(57)【要約】試料を分析する方法であって、試料に対して複数の試料質問サイクルを実行することによって複数の応答を生成することを含む。複数の試料質問サイクルのそれぞれは、試料に異なる蛍光励起波長の２つ以上の蛍光励起信号を照射すること、２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、試料の蛍光放射スペクトルプロファイルを検出することによって、試料の２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイルを生成すること、及び２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、試料の蛍光寿命プロファイルを検出することによって、試料の２つ以上の蛍光寿命プロファイルを生成することによって実行される。複数の応答のそれぞれは、複数の試料質問サイクルの対応する１つについて生成された、２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイル及び２つ以上の蛍光寿命プロファイルを含む。本方法は、複数の応答を複数の所定の分光学的関係と比較することを含む。本方法は、複数の応答の複数の所定の分光学的関係に対する比較に基づいて、試料のターゲット分析成分の濃度を特定することを含む。【選択図】図１
2018529980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を分析する方法であって、
前記試料に対して複数の試料質問サイクルを実行することによって複数の応答を生成することであって、前記複数の試料質問サイクルのそれぞれは、
前記試料に異なる蛍光励起波長の２つ以上の蛍光励起信号を照射すること、
前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光放射スペクトルプロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイルを生成すること、及び
前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光寿命プロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光寿命プロファイルを生成すること
によって実行され、
前記複数の応答のそれぞれは、前記複数の試料質問サイクルの対応する１つについて生成された、前記２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイル及び前記２つ以上の蛍光寿命プロファイルを含む、
前記試料に対して複数の試料質問サイクルを実行することによって複数の応答を生成すること；
前記複数の応答を複数の所定の分光学的関係と比較すること；及び
前記複数の応答の前記複数の所定の分光学的関係に対する比較に基づいて、前記試料のターゲット分析成分の濃度を特定すること
を含む方法。
【請求項２】
前記複数の試料質問サイクルのそれぞれにおける前記照射は、前記試料に、前記２つ以上の蛍光励起信号を時間的なオーバーラップなしに順次、照射することを含む
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記試料の前記ターゲット分析成分の濃度を特定することは、前記試料中の１つ以上のターゲット分析成分のバイオバーデンの濃度を特定することを含む
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上のターゲット分析成分は、生物学的物質、有効成分、又は不活性粒子のうちの少なくとも１つを含む
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記試料中の前記１つ以上のターゲット分析成分のうちの特定の１つの量を特定することをさらに含む
請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記試料の前記蛍光放射スペクトルプロファイルを検出することは、前記蛍光放射スペクトルプロファイルの複数のスペクトルサブバンドを別個に検出することを含む
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記試料の前記蛍光寿命プロファイルを検出することは、前記複数のスペクトルサブバンドのそれぞれの中で前記試料の蛍光放射の時間応答及び強度を検出することを含む
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
試料を分析する方法であって、
前記試料に対して試料質問サイクルを実行することによって応答を生成することであって、前記試料質問サイクルは、
前記試料に異なる蛍光励起波長の２つ以上の蛍光励起信号を照射すること、
前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光放射スペクトルプロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイルを生成すること、及び
前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光寿命プロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光寿命プロファイルを生成すること
によって実行され、
前記応答は、前記試料質問サイクルについて生成された、前記２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイル及び前記２つ以上の蛍光寿命プロファイルを含む、
前記試料に対して試料質問サイクルを実行することによって応答を生成すること；
前記応答を複数の所定の分光学的関係と比較すること；及び
前記応答の前記複数の所定の分光学的関係に対する比較に基づいて、前記試料のターゲット分析成分の濃度を特定すること
を含む方法。
【請求項９】
前記照射することは、前記試料に、前記２つ以上の蛍光励起信号を時間的なオーバーラップなしに順次、照射することを含む
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記試料の前記ターゲット分析成分の濃度を特定することは、前記試料中の１つ以上のターゲット分析成分のバイオバーデンの濃度を特定することを含む
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記１つ以上のターゲット分析成分は、生物学的物質、有効成分、又は不活性粒子のうちの少なくとも１つを含む
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記試料中の前記１つ以上のターゲット分析成分のうちの特定の１つの量を特定することをさらに含む
請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記試料の前記蛍光放射スペクトルプロファイルを検出することは、前記蛍光放射スペクトルプロファイルの複数のスペクトルサブバンドを別個に検出することを含む
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記試料の前記蛍光寿命プロファイルを検出することは、前記複数のスペクトルサブバンドのそれぞれの中で前記試料の蛍光放射の時間応答及び強度を検出することを含む
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
試料を分析するプロセスモニタであって、
前記試料が存在する試料ゾーン；
前記試料ゾーンと光学的に結合された２つ以上の蛍光励起源；
前記２つ以上の蛍光励起源によって放射された２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれの光路の外にある、前記試料ゾーンと光学的に結合された１つ以上の検出器；及び
前記２つ以上の蛍光励起源及び前記１つ以上の検出器と通信可能に結合されたコントローラ
を備え、
前記コントローラは、前記２つ以上の蛍光励起源及び前記１つ以上の検出器を含む前記プロセスモニタを制御することによって前記プロセスモニタに
前記試料に対して複数の試料質問サイクルを実行することによって複数の応答を生成することであって、前記複数の試料質問サイクルのそれぞれは、
前記２つ以上の蛍光励起源を用いて、前記試料に異なる蛍光励起波長の２つ以上の蛍光励起信号を照射すること、
前記１つ以上の検出器を用いて、前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光放射スペクトルプロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイルを生成すること、及び
前記１つ以上の検出器を用いて、前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光寿命プロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光寿命プロファイルを生成すること
によって実行され、
前記複数の応答のそれぞれの応答は、前記複数の試料質問サイクルの対応する１つについて生成された、前記２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイル及び前記２つ以上の蛍光寿命プロファイルを含む、
前記試料に対して複数の試料質問サイクルを実行することによって複数の応答を生成すること；
前記複数の応答を複数の所定の分光学的関係と比較すること；及び
前記複数の応答の前記複数の所定の分光学的関係に対する比較に基づいて、前記試料のターゲット分析成分の濃度を特定すること
を実行させる、プロセスモニタ。
【請求項１６】
前記試料ゾーン及び前記１つ以上の検出器の間に配置された励起フィルタをさらに備え、前記励起フィルタは、前記２つ以上の蛍光励起信号のうちの少なくとも１つの光の波長を阻止するよう構成される
請求項１５に記載のプロセスモニタ。
【請求項１７】
前記１つ以上の検出器は、少なくとも２つのサブバンド検出器を含み、前記プロセスモニタは、
前記試料ゾーンと、前記少なくとも２つのサブバンド検出器のうちの第１のものとの間に光学的に配置された第１バンドパスフィルタであって、前記第１バンドパスフィルタは、第１検出チャネルを前記少なくとも２つのサブバンド検出器のうちの前記第１のものに導き、他の波長を他へ導くよう構成される、第１バンドパスフィルタ；及び
前記試料ゾーンと、前記少なくとも２つのサブバンド検出器のうちの第２のものとの間に光学的に配置された第２バンドパスフィルタであって、前記第２バンドパスフィルタは、前記第１検出チャネルとオーバーラップしない第２検出チャネルを前記少なくとも２つのサブバンド検出器のうちの前記第２のものに導き、他の波長を他へ導くよう構成される、第２バンドパスフィルタ
をさらに備える
請求項１５に記載のプロセスモニタ。
【請求項１８】
前記１つ以上の検出器は、単一の検出器を備え、前記プロセスモニタは、
前記試料ゾーン及び前記単一の検出器の間にあって、第１遅延を有する第１光路；及び
前記試料ゾーン及び前記単一の検出器の間にあって、前記第１遅延より長い第２遅延を有する第２光路
をさらに備え、
前記単一の検出器は、前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記蛍光放射スペクトルプロファイル及び前記蛍光寿命プロファイルの両方を、それぞれの試料質問サイクルについて、
前記２つ以上の蛍光励起信号の第１のものについて、前記第１光路から受け取られるときに、前記蛍光放射スペクトルプロファイル及び前記蛍光寿命プロファイルを検出すること；及び
前記２つ以上の蛍光励起信号の第２のものについて、前記第２光路から受け取られるときに、前記蛍光放射スペクトルプロファイル及び前記蛍光寿命プロファイルをその後、時間的に後に検出すること
によって検出するよう構成される
請求項１５に記載のプロセスモニタ。
【請求項１９】
前記第１光路及び前記単一の検出器の間に光学的に配置された第１バンドパスフィルタであって、前記第１バンドパスフィルタは、前記２つ以上の蛍光励起信号のうちの前記第１のものについての前記蛍光放射スペクトルプロファイルを含む第１検出チャネルを前記単一の検出器に通過させ、他の波長を阻止するよう構成される第１バンドパスフィルタ；及び
前記第２光路及び前記単一の検出器の間に光学的に配置された第２バンドパスフィルタであって、前記第２バンドパスフィルタは、前記２つ以上の蛍光励起信号のうちの前記第２のものについての前記蛍光放射スペクトルプロファイルを含む第２検出チャネルを前記単一の検出器に通過させ、他の波長を阻止するよう構成される第２バンドパスフィルタ
をさらに備える
請求項１８に記載のプロセスモニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに記載された例示的実施形態は、オンラインプロセスモニタリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
そうではないと明記されない限り、背景の欄で記載された事項は、本願の請求項に対する従来技術ではなく、この欄に含まれているからといって従来技術であると自認されたものではない。
【０００３】
会社は、既存の品質管理のラボを、製造プロセスにおいて製品の品質をモニタリングできるシステムと置き換えたい。高度な試験及び診断システムは、物理的により小さくなり、より感度が高くなり、中核となるラボの環境の外で適用するのに十分なだけ堅牢になり続けている。この傾向は、臨床及び産業市場の中で常に強まってきている。臨床診断は、医師の診察室及び救急処置室で即座になされる場合と、ラボの結果を数日待つ場合とがある。工業企業は、製品の配合及び品質をリアルタイムでモニタリングすることによって、製造効率及び敏捷性が向上するシステムを進歩させている。最近まで、これらの進歩は、非常に精密で、かつ再現性が高いので、化学的及び物質的試験におおまかには限定されてきていた。
【０００４】
これと比較すれば、微生物学は一筋縄ではいかない。生きた微生物は、予測可能なようには常には振る舞わない。したがって、微生物学は、ふつうは「ラボ内」に留まり、「フロア上」ではない。生きた微生物を検出する微生物学の試験は、しばしば労働集約的であり、費用がかかり、遅い。結果は、行われる試験が何かにも依存するが、典型的には２〜１４日以上経たないと受け取れない。微生物学の試験は、製品の組成及び製品の品質の両方の厳密な測定であり得て、しばしば製品の安全性を証明することが法によって要求される。このような微生物学の試験に関連する非効率及び遅延の結果、産業界及び規制当局は、遡及的でラボベースの試験からリアルタイムモニタリングへと試験を移行させたい点で一致している。
【０００５】
ここでクレームされた主題は、任意の不利な点を解決する、又は上述されたもののような環境においてのみ動作する実施形態には限定されない。むしろこの背景は、ここで記載されたいくつかの実施形態が実施され得る、一つの例示的技術分野を示すために提供されるに過ぎない。
【発明の概要】
【０００６】
この概要は、詳細な説明で以下にさらに記載される概念のいくつかを簡略化されたかたちで紹介するために提供される。この概要は、クレームされた主題の主要な特徴又は必須の特徴を特定するようには意図されておらず、またクレームされた主題の範囲を決定する助けとして用いられるようにも意図されていない。例示的実施形態において、試料を分析する方法は、前記試料に対して複数の試料質問サイクルを実行することによって複数の応答を生成することであって、前記複数の試料質問サイクルのそれぞれは、前記試料に異なる蛍光励起波長の２つ以上の蛍光励起信号を照射すること、前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光放射スペクトルプロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイルを生成すること、及び前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光寿命プロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光寿命プロファイルを生成することによって実行される。前記複数の応答のそれぞれは、前記複数の試料質問サイクルの対応する１つについて生成された、前記２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイル及び前記２つ以上の蛍光寿命プロファイルを含む。本方法は、前記複数の応答を複数の所定の分光学的関係と比較することも含む。本方法は、前記複数の応答の前記複数の所定の分光学的関係に対する比較に基づいて、前記試料のターゲット分析成分を特定することも含む。
【０００７】
他の例示的実施形態において、試料を分析する方法は、前記試料に対して試料質問サイクルを実行することによって応答を生成することを含み、前記試料質問サイクルは、前記試料に異なる蛍光励起波長の２つ以上の蛍光励起信号を照射すること、前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光放射スペクトルプロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイルを生成すること、及び前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光寿命プロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光寿命プロファイルを生成すること
によって実行される。前記応答は、前記試料質問サイクルについて生成された、前記２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイル及び前記２つ以上の蛍光寿命プロファイルを含む。本方法は、前記応答を複数の所定の分光学的関係と比較することも含む。本方法は、前記応答の前記複数の所定の分光学的関係に対する比較に基づいて、前記試料のターゲット分析成分を特定することも含む。
【０００８】
他の例示的実施形態において、試料を分析するプロセスモニタは、前記試料が存在する試料ゾーン；前記試料ゾーンと光学的に結合された２つ以上の蛍光励起源；前記２つ以上の蛍光励起源によって放射された２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれの光路の外にある、前記試料ゾーンと光学的に結合された１つ以上の検出器；及び前記２つ以上の蛍光励起源及び前記１つ以上の検出器と通信可能に結合されたコントローラを備える。前記コントローラは、前記２つ以上の蛍光励起源及び前記１つ以上の検出器を含む前記プロセスモニタを制御することによって前記プロセスモニタにさまざまな動作を実行させる。この動作は、前記試料に対して複数の試料質問サイクルを実行することによって複数の応答を生成することを含み、前記複数の試料質問サイクルのそれぞれは、前記２つ以上の蛍光励起源を用いて、前記試料に異なる蛍光励起波長の２つ以上の蛍光励起信号を照射すること、前記１つ以上の検出器を用いて、前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光放射スペクトルプロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイルを生成すること、及び前記１つ以上の検出器を用いて、前記２つ以上の蛍光励起信号のそれぞれについて、前記試料の蛍光寿命プロファイルを検出することによって、前記試料の２つ以上の蛍光寿命プロファイルを生成することによって実行される。前記複数の応答のそれぞれの応答は、前記複数の試料質問サイクルの対応する１つについて生成された、前記２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイル及び前記２つ以上の蛍光寿命プロファイルを含む。この動作は、前記複数の応答を複数の所定の分光学的関係と比較することも含む。この動作は、前記複数の応答の前記複数の所定の分光学的関係に対する比較に基づいて、前記試料のターゲット分析成分の濃度を特定することも含む。
【０００９】
本開示のさらなる特徴及び優位性は、以下の記載において述べられ、部分的には以下の記載から明らかであり、又は本開示の実施によって習得され得る。本開示の特徴及び優位性は、添付の特許請求の範囲において具体的に指摘された構成及び組合せによって認識及び獲得され得る。本開示のこれら及び他の特徴は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになり、又は以下に述べられる開示の実施によって習得され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の、上述の及び他の優位性及び特徴をさらに明瞭化するために、開示のより具体的な記載が、添付の図面に図示された、その具体的な実施形態を参照することによってなされる。これら図面は、本開示の典型的な実施形態だけを図示し、したがってその範囲を限定するようには解釈されるべきではないことが理解されよう。本開示は、添付の図面を使用して、さらなる具体性及び詳細さをもって、記載及び説明される。全ての図面は、ここで記載される少なくとも１つの実施形態に基づいて構成される。
【図１】図１は、どのようにシステムがターゲット分析成分を干渉物質から区別するかを示す図表表現である。
【図２】図２は、さまざまなターゲット分析成分及び干渉物質の、特定の蛍光励起波長に応答した蛍光放射スペクトルプロファイルを示す図表表現である。
【図３】図３は、２つのターゲット分析成分の、２つの異なる蛍光励起波長に応答した蛍光放射スペクトルプロファイルを示す図表表現である。
【図４】図４は、２つの異なる蛍光励起波長からのターゲット分析成分及び干渉物質の蛍光放射スペクトルプロファイルを示す図表表現である。
【図５】図５は、３４０ｎｍ蛍光励起波長及び６１３ｎｍ蛍光放射波長についてのターゲット分析成分及び干渉物質の蛍光寿命プロファイルを示す図表表現である。
【図６】図６は、例示的プロセスモニタを図示する。
【図７】図７は、例えば図６の試料ゾーン内の流体試料を分析する方法のフロー図である。
【図８】図８は、図７の方法に関連するさまざまな図表表現を図示する。
【図９】図９は、図６のプロセスモニタの、及び／又はその部分の例示的実現例を図示する。
【図１０】図１０は、図６のプロセスモニタの、及び／又はその部分の他の例示的実現例を図示する。
【図１１】図１１は、図６のプロセスモニタの、及び／又はその部分の他の例示的実現例を図示する。
【図１２】図１２は、図６のプロセスモニタの、及び／又はその部分の他の例示的実現例を図示する。
【図１３】図１３は、図６のプロセスモニタの、及び／又はその部分の他の例示的実現例を図示する。
【図１４】図１４は、図６のプロセスモニタの、及び／又はその部分の他の例示的実現例を図示する。
【図１５】図１５は、図６のプロセスモニタの、及び／又はその部分の他の例示的実現例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
いくつかのオンライン水バイオバーデンモニタリングシステムは、液体粒子計数技術に加えて蛍光検出に基づいている。このようなシステムは、モニタリングされている水システム中の干渉物質から発生する偽陽性の結果のために、感度及び正確性の要件を満たすためには深刻な問題がある。干渉物質には、テフロン、ゴム、プラスチック、ステンレス鋼、ルージュ等の微小粒子のような物が含まれ得る。このような干渉物質は干渉し得るが、その理由は、それらは、ターゲット分析成分（例えば微生物）と同様のサイズであり得るので、同様のサイズ決定（size determination）を発生し、及び／又はそれらは、これらのシステムにおける蛍光励起信号に応答してターゲット分析成分と同様のスペクトルプロファイルを呈し得るからである。これらシステムは、励起チャンネルと呼ばれることがある、単一の蛍光励起波長（より具体的には相対的に狭い波長帯域）上で蛍光励起信号を放射する単一の励起源を典型的には含む。
【００１２】
これらシステムは、以下の前提のもとで動作する。第一に、粒子が検出されなければならない（ミー散乱）。第二に、ターゲット分析成分からの自家蛍光は、特定のタイミング及び蛍光強度範囲を通じて、干渉物質のそれとは測定可能に異なる。ここでターゲット分析成分からの蛍光放射は、蛍光信号と呼ばれ得る。第三に、水の中の他の物質／化学物質からのバックグラウンド蛍光は、ターゲット分析成分の蛍光信号をマスクしない。
【００１３】
図１は、どのようにこれらシステムが干渉粒子からターゲット分析成分を区別し得るかを表す図表表現である。具体的には、これらシステムは、蛍光励起信号を水の中に放射し、同時に蛍光信号（fluorescent light signal）、散乱光信号、及び粒子サイズを検出する。蛍光信号及び散乱光信号のそれぞれは、時間の関数として検出される粒子に対応するピークを含み得る。蛍光信号のそれぞれのピークの値は、対応する粒子の蛍光強度を示し得る。散乱光信号のそれぞれのピークの値は、対応する粒子のサイズを示し得る。生物学的蛍光強度範囲（図１で「蛍光強度範囲」とラベルが付されている）内の蛍光強度を有し、比範囲（不図示）内のサイズ対蛍光強度比（size-to-fluorescence intensity ratio）を有する粒子は、ターゲット分析成分（図１で「生物学的粒子」と呼ばれる）であると決定され得る。生物学的蛍光強度範囲外の蛍光強度を有し、比範囲外のサイズ対蛍光強度比を有する粒子は、干渉粒子（図１で「非生物学的粒子」と呼ばれる）であると決定され得る。
【００１４】
ターゲット分析成分及び干渉粒子の似たサイズ及び向きは、粒子サイズを区別する要因として利用する、このようなシステムを惑わし得る。加えて、ターゲット分析成分及び干渉粒子の似た蛍光放射スペクトルプロファイルは、蛍光強度を区別する要因として利用する、このようなシステムを惑わし得る。
【００１５】
このようなシステムは、異なる蛍光励起波長、及び複数の結果として生じる蛍光放射スペクトルプロファイルでの複数の励起源を組み込むことによって、いくらかは改良され得る。しかしもしターゲット分析成分及び干渉物質が類似の自家蛍光特性を有するなら、それらの間で区別する能力は、低下し得る。
【００１６】
ターゲット分析成分及び干渉物質の間の区別は、粒子サイズを区別する基準として用いる単一の蛍光励起波長システムでは大きな障害となり得るが、これは、微小なスフェア（spheres）、削り屑、及び微生物は、サイズ、形状、蛍光放射のスペクトル、及び強度において類似し得るからである。特に、干渉物質からの蛍光放射スペクトルプロファイルは、ターゲット分析成分のそれと干渉し得る。例えば図２は、特定の蛍光励起波長に応答する、さまざまなターゲット分析成分及び干渉物質の蛍光放射スペクトルプロファイル群の図表表現である。図２に示されるように、干渉物質「ポリスチレンミクロスフェア」の図示された蛍光放射スペクトルプロファイルは、ターゲット分析成分「チロシン」、「トリプトファン」の図示された蛍光放射スペクトルプロファイルと大きく重なり、干渉し得る。同様に、干渉物質「ポリマー」のさまざまな図示された蛍光放射スペクトルプロファイルは、ターゲット分析成分「ＮＡＤＨ」の図示された蛍光放射スペクトルプロファイルと大きく重なり、干渉し得る。図２においては、ターゲット分析成分「リボフラビン」の図示された蛍光放射スペクトルプロファイルが、干渉物質の蛍光放射スペクトルプロファイルと大きくは重ならない唯一のものである。
【００１７】
前述のシステムはどれも、連続的な単一の波長の励起源を用いる。これらのシステムは、ミー散乱を通じてまず粒子を検出し、それから粒子からの自家蛍光が、当該粒子をターゲット分析成分と分類するのに十分なだけ独特であるかを弁別しようと試みる。これらシステムは、サイズ及び蛍光において類似し過ぎていてそれらをターゲット分析成分と区別できない干渉物質の粒子によって惑わされる。これは偽陽性の結果を生み出し、これがさらに信頼できないデータと、非常にコストがかかり得る不必要なプラント調査とを引き起こす。業界では、前述のシステムで現在利用可能なものよりも、より信頼性が高く、正確で、感度の良い、オンライン水バイオバーデンモニタリングに対する解決策を依然として探している。
【００１８】
場合によっては、複数波長の蛍光励起は、単一波長の励起よりも、ターゲット分析成分群の間のさらなる弁別を提供し得る。例えば図３は、２つの異なる蛍光励起波長群、２６６ナノメートル（ｎｍ）及び３５１ｎｍに応答する、２つのターゲット分析成分の蛍光放射スペクトルプロファイルの図表表現である。２６６ｎｍの蛍光励起波長において、２つのターゲット分析成分「菌類胞子」及び「枯草菌ニガー変種（B. subtilis var. niger）」の蛍光放射スペクトルプロファイルは、区別するのが難しい。３５１ｎｍの蛍光励起波長において、２つのターゲット分析成分の蛍光放射スペクトルプロファイルは、ずっと区別するのが容易であるが、これは、枯草菌ニガー変種のターゲット分析成分の蛍光放射スペクトルプロファイルは、「菌類胞子」のターゲット分析成分の蛍光放射スペクトルプロファイルのピーク群よりも、長波長側に全体的にシフトされているピーク群を有するからである。代替として、又は追加的に、プラント調査でのさらなる使用のために、マルチスペクトルプロファイリングとも呼ばれ得る複数波長蛍光励起は、生物学的種、亜種、及び潜在的に個別の変種を区別することもできるかもしれない。マルチスペクトルプロファイリングは、有効成分、酵素、添加剤等の濃度のモニタリングのような、他のモニタリング応用例にも適用され得る。
【００１９】
連続的な励起源を利用する上述のようなシステムは、固有バックグラウンドノイズによって惑わされ得て、よって、ターゲット信号とノイズとを区別するために、励起電力を増す必要があるかもしれない。これは、もし干渉物質がターゲット分析成分と類似の放射特性を有する場合には、感度の点で問題があるかもしれない。例えば、図４は、２つの異なる蛍光励起波長（図４の「励起波長＃１」及び「励起波長＃２」）からのターゲット分析成分及び干渉物質の蛍光放射スペクトルプロファイル４０１−４０４の図表表現である。蛍光放射スペクトルプロファイル４０１及び４０２は、励起波長＃１及び励起波長＃２に対するターゲット分析成分の蛍光スペクトル応答をそれぞれ表す。蛍光放射スペクトルプロファイル４０３及び４０４は、励起波長＃１及び励起波長＃２に対する干渉物質の蛍光スペクトル応答をそれぞれ表す。図４に示されるように、ターゲット分析成分の蛍光放射スペクトルプロファイル４０１及び４０２と、干渉物質の蛍光放射スペクトルプロファイル４０３及び４０４との間には、大きな重なりが存在し、この例では、蛍光励起波長群のいずれにおいても、ターゲット分析成分及び干渉物質を効率的に区別するのに十分な分解能がないかもしれない。その結果、干渉物質は、マルチスペクトルプロファイリングを持つシステムにおいてさえも偽陽性としてカウントされ得る。代替として、又は追加的に、励起電力を低減することは、許容できない感度につながり得る。ここで記載される実施形態の中には、パルス状励起信号及び高性能光学系の使用は、関心のある応用例についての信号対雑音比を大幅に改善し得る。
【００２０】
時間分解蛍光分光法は、蛍光ターゲット分析成分の放射力学、例えば、蛍光体の電子励起と、放射される光子を作る励起された状態からの電子の放射減衰との間の時間の分布を研究する技術である。この分布の時間的な広がりは、ターゲット分析成分の蛍光寿命と呼ばれる。
【００２１】
蛍光寿命は、ターゲット分析成分及び干渉物質を区別する、識別可能な属性であり得る。例えば、生物学的蛍光体の蛍光寿命は、典型的には４ナノ秒未満であると報告されており、一方、干渉物質の蛍光寿命は、典型的には５〜２０ナノ秒か、それより長いと報告されている。このような差異は、図５に示されており、これは、３４０ｎｍ蛍光励起波長及び６１３ｎｍ蛍光放射波長についてのターゲット分析成分及び干渉物質の蛍光寿命プロファイルの図表表現である。図５からは、ターゲット分析成分の蛍光寿命プロファイル（図５で「短寿命蛍光」とラベルが付されている）は、干渉物質の蛍光寿命プロファイル（図５で「長寿命蛍光」とラベルが付されている）よりも時間的にずっと短いことがわかる。異なるターゲット分析成分群の間で、及び／又はターゲット分析成分及び干渉物質の間で区別するために時間的プロファイルを使うことは、以後、多時期プロファイリングと呼ばれ得る。
【００２２】
したがって、ここで記載される実施形態は、マルチスペクトルプロファイリング及び多時期プロファイリングの両方を実現し、多変量法又は多変量プロファイリングと総称して呼ばれる。ここで記載されるいくつかの実施形態は、試料内の複雑な蛍光プロファイルのより完全な（多変量の）記述を構築する。これは、離散的マルチスペクトル及び時間的減衰の複数の応答（multiple replicates）を、分光学的関係のデータベースに当てはめることによって獲得され得る。これらの及び他の実施形態において、検出された信号は、例えば、ターゲット分析成分の濃度が比較的低い結果、比較的弱い信号強度を有し得る。ここで記載される実施形態は、以下により詳しく記載されるように、信号品質を向上させるために、高速の複数応答解析（multiple replicate analysis）を用いることによって、十分な信号品質を確立し得る。
【００２３】
いくつかの実施形態は、複数の試料質問サイクルのそれぞれについて検出チャネルに特定の信号対ノイズ比を最大化又は向上させるために、多重検出器アセンブリ及び高速信号処理電子回路を含み得る。多重検出器アセンブリ及び高速信号処理電子回路は、急速な分析サイクルを促進することによって、短い解析期間内で応答解析を促進し、信号対ノイズ比を最大化し、又は少なくとも向上させ得る。加えて、データは、積極的には質問イベントの一部ではない、システムに固有のバイアス又はノイズについて補償するために用いられ得る、システムのベースラインつまり背景ノイズを得るための励起イベントを実行することなく、試料から獲得され得る。
【００２４】
いくつかの実施形態は、試料の瞬時又はリアルタイムの（又は瞬時に近いか、又はリアルタイムに近い）分光学的解析を提供し得て、統計学的信頼が高まるように、ミリ秒より短いサイクルにおける解析の複数応答を実行し得る。したがって、ここで記載されるいくつかのモニタリングシステムは、オンライン、アトライン、及びラボでの水バイオバーデンモニタリングの応用例に要求される感度、正確性、具体性、精密性、及び堅牢性を有し得る。代替として、又は追加的に、ここで記載されるモニタリングシステムは、有効成分及び無菌性モニタリングの応用例（sterility monitoring applications）のような、特定のターゲット分析成分を検出及び定量化するために、システムを「チューニングする」機能を含み得る。システムをチューニングすることは、識別シグネチャー又はフィンガープリントを確立するために、特定のシステムマトリクス中でターゲット分析成分（群）の純粋な試料を評価することを含み得る。システムをチューニングすることは、システムからの観測を、主成分分析又は同様の固有ベクトルベースの多変数解析における相関のある又は相関のない変数に変換する統計的手法の利用も含み得る。代替として、又は追加的に、１つ以上のターゲット分析成分及び／又は干渉物質の特性応答シグネチャー又はフィンガープリントについての分光学的関係を求めるために及び／又は検出信号を評価するために、人工知能学習アルゴリズムが利用され得る。
【００２５】
ここで記載されるいくつかの実施形態においては、ターゲット分析成分及び干渉物質の蛍光減衰速度の差は、興味の対象となる産業用応用例における貴重な弁別プラットフォームであり得る。いくつかの実施形態は、この差を検出し、複数の励起波長群（つまり励起チャネル群）及び特定の放射検出波長サブバンド群（つまり検出チャネル群）のマルチスペクトル次元群（multispectral dimensions）に、時間的分析を追加し得る。いくつかの実施形態は、この多変数解析サイクルを５００ナノ秒（ｎｓ）未満で完了し得て、ターゲットが試料分析領域内に存在する間に、複数の応答（例えば、＞１０回）が完了され比較されるようにする。
【００２６】
ここで図面への参照がなされて、いくつかの例示的実施形態のさまざまな局面を説明する。図面は、そのような例示的実施形態の線図的及び概略的な表現であり、本発明を限定するものではなく、必ずしも実際の寸法の比率と同じではない。
【００２７】
図６は、ここで記載される少なくとも１つの実施形態に従って構成された例示的プロセスモニタ６００を示す。プロセスモニタ６００は、オンライン水バイオバーデンモニタリング（例えば、水の中のバイオバーデンのモニタリング）のために、及び／又は、他の流体、気体等における他のターゲット分析成分のモニタリングのために、実現され得る。ターゲット分析成分の例としては、微生物、有効成分、酵素、添加剤、又は他のターゲット分析成分が含まれる。
【００２８】
プロセスモニタ６００は、コントローラ６０２、複数蛍光励起源６０４、及び１つ以上の検出器６０６を含み得る。コントローラ６０２は、蛍光励起源６０４、検出器６０６、及び／又は１つ以上の駆動回路、増幅器回路、又は他の要素と通信可能に結合されて、プロセスモニタ６００の動作を制御し得る。コントローラ６０２は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は他の適切なコントローラを含み得る。
【００２９】
蛍光励起源６０４のそれぞれは、異なる蛍光励起波長群において蛍光励起信号６０８を放射するよう構成され得る。蛍光励起源６０４のそれぞれは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又は端面発光半導体レーザのようなレーザダイオード、又は所望の蛍光励起波長において蛍光励起信号６０８を放射するよう構成され比較的短い立ち下がり時間を持つ他の適切な蛍光励起源を含み得る。比較的短い立ち下がり時間は、数ｎｓ未満の立ち下がり時間、約１．５ｎｓ以下の立ち下がり時間、サブナノ秒の立ち下がり時間、又はさらに短い立ち下がり時間を含み得る。少なくとも１つの実施形態において、蛍光励起源群６０４の一つは、４０５ｎｍ又は他の適切な波長において放射し得て、励起源群６０４の他のものは、６３５ｎｍ又は他の適切な波長において放射し得る。２つの励起源６０４しか図６では図示されていないが、プロセスシステム６００は、代替として、３個、４個、５個、又はより多くの、異なる励起源波長において放射する励起源群６０４を含んでもよい。
【００３０】
コントローラ６０２は、上述の他のシステムの場合における単一の連続波信号の使用とは反対に、限定されたパルス幅を持つ対応する蛍光励起信号６０８を、例えば、順次、放射するよう、励起源群６０４を高い周波数で循環するよう構成され得る。高い周波数とは、０．１メガヘルツ（ＭＨｚ）よりも高い周波数を含み得る。蛍光励起信号６０８のパルス幅は、１ｎｓと５０ｎｓの間になるよう、又は他の適切な範囲内になるよう、コントローラ６０２によって制御され得る。蛍光励起信号６０８の強度は、ターゲット分析成分から蛍光放射を引き出すのに十分であるように、コントローラ６０２によって制御され得る。
【００３１】
実施形態によっては、蛍光励起源６０４は、順次に、かつ時間的なオーバーラップなしで蛍光励起信号６０８を放射するようコントローラ６０２によって制御され得る。例えば、蛍光励起源群６０４は、それらのうちの一つより多くが任意の時刻において放射することがないよう、制御され得る。もし粒子６１２が予期されるターゲット分析成分のうちの１つであるなら、蛍光励起信号６０８のうちの１つ以上のものは、粒子６１２から向上された蛍光応答を引き出すために、１つ以上の予期されるターゲット分析成分の共振周波数（又は対応する波長）であり得る。実施形態によっては、蛍光励起源６０４は、予期されたターゲット分析成分からの向上された特定の蛍光共振応答を引き出すように、往復する、又は循環するやり方で蛍光励起信号６０８を放射するよう制御され得る。
【００３２】
代替として、又は追加的に、検出器６０６による検出は、暗所で、例えば検出中にいかなる蛍光励起源６０４も蛍光励起信号６０８を放射しない状態で、起こり得る。したがって、コントローラ６０２は、蛍光励起信号群６０８を時間的なオーバーラップなしに、かつあるパルスの終端及び次のパルスの始端の間の時間的な中断を入れて、順次に放射することによって、暗所における検出を可能にするよう、蛍光励起源６０４を制御し得る。
【００３３】
蛍光励起源６０４は、蛍光励起信号をプロセスモニタ６００の試料ゾーン６１０の中に放射し得る。試料ゾーン６１０は、蛍光励起源６０４と検出器６０６の間のフローセルの一部を含み得る。モニタリングされている物質（任意の相、例えば固相、液相、気相である）の一部、つまり「試料」は、試料ゾーン６１０内で提示され得て、蛍光励起信号６０８のうちの１つ以上に応答して蛍光を発する、１つ以上のターゲット分析成分群及び／又は粒子６１２（以下「粒子６１２」又は「粒子群６１２」）を含み得る。以下の議論では簡単のために、粒子の検出及び／又は蛍光に対して参照がなされるが、この議論は、ターゲット分析成分の検出及び／又は蛍光についても当てはまる。
【００３４】
検出器６０６のそれぞれは、蛍光励起信号６０８に応答して粒子６１２によって放射される蛍光放射信号６１４を検出する、Ｐ型・真性・Ｎ型（ＰＩＮ）ダイオード又はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のようなフォトダイオード、光電子倍増管（ＰＭＴ）、シリコン光電子倍増管（ＳｉＰＭＴ）、又は他の適切な検出器を含み得る。実施形態によっては、プロセスモニタ６００は、バックグラウンド信号、例えば、蛍光励起信号６０８のような、蛍光放射信号６１４以外の信号の検出器６０６による検出を最小化するように、又は少なくとも低減するために、蛍光励起信号６０８の検出器６０６への伝達を最小化するように、又は少なくとも低減するように構成される。例えば、検出器６０６及び／又は蛍光放射信号６１４を集めて検出器６０６に導く光学系は、粒子６１２の相互作用がなければ試料ゾーン６１０を通して通るであろう光路からはずれるよう配置され得る。
【００３５】
検出器６０６及び蛍光放射信号６１４を集めて検出器６０６に導く光学系を含むプロセスモニタ６００の光学的検出システムは、粒子６１２の蛍光放射スペクトルプロファイルの複数のスペクトルサブバンドを別個に検出するよう構成され得る。異なるスペクトルサブバンドは、検出チャネルと呼ばれ得る。ある実施形態では、異なる検出器６０６は、それぞれのサブバンド内の、粒子６１２によって放射された蛍光の、異なるスペクトルサブバンド及び／又は蛍光寿命プロファイルを検出し得る。代替として、又は追加的に、単一の検出器６０６は、２つ以上のサブバンド及び／又は蛍光寿命プロファイルを、例えば２つ以上の光学遅延線（例えば異なる長さの光ファイバ又は光路）及び／又はさまざまなサブバンド成分の、単一の検出器６０６における到達及び検出を時間的に分離するその他の光学遅延手段を用いることによって検出し得る。これら及びその他の実施形態において、光学検出システムは、１つ以上の光学バンドパスフィルタ（例えばダイクロイックフィルタ）、光ファイバ、光路、ライトガイド（ＬＧ）、ライトパイプ、ビームスプリッタ、プリズム、モザイクフィルタ、多変量光学素子（ＭＯＥ）、フォトニック結晶（ＰＣ）ファイバ、ＬＧ又はＰＣ導波路又はＰＣファイバ、ＰＣ光学系、レンズ、及び／又はその他の適切な光デバイスを含み得る。１つ以上の前記要素を含むプロセスモニタ６００のさまざまな例示的構成は、以下に図９〜１５を参照して記載される。
【００３６】
プロセスモニタ６００の１つ以上の検出器６０６によって検出される検出チャネルの合計個数は、水浄化処理における水バイオバーデンをモニタリングする実施形態においては、３検出チャネルのように比較的小さくてもよい。この例では、プロセスモニタ６００は、３つの独立したサブバンド群又は検出チャネル群で検出するので、実質的に、３チャネル分光計である。３チャネル分光計の区別する分解能は、いくらか制限され得るが、これは、ここで記載されるような蛍光寿命プロファイルの追加によって改善され得る。３チャネル分光計は、もし、ターゲット分析成分及び干渉物質の両方が入っている大きな体積、例えば１リットルの水が試料ゾーン６１０に置かれたなら、干渉物質からターゲット分析成分を効果的に定量化し、区別することについては、やはり不利である。よって、検出チャネルの個数が比較的小さいときは、実施形態によっては、試料ゾーン６１０の容積は、比較的小さくてもよい。ここでの例では、試料ゾーン６１０中に存在するターゲット分析成分及び干渉物質のいずれか、又は両方の大きな量の可能性を最小化するために、試料ゾーン６１０の容積は、約１マイクロリットル又はその他の適切な容量であり得る。この結果、試料ゾーン６１０中に存在しているターゲット分析成分及び／又は干渉物質は、小さい量になり得て、これは十分な信号品質を確立するのが困難になり得る。ここで記載される実施形態は、信号品質を向上させるために、高速の、複数の応答分析を利用することによって、十分な信号品質を確立し得る。例えば、この場合、１マイクロリットルの試料ゾーン６１０中の流体試料は、粒子６１２が試料ゾーン６１０を横切って、高詳細な信号の等価物を発生するとき、多数回（例えば１，０００〜２，０００回）、分析され得る。
【００３７】
図７は、流体試料を、ここで記載された少なくとも１つの実施形態にしたがって構成される、例えば、図６の試料ゾーン６１０内で分析する方法７００のフロー図である。方法７００は、図６のプロセスモニタ６００又はここで記載される他のプロセスモニタによって実現され得る。代替として、又は追加的に、方法７００は、流れる粉末、コンベヤーライン上の錠剤、ペースト、又は任意の相である他の物質を含む、他の物質のガス試料又は固体試料を分析するよう適用され得る。実施形態によっては、方法７００のパフォーマンスは、例えば、非一時的なコンピュータで読み取り可能な媒体（例えばコンピュータメモリ又は記憶装置）に記憶されたコンピュータ読み取り可能な命令（例えばコード又はソフトウェア）を実行する、図６のコントローラ６０２、又は他のプロセッサによって制御されることによって、方法７００を実行するためにプロセスモニタ６００を制御し得る。
【００３８】
図６及び７を組み合わせて参照すれば、方法７００は、１つ以上の試料質問サイクルを試料ゾーン６１０中の流体試料に対して実行し、ブロック７０２において１つ以上の応答を生成するプロセスモニタ６００を含み得る。それぞれの質問サイクルを実行することは、ブロック７０４、７０６、及び／又は７０８のうちの１つ以上を含み得る。以下に続く議論では、複数の応答を生成するために、複数の質問サイクルが実行されることが想定される。他の実施形態では、単一の応答を生成するために、単一の質問サイクルが実行される。
【００３９】
ブロック７０４において、試料ゾーン６１０中の流体試料は、異なる蛍光励起波長における２つ以上の蛍光励起信号６０８によって照射され得る。この照射は、試料ゾーン６１０中の流体試料を２つ以上の蛍光励起信号６０８によって時間的なオーバーラップなしで順次に照射することを含み得る。他の実施形態では、この照射は、試料ゾーン６１０中の流体試料を、異なる蛍光励起波長における少なくとも２つの蛍光励起信号によって同時に照射することを含み得る。代替として、又は追加的に、２つ以上の蛍光励起信号６０８は、暗所において検出を可能にするために、質問サイクルのそれぞれにおいてパルス出力され得て、蛍光励起信号群６０８のうちのあるもののパルスの終端と、蛍光励起信号群６０８のうちの他のもののパルスの始端との間に時間的中断が存在し得る。検出は、連続的に起こり得て、又はそれぞれのパルスが終了するのと同時に、又は終了するのとほぼ同じ時に、又はそれぞれのパルスが終了した後にさえ、開始し得て、次のパルスが開始するのと同時に、又は開始するのとほぼ同じ時に、又は次のパルスが開始する前にさえ終了し得る。
【００４０】
ブロック７０６において、蛍光励起信号群６０８のそれぞれによる照射の後に、流体試料の異なる蛍光放射スペクトルプロファイルが、異なる蛍光放射信号６１４から検出され得る。例えば、蛍光励起信号６０８のうちの１つによる照射の後に、粒子６１２は、対応する蛍光放射信号６１４を放射し得て、その対応する蛍光放射スペクトルプロファイルは、検出器群６０６のうちのある１つによって検出され得る。蛍光励起信号６０８のうちの他の１つによる照射の後で、粒子６１２は、もう一つの蛍光放射信号６１４を放射し得て、その対応する蛍光放射スペクトルプロファイルは、検出器６０６の他の１つによって（又は、単一の検出器６０６だけしか存在しない場合は、同じ検出器６０６によって）検出され得る。この結果は、２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイルの生成であり得て、それぞれは、蛍光励起信号６０８のうちの対応する１つによる照射に応答して、又は蛍光励起信号６０８のうちの少なくとも２つによる同時照射に応答して、生成される。ブロック７０６における蛍光放射スペクトルプロファイルのそれぞれを検出することは、蛍光放射スペクトルプロファイル群のそれぞれについて、対応する蛍光放射スペクトルプロファイルの複数のスペクトルサブバンドを別々に検出することを含み得る。
【００４１】
ブロック７０８において、蛍光励起信号６０８のそれぞれによる照射の後に、流体試料の異なる蛍光寿命プロファイルが、異なる蛍光放射信号６１４から検出され得る。例えば、蛍光励起信号６０８のうちの１つによる照射の後に、粒子６１２は、対応する蛍光放射信号６１４を放射し得て、その対応する蛍光寿命プロファイルは、検出器６０６のうちの１つによって検出され得る。蛍光励起信号６０８のうちの他の１つによる照射の後に、粒子６１２は、もう１つの蛍光放射信号６１４を放射し得て、その対応する蛍光寿命プロファイルは、検出器６０６のうちの他の１つによって（又は、単一の検出器６０６だけが存在する場合は、同じ検出器６０６によって）検出され得る。この結果は、２つ以上の蛍光寿命プロファイル群の生成であり得て、それぞれは、蛍光励起信号６０８の対応する１つによる粒子６１２の照射に応答して、又は蛍光励起信号６０８のうちの少なくとも２つによる同時照射に応答して、生成される。
【００４２】
ブロック７０４、７０６、及び７０８を含むブロック７０２において実行されるそれぞれの試料質問サイクルは、対応する応答を生成し得る。それぞれの応答は、対応する試料質問サイクルについて、２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイル及び２つ以上の蛍光寿命プロファイルを含み得る。
【００４３】
ブロック７１０において、応答を所定の分光学的関係と比較することが実行され得る。応答を所定の分光学的関係と比較することは、応答から導出された平均又は合成信号を所定の分光学的関係と比較することを含み得る。代替として、又は追加的に、応答を所定の分光学的関係と比較することは、応答（例えば平均又は合成信号）を所定の分光学的関係に当てはめる（fitting）ことによって、ターゲット分析成分として流体試料の中に存在している１つ以上の粒子６１２を特定することを含み得る。
【００４４】
所定の分光学的関係は、データベースに記憶され得て、及び／又はプロセスモニタ６００又はプロセスモニタ６００に通信可能に結合されたコンピュータデバイスにアクセス可能であり得る。所定の分光学的関係は、１つ以上のターゲット分析成分及び／又は干渉物質の特性応答シグネチャー又はフィンガープリント（characteristic response signature or fingerprints）を確立し得て、特性応答シグネチャー放射プロファイルと呼ばれ得る。代替として、又は追加的に、分光学的関係を特定し、及び／又は１つ以上のターゲット分析成分及び／又は干渉物質の特性応答シグネチャー又はフィンガープリントについての検出信号を評価するために、人工知能学習アルゴリズムが利用され得る。多変量（例えばマルチスペクトラル（multispectral）及びマルチテンポラル（multitemporal））蛍光プロファイル、例えばこれら応答群は、所定の分光学的関係と比較されて、又は所定の分光学的関係に当てはめられて、例えば、応答の又は平均又は合成信号の属性／特性を、さまざまなサブバンド及び／又は期間における特性応答シグネチャー放射プロファイルの対応する属性／特性と比較することによって、ターゲット分析成分として流体試料中に存在する１つ以上の粒子６１２を特定し得る。例えば、もし応答の、平均又は合成蛍光放射スペクトルプロファイル及び／又は平均又は合成蛍光寿命プロファイルが、特性応答シグネチャー放射プロファイル中に含まれるターゲット分析成分の蛍光放射スペクトルプロファイル及び／又は寿命プロファイルと一致する（例えば、放射波長及び強度の間のスペクトルプロファイルの形状／類似性（shape/correspondence）において、及び／又は、ディケイタイム及び強度の間の寿命プロファイルの形状／類似性において）なら、ターゲット分析成分は、その流体試料中に存在しているものと特定され得る。
【００４５】
ブロック７１２において、存在していることが特定されるべき１つ以上のターゲット分析成分又は干渉物質の特性応答シグネチャー放射プロファイルの強度の、質問された試料からの応答中の強度に対する比較に基づいて、流体試料のターゲット分析成分の濃度が特定され得る。ターゲット分析成分の濃度を特定することは、バイオバーデンの濃度を特定することを含み得る。ターゲット分析成分の濃度を特定するための比較は、ブロック７１０の比較の中に、又はその一部として、含まれ得る。これら及び他の実施形態において、特性応答シグネチャー放射プロファイルは、ターゲット分析成分又は干渉物質の単一の粒子（又は他の既知の個数の粒子群）の多変量応答を示し得る。流体試料中のターゲット分析成分又は干渉物質の濃度が高ければ高いほど、形状及び／又は他の属性において、特性応答シグネチャー放射プロファイルの一部と一致する蛍光放射スペクトルプロファイル及び／又は蛍光寿命プロファイルを引き出し得るが、その強度がより強くなる。応答（又はそれから導出された平均又は合成信号）の強度は、流体試料中に存在するターゲット分析成分の粒子の量又は濃度の関数としての特性応答シグネチャー放射プロファイルにおける強度と比較して、直線的に、又は他の既知の関係に従って、変化し得る。よって、ターゲット分析成分の粒子の個数又は濃度は、それによって、特性応答シグネチャー放射プロファイルの強度を、応答の強度と比較することによって特定され得る。ある実施形態においては、特定された濃度は、それをより大きな体積（流体試料中に存在するよりも）又は時間値と関連付けるために、時間軸上で「積算」され得る。代替として、又は追加的に、方法７００は、流体試料中のターゲット分析成分の特定のタイプのバイオバーデン濃度を特定することをさらに含み得る。
【００４６】
当業者であれば、ここで開示されるこの及び他のプロセス及び方法について、プロセス及び方法で実行される機能は、異なる順番で実現され得ることが理解できよう。さらに概要が説明されたステップ及び操作は、例示として提供されただけであって、ステップ及び操作のうちのいくつかは、開示された実施形態の本質から逸脱することなく、任意選択であってもよく、より少ないステップ及び操作にまとめられてもよく、又はさらなるステップ及び操作に拡張されてもよい。
【００４７】
方法７００の局面は、図８を参照してより詳細に記載され、図８は、ここで開示された少なくとも１つの実施形態にしたがって配置された、さまざまな図形表現８０２、８０４、８０６を示す。図形表現８０２は、図４の蛍光放射スペクトルプロファイル４０１及び４０２を含み、これらは、もし流体試料中にターゲット分析成分の１つの粒子又は粒子群が存在するなら、図７の１つの試料質問サイクルにおいて、「励起波長＃１」及び「励起波長＃２」における２つの蛍光励起信号による流体試料の照射に応答して生成され得る。
【００４８】
図形表現８０４は、ターゲット分析成分の蛍光寿命プロファイル８０８及び干渉物質の蛍光寿命プロファイル８１０を含む。ターゲット分析成分の蛍光寿命プロファイル８０８又は干渉物質の蛍光寿命プロファイル８１０の少なくとも１つは、１つの試料質問サイクルにおいて、「励起波長＃１」及び「励起波長＃２」における２つの蛍光励起信号のうちの１つによる流体試料の照射に応答して生成され得る。ターゲット分析成分又は干渉物質の少なくとも１つについて、別個の蛍光寿命プロファイル８０８又は８１０が、試料質問サイクル中に、２つの蛍光励起信号の他方による流体試料の照射に応答して生成され得る。ターゲット分析成分及び干渉物質の両方の粒子が、質問サイクル中に、流体試料中に存在する場合、検出される蛍光寿命プロファイルは、蛍光寿命プロファイル８０８及び８１０の合成であり得る。
【００４９】
図形表現８０６は、それぞれターゲット分析成分及び干渉物質についての、合同蛍光放射スペクトル及び寿命プロファイル（以下「プロファイル」又は「プロファイル群」）８１２及び８１４を含む。図形表現８０６は３Ｄグラフであり、ここで、第１軸８１６は強度に対応し、第２軸８１８はナノ秒での時間に対応し、第３軸８２０はｎｍでの放射波長に対応する。第２軸８１８に沿って、初期時間値（例えば第２軸８１８の最も左における）は、ターゲット分析成分の合同蛍光放射スペクトル及び寿命プロファイル８１２について０であり、右にいくと増加する。第２軸８１８に沿った時間値は、干渉物質の合同蛍光放射スペクトル及び寿命プロファイル８１４の最も左において０にリセットされ、右にいくと増加する。
【００５０】
プロファイル８１２及び８１４は、所定の分光学的関係の例であり、これらのそれぞれは、ターゲット分析成分及び干渉物質の対応するものについての多変量シグネチャー又はフィンガープリントを確立する。図７の方法７００のブロック７０２の間に生成されたさまざまな応答は、それぞれの質問サイクルの間に生成された２つ以上の蛍光放射スペクトルプロファイル（例えば４０１及び４０２）及び２つ以上の蛍光寿命プロファイル（例えば８０８及び／又は８１０）を含み、プロファイル８１２及び８１４と、又はそれらの特性と比較されることによって、流体試料のバイオバーデンを特定し得る。
【００５１】
図９〜１５は、ここで記載される少なくとも１つの実施形態にしたがって構成された、図６のプロセスモニタ６００の、及び／又はその一部の、さまざまな例示的実現例を示す。大まかには、プロセスモニタ６００は、励起捕集（excitation collection）システム及び検出システムに少なくとも論理的には分割され得る。
【００５２】
図９の実施形態において、プロセスモニタ６００の励起捕集システムは、フローセルの試料ゾーン９０６内に蛍光励起信号９０２及び９０４を放射する２つの蛍光励起源（図９及びその他の図において「励起源１」及び「励起源２」）を含む。試料ゾーン９０６は、蛍光放射信号を検出システムの捕集レンズ（collection lens）（図９及び他の図で「捕集レンズ」とラベルが付されている）に収束させるために、少なくとも部分的にはリフレクタによって囲まれ得る。リフレクタは、蛍光励起信号に対しては透過的であり得て、蛍光放射信号に対しては反射的であり得る。図９の実施形態は、図９に示されるように、蛍光励起信号９０２及び９０４が検出パスからはずれるように導くことによって、蛍光励起信号９０２及び９０４の検出システムへの伝達を最小化し得る。
【００５３】
図９又は他の図の捕集レンズは、光入射表面及び光出射表面の両方を有し得る。光入射表面は、凸面、凹面、非球面、度なし、又は他の適切な形状であり得る。同様に、光出射表面は、凸面、凹面、非球面、度なし、又は他の適切な形状であり得る。これら及び他の実施形態において、捕集レンズは、正味の正の光学屈折力を有し得る。したがって捕集レンズの光入射又は光出射表面のうちの少なくとも１つは、正の光学屈折力を持つ凸面又は非球面又は他の形状であり得て、光入射又は光出射表面の他方は、任意の光学屈折力を持つ凸面、凹面、非球面、度なし、又は他の形状であり得て、ただし前記正の光学屈折力との和がとられると依然として正味では正である。
【００５４】
コリメーティングレンズに続く励起フィルタは、予期された蛍光放射信号スペクトルの外の光の波長を除去し得る。第１ダイクロイックフィルタ（例えばビームスプリッタ）（図９で「ダイクロイックフィルタ１」）は、あるサブバンドを第１検出器（図９で「検出器バンド１」）の方へ向きを変え、他の波長を通過させるバンドパスフィルタであり得る。第２ダイクロイックフィルタ（図９で「ダイクロイックフィルタ２」）は、他のサブバンドを第２検出器（図９で「検出器バンド２」）の方へ向きを変え、他の波長を通過させるもう一つのバンドパスフィルタであり得る。
【００５５】
図１０〜１５において、ここの他の箇所で用いられるのと同様の名前及び／又は参照番号は、同様の要素を表す。図１０の例において、プロセスモニタ６００は、図１０に示されるように、制御可能に蛍光励起信号をシステムフローセルを通して導くために、光パイプの方法論を利用し得る。図９〜１５において、励起フィルタ（１つ存在する）の後の出力は、光導波路又はファイババンドルに結合されて、それから検出器に行く２つ以上のレグに分岐され得て、光導波路及び検出器の間の個別のフィルタ、又は別々のレグ内のフィルタ、又は光導波路のそれぞれのレグは、光導波路材料中に吸収染料を持つポリマー（低コスト）又はガラスで作られたモールドされた光導波路のような、内在的なフィルタ特性を有し得る。
【００５６】
図１１の例では、プロセスモニタ６００は、図１０に図示されるのとは異なるやり方で、制御可能に蛍光励起信号をシステムフローセルを通して導くために、光パイプの方法論を利用し得る。
【００５７】
図１２〜１５は、プロセスモニタ６００中に含まれ得る検出器システムのさまざまな構成を図示する。これら及び他の実施形態において、ダイクロイックフィルタ（群）は、キューブビームスプリッタ又はキューブビームスプリッタ群の疎な（loose）、又は互いに固着された（adhered together）アレイで置換され得る。代替として、適切なフィルタ機能を持つ、Ｋプリズム又はフィリップスプリズム構成、又はＸキューブ構成のような、フィルタ機能を持つプリズムアセンブリが用いられ得て適用され得る。これらのプリズム群は、アレイ状にも展開され得る。検出器は、蛍光放射信号をプリズムから近接焦点（proximity focus）（例えばバットカップリングされた）、レンズ又はファイバを介して受け取り得る。
【００５８】
図１２では、単一の検出器への所望のサブバンドを制御可能に遅延させるために、光ファイバ方法論が利用され得る。例えば、光ファイバ１２０２、１２０４、１２０６は、異なる長さを有し得る。光ファイバ１２０２と比較して、光ファイバ１２０４、１２０６の長さがより長いと、励起捕集システム（例えば図１０を参照）から図１２の検出器へ伝達される蛍光放射信号（又はそのサブバンド）の異なる、既知の遅延を導入し得る。サブバンドへ遅延を導入することによって、単一の検出器を用いて複数のサブバンド群を検出することができる。
【００５９】
図１３は、単一の検出器への所望のサブバンドを制御可能に遅延させるために、光ファイバの方法論を利用する検出器システムの他の構成を図示する。図１４は、モザイクフィルタのようなフィルタ技法を持つ検出器アレイへの所望のサブバンドを制御可能に遅延させるために、光ファイバの方法論を利用する検出器システムの構成を図示する。図１５は、光ディレイを持たず、モザイクフィルタのようなフィルタ技法を持つ検出器アレイを持つ検出器システムの構成を図示する。
【００６０】
実質的に任意の複数及び／又は単数の語のここでの使用について、当業者なら複数から単数へ、及び／又は単数から複数へ、文脈及び／又は応用例に適切なように言い換えることができよう。さまざまな単数の／複数の組み合わせは、ここでは簡潔さのために明示的に述べられ得る。
【００６１】
本発明は、その精神又は本質的特質から逸脱することなく、他の具体的な形態で実現され得る。記載された実施形態は、全ての点において例示的に過ぎず、限定的ではないと考えられるべきである。したがって本発明の範囲は、前述の記載によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の等価物の意味及び範囲内でなされる全ての改変は、特許請求の範囲の範囲内に包含されるべきである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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