"カメラ要素を有する携帯デバイス用の蛍光撮像素子において:前記携帯デバイスに固定するよう構成されたハウジングと;前記ハウジング内に配置された微小流体フローセルと;前記ハウジング内に配置され、前記微小流体フローセルを側方から照明するよう方向付けられた励起光源と;前記ハウジング内に配置され、中にフィルタ媒体を保持するよう構成されたフィルタホルダと;前記ハウジング内に配置されたレンズとを具えており、前記ハウジングは、前記カメラ要素に近接して前記レンズが位置するように前記携帯デバイスに取り付けられるよう構成されていることを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1に記載の蛍光撮像素子がさらに、前記微小流体フローセルを通ってサンプルを送り込むよう構成された流体ポンプを具えていることを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1-2の何れかに記載の蛍光撮像素子において、前記フィルタホルダが、前記ハウジング内に、およびその外側へと移動可能であることを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1-3の何れかに記載の蛍光撮像素子において、前記携帯デバイスが、携帯電話を含むことを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1-4の何れかに記載の蛍光撮像素子において、前記携帯デバイスが、ウェブカムを含むことを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1-5の何れかに記載の蛍光撮像素子において、前記ハウジングが、前記携帯デバイスに脱着可能に固定するよう構成されていることを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1-6の何れかに記載の蛍光撮像素子がさらに、前記フィルタホルダ内に配置されたフィルタを具えていることを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1-7の何れかに記載の蛍光撮像素子がさらに、前記励起光源に電力供給するよう構成された電池を具えていることを特徴とする蛍光撮像素子。請求項7に記載の蛍光撮像素子がさらに複数の異なるフィルタを具え、各フィルタは特定の蛍光体に対応していることを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1-9の何れかに記載の蛍光撮像素子において、前記ハウジングの重さが50グラム未満であることを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1-10の何れかに記載の蛍光撮像素子において、前記ハウジングが、約100cm3未満のサイズを有していることを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1-11の何れかに記載の蛍光撮像素子において、前記ハウジングが、前記携帯デバイス上に留めるよう構成されていることを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1-12の何れかに記載の蛍光撮像素子において、前記ハウジングが、前記携帯デバイス上に恒久的に固定するよう構成されていることを特徴とする蛍光撮像素子。請求項1-13の何れかに記載のデバイスを使用する方法において:前記微小流体フローセルを通ってサンプルを流動させるステップであって、前記サンプルは、セルまたは粒子と、前記セルまたは粒子の少なくとも一部に結合するよう構成された蛍光体とを含むステップと;前記励起光源を用いて前記サンプルを照明するステップと;前記携帯デバイスのカメラ要素を用いて複数の連続画像フレームを取得するステップと、を含むことを特徴とする方法。請求項14に記載の方法がさらに、蛍光放射を放出しながら前記微小流体フローセルを通過するセルまたは粒子の数を集計するステップを含むことを特徴とする方法。請求項14に記載の方法がさらに、蛍光放射を放出する前記セルまたは粒子の流れを追跡するステップを含むことを特徴とする方法。請求項14に記載の方法がさらに、前記微小流体フローセルを通過する蛍光標識化した試料による合計の蛍光放射レベルを検出するステップを含むことを特徴とする方法。携帯式の蛍光画像化システムにおいて:カメラを有する携帯デバイスと;前記携帯デバイスに取り付けるよう構成されたハウジングと;前記ハウジング内に配置された微小流体フローセルと;前記ハウジング内に配置され、試料ホルダを側面から照明するよう方向付けられた励起光源と;前記ハウジング内に配置され、中にフィルタ媒体を保持するよう構成されたフィルタホルダと;前記ハウジング内に配置されたレンズとを具えており、前記ハウジングは、前記携帯デバイスのカメラに近接して前記レンズが位置するように前記携帯デバイスに取り付けられるよう構成されていることを特徴とするシステム。請求項18に記載のシステムにおいて、前記携帯デバイスが、携帯電話またはウェブカムを含むことを特徴とするシステム。請求項18-19の何れかに記載のシステムがさらに、前記微小流体フローセルを通ってサンプルを送り込むよう構成されたポンプを具えていることを特徴とするシステム。請求項18-20の何れかに記載のシステムにおいて、前記フィルタホルダが、前記ハウジング内に、およびその外側へと移動可能であることを特徴とするシステム。請求項21に記載のシステムがさらに、前記フィルタホルダ内に配置された1以上のフィルタを具えていることを特徴とするシステム。請求項18-22の何れかに記載のシステムにおいて、前記ハウジングが、前記携帯デバイスを把持するよう構成された1以上の把持要素を具えていることを特徴とするシステム。請求項18-23の何れかに記載のシステムがさらに、前記励起光源に電力供給するよう構成された電池を具えていることを特徴とするシステム。請求項18-24の何れかに記載のシステムにおいて、前記ハウジングの重さが約20グラム未満であることを特徴とするシステム。請求項18-25の何れかに記載のシステムにおいて、前記ハウジングが、約100cm3未満のサイズを有していることを特徴とするシステム。図1Aは、カメラ要素12を有する携帯デバイス10を示している。この携帯デバイス10は、カメラ機能を有する携帯電話、携帯情報端末PDA、ウェブカメラ例えば、ウェブカムなどを含みうる。図1Aに見られるカメラ要素12は概して、画像センサ15想像線に示すやカメラ機能を有する携帯デバイス内で通常見られる他の機構といった内部のカメラ構成要素を伴うカメラレンズ13を含んでいる。さらに図1Aを参照すると、携帯デバイス10の画像化機能と共に動作する蛍光撮像素子14が提供されている。この蛍光撮像素子14は、全ての蛍光画像化要素を収容するハウジング16を有している。ハウジング16は、耐久性があって、更に軽量の材料から作ることができる。例として、ポリマ材料、プラスチック材料、金属または金属合金さえも含む。ハウジング16は装着部18を有し、当該装着部18は把持するために使用する複数の把持要素20を有しているため、ハウジング16を携帯デバイス10に固定することができる。このようにして、ハウジング16を携帯デバイス10上に留め付けることができ、必要な時にそこから取り外すことができる。把持要素20は、携帯デバイス10の側部周囲を部分的に覆うスナップフィットのフランジ等を含みうる。好適には、蛍光撮像素子14の光路と携帯デバイス10の光路が整列例えば、蛍光撮像素子14のレンズと携帯デバイス10のレンズ13が実質的に整列するようハウジング16を摺動させる、あるいは移動させることができるように、把持要素20が作られている。把持要素20は、特定の携帯デバイス10に対して特注することができる。例えば、把持要素20の構造、位置、および寸法は、携帯電話の特定の物理的寸法と一致するように設計することができる。例えば、蛍光撮像素子14のハウジング16は装着部18、ひいては把持要素20と共に設計することができ、これらは特定の種類の電話例えば、IPHONEまたはSAMSUNGの携帯電話に固有のエッジや厚みに係合する寸法に構成される。代替的に、装着部18および把持要素20は、殆どのモデルに取り付けることができ、携帯デバイス10を作り出す汎用構造に設計してもよい。例えば、把持要素20は、ハウジング16を異なる寸法の携帯デバイスに固定することができる程度の柔軟性を有しうる。装着部18および把持要素20は、ハウジング16を携帯デバイス10に繰り返し取り付けたり、取り外すように構成されている。よって、蛍光撮像素子14は、必要なときに携帯デバイス10に装着し、使用後に携帯デバイス10から簡単に取り外すことができる。代替的に、幾つかの実施形態では、蛍光撮像素子14は、携帯デバイス10に恒久的に取り付けることができる、あるいは固定することもできる。図1Bは、画面22を有する携帯デバイス10の画面を示している。この画面22は、蛍光撮像素子14を用いて撮影した蛍光画像を表示するために使用される。図1Bは、概ね暗い背景に対する一連の明るいドット23を示している。これらの明るいドット23は、蛍光撮像素子14および携帯デバイス10によって画像化された蛍光セルまたは粒子を表している。殆どの携帯デバイス10に共通の画面22を使用して、携帯デバイス10と相互作用させることができる。図1Cは、蛍光撮像素子14の分解図を示している。ハウジング16の内側には、蛍光ポンプ光源として使用される励起光源24が配置されている。この励起光源24は1以上の発光ダイオードLEDを含みうる。励起光源24は、さらにハウジング16内に配置された1以上の電池26によって電源供給されるハウジング16の一部が切り取られて図示されている。以下に説明するように、励起光源24は蛍光励起光を発するよう方向付けられており、励起光はカメラレンズ13と中にサンプルを含む試料ホルダ28の間の光路に対してほぼ垂直となる。図1Cは、既定の向き、さらに反転した向きにある試料ホルダ28を示している。試料ホルダ28はハウジング16内に載るよう構成され、これにより励起光源24は試料ホルダ28の側面にバットカップリングされる。このようにして、試料ホルダ28のエッジまたは側面は、励起光源24から放出されたポンプ光の導波路として機能する。試料ホルダ28は、トレイ、隆起、プラットフォームなどの形状をなしうる支持部30上でハウジング16内に固定することができる。試料ホルダ28は、サンプルを保持するために使用される幾つもの構造であってもよい。これらは、光学的に透明なスライド例えば、ガラスまたはプラスチックのスライド、キュベット、多層導波路、または毛細管のアレイさえも含む。好適な一態様では、試料ホルダ28は、3層の屈折率構造を含む多層導波路である。例えば、サンプル32を、両側が空気で囲まれた対向するガラス基板34、36の間に挟むことができるすなわち、ガラス-サンプル-ガラス。この構造は、空気とガラスの界面すなわち、上面と底面に大きい屈折率差を有する、複数モードのスラブ型導波路として機能する。これにより、ポンプ光子は、励起光源24からの側方照明をバットカップリングした導波路内に確かに誘導される。ガラス-サンプル溶液の界面における屈折率差は空気-ガラスの界面と比較して小さいため、幾つかのポンプ光子をサンプル溶液内に漏出させて、標識化したセル、またはサンプル内に懸濁した病原体などを効率的に励起することができる。ハウジング16内に挿入されたときの試料ホルダ28の側面から励起光源24までは、約数マイクロメートルから数ミリメートルの狭い隙間で隔てられている。図1Cを更に参照すると、移動可能なフィルタホルダ38がハウジング16内に配置される。このフィルタホルダ38は光が通過する開口部40を有しているが、その上にフィルタ42を保持することができる。フィルタホルダ38はハウジング16内にスライドインしたり、スライドアウトすることができ、これにより、異なるフィルタ42をフィルタホルダ38内に挿入することができる。幾つかの実施形態では、フィルタホルダ38を定位置に固定することができる。フィルタ42は、染料または他の色要素を含む有色のプラスチック材料から作られる。異なるフィルタ42は、異なる波長の光を透過させることができる。LEDとフィルタ42の双方は、異なる励起/発光色に対して容易に変更することができ、したがって、プラットフォームは広い範囲の蛍光体と互換性がある。フィルタ42は、画像内の明るい蛍光ドット23を検出するために必要な暗視野背景を作るのにのに十分な比較的安価なプラスチック材料Kodakラッテンカラーフィルタ12から作られる。サンプルの励起モードは蛍光撮像素子14の検出路に対して垂直に伝播し、拡散は無視するため、検出される光子は励起サンプルからの蛍光発光のみとなる。ガラスサンプルの表面に起こりうる引っかき傷、またはセル/粒子からの拡散などによる拡散したポンプ光子の検出を排除するため、この安価なプラスチックのカラーフィルタ42を用いて暗視野状態を向上させる。ハウジング16はさらに、試料ホルダ28と携帯デバイス10のカメラ要素12の間に作られる光路の範囲内に配置されるレンズ44を有する。ハウジング16が携帯デバイス10に装着されたとき、レンズ44は携帯デバイス10のレンズ13に近接して配置される。このレンズ44は縮小レンズとして機能する。サンプル面と画像センサ面の間に縮小を作り出すため、レンズ44の焦点距離は携帯デバイス10のレンズ13の焦点距離より長くてもよい。縮小率はレンズ44の焦点距離を変化させることによって変更することができ、レンズ13とレンズ44の間の物理的距離に依存しない。図1Dは、固定された蛍光撮像素子14を有する携帯デバイス10を示している。試料ホルダ28がハウジング16に部分的に挿入され、それにより、この実施形態では3つのLEDを含む励起光源24が露出して示されている。重要なことに、精密な位置調整またはチューニングを必要とすることなく、蛍光撮像素子14を携帯デバイス10に繰り返し取り付けたり、取り外すことができる。幾つかの実施形態では、携帯デバイス10は、蛍光撮像素子14を携帯デバイス10のどこに固定すべきかを示す移動止め、隆起または表示を有しうる。しかしながら、他の実施形態では、ユーザは単に、携帯デバイス10に収容されたレンズ13に実質的に近接してレンズ44を配置する位置で、蛍光撮像素子14を携帯デバイス10上に配置する。蛍光撮像素子14は小さくて小型である。例えば、蛍光撮像素子14は約20グラム未満または、他の実施形態では30グラム未満の重さであってもよく、約100cm3未満または他の実施形態では50cm3未満のサイズを有する。画像化プラットフォームを使用するために、サンプルを試料ホルダ28内に挿入し、次いで試料ホルダ28をハウジング16内に挿入する。サンプルは、対象に結合する蛍光体と共に、興味があるセル、病原体、粒子を含む。この対象は、蛍光体に結合する分子部分を有する特定の細胞表現型、病原体、あるいは有生物か無生物を含みうる。次いで、蛍光撮像素子14のハウジング16を携帯デバイス10に固定する当然のことながら、最初にハウジング16を携帯デバイス10に固定し、次いで試料ホルダ28をハウジング16に続けて挿入する。次に、試料ホルダ28を側方から照明するように、励起光源24を作動する。励起光子が導波路として機能する試料ホルダ28の側面に入り、励起光子の一部がサンプル溶液内に漏出して、蛍光体と結合した物体を効果的に励起する。次いで、従来の携帯デバイス10のユーザインタフェースを用いて、携帯デバイス10をカメラモードに設置する。携帯デバイス10のカメラ要素12を使用して画像を取得する。画像は概して、蛍光体と結合した物体の位置を表す明るいドット23と共に暗い背景を含んでいる。同様に、携帯デバイス10によって更なる画像フレームをキャプチャすることができる。一態様では、次いで、分析または保存のために、これらの画像を遠隔位置に送信する。例えば、携帯デバイス10は、ワイヤレスネットワークを介して画像を送信することができる。ワイヤレスネットワークは、例えば、音声やデータを運ぶために使用される携帯電話ネットワークを含みうる。このワイヤレスネットワークはさらに、IEEE802.11または同様の規格を用いるローカルWiFiネットワークを含みうる。代替的に、携帯デバイス10はケーブル等を介してコンピュータまたは他のネットワークデバイスに接続することができ、それによってデータを遠隔位置に転送することができる。画像分析は、セル数、病原体負荷レベルなどの有用な情報に変換することができる、画像内の明るいドット23の数を集計することを含みうる。本発明の代替的な一態様では、画像化プラットフォームの分解能は、圧縮サンプリングアルゴリズムを適用することによって向上する。圧縮サンプリング圧縮検出としても知られているは最近の新たな分野であって、シャノンのサンプリング定理により通常必要とされるよりも少ない測定値またはサンプルからスパース関数を復元することを目的としている。圧縮サンプリングに関する詳細は、本書において全て説明されたものとして参照により援用される以下の刊行物:E.J.Candes、J.K.RombergおよびT.Tao、Comm.PureAppl.Math.、2006年、第59巻、p.1207-1223;E.J.CandesおよびT.Tao、IEEETrans.Inform.Theory、2006年、第52巻、p.5406-5425;D.L.Donoho、IEEETrans.Inform.Theory、2006年、第52巻、p.1289-1306に見ることができる。図2は、画像化プラットフォームの分解能を向上させるために圧縮復号を用いるプロセスを図示している。第1に、画像化プラットフォームの非干渉性点拡がり関数PSFを生成する。このPSFは、蛍光撮像素子14を有する携帯デバイス10を用いて、幾つかの分離した微小球の蛍光画像を記録することにより特定することができる。一つの粒子の蛍光画像は重心計算に基づいて互いに位置合わせされ、その詳細は、本書に参照により援用されているT.Su、S.O.Isikman、W.Bishara、D.Tseng、A.ErlingerおよびA.Ozcan、Opt.Express、2010年、第18巻、p.9690-9711に見ることができる。これらの整列した粒子画像を平均化することによって各画像を正規化した後、携帯デバイス10および蛍光撮像素子14のシステムについての非干渉性点拡がり関数PSFを作成する。図3Aおよび3Bは、携帯デバイス10携帯デバイス10は図4に示す用の蛍光撮像素子50の他の実施形態を示している。この実施形態では、蛍光撮像素子50は、既出の実施形態に記載されたものと同様の把持要素56を有する装着部54を含むハウジング52を有している。蛍光撮像素子50は、サンプルを側面から照明する、複数の向かい合ったLED60を含む励起光源58を有している。図3Bは図3Aの図から隠れている1つのLEDを示している合計3つのLEDを使用してサンプルを側方から照明するが、より多くまたは少ないLEDを使用してもよい。。電池62等の電源をハウジング52内に設けて、励起光源58に電源供給する。図3Aおよび3Bには見られないが、蛍光撮像素子50は、既出の実施形態と同じ方法で、中にフィルタを保持するよう構成された移動可能または固定式フィルタホルダを有する。したがって、フィルタは、サンプルと携帯デバイス10のカメラ要素12の間の光路に配置される。レンズ64図3Aをハウジング52内に設けて、既出の実施形態におけるレンズ44と同様の集光レンズとして機能する。図3Aおよび3Bの実施形態では、サンプルが中を通って流動する微小流体フローセル66図3A参照が提供されている。微小流体フローセル66は微小流体チップなどの形態をなすことができる。例えば、微小流体フローセル66は多層構造から形成することができ、当該構造には流体サンプルが通過できる微小流体チャネルが作られる。微小流体フローセル66は入口68と出口70とを有する。導管72、74はそれぞれ、入口68と出口70の双方に接続されうる。入口68に接続された導管72は、シリンジポンプなどのポンプ光源図示せずに連結することができる。シリンジポンプまたは他の種類のポンプは関心があるサンプル流体を微小流体フローセル66に連続的に送達し、これにより、携帯デバイス10を用いて微小流体フローセル66を通って流動している物質の蛍光顕微鏡ムービーを取得する。これらの物体は、既出の実施形態のように、セル、病原体、粒子、ビーズなどを含みうる。図3Aを更に参照すると、出口70に接続された導管74は、空のサンプルコレクタ76へとサンプル溶液を誘導することができる。このサンプルコレクタ76はハウジング52に一時的に挿入することができ、サンプルコレクタが満杯の場合、あるいはサンプルを更に処理および分析することが望ましい場合に取り外すことができる。微小流体フローセル66は複数モードの光学流体スラブ型導波路としても機能し、これは両側が空気で囲まれた三層屈折率構造PDMS-液体-ガラスを有している。ガラス-液体またはPDMS-液体の界面と比較して、空気-ガラスおよび空気-PDMSの界面の屈折率差は大きいため、このバットカップリングされたLED励起光はこの複数モードの光学流体導波路の構造の内側に確りと制限され、微小流体フローセル66内の画像化容積を均一かつ効果的にポンプする。さらに、励起光は蛍光検出路に対して垂直に伝播するため、図1Cの実施形態のフィルタ42のような簡単なプラスチックの吸収フィルタは、拡散したポンプ光子を拒絶し、必要に応じて、濃い暗視野背景を作りだすのに十分となる。さらに、この光学流体設計では、照明用光源LEDおよびプラスチックの吸収フィルタは異なる色に対して容易に変更することができるため、当該システムは異なる励起/発光波長を有する蛍光体に適合しうる。図4は、携帯デバイス10に固定される代替的な実施形態の蛍光撮像素子50を示している。サンプルコレクタ76は、サンプルコレクタ76内に位置する出口導管74を有するハウジング52に挿入された位置に図示されている。この代替的な実施形態では、ハウジング52は約3.5cm×5.5cm×2.8cmの寸法を有している。蛍光撮像素子50は小さくて小型である。例えば、蛍光撮像素子50は約20グラム未満または、幾つかの好適な実施形態では30グラム未満の重さであって、約100cm3未満または、他の実施形態では60cm3未満のサイズを有する。蛍光撮像素子50は、位置調整の精密なチューニングを必要とすることなく、携帯デバイス10に繰り返し取り付ける、あるいは取り外すことができる。携帯デバイス10は、複数の連続画像フレームを撮影してムービークリップなどを形成するカメラ要素12を有している。この点について、携帯デバイス10は、微小流体フローセル66を通過する蛍光標識化した物体例えば、セル、粒子、ビーズのムービーをキャプチャすることができる。次に、蛍光ムービーのデジタル画像フレームを処理してムービー中の蛍光標識化した物体を集計する。これを利用して、サンプル容量内の対象の蛍光物体の濃度を特定または概算することができる。画像化処理は携帯デバイス10の内部プロセッサを利用して行うことができ、あるいは代替的に、物体の集計や追跡を行う他のコンピュータまたは画像処理デバイスに画像フレームを転送することもできる。例えば、ムービークリップは、物体の集計や追跡を実施する他のコンピュータに無線で送信することができる。携帯デバイス10は、ムービークリップを送信するために、ケーブルなどを介してコンピュータに物理的に連結することもできる。画像フレームのデジタル処理は、微小流体フローセルを通過する蛍光標識化した試料による合計蛍光放射レベルを検出することを含みうる。以下に説明するように、一態様では、各物体それぞれの輪郭を検出し、各物体の重心を算出する。次に、重心を各物体のそれぞれの座標に利用する。各物体には、所与のムービークリップまたは一連の画像の分析プロセスを通して維持される固有のIDが割り当てられる。ムービークリップ内の連続する各フレームについて、物体検出プロセスを繰り返す。これらの新たに検出された物体の座標は次いで、以前のフレームにおける物体の座標と比較される。以前のフレームにおける物体との近さに基づいて、新たに検出された物体には新しいIDが割り当てられる。換言すると、粒子の座標は新たなフレームにおいて更新され、その結果、ムービークリップに最初に表れた瞬間から固有のIDで物体を追跡することが可能となる。任意に、検出および追跡における誤差を減少させるため、垂直輪郭線のような物体の輪郭のカスケードを設定して、それぞれ独立した各輪郭線を通過する物体をモニタして集計することもできる。画像フレーム内に複数のカスケード線を規定して物体を追跡することにより、微小流体フローセル66を通過する物体をより正確に集計することが可能となる。例えば、複数の画像フレームすなわち、長い期間にわたって集計を平均化することができる。実験-実施形態1ここで、携帯電話における蛍光顕微鏡は、携帯電話の既存のカメラユニットに取り付ける小型3.5×5.5×2.4cmかつ軽量~28グラムの光学ハウジングを使用した図1A-1Dの画像化プラットフォームを利用する。このプラットフォームは~20μmの未加工の空間分解能で~81mm2の画像化FOVを実現し、この分解能はさらに、本書に記載の圧縮サンプリングに基づくキャプチャした蛍光画像のデジタル信号処理を利用して~10μmまで向上させることができる。この手法では、蛍光サンプルは、サンプルに側面からバットカップリングされた電池式発光ダイオードLEDを用いてポンプされる。このポンプ光は、興味がある試料を均一に励起しながらサンプルキュベット内に誘導される。サンプルからの蛍光発光は次いで、既存の携帯電話のカメラレンズの前方に配置されるレンズを用いて画像化される。励起光は検出路に対して垂直に誘導されるため、プラスチックのカラーフィルタを用いて必要な暗視野背景を作り出すことができる。この機能は、従来の蛍光顕微鏡に使用される高価な蛍光フィルタ例えば、薄膜干渉フィルタの使用を排除する。この携帯電話ベースの蛍光画像化プラットフォームには、世界的な健康問題への利用に特に適した幾つかの重要な特徴がある。これらの特徴は、比較的安価な構成要素の特性を含みうる。蛍光撮像素子の取付具の主な構成要素は、簡単なレンズ費用:~12USドル/ピース、プラスチックのカラーフィルタ費用:~1.1USドル/ピース、3つのLED費用:~0.3USドル/ピース、および電池費用:~0.5USドル/ピースを含み、携帯電話における蛍光画像化プラットフォームを極めて費用対効果が高いものにしている。このプラットフォームでは、画像化処理量も高い。このプラットフォームの広いFOV~81mm2および被写界深度1-2mmより大きいによって0.1mLより多くのサンプル容積を画像化することが可能となり、これは、まばらなセルまたは低濃度の細菌/病原体などを検出および定量化するために特別に設計された微小流体チャネルを高処理画像化するのに重要である。最後に、画像化プラットフォームは小型かつ軽量である。携帯電話に取り付けるハウジング全体全ての光学要素、電池、さらに図1A-1Dに示す機械的な構成要素を含むは、~28グラム~1オンスの重さがあり、~3.5×5.5×2.4cmの寸法を有する。この小型かつ軽量のユニットは、精密な位置調整/チューニングを必要とすることなく、携帯電話本体に繰り返し着脱することができ、設備が限られた状況でさえも、極めて容易に相互接続することができる。上記の特徴はこのプラットフォームについて遠隔治療の利用を期待させるが、この設計では空間分解能の犠牲が生じる。すなわち、費用対効果が高く小型で広視野の、携帯電話における蛍光画像化インタフェースを実現する代わりに、空間分解能は~10-20μmに制限される。しかしながら、これは、血液、尿、唾液または水などの大量のサンプルを迅速にスクリーニングするのに要する幾つもの用途については許容可能な分解能である。このような可能性を実証するため、全血サンプルから標識化した白血球セル、さらにはランブル鞭毛虫の嚢子などの水媒介性の病原体寄生原虫を上手く画像化することによって、この広視野の蛍光プラットフォームの性能を確認している。さらに、このプラットフォームの性能は、異なる2色すなわち、赤と緑の蛍光微粒子を画像化し、同一サンプルの従来の蛍光顕微鏡画像と比較することによって確認されており、~81mm2のFOVにわたる空間分解能を実証している。図1Dに見られるように、蛍光顕微鏡プラットフォームは、3つのLEDと、簡単なレンズと、図1Cに示すようなプラスチックのカラーフィルタを保持する機械的なトレイとを含む小型かつ軽量のインタフェースを利用して、携帯電話の既存のカメラユニットに直接取り付けられる。携帯デバイスについては、Sony-EricksonU10iAino商標をプラットフォームのスターティングベースとして使用した。しかしながら、本書に記載されたデバイス及び方法は、動作システムまたは通信プロトコルから独立した様々な他の携帯電話に簡単に導入することができると理解されたい。この特定の携帯電話は、8メガピクセルのカラーRGBセンサが設置され、サンプルの蛍光画像をキャプチャするために使用された。携帯電話のデジタルカメラユニットは、CMOSチップの前方に既に内蔵されたレンズを有しており、fが~4.65mmの焦点距離を有している。CMOSセンサチップ上の蛍光サンプルを画像化するため、既存のカメラレンズの前方に他のレンズf2=15mmを配置しすなわち、レンズ44、f2の焦点面に位置するサンプル面とCMOSセンサ面の間にf2/f=~3.2の縮小を作り出した。この縮小率はf2の値を変化させることによって簡単に調整することができ、非常に便利なことに、これは2つのレンズ間の物理的距離から独立しているため、取り付けられるユニットの垂直方向の調整不良に寛容である。この画像化配置によると、サンプル面での有効ピクセルサイズは~5-6μmとなり、図6に実証されるように、~20μmの未加工分解能と上手く一致する。次のセクションで詳述するように、この未加工分解能はさらに、画像化FOVを犠牲にすることなく~2の他の倍率まで向上することができる。分解能およびFOVに加えて、蛍光顕微鏡における他の重要な課題は、ポンプ光子の拒絶である。従来の蛍光顕微鏡は主に比較的高価な薄膜干渉フィルタを利用している。この携帯電話顕微鏡のデザインでは、このような高価なフィルタを使用することなく適切な暗視野背景を実現するために、図1Cに示すような異なるポンプ機構を使用し、レンズフリーのバットカップリングを利用して、側面からポンプ光ミネソタ州、シーフリバーフォールズ、Digikey社の3つLEDによって生成されるを試料ホルダに実際に接続した。LED光の断面が大きいため、このカップリングは位置調整に対して非常に鈍感であり、サンプル毎の再現性が高くなる。この試料ホルダは、両面を空気で囲まれた3層屈折率構造ガラス-サンプル-ガラスを有する複数モードのスラブ型導波路とみなすことができる。このような導波路は空気-ガラスの界面すなわち、上面と底面に大きな屈折率差を有しており、その結果、ポンプ光は導波路内に確りと誘導される。一方、ガラス-サンプル溶液の界面における屈折率差は空気-ガラスの界面と比較して非常に小さく、これによりポンプ光の一部がサンプル溶液に漏出し、サンプル内に懸濁された、例えば標識化されたセル/病原体を効率的に励起することができる。この励起は極めて効率的かつ均一であって、サンプル毎の再現性が非常に高い。同じ原理を図9に実証されるような毛細管ベースの蛍光画像化にも適用し、ポンプ光を管内に誘導する。サンプル構造の励起モードは蛍光顕微鏡の検出路に対して垂直に伝播するため、拡散を無視し、検出される光子は励起サンプルからの蛍光発光のみとなる。ガラスサンプルの表面に起こりうる引っかき傷、またはセル/粒子からの拡散などによる拡散したポンプ光子の検出を排除するため、安価なプラスチックのカラーフィルタKodakラッテンカラーフィルタ12を用いて暗視野状態を向上させる。本書に示す実験結果は、簡単で、小型かつ費用対効果の高いデザインがカメラを有する携帯電話ユニットに搭載されるにもかかわらず、この手法は成功であることを示している。この画像化構造では、取得した蛍光画像は携帯電話のメモリにjpgフォーマットで保存され、適切なデジタルズームをした後に携帯電話の画面を介して見ることができる。これらのjpgファイル~8メガピクセルの画像につき通常は~2-3MBを更にデジタル処理するために例えば、メモリカードを介して、あるいは無線通信を利用してコンピュータに転送することもでき、デジタル処理は、未加工画像の重複した幾つかの蛍光シグネチャを分解するために圧縮復号することを含むがこれに限定はされない。小さいFOVが容認できる場合、携帯電話は、現在では~1MBで保存することができる~3メガピクセルの画像~20-30mm2のFOVに対応するなどをキャプチャをすることもできる。このプラットフォームの蛍光画像化性能を、2つの異なる発光波長、すなわち図5-6に示すような515nmと605nmで蛍光マイクロビーズ直径10μmを使用して実証した。10μmの直径を有する蛍光ビーズ赤いビーズ:製品F8834:励起/発光580nm/605nm;緑のビーズ:製品F8836:励起/発光505nm/515nmはInvitrogen社カリフォルニア州カールスバッドから購入した。蛍光ビーズのサンプルを準備するため、10μLのビーズを40μLの脱イオン水と混合した。次いで、マイクロピペットを使用して、10μLの混合物を2枚のスライドガラス12.5mm×17mmの間に配置した。代替的に、単なる毛管現象を利用して、図9のようにサンプルを毛細管に装填した。次にサンプルをサンプルトレイに挿入し、携帯電話取付具図1Cおよび図1Dに嵌め込む。このプラットフォームのFOVを特徴付けるため、図5に示すように、14.7mm×11mmの領域にわたって赤の蛍光ビーズ2つの顕微鏡スライドの間を画像化した。この画像化領域は、そのエッジに向かって枠外部例えば、図5;拡大フレームF-J参照を有するため、~9mm×9mmの領域にわたる中央領域のみが適切な画像化性能を示し、図5の点線の四角に示すような~81mm2のFOVを作り出す。広いFOVおよび低い開口数により、この携帯電話ベースの蛍光顕微鏡プラットフォームは大量のサンプル0.1mLより多くをスクリーニングする能力を有し、これは血液、尿、唾液、水などを迅速にスクリーニングするために特に重要となりうる。中央の画像化領域例えば、図5;拡大フレームA-Eと比較すると、枠外領域例えば、図5;拡大フレームF-Jは著しく歪んで見えるが、設備が限られた状況における様々なセルの集計または検出する用途に関しては、このような枠外領域はそれでも有用であり、81mm2を越えて画像化領域を潜在的に更に増加させうる。次に、緑と赤の蛍光ビーズ直径10μmを用いて蛍光画像化プラットフォームの空間分解能を特徴付けるために、一連の実験を実施した。図6A-6Bは、数セットのビーズについての携帯電話顕微鏡の画像化性能を示している。図6Aは未加工の携帯電話画像を示しており、図6Bは圧縮復号を受けた携帯電話画像を示している。図6Cに示すように、10倍顕微鏡対物レンズ開口数0.25を使用する従来の蛍光顕微鏡によっても同一サンプルを画像化した。これらの結果に基づき、未加工の携帯電話画像を用いて、画像化プラットフォームは~20μm中心間で隔てられた2つのビーズを分解することができる。この分解能はさらに、キャプチャした蛍光画像の圧縮サンプリング理論に基づくデジタル信号処理を介して向上させることができる。l1正則化最小二乗最適アルゴリズムを利用することにより、システムが通常可能にする非干渉性点拡がり関数よりも非常に優れた空間分解能を実現することができる。圧縮サンプリングのスパース性の制約はむしろ、関心がある実際のサンプルに容易に適合するため、この手法は特に、溶液内に懸濁された、あるいは微小流体チャネル内にキャプチャされた不規則に分布したセル/細菌を画像化するのに有効である。ここで、~2の倍率まで未加工の蛍光画像の分解能を向上させるべく、圧縮サンプリングを利用した図6B参照。圧縮サンプリングプロセスの一部として、携帯電話の画像化プラットフォームを用いて、蛍光画像を幾つかの分離した微小球直径4および10μmとして最初に記録した。次いで、これらの個々の粒子の蛍光画像を重心計算に基づいて互いに整列させた。各画像を正規化した後、これらの整列した粒子の画像を平均化することにより、携帯電話顕微鏡についての非干渉性の点広がり関数PSFを作成した。この明確なPSFを利用して、サンプル面に任意に分布した蛍光点についてCMOSセンサに投影された画像を簡単に算出することができる。この原理を利用して、蛍光チャネルについてのスパース性の制約を維持しながら、理論的に投影された蛍光画像と測定された蛍光画像の間の差異を最小限にするために反復アルゴリズムを使用した。数学的に、この復元プロセスは、l1正則化最小二乗の問題として以下のように表現することができる。ここで、β>0は正則化パラメータであり;Iは、センサアレイで検出された未加工の蛍光画像ベクタ形式であり;Mは、画像化システムの非干渉性PSFに基づく2Dコンボリューション行列を表しており;は、センサ面に画像を生成する理論的な蛍光源分布であり;はのlpノルムを表している。この数値レシピに基づいて、携帯電話顕微鏡によって取得した未加工の蛍光画像を、図6Bに示すように上手く復号化した。復号した携帯電話画像は、~10μmの中心間距離未加工の携帯電話画像では分解することができないを有する2つのビーズが、図6B画像C-2およびF-2に示すように、デジタル処理で分解されていることを示している。分解能~10μmは極めて中程度であるにもかかわらず、このプラットフォームのFOVは広いため~81mm2、遠隔位置での体液分析などを伴う、様々なセル/病原体の検出および定量化の用途にも有用であることを主張したい。最後に、このような再構築タスクに他の数値的な手法を使用することもできることに留意されたい。例えば、ルーシーリチャードソンの解析アルゴリズムは、スパース物体および非スパース物体の双方に上手く作用しうる。しかしながら、スパースナ蛍光物体の分布は、再構築プロセスの際に完全には利用されないことが分かっているため、スパース物体で達成しうる分解能は制限される。以下の評価実験で、携帯電話ベースの蛍光顕微鏡プラットフォームを利用する実現可能性を試験して全血サンプル中の標識化したセルを画像化した。STYO登録商標16核酸染料で標識化した白血球セルを画像化した。これらの標識化した白血球セルを青色LED470nmのピーク波長を用いて励起し、携帯電話ベースの顕微鏡を用いて画像化した。その結果は図7A-7Dに図示されている。白血球セルの画像化について、1×の赤血球セル溶解バッファ製品00-4333をeBioscience社カリフォルニア州、サンディエゴから購入し、4°Cで保管した。SYTO登録商標16の緑の蛍光核酸染料製品S7578、励起/発光488nm/518nmDNAおよび494nm/525nmRNAをInvitrogen社カリフォルニア州、カールスバッドから購入した。標識化した白血球セルサンプルを準備するために、1mLの白血球セル溶解バッファを200μLの全血に加えて、3分間インキュベートした。次いで、溶解した血液サンプルを遠心分離機にかけて、白血球セルの沈殿物を200μLのPBSに再度懸濁した。次に、この200μLの白血球セルサンプルに1mMのSTYO登録商標16溶液を5μL加えて、暗所で30分間インキュベートした。インキュベートした後、サンプルを再び遠心分離機にかけた。上澄を除去し、標識化した白血球セルの沈殿物をPBSバッファで再び懸濁した。次いで、この標識化した白血球セル溶液を2枚のスライドガラス12.5mm×17mmの間に配置し、携帯電話蛍光顕微鏡を用いて画像化した。図7Bおよび7Cは携帯電話の蛍光画像の中央FOVからデジタルトリミングされており、標識化した白血球セルの未加工シグネチャを示している。比較するため、図7Dに示すように、従来の蛍光顕微鏡10倍顕微鏡対物レンズを用いて、同一サンプルの拡大領域も画像化した。これらの領域は全て携帯電話の蛍光画像との優れた適合を提供している。画像の品質を向上させるため、画像を圧縮復号して図7C高分解能の画像をデジタル処理で実現した。これは明らかに、図7Dと同等の分解能に向上することを実証している例えば、図7C画像B-2およびC-2および図7D画像B-3およびC-3の白い矢印が指し示すような密接した間隔の白血球セルを参照。水質をモニタリングするための携帯電話ベースの蛍光画像化システムの潜在的な用途についても調査した。この目的のため、水資源に存在する最も広く発見される病原体であるためにランブル鞭毛虫をこの研究のモデル系として選択した。わずか10のランブル鞭毛虫の嚢子を摂取するだけで感染を引き起こすため、飲料水中の低濃度の嚢子を迅速に識別できる検出法を有することが非常に望ましい。ランブル鞭毛虫の嚢子はWaterBorne社米国、ルイジアナ州ニューオーリンズから購入した。ランブル鞭毛虫の嚢子の初期濃度は~5×106寄生虫/mLであり、pH7.4/0.01のTween-20で5ホルマリン/PBSに全て固定した。100μLのサンプルを遠心分離機にかけて、沈殿物を100μLのPBSバッファに再懸濁した。この100μLのランブル鞭毛虫サンプルに1mMのSYTO登録商標16溶液を2.5μL加えて、暗所で30分間インキュベートした。インキュベートした後、サンプルを遠心分離器にかけて、沈殿物をPBSバッファに再懸濁した。次いで、ランブル鞭毛虫サンプルを2枚のスライドガラス12.5mm×17mmの間に配置し、携帯電話蛍光顕微鏡を用いて画像化した。図8画像A-1、B-1、C-1は、SYTO登録商標16を用いて標識化したランブル鞭毛虫の嚢子の未加工の携帯電話の蛍光画像を示している。これらの携帯電話画像は広いFOV~81mm2からデジタル処理でトリミングされた。比較するため、図8B画像A-2、B-2、C-2に見られるように、従来の蛍光顕微鏡10倍顕微鏡対物レンズを用いて同一の関心領域についても画像化した。これらは、携帯電話の画像化結果と非常によく一致している。本書に記載するように、携帯電話の蛍光顕微鏡プラットフォームは、例えば0.1mLより多くの大量サンプルを迅速に画像化する機能を有している。これに加えて、蛍光標識化することで、低濃度レベルの病原性寄生体を検出するための高い選択性と感度をも提供することができ、これら全てが、携帯電話蛍光顕微鏡を設備が限られた環境で水質をモニタリングするために期待できる器具にしている。代替的なサンプル処理法は、携帯電話顕微鏡において毛細管を使用することを伴う。この実施形態では、平坦な基板を使用するよりむしろ、携帯電話ベースの蛍光顕微鏡は、単純な毛細管現象によって毛細管内に装填されたサンプルを画像化することもできる。このような毛細管内の試料の励起は以前に使用したものと同一の手法を共用し、これにより、サンプル溶液が一旦装填されると導波路として機能する毛細管内にポンプ光を誘導することができる。この導波路は、コアに低い屈折率を有しているにもかかわらず、図9に示すように、コア内の標識化した物体を効率的に励起することができる。このように簡単な毛細管ベースのサンプル準備方法は、特に便利基本的な実験用器具さえも容易に入手することができない遠隔地における使用に対して利便性が高い。実験-実施形態2携帯電話への光学流体蛍光サイトメトリのプラットフォームの一体化を、小型かつ費用対効果が高い光学取付具を用いて実証する。このデザインでは、使い捨ての微小流体フローセルすなわち、微小流体チャネルを用いて、関心があるサンプル溶液を画像化容量へと連続して送達/ポンプする。図4に示すような携帯電話の既存のカメラユニットと接触して設置される微小流体デバイスのアセンブリは、別個の安価なレンズの上に配置され、これにより、微小流体デバイスの断面全体を携帯電話カメラのCMOSセンサチップ上にマッピングすることができる。一旦、携帯電話ベースの画像化フローサイトメトリに挿入すると、簡単なバットカップリングを利用して、すなわち、図3に示すような大きい光カップリング光学部品またはレンズを使用することなく、各微小流体デバイスは発光ダイオードLEDによって側面からポンプされる。次いで、このポンプ光は、画像化容量内の標識化した試料を均一に励起する微小流体デバイス空気に囲まれたポリジメチルシロキサン-液体-ガラス界面からなる多層の光学流体導波路として機能するの断面に誘導される。誘導された励起光は検出路に対して垂直に伝播するため、この光学流体ポンプ機構によって、安価なプラスチックの吸収フィルタを使用して蛍光画像化に必要な暗視野背景を作ることが可能となる。この光学流体デザインでは、単純なシリンジポンプ等を用いて関心があるサンプル溶液が画像化フローサイトメトリまで連続的に送達され、これにより、携帯電話のカメラユニットを用いて、流動する粒子またはセルの蛍光顕微鏡ムービーを取得することができる。次に、これらの蛍光ムービーのデジタルフレームを迅速に処理し、標識化した粒子/セルの総数を特定して、サンプル溶液内の対象の蛍光物体の濃度を算出するために利用することができる。携帯電話ベースの蛍光画像化サイトメトリのプラットフォームの性能が、人の血液サンプルの白血球セル濃度を測定することによって試験され、その結果は市販の血液分析器シスメックスKX-21Nとの優れた一致をもたらした。さらに、携帯電話ベースの蛍光顕微鏡プラットフォームの画像化性能は、同一の光学流体デザインを用いて~2μmの空間分解能を実証している。ポリジメチルシロキサンPDMSをDowCorning社USAから購入した。SYTO登録商標16の緑色蛍光核酸染料製品S7578、励起/発光488nm/518nmDNAおよび494nm/525nmRNAと、直径4μm製品8859、直径2μm製品8827、および直径1μm製品13081を有する蛍光ビーズ黄-緑色蛍光発光:励起/発光505nm/515nmをInvitrogen社米国、カールスバッドから購入した。1倍リン酸緩衝生理食塩水PBSバッファ製品BP2438-4および顕微鏡スライド製品12-5500をFisherScientific社米国、ペンシルベニア州ピッツバーグから購入した。ハリスユニコアパンチをTedPella社米国、カリフォルニア州レディングから購入した。高周波プラズマ発生装置モデルBD-10ASをElectro-TechnicProducts社米国、イリノイ州シカゴから購入した。タイゴンチューブID:0.01インチ/OD:0.03インチ製品06418-01をCole-Parmer社米国、イリノイ州バーノンヒルズから購入した。平凸レンズf=0.6mm製品NT45-588および黄色のKodakラッテンカラーフィルタ製品NT54-467をEdmundOptics社米国、ニュージャージー州バーリントンから購入した。非球面レンズf=4.5mm製品C230TME-AをThorlab社米国、ニュージャージー州ニュートンから購入した。微小流体デバイスの製造および準備標準的なソフトリソグラフィック法を用いるPDMSベースの微小流体デバイスを製造した。例えば、本書に全て説明されたかのように参照により援用されている、Mcdonald,J.C、およびWhiteside,G.M.、Acc.Chem.Res.、2001年、第35巻、p.491-499を参照されたい。フォトレジストSU-8を、初期立ち上がり500rpm、毎秒100rpmの加速で10秒間一定に保ち、次いで、さらなる立ち上がり3000rpm、毎秒300rpmの加速で30秒間一定に保ち、シリコンウエハ上にスピンコーティングした。フォトレジストをウエハ表面に適用した後、ホットプレート上で65°Cで3分間および95°Cで更に9分間、2つの連続するステップでソフトベークsoft-bakedを行い、溶媒を蒸発させてフィルム密度を高めた。所望の構造にフィルムを形成するため、マスクアライナーKarlSuss上に8mWcm-2で40秒間、透明マスクすなわち、AutoCADで設計され、CAD/ArtServices社によって印刷されるを介して、UV露光をコーティングした基板に適用した。UV露光の後、ホットプレート上で65°Cで2分間および95°Cで7分間、2つの連続するステップで露光後焼き締めをサンプルに適用し、フォトレジストの露出した部分を選択的にクロスリンクした。次いで、SU-8現像液によって6分間パターニングした基板を現像し、露出していない領域を溶解した。現像した後、最終的な基板をイソプロピルアルコールIPAで洗い流し、次いで穏やかな窒素ガスストリームで乾燥させた。PDMSのプレポリマ混合物PDMSプレポリマ:硬化剤v:v=10:1を型に注ぎ、30分間室温でガス抜きした。次いで、70°Cで1時間焼成した。硬化後、PDMSを型から剥がし、入口と出口を形成するために孔を開けた。最初に、PDMSとスライドガラス厚さ1mmを石鹸水で簡単に洗浄し、次に高周波プラズマ生成器で15秒間処理した。プラズマ処理の直後、PDMSをガラス基板に接着し、接着を強化するために更に1時間70°Cで焼成した。最後に、タイゴンチューブ内径:0.01インチをチップの入口/出口に挿入し、エポキシで密封した。微小流体チャンバの寸法は、44μm×3mm×15mm高さ×幅×長さであった。高温焼成の最終ステップにより、PDMS-ガラスチップの内面は疎水性となる。面への非特異性のセル吸収およびチャンバ内での気泡の発生を減少させるため、各実験の前に1分間、微小流体チャンバをプラズマ生成器で処理した。蛍光ビーズサンプルの準備蛍光ビーズサンプルを準備するために、10μLのビーズ直径4μm、2μmまたは1μmを40μLの脱イオンDI水と混合した。次いで、マイクロピペットを用いて、10μLの混合物を2枚のスライドガラス12.5mm×17mmの間に挟んだ。このサンプルをサンプルトレイに挿入し、画像化するために携帯電話の取付具に嵌め込んだ。全血中の白血球セルの蛍光標識化まず第一に、SYTO登録商標16を室温まで温め、次いでジメチルスルホキシドDMSO溶液をバイアルの底部にするために微小遠心管内で簡単に遠心分離した。全血サンプルを静かに回転させてよく混合した。この後、20μLのSYTO登録商標16を上澄みからピペットで取り、200μLの全血に加えた。次に、この混合物を暗所で~30分間インキュベートした。セルの沈殿を避けるため、インキュベートしている間はサンプルを静かに回転させた。白血球セルの溶解ステップは実施しなかった。さらに、SYTO登録商標16に内在する蛍光量は極端に低い0.01未満ため、非結合のSYTO登録商標16はインキュベートした後の全血から分離しなかった。この標識化した全血サンプルをPBSバッファで10倍に直接希釈し、シリンジポンプを介して通常は毎分~1μLの流量で流動セル微小流体チップに連続的に送達/ポンプした。実験中、血液サンプルのバイアルを緩速に攪拌し、セルの沈殿を防いだ。画像化プラットフォームのデザイン光学流体蛍光顕微鏡及びサイトメトリユニット用の基本的な携帯電話デバイスとして、Sony-EricksonU10iAINOを用いて実験を実施した。この携帯電話は、当該電話に装着された8メガピクセルのカラーRGBセンサを有しており、これを用いて試料の蛍光画像/ムービーをキャプチャする。さらに、このカメラは、携帯電話のCMOSセンサの前方にf~4.65mmの焦点距離を有する内蔵レンズを有している。この携帯電話に光学流体蛍光顕微鏡ユニットを構築するため、焦点距離f2一般に、0.6mm乃至10mmでばらつきがあるを有する単一の安価なレンズを、図3および4に示すように、携帯電話の既存のレンズの前方に直接配置した。この画像化構造は、f2の焦点面に位置するサンプル面とCMOSセンサの間にf/f2の拡大をもたらす。その用途および分解能や視野FOVに対する要求に応じて、f2の値を変化させることにより、異なる拡大倍率を実現することができる。この拡大倍率は、理論的には2つのレンズ間の距離から独立しており、これにより携帯電話に取り付ける位置調整が多少容易になることに留意されたい。蛍光サイトメトリのプラットフォームユニットにおける画像化処理量を高めるため、図3に示すように、f2=4.5mmおよび開口数NA0.55を有する非球面レンズレンズ64を既存の携帯電話のカメラレンズの前方に配置するように、倍率を利用した。しかし、光学流体設計において高い空間分解能を実現するために、f2=~0.6mmを有する平凸レンズを使用し、これにより~7.8倍の倍率を実現し、蛍光画像化モードの分解能を~2μmまで改善した。励起光について、光学流体の蛍光画像化サイトメトリユニットは、図3に示すように、微小流体チップに直接バットカップリングされる青色LEDを利用する。標識化した試料を画像化容量に連続して送達することを除き、この微小流体チップは、両側を空気で囲まれた3層屈折率構造PDMS-液体-ガラスを有する複数モードの光学流体スラブ型導波路としても機能する。ガラス-液体の界面またはPDMS-液体の界面と比較して、空気-ガラスの界面および空気-PDMSの界面の屈折率差は大きいため、このバットカップリングされたLED励起光は複数モードの光学流体導波路の構造の内側に確りと制限され、微小流体フローセル内の画像化容積を均一かつ効果的にポンプする。さらに、励起光は蛍光検出路に対して垂直に伝播するため、プラスチックの吸収フィルタは、拡散したポンプ光子を拒絶し、必要に応じて、濃い暗視野を作り出すのに十分である。フローサイトメトリ測定の際、携帯電話のほぼ高解像度NearHighDefinitionnHDモードを利用して流動する試料の蛍光ビデオを記録し、この蛍光ビデオは一秒当たりのフレーム数が~7fpsのフレームレートで、フレーム当たり640×352ピクセルの分解能を提供する。これらのフローサイトメトリの実験では、タイゴンチューブを介して微小流体チップをシリンジポンプに連結し、通常は毎分~1μLの流量で蛍光標識化したサンプルを微小流体チャンバ内へと連続してポンプした。これらの蛍光ビデオフレームのデジタル処理を行って標識化したセル/粒子を自動集計し、次いで所与のサンプル濃度を算出した。光学流体の携帯電話取付具の空間分解能を定量化する画像化実験のため、比較するために同一サンプルの従来の蛍光顕微鏡画像を取得することができるように、物体を動かないよう固定したすなわち、流動しない。この静的顕微鏡モードでは、光学流体プラットフォームによってキャプチャした蛍光画像は携帯電話のメモリにJPGフォーマットで保存され、携帯電話の画面を通して直接見ることができる。これらのjpgファイル一般に、~8メガピクセル画像について~3-4MBは、更なるデジタル処理または分析をするために、例えば、メモリカードを介して、あるいはワイヤレス通信を用いてコンピュータに転送することもできる。蛍光流動ビデオのデジタル分析ビデオ処理を利用して、微小流体フローセルすなわち、微小流体チップを通過する標識化したセル/粒子を集計した。最初のフレームから始まり、輪郭検出アルゴリズムを用いて、全ての可視できる蛍光微小粒子を検出する。輪郭検出法に関する具体的な詳細は、参照により本書に援用される、Suzuki,S、およびAbe,K、Comput.Vis.Graph.ImageProcess、1985年、第30巻、p.32-46に見出すことができる。検出した輪郭全てについて、質量中心を算出し、そこを粒子の座標と仮定する。次いで、各粒子には、所与のビデオストリームの分析プロセスを通して維持される固有のIDが割り当てられる。ビデオ内の連続する各フレームについて、粒子検出プロセスを繰り返す。これらの新たに検出された粒子の座標は次いで、以前のフレームにおける粒子の座標と比較される。以前のフレームにおける粒子との近さに基づいて、新たに検出された粒子には新しいIDが割り当てられる。換言すると、粒子の座標は新たなフレームにおいて更新され、その結果、ビデオに最初に表れた瞬間から固有のIDで粒子を追跡することが可能となる。検出および追跡における誤差を減少させるため、複数のフレームすなわち、長い時間にわたって数値を平均化した。このために輪郭のカスケードを設定し、これにより、実質的な各輪郭線が、その他から独立して通過する粒子をモニタする。粒子を追跡する複数のカスケード線を設定することにより、微小流体チャンバを通過するセルの数をより正確に集計することが可能となる。この作業に最も重要なパラメータは流動の単位時間当たりのセルの集計であるため、この作業に使用される追跡アルゴリズムは単純であることに留意されたい。しかしながら、より複雑な設定では、付加された複雑性に対処するようにアルゴリズムの異なる構成要素を構成する必要がある。例えば、粒子の流動の物理的パターンを測定し、時間/流動の関数として追跡する必要がある場合には、カルマンフィルタを加えるなどして、より複雑な追跡アルゴリズムを使用することもできる。携帯電話の光学流体サイトメトリのプラットフォームの動作を実証するため、人の全血サンプル中の白血球セルWBCをモデル系として選択した。全血中の白血球セル濃度は、感染症、白血病、HIV、骨髄欠乏症を含む様々な病気の臨床診断に日常的に検査されている。携帯電話におけるフローサイトメトリのプラットフォームを試験するため、新鮮な全血サンプル中の白血球セルをSYTO登録商標16蛍光染料で標識化し、赤血球セルを溶解することなく、上記のように希釈した。10倍に希釈し、標識化した全血サンプルを、毎分~1μLの流量でシリンジポンプを用いて微小流体フローセルを通って流し、標識化したWBCから発せられた蛍光発光のビデオを連続して記録した。画像化ソフトが、互いに~270μmの距離で隔てられた5つの輪郭のカスケードを規定した。これらのデジタル輪郭は、微小チャネルを通過するWBCの数を動的にモニタする。セルの集計精度を向上させるため、このプログラムは、210フレームすなわち、~30秒の期間にわたって各輪郭線を通過するWBCの数を集計し、このプロセスを連続する血流について5乃至6分間繰り返した。次いで、チャンバを通って流れるWBCの数を、5つの独立した輪郭からの集計結果を平均することによって概算した。体積流量及び特定の時間フレームすなわち、30秒内に集計されたWBCの平均数に基づいて、連続して流動している間の血液サンプル中のWBC濃度を動的に概算することができる。図10Aおよび10Bは、2つの典型的なWBC集計曲線を示しており、2つの異なる全血サンプルのWBC濃度が時間の関数としてプロットされている。各サンプルの平均WBC濃度を5-6分にわたる曲線を各々平均することによって算出し、その結果を市販の血液分析器シスメックスKX-21Nから得た標準的な試験結果と比較した。図10Aおよび10Bに示すように、WBC濃度の結果は、5未満の誤差で標準的な試験結果と一致した。携帯電話ベースの画像化サイトメトリのプラットフォームおよびその集計精度をさらに評価するため、WBC濃度が異なる12人の異なる患者の血液サンプルを画像化した。各サンプルを5乃至6分間で画像化し、携帯電話サイトメータによってキャプチャされた対応する蛍光ビデオを処理することによって、全血の平均WBC濃度を概算した。図11は、携帯電話の画像化サイトメータを使用して得たWBC濃度と、シスメックスKX-21N血液分析器を使用して得た標準的な結果を比較しており、携帯電話プラットフォームの測定値との優れた相関関係を示している。12人の患者の血液サンプル~4000μL-1乃至8000μL-1の範囲のWBC濃度を有するについて、2つの方法間で~0.95の相関係数が得られ、携帯電話の光学流体サイトメトリのプラットフォームの精度を実証した。集計精度に加えて、処理量も画像化サイトメータには重要なパラメータである。携帯電話ベースのフローサイトメトリシステムの処理量は主に、携帯電話のカメラのフレームレートによって決定される。本書で試験された実装例では、カメラは~7fpsの比較的緩速のフレームレートを有している。更に処理量を高めるために、~120fpsのフレームレートを実現しうる高いフレームレートを有する携帯電話のカメラ、例えばLGDareVX9700を使用することもできる。これは、流量を潜在的に更に向上させることができ、ひいては集計処理量を、例えば15倍以上に向上させることができ、全血サンプルなどの画像化時間は試験毎に20秒未満にまで減少する。最後に、静止した蛍光物体を画像化することにより、光学流体設計の空間分解能を試験した。携帯電話に取り付ける外付けレンズを~0.6mmの焦点距離に変更することにより、~7.8倍の幾何学的拡大率を実現することができ、これによりサンプル面の有効ピクセルサイズは0.3μm未満となる。このシステムの空間分解能は、4μm、2μm、および1μmを含む様々なサイズの緑の蛍光ビーズを用いて特徴付けられた。図12A上段は、幾つかのセットのビーズに対する携帯電話ベースの光学流体蛍光顕微鏡の画像化性能を示している。比較するために、図12B下段に示すように、同一のビーズを、40倍NA=0.6顕微鏡対物レンズを用いる従来のベンチトップ蛍光顕微鏡によっても画像化した。図12Aの画像B-1およびC-1に基づいて、携帯電話ベースの画像化プラットフォームは、4μm中心間隔てられた2つの蛍光ビーズを容易に分解することができる。図12A画像E-1に見られるように、携帯電話蛍光顕微鏡によって、2μmの中心間距離を有する2つのビーズも上手く分解されている。この空間分解能レベルは、図13に示すような、分離した1μmの蛍光粒子の横断面形状によっても確認され、図13は~1.8μmの半値全幅FWHMを示している。この代替的な実施形態では、光学流体蛍光顕微鏡およびフローサイトメトリは、小型、軽量かつ費用対効果が高い、携帯電話の既存のカメラユニットへの取付具を用いて、携帯電話上で一体化される。この携帯電話ベースの光学流体画像化サイトメータでは、蛍光標識化した粒子/セルは、携帯電話の既存のカメラユニットの上に配置される使い捨ての微小流体チップを介して、画像化容量まで連続して送達される。同一の微小流体デバイスは多層の光学流体導波路としても機能し、安価なLEDを用いて微小流体チャネルの側面からバットカップリングされた励起光を効率的に誘導する。全血サンプル中のWBC濃度を測定することによって携帯電話ベースの画像化サイトメータの性能を試験し、市販の血液分析器との優れた一致をもたらした。プラットフォームの画像化性能を更に試験して、~2μmの蛍光分解能を実証した。光学流体画像化によるフローサイトメータを可能にする携帯電話は、設備が限られた場所で様々なセルの集計を行う、あるいは水質をスクリーニングするなどのために体液を迅速かつ感度よく画像化するのに特に有用となりうる。複数の実施形態が図示され説明されているが、本書に開示された発明の概念の範囲を逸脱することなく様々な改変をすることができる。したがって、この発明は、以下の特許請求の範囲およびその均等物を除き、限定されるべきではない。"