JP6713477B2 - 集光システムならびにその製造および使用方法 - Google Patents

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Description

フローサイトメトリは、生物学的物質、例えば血液試料の細胞、または任意の他のタイプの生物学的もしくは化学的試料中の対象の粒子を特徴付けて分類するために使用される技法である。フローサイトメータは、典型的には、血液試料などの流体試料を受け取るための試料リザーバと、シース流体を含むシースリザーバとを備える。
フローサイトメータは、流体試料中の粒子(細胞を含む)を細胞ストリームとしてフローセルに輸送すると共に、シース流体をフローセルに送る。フローセル内では、細胞ストリームの周囲に液体シースが形成されて、細胞ストリームに実質的に均一な速度を与える。フローセルは、ストリーム中の細胞を、検査点で照射源を通過するように流体力学的に集束させる。
フローサイトメトリを使用して、分布を記録し、生物学的物質を物理的に分類することができる。フローサイトメトリでは、フローストリーム中の1つまたは複数の化合物に光が照射される。フローストリームの成分が照射されると、光が放出されて散乱される。形態学的特徴または蛍光標識などの物質の変化は、観察される光の変化を生じることがあり、これらの変化が特徴付けおよび分離を可能にする。これらの変化を定量化するために、光が収集され、検出器の表面に向けられる。検出器に到達する光の量は、検出器によって出力される光信号の全体的な品質に影響を与える可能性がある。検出器に到達する光の量は、検出器の表面積を増加させることにより、または試料からの光の収集を増加させることにより高めることができる。
本開示の態様は、光学的に位置合わせされた集光システムを含む。特定の実施形態によるシステムは、光を受け取るためのオリフィスを有するマウントと、マウントにカメラを取り付けるように構成されたアダプタと、マウントの遠位端にあるアライナと、レンズを取り付けるための固定手段とを備える。システムは、オリフィスプレートに結合されるように構成されており、近位端に位置決めされて、マウント、オリフィスプレート、および集光構成要素に結合し、かつそれらの間の光学的位置合わせを維持するアライナを有する、コネクタを備える。いくつかの実施形態では、集光システムは、マウントおよびコネクタと光学的に位置合わせされた集光構成要素をさらに備える。例えば、集光構成要素は、自由空間光中継システムまたは光ファイバ光中継システムでよい。1つまたは複数のオリフィスプレートがコネクタと集光構成要素との間に位置決めされてもよい。いくつかの実施形態では、アライナは、突起、溝、ノッチ、皿穴、深座ぐり、または穴、例えば、円筒形状または多角形状のダボである。本発明のシステムはまた、固定手段を備え、例えば、マウントの遠位端にレンズを取り付け、コネクタの遠位端に集光構成要素を結合する。例えば、固定手段は、磁石、ラッチ、ヒンジ、繋留具、フックアンドループ固定手段、ねじ山、またはそれらのいくつかの組合せでよい。
本開示のいくつかの態様は、集光システムの構成要素を組み立て、かつ光学的に位置合わせするための方法も含む。特定の実施形態による方法は、コネクタの近位端にある第1のアライナをマウントの遠位端にある第2のアライナに接続することにより、コネクタをマウントに結合するステップと、コネクタの遠位端にオリフィスプレートを取り付けるステップと、コネクタの遠位端に集光システムを結合するステップとを含む。いくつかの実施形態では、第1のアライナを第2のアライナに接続するステップは、マウントおよびオリフィスプレートを集光システムと光学的に位置合わせするのに十分なものである。いくつかの実施形態では、アライナは突起(例えば、多角形状の突起)および凹部(例えば、多角形状のノッチ、皿穴、または深座ぐり)であり、方法は、突起を凹部に挿入することを含む。特定の実施形態では、コネクタの遠位端は、自由空間光中継システムに結合される。他の実施形態では、コネクタの遠位端は、光ファイバ光中継システムに結合される。
本開示の態様は、フローストリーム中の試料からの光を測定するためのシステムも含む。特定の実施形態では、システムは、光源、光の1つまたは複数の波長を測定するための検出器、ならびに、光を受け取るためのオリフィスと、カメラに結合するアダプタと、遠位端にあるアライナと、レンズを取り付けるための固定手段とを有するマウント、および、オリフィスプレートに結合されるように構成されており、近位端にあるアライナであって、マウント、オリフィスプレート、および集光構成要素に解放可能に結合し、かつそれらの間の光学的位置合わせを維持するアライナを含むコネクタを有する、光学的に位置合わせされた集光システムを備える。いくつかの実施形態では、集光システムは、マウントおよびコネクタと光学的に位置合わせされた集光構成要素をさらに有する。例えば、集光構成要素は、自由空間光中継システムまたは光ファイバ光中継システムでよい。いくつかの実施形態では、システムはフローサイトメータである。システムはまた、集束レンズ、拡大レンズ、縮小レンズ、コリメートレンズ、および波長分離器(例えば、カットオフフィルタ)の1つまたは複数を含むこともある。
本開示の態様はまた、光源によって検査フィールド内でフローストリーム中の試料を照射し、フローストリーム中の試料からの光を本発明の光学的に位置合わせされた集光システムによって収集および検出し、検出された光を1つまたは複数の波長で測定するための方法も含む。いくつかの実施形態では、光が収集され、自由空間光中継システムによって検出器に中継される。他の実施形態では、光が収集され、光ファイバ光中継束によって検出器に中継される。特定の実施形態では、光は、1つまたは複数の光学的調整プロトコルによってコリメートされるか、または空間的に分離される。
本発明の光学的に位置合わせされた集光システムの1つまたは複数の構成要素を含むキットも提供される。特定の実施形態によるキットは、本発明のマウントおよびコネクタの1つまたは複数と、オリフィスプレートおよび集光構成要素とを備える。いくつかの実施形態では、キットはまた、異なるタイプの集光構成要素に解放可能に結合するように構成された2つ以上のコネクタを備えることもある。例えば、本発明のキットは、光ファイバ光中継システムに解放可能に結合するように構成された第1のコネクタと、自由空間光中継システムに解放可能に結合するように構成された第2のコネクタとを備えることがある。
本発明は、以下の詳細な説明を添付図面と共に読めば最良に理解され得る。
本開示の特定の実施形態によるマウントの斜視図を示す。 本開示の特定の実施形態によるコネクタの斜視図を示す。 本開示の特定の実施形態によるコネクタに結合されたマウントの分解図を示す。 本開示の特定の実施形態による光ファイバ光中継システムの光ファイバ束ヘッドに結合されたコネクタの分解図を示す。 本開示の特定の実施形態による自由空間光中継システムに結合されたコネクタの分解図を示す。 本開示の特定の実施形態による、オリフィスプレートおよび光ファイバ光中継システムに結合された、光学的に位置合わせされた集光システムの分解図を示す。 本開示の特定の実施形態による、オリフィスプレートおよび自由空間光中継システムに結合された、光学的に位置合わせされた集光システムの分解図を示す。
本発明をより詳細に述べる前に、本発明は、述べられる特定の実施形態に限定されず、変更され得ることを理解されたい。本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、限定を意図するものではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることも理解されたい。
値の範囲が与えられる場合、その範囲の上限値および下限値と、その指定範囲内の任意の他の指定値または介在値との間にある各値(文脈上別段に明示しない限り下限値の単位の10分の1まで)が本発明の範囲内に包含されることを理解されたい。これらのより小さい範囲の上限値および下限値は、その範囲に個別に含まれてよく、また、指定された範囲内の任意の特に除外された限界値を条件として本発明に包含される。指定された範囲が限界値の一方または両方を包含する場合、包含されるそれらの限界値のいずれかまたは両方を除外した範囲も本発明に含まれる。
別段の定めがない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で述べられる方法および物質と同様または均等な任意の方法および物質も本発明の実施または試験で使用することができるが、代表的な例示的方法および物質を以下で述べる。
本明細書に引用される全ての刊行物および特許は、個々の刊行物または特許がそれぞれ具体的かつ個別に示されて参照により援用されているかのように参照により本明細書に援用され、かつそれらの刊行物が関連して引用される方法および/または物質を開示して述べるために参照により本明細書に援用される。任意の刊行物の引用は、本願出願日前の開示に関するものであり、先行発明の効力により、そのような刊行物に対して本発明が先行していないことを認めるものと解釈されるべきではない。さらに、提供される公開日は、実際の公開日と異なる場合があり、公開日は個別に確認される必要があり得る。
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、単数形は、文脈上別段に明示されていない限り複数の指示対象も含むことに留意されたい。さらに、特許請求の範囲は、任意選択の要素を除外して起草され得ることに留意されたい。したがって、この言明は、特許請求の範囲の要素の記載と共に「単に」および「のみ」などの排他的な用語を使用するため、または「否定的な」限定を使用するための先行基礎事項(antecedent basis)になるものと意図されている。
本開示を読めば当業者には明らかであるように、本明細書で述べられて例示される個々の実施形態はそれぞれ別個の構成要素および特徴を有し、それらは、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、任意の他のいくつかの実施形態の特徴から容易に切り離すことも組み合わせることもできる。任意の記載された方法は、記載された事象の順序で実施することも、論理的に可能な任意の他の順序で実施することもできる。
上で要約したように、本開示は、解放可能に取付け可能な構成要素を光学的に位置合わせするためのシステムを提供する。本開示の実施形態をさらに述べるにあたり、まず、本発明の実施形態による集光システムについてより詳細に述べる。次に、本発明の集光システムの構成要素を位置合わせする方法について述べる。(例えば、フローサイトメータのフローストリーム中の)試料によって放出された光を測定するためのシステムおよび方法も提供される。
光学的に位置合わせされた集光システム
上で要約したように、本開示の態様は、(例えば、フローサイトメータのフローストリーム中の)試料によって放出された光を収集するように構成された光学的に位置合わせされた集光システムを含む。以下でより詳細に述べるように、光学的に位置合わせされた集光システムは、マウントおよびコネクタを備える。いくつかの実施形態では、コネクタのアライナがマウントのアライナに結合されるとき、コネクタは、マウントおよび集光構成要素と光学的に位置合わせされる。「光学的に位置合わせ」という語句は、その従前の意味合いで、2つ以上の光学構成要素が同じ光軸を有する(すなわち、光学的に同心である)ように互いに一列に位置決めされていることを表すために使用される。例えば、本開示の実施形態による光学的に位置合わせされた集光システムは、マウントおよびコネクタを含み、ここで、マウントの光学中心は、光軸に対して直交に測定したとき、コネクタの光学中心から100μm以下、例えば50μm以下、例えば25μm以下、例えば15μm以下、例えば10μm以下、例えば5μm以下、例えば2μm以下、例えば1μm以下、例えば0.5μm以下、例えば0.1μm以下、例えば0.05μm以下、例えば0.01μm以下、例えば0.005μm以下、さらには例えば0.001μm以下だけずれている。以下でより詳細に述べるように、マウントの遠位端にあるアライナをコネクタの近位端にあるアライナに結合した後、マウントの光学中心は、光軸に対して直交に測定したとき、コネクタの光学中心から500μm以下、例えば400μm以下、例えば250μm以下、例えば100μm以下、例えば50μm以下、例えば25μm以下、例えば15μm以下、例えば10μm以下、例えば5μm以下、例えば2μm以下、例えば1μm以下、例えば0.5μm以下、例えば0.1μm、例えば0.05μm以下、例えば0.01μm以下、例えば0.005μm以下、さらには例えば0.001μm以下だけずれている。
いくつかの実施形態では、マウントは、コネクタに解放可能に取り付けられる。本明細書では、「解放可能」という用語は、その従前の意味合いで、コネクタをマウントから自由に取り外し、再び取り付け得ることを意味するために使用される。以下でより詳細に述べるように、特定の場合、本発明のシステムは、マウントに結合された第1のコネクタが取り外され、第2のコネクタがそのマウントに結合されるように構成される。いくつかの実施形態では、コネクタおよびマウントの1つまたは複数は、コネクタをマウントに解放可能に結合するための固定手段を含むことがある。適切な固定手段は、限定はしないが、フックアンドループ固定手段、磁石、ラッチ、ノッチ、皿穴、深座ぐり、溝、ピン、繋留具、ヒンジ、ベルクロ(登録商標)、非永久接着剤、またはそれらの組合せを含むことがある。
いくつかの実施形態では、マウントは、(例えば、フローサイトメータ内のフローストリームから)光を受け取るためのオリフィスと、カメラをマウントに取り付けるように構成されたアダプタと、レンズを取り付けるための固定手段と、コネクタに結合してコネクタとの光学的位置合わせを維持するためのマウントの遠位端に位置決めされたアライナとを備える。マウントは、間に壁を有する近位端と遠位端とを有し、近位端と遠位端とはマウント内の内部チャンバを形成し、内部チャンバは、コネクタおよび集光構成要素に光を搬送するように構成される。
いくつかの実施形態では、マウントの外壁と内部チャンバの壁とは同じ断面形状を有し、ここで、対象の断面形状は、限定はしないが、直線断面形状(例えば、四角形、長方形、台形、三角形、六角形など)、曲線断面形状(例えば、円形、楕円形)、および不規則形状(例えば、平坦な頂部に結合された放物面状の底部)を含む。例えば、マウントの外壁と内部チャンバの壁との両方が円形または楕円形断面を有していてよく、またはマウントの外壁と内部チャンバの壁との両方が多角形(例えば、正方形)断面を有していてもよい。他の実施形態では、マウントの外壁と内部チャンバの壁とが異なる断面形状を有する。例えば、マウントの外壁は多角形(例えば、正方形)断面を有していてよく、内部チャンバの壁は円形断面を有していてよい。
マウントの長さ(マウントの外壁の近位端から遠位端まで測定したとき)は様々な値を取り得、5cm〜50cm、例えば6cm〜45cm、例えば7cm〜40cm、例えば8cm〜35cm、および例えば10cm〜30cmの範囲内、例えば11cmである。マウント内の内部チャンバのサイズは様々な値を取り得、いくつかの場合、内部チャンバの長さは、1cm〜50cm、例えば2.5cm〜45cm、例えば5cm〜40cm、例えば7.5cm〜35cm、さらには例えば10cm〜25cmの範囲内でよく、内部チャンバの幅は、1cm〜50cm、例えば2.5cm〜45cm、例えば5cm〜40cm、例えば7.5cm〜35cm、さらには例えば10cm〜25cmの範囲内でよい。マウントの内部チャンバが円筒形である場合、直径は様々な値を取り得、いくつかの実施形態では、1cm〜10cm、例えば2cm〜9cm、例えば3cm〜8cm、さらには例えば4cm〜7cmの範囲内である。したがって、マウント内の内部チャンバの体積は様々な値を取り得、0.01〜100cm3 、例えば0.05〜50cm3 、例えば0.1〜25cm3 、例えば0.5〜15cm3 、例えば0.75〜10cm3 、例えば1〜7.5cm3 、さらには例えば2〜5cm3 の範囲内である。
いくつかの実施形態では、マウントの遠位端は、コネクタの近位端とマウントの遠位端との結合がコネクタとマウントとを光学的に位置合わせするようにコネクタの近位端に結合されるように構成される。マウントにあるアライナとコネクタにあるアライナとの結合が、マウントとコネクタとを位置決めして光学的位置合わせを維持するのに十分である限り、マウント遠位端は任意の数のアライナを含んでいてよい。例えば、マウントは、2つ以上のアライナ、例えば3つ以上のアライナ、例えば4つ以上のアライナ、例えば5つ以上のアライナ、例えば7つ以上のアライナ、さらには例えば10個以上のアライナを含んでいてよい。位置合わせ突起、位置合わせレール、位置合わせノッチ、位置合わせ溝、位置合わせスロット、位置合わせ皿穴、位置合わせ深座ぐり、位置合わせ穴、またはそれらの組合せなど、任意の適切なタイプのアライナを採用することができる。例えば、いくつかの場合、マウント遠位端は、1つまたは複数の突起、例えば1つまたは複数の圧入ダボを含む。他の場合、マウント遠位端は、1つまたは複数の凹部を含む。特定の場合、マウント遠位端は、1つまたは複数の突起と、1つまたは複数の凹部とを含む。
マウントの遠位端に位置決めされるアライナの形状は様々な形状を取り得、ここで、対象の断面形状は、限定はしないが、直線断面形状(例えば、四角形、長方形、台形、三角形、六角形など)、曲線断面形状(例えば、円形や楕円形)、および不規則形状(例えば、平坦な頂部に結合された放物面状の底部)を含む。いくつかの実施形態では、アライナは円筒形である。他の実施形態では、アライナは球形である。さらに他の実施形態では、アライナは、正方形または長方形などの多角形である。
各アライナの幅は様々な値を取り得、いくつかの場合、1mm〜25mm、例えば2mm〜22mm、例えば3mm〜20mm、例えば4mm〜17mm、さらには例えば5mm〜15mmの範囲内である。マウントの遠位端に位置決めされる各アライナの長さは、1mm〜50mm、例えば2mm〜45mm、例えば3mm〜40mm、例えば4m〜35mm、例えば5mm〜30mm、さらには例えば10mm〜20mmの範囲内である。マウントの遠位端に位置決めされるアライナが、ノッチ、皿穴、深座ぐり、スロット、溝、または穴などの位置合わせ凹部である場合、アライナの深さは、1mm〜50mm、例えば2mm〜45mm、例えば3mm〜40mm、例えば4mm〜35mm、例えば5mm〜30mm、さらには例えば10mm〜20mmの範囲内でよい。
アライナは、マウントの遠位端の任意の位置に位置決めすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、1つまたは複数のアライナは、マウントの外周縁に隣接して、マウントの縁部から例えば1mm以上、例えば2mm以上、例えば3mm以上、例えば4mm以上、さらにはマウントの外縁部から例えば5mm以上の位置に位置決めされる。マウントの断面形状が多角形である場合、1つまたは複数のアライナがマウントの遠位端の隅部に位置決めされてもよい。例えば、マウントが正方形または長方形断面を有する場合、アライナは、マウントの正方形または長方形の遠位端の四隅の1つまたは複数に位置決めされてよい。
マウントが2つ以上のアライナを含む場合、各アライナ間の距離は様々な値を取り得、2mm以上、例えば3mm以上、例えば5mm以上、例えば7mm以上、例えば10mm以上、さらには例えば25mm以上離隔されている。マウントが3つ以上のアライナを含む場合、各アライナ間の距離は同じであっても異なっていてもよく、またはそれらの組合せでもよい。いくつかの実施形態では、各アライナ間の距離は異なる。他の実施形態では、各アライナは互いに等間隔に配置される。特定の実施形態では、マウントは、マウント遠位端の外縁部に沿って等間隔に位置決めされた4つのアライナを含む。例えば、マウントは、マウント遠位端の四隅に位置決めされた4つの多角形(例えば、正方形または長方形)凹部(例えば、コネクタにある4つの多角形突起と相補的なもの)を含むことがある。
また、マウントの遠位端は、レンズを取り付けるために構成された1つまたは複数の固定手段も備える。いくつかの場合、レンズは、マウントの遠位端に解放可能に取り付けられるように構成される。これらの実施形態では、レンズは、マウントから自由に取り外し、再び取り付けることができる。レンズをマウントに解放可能に取り付けるために適した固定手段は、限定はしないが、フックアンドループ固定手段、ラッチ、ノッチ、皿穴、深座ぐり、溝、ピン、繋留具、ヒンジ、ベルクロ、非永久接着剤、またはそれらの組合せを含むことがある。特定の場合、マウントの遠位端は、レンズを取り付けるための1つまたは複数のねじ山を備える。これらの実施形態では、レンズは、マウントにねじ留めされてもよい。
いくつかの実施形態では、マウントの遠位端にねじ留めされたレンズなど、1つまたは複数のレンズがマウントの遠位端に取り付けられる。これらの実施形態では、マウントの遠位端にあるアライナがコネクタの近位端にあるアライナと結合されるとき、レンズは、(以下でより詳細に述べるように)コネクタおよび集光構成要素と光学的に同心になるように位置決めされる。例えば、コネクタの近位端にあるアライナがマウントの遠位端にあるアライナと結合されるとき、マウントの遠位端に取り付けられたレンズの光学中心は、光軸に対して直交に測定したときに、コネクタの光学中心から100μm以下、例えば50μm以下、例えば25μm以下、例えば15μm以下、例えば10μm以下、例えば5μm以下、例えば2μm以下、例えば1μm以下、例えば0.5μm以下、例えば0.1μm以下、例えば0.05μm以下、例えば0.01μm以下、例えば0.005μm、さらには例えば0.001μm以下だけずれている。
いくつかの実施形態では、マウントレンズは、マウントによって受け取られた光を収集構成要素(以下に述べる)に搬送するための任意の適切なレンズでよく、限定はしないが、コリメートレンズ、集束レンズ、拡大レンズ、縮小レンズ、または何らかの他のレンズを含んでいてよい。マウントのサイズに応じて、レンズの幅は様々な値を取り得、1cm〜20cm、例えば2cm〜19cm、例えば3cm〜18cm、例えば4cm〜17cm、さらには例えば5cm〜15cmの範囲内である。レンズの開口数も様々な値を取り得、0.01〜2.0、例えば0.05〜1.9、例えば0.1〜1.8、例えば0.2〜1.7、例えば0.3〜1.6、さらには例えば0.5〜1.5の範囲内である。同様に、レンズの焦点距離も様々な値であり、0.1mm〜20mm、例えば0.5mm〜19mm、例えば1mm〜18mm、さらには例えば2mm〜15mmの範囲内である。いくつかの実施形態では、マウントの遠位端は、0.1〜0.95の倍率、例えば0.2〜0.9の倍率、例えば0.3〜0.85の倍率、例えば0.35〜0.8の倍率、例えば0.5〜0.75の倍率、さらには例えば0.55〜0.7の倍率、例えば0.6の倍率を有する集束レンズを備える。他の実施形態では、マウントの遠位端は、1つまたは複数のコリメートレンズを備える。例えば、特定の場合におけるマウントは、単一のコリメートレンズを備える。他の場合、マウントは2つのコリメートレンズを備える。
いくつかの実施形態では、マウントは、マウントの内部キャビティ内に光を受け取る、例えばフローサイトメータ内のフローストリームから光を受け取るための1つまたは複数のオリフィスを有する。オリフィスは任意の適切な形状でよく、ここで、対象の断面形状は、限定はしないが、直線断面形状(例えば、四角形、長方形、台形、三角形、六角形など)、曲線断面形状(例えば、円形や楕円形)、および不規則形状(例えば、平坦な頂部に結合された放物面状の底部)を含む。特定の実施形態では、光を受け取るために構成されたマウントにあるオリフィスは、円形のオリフィスである。オリフィスのサイズは、形状に応じて様々な値を取り得、特定の場合、0.5mm〜50mm、例えば0.75mm〜40mm、例えば1mm〜30mm、さらには例えば5mm〜25mmの範囲内の開口部を有する。マウントは、光を受け取るための任意の数のオリフィス、例えば1つ以上のオリフィス、2つ以上のオリフィス、3つ以上のオリフィス、5つ以上のオリフィス、さらには10個以上のオリフィスを含むことがある。特定の実施形態では、マウントは、光を受け取るための1つのオリフィスを有する。
いくつかの実施形態では、1つまたは複数のオリフィスが、マウントの近位端に位置決めされる。他の実施形態では、オリフィスは、マウントの近位端に隣接して、例えばマウントの側壁に沿って位置決めされ、ここで、オリフィスの光軸(すなわち、オリフィスによる集光軸)はマウントの長手方向軸に直交する。これらの実施形態では、オリフィスは、マウントの近位端から1mm以上、例えば2mm以上、例えば3mm以上、例えば5mm以上、例えば10mm以上、例えば15mm以上、例えば25mm以上、例えば50mm以上、さらには例えば100mm以上の位置で、マウントの側壁にあってよい。オリフィスがマウントの側壁に位置決めされる場合、マウントは、オリフィスによって収集された光をマウントの長手方向軸に沿うように向け直すように構成された1つまたは複数のミラーをさらに有することがある。
いくつかの実施形態では、マウントは、カメラに結合するために構成されたアダプタも有する。アダプタは、1台以上のカメラ、例えば2台以上のカメラ、例えば3台以上のカメラ、さらには例えば4台以上のカメラをマウントの外壁に位置決めするように構成された任意の適切な取付けプロトコルでよい。
特定の場合、アダプタは、解放可能にまたは解放不可能にカメラをマウントに取り付けるための1つまたは複数の固定手段を有する。例えば、カメラアダプタは、フックアンドループ固定手段、1つまたは複数の磁石、ラッチ、ノッチ、皿穴、深座ぐり、一連の溝、スロット、ピン、繋留具、ヒンジ、ねじ、ベルクロの1つまたは複数のパッチ、(永久または非永久)接着剤、またはそれらの組合せを含むことがある。これらの実施形態では、マウントは、必要に応じてカメラに結合することができるアダプタを備えて構成され、カメラは、例えば、光学画像を捕捉して電子データ信号に変換することが可能な撮像センサであり、限定はしないが、電荷結合素子、半導体電荷結合素子(CCD)、アクティブピクセルセンサ(APS)、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)イメージセンサ、またはN型金属酸化膜半導体(NMOS)イメージセンサを含む。いくつかの実施形態では、撮像センサはCCDカメラである。例えば、カメラは、電子増倍CCD(EMCCD)カメラまたは増感型CCD(ICCD)カメラでよい。他の実施形態では、撮像センサはCMOS型カメラである。
特定の実施形態では、カメラに結合するために構成されたアダプタは、マウントの任意の位置に配置することができる。いくつかの実施形態では、アダプタは、マウントの側壁に位置される。他の実施形態では、アダプタは、マウントの上壁に位置される。さらに他の実施形態では、アダプタは、マウントの底壁に位置される。アダプタは、必要に応じて、マウントの近位端と遠位端との間の任意の場所に位置決めすることができる。例えば、アダプタは、マウントの近位端に位置決めされてよい。他の実施形態では、カメラに結合するために構成されたアダプタは、マウントの遠位端に位置決めされる。さらに他の実施形態では、アダプタは、マウントの近位端から所定の位置、例えば近位端から1mm以上、例えば2mm以上、例えば5mm以上、例えば10mm以上、例えば15mm以上、例えば25mm以上、例えば35mm以上、さらには例えばマウントの近位端から50mm以上の位置に位置決めされる。
本発明の集光システムが複数のカメラを備える場合、各カメラは、(X−Z平面内で見て)他方のカメラに対して10°〜180°、例えば15°〜170°、例えば20°〜160°、例えば25°〜150°、例えば30°〜120°、さらには例えば45°〜90°の範囲内の角度に向けられることがある。特定の実施形態では、各カメラは、(X−Z平面内で見て)互いに直交に向けられる。例えば、本発明のシステムが2台のカメラを含む場合、第1のカメラは、(X−Z平面内で見て)第2のカメラに対して直交に向けられる。他の実施形態では、第1のカメラがマウントの上部に位置決めされ、第2のカメラがマウントの底部に位置決めされる。
マウントが複数のカメラと結合される場合、カメラは同じタイプでも、異なるタイプの組合せでもよい。例えば、本発明のシステムが2台のカメラを備える場合、いくつかの実施形態では、第1のカメラはCCD型デバイスであり、第2のカメラはCMOS型デバイスである。他の実施形態では、第1および第2のカメラの両方がCCD型デバイスである。さらに他の実施形態では、第1および第2のカメラの両方がCMOS型デバイスである。
図1は、本開示の特定の実施形態によるマウントの斜視図を示す。マウント100は、(例えば、フローストリーム中の)照射された試料からの光を収集するためのオリフィス101と、回転可能なミラーまたはカメラなどの補助デバイスに結合するためのアダプタ102とを含む。また、マウント100は、マウントの遠位端にレンズを取り付けるための固定手段103と、(以下で述べる)コネクタの近位端にあるアライナと結合するための4つのアライナ104a、104b、104c、および104dとを含む。
上で要約したように、本発明の集光システムは、マウントとコネクタとを備える。いくつかの実施形態では、コネクタは、間に壁を備えた近位端と遠位端とを有し、近位端と遠位端とが、コネクタ内の内部チャンバを形成し、内部チャンバは、マウントおよび集光構成要素に光を搬送するように構成される。コネクタと内部チャンバとの外壁は同じ断面形状を有していてよく、ここで、対象の断面形状は、限定はしないが、直線断面形状(例えば、四角形、長方形、台形、三角形、六角形など)、曲線断面形状(例えば、円形、楕円形)、および不規則形状(例えば、平坦な頂部に結合された放物面状の底部)を含む。例えば、コネクタの外壁と内部チャンバの壁との両方が円形もしくは楕円形断面を有していてよく、またはコネクタの外壁とチャンバの内壁との両方が、多角形(例えば、正方形)断面を有していてもよい。他の実施形態では、コネクタの外壁と内部チャンバの壁とが異なる断面形状を有する。例えば、コネクタの外壁は多角形(例えば、正方形)断面を有していてよく、内部チャンバの壁は円形断面を有していてよい。
コネクタ内の内部チャンバは、マウントの内部チャンバと同じまたは異なる断面形状を有していてよい。いくつかの場合、コネクタの内部チャンバの断面形状はマウントの内部チャンバの断面形状と同じであり、例えば、マウントとコネクタとの両方の内部チャンバが、多角形(例えば、正方形)、円形、または楕円形断面を有する。他の場合、コネクタの内部チャンバの断面形状は、マウントの断面形状と異なる。例えば、コネクタの内部チャンバは多角形(例えば、正方形)断面を有していてよく、マウントの内部チャンバは円形または楕円形断面を有していてよい。
コネクタの長さ(コネクタの外壁の近位端から遠位端まで測定したとき)は様々な値を取り得、1cm〜50cm、例えば2cm〜45cm、例えば3cm〜40cm、例えば4cm〜35cm、さらには例えば5cm〜30cmの範囲内、例えば6cmである。コネクタ内の内部チャンバのサイズは様々な値を取り得、いくつかの場合では、内部チャンバの長さは、1cm〜50cm、例えば2.5cm〜45cm、例えば5cm〜40cm、例えば7.5cm〜35cm、さらには例えば10cm〜25cmの範囲内でよく、内部チャンバの幅は、1cm〜50cm、例えば2.5cm〜45cm、例えば5cm〜40cm、例えば7.5cm〜35cm、さらには例えば10cm〜25cmの範囲内でよい。コネクタの内部チャンバが円形断面を有する場合、直径は様々な値を取り得、いくつかの実施形態では、1cm〜10cm、例えば2cm〜9cm、例えば3cm〜8cm、さらには例えば4cm〜7cmの範囲内である。したがって、コネクタ内の内部チャンバの体積は様々な値を取り得、0.01〜100cm3 、例えば0.05〜50cm3 、例えば0.1〜25cm3 、例えば0.5〜15cm3 、例えば0.75〜10cm3 、例えば1〜7.5cm3 、さらには例えば2〜5cm3 の範囲内である。
マウントとコネクタとの両方が円筒形の内部チャンバを有する場合、マウントとコネクタとの内部チャンバの直径は同じでも異なっていてもよい。特定の実施形態では、マウント内部チャンバとコネクタ内部チャンバとの直径は同じである。他の実施形態では、直径は、例えば1%以上、例えば2%以上、例えば5%以上、例えば10%以上、例えば25%以上、さらには例えば50%以上異なる。例えば、直径は、0.1mm以上、例えば0.5mm以上、例えば1mm以上、例えば2mm以上、例えば3mm以上、さらには例えば5mm以上異なっていてよい。いくつかの場合、マウントの内部チャンバの直径は、コネクタの内部チャンバの直径よりも大きい。他の場合、コネクタの内部チャンバの直径は、マウントの内部チャンバの直径よりも大きい。
いくつかの実施形態では、コネクタの近位端は、マウントの遠位端に結合されるように構成される。コネクタの近位端は、マウントの遠位端にあるアライナと結合するように構成された1つまたは複数のアライナを備える。コネクタにあるアライナとマウントにあるアライナとの結合が、マウントとコネクタとを位置決めして光学的位置合わせを維持するために十分である限り、コネクタは任意の数のアライナを備えていてよい。例えば、コネクタは、2つ以上のアライナ、例えば3つ以上のアライナ、例えば4つ以上のアライナ、例えば5つ以上のアライナ、例えば7つ以上のアライナ、さらには例えば10個以上のアライナを含んでいてよい。位置合わせ突起、位置合わせレール、位置合わせノッチ、位置合わせ皿穴、位置合わせ深座ぐり、位置合わせ溝、位置合わせスロット、位置合わせ穴、またはそれらの組合せなど、任意の適切なタイプのアライナを使用することができる。例えば、いくつかの場合、コネクタ近位端は、1つまたは複数の突起を備える。他の場合、コネクタ近位端は、1つまたは複数のノッチを備える。特定の場合、コネクタ近位端は、1つまたは複数の突起および1つまたは複数のノッチを備える。
コネクタの遠位端に位置決めされるアライナの形状は様々な形状を取り得、ここで、対象の断面形状は、限定はしないが、直線断面形状(例えば、四角形、長方形、台形、三角形、六角形など)、曲線断面形状(例えば、円形、楕円形)、および不規則形状(例えば、平坦な頂部に結合された放物面状の底部)を含む。いくつかの実施形態では、アライナは円筒形である。他の実施形態では、アライナは球形である。さらに他の実施形態では、アライナは多角形、例えば正方形または長方形である。
コネクタ近位端にある各アライナの幅は様々な値を取り得、1mm〜25mm、例えば2mm〜22mm、例えば3mm〜20mm、例えば4mm〜17mm、さらには例えば5mm〜15mmの範囲内である。コネクタの近位端に位置決めされた各アライナの長さは、1mm〜50mm、例えば2mm〜45mm、例えば3mm〜40mm、例えば4m〜35mm、例えば5mm〜30mm、さらには例えば10mm〜20mmの範囲内である。アライナが位置合わせ凹部、例えばノッチ、皿穴、深座ぐり、スロット、溝、または穴である場合、アライナの深さは、1mm〜50mm、例えば2mm〜45mm、例えば3mm〜40mm、例えば4mm〜35mm、例えば5mm〜30mm、さらには例えば10mm〜20mmの範囲内でよい。
アライナは、コネクタの近位端の任意の位置に位置決めすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、1つまたは複数のアライナは、コネクタの外周縁に隣接して、コネクタの縁部から例えば1mm以上、例えば2mm以上、例えば3mm以上、例えば4mm以上、さらには例えばコネクタの外縁部から5mm以上の位置に位置決めされる。コネクタの断面形状が多角形である場合、1つまたは複数のアライナが、コネクタの近位端の隅部に位置決めされてもよい。例えば、コネクタが正方形または長方形断面を有する場合、アライナは、コネクタの正方形または長方形の遠位端の四隅の1つまたは複数に位置決めされてよい。
コネクタが2つ以上のアライナを含む場合、各アライナ間の距離は様々な値を取り得、2mm以上、例えば3mm以上、例えば5mm以上、例えば7mm以上、例えば10mm以上、さらには例えば25mm以上離隔されている。コネクタが3つ以上のアライナを含む場合、各アライナ間の距離は同じであっても異なっていてもよく、またはそれらの組合せでもよい。いくつかの実施形態では、各アライナ間の距離は異なる。他の実施形態では、各アライナは互いに等間隔に配置される。特定の実施形態では、コネクタは、外縁部に沿って等間隔に位置決めされた4つのアライナを備える。例えば、コネクタは、コネクタ遠位端の四隅に位置決めされた4つの多角形(例えば、正方形または長方形)凹部(例えば、マウント内の4つの多角形状突起と相補的なもの)を備えることがある。
いくつかの実施形態では、アライナの表面は、コネクタとマウントとのアライナの接触を最大にするように実質的に平坦である。「実質的に平坦」とは、アライナの壁が、その表面に沿って偏差をほとんどまたは全く示さないことを意味し、例えば、アライナ壁に沿った割れ目または突起が、壁面から測定して100μm以下、例えば50μm以下、例えば25μm以下、例えば15μm以下、例えば10μm以下、例えば5μm以下、例えば2μm以下、例えば1μm以下、例えば0.5μm以下、例えば0.1μm以下、例えば0.05μm以下、例えば0.01μm以下、例えば0.005μm以下、さらには例えば0.001μm以下である。例えば、マウント遠位端が1つまたは複数の突起を含む場合、突起の外壁(すなわち、上面および側面)は、コネクタの近位端に位置決めされた凹部の内壁(すなわち、底壁および側壁)との接触を最大にするように実質的に平坦である。マウント遠位端が1つまたは複数の凹部を含む場合、凹部の内壁(すなわち、底壁および側壁)は、コネクタ近位端に位置決めされた突起の外壁(すなわち、上面および側面)との接触を最大にするように実質的に平坦である。
位置合わせ突起の長さが位置合わせ凹部の深さと同じである場合、一体に結合されたとき、マウントの遠位端がコネクタの近位端と物理的に接触することができる。位置合わせ突起の長さが位置合わせ凹部の深さよりも大きい場合、一体に結合されるとき、マウントの遠位端は、コネクタの近位端から1mm以上、例えば2mm以上、例えば3mm以上、例えば5mm以上、さらには例えば10mm以上離隔されることがある。
図2は、本開示の特定の実施形態によるコネクタの斜視図を示す。コネクタ200は、近位端および遠位端を含み、近位端は、(上述した図1に示される)マウントの遠位端にあるアライナに結合するアライナ204a、204b、および204cを有する。また、コネクタ200は、オリフィスプレートおよびコネクタの隅部を通して挿入されるねじによってオリフィスプレートおよび集光構成要素に結合されるように構成された遠位端を有する。コネクタ200は、オリフィスプレートおよび集光構成要素に結合するためのねじ穴(205a、205b、および205c)を有する。
図3は、本開示の特定の実施形態によるコネクタに結合されるマウントの分解図を示す。図3に示されるように、マウント301の遠位端のアライナ301a、301b、および301cが、コネクタ302の近位端にあるアライナ302a、302b、および302cと結合される。
いくつかの実施形態では、コネクタの遠位端は、1つまたは複数のオリフィスプレートに結合されるように構成される。収集される光に応じて、コネクタは、1つ以上、例えば2つ以上、例えば3つ以上、例えば5つ以上、さらには例えば10個以上のオリフィスプレートを有するように構成されることがある。各オリフィスプレートは、コネクタから集光構成要素に光を通す1つまたは複数のオリフィス(例えば、ピンホール)を有する。例えば、対象のオリフィスプレートは、2つ以上のオリフィス、例えば3つ以上のオリフィス、例えば5つ以上のオリフィス、例えば7つ以上のオリフィス、さらには例えば10個以上のオリフィスを有する。特定の場合、オリフィスプレートは、11個のオリフィスを有する。
各オリフィスのアパーチャは同じであっても異なっていてもよく、限定はしないが、円形、楕円形、長方形、または他の多角形を含む任意の好適な形状でよい。特定の場合、ピンホールは円形のアパーチャである。オリフィスプレートにある各オリフィスの寸法は様々な値を取り得、0.1μm〜10mm、例えば0.5μm〜9.5mm、例えば1μm〜9mm、例えば5μm〜8.5mm、例えば10μm〜8mm、例えば25μm〜7.5mm、例えば50μm〜7mm、例えば100μm〜6.5mm、例えば250μm〜6mm、さらには例えば500μm〜5.5mmの範囲内、例えば600μmおよび700μmの幅(または円形であるときには直径)を有する。
特定の実施形態では、オリフィスプレートは、1つまたは複数のスリットを含む。スリットアパーチャは、限定はしないが、楕円形、長方形、または他の多角形を含む任意の好適な形状でよい。特定の実施形態では、スリットアパーチャは長方形である。スリットアパーチャの寸法は様々な値を取り得、0.1mm〜10mm、例えば1.25mm〜9.5mm、例えば1.5mm〜9mm、例えば2mm〜8mm、例えば2.5mm〜7mm、例えば3mm〜6mm、さらには例えば3.5mm〜5mmの範囲内の長さを有する。スリットアパーチャの幅は、1μm〜1000μm、例えば2μm〜900μm、例えば5μm〜800μm、例えば10μm〜700μm、さらには例えば15μm〜600μmの範囲内でよく、例えば500μmのアパーチャ幅を有するスリットである。
いくつかの実施形態では、オリフィスプレートは、1つまたは複数の反射面を有する。本明細書では、「反射性」という用語は、その従前の意味合いで、オリフィスプレートが(例えば、鏡面反射によって)電磁波の方向を変え得ることを表すために使用される。オリフィスプレートの全体または一部が反射性でよい。例えば、オリフィスプレートの10%以上、例えば25%以上、例えば50%以上、例えば75%以上、例えば90%以上、さらには例えば95%以上が反射性でよい。特定の実施形態では、オリフィスプレート全体(すなわち、100%)が反射性である。例えば、オリフィスプレートはピンホールミラーでよい。特定の場合、ピンホールミラーは1つの反射面を有する。他の場合、ピンホールミラーは2つの反射面を有する。
コネクタの遠位端のサイズに応じて、オリフィスプレートの寸法は様々な値を取り得、ここで、いくつかの場合、オリフィスプレートの長さは、1cm〜25cm、例えば2.5cm〜45cm、例えば5cm〜40cm、例えば7.5cm〜35cm、さらには例えば10cm〜25cmの範囲内でよく、オリフィスプレートの幅は、1cm〜50cm、例えば2.5cm〜45cm、例えば5cm〜40cm、例えば7.5cm〜35cm、さらには例えば10cm〜25cmの範囲内でよい。オリフィスプレートが円形である場合、直径は様々な値を取り得、いくつかの実施形態では、1cm〜10cm、例えば2cm〜9cm、例えば3cm〜8cm、さらには例えば4cm〜7cmの範囲内である。いくつかの実施形態では、オリフィスプレートは、コネクタ内部チャンバの断面と同じ寸法を有するように構成される。オリフィスプレートの厚さは様々な値を取り得、0.001mm〜5mm、例えば0.005mm〜4.5mm、例えば0.01mm〜4mm、例えば0.05mm〜3.5mm、例えば0.1mm〜3mm、例えば0.5mm〜2.5mm、さらには例えば1mm〜2mmの範囲内である。
特定の実施形態では、コネクタは、(以下でより詳細に述べる)1つまたは複数の異なるタイプの集光システムに結合されるように構成された遠位端を有する。一例では、コネクタの遠位端は、光ファイバ光中継システムに結合されるように構成される。別の例では、コネクタの遠位端は、自由空間光中継システムに結合されるように構成される。集光構成要素のタイプに応じて、コネクタの遠位端は、コネクタの遠位端を集光構成要素に取り付けるための1つまたは複数の固定手段を備えることがあり、ここで、適切な固定手段は、限定はしないが、集光構成要素の近位端をコネクタの遠位端に固定する磁石、ラッチ、ヒンジ、繋留具、ねじ山、または1つもしくは複数のねじを含むことがある。
いくつかの実施形態では、コネクタの遠位端は、オリフィスプレートをコネクタに結合するためのアダプタを備える。いくつかの場合、アダプタは、非永久接着剤、またはコネクタの内部チャンバとねじ留めされるねじなどにより、コネクタの遠位端に解放可能に取り付けられる。他の場合、アダプタは、永久接着剤などでコネクタの遠位端に永久的に組み込まれるか、またはコネクタの遠位端に直接成形される。
オリフィスプレートは、任意の適切な固定プロトコルによってコネクタまたはアダプタの遠位端に結合することができ、そのような固定プロトコルは、例えば、1つまたは複数の磁石、アダプタのスロット内に配置された(例えば、永久または非永久)接着剤、ねじ留め、またはそれらの組合せである。特定の場合、オリフィスプレートの隅部をコネクタの遠位端にある隅部に接続する1つまたは複数のねじにより、オリフィスプレートがコネクタに固定される。
いくつかの実施形態では、コネクタの遠位端は、1つまたは複数の光学的調整プロトコルを備えることもある。「光学的調整」とは、マウントからコネクタを通して搬送される光が、オリフィスプレートに搬送される前に必要に応じて変えられることを意味する。例えば、光学的調整は、搬送された光ビームをオリフィスプレートの表面上に集束させること、搬送される光ビームの寸法を拡大すること、または光ビームをコリメートすることでよい。いくつかの場合、光学的調整は、搬送される光によって生成されるビームスポットを拡大するような拡大プロトコルであり、例えば、5%以上、例えば10%以上、例えば25%以上、例えば50%以上、さらには例えば75%以上、ビームスポットの寸法を拡大する。他の実施形態では、光学的調整は、搬送される光を集束させて、例えば、5%以上、例えば10%以上、例えば25%以上、例えば50%以上、さらには例えば75%以上、ビームスポットの寸法を縮小する。
特定の実施形態では、光学的調整は、搬送される光をコリメートすることを含む。「コリメート」という用語は、その従前の意味合いで、光伝播の共直線性を光学的に調整すること、または共通の伝播軸からの光の発散を減少させることを表すために使用される。いくつかの場合、コリメートは、光ビームの空間的断面を縮小することを含む。
光学的調整構成要素は、搬送される光の望ましい変化をコネクタ内でもたらす任意の好適なデバイスまたは構造でよく、限定はしないが、レンズ、ミラー、ピンホール、スリット、回折格子、光屈折器、およびそれらの任意の組合せを含むことがある。コネクタは、必要に応じて1つ以上、例えば2つ以上、例えば3つ以上、例えば4つ以上、さらには例えば5つ以上の光学的調整構成要素を備えることができる。いくつかの実施形態では、コネクタと光学的調整構成要素とは、解放可能に一体に結合され、例えばねじ留めされる、または接着剤で一体に結合される。他の実施形態では、光学的調整構成要素は、永久接着剤などでコネクタに非解放可能に取り付けられる、一体成形される、またはコネクタに一体化される。
いくつかの実施形態では、光学的調整構成要素は、0.1〜0.95の倍率、例えば0.2〜0.9の倍率、例えば0.3〜0.85の倍率、例えば0.35〜0.8の倍率、例えば0.5〜0.75の倍率、さらには例えば0.55〜0.7の倍率、例えば0.6の倍率を有する集束レンズである。例えば、集束レンズは、特定の場合、約0.6の倍率を有するダブルアクロマティック縮小レンズである。集束レンズの焦点距離は様々な値を取り得、5mm〜20mm、例えば6mm〜19mm、例えば7mm〜18mm、例えば8mm〜17mm、例えば9mm〜16mm、さらには例えば10mm〜15mmの範囲内である。特定の実施形態では、集束レンズは、約10mmの焦点距離を有する。
他の実施形態では、光学的調整構成要素はコリメータである。コリメータは、1つもしくは複数のミラーもしくは湾曲レンズ、またはそれらの組合せなど、任意の好適なコリメートプロトコルでよい。例えば、特定の場合、コリメータは単一のコリメートレンズである。他の場合、コリメータはコリメートミラーである。さらに他の場合、コリメータは2つのレンズを含む。さらに他の場合、コリメータはミラーおよびレンズを含む。コリメータが1つまたは複数のレンズを含む場合、コリメートレンズの焦点距離は様々な値を取り得、5mm〜40mm、例えば6mm〜37.5mm、例えば7mm〜35mm、例えば8mm〜32.5mm、例えば9mm〜30mm、例えば10mm〜27.5mm、例えば12.5mm〜25mm、さらには例えば15mm〜20mmの範囲内である。
特定の実施形態では、光学的調整構成要素は波長分離器である。本明細書では、「波長分離器」という用語は、その従前の意味合いで、検出目的で多色光をその成分波長に分離するための光学プロトコルを表すために使用される。特定の実施形態による波長分離は、多色光の特定の波長または波長範囲を選択的に透過または遮断することを含むことがある。本発明のコネクタの一部であっても、本発明のコネクタと結合されてもよい対象の波長分離プロトコルは、限定はしないが、波長分離プロトコルの中でもとりわけ、着色ガラス、バンドパスフィルタ、干渉フィルタ、ダイクロイックミラー、回折格子、モノクロメータ、およびそれらの組合せを含む。
コネクタは、1つ以上、例えば2つ以上、例えば3つ以上、例えば4つ以上、例えば5つ以上、さらには例えば10個以上の波長分離器を備えることができる。システムが2つ以上の波長分離器を備える場合、波長分離器は、多色光を成分波長に分離するために、個別にまたは順次に利用されてもよい。いくつかの実施形態では、波長分離器が直列に配置される。他の実施形態では、波長分離器は、1つまたは複数の測定が行われるように個別に配置され、各波長分離器を使用して光を収集する。
いくつかの実施形態では、コネクタは、1つまたは複数の光学フィルタ、例えば、2nm〜100nm、例えば3nm〜95nm、例えば5nm〜95nm、例えば10nm〜90nm、例えば12nm〜85nm、例えば15nm〜80nm、さらには例えば20nm〜50nmの範囲内の最小帯域幅を有するバンドパスフィルタを含む。
いくつかの実施形態では、マウントおよびコネクタは、集光構成要素に結合されて光学的に位置合わせするように構成される。集光構成要素は、マウントおよびコネクタを通して搬送された光を収集し、その光を検出器に導く任意の適切な集光プロトコルでよい。いくつかの実施形態では、集光構成要素は、光ファイバ光中継システムを含む。他の実施形態では、集光構成要素は、自由空間光中継システムである。
いくつかの実施形態では、集光構成要素は、例えば接着剤でコネクタの遠位端に物理的に結合されてよく、一体成形されてもよく、またはコネクタに一体化されてもよい。特定の実施形態では、集光構成要素とコネクタとは一体化されて、単一のユニットにされる。いくつかの場合、集光構成要素は、オリフィスプレートとコネクタの遠位端とに結合される。特定の場合、集光構成要素は、アダプタによってオリフィスプレートとコネクタの遠位端とに結合され、アダプタは、外縁部にある1つまたは複数のねじによって集光構成要素およびオリフィスプレートをコネクタの遠位端に固定する。
他の実施形態では、コネクタの遠位端と集光構成要素とは、光学的には連絡しているが、物理的には接触していない。いくつかの実施形態では、集光構成要素は、コネクタの遠位端から0.001mm以上、例えば0.005mm以上、例えば0.01mm以上、例えば0.05mm以上、例えば0.1mm以上、例えば0.5mm以上、例えば1mm以上、例えば10mm以上、例えば25mm以上、例えば50mm以上、さらには例えば100mm以上の位置に位置決めされてよい。
特定の実施形態では、集光構成要素は、光ファイバ光中継システムであり、マウントおよびコネクタを通して搬送された光は、光ファイバ光中継束の表面上に向けられる。コネクタを通して搬送される光を検出器の作動面上に伝播させるために、任意の光ファイバ光中継システムを採用することができる。特定の実施形態では、コネクタから検出器に光を伝播するための適切な光ファイバ光中継システムは、限定はしないが、米国特許第6,809,804号明細書に記載されているような光ファイバ光中継システムを含む。上記特許の開示は参照により本明細書に援用される。
図4は、本開示の特定の実施形態による光ファイバ光中継システムの光ファイバ束ヘッドに結合されたコネクタの分解図を示す。コネクタ400は、近位端および遠位端を有し、ここで、近位端は、マウントの遠位端にあるアライナに結合するアライナ401a、401b、および401cを備える。コネクタ400は遠位端も有し、遠位端は、ねじ404aおよび404bによってオリフィスプレート402と光ファイバ光中継システム403の光ファイバ束ヘッドとに結合され、ねじ404aおよび404bは、光ファイバ光中継システム403およびオリフィスプレート402をコネクタ400の遠位端に物理的に結合する。
他の実施形態では、集光構成要素は、自由空間光中継システムである。本明細書では、「自由空間光中継」という語句は、その従前の意味合いで、自由空間を通して光を検出器に向けるために1つまたは複数の光学構成要素の構成を採用する光伝播を表すために使用される。特定の実施形態では、自由空間光中継システムは、近位端および遠位端を有するハウジングを含み、近位端は、オリフィスプレートと、コネクタの遠位端とに結合される。自由空間中継システムは、レンズ、ミラー、スリット、ピンホール、波長分離器の1つもしくは複数、またはそれらの組合せなど、様々な光学的調整構成要素の任意の組合せを備えることができる。例えば、いくつかの実施形態では、対象の自由空間光中継システムは、1つまたは複数の集束レンズを備える。他の実施形態では、本発明の自由空間光中継システムは、1つまたは複数のミラーを備える。さらに他の実施形態では、自由空間光中継システムは、コリメートレンズを備える。特定の実施形態では、コネクタから検出器に光を伝播するのに適した自由空間光中継システムは、限定はしないが、米国特許番号第7,643,142号明細書、同第7,728,974号明細書、および同第8,223,445号明細書に記載されているような光中継システムを含む。上記特許の開示は参照により本明細書に援用される。
図5は、本開示の特定の実施形態による自由空間光中継システムに結合されたコネクタの分解図を示す。コネクタ500は、近位端および遠位端を有し、ここで、近位端は、マウントの遠位端にあるアライナに結合するアライナ501a、501b、および501cを備える。コネクタ500は遠位端も有し、遠位端は、ねじ504aおよび504bによってオリフィスプレート502と、部品503a〜eから一体に構成された自由空間光中継システム503の近位端とに結合され、ねじ504aおよび504bは、自由空間光中継システム503の近位端およびオリフィスプレート502をコネクタ500の遠位端に物理的に結合する。
以下でより詳細に論じるように、本発明の光学的に位置合わせされた集光システムは、2つ以上の解放可能に取付け可能な構成要素(すなわち、マウントおよびコネクタ)の光学的位置合わせを維持するように構成される。いくつかの実施形態では、本発明の光学的に位置合わせされた集光システムは、例えば1つまたは複数の構成要素が意図的に物理的に他の構成要素から取り外されるまで、必要に応じて光学的位置合わせを維持するように構成される。例えば、本発明の光学的に位置合わせされた集光システムは、1時間以上、例えば4時間以上、例えば6時間以上、例えば12時間以上、例えば18時間以上、例えば24時間以上、例えば3日以上、例えば7日以上、例えば2週間以上、さらには例えば1ヶ月以上の期間、2つの構成要素の光学的位置合わせを維持するように構成される。
集光システムの光学的に位置合わせされた構成要素を組み立てるための方法
上で要約したように、本開示のいくつかの態様は、光学的に位置合わせされた集光システムの構成要素を組み立てるための方法も含む。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、コネクタの近位端にある第1のアライナをマウントの遠位端にある第2のアライナに接続することにより、コネクタをマウントに結合するステップと、コネクタの遠位端にオリフィスプレートを取り付けるステップと、コネクタの遠位端に集光システムを結合するステップとを含み、それにより、第1のアライナと第2のアライナとを接続すれば、マウントおよびコネクタをオリフィスプレートおよび集光システムと光学的に位置合わせするために十分である。上述したように、本明細書では、「光学的に位置合わせ」という語句は、その従前の意味合いで、2つ以上の光学構成要素が同じ光軸を有する(すなわち、光学的に同心である)ように互いに一列に位置決めされていることを表すために使用される。例えば、本開示の実施形態による光学的に位置合わせされた集光システムは、マウントおよびコネクタを備え、ここで、マウントの光学中心は、光軸に対して直交に測定したとき、コネクタの光学中心から100μm以下、例えば50μm以下、例えば25μm以下、例えば15μm以下、例えば10μm以下、例えば5μm以下、例えば2μm以下、例えば1μm以下、例えば0.5μm以下、例えば0.1μm以下、例えば0.05μm以下、例えば0.01μm以下、例えば0.005μm以下、さらには例えば0.001μm以下だけずれている。以下でより詳細に述べるように、マウントの遠位端にあるアライナをコネクタの近位端にあるアライナに結合した後、マウントの光学中心は、光軸に対して直交に測定したとき、コネクタの光学中心から100μm以下、例えば50μm以下、例えば25μm以下、例えば15μm以下、例えば10μm以下、例えば5μm以下、例えば2μm以下、例えば1μm以下、例えば0.5μm以下、例えば0.1μm、例えば0.05μm以下、例えば0.01μm以下、例えば0.005μm以下、さらには例えば0.001μm以下だけずれている。
特定の実施形態に従って本発明の方法を実施する際、マウントの遠位端に位置決めされた1つまたは複数のアライナをコネクタの近位端に位置決めされた1つまたは複数のアライナに結合することにより、マウントがコネクタと位置合わせされる。「結合」とは、コネクタの近位端にあるアライナが、マウントの遠位端に位置決めされたアライナと接触状態にされる(例えば、圧入される)ことを意味する。上述したように、マウントおよびコネクタは、2つ以上のアライナ、例えば3つ以上のアライナ、例えば4つ以上のアライナ、例えば5つ以上のアライナ、例えば7つ以上のアライナ、さらには例えば10個以上のアライナを備えていてよい。いくつかの実施形態では、マウントの近位端にある各アライナは、コネクタの遠位端にある相補的なアライナに結合される。したがって、マウントとコネクタとを光学的に位置合わせすることは、2つ以上のアライナ、例えば3つ以上のアライナ、例えば4つ以上のアライナ、例えば5つ以上のアライナ、さらには例えば10個以上のアライナを結合することを含むことがある。
マウントの遠位端とコネクタの近位端とにあるアライナの種類に応じて、コネクタへのマウントの結合は様々でよい。いくつかの実施形態では、コネクタの遠位端は、1つまたは複数の位置合わせ突起(例えば、4つ以上の多角形状の圧入ダボ)を備え、コネクタの近位端は、1つまたは複数の位置合わせ凹部(例えば、4つ以上の多角形状のノッチ)を備える。これらの実施形態では、マウントの遠位端をマウントの近位端に結合することは、マウントの位置合わせ突起のそれぞれをコネクタの位置合わせ凹部に挿入することを含む。
例えば、コネクタの近位端にあるアライナが位置合わせ突起(例えば、圧入ダボ)であり、マウントの遠位端にあるアライナが位置合わせ凹部である場合、方法は、突起の外面が凹部の内壁から100μm以下、例えば50μm以下、例えば25μm以下、例えば15μm以下、例えば10μm以下、例えば5μm以下、例えば2μm以下、例えば1μm以下、例えば0.5μm以下、例えば0.1μm、例えば0.05μm以下、例えば0.01μm以下、例えば0.005μm以下、さらには例えば0.001μm以下だけ離隔されるように、コネクタの突起をマウントの凹部に挿入することを含むことがある。特定の場合、方法は、突起の外面が凹部の内壁と接触するように、コネクタの突起をマウントの凹部に挿入することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、突起の上面が凹部の底壁から100μm以下、例えば50μm以下、例えば25μm以下、例えば15μm以下、例えば10μm以下、例えば5μm以下、例えば2μm以下、例えば1μm以下、例えば0.5μm以下、例えば0.1μm以下、例えば0.05μm以下、例えば0.01μm以下、例えば0.005μm以下、さらには例えば0.001μm以下だけ離隔されるように突起を凹部に挿入することを含む。特定の場合、突起は、突起の上面が凹部の底壁に接触し、突起の外側面が凹部の内壁と接触するように凹部に挿入される。
他の実施形態では、方法は、マウントにある1つまたは複数の突起をコネクタにある1つまたは複数の凹部に挿入することを含む。例えば、突起の外面が凹部の内壁から100μm以下、例えば50μm以下、例えば25μm以下、例えば15μm以下、例えば10μm以下、例えば5μm以下、例えば2μm以下、例えば1μm以下、例えば0.5μm、例えば0.1μm以下、例えば0.05μm以下、例えば0.01μm以下、例えば0.005μm以下、さらには例えば0.001μmだけ離隔されるように、マウントにある突起がコネクタにある凹部に挿入されることがある。特定の場合、方法は、突起の外面が凹部の内壁と接触するように、マウントの突起をコネクタの凹部に挿入することを含む。さらに他の実施形態では、方法は、突起の上面が凹部の底壁から100μm以下、例えば50μm以下、例えば25μm以下、例えば15μm以下、例えば10μm以下、例えば5μm以下、例えば2μm以下、例えば1μm以下、例えば0.5μm以下、例えば0.1μm以下、例えば0.05μm以下、例えば0.01μm以下、例えば0.005μm以下、さらには例えば0.001μm以下だけ離隔されるように、マウントの突起をコネクタの凹部に挿入することを含む。特定の場合、突起の上面が凹部の底壁に接触し、突起の外側面が凹部の内壁に接触するように、マウントの突起がコネクタの凹部に挿入される。
特定の実施形態では、マウントおよびコネクタは多角形の断面形状を有し、各アライナは同一であり、マウントおよびコネクタの縁部隅に位置決めされる。これらの実施形態では、マウントおよびコネクタは、向きの指定がないものでよく、複数の異なる回転向きで結合されてもよい。例えば、いくつかの場合、マウントおよびコネクタは、正方形断面を有し、各アライナは、マウントの遠位端の四隅およびコネクタの近位端の四隅に位置決めされる。
他の実施形態では、コネクタの近位端とマウントの遠位端との両方が、1つまたは複数の位置合わせ突起および1つまたは複数の位置合わせ凹部を有する。これらの実施形態では、コネクタの近位端をマウントの遠位端に結合することは、コネクタの位置合わせ突起をマウントの位置合わせ凹部に挿入すること、およびマウントの位置合わせ突起をコネクタの位置合わせ凹部に挿入することを含む。
いくつかの実施形態では、マウントはコネクタに解放可能に結合される。これらの実施形態では、コネクタは、マウントから自由に取り外し、再び取り付けることができる。特定の場合、方法は、マウントに解放可能に取り付けられた第1のコネクタを取り外し、そのマウントに第2のコネクタを結合することを含む。いくつかの実施形態では、コネクタおよびマウントの1つまたは複数は、コネクタをマウントに結合するための固定手段を備えることがある。適切な固定手段は、限定はしないが、フックアンドループ固定手段、磁石、ラッチ、ノッチ、皿穴、深座ぐり、溝、ピン、繋留具、ヒンジ、ベルクロ、非永久接着剤、またはそれらの組合せを含むことがある。
特定の実施形態では、マウントの遠位端は、コネクタの近位端にある1つまたは複数の磁石に結合するための1つまたは複数の磁石を備えることがある。これらの実施形態において本発明の方法を実施する際、マウントとコネクタとの位置合わせは、マウントの遠位端にある磁石をコネクタの近位端にある磁石と結合することによって実現することができる。特定の実施形態では、マウントおよびコネクタは、アライナと磁石との両方を含む。本明細書において、「磁石」という用語は、その従来の意味合いで、それからの磁場が経時的に実質的に低減しないように持続的な磁場を有する磁性材料を表すために使用される。例えば、磁石は、アルミニウム、ニッケル、およびコバルトを含む鉄合金材料(すなわち、アルニコ磁石)、セラミックもしくはフェライト磁石、希土類磁石、例えばサマリウム−コバルト磁石(例えば、SmCo5 )、ネオジム合金(NdFeB)磁石(例えば、Nd2 Fe14B)、またはそれらの組合せでよい。磁石のサイズに応じて、コネクタ近位端に位置決めされる対象の磁石によって生成される磁場は、0.01T〜10T、または0.01T〜5T、または0.01T〜2T、または0.1T〜2T、または0.1T〜1.5T、さらには0.1T〜1Tの範囲内である。
マウントの遠位端およびコネクタの近位端が1つまたは複数の磁石を備える場合、コネクタの近位端にある磁石がマウントの遠位端に位置決めされた磁石と物理的に接触して配置されて、マウントとコネクタとを結合する。特定の実施形態では、マウントの近位端およびコネクタの遠位端に位置決めされた磁石はディスク形状であり、コネクタの各磁石が、結合されるマウントの各磁石と同心である(すなわち、中心を合わされる)ときに、マウントとコネクタとの位置合わせが実現される。例えば、特定の場合、コネクタにある各磁石の中心が、結合されるマウントにある各磁石の中心から100μm以下、例えば50μm以下、例えば25μm以下、例えば15μm以下、例えば10μm以下、例えば5μm以下、例えば2μm以下、例えば1μm以下、例えば0.5μm以下、例えば0.1μm以下、例えば0.05μm以下、例えば0.01μm以下、例えば0.005μm以下、さらには例えば0.001μm以下だけずれているとき、コネクタとマウントとは光学的に位置合わせされる。
コネクタの磁石をマウントの磁石に接触させることにより、コネクタは、各組の磁石接触部間の磁気引力によってマウントに位置合わせされて解放可能に取り付けられる。いくつかの実施形態では、コネクタの磁石とマウントの磁石との結合は、例えば意図的に物理的にコネクタがマウントから取り外されるまで、必要に応じてある期間にわたってコネクタとマウントとの光学的位置合わせを維持する。例えば、コネクタの磁石とマウントの磁石との結合は、コネクタとマウントとの光学的位置合わせを1時間以上、例えば4時間以上、例えば6時間以上、例えば12時間、例えば18時間以上、例えば24時間以上、例えば3日以上、例えば7日以上、例えば2週間以上、さらには例えば1ヶ月以上維持する。
特定の実施形態では、磁石は、マウントおよびコネクタの縁部隅に位置決めされ、例えば、マウントおよびコネクタが正方形の断面形状を有し、磁石は、マウントの遠位端およびコネクタの近位端の四隅のそれぞれに位置決めされる。これらの実施形態では、マウントおよびコネクタは、向きの指定がないものでよく、複数の異なる回転向きで結合されてもよい。
特定の実施形態では、マウントはフローサイトメータに永久的に組み込まれ、方法は、フローサイトメータ内のマウントにコネクタを結合することを含む。これらの実施形態では、方法は、コネクタの近位端に位置決めされたアライナを、フローサイトメータ内に固定されたマウントの遠位端に位置決めされたアライナと結合することを含む。コネクタの近位端にあるアライナをマウントの遠位端にあるアライナと結合することにより、コネクタは、フローサイトメータ内のマウントと光学的に位置合わせされる。
特定の実施形態では、方法は、コネクタをマウントから分離することを含む。「分離」とは、コネクタがマウントと物理的に接触していないことを意味する。例えば、いくつかの場合、コネクタのアライナはそれぞれ、マウントのアライナとの接触から引き離される。他の場合、コネクタの各磁石をマウントの磁石との接触から引き離すことにより、コネクタがマウントから分離される。本発明の方法を実施する際、第1のコネクタが分離された後、第2のコネクタがマウントに結合されることがある。これらの実施形態では、マウントとコネクタとの間で各アライナ(または磁石)を引き離すことによって第1のコネクタがマウントから分離され、第2のコネクタのアライナが所定位置でマウントのアライナと嵌め合わされる。
上で要約したように、マウントのアライナをコネクタのアライナと結合することにより、マウントとコネクタは互いに光学的に位置合わせされ、(以下でより詳細に述べるように)コネクタに結合されたオリフィスプレートおよび集光構成要素とも光学的に位置合わせされる。したがって、これらの実施形態では、第1のコネクタが分離されて第2のコネクタで置き換えられるとき、第2のコネクタのアライナをマウントのアライナに嵌め合わせれば、マウントを第2のコネクタならびにピンホールおよび第2のコネクタに結合された集光構成要素と位置合わせするために十分である。いくつかの実施形態では、コネクタとマウントとのアライナが所定位置で嵌め合わされると、マウントをコネクタと位置合わせするためのさらなる位置合わせステップは必要とされない。
いくつかの実施形態では、方法はまた、オリフィスプレートをコネクタの遠位端に結合することを含む。1つ以上、例えば2つ以上、例えば3つ以上、例えば5つ以上、さらには例えば10個以上のオリフィスプレートをコネクタに結合することができる。各オリフィスプレートは、光をコネクタから集光構成要素に通す1つまたは複数のオリフィス(すなわち、ピンホール)を有することがある。例えば、対象のオリフィスプレートは、2つ以上のオリフィス、例えば3つ以上のオリフィス、例えば5つ以上のオリフィス、例えば7つ以上のオリフィス、例えば10個以上のオリフィス、例えば11個のオリフィスを有する。いくつかの実施形態では、オリフィスプレートをコネクタの遠位端に結合すれば、オリフィスプレートをマウントおよびコネクタと光学的に位置合わせするために十分である。
特定の実施形態では、オリフィスプレートは、1つまたは複数のスリットを有する。スリットアパーチャは、限定はしないが、楕円形、長方形、または他の多角形を含む任意の好適な形状でよい。特定の実施形態では、スリットアパーチャは長方形である。スリットアパーチャの寸法は様々な値を取り得、0.1mm〜10mm、例えば1.25mm〜9.5mm、例えば1.5mm〜9mm、例えば2mm〜8mm、例えば2.5mm〜7mm、例えば3mm〜6mm、さらには例えば3.5mm〜5mmの範囲内の長さを有する。スリットアパーチャの幅は、1μm〜1000μm、例えば2μm〜900μm、例えば5μm〜800μm、例えば10μm〜700μm、さらには例えば15μm〜600μmの範囲内でよく、例えば500μmのアパーチャ幅を有するスリットである。
いくつかの実施形態では、オリフィスプレートは、1つまたは複数の反射面を有する。オリフィスプレートの全体または一部が反射性でよい。例えば、オリフィスプレートの10%以上、例えば25%以上、例えば50%以上、例えば75%以上、例えば90%以上、さらには例えば95%以上が反射性でよい。特定の実施形態では、オリフィスプレート全体(すなわち、100%)が反射性である。例えば、オリフィスプレートはピンホールミラーでよい。特定の場合、ピンホールミラーは1つの反射面を有する。他の場合、ピンホールミラーは2つの反射面を有する。
特定の場合、オリフィスプレートは、コネクタの遠位端にあるアダプタに取り付けられる。例えば、アダプタは、コネクタの遠位端に結合し、オリフィスプレートに取り付けられるように構成された、解放可能に取付け可能な構成要素でよい。他の場合、アダプタは、永久接着剤などでコネクタの遠位端に永久的に組み込まれるか、またはコネクタの遠位端に直接成形される。
オリフィスプレートは、任意の適切な固定プロトコルによってコネクタまたはアダプタの遠位端に結合することができ、そのような固定プロトコルは、例えば、1つまたは複数の磁石、(例えば、永久または非永久)接着剤、アダプタのスロット内への配置、ねじ留め、またはそれらの組合せである。特定の場合、オリフィスプレートは、オリフィスプレートの外縁部にある1つまたは複数のねじによってコネクタの遠位端に固定される。
特定の実施形態では、方法はまた、コネクタの遠位端を集光構成要素に結合することを含む。例えば、コネクタの遠位端は、コネクタ遠位端の縁部隅にねじ留めされる1つまたは複数のねじによって集光構成要素に結合されることがある。いくつかの場合、オリフィスプレートは、例えば1つまたは複数のねじにより、コネクタの遠位端に結合されると同時に集光構成要素を結合し、ねじは、集光構成要素と、オリフィスプレートと、コネクタの遠位端とを結合する。いくつかの実施形態では、集光構成要素をコネクタの遠位端に結合すれば、集光構成要素をマウントおよびコネクタと光学的に位置合わせするために十分である。
上で論じたように、集光構成要素は、光ファイバ光中継システムまたは自由空間光中継システムでよい。いくつかの実施形態では、集光構成要素は、光ファイバ光中継システムであり、方法は、光ファイバ光中継システムの光ファイバ束ヘッドをコネクタの遠位端に結合することを含む。コネクタを通して搬送される光を検出器の作動面上に伝播させるために、任意の適切な光ファイバ光中継システムを採用することができ、ここで、適切な光ファイバ光中継システムは、限定はしないが、米国特許第6,809,804号明細書に記載されているものを含むことがある。上記特許の開示は参照により本明細書に援用される。
図6は、本開示の特定の実施形態による、オリフィスプレートおよび光ファイバ光中継システムに結合された、光学的に位置合わせされた集光システムの分解図を示す。図6は、マウント601の遠位端にある位置合わせ凹部601a、601b、および601cと、コネクタ602の近位端にある位置合わせ突起602a、602b、および602cとによって結合されるマウント601およびコネクタ602を示す。コネクタ602の遠位端は、ねじ605aおよび605bにより、オリフィスプレート603と、光ファイバ光中継システム604の光ファイバ束ヘッドとに結合される。
他の実施形態では、集光構成要素は自由空間光中継システムであり、方法は、コネクタの遠位端を自由空間中継システムハウジングの近位端に結合することを含む。コネクタから検出器の作動面に光を伝播させるために任意の適切な自由空間光中継システムを採用することができ、ここで、適切な自由空間光中継システムは、限定はしないが、米国特許第7,643,142号明細書、同第7,728,974号明細書、および同第8,223,445号明細書に記載されているものを含む。上記特許の開示は参照により本明細書に援用される。
図7は、本開示の特定の実施形態による、オリフィスプレートおよび自由空間光中継システムに結合された、光学的に位置合わせされた集光システムの分解図を示す。図7は、マウント701の遠位端にある位置合わせ凹部701a、701b、および701cと、コネクタ702の近位端にある位置合わせ突起702a、702b、および702cとによって結合されるマウント701およびコネクタ702を示す。コネクタ702の遠位端は、ねじ705aおよび705bにより、オリフィスプレート703と、自由空間光中継システム704(構成要素704a〜eから一体に構成される)の近位端とに結合される。
試料によって放出された光を測定するためのシステム
本開示の態様は、(例えば、フローサイトメータ内のフローストリーム中の)試料からの光を測定するためのシステムも含む。特定の実施形態では、システムは、上述したように、光源と、1つまたは複数の検出器または検出器アレイと、試料によって放出された光を収集するための本発明の光学的に位置合わせされた集光システムの1つまたは複数とを備える。例えば、対象のシステムは、光源、1つまたは複数の検出器または検出器アレイ、ならびに、光学的に位置合わせされた集光システムであって、(例えば、フローサイトメータ内のフローストリームから)光を受け取るためのオリフィスと、カメラに結合するために構成されたアダプタと、レンズを取り付けるための固定手段と、コネクタに結合してコネクタとの光学的位置合わせを維持するための遠位端に位置決めされたアライナとを有するマウント、および、オリフィスプレートに結合されるように構成されており、かつアライナによってマウントに結合されるコネクタを含む、(上述したような)光学的に位置合わせされた集光システムを備えることがある。いくつかの実施形態では、システムはフローサイトメータである。いくつかの場合、マウントは、フローサイトメータに解放不可能に組み込まれる。特定の実施形態では、マウントおよびコネクタは、オリフィスプレートおよび集光構成要素(例えば、光ファイバまたは自由空間光中継システム)と光学的に位置合わせされる。
試料からの光を測定するための対象のシステムは光源を備える。いくつかの実施形態では、光源は、任意の適切な広帯域または狭帯域光源でよい。試料中の成分(例えば、細胞、ビーズ、非細胞粒子など)に応じて、光源は、200nm〜1500nm、例えば250nm〜1250nm、例えば300nm〜1000nm、例えば350nm〜900nm、さらには例えば400nm〜800nmの範囲内で様々である波長を放出するように構成されてもよい。例えば、光源は、200nm〜900nmの波長を有する光を放出する広帯域光源を含むことがある。他の場合、光源は、200nm〜900nmの範囲内の波長を放出する狭帯域光源を含む。例えば、光源は、200nm〜900nmの範囲内の波長を有する光を放出する狭帯域LED(1nm〜25nm)でよい。いくつかの実施形態では、光源は、連続波レーザなどのレーザである。例えば、レーザは、ヘリウム−ネオン(HeNe)レーザでもよい。特定の実施形態では、光源は、フローサイトメータ内のレーザである。
他の実施形態では、光源は、ランプなどの非レーザ光源であり、そのような非レーザ光源は、限定はしないが、ハロゲンランプ、重水素アークランプ、キセノンアークランプ、発光ダイオード、例えば、連続スペクトルを有する広帯域LED、スーパールミネッセント発光ダイオード、半導体発光ダイオード、広スペクトルLED白色光源、マルチLED一体型白色光源を含む。いくつかの場合、非レーザ光源は、光源の中でもとりわけ、安定化されたファイバ結合広帯域光源、白色光源、またはそれらの任意の組合せである。
光源は、試料(例えば、フローサイトメータ内のフローストリーム)から任意の適切な距離、例えば、フローストリームから0.001mm以上、例えば0.005mm以上、例えば0.01mm、例えば0.05mm以上、例えば0.1mm以上、例えば0.5mm以上、例えば1mm以上、例えば5mm以上、例えば10mm以上、例えば25mm以上、さらには例えば100mm以上の距離に位置決めすることができる。さらに、光源は、(例えば、フローストリームの垂直軸に対して)任意の適切な角度、例えば、10°〜90°、例えば15°〜85°、例えば20°〜80°、例えば25°〜75°、さらには例えば30°〜60°の範囲内の角度、例えば90°の角度で試料を照射する。
光源は、試料を連続的にまたは離散間隔で照射するように構成することができる。いくつかの場合、システムは、フローサイトメータ内の検査点でフローストリームを連続的に照射する連続波レーザなど、試料を連続的に照射するように構成された光源を備える。他の場合、対象のシステムは、離散間隔で、例えば0.001ミリ秒毎、0.01ミリ秒毎、0.1ミリ秒毎、1ミリ秒毎、10ミリ秒毎、100ミリ秒毎、さらには1000ミリ秒毎、または何らかの他の間隔で試料を照射するように構成された光源を備える。光源が離散間隔で試料を照射するように構成されている場合、システムは、光源による試料の間断的な照射を提供するために1つまたは複数の追加の構成要素を備えることがある。例えば、これらの実施形態における本発明のシステムは、光源に対して試料を遮蔽および露出するための1つもしくは複数のレーザビームチョッパ、または手動もしくはコンピュータ制御式のビームストップを備えることがある。
いくつかの実施形態では、試料によって放出された光は、光学的に位置合わせされたマウントおよびコネクタ集光システムを通して伝播され、(上述したような)集光システムによって収集され、この集光システムは、収集された光を検出器に搬送する。対象の検出器は、限定はしないが、光センサまたは光検出器を含むことがあり、光検出器の中でもとりわけ、例えばアクティブピクセルセンサ(APS)、アバランシェフォトダイオード、イメージセンサ、電荷結合素子(CCD)、増感型電荷結合素子(ICCD)、発光ダイオード、フォトンカウンタ、ボロメータ、焦電検出器、フォトレジスタ、光起電力セル、フォトダイオード、光電子増倍管、フォトトランジスタ、量子ドットフォトコンダクタ、またはフォトダイオード、およびそれらの組合せを含むことがある。特定の実施形態では、収集された光は、電荷結合素子(CCD)、半導体電荷結合素子(CCD)、アクティブピクセルセンサ(APS)、相補型金属酸化物半導体(CMOS)イメージセンサ、またはN型金属酸化物半導体(NMOS)イメージセンサによって測定される。いくつかの実施形態では、撮像センサはCCDカメラである。例えば、カメラは、電子増倍CCD(EMCCD)カメラまたは増感型CCD(ICCD)カメラでよい。他の実施形態では、撮像センサはCMOS型カメラである。収集された光がCCDによって測定される場合、CCDの能動検出表面積は様々な値を取り得、例えば0.01cm2 〜10cm2 、例えば0.05cm2 〜9cm2 、例えば0.1cm2 〜8cm2 、例えば0.5cm2 〜7cm2 、さらには例えば1cm2 〜5cm2 である。本発明のシステム内の光検出器の数は、必要に応じて様々な値を取り得る。例えば、本発明のシステムは、1つ以上の光検出器、例えば2つ以上の光検出器、例えば3つ以上の光検出器、例えば4つ以上の光検出器、例えば5つ以上の光検出器、例えば10個以上の光検出器、例えば25個以上の光検出器、さらには例えば50個以上の光検出器を備えることがある。特定の実施形態では、システムは24個の光検出器を備える。他の実施形態では、システムは、1つまたは複数の光検出器アレイを備え、各アレイは、2つ以上の光検出器、例えば5つ以上の光検出器、例えば10個以上の光検出器、さらには例えば25個以上の光検出器を有することがある。アレイ内の光検出器は、ランダムな構成で配置されても、所定の形状を有する非ランダムな構成で配置されてもよく、例えば、限定はしないが、光検出器を円形、楕円形、正方形、三角形、五角形、六角形、または他の多角形に配置することを含む。特定の実施形態では、光検出器アレイはグリッドパターンで配列される。
本発明のシステムが2つ以上の光検出器を備える場合、各光検出器が同じであっても、2つ以上の光検出器の集合が異なる光検出器の組合せであってもよい。例えば、本発明のシステムが2つの光検出器を備える場合、いくつかの実施形態では、第1の光検出器はCCD型デバイスであり、第2の光検出器(または撮像センサ)はCMOS型デバイスである。他の実施形態では、第1および第2の光検出器の両方がCCD型デバイスである。さらに他の実施形態では、第1および第2の光検出器の両方がCMOS型デバイスである。さらに他の実施形態では、第1の光検出器はCCD型デバイスであり、第2の光検出器は光電子増倍管である。さらに他の実施形態では、第1の光検出器はCMOS型デバイスであり、第2の光検出器は光電子増倍管である。さらに他の実施形態では、第1および第2の光検出器の両方が光電子増倍管である。
本開示の実施形態では、対象の検出器は、収集された光を1つ以上の波長、例えば2つ以上の波長、例えば5つ以上の異なる波長、例えば10個以上の異なる波長、例えば25個以上の異なる波長、例えば50個以上の異なる波長、例えば100個以上の異なる波長、例えば200個以上の異なる波長、例えば300個以上の異なる波長で、さらには例えば400個以上の異なる波長で測定するように構成される。
いくつかの実施形態では、対象の検出器は、収集された光をある範囲の波長(例えば、200nm〜1000nm)にわたって測定するように構成される。特定の実施形態では、対象の検出器は、ある範囲の波長にわたって光のスペクトルを収集するように構成される。例えば、システムは、200nm〜1000nmの波長範囲の1つまたは複数にわたる光のスペクトルを収集するように構成された1つまたは複数の検出器を備えることがある。さらに他の実施形態では、対象の検出器は、1つまたは複数の特定の波長でフローストリーム中の試料によって放出される光を測定するように構成される。例えば、システムは、450nm、518nm、519nm、561nm、578nm、605nm、607nm、625nm、650nm、660nm、667nm、670nm、668nm、695nm、710nm、723nm、780nm、785nm、647nm、617nmの1つまたは複数、およびこれらの任意の組合せでの光を測定するように構成された1つまたは複数の検出器を備えることができる。特定の実施形態において、1つまたは複数の検出器は、蛍光アッセイにおいて試料と共に使用されるフルオロフォアなど、特定のフルオロフォアと対になるように構成されることがある。
いくつかの実施形態では、検出器は、連続的にまたは離散間隔で光を測定するように構成される。いくつかの場合、対象の検出器は、収集された光の測定を連続的に行うように構成される。他の場合、対象の検出器は、離散間隔で、例えば0.001ミリ秒毎、0.01ミリ秒毎、0.1ミリ秒毎、1ミリ秒毎、10ミリ秒毎、100ミリ秒毎、さらには1000ミリ秒毎、または何らかの他の間隔で測定を行うように構成される。
特定の実施形態では、本発明のシステムは、全反射でフローストリーム中の試料によって放出された光を検出するための、上述した光学的に位置合わせされた集光システム(例えば、光学的調整構成要素に光学的に位置合わせされたフローセルノズル)を採用するフローサイトメトリシステムである。適切なフローサイトメトリシステム、および試料を分析するための方法は、限定はしないが、Ormerod(ed.),Flow Cytometry:A Practical Approach,Oxford Univ.Press(1997);Jaroszeski et al.(eds.),Flow Cytometry Protocols,Methods in Molecular Biology No.91,Humana Press(1997);Practical Flow Cytometry,3rd ed.,Wiley−Liss(1995);Virgo,et al.(2012)Ann Clin Biochem.Jan;49(pt 1):17−28;Linden,et.al.,Semin Throm Hemost.2004 Oct;30(5):502−11;Alison,et al.J Pathol,2010 Dec;222(4):335−344;およびHerbig,et al.(2007)Crit Rev Ther Drug Carrier Syst.24(3):203−255に記載されているものを含む。上記文献の開示は参照により本明細書に援用される。特定の場合、対象のフローサイトメトリシステムは、BD Biosciences FACSCanto(登録商標)フローサイトメータ、BD Biosciences FACSVantage(登録商標)、BD Biosciences FACSort(登録商標)、BD Biosciences FACSCount(登録商標)、BD Biosciences FACScan(登録商標)、ならびにBD Biosciences FACSCalibur(登録商標)システム、BD Biosciences Influx(登録商標)セルソータ、BD Biosciences Jazz(登録商標)セルソータ、およびBD Biosciences Aria(登録商標)セルソータなどを含む。
特定の実施形態では、本発明のシステムは、米国特許第3,960,449号明細書;同第4,347,935号明細書;同第4,667,830号明細書;同第4,704,891号明細書;同第4,770,992号明細書;同第5,030,002号明細書;同第5,040,890号明細書;同第5,047,321号明細書;同第5,245,318号明細書;同第5,317,162号明細書;同第5,464,581号明細書;同第5,483,469号明細書;同第5,602,039号明細書;同第5,620,842号明細書;同第5,627,040号明細書;同第5,643,796号明細書;同第5,700,692号明細書;同第6,372,506号明細書;同第6,809,804号明細書;同第6,813,017号明細書;同第6,821,740号明細書;同第7,129,505号明細書;同第7,201,875号明細書;同第7,544,326号明細書;同第8,140,300号明細書;同第8,233,146号明細書;同第8,753,573号明細書;同第8,975,595号明細書;同第9,092,034号明細書;同第9,095,494号明細書;および同第9,097,640号明細書に記載されているフローサイトメータの1つまたは複数の構成要素を組み込むフローサイトメータシステムである。上記特許の開示は参照により本明細書に援用される。
照射された試料から収集された光を測定するための方法
本開示の態様は、(例えば、フローサイトメータ内のフローストリーム中の)試料からの光を測定するための方法も含む。いくつかの実施形態に従って方法を実施する際、フローストリーム中の試料が光源によって照射され、試料からの光が本発明の集光システムの1つまたは複数によって収集され、検出器によって測定される。いくつかの実施形態では、試料は生物学的試料である。「生物学的試料」という用語は、その従前の意味合いで、全生物、植物、菌、または動物組織、細胞、もしくは成分を表すために使用され、成分は、特定の場合、血液、粘液、リンパ液、滑液、脳脊髄液、唾液、気管支肺胞洗浄液、羊水、羊膜臍帯血、尿、膣液、および精液中で見られることがある。したがって、「生物学的試料」は、天然の有機体またはその組織の一部と、有機体またはその組織の一部から調製されたホモジェネート、溶解物、または抽出物との両方を表し、限定はしないが、例えば、血漿、血清、髄液、リンパ液、皮膚切片、呼吸器系、胃腸系、心血管系、および尿生殖器管、涙、唾液、乳、血液細胞、腫瘍、臓器を含む。生物学的試料は、健常組織と疾患組織(例えば、癌性、悪性、壊死など)との両方を含む任意のタイプの生体組織でよい。特定の実施形態では、生物学的試料は、血液または血液成分(例えば、血漿)、涙、尿、精液などの液体試料であり、いくつかの場合、静脈穿刺または指への穿刺から得られる血液など、全血を含む血液試料である(ここで、血液は、アッセイ前に保存剤または抗凝固剤などの任意の試薬と混合されてもされなくてもよい)。
特定の実施形態では、試料源は、「哺乳動物」または「哺乳類」であり、これらの用語は、食肉目(例えば、イヌおよびネコ)、齧歯目(例えば、マウス、モルモット、およびラット)、および霊長目(例えば、ヒト、チンパンジー、およびサル)を含め、哺乳類に属する生物を広範に表すために使用される。いくつかの場合、被検体はヒトである。本発明の方法は、両方の性別および任意の発達段階(すなわち、新生児、乳児、若年、青年、成人)のヒト被検体から得られた試料に適用することができ、ここで、特定の実施形態では、ヒト被検体は、若年、青年、または成人である。本発明はヒト被検体からの試料に適用することができるが、これらの方法は、限定はしないが、鳥、マウス、ラット、イヌ、ネコ、家畜、および馬などの他の動物被検体からの試料(すなわち、「非ヒト被検体」)に対して実施することもできることを理解されたい。
本発明の方法を実施する際、(例えば、フローサイトメータのフローストリーム中の)試料が光源からの光で照射される。いくつかの実施形態では、光源は、広帯域光源であり、例えば50nm以上、例えば100nm以上、例えば150nm以上、例えば200nm、例えば250nm以上、例えば300nm以上、例えば350nm以上、例えば400nm以上、さらには例えば500nm以上に及ぶ広範囲の波長を有する光を放出する。例えば、1つの適切な広帯域光源は、200nm〜1500nmの波長を有する光を放出する。適切な広帯域光源の別の例は、400nm〜1000nmの波長を有する光を放出する光源を含む。方法が、広帯域光源によって照射することを含む場合、対象の広帯域光源プロトコルは、限定はしないが、広帯域光源の中でもとりわけ、ハロゲンランプ、重水素アークランプ、キセノンアークランプ、安定化されたファイバ結合広帯域光源、連続スペクトルを有する広帯域LED、スーパールミネッセント発光ダイオード、半導体発光ダイオード、広スペクトルLED白色光源、マルチLED一体型白色光源、またはそれらの任意の組合せを含むことがある。
他の実施形態では、方法は、特定の波長または狭い波長範囲を放出する狭帯域光源、例えば、50nm以下、例えば40nm以下、例えば30nm以下、例えば25nm以下、例えば20nm以下、例えば15nm以下、例えば10nm以下、例えば5nm以下、例えば2nm以下の範囲などの狭い波長範囲内の光を放出する光源、さらには特定の波長の光(すなわち、単色光)を放出する光源によって照射することを含む。方法が狭帯域光源によって照射することを含む場合、対象の狭帯域光源プロトコルは、限定はしないが、狭波長LED、レーザダイオード、または1つもしくは複数の光学バンドパスフィルタ、回折格子、モノクロメータ、もしくはそれらの任意の組合せに結合された広帯域光源を含むことがある。
特定の実施形態では、方法は、1つまたは複数のレーザによって試料に照射することを含む。上述したように、レーザの種類および数は、試料、および収集される所望の光に応じて様々であり、ガスレーザ、例えば、ヘリウム−ネオンレーザ、アルゴンレーザ、クリプトンレーザ、キセノンレーザ、窒素レーザ、CO2 レーザ、COレーザ、アルゴン−フッ素(ArF)エキシマレーザ、クリプトン−フッ素(KrF)エキシマレーザ、キセノン塩素(XeCl)エキシマレーザ、またはキセノン−フッ素(XeF)エキシマレーザ、またはそれらの組合せでよい。他の場合、本発明の方法は、スチルベン、クマリン、またはローダミンレーザなどの色素レーザによってフローストリームを照射することを含む。さらに他の場合、方法は、ヘリウム−カドミウム(HeCd)レーザ、ヘリウム−水銀(HeHg)レーザ、ヘリウム−セレン(HeSe)レーザ、ヘリウム−銀(HeAg)レーザ、ストロンチウムレーザ、ネオン−銅(NeCu)レーザ、銅レーザ、または金レーザ、およびこれらの組合せなど、金属−蒸気レーザによってフローストリームを照射することを含む。さらに他の場合、方法は、ルビーレーザ、Nd:YAGレーザ、NdCrYAGレーザ、Er:YAGレーザ、Nd:YLFレーザ、Nd:YVO4 レーザ、Nd:YCa4 O(BO33 レーザ、Nd:YCOBレーザ、チタンサファイアレーザ、ツリウムYAGレーザ、イッテルビウムYAGレーザ、Yb23 レーザ、またはセリウムドープレーザ、およびそれらの組合せなど、固体レーザによってフローストリームを照射することを含む。
試料は、1つ以上の上述した光源、例えば2つ以上の光源、例えば3つ以上の光源、例えば4つ以上の光源、例えば5つ以上の光源、さらには例えば10個以上の光源によって照射されることがある。光源は、光源のタイプの任意の組合せを含むことがある。例えば、いくつかの実施形態では、本発明の方法は、1つまたは複数のガスレーザ、1つまたは複数の色素レーザ、および1つまたは複数の固体レーザを有するアレイなど、レーザのアレイによってフローストリーム中の試料を照射することを含む。
試料は、200nm〜1500nm、例えば250nm〜1250nm、例えば300nm〜1000nm、例えば350nm〜900nm、さらには例えば400nm〜800nmの範囲内の波長で照射されることがある。例えば、光源が広帯域光源である場合、試料は200nm〜900nmの波長で照射されることがある。他の場合、光源が複数の狭帯域光源を含む場合、試料は、200nm〜900nmの範囲内の特定の波長で照射されることがある。例えば、光源は、200nm〜900nmの波長範囲を有する光をそれぞれ独立して放出する複数の狭帯域LED(1nm〜25nm)でもよい。他の実施形態では、狭帯域光源は、1つまたは複数のレーザ(レーザアレイなど)を含み、試料は、上述したようなガスレーザ、エキシマレーザ、色素レーザ、金属蒸気レーザ、および固体レーザを有するレーザアレイなどにより、200nm〜700nmの範囲内の特定の波長で照射される。
2つ以上の光源が採用される場合、試料は、同時にもしくは順次に、またはそれらの組合せで光源によって照射されてよい。例えば、各光源によって同時に試料が照射されてもよい。他の実施形態では、各光源によって順次にフローストリームが照射される。試料を順次に照射するために2つ以上の光源が採用される場合、各光源が試料を照射する時間は、独立して、0.001マイクロ秒以上、例えば0.01マイクロ秒以上、例えば0.1マイクロ秒以上、例えば1マイクロ秒以上、例えば5マイクロ秒以上、例えば10マイクロ秒以上、例えば30マイクロ秒以上、さらには例えば60マイクロ秒以上でよい。例えば、方法は、0.001マイクロ秒〜100マイクロ秒、例えば0.01マイクロ秒〜75マイクロ秒、例えば0.1マイクロ秒〜50マイクロ秒、例えば1マイクロ秒〜25マイクロ秒、さらには例えば5マイクロ秒〜10マイクロ秒の範囲内の期間、光源(例えば、レーザ)によって試料を照射することを含むことがある。2つ以上の光源によって試料が順次に照射される実施形態では、各光源によって試料が照射される期間は同じでも異なっていてもよい。
各光源による照射間の時間間隔も必要に応じて様々な値を取り得、0.001マイクロ秒以上、例えば0.01マイクロ秒以上、例えば0.1マイクロ秒以上、例えば1マイクロ秒以上、5マイクロ秒以上、例えば10マイクロ秒以上、例えば15マイクロ秒以上、例えば30マイクロ秒以上、さらには例えば60マイクロ秒以上の遅延で独立して間隔を空けられる。例えば、各光源による照射間の時間間隔は、0.001マイクロ秒〜60マイクロ秒、例えば0.01マイクロ秒〜50マイクロ秒、例えば0.1マイクロ秒〜35マイクロ秒、例えば1マイクロ秒〜25マイクロ秒、さらには例えば5マイクロ秒〜10マイクロ秒の範囲内でよい。特定の実施形態では、各光源による照射間の時間間隔は、10マイクロ秒である。2つよりも多い(すなわち、3つ以上の)光源によって試料が順次に照射される実施形態では、各光源による照射間の遅延は同じでも異なっていてもよい。
試料は、連続的にまたは離散間隔で照射することができる。いくつかの場合、方法は、光源によって連続的に試料を照射することを含む。他の場合、試料は、離散間隔で、例えば0.001ミリ秒毎、0.01ミリ秒毎、0.1ミリ秒毎、1ミリ秒毎、10ミリ秒毎、100ミリ秒毎、さらには1000ミリ秒毎、または何らかの他の間隔で光源によって照射される。
光源に応じて、試料は、例えば0.01mm以上、例えば0.05mm以上、例えば0.1mm以上、例えば0.5mm以上、例えば1mm以上、例えば2.5mm以上、例えば5mm以上、例えば10mm以上、例えば15mm以上、例えば25mm以上、さらには例えば50mm以上の様々な距離から照射することができる。また、照射の角度も様々な値を取り得、10°〜90°の範囲内、例えば15°〜85°、例えば20°〜80°、例えば25°〜75°、さらには例えば30°〜60°、例えば90°の角度である。
上で論じたように、いくつかの実施形態では、照射された試料からの光は、本明細書で述べた光学的に位置合わせされた集光システムを通して搬送され、1つまたは複数の検出器によって測定される。本発明の方法を実施する際、光はマウントおよびコネクタを通して伝播される。次いで、光は、コネクタの遠位端にあるオリフィスプレートの1つまたは複数のピンホールを通されて、集光システムに入る。集光システムからの光は、1つ以上の波長、例えば5つ以上の異なる波長、例えば10個以上の異なる波長、例えば25個以上の異なる波長、例えば50個以上の異なる波長、例えば100個以上の異なる波長、例えば200個以上の異なる波長、例えば300個以上の異なる波長で、さらには例えば400個以上の異なる波長で収集された光を測定する検出器に向けられる。
いくつかの実施形態では、方法は、収集された光をある範囲の波長(例えば、200nm〜1000nm)にわたって測定することを含む。例えば、方法は、200nm〜1000nmの波長範囲の1つまたは複数にわたって光のスペクトルを収集することを含むことがある。さらに他の実施形態では、方法は、収集された光を1つまたは複数の特定の波長で測定することを含む。例えば、収集された光は、450nm、518nm、519nm、561nm、578nm、605nm、607nm、625nm、650nm、660nm、667nm、670nm、668nm、695nm、710nm、723nm、780nm、785nm、647nm、617nmの1つまたは複数、およびこれらの任意の組合せで測定されることがある。特定の実施形態では、方法は、特定のフルオロフォアの蛍光ピーク波長に対応する光の波長を測定することを含む。
収集された光は、連続的にまたは離散間隔で測定することができる。いくつかの場合、方法は、連続的に光の測定を行うことを含む。他の場合、光は離散間隔で測定され、例えば、0.001ミリ秒毎、0.01ミリ秒毎、0.1ミリ秒毎、1ミリ秒毎、10ミリ秒毎、100ミリ秒毎、さらには1000ミリ秒毎、または何らかの他の間隔で光を測定する。
収集された光の測定は、本発明の方法中に1回以上、例えば2回以上、例えば3回以上、例えば5回以上、さらには例えば10回以上行うことができる。特定の実施形態では、光伝播が2回以上測定され、特定の場合にはデータの平均が取られる。
光測定は、任意の好適なプロトコルで行うことができ、そのようなプロトコルは、限定はしないが、光センサまたは光検出器を含み、光検出器の中でもとりわけ、例えばアクティブピクセルセンサ(APS)、アバランシェフォトダイオード、イメージセンサ、電荷結合素子(CCD)、増感型電荷結合素子(ICCD)、発光ダイオード、フォトンカウンタ、ボロメータ、焦電検出器、フォトレジスタ、光起電力セル、フォトダイオード、光電子増倍管、フォトトランジスタ、量子ドットフォトコンダクタ、またはフォトダイオード、およびそれらの組合せを含む。特定の実施形態では、伝送された光は、電荷結合素子(CCD)、半導体電荷結合素子(CCD)、アクティブピクセルセンサ(APS)、相補型金属酸化物半導体(CMOS)イメージセンサ、またはN型金属酸化物半導体(NMOS)イメージセンサによって測定される。特定の実施形態では、光は、電荷結合素子(CCD)によって測定される。伝送された光がCCDによって測定される場合、CCDの能動検出表面積は様々な値を取り得、例えば0.01cm2 〜10cm2 、例えば0.05cm2 〜9cm2 、例えば0.1cm2 〜8cm2 、例えば0.5cm2 〜7cm2 、さらには例えば1cm2 〜5cm2 である。
いくつかの実施形態では、方法は、検出器での測定前に光を調整することを含む。例えば、収集された光を1つまたは複数の追加のレンズ、ミラー、ピンホール、スリット、回折格子、光屈折器、およびそれらの任意の組合せに通すことができる。いくつかの場合、収集された光は、例えば検出器の作動面上に向けられる光のプロファイルを縮小するように、1つまたは複数の集束レンズに通される。他の場合、試料からの放出光は、例えば検出器の作動面上に向けられる光のプロファイルを拡大するために1つまたは複数の縮小レンズに通される。
さらに他の場合、方法は、光をコリメートすることをさらに含む。例えば、本発明の光学的に位置合わせされた集光システムを通して伝播された光は、1つまたは複数のコリメートレンズ、コリメートミラー、またはそれらの組合せに光を通すことによってさらにコリメートされてもよい。さらに他の場合、方法は、本発明の光学的に位置合わせされた集光システムを通して伝播される光を1つまたは複数の波長分離器に通すことをさらに含む。特定の実施形態による波長分離は、多色光の特定の波長または波長範囲を選択的に透過または遮断することを含むことがある。光の波長を分離するために、光は、限定はしないが、波長分離プロトコルの中でもとりわけ、着色ガラス、バンドパスフィルタ、干渉フィルタ、ダイクロイックミラー、回折格子、モノクロメータ、およびそれらの組合せを含む任意の好適な波長分離プロトコルに通されることがある。
キット
本発明の態様はキットをさらに含み、ここで、キットは、1つまたは複数のコネクタと、コネクタをマウントに結合するためのアダプタと、オリフィスプレートをコネクタに結合するためのアダプタと、集光構成要素をコネクタに結合するためのアダプタと、光学的調整構成要素と、オリフィスプレートと、本明細書で述べたような集光構成要素(例えば、光ファイバ光中継システムまたは自由空間光中継システム)とを備える。
いくつかの実施形態では、キットは、本明細書で開示される集光システムの構成要素の2つ以上、例えば3つ以上、さらには例えば5つ以上を含む。いくつかの実施形態では、キットは、光ファイバ光中継システムに結合するように構成された遠位端を有する第1のコネクタと、自由空間光中継システムに結合するように構成された遠位端を有する第2のコネクタとを備える。
いくつかの場合、キットは、1つまたは複数のアッセイ成分(例えば、上述したような標識された試薬、緩衝液など)を含むことができる。いくつかの場合、キットは、試料採取デバイス、例えば、必要に応じて、全血試料を得るために皮膚を穿刺す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むことがある。
キットの様々なアッセイ成分は、個別の容器内に収容されていてよく、またはそれらの一部もしくは全部が予め混合されていてもよい。例えば、いくつかの場合、キットの1つまたは複数の構成要素、例えばコネクタ、オリフィスプレートは、密閉されたポーチ、例えば滅菌箔ポーチまたはエンベロープ内に入れられている。
上記の構成要素に加えて、本発明のキットは、(特定の実施形態では)本発明の方法を実施するための指示をさらに含むことがある。これらの指示は、様々な形態で本発明のキットに含まれることがあり、それらの1つまたは複数がキットに含まれることがある。これらの指示が取り得る1つの形態は、キットのパッケージングおよび添付文書などにおける適切な媒体または基体に印刷された情報、例えば情報が印刷された紙片としてのものである。これらの指示のさらに別の形態は、情報が記録されているコンピュータ可読媒体、例えばディスケット、コンパクトディスク(CD)、およびポータブルフラッシュドライブなどである。存在し得るこれらの指示のさらに別の形態は、遠隔のサイトにある情報にアクセスするためにインターネットを介して使用されることがあるウェブサイトアドレスである。
利用可能性
本発明の光学的に位置合わせされた集光システム、およびそのような集光システムを組み立てて使用するための方法は様々な用途があり、後で位置合わせし直すまたは較正する必要なく、様々なタイプの集光システム間、例えば光ファイバ光中継システムと自由空間光中継システムとの間で交換可能であることが必要であるか、または望ましい。さらに、本発明のシステムおよび方法は、フローストリーム中の試料から収集される光の量を増加するために利用される。特定の場合、本開示は、フローサイトメータ内のフローストリーム中で照射された試料から収集された光の測定を向上するために利用される。本開示の実施形態は、研究および高スループット実験室試験などにおいて、フローサイトメトリでの放出測定の有効性を向上させることが望まれる場合に利用される。本開示はまた、細胞選別精度の改良、粒子収集の向上、エネルギー消費の低減、粒子帯電効率、より正確な粒子充填、および細胞選別中の粒子偏向の向上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利用される。
本開示はまた、研究、実験室試験、または療法での使用のために、生物学的試料から調製された細胞が望まれることがある用途で利用される。いくつかの実施形態では、本発明の方法およびデバイスは、ターゲット流体または組織生物学的試料から調製される個々の細胞を得ることを容易にすることができる。例えば、本発明の方法およびシステムは、癌などの疾患に関する研究または診断標本として使用すべき流体または組織試料からの細胞を得ることを容易にする。同様に、本発明の方法およびシステムは、療法で使用すべき流体試料または組織試料からの細胞を得ることを容易にする。本開示の方法およびデバイスは、従来のフローサイトメトリシステムと比較して、効率が向上され、かつ低コストで、生物学的試料(例えば、臓器、組織、組織断片、流体)から細胞を分離および収集することを可能にする。
添付の請求項にもかかわらず、本明細書に記載される開示は、以下の付記によっても定義される。
1.光を受け取るためのオリフィスと、カメラに結合するために構成されたアダプタと、遠位端にレンズを取り付けるための第1の固定手段とを有するマウント、ならびに、
アライナと、マウント、オリフィスプレート、および集光構成要素に解放可能に結合し、かつそれらの間の光学的位置合わせを維持する第2の固定手段とを有する、オリフィスプレートに結合されるように構成されたコネクタ
を備える集光システム。
2.コネクタと集光構成要素との間に位置決めされたオリフィスプレートをさらに備える付記1に記載の集光システム。
3.オリフィスプレートは、コネクタおよび集光構成要素の1つまたは複数に解放可能に取り付けられるように構成されている付記2に記載の集光システム。
4.オリフィスプレートは、コネクタおよび集光構成要素に解放可能に取り付けられるように構成されている付記3に記載の集光システム。
5.オリフィスプレートは、ピンホールミラーを有する付記2〜4のいずれか一つに記載の集光システム。
6.オリフィスプレートは、5つ以上のオリフィスを有する付記2〜5のいずれか一つに記載の集光システム。
7.オリフィスプレートは、スリットを有する付記2〜6のいずれか一つに記載の集光システム。
8.集光構成要素をさらに備える付記1〜7のいずれか一つに記載の集光システム。
9.集光構成要素は光ファイバ光中継束である付記8に記載の集光システム。
10.集光構成要素は自由空間光中継システムである付記8に記載の集光システム。
11.自由空間光中継システムは、波長分離器を有する付記10に記載の集光システム。
12.自由空間光中継システムは、プリズムを有する付記7に記載の集光システム。
13.アライナは、突起、ダボ、溝、ノッチ、皿穴、深座ぐり、および穴からなる群から選択される位置合わせ構成要素である付記1〜12のいずれか一つに記載の集光システム。
14.アライナはダボである付記13に記載の集光システム。
15.アライナは圧入ダボである付記14に記載の集光システム。
16.第1の固定手段および第2の固定手段は、磁石、ラッチ、ヒンジ、繋留具、フックアンドループ固定手段、およびねじ山からなる群から独立して選択される付記1〜15のいずれか一つに記載の集光システム。
17.第1の固定手段および第2の固定手段はねじ山である付記16に記載の集光システム。
18.自由空間光中継システム、
光を受け取るためのオリフィスと、カメラに結合するために構成されたアダプタと、遠位端にレンズを取り付けるための第1の固定手段とを有するマウント、ならびに、
アライナと、マウント、オリフィスプレート、および自由空間光中継システムに解放可能に結合し、かつそれらの間の光学的位置合わせを維持する第2の固定手段とを有する、オリフィスプレートに結合されるように構成されたコネクタ
を備える、光学的に位置合わせされた集光システム。
19.コネクタと自由空間光中継システムとの間に位置決めされたオリフィスプレートをさらに備える付記18に記載の集光システム。
20.オリフィスプレートは、コネクタおよび自由空間光中継システムの1つまたは複数に解放可能に取り付けられるように構成されている付記19に記載の集光システム。
21.オリフィスプレートは、コネクタおよび自由空間光中継システムに解放可能に取り付けられるように構成されている付記20に記載の集光システム。
22.オリフィスプレートはピンホールミラーである付記19〜21のいずれか一つに記載の集光システム。
23.オリフィスプレートは、5つ以上のオリフィスを有する付記19〜21のいずれか一つに記載の集光システム。
24.オリフィスプレートは、スリットを有する付記19〜23のいずれか一つに記載の集光システム。
25.アライナは、突起、ダボ、溝、ノッチ、皿穴、深座ぐり、および穴からなる群から選択される位置合わせ構成要素である付記18〜24のいずれか一つに記載の集光システム。
26.アライナはダボである付記25に記載の集光システム。
27.アライナは圧入ダボである付記26に記載の集光システム。
28.第1の固定手段および第2の固定手段は、磁石、ラッチ、ヒンジ、繋留具、フックアンドループ固定手段、およびねじ山からなる群から独立して選択される付記18〜27のいずれか一つに記載の集光システム。
29.第1の固定手段および第2の固定手段はねじ山である付記28に記載の集光システム。
30.光ファイバ束、
光を受け取るためのオリフィスと、カメラに結合するために構成されたアダプタと、アダプタの遠位端にレンズを取り付けるための第1の固定手段とを有するマウント、ならびに、
アライナと、マウント、オリフィスプレート、および光ファイバ束に解放可能に結合し、かつそれらの間の光学的位置合わせを維持する第2の固定手段とを有する、オリフィスプレートに結合されるように構成されたコネクタ
を備える、光学的に位置合わせされた集光システム。
31.コネクタと光ファイバ束のヘッドとの間に位置決めされたオリフィスプレートをさらに備える付記30に記載の集光システム。
32.オリフィスプレートは、コネクタと光ファイバ束のヘッドとの1つまたは複数に解放可能に取り付けられるように構成されている付記31に記載の集光システム。
33.オリフィスプレートは、コネクタと、光ファイバ束のヘッドとに解放可能に取り付けられるように構成されている付記32に記載の集光システム。
34.オリフィスプレートは、ピンホールミラーを有する付記31〜33のいずれか一つに記載の集光システム。
35.オリフィスプレートは、5つ以上のオリフィスを有する付記31〜34のいずれか一つに記載の集光システム。
36.オリフィスプレートは、スリットを有する付記31〜35のいずれか一つに記載の集光システム。
37.アライナは、突起、ダボ、溝、ノッチ、皿穴、深座ぐり、および穴からなる群から選択される位置合わせ構成要素である付記30〜36のいずれか一つに記載の集光システム。
38.アライナはダボである付記37に記載の集光システム。
39.アライナは圧入ダボである付記38に記載の集光システム。
40.第1の固定手段および第2の固定手段は、磁石、ラッチ、ヒンジ、繋留具、フックアンドループ固定手段、およびねじ山からなる群から独立して選択される付記30〜39のいずれか一つに記載の集光システム。
41.第1の固定手段および第2の固定手段はねじ山である付記40に記載の集光システム。
42.集光システムを組み立てる方法であって、
コネクタの近位端にある第1のアライナをマウントの遠位端にある第2のアライナに接続することにより、コネクタをマウントに結合するステップと、
オリフィスプレートをコネクタの遠位端に取り付けるステップと、
集光システムをコネクタの遠位端に結合するステップと
を含み、
第1のアライナを第2のアライナに接続することは、マウントおよびオリフィスプレートを集光システムと光学的に位置合わせするために十分なものである方法。
43.第1のアライナは、突起、ダボ、溝、ノッチ、皿穴、深座ぐり、および穴からなる群から選択される位置合わせ構成要素である付記42に記載の方法。
44.第1のアライナはダボである付記43に記載の方法。
45.第1のアライナは圧入ダボである付記44に記載の方法。
46.第2のアライナは、突起、ダボ、溝、ノッチ、皿穴、深座ぐり、および穴からなる群から選択される位置合わせ構成要素である付記42〜45のいずれか一つに記載の方法。
47.第2のアライナはノッチである付記46に記載の方法。
48.オリフィスプレートは、ピンホールミラーを有する付記42〜47のいずれか一つに記載の方法。
49.オリフィスプレートは、5つ以上のオリフィスを有する付記42〜48のいずれか一つに記載の方法。
50.オリフィスプレートは、スリットを有する付記42〜49のいずれか一つに記載の方法。
51.集光構成要素は光ファイバ光中継束である付記42〜50のいずれか一つに記載の方法。
52.集光構成要素は自由空間光中継システムである付記42〜50のいずれか一つに記載の方法。
53.集光システムが、フローサイトメータに一体化されている付記42〜52のいずれか一つに記載の方法。
54.カメラをマウントの近位端に結合するステップをさらに含む付記53に記載の方法。
55.集光システムを取り外すステップと、異なる集光システムをコネクタの遠位端に結合するステップとをさらに含む付記54に記載の方法。
56.オリフィスプレートを取り外すステップと、異なるオリフィスプレートをコネクタの遠位端に取り付けるステップとをさらに含む付記55に記載の方法。
57.コネクタを取り外すステップと、異なるコネクタをマウントの遠位端に接続するステップとをさらに含む付記42〜56のいずれか一つに記載の方法。
58.光源と、
光を受け取るためのオリフィスと、カメラに結合するために構成されたアダプタと、遠位端にレンズを取り付けるための第1の固定手段とを有するマウント、ならびに、アライナと、マウント、オリフィスプレート、および集光構成要素に解放可能に結合し、かつそれらの間の光学的位置合わせを維持する第2の固定手段とを有する、オリフィスプレートに結合されるように構成されたコネクタを備える集光システムと、
集光構成要素からの光の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。
59.光源はレーザである付記58に記載のシステム。
60.システムはフローサイトメータである付記58または59に記載のシステム。
61.集光システムは、1つまたは複数の光学的調整構成要素を備える付記58〜60のいずれか一つに記載のシステム。
62.集光構成要素は光ファイバ光中継束である付記58〜61のいずれか一つに記載のシステム。
63.集光構成要素は自由空間光中継システムである付記58〜61のいずれか一つに記載のシステム。
64.光源によって検査フィールド内でフローストリーム中の試料を照射するステップと、
フローストリーム中の試料から放出された光を集光システムによって収集するステップと、
収集された光を1つまたは複数の波長で測定するステップと
を含み、
集光システムは、
光を受け取るためのオリフィスと、カメラに結合するために構成されたアダプタと、遠位端にレンズを取り付けるための第1の固定手段とを有するマウント、ならびに、
アライナと、マウントおよび集光構成要素に解放可能に結合し、かつそれらの間の光学的位置合わせを維持する第2の固定手段とを有する、オリフィスプレートに結合されるように構成されたコネクタ
を備える、方法。
65.フローストリームが、200nm〜800nmの波長での光源によって照射される付記64に記載の方法。
66.光源はレーザである付記64または65に記載の方法。
67.集光構成要素は光ファイバ光中継束である付記64〜66のいずれか一つに記載の方法。
68.集光構成要素は自由空間光中継システムである付記64〜66のいずれか一つに記載の方法。
69.収集された光の波長を分離するステップをさらに含む付記64〜68のいずれか一つに記載の方法。
70.集光システムは、コネクタと集光構成要素との間に位置決めされたオリフィスプレートをさらに備える付記69に記載の方法。
71.収集された光がオリフィスプレートによって分離される付記70に記載の方法。
72.オリフィスプレートは、ピンホールミラーを有する付記71に記載の方法。
73.オリフィスプレートは、5つ以上のオリフィスを有する付記71または72に記載の方法。
74.オリフィスプレートは、スリットを有する付記71〜73のいずれか一つに記載の方法。
75.光を受け取るためのオリフィスと、カメラに結合するために構成されたアダプタと、遠位端にレンズを取り付けるための第1の固定手段とを有するマウント、
アライナと、マウントおよび集光構成要素に解放可能に結合し、かつそれらの間の光学的位置合わせを維持する第2の固定手段とを有するコネクタ、ならびに、
2つ以上のオリフィスプレート
を備えるキット。
76.オリフィスプレートはピンホールミラーである付記75に記載のキット。
77.異なる集光構成要素に解放可能に結合するように構成された第2のコネクタをさらに備える付記75または76に記載のキット。
78.第1のコネクタは、光ファイバ光中継束に解放可能に結合するように構成され、および、第2のコネクタは、自由空間中継システムに解放可能に結合するように構成される付記77に記載のキット。
上記の本発明は、理解しやすくするために図示および例によっていくぶん詳細に述べられてきたが、本開示の教示に照らして、添付の特許請求の範囲の趣旨または範囲から逸脱することなくその特定の変更形態および修正形態がなされ得ることが当業者には容易に明らかである。
したがって、上記は単に本発明の原理を例示するにすぎない。当業者であれば、本明細書に明示的に記載または図示されていないが、本発明の原理を具現化し、本発明の趣旨および範囲内に含まれる様々な構成を考案できることが理解されるであろう。さらに、本明細書に記載した全ての例および条件付き言語は、主に本発明の原理を読者が理解するのを補助することを意図されており、そのような具体的に記載された例および条件に限定しない。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態、ならびにそれらの具体的な例を記載する本明細書での全ての記述は、それらの構造的均等物と機能的均等物との両方を包含するものと意図されている。さらに、そのような均等物は、現在知られている均等物と、将来開発される均等物との両方、すなわち、構造に関わらず同じ機能を果たす任意の開発される要素を含むことが意図される。したがって、本発明の範囲は、本明細書に図示されて記載された例示的な実施形態に限定されることは意図されていない。むしろ、本発明の範囲および趣旨は添付の特許請求の範囲によって具現化される。
関連出願の相互参照
本願は、2015年3月6日に出願された米国仮特許出願第62/129,570号明細書に対する優先権を主張するものであり、上記出願の開示は参照により本明細書に援用される。

Claims (14)

  1. 近位端および遠位端を有するマウント、ならびに、
    近位端および遠位端を有するコネクタ
    を備えており、
    前記マウントは、
    前記マウントの近位端で光源からの光を受け取るためのオリフィスと、
    カメラに結合するように前記マウントに位置決めされたアダプタと、
    前記マウントの遠位端にレンズを取り付けるための第1の固定手段と
    前記マウントの遠位端に位置決めされた第1のアライナと
    を有し、
    前記コネクタの近位端は、前記マウントの遠位端に結合するように構成されており、
    前記コネクタの遠位端は、オリフィスプレートに解放可能に取り付けられるように構成されており、
    前記コネクタは、
    前記コネクタの近位端を前記マウントの遠位端に位置合わせする第2のアライナと、
    前記コネクタの近位端を前記マウントの遠位端に解放可能に結合し、前記マウントの近位端および遠位端、前記コネクタの近位端および遠位端、ならびに前記オリフィスプレート間の光学的位置合わせを維持する第2の固定手段と
    を有することを特徴とする集光システム。
  2. 前記コネクタの遠位端に位置決めされたオリフィスプレートをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の集光システム。
  3. 前記オリフィスプレートは、ピンホールミラーを有することを特徴とする請求項2に記載の集光システム。
  4. 前記オリフィスプレートは、5つ以上のオリフィスを有することを特徴とする請求項2に記載の集光システム。
  5. 前記オリフィスプレートは、スリットを有することを特徴とする請求項2に記載の集光システム。
  6. 集光構成要素をさらに備えることを特徴とする請求項に記載の集光システム。
  7. 前記第1のアライナおよび第2のアライナは、突起、ダボ、溝、ノッチ、皿穴、深座ぐり、および穴からなる群から選択される位置合わせ構成要素であることを特徴とする請求項1に記載の集光システム。
  8. 前記第1の固定手段および第2の固定手段は、磁石、ラッチ、ヒンジ、繋留具、フックアンドループ固定手段、およびねじ山からなる群から独立して選択されることを特徴とする請求項1に記載の集光システム。
  9. 自由空間光中継システムまたは光ファイバ束と、
    請求項1〜のいずれか一項に記載の集光システムと
    を備えることを特徴とする光学的に位置合わせされた集光システム。
  10. 集光システムを組み立てる方法であって
    リフィスプレートを、請求項1〜8のいずれか一項に記載の集光システムの前記コネクタの遠位端に取り付けるステップと、
    固定手段にて集光システムを前記コネクタの遠位端に結合するステップと
    を含み、
    前記第1のアライナを前記第2のアライナに接続することは、前記マウントおよびオリフィスプレートを前記集光システムと光学的に位置合わせするために十分なものであることを特徴とする方法。
  11. 光源と、
    請求項1〜のいずれか一項に記載の集光システムと、
    光構成要素からの光の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。
  12. 光源によって検査フィールド内でフローストリーム中の試料を照射するステップと、
    前記フローストリーム中の前記試料によって放出された光を、請求項1〜のいずれか一項に記載の集光システムを通して収集するステップと、
    収集された光を1つまたは複数の波長で測定するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  13. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の集光システム、ならびに、
    2つ以上のオリフィスプレート
    を備えることを特徴とするキット。
  14. 前記オリフィスプレートは、固定手段により前記集光構成要素に解放可能に取り付けられるように構成されていることを特徴とする請求項6に記載の集光システム。
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