(57)【要約】      （修正有）【課題】生物学的材料の存在を検知し、識別し、画像化するための方法及び装置を提供すること。【解決手段】非生体表面上の生物学的材料を検出するための方法及び装置において、種々の内因性蛍光団を励起することができる特定のエネルギーの電磁放射に各種試料を曝露し、これらの蛍光団が測定可能な蛍光を発する。生物学的材料からの内因性蛍光の蛍光信号からバックグラウンド、散乱励起光、反射励起光に起因する信号を除去し、内因性蛍光団からの信号強度が予想される領域に収めることが要求される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的材料を検出し識別する方法であって、次のａ〜ｅ、
ａ．２００ｎｍを超える電磁放射波長の特定の励起領域を有する少なくとも一種以上の生物学的内因性蛍光団を励起することにより、前記生物学的材料中の前記内因性蛍光団を励起して蛍光を発せしめ、
ｂ．内因性蛍光の最大値及び最小値に関連する信号強度を検出し、
ｃ．励起がない場合の内因性蛍光の最大値及び最小値に関連するバックグラウンド強度を検出し、
ｄ．バックグラウンドを差引いた最小値の強度から、蛍光の最大値における反射及び散乱強度を適切なアルゴリズムを用いて計算し、
ｅ．検出された生物学的蛍光の信号から、計算された反射及び散乱強度と計測されたバックグラウンド強度とを差引くことにより、バックグラウンド寄与分と反射寄与分と散乱寄与分とが差引かれた検出蛍光の大きさにより材料量を決定する、を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、測定されたバックグラウンドと計算された反射と散乱とが差引かれた複数の蛍光信号強度の比が決定され、それにより、次の条件即ち、バックグラウンド、散乱、反射がそれぞれ補正された信号の比が一定の領域内にあり、且つ信号の比が前記予想される領域内にある前記検出信号の大きさによって材料量を決定する条件に依存して前記生物学的材料の識別がなされる方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記生物学的内因性蛍光は３２０〜３６０、３８０〜４６０、４３０〜４８０、４２０〜５１０、４３０〜５４０、４８０〜５７０、６３０〜７００、７６０〜８４０及び８６０〜９３０ｎｍ領域の蛍光群から選択される方法。
【請求項４】
生物学的材料を検出し識別する方法であって、次のａ〜ｆ、
ａ．２００ｎｍ〜３００ｎｍの種々の励起波長の紫外電磁照射を用いて複数の生物学的内因性蛍光団を励起することにより、存在するいずれかの生物学的材料中の内因性蛍光団を励起し蛍光を発せしめ、その蛍光の一部を自己吸収して他の内因性蛍光団を励起し新たに蛍光を発せしめ、
ｂ．内因性蛍光の最大値及び最小値に関連する蛍光信号強度を検出し、
ｃ．励起がない場合の内因性蛍光の最大値及び最小値に関連するバックグラウンド強度を検出し、
ｄ．バックグラウンドを差引いた最小値の強度から、蛍光の最大値における反射及び散乱強度を適切なアルゴリズムを用いて計算し、
ｅ．検出された生物学的蛍光の信号から、計算された反射及び散乱強度と計測されたバックグラウンド強度とを差引き、
ｆ．バックグラウンド寄与分と反射寄与分と散乱寄与分とが差引かれた検出蛍光信号の比が予想される領域にあることを決定し、比が予想される領域にあるバックグラウンド寄与分と反射寄与分と散乱寄与分とが差引かれた検出蛍光信号の大きさにより生物学的材料量を決定する、を含む方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記生物学的内因性蛍光の生物学的内因性蛍光団は３２０〜３６０、３８０〜４６０、４３０〜４８０、４２０〜５１０、４３０〜５４０、４８０〜５７０、６３０〜７００、７６０〜８４０及び８６０〜９３０ｎｍ領域の蛍光を発する群から選択される方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、二次励起内因性蛍光は４３０〜４８０、４２０〜５１０、４３０〜５４０、４８０〜５７０、６３０〜７００、７６０〜８４０及び８６０〜９３０ｎｍ等の領域を含む方法。
【請求項７】
生物学的材料を検出し、識別し、画像化する方法であって、次のａ〜ｅ、
ａ．２００ｎｍを超える電磁放射波長の特定の励起領域を有する少なくとも一種以上の生物学的内因性蛍光団を励起することにより、前記生物学的材料中の前記内因性蛍光団を励起して蛍光を発せしめ、
ｂ．対象の生物学的材料の内因性蛍光の予想される最大発光領域に関連する信号強度を検出して画像化し、
ｃ．基体のバックグラウンドを、内因性蛍光の予想される発光波長の最長側の領域から少なくとも５０ｎｍを超える波長の周囲の光、反射励起放射及び散乱励起光で画像化し、
ｄ．内因性蛍光発光領域の出力イメージと、内因性蛍光の予想される発光波長の最長側の領域を少なくとも５０ｎｍを越える波長の周囲の光、反射励起放射及び散乱励起光から得られる基体表面の出力イメージとを結合し、高波長の基体表面イメージ上に低波長イメージを存在させることによって生物学的材料を検出し、
ｅ．検出された内因性蛍光の発光の比が予想される領域内に収まることを要求することにより生物学的材料試料を識別し、且つ検出蛍光の大きさによって材料量を決定する、を含む方法。
【請求項８】
非生体表面上の生物学的材料を検出するための装置であって、次のａ〜ｃ、
ａ．試料に向けて電磁放射を照射する手段であって、当該手段は一種以上の生物学的内因性蛍光団を励起することができる放射エネルギーを放射するように構成された手段と、
ｂ．放射又は反射及び散乱した放射を電気信号に変換することができる一種以上の電磁放射検出器であって、当該検出器は前記生物学的内因性蛍光団の蛍光発光の最大値及び最小値を検出するための３２０ｎｍより長い波長の電磁放射を検出するように構成された検出器と、
ｃ．内因性蛍光団の蛍光及び反射及び散乱励起の強度に対応する電気信号を分析して、生物学的材料の存在を決定する手段と、
を含む装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、電磁波が時変調されたパルスとして前記基体表面に照射される方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の装置であって、前記電磁放射を照射する手段が前記電磁放射を時変調させる手段を含む装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の装置であって、前記電磁放射を照射する手段が試料表面に順次的に電磁放射させる手段を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な表面における生物学的材料（血液、精液、尿、唾液、痰等）の存在を検知し、識別し、画像化するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内因性蛍光は、高感度で、リアルタイムでフィードバックでき、試料との接触がなく、広範囲を高速でスキャン可能であることから、生物学的材料の検出に非常に適している。更に、内因性蛍光は試料の破損、変性、汚染をもたらす虞れのある試薬を必要としない。蛍光の発光強度（生物学的材料の存在を示す検出信号）は励起強度に比例するため、高出力の照射光を用いれば弱い信号でも観察できる。（検査可能領域も同様に、励起源の出力によって決定される。）内因性蛍光を発する生物学的成分が多岐に亘る種類で且つ高濃度で存在すれば、生物学的材料の検出が可能となる。このような成分としては、ＮＡＤ［Ｐ］Ｈ及びその他の還元型ピリジンヌクレオチド類（ＲＰＮ）や、ルマジン類、プテリン類、フラボプロテイン類を始めとする各種二次代謝物が挙げられる。核酸ポリマー類（ＤＮＡ／ＲＮＡ）や、タンパク質、種々の脂質は高エネルギーの蛍光を発するため、指紋検出用マーカーとして有用であろう。尿中には蛍光性の代謝分解産物が検出される。血液（新鮮血及び酸化した血液）のヘム成分や、乾いた精液もユニークな蛍光パターンを示す。生物学的材料の内因性蛍光の発光の差異は区別可能である。多くの生物学的材料は類似の区別し難い成分であるため、蛍光成分に対する励起特性エネルギーを複数種用いて試料を同時励起し、発光のエネルギーと反射／散乱光のエネルギー（前者は蛍光団に関連し、後者は蛍光団とは独立している）を集めて検出することが、本明細書に記載する方法による表面の生物学的材料の検出原理である。
【０００３】
現実の試料表面上の生物学的材料の検出において前記方法を用いると、次の２つの理由により信頼性が向上する。第一の理由は、複数の励起エネルギーを用いて生物学的材料を同時に励起し（或いは単一の励起エネルギーを用いて順次的に励起し）、続いて多数の各種蛍光信号を同時に検出するので、干渉源が数々の蛍光団の特性を重ねる可能性が非常に小さくなるため、干渉の機会が減少することである。第二の理由は、各固有代謝産物同士の相対量ひいてはそれらの蛍光信号が一定の生物学的に決定される領域に収まることがわかっているためである。次の（１）と（２）を可能とする方法によって各種信号の分析が達成される。（１）存在するいずれかの生物学的材料に由来する各検出蛍光信号を、干渉、バックグラウンド信号及び／又は散乱励起信号から区別すること。（２）種々の蛍光成分からの各種信号強度を期待される領域に収まるように要求すること。即ち、生物学的材料の検出は基本的には次のステップからなる。第一に、複数の特性励起エネルギーを用いて試料を同時に励起するか、或いは生物学的材料の内因性蛍光団の複数の特性励起エネルギーを用いて順次的に励起する。第二に、続いて（これらの励起された蛍光団の最大発光及び最小発光に関連する）多数の各蛍光信号を集める。最後に集めた信号を、バックグラウンド蛍光（反射励起光でも散乱反射光でもない、生物学的材料の蛍光成分に由来しない信号）、反射励起信号及び散乱励起信号を除去し各種相対信号の大きさを期待される領域と比較することができる方法で分析する。
【０００４】
物の表面から生物学的材料を回収する各種技術や方法が確立されて久しいが、それらは綿棒又はテープで直接サンプリングし、及び／又は試薬処理した後に視覚化するものである。視認できない生物学的材料を視覚化するために用いる試薬は試料を破損し、変性させ、或いは汚損してしまう可能性がある。本発明は、各種生物学的材料から得られる複数の内因性蛍光団の検出と共にこれらの蛍光団による各信号の相対量を分析するものであるので、生物学的材料の存在を検出できるだけでなく、各種生物学的材料を分別することができる。本発明は、試薬を使用せず、試料との物理的な接触もなく、リアルタイムの結果を提供するものである。
【０００５】
科学捜査用の特定の生物学的材料を検出するための方法としては、抗体の使用（米国特許６６０５７０５号（特許文献１））や、抗体と酵素／基質との使用（米国特許６６９６５６９号（特許文献２））、蛍光染料を用いるストリップアッセイにおける抗体の使用（米国特許６６８６１６７号（特許文献３））が挙げられる。他の方法においては、染料を添加して、その後ＤＮＡ、タンパク質、その他の生物学的材料を蛍光によって視覚化する（米国特許６５１２２３６号（特許文献４））。光源からの光を当て高出力励起源を用いて生物学的材料を蛍光により検出する（米国特許ＲＥ３７１３６号（特許文献５））方法や、更に画像化法を併用するもの（米国特許６３９２２３８号（特許文献６）、同６６３６７０１号（特許文献７））もある。
【特許文献１】米国特許６６０５７０５号
【特許文献２】米国特許６６９６５６９号
【特許文献３】米国特許６６８６１６７号
【特許文献４】米国特許６５１２２３６号
【特許文献５】米国特許ＲＥ３７１３６号
【特許文献６】米国特許６３９２２３８号
【特許文献７】米国特許６６３６７０１号
【０００６】
本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する、パワーズ（Powers）とロイド（Lloyd）による許可された米国特許出願第１０／０５４４１９号において、各種代謝産物、コファクター、細胞成分、胞子成分からの蛍光を励起することができる複数の特定のエネルギーの電磁放射に各種試料を曝露する、非生体表面及び非生体試料の微生物の検出のための方法及び装置が開示されている。これにより、試料に含まれ、サンプリングされる各種微生物細胞や胞子（より具体的には、そこに含まれる励起された代謝産物、コファクター及び他の細胞成分、ウィルス成分、及び／又は胞子成分）は、測定可能な蛍光を発する。集めた蛍光信号（細胞／ウィルス／胞子成分から発せられる信号の最小値及び／又は最大値に関連する）は（１）バックグラウンドや反射／散乱励起信号の除去、及び（２）代謝産物、コファクター、胞子成分の相対蛍光信号値と既知の生理学的領域との比較、が可能な方法で分析される。
【０００７】
パワーズ（Powers）とロイド（Lloyd）による前記米国特許出願は複数の微生物成分の同時励起によるものであるが、本発明は、生物学的材料に関連する複数の蛍光団の同時又は順次励起と、散乱／反射励起エネルギーによる検出信号を差し引くアルゴリズムとを組み合わせて用いる。設計及び方法にこのような差異があるため、蛍光を用いる他の各種方法に比べ、本発明は各種非生体表面上の広範囲に渡る生物学的材料をよりよく検出し、識別化することができる。複数の内因性蛍光団を検出することによりバックグラウンド干渉による擬陽性の結果が出る可能性が低くなるため、本発明は各種生物学的材料の検出において優れている。上述の方法及び装置による各種生物学的材料の検出としては、犯罪現場における証拠収集、滅菌の確認、清掃作業の確認、食品の製造や調理における安全管理、非常時対応チームによる公共施設における生物学的材料の検出、浄化、防御の用途が挙げられる。
【０００８】
犯罪現場や証拠基体物（表面）における生物学的試料を検出、特定するに際し、法執行機関や犯罪研究所が有する能力は非常に限定されたものである。多くのこれらの機関は、被疑生物学的証拠の存在を視認するか触って確認することにもっぱら頼っている。このような限定的手法の影響は次のような危険因子となって表れる。即ち、価値ある証拠試料が看過されたり、意味の無い試料が回収・分析されたり、生存可能の証拠試料が汚染されたり、証拠試料が進んだ技法によって破損又は改変されたり、危険な試料の回収・包装が不適切であったり、犯罪現場作業員が生物学的危険物と接触したり、犯罪現場作業員が危険な環境に曝されたり、捜査・調査に時間がかかったり、各機関及び／又は研究所の資源の浪費であったりする。エビデンスレスポンスチームやファーストレスポンダーも、生物学的流体を含んでいる可能性がある現場や、犠牲者、他の証拠に頻繁に接触することから第一の危険を負っている。これら捜査官は証拠物が最も汚染されていない時点で犯罪現場に到着することが多いが、（１）疑わしい生物学的流体を突き止める技術が不足していたり、（２）実際の状態又は初期の位置における流体の画像を捉えることができなかったりする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は生物学的証拠を検出し、特定し、画像化するのに用いるための方法及び装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、食品調製物の表面の生物学的汚染の検出に使用するための方法及び装置を提供することであって、生物学的材料の蛍光成分が発する蛍光を電磁放射によって励起し、各種生物学的材料の種を区別することにより、前記表面と接触することなく食品調製物表面の汚染を確認できる方法及び装置を提供することである。
【００１１】
従って、本発明の一目的は、クリーニング作業を確認するのに使用できる方法及び装置を提供することである。本発明の具体的な目的として、本方法及び装置は、例えば、各種ヘルスケア施設、ホテルの客室及び公共建築物等で低廉且つ迅速に生物学的材料汚染を見い出すために使用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の思想は、種々の内因性蛍光団からの蛍光を励起することができる複数の特定のエネルギーの電磁放射に各種試料を曝露する、生物学的材料の検出のための方法及び装置にある。これにより、試料に含まれるサンプリングされる生物学的材料（より具体的には、そこに含まれる励起された蛍光成分）は、測定可能な蛍光を発する。集めた蛍光信号（生物学的材料成分から発せられる信号の最大値及び／又は最小値に関連する）は（１）バックグラウンドや反射／散乱励起信号の除去、及び（２）代謝産物、コファクター、胞子成分の相対蛍光信号値と期待される領域との比較、が可能な方法で分析される。
【００１３】
即ち、本発明の方法及び装置は、表面をスキャンすることにより、該試料材料と接触せずに生物学的材料の存在を検出する、低廉且つ迅速な方法を提供するものである。非接触下で表面上の生物学的材料を評価できるので、試料に汚染物が混入する危険性及び作業員の曝露の危険性が低くなる。
【００１４】
本発明の本形態においては、多くの場合、２００ｎｍを超える波長の電磁放射を発する一又は複数の光源を使用することが好ましい。本発明のこのような形態においては、光源からの光は、ＮＡＤ［Ｐ］Ｈと他の還元型ピリジンヌクレオチド類（ＲＰＮ）や、ルマジン類、プテリン類、フラボプロテイン類、核酸ポリマー類（ＤＮＡ／ＲＮＡ）、タンパク質、種々の脂質、尿中代謝生成物、血液（鮮血及び酸化した血液）のヘム成分、精液や他の生物学的流体中の蛍光団を特異的に励起するものであるか、あるいは、フィルタに通すことによってこれらを特異的に励起するエネルギーを有する電磁放射としうるものである。
【００１５】
本発明の他の形態においては、異なる紫外エネルギー（波長：２００〜３００ｎｍの間）を有する電磁放射を試料に照射することができ、また、場合によってはそのようにすることが好ましい。紫外光は芳香族アミノ酸や、脂質成分、核酸を励起する。その結果の発光の一部は試料に自己吸収され、３００〜５００ｎｍの領域において順次的に他の蛍光代謝物によって吸収される。また、それらの発光の一部は試料に自己吸収され、今度は５００〜８００ｎｍの領域において更に他の蛍光代謝物を励起していく。発光の一部は他の成分を更に励起するのに使われる。試料が発する各種蛍光を上述の通りに集め分析する。紫外光を使用する場合は、試料のサンプリング貫通深度は比較的浅い。
【００１６】
本発明の他の形態においては、蛍光生物学的材料成分を特異的に励起できる各種エネルギー及び生物学的蛍光団、生物学的材料及び／又は試料が上に存在する基体材料と相互作用しないエネルギーを有する電磁放射を照射することができ、また、場合によってはそのようにすることが好ましい。即ち、本発明のこのような形態においては、試料が発する蛍光信号（各種生物学的成分が発したもの及び試料表面で単に反射／散乱したもの両方）を測定することができ、微生物が発した信号間の比と基体からの反射／散乱信号間の比とを比較することによって特定生物学的材料の存在を決定することができる。
【００１７】
本発明の実施にあたっては、センサを用いて内因性蛍光団による蛍光だけでなく、反射あるいは散乱した電磁放射も検出する。これにより、信号を標準化し、スキャンされる試料とプローブの距離の変動により生じる変動や、試料や表面が異なることによって生じる変動を補償する。
【００１８】
試料に照射する電磁放射を、６０ヘルツと異なる (different than 60 Herz)周波数で急速に変化させることにより、周囲の光（特に蛍光）の影響を実質的に最小化することができることが判明した。また、励起エネルギーの調整により、種々の表面上に存在する生物学的材料の検出能力に実質的影響を与えることなく、センサを動かして電磁放射を試料の種々の部分に照射することができる。
【００１９】
レーザやそれに代わる光源は、犯罪現場において潜在的な証拠流体を突き止めることに関してはそれなりの成功を収めてきた。Ｊ．Ｅ．ワトキン（Watkin）、Ｄ．Ａ．ウィルキンソン著、「法医学的光源、ポリライト、ルマ−ライト及びスペクトラム９０００の比較」、ジャーナルオブフォレンシックアイデンティフィケーション、４４巻、６号（１９９４）、６３２ページ；及びＭ．Ｊ．オーヴデル（Auvdel）著、「身体分泌物の検出におけるレーザと高強度クオーツアーク管との比較」、ジャーナルオブフォレンシックアイデンティフィケーション、３３巻、４号（１９８８）、９２９〜９４５ページを始めとする出版されている総説には、単一波長の蛍光を用いて選択された基体上の数種の生物学的材料を検出することが記載されている。しかしながら、これらの技法には限界がある。光源の多くは特別な電源と支持体を必要とし、一部の光源は遠隔地の犯罪現場に移動することができない。更に、実際にポータブルレーザやそれに代わる光源の技術を有する機関は、その機器の波長では蛍光を発する通常の物質から証拠試料を識別できないという限界に直面する（多くの場合、生物学的材料の蛍光をバックグラウンドから区別するのは困難なため）。従って、潜在的な証拠を特定しうる方法及び装置は、エビデンスレスポンスチームやファーストレスポンダーが生残境界を確立したり、有用で汚染されていない証拠を収集したり、危険な曝露を低減するのに役立つであろう。本発明の方法及び装置は、試薬を使用せず、試料との物理的な接触もなく、低廉にリアルタイムの結果を提供するものである。本発明のこれらの及び他の目的、特徴、利点は、以下に記載する実施形態の詳細な説明や添付の請求項によって明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を適用するのに使用できる装置は、光源、励起フィルタ（必要な場合）、フォーカス光学部、イメージ光学部（所望の場合）、エミッション・フィルタ及び検出器から構成される。電磁放射は光源から試料に向かい、（必要な場合に設けられる）励起フィルタや（必要な場合に設けられる）フォーカス光学部を通って試料中の内因性蛍光団を励起させる。散乱、反射された励起放射は発光された蛍光放射と共に集められて検出器に向かう。エミッション・フィルタを用いると、所望のエネルギー領域だけを確実に測定できる。
【００２１】
本発明の実施形態としては、様々な形状を含む或いは様々な構成要素を利用した各種実施形態が可能である。本生物学的材料検出法の基本的な構成要素は、複数の生物学的内因性蛍光団を励起すること、発光して反射及び／又は散乱された光のエネルギーを集めて検出すること、及びバックグラウンド干渉を補正できると共に、予想されるパラメータと相対信号の強さとを比較することができる方法で検出した信号を分析すること、を許容するものである。本法を利用する装置に用いる形状や構成要素は、応用上の様々な要求及び予想される干渉に対応したものでなければならない。
【００２２】
広域イルミネーションを提供する光源を用いることができ、また、そのような光源の使用が時には好ましい。用いられる光源の種類は、所望の内因性微生物成分を励起させるのに必要な波長の電磁放射を生成する能力によって決まる。更に、オフサイクルの間に、環境バックグラウンドを測定することのできるパルス光源の利用が望まれることもある。用いられる光源としては、各種電球（水銀、タングステン、重水素、キセノン等）を有するランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、及び要求される励起エネルギーに特異的なダイオードレーザが挙げられる。用いる光源の種類は、必要とされる励起放射の強度や要求検出限界に依存する。
【００２３】
本発明の各実施形態に用いられる励起及びエミッション・フィルタ類としては、各種干渉フィルタ、ルゲートフィルタ、含浸ガラス、一連のカットオフフィルタ、ゼラチンフィルタ、モノクロメータ、回折格子等が挙げられる。用いられる各種エミッション・フィルタの光カットオフ特性は、散乱・反射された励起放射の信号がどれだけその分析方法で許容されるか、或いは、要求検出限界がどれ位かによる。所望のエネルギーのみを照射する光源を用いる場合は励起フィルタを必要としないであろう。一方、光源が（レーザ光のように）平行である場合は、フォーカス光学部は不要であろう。（（必要な場合に設けられる）フォーカス光学部を使用する目的は、励起放射を２次元的あるいは３次元的サンプリング領域に向けることである。）マルチフォトン励起では、所望の蛍光団の単一の光子の励起のための励起エネルギーよりも小さいエネルギーの光源を用いることができるという点が重要である。
【００２４】
集光光学部の目的は、励起された蛍光団から生じる光や試料から散乱・反射された光を検出器に運ぶことである。励起された表面からの発光の画像化が求められる場合、画像化に適切なレンズ及び／又はフィルタを優先的に用いる。干渉フィルタを用いて異なる発光エネルギーを分別する場合には、このフィルタが最適に作動するよう、集めた光を平行にしなければならない。光ファイバ・ケーブルも、試料に対して励起のための照射を行う際に、また、発せられた放射を集め検出器に向ける際に用いることができる。多くの光学コンポーネントは紫外領域や可視領域で蛍光を示すので、研磨金属反射する、サファイア、融合シリカ、石英、ＭｇＦ2、及び／又はＣａＦ2からなる光学コンポーネントを用いることができ、また、時にはそれらの使用が望まれる。
【００２５】
発せられる電磁放射は、検出器により測定可能な電気信号に変換することができる。本発明の各種実施形態においては、光増幅管（ＰＭＴ）、電子なだれフォトダイオード（ＡＰＤ）、ピンダイオード、ＣＣＤ等の、異なる感度を有する多数の検出器を用いることができる。蛍光信号の画像化が必要な場合、検出と画像化の両方のためにＣＣＤアレイを用いることができる。検出器の選択は、検出対象の放射光のエネルギー、発光信号の強さ、及び装置の要求検出限界に基づいてなされる。
【００２６】
集めた発光エネルギー（増幅電気信号に変換したもの）を、すべてのバックグラウンド蛍光や散乱励起光の寄与分を除去できる方法で分析する。特定の実施形態で用いる励起・発光エネルギーは、目的の生物学的材料により選択する。表１は様々な生物学的材料内に比較的豊富に見られる内因性蛍光化合物のいくつかにおける、励起・発光の領域を表す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
図１は、精液、皮脂、血液、唾液、尿を２６０ｎｍ（Ａ）、３７５ｎｍ（Ｂ）、４００ｎｍ（Ｃ）、４５０ｎｍ（Ｄ）、５３０ｎｍ（Ｅ）、５８０ｎｍ（Ｆ）、６６０ｎｍ（Ｇ）及び８００ｎｍ（Ｈ）で励起した際の、様々な内因性蛍光団による発光スペクトルを示す。図１は、各種生物学的材料の蛍光信号が（信号の有無においても信号の相対的強さにおいても）異なることを示す。本分析方法では、これらの違いを用いて試料を区別する。検出しバックグラウンドを差し引いた信号の大きさを用いて、試料における各材料の量をおおまかに定量できる。
【００２９】
本発明の一実施形態においては、３７５ｎｍ、５８０ｎｍ、６６０ｎｍ及び８００ｎｍ付近の励起源を使用することにより、精液、血液、尿の検出及びこれらの区別を行うことができる。これらの励起源は、還元型ピリジンヌクレオチド、各種フラビン、ヘム補因子及びその他の内因性蛍光団を励起させることができる。励起した蛍光団からの発光を検出するフィルタの選択においては、４２０〜５４０ｎｍ、６３０〜７００ｎｍ、７６０〜８４０ｎｍ及び８６０〜９３０ｎｍのフィルタを含むものとされよう。加えて、反射／散乱バックグラウンドの大きさを測定できるその他のエミッション・フィルタを優先的に用いることができる。更に、４０５ｎｍ付近の励起源を用いれば、これら生物学的材料の検出及び識別に使用できる他の情報が得られるであろう。
【００３０】
本発明の別の実施形態においては、図２に例示する特性を有するエミッション・フィルタを用いる。この実施形態で使用するエミッション・フィルタは、発光が予想される特定の領域において発せられた蛍光の通過を許容し、励起光の反射光は通過を許容せず、基体を照射するためのより高エネルギーの光の通過は許容するものである。例えば、図２のフィルタを用いると、２９０ｎｍの光で表面を励起することにより精液を検出できる。精液中の内因性蛍光団の発光は４３０〜４８０ｎｍ（青）で起こり、フィルタを通過する赤色光を用いて基体表面を照射できるため、（精液から生じる）青色の蛍光の位置を容易に特定できる。発せられた内因性蛍光と、より高波長の光による基体表面の画像化とを明確に識別するため、最低エネルギーの内因性蛍光発光と、最高エネルギーである、基体の画像化用の光の波長の差を可能な限り大きくするのがよい。実際には、１００ｎｍ程度の差が効果的であり、ヒトの目で視認するためにはこの差は少なくとも５０ｎｍとすべきである。
【００３１】
各励起エネルギーを、場合に応じた方法で同時に、或いは（検出時間が装置の動作よりも早い場合は）順次、試料に向けることができる。表１は、生物学的エビデンスを本明細書に述べた複数の波長の蛍光を用いる方法により検出し識別できることを示しているが、他の生物学的材料（植物エキス、自然薬、栄養素、バイオミネラル等）も同様に検出し同定することができる。
【００３２】
上で述べた本発明の実施形態は、単に例示に過ぎないものであって、当業者であれば前述の基本的発明思想に基づき、本発明の趣旨を逸脱せずに、他の各種形状物、変形物及び修正物とすることができる。生物学的材料を検出するための本方法及び装置の範囲には、複数の生物学的内因性蛍光団を同時に励起させるか或いは複数の生物学的内因性蛍光団を単一種の励起波長を複数種用いて順次励起させ、次いで、検出された発光を分析するに当たり、バックグラウンド信号、散乱励起信号及び反射励起信号を明らかにすると同時に、計算した前記反射・散乱信号の強度と、生物学的蛍光信号の検出信号から測定したバックグラウンド信号強度とを、予想される領域内に入るようにするという手法を用いることを含む。すべての変形物、修正物及び形状は、添付のクレームに記載された本発明の範囲内に入るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】精液（−）、皮脂（-・・-・・）、血液（−−−）、唾液（-・-・）、尿（-----）を２６０ｎｍ（Ａ）、３７５ｎｍ（Ｂ）、４００ｎｍ（Ｃ）、４５０ｎｍ（Ｄ）、５３０ｎｍ（Ｅ）、５８０ｎｍ（Ｆ）、６６０ｎｍ（Ｇ）及び８００ｎｍ（Ｈ）で励起した際の、様々な内因性蛍光団による発光スペクトルを示す。
【図２】本発明の実施形態に用いることができるエミッション・フィルタの光学特性を示す。矢印は、このフィルタを通過できる光の波長の領域を示す。
【図１】
2005292112.tif 000003
【図２】
2005292112.tif 000004
【外国語明細書】
[TITLE OF INVENTION]
2005292112.tif 000005
[SPECIFICATION]
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[CLAIMS]
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2005292112.tif 000022
2005292112.tif 000023
2005292112.tif 000024
2005292112.tif 000025
[ABSTRACT]
2005292112.tif 000026
【図１】
2005292112.tif 000027
【図２】
2005292112.tif 000028