JP6513802B2 - ナノ粒子検出のためのレーザー光結合 - Google Patents

Description

本発明が関連する技術分野は、顕微鏡法、特に、ナノ粒子の光学検出のための高解像度レーザー顕微鏡である。

一般に、化学者、物理学者、生物学者、生物工学者、病理学者及び臨床医学者などの科学者は、特に、マイクロ及びナノメートルスケールで自然及び物質の経過を定性的に観察し定量的に評価するために顕微鏡を必要とする。

例えば、特に、早期診断の分野における、バイオセンサの分野において、関心のある分子とナノ粒子との間にナノメートルスケールで生じる相互作用を観察したり識別したりすることが必要である。これは、適所に特定の研究による適切な結果及び情報収集をもたらし、それ故、ゲノミクス、プロテオミクス、及び、一般に、臨床医学の分野における特定のパラメーターの予防診断を可能にする。

ナノ粒子は、ある時間にわたってその輸送及び特性に関して単一体のように振る舞う球状形態の小さな物体として定義される。粒子は、一般に、直径の観点から、直径２，５００から１０，０００ｎｍまでを「大粒子」、直径２００から２，５００ｎｍまでを「微粒子」、直径１から２００ｎｍまでを「ナノ粒子」として、これらのサイズに従って分類される。

いくつかの高度に専門化されたシステムが、ナノ粒子検出及び可視化のために開発されている。特に、電子顕微鏡法及び光学顕微鏡法は、最も信頼できる技術であると証明されており、長きにわたってより小型でより優れた機器の開発につながっている。

一般に、光学顕微鏡法は、細胞、細菌、赤血球、その他の有機試料の評価のために使用される。電子顕微鏡法は、一般に、無機ナノ粒子、ナノ材料、タンパク質又はＤＮＡのような単一生体分子などの試料の評価のために使用される。

約２００ナノメートルまでのナノ粒子を検出する能力による制限を受ける光学顕微鏡法と、数十ナノメートルまでこの閾値を改良することができる電子顕微鏡法との間の境界（限界）が、主に、１８７３年にエルンスト・アッベによって提唱された回折限界によって表される。

アッベの原理は、光学系の解像度に基本的限界があり、これは光学媒体中の光の回折によって影響される、と述べている。通常、この理論的限界に近い解像度で像を捕らえることができる顕微鏡は、回折限界光学系と呼ばれる。

光学顕微鏡の解像度は、アッベの原理によって数学的に定義され、これは、ｄ＝０．６１λ／ＮＡに対応し、ここで、ｄは、解像される、光学的に見ることができる（可視の）観察対象のサイズであり、λは、観察対象への入射光の波長であり、ＮＡは、対物レンズの開口数である。それ故、低い波長で動作する光源を導入することによって、又は高いＮＡを有する対物レンズを使用することによって、高解像度の像を得ることが可能である。実際には、電子顕微鏡は、観察下の試料を励起させるために、光子の代わりに、電子ビームを生成することによって、回折制限値を小さくする。電子ビームの波長は約数十ナノメートルであるから、アッベの原理によれば、回折限界の値を約０．１ｎｍに下げることができる。顕微鏡の解像力は入射する放射線の波長に反比例するので、電子ビームを使用することによって、光学顕微鏡で得られるものよりも優れた解像度を得ることが可能である。たとえ電子顕微鏡の解像能力が光学顕微鏡のそれより高くても、後者は、特に、大規模生産及び適用におけるコスト削減の観点において、いくつかの適切な利点がある。

優れた対物レンズ及び新しいＣＣＤ（電荷結合素子）カメラの有用性のおかげで、光学顕微鏡法は、時には、電子顕微鏡法よりもコスト効率が良く、より単純になりえる。最近十年間、単色光源の使用、及びレーザーのパワー出力及び精度の改良は、より大きくてより複雑で高価な電子顕微鏡にほぼ匹敵するレベルにまで光学顕微鏡の性能を高めている。

観察下の試料の小さくて輪郭のはっきりした（明確な）領域における所定のエネルギー量の局所化及び集中によって、レーザー光学顕微鏡は、一本鎖のＤＮＡ又はナノ粒子でラベリングした単一のタンパク質よりもむしろ、単一分子又は単一ナノ粒子などの非常に小さな粒子を検出することを目指している。これもまた、世界中の多くの実験室で一般に使用される、ラベリングのためのプレ処理の整合的化学プロトコルのおかげで可能である。

個々の生体分子のイベントの数を記録することは、初期診断の分野における幅広い機会を開き、試料において病気の元となるＤＮＡ又はタンパク質の存在を検出することを目指している。

現在、ＤＮＡ配列の検出は、ゲル電気泳動などの分子生物学技術と組み合わせたＲＴ ＰＣＲ（リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応）の使用によって行われている。ＰＣＲは、特定のＤＮＡ配列を増加させ、特に、同じＤＮＡ配列の何百万もの複製が水溶液中に生成される。これは、まったく定量的で大規模なやり方で、関心のある信号を増幅させるためになされる。ＰＣＲは、非常に少量の試料も収集することによってＤＮＡの定量化の必要を断つことができるので、一般に使用されている。ＰＣＲは、１９９３年にキャリー・マリスによって発明され、遺伝信号の量を増強するために発展された。そのときには、同じ時代のものとして高性能な録画デバイスが利用可能ではなかったので、単一分子を見る機会はなかった。

１９９３年以来、オプトエレクトロニクスの技術分野は、単一分子を見ることができるさまざまなタイプのレーザー顕微鏡の構築に関してかなりの進展をしている。

単一分子を検出するための技術は、単一生体分子の物理的及び動的特性を含み、バイオマーカーとして使用される化学分子の蛍光特性の、レーザー顕微鏡による間接測定を可能にする。このように、一般的な光学顕微鏡を使用して、そうでなければ目に見えなかった生化学プロセスを観察することが可能である。測定及びこれらのプロセスの標準化は、生体分子の大きな不均質な集団からの一連の光信号及び電気信号の取得のおかげである。単一分子の光学検出に関する定義は、観察下の試料の特性を識別するプロセスとして与えられるものであり、適切な信号対雑音比で暗視野背景で明るい放射信号を捕らえることによって、それを識別することを可能にする。このことは、「単一分子分光学及び顕微鏡法」C. R Physique 3（２００２年）６１９−６４４頁、X. Michalet and S. Weissの科学文献によく報告されている。

ＤＮＡ又はタンパク質のような生体分子のマーカーとして診断テストで通常使用される、個々の分子及びナノ粒子からくる蛍光の信号を検出することは、単一光子さえも検出可能な高感度デバイスと低背景ノイズとの適切な組合せによって高められる。このことは、「蛍光顕微鏡法及び分光学の能力及び展望」Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct 32（２００３年）１６１−１８２頁、X. Michalet and S. Weiss and A. N. Kapanidis, T.Laurence, F. Pinaud, S. Doose, M. Pfughoefftによってその文献に報告されている。

かなり多くの場合、個々のナノ粒子の各々の信号を識別するためにレーザー蛍光顕微鏡法に頼る必要があり、これは、試料に放射されたレーザーパワー出力のおかげのみならず、光源放射波長から励起した粒子からくる波長を色分離することができるダイクロイックフィルターの存在により起こる。さらに、単一分子の検出に関して、高背景ノイズを生じうる水分子からくるラマン散乱を制限するために、ほぼフェムトリットルに低減された量の試料を使用することが必要である。このことは、「単一分子蛍光分光学及び顕微鏡法の方法」Rev. Sci Instrum. 74（２００４年）３５９７−３６１９頁、W. E. Moerner and D. P, Frommによって報告されている。

共焦点顕微鏡法は、レーザーの使用に基づいており、固体表面と空気との間の境界を研究観察するのに適している。この理由から、共焦点顕微鏡法は、その表面に堆積された蛍光分子の可視化に焦点を当てている。共焦点顕微鏡法は、対物レンズによって合焦されたレーザービームが試料の温度を過度に増加させることがあり、これにより実験条件を変えてしまうことがあるので、いくつかの問題がある。

広視野顕微鏡法は、流路の部分に分配された分子群を研究観察するのに適している。しかしながら、これは、単一分子の識別のために使用されることも、機器の解像限界よりも小さなサイズのナノ粒子の検出のために使用されることもできない。それにもかかわらず、これは、少なくともマイクロメートルの視野に達するための基本的な方法であり、ナノメートルレベルを見ることをも目指す、さまざまな種類のレーザー顕微鏡技術のための本質的な要素になる。

ＴＩＲＦ（全反射照明蛍光）顕微鏡法は、バイオセンシングに最も適した最新の方法論である。解析下の全量の部分がスライドカバーガラスにおいてレーザービームの全内部反射によって生成されたエバネッセント波の侵入深さによって制限されるので、ＴＩＲＦ顕微鏡法は、適切なパラメーターを識別するために観察下に少量の試料のみを必要とする。エバネッセント波は、スライドガラスから水溶液へ２００ナノメートルの被写界深度で、スライドガラス及びそれに接触している水溶液の両方を照射する。この事実は、背景ノイズをかなり低減させ、表面に、又はその近くに局所化された単一ナノ粒子からの信号の取得を可能にする。背景ノイズを劇的に低減させ、新しい光学バイオセンサの実験及び試験中にリアルタイムでカバーガラス上のナノ粒子の検出を可能にするので、溶液中のエバネッセント波の侵入の能力制限は、バイオセンサに重要な利益をもたらす。ＴＩＲＦ顕微鏡法では、エバネッセント波の生成は、像を捕らえて、素早く動きカバーガラス上にプリントされたバイオレセプターとドッキングしており浮遊している水溶液中の蛍光性の単一分子又はナノ粒子のビデオ映像を記録することを可能にする。この技術は、バイオセンサの分野において、スライドカバーガラス上の溶液中のラベリングしたＤＮＡの検出のために使用される。例えば、ＴＩＲＦ顕微鏡と結び付けられた、スライドカバーガラス上にプリントされた異なるＤＮＡ配列からなる、ＤＮＡマイクロアレイの産業規模の有用性が、ＤＮＡの相補鎖間のハイブリダイゼーションの相を感知して決定することを可能にし、これにより、特定のＤＮＡ配列の存在の有無が検出されることができる。

レーザー顕微鏡は、単一分子を検出する能力のおかげで、例えば、小さなＤＮＡ鎖の検出において、又はＤＮＡバイオマーカーとして使用される蛍光ナノ粒子を数えることで、バイオ医学診断の分野に多くの機会を提示する。

現在の技術状態では、レーザー顕微鏡は、光源、ミラー、フィルター、対物レンズ、レンズ、カメラ及びＸＹＺ手動又は自動操作システムなどのいくつかの必須要素からなり、これらは、試料を保持するスライドを正確に操作するために、全て一緒に配置されている。

一般的に一本鎖のＤＮＡなどの５ナノメートルから単一タンパク質などの２０ナノメートルまでのサイズの範囲にある生体分子の光学検出は、予め定義された化学プロトコルによる、蛍光分子又はナノ粒子と関心のある生体分子との間の共有化学結合による接着のおかげで生じる。

散乱光は、ユーザーがそうでなければ目に見えないこれらのナノ粒子を検出することを可能にするので、直径１００ナノメートルの球状のナノ粒子の市販の試料は、生体分子のマーカー、すなわちバイオマーカーとしてこれらを使用して、化学的な見地から、あるいは物理的な見地から、サイズの観点において優れた折衷案である。

そして、ラベリングした生物化合物は、既に特許されこれまでに述べられた光学技術の１つによって構築されたレーザー顕微鏡の対物レンズに置かれ、信号が、鋼又はアルミニウムのような耐久性材料でできた微細機構を備えた、フィルター、ダイクロイックミラー、光スイッチ及びレンズのような多くの要素を装備した、一般的には多少複雑な無限光学系によって放射において検出される。

丸い球状の形状でもたらされ、ナノメートルの同じ直径サイズから特徴付けられる、周期表のいかなる種類の元素も購入可能な、標準的な市販のナノ粒子の市場有用性は、多くのバイオセンシングプロセスの標準化に寄与する。

最近、より小さく、より高性能で、使用されるのが容易な電子デバイスの開発に関する重圧がある。既存の高価で大規模な電子顕微鏡と比較すると、小型かつ軽量のポータブルデバイスに組み込まれる、単純で独自の光学方法を備えた、ナノ粒子を光学的に検出するものの開発は、重要であり、魅力的な挑戦である。

ＴＩＲＦ顕微鏡法の代替となるレーザー光学系は、ターゲットの適用形態に依存して変わる。原子間力顕微鏡は、空気へと散乱するナノ材料の研究観察のために最も使用される。共焦点顕微鏡法は、蛍光溶液の研究観察のために使用される。ＴＩＲＦ顕微鏡法は、水層中に分散したターゲット試料と、ガラス基板に関連付けられた受容体との間の相互作用を研究観察するために広く使用されている。

ＴＩＲＦ顕微鏡は、全内部反射の形態で、光源としてレーザーを使用する。これは、水溶液中に溶解されガラス表面の近くに位置されたナノ粒子又は単一の蛍光分子を選択的に励起させることができるエバネッセント波を生成する。この技術は、高い開口数（ＮＡ＞１．４）及び高い倍率（６０Ｘから１００Ｘまで）を有する油浸対物レンズと組み合わせた、エバネッセント波に由来する照明を使用する。ＴＩＲＦ顕微鏡では、レーザービームは、光軸から外れて、対物レンズの後焦点面に送られて、光は、対物レンズの瞳に合焦され、表面に位置されたものを励起させて、ナノ粒子によって発せられた信号を暗視野背景上で識別する能力を機器に与える。これは、スライドカバーガラスを走査しながら、高い光学解像度を、あるいはビームを全内部反射で維持する能力を確実にする。ＴＩＲＦ顕微鏡法では、一連のカバーガラススライドのＸＹ走査のプロセスは、ＴＩＲＦ対物レンズとスライドカバーガラスとの間で、光学媒体としての油の介在のためにかなり複雑である。これは、全内部反射を提供し維持するために、光線にとって必須である。しかしながら、表面及びナノ粒子を照射することができるエバネッセント波を生成するためには、ビームが全反射されることは厳密には必要でない。

この理由から、レーザービームでスライドカバーガラスを照射することは、はるかに小さくて安価なレーザー光学デバイスの有用性と交換可能なＴＩＲＦレーザー顕微鏡によって提供される光学性能よりもわずかに低い光学性能を提供する場合、油浸対物レンズでのように光結合のための液体媒体の使用に立ち返ることなく、独自の利点があることが明らかである。

レーザー顕微鏡用の小さくて有能なビデオカメラを開発する概念は、適切な光学品質を提供しながら、サイズ、重さ及びコストを最小化する目的で、必要とされる要素の最小数の優れた配置に基づくものである。

明らかに、乾燥系対物レンズ及び単純なレーザーを用いる励起方法を使用することによって、７ｄｍ^３の体積未満であるケースに組み込まれる、極小サイズのレーザー顕微鏡を開発することが可能である。

さらに、Ｘ及びＹ軸でスライドの自動走査を続けることにより、このミニレーザー顕微鏡が、遠距離通信、研究及び生物医学イメージングの高い潜在可能性のある光学デバイスになる。

光学媒体としての油の存在がこれらの条件では示唆されないので、重力が異なる又は重力がない状態の条件では、スライドガラスの像の制御が乾燥系対物レンズに基づくべきであることに気付くことが重要である。

解析下の液体の体積がピコリットルと非常に小さく、この液体の体積が標準的な顕微鏡用スライドとスライドカバーガラスとの間の空間のかなり薄い（狭い）領域に制限されるので、重力は、ナノ粒子が分散される溶液にほとんど影響せず、これにより、そのような小さなナノメートルの試料に対する重力に由来する寄与を最小化する。乾燥系対物レンズを用いる光学系では、スライドガラスのこの差し込みは、機械アームによって、自動的にスライド台に容易に挿入されることができる。これは、スライドガラスの置換を自動化することを可能にし、より多くの試料に対する解析のプロセス全体を加速させる。

要約すると、これまでに特許された光学技術は全て、この特許の請求において示されたものとは実質的に異なる、現在の光結合方法を説明している。さらに、これらの技術は、複雑さ、コスト、デバイスのサイズ、デバイスの重さ、物理的なミスアラインメントに起因する微修正に対する高い感度、対物レンズとスライドカバーガラスとの間の油を正確に管理するための実験室の「物理的な」存在の必要性のようないくつかの重大な事項を含む。

それ故、ＴＩＲＦ顕微鏡法のような機器による解決策は、光信号の最良の再現性を提供するためにそれらが適切なメンテナンスを継続的に受けなければならないので、科学的なレベルの高い学際技術と組み合わせた鋭い目を必要とする。ＴＩＲＦ顕微鏡法は、常に、油浸対物レンズ又は対物プリズムを使用して、光学媒体としての油の使用を必要とする。これらの必須条件は、機器の精度を長きにわたって維持する際の変わりやすさ及び困難さを被るリスクと共に、ある試料から他の試料にわたるときの遅れを本質的に引き起こす。これは、レーザーと油とスライドカバーガラスとの間の光結合の変化により、レーザー走査のプロセス全体をより困難にする。それ故、ＴＩＲＦ顕微鏡法の内部の複雑さは、機器の日常的なメンテナンスに費やすその標準的な維持コスト及び時間を増加させてしまう。

要約すると、レーザー顕微鏡は、その設計において、あるいはその動作において、高度な専門化及び注意深さを必要とする、複雑で精巧な機器である。提案される特許は、説明される内容全体に適合する。

レーザーダイオード（６０）と、レンズ（７０）と、カバーガラス（１５）自体との間の特定の光結合（図１Ａ，図１Ｂ）に基づいた、標準的なカバーガラス上の溶液（５５）中のサブ回折ナノ粒子を検出するための方法が提案される。そして、検出された像は、標準的な乾燥系対物レンズ（４０）を通してＣＣＤカメラ（２００）によって捕らえられる。

光結合（図１Ｂ）は、レーザービーム（１０）とスライドカバーガラス（１５）の平面との間で、ガラス基板やプラスチック基板に対して２５度±２度の許容範囲の入射角で、むきだしのスライドカバーガラス（１５）のリムで合焦された光の点をもつレーザーダイオード（６０）を含む。屈折率に関するスネルの法則により、レーザービーム（１０）が空気−ガラス境界面を通過するとき、レーザービームは、２５度から１６度にその入射角を変え、これは、カバーガラスの内側で光の内部反射（４５）を得るのに十分な条件である。内部反射は、Ｚ軸に対する侵入深さをもつ、ガラス面上のエバネッセント波の場を生成する。

提案されるレーザー光結合方法は、７７×２６×１．０ｍｍのサイズの市販の顕微鏡用スライドガラス（２０）を収容するためにサイズ決めされたスライドホルダー（３５）の使用を必要とする。このスライドガラス（２０）は、線形流路の上側部分として使用され、流体用入口（２５）及び流体用出口（３０）を得るために両端部にドリルで穴を開けられている。対物レンズ（４０）に近い、流路の下側部分は、２４×２４、又は２４×４０、又は２４×５０、又は２４×６０ｍｍの矩形のＸＹ可変サイズの、厚さ０．１７ｍｍの「むきだし」のスライドカバーガラス（１５）からなる。「むきだし」との用語は、カバーガラス（１５）が、通常の直角表面を有し、未変更で未処理の標準的な、市販の入手可能なものであることを意味している。スライドカバーガラス（１５）及びスライドガラス（２０）は、入口から出口への線形流路の境界（範囲）を定めるために、シリコンのような疎水性成分と一緒に接着されている。カバーガラスには、他の特許である２００９年２月２６日の米国特許出願公開第２００９／０５２０２１号明細書（MOGAMI HIDEO [JP] ET AL）及び２００３年２月５日の欧州特許第１２８１９６９号明細書（FRAUNHOFER GES FORSCHUNG [DE]）が報告するように、正確な角度でガラスを切断する必要性をなくすために、傾斜した端面がない。このように、関連するコストを下げながら、実験室でのプロセスは、より単純でより速くなり、自動再現性における変化率が低い。

内部反射系に対するエバネッセント場の侵入深さは、式 ｄ＝λ_０／２π＊ｎ_１（（ｓｉｎ^２θ−（ｎ_２／ｎ_１）^２）^−１／２によって計算されることができ、ここで、λ_０、θ、ｎ_１及びｎ_２は、それぞれ、真空中における入射光線の波長、媒体１への入射角、及び媒体１、２の屈折率である。カバーガラスに置かれた溶液の屈折率に依存して、１６度でガラス表面にぶつかる光線に対して、侵入深さは、水溶液に対して５２ｎｍ、グリセリン溶液に対して７２２ｎｍまでと計算される。

スライドカバーガラスに、又はそれに近接して配置された、水溶液中のナノ粒子（５５）は、背景ノイズからナノ粒子（５５）を識別するのに十分な信号対雑音比で、散乱する光を反射するか、それを吸収するか、蛍光信号を発することができる。より深いナノ粒子のいずれも励起されず、これが、暗視野背景から生じうるノイズ信号を除去するので、この単純な幾何学的配置を使用してナノ粒子を励起させる利点が明らかになる。

したがって、ナノ粒子（５５）の検出は、散乱、又は蛍光モードで生じ、Ｚ軸において数百ナノメートルに制限される。特に、単一ナノ粒子（５５）の検出は、スライドカバーガラス（１５）の平面において最適であり、スライドカバーガラス（１５）から数百ナノメートルの距離のところでは指数関数的に低下する。したがって、これらの検出は、ナノ粒子がスライドカバーガラス（１５）と接触している場合のみ、あるいはナノ粒子がそれに近接して位置している場合のみ、可能である。これらの理由から、いくつかの平面上のナノ粒子の視野は、エバネッセント波（５０）の侵入深さによって制限される。それにもかかわらず、溶液中に移動しているナノ粒子が検出されることができる。

検査下の試料は、ナノ粒子によってのみならず、人間又は動物の細胞、人間又は動物の血液、細菌、また、６７ｎｍないし０．５２ｍｍ範囲にある寸法を有するスライドカバーガラス（１５）上に堆積された他の透明又は半透明試料によって構成されることができる。

他の物理的な要素が存在せず空気及びガラスが存在するおかげで、このサブ回折ナノ粒子検出方法は、重力がない状態でさえも適切に動作することができる。

光結合（図１）の提案される方法は、ＣＣＤカメラをチューブレンズに置き換えてシステムを拡張することによって無限遠になることができる有限光学系を提案することによって、３次元形態で配置された光路の幾何学的配置をかなり単純化する。提案されるレーザー光結合方法は、小型サイズ、低重量及び自家動力式である、輸送可能なレーザー顕微鏡又は光学デバイス（図９）へ容易に統合されることができる。

この光学デバイス（図９）は、スライドカバーガラスに堆積された溶液中のナノ粒子によって構成された試料のマイクロ及びナノメートルの視野向けの完全なビデオカメラシステムとして示される。光学デバイス（図９）は、バイオマーカー研究に、及びバイオセンシング実験に非常に役立つことができる。

生体分子間の相互作用の一例は、２つの反対側の末端尾部で第１のものに相補的な他の２本のＤＮＡ一本鎖を使用して溶液中のＤＮＡの一本鎖を検出することであり、この方法は、バイオセンサの分野において、特定のウイルス感染に関する標本の識別を可能にするサンドイッチハイブリダイゼーション法として知られている。生体分子間のこのタイプの相互作用では、直径１００ナノメートルのナノ粒子が、相補的ＤＮＡ鎖間に生じるハイブリダイゼーションの制御のための理想的なマーカーであり、したがって、理論上、ＰＣＲによる増幅の必要なく、ＤＮＡを試験することによって負の値と正の値とを区別する。ナノ粒子の表面は、実際には、抗体又はＤＮＡ鎖のような特定の生体分子の接着のために化学修飾されて機能的にされることができ、これにより、これらの生体分子を光学的に検出可能にする。したがって、水溶液中で、抗原又は相補的ＤＮＡ鎖のような、スライドカバーガラス（１５）に共有結合されたそれぞれの生化学的対応物へのそれらのハイブリダイゼーションを観察することが可能になる。

レーザー光学デバイス（図９）は、広視野透過顕微鏡法で、かつ、内部反射蛍光／散乱顕微鏡法で、光信号を同時に捕らえることができる。光学デバイス（図９）は、市場で入手可能な今日のレーザー顕微鏡がサイズ、かさ（大きさ）、重さ、複雑さ及びコストの観点から許容することができる範囲の代替の実行可能な解決策である。

特に、光学デバイス（図９）は、より小さなサイズのナノ粒子を検出し、光信号を収集し、ある時間にわたって関連するガウス分布のビデオ映像を記録する以外に、２９０ｎｍの光学面分解能で観察対象を解像したり識別したりすることができる。アッベの原理に基づいて計算された、光学デバイス（図９）の解像度は、４０５ｎｍの青色レーザー光源を考えると、ＮＡ＝０．２５の対物レンズ１０Ｘに対する８１０ナノメートルから、ＮＡ＝０．８５の対物レンズ６０Ｘに対する２９０ナノメートルまでの範囲にあることができる。ＴＩＲＦ向けの油浸対物レンズ（代表的にはＮＡ＞１．４）と比較すると、乾燥系対物レンズ（代表的にはＮＡ＜１．０）に起因して、より低い開口数の値の対物レンズが使用されることに気付くことが重要である。技術的な展望から、油浸ＴＩＲＦ対物レンズは、乾燥系よりも優れた光学解像度を与えるが、油の存在は、スライドガラスの自動置換よりも、ＸＹ軸走査のような自動プロセスの管理をより複雑にする。さらに、「斜めの」位置で、又は重力がない状態で動作することが可能でない。光学デバイス（図９）は、これらの問題も解決する目的で発展されている。光学デバイス（図９）の視界は、採用される対物レンズに依存して変わり、視界は、１０Ｘの対物レンズに対して５２０×４００マイクロメートルの領域ＸＹであり、６０Ｘの対物レンズに対しては８７×６７マイクロメートルの領域ＸＹに減少される。単一画素のサイズは、１０Ｘの対物レンズを使用した４００ナノメートルから、６０Ｘの対物レンズを使用した６７ナノメートルまで変化する。

上に計算された視界及び画素サイズは、１．３メガピクセル、１２８０×１０２４画素のＣＣＤカメラ（２００）を使用した像の取得を参照しており、ＣＣＤアレイのタイプの寸法及び公称画素サイズに依存して変わりうる。

画像解析用ソフトウェアアプリケーションと組み合わせた、レーザーを使用した像の取得は、１００ナノメートルサイズのナノ粒子（５５）を検出して、互いに２９０ナノメートルの最小距離にある１００ｎｍサイズの２つの単一ナノ粒子からくる信号を識別する能力を光学デバイス（図９）に与え、これは、光学面分解能を意味する。ともかく、デバイスの性能は、回折限界によってなおも制限されているが、これは、低いレーザー波長４０５ｎｍ、６０Ｘの対物レンズに対する高い開口数ＮＡ０．８５を使用することによって最小化されることができる。しかしながら、２９０ｎｍの光学解像度と、６７ｎｍの単一画素のサイズとの間の寸法の領域では、これら２つの値の間に含まれるサイズの単一ナノ粒子に由来する焦点の進行信号を識別することは可能ではないが、これは、Ｘ及びＹ軸上のガウス信号の分布を捕らえるビデオ映像を記録することによって達成されることができる。データベース中のガウス分布のモニタリングは、ナノ粒子のサイズ、材料及び物理的及び化学的特性を所定の確率で予測することを目指している。各単一ナノ粒子によって放出された光のガウス信号のモニタリングは、スライドカバーガラス（１５）のＸＹ領域におけるそのナノ粒子の位置を検出し、ナノ粒子のスポットの強度をリアルタイムで定量化することを可能にする。ガウス分布は、溶液中のそれらの放出信号を追跡するために、１００ｎｍサイズの市販のナノ粒子の視野に捕らえられて、ビデオ映像の記録をされることができる。

光学デバイス（図９）は、明るい画素又は中心画素に対応して最大の確率で、１００ｎｍの単一ナノ粒子のＸＹ位置を検出することが可能であり、黒の外部画素の外側で、グレーレベルの、隣接している画素において指数関数的に減少し、そこでは出力信号が失われる。

レーザービーム（１０）の色も、ラベルの蛍光に依存して、あるいは、観察下の材料の散乱特性に依存して、あるいは、必要に応じて、解像度が低くて既存のレーザーダイオードの有用性と互換性のある、励起のさまざまな波長（例えば４８８ｎｍ）をなんとか有するように、６３５ｎｍの赤色又は５３２ｎｍの緑色のようなさまざまな波長に設定されることができる。

光学デバイス（図９）は、７７×２６×１．０ｍｍサイズの市販の顕微鏡用スライドガラス（２０）を収容するようにサイズ決めされたスライドホルダー（３５）を有し、これは、線形流路の上側部分として使用される。

光学デバイス（図９）は、３つの光学様式、すなわち、広視野透過顕微鏡法と、暗視野内部反射散乱顕微鏡法と、暗視野内部反射蛍光顕微鏡法とを使用する。これは、エンドユーザーが表面を光学的に解析することを可能にし、試料の熱的及び光的損傷を回避して、広範囲でサブ回折ナノ粒子の特性を光学的に調査することを可能にする。

Ｚ軸（２７５）上の直線移動で挿入された乾燥系対物レンズ（４０）は、光透過で、乾燥系対物レンズ（４０）の作動距離の関数で数十マイクロメートルの最大値までのさまざまな高さで、像に対する正確な焦点を有するように寄与する。

水溶液中のナノ粒子の、追求又は追跡のための像の取得の頻度は、ｆｐｓ（フレーム毎秒）の値の関数であり、これは、ＣＣＤカメラ（２００）が捕らえることが可能であり、また、これは、ユーザーの必要性によって決まり、例えば、ある時間中のスローモーション像の取得に対して１ｆｐｓである一方、ナノ粒子の移動に対しては、所定の関心領域の追跡は、より速くあるべきであり、２５ｆｐｓまでであってよい。

透過イメージングは、カバーガラス（１５）の平面の上方に垂直に、乾燥系対物レンズ（４０）の光軸に沿って配置されたＬＥＤモジュール（図３）でスライドカバーガラス（１５）を照射して得られ、内部反射イメージングは、レーザーモジュール（図２）でスライドカバーガラスを照射して得られる。いずれの場合も、像は、乾燥系対物レンズ（４０）の後焦点面から１６０ｍｍの距離に置かれたＣＣＤカメラ（２００）のセンサ部分を使用して捕らえられる。

光学デバイス（図９）は、単一実施形態（図８）へと組み立てられた５つのモジュール、特に、レーザーモジュール（図２）と、ＬＥＤモジュール（図３）と、ＸＹ操作用の機械モジュール（図４）と、顕微鏡モジュール（図５）と、電子モジュール（図７）とからなる。

光学デバイス（図９）は、自動コマンドによって、ユーザーに、完全にマイクロメートルレベルで見る可能性を提示することができ、レーザー光源を変えながら、ＬＥＤモジュール（図３）で照射する光学透過顕微鏡法と、バンドパスフィルターを使用せずにレーザーモジュール（図２）で照射する内部反射散乱顕微鏡法と、所望の波長を中心とするバンドパスフィルターを使用する、レーザーモジュール（図３）で照射する内部反射蛍光顕微鏡法とから、試料を検出するための最良の光学方法を選択して、ナノメートルのナノ粒子に向けられることができる。

光学デバイスの較正過程は、光結合（図１Ｂ）と一致するカバーガラスのリムに正確にぶつかることが必要とされる。これは、ミラー（９０）の微調整をすることによって実現されることができ、また、これは、ミラーホルダー（８０）に作用し、サービスホール（２５５）を通る六角形ねじで六角形の工具によってその位置を調節することによって可能であり、この手順は、カバーガラスのリムへのレーザービーム（１０）の微細な位置決め（ポインティング）を可能にする。この微細な位置決めを使用して、リム、すなわちエッジに光強度を集中させて、試料と対物レンズとの間に油又はプリズムのような光学媒体を使用することなく、スライドカバーガラス（１５）上にエバネッセント波（５０）を生成することができる光の内部反射（４５）の現象を得ることが可能である。

レーザーモジュール（図２）は、Ｙ軸リニアステージ（１５５）に固定され、カバーガラス（１５）と平行に配置されている。レーザーモジュールは、一般に、青色、緑色、又は赤色の可視光域の光源として動作するレーザーダイオード（６０）からなり、熱電冷却器（６５）を装備している。レーザーダイオード（６０）は、レンズ（７０）上にレーザービーム（１０）を放出し、このレーザービームは、ホルダー（７５）に取り付けられた第１のミラー（８５）に向かって導かれ、その後、他のホルダー（８０）に取り付けられた第２のミラー（９０）に向かって導かれる。これらの成分は全て、望まれない迷光を回避するためにアルコアアルミニウム筐体（１１５）の内部に閉じ込められている。アルミニウム筐体（１１５）の上側には、レーザービーム（１０）が所望の角度である２５度で出ることを可能にするスロット（９５）がある。アルミニウム筐体（１１５）の上側はまた、移動式の第１のブロック（１４０，１５０，１６５）を収容するために、一方の側に延長部を有する。レーザービーム（１０）は、スライドカバーガラス（１５）のリムにぶつかるために、１５０ｍｍの焦点距離を有する平凸レンズ（７０）によって合焦され、その全長に光の線形反射を引き起こす。レーザーダイオード（６０）の光強度のスイッチのオン／オフの切り替え及び調整は、電気信号によってなされ、ケーブルが、第１の電子基板（２１５）に取り付けられた、レーザーの電子基板（２２５）に接続されている。これらのコマンドは、外部タッチスクリーンインターフェース（２７０）によって制御可能である。

ＬＥＤモジュール（図３）は、乾燥系対物レンズ（４０）と同軸上であるがその反対側に、スライドカバーガラス（１５）に垂直に置かれる。ＬＥＤモジュールは、１つの多色ＲＧＢのＬＥＤチップ（１００）と、１つの光彩絞り（１０５）と、１つのコンデンサレンズ（１１０）と、１つの正方形ミラー（１２５）と、１つのフォトダイオード（１３５）とからなり、これらの全てが適切な容器（１２９）に収まっている。多色ＲＧＢのＬＥＤチップ（１００）は、４６０ｎｍの青色、５３０ｎｍの緑色及び６３０ｎｍの赤色である異なる波長で動作する３つのＬＥＤを装備している。ＬＥＤの前には、光彩絞り（１０５）が置かれ、スライドカバーガラス（１５）に垂直なＬＥＤ光を投影するために、乾燥系対物レンズ（４０）の光軸に対応して、カバーガラス（１５）の高さに、コンデンサレンズ（１１０）が置かれている。光彩絞り（１０５）は、光学デバイス（図９）の外部からくる赤外線信号を偏向させるのに適した正方形ミラー（１２５）を収容するための側方の区画室を有する。この信号は、遠隔制御から生じ、ＬＥＤモジュール（図３）の内部に位置されたフォトダイオードＩＲ受信器（１３５）に向けられる。ＬＥＤモジュール（図３）の放出色の選択は、外部遠隔制御によって制御される。

多色ＲＧＢのＬＥＤチップ（１００）のスイッチのオン／オフの切り替え、及び光強度の調整は、第１の電子基板（２１５）に接続されたケーブルを通して、電気信号によって駆動される。相対コマンド（相対座標指令）が、タッチスクリーンインターフェース（２７０）によって送信される。ＬＥＤモジュール（図３）のおかげで、光学デバイスが赤色、緑色又は青色である３つの異なる波長でスライドカバーガラス（１５）を照射することができるので、光学デバイス（図９）も光透過で動作することができる。そして、対物レンズが、透過又は吸収で像を捕らえる。第１の迅速な方法が顕微鏡法においてスライドカバーガラス（１５）の表面上に焦点が達することを可能にするので、広視野透過顕微鏡法のイメージングがナノ粒子（５５）の検出に使用される。

ＸＹ操作用の機械モジュール（図４）は、アルミニウム筐体（１１５）の外部に位置される。機械モジュールは、アルミニウム支持体によってＸ軸リニアステージ（１５０）に接続された、ＸＹ軸に対する移動の２つのブロック及びスライドガラスホルダー（３５）からなる。

Ｘ軸に対して移動する第１のブロック（１４０，１５０，１６５）は、１：１のギヤ比の２つのギヤ（１６５）によって１つのＤＣモーター（１４０）と連結された１つのＸ軸リニアステージ（１５０）からなる。２つのギヤ（１６５）は、それぞれ、一方が、軸箱によって、Ｘ軸リニアステージ（１５０）のハンドラー（ハンドル）の回転軸へ、他方が、ＤＣモーター（１４０）の回転軸へ挿入される。これは、ハンドラー（ハンドル）の回転軸の９０度の反転を可能にし、これにより、移動式の第１のブロック（１４０，１５０，１６５）を実現する。電気信号によるＤＣモーター（１４０）の制御は、スライドガラスホルダー（３５）の、及びそれに挿入されるスライドカバーガラス（１５）のＸ軸上の左側及び右側の移動を可能にし、正確な光結合（図１Ｂ）を常に維持する。

移動式の第２のブロック（１４５，１５５）は、第２のＤＣモーター（１４５）を備えた軸箱によって軸と連結された１つのＹ軸リニアステージ（１５５）からなる。Ｙ軸リニアステージ（１５５）とＤＣモーター（１４５）とが、両方ともベースプレート（２３５）にロックされる。移動式の第２のブロック（１４５，１５５）は、スライドガラスホルダー（３５）のＹ軸上の移動を可能にし、全ての要素がアルミニウム筐体（１１５）の内部（６０，６５，７０，７５，８０，８５，９０，９５）及び外部（１４０，１５０，１６５）に属し、ロックされる。ＤＣモーター（１４５）の電気信号による制御は、スライドガラスホルダー（３５）の、及びそれに挿入されるスライドカバーガラス（１５）のＹ軸上の上下移動を可能にし、正確な光結合（図１Ｂ）を常に維持する。要約すると、ＸＹ移動する機械モジュール（図４）は、第１の電子基板（２１５）によって導かれる電気信号の管理（制御、処理）によって４方向（上下左右）にカバーガラスを移動させる能力を提示する。相対コマンド（相対座標指令）がタッチスクリーンインターフェース（２７０）によって送信される。

顕微鏡モジュール（図５）は、ＬＥＤモジュール（図３）に沿って、カバーガラス（１５）に垂直な乾燥系対物レンズ（４０）の光軸を備えたスライドカバーガラスの下に位置されている。顕微鏡モジュール（図５）は、１つの乾燥系対物レンズ（４０）と、１つのＺ軸リニアステージ（２７５）に統合された１つの対物レンズホルダー（１６０）と、１つのステップモーター（２８０）と、後方垂直プレート（２４０）にロックされたそのホルダー（１７０）内の１つのミラー（１８０）と、ベースプレート（２３５）にロックされたそのホルダー（１７５）内の他のミラー（１８５）と、１つのステップモーター（１９５）の回転軸に接続された１つのフィルターホイール（１９０）と、１つのＣＣＤカメラ（２００）とからなる。顕微鏡モジュール（図５）は、Ｘ軸及びＹ軸に固定され、動作することができる自由度は１、すなわちＺ軸のみである。実際には、乾燥系対物レンズ（４０）のタイプ、及びその作動距離に依存して、ある種の調節が必要とされる。それ故、観察下の試料のＸＹ走査中にそれを正しい焦点に設定して維持することが可能である。４０Ｘ以上の対物レンズの像の焦点の高感度により、高倍率で（６０Ｘでさえも）像の走査を適切に行うことができる安定した小型光学デバイスを構築するためには、０．０１ｍｍの精密なアルミニウムプレート（２３５，２４０，２４５，２５０，２６０，２６５）を使用して、高い機械的精度を必要とする。

顕微鏡モジュールは、乾燥系対物レンズのためのロッジを含み、これにより、その交換を可能にする。１６０ｍｍの焦点距離に対して、１０Ｘの倍率及び開口数ＮＡ＝０．２５、２０Ｘの倍率及び開口数ＮＡ＝０．４０、４０Ｘの倍率及び開口数ＮＡ＝０．６５、及び６０Ｘの倍率及び開口数ＮＡ＝０．８５により、１０Ｘの乾燥系対物レンズに対する０．５６×０．４０ｍｍから６０Ｘの乾燥系対物レンズに対する０．０８７×０．０６７ｍｍまでの範囲にある、異なる視界を提示することが可能である。そして、エンドユーザーは、６７から４００ナノメートルの範囲にある画素サイズで、特にエンドユーザーの要求に従って、光学デバイスをプレ設定することができる。

乾燥系対物レンズは、Ｚ軸リニアステージ（２７５）と統合された対物レンズホルダー（１６０）の高さを調節することによって調整されることができる。これは、光学デバイスの実現性の高い置換を可能にする。

対物レンズから出る（出ていく）平行光線は、対物レンズの後焦点面から始まりＣＣＤカメラで終わるまでの長さが少なくとも１６０ｍｍであるべきである。幾何学的な空間次元に作用すると、この距離は、ミラー（１８０，１８５）の使用によって制限されることができ、これにより、光学デバイスのサイズが減少される。

後方垂直プレート（２４０）にロックされたＺ軸リニアステージ（２７５）には、スライドカバーガラス（１５）の表面上の焦点に達するためにＺ軸に沿って対物レンズを手動で移動させるためのノブハンドラー（ハンドル）が設けられている。ハンドラー（ハンドル）も、Ｚ軸リニアステージ（２７５）の回転軸と共に、軸箱によって、連結されたステップモーター（２８０）にロックされる。これは、Ｚ軸移動の、正確な自動マイクロステップで、電子制御を可能にする。

エバネッセント波（５０）が数百ナノメートルのみ溶液中で散乱するので、像の焦点のＺ軸上の制御は、サブ回折ナノ粒子（５５）の検出には全く重要でない。それ故、乾燥系対物レンズ（４０）は、Ｚ軸に沿った正確な高さにとどまる必要がある。これは、固体−液体境界面（固液界面）上の焦点に達することによって透過モードで部分的に達成されることができ、また、内部反射モードでは、マイクロステップを使用することによってより微調整で作動することができる。

ステップモーター（２８５）は、第１の電子基板（２１５）にプログラムされた電気信号によって作動される。関連するコマンドが、タッチスクリーンインターフェース（２７０）によって送信される。ＣＣＤカメラ（２００）の前に、１つのステップモーター（１９５）から制御される統合されたフィルターホイール（１９０）があり、そこでは、関心のある所定の波長での光学検出の観点から、エンドユーザーの要求に従って、光学バンドパスフィルターを挿入することが可能である。フィルターの適切な選択は、主に、ナノ粒子（５５）の吸収及び放出の光学特性によって決まる。フィルターあり又はなしの像が、ＣＣＤカメラ（２００）によって捕らえられ、最終的に、処理のためにＵＳＢを介してＰＣに送信される。

光学機械ユニット（図６）は、レーザーイメージングにのみ必要なモジュールの役割を簡潔に要約しており、この光学機械ユニットは、レーザーモジュール（図２）と、ＸＹ操作用の機械モジュール（図４）と、顕微鏡モジュール（図５）との３つのモジュールによって構成されている。

光学機械ユニット（図６）では、それぞれ、スライドガラスホルダー（３５）がＸ軸上で移動することができ、アルミニウム筐体（１１５）がＹ軸上で移動することができ、これは、スライドガラスホルダー（３５）と、そこに統合された全ての要素（６０，６５，７０，７５，８０，８５，９０，９５，１４０，１５０，１６５）とを意味する。このようにして組み立てられた光学機械ユニット（図６）は、スライドカバーガラス（１５）のＸＹ走査のプロセス中、正しい光結合（図１Ｂ）の形態を提供し保持することができる。

電子モジュール（図７）は、直接相互連結され、両方ともマイクロプロセッサーを装備した２つの電子基板（２１５，２２０）からなる。１２Ｖのバッテリーが、光学デバイス（図９）に十分な電力を供給する。第１の電子基板（２１５）は、電気信号のプログラムを与えるためのＵＳＢポート（２０５）を有しており、１２Ｖ／２Ａの電力供給プラグ（２１０）によって電力が供給される。第１の電子基板（２１５）は、ＤＣモーター（１４０，１４５）及びタッチスクリーンインターフェース（２７０）と接続されたプログラム可能なマイクロコントローラを装備している。第１の電子基板（２１５）に直接接続された第２の電子基板（２２０）は、ステップモーター（１９５，２８０）及び光源（６０，１００）に接続されたプログラマブルマイクロコントローラを装備している。各電気信号は、一方の側で単一要素の各々の陽極及び陰極に半田付けされ、他方の側で第１の電子カード（２１５）のピンに接続された、ケーブル対によって、ＧＰＩＯインターフェースポートを通して制御される。専用ファームウェアが、タッチスクリーンインターフェース（２７０）によって受信したコマンド及び制御を全て実行する。光学デバイス（図９）のタッチスクリーンインターフェース（２７０）は、カバーガラス（１５）、ステップフィルターホイール（１９０）の上下左右移動、及びＺ軸に対する上下移動を制御するためにプログラムされる。光源（６０，１００）及びそれらの強度のスイッチのオン／オフの切り替えは、パルス幅変調を使用して制御され、したがって、ＬＥＤ及びレーザーモジュールからくるビームの強度は、試料の観察中、最良の信号対雑音比条件を探索して最適化されることができる。

最後に、光学電気機械ユニット（図８）は、単一実施形態における光学機械ユニット（図６）と、電子モジュール（図７）と、ＬＥＤモジュール（図３）との組合せを要約したものである。光学電気機械ユニット（図８）は、２つの体積ユニットで囲われ、これら２つの体積ユニットは、アルミニウムプレート（２３５，２４０，２４５，２５０，２６０，２６５）によって構成された、２０×２２×１３ｃｍにそれぞれ等しい幅×長さ×高さの最大寸法を有する平行六面体の筐体と、７×１０ｃｍにそれぞれ等しい直径×高さの最大寸法を有する円筒形容器とである。光学デバイス（図９）の全体積は、６．５ｄｍ^３未満であり、この小さな寸法の中に自動レーザー顕微鏡の全ての基本的な機能を再編成する。

光学電気機械ユニット（図８）は、２枚のアルミニウムプレートと、ベースプレート（２３５）と、後方垂直プレート（２４０）とに固定された要素を有する。ベースプレート（２３５）には、Ｙ軸の線形移動のための第２のブロック（１４５，１５５）と、それに統合されたミラー（１８５）を備えたミラーホルダー（１７５）と、ステップモーター（１９５）及びフィルターホイール（１９０）を備えたＣＣＤカメラ（２００）と、モーター及び光源の制御に必要とされる全ての電子基板（２１５，２２０，２２５）とが固定されている。

後方垂直プレート（２４０）には、Ｚ軸リニアステージ（２７５）と、ステップモーター（２８０）と、それに統合されたミラー（１８０）を備えたミラーホルダー（１７０）と、ＬＥＤモジュール用の支持体（２３０）とが固定されている。プレート（２３５，２４０）のちょうど９０度であるような正確な調節は、ＸＹ走査プロセス中の焦点の精度を維持した光学デバイス（図９）を得ることを可能にする。これは、ナノ粒子試料、ガラス表面上で遠心分離された、あるいはマイクロアレイ上にプリントされた広告例からやってくるマイクロメートルの像を得るための巨大なパッチワークに適した光学デバイスを可能にする。

光学デバイス（図９）は、その内部に、１３×１３ｍｍのＸＹ領域内を移動するスライドカバーガラス（１５）の走査を行うことができる光学電気機械ユニット（図８）を収容している。特に、光学デバイス（図９）のいかなる要素も空間に固定され、スライドカバーガラスに統合されるので、光学電気機械ユニット（図８）は、理論上、６０Ｘの乾燥系対物レンズでさえも、重力がない状態で、又は異なる重力がある状態で走査を行うことができる。

光学デバイス（図９）は、６枚のアルミニウムプレート（２３５，２４０，２４５，２５０，２６０，２６５）を使用することによって得られた、適切なアルミニウムでできた外部本体を有しており、上部プレート（２６０）と、スライドガラスホルダー（３５）と、ベースプレート（２３５）とは、０．０１ｍｍの機械的精度で完全に平行でなければならない。この精度は、Ｘ及びＹ軸上での走査プロセス中、像の焦点を維持することに寄与する。特に、これは、主に、０．０１ｍｍの精度でアルミニウム上部プレート（２６０）の表面を適切に滑らかにすることができるマシンによって得られる。前方垂直プレート（２６５）は、タッチスクリーンインターフェース（２７０）を収容するように設計されており、コマンドの制御のためにユーザーに向けられている。

前方垂直プレート（２６５）は、一組のサービスホール（２５５）を有しており、これは、適切な角度で穴（９５）から出るレーザービーム（１０）の方向を調節することによって、ユーザーがデバイスを較正することを可能にし、これにより、ビームは、スライドカバーガラス（１５）のリムにぶつかる。

光学デバイス（図９）は、ＵＳＢケーブルを介して、あるいはＷｉ−Ｆｉを介して、デスクトップコンピュータ、あるいはラップトップ（ノート型）コンピュータ、あるいはネットブック、あるいはタブレットに接続されることができ、ドライバの設置によって、プラグアンドプレイウェブカメラと同様のやり方で、像の取得のためのプログラムを使用してコンピューターモニター上への像の表示を可能にする。

ＵＳＢポートの品質は、データ伝送速度、及び像又はビデオ映像取得のための解像能力を決定する。

光学デバイス（図９）は、画像解析によって、細菌又は人間の細胞などの有機物、あるいはさまざまな要素のナノ粒子などの無機物、溶液中の有機物と無機物との間の相互作用を検出したり算出したりするのに適している。

光学デバイス（図９）はまた、外部汎用目的や専用ソフトウェアアプリケーションに画像及びビデオ映像を提供するために設計され発達されており、これは、バイオセンシング、病気の診断、環境保護、偽造及び生物学脅威予防の分野のプロセスの質を改良することを目指す産業分野に普及することができる。
出願当初の特許請求の範囲に記載された事項をそのまま以下に付記する。
［１］１つのレーザーダイオード（６０）と、１つの平凸レンズ（７０）と、１つの標準的な厚さ０．１７ｍｍのカバーガラス（１５）と、１つの乾燥系対物レンズ（４０）と、１つのＣＣＤカメラ（２００）とを含む、特定のレーザー光結合（図１Ａ，図１Ｂ）によって特徴付けられる、サブ回折ナノ粒子の検出方法。これら５つの要素の単純だが特定の光学配置は、直径１００ｎｍまでのサイズのサブ回折球状ナノ粒子（５５）を検出することを可能にする。光源は、０．１７ｍｍの厚さを有するむきだしのスライドカバーガラス（１５）のリムに合焦されたレーザービーム（１０）を生成することができる、１００ｍＷの出力を放出する、波長４０５ｎｍのレーザーダイオード（６０）である。むきだしのカバーガラス（１５）は、通常の直角表面を有し、傾斜した端面のない、標準的な未処理のものであることを意味している。レーザービーム（１０）は、スライドカバーガラス（１５）の平面に対して、直径０．１５ｍｍの円形スポット及び２５±２度の入射角で、カバーガラス（１５）のリムにぶつかる。スネルの法則により、レーザービームが空気−ガラス境界面を通過したとき、レーザービームは２５度から１６度にその入射角を変える。これは、カバーガラス上にエバネッセント波を生成することができる内部反射を得るための十分条件であり、透明溶液中に分散し、カバーガラス上に位置されたナノ粒子を励起させるために十分に高性能である。Ｚ軸上のエバネッセント波の場の侵入深さは、その中にナノ粒子が分散されている水又はグリセリンである溶液の屈折率に依存して、５０ｎｍから７００ｎｍまで変化可能である。検出されたナノ粒子から生成された光信号は、乾燥系対物レンズ（４０）及びＣＣＤカメラ（２００）を使用して捕らえられる。結果として生じた像は、ＣＣＤカメラの前の適切なバンドパスフィルターの挿入に依存して、あるいは依存することなく、蛍光で、あるいは散乱モードで捕らえることができる。ナノ粒子の検出は、むきだしのカバーガラス（１５）の内側にレーザービームの内部反射（４５）によって生成されたエバネッセント波の場（５０）の内部で、ガラス−液体境界面で、それに近接して、カバーガラス（１５）上に生じる。対物レンズ（４０）の焦点（１３０）は、スライドカバーガラス（１５）における内部反射（４５）によって生じた光の線と交差するところに合わせられる。ナノ粒子（５５）が、ナノ粒子（５５）を含む溶液用入口（２５）及び溶液用出口（３０）を有する、カバーガラス（１５）とスライドガラス（２０）との間に得られる、線形流路にそれらを挿入することによって、表面に堆積されている。スライドガラス（２０）及びカバーガラス（１５）は、流路の内部境界を規定しているシリコーン薄膜と一緒に貼り付けられている。そして、スライドガラスは、リニアステージ（１５０）の可動スライド側へ統合されたスライドガラスホルダー（３５）に留まる。
［２］［１］に記載の方法の適用が、油浸対物レンズの使用を必要としないという事実によって特徴付けられる、重力がない状態でのサブ回折ナノ粒子の検出方法。それ故、重力がない状態でのその振る舞いを修正しうる、サブ回折ナノ粒子検出方法の関連する要素がない。
［３］サブ回折ナノ粒子を検出可能な、小型かつ軽量で自家動力式のポータブル光学デバイス（図９）であって、その動作原理は、［１］に記載の方法によって特徴付けられる。６．５ｄｍ ^３ の最大サイズを有する光学デバイスは、カバーガラス表面の自動２次元ＸＹ走査中さえもレーザー光結合を与えるために、注意深く組み立てられ統合されたいくつかのモジュール、すなわち、１つのレーザーモジュール（図２）と、１つのＬＥＤモジュール（図３）と、１つの機械モジュール（図４）と、１つの顕微鏡モジュール（図５）と、１つの電子モジュール（図７）とからなる。これら全てのモジュールが、自動ＸＹ走査中、光結合（図１Ｂ）の有効性を保証することができる完全な光学電気機械ユニット（図８）をもたらすように設計され単一実施形態へと統合されている。モジュールは、以下のように記載される。レーザーモジュール（図２）は、１つのレーザーダイオード（６０）と、１つの平凸レンズ（７０）と、２つのミラー（８５，９０）と、２つのミラーホルダー（７５，８０）とからなり、これらの要素の全てが、同じアルミニウム筐体（１１５）の内部に配置されている。光源として使用されるレーザーダイオード（６０）は、熱電冷却器（６５）を装備している。レーザーダイオード（６０）は、図１Ａ並びに図１Ｂに示されるようなスライドカバーガラス（１５）のリムに光を合焦させる平凸レンズ（７０）上にレーザービーム（１０）を放射する。光学デバイス（図９）のサイズを最小化するために、レーザービーム（１０）は、まず、専用のホルダー（７５，８０）に位置された２つのミラー（８５，９０）によって反射されて、スロット（９５）を通過してアルミニウム筐体（１１５）から出る。レーザーモジュールは、２５±２度（図１Ｂ，図２）に等しいレーザービーム（１０）の入射角を有するように構築されている。入射角は、特定のレーザー光結合に適合するために、サービスホール（２５５）によってＸ及びＹ軸で正確に調節されることができる。ＬＥＤモジュール（図３）は、１つの多色ＲＧＢ３ワットチップＬＥＤ（１００）と、１つの光彩絞り（１０５）と、対物レンズの焦点（１３０）にＬＥＤ光線を投影することができる１つのコンデンサレンズ（１１０）とからなる。光彩絞り（１０５）は、チップのＲＧＢ遠隔制御を提供するために、内部ＩＲ受信フォトダイオード（１３５）に向けられた選択的な正方形ミラー（１２５）のための側方の区画室を有する。ＬＥＤモジュール（図３）の要素（１００，１０５，１１０，１２５，１３５）は、円筒形容器（１２０）に組み込まれている。ＬＥＤモジュールの使用は、固液界面でカバーガラス（１５）上に焦点を得るために、Ｚ軸上の対物レンズの初期制御を容易にする。スライドガラスホルダー（３５）のＸＹ操作用の機械モジュール（図４）は、移動式の２つのブロックと、これらの間に位置されたアルミニウム筐体（１１５）とからなる。移動式の第１のブロックは、１つのＸ軸リニアステージ（１５０）と、ギヤ（１６５）によって連結された１つのＤＣモーター（１４０）とを有する。リニアステージ（１５０）及びＤＣモーター（１４０）は、アルミニウム筐体（１１５）の上部に位置され、それと統合されている。移動式の第２のブロックは、１つのＹ軸リニアステージ（１５５）と、軸箱と連結された１つのＤＣモーター（１４５）とを有する。第２のブロックのリニアステージ（１５５）及びＤＣモーターは、ベースプレート（２３５）の上部に位置され、それと統合されている。リニアステージ（１５０）は、それと一緒に組み込まれたスライドガラスホルダー（３５）の、Ｘ軸上の移動を決定する一方、リニアステージ（１５５）は、アルミニウム筐体（１１５）の、それに固定された要素（３５，１４０，１５０，１６５）及びそれの内部に固定された要素（６０，６５，７０，７５，８０）の、Ｙ軸上の移動を決定する。顕微鏡モジュール（図５）は、対物レンズホルダー（１６０）と、Ｚ軸リニアステージ（２７５）と、２つのステップモーター（１９５，２８０）と、１つの乾燥系対物レンズ（４０）と、２つのミラー（１８０，１８５）と、１つのフィルターホイール（１９０）と、１つのＣＣＤカメラ（２００）とからなる。対物レンズホルダー（１６０）が、リニアステージ（２７５）の可動スライドにロックされ、１つのステップモーター（２８０）が、軸箱によってそのリニアステージと連結されている。これら２つの要素は、後方垂直面（２４０）に統合されている。ミラーホルダー（１７０，１７５）は、一方（１７０）が垂直後方プレート（２４０）と統合され、他方（１７５）がベースプレート（２３５）に統合されている。ステップモーター（１９５）及びＣＣＤカメラ（２００）は、ベースプレート（２３５）に統合されている。ステップモーター（１９５）の回転軸は、軸箱によってフィルターホイール（１９０）に連結されている。顕微鏡モジュール（図５）は、ＸＹ軸に固定されており、対物レンズホルダー（１６０）にねじ留めされた乾燥系対物レンズ（４０）から、焦点を得るためにＺ軸上で移動することができる。顕微鏡モジュール（図５）は、ＬＥＤモジュール（図３）で試料を照射するおかげで、ＣＣＤカメラ（２００）のＵＳＢ出力を通して、透過広視野顕微鏡法で像を捕らえてビデオ映像を記録するための能力を光学デバイス（図９）に提示する。光透過の場合には、像及びビデオ映像は、４６０ｎｍの青色、５３０ｎｍの緑色、６３０ｎｍの赤色である３つの異なる波長で捕らえられる。光学機械ユニット（図６）は、ＸＹ走査中、正しい光結合（図１Ｂ）を提供するために必要である。光学機械ユニットは、レーザーモジュール（図２）と、ＸＹ操作用の機械モジュール（図４）と、顕微鏡モジュール（図５）とを有する。光学機械ユニット（図６）は、スライドガラスのレーザー走査中、１３×１３ｍｍのＸＹ領域において、［１］に記載の光結合を維持して像の焦点を保つ。光学機械ユニットは、光学デバイス（図９）に、ＣＣＤカメラ（２００）を介して、レーザーモジュールでの照明によって、内部反射顕微鏡法で像を捕らえる能力を与える。特に、光学フィルター（図１Ａ）なしで散乱モードで像を得ることが可能であり、一方、蛍光モードでの像又はビデオ映像は、フィルターホイールに位置され関心のある蛍光波長に集中された光学フィルター（図５）の助けを借りて得られる。電子モジュール（図７）は、マイクロプロセッサーを装備し、１２Ｖの電気プラグ（２１０）によって電力を供給され、ＵＳＢポート（２０５）を介してプログラム可能な第１の電子基板（２１５）と、第１のものの上に位置され、それと直接相互連結され、マイクロプロセッサーも装備した第２の電子基板（２２０）とを有する。これら２つの電子基板は、スライドガラスホルダー（３５）のＸＹ移動用の２つのＤＣモーター（１４０，１４５）と、レーザーモジュール（図２）のスイッチのオン／オフの切り替えのためのレーザーダイオード（６０）と、ＬＥＤモジュール（図３）のスイッチのオン／オフの切り替えのためのＬＥＤチップ多色ＲＧＢ（１００）と、Ｚ軸上の焦点及びフィルターホイール（１９０）を制御する２つのステップモーター（１９５，２８０）と、タッチスクリーン外部インターフェース（２７０）とを管理するために使用される。光学電気機械ユニット（図８）は、光学機械ユニット（図６）と、ＬＥＤモジュール（図３）と、電子モジュール（図７）との統合の結果である。このユニットは、２０×２２×１３ｃｍにそれぞれ等しい幅×長さ×高さの最大サイズを有するアルミニウムプレート（２３５，２４０，２４５，２５０，２６０，２６５）からなる１つの平行六面体の筐体と、７×１０ｃｍにそれぞれ等しい直径の最大サイズを有するＬＥＤモジュール用の１つの円筒形容器（１２０）とである２つの体積形状に組み込まれている。全体積が６．５ｄｍ ^３ である光学電気機械ユニット（図８）は、２つの異なる視点からスライドカバーガラス（１５）を照射することができ、一方は、ＬＥＤモジュールでの照射のおかげで透過広視野顕微鏡法であり、一方は、レーザーモジュール（図２）での照射のおかげで内部反射蛍光／散乱顕微鏡法である。これら２つの光信号は、単独で、又は両方同時に、ＣＣＤカメラ（２００）から捕らえられる。フィルターホイール（１９０）は、ＣＣＤカメラの前に配置され、像又はビデオ映像を捕らえるために、１つのステップモーター（１９５）によって、散乱、あるいは蛍光で、関心のある波長を選択することを可能にする。
［４］異なる重力がある状態で、又は重力が全くない状態で、サブ回折ナノ粒子光学センサとして動作する能力がある、［２］に記載の方法を実行する、［３］に記載されるように設計された光学デバイス（図９）。これは、光学センサの特定の構成のおかげで可能であり、その要素は、全て重力の影響を受けない。特に、Ｙ軸リニアステージ（１５５）と、ギヤードモーター（１４５）と、ミラーホルダー（１７５）と、ＣＣＤカメラ（２００）と、電子基板（２２５）と、２つの電子基板（２１５）のうちの１つが、ベースプレート（２３５）にロックされている。逆に、ミラーホルダー（１７０）と、リニアステージ（２７５）と、ＬＥＤモジュール支持体（２３０）とが、垂直後方プレート（２４０）にロックされている。ベースプレート（２３５）及び垂直後方プレート（２４０）は、アルミニウムでできており、正確に９０度に調整されている。スライドガラスホルダー（３５）と、ベースプレート（２３５）と、上側プレート（２６０）とは、平行であり、０．０１ｍｍの精度で調整されている。右側プレート（２４５）、左側プレート（２５０）及び垂直前方プレート（２６５）である残りのプレートは、光学電気機械ユニット（図８）が組み込まれた平行六面体を完成している。スライドガラスホルダー（３５）は、上側プレート（２６０）と円筒形容器（１２０）との間に位置され、光学デバイス（図９）の外部にただ一つの要素が配置されている。油も他の液体も、対物レンズに使用されない。

図１Ａは、詳細な記載及び含まれる要素の光結合方法を示しており、この図は、提案される光結合方法及びそれに関連する物理的な要素、すなわち、２５±２度の特定の角度でカバーガラス（１５）のリムに光線（１０）を合焦するレンズ（７０）を備えたレーザーダイオード（６０）と、エバネッセント波から励起されたサブ回折ナノ粒子を観察するための乾燥系対物レンズ（４０）及びＣＣＤカメラ（２００）とを加えた、詳細な記載である。 図１Ｂは、光結合方法、エバネッセント波の透過を示しており、この図は、空気−ガラス境界面のところでカバーガラスに２５±２度の特定の角度でカバーガラス（１５）のリムに入射した光線（１０）がカバーガラスへと１６度の角度でどのように逸れるかをより詳細に示しており、ここでは、ナノ粒子（５０）が分散されたとき、光の内部反射（４５）が、溶液に浸透することができるエバネッセント波（５０）を生成する。 図２は、レーザーモジュールを示しており、この図は、２５±２度の角度でそれの上に位置されたスロット（９５）から出るレーザービームを提供するために一緒に組み合わせられた、１つのレーザーダイオード（６０）と、１つのレンズ（７０）と、２つのミラー（８５，９０）とからなるレーザーモジュールを示している。 図３は、ＬＥＤモジュールを示しており、この図は、ＬＥＤモジュールの内部構成を示しており、このＬＥＤモジュールは、広視野透過顕微鏡での観察下で試料を照射するために円筒形容器（１２０）中に配置された、１つの多色ＲＧＢのＬＥＤチップ（１００）と、１つの光彩絞り（１０５）と、１つのコンデンサレンズ（１１０）とを備えている。 図４は、ＸＹ操作用の機械モジュールを示しており、この図は、移動式の２つのブロックからなり、その１つは、レーザーモジュールの底部（１４５，１５５）に位置され、その１つは、その上部（１４０，１５０，１６５）に位置されている。２つのブロックは、カバーガラスのＸＹ走査中、図１Ｂの正しい光結合を保持するために、適切に配置されている。 図５は、顕微鏡モジュールを示しており、この図は、ここでは明瞭にするために隠されている１つの対物レンズと、Ｚ軸リニアステージ（２７５）及びステップモーター制御（２８０）と統合された１つの対物レンズホルダー（１６０）と、２つのミラー（１８０，１８５）と、他のステップモーター（１９５）による自動フィルターホイール（１９０）を備えた１つのＣＣＤカメラ（２００）とからなる。これら全てが、３次元幾何学的配置において、必要な光路を最小化するように配置されている。 図６は、光学機械ユニットを示しており、この図は、レーザーモジュール（図２）と、機械モジュール（図４）と、顕微鏡モジュール（図５）とのユニット全体の大きさを最小化するために、適切な配置から生じる光学機械ユニットを示している。 図７は、電子モジュールを示しており、この図は、５Ｖの信号制御向けの１つの電子基板（２１５）と、１２Ｖの信号制御向けの他の電子基板（２２０）とからなる電子モジュールを示している。２つの電子基板は、直接相互連結され、ＵＳＢポート（２０５）を介してプログラム設定されることができる。必要に応じて、外部電力供給が、１つの１２Ｖ電気プラグ（２１０）を介して与えられる。 図８は、光学電気機械ユニットを示しており、この図は、レーザーモジュール（図２）と、ＬＥＤモジュール（図３）と、機械モジュール（図４）と、顕微鏡モジュール（図５）と、電子モジュール（図７）とのユニット全体の大きさを最小化するために、適切な配置から生じる光学電気機械ユニットを示している。 図９は、光学デバイスを示しており、この図は、それの前面のタッチスクリーンを備えた平行六面体ベースと、それの上部のＬＥＤモジュールとを備えた光学モジュールを示している。光学デバイスの形状は、外部迷光からそれを保護することができ、これにより、光絶縁のおかげで最良の信頼性及び試料の観察再現性を確実にする。

１０…レーザービーム、１５…（むきだしの）スライドカバーガラス、２０…スライドガラス、２５…流体用入口、３０…流体用出口、３５…スライドガラスホルダー、４０…乾燥系対物レンズ、４５…内部反射、５０…エバネッセント波、５５…ナノ粒子、６０…レーザーダイオード、６５…熱電冷却器、７０…平凸レンズ、７５…ミラーホルダー、８０…ミラーホルダー、８５…ミラー、９０…ミラー、９５…穴、１００…多色ＲＧＢのＬＥＤチップ、１０５…光彩絞り、１１０…コンデンサレンズ、１１５…アルミニウム筐体、１２０…円筒形容器、１２５…正方形ミラー、１３０…焦点、１３５…ＩＲ受信器、１４０…ＤＣモーター、１４５…ＤＣモーター、１５０…Ｘ軸リニアステージ、１５５…Ｙ軸リニアステージ、１６０…対物レンズホルダー、１６５…ギヤ、１７０…ミラーホルダー、１７５…ミラーホルダー、１８０…ミラー、１８５…ミラー、１９０…フィルターホイール、１９５…ステップモーター、２００…ＣＣＤカメラ、２０５…ＵＳＢポート、２１０…１２Ｖ電気プラグ、２１５…第１の電子基板、２２０…第２の電子基板、２２５…レーザーの電子基板、２３０…ＬＥＤモジュール支持体、２３５…ベースプレート、２４０…垂直後方プレート、２４５…右側プレート、２５０…左側プレート、２５５…サービスホール、２６０…上側プレート、２６５…垂直前方プレート、２７０…タッチスクリーンインターフェース、２７５…Ｚ軸リニアステージ、２８０…ステップモーター、２８５…防振脚。

Claims (10)

1. レーザーモジュールと、顕微鏡モジュールとを具備する光学デバイスであって、
   前記レーザーモジュールは、スライドカバーガラス（１５）のリムにぶつかるように合焦された平凸レンズ（７０）上にレーザービーム（１０）を放射するレーザーダイオード（６０）からなり、
   前記スライドカバーガラスは、ＸＹ平面として規定される平面であり、
   前記レーザービーム（１０）は、前記ＸＹ平面に対して２５°±２°の入射角で前記スライドカバーガラス（１５）の前記リムにぶつかり、
   前記スライドカバーガラス（１５）は、約０．１７ｍｍの厚さであり、
   前記顕微鏡モジュールは、前記スライドカバーガラス（１５）に垂直に位置されている光学デバイス。
2. 前記スライドカバーガラスは、スライドガラスホルダー（３５）上に配置される顕微鏡用スライドガラス（２０）に接着されている、請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記レーザービーム（１０）は、第１のホルダー（７５）に取り付けられた第１のミラー（８５）に向けられて、第２のホルダー（８０）に取り付けられた第２のミラー（９０）に向けられ、
   前記レーザーダイオードは、筐体（１１５）に閉じ込められ、
   前記筐体（１１５）は、スロット（９５）を有し、前記レーザービーム（１０）が前記ＸＹ平面に対して２５°±２°の角度で前記スロット（９５）を出る、請求項２に記載の光学デバイス。
4. ＬＥＤモジュールと、機械モジュールと、電子モジュールとをさらに具備し、
   前記ＬＥＤモジュールは、乾燥系対物レンズ（４０）の同軸上に、前記スライドカバーガラス（１５）に垂直に配置され、
   前記機械モジュールは、ＸＹ操作用であり、移動式の第１のブロックが、Ｘ軸に対して、前記スライドガラスホルダー（３５）の、及びそれに挿入された前記顕微鏡用スライドガラス（２０）のＸ軸上の移動を可能にし、第２のブロックが、前記スライドガラスホルダー（３５）の、及び前記筐体（１１５）に属しそれにロックされた要素の移動を可能にし、
   前記顕微鏡モジュールは、前記ＬＥＤモジュールに沿って、前記スライドカバーガラス（１５）に垂直な乾燥系対物レンズ（４０）の光軸を備えた前記スライドカバーガラスの下に位置されている、請求項３に記載の光学デバイス。
5. ６．５ｄｍ^３の最大サイズを有する、請求項１ないし４のいずれか１に記載の光学デバイス。
6. 請求項１に記載のサブ回折ナノ粒子を検出可能な、小型かつ軽量で自家動力式のポータブル光学デバイスであって、
   ６．５ｄｍ^３の最大サイズを有し、
   スライドカバーガラス（１５）の表面の自動２次元ＸＹ走査中さえもレーザー光結合を与えるために、組み立てられ統合された、１つのレーザーモジュールと、１つのＬＥＤモジュールと、１つの機械モジュールと、１つの顕微鏡モジュールと、１つの電子モジュールとからなり、
   これら全てのモジュールが、前記自動２次元ＸＹ走査中、光結合の有効性を保証することができる完全な光学電気機械ユニットをもたらすように設計され単一実施形態へと統合されており、
   前記レーザーモジュールは、１つのレーザーダイオード（６０）と、１つの平凸レンズ（７０）と、２つのミラー（８５，９０）と、２つのミラーホルダー（７５，８０）とからなり、
   これらの要素の全てが、同じアルミニウム筐体（１１５）の内部に配置され、
   光源として使用される前記レーザーダイオード（６０）は、熱電冷却器（６５）を装備しており、前記スライドカバーガラス（１５）のリムに光を合焦させる平凸レンズ（７０）上にレーザービーム（１０）を放射し、前記光学デバイスのサイズを最小化するために、前記レーザービーム（１０）は、専用のホルダー（７５，８０）に位置された２つのミラー（８５，９０）によって初めに反射されて、スロット（９５）を通過して前記アルミニウム筐体（１１５）から出て、
   前記レーザーモジュールは、２５±２度に等しい前記レーザービーム（１０）の入射角を有するように構築されており、
   前記入射角は、特定のレーザー光結合に適合するために、サービスホールによってＸ及びＹ軸で正確に調節されることができ、
   前記ＬＥＤモジュールは、１つの３ワットの多色ＲＧＢのＬＥＤチップ（１００）と、１つの光彩絞り（１０５）と、乾燥系対物レンズの焦点（１３０）にＬＥＤ光線を投影することができる１つのコンデンサレンズ（１１０）とからなり、
   前記光彩絞り（１０５）は、前記多色ＲＧＢのＬＥＤチップ（１００）の遠隔制御を提供するために、内部ＩＲ受信フォトダイオード（１３５）に向けられた選択的な正方形ミラー（１２５）のための側方の区画を有し、
   前記ＬＥＤモジュールの要素（１００，１０５，１１０，１２５，１３５）は、円筒形容器（１２０）に組み込まれており、
   前記ＬＥＤモジュールの使用は、固液界面での前記スライドカバーガラス（１５）上に焦点を得るために、Ｚ軸上の対物レンズの初期制御を容易にし、
   スライドガラスホルダー（３５）のＸＹ操作用の機械モジュールは、移動式の２つのブロックと、これらの間に位置された前記アルミニウム筐体（１１５）とからなり、
   移動式の第１のブロックは、１つのＸ軸リニアステージ（１５０）と、ギヤ（１６５）によって連結された１つのＤＣモーター（１４０）とを有し、
   前記Ｘ軸リニアステージ（１５０）及び前記ＤＣモーター（１４０）は、前記アルミニウム筐体（１１５）の上部に位置され、それと統合されており、
   移動式の第２のブロックは、１つのＹ軸リニアステージ（１５５）と、軸箱と連結された１つのＤＣモーター（１４５）とを有し、
   前記第２のブロックの前記Ｙ軸リニアステージ（１５５）及び前記ＤＣモーターは、ベースプレート（２３５）の上部に位置され、それと統合されており、
   前記Ｘ軸リニアステージ（１５０）は、それに組み込まれた前記スライドガラスホルダー（３５）のＸ軸上の移動を決定する一方、前記Ｙ軸リニアステージ（１５５）は、前記アルミニウム筐体（１１５）、それに固定された要素（３５，１４０，１５０，１６５）、及びそれの内部に固定された要素（６０，６５，７０，７５，８０）のＹ軸上の移動を決定し、
   前記顕微鏡モジュールは、対物レンズホルダー（１６０）と、Ｚ軸リニアステージ（２７５）と、２つのステップモーター（１９５，２８０）と、１つの乾燥系対物レンズ（４０）と、２つのミラー（１８０，１８５）と、１つのフィルターホイール（１９０）と、１つのＣＣＤカメラ（２００）とからなり、
   前記対物レンズホルダー（１６０）は、前記Ｚ軸リニアステージ（２７５）の可動スライドにロックされ、
   １つのステップモーター（２８０）が、軸箱によってそのリニアステージと連結され、
   前記Ｚ軸リニアステージ（２７５）及び１つのステップモーター（２８０）が、後方垂直プレート（２４０）と統合され、
   ミラーホルダー（１７０，１７５）は、一方（１７０）が前記後方垂直プレート（２４０）と統合され、他方（１７５）が前記ベースプレート（２３５）と統合され、
   ステップモーター（１９５）及び前記ＣＣＤカメラ（２００）が、前記ベースプレート（２３５）と統合され、
   前記ステップモーター（１９５）の回転軸が、軸箱によって前記フィルターホイール（１９０）に連結され、
   前記顕微鏡モジュールは、ＸＹ軸上で固定されており、前記対物レンズホルダー（１６０）にねじ留めされた乾燥系対物レンズ（４０）から、焦点を得るためにＺ軸上で移動でき、
   前記顕微鏡モジュールは、前記ＬＥＤモジュールで試料を照射するおかげで、前記ＣＣＤカメラ（２００）のＵＳＢ出力を介して、透過広視野顕微鏡で像を捕らえてビデオ映像を記録するための能力を前記光学デバイスに提示し、
   光透過の場合には、像及びビデオ映像は、４６０ｎｍの青色、５３０ｎｍの緑色、６３０ｎｍの赤色である３つの異なる波長で捕らえられ、
   光学機械ユニットは、ＸＹ操作中、正しい光結合を提供するために必要であり、
   前記レーザーモジュール、前記ＸＹ操作用の機械モジュール及び前記顕微鏡モジュールを含む前記光学機械ユニットは、スライドガラスのレーザー走査中、１３×１３ｍｍのＸＹ領域において、光結合を維持して像の焦点を保ち、前記レーザーモジュールで照射することによって内部反射顕微鏡で像をＣＣＤカメラ（２００）によって捕らえる能力を前記光学デバイスに与え、
   特に、光学フィルターなしで散乱モードで像を得ることを可能にし、一方、蛍光モードでの像又はビデオ映像が、前記フィルターホイールに位置され関心のある蛍光波長に集中された光学フィルターの助けを借りて得られ、
   前記電子モジュールは、マイクロプロセッサーを装備し、１２Ｖの電気プラグ（２１０）によって電力を供給され、ＵＳＢポート（２０５）を介してプログラム可能な、第１の電子基板（２１５）と、前記第１の電子基板の上に位置され、それと直接相互接続され、マイクロプロセッサーも装備した第２の電子基板（２２０）とを有し、
   前記２つの電子基板は、前記スライドガラスホルダー（３５）のＸＹ移動用の前記２つのＤＣモーター（１４０，１４５）と、前記レーザーモジュールのオン／オフの切り替えのための前記レーザーダイオード（６０）と、前記ＬＥＤモジュールのオン／オフの切り替えための多色ＲＧＢのＬＥＤチップ（１００）と、Ｚ軸上の前記焦点及び前記フィルターホイール（１９０）を制御する前記２つのステップモーター（１９５，２８０）と、タッチスクリーンインターフェース（２７０）とを管理するために使用され、
   光学電気機械ユニットは、前記光学機械ユニットと、前記ＬＥＤモジュールと、前記電子モジュールとの間の統合の結果であり、
   前記光学電気機械ユニットは、２０×２２×１３ｃｍにそれぞれ等しい幅×長さ×高さの最大サイズを有するアルミニウムプレート（２３５，２４０，２４５，２５０，２６０，２６５）からなる１つの平行六面体の筐体と、７×１０ｃｍにそれぞれ等しい直径×高さの最大サイズを有するＬＥＤモジュール用の１つの円筒形容器（１２０）とである２つの体積形状に組み込まれており、
   全体積が６．５ｄｍ^３である前記光学電気機械ユニットは、前記ＬＥＤモジュールで照射するおかげで透過広視野顕微鏡であるという点と、レーザーモジュールで照射するおかげで内部反射蛍光／散乱顕微鏡であるという点である異なる２点の観点から、前記スライドカバーガラス（１５）を照射することができ、
   これら２つの光信号は、単独で、又は両方同時に、ＣＣＤカメラ（２０）から捕らえられ、
   前記フィルターホイール（１９０）は、前記ＣＣＤカメラの前に配置され、像又はビデオ映像を捕らえるために、１つのステップモーター（１９５）によって、散乱、あるいは蛍光で、関心のある波長を選択することを可能にする光学デバイス。
7. サブ回折ナノ粒子の検出方法であって、
   請求項１ないし６のいずれか１に記載の光学デバイスを利用可能にするステップと、
   前記レーザービーム（１０）が、前記スライドカバーガラス（１５）がその上に配置される前記ＸＹ平面に対して２５°±２°の入射角で前記スライドカバーガラス（１５）の前記リムにぶつかるようにして、前記スライドカバーガラス（１５）に、前記スライドカバーガラス（１５）に位置されたナノ粒子を励起させるエバネッセント波を生成するステップと、
   前記励起されたナノ粒子によって生成された光信号を捕らえるステップと、を具備する、サブ回折ナノ粒子の検出方法。
8. 前記検出方法は、重力のない状態で実行される、請求項７に記載のサブ回折ナノ粒子の検出方法。
9. １つのレーザーダイオード（６０）と、
   １つの平凸レンズ（７０）と、
   １つの標準的な厚さ０．１７ｍｍのカバーガラス（１５）と、
   １つの乾燥系対物レンズ（４０）と、
   １つのＣＣＤカメラ（２００）と、を含む、特定のレーザー光結合によって特徴付けられ、
   これら５つの要素の単純だが特定の光学配置は、直径１００ｎｍまでのサイズのサブ回折球状ナノ粒子（５５）を検出することを可能にし、
   光源は、０．１７ｍｍの厚さを有するむきだしのスライドカバーガラス（１５）のリム上に合焦されたレーザービーム（１０）を生成することができる、１００ｍＷの出力を放出する、波長４０５ｎｍのレーザーダイオード（６０）であり、
   むきだしのカバーガラス（１５）は、通常の直角表面を有し、傾斜した端面のない、標準的な未処理のものであり、
   前記レーザービーム（１０）は、スライドカバーガラス（１５）の平面に対して、直径０．１５ｍｍの円形スポット及び２５±２度の入射角で、カバーガラス（１５）のリムにぶつかり、スネルの法則により、レーザービームが空気−ガラス境界面を通過したとき、レーザービームは２５度から１６度にその入射角を変え、これは、カバーガラス上にエバネッセント波を生成することができる内部反射を得るための十分条件であり、透明溶液中に分散し、カバーガラス上に位置されたナノ粒子を励起させるために十分に高性能であり、Ｚ軸上のエバネッセント波の場の侵入深さは、その中にナノ粒子が分散されている水又はグリセリンである溶液の屈折率に依存して、５０ｎｍから７００ｎｍまで変化可能であり、
   検出されたナノ粒子から生成された光信号は、乾燥系対物レンズ（４０）及びＣＣＤカメラ（２００）を使用して捕らえられ、結果として生じた像は、ＣＣＤカメラの前の適切なバンドパスフィルターの挿入に依存して、あるいは依存することなく、蛍光で、あるいは散乱モードで捕らえることができ、
   ナノ粒子の検出は、むきだしのカバーガラス（１５）の内側にレーザービームの内部反射（４５）によって生成されたエバネッセント波の場（５０）の内部で、ガラス−液体境界面で、それに近接してカバーガラス（１５）上に生じ、
   対物レンズ（４０）の焦点（１３０）は、スライドカバーガラス（１５）における内部反射（４５）によって生じた光の線と交差するところに合わせられ、ナノ粒子（５５）が、ナノ粒子（５５）を含む溶液用入口（２５）及び溶液用出口（３０）を有する、カバーガラス（１５）とスライドガラス（２０）との間に得られる、線形流路にそれらを挿入することによって、表面に堆積され、
   スライドガラス（２０）及びカバーガラス（１５）は、フローチャンネルの内部境界を規定しているシリコーン薄膜と一緒に貼り付けられ、前記スライドガラスは、リニアステージ（１５０）の可動スライド側へ統合されたスライドガラスホルダー（３５）に留まる、請求項７又は８に記載のサブ回折ナノ粒子の検出方法。
10. 重力がない状態で、本方法の適用が、油浸対物レンズの使用を必要とせず、重力がない状態でのその振る舞いを修正しうる、サブ回折ナノ粒子検出方法の関連する要素がないという事実によって特徴付けられる、請求項９に記載のサブ回折ナノ粒子の検出方法。

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