JP2002520615A

JP2002520615A - イオンチャンネルのための検出器およびスクリーニング装置

Info

Publication number: JP2002520615A
Application number: JP2000560434A
Authority: JP
Inventors: チエン，ロジャー，ワイ．; コアシン，ピーター，ジェイ．; ファム，アンドリュー，エイ．; ハルートゥニアン，アレック，テイト; ブオン，ミナ
Original assignee: オーロラバイオサイエンシズコーポレーション
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2002-07-09
Also published as: WO2000004366A1; EP0973040B1; CA2278045A1; DE69937126T2; DE69913257T2; ES2210911T3; EP0973040A2; AU5108199A; EP1403645A1; DK0973040T3; ATE373241T1; EP0973040A3; WO2000004366A9; PT973040E; DE69937126D1; DE69913257D1; EP1403645B1; ATE255727T1

Abstract

(57)【要約】本発明は、光計測のための検出器アセンブリー、ファイバーアセンブリー(204)およびスクリーニングシステムを提供する。本発明は、マルチウェルプレートの複数のアドレス指定可能ウェル(206)中に含まれる少なくとも１つのサンプルからの放出光の少なくとも２つの光学的性質を同時に測定する方法を包含する。前記方法は、マルチウェルプレートのウェルを複数のボールレンズ(205)に整合させ、各ボールレンズの対称軸を通して同軸的に、適切な光源(201)からの電磁放射線を誘導し、該ボールレンズによって焦点に集められたサンプルからの放出光を検出することを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本出願は、本出願が一部継続出願として基づく、Tsienらの「イオンチャンネル
のための検出器およびスクリーニング装置(Detector and Screening Device for
Ion Channels)」という名称の1998年7月17日に出願された特許出願(整理番号083
66/006001)(本明細書において参照により組込まれるものとする)に対する米国特
許法第120条による先の出願日の利益を主張するものである。

【０００２】発現の分野本発明は、一般的に、液体サンプル中の生物学的活性を有する化学物質を迅速
に同定するための装置および方法に関し、特に、新規の医薬、農薬または化粧品
についての少量のサンプルの自動化スクリーニングに関する。

【０００３】発明の背景薬物探索は、高度に時間依存的で重要なプロセスであり、方法論における有意
な改善は、有用な化学物質が実証された手がかりとなり、最終的に薬物開発の基
礎を形成するペースを劇的に改善し得る。多くの場合、有用な薬物の最終的な価
格は、市場に到達するタイミング、および特定の病状に対する唯一の治療薬とし
て享受できる期間の長さにより設定される。

【０００４】主な製薬会社にとって主要な問題は、上記プロセスの速さと効率を向上させる
とともに、費用を絶対最小額に維持することである。この課題に対する一つの解
決法は、24時間あたり何千もの化学物質を迅速に分析できるハイスループットス
クリーニングシステムを開発することであった。さもなくば、そのような多数の
化合物をスクリーニングするのにかかる莫大な費用を抑えるため、これらのシス
テムは、典型的に、試薬費用を劇的に抑える小型化アッセイシステムを使用して
、生産性を向上させる。多数の小型化アッセイを効率的に扱うためには、信頼性
のある試薬添加および操作が得られる自動ロボット式に制御された分析システム
を実行することが必要である。これらのシステムおよび本明細書の発明は、他の
システムサブコンポーネント(例えば、中央化合物保存器)と対等に相互作用し、
迅速かつ効率的なサンプル処理を可能にすることが好ましい。

【０００５】小型化ハイスループットスクリーニングシステムは、丈夫で、信頼性があり、
かつ再現性ある、少量のサンプルでも作用するほど十分に感度が高い分析方法を
必要とする。巨視的分析においてうまく使用できる可能性のある分析方法は多数
あるが、これらの方法の多くは、容易に小型化できなかったり、小型化されると
十分な感度を欠いてしまう。これは、いかにも尤もなことである。なぜなら、所
与のサンプルの絶対シグナル強度がサンプル量の関数として低下するのに対して
、バックグラウンド光学ノイズまたは検出器ノイズはサンプル量が多くても少な
くてもある程度一定のままであるからである。小型化ハイスループットスクリー
ニングアッセイとして好ましいアッセイは、非常に少量のサンプルでも高いシグ
ナル対ノイズ比を有するものである。

【０００６】蛍光に基づく測定は、高い感度を有し、励起光および放出光の内部フィルタリ
ングなどの因子が低くなる少量のサンプルでもうまく実行できる。従って、蛍光
は、たとえサンプルが少量でも良好なシグナル対ノイズ比を示す。蛍光に基づく
シグナル検出を使用する特に好ましい方法は、２つ以上の波長において同時に変
化する蛍光(放出光)シグナルを生成することである。第１波長での放出光強度を
第２波長の放出光強度で除算したものに基づいて比率を計算できる。蛍光アッセ
イを測定するために上記比率を使用することは、他の非比率測定型分析と比べて
いくつかの重要な利点を有する。第一に、上記比率は、蛍光を発光する蛍光染料
の実際の濃度にほとんど依存しない。第二に、上記比率は、蛍光化合物を励起す
る光の強度にほとんど依存しない。第三に、上記比率は、検出器の感度の変化(
これらの変化は両波長における検出効率については同じものとする)にほとんど
依存しない。上記利点の組み合わせにより、蛍光に基づく比率測定アッセイは、
日ごとおよびアッセイごとの再現性が重要なハイスループットスクリーニングシ
ステムにとって非常に魅力的なものとなる。

【０００７】比率測定放出光読出しを行う蛍光アッセイは、該方法の利点が受け入れられる
に従って関心が高まってきた。２つ以上の波長における放出光比率の変化は、い
くつかの異なるメカニズム(蛍光化合物における電子的およびコンホメーション
的な変化を含む)により得ることができる。典型的に、これらの変化は、蛍光化
合物が特定のイオン(例えば、カルシウムもしくはマグネシウムなどの金属イオ
ンなど)と化学反応または結合するのに応答して生じうるか、または、蛍光化合
物のプロトン付加状態に影響をもたらすpH変化により生じうる。

【０００８】あるいはまた、放出光の比率測定的変化は、一方の蛍光種から他方の蛍光種へ
の蛍光共鳴エネルギー伝達(FRET)の使用を活用することにより都合よく得ること
ができる。このアプローチは、予測可能で、感度が良く、良く定義され、良くス
ペクトル分解された２つの波長における比率の大きな変化をもたらしうる。さら
に、FRETは、活性の範囲についての比率測定アッセイを作成するために一般的に
適用できる。例えば、特許WO96/30540(Tsien)は、βラクタマーゼの蛍光原基質
を用いて、遺伝子発現を測定するためのFRETに基づくシステムを記載している。
特許WO96/41166(Tsien)は、細胞の形質膜を通る電圧を測定するためのFRETに基
づくシステムの使用を記載している。特許WO97/20261(Tsien)は、２つの蛍光タ
ンパク質間のFRETを使用した、細胞内タンパク質の測定を記載している。これら
のアッセイは、本明細書に記載する発明と共に使用できる。

【０００９】本発明は、複数のサンプルからの放出光比率を同時に、高感度、高速、高再現
性かつ高精度に測定するための改善された光学システムおよび方法の開発に関す
る。本発明は、サンプルからの蛍光放出光を順番に測定するのに適した従来の方
法および装置と比べていくつかの重要な利点を有する。

【００１０】第一に、放出光比率の同時測定により、ランプ強度の急速変動、蛍光染料の脱
色、またはマルチウェルプレートの整合のサイクル間誤差を修正することが可能
になり、より小さな比率の変化を信頼性高く観察できる。第二に、比率測定の間
、機械的動作が必要でないため、機械設計の問題がない。第三に、非常に迅速に
比率を得ることができ(これは膜電位またはカルシウムの動的測定に必要である)
、フィルタ変更の速度により限定されない。第四に、フィルタ切替えのための無
駄な時間を無くすことにより、全体的なスループットおよびデューティーサイク
ルが改善される。最後に、アドレス指定可能なウェルの間の残存率不均一性(res
idual ratio non-uniformities)は一定でなければならず、これは先に測定した
標準サンプルの放出光比率を使用して、ソフトウエアにおいてサンプル比率を正
規化することで簡単に修正できる。

【００１１】発明の概要本発明は、マルチウェルプレートの多数のアドレス指定可能なウェル中に含ま
れる少なくとも１つのサンプルからの放出光の少なくとも２つの光学的性質を同
時に測定する方法であって、 i) マルチウェルプレートの多数のアドレス指定可能なウェルを、多数のボール
レンズに整合させ、 ii) 多数のボールレンズのそれぞれの対称軸を通して実質的に同軸的に電磁放
射線を誘導し、 iii) 少なくとも１つのサンプルからの、多数のボールレンズによって焦点に集
められた放出光を検出する、各ステップを含んでなる、上記方法を包含する。

【００１２】本発明は、少なくとも１つの予め決められた波長の光を放出する光源、サンプ
ルホルダー、該サンプルホルダーから予め決められた問合せ距離にあるボールレ
ンズ、二重の光問合せに適しておりかつ該ボールレンズと光連絡する３分岐ファ
イバー、少なくとも１つの所望波長の光を検出しかつ該ボールレンズと光連絡し
ている検出器、から構成される光学検出システムを包含する。典型的には、該光
学検出システムは、３分岐ファイバーが、第１波長の光を受信するための第１の
多数の放出束および第２波長の光を受信する第２の多数の放出束を含み、該第１
の多数の放出束および前記光源が前記サンプルホルダーにおいて少なくとも１つ
の予め決められた波長の励起光を放出する。該光学検出システムは、さらに、該
ボールレンズと、該ファイバーもしくはサンプルもしくはマルチウェルプレート
との間、またはそれらの組み合わせの位置関係を制御可能に変えるために、少な
くとも１つのポジショナーを備える。典型的には、該光源は、エピフルオレッセ
ンスをモニターするために、サンプルホルダーにあるサンプル中の少なくとも１
つのアドレス指定可能なウェルの位置に、上記３分岐ファイバーを通して光を放
出する。好ましくは、３分岐ファイバーは、ボールレンズの焦点面にほぼ位置す
る端部を備える。

【００１３】本発明はまた、第１波長の光を受信するための第１の多数の放出束、および第
２波長の光を受信するための第２の多数の放出束を含む３分岐ファイバーを含み
、該第１の多数の放出束および該第２の多数の放出束が多数の励起束の中に非ラ
ンダムに分布している、光ファイバーアセンブリーを包含する。

【００１４】図面の簡単な説明（図面の説明については下記参照）発明の説明定義特に定義しない限り、本明細書中で使用される全ての科学技術用語は、本発明
が属する分野における通常の知識を有する者により一般に理解されるものと同じ
意味を有する。一般に、本明細書中で使用される名称集、ならびに以下に記載さ
れるオートメーション、コンピュータ、検出、化学および実験手法の多くは、当
分野で公知であり一般的に使用されるものである。工学技術、ロボット工学、光
学、分子生物学、コンピュータソフトウェアおよび集積化では通常標準的な技術
が使用される。一般的に、化学反応、細胞アッセイおよび酵素反応は、製造業者
の仕様書に従って適宜行われる。技法および手法は、当分野の従来法および種々
の一般的な参考文献に従って一般的に行われる（概要についてはLakowicz, J.R.
Principles of fluorescence spectroscopy, New York: Plenum press (1983)
およびLakowicz, J.R. Emerging applications of fluorescence spectroscopy
to cellular imaging; lifetime imaging, metal-ligand probes, multi-photon
excitation and light quenchingを参照されたい）。蛍光技術についてはScann
ing Microsc Suppl VOL. 10 (1996) pp.213-24を、分子生物学的方法については
SambrookらのMolecular Cloning: A laboratory manual,第2版(1989) Cold Spri
ng Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.を、一般的な光学的方
法についてはOptics Guide 5 Melles Grior(登録商標) Irvine CAを、ならびに
光ファイバーの理論および材料についてはChapman & Hallにより出版されたSnyd
er & LoveのOptical Waveguide TheoryおよびPrentice-Hallにより出版されたPe
ter CheoのFiber Optics Devices and Systemsを参照されたい。

【００１５】本発明の開示を通じて使用される以下の用語は、特に指示がない限り、以下の
意味を有するものと理解されたい。

【００１６】「マルチウェルプレート」とは、実質的に平らな表面上に配置された複数のア
ドレス指定可能なウェルからなる２次元アレイを指す。マルチウェルプレートは
、任意数の独立したアドレス指定可能なウェルを含み、任意の幅または深さのア
ドレス指定可能なウェルを含み得る。マルチウェルプレートの一般的な例として
は、96ウェルプレート、384ウェルプレートおよび3456ウェルナノプレートが挙
げられる。

【００１７】「アドレス指定可能ウェル」とは、マルチウェルプレート上の空間的に独立し
た位置であって、そのプレートのコンピュータ表示部の外部の物理的表示部を有
するまたは有さない位置を指す。

【００１８】「化学プレート」とは、原液またはその希釈物等の化学物質を含むマルチウェ
ルプレートを指す。

【００１９】「薬剤または薬物」とは、被験体に適切に投与された場合に所望の治療効果を
誘導することができる化合物もしくは組成物を指す。

【００２０】本明細書中で使用される「光学的性質」とは、光の測定可能な性質、例えば特
定の波長における放出光の強度、偏光の強度もしくは程度、化合物もしくは組成
物の透過率、または化合物もしくは組成物の反射率などを指す。

【００２１】「ボールレンズ」とは、適当な透明の屈折性物質でできた球体、切頭球体、円
柱体、または切頭円柱体を指し、通常は球体である。

【００２２】「操作可能に連結された」とは、そのように記載された複数の成分が、意図さ
れたように該成分が機能できるような関係にある並列（juxtaposition）を指す
。

【００２３】「光問合せ（optical interrogation）」とは、少なくとも１つの検出装置に
よりサンプルの少なくとも１つの光学的性質を検出または測定する方法を意味す
る。検出装置は典型的には、光電子増倍管（PMT）等の光子検出装置を含む。

【００２４】本発明の１つの実施形態の説明図１は、本発明の１つのデバイスを示す。本発明の１つの実施形態において、
デバイスは、液体ハンドラー115、マルチウェル位置調節台112、および本発明の
ボールレンズ３分岐光ファイバ束ボールレンズアセンブリーを含む検出装置を組
み込んでいる。該光学アセンブリーの垂直位置は、ステッパモーターにより駆動
されるカムシステムにより調節することができる（図６にさらに記載される）。
該プレートを該システムから出し入れする時に該アセンブリーを下降させて、該
マイクロプレートのスカートを該３分岐光ファイバ束ボールレンズアセンブリー
上に通過させる。該プレートがシステム内に入ると、該アセンブリー（図５にさ
らに記載される）は上昇し、蛍光検出効率を最大にする。細胞および化合物を含
むプレートを、手操作により、またはコンピュータ制御されたアームにより、該
デバイスにロードする。次に該デバイスは該プレートを光密（light-tight）読
取り領域116に入れる。マルチウェルプレートの移動を制御するために、マルチ
ウェルプレート位置調節台112（500000シリーズ、（Parker Hannifin Corp.、ペ
ンシルバニア州ハリソンシティー）など）を使用することもできる。１つの実施
形態において、液体ハンドラー115は、少なくとも１つの分配チップ114およびそ
れに結合するポンプ107、不要物容器108および希釈液容器109を備えた、改造型H
amilton Micro Lab 2000MPH（Hamilton Co.、ネバダ州リノ）であってもよい。
検出器モジュール111は、1Hzまたは10Hzの速度（rate）の蛍光放出光を検出する
ために使用される16個の光電子増倍管（Hamamatsu HC124-01）を備える。２つの
光電子増倍管は、8個のウェルからなる列の各ウェルからの蛍光を検出するため
に使用され、連続的な放出光定量検出を可能とする。より短い波長の放出光（30
0〜650nm）を検出するためには、青色感受性２アルカリ光電子増倍管（blue-sen
sitive bi-alkali photomultiplier tube）が典型的に使用され、より長い波長
の放出光（300〜850nm）を検出するためはマルチアルカリ光電子増倍管（multi-
alkali photomultiplier tube）が使用される。コンピュータ105およびグラフィ
ックユーザインターフェース101は、液体ハンドラー115、マルチウェルプレート
位置調節台112、検出器モジュール111およびデータ収集106の機能を統合する。
データ収集は、コンピュータモニタ103によりモニタを介してリアルタイムで見
ることができる。中央電源スイッチ104を用いて、デバイスの電源のオン・オフ
を切りかえることができる。

【００２５】図２を参照すると、細胞の単層を、マイクロプレートウェル206の底で、３分
岐光ファイバー束203の共通端部により検出することができる。各３分岐光ファ
イバー束の１つの脚(leg)は、励起源201として使用される。この場合、８つの励
起脚（excitation leg）の各々は単一の束204へと融合されており、該８つの３
分岐束の各々に均一な光強度を提供する。該３分岐ファイバーの他の２つの脚は
、蛍光放出光214および213を検出するために使用される。該３分岐束の共通端部
は、蛍光放出光を励起および集束するために使用される。８つの３分岐ファイバ
ーを使用して８つのウェルからなる列の各ウェルからの２つの放出光チャネルを
検出する。蛍光検出の効率を上げるために、ボールレンズ205（RB-707004、Bird
Precision、マサチューセッツ州ワルタム（Waltham））を該３分岐ファイバー
束の共通端部の一番上に備えてもよい。

【００２６】蛍光励起源として、放物面反射器を備えた300ワットのキセノンアーク燈201、
例えばCXP300（ILC Technology、カリフォルニア州サニーヴェイル）等を使用す
ることができる。励起光は２つの2”径干渉フィルタ（例えば400RDF15または480
RDF20、Omega Optical, Brattleboro, VT等）によりフィルタリングされ、次に
レンズ202により３分岐束の励起脚へと集束される。また、熱によるダメージか
ら干渉フィルターを保護するために、光学路にはIR熱吸収水フィルター208およ
びシャッターシステム207の両方が備えられる。蛍光放出光を検出するために、
１”径「ヘッドオン」光電子増倍管、例えばHC124シリーズ（Hamamatsu Corp、
ニュージャージー州ブリッジウォーター）が使用される。ファイバー束の一方の
脚からの蛍光放出光は、青色感受性２アルカリ光電子増倍管209により検出され
、ファイバー束の他方の脚からの放出光は、赤色感受性マルチアルカリ光電子増
倍管210により検出される。データは、ペンティアム（商標）ベースのパーソナ
ルコンピュータ212の中の多機能ボードのA/D部分、例えばPCI-MIO-E-1（Nationa
l Instruments、テキサス州ダラス）により収集される。該コンピュータ215は、
データ獲得、プレートおよびファイバーの移動、ならびにシャッターの開閉を制
御する。

【００２７】検出システムの構成要素典型的に、蛍光検出における最も大きな問題は、検出システムにおけるバック
グランド信号の低減である。この場合、検出システムは、励起源およびそれに関
連する光学系（２色フィルタ、干渉フィルタ、集束レンズ、コリメーターなど）
、光ファイバーアセンブリー（励起および光放出の光路およびパターン）、分析
するサンプルを含む物質、ならびに検出要素に放出光を方向付ける放出フィルタ
およびそれに関連する光学系を備え得る。エピ蛍光検出（励起光および放出光が
同じ平面から向けられおよび収集される）における重要な試みは、蛍光発光の効
率的な収集を行ったり励起光の反射による高いバックグラウンドを生成したりす
ることなく、励起光エネルギーおよびこのエネルギーが該サンプルに運ばれる領
域（励起光により生成される視界）を最大にすることである。典型的には、最適
な放射エネルギーと、該励起エネルギーにより照射される視界と、蛍光発光収集
効率との間には、トレードオフが存在する。例えば、励起に使用される波長によ
っては、ある物質（高い開口数（NA）等の他の望ましい特徴を有し得る物質）が
、該物質が必要な励起波長に合わない（高い自己蛍光）という理由により、使用
が除外される場合がある。従って、蛍光検出器の最終的な感度は、様々な光イン
ターフェース（反射および屈折が起こる）で主に生成されるバックグラウンドノ
イズ源の量およびドリフトによりしばしば制限される。

【００２８】典型的に、本発明の検出システムは、光子検出器に光連絡している４分岐、３
分岐または２分岐の光ファイバー束に光連絡しているボールレンズを備える。指
定された時間および量で所定の分配を行うために、液体ハンドリングシステムが
備えられる。好ましくは、分配および光学的問合せ（optical interrogation）
はコンピュータ制御により整合される。好ましくは、第１ポジショナーは、ボー
ルレンズとサンプルまたはサンプルホルダとの間の問合せ距離（interrogation
distance）を制御する。第２ポジショナーは、ボールレンズとファイバー束との
間の伝達距離を制御するために、第１ポジショナーと共にまたは第１ポジショナ
ーなしで、備えられる。

【００２９】ボールレンズおよび３分岐光ファイバーアセンブリーボールレンズは、好適な光ファイバー束の構成と組合せたときにバックグラウ
ンドノイズを大幅に低減する、コンパクトな広視野レンズを提供する。本発明の
ボールレンズ３分岐光ファイバーアセンブリーは、光源からアドレス指定可能な
ウェル中のサンプルへと光を方向付けるのに効果的であり、また該サンプルから
放出された光を該３分岐光ファイバー束の放射レッグへと効率的に集束させる。
様々なサイズおよび構成のボールレンズの光集束能力を図４に示す。ガラス、サ
ファイアまたは石英ガラスでできたこのようなボールレンズは、光軸から最大約
65°までの範囲からの放出光を集め、ボールレンズの頂点とマルチウェルプレー
トの底部との間に50〜100μmの空隙があっても高開口度（NA）を維持することが
できる。さらに、口径食（画像の中心からエッジまでの間のレンズ画像強度のば
らつき）は、光ファイバーのフェースプレートにわたって最少である。これらの
利点は、３分岐光ファイバー束をボールレンズと組合せて使用する場合にさらに
強化される。１つの実施形態において、複数の励起ファイバーは３分岐光ファイ
バー束の中に同軸に配置され、実質的にボールレンズの対称軸を通して光を方向
付ける。これらの条件下で、励起光は光学軸の11°未満に制限されるため、マル
チウェルプレートのアドレス指定可能ウェルの側壁は照射されず、これによりバ
ックグラウンドの光拡散および蛍光を低減する。さらに、マルチウェルプレート
から光学軸に対し11°未満の角度で戻ってくる全ての反射光は、放出ファイバー
ではなく励起ファイバーの中に入る。これは、少量の蛍光を犠牲にするが、マル
チウェルプレートの底の両面から鏡面反射した光を受けつけない。

【００３０】特定の応用のための好ましい光学構成要素を選択するために、ボールレンズと
光ファイバーアセンブリーの特定の組合わせに対するシグナル対ノイズまたはシ
グナル対バックグラウンドレベルを決定することが、しばしば好ましい。シグナ
ル対ノイズ比は、光学系で測定した蛍光物質の規定した量の光度を、正確に同じ
条件下で空セルを測定して得られたノイズと比較して決定することができる。S/
N比を較正物質（例えば、フルオレセイン）のある濃度範囲で計算して全体の検
出感度および線形性を決定することができる。さらに、測定値の可変性を標準偏
差（S.D.）および分散係数（C.V.）を使って表現し、系のそれぞれの再現性およ
び調整感度を設定することができる。

【００３１】さらに、光ファイバー束とボールレンズおよびボールレンズと光学的問合せ対
象物表面との間隔を選択することが好ましい。これは、所望の光学的配置のそれ
ぞれに対して、S/N比vs.問合せまたは透過距離のグラフを作製することにより速
やかに達成することができる。同じ方法で、類似のS/N比グラフを励起光の様々
な照明強度および波長の励起光に応答する組合わせのそれぞれについて（適当な
蛍光サンプルと一緒に）作製することができる。この解析により、S/N比により
表現された性能特性のマトリックスを作製し、これらを使って特定の応用に対す
る最適の光ファイバーアセンブリー、ボールレンズサイズ、組成、反射防止コー
ティング、および構成要素の空間的配置を選択する。

【００３２】例えば、励起と放出束数および配置の様々なパッキングパターンをもち、かつ
励起レッグと放出レッグ内の異なるファイバー数をもつ光ファイバー束を作るこ
とができる。ある実施形態においては、束内の励起および放出レッグの両ファイ
バーを無作為にパッキングする。他の実施形態においては、ファイバーを特定の
規定されたパターンで配置して、系に好ましい光学特性を与える。例えば、上述
のある好ましい実施形態においては、励起ファイバーは、光ファイバー束の中心
に一緒に束ね、放出ファイバーは外側に配置して、同軸光ファイバー束を作製す
ることができる。この好ましい配置で２分岐および３分岐の両方のファイバー束
を作製することができる。あるいは、放出束をアレイを作る小さい群に、または
束軸の周りに放射状に、または任意の他の対称もしくは非対称なパターンに配置
することができる。

【００３３】光ファイバーアセンブリーはまた、励起および放出レッグ両方のファイバーの
全数および全体サイズを変えることもできる。励起ファイバー数および放出ファ
イバー数ならびに励起ファイバー対放出ファイバーの相対比は、系の他の構成要
素、ならびに光源形式、検出器感度およびサンプルを入れるアドレス指定可能な
ウエルのサイズによって大きく変えることができる。これらの因子の最適化を本
明細書において考察する。ある実施形態においては、光ファイバー束は、全部で
341本のファイバーを含み、そのうち55本のファイバーはファイバー内に無作為
に配置された励起ファイバーとすることができる。他の実施形態においては、フ
ァイバーは341本のファイバーを有し、そのうち85本のファイバーは励起ファイ
バーで優先的に束の中心に配置されるが、また無作為に放出束の残りを通しても
分布する。他の実施形態においては、ファイバーは112本のファイバーを含有し
、そのうち7本のファイバーは励起ファイバーで束の中心に配置され、残りの放
出ファイバーは励起ファイバーの周りに置かれる。他の実施形態においては、フ
ァイバーは1417本のファイバーを含有し、そのうち163本のファイバーは励起フ
ァイバーで束の中心に配置され、残りの放出ファイバーは励起ファイバーの周り
に置かれる。光ファイバー束の他の実施形態においては、励起ファイバーは束内
の中心に置かれ、放出ファイバーが終結する点を超えて伸びる。この実施形態の
好ましい変形においては、放出ファイバーはボールレンズと接触する光ガイド液
中で終結する。典型的には、３分岐光ファイバー束における励起-対-放出ファイ
バーのパーセントは、ほぼ5〜10パーセント励起ファイバー、またはほぼ10〜20
パーセント励起ファイバーまたは20〜40パーセント励起ファイバーの範囲にある
。

【００３４】それぞれの光ファイバー束の配置および応用に対して、ボールレンズの組成お
よびサイズの更なる最適化が望ましい。好ましい光学的配置を設定するために、
それぞれの光ファイバー配置について様々な屈折率の材料組成および様々なサイ
ズのボールレンズを容易に評価することができる。約1mm、2mm、3mm、4mm、5mm
、6mm、8mm、10mmおよび20mm直径のボールレンズを、所望の画像システムの計器
サイズおよび空間要件によって評価することができる。ボールレンズの適当な組
成は、石英ガラス、サファイア、光学ガラス（BK7、SF11またはLaSF9等）、ホウ
ケイ酸ガラスまたはセレン化亜鉛（赤外応用に対して）を含む。波長範囲300〜7
50nmの使用に対して好ましいボールレンズ組成は、石英ガラスおよびサファイア
を含む。低い光での応用に対しては、しばしば、ボールレンズに対して、単層ま
たは多層MgF₂、V-コーティング、HEBBAR（商標）（高効率広域帯反射防止：High
Efficiency Broad Band AntiReflection）およびExtended range AntiReflecti
veコーティングのような適当な反射防止コーティングを含むことが必要である。
レンズの最適組成、サイズおよびレンズの様々なコーティングの内の反射防止コ
ーティング（AR）を決定するために、上記材料のそれぞれで作った上記ボールレ
ンズのそれぞれのサイズを、上記ARコーティングのそれぞれを用いておよびARコ
ーティングを用いないで調製して、本明細書に記載したように評価する。

【００３５】検出器検出器は、電荷結合素子（CCD）、フォトダイオード、または光電子増倍管（P
MT）のような光子放出を測定するための少なくとも１つの光子感受性表面または
材料を含むことができる。検出器は、光子増幅器を使ってシグナルを増幅し、も
し所望であれば制御（gate）することができる。好ましくは、検出器は、長い検
出統合（integration）のための増幅器のない高量子効率CCDを利用することがで
きる。あるいは、検出器は複数のPMTまたは多点PMTを使って、複数のアドレス指
定可能なウエルから２つの波長で同時に光子を検出し定量することができる。

【００３６】検出器は好ましくは、エピ蛍光モードで作動し、好ましい照明はマルチウェル
プレートの底からであり、かつ好ましい収集もマルチウェルプレートの底からで
ある。検出器は通常、単一読みからのシグナル応答で3〜4オーダーの光度の動的
範囲で検出できる。ある実施形態においては、検出器はアッセイウエルから放出
される光子を映し、検出するためにCCDチップを利用する。

【００３７】光源好ましい実施形態においては、検出器は光源アセンブリー（例えば、キセノン
ランプ）を含んでなり、電源によって、連続とパルス（1kHz）出力の間を（手動
またはコンピュータ制御によって）切替えることができる。適切な光源、例えば
レーザー、光放出ダイオード（LED）または水銀アーク燈も、本明細書に記載し
た他の光源のように適切であり、そして他の適切な光源が将来開発されうる。

【００３８】液体ハンドラー或る実施形態においては、液体ハンドラーは個々に予め決められた容積を分配
することができる複数のナノリットルのピペッティングチップを含み得る。典型
的には、ピペッティングチップは二次元アレイとして配置されて、異なるウエル
密度（例えば、96、384、864および3,456）のプレートを操作する。

【００３９】通常、分配量は、予め決められて選択されたアドレス指定可能なウエルから吸
引した約2,000マイクロリットル未満の液であり、予め決められて選択されたア
ドレス指定可能なウエル中に分配される。好ましくは、ナノリットルのピペッテ
ィングチップは約500ナノリットル未満、さらに好ましくは約100ナノリットル未
満、そして最も好ましくは約25ナノリットル未満を分配することができる。25ナ
ノリットル未満の分配は本明細書に記載したピペッティングチップにより達成す
ることができる。好ましい、最小の分配量は、5ナノリットル、500ピコリットル
、100ピコリットル、10ピコリットルである。このような最小量を分配する能力
のあるピペッティングチップはまた、より大きい量を分配する能力もあることは
理解される。最大の分配量は分配時間、貯槽サイズ、チップ直径およびピペッテ
ィングチップのタイプに大きく依存するであろう。最大の分配量は、約10.0マイ
クロリットル、1.0マイクロリットル、および200ナノリットルである。好ましく
は、このような液体ハンドラーは分配および吸引の両方の能力を有する。通常、
ナノリットルのピペッティングチップ（またはより小さい量の分配器）は、予め
決められて選択されたアドレス指定可能なウエル（例えば薬物候補を含有する化
学ウエル）から液を吸引するための液体チャネルを含んでなる。液体ハンドラー
はさらに本明細書に記載され、ある量、典型的にはマイクロリットルの範囲にお
いて、当業界で公知のまたは将来開発される適切な液体ピペッティングチップを
使うことができる。マスタープレートから娘プレートを作ることが所望である場
合は、約1〜20マイクロリットル容積を扱う能力のある液体ハンドラーを使うこ
とが特に有用である。好ましくは、このような場合、液体ハンドラーは小量を分
配するのに適合した分配ノズルを有し、液体貯槽を有するチップを保持すること
ができる。

【００４０】ある実施形態においては、ナノリットルのピペッティングチップは、アドレス
指定可能な化学ウエルからの液のための貯槽に液接続されたソレノイドバルブを
含んでなる。液体貯槽は、ナノリットルのピペッティングチップより吸引した液
を保持することができる分配器の領域であることができる。通常、チップ貯槽は
最小分配量の少なくとも約100倍から分配量の約10,000倍、そしてさらに好まし
くは、分配量の約250,000倍を保持するであろう。ソレノイドバルブは貯槽内の
正の水圧を制御し、作動すると液を放出させる。分配のための正圧は、水力また
は空気圧的手段、例えばモーターまたはガスボンベにより駆動するピストンによ
り作ることができる。吸引のための負圧は、真空手段（例えば、モーターによる
ピストンの引出し）により作ることができる。より大きな分配制御のために、直
列で液連絡のある２個以上のソレノイドバルブを使うことができる。

【００４１】他の実施形態においては、ナノリットルのピペッティングチップは、液体貯槽
に液連絡した電気感受性容積変位ユニットを含んでなる。典型的には、液体貯槽
はアドレス指定可能な化学ウエルから吸引された液を保持する。電気感受性容積
変位ユニットは容積変化による電流に応答する材料から成る。典型的には、この
ような材料は、電流に応答するよう適切に配置されたピエゾ材料であることがで
きる。電気感受性容積変位ユニットは分配ノズルと振動の連絡をとり、振動によ
りノズルから予め決めた量が放出される。好ましくは、ピエゾ材料は、10〜1ナ
ノリットル未満の容積の分配器で使われ、500〜1ピコリットルの最小量を分配す
る能力がある。ピエゾピペッティングチップはPackard Instrument Company, Co
nnecticut, USA（例えば、MultiProbe 104用の付属品）から入手することができ
る。このような小さい分配量は、より大きな希釈を可能にし、保存が容易であり
、そして液体ハンドリング時間を削減する。

【００４２】或る実施形態においては、液体ハンドラーはバルク分配（例えば、洗浄用）に
使うことができる。バルク分配手段を液体ハンドラーに接続することにより、大
量の特定の溶液を多数回分配することができる。このようなバルク分配手段は、
例えば改良型Hamilton Micro Lab2200,（MPH, Hamilton Co. Reno, NV）が当業
界で知られており、また、将来開発されうるであろう。

【００４３】ポジショナー、トランジショナルステージ様々な密度のマルチウェルプレート中への問合せ、吸引または分配は、マルチ
ウェルプレートの自動位置調整（例えば、直交の）により達成することができる
。典型的には、マルチウェルプレートは直交ポジショナー上に固定され、該ポジ
ショナーは液体ハンドラーのX、Y位置に対して、X、Y位置の第１の密度でマルチ
ウェルプレートのウエルを移動する。通常、液体ハンドラーは吸引および/もし
くは分配ヘッド、または両方のアレイを有する。多数の吸引／分配ヘッドは同時
に操作することができる。直交ポジショナーは、それぞれのアドレス指定可能な
ウエルを適当な分配ヘッドに整合させる。好ましくは、予め選定したアドレス指
定可能なウエルの予め決められた位置（例えば、中心）を、分配ヘッドの液流跡
線（trajectory）の中心に整合させる。実施例に記載したような他の整合方法を
使うことができる。ウエル直径より実質的に小さいヘッドを用いると、直交ポジ
ショニングにより様々な密度およびウエル直径のプレート中に吸引または分配が
可能となる。

【００４４】直交ポジショナーは、典型的には、アドレス指定可能なウエルを色々な位置に
または液体ハンドラー（例えば、分配ヘッド）を色々な位置に移動する機械的手
段を使って、分配ヘッドのアレイをアドレス指定可能なウエルのアレイとX、Yで
整合させることができる。好ましくは、液体ハンドラーよりむしろ、プレート上
のアドレス指定可能なウエルのアレイを移動させる。この設計は、マルチウェル
プレートは通常、液体ハンドラーほど重くなくまたは煩わしくなく、直交ポジシ
ョナー上の機械的応力が小さくかつ移動精度が高いので、しばしば信頼性を改善
する。この設計はまた、相対的に軽量で小さいマルチウェルプレートは大きな構
成要素より速やかにかつ精度よく移動することができるので、液処理時間の高速
化を促進する。機械的手段は、Xトラック上に配置されたベースを駆動する第１
のコンピュータ制御サーボモーターおよびXトラック上に配置されたYトラックを
駆動する第２のコンピュータ制御サーボモーターであることができる。ベースは
マルチウェルプレートを固定し、フィードバック機構もしくは正確なCartesian
マッピングシステムのいずれかまたは両方を使って、アドレス指定可能ウエルを
ヘッドと適切に整合させることができる。このような作業を達成するための、本
明細書に記載した、当業界で公知の、または将来開発される他のこのような装置
を使うことができる。通常、このような装置は、少なくともXで±0.3mmおよびY
で±0.3mm、好ましくは少なくともXで±0.09mmおよびYで±0.09mm、そしてさら
に好ましくは少なくともXで±0.01mmおよびYで±0.01mmのX、Y位置正確度および
精度を有する。このような装置は、直交配置されているアドレス指定可能なウエ
ルまたはマルチウェルプレートを同定する検出器を含んでなることが望ましい。
予め決められたX、Y座標に対するこのようなポジショナーは、正確で微細なピッ
チを有するステッパーモーターを備えたリードスクリュー（例えば、Parker, Ro
hnert Park, CA, USAから供給されるCompumotor Stages）を使って作ることがで
きる。ポジショナー（例えば、X、YまたはZ）を使って検出器アセンブリー、サ
ンプル、液体ハンドラーまたはこれらの組合わせを移動することができる。

【００４５】あるいは、液体ハンドラーは、液体ハンドラーの正確なX、YおよびZポジショ
ニングを可能にするために、液体ハンドラーのためのX、Yポジショナーを有する
Z-ポジショナー上に配置することができる（例えば、United KingdomのLinear D
rives）。

【００４６】１つまたは複数の参照点（例えば、基準）をセットアップに含ませて、所望の
アドレス指定可能なウエルが所望のアドレス指定可能なヘッドと適切に整合する
ことを保証することができる。例えば、マルチウェルプレート、直交ポジショナ
ーまたは液体ハンドラーが参照点を含み、プレートおよびそのアドレス指定可能
なウエルのX、Y整合を液体ハンドラーに関してガイドすることができる。例えば
、液体ハンドラーは、プレートの各コーナーに対してX、Yで対応する検出器を有
する。該プレートは、液体ハンドラーの位置検出器に対してX、Yで対応するオリ
フィス（またはマーク）を有する。プレートのオリフィスは、対応するX、Y位置
の直交ポジショナー上に位置するコンピュータ制御された確認光源へ光が通過し
、またはそれから反射することを可能にする。当業界で公知の光学位置決め器（
locator）も複数の実施形態で使うことができる（PCT特許出願WO91/17445（Kure
shy））。直交ポジショナーによる放出された液体ハンドラーによる光の検出は
、プレートの整合を確証する。プレートの整合が確証されると、吸引または分配
の開始を始動することができる。米国特許第5,206,568号（Bjornson）に記載の
ような複数の出願ではステッパーモーターを制御することができる。

【００４７】液体ハンドラーはまた、典型的には、Z次元ポジショナー上に配置され、液輸
送高さの調節が可能になる。この特性により、もし所望であれば、サンプル分配
モジュールに使うための、広範囲のプレート高さ、ならびに吸引および分配チッ
プが可能になる。これはまた、アドレス指定可能なウエル表面もしくはアドレス
指定可能なウエルの液表面、と液体ハンドラーとの間の分配距離を、静電気、重
力、空気流の影響を最小化するように調節して、アドレス指定可能なウエルの特
定位置への液の分配が所望である応用において分配のX、Y精度を改善することを
可能にする。あるいは、マルチウェルプレートをZ次元ポジショナー上に配置し
て液輸送高さの調節を可能にすることができる。静的中和装置を使って静電気を
最小化することもできる。一般的に、液輸送高さは約2cm未満であろう。好まし
くは、小量が、約10mm未満、そしてさらに好ましくは約2mm未満の液輸送高さに
分配される。場合によっては、本明細書に記載したようにまたは当業界で公知の
ように、チップを制御できる方式で溶液と接触させることが望ましいこともある
。

【００４８】ボールレンズアセンブリーのＺ軸移動の制御ボールレンズアセンブリーも通常、問合せ距離および透過距離を調整できるよ
うにＺ次元ポジショナー上に配設される。例えば、ステップモータ駆動カムシス
テムまたは本明細書で記載する他のポジショナーが使用される。プレートをシス
テムの内外に移動させるときにアセンブリーが下降し、マイクロプレートのスカ
ートが３分岐光ファイバー束ボールレンズアセンブリーの上を通過することが可
能になる。プレートがシステムに入った後でアセンブリーを上昇させ、蛍光検出
効率が向上するように問合せ距離を調節することができる。あるいは、マルチウ
ェルプレートをＺ次元ポジショナー上に位置決めし、問合せ距離の調整を可能に
することができる。通常、ボールレンズと光ファイバー束との間の透過距離は、
最適な蛍光検出が可能になるように好ましい距離に固定される。好ましい実施形
態では、透過距離の調整は、蛍光測定の感度および再現性を最適化するようにプ
ログラム可能に制御することができる。

【００４９】制御、データ処理、および／または問合せモジュール一実施形態では、データ処理及び問合せモジュールが液体ハンドラーモジュー
ルおよび検出器モジュールに問い合わせかつこれらのモジュールをプログラム可
能に制御し、マルチウェルの高速処理を容易にすることができる。好ましい実施
形態では、データ処理及び問合せモジュールはボールレンズアセンブリーからサ
ンプルまでの距離（問合せ距離）と、ボールレンズから３分岐光ファイバー束ま
での距離（透過距離）を調節することもできる。システム内の情報を管理するた
めに、データ処理及び問合せモジュールは、データ記憶デバイスおよびプロセッ
サを含め、データを保存し、管理し、検索する要素を備えている。データ記憶デ
バイスは、関連のあるデータベース、物理ディスクドライブ（例えば、ランダム
アクセスディスクドライブ）のアレイ、ネットワークを介した他のシステム構成
要素との接続を保持することができる。データ記憶デバイスは例えば、環境、診
断、および薬剤発見の用途の関連データベースを保存することができる。例えば
、特に有用な関連データベースとして、Ｏｒａｃｌｅ社の関連データベースが挙
げられ、ネットワークはＴＣＰ／ＩＰ（転送通信プロトコル）イーサネットＬＡ
Ｎ（ローカルエリアネットワーク）でよい。

【００５０】インタフェース構成大部分の実施形態では、本発明のデバイスを少なくとも１つの他のワークステ
ーション、通常はサンプルトランスポーターと統合し動作可能にリンクすると有
利である。コンピュータおよび関連する制御プログラムを用いて統合し、並進（
translational）ステージおよびサンプルプロセッサに調和を図りながら動作す
るように指示することができる。あるいは、アドレス指定可能なウェルを群単位
で追跡し、マルチウェルプレートを、それが識別される他のワークステーション
に機械的にあるいは手動で運搬することにより、他のワークステーションと直接
統合することなしに本発明のデバイスを使用することができる。例えば、本発明
のデバイスを記憶及び検索モジュールおよびサンプルトランスポーターと直接統
合しかつ動作可能にリンクし、かつ統合及び制御モジュールに間接的にリンクす
ることができる。この手法は、特にスループットが低い場合に実施可能であるが
、スループットがより高い場合は、スループット時間をより短くする直接的な統
合が得られないので望ましくない。手動操作では、特に多数のサンプルを処理す
る際にエラーがより頻繁に起こる。好ましくは、本発明のデバイスは、他のワー
クステーションと統合され、マルチウェルプレートの他のワークステーションへ
の移送に関する最小限の手動介入を用いるモード、または手動介入を実質的に行
わないモードで動作することができる。

【００５１】使用モード検出器モジュールおよびそのシステムは、薬剤発見アッセイ要件を容易に実現
する多数の異なる動作モードが可能であることが多い。これらの動作モードには
、単一励起波長／単一放出波長検出、単一励起波長／二重（dual）放出波長検出
、連続（sequential）励起波長または二重励起波長／二重放出波長検出と比測定
判定、連続／二重励起波長／４放出波長検出と比測定判定、単色時間分解蛍光お
よび単一励起波長／単一放出波長検出、単色（homogeneous）時間分解蛍光およ
び単一励起波長／二重放出波長検出と比判定測定、単色時間分解蛍光および連続
二重励起波長／二重放出波長検出と比判定測定、吸光（例えば、二重）、透過（
例えば、二重）、反射、二重連続励起波長／単一放出波長検出と比判定測定、単
一波長でのルミネセンス測定と二重波長でのルミネセンス測定、二重波長でのル
ミネセンス測定と比判定、および時間分解蛍光放出（結合イベントを用いても用
いなくてもよい固有染料特性）を含めることができる。

【００５２】蛍光測定様々な種類の蛍光モニタリングシステムを使用して、蛍光染料や基質などの蛍
光プローブを用いて本発明を実施できることを認識されたい。好ましくは、高ス
ループットスリーニング専用のシステム、例えば、９６ウェル以上のマイクロタ
イタープレートが使用される。蛍光物質に対してアッセイを行う方法は、当技術
分野で周知であり、例えば、Lakowicz,J.R.著「Principles of Fluorescence Spe
ctroscopy」(ニューヨーク、Plenum Press(1983年);Herman,B.、Resonance Energy
Transfer Microscopy、(Fluorescence Microscopy of Living Cells in Culture,
Part B,Methods in Cell Biology、第30巻、Taylor,D.L.&Wang,Y.L.、サンディエゴ
、Academic Press(1989年)、219ヘ゜ーシ゛から243ヘ゜ーシ゛); Turro,N.J.著「Modern Molec ular Photochemistry」(Menlo Park:Benjamin/Cummings Publishing Col,Inc.(19
78年)、296ヘ゜ーシ゛から361ヘ゜ーシ゛)、およびMolecular Probes Catalog(1997年)（米国オレゴン州）に記載されている。

【００５３】好ましくは、サンプル（細胞サンプルまたは生化学サンプル）中のプローブを
モニターする方法としてＦＲＥＴ（蛍光共鳴エネルギー伝達）が使用される。Ｆ
ＲＥＴの程度は、励起された構造の任意の分光寿命特性または蛍光寿命特性によ
り、例えば、ドナーからの蛍光信号の強度、アクセプターからの蛍光信号の強度
、アクセプターの放出最大値の近傍の蛍光振幅とドナーの放出最大値の近傍の蛍
光振幅との比、またはドナーの励起状態寿命を求めることによって判定すること
ができる。例えば、リンカーの切断は、ドナーからの蛍光強度を高め、アクセプ
ターからの蛍光強度を低め、アクセプターからの蛍光振幅とドナーからの蛍光振
幅との比を小さくし、ドナーの励起状態寿命を延ばす。好ましくは、信号の変化
は、２つの異なる放出波長での蛍光の比として判定され、このプロセスは「比測
定（ratioing）」と呼ばれる。アドレス指定可能なウェル間の、プローブ（また
は基質）細胞の絶対量、励起強度、および濁度または他のバックグラウンド吸光
度の差が蛍光信号に影響を及ぼすことがある。したがって、２つの放射強度の比
は、放出強度のみよりも強力で好ましい活性尺度である。

【００５４】実施例実施例１−ボールレンズ３分岐光ファイバーアセンブリーの組立および試験ボールレンズおよび３分岐ファイバーの配置は、目的の用途に対して調整する
ことができる。光ファイバー束およびボールレンズの適切な配置を決定するため
に、最高信号対雑音比、好ましい感度、最低バックグラウンド値、好ましい光問
合せフィールドまたは励起フィールド、あるいはこれらの組合せを求めるための
一連の実験を行うことができる。

【００５５】たとえば、約０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの可変問合せ層を有するウェル直径が１
ｍｍの小型サンプル分析用に適合された３分岐光ファイバーアセンブリーの一実
施形態は以下の配置を備えた。ボールレンズは、ＨＥＢＢＡＲなどの反射防止コ
ーティングで被覆された、直径が約３ｍｍの石英シリカ材料で作製した。３分岐
光ファイバーアセンブリーは、ボールレンズに光学的に連結させ、中央にある７
本のファイバーが励起に使用され、残りのファイバーが放出光収集に使用される
９１本のファイバーを備えた。ファイバーアセンブリーは直径が約３ｍｍであり
、充填効率が最大になりアセンブリーが容易になるように六角形のフェルールに
充填されている。放出ファイバー（測定すべき各光学的性質について４２本）と
しては、アセンブリーの収光効率、信号強度、信号対雑音特性または信号対バッ
クグラウンド特性を最大にするファイバーが選択される。以下の表（表１）は、
ボールレンズのファイバーアセンブリーに対する空間位置の、信号対バックグラ
ウンド比に対する影響を示している。本実施例においては、ボールレンズから光
ファイバーアセンブリーまでの透過距離を変えるときにボールレンズから試験蛍
光サンプルまでの問合せ距離を一定に維持した。様々な信号（１０ｎＭフルオレ
セイン１０ｎＭＦ）対バックグラウンド（ＢＢ）比が得られ、これらの比から
最適な透過距離、すなわち、このような条件の下では０．４８２ｍｍを選択する
ことができた。

【００５６】

【表１】この特定のシステムの、続いて行われるさらなる分析（表２）は、信号対バッ
クグラウンド値にそれほど影響を与えずに、ボールレンズ光ファイバーアセンブ
リーに対する試験サンプルの間の問合せ距離を比較的広い範囲（０ｍｍ〜０．１
５２ｍｍの範囲内）で変えることができることを示している。したがって、本発
明の１つの有用な態様を示している。

【００５７】

【表２】信号対バックグラウンド測定値に対する光ファイバー配置の影響を分析するた
めに、一連の光ファイバー束アセンブリーを同一の条件の下で比較した。この場
合、ＨＥＢＢAＲをコーティングした３ｍｍのサファイアボールレンズを４つの
異なる光ファイバーアセンブリーと共に使用した（図３に示す）。これらのアセ
ンブリーは、可変数および可変配置の励起ファイバーと放出ファイバーを含んで
いた。本明細書で説明するように特定の染料の最低検出可能レベル（ＭＤＬ）を
測定することによって光ファイバー束アセンブリーの性能を評価した。

【００５８】

【表３】意外なことに、表３に示すように、アセンブリー＃１が他のアセンブリーより
も著しく大きくかつより多くの光ファイバーを含んでいる（図３）にもかかわら
ず、アセンブリー＃３および＃４は（図３に示すように）アセンブリー＃１と同
程度の性能を示す。このことは、光ファイバー束のサイズと最適なボールレンズ
サイズとの間に相関関係があり、かつ直径がほぼ等しいか、もしくはボールレン
ズの直径が光ファイバーアセンブリーの直径よりも１倍から３倍大きいのが最適
であることを示している。したがって、ボールレンズは、特に、システムを小型
化する際に光ファイバーアセンブリーのサイズを小さくする必要が重要である場
合に、最適な検出感度を得るために光ファイバーアセンブリーで必要とされるフ
ァイバーの複雑さまたは量を低減させるうえで助けとなりうる。

【００５９】上記と同様の実施例では、ファイバーアセンブリーは一定に維持されるが、ボ
ールレンズのサイズが変えられる（表４）。本実施例では、アセンブリーの中央
にある７本のＸＸＦ２００／２１０／２３５Ｔ石英シリカ励起ファイバーと、そ
れを囲む１０５本のＸＸＦ２００／２１０／２３５Ｔ石英シリカ放出ファイバー
とで構成された１１２本のファイバーを含む直径３ｍｍの同軸光ファイバー（３
ｍｍＣｏＡＸ）アセンブリーを、外径が３ｍｍ、５ｍｍ、および１０ｍｍの、異
なるサイズの３つのサファイアボールレンズと共に使用する。表４に示すように
、ＭＤＬ判定によって測定される感度は、ボールレンズのサイズが大きくなるに
つれて向上する。意外なことに、感度は、３ｍｍのボールレンズから１０ｍｍの
ボールレンズに移行すると１５の倍率だけ増大する。

【００６０】

【表４】本明細書での実験に関するプロトコル、材料、および方法緩衝剤ブランクの標準偏差の４倍に相当するフルオレセイン濃度を算出できる
ようにするフルオレセイン較正曲線を作製することによって、最小検出可能レベ
ル（ＭＤＬ）を算出した。緩衝剤ブランク（ＢＢ）測定値は、多数の緩衝剤ブラ
ンクから得た読取り値の分散から求められ、ウェルごとの変動性、位置決めアー
チファクト、およびその他の誤りの影響を受けるだろう。

【００６１】ＭＤＬ２は、同じ緩衝剤ブランクの反復測定値の分散から求められ、おそらく
検出器のノイズの影響のみを受けるだろう。

【００６２】この実験で蛍光強度を評価するために使用した光学検出器は、Ｈａｍａｍａｔ
ｓｕＰＭＴおよびＦｌｕｏｒｏｃｏｕｎｔ機器で説明した関連電子機器、また
は埋込み型マイクロコントローラおよびＲＳ−２３２−Ｃインタフェースを備え
るＨａｍａｍａｔｓｕＨＣ１３５−０１／１００ＭｈｚＰＭＴセンサーモ
ジュールとのいずれかであった。このセンサーは３６０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲
で作動する。ＰＭＴを制御しデータを得るためのＬａｂｖｉｅｗ^ＴＭソフトウェ
アインタフェースを作成した。必要に応じ、８１８−ＵＶＮＩＳＴトレース可
能シリコンフォトダイオード検出器を備えるＮｅｗｐｏｒｔＣｏｒｐｏｒａｔ
ｉｏｎ１８３５−Ｃパワーメーターを使用して励起放射パワーを測定した。こ
れらの実験で使用したフィルターは、ＣｈｒｏｍａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣ
ｏｒｐｏｒａｔｉｏｎまたはＯｍｅｇａＯｐｔｉｃａｌＩｎｃ．から入手し
たものである。ただし、ニュートラル濃度フィルターはＯｒｉｅｌＣｏｒｐ．
から入手したものである。一般に、明示される場合を除いて、すべての実験をＨ
ａｍａｍａｔｓｕＰＭＴによって行い。干渉フィルター間に０．２ニュートラ
ル濃度フィルターを挟むことによって励起端部および放出端部で二重フィルタリ
ングした。励起フィルターはＨＱ４７５／４０＋０．２ＮＤ＋Ｄ４８０／２０ｘ
であった。放出フィルターは５３５ＤＦ３５ｔ＋０．２ＮＤ＋５３５ＤＦであっ
た。

【００６３】３つの異なる光源を実験に使用した。これらの光源は実験結果の節で適宜識別
される。第１の光源は、Ｃｏｌｅ−ＰａｌｍｅｒＭｏｄｅｌ＃Ｈ−４１７００
−００から得られる水晶タングステンハロゲン（ＱＴＨ）光であった。第２の光
源は、一体型の放物面反射鏡を有するＣｅｒｍａｘＬＸ−３００Ｗキセノンア
ークであった。第３の光源は、Ｈａｍａｍａｔｓｕ社から市販されている超安定
電源を有する１７５ワットキセノンアークランプであった。

【００６４】すべてのボールレンズにＨＥＢＢＡＲを被覆した。ＨａｍａｍａｔｓｕＰＭ
Ｔを用いた実験を、振動減衰機能を有するＮｅｗｐｏｒｔＣｏｒｐｏｒａｔｉ
ｏｎ製光学台上で行った。地元の機械工場を通じて特定の固定具および取付け具
を特別に作製し、その他の器具はＮｅｗｐｏｒｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから
入手した。

【００６５】３種類のプレートを使用した。標準プレートは、蛍光標準が満たされた９６ウ
ェルの黒色頂面透明底面ポリスチレンプレートである。ガラス製底面プレートは
、１７５ミクロンガラス製底面を有する特別に変更した黒色ポリスチレン９６ウ
ェルプレートであった。３８４ウェル黒色ポリスチレンガラス製底面プレートを
使用して３８４個のウェル読取り値を得た。特別に変更したこれらのプレートは
、Ｐｏｌｙｆｉｌｔｒｏｎｉｃｓ／Ｗｈｉｔｍａｎ社から入手したものである。

【００６６】光ファイバーアセンブリーは、Ｆｉｂｅｒｇｕｉｄｅ社から入手した黒色ポリ
イミドコーティングで被覆された石英シリカから構成された。特定の実験におい
て特に明記されないかぎり、個々のファイバーの直径は、それぞれコア／クラッ
ディング／コーティングについて２００／２２０／２４０ミクロンである。

【００６７】実施例２−本発明の一実施形態の光学アセンブリーの感度およびバックグラウン
ド試験本実施例では、アドレス指定可能なウェルを一様に照射し、同時にウェルの側
面および隣接するウェルの照射を回避する光学アセンブリーの能力を示す。この
場合、プレートおよびウェルからの反射によるバックグラウンド蛍光信号の低下
が起こり、励起光の放出フィルターから検出系へのせん孔が低減され、しかも、
２つの波長での高感度検出が可能になる。

【００６８】これは、いくつかの蛍光標準の最小検出可能性の判定によって例証される。た
とえば、本発明の光学系を組み込んだ検出器を使用して実現される最小検出可能
フルオレセインレベルは、標準９６ウェルプレートで５０ｐＭフルオレセインを
上回った（表５）。５３５ｎｍと５８０ｎｍの両方を中心とする波長で放出光を
収集した。ブランク溶液と２ｎＭフルオレセインを含む溶液との両方を測定した
。緩衝剤ブランクの標準偏差の４倍に相当するフルオレセイン濃度を算出できる
ようにするフルオレセイン較正曲線を作製することによって、最小検出可能レベ
ル（ＭＤＬ）を算出した。検出器は通常、単一のウェル内の明るさの変化を測定
するので、８秒間にわたる１Ｈｚでの同じウェル内の読取り値の標準偏差が得ら
れる。プレート材料もＭＤＬレベルに影響を与えることがわかった。９６ウェル
プレートの４０個のウェル（１列当たり８つのウェルで５列）内の容量１００μ
Ｌから緩衝剤統計とフルオレセイン統計の両方を求めた。４８０±１０ｎｍ励起
フィルター、５３５±１７．５ｎｍおよび５８０±３０ｎｍの放出フィルターを
使用してフルオレセインＭＤＬレベルを測定した。

【００６９】

【表５】通常検出器と共に使用される蛍光染料はフルオレセイン波長では励起されない
ので、発蛍光団３−グリシンクロロクマリン（３ＧＣＣ）およびローダミン１０
１がより適切な標準である（表６）。２５ｎＭ発蛍光団３−グリシンクロロクマ
リンおよび４μＭローダミン１０１も含む蛍光染料溶液を蛍光溶液の代わりに使
用したことを除いて前述のように、この蛍光染料についてＭＤＬ測定値を求めた
。

【００７０】

【表６】共に励起された２つの染料のＭＤＬレベルを４００±７．５ｎｍフィルターを
使用して測定した。３ＧＣＣ蛍光は、４６０±２２．５ｎｍフィルターを使用し
て収集した。ローダミン１０１蛍光は、５８０±３０ｎｍフィルターを使用して
収集した。４００ｎｍ励起光はローダミン１０１を効率的に励起するのに最適な
光ではないので、この発蛍光団のＭＤＬレベルは、３ＧＣＣまたはフルオレセイ
ンのＭＤＬレベルと比べて比較的高い。

【００７１】本発明の望ましい特徴は、光ファイバー束およびボールレンズアセンブリーが
、アドレス指定可能なウェルを効率的に励起できるようにすることと、少なくと
も２つの光学的性質を同時に測定する能力である。本発明の光ファイバー束およ
びボールレンズのそれぞれを通った後に現われる４００ｎｍでの平均測定励起強
度は、２つの４００±７．５ｎｍ励起フィルターを使用したときには５２９±７
５μＷである。使用した光源は、無作為に充填された３分岐束の各脚部から１１
１本のファイバーが延びる３３３本のファイバーを含む直径５．１８ｍｍの８つ
の束の共通端部に、反射防止コーティングを施された６．３ｍｍの石英シリカボ
ールレンズを有する、ＩＬＣＣＸＰ３００３００ワットキセノンアークラン
プであった。較正済みのＮｅｗｐｏｒｔ１８３５−Ｃパワーメーターを使用し
て光パワーを測定した。

【００７２】３分岐ファイバーおよびボールレンズシステムを使用し、放出比を算出すると
、実験によるノイズが著しく低減され、検出器における８つの光ファイバーアセ
ンブリー間の相対励起変動性がなくなり、Ｃ．Ｖ．が小さくなり、ＦＲＥＴベー
スのアッセイのダイナミックレンジが向上する。他の主要な利点として、添加ア
ーチファクトが除去され、試薬添加中の連続的な測定が可能になる。このような
場合、蛍光染料が充填された細胞の強度は、試薬を添加した際に低下することが
多い。この強度低下は、試薬を添加し混合する間にいくつかの細胞が検出領域か
ら洗い流されることによるものである。２つの別々の波長で放出比を得ることに
よって、このようなアーチファクトがなくなる。以下の表７のデータセットでは
、ＦＲＥＴベースの蛍光染料システムを使用して哺乳動物の神経細胞系を満たし
た。本実施例では、大部分の放出変化が４６０ｎｍチャンネルで生じた。この実
験では、９６ウェルプレートの最初の６列で哺乳動物細胞の単分子層（たとえば
、約５マイクロメートル〜５０マイクロメートル）を培養した。放出強度測定を
２つの波長にて行い、１列中の８つのウェルのそれぞれについて１Ｈｚで３５秒
にわたって比を求めた。各列の１２番目の読取りの後で試薬溶液を添加した。本
実施例では、１００μＬの高カリウム溶液（９０ｍＭＫ）を添加することによる
脱分極によって試験細胞に刺激を加えた。対照細胞には、高カリウムを含まない
通常のハンクの緩衝生理的食塩水（ＨＢＳ）を加え、添加アーチファクトについ
て試験した。細胞数または充填明るさのウェル間の差と、試薬を添加する前の正
規化された基礎レベルを考慮するために、強度データと放出データの両方を基礎
レベルに対して正規化した。これによって、強度データと比率データを直接比較
することが可能になる。

【００７３】

【表７】表７を見るとわかるように、標準偏差（ＳＤ）と分散係数（ＣＶ）は共に比率
データの方が約３０％低い（ＨＢＳ対照が４．４％であるのに対して１．４％）
。ＨＢＳ添加対照の場合、強度データには添加アーチファクトがあるが（基礎レ
ベルの９１．７％）、放出データにはない（基礎レベルの９９．２％）。放出比
データは、ＨｉＫ溶液による脱分極時に強度が４６０ｎｍで高くなり５８０ｎｍ
でわずかに低くなることを示しているので、放出比データのダイナミックレンジ
は、単一強度データのダイナミックレンジよりも大きい。２４個のウェルから統
計を求めた（１列当たり８つウエルで３列）。

【００７４】実施例３−哺乳動物細胞におけるＮａ ^＋依存性脱分極の判定本発明の光学アセンブリーを使用する場合の利点は、２つの波長を同時に瞬時
に測定することができ、それによって細胞応答を高速に分析できる能力である。
電圧検知の分野では、高速脱分極測定を使用すると、アーチファクトを生じさせ
かつアッセイのスループットを低下させる初期の比較的低速の脱分極手法に勝る
いくつかの顕著な利点が得られる。したがって、本発明の装置を使用すると、細
胞全体の膜電圧を測定する感度の高い高速のアッセイ系を開発することができる
。表８に示すように、このようなアッセイは極めて感度が高く、信頼できるアッ
セイであり、膜電位の比較的小さな変化を非常に精密に識別することができる。

【００７５】２０％のウシ胎児血清を加えられたＦ１２完全培地で哺乳動物の神経細胞を増
殖させた。実験の前に、ナトリウムを含まない緩衝剤（１４０ｍＭＮ−メチル
−Ｄ−グルカミン、１０ｍＭＨＥＰＥＳ、ｐＨ７．２、０．３４ｍＭＮａ_２ＨＰＯ_４、０．４ｍＭＭｇＣｌ_２、０．５ｍＭＫＨ_２ＰＯ_４、５．３７ｍＭ
ＫＣｌ、１．２６ｍＭＣａＣｌ_２、２ｇ／ＬＤ−グルコース）で細胞を２
度洗浄した。次いで、カルシウムおよびマグネシウムを含まない緩衝剤を使用し
て細胞を回収し、１度洗浄した。次いで、蛍光染料ＣＣ１−ＤＭＰＥを細胞に与
え（４μＭを室温で３０分間）、ナトリウムを含まない緩衝剤で洗浄した。次い
で、細胞に蛍光染料ＤｉＳＢＡＣ_２を添加し、３０分後にプレートを本発明の装
置に装着した。すべてのウェルを、チャンネルオープナーを用いてＮａ^＋チャン
ネルを開放するように処理し、かつ低Ｎａ^＋溶液中に維持した。各ウェルには１
０^５個の細胞が含まれた。３つの異なる実験条件、すなわち、低い細胞外ナトリ
ウム（０Ｎａ^＋）、ナトリウムを多量に含む緩衝剤（ＨＢＳ）、およびナトリウ
ムチャンネルブロッカー（ＨＢＳ−ＴＴＸ）の存在下でナトリウムを多量に含む
緩衝剤を用いて処理した細胞について、平均（AV）、標準偏差（SD）、および標
準平均誤差を得た。結果（表８）は、細胞外ナトリウムイオン濃度の変化によっ
てもたらされる膜電圧の変化が、本発明を備えた装置を使用して正確に測定でき
ることを示している。

【００７６】

【表８】実施例４用量応答関係の判定この方法では比の大きな変化が観測されるので、高度に再現可能なアッセイを
作成することができ、かつ用量応答曲線を生成するのに十分な大きさの信号が得
られる。さらに、この装置はデータを連続的に得ることができるので、個々のウ
ェルからの応答を時間の関数として考察することができる。図８Ａは、個々のウ
ェルに関する電圧のリアルタイム変化を示している。

【００７７】表８に記載したように細胞を染色し処理した。すべてのウェルにナトリウムチ
ャンネルアゴニストを与えた。トレースは、神経細胞のＮａ^＋チャンネル活性の
遮断に対する様々な用量の麻酔ＲＳ−１０５９１４−１９７の作用を示している
。図８Ｂは、本発明の装置を使用した、ナトリウムチャンネル活性の遮断に関す
る麻酔ＲＳ−１０５９１４−１９７の用量応答を示している。データは４つのウ
ェルの平均を表わしており、誤差バーはＣＶ値を表している。１ｍＭの薬物によ
って、Ｎａ^＋によって誘導される脱分極が完全に遮断される。誤差分析を含むこ
れらの結果を表９にまとめる。結果は、本発明の装置が、蛍光測定値の比較的小
さな変化を測定するための、感度の高い正確で再現可能な方法を提供することを
示している。

【００７８】

【表９】実施例５−アンタゴニストについてのスクリーニングスクリーニングフォーマットの単一プレートアッセイでアンタゴニストを同定
することが可能かどうかを試験するために、プロトコルを確立した。化合物が化
学的マルチウェルプレートから試験プレートに添加され、化合物が添加される間
にウェルが連続的に読み取られるようにプロトコルを考案した。図９は、本発明
の装置を使用してスクリーニングモードでアンタゴニストを同定することを示し
ている。結果は、このアッセイに関する比対ウェル数がアンタゴニストスクリー
ニングモードで機能することを示している。図９と同様に終比値の平均を求めた
。試験アンタゴニスト（１００μＭ）を使用してスクリーニング感度を試験した
。ビヒクル対照ウェルの最終ＤＭＳＯ濃度は、試験アンタゴニスト処理ウェルと
同等であった。陰性対照にはアゴニストではなく緩衝剤を加えた。この実験では
、細胞（ＨＥＫ−２９３）をアッセイ緩衝剤（１６０ｍＭＮａＣｌ、１０ｍＭ
ＨＥＰＥＳ、ｐＨ７．４、０．３４ｍＭＮａ_２ＨＰＯ_４、０．４ｍＭＭｇ
Ｃｌ_２、０．５ｍＭＫＨ_２ＰＯ_４、５．３７ｍＭＫＣｌ、１．２６ｍＭＣ
ａＣｌ_２、２ｇ／ＬＤ−グルコース）で洗浄し、表８に記載した蛍光染料ＣＣ
２−ＤＭＰＥおよびＤｉＳＢＡＣ_２を細胞に与えた。

【００７９】文献本明細書中で引用した特許文書および科学論文を含め、すべての文献は、個々
の各文献が参照によって個々に組み入れるのと同じように、参照により、あらゆ
る目的のためにそれらの全文が組み入れられる。

【００８０】すべての見出しは、読者の便宜をはかって付されており、明示しないかぎり、
見出しの後に続く本文の意味を制限するために使用されるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の検出システムを利用する蛍光測定装置の一実施形態を示す。

【図２】図２は、本発明による検出アレンジメントの一実施形態を示す。

【図３】図３は、個々の光ファイバーの電位アレンジメントを示す３分岐光ファイバー
束の断面図を示す。励起ファイバーはＸまたはハッチングで示し、放出光ファイ
バーは、３分岐光ファイバー束の第１の放出光の脚(leg)については文字(Ａ)で
示し、３分岐ファイバー光学束の第２の放出光の脚については文字(Ｂ)で示す。

【図４】図４は、レンズが、サンプル400および401から光ファイバー束プレート402に
光を集束する光方向付け能力を示す、本発明のボールレンズのいくつかの実施形
態の断面図を示す。図４Ａは、サンプルから1 mmの間隔をあけられた5 mmサファ
イア製ボールレンズを示す。図４Ｂは、サンプルから1 mmの間隔をあけられた10
mmガラスボールレンズを示し、図４Ｃは、サンプルから1 mmの間隔をあけられ
た20 mmガラスボールレンズを示す。

【図５】図５は、本発明のボールレンズアセンブリーの一実施形態の斜視図を示す。ボ
ールレンズ500は、ボールレンズ担持アセンブリー501および502、ならびにバネ5
03と係合して、ボールレンズと光ファイバー束504との正確な整合を維持してい
る。アセンブリーのための載置アセンブリー505は、アセンブリーをｚ軸移動器
に載置させる(図６を参照)。

【図６】図６は、本発明によるボールレンズアセンブリーＺ軸移動器の一実施形態の斜
視図を示す。ステッパモータ600、ｚ軸載置アセンブリー601、カム602および603
、ボールレンズアセンブリー604、ボールレンズアセンブリー用のプラットホー
ム605、誘導ピラー606、スイッチ607、ならびに３分岐光ファイバー束608。

【図７】図７は、本発明のフィルタ交換器の一実施形態の斜視図を示す。フィルタホル
ダー格納器700および701、フィルタホルダー支持体702および703、３分岐光ファ
イバーアセンブリー704、光電子増倍管(PMT)705、支持体706、支持プラットホー
ム707、ならびに光密着Ｏリング(light tight O-ring)708。

【図８】図８Ａは、本発明の好適な一実施形態を用いて測定した細胞内で誘発される電
圧変化の迅速な検出および連続した分析を示す。図８Ｂは、本発明の好適な一実施形態を用いて、イオンチャンネル遮断薬の添
加に応答して測定した細胞内で誘発される電圧変化の用量応答曲線を示す。

【図９】図９は、本発明の３分岐ボールレンズアセンブリーを備え、リガンドによって
開閉されるイオンチャンネル受容体アンタゴニストについてスクリーニングする
ための装置の一実施形態の使用を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 35/02 Ｇ０１Ｎ 35/02 Ａ 37/00 １０３ 37/00 １０３Ｇ０２Ｂ 6/04 Ｇ０２Ｂ 6/04 Ｅ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者コアシン，ピーター，ジェイ．アメリカ合衆国 92024 カリフォルニア州，エンシンタス，トラバートランチロード 1301 (72)発明者ファム，アンドリュー，エイ．アメリカ合衆国 92014 カリフォルニア州，デルマー，ハーフムーンドライブ 14131 (72)発明者ハルートゥニアン，アレック，テイトアメリカ合衆国 92014 カリフォルニア州，デルマー，カミノデルマーナンバー69 2823 (72)発明者ブオン，ミナアメリカ合衆国 92122 カリフォルニア州，サンディエゴ，フィオアテラスナンバー314 5210 Ｆターム(参考） 2G043 AA03 CA03 DA02 EA01 EA13 FA03 GA02 GA03 GB01 HA01 HA05 KA03 KA09 LA02 MA01 2G052 CA28 DA06 2G057 AA04 AB01 AB03 AB04 AC01 BA01 BA03 BB01 BB02 2G058 CC02 EA02 EB00 ED02 ED20 GA02 2H046 AA03 AA14 AA39 AA42 AD09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マルチウェルプレートの複数のアドレス指定可能なウェル中
に含まれる少なくとも１つのサンプルからの放出光の少なくとも２つの光学的性
質を同時に測定する方法であって、 iv) マルチウェルプレートの複数のアドレス指定可能なウェルを、複数のボー
ルレンズに整合させ、 v) 複数のボールレンズのそれぞれの対称軸を通して実質的に同軸的に電磁放
射線を誘導し、 vi) 少なくとも１つのサンプルからの、複数のボールレンズによって焦点に集
められた放出光を検出する、各ステップを含んでなる、上記方法。
【請求項２】電磁放射線が少なくとも1つのレーザーにより複数のボール
レンズに誘導される、請求項１記載の方法。
【請求項３】電磁放射線が少なくとも1本の光ファイバー束により複数の
ボールレンズに誘導される、請求項１記載の方法。
【請求項４】複数のボールレンズによって焦点に集められた放出光が、少
なくとも1本の光ファイバー束を通して少なくとも１つの検出器に誘導される、
請求項１記載の方法。
【請求項５】 i) 少なくとも１つのピペッティングチップを含む液体ハン
ドラーであって、該少なくとも１つのピペッティングチップが、第１のマルチウ
ェルプレートの第１の複数のアドレス指定可能ウェルからの吸引のプログラム可
能な制御および第２のマルチウェルプレートの第２の複数のアドレス指定可能ウ
ェルへの分配のプログラム可能な制御を含む、該液体ハンドラー、 ii) 少なくとも１つの検出器を含む光検出器モジュールであって、少なくとも
１つの検出器が、第２のマルチウェルプレートの第２の複数のアドレス指定可能
ウェルに光接続しており、該検出器モジュールが第２のマルチウェルプレートの
第２の複数のアドレス指定可能ウェルの各ウェルから少なくとも２つの光学的性
質を同時に検出する、該検出器モジュール、 iii) 第１のマルチウェルプレートと第２のマルチウェルプレートを該液体ハ
ンドラーおよび該検出器モジュールに整合させるための、および第１のマルチウ
ェルプレートと第２のマルチウェルプレートを装置の内外に移動させるためのプ
ログラム可能な移動運搬面、 iv) 該自動測定装置の操作を調整するためのデータ処理および制御モジュール
、から構成される装置であって、該データ処理および制御モジュールが、プログラム可能な移動運搬面を調整し
て、第２のマルチウェルプレートの第２の複数のアドレス指定可能ウェルを該液
体ハンドラーに移動させ、該液体ハンドラーが、第２のマルチウェルプレートの第２のアドレス指定可能
ウェルに同時に分配し、該検出器モジュールが、第２のマルチウェルプレートの
第２の複数のアドレス指定可能ウェルの各ウェルから少なくとも２つの光学的性
質を同時に測定し、該データ処理および制御モジュールが、該検出器モジュールからデータを収集
する、上記装置。
【請求項６】前記データ処理および制御モジュールが検出器モジュールか
らデータを断続的に収集する、請求項５記載の装置。
【請求項７】前記液体ハンドラーが第２のマルチウェルプレートの第２の
アドレス指定可能ウェルに分配し、並びに前記検出器モジュールが第２のマルチ
ウェルプレートの第２の複数のアドレス指定可能ウェルの各ウェルから少なくと
も２つの光学的性質を同時に検出する前に予め定められた遅延が存在する、請求
項５記載の装置。
【請求項８】前記光学的性質が特定波長の光の放出である、請求項５記載
の装置。
【請求項９】少なくとも１つの光源を含む光照射モジュールをさらに含み
、少なくとも１つの光源が第２のマルチウェルプレートの第２の複数のアドレス
指定可能ウェルを照射する、請求項５記載の装置。
【請求項１０】前記少なくとも１つの光源が第２のマルチウェルプレート
の第２の複数のアドレス指定可能ウェルを断続的に照射する、請求項５記載の装
置。
【請求項１１】前記少なくとも１つの光源がプログラム可能に制御されて
いて、予め定められた時間に第２のマルチウェルプレートの第２の複数のアドレ
ス指定可能ウェルを照射する、請求項５記載の装置。
【請求項１２】前記検出器モジュールが少なくとも１本の光ファイバー束
をさらに含む、請求項５記載の装置。
【請求項１３】前記少なくとも１本の光ファイバー束が少なくとも１本の
３分岐光ファイバー束からなる、請求項８記載の装置。
【請求項１４】前記検出器モジュールが少なくとも１個のボールレンズを
さらに含む、請求項５記載の装置。
【請求項１５】前記少なくとも１個のボールレンズがガラス、石英ガラス
、水晶およびサファイアからなる群より選択される材料で形成される、請求項１
４記載の装置。
【請求項１６】前記少なくとも１個のボールレンズが反射防止コーティン
グをさらに含む、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】前記検出器モジュールが少なくとも１本の３分岐光ファイ
バー束をさらに含み、該少なくとも１本の３分岐光ファイバー束が前記少なくと
も１個のボールレンズの直径の３分の１の直径を有する、請求項１４記載の装置
。
【請求項１８】前記検出器モジュールが少なくとも１本の３分岐光ファイ
バー束をさらに含み、該少なくとも１本の３分岐光ファイバー束が、少なくとも
１つの光源と直接光連絡している少なくとも１本の中心光ファイバー束を含み、
該少なくとも１本の中心光ファイバー束が少なくとも１個のボールレンズと同軸
的に整合している、請求項１４記載の装置。
【請求項１９】 i) 少なくとも１つの検出器を含む光検出器モジュールで
あって、該少なくとも１つの検出器がマルチウェルプレートの複数のアドレス指
定可能ウェルに光接続しており、該検出器モジュールが該マルチウェルプレート
の複数のアドレス指定可能ウェルの各ウェルから少なくとも２つの光学的性質を
瞬時に同時検出する、該検出器モジュール、 ii) 少なくとも１つの光源を含む光照射モジュールであって、該少なくとも１
つの光源が該マルチウェルプレートの複数のアドレス指定可能ウェルを照射する
、該光照射モジュール、 iii) 該マルチウェルプレートの複数のアドレス指定可能ウェルを該検出器モ
ジュールに整合させるための、および該マルチウェルプレートの複数のアドレス
指定可能ウェルを装置の内外に移動させるためのプログラム可能な移動運搬面、 iv) 該自動測定装置の操作を調整するための集積および制御モジュール、から構成される装置であって、該データ処理および制御モジュールが、該プログラム可能な移動運搬面を調整
して、該マルチウェルプレートの複数のアドレス指定可能ウェルを該検出器モジ
ュールに移動させ、該検出器モジュールが、該第２のマルチウェルプレートの第２の複数のアドレ
ス指定可能ウェルの各ウェルから少なくとも２つの光学的性質を同時に測定し、該データ処理および制御モジュールが、該検出器モジュールからデータを収集
する、上記装置。
【請求項２０】前記データ処理および制御モジュールが前記検出器モジュ
ールからデータを断続的に収集する、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】前記光学的性質が特定波長の光の放出である、請求項１９
記載の装置。
【請求項２２】前記少なくとも１つの光源が前記マルチウェルプレートの
複数のアドレス指定可能ウェルを断続的に照射する、請求項１９記載の装置。
【請求項２３】前記少なくとも１つの光源がプログラム可能に制御されて
いて、予め定められた時間に前記マルチウェルプレートの複数のアドレス指定可
能ウェルを照射する、請求項１９記載の装置。
【請求項２４】前記検出器モジュールが少なくとも１本の光ファイバー束
をさらに含む、請求項１９記載の装置。
【請求項２５】前記少なくとも１本の光ファイバー束が３分岐光ファイバ
ー束からなる、請求項２４記載の装置。
【請求項２６】前記検出器モジュールが少なくとも１個のボールレンズを
さらに含む、請求項１９記載の装置。
【請求項２７】前記少なくとも１個のボールレンズがガラス、石英ガラス
、水晶およびサファイアからなる群より選択される材料で形成される、請求項２
６記載の装置。
【請求項２８】前記少なくとも１個のボールレンズが反射防止コーティン
グをさらに含む、請求項２７記載の装置。
【請求項２９】前記検出器モジュールが少なくとも１本の３分岐光ファイ
バー束をさらに含み、該少なくとも１本の３分岐光ファイバー束が前記少なくと
も１個のボールレンズの直径の３分の１の直径を有する、請求項２６記載の装置
。
【請求項３０】前記検出器モジュールが少なくとも１本の３分岐光ファイ
バー束をさらに含み、該少なくとも１本の３分岐光ファイバー束が前記少なくと
も１つの光源と直接光連絡している１本の中心光ファイバー束を含み、該少なく
とも１本の中心光ファイバー束が前記少なくとも１個のボールレンズと同軸的に
整合している、請求項２６記載の装置。
【請求項３１】前記少なくとも１個のボールレンズの直径が前記マルチウ
ェルプレートのアドレス指定可能ウェルの直径より約３倍大きい、請求項２６記
載の装置。
【請求項３２】前記少なくとも１個のボールレンズの直径が前記マルチウ
ェルプレートのアドレス指定可能ウェルの直径とほぼ同じである、請求項２６記
載の装置。
【請求項３３】１個のボールレンズ、および二重の光問合せに適しており
かつ該ボールレンズと光連絡している３分岐ファイバーから構成される光アセン
ブリー。
【請求項３４】前記３分岐ファイバーが、光を集めるための第１の光学的
に分離された放出束、光を集めるための第２の光学的に分離された放出束、およ
び励起束を含む、請求項３３記載の光アセンブリー。
【請求項３５】前記ボールレンズが透過スペースにより前記３分岐ファイ
バーから分離されている、請求項３４記載の光アセンブリー。
【請求項３６】前記ボールレンズがサファイア材料から構成されている、
請求項３５記載の光アセンブリー。
【請求項３７】前記ボールレンズが反射防止コーティングを含む、請求項
３６記載の光アセンブリー。
【請求項３８】前記３分岐ファイバーが、第１波長の光を受信するための
第１の複数の放出束および第２波長の光を受信するための第２の複数の放出束を
含み、第１の複数の放出束と第２の複数の放出束が複数の励起束の中にランダム
に分布している、請求項３３記載の光アセンブリー。
【請求項３９】前記３分岐ファイバーが、第１波長の光を透過させるため
の第１セットの束、第２波長の光を透過させるための第２セットの束、および第
３波長の光を透過させるための第３セットの束を含む、請求項３３記載の光アセ
ンブリー。
【請求項４０】前記３分岐ファイバーが約0.1 mm〜1 mmの透過スペースに
より前記ボールレンズから分離されている、請求項３９記載の光アセンブリー。
【請求項４１】前記ボールレンズがサファイア材料またはシリカ材料から
構成されている、請求項３５記載の光アセンブリー。
【請求項４２】第１セットの束と第２セットの束が第３セットの束に対し
て同軸的に配置されている、請求項３９記載の光アセンブリー。
【請求項４３】 a) 少なくとも１つの予め決められた波長の光を放出する
光源、 b) サンプルホルダー、 c) 該サンプルホルダーから予め決められた問合せ距離にあるボールレンズ、 d) 二重の光問合せに適しておりかつ該ボールレンズと光連絡している３分岐
ファイバー、 e) 少なくとも１つの所望波長の光を検出しかつ該ボールレンズと光連絡して
いる検出器、から構成される光検出システム。
【請求項４４】前記３分岐ファイバーが、第１波長の光を受信するための
第１の複数の放出束および第２波長の光を受信するための第２の複数の放出束を
含み、第１の複数の放出束および前記光源が前記サンプルホルダーにおいて少な
くとも１つの予め決められた波長の励起光を放出する、請求項４３記載の光検出
システム。
【請求項４５】前記ボールレンズが前記３分岐ファイバーから予め決めら
れた透過距離にあり、前記予め決められた透過距離を制御可能に変えるための少
なくとも１つのポジショナーをさらに含む、請求項４３記載の光検出システム。
【請求項４６】前記予め決められた問合せ距離を制御可能に変えるための
少なくとも１つポジショナーをさらに含む、請求項４３記載の光検出システム。
【請求項４７】アドレス指定可能ウェルに液体を分配するための液体ハン
ドリングユニットをさらに含む、請求項４３記載の光検出システム。
【請求項４８】アドレス指定可能ウェルに液体を分配するために液体ハン
ドリングユニットを始動させるための光活性化システムをさらに含む、請求項４
３記載の光検出システム。
【請求項４９】前記光源が、エピフルオレッセンスをモニターするために
、サンプルホルダーにあるサンプル中の少なくとも１つのアドレス指定可能なウ
ェルの位置に、前記３分岐ファイバーを通して光を放出する、請求項４３記載の
光検出システム。
【請求項５０】サンプルの問合せを管理するためのコンピュータ制御シス
テムをさらに含む、請求項４９記載の光検出システム。
【請求項５１】少なくとも１つのサンプルプラットフォームを前記サンプ
ルホルダーに移すためのサンプル移動システムをさらに含む、請求項４９記載の
光検出システム。
【請求項５２】前記サンプルホルダーが位置調整システムをさらに含む、
請求項４９記載の光検出システム。
【請求項５３】前記ボールレンズが、焦点距離におおむね一致する、前記
３分岐ファイバーからの予め決められた透過距離にある、請求項４３記載の光検
出システム。
【請求項５４】前記３分岐ファイバーが一端部を含み、該一端部が前記ボ
ールレンズのほぼ焦点面にある、請求項４３記載の光検出システム。
【請求項５５】問合せすべき物体が前記ボールレンズのほぼ焦点面にある
、請求項４３記載の光検出システム。
【請求項５６】第１波長の光を受信するための第１の複数の放出束および
第２波長の光を受信するための第２の複数の放出束を含む３分岐ファイバーを含
み、第１の複数の放出束と第２の複数の放出束が複数の励起束の中に非ランダム
に分布している、光ファイバーアセンブリー。
【請求項５７】第１セットの束と第２セットの束が第３セットの束に対し
て同軸的に配置されている、請求項５６記載の光ファイバーアセンブリー。
【請求項５８】第１セットの束が第２セットの束に対して同軸的に配置さ
れている、請求項５６記載の光ファイバーアセンブリー。
【請求項５９】有用な化学物質を同定する方法であって、関心のある化学
物質を含むサンプルを請求項５〜３２のいずれか１項に記載の装置を使って問い
合わせし、該装置からの光信号より該化学物質の活性を検出する、上記方法。
【請求項６０】治療薬を開発する方法であって、関心のある化学物質を含
むサンプルを請求項５〜３２のいずれか１項に記載の装置を使って問い合わせし
、該装置からの光信号より該化学物質の活性を検出し、該化学物質または該化学
物質の構造もしくは活性から誘導される化学物質を細胞、無脊椎動物または哺乳
動物に投与し、該投与の治療効果を評価し、場合により、脊椎動物またはヒトに
投与するために該化学物質に適当な製薬上の担体を添加する、ことを含んでなる
上記方法。
【請求項６１】請求項５〜３２のいずれか１項に記載の装置により問い合
わされるサンプル中に存在し、該装置からの光信号を検出する方法により同定さ
れる化学物質。
【請求項６２】請求項５〜３２のいずれか１項に記載の装置により問い合
わされるサンプル中に存在し、該装置からの光信号を検出することにより同定さ
れる化学物質、および製薬上許容される担体を含有する医薬組成物。