特表 2024-532380 ナノ粒子のための検出システムおよびサンプル処理器具

(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】2024-09-05

(54)【発明の名称】ナノ粒子のための検出システムおよびサンプル処理器具

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/14 20240101AFI20240829BHJP

   G01N 15/1434 20240101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

G01N15/14 G

G01N15/14 C

G01N15/1434 110

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024513210

(86)(22)【出願日】2022-06-17

(85)【翻訳文提出日】2024-04-04

(86)【国際出願番号】 CN2022099413

(87)【国際公開番号】W WO2023029667

(87)【国際公開日】2023-03-09

(31)【優先権主張番号】202111017822.7

(32)【優先日】2021-08-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】510005889

【氏名又は名称】ベックマン コールター， インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒ， Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】２５０ Ｓ． Ｋｒａｅｍｅｒ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ｂｒｅａ， ＣＡ ９２８２１， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(71)【出願人】

【識別番号】521273743

【氏名又は名称】ベックマン コールター バイオテクノロジー （スージョウ） カンパニー， リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】シ， リアン

(72)【発明者】

【氏名】ファン， ウェンレイ

(72)【発明者】

【氏名】タン， リンチュン

(72)【発明者】

【氏名】ジェン， ジアンフェイ

(72)【発明者】

【氏名】ウー， ジンジャン

(72)【発明者】

【氏名】グ， チー

(72)【発明者】

【氏名】ユアン， ジュンタオ

(72)【発明者】

【氏名】キム， エフゲニア

(72)【発明者】

【氏名】チェン， ヨンチン

(72)【発明者】

【氏名】ブリテン， ジョージ

(57)【要約】

ナノ粒子のための検出システムおよびサンプル処理器具が、提供される。検出システムは、光放出ユニットと、光収集ユニットとを含む。光放出ユニットは、光ビームを放出し、光ビームを検出されるべきナノ粒子の上に投射するように構成されている。光収集ユニットは、収集された光ビームに従ってナノ粒子を分析するための光ビームをナノ粒子から収集するように構成されている。光放出ユニットは、複数の光源と、集束レンズとを含み、複数の光源によって放出される光ビームは、ナノ粒子が通過すべき同じ検出位置上に集束レンズを通して集中させられる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ナノ粒子のための検出システムであって、前記検出システムは、
光ビームを放出し、前記光ビームを検出されるべきナノ粒子の上に投射するように構成された光放出ユニットと、
収集された光ビームに従って前記ナノ粒子を分析するための前記光ビームを前記ナノ粒子から収集するように構成された光収集ユニットと
を備え、
前記光放出ユニットは、複数の光源と集束レンズとを備え、前記複数の光源によって放出される前記光ビームは、前記ナノ粒子が通過すべき同じ検出位置上に前記集束レンズを通して集中させられる、検出システム。

【請求項2】

前記複数の光源によって放出される前記光ビームは、互いに異なる波長を有し、ダイクロイックミラーが、各光源と前記集束レンズとの間に提供されている、請求項１に記載の検出システム。

【請求項3】

前記複数の光源によって放出される前記光ビームは、共線ビームであるように前記ダイクロイックミラーを介して反射または透過される、請求項２に記載の検出システム。

【請求項4】

長焦点レンズが、各光源と前記対応するダイクロイックミラーとの間に提供されている、請求項３に記載の検出システム。

【請求項5】

前記ダイクロイックミラーおよび前記長焦点レンズは、前記ナノ粒子に向かって導かれる前記光ビームの光軸に垂直な方向において前記光ビームの集束点の位置を調節するために、調節可能である、請求項４に記載の検出システム。

【請求項6】

ビーム拡大器が、各光源と前記対応する長焦点レンズとの間に提供され、前記ビーム拡大器は、前記光ビームのスポットの要求されるサイズに従って構成され、前記光軸に沿った方向における前記光ビームのウエスト位置を調節するようにさらに構成されている、請求項５に記載の検出システム。

【請求項7】

前記ビーム拡大器は、２つの光学部品から成り、前記２つの光学部品間の距離は、調節可能であり、前記２つの光学部品の各々は、凸面レンズ、凸面レンズ群、凹面レンズ、および凹面レンズ群のうちの１つから選択される、請求項６に記載の検出システム。

【請求項8】

前記光収集ユニットは、側方収集部品を備え、前記側方収集部品は、
凹面ミラーと非球面レンズとを備え、前記ナノ粒子から放出される光ビームを集中させるように構成された光集束レンズ群と、
前記光集束レンズ群が前記光ビームを集中させる収集ファイバと、
前記収集ファイバからの前記入射光ビームを側方散乱光ビームと蛍光性光ビームとに分割するように構成されたビーム分割器と、
第１のファイバを介して前記ビーム分割器からの前記側方散乱光ビームを受け取るように構成された第１の波長分割マルチプレクサと、
第２のファイバを介して前記ビーム分割器からの前記蛍光性光ビームを受け取るように構成された第２の波長分割マルチプレクサと
を備えている、請求項１－７のいずれか１項に記載の検出システム。

【請求項9】

前記収集ファイバは、前記第１および第２のファイバの直径とは異なる直径を有する、請求項８に記載の検出システム。

【請求項10】

前記収集ファイバの直径は、前記第１および第２のファイバの直径より小さい、請求項９に記載の検出システム。

【請求項11】

前記第１の波長分割マルチプレクサは、複数の光チャネルに対応する複数の光透過経路と、前記複数の光チャネルの各々のための第１のフィルタおよび第２のフィルタとを備え、各光チャネルのために、前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタは、非並列様式において、前記光チャネルの前記光透過経路に沿って、互いからある距離を置いて配置されている、請求項８に記載の検出システム。

【請求項12】

前記第２の波長分割マルチプレクサは、各光チャネルのための単一のフィルタを備えている、請求項１１に記載の検出システム。

【請求項13】

前記光収集ユニットは、前方収集部品をさらに備え、前記前方収集部品は、
楕円形表面を有する凹面ミラーであって、反射性材料が、前記ナノ粒子からの前記前方散乱光ビームを反射し、集中させるために前記楕円形表面上にコーティングされている、凹面ミラーと、
前記凹面ミラーから反射される前記光ビームを受け取る前方検出器と
を備えている、請求項８に記載の検出システム。

【請求項14】

ナノ粒子のためのサンプル処理器具であって、前記サンプル処理器具は、
種々の処理および洗浄流体を運搬するように構成された流体システムと、
サンプル針を具備する流動セルであって、前記サンプル針は、前記流動セル中にナノ粒子を含むサンプルを供給し、前記流体システムによって供給されるシース流体は、安定的なサンプル流動を取得するために前記流動セル内で前記サンプルを包む、流動セルと、
請求項１－１３のいずれか１項に記載の検出システムと
を備え、
前記検出システムは、前記流動セルを通して流動するサンプル中のナノ粒子を検出するように構成されている、サンプル処理器具。

【請求項15】

前記流動セルは、気泡排出路を具備し、前記流動セル内の流体中の気泡は、前記気泡排出路を通して排出される、請求項１４に記載のサンプル処理器具。

【請求項16】

前記流動セルは、異なるレベルにおいて少なくとも２つの気泡排出路を具備する、請求項１５に記載のサンプル処理器具。

【請求項17】

前記少なくとも２つの気泡排出路のうちの２つの気泡排出路は、それぞれ、前記流動セルの流体収束チャンバの底部および上部に配置されている、請求項１６に記載のサンプル処理器具。

【請求項18】

前記流体システムは、
シリンダと前記シリンダ内で往復するピストンとを備えているポンプと、
前記ポンプを前記サンプル針またはサンプル源に選択的に流動的に通じさせるように構成された切り替えデバイスと
を備えている、請求項１４に記載のサンプル処理器具。

【請求項19】

前記切り替えデバイスは、前記ポンプに接続される第１のポートと、前記サンプル針に接続される第２のポートと、前記サンプル源に接続される第３のポートとを備えている三方弁を備え、前記三方弁は、前記ポンプが前記サンプル針と通じることを可能にされる第１の位置と前記ポンプがサンプル源と通じることを可能にされる第２の位置との間で切り替えられる、請求項１８に記載のサンプル処理器具。

【請求項20】

前記切り替えデバイスは、三方コネクタと二方弁とを備え、
前記三方コネクタは、前記ポンプに接続される第１のポートと、前記サンプル針に接続される第２のポートと、前記サンプル源に接続される第３のポートとを備え、
前記二方弁は、前記第３のポートと前記サンプル源との間に配置され、前記第３のポートが前記サンプル源と通じることを可能にされる開放位置と、前記第３のポートと前記サンプル源との間の連絡が遮られる閉鎖位置との間で切り替えられる、請求項１８に記載のサンプル処理器具。

【請求項21】

前記サンプル処理器具は、４０ナノメートル～１，０００ナノメートルの範囲にある粒子を検出するように適合されている、請求項１４－２０のいずれか１項に記載のサンプル処理器具。

【請求項22】

前記流体システムは、０．５ｍＬ／分～１．５ｍＬ／分の流量でシース流体を供給し、１μＬ／分～６μＬ／分の流量で前記サンプルを供給するように構成されている、請求項２１に記載のサンプル処理器具。

【請求項23】

５ｎｍ～２０ｎｍの範囲にある精度を伴うフィルタが、前記流体システムにおいて前記シース流体のために提供されている、請求項２１に記載のサンプル処理器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、フローサイトメトリソータ／アナライザ等のサンプル処理器具の検出システムに関し、特に、ナノ粒子のための検出システムと、検出システムを含むサンプル処理器具とに関する。

【背景技術】

【0002】

本節は、本開示に関する背景情報を提供するが、それは、必ずしも、従来技術であるとは限らない。

【0003】

サンプル処理器具は、通常、小さい懸濁粒子（例えば、生物学的粒子、非生物学的粒子）または細胞を含む液体サンプルを分析するように構成され、および／または、液体サンプル中の粒子または細胞をソートするように構成されている。従来のサンプル処理器具は、多くの場合、１，０００ｎｍを上回る大きいサイズを伴う粒子または細胞を有するサンプルを検出するために適切である。従来のサンプル処理器具は、流動セルの検出チャネル内の異なる検出位置上に集中する複数の光源を含む検出システムを有し、それによって、クロストークが、防止されることまたは減らされることができる。細胞等の従来的に分析される粒子の比較的大きいサイズに起因して、粒子の光信号が、容易に捕捉され、それによって、サンプルは、高速で、流動セルを通して流動し得る。したがって、時間遅延は、短く、液体流動の安定性に関する要件は、低い。

【0004】

しかしながら、従来のサンプル処理器具の検出システムは、生物学的ナノ粒子（例えば、細胞外小胞）または非生物学的ナノ粒子（例えば、ナノビーズ）等の非常に小さい粒子を検出するために十分に適切ではない。例えば、多くの従来のサンプル処理器具は、単に、これらの非常に小さい粒子からの光信号を検出または判別するために十分に高感度ではなく、不正確な検出結果をもたらす。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本節は、本開示の概要を提供するが、その完全な範囲またはその特徴の全ての包括的な開示ではない。

【0006】

サンプル処理器具の従来の検出システムに関する上記の問題の観点から、本開示の目的は、高精度を伴うナノ粒子のための検出システムおよびサンプル処理器具を提供することである。

【0007】

本開示の側面によると、ナノ粒子のための検出システムが、提供される。検出システムは、光放出ユニットと、光収集ユニットとを含む。光放出ユニットは、光ビームを放出し、光ビームを検出されるべきナノ粒子の上に投射するように構成されている。光収集ユニットは、収集された光ビームに従ってナノ粒子を分析するための光ビームをナノ粒子から収集するように構成されている。光放出ユニットは、複数の光源と、集束レンズとを含み、複数の光源によって放出される光ビームは、ナノ粒子が通過すべき同じ検出位置上に、集束レンズを通して集中させられる。

【0008】

本開示によるいくつかの例では、複数の光源によって放出される光ビームは、互いに異なる波長を有し、ダイクロイックミラーが、各光源と集束レンズとの間に提供される。ダイクロイックミラーは、異なる波長のビームを組み合わせることができる。

【0009】

本開示によるいくつかの例では、複数の光源によって放出される光ビームは、ダイクロイックミラーを介して、共線ビームであるように反射または透過される。

【0010】

本開示によるいくつかの例では、長焦点レンズ（例えば、球面レンズまたは非球面レンズ）レンズが、各光源と対応するダイクロイックミラーとの間に提供される。

【0011】

本開示によるいくつかの例では、ダイクロイックミラーおよび長焦点レンズは、光軸に垂直な方向における光ビームの集束点の位置を調節するために調節可能である。

【0012】

本開示によるいくつかの例では、ビーム拡大器が、各光源と対応する長焦点レンズとの間に提供され、ビーム拡大器は、光ビームのスポット（ｓｐｏｔ）の要求されるサイズに従って構成され、光軸に沿った方向において、光ビームのウエスト（焦点）位置を調節するようにさらに構成されている。

【0013】

本開示によるいくつかの例では、ビーム拡大器は、２つの光学部品から成り、２つの光学部品間の距離は、調節可能である。２つの光学部品の各々は、凸面レンズ、凸面レンズ群、凹面レンズ、および凹面レンズ群のうちの１つから選択される。

【0014】

本開示によるいくつかの例では、光収集ユニットは、側方収集部品を含む。側方収集部品は、光集束レンズ群と、収集ファイバと、ビーム分割器と、第１の波長分割マルチプレクサと、第２の波長分割マルチプレクサとを含む。光集束レンズ群は、凹面ミラーと、非球面レンズとを含み、ナノ粒子から放出される光ビームを集中させるように構成されている。光集束レンズ群は、光ビームを収集ファイバの中に集中させる。ビーム分割器は、収集ファイバからの入射光ビームを側方散乱光ビームおよび蛍光性光ビームに分割するように構成されている。第１の波長分割マルチプレクサは、第１のファイバを介して、ビーム分割器からの側方散乱光ビームを受け取るように構成されている。第２の波長分割マルチプレクサは、第２のファイバを介して、ビーム分割器からの蛍光性光ビームを受け取るように構成されている。他の例示的構成も、本明細書において説明される。

【0015】

本開示によるいくつかの例では、収集ファイバは、第１および第２のファイバの直径とは異なる直径を有する。

【0016】

本開示によるいくつかの例では、収集ファイバの直径は、第１および第２のファイバの直径より小さい。

【0017】

本開示によるいくつかの例では、第１の波長分割マルチプレクサは、複数の光チャネルに対応する複数の光透過経路と、複数の光チャネルの各々のための第１のフィルタおよび第２のフィルタとを含む。各光チャネルのために、第１のフィルタおよび第２のフィルタは、非並列様式において、光チャネルの光透過経路に沿って、互いからある距離を置いて配置される。

【0018】

本開示によるいくつかの例では、第２の波長分割マルチプレクサは、各光チャネルのための単一のフィルタを含む。

【0019】

本開示によるいくつかの例では、光収集ユニットは、前方収集部品をさらに含む。前方収集部品は、凹面ミラーと、前方検出器とを含む。凹面ミラーは、楕円形表面と、ナノ粒子からの前方散乱光ビームを反射し、集中させるために楕円形表面上にコーティングされている、反射性材料とを有する。前方検出器は、凹面ミラーから反射される光ビームを受け取る。

【0020】

本開示の別の側面によると、ナノ粒子のためのサンプル処理器具が、提供される。サンプル処理器具は、流体システムと、流体セルと、検出システムとを含む。流体システムは、種々の処理および洗浄流体を運搬するように構成されている。流動セルは、サンプル針を具備し、サンプル針は、流動セルの中にナノ粒子を含むサンプルを供給する。流体システムによって供給されるシース流体は、安定的なサンプル流動を取得するために流動セル内でサンプルを包む。検出システムは、上で説明される通りであり、流動セルを通して流動するサンプル中のナノ粒子を検出するように構成されている。

【0021】

本開示によるいくつかの例では、流動セルは、流動セル内の流体中の気泡が排出される気泡排出路を具備する。

【0022】

本開示によるいくつかの例では、流動セルは、異なるレベルにおいて少なくとも２つの気泡排出路を具備する。

【0023】

本開示によるいくつかの例では、少なくとも２つの気泡排出路のうちの２つの気泡排出路が、それぞれ、流動セルの流体収束チャンバの底部および上部の近くに配置されている。

【0024】

本開示によるいくつかの例では、流体システムは、ポンプと、切り替えデバイスとを含む。ポンプは、シリンダと、シリンダ内で往復するピストンとを含む。切り替えデバイスは、ポンプをサンプル針またはサンプル源に選択的に流動的に通じさせるように構成されている。

【0025】

本開示によるいくつかの例では、切り替えデバイスは、ポンプに接続される第１のポートと、サンプル針に接続される第２のポートと、サンプル源に接続される第３のポートとを含む三方弁を含む。三方弁は、ポンプがサンプル針と通じることを可能にされる第１の位置とポンプがサンプル源と通じることを可能にされる第２の位置との間で切り替えられる。

【0026】

本開示によるいくつかの例では、切り替えデバイスは、三方コネクタと、二方弁とを含む。三方コネクタは、ポンプに接続される第１のポートと、サンプル針に接続される第２のポートと、サンプル源に接続される第３のポートと含む。二方弁は、第３のポートとサンプル源との間に配置され、第３のポートがサンプル源と通じることを可能にされる開放位置と、第３のポートとサンプル源との間の連絡が遮られる閉鎖位置との間で切り替えられる。

【0027】

本開示によるいくつかの例では、サンプル処理器具は、４０ナノメートル～１，０００ナノメートルの範囲にある粒子を検出するように適合される。特に、サンプル処理器具は、４０ナノメートル～２００ナノメートルの範囲にある粒子を検出するために適切である。

【0028】

本開示によるいくつかの例では、流体システムは、０．５ｍＬ／分～１．５ｍＬ／分の流量において、シース流体を供給し、１μＬ／分～６μＬ／分の流量において、サンプルを供給するように構成されている。

【0029】

本開示によるいくつかの例では、５ｎｍ～２０ｎｍの範囲にある精度を伴うフィルタが、流体システム内のシース流体のために提供される。

【0030】

本開示の上記および他の目的、特徴、および利点は、本開示を限定するのではなく、説明するために与えられる詳細な説明および図面を通して完全に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0031】

本開示の１つ以上の実施形態の特徴および利点は、図面を参照して、以下の説明を通して容易に理解されるものとする。図面では、以下の通りである。

【0032】

【図1】図１は、フローサイトメトリアナライザの流動セルの斜視概略図である。

【0033】

【図2】図２は、図１に示される流動セルの縦方向断面概略図である。

【0034】

【図3】図３は、本開示の実施形態による検出システムの概略図である。

【0035】

【図4】図４は、図３に示される検出システムの光学経路の概略図である。

【0036】

【図5】図５は、本開示の実施形態によるビーム拡大器による光ビームのウエスト位置の調節を示す概略図である。

【0037】

【図6】図６は、本開示の実施形態による前方ミラーの斜視概略図である。

【0038】

【図7】図７は、本開示の実施形態による流体システムの一部の概略図である。

【0039】

【図8】図８は、図７に示される流体システムの変形例の概略図である。

【0040】

【図9】図９は、本開示の別の実施形態によるサンプル処理器具の流動セルの縦方向断面概略図である。

【0041】

【図10A】図１０Ａは、本開示による検出システムの複数の光源によって同時に照射されるサンプル中の粒子を示す。

【0042】

【図10B】図１０Ｂは、従来の検出システムの複数の光源によって異なる時間において照射されるサンプル中の粒子を示す。

【0043】

【図11】図１１Ａおよび１１Ｂは、レーザダイオードから放出される光ビームのスポットを示す。

【0044】

【図12】図１２は、検出システムの変形例の概略図であり、ビーム分割器と、２つの波長分割マルチプレクサとを示す。

【0045】

【図13】図１３は、検出システムの別の変形例の概略図であり、ビーム分割器と、２つの波長分割マルチプレクサとを示す。

【発明を実施するための形態】

【0046】

本開示は、図面を参照して、例示的実施形態を通して、下で詳細に説明されるであろう。いくつかの図面では、同様の参照番号は、同様の構成要素およびモジュールを表す。本開示の以下の詳細な説明は、本開示の適用または使用に限定するためではなく、例証のみのためにある。本明細書において説明される実施形態は、網羅的ではなく、多くの可能な実施形態のうちのいくつかのみにすぎない。例示的実施形態は、多くの異なる形態において実装され得、本開示の範囲を限定するように理解されるべきではない。いくつかの例示的実施形態では、周知のプロセス、公知のデバイス構造、および周知の技術は、詳細に説明されないこともある。

【0047】

例証の目的のために、フローサイトメトリアナライザが、例示的サンプル処理ユニットとして説明される。しかしながら、本開示が、例証されるフローサイトメトリアナライザに限定されず、他の構造を伴うフローサイトメトリアナライザまたは他のタイプのサンプル処理器具に適用され得ることを理解されたい。特に、本発明は、ナノ粒子を検出、ソート、または別様に処理するための種々のタイプのサンプル処理器具に適用される。

【0048】

本明細書において説明されるナノ粒子は、ナノスケール粒子を指す。例えば、粒子は、１，０００ｎｍ（ナノメートル）以下のサイズ（例えば、直径、最大サイズ、または平均サイズ）、特に、４０ｎｍ～２００ｎｍの範囲にあるサイズを有し得る。ナノ粒子は、生物学的ナノ粒子（例えば、細胞外小胞）または非生物学的ナノ粒子（例えば、ナノビーズ）であり得る。

【0049】

フローサイトメトリアナライザは、流動セルと、ポンプおよび弁を含む流体システムと、光検出システムと、サンプル分析システムとを含む。流体システムは、ポンプおよび弁を通して、サンプルおよびシース流体を流動セルに運搬する。流動セルにおいて、シース流体は、単一の列において流動セルを通して、サンプル中に含まれるナノ粒子を線形に流動させ、ナノ粒子の信号を１つずつ収集するために、サンプルを包む。ナノ粒子が、検出エリアを通過するとき、ナノ粒子は、光検出システムの光源（通常、レーザ光源）によって照射される。この照射は、サンプル中の粒子に光を散乱させ得る（例えば、側方散乱信号または前方散乱信号を発生させる）。ある場合、サンプルは、蛍光性粒子（例えば、蛍光色素分子と接合された着目ナノ粒子またはそういでなければそれに関連付けられた着目ナノ粒子、それら自体が蛍光性である着目ナノ粒子）を含み得、蛍光性粒子は、照射に応答して蛍光性信号を放出し得る。これらの信号は、光検出システムによって収集される。ナノ粒子の収集された信号は、検出されたナノ粒子の情報を取得するために、サンプル分析システムによって処理および分析される。

【0050】

流動セルは、フローサイトメトリアナライザの重要な構成要素である。図１は、例示的フローサイトメトリアナライザの流動セル１０の斜視概略図であり、図２は、図１に示される流動セル１０の縦方向断面概略図である。図１および２に示されるように、流動セル１０は、本体１１と、本体１１内に嵌め込まれたサンプル針１３およびキュベット１５とを含む。流体収束チャンバ１２および１つ以上のシースチャネル１４（１つのみが、図１に示される）が、本体１１内に形成されている。シース流体は、シースチャネル１４を通して、流体収束チャンバ１２に運搬され、サンプルは、サンプル針１３を通して、流体収束チャンバ１２に運搬される。検出チャネル１８が、キュベット１５内に形成されている。キュベット１５は、透明な材料から作製され得る。光検出は、サンプルおよびシース流体が、検出チャネル１８を通して流動しているとき、サンプル中のナノ粒子に対して実施される。すなわち、キュベット１５は、ナノ粒子に関する検出エリアを形成する。

【0051】

本開示の実施形態による検出システムは、図３－６を参照して、下で説明されるであろう。

【0052】

図３は、本開示の実施形態による検出システム１００の概略図であり、図４は、図３に示される検出システム１００の光学経路の概略図である。図３および４を参照すると、検出システム１００は、光放出ユニット１１０と、光収集ユニット１２０（前方散乱ユニットおよび／または側方散乱ユニットを含む）とを含む。光放出ユニット１１０は、光ビームを放出し、キュベット１５の検出チャネル１８を通して流動するナノ粒子の上に光ビームを投射するように構成されている。光収集ユニット１２０は、ナノ粒子から散乱させられ、または放出される光を収集し、したがって、収集された光に基づいて、ナノ粒子を分析するように構成されている。

【0053】

光放出ユニット１１０は、レーザ等の４つの光源１１１ａ－１１１ｄを含む。４つの光源１１１ａ－１１１ｄは、異なる波長（例えば、レーザに関して、４０５ｎｍ、４８８ｎｍ、５６１ｎｍ、および６３８ｎｍ）を伴う光ビームを放出するように構成されている。示される例では、４つの光源１１１ａ－１１１ｄは、並列に配置されている。光源の数、タイプ、および配置は、示される例に限定されず、必要に応じて、変更され得ることを理解されたい。例えば、システムは、３つ、５つ、６つ、または任意の他の適切な数の光源を含み得る。

【0054】

光放出ユニット１１０は、集束レンズ１１９をさらに含む。光源１１１ａ－１１１ｄによって放出される光ビームは、集束レンズ１１９を通過し、次いで、キュベット１５の検出チャネル１８内の同じ検出位置上に集中させられる。検出位置は、集束点または監視点と称され得る。

【0055】

図１０Ａに示されるように、本開示による検出システムは、同じ監視点Ｌ上に集中するように複数の光源の光ビームＢ１およびＢ２を制御し、すなわち、シース流体によって包まれたサンプル中のナノ粒子は、検出チャネル１８内の監視点Ｌを通過するとき、同時に光ビームＢ１およびＢ２によって照射される。したがって、図１０Ｂに示されるような従来技術において生じる検出時間の遅延の問題を基本的に排除することが可能である。

【0056】

図１０Ｂは、従来の検出システムにおいて生じる検出時間の遅延を示す。図１０Ｂに示されるように、従来の検出システムは、それぞれの光ビームＢ１およびＢ２を放出する、２つの光源を含む。光ビームＢ１およびＢ２は、キュベット１５の検出チャネル１８内の異なる点Ｌ１およびＬ２に集中する。サンプルが、検出チャネル１８を通して上向きに流動するとき、サンプル中に含まれる粒子は、最初、点Ｌ１に到達し、粒子は、光ビームＢ１によって照明され、検出のための光を散乱させ、または放出する。次いで、粒子は、点Ｌ２まで上向きにさらに進み、粒子は、光ビームＢ２によって照明され、検出のための光を散乱させ、または放出する。したがって、粒子から散乱させられ、または放出される光は、当然ながら、時間においてΔｔだけシフトされるであろう。従来のシステムは、システムが点Ｌ１およびＬ２において得られる散乱させられ／放出された光の測定値を同じ粒子に関連付けることができるように、Δｔだけ単純に時間シフトすることによってこのシフトを考慮し得る。

【0057】

しかしながら、ナノ粒子が検出されたとき、極めて小さいナノ粒子の捕捉を確実するために、サンプルの大幅に減少させられた流量を有することが、所望される。導入される流量を減少させることは、流動の変動性を増加させ、それによって、時間シフト測定値に対する一定のΔｔに依拠することは、可能でないこともある。図１０Ｂに示されるように、従来の検出システムが減少させられた流量においてナノ粒子を検出するために使用される場合、サンプルの流動におけるかなりの変動が存在するので、Δｔは、非常に大きく、かつ変動させられるであろう。

【0058】

従来の検出システムと比較すると、本開示による検出システムは、同時に、同じ場所においてサンプルを照射するように構成された共線のビームを伴う光学システムを使用することによって、検出時間の遅延を排除することができる。結果として、測定値を時間シフトさせる必要は、なく、それによって、減らされた流量によって生じる変動するΔｔの問題は、もはや問題ではない。故に、検出チャネル１８内で流動する流体の速度は、減らされることができ、それは、特に、ナノ粒子の検出のために有益である。

【0059】

ダイクロイックミラー１１７ａ－１１７ｄが、集束レンズ１１９とそれぞれの光源１１１ａ－１１１ｄとの間に配置され得る。ダイクロイックミラー１１７ａ－１１７ｄの各々は、光源１１１ａ－１１１ｄのうちの対応する１つの光ビームを反射し、他の光源の光ビームを透過するように構成されている。ダイクロイックミラー１１７ａ－１１７ｄは、それぞれの光源１１１ａ－１１１ｄによって放出される光ビームの波長に従って選択および構成され得る。例えば、ダイクロイックミラー１１７ｂは、光源１１１ｂによって放出される波長の光を反射するように構成され、光源１１１ａによって放出される波長の光を透過するように構成され得、ダイクロイックミラー１１７ｃは、光源１１１ｃによって放出される波長の光を反射するように構成され、光源１１１ａおよび１１１ｂによって放出される波長の光を透過するように構成され得、ダイクロイックミラー１１７ｄは、光源１１１ｄによって放出される波長の光を反射するように構成され、光源１１１ａ、１１１ｂ、および１１１ｃによって放出される波長の光を透過するように構成され得る。光源１１１ａ－１１１ｄによって放出される光ビームは、ダイクロイックミラー１１７ａ－１１７ｄによって反射される、またはそれを透過され、共線ビームを形成する。共線ビームは、同じ光軸（図５に示されるような光軸Ａ）を有することを意味する。共線ビームは、複数の光源の共焦点を実現するために、すなわち、同じ検出位置上に集中するために有益である。ダイクロイックミラー１１７ａ－１１７ｄは、ビームの集束点の位置、特に、光軸に垂直な平面上の位置を調節するために、それらの位置または向きを調節可能である。図に示されないが、いくつかの実施形態では、ビームは、それらが、共線ではないが、依然として、同じ点に集中する収束性ビームであるように構成され得る。すなわち、それらの全ては、同じ光軸を有しないこともあるが、それらの全ては、キュベット１５のサンプルチャネル内の単一点に集中するように構成されている。

【0060】

レンズ１１５ａ－１１５ｄは、それぞれの光源１１１ａ－１１１ｄとそれぞれのダイクロイックミラー１１７ａ－１１７ｄとの間に配置され得る。レンズ１１５ａ－１１５ｄは、長焦点レンズであり得る。いくつかの例では、レンズ１１５ａ－１１５ｄは、球面レンズであり得る。他の例では、レンズ１１５ａ－１１５ｄは、非球面レンズであり得る。レンズ１１５ａ－１１５ｄの各々は、光ビームを平行ビームに変換することができる。示される例では、レンズ１１５ａ－１１５ｄの各々は、互いに対向する平坦な表面と凸面表面とを有する平凸面レンズの形態にある。例えば、平凸面レンズの凸面表面は、２，４００ｍｍの焦点距離を有し得る。レンズ１１５ａ－１１５ｄは、光ビームの集束点の位置、特に、光軸に垂直な平面上の位置を調節するために、それらの位置または向きにおいて調節可能である。概して、ダイクロイックミラー１１７ａ－１１７ｄは、光ビームの集束点の位置を大まかに調節するために使用されることができるが、レンズ１１５ａ－１１５ｄは、光ビームの集束点の位置を細かく調節するために使用されることができる。

【0061】

ダイクロイックミラーおよびレンズの数、タイプ、および配置が、本開示に説明される機能が実現され得る限り、必要に応じて、変更され得、本明細書に例証される例に限定されないことを理解されたい。加えて、ダイクロイックミラーおよびレンズは、類似する機能を伴う他の光学要素または光学モジュールと置換され得る。

【0062】

ビーム拡大器１１３ａ－１１３ｄは、それぞれの光源１１１ａ－１１１ｄとそれぞれのレンズ１１５ａ－１１５ｄとの間に配置され得る。ビーム拡大器１１３ａ－１１３ｄの各々は、光ビームの断面寸法および発散角を変更することができる。したがって、ビーム拡大器１１３ａ－１１３ｄの各々は、光ビームのスポットの所望の大きさに従って構成され得る。

【0063】

ナノ粒子上に照射される光ビームを有することが、所望され、光ビームは、従来のシステムより小さいスポットサイズを有する。このより小さいスポットサイズは、高いパワー密度を伴うより集中させられたビームを可能にし、ビームの強度、最終的に、ナノ粒子から収集される光信号の強度を増加させ、それによって、光信号を収集する効率を大幅に改良し、高分解能および高感度をもたらす。例えば、スポットのサイズは、３×１５μｍ、１０×８０μｍ、またはこれらのサイズの間の任意の適切なサイズであり得る。スポットのサイズは、サンプルコアストリームのサイズのみならず、流動の変動にも従って決定され得る。

【0064】

光ビームのスポットは、レーザ（光源）のレーザダイオードの向きの変更および半波長プレートの提供によって減らされ得る。図４に示されるように、レーザの形態における光源１１１ａ－１１１ｄは、それぞれのレーザダイオード１１２ａ－１１２ｄを含み、半波長プレート１１６ａ－１１６ｄが、それぞれ、ダイクロイックミラー１１７ａ－１１７ｄとレンズ１１５ａ－１１５ｄとの間に提供される。レーザダイオード１１２ａ－１１２ｄと半波長プレート１１６ａ－１１６ｄとは、同じ方法において配置され得る。図示の目的のために、レーザダイオード１１２ａのみが、図１１Ａおよび１１Ｂに示される。図１１Ａを参照すると、レーザダイオード１１２ａは、光ビームの楕円形スポットを放出する。図１１Ａにおけるレーザダイオード１１２ａは、従来の検出システムのそれと同じ方法において向けられている。本発明者は、レーザダイオード１１２ａが、図１１Ｂに示されるように、光ビームのスポットを減らすために、９０度だけ回転させられ得ることを見出している。この回転は、高速軸方向ＦＡを水平方向から縦方向に変更し得る。レーザが線形に偏光されるので、レーザが９０度だけ回転させられると、その偏光方向も、９０度だけ回転させられる。半波長プレートは、偏光方向を回転させるように機能する。これは、光の散乱が小さいナノ粒子からの垂直偏光においてより強いからである。例では、半波長プレートは、水晶結晶から作製され得る。偏光方向が、結晶軸の方向から、ある角度θにあるとき、偏光方向は、半波長プレートを通して、２θの角度だけ回転させられるであろう。例えば、θ＝４５度である場合、偏光方向は、９０度だけ回転させられるであろう。すなわち、それは、レーザダイオード１１２ａを回転させる前の偏光方向と同じである。このように、レーザスポットは、より小さいサイズと、増加させられたエネルギー密度とを有し、それによって、信号対雑音比を改良し、側方散乱光および蛍光性光の信号強度を増加させる。

【0065】

円筒形レンズ１１４ａ－１１４ｄは、それぞれのビーム拡大器１１３ａ－１１３ｄとそれぞれのレンズ１１５ａ－１１５ｄとの間に提供され得る。円筒形レンズを異なる曲率を用いて変更することによって、キュベット１５内に集中させられる光ビームのスポットの水平方向のサイズを調節することが、可能である。

【0066】

加えて、または代替として、光源の一部または全部のパワーが、従来のシステムと比較すると、増加させられ得る。例えば、従来のシステムの特定の光源は、３０ｍＷのパワーを有し得るが、本開示において列挙される検出システムの同じ光源は、５０ｍＷの増加させられたパワーを有し得る。光源の増加させられたパワーは、検出感度も改良し得る。個々の光源のパワーは、実際の要件として決定され得る。

【0067】

概して、ビーム拡大器１１３ａ－１１３ｄの各々は、第１の光学部品と、第２の光学部品とから形成される。示される例では、各ビーム拡大器１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、または１１３ｄは、第１の光学部品としての対応する光源に隣接する凹面レンズと、第２の光学部品としての対応する光源から離れている凸面レンズとから形成される。ビーム拡大器１１３ａ－１１３ｄの各々は、示される例に限定されず、任意の適切な光学レンズまたはレンズ群から形成され得ることを理解されたい。例えば、第１の光学部品および第２の光学部品の各々は、凸面レンズ、凸面レンズ群、凹面レンズ、および凹面レンズ群のうちの１つから選択される。

【0068】

各ビーム拡大器に関して、ビーム拡大器を形成する第１の光学部品（示される例では、凹面レンズ）と第２の光学部品（示される例では、凸面レンズ）との間の距離は、光軸上の光ビームのウエスト位置（集束点）を調節するために、調節可能である。図５は、本開示の実施形態によるビーム拡大器１１３ａによる光ビームのウエスト位置の調節を示す概略図である。光ビームのウエスト位置の調節は、ビーム拡大器１１３ａを例として取り上げることによって、図５を参照して説明されるであろう。

【0069】

図５に示されるように、ビーム拡大器１１３ａは、光源１１１ａに比較的近い光学経路上の場所における凹面レンズ１１３１と、（凹面レンズ１１３１と比較されるような）光源１１１ａから比較的遠い光学経路上の場所における凸面レンズ（２つの可能な位置１１３２および１１３２’において描写される）とから構成されている。図５は、参照番号１１３２を使用して、第１の位置における凸面レンズを図示し、さらに、参照番号１１３２’を使用して、第２の位置における同じ凸面レンズを図示する。凸面レンズは、これら２つの位置のうちの１つに、またはこれら２つの位置の中間の位置に移動させられ、最終的に、（例えば、キュベット１５内の）ビームウエストを改変し得る。例えば、（図５では、実線を使用して描写される）第１の位置における凸面レンズ１１３２の場合、光ビームは、凸面レンズ１１３２および集束レンズ１１９を通過し、次いで、ウエスト位置Ｐ１において集中させられる。（図５では、点線を使用して描写される）第２の位置における凸面レンズ１１３２’の場合、光ビームは、凸面レンズ１１３２’および集束レンズ１１９を通過し、次いで、ウエスト位置Ｐ２において集中させられる。図５では、ビームウエスト位置Ｐ２は、ビームウエスト位置Ｐ１に対して、光軸Ａに沿って右に移動させられている。図５に示されないが、キュベット１５は、サンプルがキュベット１５を通して流動するためのキュベット１５を通したチャネルを含み、位置Ｐ１およびＰ２は、チャネル内にあり得る。

【0070】

図５に示される例では、凹面レンズ１１３１は、固定されるのに対し、凸面レンズ１１３２は、凹面レンズ１１３１に対して移動可能である。同様に、示されない代替の例では、凸面レンズ１１３２は、固定され得るが、凹面レンズ１１３１は、凸面レンズ１１３２に対して移動可能である。または、凹面レンズ１１３１および凸面レンズ１１３２の両方は、互いに向かって、または互いから離れるように移動可能である。

【0071】

さらに、ビーム拡大器１１３ｂ－１１３ｄの各々は、ビーム拡大器１１３ａに類似する方法において調節され得、したがって、本明細書では、詳細に説明されないであろう。

【0072】

上で説明されるように、ダイクロイックミラー１１７ａ－１１７ｄ、レンズ１１５ａ－１１５ｄ、およびビーム拡大器１１３ａ－１１３ｄを調節することによって、個々の光ビームは、所望の監視点において集中させられることができ、複数の光ビームが、同じ監視点において集中させられることができる。光ビームの集束点の位置が、任意の他の光学要素を採択することによって、または任意の他の調節様式において調節され得ることを理解されたい。これらの構成要素（ダイクロイックミラー、レンズ、ビーム拡大器）に対するこれらの調節のうちの１つ以上は、手動で行われ得るか、または、構成要素に結合された１つ以上のアクチュエータに関連付けられたコンピューティングデバイス（例えば、コントローラ）を使用して、電子的に行われ得る。

【0073】

光収集ユニット１２０は、側方収集部品１３０と、前方収集部品１５０とを含む。側方収集部品１３０は、側方散乱ユニットとしての役割を果たし、キュベット１５を通過する間、ナノ粒子が光ビームによって照射されるにつれてサンプル中のナノ粒子から散乱させられ、または放出される側方散乱光および蛍光性光を収集するように構成され得る。いくつかの例では、この側方収集部品１３０によって粒子から収集される光ビームの光軸は、キュベット１５に向かって導かれる光ビームの光軸Ａに略垂直、または光軸Ａから約９０度であり得る。前方収集部品１５０は、前方散乱ユニットとしての役割を果たし、ナノ粒子から前方散乱光を収集するように構成されている。いくつかの例では、この前方収集部品１５０によって粒子から収集される光ビームの光軸は、キュベット１５に向かって導かれる光ビームの光軸Ａに略平行、または光軸Ａから約０度であり得る。側方収集部品１３０および前方収集部品１５０は、下でさらに詳細に説明される。

【0074】

側方収集部品１３０は、凹面ミラー１３４と非球面レンズ１３５とを含む光集束レンズ群と、収集ファイバ１３６と、ビーム分割器１３３と、第１の波長分割マルチプレクサ１３１と、第２の波長分割マルチプレクサ１３２とを含む光集束レンズ群を含む。凹面ミラー１３４は、監視点において種々の方向において発散する散乱光および蛍光性光を反射する。凹面ミラー１３４および非球面レンズ１３５は、反射された光を収集ファイバ１３６上に集中させ、例えば、図４における点線ブロックに示されるように、収集ファイバ１３６の同じ点に集中させる。具体的に、凹面ミラー１３４は、光をファイバ上に集中させることができる。非球面レンズ１３５は、焦点をより小さくする（収差を減らす）ことができる。クロストークを防止するために、ビーム分割器１３３は、高い強度を伴う散乱光を低い強度を伴う蛍光性光から分離するために配置される。分離された散乱光および蛍光性光は、それぞれ、それぞれのファイバを通して、第１の波長分割マルチプレクサ１３１および第２の波長分割マルチプレクサ１３２に進入する。異なる波長を伴う光信号が、分析のために、第１の波長分割マルチプレクサ１３１および第２の波長分割マルチプレクサ１３２内で分離される。

【0075】

光集束レンズ群が、本開示において説明される機能が実現され得る限り、他の光学要素または光学要素群を採択し得ることに留意されたい。

【0076】

ビーム分割器１３３は、ダイクロイックミラー１３３２と、ノッチフィルタ１３３４とを含む。収集された光は、収集ファイバによってダイクロイックミラー１１３２に向かってビーム分割器の中に導かれ得る。収集ファイバ１３６は、光ビームが、例えば、４５度の入射角において、ダイクロイックミラー１３３２に向かって導かれるように向けられ得る。ダイクロイックミラー１３３２は、収集ファイバ１３６から外に出て来る側方散乱光を反射する。反射された側方散乱光は、第１のファイバ１３７を通して、第１の波長分割マルチプレクサ１３１に進入する。収集ファイバ１３６から外に出て来る蛍光性光は、ダイクロイックミラー１３３２を通過する。ダイクロイックミラー１３３２から透過される蛍光性光は、９０度の入射角において、ノッチフィルタ１３３４に入射し、次いで、ノッチフィルタ１３３４を通過する。蛍光性光は、第２のファイバ１３８を通して、第２の波長分割マルチプレクサ１３２に進入する。フィルタ１３３２および１３３４の各々は、複数の光源の共焦点設計に従って、複数のバンドを有する。この場合、フィルタ１３３２および１３３４の両方は、４つのレーザ波長を遮断する４つのバンドを有する。フィルタ１３３２または１３３４のバンドの数は、光源の数に対応する。

【0077】

ビーム分割器１３３は、高い強度を伴う側方散乱光を低い強度を伴う蛍光性光から分離し、蛍光性光に対する側方散乱光のクロストークを減らすか、または防止する。加えて、ビーム分割器を提供することによって、複数の光ビームを分離し、複数の光ビームを２つ以上の波長分割マルチプレクサの中に透過させることが、可能である。既存の波長分割マルチプレクサのほとんどは、限定された信号チャネル、例えば、６つの信号チャネルを有する。６つを超える光信号の場合、６つの信号チャネルを有する単一の波長分割マルチプレクサは、不十分である。既存の波長分割マルチプレクサの使用は、コストをかなり減らし得る。

【0078】

ビーム分割器１３３の光学要素、タイプ、および構成が、必要に応じて、変更され得ること、および示される例に限定されないことを理解されたい。

【0079】

いくつかの例では、図４を参照すると、第１の波長分割マルチプレクサ１３１は、第１のファイバ１３７を介して、ビーム分割器１３３からの側方散乱光ビームを受け取り、異なる波長を伴う側方散乱光の光信号を互いから分割するように構成され得る。第１の波長分割マルチプレクサ１３１では、各光信号は、光信号の光チャネルに対応する光透過経路１３１０に沿って伝送される。第１の波長分割マルチプレクサ１３１は、各光チャネルのために、第１のフィルタ１３１１と第２のフィルタ１３１２とを含み得る。第１のフィルタ１３１１および第２のフィルタ１３１２は、非並列様式において、光チャネルの光透過経路に沿って、互いからある距離を置いて配置され得る。側方散乱光間のクロストークは、２つのフィルタを提供することによって、減らされることまたは防止されることができる。第１および第２のフィルタ１３１１および１３１２は、並列に配置されず、したがって、それらの間の光の多重反射を回避し、より良好な光学密度を達成する。次いで、フィルタリングされた光は、光をさらに処理するために、光検出要素１３１５（例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子増倍管）に進入する。

【0080】

この例、では、第２の波長分割マルチプレクサ１３２は、第２のファイバ１３８を介して、ビーム分割器１３３からの蛍光性ビームを受け取り、異なる波長を有する蛍光性ビームの光信号を互いから分割するように構成され得る。第２の波長分割マルチプレクサ１３２では、各光信号は、光信号の光チャネルに対応する光透過経路１３２０に沿って伝送される。蛍光性信号が弱いので、第２の波長分割マルチプレクサ１３２は、各光チャネルのために、単一のフィルタ１３２１のみを含み得る。次いで、フィルタリングされた蛍光性光は、光をさらに処理するために、光検出要素１３２５（例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子増倍管）に進入する。

【0081】

本開示は、第１および第２の波長分割マルチプレクサのこの特定の構成に焦点を当てるが、他の適切な構成が、使用され得る。例えば、図１２に示されるようないくつかの例では、第１および第２の波長分割マルチプレクサ２３１および２３２は、それぞれの蛍光チャネルに対応するノッチフィルタ２３１４および２３２４を含む。ノッチフィルタ２３１４および２３２４の提供に起因して、蛍光性光ＦＬに対する側方散乱光ＳＳＣのクロストークは、減らされ、または排除され得る。この場合、ビーム分割器２３３は、ノッチフィルタを伴わないダイクロイックミラー２３３２のみを含み得る。図１３に示されるような代替の例では、同様に、ビーム分割器３３３は、ノッチフィルタを伴わないダイクロイックミラー３３３２のみを含み得る。第１および第２の波長分割マルチプレクサ３３１および３３２は、図１３に示されるように、蛍光性光ＦＬに対する側方散乱光ＳＳＣのクロストークを減らす、または排除するために、最初に、側方散乱光ＳＳＣを蛍光性光ＦＬから分離するためのダイクロイックフィルタ３３１３および３３２３を含み得る。

【0082】

側方収集部品１３０では、収集ファイバ１３６の直径は、光透過効率に従って、第１のファイバ１３７および第２のファイバ１３８の直径と異なり得る。ビーム分割器内のレンズは、収差を引き起こし得、したがって、出力される光のスポットは、ビーム分割器の入力より大きくあり得、ファイバの直径は、これを考慮するように選択され得る。一般に、収集ファイバ１３６の直径は、第１のファイバ１３７および第２のファイバ１３８の直径より小さい。例えば、収集ファイバ１３６の直径は、約０．４ｍｍであり得、第１のファイバ１３７および第２のファイバ１３８の直径は、約０．６ｍｍであり得る。ファイバの直径が、必要に応じて、変更され得ること、および本開示において例証される例に限定されないことを理解されたい。

【0083】

前方収集部品１５０は、オブスキュレーションバー（ｏｂｓｃｕｒａｔｉｏｎ ｂａｒ）１５５と、凹面ミラー１５１と、フィルタ１５７と、前方検出器１５９とを含む。オブスキュレーションバー１５５は、（例えば、キュベットから凹面ミラー１５１に向かって放出される光の中心半径内で）キュベット１５を透過される光の大部分を遮断するように構成され、したがって、キュベットを通して直接進行する光ビームによって生成される背景雑音を減らす。光の大部分は、前方検出器を飽和状態にしないように遮断され得る。オブスキュレーションバー１５５は、反射防止材料から作製され得る。凹面ミラー１５１は、ナノ粒子から放出される前方散乱ビームを反射するように構成されている。フィルタ１５７は、高い信号対雑音比を伴う光が、通過することを可能にし、他の光を遮断するように構成されている。例えば、フィルタ１５７は、光のうちの１つが、光源１１１ａ－１１１ｄから放出されることを可能にし、他の３つの光を遮断するように選択され得る。前方検出器１５９は、フィルタリングされた前方散乱光を遮断フィルタ１５７から受け取り、前方散乱光を処理および分析する。

【0084】

図６は、本開示の実施形態による前方ミラー（例えば、楕円形ミラー）の斜視概略図である。図６に示されるように、凹面ミラー１５１は、楕円形表面１５１を含み、反射性材料が、楕円形表面１５１上にコーティングされる。反射性材料は、キュベットに戻るように反射し、背景雑音を潜在的に増加させる得る光を減らすように選択され得る。反射性材料またはコーティングは、保護用アルミニウム（アルミニウム上の酸化防止コーティング）、保護用銀（銀上の酸化防止コーティング）、誘電体フィルム、および保護用金（金上の酸化防止コーティング）であり得る。反射率は、３５０ｎｍ～７００ｎｍの光に対して、９０％を超え得る。凹面ミラー１５１は、支持フレーム１５３上に支えられる。支持フレーム１５３は、少なくとも１次元方向において調節可能であり、それによって、凹面ミラー１５１の位置または角度が、調節されることができる。支持フレーム１５３の構造および据え付けモードは、必要に応じて、変動させられ得る。反射性材料は、一般的に使用される反射性材料であり、光学要素上にコーティングされ得る。前方検出器１５９は、サンプル処理器具内の既存の前方検出器であり得、したがって、本明細書において説明されない。

【0085】

サンプル処理器具の検出システムは、本開示において説明される例、または図面に示される例に限定されるべきではなく、実際の検出要件に従って、変動させられ得る。例えば、光学要素は、検出性能に関する要件に従って、置換、取り外し、または追加され得る。例えば、半波長プレートが、位相差を変更するために、各球面レンズと対応するダイクロイックミラーとの間に配置され得る。

【0086】

サンプル中のナノ粒子を検出するために、従来のシステムと比較して、サンプルおよびシース流体の流量を減らすことが、有益である。この減らされた流量は、粒子に導かれる光ビームに対するサンプル中の粒子のより長時間の暴露を可能にし、したがって、粒子からの増加させられた光の散乱および／または放出を可能にする。減らされた流量は、粒子に導かれる光ビームのスポットサイズが、（従来のシステムと比較して）比較的小さいとき、特に、重要である。さらに、減らされた流量は、流動パターンにおける変動を減らし、強い変動係数（ｒＣＶ）を減らす。本明細書において解説されるように、いくつかの例示的システムでは、光ビームのスポットサイズを減らし、したがって、光ビームを集中させ、それによって、ビームの強度を増加させ、したがって、増加させられた光の収集を可能にすることは、有利であり得る。したがって、より小さい光ビームのスポットサイズは、多くの場合、減らされた流量を要求し、標的粒子が、粒子に導かれる光ビームに対する適正な暴露を受けることを確実にし得る。本開示の実施形態による流体システムは、図７および８を参照して、下で説明されるであろう。図７および８が、完全な流体システムではなく、流体システムの改良された部分のみを示すことに留意されたい。

【0087】

図７を参照すると、流体システム３００は、シース源５０を流動セル１０に接続するためのシースパイプライン５１と、サンプル源３０を流動セル１０（具体的に、サンプル針１３）に接続するためのサンプルパイプライン３１－３３と、サンプルパイプライン内に配置されるポンプ２０と、サンプルパイプライン内に配置される切り替えデバイス（図７に示されるような三方弁４０、または図８に示されるような三方コネクタ９０および二方弁８０）と、廃液を廃棄物容器７０の中に運搬するための廃棄物パイプライン７１とを含む。

【0088】

ポンプ２０は、サンプルパイプライン３１を介して、サンプル供給源３０内のサンプルをサンプルパイプライン３２の中に引き込み、サンプルパイプライン３２内のサンプルをサンプル針１３および流動セル１０の中に圧送するように構成されている。ポンプ２０は、ピストンポンプである。具体的に、ポンプ２０は、シリンダ２１と、シリンダ２１内で往復するピストン２２とを含む。

【0089】

ピストンポンプは、低流量および小流体振動の要件を満たすことができる。ポンプ２０は、通常、（サンプルパイプライン３１からサンプルパイプライン３２まで）流体を吸引すること（サンプルパイプライン３２からサンプル針１３まで）、および流体を圧送することの２つの動作を実施する。流体を圧送する能力は、シリンダ２１内に流体を含むチャンバの容積に関連する。したがって、ポンプ２０は、精密な出力、特に、小さい出力を有し得、それは、定量分析、例えば、容積計測等を促進する。ピストンポンプと比較すると、蠕動ポンプは、大きい振動を有し、流体を連続して圧送し、したがって、出力された流体の体積が、正確に決定されないこともある。ある場合、それは、定量分析のために適切ではないこともある。

【0090】

図７に示される例では、蠕動ポンプ６０が、シースパイプライン５１内に配置され、それは、コストを減らす。しかしながら、蠕動ポンプ６０も、必要に応じて、ピストンポンプまたは任意の他の適切なポンプによって置換され得ることを理解されたい。本開示によるサンプル処理器具では、例えば、ポンプは、０．５ｍＬ／分～１．５ｍＬ／分の範囲にある流量において、シース流体を供給し、１μＬ／分～６μＬ／分の範囲にある流量において、サンプルを供給するように制御され得る。

【0091】

切り替えデバイスが、選択的に、ポンプ２０をサンプル針１３またはサンプル源３０に流動的に通じさせるように構成されている。ポンプ２０がサンプルを吸引するとき、切り替えデバイスは、ポンプ２０をサンプル源３０に流動的に通じさせる。ポンプ２０がサンプルを圧送するとき、切り替えデバイスは、ポンプ２０をサンプル針１３に流動的に通じさせる。したがって、切り替えデバイスは、ポンプ２０がサンプル針１３に通じることを可能にされる第１の位置とポンプ２０がサンプル源３０に通じることを可能にされる第２の位置との間で切り替えられ得る。

【0092】

図７に示される例では、切り替えデバイスは三方弁４０である。三方弁４０は、ポンプ２０に接続される第１のポート４１と、サンプル針に接続される第２のポート４２と、サンプル源に接続される第３のポート４３とを含む。三方弁４０が、第１の位置（図示せず）にあるとき、第１のポート４１は、第２のポート４２と通じさせられ、第３のポート４３とは通じさせられない。この時点において、ポンプ２０は、サンプル針１３と通じさせられることを可能にされる。三方弁４０が（図７に示されるように）第２の位置にあるとき、第１のポート４１は、第３のポート４３と通じさせられ、第２のポート４２とは通じさせられない。この時点において、ポンプ２０は、サンプル源３０と通じさせられることを可能にされる。

【0093】

フィルタ５２が、シースパイプライン５１内に提供され得る。フィルタ５２は、検出されるべきサンプル中の粒子のサイズに従って、選択され得る。例えば、ナノ粒子に関して、フィルタ５２は、５ｎｍ～４０ｎｍ、好ましくは、５ｎｍ～２０ｎｍの範囲にある正確度を伴って選択され得る。フィルタ５２を提供することによって、大きいサイズを伴う異物が、シース流体中に搬送され、不正確な検出結果を引き起こすことを防止することができる。

【0094】

図８は、図７に示される流体システムの変形例の概略図である。図８に示される流体システム３００’は、切り替えデバイスにおいて、図７に示される流体システム３００とは異なる。図８における切り替えデバイスは、三方コネクタ９０と、二方弁８０とを含む。

【0095】

三方コネクタ９０は、ポンプ２０に接続される第１のポート９１と、サンプル針１３に接続される第２のポート９２と、サンプル源３０に接続される第３のポート９３とを含む。

【0096】

二方弁８０は、第３のポート９３とサンプル源３０との間のサンプルパイプライン３１内に配置され、サンプルライン３１のオン／オフ状態を制御する。二方弁８０は、第３のポート９３がサンプル源３０と通じることを可能にされる開放位置と第３のポート９３がサンプル源３０と通じていない閉鎖位置との間で切り替えられる。二方弁８０は、オンオフ弁と称され得る。二方弁８０が、開放位置（図示せず）にあるとき、第３のポート９３は、サンプル源３０と通じさせられる。この時点において、ポンプ２０は、サンプルをサンプルパイプライン３２の中に吸引するために、サンプル針１３と通じることを可能にされる。二方弁８０が、（図８に示されるように）閉鎖位置にあるとき、第３のポート９３は、サンプル源３０とは通じていない。この時点において、ポンプ２０は、サンプルパイプライン３２内の流体をサンプル針１３に圧送することを可能にされる。

【0097】

本開示による流体システムは、本明細書において説明され、図面に示される例に限定されるべきではない。必要に応じて、種々の弁、ポンプ、または他の流体要素が、種々のパイプライン内に提供され得る。例えば、センサが、運搬された流体の量を検出するために、流体システム内に提供され得る。例えば、センサが、サンプルまたはシース流体に関して、運搬体積および運搬速度等のサンプルまたはシース流体についての情報を感知するために提供され得る。例えば、プロセッサを含む制御デバイスが、流体システム内に提供され得る。制御デバイスは、種々の流体要素の動作を制御するだけではなく、センサによって検出されるデータに従って、運搬された流体の体積および速度等の要求されるパラメータの値を計算することができる。

【0098】

気泡は、通常、シース流体およびサンプルが流動セル１０の流体収束チャンバ１２の中に流動するとき、発生する。気泡は、流体収束チャンバ１２内の流動場を変化させ、不安定な層流をもたらし、それによって、サンプルの検出結果に悪影響を及ぼし得る。気泡を排除するために、気泡排出路１６が、流動セル１０の本体１１内にさらに形成される。次に、気泡排出路１６が、図１および２に戻って参照して説明されるであろう。

【0099】

図１に示されるように、流体収束チャンバ１２は、滑らかな内側表面を有し、実質的に筒形の区分と、円錐形区分とを含み、実質的に筒形の区分は、円錐形区分まで円滑に移行させられる。サンプルおよびシース流体は、流体収束チャンバ１２の円錐形区分において、ほぼ収束させられる。サンプル針１３は、流体収束チャンバ１２の円筒形区分に対して同軸に配置される。シース流体の層流が、サンプル針１３と本体１１との間の環状空間内に形成される。

【0100】

流体収束チャンバ１２の滑らかな内側表面は、気泡が集積し、内側表面に付着する可能性を減らすことができる。市場で販売される従来のフローサイトメーターと比較すると、流体収束チャンバ１２は、減らされた容積および表面積を有し、それによって、気泡が流体収束チャンバ１２の内側表面上に付着する可能性をさらに減らす。加えて、流体収束チャンバ１２の減らされた容積は、流体の流速を増加させ、それによって、気泡の除去を促進する。

【0101】

気泡排出路１６は、流体収束チャンバ１２内の気泡を完全に排出するために、流体収束チャンバ１２に対して開いた端部と、真空ポンプ等の気泡除去デバイスに取り付けられるべき他端部とを有する。

【0102】

図１および２に示される例では、本体１１は、異なるレベルにおいて２つの気泡排出路１６を具備する。気泡排出路１６のうちの一方は、流体収束チャンバ１２の上部（または上部表面）に隣接し、気泡排出路１６のうちの他方は、流体収束チャンバ１２の底部（または底部表面）に隣接する。異なるレベルにおける気泡排出路１６は、気泡を効果的に排出し、それによって、サンプル中の粒子を検出する正確度を改良することができる。

【0103】

図１および２に示される例では、サンプル針１３は、流動セル１０の下方側に配置されている。しかしながら、流動セルの構造が、図１および２に示される構造に限定されないことを理解されたい。図９は、別の構造を伴う流動セル１０’を示す。サンプル針１３は、流動セル１０’の上方側に配置されている。流動セル１０’は、流体収束チャンバ１２’を有する。気泡排出路１６’が、流体収束チャンバ１２’の上部に配置され、流体の上部の気泡を除去し、それによって、流体の安定性上の気泡の除去の影響を最小化する。

【0104】

流体収束チャンバ１２’は、傾斜した上部表面１２１を含み得る。上部表面１２１は、流動セル１０’の本体によって形成され得るか、または本体の上方のカバープレートによって形成され得る。傾斜した上部表面１２１は、排出されるべき気泡を誘導し、気泡が、流体収束チャンバ１２’の上部において、非流動面積内に集積することを防止することができる。

【0105】

気泡排出路の構造（数、位置等）が、必要に応じて、変更され得、示される例に限定されないことを理解されたい。

【0106】

本開示は、例示的実施形態を参照して説明されているが、本開示が、本明細書において詳細に説明され、示される実施形態に限定されないことを理解されたい。当業者に関しては、種々の変形例が、請求項において定義される範囲から逸脱することなく、例示的実施形態に対して行われ得る。種々の実施形態における特徴は、矛盾がない場合、互いに組み合わせられてもよい。代替として、実施形態における特徴が、省略され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【国際調査報告】