JPH10510049A - 蛍光検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 螢光分析システムは、試料プレート内のウェルから伝達された光を検出する。このシステムの一実施例は、単一の光検出器を含む。リフレクターは、幾つかの検出エミッタのうちの任意の一つから光を受け入れ、この光を光検出器に向かって反射できる。一つのリフレクターは、ステッパモータに取り付けられたプリズムを含む。各検出エミッタに順番に面するように、プリズムを選択的に回転させる。一つの列内の幾つかのウェルからの光は、プリズムをこれと一つづつ面するように回転させることによって、光エミッタに向かって差し向けられる。各エミッタはウェルと対応する。検出エミッタは、光ファイバ束の一端を含む。各束の他端はウェルの近くに位置決めされ、異なるウェルの側方に位置決めされた各束は、光をウェルから対応するエミッタに搬送する。エミッタからの光をプリズム上に焦合するため、コリメーティングレンズが各検出エミッタと回転プリズムとの間に位置決めされている。バッフルは光検出器とプリズムとの間に位置決めされている。キセノンアーク灯からの光を光ファイバ束で試料ウェルに向かって搬送する。コンピューター制御式制御装置が、光の検出と自動液体取扱システムの作動とを調整する。

Description

【発明の詳細な説明】 螢光検出装置 発明の分野 本発明は、複数の試料ウェル内に保持された組成物が発する光を検出するため のシステムに関し、更に詳細には、光を複数の試料ウェルから光電子増倍管等の 単一の光検出器に搬送することによって、自動試験中の組成物の螢光を検出する システムに関する。 発明の技術的背景 様々な化学的試験及び手順は、一般的には、光化学反応の分析を必要とし、特 に、螢光の分析を必要とする。螢光は、有機化合物及び無機化合物の両方の同定 の臨床的設定で分析される。産業的分野及び農業的分野において、毒物検査中及 び汚染調査中に螢光分析を使用する。更に、螢光は、酵素、アミノ酸、発癌物質 、及び様々な他の化合物の調査において分析される。 更に、螢光分析は、薬剤の選別試験の用途で有用である。安全で有効な薬剤の 開発には、一般的には、極めて多数の試験を行う必要がある。幸いなことに、必 要な試験のうちの幾つかは部分的に自動化できる。例えば、有効でない組成物を 選別して除去するための試験は、多くの場合、大部分が自動機械で行われる。自 動化により、試験できる組成物の数が多くなり、繰り返し作業中にしばしば生じ るエラーの危険が小さくなる。 自動選別試験は、一般的には、幾つかの試料ウェルにセル試料を置くことによ って開始される。試料ウェルは小さく、透明なプラスチック製の試料プレートに 円筒形の容器が矩形のアレイをなして形成されている。代表的な試料プレートは 、８×１２のウェルが含まれている。「列」及び「行」という用語は、多くの場 合、アレイをなしたウェルでできた線を示すのに使用され、これらの用語の使用 は変化し、ある場合には８列及び１２行と、また、別の場合には８行及び１２列 と言われる。本明細書中では、列内のウェルの数を限定することなく、後者の使 用法 を採用する。かくして、代表的な列は８つのウェルを含むが、列に含まれるウェ ルの数はこれ以外でもよい。 セル試料をウェル内に、一度に一つのウェルに又は一度に一列に、自動液体取 扱機によって置く。代表的な自動液体取扱機は、制御装置、少なくとも一つの位 置決め可能なピペット列、これらのピペットを位置決めするためのサブシステム 、及び計量された量の流体をピペットを通して選択的に配置するためのサブシス テムを含む。液体取扱機は、種類によっては、試料プレートを位置決めするため のサブシステムを含む。制御装置は、一般的には、プログラムされたコンピュー ターを含む。 ピペットは、標準的な試料プレートの試料ウェル間の中心間距離だけ互いから 間隔が隔てられている。かくして、各ピペットは、ピペット列をウェルの列の上 方に置き、次いでこれを下げると、別々の試料ウェルに嵌まる。ピペットは、最 小限、上下させることができ、多くの液体取扱機はピペットを他の方法で位置決 めすることができる。 作動に当たっては、調査されるべきセル試料をウェル内に置く。これらのセル 試料は、試験される未知の薬剤又は他の試薬に作用するセル又はセル内容物を含 む。ピペットは、ウェルの列内に位置決めされ、ピペットを通して第１組成物を セル試料内に注入する。試験計画案に従って選択された組成物には、薬剤即ち作 用薬が含まれる。次いで、ピペットを次の列内に位置決めし、プレートが充填さ れるまでプロセスを繰り返す。 システムを較正するため、基線計測を行う。かくして、光を発する反応の場合 には、各ウェルからの光のレベルを計測し、基線を決定する。試料ウェルから発 せられた全ての光を監視し、又は計測前の光をフィルタにかける。例えば、幾つ かの薬剤選別試験では、所定波長の螢光の計測を必要とする。 試験計画案が必要とする場合には、追加の組成物を加えるのがよい。ピペット を濯ぎ、次いで第２組成物をセル試料及び第１組成物に加え、追加の反応を計測 する。既に第１組成物が入っているウェルにピペットを位置決めし、ピペットを 通して第２組成物を差し向けることによって、第２組成物を加える。各ウェルか らの光を再び計測し実験データを計測する。濯ぎを行った後、別の組成物を加え 、 同様の方法で評価を行うことができる。 特定の選別試験では、材料及び試料ウェル内のセルが反応したときに試料ウェ ルから発せられる光の量を検出することによって、様々な組成物の有効性を計測 する。別の選別試験では、ウェルの外部の光源からウェルに加えられ、ウェルを 透過した光の量が、特定の組成物がどれ程望ましいものであるのかを示す有用な 計測値である。かくして、各試料ウェルからの光の少なくとも一部を検出し、計 測する機器が必要とされている。 光を検出し、計測するための従来の方法は、列内の各ウェルから発せられた光 の一部を光検出器からなる列内の対応する光検出器に差し向ける必要があった。 例えば、一つのシステムは、光をウェルの列から光電子増倍管の列に搬送するた めに光ファイバケーブルの列を使用する。各ケーブルは、一つのウェルからの光 を一つの光電子増倍管に搬送する。 このようなシステムは、ウェルからなる全ての列からの光を一度に検出でき且 つ計測できる。これは、各ウェルからの光が別々の光検出器に差し向けられるた めである。全ての列を一度に処理することによって、処理できるウェルの数が多 くなり、そのため、螢光分析を行うのに必要な時間が短くなる。 当該技術分野における問題点は、光電子増倍管及び他の光検出器が、代表的に は、高価であるということである。更に、各光検出器は、通常は、光を検出し計 測するための支援機器を必要とする。代表的には電源及び一組の制御用電子機器 を含む必要な支援機器は、多くの場合、高価であり且つ場所をとる。かくして、 光検出器からなる完全な列を使用すると、螢光分析に使用される光検出システム の価格、大きさ、及び複雑さがかなり大きくなる。 別の従来のシステムは、光を、ウェルのプレート全体から、冷却電荷結合デバ イス（ＣＣＤ）カメラに搬送する。ＣＣＤカメラは、ピクセルとして周知の画素 からなる矩形のアレイを含む。試料プレート全体の出力がＣＣＤ上に結像される 。次いで、各ウェルと対応する特定のピクセルをサンプリングし、各ウェルにつ いての光の強さの読みを得る。かくして、列をなした多数のウェル又はウェルか らなる多数の列を平行して処理でき、試験に必要な時間を短縮できる。 冷却ＣＣＤカメラは、他の種類の光検出と比較して極めて高価である。更に、 プレート全体を一度に照光するために１０００ｗのライト等の強力な光源が必要 とされる。このような強力なライトを使用するには費用がかかる。これは、ライ ト自体が高価であること、及び強力な光源と関連して特別の光学的要素を使用し なければならないためである。更に、費用のかかる二次的な画像処理は、代表的 には、ピクセルのサンプリング及びＣＣＤ出力から適切なデータを取り出すのに 使用される。 かくして、試料ウェルからなる代表的な列内の各試料ウェルについて別々の光 検出器を使用しない、螢光分析中に光を検出するためのシステムを提供すること は、当該技術分野における発展である。更に、所定の波長範囲内の螢光を効果的 に検出するこのようなシステムを提供することもまた、当該技術分野における発 展である。更に、自動液体取扱機と組み合わせて効果的に使用できるこのような システムをを提供することもまた、当該技術分野における発展である。 本願は、このようなシステムを開示し、特許請求する。 発明の概要 本発明は、その一つの特徴として、螢光分析中、又は、試料が発する光又は試 料が反射した光の変化に基づいた他の種類の分析中に、試料プレートの一つ又は それ以上の試料ウェルから伝達された光を検出するためのシステムを提供する。 試料プレートは、各列に幾つかのウェルを有し、一つ又はそれ以上の列を有する 。分析中には、化学反応の一部として、ウェル内の組成物から光が発せられる。 更に、外部光源からの光をウェルに通すことができる。いずれの場合でも、本シ ステムは、光を検出し、有効性がない組成物を選別して外すために使用でき、そ れ以外に、各試料ウェル内の化学変化の分析を補助するのに使用できるデータを 提供する。 検出システムは、好ましくは、単一の光検出器を含むが、場合によっては、代 表的には、代表的な試料プレート列内のウェルの数よりも少数の光検出器を含む 。本発明を使用すれば、一つの光検出器を一つの列内の各ウェルの専用にする必 要がない。その代わりに、システムは、複数のウェルからの入力を単一の光検出 器に経時的に切り換える。 光検出器は、光電子増倍管を含む。かくして、本発明の光切替え性能により光 検出器及び試料ウェルからなる列からの光を効果的に検出するのに必要な光検出 器支援機器の価格及び複雑さが大幅に減少する。 本システムは、光を複数の検出エミッタのうちの任意の一つから選択的に受け 入れることができ且つ光を光検出器に向かって反射できるリフレクターを更に含 む。一実施例では、リフレクターは、中央軸線を中心として回転するように取り 付けられたプリズムを含む。プリズムは、ステッパモータのシャフトに固定され ており、光学エンコーダがステッパモータと隣接して位置決めされている。 一実施例では、検出エミッタは、中央軸線に対して垂直なエミッタ平面内でプ リズムの周りに置かれている。光検出器は、エミッタ平面の上方で中央軸線上に 位置決めされている。光学エンコーダ及びステッパモータを使用し、プリズムの 位置を監視し変更する。プリズムは、各検出エミッタに次々に面するように選択 的に回転される。 プリズムを選択的に回転させてエミッタの一つと対面させると、選択されたエ ミッタからの光をプリズムでエミッタ平面の外に中央軸線に沿って光検出器に反 射することができる。プリズムの側部及び後部は、遮光体によってマスキングし てあり、そのため、選択されていないエミッタからの光を光検出器に反射するこ とはない。列内の幾つかのウェルからの光又は全てのウェルからの光は、プリズ ムを回転させてウェルと対応するエミッタの各々と一つづつ対面させることによ って、光エミッタに向かって差し向けられる。 変形例では、リフレクターは、中央軸線を中心とした位置に固定された円錐体 除去プリズム（removed cone prism）を含む。検出エミッタは、この場合も、中 央軸線に対して垂直な平面内に円をなして配置されており、光検出器がエミッタ 平面の上方で中央軸線上に位置決めされている。シャッターが各エミッタを円錐 体除去プリズムから分離する。特定のシャッターを選択的に開放することによっ て、対応するエミッタからの光をプリズムがエミッタ平面の外に中央軸線に沿っ て光検出器に反射することができる。更に別の実施例では、リフレクターは、各 エミッタ用の光ファイバ束を含む。各束の一端は、シャッターによってエミッタ から分離されており、各束の他端は光検出器の近くに位置決めされている。かく して、一つのシャッターを選択的に開放することによって、光を対応するエミッ タから対応する束によって光検出器に搬送することができる。 これらの実施例の各々において、検出エミッタは、光ファイバ束の一端を含む 。各束の他端はウェルの近くに位置決めされ、各束は別のウェルの近くに位置決 めされ、光をそのウェルから対応するエミッタに搬送する。かくして、ファイバ 束は、複数の検出キャリヤを形成し、これらの各々は、ウェルのうちの一つから 検出エミッタの一つに光を搬送できる。 コリメーティングレンズが各検出エミッタと、回転プリズムの実施例及び固定 プリズムの実施例のリフレクターとの間に位置決めされている。各レンズは、エ ミッタからの光を平行にし、この光をプリズムに差し向ける。周囲光又は誤って 光検出器に入り込んだ光によって及ぼされる作用を小さくするため、一方では光 検出器と、他方ではプリズム又は先細の束端との間にバッフルを位置決めするの がよい。更に、本発明の幾つかの実施例においては、励起光をウェルに差し向け るためのサブシステムが包含される。一実施例では、コリメーションレンズを備 えたキセノンアーク灯の形態の励起光源を有する。光ファイバ束が形成する幾つ かの励起キャリヤが光を励起光源から選択された試料ウェルに搬送する。励起フ ァイバ及び検出ファイバは、試料ウェルの近くで挟み込まれており、励起及び検 出を更に均等にする。 コンピューター化した制御装置が、自動液体取扱システムと通信することによ って、光の検出を液体の取扱と調整する。光検出システムと液体取扱機との間で やりとりされる情報及び制御情報により、光検出器、光励起装置、液体取扱機、 及び試料ウェル位置決め装置を効果的に調整することができる。 このようにして、本発明は、試料ウェルの代表的な列内の各試料ウェルについ て別々の光検出器を使用しない、螢光分析中に光を検出するためのシステムを提 供する。その代わりに、各ウェルからの光はリフレクターに次々に搬送され、リ フレクターが光を光検出器内に反射する。従来の方法と異なり、一つの光検出器 を列内の各ウェルの専用にする必要がない。更に、本発明は、特定の波長の螢光 を効果的に検出するシステムを提供する。フィルタ及びバッフルを使用し、所望 の波長範囲以外の光を除去する。更に、本システムは自動液体取扱機と容易に協 働させることができる。 本発明にかかる装置の一つの用途は、様々な薬剤及び他の化学的試薬又は生物 学的試薬をそれらが細胞内に及ぼす作用及び細胞間に及ぼす作用についての選別 である。 本発明のこれらの及び他の特徴及び利点は、以下の説明及び請求の範囲を添付 図面を参照して読むことによって更に明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 本発明の上文中に記載した及び他の利点及び特徴を得るための方法を例示する ため、上文中に簡単に説明した本発明を、添付図面を参照して以下に更に詳細に 説明する。添付図面は、本発明の選択された実施例を提供するだけであって、従 って、その範囲を限定するものと考えられるべきではないということは理解され よう。本発明を添付図面を参照して以下に詳細に説明する。 第１図は、本発明による螢光検出システムの一実施例を、図面の明瞭化を図る ために支持体を取り外した状態で示す図である。 第２図は、第１図に示す実施例の幾つかの検出エミッタ、レンズ、フィルタ、 リフレクター、及び光検出を示す図である。 第３図は、第１図の実施例の幾つかの検出キャリヤ、励起キャリヤを示す図で ある。 第４図は、第２図の４−４線での断面図である。 第５図は、９６個のウェルを備えた標準的な試料プレートに関して本発明を使 用することによって得ることができるデータを示す図である。 実施例の詳細な説明 次に、添付図面を参照すると、これらの図では、同様の部品に同じ参照番号が 附してある。本発明は、一つ又はそれ以上の試料ウェル１２から伝達された光を 検出するための、第１図において全体に参照番号１０を附したシステムに関する 。試料ウェル１２は、試料プレート１４内に列をなして配置されている。試料プ レート１４の各列は、８、１２又はそれ以外の数のウェル１２を含み、プレート １４には一つ又はそれ以上の列が設けられている。各ウェル１２には、代表的に は、約０．０５cm³乃至約０．３０cm³の流体が入っている。 試料プレート１４は、自動液体取扱機１６内に配置されている。自動液体取扱 機１６には、好ましくは、通信及び制御を行うためのデジタル式入出力装置が設 けられている。デジタル式入出力装置を備えた一つの適当な自動液体取扱機は、 ネバダ州レノのハミルトン社から入手できるハミルトン２２００ＭＰＨ２型３６ ５５２である。 制御装置１８は、自動液体取扱機１６と信号通信している。一つの適当な制御 装置１８には、３８６ＳＸ２５及び４８６ＤＸ６６等の２種類のＩＢＭ製のパソ コンが含まれる。コンピューターには、自動液体取扱機１６を本願の教示に従っ てシステム１０の他の要素と協働させるソフトウェアが搭載してある。制御装置 １８は、コンピューターデータ収集用のＡＤコンバータ及びデジタル式入出力ボ ードを更に含む。一つの適当なデータ収集ボードは、コネチカット州ブランフォ ードのサイバーリサーチ社から入手できるシルダス（CYRDAS）８型を含む。 図示の実施例では、検出システム１０は単一の光検出器２０を含む。本発明の 他の実施例は複数の光検出器を含むが、各実施例に含まれる光検出器の数は、そ の実施例で使用された試料プレートの一つの列内のウェルの数よりも少ない。 光検出器２０は、光電子増倍管２２を含む。一つの適当な光電子増倍管２２は 、ニュージャージー州ロッカウェイのソーン（Thorn）ＥＭＩから入手できるハ ウジングＲＦＩＱＬ３０型の９１２４Ｂ型である。光電子増倍管２２及び制御装 置１８に接続された適当な光電子増倍器支援機器２４は、ペンシルバニア州フィ ラデルフィアのペンシルバニア大学のバイオメディカル機器グループから入手で きる電源−検出回路を含む。光検出器２０の変形例は、光電子増倍セル、ＣＣＤ カメラ、光検出器、フォトダイオード、又は光電子増倍管２２の代わりの或いは 光電子増倍管を補足するものとしてのアバランシェフォトダイオードを含む。 試料１０は、複数の検出エミッタ２８内に配置されたリフレクター２６を更に 含む。本明細書中で使用されているように「リフレクター」という用語は、プリ ズム、鏡、ビームスプリッター、レンズ、光ファイバ束、及び光線ビームの移動 方向を変えることができる他の要素を含む。 第１図及び第２図を参照すると、リフレクター２６は、中央軸線３２を中心と して回転するプリズム３０を含む。一つの適当なプリズム３０は、カリフォルニ ア州コヴィナのロリン・オプティックス社から入手できる直角プリズム４０．０ ０７０型である。プリズム３０の側部及び後部は、遮光体３４によってマスキン グされている。遮光体３４は、塗料、板紙、金属、又は、他の不透明材料で形成 され、接着剤又は他の従来の手段によってプリズム３０に固定されている。 プリズム３０はステッパモータ３６のシャフトに固定されており、このシャフ トとともに回転する。光学エンコーダ３８がステッパモータ３６と隣接して位置 決めされており、これは、中央軸線３２を中心としたステッパモータ３６の現在 の回転位置と対応する信号を発生するように形成されている。一つの適当なマイ クロステッパモータ及びエンコーダの組み合わせは、カリフォルニア州ローナー トパークのパーカー・コンピュモータ社から入手できるＳ５７−５１−Ｅ型であ る。マイクロステッパモータ３６用の適当な制御装置は、パーカー社から入出力 できるＳＸ型である。 検出エミッタ２８は、中央軸線３２と垂直な平面４０（第２図に仮想線で示す ）内に円をなして配置してある。光検出器２０は、エミッタ平面４０の上方に中 央軸線３２上に位置決めしてある。各検出エミッタ２８は、光ファイバ束４４の 一端４２を含む。価格を下げ且つ集光力を高めるため、各ファイバ束４４は、好 ましくは、ガラスファイバを含む。しかしながら、クオーツファイバを使用して もよい。一つの適当なファイバ束４４は、コネチカット州ストラットフォードの オリエンタルコーポレーションから入手できる７７５３３型分岐光ファイバ束で ある。 第１図及び第３図を参照すると、各ファイバ束４４の反対端４６は、試料ウェ ル１２の近くに位置決めされている。束端４６は、フレーム４８内に固定されて いる。束端４６の各々は、ウェル１２のうちの異なる一つのウェルの近くに位置 決めされている。これは、そのウェル１２からの光をエミッタ２８のうちの対応 する一つのエミッタまで搬送するためである。ファイバ束４４内のファイバは、 複数の検出キャリヤ５０を形成し、これらのキャリヤの各々は、光を一つのウェ ル１２から一つの検出エミッタ２８まで搬送できる。 第２図を参照すると、現在のところ、各検出エミッタ２８とプリズム３０との 間にレンズ５２を位置決めするのが好ましい。各レンズ５２は、好ましくは、コ リメーティングレンズである。一つの適当なレンズ５２は、カリフォルニア州コ ヴィナのロリン・オプティックス社から入手できる１７．１１７５型コリメーシ ョンレンズである。 周囲光即ち誤って入り込んだ光が光検出器２０に及ぼす作用を小さくするため 、好ましくはバッフル５４が光検出器２０とプリズム３０との間に位置決めされ ている。適当なバッフルには、カリフォルニア州イルヴィンのニューポートコー ポレーションから入手できるＩＤ−１．５型アイリス絞り、及びコネチカット州 ストラットフォードのオリエンタルコーポレーションから入手できる７１４００ 型アイリス絞りが含まれる。 第２図に示す実施例を含む本発明の幾つかの実施例は、特定の波長を持つ光の 検出に関する。従って、フィルタ５６を使用して望ましからぬ波長の光を遮断す る。約５１０nm乃至約５５５nmの範囲の波長を持つ螢光を検出するため、フィル タ５６は、回転プリズム３０と光電子増倍管２２との間に位置決めされた二色性 フィルタを含む。一つの適当なフィルタ５６には、ヴァーモント州ブラットルボ ロのオメガ・オプティカル社から入手できる二つの種類の５１０ＤＲＬＰ型二色 性ミラーが含まれる。フィルタ５６は、二色性フィルタと光電子増倍管２２との 間に位置決めされたエミッションフィルタを含む。適当なエミッションフィルタ には、ヴァーモント州ブラットルボロのオメガ・オプティカル社から入手できる ５４０ＤＦ２５型フィルタ、及びヴァーモント州ブラットルボロのクロマ・テク ノロジー社から入手できるＤ５３５／４０型フィルタが含まれる。 これらのフィルタは、試料ウェル１２と光検出器２０との間の光路に沿ったど の場所に配置してもよいということは当業者には理解されよう。しかしながら、 必要とされるフィルタの数を減らすため、フィルタは、好ましくは、各検出エミ ッタ２８の光路に沿ってでなく、光検出器２０近くの共通の光路に沿って位置決 めされる。共通の光路は、一つの以上のウェル１２からの光が通る行路である。 第１図及び第３図を参照すると、システム１０は、励起光をウェル１２に向か って差し向けるためのサブシステムを含む。励起サブシステムは、アーク灯の形 態の励起光源５８を含む。適当なランプには、コネチカット州ストラットフォー ドのオリエンタルコーポレーションから入手できる７５ｗの６００６４型等の、 コリメーションレンズ及び電源を備えたキセノンアーク灯、及びニューヨーク州 アルバニーのオプティーイクィップ社から入手できる、１６００型電源及び７７ ０Ｕ型ランプハウスを含む１５０ｗのアーク灯が含まれる。 励起サブシステムは、幾つかの励起キャリヤ６０を更に含む。励起キャリヤ６ ０は、一つの光ファイバ束４４の一部を含む。各励起キャリヤ６０は、光を励起 光源５８から一つの試料ウェル1２に向かって搬送する。ウェル１２近くのファ イバ束４４の端部内では、励起キャリヤ６０の励起光ファイバが、好ましくは、 検出キャリヤ５０の検出光ファイバに挟み込まれ、励起及び検出を更に均等に行 うことができるようにする。 励起フィルタ６２は、励起光源５８と励起キャリヤ６０との間に位置決めされ ている。適当な励起フィルタ６２には、バーモント州ブラットルボロのオメガ・ オプティカル社から入手できる４８５ＤＦ２２型フィルタ及びヴァーモント州ブ ラットルボロのクロマ・テクノロジー社から入手できるＤ４８０／３０型フィル タが含まれる。 第１図及び第２図を参照すると、励起光源５８、フィルタ５６及び６２、光フ ァイバ束４４、及び光検出器２０は、所期の波長で作動するように選択されてい る。例えば、薬剤の選別試験中にシステム１０を使用し、有効組成物が、「螢光 発光波長」と呼ばれる第１波長で光化学反応の一部として螢光を発するものと仮 定する。更に、問題の成分が「励起波長」と呼ばれる第２波長を持つ光によって 励起されるものと仮定する。 この場合、励起光源５８が発する励起光は、励起波長とほぼ等しい波長を含ま なければならない。光検出器２０は、螢光発光波長とほぼ等しい波長を持つ光を 検出できなければならない。検出フィルタ５６は、波長が螢光発光波長と等しく ない光を選別して除去する。検出キャリヤ５０及び励起キャリヤ６０は、夫々、 螢光発光波長とほぼ等しい波長を持つ光及び励起波長とほぼ等しい波長を持つ光 を伝達できなければならない。最後に、試料ウェル１２の形成に使用された材料 は、螢光発光波長とほぼ等しい波長を持つ光及び励起波長とほぼ等しい波長を持 つ光を通すことができなければならない。 作動では、本発明は、螢光分析中に一つ又はそれ以上の試料ウェル１２から伝 達された光を検出し、ウェル１２の内容物を特定の波長の光で励起するためのシ ステム１０を提供する。ウェル１２からの光は、対応する検出キャリヤ５０内に 移動する。検出キャリヤ５０内の光ファイバは、次いで、光を対応するエミッタ ２８に搬送する。 光は、幾つかのエミッタ２８に同時に搬送される。しかしながら、プリズム３ ０は任意の所与の時期に最大一つのエミッタ２８と整合する。プリズム３０が整 合していない場合のエミッタ２８からの光は、プリズム３０によって反射されて 光検出器２０に向かうことはない。 プリズム３０の整合を第２図及び第４図に示す。第１光ビーム６４は第１検出 エミッタ６６から発せられる。第１光ビーム６４は、対応するレンズ５２を通っ てプリズム３０に向かって移動する。しかしながら、プリズム３０は第１エミッ タ６６と整合しておらず、そのため、第１光ビーム６４はプリズム３０に到達し ない。その代わりに、第１光ビーム６４は、遮光体３４に当たって発散する。 対照的に、第２エミッタ７０からの第２光ビーム６８は、プリズム３０が回転 して第２エミッタ７０と整合しているため、プリズム３０に到達する。プリズム ３０に到達したとき、第２光ビーム６８は第４図の平面に対して垂直に、即ち中 央軸線３２に沿って光検出器２０に向かって差し向けられる。プリズム３０によ って反射された後、光ビーム６８はフィルタ５６及びバッフル５４を通って光検 出器２０まで移動する。この際、光検出器２０は、光ビーム６８の強さに対応す る信号を制御装置１８（第１図参照）に提供する。 第１図、第２図、及び第４図を参照すると、システム１０は、列内の各ウェル １２に対して１つの光検出器２０を専用にしない。その代わりに、システム１０ は、プリズム３０を選択的に回転し、連続的に選択されたエミッタ２８と整合さ せる。プリズム３０は制御装置１８の指令通りにステッパモータ３６によって回 転される。制御装置１８は、ステッパモータ３６の現在位置と対応する及び従っ てプリズム３０の現在位置と対応する信号を光エンコーダ３８から受け取る。現 在のところ、プリズム３０を回転させ、各連続したエミッタ２８と毎秒一回転の 速度で次々に（即ち、第４図で見て時計廻り方向に連続的に４５°回転させるこ とによって）整合させるのが好ましい。 このようにして、システム１０は、ウェル１２の列からの入力を単一の光検出 器２０に向かって経時的に切り換える。かくして、本発明は、一列の試料ウェル １２からの光を効果的に検出するのに必要な光検出器及び光検出器支援機器の価 格及び複雑さを大きく下げる。 本明細書中、「固定プリズム」実施例と呼ぶ変形例では、リフレクターは、中 央軸線を中心として所定位置に固定された円錐体除去プリズムを含む。円錐体除 去プリズムは、中央軸線を中心として直角プリズムを回転させた形状、即ち円錐 体を除去した円筒形の形状を有する。この場合も、検出エミッタは中央軸線に対 して垂直な平面内に円をなして固定されており、光検出器がエミッタ平面の上方 で中央軸線上に位置決めされている。各エミッタは、シャッターによって円錐体 除去プリズムから分離されている。シャッターは機械式であるのがよいが、好ま しくは、偏向子又は液晶シャッター等の光学式シャッターである。 特定のシャッターを選択的に開放することによって、対応するエミッタからの 光をプリズムがエミッタ平面の外に中央軸線に沿って光検出器に反射する。対応 するシャッターを開き、一つのウェルからの光を光検出器に到達させ、第１シャ ッターを閉鎖し且つ第２シャッターを開放し、これを各ウェルについて行うこと によって、幾つかのウェルからの光を一度に一つづつ検出する。 第３実施例は、「先細束」実施例と呼ばれる。システムのこの実施例では、リ フレクターは、各エミッタ用の光ファイバ束を含む。各束の一端をシャッターに よってエミッタから分離し、各束の他端を光検出器の近くに置く。シャッターは 、機械式であるのがよいが、好ましくは、偏向子又は液晶シャッター等の光学式 シャッターである。検出エミッタ及び光検出器は、束が光をエミッタから光検出 器まで搬送できる限り、任意の従来の方法で固定されているのがよい。かくして 、一つのシャッターを選択的に開放することによって、対応するエミッタからの 光を対応する束によって光検出器まで搬送できる。 変形例では、励起シャッター、励起リフレクター、及び他の構造を使用し、光 を励起光源から選択されたウェルに差し向ける。これらの励起構造は、検出光を ウェルから光検出器に差し向けるのに使用されたのと同様の構造の他に設けられ ている。 制御装置１８は、自動液体取扱システム１６と通信することによって、光の検 出と液体の取扱いとを調整する。当業者は、状態の確認及び情報の制御を容易に 行うことができる。情報は、制御装置１８と、エンコーダ３８と、モータ３６と 、自動液体取扱システム１６との間で周知の方法で差し向けられたとき、このよ うな調整を可能にする。適当な調整により、システム１０の較正を行うための基 線光計測を行うための適当な時期を可能にし、ウェル１２に組成物を加えた後又 は励起光５８を可能化した後、光を計測するのに適当な時期を可能にし、そうで ない場合には効果的光検出、光励起、光取扱い、及び試料ウェル位置決めを可能 にする。 図面を明瞭にするため、特定の従来の支持体及び容器は添付図面には示してな い。しかしながら、当業者は、光検出器２０、バッフル５４、フィルタ５６、ス テッパモータ３６、レンズ５２、エミッタ２８、及びシステム１０の他の構成要 素用の適当な機械的支持体を容易に提供するであろう。同様に、当業者は、周囲 光即ち誤って入り込んだ光が光検出２０に及ぼす作用を小さくするため、第２図 に示す構成要素用の適当な容器を容易に提供するであろう。 かくして、システム１０のプロトタイプでは、含まれる支持体には、注文製作 の一つのステッパモータ、注文製作の一つの試料プレートスタンド、プリズム３ ０をモータ３６のシャフトに保持する注文製作の一つの接手、カリフォルニア州 イルヴィンのニューポートコーポレーションから入手できるレンズ用の８つのホ ルダ、ポスト、及びスタンド、ニューポートコーポレーションから入手できるエ ミッタ２８用の８つのホルダ、ポスト、及びスタンド、ニューポートコーポレー ションから入手できる二色性ミラーフレーム用の２つのホルダ、ペンシルバニア 州フィラデルフィアのペンシルバニア大学のバイオメディカル機器グループから 入手できる二色性ミラー用の２つのホルダ、ニューポートコーポレーションから 入手できる１８インチの光学式ブレッドボード、ニューポートコーポレーション から入手できる１つの励起フィルタホルダ及びスタンド、及び種々の従来のねじ 、マウント、バー、及びホルダが含まれる。 要するに、本発明は、試料ウェルからなる代表的な列内の各試料ウェル毎に別 々の光検出器を使用しないで、光を検出するためのシステムを提供する。その代 わりに、第１ウェルからの光をリフレクターに搬送し、このリフレクターが光を 光検出器内に反射する。次に、第２ウェルのエミッタを選択し、第２ウェルから の光を光検出器内に反射できるようにする。次いで、第３ウェルのエミッタを選 択し、列内の各ウェルからの光の検出及び計測を終えるまでプロセスを続ける。 従来の方法と異なり、一つの光検出器を列内の各ウェル専用にする必要がない。 次いで、液体取扱システムがプレートを前進し、ウェルからなる次の列を光検出 システムに露呈し、プロセスを続行する。 本発明は、更に、所定の波長を持つ螢光を効果的に検出するシステムを提供す る。所望の波長範囲以外の光を取り除くため、フィルタ及びバッフルを使用する のがよい。光検出器による検出を行うために光を焦合するため、フィルタに通す 前又は後にコリメーティングレンズを使用するのがよい。更に、本システムは、 試料プレートを前進させる前に光を検出するための時間を適当にするため、自動 液体取扱装置と容易に調整できる。 本発明の装置が発生したデータの種類の一例を第５図に示す。螢光検出システ ムを使用して発生したデータは、極めて再現性が高い。９６個のウェルを備えた プレートの８０個のウェルを図示する。各ウェルについて、強さの比Ｉ／Ｉ₀を 時間の関数として示す。Ｉ／Ｉ₀は、計測を行った時点での強さを、実験開始前 の第１の数個の時点（時間ゼロ）についての平均の強さで除した値である。 要約すれば、本発明は、螢光分析中、試料ウェルからなる代表的な列内の各試 料ウェル毎に別々の光検出器を使用することなく、光を検出するためのシステム を提供する。本発明は、更に、所定の波長範囲の螢光を効果的に検出するシステ ムを提供する。このシステムは、自動液体取扱機と組み合わせて効果的に使用さ れる。 本発明は、その思想及び要旨から逸脱することなく、他の特定の形態で実施で きる。本明細書中に記載した実施例は、全ての点に関し、単なる例示であって限 定ではないと考えられるべきである。本発明で使用された科学的原理の本明細書 中の説明は、単なる例示である。従って、本発明の範囲は、以上の説明によって でなく、添付の請求の範囲によって示される。請求の範囲の等価性の意味及び範 囲内の全ての変更は、請求の範囲の範疇に含まれるものと考えられる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１０月３日 【補正内容】 ３４条補正後の請求の範囲 １．複数の試料ウェルのうちの一つに配置された組成物から伝達された光を検 出するための検出装置であって、 単一の光検出器と、 周囲に位置決めされた複数の検出エミッタのうちの任意の一つから光を選択的 に受け入れ、その光を前記光検出器に向かって反射するための手段を構成する、 リフレクターと、 光を前記ウェルのうちの一つから前記検出エミッタのうちの一つへ搬送するた めの手段を各々が構成する複数の検出キャリヤと、 を有することを特徴とする、検出装置。 ２．前記光検出器は光電子増倍管を有する、請求項１に記載の検出装置。 ３．前記リフレクターはプリズムを有する、請求項１に記載の検出装置。 ４．前記プリズムは、予め決定された複数の位置の間において選択的に回転可 能に構成され、前記プリズムは、各位置において、前記検出エミッタのうちの一 つから光を受け入れ、その光を前記光検出器に向かって反射するための手段を構 成する、請求項３に記載の検出装置。 ５．前記リフレクターは、前記装置の作動中、前記検出エミッタの一つ以上か らの光が一度に前記プリズムに実質的に入らないようにするための手段を構成す る、複数の遮光体を、更に有する、請求項３に記載の検出装置。 ６．前記検出キャリヤの各々はファイバ束を有する、請求項１に記載の検出装 置。 ７．複数のレンズを更に有し、これらのレンズの各々は、前記検出エミッタの 一つと前記リフレクターとの間に位置決めされている、請求項１に記載の検出装 置。 ８．励起光源と、 光を前記励起光源から前記ウェルのうちの一つに搬送するための手段を各々が 構成する、複数の励起キャリヤと、 を有する、請求項１に記載の検出装置。 ９．複数の試料ウェルのうちの一つに配置された組成物から伝達された光を検 出するための検出装置において、 単一の光電子増倍管と、 周囲に位置決めされた複数の検出エミッタのうちの任意の一つから光を選択的 に受け入れ、その光を前記光電子増倍管に向かって反射するための手段を構成す る、プリズムと、 光を前記ウェルのうちの一つから前記検出エミッタのうちの一つへ搬送するた めの手段を各々が構成するファイバ束を有する、複数の検出キャリヤと、 を有することを特徴とする、検出装置。 １０．前記プリズムは予め決定された複数の位置の間で選択的に回転でき、前記 プリズムは、各位置において、前記検出エミッタのうちの一つから光を受け入れ 、その光を前記光電子増倍管に向かって反射するための手段を有する、請求項９ に記載の検出装置。 １１．前記ファイバ束は、それぞれ、ガラスファイバを有する、請求項９に記載 の検出装置。 １２．複数のコリメーティングレンズを更に有し、これらのレンズの各々は、前 記検出エミッタの一つと前記プリズムとの間に位置決めされている、請求項９に 記載の検出装置。 １３．前記光電子増倍管と前記プリズムとの間に位置決めされた波長フィルタを 更に有する、請求項９に記載の検出装置。 １４．前記波長フィルタは二色性フィルタと帯域フィルタとを有する、請求項１ ３に記載の検出装置。 １５．前記光電子増倍管と前記プリズムとの間に位置決めされたバッフルを更に 有する、請求項９に記載の検出装置。 １６．励起光を発生するための手段を構成する励起光源と、 光を前記励起光源から前記ウェルのうちの一つに向かって搬送するための手段 を各々が構成する、ファイバ束を有する、複数の励起キャリヤと、 を有する、請求項９に記載の検出装置。 １７．前記励起光源が発生した前記励起光のほぼ全ての波長が、約３０nmの幅の 波長帯域内にある、請求項１６に記載の検出装置。 １８．複数の試料ウェルのうちの一つに配置された組成物から伝達された所定の 波長帯内の光を検出するための検出装置において、 単一の光電子増倍管と、 周囲に位置決めされた複数の検出エミッタのうちの任意の一つから光を選択的 に受け入れ、その光を前記光電子増倍管に向かって反射するための手段を構成す る、プリズムと、 前記検出エミッタの一つと前記プリズムとの間に各々位置決めされた、複数の コリメーティングレンズと、 複数の検出キャリヤであって、その各々が光を前記ウェルのうちの一つから前 記検出エミッタのうちの一つへ搬送するための手段を構成するファイバ束を有す る、検出キャリヤと、 励起光を発生するための手段を構成する励起光源と、 光を前記励起光源から前記ウェルのうちの一つに向かって搬送するための手段 を各々が構成するファイバ束を有する、複数の励起キャリヤとを有し、 前記プリズムは、予め決定された複数の位置の間で選択的に回転可能に構成さ れ、かつ、前記プリズムは、各位置において、前記検出エミッタのうちの一つか ら光を受け入れ、その光を前記光電子増倍管に向かって反射するための手段を構 成することを特徴とする、検出装置。 １９．前記励起光源が発生した前記励起光のほぼ全ての波長が、約４７０nm乃至 約５００nmの範囲内にある、請求項１８に記載の検出装置。 ２０．前記検出キャリヤの一つの前記ファイバ束は、前記励起キャリヤの一つの 前記ファイバ束に、ウェルのうちの一つの近くで、挟み込まれている、請求項１ ８に記載の検出装置。 ２１．前記光電子増倍管と前記プリズムとの間に位置決めされた波長フィルタを 更に有し、前記波長フィルタは、約５１０nm乃至約５５０nmの範囲の波長を持つ 光を通すことができる、請求項１８に記載の検出装置。 ２２．前記プリズムを前記予め決定された複数の位置の間で選択的に回転するた め、シャフトが前記プリズムに固定されたステッパモータを更に有する、請求項 １８に記載の検出装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｔ 1/204 Ｇ０１Ｔ 1/204 Ａ 7/00 7/00 Ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の試料ウェルのうちの一つに配置された組成物から伝達された光を検 出するためのシステムであって、 光検出器と、 周囲に位置決めされた複数の検出エミッタのうちの任意の一つから光を選択的 に受け入れ、その光を前記光検出器に向かって反射できるリフレクターと、 複数の検出キャリヤであって、その各々が光を前記ウェルのうちの一つから前 記検出エミッタのうちの一つへ搬送できる検出キャリヤと、 を有することを特徴とする、前記システム。 ２．前記光検出器は光電子増倍管を有する、請求項１に記載のシステム。 ３．前記リフレクターはプリズムを有する、請求項１に記載のシステム。 ４．前記プリズムは、予め決定された複数の位置の間で選択的に回転可能に構 成され、かつ、前記プリズムは、各位置において、前記検出エミッタのうちの一 つから光を受け入れ、その光を前記光検出器に向かって反射可能に構成された、 請求項３に記載のシステム。 ５．前記リフレクターは、更に、前記システムの作動中、前記検出エミッタの 一つ以上からの光が一度に前記プリズムに実質的に入らないようにすることがで きる複数の遮光体を有する、請求項３に記載のシステム。 ６．前記検出キャリヤの各々はファイバ束を有する、請求項１に記載のシステ ム。 ７．複数のレンズを更に有し、これらのレンズの各々は、前記検出エミッタの 一つと前記リフレクターとの間に位置決めされている、請求項１に記載のシステ ム。 ８．励起光源と、 複数の励起キャリヤであって、これらの励起キャリヤの各々は、光を前記励起 光源から前記ウェルのうちの一つに搬送できる、励起キャリヤと、 を有する、請求項１に記載のシステム。 ９．複数の試料ウェルのうちの一つに配置された組成物から伝達された光を検 出するためのシステムにおいて、 光電子増倍管と、 周囲に位置決めされた複数の検出エミッタのうちの任意の一つから光を選択的 に受け入れ、その光を前記光電子増倍管に向かって反射できる、プリズムと、 複数の検出キャリヤであって、その各々が、光を前記ウェルのうちの一つから 前記検出エミッタのうちの一つへ搬送できるファイバ束からなる、前記複数の検 出キャリヤと、 を有することを特徴とする、前記システム。 １０．前記プリズムは、予め決定された複数の位置の間で選択的に回転でき、前 記プリズムは、各位置において、前記検出エミッタのうちの一つから光を受け入 れ、その光を前記光電子増倍管に向かって反射させることができるように構成さ れた、請求項９に記載のシステム。 １１．前記ファイバ束の各々はガラスファイバを有する、請求項９に記載のシス テム。 １２．複数のコリメーティングレンズを更に有し、これらのレンズの各々は、前 記検出エミッタの一つと前記プリズムとの間に位置決めされている、請求項９に 記載のシステム。 １３．前記光電子増倍管と前記プリズムとの間に位置決めされた波長フィルタを 更に有する、請求項９に記載のシステム。 １４．前記波長フィルタは二色性フィルタと帯域フィルタとを有する、請求項１ ３に記載のシステム。 １５．前記光電子増倍管と前記プリズムとの間に位置決めされたバッフルを更に 有する、請求項９に記載のシステム。 １６．励起光を発生できる励起光源と、 各々が、光を前記励起光源から前記ウェルのうちの一つに向かって搬送できる ファイバ束を有する、複数の励起キャリヤと、 を有する請求項９に記載のシステム。 １７．前記励起光源が発生した前記励起光のほぼ全ての波長が、約３０nmの幅の 波長帯域内にある、請求項１６に記載のシステム。 １８．複数の試料ウェルのうちの一つに配置された組成物から伝達された所定の 波長帯内の光を検出するためのシステムにおいて、 光電子増倍管と、 周囲に位置決めされた複数の検出エミッタのうちの任意の一つから光を選択的 に受け入れ、その光を前記光電子増倍管に向かって反射することができるように 構成された、プリズムと、 前記検出エミッタの一つと前記プリズムとの間に各々位置決めされた複数のコ リメーティングレンズと、 複数の検出キャリヤであって、その各々が光を前記ウェルのうちの一つから前 記検出エミッタのうちの一つへ搬送できるファイバ束からなる、前記検出キャリ ヤと、 励起光を発生できる励起光源と、 各々が、光を前記励起光源から前記ウェルのうちの一つに向かって搬送できる ファイバ束を有する、複数の励起キャリヤとを有し、 前記プリズムは、予め決定された複数の位置の間で選択的に回転可能であり、 前記プリズムは、各位置において、前記検出エミッタのうちの一つから光を受け 入れ、その光を前記光電子増倍管に向かって反射することができるように構成さ れたことを特徴とする、前記システム。 １９．前記励起光源が発生した前記励起光のほぼ全ての波長が、約４７０nm乃至 約５００nmの範囲内にある、請求項１８に記載のシステム。 ２０．前記検出キャリヤの一つの前記ファイバ束は、前記励起キャリヤの一つの 前記ファイバ束にウェルのうちの一つの近くで挟み込まれている、請求項１８に 記載のシステム。 ２１．前記光電子増倍管と前記プリズムとの間に位置決めされた波長フィルタを 更に有し、前記波長フィルタは、約５１０nm乃至約５５０nmの範囲の波長を持つ 光を通すことができる、請求項１８に記載のシステム。 ２２．前記プリズムを前記予め決定された複数の位置の間で選択的に回転させる ため、シャフトが前記プリズムに固定されたステッパモータを更に有する、請求 項１８に記載のシステム。