(57)【要約】  コロイド粒子の成長／分解速度を決定するためのシステムが、開示され、それは、複数の光源と、複数のセンサとを含む。光源は、コロイド粒子を保持する試料チャンバに向けて電磁放射のビームを放出するように構成される。チャンバは、結合されたビームの一部が、結合されたビームに対して直角に、または他の何らかの角度で散乱することを可能にする。ビームの散乱された一部は、電磁放射を検出するセンサに向かわされる。センサは、光源をアクティブ化し、センサからの画像を獲得する、プロセッサに接続される。複数の画像が、時間間隔をあけて取得されてよく、取得された各画像ごとに、総画像強度レベルが、計算され、正規化される。その後、正規化された値に経時的に適合する式が、計算され、勾配が、式から決定される。
2018536174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロイド粒子の成長／分解速度を決定するためのシステムであって、該システムは、
試料チャンバに向けて電磁放射のビームを放出するように構成された光源を備え、該チャンバは、該コロイド粒子を保持し、該ビームの一部が散乱することを可能にするように構成され、
該ビームの該散乱された一部はセンサに向かわされ、該センサは、該電磁放射を検出するように適合され、
該システムはさらに、該センサに接続されたプロセッサを備え、該プロセッサは、
ａ．該光源をアクティブ化する工程と、
ｂ．該センサから画像を獲得する工程と、
ｃ．時間間隔をあけて工程（ａ）および（ｂ）を繰り返す工程と、
ｄ．工程（ｂ）において獲得された各画像ごとに、総画像強度レベルを決定する工程と、
ｅ．工程（ｄ）において決定された各レベルごとに、該総画像強度レベルを正規化する工程と、
ｆ．工程（ｅ）の該正規化された値に適合する式を計算する工程と、
ｇ．工程（ｆ）の該式の勾配を計算する工程と
を実行するように構成される、システム。
【請求項２】
工程（ｂ）の前記画像は、複数の画像を有する動画を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記総画像強度レベルは、各動画内の前記複数の画像の平均強度レベルを決定する工程を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサは、
測定窓を設定する工程と、
該測定窓に到達するまで、工程（ｃ）を繰り返す工程と
を実行するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記測定窓は、総経過時間、または獲得された画像の総数に基づく、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記測定窓は、工程（ｇ）から計算された前記勾配に基づく、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記時間間隔は、工程（ｇ）から計算された前記勾配に基づく、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
工程（ｇ）から計算された前記勾配が、負であるとき、それは、前記コロイド粒子の分解を示し、それが、正であるとき、それは、前記コロイド粒子の成長を示す、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
コロイド粒子の成長／分解速度を決定するためのシステムであって、該システムは、
実質的に第１の波長において電磁放射の第１のビームを放出するように構成された第１の光源と、
実質的に第２の波長において電磁放射の第２のビームを放出するように構成された第２の光源と、を備え、
該第１および第２のビームは結合されて結合されたビームになり、該結合されたビームは、試料チャンバに向かわされ、該チャンバは、該コロイド粒子を保持し、該結合されたビームの一部が散乱することを可能にするように構成され、
該結合されたビームの該散乱された一部は第１のセンサおよび第２のセンサに向かわされ、該第１のセンサは、実質的に該第１の波長において電磁放射を検出するようにバイアスがかけられ、該第２のセンサは、実質的に該第２の波長において電磁放射を検出するようにバイアスがかけられ、
該システムはさらに、該第１および第２のセンサに接続されたプロセッサを備え、該プロセッサは、
ａ．該第１および第２の光源をアクティブ化する工程と、
ｂ．該第１および第２のセンサから画像を獲得する工程と、
ｃ．時間間隔をあけて工程（ａ）および（ｂ）を繰り返す工程と、
ｄ．工程（ｂ）において獲得された各画像ごとに、総画像強度レベルを決定する工程と、
ｅ．工程（ｄ）において決定された各レベルごとに、該総画像強度レベルを正規化する工程と、
ｆ．工程（ｅ）の該正規化された値に適合する式を計算する工程と、
ｇ．工程（ｆ）の該式の勾配を計算する工程と
を実行するように構成される、システム。
【請求項１０】
工程（ｂ）の前記画像は、複数の画像を有する動画を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記総画像強度レベルは、各動画内の前記複数の画像の平均強度レベルを決定する工程を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プロセッサは、
測定窓を設定する工程と、
該測定窓に到達するまで、工程（ｃ）を繰り返す工程と
を実行するようにさらに構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記測定窓は、総経過時間、または獲得された画像の総数に基づく、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記測定窓は、工程（ｇ）から計算された前記勾配に基づく、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記時間間隔は、工程（ｇ）から計算された前記勾配に基づく、請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
工程（ｇ）から計算された前記勾配が、負であるとき、それは、前記コロイド粒子の分解を示し、それが、正であるとき、それは、前記コロイド粒子の成長を示す、請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
実質的に第３の波長において電磁放射の第３のビームを放出するように構成された第３の光源をさらに備え、該第３のビームは、前記結合されたビームに結合され、
前記結合されたビームの前記散乱された一部は、実質的に前記第２の波長において電磁放射を検出するようにバイアスがかけられた第３のセンサにさらに向かわされ、
前記プロセッサは、該第３のセンサに接続され、工程（ｂ）は、該第３のセンサから画像を獲得する工程をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１および第２の光源は、単一の光源である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１および第２のセンサは、単一のセンサである、請求項９に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１および第２のビームは、結合構造によって結合される、請求項９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記結合されたビームの前記散乱された一部は、結合されたビームが前記第１または第２のセンサに到達する前に、ビーム・スプリッタによって脱結合される、請求項９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記プロセッサは、
最大画像強度レベルを設定する工程と、
前記総画像強度レベルが該最大強度レベルを超過した場合、前記センサの露光時間を調整する工程と
を実行するようにさらに構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項２３】
コロイド粒子の成長／分解速度を決定するための方法であって、該方法は、
ａ．試料チャンバに向けて電磁放射のビームを放出するように構成された光源を提供する工程であって、該チャンバは、該コロイド粒子を保持し、該ビームの一部が散乱することを可能にするように構成され、該ビームの該散乱された一部は、センサに向かわされ、該センサは、該電磁放射を検出するように適合される、工程と、
ｂ．該光源をアクティブ化する工程と、
ｃ．該センサから画像を獲得する工程と、
ｄ．時間間隔をあけて工程（ｂ）および（ｃ）を繰り返す工程と、
ｅ．工程（ｃ）において獲得された各画像ごとに、総画像強度レベルを決定する工程と、
ｆ．工程（ｅ）において決定された各レベルごとに、該総画像強度レベルを正規化する工程と、
ｇ．工程（ｆ）の該正規化された値に適合する式を計算する工程と、
ｈ．工程（ｇ）の該式の勾配を計算する工程と
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル・ビデオ・カメラを備える顕微鏡を使用した、液体試料中の粒子の測定および観測に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ粒子（直径が１ミクロンよりも小さい粒子）は、地球上の自然環境中に遍在する、飛び抜けて豊富な粒子様エンティティであり、人間の活動と関連付けられた多くの用途で広く利用されている。多くのタイプの自然に生じるナノ粒子と、人工的（工学的）なナノ粒子が、存在する。ナノ粒子は、空気、水域環境、雨水、飲水、生体液、薬剤、薬物送達および治療製品、ならびに広範囲の多くの工業製品中に生じる。ナノ粒子は、通常、多分散集合体中に生じ、それらは、異なるサイズの粒子が同時に生じることによって特徴付けられ、それらの直径が１ミクロンよりも大きいことによっても特徴付けられる。
【０００３】
ナノ粒子の幅広い使用を考えると、それらの特性を制御し、正確に特徴付ける能力は、多くの用途にとって有益であり得る。ナノ粒子特性を測定するための従来の方法は、多くの用途において一般的な、ナノ粒子サイズが入り混じった多分散試料に対しては不正確なことがある。すべてのナノ粒子から散乱された光が、同時に測定されるので、様々な粒子サイズが存在するときは、ナノ粒子をそれらの成分サイズに分解することは、困難なことがある。他の手法は、様々なナノ粒子サイズにわたる異なるサイズのナノ粒子によって生成された散乱光の強度の大きな相違を考慮することができていない。これらの手法においては、小さいナノ粒子からの低い散乱信号は、検出されないことがあり得、またはより大きいナノ粒子からの高い散乱信号が、より小さいナノ粒子からの信号を曖昧にすることがあり得る。また他の手法においては、測定は、粒子の成長速度または分解速度を考慮することができておらず、そのため、サイズ分布のスナップショットは、ごく僅かな時間の後には、不正確になることがあり得る。これらの短所の結果として、任意の与えられたサイズのナノ粒子の濃度、したがって、全サイズ分布は、未知の誤差の影響を受けることがあり得る。
【０００４】
ナノ粒子（およびより大きい粒子）を検出するこれらの方法は、一般に、暗視野顕微鏡検査と呼ばれる。そのような分析を実行する機器は、一般に、正確に定められた狭い光シートを用いた液体の照明と、（必ずではないが）通常は光シート平面に対して９０度の角度におけるナノ粒子からの散乱光の観測とを可能にする小さいセル（例えば、キュベット）を備える。観測の角度は、９０度である必要はなく、重要なのは、散乱光が観測されることであることに留意されたい。異なるサイズの粒子は、粒子によって散乱された光をキャプチャするカメラを介して、可視化することができ、画像は、粒子のサイズに応じて、異なるサイズおよび強度（様々な明度のピクセル）を有する。
【０００５】
その全体を本願明細書に援用する、「ナノ粒子アナライザ（ＮＡＮＯＰＡＲＴＩＣＬＥ  ＡＮＡＬＹＺＥＲ）」と題する、２０１５年６月３日に出願された、特許文献１（「ストラムスキ（Ｓｔｒａｍｓｋｉ）」）においては、これらの問題は、いくつかの光源と、従来写真で使用されてきた３つの加法混色の原色に対応するベイヤ・パターンのピクセルによって、散乱光のいくつかの異なる色を同時に記録する単一のカラー・カメラとを使用することによって対処された。ストラムスキの手法においては、最終画像は、単一の記録デバイスから獲得され、したがって、異なる色における同じコロイド体積の画像は、記録デバイスまたはセンサの同じエリア内に記録され、それによって、通常はカメラ内のセンサの角隅のうちの１つである単一の原点に対するピクセルの番号付けをもたらす。これは、観測された粒子の位置が同じ座標系で与えられるので、異なる色において画像を処理することを可能にする。残念ながら、ストラムスキは、粒子の成長または分解を考慮したいかなる方法も説明または開示していない。
【０００６】
「顕微鏡的動きの観測およびコロイド中の粒子のカウントのためのマルチカメラ装置、ならびにそれのキャリブレーション（ＭＵＬＴＩ−ＣＡＭＥＲＡ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＯＢＳＥＲＶＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＩＣ  ＭＯＶＥＭＥＮＴＳ  ＡＮＤ  ＣＯＵＮＴＩＮＧ  ＯＦ  ＰＡＲＴＩＣＬＥＳ  ＩＮ  ＣＯＬＬＯＩＤＳ  ＡＮＤ  ＩＴＳ  ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ）」と題する、２０１６年２月８日に出願された、特許文献２（「タタルキエウィチ（Ｔａｔａｒｋｉｅｗｉｃｚ）」）は、キャリブレーション・マスクと、画像の処理がより正確になされるように、様々な光源からの画像を揃えることができる方法とを導入することによって、ストラムスキの短所のいくつかを克服している。しかし、やはり、タタルキエウィチも、粒子の成長または分解を考慮したいかなる方法も説明または開示していない。
【０００７】
粒子の成長／分解は、様々な産業において、特に関心が高いものであり得る。例えば、製薬会社は、自社の薬物が有効な徐放モードで使用され得るように、それが特定の速度で分解することを確認したいことがある。さらに、そのような分解は、粒子がナノスケールに分解し、再結合してより大きい粒子に成長しないときに、最も治療的に有効であり得る。別の製薬会社は、大きい結晶としてより高いドーズで送達することができるタンパク質に基づいて、新薬を結晶化するのに必要とされる時間を決定することを必要とすることがある。そのため、ストラムスキおよびタタルキエウィチにおいて開示された方法および装置は、薬物の粒子サイズ分布のスナップショットを獲得する助けとはなり得るが、それは、分解速度（または反対に成長速度）を提供する助けとはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０３４６０７６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１７／０２２７４３９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、必要とされているのは、コロイド粒子の成長／分解キネティクスを効果的に測定する改善されたシステムである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下では、特許請求される主題のいくつかの態様についての基本的な理解を提供するために、簡略化された要約を提示する。この要約は、広範な概要ではなく、特許請求される主題の主要／決定的な要素を識別すること、または特許請求される主題の範囲を画することは意図されていない。それの目的は、後で提示されるより詳細な説明の前段階として、簡略化された形式で、いくつかの概念を提示することである。
【００１１】
本明細書において説明される装置、システム、および方法は、上で提示された問題をエレガントに解決する。コロイド粒子の成長／分解速度を決定するためのシステムが、開示され、それは、複数の光源と、複数のセンサとを含む。光源は、コロイド粒子を保持する試料チャンバに向けて電磁放射のビームを放出するように構成される。チャンバは、結合されたビームの一部が散乱することを可能にする。ビームの散乱された一部は、電磁放射を検出するセンサに向かわされる。センサは、光源をアクティブ化し、センサからの画像を獲得する、プロセッサに接続される。複数の画像が、時間間隔をあけて取得されてよく、各画像ごとに、総光強度レベル（すべてのピクセルにおいて登録されたすべての強度の和）が、計算され、その後、系列内の最大強度レベルによって正規化される。各時点ごとに、複数の画像からの平均強度値が、獲得される。その後、正規化された値に経時的に適合する式が、計算され、勾配が、式から決定される。また、特定の時間間隔をあけた静止画像の代わりに、短い１組の画像（すなわち、動画）が、時間間隔をあけて取得されてよい。各動画ごと、および各時間間隔ごとの強度の和の平均が、計算され、その後、系列内の最大強度レベルによって正規化される。
【００１２】
プロセッサは、また、いくつの画像が取得されるかを制限する測定窓を設定し得る。その測定窓は、総経過時間、または獲得された画像の総数に基づき得る。それは、また、計算された勾配に基づくこともできる。プロセッサは、さらに、最大画像強度レベルを設定し得、総画像強度レベルが最大強度レベルを超過したときは、センサの露光時間を調整し得る。
【００１３】
装置は、複数の波長を有する複数の光源と、複数の波長のうちのただ１つを検出するようにバイアスをかけられた複数のセンサとを使用し得る。システムは、結合されたビームを形成するための結合構造を使用し得、散乱されたビームの一部がセンサに到達する前に、脱結合構造（またはビーム・スプリッタ）を使用し得る。複数の光源は、単一のマルチ波長光源であってよい。センサは、また、複数の波長を検出することができる単一のセンサであってよい。
【００１４】
計算された勾配が負である場合、それは、コロイド粒子の分解を示し、それが正である場合、それは、コロイド粒子の成長を示す。
当業者に明らかであるような追加の態様、代替、および変形も、本明細書において開示され、それらは、特に、本発明の一部として含まれることが企図されている。本発明は、本出願または関連出願における、特許局によって許可されるような、特許請求の範囲内でのみ示され、ある例についての以下の要約説明は、法的保護の範囲を決して限定せず、確定せず、または他の方法で規定しない。
【００１５】
本発明は、以下の図を参照して、より良く理解することができる。図中の構成要素は、必ずしも実寸に比例しておらず、代わりに、本発明の例示的な態様を明確に説明するときには、強調が行われる。図において、同様の参照番号は、異なる図面および／または実施形態のいずれの場所でも、対応する部分を指定する。ある構成要素および詳細は、本発明をより明確に説明するのを助けるために、図中に出現しないことがあることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】単一波長源を使用したキュベットからの電磁放射を検出するためのシステムを示す図。
【図１Ｂ】２つの波長の電磁放射を検出するためのシステムを示す図。
【図１Ｃ】３つの波長の電磁放射を検出するためのシステムを示す図。
【図２】散乱係数対粒子の直径を示すグラフ。
【図３Ａ】コロイド溶液中の粒子の正規化された総強度対時間を示すグラフであって、分解を示すグラフ。
【図３Ｂ】コロイド溶液中の粒子の正規化された総強度対時間を示すグラフであって、成長または結晶化を示すグラフ。
【図３Ｃ】コロイド溶液中の粒子の正規化された総強度対時間を示すグラフであって、成長または結晶化およびその後の分解を示すグラフ。
【図４】コロイド粒子の成長／分解速度を決定するための方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書においては、本発明のいくつかの特定の例に対する言及が行われ、それらは、本発明を実施するための、発明者によって企図された任意の最良の態様を含む。これらの特定の実施形態の例は、添付の図に示されている。本発明は、これらの特定の実施形態に関連して説明されるが、説明または例示された実施形態に本発明を限定することは意図されていないことが理解されよう。それとは反対に、添付の特許請求の範囲によって確定される本発明の主旨および範囲内に含まれ得るような代替、変更、および均等物を包含することが意図されている。
【００１８】
以下の説明においては、本発明の完全な理解を提供するために、数々の特定の詳細が説明される。本発明の特定の例示的な実施形態は、これらの特定の詳細のいくつかまたはすべてを有さずに実施されてよい。場合によっては、当業者によく知られた過程操作は、本発明を不必要に曖昧することがないように、詳細に説明されていない。本発明の様々な技法および機構は、明確にするために、ときには単数形で説明される。しかしながら、いくつかの実施形態は、特に言及しない限り、技法の複数の反復または複数の機構を含むことに留意されたい。同様に、本明細書において示され、説明される方法の様々な工程は、示された順序通りに必ずしも実行されず、またはある実施形態においてはまったく実行されない。したがって、本明細書において説明される方法のいくつかの実施は、示された工程または説明された工程よりも多いまたは少ない工程を含むことがある。さらに、本発明の技法および機構は、ときには２つ以上のエンティティ間の接続、関係、または通信について説明する。任意の２つのエンティティ間には、様々な他のエンティティまたは過程が存在すること、または生じることがあるので、エンティティ間の接続または関係は、直接的な妨げのない接続を必ずしも意味しないことに留意されたい。結果として、示された接続は、特に言及しない限り、直接的な妨げのない接続を必ずしも意味しない。
【００１９】
例示的な特徴についての以下のリストは、図１〜図４と対応し、参照を容易にするために提供されており、同様の参照番号は、明細書および図のいずれの場所でも、類似の特徴を指定する。
【００２０】
単一波長を使用したキュベットからの電磁放射を検出するためのシステム１０Ａ。
複数波長の電磁放射を検出するためのシステム１０Ｂ。
複数波長の電磁放射を検出するための代替システム１０Ｃ。
【００２１】
光源１５。
第１の波長における第１の光源１５Ａ。
光源から放出された電磁放射のビーム２０。実質的に第１の波長における電磁放射の第１のビーム２０Ａ。
【００２２】
第２の波長における第２の光源２５。
実質的に第２の波長における電磁放射の第２のビーム３０。
第３の波長における第３の光源３２。
【００２３】
実質的に第３の波長における電磁放射の第３のビーム３４。
ビーム結合構造／ダイクロイック・ミラー３５。
第２のビーム結合構造／ダイクロイック・ミラー３７。
【００２４】
結合されたビーム４０。
光シート形成器４５。
試料チャンバ／キュベット５０。
【００２５】
散乱光５５。
散乱した第３のビームの一部５５Ａ。
結像対物レンズ６０。
【００２６】
ビーム分割構造／ダイクロイック・ミラー６５。
画像センサに向かわされる散乱ビーム。
分離された第１の波長放射７０Ａ。
【００２７】
画像センサ７５。
実質的に第１の波長において電磁放射を検出するようにバイアスをかけられた第１のセンサ７５Ａ。
【００２８】
分離された第２の波長放射８０。
実質的に第２の波長において電磁放射を検出するようにバイアスをかけられた第２のセンサ８５。
【００２９】
分離された第３の波長放射８６。
実質的に第３の波長において電磁放射を検出するようにバイアスをかけられた第３のセンサ８７。
【００３０】
第２のビーム分割構造／ダイクロイック・ミラー８８。
プロセッサ９０。
一定の勾配を有する最良適合線９５。
【００３１】
変化する勾配を有する最良適合線１００。
コロイド粒子の成長／分解速度を決定するための方法４０５。
方法の様々な工程４１０〜５００。
【００３２】
図１Ａを参照すると、キュベットからの電磁放射を検出するためのシステム１０Ａが、示されている。システム１０Ａは、光シート形成器４５に向けて電磁放射のビーム２０を放出する単一の光源１５を含む。結果の光シートは、粒子、すなわち、ナノ粒子またはミクロン・サイズの粒子（図示されず）を含むコロイドを収めた試料チャンバ／キュベット５０に向かわされる。そのようなキュベットは、その内容を本願明細書に援用する、２０１６年６月２８日に出願された、「液体中のナノ粒子の光学顕微鏡法のための専用キュベット集合体および方法（ＳＰＥＣＩＡＬ  ＰＵＲＰＯＳＥ  ＣＵＶＥＴＴＥ  ＡＳＳＥＭＢＬＹ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＹ  ＯＦ  ＮＡＮＯＰＡＲＴＩＣＬＥＳ  ＩＮ  ＬＩＱＵＩＤＳ）」と題する、米国特許第９５４１４９０号明細書に従って構成されてよい。
【００３３】
光シートの一部は、キュベット５０内に含まれるコロイド溶液中に存在する粒子に衝突したときに散乱光５５となり、別の長作動距離対物レンズを備える顕微鏡などの結像対物レンズ６０の焦点を合わせることによって、一般に９０度の角度で観測することができる。観測の角度は、９０度である必要はなく、重要なのは、散乱光が観測されることであることに留意されたい。結像対物レンズ６０を出た散乱光は、プロセッサ９０に接続されたセンサ７５に到達する。
【００３４】
図１Ｂおよび図１Ｃは、より堅牢なシステムに達するために、異なる波長および波長センサを使用することを示している。複数の波長の光を使用する利点は、検出することができる粒子サイズの範囲を拡大することである。具体的には、散乱光の強度は、例えば、直径１０ｎｍのナノ粒子から直径１０００ｎｍのナノ粒子まで数桁にわたって変化する粒子サイズに非常に強く依存する。典型的なセンサは、各ピクセルおよび各色に、８ビットまたは２５６通りの異なる値を割り当て、ゼロ値は、登録された光がないことに対応し、一方、最高値の２５５は、システムのための利得および露光セットアップに依存する最大明度に対応する。いずれかのピクセルが、値２５５に対応する最大レベルよりも多くの光を受光した場合は（飽和）、検出器の利得を引き下げ、または露光時間を短縮し、したがって、すべての記録された強度をより低い値にシフトすることによらない限り、そのような値を区別し、登録することは可能でない。利得を引き下げ、または露光を短縮することは、センサを飽和させた粒子を区別する助けとなり得るが、これらの調整は、スペクトルの下端、すなわち、より小さい粒子に対する、センサの感度も引き下げる。
【００３５】
ナノ粒子の典型的なサイズ（１ミクロン未満の直径）は、可視光の波長に匹敵するので、システムは、光散乱ナノ粒子の詳細を区別することはできず、各粒子で散乱され、センサ内のいくつかのピクセルを覆う円形のしみまたは円盤のように見える画像を投影する、光の総強度だけを記録する。１つの波長、および特定の屈折率を有する１つのタイプの粒子について、ナノ粒子上で散乱された可視光の強度が、散乱粒子の直径の関数として、図２に示されている（計算は、４５０ｎｍの光波長、および水中において屈折率ｎ＝１．６のポリスチレン球について、９０度の角度での散乱のいわゆるミー理論を使用して実行された）。１００ｎｍ未満の直径を有する粒子については、散乱される強度は、非常に小さくなり、検出するのは困難である。
【００３６】
さらに、粒子の散乱効率は、さらされる光の波長に依存し、したがって、検出の範囲は、波長に依存する。異なる波長を有する複数の光源を使用し、それらの波長（例えば、ストラムスキおよびタタルキエウィチにおいて教示されているような、赤、緑、青の３色）を別々に検出することによって、オペレータは、登録される粒子サイズの範囲をより広くカバーすることによって、システムのダイナミックレンジを実質的に拡大することができる。
【００３７】
図１Ｂを参照すると、本願明細書に援用されるタタルキエウィチにおいて説明されているような、複数の波長を使用する例示的な装置が、示されている。そのようなシステム１０Ｂは、異なるビーム色または波長を有する２つのレーザなど、第１の波長における第１の光源１５Ａと、第２の波長における第２の光源２５とを含み得る。複数の波長において光を生成することが可能な単一の光源を有することも可能である。
【００３８】
これら２つのビームの各々は、光源１５、２５からのビームを単一の結合されたビーム４０に結合し、結合されたビーム４０を光シート形成器４５などの光学システムに向かわせる、ダイクロイック・ミラーなどの結合構造３５に向かわされる。光シート形成器４５は、照明の非常に狭いシートを形成する長作動距離対物レンズと一緒に、円柱レンズを備え得る。光シートは、（キュベットなどの）透明な試料チャンバ５０に向かわされ得る。
【００３９】
キュベット５０内に含まれるコロイド溶液中に存在する粒子に衝突したときに散乱した結合されたビームの一部５５Ａは、光シート形成器４５からの照明光と同じ波長を有し、別の長作動距離対物レンズを備える顕微鏡などの結像対物レンズ６０の焦点を合わせることによって、一般に９０度の角度で観測することができる。観測の角度は、９０度である必要はなく、重要なのは、散乱光が観測されることであることに留意されたい。結像対物レンズ６０を出た散乱光は、第２のダイクロイック・ミラーなどのビーム分割構造６５において、成分波長に、すなわち、分離された第１の波長放射７０Ａと、分離された第２の波長放射８０とに分割され、それらは、それぞれ、実質的に第１および第２の波長１５Ａ、２５において電磁放射を検出するように同調させられた、２つのセンサ７５Ａ、８５（デジタル・グレースケール・カメラ内に配置されるセンサなど）に独立して到達し得る。２つのセンサは、複数の波長において電磁放射を検出することができる、単一のセンサであることもできる。
【００４０】
システムは、照明光源１５、２５のより多くの波長を結合し、分割するために、適切なダイクロイック・ミラー３５、６５のより多くのペアを追加することによって、より多くの波長、およびより多くの対応するセンサ７５Ａ、８５に容易に拡張することができる。そのような例示的なシステム１０Ｃが、図１Ｃに示されており、それは、実質的に第３の波長における電磁放射の第３のビーム３４を生成する、第３の波長における第３の光源３２と、第２の結合構造／ダイクロイック・ミラー３７とを有する、３波長システムを示している。システム１０Ａの検出側においては、第２のビーム分割構造／ダイクロイック・ミラー８８が、第３の波長放射８６を、実質的に第３の波長において電磁放射を検出するようにバイアスをかけられた第３のセンサ８７によって、それが検出され得るように分離する。センサ（７５Ａ、８５、８７）は、センサ（７５Ａ、８５、８７）によって検出された画像を処理するプロセッサ９０に接続され得る。
【００４１】
先に言及されたように、センサは、各ピクセルおよび各波長ごとに、強度を数値として記録し、一般に、各ピクセルおよび各波長には、（２５６通りの異なる値に対応する）８ビット数を割り当て、ゼロ値は、登録された光がないことに対応し、一方、最高値の２５５は、最大明度に対応する。センサから取得された最終画像は、センサ上で利用可能なすべてのピクセル、典型的には１００万超のピクセルに対応する、記憶された数値の行列から成る。これらの数すべてを合算することによって、（２つ以上の波長が使用されたときは、各波長ごとに別々の）単一の数としての画像の総明度。事前選択された時刻に、通常は一定の時間間隔をあけて画像を取得することによって、分析されるコロイド中に存在する粒子の数およびサイズに順々に比例する、粒子によって散乱された光の強度の時間的展開を表す数値の系列。
【００４２】
図３Ａに示される、初期値に対する正規化の後のそのような値対時間のプロットは、コロイド中に存在し、いくつかの化学的または物理的過程に起因する分解または成長を経験する、過程の粒子の数およびサイズについての分解または成長の速度（すなわち、キネティクス）の推定を可能にする。線９５は、グラフに対する最良適合であり、その線の勾配は、負であり、分解を示す。また、線９５の勾配は、観測時間全体にわたる、単一の平均成長／分解速度を表す。より精緻な線１００は、データに適合し、それは、時間とともに勾配が変化し、例えば、線１００は、最初の１分間は急峻な勾配を有し、それは、後の数分にはあまり険しくなくなる。これは、コロイド溶液が、最初の１分間は急速に分解しており、その後はあまり急速に分解していないことを示唆する。成長／分解速度の十分な特徴付けは、製薬などの産業用途において、きわめて役に立ち得る。分解または成長曲線の勾配は、通常、いわゆる過程の次数と結び付けられ、例えば、（データが薬物の放出量または結晶化量の対数対時間としてプロットされるときの）分解速度の線形時間依存性は、１次過程、または放出薬物の薬剤適用量が単位時間に放出される薬物の減少量に比例する過程を示す。
【００４３】
図３Ｂは、異なるコロイド溶液の、時間に対してプロットされた正規化された強度を示しており、それは、粒子が成長していること、すなわち、結晶化または凝集していることを示している。線１０５は、この特定のプロットに対する最良適合であり、線１０５は、領域１１０において変曲点を有し、それは、この時間中に、著しい量の結晶化または凝集が存在することを示唆している。図３Ｃは、別のコロイド溶液についての、時間に対する強度のまた別のプロットであり、それは、結晶化または凝集と、その後の、（ｐＨを変化させた何らかの塩の添加など）コロイドに対する変化が導入された後の分解とを示している。
【００４４】
ここで図４を参照すると、コロイド粒子の成長／分解速度を決定するための方法４０５が、説明される。この方法は、工程に分けて説明されるが、工程の順序は、変えることができ、それでも以下の特許請求の範囲内に包含されることが、当業者には明らかであることに留意されたい。
【００４５】
工程４１０において、コロイド溶液が、試料チャンバ、例えば、キュベット内に挿入される。工程４１５、４２０、および４２５は、取得される画像の数、画像間の時間遅延、および露光時間を含む、測定のための数々の変数を設定する。画像間の遅延および取得される画像の数の組み合わせは、測定窓を定義する。これは、事前設定することができ、または以下で説明されるように、それは、動的であることができる。
【００４６】
方法は、システムの感度に対処する任意選択工程４３０〜４６０を有し得る。具体的には、工程４３０において、最大画像強度レベルが、設定され、工程４３５〜４４５において、光源が、アクティブ化され、画像が、キャプチャされ、工程４５０において、画像についての総画像強度レベルを決定する。工程４５５において、工程４５０からの総画像強度レベルが、最大画像強度レベルを超過した場合、システムは、ステップ４６０において、露光時間を減少させ、総画像強度レベルが最大値を下回るまで、工程４３５〜４５５を繰り返し、下回ったときに、システムは、工程４６５において、成長／分解速度がそれから決定される、画像および強度レベルを獲得することを開始する。これは、大きい粒子が、画像を過飽和にすることを防止する助けとなり、過飽和は、より小さい粒子を見ることをシステムにできなくさせる傾向にあり、システムの効率および範囲に負の影響を与える。
【００４７】
工程４３０〜４６０は、任意選択として省略することができ、方法は、工程４２５から工程４６５に直接的に進むことができ、それは、露光時間の間、第１および第２の光源を（または図１Ａに示されるもののような単一光源装置セットアップが使用される場合は、単一の光源を）アクティブ化し（工程４６５）、第１および第２の画像を（または単一光源装置セットアップにおいては、単一の画像を）獲得する（工程４６８、４７０）。システムは、その後、画像間の事前設定された時間期間の間、遅延し、工程４８０において、画像の数に到達したかどうかを決定する。画像の総数に到達した場合、各画像についての総画像強度レベルが、決定され、正規化され（工程４８５、４９０）、正規化された値に適合する式が、決定され（工程９５）、勾配が、式から計算される（工程５００）。正規化過程は、画像内のすべてのピクセルのうちで最大強度（カウント）を見つけ、次に、この一連のすべての強度（カウント）をその数で除算することを含む。
【００４８】
方法４０５は、工程４６８、４７０において、単一の画像の代わりに、短い動画を獲得することによって、より堅牢になり得る。これが行われる場合、工程４８６において、系列内の動画の各々についての平均強度数が、各時間間隔ごとに計算され得（すなわち、動画内の各フレーム／画像の合算された強度が、動画内のフレーム／画像の数で除算され）、その後、その値が、正規化される。工程４８６を実行することによって、方法４０５は、各時間間隔において画像または動画を取得することができ、正規化において１つに不公平に加重しない。代替として、方法４０５が、動画だけを使用しており、各動画が、同じ数のフレーム／画像を含む場合、各動画内のすべてのフレーム／画像内のすべてのピクセルの強度が、使用され、正規化されてよく、したがって、工程４８６をスキップする。
【００４９】
システムは、到達される画像／動画の総数を設定しなくてよく（すなわち、工程４１５）、代わりに、システムは、総経過時間を設定することができ、工程４８０は、経過時間が満たされたかどうかをチェックすることができることに留意されたい。さらに、プロセッサは、総画像強度値および勾配を、画像を取得したのとほぼ同時に（すなわち、工程４７０の後）決定し得る。これは、システムが、動的な総測定窓を有することを可能にする。具体的には、（図３Ａのように）溶液が、最初の１分間は著しい速度で減少していき、その後、それが、ほぼ線形関数になるように安定化する場合、方法は、画像を取得したのとほぼ同時に（すなわち、工程４７０の後）、工程４８５〜５００を実行することができ、工程４８０は、決定された勾配が変化しているかどうかに関する問い合わせに基づくことができる。それが変化していない場合、方法は、測定を停止することができる。
【００５０】
画像／動画間の遅延も動的とし得ることにも留意されたい。例えば、プロセッサが、画像を取得したのとほぼ同時に（すなわち、工程４７０の後）、総画像強度値および勾配を決定する場合、それは、ほぼ同時に勾配を決定することができる。（図３Ａにおけるグラフの最初の部分のように）その勾配がより大きい、または迅速に変化している場合、後続の画像／動画間の遅延時間を減少させることが、言い換えると、コロイド溶液が速やかに変化しているときには、より多くの試料画像／動画を取得することが、有利なことがある。これは、成長／分解速度が最も変動的であるときに、システムが、勾配をより正確に測定することを可能にする。速度が安定し始め、あまり変動的でなくなったとき、画像／動画間の遅延は、増加させることができる。
【００５１】
本明細書における実施形態は、ナノ粒子に言及したが、本明細書において開示されたのと同じ方法およびデバイスは、より大きい粒子、例えば、ミクロン・サイズの粒子および（１００ミクロンさえも超える）より大きい粒子にも適用することができ、したがって、以下の特許請求の範囲は、ナノ粒子だけに限定されるべきではない。
【００５２】
本明細書においては、上で説明され、含まれる例示的な図に示されるようなものを含む、本発明の例示的な実施形態および用途が説明されたが、本発明が、例示的な実施形態および用途に、または例示的な実施形態および用途が動作する、もしくはそれらが本明細書において説明された方法に、限定されるという意図は存在しない。実際に、当業者に明らかなように、例示的な実施形態に対する多くの変形および変更が可能である。方法は、結果のデバイス、システム、または方法が、本特許出願またはいずれかの関連特許出願に基づいた、特許局によって許可される、請求項のうちの１つの範囲内に包含される限り、任意のデバイス、構造、方法、または機能性を含み得る。
【図１Ａ】
2018536174.tif 000003
【図１Ｂ】
2018536174.tif 000004
【図１Ｃ】
2018536174.tif 000005
【図２】
2018536174.tif 000006
【図３Ａ】
2018536174.tif 000007
【図３Ｂ】
2018536174.tif 000008
【図３Ｃ】
2018536174.tif 000009
【図４】
2018536174.tif 000010
【国際調査報告】
2018536174.tif 000011