JP6851328B2 - 空間的広がりを有する生物試料における動きを光学的に検出するのための方法および装置 - Google Patents
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Description
Claims (17)
- 或る三次元細胞および/または組織培養物のまたは或る細胞クラスタの形態、または自由浮遊微生物の或る試料の形態の空間的広がりを有する生物試料(1)における動きを光学的にインビトロで検出するための方法であって、
(a) 前記生物試料(1)用の容器、光ビーム源(6)、光学系(7、8)および検出器(2)を供給する工程を含み、
(a1) 前記光ビーム源(6)はコヒーレント光を生成し、
(a2) 前記光学系(7、8)は、前記容器内の前記生物試料(1)全体に前記光ビーム源(6)から放射される電磁線を照射するよう、および、前記生物試料(1)内の任意の位置で前記生物試料(1)との相互作用によって回折パターンが変化した前記光ビーム源(6)からの前記電磁線の少なくとも一部を、前記検出器(2)の検出面(2a)上に導くよう構成され、
(a3) 前記検出器(2)は検出された前記電磁線に応じて測定信号(9)を生成するよう構成され、前記測定信号の時間的プロファイルが前記検出された電磁線の強度の時間的プロファイルを示しおよび/または前記測定信号から前記検出された電磁線の強度の時間的プロファイルが導出でき、
(b) さらに、前記光ビーム源(6)からの電磁線を前記生物試料(1)に照射する工程と、
(c) 前記測定信号(9)の時間的変化に応じて前記生物試料(1)における動きを検出する工程と、
を含み、
特徴として、
(a4) 前記検出器(2)は、非画像検出器であり、または非空間分解測定信号を有する検出器であり、
(a5) 前記光学系(7、8)は、前記生物試料(1)によって回折された前記光ビーム源(6)からの光によって生成された回折パターンの端縁領域を前記検出器(2)上に投影するよう構成され、
(a6) 前記光学系(7、8)は、前記生物試料(1)と前記検出器(2)の間に配置されたピンホール遮蔽部(3b)を、前記ピンホール遮蔽部(3b)のピンホール(3c)が前記生物試料(1)によって生成された回折パターンの前記端縁領域に配置される形態で、含んでいるものである
方法。 - 前記生物試料(1)の径が、
(a)少なくとも1つの空間的方向に少なくとも50μmである、または
(b)100μm〜1mmの範囲にある
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記生物試料(1)が、
(a)生細胞、例えば筋細胞を含み、および/または
(b)動きを引き起こし得る細胞を含む
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。 - (a)前記検出器(2)が単一チャネルの測定信号(9)を供給し、
(b)前記検出器(2)がフォトダイオードである
ことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の方法。 - (a)前記生物試料(1)を透過した前記光ビーム源(6)の電磁線が前記検出器(2)に達する位置におよび/または前記光ビーム源(6)からの光が前記生物試料(1)をバイパスしつつ前記検出器(2)に達する位置にビーム経路が存在しない形態で、前記光学系(7、8)が構成されおよび/または前記検出器(2)が前記生物試料(1)用の照射ビーム経路(10)および前記生物試料(1)に対して配置され、および/または
(b)前記生物試料(1)が完全に照射される
ことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の方法。 - 前記測定信号(9)の変化が所定の閾値を超えた場合、および/または、前記測定信号(9)の時間的変化が周期性を有する場合に、前記生物試料(1)における動きが検出される
ことを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の方法。 - 前記光学系(7、8)は、
(a)前記光ビーム源(6)と前記生物試料(1)の間に配置された遮蔽部(3a)であって、前記遮蔽部(3a)の遮蔽部開口(3d)を通って出る前記光ビーム源(6)からの電磁線が前記ピンホール遮蔽部(3b)の前記ピンホール(3c)に直接達しない形態で設計された遮蔽部(3a)、および/または
(b)光ビーム源(6)と前記生物試料(1)の間に配置された屈折光学要素(4a)であって、前記屈折光学要素(4a)によって回折された電磁線が前記ピンホール遮蔽部(3b)の前記ピンホール(3c)に直接達しない形態で設計された屈折光学要素(4a)
を含むものであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記光学系(7、8)は、前記光ビーム源(6)と前記生物試料(1)の間に配置された第1の偏光フィルタ(5a)と、前記生物試料(1)と前記検出器(2)の間に配置された第2の偏光フィルタ(5b)とを含むものであることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれかに記載の方法。
- (a) 前記検出器(2)は、前記生物試料(1)によって拡散された光をエピ検出するために、前記生物試料(1)における前記光ビーム源(6)側と同じ側に配置され、または
(b) 前記検出器(2)は、前記生物試料(1)の拡散側の電磁線を検出するために、前記生物試料(1)用の照射ビーム経路(10)の方向に対して前記生物試料(1)の側方に配置され、または
(c) 前記検出器(2)は、前記生物試料(1)によって拡散された光の透過光検出のために、前記生物試料(1)の透過光方向に配置され、
前記光学系は、
(c1) 前記光ビーム源(6)と前記生物試料(1)の間に配置されていて、前記生物試料(1)を透過したビームとして前記検出器(2)に達するであろう前記照射ビーム経路(10)における光ビームを遮断するよう設計された遮蔽部(3)を含み、および/または
(c2) 前記光ビーム源(6)と前記生物試料(1)の間に配置されていて、前記生物試料(1)を透過した光ビームが前記検出器(2)に達しない形態で前記照射ビーム経路(10)の方向を変えるよう設計された屈折要素(4)を含むものである
ことを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載の方法。 - 前記光学系(7、8)は、前記検出器(2)の前に配置されていて室内光を抑制するよう設計された帯域通過フィルタ(13)を含むものであることを特徴とする、請求項1乃至9のいずれかに記載の方法。
- (a)前記生物試料(1)用の前記容器が、好ましくはバイオポリマー(15)製の、担体マトリックスの形態を有し、および/または
(b)前記生物試料(1)用の前記容器が懸滴を支持する
ことを特徴とする、請求項1乃至10のいずれかに記載の方法。 - 前記生物試料(1)用の前記容器が、マルチウェル・プレートまたは懸滴マルチウェル・プレートのウェルであることを特徴とする、請求項1乃至11のいずれかに記載の方法。
- 互いに分離された複数の生物試料において動きの並行な光検出が実行され、
複数の前記生物試料(1)用の前記容器が、行および列に配置された試料を受け入れるための複数のウェルを有するマルチウェル・プレートまたは懸滴マルチウェル・プレートであり、
複数の前記検出器(2)が、検出器アレイとして、好ましくはフォトダイオード・アレイとして、配置され、個々の検出器の格子間隔が前記マルチウェル・プレートの前記複数のウェルの格子間隔に等しい、
ことを特徴とする、請求項1乃至12のいずれかに記載の方法。 - 前記光ビーム源(6)は、前記複数のウェルにおける前記複数の生物試料(1)に照射するためのレーザ・ダイオード・アレイとして設計され、個々のレーザ・ダイオードの格子間隔は、前記マルチウェル・プレートの前記複数のウェルの格子間隔に等しく、複数のレンズが前記レーザ・ダイオードの光を前記複数のウェル内に導くことを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- (a)前記レーザ・ダイオード・アレイのホルダが、熱伝導性材料で、好ましくはアルミニウムで、形成されている、および/または
(b)前記光学系(7、8)はマイクロ・レンズ・アレイを含み、前記マイクロ・レンズ・アレイの各レンズが前記レーザ・ダイオードの1つに割り当てられる
ことを特徴とする、請求項14に記載の方法。 - 前記光ビーム源(6)の光は、光ファイバ束によって前記複数の生物試料(1)に照射するために前記複数の生物試料(1)を含む個々のウェル内に結合されることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 或る三次元細胞および/または組織培養物のまたは或る細胞クラスタの形態、または自由浮遊微生物の或る試料の形態の空間的広がりを有する生物試料(1)における動きを非接触でインビトロで検出するのための装置であって、
− 前記生物試料(1)用の容器(15、16)と、
− コヒーレント光を生成する光ビーム源(6)と、
− 検出器(2)と、
− 前記光ビーム源(6)から放射される電磁線を前記容器における前記生物試料(1)全体に照射するよう、および、前記生物試料(1)内の任意の位置で前記生物試料(1)との相互作用によって回折パターンが変化した前記光ビーム源(6)の前記電磁線の少なくとも一部を、前記検出器(2)の検出面(2a)上に導くよう構成された光学系(7、8)と、
を含み、
− 前記検出器(2)は、検出された前記電磁線に応じて測定信号(9)を生成するよう構成され、
前記測定信号(9)の時間的プロファイルが前記検出された電磁線の強度の時間的プロファイルを示し、および/または、前記測定信号(9)から前記検出された電磁線の強度の時間的プロファイルが導出でき、
− さらに、前記検出された電磁線の時間変化を表示しおよび/または評価することによって、前記生物試料(1)における動きを検出するよう構成された評価部
を含み、
特徴として、
前記検出器(2)は、非画像検出器であり、または非空間分解測定信号を有する検出器であり、
前記光学系(7、8)は、前記生物試料(1)によって回折された前記光ビーム源(6)からの光によって生成された回折パターンの端縁領域を前記検出器(2)上に投影するよう構成され、
前記光学系(7、8)は、前記生物試料(1)と前記検出器(2)の間に配置されたピンホール遮蔽部(3b)を、前記ピンホール遮蔽部(3b)のピンホール(3c)が前記生物試料(1)によって生成された回折パターンの前記端縁領域に配置される形態で、含むものである
装置。
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