JP2013524214A - 光検出システムおよび／または光検出方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 光検出システム（１００）は光学要素（１１６、２０２、５０２）を含み、当該光学要素は集光路（１２２）から離れた放出放射線（１０８）を前記光路に戻るように方向づけるものであり、研究対象試料（２０４）内の放射線感受性物質が励起放射線を吸収することにより、前記放射線感受性物質が前記放出放射線を放出するものであり、前記放出放射線は、前記物質に対応するスペクトル特性を有するものである。
【選択図】 図１

Description

以下は、光検出システムおよび／または光検出方法に関するものである。

光検出器は、可視領域の電磁スペクトルに対応する電磁放射線を検出し、そのスペクトル特性（例えば、波長、周波数、またはエネルギー）を示す信号を出力するように構成されている。このような光検出器は例えば、所定のスペクトル特性を認識している電磁放射線励振源が電磁放射線を出力し、蛍光標識などのように異なる放射線感受性標識によりラベリングされている所定の１若しくはそれ以上の物質を有する試料に対して照射する光検出システムに使われている。前記標識はそこで受けた放射線を吸収し、それに反応して、同じ特性の放射線を放出する。光検出器は当該放出放射線を検出し、放出放射線が示す信号を出力する。当該信号は、前記試料中の１若しくはそれ以上の物質の存在および不存在の決定、および／または前記試料中の物質の特定に使用することができる。

残念ながら、上記光検出システムの一例においても、前記試料中の物質に付着する標識は画一的に全方位、すなわち光検出器とは異なる方向も含む全方位に放射線を放出してしまう。その結果、前記標識により放出される前記放射線の半分に満たない部分しか前記光検出器に対して照射されず、ゆえに検出されないことになる。さらに、前記電磁放射線が前記標識を崩壊させる程度であれば照射等された放射線を吸収して放射線放出を誘導するどころか、前記標識を通過してしまうことになる。以上からすると、検出や標識放出の非効率性を補うべく、より高出力の電磁放射線励振源を使うことが考えられる。しかし、それでは光検出システムの費用を全体的に上げてしまう。また、たとえ励起光源が最高出力レベルであっても、標識によっては、既存のノイズ範囲内では最低限度にしか検出できない信号レベルといった比較的低出力の信号しか出力できない場合もある。

本出願の態様は、上記その他の事項に対処するものである。

一態様として光検出システムがあり、これは、放出放射線を方向づける光学要素を含み、それにより集光路から離れた前記放出放射線が前記光路に戻るように導かれ、研究対象試料内の放射線感受性物質が励起放射線を吸収することにより、当該放射線感受性物質が前記放出放射線を放出するものであり、前記放出放射線は前記物質に対応するスペクトル特性を有するものである。

別の態様として光検出方法があり、これは、放射線集光路から離れた放出放射線が前記光路に戻るように方向づける工程であって、研究試料中の放射線感受性物質が励起放射線を吸収することにより、当該放射線感受性物質が前記放出放射線を放出するものである、前記方向づける工程と、前記光路に方向づけられた前記放出放射線および前記光路に導かれた放出放射線を含む放射線を検出する工程と、前記検出された放出放射線を示す信号を出力する工程とを含む。

さらに別の態様として試料キャリア装置があり、これは、少なくとも２つの対向面を有し、当該対向面間に試料を保持するように構成される試料キャリアを含む。前記試料は、１若しくはそれ以上の放射線感受性物質を含み、当該各物質はそれぞれ１若しくはそれ以上の物質に対応するスペクトル特性を有する放射線を放出する。前記装置はまた、前記試料キャリアの第１の面に取り付けられた光学要素も含む。当該光学要素は、前記１若しくはそれ以上の物質により放出された放射線が前記第１の面に向かうよう方向づけるように構成される。

本出願は実施例を用いて図示されているが、添付の図面に示される形態に限定されるものではない。図面において同様の参照番号は類似する要素を示している。
図１は、光検出システムの一例を示した図である。 図２は、反射板を含むシステムにおいて、試料が線源放射線を吸収し、それに反応して前記試料から前方へ放出される例を示した図である。 図３は、前記試料から後方へ放出され、前記反射板により反射される例を示した図である。 図４は、反射された伝送線源放射線が前方放出され、かつ前記反射板に反射して後方放出される例を示した図である。 図５は、フィルタを含むシステム内において、試料が線源放射線を吸収し、それに反応して前記試料から前方へ放出される例を示した図である。 図６は、前記試料から後方へ放出され、前記フィルタにより反射される例を示した図である。 図７は、伝送励起線源放射線が前記フィルタを通過する例を示した図である。 図８は、光学要素と試料キャリアが前記光検出システム用の同じ光学装置の一部となっている実施形態を示した図である。 図９は、光学要素と試料キャリアが前記光検出システムにおいて別個の要素である実施形態を示した図である。 図１０は、方法を示した図である。 図１１は、光検出システムの例を示した図である。

図１は光検出システム例１００を示した図である。この光検出システム１００には試料キャリアサポート領域１０２があり、１若しくはそれ以上の電磁放射線感受性物質を含む試料（図１に図示されていない）を保持するように構成される試料キャリア１０４などの試料キャリアを支持する１若しくはそれ以上の構造要素を含む。試料キャリアに適する例として、これに限定されるものではないが、ラブオンチップ（ｌａｂ-ｏｎ-ａ-ｃｈｉｐ、ＬＯＣ）やバイオチップ、および／またはその他の試料キャリアを含む。試料に適する非限定例は、人間または動物のＤＮＡの１若しくはそれ以上のらせん構造を有する生体試料および／またはその他の試料を含む。電磁放射線感受性物質に適する非限定例は、蛍光物質その他の標識で選択的に前記試料に付着し、励起電磁放射線１０６を吸収し、当該励起放射線を吸収した前記特定物質に対応するスペクトル特性（波長範囲、周波数範囲、エネルギー範囲、色の範囲など）を有する電磁放射線１０８を放出する標識を含む。

ＤＮＡの特定および／または配列などＤＮＡ分析との関連では、前記電磁放射線感受性物質には少なくとも４つの異なる蛍光色素が考えられ、いずれも既知であるが異なるスペクトル特性を有する電磁放射線を放出する。各色素はＤＮＡ分子における４つのヌクレオチド塩基（アデナイン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）、およびチミン（Ｔ））のうちいずれか異なる１つの塩基に結合する特定物質を標的にする。この場合、前記試料内の前記物質により放出される前記電磁放射線には試料に付着する１若しくはそれ以上の前記蛍光色素のスペクトル特性に対応するスペクトル特性を有する電磁放射線を含む。１若しくはそれ以上の追加色素はキャリブレーションおよび／またはその他の目的のために使用されうる。

電磁放射線源（線源）１１０は、前記励起電磁放射線１０６を出力し、伝送する。前記線源１１０が伝送する励起電磁放射線は、前記試料キャリア１０４が設置されている場合にはそのキャリアにより保持される前記試料や物質を照射しながら、前記線源１１０から前記試料キャリアサポート領域１０２に向かって光路１１２を導かれて動く。前記線源１１０は、あらかじめ決定された範囲内のスペクトル特性を有する励起電磁放射線１０６を保持するように構成される。例えば一例として、前記線源１１０にはおよそ４８８ナノメータ上下５ナノメータ（４８８ｎｍ±５ｎｍ）の波長を有するレーザービームを保持するように構成されるレーザーが含まれる。別の前記線源１１０の例として、非レーザー源（例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や白色光など）やその他の電磁放射線の波長帯も考えられる。

線源コントローラ１１４は前記電磁放射線源１１０をコントロールする。コントロールは、これに限定されるものではないが、前記出力の調整、前記励起電磁放射線１０６を伝送するように前記電磁放射線１１０を活性化すること、および前記電磁放射線源１１０が前記励起電磁放射線１０６を伝送しないように活性化した電磁放射線源１１０を非活性化することを含む。その他のコントロールとして、あらかじめ決定されたパルシングへの応用や、放出構成の設定の決定などを含みうる。

光学要素１１６は、前記試料キャリア１０４の側面で前記励起電磁放射線１０６を受ける側面１２０と反対にある側面１１８との関係で配置される。下記に詳細に示すように、一例として前記光学要素１１６は前記試料キャリア１０４内の前記物質により前記集光路１２２から前記側面１１８方向に放出される電磁放射線を前記集光路１２２に向けて反射する。このように前記電磁放射線１０８は、前記集光路１２２に向かって前記物質により放出される電磁放射線と、前記集光路１２２から離れた方向に向かって前記物質により放出され、前記光学要素１１６により前記集光路１２２に向かって反射される前記電磁放射線との両者を含みうる。このように、電磁放射線１０８の強度は前記光学要素１１６がない実施形態と比較すると、ノイズ・レベルを実質同じに保ちつつ高めうる。

以下もまた後に詳述するが、光学要素の種類によっては、前記光学要素１１６は前記物質に導かれ、または通過する前記励起電磁放射線１０６を、実質的に強度を弱めることなく前記試料キャリア１０４方向、すなわち前記試料および物質に戻る方向に追加的に反射しうる。前記反射した励起電磁放射線１０６は、前記励起電磁放射線１０６と上記に示した前記物質との相互作用と実質的類似する態様で、前記物質と相互作用しうる。このように、前記電磁放射線１０８は、前記反射した電磁放射線１０６を受けた前記物質から放出される電磁放射線をも含みうる。このように伝送電磁放射線を反射することは、前記反射した伝送励起電磁放射線のスペクトル特性が当初の前記励起電磁放射線のスペクトル特性に実質的に類似する場合、例えば相対的に薄い（例えば８０マイクロンのような１００マイクロン未満）試料キャリアを使う場合などに適している。前記反射した伝送放射線の相互作用はさらに、前記光学要素１１６がない実施形態と比較すると、ノイズ・レベルを実質同じに保ちつつ、前記電磁放射線１０８の強度を高めうる。

レンズ１２４は前記試料キャリア１０４と前記線源１１０の間に配置され、試料キャリアが受けた前記励起放射線１０６に焦点をあて、前記集光路１２２との関係で前記放出電磁放射線１０８を集める。前記レンズ１２４は両凸レンズを含む。しかし、平凸その他のレンズで前記標的に関して前記物質により放出される前記電磁放射線に焦点をあてることに適しているその他のレンズもまた考えられる。

フィルタ１２６は前記レンズ１２４と前記線源１１０の間に配置される。このフィルタ１２６は前記励起電磁放射線１０６をフィルタリングし、かつ前記放出電磁放射線１０８を方向づけるように構成される。前記線源１１０から前記試料キャリア１０４方向に導かれる前記励起電磁放射線１０６との関係では、前記フィルタ１２６は前記電磁放射線１０６をフィルタリングし、目的とする所定のスペクトル特性を有する励起電磁放射線のみ通過させる。他のスペクトル特性を有する電磁放射線は取り除かれる。前記試料キャリア１０４から前記フィルタ１２６方向に導かれる前記励起電磁放射線１０６との関係では、前記フィルタ１２６は前記集光路１２２からの前記電磁放射線１０６をフィルタリングし、例えば当該電磁放射線１０６を通過させる。前記放出電磁放射線１０８との関係では、前記フィルタ１２６は当該放出電磁放射線１０８を前記集光路１２２に沿って方向づけるところ、非限定的実施形態を示す図１では一直線になっていない。フィルタに適する例としては、干渉フィルタ、バンドパスフィルタその他のフィルタで選択的にスペクトル特性に基づいて電磁放射線を反射させる一方で、スペクトル特性に基づく他の電磁放射線を通過させるフィルタが含まれる。

検出器１３０は前記集光路１２２に導かれた前記放出電磁放射線１０８を検出し、そこに示される信号を出力する。前述したＤＮＡ例との関係では、前記物質により放出される前記電磁放射線１０８の検出は前記試料キャリア１０４が保持する試料内で標識化されたＤＮＡらせん構造の特定および／または配列決定に使用されうる。例えば、１ヌクレオチドに結合する特定の色素の波長に対応する波長を有する電磁放射線の検出は前記研究対象試料内に当該ヌクレオチドが存在するか否かの特定に使用されうる。前記特定色素の波長以外の波長を有する電磁放射線の検出は研究中の前記試料内に当該ヌクレオチドが存在しないことを示すことになる。簡単に上述したように、他の色素や標識はキャリブレーションおよび／またはその他の目的のために使用されうる。

別の実施形態として、前記検出器１３０が複数の場合、すなわち各検出器がそれぞれ異なるスペクトル特性を有する電磁放射線を検出するように構成される場合も含まれる。例えば、上記ＤＮＡ例との関係でいうと、前記複数の検出器の一つはヌクレオチド・アドニンに付着する蛍光色素に対応する電磁放射線を検出するように構成され、別の検出器はヌクレオチド・グアニンに付着する蛍光色素に対応する電磁放射線を検出するように構成される、などである。この場合同様に、前記特定色素の波長以外の波長を有する電磁放射線の検出は研究中の前記試料内に当該ヌクレオチドが存在しないことを示すことになる。検出器コントローラ１３２は前記検出器１３０をコントロールする。コントロールは、これに限定されるものではないが、検出器１３０の増幅率の調整、電磁放射線を検出するように前記検出器１３０を活性化させること、および検出の非活性化を含む。

フィルタ１３４は前記フィルタ１２６と前記検出器１３０の間に配置される。このフィルタ１３４は前記集光路１２２を導かれて動く前記放出電磁放射線１０８を通過させ、後方散乱その他を介して前記集光路１２２に向けられたあらゆる反射励起電磁放射線１０６を含む電磁放射線を減衰させ、および／または他の電磁放射線を反射するように構成される。なお、別の実施形態においてフィルタ１３４がないことも可能である。

レンズ１３６は前記フィルタ１３４と前記検出器１３０の間に配置される。このレンズ１３６は前記検出器１３０との関係で前記放出電磁放射線１０８に焦点をあてる。前記レンズ１２４と同様、このレンズ１３６は両凸レンズを含むが、代替的に平凸その他のレンズなど、前記検出器１３０との関連で前記電磁放射線１０８に焦点をあてることに適しているレンズも含みうる。

格納部１３８は前記検出器１３０により出力される信号、前記線源コントローラ１１４および／または前記検出器コントローラ１３２をコントロールするコンピュータ可読および／または実行可能なインストラクション、前記信号処理用のコンピュータ可読および／または実行可能なインストラクション、前記信号に基づき試料内のヌクレオチドその他の物質を特定するコンピュータ可読のインストラクション、および／またはその他の情報などの様々な情報を格納する。

プロセッサ１４０は、前記格納部１３８内の情報に少なくとも部分的に基づいて前記検出器コントローラ１３２と前記線源コントローラ１１４をコントロールし、および／または前記検出器により出力される信号の処理をする。ここでは単一のプロセッサ１４０が図示され、前記検出器コントローラ１３２と前記線源コントローラ１１４を共にコントロールしているが、別の実施形態ではそれぞれ別個のプロセッサが使われる。その場合であっても、前記検出器コントローラ１３２と前記線源コントローラ１１４は同一装置の一部としても別個の装置としてもありうる。

入力／出力（Ｉ／Ｏ）１４２は前記光検出システム１００から遠隔にあるものを経由して前記光検出システム１００と相互作用することを可能にする。非限定の例として、このＩ／Ｏ１４２はモニタその他のディスプレイ用やさらなる処理用の情報伝達に使用できる。別の非限定例として、前記Ｉ／Ｏ１４２は前記光検出システム１００のコントロール、構成などに関する入力信号を受けることができる。その他の相互作用も考えられる。

図２、３、４を合わせてみると前記光学要素１１６が反射板２０２を含む実施形態を図示しており、前記反射板はそこで受けた前記放出電磁放射線１０８やそこで受けた伝送励起電磁放射線１０６を反射する。

まず図２では、前記励起電磁放射線１０６は前記レンズ１２４へ導かれ、前記試料キャリア１０４が保持する試料２０４に照射される。前記試料２０４内の前記放射線感受性物質は少なくとも前記励起電磁放射線１０６の一部を吸収し、その反応として電磁放射線２０６を放出する。図２に図示されるように、前記電磁放射線２０６は前記試料２０４から実質画一的に放出される。前記電磁放射線２０６の一部である１０８_１は前記集光路１２２を導かれて動き前記レンズ１２４に向かい、そのレンズ１２４は前記集光路１２２との関係で前記一部１０８_１に焦点をあてる。

図３では、前記放出電磁放射線２０６の一部１０８_２は前記反射板２０２にぶつかり、反射されて前記レンズ１２４に向かっており、そのレンズ１２４は前記集光路１２２との関係で前記放射線に焦点をあてている。次の図４では、前記試料２０４を導かれて動く励起電磁放射線１０６は実質的に強度を落とすことなく前記反射板２０２に反射され前記試料２０４に戻っている。少なくとも前記反射励起電磁放射線１０６の一部は、図２および３において示された相互作用と同様に前記試料２０４内の物質と相互作用しえ、前記放出電磁放射線２０６から電磁放射線の一部１０８_３と１０８_４を発する。

上記例によると、前記放出電磁放射線２０６の一部である前記１０８_１、１０８_２、１０８_３、１０８_４を合わせると前記電磁放射線１０８（図１）となる。したがって、前記電磁放射線１０８の強度は前記一部１０８_１、１０８_２、１０８_３、１０８_４に基づくことになり、前記反射板２０２がない実施形態と比較すると高くなりうる。例えば一例として、前記反射板２０２がない場合は前記電磁放射線１０８の強度は１０８_１の強度と同一となる一方、前記反射板２０２がある場合、前記一部１０８_１、１０８_２、１０８_３、１０８_４がそれぞれ実質的に同一強度を有すると仮定すると、前記電磁放射線１０８の強度は１０８_１の強度のおよそ４倍（４００％）となる。実施形態によって強度は高くも低くもなりうる。別の形態として、前記電磁放射線の一部のいずれよりも低い強度に興味がある場合はより低力な（たとえば１／４力）電磁放射線源１１０を使うことも可能である。また別の形態として、強度を高めながら、より低力源を使用することもありうる。より低力の電磁放射線源を使うことにより、前記光検出システム１００の費用も抑えうる。

図５、６、７は前記光学要素１１６がフィルタ５０２を含む実施形態を図示しており、前記フィルタはそこで受けた前記放出電磁放射線１０８を反射し、およびそこで受けた伝送励起電磁放射線１０６をフィルタリングする。図５と６は図２と４と実質同様で、前記反射板２０２が前記反射板５０２に置き換えられたことが異なるにすぎない。図７では、前記試料２０４を導かれて動く前記励起電磁放射線１０６は前記フィルタ５０２を通過している。この実施形態および図５から７に図示されるように、前記一部１０８_１、１０８_２を合わせると前記電磁放射線１０８（図１）となる。

図２から５に図示されている実施形態と同様、前記電磁放射線１０８の強度は前記光学要素１１６がない実施形態と比較して高くなりうる。例えば一例として、前記フィルタ５０２がある場合、前記電磁放射線の一部である前記１０８_１、１０８_２が同一強度を有すると仮定すると、前記電磁放射線１０８の強度は前記一部１０８_１の強度の２倍（２００％）となる。実施形態によって強度は高くも低くもなりうる。別の形態として、前記電磁放射線の一部のいずれよりも低い強度に興味がある場合はより低力な（たとえば１／２力）励起電磁放射線源１１０を使うことも可能である。また別の形態として、強度を高めながら、より低力源を使用することもありうる。同様に、より低力の電磁放射線源を使うことにより、前記光検出システム１００の費用も抑えうる。

図８と９は前記試料キャリア１０４と前記光学要素１１６の非限定例を図示している。前記試料キャリア１０４および／または前記光学要素１１６の形状（サイズや形など）は説明目的であり、限定するものでないことに注意されたい。このように前記試料キャリア１０４および／または前記光学要素は別の形状を有しうる。

図８において、試料キャリア装置８００は前記試料キャリア１０４とそれに接合する前記光学要素を含む。一例として、前記光学要素１１６はコーティングその他の層など、興味のある反射若しくは伝送物質を有する１若しくはそれ以上の層を有する。このようなコーティングはアルミニウム、銀、金その他適当な反射物質を有する金属などの１若しくはそれ以上の金属層を含みうる。このようなコーティングは前記光学要素１１６が興味ある反射や伝送の程度に対応する厚みおよび／または密度を有することができるよう応用されうる。

追加的または代替的に、前記光学要素１１６は１若しくはそれ以上の層で、興味ある物質の反射又は伝送に対応する前記試料キャリアと屈折率が整合しない誘電体のコーティングを含みうる。前記厚みおよび／または層数は前記コーティングの反射性や伝送性をあらかじめ決定して調整しうる。金属ベースのコーティングと誘電性コーティングと共に応用される場合、前記誘電体は前記金属ベースのコーティングの保護の役目も担う。

このようなコーティングは所定のスペクトル特性を有する電磁放射線の反射率が約０．０１％から約１００％になるように応用されうる。前記コーティングは異なるスペクトル特性を有する電磁放射線が同程度のまたは異なる反射率を有するようにすることができる。

前記光学要素１１６は前記試料キャリア１０４に様々に付着しうる。例えば一例では、前記光学要素１１６は塗料その他類似の素材が前記試料キャリア１０４の一面１２０上に塗布される場合を含む。別の例では、前記光学要素１１６は薄いフィルム、フォイルその他類似の前記試料キャリアの側面１１８、１２０に接着剤かなにか類似のもので貼付される場合を含む。前記光学要素１１６を前記試料キャリア１１４に付着させることに適する他の技法として、これに限定されるものではないが、真空蒸着、スピン・コーティング、スパッタ蒸着、めっき、ラミネート加工、および／またはその他の技法を含む。

図９において、前記光学要素１１６と前記試料キャリア１０４は別個の要素であり、距離９００をもって離れている。一実施形態において、前記距離９００は前記光学要素１１６と前記試料キャリ１０４が物理的に接合している。別の実施形態において前記距離９００は前記光学要素１１６と前記試料キャリア１０４が物理的に接合していないような数値となる。後者の実施形態において、前記光学要素１１６と前記試料キャリア１０４はゼロでない幅の空隙により離されていることになる。図８の実施形態と同様、前記光学要素１１６は反射板でもフィルタでもありうる。代替的に、前記光学要素１１６は図８および／またはその他との関係で説明するようにコーティングされた基盤も含みうる。

前記光検出システムの別の構成も考えられる。例えば、図１１は前記線源１１０が励起電磁放射線を伝送し、その励起電磁放射線は前記光学要素１１６に導かれ、前記試料キャリア１０４に保持されている前記試料にぶつかる実施形態を図示している。図５?７と同様、この実施形態でも前記光学要素１１６は前記フィルタ５０２を含み、そのフィルタは前記励起電磁放射線１０６を通過させ、前記放出電磁放射線１０８を前記集光路１２２方向に反射する。その他の前記要素は上記に述べたように作用する。その他の実施形態も考えられる。

図１０は光検出方法を図示するものである。

１００２で、励起放射線源が活性化する。ここに説明するように、当該励起放射線は蛍光色素によって標識化されているＤＮＡらせん構造などの所定の試料を保持する試料キャリア１０４に方向づけられる。

１００４で、前記励起放射線は前記試料および標識に照射され、当該標識は前記励起放射線を吸収し、所定の異なるスペクトル特性を有する電磁放射線をそれぞれ放出する。ここに説明するように、異なるスペクトル特性を有し、前記試料内の異なる物質に結合する標識を複数使用することもできる。

１００６で、前記試料に導かれた前記励起放射線は前記試料に戻るように方向づけられ、１若しくはそれ以上の標識からの放出を引き起こす。代替的に、前記試料および標識に導かれた前記励起放射線はフィルタリングされる。

１００８で、集光路から離れた放出電磁放射線は前記集光路の方向に反射される。

１０１０で、前記集光路に導かれた放出電磁放射線と反射により前記集光路に導かれた放出電磁放射線は両者共検出される。

１０１２で、前記検出された電磁放射線は前記標識、ゆえに前記試料中の物質を特定するために使用される。

本出願は、様々な実施形態を参照して説明されている。本明細書を読むと、読者は修正および変更に気が付くであろう。本発明は、添付の請求の範囲の範囲内およびその均等物の範囲内である限りにおいて全てのそのような修正および変更が含まれるように解釈されるよう意図されている。

【０００２】
光検出器は、可視領域の電磁スペクトルに対応する電磁放射線を検出し、そのスペクトル特性（例えば、波長、周波数、またはエネルギー）を示す信号を出力するように構成されている。このような光検出器は例えば、所定のスペクトル特性を認識している電磁放射線励振源が電磁放射線を出力し、蛍光標識などのように異なる放射線感受性標識によりラベリングされている所定の１若しくはそれ以上の物質を有する試料に対して照射する光検出システムに使われている。前記標識はそこで受けた放射線を吸収し、それに反応して、同じ特性の放射線を放出する。光検出器は当該放出放射線を検出し、放出放射線が示す信号を出力する。当該信号は、前記試料中の１若しくはそれ以上の物質の存在および不存在の決定、および／または前記試料中の物質の特定に使用することができる。
残念ながら、上記光検出システムの一例においても、前記試料中の物質に付着する標識は画一的に全方位、すなわち光検出器とは異なる方向も含む全方位に放射線を放出してしまう。その結果、前記標識により放出される前記放射線の半分に満たない部分しか前記光検出器に対して照射されず、ゆえに検出されないことになる。さらに、前記電磁放射線が前記標識を崩壊させる程度であれば照射等された放射線を吸収して放射線放出を誘導するどころか、前記標識を通過してしまうことになる。以上からすると、検出や標識放出の非効率性を補うべく、より高出力の電磁放射線励振源を使うことが考えられる。しかし、それでは光検出システムの費用を全体的に上げてしまう。また、たとえ励起光源が最高出力レベルであっても、標識によっては、既存のノイズ範囲内では最低限度にしか検出できない信号レベルといった比較的低出力の信号しか出力できない場合もある。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
【先行技術文献】
【特許文献】

【０００３】
【特許文献１】 国際公開第２００１／０１８５２４号
【非特許文献】

【０００４】
【非特許文献１】 ＲＯＢＩＮ Ｋ ＥＴ ＡＬ．，"Ｂｉｏｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＤＮＡ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｕｓｉｎｇ ｅｎｈａｎｃｅｄ ＵＶ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈｉｐ ｓｕｒｆａｃｅ"，ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ ＯＦ ＴＨＥ ＳＰＩＥ − ＴＨＥ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＯＣＩＥＴＹ ＦＯＲ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＳＰＩＥ − ＴＨＥ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＯＣＩＥＴＹ ＦＯＲ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＵＳＡ，ｖｏｌ．７１８８，２００９，ＸＰ００２５９２５７６ ＩＳＳＮ：０２７７−７８６Ｘ．
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】

本出願の態様は、上記その他の事項に対処するものである。
一態様として光検出システムがあり、これは、放出放射線を方向づける光学要素を含み、それにより集光路から離れた前記放出放射線が前記光路に戻るように導かれ、研究対象試料内の放射線感受性物質が励起放射線を吸収することにより、当該放射線感受性物質が前記放出放射線を放出するものであり、前記放出放射線は前記物質に対応するスペクトル特性を有するものである。

Claims (27)

1. 光検出システム（１００）であって、
   放出放射線（１０８）を方向づける光学要素（１１６、２０２、５０２）を有し、それにより集光路（１２２）から離れた前記放出放射線が前記光路に戻るように導かれ、
   研究対象試料（２０４）内の放射線感受性物質が励起放射線を吸収することにより、当該放射線感受性物質が前記放出放射線を放出するものであり、
   前記放出放射線は、前記物質に対応するスペクトル特性を有するものである、
   光検出システム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、前記光学要素（１１６、２０２）は、前記試料に導かれた伝送励起放射線（１０６）を前記試料に戻る方向に方向転換するものであるシステム。
3. 請求項２記載のシステムにおいて、前記励起放射線および前記伝送励起放射線は、実質的に類似するスペクトル特性を有するものであるシステム。
4. 請求項２記載のシステムにおいて、前記光学要素（１１６、２０２）は、第２の放出放射線（１０８）を放出するものであり、それにより前記光路から離れた前記第２の放出放射線が前記光路に戻るように導かれ、
   前記放射線感受性物質は、前記方向転換された伝送励起放射線を吸収することにより、前記第２の放出放射線を放出するものである、
   システム。
5. 請求項４記載のシステムにおいて、前記放出放射線および前記第２の放出放射線は実質的に類似のスペクトル特性を有するものであるシステム。
6. 請求項１記載のシステムにおいて、前記光学要素（１１６，５０２）は前記試料に導かれた放出励起放射線をフィルタリングするものであるシステム。
7. 請求項１記載のシステムにおいて、さらに前記試料を保持する試料キャリア（１０４）を支持する試料キャリアサポート領域（１０２）を有し、
   前記光学要素（１２０、２０２、５０２）は前記試料キャリア（１０４）に付着するものである、
   システム。
8. 請求項７記載のシステムにおいて、前記光学要素（１１６、２０２、５０２）は、前記試料キャリア（１０４）に付着するコーティング、層、またはフィルムのうちのいずれかであるシステム。
9. 請求項１記載のシステムにおいて、さらに前記試料を保持する試料キャリア（１０４）を支持する試料キャリアサポート領域（１０２）を有し、
   前記光学要素（１１６、２０２、５０２）および前記試料キャリア（１０４）は別個の要素であるものである
   システム。
10. 請求項１記載のシステムにおいて、さらに、
    前記放出放射線を検出し、前記スペクトル特性を示す信号を出力する検出器（１３０）を有するものであるシステム。
11. 請求項１０記載のシステムにおいて、前記物質は前記試料内の標的に結合するものであり、
    さらに、前記試料内の前記標的を前記信号に基づいて特定するプロセッサ（１４０）を有するものである
    システム。
12. 請求項１記載のシステムにおいて、前記試料は、当該試料内の異なる放射線感受性物質に付着する複数の異なる放射線感受性物質を含み、各物質は固有のスペクトル特性を有する放射線を放出するものであるシステム。
13. 請求項１２記載のシステムにおいて、前記試料はＤＮＡ分子を有し、前記物質は異なる放射線感受性標識を有するものであり、
    前記標識は、それぞれ前記ＤＮＡのヌクレオチド塩基の異なるいずれか１つに結合し、前記信号は前記試料内のＤＮＡらせん構造の１若しくはそれ以上のヌクレオチド塩基を特定するのに使用されるものである
    システム。
14. 光検出方法であって、
    放射線集光路から離れた放出放射線が前記光路に戻るように方向づける工程であって、研究試料中の放射線感受性物質が励起放射線を吸収することにより、当該放射線感受性物質が前記放出放射線を放出するものである、前記方向づける工程と、
    前記光路に方向づけられた前記放出放射線および前記光路に導かれた放出放射線を含む放射線を検出する工程と、
    前記検出された放出放射線を示す信号を出力する工程と
    を有する光検出方法。
15. 請求項１４記載の方法において、前記検出放射線の強度は、前記光路に向けて方向づけられた前記検出された放出放射線の強度および前記光路に導かれた検出された放出放射線の強度に基づくものである方法。
16. 請求項１４記載の方法において、さらに、
    前記物質に導かれた伝送励起放射線を前記物質に戻るように方向づける工程を有し、
    前記放射線感受性物質は、前記方向づけられた伝送励起放射線を吸収することにより、第２の放射線を放出するものである
    方法。
17. 請求項１６記載の方法において、前記検出放射線はさらに、前記物質が前記方向づけられた伝送励起放射線を吸収することにより放出する放射線を含むものである方法。
18. 請求項１７記載の方法において、前記検出放射線の強度はさらに、前記方向づけられた伝送励起放射線の吸収に反応して放出された前記放射線の強度に基づくものである方法。
19. 請求項１４記載の方法において、前記放出放射線は前記物質に対応するスペクトル特性を有するものであり、
    さらに、前記検出放射線に基づいて前記物質を特定する工程を有するものである
    方法。
20. 光検出システムにおける研究対象試料保持用の試料キャリア装置であって、
    少なくとも２つの対向面（１１８、１２０）があり、当該対向面間に試料を保持するように構成される試料キャリア（１０４）であって、
    前記試料は、１若しくはそれ以上の放射線感受性物質を含み、当該各物質はそれぞれ１若しくはそれ以上の物質に対応するスペクトル特性を有する放射線を放出するものである、前記試料キャリアと、
    当該試料キャリア（１０４）の第１の面に取り付けられた光学要素（１１６，２０２）であって、前記１若しくはそれ以上の物質により放出された放射線が前記第１の面に向かうよう方向づけるように構成されるものである、前記光学要素と
    を有する装置。
21. 請求項２０記載の試料キャリア装置において、前記光学要素は、前記１若しくはそれ以上の物質に導かれた励起放射線が前記１若しくはそれ以上の物質に戻る方向へ方向づけるように構成されるものである装置。
22. 請求項２１記載の試料キャリア装置において、前記１若しくはそれ以上の物質に戻るように方向づけられた前記励起放射線は前記１若しくはそれ以上の物質に吸収され、この反応により前記物質は前記１若しくはそれ以上の物質に対応するスペクトル特性を有する第２の放射線を放出するものである装置。
23. 請求項２１記載の試料キャリア装置において、前記試料キャリア（１０４）は、１００マイクロン未満の厚さを有するものである装置。
24. 請求項２０記載の試料キャリア装置において、前記光学要素は、反射板（２０２）を含み、当該反射板は前記１若しくはそれ以上の物質により放出される放射線および励起放射線を反射するものである装置。
25. 請求項２０記載の試料キャリア装置において、前記光学要素はフィルタ（５０２）を含み、当該フィルタは前記１若しくはそれ以上の物質により放出される放射線を反射し、励起放射線をフィルタリングするものである装置。
26. 請求項２０記載の試料キャリア装置において、前記光学要素は、目的とする所定の反射性特性および／または伝送特性を有するフィルムを含むものである装置。
27. 請求項２０記載の試料キャリア装置において、前記光学要素は、光学塗料を含むものである装置。

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