(57)【要約】溶液中に保持されたサンプルを光学的に検出するためのシステムが開示されるが、このシステムでは、1000以上のスルーホールウェルを有する保持用プレートを使用することが必須である。前記溶液は、これらのスルーホールウェルの中で表面張力の下に保持プレートの対面する表面の間に懸架される。次に、このプレートに空気式ポンプが係合されて、約1380Paすなわち１平方インチ当たりおよそ2/10ポンド（0.2 psi）に等しい差圧（Δp）が確立される。この結果、前記溶液の表面上に凸状メニスカスが形成され、このメニスカスは前記溶液の中に入射してくる光を集束、集中させる。この結果、この光の集中が、前記溶液中のサンプルの光学的検出を容易にする。
2005521063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む、溶液中に保持されたサンプルの光学的検出のためのシステム。
貫通する複数のスルーホールウェルを有している、第１の表面と第２の表面を持つ保持用プレート；及び、
前記スルーホールウェル中の前記溶液に力を加えて前記プレートの前記第１の表面のところで凸状メニスカスを形成させ、その結果、前記凸状メニスカスを通って前記溶液の中に入射する光を前記溶液中で集束、集中させて、前記溶液中の前記サンプルの光学的検出を容易にすることを目的に、前記保持用プレートの前記第１及び第２の表面の間に差圧(Δp)をつくるための、前記プレートと係合可能な空気的手段。
【請求項２】
前記空気的手段が空気式ポンプである請求項1に記載されたシステム。
【請求項３】
前記差圧(Δp)が1平方インチあたりおよそ2/10ポンド(0.2 psi)である請求項2に記載されたシステム。
【請求項４】
更に、凸状メニスカスを通して光を導入するための光学的手段を含む請求項1に記載されたシステム。
【請求項５】
更に、前記第１の表面上に、凸状メニスカスの形成を促進させるための疎水性コーティングを含む請求項1に記載されたシステム。
【請求項６】
前記保持用プレート中の前記スルーホールウェルのそれぞれが、5:1より大きいアスペクト比を持ち、且つおよそ500ミクロンより小さい内径を持つ請求項1に記載されたシステム。
【請求項７】
以下を含む、溶液中に保持されたサンプルの光学的検出のためのシステム。
前記溶液を表面張力の下に懸架させるための機械的手段であって、その懸架された溶液は、周囲条件に曝される上側表面と、同じ周囲条件に曝される下側表面とを持つ；及び、
前記溶液の一方の前記表面に凸状メニスカスを形成させるための、前記機械的手段と係合可能な空気的手段であって、前記凸状メニスカスを通って前記溶液の中に入射する光を前記溶液中で集束、集中させて前記溶液中の前記サンプルの光学的検出を容易にするための前記手段。
【請求項８】
前記機械的手段が、複数のスルーホールウェルが貫通して延びている、第１の表面と第２の表面を持つ保持用プレートであり、且つ、前記溶液が、前記各スルーホールウェル中で前記保持用プレートの第１の表面と第２の表面の間に懸架されている、請求項7に記載されたシステム。
【請求項９】
前記保持用プレート中の前記スルーホールウェルのそれぞれが、5:1より大きいアスペクト比、及び約500ミクロンより小さい内径を持つ請求項8に記載されたシステム。
【請求項１０】
前記保持用プレートが、1,000より多くの前記スルーホールウェルを持つ請求項8に記載されたシステム。
【請求項１１】
前記空気的手段が、前記溶液の前記上側及び下側表面間に差圧(Δp)をつくるための空気式ポンプである請求項8に記載されたシステム。
【請求項１２】
前記差圧(Δp)が、1平方インチあたりおよそ2/10ポンド(0.2 psi)である請求項11に記載されたシステム。
【請求項１３】
更に、光を凸状メニスカスを通して導入するための光学的手段を含む請求項8に記載されたシステム。
【請求項１４】
更に、前記第１の表面上に、凸状メニスカスの形成を促進するための疎水性コーティングを含む請求項8に記載されたシステム。
【請求項１５】
以下のステップを含む、溶液中に保持されているサンプルを光学的に検出するための方法。
溶液を表面張力の下に各スルーホールウェル中で保持用プレートの第１及び第２の表面間に懸架させるための、貫通する複数のスルーホールウェルを有している第１の表面と第２の表面を持つ保持用プレートを準備するステップであって、その懸架された溶液は、周囲条件に曝される上側表面と、同じ前記周囲条件に曝される下側表面とを持つ；
前記プレートに空気的手段を係合させて、前記溶液の一方の前記表面に凸状メニスカスを形成させるステップ；及び、
前記凸状メニスカスを通して光を導入し、それを通過して前記溶液の中に入射する光を前記溶液中で集束、集中させて、前記溶液中の前記サンプルの光学的検出を容易にするステップ。
【請求項１６】
前記保持用プレート中の前記スルーホールウェルのそれぞれが、5:1より大きいアスペクト比及び約500ミクロンより小さい内径を持ち、且つ、前記保持用プレートが、1,000より多くの前記スルーホールウェルを持つ請求項15に記載された方法。
【請求項１７】
前記空気的手段が、前記溶液の前記上側及び下側表面間に差圧(Δp)をつくるための空気式ポンプである請求項15に記載された方法。
【請求項１８】
前記差圧(Δp)が、1平方インチあたりおよそ2/10ポンド(0.2 psi)である請求項17に記載された方法。
【請求項１９】
前記導入ステップが、光学的手段を利用して行われる請求項15に記載された方法。
【請求項２０】
更に、前記保持用プレートの前記第１の表面上に疎水性のコーティングをコートして、凸状メニスカスの形成を促進させるステップを含む請求項15に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、アッセイを保持するためのプレートに関する。より詳細には、本発明は、保持用プレート上で液体溶液中に保持されている試料サンプルの観察、検出及び回収を容易にする保持用プレート並びにその使用方法に関する。本発明は、特に、しかし専らではないが、液体溶液が保持用プレートのスルーホールウェル中に懸架されている場合、その溶液中に保持されている試料サンプルを検出するために、その液体溶液の光学的特性を変えるのに有用である。
【背景技術】
【０００２】
毛管現象は、細孔管又はチャンネル中で起こる表面張力に関連した現象である。典型的には、そのような管又はチャンネルは、キャピラリー管(毛管)と呼ばれ、液体が毛管中を上昇する高さを数学的に求めることができることはよく知られている。この現象には、多くの応用があり、そのうちの一つは、保持用プレートのスルーホールウェルを満たすために利用できることである。より特定的には、およそ5 : 1以上のアスペクト比 、及びおよそ500ミクロン以下の内径を持つスルーホールウェルは、この毛管現象を示すことが判明している。
【０００３】
保持用プレート中のスルーホールウェルのような細孔管中の液体が、メニスカスを形成するのは毛管現象の結果である。液体が固体に接するときの平坦な表面からの離脱であるメニスカスは、表面張力によって生じ、容易に観察することができる。重要なことに、メニスカスは、液体の中に入る又はそこから出る光を、その特定の形状に応じて屈折させる。水溶液、及び光を通す他の殆どの液体の場合、メニスカスは一般に凹状である。従って、メニスカスは、液体に入射する光を発散させる凹レンズとして光学的に機能する。
【０００４】
アッセイを保持するプレートの一つの重要な能力は、そのプレートに保持されている試料サンプルが検出が可能であり、また観察可能なことである。キャピラリー管様のスルーホールウェルを持つ保持用プレートの場合、上記の目的のために光が利用されるとき、解決される必要のある光学的な問題が存在する。先に示したように、光が凹状メニスカスを通ってサンプル溶液の中に入射する際に、凹状メニスカスは、光を発散させる。保持用プレート中のスルーホールウェルの壁が、望ましいとされるように、光吸収性の場合、発散光はその壁によって吸収される。この事実は、溶液中の試料サンプルとの相互作用のために利用できる光の量を著しく減らすことを意味する。これらの環境の下では、サンプルの検出はより困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の見地から、保持用プレート中で表面張力の下、液体溶液中に懸濁されている試料サンプルを検出するためのシステム及び方法を提供することが、本発明の一つの目的である。本発明のもう一つの目的は、溶液に入射する光を集束、集中させ、それによって溶液中に保持されている試料サンプルの検出を容易にする、凸状又は平坦なメニスカスをつくるシステム及び方法を提供することである。本発明のもう一つの目的は、使用及び作製が簡単で、費用効果の大きい、キャピラリー管中の溶液中に懸濁されている試料サンプルを検出するためのシステム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
溶液が表面張力の下にキャピラリー管中に保持されており、その溶液中のサンプルを光学的に検出するためのシステムは、対面する第１及び第２の表面を持つ保持用プレートを含む。複数の実体的に平行なスルーホールウェル(即ち、キャピラリー管)が、これらの対面する両表面間で保持用プレートを貫通して延びている。本発明に対して想致されるように、保持用プレートは、1,000以上のそのようなスルーホールウェルを持つことができ、各スルーホールウェルは、約5:1以上のアスペクト比を持つ。また、各スルーホールウェルは、およそ500ミクロン以下の内径を持つ。
【０００７】
空気式ポンプ、又は関連技術においてよく知られているなんらかの類似の装置が、保持用プレートの第１及び第２の表面間に差圧(Δp)を確立するために、保持用プレートと係合可能である。この差圧(Δp)は、当然、保持用プレートの各スルーホールウェル中に保持されている液体にも影響を与える。この結果は、差圧(Δp)が液体溶液をそれぞれのそのスルーホールウェルから押しやることである。この場合、差圧(Δp)に対して反作用する力は、主に、その液体溶液にかかる表面張力の結果であろう。数学的には、200 mmのキャピラリーの表面張力は、以下の式を利用して計算することができる：
P = 4σ / d
ここで、
P = メニスカスによる圧力 
σ = 水の表面張力 = 0.0727 N/m
d = キャピラリーの直径 = 200μm
結果は、
P = (4 x 0.0727) / (200 x 10-6) = 1454 N / m2 ≒ 0.2 psi となる。
【０００８】
従って、差圧(Δp)を1平方インチあたりおよそ2/10ポンド(0.2 psi)以下に適切に制御することによって、その液体溶液は、スルーホールウェルの中を移動させることができ、ウェルから押し出されることはない。代りに、液体溶液がスルーホールウェルを離れようとすると、出口のところで膨らんで凸状メニスカスを形成する。この効果は、スルーホールウェルの入口／出口を取り囲む表面を、Teflon[登録商標]のような疎水性コーティングでコートすることによって更に高めることができる。
【０００９】
本発明が意図するように、プレートの表面上の各スルーホールウェルの入口、又は出口のところにつくられた凸状メニスカスは、光学的な利点のために使用される。具体的には、照明装置が保持用プレートのスルーホールウェル中に保持されているサンプルを検出するために利用される場合、これらの凸状メニスカスは、メニスカスを通って溶液の中に入射する光を、発散するよりはむしろ集束させる。結果として生じる溶液中における光の集中は、溶液中のサンプルの光学的検出を容易にするために利用することができる。この結果は、単にボーラス(丸い塊)状の液体をスルーホールウェルの出口/入口により近く動かすことによって、少なくとも部分的に達成できることは、当業者なら理解するところである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の新規な特徴、並びに本発明それ自体は、その構造及び操作の両方に関して、この明細書と一緒にして、添付の図から最もよく理解される。その中の同様な参照符号は、同様の部分を意味している。
【００１１】
先ず図1を参照すると、液体溶液中に保持されたサンプルを光学的に検出するための、本発明によるシステムが図示されており、全体が10として示されている。図示するように、システム10は、保持用プレート12、プレート12を見るための光学的検出部14、及び保持用プレート12に微圧差(Δp)を課すための空気式装置16を含む。システム10の操作において、空気式装置16は、溶液中に保持されている試料サンプルを検出する光学的検出部14の能力を向上させる液体溶液のための形状を確立するための微圧差Δpをつくる。
【００１２】
保持用プレート12を特に参照すると、この保持用プレート12は第１の表面18及び第２の表面20を持つことが図1に示されている。これらの表面18及び20は、両方とも実体的に平坦であり、それらは、全体として、互いに平行である。重要なことに、プレート12はまた、実体的に互いに平行な、且つ、表面18及び20の間でプレート12を貫通して延びる複数のスルーホールウェル22を含む。おそらく、図2を参照すると最もよく理解されるように、プレート12中の各スルーホールウェル22(このうち、スルーホールウェル22a、22b及び22cは例示に過ぎない)は、長さ24及び内径26を持つ。本発明に対しては、内径26は、約500ミクロン(500μm)に等しいか、またはそれ以下であることが考えられる。更に、各スルーホールウェル22は、約5:1かそれ以上のアスペクト比(即ち、長さ24の内径26に対する比)を持つことが考えられる。いずれの場合も、スルーホールウェル22が、毛管現象を有効に呈することが本質的に重要である。
【００１３】
なお図1を参照すると、システム10の空気式装置16は、トレー28を含む。示したように、トレー28は、壁30で形成され、またそれは底部32を持ち、これは壁30と一緒に空洞部34を形成する。更に、管36が、トレー28に取り付けられている。特に、管36は、トレー28の空洞部34と空気式ポンプ38と液体連通で連結している。システム10の光学的検出部14がカメラ40及び光源42を含むことも図1に見られる。どのような光検出装置（カメラ40は例示に過ぎない)も本発明の目的に使用できることは、熟練した技術者には理解されるべきである。また、システム10の特別な応用に応じて、光源42は、特定の波長の可視光又は不可視光、並びにコリメイト光、あるいはモノクロ光を選択的にを発生させることができる。
【００１４】
次に図2を参照すると、プレート12の表面18は、疎水性コーティング44でコートされることができることが分ると思われる。図示はされていないが、表面20も同様にコートされ得ることは理解されるべきである。重要なことに、後で開示するが、コーティング44は、種々のスルーホールウェル22の各開口部46を囲むように示されている。図2において、個々の溶液48の部分が、各スルーホールウェル22中に懸架されていることも示されている。上記で示されたように、溶液48は、毛管現象により、スルーホールウェル22の中に導入され、溶液48にかかる表面張力の影響下に、その中で懸架される。従って、殆どの場合、溶液48は、スルーホールウェル22中で懸架される場合、凹状メニスカス50を形成するような液体タイプであると考えられる。疎水性コーティング44は、スルーホールウェル22間の液体の移動を妨げるであろうことも理解されるところである。
【００１５】
本発明のシステム10の操作においては、空気式装置16のトレー28を、保持用プレート12と係合させる。より特別には、図3を参照すると最もよく理解されるように、この係合は、トレー28の空洞部34を、トレー28の底部32と保持用プレート12の第２の表面20との間に位置する気密チャンバー52に変える。この配置で、ポンプ38の作動は、チャンバー52中で、保持用プレート12の第１の表面18上の周囲圧力p2より大きい圧力p1をつくることができる。結果として、スルーホールウェル22a〜cから各開口部46a〜cの外側に溶液48を押しやる傾向のある差圧Δpが生じる(Δp = p1-p2)。しかしながら、今述べたような過剰圧力をつくるよりもむしろ、吸引装置(図示せず)を第１の表面18に係合させて、容易に同じ結果を達成することができることは理解されるところである。また、空気式ポンプ38を、チャンバー52を真空にするために動かすことができることも考えられる。この場合、溶液48は、保持用プレート12の表面20に向かって押しやられると考えられる。それにも関わらず、いずれの場合においても、好ましい結果は、各スルーホールウェル22の各開口部46のところで溶液48上に凸状メニスカス54を形成させることである。
【００１６】
凸状メニスカス54の光学的機能は、それが本発明の目的のために作製された場合、おそらく、図4を参照すると最もよく理解される。そこでは、凸状メニスカス54の形状のため、光線56が、それらが溶液48のメニスカス54に入射するとき、予想された態様で屈折することを見ることができる。具体的には、光線56は、空中から溶液48の中に進むとき、それらは、図4に示すように、集束するような態様で屈折される（光線56は例示である）。本発明が意図するように、この集束効果は、溶液48中に懸濁されている可能性のある粒子58の増強された照明のために、より多くの光を各スルーホールウェル22に集中させる上で助けとなる。
【００１７】
本明細書中に示し、詳細に開示したこの特定の「保持用トレーのスルーホールウェルの中で溶液中に保持されたサンプルの光学的検出を増幅するための方法」が、本明細書中でこれまでに記載した目的を達成すること、及び、便宜を提供することは十分可能であるが、それは現時点で望ましい本発明の実施形態の単なる例示であり、添付の特許請求の範囲に述べた以外に、本明細書中に示した構成又は設計の詳細を限定するものではないことは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図1は、本発明のシステムの斜視概略図である。
【図２】図2は、図1の線2-2に沿って見た保持用プレートの一部の断面図である。
【図３】図3は、差圧(Δp)が負荷されている、図２に見られる保持用プレートの断面図である。
【図４】図4は、図3で見えると考えられる、保持用プレート中のスルーホールウェルの出口/入口のところに形成された凸状メニスカスの拡大図である。
【図１】
2005521063.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005521063.tif 000006
【国際調査報告】
2005521063.tif 000007
2005521063.tif 000008
2005521063.tif 000009