(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも放射線ビーム（１０３、２０３）を搬送するために構成され、表面（１０２、２０２、４０２）を含む、センサのための放射線搬送体（１００、２００、４００）であって、
−前記放射線搬送体からの指向的な励起放射線ビーム（１０４、２０４、４０４）と結合し、それによって、対象領域（１０５、２０５）を照明するように定置及び構成された前記少なくとも１つの放射線搬送体（１００、２００、４００）の前記表面（１０２、２０２、４０２）上の少なくとも１つの励起格子（１０１、２０１、４０１）を備え、
前記放射線搬送体（１００、２００、４００）は、
−前記対象領域（１０５、２０５）から発する放出放射線を再差し向けするために定置及び構成された少なくとも１つの構造体（１０８、２０８、４０３ａ、４０３ｂ、５０３、５０４）を含み、
放出放射線を再差し向けするために定置及び構成された前記少なくとも１つの構造体は、放出放射線を検出器に反射するために構成された少なくとも１つの放射格子であることを特徴とする放射線搬送体。
【請求項２】
センサであって、
−請求項１に記載の少なくとも１つの放射線搬送体と、
−少なくとも１つの検出器（１１０、２１１、２１２、２１３、４０５、５０１、５０２）と、
−前記対象領域（１０５、２０５）から前記少なくとも１つの検出器（１１０、２１１、２１２、２１３、４０５）へ放出放射線を再差し向けするために構成された前記少なくとも１つの構造体（１０８、２０８、４０３ａ、４０３ｂ、５０３、５０４）と、を含むセンサ。
【請求項３】
放出放射線を再差し向けするために定置及び構成された前記少なくとも１つの構造体は、前記対象領域（１０５、２０５）から前記少なくとも１つの検出器（１１０、２１１、２１２、２１３、５０１、５０２）に再差し向けされた放射線をさらにコリメートするように構成されている、請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
放出放射線を再差し向けするために定置及び構成された前記少なくとも１つの構造体は、前記対象領域（２０５）から前記少なくとも１つの検出器（４０５）に再差し向けされた放射線をさらに合焦するように構成されている、請求項２に記載のセンサ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載のセンサを含む微小流体工学的デバイスであって、
少なくとも前記放射線ビームに対して透明である基板（４０９）をさらに含み、
前記対象領域（２０５）は規定されている、微小流体工学的デバイス。
【請求項６】
前記基板（４０９）は、さらに、前記再差し向けされた放出放射線に対しても透明である、請求項５に記載の微小流体工学的デバイス。
【請求項７】
前記基板は、微小流体工学的流路（４１０）をさらに含む、請求項５または６に記載の微小流体工学的デバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの検出器は検出器アレイ（４０５）であり、
前記微小流体工学的流路（４１０）は前記放射線搬送体（４００）と前記検出器アレイ（４０５）との間の中間層とされている、請求項７に記載の微小流体工学的デバイス。
【請求項９】
システムであって、分離可能なデバイスとして
−微小流体工学的チップであって、
少なくとも１つの微小流体工学的流路と、
請求項１に記載の少なくとも１つの放射線搬送体とを含み、前記対象領域は、所定体積の微小流体工学的流路内に規定される、微小流体工学的チップと、
−前記微小流体工学的チップと動作可能に結合されるように構成された読み出しデバイスと、を含み、
前記読み出しデバイスは、前記微小流体工学的チップと前記読み出しデバイスとが動作可能に結合されている時に、前記所定の体積から発生する前記再差し向けされた放出放射線を検出するための少なくとも１つの検出器を含む、システム。
【請求項１０】
前記読み出しデバイスは、前記微小流体工学的チップを受けるためのスロットを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
請求項２〜４のいずれかに記載のセンサと、診断の基礎とすることが可能な前記センサの出力を提供するための出力ユニットと、を含む診断用デバイス。
【請求項１２】
粒子検出を実行する方法であって、
−放射線散乱中心を設ける（６００）ステップと、
−対象領域内に前記放射線散乱中心を挿入する（６２０）ステップと、
−請求項１に記載の放射線搬送体に含まれる励起格子からの放射線を提供し（６１０）、該格子は前記対象領域と光学的に接触するステップと、
−前記対象領域内の放射線散乱中心から散乱された放射線を、少なくとも１つの検出器へ再差し向けする（６３０）ステップと、
−前記対象領域から再差し向けされた放射線の放出をモニタする（６４０）ステップと、を含み、
前記対象領域内の放射線散乱中心から散乱された放射線を再差し向けする（６３０）ステップは、同じ放射線搬送体に含まれる少なくとも１つの構造体の手段によって再差し向けすることを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒子の検出と、任意にその分析の分野に関する。より詳細には、本発明は光学的手段を用いた粒子の検出、および、任意にその分析に関する。特に、本発明は流れている粒子の発光に基づく検出、例えば、蛍光発光に基づく検出、又は、ラマン散乱に基づく粒子の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞数計算、特に、流動細胞数計算の本質は、形態学的および／または化学的な特性に基づく検体（例えば、腫瘍細胞）の同定にある。後者の場合、マーカー、例えば、発光マーカー、例として蛍光マーカーなどは細胞を同定可能なタンパク質などの特定の分子にラベル付けするためにしばしば使用されている。これは発光団、例えば蛍光団を励起するためにレーザー光をフォーカシング（合焦）させ、かつ、細胞から到達する発光、例えば蛍光発光を回収およびフィルタリングする光学系を一般に必要とする。
【０００３】
粒子の発光、例えば蛍光発光での検出は流体サンプル中の対象粒子を１つ又は複数の発光団、例えば蛍光団で染色又はラベル付けする技術である。粒子を検出するためには、粒子に装着した発光団、例えば蛍光団を光信号によって活性化し、発光団、例えば蛍光団からの発光、例えば蛍光を光検出器によって検出する。粒子を染色又はラベル付けする段階中、いくつかの発光団、例えば蛍光団は粒子に結びつき、残りの発光団、例えば、蛍光団は結びつかない。先行技術のデバイスでは、残りの未拘束の発光団、例えば蛍光団を、粒子に拘束した発光団、例えば蛍光団を活性化する前に除去しなければならない。なぜなら、一般に低分解能である検出器の感度を背景雑音が低下させるからである。未拘束のマーカーを除去するこれらの追加工程は、処理の煩雑さを増し、マーカーの洗浄並びに流量制御用の制御可能なポンプと他の要素のために必要な面積が一般にデバイスを大型にしている。
【０００４】
単純な細胞計数試験でさえ高いスループットを必要とする。細胞計数を実行するには細胞がシステムを非常に速く流れる必要があり、これは、単一の細胞それぞれからは弱い信号しか利用できないことを意味している。そのため、レーザーと光学系との細かい位置合わせを必要とする極端に敏感なシステムが必要となる。
【０００５】
レーザーの入力を操作するために導波管がしばしば利用されている。しかし、発光性、例えば蛍光発光性の光線（広帯域スペクトル）の周波数スペクトルの広がりが、導波管への効率的な入力を阻止又は妨害している。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、発光性、例として蛍光発光性、又は、ラマンの散乱の検出を実行するための小型かつ使用が容易な光センサ及び分析器を提供することを目的とする。
【０００７】
一態様において、本発明は、少なくとも放射線ビームを搬送するために構成され、表面を含む、センサのための放射線搬送体を提供する。放射線搬送体は、放射線搬送体から指向的に励起放射線ビームを結合し、それによって対象領域（ＲＯＩ）を照明するように定置及び構成された、少なくとも１つの放射線搬送体の表面上の少なくとも１つの励起格子と、さらに、対象領域から発する放出放射線を回収及び再差し向けするため、例えば反射するためなど、再差し向けするため、例として受光及び再差し向けするために定置及び構成された少なくとも１つの構造体を含む。対象領域から発する放出放射線は、例として、対象領域に存在する、例えば粒子上で単に反射された励起放射線であってよく、又は、例として蛍光又は燐光の放射線などの対象領域に存在する粒子と励起放射線との相互作用によって対象領域で発生する、励起放射線とは異なる１種の放射線であってもよい。
【０００８】
本発明の実施形態において、放出放射線を再差し向けするための構造体は、放出放射線を反射するための構造体であってもよい。代案として、放出放射線を再差し向けするための構造体は、放出放射線を通過させるための構造体であってもよい。放出放射線を再差し向けするための構造体は、構造化又はパターン付けされた表面を含んでもよい。
【０００９】
本発明の実施形態において、放出放射線を再差し向けするための少なくとも１つの構造体は、放出放射線を検出器へ反射させるように構成された少なくとも１つの放射格子であってもよい。代案の実施形態において、この構造体は、放出放射線を放射線搬送体に結合するために構成された少なくとも１つの放射格子であってもよい。この放射線搬送体は放射線ビームを搬送するための放射線搬送体であってよく、又は、これは別の第２の放射線搬送体であってもよい。第２の放射線搬送体は、放射線ビームを搬送するための放射線搬送体の平面内に、又は、この平面に角度を付けて、例としてほぼ直角に定置可能である。
【００１０】
さらなる代案の実施形態において、放出放射線を再差し向けするために定置及び構成された少なくとも１つの構造体は、平面光学素子、例として平面レンズなどを含む。
【００１１】
長所は、安価で、使い捨て可能な放射線搬送体が、安価な材料で得られることである。いくつかの実施形態において、放射線搬送体は、広がった放射線ビームを生成し、かつ、これを対象領域に向けて差し向けるための平面光学素子を含む。本発明の実施形態の長所は、小型のデバイスが得られることである。
【００１２】
さらなる態様において、本発明はセンサを提供し、このセンサは、
−少なくとも放射線ビームを搬送するための少なくとも１つの放射線搬送体であって、表面を含む放射線搬送体と、
−少なくとも励起放射線ビームを対象領域（ＲＯＩ）に差し向けるための、少なくとも１つの放射線搬送体の表面上の少なくとも１つの励起格子と、
−少なくとも１つの検出器と、
−放射線を、対象領域から少なくとも１つの検出器に再差し向け、例えば反射するための、例として、放射格子又は平面光学素子だが、それらに限らない少なくとも１つの構造体と、を含む。
【００１３】
本発明の実施形態の長所は、小型のデバイスにおいて、光学系の位置合わせの簡略化又は回避さえ可能なことである。
【００１４】
本発明の実施形態によるセンサにおいて、放射線を再差し向け、例えば反射するために定置及び構成された少なくとも１つの構造体、例えば平面光学系の放射格子は、対象領域から少なくとも１つの検出器に再差し向け、例えば反射された放射線をさらにコリメートするように構成可能である。放射線のコリメートは、可能な限り多くの放射線が検出器に当たることを可能にし、それによって、信頼できる結果を得るために使用可能な量の放射線が検出器に当たる。
【００１５】
本発明の実施形態の長所は、検出器の面積全体が使用可能であり、検出器の感度を向上させることである。
【００１６】
本発明の実施形態によるセンサにおいて、放射線を再差し向け、例えば反射するための少なくとも１つの構造体、例えば放射格子又は平面光学素子は、対象領域から少なくとも１つの検出器へ再差し向け、例えば反射された放射線をさらに合焦させるように構成可能である。
【００１７】
本発明の実施形態の長所は、画像化及び良好な解像度が得られることである。
【００１８】
本発明の実施形態によるセンサにおいて、少なくとも１つの放射線搬送体は、広がった励起放射線ビームを生成し、対象領域に向けて差し向けるための平面光学素子を含んでもよい。
【００１９】
本発明の実施形態の長所は、ＲＯＩが、長さ若しくは体積の大きい微小流体工学的流路、又は、大面積を含んでもよいことである。大きなＲＯＩを創設することが可能である。
【００２０】
合焦用光学素子のチップ上での集積の長所は、これらの光学素子が、同じ処理において作製した微小流体工学的要素と非常に精密に位置合わせできることである。
【００２１】
さらなる態様において、本発明は、第１の態様の実施形態の何れかによるセンサを含み、少なくとも放射線ビームに対して透明である基板であって、内部に対象領域が規定されている基板をさらに含む微小流体工学的デバイスを提供する。本発明の実施形態による微小流体工学的デバイスは、さらに、再差し向けされた放出放射線に対しても透明であってもよい。
【００２２】
本発明の実施形態の長所は、蛍光分光分析に適した集積光センサが得られることである。
【００２３】
本発明の実施形態による微小流体工学的デバイスにおいて、基板は微小流体工学的流路をさらに含んでもよい。
【００２４】
本発明の実施形態の長所は、メンテナンスをほとんど必要としない安価かつ小型化された流動細胞数計算器が得られることである。
【００２５】
本発明の実施形態による微小流体工学的デバイスにおいて、少なくとも１つの検出器は検出器アレイであってよく、微小流体工学的流路は、放射線搬送体と検出器アレイとの間の中間層としてもよい。
【００２６】
本発明の実施形態の長所は、小型かつ簡素な流動細胞数計算器が得られることである。
【００２７】
さらなる実施形態において、本発明はシステムを提供し、このシステムは分離されたデバイスとして、
−微小流体工学的チップであって、
少なくとも１つの微小流体工学的流路と、
少なくとも放射線ビームを搬送するための少なくとも１つの放射線搬送体であって、放射線搬送体から指向的に励起放射線信号を結合し、それによって微小流体工学的流路の所定の体積を照明するように定置及び構成された、少なくとも１つの励起格子を備えた表面と、所定の体積から発生した放出放射線を再差し向け、例えば反射するように定置及び構成された少なくとも１つの構造体、例えば、放射格子又は平面光学素子と、を含む放射線搬送体と、を含む微小流体工学的チップと、
−微小流体工学的チップと動作可能に結合されるように構成された読み出しデバイスであって、微小流体工学的チップと読み出しデバイスが動作可能に結合された際に所定の体積から発生する再差し向けされた放出放射線を検出するための少なくとも１つの検出器を含む読み出しデバイスと、を含む。
【００２８】
本発明の実施形態によるシステムの長所は、さらに感度の高い敏感な検出器が使用できることである。別個になった読み出しデバイス内に存在するこのようなセンサを有することによって、センサが、使い捨てであるよりもむしろ再使用可能となる。敏感な検出器の使用は高スループットシステムにおいて検出を行うことを可能にする。
【００２９】
これらの実施形態における使い捨てチップ上にはない検出器が原因で、従って、放射線の線源と検出器との間の距離が原因で、放出された放射線は数ミリから数センチとなることもある距離を伝播しなければならない。そのため、使用可能な放射線量が検出器に当たるとすれば、放射線をコリメートしなければならないことがある。
【００３０】
本発明の実施形態によるシステムにおいて、読み出しデバイスは微小流体工学的チップを受けるためのスロットを含んでもよい。
【００３１】
さらに他の実施形態において、本発明は診断用デバイスを提供し、この診断用デバイスは、本発明の実施形態によるセンサと、診断の基礎とすることが可能なセンサの出力を提供するための出力ユニットと、を含む。出力ユニットは、微小流体工学的流路の所定の体積内の検体の有無又は濃度を表す信号を出力するように構成可能である。
【００３２】
さらなる実施形態において、本発明は粒子検出を実行する方法を提供する。この方法は、
−放射線散乱中心を提供するステップと、
−対象領域内に放射線散乱中心を挿入するステップと、
−励起格子からの放射線を対象領域に光学的に接触させるステップと、
−少なくとも１つの構造体、例えば放射格子又は平面光学素子の手段によって、対象領域内の放射線散乱中心から散乱された放射線を少なくとも１つの検出器へ再差し向けするステップと、
−対象領域から再差し向けされた放射線の放出をモニタするステップと、を含む。
【００３３】
本発明の実施形態の長所は、平面導波管、格子、及び、フレネルレンズなどの平坦な光学素子の使用が位置合わせステップの軽減又は回避を可能にし、必要なメンテナンスの軽減を可能にしていることである。
【００３４】
本発明の実施形態による方法において、放射線散乱中心を提供するステップは、放射線散乱中心を検体に装着するステップを含んでもよい。
【００３５】
本発明の実施形態の長所は、発光、例えば蛍光での細胞数計算が本方法とともに使用できることである。
【００３６】
本発明の実施形態による方法において、放射線散乱中心を装着するステップは、少なくとも１種の発光団、例えば蛍光団、若しくは、色素胞、又は、それらの混合物を装着するステップを含んでもよい。
【００３７】
本発明の実施形態による方法において、対象領域内に散乱中心を挿入するステップは、対象領域を介して散乱中心の流れを提供するステップをさらに含んでもよい。代案となる実施形態において、対象領域内に散乱中心を挿入するステップは、散乱中心を搬送する検体を親和性プローブに装着するステップを含んでもよい。
【００３８】
これらの実施形態の長所は、散乱中心が親和性プローブに直接には固定されず、そのため、雑音が実質的に低減されることである。なぜなら、検出信号の大部分は固定された検体に主に起因し得るからである。
【００３９】
本発明の特定かつ好ましい態様は、添付の独立及び従属の特許請求の範囲に記載されている。従属の特許請求の範囲からの特徴は、その独立の特許請求の範囲の特徴と、及び、他の独立の特許請求の範囲と、必要に応じて、かつ、特許請求の範囲に明示的に記載されている通りだけでなく組み合わせが可能である。
【００４０】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明する実施形態から明らかとなり、かつ、その実施形態を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】励起及び放射の各格子と、対象領域（ＲＯＩ）と、少なくとも１つの検出器とを、例としてのみ、かつ、本発明に対する限定は意図せずに含む、本発明の実施形態にかかる放射線搬送体を示す側面図である。
【図２】励起及び放射の各格子と、ＲＯＩと、２つの検出器と、前方散乱検出器と、を、例としてのみ、かつ、本発明に対する限定は意図せずに含む、本発明の実施形態にかかる平面導波管を示す概略斜視図である。
【図３】コリメートホログラフィック検出器への入射の前後における、揺動型双極放射体からの放射線の角度分布のモデルを示す図である。
【図４】広がり励起格子、及び、合焦放射格子、ＲＯＩに検体を導入するためのシステムを備えた、本発明の実施形態にかかる平面導波管を示す正面図、並びに、放射格子から放射線を受ける前方散乱検出器及び各検出器の時間に関する結果を示す３つの図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる、格子に対する検出器の代案配置を示す正面図である。
【図６】本発明の実施形態にかかる方法のフローチャートを示す図である。
【００４２】
各図は概略のみを示し、限定するものではない。各図において、いくつかの要素の大きさは誇張されていることがあり、例示する目的のために縮尺通りには示していない。
【００４３】
特許請求の範囲中のいずれの参照記号も範囲を限定すると理解するべきではない。
【００４４】
異なる図において、同じ参照記号は同じ又は類似の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
特定の実施形態に関して、いくつかの図面を参照して本発明を説明するが、本発明は、それらにではなく特許請求の範囲によってのみ限定される。示す図は概略のみを示し、限定するものではない。各図において、いくつかの要素の大きさは誇張されていることがあり、例示する目的のために縮尺通りには示していない。寸法及び相対的な寸法は本発明を実施するための実際の縮小図には対応していない。
【００４６】
説明及び特許請求の範囲における第１、第２などの用語は、同様の要素間での区別のために使用し、必ずしも、時間的、空間的、ランク付け、又は、他の何らかの方法のいずれかでの順序を示すためのものではない。そのように使用した用語が適切な状況では相互に交換可能であること、及び、本明細書にて説明する本発明の実施形態が本明細書にて説明又は例示する以外の順序でも動作可能であることを理解されたい。
【００４７】
さらに、説明及び特許請求の範囲における最上部の、下方の、などの用語は説明する目的のために使用し、必ずしも相対的な位置を示すものではない。そのように使用した用語が適切な状況では相互に交換可能であること、及び、本明細書にて説明する本発明の実施形態が本明細書にて説明又は例示する以外の向きでも動作可能であることを理解されたい。
【００４８】
特許請求の範囲で使用する用語「含む」がそれに続いて列記する手段に限ると解釈するべきではないことに注意されたい。即ち、この用語は他の要素又はステップを排除しない。したがって、この用語は述べた特徴、数字、ステップ、又は、構成要素の存在を言及した通りに明記していると理解されたいが、この用語は、１つ又は複数の他の特徴、数字、ステップ、若しくは、構成要素、又は、それらのグループの存在又は追加を除外するものではない。したがって、表現「手段Ａ及びＢを含むデバイス」の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみによって成り立つデバイスに限定すべきではない。この表現は、本発明に関して、デバイスの唯一の関連構成要素がＡ及びＢであることを意味する。
【００４９】
本明細書を通じて、「一実施形態」又は「実施形態」への言及はその実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、又は、特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書を通じた様々な箇所での句「一実施形態において」又は「実施形態において」の出現は、必ずしもその全てが同じ実施形態を指しているとは限らないが、指すこともある。さらに、特定の特徴、構造、又は、特性は、１つ又は複数の実施形態において、本開示から当業者に明らかとなるいずれかの適した方法で組み合わせが可能である。
【００５０】
同様に、本発明の各例示的実施形態の説明において、本発明の様々な特徴が、開示の効率化、及び、様々な発明的態様の１つ又は複数の理解の支援の目的のために、単一の実施形態、図面、又は、その説明において時に一緒にグループとされることを理解されたい。しかし、この開示方法は、請求されている発明がそれぞれの請求項で明示的に列挙されているより多くの特徴を必要とする、という意図を反映していると理解されるものではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映しているように、発明的態様は、先行して開示された単一の実施形態の全ての特徴より少ない特徴に存在している。したがって、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、本明細書によって明示的にこの詳細な説明に組み込まれ、それぞれの請求項は本発明の個別の実施形態としてそれ自身を主張するものである。
【００５１】
さらに、本明細書で説明するいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれたいくつかのだが、別のものではない特徴を含む一方、異なる実施形態の特徴の組み合わせは本発明の範囲内にあることが意味され、かつ、当業者が理解されるように異なった実施形態を形成する。例えば、以下の特許請求の範囲において、請求されている実施形態のいずれもがいかなる組み合わせにおいても使用可能である。
【００５２】
本明細書に提供した説明には多くの特定の詳細が述べられている。しかし、本発明の実施形態がこれらの特定の詳細がなくとも実施可能であることを理解されたい。その他の場合、よく知られた方法、構造、及び、技術は、本説明の理解を曖昧にしないために詳細に示していいない。
【００５３】
本発明の実施形態において、「一粒子」又は「粒子」に言及した場合、これは、細胞、エクソソーム、ウィルスなどだがこれらに限らない生物由来物質を指し得る。
【００５４】
本発明の実施形態において、「流体サンプル」に言及した場合、これは、例えば、血液、唾液、尿などの体液だがこれらに限らない生物由来の流体を指し得る。流体サンプルは、生物由来ではないが上記に定義した粒子の搬送に適した流体、例えば、食塩水を指し得る。
【００５５】
本発明の実施形態において、「平面レーザービーム」に言及した場合、レーザーシート、例えば、長焦点距離の球面レンズと円柱レンズによって広げられ、かつ、薄いシート状に形成されたレーザービームを指す。いずれの適したシステムも使用可能である。「平面導波管」はほぼ平行な平らな表面を備えたスラブ導波管として理解され、そのため、放射線は内部全反射を介して内部を伝播する。
【００５６】
平面導波管を含む本発明の実施形態において、格子（例えば外部結合格子）を平面導波管の壁に設けることが可能であり、内面反射を阻止し、導波管から外出する放射線のビームを生成する。このビームはサンプル又は粒子を分析するための励起ビームとして使用可能であり、これは「励起格子」と称する。同様に、サンプル又は粒子との相互作用の後のビームを受光し、これを検出器に再差し向け、例えば、放射線を反射するか、又は、放射線を導波管に結合する格子は「放射格子」と称する。しかし、本発明は前記導波管にも、レーザー光にも、放射格子の存在にも限定されない。最も一般的な形態において、放射線搬送体は、対象領域から発する放出放射線を再差し向けするための構造体を含む。
【００５７】
本発明の実施形態において、「対象領域」又は「ＲＯＩ」に言及した場合、粒子又は細胞などの検出可能な試料が占拠可能な、空間の所定の領域又は体積を指す。本発明のいくつかの実施形態において、ＲＯＩは、例えば微小流体工学的デバイスにおける微小流路の一部を含む。
【００５８】
本発明の実施形態において「光センサ」に言及した場合、例えばＩＲ光、可視光、ＵＶなどを使用した光子の感知に適したデバイスを指す。
【００５９】
本発明の実施形態において、「目的物の発光」に言及した場合、熱放射の結果ではなく、目的物による放射線の放出を指す。典型的に、本発明の流れにおいて、発光は蛍光又は燐光などの光子の吸収により発生するフォトルミネッセンスである。しかし、本発明はこの種の発光に限定されず、例として、生物発光若しくは化学発光（生物による（生）化学反応の結果としての放出）、又は、電界発光（目的物を通過した電流の結果）の場合にも適用可能である。
【００６０】
本発明の実施形態において、「目的物上でのラマン散乱」に言及した場合、目的物を照明した際に目的物から散乱された光子を指す。光子が励起によって散乱され、散乱された光子が入射光子の周波数とは異なる周波数を有する場合、さらに詳細には非弾性散乱に言及する。ラマン効果がフォトルミネッセンスの過程と異なる点は、フォトルミネッセンスの場合、入射した放射線が吸収され、系が励起状態に移行し、系はこれからさらに低い様々な状態に移行可能となる。双方の過程の結果は、本質において同じである。即ち、入射光子の周波数とは異なる周波数を持つ光子が生成され、分子は異なったエネルギーレベルへと移行する。大きな相違は、ラマン効果がいずれの周波数の入射放射線に対しても起こり得る一方、フォトルミネッセンスは特定の周波数の入射放射線のみに対して生じることである。
【００６１】
本発明の実施形態において、「親和性プローブ」に言及した場合、これは検体に対して何らかの親和性、例えば自然の吸引力を有する物質を指し、この物質は生物に起源を有するか、又は、有さないものである。表現「生物に起源を有する物質」によって、生きている生物において存在若しくは産生される、又は、同様の特性及び／若しくは構造及び／若しくは組成を有する物質を意味することを意図している。例として、親和性プローブは、抗体、抗原、酵素、受容体、アプタマー、核酸アプタマー、ペプチドアプタマー、又は、分子インプリントポリマー（ＭＩＰ）であってもよい。一態様において、本発明は流動細胞数計算を介した分析などの粒子分析に適した光センサに関し、本発明はこれに限定されない。光センサは放射線源、有利には、ほぼコヒーレントな放射線源（例えばレーザー）を含む。放射線源からの放射線は導波管によって案内又は搬送が可能である。粒子、粒子の流れにおける複数の検体などを含んでもよい放射線ビームを対象領域に向けて差し向けるために、導波管に少なくとも１つの励起格子を設けてもよい。放射線ビームはそれ自体が蛍光発光性でもよく、又は、蛍光発光性レベルでラベル付けしてもよい少なくとも１つの粒子と相互作用させる。１つ又は複数の構造体、例として放射格子は、ＲＯＩから散乱された放射線を回収可能であり、かつ、この放射線を少なくとも一つの検出器へ再差し向け、例えば反射が可能である。構造体、例えば放射格子は、例えば（１つ又は複数の検出器に放射線を再差し向け、例えば反射すると）ＲＯＩからの放射線をコリメート可能であるが、本発明はコリメートに限定されず、代案として、構造体、例えば放射格子は、再差し向け、例えば反射された放射線を１つ又は複数の検出器にフォーカシング（合焦）可能である。
【００６２】
本発明の実施形態において、放射線源からの放射線を外部結合させるために、放射線源は、少なくとも１つの励起格子を含む放射線搬送体に放射線を結合させる。いくつかの実施形態において、放射線搬送体は、レーザービームを搬送するために最適化されている。いくつかの実施形態において、放射線搬送体は導波管、例えば、細帯状若しくは平面の導波管、又は、スラブ導波管であってもよい。
【００６３】
放射線搬送体、例えば導波管の励起格子は、合焦格子、又は、例えば平面励起ビームを提供する格子であってよく、これには、格子結合器としてパターンを付けてもよいが、本発明はこれに限定されない。例えば、合焦格子は、合焦機能を持つ平面誘電体格子反射器、フレネルレンズなどを含んでもよい。励起格子は、放射線をＲＯＩに差し向け、又は、合焦させるようにパターン付け、配向、又は、構成可能であり、例えば、これは、導波管の表面に格子及びパターンを含んでよく、それによって、放射線搬送体、例えば導波管内を伝播するレーザービームが通過すると、このビームは放射線搬送体を外出可能であり、ＲＯＩに差し向け、例えば合焦が可能である。構造体は、予測される細胞とほぼ同じ大きさの体積内に放射線を合焦させるように構成可能である。細胞よりかなり小さな体積内に放射線を合焦させた場合、信号の強い変化のために検出システムの信頼性が低下する。一方、本発明の実施形態において、放射線は必ずしも細胞より小さな体積に合焦させるわけではない。信頼性を高める一定した照明が得られる。細胞と同じ大きさの体積内への放射線の合焦は、例として密な格子になった柱状要素の構造体によって形成したメタレンズであるドットレンズによって実行可能である。放射線が柱状要素を通過することによって位相変化が生じる。この位相変化は非常に正確に調整可能である。さらに、柱状のデザインは、強いスペクトル変化などの付加的な機能性を持つレンズを作製するための良好な基礎となり得る。励起格子は、合焦の代わりに、ＲＯＩ上に、例えば、直線上又は微小流体工学的流路などの透明導管の領域に放射線を広げる（例えば、平面レーザービームを提供する）ことも可能である。励起格子は窒化ケイ素などの放射線の透過に適した材料を含んでもよい。ＲＯＩ内の照明の制御は雑音を有利に低減する。なぜなら、最終的に検出された信号はＲＯＩの近隣の領域からではなく、唯一ＲＯＩから生じ得るからである。
【００６４】
放射線搬送体、例えば導波管は、ＲＯＩから発したいずれの放射線も１つ又は複数の検出器に再差し向け、例えば反射するための少なくとも１つの構造体、例として放射格子又は平面光学素子を含む。いくつかの実施形態において、再差し向け、例えば反射された放射線は１つ又は複数の検出器に対してコリメートされている。代案として、構造体、例えば格子は放射線をコリメートするよりも、むしろ１つ又は複数の検出器に向けて放射線を合焦可能である。本発明のいくつかの実施形態において、ＲＯＩからの放射線は、例えば蛍光によって散乱されたレーザー光であってよく、これは、１つ又は複数の検出器へ構造体、例えば放射格子によって再差し向け、例えば反射が可能である。１つ又は複数の構造体は、フレネルレンズ又はいずれかの適した光学要素を含んでもよい。
【００６５】
構造体、例えば放射格子は誘電体反射器とすることが可能である。本発明の実施形態において、構造体、例えば放射格子は、金属などの反射性材料を含んでよく、例えば、これは、反射性金属の層を含んでよく、又は、誘電体格子と反射性金属表面との組み合わせによって形成可能である。例えば、１つ又は複数の構造体、例えば放射格子は同一平面上にあってよく、かつ、励起格子の次に位置していてもよい。
【００６６】
本発明の実施形態によれば、構造体、例えば放射格子は、反射モード又は透過モードのいずれかで使用可能である。反射モードで使用する場合、検出器は、放射線搬送体の構造体、例えば放射格子と同じ側に位置する。透過モードで使用する場合、検出器は、構造体、例えば放射格子と比較して放射線搬送体の反対側に位置し、検出された放射線は、放射線搬送体をほぼ真横に通過して検出器に送られる。後者の場合、構造体、例えば放射格子は、例として放射線搬送体の別の側に放射線を差し向けるフレネルレンズによって、形成可能である。
【００６７】
平面導波管を含む本発明の実施形態において、少なくとも１つの構造体、例えば放射格子及び励起格子は、導波管の同じ表面上に延在していてもよい。本発明のいくつかの実施形態において、構造体は放射格子として実施可能であり、放射格子及び励起格子は単一の格子領域に組み合わせ可能である。したがって、放射格子及び励起格子を含む１つの連続した格子表面が、１つ又は別の挙動（励起ビームの取得又は放射線の反射）のための異なった各区域において最適化された各パターンを使用して形成可能である。加えて、連続した表面の一部は誘電体格子のみを含んでもよい一方、表面の一部（放射格子）は金属層などの追加の反射層を含んでもよい。格子の表面は表面全体に均一の、又は、好ましくは不均一のパターンを有してもよい。本発明の実施形態において、放射格子と励起格子に対しては同じ種類の格子が使用可能である。その場合、特にフレネルレンズが使用可能である。誘電体格子も使用可能であるが、これらは特定の波長のために設計されているため、これらはさらに大きな収差を引き起こす。
【００６８】
例えば、放射線搬送体を伝播するレーザービームは励起格子として機能する格子を透過可能であり、ＲＯＩ上で点状又は線状に合焦可能である。ＲＯＩ内の粒子によって散乱されたいずれの放射線も、放射格子として機能する区間ではなく、同じ格子表面によって検出器へ反射可能である。これは、例えば、パターン付けの微調整によって可能なものにできる。
【００６９】
本発明の実施形態において、対象領域、例えば放射格子の異なる各区域から発した放出放射線を再差し向けするために定置及び構成された構造体の異なる各区域は、例えば、構造体の格子、反射層の特性などを適合させることによって、スペクトルの異なる各部分を再差し向け、例えば反射するように構成可能である。そのため、第１の所定波長範囲から第１の検出器へ、及び、さらなる所定の波長範囲から別のさらなる検出器へ各信号を再差し向け、例えば反射することによって粒子の識別を含めることが可能である。例えば、第１の種類の散乱中心（例えば、第１の種類の蛍光団）は、第１の種類の検体に装着可能である一方、さらなる種類の散乱中心（例えば、１つ又は複数の異なる種類の蛍光団）はさらなる種類の検体に装着可能である。この場合、第１の検体は第１の検出器によって検出可能である一方、さらなる検体はさらなる検出器によって検出可能である。第１及び第２の検体からの各信号は、例えば、異なる各蛍光発光性マーカー、例えば対応して異なる種類の細胞、ウィルス、エクソソームなどをラベル付けする異なる蛍光団からの各信号であってもよい。
【００７０】
粒子の識別は、構造体、例えば、放射格子に、又は、検出システムにフィルタを含めることによって代案として、又は、付加的に獲得可能となる。回折格子の場合、濾過の一部は格子自体によって実施可能である。少なくとも１つの検出器は、スペクトルの一部のみを感知可能な専用の検出器、例えば、赤外線又は紫外線の各検出器、又は、可視範囲の特定の領域内の放射線の各検出器などの複数の検出器であってもよい。本発明のいくつかの実施形態によれば、それぞれのフィルタが異なる中心波長を有する複数の異なるスペクトルフィルタは、複数の検出器を備えたシステム内の対応する検出器に信号が到達する前に信号を濾過可能である。有利な実施形態において、複数の検出器は、スペクトルの異なる部分に対応する信号をそれぞれが検出するために使用可能である。
【００７１】
本発明の実施形態の長所は、励起システム及び回収システムの双方が校正ステップ及び位置合わせステップを軽減又は回避しながら、位置合わせ可能、又は、少なくとも大雑把に位置合わせ可能なことである。加えて、このように構築されたシステムは小型化及び低コスト化が可能である。なぜなら、このシステムは多数の部品又は複雑な組み立てが不要だからである。これは流動細胞数計算システムなどの医療デバイスにおいて有利に実施可能であり、これは携帯デバイスに容易に適用可能である。例えば、センサは流動細胞数計算に使用可能であり、放射線源及びＲＯＩと同一線上の追加の検出器は、粒子の計数及び細胞上の特徴的な化合物に関するデータの取得のために使用可能である。散乱のデータは大きさの決定に使用可能である。生物学的応用には、無機及び有機の染料が使用可能である。例えば、１つ又は複数の種類の目的とする細胞若しくはウィルス又は他のいずれかの検体に、色素胞、蛍光団などを含む標識付け抗体でラベル付けが可能である。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態は、例えば紫外線レーザーを使用して、量子ドットを検出及び分析するために適用可能である。これは、生物学的分析（標識付け粒子としての量子ドット）には有用となり得るが、半導体技術においても使用可能である。一般に、本発明は粒子の光学的分析に関わる各技術分野に適し得る。
【００７３】
図１、図２、及び、図４、図５を参照して、本発明のセンサのいくつかの実施形態を説明する。
【００７４】
以下において、本発明の特定の実施形態を説明する。これらは、より広義の「放射線搬送体」よりむしろ「導波管」を、より広義の「構造体」よりむしろ「放射格子」を、さらに、より広義の「再差し向け」よりむしろ「反射」にしばしば言及する。この説明方法は分かりやすさ及び思考の整理の目的で行い、本発明に対して限定することは全く意図しない。
【００７５】
図１は、格子１０１を最上面１０２に含む、導波管などの放射線搬送体１００の側面図を示す。放射線搬送体１００は光ファイバー、又は、より好ましくは矩形導波管であってもよい。放射線搬送体１００は、例として、ガラス、ポリマー、又は、適した半導体材料などのいずれの適した材料からでも作製可能である。放射線源（図示せず）から発した放射線１０３は放射線搬送体１００に結合され、励起格子１０１を介して外出するまで、例として内部全反射によって、放射線搬送体１００を伝播する。そのため、励起する励起ビーム１０４はＲＯＩ１０５に合焦するために構成可能であり、図中、ＲＯＩ１０５は粒子１０６、例えば細胞を含んでいる。格子１０１は、ビーム１０４を、ＲＯＩの全体内に若しくはＲＯＩの半分を超える部分に、又は、有利に、分析対象の粒子の大きさと同じオーダの体積、例えば１つ又は複数の細胞の体積に、合焦するように構成可能である。ＲＯＩ１０５に存在する粒子１０６から散乱された、例えば蛍光によって散乱された放射線１０７は、放射格子１０８に到達し、ここで、反射及びコリメートされたビーム１０９が検出器１１０への進入に適するように反射およびコリメートされる。図１に示す実施形態では１つの放射格子のみを示すが、本発明はこれに限定されず、２つ以上の放射格子を備えた実施形態も含む。
【００７６】
図２は、例えば内部全反射を介して、平面導波管２００内を伝播する放射線信号２０３と共に、導波管表面２０２上の励起格子２０１を含む平面導波管２００の斜視図を示す。励起格子２０１は平面導波管２００の表面２０２を乱し、放射線は導波管２００を逸脱し、励起ビーム２０４を形成する。励起格子２０１はＲＯＩ２０５上への励起ビーム２０４の合焦を可能とするパターンを有する。ＲＯＩ２０５内の放射線が蛍光発光性の検体２０６、例えば（例えば、蛍光発光性マーカーの装着によって）蛍光を示す細胞などの検体と遭遇すると、この検体は１つ又は複数の放射格子２０８において反射及びコリメートされた放射線を散乱する。複数の放射格子２０８が存在する場合、これらは励起格子２０１のいずれかの側に位置してよく、例として、複数の放射格子２０８は励起格子２０１を取り囲んでもよい。複数の放射格子２０８は励起格子２０１の周囲に均一又は不均一に分布してもよい。放射格子２０８によって反射され、かつ、任意にコリメートされた放射線２０７は１組の検出器２１１、２１２に進入する。本発明の特定の実施形態において、少なくとも１つの放射格子２０８によって、コリメートされるよりも、むしろ反射された放射線は検出器の表面上に合焦可能である。
【００７７】
本発明のいくつかの実施形態においては、ＲＯＩを移動する細胞の影をホログラムとして検出するように、さらなる（任意の）前方検出器２１３を設置可能である。前方検出器２１３は内部結合された励起ビーム２０４と同じ光軸に沿って検出を行う。本発明の実施形態において、前方検出器２１３からの信号は（例えば、粒子２０６又は検体がＲＯＩ２０５を通過したか否かを検出するための）比較信号として、又は、ＲＯＩ２０５内の粒子２０６又は検体の大きさの指標として使用可能である。これは、ＲＯＩ２０５を通過する異なる物体の区別に、例えば、発光団、例えば蛍光団を装着していない物体からの発光団、例えば蛍光団を装着した物体の区別に有利となり得る。
【００７８】
本発明の実施形態による格子、例えば励起及び／又は放射の各格子のパターンは、放射線を広げ、コリメートし、又は、合焦させるように作製可能である。異なる種類の格子（励起格子、放射格子）は異なる特性を有してもよい。例えば、図１と図２の励起格子１０１、２０１は、放射線搬送体１００、２００を外出しＲＯＩ１０５、２０５に進入する励起ビーム１０４、２０４を合焦するために構成（例えば、レンズシステムの追加、フレネルレンズの形成などによってパターン付け）可能である。本発明の実施形態において、導波管から結合された励起ビーム１０４、２０４を合焦させるために、必要以上のフレネルパターンのような必要以上のパターン付けは不要である。なぜなら、励起格子がそれ自体で処理可能だからである。
【００７９】
同時に、図１及び図２の１つ又は複数の放射格子１０８、２０８は、検出器２１１、２１２内に対して反射放射線１０７、２０７をコリメートするためにパターン付け可能である。放射格子１０８、２０８使用したコリメートは高度に正確なものになり得る。
【００８０】
図３の各図は、揺動型双極放射体からの放射線の角度分布のモデルを示し、このモデルは点状線源放射体、例えば、ラマン散乱分子、又は、例えば蛍光発光性分子などの発光性分子をモデル化するために使用可能である。図３の左の図３００は、放射格子に到達した放射線の角度分布を示す。この放射線は（４５°方向において）約３５°と（９０°方向において）２５°との間の角度にわたって広がっている。一方、図３の右手側の図３１０は放射格子によって反射及びコリメートされた後の放射線の角度分布を示す。放射線の角度分布は単一の方向、１０度に集中している。
【００８１】
本発明は、図１及び図２に示したもの以外の各種の励起及び放射の各格子も含む。例えば、図４は、第１及び第２の放射格子４０３ａ、４０３ｂに囲まれた、表面４０２上の励起格子４０１を含む平面導波管４００の正面図を示す。図４は導波管４００内を伝播する放射線信号２０３も模式的に示す。図示した実施形態において、励起格子４０１は励起する励起ビーム４０４をＲＯＩ２０５上に広げる。例えば、広がった励起ビーム４０４は平面になってもよく、かつ、ＲＯＩ２０５を規定する長さにわたって延在してよく、例として、励起ビーム４０４は微小流体工学的流路の幅に及んでもよい。図４に示す実施形態において、（ＲＯＩから反射された放射線を回収し、これを検出器に送るための）放射格子４０３ａ、４０３ｂは放射線を検出器表面上の点に合焦させるように設計されている。ＲＯＩ２０５内の放射線が散乱中心（例えば、蛍光発光性検体）に遭遇すると、散乱された放射線は第１及び第２の放射格子４０３ａ、４０３ｂに回収される。放射格子４０３ａ、４０３ｂは完全スペクトルの放射線をそれぞれ反射可能であるか、又は、第１の波長範囲及び第２の波長範囲内のそれぞれの放射線を反射可能である。第１及び第２の放射格子４０３ａ、４０３ｂに到達した放射線は（コリメートされる代わりに）反射及び合焦可能であり、かつ、図２に示すものなどの検出器又は図４に示すもののような検出器アレイ４０５に送出可能である。検出器アレイ４０５は複数の検出領域４０６、４０７、４０８、例えば、ＲＯＩから散乱された放射線を検出するための複数の領域４０６、４０８及びＲＯＩ２０５内を移動する粒子の影をホログラムとして検出するための領域４０７を含んでもよい。そのため、ＲＯＩ内の細胞の横方向の位置は、例えば画像として取得可能である。検出領域４０７に到達する励起線の影は粒子の検証に使用可能であり、かつ、大きさを測定するためにも場合によっては使用可能である。
【００８２】
図１及び図２は合焦励起格子及び１つ又は複数のコリメート放射格子を備えた実施形態を示す。図４は広がり励起格子及び複数の合焦放射格子を備えた実施形態を示す。しかし、これは本発明に対して限定することを意図されず、各種の励起格子及び放射格子の他の組み合わせも本発明の一部として考えられる。例として、本発明の実施形態によれば、（例えば、合焦、コリメート、広がりの）いずれの適した種類の励起格子も（例えば、合焦、コリメート、広がりの）いずれの適した種類の放射格子と組み合わせ可能である。
【００８３】
本発明の第１の態様の実施形態は、微小流体工学的流路、例えば、放射線搬送体と組み合わせた微小流体工学的チップ、励起と発光の各格子、及び、任意でいずれかの平面又は細帯状光学素子、並びに、１つ又は複数の検出器をさらに含んでもよい。１つ又は複数の検出器は微小流体工学的チップに集積可能である。例えば、撮像素子は微小流体工学的チップの最上部に存在することが可能である。
【００８４】
微小流体工学的流路を含む実施形態の例を図４に示す。図中、透明基板４０９は微小流体工学的流路４１０を含む。励起放射線４０４が照らす流路４１０の領域はＲＯＩ２０５を含む。図示の場合、励起格子４０１は流路４１０の幅のほぼ全体にわたって放射線を広げ、流路４１０内のＲＯＩ２０５を最適化する。放射線は、例えば平面シート、例えば平面レーザービームに広げることが可能だが、本発明はこれに限定されない。粒子、例えば検体に装着した蛍光発光性マーカーがＲＯＩ２０５を横切ると、蛍光発光性マーカー上で、又は、これによって励起放射線が散乱される。ＲＯＩ２０５からの後方散乱放射線は、この場合、微小流体工学的チップの真上の点に、例えば線状アレイ、カメラなどであってもよい検出器アレイ４０５の区域４０６、４０８内に、放射格子４０３ａ、４０３ｂによって反射及び合焦される。透明基板４０９は放射格子によって反射された放射線をさらに合焦可能である。この構成は、有利に、微小流体工学的要素を簡素化可能であり、並びに、スループットを増加可能である。検出器は放射格子から数ミリ離して、又は、ＲＯＩの規定を可能にする（例えば、ＲＯＩを規定するための微小流体工学的流路の設置を可能にする）ために少なくとも十分な距離に設置可能である。
【００８５】
図４の冒頭の３つの図４２０、４２１、及び、４２２は、時間に関してそれぞれ左の検出器アレイ領域４０６、中央の領域４０７、及び、右の領域４０８が測定した信号を示す。中央の図４２１、影又はホログラム領域は（例えば、前方散乱を介して）粒子の通過を検出する。左の図４２０は１種の散乱中心、例えば、第１の種類の検体に装着した赤色蛍光団を検出可能である一方、右の図４２２は第２の種類の散乱中心、例えば、第２の種類の検体に装着した緑色蛍光団を検出可能である。グラフの分析は、流路を流れる粒子に一致した蛍光信号に加えて、これらの粒子の再構築をもたらす。
【００８６】
本発明は図４に示すような光学的要素の配置に限定されない。例えば、検出器アレイは、図４に示すように放射線搬送体の（放射線の励起の方向における）上方に設置するよりもむしろ、図５に示すように、放射線搬送体、例えば導波管の横に設置してもよい。そのような実施形態において、単一の平面内に検出器の独特なアレイを有するよりもむしろ、複数の検出器平面が利用可能であってもよい。
【００８７】
図５は、励起格子４０１（例えば、図４にあるようにビームを広げるための格子）を含む放射線搬送体４００の表面にほぼ垂直な２つの検出器アレイ５０１、５０２、及び、（例えば、格子をコリメートする）放射格子５０３、５０４を示す。ＲＯＩ２０５から散乱された放射線は、放射格子５０３、５０４によって反射された（合焦された、又は、画像に示すように、コリメートされた）後に検出器アレイ５０１、５０２に回収可能である。この幾何学的配置は回路の最上部において回路又は他の要素を回避するために有利となり得る。例として、検体は、励起格子４０１と検出器アレイとの間の区域を介する代わりに、デバイスの最上部を介してＲＯＩ２０５に導入可能である。例えば、図５の実施形態はＲＯＩ２０５内に親和性プローブを含んでもよい。
【００８８】
本発明の実施形態において、微小流体工学的素子がチップ（例えばＣＭＯＳチップ）内に、又は、チップの最上面に提供、例えばパターン付けされ、かつ、透明カバーで閉鎖され、それによって、放射格子によって反射された放射線（例えば光）が少なくとも１つの検出器に到達可能である。微小流体工学的素子は、例として、毛細管現象又は、例えばポンプなどの使用による駆動によって、ＲＯＩを含む流路を介して粒子を含む流体を強制することが可能であり、これによって、粒子は励起格子及び放射格子の焦点スポットと相互作用する。本発明の実施形態は、ＲＯＩを含む少なくとも１つの微小流体工学的流路を介して流体用に相互接続された第１及び第２の微小流体工学的区画をさらに含んでもよい。第２の微小流体工学的区画は、少なくとも１つの微小流体工学的流路を介して第１の微小流体工学的区画から第２のそれへ流体サンプルを押し流すための毛細管ポンプを含んでよいか、又は、これに接続してもよい。チップは、放射線搬送体（例えば、導波管）に光学的に結合された光源などのオンチップ放射線源も含んでもよい。
【００８９】
検出又は分析対象の粒子が流れている本発明の第１の態様の実施形態を説明した。本発明の各代案実施形態は、静的状況で調査するために、対象粒子の拘束に適した親和性プローブを含む基板を含んでもよい。これらの実施形態において、検体は関連する親和性プローブ、例えば、抗体、抗原、酵素、受容体、アプタマー、核酸アプタマー、ペプチドアプタマー、又は、分子インプリントポリマー（ＭＩＰ）を設けた基板の少なくとも一部に固定されている。このように固定された検体を含む基板の少なくとも一部をＲＯＩ内に設置する。上記のように、検体は１つ又は複数の種類の装着された散乱中心をさらに含んでもよい。これらの実施形態の長所は、調査対象検体に拘束されていない散乱中心が親和性プローブに固定されていず、そのため、雑音が実質的に低減されていることである。なぜなら、検出信号の大部分は主に固定された検体に起因し得るからである。
【００９０】
本発明のさらなる実施形態は、（例えば、異なる種類の発光団、例えば蛍光団に装着された粒子を含む）例えば単一又は複数の微小流体工学的流路内の、又は、複数の親和性プローブ内の多数のＲＯＩに放射線を照射する、例えば、照明するための導波管及び多数の励起格子を含んでもよい。これは消費電力の低減を可能にする。なぜなら、１つの放射線源のみを必要とし得るからである。
【００９１】
結合格子、光学テーパー、フレネルレンズのようなレンズ、微小レンズアレイなどの他の構成要素も含んでもよい。
【００９２】
第２の態様において、本発明は、粒子検出を実行する方法に関する。この方法は、検体、例えばラマン散乱粒子、又は、蛍光団でレベル付けした粒子などの発光団でラベル付けした粒子の検出に適しているが、本発明はこれに限定されない。この方法は、例えば、粒子又は細胞の特性を示す放射線の放出を発生させるための励起格子を使用してＲＯＩ（例えば、分析対象の粒子又は細胞の大きさと同じオーダの体積）内の粒子又は細胞に放射線照射するステップ、その放出された放射線を少なくとも１つの回折格子内で回収するステップ、及び、前記放射線を検出器（例えば、光検出器、蛍光検出器など）へ（例えば、反射による）送出するステップを含む。この方法を図６のフローチャートを参照して説明する。
【００９３】
第１のステップにおいて、散乱中心の提供６００は、特定の波長範囲内の放射線、例えばレーザー光を散乱させる粒子の提供を含んでもよい。散乱中心は、例として、蛍光発光性ラベルであってもよい。散乱中心は検体に装着６０１可能である。例えば、異なる波長で散乱する放射線の特徴を有する異なる種類の散乱中心は異なる種類の検体に装着可能である。例えば、１種の散乱中心は腫瘍細胞に装着可能である一方、他の散乱中心は健康な細胞に装着可能である。
【００９４】
散乱中心は血液、尿、唾液、緩衝液、溶液などの流体中に存在可能であり、散乱中心の提供は散乱中心の検体への拘束を含んでもよい一方、検体は、液体、任意に流れている、流体の大部分に存在している。代案として、検体は親和性プローブに拘束可能であり、散乱中心の提供は親和性プローブに拘束された検体への散乱中心の拘束を含んでもよい。
【００９５】
さらなるステップは、励起格子を介した放射線搬送体からの放射線の外部結合６１０を含む。放射線の提供は、例えば赤外線波長と紫外線波長との間の波長を持つレーザー光の提供６１１を含んでもよい。放射線の種類及びその特性は、例えば蛍光を介して散乱中心の適した散乱を得るために選択可能である。放射線は連続的又は不連続的に提供可能である。例えば、検体の流れの提供６０２を含む実施形態において、連続的な放射線の提供６１２が好ましいとし得る一方、親和性プローブへの検体の装着６０３を含む実施形態においては、不連続、例えばパルス状の放射線の提供６１３が実行可能又は好ましいとし得る。
【００９６】
さらなるステップはＲＯＩ内への散乱中心の挿入６２０を含む。例えば、（流れている）微小流体工学的流路を介して流体中に散乱中心を導入６２１可能であるか、又は、対象検体が拘束されているか、又は、拘束可能な親和性プローブをＲＯＩ内に設置６２２可能である。
【００９７】
励起格子からの放射線ビームの散乱中心との相互作用は散乱放射線、例えば蛍光を発生し、散乱放射線は回収され、放射格子を介してＲＯＩから少なくとも１つの検出器へ差し向け６３０られる。ＲＯＩから検出器への放射線の差し向け６３０は、所定の波長範囲内の放射線の所定の検出器への、及び、さらなる所定の波長範囲内の放射線の別の所定の検出器への差し向け６３１を含んでもよい。加えて、放射格子での反射は少なくとも１つの検出器への放射線の合焦６３２又はコリメート６３３を含んでもよい。
【００９８】
さらなるステップは、ＲＯＩからの放射線の放出のモニタ６４０を含む。このステップは、１つ又は複数の放射格子が反射した放出のモニタを含み、これは前方散乱放射線のモニタをさらに含んでもよい。モニタ６４０のステップには、光電池、アナログ／デジタル変換器、出力などのいずれの適した技術も使用可能である。加えて、例えば閾値フィルタ、色フィルタ、偏光フィルタなどの所定の波長範囲内の放射線を濾過６４１するステップを含めてもよい。ピーク検出の実行６４２又は散乱中心のラベル付け６４３などのさらなるステップも適用可能である。
【００９９】
同じ放射線に対して、異なる粒子は異なる応答を示し得る。本発明の実施形態において、例えば検出器に当たる放射線を濾過するためのフィルタの使用によって、異なる応答間の相違を認識することは可能である。例えば、本発明のいくつかの実施形態は、レーザー誘導蛍光を含んでもよい。そのような実施形態において、異なる種類の発光団、例えば蛍光団が使用可能であり、この場合、それぞれの種類は異なる波長範囲を有する。異なる波長範囲を有する異なる放射線信号を差別化するために、放出放射線信号を濾過するための検出器又は複数の検出器において異なるスペクトルフィルタが使用可能である。長所として、放出放射線の検出がさらに効率的に実行可能である。例えば、放出放射線信号のピークがさらに効率的に検出可能である。
【０１００】
例えば、少なくとも２つの種類の発光団、例えば、蛍光団を粒子にラベル付けするために使用する場合、少なくとも２つのスペクトルフィルタを有する光検出器に単一の放出導波管を光学的に接続可能である。この光検出器は少なくとも２つのフォトダイオードを含んでよく、各フォトダイオードは異なるスペクトルフィルタで覆われている。光検出器に到達する発光、例えば蛍光は、検出前に各スペクトルフィルタが濾過する。これは、ピーク検出の改善に相関し得る少なくとも２つの発光、例えば蛍光の信号を引き起こす。
【０１０１】
本発明は流動細胞数計算のような細胞数計算に対して使用可能である。本発明は免疫表現型検査、倍数性分析、細胞計数、又は、緑色蛍光タンパク質発現解析に適用可能である。方法及びデバイスは発光流動細胞数計算、例えば蛍光発光流動細胞数計算に有利である。なぜなら、チップに集積可能な小型かつ低コストのデバイスが得られるからである。これは容易な使用が可能である。なぜなら、これが位置合わせをほとんど必要としないからであり、微小流体工学的デバイスとして、又は、親和性プローブとともに、のいずれかで医療デバイスでの実施が容易だからである。
【０１０２】
本発明の実施形態において、センサは少なくとも１つの励起格子とともに放射線搬送体の双方を含み、少なくとも１つの構造体は所定の体積から発する放出放射線を再差し向けするために定置及び構成され、並びに、少なくとも１つの検出器は集積して構築可能であり、即ち、単一のデバイスであってもよい。しかし、本発明の各代案実施形態は、異なる分離可能な部分、例えば、サンプル分析デバイス及び読み出しデバイスを含むシステムも網羅する。サンプル分析デバイスは、システムを介して流体サンプルを搬送するための少なくとも１つの微小流体工学的流路、及び、放射線ビームを搬送するための少なくとも１つの放射線搬送体を含む微小流体工学的チップであってもよい。放射線搬送体は、例としてその表面上に、放射線搬送体から指向的に放射線搬送体によって搬送された励起放射線信号を結合し、それによって、微小流体工学的流路の所定の体積を照明するように定置及び構成された少なくとも１つの励起格子と、所定の体積からの放出放射線の発生を再差し向け、例えば反射するように定置及び構成された、例として放射格子などの少なくとも１つの構造体と、を含む。読み出しデバイスは、所定の体積から発生する再差し向け、例えば反射された放出放射線を検出するための少なくとも１つの検出器、例として検出器アレイを含んでもよい。読み出しデバイスは構成可能、例えばサンプル分析デバイスを受けるためのスロットを設けることが可能である。サンプル分析デバイスはＳＤカードの形状及び大きさ、例としてマイクロＳＤカードなどの形状及び大きさを有してもよい。サンプル分析デバイスは、放射線を放射線搬送体に結合するための放射線源、例えば光源を含んでもよい。代案として、放射線源は読み出しデバイスの上又は内部に設けてよく、それによって、サンプル分析デバイスと読み出しデバイスが互いに動作可能に結合された時に放射線がサンプル分析デバイスの放射線搬送体に結合可能となる。異なる分離可能な部分を含むシステムのデバイスの特徴は、集積して構築されたデバイスの実施形態において説明され、簡潔さのためにここでは繰り返さない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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