(57)【要約】  励起と検出用ラベルとしての放出光とを利用する、レセプタクル、ゲル、ブロット、及びアレイなどにおける試料の生化学アッセイが、励起光源から試料へ励起光を伝送する光ファイバーを通して励起光を供給する照明・検出系によって改善される。この場合、励起によって生成された放出光がレンズによって集められ、そして信号に変換され、この信号はコンベンショナルな分析用ソフトウェアによってコンパイルされる。光ファイバーはスロット又は他の開口を通してレンズを貫通（通過）しており、好ましくはレンズの中心からずらされている。光ファイバー及び集光レンズは、試料と同じ側又は反対側、すなわち一方が上方に、他方が下方にあってよい。光ファイバー及び集光レンズは、励起光の移動方向と放出光が集められる方向とが同軸的でないように、そして好ましくは両者が、レセプタクルの口部に対して垂直な軸に対して鋭角を成すように配置されている。紫外線、可視線、又は近赤外線光源が光ファイバーに光結合されている照明系も開示されている。
2010503861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から光信号を生成し検出する装置であって、前記装置が、
励起光源と；
前記励起光源から前記試料へ励起光を光ビームを用いて伝送するように配置された少なくとも１つの光ファイバーと；
前記試料からの放出光を集めるように配置された集光レンズと；
前記集光レンズによって集められた放出光を受容し、そしてこのようにして集められた前記放出光を表す信号を生成するための検出手段と；
を具備し；
前記光ファイバーが、前記集光レンズを貫通していることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記光ファイバーは、前記光ビームが前記試料を全体的に照らすように配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記試料がレセプタクル内の液体である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記試料がゲル内部に含まれている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記試料がブロット内部に含まれている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記試料がアレイに含まれている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記光ファイバーが発散ビームを有している、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記発散ビームの発散角度が、約１０°〜約６０°である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記発散ビームの発散角度が、約１０°〜約２０°である、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記光ファイバーが平行ビームを有している、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記光ファイバーが収束ビームを有している、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記光ファイバーの開口数が約０．１７〜約０．３４である、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記レセプタクルが開口部を有しており、前記光ファイバーは、前記励起光が前記開口部を通過するように配置されており、そして前記集光レンズは、前記開口部を通して前記放出光を集めるように配置されている、請求項３に記載の装置。
【請求項１４】
前記集光レンズが、前記光ファイバーと同軸的ではない放出光収集路に沿って、前記放出光を集めるように配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記集光レンズが、前記光ファイバーと同軸的ではない放出光収集路に沿って、前記放出光を集めるように配置されている、請求項３に記載の装置。
【請求項１６】
前記開口部が、該開口部に対して垂直な軸を画定しており、そして前記光ファイバー及び前記放出光収集路はそれぞれ、前記軸に対して約５°〜約６０°の角度を成している、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記開口部が、該開口部に対して垂直な軸を画定しており、そして前記光ファイバー及び前記放出光収集路は、前記軸に対して約５°〜約２５°の角度を成している、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記レセプタクルが、光透過性底部と、前記光透過性底部と対向する開口部とを有しており、前記光ファイバーは、前記光透過性底部及び前記開口部のうちの一方を通して前記レセプタクルの内容物に光を伝送するように配置されており、そして前記集光レンズは、前記光透過性底部及び前記開口部のうちの他方を通して前記放出光を集めるように配置されている、請求項３に記載の装置。
【請求項１９】
前記レセプタクルが、該開口部に対して垂直な軸を画定しており、そして前記集光レンズは、前記軸に対して少なくとも約５°の角度を成して前記放出光を集めるように配置されている、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記レセプタクルが、該開口部に対して垂直な軸を画定しており、そして前記集光レンズは、前記軸に対して約５°〜約１５°の角度を成して前記放出光を集めるように配置されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記励起光源が、ＵＶ線、可視線、近ＩＲ線光源であり、前記光ファイバーに光結合されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記励起光源が発光ダイオードである、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記励起光源が広帯域光源である、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記液体レセプタクルが、マルチ・ウェル板のウェルであり、そして前記装置はさらに、前記励起光源からの光が前記マルチ・ウェル板の全てのウェルを照らし、そして該全てのウェルから放出光が集められるまで、前記光ファイバー及び前記集光レンズに対して前記マルチ・ウェル板をラスタリングするか、又は前記マルチ・ウェル板に対して前記光ファイバー及び前記集光レンズをラスタリングするための手段を具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
前記光ファイバーが、前記集光レンズ内のスロットによって前記集光レンズを貫通している、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記集光レンズが、前記光ファイバーの貫通を許すように穿孔されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
前記集光レンズがコリメート・レンズである、請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
試料から光信号を生成し検出する方法であって、前記方法が：
（ａ）  前記試料を、励起光源から、集光レンズを貫通させられた光ファイバーを通る光で、光ビームを前記試料に向けることにより照らし；そして
（ｂ）  前記レセプタクルからの放出光を集光レンズによって集め、そしてこのようにして集められた放出光を検出器に向ける
ことを含む、方法。
【請求項２９】
前記光ファイバーは、前記光ビームが前記試料を全体的に照らすように配置されている、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記試料がレセプタクル内の液体である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記試料がゲル内部に含まれている、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記試料がブロット内部に含まれている、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記試料がアレイを成して含まれている、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記レセプタクルが開口部を有しており、そして前記方法が、前記開口部を通して前記レセプタクルの内容物を照らすこと、及び前記開口部を通して前記レセプタクルからの前記放出光を集めることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
ステップ（ｂ）が、前記光ファイバーと同軸的ではない放出光収集路に沿って、前記レセプタクルから前記放出光を集めることを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記レセプタクルが、光透過性底部と、前記光透過性底部と対向する開口部とを有しており、ステップ（ａ）が、前記光透過性底部及び前記開口部のうちの一方を通るように前記光ビームを向けることを含み、そしてステップ（ｂ）が、前記光透過性底部及び前記開口部のうちの他方を通して前記放出光を集めることを含む、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、法律的に果たし得る全ての目的において、２００２年９月１９日付けで出願された米国特許出願第１０／２５２，０２３号明細書（これは両方とも２００１年９月２７日付けで出願された同時係属中の米国仮特許出願第６０／３２５，８５５号及び同第６０／３２５，８７６号の各明細書の優先権を主張する）の部分継続出願である。これらの特許出願明細書のそれぞれの内容全体を、本明細書全体を通して言及された全ての他の特許明細書及び参考文献と同様に参考のため本明細書中に引用する。
【０００２】
本発明は、種々の方法で行われる、例えばゲル、ブロット、アレイ、及びその他の形態を成す、キュベット又はマルチ・ウェル板のウェルのようなレセプタクル内の試料に対して行われる生化学アッセイの分野にあり、そして具体的には、試料内容物の光励起、及びその励起から生じる放出光の検出によってアッセイ結果を得ることにある。
【背景技術】
【０００３】
蛍光信号及びその他の光信号は、生化学アッセイにおいて、具体的にはアッセイにおいて求められている特性又は特徴を示した試験種を、示さない試験種から区別する際のラベルとして幅広く使用される。光信号を利用するアッセイは、試料レセプタクル内に保持された液体又は流体媒質中でしばしば実施され、また、光学測定は、液体媒質中に懸濁された種に対して、又はレセプタクルの壁に付着する種、例えばマイクロプレート・ウェルの壁に免疫学的に結合された種、又はキュベットの底部に平板培養された細胞に対して実施される。蛍光を測定するために現在使用されている典型的な設備は、光源、及び試料レセプタクル内にビームを集束するためのレンズ系を、励起から生じる放出光を集め処理するための光学系と一緒に含む。しかしながら、これら２つはしばしば互いに干渉し、その結果アッセイ感度が損なわれる。
【０００４】
励起・放出光検出系の１つのタイプの場合、励起光を（通常はレセプタクル内の）試料に向けること、及び生成された放出光を集めることの両方のために、平面鏡又は楕円鏡である穿孔付き鏡が使用される。しかし穿孔付き鏡系は感度が制限されている。それというのも、弱い放出光の収集を最適化することが必要なので、励起光のうちの多くが損なわれることを甘受しなければならないからである。結果として、これらの装置は、アパーチャに対する考慮範囲が制約され、励起光の一部が誤指向されることにより、強度の低下を被る。
【０００５】
他の系は、その他の点では共通の光路に沿う励起光及び放出光を分離するために二色性ミラーを使用する。二色性ミラーの使用は、光路及び設備のレイアウトをシンプルにするものの、励起光から放出光の効率的な分離は、高価な光学フィルタ及び信号光の低減を必要とする。二色性ミラー系は主に、低レベルの放出光を用いて微量のフルオロフォアが検出される系においてではなく、光が十分にある顕微鏡法において使用される。
【０００６】
その優先権をここに主張する米国特許出願公開第２００３／０６３８５１号明細書は、ウェル又はその他のレセプタクル内の生物学的液体試料を照らして検出する装置を開示しており、この装置は、試料の励起によって生成された放出光を集めるためのレンズに隣接して位置する、励起光を提供するための光ファイバーを含む。本発明はこの装置の改善形を構成する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、液体又は固体であってよい生化学的試料のための照明・検出系にある。試料は、光ファイバーからの励起光ビームで照らされる。この光ファイバーは、励起の結果として試料中に生成された放出光を集める集光レンズを貫通させられており、すなわち集光レンズを通って延び且つこの集光レンズを貫いている。放出光は、検出器によって信号に変換され、この信号は定量化し、記録し、そしてその他の点ではコンベンショナルな設備構成部分によって処理することができる。この特定の系は、光励起されると信号を発するラベルを利用するアッセイが実施されるレセプタクル内、又は本明細書中に開示された他のものの中に位置している任意の試料に適用することができる。
【０００８】
本発明の好ましい実施態様の場合、光学系は、励起光の移動方向と、放出光が集められる方向とが２つの異なる方向であるように、すなわち２つの光路が共通の軸を有さないように配置されている。このことは、好ましくはレンズの中心から外れるように、ひいてはレンズに対して所定の角度を成すように光ファイバーを配置することにより実施される。光ファイバーは、エピ照明（例えば、励起光を試料に、例えばレセプタクルの内容物に、レセプタクルの開口部を通るように向け、そして放出光もこの開口部を通して集めること）によって、又はトランス照明（例えば、光透過性レセプタクル又は光透過性底部を有するレセプタクルを使用し、励起光を上方から試料に向け、そして下方から光透過性底部を通して放出光を集めるか、或いは、下方から光透過性底部を通るように励起光を向け、そして上方から放出光を集めること）によって試料又は試験領域を照らすように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の特徴を利用した、マルチ・ウェル板のための励起・検出系を示す概略図である。
【図２】図２は、ファイバーに光結合されたＬＥＤ又はＳＬＤ光源、及びファイバーの出力端部上の光学フィルタを使用する、図１の励起・検出系とともに使用するための励起系を示す概略図である。
【図３】図３は、やはりファイバーに光結合されたＬＥＤ又はＳＬＤ光源、及びファイバーの出力端部上の光学フィルタを使用する、図１の励起・検出系とともに使用するための第２の励起系を示す概略図である。
【図４】図４は、ファイバーが、スロットを有するレンズを貫通させられた、本発明の１実施態様の構成部分を示す図である。
【図５】図５は、図４のファイバー及びレンズを使用した、本発明による装置の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を用いることによってバイオアッセイ検出を実施することができるレセプタクルは、キュベット、小型試験管、マルチ・ウェル板のウェル、及び生化学アッセイを行う際に使用される成分を含有することができる種々様々な容器を含む。マルチ・ウェル板の例は、MICROTITER（登録商標）板、並びに種々異なる名称を有するがしかし一般にはウェル列又は２次元のウェル矩形アレイを含有するプレートである。最も一般的に使用されるマルチ・ウェル板は、９６ウェル（１２ｘ８）アレイを有するプレートである。６ウェル、１２ウェル、４８ウェル、３８４ウェル、及び１５３６ウェル・アレイを有する他のプレートもある。ウェルの典型的な直径及び幅は、約４ｍｍ〜約４０ｍｍ、好ましくは約４ｍｍ〜約１１ｍｍである。本発明の実施において生成され検出されるべき放出光は、レセプタクル内に保持された液体から、又は液体中に懸濁された物質から、又はレセプタクル壁に付着する物質から生じることができる。他方において、本発明は、他の媒質及び装置、例えばゲル、ブロット、及びアレイなどの中に含まれる、又は配置された試料に適用することもできる。
【００１１】
本発明は、液体又は固体であってよい生化学的試料のための照明・検出系にある。試料は、光ファイバーからの励起光ビームで照らされる。この光ファイバーは、励起の結果として試料中に生成された放出光を集める集光レンズを貫通させられており、すなわち集光レンズを通って延び且つこの集光レンズを貫いている。放出光は好ましくはこのレンズによって集められ、そして放出光は、検出器によって信号に変換され、この信号は定量化し、記録し、そしてその他の点ではコンベンショナルな設備構成部分によって処理することができる。試料がマルチ・ウェル板の１つのウェル内に位置している場合、板の全てのウェルに対して検出が行われるまで、板又は光学系をラスタリングすることにより、更なる信号が得られる。この特定の系は、光励起されると信号を発するラベルを利用するアッセイが実施されるレセプタクル内、又は本明細書中に開示された他のものの中に位置している任意の試料に適用することができる。好ましいラベルは、フルオロフォア及び蛍光発光であるが、しかし本発明は、燐光体、量子ドット、蛍光タンパク質、及び生化学アッセイの当業者によく知られた他のタイプの光励起可能なラベルにも範囲が及ぶ。加えて、本発明の系は、或る特定のタンパク質、及び固有の蛍光を有し、ひいては検出のために付着ラベルを必要としない他の試料に適用することもできる。
【００１２】
本発明の好ましい実施態様の場合、光学系は、励起光の移動方向と、放出光が集められる方向とが２つの異なる方向であるように、すなわち２つの光路が共通の軸を有さないように配置されている。このことは、好ましくはレンズの中心から外れるように、ひいてはレンズに対して所定の角度を成すように光ファイバーを配置することにより実施される。光ファイバーは、エピ照明（例えば、励起光を試料に、例えばレセプタクルの内容物に、レセプタクルの開口部を通るように向け、そして放出光もこの開口部を通して集めること）によって、又はトランス照明（例えば、光透過性レセプタクル又は光透過性底部を有するレセプタクルを使用し、励起光を上方から試料に向け、そして下方から光透過性底部を通して放出光を集めるか、或いは、下方から光透過性底部を通るように励起光を向け、そして上方から放出光を集めること）によって試料又は試験領域を照らすように構成されている。マルチ・ウェル板の場合、照明及び放出光検出は、下方（板の下側）から照明し、そして上方から（ウェルの口部を通して）放出光を集めることによって、又は上方から照明し、そして下方から放出光を集めることにより、板の互いに対向する側で同様に行うことができる。エピ照明を利用する系の場合、光ファイバーと、放出光が集められる方向とは同軸的ではなく、その代わりに互いに所定の角度を形成する。トランス照明の場合も、光ファイバーと、放出光を集めるために使用される光路とは、非同軸的な配置関係にある。
【００１３】
励起光路と放出光路とを分離することによって、本発明による系及び装置は、励起光学系及び放出光学系をそれぞれ単一の機能に制限し、これにより、これらの２つの光学系の個々の最適化を可能にする。エピ照明系の場合、特に、本発明の好ましい実施態様におけるように、光ファイバー及び放出光収集光学系が垂直軸に対して異なる角度を成しているときには、励起光のほとんどは放出光路内では検出されず、最大の信号対ノイズ比が達成される。さらに、本発明の励起系は、励起ファイバーと試料との間に付加的なレンズ又は他の光学素子を必要とすることはなく、ひいては、これらの付加的な素子によって引き起こされるおそれのある光強度の損失を避けることができる。ＬＥＤ又はＳＬＤ光源に直接的に光結合された光ファイバーに関する本発明の実施態様の場合、結合される製品は低廉、高耐久性、且つコンパクトであり、また、明るい光を供給するのに対して発生する熱は最小限で済む。このような構造は、パッキング、コスト及びサイズの低減に関して利点を提供する。
【００１４】
本発明の系及び装置の場合、励起光を供給する光ファイバーは、放出光を受容する集光レンズを貫通するか、通過するか、又はこのレンズを通って延びる。このことは好ましくは、光ファイバーが挿入されているレンズにスロット又は他の開口を形成することにより実現される。例えば、図４及び５に示されているように、メニスカス・レンズ及びアクロマート・レンズにスロットが切り欠かれており、そして光ファイバーは、矩形断面を有するファイバー・ホルダ内部に封入されており、この矩形断面はスロットにサイズがおおよそ相当しているので、ファイバーはレンズ内にしっかりと保持することができる。ファイバーを位置固定する他の手段を用いることもでき、例えばレンズのスロットの側面に任意の形状のファイバー・ホルダを接着すること、又は、ファイバーとレンズとの間のスペースを、ＲＴＶ又はシリコーンで充填することができる。
【００１５】
放出光の受容に著しい影響を及ぼさずに、レンズの集光領域内にファイバーを配置できることが判った。レンズ及びスロットの適切なサイズを設定することにより、放出光の約７％以下しか犠牲にせずに、この集光領域内にファイバーを含むことができる。本発明による系は、励起光と放出光とを分離するための二色性フィルタ、又は集光レンズが励起光の供給及び放出光の収集の両方に役立つ同軸光学系を使用する系を著しく上回る利点を提供することができる。これらのアプローチは両方とも、両機能を同時に達成するために性能に関して妥協し、また典型的にはそうすることで放出光の約半分までを犠牲にする。
【００１６】
本発明において使用するための好ましい光ファイバーは、レセプタクル内又は別の形態、例えばゲル、ブロット、又はアレイの形態で含有された試験材料の全てを照らすのに十分な、そしてこれらの試験材料だけを照らすのに十分な、すなわち、隣接するレセプタクル又は同様のものの中の材料を照らすことがない発散角度を生成する光ファイバーである。別の実施態様は、平行光ビーム、又は収束光ビームを生成する光ファイバーの使用を含むことができる。
【００１７】
好ましい励起光源は、光ファイバーと光結合された、紫外線、可視線、近赤外線光源を供給する光源であるので、光源からの光の実質的に全てがレセプタクル内部への伝送のためにファイバーに入射する。これにより結果として、光源とレセプタクルとの間に強度の損失はほとんど生じない。光ファイバー自体は、シンプルなファイバーであるか、或いは、コリメータ又は光学フィルタのような素子、又は特定の用途及びアッセイのためのその使用を改善する種々の方法で光を処理するための、当業者に知られている他のインライン光ファイバー装置を含むファイバーであってよい。
【００１８】
本発明による系は、従来技術を凌ぐ数多くの利点を提供する。励起光路と放出光路とを分離することによって、本発明による系は、励起光学系及び放出光学系をそれぞれ単一の機能に制限し、これにより、これらの２つの光学系の個々の最適化を可能にする。エピ照明系の場合、特に光ファイバー及び放出光収集光学系が垂直軸に対して異なる角度を成しているときには、励起光のほとんどは放出光路内では検出されず、最大の信号対ノイズ比が達成される。系がマルチ・ウェル板において使用される場合、単一のウェルだけが光ファイバーによって照らされ、放出光がそのウェルから個別に集められ、これによりクロストークを排除し、そのウェルの信号を最大化する。このことは、所与のレベルの検出及び感度に対して最大の信号収集量及び優れた性能をもたらす。さらに、本発明の励起系は、励起ファイバーとアッセイ・レセプタクルとの間に付加的なレンズ又は他の光学素子を必要とすることはなく、ひいては、これらの付加的な素子によってしばしば引き起こされるおそれのある光強度の損失を避けることができる。ＬＥＤ又はＳＬＤ光源に直接的に光結合された光ファイバーに関する本発明の特徴において、結合される製品は低廉、高耐久性、且つコンパクトであり、また、明るい光を供給するのに対して発生する熱は最小限で済む。単純化されてはいるが高効率のこのような構造は、パッケージング、コスト及びサイズの低減に関して利点を提供する。
【実施例】
【００１９】
図１は、マルチ・ウェル板１１内で信号生成及び検出を行うために配置された典型的な系を示している。マルチ・ウェル板１１の各ウェル１２には、生化学アッセイの液体成分が部分的に充填されている。各ウェルの内容物は、種々の蛍光色素又はプローブ、量子ドット、蛍光タンパク質、又は、励起光ビームで照射されると放出光を生成することにより応答する任意の他のラベルのうちのいずれかで処理されている。ウェルの直径は、板に設けられたウェルの数如何では４ｍｍ未満又は３６ｍｍ超であってよい。板１１は保持固定具（図示せず）によって保持されている。保持固定具は、励起及び放出光収集が行われる光路の方向に対して横方向の平面内でｘ方向及びｙ方向に板を動かすか又はラスタリングする。このラスタリング運動は、系がウェルのアレイ全体から信号を順次捕捉するのを可能にする。別の配置としては、板を定置に保持し、そして光学系を、試料表面を横切るようにｘ方向及びｙ方向で運動可能にすることもできる。
【００２０】
広帯域源、例えば紫外線ランプ、キセノン・ランプ、石英ハロゲン・ランプ、ＬＥＤ、ＳＬＤ、又は狭帯域源、例えば単一又は多不連続波長レーザであってよい励起光源１４が、コリメート・レンズ１５を照らす。或いは、２つ又は３つ以上の不連続なレーザを、単一のファイバーと一緒に同時に使用することもできる。コリメート・レンズ１５から射出する平行光は、多位置フィルタ・ホイール１７上の光励起フィルタ１６を通過する。フィルタ・ホイールは、種々の波長から特定の励起波長の選択を可能にし、そしてその回転及び位置は、具体的な試験プロトコルに適宜に適合されたソフトウェアによって制御することができる。第２のレンズ１８は光を集束し、そしてこれを２つの光ファイバー１９，２０のいずれかに結合する。ファイバーはそれぞれファイバー・ホルダ２１，２２で終わっている。各ファイバー・ホルダの出力端部は、板１１上のウェル１２に近接するように位置決めされている。これらの２つの光ファイバーは、ウェルに励起光を提供する択一的な手段を提供する。すなわち、一方のファイバーは、エピ照明のためにウェルの開口部２３を通して板の上側に励起光を供給し、そして他方のファイバー２２は、板自体を通してウェルをトランス照明するために、板の下側２４に励起光を供給する。なお、図１に具体的に示されているもの以外の手段によって、励起光を供給することもできる。例えば、光励起フィルタの代わりとして、モノクロメータ又は同調可能な音響光学的フィルタを使用することができる。
【００２１】
図１に示された系において、ファイバー・ホルダ２１，２２とウェル板１１との間に、付加的なレンズ又は光学系は配置されていない。ファイバー先端からの光２３は、ウェル１２を満たす円錐形の励起光ビームを生成する。光円錐の発散は、ファイバー端部を特殊に切削、研磨、又は角度付けすることによって制御又は修正することができる。任意には、当該ウェルが迷走励起光、又は隣接ウェルからの放出光、又はダスト又はその他の汚染物質からの放出光を受容しないことをさらに保証するために、試料の上方にマスク２４を位置決めすることができる。
【００２２】
ウェル１２が励起時に放出する放出光は、好ましくはウェル軸に対して直交方向に配置されたコリメート・レンズ３１によって集められ、そして平行放出光は、多位置フィルタ・ホイール３３上の光学発光フィルタ３２を通過する。図１に示されているように、励起光を供給するファイバーを保持するファイバー・ホルダ２１は、コリメート・レンズ３１を通過し、そしてこのレンズに対して所定の角度を成す。或いは、光学発光フィルタ３２の代わりに、モノクロメータ又は同調可能な音響光学的フィルタを使用することもできる。次いで、第２のレンズ３４が平行光を、迷光を制御するためのアパーチャ３５を通して光検出器３６上に集束する。好適な光検出器の例は、光電子増倍管、シリコンＰＩＮダイオード、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、ＣＣＤ検出器、及びＣＭＯＳ検出器である。検出器３６は、放出光強度を登録し、出力信号を記録器、又は電子処理制御装置３７に送る。
【００２３】
これらの系、及び本発明の範囲に含まれる他の系は、信号生成、及び時間分解蛍光による処理を達成するように容易に適合することができる。これは、フラッシュランプ、ＬＥＤ、又はＳＬＤを光源として使用することにより遂行され、光源の閃光と信号収集との間に、制御された遅延時間を課し、そしてプログラミング可能な可変信号収集積分時間を許す。これを達成するために必要とされる唯一の修正は、ソフト及び電子装置の修正であり、このような修正は、時間分解蛍光の当業者には容易に明らかである。
【００２４】
図示はしていないが、系は、単一のファイバーではなく線形アレイ又はｘ−ｙ（２次元）アレイを成して配列された２つ又は３つ以上の光励起ファイバーを含むことができる。それぞれの個々の励起ファイバーが、別個の収集チャネルと連携しており、そしてファイバー・アレイ全体を、ウェル板を横切るように動かすか、或いは、板をファイバー・アレイに対して相対運動させることができ、そしていずれの場合にも、単一のファイバーよりも短い時間で、板の全てのウェルから信号が得られる。
【００２５】
ＬＥＤ又はＳＬＤ光源を利用する本発明による照明系の例が、図２及び３に示されている。
【００２６】
図２の系は、上述のような光学セメントを通して光ファイバー４３の平らな端部に直接的に結合されたＬＥＤ又はＳＬＤ光源４１、好ましくは白色光ＬＥＤ又はＳＬＤを含む。結合部分は、エポキシ注封コンパウンド４２又はリング又は管によって取り囲まれている。ＬＥＤ又はＳＬＤから射出した光は、光ファイバー４３によって効率的に収集され、光ファイバー装置４４に伝送される。光ファイバー装置４４は、ＬＥＤ又はＳＬＤから射出した光のための第１のファイバー・コリメータと、光学帯域通過フィルタと、光学帯域通過フィルタから射出した光のための第２のファイバー・コリメータとから成る。フィルタは、ホイール又はスライド上に載置された単一の光学帯域通過フィルタ又は複数のフィルタであってよく、使用者が、手動で又は自動化された手段によって特定のフィルタを選択し、これにより特定のフルオロフォアを励起するのを可能にする。第２のファイバー・コリメータから射出光は、ファイバー先端４５からマルチ・ウェル板上の試験領域４６への供給のためにファイバーに戻る。
【００２７】
図３の系は、図１のシーラント及びパッケージング４２の代わりにコンパクトなレンズ又はレンズ系５２が使用されていることを除けば、図２の系と同じ構成部分を有している。
【００２８】
図４は、本発明の系において使用するための光ファイバーとレンズとから成る典型的な集成体を示している。この集成体は、ファイバー・ホルダ６１を有する光ファイバー６０と、スロット付きメニスカス・レンズ６２及びスロット付きアクロマート・レンズ６３と、レンズ集成管６４と、レンズ・スペーサ６５とを含む。
【００２９】
図５は、本発明の系内に含むために組み立てられた図４の構成部分６０〜６３を示す。
【００３０】
レンズのスロット形成は、ファイバー及びファイバー・ホルダの通過を可能にするようにレンズを改変するための最も単純で最も低廉な、そして最も再現可能な方法である。好ましくは、スロット形成は、集光レンズのできる限り僅かな部分を除去し、ひいて集光能力に及ぼす影響を最小限にするように狭いスロットを用いて行われる。好ましくはファイバーは、集光レンズに戻る試料からの励起光（放出光よりも遙かに大量であることがあり、典型的には少なくとも約１０００：１の比である）の鏡面反射を最小限にするために、軸上のレンズ中心には配置されない。ファイバーを１０度以上、最大６０度までの角度で傾倒させることにより、この目的は達成され、従って、系が鏡面反射と放出光とを分離することは必要とならない。
【００３１】
レンズを穿孔することは、スロット形成よりも難しく、高価であり、また再現性が低いが、しかし実現可能な代替手段である。ここでもまた、穿孔をレンズ中心に施すことはできるが、好ましくは穿孔は中心から外れるように行われ、ファイバーは軸に対して所定の角度を成す。
【００３２】
図面は、唯一のスロット及び唯一の光ファイバーを有するレンズを示す。しかしながら他の実施態様では、レンズは複数のスロット又は穿孔を有することにより、例えば、２つ又は３つ以上の異なる光源の間で単一のファイバーを動かすのが実行不可能であるか又は不便である場合にこれらの光源を使用することができる。別の実施態様の場合、スロットは、これがレンズを二等分するようにサイズ設定することができる。
【００３３】
ここに説明した本発明は、レセプタクル内の液体試料の検出に限定されることはなく、ブロット、ゲル及びアレイを含む種々様々な生物学的試料タイプの分析に幅広く適用することができる。本発明は、画像形成用途、並びに非画像形成用途に用いることもできる。
【００３４】
本発明の励起系は、種々異なるタイプの光源のうちのいずれかを含んでよい。その例としては、広帯域源、例えばキセノン閃光ランプ、石英ハロゲン・ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、スーパールミネッセント・ダイオード（ＳＬＤ）、及び狭帯域源、例えば単一又は多不連続波長レーザが挙げられる。好ましくは、励起源は、紫外線、可視線、及び／又は近赤外線を供給する。好ましい系の場合、光源は光ファイバーに光結合されている。点光源、又は点光源に近い固体源の場合、光結合は、近接結合によって達成することができる。そうでなければ、光源からの光のほぼ全てをファイバーに伝送するカップリング・レンズ又はレンズ系を使用することができる。系は、音響光学的フィルタ、モノクロメータ、又は同調可能な光励起フィルタを含むこともできる。光ファイバーは、レセプタクル内に存在する単一のラベル又は複数のラベルを励起するように、光源からレセプタクルに光を伝送する。励起から生じた放出光は、光を検出器に向けるコリメート・レンズ系によって集められる。この光は任意には先ず、光学発光フィルタ、モノクロメータ、又は同調可能な音響光学的フィルタを通過する。好適な検出器の例は、光電子増倍管、マイクロチャネル・プレート、シリコンＰＩＮダイオード、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、ＣＣＤ検出器、及びＣＭＯＳ検出器である。
【００３５】
系内に使用される光ファイバーは真直ぐであるか、長さに沿ってテーパされているか、又はその両者の組み合わせであってよい。ファイバーは、光が向けられるレセプタクルの具体的なタイプとともに種々に選択されてよい。被覆体及び外側バッファ被膜を有するマルチモード・ファイバー、具体的には、レセプタクルの内部を充填するのに適した発散角を有するファイバーが好ましい。このようなファイバーは当業者に良く知られた種々の供給元、例えば3M Company, St. Paul, Minnesota、及びPolymicro Technologies, LLC, Phoenix, Arizonaから商業的に入手可能である。
【００３６】
光ファイバーは、その端部のいずれか又は両方に、標準的な先端又は成形先端（一体型レンズ又はマイクロレンズを含む）、又は両方の組み合わせを有することができる。本発明の或る実施態様の場合、供給端部は好ましくは、９０度で切削され研磨された標準的なファイバーである。先端は一体型レンズを有することもできる。遠位側先端における発散角は好ましくは、約１０度〜約６０度、最も好ましくは約１０度〜約２０度の範囲内にある。開口数（発散角θの正弦）に関して、好ましい範囲は約０．１７〜約０．９４であり、最も好ましくは約０．１７〜約０．３４である。MICROTITER（登録商標）板の場合、現時点で好ましい開口数は０．２２（発散角１２．７度）である。この段落に記載された成形先端を有する光ファイバーは、Polymicro Technologiesから入手可能である。
【００３７】
光ファイバーの先端は好ましくは、特に隣接ウェルの照明を避けようとするマルチ・ウェル板内のウェルとして形成されたレセプタクルの場合には、試料に極めて接近して、例えば液体試料を含有するレセプタクルの口部に極めて接近して配置される。好ましくは、ファイバー先端は、ウェルの１ｍｍ〜１０ｍｍの口部の内部に入れられる。
【００３８】
レセプタクルが形成されている容器は、不透明又は光透過性であってよく、また光透過性容器は半透明又は透明であってよい。同じことがゲル・プレートに当てはまる。光透過性容器が使用される場合、励起光による容器内部の照明は、容器の下側から、すなわち容器の光透過性底部を通して達成することができる（トランス照明）。励起光の入射角は、レセプタクルの口部に対して垂直な軸に対して定義されるが、この角度は重要ではなく種々様々であってよい。同様に、コリメート・レンズが放出光を集める方向も種々様々であってよい。トランス照明が用いられる系の場合、放出光は軸に対して鋭角を成して集めることが好ましい。好ましくは、このような角度は少なくとも５°であり、最も好ましくは約５°〜約１５°である。エピ照明を伴う系の場合、光ファイバーと、放出光が集められる方向とは非同軸的であり、またファイバー及び発光収集方向はそれぞれ（軸に対して）約５°〜約６０°、より好ましくは約５°〜約２５°の角度を成す。試料がマルチ・ウェル板内にあるとき、エピ照明系内の光ファイバーの（軸に対する）現時点での好ましい角度は１０°であるとともに、放出光収集路はファイバーに対して１０°の角度をなし、これに対してトランス照明系の場合、光ファイバーの現時点での好ましい角度は（軸に対して）５〜１０°であるとともに、放出光収集路は軸自体に沿って形成される。
【００３９】
本発明の実施において使用することができる種々のタイプの光源のうち、広帯域光源、例えばフラッシュランプが好ましい。このようなタイプ及び他のタイプの光源は、ファイバーとの結合部の上流側に燐光体又はその他の広帯域変換素子を含むこともできる。変換素子は、光源上の被膜であってよく、又は光源のプラスチック・パッケージング内、又はゲル又はその他の不連続な閉じられたパッケージ内に内蔵することもできる。別の実施態様としては、変換素子は、ファイバー自体の端部内に彫り込むこともできる。
【００４０】
光源と光ファイバーとの間の光結合は、例えば図１に示されているように、光源と光ファイバーとの間に配置されている集束レンズ又は集束レンズ系によって、又は、光ファイバーを光源に直接的に結合することによって達成することができる。集束レンズ系の例は、ボール・レンズ、顕微鏡対物対、及び平凸レンズ又は非球面レンズから成る集光装置対である。近接結合、すなわちファイバーと光源との直接的な結合が好ましい。商業的な供給元から容易に入手することができるＬＥＤ及びＳＬＤは、製造業者によって供給されたレンズ系を取り除き、そして平らなファイバー端部を白色光ＬＥＤ自体に近接させ、好ましくはこれに直接固定するように接触させることにより容易に改変することができる。低自己蛍光の光学的に透明なセメントを使用することができる。このようなセメントの例は、Norland Optical Cement NOA 73及びNOA 61, Norland Products, Inc., Cranbury, New Jerseyである。セメントの代替物は、光学的に透明であるゲル又は油である。結合を安定化するために、ＬＥＤ又はＳＬＣ及びファイバー端部を、金属管、ストレート先端（ＳＴ）コネクタ、又は任意のその他のパッケージング内に収容することができ、この場合コネクタの一方の端部をＬＥＤ又はＳＬＤに接合し、そして他方の端部を光ファイバーに接合する。
【００４１】
本発明の新規性を定義する概念及び特徴は、数多くの異なる形態及び配置において実施することができるが、これらの特徴を理解するための好都合な方法は、本発明の範囲内で個々の系を研究することである。このような系が図面に示されている。
【００４２】
図１に示された系は、マルチ・ウェル板１１、例えばMICROTITER（登録商標）板内で信号生成及び検出を行うために配置されている。マルチ・ウェル板１１の各ウェル１２には、生化学アッセイの液体成分が部分的に充填されている。各ウェルの内容物は、種々の蛍光色素又はプローブ、又は、励起光ビームで照射されると放出光を生成することにより応答する任意の他のラベルのうちのいずれかで処理されている。ウェルの直径は、板に設けられたウェルの数如何では４ｍｍ未満又は３６ｍｍ超であってよい。板１１は保持固定具（図示せず）によって保持されている。保持固定具は、励起及び放出光収集が行われる光路の方向に対して横方向の平面内でｘ方向及びｙ方向に板を動かすか又はラスタリングする。このラスタリング運動は、系がウェルのアレイ全体から信号を順次捕捉するのを可能にする。別の配置としては、板を定置に保持し、そして光学系を、試料表面を横切るようにｘ方向及びｙ方向で運動可能にすることもできる。
【００４３】
前記記述内容は、主に説明を目的として提供する。本発明の思想及び範囲になおも含まれる更なる改変形、変更形、及び置換形が当業者には容易に明らかである。添付の特許請求の範囲内に含まれる全てのこのような改変形がこの範囲内に含まれるものとする。
【００４４】
本明細書中で言及した全ての刊行物、特許明細書、及び特許出願明細書の全体を参考のため、全ての目的において本明細書中に引用する。
【符号の説明】
【００４５】
１１    マルチ・ウェル板
１２    ウェル
１４    励起光源
１５    コリメート・レンズ
１６    光励起フィルタ
１７    多位置フィルタ・ホイール
１８    第２のレンズ
１９，２０    光ファイバー
２１，２２    ファイバー・ホルダ
２３    開口部（ファイバー先端からの光）
２４    板の下側、マスク
３１    コリメート・レンズ
３２    光学発光フィルタ
３３    多位置フィルタ・ホイール
３４    第２のレンズ
３６    光検出器
３７    電子処理制御装置
４１    ＬＥＤ及びＳＬＤ源
４２    エポキシ注封コンパウンド（シーラント及びパッケージング）
４３    光ファイバー
４４    光ファイバー装置
４５    ファイバー先端
４６    試験領域
５２    レンズ系
６０    ファイバー
６１    ファイバー・ホルダ
６２    スロット付きメニスカス・レンズ
６３    スロット付きアクロマート・レンズ
６４    レンズ集成管
６５    レンズ・スペーサ
【図１】
2010503861.tif 000003
【図２】
2010503861.tif 000004
【図３】
2010503861.tif 000005
【図４】
2010503861.tif 000006
【図５】
2010503861.tif 000007
【国際調査報告】
2010503861.tif 000008