(57)【要約】【課題】    微粒子毎のベースで、粒径測定と、代謝物質及び他の生体分子からの内部蛍光の存在の検出と、を同時に行うことができる改良されたセンサシステムを提供する。【解決手段】  流体中の病原体及び微粒子を検出し、単一の微粒子の粒径及び内部蛍光が求められる方法及び装置であって、サンプル槽と、サンプルを通る合焦された光線を送るためにサンプル槽の一方の側にある光源であって、それによって、光線の一部分が、サンプル領域に存在する様々なサイズの微粒子によって様々な角度に散乱される光源と、前方への散乱光の一部分を検出するために光路に配置された粒径検出器と、光線の軸外に配置された１対の蛍光検出器と、到来する微粒子流及び光線の交点が各楕円体の一方の焦点にあり、１対の蛍光検出器のうちの１つが他方の焦点に存在するように配置された１対の楕円ミラーと、を備える方法及び装置。【選択図】図２
2011506977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径測定及び微粒子からの内部蛍光の検出を同時に行うことを含む、流体中の生物学的微粒子と、不活性微粒子と、を区別する方法であって、
蛍光強度が測定されて値を割り当てられ、
粒径及び蛍光強度に基づいて、前記微粒子を不活性又は生物学的のいずれかとして分類するステップを含み、
蛍光が、２つの蛍光検出器を使用して測定される、
方法。
【請求項２】
前記微粒子のサイズ情報が、その微粒子が微生物かどうか分類するために用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２つの蛍光検出器のそれぞれが信号を生成し、前記信号が関連データを求めるために比較される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
サンプル槽と、
サンプルを通る合焦された光線を送るためにサンプル槽の一方の側にある光源であって、それによって、前記光線の一部分がサンプル領域に存在する様々なサイズの微粒子によって様々な角度に散乱され、前記光線の非散乱部分が散乱しないままになる光源と、
前記光線の前記非散乱部分の少なくとも一部分を遮断し、且つ測定される粒径の範囲を限定するために、前記サンプル槽の反対側にある光線遮断デバイスと、
前方への散乱光の一部分を検出し、且つ光路中の単一微粒子のサイズに関する情報を含む出力を生成するために、前記光路において前記光線遮断デバイスの後に配置された粒径検出器と、
前記と同一の単一微粒子からの内部蛍光を検出するために前記光線の軸外に配置された少なくとも１つの蛍光検出器であって、前記光線に対して直角に配置された蛍光検出器と、
を備える微粒子検出器システム。
【請求項５】
１対の楕円ミラーが微粒子サンプリング領域に配置されており、到来する微粒子流及び光線の交点が各楕円体の一方の焦点にあり、前記１対の蛍光検出器のうちの１つが他方の焦点に存在するようにされている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記蛍光検出器が光電子増倍管である、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
サンプル槽と、
サンプルを通る合焦された光線を送るためにサンプル槽の一方の側にある光源であって、それによって、前記光線の一部分がサンプル領域に存在する様々なサイズの微粒子によって様々な角度に散乱され、前記光線の非散乱部分が散乱しないままになる光源と、
前方への散乱光の一部分を検出し、且つ光路中の単一微粒子のサイズに関する情報を含む出力を生成するために前記光路に配置された粒径検出器と、
１対の対向する楕円ミラーであって、各楕円ミラーが、前記光線及び前記微粒子が交差するポイントに１つの焦点、及び１対の蛍光検出器のうちの１つの上に１つの焦点を有する１対の対向する楕円ミラーと、
を備える微粒子検出器システム。
【請求項８】
前記光線の前記非散乱部分の少なくとも一部分を遮断し、且つ測定される粒子の範囲を限定するために、前記サンプル槽の前記光源から反対側にある光線遮断デバイスを更に備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記サンプル槽の前記光源から反対側にあるコリメーティングレンズと、
前記前方への散乱光の一部分を前記粒径検出器へ合焦する集光レンズに、前記前方への散乱光の一部分を反射する光学要素と、
を更に備え、
前記非散乱光が、前記集光レンズの前の光線遮断器によって遮られるか、あるいは光ダンプに向かって前記光学要素を通過する、
請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
蛍光を発する所定のサイズの範囲内の微粒子が検出されたとき警告信号を供給する警報器を更に備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記光源が、２７０乃至４１０ｎｍの範囲の波長を有する光を放射する、請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
所定の時間に粒径の分布及び微粒子の蛍光を処理し、出力デバイスに信号を表示する処理ユニットを更に備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１３】
前記蛍光検出器が光電子増倍管である、請求項７に記載のシステム。
【請求項１４】
検出された粒径と、検出された内部蛍光と、を統合するコンピュータ読取可能プログラムコードを更に備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１５】
サンプル槽と、
サンプルを通る合焦された光線を送るためにサンプル槽の一方の側にある光源であって、それによって、前記光線の一部分がサンプル領域に存在する様々なサイズの微粒子によって様々な角度に散乱され、前記光線の非散乱部分が散乱しないままになる光源と、
前方への散乱光の一部分を検出し、且つ光路中の所定のサイズの範囲内の単一微粒子のサイズに関する情報を含む出力を生成するために前記光路に配置された第１の検出器と、
前記と同一の単一微粒子からの内部蛍光を検出するために前記光線に対して直角に配置された第２の検出器と、
到来する微粒子流及び前記光線の交点が楕円体の一方の焦点にあり、前記第２の検出器が他方の焦点にあるように微粒子サンプリング領域に配置された楕円ミラーと、
到来する微粒子流及び前記光線の交点が球体の焦点にあるように、前記楕円ミラーと対向して配置された球面ミラーと、
を備える微粒子検出器システム。
【請求項１６】
前記光線の前記非散乱部分の少なくとも一部分を遮断し、且つ測定される粒子の範囲を限定するために、前記サンプル槽の前記光源から反対側にある光線遮断デバイスを更に備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記サンプル槽の前記光源から反対側にあるコリメーティングレンズと、
前記前方への散乱光の一部分を前記粒径検出器へ合焦する集光レンズに、前記前方への散乱光の一部分を反射するミラーと、
を更に備え、
前記非散乱光が前記集光レンズへ反射されない、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記と同一の単一微粒子からの内部蛍光を検出するために前記光線に対して直角に配置された１対の蛍光検出器であって、前記光線の両側に配置された１対の蛍光検出器を備える、請求項４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、空中浮遊微粒子又は液中浮遊微粒子を検出するシステム並びに方法に関し、より詳細には、空中浮遊の微粒子又は液中浮遊の微粒子を検出し、検出された微粒子を分類するシステム及び方法に関する。本発明は、無菌製造設備等の清潔な環境や他の環境で生物学的微粒子又は汚染を検出して分類する際に特に有用であり、そのような有用性に関連して説明されることとなるが、他の有用性も企図される。
【背景技術】
【０００２】
生物学的微粒子を含む環境汚染に対する監視は、調合薬、食物の製造設備及び病院等の多くの工業環境及び商用環境において重要であり、また、起こり得る都市テロリスト攻撃に対する懸念がある空港、銀行、郵便取扱設備及び官庁等の公共空間でも重要になっている。
【０００３】
調合薬、ヘルスケア及び食品の産業において、環境の生物学的微粒子レベルのリアルタイム検出器は、公衆衛生、品質管理及び調節の目的のために有用である。例えば、非経口薬剤の製造業者は、食品医薬品局によって、自社の無菌クリーンルーム内の微粒子及び微生物のレベルを監視することが義務付けられている。従来の微生物学の方法は、培地上のサンプルの収集と、正確な期間（通常、数日）にわたる正確な温度での培養と、を必要とする。これらの方法は、成育できる微生物が、培地中又は培地上に置かれたときに細胞分割するものと想定している。定量試験においては、視覚的に検出可能なコロニーによって、成長は明らかにされる。従来の培養及び平板計数法を用いることの事実上の限界を示す、かなりの量の公表された文献がある。例えば、公表された文献は、使用された培地、培養の時間及び温度、並びに培養する試みに先立つ微生物の条件（例えばゆっくり成長する、ストレスをかけられる、又は致命的でない程度に損傷される）次第で結果が変動する恐れがあることを示している。また、従来手法には、汚染の可能性の高いソースをリアルタイムで突き止める能力がない。これらの分野では、細菌、酵母及びカビを含む微生物の粒子を環境中にて瞬間的に低濃度で検出することができる器具が有用なツールになり、微生物が成長して視覚的に検出されるのに日数を要する従来型の栄養物質平板培養法に対して顕著な利点を有する。好ましくは、微粒子汚染のソースをリアルタイムで突き止めることを支援することができる器具を有することも有益であろう。
【０００４】
生物兵器に対する早期警報センサとして、粒径測定及び光誘起による蛍光技法を用いる様々な従来技術デバイスが存在する。これらのデバイスの中には、ＭＩＴ  Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙによって開発されたＢｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ａｇｅｎｔ  Ｗａｒｎｉｎｇ  Ｓｅｎｓｏｒ（BAWS）、Ｈｏの蛍光生物学的微粒子検出システム（Jim Yew-Wah Ho、米国特許第５，７０１，０１２号、米国特許第５，８９５，９２２号、米国特許第６，８３１，２７９号）、ミネソタ州のＴＳＩ社によるＦＬＡＰＳ及びＵＶ−ＡＰＳ（Peter P. Hairston及びFrederick R. Quantの米国特許第５，９９９，２５０号）、及びＳｉｌｃｏｔｔによる蛍光センサ（米国特許第６，８８５，４４０号）がある。パルスＵＶレーザを用いたレーザ誘起蛍光に基づいて提案されたバイオセンサが、Ｔ．Ｈ．Ｊｅｙｓら、ＩＲＩＳ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ会報、ｖｏｌ．１、ｐ．２３５、１９９８年によって説明されている。これは、空気１リットルあたり５つの微粒子のエアロゾル濃度を検出することができるが、高価で精巧な計器を必要とする。その他の微粒子計数器が、オレゴン州グランツパスのＭｅｔ  Ｏｎｅ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社、コロラド州ボールダーのＰａｒｔｉｃｌｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社、カリフォルニア州アナハイムのＴｅｒｒａ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ社によって製造されている。
【０００５】
空中浮遊アレルゲン微粒子を検出し、空気サンプル中の微粒子の数が所定の最小値を超えた時に敏感な人々に警告を発するために、様々な検出器が設計されている。これらはすべて、Ｈａｍｂｕｒｇｅｒらの米国特許第５，６４６，５９７号、米国特許第５，９６９，６２２号、米国特許第５，９８６，５５５号、米国特許第６，００８，７２９号、米国特許第６，０８７，９４７号、及び米国特許第７，０５３，７８３号に説明されている。これらの検出器はすべて、光線の一部分が空気中の何らかの微粒子によって散乱されるように環境空気のサンプルを通る光線の方向と、所定のアレルゲンサイズの範囲に対応する所定の角度範囲で散乱した光のみを透過させる光線遮断デバイスと、透過光を検出する検出器と、を必要とする。
【０００６】
空気中又は水中の微生物を含む生物学的微粒子を検出するために、粒径と、微生物によって内部的に生成された蛍光と、の両方を測定する効果的なシステムを考案することが重要である。本出願の譲受人によって共同所有されている従来の出願は、微粒子毎のベースで、粒径の測定と、代謝物質及び他の生体分子からの内部蛍光の存在の検出と、を同時に行うことができるセンサシステムを提供することにより、以前の設計を改良している。この従来技術の実施例は、（１）個々の粒径を測定する第１の光学システムと、（２）個々の微粒子からのレーザで誘起された内部蛍光信号を検出する第２の光学システムと、（３）個々の微粒子に粒径及び蛍光強度の両方をあてがうためのデータ記録形式、及び微生物を非微生物（例えば不活性塵埃粒子）から区別するコンピュータ読取可能プログラムコードと、の３つの主要構成要素を備える。
【０００７】
図１に示されるように、従来技術システム１０は、ソース波長を有する電磁放射１４のビームを供給するレーザ、ＬＥＤ又は他の光源等の励起源１２を含む。この励起源は、微生物内部の代謝物質からの内部蛍光を励起可能な波長を有するよう選択される。微粒子サンプリングのために、環境空気（又は液体サンプル）がノズル１６を通ってシステムに引き込まれる。ノズル１６は、その中央部に開口１８を有し（サンプル槽を形成し）、レーザ光線が微粒子流を通過するのを可能にする。レーザ光線のすぐ下流に、ミー散乱粒径検出器２０がある。ミー散乱粒径検出器２０は、コリメータレンズ２４の前の光線遮断器２２と、サンプル流の中の微粒子によって散乱された光線１４の一部分を微粒子検出器２８に合焦する集光レンズ２６と、を含む。到来する微粒子流と、レーザ光線と、の交点が楕円の２つの焦点のうちの１つに位置する一方、蛍光検出器３２がもう１つの焦点を占めるように、レーザ光線１４の軸外で、楕円ミラー３０が、微粒子サンプリング領域に配置される。この光学設計では、楕円ミラー３０は、生物学的微粒子からの蛍光信号を集光し、蛍光検出器３２上にそれを合焦する。光学フィルタ３４は、蛍光検出器の前に配置され、散乱光を遮断し、励起された蛍光を通す。
【０００８】
しかし、このシステムには、蛍光検出器が受け取る蛍光信号の量が小さいという限界がある。この弱い蛍光信号に伴って生じるノイズの量によって、適切にデータを処理し増幅することが困難になる。したがって、効率的に大量の蛍光信号を集め、より正確な蛍光信号の処理を可能にする改良された設計が望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、微粒子毎のベースで、粒径測定と、代謝物質及び他の生体分子からの内部蛍光の存在の検出と、を同時に行うことができる改良されたセンサシステムを提供する。従来技術に対するこの検出方式の利点がいくつかある。第１に、この検出方式により、微粒子の生物学的状態を求める目的で、微粒子の断面積又は体積の関数としての微粒子からの蛍光信号の強度のような、微粒子を特徴付けるために個々の微粒子に関して収集されたデータを詳細に解析することが可能になる。第２に、本発明は、所与の微粒子から大量の蛍光信号を収集し、システムが生物学的微粒子を正確に識別する能力を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、（１）個々の粒径を測定する第１の光学システムと、（２）個々の微粒子からのレーザで誘起された内部蛍光信号を検出する第２の光学システムと、（３）個々の微粒子に粒径及び蛍光強度の両方をあてがうためのデータ記録形式、及び生物学的微粒子を非生物学的微粒子（例えば不活性塵埃粒子）から区別するコンピュータ読取可能プログラムコードと、の３つの主要構成要素を備える。
【００１１】
本発明の一実施形態は、１対の蛍光検出器を有する１対の楕円ミラーを使用することにより、第２の光学システムの機能を改良する。これらのミラー及び検出器は、サイズを測定されている微粒子と同一の微粒子からの蛍光放射を収集するように配置される。それぞれの楕円ミラーにおいて、１つの焦点は励起光ビームの交点にあり、１つの焦点は反対側の対向する楕円ミラーの頂点にあり、蛍光信号は蛍光検出器のうちの１つに入る。別の実施形態では、楕円ミラー及び球面ミラーが、微粒子からの蛍光放射を収集するように配置される。
【００１２】
本発明のさらなる特徴及び利点が、添付図面とともに以下の詳細な説明を読めば、分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】広く共有されている従来技術による光学システムの概略図である。
【図２】粒径と蛍光との同時測定を実行する、本発明に係る光学システムの平面図である。
【図３】図２の光学システムの正面図である。
【図４】図２の光学システムの上面図である。
【図５】図４の断面Ａ−Ａに沿って得られた光学システムの断面図である。
【図６】図４の断面Ｂ−Ｂに沿って得られた光学システムの断面図である。
【図７】本発明の代替実施形態を示す図である。
【図８】楕円ミラー及び球面ミラーを備えた本発明のさらに別の代替実施形態を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る測定方式のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の方法及びシステムは、サイズと、微粒子からの任意の内部蛍光と、を同時に測定することにより、液体又は気体中の微粒子を検出して分類するために用いられうる。さらに本発明の方法及びシステムは、不活性微粒子から生物学的微粒子を区別及び／又は分類するために用いられうる。
【００１５】
本発明は、流体の微粒子検出器システム用の光学システムである。このシステムは、例えば、食品及び薬剤の製造業及び病院等の産業用途、並びにクリーンルーム及び他の制御された環境の用途における空気又は液体の媒体中の、生物学的微粒子等の空中浮遊微粒子又は液中浮遊微粒子を検出するように設計されている。また、本発明は、カビ又は細菌等の自然に存在し得る、あるいは偶然、不注意、又は故意に放出され得る、有害なレベルの他の空中浮遊微粒子又は液中浮遊微粒子を検出するために、例えば建築物又は公共輸送の領域等、他の用途で用いることもできる。また、本発明のシステムは、テロリスト又は他の者によって故意に放出されたバイオテロリスト兵器を検出するために用いられてもよい。
【００１６】
本明細書で用いられる用語「流体中浮遊微粒子」は、空中浮遊微粒子及び液中浮遊微粒子の両方を意味する。液中浮遊微粒子は、水又は他の液体の媒体中のものを含む。流体中浮遊微粒子は、空気及び他の気体中のものも含む。本明細書で用いられる「水中浮遊微粒子」は、水及び水を含む液体中のものを含む。
【００１７】
用語「微生物」微粒子、「生物学的」微粒子」又は「生物」兵器は、その起源若しくは生産方法が何であれ、あらゆる微生物、病原体、又は伝染性物質、生物学的毒素、あるいはあらゆるそのような微生物、病原体、又は伝染性物質の、自然に発生するか、生物工学によって作られたか、あるいは合成されたあらゆる成分として定義される。そのような生物兵器は、例えば生物学的毒素、細菌、ウィルス、リケッチア、胞子、菌類、及び原虫、並びに当技術分野で知られている他のものを含む。
【００１８】
本明細書で用いられる用語「病原体」は、多量に存在すると、そのような微粒子に曝された人間を傷つける、あるいは殺すことさえできる、あらゆる空中浮遊又は液中浮遊の微粒子、生物兵器、又は生物学的毒素を指す。
【００１９】
「生物学的毒素」は、生きた植物、動物又は微生物から生成又は抽出された有毒物質であるが、化学的手段によって生成又は変質させることもできる。しかし、毒素は、一般に宿主生物内で自然に発育する（すなわち、サキシトキシンは海藻によって生成される）が、遺伝子組換えされた毒素及び／又は化学合成で製造された毒素は、実験室環境で生成されている。微生物と比べて、毒素は比較的単純な生化学的組成を有し、それら自体で繁殖することができない。多くの点で毒素は化学兵器に相当する。そのような生物学的毒素には、例えば、ボツリヌス及び破傷風の毒素、ブドウ球菌エンテロトキシンＢ、トリコテセンマイコトキシン、リシン、サキシトキシン、志賀毒素及び志賀様毒素、デンドロトキシン、エラブトキシンｂ、並びに他の既知の毒素がある。
【００２０】
本発明の検出器システムは、空中浮遊微粒子又は液中浮遊微粒子を検出して、例えば、サンプルで検出された、それぞれの範囲内のサイズの微粒子の数を示す出力を生成し、それらの微粒子が生物学的か非生物学的かを示すように設計される。このシステムは、生物学的微粒子が検出された場合、及び／又は微粒子の数が所定の閾値を超えた場合、例えば検出された微粒子の数が通常のバックグランドレベルを上回った場合に、警報信号又は他の応答を発することもできる。
【００２１】
図２乃至図６は、本発明に係る流体微粒子検出器システム用の好ましい実施形態の図である。図５及び図６に示されるように、このシステムは、ソース波長を有する電磁放射１１４のビームを供給するレーザ等の励起源１１２を含む。この励起源は、微生物及び生物学的微粒子の内部の代謝物質からの内部蛍光を励起可能な波長を有するように選択される。この励起源は、粒径を決定するために、微粒子からのミー散乱を検出するために適当な波長を有するようにも選択される。適当な励起源の実施例は、ＵＶ光及び可視光レーザ、ＬＥＤ等のＵＶ光及び可視光の放射源を含む。一例として、励起源１１２は、好ましくは約２７０ｎｍ乃至約４１０ｎｍ、好ましくは約３５０ｎｍ乃至約４１０ｎｍの波長で動作する。約２７０ｎｍ乃至約４１０ｎｍの波長は、微生物及び生物学的微粒子が、以下の３つの一次代謝物質を含むという前提に基づいて選択される。トリプトファンは、約２２０ｎｍ乃至約３００ｎｍの範囲で通常は約２７０ｎｍの励起波長で蛍光を発する。ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH）は、通常は約３４０ｎｍ（約３２０ｎｍ乃至約４２０ｎｍの範囲）の励起波長で蛍光を発する。リボフラビンは、通常は約４００ｎｍ（約３２０ｎｍ乃至約４２０ｎｍの範囲）の励起波長で蛍光を発する。細菌の内生胞子の場合には、ジピコリン酸（DPA）が、通常は約４００ｎｍ（約３２０ｍｎ乃至４２０ｎｍの範囲）の励起波長で蛍光を発する。しかし、励起源１１２は、好ましくは約３５０ｎｍ乃至約４１０ｎｍの波長を有する。この波長は、生物学的微粒子におけるＮＡＤＨ、リボフラビン及びＤＰＡの前述の３つの一次代謝物質のうち２つの励起を確実にするが、ディーゼルエンジン排気ガス及び塵埃又はベビーパウダー等の他の不活性微粒子等の干渉による励起を排除する。したがって、本発明の好ましい実施形態では、励起源１１２の波長又は波長範囲の的確な選択を行い、励起源１１２は（トリプトファンを励起する能力に先立って）ＮＡＤＨ及びリボフラビンからの蛍光を励起する一方で、ディーゼルエンジン排気ガス等の干渉による励起を排除する能力を保持する。このステップは、（２６６ｎｍの光等の短いＵＶ波長によって励起され得るディーゼル排気ガスによって発せられる誤警報を減らすためにとられる。
【００２２】
図２乃至図６に示されるシステムでは、流体サンプル（例えば環境空気又は液体サンプル）は、微粒子サンプリングのために、引込みノズル１１６を介してシステム内に取り込まれる。ノズル１１６は、出口ノズル１１７と整列して、微粒子流が電磁放射１１４の経路を通過するのを可能にする。レーザ光線のすぐ下流に、ミー散乱粒径検出器がある。ミー散乱粒径検出器は、コリメータレンズ１２４の前の光線遮断器１２２と、サンプル流の中の微粒子によって散乱された光線１１４の一部分を微粒子検出器（図示せず）に合焦する集光レンズ１２６と、を含む。
【００２３】
電磁放射１１４の軸外で、好ましくは電磁放射１１４に対して直角に、１対の楕円ミラー１３０、１３１が、到来する微粒子流及びレーザ光線の交点が各ミラーの一方の焦点にある一方で、蛍光検出器１３２、１３３（例えば光電子倍増管）が各ミラーの他方の焦点を占めるように、粒子サンプリング領域のまわりで反対向きに対向して配置される。楕円ミラーは、好ましくはミー散乱光学部品の面外に、ミー散乱光学部品に対して直角に配置される。この設計は、楕円の２つの焦点のうち１つから発せられる点光源又はこの焦点を通過する点光源が、もう１つの焦点に合焦することになるという事実を利用している。この光学設計において、楕円ミラー１３０、１３１は、微生物からの蛍光信号を集中させて、蛍光検出器１３３及び１３２にそれぞれ合焦する。好ましくは、蛍光検出器は光電子増倍管（PMT）である。光フィルタ１３４、１３５が蛍光検出器の前に配置されてもよく、散乱光を遮断し、且つ誘起された蛍光を通す。
【００２４】
１対の楕円ミラーが、ノズル１１６、１１７用の開口と、蛍光検出器１３２、１３３と、電磁放射１１４と、ミー散乱コーンと、を有する微粒子検出領域のまわりの囲壁を形成する（図５を参照されたい）。これらの図に示されるように、所与の楕円ミラーの最も近い焦点が微粒子流及びレーザ光線の交点にあることになる。所与のミラーの最も遠い焦点は、前述のように、蛍光検出器にあることになる。理想的には、この反対側の焦点は、向かい合った楕円ミラーの頂点に存在することになる。これは、両楕円体が同一であって焦点間の距離が楕円体の長軸の全長の１／３に等しい場合である。
【００２５】
光線遮断器１２２は、例えばレーザ光線である電磁放射１１４の光線の非分散成分を、吸収、遮蔽及び／又は封じ込めするように設計され、ビニール、フッ素ゴム、金属材料等の光吸収材料を含み、且つ／又は、幾何形状が、例えば光学エレメントの前面に付与される放射を収集して封じ込めるように設計されてよい。光線遮断器１２２の他の特徴及び考察は、上記に列挙されたＨａｍｂｕｒｇｅｒらの以前の米国特許のいくつか、及び参照によって本明細書に組み込まれているＰＣＴ特許出願の米国特許出願第２００６０２７６３８号に開示されている。微粒子検出器の他の特徴及び考察は、上に列挙された、以前の共同所有されている参照に開示されており、それらの開示で本明細書の開示と矛盾しないものは、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２６】
生物の新陳代謝に必要な中間物であり、それゆえ細菌及び菌類等の微生物及び生物学的微粒子の中に存在する代謝物質ＮＡＤＨ、リボフラビン及び他の生体分子の存在を調べるための、個々の微粒子を同時に調べるための光誘起による蛍光を検出するための光学部品の配置を、本発明のミー散乱の使用は容易にする。これらの化学化合物がバイオエアロゾル中に存在すると、それらは光子エネルギーによって励起された後に、上記で概説された検出方式に基づいて測定器によって検出され得る自己蛍光を放射することができる。この検出方式では微生物の属や種を識別することができず、ウィルスは小さすぎるうえに代謝がないので検出できないが、この検出方式は、各微粒子について、微粒子の粒径を測定するのと同時に、微粒子が生物学的に不活性であるかを判定することにより、微生物汚染の有無をユーザに示すことができる。
【００２７】
２重の楕円体ミラー構成は、従来技術に対していくつかの利点を有する。図１から、従来技術の楕円体ミラーでは蛍光信号の多くが取り込まれないことは明らかである。検出器が受け取る信号は弱く、信号ノイズをも増幅することなく増幅するのは困難である。しかし、追加の楕円体ミラー及び検出器があると、検出器が受け取った２つの信号を比較することができ、その結果、信号プロセッサが蛍光信号と、ノイズと、を区別することができる。
【００２８】
代替実施形態では、１つの楕円ミラーだけが使用される。楕円ミラーは、光源から９０°に面し、ミー散乱光学部品に対して直角になるまで、従来技術（図１）に係る位置から回転される。これは、蛍光検出器の位置を変えて楕円ミラーと位置合わせする必要がある。この直角の構成により、より小さな光ボックスの構成が可能になる。この設計によって、光路オーバーラップを縮小することにより光学部品及び信号収集の最適化が可能になる。楕円ミラーは、単一ユニットとして、光ボックスとともに構築することができる。この実施形態は、頑健且つコンパクトな設計を提供することにより従来技術を改良する。
【００２９】
他の代替実施形態では、図７に示されるように、光学要素は、励起源パワーを測定するために、非散乱励起ビームの一部分を光検出器等の検出器の方へ反射するようにコリメーティングレンズの前に配置されてもよい。好ましい実施形態では、光学要素は、非散乱光線の一部分を９０度反射するが、他の反射角も用いることができる。適当な光学要素の実施例は、ミラー等を含むがこれには限定されない。
【００３０】
また、従来技術の実施形態から逃れる蛍光信号を取り込むために、この単一楕円ミラーの実施形態とともに球面ミラーを使用することができる。球面ミラー２１２は、楕円ミラー２１４の反対側に配置され、微粒子流と、電磁放射と、の交点がその焦点にあることになる。図８を参照されたい。球面ミラーは、光を反射し、焦点を通して楕円ミラー上に戻すことになり、次いで、この光を、楕円ミラーが、球面ミラーの開口を通してＰＭＴとして図８に示されている蛍光検出器２１６の中へ導くことになる。この実施形態は、追加の蛍光検出器のコストなしで大量の蛍光信号を取り込む。好ましい実施形態と同様に、球面ミラー２１２及び楕円ミラー２１４は、ノズル２２０、蛍光検出器２１６、及びミー散乱コーンのみのための開口を有する囲壁２１８を形成することになる。この囲壁をできるだけ完全にするために、２つの面が交差するところまで楕円ミラー及び球面ミラーを拡大することができる。この代替設計では、球面ミラーは、微粒子流と、レーザ光線と、の交点が球体の曲率中心にあるように配置される。
【００３１】
別の代替実施形態では、粒径検出システム用の様々な構成が企図される。この実施形態では、コリメーティングレンズ及び集光レンズは、それぞれから９０°に配向される。例えばミラーである光学要素は、コリメーティングレンズからの電磁放射を集光レンズの中へ導くように位置している。光線遮断器は、前述のようにコリメーティングレンズの前に配置されてもよく、あるいは、光学要素（例えばミラー）は、励起源からの一直線の放射が光学要素の背後に配置された光ダンプの中へ通過することを可能にする。これは、例えば光学要素に適切なサイズの開口を配置することにより行うことができる。あるいは、光ダンプは別の検出器と置換されてよい。この検出器は、光源の出力及び他の検出器が受け取った光量と比較するために、受け取った光量を測定することができる。この構成により、より小さな光ボックスの構成及びよりコンパクトなシステム設計が可能になる。
【００３２】
本発明の、同時の微粒子サイジング及び蛍光測定方式の機能が、図９に示されている。動作原理は、測定器が、個々の空中浮遊微粒子のサイズをリアルタイムで測定し、その微粒子が蛍光を放射しているかどうかを同時に判断するために、連続的に環境空気（又は液体）を監視する、というものである。蛍光信号に対して１つ又は複数の閾値が設定される。蛍光信号が設定されたパラメータに入らないと、その微粒子は不活性と記録される。蛍光信号の閾値は、蛍光信号の強度、微粒子の断面積の関数としての蛍光強度又は微粒子の体積の関数としての蛍光強度から選択されたもののうち１つ又は複数を含む。蛍光信号の閾値が、１つ又は複数の設定された閾値レベルを超える、あるいはその範囲に入ると、微粒子は生物学的と記録される。粒径と蛍光信号の強度とが結合されたデータが、微粒子毎のベースで微生物が存在するか否かを判断することになる。蛍光信号の閾値に関する他の特徴及び考察は、Ｍｏｒｒｅｌｌらの共同所有されている米国特許出願第１２／２６８，３６６号に開示されており、この開示の、本明細書の開示と矛盾しないものは参照によって本明細書に組み込まれる。
【００３３】
本発明の前述の実施形態、特にあらゆる「好ましい」実施形態は、単に可能な実施例を示すものであり、本発明の原理の明確な理解のために説明されているだけであることが強調されなければならない。本発明の前述の実施形態に対して、多くの変形形態及び変更形態が、本発明の趣旨及び原理から実質的に逸脱することなく作製され得る。例えば、コリメーティングレンズ及び集光レンズは、一体成形のデバイスとして構成することができる。そのような変更形態及び変形形態は、すべて本明細書において本開示及び本発明の範囲に含まれ、且つ以下の特許請求の範囲によって保護されるように意図されている。
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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