JP2021526225A - 分子間相互作用を測定するための表面プラズモン共鳴イメージングシステム及び方法 - Google Patents

分子間相互作用を測定するための表面プラズモン共鳴イメージングシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

光学アセンブリ110と、ＳＰＲ光源120と、ＳＰＲカメラ130とを有し、前記光学アセンブリ110は、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサ170を支持するように構成された平面状上面を有する半球状プリズム112と、高開口数（ＮＡ）レンズ114と、高ＮＡレンズ114が半球状プリズム112の平面状上面の遠位側に位置するように半球状プリズム112及び高ＮＡレンズ114を搭載するように構成されたハウジング116とを有する。ＳＰＲ光源120は、ＳＰＲイメージングのために低コヒーレント単色光ビームを高ＮＡレンズ114に向けて出射するように構成される。ＳＰＲカメラ130は、低コヒーレント単色光ビームがＳＰＲセンサ170の金属被覆試料接触面に入射して反射した後に形成されるＳＰＲ画像を撮像するように構成される。追加的に、高ＮＡレンズ114は、低コヒーレント単色光ビームをＳＰＲ光源120から半球状プリズム112に向けて屈折させるように構成することができ、且つ半球状プリズム112は、低コヒーレント単色光ビームを、高ＮＡレンズ114によって屈折されるように、ＳＰＲセンサ170に向けてコリメートするように構成することができる。【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年５月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／６７６，９８３号明細書の優先権を主張するものである。米国仮特許出願第６２／６７６，９８３号明細書は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。
本開示は、概して、分子間相互作用を測定するための表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）イメージングシステム、及びかかるシステムを使用する方法に関する。
入射光ビームを使用した表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）検出は、分子間相互作用をリアルタイムで監視するためのよく知られた技法である。しかしながら、従来のＳＰＲ装置又はシステムは、視野が限定されているか、又はランダムなパターン及び構造を有することが多い細胞構造若しくは細胞表現型をイメージングするような設計ではないので、細胞集団に自然に発生した不均質性の影響の調査には適していない。それゆえ、分子間相互作用をリアルタイムで測定するための広い視野及び高分解能を有するように構成されたシステム及び方法が望まれている。
実施形態のさらなる説明を容易にするために、以下の図面が提供される。
一実施形態による、ＳＰＲイメージングシステムの斜視図を図示する。 光学アセンブリのハウジングが省略された、図１の実施形態による、ＳＰＲイメージングシステムの斜視図を示す。 図１の実施形態による、光学アセンブリのハウジングが切り開かれたＳＰＲイメージングシステムの側面図を示す。 図３の実施形態による、位相シフトフィルタを備えたＳＰＲイメージングシステムの側面図を示す。 図３の実施形態による、カラーフィルタを備えたＳＰＲイメージングシステムの側面図を示す。 別の実施形態による、光学アセンブリの断面図を図示する。 別の実施形態による、ＳＰＲイメージングシステムの側面図を示す。 図７の実施形態による、ＳＰＲイメージングシステムのセンサ並進マウント及びＳＰＲセンサの上面図を示す。 図７の実施形態による、ＳＰＲイメージングシステムの部分拡大図を示す。 一実施形態による、光学アセンブリのハウジングが切り開かれたＳＰＲイメージングシステムの側面図を示す。 図１０の実施形態による、ビームスプリッタと光強度検出器とを備えたＳＰＲイメージングシステムの側面図を示す。
図示を簡略化及び明瞭化するために、図面は、概略的な構造態様を図示しており、周知の特徴及び技術の説明及び詳細は、本開示を不必要に不明瞭にするのを回避するために省略される場合がある。加えて、図面中の要素は、必ずしも原寸に比例したものではない。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本開示の実施形態の理解を深めるのに役立つように、他の要素に対して誇張されている場合がある。異なる図中の同じ参照符号は、同じ要素を表す。
明細書及び特許請求の範囲における「第１の」、「第２の」、「第３の」、「第４の」などの用語がある場合には、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも特定の順序又は時系列を説明するために使用されるわけではない。そのように使用される用語は、本明細書で説明する実施形態が、例えば、本明細書で例示するか又は別様に説明する順序以外の順序で動作できるように、適切な状況下で入れ替え可能であることを理解されたい。さらに、「含む」及び「有する」という用語、並びにそれらの任意の変形形態は、非排他的な包含を網羅するように意図されており、一連の要素を含む工程、方法、システム、物品、デバイス、又は装置は、必ずしもこれらの要素に限定されないが、明示的に列挙されていない他の要素、又はかかる工程、方法、システム、物品、デバイス、若しくは装置に固有の他の要素を含み得る。
明細書及び特許請求の範囲における「左側」、「右側」、「前方」、「後方」、「上部」、「底部」、「〜上に」、「〜下に」などの用語がある場合には、説明の目的で使用され、必ずしも永久的な相対位置を説明するために使用されるわけではない。そのように使用される用語は、例えば、本明細書で説明する装置、方法、及び／又は製品の実施形態が、本明細書で例示するか又は別様に説明する向き以外の向きで動作できるように、適切な状況下で入れ替え可能であることに理解されたい。
「結合する」、「結合される」、「結合する」、「結合している」などの用語は、広義に理解されるべきであり、２つ以上の要素を機械的に及び／又は別様に接続することを指す。２つ以上の電気要素は、互いに電気的に結合されるが、機械的に又は別様に結合されなくてもよい。結合は、任意の長さの時間にわたるもの、例えば、永久的若しくは半永久的なもの又は一瞬の間のみのものであってもよい。「電気的結合」などは、広義に理解されるべきであり、全ての種類の電気的結合を含む。「結合された」などの単語の傍に「取り外し可能に」、「取り外し可能な」などの単語がないということは、当該の結合などが取り外し可能であるかないかを意味しない。
本明細書で定義される場合、２つ以上の要素は、それらが同じ材料片で構成される場合には「一体的」である。本明細書で定義される場合、２つ以上の要素は、各々が異なる材料片で構成される場合には「非一体的」である。
本明細書で定義される場合、「約」とは、いくつかの実施形態では、記載値の±１０％以内を意味することができる。他の実施形態では、「約」とは、記載値の±５パーセント以内を意味することができる。さらなる実施形態では、「約」とは、記載値の±３パーセント以内を意味することができる。さらに他の実施形態では、「約」とは、記載値の±１パーセント以内を意味することができる。
本明細書で定義される場合、「リアルタイム」とは、いくつかの実施形態では、トリガ事象の発生時に実際に可能な限り速やかに実行される動作に対して定義することができる。トリガ事象は、タスクを実行するのに又は別様に情報を処理するのに必要なデータの受信を含むことができる。送信及び／又は計算速度に固有の遅延のため、「リアルタイム」という用語は、「ほぼ」リアルタイムで発生する動作又はトリガ事象から僅かに遅れて発生する動作を包含する。多数の実施形態では、「リアルタイム」とは、データを処理する（例えば、決定する）及び／又は送信するための時間遅延を減じた実時間を意味することができる。特定の時間遅延は、データの種類及び／又は量、ハードウェアの処理速度、通信ハードウェアの送信能力、送信距離などによって変化する可能性がある。しかしながら、多くの実施形態では、時間遅延は、約１秒、５秒、１０秒、３０秒、１分、５分、１０分、又は１５分未満とすることができる。
図面に移ると、図１〜図５は、一実施形態による、ＳＰＲイメージングシステム１００の種々の図を図示している。この及び他の実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム１００は、（ａ）光学アセンブリ１１０、（ｂ）ＳＰＲ光源１２０、（ｃ）ＳＰＲカメラ１３０、（ｄ）明視野光源１４０、及び／又は（ｅ）明視野カメラ１５０を有することができる。多くの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム１００は、３マイクロメートル（μｍ）以下、２μｍなどの光学的分解能などの、高い光学的分解能を有することができる。これら及び他の実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム１００はまた、４０度〜８２度の範囲のＳＰＲ角度などの、広いＳＰＲ角度を有することができる。いくつかの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム１００は、０．１平方ミリメートル（ｍｍ２）、１ｍｍ２、又は３ｍｍ２程度の光学的視野などの、広い光学的視野をさらに有することができる。多くの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム１００は、ＳＰＲ画像及び明視野画像をリアルタイムで同時に撮像又は処理するように構成することができる。
多くの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム１００の光学アセンブリ１１０は、（ａ）表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサ１７０を支持するように構成された平面状上面１１３を含む半球状プリズム１１２、（ｂ）高開口数（ＮＡ）レンズ１１４、及び／又は（ｃ）高ＮＡレンズ１１４が半球状プリズム１１２の平面状上面１１３の遠位側に位置するように、半球状プリズム１１２及び高ＮＡレンズ１１４を搭載するように構成されたハウジング１１６を有することができる。いくつかの実施形態では、半球状プリズムの上面は、平面でないか、又は完全に平面であるわけではない。
多くの実施形態では、半球状プリズム１１２はＳＰＲセンサ１７０を支持するように構成され、センサ支持台を必要とせず、したがって、ＳＰＲイメージングシステム１００では、熱漏洩面がより少なくなり、且つ機械振動ノイズ源がより少なくなる可能性がある。多くの実施形態では、半球状プリズム１１２は、１．５以上の屈折率などの高い屈折率を有することができる。これら及び他の実施形態では、高ＮＡレンズ１１４は、半球状プリズム１１２の半径の少なくとも１．５倍の半径を有することができる。いくつかの実施形態では、高ＮＡレンズ１１４は、１．５以上などの高ＮＡ値を有することができる。
ＳＰＲイメージングシステム１００の光学アセンブリ１１０がハウジング１１６を有する多くの実施形態では、半球状プリズム１１２及び高ＮＡレンズ１１４は、機械振動ノイズを生じさせる可能性のある、半球状プリズム１１２と高ＮＡレンズ１１４とのいかなる相対移動も排除するために、ハウジング１１６に強固に結合されるように構成することができる。これら及び他の実施形態では、ハウジング１１６は、より良好な温度制御のために半球状プリズム１１２及び高ＮＡレンズ１１４の各々の少なくとも一部分を包囲することができる。そのような一実施形態では、ハウジング１１６は、半球状プリズム１１２と高ＮＡレンズ１１４との間の領域を包囲することができる。同じ又は異なる実施形態では、ハウジング１１６は、図１及び図３に示す例示的な実施形態に見られるように、半球状プリズム１１２の平面状上面１１３と高ＮＡレンズの底面とを露出させたままにすることができる。
多くの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム１００のＳＰＲ光源１２０は、ＳＰＲイメージングのために低コヒーレント単色光ビーム１２１を高ＮＡレンズ１１４に向けて出射するように構成することができる。多くの実施形態では、ＳＰＲ光源１２０から高ＮＡレンズ１１４に向かう低コヒーレント単色光ビーム１２１の入射角は、例えば、１つ若しくは複数の追加の光学部品によって又はＳＰＲ光源１２０の位置若しくは角度を調整することによって、調整可能とすることができる。多くの実施形態では、ＳＰＲカメラ１３０は、低コヒーレント単色光ビーム１２１がＳＰＲセンサ１７０の金属被覆試料接触面１７１に入射して反射した後に形成されるＳＰＲ画像を撮像するように構成することができる。
多くの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム１００は、明視野イメージングのための明視野光源１４０及び明視野カメラ１５０を有することができる。多くの実施形態では、明視野光源１４０は、ＳＰＲセンサ１７０の金属被覆試料接触面１７１を照明するために明視野光ビーム１４１を出射するように構成することができ、且つ明視野カメラ１５０は、ＳＰＲセンサ１７０の明視野画像を撮像するように構成することができる。いくつか及び他の実施形態では、明視野光源１４０は、集光レンズを追加的に有することができる。例として、集光レンズは、ＰＲセンサ１７０を照明するために、明視野光源１４０から出射される光ビームであって、本来は発散する光ビームを平行な及び／又は集束した明視野光ビームにするように構成することができる。多くの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム１００は、ＳＰＲカメラがＳＰＲ画像を撮像するのと同時に明視野カメラ１５０がＳＰＲセンサ１７０の明視野画像を撮像できるように構成することができる。
多くの実施形態では、高ＮＡレンズ１１４は、低コヒーレント単色光ビーム１２１をＳＰＲ光源１２０から半球状プリズム１１２に向けて屈折させるように構成することができる。同じ又は異なる実施形態では、高ＮＡレンズ１１４は、低コヒーレント単色光ビーム１２１を調節することができる。例として、高ＮＡレンズ１１４によって提供される調節によって、センサに向かうビームとセンサから離れるビームの両方について、入射ビーム経路からの屈折したビームを３０〜６０度曲げることができる。多くの実施形態では、半球状プリズム１１２は、低コヒーレント単色光ビーム１２１を、高ＮＡレンズ１１４によって屈折されるように、半球状プリズム１１２の平面状上面１１３に結合されたＳＰＲセンサ１７０に向けてコリメートするように構成することができる。
多くの実施形態では、ＳＰＲカメラからＳＰＲ画像を受信して記録し、明視野カメラから明視野画像を受信して記録し、ＳＰＲカメラからのＳＰＲ画像を校正し、明視野カメラからの明視野画像を校正し、且つ結合解析のためにＳＰＲ画像を明視野画像にマッピングするように構成される、コンピュータ又はサーバなどの、計算デバイス１８０（図１）にＳＰＲカメラ１３０及び／又は明視野カメラ１５０を通信可能に結合することができる。いくつかの実施形態では、計算デバイス１８０（図１）はさらに、（ａ）ＳＰＲプロファイル走査、既知の指標標準の追加、熱応答、又は局所的なＳＰＲセンサ感度を決定する別の既知の方法などの、１つ又は複数の校正技術によって、１画素当たりのセンサ表面のＳＰＲ感度を正規化して、センサの不均一性を除去すること、（ｂ）参照減算、線形減算及び非線形減算を用いてベースラインを平坦にすることによってセンサドリフトを除去すること、（ｃ）人工知能（「ＡＩ」）を使用して、結合挙動を分類し、等温線解析と速度論解析の間で一致しないデータを除外することによって、結合挙動の異常データを特定して、データのアーチファクトを除去すること、並びに／或いは（ｄ）モデル挙動を示す１つ又は複数のデータセットをモデルデータとして特定し、モデルデータを解析して、一定の信頼度を有する測定結果を導出することを含む、１つ又は複数のデータ処理手順を自動的に実行するように構成することができる。
さらに、多くの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム１００は、ＳＰＲイメージング、明視野イメージング、位相コントラストイメージング、及び／又は蛍光イメージングのために、光ビームの色若しくは方向及び／又は明視野画像又はＳＰＲ画像の色若しくはコントラストを調整するための、１つ若しくは複数のレンズ、１つ若しくは複数のミラー、位相シフトリング１６１（図４）、及び／又はカラーフィルタ１６２（図５）、並びにその他などの、追加の光学部品を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、位相シフトリング１６１は、明視野光源１４０と明視野カメラ１５０とによる位相コントラストイメージングのために明視野画像のコントラストを高めるように構成することができ、且つ位相シフトリング１６１は、半球状プリズム１１２と高ＮＡレンズ１１６との間又は光学アセンブリ１１０と明視野カメラ１５０との間などの、任意の好適な場所に位置することができる。多くの実施形態では、明視野光源１４０及び明視野カメラ１５０はさらに、（ａ）明視野光源１４０によって出射された、着色光を有する明視野光ビーム１４１、又は（ｂ）明視野光源１４０によって出射された、白色光を有する明視野光ビーム１４１、及び明視野光源１４０とＳＰＲセンサ１７０との間若しくは明視野カメラ１５０の前方のうちの一方に位置するカラーフィルタ１６２であって、明視野光ビーム１４１の１つ若しくは複数の色を変化させるように構成されたカラーフィルタ１６２のうちの一方による蛍光イメージングのために構成することができる。
図面に移ると、図６は、一実施形態による、光学アセンブリ２００を図示している。多くの実施形態では、光学アセンブリ２００は、半球状プリズム２１２、高ＮＡレンズ２１４、及び／又はハウジング２１６を有することができる。多くの実施形態では、半球状プリズム２１２は、金属被覆試料接触面２７１を備えたＳＰＲセンサ２７０を支持するように構成された平面状上面２１３を有することができる。いくつかの実施形態では、半球状プリズムの上面は、平面でないか、又は完全に平面であるわけではない。多くの実施形態では、ハウジング２１６は、高ＮＡレンズ２１４が半球状プリズム２１２の平面状上面２１３の遠位側に位置するように、半球状プリズム２１２及び高ＮＡレンズ２１４を搭載するように構成することができる。多くの実施形態では、光学アセンブリ２００を採用したＳＰＲイメージングシステムは、３μｍ以下、１μｍなどの光学的分解能などの、高い光学分解能、４０度〜８２度の範囲のＳＰＲ角度などの、広いＳＰＲ角度、及び／又は０．１ｍｍ２、１ｍｍ２、若しくは３ｍｍ２程度の光学的視野などの、広い光学的視野を有することができる。多くの実施形態では、光学アセンブリ２００は、同時に行われるＳＰＲイメージング及び明視野イメージングのために使用することができる。
多くの実施形態では、半球状プリズム２１２は、１．５以上の屈折率などの高い屈折率を有することができる。これら及び他の実施形態では、高ＮＡレンズ２１４は、半球状プリズム２１２の半径の少なくとも１．５倍の半径を有することができる。いくつかの実施形態では、高ＮＡレンズ２１４は、１．５以上などの高ＮＡ値を有することができる。多くの実施形態では、半球状プリズム２１２及び高ＮＡレンズ２１４は、機械振動ノイズを生じさせる可能性のある、半球状プリズム２１２と高ＮＡレンズ２１４とのいかなる相対移動も排除するために、ハウジング２１６に強固に結合されるように構成することができる。これら及び他の実施形態では、ハウジング２１６は、半球状プリズム２１２と高ＮＡレンズ２１４との間の領域を包囲するなど、より良好な温度制御のために半球状プリズム２１２及び高ＮＡレンズ１１４の各々の少なくとも一部分を包囲することができる。
図面に移ると、図７〜図９は、別の実施形態による、ＳＰＲイメージングシステム３００の種々の図を図示している。この及び他の実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム３００は、（ａ）光学アセンブリ３１０、（ｂ）ＳＰＲ光源３２０、（ｃ）ＳＰＲカメラ３３０、（ｄ）明視野光源３４０、（ｅ）明視野カメラ３５０、（ｆ）熱電デバイス３１８、（ｇ）マイクロ流体デバイス３７２、及び／又は（ｈ）センサ並進マウント３７３（図８〜図９）を有することができる。多くの実施形態では、光学アセンブリ３１０は、半球状プリズム３１２、高ＮＡレンズ３１４、熱電デバイス３１８、及び／又はハウジング３１６を有することができる。多くの実施形態では、半球状プリズム３１２、高ＮＡレンズ３１４、及びハウジング３１６はそれぞれ、前述の半球状プリズム（１１２（図１〜図５）若しくは２１２（図６））、高ＮＡレンズ（１１４（図１〜図５）若しくは２１４（図６））、及び／又はハウジング（１１６（図１〜図５）若しくは２１６（図６））と同様とすることができる。
多くの実施形態では、熱電デバイス３１８は、ＳＰＲ応答信号のベースラインシフト又はＳＰＲ角度の変化などのノイズが発生するのを防ぐために、ＳＰＲセンサ３７０の温度変動を摂氏０．０１６度（℃）以内に維持するなど、ＳＰＲセンサ３７０の温度を制御するように構成することができる。いくつかの実施形態では、熱電デバイス３１８は、半球状プリズム３１２の温度を維持し、次にＳＰＲセンサ３７０の温度を維持するように、半球状プリズム３１２の上面の近傍などの、光学アセンブリ３１０内に且つ／又は半球状プリズム３１２を部分的若しくは全体的に取り囲んで位置することができる。
多くの実施形態では、マイクロ流体デバイス３７２は、ＳＰＲセンサ３７０に取り付け可能とし、且つ１つ又は複数のリガンド試料３６３を含む緩衝液をＳＰＲセンサ３７０の金属被覆試料接触面に送達するように構成することができる。いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイス３７２はまた、緩衝液の流れを制御するように構成された、緩衝液交換及び脱ガス能力を備えたポンプ、及び／又は１つ若しくは複数のリガンド試料をＳＰＲセンサ３７０の金属被覆試料接触面に配置するように構成されたオートサンプラを有することができる。
多くの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム３００は、単一のＳＰＲセンサ３７０上のより多くの細胞集団を監視するためにセンサ並進マウント３７３を有することができる。多くの実施形態では、センサ並進マウント３７３は、半球状プリズム３１２の平面状上面３１３に取り付け可能とし、且つＳＰＲセンサ３７０の光学的視野の４倍の測定領域など、ＳＰＲセンサ３７０上の測定領域を拡大するために、ＳＰＲセンサ３７０を保持して、ＳＰＲセンサ３７０を、ｘ調整アーム３７３１（図８〜図９）及びｙ調整アーム３７３２（図８）によって、半球状プリズム３１２の平面状上面３１３上を、例えば、平面状上面３１３上を数ミリメートルの範囲内で、並進又は移動させるように構成することができる。多くの実施形態では、マッチングオイルの薄層（図示せず）もまた、境界面の影響を排除してセンサ並進のための潤滑剤を提供するために、ＳＰＲセンサ３７０と半球状プリズム３１２の平面状上面３１３との間に適用することができる。いくつかの実施形態では、半球状プリズム３１２の上面は、平面でないか、又は完全に平面であるわけではない。
図面に移ると、図１０〜図１１は、一実施形態によるＳＰＲイメージングシステム４００を示している。多くの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム４００は、低コヒーレント単色光ビーム４２１の入射角φを光学アセンブリ４１０に対して変化させるように構成された電動フレーム４２３を有することができる。当技術分野で知られているように、典型的な強度−角度プロファイル曲線は、ＳＰＲ角度における急激な低下を含み、急激な低下箇所付近の２つの急勾配領域間の角度広がりは、小さな角度シフトが、ＳＰＲ画像に示されるＳＰＲ光の強度に著しい変化をもたらし得る箇所であり、したがって、角度広がりにおける測定は、ＳＰＲ測定のためにより高い感度を提供する。多くの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム４００は、広範囲の角度調整、例えば４０度〜８２度を提供するように、入射する低コヒーレント単色光ビーム４２１の角度φを自動的に走査及び／又は調整するように構成することができる。角度調整によって、検出器がＳＰＲ測定の感度を最適化することが可能となる。例えば、いくつかの実施形態では、構成された電動フレーム４２３は、ＳＰＲ光源４２０を上下方向に又は一直線方向にのみ移動させて低コヒーレント単色光ビーム４２１の光路を次いで入射角φを調整するように構成することができる。
追加的に、当技術分野で知られているように、ＳＰＲ光源４２０などの、ＳＰＲ光源の安定性は、ＳＰＲ応答信号の測定に大きな影響を及ぼす可能性があり、測定された反射率強度Ｉｍは、入射光強度Ｉｏにセンサ表面特性並びにセンサ表面及び／又はその近傍の屈折率の関数ａ（ｎ）を乗じたものに比例する。つまり、Ｉｍ＝ａ（ｎ）×Ｉｏである。このＩｏの依存性を最小限に抑えるために、正規化ＳＰＲ信号Ｉｓｐｒを使用することができる。
Ｉｏにかかわらず、Ｉｓｐｒ＝Ｉｍ／Ｉｏ＝ａ（ｎ）である。
それゆえ、多くの実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム４００は、強度正規化及びノイズ低減のために低コヒーレント単色光ビーム４２１の強度を監視して記録するように構成された光強度検出器４２５（図１１）をさらに有することができる。これら及び他の実施形態では、ＳＰＲイメージングシステム４００はまた、入射した低コヒーレント単色光ビーム４２１を２つの部分に分割するように、入射する低コヒーレント単色光ビーム４２１の光路に位置する、５０％ビームスプリッタなどの、ビームスプリッタ４２４（図１１）を有することができる。多くの実施形態では、光強度検出器４２５及び／又はビームスプリッタ４２４を用いて、ＳＰＲイメージングシステム４００は、低コヒーレント単色光ビーム４２１の強度を自動的に検出及び／又は維持するように構成することができる。
一実施形態では、システムは、光学アセンブリ、ＳＰＲ光源、及び／又はＳＰＲカメラを有することができる。この及び他の実施形態における光学アセンブリは、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサを支持するように構成された上面を有する半球状プリズムと、高開口数（ＮＡ）レンズと、高ＮＡレンズが半球状プリズムの上面の遠位側に位置するように半球状プリズム及び高ＮＡレンズを搭載するように構成されたハウジングとを有することができる。この及び他の実施形態におけるＳＰＲ光源は、ＳＰＲイメージングのために低コヒーレント単色光ビームを高ＮＡレンズに向けて出射するように構成することができる。この及び他の実施形態におけるＳＰＲカメラは、低コヒーレント単色光ビームがＳＰＲセンサの金属被覆試料接触面に入射して反射した後に形成されるＳＰＲ画像を撮像するように構成することができる。追加的に、この及び他の実施形態では、高ＮＡレンズは、低コヒーレント単色光ビームをＳＰＲ光源から半球状プリズムに向けて屈折させるように構成することができ、且つ半球状プリズムは、低コヒーレント単色光ビームを、高ＮＡレンズによって屈折されるように、ＳＰＲセンサに向けてコリメートするように構成することができる。
別の実施形態では、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）イメージングのための方法は、（ａ）ＳＰＲセンサを光学アセンブリに結合すること、（ｂ）１つ又は複数のリガンド試料をＳＰＲセンサの金属被覆試料接触面に配置すること、（ｃ）低コヒーレント単色光ビームをＳＰＲ光源から高ＮＡレンズに向けて出射すること、及び／又は（ｄ）ＳＰＲカメラによってＳＰＲ画像を撮像することを含むことができる。この及び他の実施形態では、光学アセンブリは、ＳＰＲセンサを支持するように構成された上面を有する半球状プリズム、高開口数（ＮＡ）レンズ、及び／又は高ＮＡレンズが半球状プリズムの上面の遠位側に位置するように半球状プリズム及び高ＮＡレンズを搭載するように構成されたハウジングを有することができる。加えて、多くの実施形態では、高ＮＡレンズは、低コヒーレント単色光ビームをＳＰＲ光源から半球状プリズムに向けて屈折させるように構成することができる。さらに、これら及び他の実施形態における半球状プリズムは、低コヒーレント単色光ビームを、高ＮＡレンズによって屈折されるように、ＳＰＲセンサに向けてコリメートするように構成することができる。その上、これら及び他の実施形態では、ＳＰＲ画像は、低コヒーレント単色光ビームがＳＰＲセンサの金属被覆試料接触面に入射して反射した後に形成することができる。
さらに別の実施形態では、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）イメージングのための光学アセンブリは、（ａ）１．５以上の高屈折率と、ＳＰＲセンサを支持するように構成された平面状上面とを有する半球状プリズムと、（ｂ）半球状プリズムの半径の少なくとも１．５倍の半径を有する高開口数（ＮＡ）レンズと、（ｃ）高ＮＡレンズが半球状プリズムの平面状上面の遠位側に位置するように半球状プリズム及びレンズを搭載するように構成されたハウジングと、（ｄ）３μｍ以下の高い光学的分解能と、（ｅ）４０度〜８２度の範囲の広いＳＰＲ角度と、（ｆ）０．１ｍｍ２以上の広い光学的視野とを有することができる。この及び他の実施形態では、高ＮＡレンズは、光を半球状プリズムに向けて屈折させるように構成することができ、且つ／又は半球状プリズムは、光を、高ＮＡレンズによって屈折されるように、ＳＰＲセンサに向けてコリメートするように構成することができる。
具体的な実施形態を参照しながらＳＰＲイメージング及び／又は同時に行われる明光イメージングのためのシステム及び方法が説明されているが、当業者であれば、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、種々の変更が加えられ得ることが理解されるであろう。よって、実施形態の開示は、本開示の範囲を例示することが意図されており、限定することは意図されていない。本開示の範囲は添付の特許請求の範囲によって必要とされる限りにおいて限定されるべきであることが意図されている。例えば、当業者には、ＳＰＲイメージングシステム及び／又は光学アセンブリを使用するステップのみならず、ＳＰＲイメージングシステム及び／又は光学アセンブリの任意の構成部品も修正され得ることと、これらの実施形態のうちのある特定の実施形態に関する前述の議論が全ての可能な実施形態の完全な説明を必ずしも表しているわけではないことは容易に明らかになるであろう。
１つ又は複数の特許請求される要素の置き換えは、訂正ではなく再構成となる。追加的に、利益、他の利点、及び問題に対する解決策が具体的な実施形態に関して説明されている。しかしながら、利益、利点、問題に対する解決策、及び利益、利点、又は解決策を生じさせ得るか又はより明白にし得る１つ又は複数の任意の要素は、そのような利益、利点、解決策、又は要素が請求項に記載されていない限り、請求項のいずれか又は全ての極めて重要な、必要な、又は本質的な特徴又は要素として解釈されるべきではない。
その上、本明細書に開示した実施形態及び限定は、実施形態及び／又は限定が、（１）特許請求の範囲において明示的に特許請求されていない場合、並びに（２）均等論の下で特許請求の範囲における明示的な要素及び／又は限定の均等物であるか又は均等物である可能性がある場合には、公有の原則の下で公衆に供されるものではない。

Claims (22)

  1. 光学アセンブリであって、
    表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサを支持するように構成された上面を有する半球状プリズムと、
    高開口数（ＮＡ）レンズと、
    前記高ＮＡレンズが前記半球状プリズムの前記上面の遠位側に位置するように前記半球状プリズム及び前記高ＮＡレンズを搭載するように構成されたハウジングと、
    を有する前記光学アセンブリと、
    ＳＰＲイメージングのために低コヒーレント単色光ビームを前記高ＮＡレンズに向けて出射するように構成されたＳＰＲ光源と、
    前記低コヒーレント単色光ビームが前記ＳＰＲセンサの金属被覆試料接触面に入射して反射した後に形成されるＳＰＲ画像を撮像するように構成されたＳＰＲカメラと、
    を有するシステムであって、
    前記高ＮＡレンズが、前記低コヒーレント単色光ビームを前記ＳＰＲ光源から前記半球状プリズムに向けて屈折させるように構成され、且つ
    前記半球状プリズムが、前記低コヒーレント単色光ビームを、前記高ＮＡレンズによって屈折されるように、前記ＳＰＲセンサに向けてコリメートするように構成される、
    システム。
  2. 前記半球状プリズムが１．５以上の屈折率をさらに有し、且つ前記高ＮＡレンズが、前記半球状プリズムの半径の少なくとも１．５倍の半径をさらに有する、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記光学アセンブリが、３μｍ以下の高い光学的分解能と、４０度〜８２度の範囲の広いＳＰＲ角度と、０．１ｍｍ２以上の広い光学的視野とをさらに有する、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記光学アセンブリが、前記半球状プリズムに結合された前記ＳＰＲセンサの温度を制御するように構成された熱電デバイスをさらに有する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のシステム。
  5. 前記ＳＰＲ光源から前記高ＮＡレンズに向かう前記低コヒーレント単色光ビームの入射角が調整可能である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
  6. 明視野イメージングのための明視野光源及び明視野カメラをさらに有し、
    前記明視野光源が、前記ＳＰＲセンサの前記金属被覆試料接触面を照明するために明視野光ビームを出射するように構成され、且つ
    前記ＳＰＲカメラが前記ＳＰＲ画像を撮像するのと同時に前記明視野カメラが前記ＳＰＲセンサの明視野画像を撮像するように構成される、
    請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のシステム。
  7. 前記半球状プリズムと前記高ＮＡレンズとの間に位置する位相シフトリングであって、前記明視野光源と前記明視野カメラとによる位相コントラストイメージングのために構成された前記位相シフトリングをさらに有する、請求項６に記載のシステム。
  8. 前記明視野光源及び前記明視野カメラがさらに、
    前記明視野光源によって出射された、着色光を有する前記明視野光ビーム、又は
    前記明視野光源によって出射された、白色光を有する前記明視野光ビーム、及び前記明視野光源と前記ＳＰＲセンサとの間若しくは前記明視野カメラの前方のうちの一方に位置するカラーフィルタであって、前記明視野光ビームの１つ若しくは複数の色を変化させるように構成された前記カラーフィルタ、
    のうちの一方による蛍光イメージングのために構成される、
    請求項６又は請求項７に記載のシステム。
  9. 前記ＳＰＲカメラ及び前記明視野カメラが計算システムに通信可能に結合され、並びに
    前記計算システムが、
    前記ＳＰＲカメラから前記ＳＰＲ画像を受信して記録し、
    前記明視野カメラから前記明視野画像を受信して記録し、
    前記ＳＰＲカメラからの前記ＳＰＲ画像を校正し、
    前記明視野カメラからの前記明視野画像を校正し、且つ
    結合解析のために前記ＳＰＲ画像を前記明視野画像にマッピングする
    ように構成される、
    請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載のシステム。
  10. 強度正規化及びノイズ低減のために前記低コヒーレント単色光ビームの強度を監視して記録するように構成された光強度検出器をさらに有する、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のシステム。
  11. 表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）イメージングのための方法であって、
    ＳＰＲセンサを光学アセンブリに結合する段階であって、前記光学アセンブリが、
    前記ＳＰＲセンサを支持するように構成された上面を有する半球状プリズムと、
    高開口数（ＮＡ）レンズと、
    前記高ＮＡレンズが前記半球状プリズムの前記上面の遠位側に位置するように前記半球状プリズム及び前記高ＮＡレンズを搭載するように構成されたハウジングと
    を有する、前記結合する段階と、
    １つ又は複数のリガンド試料を前記ＳＰＲセンサの金属被覆試料接触面に配置する段階と、
    低コヒーレント単色光ビームをＳＰＲ光源から前記高ＮＡレンズに向けて出射する段階と、
    ＳＰＲカメラによってＳＰＲ画像を撮像する段階と
    を含み、
    前記高ＮＡレンズが、前記低コヒーレント単色光ビームを前記ＳＰＲ光源から前記半球状プリズムに向けて屈折させるように構成され、
    前記半球状プリズムが、前記低コヒーレント単色光ビームを、前記高ＮＡレンズによって屈折されるように、前記ＳＰＲセンサに向けてコリメートするように構成され、且つ
    前記ＳＰＲ画像が、前記低コヒーレント単色光ビームが前記ＳＰＲセンサの前記金属被覆試料接触面に入射して反射した後に形成される、
    方法。
  12. 前記半球状プリズムが１．５以上の屈折率をさらに有し、且つ前記高ＮＡレンズが、前記半球状プリズムの半径の少なくとも１．５倍の半径をさらに有する、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記光学アセンブリが、３μｍ以下の高い光学的分解能と、４０度〜８２度の範囲の広いＳＰＲ角度と、０．１ｍｍ２以上の広い光学的視野とをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記光学アセンブリが、前記半球状プリズムに結合された前記ＳＰＲセンサの温度を制御するように構成された熱電デバイスをさらに有する、請求項１１〜請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. ＳＰＲ角度プロファイルの走査を可能にして検出感度を最適化するために、前記ＳＰＲ光源から前記高ＮＡレンズに向かう前記低コヒーレント単色光ビームの入射角を調整する段階をさらに含む、請求項１１〜請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記ＳＰＲセンサの前記金属被覆試料接触面を照明するために明視野光源から明視野光ビームを出射する段階と、
    前記ＳＰＲカメラによって前記ＳＰＲ画像を撮像するのと同時に明視野カメラによって前記ＳＰＲセンサの明視野画像を撮像する段階と
    をさらに含む、請求項１１〜請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記明視野光源と前記明視野カメラとによる位相コントラストイメージングのために構成された位相シフトリングを前記半球状プリズムと前記高ＮＡレンズとの間に配置する段階をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記明視野光源及び前記明視野カメラがさらに、
    前記明視野光源によって出射される前記明視野光ビームの色を変化させる段階、又は
    前記明視野光ビームの１つ若しくは複数の色を変化させるように構成されたカラーフィルタを前記明視野光源と前記ＳＰＲセンサとの間若しくは前記明視野カメラの前方のうちの一方に配置する段階
    のうちの一方による蛍光イメージングのために構成される、
    請求項１６又は請求項１７に記載の方法。
  19. 前記ＳＰＲカメラからの前記ＳＰＲ画像と前記明視野カメラからの前記明視野画像とを計算システムに送信する段階をさらに含み、
    前記計算システムが、
    前記ＳＰＲカメラから前記ＳＰＲ画像を受信して記録し、
    前記明視野カメラから前記明視野画像を受信して記録し、
    前記ＳＰＲカメラからの前記ＳＰＲ画像を校正し、
    前記明視野カメラからの前記明視野画像を校正し、且つ
    結合解析のために前記ＳＰＲ画像を前記明視野画像にマッピングする
    ように構成される、
    請求項１６〜請求項１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 強度正規化及びノイズ低減のための光強度検出器を用意する段階をさらに含み、前記光強度検出器が、前記低コヒーレント単色光ビームの強度を監視して記録するように構成される、請求項１１〜請求項１９のいずれか一項に記載の方法。
  21. 表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）イメージングのための光学アセンブリであって、
    １．５以上の高屈折率と、ＳＰＲセンサを支持するように構成された上面とを有する半球状プリズムと、
    前記半球状プリズムの半径の少なくとも１．５倍の半径を有する高開口数（ＮＡ）レンズと、
    前記高ＮＡレンズが前記半球状プリズムの前記上面から遠位側に位置するように前記半球状プリズム及び前記レンズを搭載するように構成されたハウジングと、
    ３μｍ以下の高い光学的分解能と、
    ４０度〜８２度の範囲の広いＳＰＲ角度と、
    ０．１ｍｍ２以上の広い光学的視野と
    を有し、
    前記高ＮＡレンズが、光を前記半球状プリズムに向けて屈折させるように構成され、且つ
    前記半球状プリズムが、前記光を、前記高ＮＡレンズによって屈折されるように、前記ＳＰＲセンサに向けてコリメートするように構成される、
    光学アセンブリ。
  22. 前記半球状プリズムに結合された前記ＳＰＲセンサの温度を制御するように構成された熱電デバイスをさらに有する、請求項２１に記載の光学アセンブリ。
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