JP2016522893A - 全内部反射を使用して光を収集するための方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
上記で要約されるように、本開示の態様は、全内部反射によって、上流に、フローストリーム中の試料によって放射された光を伝搬するように構成されたフローセルを含む。「伝搬する」いう用語は、本明細書では、フローストリームの流体媒体を通じる光の移動を指すために従来の意味で使用され、伝搬される光の経路は、流体媒体による屈折、反射、回折および干渉の関数である。以下でさらに詳細に説明されるように、フローストリーム中の試料によって放射された光は、全内部反射によって上流に伝搬される。「上流」は、放射された光がフローストリームによる流体フローの方向とは反対の方向に伝搬されて収集されることを意味する。言い換えれば、X−Y平面のY軸に沿って正のY方向に沿って横断するフローストリームを生成するようにフローセルノズルが配置される場合、本発明の実施形態のフローセルノズルは、負のY方向に光を伝搬するように構成される。同様に、X−Y平面のX軸に沿って正のX方向に沿って横断するフローストリームを生成するようにフローセルノズルが配置される場合、フローセルノズルは、負のX方向に光を伝搬するように構成される。
本開示の態様は、フローストリーム中の試料によって放射された光を測定するためのシステムを含む。本開示の実施形態では、対象システムは、フローストリームの流体媒体によって全内部反射によってフローセルのノズルオリフィスを通じて上流に伝搬される、フローストリーム中の試料によって放射された光を測定するように構成される。上記で論じられるように、「上流」という用語は、放射された光がフローストリームによる流体フローの方向とは反対の方向に伝搬されて収集されることを指す。言い換えれば、X−Y平面のY軸に沿って正のY方向に沿って横断するフローストリームを生成するようにフローセルノズルが配置される場合、フローセルノズルは、負のY方向に光を伝搬するように構成される。同様に、X−Y平面のX軸に沿って正のX方向に沿って横断するフローストリームを生成するようにフローセルノズルが配置される場合、フローセルノズルは、負のX方向に光を伝搬するように構成される。
本開示の態様は、フローストリーム中の試料から放射された光を測定するための方法も含む。ある実施形態による方法は、フローストリームの流体媒体によって全内部反射によってフローセルのノズルオリフィスを通じて上流に伝搬される、フローストリーム中の試料によって放射された光を測定するステップを含む。上記で論じられるように、本開示の実施形態では、方法は、フローストリームの媒体によって全内部反射によってフローセルのノズルオリフィスを通じて上流に伝搬される、試料によって放射された光を測定するステップを含む。方法は、ある例では、光源によってフローノズルオリフィスの下流のインタロゲーションフィールドにおいてフローストリームに照射するステップと、全内部反射によってノズルオリフィスを通じてフローセルのノズルチャンバに戻るように上流に伝搬される光を測定するステップとを含む。
本開示の態様は、対象方法を実践するためのコンピュータ制御システムであって、本明細書で説明される方法を実践するためのシステムの完全な自動化または部分的な自動化のための1つまたは複数のコンピュータをさらに含む、システムをさらに含む。いくつかの実施形態では、システムは、コンピュータプログラムがその上に格納されたコンピュータ可読記憶媒体を有するコンピュータを含み、コンピュータプログラムは、コンピュータ上にロードされる際、インタロゲーションフィールドにおいてフローストリーム中の試料に照射するための命令と、全内部反射によってフローセルのノズルオリフィスを通じて上流に伝搬される放射された光を検出し、1つまたは複数の波長で検出された光を測定するためのアルゴリズムとを含む。
本発明の態様は、キットをさらに含み、キットは、本明細書で説明されるような1つまたは複数のフローセルノズルを含む。いくつかの例では、キットは、1つまたは複数の分析コンポーネント(例えば、上記で説明されるような、ラベル付けされた試薬、緩衝剤など)を含み得る。いくつかの例では、キットは、要求通りに、試料収集デバイス(例えば、血液試料全体を得るために皮膚に小さな穴を空けるように構成されたランセットまたは針、ピペットなど)をさらに含み得る。
対象フローセルノズル、システム、方法およびコンピュータシステムは、流体媒体中の試料によって放射された光の測定量を増加することが望ましい様々な異なる応用における利用法を見出す。いくつかの実施形態では、本開示は、フローサイトメータのフローストリーム中の試料によって放射された光の測定の強化における利用法を見出す。本開示の実施形態は、研究やハイスループット実験室試験など、フローサイトメトリにおける放射測定の有効性を向上させることが望まれる場合における利用法を見出す。また、本開示は、細胞分取精度の改善、粒子収集の強化、エネルギー消費量の低減、粒子荷電効率、より精度が高い粒子荷電および細胞分取の間の粒子偏向の強化をフローサイトメータに提供することが望ましい場合における利用法も見出す。実施形態では、本開示は、拡散された放射光を収集するためのフローセルに隣接して配置される検出器の数の増加の必要性を低減する。
1.全内部反射によって、上流に、フローストリーム中の試料によって放射された光を伝搬するように構成されているフローセルノズル。
2.基端部および先端部を有するノズルチャンバと、
ノズルチャンバの先端部に配置されたノズルオリフィスと
を備え、
ノズルチャンバは、ノズルチャンバの基端部に、放射された光を誘導するように構成されている付記1に記載のフローセルノズル。
3.ノズルオリフィスを通じて、ノズルチャンバに、フローストリーム中の試料によって放射された光を伝搬するように構成されている付記2に記載のフローセルノズル。
4.ノズルチャンバは、円筒部分および円錐台形部分を備える付記2または3に記載のフローセルノズル。
5.ノズルチャンバは、円錐台形状を備える付記2または3に記載のフローセルノズル。
6.ノズルチャンバは、反射性を有する壁を備える付記2〜5のいずれか一つに記載のフローセルノズル。
7.ノズルチャンバの壁は、ノズルチャンバの基端部に向けて光を反射するように角度が形成されている付記6に記載のフローセルノズル。
8.ノズルチャンバの壁は、フローストリームの軸に対して130°〜150°の角度を形成してある付記7に記載のフローセルノズル。
9.ノズルチャンバの壁は、フローストリームの軸に対して135°の角度を形成してある付記8に記載のフローセルノズル。
10.ノズルチャンバは、1つまたは複数の流体ポートを備える付記2〜8のいずれか一つに記載のフローセルノズル。
11.ノズルチャンバは、試料注入ポートおよびシース流体ポートを備える付記10に記載のフローセルノズル。
12.試料注入ポートは、ノズルオリフィスとノズルチャンバの基端部との間に配置されている付記11に記載のフローセルノズル。
13.ノズルオリフィスと結合された毛細管フローチャネルをさらに備える付記2〜12のいずれか一つに記載のフローセルノズル。
14.ノズルオリフィスは、1μm〜2000μmの直径を有する付記2〜12のいずれか一つに記載のフローセルノズル。
15.ノズルオリフィスにおけるフローセルの壁の幅は、フローストリームの幅の4分の1以下である付記14に記載のフローセルノズル。
16.ノズルオリフィスにおけるフローセルの壁の幅は0.1mm〜0.75mmである付記15に記載のフローセルノズル。
17.ノズルオリフィスにおけるフローセルの壁の幅は0.25mmである付記16に記載のフローセルノズル。
18.ノズルオリフィスにおけるフローセルの壁の幅は0.5mmである付記16に記載のフローセルノズル。
19.ノズルチャンバは、光学調整コンポーネントを備える付記2〜18のいずれか一つに記載のフローセルノズル。
20.光学調整コンポーネントは、集光レンズを含む付記19に記載のフローセルノズル。
21.光学調整コンポーネントは、縮小レンズを含む付記19に記載のフローセルノズル。
22.光学調整コンポーネントは、コリメータを含む付記19に記載のフローセルノズル。
23.コリメータは、コリメートレンズを含む付記22に記載のフローセルノズル。
24.光学調整コンポーネントは、ノズルオリフィスから1mm〜500mmの位置に配置されている付記19に記載のフローセルノズル。
25.光学調整コンポーネントは、ノズルオリフィスから100mmの位置に配置されている付記24に記載のフローセルノズル。
26.光学調整コンポーネントは、波長分離器を含む付記19に記載のフローセルノズル。
27.波長分離器は、カットオフフィルタを含む付記26に記載のフローセルノズル。
28.光源と、
全内部反射によって、上流に、フローストリーム中の試料によって放射された光を伝搬するように構成されたフローセルノズルと、
伝搬された光の1つまたは複数の波長を測定するための検出器と
を備えるシステム。
29.フローセルノズルは、
基端部および先端部を有するノズルチャンバと、
ノズルチャンバの先端部に配置されたノズルオリフィスと
を備え、
ノズルチャンバは、ノズルチャンバの基端部に、放射された光を誘導するように構成されている付記28に記載のシステム。
30.フローセルノズルは、ノズルオリフィスを通じて、ノズルチャンバに、フローストリーム中の試料によって放射された光を伝搬するように構成されている付記29に記載のシステム。
31.検出器は、フローセルのノズルチャンバの基端部に配置されている付記29に記載のシステム。
32.光源はレーザである付記28〜31のいずれか一つに記載のシステム。
33.ノズルオリフィスは、1μm〜2000μmの直径を有する付記29〜32のいずれか一つに記載のシステム。
34.ノズルオリフィスにおけるフローセルの壁の幅は、フローストリームの幅の4分の1以下である付記33に記載のシステム。
35.ノズルオリフィスにおけるフローセルの壁の幅は0.1mm〜0.75mmである付記34に記載のシステム。
36.ノズルオリフィスにおけるフローセルの壁の幅は0.25mmである付記34に記載のシステム。
37.ノズルオリフィスにおけるフローセルの壁の幅は0.5mmである付記34に記載のシステム。
38.ノズルチャンバは、円筒部分および円錐台形部分を備える付記29〜37のいずれか一つに記載のシステム。
39.ノズルチャンバは、円錐台形状を備える付記29〜37のいずれか一つに記載のシステム。
40.ノズルチャンバは、反射性を有する壁を備える付記29〜37のいずれか一つに記載のシステム。
41.ノズルチャンバの壁は、ノズルチャンバの基端部に向けて光を反射するように角度が形成されている付記40に記載のシステム。
42.ノズルチャンバの壁は、フローストリームの軸に対して130°〜150°の角度を形成してある付記41に記載のシステム。
43.ノズルチャンバの壁は、フローストリームの軸に対して135°の角度を形成してある付記42に記載のシステム。
44.検出器は電荷結合素子である付記28〜43のいずれか一つに記載のシステム。
45.検出器は、ノズルオリフィスから放射された200nm〜800nmの波長で光を測定するように構成されている付記28〜44のいずれか一つに記載のシステム。
46.検出器の有効表面は、フローストリームの軸に直交するように配置されている付記28〜45のいずれか一つに記載のシステム。
47.検出器は、レンズと物理的に結合されている付記28〜46のいずれか一つに記載のシステム。
48.フローセルノズルは、光源に直交するように配置されている付記28〜47のいずれか一つに記載のシステム。
49.ノズルチャンバの基端部と検出器との間に配置された光学調整コンポーネントをさらに備える付記28〜48のいずれか一つに記載のシステム。
50.光学調整コンポーネントは、集光レンズを含む付記49に記載のシステム。
51.光学調整コンポーネントは、縮小レンズを含む付記49に記載のシステム。
52.光学調整コンポーネントは、コリメートレンズを含む付記49に記載のシステム。
53.光学調整コンポーネントは、波長分離器を含む付記49に記載のシステム。
54.波長分離器は、カットオフフィルタレンズを含む付記53に記載のシステム。
55.光学調整コンポーネントは、ノズルオリフィスから1mm〜500mmの位置に配置されている付記49に記載のシステム。
56.光学調整コンポーネントは、ノズルオリフィスから100mmの位置に配置されている付記55に記載のシステム。
57.ノズルチャンバおよびノズルオリフィスを備えるノズルと、
ノズルオリフィスから流れるように構成され、インタロゲーションゾーンを有するフローチャネルと、
インタロゲーションゾーンにおいて特定の方向からフローチャネルに光のビームを向けるように構成された照射源と、
ノズルチャンバに動作可能に接続され、ノズルオリフィスから放射された光を収集するように構成されたレンズ系と
を含むフローサイトメータ用の光学のシステム。
58.レンズ系は、2つ以上のレンズからなり、放射された光をコリメートするように構成されている付記57に記載のシステム。
59.レンズ系は、ノズルに動作可能に接続されたレンズハウジングチャンバ内に位置してある付記57または58に記載のシステム。
60.レンズ系は、ノズルチャンバ内に位置してある付記57〜59のいずれか一つに記載のシステム。
61.ノズルチャンバは、フローチャネルに対して130〜140度の内部勾配を有する付記57〜60のいずれか一つに記載のシステム。
62.レンズ系は、照射源からのプローブ光のビームに直交するように配置されている付記57〜61のいずれか一つに記載のシステム。
63.放射される光は、インタロゲーションゾーンで生成され、フローチャネル内の全内部反射を介してノズルオリフィスに伝送される付記57〜62のいずれか一つに記載のシステム。
64.ノズルチャンバは、1つまたは複数の流体ポートを備える付記57〜63のいずれか一つに記載のシステム。
65.ノズルチャンバは、試料注入管を備える付記57〜64のいずれか一つに記載のシステム。
66.レンズ系の上方に配置された光検出システムをさらに備える付記57〜65のいずれか一つに記載のシステム。
67.レンズ系は、1つまたは複数のレンズを含む付記57〜66のいずれか一つに記載のシステム。
68.ノズルオリフィスは、1mmを超える直径を有する付記57〜67のいずれか一つに記載のシステム。
69.ノズルチャンバは、0.25mm以下のノズルオリフィスにおける壁の厚さを有する付記57〜68のいずれか一つに記載のシステム。
70.ノズルオリフィスからレンズ系の第1のレンズまでの距離は、2〜100mmである付記57〜69のいずれか一つに記載のシステム。
71.光源によってインタロゲーションフィールドにおけるフローストリーム中の試料に照射するステップと、
全内部反射によってフローセルのノズルオリフィスを通じて上流に伝搬される、フローストリーム中の試料によって放射された光を検出するステップと、
1つまたは複数の波長で検出された光を測定するステップと
を含む方法。
72.フローストリームは、フローセルのノズルオリフィスから1mm以上下流のインタロゲーションフィールドにおいて照射される付記71に記載の方法。
73.フローストリームは、フローセルのノズルオリフィスから5mm以上下流のインタロゲーションフィールドにおいて照射される付記71に記載の方法。
74.フローストリームは、200nm〜800nmの波長で光源によって照射される付記71〜73のいずれか一つに記載の方法。
75.光源はレーザである付記71〜74のいずれか一つに記載の方法。
76.放射された光を収集するステップは、フローセルノズル内で反射された光を収集するステップを含む付記71〜75のいずれか一つに記載の方法。
77.フローセルのノズルオリフィスを通じて放射された光は、フローセルノズルの基端部に配置されたレンズによってコリメートされる付記71〜76のいずれか一つに記載の方法。
78.収集された光の波長を空間的に分離するステップをさらに含む付記71〜77のいずれか一つに記載の方法。
79.収集された光の波長を空間的に分離するステップは、収集された光をカットオフフィルタに通過させるステップを含む付記78に記載の方法。
80.フローセルノズルは、ノズルオリフィスからフローセルノズルの基端部に向けて放射された光を反射するように角度が形成された反射性を有する壁を備える円錐ノズルチャンバを備える付記71〜79のいずれか一つに記載の方法。
81.ノズルチャンバの壁は、フローストリームの軸に対して130°〜150°の角度を形成してある付記80に記載の方法。
82.照射されたフローストリームは、ノズルオリフィスと結合された毛細管フローチャネル内にある付記71〜81のいずれか一つに記載の方法。
83.ノズルオリフィスは、1μm〜2000μmの直径を有する付記71〜82のいずれか一つに記載の方法。
84.ノズルオリフィスにおけるフローセルの壁の幅は、フローストリームの幅の4分の1以下である付記83に記載の方法。
85.光を収集するための方法であって、
試料を含むフローチャネルをノズルオリフィスから生成するステップと、
フローチャネルのインタロゲーションゾーンにおいて試料に照射することとし、照射は、フローチャネルに実質的に直交する角度でインタロゲーションゾーンに光のビームを向けることを含むステップと、
試料によって放射され、全内部反射を通じて伝送された光を、ノズルオリフィスの上方に配置されたレンズ系を備える収集システムで収集するステップと
を含む方法。
86.フローチャネルを通じて複数の収集器に流れる際に試料を分取するステップをさらに含む付記85に記載の方法。
この出願は、2013年4月26日に出願された米国仮特許出願第61/816,288号明細書に関し、同出願の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (15)
- 全内部反射によって、上流に、フローストリーム中の試料によって放射された光を伝搬するように構成されていることを特徴とするフローセルノズル。
- 基端部および先端部を有するノズルチャンバと、
前記ノズルチャンバの前記先端部に配置されたノズルオリフィスと
を備え、
前記ノズルチャンバは、前記ノズルチャンバの前記基端部に、前記放射された光を誘導するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のフローセルノズル。 - 前記ノズルオリフィスを通じて、前記ノズルチャンバに、前記フローストリーム中の前記試料によって放射された光を伝搬するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載のフローセルノズル。
- 前記ノズルチャンバは、
a)基端円筒部分および先端円錐台形部分、または、
b)円錐台形状
を備えることを特徴とする請求項2または3に記載のフローセルノズル。 - 前記ノズルチャンバの壁は、前記ノズルチャンバの前記基端部に向けて光を反射するように角度が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のフローセルノズル。
- 前記ノズルオリフィスにおける前記フローセルの前記壁の幅は、前記フローストリームの幅の4分の1以下であることを特徴とする請求項5に記載のフローセルノズル。
- 前記ノズルチャンバは、光学調整コンポーネントをさらに備えることを特徴とする請求項2〜6のいずれか一項に記載のフローセルノズル。
- 光源と、
全内部反射によって、上流に、フローストリーム中の試料によって放射された光を伝搬するように構成されたフローセルノズルと、
伝搬された光の1つまたは複数の波長を測定するための検出器と
を備えることを特徴とするシステム。 - 前記フローセルノズルは、
基端部および先端部を有するノズルチャンバと、
前記ノズルチャンバの前記先端部に配置されたノズルオリフィスと
を備え、
前記ノズルチャンバは、前記ノズルチャンバの前記基端部に、前記放射された光を誘導するように構成されていることを特徴とする請求項8に記載のシステム。 - 前記検出器は、前記フローセルのノズルチャンバの前記基端部に配置されていることを特徴とする請求項9に記載のシステム。
- 前記ノズルチャンバの壁は、前記ノズルチャンバの前記基端部の検出器に向けて光を反射するように角度が形成されていることを特徴とする請求項9または10に記載のシステム。
- 前記光源はレーザであることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 前記フローセルノズルは、前記光源に直交するように配置されていることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 光源によってインタロゲーションフィールドにおけるフローストリーム中の試料に照射するステップと、
全内部反射によってフローセルのノズルオリフィスを通じて上流に伝搬される、前記フローストリーム中の前記試料によって放射された光を検出するステップと、
1つまたは複数の波長で前記検出された光を測定するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記フローストリームは、前記フローセルのノズルオリフィスから1mm以上下流に配置された、直交するインタロゲーションフィールドにおいて照射されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
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