(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローサイトメーターアナライザであって、
第１光出力を有する励起光源と、
領域を有する流路であり、前記領域まで液体媒体内のバイオサンプルを運ぶ能力を持ち、前記領域内の前記バイオサンプルは前記励起光源によって照射され、前記バイオサンプルはルミネセンスを発する、流路と、
前記ルミネセンスの少なくとも一部が向けられるスペクトル分散素子であり、前記ルミネセンスの少なくとも一部が分散される、スペクトル分散素子と、
一列に並べられた８以上の光検出装置であり、それぞれが、光検出入力及び光検出出力を有し、分散された前記ルミネセンスのうち少なくとも一部が、当該８以上の光検出装置の複数の光検出入力内に入力される、８以上の光検出装置と、
第１デジタル入力及び第１デジタル出力を有するデジタル記憶域スペースと、前記第１デジタル入力に結合され得る分析スペースとを有するデジタル信号プロセッサであり、前記分散されたルミネセンスの少なくとも一部に対して計算を達成することができ、前記デジタルスペースは、第２入力及び第２出力を有する、デジタル信号プロセッサと、
前記光検出出力に結合された、論理和システムを有するデジタルトリガ装置であり、前記論理和システムは、前記光検出出力から受信された信号を論理的に加算し、さらに、前記論理的に加算された信号をトリガとして使用して、デジタル信号処理ユニットに、前記光検出装置からのデータを記憶及び分析させる、デジタルトリガ装置と、
を含むフローサイトメーターアナライザ。
【請求項２】
前記励起光源はレーザダイオードである、請求項１に記載のフローサイトメーターアナライザ。
【請求項３】
前記光検出器はアバランシェフォトダイオードアレイ（ＡＰＤ）である、請求項１に記載のフローサイトメーターアナライザ。
【請求項４】
前記アバランシェフォトダイオードは、アレイの形態の複数の光検出器装置であり、前記光検出器装置は、８から３４に及び得る、請求項３に記載のフローサイトメーターアナライザ。
【請求項５】
前記データ全て又は前記光検出アレイにおける選択された数の素子が論理的加算である、請求項１に記載のフローサイトメーターアナライザ。
【請求項６】
前記バイオサンプルは自己発光する、請求項１に記載のフローサイトメーターアナライザ。
【請求項７】
前記バイオサンプルは、バイオセル上のマーカーから発光する、請求項１に記載のフローサイトメーターアナライザ。
【請求項８】
前記スペクトル分散ユニットは格子である、請求項１に記載のフローサイトメーターアナライザ。
【請求項９】
前記スペクトル分散素子はプリズムである、請求項１に記載のフローサイトメーターアナライザ。
【請求項１０】
バイオカウンティング装置であって、
励起光源と、
流路によって運ばれる、照射されるバイオサンプルであり、発光するバイオサンプルと、
スペクトル分散素子であり、前記発光の少なくとも一部を分散させるスペクトル分散素子と、
一列に並べられた８以上の光検出装置であり、それぞれが、光検出入力及び光検出出力を有し、前記スペクトル分散素子からの発光の少なくとも一部が捕捉され、前記８以上の光検出装置内に入力され、出力信号が当該８以上の光検出装置によって生成され、データが当該８以上の光検出装置によって生成され、前記バイオサンプルを特徴づける、８以上の光検出装置と、
デジタル記憶域スペース入力、デジタル記憶域スペース出力及び分析スペースを有するデジタル記憶域スペースであり、前記光検出装置からの出力信号が、分析のために当該デジタル記憶域スペースの入力内に入力される、デジタル記憶域スペースと、
前記光検出出力に結合された、論理和システムを有するデジタルトリガ装置であり、前記論理和システムは、前記光検出出力から受信された信号を論理的に加算し、さらに、前記論理的に加算された信号をトリガとして使用して、デジタル処理ユニットに、前記光検出装置からのデータを記憶及び分析させる、デジタルトリガ装置と、
を含むバイオカウンティング装置。
【請求項１１】
前記励起光源はレーザダイオードである、請求項１０に記載のバイオカウンティング装置。
【請求項１２】
前記光検出器装置はアバランシェフォトダイオードアレイ（ＡＰＤ）である、請求項１０に記載のバイオカウンティング装置。
【請求項１３】
前記アバランシェフォトダイオードアレイ（ＡＰＤ）は、８のフォトダイオードから３４のフォトダイオードに及ぶフォトダイオード素子を含む、請求項１２に記載のバイオカウンティング装置。
【請求項１４】
前記データ全て又は前記光検出アレイにおける選択された数の素子が論理的加算によって前記データを分析する、請求項１０に記載のバイオカウンティング装置。
【請求項１５】
前記バイオサンプルは自己発光する、請求項１０に記載のバイオカウンティング装置。
【請求項１６】
前記バイオサンプルは、バイオセル上のマーカーから発光する、請求項１０に記載のバイオカウンティング装置。
【請求項１７】
前記スペクトル分散素子は格子である、請求項１０に記載のバイオカウンティング装置。
【請求項１８】
選択的自己トリガフローサイトメーターであって、
照射源を生成する励起レーザダイオードと、
領域を有する流路であり、当該流路を通って流れる複数のバイオサンプルを有し、前記励起レーザダイオードが、当該流路によって運ばれ且つ前記レーザダイオードによって励起される前記バイオサンプルの少なくとも一部を照射して、第２ルミネセンスを生成する、流路と、
照射している前記バイオサンプルからのルミネセンスを分散するスペクトル分散素子と、
前記バイオサンプルの照射からのルミネセンススペクトルを検出する、一列に配置された８以上のアバランシェフォトダイオードのアレイと、
前記アバランシェフォトダイオードのアレイから受信された信号を論理的に加算し、さらに、前記論理的に加算された信号をトリガとして使用する論理和によってトリガされた場合に前記アバランシェフォトダイオードのアレイからのバイオサンプルを感知し、前記バイオサンプルの収集及び分析を開始するトリガと、
を含む選択的自己トリガフローサイトメーター。
【請求項１９】
前記アバランシェフォトダイオードのアレイが、部分的に、８から３４の受光素子から作製される、請求項１８に記載の選択的自己トリガフローサイトメーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１４年１２月１０日に出願された、米国仮特許出願第６２／０８９８６４号の非仮特許出願である。この出願は、参照により、米国仮特許出願第６２／０８９８６４号の全開示を組み込む。しかし、本開示が参照特許出願と矛盾するのであれば、本開示が優先されることになる。
【０００２】
本発明は、一般に、サイトメーターに関し；特に、フローサイトメーター、及び、これらのサイトメーターを作製、設計、使用する及びこれらのサイトメーターをシステムにまとめる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、フローサイトメトリーは、光学的及び／又は電子工学的検出装置を介して、顕微鏡的粒子、バイオ粒子、バイオセル（ｂｉｏ−ｃｅｌｌｓ）及びその誘導体を数え、調べ、選別し、測定し、及び、その種々の態様を特徴づけて、その物理的及び／又は化学的特徴を決定する方法である。フローサイトメトリーシステムの初期の開発は、インピーダンスに基づいており、さらに、１９５３年にＷａｌｌａｃｅ  Ｈ．Ｃｏｕｌｔｅｒによって開発された。長年にわたって、いくつかの開発が、Ｍａｃｋ  Ｆｕｌｗｙｌｅｒ及びＷｏｌｆｇａｎｇ  Ｇｏｈｄｅ等によって行われ、市場へのシステムの有用な容認可能性を上げた。今日の従来のフローサイトメトリーにおいて、フローサイトメトリーは、一般的に、可視スペクトルの光の使用に基づいている。
【０００４】
典型的に、フローサイトメーターは、１つ又は複数の試料に向けられる特定の１つ又は複数の周波数の光を放つ分析機器である。光源から放たれた光は試料を励起して、特定の１つ又は複数の周波数の光を、試料の表面から、場合によっては、試料の内側から放つ。試料の表面から放たれる、場合によっては、試料の内部から放たれる光の周波数が収集され且つ分析される。
【０００５】
しかし、単位全体又は単位設計への特定の部分の非統合等、ある問題が、市場に出るための従来のフローサイトメトリーマシンの採用を遅くしている。また、この乏しい設計のため、従来のフローサイトメーターは、細胞、バイオセル細胞及び／又は生物学的物質を正確に数える及び特徴づける能力を有しておらず、その結果、従来のフローサイトメトリー機器の使用及びあり得る有用性を限定している。さらに、この乏しい設計は、製造及び信頼性等の他の問題を引き起こすため、市場における従来のフローサイトメーターの有用性を下げている。さらに、従来のフローサイトメーターの乏しい設計は、製造能力及びコストパラメータを限定し、コストをせり上げている。従って、製造能力を限定し、且つ、従来のフローサイトメーターをより高価にしている。
【０００６】
従来のフローサイトメーターは、いくつかの問題及び不利益を有しているということが容易にわかり得る。フローサイトメトリーの多くのあり得る利点にもかかわらず、市場での受け入れは、特に、携帯型及び据え置き型の用途において限定される。さらに、フローサイトメトリーの適用の一部は高容量での適用であるため、これらの問題及び不利益は、従来のフローサイトメトリー技術が、フローサイトメトリーのコストを下げるように使用されるのを、及び、高容量での適用でより有用であることを可能にしない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、大量製造可能なより効率が高く有能な低コストのフローサイトメトリーのシステム又は機器が非常に所望されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
種々の代表的な態様において、本発明は、バイオサンプルを照射する励起光源を有する光スペクトラムアナライザを提供する。バイオサンプルは、励起光源によるバイオサンプルの励起で発光する。そのルミネセンスは分散素子に向けられ、ルミネセンスは、伝播及びデジタル化され、さらに、デジタル信号処理ユニットにおいて記憶及び分析される。デジタル信号処理ユニットは、ルミネセンスデータの最初の取得に直接及び密接に連通しており、フローサイトメーターがカウンターとして使用されるのを可能にしている。
【０００９】
本発明の代表的な要素、動作特徴、適用及び／又は利点は、特に、以下においてより完全に示され、記載され且つ請求される構成及び動作の詳細に存在し、本明細書の一部を形成する付随の図面が参照され、終始、同様の数字は同様の部分を意味する。他の要素、動作特徴、適用及び／又は利点も、詳細な説明において記載される特定の例証的な実施形態に照らして当業者には明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の単純化されたフローサイトメーターの概略図であり、励起光源、流路、複数のマルチフォトディテクタ、多数のフィルタ、多数のゲート、デジタル信号プロセッサ及びトリガ装置を示している。
【図２】フローサイトメーターの一実施形態の概略図であり、本発明を例示し、さらに、励起光源、流路、複数のマルチフォトディテクタ、デジタル信号プロセッサ及びトリガ装置を示している。
【図３】本発明の別の実施形態の概略図であり、単純化されたフローサイトメーターを例示し、さらに、励起光源、流路、複数のマルチフォトディテクタ、デジタル信号プロセッサ及びトリガ装置を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
当業者は、図における要素は、簡単に且つ明確に例示されており、必ずしも正寸ではないということを正しく理解することになる。例えば、図における要素の一部の寸法は他の要素と比較して拡大されて、本発明の種々の実施形態の理解を改善することに寄与している場合がある。さらに、「第１」及び「第２」等の用語は、本明細書において、もしあれば、特に、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも時系列又は年代順を記載するために使用されるわけではない。さらに、本明細書及び／又は特許請求の範囲における前、後ろ、上、下、〜の上及び〜の下等の用語は、もしあれば、一般的に説明目的で利用され、必ずしも排他的な相対位置を包括的に記載するためではない。従って、当業者は、そのように使用される上記の用語のいずれも、本明細書において記載される本発明の種々の実施形態が、例えば、明白に例示されているか、さもなければ記載されているものとは別の方向においても作動可能であるように、適切な状況下で交換することができるということを理解することになる。
【００１２】
以下に記載される実施形態の詳細に取り組む前に、いくつかの用語が定義又は明らかにされる。
【００１３】
「フィルタ」という用語は、特定の周波数の光を選別する、妨げる又は特定の周波数の光がフィルタを通過するのを阻止する能力を持ついかなる材料又は装置も意味するように意図される。
【００１４】
「発光検出器」という用語は、試料材料からの発光を検出及び／又は感知する能力を持ついかなる装置又は材料も意味するように意図される。典型的には、発光検出器は様々な周波数を感知又は検出することができる。しかし、発光検出器は、単一の周波数の光又は小さなグループの周波数の光を感知又は検出するように作製され得るということが理解されるべきである。加えて、発光検出器は様々な発光検出器で作製され得る。
【００１５】
「試料」という用語は、供給源から出ている試料から光を放つか又は発光する能力を持ついかなる１つ又は複数の材料、いかなる生物学的又は非生物学的材料を意味するように意図される。
【００１６】
「バイオサンプル」という用語は、いかなる１つ又は複数の生物学的材料を意味するように意図され、供給源から出ている試料から光を放つ又は発光する能力を持つ。
【００１７】
「１つ又は複数のバイオセル」という用語は、生きていてもよい及び／又は死んでいてもよい基本的な生物学的単位を意味するように意図される。
【００１８】
「１つ又は複数の細胞」という用語は、生きていても生きていなくてもよい基本的な単位を意味するように意図される。単に例として、限定されないが、ウイルス又はマイコプラズマ等は定義することが困難である場合がある。
【００１９】
「ルミネセンススペクトル」という用語は、輝線、バンド又は連続的な放射特性のスペクトルを意味するように意図され、さらに、特定の種類の励起を受けた特定の発光物質によって決定される。
【００２０】
「ルミネセンス信号捕捉」という用語は、光源によるバイオサンプルの照射からの出力信号の捕捉及び記録を意味するように意図され、光源によるバイオサンプルの照射は、特定の周波数でバイオサンプルの輝度を引き起こし、特定の特徴が同定及び記録されるのを可能にする。
【００２１】
「励起光源」という用語は、試料を照射しさらに発光する能力を持ついかなる適した光源も意味するように意図される。
【００２２】
「流路」という用語は、試料を励起光源によって照射することができる領域まで試料を浮遊させ且つ運ぶ能力を持ついかなる適した液体も意味するように意図される。
【００２３】
「デジタル信号プロセッサ」（ＤＳＰ）（デジタル信号装置としても知られる）という用語は、その構造がデジタル信号処理の動作上のニーズに最適化された、特殊化されたマイクロプロセッサ（又はＳＩＰブロック）を意味するように意図される。典型的には、ＤＳＰの目標は、通常、連続的な実世界のアナログ信号を測定、選別及び／又は圧縮することである。
【００２４】
「論理和」（ａｄｄ  ｌｏｇｉｃ）という用語は、論理離接及び／又は離接的同定（ｄｉｓｊｕｎｃｔｉｖｅ  ｉｄｅｎｔｉｔｙ）を意味するように意図され、典型的には２つの命題の値である２つの論理値に対する演算が、その演算数のどちらも偽である場合に、及び、その場合にのみ偽の値を有する。より一般的には、離接は、「または」によってのみ分けられる１つ又は複数のリテラルを有し得る論理式である。単一のリテラルは、退化した離接であると考慮されることが多くある。離接的同定は偽であり、すなわち、偽を有するまたはという表現は、元の表現と同じ値を有する。空虚な真の概念と一致して、離接が、任意のアリティの演算子又は関数として定められる場合、空の離接（空の演算数のセットにわたるＯＲ）は、一般的に、偽として定められる。
本明細書において使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語又はそのいかなる異形も、要素のリストを含むプロセス、方法、物品、組成物又は装置が記載される要素のみを含まず、明白に列挙されていない又はそのようなプロセス、方法、物品、組成物又は装置に固有の他の要素も含み得るように、非排他的な包含を参照するように意図される。特に記載されていないものに加えて、本発明の実施において使用される上述の構造、配置、用途、比率、要素、材料又は構成要素の他の組み合わせ及び／又は修正も、当業者によって、特定の環境、製造仕様、設計パラメータ又は他の動作要件に、それらの一般的な原理から逸脱することなく変えられ得るか、さもなければ特に適応し得る。
【００２５】
さらに、逆のことが明示的に述べられていない限り、「又は」は、包括的な「又は」を意味し、排他的な「又は」を意味しない。例えば、条件Ａ又はＢは、以下の：Ａが真であり（又は存在し）、Ｂが偽である（又は存在しない）、Ａが偽であり（又は存在せず）、Ｂが真である（又は存在する）、及び、ＡもＢも真である（又は存在する）、のうちいずれによっても満たされる。また、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」の使用は、本発明の要素及び構成要素を記載するために用いられる。これは、単に便宜上行われるものであり、本発明の一般的な意味を与えるために行われるものである。この記載は、１つ又は少なくとも１つを含むように読まれるべきであり、さらに、単数は、それが他の意味であることが明らかでない限り、複数も含む。
【００２６】
他に定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書において記載された方法及び材料と類似又は同等の方法及び材料を本発明の実施又は試験に使用することができるけれども、適した方法及び材料が以下に記載される。本明細書において言及される全ての刊行物、特許出願文献、特許文献及び他の参照文献も、その全体が参照により組み込まれる。矛盾する場合、定義を含む本明細書が支配する。加えて、材料、方法及び実施例は、例示的なものにすぎず、限定的であるように意図されない。
【００２７】
本明細書において記載されていない限り、特定の材料、処理行程及び回路に関する多くの詳細は従来のものであり、生物学的、光学的及び化学的技術におけるテキスト及び他の情報源において見つけることができる。
【００２８】
次に、図１を参照すると、図１は、複数の矢印１１１で示されているように、励起レーザー源１０３によって励起されて発光する生体分子を分析する従来の光スペクトラムアナライザを組み込んだ従来のフローサイトメーター１００である。そのようなルミネセンスは、細胞自体からの自己発光、又は、１つ又は複数のバイオセルに付着されたカラーラベルタグ又はマーカーからの自己発光のいずれかによって生成することができる。１つ又は複数のバイオセルに関する情報は、スペクトルの分析を介して得ることができ、分析は、その波長分布及び強度の異なるスペクトルの分布が異なるバイオセル及び／又は１つ又は複数のバイオセル上のマーカーの存在を示すことを含む。加えて、励起レーザー源１０３は、バイオセルによって散乱されてもよく、散乱光は、矢印１０９によって示されている。その対応する強度は、そのような別個のバイオセルの濃度を示す。
【００２９】
典型的には、バイオサンプル１１４は様々なバイオセル分子を含んでもよく、そのそれぞれが、自己発光の生成又は標識されたカラータグのいずれかを介して特有のスペクトル分布に対応する。しかし、図１において示されているように、励起光源１０３が、領域１２０において複数のバイオサンプル１１４及び他の物質と相互作用した後で、発光が生じるということが理解されるべきである。輝度１０９も複数の輝度１１１も、多くの異なる波長及び波長の強度を有する。しかし、複数の輝度１１１の場合、複数のフィルタ１３６（１３８、１４０、１４２及び１４４を含む）に単独で又は全体として通される。従来のフローサイトメーター１００は、図１において示されているように、対応するルミネセンススペクトル１０９及び複数のスペクトル１１１並びにその強度を受けるように、さらに、残りを拒絶するようにカスタマイズすることができるフィルタ１３８、１４０、１４２及び１４４を有する、光電子増倍管（ＰＭＴ）等のマルチフォトディテクタ１２８、１３０、１３２及び１３４を組み込んでいる。散乱光１０９は、フォトダイオード１２６によって受けられる。従って、光検出器１３２等の１つの光検出器は、１つのタイプのバイオセル分子又はバイオセル上のマーカーに対応する。図１において示されているように、バイオサンプル１１４が励起光源１２２によって照射される場合、多くの異なる波長の光がルミネセンスとして放たれ、これは、複数の矢印１１１によって示されており、個々の矢印１２４、１２５、１２６及び１２７は、複数のフィルタ１３６に動くルミネセンスを示している。これらの異なる波長の光は、複数のフィルタ１３６に達する。しかし、それぞれのフィルタ１３８、１４０、１４２及び１４４は、特定の波長の光のみを通して、その対応する光検出器１２８、１３０、１３２、１３４とそれぞれ個々に相互作用する。従来のフローサイトメーター１００は、個々のバイオセルサンプル１１５、１１６及び１１８として示されているバイオセルサンプル１１４を含有する液体流路１０２を含む。半導体レーザー又はＬＥＤ等の励起光源１０３は、流路１０２上の領域１２０内でバイオサンプル１１４を励起するために使用される。領域１２０のバイオセルは、複数の矢印１１１によって示されているように、ルミネセンス１１１及び散乱光１０９を放ち、例えば光検出器１２８、１３０、１３２、１３４及び１２６等単独で、又は、例えば複数の光検出器１３７等まとめて収集され得る。光検出器１２６は、いかなる組み合わせの光検出器にも含ませることができるか、又は、いかなる組み合わせの光検出器からもはじき出すことができるということが理解されるべきである。典型的には、対応するフィルタ１３８、１４０、１４２及び１４４をそれぞれ有する光検出器１２８、１３０、１３２及び１３４が共に作用して興味のあるルミネセンス及びスペクトルの内容物のみが、いかなる個々の光検出器によっても検出されるのを可能にしている。光検出器１２８、１３０、１３２及び１３４の出力アナログ信号は、複数のＡ／Ｄコンバータを含むデジタル信号処理（ＤＳＰ）１４１の回路網によってデジタル化される。光検出器１２６の使用において、バイオサンプル領域１２０からの散乱光１０９は、光検出器１２６によって捕捉され、光検出器１２６は、矢印１４３によって示されているトリガ信号を生成してＤＳＰ１４１をトリガし、ルミネセンス及び光の散乱の信号捕捉を同期させる。これは、光励起下で放たれたルミネセンスを記録することに加えて、バイオセル又はバイオセル上のマーカーを数えることも可能にする。加えて、異なるマーカー間のクロストークが、複雑な較正手順によって補償される。
【００３０】
従来のフローサイトメーター１００において、バイオセル分子によって、その独自の特有の自己発光又は付着したカラーラベルのため、放たれる特徴的なルミネセンスは異なるということが理解されるべきである。ルミネセンススペクトルは、波長が互いに近すぎる場合に互いに重なることがある。このクロストークは、従来のサイトメーター並びに検出感度と、複数のタイプのバイオセル又はバイオセル上のマーカーの同時検出とを制限する。
【００３１】
次に、図２を参照すると、図２は、本発明をより良く例示するために単純化されたフローサイトメーター２００の概略図である。図２は、励起光源２０３、流路２０１、個々の光検出器２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８及び２２９が個別に同定されている複数の光検出器２１５と、散乱光の光検出器２０５と、デジタル信号プロセッサ２４１と、デジタル記憶域スペース２３１と、分析スペース２３３と、線２４３によって示されているデジタルトリガ又はトリガ装置とを示している。さらに、図２において示されているように、フローサイトメーター２００は、個々のバイオサンプル２１６、２１８及び２２０によって例示されている複数のバイオサンプル２１４を有する液体流路２０１を含む。複数のバイオサンプル２１４は、典型的には、複数のバイオサンプル２１４を領域２０７まで運ぶ能力を持ついかなる適した液体、懸濁液又は液体媒体においても浮遊させられる。典型的には、液体流路２０１は、光学的に透明な管又は容器に入れられ、励起光源２０３が、光学的に透明な管又は容器を通過し、個々に又は共に複数のバイオサンプル２１４に達するのを可能にする。励起光源２０３が複数のバイオサンプル２１４と相互作用した後で、発光及び散乱が生じ、ここで、波長に変化が現れ、光の散乱が放たれ且つ分散素子２１３に向かって液体流路２０１を通過する。
【００３２】
一般的に、生理食塩水、５％デキストロース又は緩衝液等、いかなる適した液体懸濁液又は液体媒体も使用することができるが、それらに限定されない。図２において例示されているように、流路２０１は、個々に同定された複数のフローライン２０４によって、及び、部分的にフローライン２０６、２０８及び２１０によって示されている。
【００３３】
図２において示されているように、励起光源２０３が、領域２０７を照射するために使用され、バイオサンプルが領域２０７を通過するに従い、個々のバイオサンプル２１６、２１８及び／又は２２０、又は、複数のバイオサンプル２１４が照射される。励起光源２０３は、発光ダイオード、発光フォトダイオード、レーザー又は半導体レーザー等、いかなる適した装置からも作製することができる。さらに、励起光源２０３は、所望されるいかなる適した１つ又は複数の波長の光も生成するように構成することができる。一例として、複数のバイオサンプル２１５が励起光源２０３によって照射された後で、複数のバイオサンプルは発光する。
【００３４】
典型的には、励起レーザー源２０３の吸収によるルミネセンス由来の放たれた光は、分散素子２１３によって分散され、いかなる適した光検出器又は光検出器の群によっても収集される。図２において示されているように、特定の用途及び／又はニーズに応じて、個々の光検出器２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８及び２２９を、個々に光を捕捉するように構成することができるか、又は、複数の光検出器２１５を用いて光を捕捉するように構成することができる。図２において示されているように、光検出器は、ボックスとして例示され、光検出器２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８及び２２９等、同定数値標識を有するということに留意するべきである。しかし、本発明のさらなるロバスト性を示す試みの中で、記号が使用される。例えば、Ｄ１及びＤ２は、第１及び第２の光検出器を記号で表わしており、Ｄｎは、いかなる数の最後の光検出器も記号で表わしている。このように、本発明にさらなるロバスト性を与えている。加えて、別の光検出器２０５が、バイオサンプルによって散乱される励起レーザー源２０３である散乱光２０９を捕捉するために使用されている。散乱光は、実際はルミネセンスではない。散乱光は、バイオサンプル２１６、２１８及び２２０によって散乱される励起光源２０３由来であり、ルミネセンスは、励起光源２０３の吸収を介してバイオサンプル２１６、２１８及び２２０によって放たれる光である。
【００３５】
半導体光検出器、アクティブピクセルセンサ（ＡＰＳ）又は電荷結合素子（ＣＣＤ）等、いかなる適した１つ又は複数の光検出器も使用することができるが、それらに限定されない。
【００３６】
図２において示されているように、光検出器のアレイ２１５は、図２において示されているような格子又はプリズム等の分散素子２１３によって空間的に分散された生体分子のフルスペクトル２１１を記録するために使用することができる。カラーラベル又は自己発光のルミネセンススペクトルは、典型的には、事前較正され得るその独自の特徴プロファイルに従う。多数のタイプのバイオセルを含むバイオサンプルが、励起光源２０３によって領域２０７にて励起される場合、特徴的なルミネセンスプロファイルは重なることになり、さらに、複数の光検出器２１５又は光検出器アレイ２１５は、個々の光検出器２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８及び２２９を介して、組み合わされたルミネセンススペクトル２１１を記録することになる。図２において例示されているように、ルミネセンススペクトル２１１は、ラムダ１（λ１）の記号及びラムダｎ（λｎ）の記号の使用によって例示されている多数の波長の光を含み、ラムダ１（λ１）は、第１の波長を表し、ラムダｎ（λｎ）は、異なる波長を表している。
加えて、特定の用途に応じて、いかなる適したサイズのアレイも使用することができるということを理解されたい。それぞれの光検出器要素が、特定のスペクトルの内容物のスペクトル分布を受ける。いかなる特定のカラーラベル及び自己発光の特徴的なルミネセンススペクトルも既に事前較正されているため、ＤＳＰ２４１によって、受信したアナログ信号がデジタルデータに変換された後に、デジタルデータ処理を介して、それぞれのバイオセルに対する分布強度を、組み合わされたスペクトルから解くことができる。これにより、ピーク波長において互いに密接な間隔で置かれるさらなるカラーラベルの使用が可能になり、従って、検出感度を犠牲にすることなく同時に検出されることになるバイオセルのタイプが増加する。この検出方法において、フルスペクトルの強度が外挿されるため、従来のハードウェアフィルタは不要であり、従って、ソフトウェアフィルタをデータ処理において実装して、従来のフローサイトメーターにおけるハードウェアフィルタ由来のものと同等のあらゆるデータを得ることができる。ソフトウェア実装はより順応性があり且つより容易に自動化することができ、従って、システム全体が単純化され、製造コストもサービスコストも削減される。
【００３７】
アレイ検出のスキームにおいて、ＤＳＰ２４１によって変換されたデータは、従来の方法、すなわち、散乱光２０９によって同期させられ、トリガ信号２４３を生成するために別の光検出器２０５によって受信される。バイオサンプル２１４は、通常複雑であり、さらに、全てが光を散乱させることになる様々なバイオセル及び粒子を含む。それらの事象の一部は興味深いものであり、他のものは興味深いものではない。アレイ信号捕捉同期のためのトリガとして散乱光を使用する場合、これらの事象のうち全てがカウントされ、データ記憶域スペースのサイズが大きくなり、さらに、データ分析が遅くなる。関心のある２つの事象の間隔が分析中時間的に近すぎる場合、システムは、それらの事象を２つの別々の有効な事象として区別することができないため、それらの事象は破棄されることになる。或いは、分離された光検出器からのルミネセンス信号がトリガとして使用され、関心のある事象のみが捕捉され、従って、データ分析スループットが改善される。しかし、この従来のアプローチには２つの欠点がある。
【００３８】
ａ）  関心のある２つの事象のタイミングの間隔が互いに近すぎる場合、システムは１つの有効な事象を失うことになる。
【００３９】
ｂ）  ルミネセンス検出のための余分な光検出器の使用は、システムの製造コストを上げる。
【００４０】
アレイの光検出器２１５からの受光した分散された発光２１１を使用してデータの捕捉及び分析をトリガすることによって既存の従来のフローサイトメーターの欠点を修正する及び／又は排除することが本発明の目的である。この自己トリガは、アレイの光検出器２１５がいかなる光フィルタリングなしでも完全なルミネセンス信号を受信するように設計されているため可能である。有効なバイオセル又は粒子が励起光源２０３によって励起されると、付着されたカラーラベルからのルミネセンスに加えて、バックグラウンドとして自己発光することになる。図１において示されているように、従来のフローサイトメーター１００は、複数のフィルタ２１５又は個々のフィルタ１２８、１３０、１３２のいかなる組み合わせも使用して特定の望ましくないルミネセンスを除去し、従って、図１に示されている自己トリガの方法論を実用的ではない又は可能ではないものにする。しかし、光検出器２１５が、完全な光スペクトルを捕捉するアレイの光検出器であることにより、自己トリガが実現可能になる。
【００４１】
次に図３を参照すると、図３は、本発明の別の実施形態の概略図を示しており、励起光源３０３、流路３０１、複数の光検出器３１５、デジタル記憶域スペース３３１及び分析スペース３３３を有するデジタル信号プロセッサ３４１及びトリガ装置３４３を示す単純化されたフローサイトメーター３００を例示している。
【００４２】
図３において示されているように、フローサイトメーター３００は、流路３０１内の領域３０７内でルミネセンスを放つバイオサンプル３１４を励起する励起光源３０３を示している。図３において例示されているように、流路３０１は、複数のフローライン３０４によって示され、フローライン３０６、３０８及び３１０によって個々に且つ部分的に同定されている。ルミネセンスは、少なくとも部分的に、分散素子３１３に達する。分散素子３１３は、ルミネセンススペクトル３１１を、アレイ要素又は光検出器３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、３２８及び３２９を有するアレイ又は複数の光検出器３１５上に伝播する格子又はプリズム等のいかなる適した分散素子でもあり得る。光検出器のアレイ３１５は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）又は通常のＰＭＴから作製することができる。論理和（ａｄｄ−ｌｏｇｉｃ）が、光検出器のアレイ３１５がアレイの構成要素又は複数の光検出器３１５から受信した全信号を統合した後でＤＳＰ３４１において使用され、さらに、ΣＤｎによって表される出力信号が、ＤＳＰ３４１によるデータ捕捉を同期させるためにトリガ３４３を惹起するように使用され、Σは、複数の光検出器３１５の出力の合計を表している。論理和からのこの出力ΣＤｎは、関心のあるバイオセルが自己発光するか、又は、付着されたカラーラベルからルミネセンスを放つため、流路３０１内の関心のあるバイオセル又は複数のバイオセル３１４上のマーカーに遭遇する時はいつでも、励起レーザー源３０３と同期しているべきであり、従って、インサイチュ又はテスト後のデータ処理に対する関連するルミネセンススペクトルを記録しながら、関心のある事象の細胞を数えることを可能にする。複数の光検出器３１５からの信号の論理和を介して、より洗練されたトリガを採用することができる。複数の光検出器３１５の使用は、ユーザが個々の光検出器３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７又は３２９を選択するのを可能にし、従って、分析のために選択された細胞をターゲットにすることを可能にし、システム効率を改善し、さらに、そのような細胞を分析する場合に検出エラーを減らすということを理解するべきである。例えば、分析中に特定のバイオセルのみに関心があり、これらの細胞に対するカラーラベルが分かっている場合、対応する光検出器３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７又は３２９からの信号のみが、作動中にシグナルトリガーとして論理和される。
【００４３】
従って、本発明者等は、完全なスペクトル情報を捕捉し、さらに、細胞計数のスループットを改善し、バイオサンプルの洗浄及び溶解無しで、大きな不要な分子の存在下での作動も可能にする、従って、試料調製プロセスを単純化する、簡単で効果的な低コストの自己トリガフローサイトメーターを提供している。
【００４４】
以下の説明は、本発明の例証的な実施形態及び本発明者等の最良の形態の概念の説明であり、いかなる方法においても本発明の範囲、適用性又は構成を限定するように意図されない。正しくは、以下の説明は、本発明の様々な実施形態を実施するための簡便な例示を提供するように意図される。明らかになるように、本発明の真意及び範囲から逸脱することなく、開示された例証的な実施形態に記載された要素のいずれかの機能及び／又は配置に変更を加えることができる。
【００４５】
上記において、本発明は、特定の例証的な実施形態を参照して記載されてきた。しかし、付随の特許請求の範囲に明記された本発明の範囲から逸脱することなく、種々の修正及び変更を行うことができるということが正しく理解されることになる。本明細書及び図は、限定的なものではなく、例示的な様式で考慮されることになり、そのような修正全てが、本発明の範囲内に含まれるように意図される。従って、本発明の範囲は、単に上述した例によってではなく、添付の特許請求の範囲及びその法的な同等物によって決定されるべきである。例えば、いかなる方法又はプロセスの請求項において記載されたステップも、任意の順序で実行されてもよく、請求項に提示される特定の順序に限定されない。加えて、いかなる装置の請求項に記載された構成要素及び／又は要素も、本発明と実質的に同じ結果をもたらすために様々な順列で組み立てられるか、さもなければ動作的に構成されてもよく、従って、請求項の範囲に記載の特定の構成に限定されない。
【００４６】
利益、他の利点及び問題に対する解決策が、特定の実施形態に関して上述されてきた。しかし、発生するか又はより明白になるいかなる利益、利点、問題に対する解決策も、又は、いかなる特定の利益、利点又は解決策を引き起こし得るいかなる要素も、請求項のいずれか又は全ての決定的な、要求された又は必須の特徴又は構成要素として解釈されることはない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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