液体中に懸濁した生体サンプルの定量化、同定のためのシステムと方法
液体中に懸濁した生体サンプルの定量化、同定のためのシステムは、少なくとも一つの励起光源を備える蛍光励起モジュールと、蛍光励起モジュールに光結合され少なくとも一つの励起光源からの励起光を受け取るように生体サンプルを位置決めするサンプルインターフェースモジュールと、サンプルインターフェースモジュールに光結合されるとともに、生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスを検出するための少なくとも一つの検出装置を含む蛍光発光モジュールと、蛍光発光モジュールに作動可能に接続されたコンピュータモジュールとを有する。コンピュータモジュールは、生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスに対して多変数解析を行って生体サンプルを定量化、同定する。多変数解析は、生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法とすることができる。液体中に懸濁した生体サンプルの定量化、同定のための方法も提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、液体中に懸濁した生体サンプルの定量化、同定のためのシステムと方法に関する。より具体的には、本発明は、生体サンプルを同定と定量化するためにその生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスに対する多変数解析を利用するシステムと方法とに関する。
【０００２】
本出願は、ここにその全部を参考文献として合体させる２００５年８月８日出願の「液体中に懸濁した生体サンプルの定量化、同定のためのシステム」と題する米国仮特許出願第６０／７０６，４８９号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００３】
細菌学において、その種を同定することなく、二つのバクテリアの一般型であるグラム陽性とグラム陰性とを同定するために染色法が使用される。ヒトの病気に関連する微生物のいくつかを単離し同定するために染色媒体を使用することができるが、それによっては全ての可能な種を同定することはできない。現在、化学染色法を利用して約２０，０００種のバクテリア種を同定することが可能である。ただし、そのような方法でまだ存在する大きな困難は、バクテリア同定にかかる時間であって、これは自動化装置を使用した標準的な化学法の場合、分離菌（これには更に２４時間かかる）を有した状態で１８〜２４時間かかる。
【０００４】
より早いレスポンス時間を達成するために、様々な分光技術が開発されてきた。例えば、生体サンプルの分析中に、より早いレスポンス時間を達成するためにフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）分光法が利用されてきた。ＦＴＩＲ分光法に必要な工程は以下の通りである。まず、尿道感染症（ＵＴＩ）を有する患者の尿から単離された菌のグループを収集した。解析の前に、それらのサンプルを５０℃のオーブンで３０分間乾燥させた。これらのサンプルのスペクトルを、４０００ｃｍ−１〜６００ｃｍ−１の波数範囲にわたって収集した。前記スペクトルは、２０Ｈｚのレートで取得された。信号対ノイズ比を改善するために、２５６のスペクトルを合算し平均化した。その情報を分析したところ、前記サンプルの同定を行うことができたことが示された。
【０００５】
ラマン分光法も生体サンプルを同定し定量化する方法の候補として検討された。ラマン分光法に必要な工程は、以下の通りである。まず、低出力（３０ｍＷ）近赤外線７８０ｎｍダイオードレーザを使用して、サンプリング点における出力を通常３ｍＷに設定した分散型ラマン分光計（Ramascope）を使用してスペクトルを収集した。サンプルは、微生物懸濁物（３ｘ１０９細胞／ｍｌ）として提供された。スペクトルを６０秒間収集した。この情報を分析したところ、前記サンプルの同定を行うことができたことが示された。しかしながら、その同定は高い信頼度では行われなかった。
【０００６】
高速な微生物同定のために蛍光スペクトルを使用するためのその他の研究が提案されている。例えば、最善の種同定のために、最善の励起波長を選択し、それによって生体分子群の選択的励起を可能にする、マルチ励起蛍光分光法を使用する方法が提案されている。
【０００７】
ノアガード（Noergaard）ほかの米国特許Ｎｏ．６，８３４，２３７は、単離された生体サンプルを、動物の単離生体サンプルを含む少なくとも一つの条件について、特徴づけるための分類システムをトレースする方法を開示している。単離生体サンプルは、体液又は組織サンプルから選択される。組織サンプルは、前記条件（単数又は複数）と関連づけられていない。そのような方法の一例は、喫煙者と非喫煙者とからの尿サンプルを採取し、尿サンプルからの発光によってその人物が喫煙するか否かを検出することが可能であるか調べるものである。
【０００８】
それぞれジェン（Jeng）ほかの米国特許Ｎｏ．６，７７３，９２２，Ｎｏ．６，４２６，０４５，Ｎｏ．６，３６５，１０９およびＮｏ．６，０８７，１８２は、生体サンプルの少なくとも一つの分析物の濃度などのパラメータを測定するための装置と方法を開示している。これらの装置と方法は、ある種の分析物には可視光吸光光度法、又は他の分析物には赤外線吸光光度法を使用することによってそのような濃度値を得るものである。
【０００９】
ヴォ‐ディン（Vo-Dinh）の米国特許Ｎｏ．５，９３８，６１７は、サンプル中の生物病原体を、サンプルを複数の周波数の光で励起して複数の発光強度を同時にサンプリングすることによって同定するシステムに関する。このシステムは、サンプルを励起放射線源に対して露出させ、それによって放射線放出を発生させるための機構を備えている。前記生物病原体はウイルスやバクテリアとすることができる。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，８３４，２３７号
【特許文献２】米国特許第６，７７３，９２２号
【特許文献３】米国特許第６，４２６，０４５号
【特許文献４】米国特許第６，３６５，１０９号
【特許文献５】米国特許第６，０８７，１８２号
【特許文献６】米国特許第５，９３８，６１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した方法および／又はシステムは、それぞれ、試薬の使用、又は、熟練した作業者によるサンプル作成作業を必要とするものであり、それによってこれらの方法および／又はシステムは、作業がより困難で作業者がミスしやすいものとなっている。又、そのようなサンプル作成に必要な時間によってもこれらの方法および／又はシステムは迅速な診断には不適なものとなっている。
【００１２】
したがって、本発明の一つの課題は、流体中の生体サンプルを同定、定量化するシステムを提供することにある。本発明の別の課題は、分析を迅速に行うそのようなシステムを提供することにある。本発明の更に別の課題は、材料コスト削減のために、試薬の使用を必要としない、流体中の生体サンプルを同定、定量化するシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、流体中に懸濁した生体サンプルを同定、定量化するシステムに関する。前記システムは、少なくとも一つの励起光源を備える蛍光励起モジュールと、該蛍光励起モジュールに光結合され前記少なくとも一つの励起光源からの励起光を受け取るように生体サンプルを位置決めするサンプルインターフェースモジュールと、該サンプルインターフェースモジュールに光結合されるとともに、前記生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスを検出するための少なくとも一つの検出装置を含む蛍光発光モジュールと、前記蛍光発光モジュールに作動可能に接続されたコンピュータモジュールとを有する。前記コンピュータモジュールは、前記生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスに対して多変数解析を行って前記生体サンプルを定量化、同定する。前記多変数解析は、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法とすることができる。
【００１４】
前記システムは、更に、吸収モジュールと拡散−反射モジュールとを備えることができる。前記吸収モジュールは、少なくとも一つの励起光源、又は、別途設けられた変調光源からの光を使用して前記生体サンプルに対する吸収測定を行う。生体サンプルを同定、定量化するために、これら吸収測定結果と前記生体サンプルの前記蛍光励起−発光マトリクスとを組み合わせることも可能である。前記吸収モジュールは、モノクロメータ、又は、光電子増倍管を備えるフィルタホイールとして構成することができる。前記拡散−反射モジュールは、少なくとも一つの励起光源、又は、別途設けられた変調光源からの光を使用して前記生体サンプルに対する拡散−反射率測定を行う。生体サンプルを同定、定量化するために、これら拡散−反射率測定結果と前記生体サンプルの前記蛍光励起−発光マトリクスとを組み合わせることも可能である。該拡散−反射モジュールは、ダイオード検出器又は光電子増倍管を備えるモノクロメータとすることができる。
【００１５】
前記少なくとも一つの励起光源は、連続光源、パルスフラッシュランプ、ダイオードレーザ、同調レーザ、又はこれらの組み合わせとすることができる。前記少なくとも一つの励起光源の波長は、格子モノクロメータ、ナローバンドパスフィルタ、音響光学同調フィルタ、液晶同調フィルタ、円形可変フィルタ、リニア可変フィルタ、を備えるフィルタホイール、又は、それらの任意の組み合わせを使用することによって選択可能である。
【００１６】
前記蛍光発光モジュールの前記少なくとも一つの検出装置は、固体検出器を備える走査式格子モノクロメータ又はマルチチャンネルアレイ検出器を備える非走査式格子モノクロメータとすることができる。前記蛍光発光モジュールは、更に、液体中の光サンプリングの深さを制御して信号対ノイズ特性を最適化するゲート型電子機器とすることができる。
【００１７】
前記システムは、更に、前記生体サンプルの同定と定量化とを表示する表示装置を備えることができる。
【００１８】
本発明は、更に、流体中に懸濁した生体サンプルを同定、定量化する方法にも関する。該方法は、以下の工程を含む、ａ）励起光源を提供する、ｂ）前記生体サンプルを前記励起光源で励起する、ｃ）前記生体サンプルから、励起−発光マトリクス、吸収測定値、拡散−反射率測定値、又はこれらの任意の組み合わせ、としての、スペクトル情報を検出する、そしてｄ）前記スペクトル情報に対して多変数解析を行って前記生体サンプルを定量化、同定する。前記多変数解析は、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法とすることができる。
【００１９】
前記励起光源は、連続光源、パルスフラッシュランプ、ダイオードレーザ、同調レーザ、又はこれらの任意の組み合わせとすることができる。前記励起光源の波長は、格子モノクロメータ、ナローバンドパスフィルタ、音響光学同調フィルタ、液晶同調フィルタ、円形可変フィルタ、リニア可変フィルタ、を備えるフィルタホイール、又はそれらの任意の組み合わせを使用することによって選択可能である。
【００２０】
前記方法は、更に、ｅ）前記生体サンプルの同定と定量化とを表示する工程を含むことができる。データのフォーマット化と前処理とを工程ｄ）の前に行うことができる。前記多変数解析は、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法とすることができる。
【００２１】
本発明のこれらおよびその他の特徴、更に、その構造の関連する部材の操作方法と作用は、添付の図面を参照して、以下の説明と添付の請求項とを考慮することによってより明らかになるであろう。前記図面の全てが本発明の一部を形成するものであり、異なる図面において、類似の参照番号は対応の部材を示している。本明細書と請求項とにおいて、単数記載は特に明記されない限り複数を含むものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ここでの記載の目的のために、「上方」、「下方」、「右側」、「左側」、「縦」、「横」、「上」、「底」、「側方」、「長手」およびこれらの派生語は、図面における向きで本発明に関連するものとする。ただし、本発明は、特に明記されない限り、種々のその他の変更を受けることが可能であると理解される。又、添付の図面に図示され、以下の明細書中に記載されている具体的な装置は、本発明の例示的な実施例に過ぎない。したがって、ここに開示されている実施例に関する具体的な寸法およびその他の物理的特性は限定的なものと解釈されてはならない。
【００２３】
本発明のシステムと方法は、液体中の生体サンプルの同定と定量化とを迅速に、かつ、液体に試薬を添加することなく行うことを可能にする。本発明は、好ましくは、人体液中のバクテリアやウイルスのポイント・オブ・ケア生物医学分析、米国沿岸に入る海上輸送を管理するための海水バラスト中の微生物の同定、細菌戦争物質の検出と同定、食料飲料産業および飲料水および廃水汚染モニタリングとしてそのような環境に使用される。
【００２４】
図１を参照すると、参照番号１によってその全体が示されている、液体中の生体サンプルの同定と定量化のためのシステムは、蛍光励起モジュール３と、サンプルインターフェースモジュール５と、蛍光発光モジュール７と、コンピュータモジュール９と、表示装置１１と、吸収モジュール１３と拡散−反射モジュール１５とを有する。
【００２５】
蛍光励起モジュール３と、サンプルインターフェースモジュール５と、蛍光発光モジュール７と、吸収モジュール１３と拡散−反射モジュール１５とは、互いに光結合されている。コンピュータモジュール９は、蛍光励起モジュール３と、蛍光発光モジュール７と、吸収モジュール１３と拡散−反射モジュール１５と表示装置１１とに作動可能に接続されている。
【００２６】
図２および３を参照し、引き続き図１を参照すると、本発明のシステム１は、蛍光の励起と収集のための種々の光学構造を備えたものとして構成することができる。例えば、システム１は、ライト−アングル（right-angle）コンフィグレーション（configuration）１’（図２を参照）又はフロント−フェース（front-face）コンフィグレーション１”（図３を参照）を有するものとして構成することができる。
【００２７】
蛍光励起モジュール３は、少なくとも一つの励起光源１９と波長選択装置２１とを備えている。励起光源１９は、非限定的に、希ガスアークランプやデュートリウムランプなどの連続光源、パルスフラッシュランプ、ダイオードレーザ又は同調レーザ、が例示される適当な光源とすることができる。波長選択装置２１は、ユーザが、励起光源１９から発光する光について特定の波長を選択することを可能にする。波長選択装置２１は、非限定的に、格子モノクロメータ、ナローバンドパスフィルタ、音響光学同調フィルタ（ＡＯＴＦｓ）、液晶同調フィルタ（ＬＣＴＦｓ）、円形可変フィルタ、リニア可変フィルタ、を備えるフィルタホイールなどが例示される、光源の波長を選択するための適当な装置とすることができる。
【００２８】
サンプルインターフェースモジュール５は、蛍光励起モジュール３とサンプルキュベット２３内の生体サンプルとの間の光学インターフェースと、偏光光学系（図示せず）とを含む。これのようなサンプルキュベットは周知技術であり、典型的には正方形又は矩形形状（サンプルを含むウェル領域を有する）であり、ガラスやポリマー材などの透明材から形成されている。
【００２９】
前記光学インターフェースは、ミラー２５とレンズ３７とを備え、励起光源１９によって作り出された光を適当に案内し焦点合わせするために提供される。本発明の別実施例において、前記光学インターフェースとして単一又は分岐ファイバオプティクスとして設けることができる。サンプルキュベット２３は、液体中に懸濁した生体サンプルをシステム内の適当な位置に保持するために設けられる。図４を参照すると、ここには、フロント−フェースコンフィグレーション１”のサンプルインターフェースモジュール５のより詳細な図面が提供されている。サンプルインターフェース５は、蛍光発光モジュール３によって提供される光を焦点合わせするレンズ４０を含む。レンズ４０は、CVI Laser LLC, 200 Dorado SE, Albuquerque, NM 87123によって製造されているCVI PXF-50.8-90.8-UVレンズとCVI BXF-50.8-312.0-UVレンズとの組み合わせとすることができる。レンズ４０によって焦点合わせされた光は、その後、ミラー４１，４２によってサンプルキュベット２３に向けて反射される。ミラー４１，４２は、それぞれ、Newport Corporation, 1791 Deere Avenue, Irvine, CA 92606によって製造されている、Newport 20D10.AL2、Newport 10D10.AL２とすることができる。
【００３０】
サンプルキュベット２３から反射された光は開口４３を通って案内されレンズ４４、開口４５およびレンズ４６によって蛍光発光モジュール７に向けて焦点合わせされる。レンズ４４，４６は、それぞれ、CVI Laser LLCによって製造されている、CVI PXF-50.8-77.3-UVレンズ、CVI PXF-50.8-40.7-UVレンズとすることができる。
【００３１】
サンプルキュベット２３を透過した光はミラー４７、４８によって反射される。ミラー４７，４８は、それぞれ、Newport Corporation製の、Newport 10D10.AL2、Newport 20D10.AL2とすることができる。次に、その光はレンズ４９によって、絞り機構５０を通して吸収モジュール１３に向けて焦点合わせされる。レンズ４９は、CVI Laser LLC製のCVI PXF-50.8-90.8-UVレンズとCVI BXF-50.8-312.0-UVレンズとの組み合わせとすることができる。
【００３２】
サンプルインターフェース５の前記光学コンポーネントの全ては、Thorlabs, Inc., 435 Route 206 North, Newton, NJ 07860製のホルダーおよび位置決め装置などの適当なホルダーを使用して位置決めされる。前記光学インターフェースは、更に、装置の内部の反射からの迷光を減少させるために、図４に図示されているように位置決めされたビームダンプ５１、５２を備えることができる。
【００３３】
吸収モジュール１３は、励起光源１９又は別途設けられた変調光源（図示せず）からの光を使用してサンプルキュベット２３中の生体サンプルに対して吸収測定を行う。吸収モジュール１３は、非限定的に、モノクロメータ、又は、光電子増倍管を備えるフィルタホイールとすることができる。拡散−反射モジュール１５も、励起光源１９又は別途設けられた変調光源（図示せず）からの光を使用してサンプルキュベット２３中の生体サンプルに対して拡散−反射率測定を行う。拡散−反射モジュール１５は、非限定的に、モノクロメータ、ダイオード検出器、又は光電子増倍管とすることができる。
【００３４】
前記偏光光学系（図示せず）は、好ましくは、前記生体サンプルを懸濁している液体からの光の、励起および／又は発光ビームおよび弾性散乱のための偏光子である。
【００３５】
蛍光発光モジュール７は、波長選択装置１７と、検出器２９と信号処理電子機器３３とを備える。検出器２９は、波長選択装置１７に光結合されている。検出器２９と波長選択装置１７とは、非限定的に、固体検出器を備える走査式格子モノクロメータ又はマルチチャンネルアレイ検出器を備える非走査式格子モノクロメータとすることができる。前記蛍光発光モジュール７は、更に、ナローバンドフィルタ（図示せず）を備えるフィルタホイール、および、マルチモーダル多重分光（ＭＭＳ）モノクロメータ（図示せず）を備えることができる。前記MMSモノクロメータは、拡張エリア拡散蛍光源用に最適化される。周知である信号処理電子機器３３は、好ましくは、液体中の光走査の深さを制御して信号対ノイズ特性を最適化するゲート型電子機器である。
【００３６】
コンピュータモジュール９は、システムの操作と制御のために設けられる。コンピュータモジュール９は、信号処理電子機器３３から受け取ったデータをフォーマット化し前処理するとともに、これらのデータを分析して前記生体サンプルの同定と定量化とを行う。信号処理電子機器３３からデータをフォーマット化することによって、コンピュータモジュール９は、前記蛍光励起−発光マトリクスを決定し、そして、選択されたスペクトル領域に渡る吸収対波長、および選択されたスペクトル領域に渡る拡散−反射率対波長を決定することもできる。次に、コンピュータモジュール９は、平均センタリング（mean centering）および分散スケーリング（variance scaling）、スムージングおよび微分、最適フィルタリング、吸収および散乱補正によってこの情報を前処理して、多変数解析の準備として、非摂動蛍光スペクトル、および蛍光、吸収および拡散−反射率スペクトルの統合化を作り出す。最後に、コンピュータモジュール９は、前記データに対して多変数解析を行い生体サンプルの同定と定量化とを行う。そのような多変数解析は、好ましくは、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法（ｅ−ＰＬＳ）を含む。ＰＡＲＡＦＡＣおよびＴｕｃｋｅｒ法、人工神経ネットワーク（ＡＮＮ）法、サポートベクタマシン（ＳＶＭ）法などの多方向ケモメトリクス処理もこれらのデータに対して実行することができる。
【００３７】
コンピュータモジュール９による前記多変数解析の完了後、表示装置１１がユーザに関連情報を表示する。この情報は、非限定的に、生体サンプル同定および定量化、同定蓋然性および定量化統計を含むことができる。表示装置１１は、非限定的に、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、リアプロジェクションディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、などを含む適当な表示装置とすることができる。
【００３８】
その作動において、前記システム１，１’および１”は以下の工程を行う。まず、励起光が励起光源１９によって提供される。励起光の波長が、波長選択装置２１を使用して選択され、ミラー２５によって前記サンプルキュベット２３内の生体サンプルに向けられる。それによって前記励起光は生体サンプルを励起する。励起−発光マトリクス、吸収モジュール１３からの吸収率測定値、拡散−反射モジュールからの拡散−反射率測定値としての、前記生体サンプルからのスペクトル情報が検出器２９および検出器３１によって検出される。その後、この情報が信号処理電子機器３３および３５によって処理される。次に、コンピュータモジュール９によって前記スペクトル情報に対してデータフォーマット化と前処理とが行われる。次に、コンピュータモジュール９はこのフォーマット化され前処理されたスペクトル情報に対して、拡張部分最小二乗法からなる多変数解析を行って前記生体サンプルを同定、定量化する。最後に、この生体サンプルの同定と定量化をユーザ解釈のために表示する。
【００３９】
次に、下記の例によって本発明の種々の実施例について説明する。これらの例は、例示的なものであって本発明を限定するものではない。
【００４０】
〔実施例１〕
下記の表は、肺炎桿菌無し（表１）と、１．６ｘ１０７ＣＦＵ／ｍＬの濃度の肺炎桿菌有り（表２）のリン酸緩衝液の励起−発光マトリクスを提供している。これらの励起−発光マトリクスは、図３に図示されているフロント−フェースコンフィグレーションのシステム１を使用して作り出された。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
上の表は、図４および図５のグラフに要約されている。図４は、リン酸緩衝液中の肺炎桿菌濃度の関数としてのサブトラクションフロント−フェース蛍光発光強度を示している。図５は、リン酸緩衝液中の肺炎桿菌の励起波長の関数としてのサブトラクション蛍光発光強度を示している。
【００４４】
〔実施例２〕
下記の表は、水（表３）と、３．９ｘ１０７ＣＦＵ／ｍＬの濃度の大腸菌を含む水 （表４）の励起−発光マトリクスを提供している。これらの励起−発光マトリクスは、図２に図示されているライト−アングル（right-angle）コンフィグレーションのシステム１を使用して作り出された。
【００４５】
【表３】
【００４６】
【表４】
【００４７】
上の表は、図６のグラフに要約されている。図６は、水中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションライトアングル蛍光発光強度を示している。
【００４８】
〔実施例３〕
下記の表は、大腸菌無し（表５）と、５．７ｘ１０７ＣＦＵ／ｍＬの濃度の大腸菌有り（表６）のリン酸緩衝液の励起−発光マトリクスを提供している。これらの励起−発光マトリクスは、図３に図示されているフロント−フェースコンフィグレーションのシステム１を使用して作り出された。
【００４９】
【表５】
【００５０】
【表６】
【００５１】
上の表は、図７のグラフに要約されている。図７は、水中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションフロント−フェース蛍光発光強度を示している。
【００５２】
〔実施例４〕
下記の表は、大腸菌無し（表７）と、８．９ｘ１０７ＣＦＵ／ｍＬの濃度の大腸菌有り（表８）のヒトの尿の励起−発光マトリクスを提供している。これらの励起−発光マトリクスは、図２に図示されているライト−アングルコンフィグレーションのシステム１を使用して作り出された。
【００５３】
【表７】
【００５４】
【表８】
【００５５】
上の表は、図８のグラフに要約されている。図８は、ヒトの尿中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションライトアングル蛍光発光強度を示している。
【００５６】
以上、本発明を、現時点においてもっとも実用的で好適な実施例と考えられるものを基にして例示の目的で詳細に説明したが、そのような詳細は前記目的のためのものであって、本発明はここに開示した実施例に限定されるものではなく、添付の請求項の要旨および範囲内にある改造および均等構造をカバーするものである。例えば、本発明は、可能な限りにおいて、任意の実施例の単数又は複数の特徴構成を他の任意の実施例の単数又は複数の特徴構成と組み合わせることを考慮していると理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による液体中に懸濁した生体サンプルの同定、定量化のためのシステムの概略図
【図２】本発明による液体中に懸濁した生体サンプルの同定、定量化のためのライト−アングルコンフィグレーションのシステムの略図
【図３】本発明による流体中に懸濁した生体サンプルの同定、定量化のためのフロント−フェースコンフィグレーションのシステムの略図
【図４】図３に図示したフロント−フェースコンフィグレーションのサンプルインターフェースモジュールの詳細図
【図５】リン酸緩衝液中の肺炎桿菌濃度の関数としてのサブトラクションフロント−フェース蛍光発光強度を示すグラフ
【図６】リン酸緩衝液中の肺炎桿菌の励起波長の関数としてのサブトラクション蛍光発光強度を示すグラフ
【図７】水中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションライト−アングル蛍光発光強度を示すグラフ
【図８】リン酸緩衝液中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションフロント−フェース蛍光発光強度を示すグラフ
【図９】ヒトの尿中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションライト−アングル蛍光発光強度を示すグラフ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、液体中に懸濁した生体サンプルの定量化、同定のためのシステムと方法に関する。より具体的には、本発明は、生体サンプルを同定と定量化するためにその生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスに対する多変数解析を利用するシステムと方法とに関する。
【０００２】
本出願は、ここにその全部を参考文献として合体させる２００５年８月８日出願の「液体中に懸濁した生体サンプルの定量化、同定のためのシステム」と題する米国仮特許出願第６０／７０６，４８９号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００３】
細菌学において、その種を同定することなく、二つのバクテリアの一般型であるグラム陽性とグラム陰性とを同定するために染色法が使用される。ヒトの病気に関連する微生物のいくつかを単離し同定するために染色媒体を使用することができるが、それによっては全ての可能な種を同定することはできない。現在、化学染色法を利用して約２０，０００種のバクテリア種を同定することが可能である。ただし、そのような方法でまだ存在する大きな困難は、バクテリア同定にかかる時間であって、これは自動化装置を使用した標準的な化学法の場合、分離菌（これには更に２４時間かかる）を有した状態で１８〜２４時間かかる。
【０００４】
より早いレスポンス時間を達成するために、様々な分光技術が開発されてきた。例えば、生体サンプルの分析中に、より早いレスポンス時間を達成するためにフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）分光法が利用されてきた。ＦＴＩＲ分光法に必要な工程は以下の通りである。まず、尿道感染症（ＵＴＩ）を有する患者の尿から単離された菌のグループを収集した。解析の前に、それらのサンプルを５０℃のオーブンで３０分間乾燥させた。これらのサンプルのスペクトルを、４０００ｃｍ−１〜６００ｃｍ−１の波数範囲にわたって収集した。前記スペクトルは、２０Ｈｚのレートで取得された。信号対ノイズ比を改善するために、２５６のスペクトルを合算し平均化した。その情報を分析したところ、前記サンプルの同定を行うことができたことが示された。
【０００５】
ラマン分光法も生体サンプルを同定し定量化する方法の候補として検討された。ラマン分光法に必要な工程は、以下の通りである。まず、低出力（３０ｍＷ）近赤外線７８０ｎｍダイオードレーザを使用して、サンプリング点における出力を通常３ｍＷに設定した分散型ラマン分光計（Ramascope）を使用してスペクトルを収集した。サンプルは、微生物懸濁物（３ｘ１０９細胞／ｍｌ）として提供された。スペクトルを６０秒間収集した。この情報を分析したところ、前記サンプルの同定を行うことができたことが示された。しかしながら、その同定は高い信頼度では行われなかった。
【０００６】
高速な微生物同定のために蛍光スペクトルを使用するためのその他の研究が提案されている。例えば、最善の種同定のために、最善の励起波長を選択し、それによって生体分子群の選択的励起を可能にする、マルチ励起蛍光分光法を使用する方法が提案されている。
【０００７】
ノアガード（Noergaard）ほかの米国特許Ｎｏ．６，８３４，２３７は、単離された生体サンプルを、動物の単離生体サンプルを含む少なくとも一つの条件について、特徴づけるための分類システムをトレースする方法を開示している。単離生体サンプルは、体液又は組織サンプルから選択される。組織サンプルは、前記条件（単数又は複数）と関連づけられていない。そのような方法の一例は、喫煙者と非喫煙者とからの尿サンプルを採取し、尿サンプルからの発光によってその人物が喫煙するか否かを検出することが可能であるか調べるものである。
【０００８】
それぞれジェン（Jeng）ほかの米国特許Ｎｏ．６，７７３，９２２，Ｎｏ．６，４２６，０４５，Ｎｏ．６，３６５，１０９およびＮｏ．６，０８７，１８２は、生体サンプルの少なくとも一つの分析物の濃度などのパラメータを測定するための装置と方法を開示している。これらの装置と方法は、ある種の分析物には可視光吸光光度法、又は他の分析物には赤外線吸光光度法を使用することによってそのような濃度値を得るものである。
【０００９】
ヴォ‐ディン（Vo-Dinh）の米国特許Ｎｏ．５，９３８，６１７は、サンプル中の生物病原体を、サンプルを複数の周波数の光で励起して複数の発光強度を同時にサンプリングすることによって同定するシステムに関する。このシステムは、サンプルを励起放射線源に対して露出させ、それによって放射線放出を発生させるための機構を備えている。前記生物病原体はウイルスやバクテリアとすることができる。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，８３４，２３７号
【特許文献２】米国特許第６，７７３，９２２号
【特許文献３】米国特許第６，４２６，０４５号
【特許文献４】米国特許第６，３６５，１０９号
【特許文献５】米国特許第６，０８７，１８２号
【特許文献６】米国特許第５，９３８，６１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した方法および／又はシステムは、それぞれ、試薬の使用、又は、熟練した作業者によるサンプル作成作業を必要とするものであり、それによってこれらの方法および／又はシステムは、作業がより困難で作業者がミスしやすいものとなっている。又、そのようなサンプル作成に必要な時間によってもこれらの方法および／又はシステムは迅速な診断には不適なものとなっている。
【００１２】
したがって、本発明の一つの課題は、流体中の生体サンプルを同定、定量化するシステムを提供することにある。本発明の別の課題は、分析を迅速に行うそのようなシステムを提供することにある。本発明の更に別の課題は、材料コスト削減のために、試薬の使用を必要としない、流体中の生体サンプルを同定、定量化するシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、流体中に懸濁した生体サンプルを同定、定量化するシステムに関する。前記システムは、少なくとも一つの励起光源を備える蛍光励起モジュールと、該蛍光励起モジュールに光結合され前記少なくとも一つの励起光源からの励起光を受け取るように生体サンプルを位置決めするサンプルインターフェースモジュールと、該サンプルインターフェースモジュールに光結合されるとともに、前記生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスを検出するための少なくとも一つの検出装置を含む蛍光発光モジュールと、前記蛍光発光モジュールに作動可能に接続されたコンピュータモジュールとを有する。前記コンピュータモジュールは、前記生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスに対して多変数解析を行って前記生体サンプルを定量化、同定する。前記多変数解析は、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法とすることができる。
【００１４】
前記システムは、更に、吸収モジュールと拡散−反射モジュールとを備えることができる。前記吸収モジュールは、少なくとも一つの励起光源、又は、別途設けられた変調光源からの光を使用して前記生体サンプルに対する吸収測定を行う。生体サンプルを同定、定量化するために、これら吸収測定結果と前記生体サンプルの前記蛍光励起−発光マトリクスとを組み合わせることも可能である。前記吸収モジュールは、モノクロメータ、又は、光電子増倍管を備えるフィルタホイールとして構成することができる。前記拡散−反射モジュールは、少なくとも一つの励起光源、又は、別途設けられた変調光源からの光を使用して前記生体サンプルに対する拡散−反射率測定を行う。生体サンプルを同定、定量化するために、これら拡散−反射率測定結果と前記生体サンプルの前記蛍光励起−発光マトリクスとを組み合わせることも可能である。該拡散−反射モジュールは、ダイオード検出器又は光電子増倍管を備えるモノクロメータとすることができる。
【００１５】
前記少なくとも一つの励起光源は、連続光源、パルスフラッシュランプ、ダイオードレーザ、同調レーザ、又はこれらの組み合わせとすることができる。前記少なくとも一つの励起光源の波長は、格子モノクロメータ、ナローバンドパスフィルタ、音響光学同調フィルタ、液晶同調フィルタ、円形可変フィルタ、リニア可変フィルタ、を備えるフィルタホイール、又は、それらの任意の組み合わせを使用することによって選択可能である。
【００１６】
前記蛍光発光モジュールの前記少なくとも一つの検出装置は、固体検出器を備える走査式格子モノクロメータ又はマルチチャンネルアレイ検出器を備える非走査式格子モノクロメータとすることができる。前記蛍光発光モジュールは、更に、液体中の光サンプリングの深さを制御して信号対ノイズ特性を最適化するゲート型電子機器とすることができる。
【００１７】
前記システムは、更に、前記生体サンプルの同定と定量化とを表示する表示装置を備えることができる。
【００１８】
本発明は、更に、流体中に懸濁した生体サンプルを同定、定量化する方法にも関する。該方法は、以下の工程を含む、ａ）励起光源を提供する、ｂ）前記生体サンプルを前記励起光源で励起する、ｃ）前記生体サンプルから、励起−発光マトリクス、吸収測定値、拡散−反射率測定値、又はこれらの任意の組み合わせ、としての、スペクトル情報を検出する、そしてｄ）前記スペクトル情報に対して多変数解析を行って前記生体サンプルを定量化、同定する。前記多変数解析は、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法とすることができる。
【００１９】
前記励起光源は、連続光源、パルスフラッシュランプ、ダイオードレーザ、同調レーザ、又はこれらの任意の組み合わせとすることができる。前記励起光源の波長は、格子モノクロメータ、ナローバンドパスフィルタ、音響光学同調フィルタ、液晶同調フィルタ、円形可変フィルタ、リニア可変フィルタ、を備えるフィルタホイール、又はそれらの任意の組み合わせを使用することによって選択可能である。
【００２０】
前記方法は、更に、ｅ）前記生体サンプルの同定と定量化とを表示する工程を含むことができる。データのフォーマット化と前処理とを工程ｄ）の前に行うことができる。前記多変数解析は、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法とすることができる。
【００２１】
本発明のこれらおよびその他の特徴、更に、その構造の関連する部材の操作方法と作用は、添付の図面を参照して、以下の説明と添付の請求項とを考慮することによってより明らかになるであろう。前記図面の全てが本発明の一部を形成するものであり、異なる図面において、類似の参照番号は対応の部材を示している。本明細書と請求項とにおいて、単数記載は特に明記されない限り複数を含むものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ここでの記載の目的のために、「上方」、「下方」、「右側」、「左側」、「縦」、「横」、「上」、「底」、「側方」、「長手」およびこれらの派生語は、図面における向きで本発明に関連するものとする。ただし、本発明は、特に明記されない限り、種々のその他の変更を受けることが可能であると理解される。又、添付の図面に図示され、以下の明細書中に記載されている具体的な装置は、本発明の例示的な実施例に過ぎない。したがって、ここに開示されている実施例に関する具体的な寸法およびその他の物理的特性は限定的なものと解釈されてはならない。
【００２３】
本発明のシステムと方法は、液体中の生体サンプルの同定と定量化とを迅速に、かつ、液体に試薬を添加することなく行うことを可能にする。本発明は、好ましくは、人体液中のバクテリアやウイルスのポイント・オブ・ケア生物医学分析、米国沿岸に入る海上輸送を管理するための海水バラスト中の微生物の同定、細菌戦争物質の検出と同定、食料飲料産業および飲料水および廃水汚染モニタリングとしてそのような環境に使用される。
【００２４】
図１を参照すると、参照番号１によってその全体が示されている、液体中の生体サンプルの同定と定量化のためのシステムは、蛍光励起モジュール３と、サンプルインターフェースモジュール５と、蛍光発光モジュール７と、コンピュータモジュール９と、表示装置１１と、吸収モジュール１３と拡散−反射モジュール１５とを有する。
【００２５】
蛍光励起モジュール３と、サンプルインターフェースモジュール５と、蛍光発光モジュール７と、吸収モジュール１３と拡散−反射モジュール１５とは、互いに光結合されている。コンピュータモジュール９は、蛍光励起モジュール３と、蛍光発光モジュール７と、吸収モジュール１３と拡散−反射モジュール１５と表示装置１１とに作動可能に接続されている。
【００２６】
図２および３を参照し、引き続き図１を参照すると、本発明のシステム１は、蛍光の励起と収集のための種々の光学構造を備えたものとして構成することができる。例えば、システム１は、ライト−アングル（right-angle）コンフィグレーション（configuration）１’（図２を参照）又はフロント−フェース（front-face）コンフィグレーション１”（図３を参照）を有するものとして構成することができる。
【００２７】
蛍光励起モジュール３は、少なくとも一つの励起光源１９と波長選択装置２１とを備えている。励起光源１９は、非限定的に、希ガスアークランプやデュートリウムランプなどの連続光源、パルスフラッシュランプ、ダイオードレーザ又は同調レーザ、が例示される適当な光源とすることができる。波長選択装置２１は、ユーザが、励起光源１９から発光する光について特定の波長を選択することを可能にする。波長選択装置２１は、非限定的に、格子モノクロメータ、ナローバンドパスフィルタ、音響光学同調フィルタ（ＡＯＴＦｓ）、液晶同調フィルタ（ＬＣＴＦｓ）、円形可変フィルタ、リニア可変フィルタ、を備えるフィルタホイールなどが例示される、光源の波長を選択するための適当な装置とすることができる。
【００２８】
サンプルインターフェースモジュール５は、蛍光励起モジュール３とサンプルキュベット２３内の生体サンプルとの間の光学インターフェースと、偏光光学系（図示せず）とを含む。これのようなサンプルキュベットは周知技術であり、典型的には正方形又は矩形形状（サンプルを含むウェル領域を有する）であり、ガラスやポリマー材などの透明材から形成されている。
【００２９】
前記光学インターフェースは、ミラー２５とレンズ３７とを備え、励起光源１９によって作り出された光を適当に案内し焦点合わせするために提供される。本発明の別実施例において、前記光学インターフェースとして単一又は分岐ファイバオプティクスとして設けることができる。サンプルキュベット２３は、液体中に懸濁した生体サンプルをシステム内の適当な位置に保持するために設けられる。図４を参照すると、ここには、フロント−フェースコンフィグレーション１”のサンプルインターフェースモジュール５のより詳細な図面が提供されている。サンプルインターフェース５は、蛍光発光モジュール３によって提供される光を焦点合わせするレンズ４０を含む。レンズ４０は、CVI Laser LLC, 200 Dorado SE, Albuquerque, NM 87123によって製造されているCVI PXF-50.8-90.8-UVレンズとCVI BXF-50.8-312.0-UVレンズとの組み合わせとすることができる。レンズ４０によって焦点合わせされた光は、その後、ミラー４１，４２によってサンプルキュベット２３に向けて反射される。ミラー４１，４２は、それぞれ、Newport Corporation, 1791 Deere Avenue, Irvine, CA 92606によって製造されている、Newport 20D10.AL2、Newport 10D10.AL２とすることができる。
【００３０】
サンプルキュベット２３から反射された光は開口４３を通って案内されレンズ４４、開口４５およびレンズ４６によって蛍光発光モジュール７に向けて焦点合わせされる。レンズ４４，４６は、それぞれ、CVI Laser LLCによって製造されている、CVI PXF-50.8-77.3-UVレンズ、CVI PXF-50.8-40.7-UVレンズとすることができる。
【００３１】
サンプルキュベット２３を透過した光はミラー４７、４８によって反射される。ミラー４７，４８は、それぞれ、Newport Corporation製の、Newport 10D10.AL2、Newport 20D10.AL2とすることができる。次に、その光はレンズ４９によって、絞り機構５０を通して吸収モジュール１３に向けて焦点合わせされる。レンズ４９は、CVI Laser LLC製のCVI PXF-50.8-90.8-UVレンズとCVI BXF-50.8-312.0-UVレンズとの組み合わせとすることができる。
【００３２】
サンプルインターフェース５の前記光学コンポーネントの全ては、Thorlabs, Inc., 435 Route 206 North, Newton, NJ 07860製のホルダーおよび位置決め装置などの適当なホルダーを使用して位置決めされる。前記光学インターフェースは、更に、装置の内部の反射からの迷光を減少させるために、図４に図示されているように位置決めされたビームダンプ５１、５２を備えることができる。
【００３３】
吸収モジュール１３は、励起光源１９又は別途設けられた変調光源（図示せず）からの光を使用してサンプルキュベット２３中の生体サンプルに対して吸収測定を行う。吸収モジュール１３は、非限定的に、モノクロメータ、又は、光電子増倍管を備えるフィルタホイールとすることができる。拡散−反射モジュール１５も、励起光源１９又は別途設けられた変調光源（図示せず）からの光を使用してサンプルキュベット２３中の生体サンプルに対して拡散−反射率測定を行う。拡散−反射モジュール１５は、非限定的に、モノクロメータ、ダイオード検出器、又は光電子増倍管とすることができる。
【００３４】
前記偏光光学系（図示せず）は、好ましくは、前記生体サンプルを懸濁している液体からの光の、励起および／又は発光ビームおよび弾性散乱のための偏光子である。
【００３５】
蛍光発光モジュール７は、波長選択装置１７と、検出器２９と信号処理電子機器３３とを備える。検出器２９は、波長選択装置１７に光結合されている。検出器２９と波長選択装置１７とは、非限定的に、固体検出器を備える走査式格子モノクロメータ又はマルチチャンネルアレイ検出器を備える非走査式格子モノクロメータとすることができる。前記蛍光発光モジュール７は、更に、ナローバンドフィルタ（図示せず）を備えるフィルタホイール、および、マルチモーダル多重分光（ＭＭＳ）モノクロメータ（図示せず）を備えることができる。前記MMSモノクロメータは、拡張エリア拡散蛍光源用に最適化される。周知である信号処理電子機器３３は、好ましくは、液体中の光走査の深さを制御して信号対ノイズ特性を最適化するゲート型電子機器である。
【００３６】
コンピュータモジュール９は、システムの操作と制御のために設けられる。コンピュータモジュール９は、信号処理電子機器３３から受け取ったデータをフォーマット化し前処理するとともに、これらのデータを分析して前記生体サンプルの同定と定量化とを行う。信号処理電子機器３３からデータをフォーマット化することによって、コンピュータモジュール９は、前記蛍光励起−発光マトリクスを決定し、そして、選択されたスペクトル領域に渡る吸収対波長、および選択されたスペクトル領域に渡る拡散−反射率対波長を決定することもできる。次に、コンピュータモジュール９は、平均センタリング（mean centering）および分散スケーリング（variance scaling）、スムージングおよび微分、最適フィルタリング、吸収および散乱補正によってこの情報を前処理して、多変数解析の準備として、非摂動蛍光スペクトル、および蛍光、吸収および拡散−反射率スペクトルの統合化を作り出す。最後に、コンピュータモジュール９は、前記データに対して多変数解析を行い生体サンプルの同定と定量化とを行う。そのような多変数解析は、好ましくは、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法（ｅ−ＰＬＳ）を含む。ＰＡＲＡＦＡＣおよびＴｕｃｋｅｒ法、人工神経ネットワーク（ＡＮＮ）法、サポートベクタマシン（ＳＶＭ）法などの多方向ケモメトリクス処理もこれらのデータに対して実行することができる。
【００３７】
コンピュータモジュール９による前記多変数解析の完了後、表示装置１１がユーザに関連情報を表示する。この情報は、非限定的に、生体サンプル同定および定量化、同定蓋然性および定量化統計を含むことができる。表示装置１１は、非限定的に、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、リアプロジェクションディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、などを含む適当な表示装置とすることができる。
【００３８】
その作動において、前記システム１，１’および１”は以下の工程を行う。まず、励起光が励起光源１９によって提供される。励起光の波長が、波長選択装置２１を使用して選択され、ミラー２５によって前記サンプルキュベット２３内の生体サンプルに向けられる。それによって前記励起光は生体サンプルを励起する。励起−発光マトリクス、吸収モジュール１３からの吸収率測定値、拡散−反射モジュールからの拡散−反射率測定値としての、前記生体サンプルからのスペクトル情報が検出器２９および検出器３１によって検出される。その後、この情報が信号処理電子機器３３および３５によって処理される。次に、コンピュータモジュール９によって前記スペクトル情報に対してデータフォーマット化と前処理とが行われる。次に、コンピュータモジュール９はこのフォーマット化され前処理されたスペクトル情報に対して、拡張部分最小二乗法からなる多変数解析を行って前記生体サンプルを同定、定量化する。最後に、この生体サンプルの同定と定量化をユーザ解釈のために表示する。
【００３９】
次に、下記の例によって本発明の種々の実施例について説明する。これらの例は、例示的なものであって本発明を限定するものではない。
【００４０】
〔実施例１〕
下記の表は、肺炎桿菌無し（表１）と、１．６ｘ１０７ＣＦＵ／ｍＬの濃度の肺炎桿菌有り（表２）のリン酸緩衝液の励起−発光マトリクスを提供している。これらの励起−発光マトリクスは、図３に図示されているフロント−フェースコンフィグレーションのシステム１を使用して作り出された。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
上の表は、図４および図５のグラフに要約されている。図４は、リン酸緩衝液中の肺炎桿菌濃度の関数としてのサブトラクションフロント−フェース蛍光発光強度を示している。図５は、リン酸緩衝液中の肺炎桿菌の励起波長の関数としてのサブトラクション蛍光発光強度を示している。
【００４４】
〔実施例２〕
下記の表は、水（表３）と、３．９ｘ１０７ＣＦＵ／ｍＬの濃度の大腸菌を含む水 （表４）の励起−発光マトリクスを提供している。これらの励起−発光マトリクスは、図２に図示されているライト−アングル（right-angle）コンフィグレーションのシステム１を使用して作り出された。
【００４５】
【表３】
【００４６】
【表４】
【００４７】
上の表は、図６のグラフに要約されている。図６は、水中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションライトアングル蛍光発光強度を示している。
【００４８】
〔実施例３〕
下記の表は、大腸菌無し（表５）と、５．７ｘ１０７ＣＦＵ／ｍＬの濃度の大腸菌有り（表６）のリン酸緩衝液の励起−発光マトリクスを提供している。これらの励起−発光マトリクスは、図３に図示されているフロント−フェースコンフィグレーションのシステム１を使用して作り出された。
【００４９】
【表５】
【００５０】
【表６】
【００５１】
上の表は、図７のグラフに要約されている。図７は、水中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションフロント−フェース蛍光発光強度を示している。
【００５２】
〔実施例４〕
下記の表は、大腸菌無し（表７）と、８．９ｘ１０７ＣＦＵ／ｍＬの濃度の大腸菌有り（表８）のヒトの尿の励起−発光マトリクスを提供している。これらの励起−発光マトリクスは、図２に図示されているライト−アングルコンフィグレーションのシステム１を使用して作り出された。
【００５３】
【表７】
【００５４】
【表８】
【００５５】
上の表は、図８のグラフに要約されている。図８は、ヒトの尿中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションライトアングル蛍光発光強度を示している。
【００５６】
以上、本発明を、現時点においてもっとも実用的で好適な実施例と考えられるものを基にして例示の目的で詳細に説明したが、そのような詳細は前記目的のためのものであって、本発明はここに開示した実施例に限定されるものではなく、添付の請求項の要旨および範囲内にある改造および均等構造をカバーするものである。例えば、本発明は、可能な限りにおいて、任意の実施例の単数又は複数の特徴構成を他の任意の実施例の単数又は複数の特徴構成と組み合わせることを考慮していると理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による液体中に懸濁した生体サンプルの同定、定量化のためのシステムの概略図
【図２】本発明による液体中に懸濁した生体サンプルの同定、定量化のためのライト−アングルコンフィグレーションのシステムの略図
【図３】本発明による流体中に懸濁した生体サンプルの同定、定量化のためのフロント−フェースコンフィグレーションのシステムの略図
【図４】図３に図示したフロント−フェースコンフィグレーションのサンプルインターフェースモジュールの詳細図
【図５】リン酸緩衝液中の肺炎桿菌濃度の関数としてのサブトラクションフロント−フェース蛍光発光強度を示すグラフ
【図６】リン酸緩衝液中の肺炎桿菌の励起波長の関数としてのサブトラクション蛍光発光強度を示すグラフ
【図７】水中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションライト−アングル蛍光発光強度を示すグラフ
【図８】リン酸緩衝液中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションフロント−フェース蛍光発光強度を示すグラフ
【図９】ヒトの尿中の大腸菌濃度の関数としてのサブトラクションライト−アングル蛍光発光強度を示すグラフ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に懸濁した生体サンプルの定量化、同定のためのシステムであって、以下を有する、
少なくとも一つの励起光源を備える蛍光励起モジュール、
前記蛍光励起モジュールに光結合され前記少なくとも一つの励起光源からの励起光を受け取るように生体サンプルを位置決めし、蛍光、吸収および拡散反射モジュールへ光を伝達するサンプルインターフェースモジュール、
前記サンプルインターフェースモジュールに光結合されるとともに、前記生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスを検出するための少なくとも一つの検出装置を含む蛍光発光モジュール、そして
前記蛍光発光モジュールに作動可能に接続されたコンピュータモジュール、
ここで、前記コンピュータモジュールは、前記生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスに対して多変数解析を行って前記生体サンプルを定量化、同定する。
【請求項２】
更に、吸収モジュールと拡散−反射モジュールとを有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記吸収モジュールは、少なくとも一つの励起光源、又は、別途設けられた変調光源からの光を使用して前記生体サンプルに対する吸収測定を行う請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記吸収測定値は、前記生体サンプルの前記蛍光励起−発光マトリクスと組み合わせられて前記生体サンプルを同定し定量化する請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記吸収モジュールは、モノクロメータ、又は、光電子増倍管を備えるフィルタホイールのいずれかである請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記拡散−反射モジュールは、少なくとも一つの励起光源、又は、別途設けられた変調光源からの光を使用して前記生体サンプルに対する拡散−反射率測定を行う請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記拡散−反射率測定値は、前記生体サンプルの前記蛍光励起−発光マトリクスと組み合わせられて前記生体サンプルを同定し定量化する請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記拡散−反射モジュールは、モノクロメータ、ダイオード検出器および光電子増倍管のいずれかである請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも一つの励起光源は、連続光源、パルスフラッシュランプ、ダイオードレーザ、同調レーザ、又はこれらの任意の組み合わせである請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの励起光源の波長は、格子モノクロメータ、ナローバンドパスフィルタ、音響光学同調フィルタ、液晶同調フィルタ、円形可変フィルタ、リニア可変フィルタ、を備えるフィルタホイール、又は、それらの任意の組み合わせを使用することによって選択可能である請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記蛍光発光モジュールの前記少なくとも一つの検出装置は、固体検出器を備える走査式格子モノクロメータ又はマルチチャンネルアレイ検出器を備える非走査式格子モノクロメータである請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記蛍光発光モジュールは、更に、液体中の光サンプリングの深さを制御して信号対ノイズ特性を最適化するゲート型電子機器を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記多変数解析は、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
更に、前記生体サンプルの同定と定量化とを表示する表示装置を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
流体中に懸濁した生体サンプルを同定、定量化する方法であって、該方法は、以下の工程を含む、
ａ）励起光源を提供する、
ｂ）前記生体サンプルを前記励起光源で励起する、
ｃ）前記生体サンプルから、励起−発光マトリクス、吸収測定値、拡散−反射率測定値、又はこれらの任意の組み合わせ、としての、スペクトル情報を検出する、そして
ｄ）前記スペクトル情報に対して多変数解析を行って前記生体サンプルを定量化、同定する。
【請求項１６】
前記励起光源は、連続光源、パルスフラッシュランプ、ダイオードレーザ、同調レーザ、又はこれらの任意の組み合わせである請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記励起光源の波長は、格子モノクロメータ、ナローバンドパスフィルタ、音響光学同調フィルタ、液晶同調フィルタ、円形可変フィルタ、リニア可変フィルタ、を備えるフィルタホイール、又は、それらの任意の組み合わせを使用することによって選択可能である請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記多変数解析は、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
更に、
ｅ）前記生体サンプルの同定と定量化とを表示する工程を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
データのフォーマット化と前処理とが工程ｄ）の前に行われる請求項１５に記載の方法。
【請求項１】
液体中に懸濁した生体サンプルの定量化、同定のためのシステムであって、以下を有する、
少なくとも一つの励起光源を備える蛍光励起モジュール、
前記蛍光励起モジュールに光結合され前記少なくとも一つの励起光源からの励起光を受け取るように生体サンプルを位置決めし、蛍光、吸収および拡散反射モジュールへ光を伝達するサンプルインターフェースモジュール、
前記サンプルインターフェースモジュールに光結合されるとともに、前記生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスを検出するための少なくとも一つの検出装置を含む蛍光発光モジュール、そして
前記蛍光発光モジュールに作動可能に接続されたコンピュータモジュール、
ここで、前記コンピュータモジュールは、前記生体サンプルの蛍光励起−発光マトリクスに対して多変数解析を行って前記生体サンプルを定量化、同定する。
【請求項２】
更に、吸収モジュールと拡散−反射モジュールとを有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記吸収モジュールは、少なくとも一つの励起光源、又は、別途設けられた変調光源からの光を使用して前記生体サンプルに対する吸収測定を行う請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記吸収測定値は、前記生体サンプルの前記蛍光励起−発光マトリクスと組み合わせられて前記生体サンプルを同定し定量化する請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記吸収モジュールは、モノクロメータ、又は、光電子増倍管を備えるフィルタホイールのいずれかである請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記拡散−反射モジュールは、少なくとも一つの励起光源、又は、別途設けられた変調光源からの光を使用して前記生体サンプルに対する拡散−反射率測定を行う請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記拡散−反射率測定値は、前記生体サンプルの前記蛍光励起−発光マトリクスと組み合わせられて前記生体サンプルを同定し定量化する請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記拡散−反射モジュールは、モノクロメータ、ダイオード検出器および光電子増倍管のいずれかである請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも一つの励起光源は、連続光源、パルスフラッシュランプ、ダイオードレーザ、同調レーザ、又はこれらの任意の組み合わせである請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの励起光源の波長は、格子モノクロメータ、ナローバンドパスフィルタ、音響光学同調フィルタ、液晶同調フィルタ、円形可変フィルタ、リニア可変フィルタ、を備えるフィルタホイール、又は、それらの任意の組み合わせを使用することによって選択可能である請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記蛍光発光モジュールの前記少なくとも一つの検出装置は、固体検出器を備える走査式格子モノクロメータ又はマルチチャンネルアレイ検出器を備える非走査式格子モノクロメータである請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記蛍光発光モジュールは、更に、液体中の光サンプリングの深さを制御して信号対ノイズ特性を最適化するゲート型電子機器を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記多変数解析は、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
更に、前記生体サンプルの同定と定量化とを表示する表示装置を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
流体中に懸濁した生体サンプルを同定、定量化する方法であって、該方法は、以下の工程を含む、
ａ）励起光源を提供する、
ｂ）前記生体サンプルを前記励起光源で励起する、
ｃ）前記生体サンプルから、励起−発光マトリクス、吸収測定値、拡散−反射率測定値、又はこれらの任意の組み合わせ、としての、スペクトル情報を検出する、そして
ｄ）前記スペクトル情報に対して多変数解析を行って前記生体サンプルを定量化、同定する。
【請求項１６】
前記励起光源は、連続光源、パルスフラッシュランプ、ダイオードレーザ、同調レーザ、又はこれらの任意の組み合わせである請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記励起光源の波長は、格子モノクロメータ、ナローバンドパスフィルタ、音響光学同調フィルタ、液晶同調フィルタ、円形可変フィルタ、リニア可変フィルタ、を備えるフィルタホイール、又は、それらの任意の組み合わせを使用することによって選択可能である請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記多変数解析は、前記生体サンプルの同定と定量化のための拡張部分最小二乗法を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
更に、
ｅ）前記生体サンプルの同定と定量化とを表示する工程を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
データのフォーマット化と前処理とが工程ｄ）の前に行われる請求項１５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００９−５０５０７０（Ｐ２００９−５０５０７０Ａ）
【公表日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２６１１４（Ｐ２００８−５２６１１４）
【出願日】平成１８年８月８日（２００６．８．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０３０７６５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０１９４６２
【国際公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（５０８０４１０１３）ポカード・ディアグノスティクス・リミテッド (4)
【氏名又は名称原語表記】ＰＯＣＡＲＥＤ ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ， ＬＴＤ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月８日（２００６．８．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０３０７６５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０１９４６２
【国際公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（５０８０４１０１３）ポカード・ディアグノスティクス・リミテッド (4)
【氏名又は名称原語表記】ＰＯＣＡＲＥＤ ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ， ＬＴＤ．
【Ｆターム（参考）】
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