JP2010532868A - 試験サンプル中の標的分子の蛍光検出の向上のためのシステムおよび方法 - Google Patents

試験サンプル中の標的分子の蛍光検出の向上のためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

試験サンプル中の標的分子の蛍光検出の向上のためのシステムおよび方法が、照射装置による使用を目的とする。第１の蛍光体が、ＥＭＦの放射の吸収および第１のシグナルの発光のために提供される。第２の蛍光体が、第１のシグナルの部分的吸収、および第１のシグナルから識別可能な第２のシグナルの発光のために提供される。蛍光体は試験サンプルと組み合わせて、標的分子に、および互いに固定される。第１の蛍光体が照射装置からＥＭＦの放射を受けた後、標的分子が試験サンプル中に存在する場合、第１のシグナルが第２のスペクトルシグナルと共に検出される。

Description

本発明は、一般的に蛍光検出の分野に関し、より詳細には試験サンプル中の標的分子の蛍光検出の向上のためのシステムおよび方法に関する。
生体分子の分析は、典型的には実験の成功または失敗を決定する読み出しシグナルを必要とする場合があった。例えば典型的には、先行技術の生体分子のサンドイッチ分析では、検出される被検体または標的分子を生体認識分子（ＢＲＭ）とマーカー分子との間に結合させることができた。これまでは、いくつかの場合には蛍光シグナルでありうる読み出しシグナルの検出により陽性の結果（したがって標的分子の存在の検出）を決定することができた。従来、マーカー分子に結合した蛍光体の励起により蛍光シグナルを生産して、蛍光体が可視スペクトル（すなわち蛍光シグナルとして）で光子を発光するようにすることができていた。
ＢＲＭが基質（例えばマイクロビーズ）の表面上に固定化した一本鎖ＤＮＡである、例示的な先行技術の生体分子のサンドイッチ分析は、ゲノム分析を含むことができた。同様に、マーカー分子は、１つまたは複数の蛍光体に結合される一本鎖マーカーＤＮＡを含むことができた。操作において、かかる先行技術のゲノム分析は、ＢＲＭと標的分子（存在する場合）との間の第１のハイブリダイゼーション反応を含むことができた。（標的分子は実験において対象となる一本鎖標的ＤＮＡを含みうる。）その後に、かかる先行技術のゲノム分析は、マーカー分子と標的分子（存在する場合）との間の第２のハイブリダイゼーション反応を含むことができた。
従来はＢＲＭが基質上に固定化された第１の抗体分子であった他の例示的な先行技術の生体分子のサンドイッチ分析は免疫分析を含むことができた。同様に、マーカー分子は、従来は１つまたは複数の蛍光体に結合される第２の抗体分子（または「マーカー抗体」）であってもよかった。操作において、かかる先行技術の免疫分析は、ＢＲＭと標的分子（存在する場合）との間の第１の反応を含むことができた。（標的分子は、実験において対象となる標的抗原分子または被検体を含むことができた。）その後に、かかる先行技術の免疫分析は、マーカー抗体と標的抗原分子（存在する場合）との間の第２の反応を含むことができた。
これまで、分子蛍光体は生体分子の分析における結合事象の検出のために有用なおよび／または感度の高い方法を提供することができると一般的に考えられていた。従来はかかる分子蛍光体を使用して、結合した時に蛍光性の読み出しシグナルを提供することができた。例えば適切な分子蛍光体は、フルオレセイン色素、ローダミン色素、またはアレクサフルオル（ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ）（登録商標）シリーズの色素（ユージーン、オレゴンのモレキュラー・プローブ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ）社によって製造されたものなど）を含むことができると一般的に考えることができた。最近になって、量子ドット（ＱＤ）は、蛍光体としての使用の可能性を検討されてきた。
従来は分析感度、および蛍光性の読み出しシグナルの検出能力は、選択されたマーカー蛍光体からの発光を観測する能力に依存すると一般的に考えられてきた。従って、多くの分析感度の研究が、現在までに、選択されたマーカー蛍光体からの発光の観測能力の増加を主として目指してきた。したがって、関連する開発は、高感度の光電子増倍管、より効率的な光子収集光学、および／または、マイクロ流体システムの使用を従来は含むことができた。１つまたは複数のこれら開発は、マイクロアレイまたはマイクロビーズの生体分子分析において恐らく小領域から発光されうるので、非常に低い光子束のための検出感度を最大化しようとしてきた。
本発明の実施に必要ではないが、蛍光性の読み出しシグナルの検出における感度、および実際は全体としての分析感度は、選択されたマーカー蛍光体を励起する能力にもまた依存しうると現在考えることができる。したがって、分析検出感度は、選択されたマーカー蛍光体を励起する能力の改善によってまだ改善することができる。したがって、特異的蛍光体の局所的励起のために改善された方法およびシステムを提供することは望ましい。
本発明の実施に必要ではないかもしれないが、可視スペクトルで１つまたは複数の検出可能な光子を発光できる前に、蛍光分子またはＱＤは電子的「励起状態」入ると考えることができる。本発明の実施に必要ではないが、集団中の高パーセンテージの励起分子は、高絶対数の発光されている光子（検出可能）を導きうるとも考えられている。本発明の実施に必要でないが、電子的に励起した蛍光体分子の総数の増加は、分子のその集団に対する分析の検出感度を直接増加させうると考えることができる。
熱エネルギー（熱）、電気刺激、および／または光吸収の使用を含む様々な技術は、分子励起を産生するために従来は使用されてきた。蛍光シグナルの発光が所望の効果である場合、光吸収の使用は分子蛍光体を励起する特に効率的な方法でありうる。
以前は、レーザーを使用して蛍光体を励起することができた。レーザーは比較的強い光源であり、したがって分子色素の励起に効率的でありうる。しかしながら、レーザーは可視光線の非常に狭い帯域幅で発光し、特異的単一偏光を有する。それゆえ、レーザーは所望されるほど、分子蛍光体のランダム配向の励起で効率的ではないかもしれない。
現在、生体分子サンドイッチ分析において、それは、検査の陽性のシナリオで、蛍光読み出しシグナルを発光するマイクロビーズおよびマーカー分子の両方について有利でありうる。かかる検討された状況において、入射光の複数の波長は、マイクロビーズ蛍光体およびマーカー蛍光体の両方を適切に励起するために従来は必要とされてきた。
したがって、結合蛍光体を励起する能力の改善を提供する必要、および／または励起された結合蛍光体の数の増加を提供する必要がある。
様々な配向で結合された、蛍光体を励起する能力の改善の提供、および／または励起された蛍光体の数の増加の提供の必要もまたある。
制御可能な局所的な励起によって蛍光体からの発光の促進を提供する必要もまたある。
標的分子の蛍光検出を向上させるシステムおよび／または方法を提供することが、本発明による好ましい実施形態の目的である。
マイクロビーズ分析において標的分子の蛍光検出を向上させるシステムおよび／または方法を提供することが、本発明による１つの好ましい実施形態の目的である。
他のものから（好ましくはＢＲＭ蛍光体から）発光された蛍光シグナルを介して、ＢＲＭまたはマーカーの蛍光体（好ましくはマーカー蛍光体）を励起するシステムおよび／または方法を提供することが、本発明による好ましい実施形態の目的である。
１つまたは複数のＱＤの発光プロファイルおよび／または強度を有利に調整して、分析において１つまたは複数の他の固定化蛍光体の局所的な励起を提供および／または制御する、システムおよび／または方法を提供することもまた、本発明による１つの好ましい実施形態の目的である。
本発明は、先行技術に関連した１つまたは複数の前述の短所を回避もしくは緩和すること、および／または本発明の前述の目的の１つ以上を達成することを目的とする。
本発明によれば、試験サンプル中の標的分子の蛍光検出を向上させる方法が開示される。本方法は照射装置による使用を目的とする。方法は、（ａ）電磁周波数（ＥＭＦ）放射の吸収に、およびＥＭＦ放射の吸収に後続する第１の蛍光シグナルの発光に効果的に適合する１つまたは複数の第１の蛍光体を提供する段階を含む。方法は、（ｂ）第１の蛍光シグナルの第１の入射部分の吸収に、および第１の入射部分の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光に効果的に適合する１つまたは複数の第２の蛍光体を提供する段階もまた含む。第２の蛍光シグナルは第１の蛍光シグナルから識別可能である。第１の蛍光体および第２の蛍光体は、試験サンプルとの効果的な組合せに、および第２の蛍光体に対して第１の蛍光体を固定するような標的分子（試験サンプル中に存在する場合）に対する固定に適合する。照射装置を介するＥＭＦ放射による少なくとも第１の蛍光体の効果的な照射に後続して、第１の蛍光体は第１の蛍光シグナルを発光する。標的分子が試験サンプル中に存在する場合、第２の蛍光体は第１の蛍光シグナルの第１の入射部分を吸収し、第２の蛍光シグナルを発光する。したがって、標的分子が試験サンプル中に存在する場合、第１のスペクトルシグナルは第２のスペクトルシグナルと共に効果的に検出可能である。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、段階（ａ）において、第１の蛍光体は、第１の蛍光体の発光プロファイル（好ましくは第１の蛍光シグナルに対応する）によって好ましくは特徴づけることができるが、必ずしもその必要はない。好ましくは段階（ｂ）において、第２の蛍光体は、好ましくは第１の蛍光体の発光プロファイルと実質的に重複する第２の蛍光体の吸収プロファイルによって好ましくは特徴づけることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ａ）において、第１の蛍光体の発光プロファイルは、約５８０ナノメーター（ｎｍ）の波長のピーク強度によって好ましくは特徴づけることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ａ）において、第１の蛍光体は、好ましくはＥＭＦ放射に実質的に対応する第１の蛍光体の吸収プロファイルによって好ましくは特徴づけることができるが、必ずしもその必要はない。好ましくは段階（ｂ）において、第２の蛍光体は、好ましくは第１の蛍光体の吸収プロファイルから実質的に離すことができる第２の蛍光シグナルに好ましくは対応する第２の蛍光体の発光プロファイルによって好ましくは特徴づけることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ａ）において、好ましくは第１の蛍光体はマイクロビーズによって結合されうるが、必ずしもその必要はない。好ましくは、方法は、好ましくは標的分子（試験サンプル中に存在する場合）に対して第１の蛍光体を固定するような、マイクロビーズおよび／または標的分子との効果的な結合に好ましくは適合する生体認識分子（ＢＲＭ）を提供する段階（ｃ）もまた、好ましくは段階（ａ）の後に含むことができる。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ｃ）において、好ましくはＢＲＭは１つまたは複数の抗体分子を含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法は、好ましくは標的分子としての１つまたは複数の一本鎖標的ＤＮＡ分子の検出を目的とすることができるが、必ずしもその必要はない。好ましくは段階（ｃ）において、ＢＲＭは、好ましくは標的ＤＮＡ分子に相補的なおよび／または効果的なハイブリダイズに適合する１つまたは複数の一本鎖生体認識ＤＮＡ分子を含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ａ）において、好ましくは第１の蛍光体は１つまたは複数の量子ドットタイプの量子ドットを含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ａ）において、好ましくは第１のスペクトルシグナルの強度はマイクロビーズの各々によって結合される量子ドットの数に依存することができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ａ）において、好ましくは第１のスペクトルシグナルの色はマイクロビーズの各々によって結合される量子ドットタイプのサイズに依存することができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ｂ）において、好ましくは第２の蛍光体は標的分子との実質的に効果的な直接的結合に適合することができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法は、好ましくは標的分子（試験サンプル中に存在する場合）に対して第２の蛍光体を固定するような、第２の蛍光体および／または標的分子との効果的な結合に好ましくは適合するマーカー分子を提供する段階（ｄ）もまた、好ましくは段階（ｂ）の後に含むことができる。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ｄ）において、好ましくはマーカー分子は１つまたは複数の抗原分子を含むことができる、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法は、好ましくは標的分子としての１つまたは複数の一本鎖標的ＤＮＡ分子の検出を目的とすることができるが、必ずしもその必要はない。好ましくは段階（ｄ）において、マーカー分子は、好ましくは標的ＤＮＡ分子に相補的なおよび／または効果的なハイブリダイズに適合する１つまたは複数の一本鎖マーカーＤＮＡ分子を含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法は、好ましくは照射装置としてのレーザーによる使用を目的とすることができるが、必ずしもその必要はない。好ましくは段階（ａ）において、ＥＭＦ放射は、好ましくは約４８８ナノメーター（ｎｍ）の波長を有することができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは試験サンプルとの第１の蛍光体および／または第２の蛍光体の効果的な組合せに後続して、標的分子（試験サンプル中に存在する場合）は、好ましくは第１の蛍光体の既定の最大距離内に第２の蛍光体を固定できる。第１のスペクトルシグナルの放射束は、好ましくは既定の最大距離にわたり実質的に減衰しないかもしれないが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ａ）において提供されるように、既定の最大距離は、好ましくは第１の蛍光体に依存することができるが、必ずしもその必要はない。既定の最大距離は、好ましくは約１０マイクロメートル（μｍ）未満であってもよいが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ｂ）において、第２の蛍光体は、好ましくはＥＭＦ放射の吸収に、および／またはＥＭＦ放射の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光にもまた効果的に適合することができるが、必然的ではない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法は、好ましくは試験サンプルおよび／または第２の蛍光体と第１の蛍光体を効果的に組み合わせる段階（ｅ）もまた、好ましくは段階（ｂ）の後に含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の代替の態様によれば、方法は、好ましくはＢＲＭ、試験サンプル、および／または第２の蛍光体とマイクロビーズを効果的に組み合わせる代替の段階（ｅ）を好ましくは段階（ｃ）の後に含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の他の代替の態様によれば、方法は、好ましくは試験サンプル、マーカー分子、および／または、第２の蛍光体と第１の蛍光体を効果的に組み合わせる他の代替の段階（ｅ）を好ましくは段階（ｄ）の後に含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法は、好ましくは照射装置を介して、好ましくはＥＭＦ放射により少なくとも第１の蛍光体を効果的に照射する段階（ｆ）もまた、好ましくは段階（ｅ）の後に含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは段階（ｂ）において、第２の蛍光体は、好ましくはＥＭＦ放射の吸収に、および／またはＥＭＦ放射の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光にもまた効果的に適合することができるが、必然的ではない。本発明のこの態様に従って、方法は、好ましくは照射装置を介して、好ましくはＥＭＦ放射により第１の蛍光体および／または第２の蛍光体を効果的に照射する代替の段階（ｆ）もまた、好ましくは段階（ｅ）の後に含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法は、標的分子が試験サンプル中に存在する場合、好ましくは第２のスペクトルシグナルと共に、好ましくは第１のスペクトルシグナルを効果的に検出する段階（ｇ）もまた、好ましくは段階（ｆ）の後に含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明によれば、試験サンプル中の標的分子の蛍光検出の向上のためのシステムもまた開示される。システムは照射装置による使用を目的とする。システムは、電磁周波数（ＥＭＦ）放射の吸収に、およびＥＭＦ放射の吸収に後続する第１の蛍光シグナルの発光に効果的に適合する１つまたは複数の第１の蛍光体を含む。システムは、第１の蛍光シグナルの第１の入射部分の吸収に、および第１の入射部分の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光に効果的に適合する１つまたは複数の第２の蛍光体もまた含む。第２の蛍光シグナルは第１の蛍光シグナルから識別可能である。第１の蛍光体および第２の蛍光体は、試験サンプルとの効果的な組合せに、および第２の蛍光体に対して第１の蛍光体を固定するような標的分子（試験サンプル中に存在する場合）に対する固定に適合する。照射装置を介するＥＭＦ放射による少なくとも第１の蛍光体の効果的な照射に後続して、第１の蛍光体は第１の蛍光シグナルを発光し、標的分子が試験サンプル中に存在する場合、第２の蛍光体は第１の蛍光シグナルの第１の入射部分を吸収し、第２の蛍光シグナルを発光する。したがって、標的分子が試験サンプル中に存在する場合、第１のスペクトルシグナルは第２のスペクトルシグナルと共に効果的に検出可能である。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第１の蛍光体は、好ましくは第１の蛍光シグナルに対応する第１の蛍光体の発光プロファイルによって好ましくは特徴づけることができるが、必ずしもその必要はない。第２の蛍光体は、好ましくは第１の蛍光体の発光プロファイルと実質的に重複しうる第２の蛍光体の吸収プロファイルによって好ましくは特徴づけることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第１の蛍光体の発光プロファイルは、約５８０ナノメーター（ｎｍ）の波長のピーク強度によって好ましくは特徴づけることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第１の蛍光体は、好ましくはＥＭＦ放射に実質的に対応する第１の蛍光体の吸収プロファイルによって好ましくは特徴づけることができるが、必ずしもその必要はない。第２の蛍光体は、第２の蛍光シグナル（好ましくは第１の蛍光体の吸収プロファイルから実質的に離すことができる）に好ましくは対応する第２の蛍光体の発光プロファイルによって好ましくは特徴づけることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第１の蛍光体は、好ましくはマイクロビーズによって結合できるが、必ずしもその必要はない。システムは、好ましくは標的分子（試験サンプル中に存在する場合）に対して第１の蛍光体を固定するような、マイクロビーズおよび／または標的分子との効果的な結合に好ましくは適合する生体認識分子（ＢＲＭ）もまた含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、ＢＲＭは、好ましくは１つまたは複数の抗体分子を含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、システムは、好ましくは標的分子としての１つまたは複数の一本鎖標的ＤＮＡ分子の検出を目的とすることができるが、必ずしもその必要はない。ＢＲＭは、好ましくは標的ＤＮＡ分子に相補的なおよび／または効果的なハイブリダイズに適合する１つまたは複数の一本鎖生体認識ＤＮＡ分子を含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第１の蛍光体は、好ましくは１つまたは複数の量子ドットタイプの量子ドットを含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第１のスペクトルシグナルの強度は、好ましくはマイクロビーズの各々によって結合される量子ドットの数に依存することができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第１のスペクトルシグナルの色は、好ましくはマイクロビーズの各々によって結合される量子ドットタイプのサイズに依存することができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第２の蛍光体は、好ましくは標的分子と実質的に効果的な直接的結合に適合することができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、システムは、好ましくは標的分子（試験サンプル中に存在する場合）に対して第２の蛍光体を固定するような、第２の蛍光体および／または標的分子との効果的な結合に好ましくは適合するマーカー分子もまた含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、マーカー分子は、好ましくは１つまたは複数の抗原分子を含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、システムは、好ましくは標的分子としての１つまたは複数の一本鎖標的ＤＮＡ分子の検出を目的とすることができるが、必ずしもその必要はない。マーカー分子は、好ましくは標的ＤＮＡ分子に相補的なおよび／または効果的なハイブリダイズに適合する１つまたは複数の一本鎖マーカーＤＮＡ分子を含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第２の蛍光体は、好ましくはマーカーＤＮＡ分子の遠位端部部分に実質的に隣接する効果的な固定に適合することができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第２の蛍光体は、好ましくは１つまたは複数の蛍光色素を含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様に従って、蛍光色素は、好ましくはシアニン−５（Ｃｙ５）分子色素を含むことができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第１の蛍光体は、好ましくは第２の蛍光体よりも高い発光波長を有することができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、システムは、好ましくは照射装置としてのレーザーによる使用を目的とすることができるが、必ずしもその必要はない。ＥＭＦ放射は、好ましくは約４８８ナノメーター（ｎｍ）の波長を有することができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、好ましくは試験サンプルとの第１の蛍光体および／または第２の蛍光体の効果的な組合せに後続して、標的分子（試験サンプル中に存在する場合）は、好ましくは第１の蛍光体の既定の最大距離内に第２の蛍光体を固定できる。第１のスペクトルシグナルの放射束は、好ましくは既定の最大距離にわたり実質的に減衰しないかもしれないが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、既定の最大距離は、好ましくは第１の蛍光体に依存することができるが、必ずしもその必要はない。既定の最大距離は、好ましくは約１０マイクロメートル未満（μｍ）であってもよいが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、既定の最大距離は、好ましくは約３００ナノメーター（ｎｍ）程度であってもよいが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法および／またはシステムは、好ましくは感染症の検出を目的とすることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法および／またはシステムは、好ましくは癌の検出を目的とすることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法および／またはシステムは、好ましくは嚢胞性繊維症の検出を目的とすることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法および／またはシステムは、好ましくは生体分子分析における使用を目的とすることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、方法および／またはシステムは、好ましくは生体分子分析としてのサンドイッチ分析における使用を目的とすることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第２の蛍光体は、好ましくはＥＭＦ放射の吸収に、および／またはＥＭＦ放射の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光にもまた効果的に適合することができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、マイクロビーズは、好ましくはＢＲＭ、試験サンプル、および／または第２の蛍光体と効果的に組み合わせることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第１の蛍光体は、好ましくは試験サンプル、マーカー分子、および／または第２の蛍光体と効果的に組み合わせることができるが、必ずしもその必要はない。
本発明の１つの好ましい実施形態の態様によれば、第２の蛍光体は、好ましくはＥＭＦ放射の吸収に、および／またはＥＭＦ放射の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光にもまた効果的に適合することができるが、必ずしもその必要はない。第１の蛍光体および／または第２の蛍光体は、好ましくは照射装置を介して、好ましくはＥＭＦ放射により効果的に照射されうるが、必ずしもその必要はない。
本発明によれば、上述された方法および／またはシステムにおける第１の蛍光体または第２の蛍光体の１つとしての使用のための蛍光体、量子ドット、および／または蛍光色素がさらに開示される。
本発明によれば、上述された方法および／またはシステムにおける使用のためのマイクロビーズ、生体認識分子、および／またはマーカー分子がさらに開示される。
本発明の他の優位性、特色および／または特性に加えて、操作の方法および／または方法およびシステムの関連した要素の機能、ならびに／または製造の工程、部品および／または経済性の組合せは、以下に簡潔に記載される添付の図面を参照して、以下の詳細な記述および添付された請求項の考察に際してより明らかになるであろう。
さらなる目的および／またはその利点と共に、それらの構造、構成、使用、および／または操作の方法に関して、本発明によるシステムおよび方法の特徴であると考えられる新規の特色は、本発明の現時点で好ましい実施形態を一例として示す以下の図面からよく理解できる。しかしながら、図面は例示および説明のみを目的とするものであり、本発明の範囲の定義として意図されないことは明らかに理解される。添付の図面の説明は以下のとおりである。
本発明の好ましい実施形態による第１の蛍光体についての吸収および発光のプロファイルの図示である。 図１において示す第１の蛍光体についての発光プロファイルの図示、および本発明の好ましい実施形態による第２の蛍光体についての吸収プロファイルである。 図２において示す第２の蛍光体についての吸収および発光のプロファイルの図示である。 それぞれ図１および２において示す、第１の蛍光体および第２の蛍光体についての発光プロファイルの図示である。 本発明の好ましい実施形態による標的分子と共に示された第１の蛍光体および第２の蛍光体を含むシステムの説明的な表示である。 本発明の好ましい実施形態による第１の蛍光シグナル強度に対するマイクロビーズ中の様々な第１の蛍光体ドーピングのパーセンテージの図示である。 標的分子、マーカー分子および第２の蛍光体なしで示す図５のシステムの説明的な表示である。 標的分子と共に示す図７Ａのシステムの説明的な表示である。 マーカー分子および第２の蛍光体と共に示す図７Ｂのシステムの説明的な表示である。 図８は、本発明の好ましい実施形態による第２の蛍光シグナル強度の中央値に対する様々な第１の蛍光シグナル強度の図示、および比較目的のための分子ＦＡＭ色素についての蛍光発光シグナルの中央値の説明である。 本発明の好ましい実施形態による第２の蛍光シグナルに促進因子に対する様々な第１の蛍光シグナル強度の中央値の図示である。 本発明の代替の好ましい実施形態による標的分子と共に示す第１の蛍光体および第２の蛍光体を含む代替のシステムの、図５に類似した説明的な表示である。
ここで図面の図１〜１０を参照して、本発明による標的分子６０の蛍光検出のための方法およびシステムを示す。本発明による方法およびシステムは、試験サンプル中の標的分子６０の存在についての検査に適合する（図示せず）。
一般的に、ならびに図５、７Ｃおよび１０において最も良く理解されるように、システムはマイクロビーズ２０および生体認識分子（ＢＲＭ）５０を含む。各マイクロビーズ２０は第１の蛍光体２６を含む。ＢＲＭ５０は標的分子６０（試験サンプル中に存在する場合）を結合し、それは次に第２の蛍光体７６を持つマーカー分子７０に結合される。
生体分子分析における本発明の使用は、第１の蛍光体２６の多数のものを保持するように局所的なコンパートメントとして使用するマイクロビーズ２０の内部体積を有利に提供できる。本明細書において非常に詳細に別記するように、第１の蛍光体２６は、好ましくは高度にカスタマイズ可能な量子ドット（ＱＤ）であるので、各マイクロビーズ２０は何千または何百万もの第１の蛍光体２６を含むことができる。さらにおよび本明細書においてもまた非常に詳細に別記するように、ＱＤは様々な既定のおよび／または選択された発光エネルギーを有するように調整および／またはカスタマイズできるので、第１の蛍光体２６の蛍光発光特性が他の特異的蛍光体とのみ好ましくは重複するように第１の蛍光体２６を選択し、マイクロビーズ２０内に包埋することができる。
図５、７Ａおよび１０において最も良く理解されるように、ＢＲＭ５０はマイクロビーズ２０の表面２２に結合される。より具体的におよび図１０において最も良く理解されるように、ＢＲＭ５０の近位端部部分５２（マイクロビーズ２０に向かって最も近くに位置する部分である）は、好ましくはマイクロビーズ２０の表面２２上で提供される官能基２４に結合される。
本発明による１つの好ましい実施形態において、および図５および７Ａ〜７Ｃにおいて最も良く理解されるように、ＢＲＭ５０は１つまたは複数の一本鎖生体認識ＤＮＡ（ＢＲＭ−ｓｓＤＮＡ）分子として提供されうる。ＢＲＭ５０がマイクロビーズ２０に効果的に結合される場合、それらはともにマイクロビーズ／ＢＲＭ−ｓｓＤＮＡ基質を形成する（図７Ａにおいて最も良く理解されるように）。
次にマイクロビーズ／ＢＲＭ−ｓｓＤＮＡ基質は、好ましくは溶液（例えば血漿／ＰＣＲ産物）に追加することができる。次に好ましくは、マイクロビーズ／ＢＲＭ−ｓｓＤＮＡ基質は、ハイブリダイゼーションを介して、標的分子６０を探索および／または捕捉しながら、溶液を介して拡散するであろう。
本発明による１つの好ましい実施形態において、および図７Ｂにおいて最も良く理解されるように、標的分子６０は、ＢＲＭ−ｓｓＤＮＡ分子の少なくとも１つに相補的な核酸配列の１つまたは複数の標的鎖であってもよい。標的分子６０は、図７Ｂに示すように、ＢＲＭ５０と効果的に結合し、好ましくは各々少なくとも１つの非結合遠位端部部分６２を有する。遠位端部部分６２は、効果的に結合される立体配置において（図７Ｂに示すように）、マイクロビーズ２０の表面２２から最も遠くに離れた標的分子６０の部分である。標的分子６０がマイクロビーズ／ＢＲＭ−ｓｓＤＮＡ基質に効果的に結合される場合、それらはともにマイクロビーズ／ＢＲＭ−ｓｓＤＮＡ／標的基質を形成する（図７Ｂにおいて最も良く理解されるように）。
続いて、マーカー分子７０を、好ましくは図７Ｂに示すマイクロビーズ／ＢＲＭ／標的基質に追加する。好ましくは第２のハイブリダイゼーション反応が行なわれて、図７Ｃに示す検査陽性の最終産物が形成されるであろう。第２の蛍光体７６は、好ましくはマーカー分子７０の遠位端部部分７２に効果的に結合される（図７Ｃにおいて最も良く理解されるように）。遠位端部部分７２は、効果的に結合される立体配置において（図７Ｃにおいて示されるように）、マイクロビーズ２０の表面２２から最も遠くに離れたマーカー分子７０の部分である。好ましくは、マーカー分子７０は、標的分子６０の遠位端部部分６２と効果的に結合する（図７Ｃにおいて最も良く理解されるように）。
代替の好ましい実施形態において、および図１０において示されるように、ＢＲＭ５０は１つまたは複数のＢＲＭ抗体分子として提供でき、標的分子６０は１つまたは複数の標的抗原分子として提供でき、マーカー分子７０は１つまたは複数のマーカー抗体分子として提供できる。ＢＲＭ抗体分子およびマーカー抗体分子は、標的抗原分子に効果的に結合される。第２の蛍光体７６は、好ましくはマーカー抗体の遠位端部部分７２に効果的に結合される。
好ましくはならびに図５および７Ｃおよび１０において最も良く理解されるように、標的分子６０が試験サンプル中に存在する場合（図示せず）、それらは効果的に第２の蛍光体７６に対して第１の蛍光体２６を固定する。
図５をさらに参照して、電磁周波数（ＥＭＦ）放射４０の吸収後に、第１の蛍光体２６は第１の蛍光シグナル３４を効果的に発光することが観察されるだろう。第１の蛍光シグナル３４は、好ましくはマイクロビーズ２０の表面２２から外側へ拡散する。
図５において最も良く理解されるように、第１の蛍光シグナル３４の第１の入射部分３４Ａは、好ましくは１つまたは複数の第２の蛍光体７６上への入射であり、第１の蛍光シグナル３４の第２の検出可能部分３４Ｂは、マイクロビーズ２０からさらに外側へ拡散する。
第２の蛍光体７６は、第１の蛍光シグナル３４の第１の入射部分３４Ａの効果的な吸収に適合する。第１の入射部分３４Ａの吸収後に、第２の蛍光体７６は第２の蛍光シグナル８４を効果的に発光する（図５に示すように）。図４から最も良く理解できるように、および本明細書において非常に詳細に別記されうるように、第２の蛍光シグナル８４は好ましくは第１の蛍光シグナル３４から容易に識別可能である。
図５、７Ｃおよび１０において示すように、標的分子６０は第２の蛍光体７６に対して第１の蛍光体２６を固定する。それゆえ、好ましくは、第１の蛍光シグナル３４の第１の入射部分３４Ａは、第２の蛍光体７６を選択的に励起し、標的分子６０が試験サンプル中に存在する（図示せず）場合のみ、第２の蛍光シグナル８４の発光を促進させる。理論によって束縛されることは意図しないが、標的分子６０が互いに対して第１の蛍光体２６および第２の蛍光体７６を効果的に固定するので、標的分子６０が試験サンプル中に存在する場合に限り、前述の効果が起こると考えられる。この様式において、標的分子６０は、第２の蛍光体７６による第１の蛍光シグナル３４のより高い吸収を可能にする。標的分子６０が試験サンプル中に存在する（図示せず）場合の、第１の蛍光体２６による第２の蛍光体７６のこの選択的励起は、未結合の第２の蛍光体７６（または他のエネルギーの分子色素）がそれぞれのスペクトルシグナルの発光の促進をほとんどまたはまったく示さないので、再び理論によって束縛されることは意図しないが、分析に対して、感度および選択性を与えると考えられる。
より詳細にはおよび図５で最も良く理解されるように、第１の蛍光体２６は、好ましくはマイクロビーズ２０の表面２２からすべての方向で光子を（第１の蛍光シグナル３４の形態で）発光するであろう。この様式において、第２の蛍光シグナル８４の向上は、第１の蛍光体２６からの既定の最大距離内に（一般的に図５において寸法「Ｄ」によって示されるように）位置する、第２の蛍光体７６に依存する。ここに示すように、第１の蛍光体２６をマイクロビーズ２０の表面２２の実質的に結合できる場合、マイクロビーズ２０の表面２２からの既定の最大距離「Ｄ」を測定することは可能である。既定の最大距離「Ｄ」は、第１の蛍光シグナル３４について実質的に減衰しない放射束（または高光子束）の領域３６を画成する。この領域３６において、類似した光子密度（例えば１０％以内で）は、マイクロビーズ２０の表面２２で、および表面２２からの既定の最大距離「Ｄ」で観測されうる。理論によって束縛されることは意図しないが、第２の蛍光体７６がマイクロビーズ２０の表面２２から既定の最大距離「Ｄ」以内で結合される場合、分析の効率は無視できるほどに減少されると考えられる。本発明の実施に必須でないが、１つの好ましい実施形態によれば、および非限定的実施例のみにより、一般的にマイクロビーズ２０が約５マイクロメートル（５μｍ）の直径で提供される場合、既定の最大距離「Ｄ」は約３００ナノメーター（ｎｍ）程度であってもよいと考えることができる。
１つの好ましい実施形態において、ならびに図５および７Ａ〜７Ｃにおいて最も良く理解されるように、マイクロビーズ２０内に包埋された第１の蛍光体２６は、約５８０ナノメーター（ｎｍ）（すなわち、一般的に可視光線スペクトルの黄色範囲で）を中心とする光子の発光に適合するＱＤの形態で提供することができる。これらのＱＤは、第２の蛍光体７６のための励起エネルギーの源として働くことができ、それは好ましくは黄色光を強く吸収し、一般的に可視光線スペクトルの赤色端部近くに位置する波長を有する光子を発光するシアニン−５（Ｃｙ５）分子色素（より好ましくはシアニン−５．５（Ｃｙ５．５）分子色素）の形態で提供することができる。
図３の考察から理解できるように、第２の蛍光体７６がＣｙ５分子色素の形態で提供される場合、すなわち入射コヒーレント放射９０がＣｙ５分子色素に特徴的な第２の蛍光体の吸収プロファイル７８（図３において最も良く理解されるように）内に存在すれば、それらは約６３５ナノメーター（ｎｍ）の波長を有する入射放射９０（例えばレーザーからのコヒーレント光）によってとりわけ励起されうる。その後に、ＣＹ５分子色素は第２の蛍光シグナル８４の効果的な発光に適合する。第２の蛍光シグナル８４は、Ｃｙ５分子色素の特徴的な第２の蛍光体の発光プロファイル８０（図３において最も良く理解される）に対応する。本発明の実施に必須でないが、Ｃｙ５分子色素によって発光された第２の蛍光シグナル８４の強度は、一般的にそれによって吸収された入射放射９０の量に依存することができる。
本発明の実施に必要でないが、１つの好ましい実施形態において、実質的に減衰しない放射束の領域３６（図５において最も良く理解される）は、マイクロビーズ２０内に結合されるＱＤの濃度および／または量子収量に依存することができる。非限定的実施例のみとして、マイクロビーズ２０が（ｉ）任意の１００％ＱＤ濃度により、および（ｉｉ）相対的な１０％ＱＤ濃度（すなわちＱＤ濃度の１０分の１）によりドープされる場合、１００％ＱＤによりドープされたマイクロビーズについての既定の最大距離「Ｄ」は、１０％ＱＤによりドープされたマイクロビーズについてのものよりも、約３倍から約５倍（〜３倍から〜５倍）程度高いものであってもよい。加えて、およびさらに実施例として、１０％ＱＤによりドープされたマイクロビーズが約３００ナノメーター（ｎｍ）の既定の最大距離「Ｄ」を提供する場合、１００％ＱＤによりドープされたマイクロビーズは約１マイクロメートル（〜１μｍ）以上の既定の最大距離「Ｄ」を提供することができる。任意の特定のマイクロビーズ２０についての既定の最大距離「Ｄ」は、領域３６内の光子束の体積およびマイクロビーズ２０におけるＱＤドーピング濃度に依存することができる。
本発明の１つまたは複数の好ましい実施形態による試験サンプル（図示せず）中の標的分子６０の蛍光検出を向上させる方法について以下簡潔に言及する。方法は照射装置（図示せず）による使用を目的とし、好ましくは図５、７Ａ〜７Ｃおよび１０に示すシステムによる使用を目的とする。本発明によれば、本明細書に別記したシステムから独立して、方法を使用できることを当然理解すべきである。
ここで本発明によれば、方法は好ましくは段階（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）および／または（ｇ）を含みうる。
段階（ａ）において、１つまたは複数の第１の蛍光体２６（図５、７Ａ〜７Ｃおよび１０において示されるように）が提供される。第１の蛍光体２６はＥＭＦ放射４０の吸収に適合する。第１の蛍光体２６は、ＥＭＦ放射４０の吸収に後続する第１の蛍光シグナル３４の発光にさらに適合する。図１に示すように、第１の蛍光体２６は、第１の蛍光体の吸収プロファイル２８（ＥＭＦ放射４０の波長を実質的に含む）によって、および第１の蛍光体の発光プロファイル３０（第１の蛍光シグナル３４に実質的に対応する）によって特徴づけられる。第１の蛍光体の発光プロファイル３０それ自体は、好ましくは約５８０ナノメーター（ｎｍ）の波長のピーク強度３２によって特徴づけられる。
段階（ａ）において、および、図５および７Ａおよび１０において最も良く理解されるように、第１の蛍光体２６はマイクロビーズ２０によって結合される。好ましい実施形態では、第１の蛍光体２６は１つまたは複数のＱＤタイプのＱＤの形態で提供される。例えば図１０では、ＱＤは２つの異なるＱＤタイプ（２６Ａおよび２６Ｂ）である。第１のスペクトルシグナル３４の強度は、好ましくはマイクロビーズ２０によって結合されるＱＤの数に依存する。第１のスペクトルシグナル３４の色は、好ましくはマイクロビーズ２０によって結合されるＱＤタイプ（２６Ａおよび２６Ｂ）のサイズに依存する。
図１の考察から理解できるように、第１の蛍光体７６が約５８０ナノメーター（ｎｍ）のピーク強度３２を有するＱＤの形態で提供される場合、すなわち第１の蛍光体７６に特徴的な第１の蛍光体の吸収プロファイル２８内に４８８ｎｍが存在する場合（好ましくはそうである）、それらは、約４８８ナノメーター（ｎｍ）の波長のＥＭＦ放射４０によってとりわけ励起されうる（図１において最も良く理解されるように）。
段階（ｂ）において、１つまたは複数の第２の蛍光体７６（図５、７Ｃおよび１０において最も良く理解される）が提供される。第２の蛍光体７６は、第１の蛍光シグナル３４の第１の入射部分３４Ａの吸収に適合する。第２の蛍光体７６は、第１の蛍光シグナル３４の吸収後に第２の蛍光シグナル８４の発光にさらに適合する（図２および３の考察から最も良く理解できるように）。
図３において最も良く理解されるように、第２の蛍光体７６は、第２の蛍光体の吸収プロファイル７８によって、および第２の蛍光体の発光プロファイル８０（第２の蛍光シグナル８４に対応する）によって特徴づけられる。図２に示すように、第２の蛍光体の吸収プロファイル７８は、重複領域１００を画成するように第１の蛍光体の発光プロファイル３０と実質的に重複する。この文脈において、および本出願上、「実質的に重複する」は、影響を受けた蛍光体の励起に十分な程度を意味する。すなわち、第１の蛍光体の発光プロファイル３０は、第２の蛍光体７６を励起するように、その重複領域１００（第２の蛍光体の吸収プロファイル７８との）において効果的である。
図４に示すように、第２の蛍光体の発光プロファイル８０（および第２の蛍光シグナル８４）は、第１の蛍光体の発光プロファイル３０（および第１の蛍光シグナル３４）から識別可能である。好ましくは、および図１および４の考察から理解できるように、第２の蛍光体の発光プロファイル８０（図４において最も良く理解される）は、第１の蛍光体の吸収プロファイル２８から実質的に離れる（すなわちそれは実質的に重複しない）（図１において最も良く理解される）。本明細書において非常に詳細に別記されうるように、第１の蛍光シグナル３４および第２の蛍光シグナル８４は、同じ可視光線スペクトル内で効果的に検出可能である（すなわち標的分子６０が試験サンプル中に存在する場合）。
段階（ｃ）は、好ましくは段階（ａ）の後に実行される。段階（ｃ）において、ＢＲＭ５０が提供される。好ましくはおよび図１０において最も良く理解されるように、ＢＲＭ５０は、標的分子６０に対して第１の蛍光体２６を固定するような、マイクロビーズ２０および標的分子６０（試験サンプル中に存在する場合）との効果的な結合に適合する。
好ましくは、段階（ｄ）は段階（ｂ）の後に実行される。段階（ｄ）において、マーカー分子７０が提供される。図１０において最も良く理解されるように、マーカー分子７０は効果的に第２の蛍光体７６および標的分子６０（試験サンプル中に存在する場合）との結合に適合する。この様式で、マーカー分子７０は、標的分子６０（試験サンプル中に存在する場合）に対して第２の蛍光体７６を固定する。
段階（ｅ）は、段階（ｂ）〜（ｄ）の少なくとも１つ、および好ましくはすべての後に好ましくは実行される。図１０の考察から最も良く理解できるように、段階（ｅ）において、第１の蛍光体２６を含むマイクロビーズ２０は、ＢＲＭ５０、標的分子６０を含む可能性のある試験サンプル（図示せず）、マーカー分子７０、および／または第２の蛍光体７６と効果的に組み合わせられる。
好ましくは、段階（ｆ）は段階（ｅ）の後に実行される。段階（ｆ）においておよび図５において示されるように、少なくとも第１の蛍光体２６は、照射装置（図示せず）を介してＥＭＦ放射４０により効果的に照射される。好ましくは、第２の蛍光体７６もまたＥＭＦ放射４０により効果的に照射されうる。
段階（ｇ）は、好ましくは段階（ｆ）の後に実行される。段階（ｇ）において、および図４および５の考察から最も良く理解できるように、第１のスペクトルシグナル３４は、第２のスペクトルシグナル８４と共に効果的に検出される（標的分子６０がサンプル中に存在する場合）。
１つの好ましい実施形態において、および図１０へのさらなる参照により、ＢＲＭ５０の特異的セットを備えたマイクロビーズ２０の特定の１つが結合したことを特異的に同定する特異的発光スペクトル（「バーコード」）を生成するように、マイクロビーズ２０を、２つの異なるＱＤタイプ（２６Ａおよび２６Ｂ）の形態の第１の蛍光体２６によりドープすることができる。マイクロビーズ２０の全体的な強度および色は、好ましくはドーピング過程において使用される異なるＱＤタイプ（２６Ａおよび２６Ｂ）の量、サイズおよび／または比率によって決定される。
図６は、約１０％〜約１００％の間のストック濃縮したＱＤ溶液で、ＱＤ（すなわち第１の蛍光体２６）によるパーセンテージドーピングを変化させた、一連の合成マイクロビーズ２０から産生された発光波長の強度の中央値を示す。図６には、ファックスキャリバー（ＦＡＣＳＣａｌｉｂｕｒ）フローサイトメーター上で測定した場合のマイクロビーズ２０サンプルのシリーズについての平均発光強度を示す。
本発明による１つの好ましい実施形態では、マイクロビーズ２０は、およそ約５８０ナノメーター（ｎｍ）を中心とする波長で第１の蛍光シグナル３４を発光するＱＤ（すなわち第１の蛍光体２６）によりドープされ、これらのマイクロビーズは本明細書においてＱＤ５８０によりドープされたマイクロビーズ２０として参照されうる。ＱＤ５８０によりドープされたマイクロビーズ２０は、例えば、本発明の１つまたは複数の好ましい方法によるサンドイッチ核酸もしくはゲノム分析（図５および７Ａ〜７Ｃに示すように）において、またはサンドイッチ免疫分析において基質として使用することができる。好ましくは、ＱＤ（すなわち第１の蛍光体２６）は、したがって第２の蛍光体７６（例えばＣｙ５分子色素）についての発光強度を高感度にするのにおよび／または向上させるのに効果的である。
好ましくは、および図１の考察から最も良く理解できるように、４８８ｎｍレーザー（図示せず）を使用して、ＱＤ５８０によりドープされたマイクロビーズ２０を励起できる。図５に示すように、ＱＤ５８０によりドープされたマイクロビーズ２０は標的分子６０に結合され、次にそれはマーカーＤＮＡ分子（すなわちマーカー分子７０）に結合される。マーカーＤＮＡ分子の各々は、好ましくは可視光線スペクトルの赤色端部近くの発光を提供する１つまたは複数のＣｙ５．５分子色素（ＤＮＡ−Ｃｙ５．５）を持つことができる。図８は、ＱＤ５８０によりドープされたマイクロビーズのＱＤ強度の中央値に関連してＣｙ５．５分子色素についての色素強度の中央値を図示する。
図８の考察から理解できるように、４８８ｎｍのレーザーで励起に際して、ＱＤは選択的に励起され、ＤＮＡ−Ｃｙ５．５発光は促進される（ＱＤ強度の中央値が同時に増加して）。
この基準線と比較して、図８は、マーカーＤＮＡ分子、標的分子６０、およびＱＤ５８０によりドープされたマイクロビーズと共に結合した、ＦＡＭ分子色素（ＤＮＡ−ＦＡＭ）についての色素強度の中央値もまた図示する。ＦＡＭ分子色素は、実質的に可視光線スペクトルの緑色範囲内の発光を提供する。恐らく特に、ＦＡＭ分子色素は、一般的な黄色発光ＱＤ５８０によりドープされたマイクロビーズから青色（より高いエネルギー）方向に一般的に位置している。
図８では、ＤＮＡ−Ｃｙ５．５発光の強度が、様々なＱＤ強度の中央値にわたってＤＮＡ−ＦＡＭ発光の強度と比較される。図８の考察から理解できるように、示すデーターは、ＱＤ５８０によりドープされたマイクロビーズによる表面結合ＤＮＡ−ＦＡＭの対応する促進および励起は示していない。
先行技術は、従来は主として、ＱＤ（すなわち第１の蛍光体２６）に比べてスペクトルの「青色」端部近くに一般的に位置する第２の蛍光体７６の使用に基づいていた。それゆえ先行技術では、第２の蛍光体７６は効果的にクエンチングされ、第２の蛍光シグナル８４は、ＱＤによりドープされたマイクロビーズ２０の第１の蛍光体の吸収プロファイル２８および／または第１の蛍光体の発光プロファイル３０（図１に示す）によって減少していた。
第２の蛍光シグナル８４の向上を提供するために（および今までに公知である反対の消光効果ではない）、恐らく本発明の実施に必須でないが、第２の蛍光体の発光プロファイル８０（したがって第２の蛍光体７６によって発光された第２の蛍光シグナル８４）が、すなわち第１の蛍光体２６によって発光される第１の蛍光シグナル３４と比較して、可視光線スペクトルの「赤色」端部近くに位置することが一般的に好ましいと考えられる。第１の蛍光体発光プロファイル３０（したがって第１の蛍光体２６の第１の蛍光シグナル３４）が、可視光線スペクトルの黄色範囲に位置することもまた好ましいかもしれない。
図９に示すグラフは、マイクロビーズ２０内のＱＤドーピングの機能としての促進された第２の蛍光シグナル８４の発光に適合しているような第２の蛍光体７６（好ましくはＣｙ５分子色素）を示すことが理解できる。好ましくは、Ｃｙ５発光強度は、ブランク（非ドープ）マイクロビーズ２０サンプルと比較した場合、約２００倍程度明るくなるように増加しうる。（以前の実験において対照（例えばブランクマイクロビーズ）が欠落していることにより、それらの結果および／または手順は、本明細書で説明する促進効果の任意の検査または開発に実質的に不適切なものになりうる。）本発明の実施に必須でないが、マイクロビーズ２０発光（単独）の使用によって生成された強度は、レーザー単独の使用によって生成されたものとほぼ同じくらい（またはそれ以上）大きいと考えることができる。
全体的な蛍光検出感度は第２の蛍光体７６の促進によって実質的に増加され、したがって本明細書で参照するマイクロビーズ２０などのより大きくより強い発光分子と共に第２の蛍光体７６（それらが色素分子またはＱＤであるかにかかわらず）が使用されることを可能にすると考えられる。
本発明の思想および範囲から逸脱せずに、本発明による他の実施形態の計画および製造においてその他の修正および変更を使用でき、これらは本出願の付随する請求項によってのみ限定される。例えば、上述の方法およびシステムは、１つの好ましい実施形態では免疫分析およびゲノム分析の情況で提供されているが、方法およびシステムは、他のタイプの分析に（および／または恐らく他のタイプの試験サンプル中の他のタイプの標的分子の検出に）同様に適用可能であってもよい。
さらに、本発明による方法およびシステムは、感染症、癌、嚢胞性繊維症、他のヒト、動物または環境の栄養物のためのマーカーのゲノム同定および／またはプロテオーム同定を含む、様々なインビトロの生体分子の分析に好ましくは使用することができる。同様に、本発明による方法およびシステムは、好ましくは心臓の症状の検出ならびに／または心臓の病態および／または素質のためのバイオマーカーの検出に使用することができる。本発明に記載の方法およびシステムは、好ましくは医療用画像および他のインビボの適用における使用にもまた適合する。
前述のすべてを考慮して、前述の説明は例示のために提供したものであり、網羅的にすることまたは本発明を開示した正確な形態に限定することは意図されないことにあらためて留意することは恐らく有益である。当業者には明らかであるように、本明細書の教示に照らして多くのさらなる修正および／または変更が可能である。本発明の範囲は、この説明によってではなく付随の請求項によってのみ限定されることが意図される。

Claims (72)

  1. 照射装置による使用のための試験サンプル中の標的分子の蛍光検出を向上させる方法であって、
    （ａ）電磁周波数（ＥＭＦ）放射の吸収に、およびＥＭＦ放射の吸収に後続する第１の蛍光シグナルの発光に、効果的に適合する１つまたは複数の第１の蛍光体を提供する段階と、
    （ｂ）第１の蛍光シグナルの第１の入射部分の吸収に、および第１の蛍光シグナルから識別可能な第２の蛍光シグナルで、第１の入射部分の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光に、効果的に適合する１つまたは複数の第２の蛍光体を提供する段階と、
    を含み、
    第１の蛍光体および第２の蛍光体が、試験サンプルとの効果的な組合せに、および標的分子が試験サンプル中に存在する場合、第２の蛍光体に対して第１の蛍光体を固定するような標的分子に対する固定に、適合し、
    照射装置を介するＥＭＦ放射による少なくとも第１の蛍光体の効果的な照射に後続して、第１の蛍光体は第１の蛍光シグナルを発光し、標的分子が試験サンプル中に存在する場合、第２の蛍光体は第１の蛍光シグナルの第１の入射部分を吸収して第２の蛍光シグナルを発光し、
    第１のスペクトルシグナルを、標的分子が試験サンプル中に存在する場合第２のスペクトルシグナルと共に、効果的に検出可能である、
    ことを特徴とする方法。
  2. 段階（ａ）において、前記第１の蛍光体が、第１の蛍光シグナルに対応する第１の蛍光体の発光プロファイルによって特徴づけられ、段階（ｂ）において、前記第２の蛍光体が、第１の蛍光体発光プロファイルと実質的に重複する第２の蛍光体の吸収プロファイルによって特徴づけられる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 段階（ａ）において、前記第１の蛍光体発光プロファイルが、約５８０ナノメーター（ｎｍ）の波長のピーク強度によって特徴づけられる、
    ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 段階（ａ）において、前記第１の蛍光体が、ＥＭＦ放射に実質的に対応する第１の蛍光体の吸収プロファイルによって特徴づけられ、段階（ｂ）において、前記第２の蛍光体が、第１の蛍光体の吸収プロファイルから実質的に離れる第２の蛍光シグナルに対応する第２の蛍光体の発光プロファイルによって特徴づけられる、
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 段階（ａ）において、前記第１の蛍光体が、マイクロビーズによって結合され、標的分子（試験サンプル中に存在する場合）に対して第１の蛍光体を固定するために、マイクロビーズおよび標的分子との効果的な結合に適合する生体認識分子（ＢＲＭ）を提供する段階（ｃ）を段階（ａ）の後にさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 段階（ｃ）において、前記ＢＲＭが、１つまたは複数の抗体分子を含む、
    ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 標的分子としての１つまたは複数の一本鎖標的ＤＮＡ分子の検出を目的とし、ならびに段階（ｃ）において、前記ＢＲＭが、標的ＤＮＡ分子に相補的なおよび効果的なハイブリダイズに適合する１つまたは複数の一本鎖生体認識ＤＮＡ分子を含む、
    ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  8. 段階（ａ）において、前記第１の蛍光体が、１つまたは複数の量子ドットタイプの量子ドットを含む、
    ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 段階（ａ）において、前記第１のスペクトルシグナルの強度が、マイクロビーズの各々によって結合される量子ドットの数に依存する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 段階（ａ）において、前記第１のスペクトルシグナルの色が、マイクロビーズの各々によって結合される量子ドットタイプのサイズに依存する、
    ことを特徴とする請求項８および請求項９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 段階（ｂ）において、前記第２の蛍光体が、標的分子との実質的に効果的な直接的結合に適合する、
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 標的分子が試験サンプル中に存在する場合、標的分子に対して第２の蛍光体を固定するために、第２の蛍光体および標的分子との効果的に結合するようにされたマーカー分子を提供する段階（ｄ）を段階（ｂ）の後にさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
  13. 段階（ｄ）において、前記マーカー分子が、１つまたは複数の抗原分子を含む、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 標的分子としての１つまたは複数の一本鎖標的ＤＮＡ分子の検出を目的とし、ならびに段階（ｄ）において、前記マーカー分子が、標的ＤＮＡ分子に相補的なおよび効果的なハイブリダイズに適合する１つまたは複数の一本鎖マーカーＤＮＡ分子を含む、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  15. 前記第２の蛍光体が、マーカーＤＮＡ分子の遠位端部部分に実質的に隣接して効果的に固定された、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 前記第２の蛍光体が、１つまたは複数の蛍光色素を含む、
    ことを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記蛍光色素がシアニン−５（Ｃｙ５）分子色素を含む、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  18. 前記第１の蛍光体が、第２の蛍光体よりも高い発光波長を有する、
    ことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 照射装置としてのレーザーによる使用を目的とし、および段階（ａ）において、前記ＥＭＦ放射が、約４８８ナノメーター（ｎｍ）の波長を有する、
    ことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 標的分子が試験サンプル中に存在する場合、前記標的分子が、試験サンプルとの第１の蛍光体および第２の蛍光体の効果的な組合せの後に、既定の最大距離にわたり実質的に減衰しない第１のスペクトルシグナルの放射束で、第１の蛍光体の既定の最大距離内に第２の蛍光体を固定する、
    ことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記既定の最大距離が段階（ａ）で提供される第１の蛍光体に依存し、前記既定の最大距離が約１０マイクロメートル（μｍ）未満である、
    ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
  22. 前記既定の最大距離が、約３００ナノメーター（ｎｍ）程度である、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  23. 感染症の検出のための、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
  24. 癌の検出のための、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
  25. 嚢胞性繊維症の検出のための、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
  26. 生体分子分析における使用のための、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
  27. 生体分子分析としてのサンドイッチ分析における使用のための、請求項２６に記載の方法。
  28. 段階（ｂ）において、前記第２の蛍光体もまた、ＥＭＦ放射の吸収に、およびＥＭＦ放射の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光に効果的に適合する、
    ことを特徴とする請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
  29. 試験サンプルおよび第２の蛍光体と第１の蛍光体を効果的に組み合わせる段階（ｅ）を段階（ｂ）の後にさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
  30. ＢＲＭ、試験サンプル、および第２の蛍光体とマイクロビーズを効果的に組み合わせる段階（ｅ）を段階（ｃ）の後にさらに含む、
    ことを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一項に記載の方法。
  31. 試験サンプル、マーカー分子および第２の蛍光体と第１の蛍光体を効果的に組み合わせる段階（ｅ）を段階（ｄ）の後にさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の方法。
  32. 照射装置を介するＥＭＦ放射により少なくとも第１の蛍光体を効果的に照射する段階（ｆ）を段階（ｅ）の後にさらに含む、
    ことを特徴とする請求項２９〜３１のいずれか一項に記載の方法。
  33. 段階（ｂ）において、前記第２の蛍光体が、ＥＭＦ放射の吸収に、およびＥＭＦ放射の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光に効果的に適合し、照射装置を介するＥＭＦ放射により第１の蛍光体および第２の蛍光体を効果的に照射する段階（ｆ）を段階（ｅ）の後にさらに含む、
    ことを特徴とする請求項２９〜３１のいずれか一項に記載の方法。
  34. 標的分子が試験サンプル中に存在する場合、第２のスペクトルシグナルと共に、第１のスペクトルシグナルを効果的に検出する段階（ｇ）を段階（ｆ）の後にさらに含む、
    ことを特徴とする請求項３２および請求項３３のいずれか一項に記載の方法。
  35. 照射装置による使用のための、試験サンプル中の標的分子の蛍光検出の向上のためのシステムであって、
    （ａ）電磁周波数（ＥＭＦ）放射の吸収に、およびＥＭＦ放射の吸収に後続する第１の蛍光シグナルの発光に、効果的に適合する１つまたは複数の第１の蛍光体と、
    （ｂ）第１の蛍光シグナルの第１の入射部分の吸収に、および第１の蛍光シグナルから識別可能な第２の蛍光シグナルで、第１の入射部分の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光に、効果的に適合する１つまたは複数の第２の蛍光体と、
    を含み、
    第１の蛍光体および第２の蛍光体が、試験サンプルとの効果的な組合せに、および標的分子が試験サンプル中に存在する場合、第２の蛍光体に対して第１の蛍光体を固定するような標的分子に対する固定に、適合し、
    照射装置を介するＥＭＦ放射による少なくとも第１の蛍光体の効果的な照射に後続して、第１の蛍光体は第１の蛍光シグナルを発光し、標的分子が試験サンプル中に存在する場合、第２の蛍光体は第１の蛍光シグナルの第１の入射部分を吸収して第２の蛍光シグナルを発光し、
    第１のスペクトルシグナルを、標的分子が試験サンプル中に存在する場合第２のスペクトルシグナルと共に、効果的に検出可能である、
    ことを特徴とするシステム。
  36. 前記第１の蛍光体が、第１の蛍光シグナルに対応する第１の蛍光体発光プロファイルによって特徴づけられ、前記第２の蛍光体が、第１の蛍光体発光プロファイルと実質的に重複する第２の蛍光体吸収プロファイルによって特徴づけられる、
    ことを特徴とする請求項３５に記載のシステム。
  37. 前記第１の蛍光体発光プロファイルが、約５８０ナノメーター（ｎｍ）の波長のピーク強度によって特徴づけられる、
    ことを特徴とする請求項３６に記載のシステム。
  38. 前記第１の蛍光体が、ＥＭＦ放射に実質的に対応する第１の蛍光体の吸収プロファイルによって特徴づけられ、前記第２の蛍光体が、第１の蛍光体の吸収プロファイルから実質的に離れる第２の蛍光シグナルに対応する第２の蛍光体の発光プロファイルによって特徴づけられる、
    ことを特徴とする請求項３５〜３７のいずれか一項に記載のシステム。
  39. 前記第１の蛍光体が、マイクロビーズによって結合され、標的分子が試験サンプル中に存在する場合、標的分子に対して第１の蛍光体を固定するようなマイクロビーズおよび標的分子と効果的な結合に適合する生体認識分子（ＢＲＭ）をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項３５〜３８のいずれか一項に記載のシステム。
  40. 前記ＢＲＭが、１つまたは複数の抗体分子を含む、
    ことを特徴とする請求項３９に記載のシステム。
  41. 標的分子としての１つまたは複数の一本鎖標的ＤＮＡ分子の検出を目的とし、ならびに前記ＢＲＭが、標的ＤＮＡ分子に相補的なおよび効果的なハイブリダイズに適合する１つまたは複数の一本鎖生体認識ＤＮＡ分子を含む、
    ことを特徴とする請求項３９に記載のシステム。
  42. 前記第１の蛍光体が、１つまたは複数の量子ドットタイプの量子ドットを含む、
    ことを特徴とする請求項３９〜４１のいずれか一項に記載のシステム。
  43. 前記第１のスペクトルシグナルの強度が、マイクロビーズの各々によって結合される量子ドットの数に依存する、
    ことを特徴とする請求項４２に記載のシステム。
  44. 前記第１のスペクトルシグナルの色が、マイクロビーズの各々によって結合される量子ドットタイプのサイズに依存する、
    ことを特徴とする請求項４２および請求項４３のいずれか一項に記載のシステム。
  45. 前記第２の蛍光体が、標的分子との実質的に効果的な直接的結合に適合する、
    ことを特徴とする請求項３５〜４４のいずれか一項に記載のシステム。
  46. 標的分子が試験サンプル中に存在する場合、標的分子に対して第２の蛍光体を固定するために、第２の蛍光体および標的分子と効果的に結合するようにされたマーカー分子をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項３５〜４４のいずれか一項に記載のシステム。
  47. 前記マーカー分子が、１つまたは複数の抗原分子を含む、
    ことを特徴とする請求項４６に記載のシステム。
  48. 標的分子としての１つまたは複数の一本鎖標的ＤＮＡ分子の検出を目的とし、ならびに前記マーカー分子が、標的ＤＮＡ分子に相補的であるとともに効果的なハイブリダイズに適合する１つまたは複数の一本鎖マーカーＤＮＡ分子を含む、
    ことを特徴とする請求項４６に記載のシステム。
  49. 前記第２の蛍光体が、マーカーＤＮＡ分子の遠位端部部分に実質的に隣接して効果的に固定される、
    ことを特徴とする請求項４８に記載のシステム。
  50. 前記第２の蛍光体が、１つまたは複数の蛍光色素を含む、
    請求項４５〜４９のいずれか一項に記載のシステム。
  51. 前記蛍光色素が、シアニン−５（Ｃｙ５）分子色素を含む、
    ことを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
  52. 前記第１の蛍光体が、第２の蛍光体よりも高い発光波長を有する、
    ことを特徴とする請求項３５〜５１のいずれか一項に記載のシステム。
  53. 照射装置としてのレーザーによる使用を目的とし、および前記ＥＭＦ放射が約４８８ナノメーター（ｎｍ）の波長を有する、
    ことを特徴とする請求項３５〜５２のいずれか一項に記載のシステム。
  54. 標的分子が試験サンプル中に存在する場合、前記標的分子が、試験サンプルとの第１の蛍光体および第２の蛍光体の効果的な組合せに後続して、既定の最大距離にわたり実質的に減衰しない第１のスペクトルシグナルの放射束で、第１の蛍光体の既定の最大距離内に第２の蛍光体を固定する、請求項３５〜５３のいずれか一項に記載のシステム。
  55. 前記既定の最大距離が、第１の蛍光体に依存し、前記既定の最大距離が、約１０マイクロメートル（μｍ）未満である、
    ことを特徴とする請求項５４に記載のシステム。
  56. 前記既定の最大距離が、約３００ナノメーター（ｎｍ）程度である、
    ことを特徴とする請求項５５に記載のシステム。
  57. 感染症の検出のための、請求項３５〜５６のいずれか一項に記載のシステム。
  58. 癌の検出のための、請求項３５〜５６のいずれか一項に記載のシステム。
  59. 嚢胞性繊維症の検出のための、請求項３５〜５６のいずれか一項に記載のシステム。
  60. 生体分子分析における使用のための、請求項３５〜６０のいずれか一項に記載のシステム。
  61. 生体分子分析としてのサンドイッチ分析における使用のための、請求項６１に記載のシステム。
  62. 前記第２の蛍光体がまた、ＥＭＦ放射の吸収に、およびＥＭＦ放射の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光に効果的に適合する、
    ことを特徴とする請求項３５〜６１のいずれか一項に記載のシステム。
  63. 前記マイクロビーズが、ＢＲＭ、試験サンプルおよび第２の蛍光体と効果的に組み合わせられる、
    ことを特徴とする請求項３９〜４４のいずれか一項に記載のシステム。
  64. 前記第１の蛍光体が、試験サンプル、マーカー分子および第２の蛍光体と効果的に組み合わせられる、
    ことを特徴とする請求項４６〜４９のいずれか一項に記載のシステム。
  65. 前記第２の蛍光体が、ＥＭＦの放射の吸収に、およびＥＭＦ放射の吸収に後続する第２の蛍光シグナルの発光に効果的に適合し、前記第１の蛍光体および前記第２の蛍光体が、照射装置を介するＥＭＦ放射により効果的に照射される、
    ことを特徴とする請求項６３および請求項６４のいずれか一項に記載のシステム。
  66. 請求項１〜３４のいずれか一項に記載の方法において、または請求項３５〜６５のいずれか一項に記載のシステムにおいて第１の蛍光体の１つとして使用される蛍光体。
  67. 請求項１〜３４のいずれか一項に記載の方法において、または請求項３５〜６５のいずれか一項に記載のシステムにおいて第１の蛍光体の１つとして使用される量子ドット。
  68. 請求項１〜３４のいずれか一項に記載の方法において、または請求項３５〜６５のいずれか一項に記載のシステムにおいて第２の蛍光体の１つとして使用される蛍光体。
  69. 請求項１〜３４のいずれか一項に記載の方法において、または請求項３５〜６５のいずれか一項に記載のシステムにおいて第２の蛍光体の１つとして使用される蛍光色素。
  70. 請求項５〜１０および請求項３０のいずれか一項に記載の方法における、または請求項３９〜４４および請求項６３のいずれか一項に記載のシステムにおける使用のためのマイクロビーズ。
  71. 請求項５〜１０および請求項３０のいずれか一項に記載の方法における、または請求項３９〜４４および請求項６３のいずれか一項に記載のシステムにおける使用のための生体認識分子。
  72. 請求項１２〜１５および請求項３１のいずれか一項に記載の方法における、または請求項４６〜４９および請求項６４のいずれか一項に記載のシステムにおける使用のためのマーカー分子。
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