JP2018538516A - マルチモードの蛍光撮像フローサイトメトリシステム - Google Patents
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Abstract
Description
Ecom は、結合ビームの電界を指す。
ERFは、RFコムビームの1つに関連付けられる電界の振幅を指す。
ELOは、LOビームに関連付けられる電界の振幅を指す。
Φ0 は、レーザ放射源12により発せられるレーザビームの周波数を指す。
ΦRFは、RFコムビームに関連付けられる周波数シフトを指す。
ΦLOは、LOビームに関連付けられる周波数シフトを指す。
図9Aに関連して上述した検出システムと同様の検出システムを備える図1に関連して説明したシステムと同様のシステムを使って、イリノイ州レイクフォレストのSpherotech Inc.がRCP−30−5Aの商品名で販売する8つの異なるレベルの蛍光染料で染色したポリスチレンビーズからの蛍光放射を測定した。また、このシステムを使って上述の方法で明視野画像及び暗視野画像も生成した。
図9Aに関連して上述した検出システムと同様の検出システムを備える図1に関連して上記に説明したシステムと同様のシステムを使って、CD45−FITC及びヨウ化プロピジウムで染色した、固定された末梢血白血球のFIRE画像、明視野画像及び暗視野画像を得た。サンプルには、Calcein−AMで染色した生体HeLa細胞の分画も含めた。細胞は、データ取得中にフローセルを0.5メートル/秒の速度で流れた。
図9Aに関連して上述した検出システムと同様の検出システムを備える図1に関連して上記に説明したシステムと同様のシステムを使って、CD45−FITC及びヨウ化プロピジウムで染色した、固定された末梢血白血球のFIRE画像、明視野画像及び暗視野画像を得た。サンプルは、抗EpCAM−FITC及びヨウ化プロピジウム(PI)で染色した、固定されたMCF−7細胞のわずかな分画でスパイクした。細胞は、データ取得中にフローセルを0.5メートル/秒の速度で流れた。
Claims (34)
- サイトメトリを行うためのシステムであって、
少なくとも1つの蛍光色素の励起に適した中心周波数を有するレーザビームを生成するためのレーザと、
前記レーザビームを受けて、1つのローカルオシレータビーム(LOビーム)及び複数のRFコムビームを含む複数の角度分離したレーザビームを生成するための音響光学偏向素子であって、前記LOビーム及びRFコムビームの各々が前記中心周波数に対して無線周波数(RF)シフトを有する前記音響光学偏向素子と、
前記LOビームを前記RFコムビームの伝搬経路とは異なる伝搬経路に沿って導く光学素子と、
前記LOビームを受けて、前記LOビームにトップハット強度プロファイルを付与するトップハットビーム整形素子と、
トップハット形の前記LOビーム及び前記RFコムビームを受けて、前記トップハット形のLOビーム及び前記RFコムビームの空間的な重なりによって結合励起ビームを与えるビームスプリッタと、
その少なくとも一部が前記蛍光色素に関連付けられている複数の細胞を含むサンプルに前記結合励起ビームを導く少なくとも1つの光学素子であって、前記LOビームが前記サンプルの複数の空間位置を同時に照射して、前記RFコムビームの各々が前記空間位置の異なる空間位置を照射し、前記空間位置に前記蛍光色素があれば、前記蛍光色素から蛍光放射を引き出す前記光学素子と
を備えており、
前記サンプルの空間位置の各々から発せられる前記蛍光放射は、前記LOビームの周波数と前記サンプルの空間位置を照射している前記RFコムビームの1つの周波数との差に相当するビート周波数を示すことを特徴とするシステム。 - 前記無線周波数シフトは前記蛍光色素のスペクトル吸収ピークのFWHM(半値全幅)より小さいことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記無線周波数シフトは約10MHz〜約250MHzの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記無線周波数シフトは、約0.1MHz〜約4MHzの範囲の周波数だけ相互に分離していることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記トップハット形のLOビームは、角度分離した前記RFコムビームの線形範囲と実質的に等しい線形範囲を有することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記RFコムビームはガウシアン強度プロファイルを有することを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 前記トップハット形のLOビームは、前記ガウシアン強度プロファイルの最大値と実質的に等しい強度を有することを特徴とする請求項6に記載のシステム。
- 無線周波数を同時に発生させて、前記LOビーム及び前記RFコムビームを生成すべく前記無線周波数を前記音響光学偏向素子に与える無線周波数発生器を更に備えていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記無線周波数発生器は、ダイレクトデジタルシンセサイザ(DDS)RFコム発生器を有していることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 前記無線周波数発生器を制御するコントローラを更に備えていることを特徴とする請求項9に記載のシステム。
- 前記音響光学偏向素子に与えるために前記無線周波数を増幅する電子電力増幅器を更に備えていることを特徴とする請求項10に記載のシステム。
- 発せられた前記蛍光放射を検出して、時間領域の蛍光信号を生成する光検出器を更に備えていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記光検出器と通信して、前記蛍光信号を受けて、前記蛍光信号に基づいて前記サンプルの少なくとも1つの蛍光画像を再構成する分析モジュールを更に備えていることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 前記分析モジュールは、前記蛍光信号の周波数多重分離を行って前記ビート周波数を決定し、前記ビート周波数で変調された蛍光放射を発する前記サンプルの空間位置と前記ビート周波数を相関させることにより、前記蛍光画像を生成するように構成されていることを特徴とする請求項13に記載のシステム。
- 前記分析モジュールは、前記蛍光信号の少なくとも一部のフーリエ変換を行うことにより、前記蛍光信号の周波数多重分離を行って前記ビート周波数を決定することを特徴とする請求項13に記載のシステム。
- 前記分析モジュールは、ビート周波数毎にビート周波数の振幅値を計算してビート周波数に対応する画像の位置に対応するピクセル値を与えることによって、前記蛍光画像を再構成することを特徴とする請求項14に記載のシステム。
- 前記分析モジュールは、前記蛍光信号の複数のデジタルコピーを生成することによって前記蛍光画像を再構成するように構成されており、コピーの数は前記RFコムビームに関連付けられる周波数の数に相当することを特徴とする請求項13に記載のシステム。
- 前記分析モジュールは、前記RFコムビームの1つの周波数と前記LOビームの周波数との差に等しいビート周波数に相当する周波数を有する正弦波及び余弦波を前記デジタルコピーの各々に乗じることによって複数の中間信号を生成するように更に構成されていることを特徴とする請求項17に記載のシステム。
- 前記分析モジュールは、前記RFコムビームの周波数間の周波数間隔の半分に等しいバンド幅を有するローパスフィルタに各中間信号を通し、ビート周波数毎にビート周波数に対応する2つの中間信号の平方和の平方根を、ビート周波数で変調された蛍光放射を発する前記LOビーム及び前記RFコムビームにより照射されたサンプル位置に対応する画像ピクセルの振幅値として得るように更に構成されていることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
- 前記分析モジュールは、前記蛍光信号の複数のデジタルコピーの各々を、前記ビート周波数の1つに中心を置くバンドパスフィルタに通し、包絡線検出器を使用してビート周波数に対応する各ピクセルの振幅を推定することによって、前記蛍光信号の周波数多重分離を行うように構成されていることを特徴とする請求項13に記載のシステム。
- 前記サンプルの暗視野画像を生成するための第1の検出アームと、前記サンプルの明視野画像を生成するための第2の検出アームとを更に備えていることを特徴とする請求項12に記載のシステム。
- 前記分析モジュールは、前記蛍光画像と前記暗視野画像及び前記明視野画像の一方又は両方との複合画像を生成するように構成されていることを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記サンプルの前記空間位置は、前記サンプルの水平次元に沿って存在することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 共焦点構成では蛍光放射を検出するように前記光検出器の前に設けられた開口を更に備えていることを特徴とする請求項12に記載のシステム。
- 前記光検出器の前に設けられた蛍光フィルタを更に備えていることを特徴とする請求項12に記載のシステム。
- 前記蛍光フィルタはバントパスフィルタであることを特徴とする請求項25に記載のシステム。
- 前記蛍光色素の蛍光寿命測定を行うためのサブシステムを更に備えていることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記サブシステムは、複数の空間位置で蛍光寿命測定を行い、蛍光寿命画像を形成するように構成されていることを特徴とする請求項27に記載のシステム。
- 前記サブシステムは、前記結合励起ビームを検出して、検出結果に応じて励起信号を生成する光検出器を有していることを特徴とする請求項27に記載のシステム。
- 前記サブシステムは分析モジュールを更に有しており、前記分析モジュールは、前記光検出器と通信し、検出された前記励起信号を受けて、前記励起信号に関連付けられた前記ビート周波数を多重分離して前記ビート周波数の各々の位相を決定することを特徴とする請求項29に記載のシステム。
- 前記分析モジュールは、検出された前記蛍光信号に関連付けられる前記ビート周波数の各々の位相を決定し、前記結合励起ビームに関連付けられる各ビート周波数の前記位相を前記蛍光信号に関連付けられる夫々のビート周波数の前記位相と比較して、蛍光寿命測定を行うように更に構成されていることを特徴とする請求項30に記載のシステム。
- 前記分析モジュールは、前記ビート周波数の各々を空間位置に相関させ、蛍光寿命画像を生成することを特徴とする請求項31に記載のシステム。
- フローサイトメトリを行うためのシステムであって、
少なくとも1つの蛍光色素の励起に適した周波数を有するレーザビームを生成するためのレーザと、
前記レーザビームを受けるように構成された1つの音響光学偏向素子(AOD)と、
一又は複数の駆動信号を前記AODに与える無線周波数発生器と、
3つの動作モードを与えるように、前記無線周波数発生器を制御するコントローラと
を備えており、
前記動作モードは、
(a)前記コントローラが前記無線周波数発生器に、複数の無線周波数駆動信号を前記AODに同時に与えさせて、サンプルの複数の空間位置を同時に照射するための複数の無線周波数シフトビームを生成させる第1の動作モードと、
(b)前記コントローラが前記無線周波数発生器に複数の無線周波数駆動信号を前記AODに連続的に与えさせて、前記サンプルに複数の無線周波数シフトビームを異なる時点に照射する第2の動作モードと、
(c)前記コントローラが前記無線周波数発生器に1つの無線周波数駆動信号を前記AODに与えさせて、前記サンプルに1つの周波数のビームを照射する第3の動作モードと
を有することを特徴とするシステム。 - 前記無線周波数シフトビームの1つ(ここでは、「ローカルオシレータ(LO)ビーム」)を受けて、前記LOビームを、他の周波数シフトビーム(ここでは、「RFコムビーム」)の伝搬経路とは異なる伝搬経路に沿って導く光学素子を更に備えていることを特徴とする請求項33に記載のシステム。
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