JP2006343335A - 光の集中を利用した検体検出 - Google Patents

Abstract

【課題】弱い検出光からでも十分な検出を行うことができる効率の良い検体検出システムを提供する。
【解決手段】検出システムが、キャピラリ、センサチャンバ等のセンサ構造、ルミネセンスコンセントレータ、および検出器を備えている。ルミネセンスコンセントレータは、センサ構造からの光を受容し、この光を集中させてその輝度を高めるものであり、発光分子が埋め込まれた平らな光学マトリックスである。発光分子は、ルミネセンスコンセントレータに入射した光子を吸収して、新たな光子を発する。この光子の大部分は、全内部反射によってルミネセンスコンセントレータの端面へと導かれる。それた光を最配向するために、反射体や第２のルミネセンスコンセントレータを設けることもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を利用した検体検出システムに関する。

検査システムには、発光もしくは蛍光により得られる光を利用して検体の有無を検出するものがある。例えば、化学発光を利用して検体を検出する検査がある。化学発光を用いた検査の標準的な例としては、試料中の血の存在を調べる検査が挙げられ、この検査では、試料をルミノールと接触させ、化学発光による光の存在を観察する。

蛍光を利用して検体を検出する検査もある。例えば、一本鎖ＤＮＡを含む試料および蛍光染料を、固定されたＤＮＡ鎖が入ったセンサチャンバに導入する。試料中の一本鎖ＤＮＡと固定されたＤＮＡ鎖とがマッチング（適合）すると、これらの間でハイブリダイゼーション（核酸雑種形成）が起こる。そして、蛍光染料が、ハイブリダイズされたＤＮＡと結合する（というよりむしろ、ハイブリダイズされたＤＮＡとのみ結合する）。蛍光の強さは、試料中に存在するターゲットＤＮＡ（検査対象のＤＮＡ）量の指標となる。

しかし、多くの検査では、化学発光および／または蛍光から得られる光は弱い。そのため、標準的なフォトディテクタを使用して光の存在および光の量を検出することが難しい。さらに、化学発光を利用した検査で通常使用される反応試薬は、約４３５ｎｍの波長の光を発するものが多いが、フォトダイオードの効率は、この波長では、通常、あまり良くない。ストリップの検出面積もしくはセンサチャンバの体積を増大させれば、発生する光の量は増大するが、そうなると、光検出器の面積も増大し、ひいては検出信号に関連するノイズも増大する。さらに、検出体積が増大すると、試薬およびターゲットの量も増大させることが必要となる。

弱い検出光でも十分な検出を行うことができる効率の良い検体検出システムを提供する。

本発明の一態様によれば、検出システムは、センサ構造、ルミネセンスコンセントレータ（集光もしくは光集中装置、luminescence concentrator）および検出器を備えている。センサ構造は、光を生成することによって、試料中の検体の存在を表わす(検体の存在の指標となる)。ルミネセンスコンセントレータは、センサ構造からの光を受容し、この光を集めてその輝度を高める。検出器は、ルミネセンスコンセントレータから受容された状態で光の輝度を検出する。

図１に、本発明による検体の検出システムを示す。この検体検出システムは、試料を検査して、１つ以上の検体の存在を測定するために使用されるセンサ構造１１を備えている。検体の存在（もしくは不在）および／または濃度は、規定の波長範囲内で検出される光の量に基づいて表わされる。例えば、センサ構造１１は、キャピラリ、センサチャンバ、試験ストリップまたは検体の有無をセンシングするために使用されるいくつかの別の構造からなる。

例えば、検体の存在および／または濃度は、化学発光によって生成された光によって表される。別の態様では、検体の存在および／または濃度は、蛍光によって生成された光によって表される。

センサ構造１１からの光は、ルミネセンスコンセントレータ１３に向かって照射され、このルミネセンスコンセントレータ１３は、光のエネルギーを集め、集中させる（強める）。例えば、ルミネセンスコンセントレータ１３は、発光分子、例えば蛍光染料もしくは発光染料または量子ドットが埋め込まれた平らな光学マトリックスである。ルミネセンスコンセントレータに入射した光子は、発光分子によって吸収される。この発光分子は新たな光子を発するが、この光子の大部分は、ルミネセンスコンセントレータ内に閉じ込められ、全内部反射によってルミネセンスコンセントレータの端面へと導かれる。

光検出器１４は、ルミネセンスコンセントレータ１３によって集中せしめられた光を検出する。例えば、光検出器１４はフォトディテクタである。ルミネセンスコンセントレータ１３は、センサ構造１１によって発生した光の輝度を増大させ、光の強さを検出し測定する光検出器１４の効率を増大させる。

場合によっては、コンセントレータ１３から離れる方向にセンサ構造１１が照射した光を遮断して、その遮断された光を集光器１３に再配向するために、反射体１２を利用することができる。

図２に、検体検出システムの別の態様を示す。この検体検出システムは、試料を検査して、１つ以上の検体の存在を測定するために使用されるセンサ構造２１を備えている。検体の存在（もしくは不在）および／または濃度は、規定の波長範囲内で検出される光の量に基づいて表される。例えば、センサ構造２１は、キャピラリ、センサチャンバ、試験ストリップまたは検体の有無をセンシングするために使用されるいくつかの別の構造からなる。

例えば、検体の存在および／または濃度は、蛍光によって生成された光によって表される。レンズ２７を介して設けられたレーザ２６が、センサ構造２１内に光を送り込む。検体に結合した蛍光分子は、レーザ２６が生成した光の波長とは異なる波長の光を照射する。

センサ構造２１からの光は、ルミネセンスコンセントレータ２３を照射し、ルミネセンスコンセントレータ２３は、光のエネルギーを収集して集中させる。例えば、ルミネセンスコンセントレータ２３は、発光分子、例えば蛍光染料もしくは発光染料または量子ドットが埋め込まれた平らな光学マトリックスである。検出波長でルミネセンスコンセントレータに入射した光子は、発光分子によって吸収される。この発光分子は新たな光子を発するが、この光子の大部分は、ルミネセンスコンセントレータ内に閉じ込められ、全内部反射によってルミネセンスコンセントレータの端面に導かれる。

光検出器２４は、検出波長で、ルミネセンスコンセントレータ２３によって集中せしめられた光を検出する。例えば、光検出器２４はフォトディテクタである。ルミネセンスコンセントレータ２３は、センサ構造２１によって発生した光の輝度を増大させ、検出波長で光の強さを検出し測定する光検出器２４の効率を増大させる。

この態様では、反射体の代わりに、第２のルミネセンスコンセントレータ２２を利用して、センサ構造２１からこの第２のルミネセンスコンセントレータ２２の方向に照射された光を遮断する。光検出器２５は、ルミネセンスコンセントレータ２２によって集中せしめられた光を検出する。例えば、光検出器２５はフォトディテクタである。ルミネセンスコンセントレータ２２は、センサ構造２１によって生成された光の輝度を増大させ、検出波長で光の強度を検出し測定する光検出器２５の効率を増大させる。

図３に、検体検出システムのさらに別の態様を示す。この検体検出システムは、試料を検査して、１つ以上の検体の存在を測定するために使用されるセンサ構造３１を備えている。検体の存在（もしくは不在）および／または濃度は、規定の波長範囲内で検出される光の量に基づいて表される。例えば、センサ構造３１は、キャピラリ、センサチャンバ、試験ストリップまたは検体の有無をセンシングするために使用されるいくつかの別の構造からなる。

例えば、検体の存在および／または濃度は、光源３５によって生成された光によって表される。光源３５は、例えば、室内照明、または太陽から得られる照明（屋外の光）であってもよい。

センサ構造３１からの光は、フィルタ３５を通って、光エネルギーを集めて集中させるルミネセンスコンセントレータ３３を照射する。例えば、ルミネセンスコンセントレータ３３は、発光分子、例えば蛍光染料もしくは発光染料または量子ドットが埋め込まれた平らな光学マトリックスである。検出波長でルミネセンスコンセントレータに入射した光子は、発光分子によって吸収される。この発光分子は新たな光子を発し、この光子の大部分は、ルミネセンスコンセントレータ内に閉じ込められ、全内部反射によってルミネセンスコンセントレータの端面に導かれる。

光検出器３４は、ルミネセンスコンセントレータ３３によって集中せしめられた光を、検出波長で検出する。例えば、光検出器３４はフォトディテクタである。ルミネセンスコンセントレータ３３は、センサ構造３１によって発生した光の輝度を増大させ、検出波長で光の強さを検出し測定する光検出器３４の効率を増大させる。

以上の説明は、本発明の方法および実施態様を単に例示的に開示し記述したものである。当業者によって理解されるように、本発明の思想または本質的な特徴から逸脱することがなければ、別の特別な形態で本発明を実施することができる。したがって、本発明の開示は、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を例示したものであってその範囲を限定するものではない。

以下に、本発明の好ましい態様を示す。
１． 光の生成によって、試料中の検体の存在を表すセンサ構造と、
前記センサ構造から光を受容し、該センサ構造からの光を集中させて輝度を増大させるルミネセンスコンセントレータと、
前記ルミネセンスコンセントレータから受容された光の輝度を検出する検出器とを備えている検出システム。
２． 前記センサ構造が、キャピラリ、センサチャンバおよび試験ストリップのうち１つからなる、上項１に記載の検出システム。
３． 前記センサ構造が、化学発光を利用して光を生成する、上項１に記載の検出システム。
４． 前記センサ構造が、蛍光を利用して光を生成する、上項１に記載の検出システム。
５． 反射体をさらに備えており、該反射体が、前記センサ構造から、前記ルミネセンスコンセントレータから離れる方向に照射された光を該ルミネセンスコンセントレータへ向けて反射する、上項１に記載の検出システム。
６． 前記ルミネセンスコンセントレータが、第１のルミネセンスコンセントレータであり、
前記検出器が、第１の検出器であり、
前記検出システムが、
前記センサ構造からの光を受容し、当該センサ構造からの光を集中させて輝度を増大させる第２のルミネセンスコンセントレータと、
前記第２のルミネセンスコンセントレータから受容された状態で光の輝度を検出する第２の検出器とをさらに備えている、上項１に記載の検出システム。
７． 光源をさらに備えており、該光源が、前記センサ構造を照射し、蛍光を利用して当該センサ構造によって光の発生が可能になっている、上項１に記載の検出システム。
８． 検体の検出方法であって、
試料中の検体の存在を光の生成によって表わし、
前記生成された光を受容し、ルミネセンスコンセントレータを使用して、当該生成された光の輝度を増大し、
前記生成された光の輝度を前記ルミネセンスコンセントレータによって増大させた後、前記生成された光の輝度を検出する、方法。
９． 前記検体の存在が、キャピラリ、センサチャンバ、試験ストリップのうち１つによって表される、上項８に記載の方法。
１０． 前記光の生成が、化学発光によって行われる、上項８に記載の方法。
１１． 前記光の生成が、蛍光によって行われる、上項８に記載の方法。
１２． 前記ルミネセンスコンセントレータから離れる方向に照射した光を、当該ルミネセンスコンセントレータへ向けて反射させることをさらに含む、上項８に記載の方法。
１３． 前記生成された光を、第２のルミネセンスコンセントレータによって受容し、該第２のルミネセンスコンセントレータを、当該生成された光の輝度を増大させるために使用し、
前記生成された光の輝度を前記第２のルミネセンスコンセントレータによって増大させた後、当該生成された光の輝度を検出することをさらに含む、上項８に記載の方法。
１４． 前記センサ構造を照射して、蛍光を利用して当該センサ構造によって光の発生を可能にすることをさらに含む、上項８に記載の方法。
１５． 試料中の検体の存在を、光の生成によって表すセンサ手段と、
前記センサ手段からの光を受容し、当該センサ手段からの光を集中させて輝度を増大させるコンセントレータ手段と、
前記コンセントレータ手段から受容された状態で光の輝度を検出する検出手段とを備えている、検出システム。
１６． 前センサ手段が、キャピラリ、センサチャンバおよび試験ストリップのうち１つである、上項１５に記載の検出システム。
１７． 前記センサ手段が、化学発光および蛍光のうち１つを利用して光を生成する、上項１５に記載の検出システム。
１８． 反射手段をさらに備えており、該反射手段が、前記センサ手段から、前記コンセントレータ手段から離れる方向に照射した光を、該コンセントレータ手段へと反射させる、上項１５に記載の検出システム。
１９． 前記ルミネセンスコンセントレータ手段が、第１のルミネセンスコンセントレータ手段であり、
前記検出器手段が、第１の検出手段であり、
前記検出システムが、
前記センサ手段から光を受容し、当該センサ手段からの光を集中させて輝度を増大させる第２のルミネセンスコンセントレータ手段と、
前記第２のルミネセンスコンセントレータ手段から受容された光の輝度を検出する第２の検出手段とをさらに備えている、上項１５に記載の検出システム。
２０． 光源をさらに備えており、該光源が、前記センサ手段を照射し、これにより、蛍光を利用して当該センサ手段によって光の発生ができるようになっている、上項１５に記載の検出システム。

本発明の実施態様によるルミネセンスコンセントレータを用いた検体検出システムを示す。 本発明の別の実施態様によるルミネセンスコンセントレータを用いた検体検出システムを示す。 本発明のさらに別の実施態様によるルミネセンスコンセントレータを用いた検体検出システムを示す。

符号の説明

１１、２１、３１ センサ構造
１２ 反射体
１３、２３、３３ ルミネセンスコンセントレータ
１４、２４、３４ 検出器
２５ 第２の検出器

Claims (10)

1. 光の生成によって、試料中の検体の存在を表すセンサ構造（１１、２１、３１）と、
   前記センサ構造（１１、２１、３１）から光を受容し、該センサ構造（１１、２１、３１）からの光を集中させて輝度を増大させるルミネセンスコンセントレータ（１３、２３、３３）と、
   前記ルミネセンスコンセントレータ（１３、２３、３３）から受容された光の輝度を検出する検出器（１４、２４、３４）とを備えている、検出システム。
2. 前記センサ構造（１１、２１、３１）が、キャピラリ、センサチャンバおよび試験ストリップのうち１つである、請求項１に記載の検出システム。
3. 前記センサ構造（１１、２１、３１）が、化学発光および蛍光のうち１つを利用して光を生成する、請求項１に記載の検出システム。
4. 反射体（１２）をさらに備えており、該反射体（１２）が、前記センサ構造（１１）から、前記ルミネセンスコンセントレータ（１３）から離れる方向に照射された光を該ルミネセンスコンセントレータ（１３）へ向けて反射する、請求項１に記載の検出システム。
5. 前記ルミネセンスコンセントレータ（１３、２３、３３）が、第１のルミネセンスコンセントレータ（２３）であり、
   前記検出器（１４、２４、３４）が、第１の検出器（２４）であり、
   前記検出システムが、
   前記センサ構造（２１）からの光を受容し、当該センサ構造（２１）からの光を集中させて輝度を増大させる第２のルミネセンスコンセントレータ（２２）と、
   前記第２のルミネセンスコンセントレータ（２２）から受容された光の輝度を検出する第２の検出器（２５）とをさらに備えている、請求項１に記載の検出システム。
6. 検体の検出方法であって、
   試料中の検体の存在を、光の生成によって表わし、
   前記生成された光を受容し、ルミネセンスコンセントレータ（１３、２３、３３）を使用して、該生成された光の輝度を増大し、
   前記生成された光の輝度をルミネセンスコンセントレータ（１３、２３、３３）によって増大させた後、当該生成された光の輝度を検出する、方法。
7. 前記検体の存在が、キャピラリ、センサチャンバ、試験ストリップのうち１つを用いて表される、請求項６に記載の方法。
8. 前記ルミネセンスコンセントレータ（１３）から離れる方向に照射した光を、当該ルミネセンスコンセントレータ（１３）へ向けて反射させることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
9. 前記生成された光を、第２のルミネセンスコンセントレータ（２２）によって受容し、該第２のルミネセンスコンセントレータ（２２）を使用して、当該生成された光の輝度を増大させ、
   前記生成された光の輝度を前記第２のルミネセンスコンセントレータ（２２）によって増大させた後、当該生成された光の輝度を検出することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
10. 前記センサ構造（３１）を照射して、蛍光を利用するセンサ構造（３１）によって光の発生ができるようにすることをさらに含む、請求項６に記載の方法。

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