JP2012503769A - 検出システム及び方法 - Google Patents

Abstract

検出システムは、検出表面を有する基板（１６）内のサンプル（１４）の分析領域に励起放射（１０）を供給する励起放射源（１８）であって、分析領域から集光された放射を検出する検出器（２２）は励起からもたらされるサンプルの検出表面を有する、励起放射源と、基板表面にサンプル内の磁性ビーズ（１５）を引き付けるために、励起放射源及び光結合配列に対して固定され、サンプルの分析領域の下方の磁石配列（２４）とを組み合わせている。検出放射は、改善された表面特異性を与えるように、基板の検出表面から集光される。本発明は、表面検出の有利点を、表面に対ゲットを移動させるための簡便にして安価な磁気システムと組み合わせる。

Description

本発明は、検出システム及び方法に関し、特に、診断の分野に関する。

検出システムの一例は、サンプルの成分に関するサンプルの分析で検出されることが可能であるサンプル内での蛍光放射に基づいていて、蛍光検出を使用する一例は核酸試験（ＮＡＴ：Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ）である。これは、疾病についての遺伝子的疾病素質の検出、ＲＮＡ発現レベルの決定、又は感染をもたらすバクテリア、ウィルス等の病原体の識別のための分子診断における中心的要素である。そのような生体検知方法はまた、例えば、血液、尿又は唾液等の身体の液体における疾病についての薬物（治療又は乱用）又はマーカー等の他の検体を検出するためにも用いられることが可能である。

蛍光の検出は、サンプル（例えば、ＤＮＡ、タンパク質又は薬物）における特定のターゲット検体の存在の定性的又は定量的検出両方について用いられることが可能である。本発明は、蛍光を検出するように用いられる装置及びその使用方法に関する。例えば、固定化された又は固定化されていない検体を用いてそのようなターゲットを特異的に結合し、捕捉し、及び分離するための化学的又は生物学的アッセイ方法の多くの例が一般に、ハンドブックであって、例えば、文献Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ ５ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ １９９８ ＩＳＢＮ ０７２３４２９１８９（例えば、６、９及び２９章を参照されたい）等のハンドブックに記載されている。代表的な分子診断実験においては、生体サンプルは、遺伝子又はタンパク質等（タンパク質は特定の疾病のマーカーをしばしば提供する）の特定の生物学的構成要素（ターゲット）の検出のためにスクリーニングされる。ハイブリダイゼーションステップは典型的には、洗浄ステップにより後続され、全ての結合していないターゲット分子は洗い流され、最終的には、検出ステップが実行される。ＤＮＡ又はＲＮＡ検出は一般に、検出前に実行される複製（ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）フェーズを用いて実行される。この複製フェーズにおいては、検出されるようになっていて、サンプル内に少量だけ存在するＤＮＡ又はＲＮＡが、高信頼性の検出を容易化するように大量に複製される。複製ステップにおいては費用とエネルギーをかなり要するため、低検出境界が重要である。本発明の装置は、その点で有用である。

２つの一般的な検出方法で、即ち、均一試験（溶液中）及び不均一試験（基板上）が存在する。不均一試験は、複数の理由により広く行き渡っていて、最も重要なことは、より高感度な検出をもたらす特定表面感応性技術を不均一試験が用いることを可能にすることである。その検出は、ターゲット分子に付着される蛍光ラベルの蛍光検出に基づいている。蛍光検出は、かなり高感度である必要があり、不均一試験のために、検出は、生物学的バックグラウンドを最小化するように、表面に特有である必要がある。理想的には、蛍光検出は、単独の蛍光ラベル検出を可能にする必要がある一方、そのプロセスは有効なタイミングが維持される必要がある。

捕捉プローブが、多重化（即ち、並列に複数の異なるターゲットを検出する）を可能にするパターン化方式で適用されることが可能である。そのような不均一の、即ち、表面固定化捕捉免疫測定の主な不利点は、通常、検体における律速段階である表面への拡散及び結合を必要とすることである。

表面固定化捕捉プローブを有する磁性ビーズが、上記の検体のような構成要素を溶液から抽出するように、しばしば用いられる。ビーズは、外部磁石により表面の方に引き付けられる。第２の段階においては、ビーズは、磁気的引力を取り除くことにより新液中に再分散されることが可能である。作動力は、磁場強度と、ビーズの磁気体積とに依存する。

磁性ビーズはまた、ラベルとして用いられることが可能である。ターゲット分子の存在についての高感度検出は、磁性ビーズにより生成された信号（光学的特性、電気的特性又は時期的特性）か又は、磁性ビーズに付着した何れかの他のレベルにより生成された信号のどちらかに基づくことが可能である。

現在実行されている光検出による磁気的作動による解決方法は、ある傾斜角で入射する励起ビームの減衰の検出である。

Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ ５ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ １９９８ ＩＳＢＮ ０７２３４２９１８９

本発明者は、上記の現在実施されている解決方法において、ノイズ制限を有することが可能である、大きい信号の小さい変化を検出する必要があることを認識している。結合されたラベルから出射された輝度を検出することにより、改善された感度が得られる。装置はしばしば、無秩序な環境で及び／又はひとりの人間によって磁場において処理される必要があるために、ポイントオブユース（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｕｓｅ）アプリケーションで必須の高速且つ高効率検出のためには、高感度検出は重要であるばかりでなく、コンパクトな構成が最も重要である。

従って、ポイントオブケアユース（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｃａｒｅ−ｕｓｅ）に適切である装置に対して関連付けられるときには、改善された光学的読み取り及び磁気的作動の組み合わせについての実質的な構成上の制限が存在する。

本発明の目的は、上記の課題を少なくとも一部において回避する検出システムを提供することである。

本発明は、独立請求項により規定される。従属請求項は有利な実施形態を提供する。

本発明に従った構成は、検出表面の方への捕捉されたターゲットの磁気活性移動と、検出表面におけるそれらの捕捉されたターゲットの選択的励起と、ターゲットの存在を認識するように励起の応答の検出とを可能にし、それらを用いる。この表面局在励起は改善された表面特異性を与え、故に、検出における感度改善が達成できる。本発明は、表面検出の有利点を、表面にターゲットを移動させる簡便にして安価な磁気システムと組み合わせることができる。その磁気システムは高速搬送機構を提供する。更に、励起及び検出の両方が、装置のコンパクトな構成を達成するように、検出表面の一方側から行われる。従って、その装置は、固定磁石及び放射誘導システムを提供することにより低コストでコンパクトな構成として製造されることが可能である。磁気的作動は、有効に表面の方への引き付け（濃縮）及び引き離し（洗浄）を可能にする一方、ビーズの寸法は強い放射信号が生成されることが可能であることを保証する。

一実施形態においては、励起放射は、検出表面において励起の向上した選択性を有する有利点を伴ったエバネッセント波である。磁場ガイド配列は、好適には、磁石から分析領域に磁場をフォーカシングするために備えられる。これは、磁石が分析領域から離れて位置決めされることを可能にし、故に、磁石並びに励起源及び検出器のために十分な空間が存在する。

磁場ガイド配列は、検出器に対して磁場ガイドの中心を通って下方に進む、集光された放射を伴って、馬蹄形状に（本質的には、直線配列）配列されている。これは、コンパクトな配列を提供する。放射結合配列は、その場合、馬蹄形磁場誘導配列の中央の空間の上方の分析領域に励起放射を供給することが可能であり、サンプルにおいてエバネッセント放射を生成するように、分析領域に放射をフォーカシングする放射結合配列を有する。放射結合配列は、その場合、検出器に対して集光された放射をフォーカシングするためのものであり、放射結合配列は、集光された放射及び励起放射のために異なる放射経路を与えるビームスプリッタを有することが可能である。これは、環状磁場誘導の中央に一部が収容された、コンパクトに結合された励起及び検出放射システムを提供する。

検出器は、それに代えて、磁石配列の上部表面に備えられることが可能である。

検出器及び磁石配列は、それに代えて、キャリア上に隣り合って備えられることが可能であり、そのキャリアは、磁気的作動位置と検出位置との間を移動可能である。これは、画像品質を改善することを可能にする。アクチュエータは、アッセイ中、少数回だけ走査される必要がある。

一般に、検出器は、好適には、放射フォーカシング配列を有することが可能である、一配列においては、放射フォーカシング配列は放射ガイドを有する。

検出器は、検出された放射信号からバックグラウンドノイズを除去するように、放射バンドパスフィルタ又は放射ハイパスフィルタを有することが可能である。

他の配列においては、放射結合配列は、検出表面に対してある先鋭な角度である、又は放射結合配列が基板表面に対して平行である場合に、基板表面に対して平行に、分析領域の方に励起放射を方向付ける励起放射源に関連付けられた放射結合配列を有し、故に、検出器は内部全反射を与える。この内部全反射は、サンプル内にエバネッセント波を与える。その先鋭な角度は、分析領域に近接した放射経路が大きい深さを占めないことを意味し、故に、磁石は、分析器に近接するように保たれる。検出は、検出表面上部の薄い層に有効に限定される。

他の実施形態においては、放射結合配列は、検出面において又は検出面に近接して、サンプルのかなり薄い層に励起を限定する、サンプルと接している検出表面においてエバネッセント放射ガイドを有する。励起放射は、検出表面からある距離で、従って、磁石及び放射結合装置及び／又は検出器からある距離で、この導波路に結合されることが可能であり、故に、それらは、装置内の有効な空間に関して互いに干渉しないで済む。コンパクトな装置が、磁気的作動を用いて、表面において高感度測定の有利点を有することが可能である。

他の実施形態においては、放射結合配列は、サンプルと接する表面に近接する浅い体積内に限定される波を進めて、非エバネッセント波を生成する。これは、“複屈折検出”として知られている。その浅い体積は、数μｍ乃至数十μｍの深さを有することが可能である。

検出及び／又は励起放射は、近赤外放射及び／又はＵＶ放射を含む又は含まない光放射であることが可能である。サンプルの励起放射との相互作用は、反射、吸収又はルミネッセンスを有することが可能であり、ルミネッセンスは燐光及び／又は蛍光を有する。好適には、励起放射は光放射である一方、検出放射は、向上した感度を提供するルミネッセンス放射である。最も好適には、検出放射は、かなり高感度な検出を提供する蛍光放射である。

その方法が、例えば、ルミネッセンスの生成における変換された励起放射の放射率を受けての励起放射の吸収に依存する場合、サンプルは、変換のために適切な種を備えることが可能である。

検出器は、画素化放射検出器を有することが可能である。そのシステムは、好適には、例えば、タンパク質、薬物、ＤＮＡ、ＲＮＡ又は他の分子等の特定の検体をスクリーニングする生物学的構成要素スクリーニングシステムを有する。

蛍光の検出及び磁気的作動の使用の組み合わせはそれ自体、知られている（文献Ａｎａｌ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ ５６４， ２００６， ４０を参照されたい）。しかしながら、その開示されている解決方法は、本願の発明に鑑みて、コンパクトでない。

本発明の実施例について、以下に、添付図を参照して詳述する。

同じ参照番号は、異なる図において同じ構成要素を表すように用いられている。図において、先行する図と同じ構成要素を有するとき、説明は繰り返されない。

エバネッセント励起の原理を示す図である。 本発明の分析装置の第１実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第２実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第３実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第４実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第５実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第６実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第６実施例を示す図である。

本発明は、表面局在励起を磁気ビーズ捕捉と組み合わせた光学分析装置及び方法に関する。表面局在励起を用いることにより、改善された表面特異性が与えられ、故に、蛍光検出における選択的改善が得られる。磁気ビーズ捕捉は、表面測定を可能にする低費用且つコンパクトな様式に、表面への粒子の高速移動を与える。

表面局在励起を得る一方法はエバネッセント励起を用いることである。先ず、エバネッセント励起の原理について、図１を参照して説明する。

調査されるサンプル１４は、基板１６の傍のマイクロ粒体部分を生成する所与のボリュームに閉じこめられる。光源１８は、基板１６の表面に励起光１０を方向付ける。

臨界角より大きいこの励起光の入射角を与えることにより、その光の全内部反射が得られる。これは、バルク励起を除く。エバネッセント波は、磁界振幅の減衰を伴ってプロット２１で模式的に示されているように、伝播距離ｚの関数としてサンプル内に進む。このエバネッセント波は急速に減衰するため、そのエバネッセント波は境界面近傍に存在する分子のみを調査するために用いられる。

（短波長の）レーザによる励起時に、蛍光分子は、全ての方向に光を放射し始める。蛍光光の波長は励起波長より長い。

図２は、本発明の装置の第１実施例を示している。

一般に、その装置は、リーダ装置と、使い捨てカートリッジとを有する。リーダ装置は、表面に磁気ビーズを移動させて、その表面からそれらの磁気ビーズを引き離す磁石配列と、蛍光を誘起するための光励起システムと、光検出器とを有する。

図１を参照して説明しているように、調査されるサンプル１４は、基板１６の近傍でマイクロ流体部分を生成する所与のボリュームに閉じこめられる。そのサンプルは磁気ビーズ１５を有する。レーザ（又はＬＥＤ）１８等の光源により生成された励起光１０は蛍光１９を励起するために用いられる。（サンプル内に与えられたエバネッセント励起光２１の結果として）結合したラベルにより発せられる誘起された蛍光は、集光レンズ配列２０により集光され、検出器２２の方に方向付けられる。検出器は光検出器であり、ダイオード、ダイオードアレイ又はＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）であることが可能である。センサ面に達する光の量は、装置（基板）の使い捨て部分と検出器２２との間にレンズ等の光学要素を導入することにより、更に増加可能である。図２に示しているように、使い捨て基板も、光学系２０部分を規定する光学面２６、２８を有することが可能である。

散乱光からのバックグラウンド信号を減少させるように、色選択フィルタ３２（広域又は高域（ここで、“高”は光の波長のことをいう））が、検出器の最上部に備えられる。フィルタは吸収性又は反射性（ダイクロイック）であることが可能であり、検出器とオプティカルコンタクトにあることが可能である。

光学要素２０も、検出器の表面に結合表面を画像形成するように用いられる。このようにして、結合表面の異なるスポットにおける異なる標的の同時検出を可能にする、発せられた光の空間画像が生成される。これは多重化検出スキームを表す。

磁気ピーズ捕捉のための磁界は、ガイド２４を構成する高透磁性材料を用いることにより、光学基板１６の底面の方に誘導される。その磁界は、十分大きい力を得るように、光学基板の結合面に近接して（典型的には、磁石の上面と基板センサ領域との間が１．５ｍｎ未満で）備えられる必要がある。複数の電磁源自体は、距離が大きく離れて位置付けられる（図２には示していない）。これは、光検出システムを位置付けるように、磁界ガイド２４間に十分な間隔をもたらす。図示されている実施例においては、それらのガイドは馬蹄形リングの形状を有し、中央の空間は検出光学構成要素を収容するために用いられる。磁気誘導構造の大きい光学的開口は、高い集光性が要求される。画像化光学系により集光される必要がある円錐形の光の開き角は、例えば、０．５以上の開口数に対応するように、大きい必要がある。

励起光１０は、その装置の配設部分に一体化されたウィンドウ２６を介して、基板１６に入射する。出射ウィンドウ２８も示されていて、光検出器３０は、例えば、参照制御及び品質制御のための、励起源のフィードバック制御のために用いられる。

図２の実施例においては、生物学的接着点における基板と検体溶液との間の界面で全反射される入射ビームにより励起が得られる。これは、指数関数的に強度が減衰する、好ましいエバネッセント場をもたらす。表面に近接する（間隔のオーダーが１００ｎｍ以下）ラベルのみが励起状態になる。そのような表面選択励起は、上澄み溶液からかなり低いバックグラウンドを生成し、従って、高い感度でリアルタイムの検出を可能にする。励起源と、サンプルの分析領域の横方向に関連するレンズを備えることにより、そして入射方向と基板の平面との間に小さい鋭角を伴って、磁界ガイドと基板の下面との間に小さい空間が与えられる。

図２の構成においては、磁界ガイドにより少なくとも部分的に囲まれた空間内に検出器及び関連光学系が備えられている。

図３に示す第２実施形態においては、出射された光は、光導波路４０であって、例えば、光ファイバ束により、分析領域から搬送される。検出器２２は、磁気ヘッドの外側の光導波路４０の下端部に位置付けられている。これは、磁場ガイドのデザインをよりコンパクトにすることを可能にし、そして光学要素についての標準的構成要素の使用を可能にする。

図４に示す第３実施形態においては、磁気ラベルの作動のために用いられる磁石５０の上部に直接、位置付けられている。光検出器２２は静止しているが、装置の配設部分のコストを低く維持するように、リーダ装置内に位置付けられる。図４は、分析領域内の基板の平坦な裏側を示しているが、単独の屈折レンズ、回折レンズ、若しくは一次元レンズレットアレイ又は二次元レンズレットアレイ（画像化機能を提供する）等の光学構成要素も、図２に示すように、集光率を高めるように光学基板の下面に成型されることが可能である。

光検出器を薄く維持するように、その光検出器は、好適には、半導体要素（例えば、フォトダイオード、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ）又は高分子要素である。

上記の実施例において示されている内部全反射による励起は、図５に示しているように、エバネッセント導波路による励起によって置き換えられる。このようにして、分析領域に対して光を結合するための分析領域の場所には、構成要素は必要でない。これにより、磁気ヘッドのためにより大きい領域が得られる。

励起源１８は、格子構造６２により光導波路６０に光を供給する。

図６は、励起光が磁気ヘッドの内側の光学要素を介して誘導される構成を示している。このように、磁場ガイド配列（例えば、馬蹄形構成）の中央の上方の分析領域に対して励起光を供給する光学的配列が用いられる。光は、サンプル内で放射線を生成するように、分析領域にフォーカシングされる。

励起光は、ダイクロイックミラー又はビームスプリッタ７０によりサンプルの方に方向付けられる。これにより、励起光及び蛍光のために異なる光路が規定される。励起光は、励起レンズ７２によりサンプルにおいて実質的にフォーカシングされる。

何れのレーザ光の反射迷光（励起波長を有する）は、ダイクロイックミラー又はビームスプリッタ７０により再び反射され、蛍光輝度は、ミラー／ビームスプリッタ７０を介して検出器２２まで移動される。バンドパスフィルタが励起光の排除のための更なるフィルタリングを提供することが可能であり、フィルタリングされた光は、検出器２２に対してサンプルを画像化する画像化レンズ７４により検出器２２にフォーカシングされる。

読み取り経路内の集光レンズの焦点にピンホールを導入することにより、又は結合アレイの外側の他の経路からの輝度を抑制するように擬似ピンホールとしての画素化検出器を用いることにより、読み取りは擬似焦点モードで実行される。しかしながら、エバネッセント場が励起スポットにおいてのみ存在するときは、ピンホール配列は必要ない。

上記の実施例は、固定された磁気構成要素及び光学構成要素を有し、磁気機能及び光学機能は、同じカートリッジ位置により実行される。

図７に示す配列においては、磁気要素及び光学要素の同軸配列は、より良好な画像化品質を有する有利点を伴って、並列配列により置き換えられている。図７の配列は、磁石配列８２と、互いに隣り合っている画像化光学系１８及び検出光学系２２とを有する作動スレッジ８０を有する。

図７Ａは、装置の側面図及び平面図である。図７Ｂは、スレッジ８０の２つの位置を示している。図７Ｂの上の図は、励起源の経路内にあり、磁場の上方にある分析領域９０を示している。図７Ｂの下の図は、蛍光を検出するための光検出器配列の上方の分析領域を示している。

蛍光の励起及び光検出は同時に行われる（蛍光の緩和時間は数ナノ秒である）。図７の配列は、励起／検出から磁気的引力機能を分離している。磁気的引力は、比較的ゆっくりしたプロセスであり、一旦、ビーズが結合すると、それらのビーズは、カートリッジの移動のために十分に有効の状態を保つ。

この配列は、分析領域の画像化が磁石の中心を通る点で、図２及び３の実施例と同じ概念的方法を用いる。

図７の実施例は、２つの位置の間の作動中にスレッジ８０の移動を提供する。磁石がカートリッジの分析領域の真下にある位置が与えられる。作動プロトコルが終了した（表面に粒子を移動させる磁気的引力）とき、画像化／検出光学系の光軸は分析領域の中心と一致して、励起及び蛍光検出が行われるように、スレッジが第２の位置に移動される。

上記の全ての実施例においては、ターゲット分子がビーズに付着し（既存のビーズ捕捉システムと同様に）、蛍光ラベルはターゲット分子に付着し（既存の光学系と同様に）、故に、表面へのビーズの磁気的引力は表面で必要な蛍光ラベルをもたらす。表面に引き付けられるが、引き付けられるターゲット分子を有さないビーズは、結合せず、磁気勾配を逆にすることにより押し戻される。

一次元及び二次元移動機構ステージの技術は光記憶により知られていて、それらの装置は、高信頼性で、低コストで且つ体積を大きくして製造される。更に、一次元作動スレッジは、高速（最大１００Ｈｚ）に且つ高精度（数十μｍ）で移動されることが可能である。

この方法の見込まれる不利点は、磁気的作動中に信号が足りないことである。しかしながら、エンドユーザの製品のためには、これは、バイオアッセイの動力学が研究により知られているために、問題はない。従って、作動プロトコルは、フィードバック又は分析を必要とせずに、実行されることが可能である。

本発明の種々の実施例により、コンパクトな画像化光学系及び検出器を有し、高画像品質を有するシステムが可能である。コンパクトで且つ高効率の磁石配列が提供される。

分析領域へのサンプルの供給は、例えば、マイクロ流体ポンピングを用いるものであり、全く従来型のものである。多チャネルは異なる複数の固定化された抗体と同時であることが可能である。

装置の温度制御は一体加熱により行われ得る。異なるスペクトルの蛍光ビーズが用いられることが可能である。

バックグラウンドの蛍光は結合していないラベルから読み取られる。そのバックグラウンドは、意図されない結合ラベル、及び表面に吸着している他の粒子により主にもたらされ、一部の固有の蛍光は基板及び光路中の全ての成分からもたらされる。

吸収（ＦＴＩＲ）又は散乱によるビーズの密度の測定は、蛍光に代えて又は蛍光に付加して測定されることが可能である代替測定である。これは、フィルタを除いて、本質的に同じ構成を用いることが可能である。

ビーズ及びラベル付けされた抗体のサンプルとの予備混合は、注入前に行われることが可能である。好適には、混合及び反応は、配慮適用の点で、配設カートリッジ内部で行われる。

上記の実施例においては、システムは、蛍光検出について用いられる。しかしながら、本発明は、より一般には、サンプルの励起及び結果的に得られる光の検出に関連する。

基板は、何らかの適切な材料の平坦な平面を有することが可能であり、例えば、ガラス又は高分子を有することが可能であり、表面密度が０．０１乃至１０６要素／μｍ^２であり、好適には、１０乃至１０４要素／μｍ^２である、捕捉要素を有することが可能である。

サンプル、サンプルと接する捕捉要素を有する基板、又はサンプルと接していた後の基板は典型的には、ターゲット粒子と呼ばれる、オリゴヌクレオチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、遺伝子、蛋白質、炭水化物、脂質又は細胞等の生物学的構成要素、外細胞膜又は内細胞膜等の細胞構成要素、バクテリア、ウィルス、原生動物等の特定の構成要素についてスクリーニングされる。

ルミネッセンスラベルは典型的には、ターゲットラベルに付着し、従って、ターゲット粒子の検出に役立つ。一部の実施形態においては、従って、サンプルは少なくとも１つの発光ラベルを有し、 “光学可変粒子”とも呼ばれる。そのような光学可変粒子は、例えば、蛍光粒子（上記の）、エレクトロルミネッセンス粒子又は化学発光粒子であることが可能である。光学可変粒子は、化学的に結合したサイトに結合することが可能である何れかのエンティティ等であることが可能である。その結合はスクリーニング効果（即ち、イオン結合反応、分散結合反応及び水素結合反応）による。共有結合は代替の結合である。

上記の実施例においては、蛍光検出は基板を介して行われる。しかしながら、蛍光検出はサンプルの上方で実施されることが可能である。

本発明は、分子診断の分野であって、診療診断、ポイントオブケア診断、最先端の生体分子診断研究（生体センサ、遺伝子及びタンパク質発現アレイ、環境センサ、食物品質センサ等）の分野で適用できる。

種々の他の変形について、当業者は理解することができる。

本発明は、検出システム及び方法に関し、特に、診断の分野に関する。

検出システムの一例は、サンプルの成分に関するサンプルの分析で検出されることが可能であるサンプル内での蛍光放射に基づいていて、蛍光検出を使用する一例は核酸試験（ＮＡＴ：Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ）である。これは、疾病についての遺伝子的疾病素質の検出、ＲＮＡ発現レベルの決定、又は感染をもたらすバクテリア、ウィルス等の病原体の識別のための分子診断における中心的要素である。そのような生体検知方法はまた、例えば、血液、尿又は唾液等の身体の液体における疾病についての薬物（治療又は乱用）又はマーカー等の他の検体を検出するためにも用いられることが可能である。

蛍光の検出は、サンプル（例えば、ＤＮＡ、タンパク質又は薬物）における特定のターゲット検体の存在の定性的又は定量的検出両方について用いられることが可能である。本発明は、蛍光を検出するように用いられる装置及びその使用方法に関する。例えば、固定化された又は固定化されていない検体を用いてそのようなターゲットを特異的に結合し、捕捉し、及び分離するための化学的又は生物学的アッセイ方法の多くの例が一般に、ハンドブックであって、例えば、文献Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ ５ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ １９９８ ＩＳＢＮ ０７２３４２９１８９（例えば、６、９及び２９章を参照されたい）等のハンドブックに記載されている。代表的な分子診断実験においては、生体サンプルは、遺伝子又はタンパク質等（タンパク質は特定の疾病のマーカーをしばしば提供する）の特定の生物学的構成要素（ターゲット）の検出のためにスクリーニングされる。ハイブリダイゼーションステップは典型的には、洗浄ステップにより後続され、全ての結合していないターゲット分子は洗い流され、最終的には、検出ステップが実行される。ＤＮＡ又はＲＮＡ検出は一般に、検出前に実行される複製（ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）フェーズを用いて実行される。この複製フェーズにおいては、検出されるようになっていて、サンプル内に少量だけ存在するＤＮＡ又はＲＮＡが、高信頼性の検出を容易化するように大量に複製される。複製ステップにおいては費用とエネルギーをかなり要するため、低検出境界が重要である。本発明の装置は、その点で有用である。

２つの一般的な検出方法で、即ち、均一試験（溶液中）及び不均一試験（基板上）が存在する。不均一試験は、複数の理由により広く行き渡っていて、最も重要なことは、より高感度な検出をもたらす特定表面感応性技術を不均一試験が用いることを可能にすることである。その検出は、ターゲット分子に付着される蛍光ラベルの蛍光検出に基づいている。蛍光検出は、かなり高感度である必要があり、不均一試験のために、検出は、生物学的バックグラウンドを最小化するように、表面に特有である必要がある。理想的には、蛍光検出は、単独の蛍光ラベル検出を可能にする必要がある一方、そのプロセスは有効なタイミングが維持される必要がある。

捕捉プローブが、多重化（即ち、並列に複数の異なるターゲットを検出する）を可能にするパターン化方式で適用されることが可能である。そのような不均一の、即ち、表面固定化捕捉免疫測定の主な不利点は、通常、検体における律速段階である表面への拡散及び結合を必要とすることである。

表面固定化捕捉プローブを有する磁性ビーズが、上記の検体のような構成要素を溶液から抽出するように、しばしば用いられる。ビーズは、外部磁石により表面の方に引き付けられる。第２の段階においては、ビーズは、磁気的引力を取り除くことにより新液中に再分散されることが可能である。作動力は、磁場強度と、ビーズの磁気体積とに依存する。

磁性ビーズはまた、ラベルとして用いられることが可能である。ターゲット分子の存在についての高感度検出は、磁性ビーズにより生成された信号（光学的特性、電気的特性又は時期的特性）か又は、磁性ビーズに付着した何れかの他のレベルにより生成された信号のどちらかに基づくことが可能である。

現在実行されている光検出による磁気的作動による解決方法は、ある傾斜角で入射する励起ビームの減衰の検出である。

国際公開第２００８／０７２１５６Ａ２号パンフレットに、ラベル粒子を有するターゲット成分の検出のためのマイクロエレクトロニクスセンサ装置について開示されている。マイクロエレクトロニクスセンサ装置は、ダーゲット成分を収集することができる拘束表面を有するキャリアと、拘束表面の調査領域において入力光ビームを出射する光源と、内部全反射光の少なくとも一部を有する出力光ビームにおける光の量を検出する光検出器とを有する。

米国特許出願公開第２００６／０２１６６９６号明細書に、光導波路を有するサンプルチャンバを有し、生体剤に特有の第１抗体を有する分析溶液を有する生物剤検出器であって、第１抗体が、適用される外部力に応答して分析溶液に対して相対移動される基板に加えられる、生物剤検出器について開示されている。生体剤検出器は、第１抗体及び第１蛍光体の第１複合体と、励起光源と、光検出器アレイに第１蛍光体の励起分子により出射された光の画像を投影する光学系とを更に有し、光検出器アレイは、第１蛍光体の励起分子により出射された光の位麓、強度及び波長を表す出力信号を生成する。生体剤検出器は、光検出器アレイにより生成された画像の電気信号表現を処理する画像分析器を更に有する。

文献“Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ， Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ Ｆｉｅｌｄ Ｆｌｕｏｒｏａｓｓａｙｓ”，ｂｙ Ａ．Ｄ．Ｗｅｌｌｍａｎｎ ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｓｅｐａｎｉａｋ，Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．７９（２００７），ｐａｇｅｓ ６６２２ ｔｏ ６６２８に、マイクロ流体プラットホーム及び平面導波路技術が一体化された磁気補助搬送エバネッセント場蛍光アッセイについて開示されている。

米国特許第５，１６６，１８３号明細書に、サンプルを刺激するように光源からターゲット領域に第１波長又は波長帯域の光を方向付けるビームスプリッタを有するターゲット領域にサンプルから出射された蛍光の測定で用いる光検出装置について開示されている。サンプルから出射された光は、サンプルの第１波長又は波長帯域及び第２波長又は波長帯域を有する。バリアフィルタは、ターゲット領域又はサンプルから光検出器に戻される光の波長を制限する。ビームスプリッタ及びバリアフィルタは、有彩ビームスプリッタとして機能し、光検出器の方に通るように望まれていない第１波長又は波長帯域の全て又は実質的な部分を排除する少なくとも１つの体積反射型ホログラムを有する。少なくとも１つの体積反射型ホログラムは、第２波長又は波長帯域、若しくは、光検出器に入射するように望まれる第２波長又は波長帯域の一部を有する第３波長又は波長帯域の全て又は実質的な部分を通す。

国際公開第２００８／０７２１５６Ａ２号パンフレット 米国特許出願公開第２００６／０２１６６９６号明細書 米国特許第５，１６６，１８３号明細書

Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ ５ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ １９９８ ＩＳＢＮ ０７２３４２９１８９ "Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ， Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ Ｆｉｅｌｄ Ｆｌｕｏｒｏａｓｓａｙｓ"，ｂｙ Ａ．Ｄ．Ｗｅｌｌｍａｎｎ ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｓｅｐａｎｉａｋ，Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．７９（２００７），ｐａｇｅｓ ６６２２ ｔｏ ６６２８

本発明者は、上記の現在実施されている解決方法において、ノイズ制限を有することが可能である、大きい信号の小さい変化を検出する必要があることを認識している。結合されたラベルから出射された輝度を検出することにより、改善された感度が得られる。装置はしばしば、無秩序な環境で及び／又はひとりの人間によって磁場において処理される必要があるために、ポイントオブユース（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｕｓｅ）アプリケーションで必須の高速且つ高効率検出のためには、高感度検出は重要であるばかりでなく、コンパクトな構成が最も重要である。

従って、ポイントオブケアユース（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｃａｒｅ−ｕｓｅ）に適切である装置に対して関連付けられるときには、改善された光学的読み取り及び磁気的作動の組み合わせについての実質的な構成上の制限が存在する。

本発明の目的は、上記の課題を少なくとも一部において回避する検出システムを提供することである。

本発明は、独立請求項により規定される。従属請求項は有利な実施形態を提供する。

本発明に従った構成は、検出表面の方への捕捉されたターゲットの磁気活性移動と、検出表面におけるそれらの捕捉されたターゲットの選択的励起と、ターゲットの存在を認識するように励起の応答の検出とを可能にし、それらを用いる。この表面局在励起は改善された表面特異性を与え、故に、検出における感度改善が達成できる。本発明は、表面検出の有利点を、表面にターゲットを移動させる簡便にして安価な磁気システムと組み合わせることができる。その磁気システムは高速搬送機構を提供する。更に、励起及び検出の両方が、装置のコンパクトな構成を達成するように、検出表面の一方側から行われる。従って、その装置は、固定磁石及び放射誘導システムを提供することにより低コストでコンパクトな構成として製造されることが可能である。磁気的作動は、有効に表面の方への引き付け（濃縮）及び引き離し（洗浄）を可能にする一方、ビーズの寸法は強い放射信号が生成されることが可能であることを保証する。

一実施形態においては、励起放射は、検出表面において励起の向上した選択性を有する有利点を伴ったエバネッセント波である。磁場ガイド配列は、磁石から分析領域に磁場をフォーカシングするために備えられる。これは、磁石が分析領域から離れて位置決めされることを可能にし、故に、磁石並びに励起源及び検出器のために十分な空間が存在する。

磁場ガイド配列は、検出器に対して磁場ガイドの中心を通って下方に進む、集光された放射を伴って、馬蹄形状に（本質的には、直線配列）配列されている。これは、コンパクトな配列を提供する。放射結合配列は、その場合、馬蹄形磁場誘導配列の中央の空間の上方の分析領域に励起放射を供給することが可能であり、サンプルにおいてエバネッセント放射を生成するように、分析領域に放射をフォーカシングする放射結合配列を有する。放射結合配列は、その場合、検出器に対して集光された放射をフォーカシングするためのものであり、放射結合配列は、集光された放射及び励起放射のために異なる放射経路を与えるビームスプリッタを有することが可能である。これは、環状磁場誘導の中央に一部が収容された、コンパクトに結合された励起及び検出放射システムを提供する。

検出器は、それに代えて、磁石配列の上部表面に備えられることが可能である。

検出器及び磁石配列は、それに代えて、キャリア上に隣り合って備えられることが可能であり、そのキャリアは、磁気的作動位置と検出位置との間を移動可能である。これは、画像品質を改善することを可能にする。アクチュエータは、アッセイ中、少数回だけ走査される必要がある。

一般に、検出器は、好適には、放射フォーカシング配列を有することが可能である、一配列においては、放射フォーカシング配列は放射ガイドを有する。

検出器は、検出された放射信号からバックグラウンドノイズを除去するように、放射バンドパスフィルタ又は放射ハイパスフィルタを有することが可能である。

他の配列においては、放射結合配列は、検出表面に対してある先鋭な角度である、又は放射結合配列が基板表面に対して平行である場合に、基板表面に対して平行に、分析領域の方に励起放射を方向付ける励起放射源に関連付けられた放射結合配列を有し、故に、検出器は内部全反射を与える。この内部全反射は、サンプル内にエバネッセント波を与える。その先鋭な角度は、分析領域に近接した放射経路が大きい深さを占めないことを意味し、故に、磁石は、分析器に近接するように保たれる。検出は、検出表面上部の薄い層に有効に限定される。

他の実施形態においては、放射結合配列は、検出面において又は検出面に近接して、サンプルのかなり薄い層に励起を限定する、サンプルと接している検出表面においてエバネッセント放射ガイドを有する。励起放射は、検出表面からある距離で、従って、磁石及び放射結合装置及び／又は検出器からある距離で、この導波路に結合されることが可能であり、故に、それらは、装置内の有効な空間に関して互いに干渉しないで済む。コンパクトな装置が、磁気的作動を用いて、表面において高感度測定の有利点を有することが可能である。

他の実施形態においては、放射結合配列は、サンプルと接する表面に近接する浅い体積内に限定される波を進めて、非エバネッセント波を生成する。これは、“複屈折検出”として知られている。その浅い体積は、数μｍ乃至数十μｍの深さを有することが可能である。

検出及び／又は励起放射は、近赤外放射及び／又はＵＶ放射を含む又は含まない光放射であることが可能である。サンプルの励起放射との相互作用は、反射、吸収又はルミネッセンスを有することが可能であり、ルミネッセンスは燐光及び／又は蛍光を有する。好適には、励起放射は光放射である一方、検出放射は、向上した感度を提供するルミネッセンス放射である。最も好適には、検出放射は、かなり高感度な検出を提供する蛍光放射である。

その方法が、例えば、ルミネッセンスの生成における変換された励起放射の放射率を受けての励起放射の吸収に依存する場合、サンプルは、変換のために適切な種を備えることが可能である。

検出器は、画素化放射検出器を有することが可能である。そのシステムは、好適には、例えば、タンパク質、薬物、ＤＮＡ、ＲＮＡ又は他の分子等の特定の検体をスクリーニングする生物学的構成要素スクリーニングシステムを有する。

蛍光の検出及び磁気的作動の使用の組み合わせはそれ自体、知られている（文献Ａｎａｌ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ ５６４， ２００６， ４０を参照されたい）。しかしながら、その開示されている解決方法は、本願の発明に鑑みて、コンパクトでない。

本発明の実施例について、以下に、添付図を参照して詳述する。

同じ参照番号は、異なる図において同じ構成要素を表すように用いられている。図において、先行する図と同じ構成要素を有するとき、説明は繰り返されない。

エバネッセント励起の原理を示す図である。 本発明の分析装置の第１実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第２実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第３実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第４実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第５実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第６実施例を示す図である。 本発明の分析装置の第６実施例を示す図である。

本発明は、表面局在励起を磁気ビーズ捕捉と組み合わせた光学分析装置及び方法に関する。表面局在励起を用いることにより、改善された表面特異性が与えられ、故に、蛍光検出における選択的改善が得られる。磁気ビーズ捕捉は、表面測定を可能にする低費用且つコンパクトな様式に、表面への粒子の高速移動を与える。

表面局在励起を得る一方法はエバネッセント励起を用いることである。先ず、エバネッセント励起の原理について、図１を参照して説明する。

調査されるサンプル１４は、基板１６の傍のマイクロ粒体部分を生成する所与のボリュームに閉じこめられる。光源１８は、基板１６の表面に励起光１０を方向付ける。

臨界角より大きいこの励起光の入射角を与えることにより、その光の全内部反射が得られる。これは、バルク励起を除く。エバネッセント波は、磁界振幅の減衰を伴ってプロット２１で模式的に示されているように、伝播距離ｚの関数としてサンプル内に進む。このエバネッセント波は急速に減衰するため、そのエバネッセント波は境界面近傍に存在する分子のみを調査するために用いられる。

（短波長の）レーザによる励起時に、蛍光分子は、全ての方向に光を放射し始める。蛍光光の波長は励起波長より長い。

図２は、本発明の装置の第１実施例を示している。

一般に、その装置は、リーダ装置と、使い捨てカートリッジとを有する。リーダ装置は、表面に磁気ビーズを移動させて、その表面からそれらの磁気ビーズを引き離す磁石配列と、蛍光を誘起するための光励起システムと、光検出器とを有する。

図１を参照して説明しているように、調査されるサンプル１４は、基板１６の近傍でマイクロ流体部分を生成する所与のボリュームに閉じこめられる。そのサンプルは磁気ビーズ１５を有する。レーザ（又はＬＥＤ）１８等の光源により生成された励起光１０は蛍光１９を励起するために用いられる。（サンプル内に与えられたエバネッセント励起光２１の結果として）結合したラベルにより発せられる誘起された蛍光は、集光レンズ配列２０により集光され、検出器２２の方に方向付けられる。検出器は光検出器であり、ダイオード、ダイオードアレイ又はＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）であることが可能である。センサ面に達する光の量は、装置（基板）の使い捨て部分と検出器２２との間にレンズ等の光学要素を導入することにより、更に増加可能である。図２に示しているように、使い捨て基板も、光学系２０部分を規定する光学面２６、２８を有することが可能である。

散乱光からのバックグラウンド信号を減少させるように、色選択フィルタ３２（広域又は高域（ここで、“高”は光の波長のことをいう））が、検出器の最上部に備えられる。フィルタは吸収性又は反射性（ダイクロイック）であることが可能であり、検出器とオプティカルコンタクトにあることが可能である。

光学要素２０も、検出器の表面に結合表面を画像形成するように用いられる。このようにして、結合表面の異なるスポットにおける異なる標的の同時検出を可能にする、発せられた光の空間画像が生成される。これは多重化検出スキームを表す。

磁気ピーズ捕捉のための磁界は、ガイド２４を構成する高透磁性材料を用いることにより、光学基板１６の底面の方に誘導される。その磁界は、十分大きい力を得るように、光学基板の結合面に近接して（典型的には、磁石の上面と基板センサ領域との間が１．５ｍｎ未満で）備えられる必要がある。複数の電磁源自体は、距離が大きく離れて位置付けられる（図２には示していない）。これは、光検出システムを位置付けるように、磁界ガイド２４間に十分な間隔をもたらす。図示されている実施例においては、それらのガイドは馬蹄形リングの形状を有し、中央の空間は検出光学構成要素を収容するために用いられる。磁気誘導構造の大きい光学的開口は、高い集光性が要求される。画像化光学系により集光される必要がある円錐形の光の開き角は、例えば、０．５以上の開口数に対応するように、大きい必要がある。

励起光１０は、その装置の配設部分に一体化されたウィンドウ２６を介して、基板１６に入射する。出射ウィンドウ２８も示されていて、光検出器３０は、例えば、参照制御及び品質制御のための、励起源のフィードバック制御のために用いられる。

図２の実施例においては、生物学的接着点における基板と検体溶液との間の界面で全反射される入射ビームにより励起が得られる。これは、指数関数的に強度が減衰する、好ましいエバネッセント場をもたらす。表面に近接する（間隔のオーダーが１００ｎｍ以下）ラベルのみが励起状態になる。そのような表面選択励起は、上澄み溶液からかなり低いバックグラウンドを生成し、従って、高い感度でリアルタイムの検出を可能にする。励起源と、サンプルの分析領域の横方向に関連するレンズを備えることにより、そして入射方向と基板の平面との間に小さい鋭角を伴って、磁界ガイドと基板の下面との間に小さい空間が与えられる。

図２の構成においては、磁界ガイドにより少なくとも部分的に囲まれた空間内に検出器及び関連光学系が備えられている。

図３に示す第２実施形態においては、出射された光は、光導波路４０であって、例えば、光ファイバ束により、分析領域から搬送される。検出器２２は、磁気ヘッドの外側の光導波路４０の下端部に位置付けられている。これは、磁場ガイドのデザインをよりコンパクトにすることを可能にし、そして光学要素についての標準的構成要素の使用を可能にする。

図４に示す第３実施形態においては、磁気ラベルの作動のために用いられる磁石５０の上部に直接、位置付けられている。光検出器２２は静止しているが、装置の配設部分のコストを低く維持するように、リーダ装置内に位置付けられる。図４は、分析領域内の基板の平坦な裏側を示しているが、単独の屈折レンズ、回折レンズ、若しくは一次元レンズレットアレイ又は二次元レンズレットアレイ（画像化機能を提供する）等の光学構成要素も、図２に示すように、集光率を高めるように光学基板の下面に成型されることが可能である。

光検出器を薄く維持するように、その光検出器は、好適には、半導体要素（例えば、フォトダイオード、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ）又は高分子要素である。

上記の実施例において示されている内部全反射による励起は、図５に示しているように、エバネッセント導波路による励起によって置き換えられる。このようにして、分析領域に対して光を結合するための分析領域の場所には、構成要素は必要でない。これにより、磁気ヘッドのためにより大きい領域が得られる。

励起源１８は、格子構造６２により光導波路６０に光を供給する。

図６は、励起光が磁気ヘッドの内側の光学要素を介して誘導される構成を示している。このように、磁場ガイド配列（例えば、馬蹄形構成）の中央の上方の分析領域に対して励起光を供給する光学的配列が用いられる。光は、サンプル内で放射線を生成するように、分析領域にフォーカシングされる。

励起光は、ダイクロイックミラー又はビームスプリッタ７０によりサンプルの方に方向付けられる。これにより、励起光及び蛍光のために異なる光路が規定される。励起光は、励起レンズ７２によりサンプルにおいて実質的にフォーカシングされる。

何れのレーザ光の反射迷光（励起波長を有する）は、ダイクロイックミラー又はビームスプリッタ７０により再び反射され、蛍光輝度は、ミラー／ビームスプリッタ７０を介して検出器２２まで移動される。バンドパスフィルタが励起光の排除のための更なるフィルタリングを提供することが可能であり、フィルタリングされた光は、検出器２２に対してサンプルを画像化する画像化レンズ７４により検出器２２にフォーカシングされる。

読み取り経路内の集光レンズの焦点にピンホールを導入することにより、又は結合アレイの外側の他の経路からの輝度を抑制するように擬似ピンホールとしての画素化検出器を用いることにより、読み取りは擬似焦点モードで実行される。しかしながら、エバネッセント場が励起スポットにおいてのみ存在するときは、ピンホール配列は必要ない。

上記の実施例は、固定された磁気構成要素及び光学構成要素を有し、磁気機能及び光学機能は、同じカートリッジ位置により実行される。

図７に示す配列においては、磁気要素及び光学要素の同軸配列は、より良好な画像化品質を有する有利点を伴って、並列配列により置き換えられている。図７の配列は、磁石配列８２と、互いに隣り合っている画像化光学系１８及び検出光学系２２とを有する作動スレッジ８０を有する。

図７Ａは、装置の側面図及び平面図である。図７Ｂは、スレッジ８０の２つの位置を示している。図７Ｂの上の図は、励起源の経路内にあり、磁場の上方にある分析領域９０を示している。図７Ｂの下の図は、蛍光を検出するための光検出器配列の上方の分析領域を示している。

蛍光の励起及び光検出は同時に行われる（蛍光の緩和時間は数ナノ秒である）。図７の配列は、励起／検出から磁気的引力機能を分離している。磁気的引力は、比較的ゆっくりしたプロセスであり、一旦、ビーズが結合すると、それらのビーズは、カートリッジの移動のために十分に有効の状態を保つ。

この配列は、分析領域の画像化が磁石の中心を通る点で、図２及び３の実施例と同じ概念的方法を用いる。

図７の実施例は、２つの位置の間の作動中にスレッジ８０の移動を提供する。磁石がカートリッジの分析領域の真下にある位置が与えられる。作動プロトコルが終了した（表面に粒子を移動させる磁気的引力）とき、画像化／検出光学系の光軸は分析領域の中心と一致して、励起及び蛍光検出が行われるように、スレッジが第２の位置に移動される。

上記の全ての実施例においては、ターゲット分子がビーズに付着し（既存のビーズ捕捉システムと同様に）、蛍光ラベルはターゲット分子に付着し（既存の光学系と同様に）、故に、表面へのビーズの磁気的引力は表面で必要な蛍光ラベルをもたらす。表面に引き付けられるが、引き付けられるターゲット分子を有さないビーズは、結合せず、磁気勾配を逆にすることにより押し戻される。

一次元及び二次元移動機構ステージの技術は光記憶により知られていて、それらの装置は、高信頼性で、低コストで且つ体積を大きくして製造される。更に、一次元作動スレッジは、高速（最大１００Ｈｚ）に且つ高精度（数十μｍ）で移動されることが可能である。

この方法の見込まれる不利点は、磁気的作動中に信号が足りないことである。しかしながら、エンドユーザの製品のためには、これは、バイオアッセイの動力学が研究により知られているために、問題はない。従って、作動プロトコルは、フィードバック又は分析を必要とせずに、実行されることが可能である。

本発明の種々の実施例により、コンパクトな画像化光学系及び検出器を有し、高画像品質を有するシステムが可能である。コンパクトで且つ高効率の磁石配列が提供される。

分析領域へのサンプルの供給は、例えば、マイクロ流体ポンピングを用いるものであり、全く従来型のものである。多チャネルは異なる複数の固定化された抗体と同時であることが可能である。

装置の温度制御は一体加熱により行われ得る。異なるスペクトルの蛍光ビーズが用いられることが可能である。

バックグラウンドの蛍光は結合していないラベルから読み取られる。そのバックグラウンドは、意図されない結合ラベル、及び表面に吸着している他の粒子により主にもたらされ、一部の固有の蛍光は基板及び光路中の全ての成分からもたらされる。

吸収（ＦＴＩＲ）又は散乱によるビーズの密度の測定は、蛍光に代えて又は蛍光に付加して測定されることが可能である代替測定である。これは、フィルタを除いて、本質的に同じ構成を用いることが可能である。

ビーズ及びラベル付けされた抗体のサンプルとの予備混合は、注入前に行われることが可能である。好適には、混合及び反応は、配慮適用の点で、配設カートリッジ内部で行われる。

上記の実施例においては、システムは、蛍光検出について用いられる。しかしながら、本発明は、より一般には、サンプルの励起及び結果的に得られる光の検出に関連する。

基板は、何らかの適切な材料の平坦な平面を有することが可能であり、例えば、ガラス又は高分子を有することが可能であり、表面密度が０．０１乃至１０６要素／μｍ^２であり、好適には、１０乃至１０４要素／μｍ^２である、捕捉要素を有することが可能である。

サンプル、サンプルと接する捕捉要素を有する基板、又はサンプルと接していた後の基板は典型的には、ターゲット粒子と呼ばれる、オリゴヌクレオチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、遺伝子、蛋白質、炭水化物、脂質又は細胞等の生物学的構成要素、外細胞膜又は内細胞膜等の細胞構成要素、バクテリア、ウィルス、原生動物等の特定の構成要素についてスクリーニングされる。

ルミネッセンスラベルは典型的には、ターゲットラベルに付着し、従って、ターゲット粒子の検出に役立つ。一部の実施形態においては、従って、サンプルは少なくとも１つの発光ラベルを有し、 “光学可変粒子”とも呼ばれる。そのような光学可変粒子は、例えば、蛍光粒子（上記の）、エレクトロルミネッセンス粒子又は化学発光粒子であることが可能である。光学可変粒子は、化学的に結合したサイトに結合することが可能である何れかのエンティティ等であることが可能である。その結合はスクリーニング効果（即ち、イオン結合反応、分散結合反応及び水素結合反応）による。共有結合は代替の結合である。

上記の実施例においては、蛍光検出は基板を介して行われる。しかしながら、蛍光検出はサンプルの上方で実施されることが可能である。

本発明は、分子診断の分野であって、診療診断、ポイントオブケア診断、最先端の生体分子診断研究（生体センサ、遺伝子及びタンパク質発現アレイ、環境センサ、食物品質センサ等）の分野で適用できる。

種々の他の変形について、当業者は理解することができる。

Claims (15)

1. 基板のためのホルダであって、前記基板は検出表面を有し、サンプルの体積を収容することができ、前記サンプルは前記検出表面と少なくとも一部が接している、ホルダ；
   励起放射を供給する励起放射源；
   前記サンプルの励起領域に前記励起放射を供給する放射結合配列であって、前記励起領域は前記検出表面を有する、放射結合配列；及び
   前記サンプルとの前記励起放射の相互作用からもたらされ、前記サンプルの前記励起領域内の分析領域から集光される検出放射を検出する検出器であって、前記分析領域は前記検出表面を有する、検出器；
   を有する検出システムであって、
   当該検出システムは、前記サンプルの前記検出表面に隣接して及び前記検出表面の同じ側に備えられ、前記励起放射源及び前記放射結合配列に対して固定された磁石配列を更に有し、前記磁石配列は、前記検出表面に対して前記サンプル内の磁性ビーズを引き付けることができる；
   検出システム。
2. 請求項１に記載の検出システムであって、前記励起放射はエバネッセント波である、検出システム。
3. 請求項１に記載の検出システムであって、前記磁石配列から前記分析領域に磁場をフォーカシングする磁場ガイド配列を更に有する、検出システム。
4. 請求項３に記載の検出システムであって、前記磁場ガイド配列は、前記放射結合配列が前記励起放射及び／又は前記検出放射を誘導することができる空間を有する、検出システム。
5. 請求項４に記載の検出システムであって、前記放射結合配列は、前記磁場ガイド配列の中央の上方の前記分析領域に前記励起放射を供給し、前記サンプルにおいてエバネッセント放射を生成するように、前記分析領域に前記励起放射をフォーカシングする放射配列を有する、検出システム。
6. 請求項５に記載の検出システムであって、前記放射配列は、前記検出器に前記集光された検出放射をフォーカシングするためのものでもあり、前記放射配列は、前記集光された検出放射及び前記励起放射のための異なる放射経路を備えたビームスプリッタを有する、検出システム。
7. 請求項１に記載の検出システムであって、前記検出器は、前記サンプルホルダに最も近接している前記磁石配列の表面に備えられている、検出システム。
8. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の検出システムであって、前記検出器及び前記磁石配列はキャリアにおいて並んでいて、前記キャリアは、磁気的作動位置と検出位置との間で移動可能である、検出システム。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の検出システムであって、前記検出器は放射フォーカシング配列を有する、検出システム。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の検出システムであって、前記検出器は放射バンドパスフィルタ及び放射ハイパスフィルタを有する、検出システム。
11. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の検出システムであって、前記放射結合配列は、前記基板の前記検出表面に対して先鋭な角度で前記分析領域に前記励起放射を方向付ける前記励起放射源に関連付けられた放射配列を有し、前記基板は内部全反射する、検出システム。
12. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の検出システムであって、前記放射結合配列はエバネッセント放射ガイドを有する、検出システム。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の検出システムであって、前記励起放射は光であり、前記検出放射はルミネッセンス放射である、検出システム。
14. 請求項１乃至１３の何れか一項に記載の検出システムであって、前記検出器は画素化光検出器を有する、検出システム。
15. 基板により保持されたサンプルの分析領域の下に備えられた磁石配列を動作させ、それにより、前記分析領域内の前記基板の検出表面に前記サンプル内の磁性ビーズを引き付ける段階；
    励起放射源から、前記検出表面の第１表面からの前記サンプルの前記分析領域に、励起放射を供給する段階であって、前記磁石配列は励起放射源に対して及び放射結合配列に対して固定されている、段階；
    前記サンプルとの前記励起放射の相互作用から、前記サンプルの前記分析領域から及び前記検出表面の前記第１側からもたらされる検出放射を集光する段階；並びに
    前記集光された検出放射を検出する段階；
    を有する検出方法。

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