔壁(baffering)640を含み得る。隔壁640は、アセンブリ550の底部を形成し得る。様々な実施形態に従って、隔壁640は、励起光250および/または蛍光性の光30が、NA向上光学素子40の反対側でアセンブリを出ることを可能にするように、非反射窓を含み得る。例えば、窓は、背景光を最小化するように、AR材料でコーティングされた融解シリカで構成され得る。様々な実施形態に従って、隔壁640は、蛍光性の光30を反射し、NA向上光学素子40を通して透過された蛍光性の光30の量を増加させるために、ミラーを含み得る。様々な実施形態に従って、ミラーは、図8および図9に図示されているように球面であり得る。
【0039】
様々な実施形態に従って、図12Dは、図12Aに図示されている検出器290の部分540の拡大図を図示する。部分540は、スペクトル軸570と空間軸580とを有する。単一の筐体560からの蛍光性の光30は、異なる波長、例えば帯域620にスペクトルで分離され得る。様々な実施形態に従って、帯域を重複させることは、次の筐体560にスイッチする前に、各筐体560から蛍光性の光30を収集することによって防止され得る。各筐体から光を収集する集積時間は、筐体560の数を限定し得る。様々な実施形態に従って、帯域620は、520ナノメートルから700ナノメートルまでに範囲し得る。様々な実施形態に従って、ベースによって配置され得る筐体の数は、ベース変換時間、検出器の収集時間、検出ゾーンのサイズ、およびサンプルの速度のうちの少なくとも1つによって決定され得る。様々な実施形態に従って、サンプルの速度は、サンプルが筐体を通って移動する速度および/または電気泳動の速度を含み得る。
【0040】
様々な実施形態に従って、図12Aに図示されている蛍光性の光検出システムは、NA向上光学素子40を移動させる変換メカニズムを含み得る。この変換は、ホルダ610付近の双頭の矢印によって図示されている。様々な実施形態に従って、図12Bおよび図12Cに図示され、本明細書において記述されているように、NA向上光学素子40、マスク440、およびアセンブリ550は、筐体560を移動させる変換メカニズムを含むシステムと同じであり得る。検出ゾーン630は、NA向上光学素子40を移動させる変換メカニズムによって配置され得る。様々な実施形態に従って、図12Eは、図12Aに図示されている検出器290の部分540の拡大図を図示する。部分540は、スペクトル軸570および空間軸580を有する。蛍光性の光30は、各筐体560からの異なる波長において、例えば、各々が異なる筐体560からの波長660、670、680、および690で検出され得る。様々な実施形態に従って、各波長660、670、680、および690は、520ナノメートルから700ナノメートルまでに範囲し得る。様々な実施形態に従って、筐体560のピッチまたはスペーシングが提供され得、その結果、図12Eに図示されているように、隣接する筐体560の帯域は重複しない。各筐体560に対する波長の帯域は、別々に検出されることを必要とせず一回で、検出器290上で検出され得る。様々な実施形態に従って、検出器は時間遅延積分によって電荷のパケットを蓄積し得る。検出器の収集時間はサンプル速度に整合され得る。
【0041】
様々な実施形態に従って、ギャップ700は、帯域通過フィルタ470が、検出器290の部分540上での帯域660、670、680、および690の間での重複を減少させることに充分な波長を排除することを可能にする波長の範囲を提供し得る。様々な実施形態に従って、ピッチPは、P=S*R/Mで計算され得、Sは帯域およびギャップのうちの1つを捉えるための検出器290上の画素数であり、Rは画素毎の幅であり、Mは倍率である。様々な実施形態に従って、検出器290のサイズは、同時に検出される筐体560の数を決定し得る。
【0042】
様々な実施形態に従って、図13に図示されているように、色収差は検出器290を傾斜し、ソース平面70が傾斜するように筐体560を配置することによって減少され得る。例えば、矢印のよって図示されているように、位置70Aにソース平面70を傾斜することと、位置710Aに検出器290の面710を傾斜することとは、波長帯域720Aによって検出されるべき筐体560Aから収集される蛍光性の光30と、波長帯域720Bによって検出されるべき筐体560Bから収集される蛍光性の光30との検出を提供する。様々な実施形態に従って、図13に図示されている傾斜を含む蛍光性の光検出システムは、異なる色を遠ざけることによって色収差を減少させ得る。
【0043】
様々な実施形態に従って、図12Aに図示されている蛍光性の光検出システムは、マスク440を変換するためのメカニズムを含み得る。この変換は、図12Cにおけるマスク440付近の双頭の矢印によって図示されている。様々な実施形態において、図12Bおよび図12Cに図示され、本明細書において記述されるように、NA向上光学素子40と、マスク440と、アセンブリ550とは、筐体560を移動させる変換メカニズムを含むシステムと同じであり得るが、マスク440はNA向上光学素子40に結合されない点で異なる。検出ゾーン630は、マスク440を変換するメカニズムによって配置され得る。様々な実施形態に従って、図12Dに図示され、本明細書において記述されるように、蛍光性の光検出システムは、検出器290の部分540に帯域620を提供し得る。
【0044】
様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、筐体のサブセットから蛍光性の光を収集し得る。様々な実施形態に従って、マスクは複数の検出ゾーンを提供するように、2つ以上の開口を含み得る。様々な実施形態に従って、開口は並べられ得、その結果、蛍光性の光は隣接しない筐体から収集され得る。これは複数の筐体からの蛍光性の光の収集を提供し得る。様々な実施形態に従って、図14および図14Aに図示されているように、マスク440は複数の検出ゾーン630を含み得る。様々な実施形態に従って、図14Bに図示されているように、検出器290の部分540は、波長帯域730として第1の検出ゾーンから収集され、波長帯域740として第2の検出ゾーンから収集された蛍光性の光を、重複なく検出し得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、ダイクロイックミラーを含み得、該ダイクロイックミラーは、波長帯域の重複を減少させるように、関心の範囲外の波長を排除するために、帯域通過フィルタリングを提供する。
【0045】
様々な実施形態に従って、図15に図示されているように、マスク440は、隣接しない筐体560から蛍光性の光30を収集する検出ゾーン630を提供するために、複数の開口を含み得る。様々な実施形態に従って、図16に図示されているように、マスク440は、隣接しない筐体560から蛍光性の光30を収集する検出ゾーンを提供するために、2つの開口を含み得る。筐体560は、色収差を減少させるように検出器290を傾斜することに対して補償するために、ソース平面70からソース平面71に傾斜され得る。様々な実施形態に従って、(1)筐体560を変換することと;(2)マスク440に結合されたNA向上光学素子40を変換することと;(3)NA向上光学素子40に結合されていないマスクを変換し、マスクは筐体560とNA向上光学素子40との間に配置され得ることと;(4)NA向上光学素子40に結合されていないマスクを変換し、マスクはNA向上光学素子40と検出器290との間に配置され得ることとのうちの少なくとも1つによって、蛍光性の光は、残っている筐体から収集され得る。
【0046】
様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、電気泳動からの蛍光性の光の検出のための器具内に含まれ得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、フローサイトメトリからの蛍光性の光の検出のための器具内に含まれ得る。様々な実施形態に従って、蛍光性の光検出システムは、液体クロマトグラフィ、例えば高圧クロマトグラフィ(HPLC)からの蛍光性の光の検出のための器具内に含まれ得る。
【0047】
様々な実施形態に従って、蛍光性の光の検出のための方法は、サンプルに対して複数の筐体を提供することと、NA向上光学素子を提供することと、マスクを提供することと、サンプルからの蛍光性の光の間のクロストークを減少させるために、マスクを配置することとを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、NA向上光学素子と複数の筐体との間にマスクを配置することを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、複数の筐体を変換することをさらに含む。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、NA向上光学素子とマスクとを変換することを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、マスクを変換することを含み得る。様々な実施形態に従って、マスクを配置することは、NA向上光学素子と検出器との間にマスクを配置することを含み得る。
【0048】
ここで蛍光性の光の励起およびサンプルを搬送する筐体への励起光の結合を検討すると、励起システムの例示的な実施形態および同軸の照明を利用する蛍光を励起する方法が、ここで記述される。
【0049】
様々な実施形態によると、図17Aは、例示的な蛍光励起システム1700を例示する。蛍光励起システム1700は、光源1710、レンズ1760、フィルタ1770、反射光学素子1780および結合光学素子1740を含み得る。光源1710は、非レーザー光源であり、ノンコヒーレント/インコヒーレントの照明を提供する。レーザー光源などの照明のコヒーレント光源を含む光源1710も、本教示の様々な実施形態と関連して利用され得るが、一般的により拡散的であるノンコヒーレント照明源は、そのような光源からの照明や強度の向上した獲得および/または利用の利益を容易に得る。さらに、光源は、例えば、例示的なLEDおよびレーザー光源が同時または独立して蛍光励起システム1700において動作する、コヒーレント光源/ノンコヒーレント光源の組み合わせを含み得る。レンズ1760は、光源1710に近接して配列されることによって、光源1710からノンコヒーレント励起光を収集し、平行にし、および/または集束するために光源1710に近接して配列され得る。フィルタ1770は、レンズ1760と反射光学素子1780との間に配列され得る。フィルタ1770は、例えば励起蛍光に対して有用なノンコヒーレント光の波長を通過させ、一方で、励起蛍光に対して有用ではないノンコヒーレント光の波長または収集された蛍光性の光と重なる波長を除去する。
【0050】
動作において、図17Aにおける例示的な蛍光励起システム1700を参照すると、蛍光を放出するように励起され得る色素を有するサンプルは、筐体560によって、検出ゾーン1765を介して搬送され得る。様々な実施形態において、筐体560は、キャピラリであり得、そのルーメン内のサンプルを搬送し、励起光に対する導波管として役立ち得る。筐体560は、円形の断面を有し得るが、様々な実施形態において、筐体560は、非円形の断面をも有し得る。例えば液体クロマトグラフィなどの特定の実施形態において、筐体560は、サンプルまたは材料(ゲルまたは粒子など)の、異なる成分に対する異なる親和性を提示するコーティングを含み得、サンプルの成分に対して違った相互作用を提供する。様々な実施形態において、蛍光励起システム1700は、光ダンプ(dump)1762を含み得、該光ダンプは、例えば励起光を筐体560から除去することによって、サンプルが検出ゾーン1765に入る前の色素の漂白を防止する。
【0051】
レンズ1760は、光源1710からノンコヒーレント励起光250を収集し得、収集されたノンコヒーレント励起光を、フィルタ1770を介して反射光学素子1780の方向に向け得る。フィルタ1770は、蛍光を放出するための色素の励起に対して有用なノンコヒーレント励起光の波長を通過させることによって、蛍光を放出するための色素の励起に対して有用ではないノンコヒーレント光の波長、または収集される蛍光性の光と重なっている波長を除去し得る。反射光学素子1780は、次いで収集されたノンコヒーレント励起光を平行にし、結合光学素子1740の方向に向け得る。平行にされたノンコヒーレント励起光は、結合光学素子1740のベースに入り得る。例示を簡潔にするために、図17Aは、光250が、筐体560内に結合される前に結合光学素子1740内を二回はねているところを示す。しかし、光250は、複数回のはね返り、一回のはね返りおよびゼロ回のはね返りの後に筐体560内に結合され得る。様々な実施形態において、結合光学素子1740の幾何学的形状は、光250が、筐体560内に結合される前に、結合光学素子1740内を数回はねるように構成され得、その結果として、結合光学素子1740の受光角は、結合光学素子1740内の光250のはね返り角のほんの一部となり得る。例えば、光250は、筐体560内に結合される前に、結合光学素子1740内を一回はね返り得る。この場合において、結合光学素子1740の受光角は、はね返り角の約三分の一となり得る。同様に、結合光学素子1740の幾何学的形状は、光250が、筐体560内に結合される前に、結合光学素子1740内を二回はね返るように構成され得、結合光学素子1740の受光角は、はね返り角の約五分の一となり得る。結合光学素子1740の幾何学的形状はさらに、光250が、筐体560内に結合される前に、結合光学素子1740内を三回はね返るように構成され得、結合光学素子1740の受光角は、はね返り角の約七分の一となり得る。様々な実施形態において、光250は、結合光学素子の壁/空気の界面ではね返り得る。
【0052】
結合光学素子1740の幾何学的形状のせいで、ノンコヒーレント励起光の一部は、筐体560の壁を通過し筐体560と結合し得ることによって、内部全反射によって筐体560内に伝搬する。ノンコヒーレント励起光は、筐体560内で伝搬することによって、検出ゾーン1765を照明する。検出ゾーン1765の一部分は、上述されたように、次いで、例えば収集光学40によって画像化され得る。ノンコヒーレント励起光250が検出ゾーン1765を照明した後に、光ダンプ1762は、ノンコヒーレント励起光が、筐体560から逃げ、検出ゾーン1765に到達する前の色素の漂白を避けることを可能にする。
【0053】
様々な実施形態において、反射光学素子1780は、ノンコヒーレント光を結合素子1740の方向に向け得る平面鏡であり得る。反射光学素子1780はまた、筐体560が通過し得る穴1781を含み得る。様々な実施形態において、反射光学素子1780における穴の使用は、結合光学素子に先立つ、光路内の位置で筐体560を曲げることによって避けられ得る。反射光学素子1780におけるアパーチャに対する必要性を避けるための、屈曲している筐体560の実施例は、図18Dに示される。様々な実施形態において、図18Aによって例示されるように、反射光学素子は、内部全反射面1889と筐体560が通過し得るアパーチャとを含むプリズム1880であり得る。プリズム1880は、結合素子1840に近接して配置され得る。
【0054】
他の様々な実施形態によると、反射光学素子1780および結合光学素子1740は、モノリシックな構造であり得る。図18Bによって例示されるように、モノリシック構造1885は、内部全反射面1889を含むプリズムと結合光学素子1885とを一体化し得る。さらに他の実施形態によると、図18Cによって例示されるように、反射光学素子は、内部全反射面1889を含むプリズム1880であり得る。プリズム1880は、結合光学素子1850とは別個の構造であり得るが、結合光学素子1840と接触して配列され得る。図18Cに示されるように、第2のレンズ1763は、プリズム1880に隣接して配置され得る。第2のレンズ1763は、例えば、フレネルレンズ、球状のレンズまたは非球面のレンズであり得る。様々な実施形態によると、反射光学素子は、ノンコヒーレント光が、結合光学素子に入る前に、該光を平行にし得る。他の様々な実施形態において、レンズは、結合光学素子の方向にノンコヒーレント光を集束し得る。図18Dに示されるように、レンズ1785は、結合光学素子1740の方向にノンコヒーレント光を集束し得る。筐体560も、レンズ1785における穴に対する必要性を避けるために屈曲され得る。
【0055】
様々な実施形態において、結合光学素子1740は、円錐状の素子、長円形(ob−round)に延びた円錐状、または該二つの形状の組み合わせであり得る。結合光学素子1740は、例えば、筐体560上に成形、鋳造、融合、熱収縮または圧着され得る。様々な実施形態において、屈折率整合組成物または屈折率整合構成、例えば光学エポキシが、結合光学素子1740と筐体560の一部分とを光学的に結合するために用いられ得る。屈折率整合組成物の構成は、さらに固形材料、半固形材料、液体材料、粘性材料、ゲル材料またはそれらの組み合わせであり得る。図17Bを参照すると、結合光学素子1740は、例えば屈折率整合組成物561を用いて筐体560の外部面に対して先細になり得る。
【0056】
様々な実施形態において、結合光学素子1740は、筐体560の外部面に対して先細にならない。図17Cを参照すると、結合光学素子1740は、筐体560の外部面に対して先細にはならず、直径dの端部を含む。直径dは、結合光学素子1740の先端の直径よりも大きい。励起源の像1763が、結合光学素子1740の先端の直径よりも適切に大きい場合には、結合光学素子1740は、望むように機能し得る。例えば、励起源の像1763は、図17Cに示されるように、3dの直径を有し得る。
【0057】
例えば、結合光学素子1740の材料の屈折率が、筐体560の材料の屈折率よりも大きな様々な実施形態において、結合光学素子1740内にあり筐体560に入射するノンコヒーレント光は、以下のモードのうちの1つにおいて伝搬し得る。非常に浅い入射角の光は、筐体560の内部壁で反射し、ルーメンを横切り得ない。入射角の浅い光は、筐体の壁に入り、内部全反射によって筐体の壁の中で伝搬し得る。急な入射角の光は、筐体560に入り、かつ出得る。また、入射角の範囲内の光は、筐体の壁の外部面を通過し、筐体560内で、概ね筐体の軸方向に伝搬し得る。この入射角範囲内の光は、筐体の壁およびルーメン内において伝搬し得、筐体の外部壁から反射する。上の状況のそれぞれではね返る角度は、結合光学素子1740の材料の屈折率および筐体560の材料の屈折率に依存し得る。様々な実施形態によると、円錐状の結合光学素子1740は、筐体560に入射する照明が、筐体560の壁を通過し、筐体に入ることによって、内部全反射によって筐体の軸の方向に伝搬するような角度範囲内に、円錐の角度を有し得る。
【0058】
様々な実施形態において、屈折率整合組成物561は、結合光学素子1740と筐体560との間の空間または領域を満たすか、または占領し得る。屈折率整合組成物561はさらに、結合光学素子1740と筐体560とから伝搬する光の結合効率に影響する所望の光学特性を有するように選択され得る。例えば、屈折率整合組成物561は、結合光学素子1740と筐体560との間の結合効率を向上させる屈折率を有し得る。
【0059】
様々な実施形態において、屈折率整合組成物561の屈折率は、結合光学素子1740の屈折率より少なくあり得る。屈折率整合組成物561の屈折率と結合光学素子1740との差を提供することは、結合光学素子1740と筐体560、結合光学素子1740と屈折率整合組成物561、または結合光学素子1740と筐体560との間の結合効率をさらに向上させ得る。同様にして、屈折率整合組成物561の屈折率は、所望の結合効率を達成するために筐体560の光学特性または屈折率を基礎として選択され得る。
【0060】
様々な実施形態において、屈折率整合組成物561の屈折率は、1.4と結合光学素子1740の屈折率との間に近似する範囲になるように選択され得る。様々な実施形態において、屈折率整合組成物561の屈折率は、1.4より僅かに大きいか僅かに小さくあり得、または1.4よりも遥かに大きいか遥かに小さくあり得る。加えて、屈折率整合組成物561の屈折率は、結合光学素子1740よりも僅かに大きいか僅かに小さくあり得、または結合光学素子1740よりも遥かに大きいか遥かに小さくあり得る。
【0061】
図17Dおよび図17Eは、結合光学素子1740と筐体560との関係の一実施形態を例示し、屈折率整合組成物561が、その間に存在することによって所望の結合効率を達成する。一局面において、結合光学素子1740と筐体560との間の結合効率は、屈折率整合組成物561に対する適切な、または所望の屈折率を決定するために、それぞれの光学特性に基づいて評価され得る。例えば、図17Eは、約1.5の屈折率および約24度の角度1780を有する結合光学素子に対する、結合光学素子1740と筐体560との間の結合効率の例示的な依存関係を例示する。結合効率は、結合光学素子1740を介する筐体560への放出の強度または伝搬の割合の関数としてさらに決定され得る。この情報を用いて、屈折率整合組成物561に対する適切または所望の屈折率が、決定され得る。
【0062】
様々な実施形態において、結合光学素子は、筐体560への光の結合を容易にする任意の形状であり得る。図25Aを参照すると、結合光学素子2540は、例えば軸上で非対称な形状、例えば、長円形の断面を有する円錐を有し、キャピラリ2560の面と結合する。光250は、結合光学素子2540の端部2541に入り、次いでキャピラリ2560の面に結合し得る。様々な実施形態によると、結合光学素子は、楕円体または放物線状の形状を有し得る。図25Bを参照すると、結合光学素子2545は、光250を平面端に結合し得る楕円体または放物線の形状を有する。光250は、次いで筐体560に結合され得る。さらに別の実施形態によると、結合光学素子2550は、ウェッジまたは切頭された円錐形の形状を有し得る。図25Cの側面図を参照すると、結合光学素子2550は、光250を端部2551に結合し得るウェッジの形状を有し得る。光250は、次いで筐体560に結合し得る。
【0063】
様々な実施形態において、光ダンプ1762は、励起光を吸収または伝達し得る。例えば、光ダンプ1762は、低蛍光吸収材料であり得、光学路から離れて配置され得る。例えば、光ダンプ1762は、黒色の塗料、エポキシ、またはノンコヒーレント励起光を吸収する炭化したポリイミドであり得る。他の様々な実施形態において、光ダンプは、例えば図19Aに示されるように、励起光250を漏らすことを可能にする、筐体560の湾曲部分であり得る。筐体560の湾曲部分は、光250が検出ゾーン1765を通過した後に配置され得る。様々な実施形態において、筐体560の湾曲部分は、サンプルが検出ゾーン1765に到達する前に配置され得、図19Aにおいて矢印561によって筐体560内のサンプルの流れの方向を示すように図示される。図19Bに示されるように、光ダンプ1762は、筐体1760のルーメン内の流体の反射率と等しいか、それよりも大きな反射率を有する材料から作られた円錐の素子であり得、ノンコヒーレント励起光250が筐体1760から漏れることを可能にする。光ダンプ1762の形状は、必要に応じて変化することによって、筐体560の形状を収容する。様々な実施形態において、図19Cに示されるように、光ダンプ1762は、筐体560の全周よりも小さくサンプル筐体に光学的に結合されることによって、例えば、筐体560に近接し得る収集光学40の、検出ゾーン1765により近い位置での励起光250のダンピングを容易にする。
【0064】
様々な実施形態によると、例示的な蛍光励起システムは、複数のノンコヒーレント光源および結合光学素子を含み得る。図20を参照すると、蛍光励起システム2000は、光源1710、レンズ1760、フィルタ1770、反射光学素子1780および結合光学素子1740を含み得る。様々な実施形態において、蛍光励起システム2000はさらに、第2の光源1711、第2のレンズ1761、第2のフィルタ1771、第2の反射光学素子1781および第2の結合光学素子1741を含み得る。第2の光源1711は、ノンコヒーレント照明を提供する非レーザー光源であり得る。様々な実施形態において、結合光学素子は、光ダンプとして用いられ得る。例えば、結合光学素子1741は、光源1710からのノンコヒーレント照明に対する光ダンプになり得、結合光学素子1740は、光源1711からのノンコヒーレント照明に対する光ダンプになり得る。
【0065】
様々な実施形態によると、結合光学素子は、図3に示されるNA向上素子40の形状に類似した切頭球であり得る。図21を参照すると、切頭球2140は、同軸伝搬するように筐体2160の壁を介してノンコヒーレント励起光250を導くための結合光学素子として用いられ得る。筐体2160の壁を介するノンコヒーレント励起光の結合は、そのような光が終点または端部を介して筐体2160に導かれるような条件なしに、軸方向に伝搬する光を提供するメカニズムを提供する。
【0066】
様々な実施形態において、切頭球2140は、筐体2160に成形、鋳造、融合または光学的に接続され得る。様々な実施形態において、Aより小さな角度で筐体2160に入射する励起光は、筐体2160の内壁で反射し、伝搬しながら該壁の中に留まる。Bよりも大きな角度で筐体2160に入射する励起光は、筐体2160で反射せず、筐体2160を出る。しかし、Aと等しいかより大きく、Bと等しいかより小さな角度で入射する励起光250は、筐体2160の軸に沿って同軸上に伝搬し得る。例えば、例示的な実施形態において、切頭球2140は、1.85の屈折率を有し得、筐体2160は、1.46の屈折率を有し得、筐体2160内の流体は、1.41の屈折率を有し得る。40.6°以上、57.4°以下で入射する励起光は、同軸伝搬し、筐体のルーメンにおける流体を照明する。
【0067】
様々な実施形態において、結合光学素子は、複数の光学素子を備え得る。図22は、筐体2260に成形、鋳造、融合または光学的に接続され得る透明素子2243を含み得る、結合光学素子2240の側面図を示す。透明素子2243の第1の面(上面)で、球2244の一部は、例えば屈折率整合組成物または流体によって透明素子2243に接合され得る。同様に、球2246の第2の部分は、透明な素子2243の第2の面(底面)に接合され得る。包括的に、透明素子2243、球2244の一部、および球2246の第2の部分は、結合光学素子2240を形成することによって、筐体2260においてノンコヒーレント励起光を同軸伝搬する。
【0068】
様々な実施形態において、筐体は、複数のキャピラリを含み得る。図23に示されるように、複数のキャピラリ2360は、サンプルを検出ゾーンに搬送し得る。透明素子2343は、複数のキャピラリ2360に成形、鋳造、融合されることによって、ノンコヒーレント励起光を結合させ、複数のキャピラリ2360において同軸伝搬する。球2344の一部分は、例えば屈折率整合組成物または流体によって、透明素子2343の第1の面(表面)に接合され得る。図22に示される球の第2の部分は、例えば屈折率整合組成物または流体によって、透明素子2343の第2の面(底面)に接合され得る。包括的に、図22において示される、透明素子2343、球2344の一部分および球の第2の部分は、結合光学素子2344を形成することによって、複数のキャピラリ2360においてノンコヒーレント励起光を同軸伝搬する。
【0069】
複数のキャピラリを含む様々な実施形態において、バリヤが、キャピラリ間のクロストークを低減するために用いられ得る。図29の端面図において示されるように、複数のキャピラリ2960のそれぞれは、バリヤ2961によって分離され得る。バリヤ2961は、キャピラリ2960間のクロストークを低減させる不透明な材料であり得る。
【0070】
同軸方向の照明は、ノンコヒーレント光を筐体の端部に結合することによって、さらに達成され得る。様々な実施形態によれば、結合光学素子は、切頭球2140または半球であり、図3Aに示されるNA向上素子40に形状が類似しており、ノンコヒーレント光を筐体の端部に集束させ、一方で、なおも筐体の端部への流体的な接続を可能にしている。図24の断面図を参照すると、切頭球2440は、結合光学素子としての役目を果たす。流体接続部2468から筐体2460に流体の伝達を容易にする光学的に透明なシール2490は、流体接続部2468と筐体2460との間に接続され得る。切頭球2440は、図24に示されるように、シール2490に接合され得、その結果として、流体は、流体接続部2468から筐体2460に伝達され得、切頭球2440は、ノンコヒーレント光250を収集し、それを筐体2460の端部に集束し得る。
【0071】
様々な実施形態によれば、結合光学素子は、メニスカスレンズを含み得る。図26を参照すると、結合光学素子は、透明素子2690に接合されたメニスカスレンズ2640であり得る。接合されたメニスカスレンズ2640および透明素子2690は、キャビティ2649を形成し得る。透明素子2690は、キャビティ2649への流体の流れを可能にする流体接続部2668をさらに含み得る。筐体2660は、透明素子2690の幅を通過し得、その結果として、筐体2660の端部は、キャビティ2649内で開き、筐体2660への流体の流れを可能にし得る。サンプルを搬送する流体は、流体接続部2668からキャビティ2649へと流れ、次いでキャビティ2649から筐体2660の端部へと流れ得る。筐体2660の検出ゾーン部分(不図示)は、メニスカスレンズ2640を用いて同軸方向に照明され、ノンコヒーレント励起光を収集し、それを、キャビティ2649の中へ開く筐体2660の端部に集束し得る。
【0072】
様々な実施形態によれば、結合光学素子は、筐体に接合された切頭球であり得る。図27の断面図に示されるように、切頭球2740は、例えば、成形、鋳造または融合によって筐体2760に接合され得る。流体接続部2768は、切頭球2740に接合され得、その結果として、流体は、切頭球2740を通過し、筐体2760の端部に入り得る。筐体2670の検出ゾーン(不図示)は、切頭球2740を用いて同軸方向に照明し、ノンコヒーレント励起光250を収集し、それを、筐体2760の端部に集束し得る。
【0073】
様々な実施形態によれば、生物学的サンプルを分析するためのシステムは、蛍光励起システムと蛍光検出システムとを含み得る。図28を参照すると、生物学的なサンプルを分析するためのシステム2800は、複数の光源および結合光学素子を有する例示的な蛍光励起システム2801を含み得る。図28に示されるように、蛍光励起システム2801は、光源2810、レンズ2860、フィルタ2870、反射光学素子2880および結合光学素子2840を含み得る。様々な実施形態において、蛍光励起システム2801は、第2の光源2811、第2のレンズ2861、第2のフィルタ2871、第2の反射光学素子2881および第2の結合光学素子2841をも含み得る。第2の光源2811は、非レーザー光源であり得、ノンコヒーレント照明を提供する。サンプルは、筐体560によって検出ゾーンに搬送され得る。様々な実施形態において、筐体560は、複数のキャピラリを備え得る。
【0074】
生物学的サンプルを分析するためのシステム2800は、さらに例示的な蛍光性の光検出システム2802を含み得、該蛍光性の光検出システムは、NA向上光学素子40、レンズ430および500、マスク(不図示)、格子510および検出器290を含む。格子510は、筐体560の軸に直角の方向、例えばページの中および外への方向に、光を屈折し得る。例示を簡潔にするために、これは、図28において、格子510およびレンズ500を僅かに傾けることによって描写される。様々な実施形態によれば、ミラーは、像が検出器に届く方向に配置され得る。様々な実施形態によれば、検出器は、像が検出器のどこに入るかを制御するためにマスクされ得る。様々な実施形態によれば、筐体560は、複数のキャピラリを含み得、かつ/または格子510は、フィルタホイールによって置換され得る。フィルタホイールは、良好なスペクトルの分離および収集効率を提供するために選択され得、サンプル内の複数の色素の間の区分を可能にする。
【0075】
動作において、光源2810および2811は、励起光をレンズ2860および2861のそれぞれに提供し得る。励起光は、フィルタ2870および2871のそれぞれに導かれ得、該フィルタは、励起光の所望の波長を受け入れ、他の波長をブロックすることによって励起光を調節し得る。励起光は、反射素子2880および2881のそれぞれによって反射され、結合光学素子2840および2841のそれぞれに向けられ得る。励起光は、同軸方向に伝搬するように筐体560に結合され得る。励起光は、筐体560におけるサンプル内の色素によって吸収され得、該色素を刺激することによって全方向に蛍光性の光30を放出する。様々な実施形態によれば、NA向上光学素子40は、検出ゾーンから蛍光性の光30を収集し、それをレンズ430に向け得る。蛍光性の光は、伝達格子510によって分散され、レンズ500によって検出器290に集束され得る。上述されたサンプルを分析するためのシステムは、例示的であり、本明細書中に開示された他の励起システムが、本明細書中に開示の他の検出システムと組み合され得ることを、当業者は理解されたい。
【0076】
他の様々な実施形態において、筐体2860は、複数のルーメン、例えばマルチボアキャピラリまたはマルチチャネルプレートを含み得る。他の様々な実施形態において、筐体2860は、各筐体内に単一または複数のルーメンを有する複数の筐体を包含し得る。複数のキャピラリを含む実施形態、例えば図25Aに示されるような実施形態において、バリヤが、キャピラリ間のクロストークを低減させるために配置され得る。図29Aは、複数のキャピラリ2960が、バリヤ2961によって分離され得ることを示す。バリヤ2961は、1つのキャピラリへの励起光および/または蛍光性の光を制限し得る。
【0077】
様々な実施形態において、マスクは、迷った励起光から検出ゾーンおよび検出光学を保護するために用いられ得る。図29Bを参照すると、マスク440は、結合光学素子2940の下流で、筐体560の周囲に配置され得る。マスク440は、例えばスリットを含む不透明な材料であり得、筐体560へのマスク440の挿入を可能にする。励起光250は、結合光学素子2940によって筐体560の中に結合され得る。光の一部分、迷光253は、筐体560の中に結合されず、図29Bにおいて示されるように、結合光学素子2940を出る。マスク440は、迷光253から検出ゾーンおよび検出光学を保護し得る。
【0078】
他の様々な実施形態によれば、システムは、光を筐体の内部および外部へと結合させるための結合光学素子を含み得る。図30を参照すると、システム3000は、光250を提供する光源、光学素子3080および結合光学素子3040を含み得る。光学素子3080は、例えばダイクロイック光学フィルタであり得る。光学素子3080、例えばダイクロイック光学フィルタは、図30に示されており、励起光250に対して45度の角度で配置される。しかし、他の角度も用いられ得ることを、当業者は理解されたい。システム3000は、例えばキャピラリなどの筐体560をさらに含み得る。筐体560は、光学素子3080を避けるために曲げられ得る。結合光学素子3040は、本明細書中に開示されるように、筐体560に結合され得る。様々な実施形態において、システム3000は、光ダンプ1762をさらに含み得る。
【0079】
動作において、励起光250は、光学素子3080から反射し、結合光学素子3040の方向に向けられ得る。結合光学素子3040は、次いでキャピラリ560に励起光250を結合させ得る。キャピラリ560に結合されると、励起光250は、ゾーン3065で筐体560内のサンプルと相互作用され得、蛍光性の光を全方向に放出させる。蛍光性の光の一部は、結合光学素子3040の方向に放出される。結合光学素子3040は、次いで筐体560の外で蛍光性の光のその部分を結合させ、それを光学素子3080の方向に向け得る。結合光学素子3040によって筐体560の外で結合され光学素子3080の方向に向けられた蛍光性の光は、図30において蛍光性の光252として示される。光学素子3080、例えばダイクロイック光学フィルタは、蛍光性の光252を通過させるが、光の望ましくない波長、例えば励起光250を反射し得る。蛍光性の光252は、次いで検出器(不図示)の方向に向けられ得る。
【0080】
さらに他の実施形態において、吸収および/または蛍光システムは、例えば液体クロマトグラフィシステムにおいて用いられ得るように提供される。図31を参照すると、吸収システム3100は、励起光250を提供する光源、第1の結合光学素子3140、第2の結合光学素子3141、マスク440および筐体560を含み得る。筐体560は、図31に示されるように曲げられ得、光源(不図示)および検出器(不図示)を避ける。しかし、筐体560は、他の方法、例えばZの形状に曲げられ得ることを、当業者は理解されたい。第1の結合光学素子3140および第2の結合光学素子3141は、本明細書中に開示されたように、筐体560に結合され得る。
【0081】
様々な実施形態において、第1の結合光学素子3140および/または第2の結合光学素子3141は、複数の区画から形成され得る。屈折率整合組成物または屈折率整合液体と接合された複数の区画から形成された結合光学素子3240の実施例が、図32A〜図32Cにおいて示される。様々な区画が、点線A−AおよびB−Bによって描写される。様々な実施形態において、いずれの屈折率整合も、用いられていない。様々な実施形態において、第2の結合光学素子3141は、複数の間隔を置いた区画によって形成され得る。図33は、2つの間隔を置いた区画3341aおよび3341bによって形成された第2の光学素子3141の実施例を示す。様々な実施形態において、区画3341aは、本明細書中に開示されたように、筐体560に接合され得る。区画3321bは、区画3321aおよび筐体560に接合されずに、離れて配列され得る。第1の結合光学素子3140および/または第2の結合光学素子3141は、さらに取付け特徴を含み得る。図34を参照すると、結合光学素子3440は、本明細書中に開示されたように、筐体560に結合され得る。結合光学素子3440は、例えば結合光学素子3440を取り付けるか安定させるように用いられ得る、取付け特徴3448をも含み得る。様々な実施形態において、取付け特徴3448は、効率の損失を避けるために結合光学素子3440の表面上の領域C内に位置し得る。
【0082】
再び図31を参照すると、励起光250は、第1の結合光学素子3140に向けられ得る。第1の結合光学素子3140は、筐体560に励起光250を結合させ得る。励起光250は、次いでゾーン3065で筐体250内のサンプルと相互作用し得る。相互作用は、例えば、光の吸収および/または蛍光の放出であり得る。サンプルとの相互作用の後に、光251は、第2の結合光学素子3141によって、筐体560の外で結合され、検出器(不図示)の方向に向けられ得る。
【0083】
本明細書中に関係する全ての刊行物および特許出願は、個々の刊行物または特許出願のそれぞれが、詳細かつ個別的に参照として援用されると同等な程度に、ここに参照として援用される。
【0084】
本明細書および添付の特許請求の範囲の目的のために、特記されない限りは、本明細書および特許請求の範囲において用いられる、量、割合または比率を表す全ての番号および他の数値は、用語「約」によって全ての場合において修正されることが理解されるべきである。従って、対照的に示されない限りは、以下の明細書および添付の特許請求の範囲において明らかにされる数のパラメータは、本発明によって取得されようとする所望の特性に依存して変化し得る近似値である。特許請求の範囲内の均等物の教義の適用を限定するのではなく、それぞれの数のパラメータは、少なくとも、報告される重要な桁の数を考慮し、一般的な切り上げの技術を適用することによって解釈されるべきである。
【0085】
本発明の幅広い範囲を明らかにする数の範囲およびパラメータは、近似値であるが、特定の実施例において明らかにされる数値は、可能な限り正確に報告されている。しかし、あらゆる数値は、本質的に、それぞれの検査測定において発見された標準偏差からやむをえず生じる特定のエラーを含む。さらに、本明細書中に開示の全ての範囲は、本明細書中に組み入れられた任意および全てのサブレンジを包含することが理解される。例えば、「10より少ない」という範囲は、最小値のゼロと最大値の10との間(およびそれらを含む)の任意および全てのサブレンジ、すなわち、ゼロと等しいか、それよりも大きな最小値および10と等しいか、それよりも小さな最大値を有する、任意および全てのサブレンジを含み、例えば1から5などである。
【0086】
留意されるべきは、本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられるように、単数形の「一」、「1つ」および「この」は、明白で疑う余地のないように1つの指示対象に制限されない限りは、複数の指示対象物を含む。従って、例えば「1つのマスク」に対する参照は、2つ以上の異なるマスクを含む。本明細書中に用いられるように、用語「含む」およびその文法上の異形は、非限定的であるように意図されるのであって、リストにおけるアイテムの引用は、リスト化されたアイテムと代用され得るか、または加えられ得る他の同類のアイテムを除外するものではない。
【0087】
様々な修正および変更が、本明細書中に記述された様々な実施形態に、本教示の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることが当業者には明確である。従って、本明細書中に記述された様々な実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲の内において、他の修正および変更を包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0088】
【図1】図1は、サンプル、筐体およびNA向上光学素子の様々な実施形態の図解である。
【図2A】図2Aは、NA向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。
【図2B】図2Bは、NA向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。
【図3】図3A〜図3Eは、NA向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。
【図4】図4は、NA向上光学素子に対するソース平面と理論的な無収差ソース平面との関係性を図示し、ここで図4Aは、理論的な無収差ソース平面が使用される場合の光の焦点を図示し、図4Bは、本発明の様々な教示に従うソース平面が使用される場合の光の焦点を示す。
【図5】図5は、NA向上光学素子の様々な実施形態の断面図を示す。
【図6A】図6Aは、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図6B】図6Bは、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図7】図7は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図8】図8は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図9】図9は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図10】図10は、蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図11A】図11Aは、光検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図11B】図11Bは、図11Aに図示されるような検出器の一部分の様々な実施形態の図解を示す。
【図12A】図12Aは、光検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図12B】図12Bは、図12Aに図示されるような光検出システムの一部分の様々な実施形態の上部断面図を示す。
【図12C】図12Cは、図12Aに図示されるような光検出システムの一部分の様々な実施形態の側方断面図を示す。
【図12D】図12Dは、図12Aに図示されるような検出器の一部分の様々な実施形態の図解を示す。
【図12E】図12Eは、図12Aに図示されるような検出器の一部分の様々な実施形態の図解を示す。
【図13】図13は、光検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図14】図14は、NA向上光学素子およびマスクの様々な実施形態の上部断面図を示す。
【図14A】図14Aは、NA向上光学素子およびマスクの様々な実施形態の上部断面図を示す。
【図14B】図14Bは、第一の検出ゾーンから収集された蛍光性の光を検出するように構成された検出器の一部分を示す。
【図15】図15は、NA向上光学素子、マスクおよび筐体構成の様々な実施形態の側方断面図を示す。
【図16】図16は、NA向上光学素子、マスクおよび筐体構成の様々な実施形態の側方断面図を示す。
【図17A】図17Aは、結合光学素子を含む蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図17B】図17Bは、結合光学素子を含む蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図17C】図17Cは、結合光学素子を含む蛍光性の光の検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図17D】図17Dは、光検出システムの結合効率および屈折率整合特性の原理を示す。
【図17E】図17Eは、光検出システムの結合効率および屈折率整合特性の原理を示す。
【図18】図18A、図18B、図18Cおよび図18Dは、蛍光励起システムの反射光学素子および結合光学素子の様々な実施形態の側面図を示す。
【図19】図19A、図19Bおよび図19Cは、蛍光励起システムの光ダンプの様々な実施形態の図解を示す。
【図20】図20は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図21】図21は、結合光学素子の様々な実施形態の側方図を示す。
【図22】図22は、結合光学素子の様々な実施形態の側方図を示す。
【図23】図23は、結合光学素子の様々な実施形態の上面図を示す。
【図24】図24は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図25】図25A、図25Bおよび図25Cは、蛍光励起システムの実施形態に従う例示的な結合光学素子および筐体を示す。
【図26】図26は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図27】図27は、蛍光励起システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図28】図28は、蛍光励起および検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図29A】図29Aは、クロストークを減少させるためのバリヤを有する複数のキャピラリを含む蛍光励起および検出システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図29B】図29Bは、検出ゾーンおよび/または検出光学素子からの迷光を減少させるためのマスクの様々な実施形態の図解を示す。図29Bは、検出ゾーンおよび/または検出光学素子からの迷光を減少させるためのマスクの様々な実施形態の図解を示す。
【図30】図30は、光を筐体内および筐体外に結合するための結合光学素子を含むシステムの様々な実施形態の図解を示す。
【図31】図31は、吸光および/または蛍光システムの様々な実施形態の図解を示す。
【図32】図32A、図32Bおよび図32Cは、複数の区画を備える結合光学素子の様々な実施形態の図解を示す。
【図33】図33は、2つの部分を備える結合光学素子の様々な実施形態の図解を示す。
【図34】図34は、取り付け特徴を含む結合光学素子の様々な実施形態の図解を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
サンプルを分析する励起システムであって、
光源と、
筐体であって、該筐体はサンプルを搬送し、内部全反射によって、該光源から光を伝搬する、筐体と、
該光源から該筐体へ該筐体の壁を通って導くように構成された結合光学素子と、
該筐体および該結合光学素子と光学的に結合するような方法で配置された屈折率整合組成物と
を備えている、システム。
【請求項2】
前記屈折率整合組成物の少なくとも一部分は、前記筐体と前記結合光学素子との間の領域に配置される、請求項1に記載のシステム。
【請求項3】
前記屈折率整合組成物の組成は、固体材料、半固体材料、液体材料、粘性材料およびゲル材料からなるグループから選択される、請求項1に記載のシステム。
【請求項4】
前記筐体、前記結合光学素子および前記屈折率整合組成物は、それぞれの屈折率を有し、該屈折率整合組成物の該屈折率は、該筐体と該結合光学素子との間に選択された程度の結合効率を提供するように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項5】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記筐体に対する該屈折率と類似する、請求項4に記載のシステム。
【請求項6】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記結合光学素子に対する該屈折率と類似する請求項4に記載のシステム。
【請求項7】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記結合光学素子の該屈折率未満である、請求項4に記載のシステム。
【請求項8】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、ほぼ1.4からほぼ前記結合光学素子の該屈折率までの範囲である、請求項7に記載のシステム。
【請求項9】
前記結合光学素子の屈折率は、前記筐体の屈折率よりも大きい、請求項1に記載のシステム。
【請求項10】
前記筐体を備えている材料の屈折率は、該筐体内を搬送される流体サンプルの屈折率よりも大きい、請求項1に記載のシステム。
【請求項11】
前記光源は、コヒーレント光源、ノンコヒーレント光源およびコヒーレント/ノンコヒーレント光源の組み合わせからなるグループから選択される、請求項1に記載のシステム。
【請求項12】
前記筐体は、複数のキャピラリを備えている、請求項1に記載のシステム。
【請求項13】
前記結合光学素子は、切頭球、半球、円錐、ハイパー半球、円筒面と結合されている球面、平面と結合されている球面およびメニスカスレンズからなるグループから選択される形状を有する、請求項1に記載のシステム。
【請求項14】
前記切頭球は、
前記筐体の一部分に接続された結合区画と、
該結合区画の第一の部分と接続されたレンズ区画と、
該結合区画の第二の部分と接続された第二のレンズ区画と
をさらに備えている、請求項13に記載のシステム。
【請求項15】
前記結合光学素子は、光が前記筐体に入り、内部全反射によって伝搬することを可能にするように構築される、請求項1に記載のシステム。
【請求項16】
サンプルの蛍光を励起する方法であって、
キャピラリを用いて検出ゾーンを通って、複数のサンプルを搬送することと、
結合光学素子ならびに該結合光学素子および該キャピラリと光学的に結合する屈折率整合組成物を用いて該キャピラリにノンコヒーレント光を向けることと
を包含する、方法。
【請求項17】
前記屈折率整合組成物の少なくとも一部分は、前記キャピラリと前記結合光学素子との間の領域に配置される、請求項16に記載の方法。
【請求項18】
前記屈折率整合組成物の組成は、固体材料、半固体材料、液体材料、粘性材料およびゲル材料からなるグループから選択される、請求項16に記載の方法。
【請求項19】
前記キャピラリ、前記結合光学素子および前記屈折率整合組成物は、それぞれの屈折率を有し、該屈折率整合組成物の該屈折率は、該キャピラリと該結合光学素子との間に選択された程度の結合効率を提供するように構成された、請求項16に記載の方法。
【請求項20】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記キャピラリに対する該屈折率と類似する、請求項19に記載の方法。
【請求項21】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記結合光学素子に対する該屈折率と類似する、請求項19に記載の方法。
【請求項22】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記結合光学素子の該屈折率未満である、請求項16に記載の方法。
【請求項23】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、ほぼ1.4から、ほぼ前記結合光学素子の該屈折率までの範囲である、請求項22に記載の方法。
【請求項24】
前記結合光学素子の屈折率は、前記キャピラリの屈折率より大きい、請求項16に記載の方法。
【請求項25】
前記キャピラリを備えている材料の屈折率は、該キャピラリ内を搬送されるサンプルの屈折率より大きい、請求項16に記載の方法。
【請求項26】
前記結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を向けることは、切頭球およびメニスカスレンズのうちの少なくとも1つを用いて、該ノンコヒーレント光を該キャピラリの端部で集束させることを包含する、請求項16に記載の方法。
【請求項27】
前記結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を向けることは、切頭球および円錐形状の素子のうちの少なくとも1つを用いて該ノンコヒーレント光を該キャピラリの壁を通って集束させることを包含する、請求項16に記載の方法。
【請求項28】
前記結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を向けることは、該キャピラリと接続される結合区画および該結合区画に接続される少なくとも1つのレンズ部分を備えている励起レンズを用いて、該ノンコヒーレント光を該キャピラリの壁を通って集束させることを包含する、請求項16に記載の方法。
【請求項29】
第二の結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を向けることをさらに包含する、請求項16に記載の方法。
【請求項30】
前記結合光学素子は、第一の方向に沿って前記検出ゾーンを通って伝搬するように前記ノンコヒーレント光を向け、前記第二の結合光学素子は、第二の方向に沿って該検出ゾーンを通って伝搬するように該ノンコヒーレント光を向ける、請求項29に記載の方法。
【請求項31】
前記ノンコヒーレント光が前記検出ゾーンを通過した後に、前記筐体から該ノンコヒーレント光を取り除くことをさらに包含する、請求項16に記載の方法。
【請求項32】
前記サンプルは、前記キャピラリを備えている材料の屈折率よりも小さい屈折率を有する流体によって、前記検出ゾーンを通って搬送される、請求項16に記載の方法。
【請求項33】
サンプルを分析するシステムであって、
ノンコヒーレントな励起光を提供する光源と、
少なくとも1つの筐体であって、該筐体はサンプルを搬送し、内部全反射によって該ノンコヒーレントな励起光を伝搬させる、少なくとも1つの筐体と、
該ノンコヒーレントな励起光を該少なくとも1つの筐体の壁を通って該少なくとも1つの筐体に導くように構成された結合光学素子と、
該少なくとも1つの筐体と該結合光学素子との間に配置された屈折率整合組成物と、
放出された蛍光を収集するための少なくとも1つのNA向上光学素子であって、該NA向上光学素子は、第一の材料から構築され、該筐体は第二の材料から構築され、該第一の材料は該第二の材料よりも大きい屈折率を有する、少なくとも1つのNA向上光学素子と
を備えている、システム。
【請求項34】
前記屈折率整合組成物は、前記筐体の屈折率と類似する屈折率を有する、請求項33に記載のシステム。
【請求項35】
前記屈折率整合組成物は、前記結合光学素子の屈折率と類似する屈折率を有する、請求項33に記載のシステム。
【請求項36】
前記屈折率整合組成物は、前記結合光学素子の屈折率未満の屈折率を有する、請求項33に記載のシステム。
【請求項37】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、ほぼ1.4からほぼ前記結合光学素子の該屈折率までの範囲である、請求項36に記載のシステム。
【請求項38】
前記NA向上光学素子は、切頭球である、請求項33に記載のシステム。
【請求項39】
前記切頭球は、
前記少なくとも1つの筐体の一部分に接続された結合区画と、
該結合区画の表に接続されたレンズ区画と、
該結合区画の裏に接続された第二のレンズ区画と
を備えている、請求項38に記載のシステム。
【請求項40】
複数の筐体をさらに備えている、請求項33に記載のシステム。
【請求項41】
1サイクルごとに複数の筐体からの蛍光性の光を検出するように適合されている検出器をさらに備えている、請求項40に記載のシステム。
【請求項42】
1サイクルごとに1つの筐体からの蛍光性の光を検出するように適合されている検出器をさらに備えている、請求項40に記載のシステム。
【請求項1】
サンプルを分析する励起システムであって、
光源と、
筐体であって、該筐体はサンプルを搬送し、内部全反射によって、該光源から光を伝搬する、筐体と、
該光源から該筐体へ該筐体の壁を通って導くように構成された結合光学素子と、
該筐体および該結合光学素子と光学的に結合するような方法で配置された屈折率整合組成物と
を備えている、システム。
【請求項2】
前記屈折率整合組成物の少なくとも一部分は、前記筐体と前記結合光学素子との間の領域に配置される、請求項1に記載のシステム。
【請求項3】
前記屈折率整合組成物の組成は、固体材料、半固体材料、液体材料、粘性材料およびゲル材料からなるグループから選択される、請求項1に記載のシステム。
【請求項4】
前記筐体、前記結合光学素子および前記屈折率整合組成物は、それぞれの屈折率を有し、該屈折率整合組成物の該屈折率は、該筐体と該結合光学素子との間に選択された程度の結合効率を提供するように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項5】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記筐体に対する該屈折率と類似する、請求項4に記載のシステム。
【請求項6】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記結合光学素子に対する該屈折率と類似する請求項4に記載のシステム。
【請求項7】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記結合光学素子の該屈折率未満である、請求項4に記載のシステム。
【請求項8】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、ほぼ1.4からほぼ前記結合光学素子の該屈折率までの範囲である、請求項7に記載のシステム。
【請求項9】
前記結合光学素子の屈折率は、前記筐体の屈折率よりも大きい、請求項1に記載のシステム。
【請求項10】
前記筐体を備えている材料の屈折率は、該筐体内を搬送される流体サンプルの屈折率よりも大きい、請求項1に記載のシステム。
【請求項11】
前記光源は、コヒーレント光源、ノンコヒーレント光源およびコヒーレント/ノンコヒーレント光源の組み合わせからなるグループから選択される、請求項1に記載のシステム。
【請求項12】
前記筐体は、複数のキャピラリを備えている、請求項1に記載のシステム。
【請求項13】
前記結合光学素子は、切頭球、半球、円錐、ハイパー半球、円筒面と結合されている球面、平面と結合されている球面およびメニスカスレンズからなるグループから選択される形状を有する、請求項1に記載のシステム。
【請求項14】
前記切頭球は、
前記筐体の一部分に接続された結合区画と、
該結合区画の第一の部分と接続されたレンズ区画と、
該結合区画の第二の部分と接続された第二のレンズ区画と
をさらに備えている、請求項13に記載のシステム。
【請求項15】
前記結合光学素子は、光が前記筐体に入り、内部全反射によって伝搬することを可能にするように構築される、請求項1に記載のシステム。
【請求項16】
サンプルの蛍光を励起する方法であって、
キャピラリを用いて検出ゾーンを通って、複数のサンプルを搬送することと、
結合光学素子ならびに該結合光学素子および該キャピラリと光学的に結合する屈折率整合組成物を用いて該キャピラリにノンコヒーレント光を向けることと
を包含する、方法。
【請求項17】
前記屈折率整合組成物の少なくとも一部分は、前記キャピラリと前記結合光学素子との間の領域に配置される、請求項16に記載の方法。
【請求項18】
前記屈折率整合組成物の組成は、固体材料、半固体材料、液体材料、粘性材料およびゲル材料からなるグループから選択される、請求項16に記載の方法。
【請求項19】
前記キャピラリ、前記結合光学素子および前記屈折率整合組成物は、それぞれの屈折率を有し、該屈折率整合組成物の該屈折率は、該キャピラリと該結合光学素子との間に選択された程度の結合効率を提供するように構成された、請求項16に記載の方法。
【請求項20】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記キャピラリに対する該屈折率と類似する、請求項19に記載の方法。
【請求項21】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記結合光学素子に対する該屈折率と類似する、請求項19に記載の方法。
【請求項22】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、前記結合光学素子の該屈折率未満である、請求項16に記載の方法。
【請求項23】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、ほぼ1.4から、ほぼ前記結合光学素子の該屈折率までの範囲である、請求項22に記載の方法。
【請求項24】
前記結合光学素子の屈折率は、前記キャピラリの屈折率より大きい、請求項16に記載の方法。
【請求項25】
前記キャピラリを備えている材料の屈折率は、該キャピラリ内を搬送されるサンプルの屈折率より大きい、請求項16に記載の方法。
【請求項26】
前記結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を向けることは、切頭球およびメニスカスレンズのうちの少なくとも1つを用いて、該ノンコヒーレント光を該キャピラリの端部で集束させることを包含する、請求項16に記載の方法。
【請求項27】
前記結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を向けることは、切頭球および円錐形状の素子のうちの少なくとも1つを用いて該ノンコヒーレント光を該キャピラリの壁を通って集束させることを包含する、請求項16に記載の方法。
【請求項28】
前記結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を向けることは、該キャピラリと接続される結合区画および該結合区画に接続される少なくとも1つのレンズ部分を備えている励起レンズを用いて、該ノンコヒーレント光を該キャピラリの壁を通って集束させることを包含する、請求項16に記載の方法。
【請求項29】
第二の結合光学素子を用いて前記キャピラリにノンコヒーレント光を向けることをさらに包含する、請求項16に記載の方法。
【請求項30】
前記結合光学素子は、第一の方向に沿って前記検出ゾーンを通って伝搬するように前記ノンコヒーレント光を向け、前記第二の結合光学素子は、第二の方向に沿って該検出ゾーンを通って伝搬するように該ノンコヒーレント光を向ける、請求項29に記載の方法。
【請求項31】
前記ノンコヒーレント光が前記検出ゾーンを通過した後に、前記筐体から該ノンコヒーレント光を取り除くことをさらに包含する、請求項16に記載の方法。
【請求項32】
前記サンプルは、前記キャピラリを備えている材料の屈折率よりも小さい屈折率を有する流体によって、前記検出ゾーンを通って搬送される、請求項16に記載の方法。
【請求項33】
サンプルを分析するシステムであって、
ノンコヒーレントな励起光を提供する光源と、
少なくとも1つの筐体であって、該筐体はサンプルを搬送し、内部全反射によって該ノンコヒーレントな励起光を伝搬させる、少なくとも1つの筐体と、
該ノンコヒーレントな励起光を該少なくとも1つの筐体の壁を通って該少なくとも1つの筐体に導くように構成された結合光学素子と、
該少なくとも1つの筐体と該結合光学素子との間に配置された屈折率整合組成物と、
放出された蛍光を収集するための少なくとも1つのNA向上光学素子であって、該NA向上光学素子は、第一の材料から構築され、該筐体は第二の材料から構築され、該第一の材料は該第二の材料よりも大きい屈折率を有する、少なくとも1つのNA向上光学素子と
を備えている、システム。
【請求項34】
前記屈折率整合組成物は、前記筐体の屈折率と類似する屈折率を有する、請求項33に記載のシステム。
【請求項35】
前記屈折率整合組成物は、前記結合光学素子の屈折率と類似する屈折率を有する、請求項33に記載のシステム。
【請求項36】
前記屈折率整合組成物は、前記結合光学素子の屈折率未満の屈折率を有する、請求項33に記載のシステム。
【請求項37】
前記屈折率整合組成物の前記屈折率は、ほぼ1.4からほぼ前記結合光学素子の該屈折率までの範囲である、請求項36に記載のシステム。
【請求項38】
前記NA向上光学素子は、切頭球である、請求項33に記載のシステム。
【請求項39】
前記切頭球は、
前記少なくとも1つの筐体の一部分に接続された結合区画と、
該結合区画の表に接続されたレンズ区画と、
該結合区画の裏に接続された第二のレンズ区画と
を備えている、請求項38に記載のシステム。
【請求項40】
複数の筐体をさらに備えている、請求項33に記載のシステム。
【請求項41】
1サイクルごとに複数の筐体からの蛍光性の光を検出するように適合されている検出器をさらに備えている、請求項40に記載のシステム。
【請求項42】
1サイクルごとに1つの筐体からの蛍光性の光を検出するように適合されている検出器をさらに備えている、請求項40に記載のシステム。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図12E】
【図13】
【図14】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図17D】
【図17E】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図18D】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29A】
【図29B】
【図30】
【図31】
【図32A】
【図32B】
【図32C】
【図33】
【図34】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図12E】
【図13】
【図14】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図17D】
【図17E】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図18D】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29A】
【図29B】
【図30】
【図31】
【図32A】
【図32B】
【図32C】
【図33】
【図34】
【公表番号】特表2008−536099(P2008−536099A)
【公表日】平成20年9月4日(2008.9.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−556310(P2007−556310)
【出願日】平成18年2月16日(2006.2.16)
【国際出願番号】PCT/US2006/005588
【国際公開番号】WO2006/089089
【国際公開日】平成18年8月24日(2006.8.24)
【出願人】(500069057)アプレラ コーポレイション (120)
【住所又は居所原語表記】850 Lincoln Centre Drive Foster City CALIFORNIA 94404 U.S.A.
【出願人】(507275888)株式会社日立ハイテクノロジーズ (1)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成20年9月4日(2008.9.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年2月16日(2006.2.16)
【国際出願番号】PCT/US2006/005588
【国際公開番号】WO2006/089089
【国際公開日】平成18年8月24日(2006.8.24)
【出願人】(500069057)アプレラ コーポレイション (120)
【住所又は居所原語表記】850 Lincoln Centre Drive Foster City CALIFORNIA 94404 U.S.A.
【出願人】(507275888)株式会社日立ハイテクノロジーズ (1)
【Fターム(参考)】
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