專(zhuān)利名稱(chēng)：用于檢測(cè)存在的生物物質(zhì)并使其成像的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)、鑒別表面上存在的生物物質(zhì)(血液、精液、尿、唾液、痰等)并使其成像的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
內(nèi)在熒光團(tuán)因其高靈敏度、實(shí)時(shí)反饋、無(wú)樣品接觸和快速掃描大面積的能力而充分適合于檢測(cè)生物物質(zhì)。此外，它不需要可以破壞、改變或污染樣品的試劑。由于熒光發(fā)射強(qiáng)度(表示存在生物物質(zhì)的檢測(cè)信號(hào))與激發(fā)強(qiáng)度成正比，所以可以通過(guò)使用高能照明觀察弱信號(hào)。(同樣通過(guò)激發(fā)光源的能量輸出測(cè)定可以檢驗(yàn)的面積)。由于存在下列顯示出內(nèi)在熒光的廣泛和高濃度的生物成分，因此能夠檢測(cè)生物物質(zhì)NAD[P]H和其它還原吡啶核苷酸(RPN)、2，4-二氧四氫蝶啶類(lèi)、蝶呤類(lèi)、黃素蛋白和其它次生代謝物。核酸聚合物(DNA/RNA)、蛋白質(zhì)和各種脂類(lèi)顯示出高能熒光，由此使這些標(biāo)記能夠用于檢測(cè)指紋。在尿中發(fā)現(xiàn)了熒光代謝分解產(chǎn)物。血液的血紅素成分(新鮮的和氧化的)以及干燥的精液也顯示出獨(dú)特的熒光類(lèi)型?？梢澡b別生物物質(zhì)內(nèi)在熒光發(fā)射差異。由于許多生物物質(zhì)顯示出類(lèi)似或不可辨別的成分，所以用以熒光成分激發(fā)為特征的多能量同時(shí)激發(fā)樣品且隨后采集并檢測(cè)發(fā)射、反射和散射的光能(分別與所述熒光團(tuán)有關(guān)和無(wú)關(guān))是用本文所述方法檢測(cè)表面上的生物物質(zhì)的基礎(chǔ)。
因兩個(gè)原因而可以通過(guò)上述方法更可靠地對(duì)實(shí)際許多樣品表面上的生物物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。首先，由多激發(fā)能量同時(shí)激發(fā)生物物質(zhì)(或用單一能量依次激發(fā))，隨即同時(shí)檢測(cè)大量熒光信號(hào)，這減少了干擾的機(jī)會(huì)，這是因?yàn)槭勾罅繜晒鈭F(tuán)特征加倍的干擾源出現(xiàn)的可能性極小。其次，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)量?jī)?nèi)在代謝物和由此產(chǎn)生的熒光信號(hào)屬于生物上可測(cè)定的范圍。使用能夠進(jìn)行兩種步驟的方法分析信號(hào)(1)使來(lái)源于存在的任意生物物質(zhì)中的檢測(cè)到的熒光信號(hào)與干擾或背景信號(hào)和/或散射激發(fā)信號(hào)分離；和(2)要求來(lái)自不同熒光成分的信號(hào)強(qiáng)度落在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)。因此，檢測(cè)生物物質(zhì)的基礎(chǔ)由下列步驟組成第一步，用以生物物質(zhì)內(nèi)在熒光團(tuán)為特征的多激發(fā)能量同時(shí)或依次激發(fā)樣品；第二步，隨后采集大量各自的熒光信號(hào)(與這些激發(fā)熒光團(tuán)的最大和最小發(fā)射有關(guān))；最終用能夠除去背景熒光(既不是來(lái)源于生物物質(zhì)的熒光成分、反射激發(fā)光、也不是來(lái)源于散射的反射光的信號(hào))、反射激發(fā)信號(hào)和散射激發(fā)信號(hào)并比較預(yù)計(jì)范圍的相對(duì)熒光信號(hào)數(shù)量的方法分析采集的信號(hào)。
長(zhǎng)期建立的用于從表面采集生物物質(zhì)的技術(shù)和方法包括直接用拭子或膠帶取樣和/或在用試劑處理后顯色。通常用于使?jié)撛诘纳镂镔|(zhì)顯色的試劑可以破壞、改變或污染樣品。由于本發(fā)明使用了來(lái)自生物物質(zhì)的多個(gè)內(nèi)在熒光團(tuán)與分析因這些熒光團(tuán)產(chǎn)生的信號(hào)的相對(duì)量相結(jié)合進(jìn)行檢測(cè)，所以不僅可以測(cè)定存在的生物物質(zhì)，而且能夠區(qū)分不同類(lèi)型的生物物質(zhì)。本文所公開(kāi)的發(fā)明不使用試劑、不需要與樣品進(jìn)行物理性接觸且提供‘實(shí)時(shí)’結(jié)果。
用于檢測(cè)特定法醫(yī)學(xué)生物物質(zhì)的方法包括使用抗體(美國(guó)專(zhuān)利US6,605,705)、與酶和底物偶聯(lián)的抗體(美國(guó)專(zhuān)利US6,696,569)和應(yīng)用熒光染料的帶狀試驗(yàn)中的抗體(美國(guó)專(zhuān)利US 6,686,167)。其它方法在添加染料后利用使DNA、蛋白質(zhì)或其它生物物質(zhì)顯色的熒光(美國(guó)專(zhuān)利US 6,512,236)。將光源用于照明并通過(guò)使用具有高能激發(fā)光源(美國(guó)專(zhuān)利RE37,136)的熒光和成像方法(美國(guó)專(zhuān)利US 6,392,238和US 6,636,701)檢測(cè)生物物質(zhì)。
在授權(quán)的Powers和Lloyd的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10/054,419(引入本文作為參考)中公開(kāi)了用于檢測(cè)非生命表面和樣品上的微生物的方法和設(shè)備，其中使樣品接觸能夠激發(fā)來(lái)自各種代謝物、輔因子以及細(xì)胞和孢子成分的熒光的許多特定能量的電磁射線。因此，其中含有的待取樣的微生物細(xì)胞和孢子(更具體的說(shuō)是激發(fā)的代謝物、輔因子和其它細(xì)胞、病毒和/或孢子成分)發(fā)射可以測(cè)定的熒光。用能夠(1)除去任何背景或反射/散射激發(fā)信號(hào)和(2)將代謝物、輔因子和孢子成分的相對(duì)熒光信號(hào)與已知的生理范圍值比較的方法分析采集的熒光信號(hào)(與發(fā)射自細(xì)胞/病毒/孢子成分的信號(hào)的最大值和/或最小值相關(guān))。
盡管Powers和Lloyd的上述專(zhuān)利申請(qǐng)取決于同時(shí)激發(fā)多種微生物成分，但是本發(fā)明使用同時(shí)或依次激發(fā)與生物物質(zhì)相關(guān)的多個(gè)熒光團(tuán)與扣除因散射和/或反射激發(fā)能產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)的算法的結(jié)合方法。這種在設(shè)計(jì)和方法上的差異使得本發(fā)明能夠比其它熒光法更好地檢測(cè)和辨別非生命表面上的各種生物物質(zhì)。本發(fā)明在檢測(cè)生物物質(zhì)方面占優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)闄z測(cè)多個(gè)內(nèi)在熒光團(tuán)減少了因背景干擾產(chǎn)生的假陽(yáng)性結(jié)果的可能性。使用上述方法和設(shè)備檢測(cè)生物物質(zhì)將應(yīng)用于犯罪現(xiàn)場(chǎng)的證據(jù)采集、滅菌的檢驗(yàn)、清潔過(guò)程、食品生產(chǎn)和制劑安全性的驗(yàn)證以及以公共基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的檢測(cè)、凈化和保護(hù)為工作的緊急反應(yīng)組。
執(zhí)法機(jī)構(gòu)和犯罪實(shí)驗(yàn)室在檢測(cè)和鑒定犯罪現(xiàn)場(chǎng)和證據(jù)基體(表面類(lèi)型)上的生物樣品的能力方面受到嚴(yán)重限制。許多機(jī)構(gòu)實(shí)際上依賴(lài)于目測(cè)或觸摸來(lái)證實(shí)可疑生物證據(jù)的存在。這些局限的影響在下列危害因素中顯現(xiàn)出來(lái)有價(jià)值的證據(jù)樣品沒(méi)有得到注意；采集并分析無(wú)價(jià)值的樣品；可使用的證據(jù)樣品受到污染；強(qiáng)化技術(shù)破壞或改變了證據(jù)樣品；有害樣品被不適當(dāng)?shù)夭杉桶b；犯罪現(xiàn)場(chǎng)人員與生物有害物進(jìn)行物理性接觸；犯罪現(xiàn)場(chǎng)人員接觸有害環(huán)境；搜索和檢驗(yàn)程序耗時(shí)；和耗費(fèi)機(jī)構(gòu)和/或?qū)嶒?yàn)室資源。證據(jù)反應(yīng)組和第一批響應(yīng)者因頻繁接觸現(xiàn)場(chǎng)、受害人和可能含有生物液體的其它證據(jù)也首先處于危險(xiǎn)中。這些警官通常在證據(jù)最少受到污染時(shí)到達(dá)犯罪現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，然而他們(1)缺乏找出可疑生物液體的技術(shù)且(2)不能在實(shí)際條件下或原始位置上捕捉液體圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供應(yīng)用于檢測(cè)、鑒定生物證據(jù)并使其成像的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供應(yīng)用于檢測(cè)食品表面上生物污染物的方法和設(shè)備，其中通過(guò)電磁射線激發(fā)生物物質(zhì)熒光成分的熒光以便區(qū)分多種生物物質(zhì)種類(lèi)，從而使食品表面上的污染物得到測(cè)定而不接觸所述表面。
因此，本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供可以用于檢驗(yàn)清潔過(guò)程的方法和設(shè)備。作為本發(fā)明的具體目的，可以將該方法和設(shè)備用于低廉和快速地發(fā)現(xiàn)例如保健用具、旅館房間和公共建筑中的生物物質(zhì)污染。
本發(fā)明的目的在于生物物質(zhì)的檢測(cè)方法和設(shè)備，其中使樣品接觸能夠從各種內(nèi)在熒光團(tuán)中激發(fā)熒光的許多特定能量的電磁射線。因此，其中含有待取樣的生物物質(zhì)(更具體的說(shuō)是激發(fā)的熒光成分)發(fā)射可以測(cè)定的熒光。用能夠(1)除去任何背景或反射的/散射的激發(fā)信號(hào)和(2)將代謝物、輔因子和孢子成分的相對(duì)熒光信號(hào)與預(yù)計(jì)的范圍比較的方法分析采集的熒光信號(hào)(與發(fā)射自生物物質(zhì)成分的信號(hào)的最小值和/或最大值相關(guān))。
因此，本發(fā)明的方法和設(shè)備提供了低廉而快速的方式，其中掃描表面以檢測(cè)存在的生物物質(zhì)而不接觸樣品物質(zhì)。能夠在不接觸的情況下評(píng)價(jià)表面上的生物物質(zhì)，從而減少了引入樣品污染和人員接觸的危害。
按照本發(fā)明的這種形式，通常需要使用發(fā)射200nm以上電磁射線的光源。按照本發(fā)明的這種形式，由該光源發(fā)射的光對(duì)特別激發(fā)下列生物物質(zhì)的能量的電磁射線而言是特定的或經(jīng)過(guò)濾后通過(guò)這種能量的電磁射線NAD[P]H和其它還原吡啶核苷酸(RPN)、2，4-二氧四氫蝶啶類(lèi)、蝶呤類(lèi)、黃素蛋白、核酸聚合物(DNA/RNA)、蛋白質(zhì)、各種脂類(lèi)、尿中的代謝分解產(chǎn)物、血液的血紅素成分(新鮮的和氧化的)以及精液和其它生物液體中的熒光團(tuán)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，能夠且有時(shí)需要使紫外線能量(波長(zhǎng)為200-300nm)的電磁射線定向于樣品。紫外光激發(fā)芳香氨基酸、脂類(lèi)成分和核酸，它們中某些的發(fā)射依次被300-500nm范圍的其它熒光代謝物樣品自我吸收，它們中某些的發(fā)射依次被激發(fā)500-800nm范圍的其它熒光代謝物的樣品自我吸收，其部分發(fā)射用于進(jìn)一步激發(fā)其它成分。如上所述采集并分析樣品的熒光發(fā)射。紫外光的應(yīng)用使樣品的取樣穿透深度相對(duì)表淺。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，能夠且有時(shí)需要使能夠激發(fā)特定熒光生物成分的能量和還不與生物熒光團(tuán)、生物物質(zhì)和/或樣品發(fā)現(xiàn)于其上的底物物質(zhì)發(fā)生相互作用的能量的電磁射線定向。因此，按照本發(fā)明的該實(shí)施方案，可以測(cè)定所得的發(fā)射自樣品的熒光信號(hào)(來(lái)自生物成分和那些單純反射和/或散射自表面的成分)且通過(guò)將來(lái)自微生物的發(fā)射信號(hào)與那些反射和/或散射自底物的信號(hào)的比例進(jìn)行比較來(lái)確定具體生物物質(zhì)的存在。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)踐，將傳感器不僅用于檢測(cè)由內(nèi)在熒光團(tuán)產(chǎn)生的熒光，而且還用于檢測(cè)反射和/或散射的電磁射線。該設(shè)備用于校準(zhǔn)信號(hào)并補(bǔ)償可能因使用探針與掃描樣品之間的可變距離和不同樣品或表面之間的變化引起的信號(hào)改變。
還發(fā)現(xiàn)通過(guò)快速改變定向于樣品的以不同于60赫茲的頻率的電磁射線，基本上可以將環(huán)境光(且特別是熒光)的作用減小到最低限度。調(diào)節(jié)激發(fā)能量還使傳感器發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)以使電磁射線定向于樣品的不同部分，但基本上對(duì)檢測(cè)各種表面上生物物質(zhì)的能力不會(huì)產(chǎn)生影響。
激光和可選的光源已經(jīng)在犯罪現(xiàn)場(chǎng)找到可能的證據(jù)液體方面取得了適度的成功。在公開(kāi)的綜述中描述了單一波長(zhǎng)的熒光在檢測(cè)所選擇底物上的某些生物物質(zhì)中的應(yīng)用，這些綜述包括Watkin，J.E.，Wilkinson，D.A.“法醫(yī)學(xué)用光源、Polilight，Luma-Lite和Spectrum9000的比較”-Journal of Foresic Identification，Vol.44，No.6，1994，p.632；和Auldel，M.J.“激光和高強(qiáng)度石英弧光管在檢測(cè)身體分泌物中的比較”-Journal of Forensic Identification，Vo.33，No.4，1988，pp.929-945。然而，這些技術(shù)存在局限。許多光源具有特定的功率和支持體要求且某些光源不能被輸送至遠(yuǎn)程的犯罪現(xiàn)場(chǎng)。另外，實(shí)際上擁有便攜式激光或可選光源技術(shù)的機(jī)構(gòu)受到不能區(qū)分通常來(lái)自也具有該熒光的物質(zhì)的證據(jù)樣品的儀器波長(zhǎng)的限制(因?yàn)樵S多生物物質(zhì)的熒光難以與背景區(qū)分)?？梢澡b定潛在證據(jù)的方法和設(shè)備可以幫助證據(jù)反應(yīng)組和第一批響應(yīng)者建立一種可使用的視野計(jì)、采集有用和未污染的證據(jù)并減少有害接觸。該方法和設(shè)備不需要試劑、不與樣品接觸、以低廉的方式進(jìn)行并提供“實(shí)時(shí)”結(jié)果。本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)在對(duì)下面所公開(kāi)實(shí)施方案的詳細(xì)描述和待批權(quán)利要求進(jìn)行綜述時(shí)變得顯而易見(jiàn)。
附圖簡(jiǎn)述附圖1表示精液(—)、皮膚油(-●●-●●)、血液(——)、唾液(-●-●)和尿(——)因其在260nm(A)、375nm(B)、400nm(C)、450nm(D)、530nm(E)、580nm(F)、660nm(G)和800nm(H)發(fā)射的不同內(nèi)在熒光團(tuán)而產(chǎn)生的發(fā)射光譜。
附圖2表示可以用于本發(fā)明實(shí)施方案的發(fā)射濾波器的光學(xué)特性。箭頭表示可以通過(guò)濾波器的光的波長(zhǎng)范圍。
可以用于實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備由光源、激發(fā)濾波器(如果需要)、聚焦光學(xué)部件、成像光學(xué)部件(如果需要)、發(fā)射濾波器和檢測(cè)器組成。使來(lái)自光源的電磁射線定向于樣品，通過(guò)激發(fā)濾波器(如果需要)和聚焦光學(xué)部件(如果必要)以激發(fā)樣品中的內(nèi)在熒光團(tuán)。采集散射和反射的激發(fā)射線與發(fā)射的熒光射線并使它們定向于檢測(cè)器。發(fā)射濾波器確保僅測(cè)定有意義的能量范圍。
本發(fā)明的各種實(shí)施方案、包括不同結(jié)構(gòu)和可應(yīng)用的不同部件是可行的。用于該生物物質(zhì)檢測(cè)方法的基本部件允許激發(fā)多個(gè)內(nèi)在生物熒光團(tuán)、采集和檢測(cè)發(fā)射和反射和/或散射的光能并用能夠校正背景干擾和比較相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度與預(yù)計(jì)參數(shù)的方法分析檢測(cè)的信號(hào)。在使用該方法的任何設(shè)備中所用的結(jié)構(gòu)和部件應(yīng)與應(yīng)用的要求和預(yù)計(jì)的干擾相匹配。
能夠且有時(shí)需要應(yīng)用可提供寬帶照明的光源。所用光源的種類(lèi)受其產(chǎn)生激發(fā)有意義的內(nèi)在微生物成分所需波長(zhǎng)的電磁射線的能力的影響。另外，有時(shí)需要應(yīng)用脈沖光源以便測(cè)定關(guān)閉回路過(guò)程中的環(huán)境背景?？梢允褂玫墓庠窗◣в懈鞣N電燈泡的燈(例如汞、鎢、氘、氙燈)、發(fā)光二極管(LEDs)和對(duì)所需激發(fā)能量特異的二極管激光器。所用的光源類(lèi)型取決于所需激發(fā)射線的強(qiáng)度和所需的檢測(cè)極限。
在本發(fā)明各種實(shí)施方案中所用的激發(fā)和發(fā)射濾波器包括干擾濾波器、折射(rugate)濾波器、浸漬玻璃、截止濾波器系列、凝膠濾波器、單色儀、光柵等。所用的發(fā)射濾波器的光截止特性取決于分析方法可接受多少散射和反射的激發(fā)射線信號(hào)或所需的檢測(cè)極限。如果使用僅具有有意義能量的光源，則可以不必使用激發(fā)濾波器；如果校準(zhǔn)光源(諸如激光)，則可以不必使用聚焦光學(xué)部件。(聚焦光學(xué)部件(如果需要)的目的是使激發(fā)射線定向于取樣的面積或體積)。重要的是應(yīng)注意如果使用多光子激發(fā)，則能夠使用具有低于單光子激發(fā)有意義熒光團(tuán)的激發(fā)能量的能量的光源。
采集光學(xué)部件的目的在于將發(fā)射自激發(fā)熒光團(tuán)的光以及散射和反射自樣品的光輸送至檢測(cè)器。如果需要使來(lái)自激發(fā)表面的發(fā)射成像，則優(yōu)選使用與成像相匹配的透鏡和/或?yàn)V波器。如果將干擾濾波器用于區(qū)分這些發(fā)射能量，那么需要校準(zhǔn)采集的光以便使這些濾波器以最佳狀態(tài)工作。纖維光纜也可以用于將激發(fā)射線輸送至樣品并采集發(fā)射的射線且使其定向于檢測(cè)器。當(dāng)許多光學(xué)成分在紫外線和可見(jiàn)光范圍內(nèi)顯示出熒光時(shí)，能夠且有時(shí)需要應(yīng)用拋光的反光金屬、藍(lán)寶石、熔凝硅石、石英、MgF2和/或CaF2光學(xué)成分。
檢測(cè)器用于將發(fā)射的電磁射線轉(zhuǎn)化成可以測(cè)定的電信號(hào)。大量具有不同靈敏度的檢測(cè)器可以用于本發(fā)明的實(shí)施方案光電倍增管(PMTs)、雪崩光二極管(APDs)、針型二極管、CCDs等。如果需要對(duì)熒光信號(hào)成像，則可以使用CCD陣列檢測(cè)并成像。所選擇的檢測(cè)器取決于所檢測(cè)的射線的能量、發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度和設(shè)備所需的檢測(cè)極限。
使用能夠除去任何背景熒光和產(chǎn)生的散射激發(fā)的方法分析已經(jīng)轉(zhuǎn)化成放大的電信號(hào)的采集的發(fā)射能量。對(duì)用于具體實(shí)施方案的激發(fā)和發(fā)射能量的選擇取決于靶生物物質(zhì)。表I中列舉了大量不同生物物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的某些具有很豐富的內(nèi)在熒光化合物的激發(fā)和發(fā)射范圍。
表I

(在表I中，符號(hào)‘X’表示存在這種熒光標(biāo)記；符號(hào)‘w’表示存在弱熒光標(biāo)記。430-470nm激發(fā)的發(fā)射范圍由多重疊發(fā)射組成)。
附圖1表示精液、皮膚油、血液、唾液和尿因其在260nm(A)、375nm(B)、400nm(C)、450nm(D)、530nm(E)、580nm(F)、660nm(G)和800nm(H)處發(fā)射的不同內(nèi)在熒光團(tuán)而產(chǎn)生的發(fā)射光譜。該


了不同生物物質(zhì)之間熒光信號(hào)的差異(存在和相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的差異)。分析方法使用這些差異以便在這些樣品之間進(jìn)行區(qū)分?？梢詫z測(cè)和扣除背景的信號(hào)的數(shù)值用于對(duì)樣品上的物質(zhì)量進(jìn)行粗略定量。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在375nm、580nm、660nm和800nm左右激發(fā)光源的應(yīng)用使得檢測(cè)并區(qū)分精液、血液和尿成為可能。這些光源允許激發(fā)還原吡啶核苷酸、各種黃素、血紅素輔因子和其它內(nèi)在熒光團(tuán)。對(duì)用于激發(fā)熒光團(tuán)的發(fā)射檢測(cè)的濾波器的選擇可以包括那些420-540nm、630-700nm、760-840nm和860-930nm所涉及的濾波器。另外，可以?xún)?yōu)選使用用于測(cè)定反射/散射背景數(shù)量的其它發(fā)射濾波器。此外，405nm左右的激發(fā)光源提供了可以用于檢測(cè)和區(qū)分這些生物物質(zhì)的進(jìn)一步信息。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，使用具有以附圖2為典型的特性的發(fā)射濾波器。在該實(shí)施方案中，使用能夠使預(yù)計(jì)發(fā)射的特定區(qū)的發(fā)射的熒光通過(guò)、不允許反射的激發(fā)光通過(guò)且允許高能量的光通過(guò)以便照明底物的發(fā)射濾波器。作為實(shí)例，附圖2中的濾波器可以用于通過(guò)用290nm處的光激發(fā)表面來(lái)檢測(cè)精液；精液中內(nèi)在熒光團(tuán)的發(fā)射在430-480nm之間(藍(lán)色)出現(xiàn)且通過(guò)的紅光可以用于照明底物表面，由此易于找到藍(lán)色熒光(由精液產(chǎn)生)。為了清楚地在發(fā)射的內(nèi)在熒光與用較高波長(zhǎng)的光成像的底物表面之間區(qū)分，最低能量?jī)?nèi)在熒光發(fā)射與最高能量底物成像波長(zhǎng)之差應(yīng)盡可能大。實(shí)際上，100nm左右的差值可以使工作良好進(jìn)行，而這一差值應(yīng)至少為50nm，以利于人眼觀察。
可以同時(shí)、以相應(yīng)的方式或依次(如果檢測(cè)發(fā)生在快于儀器運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間刻度)使激發(fā)能量定向于樣品。盡管表I表明可以通過(guò)本文所述多波長(zhǎng)熒光法檢測(cè)并區(qū)分生物證據(jù)，但是可以以一種類(lèi)似的方式檢測(cè)并鑒定其它生物物質(zhì)(包括植物提取物、天然藥物、營(yíng)養(yǎng)物、生物礦物等)。
上述本發(fā)明的實(shí)施方案僅作為典型使用，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以使用上述基本構(gòu)思進(jìn)行其它組合、變化和修改而不會(huì)脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。該生物物質(zhì)的檢測(cè)方法和設(shè)備的范圍包括應(yīng)用同時(shí)激發(fā)多個(gè)內(nèi)在生物熒光團(tuán)或用單一激發(fā)波長(zhǎng)依次激發(fā)多個(gè)內(nèi)在生物熒光團(tuán)、隨后使用同時(shí)計(jì)算背景、散射和反射激發(fā)信號(hào)并需要所述計(jì)算的反射和散射信號(hào)強(qiáng)度和測(cè)定的來(lái)自落入預(yù)計(jì)范圍的生物熒光信號(hào)的檢測(cè)信號(hào)的背景信號(hào)強(qiáng)度的方法分析檢測(cè)的發(fā)射。所有變化、修改和組合均屬于如待批權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.生物物質(zhì)的檢測(cè)和鑒別方法，包括下列步驟a.激發(fā)至少一種具有200nm以上特定激發(fā)范圍的電磁射線波長(zhǎng)的內(nèi)在生物熒光團(tuán)；由此激發(fā)生物物質(zhì)中所述內(nèi)在熒光團(tuán)發(fā)射熒光；和b.檢測(cè)與內(nèi)在熒光最小值和最大值相關(guān)的信號(hào)強(qiáng)度；和c.在沒(méi)有激發(fā)的情況下檢測(cè)內(nèi)在熒光最小值和最大值處的背景強(qiáng)度；和d.使用適宜算法根據(jù)扣除背景的最小值的強(qiáng)度計(jì)算熒光最大值處的反射和散射強(qiáng)度；和e.從檢測(cè)的生物熒光信號(hào)中扣除計(jì)算的反射和散射信號(hào)強(qiáng)度和測(cè)定的背景強(qiáng)度；由此通過(guò)已經(jīng)扣除產(chǎn)生的背景、反射和散射的檢測(cè)熒光的數(shù)量確定所述物質(zhì)的量。
2.如權(quán)利要求1中所述方法，其中測(cè)定已經(jīng)扣除了測(cè)定的背景和計(jì)算的反射和散射的多個(gè)熒光信號(hào)強(qiáng)度的比例；由此對(duì)生物物質(zhì)之間的鑒別取決于對(duì)背景、散射和反射校正的熒光信號(hào)的比例屬于特定范圍和根據(jù)其比例屬于所述預(yù)計(jì)范圍的所述檢測(cè)信號(hào)的數(shù)量測(cè)定的物質(zhì)的量的要求。
3.如權(quán)利要求1中所述方法，其中所述生物內(nèi)在熒光選自在320-360、380-460、430-480、420-510、430-540、480-570、630-700、760-840和860-930nm區(qū)內(nèi)發(fā)熒光的組。
4.生物物質(zhì)的檢測(cè)和鑒別方法，包括下列步驟a.用具有200-300nm激發(fā)波長(zhǎng)的紫外電磁射線激發(fā)多個(gè)內(nèi)在生物熒光團(tuán)；由此激發(fā)任何生物物質(zhì)中存在的內(nèi)在熒光團(tuán)發(fā)射熒光；它們中的某些被自我吸收以便激發(fā)其它內(nèi)在熒光團(tuán)依次發(fā)射熒光；和b.檢測(cè)與內(nèi)在熒光最小值和最大值相關(guān)的熒光信號(hào)強(qiáng)度；和c.在沒(méi)有激發(fā)的情況下檢測(cè)內(nèi)在熒光最小值和最大值處的背景強(qiáng)度；和d.使用適宜算法根據(jù)扣除背景的最小值的強(qiáng)度計(jì)算熒光最大值處的反射和散射強(qiáng)度；和e.從檢測(cè)的生物熒光信號(hào)中扣除計(jì)算的反射和散射信號(hào)強(qiáng)度和測(cè)定的背景信號(hào)強(qiáng)度；和f.確定已經(jīng)扣除產(chǎn)生的背景、反射和散射的檢測(cè)的熒光信號(hào)的比例屬于預(yù)計(jì)的范圍，由此根據(jù)已經(jīng)扣除背景、反射和散射的、比例屬于預(yù)計(jì)范圍的檢測(cè)熒光信號(hào)的數(shù)量確定生物物質(zhì)的量。
5.如權(quán)利要求4所述方法，其中所述生物內(nèi)在熒光的內(nèi)在生物熒光團(tuán)選自在320-360、380-460、430-480、420-510、430-540、480-570、630-700、760-840和860-930nm區(qū)內(nèi)發(fā)熒光的組。
6.如權(quán)利要求4所述方法，其中二次激發(fā)的內(nèi)在熒光包括430-480、420-510、430-540、480-570、630-700、760-840和860-930nm區(qū)等。
7.生物物質(zhì)的檢測(cè)、鑒別和成像方法，包括下列步驟a.激發(fā)至少一種具有200nm以上特定激發(fā)范圍的電磁射線波長(zhǎng)的內(nèi)在生物熒光團(tuán)；由此激發(fā)生物物質(zhì)中所述內(nèi)在熒光團(tuán)發(fā)射熒光；和b.檢測(cè)與預(yù)計(jì)的所述生物物質(zhì)內(nèi)在熒光最大發(fā)射范圍相關(guān)的信號(hào)強(qiáng)度并使其成像；和c.用環(huán)境光、反射的激發(fā)射線和散射的激發(fā)光在至少高于內(nèi)在熒光的最高預(yù)計(jì)發(fā)射波長(zhǎng)范圍50nm的波長(zhǎng)處使底物背景成像；和d.將內(nèi)在熒光發(fā)射范圍與來(lái)自至少高于內(nèi)在熒光團(tuán)最高預(yù)計(jì)發(fā)射波長(zhǎng)范圍50nm的波長(zhǎng)的環(huán)境光、反射激發(fā)射線和散射激發(fā)光的底物表面的輸出圖像合并；由此通過(guò)較高波長(zhǎng)底物表面圖像上存在的較低波長(zhǎng)圖像檢測(cè)生物物質(zhì)；和e.根據(jù)檢測(cè)的內(nèi)在熒光發(fā)射比例屬于預(yù)計(jì)范圍的要求鑒別生物物質(zhì)樣品并根據(jù)檢測(cè)熒光的數(shù)量測(cè)定所述物質(zhì)的量。
8.用于檢測(cè)非生命表面上的生物物質(zhì)的設(shè)備，包括a.用于使電磁射線定向于樣品的部件，所述部件適合于以能夠激發(fā)至少一種內(nèi)在生物熒光團(tuán)的能量發(fā)射射線；b.至少一種用于能夠?qū)l(fā)射或反射和散射的射線轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的電磁射線的檢測(cè)器，所述檢測(cè)器適合于檢測(cè)高于320nm波長(zhǎng)的電磁射線以便檢測(cè)與所述內(nèi)在生物熒光團(tuán)的熒光發(fā)射相關(guān)的最小值和最大值；和c.用于分析相當(dāng)于內(nèi)在熒光團(tuán)的熒光的電信號(hào)以及反射和散射激發(fā)強(qiáng)度以便測(cè)定存在的生物物質(zhì)的部件。
9.如權(quán)利要求8中所述設(shè)備，其中所述電磁波以定時(shí)調(diào)節(jié)的脈動(dòng)方式定向于底物表面。
10.如權(quán)利要求8中所述設(shè)備，其中所述用于使電磁射線定向的部件包括用于定時(shí)調(diào)節(jié)電磁射線的部件。
11.如權(quán)利要求8中所述設(shè)備，其中所述用于使電磁射線定向的部件包括用于依次使電磁射線定向于樣品表面的部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)非生命表面上的生物物質(zhì)的方法和設(shè)備，其中使樣品與能夠激發(fā)各種內(nèi)在熒光團(tuán)接觸且這些熒光團(tuán)發(fā)射可以測(cè)定的熒光的特定能量的電磁射線。由于要求來(lái)自生物物質(zhì)的內(nèi)在熒光團(tuán)和由內(nèi)在熒光團(tuán)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度落入預(yù)計(jì)的范圍，因此從熒光信號(hào)中除去背景、散射激發(fā)光和反射激發(fā)光的信號(hào)。
文檔編號(hào)C12M1/34GK1677088SQ20041004929
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者L·S·鮑爾斯, C·R·洛伊德 申請(qǐng)人:微生物系統(tǒng)有限合伙公司