JP2007256279A - 光学アッセイ装置および方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】検体がヒト病原体、食物、水、または環境中の毒素である場合、化学的かつ生化学的検出およびアッセイをおこなう高感度で特別な技術が必要となる。
【解決手段】光学アッセイ装置と方法は、試液内の検体を検出するための光学アッセイカップを具備し提供される。カップの側壁はその内表面内側表面の上に検出コーティングを持つ光導波管を包含する。使用中、導波管はエバネセントか暗視野照明の検査光を受け、それによってカップの内部ボリュームの少なくとも一部分を検査し、検体に応じた信号光を放つ。検出コーティングには液体または非液体の検出レイヤーがあり、少なくともその一部分は検査光のための導波管の一部を形成する。カップは、任意の高密度検体をカップの側壁に向かって遠心濃縮するなどするよう回転して使用される。アッセイ装置はさらに、検査光源、カバーまたはカップ用の回転装置、信号光用の光検知器などを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に化学的および生化学的検出およびアッセイの装置および方法に関するものであり、とりわけそうした検出とアッセイのための、光学を基礎とした装置および方法に関するものである。
例えば検体がヒト病原体、食物、水、または環境中の毒素である場合、化学的かつ生化学的検出およびアッセイをおこなう高感度で特別な技術が必要となる。
本明細書で「検体」とは、本発明の使用者が注目すべき、そして本発明により検出可能な試液中に存在するすべての物質と定義される。文中に他の明瞭な記述がない限り、ここにいう「検体」とは、例えば、２種類あるいはそれ以上の異種の検体が存在するような試液内において、その試液内に存在する１種類以上の異種の検体を意味する。また、例えば、試液内の検体が一種類のバクテリアで、試液内に２つまたはそれ以上のその特定のバクテリアの個体がある場合などでは、その試液内に存在する可能性のある１つ以上のその特定の種類の検体も意味する。
本発明の光学アッセイ装置およびその方法は、試液に存在する少なくとも１種類の特定な種類の検体の検出に適用される。さらに、本発明はまた、非常に感度が高いものにも使用でき、試液中の単一のバクテリアや胞子など特定の１種類の検体の検出さえ検出できる。いずれの場合でも、このような検出には、例えば、検体の存在、量、数、あるいは少なくとも１つの標的識別特性の検出などが含まれる。
基本的な形態として、本発明の光学アッセイ装置は光学アッセイカップを含む。アッセイ装置は、さらに、光源検査光、光検知器、およびカップのカバーを含む。
カップには、光を伝える側壁と、少なくとも側壁によって部分的に仕切られた内部ボリュームがある。側壁には光導波管部分と反射板部分がある。以下、簡便にするために、カップの側壁の光導波管部分を導波管と呼び、カップ側壁の反射板部分を反射体と呼ぶ。
カップの内部ボリュームには検体用の検出コーティングが含まれる。検出コーティングは導波管の内表面に位置し、少なくとも１つの液体または非液体の検出レイヤーが含まれる。
使用中、試液はカップに追加され、導波管は導波管検査光の入力を受けるが、その光は、エバネセント検査光または暗視野照明による検査光となる。導波管の検査光は、カップ内部ボリュームの少なくとも一部を検査するために使用される。少なくとも検出コーティングの一部分、およびそれの液体または非液体の検出レイヤーは、光導波管の少なくとも一部を成形し、それの少なくとも一部は導波管検査光のために使用される。
導波管検査光は光源から直接届けられ、その場合には、導波管検査光は光源検査光の出力の少なくとも一部を構成する。
あるいは、導波管検査光が、カップの側壁が光源から反射板検査光の入力を受け取る反射体を含むような光源から間接的に届けられ、それに反応して反射体検査光の出力を作り出す。そのような場合、反射体検査光の入力は、光源検査光の出力の少なくとも一部分を構成し、導波管検査光は反射板検査光出力の少なくとも一部分を構成する。
いずれの場合でも、導波管検査光によるカップの内部ボリュームの少なくとも一部分の検査に反応して、導波管の外面は導波管の内表面上またはその近くで発生している信号生成プロセスから信号光を出力することができるが、これら信号生成プロセスは、試液に存在する検体に応じて出される。そのような信号光は例えば、検体の存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性の１つとして放射される。
あるいは、検査光が検体の光学的検出に必要ではない場合がある。例えば、ルミネセンス光学検出法では、標的となる検体が試液中にある場合、ルミネセンスを引き起こすカップに試薬を追加する。すると、導波管の外側表面は、試液中に存在する任意の検体に応じて信号光を発する。そのような信号光は例えば、検体の存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性の１つに応じて放たれる。別の選択肢として、検査光とルミネセンス検出法を組み合わせて使用できる。これは、例えば、より正確なテスト結果を保証、すなわち、別種の検体を同時に監視する能力を提供する。
いかなる場合でも、光検知器は、導波管の外面から信号光の少なくとも一部分を受け取り、受け取った信号光に応じて電気出力信号を発生させることができる。
信号光（および結果として生じる電気出力信号）の発生は、エバネセント光検査あるいは暗視野照明検査による、カップの内部ボリュームの一部分のの検査に基づく。エバネセント光検査においては、導波管の中を進むエバネセント検査光の光線は、導波管の表面で導波管に反射されるが、導波管外に、導波管の表面からの距離が遠くなるのにつれて指数的に減衰する導波管外に、誘導エバネセント電界を生成する。これらのエバネセント電界は、導波管の内表面の上または近くにある染料などの光学的に活性な物質を検査又は刺激することによって、検体の存在を判定する点で有益である。
本明細書で論じられるように暗視野照明での検査は、表面的には暗視野顕微鏡検査に類似しているが、暗視野照明での本検査は、特に導波管を基にした検体の感知用に設計されている。暗視野顕微鏡検査では、光が直接顕微鏡の対物に入らないように、検体は斜めに照らされるが、むしろ顕微鏡に入る光の大部分は、光学的不連続性や不規則性により対物レンズ中に反射、屈折、散乱する。暗視野照明での検査において、暗視野照明検査光の光線は、エバネセント検査で起こるような導波管表面の反射によって光検知器へ直接入ることができない。しかし、この場合、検体は、誘導エバネセント電界ではなく、暗視野照明の検査光の電場により直接に刺激される。
どの検査形態またはどのような組み合わせで使用するかについては、例えば、選択されたインターフェースに対して導波管検査光の光線が作る角度を適切に調整するなどの、適切な任意の方法で決定される。これは、カップの側壁に、光源から反射体検査光の入力を受ける反射体を取り付けることなど適切な方法で行われ、そしてこれが導波管の内部表面または対称の光学表面に対して、望ましい角度、即ち望ましい角度の範囲で導波管に入る反射体検査光の出力をつくる。
また更に、どちらのあるいは両方の検査形態が使用されるかについては、更なる例として、導波管または反射体に関して、あるいはそれぞれの対称の光学表面に対して、求める角度、または求める角度の範囲に光源をどう適切に位置させるかなどにより決定される。
内表面の面積が比較的広い検出コーティングまたは導波管（検出コーティングがない場合）のは、相対的にかなり狭い感知面積を持つ光ファイバーセンサーを採用している従来の光学アッセイ装置と比べ、スピード、感度、または本発明で使用されるカップ中の検体のう測定精度を望ましく向上させる。
本発明の光アッセイ装置使用中、カップは光アッセイ装置の一部を構成する適切な回転装置により軸上で回転する。
このような軸上でのカップの回転は、様々な目的のうち一つまたはそれ以上を果すのに役立っている。以下の考察において、一例としてカップ中の液体は、試液であると仮定し、同様の所感は、液体の試薬、洗浄用液体、あるいは水など、その他すべての液体に関しても同様にあてはまると理解される。
カップを回転させることが果たす目的の１つは、例えば、試液内の高密度の検体検体（試液よりも濃い検体）を、導波管の内表面（非液体でない検出層がない場合）方向、そして最終的にはその上、すなわち、導波管の内表面上にある一番奥の非液体の検出レイヤーの内表面方向、そして最終的には、その上に遠心濃縮するめに、カップ内の試薬に遠心力を及ぼすためである。
こうした高密度検体の遠心力を使った濃縮は、例えば、導波管の内表面上に、または一番奥の非液体検出レイヤーの内表面上に、高密度の検体の量または数が大きく集中していればいるほど、導波管の外側表面から発せられる信号光の量は大きくなるため、非常に望ましいといえる。より多くの信号光は、高密度検体をより迅速に検出し、高密度検体への感度を高めて、特定の種類の高密度検体のわずか１つの個検でも時には可能にし、そして、高密度検体のより正確な測定など望ましい結果をもたらす。
カップのそのような回転によって分与された遠心力は、例えば、試液内の低密度のデブリ（試液よりも濃度が低いもので、例えば脂質など）を、カップが回転している間に形成される試液の層の内側表面に、そして最終的にはそれに沿って、遠心濃縮させる上でも役立つ。このような低密度デブリの遠心濃縮は、非常に望ましい。何故なら、例えば低濃度デブリが導波管の内部表面（非液体検出層がない場合）、すなわち、導波管の内部表面にある可能性のある一番奥の非液体検出層の内表面に沿って残留したりすることにより発生する測定エラーを減らすために役立つからである。
カップのそのような回転によって分与された遠心力は、例えばまた、試液を、導波管の内表面（検出レイヤーがない場合）上、または導波管の内表面の上にある一番奥の非液体検出レイヤーの内表面上の薄い層に作り上げることにも役立つ。試液の薄い層には、光学的に平らな内表面がある。これは、例えば、試液の薄い層を導波管の内表面の上の検出コーティングの中で検出レイヤーの１つとして作動させることができるようになるので、非常に望ましい。
カップを回転させることは、カップが様々な回転速度で回転する場合などに、カップ中で試液を循環させるのにも役立つ。例えば、試液中の任意の高密度検体を導波管の内表面の非液体検出レイヤーに露出させる点で役立つので、非常に望ましい。
カップの導波管は少なくとも１つの周方向の導波管に分割され、その内表面は、少なくとも一つの周方向または軸方向の試験セグメントを定義する。特定の試験セグメントはすべて、液体の保存のためにそれぞれの容器が用意され、カップの内部ボリュームは、少なくとも１つの試験セグメント用にそれぞれの検体検出コーティングを含む。
隣接したペアの周方向の導波管と、これらのそれぞれの試験セグメントまたは貯蔵所の特定の組み合わせは、適切な種類の境界により、互いに分離される。特定の境界は、それに合う任意の境界構造または境界物質から成り立っている。例えば、特定の境界は、カップの内部ボリュームに及ぶリッジ（隆起）から成り立っている。また、あるいはさらに、特定の境界は、導波管またはカップの底の内表面の一部に塗られた疎水性コーティングから成っている。すべての境界が同じわけではない。
特定の境界は、以下の機能のうちの１つ以上の役目を果たす。（ａ）局地的な無効参考ゾーンを提供する（例えば、カップが使用される特定のアッセイに対して不活性として選択されること）、（ｂ）隣接した試験セグメントの特定な対または容器をそれぞれ分離し、それによりそれぞれの液体の交差汚染を防止することに役立てる、（ｃ）特定の試験セグメントまたは容器を識別するための標識を提供する、（ｄ）カップ回転中に、特定の容器から個々の試験セグメントに、貯蔵液を運ぶ手伝いをする。
このような円周方向の試験セグメントを提供することは、以下に例として挙げる理由のうちの一つ以上により望ましい。同時に少なくとも２つの異なる種類の検体における試験に、または同種検体の標的識別特徴の最低２種についての試験にカップを同時に使用することができる。特定の種類の検体用の冗長テスト、または特定の種類の検体の同様の標的識別特性用の冗長テストを提供することで、測定精度を向上させることができる。それぞれの境界または試験セグメントにおいて、導波管の円周方向の外側表面から発せられる信号光のレシオメトリック分析の使用を可能にすることなどにより、試験での測定エラーを減少させることができる。
本発明は、大量生産、低コスト、ディスポーザブル、非常に小型、高感度が可能で、適切な操作に必要な液体または検出コーティングが非常に少量ですむ。
本発明は、一般に、あらゆる特定種類の検体に対してもあらゆる適合する従来のアッセイと共に使用できることから、使用の用途は非常に広い。
さらに、検体がまれにしか見つからないような状況においては、アッセイごとの費用を抑えることができる。これは、例えばサンドイッチ式の免疫アッセイにおいて、本発明のアッセイカップは活性が保たれる。つまり、検出コーティング中の検出レイヤーに入っている捕捉剤が検体に結合することで実質的に中和されるまで使い切られないためである。
当然のことながら、本発明に対する前述の要約は、その目的、機能、利点、特徴、構造、素材、方法、および工程のすべてを記述しているわけでない。というのは、技術において通常の技量を持つ者が、本明細書中の開示のすべてを考えれば、前述点および本発明のさらに詳細な目的、機能、利点、特徴、構造、素材、方法、および工程は、、に対して直接的にまたは本質的に開示されるものだからである。
図の多くで、断面で示されていると説明のある部品の一部または全部について、明確さと容易な理解を意図するために斜線などの陰影をつけていない。
光学アッセイ装置１１の概要
図１〜３および５では、すでに述べた通り、本発明の光学アッセイ装置１１は使用者の利益となる任意の検体の検出に使用できる。例えば、検体５２は、有機物でも無機物でも可能である。有機物の検体５２は、たとえば、バクテリア、ウィルス、胞子などの生きている病原体または死んでいる病原体、あるいは毒素、小分子、またはタンパク質のような他の生化学化合物または有機化合物が挙げられる。無機物の検体５２は、例えば、金属などの化学元素、あるいは注目すべき重要な無機化合物等がある。
光学アッセイ装置１１は、光学アッセイカップ１０を含み、さらにカップ１０に対するカバー１６を含む。カップ１０、２１０（図７に示される）、２１０ａ（図１０に示される）、３１０（図１３に示される）および４１０（図６に示される）は、土台、配置、量（数）、大きさ、形、デザイン、素材、組成、構造、製造、物理特性、寸法、仕様、変異、操作、方法および用途の各点について、本明細書で開示されるすべてによって明らかになる相違点を除き、互いに同じか、少なくともいずれも相似している。
同様に、カップ１０に対するカバー１６と、カップ３１０に対するカバー３１６は、土台、配置、量（数）、大きさ、形、デザイン、素材、組成、構造、製造、物理的特性、寸法、仕様、変異、運用、方法および使用法の各点について、本明細書で開示されるすべてによって明らかになる相違点を除き、互いに同じか、少なくともいずれも似たものである。カバー１６または３１６は、カップ１０、２１０、２１０ａ、３１０、または４１０の１つ以上の数のカップと共に使用できる。
図１ないし３、５で見られるように、光学アッセイ装置１１は、さらに、光源検査光２４を発するための光源２６、検体５２の存在、量、数、あるいは最低１つの標的識別特性に応じて導波管２８の外面３４から発せられる出力信号ライト５８を検出するための検出器６０、および、カップ１０（およびカバー１６）を中心のＡ軸上で回転させるための回転装置２５から成っている。
あらゆる適切な取り付け装置（明確さを期するために図解はされていない）が、カップ１０、ソース２６、検出器６０および回転装置２５をそれぞれ適切な方法で取り付るために使用され、それによってこれらの構成部品すべてが一緒に可動し、本書で説明されている個々様々な機能を果たす。例えば、取り付け装置は単に、カップ１０、光源２６、検出器６０および回転装置２５が直接的、またはそれぞれの適切なサポートの使用により間接的に取り付けられる土台を含む。例えばカップ１０は、回転装置２５に取り付けられているが、これはその後、そのような土台に直接又は間接的に取り付けられることが出来る。
回転装置２５は、カップ１０をあらゆる適切な方法によりＡ軸上で回転させるために使用される。例えば、回転装置２５は、適合するモーター、ギアボックスまたは、ドライブシャフト２０を持つ動力伝達装置（明確さを期するため図解されていない）から成り、この場合、カップ１０の土台１２には、シャフト２０を受けるサイズになっているドライブシャフトホルダー１８が備えられている。あるいは、カップ１０のカバー１６は、ドライブシャフトホルダー１８が付いており、回転装置はカバー１６を回転させ、次にカップ１０を回転させる。
あるいは、回転装置はあらゆる適切なモーター、ギアボックスまたはドライブシャフトによるなど、あらゆる適切な方法で回転を起こすあらゆる適切なターンテーブルから成る。この場合は、カップ１０またはそのカバー１６は、適切な方法で回転装置に取り付けられ、それによりターンテーブルが回転し、カップ１０もまた回転する。こうした場合では、ドライブシャフトホルダー１８は取り外され、またカップ１０のベース１２は側壁１４からＡ軸に連続、延長される。カップ１０またはそのカバー１６を取り付け、直接的または間接的にカップ１０を回転させる方法がその他無数にあることは、通常の技術を持つ者にとってはあきらかなので、ここで詳細は述べない。
カップ１０とカバー１６の物理的な構造
図１〜３で示すように、カップ１０は土台１２と側壁１４からなる。側壁１４は、内外の光学表面３２，３４を持つ導波管光導波管の部分２８、内外の光反射面３１ａ、３１ｂのある反射面部分３０、内外面３１ｅ、３１ｄのあるレンズサポート部分３１ｃから成り、レンズサポート３１ｃは、反射面３０と近位端３６の間に延びている。
以下、簡便さを期するために、光導波管部分２８は、導波管２８、反射面部分３０は反射体３０、レンズサポート部分３１ｃをレンズサポート３１ｃと呼ぶ。
カップ１０の適切なサイズは、例えば、使用者の必要性、試液５５の量、試液５５に存在する特定の種類の検体５２の性質（図１〜３には示されていない）、および望ましい測定感度あるいは精度などといった要素によって決定される。
例として、カップ１０は、外径約０．５〜１０ｃｍ、側壁１４の高さ約０．１〜２．０ｃｍ、ボリューム約０．０２０〜１５０ｃｃであるが、しかしながらこのようなパラメーターは大小がある。
さらに例をあげれば、内径３．６ｃｍ、高さ１．３ｃｍの側壁１４のカップ１０においては、導波管２８は最大長約１．０ｃｍ、厚さ約０．１５ｃｍで、反射体３０は、長さ約０．２４ｃｍ、最大厚約０．２２ｃｍ、レンズサポートサポート３１ｃは、長さ約０．０６ｃｍ、近位端３６の最大厚は約０．４４ｃｍである。カバー１６はカップ１０におよそ適応するサイズである。
カップ１０、カバー１６およびそれらの様々な部分や関連構成部分について、この文中であきらかに示さない限り、ここで使用される、、「内部」という用語は、カップ１０およびカバー１６のＡ軸に対してより近い、あるいは最も近いところを言い、「外部」とは、同Ａ軸からより遠い、あるいは最も遠いところを指す。例えば、導波管２８の内表面３２は、その外表面３４よりもＡ軸に近い。
カップ１０は、あらゆる適切な方法で製造される。例えば、射出成形などのあらゆる適切な方法によって統合的に形成される。あるいは、カップ１０は、幾つかの独立した個体をあらゆる適切な方法で一緒に組み合わせることで形成することも可能である。
統合的に形成されている場合は、その成形は、ダイヤモンドターニング法や、精密ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）旋盤や事後研磨の使用など、あらゆる適切な方法によって製造される。
カップ１６もまた同様に、あらゆる適切な方法で製造される。
図３がよく示しているように、液体密封シール１７は、カップ１６とカップ１０の側壁１４の遠位端２２の間に設置され、例えば試液５５などのような、カップ１０に入れられたあらゆる液体の漏れを防ぐ。シール１７は、ガスケットのようなあらゆる適切な構造が可能である。あるいは、分離したシール１７を削除し、たとえば、カバー１６と遠位端２２の間の液体密封を備えたり、あるいは、カバー１６と遠位端２２の間に、レーザージョイニングや超音波溶接などで液体密封ジョイントを備えるなど、望ましいシールを適切な方法で備えることができる。
カバー１６は、１つ又はそれ以上の穴１９とそれに対応する自己密閉型のエラストマー材から成る針隔膜２１などのように、カップ１０から液体を漏らさずにカップ１０の内部ボリューム６８に添加または除去するために、あらゆる適切な方法で具備されている。あるいは、１つ又はそれ以上の穴１９は、それに対応する針隔膜２１なしで使用されることもある。この場合穴１９は、カップ１０のＡ軸に向けて置かれるのが好ましく、それにより、カップ１０が使用中回転している際に、カップ１０の中の液体は穴１９から漏れない。
分離カバー１６はオプションで、この場合は、少なくともカバー１６の機能のいくつか（例：カップ１０内で液体を維持する、カップ１０の内部ボリューム６８に異物を入れない）は、カップ１０の側壁１４の遠位端２２に、放射状に、内向きに延長している縁を提供することで、少なくとも部分的に実施される。この縁は、側壁１４からカップ１０のＡ軸に、部分的にまたは全体的に伸びている。
カップ１０の土台１２は丸く、平らに、均一な厚さを持っているように描かれているが、土台１２は、他に一定または不均整な幾何学的、あるいは非幾何学的な形でも良く、土台１２の全体または１部分は平らであったりなかったり、また均一な厚さを持っても持たなくても良い。
あるいは、カップ１０のベース１２は、ドライブシャフトホルダー１８と側壁１４の間に伸びた１つ又はそれ以上のスポークにより取り替えられる様な場合には、サイズを小さくしたり、取り外されることもある。こうした場合には、側壁１４の近位端３６および遠位端２２には、回転中にカップ１０がどんな液体の量でも十分に保持できるように選択された各々の距離でＡ軸に向かって延びるそれぞれの縁（明確さを期するため図示されていない）が備えられている。
カップ１０の側壁１４は、Ａ軸に対して丸い断面構成として描かれているが、側壁１４の断面構成は、あらゆる規則的、不規則的な、幾何学的あるいは非幾何学的な形を取りえる。側壁１４の断面構成は、近位端３６から遠位端２２までと同じではないこともあり（例：断面構成は、近位端３６から遠位端２２までその形、大きさ、または厚みにの違いがある）側壁１４は、カップ１０の側壁１４の周辺を一回りすると、均一な形、サイズ、または、厚みを持たないところもある。さらに、カップ１０の側壁１４と、それに伴う導波管２８と反射体３０は、側壁１４の周囲を回る際、それは連続的でなく、あらゆるサイズの割れ目やすき間がある。
既に述べた様に、かつ図２〜３および５によく示してある通り、カップ１０の側壁１４は、導波管２８および反射体３０を含む。
導波管２８および反射体３０は、それぞれの円周弧の長さを持っており、それらは側壁１４の全体の円周よりも小さいか、同等である。さらに、側壁１４の円周は２つ以上の個々の導波管２８および反射体３０に分割される場合がある。これらは明確さを期するために図示されていない。
導波管２８は、反射体３０および側壁１４の遠位端２２の間に部分的にあるいは完全に拡大する長さを持つ。光学的およびアッセイの目的上、導波管２８の長さを必要最小限の長さにすることは、必要とされる光学的に滑らかな導波管２８の内外表面３２、３４は製造に費用がかかることから、カップ１０の製造費用を削減する上で利点がある。例えば、カップ１０が射出成形された部分である場合、導波管２８の長さの最小化は、射出成形の製造費用を最小にすることになり、あわせて、型の中により多くのドラフトを作ることができ、それによりカップ１０は型からより簡単に取り出すことができ、型からカップ１０を取り出す間、光学的に滑らかな表面３２、３４上の傷を最小化できる。
あるいは、反射体３０が備えられていない場合、導波管２８は、側壁１４の遠位端２２とレンズサポート３１ｃとの間に部分的にまたは完全に延びる長さとなる。反射体３０が設置されていない場合、以下で詳述されている反射体３０の機能の少なくともいくつかは、カップ１０の側壁１４に内的あるいは外的に装填されている適切なオプティクス（反射体を含む）によって提供される。
あるいは、レンズサポート３１が設置されていない場合は、導波管２８は、側壁１４の近位端３６と遠位端２２の間に部分的にまたは完全に伸びる長さ、あるいは、反射体３０は導波管２８から側壁１４の近位端３６との間に部分的にまたは完全に伸びる長さを持っている。
導波管２８は、対称の光学表面３７を持ち、その内表面３２と外表面３４の間で決定される少なくとも実質的に均一な厚みを持っている。あるいは、導波管２８は、その長さまたは円周方向の弧の幅に沿って、均一な大きさ、形、厚みを持っていないこともある。例えば、導波管２８は長さまたは円周方向の弧の幅の部分またはすべてに沿って、厚みは、先細になったり、増加、減少、あるいは変化することもある。
反射体３０の長さは、側壁１４の近位端３６と導波管２８の間に部分的にまたは完全に伸びる。反射体３０は、内外表面３１ａと３１ｂの間に横たわる対称の光学表面３８を持っている。内外表面３１ａ、３１ｂは、近位端３６から導波管２８に移動する際、各々の長さの部分または全体に沿って、対称の光学表面３８に向かって収束する。内外表面３１ａ、３１ｂは両方とも、収束するものとして図示されているが、そのうちの一つだけが収束することもあり、内外表面３１ａ、３１ｂ両方が収束する場合は、個々の長さの、部分または全てに沿って同量で収束することはない。反射体３０は、表面３１ａか表面３１ｂのいずれか一方の光学的な反射表面を含む。
反射体３０は、長さまたは円周方向の弧の幅に沿って、少なくとも実質的に均一な大きさまたは形である。あるいは、長さまたは円周方向の弧の幅の部分またはすべてに沿って、大きさまたは形は、先細になったり、増加、減少、あるいは変化する。
図１にはっきり示されている通り、導波管２８および反射体３０は、カップ１０のＡ軸に対して円柱状に対称である。こうした場合、これら個々の対称の光学表面３７、３８（図３参照）は、それぞれの円筒状の形を成し、各々に向かって延長した場合に共通の対称の光学表面３９を形成する（図４参照）。
しかしながら、ここで導波管２８、反射体３０、またはその対称の光学表面３７、３８について用いられている「円筒に」という用語は、通常この語が定義するところよりも幅広い意味を持ち、例えば、導波管２８または反射体３０（およびそれに伴う対称の光学表面３７、３８）がカップ１０の全てのＡ軸に関して、内向きに、または外向きに頭を下げている状態、内向き又は外向きに漏斗状に枝分かれしている状態、あるいは横に曲がった状態含む。
加えて、導波管２８または反射体３０（およびそれに対応する対称の光学表面３７、３８）は、カップ１０のＡ軸に関して、量の違いで内向きにまたは外向きに下がっている点、異なったサイズの漏斗状に内向きまたは外向きに枝分かれして形成される点、あるいは、量の違いで横に曲がっている点で異なる。
図３ではっきり示されている様に、カップ１０の側壁１４の近位端３６の部分または全部は、光源２６からの検査光２４の一部または全部を反射体３０の内外表面３１ａ、３１ｂ、あるいは導波管２８に直接焦点を合せるために、あらゆる適切な屈折表面形状（例：エッジレンズ３６）から成っている。
ここで考察のために簡単に言えば、光源２６は、図３で示されているように、その光軸２６ａが反射体３０の対称の光学表面３８と一致するように設置されるものと考えられる。しかし場合によっては、光源２６の光軸２６ａ、３６ａとエッジレンズ３６を回転させることが有利である。そうすることにより、それらの軸の片方または両方が反射体３０の対称の光学表面３８上にくることはなくなり、しかしそれでも検査光２４の光線は、レンズ３６の曲がった焦線４６と反射体３０の対称の光学表面３８上の反射体３０を通過できるように設置される。例えば、これは、検査光２４の大きな部分を、反射体３０の反射面３１ａまたは３１ｂのどちらか一方に向かって相当に、あるいは完全に導くことになり、光学的に滑らかな表面３１ａ、３１ｂを２つ作る必要性を失くすことが可能である。この設計方法の例も本明細書で提示されている。しかしながら、これは、以下に概説する本発明の基本的な考え方を理解すれば、当該技術に関して技量のある人がなすことのできる比較的小さな修正である。
近位端３６の屈折面の形状は、円筒型のこともあれば、非球面であることも非球面でないこともある。近位端３６はまた、カップ１０を取り扱う際に屈曲面に対して、指が接触したり物理的な障害が発生しないようにするために、その内外端の一方または両端に、短い、丸い障壁を組み込んである場合がある。
あるいは、近位端３６は、平らで、そうした屈曲面を含まないこともある。この場合は、近位端３６外部に対するあらゆる適切なオプティクスは、近位端３６の屈折面形状の一部または全部の機能を実施するために使用される。
図１ないし３および５では、導波管２８と反射体３０は、光源２６から発する検査光２４に対して少なくとも実質的に透過的な、適切な物質から作成され、導波管２８は、信号光５８に対して実質的に透過的な適切な物質から作成される。適切な物質とは、たとえばプラスチック、ガラスまたは水晶である。
以下でさらに詳しく説明されるように、導波管２８に対する導波管検査光２４ａ、２４ｂ（図５参照）は、光源２６から出ている光源検査光２４の少なくともいくらかを含む。
本明細書で「光」とは、例えば検査光２４、２４ａ、２４ｂ、または信号光５８などのように、波長約２００ｎｍ〜１０，０００ｎｍのあらゆる形態の電磁放射線を含んでいる。
カップ１０の方向
カップ１０（および、関連する光源２６と検出器６０）は、あらゆる方法で、ここで説明されているあらゆるアッセイと共に、またカップ１０のＡ軸のあらゆる適切な方向に使用される。
例えば、カップ１０のＡ軸は、図１で見られる様に、垂直方向に、または少なくとも実質的に垂直方向にでき、またそのＡ軸は、図１のカップ１０を左右いずれかに９０度回転させる場合に見られるように、水平方向に、または少なくとも実質的に水平方向にもできる。あるいは、Ａ軸は垂直と水平の間の望ましい角度にも向けることができる。カップ１０のＡ軸に関してここで使用されている様に、垂直、水平という用語は、少なくとも実質的に垂直、および実質的に水平という意味を含む。
カップ１０は、部分的に下向きにおかれたベース１２と取り付けられるが、これは図１のカップ１０を左右いずれかの方向に９０度以下回転することにより見られる。またカップ１０は図１のように完全に下向きに取り付けられる。あるいは、カップ１０は、部分的に上向きに置かれたベース１２で取り付けられることもあり、これは図１のカップ１０を左右いずれかに９０度以上１８０度以下で回転させた時に見られる。あるいは同様に図１のカップ１０を１８０度左右いずれかに回転させたときに見られるように、完全に上向きに置かれたベース１２で取り付けられることもできる。
カップ１０のＡ軸が、非垂直に置かれている場合、カップ１０の個々の位置、向きが変化しないように、光源２６および検出器６０は、同角度移動および再配置される必要があることが理解される。例えば、カップ１０が、そのＡ軸が水平になるよう置かれていると想定する（例：図１のカップ１０が右に９０度回転している）。この場合、光源２６は、カップ１０の近位端３６に検査光２４が入るために適切な位置になるように、右に９０度だけ移動回転させる必要がある。また検出器６０も、導波管２８の外表面３４から放射されている信号光５８を受け取るのに適切な位置になるように、右に９０度動かし、回転する必要がある。これは図１を完全に右に９０度回転させることによって見られる。
カップ１０を使用中、カップ１０のＡ軸の向きがいずれであっても、側壁１４とカバー１６の間のシール１７は、カップ１０からの液体（例えば、試液５５あるいは試薬の液体）の漏れを防ぎ、その際にカバー１６の隔膜２１は、液体がカップ１０から漏れないように、追加したり除去したりできる。
カップ１０のＡ軸の向きが垂直でない場合、いくつかの有利な点がある。例えば、Ａ軸が水平に置かれていると仮定する。すると、重力は、カップ１０の内部ボリューム６８内の液体を流動化し、カップ１０の曲がった側壁１４の最も低い部分に液体プールを作らせる。そして、カップ１０がゆっくり回転すると、液体プールは、最下部で動かなくなり、側壁１４のある点が上向きに回転した時に流れ出し、最下部からは流れてなくなる。結果として、カップ１０のこのような回転は、カップ１０に追加された液体に必要な混合を助け、また、導波管２８の内表面３２上（カップ１０にコーティングがない場合）、導波管２８の内表面３２上の検出コーティング５０の全内表面５３上、導波管２８の内表面に存在する最深部の非液検出レイヤー５１ａ、５１ｂの内表面全体６１、７３上にそのような液体を薄いコーティングとして分配をおこなうのに役立つ（図５参照）。検出コーティング５０（すなわち、検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）は、カップ１０内部のボリューム６８の部分を含む。
図２、３および５では、試液５５内の特定な種類の検体５２のための適切な検出コーティング５０が、一部または全部の導波管２８の内表面３２に適切な任意の方法で施されている。あるいは、内表面３２の一部または全部には、検出コーティング５０はない。
限定せずに例を挙げれば、検出コーティング５０は、図５で図示されるように、３つの検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、および５１ｃを含む。しかしながら、検出コーティング５０は、単一の検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、または５１ｃ、２つの検出レイヤー（例えば、５１ａと５１ｂ、または５１ｂと５１ｃ）、または、３つ以上の検出レイヤーを含むことがある。各検出レイヤー５１ａと５１ｂ、５１ｃは、同じ組成を持つ場合も異なる組成を持つ場合もあり、他の任意の検出コーティング５１ａと５１ｂ、５１ｃに対して、サイズ、形、厚さについて一様であることも、一様でないこともある。
カップ１０内の液体の混合に加え、カップ１０の各々の完全な回転は、たとえば導波管２８の全内表面３２（カップ１０に検出コーティング５０が施されていない場合）、導波管２８の内表面３２上の検出コーティング５０の全内表面５３、または、導波管２８の内表面３２上に存在する最深部分の非液検出レイヤー５１ａ、５１ｂの全内表面６１、７４と液体プールが接触できるようにする。（図５参照）。
こうした接触は、あらゆる特定種類の検体５２、または特定な種類の検体５２の標的識別特性のアッセイの適切な実施に非常に役に立つ。例えば、サンドイッチ式の免疫学的検定が使用されている場合、こうした接触は、検出コーティング５０の捕獲レイヤー５１ｂの内表面７４上の捕獲分子が、試液５５内のすべての検体５２に効果的に触れていることを確認し、捕獲分子が検体５２をできるだけ多く確保することができるようにする。サンドイッチ式の免疫学的検定については、以下でさらに詳しく述べる。
さらに、液体レイヤー５１ｃ（例：試液５５または試薬）は、導波管２８の内表面３２全体（カップ１０が検出コーティング５０がない場合）上、導波管２８上のあらゆる検出コーティング５０の内表面５３全体上、あるいは、導波管２８に存在する最深部の非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂの内表面７４全体上で形成される。回転していないまたはゆっくり回転しているカップ１０では、そのような液体レイヤー５１ｃは、カップ１０の最下部のあらゆる液体プール近くで最も濃くなり、上になるに従って次第に薄くなる。非常に薄い液体５１ｃ残留レイヤーの限度内では、検出コーティング５０により捕らえられたバクテリアなどの検体５２を取り囲む微視的薄片７６として、部分的に、あるいは全体的に存在していることもある（図５参照）。
従って、カップ１０が水平に置かれた場合に導波管２８の周囲に対して、光源２６および検出器６０の位置を適切に調節し、また、カップ１０の回転スピードを適切に調節することで、観察エリアで液体レイヤー５１ｃにさまざまな範囲の厚みを作ることができる。さらに、観察エリアの液体レイヤー５１ｃは、カップ１０の回転に応じて、継続的にリフレッシュされ、回転によって望ましい厚さを常に維持できる。
観察エリアは、エバネセントまたは暗視野照明検査の対象となる導波管２８（および全ての関連する検出コーティング５０）のエリアであり、そうした検査に対応して信号５８を発生すると理解される。
信号光５８のランダムノイズ効果を減少させるために、および、試液５５に存在する特定な種類の検体５２の極少量の発現を判定するために、あらゆる適切な内部的自己参照技術が使用される。これは、例えば、カップ１０が回転するにつれて、導波管２８の外表面３４から発生する信号光５８に応じて検出器６０が出す電気的な出力信号の信号パターンを一時的に保存しておくことや、カップ１０のパラメータのまわりで各観察エリアに出される信号光５８のさらに統計学的に正確な時間依存的な写真を手に入れるために、連続回転からそうした信号パターンを追加または対比することなど、あらゆる適切な方法によりなされる。このような方法は、最小二乗法などのような適切な技術の使用を可能にし、信号光５８のランダムノイズを減少させたり、試液５５中に存在する可能性のある極少量の特定の種類の検体５２を検出することができる。
さらに例を挙げれば、内部的自己参照は、導波管２８上の２つの適切な観察エリアで信号光５８を観察、対比することで作成できる。例えば、一つの観察エリアは、カップ１０内の液体プールの表面下にある導波管２８部分に位置し、もう片方の観察エリアは、導波管の最上部など、液体プールの表面上にある導波管２８上の適切な位置にある。
さらに、（例えばサンドイッチ式の免疫学検定において）、捕獲レイヤー５１ｂによって捉えられた検体５２に使用する試薬内に蛍光表示薬７７に付着するほとんどの化学反応は、検体５２の存在、量、数、あるいは少なくとも標的識別特性において第一次であるために、使用者は、自動プロトコルで固定接触時間を設定して試薬と捕獲した検体５２の特定なアッセイをおこなう場合に、さまざまな試薬の濃度を調整することができる。
Ａ軸が縦でない方向を向いている場合、例えばＡ軸が水平になっている場合に、ゆっくりとカップ１０を回転させる代替案として、Ａ軸が非垂直方向にある時に、カップ１０を高速で回転させることができる。これがおこなわれた場合、カップ１０は、Ａ軸が垂直方向にある時に高速でカップ１０を回転させることに関して以下で詳細に論じられることになる利点の最低でもいくらか、またはすべてを得ることが期待される。
カップ１０内の循環液
使用中、カップ１０内の必要な液体を回転させることは望ましい。なぜなら、そうした液体の回転は、例えば、液体およびその構成要素に、カップ１０内にすでにある液体またはその他の物質との反応、導波管２８の内表面３２との反応、あるいは導波管２８の内表面３２上の検出コーティング５０（例：検出層５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）との反応する機会を提供するからである（図５参照）。例えば液体が試液５５の場合、液体が循環していない場合と比較すると、液体の循環は、試液５５内のあらゆる検体５２が、検出コーティング５０の捕獲レイヤー５１ｂと反応するための機会を提供するのに役立っている。
カップ１０内の液体の循環は、カップ１０の回転方向の定期的な反転、カップ１０の回転スピードの定期的な変更、適当な方法によるカップ１０の攪拌、カップ１０内での適切な種類の撹拌装置の使用、または、カップ１０内への羽付きの装置や放射状のフィンを取り付けなどといった適切な方法によりなされる。
しかしながら、そうした液体の循環はあまり激しくない方がよい、なぜならカップ１０の適切な操作を妨げるからである。例えば、液体が試液５５の場合、この試液５５の循環は、例えば、検体５２に以前に結合していた相当の量または数が捕獲レイヤー５１ｂからはがれるなど捕獲レイヤー５１ｂの適切な操作に影響するほどに粗雑なものであってはならない。
液体在庫管理
本明細書で説明される多くのアッセイでの目標の一つは、アッセイ内で使用される試薬の中には高価なものもあることから、カップ１０内で使用される液体の量を減らすことにある。カップ１０内の薄い液体レイヤー５１ｃは、アッセイを実行する際に求められる高価な試薬の量を効果的に減らすことから、この目標を達成する助けになるものとして有利に使用される。
しかしながら、液体の量が減ると、表面張力の効果を考慮することがますます重要になってくる。表面張力は、鋭角なコーナーに望ましくない液体トラップフィレットを作り出す傾向があり、その対策を講じていない場合には、導入された試薬の大部分は、こうした寄生液体フィレットに捕捉されることがある。これは、アッセイ中に使用される試薬の反応性能を劣化させ、最初に必要と思われた量よりも多くの試薬が必要となってしまう。さらに、こうした鋭角なコーナーは洗い流すのが困難である。
特に望ましいカップ１０のデザイン戦略は、カップ１０をデザインする際、境界８６や側壁１４の交差部分とそれに付随するカバー１６およびボトム１２等の内表面または機能は、鋭角なトラップコーナーを作らないように、不必要な液体トラップを最小化することである。図２１を参照すると、多くの液体トラップの問題は、水平および垂直面９４４、９４６の直角の交差部分で形成されているコーナー９５２と幾何学的に同じである。図２１は、液体プールが、水平図９４４にあると仮定して作成された（明確さを期するために図示されていない）。この液体プールから、末端９５４および表面９５０を持つ液体コーナーフィレット９４８が発生する。表面９５０と上端９５４の平面９４６間の接触角は、ゼロに近いと仮定される。
重力に反してフィレット９４８を作る液体の垂直の上昇高（Ｈｍ）は、以下の式で簡単に求められる。
Figure 2007256279
ここで、γは液体の表面張力、ρは液体の密度、ｇは重力加速度を表す。
表面張力は、本質的に表面現象であり、表面張力支配の液体構造は、液体表面を突出、あるいは接触しない表面張力下の非液体の物体の形状に影響されない。コーナーエリア９５６の液体フィレット９４８を、液体表面９５０のプロファイルに近い非液体フィレット９４８で置き換えると、コーナーエリア９５６での液体の取り込みは、１０倍もしくはそれ以上減少する。
横断面９４４、９４６では、表面９４４とその上端９５４における最大上昇高の間での中間点にある表面９５０の形は、、閉形式解析解の影響を受けない。しかしながら、表面９５０の形状は、よく知られた二次微分方程式によって規定され、二次または三次元の様々な境界条件に対する解は数値法によって決定される。以下の式２では、Ｘ＊は、垂直面９４６から測定された液体表面９５０プロファイルの点Ｘの無次元水平点で、Ｘを式１の上昇高Ｈｍで割って標準化される。同様に、以下の式３では、Ｙ＊は、水平面９４４から測定された液体表面９５０プロファイルの点Ｙ無次元垂直点で、Ｙを式１の上昇高Ｈｍで割って標準化される。従ってＸ＊は、以下のＹ＊の多項式曲線適合関数により近似される。
Figure 2007256279
Figure 2007256279
平面９４４、９４６が、コーナーエリア９５６で修正され、式２で与えられたように非液体の断面プロファイルを作成する場合、液体コーナーフィレット９４８の表面９５０と綿密に適合する非液体のコーナーフィレット９４８が作り出される。それによって、非液体フィレット９４８を覆うあらゆる液体フィレット９４８の表面張力支配のボリュームが最小化される。
非液体コーナーフィレット９４８用に選択された特定の表面の形状は、液体と平面９４４、９４６との接触角度、導入された液体の総量、液体内の界面活性剤の存在、そして垂直面９４６と水平のシリンダーの内部の交差などのより複雑な下層の三次元表面の存在など、多くの要因に依る。
それぞれの場合、特定な液体の表面張力、重力、特定な構造の形状と特質の相互作用を考えて適切な方法で作られなければならない。すべての場合、液体フィレット９４８の二次元または三次元の形状は、液体フィレット９４８の表面プロファイルに適合する、または少なくとも近似するように選択された表面プロファイルを持つ非液体フィレット９４８と置き換えられる必要がある。
カップ１０が、射出成形法で作られる場合、カップ１０の底１２と側壁１４の交差地点に位置する非液体フィレット９４８の表面プロファイルは、型生成用のＣＮＣ機械ツールの使用などあらゆる適切な方法によって作成され、そしてたとえばプラスチックなどを素材にして、カップ１０の射出成形が行われる。あるいは、非液体フィレット９４８の表面プロファイルは、カップ１０に、特定のアッセイ中に使用される液体に似た表面張力および湿気を持つＵＶ硬化性液体プレポリマー化合物を適量入れ、プレポリマー化合物をカップ１０のコーナーエリア９５６に送るためにカップ１０を回転させ、そのプレポリマーを、カップ１０がまだ回転している間に紫外線を照射して固体ポリマーに重合することで作成される。カップ１０は、次に、必要なアッセイの実施に使用されるか、または作成された非液体フィレット９４８の表面プロファイルは、固体ポリマーフィレット９４８の二次元または三次元の表面プロファイルが適切なすべての機械的、光学的プロファイリング方法によって決定される経験的モデルとして使用されることもある。
光源２６
図１ないし１３に移り、光源２６は、ここで開示されたカップ１０、２１０、２１０ａ、３１０、４１０と共に使用され、例えばレーザー、発光ダイオード（ＬＥＤ）、蛍光、あるいは白熱光などの検査光２４のための発光体２７を含む。光源２６から放たれた検査光２４は、１つ以上の波長を含み、干渉性または非干渉性である。
検査光２４は、適切なあらゆる方法で波長に差異がある。光源２６は、適切なあらゆる方法で、光源２４を多重化する適切な多重化装置を含む場合がある。様々な波長の検査光２４を発する、あるいは、多重化されている光源２６の設置は、１種類以上の検体５２を同時に検出でき、またカップ１０の使用中に同種の検体５２から最低１つの標的識別特性を同時に検出できるので望ましい。
光源２６は、さらに、必要に応じて検査光２４の焦点を合せるために、適切なレンズ４０を含むことができる。あるいは、レンズ４０は、発光体２７によって発せられる検査光２４からの平行ビーム４４の生産に使用される、適切な開口数調整レンズを含むこともある。レンズ４０は、例えば、非球面の屈折面４２を持つ平凸レンズまたはグレーデッド・インデックスレンズ（Ｇｒａｄｅｄ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｌｅｎｓ （ＧＲＩＮ））を含むこともある。いずれの場合でも、レンズ４０は、１つ以上の個別のレンズを含み得る。
理論的には、光源２６からの検査光２４は、適切なあらゆる方法で、導波管２８の外側表面３４を介して直接にカップ１０の内部ボリューム６８に斜めに注入される（例えば、検出コーティング５０に）。しかしながら、検査光２４ａ、２４ｂが、カップ１０の側壁１４の近位端３６に、または近位端３６周辺の側壁１４の外側表面に注入された場合、導波管２８および検出コーティング５０には、強度の強い検査光が作成され、その結果、検査光２４ａ、２４ｂは導波管２８の全長に沿った狭い強力ビームを伝播できることになる。これは例えば、近位端３６の周辺の側壁１４の外側表面に成形された円周角柱形を使用するなど、適切なあらゆる方法で検査光２４ａ、２４ｂを側壁１４の外側表面に注入することで達成される。近位端３６（エッジレンズ３６の場合もある）と、円周角柱のような形は、光源２６の一部を含む。あるいは、ここで詳しく説明される軸光注入法、すなわち、近位端３６に直接検査光２４ａ、２４ｂをに注入する方法を使用することで達成される。両方とも本発明の範囲内にある。
実際には、検査光２４ａ、２４ｂを直接導波管２８の外表面３４に斜めに注入することは、位相的により難しいと言える。何故なら、検出器６０のサイズが比較的大きいことと、検出器６０が表面３４へ接近するため、光源２６と検出器６０を導波管２８の外側表面３４に隣接して設置することが困難だからである。加えて、光源２６に比べてカップ１０の小さな不均衡により敏感で、導波管２８の外側表面に位置する光学構造は、付着物や損傷により曝されており、導波管２８の外側表面３４からの表面反射を、フレア光を検出器６０の注入から防ぐことはさらに難しい。また、カップ１０の外径は、ここで述べた軸光注入方法が使用された場合、それに比例してさらに拡大しなければならなくなる。
例えば、検体５２の単一粒子の視覚化が行われる場合、高倍率の高開口数対象レンズが、検出器６０の一部となる。このレンズは、導波管２８の外側表面３４から発せされる信号光５８を適切に収束し焦点を合せるために、導波管２８の外側表面３４の近接部に取り付けられる必要がある。結果として、検査光２４ａ、２４ｂを直接に斜めに導波管２８の外側表面３４に注入したい場合、適切に光源２６を取り付けるためのスペースは不十分である。加えて、導波管２８の外側表面３４に斜めに入る検査光２４から生じるフレネルの二次反射が、検出器６０に直接に注入されている検査光２４の一部となり、これは、導波管２８の外側表面３４から出る信号光５８を検出する上で、検出器６０の効率を損なうことなく効果的に除去することが難しい大量のバックグラウンド電気出力信号を作り出すことになる。
上記を考慮して、光源２６およびカップ１０は、レンズ４０からの平行ビーム４４が、上述のようにエッジレンズ３６より成る近位端３６を介してカップ１０の側壁１４に入れるような方法で各々設計し設置する。光源２６をそのように設置することで、導波管２８の外側表面３４に近接して取り付けられている検出器６０などのその他のハードウェアに、有利に干渉せず、また、そうでなければ検査光２４を検出器６０に注入する導波管２８の外側表面３４からの不必要なフレネルの表面反射を作成しない。
エッジレンズ３６は、焦点レンズとして働き、検査光２４の平行ビーム４４を（放射状関係のみ）反射器３０の対称光学表面３８に焦点を合わせ、平行ビーム４４の範囲が、周囲の環境に影響を受けないようにする。そのような線フォーカスのレンズ３６に必要な放射表面プロファイルは、幾何光学的技量に長けた人により簡単に開発される。光源２６は、さらに反射体３０を含む。
平行ビーム４４は、断面では典型的には円か楕円であり、レンズ３６と反射体３０はカップ１０の同心特性であることから、レンズ３６のネット効果は、検査光２４のビーム４４の焦点を、カップ１０のＡ軸から一定範囲にある焦線４６である対称の光学表面３８上で明るい曲線部分（レンズ３６および反射体３０の焦線４６）にあてることである。検査光２４の一部または全部は、次に、焦線４６から離れ、反射体３０の内側、外側表面３１ａ、３１ｂの一部又は全部から、および導波管２８へと、反射する。焦線４６からの検査光２４の一部分は、反射体３０の内外表面３１ａ、３１ｂから最初に反射されずに、導波管２８に入る。
検査光２４のビーム４４をレンズ３６で明るく曲がった焦線４６に上記のように焦点を合わせることは望ましい。何故なら、検査光２４が分配される円周弧は簡単に制御することができ、また、先に述べたような方法で検査光２４を直接斜めにカップ１０の内側ボリューム６８に（検出コーティング５０に）導波管２８の外側表面２４を介して注入する場合と比較して、導波管２８に入る検査光２４ａ、２４ｂの角度方向の均一性が優れているからである。
図１ないし３ではただ１つ光源２６しか描かれていないが、あるいは１つ以上の光源２６があり、その場合、図１ないし３で示されたのと同様の方法でカップ１０の側壁１４の近位端３６の円の周りで、各々の光源２６が用意される。
複数の光源２６がある場合、各光源２６は、同じ波長または多重化した波長の検査光２４を発する。特に様々な波長や多重化した波長の検査光２４を発する場合は、少なくとも２つ以上の光源２６を用意することが望ましい。なぜなら、カップ１０の使用中に１種類以上の検体５２を同時に検出でき、また、同種の検体５２から標的識別特性を１種類以上同時に検出することが可能となるからである。
さらに、特定の光源２６（および、付随する特定の開口数対象調整レンズ４０）は、入力平行ビーム４４を複数の出力平行ビーム４４に分割し、次に、平行出力ビーム４４のうちの少なくともいくつかを、近位端３６周縁の様々な位置でカップ１０の側壁１４の近位端３６に導く適切な光学装置を使用することによって、カップ１０に対する検査光２４の平行ビームを複数作り出すのに使用される場合もある。こうした平行ビーム４４の各々は、同じ周波数または、多重化した周波数である。エバネセントまたは暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂは、単一波長である。
いずれの場合でも、信号光５８に応じて出される検出器６０からの出力電気信号のレシオメトリックの信号処理が望ましい場合は、エバネセントまたは暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂは最低でも２つの波長から成り（別の光源２６からのものである場合がある）、信号光５８のスペクトラルや量等における小変化がレシオメトリックに検出されるように、１つまたはそれ以上の適する検出器６０が（あらゆる必要となる光フィルターと共に）使用される。このようなレシオメトリック検出は、信号光５８に応じて出される検出器６０からの出力電気信号で生じることのある誤りをゼロにするのにも役立つ。
カップ１０の側壁１４における反射体３０の設計
カップ１０の側壁１４における反射体３０の内外表面３１ａ、３１ｂのいずれか、または両方は、光源２６から反射された検査光２４のうち、少なくともいくつかの光線が、反射体３０の対称の光学表面３８に応じて予め厳密に決められた角度内で導波管２８に入射するように選択された各々のプロファイルを持っている。個々の表面プロファイル３１ａ、３１ｂは、非球面であることも非球面でないこともあり、また同一であることもないこともある。
図１〜３で示されたカップ１０では、導波管２８と反射体３０の各対称光学表面３７、３８は互いに一致し、共通の対称光学表面３９を形成する。
図４では、局部のＺ軸は、共通の対称光学表面３９と一致したものとして、またカップ１０のＡ軸と平行なものとして定義されている（一般性を喪失することなしに）。あるいは、対称光学表面３７、３８は、互いに一致せず、従ってＺ軸は反射体３０の対称光学表面３８にのみ存在する場合がある。
図４では、起点「０」は、レンズ３６と反射体３０の焦線４６上の一点であり、正のＹ軸は、放射状に、内向きに伸び、カップ１０のＡ軸と交差する。
簡潔にするために、以下の考察は、反射体３０の内表面３１ａの形に応じてなされるものであり、同様の所感は反射体３０の外側表面３１ｂの形にも十分にあてはまることが理解されているものとする。
回転方向に対称な内表面３１ａを持つ反射体３０では、その内表面３１ａの形は、図４にあるようにＺ軸に対して平行なカップ１０のＡ軸の周囲で見られる曲線３３の部分的または全体的な回転により規定される。
検査光２４の光線のための点光源を始点「Ｏ」と仮定して、反射体３０の内表面３１ａの形は、極座標に従い以下のように説明される：
Figure 2007256279
上記の式４で、また図４に見られる通り、ｒ（ω）は、始点Ｏからの反射体３０の内表面３１ａまでの距離、入力検査光線２４の角度ωは、入力検査光２４の光線がＹ軸に対して作る角度、反射角θ０ｉは、反射体３０の内側表面３１ａからの検査光２４の反射光線が、反射体３０の対称光学表面３８に対して作る角度（通常の対称光学表面３９は一致する）、Ｒ９０°は、入力検査光線２４の角度ωが９０度の時の始点Ｏから曲線３３の付点延長３３ａまでの距離、θ９０°は、入力検査光２４の角度ωが９０度の時の反射角θ０ｉをそれぞれ意味する。
Figure 2007256279
ここで、Ｂは入力検査光線２４角度ωに応じた反射角度θ０ｉにおける増減率である。
上記式４で、ｒ（ω）は、反射角θ０ｉが、曲線３３の延長上の入力検査光線２４の角度ωに応じて線形で変化するものと仮定する。それにより、曲線３３上の任意の点に対する反射角θ０ｉは以下のように求められる。
Figure 2007256279
ここで、Ａは、入力検査光線２４の角度ωが０度の時の反射角θ０ｉである。
上述したように、反射角θ０ｉの変化は線形方式で変化するが、それでもなお閉形式となる最も複雑な関係であると考えられる。しかしながら、入力検査光線２４角度ωの関数としての反射角θ０ｉのその他の依存に対する閉形式解は知られていないとはいえ、ｒ（ω）は、ベキ乗則依存など、反射角θ０ｉと入力検査光線２４の角度ωの間の他の単調関係のために得ることができる。
パラメータＢがゼロになる特別なケースでは、反射体３０の反射面３１ａ（曲線３３）から反射した検査光２４のすべての光線は、反射面３１ａから同じ角度θ０ｉで出て行き、従って、反射体３０の対称光学表面３８に対して、すべて同じ入射角で、導波管２８に入る（図４参照）。この入射角は、対称光学表面３７、３８が一致する場合、値θ０ｉであり、一致しない場合には角度も異なる。この柔軟性は、例えば、具体的な入射角が出力信号ライト５８の強さを最大化する場合には、重要な価値がある。反射体３０の反射面３１ａからの出射角θ０ｉは、パラメータＢの値をゼロ以外にした時に得られる。これは、出力信号光５８の強さを最大化し、検査光２４の集団特性を操作し、その上で、光学アッセイ装置１１の、製造上の公差や使用者の照準ミスによる光学性能における変異を補正可能性にする更なるツールを提供する。
検出コーティング５０（一般）
図２、３、５に移って、試液５５中のあらゆる特定な種類の検体５２用の適切な検出コーティング５０は、導波管２８の内表面３２の１部分または全部の上に適切に提供される。あるいは、導波管２８の内表面３２の部分または全部の上には検出コーティング５０はない。
検出コーティング５０および検出コーティング５０を形成する任意の検出レイヤー（例えば、レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）は、「液体」（例えば、試液５５、水、または適切な任意の試薬など）であることもあり、また、「非液体」であることもある。
本明細書において試液５５、検出コーティング５０、または任意の検出レイヤー（例：レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）において使用される「液体」は、液体、ガス、それらの混合物などあらゆる液体を含む最も広い意味で使用されており、さらに、可溶性、不溶性の有機物、無機物を帯び、あるいはそれらと混合し、または、溶解、非溶解の有機物、無機物を帯び、あるいはそれらと混合している液体やガスを含む。
同様に、本明細書において、検出コーティング５０または任意の検出レイヤー（例：レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）に関して使用される「非液体」という語も、上で定義された「液体」ではないすべてを含むために最も広い意味で使用されている。
無限定の例として、検出コーティング５０は３層の検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃを含むものとして図５で図示されている。しかし、検出コーティング５０は、単一の検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、または５１ｃ、あるいは、５１ａ、５１ｂ、５１ｃのうちのどれか２つ（すなわち、５１ａと５１ｂ、５１ａと５１ｃ、または５１ｂと５１ｃ）、あるいは、３つ以上の検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃを含むこともある。各検出レイヤー５１ａと５１ｂ、５１ｃは、同じ組成を持つ場合も持たない場合もあり、他の任意の検出コーティング５１ａと５１ｂ、５１ｃに対して、サイズ、形、厚さについて一様であることも、一様でないこともある。
導波管２８の内表面３２と検出コーティング５０の各外表面６３、６２および検出コーティング５１ａの間での接触エリアすべてには、インターフェース６４が存在する。
カップ１０の内部ボリューム６８（例えば空気など）の中にある物と、検出コーティング５０と検出レイヤー５１ｃ、５１ｂ、５１ａに対応する各内表面５３、７２、７４、６１との間での接触エリアすべてには、インターフェース７０が存在する。
検出レイヤー５１ａと５１ｂの間の接触エリアすべてには、インタフェース６６があり、検出レイヤー５１ｂと５１ｃの間の接触エリアすべてにはインタフェース６７が存在する。
本明細書中での説明の簡素化のため、また無制限の例として、レイヤー５１ａと５１ｂは非液体であり、レイヤー５１ｃが液体検出レイヤーであると仮定する。
検出コーティング５０の重要な機能の一つは、カップ１０の内部ボリューム６８に存在するあらゆる検体５２に応じて導波管２８の外側表面３４から発された信号光５８の光線を生産、または生産の支援をすることによって、カップ１０中の試液５５の特定の種類の検体５２を検出する支援を直接、間接に行うことにある。このような信号光５８は、例えば、検体５２の存在、量、数に応じて、または、最低１つの標的識別特性として発せられる。このような信号光５８の光線は、例えば、検体５２または検出コーティング５０（例えば、検出コーティング５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）により直接または間接に出される。
導波管２８の外側表面３４から発せられる信号光５８の光線には、例えば、エバネセントまたは暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂの波長とは異なった波長を持つ検出コーティング５０で生成される光線を含むことが理解される。信号光５８の波長シフト光線は、例えば、蛍光、リン光、光子アップコンバージョン、ラーマン散乱、または光によって活性化された化学反応などのメカニズムを介して適切な任意方法で作り出される。あらゆる信号光５８の波長シフト光線が同様の特質と信号調整条件を持つものであることから、以下は簡潔にするために、前述のすべてのメカニズムを含む、信号光５８の波長シフト光線を作り出すためのすべてのメカニズムを、「蛍光性の信号生成方法」と呼ぶ。よって、それらが生成する信号光５８の波長シフト光線を「蛍光性信号光５８」と呼ぶ。
蛍光性信号光５８の光線は、光線の強さ、検査光２４ａまたは２４ｂに対するスペクトラム成分の割合や、適用された検査光２４ａまたは２４ｂに対する放射の位相放出の割合、あるいはまた、検査光２４ａまたは２４ｂの適用後の信号減衰率によって検出される。
あるいは、導波管２８の外側表面３４から放射された信号光５８の光線は、検査光２４ａまたは２４ｂの光線であることもある。信号光５８が、暗視野照明検査光２４ｂの散乱線を含む場合、そのような信号光５８は、カップ１０の内部ボリューム６８に存在する検体５２の、例えば存在、量、数、または少なくとも１つの検体５２の標的識別特性に応じて、導波管２８の外側表面３４から適切な方法で放たれる。
例えば、検体５２または検出コーティング５０が直接または間接に散乱暗視野照明検査光２４ｂを吸収、反射、屈折または散乱する場合、信号光５８の量は検体５２に応じて変化し、また、信号光５８と暗視野照明検査光２４ｂの各々のスペクトルの形は異なり、あるいは、信号光５８のスペクトルは、カップ１０の内部ボリューム６８に存在する可能性がある検体５２の存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性に関連して、経時変化の質を表す。
検出コーティング５０内に、調整された量の散乱信号光５８を検出器６０に提供する、均一に分配された散乱媒体を意図的に組み入れることが望ましい。それにより、検出コーティング５０の不透明度や色を、空間広がりで監視できるからである。均一で申し分のない光学反応を達成するためには、利用できる光強度が観察エリアで著しく影響されないよう、使用する散乱媒体の量を調整することが不可欠である。散乱媒体が、コーティング５０のそれと、実質的に異なる屈折率を持つ極めて細かく分割された不溶性の粒子材料である場合、散乱した信号光５８の量は、コーティング５０内の散乱媒体の割合を変更することで容易に調整できる。適切な散乱媒体には、二酸化チタン顔料、フッ素重合体粒子、様々な不溶性有機顔料が含まれる。検査光２４が可視光線スペクトル内にある場合は、散乱媒質のために許容される粒子サイズの範囲は約１００オングストロームから約１ミクロンに及び、散乱媒質の許容できる粒子負荷は検出レイヤー５０のボリュームの約０．０１％から約５％の範囲となる。
あるいは、導波管２８の内側表面３２の１部分または全部の上にコーティング５０がない場合でも、信号光５８は検体５２に応じて、直接または間接に導波管２８の外表面３４から放射される。
カップ１０を回転させて遠心濃縮する高密度検体５２
図１ないし３および５を再び参照すると、本発明を使うためには、特定な種類の検体５２を含む液体（例えば、試液５５、試薬、またはその他の液体）が、カップ１０に加えられる。カバー１６は、カップ１０上に適宜確保されるものと仮定される。
簡潔化のため、また、無制限の例として、検体５２を含む液体は試液５５で、検出レイヤーは５１ａ、５１ｂ、および５１ｃの３つがあること、レイヤー５１ａと５１ｂは非液体の検出レイヤーであること、レイヤー５１ｃは液体検出レイヤーであるものと仮定する。
本発明の重要な利点の一つは、任意の高密度検体５２を、導波管２８の内表面３２（非液体の検出レイヤー５１ａ、５１ｂがない場合）方向、そして最終的にはその上、、または、導波管２８の内表面３２上に存在する一番奥の非液体検出レイヤー５１ｂの内表面７４方向、そして最終的にはその上に、迅速に、簡単に、効果的に遠心濃縮するために使用できることである。既に述べたように、“高密度”検体５２とは、試液５５のように、それら検体を含む液体より濃厚であるという意味である。
カップ１０が高密度の検体５２を、内表面３２上または７４上に遠心濃縮しているとする場合、このプロセスの最後では、その一部か全部は、内表面３２または７４に、近づくか、上に乗るか、あるいは組み込まれることが理解される。
高密度検体５２のこのような遠心濃縮は、カップ１０をＡ軸上で急速に回転させることで成され、試液５５および任意の検体５２に相当量の遠心力を受けさせることになる。結果として、どのような高密度検体５２でも、導波管２８に向かって、さらに最終的には内表面３２または７４に向かって駆動される。
別の言い方をすれば、高密度検体５２上の回転カップ１０から与えられた放射状外向きの遠心力は、無作為なブラウン運動に影響を与える放射状外向きの沈降速度を与え、それに従って、内側表面３２、７４に向けて、最終的にはその上に向かって進む高密度検体５２の流れを著しく促進することになる。
例えば、試液５５が、水（密度１．００ｇ／ｃｃ）を含み、検体５２が特定な種類のバクテリア、ウイルス、またはタンパク質であると仮定する。バクテリアは平均で１．０５ｇ／ｃｃから１．１０ｇ／ｃｃの密度があり、ウイルスとたんぱく質の密度は１．３０ｇ／ｃｃから１．４０ｇ／ｃｃの範囲にあるので、バクテリア、ウイルス、およびたんぱく質が高密度検体５２であることは明らかである。結果として、放射状に外向きに向けられた沈降速度は、回転するカップ１０によって生成された遠心力によって、それらの高密度検体５２に分与され、それにより、内側表面３２または７４に向けて、最終的にはその上に向けて、高密度検体５２の流れが著しく増強される。事実上、注目すべきすべてのタンパク質、ウィルス、バクテリアが水より高密度なのは幸運なことである。
一般的に、試液５５がカップ１０のような中空円筒の内部ボリューム６８中にある時、高密度検体５２のために放射状に外側に向けられた沈降速度は、適用された遠心力に粘性抵抗を一致させることで、簡単に成長する。検体５２を、カップ１０の内部ボリューム６８から、および内表面３２または７４上に移転させるのに必要な時間ｔは、以下のように示される：
Figure 2007256279
ここで、ｕは、試液５５の粘度、ηは、カップ１０のＡ軸から回転するカップ１０内の試液５５の内表面７２までを測定した径方向の長さと、カップ１０のＡ軸から内表面３２または７４までを測定した二番目の径方向の長さとの比率、ρｐは、試液５５中の検体５２の密度、ρｆは、試液５５の密度、ｒｐは検体５２の半径、そして、ωは、カップ１０の角回転率をラジアン／秒で表したものである。
カップ１０のＡ軸の遠心力が０であるので、上述の式７は、カップ１０が試液５５で完全に満たされていた場合に試液５５からすべての検体５２を収集することに無限の時間がかかるであろうということを正しく示している。しかし、それが回転している間、試液５５がカップ１０中で環状のシリンダを形成する傾向があるので、カップ１０が最初に試液５５で完全に満たされていない場合、カップ１０の回転時、試液５５はＡ軸上にある必要がないので、これは問題ではない。
内表面３２または７４における検体５２の平均衝突率は、最初に試液５５内の個々の検体５２の数を、内表面３２または７４の表面積および検体５２をカップ１０の内部ボリューム６８から内表面３２または７４に移すのに必要な時間ｔで割ることで概算を得ることができる。
回転するカップ１０内の内表面３２または７４における検体５２の平均衝突率の、非回転時のブランウン運動にのみ起因する平均衝突率に対する比率（つまり、衝突増強率）は、ウィルスとバクテリア両方の検体５２に関して、図１１で説明されている。
図１１において、曲線９２、９６は、カップ１０が１２，０００ｒｐｍで５分間回転する時の、ウイルスとバクテリア各々の検体５２に対する衝突増強の割合であり、曲線９４、９８は、カップ１０が１８，０００ｒｐｍで５分間回転する時の、ウイルスとバクテリア各々の検体５２に対する衝突増加の割合である。図１１用の計算をするために、カップ１０の内半径が１．５ｃｍで、試液５５は密度１．００ｇ／ｃｃの水、バクテリア検体５２の密度は１．０５ｇ／ｃｃ、ウィルス検体５２の密度は１．３３ｇ／ｃｃと仮定する。
図１１の曲線９６、９８は、回転時のバクテリア検体５２の平均衝突率は、ブラウン運動の拡散のみで可能な平均衝突率よりも１０００倍も高いことを示している。これは非常に大きな進歩である。なぜならカップ１０が回転していない時に、検出限界１０００ＣＦＵ（コロニー形成単位）／ｍｌを持つ試液５５内のバクテリア検体５２に対するブラウン運動の拡散限定アッセイが、カップ１０が急速に回転した場合に最低１ＣＦＵ／ｍｌという低い範囲で検出限界を示すことができるためである。―実際に、大変劇的な進歩である。
同様に、図１１の曲線９２、９４は、ウィルス検体５２の平均衝突率が、検体５２のブラウン運動による拡散の可能性よりも、５００倍も高いことを示している。この進歩がバクテリア検体５２に対するものよりも小さいのは、ブラウン運動拡散の広がりが、粒子サイズが小さくなるにつれ効果的に大きくなり、またウィルス検体５２は一般的にバクテリア検体５２よりもずっと小さいためである。
しかしながら、任意の検体５２に対する平均衝突率の増加が２、３倍であることは、アッセイの時間が短縮されない場合に、全体的なアッセイ時間を短縮したり、試験の感度を上げたりすることに有利に利用できるのだから、この程度の増加でも重要である。さらに、ブラウン運動が無作為なのに対して、カップ１０を回転させることにより生成された沈殿作用は、高密度検体５２が、内表面３２または７４との接触する時間を増加させ、これにより、検体５２と検出レイヤー５１ｂの間で生じている付着反応の可能性を増加できる。
図１２を見ると、曲線５００、５０２、５０４、５０６、５０８は、試液５５の各種検体５２に応じ、導波管２８の外表面３４から放射された信号光５８に応じて検出器６０によって生成された各種標準化光電流電気出力信号の、カップ１０の回転時間に対するプロットである。この実験のために、波長６３５ｎｍで、固体５ｍＷレーザーを放射する検査光２４がサンヨー（米国ニュージャージー州ノーウッド）によって生産され、検出器６０は、検査光２４用の防止フィルターを組み入れた光電子工学的なレシーバーを含み、非冷却型Ｓ１２２３ＰＩＮ型の光検知器は、ニュージャージー州ブリッジウォーターのハママツ社により製造された。カップ１０は内半径１．５ｃｍ、１２，０００ｒｐｍで回転した。
直径１．１ミクロン、密度１．０５ｇ／ｃｃの蛍光性の化合物標識付き模擬ビーズが、バクテリア検体５２の模擬として使用された。曲線５００と５０２とは、カップ１０の試液５５中１ｃｃあたり、それぞれ１０，０００個、１，０００，０００個のビーズ濃度を持つ蛍光性の化合物標識付き模擬ビーズである。
曲線５０６では、検体５２が、試液５５の１ｃｃあたり約１００，０００のバクテリア濃度を持つ、蛍光性の化合物標識が付いた大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７バクテリアである場合に使用される。
図１２で見られるように、蛍光性の化合物標識が付いた大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７バクテリアの、内表面３２または７４における回収率は、おそらくバクテリアの方が模擬ビーズよりも密度が高く、そして／あるいはより大きく効果的なサイズであることから、バクテリア検体５２の模擬ビーズよりもずっと速い。バクテリアが模擬ビーズと同じ１．０５ｇ／ｃｃの密度を持つと仮定した場合、示唆されるバクテリアの有効径は約２．１ミクロンであった。
曲線５０４と５０８は、蛍光性の化合物標識が付いた模擬ビーズおよび大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７バクテリアの物理特性データそれぞれを、下の式に代入して求めた理論曲線である。
Figure 2007256279
ここで、Ｃ０は、カップ１０の試液５５内に存在する検体５２の初期容積の微粒子密度、Ｒｉｄは、カップ１０の内半径、そして、ｔは、カップ１０の回転時間である。
上記の式８で、αは、次の式９によって決定される定数である。
Figure 2007256279
ここで、ρｐは、試液５５中の検体５２の密度、ρｆは、試液５５の密度、ｕは、試液５５の粘度、ｒｐは、検体５２個々の有効半径、そして、ωは、ラジアン／秒で表したカップ１０の角回転速度である。図１２中で見られるように、理論曲線５０４と５０８は、模擬ビーズおよび試液５５から採取した大腸菌が、内表面３２または７４上に沈殿することを予測している。
図１２の曲線５０２、５０４、５０６、５０８はまた、カップ１０が１２，０００ｒｐｍで４〜５分間回転した後に、基本的に、試液５５中ののすべての検体５２が内表面３２または７４に、または近くに移動することを示している。内表面３２または７４近く、またはその上の検体５２の有効濃度は、検体５２の内表面３２または７４への遠心沈殿による流れが、内表面３２または７４から拡散を通して離れる検体５２の流れに等しい動的平衡条件が生じたとしても、この時点では非常に高い。この動的平衡条件の影響を受ける直径１ミクロンの検体５２に対して、内表面３２または７４に直に隣接するこのような検体の有効濃度は、試液５５中の初期濃度よりも約１０６倍高いことが示される。これは、検体５２と検出レイヤー５１ｂの内表面７４上にある任意の捕獲媒体の間の、望ましい大きな反応率になる良い兆候である。
従って、内表面３２または７４上の高密度検体５２の回転濃度は、カップ１０の内部ボリューム６８に存在する検体５２に応じて導波管２８の外表面３４から放たれる信号光５８を別の場合によりもずっと高いレベルにもっていくことができる。これは、一般的に、内表面３２または７４上の検体５２の濃度が高ければ高いほど、信号光５８の対応するレベルも高くなるためである。信号光５８の信号レベルが高いことは、結果としては、検体５２がより迅速に、高い精度で正確に測定されるという望ましい結果になる。
急速に回転するカップ１０は、低密度のデブリ（すなわち、デブリは検体５５のようなカップ１０内の液体より低密度）を、内表面３２または７４から離し、液体レイヤー５１ｃの内表面７２に向けるという、望ましい効果をも持っている。これは、内表面３２または７４の近く、またはその上にある任意の低密度デブリにより引き起こされる可能性のある測定の不正確さを減少させる傾向となり得ることから、望ましいことといえる。脂質は低密度デブリの一例である。
急速に回転するカップ１０は、カップ１０の試液５５よりも密度が高いが、検体５２よりも低いデブリを、内表面３２または７４上に、検体５２よりもゆっくりと向けるという望ましい効果もあり、これは、遠心力で濃縮された検体５２を結果として内表面３２または７４へと、デブリよりも速く向けることになる。
上述されているように、信号光５８のレベルにおける約１，０００倍までもしくはそれ以上の進歩は、検体５２を遠心濃縮によって内表面３２または７４に向け、最終的にはその上に向けることで、そうした遠心濃縮が実施されていない場合との比較すると、容易に達成される。
いずれの場合でも、カップ１０は、例えば、使用者のニーズ、特定な試液５５、試液５５中の特定な種類の検体５２、試液５５中の特定な不純物やデブリの性質、求められる測定の迅速性、感度、精度など必要とする各要素に応じて、好きな毎分回転数および回転時間でおこなうことができる。例えば、カップ１０は毎分２０，０００回転まで、またはそれ以上で、数秒間またはそれ以下から数時間以上にも及ぶ範囲で回転できる。さらに、カップ１０は、使用者のニーズにより、様々な毎分回転数で、様々な長さの時間で回転させることができる。
殆どの毒素またはタンパク質などのように非常に小さな検体５２にとって、式７から得られる沈殿時間は、そのような検体５２が試液５５よりずっと密度が高い場合であっても、非常に長い。それに応じて、回転カップ１０は、同じ密度のより大きな検体５２を扱うケースよりも、更にゆっくりと、内表面３２または７４上に遠心力濃縮を行う傾向がある。どのような時でも、非常に小さな検体５２のブラウン運動の拡散と、内表面３２または７４の検出表面積が比較的大きなことにより、回転するカップ１０は、これらの非常に小さな検体５２に対して向けられるどのようなアッセイにも否定的な影響を与えず、したがってカップ１０は非常に小さな検体５２でさえ検出する高性能センサーとなり得る。
検体５２において、試液５５内の検体５２が、すべてでなければ大部分が確実に内表面３２または７４に接触するようにするために適切な装置または方法が使用される。試液５５は、例えばカップ１０を各種の回転速度で各種の時間回転させる、カップ１０の回転する方向を周期的に反転する、カップ１０内に撹拌用の羽を付ける、またはカップ１０をかき混ぜるなどの適切な方法で、撹拌または循環させる。これは、試液５５内に浮遊する検体５２が内表面３２または７４と接触する統計的確率を増大させ、浮遊する検体５２と内表面３２または７４との密接な接触を阻害する傾向がある内表面３２または７４での物質移動境界層の厚さを減らす。
使用者が望む場合には、特定の検体５２の有効サイズを大きくするために、効果的にサイズを大きくするようにするあらゆる適切な方法が使用できる。例えば、適切なマイクロビーズを使用して検体５２を捕らえることなどにより、それらはより大きな検体５２となる。適切なマイクロビーズには、例えば、表面上で固定された検体５２のために捕獲抗体を持つラテックスのマイクロビーズなどがある。検体５２用の強力な蛍光指標剤７７を備える一方で、同時に、様々な無機のマイクロ粒子またはＣｄＳ量子ドットなどのナノ粒子もこの目的を果たすことができる。
検出器６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、４６０
本明細書で説明されている検出器６０（図１ないし３）、６０ａ（図１７）、６０ｂ（図１８）、６０ｃ（図１８ａ）、４６０（図６）は、互いに同一であるか、各土台、位置、量（数）、サイズ、形、デザイン、素材、組成、構造、製造、物理特性、次元、仕様、バリエーション、操作、方法、および用途に関して、この開示によって明らかにする相違点を除き少なくとも互いに類似していることが理解される。検出器６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、および４６０はそのいずれもが、本明細書中で開示されたカップ１０、２１０、２１０ａ、３１０、４１０と共に使用できる。
検体５２のサイズまたは密度を問わず、カップ１０は、検体５２の測定中回転され、カップ１０の内部ボリューム６８（例えば内表面３２または７４または検体５２）の一部または全部は、エバネセントまたは暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂによって検査でき、また、検出器６０は、内部ボリューム６８に存在するすべての検体５２の、例えば存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性に応じ、導波管２８の外表面３４の一部または全部によって発せられる信号光５８の測定を行うことができる。
図１ないし３で見られる検出器６０は、それが受け取る信号光５８に応じて電気出力信号を作り出すことができ、また、適切な光収集光学レンズ組立て、検出されるべき信号光５８の波帯と減衰させるべき非信号光の波帯を選択する光学フィルター、およびＰＩＮフォトダイオード、リニアＣＣＤ（電荷結合素子）アレイ検出器または光電子増倍管機器などの適切な固体の光検知器を含む。
図１７中で示された検出器６０ａの実施例は、信号光５８が蛍光性の放射を含む場合に使用される高開口数複合レンズ設計を代表している。検出器６０ａには、光収集レンズ８００および８０１、光学フィルタ８１０および８１１、集束レンズ８２０、および光検知器８３０が含まれる。
検出器６０ａが受け取った光は信号光５８を含み、また、散乱検査光２４、２４ａ、２４ｂ、あるいは環境からの周辺光などの非信号光を含むこともある。こうした非信号光は検出器６０ａによる信号光５８の正確な検出を妨げることがある。
よって、多くの場合、受け取る任意の非信号光を減衰させるために、検出器６０ａに薄膜の干渉帯域通過フィルタやロングパスフィルタなどの適切なフィルタをつけることが望ましい。干渉フィルタは通常、非信号光が通常フィルタ面と直角な特定の角度でフィルタを通過し、設計角度からの逸脱がおそらくプラス／マイナス１０〜２０度の範囲にあることが求められる。
従って、干渉フィルタが使われる場合、検出器６０ａは、例えば平凸のレンズ８００、８０１などの非信号信号光を収束するための適切な光学的装置を含む。当然、レンズ８００、８０１もまた信号光５８を収束する。
レンズ８００、８０１からの非信号光および信号光５８ａのビームは、次に適切なあらゆるシャープカット吸収フィルタ８０１やロングパス干渉フィルタなどの非信号光を減衰させる適切なフィルタ装置を通過する。無限定の例として、非信号光は検査光２４、２４ａ、２４ｂのどれかで、レーザーダイオードからの６３５ｎｍ光、信号光５８は波帯６５０ｎｍから７００ｎｍ内でピーク発光波長を持つ蛍光信号光５８だと仮定してみる。
この場合、非信号の波長が６３５ｎｍなので、干渉フィルタ８１１は、５０％トランスミッションで、６４０ｎｍから６６０ｎｍの範囲の中で発生するよう想定したカスタムロングパス設計である。吸収フィルタ８１０は、信号光５８の波長ではほとんど、あるいは全く吸収しないが、非信号光の波長で強く吸収するよう選択されている。吸収フィルタ８１０は、検出器６０の光軸に対して大きなスキュー角で進入するあらゆる非信号光を減衰する６０ａの光学設計に含まれている。それに対し干渉フィルタ８１１は、その通過帯域外の平行非信号光を拒絶する際に非常に効果的である。しかし、どちらもフィルタ８１０、８１１はどちらも、すべてでないにせよ大部分の信号光５８を通過させ、通過した信号光は屈折ガラスまたはサファイアレンズ８２０の高指数を使用するなど適切な方法で、適切な光検知器８３０に集束される。光検出器は、例えばニュージャージー州ブリッジウォーターのハママツ社により製造されたＳ１２２３ＰＩＮ型光検出器である。検出器６０ａの前述構成要素はすべて適切な方法で適切な筐体８０２に取り付けることができる。
図１８で、検出器６０ｂでは、例えば、使用者が単体バクテリアまたは胞子などの個々の検体５２を検出できる。また、非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂに、または導波管２８の内表面３２に結合した捕獲剤の非常に詳細なパターンを監視することも可能になる。
検出器６０ｂは顕微鏡対物レンズ９００などの適切な高倍率の装置、および、高いフォトダイオードアレイ９３０などの適切な光検知器を含む。アッセイ方法に、蛍光性の化合物でラベル付けされた検体５２の視覚化が含まれている場合は、フィルタ９１０および９１１（それぞれフィルタ８１０および８１１に機能で同等）は、付随する散乱検査光２４、２４ａ、２４ｂなどのすべての非信号光を減衰させるように信号光５８のパスに置かれる。対物レンズ９００は高倍率装置であるため、信号光５８および導波管２８の外表面３４からくるあらゆる非信号光をフィルタ９１０、９１１（非信号光を減衰させる）に集束させ、また、信号光５８をフォトダイオードアレイ９３０に集束する機能を果たすこともできる。検出器６０ｂの前述構成要素はすべて適切な方法で適切な筐体９０２に取り付けることができる。
例として、レンズ９００は、米国ニュージャージー州Ｅｄｍｕｎｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｏｆ Ｂａｒｒｉｎｇｔｏｎ社が販売する２０倍の対物レンズ、フォトダイオードアレイ９３０は、米国テキサス州プレーノのＴａｏｓ 社製造の２５６ｘ１センサーアレイが挙げられる。このアレイ９３０のダイオード間の間隔は６３．５ミクロンであり、アレイ幅は５５．５ミクロンである。このようなレンズ９００とアレイ９３０は一緒になって、非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂまたは導波管２８の内表面３２上の０．８１ｍｍ幅の観察エリアで、約３．２ミクロンの物理解像度を作成する。
検出器６０ａ、６０ｂの潜在的に不利な点は、非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂまたは導波管２８の内表面３２上に提供される観察エリアが比較的小さいことである。この問題を解決するために、図１８ａに示された検出器６０ｃでは、非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂまたは導波管２８の内表面３２上にかなり広い観察エリアを提供している。
検出器６０ｃは、線形レンズアレイ９６０など適切な光集束、映像装置を含み、またさらに、線形フォトダイオードアレイ９６２などの適切な光検知器９６２も含む。線形レンズアレイ９６０は、非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂまたは導波管２８の内表面３２の狭い円周部の高解像度イメージを提供するために選択される。円周部は、最大で非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂまたは導波管２８の内表面３２の完全軸長まで、どんな軸長でも選択できる。
レンズアレイ９６０は、図１８ａに示された棒状レンズ９６１など、適切な任意のレンズを含む。レンズ９６１は、放射状の屈折率特性を持つＧＲＩＮレンズなど適切な種類のレンズである。ＧＲＩＮレンズアレイはサイズが小さく値段が安いために魅力的である。ＧＲＩＮレンズのより大きなアレイを使用すると、画質の点でのいくらかの減退を伴うが光の収集力は増強される。ＧＲＩＮレンズ９６１は、非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂの狭い円周部または導波管２８の内表面３２のリニアフォトダイオードアレイ９６２上に、１：１の連続非反転イメージを得るために、技術的に馴染みのある用語で言えば約０．５〜１．０ピッチなど、妥当なレンズ長を取り得る。円周部は、最大で非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂまたは導波管２８の内表面３２の完全軸長までの、妥当な軸長を選択し得る。
検出器６０ｃは、さらに、妥当な非信号光（散乱検査光２４、２４ａ、２４ｂなどの）を減衰させ、信号光５８を通過させるためのあらゆる適切なフィルタを含む。そのフィルタには、例えば、ロングパス吸収フィルタ９６４や干渉フィルタ９６６があり、各フィルタはそれぞれ検出器６０ａのフィルタ８１０、８１１と似ている。光線がフィルタ９６４、９６６に達する時に非信号光を含む光線が検出器６０ｃの光軸に対して持つ広範囲の角度のために、一般に、吸収フィルタは干渉フィルタよりも、非信号光を減衰させる点でさらに効果的である。
検出器６０ｃは、倒立像を作成するその光学アレイ９６０のデザインを選ぶことで、追加的な集光力を有することができる。これは、従来のまたはＧＲＩＮレンズを使用するようなデザインでは、レンズが、非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂにまたは導波管２８の内表面３２にずっと近くなることから、この光学アレイ９６０によりさらに多くの光を集める。
こうした光学アレイ９６０での隣接したレンズからのイメージは、構造的に結合しないが、エバネセントまたは暗視野照明での検査で使用時にはこれは問題にはならない可能性がある。何故なら、本発明の一つの基本的な目標が、検体５２が蛍光指標剤７７でラベルされた時などに、それにより発せられた信号光５８の存在（または不在）を単に検出するところにあるためである。
背景の非信号光のレベルは低いので、検体５２により放たれた信号光５８は、黒い背景の上で小さな明るいスポットとして現れる。各検体５２は検出されるが、その像位置は反転されている。画像物体が、レンズの軸から、レンズ半径のが約１／２ないし３／４以上離間されている場合、ほとんどの単純なレンズは解像度がかなり低下するので、非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂの全長までの、または導波管２８の内表面３２の全長までのインターレースライン走査を提供するために、２つの隣接するレンズアレイ９６０および光学アレイ９６２を使用するのが望ましい。そのようなデザインにおいて、各レンズは、レンズ軸から、レンズ半径の１／２以内に現れた画像物体のみに従事し、２つの隣接するレンズアレイ９６０の各々のレンズは、互いに１つのレンズ半径によって相殺される。２つのライン走査を組み合わせることで、非液体検出レイヤー５１ａ，５１ｂの全長または導波管２８の内表面３２の全長までの詳細な画像を提供できる。
検出器６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃについて、非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、または導波管２８の内表面３２上の信号光５８の源の空間的な解像は、そのレンズの解像度（例えば、検出器６０ｃのレンズアレイ９６０）、カップ１０を回転するのに使用された回転装置２５の特性、または、その光検知器要素（例えば、検出器６０ｃのフォトダイオードアレイ９６２）の大きさと感度によって決定される。その他の光源２６、検出器６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、および回転装置２５を組み合わせることで、光学アッセイ装置１１の幅広い解像能力が得られる。
検出器６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、４６０において、例えば検出される検体５２の周辺の信号光５８の背景レベルに対して偏差が検出されているなどにより、個々の検体５２、または検体５２のコロニーや他の検体５２のクラスターに関連する信号光５８が検出できている限り、検出器が検体５２の大きさに匹敵する分解能を持っている必要はない。
さらに、検出器の光検知器（例えば検出器６０ｃのフォトダイオードアレイ９６２）の特定のピクセルのエリアに固まっている個々の検体５２の数があまり大きくない場合、また、個検体５２に応じて発せられる信号光５８の量が知られている場合には、特定のピクセルによって観察された特定の光エリア内にある個々の検体５２の数を見積もることさえ可能である。これは、特定のピクセルが受信した信号光５８の合計を、個々の検体５２に応じて発せられた信号光５８の既知の量で割ることで得られる。
個々の検体５２の検出についての試験結果例は図１９〜２０に示されている。これらの試験のために、直径１．１ミクロン（図１９）と直径１０ミクロンの蛍光性の検体５２は、内径３．６ｃｍのカップ１０の、厚さ１．５ｍｍの導波管２８の内表面３２に結合した。
カップ１０が回転する間、その内部ボリューム６８は、６３５ｎｍで動作している２．５ｍＷレーザダイオード光エミッター２７からの、エバネセンと暗視野照明での検査を受けた。同時に、導波管２８の外表面３４から放たれた信号光５８は、図１８にあるように、２０Ｘ対物レンズ９００を使用した２５６ｘ１のフォトダイオードアレイ９３０を持つ検出器６０ｂによって画像が取得された。このテスト手順のためのフォトダイオードアレイ９３０のピクセルあたりの検出器６０ｂについて計算された解像度は３．２ｘ４ミクロンであったが、１ミクロンの蛍光性検体５２ひとつひとつは容易に検出された。
カップ１０は、乾燥した空気を満たした内部ボリューム６８で操作されていたことから、これは非常に注目すべきである。結果として、暗視野照明検査光線２４ａは、近視野のカップリング法を通して導波管２８の内表面３２と検体５２中に入り込むことができた。これは、検体５２が水７６のフィレットまたは薄膜を通して内表面３２に結合された場合よりも、検体５２に関連した励磁蛍光発光においてずっと効果的でないと予想される。
再び検出器６０に戻り、図１ないし３で示されているのは１つの検出器６０だけだが、検出器６０は複数設置できる。複数の検出器６０を設置することは、複数の検出器６０で複数の種類の検体５２を同時に検出でき、カップ１０の使用中に同種の検体５２の１つまたはそれ以上の標識識別特性を同時に検出でき、また、非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂまたは導波管２８の内表面３２のより高い解像度の映像を検出できることから、望ましいことだといえる。
高密度と低密度、両方の検体５２のために、カップ１０が回転するにつれ検出器６０は、カップ１０の内部ボリューム６８に存在するあらゆる検体５２に応じて、導波管２８の外表面３４から放たれた信号光５８のドラムスタイル画像処理を実行することができる。検出器６０からの電気出力信号は、特に、検出器６０の光検知器がリニアアレイタイプである場合、非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂまたは導波管２８の内表面３２に付属するか隣接している検体５２の高解像度、二次元の可視光像を効果的に生成するために使用される。
図１ないし３に示された通り、定位検出器６０を外表面３４に垂直に置くことは、導波管２８または検出コーティング５０内でのあらゆる不具合や欠陥に起因して、検査光２４、２４ａ、２４ｂの散乱により引き起こされる可能性のある悪影響を減らす点で望ましい。これは、そうした不具合は一般に導波管２８の外表面３４に対して垂直な散乱検査光２４、２４ａ、２４ｂの放射率が最も低く、従って、それら垂直の散乱検査光２４、２４ａ、２４ｂは垂直に置かれた定位検出器６０に垂直に入射する可能性が低いからである。
検出器６０が、導波管２８の外表面全体３４から放たれた信号光５８をカップ１０の１回転で受け取ることは望ましい。検出器６０の電気出力信号から生み出される録画された画像は、カップ１０をさらに回転させてバックグラウンドノイズおよび検出器６０の電気出力信号を平均化することによって更に洗練される。加えて、カップ１０の回転数を多くし、検出器６０の電気出力信号を比較することで、検体５２の代謝活性または増殖が検出される。
アッセイ中、信号光５８の量が時間とともに増加する一定のアッセイ法の場合、カップ１０を何回も回転させながら導波管２８の外表面３４を検出器６０で監視することで、低濃度の検体５２を検出できるようになる。これは、アッセイの時間が経過するにつれて、検体５２の数の増加が、指標剤７７がそのアッセイで使用されているものすべてに関係してくるので、時間と共にそれに対する変化が信号光５８に起こるからである。指標剤７７についての詳細は以下で述べる。
例えば、ＥＬＩＳＡ（以下で詳細に考察述べる）では、カップ１０の検体５２に応じての指標剤７７の酵素産生は、時間の経過と共に信号光５８の量を増大させる。同様に、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を組み込む核酸アッセイのような、核酸増幅を使用している場合（詳細は以下で考察される）も、カップ１０中の検体５２の作用として生産される指標剤７７数の増加により、時間とともに信号光５８の産生量が増大してくる。従って、上述のアッセイのいずれかにより、検体５２は、カップ１０を何回も回転させることにより、信号光５８を監視するように検出器６０を使うことでバックグラウンドノイズをしのいで正確に検出されるようになる。
アレイタイプの光検知器を持つ検出器６０のためのデジタル画像処理要件は現在の最新技術を推し進めていない。例えば、内径３．２ｃｍのカップ１０を、２５６要素アレイタイプの光検知器を使って、４ミクロンの周囲解像度によって走査された単色画にするためには、６．４ｍメガピクセルのデジタル画像と等しいデータファイルが作成される。高性能のデジタルカメラは現在では１６メガピクセル以上のデータファイルを持つ画像能力を特色としている。このことから、カップ１０に存在する検体５２の量または数を識別する検出器６０が作り出すデータ・ファイルは、最先端のデジタルエレクトロニクスによって容易に操作され得るはずだと結論付けることができる。
カップ１０が回転している間に導波管２８の外表面３４から放たれている信号光５８を測定するために検出器６０を使用する代替案として、その測定をカップ１０が回転していない間に行うこともできる。
さらに、あるいは、そうした測定は、光源２６と導波管２８間の相対運動を、カップ１０を回転させること以外の適切な方法で実施することによってできる。例えば、カップ１０を固定させて、光源２６と検出器６０を、カップ１０に対して回転させることができる。これは、例えば、光源２６と検出器６０が、カップ１０と同じ回転軸を持つ回転ステージ上で互いに固定した関係で設置されるならば、可能といえる。この方法では、光源２６は、光源２６が各々の円形路に沿って動く際に、カップ１０の側壁１４の近位端３６中に検査光２４の焦点を合わせることができ、一方で、検出器６０は各々の円形路に沿って動く際に、適切な位置で、導波管２８の外表面３４から放たれている信号光５８を受け取ることができる。
指標剤７７
本明細書でいう「指標剤」（例えば指標剤７７）とは、エバネセント光または暗視野照明検査光２４ａ、２４ｂによって検査される場合に、検体５２の、存在、量、数、または少なくとも一つの標的識別特性に応じて放たれる、または放たれない信号光５８のあらゆる特性に基づき検出される適切な任意の物質を意味する。指標剤７７には、例えば、あらゆる適切な要素、分子部分、ナノ粒子、ナノスフェア、ナノロッド、液晶分子、着色されたマイクロ球、または色が変化する微生物（ウイルスやバクテリア属等）などの要素が含まれ得る。
例を限定しないものとして、指標剤７７は次のような事態を発生させる。（ａ）蛍光性のあるいは発光性の信号光５８（すなわち、それぞれ、蛍光性指標剤７７、発光性指標剤７７）の量の増減、（ｂ）検査光２４ａ、２４ｂの１部分または全スペクトラムでの検査光２４ａ、２４ｂの指標剤７７の吸収、反射、屈折、または散乱によるエバネセントまたは暗視野照明検査光２４ａ、２４ｂを構成する信号光５８の増減、（ｃ）指標剤７７の屈折率の変化による信号光５８の量の増減、（ｄ）信号光５８を構成する光２４ａまたは２４ｂの強度または拡散方向の変化、（ｅ）信号光５８を構成する光２４ａまたは２４ｂの偏光の変化、（ｆ）信号光５８のラマンスペクトルの変化、（ｇ）光２４ａまたは２４ｂと信号光５８の間の位相シフト、（ｈ）適切な方法で光学的に検出される信号光５８のプロパティーについてのあらゆる変化。
検出コーティング５０と検体５２の検査
図１ないし３および５を参照してみると、光学アッセイカップ１０は、検出コーティング５０を含んでいる。検出コーティング５０は、検体５２（または、図５にあるように、検体５２のための任意の指標剤７７でも）は、例えば、導波管２８の内表面３２近く、またはその上に位置する状況では、除外されることがある。検体５２（またはそれら分析物ための特定な指標剤７７）が内表面３２近くまたはその上に位置している場合、それらは、試液５５、空気、水、または任意の適当な試薬などの、カップ１０中の液体によって、全体的にあるいは部分的に取り囲まれているか、覆われている。簡潔にするために、検出コーティング５０を含むカップ１０について少し詳しく述べることにする。何故なら、本明細書で開示されるすべてを考慮すれば、本発明対象とする技術について通常の技量を持つ者は、必要に応じて同じまたは類似する所感を検出コーティング５０を含まないカップ１０に応用することができ、かつそのようなカップ１０をカップ１０の内部ボリューム６８内にあるあらゆる適切な検体５２を検出するのに簡単に応用できるからである。
上述した様に、ここでの説明を簡易にするために、また無限定の例として、検出コーティング５０は３つの検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、および５１ｃを含み、レイヤー５１ａおよび５１ｂは、非液体検出レイヤーであり、レイヤー５１ｃは液体検出レイヤーであると仮定されている。
カップ１０を使用するために、検出コーティング５０（例えばレイヤー５１ａ、５１ｂ、および５１ｃ）と検体５２が、最適なコントラストおよび視覚化のための検査光２４の光線、エバネセント検査（エバネセント検査光２４ａの光線によって）、または暗視野照明検査の使用（暗視野照明の検査光２４ｂの光線によって）によって検査されるように、光源２６からの検査光２４のための反射角θ０ｉの範囲（図４参照）は簡単に設定される。
反射角θ０ｉの範囲は、反射体３０の内外反射面３１ａ、３１ｂの一方または両方の形を適切な選択、光源２６、反射体３０、または導波管２８の互いの位置と方向の適切な選択などにより、適切なあらゆる方法で設定される。
エバネセントおよび暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂのための合成センサー導波管２９は、適切な方法で形成される。例えば、それは導波管２８の一部又は全部、検出コーティング５０、および１つ以上の検出コーティング５０の検出レイヤー（レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）を、単独かあるいは互いに適切な組み合わせで形成される。
言い換えれば、そのようなセンサー導波管２９は、（ａ）コーティング５０または検出レイヤー５１ｃと例えば空気のようなカップ１０の内側にあるものの間のインターフェース７０、（ｂ）レイヤー５１ｃとレイヤー５１ｂ間のインタフェース６７、（ｃ）レイヤー５１ｂとレイヤー５１ａ間のインタフェース６６、（ｄ）レイヤー５１ａと導波管２８間のインターフェース６４、に位置する内部インタフェース、あるいは反射内表面を持つ。
さらに、そのようなセンサー導波管２９には、外部インターフェースまたは反射外部表面があり、次のものが含まれる。（ａ）導波管２８と空気など導波管２８の外にあるあらゆるものとの間のインターフェース３４ａ、（ｂ）レイヤー５１ａと導波管２８の間のインタフェース６４、（ｃ）レイヤー５１ｂとレイヤー５１ａの間のインタフェース６６、（ｄ）レイヤー５１ｃとレイヤー５１ｂの間のインタフェース６７。
センサー導波管２９の形成方法、また、上記のインタフェースやどの反射面が備わっているかに関わらず、エバネセントおよび暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂの光線は、センサー導波管２９に向かって軸方向に（すなわち、カップ１０のＡ軸に平行に）伝播する。
エバネセント光による検査
図５を参照すると、エバネセント検査のためのエバネセント検査光２４ａは、検査光２４のための反射角０ｉを、求めるエバネセント電界５６を生成するために使われるセンサー導波管２９の選択された内表面６４、６６、６７または７０の臨界角で、またはその近辺で、しかし超過しないよう適切な方法で選択することにより生成される。
適切な反射角θ０ｉが選択された場合、エバネセント検査光２４ａの光線の全内部反射はセンサー導波管２９の選択された内部インタフェース６４、６６、６７、または７０で起こる。
例として、導波管２８の内表面３２でのインターフェース６４は、選択された内部インターフェースで、適切な反射角θ０ｉが選択され、図５で見られるように、インターフェース６４における導波管２８内のエバネセント検査光２４ａの光線の内部反射の総量が、エバネセント検査光の光線２４ａのパスにより増幅されながら発生し、導波管２９へと軸方向に伝播する（つまり、カップ１０のＡ軸に平行の方向で）。さらなる例として、導波管２８はポリスチレンで作られており、検出コーティング５０（例えばレイヤー５１ａ、５１ｂ、および５１ｃ）は、水のそれに類似した屈折率を持っており、エバネセント検査光２４ａの波長は６３５ｎｍであると仮定する。これらの条件の下で、エバネセント検査光２４ａによって生み出されたエバネセント電界５６は、約０．１０〜０．２０ミクロンの検出コーティングを貫通する（つまりエバネセント電界５６は約０．１０〜０．２０マイクロンの「表皮の厚さ」があり、平均的な「表皮の厚さ」は約０．１５ミクロンだということになる）。図５で説明されているエバネセント電界５６の縮尺率は正確なものではない。
さらに、一例として、検体５２は、光吸収化合物または蛍光化合物（検体５２の近く、上、またはその中に、全体、部分を問わず存在する）などの適切な指標剤７７による適切な方法でラベル付けされていると仮定する。そこで、「表皮の深さ」内に位置するそのような指標剤７７でラベル付けされた検体５２は、エバネセント電界５６と相互作用する。
指標剤７７が光吸収化合物の場合、光吸収化合物とエバネセント電界５６との相互作用により導波管２８のエバネセント検査光２４ａは、移動後に光パワーが少々減少する。しかし、もしレイヤー５１ａ、５１ｂが光学的に透明な場合、エバネセント検査光２４ａの散乱または再発光がまったくないため、検出器６０によって確認された信号光５８における変化はほとんどない。これは、光吸収の指標剤７７でラベル付けされた検体５２の検出にはエバネセント検査が比較的無効であることを意味している。
一方で、指標剤７７が蛍光化合物である場合、蛍光性の信号光５８は、エバネセント検査光２４ａにより生成されたエバネセント電界５６の「表皮の深さ」内で、指標剤７７でラベルで付けされた検体５２の部分から放射される。この蛍光性の信号光５８は本明細書で開示された方法で検出器６０によって検出される。そのような状況において、信号光５８の量は、「表皮の深さ」内の、全面的にまたは部分的に位置している指標剤７７でラベル付けされた検体５２の数に比例する。
本発明の重要な特徴の１つは、選択したインターフェース６４、６６、６７、または７０上、内に、またはその上部に存在するデブリスのような異物によって誘発される測定誤差を避けるために、エバネセント電界５６が、選択された内部インタフェース６４、６６、６７、７０を大幅に貫通しないように、検出コーティング５０の厚さ（例えば、レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃの厚さ）およびエバネセント電界５６の「表皮の深さ」の平均を選択することである。
あるいは、選択された内部インタフェース６４、６６、６７、または７０の向こう側に貫通したものは、エバネセント電界５６が重大な測定誤差を誘発しない限り、問題にはならない。何故なら、選択された内部インタフェース６４、６６、６７、または７０からの距離に応じてエバネセント電界５６の強さが急速に衰えるためである。
エバネセント電界５６の平均の「表皮の深さ」は、エバネセント検査光２４ａの波長および導波管２８のそれぞれの屈折率と検出コーティング５０（例えばレイヤー５１ａ、５１ｂ、および５１ｃ）などの様々な要素に依存するので、平均の「表皮の深さ」は、適用可能な変数の１つまたは複数を適宜調整することで、本発明の使用者の必要に応じて、理にかなった範囲で自由自在に変化し得る。
エバネセント検査の使用について、潜在的な制約の一つは、検体５２が、エバネセント電界５６の平均の「表皮の深さ」を実質的に超える厚みまたは直径を持つ場合で、この場合、検体５２が選択された内部インターフェースと直接に接触していたとしても、検体５２のごく少量の表面またはボリュームだけがエバネセント電界５６により活性化される結果となる可能性がある。
例えば、指標剤７７は蛍光化合物であり、指標剤の７７ラベルを付された検体５２は、選択された内部インタフェース６４、６６、６７、または７０に存在する直径１ミクロンのバクテリアであり、エバネセント電界５６の平均の「表皮の深さ」は０．１５ミクロンであると仮定する。そして、このような状況において、表面のわずか約１５％、または直径１ミクロンの検体５２ボリュームのわずか約６％にある蛍光化合物は、エバネセント電界５６により活性化され、蛍光性の信号光５８を放つ。結果として、エバネセント検査を受ける際に指標剤７７のラベルを付された検体５２によって放たれた信号光５８の総量は、例えば検出器６０の感度のような要素に依存し、実用的な測定目的のためには少なすぎる可能性がある。また、検出コーティング５０（例：レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）内の介入レイヤーが、指標剤７７の濃度が最高であるレイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃがエバネセント電界５６によって適切に活性化されないほどにエバネセント電界５６を減衰させる場合、信号光５８のレベルもまた低すぎる可能性がある。
暗視野照明による検査
本発明に応じた暗視野照明による検査がセンサー導波管２９と共に利用される場合、エバネセント検査と関連した問題の多くは軽減または排除される。
本発明に応じた暗視野照明の検査は、暗視野照明の検査光２４ｂの光線がインタフェース６４での導波管２８内の内部反射全体に左右されず、しかし、インターフェース６４を貫通し、センサー導波管２９の検出コーティング５０に斜めに入る（例えば、レイヤー５１ａ、５１ｂ、および５１ｃの１つ以上に入る）ように、光源２６からの検査光２４に対する反射角θ０ｉの範囲を選定することにより、あらゆる適切な方法で実施される。図４、５を参照。従って、本発明下で、暗視野照明の検査光２４ｂの少なくとも一部分はセンサー導波管２９中で捕獲されることになる。
何故なら、暗視野照明での検査中、暗視野照明の検査光２４ｂの光線が、センサー導波管２９の選択された内部インタフェース６６、６７、または７０で、内側に反射されることで、カップ１０の内部に入ることを阻止されるからである。暗視野照明の検査光２４ｂの光線はまた、センサー導波管２９の選択された外部インタフェース３４ａ、６４、６６、または６７で反射されることもある。結果として、検出コーティング５０の延長エリアは、センサー導波管２９の選択された内外インタフェース３４ａ、６４、６６、６７、または７０の間で捕獲された暗視野照明の検査光２４ｂによって検査される。既に言及した通り、暗視野照明の検査光２４ｂの光線は、センサー導波管２９に向かって軸方向で（すなわち、カップ１０のＡ軸に平行な方向に）伝播される。図４、５参照。
エバネセント検査とは対照的に、暗視野照明の検査が利用されている場合には、選択された内部インタフェースは、２つの非液体（例：インタフェース６６）間または液体と非液体（例：インターフェース６７）間、または液体と接着ガス（例：インタフェース７０）間にある。
暗視野照明での検査中、暗視野照明の検査光２４ｂの光線は、導波管２８中で伝播する能力があり、また、検出コーティング５０の液体と非液体レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃのうちの一つ以上またはすべての中で、軸方向に貫通し伝播する能力がある。
従って、本発明下で、暗視野照明の検査光２４ｂは、例えば、導波管２８および選択された検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃの１つ以上の一部または全部から形成されているセンサー導波管２９内で捕獲される。センサー導波管２９は、あるいは、暗視野照明の検査光２４ｂは、選択したレイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃの１つ以上の部分または全部によって形成されるセンサー導波管２９内にトラップされ、この場合、導波管２８は、センサー導波管２９の一部でなくても、センサー導波管２９のための暗視野照明の検査光２４ｂの提供に加えて、検出レイヤー５１への光学的に滑らかな物理的支持を提供する。
センサー導波管２９で選択された内部インタフェース６６、６７、７０と、センサー導波管２９の選択された外部インタフェース３４ａ、６４、６６、６７での、暗視野照明検査光２４ｂの合計内部反射は、検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、および導波管２８のために適切な屈折率を持つ素材を選ぶこと、暗視野照明の検査光２４ｂのために伝播角度の互換の範囲をセンサー導波管２９下に進むにつれて選ぶこと、および、ここに示された式を使用して、導波管２８とセンサー導波管２９の暗視野照明検査のために、反射角θ０ｉの適切な範囲を持つ光源２６からの暗視野照明検査光２４ｂを作り出すように、反射体３０の内外反射表面３１ａ、３１ｂを設計することなどの適切な方法で得られる。
例として、検出コーティング５０が、２つの非液体レイヤー５１ａと５１ｂ、および１つの液体レイヤー５１ｃを含む場合、エバネセント検査の下では、エバネセント検査光２４ａの光線の最大の放射状の内向きの貫通力は非液体レイヤー５１ｂと液体レイヤー５１ｃ間の、非液体／液体インターフェース６７となる。インタフェース６７で、エバネセント検査光２４ａの光線は導波管２８に反射し返されることもある。それと対照に、暗視野照明による検査では、暗視野照明の検査光２４ｂの光線は、カップ１０の液体レイヤー５１ｃと空気の間の液体／空気のインターフェース７０で導波管２８を放射状に、内向きに貫通し、反射し返され導波管２８に向かう。
暗視野照明による検査が利用される最初の方法は、出力信号光５８が直接的な励磁の作用として、センサー導波管２９中の染料などの光学活性のある指標剤７７の暗視野照明の検査光２４ｂに生成される場合である。例えば、検出コーティング５０（例えばレイヤー５１ａ、５１ｂ、および５１ｃのいずれでも）または、検体５２のいくつかが、暗視野照明の検査光の光線２４ｂによる検査で蛍光を発する妥当な蛍光指標剤７７でラベルを付されている場合に、蛍光線などを含む信号光５８を生成するために暗視野照明の検査が利用される。
暗視野照明による検査が利用される２番目の方法は、信号光５８が、検出コーティング５０（例えばレイヤー５１ａ、５１ｂ、および５１ｃ）、検体５２、または指標剤７７によって、反射、屈折、吸収、または散乱する暗視野証明検査光２４ｂの光線に応じて生成される場合である。上で考察された通り、コーティング５０の不透明さまたは色がその範囲で監視されるように、少量の、均一に分配され細かく分割された散乱媒質を、検出コーティング５０内に組み込むことができる。
検出コーティング５０の暗視野照明検査を利用する場合、検出コーティング５０の内表面５３上（レイヤー５１ｃの内表面７２上）のデブリが問題である可能性がある。というのは、こうした表面のデブリは、カップ１０内の検体５２を検出しようとする際に測定上の不正確さを引き起こす可能性があるからである。しかしながら、この潜在的な問題は、適切な方法によって最小限にするか排除することもできる。例えば、内表面５３、７２は、検体５２の検出を試みる以前に、水や適切な試薬で洗浄または処理するといったことで、表面のデブリを少なくとも部分的には浄化することができる。
さらに、暗視野照明の検査光２４ｂがインターフェース６６で全面的に内向きに反射するように、検出レイヤー５１ａと５１ｂの屈折率が適切に選択されている場合、また、信号光５８が、レイヤー５１ａの近く、上、またはその中で検体５２から放射される場合、暗視野照明の検査光２４ｂは、もしあったとしても殆ど表面デブリには届かないため、レイヤー５１ｃの内表面７２上または近くの表面デブリによる暗視野照明の検査光２４ｂの散乱は、ほとんどまたは全く起こらない。
いずれの場合でも、蛍光指標剤７７が、カップ１０内の検出コーティング５０または検体５２にラベルをするために使用される場合、表面のデブリはあまり重要ではなく、蛍光信号光５８は、カップ１０の暗視野照明による検査中に検体５２を検出する際に生成される。これは、表面デブリから散乱するあらゆる暗視野照明の検査光２４ｂが暗視野照明の検査光２４ｂを通過させないけれども、蛍光信号光５８を、すべてではないが大部分通過させる適切なフィルターを検出器６０で使用することにより簡単に最小化または排除されるためである。
エバネセント検査対暗視野照明による検査の有効性を比較するために、プロトタイプのカップ１０の試験を行なった。プロトタイプのカップ１０には内径約３．２ｃｍ、約１．５ｃｍの高さの内壁をもつ側壁１４がある。これらの試験のために、幅わずか約０．２ｍｍの側壁１４のセクションを、収集効率は高いが、かなり視野の狭い検出器６０で、反射体３０に近接して監視した。
最初の試験セットでは、プロトタイプのカップ１０内で非液体検出レイヤー５１ａ、５１ｂは使用されなかった。検体５２は、米国オレゴン州ユージンのＰｒｏｂｅｓ社から購入した直径約１．１ミクロンの蛍光性の化合物でラベルされたポリスチレンマイクロスフェアという形状の、模擬細菌を使用。試液５５は、模擬検体５２の水懸濁液約１．５ｃｃであった。試液５５をカップ１０に入れ、１２，０００ｒｐｍで５分間回転した。最後に、模擬検体５２はすべて大幅に動き、導波管２８の内表面３２上にレイヤーを形成した。
この最初の試験セットは、非液体の検出レイヤー５１ａおよび５１ｂのないカップ１０でも信号光５８の強いレベルが得られる可能性があり、模擬検体５２は直接導波管２８の内表面３２に留まり、さらに、レイヤー５１ｃ（試液５５からの水）によって覆われていることを証明された。こうした方法は、例えば、試験対象の素材が、検体５２が試液５５中で効果的に唯一の高密度物質であるようにあらかじめ精製されている場合や、判定されるのが検体５２の量や数である場合に好ましい。
２番目の試験セットでは、非液体レイヤー５１ａは１つしかなく、検体５２はＢａｃｉｌｌｕｓ ｇｌｏｂｉｇｉ（バチルス細菌）の胞子であり、物理吸着の過程で、蛍光指標剤７７（ナイルブルーＡ）でラベル付けされた。試験の実施前には、導波管２８の内表面３２を、まず、物質吸着法を使用してバチルス細菌の胞子に対抗するウサギ抗体を含み、平均で厚さ１００オングストローム（．０１ミクロン）になるレイヤー５１ａでコーティングをおこない準備した。レイヤー５１ａの機能は、テスト中カップ１０が回転する間に遠心力による力がかかる際に、胞子検体５２を導波管２８の内表面３２と結合させることであった。レイヤー５１ａが作成された後、水と胞子検体５２を含む０．２５ｃｃの試液５５がカップ１０に入れられた。この試液５５の量は、カップ１０が回転した時に、厚さ約１５０ミクロンの水のレイヤー５１ｃを生み出すように選択されたが、この厚さは、カップ１０に追加される試液５５の量を適切に選ぶことによって容易に好きなように変えられる。２番目の試験セットではレイヤー５１ｂが全くなかったので、レイヤー５１ｃはレイヤー５１ａに留まった。
次に、カップ１０を、５００ｒｐｍから約８０００ｒｐｍの範囲で、様々な時間および、加速、減速とランプ速度を変えて回転させた。これは、レイヤー５１ａを可能な限り多く胞子検体５２に曝すのを支援することを目的に、カップ１０中で試液５５を循環させることに役立った。カップ１０のこうした回転はまた、レイヤー５１ａの上に遠心力で胞子検体５２を集めるのに役立ち、胞子検体５２とレイヤー５１ａの上に、水レイヤー５１ｃを形成した。
この２番目の試験セットでは、カップ１０は、回転中、Ａ軸に垂直になるよう方向付けした。カップ１０を非常に遅いか、０回転レートの条件まで傾斜させ、レイヤー５１ａ上でトラップされた胞子検体５２（図５参照）のまわりに水フィレット７６だけを置いて（最大限）、カップ１０周囲の観察エリアから、水レイヤー５１ｃの水を抜いた。検出器６０は、水レイヤー５１ｃが排水されるに従って薄くなる間、蛍光指標剤７７でラベル付けされた胞子検体５２から放たれた信号光５８を監視した。
この２番目の試験セットは、水レイヤー５１ｃは、カップ１０の回転で形成されたが、蛍光性の指標剤７７でラベル付けされた胞子検体５２からの信号光５８のレベルは、暗視野照明の検査が行われている場合、エバネセント検査が使われた時に比べて、約５倍大きかったことを証明した。
信号光５８におけるこの５倍の増加について、理論的に少なくとも２つの理由がある。
第一に、考察されてきた通り、エバネセント検査光２４ａは、インタフェース６４を越えるエバネセント電界５６の制限された貫通力のため、表面レイヤー５１ａに付属した、蛍光指標剤７７でラベル付けされた胞子検体５２を効果的に活性化することができない。従って、エバネセント検査を使って発生させられることができる信号光５８の量を制限する。
他方、回転しているカップ１０の暗視野照明による検査中、薄い水のレイヤー５１ｃの内表面７２に隣接したカップ１０の内部ボリューム６８における空気の存在は、導波管２８、レイヤー５１ａ、および水レイヤー５１ｃから構成されるセンサー導波管２９を効果的に作成した。レイヤー５１ａに付属した、蛍光指標剤７７でラベル付けされた検体５２は、センサー導波管２９の内部に位置していたために、センサー導波管２９の完全に内部で反射するインタフェース（すなわち導波管２８の外表面３４での外部インターフェース３４ａと、レイヤー５１ｃの内表面７２での内部インターフェース７０）間で捕獲されていた暗視野照明の検査光２４ｂの光線に全面的に暴露した。結果として、センサー導波管２９中に位置している胞子検体５２の表面全体が、その導波管２９によって伝えられた暗視野照明の検査光２４ｂによって効果的に検査されることができた。これは、非常に望ましいことである、というのは、所定の量の蛍光指標剤７７でラベル付けされた胞子の検体５２に対する信号光５８は、前記胞子検体５２がエバネセント検査を受ける際に導波管２８によって産生される比較的少量の信号光５８に比べて、より多く産生されるべきだからである。
２番目の試験中の信号光５８で観察された５倍の増加に対する２つめの理由は、エバネセント検査を受ける際、導波管２８を含むセンサー導波管２９が運ぶことが可能な最低量の光パワーと比較すると、上記のセンサー導波管２９（導波管２８とレイヤー５１ａ、５１ｃを含む）が最大量の光パワーを持つ暗視野照明の検査光２４ｂを運ぶからである。
光パワーのより大きい暗視野照明の検査光２４ｂは、カップ１０の内部ボリューム６８中の空気が導波管２８のそれと比較して低い屈折率を持っていることから、導波管２８とレイヤー５１ａ、５１ｃを含むセンサー導波管２９に注入される。これにより、このようなセンサー導波管２９は、水のレイヤー５１ｃで内的に接触する間、蛍光指標７７でラベル付けされた胞子検体５２がエバネセント検査を受ける際に導波管２８を含むセンサー導波管２９よりも、導波管２８の光学表面３７に相対するより大きな反射角θ０ｉで、内的に反射する光２４ｂの光線を運ぶことができるようになる。
一般に、あらゆる光学システム（例えば、導波管２８とレイヤー５１ａ、５１ｃを含むセンサー導波管２９）の光パワーの移送能力は、普通、当該システムの開口数（ＮＡ）の二乗に比例すると仮定されている。ＮＡは、伝搬方向（例えば、導波管２８の対称光学表面７７に平行）に相対する移送された光線（例えば暗視野照明の検査光２４ｂ）に対する最大の反射角θ０ｉの正弦に等しく、移送された光線が向かうシステム内で最も高いインデックスレイヤーの屈折率により増加する（例えば、導波管２８）。
例として、カップ１０がエバネセント検査のために設計されており、水レイヤー５１ａとポリスチレン導波管２８を含むセンサー導波管２９を持つとする場合、エバネセント検査光２４ａの光線がポリスチレン導波管２８の内表面３２と水レイヤー５１ａの外表面６２間のインタフェース６４で反射されるとするならば、ポリスチレン導波管２８のＮＡは約０．８５６になる。
他方、カップ１０が暗視野照明の検査のために設計され、ポリスチレン導波管２８と水レイヤー５１ａを含むセンサー導波管２９を持っている場合、暗視野照明の検査光２４ｂの光線は、水レイヤー５１ｃの内表面６１とカップ１０の内部ボリューム６８内の空気の間でインタフェース６６で反射される。この場合、センサー導波管２９のＮＡは１．２３になる。結果として、暗視野照明の検査光２４ｂに関する上述導波管２９の最大光パワー移送能力と、そこからの信号光５８の相当量は、エバネセント検査光２４ａに関する上述センサー導波管２９の最大光パワー移送能力と、そこからの信号光５８相当量に比べて、約２．０６倍も大きいと予測される。
いずれの場合でも、２番目の試験セットで著しかった結果は、カップ１０の暗視野照明による検査が利用された場合、蛍光信号光５８の量は、水レイヤーを排水するにつれ、排水プロセスの前の暗視野照明による検査で産生された信号光５８の量との比較で約２倍に増加したという点を発見したことである。信号光５８の量は、いったん水レイヤー５１が蛍光指標剤７７でラベル付けされた胞子検体５２とレイヤー５１ａの内表面７４から表面上、完全に引き上げられると、最高レベルで安定した。
水レイヤー５１ｃが排水された際に発生したこの蛍光信号光５８の量の２倍の増加は、上で説明された、エバネセントから暗視野での励磁に移行した際の５倍の増加と共に注目される。
水レイヤー５１ｃ排水時の蛍光信号光５８の量において２倍の増加が観察されたことには、複数のメカニズムが寄与していたことが理論化される。そうしたメカニズムのひとつは、固体表面の上の非常に薄い液体フィルムの反応に関連した光学現象である。特に、薄い水フィルムは不安定で、また、水レイヤー５１ｃが上述したようにカップ１０から排水されるにつれ、表面張力によって作成された水フィレット７６は、蛍光指標剤７７でラベル付けされた胞子検体５２の周りに（そして多分上に）留まった。
すなわち、水レイヤー５１ｃが排水された後でさえ、暗視野照明検査光２４ｂの、局地的で非常に高い光パワーレベルが水フィレット７６経由でまだ胞子検体５２と相互作用しており、これが検査光２４ｂを導波管２８から胞子検体５２に移送させる光結合として働いていたことが理論化される。いったん検査光２４ｂが胞子検体５２に移送されると、各胞子検体５２のボリューム全体を通過し、従って、胞子検体５２内に、またはその表面に付着して存在するすべての蛍光指標剤７７を効果的に励磁する傾向があるということである。
胞子検体５２内の検査光２４ｂの光パワーレベルはまた、光学共鳴のメカニズムによって非常に強く、特に、バクテリア検体５２は、検査光２４ｂの波長に匹敵する平均直径を持つことからなおさらそうであった。
さらに、別のメカニズムは胞子検体５２などの微粒子のタイプ検体の表面の中または上で作成された信号光５８の強化された後方反射である。そのような微粒子タイプ検体５２は内側の空気によって内へ向けて取り囲まれ、先に述べたように、導波管２８に水フィレット７６によって光学的に結合される。光学インピーダンスのこの不均衡はまた導波管２８の外表面３４から放たれる信号光５８の量を強化する。
この２番目の試験セットは本発明による他の歓迎すべき特性と発見をいくつか証明している。まず、カップ１０が回転している間に、カップ１０の内部ボリューム６８内の空気との接触で光学的に滑らかな内表面７２を持ち、非液体検出レイヤー（例：レイヤー５１ａの内表面）の内表面の少なくとも一部分をカバーしている均一な厚さの水レイヤー５１ｃが、自動的に、ほとんど瞬間的にといっていいやり方で産生されていることが発見された。水レイヤー５１ｃの内表面７２は、光導波管の中の反射面の１つとして有利に利用できるので、遠心力と表面張力の各々の、そして補完的な効果によって非常に円滑で欠陥のない表面が具備されることになる。
同じ結果が、カップ１０に追加されるバッファまたは試薬液などの他の液体を含むレイヤー５１ｃ、あるいは、流動性か可塑性をいくらか残している培養液などのゲルのレイヤー５１ｃでも得られる。さらに、同様な結果は、非液体レイヤー５１ａ、５１ｂでも、例えば、カップ１０の回転により光学的に円滑な各内表面６１、７４が形成されている均一な厚さの個々のレイヤーが創出された後に半固体化したり硬くなったりする各液体の一方か、または両方を形成することなどにより得られる。
カップ１０のそのような回転はまた、導波管２８の内表面３２上、または、すでにカップ１０（例えばレイヤー５１ａの内表面６１上）に入っている非液体検出レイヤーの外側レイヤーの内表面上に、カップ１０の回転により作り出される重力下で流れることができるほどの柔らかさを持つあらゆる検出物質をカップ１０にいれて配布するために有効に利用できる。そのような追加検出素材の性質と特徴によっては、カップ１０で回転された後、均一な厚さの光学的に滑らかな内表面７４を持つ検出レイヤー（例えばレイヤー５１ｂ）を形成し、すでにカップ１０中にある非液体検出レイヤー（例えばレイヤー５１ａの内表面６１）の内表面の少なくとも一部をカバーする。
一般に、検出コーティング５０および一番奥の検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ（または追加の検出素材の任意のレイヤー）が光学的に滑らかな内表面（内表面５３、６１、７４、７２）を持つことは望ましい（例：内表面５３，６１，７４，７２）。こうした光学的に滑らかな内表面が望ましいものとされるのは、例えば、信号光５８がそうした光学的に滑らかな表面で、またはその近くに生成された場合、検査光２４、２４ｂの望ましくない散乱が、それらの滑らかな表面により最小化され、それに応じて検出器６０に入る散乱検査光２４、２４ｂの量が小さくなることからである。例えば、液体レイヤー５１ｃに対する光学的に滑らかな内表面７２が作成されれば、表面７２からの検査光２４、２４ｂの望ましくない散乱を、表面７２が光学的に滑らかでない場合と比較し、最小化することになる。
さらに、そうした光学的になめらかな表面（例えば、内表面５３、６１、７４、７２）は、カップ１０の回転時に自動的に成形されるため、検出コーティング５０（例えばレイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）の光学的性質は一般にカップ１０からカップ１０へとより再現性が高い。また、そのような光学的になめらかな表面と液体との相互作用は、理論的な予想により近くなり、カップ１０からカップ１０へとより再現性が高まる。
しかし、光学的に滑らかな内表面（内表面５３、６１、７４、７２）、または光学的に滑らかなインタフェース（例えばインタフェース６４、６６、６７、７０）を持つことは常に非常に重要だというわけではない。例えば、レイヤー５１ｃは水を含み、検査光２４、２４ｂを散乱させる付着物が細菌または細菌膜だと仮定する。この場合、ほとんどの細菌と細菌膜の屈折率は水に近いので、水レイヤー５１ｃは、事実上、「インデックス適合」の対象となる。このようにしてインデックスを適合させることは、付着物により検査光２４、２４ｂが内表面７２で散乱させられることを防止し、これにより、検体５２からの信号光５８は、検体５２が背景からより強く浮かび上がるコントラストの強い画像を作成できることになる。検出コーティング５０（例：レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）を、潜在的な付着物に屈折率を似せるよう設計もできる。
限定せずに例を挙げれば、多くのバクテリアの細胞質の有効屈折率は水よりも少し高い。導波管２８の内表面３２が、典型的に約５０％以上の水を含むヒドロゲルのレイヤー５１ａでコーティングされている場合、そのようなバクテリアおよびレイヤー５１ａの多くは、同様の屈折率を持ち、当該バクテリアとレイヤー５１ａ間のインターフェースでの検査光２４、２４ｂの散乱は最小化される。
検出コーティング５０（詳細）
また、再び図１ないし３およびと５を参照すると、一般に、試液５５に存在する可能性のある特定な種類の検体５２を検出するためにカップ１０の使用者が採用する特定の方法は、検出コーティング５０を含み得る各レイヤー５１ａ、５０ｂ、５１ｃの数、厚み、組成、および構成などの検出コーティング５０の望ましい特性を決定する。
上述したように、本明細書での説明を簡便にするために、また、限定しない例として挙げれば、検出コーティング５０は、３つの検出レイヤー５１ａ、５１ｂ、および５１ｃを含み、レイヤー５１ａと５１ｂは、非液体検出レイヤー、レイヤー５１ｃは液体レイヤーであり、例えば試液５５から形成されると仮定される。
しかし、任意の検出レイヤー５０（例：レイヤー５１ａ、５１ｂ、および５１ｃ）は、非液体検出レイヤーか、または液体検出レイヤーのいずれかを含み、検出コーティング５０にはレイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃのうちのいくつあってもよく、検出コーティング５０が全然ないこともある。さらに、特定なレイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃに関して本明細書で説明されている機能のうちの、ゼロ、一つ、または複数が、他のいずれかのレイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃによって、単独で、または組み合わせて、部分的に、または全面的に実施される。例えば、レイヤー５１ａに関して本明細書で説明された機能のうちの一つまたは複数は、レイヤー５１ｂまたは５１ｃによって実行され、この場合、独立して認識可能なレイヤー５１ａは存在しない。
さらに、一つ以上の機能がレイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃに関して本明細書で説明されている場合、特定のレイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、それらの機能の一つだけを実行することも、機能の２つ以上を任意に組み合わせて実行することも、説明された機能が実行されないことも、本明細書で説明された以外の機能を実行することもあり得る。
試液５５のレイヤー、検出コーティング５０、および検出コーティング５０の各検出レイヤー（例：レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）の各厚みは、それぞれの組成、特定の種類の検体５２、および使用者のニーズなどのあらゆる適用条件によって様々である。
例として、試液５５のレイヤー（例：レイヤー５１ｃ）は、もしレイヤー５１ｃが導波管２８とレイヤー５１ｃを含むセンサー導波管２９の一部であるならば、約５ミクロンから１０００ミクロンの範囲となるか、または、カップ１０の内半径の約９０％までの厚みとなる。検出コーティング５０は約１００オングストローム（．０１ミクロン）から約１，０００ミクロンの範囲の厚さを持ち、各検出レイヤー（例：レイヤー５１ａ、５１ｂ、および５１ｃ）は、使用されている特定のアッセイの中の特定の役割に相応した検出コーティング５０全体の厚みの一部分をなす。
多くの場合、一番奥の液体検出レイヤー（例：レイヤー５１ｃで、例えばそれは、試液５５のレイヤー）と接触している非液体検出レイヤーの最も重要な役割の一つは、試液５５からの特定な種類の検体５２を選択的に捕獲し、試液５５中にあるその他の物質を識別することである。これは、本明細書で説明されている個々すべてのアッセイについてあてはまる。
従って、そのような役割を提供している非液体レイヤー５１ｂは特定の種類の検体５２に関して「捕獲レイヤー」５１ｂと呼ぶことができ、例えば、抗体やクラウン・エーテル、アプタマー、ＤＮＡまたはＲＮＡ（リボ核酸）セグメント、または捕獲構成要素または成分などの、妥当な捕獲分子または素材の１つまたはそれ以上のレイヤーを含む。捕獲レイヤー５１ｂは液体レイヤー５１ｃによりカバーされている。
捕獲レイヤー５１ｂはまた、カップ１０に存在するあらゆる検体５２に応じて、信号光５８の産生を補助する重要な役割を提供している。そのような信号光５８は例えば、検体５２の存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性に応じて放たれる。
捕獲レイヤー５１ｂが親和性精製という望ましい属性を持つことは注目される。というのは、特定な種類の検体５２のための捕獲レイヤー５１ｂの親和性は、検体５２が、捕獲レイヤー５１ｂに付着している際に試液５５から効果的に分離されるため、検体５２を精製する役に立つからである。こうした親和性精製は、捕獲レイヤー５１ｂに向かって、最終的にはその上に検体５２の遠心濃縮から独立しているという望ましい効果である。
捕獲レイヤー５１ｂは検出コーティング５０の中で唯一の非液体検出レイヤーであり、そこでは、導波管２８の内表面３２によって直接にサポートされる。あるいは、捕獲レイヤー５１ｂは、１つまたはそれ以上の中間非液体検出レイヤーを使用するなど（例えば、レイヤー５１ａ）して、導波管２８の内表面３２によって間接的に運ばれたり、またはそこに付着する。そして、内表面３２によって間接的に運ばれたり、またはそこに付着する。従って、検出コーティング５０は２つ以上の非液体検出レイヤーを含むことができる（例えばレイヤー５１ａ、５１ｂ）。繰り返すが、捕獲レイヤー５１ｂは液体検出レイヤー５１ｃで覆われている。
捕獲レイヤー５１ｂが内表面３２に直接付着するか、中間検出レイヤー（例えばレイヤー５１ａ）によって内表面３２に間接的に付着するかどうかにかかわらず、例えば捕獲レイヤー５１ｂは物理吸着または妥当な分子結合といったあらゆる適切な方法で、内表面３２に付着または中間検出レイヤーに付着することができる。
分子結合が使われる場合、捕獲レイヤー５１ｂの捕獲分子は、捕獲分子の表面の活発な範囲の上に優先的に特定な種類の検体５２と結合することができる。従ってその場合、試液５５中の特定な種類の検体５２が捕獲分子の活発な範囲に最大限に露出されるように、捕獲分子の表面の不活発な地域を内表面３２に、または中間検出レイヤー（例えばレイヤー５１ａの内表面７４）の内表面に付着させることは望ましい。
さらに、捕獲分子が内的に固く結合しているので、内表面３２との、または中間検出レイヤー（例：レイヤー５１ａ）との直接の接続が、当該分子の所定の行動の妨げになる場合は、固い捕獲分子と内表面３２または中継の検出レイヤー（例：レイヤー５１ａ）との間で軟性のリンク要素または分子を使うことが適切である。立体障害を減らし、捕獲分子と特定な種類の検体５２との間に、より広い範囲の位相反応を提供するために、ポリエチレングリコール・セグメントなどのあらゆる適切な軟性リンク要素を利用することができる。
本明細書では、捕獲レイヤー５１ｂ（例：レイヤー５１ａ）の下にあるただ１つの検出レイヤーについてしか考察されてはいないが、捕獲レイヤー５１ｂの下には１つまたはそれ以上の検出レイヤー５１ａが提供されていることが理解される。
捕獲レイヤー５１ｂの下に検出レイヤー（例：レイヤー５１ａ）を提供する更なる理由は、レイヤー５１ａが、指標剤７７（図５参照）を含む場合には、カップ１０使用中のある時点で、指標剤７７が、検体５２に関する光増幅を提供する。つまり、レイヤー５１ａがエバネセント光または暗視野証明光２４ａ、２４ｂで検査されている時の検体５２に応じて、カップ１０により信号光５８の大きな変化が作り出されるが、この変化はレイヤー５１ａに指標剤７７がない場合よりも大きい。当然のことながら、検出コーティング５０と、レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃのうちの１つまたはそれ以上のレイヤーは、カップ１０使用中のある時点において指標剤７７を含む場合がある。
例えば、ＥＬＩＳＡ反応などの特定な種類の検体５２を検出するためのいくつかのアッセイは、検出コーティング５０に付着するか、その中に拡散する指標剤７７のうちの少なくとも１つを放ち（例えば、一つ以上の近接または隣接の検出レイヤー５１ａ，５１ｂ，５１ｃに付着または拡散）、検出された各検体５２についての指標剤７７の二次元または三次元の指標サイト７８を少なくとも１つ形成する。
これは図５中で、例えば、指標位置７８中の指標剤７７における一般に球形の濃度プロファイルによって説明されており、検出された検体５２から、指標剤７７が液体検出レイヤー５１ｃの中に拡散しているのが示されている。同様の拡散プロファイルは、非液体検出レイヤー５１ａまたは５１ｂでも発生しうる。こうした指標位置７８は、検体５２に関する光増幅を提供するために有利に使用される。というのは、検体５２の有効な光学的サイズを増大させ、これが検体５２に応じて産生される信号光５８における変化をそうでない場合よりも増大させるために使用されるからである。
あるいは、指標剤７７の指標位置７８は、検出コーティング５０の（例えばレイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃにおける）二次元、または三次元の位置であり、ここでは指標剤７７はある程度劣化する。これは、例えば、５１ａ、５１ｂ、５１ｃのうちの１つまたは以上のレイヤーが検体５２上、または内部で強く分割する染料指標剤７７を含む場合などにも発生する。結果として、検出された各検体５２は、指標剤７７がある程度劣化している指標位置７８と関連し、一方で、検体５２それ自身は、分割されている染料指標剤７７によって強烈に着色される。
算定が示すところによれば、数百から数千の範囲の分子量を持つ染料などのような小さな標識剤７７が、捕獲レイヤー５１ｂ上の検体５２付着サイトで、ある反応によって（例えばＥＬＩＳＡ）放たれている場合に、標識剤７７は、典型的に非液体レイヤー５１ａ、５１ｂで、導波管２８の内表面３２または液体５１ｃの内表面３２に比較的短時間で伝搬され、レイヤー５１ａ、５１ｂ、５１ｃを横方向に十分に拡散し、検体５２それ自身よりも何倍も大きい範囲またはボリュームである光学的に認識可能な標識サイト７８を作成する（例えば、最大１００倍またはそれ以上大きい）。
図５ａに示されているのは、７７ａが無次元アッセイの反応時間に応じて示した標識位置７８の無次元の範囲をグラフ化したものである。この無次元範囲は、標識位置７８の範囲を、標識位置７８を含んでいるフィルムの厚みで割って得る（例えば、レイヤー５１ｃは図５で参照できる）。さらに、この無次元範囲は、標識位置７８の中心にある点源で発せられた標識剤７７の総量の５０％を含む範囲に対応する。（例：個々の検体５２）
標識位置７８（例：液体レイヤー５１ｃ）を含むフィルムで拡散支配の拡大では、無次元アッセイ反応時間は、アッセイ反応時間とレイヤー５１ｃ内の標識剤７７の拡散係数の積を、レイヤー５１ｃの厚みの２乗で割ったものである。標識位置７８が、無次元アッセイ反応時間の平方根として、拡大し、無次元アッセイ反応時間が約１．０に等しくなると、拡大に変化が起こることが図５からわかる。その時点で、標識剤７７の拡散プロセスは三次元の球形の拡張から二次元での横に向かった拡張に変わる。これはサイズにおいて十分な培養時間が与えられていて、そうした秒または分単位の培養時間は、レイヤー５１ｃの厚みやレイヤー５１ｃ内の指標剤７７の拡散係数により変わるという場合に、指標剤７７の点源さえ、濃縮した標識剤７７の球形またはディスク型の、サイズにおいてレイヤー５１ｃの厚みと比較できる、標識位置７８を作成する。例として、レイヤー５１ｃの厚さが１２ミクロンで、指標剤７７のレイヤー５１ｃにおける拡散係数が１ｘ１０−７ｃｍ２／ｓｅｃの場合、１．０の無次元時間に到達するために必要な経過時間は、わずか１４．４秒である。この拡散係数は水または水性のゲルのための典型的な小分子拡散係数である。
また、エバネセント光か暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂによって検査されている場合、検体５２自身が直接検出可能ではないとしても、指標剤７７の拡大指標サイト７８は、検査時直ちに検出され得る。このように、単独ウイルスの粒子など、光学顕微鏡検査の従来の解像度機能の域を超えている小さな病原の粒子の存在を直ちに検出し、識別することが可能である。
捕獲レイヤー５１ｂの下に検出レイヤー（例：レイヤー５１ａ）を備えることのもう１つの理由は、生きた検体５２と死んだ検体５２を区別する支援をし、検体５２がエバネセントまたは暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂによって検査される場合に作り出される信号光５８の量を増大させることを目的に、あらゆる特定の種類の生きた検体５２（例：バクテリア、胞子、またはウイルス）の成長を（例えば大きさ、量、数について）支援することにある。一般に、信号光５８の量の増加は、検体５２の存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性を測定する上でのよりよい感度、精度に繋がるために、非常に望ましい。
レイヤー５１ａが成長補助レイヤーであるならば、それはＭＢＩ Ｐｕｒｉｆｉｅｄ Ａｇａｒ（カナダ、ブリティッシュコロンビア州、デルタＭａｒｉｎｅ ＢｉｏＰｒｏｄｕｃｔｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，）と結合した透明度の高いポリアクリルアミドゲルを含むゲルや、ＥａｓｙＧｅｌ（米国インディアナ州ゴーシェン、Ｍｉｃｒｏｌｏｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ ＬＬＣ）などの栄養ゲルなどの、適切で栄養が豊かな成長補助物質を含む。成長補助ゲルは、ゲルの薄いレイヤー５１ａが導波管２８の内表面３２上で形成されるようにするために、カップ１０が回転する間に準備し、カップ１０に添加し、凝固させる。成長補助ゲルの架橋結合程度は、成長補助ゲルの内外に拡散できる望ましい分子サイズの範囲に最もよく適合させるために、適切なあらゆる方法で変更できる。望まれる分子サイズの範囲は、例えば、検体５２に応じて起こる、化学的または物理的な反応に応じて産生されるあらゆる特定の標識７７の範囲の分子サイズとなる。
成長補助レイヤー５１ａが準備された後、特定な種類の生きた検体５２のための適当な捕獲レイヤー５１ｂが、成長補助レイヤー５１ａの内表面６１上に、適切な方法で形成される。例えば、検体５２が特定な種類のバクテリアであるならば、捕獲レイヤー５１ｂは、成長補助レイヤー５１ａの内表面６１上で固定化している抗体を含み、こうした場合、この抗体は、その特定の種類のバクテリアを検出する適切なアッセイ中で利用できるよう選択されている。
この抗体は、成長補助レイヤー５１ａを含む大部分のゲルと寒天が、抗体が結合しうる構造に組み入れられた遊離アミノ酸グループを持っているという事実を生かすなど、適切な方法で、成長補助レイヤー５１ａの内表面６１上で固定される。
例えば、そのような捕獲レイヤー５１ｂは、ＥＺリンクスルホン基ＮＨＳ−ＬＣビオチン（イリノイ州ロックフォード、Ｐｉｅｒｃｅ Ｂｉｏ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製造）などのビオチン化試薬によって、最初に成長補助レイヤー５１ａを培養し形成される。次に、ビオチン化試薬は、アビジンまたはストレプトアビジンで培養される。最終的に、成長補助レイヤー５１ａの内表面６１上の捕獲レイヤー５１ｂは、成長補助レイヤー５１ａをビオチン化捕獲抗体で培養し、完成する。すなわち、捕獲レイヤー５１ｂは、レイヤー５１ａの内表面６１上のビオチン化捕獲抗体のレイヤーを含んでいる。
また、成長補助レイヤー５１ａが遊離アミノ酸グループを取り込んでいない場合、遊離アミノ酸グループを成長補助レイヤー５１ａに追加する適切な方法が取られる。例えば、ｐｏｌｙ（ｌｙｓｉｎｅ）やｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ａｍｉｎｅ）などのポリアミンを、成長補助レイヤー５１ａに追加することなどである。
本発明の使用中、試液５５の生きた検体５２の捕獲は、ここに述べる方法により、生きた検体５２を、捕獲レイヤー５１ｂの内表面７４に向かって、最終的にはその上に遠心濃縮するためにカップ１０を使用することによって支援される。生きた検体５２が捕獲レイヤー５１ｂによって捕らえられた後、それらの検体は、捕獲レイヤー５１ｂとの相互作用がうまくいくように適切な方法で培養され成長する。
成長補助レイヤーとなっているレイヤー５１ａの代わりとして、生きた捕獲検体５２は、捕獲レイヤー５１ｂによって捕らえられた後に、カップ１０に導入された適切な成長培地で直接に培養される。従って、試液５５の機能の１つは、成長培地として作用することにあるともいえる。試液５５が成長培地を含んでいない場合は、試液５５は、カップ１０に適切な成長培地が追加される前にカップ１０から取り除かれる。
いずれにせよ、カップ１０がその後回転されると、捕獲された生きた検体５２とそれらの産物は、カップ１０により生成される遠心力によって、捕獲レイヤー５１ｂの内表面７４に滑らかに分布している成長培地のレイヤー５１ｃに浸される。
カップ１０中の液体成長培地は、非液体性のレイヤー５１ｃに変換し得る（例えば、ゲルに変換される）。これは、光重合媒質、またはゲル化剤を液体成長培地に加えるか、単純に液体成長培地の温度をゲル化温度以下に下げるなど適切な方法によってなされる。
このような非液体レイヤー５１ｃが望ましいのは、生きた検体５２がその中に、またはその上に捕獲されるからであり、また、検出コーティング５０の一部分を形成し、それがトラップした生きた検体５２を光学的に検出する助けになるからである。この際の検出方法は、本明細書中において他の検出レイヤー（例えば、液体レイヤー５１ｃおよび非液体レイヤー５１ａと５１ｂ）で述べた方法と同じである。
さらなる選択肢として、例えばカップ１０が水平に置かれて、Ａ軸が垂線から斜めになるようになっている場合、液体成長培地の小さなプールを、カップ１０に取り込むことができる。カップ１０をゆっくりと回転すると、捕獲レイヤー５１ｂの内表面７４の少なくとも一部分が液体成長培地の中に断続的に浸される状態を作り、これにより、生きた検体５２の栄養レベルを更新することになる。その一方でプロセス中に利用される液体成長培地は非常に少量ですむ。
いずれにせよ、特定な種類の生きた検体５２の特有な成長のために選択した成分が、成長補助レイヤー５１ａに、または生きた検体５２の成長を最大にするためにカップ１０に加えられた液体の成長培地に対して添加される。例えば、生きた検体５２が大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７である場合、それらの成長と繁殖は、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｔｒｙｐｔｉｃａｓｅ Ｓｏｙ Ｂｒｏｔｈ（ｍＴＳＢ）などの成分を添加することで改善されることが知られている。
同様に、試液５５に存在する生きた検体５２の成長を最大にしたり、試液５５中に存在し得る不必要な生きた有機体の数または成長を最小化するのを補助するために、試液５５中に存在する不必要な生きた有機体の成長を止めたり阻害したりする成分が、成長補助レイヤー５１ａ、または、カップ１０に加えられた液体の成長培地に添加される。また、例えば、生きた検体５２が大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７である場合、セフィキシム、セフスロジン、およびバンコマイシンを添加すると、試液５５に存在し得る大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７以外の数多くの不要な生きた有機体の成長を止めるか阻害できることが知られている。
また、他の適切な方法を使用して同じような結果が少なくとも部分的には達成できる。たとえば、試液５５に存在する望ましくない生きた有機物の成長を阻害する温度で試液５５を培養する一方、試液５５内の望ましい生きた有機物の成長をかなり促進するような方法でできる。例えば、カップ１０中の試液５５が４５℃で培養する場合、それは大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７以外の多くの有機体の成長を阻害することになる。
検出アッセイ
本明細書中で考察されてきた通り、高密度の検体５２は、スピニングカップ１０によって得られる遠心力を用いて捕獲レイヤー５１ｂに向かって、最終的にはその上に、遠心濃縮することができる。さらにまた、同様に考察されてきた通り、検体５２は、捕獲レイヤー５１ｂによる検体５２の親和性精製によって捕獲レイヤー５１ｂ近くに、あるいはその上に、またはその内に濃縮され得る。
このような検体５２の遠心濃縮または親和性精製により、検体５２を検出するための適切な検出アッセイの対象となる。検体５２が生きている場合、上述の遠心濃縮または親和性精製によって検体が傷つけられてはならず、適切なアッセイを受ける前に、本明細書中で論じられた方法など適切なあらゆる方法で、培養され成長させられる必要があることは注意しておかなければならない。
適切な検出アッセイには、例をあげれば、本明細書中で論じられた一つ以上の方法の、単独または組み合わせの使用が含まれる。使用される特定の種類の検出アッセイに拘らず、カップ１０は、エバネセント光または暗視野照明の検査を受け、いずれかの種類の検査はカップ１０の回転中、または回転していない時に実施される。
競合アッセイ
本発明に関連して検出アッセイとして適切な任意の競合アッセイを利用できる。競合アッセイは、例えば、カップ１０の試液５５は、検出されるべき特定の種類でラベル付けされていない検体５２である。蛍光化合物など適切な指標剤７７を使って適切な方法でラベルを付されている（例えば、最初の試薬培養過程などで）溶液を含んでいるラベルの付された検体５２を、カップ１０の試液５５に加える。２番目の試薬培養過程中に、指標剤７７でラベル付けされた検体５２は、これにより、以前に準備された獲得レイヤー５１ｂ上の抗体結合サイト用ラベルの付いていない検体５２と比較できることになる。
カップ１０はこれでエバネセント光または暗視野照明を利用した検査を受けることができる。蛍光指標剤７７が、検体５２にラベル付けするために使用された場合、一般的に導波管２８の外表面３４から放たれた蛍光信号光５８の量は、試液５５中のラベル付けされていない検体５２の、存在、量、または少なくとも１つの標的識別特性に反比例する。
サンドイッチ式免疫検定
本発明に関連した検出アッセイとして、適切な任意のサンドイッチ式免疫検定を使用することができる。サンドイッチ式の免疫検定とは、例えば、カップ１０中の試液５５の初期の培養によって、特定な種類の検体５２が以前に準備された獲得レイヤー５１ｂ上に備えられたあらゆる表面捕獲サイトによって捕捉できる（例えば、結合する）ようなものである。洗浄過程の後、捕獲検体５２は、妥当な標識剤７７を使用して適切にラベル付けするなどの適切な方法で、光学的に検出できるものとして提供される。カップ１０はそこでエバネセント光か暗視野照明を使用した検査を受け、信号光５８は、獲得検体５２の存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性に応じて、導波管２８の外表面３４から発せされる。
検体５２のそのようなラベル付けが蛍光剤配合標識剤７７によってされるならば、このタイプのサンドイッチ式の免疫検定はサンドイッチ式の蛍光免疫検定と名付けられることができ、導波管２８の外表面３４から放たれた蛍光性信号光５８の量は捕捉された検体５２の存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性に直接に比例することになる。サンドイッチ式の蛍光免疫検定は、ウイルス、細胞、または胞子などのさまざまな種類の検体５２を検出するために使用できる。
例えば、検体５２が大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７の場合、カップ１０は、大腸菌Ｏ１５７：Ｈ７に特異な捕獲抗体などの、適当な捕獲分子を含む獲得レイヤー５１ｂによって、適切なあらゆる方法で備えられる。そのような捕獲抗体は米国メリーランド州ゲーサーズバーグ、Ｋｉｒｋｅｇａａｒｄ ＆ Ｐｅｒｒｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓから購入できる。試液５５はまた緩衝塩、湿潤剤、または、その他の試液５５の流れを向上させるための添加物や捕獲抗体の性能や寿命を延ばすための添加物を含むことがある。
試液５５はその後取り除かれ、カップ１０は、ＰＢＳＴ（トリトン Ｘ−１００リン酸緩衝生理食塩水）で濯がれる。蛍光化合物でラベル付けされた検出抗体の溶液は、その後カップ１０に追加される。この検出抗体は、Ｃｙ５（米国ニュージャージー州ピスカタウェイ、Ａｍｅｒｓｈａｍ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ）など適切な蛍光化合物で適切にラベル付けされる。
捕獲抗体と検出抗体は、同一であることも、同一でないこともある。場合によっては捕獲抗体と検出抗体を違うものとして選択した方が、検体５２が小さく、抗体の接着に適した場所が少ししかない場合などで便利である。捕獲抗体と検出抗体を別々に選んだ場合、検体５２の接着場所が同様に限られている場合に両者が競合せずに有益である。いずれにせよ、カップ１０はその後、例えば約５分といった適切な培養時間回転され、この間にエバネセント光か暗視野照明による検査を受けることになる。培養時間中、ますます多くのＣｙ５でラベル付けされた検出抗体が、獲得レイヤー５１ｂの捕獲抗体によって捕捉されている検体５２と反応および付着し、カップ１０が検査されている間、導波管２８の外表面３４から放たれた対応する蛍光性の信号光５８の増加が起こる。当然、エバネセントまたは暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂの波長は、Ｃｙ５の蛍光発光を起こすことができるよう選択される。オプションとして、Ｃｙ５でラベル付けされた検出抗体の溶液は、その後カップ１０から取り除くことができ、ＰＢＳＴで再び濯がれ、再び、エバネセントか暗視野照明での検査を受けることになる。いずれの場合でも、元の試液５５内の検体５２の存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性が、導波管２８の外表面３４から放たれた統計的背景濃度以上のあらゆる量の蛍光性の信号光５８によって検出される。
ＥＬＩＳＡ（酵素免疫測定法）
本発明に関連した検出アッセイとしてあらゆる適切なＥＬＩＳＡが利用される。ＥＬＩＳＡは、例えば、試液５５中の特定な種類の検体５２が、以前に準備されている獲得レイヤー５１ｂを使用しているカップ１０内の表面の捕捉場所に結合している場合、初期の捕獲培養手順として関与する。捕獲検体５２はその後、活性酵素を、最初の試薬培養手順で付着させるといった適切な任意の方法で、化学的に活性化させられる。２番目の試薬培養手順では、２番目の試薬に最初に存在していた特定な種類の分子上での検体５２の活性酵素の活動によるなどの適切な方法で、蛍光化合物などの適切な任意の標識剤７７が形成される。
ＥＬＩＳＡタイプのアッセイでは、検出器６０は導波管２８の外表面３４（図１では、左に９０度回転したように見える）の上端近く、カップ１０は水平に置かれるのがよい。本アッセイを実行するにあたって、各試液、試薬の培養過程でカップ１０に導入された試液と試薬液は、カップ１０の側壁１４の底で小さなプールを成形する。その後、各試液、試薬の培養過程にカップ１０を回転させ、このプールからのフレッシュな液体を定期的に再適用し、レイヤー５１ｂの内表面７４を捉えることになり、従って、検体５２の効率的な捕獲、試薬の高活性がもたらされ、全体としてのアッセイ感度が高まり、アッセイ時間が短縮されることになる。
カップ１０のための従来のＥＬＩＳＡ法については以下で詳しく説明する。特定の種類のバクテリア、ウイルス、細胞、胞子、またはその他任意の検体５２を含む試液５５をカップ１０に加える。カップ１０には検体５２のための適切な任意の捕獲分子を含む獲得レイヤー５１ｂがある。捕獲培養手順の間に、カップ１０は、一定時間高度に回転させられ、捕獲分子が検体５２を捕らえられるようにする。試液５５はまた、緩衝塩、湿潤剤、および試液５５の流れを促進する添加物か、獲得レイヤー５１ｂで使用される可能性のある捕獲分子すべての性能または寿命を最大化するための添加物などを含むこともある。
試液５５はその時取り除かれ、カップ１０は、ＰＢＳＴで濯がれる。最初の試薬培養過程で、最初の試薬液がカップ１０に加えられる。最初の試薬溶液は、検体５２に特異な活性酵素でラベル付けられた抗体など検体５２を化学的に活性化するために適切な任意の物質を含む。カップ１０が再び回転され、活性酵素でラベル付けされた抗体は獲得検体５２に付着する。最初の試薬液取り除かれ、カップ１０は再びＰＢＳＴで濯がれる。
２番目の試薬培養過程で、指標剤７７のための先駆物質を含む２番目の試薬溶液がカップ１０に加えられる、その後カップ１０は回転し、先駆物質の溶液を獲得レイヤー５１ｂ上の薄いレイヤー５１ｃとして散布する。捕獲検体５２に付着した酵素でラベル付けされた抗体は、先駆物質と反応し指標剤７７を作成する。
カップ１０は、２番目の試薬培養手順の前、最中、またはその後に、エバネセントまたは暗視野照明による検査を受ける。一般に、導波管２８の外表面３４から発せられた蛍光信号光５８の量は、捕えられた検体５２の存在、量、数、または少なくとも一つの標的識別特性に直接に比例する。ある程度、第２の試薬培養過程のために、培養時間を増やすことは、導波管２８の外表面３４から発せられた信号光信号光５８の量を対応して増やすことになる。なぜならば、先駆物質を指標剤７７に変化させるために捕獲検体５２に付けられた活性酵素のレベルが付された活性酵素分子に、より時間があるためである。
指標剤７７が蛍光指標剤７７である場合、２番目の試薬培養手順用にカップ１０をもっとゆっくり回転し、観察エリアで獲得レイヤー５１ｂの内表面７４上に薄い試薬のレイヤー５１ｃだけが残るようにし、試薬液中でランダムに散布された蛍光指標剤７７からの蛍光の背景の量を最小化することが望ましい。薄いレイヤー５１は、蛍光指標剤７７が高い濃度を持つことができ、見えるようになった際により大きな有効表面エリアを占領できるという点からも有利で、これにより、光学異常がより簡単に検出できるようになり、より小さい検体５２を検出させるようになる。
ＥＬＩＳＡについての二番目の例として、特に興味深い変異は薄いフィルムのＥＬＩＳＡである。薄いフィルムのＥＬＩＳＡは、最初の例として上記で、捕捉培養手順および最初の試薬培養手順に関して説明されているように従来的なＥＬＩＳＡと同様である。
しかしながら、２番目の試薬培養手順中、捕獲検体５２に付着した酵素でラベル付けされた抗体は、カップ１０に加えられた二番目の試薬の抗生物質と、または、前に準備した一つまたは複数の検出レイヤー５１ａ、５１ｂの一つまたは複数の構成要素と反応、蛍光性、または比色分析用の指標剤７７をレイヤー５１ａ、５１ｂ内に作り出す。最初の例として上述した従来型のＥＬＩＳＡとは対照的に、指標剤７７の先駆物質は二番目の試薬液中にあり、獲得レイヤー５１ｂを覆う液体のレイヤー５１ｃを形成し、指標剤７７はその液の中にある。
この２番目の例では、蛍光または比色分析の標識剤７７または標識７７などの活性化した先駆物質が、検出レイヤー５１ａ、５１ｂの拡散するために、各検体５２が、エバネセント光または暗視野照明での検査を受ける際に検出できる強烈な色（例えば、図５の７８地点を参照）の点に浸かるようになる。このような標識剤７７は、エバネセントまたは暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂによる検査が可能となるように、レイヤー５１ａ、５１ｂの一つ以上で優先的に固定化するか、液体レイヤー５１ｃに関する優先的な分配係数のゆえに集中している。
この２番目の例では、検出レイヤー５１ａ、５１ｂの一つ以上が前述の標識剤７７用の先駆物質を含む場合には、９Ｈ−（１，３−ｄｉｃｈｌｏｒｏ−９，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｃｒｉｄｉｎ−２−ｏｎｅ−７−ｙｌ）ｐｈｏｓｐｈａｔｅ（米国オレゴン州ユージーン、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓで販売されているＤＤＡＯ−ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）など、適切な任意の先駆物質が使用される。このような先駆物質では、検体５２に特有な抗体に抱合することによってアルカリ性ホスファターゼなどの適切な活性酵素が捕獲検体５２に結合する。捕獲検体５２に結合している活性酵素が、ＤＤＡＯ−ｐｈｏｓｐｈａｔｅと反応し蛍光標識剤７７を作り出す。
代謝活性アッセイ
本発明に関連する分析アッセイとして、カップ１０の試液５５に存在する検体５２に対し、進行中のすべての代謝活性を検出する適切な任意の方法が利用できる。例えば、特定な種類の検体５２は、捕獲培養手順中に、事前に準備された獲得レイヤー上の適切な表面捕獲に最初に結合する場合がある。捕獲検体５２は、その後、捕獲検体５２または任意の代謝産物を、染料など適当な代謝指標剤７７で染色するなど、適切な方法や、適切な代謝指標剤７７を使用して検出される。染料は、例えば、捕獲検体５２の代謝生産物の１つ以上を蛍光性に、または着色し、および捕獲検体５２が、細胞であるか否か、どのような種類の細胞か、生きているか否かを検出する。
また、代謝の指標剤７７は、捕獲検体５２の代謝活性によって引き起こされた酸素濃度の減少など、捕獲検体５２の近隣における酸素濃度の局地的な変化を知らせる。
カップ１０はその後エバネセントまたは暗視野照明の検査を受ける。染料代謝指標剤７７が蛍光性の場合には、例えば、蛍光性信号光５８は試液５５中に検体５２がほとんど、または全く存在しないとか、すべてではないが大部分が死んでいるということを示す蛍光性の信号光５８はほとんど、あるいは全くない。他方、検体５２が生きているならば、一般に導波管２８の外表面３４から放たれた蛍光性の信号光５８の量は、生きた捕獲検体５２の存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性と直接比例する。
カップ１０の試液５５中の検体５２における進行中の代謝活性を検出することに関してさらに例を挙げるならば、本発明に関連した検出アッセイとして、多くの一般的な培養およびバイオアッセイの方法が使用できる。
特定の種類の微生物など、生きた検体５２があるところでは、少なくとも一つの検出レイヤー５１ａ、５１ｂは、適切な代謝の指標剤７７のための適切な先駆物質とドープされる。適切な先駆物質とは、ｐＨまたは酸化還元反応などによって、捕獲検体５２の代謝の一つ以上の側面が影響を受けている場合に、代謝指標剤７７を産生または産生するのを助けるものである。
さらに、適切な先駆物質とは、エバネセントまたは暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂを、するとしてもごく少量でほとんど吸収せず、また、エバネセントまたは暗視野照明での検査を受ける際に、蛍光をあるとしても少量で、ほとんど発しないものである。適切な代謝の指標剤７７とは、エバネセント光か暗視野照明の検査を受ける際に、検体５２の代謝活性の任意の側面に応じて、出力信号ライト５８を産出するものである。
特別に選んだｐＨの代謝の指標剤７７には、検出レイヤー５１ａまたは５１ｂを検査するためにエバネセントまたは暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂの少なくとも２つの波長を使うことが望ましい。ｐＨの変化は、等吸収波長で選んだｐＨ代謝指標７７により産出された信号光５８に対し本質的に効果がないため、それらの波長の１つは選んだｐＨの代謝指標７７の等吸収波長となるために選択されている。検査光２４ａまたは２４ｂの２番目の波長は、ｐＨの高低に関連している選んだｐＨ代謝指標剤７７の吸光度または放射ピーク波長で衰えるために選択されている。検出器６０が、等吸収波長で、また吸光度または放射ピーク波長で放たれる信号光５８の機能として産出する電気出力信号は、レシオメトリック信号処理などの適切な任意の方法でｐＨが関係しないレイヤー５１ａまたは５１ｂにおける光の変動を是正するために使用される。
染色アッセイ
本発明に関連した検出アッセイとして、カップ１０の試液５５中の検体５２を染色する適切な任意の方法が利用される。例えば、検体５２は捕獲培養過程で、事前に準備された捕獲レイヤー５１ｂの上の適切な任意の表面捕獲サイトと結合する。捕獲検体５２はその後、蛍光性のまたは着色染料などの、適切な任意の染色指標剤７７で、適切な方法で染色される。
カップ１０は次にエバネセントまたは暗視野照明の検査を受ける。例えば、染色指標剤７７が蛍光色素ならば、導波管２８の外表面３４から放たれた蛍光性の信号光５８の量は一般に、染色された検体５２の存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性と直接に比例する。
例えばバクテリア、ウイルス、または胞子などのように、検体５２が生きている場合、染色指標剤７７は、検体５２の適切な任意の内部または外部を染色するための適切な任意の方法で使用されるか、または、染色指標剤７７は、高いバイオ選択性を伝える検体５２に関係する適切な任意の抗体またはＤＮＡ破片と共有結合する。
例えば、生きた検体５２がバクテリアであるならば、バクテリアは、ＤＮＡまたはＲＮＡを使用するｉｎ ｓｉｔｕハイブリダイゼーション（従来の蛍光顕微鏡法によるバクテリアの検出に成功裏に使用されている方法）を用いるなど適切な方法で、適切で任意な蛍光染料染色標識剤７７が使用される。蛍光染料染色標識剤７７は、その後波長６３５ｎｍのような適切な任意のエバネセントまたは暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂにより検査され、染色されたバクテリア検体５２を、試液５５中に存在する可能性のあるデブリスから識別する蛍光信号光５８を産出する。この染色されたバクテリア検体５２はまたデブリスと識別され、染色標識剤７７によって非特異的に検出され、ＳＹＴＯ６０またはＳＹＴＯ６２（米国オレゴン州ユージーン、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ）などの適切で任意の細胞染色液となる。
一般に、代謝活性アッセイと染色アッセイは、例えば、カップ１０の内部ボリューム６８に存在する可能性のある検出されたそれぞれの検体５２の存在、量、数または少なくとも１つの標的識別特性に応じて指標剤７７の局地的な標識サイト７８を作成する。
また、検体５２上または内において強力に分離する染料標識剤７７について考察されてきた通り、検出されたそれぞれの検体５２は、ある程度まで染料指標７７に劣化している検出レイヤー５１ａ、５１ｂ内で対応する標識位置７８によって囲まれ、その一方で、検出検体５２それ自体はそれを区別する染色標識剤７７によって強く着色されている。
他方では、代謝指標剤７７が使用されている場合、生きている各検体５２は、生きている検体５２からの代謝標識剤７７の散乱によって検出レイヤー５１ａまたは５１ｂに産出された代謝標識剤７７における一般的に丸か球形の標識位置７８の中心に位置する。例えば、病原性大腸菌の検出は、特異的な代謝指標剤７７、４−ｍｅｔｈｙｌｕｍｂｅｌｌｉｆｅｒｏｎｅ−β−Ｄ−ｇａｌａｃｔｏｓｉｄｅをカップ１０に加えることによって達成され、これにより、大腸菌などの大腸菌群に、蛍光化合物４−ｍｅｔｈｙｌｕｍｂｅｌｌｉｆｅｒｏｎｅが生じる。病原性大腸菌からレイヤー５１ａまたは５１ｂへの蛍光化合物の散乱は、その後エバネセントまたは暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂの光線による検査時に、蛍光信号光５８を生成する。
核酸分析
本発明に関連した検出アッセイとして、カップ１０の試液５５中にある検体５２のための適切なＤＮＡまたはＲＮＡ分析が利用される。例えば、検体５２は、検体のＤＮＡまたはＲＮＡの特定なセグメントを遊離するなど、核素材を遊離し、適切で任意な方法でまず断裂させる。そのようにして遊離されたＤＮＡまたはＲＮＡのセグメントは、次に適切な方法で検出アッセイを利用し検出される。例えば、カップ１０中の捕獲レイヤー５１ｂに結合した捕獲分子は、任意の競合アッセイまたはサンドイッチ式の免疫検定が行われ、そこでは遊離されたＲＮＡまたはＤＮＡセグメントを補完するＲＮＡまたはＤＮＡセグメントとなり得る。検体５２を断裂させた後、遊離されたＤＮＡまたはＲＮＡセグメントは、蛍光化合物など適切な任意の核酸指標剤７７を含む試薬で、適切な方法（例えば、試薬の培養手順中など）でラベル付けがなされる。
カップ１０は次にエバネセントまたは暗視野照明の検査を受ける。核酸指標剤７７が蛍光化合物の場合、導波管２８の外表面３４から放たれた蛍光性信号光５８の存在と量は、遊離されたＤＮＡまたはＲＮＡセグメントの存在を示し、それらの数を定量化し得る。これは、言い換えれば、検体５２の存在を示し、それらの数を定量化し得るということである。
ＰＣＲを組み込んだ核酸分析
カップ１０の試液５５中の検体５２を断裂させて産出された遊離ＲＮＡまたはＤＮＡのセグメントの数が希望する特定の検出アッセイの性能にとって適切でない場合、それらの遊離ＲＮＡまたはＤＮＡセグメントの数をｉｎ ｓｉｔｕ，で増幅させるために使われるいくつかのテクニックがある。
例えば、そうしたテクニックの一つとして使用されているのは、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）である。ＰＣＲを実行するための要件の一つは、遊離ＲＮＡまたはＤＮＡセグメントが指数的に複製されるように、試液５５は急速に熱せられ、冷まされる必要があるという点である。カップ１０は、いくつかの点でこの要件を満たすためには理想的なプラットフォームである。
図６には、ＰＣＲを組み込んだ核酸分析を実施できる光学アッセイ装置４１１が図示されている。明確にするために、光学アッセイ装置４１１の一定の部分は、光学アッセイ装置１１の対応する部分と同じ参照番号に、前に「４」が付けられている。装置４１１と１１は、両者の各構成部品、土台、位置、量（数）、サイズ、形、デザイン、素材、組成、構造、製造、物理特性、次元、仕様、変異、操作、方法、および用途などあらゆる詳細について、本明細書で開示されるすべてによって明らかになる相違点を除き、互いに同じか、少なくともいずれも似たものであることが理解される。
装置４１１は、光源４２６（明確さを期するために図示されていない）、検出器４６０、少なくとも１つのヒーター９２０、少なくとも１台のクーラー９２２、およびアッセイカップ４１０を含む。カップ４１０は、光導波管４２８と反射体４３０のあるドライブシャフトホルダー４１８と側壁４１４のあるベース４１２を含む。ヒーター９２０とクーラー９２２は、本明細書で開示された任意のカップ１０、２１０、２１０ａ、３１０、４１０と一緒に使用される。
カップ４１０でＰＣＲを実行するために必要な試液４５５の典型的なボリュームは、およそ２５〜２５０マイクロリットルである。カップ４１０が回転する時、試液４５５は導波管４２８の内表面４３２上で薄い液体検出レイヤー４５１ｃとして散布される。
側壁４１４における急激な温度変化は、側壁４１４が薄く、また、その素材（例えば、適切な任意のポリマーなど）が金属、セラミック、またはガラスのような素材に比べて、単位体積あたりの熱容量が比較的低いために、穏当な熱入力、あるい穏当な冷却でも発生する可能性がある。同様に、検出コーティング４５０と試液４５５（例：検出レイヤー４５１ｃ）の急激な温度変化は、それらが一般的に非常に薄く、質量が低いためになされている可能性がある。
各ヒーター９２０は、例えば図６中で示された棒形の電気のヒーター９２０など、適切なあらゆる種類のものであり得る。２つのヒーター９２０が説明されてはいるが、ヒーター９２０はそれより少ないことも多いこともあり得る。各ヒーター９２０には、導波管４２８の外表面４３４のそれと適合する曲率を持つフェース９２１があり、ヒーター９２０は、外表面４３４に非常に近く、若干接触するほどになるよう取り付けられている。結果として、各ヒーター９２０と外表面４３４の間の熱伝導は非常に効率的になり、内表面４３２上の検出コーティング４５０（検出レイヤー４５１ｃを含む）は求める温度まで急速に熱せられる。
各クーラー９２２は、例えば図６中で示された棒形の電気のクーラー９２２など、適切なあらゆる種類のものであり得る。２台のクーラー９２２が説明されてはいるが、クーラー９２２はそれよりも少ないことも多いこともあり得る。各クーラー９２２には、導波管４２８の外表面４３４のそれと適合する曲率を持つフェース９２３があり、クーラー９２２は、外表面４３４に非常に近く、若干接触するほどになるよう取り付けられている。結果として、各クーラー９２２と外表面４３４の間の熱伝導は非常に効率的になり、内表面４３２上の検出コーティング４５０（検出レイヤー４５１ｃを含む）は求める温度まで急速に冷却される。
カップ４１０が回転し、遊離ＲＮＡまたはＤＮＡセグメントの数を増幅するためのＰＣＲが必要とする検出コーティング４５０全体（検出レイヤー４５１ｃを含む）の加熱と冷却の急激な交替を供給する際に、ヒーター９２０とクーラー９２２を使用することができる。カップ４１０が回転している間、検出器４６０は、増幅された遊離ＲＮＡまたはＤＮＡセグメントの存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性の機能に応じて、導波管４２８の外表面４３４から放たれた信号光５８による増幅された遊離ＲＮＡまたはＤＮＡセグメントを検出するために使用される。
また、検出コーティング４５０（検出レイヤー４５１ｃを含む）を急速に加熱または冷却するために、他の適切な任意の方法または装置が使用されることもある。例えば、検出コーティング４５０（検出レイヤー４５１ｃを含む）は、導波管４２８の外表面４３４と隣接する赤外線（ＩＲ）ソース（ＩＲフィラメント型のヒーターなど）またはマイクロ波源（マイクロ波発振器の出力導波管など）を設置し、外面４３４と検出コーティング４５０（検出レイヤー４５１ｃを含む）エネルギー出力源に焦点を合わせるか、向けることによって直接加熱することができる。マイクロ波と赤外線は両方とも、検出コーティング４５０（検出レイヤー４５１ｃを含む）内のあらゆる水に強力に吸収され、その水を、選択したＩＲまたはマイクロ波帯でスペクトル窓を持つプラスチック製品などの適切な任意の素材から導波管４２８を形成することで、導波管４２８を加熱せずに直接に熱することが可能である。このような検出コーティング４５０（検出レイヤー４５１ｃを含む）の直接加熱は、カップ４１０が高い毎時回転数で回転することから検出が良くなる一方で、遊離ＲＮＡまたはＤＮＡセグメントのＰＣＲによってより高い生産率を提供する。
円周方向に分割されたカップ２１０（図７ないし９）
図７ないし９を見ると、少なくとも１種類の検体５２について試験するために、または、少なくとも１種類の検体５２の少なくとも１つの標的識別特性を試験するために円周方向に分割されたカップ２１０が使用されている。カップ２１０は、本明細書で説明されたすべてのアッセイで使用することができ、カバー１６またはカバー３１６がある。
カップ２１０は、カップ１０、２１０ａ、３１０および４１０と、土台、配置、量（数）、大きさ、形、デザイン、素材、組成、構造、製造、物理特性、寸法、仕様、変異、操作、方法および用途の各点について、本明細書で開示されるすべてによって明らかになる相違点を除き、互いに同じか、少なくとも似たものである。それに応じ、明確さと簡易さのために、カップ２１０の一定の部分は、カップ１０の対応する対応する部分と同じ参照番号に、前に「２」が付けられている。
概念の出発点として、カップ２１０は、カップ１０の側壁１４の導波管２８を、それぞれが各円周方向の弧の幅を持つ少なくとも２つの円周の導波管２２８（近位端２３６と遠位端２２２）に円周方向に分割することで作られていると見ることができる。
そのように作成された円周方向の導波管２２８個々は、それぞれの内外の表面２３２、２３４があり、どのような大きさ、形、円周方向の弧の幅、ボリューム、構造、素材、組成、および方向性を持つこともでき、また、近位端２３６と遠位端２２２の間では、大きさ、形、円周方向の弧の幅、ボリューム、構造、素材、組成、および方向性の各点について一様ではないこともある。適切な任意の円周方向の導波管２２８は、大きさ、形、円周方向の弧の幅、ボリューム、構造、素材、組成、および方向性について、その他の円周方向の導波管２２８と互いに異なっていることもある。一つ以上の円周方向の導波管２２８の一つ以上の各部分は、互いに近接し得る（例えば、それぞれの外表面２３４）。
適切な任意の円周方向の導波管２２８の内表面２３２は、それぞれの円周方向の試験セグメント８２を含む。各試験セグメント８２にはカップ２１０のベース２１２に置かれたそれぞれの容器８４が具備されている。容器８４は例えば試液５５、試薬、または水などの適切な任意の貯蔵液２５５を含み得る。
特定の円周方向の導波管２２８の特定の円周方向の試験セグメント８２は、その特定の円周方向の導波管２２８の内表面２３２の少なくとも部分上にそれぞれの検出コーティング２５０を含む。検出コーティング２５０はそれぞれの検出レイヤー（例えば検出レイヤー２５１ａ、２５１ｂ、および２５１ｃ）を含む。特定の試験セグメント８２の検出コーティング２５０は、１つ以上の他の試験セグメント８２の検出コーティング２５０と異なっていることもある
円周方向の対となる導波管２２８とそれぞれの試験セグメント８２または容器８４のあらゆる特定の組み合わせはすべて、適切なそれぞれの境界８６によって互いに分けられている。特定の境界８６はすべて、一つ以上のその他の境界８６と異なっていることがあり、例えば、隣接する試験セグメント８２の組み合わせ間の境界８６は、隣接する容器８４の組み合わせ間の境界８６とは異なっている。単一の境界８６は、円周方向の導波管２２８とそのそれぞれの試験セグメント８２それぞれの容器８４の組み合わせを分けることができる。
特定の境界８６には適切な任意の境界構造または境界物質が備えられている。例えば、図７〜８で、特定の境界８６は、カップ２１０の側壁２１４またはベース２１２からカップ２１０の内部ボリューム２６８に延び、互いに２つの隣接した試験セグメント８２とそのそれぞれの容器８４を隔てるリッジ（隆起）８６を含む。また、あるいはさらに、特定の境界８６はカップ２１０の側壁２１４またはベース２１２の内表面の一部に塗られた疎水性のコーティングを含むこともある。
特定の境界８６は以下の機能のうちの一つ以上の役目を果たす。（ａ）局地的な無効参考ゾーンを提供する（例えば、カップ２１０が使用される特定のアッセイに関して、不活性として選択されること）、（ｂ）特定の対の隣接した試験セグメント８２または容器８４をそれぞれ分離し、それにより液体個々の交差汚染を防止することに役立てる、（ｃ）特定の試験セグメント８２または容器を識別するためのマーカーを設置する、（ｄ）カップ２１０の回転中、特定の容器８４から個々の試験セグメント８２に、貯蔵液２５５を運ぶ手伝いをする。
試験セグメント８２、容器８４、および境界８６はどのような大きさ、形、円周方向の弧の幅、ボリューム、構造、素材、組成、および方向性を持つこともでき、また、特定の方向の中で、大きさ、形、円周方向の弧の幅、ボリューム、構造、素材、組成、および方向性の各点について一様ではないこともある。特定の任意の試験セグメント８２、容器８４、および境界８６は、それぞれのサイズ、形、周囲の円弧幅、ボリューム、建築、素材、混合物、およびオリエンテーションの各点について、一つ以上のその他の試験セグメント８２、容器８４、および境界８６と異なっていることもある。
各試験セグメント８２に備えられているものとして容器８４が１つ図示されているが、特定の任意の試験セグメント８２には２つ以上の容器８４が備えられている。さらに、２つ、あるいはそれ以上の試験セグメント８２は、１つの容器８４を共有することができる。
例を挙げれば、カップ２１０は直径３ｃｍ、高さ１３ｃｍの側壁２１４があり、２０の円周方向の導波管２２８と試験セグメント８２が備えられており、各々は高さ約１０ｍｍ、円周方向の弧の幅は約４．７ｍｍある。さらに、各試験セグメント８２が、カップ２１０が回転する間容器８４からの厚さ２０ミクロンの貯蔵液２５５のレイヤーによって覆われるようにしたい場合は、各容器８４のための貯蔵液２５５に必要な量は、わずかに０．９４マイクロリットルで、貯蔵液２５５の総量は１８．８マイクロリットル必要となる。
図７には、円周方向の導波管２２８（およびそれぞれの試験セグメント８２と容器８４、境界８６）が２０描かれているが、カップ２１０は任意の数の円周方向の導波管２２８（およびそれぞれの試験セグメント８２と容器８４、境界８６）または円周方向の導波管２２８（およびそれぞれの試験セグメント８２と容器８４、境界８６）の２つのみでもよい。
カップ２１０の内部ボリューム２６８には、少なくとも１つの円周方向の導波管２２８の内表面２３２上の各々の検出コーティング２５０がある。検出コーティング２５０には各々の検出レイヤー（例えば検出レイヤー２５１ａ、２５１ｂ、および２５１ｃ）がある。特定の任意の試験セグメント８２の検出コーティング２５０は１つ以上の他の試験セグメント８２の検出コーティング２５０とは異なっていることもある。
特定の試験セグメント８２（および、各々の検出コーティング２５０が一緒の場合もある）は、カップ１０とその検出コーティングについて本明細書で論じられるいずれの法でも、いずれのアッセイをも使用し、試液５５の特定の種類の検体５２の存在、量、数または少なくとも一つの標識識別特性を光学的に検出する支援として使用される。
従って、試験セグメント８２（場合によっては各々の検出コーティング２５０と共に）を適切に選択することで、カップ２１０が、少なくとも異なる２つの種類の検体５２の存在、量、数、または少なくとも１つの標的識別特性を望ましいことに同時に検出できるということは明らかである。また、同じ種類の検体５２の２つ以上の標的識別特性を望ましいことに同時に検出できることでもある。
カップ２１０は、適切な任意の方法で試液５５の検体５２を検出するために使用される。例えば、検体５２を含む単一の試液５５があれば、適切な任意の方法ですべての容器８４に同時に加えられる。他方で、２つ以上の異なる試液５５があれば、各試液５５は適切な任意の方法その１つ以上の各々の容器８４に加えられる。平易にするために、以下の説明でのカップ２１０の使用について、例えば、試液５５が一つだけあると仮定する。
試液５５が容器８４に加えられると、カップ２１０は回転させられ検体５２を遠心濃縮する。この遠心濃縮は、試験セグメントが検出コーティング２５０を持たない場合には、特定の試験セグメント８２の個々の円周方向の導波管２８８の内表面２３２に向かって、最終的にはその上に向かって行われ、また、試験セグメント８２が検出コーティング２５０を持たない場合には、特定の試験セグメント８２の一番奥の検出レイヤー２５１ａ、２５１ｂの内表面２６１または２７４に向かって、最終的にはその上に向かって行われる。試液５５はカップ２１０から取り除かれ、その後あらゆる特定の望まれるアッセイにあわせて貯蔵液２５５（例：試薬）がそれぞれの容器８４に加えられる。
カップ２１０は、次に再び回転し、各容器８４に各々の貯蔵液２５５を作成し、各々の試験セグメント８２に流れ込み、各々の円周方向の導波管２８８の内表面２３２（各々の試験セグメントが検出コーティング２５０を持たない場合）、または、検出レイヤー２５１ａ、２５１ｂの各々の内表面２６１または２７４上に（試験セグメント８２が検出コーティング２５０を持たない場合）、薄いレイヤー２５１ｃを形成する。レイヤー２５１ｃは光学的に滑らかな内表面２７２を持つ。カップ２１０を使うための手続のこの部分は、使用されている任意の特定のテストまたはアッセイ方法のために必要なそれぞれ異なった貯蔵液２５５のために少なくとも一度は繰り返される。
カップ２１０はまた、特定の試験セグメント８２が少なくとも１つの光源２６から、検査光２４、２４ａ、２４ｂによってエバネセント光か暗視野照明による検査を受けている間に、また、少なくとも１つの検出器６０が、試験セグメント８２により検出された検体５２の存在、量、数、または最低１つの標的識別特性に応じて、その試験セグメント８２の円周方向の導波管２２８の外表面２３４により放たれる信号光５８を検出している間に、回転することもある。
特定の試験セグメント８２の導波管２２８のための光源２６からのエバネセントか暗視野照明の検査光２４ａ、２４ｂの入力を同期化するために、また、試験セグメント８２の導波管２２８の外表面２３４によって放たれる信号光５８の検出のために、適切な任意の同期化またはタイミングの方法を備えることができる（明確さのために図示はされていない）。
試験セグメント８２の少なくとも１つが、試液５５に存在する可能性のある検体５２の存在、量、数または任意の標的識別特性を検出するのに使用されないという意味で、不活性であり得ることは注目されるべきである。これは、検出器６０からの電気出力信号に関する自己参照的なレーシオメトリックな目的のために、または非特異的な結合訂正のために、そうした不活発な試験セグメント８２を使用する目的でなされ得る。また、そうした目的には１つ以上の境界８６が利用されることもある。
一例を挙げれば、検出器６０について本明細書で説明されたドラム型の画像処理アプローチで提供されるカップ２１０の高い周辺解像度により、１〜３ｃｍの直径を持つカップ２１０は、２０から４０の試験セグメント８２を収容させられるはずである。
さらなる例として、同時に、一種類以上の検体５２または特定の検体５２の一つ以上の、標的識別特性を検出できる能力により、カップ２１０は、血液や牛乳、裏ごしされた食品などの異種のサンプルにだけでなく、飲用またはレクリエーション水域などの希薄系での検出にも十分に適応することができる。
軸方向に分割されたカップ２１０ａ（図１０）
図１０に移り、軸方向に分割されたカップ２１０ａは、本明細書で説明された任意のアッセイで使用することができ、カバー１６またはカバー３１６がある。
カップ２１０ａは、カップ１０、２１０、３１０および４１０と、土台、配置、量（数）、大きさ、形、デザイン、素材、組成、構造、製造、物理特性、寸法、仕様、変異、操作、方法および用途の各点について、本明細書で開示されるすべてによって明らかになる相違点を除き、互いに同じか、少なくとも似たものである。それに応じ、明確さと簡易さのために、カップ２１０ａの一定の部分は、カップ２１０の対応する対応する部分と同じ参照番号に、後に「ａ」が付けられている
概念の出発点として、カップ２１０ａは、理論的には少なくとも２つのカップ２１０のための円周方向の導波管２２８ができるやり方で、カップ１０の側壁１４の導波管２８が、円周方向に、少なくとも２つの導波管２２８ａになったと見ることができる。そして、円周方向の導波管２２８ａの少なくとも１つの内表面２３２ａは、内表面２３２ａが少なくとも２つの軸方向の試験セグメント８８を含むように、カップ２１０ａのＡ軸に多少平行している縦の方向で軸方向に分割されている。
または、カップ１０の導波管２８がカップ１０の円の周りに完全に延長している方法で、カップ２１０は、カップ２１０の円の周りに完全に延長する円周方向の導波管２２８ａを１つだけ持つ。そのたった１つの円周方向の導波管２２８ａの内表面２３２ａは、内表面２３２ａが少なくとも２つの軸方向の試験セグメント８８を包含するように、カップ２１０ａのＡ軸と多少平行する方向で、横向きに、軸方向に分割される。
いずれにせよ、軸方向の試験セグメント８８と円周方向の試験セグメント８２とは、土台、位置、量（数）、サイズ、形、デザイン、素材、組成、構造、製造、物理特性、次元、仕様、変異、操作、方法、および用途など関し、本明細書で開示されるすべてによって明らかになる相違点を除き、同じか、少なくとも似ている。
特定の円周方向の導波管２２８ａの特定の軸方向の試験セグメント８８は、その特定の円周方向の導波管２２８ａの内表面２３２ａの少なくとも部分上にある各検出コーティング２５０ａを含む。検出コーティング２５０ａは各検出レイヤー（例えば検出レイヤー２５１ａａ、２５１ｂａ、および２５１ｃａ）を含む。特定の試験セグメント８２の検出コーティング２５０ａは、一つ以上のその他の試験セグメント８２の検出コーティング２５０ａとは異なっていることもある。明確さのために、検出コーティング２５０ａ、および検出レイヤー２５１ａａ、２５１ｂａ、および２５１ｃａは、図１０では示されていないが、カップ１０の検出コーティング２５０と検出レイヤー２５１ａ、２５１ｂ、および２５１ｃはそれぞれ相似である。
各導波管２２８ａのための４つの軸方向の試験セグメント８８が例として図１０中で説明されている。しかし、特定の円周方向の導波管２２８ａは、一つ以上のその他の円周方向の導波管２２８ａと同じ数の軸方向の試験セグメント８８を含むことはない。カップ２１０ａは、部分的にまたは全面的にカップ２１０ａの側壁１４の円の周りに延長する少なくとも２つの軸方向の試験セグメント８８が備えられていることもある。
円周方向に隣接した軸方向の試験セグメント８８の特定の組み合わせはいずれも、カップ１０に多少平行に伸びる適切な任意の軸方向の導波管８６ａによって分離される、適切な任意の軸方向に隣接した試験セグメント８８は、カップ１０のＡ軸に対してほぼ直角に伸びる適切で任意の円周方向の導波管８６ｂによって分離される。特定の境界８６ａ、８６ｂはいずれも、各々それぞれの円周方向の導波管２２８ａの内または外の表面２３２ａ、２３４ａに位置することができる。特定の境界８６ａ、８６ｂはいずれも、感知できるマーカー指示ライトをまったく、またはほとんど放たず、その機能を、検査光２４ａ、２４ｂを散りばめるグルーブや、感知できる量の信号光５８の通過を阻止するコーティングなどの特定の表面特性を含むなどの、適切な任意の方法で備えている。特定の境界８６ａ、８６ｂはいずれでも、適切な任意のマーカー検査光で適切で任意な方法で検査され、それは、導波管検査光２４，２４ａ或いは、２４ｂを含む場合もあれば含まない場合もある。
各軸方向の試験セグメント８８と各境界８６ａ、８６ｂは、それぞれ、様々な任意の適切な大きさ、形、ボリューム、構造、素材、組成、および方向性を持ち、また、それぞれの大きさ、形、円周の弧の幅、ボリューム、構造、素材、組成、および方向に関して一定の方向性を持たない。特定の軸方向の試験セグメント８８と特定の境界８６ａ、８６ｂはいずれでも、一つ以上のその他の軸方向の試験セグメント８８と境界８６ａ、８６ｂと、大きさ、形、ボリューム、建築、構造、組成、および方向性が異なっている。
カップ２１０ａの内部ボリューム２６８ａは、円周方向の導波管２２８ａの少なくとも１つの内表面２３２ａの上のそれぞれの検出コーティング２５０ａを含む。検出コーティング２５０ａはそれぞれの検出レイヤー（例えば検出レイヤー２５１ａａ、２５１ｂａ、および２５１ｃａ）を含む。特定の軸方向の試験セグメント８８の検出コーティング２５０ａはいずれでも、一つ以上のその他の試験セグメント８８の検出コーティング２５０ａと異なっている。明確さのために、検出コーティング２５０ａ、および検出レイヤー２５１ａａと２５１ｃａは、図１０に示されていないが、カップ１０の検出コーティングと、検出レイヤー２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃはそれぞれ相似である。
軸方向の試験セグメント８８を具備する利点のいくつかは、例えば、検体５２の種類の数、すなわち特定の種類の検体５２の標的識別特性の数を増大させることであり、それは本発明によって同時に検出され得る。
軸方向の試験セグメント８８を提供する他の利点は、例えば、カップ２１０ａを使って実行する測定において、冗長性を増やし統計的正確性を高めることである。例えば、特定の円周方向の導波管２２８ａの中の全ての４つの軸方向の試験セグメント８８が、カップ２１０ａの試液５５中の特定の検体５２の存在に応じて信号光５８を放つように設計されている場合、そして、使用者が、特定の検体５２が試液５５に存在すると見做される以前に、その４つの軸方向の試験セグメント８８すべてが、信号光５８を放つことを要求する場合、統計的な精度が高められる。例えば、信号光５８を発する４つの軸方向の試験セグメント８８のうちの１つの偽陽性錯誤率が２％であると仮定した場合、特定の円周方向の導波管２２８ａの中の４つの軸方向の試験セグメント８８全体の統計学的錯誤は、８ｘ１０−８となる。
さらに、特定の円周方向の導波管２２８ａの軸方向の試験セグメント８８が、１つ以上の境界８６ａ、８６ｂによって分離されている場合、検出器６０による信号光５８の高解像度のドラム型画像処理を本明細書中で述べられているように実行するなど、錯誤を無くし、精度を高めるための適切な任意の従来型の背景減算プロトコルが、全体的に採用される。
カップ３１０とカバー３１６（図１３ないし１６）
図１３ないし１６に移って、カップ３１０およびカバー３１６は、本明細書で説明されるあらゆるアッセイにおいて使用される。カップ３１０は、カバー３１６の代わりにカバー１６を持ち得る。カップ３１０とカバー３１６、カップ１０、２１０、２１０ａ、および４１０、またカバー１６は、土台、位置、量（数）、サイズ、形、デザイン、素材、組成、構造、製造、物理特性、次元、仕様、変異、操作、方法、および用途などについて、本明細書で開示されるすべてによって明らかになる相違点を除き、互いに同じか、少なくともいずれも似たものである。
それに応じて、明確さと平易さのために、カップ３１０とカバー３１６の一定の部分は、それぞれのアッセイ装置１１、カップ１０とそのカバー１６で使われている同じ参照番号と対応するように、参照番号の前に「３」が付けられている。
カップ３１０はベース３１２、ドライブシャフトホルダー３１８、および光を運ぶ側壁３１４が含まれる。カバー３１６はインレットポート１００、アウトレットポート１０２、内側のフランジ１０４、および外側のフランジ１０６が含まれ、各々はそれぞれ適切な大きさと形を持つ。オプションのインレットとアウトレットの取付具１１０、１１２は、それぞれインレットとアウトレットのポート１００、１０２に供給されるものである。内側フランジ１０４は、カップ３１０のドライブシャフトホルダー３１８を受けるよう計られた空洞１０８を決定する。
カップ３１０とカバー３１６は、例えばファスナー１１４を使うなど、適切な任意の方法で開閉可能なように、または永久に取り外せないように、一緒に組立てられている。カップ３１０とカバー３１６の間の漏れ防止シールは、例えばＯリング３１７の使用によるなど、適切な任意の方法で供給される。
図１５に見られるように、カップ３１０とカバー３１６が一緒に組立てられる場合、漏れ防止シールは、内外フランジ間で平らな平面仕上げを施す、または適切なシーリング材（明確さのために図示されていない）を使用するなど、カップ３１０のベース３１２とカバー３１６の内外フランジ１０４、１４０の底の間で適切な任意の方法で設置できる。
図１４、１５でよくわかるように、カップ３１０の側壁３１４とカバー３１６の外側フランジ１０６は、その間で環状、円周状の流れ室１２２を規定する大きさとすることができる。外側のフランジ１０６は、インレットスロット１１８と流れ室１２２のためのアウトレットスロット１２０を含む。
組み立てられたカップ３１０とカバー３１６の使用中、適切などの液体（例えば試液５５、試薬、洗浄液、または水）でも、適切な時間で、カバー１１６のインレット取付け具１１０を通してカップ３１０に入り込むことができる。その液体は次に順次カップ３１０のインレットポート１００、流れ室１２２のインレットスロット１１８を通り、そして流れ室１２２中に入り込み、そこで、インレットスロット１１８からアウトレットスロット１２０までの逆方向の流れ室１２２の各部分を通る２つの円周方向の流れに分割される。その液体は、アウトレットスロット１２０から、カバー３１６のアウトレットポート１０２とアウトレット取付け具１１２を通ってカップ３１０を出る。
例を挙げれば、内半径１．５ｃｍのカップ３１０には、流れ室１２２は半径約１ｍｍの幅があり、それにより流れはノミナルレート約７０ｃｃ／分で流れ室１２２を通って流れる。インレット取付け具１１０とインレットポート１００を通る液体の圧力の低下は、流れ室１２２を横断してインレットスロット１１８からアウトレットスロット１２０へと流れる圧力低下のおそらくわずか２〜３パーセント以下で、これは、流れ室１２２を横切る流れが適度に均一であると確信させるものである。
上述した方法で、あるいは任意の望ましい方法や量で（例えば、カップ３１０の検出コーティング３５０を準備したり、カップ３１０を使って特定の種類の検体５２用の目的のために望ましいアッセイを実施したりといった方法）、様々な液体がカップ３１０とカバー３１６を通って流れ得る。
カバー３１６は、アウトレットポート１００を１つだけ持つように図示されているが（オプションのインレット取付け具１１０を伴う）、カバー３１６は、１つ以上のアウトレットポート１００を持ち得る（いずれの場合もオプションでインレット取付け具１１０を伴うことがある）。同様に、カバー３１６は、アウトレットポート１０２を１つだけ持つように図示されているが（オプションのインレット取付け具１１２を伴う）、カバー３１６は、１つ以上のアウトレットポート１０２を持ち得る（いずれの場合もオプションでインレット取付け具１１２を伴うことがある）。
カバー３１６が１つ以上のインレットポート１００またはアウトレットポート１０２を備えている場合、その外側フランジ１０６には各インレットポート１００のためにそれぞれのインレットスロット１１８が、各アウトレットポート１０２のためにそれぞれのアウトレットスロット１２０が備えている。
カバー３１６のインレットおよびアウトレット１００、１０２（および外側フランジ１０６の対応するインレットとインレットスロット１１８、１２０）は、カバー３１６の周辺で互いに約１８０度の位置にあるよう図示されているが、それらは互いに適切ないかなる角度関係が可能で、カバー３１６の周囲で均一に間隔を取って配置されることもあればそうでないこともある。
図１６は、カップ３１０のためのエバネセントまたは暗視野照明の検査光３２４ａ、３２４ｂのいずれかを、光源３２６からの入力検査光３２４のビーム３４４から作成する代替的方法の一例を示している。エバネセントまたは暗視野照明の検査光３２４ａ、３２４ｂを作成するための方法は、本明細書で開示されたすべてに基づき、当該技量に対して通常の技術のある人物であるならば明らかである。
図１６中で見られるように、カップ３１０の側壁３１４は、導波管３２８、反射体３３０、レンズサポート３３１ｃ、およびエッジレンズ３３６を含む。導波管３２８、反射体３３０、およびレンズ３３６には、それぞれ対称の光学表面３３７、３３８および３３６ｂがある。対称表面３３７および３３８は、図１６に見られるように、一致して共通の対称の光学表面３３９を形成する。これは、図４で見られるように、一致して共通の対称の表面３９を形成したカップ１０の対称の表面３７および３８と相似である。
レンズ３３６の対称の光学表面３３６ｂと光源３２６の光軸３２６ａは、カップ３１０のＡ軸と平行でないが、そうではなく、互いに、または対称の光学表面３３７、３３８又は３３９に対して角度０か０以外の適切な角度に向けることができる。例えば、光源３２６の光軸３２６ａが、レンズ３３６の対称の光学表面３３６ｂと一致しているのが好ましく（すなわち、互いに０度で向けられる）、それは、これが通常、検査光３２４の光源３２６の平行ビーム３３４からレンズ３３６への最も効率的なエネルギー伝達を提供することになるためである。
レンズ３３６は、平行ビーム３３４に従って、明るい曲線のセグメント（レンズ３３６と反射体３３０の焦線３４６）を、対称の光学表面３３８に作成する。この場合、レンズ３３６の対称の光学表面３３６ａと光源３２６の光軸３２６ａは、対称の光学表面３３８に関して角度０以外で向けられる。焦線３４６は、対称の光学表面３３６ｂと、対称の光学表面３３８の交差点にあり、カップ１０のＡ軸から一定の半径にある。従って、焦線３４６は検査光３２４の曲線の、バーチャルな線光源として作用する。検査光３２４はその後このバーチャルな線光源３４６から延び、反射体３３０の外表面３３１ｂから反射し、導波管３２８に入る。この入射点から、検査光３２４の光線は、導波管３２８へと通過するにつれて、何度も反射する。
カップ３１０と光源３２６は、検査光３２４をエバネセントまたは暗視野照明の検査光３２４ａ、３２４ｂに、既に本明細書内の図１ないし５でカップ１０、光源２６および検査光２４、２４ａ、２４ｂに関する実施の形態として説明されたところに類似する方法など、適切な任意の方法で変換するよう設計されている。光源３２６、導波管３２８、レンズ３３６、レンズサポート３３１ｃ、および反射体３３０が、図１ないし５の実施の形態と比較して、互いにどのように設計されているかに関しては、レンズ３３６の内部の焦線３４６がまだ対称の光学表面３３７、３３８、または３３９上にあるため、実質的な差異はない。結果として、カップ１０のために本明細書で提出された設計式４〜６は、カップ３１０用に使用でき、また、エバネセントまたは暗視野照明の検査光３２４ａ、３２４ｂを、反射角θ０ｉの放射内で発生させる外表面３３１ｂを設計するために使用できる（図４参照）。レンズ３３６の対称の光学表面３３６ｂと光源３２６の光軸３２６ａは、対称の光学表面３３７、３３８、または３３９に対して角度０以外で向けられているという事実は、エバネセントまたは暗視野照明の検査光３２４ａ、３２４ｂが導波管３２８の内表面３３２に対してなす角度についてなんの影響もなさない。
光源３２６の光軸３２６ａ、またはレンズ３３６の対称の光学表面３３６ｂと、対称の光学表面３３７、３３８、または３３９、あるいはカップ３１０のＡ軸との関係の角度を０とした場合、いくつかのユニークな利点が生じることもある。例えば、そのような０度以外の角度での関係により、光源３２６の光全部がカップ３１０の半径内に置くことができるといったことが図１４ないし１６から明らかであり、これはいくつかの利点を伴い得る。また、例えば、光源３２６とレンズ３３６を光学表面への損傷や汚れの付着から物理的により良く保護することになる。さらに、光源３２６と適用するカップ３１０の組み合わせで、左右の間隔が足らない場合に、放射状の広がり全体を減らすことができる。また、カップ１０のＡ軸にある光源３２６を、波長の違いに拘らず検査光３２４の平行ビーム３４４を、同時に、連続的に、カップ３１０の反射体３３０の選択した周囲のセグメントの中に注入することができるよう、単一でコンパクトな設計にすることもできる。これにより、カップ３１０の内部ボリューム３６８は、より迅速に、また複数の波長で走査されることが可能になる。
光源３２６の光軸３２６ａまたはレンズ３３６の対称の光学表面３３６ｂと、対称の光学表面３３７、３３８または３３９、またはカップ１０のＡ軸と間の関係に角度０以外を使用することの別の利点は、レンズサポート３３１ｃの外表面３３６ｄが、カップ３１０の光学的性能を損なわずにロボットまたはヒトが掴む部分として使用できるという点にある。これは、図１６にあるように、励起光３２４で外表面３３６ｄに影響を及ぼすものはないことによる。同様なコメントは図３のカップ１０のレンズサポート３１ｃの外表面３１ｄにもあてはまる。
光源３２６の光軸３２６ａまたはレンズ３３６の対称の光学表面３３６ｂと、対称の光学表面３３７、３３８または３３９、またはカップ３１０のＡ軸と間の関係に角度０以外を使用することのさらなる利点は、光源３２６からの励起光３２４が、レンズサポート３３１ｃの内表面３３６ｅにも、反射体３３０の内表面３３１ａにも、導波管３２８に入る前に影響を与えることはないという点にある。これにより、内表面３３６ｅまたは３３１ａ上に吸着される可能性のある蛍光素材や試薬からの蛍光信号の生成が阻止され、励起光３２４の吸収は、内表面３３６ｅ、３３１ａ上に存在する光吸収デブリスにより阻止される。
光源３２６の光軸３２６ａまたはレンズ３３６の対称の光学表面３３６ｂと、対称の光学表面３３７、３３８または３３９、またはカップ３１０のＡ軸と間の関係に角度０以外を使用することのまた別の利点は、試液のデブリスが反射面３３１ｂを汚せないことから、反射体３３０の外表面３３１ｂがよりきれいに、より恒常的に維持できることである。
最後に、光源３２６の光軸３２６ａまたはレンズ３３６の対称の光学表面３３６ｂと、対称の光学表面３３７、３３８または３３９、またはカップ３１０のＡ軸と間の関係に角度０以外を使用することのまた別の利点は、光源３２６からの検査光３２４（例えば、エバネセントまたは暗視野照明による検査光３２４ａ、３２４ｂ）の導波管３２８の内表面３３２上への衝突が、便利な方法で形成され得ることである。
例えば、図１６にあるように、光源３２６のすべての検査光３２４、３２４ａ、３２４ｂは、まず、導波管３２８の内表面３３２に、軸方向への一定の距離で衝突する。このために、導波管３２８の内表面３３２に、軸方向への一定の距離で衝突する検査光３２４、３２４ａ、３２４ｂの強さは、光源３２４、反射体３３０および導波管３２８が同軸で揃っている場合の約２倍となる。さらに、検査光３２４、３２４ａ、３２４ｂは、導波管３２８の長さを軸方向に伝搬させながら、導波管３２８の外表面３２４で交互に反射される。こうした交互の反射の結果として、導波管３２８の内表面３３２上に検査光３２４、３２４ａ、３２４ｂによる一連の高度に集中した軸方向の検査域が形成される。それらの高度に集中した軸方向の検査域は、反射角θ０ｉ（反射体３３０の外表面３３１からの検査光３２４、３２４ａ、３２４ｂの反射光線が、反射体の対称の光学表面３３８とでなす角度）や、導波管３２８と検査レイヤー３５０（例えば、検査レイヤー３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ）の厚みや組成といった変数に応じ、互いに重なるか分離することがある。
カップ３１０が、強力な軸方向の検査域が重なるように設計されている場合、検査光３２４、３２４ａ、３２４ｂによる導波管３２８の検査と検出コーティング３５０の検査はほぼ一様な条件に近づく。他方、カップ３１０が、強力な軸方向の検査域が重ならないように設計されている場合、この干渉する軸方向の非検査域は、信号光５８のアウトプットは非常に低くなるはずなので、参考目的として使用されることになる。さらに、その干渉する軸方向の非検査域はいずれも暗いので、信号検出器６０のオプティクスに、検査光３２４、３２４ａ、３２４ｂにより注ぎ込まれ、表面の結果や、反射体３３０、導波管３２８および検査コーティング５０からのデブリスから散乱している、検査用のフレアライトのレベルを有利に減らすことができる。
例として、強力な軸方向の検査域や軸方向の非検査域をその導波管３２８や検出コーティング３５０に作り出す能力のあるカップ３１０は、内直径３．６ｃｍ、厚さ１．４ｍｍの導波管を持ち、ポリスチレンでできている。光源３２６は、６３５ｎｍで放射するレーザーダイオードライトエミッター３２７と、長さ１．９５ｍｍに切断され、研磨された直径１．８ｍｍのＧＲＩＮレンズ３４０（米国ニュージャージー州サマセット、日本板硝子社販売）を持ち、カップ３１０のＡ軸と共通の対称光学表面３３９に対するレンズサポート３３６の対称光学表面３３６ｂの角度方向は、２２度である。さらに、検査光３２４の平行ビーム３４４は、円周幅約０．４５ｍｍ、半径約１．３ｍｍ。環状レンズ３３６の内部焦点距離は約３．５ｍｍ。検査光３２４、３２４ａ、３２４ｂの検出コーティング３５０の曲がった内表面３７０での反射角は、カップ３１０のＡ軸に対して約４１．３度（ＮＡ＝０．９１）、最初の強力な軸方向の検査域はカップ１０のＡ軸に平行な長さで約１．８ｍｍ、カップ３１０周囲の円周方向の幅で約０．４５ｍｍである。
本明細書で説明された暗視野照明による検査法は、曲線の円筒形の壁に基づく導波管での使用（例えば、カップ１０の曲線の円筒形の壁１４の一部をなし得るカップ１０の導波管２８）に限定されているわけではなく、当然、曲線の内外表面３２、３４を持つ円の横断面のプロファイルもある。
本明細書でのすべての開示を考慮すれば、当該技量に通常の技術のある人物は、本書中で説明された、暗視野照明での検査方法が、例えば、少なくとも実質的に互いに平行な実質的に平らな内外表面を持つスラブ導波管か、または光オプティクスのように内表面のない固体のシリンダーである導波管のような、適切な任意の形または断面プロファイルを持つ導波管に対して適応できることを理解するであろう。本明細書中で説明された、暗視野照明での検査方法で使用され得るそのような導波管はいずれも、適切な任意の方法で、少なくとも一つ以上の液体または非液体の検出レイヤー（例えば、検出レイヤー５０１、５０ｂ、５０ｃ）を含む適切な任意の検出コーティング（例えば、検出コーティング５０）に適応することで、合成のセンサー導波管の一部を形成する。そのような合成のセンサー導波管による暗視野照明の検査光の光線の移送は、上で詳述した合成センサー導波管と同様であるか、少なくとも類似している。本発明の前述の形態は、厳密に例を限定せずに述べられ、図示されていることは理解されるべきである。本明細書中で使用されている通り、特許請求項を除き、「および」と「または」は、「および／または」の意味としても互いに定義される。
さらに、「少なくとも一つの」という語が請求項内で使用される場合、その語は挙げられているものの内の、任意の一つ、一つ以上、またはすべてを意味すると定義され、その語は請求の範囲に記載された発明の一部をなすものとなる。例えば、仮想の特許請求が「少なくともＡ、Ｂ、およびＣ」と列挙した場合、この請求は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢ両方、ＡとＣ両方、ＢとＣ両方、または、Ａ、Ｂ、Ｃのすべてを包含（請求項に列挙されたその他すべてに加えて）するものとして解釈される。
本明細書で開示されたすべてを考慮して、以下の特許請求の範囲内で、本発明に対する追加的な修正、改作、および変更のあることは関連する技術に通常の技量を持つ者にとって明らかである。
本発明の光学アッセイ装置の実施例を表した斜視図で、内部の特徴を示すために部分的に断面図となっている。
図１の実施例の一部を拡大した側面図で、一部は図１のライン２−２に沿った断面になっている。
図２の一部の拡大図で、部分的に断面を示している。
図１のアッセイカップ側壁の反射体の配列を描いたものである。
図２の一部の拡大断面図で、導波管と導波管の内表面上の検出レイヤーを示している。
点源により放たれた指標剤のフィルム内の拡散を描写したグラフである。
本発明の光学アッセイ装置の別の実施例の平面図である。
本発明の光学アッセイカップの別の具体例の平面図である。
図７の実施例の一部を拡大したもので、一部は図７のライン８−８に沿った断面になっている。
図８の一部の拡大断面図である。
本発明の光学アッセイカップの別の実施例の斜視図である。
カップの急速な回転により生じる検体の遠心濃縮により、各種検体が光学アッセイカップの導波管の内表面に衝突することから、各種検体の直径に対する、各種の理論的な平均衝撃拡大率を描写した図である。
各種の検体の検出器が生成する各種の正常光電流電気出力信号の出力信号を、光学アッセイカップの回転時間との対比で描いたグラフを示している。
本発明の光学アッセイカップとそのカバーの各々別の実施例の斜視図である。
図１３の実施例の分解斜視図である。
図１３の実施例の組立て断面図で、図１３のライン１５ないし１５に沿って断面になっている。
図１３の実施例の光源と側壁の一部についての、拡大側面図で、部分的に断面になっている。
図１の光学アッセイカップで使用されている信号光検出器の１種についての側面図で、部分的に断面図になっている。
図１の光学アッセイカップで使用されている配列型の信号光検出器についての側面図で、部分的に断面図になっている。
図１８は、図１の光学アッセイカップで使用されている２番目の配列型の信号光検出器についての、斜視図である。
マイクロサイズの検体個々の検出を示している。
マイクロサイズの検体個々の検出を示している。
水平・垂直表面の交差によって形成される液状フィレットを断面で示した断面図である。

Claims (56)

  1. 試液内の検体を検出するための光アッセイ装置であって、この前記光アッセイ装置は、光学アッセイカップを具備し、
    このカップは、側壁と内部ボリュームを包含し、
    前記内部ボリュームは、少なくとも部分的に前記側壁で規定され、前記試液を受け取れるように作動し、
    前記側壁は、内表面と外表面とを持つ導波管を包含し、
    前記導波管は、導波管検査光の入力を受けられるように作動し、前記内部ボリュームの少なくとも一部分は、少なくとも一部の前記導波管検査光の前記入力の少なくとも一部分を使用して、検査を受けさせるよう作動し、
    前記導波管の前記外表面の少なくとも一部は、前記検体に応じた信号光を出力するように作動する光アッセイ装置。
  2. 前記導波管検査光の入力の少なくとも一部分は、エバネセント検査光の入力を包含し、前記内部ボリュームの少なくとも一部の検査は、エバネセント検査を包含する請求項１のアッセイ装置。
  3. 前記導波管検査光の入力の前記少なくとも一部分は、暗視野照明検査光の入力を包含し、かつ、前記内部ボリュームの少なくとも一部分の前記検査は、暗視野照明検査を包含する請求項１のアッセイ装置。
  4. この前記アッセイ装置は、さらに前記カップを回転させるよう作動する回転装置を含む請求項１ないし３のいずれか１のアッセイ装置。
  5. 前記回転装置は、前記検体を少なくとも前記導波管の前記内表面の少なくとも一部分に遠心濃縮するように作動する請求項４のアッセイ装置。
  6. 前記カップは、さらに、前記導波管の前記内表面の少なくとも一部分上の一番奥の非液体検出レイヤーを包含し、この一番奥の非液体検出レイヤーは、内表面を包含し、また、前記回転装置は、前記一番奥の非液体検出レイヤーの前記内表面上の前記検体を遠心濃縮するように作動する請求項４のアッセイ装置。
  7. 前記回転装置は、前記検査中の前記カップを回転させるように作動する請求項４ないし６のいずれか１のアッセイ装置。
  8. 前記アッセイ装置は、さらに、前記導波管検査光の入力を発生するように作動する光源と、この光源と前記カップとを互いに関連付けて設置できるように作動する取付け装置を含む請求項１ないし７のいずれか１のアッセイ装置。
  9. このアッセイ装置は、さらに、前記信号光の出力の少なくとも一部分を受け取り、この受け取った前記信号光に応じて電気出力信号を発生する前記光検知器を包含する請求項１ないし８のいずれか１のアッセイ装置。
  10. 前記側壁は、さらに、反射体を含み、この反射体は、焦線を持ち、また、この反射体は、反射体の前記焦線からの反射体検査光の入力を受けて受信し、それへの反応として反射体検査光の出力を発生するように作動し、さらに、前記導波管検査光の入力は、前記反射体検査光の出力の少なくとも一部分を含む請求項１ないし９のいずれか１のアッセイ装置。
  11. このアッセイ装置は、さらに、前記反射体のための光源を含み、この光源は、前記反射体の焦線と交差するよう向けられている光軸を持つ請求項１０のアッセイ装置。
  12. 前記カップの前記内部ボリュームは、前記導波管の前記内表面の少なくとも一部分にある検体検出コーティングを包含する請求項１ないし１１のいずれか１のアッセイ装置。
  13. 前記検体検出コーティングの少なくとも一部分は、非液体検出レイヤーを包含する請求項１２のアッセイ装置。
  14. 前記検出コーティングの少なくとも一部分は、液体検出レイヤーを包含する請求項１２のアッセイ装置。
  15. 前記液体検出レイヤーの少なくとも一部分は、前記試液を包含する請求項１４のアッセイ装置。
  16. 前記検体検出コーティングの少なくとも一部分は、内表面を持つ非液体検出レイヤーを包含し、また、前記液体検出レイヤーは、前記非液体検出レイヤーの前記内表面の少なくとも一部分の上に位置する請求項１４もしくは１５のアッセイ装置。
  17. 前記カップは、さらに、前記検体検出コーティングの少なくとも一部分でセンサーを含むセンサー導波管を包含し、この前記センサー導波管は、前記導波管検査光の入力の少なくとも一部分を受け入れるように作動し、また、このセンサー導波管は、前記検体検出コーティングの少なくとも一部分を、前記導波管検査光の入力の少なくとも一部分を使って検査を受けさせるように作動し、そして、前記側壁の前記導波管の前記外表面の少なくとも一部分は、前記検体の機能の一部として前記信号光を出力するように作動する請求項１２ないし１６のいずれか１のアッセイ装置。
  18. 前記センサー導波管は、さらに、前記側壁の前記導波管の少なくとも一部分を包含する請求項１７のアッセイ装置。
  19. 前記導波管は、少なくとも２つの円周方向の導波管を包含し、各円周方向の導波管は、円周方向の弧の幅、外表面、および円周方向の試験セグメントを含む内表面を包含し、前記円周方向の導波管の前記各外表面の少なくとも一部分は、前記検体の機能の一部として前記信号光を出力するるように作動する請求項１ないし１８のいずれか１のアッセイ装置。
  20. 前記検体検出コーティングの少なくとも一部分は、前記円周方向の試験セグメントの少なくとも一部分上にある、請求項１２ないし１６のいずれか１に従属する請求項１９のアッセイ装置。
  21. 前記カップは、さらに、少なくとも２つのセンサー導波管を包含し、各センサー導波管は、前記円周方向の試験セグメントの各々の上の前記検体検出コーティングレイヤーの少なくとも一部分を包含し、各センサー導波管は、前記導波管検査光の入力の少なくとも一部を受けるように作動し、また、前記各センサー導波管は、前記円周方向の試験セグメントの各々の上の前記検体検出コーティングレイヤーの少なくとも一部分に、前記導波管検査光の入力の少なくとも一部分を使用して、検査を受けさせるように作動する請求項２０のアッセイ装置。
  22. 前記各センサー導波管は、さらに、前記円周方向の導波管の各々の少なくとも一部分を包含する請求項２１のアッセイ装置。
  23. 前記試液内の前記検体は、少なくとも２種類あり、前記円周方向の各導波管の前記外表面の少なくとも一部分は、前記検体の前記種類に応じて前記信号光をそれぞれ出力するように作動する請求項１９ないし２２のいずれか１のアッセイ装置。
  24. 前記検体は、少なくとも２つの標的識別特性を包含し、前記各円周方向の導波管の前記外表面の少なくとも一部分は、前記標的識別特性に応じて前記信号光を出力するように作動する請求項１９ないし２３のいずれか１のアッセイ装置。
  25. 前記カップは、さらに少なくとも一つの境界と、前記各円周方向の導波管の少なくとも１つの隣接する対を包含し、前記境界が、前記円周方向の導波管の前記隣接する対の間に位置する請求項１９ないし２４のいずれか１のアッセイ装置。
  26. 前記境界の少なくとも１つは、無効参考ゾーンを包含する請求項２５のアッセイ装置。
  27. 前記カップは、さらに前記側壁に接続されたベースを包含し、このベースは、少なくとも２つの容器を包含し、これら容器の各々は、少なくとも前記円周方向の試験セグメントの各々のための貯蔵液を保持できるように作動する請求項１９ないし２６のいずれか１のアッセイ装置。
  28. 前記カップは、さらに少なくとも２つの境界を包含し、これら境界の少なくとも２つは、前記境界の隣接する対の少なくとも１つの対を形成し、また、前記各容器と、これに対応する前記各円周方向の試験セグメントとは、前記境界の前記隣接する対の各々の間に位置する請求項２７のアッセイ装置。
  29. このアッセイ装置は、さらに、前記カップを回転させるように作動する回転装置を包含し、前記境界の各々の前記隣接する対は、前記カップが前記回転装置によって回転する際に、前記各容器のからの前記貯蔵液を、前記円周方向の各試験セグメントの前記対応する１つに流れるように作動する請求項２８のアッセイ装置。
  30. 前記導波管の前記内表面は、少なくとも２つの軸方向の試験セグメントを包含し、これら軸方向の試験セグメントに対応する前記導波管の前記外表面の夫々の部分は、前記検体に応じて前記信号光をそれぞれ出力するように作動する請求項１ないし２９のいずれか１のアッセイ装置。
  31. 前記導波管は、少なくとも２つの円周方向の導波管を包含し、各円周方向の導波管は、円周方向の弧の幅、外表面および少なくとも２つの試験セグメントを含む内表面を包含し、前記軸方向の試験セグメントに対応する前記円周方向の導波管の前記外表面の夫々の部分は、前記検体に応じて前記信号光をそれぞれ出力するように作動する請求項１ないし１８のいずれか１のアッセイ装置。
  32. 前記カップの前記内部ボリュームは、前記各軸方向の試験セグメントの少なくとも一部分にある検体検出コーティングを包含する請求項３０もしくは３１のアッセイ装置。
  33. 前記カップはさらに、少なくとも２つのセンサー導波管を包含し、各センサー導波管は、前記各軸方向の試験セグメントの上の前記検体検出コーティングの少なくとも一部分を包含し、前記各センサー導波管は、前記導波管検査光の入力の少なくとも一部分を受けるように作動し、また、前記各センサー導波管は、前記各軸方向の試験セグメントの上の前記検体検出コーティングの少なくとも一部分が、前記導波管検査光の入力の少なくとも一部分を使用することで検査を受けさせるよう作動する請求項３２のアッセイ装置。
  34. 前記各センサー導波管はさらに、前記円周方向の導波管の各々の少なくとも一部分を包含する請求項３３のアッセイ装置。
  35. 前記試液内には少なくとも２種類の前記検体があり、前記信号光の前記各出力は、前記検体の種類に応じて放たれる請求項３０ないし３４のいずれか１のアッセイ装置。
  36. 前記検体は、少なくとも２つの標的識別特性を包含し、前記信号光の各出力は、前記標的識別特性のうちの１つに応じて放たれる請求項３０ないし３５のいずれか１のアッセイ装置。
  37. 前記カップは、さらに、少なくとも１つの境界と、少なくとも１つの前記軸方向の試験セグメントの隣接ペアを包含し、前記境界は、前記軸方向の試験セグメントの前記隣接する対のそれぞれの間に位置する請求項３０ないし３６のいずれか１のアッセイ装置。
  38. 前記少なくとも１つの境界は、無効参考ゾーンを包含する請求項３７のアッセイ装置。
  39. このアッセイ装置はさらに、前記カップのためのカバーと、このカバーと前記カップの間の液体密封シールとを包含する請求項１ないし３８のいずれか１のアッセイ装置。
  40. 前記カバーは、カバーインレットポート、カバーアウトレットポートおよび環状フランジを包含し、この環状フランジは、フランジインレットポートおよびフランジアウトレットポートを包含し、
    組み合わさった場合、前記カバーと前記カップとは、前記環状フランジと前記カップの前記側壁との間に周辺の流れ室を規定し、さらに、組み合わさった場合、前記カバーと前記カップとは、液体が連続的に前記カバーの中に、前記カバーインレットポートを通り、前記フランジインレットポートを通り、前記周辺の流れ室を通り、前記フランジアウトレットポートを通り、前記カバーアウトレットを出て流れるように作動する請求項３９のアッセイ装置。
  41. このアッセイ装置はさらに、前記カップの少なくとも一部分に熱を伝えるるよう作動するヒーターと、このヒーターと前記カップとが互いに取り付けられるよう作動する取り付け装置とを包含する請求項１ないし４０のいずれか１のアッセイ装置。
  42. このアッセイ装置はさらに、前記カップの少なくとも一部分から熱を取り除くよう作動するクーラーと、このクーラーと前記カップとが互いに取り付けられるよう作動する取り付け装置とを包含する請求項１ないし４１のいずれか１のアッセイ装置。
  43. 試液中の検体を検出する方法であって、
    （ａ）光学アッセイカップが側壁と内部ボリュームを含み、この内部ボリュームが前記側壁によって少なくとも部分的に規定され、前記側壁が内表面と外表面を持つ導波管を包含する光学アッセイカップを含む光学アッセイ装置を準備する工程と、
    （ｂ）前記カップの内部ボリュームに前記試液を与える工程と、
    （ｃ）前記導波管に導波管検査光の入力を与える工程と、
    （ｄ）前記内部ボリュームの少なくとも一部分を、前記導波管検査光の入力の少なくとも一部分を使用して検査させる工程と、
    （ｅ）前記導波管の前記外表面から前記検体に応じて出る信号光の出力を検出する工程とを具備する、方法。
  44. この方法はさらに、前記工程（ｂ）を実行した後であって、前記工程（ｃ）、（ｄ）、および（ｅ）を実行する前に、前記カップを回転させる工程を具備する請求項４３の方法。
  45. この方法はさらに、前記工程（ｂ）を実行した後であって、前記工程（ｃ）、（ｄ）、および（ｅ）のうちの少なくとも１つを実行す間に、前記カップを回転させる工程を具備する請求項４３の方法。
  46. 前記工程（ｃ）はさらに、前記導波管検査光を、暗視野検査光に選定する工程を包含し、前記工程（ｄ）はさらに、前記検査を暗視野検査に選定する請求項４３ないし４５のいずれか１の方法。
  47. 前記工程（ａ）はさらに、前記側壁が反射体を含むように選択する工程を包含し、前記工程（ｃ）はさらに、少なくともいくらかの前記暗視野検査光を与えるように前記反射体を使用する工程を包含する請求項４６の方法。
  48. 前記工程（ｃ）はさらに、前記導波管検査光を、エバネセント検査光に選択する工程を包含し、また、前記工程（ｄ）はさらに、前記検査をエバネセント検査に選択することを包含する請求項４３ないし４５のいずれか１の方法。
  49. 前記工程（ａ）はさらに、前記側壁が反射体を含むように選択する工程を包含し、前記工程（ｃ）はさらに、前記エバネセント検査光の少なくともいくらかを前記反射体が与えるように使用する工程を包含する請求項４８の方法。
  50. この方法はさらに、
    （ｆ）適当な時に、前記導波管の前記内表面の少なくとも一部分に検体検出コーティングを与える工程とを具備する請求項４３ないし４９のいずれか１の方法。
  51. 前記工程（ｆ）はさらに、前記検体検出コーティングが液体検出レイヤーを含むように選択する工程を包含する請求項５０方法。
  52. 前記工程（ｆ）はさらに、前記液体検出レイヤーが前記試液の少なくとも一部分を含むように選択する工程を包含する請求項５１の方法。
  53. 前記工程（ｆ）はさらに、前記検体検出コーティングが非液体検出レイヤーを含むように選択する工程を包含する請求項５０の方法。
  54. 前記工程（ｆ）はさらに、前記検体検出コーティングが液体検出レイヤーと非液体検出レイヤーとを含むように選択する工程を包含する請求項５０の方法。
  55. 光学アッセイカップと、ルミネセンス検出中に前記カップを回転させるように作動する回転装置とを包含し、前記カップは、側壁と内部ボリュームを包含し、前記側壁は、外表面を包含し、前記内部ボリュームは、少なくとも部分的に前記側壁により規定され、前記側壁は、試液と検体のためのルミネセンス指標剤を受け取るよう作動し、
    前記外表面と前記側壁の少なくとも一部分とは、前記ルミネセンス検出の間、前記検体に応じてルミネセンス信号光の出力を放つよう作動する、ルミネセンス検出によって試液中の検体を検出するための光学アッセイ装置。
  56. 試液内の検体を検出するための合成センサー導波管であって、
    表面を有する導波管と、この導波管の前記表面の少なくとも一部分の上にある検体検出コーティングとを具備し、
    前記検体検出コーティングの少なくとも一部分は、この合成センサー導波管の使用中、前記試液と接触するよう作動し、
    この合成センサー導波管は、導波管検査光の入力を受け取り、前記検体に応じた信号光の出力を放つように作動し、前記導波管検査光の入力の少なくとも一部分は、暗視野検査光の入力を包含し、前記検査は、暗視野検査を包含する、合成センサー導波管。
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