物質を光学的に分析するためのシステム
物質を光学的に分析するためのマイクロ流体分析システム（１００、５００）は、複数の選択可能な単一波長光源（２２５）を含む光源と、光源（２２５）に光学的に結合される物質提示部材と、物質提示部材に関連付けられる光学検出システムとを備える。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
生物学的診断及び薬物発見における最近の傾向は、高速及び高い処理能力の化学的検出、化学的スクリーニング及び化合物合成を使用することが急速に増えていることを示唆している。いくつかのシステムは、大量のサンプルを必要とし、輸送するのが難しく、さらに法外に費用がかかる機器を利用する。薬物送達及び治療を促進すること、高額の医療費を抑えること、及びポイント・オブ・ケア診断のような分散的な生物学的診断、及び他の将来の技術を提供することに努力が注ぎ込まれている。そのような努力は多くの場合に、流体分析システムの小型化、集積化及び自動化を促進することに重点を置いている。
【０００２】
従来、流体分析システムは、光源、波長選択システム、サンプル提示システム、及び患者の体液を分析するための検出システムを含む、多数の構成要素を使用する。しかしながら、これらの構成要素はそれぞれ、多くの場合に流体分析システム全体の費用を大幅に増加させることになるので、従来の流体分析システムを所有するのは大きな診療所及び研究所に限られる。
【発明の開示】
【０００３】
１つの例示的な実施の形態によれば、物質を光学的に分析するためのシステムは、そこに結合される複数の選択可能な単一波長光源を含む光源と、光源に光学的に結合される物質提示部材と、物質提示部材に関連付けられる光学検出システムとを備える。
【０００４】
さらに、別の例示的な実施の形態によれば、複数の選択可能な単一波長光源が結合されているカルーセル型光源を用いるための方法は、複数の選択可能な単一波長光源から所望の選択可能な単一波長光源を選択すること、所望の単一波長光源で分析物含有領域を照明すること、及び照明された分析物含有領域に関連付けられる波長を検出することを含む。
【０００５】
添付の図面は、本発明の装置及び方法の種々の実施形態を例示しており、本明細書の一部である。例示される実施形態は、本発明の装置及び方法の例にすぎず、本開示の範囲を限定するものではない。
【０００６】
図面全体を通して、同じ参照符号は、必ずしも全く同じではないが、類似の構成要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本明細書は、ミリメートル又はマイクロリットルスケールの流体体積上で光学的な分析を達成するための１つの例示的なシステム及び方法を開示する。より具体的には、１つの例示的な実施形態によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザのような多数の単一波長光源を有する多波長選択器構造が説明される。多数の光源を有する多波長選択器構造、及びその多波長選択器構造を組み込むことができる１つの例示的なシステムの数多くの詳細が以下に提供される。
【０００８】
本発明のシステム及び方法の特定の実施形態が開示され、説明される前に、本明細書において開示される特定の過程及び材料に限定されず、或る程度まで変更することができることは理解されたい。また、本発明のシステム及び方法の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によってのみ定められることになるので、本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明するためだけに用いられており、限定することは意図していないことも理解されたい。本発明の例示的なシステム及び方法を説明し、特許請求する際に、以下の用語が用いられることになる。
【０００９】
単数形「１つの」及び「その」は、文脈において別に明示されない限り、複数の指示物を含む。したがって、たとえば、「１つの光源」に言及することは、１つ又は複数のそのような光源に言及することを含む。
【００１０】
本明細書において用いられるときに、用語「光」は、赤外線から紫外線に及ぶ波長を有する任意の電磁放射として理解されることを意図している。
【００１１】
さらに、本明細書において、さらには添付の特許請求の範囲において用いられるときに、用語「分析物」は、本発明の例示的なシステム及び方法によって分析を受けるために選択される任意の化合物又は物質を指すものとして広く解釈されるべきである。さらに、本明細書において用いられるときに、用語「分析物」は、分析物反応化学物質が元々特定されている分析物を含むか否かにかかわらず、本発明のシステム及び方法による分析を促進するように構成される任意の数の分析物反応化学物質を含むものとして広く解釈されるべきである。
【００１２】
さらに、本明細書において、さらには添付の特許請求の範囲において用いられるときに、用語「単一波長光源」は、見掛け上、狭帯域の波長スペクトルを有する任意の数の光源を含むように広く解釈されるべきである。詳細には、本明細書において用いられるときに、単一波長光源は、技術的には多色であるが、分析物又は発色団吸収スペクトル又は発光スペクトルの点から見て、定量化可能な化学分析を提供するだけの十分に狭い帯域を有する任意の光源を含むべきである。見掛け上狭い発光ダイオード（ＬＥＤ）の波長スペクトルは、本明細書では、単一波長光源として解釈されることになる。
【００１３】
以下の説明において、多数の光源を有する本発明の多波長選択器構造を完全に理解してもらうために、説明の目的で数多くの具体的な詳細が述べられる。しかしながら、これらの具体的な詳細を用いることなく、本発明の方法及び装置を実現できることは当業者には明らかであろう。本明細書において、「１つの実施形態」すなわち「ある実施形態」に言及することは、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の種々の箇所において「１つの実施形態において」という言い回しが現れても、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているとは限らない。
【００１４】
[例示的なシステム]
１つの例示的な実施形態による、多数の単一波長光源を有する多波長選択器構造を組み込む流体分析システム１００が、図１に示される。図１に示されるように、本発明の流体分析システム１００は、光源及び波長選択システム１１０、サンプル提示システム１２０並びに信号検出システム１３０としての役割を果たすように構成される単一のユニットを含む。先に述べられたように、従来技術の流体分析システムは、キセノンストロボ又はタングステンランプのような別個の光源、フィルタ又はモノクロメータのような波長選択システム、約２００マイクロリットル〜１０，０００マイクロリットルの分析物試験体積を収容する、ガラス製若しくはポリマー製のキュベット又はウエルプレートのような分析物サンプル提示システム、及び高額な光電子増倍管のようなサンプル検出システム等の、多数の複雑で、高額な構成要素を含む。１つの例示的な実施形態によれば、本発明の光源及び波長選択システムの組み合わせは実効的には、従来の流体分析システムに組み込まれる高額のフィルタ又はモノクロメータを不要にし、それにより、分析のための望ましい波長を効率的且つ巧みに提供しながら、本発明の流体分析システム１００の総費用を削減する。本発明の流体分析システム１００のさらに細かい部分は、図３から図８を参照しながら以下に提供される。
【００１５】
図２ａは、１つの例示的な実施形態による、流体分析システムの詳細な斜視図を示す。多数のシステム構成要素が図２ａに示される。図示されるように、例示的な流体分析システム１００は、複数の単一波長光源２２５が結合されている光発生カルーセル２２０を含む光及び波長選択システム１１０を備える。さらに、光発生カルーセル２２０に、サーボ機構２１０が動作可能に結合されることがある。さらに、１つの例示的な実施形態によれば、サーボ機構２１０にプロセッサ２００が制御可能に結合されることがある。また、図２ａの例示的な流体分析システム１００には、周辺部にわたって複数のキュベットを有する生物流体クーポンのようなサンプル提示システム１２０により、分析物含有流体が、光及び波長選択システム１１０に提示されることがある。さらに、図２ａに示されるように、分析物検出システム１３０は、増幅器２４０に、且つプロセッサ２００に通信可能に結合される光センサ２３０を備えることがある。例示的な流体分析システム１００のさらに細かい部分は以下に詳細に提供される。
【００１６】
図２ａに示されるように、光源及び波長選択システム１１０の組み合わせは、決して限定はしないが、プロセッサ２００、サーボ機構２１０及び光発生カルーセル２２０を含む、多数の構成要素を備えることがある。図２ａに示される１つの例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、その周辺部に結合される複数の単一波長光源（２２５）を有する、概ね円板状の支持部材を備えることができる。１つの例示的な実施形態によれば、複数の単一波長光源２２５を収容する円板状の支持部材は、決して限定はしないが、金属、ポリマー及び／又は複合材料を含む、任意の数の材料から形成することができる。
【００１７】
例示される実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、所望の分析物を照明するように選択的に配置することができる任意の数の単一波長光源２２５を備えることができる。１つの例示的な実施形態によれば、単一波長光源（２２５）として、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び／又はマイクロレーザを含む、任意の数の単一波長光源を用いることができるが、これに限定されることはない。ＬＥＤは極めて耐久性があり、数万時間の寿命を有する。選択的に配置される単一波長光源を用いることによって、サンプル提示システム１２０上にある所望の分析物含有領域に任意の数の所望の波長の照明を与えるように、光発生カルーセル２２０を設計できるようになる。
【００１８】
１つの例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、３５０ｎｍ〜９６０ｎｍの波長範囲で発光する個々のＬＥＤのアレイを備えることができる。１つの例示的な実施形態によれば、先に述べられた波長範囲は、ＬＥＤのカルーセルで果たすことができる。結果として、従来の光源よりも低い費用で、大部分の一般的な分析物、標識された、及び標識されていない発色団が吸収特性又は発光特性を示す、可視スペクトルと、近ＵＶ及び近ＩＲとを合わせた範囲を達成することができる。
【００１９】
図２ａに示される例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、サンプル提示システムとして概ね平行な平面内に、サンプル提示システム１２０に隣接して配置されることがある。図に示されるように、サンプル提示システム１２０及び光発生カルーセル２２０の回転軸は概ね平行であり、且つ、サンプル提示システム及び光発生カルーセル２２０の外側縁部がわずかに重なり合うようにオフセットされる。図に示されるように、単一波長光源２２５は、サンプル提示システム１２０上に配置されるように、選択的に回転することができる。結果として、光発生カルーセル２２０の単一波長光源２２５は、所望の波長の光を生成し、その後、その光は、マイクロ流体ディスクのようなサンプル提示システム１２０上に収容される分析物含有流体を通って、光センサ２３０上に達することができる。図２ａに示される例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、ＬＥＤのような適当な単一波長光源２２５を所定の位置まで回転させる。これにより、対象となる分析物含有溶液の吸収特性又は発光特性に概ね一致する特性を有する波長の光が、マイクロ流体ディスク１２０に収容される分析物のサンプルの中を通過できるようになる。光発生カルーセル２２０を選択的に回転させる能力は、マイクロ流体ディスクのような単一のサンプル提示システム１２０上でその吸収スペクトル又は発光スペクトルを一致させるために異なる照明波長を必要とする数多くの分析物含有溶液を測定する能力を提供する。
【００２０】
図２ａの光発生カルーセル２２０は、その周辺部にわたって複数の単一波長光源２２５を配置された円板状の部材として示されるが、光発生カルーセル２２０は、任意の数の形状及び／又は構成であると仮定できる。図２ｂは、その周辺部にわたって複数の単一波長光源２２５を配置されている光発生カルーセルを含む、光発生カルーセル構成を示す。図２ｂに示されるように、光発生カルーセル２２０の軸は、多数の光源を有するサンプル提示システム１２０の軸と同心である。図に示されるように、多数の光源２２５とキュベットとは一対一に対応する。結果として、光発生カルーセル２２０及び／又はサンプル提示システム１２０のいずれかを回転させることによって、種々のキュベットを、種々の光源の組み合わせに迅速に露出することができる。
【００２１】
さらに、図３ａ及び図３ｂは、２つの代わりの光発生カルーセル形状を示す。図３ａに示されるように、光発生カルーセル３００は、円板状の部材３１０を備えることができ、多数の単一波長光源２２５が、その外側周辺部上に配置されており、このことによって、単一波長光源が円板状の部材３１０から径方向に発光できるようになっている。この例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル３００は、図３ａの矢印によって示されるように、円板の中心３３０にある軸において選択的に回転することができる。１つの例示的な構成によれば、光発生カルーセル３００は、所望の分析物を含むマイクロ流体ディスクのようなサンプル提示システム１２０に対して垂直に向けることができる。この例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル３００は、選択的に回転して、分析用の所望の分析物含有領域に隣接して、所望の単一波長光源２２５を設けることができる。
【００２２】
別法では、光発生部材は、図３ｂに示されるような非円板形状をと仮定することができる。この例示的な実施形態によれば、光発生部材３５０は、多角形の部材３６０を含むことがあり、その上に、概ね直線状のアレイとして多数の単一波長光源２２５が配置される。この例示的な実施形態によれば、多角形の光発生部材３５０は図３ｂの矢印によって示されるように、直線状に並進して、単一波長光源２２５を所望の分析物含有領域に隣接して選択的に配置することができる。１つの例示的な実施形態によれば、多角形光発生部材は、円板状のサンプル提示システム１２０の外側周辺部に対して接線方向に向けられることができる。別法では、多角形光発生部材３５０は、決して限定はしないが、多角形のサンプル提示システム１２０を含む、種々の形状のサンプル提示システム１２０に関連付けられることがある。
【００２３】
再び図２ａに戻ると、光及び波長選択システム１１０は、サンプル提示システム１２０に隣接して、単一波長光源２２５を選択的に配置するように構成されるサーボ機構２１０も備える。１つの例示的な実施形態によれば、サーボ機構２１０は、任意の数又は組み合わせのステッパ／サーボモータシステム、シャフトシステム、ベルトシステム、ギアシステム等を含むことがある。より具体的には、光及び波長選択システム１１０に組み込まれるサーボ機構２１０は、サンプル提示デバイス１２０に対応するように回転及び／又は並進することができる。光発生カルーセルと共にサーボ機構を用いることによって、試験の速度、精度及び機能性が提供される。
【００２４】
図２ａに示される、サーボ機構（２１０）に制御可能に結合されるプロセッサ（２００）は、サンプル提示システムの分析物位置に対して、光発生カルーセル（２２０）の選択的な位置付けを制御するように構成することができる。１つの例示的な実施形態によれば、分析物に対応する所望の波長を生成するように構成される所望の光源（２２５）は、プロセッサ（２００）によって提供されるプログラムを用いて特定することができる。その後、その特定された光源（２２５）は、サーボ命令に変換されることができ、その後、その命令はプロセッサ可読媒体（図示せず）に格納される。プロセッサ（２００）によりアクセスされると、プロセッサ可読媒体に格納されている命令を使用して、サーボ機構（２１０）を制御することにより、光発生カルーセル（２２０）を選択的に位置付けることができる。図２ａに示されるプロセッサ（２００）として、マイクロコントローラ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、又は任意の他のプロセッサ収容デバイスを用いることができるが、これらに限定されることはない。
【００２５】
図２ａで続けると、１つの例示的なサンプル提示システム１２０が、周辺部にわたって複数のキュベットを有する生物流体クーポンの形で示される。図２ａでは、例示的なサンプル提示システム１２０として、円板状の生物流体クーポンが示されるが、種々の幾何学的形状を有する任意の数のサンプル提示システムが、本発明の例示的な流体分析システム１００に組み込まれることがある。具体的には、サンプル提示システムは、当該技術分野において知られているように、矩形、楕円形、円形、又は任意の他の幾何学的形状にすることができる。図２ａに示される例示的な実施形態によれば、円板状の生物流体クーポンは、その周辺部にわたってキュベットを配置され、サンプル提示システム１２０としての役割を果たすように構成されており、回転する中央スピンドル上に配置される円形のディスクを含むことがあるか、又は別法では、サンプル提示システムは、１つ又は２つの軸に沿って直線的に動くことができる矩形クーポンを含むことができる。図２ａに示される例示的な実施形態によれば、サンプル提示システム１２０は、その動きを制御するためのプロセッサ２００に制御可能に結合されることがある。
【００２６】
１つの例示的な実施形態によれば、サンプル提示システム１２０は、所望の分析物含有流体を収容するためのキュベットを備えることができる。この例示的な実施形態によれば、キュベットとして、ガラス製又はプラスチック製のバイアルを用いることができ、そのバイアルは、バイアルの内容物に関する吸光度を測定できるようにする平坦で滑らかな面を有する。１つの例示的な実施形態によれば、ディスクは、透明なポリメチルメタクリレートから作成することができる。バイアルの容積は様々であり、数十マイクロリットルの容積から、数マイクロリットル以下の小さな容積までを含むことができる。さらに、サンプル提示システム１２０は、流体を動かすための毛管又は空気チャネルを有する任意の数のマイクロ流体クーポンを含むことができる。さらに、サンプル提示システム１２０は、所望の分析物含有溶液と試薬との混合又は希釈を支援するように構成される任意の数の機構、チャネル、能動弁、受動弁、シリンジ及び／又はピペットを含むことがある。
【００２７】
１つの例示的な実施形態によれば、サンプル提示システム１２０は、マイクロ流体チャネルを含む回転ディスクを備えることがあり、そのチャネルにおいて、慣性混合等によって、分析物に関連する化学反応が実行されることができる。さらに、周辺部に配置されるＬＥＤ又は他の特定される光源２２５のアレイを含む逆回転光発生カルーセル２２０が、マイクロ流体ディスクの直ぐ上に、わずかに重なって配置されることがある。サンプル提示システムディスク１２０の周辺部には「キュベット」が配置されており、そこには、単離された分析物又は発色団含有溶液が配置されることがある。特定される「キュベット」の直ぐ上には、ＬＥＤ又は適当な波長の他の光源２２５があり、その光は、キュベットを通過して、分析物検出システム１３０上に達する。この例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、適当な光源２２５を所定の位置まで回転させる。これにより、対象となる分析物含有溶液の吸収特性又は発光特性に概ね一致する特性を有する波長の光が、マイクロ流体ディスク１２０に収容される分析物のサンプルの中を通過できるようになる。この光発生カルーセル２２０は、流体分析システム１００に、単一のサンプル提示システム１２０上で、それらの吸収スペクトル又は発光スペクトルと一致するようにそれぞれが異なる波長を必要とする分析物の区画を測定する能力を与える。
【００２８】
図２ａで説明を続けると、信号検出システム１３０も本発明の流体分析システム１００に関連付けられる。１つの例示的な実施形態によれば、信号検出システム１３０は、信号増幅器２４０に通信可能に結合される光センサ２３０を備えることができる。信号検出システム１３０は、サンプル提示システム１２０内の分析物又は分析物化学反応生成物の特性を検知するように構成される。
【００２９】
１つの例示的な実施形態によれば、光センサ２３０として、分析物又は分析物化学反応生成物上に入射するか、又はその中を通過するか、又はそれによって反射されるか、又はそれから蛍光を発する光の特性を検知するように構成される任意の光センサを用いることができる。１つの例示的な実施形態では、光センサ２３０は、フォトダイオード、光電セル、又は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）を含むことがあるがこれらに限定されることはない。本明細書において用いられるときに、用語「電荷結合デバイス」又は「ＣＣＤ」は、画像内の各ピクセル（画素）が電荷に変換され、その輝度がデバイスに入る光の量に関連付けられるようにして、画像のためのデータを格納し、表示する任意の感光集積回路を指すものと理解されることを意図している。ＣＣＤ及びフォトダイオードのような入手可能な光センサ２３０の感度によって、容積がマイクロリットル程度の分析物、すなわち１ミリメートル範囲の経路長及び面積の分析物を分析できるようになる。
【００３０】
さらに、１つの例示的な実施形態によれば、本発明の例示的な流体分析システム１００にＣＣＤデバイスを光センサ２３０として組み込むことによって、多数の分析物を同時に分析できるようになる。より具体的には、ＣＣＤは、受光した光を格納して表示するように構成され、このことによって、受光した光の各ピクセルが電荷に変換され、その輝度がデバイスに入る光の量に関連付けられる。結果として、比較的大きなＣＣＤを複数のキュベットの下に配置して、多数の分析物に関連付けられる光を同時に受光することができる。ＣＣＤ又は他の光センサ２３０は、キュベットと、レンズ、光ファイバ、ライトパイプ又は他の機構を用いてＣＣＤに伝達される多数の分析物からの光とから離れて配置されることができる。
【００３１】
述べられたように、光センサ２３０に達する光は、光源２２５から、サンプル提示システム１２０上に配置される分析物を通って、光センサ２３０に達する。任意の数のシステム構成を用いて、光源２２５からの光を光センサ２３０まで選択的に誘導することができる。１つの例示的な実施形態によれば、多数の単一波長光源２２５を含む光発生器カルーセル２２０が、単一波長光源を選択的に位置決めし、このことによって、付加的な光学構成要素を用いることなく、光が所望の分析物を通過して光センサ上に達することができる。
【００３２】
別法では、図４に示されるように、光学構成（４００）が、キュベット（４３０）内に含まれる分析物又は分析物誘発発色団（４４０）のような測定ゾーンにわたって直線的に配列される、ＬＥＤのような多数の単一波長光源（２２５）を含むことがある。各単一波長光源（２２５）がキュベット上に合焦し、信号が分析物を試験するための光検出器によって収集されるので、単一波長光源（２２５）は、特定の経路内に向けられることがある。図４に示されるように、単一波長光源（２２５）によって生成される単一波長光（４５０）は、ライトパイプ（４１０）を用いて、単一の放射ゾーンに向けることができる。１つの例示的な実施形態によれば、ライトパイプ（４１０）は、概ね反射性の内側表面を有する任意の数の中空の筒状体、又は高い度合いの全内部反射を有する光ファイバを含むことがある。さらに、図４に示されるように、例示的な光学構成（４００）は、生成された単一波長光（４５０）を合焦するように構成される任意の数の合焦光学系（４２０）を含むことがある。単一波長光（４５０）が分析物に向けられると、その光は分析物の中を進行し、分析物、又は蛍光色素分子のような発色団を励起し、その結果として生成される光放射は、入射光及び迷光に対して所望の信号を最大にするために、到来する光に対して垂直方向で検出される。
【００３３】
別法では、図６に示される１つの例示的な流体分析システム（５００）は、単一波長光源（２２５）が、所望の分析物又は分析物誘発発色団（４４０）を含む複数のキュベット（４３０）上に配列されることがある。この例示的な実施形態によれば、種々のキュベット（４３０）の分析物又は発色団（４４０）の中を通過する信号は、その後、個々の光ファイバ（６１０）によって光検出器に誘導される。この例示的な実施形態によれば、個々の光源（２２５）は、所望の単一波長光源（２２５）と光センサ（２３０）との間で光が伝達されるように選択されることができる。
【００３４】
光センサ（２３０）に単一波長光を誘導する方法に関係なく、光センサは、吸収又は発光、蛍光、化学発光及びそれらの組み合わせを含む、分析物又は分析物誘発発色団の任意の数の波長特性を検出するように構成することができるが、これらに限定されることはない。多くの場合に、繊細な蛍光及び化学発光を測定するために、到来する光に対して垂直に検出器を配置することが好ましい。この形態において用いられる検出器は、図４に示されるように、最適な信号品質のためにフィルタリングを必要とすることがある。例示的な流体分析システム（４００）に組み込まれる光センサに関係なく、光センサ（２３０）による光の検出は、電荷に変換される。その後、光センサ（２３０）によって生成される弱い電荷は、図２ａ及び図２ｂに示されるように、プロセッサ（２００）に伝送される前に、信号増幅器（１３０）に通されることがある。
【００３５】
プロセッサによって受信されると、その後、その電気信号は、分析物反応化学物質の波長特性に関して分析することができる。図６に示される１つの例示的な実施形態によれば、所望の分析物反応化学物質の吸光度を、以下の式によって示されるようなベールの法則に従って求めることができる；
Ａ＝□ｂｃ （式１）
ただし、吸光度（Ａ）は、モル減衰係数（□）に、吸収又は発光経路長（ｂ）及び発色団濃度（ｃ）を掛けた値に等しい。図６に示されるように、分析物又は分析物誘発発色団（４４０）の吸収又は発光経路長（６００）は、キュベット（４３０）のサイズに基づいて知ることができる。さらに、１つの例示的な実施形態によれば、分析物又は分析物誘発発色団の減衰係数（□）は、ルックアップテーブルからプロセッサ（２００；図２ａ）によって求めることができる。上記の特性が求められ、且つ／又は測定されると、分析物の濃度（ｃ）を計算することができる。ここで、上記の例示的な流体分析システム（１００）を動作させるための１つの例示的な方法が、以下にさらに詳細に説明される。
[例示的な動作]
図７は、１つの例示的な実施形態による、上記の流体分析システム（１００）を使用するための例示的な方法を示す。図７に示されるように、本発明の例示的な方法は、最初に、光源及び波長選択システムに隣接して分析物サンプルを配設することによって開始される（ステップ７００）。分析物サンプルは、任意の数の形態において、且つ任意の数の分析物提示デバイスを用いて、光源及び波長選択システム（１１０；図１）に隣接して配設されることができる。１つの例示的な実施形態によれば、分析物サンプルは、周辺部にわたってキュベットを形成されている生物流体クーポンを用いて、光源及び波長選択システムに隣接して配設されることができる。
【００３６】
所望の分析物が、光源及び波長選択システムに隣接して配置されると（ステップ７００）、所望の波長を選択することができる（ステップ７１０）。本発明の例示的な実施形態によれば、単一波長光源のための所望の波長は、少なくとも部分的には、試験されている分析物の分析物反応化学物質の予想される吸収スペクトル又は発光スペクトルに基づいて選択することができる。図８には、分析物（８１０）及び単一波長光源（８２０）の両方の特性を示す吸収スペクトル又は発光スペクトルが示される（８００）。図８に示されるように、分析物の吸収スペクトル又は発光スペクトルは、少なくとも１つのピークを含む。同様に、ＬＥＤ発光スペクトル（８２０）は、その発光波長に関連付けられる１つのピークを示す。図８に示されるように、１つの特定の光源が、分析物の吸収スペクトル又は発光スペクトル内のピークに対応する発光ピークを示すことがある。
【００３７】
図７の例示的な方法と共に続けると、所望の波長が特定された場合に（ステップ７１０）、その後、サンプル分析物又は分析物反応化学物質を、特定された波長を放射する単一波長光源によって照明することができる（ステップ７２０）。より詳細には、１つの例示的な実施形態によれば、プロセッサ（２００；図２ａ）又はオペレータによって、所望の波長が特定されると、光発生カルーセル（２２０）が、サーボ機構（２１０）を介して、制御可能に操作され、配設された分析物に隣接して所望の単一波長光源（２２５）を配置することができる。その後、単一波長光源（２２５）が制御可能に照明されて、所望の光の波長を、配設された分析物の中に通すことができる。
【００３８】
分析物又は分析物反応化学物質が照明されると、次に、その溶液の中を通る光を光検出器（２３０；図２ａ）によって光学的に検出することができ、それを用いて、照明データを生成することができる（ステップ７３０）。照明データが生成されると、そのデータは増幅され、分析のためにプロセッサに送信される（ステップ７４０）。先に述べられたように、生成された照明データは、先に詳細に説明されたように、ベールの法則による吸収又は発光を含む、任意の数の特性に関して分析することができるが、これに限定されることはない。
【００３９】
要するに、本発明の例示的なシステム及び方法は、有用性及び速度を維持しながら、費用を削減する簡単で、頑強な光学分析システムを提供する。より具体的には、１つの例示的な実施形態によれば、本発明の多波長選択器構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザのような単一波長光源を含み、その構造は、任意の数の構造的な構成を有し、小さなエリアに光を合焦又は誘導することができる。さらに、先に述べられたように、多数の単一波長光源を、ＣＣＤ又はフォトダイオードのような光検出器と共に組み込むことによって、多数の分析物を同時に測定できるようになる。
【００４０】
これまでの説明は、本発明の方法及び装置を例示し、説明するためだけに与えられてきた。排他的であること、又は本開示を開示される任意の厳密な形態に限定することは意図していない。上記の教示に鑑みて、数多くの変更及び変形が可能である。本開示の範囲は添付の特許請求の範囲によって定められることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】１つの例示的な実施形態による、流体分析システムの構成要素を例示する簡単なブロック図である。
【図２ａ】１つの例示的な実施形態による、流体分析システムの斜視図である。
【図２ｂ】１つの例示的な実施形態による、流体分析システムの斜視図である。
【図３ａ】種々の例示的な実施形態による、光源及び波長選択システムの種々の構成の斜視図である。
【図３ｂ】種々の例示的な実施形態による、光源及び波長選択システムの種々の構成の斜視図である。
【図４】１つの例示的な実施形態による、分析されているマイクロ流体クーポンの側面図である。
【図５】１つの例示的な実施形態による、光送達システム構成の側面図である。
【図６】１つの例示的な実施形態による、光送達システム構成の側面図である。
【図７】１つの例示的な実施形態による、流体分析システムで流体を分析するための方法を例示するフローチャートである。
【図８】１つの例示的な実施形態による、分析物の吸収スペクトル又は発光スペクトル、及び単一波長光源の対応する発光スペクトルを示すグラフである。
【背景技術】
【０００１】
生物学的診断及び薬物発見における最近の傾向は、高速及び高い処理能力の化学的検出、化学的スクリーニング及び化合物合成を使用することが急速に増えていることを示唆している。いくつかのシステムは、大量のサンプルを必要とし、輸送するのが難しく、さらに法外に費用がかかる機器を利用する。薬物送達及び治療を促進すること、高額の医療費を抑えること、及びポイント・オブ・ケア診断のような分散的な生物学的診断、及び他の将来の技術を提供することに努力が注ぎ込まれている。そのような努力は多くの場合に、流体分析システムの小型化、集積化及び自動化を促進することに重点を置いている。
【０００２】
従来、流体分析システムは、光源、波長選択システム、サンプル提示システム、及び患者の体液を分析するための検出システムを含む、多数の構成要素を使用する。しかしながら、これらの構成要素はそれぞれ、多くの場合に流体分析システム全体の費用を大幅に増加させることになるので、従来の流体分析システムを所有するのは大きな診療所及び研究所に限られる。
【発明の開示】
【０００３】
１つの例示的な実施の形態によれば、物質を光学的に分析するためのシステムは、そこに結合される複数の選択可能な単一波長光源を含む光源と、光源に光学的に結合される物質提示部材と、物質提示部材に関連付けられる光学検出システムとを備える。
【０００４】
さらに、別の例示的な実施の形態によれば、複数の選択可能な単一波長光源が結合されているカルーセル型光源を用いるための方法は、複数の選択可能な単一波長光源から所望の選択可能な単一波長光源を選択すること、所望の単一波長光源で分析物含有領域を照明すること、及び照明された分析物含有領域に関連付けられる波長を検出することを含む。
【０００５】
添付の図面は、本発明の装置及び方法の種々の実施形態を例示しており、本明細書の一部である。例示される実施形態は、本発明の装置及び方法の例にすぎず、本開示の範囲を限定するものではない。
【０００６】
図面全体を通して、同じ参照符号は、必ずしも全く同じではないが、類似の構成要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本明細書は、ミリメートル又はマイクロリットルスケールの流体体積上で光学的な分析を達成するための１つの例示的なシステム及び方法を開示する。より具体的には、１つの例示的な実施形態によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザのような多数の単一波長光源を有する多波長選択器構造が説明される。多数の光源を有する多波長選択器構造、及びその多波長選択器構造を組み込むことができる１つの例示的なシステムの数多くの詳細が以下に提供される。
【０００８】
本発明のシステム及び方法の特定の実施形態が開示され、説明される前に、本明細書において開示される特定の過程及び材料に限定されず、或る程度まで変更することができることは理解されたい。また、本発明のシステム及び方法の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によってのみ定められることになるので、本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明するためだけに用いられており、限定することは意図していないことも理解されたい。本発明の例示的なシステム及び方法を説明し、特許請求する際に、以下の用語が用いられることになる。
【０００９】
単数形「１つの」及び「その」は、文脈において別に明示されない限り、複数の指示物を含む。したがって、たとえば、「１つの光源」に言及することは、１つ又は複数のそのような光源に言及することを含む。
【００１０】
本明細書において用いられるときに、用語「光」は、赤外線から紫外線に及ぶ波長を有する任意の電磁放射として理解されることを意図している。
【００１１】
さらに、本明細書において、さらには添付の特許請求の範囲において用いられるときに、用語「分析物」は、本発明の例示的なシステム及び方法によって分析を受けるために選択される任意の化合物又は物質を指すものとして広く解釈されるべきである。さらに、本明細書において用いられるときに、用語「分析物」は、分析物反応化学物質が元々特定されている分析物を含むか否かにかかわらず、本発明のシステム及び方法による分析を促進するように構成される任意の数の分析物反応化学物質を含むものとして広く解釈されるべきである。
【００１２】
さらに、本明細書において、さらには添付の特許請求の範囲において用いられるときに、用語「単一波長光源」は、見掛け上、狭帯域の波長スペクトルを有する任意の数の光源を含むように広く解釈されるべきである。詳細には、本明細書において用いられるときに、単一波長光源は、技術的には多色であるが、分析物又は発色団吸収スペクトル又は発光スペクトルの点から見て、定量化可能な化学分析を提供するだけの十分に狭い帯域を有する任意の光源を含むべきである。見掛け上狭い発光ダイオード（ＬＥＤ）の波長スペクトルは、本明細書では、単一波長光源として解釈されることになる。
【００１３】
以下の説明において、多数の光源を有する本発明の多波長選択器構造を完全に理解してもらうために、説明の目的で数多くの具体的な詳細が述べられる。しかしながら、これらの具体的な詳細を用いることなく、本発明の方法及び装置を実現できることは当業者には明らかであろう。本明細書において、「１つの実施形態」すなわち「ある実施形態」に言及することは、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の種々の箇所において「１つの実施形態において」という言い回しが現れても、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているとは限らない。
【００１４】
[例示的なシステム]
１つの例示的な実施形態による、多数の単一波長光源を有する多波長選択器構造を組み込む流体分析システム１００が、図１に示される。図１に示されるように、本発明の流体分析システム１００は、光源及び波長選択システム１１０、サンプル提示システム１２０並びに信号検出システム１３０としての役割を果たすように構成される単一のユニットを含む。先に述べられたように、従来技術の流体分析システムは、キセノンストロボ又はタングステンランプのような別個の光源、フィルタ又はモノクロメータのような波長選択システム、約２００マイクロリットル〜１０，０００マイクロリットルの分析物試験体積を収容する、ガラス製若しくはポリマー製のキュベット又はウエルプレートのような分析物サンプル提示システム、及び高額な光電子増倍管のようなサンプル検出システム等の、多数の複雑で、高額な構成要素を含む。１つの例示的な実施形態によれば、本発明の光源及び波長選択システムの組み合わせは実効的には、従来の流体分析システムに組み込まれる高額のフィルタ又はモノクロメータを不要にし、それにより、分析のための望ましい波長を効率的且つ巧みに提供しながら、本発明の流体分析システム１００の総費用を削減する。本発明の流体分析システム１００のさらに細かい部分は、図３から図８を参照しながら以下に提供される。
【００１５】
図２ａは、１つの例示的な実施形態による、流体分析システムの詳細な斜視図を示す。多数のシステム構成要素が図２ａに示される。図示されるように、例示的な流体分析システム１００は、複数の単一波長光源２２５が結合されている光発生カルーセル２２０を含む光及び波長選択システム１１０を備える。さらに、光発生カルーセル２２０に、サーボ機構２１０が動作可能に結合されることがある。さらに、１つの例示的な実施形態によれば、サーボ機構２１０にプロセッサ２００が制御可能に結合されることがある。また、図２ａの例示的な流体分析システム１００には、周辺部にわたって複数のキュベットを有する生物流体クーポンのようなサンプル提示システム１２０により、分析物含有流体が、光及び波長選択システム１１０に提示されることがある。さらに、図２ａに示されるように、分析物検出システム１３０は、増幅器２４０に、且つプロセッサ２００に通信可能に結合される光センサ２３０を備えることがある。例示的な流体分析システム１００のさらに細かい部分は以下に詳細に提供される。
【００１６】
図２ａに示されるように、光源及び波長選択システム１１０の組み合わせは、決して限定はしないが、プロセッサ２００、サーボ機構２１０及び光発生カルーセル２２０を含む、多数の構成要素を備えることがある。図２ａに示される１つの例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、その周辺部に結合される複数の単一波長光源（２２５）を有する、概ね円板状の支持部材を備えることができる。１つの例示的な実施形態によれば、複数の単一波長光源２２５を収容する円板状の支持部材は、決して限定はしないが、金属、ポリマー及び／又は複合材料を含む、任意の数の材料から形成することができる。
【００１７】
例示される実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、所望の分析物を照明するように選択的に配置することができる任意の数の単一波長光源２２５を備えることができる。１つの例示的な実施形態によれば、単一波長光源（２２５）として、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び／又はマイクロレーザを含む、任意の数の単一波長光源を用いることができるが、これに限定されることはない。ＬＥＤは極めて耐久性があり、数万時間の寿命を有する。選択的に配置される単一波長光源を用いることによって、サンプル提示システム１２０上にある所望の分析物含有領域に任意の数の所望の波長の照明を与えるように、光発生カルーセル２２０を設計できるようになる。
【００１８】
１つの例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、３５０ｎｍ〜９６０ｎｍの波長範囲で発光する個々のＬＥＤのアレイを備えることができる。１つの例示的な実施形態によれば、先に述べられた波長範囲は、ＬＥＤのカルーセルで果たすことができる。結果として、従来の光源よりも低い費用で、大部分の一般的な分析物、標識された、及び標識されていない発色団が吸収特性又は発光特性を示す、可視スペクトルと、近ＵＶ及び近ＩＲとを合わせた範囲を達成することができる。
【００１９】
図２ａに示される例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、サンプル提示システムとして概ね平行な平面内に、サンプル提示システム１２０に隣接して配置されることがある。図に示されるように、サンプル提示システム１２０及び光発生カルーセル２２０の回転軸は概ね平行であり、且つ、サンプル提示システム及び光発生カルーセル２２０の外側縁部がわずかに重なり合うようにオフセットされる。図に示されるように、単一波長光源２２５は、サンプル提示システム１２０上に配置されるように、選択的に回転することができる。結果として、光発生カルーセル２２０の単一波長光源２２５は、所望の波長の光を生成し、その後、その光は、マイクロ流体ディスクのようなサンプル提示システム１２０上に収容される分析物含有流体を通って、光センサ２３０上に達することができる。図２ａに示される例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、ＬＥＤのような適当な単一波長光源２２５を所定の位置まで回転させる。これにより、対象となる分析物含有溶液の吸収特性又は発光特性に概ね一致する特性を有する波長の光が、マイクロ流体ディスク１２０に収容される分析物のサンプルの中を通過できるようになる。光発生カルーセル２２０を選択的に回転させる能力は、マイクロ流体ディスクのような単一のサンプル提示システム１２０上でその吸収スペクトル又は発光スペクトルを一致させるために異なる照明波長を必要とする数多くの分析物含有溶液を測定する能力を提供する。
【００２０】
図２ａの光発生カルーセル２２０は、その周辺部にわたって複数の単一波長光源２２５を配置された円板状の部材として示されるが、光発生カルーセル２２０は、任意の数の形状及び／又は構成であると仮定できる。図２ｂは、その周辺部にわたって複数の単一波長光源２２５を配置されている光発生カルーセルを含む、光発生カルーセル構成を示す。図２ｂに示されるように、光発生カルーセル２２０の軸は、多数の光源を有するサンプル提示システム１２０の軸と同心である。図に示されるように、多数の光源２２５とキュベットとは一対一に対応する。結果として、光発生カルーセル２２０及び／又はサンプル提示システム１２０のいずれかを回転させることによって、種々のキュベットを、種々の光源の組み合わせに迅速に露出することができる。
【００２１】
さらに、図３ａ及び図３ｂは、２つの代わりの光発生カルーセル形状を示す。図３ａに示されるように、光発生カルーセル３００は、円板状の部材３１０を備えることができ、多数の単一波長光源２２５が、その外側周辺部上に配置されており、このことによって、単一波長光源が円板状の部材３１０から径方向に発光できるようになっている。この例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル３００は、図３ａの矢印によって示されるように、円板の中心３３０にある軸において選択的に回転することができる。１つの例示的な構成によれば、光発生カルーセル３００は、所望の分析物を含むマイクロ流体ディスクのようなサンプル提示システム１２０に対して垂直に向けることができる。この例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル３００は、選択的に回転して、分析用の所望の分析物含有領域に隣接して、所望の単一波長光源２２５を設けることができる。
【００２２】
別法では、光発生部材は、図３ｂに示されるような非円板形状をと仮定することができる。この例示的な実施形態によれば、光発生部材３５０は、多角形の部材３６０を含むことがあり、その上に、概ね直線状のアレイとして多数の単一波長光源２２５が配置される。この例示的な実施形態によれば、多角形の光発生部材３５０は図３ｂの矢印によって示されるように、直線状に並進して、単一波長光源２２５を所望の分析物含有領域に隣接して選択的に配置することができる。１つの例示的な実施形態によれば、多角形光発生部材は、円板状のサンプル提示システム１２０の外側周辺部に対して接線方向に向けられることができる。別法では、多角形光発生部材３５０は、決して限定はしないが、多角形のサンプル提示システム１２０を含む、種々の形状のサンプル提示システム１２０に関連付けられることがある。
【００２３】
再び図２ａに戻ると、光及び波長選択システム１１０は、サンプル提示システム１２０に隣接して、単一波長光源２２５を選択的に配置するように構成されるサーボ機構２１０も備える。１つの例示的な実施形態によれば、サーボ機構２１０は、任意の数又は組み合わせのステッパ／サーボモータシステム、シャフトシステム、ベルトシステム、ギアシステム等を含むことがある。より具体的には、光及び波長選択システム１１０に組み込まれるサーボ機構２１０は、サンプル提示デバイス１２０に対応するように回転及び／又は並進することができる。光発生カルーセルと共にサーボ機構を用いることによって、試験の速度、精度及び機能性が提供される。
【００２４】
図２ａに示される、サーボ機構（２１０）に制御可能に結合されるプロセッサ（２００）は、サンプル提示システムの分析物位置に対して、光発生カルーセル（２２０）の選択的な位置付けを制御するように構成することができる。１つの例示的な実施形態によれば、分析物に対応する所望の波長を生成するように構成される所望の光源（２２５）は、プロセッサ（２００）によって提供されるプログラムを用いて特定することができる。その後、その特定された光源（２２５）は、サーボ命令に変換されることができ、その後、その命令はプロセッサ可読媒体（図示せず）に格納される。プロセッサ（２００）によりアクセスされると、プロセッサ可読媒体に格納されている命令を使用して、サーボ機構（２１０）を制御することにより、光発生カルーセル（２２０）を選択的に位置付けることができる。図２ａに示されるプロセッサ（２００）として、マイクロコントローラ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、又は任意の他のプロセッサ収容デバイスを用いることができるが、これらに限定されることはない。
【００２５】
図２ａで続けると、１つの例示的なサンプル提示システム１２０が、周辺部にわたって複数のキュベットを有する生物流体クーポンの形で示される。図２ａでは、例示的なサンプル提示システム１２０として、円板状の生物流体クーポンが示されるが、種々の幾何学的形状を有する任意の数のサンプル提示システムが、本発明の例示的な流体分析システム１００に組み込まれることがある。具体的には、サンプル提示システムは、当該技術分野において知られているように、矩形、楕円形、円形、又は任意の他の幾何学的形状にすることができる。図２ａに示される例示的な実施形態によれば、円板状の生物流体クーポンは、その周辺部にわたってキュベットを配置され、サンプル提示システム１２０としての役割を果たすように構成されており、回転する中央スピンドル上に配置される円形のディスクを含むことがあるか、又は別法では、サンプル提示システムは、１つ又は２つの軸に沿って直線的に動くことができる矩形クーポンを含むことができる。図２ａに示される例示的な実施形態によれば、サンプル提示システム１２０は、その動きを制御するためのプロセッサ２００に制御可能に結合されることがある。
【００２６】
１つの例示的な実施形態によれば、サンプル提示システム１２０は、所望の分析物含有流体を収容するためのキュベットを備えることができる。この例示的な実施形態によれば、キュベットとして、ガラス製又はプラスチック製のバイアルを用いることができ、そのバイアルは、バイアルの内容物に関する吸光度を測定できるようにする平坦で滑らかな面を有する。１つの例示的な実施形態によれば、ディスクは、透明なポリメチルメタクリレートから作成することができる。バイアルの容積は様々であり、数十マイクロリットルの容積から、数マイクロリットル以下の小さな容積までを含むことができる。さらに、サンプル提示システム１２０は、流体を動かすための毛管又は空気チャネルを有する任意の数のマイクロ流体クーポンを含むことができる。さらに、サンプル提示システム１２０は、所望の分析物含有溶液と試薬との混合又は希釈を支援するように構成される任意の数の機構、チャネル、能動弁、受動弁、シリンジ及び／又はピペットを含むことがある。
【００２７】
１つの例示的な実施形態によれば、サンプル提示システム１２０は、マイクロ流体チャネルを含む回転ディスクを備えることがあり、そのチャネルにおいて、慣性混合等によって、分析物に関連する化学反応が実行されることができる。さらに、周辺部に配置されるＬＥＤ又は他の特定される光源２２５のアレイを含む逆回転光発生カルーセル２２０が、マイクロ流体ディスクの直ぐ上に、わずかに重なって配置されることがある。サンプル提示システムディスク１２０の周辺部には「キュベット」が配置されており、そこには、単離された分析物又は発色団含有溶液が配置されることがある。特定される「キュベット」の直ぐ上には、ＬＥＤ又は適当な波長の他の光源２２５があり、その光は、キュベットを通過して、分析物検出システム１３０上に達する。この例示的な実施形態によれば、光発生カルーセル２２０は、適当な光源２２５を所定の位置まで回転させる。これにより、対象となる分析物含有溶液の吸収特性又は発光特性に概ね一致する特性を有する波長の光が、マイクロ流体ディスク１２０に収容される分析物のサンプルの中を通過できるようになる。この光発生カルーセル２２０は、流体分析システム１００に、単一のサンプル提示システム１２０上で、それらの吸収スペクトル又は発光スペクトルと一致するようにそれぞれが異なる波長を必要とする分析物の区画を測定する能力を与える。
【００２８】
図２ａで説明を続けると、信号検出システム１３０も本発明の流体分析システム１００に関連付けられる。１つの例示的な実施形態によれば、信号検出システム１３０は、信号増幅器２４０に通信可能に結合される光センサ２３０を備えることができる。信号検出システム１３０は、サンプル提示システム１２０内の分析物又は分析物化学反応生成物の特性を検知するように構成される。
【００２９】
１つの例示的な実施形態によれば、光センサ２３０として、分析物又は分析物化学反応生成物上に入射するか、又はその中を通過するか、又はそれによって反射されるか、又はそれから蛍光を発する光の特性を検知するように構成される任意の光センサを用いることができる。１つの例示的な実施形態では、光センサ２３０は、フォトダイオード、光電セル、又は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）を含むことがあるがこれらに限定されることはない。本明細書において用いられるときに、用語「電荷結合デバイス」又は「ＣＣＤ」は、画像内の各ピクセル（画素）が電荷に変換され、その輝度がデバイスに入る光の量に関連付けられるようにして、画像のためのデータを格納し、表示する任意の感光集積回路を指すものと理解されることを意図している。ＣＣＤ及びフォトダイオードのような入手可能な光センサ２３０の感度によって、容積がマイクロリットル程度の分析物、すなわち１ミリメートル範囲の経路長及び面積の分析物を分析できるようになる。
【００３０】
さらに、１つの例示的な実施形態によれば、本発明の例示的な流体分析システム１００にＣＣＤデバイスを光センサ２３０として組み込むことによって、多数の分析物を同時に分析できるようになる。より具体的には、ＣＣＤは、受光した光を格納して表示するように構成され、このことによって、受光した光の各ピクセルが電荷に変換され、その輝度がデバイスに入る光の量に関連付けられる。結果として、比較的大きなＣＣＤを複数のキュベットの下に配置して、多数の分析物に関連付けられる光を同時に受光することができる。ＣＣＤ又は他の光センサ２３０は、キュベットと、レンズ、光ファイバ、ライトパイプ又は他の機構を用いてＣＣＤに伝達される多数の分析物からの光とから離れて配置されることができる。
【００３１】
述べられたように、光センサ２３０に達する光は、光源２２５から、サンプル提示システム１２０上に配置される分析物を通って、光センサ２３０に達する。任意の数のシステム構成を用いて、光源２２５からの光を光センサ２３０まで選択的に誘導することができる。１つの例示的な実施形態によれば、多数の単一波長光源２２５を含む光発生器カルーセル２２０が、単一波長光源を選択的に位置決めし、このことによって、付加的な光学構成要素を用いることなく、光が所望の分析物を通過して光センサ上に達することができる。
【００３２】
別法では、図４に示されるように、光学構成（４００）が、キュベット（４３０）内に含まれる分析物又は分析物誘発発色団（４４０）のような測定ゾーンにわたって直線的に配列される、ＬＥＤのような多数の単一波長光源（２２５）を含むことがある。各単一波長光源（２２５）がキュベット上に合焦し、信号が分析物を試験するための光検出器によって収集されるので、単一波長光源（２２５）は、特定の経路内に向けられることがある。図４に示されるように、単一波長光源（２２５）によって生成される単一波長光（４５０）は、ライトパイプ（４１０）を用いて、単一の放射ゾーンに向けることができる。１つの例示的な実施形態によれば、ライトパイプ（４１０）は、概ね反射性の内側表面を有する任意の数の中空の筒状体、又は高い度合いの全内部反射を有する光ファイバを含むことがある。さらに、図４に示されるように、例示的な光学構成（４００）は、生成された単一波長光（４５０）を合焦するように構成される任意の数の合焦光学系（４２０）を含むことがある。単一波長光（４５０）が分析物に向けられると、その光は分析物の中を進行し、分析物、又は蛍光色素分子のような発色団を励起し、その結果として生成される光放射は、入射光及び迷光に対して所望の信号を最大にするために、到来する光に対して垂直方向で検出される。
【００３３】
別法では、図６に示される１つの例示的な流体分析システム（５００）は、単一波長光源（２２５）が、所望の分析物又は分析物誘発発色団（４４０）を含む複数のキュベット（４３０）上に配列されることがある。この例示的な実施形態によれば、種々のキュベット（４３０）の分析物又は発色団（４４０）の中を通過する信号は、その後、個々の光ファイバ（６１０）によって光検出器に誘導される。この例示的な実施形態によれば、個々の光源（２２５）は、所望の単一波長光源（２２５）と光センサ（２３０）との間で光が伝達されるように選択されることができる。
【００３４】
光センサ（２３０）に単一波長光を誘導する方法に関係なく、光センサは、吸収又は発光、蛍光、化学発光及びそれらの組み合わせを含む、分析物又は分析物誘発発色団の任意の数の波長特性を検出するように構成することができるが、これらに限定されることはない。多くの場合に、繊細な蛍光及び化学発光を測定するために、到来する光に対して垂直に検出器を配置することが好ましい。この形態において用いられる検出器は、図４に示されるように、最適な信号品質のためにフィルタリングを必要とすることがある。例示的な流体分析システム（４００）に組み込まれる光センサに関係なく、光センサ（２３０）による光の検出は、電荷に変換される。その後、光センサ（２３０）によって生成される弱い電荷は、図２ａ及び図２ｂに示されるように、プロセッサ（２００）に伝送される前に、信号増幅器（１３０）に通されることがある。
【００３５】
プロセッサによって受信されると、その後、その電気信号は、分析物反応化学物質の波長特性に関して分析することができる。図６に示される１つの例示的な実施形態によれば、所望の分析物反応化学物質の吸光度を、以下の式によって示されるようなベールの法則に従って求めることができる；
Ａ＝□ｂｃ （式１）
ただし、吸光度（Ａ）は、モル減衰係数（□）に、吸収又は発光経路長（ｂ）及び発色団濃度（ｃ）を掛けた値に等しい。図６に示されるように、分析物又は分析物誘発発色団（４４０）の吸収又は発光経路長（６００）は、キュベット（４３０）のサイズに基づいて知ることができる。さらに、１つの例示的な実施形態によれば、分析物又は分析物誘発発色団の減衰係数（□）は、ルックアップテーブルからプロセッサ（２００；図２ａ）によって求めることができる。上記の特性が求められ、且つ／又は測定されると、分析物の濃度（ｃ）を計算することができる。ここで、上記の例示的な流体分析システム（１００）を動作させるための１つの例示的な方法が、以下にさらに詳細に説明される。
[例示的な動作]
図７は、１つの例示的な実施形態による、上記の流体分析システム（１００）を使用するための例示的な方法を示す。図７に示されるように、本発明の例示的な方法は、最初に、光源及び波長選択システムに隣接して分析物サンプルを配設することによって開始される（ステップ７００）。分析物サンプルは、任意の数の形態において、且つ任意の数の分析物提示デバイスを用いて、光源及び波長選択システム（１１０；図１）に隣接して配設されることができる。１つの例示的な実施形態によれば、分析物サンプルは、周辺部にわたってキュベットを形成されている生物流体クーポンを用いて、光源及び波長選択システムに隣接して配設されることができる。
【００３６】
所望の分析物が、光源及び波長選択システムに隣接して配置されると（ステップ７００）、所望の波長を選択することができる（ステップ７１０）。本発明の例示的な実施形態によれば、単一波長光源のための所望の波長は、少なくとも部分的には、試験されている分析物の分析物反応化学物質の予想される吸収スペクトル又は発光スペクトルに基づいて選択することができる。図８には、分析物（８１０）及び単一波長光源（８２０）の両方の特性を示す吸収スペクトル又は発光スペクトルが示される（８００）。図８に示されるように、分析物の吸収スペクトル又は発光スペクトルは、少なくとも１つのピークを含む。同様に、ＬＥＤ発光スペクトル（８２０）は、その発光波長に関連付けられる１つのピークを示す。図８に示されるように、１つの特定の光源が、分析物の吸収スペクトル又は発光スペクトル内のピークに対応する発光ピークを示すことがある。
【００３７】
図７の例示的な方法と共に続けると、所望の波長が特定された場合に（ステップ７１０）、その後、サンプル分析物又は分析物反応化学物質を、特定された波長を放射する単一波長光源によって照明することができる（ステップ７２０）。より詳細には、１つの例示的な実施形態によれば、プロセッサ（２００；図２ａ）又はオペレータによって、所望の波長が特定されると、光発生カルーセル（２２０）が、サーボ機構（２１０）を介して、制御可能に操作され、配設された分析物に隣接して所望の単一波長光源（２２５）を配置することができる。その後、単一波長光源（２２５）が制御可能に照明されて、所望の光の波長を、配設された分析物の中に通すことができる。
【００３８】
分析物又は分析物反応化学物質が照明されると、次に、その溶液の中を通る光を光検出器（２３０；図２ａ）によって光学的に検出することができ、それを用いて、照明データを生成することができる（ステップ７３０）。照明データが生成されると、そのデータは増幅され、分析のためにプロセッサに送信される（ステップ７４０）。先に述べられたように、生成された照明データは、先に詳細に説明されたように、ベールの法則による吸収又は発光を含む、任意の数の特性に関して分析することができるが、これに限定されることはない。
【００３９】
要するに、本発明の例示的なシステム及び方法は、有用性及び速度を維持しながら、費用を削減する簡単で、頑強な光学分析システムを提供する。より具体的には、１つの例示的な実施形態によれば、本発明の多波長選択器構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザのような単一波長光源を含み、その構造は、任意の数の構造的な構成を有し、小さなエリアに光を合焦又は誘導することができる。さらに、先に述べられたように、多数の単一波長光源を、ＣＣＤ又はフォトダイオードのような光検出器と共に組み込むことによって、多数の分析物を同時に測定できるようになる。
【００４０】
これまでの説明は、本発明の方法及び装置を例示し、説明するためだけに与えられてきた。排他的であること、又は本開示を開示される任意の厳密な形態に限定することは意図していない。上記の教示に鑑みて、数多くの変更及び変形が可能である。本開示の範囲は添付の特許請求の範囲によって定められることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】１つの例示的な実施形態による、流体分析システムの構成要素を例示する簡単なブロック図である。
【図２ａ】１つの例示的な実施形態による、流体分析システムの斜視図である。
【図２ｂ】１つの例示的な実施形態による、流体分析システムの斜視図である。
【図３ａ】種々の例示的な実施形態による、光源及び波長選択システムの種々の構成の斜視図である。
【図３ｂ】種々の例示的な実施形態による、光源及び波長選択システムの種々の構成の斜視図である。
【図４】１つの例示的な実施形態による、分析されているマイクロ流体クーポンの側面図である。
【図５】１つの例示的な実施形態による、光送達システム構成の側面図である。
【図６】１つの例示的な実施形態による、光送達システム構成の側面図である。
【図７】１つの例示的な実施形態による、流体分析システムで流体を分析するための方法を例示するフローチャートである。
【図８】１つの例示的な実施形態による、分析物の吸収スペクトル又は発光スペクトル、及び単一波長光源の対応する発光スペクトルを示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の選択可能な単一波長光源（２２５）を含む光源（２２５）と、
前記光源（２２５）に光学的に結合される物質提示部材と、
前記物質提示部材に関連付けられる光学検出システム（２３０）とを備えることを特徴とする物質を光学的に分析するためのシステム。
【請求項２】
前記複数の選択可能な単一波長光源（２２５）を含む前記光源（２２５）は円板状の部材（３１０）を有し、前記複数の選択可能な単一波長光源（２２５）は前記円板状の部材（３１０）の外側縁部に結合されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光学検出システム（２３０）は、前記物質提示部材の中を通過する光（４５０）を検出するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記光源（２２５）と前記物質提示部材との間に配置されるライトパイプ（４１０）をさらに備え、
前記ライトパイプ（４１０）は、前記単一波長光源（２２５）によって生成される前記光（４５０）を、前記物質提示部材上に誘導するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記単一波長光源（２２５）のアレイを含む前記光源（２２５）は多角形部材（３６０）を有し、前記単一波長光源（２２５）のアレイは前記多角形部材（３６０）上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
構造的な支持部材と、
前記構造的な支持部材に結合される複数の選択可能な単一波長光源（２２５）とを備えることを特徴とする物質を光学的に分析するための光源（２２５）。
【請求項７】
前記構造的な支持部材は、選択的に回転するように構成されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
構造的な支持部材を形成することと、
前記構造的な支持部材に複数の選択可能な単一波長光源（２２５）を結合することと、
前記複数の選択可能な単一波長光源（２２５）をコントローラに電気的に結合することとを含むことを特徴とする物質を光学的に分析するための光源（２２５）を作成する方法。
【請求項９】
複数の選択可能な単一波長光源（２２５）から所望の単一波長光源（２２５）を選択することと、
前記所望の単一波長光源（２２５）で分析物（４４０）を照明することと、
前記照明された分析物に関連付けられる波長を検出することとを含むことを特徴とする複数の選択可能な単一波長光源（２２５）を含むカルーセル型光源（２５０、３００、３５０）を使用する方法。
【請求項１０】
前記複数の選択可能な単一波長光源（２２５）から所望の単一波長光源（２２５）を前記選択することは、少なくとも部分的には、前記分析物（４４０）の吸収特性又は発光特性に基づくことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１】
複数の選択可能な単一波長光源（２２５）を含む光源（２２５）と、
前記光源（２２５）に光学的に結合される物質提示部材と、
前記物質提示部材に関連付けられる光学検出システム（２３０）とを備えることを特徴とする物質を光学的に分析するためのシステム。
【請求項２】
前記複数の選択可能な単一波長光源（２２５）を含む前記光源（２２５）は円板状の部材（３１０）を有し、前記複数の選択可能な単一波長光源（２２５）は前記円板状の部材（３１０）の外側縁部に結合されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光学検出システム（２３０）は、前記物質提示部材の中を通過する光（４５０）を検出するように配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記光源（２２５）と前記物質提示部材との間に配置されるライトパイプ（４１０）をさらに備え、
前記ライトパイプ（４１０）は、前記単一波長光源（２２５）によって生成される前記光（４５０）を、前記物質提示部材上に誘導するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記単一波長光源（２２５）のアレイを含む前記光源（２２５）は多角形部材（３６０）を有し、前記単一波長光源（２２５）のアレイは前記多角形部材（３６０）上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
構造的な支持部材と、
前記構造的な支持部材に結合される複数の選択可能な単一波長光源（２２５）とを備えることを特徴とする物質を光学的に分析するための光源（２２５）。
【請求項７】
前記構造的な支持部材は、選択的に回転するように構成されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
構造的な支持部材を形成することと、
前記構造的な支持部材に複数の選択可能な単一波長光源（２２５）を結合することと、
前記複数の選択可能な単一波長光源（２２５）をコントローラに電気的に結合することとを含むことを特徴とする物質を光学的に分析するための光源（２２５）を作成する方法。
【請求項９】
複数の選択可能な単一波長光源（２２５）から所望の単一波長光源（２２５）を選択することと、
前記所望の単一波長光源（２２５）で分析物（４４０）を照明することと、
前記照明された分析物に関連付けられる波長を検出することとを含むことを特徴とする複数の選択可能な単一波長光源（２２５）を含むカルーセル型光源（２５０、３００、３５０）を使用する方法。
【請求項１０】
前記複数の選択可能な単一波長光源（２２５）から所望の単一波長光源（２２５）を前記選択することは、少なくとも部分的には、前記分析物（４４０）の吸収特性又は発光特性に基づくことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２００９−５０５０６６（Ｐ２００９−５０５０６６Ａ）
【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２００８−５２６０３２（Ｐ２００８−５２６０３２）
【出願日】平成１８年７月２４日（２００６．７．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０２８６７１
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０２１４６１
【国際公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【出願人】（５０３００３８５４）ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． (1,145)
【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７月２４日（２００６．７．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０２８６７１
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０２１４６１
【国際公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【出願人】（５０３００３８５４）ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． (1,145)
【Ｆターム（参考）】
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