(57)【要約】  本開示は、マイクロアレイをケミカルイメージングするためのシステムおよび方法に関する。１つの実施形態において、本開示は、アレイ（３００）に配列された複数の試料を同時スペクトルイメージングするためのシステムに関する。システムは、上記複数の試料へ照明フォトンを提供するための照明光源（３１０）であって、照明フォトンは、複数の試料の各々と相互作用し、相互作用したフォトンを放出する照明光源と、上記複数の試料を受け取るためのアレイ（３００）であって、試料が光学装置（３２０）の同時視野内にあるような外寸を有するアレイ（３００）と、相互作用したフォトンを収集し、フォトンをイメージング装置（３５０）へ方向づけるための光学装置（３２０）であって、イメージング装置（３５０）は複数の試料の各々に対応する複数の画像を同時に形成する光学装置（３５０）と、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられた試料のアレイのスペクトルイメージを、各試料を他の試料とは無関係に照明することによって提供するための方法において、
（ｉ）すべての試料をフォトンで同時に照明し、各試料から放出されたフォトンを生成するステップと、
（ｉｉ）チューナブルフィルタですべての試料から、放出されたフォトンを受け取るステップと、
（ｉｉｉ）前記放出されたフォトンからスペクトルイメージを形成するステップであって、前記スペクトルイメージは複数のサブ画像を含み、各サブ画像は試料のアレイの試料に対応するステップと、
を含む改良。
【請求項２】
前記放出されたフォトンは、ラマン、吸収、蛍光、反射、および伝達されたフォトンを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記チューナブルフィルタは、ＬＣＴＦおよびＡＯＴＦからなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
（ｉｖ）前記複数のサブ画像から１つのサブ画像を選択するステップと、
（ｖ）前記試料の独立した画像を形成するステップと、
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
アレイの複数の試料のスペクトルイメージを同時に得るための方法であって、
（ａ）前記複数の試料の各々を照明フォトンで同時照明することであって、前記照明フォトンは各試料と相互作用し、各試料から相互作用したフォトンを生成することと、
（ｂ）相互作用したフォトンを各試料から同時に収集することと、
（ｃ）前記収集したフォトンから前記複数の試料の各々用にスペクトルイメージを同時に形成することと、
を含む方法。
【請求項６】
検出されたフォトンをチューナブルフィルタによって濾過する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
相互作用したフォトンは、ラマン、吸収、蛍光、および反射を含む、請求項５記載の方法。
【請求項８】
複数のウェルを有するアレイを提供することをさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項９】
複数の試料を有する基板によって規定されたアレイを提供することをさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項１０】
複数の試料を有する基板によって規定されたアレイを提供することをさらに含み、前記アレイは、６ｍｍ2以下の寸法を有する、請求項５記載の方法。
【請求項１１】
複数の試料を有する基板によって規定されたアレイを提供することをさらに含み、前記アレイは、３ｍｍ2以下の寸法を有する、請求項５記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の試料の前記スペクトルイメージは、空間的に分解される、請求項５記載の方法。
【請求項１３】
試料を同時分光イメージングするための方法であって、
少なくとも２つの試料によって規定されたアレイを提供することと、
前記２つの試料の各々を照明フォトンで照明し、前記照明フォトンは各試料と相互作用し、各試料から相互作用したフォトンを生成することと、
前記相互作用したフォトンを各試料から光学装置で同時に収集することと、
前記収集されたフォトンから各試料用に処理機器で同時にスペクトルイメージを形成することと、
を含み、
前記アレイは、前記試料が前記光学装置の同時視野内にあるような外寸を有する方法。
【請求項１４】
前記２つの試料の各々を照明することが同時である、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記処理機器は、チューナブルフィルタである、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記光学装置は、光学レンズをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
検出されたフォトンをチューナブルフィルタによって濾過する、請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
相互作用したフォトンは、ラマン、吸収、蛍光、および反射を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１９】
複数のウェルを有するアレイを提供することをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
前記アレイは、６ｍｍ2以下である、請求項１３記載の方法。
【請求項２１】
前記アレイは、３ｍｍ2以下である、請求項１３記載の方法。
【請求項２２】
アレイに配列された複数の試料を同時スペクトルイメージングするためのシステムであって、
前記複数の試料へ照明フォトンを提供するための照明光源であって、前記照明フォトンは、前記複数の試料の各々と相互作用し、相互作用したフォトンを放出する照明光源と、
前記複数の試料を受け取るためのアレイであって、前記試料が光学装置の同時視野内にあるような外寸を有するアレイと、
前記相互作用したフォトンを収集し、前記フォトンをイメージング装置へ方向づけるための光学装置であって、前記イメージング装置は前記複数の試料の各々に対応する複数の画像を同時に形成する光学装置と、
を含み、
前記複数の試料の各々は、空間的に分解されるシステム。
【請求項２３】
前記スペクトルイメージングは、ラマンイメージングおよび蛍光イメージングをさらに含む、請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
前記相互作用したフォトンは、ラマン、蛍光、照明、放出反射、吸収、および、伝達されたフォトンを含む、請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
前記照明光源は、レーザ光源である、請求項２２記載のシステム。
【請求項２６】
前記照明光源は、スポットレーザである、請求項２２記載のシステム。
【請求項２７】
前記光学装置は、レンズをさらに含む、請求項２２記載のシステム。
【請求項２８】
前記光学装置は、光学フィルタをさらに含む、請求項２２記載のシステム。
【請求項２９】
前記イメージング装置は、チューナブルフィルタおよび電荷結合素子をさらに備える請求項２２記載のシステム。
【請求項３０】
前記アレイは、１ｃｍ2未満の寸法を有する基板をさらに含む、請求項２２記載のシステム。
【請求項３１】
前記アレイは、３ｍｍ×４ｍｍ未満の寸法を有する基板をさらに含む、請求項２２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分光イメージングは、デジタル画像技術と分子分光学技術とを組み合わせ、これは、ラマン散乱、蛍光、フォトルミネッセンス、紫外線、可視、赤外吸収分光法を含むことができる。材料の化学分析に適用されるときには、分光イメージングは一般に、ケミカルイメージングと称される。分光（すなわち、ケミカル）イメージングを実行するための器具は典型的に、画像ギャザリングオプティクス、焦点面アレイイメージング検出器およびイメージングスペクトロメータを備える。
【背景技術】
【０００２】
一般に、試料のサイズが画像ギャザリングオプティクスの選択を決定する。例えば、顕微鏡は、典型的に、１ミクロン未満からミリメートルの空間寸法の試料を分析するために使用される。より大きな物体には、ミリメートルからメートルの寸法の範囲では、マクロレンズオプティクスが適切である。比較的近づきにくい環境内に位置する試料用には、柔軟なファイバースコープまたは剛性ボアスコープを使用することができる。非常に大型の物体、例えば惑星物体用には、望遠鏡が適切な画像ギャザリングオプティクスである。
【０００３】
検討中のアレイは、アレイカードに配列された複数の試料を含むことが多い。従来のアレイは、試料を受け取るために典型的に９６のウェルを有する４インチ×６インチのウェルプレートを含む。各ウェルの試料は、類似のまたは異なる物質を含むことができる。したがって、例えば、従来のアレイは、９６までの異なる試料を含むことができる。従来のマイクロラマン器具で各試料用のスペクトルイメージまたはスペクトルを得るために、所望の波長（λillum）のスポットレーザビームの形態の励起が、９６試料の１つへ方向づけられる。第１の試料の適切な画像またはスペクトルが獲得された後に、照明光源はその次のウェルへ方向づけられ、プロセスが繰り返される。各試料を順次画像形成する従来の方法は、時間がかかり、労働集約的である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態において、本開示は、アレイの複数の試料のスペクトルイメージを同時に得るための方法に関する。各画像は、空間的に分解される。１つの実施形態において、方法は、（ａ）複数の試料の各々を照明フォトンで同時照明することであって、上記照明フォトンは各試料と相互作用し、各試料から相互作用したフォトンを生成することと、（ｂ）相互作用したフォトンを各試料から同時に収集することと、（ｃ）収集したフォトンから複数の試料の各々用にスペクトルイメージを同時に形成することを含んでもよい。
【０００５】
別の実施形態において、本開示は、試料を同時分光イメージングするための方法に関する。本方法は、少なくとも２つの試料によって規定されたアレイを提供することと、２つの試料の各々を照明フォトンで照明することであって、上記照明フォトンは各試料と相互作用し、各試料から相互作用したフォトンを生成することと、相互作用したフォトンを各試料から光学装置で同時に収集することと、収集されたフォトンから各試料用に処理機器で同時にスペクトルイメージを形成することを含む。１つの実施形態において、アレイは、試料が光学装置の同時視野内にあるような外寸を有する。
【０００６】
さらに別の実施形態において、本開示は、アレイに配列された複数の試料を同時スペクトルイメージングするためのシステムに関する。システムは、上記複数の試料へ照明フォトンを提供するための照明光源であって、照明フォトンは、複数の試料の各々と相互作用し、相互作用したフォトンを放出する照明光源と、上記複数の試料を受け取るためのアレイであって、試料が光学装置の同時視野内にあるような外寸を有するアレイと、相互作用したフォトンを収集し、フォトンをイメージング装置へ方向づけるための光学装置であって、イメージング装置は複数の試料の各々に対応する複数の画像を同時に形成する光学装置を含む。各画像は、空間的に分解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、複数の試料ウェルを有する従来のアレイの概略図である。具体的には、図１は、ウェル１１０を有するアレイカード１００を示す。ウェル１１０は、各々が試料（図示せず）を受け取るように適合されている。試料は、生体試料、有機試料または無機試料であり得る。アレイ１００は、ａ×ｂの寸法を有するとして見ることができる。典型的なアレイカードは、３インチ×４インチの寸法を有し、合計で９６のウェルを備える。アレイカードのサイズは、各ウェルの試料のすべて（例えば、９６試料）をイメージング装置の視野内に収めることを不可能にするのでなければ、あり得なくする。言い換えると、イメージング装置の視野は、１回に２つ以上の試料を同時スペクトルイメージングするのを可能にするには小さすぎる。結果として、各試料は、個別にイメージングされなければならない。
【０００８】
図２は、図１のアレイの試料をスペクトルイメージングするためのシステムの概略図である。システム２００は、ウェル１１０を有するアレイカード１００を含み、各ウェルは試料を含んでいる。照明光源２１０は、照明波長（λillum.）を有する照明フォトン２１５を、ウェル１１０に含まれたターゲット試料へ方向づける。照明フォトンは、試料と相互作用し、相互作用したフォトン２１７をターゲットウェルから放出する。放出されたフォトン２１７から画像を形成するために、ターゲットウェルは、光学装置２２０の視野内になければならない。光学装置２２０は、相互作用したフォトンを集め、これをターゲットウェル１１０に含まれた試料の画像を形成するイメージングシステム２０３へ方向づける。
【０００９】
光学装置２２０の回折限界およびアレイ１００のサイズのため、システム全体の視野は１つの試料に限定され、複数の試料の画像は空間的に分解されない。光学装置２２０がそのすぐ前のウェルの視野に限定されることは、図２の概略図から容易に見ることができる。結果として、ウェルは、１回に１つずつ順番にサンプリングされなければならない。この目的のために、１回に１つの試料のスペクトルイメージを得るために、オペレータはアレイ１００をＸおよび／またはＹ方向に順次動かさければならない。
【００１０】
本開示の１つの実施形態にしたがって、アレイ１００の形状、サイズまたは形態は、試料のすべてが光学ギャザリング装置の視野内に入るように構成される。例えば、本開示の１つの実施形態にしたがったシステムは、上記複数の試料へ照明フォトンを提供するための照明光源を含む。照明は、アレイに対して上、下、または、傾斜角に位置決めされることができる。照明フォトンは、複数の試料の各々と相互作用し、実質的に同時に、相互作用したフォトンを放出する。光学装置は、次いで、相互作用したフォトンを収集し、複数の試料の各々に対応する複数の画像を同時に形成するためにイメージング装置へフォトンを方向づける。
【００１１】
本開示の１つの実施形態にしたがったアレイは、すべての試料がまたは多数の試料が、光学装置またはギャザリングオプティクスの視野内に入るような外寸を有することができる。ギャザリングオプティクスの視野が、オプティクスの回析能力および試料からの距離の関数であるため、アレイの寸法は、実質的にすべての試料がギャザリングオプティクスの視野内にあることを可能にするように、適合されることができる。このようにして、１つの実施形態にしたがって、アレイの寸法は、アレイとオプティクスの焦点との間の距離の関数として規定される。別の実施形態にしたがって、アレイの寸法は、試料の一部またはすべてがギャザリングオプティクスの視野内に入るように、規定される。このようにして、試料のすべてのスペクトルイメージは、アレイを動かす必要なく、同時に形成されることができる。
【００１２】
図３は、本開示の１つの実施形態にしたがったアレイの概略図である。具体的には、アレイ３００は、試料の複数の画像を同時に得るためのイメージングシステムに関して示されている。試料は、アレイカード３００に配列され、アレイカード３００は、試料のすべてがギャザリングオプティクス３２０の視野内に入るような大きさにされる。ギャザリングオプティクス３２０は、例えば、１つまたはそれ以上の対物レンズおよび光学フィルタを含むことができる。
【００１３】
照明光源３１０は、所望の励起波長を有するフォトンを生成するように適合されたいずれの適切な放出源であってもよい。照明光源３１０がアレイ３００に対して傾斜角で位置決めされる間は、本開示はそれに限定されない。例えば、照明光源３１０は、励起フォトン３１５がウェル３００に到達することができるように、ギャザリングオプティクス３２０と同心で、アレイ３００の下に、または、アレイ３００の上に、位置決めされることができる。
【００１４】
ギャザリングオプティクス３２０は、試料によって放出された相互作用したフォトンのすべてまたはほぼすべてを同時に収集する。相互作用したフォトンは、ラマン、蛍光、吸収、反射、および伝達されたフォトンを含んでもよい。相互作用したフォトンは、照明フォトンと各試料との相互作用によって、形成されることができる。ギャザリングオプティクス３２０は、収集されたフォトン（図示せず）に焦点を当て、それから形成された画像をチューナブルフィルタ３４０へ方向づける。チューナブルフィルタ３４０は、液晶チューナブルフィルタ（「ＬＣＴＦ」）、フィルタホイールまたは音響光学的可変フィルタを含んでもよい。チューナブルフィルタ３４０は、アレイ３００の試料の各々に対応する複数のスペクトル（フィルタ処理波長）を生成することができる。電荷結合素子（「ＣＣＤ」）等の画像形成装置またはＣＭＯＳ画像センサは、チューナブルフィルタ３４０からフィルタ処理波長を受け取ることができ、同時に、複数のウェルから画像を形成する。試料のすべてでなければ数個の試料が、ギャザリングオプティクス３２０の視野内にあるため、装置３５０によって形成された画像は、アレイ内の対応試料の各々用の画像を含む。
【００１５】
本開示の１つの実施形態にしたがって、アレイの複数の試料のスペクトルイメージを同時に得るための方法は、（ａ）複数の試料の各々を照明フォトンで同時照明して、試料の各々から相互作用したフォトンを生成することと、（ｂ）相互作用したフォトンを各試料から同時に収集することと、（ｃ）収集したフォトンからすべての試料用にスペクトルイメージを同時に形成することとを含む。相互作用したフォトンは、ラマン、吸収、蛍光、および反射のフォトンを含むことができる。
【００１６】
さらに別の実施形態において、アレイは、約１〜１００ｍｍ2の外寸、例えば、３ｍｍ2、４ｍｍ2、６ｍｍ2、１０ｍｍ2を有するように設計されている。他の例示的な寸法は、２×４ｍｍ2、４×４ｍｍ2、６×４ｍｍ2および６×８ｍｍ2である。ウェルの寸法および位置は、アレイの外寸に適応するように適合されることができる。さらに、ウェルの数は、所望の用途に依存して、増加するかまたは減少することができる。本明細書に提供されたアレイの寸法は、性質上例示的なものである。具体的に開示されていない他のアレイ寸法は、本明細書に開示された原則の範囲内であるとみなされる。
【００１７】
別の実施形態において、拡大レンズまたは他の光学装置が、アレイ３００と光学装置３２０との間に差し挟まれることができ、複数の試料が光学装置３２０の視野に収まることができるように、アレイカードのサイズを光学的に減少する。拡大レンズは、独立型の周辺装置であってもよく、または、ギャザリングオプティクス３２０と組み合わされてもよい。
【００１８】
本開示の原則は、特定の例示的な実施形態に対して開示されているが、本発明の原則はそれに限定されず、本明細書に開示された特定の実施形態に対するすべての修正例および変形例を含むことに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】複数の試料ウェルを有する従来のアレイの概略図である。
【図２】図１のアレイの試料をスペクトルイメージングするためのシステムの概略図である。
【図３】本開示の１つの実施形態にしたがったアレイの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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