特表 2024-506285 高感度化学ルミネセンス検出システムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-13

(54)【発明の名称】高感度化学ルミネセンス検出システムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/64 20060101AFI20240205BHJP

   G01N 21/03 20060101ALI20240205BHJP

   G01N 33/532 20060101ALI20240205BHJP

   G01N 33/542 20060101ALI20240205BHJP

   G01N 33/536 20060101ALI20240205BHJP

【ＦＩ】

G01N21/64 F

G01N21/03 Z

G01N33/532 B

G01N33/542 Z

G01N33/536 E

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023547059

(86)(22)【出願日】2022-02-01

(85)【翻訳文提出日】2023-09-04

(86)【国際出願番号】 US2022070461

(87)【国際公開番号】W WO2022170313

(87)【国際公開日】2022-08-11

(31)【優先権主張番号】63/145,396

(32)【優先日】2021-02-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】508147326

【氏名又は名称】シーメンス・ヘルスケア・ダイアグノスティックス・インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100127926

【弁理士】

【氏名又は名称】結田 純次

(74)【代理人】

【識別番号】100140132

【弁理士】

【氏名又は名称】竹林 則幸

(74)【代理人】

【識別番号】100216105

【弁理士】

【氏名又は名称】守安 智

(72)【発明者】

【氏名】ティヴァダル・マッハ

【テーマコード（参考）】

2G043

2G057

【Ｆターム（参考）】

2G043BA16

2G043CA04

2G043DA06

2G043EA01

2G043HA02

2G043KA02

2G043LA02

2G057AA04

2G057AB01

2G057AC01

2G057BB01

(57)【要約】

免疫検定試験に使用するためのルミネセンス検出システム。ルミネセンス検出システムは、標識成分を含む試験試料を保持するように構成されており、試験試料中の標識成分は、化学ルミネセンス反応を受け、第１の波長範囲のルミネセンス放射を放出する、試料ホルダと、発光を受けるように構成された光入射窓を有し、最大検出効率波長範囲を有する光検出器と、光入射窓に隣接して設けられ、第１の波長範囲のルミネセンス放射を、第２の波長範囲の入放射に変換させるように動作し、入放射の入射ピークは、光検出器の量子効率が１０％以上の最大検出効率波長範囲内に収まる、変換部材を含む。他の態様のようにルミネセンス検出方法が提供される。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ルミネセンス検出システムであって：
標識成分を含む試験試料を溶液中で保持するように構成されており、試験試料中の標識成分は、化学ルミネセンス反応を受け、第１の波長範囲のルミネセンス放射を放射する、試料ホルダと；
発光を受けるように構成された光入射窓を有し、最大検出効率波長範囲を有する光検出器と；
該光検出器の光入射窓に隣接して設けられ、第１の波長範囲のルミネセンス放射を、入放射の入射ピークが最大検出効率波長範囲内に収まる第２の波長範囲の入放射に変換させるように動作し、最大検出効率波長範囲は、光検出器の量子効率が１０％以上の波長範囲である、変換部材と
を含む、前記ルミネセンス検出システム。

【請求項2】

変換部材は、光入射窓に直接適用された変換コーティングを含む、請求項１に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項3】

変換部材は、光入射窓の前方に配置された透明基板に適用された変換コーティングを含む、請求項１に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項4】

変換はアップコンバージョンである、請求項１に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項5】

変換はダウンコンバージョンである、請求項１に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項6】

量子効率は１５％以上である、請求項１に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項7】

量子効率は２０％以上である、請求項６に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項8】

量子効率は２２％以上である、請求項６に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項9】

第１の波長範囲は５５０ｎｍ～８００ｎｍである、請求項１に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項10】

第１の波長範囲は６０５ｎｍ～６５０ｎｍにルミネセンスピークを有する、請求項９に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項11】

第２の波長範囲は３００ｎｍ～５５０ｎｍである、請求項１に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項12】

第２の波長範囲は３２５ｎｍ～５２５ｎｍである、請求項１１に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項13】

最大検出効率波長範囲は３００ｎｍ～５３０ｎｍである、請求項１に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項14】

光検出器は光電子増倍管を含む、請求項１に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項15】

変換部材の前方に設けられた反射部材を含む、請求項１に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項16】

反射部材は、第１の波長範囲のルミネセンス放射は通過させ、第１の波長範囲外の少なくとも一部の光は拒絶するロングパスダイクロイックミラーを含む、請求項１５に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項17】

反射部材は、ルミネセンス放射をすべて通過させるが、第２の波長範囲の入放射は光検出器の方へ背面反射させる汎用検出器を含む、請求項１５に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項18】

ルミネセンス検出システムであって：
標識成分を溶液中で保持するように構成されており、標識成分は、化学ルミネセンス反応を受け、ルミネセンス放射は、第１の波長範囲内の放射ピークを有して生じる、試料ホルダと；
ルミネセンス放射を受けるように構成された受光領域を有し、最大検出効率波長範囲を有し、最大検出効率波長範囲内の全波長が１０％以上の量子効率を有する光検出器と；
受光領域に適用され、ルミネセンス放射を、最大検出効率波長範囲内に収まる入射ピークを有する入放射に変換するように動作する、変換コーティングと
を含む、前記ルミネセンス検出システム。

【請求項19】

第１の波長範囲は５５０ｎｍ～８００ｎｍである、請求項１８に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項20】

最大検出効率波長範囲は３００ｎｍ～５３０ｎｍである、請求項１８に記載のルミネセンス検出システム。

【請求項21】

ルミネセンス検出方法であって：
溶液中に標識成分を保持する試料ホルダと、受光領域および最大検出効率波長範囲を有する光検出器とを含み、変換コーティングは受光領域に隣接して適用される、ルミネセンス検出システムを提供することと；
標識成分との化学ルミネセンス反応を引き起こして、第１の波長範囲のルミネセンス放射を生じることと；
変換コーティングによって、ルミネセンス放射を受け、量子効率が最大検出効率波長範囲の少なくとも１０％である最大検出効率波長範囲内にある入射ピークを有する第２の波長範囲に変換することと
を含む、前記ルミネセンス検出方法。

【請求項22】

第１の波長範囲は５５０ｎｍ～８００ｎｍである、請求項２１に記載のルミネセンス検出方法。

【請求項23】

第２の波長範囲は３００ｎｍ～５５０ｎｍである、請求項２１に記載のルミネセンス検出方法。

【請求項24】

最大検出効率波長範囲は３００ｎｍ～５３０ｎｍである、請求項２１に記載のルミネセンス検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年２月３日に出願された「ＨＩＧＨ－ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹ ＣＨＥＭＩＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」と題する米国特許仮出願第６３／１４５，３９６号の利益を主張し、この開示はすべての目的のために参照によってその全文が組み入れられる。

【0002】

本開示は、免疫検定における光検出に関し、より詳細には、反応ベッセルから発せられるルミネセンス発光の測定を実行するように構成された化学ルミネセンス検出システムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0003】

化学ルミネセンス（ＣＬ）とは、光を発するように化学反応によって生じる電磁放射の放出と定義される。化学ルミネセンス免疫検定（ＣＬＩＡ）は、化学ルミネセンス技術と免疫化学反応を組み合わせた検定である。例えば、本譲受人から入手できるＡＴＥＬＬＩＣＡ（登録商標）ＩＭ１３００、ＩＭＭＵＬＩＴＥ（登録商標）１０００、およびＡＤＶＩＡ（登録商標）Ｃｅｎｔａｕｒは、化学ルミネセンス免疫検定に基づく器具である。

【0004】

他の標識免疫検定（例えば、ＲＩＡ、ＦＩＡ、ＥＬＩＳＡ）と同様に、ＣＬＩＡシステムは、分析物（対象成分）を定量化するために、化学反応によりルミネセンス発光を生成することができる化学プローブを利用する。いくつかの自動化免疫検定システムでは、標識成分を形成するように標識された検体（例えば、血清または血漿または尿などの生体検体）から抽出された抽出成分（例えば、ＤＮＡプローブ）を含む試料容器（例えば、キュベット）は、システムで所望の位置に配置できる。その後、反応を起こすことによって、標識成分から発せられるルミネセンス発光のルミネセンス強度の数値を得ることができる。

【0005】

例えば、いくつかの実施形態では、アクリジニウムエステル標識を使用して、例えば抗体、タンパク質、およびいくつかのペプチドなどの成分を標識する。アクリジニウムエステル標識をアルカリ溶液に曝すことによって、エステル結合が切断されて不安定な化合物が放出され、この化合物が分解し、明確な波長ピーク（以下、発光ピーク）で放射されるルミネセンス光の閃光が誘発される。本明細書で定義するルミネセンスとは、物質が励起状態からその基底状態に戻るときの物質からの発光である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、既存のルミネセンス検出システムは、生成するルミネセンス強度が不十分になる可能性がある限り、いくつかの点で不十分であり得る。それゆえ、免疫検定システムなどにおけるルミネセンス検出のための改良されたシステムおよび方法が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

いくつかの実施形態では、ルミネセンス検出システムが提供される。ルミネセンス検出システムは、標識成分を含む試験試料を溶液中で保持するように構成されており、試験試料中の標識成分は、化学ルミネセンス反応を受け、第１の波長範囲のルミネセンス放射を放出する、試料ホルダと；発光を受けるように構成された光入射窓を有し、最大検出効率波長範囲を有する光検出器と；光検出器の光入射窓に隣接して設けられ、第１の波長範囲のルミネセンス放射を、入放射の入射ピークが最大検出効率波長範囲内に収まる第２の波長範囲の入放射に変換させるように動作し、最大検出効率波長範囲は、光検出器の量子効率が１０％以上の波長範囲である、変換部材とを含む。

【0008】

いくつかの実施形態では、ルミネセンス検出システムが提供される。ルミネセンス検出システムは、標識成分を溶液中で保持するように構成されており、標識成分は、化学ルミネセンス反応を受け、ルミネセンス放射は、５５０ｎｍ～８００ｎｍの第１の波長範囲内の放射ピークを有して生じる、試料ホルダと；ルミネセンス放射を受けるように構成された受光領域を有し、最大検出効率波長範囲を有し、最大検出効率波長範囲内の全波長が１０％以上の量子効率を有する光検出器と；受光領域に適用され、発光を、最大検出効率波長範囲内に収まる入射ピークを有する入放射に変換するように動作する、変換コーティングとを含む。

【0009】

いくつかの実施形態では、ルミネセンス検出方法が提供される。本方法は、溶液中に標識成分を保持する試料ホルダと、受光領域および最大検出効率波長範囲を有する光検出器とを含み、変換コーティングは受光領域に隣接して設けられ、標識成分との化学ルミネセンス反応を引き起こして第１の波長範囲のルミネセンス放射を生じさせ、変換コーティングによって、ルミネセンス放射を受け、量子効率が少なくとも１０％である最大検出効率波長範囲内にある入射ピークを有する第２の波長範囲に変換するルミネセンス検出システムを提供することを含む。

【0010】

多数の他の態様が、本開示のこれらおよび他の態様に従って提供される。本開示の他の特徴および態様は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面からより完全に明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1A】本開示の実施形態による化学ルミネセンス検出システムの概略図である。

【図1B】本開示の実施形態による、図１Ａの化学ルミネセンス検出システムの一部の拡大断面概略図である。

【図1C】本開示の実施形態による、上に変換コーティングを含むスライドイン基板を含む代替的な化学ルミネセンス検出システムの一部の拡大断面概略図である。

【図2A】ホルダに収納され、本開示の実施形態に従って成分にタグ付けされた赤色色素標識を含む処理済み検体からのルミネセンス放射（例えば、赤色発光）のスペクトルプロットの図である。

【図2B】本開示の実施形態によるルミネセンス検出システムにおける光電子増倍管（ＰＭＴ）の量子効率（％）対波長（ｎｍ）のスペクトルプロットの図である。

【図2C】本開示の実施形態による、光入射窓に隣接する変換コーティングの動作によって第２の波長範囲にダウンコンバートされたルミネセンス放射のスペクトルプロットの図である。

【図3】本開示の実施形態による最大検出効率波長範囲内に収まる変換されたルミネセンスの入射ピークを示す、量子効率（％）およびダウンコンバートされたルミネセンス放射の両方対波長（ｎｍ）のスペクトルプロットの図である。

【図4】本開示の実施形態による例示的ルミネセンス検出方法を示すフローチャートの図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

上記の問題および懸念に鑑み、比較的感度が改善されたシステムおよび方法が提供される。免疫検定における化学ルミネセンス技術は、タグおよびコンジュゲートに特異的な放射波長において高い量子収率を有する化学ルミネセンス標識での化学ルミネセンスタグに依存している。化学ルミネセンス放射を読み取るために使用される現在の光電子増倍管（ＰＭＴ）検出器は、特定の波長において最大感度（最大量子効率％）を有する。あいにく、本発明者らが認識しているように、この最大量子効率は、化学ルミネセンス放射の最高量子収率と同じ波長ではないことがある。したがって、既存の化学ルミネセンス検出システムの検出感度は不足していることがある。

【0013】

特に、これまでのシステムは例えば、青色色素標識（例えば、約３９８ｎｍ～４２０ｎｍの公称放射波長を有する）は、約３７５ｎｍの波長である検出器の最大量子効率（％）の波長と最も良く一致するため、青色色素標識を使用してきた。しかしながら、本発明者らは、光強度またはエネルギー束は、光子束、すなわち、単位表面当たりの単位時間当たりの光子の数に比例し、個々の光子エネルギーには比例しないことをさらに認識している。したがって、低周波数（高波長）での光子の数は、高周波数（低波長）での光子の数よりも多くなる。したがって、青色色素標識の使用による光子束は、例えば赤色色素標識のような、より高いルミネセンス放射波長範囲を有する色素標識を使用することによって改善することができる。しかし、赤色色素標識を用いると、ルミネセンス放射波長が最大量子効率から離れるため、従来のセンサの量子効率は低下する。実際、赤色色素標識に切り替えると、量子感度は１００分の１未満に低下し得る。

【0014】

したがって、検出感度を向上させるために、本開示の第一の態様に従って、化学ルミネセンス放射は検出器の最大感度波長に一致させなければならない。しかしながら、上述したように青色標識検出器は比較的低光子束であるため、これは既存のシステムにおける課題である。したがって、既存のルミネセンス検出システムでは、入射ルミネセンススペクトルと検出器のスペクトル吸収特性との不一致により感度が低下する。様々な検定の強度は、最大量子収率に関係なく、単一の検出器を用いて読み出されるため、少なくとも一部の波長では強度が低下し、感度に影響を与える。結果として、感度の低下は既存のシステムでは単に許容されている。

【0015】

したがって、一態様によれば、ルミネセンス放射を高感度で測定できるルミネセンス検出システムが提供される。いくつかの実施形態では、ルミネセンス検出システムは、ハードウェアの後付けアップグレードとして既存の分析器に実装することができる。例えば、ルミネセンス検出システムは、分析器に利用される既存のルミネセンス検出システムに取って代わることができる。本開示の１つまたはそれ以上の特徴に従って、改良されたルミネセンス検出システムは、既に最大検出効率波長範囲（最大検出ウィンドウ）にある光子を通過させる。しかしながら、最大検出効率波長範囲（最大検出ウィンドウ）外の光子は、最大検出効率波長範囲（最大検出ウィンドウ）に収まるように変換（例えば、ダウンコンバート）される。したがって、変換（例えば、ダウンコンバート）を使用すると、強度低下は最小限にすることができる。

【0016】

したがって、本開示の態様に従って、光ルミネセンス免疫検定のより高い合計値が達成でき、より高い感度をもたらす。さらに、本開示の態様は、現在、従来の器具では範囲外のより高い量子収率の標識（例えば、赤色色素標識）を使用する選択肢を可能にする。加えて、本開示の態様は、光検出器に追加されるか、または光検出器とともに使用される光変換層（変換層）を使用することにより、「廃棄光子」を検出光子に変換することを可能にする。したがって、本開示のルミネセンス検出システムを用いて、より高い感度を有する可能性のある、より広範な免疫検定を使用することができる。

【0017】

したがって、本開示の実施形態によれば、ルミネセンス放射の改善された強度ならびに改善されたルミネセンス放射検出感度を提供するために、免疫検定器具内に実装され得るルミネセンス検出システムが提供される。さらに、化学ルミネセンス反応から発せされるルミネセンスの改善された検出を提供するように適用されたルミネセンス検出方法が提供される。

【0018】

したがって、本明細書に記載の方法およびシステムは、ルミネセンス発光の強度を向上させるだけでなく、同時に全体的な検出感度を向上させることができることを認識すべきである。したがって、ルミネセンス検出システムの全体的な信号強度を劇的に改善することができる。

【0019】

本開示の装置、システムおよび方法のさらなる詳細および実施例は、図１Ａ～図４を参照して提供される。

【0020】

図１Ａ～図１Ｂは、ルミネセンス検出システム１００内の試料位置１１１に配置された試料ホルダ１１０に含まれる試験試料の溶液１１２中に提供された標識成分１１４の化学ルミネセンス反応から発せられるルミネセンス光（例えば、ルミネセンス発光）の強度を測定する方法を実施するように構成され、動作可能であるルミネセンス検出システム１００の例示的実施形態を示す。試験試料の溶液１１２は、標識成分１１４を含む溶液に、標識成分との化学ルミネセンス反応を起こさせるために添加された溶液を加えたものを含む。このように、試料ホルダ１１０は、標識成分１１４を含む試験試料を溶液１１２中に保持するように構成されており、この成分は、処理された生体検体から得られたものである。生体検体は、血清、血漿、尿、脳脊髄液など、任意の生体流体であり得る。試料ホルダ１１０は、プラスチックまたはガラスなどの光学的に透明または半透明のキュベットまたは他のベッセルであり得る。試料ホルダ１１０の壁は平坦であっても、または曲げられていても、またはそれらの組み合わせであってもよい。試料ホルダ１１０は、ドアもしくは蓋１１３または他の適切な導入方法を通して入れることによって、試料位置１１１に設けられる。

【0021】

色素標識は、化学ルミネセンス反応を経て、したがって、第１の波長範囲でルミネセンス放射１１６を放出する任意の適切な色素標識であり得る。例えば、色素標識は、例えば図２Ａに示すように、５５０ｎｍ～８００ｎｍの波長範囲２２２のルミネセンス放射１１６を放出することができる。さらに、ルミネセンス放射１１６は、示されているように、ルミネセンスピーク２３６を有するスペクトル応答およびルミネセンスピーク２３６を中心とするルミネセンス強度２３７のスペクトル分布を有し得る。この特定の色素標識は、約６０５ｎｍ～約６５０ｎｍにルミネセンスピーク２３６を有する。ルミネセンス強度２３７のスペクトル分布は、正規化された強度の５０％超がルミネセンスピーク２３６よりも上に位置する、示されているような非正規分布であり得る。

【0022】

したがって、標識成分１１４は、適切な薬剤の添加により化学ルミネセンス反応を経て、第１の波長範囲２２２のルミネセンス放射１１６を放射する。標識成分は、標識抗体、標識自己抗体、標識抗原、標識タンパク質、標識ＤＮＡプローブ、標識マーカなど、任意の対象標識分析物であり得る。核酸プローブおよびハプテンも標識することができる。標識付けは、コンジュゲートを結合させることによって間接的に、または直接の酵素コンジュゲーションによって直接的に達成することができる。例えば、アクリジニウムエステルは抗体およびＤＮＡプローブに対する直接的な化学ルミネセンス標識である。直接の標識として使用されるアクリジニウムエステルは、ハイブリダイゼーション反応によってプローブに結合する。アクリジニウムエステルは、塩基性条件下でアルカリ性過酸化物（例えば、過酸化水素）と反応させて励起状態を得ることができ、この励起状態は規定された波長で発光する。アクリジニウムスルホンアミドエステル標識などの誘導体も使用できる。他の種類の発光団および酵素標識を用いてもよい。本方法は、免疫学で用いられる生化学的技法として、種々の成分（例えば、抗体、自己免疫疾患の診断のための自己抗体、ホルモン、ポリペプチド、薬物、ビタミン、腫瘍マーカ、感染症マーカ、炎症マーカ、心筋障害マーカなどの血清濃度）の濃度の同定および検出に用いることができる。

【0023】

図１Ａおよび図１Ｂを再び参照すると、ルミネセンス検出システム１００は、化学ルミネセンス反応から放射されるルミネセンス放射１１６（光子）の少なくとも一部を受けるように構成された光入射窓１２０を有する光電子増倍管（ＰＭＴ）などの光検出器１１８をさらに備える。光入射窓１２０は、例えば、平面視で円形の形状を有し、十分な大きさの受光面積を有することができる。他の形状も可能である。図２Ｂに示すように、光検出器１１８は最大検出効率波長範囲２２４を有する。最大検出効率波長範囲２２４は、例えば示されているように、量子効率が１０％以上の範囲である。しかしながら、最大検出効率波長範囲２２４のいくつかの部分において、量子効率は、１５％以上、２０％以上、または２２％以上であり得る。

【0024】

図２Ｂから見てとれるように、光検出器１１８の最大検出効率波長範囲２２４は、約３９８ｎｍ～４２０ｎｍの波長範囲を有する青色ルミネセンス発光を受光するのにかなり効率的である。しかしながら、青色色素標識は比較的低い光子放出強度を放つため、高い検出レベルを提供することができない。しかしながら、赤色色素標識は、はるかに高い光子放出強度を有するが、図２Ａから見てとれるように、約５５０ｎｍ～８００ｎｍで放射する赤色光は、量子効率が低すぎ、例えば、約１％未満となる。したがって、青色優位の検出器で赤色色素標識を使用すると、検出感度は非常に低くなる。

【0025】

しかしながら、本明細書の様々な実施形態によれば、図１Ａおよび拡大された図１Ｂに示すように、光入射窓１２０に隣接する位置に変換コーティング１２２が設けられる。例えば、第１の実施形態では、変換コーティング１２２は、光検出器１１８の光入射窓１２０内の光電陰極１１８Ｃを含む基板に直接適用することができる。

【0026】

変換コーティング１２２は、ルミネセンス放射１１６の少なくとも一部を、図２Ｃに示すように第２の波長範囲２２８内に収まる波長にシフトされた入放射１２６に変換するように機能する。第２の波長範囲２２８は、３００ｎｍ～５５０ｎｍ、またはいくつかの実施形態では３２５ｎｍ～５２５ｎｍでさえあり得る。図示されているように、光検出器１１８の光電陰極１１８Ｃに接触する入放射１２６（光子）は、入射ピーク２３０（図２Ｃ）を有し得る。光電陰極１１８Ｃは、入射光子を電子に変換する。

【0027】

変換コーティング１２２は、図３に最も良く示されているように、入射ピーク２３０が光検出器１１８の最大検出効率波長範囲２２４内に収まるように設計されている。したがって、この実施形態では、事実上、赤色優位の光が青色優位の光に変換またはシフトされている。したがって、入射ピーク２３０が最大検出効率波長範囲２２４内に収まるようにダウンシフトすることによる感度の向上とともに、赤色優位の光の使用によって生じる光子放出がより多くなるという二重の利点が達成される。最大検出効率波長範囲２２４は、例えば、３００ｎｍ～５３０ｎｍであり得る。いくつかの実施形態では、入射ピーク２３０が、最大検出効率波長範囲２２４内の量子効率ピーク２３２の位置と実質的に一致することが望まれる。「実質的に一致する」とは、２つのピーク２３０、２３２の位置が５０ｎｍ以上異ならないことを意味し、これにより最大または最大に近い検出感度が達成される。光検出器１１８を用いた検出は、化学ルミネセンス反応を引き起こす薬剤の導入後、１つまたはそれ以上の適切な時間増分で行うことができる。

【0028】

再び図１Ａを参照すると、ルミネセンス検出システム１００は、適切なコントローラ１３４をさらに備え、それによって制御される。コントローラ１３４は、適切なプロセッサと、出力検出回路１３６から得られた信号を記憶するメモリとを備えることができる。出力検出回路１３６の出力は、一連のダイノード段１４０の端部にあるアノード１３８から提供される。光電効果の結果として、電子が光電陰極１１８Ｃの表面から放出される。吸収されたエネルギーは電子放出を引き起こす。これらの電子は集束電極１１８Ｆによってダイノード段１４０を含む電子増倍管に導かれ、二次放出のプロセスによって電子は倍増する。ダイノード段１４０のこのような配置は、光電陰極１１８Ｃによって放出される小さな電流を、典型的には１００万倍以上増幅することができる。次に、出力検出回路１３６は、アノード１３８において結果として生じる電流を測定することができ、これにより、スペクトルルミネセンス放射量を推定する。任意の適切な従来の出力検出回路および高圧電源１３９を使用することができる。

【0029】

光電子増倍管（ＰＭＴ）を含む光検出器１１８は、一連のダイノード段１４０を取り囲む真空ガラスハウジングにより構成される。変換コーティング１２２は、ルミネセンスピーク２３６が、変換コーティング１２２を通過するルミネセンス放射１１６を介してシフトされ、光電陰極１１８Ｃに衝突する入放射１２６となるように設計される。特に、波長シフトは、シフトされた入射ピーク２３０を最大検出効率波長範囲２２４内にするのに十分であり得る。いくつかの実施形態では、シフトは、例えば、１００ｎｍ以上、１２０ｎｍ以上、またはさらには１５０ｎｍ以上であってもよい。

【0030】

変換コーティング１２２は、例えば、懸濁した色素分子または量子ドットを有する透明な担持マトリックスの形態で提供される。変換コーティング１２２のコーティングは、変換コーティング１２２で光入射窓１２０を直接コーティングすることによって達成される。場合により、代替的実施形態では、透明な基板１２３（例えば、窓ガラス状素子）は、上に適用された変換コーティング１２２を含むことができ、例えば、透明な基板１２３をスロット１２７に受けることによって、光電陰極１１８Ｃの前に設置される。これらの実施形態の各々は、既存のＰＭＴ検出器に後付け可能であり得る。

【0031】

変換コーティング１２２は、含まれている変換素子（懸濁した色素分子または量子ドット）を備えた１０ｎｍ～１００ｎｍの薄い透明層であってもよい。反射コーティング（例えば、狭帯域反射コーティング）のような反射部材１２４は、変換コーティング１２２の上に適用される。反射部材１２４は、光電陰極１１８Ｃの量子効率ピーク２３２（図２Ｂ）を中心としてこれを取り囲む狭帯域を有することができる。いくつかの実施形態では、反射部材１２４は、第１の波長範囲２２２のルミネセンス放射１１６は通過させ、第１の波長範囲２２２外の少なくとも一部の光は拒絶するロングパスダイクロイックミラーを含み得る。これにより、スペクトルの他の部分における吸収を回避するのに役立ち得る。さらなる実施形態では、反射部材１２４は、すべての発光を通過させるが、第２の波長範囲２２８の入放射１２６は光検出器１１８の方へ反射および背面反射させる汎用検出器を含む。

【0032】

理解されるように、ダウンコンバージョンの例を説明する。しかし、本開示はアップコンバージョンにも同様に適用可能である。したがって、どのような色素が選択され、どのような光検出器がルミネセンス検出システムに選択されたとしても、ルミネセンス放射は、光検出器１１８の最大量子効率範囲２２４と実質的に一致するように波長がシフトされる。任意の適切なアップコンバージョンコーティングが使用される。

【0033】

図４は、例えば免疫検定試験で使用するためのルミネセンス検出方法４００を示すフローチャートを示す。方法４００は、ブロック４０２において、溶液（例えば、溶液１１２）中で、生体試料からの標識成分（例えば、標識成分１１４）を保持する試料ホルダ（例えば、試料ホルダ１１０）と、受光領域（例えば、光入射窓１２０）および最大検出効率波長範囲（例えば、最大検出効率波長範囲２２４）を有する光検出器（例えば、光検出器１１８）とを含み、変換コーティング（例えば、変換コーティング１２２）は、受光領域（例えば、光入射窓１２０）に隣接して適用される、ルミネセンス検出システム（例えば、ルミネセンス検出システム１００）を提供することを含む。変換コーティング１２２は、カソード１１８Ｃの面に直接適用される。場合により、変換コーティング１２２は、図１Ｃに示す変換コーティング１２２でコーティングされたスライド式透明ガラスパネルなど、カソード１１８Ｃの前方に設けられた透明基板１２３のコーティングとして適用することができる。

【0034】

方法４００は、ブロック４０４において、標識成分との化学ルミネセンス反応を引き起こして、第１の波長範囲のルミネセンス放射（例えば、ルミネセンス放射１１６）を生じることをさらに含み、第１の波長範囲は、例えば、５５０ｎｍ～８００ｎｍであり得る。色素標識がその範囲でルミネセンス放射されるのであれば、他の適切な範囲も実施可能である。

【0035】

方法４００はさらに、ブロック４０６において、変換コーティング（例えば、変換コーティング１２２）を用いて、ルミネセンス放射（例えば、ルミネセンス放射１１６）を受け、量子効率（％）が最大検出効率波長範囲の少なくとも１０％である最大検出効率波長範囲（例えば、最大検出効率波長範囲２２４）内にある入射ピーク（例えば、入射ピーク２３０）を有する第２の波長範囲（第２の波長範囲２２８）に変換することを含む。いくつかの実施形態では、最大検出効率波長範囲は３００ｎｍ～５３０ｎｍである。

【0036】

本明細書では、具体的実施例を参照して実施形態を説明しているが、本開示の範囲は、本明細書に記載の詳細および具体的実施例に限定されることを意図するものではない。むしろ、特許請求の範囲および均等物の範囲内で、実施形態および詳細に様々な変更を行うことができる。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】