JP2009538419A - 被検体の温度及び発光の組み合わされた空間的イメージングをするイメージング装置 - Google Patents

Abstract

被検体、例えば生体分子を検出するバイオアレイの温度及び発光の組み合わされた空間的イメージングをするイメージング装置が開示される。光５は、第１光経路１０及び第２光経路２０に分割され、第１光経路１０は被検体１からの赤外光ＩＲをガイドし、第２光経路２０は、被検体１からの発光、好ましくは蛍光をガイドする。イメージ増強手段３０は、第１光経路の赤外光１０ａを増強された光１０ｂ、好ましくは可視光に変換する。光検出手段１００は、被検体１の空間的イメージングをするように構成され、該光検出手段は、第１光経路１０及び第２光経路２０から交互に光を受けるように構成される。処理手段２００は、２つのイメージの間の直接の空間的対応を備える、被検体の組み合わされたイメージ２５を得るように、温度イメージ１１を発光イメージ２１と組み合わせることができる。バイオアレイでは、これは、多くのプローブ分子が位置される、アレイの組み合わされたイメージングに関連して、多くの利点を提供する。

Description

本発明は、生体分子を検出するバイオアレイのような、関連付けられた被検体の温度及び発光の組み合わされた空間的イメージングをするイメージング装置に関する。本発明は、本発明によるイメージング装置を有する生体検出システムにも関する。本発明は、更に、温度及び発光を組み合わされた空間的イメージングをする方法に関する。

核酸のような特定の生体分子を検出する方法は、多様であり、多くの他のアプローチが、現在当業者に利用可能である。特定の核酸又は核酸の基の検出は、診断目的での遺伝子同定を含めて、幅広い重要な実用的用途を有する。

通常、ポリヌクレオチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、細胞、及び抗体のような生物検体（「ターゲット」）の検出は、特にいわゆるバイオアレイで実施され得、ここで対応するプローブ分子が、テストアレイの様々なサイトに取り付けられる。ターゲットプローブの例は、ＤＮＡ／ＲＮＡオリゴヌクレオチド、抗体抗原、細胞抗体／タンパク質、ホルモン受容体‐ホルモン等である。ターゲットが、束縛されるか、又は対応するプローブ分子に対してハイブリッド化される場合、ターゲット生体分子の検出が、様々な光学的、電子的、及び微小機械的方法により実行され得る。例えば米国特許ＵＳ５８４６７０８を参照されたい。このようなバイオアレイは、生化学の領域において通常適用される。

ターゲット及びプローブ分子の間の束縛又はハイブリッド化の重要なパラメータは、バイオアレイにおける局部温度である。

第１にターゲット分子が、二重鎖の核酸である場合、２つの逆鎖を分けるいわゆる変性（denaturing）プロセスが必要とされ得る。編成は、例えばターゲット分子を含むサンプルの温度を上昇させることにより達成され得る。

第２に多くの関連する生体分子は、バイオアレイを使用して実行されるアッセイの特異性を順に制限する、ある程度不特定の結合又はハイブリッド化を示す。これは、ターゲットでない分子を区別するため、バイオアレイの局部温度を特定のターゲット分子の融解温度のすぐ下の温度に設定することにより回避又は低下され得る。

第３に、ハイブリッド化プロセス自身は、通常温度に強く依存する結合反応速度により制御される。それゆえ、ハイブリッド化の正確な解釈、特にこのような結合の量的な評価は、バイオアレイの温度を正確に制御することを必要とする。

これら及び他の理由のため、正確且つ高速な温度測定は、バイオアレイにおいて非常に重要である。しかしながら、バイオアレイにおける温度測定は、いくつかの結合事象が熱を発生させ得、順にバイオアレイの局部温度を上昇させ得るにも関わらず、結合プロセスについての十分な情報をほとんど提供しないであろう。例えば米国特許出願公開ＵＳ２００４／０１８０３６９を参照すると、赤外サーモグラフィは、ターゲット分子に取り付けられるナノ粒子の表面プラズモンと組み合わせて適用される。

バイオアレイの分子結合を検出するために共通して使用される技術は、「ラベル」としても知られる蛍光標識プローブの光学検出である。通常ラベルは、与える出力信号の物理的分散及び／又は強度に対して検出可能ないかなる薬剤でもあり得る。蛍光剤は幅広く使用されるが、代替のものは、リン光剤、エレクトロルミネッセント光剤、化学発光剤、生物発光剤等を含む。

通常、ＤＮＡシーケンス分析の応用に対して、塩基特異的な蛍光色素が、ＤＮＡポリメラーゼとともに使用される、鎖終結ジデオキシヌクレオチド又はオリゴヌクレオチドプライマに共有結合される。色素は、適切な波長の入射光により励起され、続いて蛍光の放射が、蛍光標識受容体を監視して観測される。例えば臭化エチジウムのような色素は、二本鎖のＤＮＡ又はＲＮＡに存在する場合、蛍光の著しい増加を更に示し得る。したがって、このような色素は、バイオアレイにおいてハイブリッド化を示すために使用され得る。

しかしながら、上記の蛍光方法により供給される光学的画像は、生理的に関連する温度インターバルで、例えば赤外サーモグラフィ又は他の種類の温度イメージングにより提供される温度データと蛍光画像を組み合わせることは困難であるという不利な点を有する。これは、通常、相関問題として光学イメージングにおいて知られる。通常、これは、しばしば温度画像が蛍光コンポーンネントを有さない、逆に、被検体の蛍光画像は、被検体の温度に関する情報を含まないか、若しくは非常に制限された情報しか含まないという事実により、いくつかの蛍光及び／又は温度画像に対する解像度のμｍスケールを考慮する、不正確なマッチングをもたらし得る２つのソースからの画像のマッチングによりなされる。

したがって、改善された発光及び温度イメージング装置が、有利であり、特により効率的且つ信頼できるイメージング装置が有利であろう。

したがって、本発明は、好ましくは上記個々の欠点又は何れかの組み合わせの１又はそれより多くを和らげ、緩和させ、又は排除しようとする。特に、被検体の温度及び発光イメージングの組み合わせで、従来技術の上記問題を解決するイメージング装置を提供することは、本発明の目的とみなされ得る。

この目的及びいくつかの他の目的は、関連付けられた被検体の温度及び発光イメージングを併用して得るイメージング装置を提供することにより、本発明の第１の態様で得られ、該装置は、
被検体から受ける光を第１及び第２光経路に分割する光分割手段であって、前記第１光経路が、被検体から受ける光の赤外（ＩＲ）部分をガイドするように構成され、前記第２光経路は、被検体から受ける光の発光部分をガイドするように構成される、光分割手段と、
第１光経路の光の赤外光部分を増強された光に変換することができる、イメージ増強手段と、
第１及び第２光経路から交互に光を受けるように構成される、被検体の空間的イメージングのために構成される光検出手段と、
光検出手段に動作的に接続される処理手段であって、該処理手段が、第１光経路の増強された光から被検体の空間的温度画像を取得し、該処理手段が、少なくとも部分的に前記温度イメージを、被検体の組み合わされた画像を得るように、第２光経路から得られる被検体の発光画像と組み合わせる、処理手段と、
を有する。

本発明は、特に、排他的ではないが、被検体の温度イメージ及び発光イメージが、同じ光検出手段から取得可能であるという事実により、より簡素化された装置を提供することに対して有利である。こうすることは、同様に、本発明によるイメージング装置のコストを低下させる。

更に、本発明は、温度イメージを、同じ被検体の対応する発光イメージと組み合わせるという、これまで予期しなかった可能性を促進し得る。特に、バイオアレイでは、こうすることは、多くのプローブ分子が位置されるアレイの組み合わされたイメージングに関連して、多くの利点を提供する。

このような画像の解像度がμｍ又は更に小さいオーダである場合、このようなイメージを手動、又はコンピュータを使ってさえも、組み合わせる又はマッチングすることは、非常に時間がかかる及び／又は厄介であり得る。しかしながら、本発明を用いると、これは回避される。

本発明の文脈において、用語「赤外光」は、マイクロ波領域の可視光範囲の赤の端からの電磁スペクトルの一部という広い意味で理解されるべきである。したがって、光の赤外部分は、０．６５乃至１５００μｍ、好ましくは０．７０乃至１２００μｍ、より好ましくは０．７５乃至１０００μｍ、の波長範囲と規定され得る。特に、光の赤外部分は、最大１０００、１２００、又は１５００μｍの波長を有する光として規定され得る。代替として、光の赤外部分は、最小０．６５、０．７０、又は０．７５μｍの波長を有する光として規定され得る。温度測定に対して、特に、関連する波長インターバルは、１乃至３０μｍ、２乃至２０μｍ、及び３乃至１０μｍであり得る。

好ましくは、被検体の前記組み合わされたイメージは、発光データ及び温度データのどちらのタイプのデータも例えば前記データの分析の結果として捨てられてない場合、被検体の発光データ及び温度データの両方を有し得る。

被検体から受けられた光の発光部分は、フォトルミネッセンス、エレクトロルミネッセンス、化学発光、及び生物発光からなるグループから選択され得る光を有する。特に、受けられた光のフォトルミネッセンス部分は、蛍光又はリン光であり得る。

本発明の文脈において、用語「蛍光」は、光が分子又は原子によりある波長において吸収され、続いて、問題となる分子／原子の蛍光寿命として知られる短い期間の後に長い波長で放出されるプロセスとなる、放出された光として広い意味で理解されるべきである。放出された光は、しばしば、制限される必要はないが、可視光スペクトル（ＶＩＳ）、紫外光スペクトル（ＵＶ）、及び赤外光スペクトル（ＩＲ）にあり得る。

特別なタイプの蛍光として、反ストークスシフトも言及され得る。この種の蛍光は、放出される分子の振動との結合により、吸収された波長よりも短い放出された波長（すなわち高いエネルギー）を有する。

リン光は、ミリ秒乃至数百秒のオーダの比較的長い蛍光寿命であるという点で、蛍光とは異なる。これは、ナノ秒乃至数百ナノ秒のオーダである蛍光の寿命よりも長い。この短い寿命は、ヤブロンスキーエネルギー図における直接エネルギー遷移の結果であり、選択則が分子／原子におけるこのようなエネルギー遷移を支配する。

本発明は、化学反応が直接発光となる、すなわち化学発光の実施例における用途を見出し得る。したがって、光の事前の吸収がなくなり得る。特に、化学反応は、酵素により触媒作用を及ぼされ、したがって発光は、生物発光として知られる。

有利なことに、光検出手段は、被検体から得られる温度イメージと発光イメージとの間の直接の空間的な対応を提供するように、単一の光検出の存在となり得る。したがって、光検出手段は、有利には、単一の電荷結合素子（ＣＣＤ）であり得る。他の代替は、ケイ化プラチナ及びケイ化イリジウムの赤外熱感式アレイも含み得るが、通常いずれかの種類の光伝導体、フォトダイオード、及びアバランシェフォトダイオードが使用され得る。

本発明の一実施例において、光分離手段は、変位可能（displaceable）鏡、好ましくはより多くの変位可能鏡を有し得る。鏡は、回転方向に変位可能な鏡、線形方向に変位可能な鏡、及びこれらのいずれかの組み合わせであり得る。

好ましくは、変位可能鏡は、被検体から受ける光を第１光経路にガイドする第１位置、及び被検体から受ける光を第２光経路にガイドする第２位置に変位可能であり得る。したがって、装置は、温度イメージ及び発光イメージを得るため、第１及び第２位置の間を切り替えることにより操作され得る。

他の実施例において、光分離手段は、それぞれが被検体から受ける光を赤外（ＩＲ）部分と発光部分に分割し、２つの部分を第１及び第２光経路に向け直すことができる、少なくとも１つの光コンポーネントを有し得る。コンポーネントは、例えばプリズム、格子、２色の(dichromatic)鏡等であり得る。

イメージ増強手段は、赤外（ＩＲ）光を波長ダウンコンバート、すなわち光のエネルギーを増大させることが可能であり得る。好ましくは、イメージ増強手段は、赤外（ＩＲ）光をＩＲ光よりも光学的に検出するのが容易である可視光（ＶＩＳ）に変換することが可能であり得る。

一実施例において、第１光経路は被検体における局部温度測定を可能にするように、１又はそれより多くの光バンドパスフィルタを有し得る。これは、被検体の放射を知る、推定する、又は測定し、それから前記光フィルタを通じてある波長における放射を測定する。いくつかの関連するバンドパス範囲インターバルは、１乃至１２μｍ、好ましくは１乃至１１μｍ、又はより好ましくは３乃至７μｍを含み得る。

代替の実施例において、第１光経路は、少なくとも第１及び第２光バンドパスフィルタを有し、該第１及び第２バンドパスフィルタは、異なるバンドパス範囲を含み得る。

好ましくは、温度空間イメージは、前記第１バンドパスフィルタを通過した光から得られるデータを、前記第２バンドパスフィルタを通過した光から得られるデータと組み合わせることにより得られ得る。好ましくは、第１及び第２光バンドパスフィルタは、被検体の温度イメージを得るための２つの波長のアプローチを容易にするため、重なったバンドパス領域を持たない。

好ましくは、イメージングを組み合わされる被検体は、バイオアレイであり得る。好ましくは、バイオアレイは、ポリヌクレオチド、ＤＮＡ，ＲＮＡ、細胞、及び抗体のような生体ターゲットの分析をするように構成され得る。通常、バイオアレイは、複数のスポットを有し得、プローブ分子が動かなくされる。この文脈において、スポットは、ある延在を有する領域として理解されるべきである。アレイが非平面表面を有する場合、スポットは３次元構成さえ有する。後者の場合、例えばアレイのスポット密度に言及する場合、投影される領域が規定され得る。バイオアレイは、シリコンウェハ、ガラスプレート、又は多孔質膜を有し得る。

第２の態様において、本発明は、１又はそれより多くの生体ターゲットの存在、及びオプションとして量を検出する生体検出システムに関し、該システムは、本発明の第１の態様によるイメージング装置を有する。該システムは、制限されるわけではないが、ポリヌクレオチド、ＤＮＡ,ＲＮＡ，細胞、及び抗体を含むターゲットを検出し得る。生体検出システムは、しばしば非常に複雑であり、本発明は、本発明により得られる、容易及び／又は高速なデータ分析により簡素化された生体検出システムを提供するという点で有利である。

第３の態様において、本発明は、被検体の温度及び発光空間イメージを併せて得る方法に関し、該方法は、
被検体から受ける光を第１及び第２光経路に分割するステップであって、該第１光経路が、被検体から受ける光の赤外（ＩＲ）部分をガイドするように構成され、前記第２光経路が、前記被検体から受ける光の発光部分をガイドするように構成されるステップと、
第１光経路の光の赤外光部分をイメージ増強手段により増強された光に変換するステップと、
被検体の空間イメージングをする光検出手段を提供するステップであって、該光検出手段が、第１及び第２光経路から交互に光を受けるように構成されるステップと、
光検出手段に動作可能に接続される処理手段を提供するステップであって、該処理手段が、第１光経路の増強された光から、被検体の空間的温度イメージを得るステップと、
被検体の組み合わされたイメージを得るように、少なくとも部分的に前記温度イメージを、第２光経路から得られる被検体の発光イメージと組み合わせるステップと、
を有する。

本発明の第１、第２、及び第３の態様は、各々が他のいずれかの態様と組み合わされ得る。本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して明らかにされるであろう。

本発明は、単に例として、添付の図面を参照して説明されるであろう。

図１は、本発明による関連づけられた被検体１の温度及び発光の空間イメージを併せて得るイメージング装置の概略的且つ簡素化された図である。被検体１は、図１の下部に位置され、光分離手段３により受けられる光５を放出する。分離手段３は、被検体１から受ける光５を第１光経路１０（図１の左側）及び第２光経路２０（図１の右側）に分割するように構成される。第１光経路１０は、被検体１から受ける光５の赤外（ＩＲ）部分をガイドし、第２光経路２０は、被検体１から受ける光５の発光部分をガイドする。

第１光経路１０にイメージ増強手段３０が位置される。イメージ増強手段３０は、第１光経路１０における光の赤外（ＩＲ）光部分１０ａを増強された光１０ｂに変換することができる。

赤外光を例えば専用ＣＣＤカメラにより検出され得る光に変換する波長ダウンコンバータとして役立つイメージ増強器３０がＪ．Ｆ．Ｂ.Hawkes,"Optoelectronics：An introduction，"Prentice-Hall，2nd edition，1989に記載される。あり得る構成は、赤外放射を電子に変換する光カソードと、（アノードとしても振る舞い）生成される電子を可視光放射に変換する蛍光スクリーンと、光カソードのあるスポットから放される電子が、光カソードの対応するスポットにフォーカスされることを保証する１又はそれより多くの静電フォーカス素子とを含む。最終的に、光カソードとアノード／蛍光スクリーンとの間のポテンシャルの差は、電子を蛍光スクリーンに向けて加速させるために印加される。

更に、本発明によるイメージング装置は、被検体の空間的イメージングをする光検出手段１００を有する。光検出手段１００は、より詳細には、第１光経路１０及び第２光経路２０から交互に光を受ける。したがって、両方の光が第１光経路１０及び第２光経路２０から受けられる。これは、図１に示されるように、第２光経路２０を遮断するとともに、第１光経路１０の光１０ｂが通ることを可能にする破線９９により概略的に示される。同様に、光検出手段１００は、第２光経路２０が検出手段１００に入ることを可能にされ、第１光経路１０が検出手段１００に対してブロックされるような他の構成に切り替えられ得る。これは、破線９９の隣の両矢印で図示される。

本発明によるイメージング装置は、光検出手段１００に動作可能に接続される処理手段２００を有する。処理手段２００は、第１光経路１０の増強された光１０ｂから、被検体１の空間的温度イメージ１１を得るように適合される。処理手段２００は、前記温度イメージを、第２光経路２０から得られる被検体１の発光イメージ２１と、少なくとも部分的に空間的に組み合わせるように更に適合される。組み合わされたイメージ（図１には図示されない）は、処理手段２００に接続される適切なスクリーン３００上に表示され得る。

図２は、被検体１から放出される光５、処理される光１０及び２０、並びにこれらの光の結果となるイメージ１１，２１、及び２５のフローチャートである。被検体１は、光５を放出し、これは２つの経路１０及び２０に分割される。第１経路１０は、イメージ増強手段３０（図２に示されない）により増強された光１０ｂに処理され、光検出手段及び処理手段（どちらも図２に示されない）により被検体１の空間的温度イメージ１１にさらに処理される。第２光経路２０において、被検体１から受けられる光５の発光部分は、被検体１の空間発光イメージ２１を得るように、光検出手段にガイドされる。最終的に、被検体１の空間温度イメージ１１及び被検体１の空間蛍光イメージ２１は、イメージ２５に組み合わされる。

図３は、温度イメージ１１及び発光イメージ２１が本発明の一実施例においてどのように組み合わされるのかについての図を示す。２つのイメージ１１及び２１は、両方のイメージ１１及び２１からの情報を含む新たなイメージ２５に組み合わされる。これは、イメージ分析の当業者により容易に理解されるように、多くの異なる態様で行われ得る。

図３に示される実施例において、イメージ１１、２１、及び２５は、２次元アレイのピクセルにより図示される。アレイにおいて同じように位置される各イメージ１１，２１又は２５は、被検体１の同じ空間的位置に由来するそれぞれ情報Ｐ＿１１、Ｐ＿２１、又はＰ＿２５を有する。これは、被検体１から得られるイメージ１１及び２１の間に固有の空間的対応を可能にする第１光経路１０及び第２光経路２０から交互に光を受けるので、可能である。言うまでもなく、これは、もちろん被検体１及び光検出手段１００に対する第１光経路１０及び第２光経路２０の適切な光学的位置合わせを必要とする。これにより本発明は、容易且つ直接的な態様で温度及び発光データが分析及び／又は表示されることを促進する。実際の実現では、ピクセルのアレイは、ＣＣＤのピクセルにより構成され得、したがって、ピクセルの数は、百万又は更に大きいオーダであり得る。イメージングする被検体１は、１，５，２０，５０、又は１００μｍ、又は代替としてもっと大きく１，２，３，４，５，６，７，８、又は１０ｍｍの大きさをもつバイオアレイであり得る。このようなバイオアレイにおいて区別できるハイブリッド化特性を備える異なるスポットの数は、現行のアレイにおけるｍｍ²当たり約１０乃至１０００、及びより多くであって、例えばｍｍ²当たり最大１００００又は１０００００スポットに変化し得る。アレイにおけるスポットにおいて、同一のプローブ分子が、動かなくされる。スポットにおけるプローブ分子密度は、１０乃至１０¹⁰/μｍ²、好ましくは１０³乃至１０⁸／μｍ²、又はより好ましくは１０⁵乃至１０⁷／μｍ²のインターバルにあり得る。

一実施例において、特徴的なレベルは、組み合わされたイメージ２５に設定される。例えば、局部温度が特定のハイブリッド化又は束縛事象と関連付けられる、あるレベルより上であることを示すピクセルＰ＿１１は、イメージ２５に転送される。代替として、又は付加的に、発光レベルが、特定のハイブリッド化又は結合事象に対応する、あるレベルより上であることを示すピクセルＰ＿２１のみが、イメージ２５に転送される。２つのイメージ１１及び２１の組み合わせにおける特徴的なレベルを使用することは、イメージ１１及び２１の一方又は両方の選択された部分を捨てるという結果になり得、したがって、２つのイメージの組み合わせは、部分的に本発明の文脈にあると理解され得る。同様に、イメージ１１又は２１の一部は、関連情報がイメージのこれらの部分から予測されない場合、事前に捨てられ得る。

図４は、変位可能鏡９を備えるイメージング装置の一実施例の概略図である。変位可能鏡９ａ及び９ｂは、被検体１から受ける光を第１光経路１０にガイドする、図４Ｂに示される第１位置と、被検体１から受ける光５が第２光経路２０に入ることを可能にする、図４Ａに示される第２位置とに変位可能である。

図４Ａにおいて、被検体１からの光５は、適切なレンズ２ａによりコリメートされる。同様に、第２光経路２０において、光は、被検体１の正確なイメージングを保証するレンズ２ｂの焦点を合わせることにより、フォーカスされる。よく知られる光学最適化測定、例えばフォーカス、コリメート、位置合わせ等は、イメージング装置で実施され得る。鏡６及び９、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４０、レンズ８、及びイメージ増強手段３０は、図４Ａに示されるが、変位可能鏡９が、被検体１から受ける光５に対してアクティブでない位置に変位されるので、これらはこの構成においてアクティブでない。

図４Ｂにおいて、被検体１から受ける光５が鏡９ａに作用する位置に、変位可能鏡９ａ及び９ｂの対が変位される。鏡９ａ及び９ｂは、図４Ａに示される位置から、図４Ｂに示される位置に回転可能に変位され得る。代替として、鏡９ａ及び９ｂは、線形に変位され得、場合により、線形及び回転移動の組み合わせが実行され得る。図４Ａ及び図４Ｂに示される２つの鏡の位置の間の期間は、得られるイメージの所望の解像度及び／又は正確性に依存し得る。前記期間は、通常、秒のオーダ（例えば２，４，６秒）であるが、より長い、又はより短い期間も、本発明によるイメージング装置で実施され得る。

鏡９ａから反射される光５は、赤外（ＩＲ）光１０ａの選択された部分のみが通過することを可能にする光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４０にガイドされる。フィルタ４０のバンドパス範囲は、１乃至１２μｍであり得、好ましくは１乃至１１μｍ、又はより好ましくは３乃至７μｍであり得る。一実施例において、２つの波長インターバルよりも低く更に説明されることは、温度を決定するために利用される。フィルタ４０は、可変バンドパス範囲を有し得るか、代替として、２又はそれより多くのフィルタが、第１光経路１０に交互に位置され得る。光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）は、従来技術でよく知られ、フィルタ（例えばカラー又は干渉）、単色光分光器、干渉計（例えばファブリぺローエタロン）を含み得る。

フィルタ４０を通過した後、赤外光１０ａは、鏡７ａ及びレンズ８ａを介して、イメージ増強手段３０にガイドされる。イメージ増強手段３０は、赤外（ＩＲ）光１０ａを波長ダウンコンバートすることができる。好ましくは、イメージ増強手段３０は、赤外（ＩＲ）光を可視光１０ｂに変換することができる。イメージ増強手段３０から出て、光１０ｂは、レンズ８ｂによりコリメートされる。鏡７ｂ及び９ｂを介して、レンズ２ｂを通して、光１０ｂは、光検出手段１００に向けられる。

図５は、２つの光コンポーネント１１ａ及び１１ｂ、すなわち第１光経路１０及び第２光経路２０を分割する二色鏡を備えるイメージング装置の他の実施例の概略図である。図５の光学構成は、図４の構成と類似するが、変位可能鏡を有する代わりに、光コンポーネント１１が、光コンポーネント自身の著しい機械的平行移動の必要なく、第１光経路及び第２光経路２０に分割する。この機能は、制限されないが、二色鏡、格子、プリズム、ホログラム等を含む幅広い光コンポーネントにより供給され得る。シャッタ５０は、光検出手段１００が第１光経路１０及び第２光経路２０からの光を交互に照射されることを保証するため、図５の実施例において供給される。したがって、第１光経路１０におけるシャッタ５０は、第２光経路２０におけるシャッタ５０が閉ざされると開けられ、逆もまた同様である。

図６は、バイオアレイから得られる蛍光イメージ２０の一例である。異なるスポットは、アレイにおいて選択された蛍光の場所の同定が可能であるように明確に見ることができ、放出された蛍光のレベルの相対的な違いも、このイメージにおいて明らかである。スポットは、直径約２００μｍである。蛍光剤又はラベルは、例えば生体分子の放射性標識と比較して、これらの信頼できる機能及び安全実験室条件により、バイオアレイにおけるハイブリッド化検出の幅広い使用を得ている。大きな生体分子は、臭化エチジウムのような蛍光化学剤で変形され得る。それゆえ、この「タグ」の蛍光は、所望の分子の非常に高感度な検出を提供する。適切なランプが、例えばＵＶにおいて励起源として機能する。

通常、バイオアレイにおいて、単に領域当たりの束縛事象の数は、例えば血液サンプルのサンプル溶液におけるターゲットとされる分子の濃度の測定である。束縛／ハイブリッド化動力学に対して、温度は非常に重要なパラメータである。正確な温度制御は、束縛事象の選択性を向上させ得、それゆえ、サンプルのターゲット分子濃度の予測の正確性を向上させ得る。したがって、正確且つ局部的な温度測定は、テストサンプルのターゲットとされる分子の数の適切な解釈のための非常に重要なパラメータである。

バイオアレイにおける束縛サイトの局部温度は、赤外カメラのバイオアレイの領域をイメージングすることにより測定され得る。標準的なＩＲカメラは、ある波長範囲にわたって積分される放射線強度を測定する。バイオアレイの領域においてこの目的のためのＩＲサーモグラフィの使用は、米国特許出願公開ＵＳ２００４／０１８０３６９で見つけられ得る。

このアプローチは、１つのイメージにおける非常に正確な相対的な温度測定（通常０．０５℃）を提供するが、絶対的な温度の正確さを欠き得る（通常、±２℃又は値の±２％）。この絶対値の誤りは、光学イメージングシステムに生じる損失及び被検体の放射率により主として決定される。

Ｉ_eff（λ₁，λ₂）＝αＩ（λ₁，λ₂）が、λ₁とλ₂との間の波の範囲において、検出手段１００により検出される全放射とする。αは、被検体１の放射率及びイメージングシステムの損失を組み込む係数である。αは、波長に依存しないと仮定され得る。これは、一般的な近似であり、例えばこの近似が利用される欧州特許０３８７６８２を参照されたい。

したがって、２つの波長領域又はインターバルからの放射エネルギーを検出することは有利になり得る。技術的に、これは、２つの異なるバンドパスフィルタ４０を測定することによりなされる。
Ｉ_eff１（λ₁，λ₂）＝αＩ₁（λ₁，λ₂）
Ｉ_eff２（λ_２，λ_３）＝αＩ₂（λ_２，λ_３）

これら２つのイメージから、放射カーブの勾配、すなわちイメージ１１の各点の差分強度が計算され得る。

明らかなことだが、この表現は、被検体１の放射率及び光学システムの損失に依存しない。これは、この方法が異なる放射率及びシステムの損失を有する異なるタイプの材料に対して較正を必要としないので、利点を与える。

図７は、差分強度Ｉ_dffの絶対温度（ケルビン温度）依存性を示す。λ₁、λ₂、及びλ₃に対してそれぞれ３μｍ、５μｍ、及び７μｍの波長が、温度に対して実質的に線形の応答を得ることがわかる。これは、温度応答が実質的に線形である図７から明らかである。これは、システムの較正が２つの測定のみにより行われ得るので、いくつかの従来の方法よりも有利である。代替として、λ₁,λ₂及びλ₃は、それぞれ２μｍ、４μｍ、及び６μｍ、又はそれぞれ４μｍ、６μｍ、及び８μｍと設定され得る。両方のオプションは、近い又は実質的に線形の応答を得る。２つの波長インターバルの幅は、本発明によるイメージング装置に依存して、０．５μｍ、１μｍ、及び１．５μｍに設定され得る。

この差分方法の温度感度は、従来のものよりも３倍低い。その結果、０．１度の温度変化に対して、０．２＊１０^-3の差分信号が達成される。しかしながら、これは、通常のＩＲイメージカメラのノイズレベルよりも依然として高く、容易に検出され得る。また、測定された信号の絶対値が約５倍低く、積分時間がより長くなるべきであることを意味する。これは、温度測定が、大抵のバイオアレイ用途において低周波数で実行され得るので、問題ではない。

図８は、本発明による方法のフローチャートである。被検体1の温度及び発光の空間的イメージ２５を併せて得る方法は、
Ｓ１：被検体１から受ける光５を第１及び第２光経路に分割するステップであって、該第１光経路１０が被検体から受ける光の赤外（ＩＲ）部分をガイドするように構成され、前記第２光経路２０が、被検体１から受ける光５の発光部分をガイドするように構成されるステップと、
Ｓ２：イメージ増強手段３０により、第１光経路の光の赤外光部分１０ａを増強された光１０ｂに変換するステップと、
Ｓ３：被検体１を空間的にイメージングするように構成されるとともに、第１光経路１０及び第２光経路２０から交互に光を受けるように構成される光検出手段１００を供給するステップと、
Ｓ４：光検出手段１００に動作可能に接続されるとともに、第１光経路１０の増強された光１０ｂから、被検体の空間的温度イメージ１１を得るように適合される処理手段２００を供給するステップと、
Ｓ５：被検体の組み合わされたイメージ２５を得るように、第２光経路２０から得られた被検体１の発光イメージ２１と前記温度イメージ１１を少なくとも部分的に組み合わせるステップと
を有する。

本発明は、特定の実施例と関連して記載されているが、ここに説明される特定の形態に制限されることを意図されない。更に、本発明の範囲は、請求項のみによって制限される。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップの存在を排除しない。更に、個々の特徴が異なる請求項に含まれ得るが、これらは、有利に組み合わされ得、異なる請求項に含めることは、特徴の組み合わせが実行可能でない、及び／又は有利でないことを暗示しない。更に、単数形の表記は、複数形を排除しない。したがって、単数形、「第１」「第２」等の表記は、複数形を排除しない。更に、請求項における参照符号は、範囲を制限するとして解釈されるべきではない。

図１は、本発明によるイメージング装置の概略図である。 図２は、光、処理される光、及び結果となる該光のイメージのフローチャートである。 図３は、温度イメージがどのように発光イメージと組み合わされるかの図を示す。 図４Ａは、変位可能鏡を備える一実施例の概略図である。 図４Ｂは、変位可能鏡を備える一実施例の概略図である。 図５は、第１及び第２光経路を分割する光コンポーネントを備える一実施例の概略図である。 図６は、バイオアレイから得られる蛍光イメージの一例である。 図７は、差分の強度と絶対温度のプロットである。 図８は、本発明による方法のフローチャートである。

Claims (18)

1. 関連付けられた被検体の温度及び発光の組み合わされた空間的イメージを得るイメージング装置であって、
   前記被検体から受ける光を第１及び第２光経路に分割する光分割手段であって、該第１光経路が、前記被検体から受ける光の赤外部分をガイドし、前記第２光経路が、前記被検体から受ける光の発光部分をガイドする、光分割手段と、
   前記第１光経路の前記光の赤外光部分を増強された光に変換することができるイメージ増強手段と、
   前記被検体の空間的イメージングをする光検出手段であって、前記第１光経路及び前記第２光経路からの光を交互に受ける、光検出手段と、
   前記光検出手段に動作可能に接続される処理手段であって、前記第１光経路の前記増強された光から、前記被検体の空間的温度イメージを得るように適応され、前記被検体の組み合わされたイメージを得るように、少なくとも部分的に前記温度イメージを、前記第２光経路から得られる前記被検体の発光イメージと空間的に組み合わせるように適応される、処理手段と
   を有する装置。
2. 前記被検体の前記組み合わされたイメージは、前記被検体についての発光データ及び温度データを有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記被検体から受ける光の前記発光部分は、光ルミネッセンス、電界発光、化学発光、及び生物発光からなるグループから選択される、請求項１に記載の装置。
4. 前記被検体から受ける光の前記発光部分が、蛍光及びリン光からなるグループから選択される光を有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の装置。
5. 前記光検出手段が、前記被検体から得られる前記温度イメージと前記発光イメージとの間の直接の空間的対応を提供する単一光子検出器である、請求項１に記載の装置。
6. 前記光検出手段が、電荷結合素子を有する、請求項１又は５に記載の装置。
7. 前記光分割手段が、少なくとも１つの変位可能鏡を有する、請求項１に記載の装置。
8. 少なくとも１つの変位可能鏡が、前記被検体から受ける前記光を前記第１光経路にガイドする第１位置と、前記被検体から受ける前記光を前記第２光経路にガイドする第２位置とに変位可能である、請求項７に記載の装置。
9. 前記光分割手段が、前記被検体から受ける光を赤外部分及び発光部分に分割するとともに、該２つの部分をそれぞれ前記第１光経路及び前記第２光経路に再度向けることができる少なくとも１つの光コンポーネントを有する、請求項１に記載の装置。
10. 前記イメージ増強手段が、前記赤外光を波長ダウンコンバートすることができる、請求項１に記載の装置。
11. 前記イメージ増強手段が、前記赤外光を可視光に変換することができる、請求項１に記載の装置。
12. 前記第１光経路が、１又はそれより多くの光バンドパスフィルタを有する、請求項１に記載の装置。
13. 前記第１光経路が、少なくとも第１及び第２光バンドパスフィルタを有し、前記第１及び第２バンドパスフィルタが、異なるバンドパス範囲であって、好ましくは重ならないバンドパス範囲を有する、請求項１に記載の装置。
14. 前記温度の空間的イメージは、前記第１光バンドパスフィルタを通過した光から得られるデータを、前記第２光バンドパスフィルタを通過した光から得られるデータと組み合わせることにより得られる、請求項１３に記載の装置。
15. イメージングする前記被検体がバイオアレイである、請求項１に記載の装置。
16. 前記バイオアレイが複数のスポットを有し、ここでプローブ分子が動かなくされる、請求項１５に記載の装置。
17. １又はそれより多くの生体ターゲットの存在、及びオプションとして量を検出する生体検出システムであって、請求項１乃至１６の何れか一項に記載のイメージング装置を有する生体検出システム。
18. 被検体の温度及び発光の組み合わされた空間的イメージを得る方法であって、
    前記被検体から受ける光を、前記被検体から受ける光の赤外部分をガイドする第１光経路と、前記被検体から受ける光の発光部分をガイドする第２光経路とに分割するステップと、
    前記第１光経路の前記光の赤外光部分を、イメージ増強手段により増強された光に変換するステップと、
    前記被検体の空間的イメージングをするように構成され、前記第１光経路と第２光経路とから光を交互に受けるように更に構成される光検出手段を提供するステップと、
    前記光検出手段に動作可能に接続され、前記第１光経路の前記増強された光から前記被検体の空間的温度イメージを得るように適用される、処理手段を提供するステップと
    前記被検体の組み合わされたイメージを得るように、前記第２光経路から得られる前記被検体の発光イメージと、前記温度イメージを少なくとも部分的に組み合わせるステップと、
    を有する方法。

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