JPS62126328A - 試料中の分析物の特徴を確定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は分析物によって変調した光を測定することによ
って分析物の特徴を確定する装置に関する。

環境を取りまく物質の広範はスペクトルにおいて、ます
まず複雑なアレーを測定しようとする要求は、相変らず
大きく根強いものがある。例えば、１９５０年代にラジ
オイムノアッセイが出現して以来、多数の生理学的に活
性な化合物を測定する技術が多数開発されてきた。生化
学および分子生物学の急速な進歩に伴って、多数の化合
物が解明されてきた。この目的に向かって、興味のある
分析物を迅速に容易に確定する新たな技術および新規な
装置が日夜開発されている。

検定および検定結果を測定する装置の開発において、各
原理規則は全くさまざまであり一貫した規則性というも
のがない。化学、物理、免疫学、酵素学および電子工学
などは、化学検定の分野において適用できる原理規則を
ほんのわずかしか提供して（れるにすぎない。従って、
１つの分野において適用可能な装置を部分的に変更すれ
ば異った分野において使用できるかといえば必ずしもそ
うではない。

多くの用途の場合、光変調試料の斑点は例えば紙の表面
上に生成される。光の変調は光を吸収し、光を反射し、
光を敗乱し、螢光を生成し、または光に影響を与える斑
点により行われる。この光の性質の変化は斑点における
信号生成化合物の特徴を表わす。この光は電荷結合装置
、電荷注入装置またはフォトダイオードのようない（つ
かの装置によって読み取ることができる。

これらの装置は、装置に当たった光の量に比例して電気
的に応答して生じた光電効果により作動するものである
。このアナログ１３号は標本として用いられ、装置に当
たった光の量を測定する。これらアナログの値はＡ／Ｄ
　（アナログ−デジタル）変換器によってデジタルの値
を変換し、これにより始めてデータはコンピュータによ
り分析することができる。信号の実際の値を測定し、ま
たは特別な信号に達するまでに要する時間を測定するこ
とにより、装置に当たった光の量を測定することができ
る。

影像（イメージング）処理の領域における化学分野を除
けば、最近の開発技術においては影像処理のために光学
的ダイナミックＲＡ　Ｍ　（ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓ
　ｍｅｍｏｒｙ）が使用されている。ダイナミ、：、り
ＲＡＭは一連のメモリセルを有しており、各セルは記憶
キャパシタのように作用する。この記憶キャパシタはそ
こに記憶された電圧、即ちデジタルの１または０の値の
ような表示された規準レベルを越える電圧またはそれ未
満の電圧を有している。

漏れ電流はキャパシタの電圧を低下させるので、各メモ
リセルはダイナミックＲＡＭ内で周期的にリフレッシュ
され、これによりデータを完全に保持することができる
。ＲＡＭの表面が光にさらされると、この光は光電流を
生じ、この光電流が電流の漏れをさらに引き起こす。Ｒ
ＡＭに当たる光の量は、各メモリセルが論理ｌから論理
Ｏに低下する時間の量を測定することにより測定するこ
とができる。

ダイナミックＩＯＡＭの光学的使用については米国特許
第４４４，１２５号に述べられており、詳細はその特許
明細書を参照されたい。

本発明は信号変調成分によって変調された光を測定する
ことによって、検定サイト（または分析部位）における
興味のある分析物に関する信号変調または発生成分の特
徴を確定する装置に係わる。

光源は１つ以上の検定サイトおよび基準サイトを均一に
照射し、照射が不均一な場合、不均一な状態を修正する
プログラムによって修正を行うことができる。光は上記
サイトからＲＡＭの一群のメモリセル上に配向される。

メモリセルは一定時間照射した光により論理ｌから論理
Ｏに低下し、ごの時間は光の強度並びに１およびＯの差
を表わすメモリセルの基準電圧の函数である。上記群の
メモリセルのデジタル状態は所定の露光時間後に４１１
１定される。検定サイトに対応する一群のメモリセルの
測定した状態は、一群の基準のメモリセルの状態と比較
される。次に、測定した状態を分析して、信号変調成分
からの信号を測定し、ざらに分析物の特徴と関連づける
。

１つ態様において、メモリセルのデジタル状態を周期的
に測定し、かつ５０％のセルがデジタルｌからデジタル
Ｏに変化する時間の星を測定する。

この時間の量は、光によって５０％のメモリセルが信号
変調成分の不在の下で性質を変化させる時間の量のよう
な標【Ｖ的な値と比較する。次に分析物の特性を２つの
異なる時間から確定する。

他の態様の場合、メモリセルの基準レベルを変化させ、
これによりＲＡＭの感度を変更することができる。この
基準レベルは通常０から５ボルトの電圧の値であり、特
定の電圧がデジタル０（基ｒ上値未満）またはデジタル
ｌ　（基準値超過）とみなされるかどうかを明らかにす
るものとして使用される。次に、特定の時間内において
５０％のメモリセルを放電する基準レベルを測定する。

従って、本発明はあるサイトからの光の量を直接デジタ
ル表示するものであるが、これに対して先行技術の装置
は光をアナログで測定、表示するので、このアナログの
値はコンピュータによって分析するためにデジタルの値
に変換しなければならない。本発明は独特の技術により
達成されるものであり、即ち化学的分析物の特性は通常
信号変調成分との直接的または間接的な相互作用により
、所望の感度で、デジタル光学ＲＡＭを用いて、かつＪ
、％　ｆ４％レベルまたは灰色スケールを生成する時間
を変更することにより測定することができる。

複数の検定サイトのそれぞれに対して異なったブロック
のメモリセルを選定することにより、複数の結果を本質
的に同時に報告することができる。

試料の不均一性は１つのブロックにおける全てのメモリ
セルの値を平均化することにより補償することができる
。

第１図は光学ＲＡＭの単一メモリセルの電圧に関するグ
ラフを示している。電圧レベルｌＯは５■において開始
し、メモリセルに当たる光によって引き起こされる光電
流の漏れのために時間と共にＯＶまで低下している。光
による上記漏れは、光が時間Ｉ２において照射された時
から始まっている。他の原因による漏れも存在しており
、メモリセルは光が照射される直前に５■までリフレッ
シュしていることが好ましい。露光は光を照射すること
により、好ましくはすでに照射されている光でメモリセ
ルを論理ｌまでリフレッシュすることにより開始するこ
とができる。電圧の値が基準レベル１４を越えている限
り、メモリセルの読み出しは論理ｌを表示する。電圧レ
ベルが基準レベル１４より降下すると、メモリセルは論
理０を表示する。図示されているように、読み出しは時
間１６　、１８　、２０および２２において行われる。

時間２゜は論理Ｏの読み出しを得る最初の時間である。

なぜならば電圧が基準レベル１４より下がっているから
である。時間１２と時間２０との間（またはさらに一般
的には、露光開始時点とヒント電圧が４　ｉ％レベルよ
りも下がった時点との間）の時間量を測定するごとによ
り、セルに当たった光の量が測定され、かつ同様に測定
した基準の値と比較される。この対照の値は、例えば白
紙のみ、または測定すべき信号発生化合物を載置する他
の固体または半固体の支持体によって吸収され、または
反射され、または変調された光の量である。それはまた
既知量の分析物を含む検定サイトでもある。

理解されるように、時間測定の精度は読み出しの数を増
加させることにより改善することができる。もう１つの
方法は時間１２から論理０の表示を得るまで一定の時間
で基準レベル１４を変更することである。

第２図は本発明の好ましい具体例の構成図である。光源
２４は信号発生成分２６に光を照射する。

信号発生成分２６からの光は光学１？ＡＭ　２８によっ
“ζ検出される。光学１’ｌＡＭ　２Ｂは制御回路３２
からの制御信号３０によって制御される。光学ＲＡＭ　
２Ｂからの画像データはデータライン３４に沿って制御
回路３２に送られる。

第２図のシステムの一部は第３図に示されており、第３
図においては光学ＲＡＭ　２８上に光を投射するレンズ
３６が追加的に示されている。確定すべき分析物を含む
試料の検定により生じた一連の斑点３８　、４０および
４２から発＋１１１する光は、レンズ３６を通過しメモ
リ４４　、４６および４８の３つのブロック上に斑点の
影像を描き出す。

理解されるように、本発明は均一または不均一な付着物
を定量するものである。例えば、斑点３８および４０の
面積が同じならば、かつこれらの・濃度が等しければ、
等しい読み出しがメモリブロック４４および４６から行
われる。なぜならば光は同じ数のメモリセルだけ増加ま
たは減少させるからである。さらに、同じ数のメモリセ
ル上に当たる光の量を変化させる斑点密度の変化は、特
定のメモリセルが論理ｌから論理Ｏに変化するのに必要
な時間の量を比較することによりモニターすることがで
きる。斑点が光吸収性であるならば、より濃度の高い斑
点はより濃度の低い斑点よりもメモリセルが１からＯに
変化するのにより多くの時間を必要とすることになる。

ブロック４４　、４６および４８のそれぞれには［００
個から１０００個のメモリセルが配列され、通常６４か
ら２５６（１１ｉ１のメモリセルが配列されている。検
定媒体の試料は、それらの影像がメモリセルのそのよう
なブロック内に含まれ、かつそのようなブロックの境界
線と重ならないように配置されている。

試料４２のように誤った位置に配置されると、それは補
償される。ブロック４８内において光が変化しないこと
を検出すると、およびブロック４８に隣接するメモリセ
ル内において光（論理１から論理０に変化しているメモ
リセルによって表示されているように）の変化を検出す
ると、コンピュータはブロック４８に隣接するメモリセ
ルをブロック４８′によって表されているような影像４
２をブロックに再表示する。パターン分析に関する当業
者にとって明らかなそのような「斑点の発現」ルーチン
は多数存在する。

光源は検定媒体の試料に、または試料を通して直接的な
光、間接的な光または合成した光を供給し、これにより
光学ＲＡＭの表面に光を投射する。

試料は拡散光で照射されることが好ましい。なぜならば
拡散光によれば最良のコントラストが得られるからであ
る。検定媒体試料によって吸収された光の量の変化を読
み取る時、光学ＲＡＭは大きなバックグラウンドを生成
する検定媒体試料支持体５０から直接反射光を受けない
ように配列されなければならない。

ＲＡＭの表面の性質に従って、光源はその表面より上方
に、または下方に設けられる。光は単色光または多色光
であるが、通常多色光が用いられる。複数のＬＥＤを用
いることができる。別の態様として、螢光または白熱光
を用いることもできる。

メモリセルのブロックを用いることにより、上記におい
て述べたような検定サイトにおける不均一性の解消性能
に加えて、各メモリセルの光感度の差がなくなり、これ
によりより効果的な測定結果が得られる。得られた値は
、試料の固体支持体５０からの光の値である基準値、既
知量の分析物が存在する検定サイト、またはこれらの組
み合わせ若しくは他の基準値と比較される。

−光学１１ＡＭ　２８の感光性表面は、この表面の前方
に配置された透明プレートによって保護される。このプ
レートは光学的特性を有しており、従って所望の波長を
有する光は上記プレートを通して本質的に完全に透過す
ることができる。いくつかの用途のために、上記プレー
トは標準的な方法に従ってプレート両面に非反射性塗料
を塗布し非反射性とすることもできる。透明プレートの
厚さは本発明において厳密なものではないけれども、便
宜的には主に機械的強度および光学的特性に優れたプレ
ートが望まれる。

通常、検定は一般的に固い固体支持体５０上において行
われるが、半固体支持体、例えばゲル上において行うこ
ともできる。固体支持体は透明、半透明または不透明で
あり、この場合検定媒体中における信号発生成分は表面
から検出器に放散する光の量を変調する。このことは表
面の吸収性、反射性、散乱または螢光の変化（検定によ
って引き起こされる）から生ずる。大部分の場合、検定
アレーはある領域に渡って分布している複数のナイトと
なる。６４にバイトの光学ＲＡＭは通常２つのアレーを
有しており、各アレーは長方形を有し、横に対する縦の
比が約５：１である。従って、ダイナミックＲＡＭ上に
入射した光はダイナミックＲＡＭの表面上に渡って適切
に分布していなければならない。このことはレンズ３６
によって通常行われるが、用途によっては直接照射する
ごともできる。ダイナミ・ツクＲＡＭ上に入射した光の
パターンを変化させるために用いられる光学システムに
ついては、種々のものが公知である。

採用される装置は検出器に対して適切な位置に検定媒体
支持体を配置する手段を有する。検定はいろいろな方法
に従って、かつ様々な表面上において行うことができる
。例えば、セルロース、二］・ロセルロースのような半
透明、透明または不透明な繊維表面、ガラスまたはプラ
スチックの表面のような種々の材料を用いることができ
る。上記表面はいろいろな固体支持体、？＝ｔｆｆｉ滴
定プレート、ンｅｊ、溜めホルダーまたは数個ピペット
のような容器型装置などと一体状に構成されている。

検定は分析物の様々な特徴を確定するために用いられる
。分析物は天然または合成の薬剤、化学物質または重合
体のような有機または有機金属分子、若しくはウィルス
および細胞のような集合体である。興味ある分析物とし
ては、合成医薬品、天然の生理的活性化合物、断片的ま
たは全体的なウィルスおよび細胞、例えば微生物、植物
、虫、Ｉｒ１Ｉｉ乳動物など、またはこれらの成分、市
販化合物などがある。検定は天然または合成化合物、生
理的液体中におけるウィルスまたは細胞、天然の流れま
たは処理流の成分、環境または植物中における興味ある
成分などを検出するために用いられる。

検定を行う場合、試料は同時にまたは連続的に種々の試
薬と混合し、この結果感光材料は表面に結合し、または
場合によっては表面若しくは表面に結合した感光材料と
相互作用する。感光物質としては、例えば、光吸収染料
、酵素生成物、化学反応の生成物、フン素含有物、小さ
な金属粒子などがある。重要な点は、信号（特別な検定
媒体サイトに関連する光学ＲＡＭ上に当たる光）が試料
中の分析物の量に関係していることである。

検定の結果、所定量の信号発生成分は任意の方法で光を
変調する。例えば、染料は漂白され、光吸収性が低下す
る。または、金属物質が結合されこれにより、検定サイ
トの反射性が高められる。

他の方法は試料の手ざわりに影響を及ぼし、その試料を
よりざらざらした状態にし、これにより表面の散乱状態
を変化させる。若しくは、上記表面は螢光ｈ’　ｎ＝と
なり、または透過した光が別の方法により変調される。

多くの場合、１つ以上の薬剤が表面に結合し、この結合
は配位子と受容体、例えば抗源と抗体、または各相補性
核酸系列物質間の錯体形成によって行われる。染料また
は螢光が関係する場合、通常複数の染料物質が各分析物
分子と結合し、信号を増幅させる。触媒時に酵素触媒を
用いることは好ましく、このような触媒を用いることに
よって各分析物分子に対して複数の信号形成分子が生成
される。例えば、１つの試薬は酵素と特別な結合対との
接合を含んでおり上記結合対は配位子および受容体、ま
たは各相補性核酸系列物質から成るものである。競争検
定または非競争検定のいずれかを使用することができ、
この場合分析物は均一な結合体を求めて酵素結合と競争
し、または表面と結合した相補性結合体と相補性物質−
酵素接合体との間を架橋する。検定混合物を充分な時間
放置して均一な結合物質間で錯体を生成させた後、非特
定結合酵素を洗浄除去し、現像溶液を検定サイトに加え
、この場合存在する酵素は信号生成成分を生ずる反応に
触媒作用を及ぼす。なお上記信号生成成分は光変調生成
物として作用する。

検定サイトにおいて１回または多数回測定が行われる。

所定の時点における１回の測定値は最終的な測定値であ
り、２回以上の測定が行われる場合、信号発生成分の形
成または破壊の速度または運動量が測定される。

吸収剤を塗布した紙の表面を使用し、続いて試料および
種々の試薬を特定の斑点に加える装置もまたを用なもの
である。分析物の存在は酵素結合が下方の吸収剤によっ
て吸収されることを防止し、その結実現像試薬を加えた
時に酵素反応が表面に起る。

本発明においては現存する多数の検定方法を使用するこ
とができる。これらの方法は別の媒体中で検定を行い、
この検定媒体を支持体に移動し、検定方法の一部を支持
体から離れた所で行い、かつ検定を支持体上で完結させ
ることから成り、または全工程を支持体上で行うことも
でき、この場合試料のみを添加することが必要である。

多くの測定においては特別な結合対物質の錯体形成、例
えば配位子と受容体との錯体の形成を伴い、この場合錯
体の各物質の１つには標識が付され、またはその１つの
物質は標識が付されるサイトとして作用する。例えば、
生物の小さな抗体は配位子を検出するために使用するこ
とができ、染料または螢光で標識を付したアビジンは錯
体に標識を付するために使用することができる。通常、
上記の方法は錯体の形成を伴い、従って錯体の存在は直
接的にまたは間接的に支持体に標識を付することになる
。標識が感光剤または光変調剤、例えば光吸収剤、反射
剤または螢光などである場合、これ以上試薬を必要とし
ない。標識が直接透過した光を変調しない場合、例えば
標識が透過した光を変調する生成物、例えば光変調生成
物と共に酵素を生成する場合、試薬が追加的に必要とな
る。

次に使用することのできる方法をいくつか刻示する。配
位子（抗配位子）に対する抗体を測定するために、配位
子−酵素接合体が生成され、この配位子−酵素接合体に
抗配位子が結合し、これにより酵素活性が抑制される。

配位子−酵素接合体は支持体に結合する。複数の抗体、
例えば血清型病原体に興味がある場合、異なった配位子
−酵素接合体が支持体上の異ったサイトに固定される。

試料は酵素支持体によって希釈され、この場合酵素生成
物が着色され、また）容液が種々のサイトに加えられる
。所定の時間後、色彩を基準の色彩と比較し、色彩強度
が基準のものよりも低い場合、抗配位子の存在を表す。

各サイトから透過した光を基準（抗体が結合しないサイ
トが基準として用いられる）と比較することにより、血
清型病原体が容易に検出される。この方法は多くの利点
を有している。即ち複数の測定が本質的に同じ条件の下
で同時に行われ、それら測定の差は分析物の作用のみで
ある。さらに、配位子と抗配位子との錯体形成がただ１
つの例またはいくつかの例において生ずる検定の場合、
多数のマイナスの結果が平均化され、マイナスの結果に
対する正確な）ｉ：卓として作用する。これら結果にお
ける不一致な場合ちまた検出可能であり、この場合検定
を再び行う必要がある。

別の方法は血液、血清または尿の試料中に存在する１つ
以上の薬剤を検出することである。この場合、試料は酵
素と興味のある薬物に対する抗体（抗薬物）との混合物
と混合される。混合物を放置した後、既知量の検定試料
が支持体上の複数のサイトに移動される。各サイトには
興味のある異なった薬物が結合する。種々の酵素−抗薬
物混合物の量は、試料中に薬物が不在の場合、同じ濃度
の信号発生化合物が各サイトに生成されるように調節さ
れる。支持体上に試料を放置し、全ての利用可能な抗薬
物サイトを支持体結合薬物と結合させた後、非特定結合
酵素−抗薬物混合物を洗浄除去し、酵素支持体を加えた
。螢光性生物、例えばアンヘリフェリー（ｕｍｂｅｌ　
１ｉｆｅｒｙｌ）リン酸塩を生成する非螢光支持体が加
えられ、反応速度が螢光の増加によって測定される。こ
の方法は、本質的に同じ条件の下で多数の検定を行うこ
とができ、内部基準を付与し、同時に均一な洗浄ができ
、かつ迅速な読み取りができるという点で多（の利点を
をしている。例えば、緊急に測定しなければならない場
合、少量の１つの試料があればよく、単一の処理段階で
多数の薬物を選別することができる。

多くの場合、接触および洗浄を行うためには、？′８液
を注入する多数ピペット希釈装置を用いて支持体を媒体
中に浸積するか、または自動定量測定を行う吸い上げ、
または毛管システムを用いることである。従って、各段
階は最少限の技術によって均一に行うことができ、シス
テムは誤差を少なくし均一な結果を付与することができ
る。

検定を行う場合、装置は２つ以上の基準に依存している
。電子理論をチェックする１つの基準は暗電流であり、
この場合ブロックは光から保護されている。もう１つの
基準は試料によってもまたはどのような試薬によっても
処理されない空白サイトを有することである。第３の基
準は既知量の分解質を含む試料および試薬によって処理
された１つ以上のサイトを有するこ゛とである。あるい
は、既知の値を有するマイナスまたはプラスの結果の存
在が知られている時、いずれの基準も使用する必要がな
い。１つ以上の基準を使用することにより、試料につい
て観察された値が基準と関係づけられ、より正確な測定
を得ることができる。既知量の分析物を有する複数の試
料が基準として提示される場合、コンピュータは標準的
な直線を描き、観察された値を分析物の濃度または重量
に直接変換することができる。

本発明の方法は電気泳動のような種々の他のシステムと
共に使用することができる。電気泳動においては薄いゲ
ルを使用することができ、この場合システムの各成分は
電荷、重量および形状により分離することができる。次
に酵素または染料と結合した内部添加染料、拡散プロー
ブ、特殊な結合対物質などのような試薬を用いてゲル中
の種々の成分を検出することができる。その後上記と同
様の方法で光が吸収される。

さて、第４ａ図および第４ｂ図において、検出２Ｓ１１
０はグイナミソクＲＡＭシステム１１２を含んでおり、
このＲＡＭシステム１１２は半導体パンケージ１１４内
に保持されている半導体チップ１１３を含んでいる。こ
のパッケージ１１４は透明な部分ｌ【６を有する上部１
１５を含んでおり、この透明部分１１６は興味のある少
なくとも１つの波長または波長領域内において透明なフ
ィルムまたはプレートである。透明部分１１６は以下プ
レートと述べることにする。プレート１１６は光学的に
平坦な面を有しており、反射しないように処理されてい
る。

透明なプレー１−１１６を除いて、パッケージ１１４は
従来のものである。パッケージ１１４はピン１１８を有
する固体の透明または不透明なベース１１７を含んでお
り、上記ピン１１８は上記ベース１１７から延びており
、かつＲＡＭシステム１１２に電気的に相互に接続する
ものである。チップ１１３は従来の方法でベース１１７
内に設けられており、かつ従来の方法でピン１１Ｂに結
合されている。

検出器１１０はまた第４ｂ図に示されているように１つ
以上のレンズ１２０を含んでいる。レンズ１２０は長円
形レンズであり、かつ保持構造１２２によってパッケー
ジ１１４に対して適切な位置に配置されている。保持構
造１２２はプリント基板１２４を含み、このプリント基
板１２４の上にはパッケージ１１４が設けられている。

レンズ１２０はブラケット１２６に固着され、このブラ
ケット１２６はさらにコネクタ１２８によって基板１２
４に取り付けられている。レンズ１２０、透明なプレー
１−１１６およびＲＡＭシステム１１２はあらかじめ定
められた方向に保持されている。ＲＡＭシステム１１２
は透明なプレート１１６の下にあり、レンズ１２０は透
明プレー１−１１６の上にあり、この結果適切な空間配
列において検定サイトのアレーはＲＡＭの上に表示され
ている。

感度を高めるために中点デジットラインを採用している
ダイナミック／アクティブ／レスドアセンス増幅器が用
いられる。この技術は一般的にフォス（Ｆｏｓｓ）著、
「ダイナミック・メモリーズ」（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｍｅ
ｍｏｒｉｅｓ）、ｌ５ＳＣＣ・ダイジェスト・オブ・テ
クニカル・ペーパーズ（Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈ
ｎｉｃａｌＰａｐｅｒｓ）　、１９７９年、１４０〜１
４１頁に開示されている。

また米国特許第４，２９Ｌ３２９号および第４，３９７
，００２号も参照のこと。なおこれら米国特許は引用に
よりここに合体されたものとする。

第５図においては、ＲＡＭシステム１１２の具体例が総
括した回路既略図として示されている。この総括した回
路既略図は従来のものであるが、特に本発明のために採
用した。このＲＡＭシステム１１２は一体状の周辺イン
ターフェイス、ドライブおよびセルしきい値／センス増
幅器回路を含んでおり、この増幅器回路はＲＡＭにおけ
るメモリセルに比べて比較的感光性が低い。図示されて
いるように、ＲＡＭシステム１１２は上記フォスの論文
および上記米国特許に述べられているようにダイナミッ
ク／アクティブ／レスドアセンス増幅器を採用している
。

ＲＡＭシステム１１２としてふされしい商品は、アイダ
ホ州、ボイラ（Ｂｏｉｓｅ）のミクロン・テクノロジー
・インコーホレイテッド（Ｍｉｃｒｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ−ｏｇＬ　Ｉｎｃ、、　）によって製造販売されてい
る１Ｓ３２オプティック・ラム・ティーエム（０ρｔｉ
ｃ　ＲＡＭ”）である。

検定結果の影像がＩＩＡ旧１２に投射されると、ＲＡＭ
内における記憶キャパシタがメモリセルアレー上に当た
った光の強さに応して選択的に放電する。

充電または放電したブロックとしてメモリキャパシタの
放電状態を読み出すことは、検定サイトからメモリセル
上に当たった光の強度を表示する。

影像センサとしてＲＡＭシステム１１２を操作するもう
１つの方法は、記憶セルを読み出す頻度を少なくし、そ
れにより影像をより長く見せるようにすることである。

例えば１マイクロ秒の時間を用いてアレーを連続的に読
み出すならば、各セルは０．０（３５秒毎に読み出され
る。このことは、１秒当り約１５．４回セルが影像にさ
らされ、５Ｖにリセットされ、かつ０．０６５秒減退す
ることを意味している。この時、セルに対する光の関数
として、セルはロジックｌ　（このセル上における光が
セルを放電させるのに充分でない状態）またはロジック
Ｏ（光がセルを５■から少なくとも２．２Ｖ以下に低減
させるのに充分な状Ｂ）として読み出される。

所定のメモリセルに戻る前に全７レーを操作するために
０．６５秒の時間がとれるようにチップ読み出し時間を
１０マイクＵ秒まで延長することにより、影像は１０回
以上所望のセル上に当たり、この場合の光の強さは、前
もってメモリセルをロジックＯからロジック１まで下げ
るのに必要な値の一Ｏ にしである。

さて第５図において、本発明に従ってＲＡ旧１２を操作
するシーケンサ１８０が示されている。このシーケンサ
１８０はテレダイム（１’ｅｌｅｄｙｎｅ）　Ｊ　３８
７Ａまたは同様なメモリテスタから成っている。第５図
は１つの望ましいシーろ−ンリ・１８０を説明するだめ
の構成図である。

シーケンサ１８０はタイミングゼネレータ１８２および
パターンゼネレータ１８４を含んでいる。タイミングゼ
ネレータ１８２はＲＡＭ１１２に接続され、読み出し／
書き込み信号（Ｒ／Ｗ）、カラムアドレスストローブ（
ＣＡＳ）信号およびロウアドレスストローブ（ＲＡＳ）
信号を含む適切なタイミング信号を生成する。

パターンゼネレータ１８４はＲＡＭＩ　１２のピンから
データ上のメモリセル１４８の順次読み出しを可能にす
るパターンを生成する。

シーケンサ１８０はまた様々なメモリセル１４Ｂをアド
レスするのに必要なアドレスを有する回路を含んでいる
。一対のＸおよびＹアドレスレジスタ１８６、１８８が
それぞれ設けられている。レジスタ１８６、１８８は高
速カラム／低速ロウシーケンサ１９０によって連結され
ている。カウンタ１８（ｉ、１１３８の各出力はスクラ
ンブラ１９２．１９４によってスクランブルされ、さら
にハス１９６に多重送信される。マルヂプレソクスハス
１９６はアドレス入力１９８を経てアドレス信号をＩ？
ＡＭ１１２に伝達している。

シーケンサ１８０の操作はコンピュータ２００によって
制御される。コンピュータ２００はまた電圧基準レベル
ゼネレータ２０２に信号を付与し、上記ゼネレータ２０
２はＲ１１Ｍ１１２にラッチ信号２０４を与え、これに
より適切な電圧基準レベルを選択する。

ＲＡＭ１１２からの延でいるデータインラインおよびデ
ータアウトライン２０６またコンピュータ２００に接続
されている。コンピュータ２００の出力は表示装置２０
８またはプリンタ２１０に与えられる。コンピュータ２
００はまた光源２１２の操作を制御する。

従って、コンビエータ２００は本発明の操作を同期化し
、これにより光源２１２を照射する直前にＲＡＭＩ　１
２をリフレッシュすることができる。その後シーケンサ
１８０は制御の下におかれ、光源２１２を点灯した後特
定の時期に１２八Ｍ１１２内のメモリセルを読み出す。

さらに別な態様の場合、電圧基準は電圧基準レベルゼネ
レータ２０２を用いて調節され、所定の時期における読
み出しを可能にする。

第６図は１つのプログラムの例を示しており、このプロ
グラムは基準バンクグラウンド（Ｒ［”！、Ｆ）上の試
料（ＳＡＭ）の光学密度（ＯＤ）を測定するコンピュー
タ２００を操作するために使用することができる。プロ
グラムが作動すると、ＲＡＭのＲＥＦ部分内におけるメ
モリセルの半分がロジック１からロジックＯに変化する
時間の１を算出する。この読み出し時間は試料領域中に
おけるメモリセルの半分が論理ｌから論理Ｏに変化する
のに要する時間の量と比較される。この時間の値から光
学密度が算出される。所定時間に対して電圧基準レベル
を変更するプログラムを含めた他の多くのプログラムが
使用可能なものである。

まず各変数が初期化される（段階へ）。次に露光時間が
セットされる（段階Ｂ）。露光時間そのものは通常１ミ
リ秒（ｍｓ）である。次に光学ＲＡＭが走査され（段階
Ｃ）、かつコンピュータは基準レベルが確立されている
かどうかを測定する（段階１〕）。もし確立されていな
ければ、プログラムは基準化したメモリセルの半分がロ
ジックｌからロジック０に放電したかどうかを測定する
（段階Ｅ）。もし放電されていなければ、露光時間が新
たに設定され第２読み出しく段階Ｆ）を行い、次に段階
Ｃ，ＤおよびＥが繰り返される。メモリセルの半分がロ
ジック０に充電された時、基準領域の相対的な暗さが最
終露光時間（段階Ｇ）にセソ１−される。プログラムが
進行すると、試料領域用メモリセルの半分が所定時間の
露光によって論理０（段階＋１）まで放電されたかどう
かを調べる。試料メモリセルのためのメモリセルの半分
が放電されると、試料領域の相対的な暗さが最終露光時
間（段階ｌ）にセットされる。その後、次の式に従って
光学密度が算出される（段階ｊ）二〇　〇　＝　１０ｇ
＋ｏ（Ｓ　Ａ　Ｍ露光時間／ＲＥＦ露光時間）これは本
発明を利用する１つの可能な用途の単なる１つの可能な
プログラムにすぎない。

第７図において、ＩＣ０ＮＣカリフオルニア、サン＝デ
ィエゴのハイブリチック（Ｉｌｙｂｒｉ　Ｌｅｃｈ　）
から販売〕と共に使用することのできる具体例が図示さ
れている。このＩｃ０Ｎは表面上において化学反応を行
い、１つ以上の光変調斑点を形成する種々の装置の１つ
の例である。装置２５０は光学ＲＡＭ２５２および非球
面レンズ２５４を有しており、この非球面レンズ２５４
は表面２６０から孔口２７６を通って反射された光線２
５６を光学ＲＡＭ２５２に投影するものである。

検定サイト２６６は試料中の分析物の量に関連する付着
した染料２７０を有している。光源２７２は光線２７４
を供給する。この光源２７２はシリンダ２６２の周囲に
設けらた８個のＬＥＤから成ることが好ましい。光学Ｒ
ＡＭ２５２は不透明なカバー２８４の内側に設けられ、
かつ電線２８６によって回路（図示せず）に接続されて
いる。別な態様の場合、反応が終末していない時、コン
ピュータはリーダに連続的に読み出しを行うように命令
し、この結果反応が引き続き動的に行われる。

検定を行う実施例において、未知の試料がサイト２６６
の１つに斑点状に置かれ、かつ既知量の分析物を有する
試料が他のす・イトに斑点状に置かれる。試薬が加えら
れると、存在する分析物の量に比例して着色染料を生成
する。反応が行われるならばそれを終結させ、ＩＣ０Ｍ
２６４が装置２５０に取り付けられる。次に２つの斑点
２７０が読み出され、未知の値が基準値と比較される。

第７図のシステム装置を用いて行われた実験測定結果は
第８図に示されている。０．１５モルのＮａｃｌ、５ミ
リモルのＰ　０４（ｐＨ６、８）　、０．２％のＢＳΔ
および０．０１％のＮａＮ　ｚの緩衝液中におけるｈＣ
Ｇ（ひと絨毛性ゴナドトロピン）の種々の濃度を測定し
た。使用したｈＣＧはシグマ・ケミカル・カンバー１−
−（Ｓｉｇｍａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ）
から市販されている貯蔵番号第ＣＧ−２、ロット番号６
４　Ｆ　−０８４７であった。上記緩衝液の５滴を表面
２６０の中央に滴下した。次に５〜１０秒後に、抗体接
合体の３滴を加えた。使用した抗体接合体は牛のアルカ
リ性ホスファターゼ、蛋白基質および０．１％アジ化ナ
トリウムに接合したマウスの単クローン性１８Ｇ　（ｔ
ｉｃ　ｈ　ＣＧ）の８ｍＡであった。１分後に、８ｍｌ
の緩衝液および０．３％のアジ化ナトリウムの洗浄液を
、ＩＣ０Ｎの最大容量目盛線まで加えその後ドレンした
。次に支持体試薬（８ｍｌの支持体、安定剤および０．
１％のアジ化すトリウム）の３滴を加えた。ＩＣ０Ｎを
読み出し装置に直ちに配置し、動力学的に測定した。

表面２６０（Ｒ，およびＲ１）上の２つの基準斑点を使
用した。２０秒（第８図のＸ軸）毎に読み出しを行った
。第８図のＹ軸上にプロツトシた相対的な斑点の暗さは
次の式によって表わされる；式中において ｔ、　−試料ビノドの５０％が状態を変化するのに要し
た時間； ＬＲ＋＝Ｒ＋基準ビットの５０％が状態が変化するのに
要した時間；および ＬＲＺ”Ｒ２基準ビットの５０％が状態が変化するのに
要した時間。

１２５　．６２．５および３１．３　ｍｌＶ　／　ｍ　
Ｅの４度並びに０４度基串を測定した。０４度制御に対
する少量のノイズは、本発明の装置が第８図に示されて
いる値よりもずっと少さな濃度を測定することができる
ということを実証している。

本発明の装置および方法はあらゆる種類の分析物を簡単
にかつ迅速に測定することができる。光変調成分が充分
な量で特定のサイトにおいて結合され、ダイナミックＲ
ＡＭによって検出可能である限り、すでに開発されてい
る化学的知識を採用することができる。試料と結合する
特定の領域を区画することにより、この領域内に存在す
る光度ＡＩ！、Ｉ物質の量または他の特徴が確定され、
かつ標準区画と比較され、試料中における分析物の量を
測定することができる。単一のマイクロチップによって
アドレスされる多量のメモリセルブロックが用いられる
ことから考えて、多数の試料を同時に測定することがで
きる。もちろん適切な光学技術を応用した２つ以上のマ
イクロチップを用いることもでき、この場合同時に測定
することのできる試料の数はさらに増加することができ
る。

さらに、しきい値または走査時間若しくはこれらの両方
を変更することにより感度を高めることができ、この結
果感応性のある灰色のスケールを形成することができる
。スケールを使用すると、区画した領域における光変調
物質の不均一な分布を読み出すことができる。またあら
ゆる種類のでこぼこの表面上においても検定を行うこと
ができる。なぜならば反射した光または透過した光は表
面上に存在する光変調物質の量に比例するからである。

透明または半透明な表面を使用することができ、このよ
うな表面としてはセルロースおよびニトロセルロースの
ような固体の表面のみならずゲルも使用可能なものであ
り、このゲルを使用する場合電気泳動、免疫電気泳動な
どのような分離技術が必要となる。

灰色スケールを生成するもう１つの可能な方法は多数レ
ンズシステムを用いることであり、このシステムにおい
ては多数のレンズがプラスチックの単一片上に形成され
、光学ＲＡＭ上の一連のサイトにおいて単一試料から影
像を投射するものである。多数の灰色スケールフィルタ
を−・体式の多数のレンズに隣接して配置することもで
き、この場合各レンズからの影像は異なったフィルタを
通過する。次に各影像に対応するメモリセルのブロック
を調査し、灰色フィルタのそれぞれに対応するプロ、り
のそれぞれに当たった光の量の測定する。また色彩情報
はいろいろな色彩フィルタを使用し、かつメモリセルの
異ったプロ・ツタの読み取りを比較することにより得る
ことができる。

本発明は明確な理解のため実施例として詳細にのべたけ
れども、本発明は特許請求の範囲内において変更および
変化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のメモリセルにおける電圧を表示するグ
ラフである。 第２図は本発明方法を実施するシステムの特別な態様の
ブロック図である。 第３図は第２図の光学ＲＡＭの一部における複数のサイ
トからの画像を表わす説明図である。 第４ａ図は本発明の検出システムの一部分として用いら
れる容器内のダイナミックＲＡＭの斜視図である。 第４ｂ図はレンズシステムを含む第４ａ図の容器内のダ
イナミックＲＡＭの模式的な説明図である。 第５図は制御回路のプロ・７り図である。 第６図は第５図のシステムを作動するためのプログラム
のフローチャートである。 第７図はＩＣ０Ｎ等の装置と共に使用する本発明の一態
様を示す説明図である。 第８図は斑点の相対的暗さと時間との関係を示すグラフ
である。 １０・・・電圧レベル、　　　１４・・・基準レベル、
２４・・・光源、　　　　　２６・・・信号発生成分、
２８・・・光学ＲＡＭ、　　３０・・・制御信号、３２
・・・制御回路、　　　３４・・・データライン、３６
・・・レンズ、　　　　３８　、４０　、４２・・・斑
点、４４．４６　、４８・・・メモリ、　５０・・・支
持体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、信号変調成分の量が試料中の分析物の存在と関係が
   ある場合において、支持体上の検定サイトに存在する上
   記信号変調成分の量と関連して上記検定サイトから透過
   した光を測定することによって試料中の分析物の特徴を
   確定する方法において： 上記検定サイトに光を照射し； 上記サイトからの光を、ダイナミックＲＡＭの一群のメ
   モリセル上に配向し； 所定時間の間、上記配向した光を上記一群のメモリセル
   に露光し； 上記露光段階後、上記メモリセルのデジタル状態を測定
   し； 上記一群のメモリセルの上記測定した状態を分析して、
   上記分析物の上記特徴を確定することから成る、前記の
   分析物の特徴を確定する方法。 ２、複数の異った露光時間で上記測定段階を繰り返して
   灰色のスケールを生成する段階をさらに含むことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、複数のサイトを同時に照射し、かつ上記サイトから
   上記ダイナミックＲＡＭの複数の群のメモリセルの異っ
   たサイトに光を配向することをさらに含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、信号変調成分の量が試料中の分析物の存在と関係が
   ある場合において、各検定サイトに存在する上記信号変
   調成分の量に関連して固体支持体上の検定サイトおよび
   少なくとも１つの基準サイトから透過した光を測定する
   ことにより複数の試料中の少なくとも１つの分析物を検
   出する方法において： 各上記検定サイトを均一な光で照射し； 各上記サイトからの光をダイナミックＲＡＭの異った群
   のメモリセルに同時に配向し； 所定時間の間、上記配向した光に各上記群のメモリセル
   を露光し； 上記露光段階後、上記メモリセルのデジタル状態を測定
   し； 少なくとも１つの基準サイトにおける測定した状態と比
   べて各上記検定サイトから上記群のメモリセルの上記測
   定した状態を分析して、各上記試料中の上記分析物の上
   記存在を確定することを含んでなる、分析物少なくとも
   １つの存在を検出する方法。 ５、本質的に同じ条件の下において固体支持体上の複数
   の検定媒体を本質的に同時に確定する方法において： 別々のサイトのそれぞれに存在する信号変調成分の量が
   試料中の分析物の存在と関係がある条件の下において、
   固体支持体の別々のサイトにおける信号変調成分を含む
   試薬を単独の試料または複数の試料の各試料と組合わせ
   ； 透過した光の量が各上記サイトにおける信号変調成分の
   量と関係がある条件の下において、各上記サイトを本質
   的に等しい量の光で照射し；各上記サイトからの透過光
   を光学ＲＡＭの表面のセグメントに配向し； 上記セグメントにおけるメモリセルの所定の割合が一方
   のロジック状態から他方のロジック状態に変化する時間
   および／または電圧を測定することにより上記セグメン
   トのそれぞれにおける透過光の量を測定して灰色スケー
   ルの数値を規定し；この得られた灰色スケールの値を分
   析物の存在に関係づけることから成る前記の方法。 ６、検定サイトに存在する信号変調成分の量が試料中の
   分析物の存在と関係がある場合、上記信号変調成分の量
   に関連して検定サイトから透過した光を測定することに
   より試料中の分析物の特徴を確定する装置において： 光の不均一性を修正しながら、上記検定サイトおよび標
   準の基準サイトを光で照射する手段と；ダイナミックＲ
   ＡＭと； 上記サイトからの光を上記ダイナミックＲＡＭの第１群
   および第２群のメモリセル上にそれぞれ配向する手段と
   ； 所定の時間の間、上記配向した光に上記メモリセルを露
   光する手段と； 上記群のメモリセルの上記露光後、上記メモリセルの状
   態を測定する手段と； 上記第１群および上記第２群の上記測定した状態を比較
   する手段と； 上記比較した状態を分析して上記分析物の上記特徴を決
   定する手段とから成ることを特徴とする、上記装置。 ７、複数の異った時間に上記メモリセルの状態を測定し
   て灰色のスケールを生成する手段をさらに含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第６項記載の装置。 ８、上記メモリセルの基準電圧を変化させて、上記メモ
   リセルの光に対する感度を変化させる手段をさらに含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の装置。 ９、上記基準電圧を複数のレベルに調節する手段、およ
   び上記レベルのそれぞれにおける上記メモリセルの状態
   を測定して灰色スケールを生成する手段をさらに含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の装置。 １０、上記検定サイトおよび基準サイトからの上記光を
   上記群のメモリセル上に投射する手段をさらに含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第６項記載の装置。 １１、複数の検定サイトを同時に照射する手段、および
   各上記検定サイトからの光を上記ダイナミックＲＡＭの
   複数の群のメモリセルの別の１つのセルに配向する手段
   をさらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第６項記
   載の装置。 １２、上記群を構成しているメモリセルを変化させて、
   上記検定サイトからの光を本質的に上記群の中央に集め
   る手段をさらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項記載の装置。