JP2013190435A - 単一光子分光計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】微細な量の複数の蛍光染料の混合によって放出された多色光を入力ファイバ11を介してスペクトル分離12し、センサー10は、放射を測定するための単一光子感度を持っている32チャネルPMTセンサー13からなり、広い検出ダイナミックレンジに非常に鋭敏な単一光子を検出することができる。32チャネルPMT単一光子検出器は、20ビット以上の検出ダイナミックレンジを有して、毎秒約3300のフレームのフレーム率を有している。検出器のピクセルのダイナミックレンジは、毎秒108の光子計数に達する。複数の蛍光マーカーでラベルが付けられた生体サンプルからの生体サンプルの正確かつ高速な検出、同定および解析を可能にする。
【選択図】図3
Description
なお、以下に本願の出願当初の請求項を付記する。
[1]
少なくとも1つのマルチチャネル光検出器と、
各光検出器チャネルは、別個の光スペクトルを受け取り、かつ前記受け取られた光スペクトルの単一光子に応じて電流パルスを生成するのに適した感光性ピクセルを有し、
マルチチャネル増幅器と、
各増幅器チャネルは、前記マルチチャネル光検出器の前記センサーチャネルのうちの対応する1つから光スペクトルに対応する前記電流パルスを受け取り、かつ前記電流パルスを増幅するのに適していて、
マルチチャネル光子計数器と、
各カウンターチャネルは、前記マルチチャネル増幅器の前記増幅器チャネルのうちの対応する1つから前記増幅された電流パルスを受け取るのに適していて、前記マルチチャネル光子計数器は、所定の時間間隔上の各カウンターチャネルにおいて前記増幅された電流パルスを合計するのに適した積分器を有している、
を具備する単一光子センサー。
[2]
光スペクトル分離器に多色光を伝達する光ファイバーを具備する[1]の単一光子センサー。
[3]
前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器は、複数のチャネルを有する線型な光電子増倍管アレイを具備し、前記チャネルはそれぞれ前記光スペクトル分離器から別個の光スペクトルを受け取る[2]の単一光子センサー。
[4]
前記線型な光電子増倍管アレイは、4以上チャネル、8以上のチャネル、16以上のチャネル、および32以上のチャネルを有する複数の線型な光電子増倍管アレイから成るグループから選択される[3]の単一光子センサー。
[5]
前記線型な光電子増倍管アレイは、32チャネルを含んでいる[4]の単一光子センサー。
[6]
前記マルチチャネル増幅器は、32のパルス増幅チャネルを具備し、前記パルス増幅チャネルのそれぞれは、前記線型な光電子増倍管アレイの32チャネルのうちの対応する1つから前記電流パルスを受け取るのに適している[5]の単一光子センサー。
[7]
前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器の各チャネルによって生成された前記電流パルスのそれぞれは、2ナノ秒未満の持続時間τ PULSE を有している[1]の単一光子センサー。
[8]
前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器の各チャネルによって生成された前記電流パルスのそれぞれは、1ナノ秒未満の持続時間τ PULSE を有している[1]の単一光子センサー。
[9]
前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器の各チャネルによって生成された前記電流パルスのそれぞれは、0.1ナノ秒未満の持続時間τ PULSE を有している[1]の単一光子センサー。
[10]
前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器の各チャネルによって生成された前記電流パルスのそれぞれは、0.01ナノ秒未満の持続時間τ PULSE を有している[1]の単一光子センサー。
[11]
前記マルチチャネル光子計数器の線型の光子計数の範囲は、毎秒少なくとも10 7 光子計数までである[1]の単一光子センサー。
[12]
前記マルチチャネル光子計数器の線型の光子計数の範囲は、毎秒10 8 光子計数である[1]の単一光子センサー。
[13]
前記マルチチャネル光子計数器の線型の光子計数の範囲Rが、R≧1/τ RESPONSE であり、τ RESPONSE は単一光子に応答する単一光子計数器によって必要とされる時間である[1]の単一光子センサー。
[14]
前記マルチチャネル光検出器は、シリコン光電子増倍管を具備し、シリコン光電子増倍管のチャネルのそれぞれはマトリクス状の個別のピクセルを具備し、前記チャネルは共通のシリコン基板上で並列に共に接続される[1]の単一光子センサー。
[15]
1対の前記マルチチャネル光検出器と、入射多色光を受け取り、かつ前記多色光の2本の別個のビームを生成するのに適した光ビームスプリッターと、を具備し、光の前記ビームは1対の前記光スペクトル分離器のうちの1つに入力する[2]の単一光子センサー。
[16]
それぞれの前記1対のマルチチャネル光検出器のセンサーチャネルはそれぞれ、前記1対の光スペクトル分離器のそれぞれから別個の光スペクトルを受け取り、かつそれらに応じて電流パルスを生成するのに適した感光性ピクセルを有している[15]の単一光子センサー。
[17]
前記光ビームスプリッターは2色性ミラー(dichroic mirror)を具備する[15]の単一光子センサー。
[18]
前記光ビームスプリッターは半透鏡を具備する[15]の単一光子センサー。
[19]
前記多色光は、複数の蛍光染料によって形成された混合物によって生成された蛍光性スペクトルから成る[1]の単一光子センサー。
[20]
入射多色光の単一波長を受け取り、かつ光の前記単一波長を、マルチチャネル光検出器の1以上のチャネルを定義する感光性ピクセルに伝達するのに適した光ファイバーを具備する単一光子センサー。
[21]
前記入射多色光は、複数の蛍光染料によって形成された混合物によって生成された蛍光性スペクトルから成る[20]の単一光子センサー。
[22]
前記光ファイバーが入射蛍光性スペクトルの単一波長に対応する光の受理の所定の角度を定義する入力終了を具備する、[21]の単一光子センサー。
[23]
前記光ファイバーのそれぞれは、前記光ファイバーの他のものによって受け取られる入射蛍光性スペクトルの波長とは異なる前記入射蛍光性スペクトルの単一波長を受け取り、入射蛍光性スペクトルの前記単一波長を、前記マルチチャネル光検出器のチャネルのうちの対応する1つに伝達するのに適している[22]の単一光子センサー。
[24]
所定の複数の前記光ファイバーは、前記入射蛍光スペクトルの単一波長を受け取るのに適し、かつ入射蛍光スペクトルの前記単一波長を、前記マルチチャネル光検出器の複数の対応する前記チャネルに伝達するのに適している[22]の単一光子センサー。
[25]
DNA配列を同定する方法であって、
蛍光染料で選択されたDNA断片をラベル付け、
前記DNA断片を光ファイバー分離キャピラリーへ入力し、
前記DNA断片から蛍光スペクトルを生成するために、前記光ファイバー分離キャピラリーにおいて所定の波長のレーザー光で前記ラベル付されたDNA断片を照明し、
前記DNA断片からの蛍光スペクトルで光ファイバーを照明する、前記光ファイバーは前記蛍光スペクトルを光スペクトル分離器に運び、前記光スペクトル分離器からの出力は少なくとも1つのマルチチャネル光検出器に入射し、光検出器チャネルはそれぞれ、前記光スペクトル分離器からの別個の光スペクトルを受け取りかつ前記別個の光スペクトルのそれぞれ異なる波長の単一光子に応答する電流パルスを生成するのに適した感光性ピクセルを有している、ステップを具備する方法。
[26]
前記レーザー光は、ArイオンおよびNd:YAGレーザーのグループから選択されたレーザーによって生成され、前記レーザーの波長は488nmから532nmまでの範囲内である[25]の方法。
[27]
前記所定の波長は、488nm、514nmおよび532nmのうちの一つである[25]の方法。
[28]
前記光ファイバー分離キャピラリーは約200マイクロメーターのコア径を有している[25]の方法。
[29]
前記光ファイバー分離キャピラリーにおいて前記DNA断片を電気泳動的に分離するステップを具備する[25]の方法。
[30]
前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器が32チャネルの線型な光電子増倍管アレイを具備する[25]の方法。
[31]
カラーコードされた微小粒子を検出する方法であって、
蛍光染料で微小粒子にラベルを付け、
緩衝液で前記ラベルが付けられた微小粒子を懸濁し、
所定の速度で光ファイバーキャピラリーに、前記ラベルが付けられた微小粒子を有する前記緩衝液を通し、
前記光ファイバーキャピラリー内の前記ラベルが付けられた微小粒子を、蛍光スペクトルをそこから生成するためにレーザー光で照明し、
前記ラベルが付けられた微小粒子からの前記蛍光スペクトルで光ファイバー照明すること、前記光ファイバーは、光スペクトル分離器に前記蛍光スペクトルを運び、前記光スペクトル分離器からの出力は少なくとも1つのマルチチャネル光検出器に入射し、光検出器チャネルはそれぞれ、前記光スペクトル分離器からの別個の光スペクトルを受け取り、前記別個の光スペクトルのそれぞれ異なる波長の単一光子に応じた電流パルスを生成することに適した感光性ピクセルを有している方法。
[32]
[1]の前記単一光子カウンターにより前記別個の光スペクトルのそれぞれ異なる波長の前記光子を計数するステップを具備する[31]の方法。
Claims (32)
- 少なくとも1つのマルチチャネル光検出器と、
各光検出器チャネルは、別個の光スペクトルを受け取り、かつ前記受け取られた光スペクトルの単一光子に応じて電流パルスを生成するのに適した感光性ピクセルを有し、
マルチチャネル増幅器と、
各増幅器チャネルは、前記マルチチャネル光検出器の前記センサーチャネルのうちの対応する1つから光スペクトルに対応する前記電流パルスを受け取り、かつ前記電流パルスを増幅するのに適していて、
マルチチャネル光子計数器と、
各カウンターチャネルは、前記マルチチャネル増幅器の前記増幅器チャネルのうちの対応する1つから前記増幅された電流パルスを受け取るのに適していて、前記マルチチャネル光子計数器は、所定の時間間隔上の各カウンターチャネルにおいて前記増幅された電流パルスを合計するのに適した積分器を有している、
を具備する単一光子センサー。 - 光スペクトル分離器に多色光を伝達する光ファイバーを具備する請求項1の単一光子センサー。
- 前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器は、複数のチャネルを有する線型な光電子増倍管アレイを具備し、前記チャネルはそれぞれ前記光スペクトル分離器から別個の光スペクトルを受け取る請求項2の単一光子センサー。
- 前記線型な光電子増倍管アレイは、4以上チャネル、8以上のチャネル、16以上のチャネル、および32以上のチャネルを有する複数の線型な光電子増倍管アレイから成るグループから選択される請求項3の単一光子センサー。
- 前記線型な光電子増倍管アレイは、32チャネルを含んでいる請求項4の単一光子センサー。
- 前記マルチチャネル増幅器は、32のパルス増幅チャネルを具備し、前記パルス増幅チャネルのそれぞれは、前記線型な光電子増倍管アレイの32チャネルのうちの対応する1つから前記電流パルスを受け取るのに適している請求項5の単一光子センサー。
- 前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器の各チャネルによって生成された前記電流パルスのそれぞれは、2ナノ秒未満の持続時間τPULSEを有している請求項1の単一光子センサー。
- 前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器の各チャネルによって生成された前記電流パルスのそれぞれは、1ナノ秒未満の持続時間τPULSEを有している請求項1の単一光子センサー。
- 前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器の各チャネルによって生成された前記電流パルスのそれぞれは、0.1ナノ秒未満の持続時間τPULSEを有している請求項1の単一光子センサー。
- 前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器の各チャネルによって生成された前記電流パルスのそれぞれは、0.01ナノ秒未満の持続時間τPULSEを有している請求項1の単一光子センサー。
- 前記マルチチャネル光子計数器の線型の光子計数の範囲は、毎秒少なくとも107光子計数までである請求項1の単一光子センサー。
- 前記マルチチャネル光子計数器の線型の光子計数の範囲は、毎秒108光子計数である請求項1の単一光子センサー。
- 前記マルチチャネル光子計数器の線型の光子計数の範囲Rが、R≧1/τRESPONSEであり、τRESPONSEは単一光子に応答する単一光子計数器によって必要とされる時間である請求項1の単一光子センサー。
- 前記マルチチャネル光検出器は、シリコン光電子増倍管を具備し、シリコン光電子増倍管のチャネルのそれぞれはマトリクス状の個別のピクセルを具備し、前記チャネルは共通のシリコン基板上で並列に共に接続される請求項1の単一光子センサー。
- 1対の前記マルチチャネル光検出器と、入射多色光を受け取り、かつ前記多色光の2本の別個のビームを生成するのに適した光ビームスプリッターと、を具備し、光の前記ビームは1対の前記光スペクトル分離器のうちの1つに入力する請求項2の単一光子センサー。
- それぞれの前記1対のマルチチャネル光検出器のセンサーチャネルはそれぞれ、前記1対の光スペクトル分離器のそれぞれから別個の光スペクトルを受け取り、かつそれらに応じて電流パルスを生成するのに適した感光性ピクセルを有している請求項15の単一光子センサー。
- 前記光ビームスプリッターは2色性ミラー(dichroic mirror)を具備する請求項15の単一光子センサー。
- 前記光ビームスプリッターは半透鏡を具備する請求項15の単一光子センサー。
- 前記多色光は、複数の蛍光染料によって形成された混合物によって生成された蛍光性スペクトルから成る請求項1の単一光子センサー。
- 入射多色光の単一波長を受け取り、かつ光の前記単一波長を、マルチチャネル光検出器の1以上のチャネルを定義する感光性ピクセルに伝達するのに適した光ファイバーを具備する単一光子センサー。
- 前記入射多色光は、複数の蛍光染料によって形成された混合物によって生成された蛍光性スペクトルから成る請求項20の単一光子センサー。
- 前記光ファイバーが入射蛍光性スペクトルの単一波長に対応する光の受理の所定の角度を定義する入力終了を具備する、クレーム21の単一光子センサー。
- 前記光ファイバーのそれぞれは、前記光ファイバーの他のものによって受け取られる入射蛍光性スペクトルの波長とは異なる前記入射蛍光性スペクトルの単一波長を受け取り、入射蛍光性スペクトルの前記単一波長を、前記マルチチャネル光検出器のチャネルのうちの対応する1つに伝達するのに適している請求項22の単一光子センサー。
- 所定の複数の前記光ファイバーは、前記入射蛍光スペクトルの単一波長を受け取るのに適し、かつ入射蛍光スペクトルの前記単一波長を、前記マルチチャネル光検出器の複数の対応する前記チャネルに伝達するのに適している請求項22の単一光子センサー。
- DNA配列を同定する方法であって、
蛍光染料で選択されたDNA断片をラベル付け、
前記DNA断片を光ファイバー分離キャピラリーへ入力し、
前記DNA断片から蛍光スペクトルを生成するために、前記光ファイバー分離キャピラリーにおいて所定の波長のレーザー光で前記ラベル付されたDNA断片を照明し、
前記DNA断片からの蛍光スペクトルで光ファイバーを照明する、前記光ファイバーは前記蛍光スペクトルを光スペクトル分離器に運び、前記光スペクトル分離器からの出力は少なくとも1つのマルチチャネル光検出器に入射し、光検出器チャネルはそれぞれ、前記光スペクトル分離器からの別個の光スペクトルを受け取りかつ前記別個の光スペクトルのそれぞれ異なる波長の単一光子に応答する電流パルスを生成するのに適した感光性ピクセルを有している、ステップを具備する方法。 - 前記レーザー光は、ArイオンおよびNd:YAGレーザーのグループから選択されたレーザーによって生成され、前記レーザーの波長は488nmから532nmまでの範囲内である請求項25の方法。
- 前記所定の波長は、488nm、514nmおよび532nmのうちの一つである請求項25の方法。
- 前記光ファイバー分離キャピラリーは約200マイクロメーターのコア径を有している請求項25の方法。
- 前記光ファイバー分離キャピラリーにおいて前記DNA断片を電気泳動的に分離するステップを具備する請求項25の方法。
- 前記少なくとも1つのマルチチャネル光検出器が32チャネルの線型な光電子増倍管アレイを具備する請求項25の方法。
- カラーコードされた微小粒子を検出する方法であって、
蛍光染料で微小粒子にラベルを付け、
緩衝液で前記ラベルが付けられた微小粒子を懸濁し、
所定の速度で光ファイバーキャピラリーに、前記ラベルが付けられた微小粒子を有する前記緩衝液を通し、
前記光ファイバーキャピラリー内の前記ラベルが付けられた微小粒子を、蛍光スペクトルをそこから生成するためにレーザー光で照明し、
前記ラベルが付けられた微小粒子からの前記蛍光スペクトルで光ファイバー照明すること、前記光ファイバーは、光スペクトル分離器に前記蛍光スペクトルを運び、前記光スペクトル分離器からの出力は少なくとも1つのマルチチャネル光検出器に入射し、光検出器チャネルはそれぞれ、前記光スペクトル分離器からの別個の光スペクトルを受け取り、前記別個の光スペクトルのそれぞれ異なる波長の単一光子に応じた電流パルスを生成することに適した感光性ピクセルを有している方法。 - 請求項1の前記単一光子カウンターにより前記別個の光スペクトルのそれぞれ異なる波長の前記光子を計数するステップを具備する請求項31の方法。
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