(57)【要約】サンプルの中の検体の存在に関連する蛍光現象を検出するための診断装置が開示される。装置はハウジング、励起光源（６６）および光検出器（７０）、および一体のマルチサーフェス光モジュール（６２）を含む。光モジュール（６２）は一体に成形され、光源（６６）からの励起光を装置の検体検出ゾーン（３０）の中の焦点領域（６０）に導くための焦点形成光学面（８０）を有するアップストリーム（６３）部分、および検出ゾーン（３０）の中の蛍光現象によって生成される蛍光放出光を励起光の経路と実質的に垂直の方向に光検出器（７０）に導くための第２の焦点形成度付き光学面および少なくとも１個の反射面を有するダウンストリーム部分（６５）から成る。光モジュール（６２）はマルチサンプル、サンプルアレイ、および使い捨てカートリッジのフォーマットを含む各種のアッセイフォーマットに適用され得る。
2007509324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置にあてがわれたサンプルの中の検体の存在に関連する蛍光現象を検出するための診断装置であって、
（ａ）ハウジングと、
（ｂ）該ハウジングの中に取り付けられる励起光源および光検出器と、
（ｃ）該ハウジングの中に該光源および光検出器に隣接して置かれたマルチサーフェス光モジュールであって、
（ｃｉ）該光源からの励起光を、該装置の検体検出ゾーンの中の焦点領域に導くための、第１の焦点形成面を有するアップストリーム部分と、
（ｃｉｉ）該検出ゾーンの中の蛍光現象によって生成される蛍光放出光を、該検出ゾーンの中の該励起光の経路に対して実質的に垂直の方向に、該光検出器の上に導くための、第２の焦点形成面および少なくとも１個の反射面を有するダウンストリーム部分と、
を備えるマルチサーフェス光モジュールと、
（ｄ）該ハウジングの上に置かれるディスプレイと、
（ｅ）ハウジング内の電子ユニットであって、
（ｅｉ）該励起光源を活性化するために、該励起光源と、
（ｅｉｉ）そこからの電気信号を受信するために、および該信号を検体検出信号に変換するために、該光検出器と、
（ｅｉｉｉ）該検出信号を表示するために、ディスプレイと、
動作的に結合される、ハウジング内の電子ユニットと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記検体検出ゾーンは前記光モジュールの前記アップストリーム部分に形成され、前記光源、第１の焦点形成面および検出ゾーンは共通平面と交差する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光源は、分離した異なる波長の励起光線を前記検出ゾーンに導くための、１組の並置された励起光の光源を含み、該光源の間の間隔は、該２個の光源からの光を前記検出ゾーンの実質的に同じ領域に導くような間隔である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
励起光の前記光源は、分離した異なる波長の励起光線を前記検出ゾーンに導くための、１組の並置された励起光の光源を含み、前記アップストリーム部分の前記焦点形成面は、該２個の光源からの光を前記検出ゾーンの実質的に同じ領域にフォーカスするために、二分岐される、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記検体検出ゾーンは前記光モジュールの中に形成され、前記モジュールは背面および頂面、ならびに該背面および頂面のそれぞれの中の第１および第２の反射領域を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
分離した異なる波長の蛍光放出現象を前記検出器の中で検出するための、１組の並置された光検出器を含み、前記ダウンストリームアセンブリの中の前記焦点形成面は、前記検出ゾーンからの蛍光放出光線をそれぞれの該光検出器に導くために設計された二分岐された面を有し、該二分岐された光学面と該関連する光検出器との間に配置されたバンドパスフィルタを、それぞれの光検出器に対してさらに含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
分離した異なる波長の蛍光放出現象を前記検出器の中で検出するための、少なくとも２個の並置された光検出器を含み、前記頂面の反射領域は、前記検出ゾーンからの蛍光放出光線をそれぞれの該光検出器に導くために二面形状であり、該二分岐された面と該関連する光検出器との間に配置されたバンドパスフィルタを、それぞれの光検出器に対してさらに含む、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記検出器からの分離した異なる波長の蛍光放出を検出するための、少なくとも２個の並置された光検出器を含み、前記頂面の反射領域は、前記検出ゾーンの中の蛍光放出をそれぞれの該光検出器に導くために曲面であり、該分割された焦点形成面と該関連する光検出器との間に配置されたバンドパスフィルタを、それぞれの光検出器に対してさらに含む、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記光源および光検出器は前記ハウジングの中の支持体の上に置かれ、前記光モジュールは該支持体の上に取り付けられる、請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
前記光モジュールは、前記ハウジングの中に取り外し可能に置かれる、使い捨てカートリッジである、請求項２に記載の装置。
【請求項１１】
前記検出ゾーンは、前記装置のサンプル取り扱いデバイスの中に含まれ、該デバイスは、サンプルを受け取り該サンプルを前記検出ゾーンに導くための流体取り扱い構造を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記サンプル取り扱いデバイスは、前記光モジュールの表面に被せられるマイクロフルイディクスプレートを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記光モジュールおよび付加されるサンプル取り扱いデバイスは、前記ハウジングの中に取り外し可能に取り付けられる、使い捨てカートリッジを形成する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
サンプルのアレイにおいて複数のサンプルの中の検体の存在と関連する蛍光現象を検出するために、並置して配置された複数の前記光モジュールを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記光源および光検出器は実質的に同じ方向を向き、前記検出ゾーンの相対する側に配置され、前記装置は、前記検出ゾーンと、サンプルを受け取り該サンプルを前記検出ゾーンの中に導くための流体取り扱い構造とを有するサンプル取り扱いデバイスをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記サンプル取り扱いデバイスおよび光モジュールは、向かい合う位置関係で一緒に密封されてアッセイカートリッジを形成し、該アッセイカートリッジはサンプル受け取りウエルおよび前記検体検出ゾーンを有する閉囲された流体取り扱い構造を定義する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記光源および光検出器は実質的に同じ方向を向き、前記検出ゾーンの相対する側に配置され、
（ｉ）前記アップストリーム部分は、その焦点が前記光源に、またはその近くに位置する第１の収束光学面と、該第１の収束光学面からの励起光を前記検体検出ゾーンの中にフォーカスするために有効な第２の収束光学面と、前記光源と光検出器との間を伝播する光の方向を反転するために、該第２の光学面と協働する第１の反射面とを含み、
（ｉｉ）前記ダウンストリーム部分は、その焦点が前記検出ゾーンに、またはその近くに位置し、その光学軸が該第２の収束光学面の光学軸と実質的に直交する第３の収束光学面と、前記検出ゾーンの中で生成され該第３の収束光学面を通過する蛍光を、前記光検出器の上にフォーカスするために有効な第４の収束光学面と、該第３の光学面と光検出器との間を伝播する光の方向を反転するために、該第３の光学面と協働する第２および第３の反射面とを含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記光源は発光ダイオードであり、前記第１の収束光学面は、該光学面によって形成される光学視野の中心に向かって該ダイオードからの光線をオフセットする働きをする曲率を有し、該光学視野の該中心の領域の明るさを増加する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
前記光モジュールは、ポリスチレン、ポリカーボネート、およびポリメチルメタクリレートからなるグループから選択されたポリマーで形成される単一部品射出成形される物体として形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
装置にあてがわれたサンプルの中の検体の存在に関連する、蛍光現象を検出することを目的とする診断装置に使用するための、一体型マルチサーフェス光モジュールであって、該アセンブリは、該装置内において動作可能な状態において、
（ｉ）該装置の蛍光励起光の光源からの励起光を、該装置の検体検出ゾーンの中の焦点領域に導くための、第１の焦点形成光学面を有するアップストリーム部分と、
（ｉｉ）該検出ゾーンの中の蛍光現象によって生成される蛍光放出光線を、該検出ゾーンの中の該励起光線の経路に対して実質的に垂直の方向に、該装置の光検出器の上に導くための、第２の焦点形成光学面および少なくとも１個の反射面を有するダウンストリーム部分と
を備える、モジュール。
【請求項２１】
前記光モジュールは、ポリスチレン、ポリカーボネート、およびポリメチルメタクリレートからなるグループから選択されたポリマーで形成される単一の物体を射出成形することによって形成される、請求項２０に記載のモジュール。
【請求項２２】
前記検体検出ゾーンは前記光モジュールの前記アップストリーム部分に形成され、前記光源、第１の焦点形成光学面および検出ゾーンは、該装置内において動作可能な状態にある該光アセンブリを用いて、共通平面と交差する、請求項２０に記載のモジュール。
【請求項２３】
前記検体検出ゾーンは前記モジュールの中に形成され、前記光サブアセンブリは背面および頂面、および該背面および頂面のそれぞれに含まれる第１および第２の反射面を含む、請求項２０に記載のモジュール。
【請求項２４】
サンプルを受け取り該サンプルを前記検出ゾーンに導くためのサンプル取り扱いデバイスをさらに含み、該デバイスは前記光アセンブリの表面に被せられるマイクロフルイディクスプレートを有する、請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記装置の前記光源および光検出器は実質的に同じ方向を向き、前記検出ゾーンの相対する側に配置され、
（ｉ）前記アップストリームサブアセンブリは、その焦点が前記光源に、またはその近くに位置する第１の収束度付き光学面と、該第１の収束度付き光学面からの励起光を前記検体検出ゾーンの中にフォーカスするために有効な第２の収束度付き光学面と、前記光源と光検出器との間を伝播する光の方向を反転するために、該第２の度付き光学面と協働する第１の反射面とを含み、
（ｉｉ）前記ダウンストリームサブアセンブリは、その焦点が前記検出ゾーンに、またはその近くに位置し、その光学軸が該第２の度付き光学面の光学軸と実質的に直交する第３の収束度付き光学面と、前記検出ゾーンの中で生成され該第３の収束度付き光学面を通過する蛍光光線を、前記光検出器の上にフォーカスするために有効な第４の収束度付き光学面と、該第３の度付き光学面と光検出器との間の光の方向を反転するために、該第３の度付き光学面と協働する第２および第３の反射面とを含む、
請求項１９に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロフルイディクス診断デバイス、免疫吸着剤アッセイまたはＤＮＡチップなどの、蛍光検出診断デバイスに使用するためのマルチレンズ光アセンブリに関する。望ましくは、単一部品のポリマー構造のような、例えば射出成形法によって一体に形成されたアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば血液、尿、または唾液のサンプルの中の検体の存在または量を検出するために、蛍光または吸収などの光学的感知を使用する、多くの種類の診断デバイスがある。蛍光検出は特に、高い感度および蛍光プローブの広い有効性のために、および蛍光プローブに良く適合する様々な種類のアッセイフォーマットのために、多数の異なる種類の、酵素、抗原、抗体、代謝生成物、核酸および細胞型のアッセイに適用されてきた。
【０００３】
例えば、チップの上の１つ以上のアレイ領域と結合する検体を検出するためのＤＮＡチップまたはタンパク質チップは、一般的にチップと結合する検体を検出するために蛍光マーカーを採用する。抗原検体の結合現象は、蛍光プローブを採用する固相または均質なアッセイフォーマットにおいて容易に測定される。蛍光消光に依存する近接効果に基づく蛍光検出は、蛍光の性質を有効活用する診断および検出に関する、別の大きな分野を提供する。
【０００４】
しかしながら、蛍光検出アッセイの１つの制約は、特殊な蛍光読取り装置を必要とすることであった。このような読取り装置は高価なものとは限らないが、それが、家庭での試験において、および小規模なクリニックの医療用または獣医用の設備において、および、例えば小型の持ち運び容易なおよび／または使い捨てアッセイ装置によって恩恵を得るバイオエージェントに対する空気または水の試験において、蛍光アッセイの広範囲な採用を阻害してきた。
【０００５】
それゆえに、家庭または小規模クリニックでの使用のために設計され、使い捨て試験ユニットまたは使い捨てアッセイカートリッジに対して容易に適用可能な、診断用蛍光検出装置またはデバイスを提供することは有益である。核酸アレイのような、複数のサンプルおよび／またはサンプルのアレイを取り扱うことのできるようなデバイスを提供することはさらに望ましいことである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本出願は、一局面において、装置にあてがわれたサンプルの中の検体の存在に関連する蛍光現象を検出するための診断装置を含む。該装置はハウジング、ハウジングの中に取り付けられた励起光の光源および光検出器を含み、さらに、光源および光検出器と接近してハウジングの中に置かれる、複数の光学面を内蔵する光モジュールを含む。光モジュールは、単一部品または一体の物体、例えば成形された高分子物体として形成されることが望ましく、光源からの励起光を装置の中の検体検出ゾーンを定義する焦点域に導くための第１の焦点形成光学面を有するアップストリーム部分、および、検出ゾーンの内部での蛍光現象によって生成される蛍光放出光線を、検出ゾーンの中では励起光エネルギの経路と実質的に垂直な伝播方向に、光検出器まで導くための第２の焦点形成光学面および少なくとも１個の反射面を内蔵するダウンストリーム部分から構成される。
【０００７】
ハウジングの中の電子ユニットが、励起光源を活性化するために励起光源と、そこから電気信号を受信し該信号を検体検出信号に変換するために光検出器と、および検出信号を表示するために装置の中のディスプレイに、結合されるように動作する。
【０００８】
一般的な一実施形態においては、検体検出ゾーンは蛍光励起光源からのフォーカスされた光エネルギを、アップストリーム焦点形成光学面を直接経由して受光するように位置する。こののち「直接光源」フォーマットとしても参照されるこの実施形態においては、光源は１個のＬＥＤであり得、または異なる波長の励起光を検出ゾーンの１つの焦点域に導くか、または検出ゾーンの２つ以上の分離した焦点域に導くために、２個以上の並置されたＬＥＤであり得る。
【０００９】
またこの実施形態においては、光モジュールは検出ゾーンからの光をモジュールの中の第２の焦点形成光学面に導くために、背面および頂面、ならびに背面および頂面の上にそれぞれ形成される第１および第２の反射面を有し得る。該装置は分離した異なる波長の蛍光放出現象を検出するために、検出器の中に２個以上の並置された光検出器を含み得る。ダウンストリームサブアセンブリの中の焦点形成光学面はスプリット（すなわち、二分岐（ｂｉｆｕｒｃａｔｅ））され得、検出ゾーンからの蛍光放出光をそれぞれの光検出器に、それぞれの光検出器と関連する分離したフィルタを通して導くように設計され得る。代替案として、アセンブリの頂面は検出ゾーンからの蛍光放出光を２個以上の並置された光検出器に導くために、「屋根型」形状または曲面であり得る。
【００１０】
光源および光検出器はハウジングの中の支持体の上に置かれ得、光モジュールは前記支持体の上に取り付けられ得る。装置の中の検出ゾーンは、サンプルを受け取りそれを検出ゾーンの中に導くように設計されるサンプル取り扱いデバイスの中に含まれ得る。
【００１１】
サンプル取り扱いデバイスは、光アセンブリの表面の上に被せられるマイクロフルイディクスプレートを含み得る。代替案として、サンプル取り扱いデバイスは、抗体を有するある種の検体をタグ付けする固体の化学物質によってコーティングされたストリップのような、デバイスアセンブリの中に挿入されるストリップであり得る。光モジュール、ＬＥＤおよび光検出器部品、および付属するサンプル取り扱いデバイスは、ハウジングの中に取り外し可能に取り付けられる使い捨てカートリッジを形成し得る。
【００１２】
モジュールは、サンプルアレイにおける複数のサンプルの中の検体の存在と関連する蛍光現象を検出するために並置して配置される、複数のこのようなモジュールの部分として形成され得る。代替案として、１個の装置は複数の光経路セクションを含み得、それぞれは複数の光源の１つからの光を個別の検出ゾーン、例えば直線的なアレイの検出ゾーンを経由して、および検出ゾーンから関連する光検出器へと、光を導き得る。
【００１３】
第２の一般的な実施形態においては、光源および光検出器は実質的に同じ方向を向き、検出ゾーンの相対する側に配置され、その結果、光源からの光伝播経路は検出ゾーンに向かいフォーカスされるとともに反射されなければならず、このようにして、「反射光源」フォーマットを定義する。検出ゾーンはサンプルを受け取りそれを検出ゾーンに導くサンプル取り扱いデバイスの部分であり得る。サンプル取り扱いデバイスおよび光モジュールは一緒に密閉され、サンプル受け取りウエルおよび検体検出ゾーンを有する閉囲された流体取り扱い構造を定義するカートリッジを形成し得る。
【００１４】
また第２の一般的な実施形態においては、光源および光検出器は実質的に同じ方向を向き、検出ゾーンの相対する側に配置され得る。ここではアップストリーム部分は、その焦点位置が前記光源に、またはその近くに位置する第１の収束光学面と、第１の収束光学面からの励起光を検体検出ゾーンの中にフォーカスする機能を有する第２の収束光学面と、第２の光学面と協働して光源と光検出器との間で光線の方向を反転する第１の反射面とを含み得る。ダウンストリーム部分は、その焦点位置が検出ゾーンに、またはその近くに位置し、その光学軸が第２の収束光学面の光学軸と実質的に直交する第３の収束光学面と、検出ゾーンの中で生成され第３の収束光学面を経由する蛍光光線を光検出器の上にフォーカスするのに有効な第４の収束光学面と、第３の光学面と協働して第３の光学面と光検出器との間で放出光の伝播の方向を反転する第２および第３の反射面とを含み得る。
【００１５】
これらの全ての実施形態において、光源は好ましくは発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、所望の蛍光励起波長、例えばブルーまたはグリーンの波長、を放出するものであることが望ましい。ＬＥＤからの励起光があたる第１の光学面は、ダイオードからの光線を第１の光学面によって形成される光学視野（ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｅｌｄ）の中心に向けてオフセットする働きをする曲率を有し得、光学視野の中心の領域の明るさを増す。
【００１６】
記述された様々な実施形態を含む、上に記載された光モジュールはまた、本発明の別の局面を形成する。
【００１７】
本発明のこれらのおよび他の目的および特徴は、本発明に関する以下の詳細な記載内容が添付の図面と関連付けて読まれるときには、より十分に明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、蛍光検出診断デバイスまたは装置のマルチサーフェス光モジュールを含む。以下に記載されるように、光モジュールは一体に（単一部品に）成形された物体、例えば成形されたプラスチック物体として形成されることが望ましく、マイクロフルイディクスフォーマット、複数サンプルフォーマット、およびアレイフォーマットなどの様々なアッセイデバイスおよびフォーマットの目的に合わせて作られ得る。それは例えばマイクロフルイディクスまたは他の小さいデバイスに使用するために、小さな寸法に製作され得、例えばマイクロフルイディクスプレートをアセンブリの複数の表面の１つに被せることによって、サンプル取り扱いエレメントと統合され得る。付属する流体取り扱い構造を含むモジュールは、読取り装置の中に取り外し可能に挿入され得る使い捨てカートリッジであり得、または使い捨てデバイスの固定されたエレメントであり得る。
【００１９】
その最も一般的な局面において光モジュールは、（ｉ）光源からの励起光を検体検出ゾーンを定義する焦点域に導くための、第１の焦点形成光学面を有するアップストリーム部分、および（ｉｉ）検出ゾーンの内部の蛍光現象によって生成される蛍光放出光線を、検出ゾーンの内部では励起光の経路と実質的に垂直の方向に、光検出器まで導くための第２の焦点形成光学面および少なくとも１個の反射面を有するダウンストリーム部分、とを含む。
【００２０】
図示の目的のために、光モジュールは二つの一般的な実施形態に関して記載される。一つの実施形態は「反射光源」フォーマットを有し、この場合には蛍光検出光源からの光は検出ゾーンに向けてフォーカスされ、反射されなければならない。光モジュールの反射光源実施形態は、図２の下部に示されており、マイクロフルイディクスレザバーチャンバの中の蛍光信号（蛍光ラベル付けされた精子からの）の累積値に基づいて、精子の数および運動能力を測定するように設計された使い捨て精子運動能力診断装置の部分として記載される。より一般的には、この実施形態はオフセット光源／検出ゾーンの構成を有する任意の蛍光検出デバイスに適する。
【００２１】
図７〜図１２に関連して記載された、別の一般的な実施形態においては、検体検出ゾーンは蛍光励起光源からのフォーカスされた光を、アップストリーム焦点形成光学面を直接経由して受光する位置に置かれる。今後「直接光源」フォーマットとして参照されるこの実施形態においては、光源は１個のＬＥＤ、または、１個または１個以上の焦点領域の内部に異なる波長の励起光を導くために、並置された２個以上のＬＥＤであり得る。
【００２２】
直接光源フォーマットは、理解されるように、モジュールの光学設計を単純化する。この実施形態は、１個以上の光源からの励起光が、サンプルホルダーの中の１つ以上の焦点領域に直接的に（反射せずに）フォーカスされる、任意の蛍光検出デバイスに適している。例えばアレイフォーマットにおいて、光モジュールは１個の光源からの光を複数のアレイ検出ゾーンのそれぞれの上にフォーカスするための光学面アレイを内蔵し得る。
【００２３】
（Ａ．反射光源フォーマットを有するアッセイ装置）
図１は本発明に従って構成された、前方への精子運動能力および精液中の活動的精子の密度を測定するための、内蔵型（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）アッセイ装置またはデバイス２０を示す。図の中に示される外側のケースまたはハウジング２２は、（ｉ）その内部で精子の運動能力特性が決定される内部サンプル取り扱い構造、（ｉｉ）光源および、この場合にはマイクロフルイディクス構造の中の蛍光ラベル付けされた精子の累積値である、蛍光現象を検出する光検出器を含む検出システム、（ｉｉｉ）マルチサーフェス光モジュール、および（ｉｖ）検出された信号に基づいて精子の特性を決定するために、検出システムに動作的に接続される電子制御ユニット、を備える。これら構成要素の構造および動作は以下に記載される。
【００２４】
図１に見られるように、ケース２２はサンプル受け入れ開口２４を定義し、それは記載されるように、デバイスの中のマイクロフルイディクスシステムの中のサンプル受け入れレザバーと内部でつながる。放出された精液の全体積を集め、サンプルを準備するためのキュベットあるいはサンプル収集ホルダー２６が、また示されている。キュベットは体積の指示目盛り（示されていない）によって、最小の精液体積、すなわち適切な男性の受精能力の標準としてＷＨＯによって必要と決定された１．５ｍＬ、を示し得る。流体をホルダーからデバイスの中のマイクロフルイディクス構造に移すために、キュベットはデバイスの開口２４の中に直接挿入され得、または、放出された精液の全体積の一部分、全サンプル量の希釈、または全サンプル量の他の液体または固体の化学物質との混合を含むために、追加的なサンプル準備容器が提供され得る。
【００２５】
サンプル受け入れウエルの中に挿入されるキュベットは、集計（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）サンプルホルダーと呼ばれ、キュベットの底面全体を含む底面開口、または開口の底面の中の鋭いアクセス（注射針のような）ポートによって容易に開けられる底面の小さい寸法のセットを有し得る。底面はサンプルの漏れることなく穴開けがされるように、ゴムまたはワックスによって作られ得る。サンプルは毛細管現象によって流体流路の中に引き込まれ得る。サンプルホルダーは、ラベリング合成物および／または消化酵素などのような、固体および／または液体の化合物を予め入れておくか、またはコーティングしておくことができる。コラゲナーゼまたはトリプシンなどのような消化酵素が精液サンプルの自然なタンパク質加水分解を促進するために使用され得る。塩化ナトリウムおよびフルクトースなどのような化学物質が精液サンプルの試験管内での生存率を高めるために加えられ得る。キュベットはまた、一般的には、以下に記載されるように、蛍光レポーターのような検出レポーターによって精子をラベリングするための、精子ラベリング試薬を含む。
【００２６】
サンプルホルダーは液体の試薬が予め満たされるか、またはホルダーの中のサンプルに加えるために液体の試薬が別の流体分配器の中でユーザーに供給され得る。液体試薬は砂糖および食塩の等浸透圧性の（ｉｓｏ−ｏｓｍｏｌａｒ）（約２９０ｍＯｓｍ）水溶液を含み得、フルクトース、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、および塩化カリウムを第１義的に含むがこれに限定されず、ＨＥＰＥＳ緩衝によって生理的ｐＨに維持される。
【００２７】
ホルダーの中に予め満たされた溶液または固体の試薬はラベリング合成物を含み得、またはラベリング合成物は固体の形で添加用レザバーの中またはメモリ付きシリンダの中に含まれ得る。ラベリング合成物は凝縮または量子収量（ｑｕａｎｔｕｍ  ｙｉｅｌｄ）のいずれかによって溶液の中で弱い蛍光性を示し、アクティブな集中、分割、またはエステラーゼ活性化による強度な凝縮によるか、または脂質の挿入または環境の変化による量子収量の増加によって、精子細胞の上または中で強い蛍光性を示す。
【００２８】
サンプルホルダーがデバイスの中に挿入されたときには、鋭いアクセスポートが集計サンプルホルダーの底を突き破るために使用され、集計サンプルはそこでアッセイデバイスの中の流体通路へのアクセスを得る。代替案としては、キュベットの中で試薬と混合されたときに、サンプルは開口の中に注がれ得、例えば酵素の溶解可能なプラグを溶かすことによって、またはユーザーによってシールを取り去ることによって、そこからマイクロフルイディクス構造に入ることをし得る。図の中にはまた、ユーザーにアッセイ結果を表示するためのディスプレイ２８が示されている。好適な実施形態においては、デバイス２０は小型の、手で持ち運び可能な、使い捨てデバイスとして製造される。
【００２９】
以下に図１〜図６と関連して記載されるように、デバイスは平面内フォーマットを有し、この場合にはＬＥＤ光源、検体検出ゾーン、および光検出器は全て支持体の上に置かれ、実質的に同じ平面の中にある。図２はデバイス２０の内部構成部品を示し、それはデバイスの中の焦点領域６０によって定義される検出ゾーンを含む収集チャンバを有するマイクロフルイディクスサンプル取り扱い構造３０、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源６６、ペアの光検出器６８、７０、および発明に従って構成されたマルチサーフェス光モジュール６２を含む。これらの全ての構成部品は支持体またはプレート６４の上に取り付けられる。
【００３０】
光モジュールは一般的にＬＥＤ６６からの励起光（太線によって示される）を収集チャンバの中の焦点領域６０に導くためのアップストリーム部分６３、および検出ゾーン内部での蛍光現象によって生成される蛍光放出光（細線によって示される）を、検出ソーンの内部では励起光の経路と実質的に直角の方向に、光検出器７０に導くための、ダウンストリーム部分６５を含む。
【００３１】
アセンブリの詳細を考慮して、さらに図２を参照して、ＬＥＤ６６から分岐して発散する光は曲面の反射面７１で反射され、検出器６８の上にフォーカスされる。この検出器において測定される光強度は、検出器７０において測定される検出ゾーンの内部で生成された蛍光放射からの光強度に対して、ＬＥＤ光強度を較正するために使用される。ＬＥＤからの分岐発散する光はまた光学面７２を通過して導かれ、示されるように、平行化された光線を生成する。この光は直角の反射面７４で反射され、反射された光線はデバイスの中のフィルタインセット７８の中に含まれるバンドパスフィルタ７６を通過する。フィルタ７６はＬＥＤによって生成される低周波数成分、例えば蛍光放出波長と重なり合いやすいレッドおよびグリーンの成分、を除去するように設計される。１つの好ましいフィルタは４７０〜４９０ｎｍ（ブルー）バンドパスフィルタである。反射され、フィルタされた光は凹面の反射面８０によって再び反射され、それは反射された光をマイクロフルイディクス構造の中の収集レザバー６０の中にフォーカスする働きをする。サンプルレザバーの中の励起光の強度は、レザバーの下方のプレート６４の上に置かれた反射板８２によってさらに強められ得る。
【００３２】
図２に示された伝播経路図から理解され得るように、励起光の上記記載の径路は、伝播経路を実質的に図の中の垂直方向に向く方向に沿って限定する。励起光と放出光との間の重なり合いを最小限にするために、蛍光放出は励起光の経路に対して実質的に直交する方向の、すなわち図においては実質的に水平方向の放出光を集めることによって検出される。この放出光は、光モジュールの中の光学面８６に直接的に到達するか、または収集レサバーの反対側に置かれるパッシブ反射体８４によってこの面に向けて反射される。エレメント８６に向けられた放出光は曲面の反射面８８によって、傾斜角を有する反射体９０に向けて内部に反射され、次いでフィルタインサート９４の中に含まれるフィルタ９２を通過する。フィルタは、蛍光放出波長より上の、ＬＥＤからの励起周波数を表す光波長を除去するように設計されたバンドパスフィルタである。１つの好ましいフィルタは５０５〜５４０ｎｍ（グリーン）バンドパスフィルタである。フィルタされた放出光線は直角の反射面１０２で反射され、収束光学面１０４を通過して検出器７０の上にフォーカスされ、それは次いで収集レザバーの中のサンプル材料からの蛍光放出の強度を測定する。
【００３３】
光モジュールの特徴は、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタアクリレートまたは比較的高い屈折率および良好な光透過性を有する他のポリマーにおいて実現される、単一の成形されたプラスチック部品の機能的局面として形成されることが望ましい。示された特定の実施形態においては、アセンブリ全体が１つのポリマー材料から形成されているが、他の実施形態においては屈折率の異なるポリマーが採用され得る。プレート６４の上の反射面は反射コーティングを有する接着テープを貼付することによって、または気相堆積法またはプラズマ堆積法による反射金属コーティングを適用することによって形成される。光モジュールの内部での反射は、ポリマー材料の屈折率が十分に高い場合には、全反射（ＴＩＲ）によって実現され得る。そうでない場合には反射コーティングが使用され得る。
【００３４】
サンプル取り扱い構造３０の構造は、図３Ａ〜図３Ｆに詳細に示される。図３Ｆに見られるように、構造３０はボトムプレート３２（図３Ａ）を位置合わせされたトッププレート３４（図３Ｃ）に接合して形成されるマイクロフルイディクスデバイスである。図３Ａおよび図３Ｂに最もよく見られるように、ボトムプレート３２はプレートの上流側の端の領域に、その上面に形成された涙滴形の凹部３６、構造の中で収集レザバーの部分を形成する、中央の円筒形レザバー凹部３８、および下流側の凹部４０を含む。下のプレートにはまた見られるように、両者が互いに接合されるときに下および上のプレートの位置合わせするために使用される円形の位置合わせ凹部４２、および構造３０の上に光エレメントを位置合わせするために使用されるタブ４４が形成される。
【００３５】
ここで図３Ｃ〜図３Ｅを参照してトッププレート３４の構造を考察すると、サンプル受け入れ開口４６がプレートの上流側の端に形成される。プレートの下面側に形成されるマイクロフルイディクスチャンネル４８は、２つの分離したチャンネルセグメント、すなわち、上流のフィード凹部５０から中央のレザバー凹部５２にまで達する上流側セグメント４８ａ、および凹部５２から下流側のドレイン凹部５４にまで達する下流側セグメント４８ｂを有する。凹部５０、５４およびチャンネルセグメント４８ａ、４８ｂのそれぞれ隣接する部分は、図３Ｄの拡大図に示される。凹部５２（図３Ｅの拡大図にみられる）はボトムプレートの中のレザバー凹部３８と同じ円形寸法を有し、組み合わされた構造においては、以下に説明されるように、その中にラベル付けされた精子が検出のために集まる円筒形収集レザバー６０（図３Ｆ）を共に形成する。例示的な実施形態においては、収集レザバーは０．１ｍｍと１ｍｍとの間の円筒半径、および０．１ｍｍと１ｍｍとの間の深さを有し、０．００１ｍｍ３と１ｍｍ３との間の既知の容積を形成する。
【００３６】
チャンネルセグメント４８ｂの中の凹部５２の直下の下流には、チャンネル迂回路５６（図２Ｅ）があり、運動能力のある精子が迂回路の下流に流れることを制限するために機能し、それ故に運動能力のある精子がレザバーを超えて移動することを制限する。
【００３７】
上述のとおり、この実施形態において４８ａ、４８ｂの２つのマイクロチャンネルセグメントを意味するマイクロチャンネルは、それぞれ約１０〜１００マイクロメートルの間の、好ましくは１５〜６０マイクロメートルの範囲内の幅および深さ寸法を有する。マイクロチャンネルは半円形または長方形などの任意の手頃な断面形状であり得、数センチメートルまでの長さであり得る。機能面において、マイクロチャンネル、特にマイクロチャンネルセグメント４８ａは、運動能力のある精子がチャンネルを通って上流部分を下流の方向へと進むことができる寸法を有するが、しかし精子がチャンネルの中でその運動の方向を反転する可能性を非常に低くするような、十分に限られた寸法とする。以下に見られるようにチャンネルの幅および／または深さは、並列にチャンネルを通過する精子の動きに適合し得るか、または精子を１つの縦列の動きに制限し得る。前者の場合にはチャンネルの幅および深さの寸法は好ましくは５０マイクロメートルと１００マイクロメートルの間であり、後者の場合には１０マイクロメートルと３０マイクロメートルの間である。
【００３８】
プレート３２、３４に関するこれまでの記載内容から、および図３Ｆから理解されるように、組み合わされた構造は開口４６によって形成されるサンプル入り口ポートを有し、このポートは下のプレートの凹部３６に通じて、サンプル受け入れステーション４７を形成する。凹部３６はその下流側の端で上のプレートの上流フィード凹部５０と重なり、凹部３６から凹部５０への、およびこの凹部からマイクロチャンネル４８への液体の毛細管移動がなされ、マイクロチャンネルの中央領域は円筒形収集レザバー６０によって中断される。このレザバーから、流体は下流側マイクロチャンネル４８ｂから凹部５４に向かって引き込まれ、それは凹部４０と重なり、凹部４０およびプレート３４の開口５８によって形成されるドレインレザバーに液体を分散する役割をはたす。ここに記載された構造３０の中の流体の通路は、一般的には適切な液体の媒質、例えば等浸透圧の食塩水によって製造段階で満たされ、使用の前に密封される。サンプルの流体がデバイスに加えられるとき、サンプルはサンプル受け入れステーションの中に予め充填されている流体と混合する。サンプルに含まれ、今ではサンプル受け入れステーションの中にある精子は、このステーションを経由して速やかに分散され、連続した精子移動現象を開始する。それは以下に記載されるように、精子の運動性および前方に移動する精子の密度を決定するための根拠を形成する。
【００３９】
プレート３２、３４はポリマー材料、好ましくはポリプロピレン、ポリカーボネート、またはモールドされたときの性質が十分に判明し安定している公知の任意の他の光学的に透明なポリマーなどの、透明なポリマーの射出成形法を使用して製造され得る。代替案として、プレートは、シリコン、ガラス、石英、プラスチック、または他のポリマーなどの、任意の各種の適切な材料に対して適用される周知の表面加工方法によって形成され得る。後者の方法を採る場合には、チャンネルはレーザーアブレーションまたは化学的エッチングによって作られ得る。提案された寸法のチャンネルはアブレーションに使用されるレーザーの焦点調整によって、またはエッチングの前に基板をマスクするマイクロリソグラフィを使用することによって達成され得る。これらのプロセスは射出成形のために使用されるマスター／モールドを作るためにもまた使用され得る。各々のプレートは一般的に、０．５〜２ｃｍ、２〜４ｃｍ、および１〜２ｍｍの幅、長さ、および厚さの寸法を有する。組み合わされた構造の全体の厚さは一般的に２〜３．５ｍｍである。凹部５２を除く凹部の厚さ寸法は、一般的に２５から１００マイクロメートルである。形成され相互に位置合わせされて置かれた２枚のプレートは、従来の方法によって、例えば化学的に、静電気的に、または熱および圧力（融着）によって接合される。
【００４０】
アッセイ装置の中の光検出器はフォトダイオード、電荷結合素子（ＣＣＤ）、または他の固体検出器であり得る。これらのデバイスは安価であり、信頼性があり、速い時間応答を有し、広範囲の波長感受性プロフィールおよび寸法で利用可能である。例示的なＬＥＤはＵｎｉｒｏｙａｌによって支給されるＵＮＰＲＸ４６５−０Ｇ１ＬＥＤであり、これは主として４６５〜４７０ｎｍ周辺のブルーの波長の光を放出する。例示的な光検出器はＣｅｎｔｒｏｎｉｃによって供給されるＯＳＤ１−０フォトダイオードである。
【００４１】
図３Ａ〜図３Ｅから理解され得るように、光モジュールはマイクロフルイディクス構造の中央の「切り取り」部分を跨ぎ、光エレメントと構造３０のタブとの間の適切な手段によって、構造と位置合わせされる。光エレメントはさらに、プレート６４の上に置かれる取り付けブロック７３との嵌合によって、または光モジュールの上の楔と位置合わせされるプレート６４の穴を有することによって、プレート６４の上に位置合わせされる。
【００４２】
精子の運動性およびアクティブな精子の密度の定量化を可能とする、精子の運動性のダイナミクスが図４Ａ〜図４Ｃに表される。図はマイクロフルイディクス構造３０のマイクロチャンネルの部分を示し、フィード凹部５０の下流側の端部、マイクロチャンネルセグメント４８ａ、収集レザバー６０、およびマイクロチャンネルセグメント４８ｂを含む。前処理をされた精液サンプルが最初にデバイスの中に導入されるときに、時刻ｔ＝０において、サンプルの中のラベル付けされた精子細胞はサンプル受け入れステ−ションの中に含まれる流体を通じて速やかに分散する。すなわち、マイクロチャンネルセグメント４８ａは、図４Ａに示されるように、事実上任意のラベル付けされた細胞を含まない。時間が経過し、例えばｔ＝ｔ１において、運動能力のある、前進行動する精子細胞はチャンネルセグメント４８ａの中への通路を見出し、細胞の平均的な運動性によって定まる移動速度で、レザバー６０に向かって移動を開始する。運動能力のある前進移動する細胞がチャンネルセグメント４８ａを通過する旅を終えると、彼らはレザバー６０の中に集積を始め、レザバーの中で測定される蛍光信号を増加に導く。
【００４３】
上記の細胞移動現象は、時間とともにレザバーの中の蛍光検出の形で明示されて、図５に描かれている。時刻ｔ＝０においては、測定された蛍光は一部の低いバックグラウンドレベルであり、ラベル付けされた細胞が最初にレザバーに到達するときの時刻ｔ１までは、そのレベルにとどまる。ラベル付けされた細胞がレザバーの中にだんだんと集積するにつれて、蛍光の全測定値は上昇を始め、この図においては、ｔ１以降の時間においては直線的な上昇を示し、その傾斜は、蛍光の変化／与えられた時間、を表す。この傾斜を傾斜がゼロである時刻（ｔ１）にまで逆方向に外挿することによって、精子細胞がチャンネルセグメント４８ｂを通過して移動するために必要な時間ｔ１が決定され得る。
【００４４】
デバイスの電子部品は、マイクロプロセッサを含み、小型バッテリによって電力供給される。検出器の信号はＡＤコンバータまたはコンパレータによってデジタル化され、次いでマイクロプロセッサのＲＡＭに蓄えられる。マイクロプロセッサは次いで、以下に記載されるロジックに従って密度および運動性を計算する。マイクロプロセッサの設計および構造は、ここに記載される出力および理論計算の観点において、当業者にとって明白である。
【００４５】
これらのアッセイの決定を実行することにおいて、デバイスのマイクロプロセッサによって実行されるステップが図６のフロー図に示される。サンプルが最初にデバイスに加えられたとき、ボックス１１０において、例えばサンプルの流体が２個の電極の間の導電路を閉じることによって、マイクロプロセッサに信号が送られ、１１２においてクロックタイムを０にセットする。起動はまた、手動のスイッチによって、またはサンプルウエルを覆うフォイルまたはプラグ構造にセンサを接続することによってなされ得る。保護カバーが除去されるとき、サンプルは活性化される。同時にＬＥＤ６６のスイッチがオンとなり、１１４において、マイクロプロセッサは検出器６８および７０から時間に依存する蛍光放出信号の受信を開始する。
【００４６】
光検出はレザバー６０の中の増加する蛍光の信頼できる測定値が記録されるために十分な長さの、予めセットされた時間ｔ２まで続けられる。この時間に達したとき、ロジック１１６によって、プロセッサは蛍光曲線を解析し、１１８に示されるように、標準的な曲線解析アルゴリズムを使用して、時間に依存する蛍光曲線の傾斜を決定する。この曲線から、１２０において、傾斜が水平のベースラインと交わる「ゼロ切片」が決定され、これから、アクティブな精子がチャンネルセグメント４８ａを通過する平均移動時間（ｔ１−ｔ０）、および運動能力のある精子の平均速度が、それぞれ１２２、１２４において決定される。すなわち、既知の平均移動時間および既知のチャンネルセグメント４８ｂの長さとから、チャンネルの中を前方に運動する細胞における、運動能力のある細胞の移動速度が計算され得る（速度＝距離／時間ｔ１）。計算された速度、すなわち精子の運動性の定量的指標は、１２６においてユーザーに表示される。
【００４７】
運動能力のある精子の密度を決定するために、１１８および１２０において決定された時間に依存する曲線の傾斜が、１２８において複数の既知の傾斜のそれぞれと比較される。それぞれは異なる既知の精子サンプルを用いて同一条件のもとで得られた時間に依存する蛍光測定結果を表し、１３０に蓄えられている。図には示されていないが、サンプルに対する蛍光曲線の傾斜は、デバイスの中の検出器６８で測定されるような、実際のＬＥＤ励起強度の差を補償するために、標準化された励起値に対して調整され、その結果として、サンプルの曲線および全てのモデルの曲線は標準化された励起値に基づく。曲線のフィッティングおよび比較に関する適切な方法は、当該分野において周知である。１３２において最良の曲線のフィッティングが得られたときには、サンプルの中の運動能力のある精子の密度が１３４で最良適合曲線から推定され、１２６でユーザーに表示される。
【００４８】
（Ｂ．直接光源フォーマットを有するマルチレンズ光アセンブリ）
図７Ａおよび図７Ｂは、直接光源フォーマットを用いる光モジュールを有する、本発明の第２の一般的な実施形態に従って構成されたアッセイ装置の、光学的構成部品を示す。図の中に、その上にＬＥＤ光源１４２を支持する支持プレート１４０、一対の光検出器１４４と１４６、同様に、直接光源フォーマットを有する光モジュール１５０を支持する、支持ブロック１４８（図７Ａのみに示されている）が示される。光モジュールの上に形成されるサンプルホルダー１５２（図７Ａ）は検体検出ゾーンを提供し、そこにおいては、サンプルホルダーの中の蛍光励起によって蛍光検出現象が生起され、それはサンプルホルダーの中の焦点位置１５４にその中心が置かれる。検出ゾーンの中の焦点位置は、ＬＥＤ１４２の中心を通り延びる垂直軸の上に位置する。
【００４９】
ここには示されていないが、この実施形態の装置はまた、それによってサンプル材料が装置に導入されサンプルホルダーに供給される外部の遅延（ｄｅｌａｙ）サンプル取り扱い構造を有するハウジング、および光源を起動し、光検出器からの信号を受信し、光検出器１４４から受信する蛍光検出信号から検体の存在または量を決定するように動作する制御ユニットを含む。この示されない構成部品は、実質的には装置２０に関連して記載され図示されており、制御ユニットの動作は当業者にとって周知の設計原理に従い、アッセイフォーマットに依存する。
【００５０】
一体のまたは単一のモールドされたプラスチック部品として形成されるモジュール１５０は一般的に、ＬＥＤ１４２からの光を焦点位置１５４を中心とする焦点領域の中にフォーカスし、サンプルホルダーの中に検出ゾーンを定義するアップストリーム部分１５６、および検出ゾーンの中で生成される蛍光放出光を反射し、光検出器１４４の上にフォーカスするダウンストリーム部分１６０、を含む。２つのサブアセンブリの間の切り込み領域１５７は、ＬＥＤから漏れ出る光からダウンストリーム部分を覆うために不透明な材料で満たされ得る。
【００５１】
アップストリーム部分１５６の主要な光学エレメントは、凸面の焦点形成光学面１５８であり、それはＬＥＤ１４２からの光錐（ｃｏｎｅ  ｏｆ  ｌｉｇｈｔ）１６２を「見て」、光錐１６４を形成し、その焦点はサンプルホルダーの中に検出ゾーンを定義する焦点領域である。光学面１５８はまたＬＥＤ１４２からの入射光の一部を反対に光検出器１４６の上に反射し、以前に装置２０で記載されたように、この光検出器からの信号がＬＥＤ１４２からの光強度を較正するために使用される。
【００５２】
モジュール１５０のダウンストリーム部分は、その重要な光学エレメントとして、検出ゾーンの内部で生成され励起光線に対して実質的に直角な方向の蛍光放出光の光錐１６５を「見る」第１の反射面１６６、面１６６から反射された光錐１６７を「見る」第２の反射面１７０、および面１７０から反射された光錐１６９を、光錐１７１として光検出器１４４の上にフォーカスする焦点形成光学面１７４、を含む。反射面１６６、１７０は、それぞれ１６８、１７２で示されるアセンブリの背面および前面の１部分を、反射テープまたは反射金属コーティングでコーティングすることによって、光モジュールの中に形成される。１６６および１７０で示される楕円形の反射領域は、最終的に光検出器に到達する蛍光放出光線に寄与する、これらの反射面の部分のみを表すことが理解される。以前に記載されたように、反射は全反射（ＴＩＲ）により得ることが、また理解される。
【００５３】
支持体１４８はモールドされたまたは機械加工されたブロックであり、望ましくは不透明であり、１７６、１７８、および１８０で示されるような内部の空間を有し、それは矢印１４３によって示されるＬＥＤ１４２とレンズ１５８との間の、矢印１４５によって示されるＬＥＤ１４２と光検出器１４６との間の、および矢印１４７によって示されるレンズ１７４と光検出器１４４との間の、光の通過に適合する。
【００５４】
図７Ａおよび図７Ｂにはまた、ＬＥＤから漏れ出る光を除去するために、励起光を選択的にフィルタリングするためのバンドパスフィルタ１７５が示される。
【００５５】
図８は、診断アッセイ装置の光学的構成部品を示し、ここでは、１７６で示される光学アセンブリが直接光源フォーマットを有するが、しかし検出ゾーン１７９からの蛍光放出光の光錐１７８は１個の反射面１８０によって反射され、光錐１８１を形成し、それは焦点形成光学面１８２によって見られ、フィルタ１８４を通過して光検出器１８６の上にフォーカスされる。
【００５６】
図８の実施形態は図７Ａおよび図７Ｂに示されたものよりも単純な光学的構成を有するものの、後者は２つの重要な長所を有する。第１に、図７Ａ〜図７Ｂの実施形態における２個の表面からの反射を含む光学系列は、その完成した形状において円形の断面により近いことから、モールドされた形状により成形しやすいことであり、なぜならばモールド成形された物体においては、より球形または円形の断面に近い形状が、射出成形されたポリマーの不均一な冷却速度の結果として生じる形状のゆがみを減らすからである。第２に、図７Ａおよび図７Ｂの実施形態は、２個の反射面によって提供されるサンプルされた光がより長い経路長さおよびより狭い光錐を有するために、フォーカスされた蛍光放出光線と光検出器との間のミスアライメントの影響をより受けにくいことである。
【００５７】
図９は、図７Ａおよび図７Ｂに関連して記載されたものと同一ではあるが、その励起光源が接近して置かれる２個のＬＥＤ１８８、１９０を含むアッセイ装置に使用される、光アセンブリ１８６を示す。サンプルホルダー１９２の中の２つの異なる検体に関連する種を励起するために、または異なる波長を有する同じ種からの蛍光放出の読取値を生成する目的のために、例えば、検体ではない蛍光放出現象を除去する目的のために、２個のＬＥＤは例えばブルーおよびグリーンのような異なる励起光波長を有する。２個のＬＥＤの間の間隔は、一般的には約０．１ｍｍと１ｍｍとの間であり、それぞれのＬＥＤは一般的には約０．０５ｍｍ２の光放出面積を有する。
【００５８】
図９に見られるように、２個のＬＥＤからの光の光錐はサンプルホルダーの中のわずかに離れた検体検出ゾーン１９４、１９６にフォーカスされ、ダウンストリームサブアセンブリの中の蛍光放出光錐１９８、２００と密接なマッチングを生じる。これらの光錐からの光線は、光検出器２０２の実質的に同じ部分にフォーカスされ、放出源の起源の目的に対しては均等な光線として取り扱われる。装置の中の制御ユニットはそれぞれの波長ごとに分離して、選択的に活性化し蛍光放出現象を記録するように設計される。バンドパスフィルタ２０４が、例えば、２つの異なる励起波長を選択的に通過する２個のバンドパスを組み合わせることによって、２個のＬＥＤの１つまたは両方から漏れ出る光をフィルタするために使用され得る。代替案として、制御ユニットは、任意の時間に活性化されるＬＥＤに従って、２個の異なるフィルタを出したり入れたり移動するように動作し得る。
【００５９】
図１０は、上に記載されたものと類似ではあるが、離れた一対のＬＥＤ２０８、２１０（例えば、４８０ｎｍのブルーおよび５３５ｎｍのグリーン）、および対応する離れた一対の光検出器２１２，２１４および関連するバンドパスフィルタ２１６、２１８（例えば、５０５〜５４０ｎｍグリーンおよび５８０〜６３０レッド）をそれぞれ有するアッセイ装置において使用されるために変更された、光アセンブリ２０６を示す。この実施形態において、２２０で示されるアップストリームサブアセンブリの焦点形成レンズは、２個のＬＥＤのそれぞれからの光をサンプルホルダー２２８の中の１個の検出ゾーン２２６の上にフォーカスするように設計された、スプリット（二分岐された）レンズである。検出ゾーンからの蛍光放出光は、反対に、スプリットレンズ２２２を通過して、２個の光検出器の１個の上にフォーカスされる。スプリットレンズは蛍光放出を、異なる波長の両方について、２個の光検出器のそれぞれの上にフォーカスする働きをすること、およびフィルタ２１６，２１８は２個のＬＥＤの１個によって励起される蛍光放出を２個の光検出器の上に選択的に通過する機能を有することが、理解される。かくして、検出ゾーンから発し、２個の検出器の１個の上にフォーカスされることが示される、反射された光錐のそれぞれの組が、２個のバンドパフィルタの１個をフォーカスされた光線が通過してフィルタリングされた後に、光検出器によって見られる光線の光錐を表す。
【００６０】
図７〜図１０に示されるモジュールが、如何にしてマルチプルサンプルフォーマットに適合され得るかは、理解される。一実施形態においては、マルチスプリット光学面が設計され、励起光線経路の軸に沿って整列された複数のＬＥＤのそれぞれからの光を、水平方向および垂直方向に離れた複数のサンプルゾーンのそれぞれに分配するようにする。マルチスプリット焦点形成面が用いられる場合には、それぞれのゾーンの中のサンプルの励起は光の立体角（ｓｏｌｉｄ  ａｎｇｌｅ）を形成し、それは１個の光検出器の上に、または複数の離れた光検出器の上に反射される。
【００６１】
上記のモジュールを、励起光線経路の軸に対して垂直な方向に沿った複数のサンプルに適合するように修正した例が、図１１および図１２に示される。図１１は、個別のサンプルステーション２３４、２３６、２３８、２４０に４個の異なるサンプルを収容できる光モジュール２３０を示す。モジュールの断面の構造は、図１０に示されたモジュール２０６のそれと同じであり、複数のサンプルステーションを収容するために拡張された幅寸法を有することにおいてのみ異なる。２４０などの各々のサンプルステーションは、それぞれＬＥＤ２４４，２４６のような離れた一対のＬＥＤを備える、光源２４２のような自己専用の光源，および光検出器２４８、２５０のような自己専用の一対の光検出器、およびフィルタ２５２、２５４のような関連するフィルタを有する。各々のステーションに対する励起および検出の光学機器は、実質的に、図１０に関連して記載されたとおりである。
【００６２】
モジュール２３０を採用するアッセイ装置の制御ユニットは、各々のサンプルステーションに対して個別に、およびサンプルステーションの各々のＬＥＤ／光検出器の対に対して個別に、問い合わせを行うように動作し、その結果として、ステーションの間の混信が記録されることは無く、各々の光検出器は実質的に同じ立体角の蛍光放出を見る。装置は、例えば同じサンプルの異なる希釈度、または異なる反応条件下のサンプル、または複数の異なるサンプルなどの、４個のサンプルのそれぞれに対する４組の、２つの波長の蛍光測定を実行するために使用され得る。
【００６３】
図１２に示された実施形態２６０においては、モジュール２６２、２６４のような複数のモジュールを組み合わせることによって、領域２６３、２６５のようなサンプル領域の直線的アレイ２７０を形成することと相まって、複数の個別のサンプルが取り扱われる。これらのモジュールはそれぞれ、モジュール２６２を有し、ＬＥＤ２６６のような自己専用の光源および光検出器２６８のような自己専用の光検出器、および関連するバンドパスフィルタを有する。
【００６４】
図１１および図１２に示された、サンプル検出ゾーンの直線的アレイを取り扱うように設計されたモジュールは、核酸の直線的アレイを含む各種の蛍光アッセイフォーマットに対して適用され得るということは、理解される。さらに、図１１および図１２に示されるような複数サンプルモジュールは、サンプルゾーンの、例えば２Ｘ６のような、平面的アレイを収容するために背中合わせに配置され得、または励起光線の軸の方向に整列された複数のサンプル領域を有するモジュールが、一緒に組み合わされ平面的サンプルアレイを形成し得る。
【００６５】
本明細書には特に記載されてはいないものの、本発明の光モジュールは、示された二つの実施形態のアップストリームおよびダウンストリームアセンブリの特徴を、異なる組み合わせで使用することにより設計され得ることは明白である。例えば、「平面内フォーマット」のアップストリームサブアセンブリ構造、および「平面外フォーマット」のダウンストリームアセンブリ構造を有する光学アセンブリは、光源および検出ゾーンが１平面内にあり、光検出器が異なる平面内にあるアッセイデバイスに適している。別の実施例として、上に記載された任意のモジュールは、１個または多数のインタロゲーション（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）ゾーンにおいて電気泳動する種の移動を検出するための電気泳動用円筒（ｃｏｌｕｍｎ）を収容する、細長い検出チャンネルを提供するために容易に適合され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に従って構成された使い捨てアッセイ装置の斜視図を示す。
【図２】反射光源フォーマットを有する一体の光モジュールの断面図であり、検体検出領域を提供するマイクロフルイディクスデバイス、および装置の中の支持体の上に置かれるＬＥＤ光源および一対の光検出器を含む、図１の装置の中の他の構成部品と共に示される。
【図３Ａ】図２の側面図に示されたマイクロフルイディクスデバイスのボトムプレートの平面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ａの線３Ｂ−３Ｂの断面図を示し、入口ポートをマイクロチャンネルと結ぶ中央の検出レザバーおよびウエルを示す。
【図３Ｃ】マイクロフルイディクスアセンブリのトッププレートの平面図を示す。
【図３Ｄ】トッププレートに形成されたマイクロフルイディクスチャンネルの終端領域および向かい合ったレザバーの詳細図を示す。
【図３Ｅ】トッププレートに形成されたマイクロフルイディクスチャンネルおよびレザバーの外形線の詳細図を示す。
【図３Ｆ】トッププレートおよびボトムプレートが重ねられた完全なアセンブリの詳細図を示す。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、図１の装置の動作の間の、３つの異なる時点における、サンプルの動きおよび分布の状態を表す。
【図５】アッセイの動作の間に図１の装置によって作成される代表的な精子濃度関数を示す。
【図６】図１のデバイスの中の制御ユニットによって実行される動作のフロー図である。
【図７Ａ】直接光源フォーマットを有する本発明の第２の一般的な実施形態に従って形成された、本発明の光モジュールの斜視図であり、励起光および放出（信号）光の光伝播経路を示す。
【図７Ｂ】直接光源フォーマットを有する本発明の第２の一般的な実施形態に従って形成された、本発明の光モジュールの斜視図であり、励起光および放出（信号）光の光伝播経路を示す。
【図８】図７Ａおよび図７Ｂおよび図９〜図１２に示される実施形態とは異なる反射面構造を有する、直接光源フォーマットを有する本発明の光モジュールの斜視図である。
【図９】図７に示されたものと類似であるが、２個の近接して置かれたＬＥＤ光源を含む装置の、光モジュールの斜視図である。
【図１０】図７に示されたものと類似ではあるが、２個の離れたＬＥＤ光源および２個の離れた光検出器を含む装置の、光モジュールの斜視図である。
【図１１】４個のチャンバのそれぞれの中の検体を、それぞれ２つの異なる励起波長および放射波長において検出するように設計された、統合した光モジュールの斜視図である。
【図１２】直線的アレイの検体検出ゾーンの検出のために組み合わされた、複数の図７に示されたタイプの光モジュールの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年6月26日(2006.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置にあてがわれたサンプルの中の検体の存在に関連する蛍光現象を検出するための診断装置であって、
（ａ）ハウジングと、
（ｂ）該ハウジングの中に取り付けられる励起光源および光検出器と、
（ｃ）該ハウジングの中に該光源および光検出器に隣接して置かれたマルチサーフェス光モジュールであって、
（ｃｉ）該光源からの励起光を、該装置の検体検出ゾーンの中の焦点領域に導くための、第１の焦点形成面を有するアップストリーム部分と、
（ｃｉｉ）該検出ゾーンの中の蛍光現象によって生成される蛍光放出光を、該検出ゾーンの中の該励起光の経路に対して実質的に垂直の方向に、該光検出器の上に導くための、第２の焦点形成面および少なくとも１個の反射面を有するダウンストリーム部分と、
を備えるマルチサーフェス光モジュールと、
（ｄ）該ハウジングの上に置かれるディスプレイと、
（ｅ）ハウジング内のマイクロプロセッサであって、
（ｅｉ）該励起光源を活性化するために、該励起光源と、
（ｅｉｉ）そこからの電気信号を受信するために、および該信号を検体検出信号に変換するために、該光検出器と、
（ｅｉｉｉ）該検出信号を表示するために、ディスプレイと、
動作的に結合される、ハウジング内のマイクロプロセッサと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記検体検出ゾーンは前記光モジュールの前記アップストリーム部分に形成され、前記光源、第１の焦点形成面および検出ゾーンは共通平面と交差する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光源は、分離した異なる波長の励起光線を前記検出ゾーンに導くための、１組の並置された励起光の光源を含み、該光源の間の間隔は、該２個の光源からの光を前記検出ゾーンの実質的に同じ領域に導くような間隔である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
励起光の前記光源は、分離した異なる波長の励起光線を前記検出ゾーンに導くための、１組の並置された励起光の光源を含み、前記アップストリーム部分の前記焦点形成面は、該２個の光源からの光を前記検出ゾーンの実質的に同じ領域にフォーカスするために、二分岐される、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記検体検出ゾーンは前記光モジュールの中に形成され、前記モジュールは背面および頂面、ならびに該背面および頂面のそれぞれの中の第１および第２の反射領域を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
分離した異なる波長の蛍光放出現象を前記検出器の中で検出するための、１組の並置された光検出器を含み、前記ダウンストリーム部分の中の前記焦点形成面は、前記検出ゾーンからの蛍光放出光線をそれぞれの該光検出器に導くために設計された二分岐された面を有し、該二分岐された光学面と該関連する光検出器との間に配置されたバンドパスフィルタを、それぞれの光検出器に対してさらに含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
分離した異なる波長の蛍光放出現象を前記検出器の中で検出するための、少なくとも２個の並置された光検出器を含み、前記頂面の反射領域は、前記検出ゾーンからの蛍光放出光線をそれぞれの該光検出器に導くために二面形状であり、該二分岐された面と該関連する光検出器との間に配置されたバンドパスフィルタを、それぞれの光検出器に対してさらに含む、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記検出器からの分離した異なる波長の蛍光放出を検出するための、少なくとも２個の並置された光検出器を含み、前記頂面の反射領域は、前記検出ゾーンの中の蛍光放出をそれぞれの該光検出器に導くために曲面であり、該分割された焦点形成面と該関連する光検出器との間に配置されたバンドパスフィルタを、それぞれの光検出器に対してさらに含む、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記光源および光検出器は前記ハウジングの中の支持体の上に置かれ、前記光モジュールは該支持体の上に取り付けられる、請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
前記光モジュールは、前記ハウジングの中に取り外し可能に置かれる、使い捨てカートリッジである、請求項２に記載の装置。
【請求項１１】
前記検出ゾーンは、前記装置のサンプル取り扱いデバイスの中に含まれ、該デバイスは、サンプルを受け取り該サンプルを前記検出ゾーンに導くための流体取り扱い構造を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記サンプル取り扱いデバイスは、前記光モジュールの表面に被せられるマイクロフルイディクスプレートを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記光モジュールおよび付加されるサンプル取り扱いデバイスは、前記ハウジングの中に取り外し可能に取り付けられる、使い捨てカートリッジを形成する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
サンプルのアレイにおいて複数のサンプルの中の検体の存在と関連する蛍光現象を検出するために、並置して配置された複数の前記光モジュールを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記光源および光検出器は実質的に同じ方向を向き、前記検出ゾーンの相対する側に配置され、前記装置は、前記検出ゾーンと、サンプルを受け取り該サンプルを前記検出ゾーンの中に導くための流体取り扱い構造とを有するサンプル取り扱いデバイスをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記サンプル取り扱いデバイスおよび光モジュールは、向かい合う位置関係で一緒に密封されてアッセイカートリッジを形成し、該アッセイカートリッジは前記流体取り扱い構造および前記検体検出ゾーンを有する閉囲された流体取り扱い構造を定義する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記光源および光検出器は実質的に同じ方向を向き、前記検出ゾーンの相対する側に配置され、
（ｉ）前記アップストリーム部分は、その焦点が前記光源に、またはその近くに位置する第１の収束光学面と、該第１の収束光学面からの励起光を前記検体検出ゾーンの中にフォーカスするために有効な第２の収束光学面と、前記光源と光検出器との間を伝播する光の方向を反転するために、該第２の光学面と協働する第１の反射面とを含み、
（ｉｉ）前記ダウンストリーム部分は、その焦点が前記検出ゾーンに、またはその近くに位置し、その光学軸が該第２の収束光学面の光学軸と実質的に直交する第３の収束光学面と、前記検出ゾーンの中で生成され該第３の収束光学面を通過する蛍光を、前記光検出器の上にフォーカスするために有効な第４の収束光学面と、該第３の光学面と光検出器との間を伝播する光の方向を反転するために、該第３の光学面と協働する第２および第３の反射面とを含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記光源は発光ダイオードであり、前記第１の収束光学面は、該光学面によって形成される光学視野の中心に向かって該ダイオードからの光線をオフセットする働きをする曲率を有し、該光学視野の該中心の領域の明るさを増加する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記光モジュールは、ポリスチレン、ポリカーボネート、およびポリメチルメタクリレートからなるグループから選択されたポリマーで形成される単一部品射出成形される物体として形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
装置にあてがわれたサンプルの中の検体の存在に関連する、蛍光現象を検出することを目的とする診断装置に使用するための、一体型マルチサーフェス光モジュールであって、該モジュールは、該装置内において動作可能な状態において、
（ｉ）該装置の蛍光励起光の光源からの励起光を、該装置の検体検出ゾーンの中の焦点領域に導くための、第１の焦点形成光学面を有するアップストリーム部分と、
（ｉｉ）該検出ゾーンの中の蛍光現象によって生成される蛍光放出光線を、該検出ゾーンの中の該励起光線の経路に対して実質的に垂直の方向に、該装置の光検出器の上に導くための、第２の焦点形成光学面および少なくとも１個の反射面を有する、該アップストリーム部分と共に単一部品構造に形成される、ダウンストリーム部分と
を備える、モジュール。
【請求項２１】
前記光モジュールは、ポリスチレン、ポリカーボネート、およびポリメチルメタクリレートからなるグループから選択されたポリマーで形成される単一の物体を射出成形することによって形成される、請求項２０に記載のモジュール。
【請求項２２】
前記検体検出ゾーンは前記光モジュールの前記アップストリーム部分に形成され、前記光源、第１の焦点形成光学面および検出ゾーンは、該装置内において動作可能な状態にある前記モジュールを用いて、共通平面と交差する、請求項２０に記載のモジュール。
【請求項２３】
前記検体検出ゾーンは前記モジュールの中に形成され、前記モジュールは背面および頂面、および該背面および頂面のそれぞれに含まれる第１および第２の反射面を含む、請求項２０に記載のモジュール。
【請求項２４】
サンプルを受け取り該サンプルを前記検出ゾーンに導くためのサンプル取り扱いデバイスをさらに含み、該デバイスは前記モジュールの表面に被せられるマイクロフルイディクスプレートを有する、請求項２３に記載のモジュール。
【請求項２５】
前記装置の前記光源および光検出器は実質的に同じ方向を向き、前記検出ゾーンの相対する側に配置され、
（ｉ）前記アップストリーム部分は、その焦点が前記光源に、またはその近くに位置する第１の収束光学面と、該第１の収束光学面からの励起光を前記検体検出ゾーンの中にフォーカスするために有効な第２の収束光学面と、前記光源と光検出器との間を伝播する光の方向を反転するために、該第２の光学面と協働する第１の反射面とを含み、
（ｉｉ）前記ダウンストリーム部分は、その焦点が前記検出ゾーンに、またはその近くに位置し、その光学軸が該第２の光学面の光学軸と実質的に直交する第３の収束光学面と、前記検出ゾーンの中で生成され該第３の収束光学面を通過する蛍光光線を、前記光検出器の上にフォーカスするために有効な第４の収束光学面と、該第３の光学面と光検出器との間の光の方向を反転するために、該第３の光学面と協働する第２および第３の反射面とを含む、
請求項２０に記載のモジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
チャンネルセグメント４８ｂの中の凹部５２の直下の下流には、チャンネル迂回路５６（図３Ｅ）があり、運動能力のある精子が迂回路の下流に流れることを制限するために機能し、それ故に運動能力のある精子がレザバーを超えて移動することを制限する。
【国際調査報告】
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