JP2008507977A - 化学的又は生化学的信号を発生するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

化学的又は生化学的作用物質のこのような作用物質に応答する系に対する効果を生じさせるための方法及び装置が開示されている。本発明の方法を実施する際に、系は、スペクトル分析において複数の作用物質特異的なスペクトルピークにより特徴付けられる低周波時間領域信号が印加される電磁変換器の磁場の領域内に置かれる。これらのスペクトルピークは、低周波時間領域信号のスペクトルプロットから識別され、この信号は、（ｉ）そのような化学的又は生化学的作用物質を磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を持つ容器内に入れる工程と、（ｉｉ）時間領域信号のスペクトルプロットにそのような識別可能なスペクトルピークを生じさせる有効なノイズレベルのノイズを試料に注入しつつ試料からの低周波時間領域信号を記録する工程により生じる。試料は、印加される信号電力で、系内において系に対し作用物質特異的な効果を生じさせる十分な期間にわたって、変換器により発生する磁場に曝される。

Description

本発明は、化学的又は生物学的エフェクター物質の効果の１つ又は複数をもたらすことができる化学的又は生物学的信号を発生する装置及び効果に関する。

化学及び生化学の分野において認められているパラダイムの１つは、化学的又は生化学的エフェクター物質、例えば、分子が、イオン、電荷、若しくは分散力などのさまざまな物理化学的力を通じて、又は電荷誘起結合（ｃｈａｒｇｅ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｏｎｄｓ）の共有結合（ｃｏｖａｌｅｎｔ）の切断若しくは形成を通じて標的とする系と相互作用することである。これらの力は、エフェクター物質又は標的とする系のいずれかにおける振動若しくは回転エネルギーモードを伴い得る。

従って、例えば、薬物分子が生物有機体に投与された場合、薬物の作用は、それと標的成分、例えば、膜、酵素、又は核酸成分と相互作用することを伴って、薬物の作用に関連する一連の事象を生じさせるか、又はその事象を引き起こす誘因となる。同様に、酵素が生体基質に加えられた場合、酵素は、ある種の空間整合を通じて基質と相互作用することができ、系内に存在するエネルギーモードは、活性又は活性化された状態に変換され、共有結合の切断又は形成に至る。

このパラダイムからの明らかな帰結は、エフェクター−標的系においては、標的環境でエフェクター物質が要求されるということである。しかし、この要求がエフェクターの実際の存在に関係しているかどうか、又は少なくともいくつかのエフェクター機能については、エフェクターに特徴的なエネルギーモードの存在に帰因し得るのかどうかは、知られていない、又は理解されていない事項である。エフェクター機能が少なくとも一部でも特定の特性エネルギーモードによりまねることができる場合、エフェクターに特徴的な特定のモードに系を曝すことにより標的系内のエフェクター物質の効果を「まねる」ことが可能と思われる。そうであれば、当然持ち上がる疑問は、どのようなエフェクター−分子エネルギーモードが有効か、それらはどのようにして測定可能な信号の形態に変換できるのか、これらの信号をどのように使用して標的系に影響を及ぼすか、つまり標的系の分子の少なくともいくつかの機能をどのようにして模倣するのかということである。

標的系を特徴的なエフェクター分子信号に曝すことにより、エフェクター物質が実際に存在することなしにエフェクター分子機能を達成するという可能性は、多くの重要な応用をもたらす。薬物を塗布することにより生物を治療する代わりに、生物を薬物特異的信号に曝すことにより同じ効果を達成する。ナノファブリケーションの分野では、所望のパターンの自己組織化を促進することができる多価エフェクター分子に特徴的な信号を集合体内に導入することにより自己組織化パターンを触媒するか、又は助長することが今なら可能かもしれない。

本発明では、エフェクター分子に特徴的な低周波信号による変換により、エフェクターに応答することが知られている系においてエフェクター特異的な結果を得るための装置及び方法を説明する。

本発明は、一態様では、化学的又は生化学的作用物質の効果をこのような物質に応答する系に生じさせるための方法を含む。この方法を実施する際に、系は、スペクトル分析において複数の作用物質特異的なスペクトルピークにより特徴付けられる低周波時間領域信号（ａｌｏｗ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ ｓｉｇｎａｌ）が印加される電磁変換器の磁場の領域内に置かれる。これらのスペクトルピークは、（ｉ）そのような化学的又は生化学的作用物質を磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を持つ容器内に入れ、（ｉｉ）時間領域信号のスペクトルプロットにそのような識別可能なスペクトルピークを発生させるのに有効なノイズレベルのノイズを試料に注入しつつ試料からの低周波時間領域信号を記録することにより生じる低周波時間領域信号のスペクトルプロットから識別される。試料は、印加される信号電力で、系内において系に対する作用物質特異的な効果を生じさせる十分な期間にわたって、変換器により発生する磁場に曝される。

一般的実施形態では、変換器に加えられる時間領域信号は、（ｉ）そのような化学的又は生化学的作用物質を磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を持つ容器内に入れる工程と、（ｉｉ）時間領域信号のスペクトルプロットにおいてそのような識別可能なスペクトルピークを生じさせる有効なノイズレベルのノイズを試料に注入しつつ、試料からの低周波時間領域信号を記録する工程により生じる。この方法の工程（ｉｉ）は、（ａ）所定のノイズ振幅のノイズを試料に注入する工程と、（ｂ）注入ノイズに重ね合わされた試料源放射線からなる電磁波時間領域信号を記録する工程と、（ｃ）選択されたノイズレベル範囲内の複数のノイズレベルのそれぞれにおいて工程（ａ）及び（ｂ）を繰り返す工程と、（ｄ）時間領域信号のスペクトルプロットを作成することにより生成される複数の時間領域信号を分析し、スペクトルプロット内の情報に基づいて最適化された作用物質特異的な時間領域信号を識別する工程とを含むことができる。

工程（ｉｉａ）で試料に注入されるノイズの発生源は、電力調節可能ガウスノイズジェネレータ及びヘルムホルツコイルを備え、最大１ボルトまでの範囲内においてノイズジェネレータから選択されたノイズ出力信号を受信する。

分析工程（ｄ）は、
（ｉ）ｆを時間領域信号をサンプリングするためのサンプリングレートとして、ｄｃから８ｋｈｚまでの範囲内の選択された周波数範囲のそれぞれの事象ビンｆについて、それぞれのビンにおける事象数を示すヒストグラムを生成し、そのヒストグラムに対し、所定の閾値を超えるビンの数に関係するスコアを割り当て、そのスコアに基づいて時間領域信号を選択する工程、
（ｉｉ）ｄｃから８ｋｈｚまでの範囲内の選択された周波数範囲で自己相関信号のＦＦＴを生成し、このＦＦＴ信号に対し、平均ノイズ値よりも高いピークの数に関係するスコアを割り当てて、そのスコアに基づいて時間領域信号を選択する工程、及び
（ｉｉｉ）ｄｃから８ｋＨｚまでの選択された周波数範囲内で、複数の定義済み期間のそれぞれの時間領域信号のフーリエスペクトル系列を計算し、フーリエスペクトルを平均化し、平均されたＦＦＴ信号に対し、平均ノイズ値よりも高いピークの数に関係するスコアを割り当てて、そのスコアに基づいて時間領域信号を選択する工程、のうちの１つにより実行することができる。

信号の記録は、スキッド（ｓｑｕｉｄ）に結合されたグラジオメーターを使用して実行することができ、注入は、ノイズをグラジオメーターに注入することを含む。

系が応答性を有する作用物質は、リガンド特異的な非共有相互作用を通して生体系内の抗リガンド細胞標的と相互作用することができるリガンドである可能性がある。

遺伝子又は遺伝子群のアップレギュレーション又はダウンレギュレーションをもたらすために、この作用物質は、遺伝子プロモーターと相互作用することができる化合物である可能性があり、低周波時間領域信号は、その化合物の低周波時間領域信号を記録することにより発生させられる。例示的な化合物は、Ｉ（＋）アラビノースであり、この場合、遺伝子は、細菌性ｌａｃオペロンを含む。

生体系の測定可能な阻害又は増殖とバイアビリティとをもたらすために、作用物質は、生体系の増殖及びバイアビリティに必要な酵素と相互作用し、その酵素を競合的に阻害することができる化合物である可能性がある。低周波時間領域信号は、化合物の低周波時間領域信号を記録することにより生成することができる。一実施例では、作用物質は、グリホスフェートであり、標的酵素は、植物中の５−エノールピルビルシキメート−３−燐酸（ＥＰＳＰ）シンターゼである。他の例示的な作用物質は、フェプロペプチンＤであり、標的酵素は、真核細胞内のプロテオソームに関連するタンパク質分解酵素である。

哺乳類被検体の癌の治療で使用する場合、作用物質は、（ａ）細胞標的が染色体微小管スピンドルである、チュブリン結合物質、（ｂ）細胞標的が２本鎖ＤＮＡである、アントラサイクリン、（ｃ）細胞標的が酵素トポイソメラーゼである、トポイソメラーゼ阻害剤、（ｄ）細胞標的が細胞代謝作用に必要な酵素である、代謝拮抗物質、（ｅ）細胞標的が免疫応答細胞である、免疫抑制剤、及び（ｆ）標的が細胞の核内のＤＮＡ複製機構である、腫瘍抑制タンパクのうちの１つから選択することができる。例示的なチュブリン結合作用物質は、タキソール又はタキソール類似体である。例示的な腫瘍抑制因子はｐ５３である。

電磁石変換器は、開いた内部を定めるコイル巻線を含み、試料は、その巻線の開いた内部内に置かれる。他の実施形態では、変換器は、埋め込み可能なコイルであり、これは、生体系内、例えば、血管領域の近くに埋め込まれる。

ＭＩＤＳ信号は、１〜２００ｍＧ（ミリガウス）、好ましくは１０〜１００ｍＧ、より好ましくは３０〜８０ｍＧの範囲内の選択された磁場強度を発生する有効な選択された電力レベルで印加することができる。暴露は、１時間以上の期間の間欠的ＭＩＤＳ信号暴露、例えば、治療期間中、１２時間オンにし、１２時間オフにすることにより実行することができる。

他の態様では、本発明は、このような作用物質に応答する系に化学的又は生化学的作用物質の効果を生じさせるための装置を含む。この装置は、（ａ）スペクトル分析に基づく複数の作用物質特異的スペクトルピークを特徴とする低周波時間領域信号を格納するためのメモリデバイスであって、当該作用物質特異的スペクトルピークが、
（ｉ）磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を持つ容器内にそのような化学的又は生化学的作用物質を入れ、
（ｉｉ）時間領域信号のスペクトルプロットにそのような識別可能なスペクトルピークを生じさせる有効なノイズレベルのノイズを試料に注入しつつ、試料からの低周波時間領域信号を記録することにより得られる、低周波時間領域信号のスペクトルプロットから識別される、メモリデバイスを含む。

さらにこの装置は、（ｂ）電磁信号が変換器に印加されたときに発生する活性磁場の領域を定め、中に試料が置かれる、電磁石変換器と、（ｃ）メモリデバイスを変換器に動作可能なように接続し、印加信号電力で、系内において系に対し作用物質特異的効果を生じさせるのに十分な期間の間、変換器の活性磁場の領域内に試料を置いた状態で、信号を変換器に印加するための増幅器を含む。

電磁石変換器は、コイル巻線及び開いた内部を含み、試料は、その中に置かれるように適合される。一実施形態では、変換器は、その間にある暴露場を定める一対の整列した電磁コイルを備えるヘルムホルツコイルであり、試料、例えば、被検体は、この暴露場内に置かれる。他の実施形態では、変換器は、埋め込み可能なコイルを備える。

メモリデバイスは、変換器及び増幅器から離れた場所に置くことができ、信号は、そのような離れた場所から変換器に伝送される。

他の態様によれば、スペクトル分析に基づき、複数の作用物質特異的スペクトルピークを特徴とする化学又は生理活性物質の低周波時間領域信号が提供され、
この作用物質特異的スペクトルピークは、
（ｉ）磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を持つ容器内にそのような化学的又は生化学的作用物質を入れ、
（ｉｉ）時間領域信号のスペクトルプロットにそのような識別可能なスペクトルピークを生じさせる有効なノイズレベルのノイズを試料に注入しつつ、試料からの低周波時間領域信号を記録することにより得られる、低周波時間領域信号のスペクトルプロットから識別される。

この信号自体は、
（ｉ）磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を持つ容器内にそのような化学的又は生化学的作用物質を入れる工程と、
（ｉｉ）時間領域信号のスペクトルプロットにそのような識別可能なスペクトルピークを生じさせる有効なノイズレベルのノイズを試料に注入しつつ、試料からの低周波時間領域信号を記録する工程とにより発生させることができる。

本発明のこれら及び他の目的及び特徴は、付属の図面を参照しつつ本発明の以下の詳細な説明を読むとより完全に明らかになるであろう。

特定の要素又は技術についての説明において、参照番号の最上位の１つ又は複数の桁は、その要素が最初に導入された図の図番を指している。

Ｉ．定義
以下の用語は、断りのない限り、以下の定義が適用される。
「分子旋光度を示す試料」は、試料を構成する、又は試料中に存在する分子化合物又は原子イオンの１つ又は複数が回転を示す気体、液体、又は固体（固体金属以外）である試料材料を指す。
「磁気遮蔽」は、遮蔽材料の透磁能の結果として磁束の通過を阻害又は防止する遮蔽を指す。
「電磁遮蔽」は、例えば、標準的なファラデー電磁遮蔽を指す。
「時間領域信号（ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ ｓｉｇｎａｌ）」又は「時系列信号（ｔｉｍｅ−ｓｅｒｉｅｓ ｓｉｇｎａｌ）」は、時間の経過とともに変化する一時的信号特性を持つ信号を指す。
「試料源放射線」は、磁場内で分子双極子の回転などの試料の分子運動から結果として生じる磁束放射線を指す。
「ガウスノイズ」とは、ガウス型電力分布を持つランダムノイズのことである。
「定常白色ガウスノイズ（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｎｏｉｓｅ）」とは、予測可能な未来の成分を持たないランダムガウスノイズのことである。
「均一ノイズ（ｕｎｉｆｏｒｍ ｎｏｉｓｅ）」とは、振幅が一定のノイズのことである。
「周波数領域スペクトル（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｍａｉｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）」は、時間領域信号のフーリエ周波数プロットを指す。
「スペクトル成分」は、周波数、振幅、及び／又は位相領域において測定可能な時間領域信号内の特異的又は反復的な性質を指す。スペクトル成分は、典型的には、周波数領域内に存在する信号を指す。
「類似の試料」は、第１の試料を参照した場合、第１の試料と同じ試料又は実質的に同じ試料成分を持つ試料を指す。
「ファラデー箱」は、不要な電磁放射線のための大地までの電気的経路を用意し、それにより電磁環境を穏やかにする、電磁遮蔽構成を指す。
「スペクトル特徴スコア（ｓｐｅｃｔｒａｌ−ｆｅａｔｕｒｅｓ ｓｃｏｒｅ）」は、作用物質又は試料に特異的な識別可能なスペクトル特徴を明らかにする、本明細書で説明されている３つの方法のうちの１つなどの好適な方法で処理された作用物質又は試料について記録された時間領域信号において選択された低周波数範囲、例えば、ＤＣから１ｋＨｚまで、若しくはＤＣから８ｋＨｚまでの範囲で観察される作用物質特異的スペクトルピークの数及び／又は振幅に基づくスコアを指す。
「最適化された作用物質特異的時間領域信号」は、最大又は最大に近いスペクトル特徴スコアを持つ時間領域信号を指す。
「ＭＩＤＳ」即ち「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄａｔａ Ｓｙｓｔｅｍｓ（登録商標）」は、試料から記録され、信号のスペクトル分析に関して明らかな試料依存スペクトルピークを含む時間領域信号を指す。ＭＩＤＳ信号は、以下で詳しく説明するように、好ましくは最適化又は増強される。ＭＩＤＳ信号は、さらに、本明細書で説明されているように、個別試料時間領域信号を組み合わせ、及び／又はフィルタ処理することにより生成することも可能である。

ＩＩ．低周波時間領域信号を生成し、処理するための装置
以下で詳述するのは、注目している試料の低周波電磁放射線又は信号を検出し、処理し、提示するためのシステム及び方法である。一実施形態では、知られている白色又はガウスノイズ信号が、試料に導入される。ガウスノイズは、試料からの電磁放射線を信号検出系により十分に検出できるように構成される。検出された信号群は、反復性と統計的妥当性が確実なものとなるようにまとめて処理される。結果として得られる放射パターン又はスペクトルは、特定の物質として表示し、格納し、及び／又は識別することができる。

以下の説明では、本発明の実施形態が十分に理解されるように、また本発明の実施形態の有効な説明となるように、具体的な内容を取りあげる。しかし、当業者であれば、こうした詳細な説明がなくても本発明を実施できることを理解するであろう。他の場合には、本発明の実施形態の説明をいたずらにわかりにくくしないため、よく知られている構造及び機能については、詳細に示していないか、又は詳述していない。

以下で詳しく説明するように、本発明のいくつかの実施形態は、低閾値分子電磁信号の反復可能な検出及び記録のための装置及び方法を提供することに関する。磁気遮蔽ファラデー箱は、試料物質及び検出装置を外部からの電磁信号から遮蔽する。磁気遮蔽されたファラデー箱内では、コイルが白色ノイズ又はガウスノイズを注入し、非鉄製トレイに試料を保持し、グラジオメーターが低閾値分子電磁信号を検出する。この装置は、さらに、超電導量子干渉素子（「ＳＱＵＩＤ」（スキッド））及び前置増幅器を備える。

この装置は、ノイズコイル及びグラジオメーターに近接している磁気遮蔽ファラデー箱内に試料を置くことにより使用される。白色ノイズは、ノイズコイルを通じて注入され、分子電磁信号が確率共鳴により増強されるまで変調される。次いで、ファラデー箱とノイズコイルにより生じる磁場とにより外部干渉から遮蔽される、増強された分子電磁信号は、グラジオメーター及びＳＱＵＩＤにより検出され測定される。次いで、信号は、増幅され、適切な記録又は測定機器に伝送される。

図１を参照すると、外側から内側に向かう方向で、磁気遮蔽である導線箱１６並びに電磁遮蔽を形成する内側導線箱１８及び２０を含む遮蔽構造１０が示されている。他の実施形態では、外側磁気遮蔽は、アルミニウムニッケル合金コーティングを持つ固体アルミニウム板材から形成され、電磁遮蔽は、固体アルミニウムからそれぞれ形成される、２つの内壁構造により構成される。

図２を参照すると、ファラデー箱１０は、上部のところで開いており、側面開口部１２及び１４を備える。ファラデー箱１０は、さらに、入れ子の形で中に収まっている、３つの銅製メッシュ箱１６、１８、及び２０からなる。銅製メッシュ箱１６、１８、及び２０はそれぞれ、それぞれの箱の間の誘電体バリア（図に示されていない）により他の箱から電気的に絶縁される。

側面開口部１２及び１４は、さらに、減衰管２２及び２４を備え、これにより、外部干渉源から箱の内側を絶縁しつつファラデー箱１０の内側にアクセスできる。図３を参照すると、減衰管２４は、入れ子の形で収まっている、３本の銅製メッシュ管２６、２８、及び３０からなる。外側の銅製メッシュ箱１６、１８、及び２０は、それぞれ銅製メッシュ管２６、２８、及び３０のうちの１つに電気的に接続される。減衰管２４は、さらに、キャップ３２を被されており、キャップは孔３４を持つ。減衰管２２は、同様に、銅製メッシュ管２６、２８、及び３０からなるが、キャップ３２を含まない。

再び図２を参照すると、低密度非鉄製試料トレイ５０が、ファラデー箱１０の内側に取り付けられる。試料トレイ５０は、減衰管２２及び側面開口部１２を通してファラデー箱１０から取り出せるように取り付けられている。それぞれファラデー箱１０の中心縦軸から減衰管２２の一番外側の縁までの距離よりも長い３本の棒５２が、試料トレイ５０に取り付けられている。３本の棒５２は、減衰管２２の内側湾曲に合わせて適合され、試料トレイ５０は、減衰管内に棒を置くことによりファラデー箱１０の中心に位置するようにできる。例示されている実施形態では、試料トレイ５０及び棒５２は、グラスファイバーエポキシ製である。当業者であれば、試料トレイ５０及び棒５２は、非鉄製材料で作ることができ、トレイは、単一の棒など他の手段によりファラデー箱１０内に据え付けることができる。

再び図２を参照すると、ファラデー箱１０内と試料トレイ５０の上側に取り付けられているのは、極低温デューアフラスコ１００である。開示されている実施形態では、デューアフラスコ１００は、ファラデー箱１０の上部の開口部内に収まるように適合され、これはＴｒｉｓｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製Ｍｏｄｅｌ ＢＭＤ−６液体ヘリウムデューアである。デューアフラスコ１００は、グラスファイバーエポキシ複合材で作られている。以上に狭い視野を持つグラジオメーター１１０は、その視野が試料トレイ５０を含むようにデューアフラスコ１００内の適所に取り付けられる。例示されている実施形態では、グラジオメーター１１０は、一次軸検出コイルで、直径は公称１センチメートルであり、２％のバランスを持ち、超導電体で形成される。グラジオメーターは、平面型グラジオメーター以外の任意の形態のグラジオメーターであってよい。グラジオメーター１１０は、１つの低音直流超電導量子干渉素子（「ＳＱＵＩＤ」）１２０の入力コイルに接続される。開示されている実施形態では、ＳＱＵＩＤは、Ｔｒｉｓｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製のＭｏｄｅｌ ＬＳＱ／２０ ＬＴＳ ｄｃ ＳＱＵＩＤである。当業者であれば、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、高温又は交流ＳＱＵＩＤを使用できることを理解するであろう。他の実施形態では、ＳＱＵＩＤ １２０は、ノイズ抑制コイルを備える。

グラジオメーター１１０及びＳＱＵＩＤ １２０の開示されている組合せは、磁場を測定するときに５マイクロテスラ／√Ｈｚの感度を持つ。

ＳＱＵＩＤ １２０の出力は、Ｔｒｉｓｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製のＭｏｄｅｌ ＳＰ極低温用ケーブル１３０に接続される。極低温用ケーブル１３０は、デューア１００内で、またデューア１００なしで温度に耐えられ、ＳＱＵＩＤ １２０から、ファラデー箱１０及びデューア１００に外部的に取り付けられている磁束ロックループ１４０に信号を転送する。開示されている実施形態における磁束ロックループ１４０は、Ｔｒｉｓｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製のｉＦＬ−３０１−Ｌ磁束ロックループである。

図１を参照すると、磁束ロックループ１４０は、さらに、ＳＱＵＩＤ １２０から受信された信号を増幅して、高レベル出力回路１４２を介して、ｉＭＣ−３０３ ｉＭＡＧ（登録商標）ＳＱＵＩＤコントローラ１５０に出力する。磁束ロックループ１４０は、さらに、ケーブル１４４をＳＱＵＩＤコントローラ１５０に接続するモデルＣＣ−６０ ６メートル光ファイバー複合材を介して接続される。光ファイバー接続ケーブル１４４及びＳＱＵＩＤコントローラ１５０は、Ｔｒｉｓｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製である。コントローラ１５０は、磁気遮蔽箱４０に外部的に取り付けられている。光ファイバー接続ケーブル１４４は、ＳＱＵＩＤコントローラ１５０からの制御信号を磁束ロックループ１４０に伝送し、さらに、測定される信号との電磁干渉が発生する可能性を低減する。当業者であれば、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、他の磁束ロックループ、接続ケーブル、スキッドコントローラを使用できることを理解するであろう。

ＳＱＵＩＤコントローラ１５０は、さらに、高分解能アナログ−デジタルコンバータ１５２、デジタイズされた信号を出力するための標準ＧＰ−ＩＢバス１５４、及びアナログ信号を出力するためのＢＮＣコネクタ１５６を備える。例示されている実施形態では、ＢＮＣコネクタは、パッチコード１６２を通してデュアルトレースオシロスコープ１６０に接続される。

図２を参照すると、２要素のヘルムホルツトランス６０は、試料トレイがファラデー箱１０内に完全に挿入されたときに試料トレイ５０のいずれかの側に取り付けられる。例示されている実施形態では、ヘルムホルツトランス６０のコイル巻線６２及び６４は、直流から５０キロヘルツまでの範囲で動作するように設計されており、中心周波数は２５キロヘルツ、自己共振周波数は８．８メガヘルツである。例示されている実施形態では、コイル巻線６２及び６４は、一般的に四角形であり、高さ約８インチ×幅４インチである。他のヘルムホルツコイル形状も使用できるが、グラジオメーター１１０及び試料トレイ５０がヘルムホルツコイルにより発生される磁場内に位置するように形状及びサイズを決定すべきである。コイル巻線６２及び６４はそれぞれ、２つの低密度非鉄製フレーム６６及び６８のうちの１つに取り付けられる。フレーム６６及び６８は、互いに蝶番で接続され、脚７０により支えられる。フレーム６６及び６８は、脚７０にスライドできるように取り付けられ、デューア１００の下側部分に関してフレームは垂直に移動できる。フレームを移動して、ヘルムホルツトランス６０のコイル巻線６２及び６４を調整し、グラジオメーター１１０で受信した白色ノイズの振幅を変えることができる。脚７０は、ファラデー箱１０の底部に据え付けられるか、又は接着され、例えば、エポキシ樹脂により接着される。例示されている実施形態では、フレーム６６と６８及び脚７０は、グラスファイバーエポキシ製である。トランス又はコイルの他の配列も、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、試料トレイ５０の周りで使用することができる。

図４を参照すると、ファラデー箱及びその内容物の断面図が示されており、これは、デューア１００及びファラデー箱１０に関してヘルムホルツトランス６０の巻線６２を示している。また、図４では、試料トレイ５０及び試料２００の配置も示している。

図５を参照すると、ヘルムホルツコイル巻線６２及び６４が垂直の向きに固定され、追加のノイズコイル３００が試料トレイ５０の下に配置されている他の実施形態が示されている。追加のノイズコイル３００の巻線は、ヘルムホルツトランス６０の垂直巻線６２及び６４に実質的に垂直であり、追加のノイズコイル３００の巻線は、したがって、ファラデー箱１０の底部に対し実質的に平行な向きである。

この他の実施形態では、ノイズは、ヘルムホルツコイルを供給するものと同一のツイストペア線（図には示されていない）からノイズコイル３００に供給されるであろう。ノイズ源の出所は、ヘルムホルツコイルにノイズを供給するために使用されるのと同じノイズジェネレータである。ノイズは、追加のノイズ出力接続を介して、又は出力接続からノイズジェネレータへの平衡スプリッタを介して、ノイズジェネレータのところでサンプリングされる。追加のノイズコイル３００におけるノイズ信号の減衰は、多くは市販されている調整可能なＲＦ信号減衰回路を通して、又は好適な一連の固定値ＲＦ減衰フィルタを介して、行われる。

図６を参照すると、ヘルムホルツトランス６０のコイルを支えるフレームの詳細が示されており、図６の基準点は、図４の図面から９０度となっており、ファラデー箱１０を省略している。フレーム６６及び６８は、実質的に垂直な位置にあり、互いに平行なヘルムホルツコイルのコイル巻線を示すように配置されている。フレーム６６’及び６８’は、互いに不平行関係にあるようにヘルムホルツトランスのコイル巻線を配置するための、フレームを結合する蝶番による接続の軸を中心とするフレームの回転を例示している。

図１を再び参照すると、振幅調整可能な白色ノイズジェネレータ８０は、磁気遮蔽箱４０の外部にあり、電気ケーブル８２によりフィルタ９０を通してヘルムホルツトランス６０に電気的に接続される。図３を参照すると、ケーブル８２は、側面開口部１２、減衰管２４を通り、孔３４を介してキャップ３２内に通される。ケーブル８２は、それぞれ内側及び外側磁気遮蔽８６及び８８により囲まれている銅製導線８４のツイストペアをさらに含む同軸ケーブルである。他の実施形態では、導線は、銀又は金などの、非磁性導電性材料とすることができる。内側及び外側磁気遮蔽８６及び８８は、キャップ３２で終端し、エンドキャップから図１に示されているヘルムホルツトランス６０までの残りの距離にまたがるようにツイストペア８４を残す。内側磁気遮蔽８６は、キャップ３２を通してファラデー箱１６に電気的に接続されているが、外側磁気遮蔽は、図１に示されている磁気遮蔽箱４０に電気的に接続されている。

図１を参照すると、白色ノイズジェネレータ８０は、０〜１００キロヘルツまでの周波数スペクトルにわたってほぼ一様なノイズを発生することができる。例示されている実施形態では、フィルタ９０は、５０キロヘルツよりも高いノイズを除去するが、他の周波数範囲は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、使用することができる。

白色ノイズジェネレータ８０は、さらに、パッチコード１６４を通してデュアルトレースオシロスコープ１６０の他の入力に電気的に接続される。

図１、２、及び３を参照すると、測定される物質２００の試料は、試料トレイ５０上に置かれ、試料トレイは、ファラデー箱１０内に置かれる。第１の実施形態では、白色ノイズジェネレータ８０は、ヘルムホルツトランス６０を通じて白色ノイズを注入するために使用される。ノイズ信号は、グラジオメーター１１０内に誘導電圧を発生させる。次いで、グラジオメーター１１０内の誘導電圧は、ＳＱＵＩＤ １２０により検出され、増幅され、ＳＱＵＩＤからの出力は、さらに、磁束ロックループ１４０により増幅され、ＳＱＵＩＤコントローラ１５０に送信され、次いで、デュアルトレースオシロスコープ１６０に送信される。デュアルトレースオシロスコープ１６０は、さらに、白色ノイズジェネレータ８０により発生した信号を表示するためにも使用される。

白色ノイズ信号は、白色ノイズジェネレータ８０の出力を変えることにより、また図２に示されている試料２００を中心にヘルムホルツトランス６０を回転させることにより調整される。フレーム６６及び６８の蝶番による接続の軸を中心にヘルムホルツトランス６０を回転させることで、グラジオメーター１１０に関して位相を変化させる。所望の位相変化に応じて、フレーム６６及び６８の蝶番による接続により、試料トレイ５０を中心に３０から４０度回転させつつ巻線６２及び６４を互いに平行なままにすることができる。蝶番による接続では、さらに、巻線６２及び６４を平行な状態から約６０度だけ回転させ、グラジオメーター１１０に関してヘルムホルツトランス６０により発生される信号位相を変化させることができる。位相の物理的調整は、この平行からずれた向き付けを含むが、他の向き付けも、状況によっては、例えば、不規則な形状の試料２００に応じるために好ましい場合がある。ノイズが検出を求められる分子電磁放射線よりも３０から３５デシベル高くなるまでノイズを加え、調整する。このノイズレベルで、ノイズは、確率共鳴のよく知られている現象を通じて分子電磁信号の特性を帯びる。求められる確率論的結果は、グラジオメーター１１０により検出された信号を反映するオシロスコープトレースが白色ノイズジェネレータ８０から直接出る信号を反映するトレースから変化した場合に観察される。他の実施形態では、信号は、市販の機器により記録され、及び／又は処理されることができる。

他の一実施形態では、分子電磁信号を検出する方法は、さらに、ＳＱＵＩＤ １２０のノイズ抑制コイル１２４を通してヘルムホルツトランス６０に加えられた元のノイズ信号から１８０度位相がずれているノイズを注入することを含む。次いで、求められる確率論的結果は、グラジオメーター１１０により検出された信号を反映するオシロスコープトレースが非ランダムになったときに観察することができる。

ノイズなどのように注入され調整されるかに関係なく、確率論的結果は、スペクトルピークの増大がいつ発生するかを観察することにより決定することもできる。スペクトルピークは、オシロスコープ１６０上の直線プロットとして、又は数値として、或いは他のよく知られている測定デバイスにより

本発明のいくつかの実施形態は、外部干渉を生じることなく極めて閾値の低い分子電磁信号を検出するための方法及び装置を実現する。これらは、さまざまな信号記録及び処理機器により容易に使用可能なフォーマットでこれらの信号の出力を行う。

次に図７を参照すると、上記の図の分子電磁放射線検出及び処理システムの他の実施形態が示されている。システム７００は、処理ユニット７０４に結合された検出ユニット７０２を備えている。処理ユニット７０４は検出ユニット７０２の外部にあるように示されているが、処理ユニットの少なくとも一部は、検出ユニット内に配置することができる。

検出ユニット７０２は、図７の断面図に示されているが、互いに入れ子になった、又は同心円状に並ぶ複数のコンポーネントを備える。試料室又はファラデー箱７０６は、金属箱７０８内に入れ子になっている。試料室７０６及び金属箱７０８はそれぞれ、アルミニウム材料で構成することができる。試料室７０６は、真空中に保持し、プリリセットされた温度に合わせて温度制御することができる。金属箱７０８は、ローパスフィルタとして機能するように構成される。

試料室７０６と金属箱７０８との間で、試料室７０６を囲んでいるのは、一組の平行な加熱コイル又は素子７１０である。１つ又は複数の温度センサ７１１も、加熱素子７１０及び試料室７０６の近くに配置される。例えば、４つの温度センサを、試料室７０６の外側の周りの異なる場所に位置決めすることができる。加熱素子７１０及び（複数の）温度センサ７１１は、試料室７０６の内側をある温度に保つように構成される。

遮蔽７１２は、金属箱７０８を囲む。遮蔽７１２は、試料室７０６に対し追加の磁場遮蔽又は絶縁を施すように構成される。遮蔽７１２は、鉛又は他の磁気遮蔽材料で作ることができる。遮蔽７１２は、試料室７０６及び／又は金属箱７０８により十分な遮蔽が行われる場合には適宜備えてよい。

遮蔽７１２の周りには、Ｇ１０絶縁材を持つ寒剤層７１６がある。寒剤は液体ヘリウムであってよい。寒剤層７１６（極低温デューアともいう）は、４°Ｋの動作温度にある。寒剤層７１６の周りには、外側遮蔽７１８がある。外側遮蔽７１８は、ニッケル合金製であり、磁気遮蔽となるように構成される。検出ユニット７０２によりもたらされる磁気遮蔽の総量は、デカルト座標系の３つの直交面にそって約−１００ｄＢ、−１００ｄＢ、及び１２０ｄＢである。

上述のさまざまな要素は、空隙又は誘電体バリア（図に示されていない）により互いに電気的に絶縁される。これらの要素は、説明を簡単にするため互いに関して縮尺通りには示されていないことに留意されたい。

試料ホルダ７２０は、試料室７０６内に手動で又は機械的に配置することができる。試料ホルダ７２０は、試料室７０６の上部から下げたり、持ち上げたり、又は取り外したりすることができる。試料ホルダ７２０は、渦電流を持ち込まず、またほとんど又は全く固有分子旋光度を示さない材料からなる。例えば、試料ホルダ７２０は、高品質ガラス又はパレイックスで作ることができる。

検出ユニット７０２は、固体、液体、又は気体の試料を取り扱えるように構成される。さまざまな試料ホルダを、検出ユニット７０２において使用することができる。例えば、試料のサイズに応じて、より大きな試料ホルダを使用することができる。他の実施例としては、試料が空気に対し反応性を有する場合、試料ホルダは、試料を封入するか、又は試料の周りに気密シールを形成するように構成することができる。さらに他の実施例では、試料が気体状態にある場合、試料ホルダ７２０を使わずに試料を試料室７０６内に導入することができる。そのような試料では、試料室７０６は、真空に保たれる。試料室７０６の上部にある真空シール７２１は、真空を維持する、及び／又は試料ホルダ７２０を収納するのを補助する。

感知コイル７２２及び感知コイル７２４は、検出コイルとも呼ばれるが、それぞれ試料ホルダ７２０の上及び下に用意される。感知コイル７２２、７２４のコイル巻線は、直流（ＤＣ）から５０キロヘルツ（ｋＨｚ）までの範囲で動作するように構成されており、中心周波数は２５ｋＨｚ、自己共振周波数は８．８ＭＨｚである。感知コイル７２２、７２４は、第２の派生形であり、約１００％のカップリングが得られるように構成される。一実施形態では、コイル７２２、７２４は、一般的に四角形であり、Ｇ１０留め具により適所に保持される。コイル７２２、７２４は、２次微分グラジオメーターとして機能する。

ヘルムホルツコイル７２６及び７２８は、本明細書で説明されているように、遮蔽７１２と金属箱７０８との間に垂直に配置することができる。コイル７２６及び７２８はそれぞれ、互いに無関係に上げ下げできる。コイル７２６及び７２８は、白色又はガウスノイズ生成コイルとも呼ばれ、室温又は周囲温度にある。コイル７２６、７２８により発生するノイズは、約０．１０ガウスである。

試料及びコイル７２２、７２４からの放射線の間のカップリングの程度は、コイル７２２、７２４に関して試料ホルダ７２０の位置を変更するか、或いは試料ホルダ７２０に関してコイル７２６、７２８の一方又は両方の位置を変更することにより変えることができる。

処理ユニット７０４は、コイル７２２、７２４、７２６、及び７２８に電気的に結合されている。処理ユニット７０４では、白色又はガウスノイズがコイル７２６、７２８により試料に注入されることを規定している。処理ユニット１０４は、さらに、注入されたガウスノイズと混合された試料の電磁放射線からコイル７２２、７２４のところで誘導電圧を受け取る。

図８を参照すると、本発明の態様を採用する処理ユニットは、試料８４２をファラデー箱８４４及びヘルムホルツコイル７４６に挿入し、そこから取り出すことができる試料トレイ８４０を備える。ＳＱＵＩＤ／グラジオメーター検出器アセンブリ８４８は、極低温デューア８５０内に配置される。磁束ロックループ８５２は、ＳＱＵＩＤ／グラジオメーター検出器アセンブリ８４８とＳＱＵＩＤコントローラ８５４との間に結合される。ＳＱＵＩＤコントローラ８５４は、Ｔｒｉｓｔａｎ社が市販しているモデルｉＭＣ−３０３ｉＭＡＧマルチチャンネルコントローラとすることができる。

アナログノイズジェネレータ８５６は、ノイズ信号（上記のような）を位相ロックループ８５８に供給する。位相ロックループのｘ軸出力は、ヘルムホルツコイル８４６に供給され、２０ｄＢなどだけ減衰させることができる。位相ロックループのｙ軸出力は、信号スプリッタ８６０により分割される。ｙ軸出力の１つの部分は、ＳＱＵＩＤのノイズ消去コイルの入力であり、グラジオメーター用に別に入力を用意している。ｙ軸信号の他の部分は、Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ ＴＤＳ ３０００ｂ（例えば、モデル３０３２ｂ）のようなフーリエ機能を備えたアナログ／デジタルオシロスコープなどのオシロスコープ８６２の入力である。つまり、位相ロックループのｘ軸出力は、ヘルムホルツコイルを駆動し、反転形式のｙ軸出力は、ＳＱＵＩＤとオシロスコープの入力となるように分割される。そのため、位相ロックループは、信号インバータとして機能する。オシロスコープトレースは、例えば、非定常スペクトル成分を発生する十分なレベルのノイズがいつ得られるかを判定するためにアナログノイズ信号を監視するために使用される。コントローラ８５４に結合されたアナログテープレコーダ又は記録デバイス８６４は、デバイスから出力された信号を記録するものであるが、好ましくは広帯域（例えば、５０ｋＨｚ）レコーダである。ＰＣコントローラ８６６は、例えば、ＲＳ２３２ポートを介して、コントローラ８５４とインターフェイスするＭＳ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ベースのＰＣであってよい。

図９には、処理ユニットの他の実施形態のブロック図が示されている。二重位相ロックイン増幅器２０２は、第１の信号（例えば、「ｘ」又はノイズ信号）をコイル７２６、７２８に、第２の信号（例えば、「ｙ」又はノイズ消去信号）を超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）２０６のノイズ消去コイルに供給するように構成される。増幅器２０２は、外部干渉なしでロックするように構成され、Ｐｅｒｋｉｎｓ Ｅｌｍｅｒモデル７２６５ＤＳＰロックイン増幅器であってよい。この増幅器は、「仮想モード」で動作し、初期干渉周波数にロックし、その後、干渉周波数を除去し、自走を可能にし、「ノイズ」にロックするようにできる。

アナログノイズジェネレータ２００は、増幅器２０２に電気的に結合される。ジェネレータ２００は、増幅器２０２を介してコイル７２６、７２８のところにアナログ白色ガウスノイズを発生又は誘導するように構成されている。例えば、ジェネレータ２００は、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｒａｄｉｏ社製のモデル１３８０であってよい。

インピーダンストランス２０４は、ＳＱＵＩＤ ２０６と増幅器２０２との間に電気的に結合される。インピーダンストランス２０４は、ＳＱＵＩＤ ２０６と増幅器２０２との間のインピーダンスを整合させるように構成されている。

ＳＱＵＩＤ ２０６のノイズ消去機能は、オン又はオフにすることができる。ノイズ消去機能がオンにされている場合、ＳＱＵＩＤ ２０６は、検出された放射線から注入ノイズ成分を消去又は無効にすることができる。ノイズ消去を行うために、コイル７２６、７２８への第１の信号は、検出することが求められる分子電磁放射線よりも２０ｄＢ又は３５ｄＢ高いノイズ信号である。このレベルで、注入ノイズは、確率共鳴を通じて分子電磁信号の特性を帯びる。ＳＱＵＩＤ ２０６への第２の信号は、ノイズ消去信号であり、ＳＱＵＩＤ出力のところのノイズを十分に無効にできる振幅の第１の信号から反転された信号である（例えば、第１の信号に関して１８０度位相がずれている）。

ＳＱＵＩＤ ２０６は、低温直接素子ＳＱＵＩＤである。例えば、ＳＱＵＩＤ ２０６は、Ｔｒｉｓｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製のＭｏｄｅｌ ＬＳＱ／２０ ＬＴＳ ｄｃ ＳＱＵＩＤとすることができる。それとは別に、高温又は交流ＳＱＵＩＤを使用することができる。コイル７２２、７２４（例えば、グラジオメーター）及びＳＱＵＩＤ ２０６（ＳＱＵＩＤ／グラジオメーター検出器アセンブリと総称される）の組合せは、約５マイクロテスラ／√Ｈｚの磁場測定感度を有する。コイル７２２、７２４中の誘導電圧が検出され、ＳＱＵＩＤ ２０６により増幅される。ＳＱＵＩＤ ２０６の出力は、約０．２〜０．８マイクロボルトの範囲内の電圧である。

ＳＱＵＩＤ ２０６の出力は、ＳＱＵＩＤコントローラ２０８への入力である。ＳＱＵＩＤコントローラ２０８は、ＳＱＵＩＤ ２０６の動作状態を制御し、検出された信号をさらに調整するように構成されている。例えば、ＳＱＵＩＤコントローラ２０８は、Ｔｒｉｓｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．社製のｉＭＣ−３０３ ｉＭＡＧマルチチャネルＳＱＵＩＤコントローラとすることができる。

ＳＱＵＩＤコントローラ２０８の出力は、増幅器２１０に入力される。増幅器２１０は、０〜１００ｄＢの範囲内のゲインを持つように構成される。約２０ｄＢのゲインは、ノイズ消去ノードがＳＱＵＩＤ ２０６のところでオンにされた場合に与えられる。約５０ｄＢのゲインは、ＳＱＵＩＤ ２０６がノイズ消去をもたらしていない場合に与えられる。

増幅された信号は、レコーダ又は記憶装置デバイス２１２に入力される。レコーダ２１２は、アナログ増幅信号をデジタル信号に変化し、そのデジタル信号を格納するように構成されている。一実施形態では、レコーダ２１２は、１Ｈｚ当たり８６００データ点を格納し、２．４６Ｍビット／秒を処理することができる。例えば、レコーダ２１２は、Ｓｏｎｙ社製デジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）レコーダであってよい。ＤＡＴレコーダを使用した場合、生信号又はデータ集合を第三者に送信し、必要に応じて表示させたり、又は具体的な処理を行わせることができる。

ローパスフィルタ２１４は、レコーダ２１２からのデジタイズされたデータ集合をフィルタ処理する。ローパスフィルタ２１４は、アナログフィルタであり、バターワースフィルタであってよい。カットオフ周波数は、約５０ｋＨｚである。

帯域通過フィルタ２１６は、次に、フィルタ処理されたデータ集合をデルタ処理する。帯域通過フィルタ２１６は、ＤＣから５０ｋＨｚの範囲の帯域幅を持つデジタルフィルタとなるように構成される。帯域通過フィルタ２１６は、異なる帯域幅に合わせて調整することができる。

帯域通過フィルタ２１６の出力は、フーリエ変換プロセッサ２１８への入力である。フーリエ変換プロセッサ２１８は、時間領域内のデータ集合を周波数領域内のデータ集合に変換するように構成される。フーリエ変換プロセッサ２１８は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）型の変換を実行する。

フーリエ変換されたデータ集合は、相関及び比較プロセッサ２２０への入力となる。レコーダ２１２の出力はプロセッサ２２０への入力である。プロセッサ２２０は、そのデータ集合とすでに記録されているデータ集合との相関を求め、閾値を決定し、ノイズ消去を実行するように構成される（ノイズ消去がＳＱＵＩＤ ２０６で行われない場合）。プロセッサ２２０の出力は、試料の分子低周波電磁放射線のスペクトルを表す最終データ集合である。

グラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）などのユーザーインターフェイス（ＵＩ）２２２を、さらに、少なくともフィルタ２１６及びプロセッサ２２０に接続して、信号処理パラメータを指定するようにすることもできる。フィルタ２１６、プロセッサ２１８、及びプロセッサ２２０は、ハードウェア、ソフトウェア、又はファームウェアとして実装することができる。例えば、フィルタ２１６及びプロセッサ２１８は、１つ又は複数の半導体チップ内に実装することができる。プロセッサ２２０は、コンピューティングデバイス内に実装されたソフトウェアであってよい。

この増幅器は、「仮想モード」で動作し、初期干渉周波数にロックし、その後、干渉周波数を除去し、自走を可能にし、「ノイズ」にロックするようにできる。アナログノイズジェネレータ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｒａｄｉｏ社製の、完全にアナログのノイズジェネレータである）は、ヘルムホルツコイル及びノイズ消去コイルに対しそれぞれ２０ｄＢ及び４５ｄＢの減衰を必要とする。

ヘルムホルツコイルは、１パーセントの１／１００のバランスを持つ約１立方インチのスイートスポットを持つことができる。他の実施形態では、ヘルムホルツコイルは、垂直移動、回転移動（垂直軸を中心として）、及び平行の向きからの移動を行い、パイ型に広がることができる。一実施形態では、ＳＱＵＩＤ、グラジオメーター、及び駆動トランス（コントローラ）は、それぞれ、１．８、１．５、及び０．３マイクロヘンリーの値を持つ。ヘルムホルツコイルは、スイートスポットで１アンペア当たり０．５ガウスの感度を持つことができる。

確率応答に対し約１０から１５マイクロボルトが必要になる場合がある。ノイズを注入することにより、系内のＳＱＵＩＤデバイスの感度を高めている。ＳＱＵＩＤデバイスは、ノイズなしで約５フェムトテスラの感度を持っていた。この系は、ノイズを注入し、この確率共鳴応答を使用することにより、ほぼ１，５００％の増大となる、２５から３５ｄＢだけ感度を改善することが可能であった。

系から信号を受信し、記録した後、メインフレームコンピュータ、スーパーコンピュータ、又は高性能コンピュータなどのコンピュータは、前処理及び後処理の両方を実行するが、そのために、前処理についてはカリフォルニア州リッチモンドのＳｙｓｔａｔ Ｓｏｆｔｗａｒｅ社によるＡｕｔｏｓｉｇｎａｌソフトウェア製品を採用するが、Ｆｌｅｘｐｒｏソフトウェア製品が後処理を行う。Ｆｌｅｘｐｒｏは、Ｄｅｗｅｔｒｏｎ，Ｉｎｃ．社が販売するデータ（統計的）分析ソフトウェアである。以下の式又はオプションは、Ａｕｔｏｓｉｇｎａｌ及びＦｌｅｘｐｒｏ製品で使用することができる。

順変換：

逆変換：

ＦＦＴアルゴリズム：
Ｔｅｍｐｅｒｔｏｎ’ｓ Ｐｒｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ型ＦＦＴを使用したＢｅｓｔ Ｅｘａｃｔ Ｎ（Ｃ．Ｔｅｍｐｅｒｔｏｎ、「自己整列インプレースＰｒｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ型ＦＦＴアルゴリズムの実装（Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｓｅｌｆ−Ｓｏｒｔｉｎｇ Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ Ｐｒｉｍｅ Ｆａｃｔｏｒ ＦＦＴ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖ．５８，ｐ．２８３，１９８５）。

データテーパリングウィンドウ：
［ｃｓ４ ＢＨａｒｒｉｓ ｍｉｎ］０．３５８７５−０．４８８２９＊ｃｏｓ（２＊Ｐｉ＊ｉ／（ｎ−１））＋０．１４１２８＊ｃｏｓ（４＊Ｐｉ＊ｉ／（ｎ−１））−０．０１１６８＊（６＊Ｐｉ＊ｉ／（ｎ−１）），ｉ＝０．ｎ−１
［四角形］固定形状テーパリングは使用できない（オシロスコープ）
大きさ：ｓｑｒｔ（Ｒｅ＊Ｒｅ＋Ｉｍ＊Ｉｍ）［Ｒｅ＝実成分，Ｉｍ＝虚成分］
振幅：２．０＊ｓｑｒｔ（Ｒｅ＊Ｒｅ＋Ｉｍ＊Ｉｍ）／ｎ
ｄｂ、デシベル：１０．０＊ｌｏｇ１０（Ｒｅ＊Ｒｅ＋Ｉｍ＊Ｉｍ）

複製の平均化：
複製は、１ｅ−８の小数精度の範囲内に一致するＸ値に基づく。

基準減算：
基準信号減算（基準ノイズ）は、Ｘ（時間）軸上の点（チャネル）毎にＹ軸（振幅）に対し実行される。次いで、負のＹ値は、０にされる。

相互相関：
この関数は、総和及び積分を使用して相互相関関数を計算する。信号は過渡信号であるため、相関関数は、直接乗算及び積分を使用して計算される。ソースチャネル（データ系列）の外にある計算に必要な値はすべて０と見なされる。ｔ＜０に対する値も計算される。

フーリエ有意水準：
モンテカルロデータをパラメトリックモデルに当てはめる。データサイズＮが唯一の因子である場合、一変量ＴａｂｌｅＣｕｒｖｅ ２Ｄパラメトリックモデルが使用される。セグメントサイズ及び重なりが追加の影響因子となるセグメント化ＦＦＴでは、三変量チェビシェフ多項式が実装される。これらは、Ａｕｔｏｓｉｇｎａｌの下で選択されるオプションである。個別に分析する、又は重なり合う形で分析することが可能なデータ集合もありえ、まずデータ集合１が分析され、次いでデータ集合１の第２の半分とデータ集合２の第１の半分、さらにデータ集合２、そして第２の半分というように分析される。

システム１００により実行される信号検出及び処理の流れ図が図１０に示されている。ある試料が注目されている場合、信号検出又はデータランは、少なくとも４回実行され、第１のデータランは、試料なしで時刻ｔ_１に実行され、第２のデータランは、試料ありで時刻ｔ_２に実行され、第３のデータランは、試料ありで時刻ｔ_３に実行され、第４のデータランは、試料ありで時刻ｔ_４に実行される。複数のデータランからデータ集合を実行し収集すると、最終（例えば、相関された）データ集合の精度が上がる。４つのデータランでは、システム１００のパラメータ及び条件は、一定に保持される（例えば、温度、増幅量、コイルの位置、ノイズ信号など）。

ブロック３００では、適切な試料（又はそれが第１若しくは第４のデータランであれば、試料なし）が、システム１００内に置かれる。注入ノイズを含まない、与えられた試料は、約０．００１マイクロテスラ以下の振幅でＤＣ〜５０ｋＨｚの範囲内の電磁放射線を放出する。このような低い放射線を捕捉するために、白色ガウスノイズがブロック３０１で注入される。

ブロック３０２で、コイル７２２、７２４は、試料の放射線及び注入ノイズを表す誘導電圧を検出する。誘導電圧は、データランの持続時間に対する時間の関数である電圧値（振幅及び位相）の連続的な流れを含む。データランは、長さを２〜２０分間分とすることができ、したがって、そのデータランに対応するデータ集合は、時間の関数である２〜２０分間分の電圧値を含む。

ブロック３０４で、注入ノイズは、誘導電圧が検出されると消去される。このブロックは、ＳＱＵＩＤ ２０６のノイズ消去機能がオフにされた場合に省かれる。

ブロック３０６で、そのデータ集合の電圧値は、ブロック３０４でノイズ消去が行われたかどうかに応じて、２０〜５０ｄＢだけ増幅される。さらに、ブロック３０８では、増幅されたデータ集合は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換を適用され、レコーダ２１２に格納される。デジタイズされたデータ集合は、数百万行分のデータを含みうる。

収集されたデータ集合が格納された後、ブロック３１０で、試料に対する少なくとも４つのデータランが実行されたか（例えば、少なくとも４つのデータ集合を収集したか）どうかを調べるチェックが実行される。与えられた試料に対する４つのデータ集合が得られた場合、ローパスフィルタによるフィルタ処理がブロック３１２で実行される。得られなかった場合、次のデータランが開始される（ブロック３００に戻る）。

デジタイズされたデータ集合に対しローパスフィルタ処理（ブロック３１２）及び帯域通過フィルタ処理（ブロック３１４）を行った後、データ集合は、フーリエ変換ブロック３１６において周波数領域に変換される。

次に、ブロック３１８で、データ点毎に類似のデータ集合同士の相関が求められる。例えば、第１のデータラン（例えば、ベースライン又は周囲ノイズデータラン）に対応する第１のデータ集合及び第４のデータラン（例えば、他のノイズデータラン）に対応する第４のデータ集合の互いの相関が求められる。所定の周波数における第１のデータ集合の振幅値がその所定の周波数における第４のデータ集合の振幅値と同じである場合、その所定の周波数に対する相関値又は数は１．０となる。それとは別に、相関値の範囲は、０〜１００の範囲に設定することができる。このような相関又は比較は、第２及び第３のデータラン（例えば、試料データラン）についても実行される。収集されたデータ集合は格納されるため、これらは、後で残りのデータランが完了したときにアクセス可能になる。

ＳＱＵＩＤ ２０６がノイズ消去を行わない場合、所定の閾値レベルが、それぞれの相関が求められたデータ集合に適用され、統計的に無関係な相関値を除去する。データランの長さ（データランが長ければ長いほど、収集データ値の精度が高くなる）及び試料の実際の放出スペクトルと他の種類の試料とのあり得そうな類似性に応じて、さまざまな閾値を使用することができる。閾値レベルに加えて、相関が平均される。閾値及び平均相関を使用した結果、注入ノイズ成分は、その結果の相関が求められたデータ集合において非常に小さくなる。

ノイズ消去がＳＱＵＩＤ ２０６で行われる場合、閾値及び平均相関の使用は、不要である。

２つの試料データ集合が相関試料データ集合に対し精密化され、２つのノイズデータ集合が相関ノイズデータ集合に対し精密化された後、相関ノイズデータ集合は、相関試料データ集合から減算される。その結果得られるデータ集合は、最終データ集合である（例えば、試料の放出スペクトルを表すデータ集合）（ブロック３２０）。

１Ｈｚ当たり８６００データ点がありえ、また最終データ集合は、ＤＣ〜５０ｋＨｚの周波数範囲のデータ点を持ちうるため、最終データ集合は、数百万行分のデータを含む可能性がある。それぞれの行のデータは、周波数、振幅、位相、及び相関値を含むことができる。

図１１Ａ及び１１Ｂには、試料放出スペクトルの実施例が示されている。図１１Ａに示されているフーリエプロット４００は、飽和塩化ナトリウム溶液の試料のスペクトルに対応している。図１１Ｂに示されているフーリエプロット５００は、酵素の試料のスペクトルに対応している。

図１６を参照すると、上述の系に対する他の代替え実施形態は、システム１６００として記述される。一般に、本明細書で説明されている代替え及び他の実施形態は、すでに説明されている実施形態と実質的に類似しており、同じ参照番号は、共通要素及び機能を示していることが多い。構造又は動作の有意な違いのみが、詳しく説明される。

２次微分グラジオメーターは、１６０２として示されており、標的試料は、コイルの上側と下側の対の間に配置されている。試料の向かい合う側にある２つの内側コイルは補完し合うが、２つの外側コイル（上部コイルと底部コイル）はそれぞれ、補完し合い、２つの内側コイルに対向する。このような配列をとると、試料からの信号抽出を大きくすることができ、ノイズ除去が改善される。

図に示され、以下でさらに詳しく説明されているが、システム１６００では、同心円状の一連の要素を採用し、デューア内に延びる中心軸にそった配置をとる。ステッパーモーター１６０４により、試料を同心円状要素のこの配列内で軸方向に配置することができる。特に、試料は、グラジオメーター１６０２の真ん中の所望の位置に配置することができる。

同様に、機械式マイクロメーター又はステッパーモーターなどのマイクロメーター調整メカニズムにより、ヘルムホルツコイルは系内の複数の要素（試料及びグラジオメーターなど）に関して位置を揃えることができる。ヘルムホルツコイルのこのような調整は、システム１６００の製造及び較正に役立つとともに、グラジオメーター１６０２に関して一様な場をかけられるなど、系内の場の正確な位置合わせを行うことができる。また、場のオフセット若しくは場の勾配の変化を与えると、確率的結果を改善したり、系内のノイズをオフセットしたり、又は他の利点をもたらすことができて有益である。

図１７Ａ、１７Ｂ、及び１８は、システム１６００内の要素の同心円状配列をより明確に示しており、そこでは、試料管は、ローパスフィルタ処理金属遮蔽１８０２（ステンレス合金など）の中心を通り軸方向に延び、２ｋＨｚ未満の信号を通す。外側磁気（ＭＵ）遮蔽は、グラジオメーター、ヘルムホルツコイル、及び試料を囲む。システム１６００の配列は、一般的に、図を見ればすぐにわかるであろう。

Ｇｅｎｅｒａｌ Ｒａｄｉｏ社製の、上述の、ランダム白色ノイズジェネレータ、モデル１３８１は、Ｎｏｉｓｅ／Ｃｏｍ社製のプログラマブルガウス白色ノイズジェネレータで置き換えることができる。このようなジェネレータは、２つの出力を使用し、一方は他方から反転されたものである。一方の出力は、ヘルムホルツコイルに接続され、他方（反転）の出力は、上記のＳＱＵＩＤノイズ消去コイルに接続されるようにできる。

同様に、図１９に示されているが、上記のＴｅｋｔｒｏｎｉｘデジタルオシロスコープは、Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製の２チャネルダイナミック信号アナライザ１９０２、モデルＳＲ ７８５で置き換えることができる。このような信号アナライザは、複数の時間領域信号をサンプリングし、それの信号を複数の周波数領域ＦＦＴにわたって平均することにより、受信信号を処理することができる。この結果、すべての非ランダム信号成分の完全スペクトル周波数領域の記録が可能になる。加えられる他の変更は、デジタルオーディオテープ記憶装置系をデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）レコーダ１９０４で置き換えることを含む。さらに、後述のように、ヒストグラムを生成するソフトウェアと連係動作する、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ社製のデータ収集ボード１９０６、モデル３８０１も使用できる。

図１９に示されている他の実施形態では、ノイズ消去コイル１９０８は、グラジオメーターとＳＱＵＩＤとの間に接続されている。（１次微分グラジオメーターが示されているが、図１６に示されているような２次微分グラジオメーターも使用することができる。）図１９に示されてはいないが、反転ノイズチャネル（ヘルムホルツコイルに加えられるノイズに関して反転）は、ノイズ消去コイル１９０８に印加することができる（まず最初に、例えば、４５ｄＢだけをノイズ信号を減衰させるインピーダンストランスを通過しうる）。図に示されていない、他の実施形態では、ノイズ消去コイルは、ＳＱＵＩＤ入力及び出力コイル間の、ＳＱＵＩＤ １２０の中に、配置することができる。

ＩＩＩ．最適化された時間領域信号を発生する方法
本発明の一態様によれば、与えられた試料について得られた低周波時間領域信号の試料依存スペクトル特徴は、信号記録時に試料内に注入されるノイズに関する電力ゲインである一定範囲のノイズレベルにわたって試料の時間領域信号を記録することにより最適化することができることがわかった。次いで、記録された信号は、処理され、スペクトル信号特徴が明らかにされ、また後述のように、最適なスペクトル特徴スコアを有する時間領域信号が選択される。最適化された、又はほぼ最適化された時間領域信号が有用なのは、本発明にも従って、最適化された時間領域信号で化学的又は生物学的系を変換することで、非最適化時間領域信号の場合よりも強く、予測可能な応答が得られることがわかったからである。別の見方をすると、最適化された（又はほぼ最適化された）時間領域信号を選択することは、標的系が試料信号により変換された場合に確実で検出可能な試料効果が得られる点で有用である。

一般に、時間領域信号が典型的には約０から１ボルトの間で記録される注入ノイズレベルの範囲、典型的には、又はそれとは別に、注入されたノイズは、好ましくは、検出されることが求められている分子電磁放射線よりも約３０から３５デシベル高い、例えば、７０〜８０−ｄｂｍの範囲内である。記録される試料の個数、つまり、時間領域信号が記録されるノイズレベル間隔の数は、典型的には１０〜１００以上、またどのような場合も、良好な最適信号が識別可能なように十分に小さい間隔とすることができる。例えば、ノイズジェネレータレベルの電力ゲインは、５０ ２０ｍＶ間隔にわたって変化させることができる。以下からわかるように、信号に対するスペクトル特徴スコアが注入ノイズのレベルに対してプロットされた場合、このプロットは、ノイズレベル増分が十分に小さい場合にいくつかの異なるノイズレベルに及ぶピークを示す。

本発明では、記録された時間領域信号に対するスペクトル特徴スコアを計算する３つの異なる方法を考察する。これらは、（１）ヒストグラムビン法、（２）自己相関信号のＦＦＴの生成、及び（３）ＦＦＴの平均化であり、それぞれについて、以下で説明する。

具体的には説明されていないが、それぞれの方法は、ユーザーがスペクトル特徴スコアの基になるスペクトルを評価し、次の記録に対するノイズレベル調整を行い、ピークスコアにいつ達したかを決定する手動モードで実行することができるか、又はコンピュータ駆動プログラムにより、ノイズレベルの連続増分及び／又はスペクトル特徴スコアの評価が実行される自動又は半自動モードで実行することができる。

Ａ．スペクトル情報を生成するヒストグラム法
図２０は、スペクトル情報を生成するヒストグラム法における高水準データ流れ図である。ＳＱＵＩＤから得られたデータ（ボックス２００２）又は格納されているデータ（ボックス２００４）は、１６ビットＷＡＶデータ（ボックス２００６）として保存され、倍精度浮動小数点データ（ボックス２００８）に変換される。変換されたデータは、保存されるか（ボックス２０１０）、又は生波形（ボックス２０１２）として表示されるようにできる。次いで、変換されたデータは、図２１に関して以下で説明されているアルゴリズムに渡され、「フーリエ解析」というラベルが付いているボックス２０１４により示される。ヒストグラムは、２０１６で表示することができる。それとは別に、以下で説明されるように、変換されたデータは、２つの追加のアルゴリズムのうちの１つに渡され、時間流域信号中のスペクトル特徴を識別することができる。

図２１を参照すると、ヒストグラムアルゴリズムの一般的流れでは、離散サンプリング時間領域信号を抽出し、フーリエ解析を使用してそれを周波数領域スペクトルに変換し、さらに解析を行う。時間領域信号は、ＡＤＣ（アナログ／デジタルコンバータ）から取得され、２１０２で示されているバッファ内に格納される。この試料は、ＳａｍｐｌｅＤｕｒａｔｉｏｎ秒の長さを持ち、１秒当たり試料ＳａｍｐｌｅＲａｔｅ個の速さでサンプリングされ、ＳａｍｐｌｅＣｏｕｎｔ（ＳａｍｐｌｅＤｕｒａｔｉｏｎ＊ＳａｍｐｌｅＲａｔｅ）個の試料が得られる。信号から回復できるＦｒｅｑｕｅｎｃｙＲａｎｇｅは、Ｎｙｑｕｉｓｔにより定義されているように、ＳａｍｐｌｅＲａｔｅの半分として定義される。そのため、時系列信号が１秒当たり試料１０，０００個の速さでサンプリングされる場合、ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＲａｎｇｅは０Ｈｚから５ｋＨｚとなる。使用できるフーリエアルゴリズムの１つは、Ｒａｄｉｘ ２ Ｒｅａｌ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＲＦＦＴ）であるが、この選択可能周波数領域分解能（ＦＦＴＳｉｚｅ）は、最大２^１６までの２のべき乗である。ＦＦＴＳｉｚｅとして８１９２が選択され、ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＲａｎｇｅが８ｋＨｚ以下に留まる限り１ヘルツ当たり少なくとも１つのスペクトルビンを持つ十分な分解能を与える。ＳａｍｐｌｅＤｕｒａｔｉｏｎは、ＳａｍｐｌｅＣｏｕｎｔ＞（２＊）ＦＦＴＳｉｚｅ＊１０が成り立ち、確実な結果が得られる十分な長さでなければならない。

このＦＦＴは、一度にＦＦＴＳｉｚｅ個の試料にのみ作用できるので、プログラムでは、ＦＦＴを試料に対し順次実行し、結果をまとめて平均し、最終的なスペクトルを得るようにしなければならない。ＦＦＴ毎にＦＦＴＳｉｚｅ個の試料をスキップすることを選択した場合、１／ＦＦＴＳｉｚｅ＾０．５の統計誤差が入り込む。しかし、ＦＦＴＳｉｚｅの半分だけＦＦＴ入力をオーバーラップすることを選択した場合、この誤差は、１／（０．８１＊２＊ＦＦＴＳｉｚｅ）＾０．５に縮小される。これにより、誤差は、０．０１１０４８５４３５から０．００８６８０５５５６に減らされる。一般的な誤差及び相関分析に関する詳細については、Ｂｅｎｄａｔ ＆ Ｐｉｅｒｓｏｌ、「相関及びスペクトル分析の工学応用（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）」、１９９３を参照されたい。

与えられたウィンドウ上でＦＦＴを実行するのに先立って、データテーパリングフィルタを適用し、サンプリングエイリアシングによるスペクトルの漏れを回避することができる。このフィルタは、例えば、Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ（フィルタなし）、Ｈａｍｍｉｎｇ、Ｈａｎｎｉｎｇ、Ｂａｒｔｌｅｔｔ、Ｂｌａｃｋｍａｎ、及びＢｌａｃｋｍａｎ／Ｈａｒｒｉｓから選択することができる。

例示的な方法では、ボックス２１０４に示されているように、変数ＦＦＴＳｉｚｅに対し８１９２を選択しており、これは、一時に操作する時間領域試料の個数であるとともに、ＦＦＴにより出力される離散周波数の個数でもある。ＦＦＴＳｉｚｅ＝８１９２は分解能、又はサンプリングレートにより指示される範囲内のビンの数であることに注意されたい。多数の離散ＲＦＦＴの（実ＦＦＴ）がどのように実行されるかを指示する変数ｎは、ＦＦＴビンの数である、ＦＦＴＳｉｚｅ＊２でＳａｍｐｌｅＣｏｕｎｔを除算することにより設定される。アルゴリズムで理にかなった結果を生み出すために、この数ｎは、少なくとも１０から２０でなければならず（他の変数も可能であるが）、弱い信号を拾うためにはさらに多いのが好ましい。これは、所定のＳａｍｐｌｅＲａｔｅ及びＦＦＴＳｉｚｅについて、ＳａｍｐｌｅＤｕｒａｔｉｏｎは十分に長くなければならないことを示す。０からｎまで計数する、カウンタｍは、ボックス２１０４にも示されているように、０に初期化される。

プログラムは、最初に、３つのバッファ、各ビン周波数のカウントを累計する、ＦＦＴＳｉｚｅヒストグラムビンに対するバッファ２１０８、各ビン周波数の平均電力に対するバッファ２１１０、及び各ｍに対するＦＦＴＳｉｚｅ個のコピーされた試料を含むバッファ２１１２を設定する。

プログラムは、ヒストグラム及び配列を初期化し（ボックス２１１３）、波形データのＦＦＴＳｉｚｅ個の試料をバッファ２１１２に、２１１４でコピーし、波形データに対しＲＦＦＴを実行する（ボックス２１１５）。ＦＦＴは、最高振幅が１となるように正規化され（ボックス２１１６）、ＦＦＴＳｉｚｅ個のビンすべてに対する平均電力が、正規化された信号から決定される（ボックス２１１７）。ビン周波数毎に、その周波数でＦＦＴから正規化された値が、バッファ２１０８内のそれぞれのビンに加えられる（ボックス２１１８）。

ボックス２１１９において、次いで、プログラムは、上で計算した平均電力に関して、各ビン周波数での電力を調べる。電力が平均電力の特定の係数エプシロン（０から１の間）の範囲内にある場合、計数され、対応するビンが、１６においてヒストグラムバッファ内で増分される。その範囲内にない場合は、破棄される。

比較対象の平均電力は、このＦＦＴの場合のみに対するものであることに注意されたい。低速ではあるが機能強化されているアルゴリズムでは、データに対し２パスを用い、全体にわたって平均を計算してから、ヒストグラムレベルを設定することが可能である。エプシロンとの比較で、周波数ビンに対し十分有意な電力値を表すことができる。或いは、広い意味では、エプシロンを使用する式により、「この時点のこの周波数で信号があるか？」という質問に答えられる。答えが「はい」であれば、これは、当然、（１）この一時だけこのビンに入る定常ノイズ、又は（２）ほぼすべての時刻に発生する実低レベル周期的信号のうちの１つと考えられる。そのため、ヒストグラムのカウントで、ノイズヒットが除去され、低レベル信号ヒットが増強される。したがって、平均及びエプシロン係数により、有意とみなせる最小の電力レベルを選択することができる。

カウンタｍは、ボックス２１２０で増分され、上記プロセスは、ｍがｎに等しくなるまで（ボックス２１２１）ＷＡＶデータのｎセット毎に繰り返される。毎サイクル、それぞれのビンの平均電力が、２１１８で関連するビンに加えられ、それぞれのヒストグラムビンは、２１１４における電力振幅条件が満たされたときに１だけ増分される。

ｎサイクルのデータすべてが考察されていた場合、それぞれビンにおける平均電力は、それぞれのビンにおける総累計平均電力を、サイクル総数であるｎで除算することにより（ボックス２１２２）決定され、結果が表示される（ボックス２１２３）。構造化ノイズが存在している場合、例えば、ＤＣ＝０又は６０Ｈｚの倍数の場合を除き、それぞれのビンにおける平均電力は、ある程度比較的低い数値となる。これは、図２２Ａ〜Ｄに示されているプロットで表されている（４００、６００、７００、及び９００ｍＶで生成されるヒストグラム）。図２２Ａ〜２２Ｄのプロットは、ヒストグラムビンの一部のみ、つまり７９５３Ｈｚから８５３３Ｈｚまでのスペクトルを示している。図２２Ａ及び２２Ｂに示されているように、それぞれ注入ノイズの４００ｍＶ又は６００ｍＶのところでは確率事象は見られない。しかし、図２２Ｃに示されているように、７００ｍＶでは、確率事象が見られるのは明らかである。その後、図２２Ｄに示されているように、９００ｍＶでは、確率事象は、失われる。

上記工程により生成されるヒストグラムは、それぞれのビンにおいて、その周波数の電力が（エプシロン＊そのＦＦＴ出力全体に対する平均電力）よりも高かった回数の０からｎまでの範囲のカウントを含む。非構造化ノイズのせいでビンカウントが増分される場合、そのノイズは、時間の経過とともにすべての周波数ビンにわたって分散され、そのため、所定のビンにおいて、合計して大きくなることはない。所定の周波数で一貫した信号がある場合、これはｎ個の時間スライスのそれぞれにおいて存在し、そのため、ｎに近づくビンカウントを持つ。６０ヘルツ及びその高調波などの大きな振幅のノイズは、ビンカウントが高いだけでなく、平均電力も高い。これらの周波数を区別することができ、われわれが関心を持っているものは、平均電力が低いが、ビンカウントは高い。

図２２Ａ〜２２Ｄは、４つの異なるノイズ電力入力でこの方法により生成されるヒストグラムを示している。図に示されているように、プログラムは、それぞれの周波数の平均電力を縦の棒として表示することができる。ヒストグラムビンカウントは、接続された上側線として表すことができる。電力が「低」（例えば、平均／３未満）と考えられ、ヒストグラムが特定のカウントを持つ場合、接続線は、電力の棒のピークとヒストグラムの棒のピークとの間で観察可能になることがある。接続線により強調表示されているビンは、低エネルギー分子スペクトルの考えられる候補である。

図２２Ａ〜２２Ｄ及び上記から、意味のあるヒストグラム、つまり、問い合わせされる試料に関係する確率共鳴効果を示すヒストグラムを生成する際に使用される注目すべき２つの設定があることがわかる。第１は、試料に与えられるノイズ（この場合、ガウス白色ノイズ）の電力レベルである。このレベルが低くすぎる場合、ノイズレベルは、確率共鳴を発生するほどには十分でなく、ビンヒストグラムは、ノイズのみを反映する。電力入力が高すぎる場合、それぞれのビンについて計算された平均電力レベルは高く、確率事象は、区別できない。この調査から得られる最適なノイズレベルは、７００ｍＶ程度であるが、真の最適値は、さらに、この方法を例えば６５０から７５０ｍＶの範囲の多数の小さな増分の信号ゲインで記録された信号に適用することにより決定することができる。

この方法のスペクトル特徴スコアは、確率事象が存在しない場合にそのビンに対する平均ノイズよりも統計的に大きい値に対応するビンカウントよりも大きい確率事象の数をカウントすることにより決定される。図２２Ａ〜２２Ｃに示されているプロットでは、この平均ビンカウントは、図２２Ａ〜２２Ｃで特に示されているように、スペクトル軸にそって見かけ上ランダムに分布するピークのところか、又はそれよりもわずかに上のところにある。最適なノイズゲインで（図２２Ａ）、このレベルよりも明らかに高いビンピークが多数観察され、これらのピークは、選択された周波数間隔、例えば、ＤＣから１ｋＨｚ又はＤＣ〜８ｋＨｚの間隔でカウントされ、これにより、対応する時間領域信号に対するスペクトル特徴スコアを決定する。

この方法の臨界的設定は、ノイズゲイン、及びエプシロンの値である。この値は、平均値に対し事象を区別するために使用される電力値を決定する。値１では、事象はいっさい検出されないが、それは、電力が平均電力よりも決して大きくならないからである。エプシロンが０に近づくにつれ、実質的にすべての値が１つのビン内に置かれる。０から１の間、及び典型的には、構造化ノイズに対する総ビンカウントの約２０〜５０％の間の多数のビンカウントを与える値では、エプシロンは、最大の「スペクトル特性」を持つが、これは、確率共鳴事象が純粋なノイズよりも最も大きく有利であることを意味する。

したがって、本発明を実施する際に、ノイズ入力上の電力ゲインをシステマティックに大きくする、例えば、０から１Ｖまでの間５０ｍＶ増分で大きくし、それぞれの電力設定において、はっきりしたピークを持つヒストグラムが観察されるまでエプシロンを調節することができる。例えば、処理される試料が、２０秒の時間間隔を表し、それぞれの異なる電力及びエプシロンに対する総処理時間は、約２５秒である。はっきりした信号が観察された場合、電力設定又はエプシロン又はその両方を精密化し、最大数の識別可能なピークを持つヒストグラムを意味する、最適なヒストグラムが生成されるようにすることができる。

このアルゴリズムでは、多数のビンを満たすことができ、低い周波数でノイズ（環境ノイズなど）が一般的に発生することから低周波数に対する関連するヒストグラムを描画することができる。そのため、系では、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ未満）よりも下のビンを単純に無視し、それでいて、試料と試料との間の一意的な信号を決定するためにより高い周波数で十分なビン値を描画することができる。

それとは別に、エプシロン変数の目的はそれぞれのサイクルで決定された異なる平均電力レベルに適応することであるため、このプログラムは、平均電力レベルをエプシロンの最適値に関係付ける定義済み関数を使用してエプシロンを自動的に調製することも可能である。

同様に、このプログラムは、それぞれの電力設定でピーク高さを比較し、最適なピーク高さ又は特性がヒストグラムにおいて観察されるまでノイズ電力設定を自動的に調節することが可能である。

エプシロンの値はすべての周波数について固定値とすることができるが、エプシロンに対し周波数依存の値を採用し、低い周波数、例えば、ＤＣから１，０００Ｈｚで観察できる平均エネルギーをより高い値に対して調節することも考えられる。周波数依存のエプシロン係数は、例えば、多数の低周波数ＦＦＴ領域を平均し、平均値をより高い周波数で観察される値と比較可能な値に「調節する」エプシロンの値を決定することにより、求めることが可能である。

図２３Ａ〜２３Ｃを参照すると、ヒストグラムを生成するためのユーザーインターフェイスの実施例が示されている。スライダーバー２３０２は、３００〜６００秒などの試料波形セグメントの長さを決定し、これを使用することで、ユーザーは、波形内で実際にスクロールすることができる。ボックス２３０４では、ユーザーは、Ｎｙｑｕｉｓｔ周波数を５、１０、又は２０ｋＨｚなどに設定することができ、また隣にリセットボタンも用意されている。スライダーバー２３０６を使用することで、ユーザーは、ヒストグラムの基準線を移動することができ、その一方で、６０Ｈｚチェックボックス２３０８を使用することで、ユーザーは、縦線で６０Ｈｚビン及びすべての関係する６０Ｈｚ高調波を識別することができる（図２３Ｃに示されているように）。ａｃｑｕｉｒｅボタン２３１２が選択された場合、ソフトウェアは、試料から図２３Ｂに示されているような波形を生成又は取得する。ｆｆｔボタン２３１０が選択された場合、ソフトウェアは、図２３Ｃに示されているようなヒストグラムプロットを生成する。

Ｂ．自己相関信号のＦＦＴ
スペクトル特徴スコアを決定する第２の一般的な方法では、選択されたノイズにおいて記録された時間領域信号の自己相関が求められ、スペクトル特徴プロット、つまり、周波数領域内の信号のプロットを生成するために、自己相関信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が使用される。次いで、選択された周波数範囲、例えば、ＤＣから１ｋＨｚ又はＤＣから８ｋＨＺまでの範囲にわたって平均ノイズレベルよりも高いスペクトル信号の個数を記録するためにＦＦＴが使用される。

図２４は、この第２の実施形態による記録された時間領域信号のスコアを記録する際に実行される工程の流れ図である。時間領域信号は、上述のようにサンプリングされ、デジタイズされ、フィルタ処理され（ボックス４０２）、その際にノイズレベルに関するゲインは、４０４でのように、初期レベルに設定される。図２５Ａは、試料化合物、この場合、除草剤グリホスフェート（Ｒｏｕｎｄｕｐ（登録商標））に対する典型的な時間領域信号を示しており、ここに示されているセグメントは、１４．０８から１４．１６秒の時間間隔にわたって取られた。次いで、４０８でのように、標準自己相関アルゴリズムを使用して、時間領域信号の自己相関が求められ、４１０でのように、標準ＦＦＴアルゴリズムを使用して、自己相関関数のＦＦＴが生成される。

図２５Ｂ〜２５Ｄに示されているようなＦＦＴプロットを使用し、４１４でのように、自己相関ＦＦＴで観察された平均ノイズよりも統計的に大きいスペクトルピークの個数をカウントすることによりプロットのスコアが求められる。このプロセスは、ピークスコアが記録される、つまり、所定の信号に対するスコアが増大するノイズゲインとともに減少し始めるまで４１６及び４０６のロジックを介して、繰り返される。ピークスコアは、４１８で、記録され、プログラム又はユーザーは、４２２の時間領域信号のファイルから、ピークスコアに対応する信号を選択する（ボックス４２０）。

図２５Ｂ〜２５Ｄの一連の自己相関ＦＦＴプロットは、この方法に関わる信号解析を例示している。７０．９−ｄｂｍのノイズレベルでは（図２２Ｂ）、暗ノイズよりも高いごく少数のピークが観察される（最高のスパイクは、６０サイクルノイズを表している）。同じノイズレベルでの異なる記録を表している、７４．８−ｄｂｍの最適なノイズレベルでは（図２５Ｃ及び２５Ｄ）、ＤＣ〜８ｋＨｚの周波数範囲全体にわたって、平均ノイズよりも統計的に大きい多数のピークが観察される。これらのピークのうちいくつかは、７８．３−ｄｂｍのより高いノイズゲインでは、あまり目立たないか、又は消失している。

これらの信号に対するスペクトル特徴スコアが、図２６に示されているように、ノイズ設定の関数としてプロットされた場合、約７５−ｄｂｍのノイズ設定のピークスコアが観察される。このプロットから、１つ又はピークスコアに対応する時間領域信号が選択される。

上述のように、この実施形態は、手動モードで実行することができ、ユーザーは、ノイズ設定を増分単位で手動により調整し、ＦＦＴスペクトルプロットから手作業で分析し（ピークをカウントし）、そのピークスコアを使用して、１つ又は複数の最適な時間領域信号を識別する。それとは別に、これらの工程の１つ又は複数の態様は、自動化することができる。

Ｃ．平均ＦＦＴ
スペクトルピークスコアを決定する他の実施形態では、それぞれのノイズゲインにおける多数の、例えば、１０〜２０個の時間領域信号のＦＦＴを平均して、スペクトルピークプロットを生成し、上述のようにスコアを計算する。

図２７は、この第３の実施形態による記録された時間領域信号のスコアを記録する際に実行される工程の流れ図である。時間領域信号は、上述のようにサンプリングされ、デジタイズされ、フィルタ処理され（ボックス４２４）、その際にノイズレベルに関するゲインは、４２６でのように、初期レベルに設定される。次いで、このプログラムは、４２８において、それぞれのノイズゲインで（複数の）時間領域信号に対する一連のＦＦＴを生成し、４３０において、これらのプロットの平均をとる。平均されたＦＦＴプロットを使用し、４３２、４３４でのように、平均ＦＦＴで観察された平均ノイズよりも統計的に大きいスペクトルピークの個数をカウントすることによりスコアが求められる。このプロセスは、ピークスコアが記録される、つまり、所定の信号に対するスコアが増大するノイズゲインとともに減少し始めるまで４３６及び４３７のロジックを介して、繰り返される。ピークスコアは、４３８で、記録され、プログラム又はユーザーは、４４２の時間領域信号のファイルから、ピークスコアに対応する信号を選択する（ボックス４４０）。

上述のように、この方法は、手動、半自動、又は完全自動モードで実行することができる。

Ｄ．追加のスペクトル解析法
この節では、作用物質特異的なスペクトルピークを識別することを目的として、時間領域信号のスペクトル解析を行う他の方法について簡単に考察する。上記のように、この系は、入力として、確率共鳴実験で得られたサウンドファイルを使用し、内容の正弦波の周波数、振幅、及び位相を出力する。この系は、「ｐｅａｋｆｉｎｄｅｒ」という名前のソフトウェアルーチンを使用することができ、このルーチンは、さらに、Ｏｃｔａｖｅ及びＰｄなどの他のソフトウェアパッケージを利用し、また両者とも、オープンソースであり、現在サポートされているソフトウェアプラットフォームである。

それに加えて、一時ディレクトリを指定するＰＦ＿ＴＭＰ、及びｐｅａｋｆｉｎｄｅｒホルダの場所を指定するＰＦ＿ＢＡＳＥという２つの環境変数を使用することができる。ＰＦ＿ＢＡＳＥが与えられない場合、ｐｅａｋｆｉｎｄｅｒ．ｓｈスクリプトは、自分の呼び出しからそれを推論しようとする（絶対パス名で呼び出されていると想定する）。入力ファイルは、ステレオサウンドファイルであり、標準サンプリングレートは４４１００であると仮定される。ファイル形式は、「ｗａｖ」、「ａｕ」、又はｑ「ａｉｆｆ」で、サンプルフレームは、１６、２４、又は３２ビットとすることができる。出力ファイルは、１つの正弦波を指定するＡＳＣＩＩファイルである。例えば、以下の通りである。

ここで、第１のフィールドは、以下で説明する基本解析周波数の単位による周波数であり、第２のフィールドは、ヘルツ単位の周波数であり、第３のフィールドは、入力サウンドファイル固有単位による、正弦波のピークの大きさであり、第４及び第５のフィールドは、正弦波の余弦及び正弦成分の振幅であり、複素振幅の実部及び虚部である。もちろん、大きさは、実成分と虚成分とから推論することが可能である。第１のフィールドは、物理的意味を持たず、デバッグ用である。

白色ノイズの単一正弦波の振幅及び周波数を決定する技術は、最大尤度（ＭＬ）法であり、複数の正弦波をとるように拡張されている。この方法では、正弦波の数が予め知られていると仮定する。予め定められていない数の正弦波を見つけるという問題は、数学的取り扱いが難しいが、注目する正弦波は周波数が十分隔てられていると仮定して取り扱うことができる。さらに、正弦波の有無を判別する方法も必要である。

以下の解析は、白色ノイズの単一正弦波を考察することから始まり、複数の正弦波及び非白色（例えば、ピンク）ノイズの問題へと進む。測定された信号、
ｘ［ｎ］，ｎ＝０，．．．，Ｎ
が与えられたとすると、（離散時間）非正規化フーリエ変換は、

と定義されるが、ただし、ｋは、解析の基本周波数の単位による周波数であり、２π／Ｎラジアン／試料である。ｋは、整数である必要はなく、実際、ｋの余分な値は、必要に応じて、信号のゼロ詰めで埋めることができる。単一の正弦波が存在すると仮定すると、その最もあり得そうな周波数は、
ｋ＝ａｒｇ ｍａｘ｜ＦＴ｛ｘ［ｎ］｝（ｋ）｜
で与えられる。

言い換えると、最良推定値は、単に、フーリエ変換の大きさが最大であるｋの値である。次に、系は、ｋの推定値が真の正弦波に対応するのか、又は単純に不規則変動に対応するのかを決定する。これについて、帰無仮説を分析して、ｘ［ｎ］が、例えば、平均値０、ＲＭＳ振幅σを持つ白色ノイズのみを含むかどうかを調べる。それぞれの点ｋにおけるフーリエ変換は、Ｎ個の独立確率変数の総和であり、それぞれは試料ｘ［ｎ］に単位大きさの複素数を掛けた値に等しく、フーリエ変換のそれぞれの点の平均は、そのままゼロであり、標準偏差は、

である。個々のノイズ試料のすそ部分の挙動がよい挙動であれば（例えば、ガウス又は均一ノイズ）、その結果得られる確率変数ＦＴ｛ｘ［ｘ］｝（ｋ）は、使用されるＮの値についてガウス分布に非常に近い（１０^６のオーダー）。したがって、ほぼ

を超える確率は、非常に小さい。

他方、ピーク振幅ａ及び周波数ｋを持つ実数値をとる正弦波（２π／Ｎの通常の単位）のフーリエ変換の大きさは、ａＮ／２である。大きさ

を得るには、ａを少なくとも

とするだけでよい。

この方法では、記録されたサウンドファイルにゼロ詰めをし（次の２のべき乗に応じて、２倍から４倍まで）、次いで、この振幅閾値を超えるピークを報告する。ピークは、ｋの与えられた値について、その隣接要素についてよりも大きな大きさを持ち、さらに、ｋの２０個の隣接値の大きさの少なくとも１倍半の大きさを持つものとして定義される（１分間分の試料について、おおよそ２０π／Ｎ Ｈｚ、又は１／３Ｈｚの帯域）。

複数の正弦波が存在する場合、それらの周波数の相互に隔てられる間隔が約２０π／Ｎを超えるとすると、上記の方法では、別々に分解しなければならず、計算されたフーリエ変換に対するそれぞれの正弦波の影響は、ピークからｋ周波数単位離れると振幅の２／３πｋとして減少する。

ノイズ信号の非白色の特性を補正するために、測定された信号のスペクトル包絡線が推定される。ノイズは、それぞれの狭い周波数範囲（上述のように２０π／Ｎ）において局所的に白色であり、σの値は選択された周波数範囲に応じて穏やかに変化すると仮定できる。他の問題としては、注入ノイズ試料を実験の測定された出力から減算できるかどうかを決定する問題がある。このような状況では、この２つに関係する容易に測定可能な伝達関数では、たとえそれが非線形であろうと、伝達関数の推定値を使用して、測定された信号からノイズの大部分を取り除く。これにより、この方法の感度が高まる。

Ｅ．複合信号
上記の説明からわかるように、この系を使用すると、ユーザーは、生物学的系に治療上の影響を及ぼすか、又は他の何らかの形の反応を誘起するために使用することができる波形を発生させることができる。２つ又はそれ以上の化合物から発生する波形又はスペクトル系列を得ることができる。次いで、これら２つの信号を組み合わせて、それら２つの個別の信号の特性を持つ単一の組合せ信号を生成することができる。例えば、２つの異なる化合物に関係する２つの元の信号が２つの異なる治療特性を有する場合、その結果得られる組合せ信号は、それら２つの化合物の組み合わせた治療特性を有しているであろう。次いで、組合せ信号を操作して、生体系内の副作用又はネガティブな反応に関連していることが判明している周波数成分を除去することができる。組合せ信号は、注目するスペクトル成分の振幅及び周波数がわかっていれば、知られているシンセサイザ技術から容易に作成される。

それとは別に、２つの化合物が生体系内に類似の応答を発生させる場合、これらの化合物から発生する２つの信号を比較することで、生物学的効果を生み出すことと関連する共通周波数成分を識別することができる。次いで、生物学的効果に関連する周波数成分のみを含む第３の信号を発生させることができる。こうして、特定の鎮痛剤からの信号を比較することで、共通周波数成分を識別し、次いで、結果の信号を発生させ、伝送、格納、又は生体系への適用に使用できる。実際、この系では、１つ又は複数の化合物から生成される信号に直接的には基づかない新しい信号を形成することができる。その代わりに、この系では、所望の周波数においてのみピークを持つ信号を生成し、そのようなピークが生体系内に所望の結果をもたらすようにできる。そのため、このような合成された信号は、既存の化合物と無関係である。

ＩＶ．標的試料の変換
この節では、最適化された低周波時間領域信号で試料を変換する機器及び方法（節Ａ）、並びに多数の生体試料に対し実行される変換実験（節Ｂ）について説明する。変換される試料は、化学的又は生化学的作用物質への適切に特徴付けられた、容易に検出可能な応答を示す試料であり、変換信号は、化学的又は生化学的作用物質の最適化された時間領域信号である。

Ａ．変換装置及びプロトコル
図２８Ａは、本発明により、作用物質特異的信号で試料を変換するための機器のレイアウトを示している。特定のレイアウトは、変換コイル内に保持され、電磁信号に曝される、３つの試料４４４、４４６、及び４４８、対照として使用される試料４５０、並びに化学作用誘導対照として使用される試料４５２を含む、５つの異なる試料を受け入れるものである。図２８Ｃに示されるように、サンプル試料は、典型的には、誘導期間中、同一の振盪、温度、及び湿度条件の下で、シェーカーテーブル上に固定され、そこに保持される。

作用物質特異的信号による変換は、最適化された作用物質特異的信号を使用する試料に対し「再生」させることにより実行され、信号はＣＤに記録され、前置増幅器４５６及びオーディオ増幅器４５８を通じて記録されたＣＤ ４５４上で再生される。この信号は、図に示されているように、別々のチャネルを通じて電磁コイル４４４及び４４６に供給される。一実施形態では、Ｓｏｎｙ Ｍｏｄｅｌ ＣＤＰ ＣＥ３７５ ＣＤ Ｐｌａｙｅｒが使用される。Ｐｌａｙｅｒのチャネル１は、Ａｄｃｏｍ Ｐｒｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｍｏｄｅｌ ＧＦＰ ７５０のＣＤ入力１に接続される。チャネル２は、Ａｄｃｏｍ Ｐｒｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｍｏｄｅｌ ＧＦＰ ７５０のＣＤ入力２に接続される。ＣＤは、それぞれのチャネルから同一の信号を再生するように記録される。それとは別に、ＣＤは、それぞれのチャネルから異なる信号を再生するように記録されることができる。試料４４８におけるコイルは、主に、それぞれの実験内で白色ノイズ場を対照として発生するために使用される。例えば、ＧＲアナログノイズジェネレータは、このコイル用に白色ガウスノイズ源を備える。それとは別に、このコイルは、第２のＣｒｏｗｎ増幅器を介して事前記録変換信号を再生するために使用することができる。

ＣＤプレーヤと前置増幅器との間のケーブル配線は、標準ＲＣＡオーディオパッチケーブル（６フィート）である。Ａｄｃｏｍ Ｐｒｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｍｏｄｅｌ ＧＦＰ ７５０は、Ｓｏｎｙ ＣＤプレーヤから出力を受け取り、Ｃｒｏｗｎ増幅器を十分駆動できるようにその出力を増幅する。それとは別に、前置増幅器は、さらに、Ｓｏｕｎｄ Ｂｌａｓｔｅｒ ＰＣボードなどの他のソースから変換信号を受け取るように構成することもできる。前置増幅器とＣｒｏｗｎ増幅器との間のケーブル配線は、Ｃｒｏｗｎ増幅器に接続するためそれぞれのケーブル（３フィート）の一端にＲＣＡ−１／４電話プラグを備えた標準ＲＣＡオーディオパッチケーブルである。Ｃｒｏｗｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｍｏｄｅｌ Ｍｉｃｒｏ−Ｔｅｃｈ ２４００、Ｓｔｅｒｅｏ （１チャネル当たり１０００ワット）は、前置増幅器から信号を受け取り、変換コイルを十分に駆動できるように信号レベルを高める。Ｃｒｏｗｎ増幅器と変換コイルとの間のケーブル配線は、各端にバナナプラグを持つ１４ゲージのオーディオ用銅より線ケーブルである。バナナプラグは、位置決めネジでケーブルに機械的に接続される。

化学作用誘導対照試料をＶＷＲコンパクトインキュベータ内にシェーカーテーブルとともに置き、変換コイルと同じ温度に保持した。

図２８Ｂは、図２８Ａの試料４４４、４４６、及び４４８のどれかで表されるような試料変換機器４６６を示している。この機器は、電磁石４７０を収納した室４６８、及び室内の状態、例えば温度を監視するためのさまざまなプローブを備える。電磁石は、基部４７４上に置かれ、都合よく、強磁性トロイダルコイル及び巻線を含む。

一実施形態では、コイルは、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ社により、コイル間の性能が一様なものなるように設計製造されている。それぞれのコイルは、約２”の空芯を持ち、エナメルコーティングされた、４１６巻きの＃８ゲージ（ａｗｇ）平方形マグネットワイヤからなる。それぞれのコイルは、温度１５℃を超えることなく１１ヘルツ、１０アンペアＲＭＳ、１０ボルトＲＭＳで中心に約１５００ガウスを発生することができる。化学作用誘導対照はない。化学作用誘導対照試料は、ＶＷＲコンパクトインキュベータ内にシェーカーテーブルとともに置かれず、変換コイルと同じ温度に保持された。

コイルは、高さ２インチ幅４インチのＰＶＣ支持材４７４で支えられる。一連の１ ７／８インチＯＤ ＰＶＣ管を異なる縦寸法に合わせて切断し、それぞれのコイルの中心に試料を配置しやすくする。試料は、コイルの上部に通され、ＰＶＣ位置決め管（図に示されていない）上に置かれる。コイル及び基部は、高速乾燥エポキシ樹脂でエンクロージャの床に固定される。コイル柱とＲＦ入力コネクタとの間の接続は、長さ４インチの１４ゲージ銅より線をアルミニウム製ボルト、ナット、及びワッシャでコイルに機械的に接続することにより行われる。他端は、６０％ハンダでＲＦ入力コネクタにハンダ付けする。ＲＦプローブは、オスＢＮＣコネクタの絶縁された中心柱にハンダ付けされた１本の長さ６インチの１２ゲージ銅線からなる。ＲＦプローブは、各端にＢＮＣコネクタで取り付けられるＲＧ ６同軸ケーブルを使用して、Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｍｏｄｅｌ ＳＲ ７８５ ２ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｉｇｎａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒに接続される。

Ｓｅｎｓａｔｒｏｎｉｃｓ Ｍｏｄｅｌ Ｅ４温度モニタは、３つのコイル及びインキュベータすべての温度を監視するために使用される。センサは、それぞれの遮蔽されたエンクロージャの壁及びインキュベータの内壁にテープで固定される。（プローブは、Ｓｅｎｓａｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｔａｎｄａｒｄモデル温度プローブである。）プローブのケーブル配線は、プローブ及びモニタに合わせて、Ｓｅｎｓａｔｒｏｎｉｃｓ社のものを使用した。

図２８Ｃは、室４６６などの３つの試料室がテーブル４８６などの個々のシェーカーテーブルで支えられているシェーカーテーブル配列を示しており、すべて、変換実験時に一定の温度及び湿度に保持される遮蔽された室又はエンクロージャ４９０内の支持テーブル４８８上に載せられている。

例えば、遮蔽されたエンクロージャは、１０×１０×１０インチの寸法であり、ワシントン州メリーズビルのＲｏｗｅ Ａｉｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ社製などの１２５インチの６０６１ Ｔ６アルミニウム板で形成される。

図２９Ａに例示されている、第２の一般的な実施形態では、変換コイルは、ヘルムホルツコイルである。理想的なヘルムホルツコイルは、半径１つ分だけ互いに隔てられた、同じ半径を持つ２つの同軸円電流ループからなる。言い換えると、ループは、Ｉ＝ｒとして、Ｉだけ離れている。ヘルムホルツコイルの軸上の任意の点においてコイルにより発生する磁場Ｂｘ（テスラ）は、以下の式により与えられ、磁場の方向は、ループの平面に垂直である。

この式のｍ_０は、透磁率（１．２６×１０^−６Ｈ／ｍ）であり、ｉは、電線内の電流（アンペア）であり、ｒは、電流ループの半径（メートル）であり、ｇは、比ｘ／ｒであるが、ただしｘは、ヘルムホルツコイルの中心からの軸上の距離であり、ｒは、コイルの半径である。

図２９Ａからわかるように、それぞれのコイルにより発生する磁場が加わって、コイルの中心で比較的大きな一様な磁場を与える。コイルは、さらに、正方形でも長方形でもよく、コイル間隔は、知られている原理により、コイル間に一様な磁場を発生するような間隔である。

図２９Ｂ及び２９Ｃは、本発明で使用するのに好適な代替え変換コイルを示している。図２９Ｂの変換器４９４は、長いソレノイドであり、例えば、最大数フィートまでの長さである。ソレノイドの内側の磁場は、ソレノイドの軸に平行であり、ソレノイド内では一定であり、ソレノイドの外側ではゼロになる（無限に長いソレノイドの近似として）。この有限長コイルは、中心近くのみ実質的に一様な場を持つ。そのため、コイルの中心に試料を置くことにより、ＭＩＤＳ信号でコイルに通電すると、試料のところに実質的に一様な磁場が発生する。

図２９Ｃにおいてさらに５００回巻くなど、ソレノイド４９６にさらに巻きを加えることにより、その端のコイルの磁場からの減少を補正するためにコイルの両端にさらに磁場強度を加えることができる。

さらに他の実施形態では、変換コイルは、小さな埋め込み可能な強磁性コイルとすることができ、この場合、コイルの対向端に取り付けられた電極により、又は患者の胸部に対して電磁石が体表面近くに置かれ、信号が埋め込まれているコイルに誘導的に送られる、離れた場所にある誘導系により変換信号を受け取ることができる血管ステントコイルとすることができる。

Ｂ．変換に関する研究
本発明の方法例示するために使用される試料／作用物質系は、以下、及びＢ１〜Ｂ６までの節で詳しく説明されており、（１）Ｌ−（＋）アラビノース（＋）により誘導できるｌａｃオペロンを持つアラビノース誘導細菌系、（２）茎長増殖が除草剤グリホスフェートの存在により阻害されうるスナップえんどう豆植物、（３）茎長増殖が植物ホルモンジベレリン酸により刺激されうるスナップえんどう豆植物、（４）プロテオソーム活性のフェプロペプチンＤ阻害及び信号が存在しない場合の活性の回復を伴うインビトロ系、（５）パクリタキソール（タキソール）に曝すことによるマウス動物モデル系内の癌の治療、及び（６）腫瘍抑制因子ペプチドｐ５３に曝すことによるマウス動物モデル系内の癌の治療を含む。

さまざまな試料物質に対するＭＩＤＳ信号を取得する詳細な方法及びＭＩＤＳ信号による生体系の変換を行う詳細な方法が、それぞれ、実施例１及び２において以下で説明される。

Ｂ１．Ｌ（＋）アラビノースＭＩＤＳによる細菌ｌａｃオペロンの誘導
細菌内のアラビノースオペロンは、遺伝子産物ａｒａＣ及びその同族誘導因子Ｌ−アラビノース、つまり糖の制御の下で、遺伝子プロモーター遺伝子からなる厳重に調節されている系である。異種タンパク質発現は、アラビノース及びａｒａＣ遺伝子を持つプラスミドを使用して厳格に制御することができ、これは両方とも、プロモーター遺伝子の正と負の調節因子である。誘導の機序は、アラビノースの連結反応の後ＤＮＡ要素へのａｒａＣ遺伝子の結合特性のアロステリック変化を伴う。

この研究のために選択された化学センサ系は、Ｌ（＋）アラビノース形態に対して選択的であることが知られているが、Ｄ（−）−アラビノースは、実験式が同一であり、構造も類似しているにもかかわらず、レポーターＧＦＰ ｕｖタンパク質のａｒａＣ−ＰＢＡＤプロモーター遺伝子依存誘導及び発現を誘導しない。したがって、この系及び関係する化合物は、これらの類似の分子に特徴的な回復された分子放射信号（ＭＩＤＳ）の再生を介して変換された遺伝子発現の特異性にアクセスする理想的なツール群となる。

Ｌ（＋）Ａｒａ及びＤ（−）Ａｒａの両方に対する最適化された信号は、以下の実施例１で詳述されているように生成された。簡単にいうと、注入ノイズレベル、及び信号回復に使用される物質の物理的濃縮を変化させることにより、確率共鳴産物について最適化されたということである。アラビノース異性体の等モル溶液の測定結果から導かれる最適化されたＳＲ信号産物の比較は、著しく異なっていた。回復されたＭＩＤＳ信号は、２つの異なるアラビノース異性体について著しく異なり、はっきり区別できると判断された。これらの結果から、回復された分子放射信号は、同一の化学組成及び実験式を持つこれら２つの分子の化学構造に対し反応しやすいことが示唆される。これら２つの異性体は、六炭糖環に結合された４つのヒドロキシル基のシス−トランス配置においてのみ異なる。

細菌試料を、Ｌ（＋）Ａｒａ及びＤ（−）Ａｒａの両方に対するＭＩＤＳ信号に曝したが、その際に、実施例２で詳述されている変換のセットアップ及びプロトコルを使用した。簡単に言うと、典型的な実験において、１００〜５００μｇ／ｍｌのアンピシリンナトリウム（ＬＢ／ａｍｐ）を含むルリア培地で増殖させたｐＢＡＤ−ＧＦＰｕｖ形質転換ＪＭ１０９の一晩培養物を１〜３滴使用して、５０ｍｌの新鮮なＬＢ／ａｍｐの種とした。これをよく混合し、１０ｍｌを２５ｍｌの三角フラスコに移し、基準化学誘導物質の１００Ｘ原液０．１ｍｌ（Ｄ又はＬアラビノース）を加えて所望の最終濃度を得た。これらの種培養物を変換コイル内に入れるか、又は対照としてシェーカープラットフォーム上に残した。ほとんどの場合、変換は、一晩インキュベートとして実施された。

５つの独立の実験に対するＯＤ測定データは、図３０Ａ〜３０Ｅにおいてプロットされている。図３０Ａのプロットは、ＭＩＤＳ信号及び化学作用物質自体への応答としてのＧＦＰの誘導を示している。これからわかるように、ＭＩＤＳ Ｌ（＋）Ａｒａ信号は、その誘導効果において、０．２ｍＭ Ｌ（＋）Ａｒａと比較可能であり、Ｄ（−）Ａｒａ ＭＩＤＳ信号又はＤ（−）Ａｒａ化合物のいずれかに対する応答よりも実質的に大きかった。ＭＩＤＳ信号又はＡｒａ化合物のいずれかが存在しない場合には、ほとんど誘導は見られなかった。図３０Ｂにプロットされているデータは、２つのＭＩＤＳ信号に関して、類似の効果を示している。これ第１の２つの実験では、２つのコイルしか使用しなかった。非ＭＩＤＳ対照は、インキュベータ内に独立に置かれたが、振ることをせず、またインキュベータ温度は、手作業で、コイルの温度に合わせた。コイルは、使用される電圧及び電流で抵抗により熱せられた。したがって、Ｌ（＋）及びＤ（−）ＭＩＤＳ試料の間の相対的差異測定結果が使用された。対照は、単純に、系の正しい化学的応答を示しているだけであり、定量では使用されない。

図３０Ｃ〜３０Ｆにプロットされている３つの実験は、Ｄ（−）ＭＩＤＳ信号又は白色ノイズ対照の場合と比べてＬ（＋）ＭＩＤＳ信号の場合のほうが実質的に大きな誘導を示す。これらのデータは、不活性化学異性体Ｄ（−）アラビノースではなく、同族化学誘導物質Ｌ（＋）−アラビノースから回復されたＭＩＤＳ信号によるａｒａＣ−Ｐ_ＢＡＤオペロンの特定的変換を示している。この系は、基準化学物質は、組成の点は同一であり、立体化学でのみ異なるので、変換効果の特異性のよいモデルとなっている。明らかに、生体系は、これらの構造に対して選択的である。実施された実験では、連続的一晩再生により生じるＬ対Ｄ ＭＩＤＳ信号の相対的誘導は１５〜２０％とかなり整合していた。一実験では、Ｓｕｒｅｓｔｈａらの化学作用誘導プロトコルで使用された誘導期間は、３．５時間と短かったことで、見かけの相対的誘導は７．８％で、バックグラウンドレベルに近かった。

これらの実験条件の下で、増殖と誘導の両方がかなりの長期間にわたって行われる。これらのデータは、ＭＩＤＳ再生が遺伝子の特異的誘導を引き起こすオペロンスイッチオン経路に影響を及ぼすことができるという概念と整合している。作用を持つ可能な遺伝子座は、ａｒａＣタンパク質と相互作用してそれにＬ（＋）アラビノース結合状態を模倣させるＬ（＋）ａｒａ ＭＩＤＳ内にあり、遺伝子導入を引き起こす可能性がある。このモデルは、化学結合の形成を必要としないが、むしろ、アロステリックに系に影響を及ぼすと思われる。

Ｂ２．グリホスフェートＭＩＤＳによる茎細胞増殖の阻害
単量体植物酵素５−エノールピルビルシキメート−３−ホスフェート（ＥＰＳＰ）シンターゼ（ＥＰＳＰＳ）は、エノールピルビルトランスフェラーゼのクラスに含まれる２つの酵素のうちの１つである。リガンド結合は、誘導適合機序のパターンに従って、酵素を開状態から密集閉状態に変換する。ＥＰＳＰシンターゼは、ホスホエノールピルビン酸塩（ＰＥＰ）を使用してシキメート−３−ホスフェート（Ｓ３Ｐ）から、芳香族アミノ酸を含む、細胞内で生産される芳香族化合物の大半の前駆体である５−エノールピルビル−３−シキメートホスフェートに変換する、シキミ酸経路に関与する。この経路内で生産される化合物は、植物乾燥質量の３５％又はそれ以上を構成することが報告されている。この酵素は、哺乳類、魚類、は虫類、鳥類、及び昆虫には存在しないという事実から、抗生物質及び除草剤のよい標的となる。

合成化合物グリホセート（Ｎ−ホスホノメチルグリシン、除草剤Ｒｏｕｎｄｕｐ（登録商標）中の活性成分）は、この酵素に対する競合的阻害剤として作用し、実際、芳香族アミノ酸生合成を、さらにはこれらのアミノ酸から誘導される他の芳香族化合物合成をも遮断する。グリホセートは、ＰＥＰ結合部位に結合する遷移状態類似体である（ホスフェート及びホルメートイオンは、ＰＥＰオキソカルベニウムイオンの活性基を模倣する）。グリホセートは、エノールピルビルトランスフェラーゼクラスにおける他の唯一の酵素である、ＵＤＰ−Ｎ−アセチルグルコサミンエノールピルビルトランスフェラーゼ（ＭｕｒＡ）に結合すらしない、ＥＰＳＰシンターゼに対する高い特異性を示す。

グリホスフェートの最適化された固有（ＭＩＤＳ）放射信号は、以下の方法の節で詳述されているような系機器及びプロトコルを使用して、上のＩＩ節及びＩＩＩ節で説明されている通りに得られた。一実験では、最適化されたグリホスフェートＭＩＤＳ信号は、湿った媒体上で支えられている豆苗に印加され、信号は、７２時間、３７℃、１００％湿度で印加された。さまざまな対照として、（１）無信号、（２）化学的Ｒｏｕｎｄｕｐ（登録商標）、及び（３）白色ノイズ信号があった。茎長は、刺激に曝された後１時間以内に測定され、それぞれのグループにおいて５〜５０個の芽が得られた。

図３１は、４つの実験群のそれぞれにおける茎長の棒グラフプロットを示しており、それぞれの棒の上限及び下限は、茎長最大値及び最小値をそれぞれ表し、中間の線は、その群に対する茎長平均値を表す。図からわかるように、グリホスフェートとグリホスフェートＭＩＤＳ化学信号は両方とも、植物中の実質的に阻害された茎成長に有効であったが、白色ノイズ対照は、茎成長に対しほとんど又は全く効果がなかった。

図３２Ａ及び３２Ｂは、豆苗試料に対するグリホスフェートＭＩＤＳ信号の効果のグラフィックによるわかりやすい証拠を示している。図３２Ａは、化学又はＭＩＤＳ信号処理が行われない場合の、７２時間経った豆苗の写真である。同じ齢であるが、刺激に曝された後１時間以内に取った豆苗は、崩壊した異常成長の明白な兆候を示している。

Ｂ３．ジベレリンＭＩＤＳによる茎細胞増殖の刺激
時系列電磁信号が特異的生物活性分子の生物活性を模倣する能力も、ジベレリン酸−３（ＧＡ−３）を使用してスナップえんどう豆の芽で実証された。ジベレリン酸（ジベレリン酸カリウム、Ｍｅｇａ Ｇｒｏｗ（登録商標）とも呼ばれる）は、場合によっては、種子発芽の刺激を含むさまざまな効果を引き起こしうる、天然に存在する植物成長調節因子である。ＧＡ−３は、多くの種の種子中に天然に存在し、バット内でジベレラフジクロイ（Ｇｉｂｂｅｒｅｌｌａ Ｆｕｊｉｋｕｒｏｉ）カビ培養物を培養し、ＧＡ−３を抽出精製することにより商業生産される。種子をＧＡ−３溶液中に予浸すると、多くの場合、他の方法では冷却処理、後熟若しくは熟成、又は他の長期にわたる前処理を必要とする多くの種類の高休眠種子の高速発芽が引き起こされる。

一定量の成長調節因子ジベレリン酸（．００１％）を１．５ｃｃのＰｙｒｅｘ（登録商標）試料バイアルに入れ、１次超電導グラジオメーターのすぐ近くに配置した。ＤＣから２０００Ｈｚの周波数範囲内の白色ガウスノイズ電流は、Ｂ場の向きがグラジオメーターの軸の法線方向である、磁場を発生する１６巻きヘルムホルツコイルを介してブロードキャストされた。このノイズ信号は、グラジオメーターにより測定されたようにジベレリン酸の分子電磁（磁気）放射線に特徴的な確率論的信号の形成を促進すると想定される。この確率論的信号は、上述のように、ＷＡＶ形式で記録され格納された。それぞれの信号には、一意的な制御番号が与えられた。

上述のように記録された成長調節因子の信号は、アゴニストにのみ固有のスペクトルを識別するために後処理され、ＩＦＦＴを使用してＷＡＶファイルに変換された。５つの研究群が作成され、それぞれの群はサンジエゴのＳｕｎ Ｇｒｏｗｎ，Ｉｎｃ．社から入手した生きたスナップえんどう豆の芽からなる。それぞれの研究群の準備のため、濡れたペーパータオルに芽を置き、スナップえんどう豆の発芽を促進するようにした。

この５つの群は、（１）非影響対照群（十分な光、水、換気があれば自然に発芽する）、（２）成長調節因子ＧＡ−３群（芽は、成長調節因子で処理される）、（３）ノイズコイルを介して印加される白色ガウスノイズ、（４）成長調節因子放出群（工程１の記録された成長調節因子がそれらの芽に対して再生された）、及び（５）成長調節因子放出群（ノイズが除去される−ＩＦＦＴ、つまり、記録された成長調節因子は、アゴニストに固有のスペクトルのみを含むように後処理され、芽に対して再生された）であった。

信号源は、工程１で作成されたＷＡＶファイルであり、これは、アナログに変換され、十分な強度及び品質の信号を手巻き４インチ（ＩＤ）テスラコイルに供給するように構成された低周波ＲＦ増幅器により増幅され、群３、４、及び５は、変換器の上に配置された。十分な電磁遮蔽を使用して、群を互いに絶縁した。十分な光、熱、及び換気を用意して、すべての群に対する健全な成長を促進させた。それぞれの研究の期間は、動的な結果が早い段階で得られない限り７２時間とした。変換器は、直径１８インチの修正ヘルムホルツであり、芽はコイル芯の中心に置かれた。

研究の結果は、図３３にプロットされており、これは、上の群１〜４について茎長が平均的であることを示している。これからわかるように、ジベレリン酸（群４）に対するＭＩＤＳ信号は、自由成長対照（群１）、白色ノイズ（群３）、さらにはジベレリン酸（群２）にわたって平均茎長の著しい増大をもたらした。

Ｂ４．フェプロペプチンＤ ＭＩＤＳによるプロテアソーム活性の阻害
２０Ｓプロテアソーム酵素は、中性洗剤（ＳＤＳ）で活性化される。活性化された酵素による基質Ｓｕｃ−Ｌｅｕ−Ｌｅｕ−Ｖａｌ−Ｔｙｒ−ＡＭＣの切断により、３８０ｎｍでＡＭＣを励起し、４６０ｎｍの蛍光を検出することにより監視できる蛍光ＡＭＣ分子が遊離される。プロテオソーム活性は、フェプロペプチンＤにより阻害される。

第１の研究では、蛍光信号を発生する基質Ｓｕｃ−Ｌｅｕ−Ｌｅｕ−Ｖａｌ−Ｔｙｒ−ＡＭＣの変換の出現により測定されるような、フェプロペプチンＤ及びフェプロペプチンＤのＭＩＤＳ信号がプロテオソーム活性を阻害する能力は、上で、また実施例の中で説明されているのと実質的に同じ方法に従って、測定された。

２０Ｓプロテアソームアッセイキット（ＥＭＤ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｃａｔ＃ ５３９１５８）は、最終体積２００μｌのキュベットフォーマットで使用できるように適合された。実施例３で詳述されている手順を使用して９つの試料をセットアップした。陽性対照試料＃２を７００に設定し、他のすべての測定をその試料に関して実行した。化学阻害剤は、２０Ｓプロテアソームの活性を非阻害活性の２０％未満に阻害した。フェプロペプチンＤ試料から導かれるＭＩＤＳ場では、１．５時間「治療」期間の後分析されたときに、２０Ｓプロテアソーム酵素の活性を３６％未満に下げた。

追跡研究で、試料を室温で一晩（２０時間）インキュベートし、基質が蛍光生成物に変換され続けるかどうかを調べた。ＭＩＤＳ信号が２０Ｓプロテアソームを阻害し、酵素がその場から除外された後も活性を有していた場合、ＭＩＤＳ暴露試料の活性は、阻害剤なしの対照と一致する化学阻害剤を含む他の試料に関して増大するであろう。

以下の表に示されている結果から、陽性対照は、蛍光光度計の感度レベルが減少したことからわかるように、増大し続けたことが示されている。化学阻害剤の活性は、増大し続けた陽性対照に関してより顕著になった。ＭＩＤＳ試料は、２０時間後信号の後増大した唯一の試料であり、これは、１時間３０分のインキュベートに続いて最初に検出された阻害は、もはや、試料が場から除外した後には存在していなかったことを示している。以下の表形式で示されている結果は、図３４にプロットされている。

Ｂ５．タキソールＭＩＤＳによる癌の治療
この研究では、ヒト乳房腫瘍の標準マウス異種移植片モデルにおいて、タキソールの変換分子放射信号の成長阻害ポテンシャルを評価した。タキソールは、特に重合チュブリンからなる細胞骨格要素中のチュブリンサブユニットに非共有的に結合し、その分解を防止し、そうして細胞分裂を阻止し、アポトーシスを誘発することにより働く臨床的に実証されている細胞毒作用物質である。したがって、タキソールは、さらに大きな高分子構造に影響を及ぼす、初期結合事象の下流に波及効果を有するタンパク質単量体に対しアロステリック効果を持つ。細胞傷害効果は、急速に分裂する癌細胞においてより顕著である。タキソールの作用機序は、標的チュブリン分子への結合の後の共有結合の形成又は破壊を必要としない。実験計画法と条件が、実施例４で詳述されている。

図３５Ａでプロットされているデータに関して、個別の動物腫瘍容積の比較から、腫瘍増殖は、この研究の完了時（第３６日）に統計的有意に阻害されたことが明らかになった。標準偏差の２倍の範囲を超えた値として定義される、外れ値は、統計解析に先立ってすべての群から取り除かれた。第３６日には、タキソール、４０ｍＧ、及び６０ｍＧ治療で、それぞれ、腫瘍増殖が４３％、３６％、及び３８％だけ阻害された。４０ｍＧ及び６０ｍＧ治療と標準化学療法薬、タキソールとの比較から、治療には違いがないことが明らかにされ、４０ｍＧ及び６０ｍＧ治療は、外れ値を取り除いた状態で、タキソール治療と似た効き目を示したことが示唆される。

第３６日の腫瘍重量の比較から、腫瘍重量は、さらに、タキソール対照群及び４０ｍＧ治療群においても統計的有意に阻害されたことがわかった。タキソール、４０ｍＧ、及び６０ｍＧは、それぞれ、４３％、３６％、及び２６％、増殖を阻害した（図３５Ｂ）。まとめると、４０ｍＧと６０ｍＧの両方の治療は、ＭＤＡ−ＭＢ−４３５ヒト乳房腫瘍モデルにおいて不利な臨床的徴候なしで類似の効き目を示した。統計的有意性は、３６日後の腫瘍容積及び腫瘍重量を賦形剤対照と比較した場合に両方の治療で得られた。しかし、６０ｍＧ治療から２つの外れ値、及び４０ｍＧ治療から１つの外れ値を統計解析に含めることで、統計的有意性が排除される。４０ｍＧ及び６０ｍＧの両方の治療をタキソール治療と比較したところ、有意な違いのないことが明らかになったが、これは、３６日間の治療後の類似の効き目を示唆している。

Ｂ６．ｐ５３ ＭＩＤＳによる腫瘍増殖の減少
Ａｎｔ−ｐ５３ ｐｅｐの効果は、内因性ｐ５３−２７３Ｈｉｓ突然変異遺伝子を含む、ＭＤＡ−ＭＢ−４６８ヒト乳癌細胞系を使用して試験された。この突然変異は、すべてのｐ５３突然変異の最大１８％までを占める、ｐ５３遺伝子中の２つの最も優勢な突然変異部位のうちの１つとして報告されている。細胞の生存に対するＡｎｔ−ｐ５３ｐｅｐの効果は、最初に、トリパンブルー除外により調べられた。細胞生存カウントは、ＭＤＡ−ＭＢ−４６８細胞において３０μＭ Ａｎｔ−ｐ５３ｐｅｐで５時間治療した後、生存細胞が１０倍減少したことを示していた。対照的に、５時間の間３０μＭのペプチドは、悪性でないｗｔ ｐ５３胸部上皮細胞系、ＭＣＦ１０−２Ａにおける生存性に対し何ら効果を有しなかった。

アポトーシス細胞死は、さらに、Ａｎｎｅｘｉｎ Ｖを外部化リン脂質ホスファチジルセリンに結合することにより確認された。多くの細胞種類において、ホスファチジルセリンは、アポトーシスの初期に膜非対称が失われるため細胞外環境に暴露されてしまう。ＭＤＡ−ＭＢ−４６８細胞は、さまざまな期間にわたり３０μＭのＡｎｔ−ｐ５３ｐｅｐで治療され、Ａｎｎｅｘｉｎ Ｖ−ＦＩＴＣによりインキュベートされ、フローサイトメトリーにより分析された。これらの結果から、約３５％の細胞は、未治療対照と比較して、３０分間のＡｎｔ−ｐ５３ｐｅｐへの暴露の後のＡｎｎｅｘｉｎ Ｖを結合することがわかった。

Ａｎｎｅｘｉｎ Ｖ結合は、ＭＤＡ−ＭＢ−２３１及びＭＣＦ７細胞でも観察されたが、２７ｓｋ細胞では観察されなかった。ＭＤＡ−ＭＢ−４６８細胞は、膜ブレブ形成、細胞収縮、及び核断片化を含む、アポトーシスに関連する特徴的形態変化を示した。ペプチド治療ＭＣＦ１０−２Ａ細胞の形態は、対照細胞に類似していた。さらに、ｐ５３ヌル／ヌル乳癌細胞系、ＭＤＡ−ＭＢ−４５３をＡｎｔ−ｐ５３ｐｅｐで治療すると、ｓｕｂ−Ｇ_１ ＤＮＡ含量又はＡｎｎｅｘｉｎ Ｖ結合の蓄積のないことが示された。ヌルｐ５３ステータスを持つ２つの他の細胞系である、肺腺癌系のＨ１２９９及び骨肉腫系のＳａｏｓ２も、Ａｎｔ−ｐ５３ｐｅｐによりアポトーシスには誘導されなかった。

さらに、ＭＤＡ−ＭＢ−４６８細胞を３０μＭ Ａｎｔ−ｐ５３ｐｅｐで２時間治療すると、ウエスタンブロット法による特徴的な切断活性型のＦＬＩＣＥ（ｐ２６）が生成された。これらのデータから、Ａｎｔ−ｐ５３ｐｅｐ−治療ＭＤＡ−ＭＢ−４６８細胞におけるアポトーシスは、Ｆａｓ／ＡＰＯ−１シグナル経路を介して媒介され、その結果ＦＬＩＣＥ活性が得られたことが示唆される。

ＭＩＤＳ研究では、培地内のＭＣＦ１０−２Ａ細胞をＡｎｔ−ｐ５３ペプチドの溶液について記録されたＭＩＤＳ信号のＭＩＤＳ信号に曝した。細胞は、１時間オン、１時間オフというやり方で、合計治療時間１８時間の間、６０ｍＧのＭＩＤＳ信号に曝された。治療が終了すると、細胞数について培養皿が調べられた。２８時間後に観察された細胞の個数は、対照（ＭＩＤＳ信号なし）について観察されたものに比べて著しく減少していた（対照細胞の約５０％）。

Ｃ．ＭＩＤＳ作用物質及び化学的又は生化学的標的の選択
上述の方法では、本発明が広範なリガンド生化学的作用物質ＭＩＤＳ信号に対し運用可能であることを実証しており、作用物質自体は、細胞内環境の抗リガンド標的と非共有結合的に相互作用することが知られている。これらの研究で考察されているリガンド／抗リガンド標的の対は、細菌系内のｌａｃオペロンと相互作用する、Ｌ（＋）アラビノース、両方ともそれぞれの標的酵素に結合し阻害する、２つの酵素阻害剤（グリホスフェート及びフェプロペプチンＤ）、染色体チュブリン構造に結合し、自己組織化チュブリン構造の解離を阻害する、タキソール、及びＤＮＡ及び可能なタンパク質標的上の結合部位と相互作用し、細胞分裂の停止に関与する因子、例えば、ｐ２１の発現、又は細胞アポトーシスに関与するｂａｘ、Ｆａｓ、ＦａｓＬ、及びＤＲ５を含む、多数のタンパク質の発現を誘発する、腫瘍抑制因子ペプチドｐ５３を含む。

これらの場合のそれぞれにおいて、実際のリガンドは、イオン結合、疎水結合、分散結合、及び／又は水素結合を伴うことができる非共有結合的相互作用を通じてその抗リガンド標的と相互作用する。これらの観察結果に基づき、生物学的作用が生物学的標的、例えば、タンパク質及び／又はＤＮＡ標的との非共有結合的相互作用を伴うリガンドをＭＩＤＳ信号が表す他の系が、リガンドＭＩＤＳ信号に対する類似の応答を示すと当然予想できる。

今日まで、研究された１つのリガンド／生体系は、統計的に意味のあるＭＩＤＳ信号応答を示すことができなかった。この場合、ＭＩＤＳ信号が腫瘍壊死因子関連アポトーシス誘導リガンド（ＴＲＡＩＬ）タンパク質について記録された低周波時間領域信号である癌細胞応答系を伴う。このタンパク質は、細胞内のアポトーシス経路の誘導によりある種の癌細胞を阻害することが知られている。活性型のタンパク質は、リガンド受容体相互作用、例えば、ＴＲＡＩＬタンパク質のＤＲ４及びＤＲ５細胞受容体への結合に関与するように見える配位亜鉛（Ｚｎ）原子を持つ三量体である。ＴＲＡＩＬ化合物（１個の配位Ｚｎ原子及び約６０Ｋの総分子量の三量体）の複雑さ、ＭＩＤＳ信号が三量体又は結合亜鉛特徴を反映できないこと、又は溶液中のＴＲＡＩＬ成分が必要なリガンド複合体を形成できないことが、ＭＩＤＳ効果を観察できないことに関わっているかどうかは知られていない。しかしながら、この結果は、以下で考察されるように、この方法を実施するうえで好適なエフェクター化合物を選択する際の案内として有益であると思われる。しかし、ＴＲＡＩＬ ＭＩＤＳ信号による結果は、癌細胞増殖の意味のある変化がＭＩＤＳ信号への細胞暴露の過程で観察されなかったため、生体試料を不活性ＭＩＤＳ信号に曝すプロセスが単独では系の挙動に影響を及ぼさないことを示している。

共有結合の形成を伴う１つのリガンド／応答系が研究されたが、結果は曖昧なものである。この系は、細菌標的系に対抗するベータラクタム系抗生物質アンピシリンにＭＩＤＳ信号を使用することを伴う。ベータラクタム系抗生物質は、少なくとも一部は、ペプチド転移酵素中のセリン残基の共有結合修飾を通じて作用することが知られている。ＭＩＤＳ信号は、共有結合の破壊又は形成に必要なエネルギーよりもかなり低い相互作用エネルギーを伴うことが予想されるため、共有結合の破壊又は形成を必要とする機序を有するＭＩＤＳ信号が標的内の作用物質特異的応答を引き起こすことができなかった場合に予期されないということはないであろう。

上述の結果に基づく、以下のガイドラインは、生体系に影響を及ぼすＭＩＤＳ信号として使用するのに好適なリガンドエフェクター化合物を選択する際に役立つ。
１．リガンド又はエフェクター化合物は、非共有結合的相互作用、例えば、イオン結合、疎水結合、分散結合、及び／又は水素結合相互作用により生物学的標的と相互作用すべきである。
２．リガンド又はエフェクター化合物は、比較的大きな生体分子、例えば、ｐ５３腫瘍抑制因子のようなタンパク質であってよいが、ＭＩＤＳ信号が生成される際に元になる分子又は複合体の溶液形態は、生物学的活性型であるべきである。そのため、生物学的活性型が二量体又は三量体形成、若しくは配位金属結合を含む場合、これらの活性型は、ＭＩＤＳ信号が記録されるときに主要な形態でなければならない。例示的な化合物は、比較的小さな有機分子又はペプチド、例えば、１ｋダルトン未満のＭＷである。
３．特に有利な化合物は、生体系内の化合物自体の知られている制限を克服する化合物である。特に、例えば標的腫瘍細胞に多剤耐性がある、Ｐ４５０薬物代謝経路が誘導される、又は血液脳関門を越えられないために、化合物の薬物動態プロファイルが劣る場合、化合物のＭＩＤＳ信号送出は、これらの制限を効果的に克服できる。
４．同様に、体内に化合物が蓄積すること、又は薬物が毒性代謝産物に分解することに関係する非特異的毒性効果のため化合物が望ましくない、又はひどい副作用を持つ場合に、ＭＩＤＳ信号は、有利な代替え物質であると期待することができる。

作用物質又は試料が選択された後、好ましくは標的と親和性のある媒体、例えば、水媒体中において、標的系における有効な濃度と似た、又はそれ以上の濃度で、最適化されたＭＩＤＳ信号が生成される。次いで、ＭＩＤＳ信号を使用して、標的系の変換を行い、選択されたレベル、例えば、４０〜６０ｍＧで、作用物質特異的効果を生じさせるのに十分な期間、例えば、２４時間の間、信号を再生する。作用物質特異的効果が観察された場合、ＭＩＤＳ信号は、本発明の変換方法で使用するのに好適なものとして識別される。作用物質特異的効果が観察されない場合、ＭＩＤＳ信号は、さらに、例えば、試料の最も有意なスペクトル成分のみを含む合成信号を生成することにより、最適化することができる。

好適な化合物又は試料を識別した後、化合物の（又は試料の）ＭＩＤＳ信号効果は、標的系、例えば、インビボ若しくはインビトロ生体系を複数の信号レベル、例えば、１０から１００ｍＧの範囲のレベルのそれぞれで、また複数の時間間隔のそれぞれで、例えば、典型的には１２時間から１週間又はそれ以上の期間にわたって連続的暴露又は交互時間暴露で、ＭＩＤＳ信号に曝すことにより最適化し、最適な実現可能な治療投薬量及びスケジュールを設定することができる。

以下の実施例では、本発明のさまざまな方法を例示するが、いかなる形であっても、本発明の範囲を制限することは意図されていない。

実施例１：ＭＩＤＳ信号取得方法
測定時に、試料物質は７０から７４°Ｆの範囲の室温である。試料温度の広範な変動は、温度の増減に応じて、放射を高い周波数又は低い周波数に変移させうる。試料が室温よりも上又は下で記録される場合、測定の前、及び後の物質の温度を記録し、加熱又は冷却の手段を指示する必要がある。

測定される物質が大気に曝される場合、大気湿度は、測定時に記録されなければならない。測定される物質が大気に曝される場合、大気圧は、測定時に記録されなければならない。試料が加圧される場合、圧力は、ポンド／平方インチ、又は水銀柱の高さを単位として記録されなければならない。

環境電磁障害は、分子測定が実行される前、及び後に記録されなければならない。このデータは、後処理のときに試料データから差し引くことができる。

Ａ．試料調製
試料サイズ：０．８から１．５ｃｃ
試料容器：１ｃｃ又は２ｃｃのＰｙｒｅｘ（登録商標）平底バイアル。
試料貯蔵：試料は、さまざまな条件の下で複数回の測定について安全に保持される。試料は、無反応性のネジ蓋をしっかり留めた元のＰｙｒｅｘ（登録商標）試料バイアルに貯蔵される。

Ｂ．ＳＱＵＩＤパラメータの設定
冷却：すべての極低温構成要素は、４ケルビンの動作温度にされる。
電源投入：ＳＱＵＩＤ及びＳＱＵＩＤコントローラが電源投入されると、内部テストが実行され、適切な動作であることが確認される。
チューニング：ＳＱＵＩＤは、最適な動作となるようにチューニングされる（白色ノイズ注入なしで０．４〜０．８マイクロボルトの出力）。
ゲイン：１００Ｘ
ＤＣオフセット：ゼロ
帯域幅：通常（５０ｋＨｚ）
フィルタ：０．３Ｈｚ（ハイパス）

Ｃ．ノイズジェネレータ
信号タイプ：アナログ白色ガウスノイズ、又は均一ノイズ（振幅一定）
出力電圧：最小から最大までの開回路出力電圧は、３ボルトｒｍｓ最小。印加される出力電圧は、最初に、ゼロ出力に設定される。
Ｘチャネル：ノイズ注入のためヘルムホルツコイルに接続される。
Ｙチャネル（反転）：ＳＱＵＩＤ入力コイルの前のグラジオメーターと直列にノイズ消去コイルに接続される（オプション）。
出力インピーダンス：５０オーム

Ｄ．スペクトル解析
ＭＩＤＳ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄａｔａ Ｓｙｓｔｅｍ）から出力されたアナログ信号は、ＰＣＩデータ収集ボードを通じて収集され、格納される。ＷａｖＧｒａｂは、さらに、Ｎｏｉｓｅ ＣｏｍモデルＵＦＸ ９８３７白色ノイズジェネレータと直列にインターフェイスするように設計されている。試料は、後の記録毎にヘルムホルツコイルに印加されるノイズの量を徐々に大きくしながら複数回記録される。一連の記録は、さまざまなノイズレベルの単一の標的試料からなる。

それとは別に、信号収集の手動による方法も使用できる。

Ｅ．確率論的生成
試料ステージは、ＳＱＵＩＤ検出器から引き出される。（試料なし）。わずかな量のゲインがノイズジェネレータチャネルＸに印加される。ノイズジェネレータチャネルＹからの出力は、ＳＱＵＩＤ出力で可能な最も深いヌルを生じるように調整される（白色ノイズ消去−オプション）。ノイズジェネレータの主ゲイン制御は、ゼロに下げられる。試料トレイをグラジオメーターの下の適切な位置にスライドさせることにより、試料が検出器内に挿入される。平均されたフーリエ表示が監視され、基準スペクトルが記録される（注目する帯域幅内）。主ゲイン制御（ノイズジェネレータ）は、基準スペクトルの変化について平均されたフーリエ表示を監視しながら、徐々に進められる。

基準スペクトルを表さない顕著なスペクトルピークが出現した場合、ノイズゲインを進める作業は、停止され、放射の時系列記録が記録される。

Ｆ．後処理
単一分子標的のいくつかの未処理時系列記録が収集され、ＷＡＶ形式で格納される。それぞれの記録は、一定範囲の白色ノイズ振幅にわたって実行された測定の一連の記録のうちの１つを表す。単一分子標的から得られたすべて未処理時系列記録は、バッチ処理を行うようにマークを付けられる。バッチ内のそれぞれの未処理時系列記録の自己相関が求められる。

自己相関関数は、以下の２つの目的に使用される。
Ａ．データ中の非ランダム性を検出すること。
Ｂ．データがランダムでない場合に適切な時系列モデルを識別すること。

自己相関時系列は、追加の処理のためバッチで未処理時系列記録とともに格納される。バッチ内のそれぞれの自己相関時系列は、フーリエ変換を使用して周波数領域に変換される。それぞれ周波数領域変換に対し、Ｘ軸（周波数）内のすべてのデータ点にわたりＹ軸（自己相関スコア）についてＲＭＳ平均が計算される。それぞれの周波数領域変換について、ＲＭＳ平均を超えるすべてのＹ軸外れ値は、表にされる。バッチ内のそれぞれの時系列記録に対する表にされた外れ値の総和が、記録名及び外れ値カウントを表示するスプレッドシートに書き出される。最高の外れ値スコアを持つ時系列記録は、最良の記録信号を表す。

実施例２
変換方法及び条件
２組のコイルで変換研究が実施された。第１の系では、３０ゲージのアルミニウム線からなるコイルの対を、外径２ ５／８”のＰＶＣ芯の高さ３”のセクションに巻き付け、開始コイルの巻き数の３５倍に巻いた。これらは、アルミニウム製ファラデー箱５ １／２”×４”×８ ３／４”（Ｗ×Ｈ×Ｄ）内に配置され、クロスオーバーＲＦ信号について試料を隔離した。両方の箱をオービタルシェーカープラットフォーム上に置き、変換培地を曝気した。試料及びコイルの温度をＣｒａｆｔｓｍａｎ Ｍｏｄｅｌ ８２３２７ Ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔ Ｉｎｆｒａ−ｒｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒで監視した（一致したＲＦ白色ノイズ対照は、実験時には利用できなかった）。

３つの高さ４”のストックからなる第２の組において、内径１”のプラスチック芯を持つ２８Ｇ絶縁銅線の４０００ｆｔスプールを変換コイル（「メガコイル」）として直接使用し、２つのコイルをＭＩＤＳ信号で駆動したが、第３の対照コイルは、ランダム白色ノイズジェネレータで駆動した。この場合、３つのコイルはすべて、ファラデー箱内で絶縁され、オービタルシェーカーに取り付けられた６ｆｔの厚板上で２ｆｔ隔てて取り付けられた。これにより、３つの試料すべてが１つのシェーカーを使用し同じ速度で攪拌されるようにした。サーミスタ温度プローブも、試料の近くのそれぞれのコイルの芯の中に入れ、温度をリアルタイムで読み取るようにした。ＭＩＤＳ信号コイルの両方の組を、最高の入力電圧設定で駆動し、その温度が巻線の抵抗熱から９４〜９７°Ｆ近くで平衡するようにした。試料は、コイルの芯の中心に置き、ＲＦ束の最大の、最も一様な領域を通るようにした（電流設定の制限は、ＲＦ束を制御する駆動電圧による加熱の連関であった）。

実施例３
フェプロペプチンＤ ＭＩＤＳによるプロテアソーム活性の阻害
２０Ｓプロテアソームアッセイキット（ＥＭＤ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｃａｔ＃ ５３９１５８）は、最終体積２００μｌのキュベットフォーマットで使用できるように適合された。以下の手順を使用して９つの試料をセットアップした。
１）反応緩衝液（２０×）１００μｌを、最終体積が１ｍｌとなるようにＨＰＬＣグレード水８８０μｌ及び１００×活性化緩衝液２０μｌで希釈した。
２）希釈された２×反応緩衝液１００μｌを酵素なしの対照管のそれぞれに加えた。
３）２０Ｓプロテアソーム酵素３．２μｌを残りの２×反応緩衝液８００μｌに加え、７本の残りの管それぞれに１００μｌずつ加えた。
４）それぞれの管に水又は水と阻害剤１００μｌを加えた。
５）別の管で、基質４μｌをＨＰＬＣグレード水９６μｌで希釈し、希釈基質の１０μｌ管の分を反応管のそれぞれに加えて最終体積２００μｌを得た。
６）ピペッティングを繰り返して試料をすべて混合し、反応を２時間、３７℃でインキュベートした。３７℃の水槽に一部浸けたヘルムホルツコイル内でＭＩＤＳ場暴露試料をインキュベートして、フェプロペプチンＤの６０ｍＧ ＡＣ場をブロードキャストした。
７）蛍光光度計（Ｔｕｒｎｅｒ Ｄｅｓｉｇｎｓ、カリフォルニア州サニーベール−Ｍｏｄｅｌ ＴＤ−７００）を使用して蛍光を定量し、記録した。
８）２つの複製を含む試料は、グラフの上にアスタリスクを付けて示されている。

試料は以下の通りであった。
１ ２４．９１（ディスク）酵素なし対照（陰性対照）
２ ６９７．９（ディスク）阻害剤なし（陽性対照）
３ ２５．８３（ディスク）化学阻害剤ＡＬＬＮ
４ １０５．６（ディスク）化学阻害剤フェプロペプチンＤ
５ ７９．３５（ディスク）化学阻害剤フェプロペプチンＤ＋ＭＩＤＳフェプロペプチンＤ（６０ｍＧ）
６ ２５１．１（ディスク）ＭＩＤＳフェプロペプチンＤ（６０ｍＧ）
７ ５１９．３（ディスク）阻害剤なし（陽性対照）
８ ２１．９６（ディスク）酵素なし対照（陰性対照）
９ ２０９．７（ディスク）ＭＩＤＳフェプロペプチンＤ（６０ｍＧ）
この研究の結果については上で説明されている。

実施例４
タキソールＭＩＤＳによる腫瘍増殖の減少
ガラス製試料保持器（Ｋｉｍｂｌｅオートインジェクタバイアル）において、（１）事前製剤配合タキソール臨床用バイアルの生の溶液で、１ｍｌのツベルクリン注射器及び２２Ｇの針を使用して、マルチドーズバイアルから０．７ｍｌ取り出して（無菌状態と完全性を保持し、注射器をまた差し込まない）、ＭＩＤＳ測定を行い、次いで（２）この０．７ｍｌのタキソール製剤を使用して、さらに１ｍｇバイアル分のタキソールを溶解し、Ｃｒｅｍｏｐｈｏｒ（登録商標）に関してタキソールの量を増やす。この研究は、インビボヒト腫瘍マウス異種移植片モデルにおいて腫瘍増殖を阻害する変換技術の効き目を評価し、その効果を標準化学療法−タキソールと比較するように計画された。懸濁液中の５００万個のＭＤＡ−ＭＢ−４３５を、無胸腺ヌードマウスの脇腹に皮下注射した。治療は、細胞移植の同じ日に開始した（第１日）。動物を４群のうちの１群に割り当てた。それぞれの動物は、研究持続期間中毎週２回腫瘍増殖について監視された。１つの群は、タキソールで治療され、２つの群は、変換で治療され、１つの群は、対照として作用するタキソール賦形剤で治療された。

マウスは、無胸腺ヌードマウスｎｕ／ｎｕで、ＢＡＬＢ／ｃバックグラウンドを持っていた。Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｔｙｐｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ、ＡＴＣＣ （メリーランド州ロックビル）から入手した５００万個の乳癌腫瘍系ＭＤＡ−ＭＢ−４３５（元々ＮＣＩからのＮＣＩ標準）を埋め込んだ。これは、増殖に対し非エステロゲン依存である乳管癌腫である。従来の治療群（それぞれマウス１０匹）：賦形剤のみ、１５ｍｇ／ｋｇのタキソール、２×週ｉ．ｐ．、研究期間中週２回、ＭＩＤＳ変換群（それぞれマウス１１匹）：２つの異なる電力レベルで。

マウスが常時タキソールのＭＩＤＳ再生に曝されるように標準のマウスケージを収納する、Ｔｒｉｓｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社設計のコイル巻線を持つ直径２ｆｔの直角円柱内にマウスを閉じこめた。治療群のすべてのマウスは、１つのケージに入れられ、連続再生の下で大型変換コイルの中心円筒空洞の領域内で、餌と水を与えつつ飼育された。腫瘍容積測定が行われた期間、及びケージの清掃時に、ケージはコイルから取り出された。この結果、連続的暴露デューティ時間は研究期間の約８０〜９０％となった。

本発明は、特定の実施形態及び用途に関して説明されているが、さまざまな変更、修正、及び他の応用は、請求項に記載されている通り、本発明の範囲内にあることは理解されるであろう。

本発明の一実施形態により形成される分子電磁信号発生検出装置の一実施形態の等角図である。 図１に示されているファラデー箱とその内容の拡大詳細図である。 図１及び２に示されている減衰管の１つの拡大断面図である。 図２に示されているファラデー箱とその内容の拡大断面図である。 図１から４に示されている本発明の他の実施形態の断面図である。 本明細書に説明されているヘルムホルツトランスのコイルを支えるフレームの拡大詳細図である。 他の電磁放射線検出系の図である。 上記の図の検出系に含まれる処理ユニットの図である。 図８の処理ユニットの代替えとなる処理ユニットの図である。 本発明の系により実行される信号検出及び処理の流れ図である。 第１の試料の放射線のスペクトルプロットである。 第２の試料の放射線のスペクトルプロットである。 非相関時間領域試料信号をフーリエ変換することにより生じる、飽和ＮａＣｌの試料に対する５００〜５３０Ｈｚまでの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 相互相関試料スペクトルをフーリエ変換することにより生じる、飽和ＮａＣｌの試料に対する５００〜５３０Ｈｚまでの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 非相関時間領域試料信号をフーリエ変換することにより生じる、アルキルエーテル硫酸塩の試料に対する５００〜５３０Ｈｚまでの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 相互相関試料スペクトルをフーリエ変換することにより生じる、アルキルエーテル硫酸塩の試料に対する５００〜５３０Ｈｚまでの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 脱イオン水の試料に対する５００〜５３０Ｈｚまでの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 飽和ＮａＣｌ溶液の試料に対する５００〜５３０Ｈｚまでの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 脱イオン水の１％ＮａＣｌ水溶液の試料に対する５００〜５３０Ｈｚまでの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 飽和ＮａＢｒの試料に対する５００〜５３０Ｈｚまでの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 脱イオン水のアルキルエーテル硫酸塩水溶液の試料に対する５００〜５３０Ｈｚまでの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 試料なしに対する５００〜５３０Ｈｚまでの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 スペクトルが５０秒間の記録及び４０分間の相関で生成された、１：１００重量／体積溶液でのアミノ酸の試料の、５００から５３５Ｈｚの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 スペクトルが５０秒間の記録及び４０分間の相関で生成された、１：１０，０００の高重量／体積濃度の希釈のアミノ酸の試料の、５００から５３５Ｈｚの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 スペクトルが５０秒間の記録及び４０分間の相関で生成された、１：１，０００，０００の重量／体積濃度の希釈のアミノ酸の試料の、５００から５３５Ｈｚの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 スペクトルが５０秒間の記録及び４０分間の相関で生成された、１：１００，０００，０００の重量／体積濃度の希釈のアミノ酸の試料の、５００から５３５Ｈｚの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 スペクトルが５０秒間の記録及び４０分間の相関で生成された、１：１０，０００，０００，０００の重量／体積濃度の希釈のアミノ酸の試料の、５００から５３５Ｈｚの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 スペクトルが４：２５分の記録及び１２時間の相関で生成された、１：１０，０００，０００，０００の重量／体積濃度のアミノ酸の試料の、５００から５３５Ｈｚの範囲のスペクトル領域内のスペクトルプロットである。 分子電磁信号発生検出装置の他の実施形態を例示する概略図である。 図１６の他の実施形態の断面図である。 図１７Ａの一部の拡大図である。 図１７Ｂの等角断面図である。 図９の処理ユニットの代替えとなる処理ユニットの図である。 本発明のヒストグラムスペクトルプロット法のデータフローの高水準流れ図である。 本発明による、スペクトルプロットヒストグラムを生成するためのアルゴリズムの流れ図である。 ４つの異なるノイズ電力レベルのうちの１つで抽出した試料のヒストグラムスペクトルの図である。 ４つの異なるノイズ電力レベルのうちの１つで抽出した試料のヒストグラムスペクトルの図である。 ４つの異なるノイズ電力レベルのうちの１つで抽出した試料のヒストグラムスペクトルの図である。 ４つの異なるノイズ電力レベルのうちの１つで抽出した試料のヒストグラムスペクトルの図である。 スペクトルプロットヒストグラムを生成し、表示するためのユーザーインターフェースを表示しているコンピュータスクリーンショットである。 スペクトルプロットヒストグラムを生成し、表示するためのユーザーインターフェースを表示しているコンピュータスクリーンショットである。 スペクトルプロットヒストグラムを生成し、表示するためのユーザーインターフェースを表示しているコンピュータスクリーンショットである。 本発明の方法の第２の実施形態による最適な時間領域信号を識別するための工程の流れ図である。 除草剤化合物の４０％を含有する試料に対する時間領域信号の一部を示す図である。 ７０．９−ｄｂｍのノイズレベルで記録された、２５Ａの試料からの自己相関時間領域信号のＦＦＴを示す図である。 ７４．８−ｄｂｍのノイズレベルで記録された、２５Ａの試料からの自己相関時間領域信号のＦＦＴを示す図である。 ７４．８−ｄｂｍのノイズレベルで記録された、２５Ａの試料からの自己相関時間領域信号のＦＦＴを示す図である。 ７８．３−ｄｂｍのノイズレベルで記録された、２５Ａの試料からの自己相関時間領域信号のＦＦＴを示す図である。 図２５の試料に対する自己相関スコア対ノイズ設定のプロットである。 本発明の方法の第３の実施形態による最適な時間領域信号を識別するための工程の流れ図である。 典型的な変換実験における変換機器レイアウトを示す図である。 典型的な変換実験において使用される変換コイル及び容器を示す図である。 シェーカーテーブル上の変換コイルの配列を示す図である。 コイル間の位置の関数としてヘルムホルツコイル変換器内の磁場のプロットを示す図である。 ソレノイド変換器を示す図である。 修正されたソレノイド変換器を示す図である。 ＭＩＤＳ ＡｒａＬ（＋）信号を含む、さまざまな刺激に対する大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）中のＡｒａＬ（＋）誘導緑色蛍光タンパク質の応答を示す図である。 ＭＩＤＳ ＡｒａＬ（＋）信号を含む、さまざまな刺激に対する大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）中のＡｒａＬ（＋）誘導緑色蛍光タンパク質の応答を示す図である。 ＭＩＤＳ ＡｒａＬ（＋）信号を含む、さまざまな刺激に対する大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）中のＡｒａＬ（＋）誘導緑色蛍光タンパク質の応答を示す図である。 ＭＩＤＳ ＡｒａＬ（＋）信号を含む、さまざまな刺激に対する大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）中のＡｒａＬ（＋）誘導緑色蛍光タンパク質の応答を示す図である。 ＭＩＤＳ ＡｒａＬ（＋）信号を含む、さまざまな刺激に対する大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）中のＡｒａＬ（＋）誘導緑色蛍光タンパク質の応答を示す図である。 除草剤ＭＩＤＳ信号（３１Ａ）、茎細胞長の確率プロット（３１Ｂ）、及び同じ実験における幹長の経験的ＣＤＦを含む、さまざまな刺激に応答する幹長の箱ひげ図を示す図である。 ＭＩＤＳ除草剤信号に曝されない場合のスナップえんどう豆の芽の写真である。 ＭＩＤＳ除草剤信号に曝された場合のスナップえんどう豆の芽の写真である。 刺激に応答する茎長の箱ひげ図として表されている、増殖因子ＭＩＤＳ信号を含む、茎長に対するさまざまな刺激の効果を示す図である。 生化学的阻害剤又はＭＩＤＳ信号で１．５時間治療した後（暗色の棒）、及び２０時間の後処理で化学分析されたときの（明るい棒）、２０Ｓプロテオソーム活性の阻害を示す棒グラフである。 ４０又は６０ｍＧのいずれかにより、賦形剤単独、タキソール、又はタキソールＭＩＤＳ信号で処理されたマウスにおいて腫瘍組織を接種した後の日数の関数として腫瘍重量の変化率を示す図である。 同じ４つの動物群に対する腫瘍重量の変化率を示す図である。

Claims (30)

1. 化学的又は生化学的作用物質に応答する系（ｓｙｓｔｅｍ）に対する前記作用物質の効果を生じさせるための方法であって、
   （ａ）前記系を電磁変換器の磁場の領域内に置き、
   （ｂ）前記変換器に、スペクトル分析に基づき、複数の作用物質特異的スペクトルピークを特徴とする低周波時間領域信号を印加し、
   ここで、前記作用物質特異的スペクトルピークは、
   （ｉ）磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を持つ容器内に前記化学的又は生化学的作用物質を入れ、
   （ｉｉ）前記時間領域信号のスペクトルプロットに前記識別可能なスペクトルピークを生じさせるのに有効なノイズレベルのノイズを前記試料に注入しつつ、前記試料からの低周波時間領域信号を記録することとにより得られる、低周波時間領域信号のスペクトルプロットから識別され、
   （ｃ）前記信号を、印加される信号電力で、前記系内において前記系に対し作用物質特異的な効果を生じさせる十分な期間にわたって印加しながら、前記試料を、前記変換器により発生する前記磁場に暴露することとを含む方法。
2. 前記変換器に印加される前記時間領域信号は、
   （ｉ）磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を持つ容器内に前記化学的又は生化学的作用物質を入れる工程と、
   （ｉｉ）前記時間領域信号のスペクトルプロットに前記識別可能なスペクトルピークを生じさせるのに有効なノイズレベルのノイズを前記試料に注入しつつ、前記試料からの低周波時間領域信号を記録する工程
   とにより得られる請求項１に記載の方法。
3. 工程（ｉｉ）は、
   （ａ）所定のノイズ振幅のノイズを前記試料に注入する工程と、
   （ｂ）前記注入ノイズに重ね合わされた試料源放射線からなる電磁波時間領域信号を記録する工程と、
   （ｃ）選択されたノイズレベル範囲内の複数のノイズレベルのそれぞれにおいて工程（ａ）及び（ｂ）を繰り返す工程と、
   （ｄ）前記時間領域信号のスペクトルプロットを作成することにより生成された前記複数の時間領域信号を分析し、前記スペクトルプロット内の情報に基づいて最適化された作用物質特異的な時間領域信号を識別する工程とを含む請求項２に記載の方法。
4. 工程（ｉｉａ）で前記試料に注入されるノイズの発生源は、電力調節可能なガウスノイズジェネレータ及びヘルムホルツコイルを備え、最大１ボルトまでの範囲内で、前記ノイズジェネレータから、選択されたノイズ出力信号を受信する請求項３に記載の方法。
5. 前記分析工程（ｄ）は、
   （ｉ）ｆを時間領域信号をサンプリングするサンプリングレートとして、ＤＣから８ｋＨｚまでの範囲内の選択された周波数範囲のそれぞれの事象ビンｆについて、それぞれのビンにおける事象数を示すヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムに対し、所定の閾値を超えるビンの数に関係するスコアを割り当て、前記スコアに基づいて時間領域信号を選択する工程、
   （ｉｉ）前記時間領域信号を自己相関し、ＤＣから８ｋＨｚまでの範囲内の選択された周波数範囲で前記自己相関された信号のＦＦＴを生成し、前記ＦＦＴ信号に対し、平均ノイズ値よりも高いピークの数に関係するスコアを割り当てて、前記スコアに基づいて時間領域信号を選択する工程、及び
   （ｉｉｉ）ＤＣから８ｋＨｚまでの選択された周波数範囲内で、複数の所定期間のそれぞれで時間領域信号のフーリエスペクトル系列を計算し、前記フーリエスペクトルを平均化し；前記平均化されたＦＦＴ信号に対し、平均ノイズ値よりも高いピークの数に関係するスコアを割り当てて、前記スコアに基づいて時間領域信号を選択する工程
   のうちの１つにより実行される請求項３に記載の方法。
6. 前記分析工程（ｄ）は、
   （ｉ）サンプル持続時間にわたって前記試料の時間領域信号を格納する工程、
   （ｉｉ）前記時間領域信号をサンプリングするためのサンプリングレートＦを選択する（Ｆ＊Ｔは、総サンプルカウントＳであり、Ｆは、サンプリングレートＦでサンプリングされた時間領域信号の実高速フーリエ変換（Ｒｅａｌ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）の周波数領域分解能ｆのほぼ２倍であり、Ｓ＞（２）ｆ＊ｎであり、ｎは少なくとも１０である）工程、
   （ｉｉｉ）前記格納された時間領域信号からＳ／ｎ個の試料を選択し、前記試料に対し実高速フーリエ変換（ＲＦＦＴ）を実行する工程、
   （ｉｖ）前記ＲＦＦＴ信号を正規化し、前記信号の平均電力を計算する工程、
   （ｖ）対応する選択された周波数≧平均電力＊εで測定電力が得られ、０＜ε＜１であり、事象ビンに入れられたカウント総数がそのビンの中の可能な最大のビンカウントの約２０〜５０％の範囲であるように選択される、ｆ個の選択周波数事象ビンのそれぞれに事象カウントを入れる工程、
   （ｖｉ）工程（ｉｉｉ）〜（ｖ）をＮ＞２回繰り返す工程、及び
   （ｖｉｉ）選択された周波数範囲にわたってそれぞれの事象ビンｆについて、それぞれのビン内の事象カウントの個数を示すヒストグラムを生成する工程
   のうちの１つにより実行される請求項３に記載の方法。
7. 前記ＲＦＦＴ信号を正規化するための工程（ｉｖ）において、前記ＲＦＦＴからの正規化された電力値をｆ個の対応する周波数電力ビンに入れ、工程（ｖｉｉｉ）において、（ａ）ｆ個の電力ビンのそれぞれに入れられた累計値をｎで除算し、それぞれのビン内の平均電力を求め、（ｂ）それぞれのビン内の前記平均電力を前記ヒストグラムに表示することをさらに含む請求項６に記載の方法。
8. 前記記録は、ＳＱＵＩＤに結合されたグラジオメーターを使用して実行され、前記注入は、ノイズを前記グラジオメーターに注入することを含む請求項２に記載の方法。
9. 前記作用物質は、リガンド特異的な非共有相互作用を通じて生体系内の抗リガンド細胞標的と相互作用することができるリガンドである請求項１に記載の方法。
10. 前記作用物質は、１つ又は複数の遺伝子のプロモーターと相互作用することができる化合物であって、前記１つ又は複数の遺伝子は前記化合物の存在によりアップレギュレーション又はダウンレギュレーションされ、前記低周波時間領域信号は、前記化合物の低周波時間領域信号を記録することにより生成され、前記適用は、前記１つ又は複数の遺伝子の測定可能なアップレギュレーション又はダウンレギュレーションを生じさせるのに十分な信号振幅及び時間で実行される請求項９に記載の方法。
11. 前記作用物質は、Ｌ（＋）アラビノースであり、前記遺伝子は、細菌ｌａｃオペロン遺伝子を含む請求項１０に記載の方法。
12. 前記作用物質は、生体系の増殖及び生存に必要な酵素と相互作用して、前記酵素を競争的に阻害することができ、前記低周波時間領域信号は、前記化合物の低周波時間領域信号を記録することにより生成され、前記適用は、生体系の測定可能な阻害又は増殖及び生存を生み出すのに十分な信号振幅及び時間の間に実行される請求項９に記載の方法。
13. 前記作用物質は、グリホスフェートであり、前記標的酵素は、植物中の５−エノールピルビルシキメート−３−燐酸（ＥＰＳＰ）シンターゼである請求項１２に記載の方法。
14. 前記作用物質は、フェプロペプチンＤであり、前記標的酵素は、真核細胞内のプロテオソームに関連するタンパク質分解酵素である請求項１２に記載の方法。
15. 前記作用物質が、
    （ａ）前記細胞標的が染色体微小管スピンドルである、チュブリン結合作用物質、
    （ｂ）前記細胞標的が２本鎖ＤＮＡである、アントラサイクリン、
    （ｃ）前記細胞標的が酵素トポイソメラーゼである、トポイソメラーゼ阻害剤、
    （ｄ）前記細胞標的が細胞代謝作用に必要な酵素である、代謝拮抗物質、
    （ｅ）前記細胞標的が免疫応答細胞である、免疫抑制剤、及び
    （ｆ）前記標的が細胞の核内のＤＮＡ複製機構である、腫瘍抑制因子タンパク質からなる群から選択される、哺乳類被検体の癌を治療するための、請求項９に記載の方法。
16. 前記作用物質は、タキソール又はタキソール類似体である請求項１５に記載の方法。
17. 前記作用物質は、ｐ５３抑制因子である請求項１５に記載の方法。
18. 前記電磁変換器は、開放内部を定めるコイル巻線を含み、前記暴露は、前記試料を前記巻線の開放内部に入れることを含む請求項１に記載の方法。
19. 前記電磁変換器は、埋め込み可能なコイルを備え、前記変換器は、前記暴露前に生体系中に埋め込まれる請求項１に記載の方法。
20. 前記信号は、１０〜１００ｍＧの範囲内の選択された磁場強度を生じる効果のある選択された電力レベルで印加される請求項１に記載の方法。
21. 前記暴露は、１時間又はそれ以上の期間にわたり交互の間欠的暴露により実行される請求項１に記載の方法。
22. 化学的又は生化学的作用物質に応答する系に対する前記作用物質の効果を生じさせるための装置において、
    （ａ）スペクトル分析に基づき、複数の作用物質特異的スペクトルピークを特徴とする低周波時間領域信号を格納するためのメモリデバイスであって、前記作用物質特異的スペクトルピークが、
    （ｉ）前記化学的又は生化学的作用物質を磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を持つ容器内に入れ、
    （ｉｉ）前記時間領域信号のスペクトルプロットに前記識別可能なスペクトルピークを生じさせるのに有効なノイズレベルのノイズを前記試料に注入しつつ前記試料からの低周波時間領域信号を記録することとにより得られる低周波時間領域信号のスペクトルプロットから識別される、メモリデバイスと、
    （ｂ）電磁信号が前記変換器に印加されたときに発生する活性磁場の領域を定め、中に前記試料が置かれる、電磁変換器と、
    （ｃ）メモリデバイスを変換器に動作可能なように接続し、印加信号電力で、系内において系に対し作用物質特異的効果を生じさせるのに十分な期間の間、変換器の活性磁場の領域内に試料を置いた状態で前記信号を前記変換器に印加するための増幅器とを備える装置。
23. 前記電磁変換器は、コイル巻線及び開放内部を含み、開放内部の中に前記試料が置かれるように適合される請求項２２に記載の装置。
24. 前記電磁変換器は、その間に暴露場を定める１対の電磁コイルを持つヘルムホルツコイルであり、前記暴露は、前記場内に前記試料を配置することを含む請求項２２に記載の装置。
25. 前記電磁変換器は、埋め込み可能コイルを含む請求項２２に記載の装置。
26. 前記メモリデバイスは、前記変換器及び増幅器から離れた場所にあり、前記信号は、前記離れた場所から前記変換器に伝送される請求項２２に記載の装置。
27. スペクトル分析に基づく複数の作用物質特異的スペクトルピークを特徴とする化学又は生物活性作用物質の低周波時間領域信号であって、
    前記作用物質特異的スペクトルピークが、
    （ｉ）前記化学的又は生化学的作用物質を磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を持つ容器内に入れ、
    （ｉｉ）前記時間領域信号のスペクトルプロットに前記識別可能なスペクトルピークを生じさせる有効なノイズレベルのノイズを前記試料に注入しつつ、前記試料からの低周波時間領域信号を記録することとにより得られる低周波時間領域信号のスペクトルプロットから識別される、低周波時間領域信号。
28. （ｉ）前記化学的又は生化学的作用物質を磁気遮蔽と電磁遮蔽の両方を持つ容器内に入れる工程と、
    （ｉｉ）前記時間領域信号のスペクトルプロットに前記識別可能なスペクトルピークを生じさせる有効なノイズレベルのノイズを前記試料に注入しつつ、前記試料からの低周波時間領域信号を記録する工程とにより発生される請求項２７に記載の信号。
29. 工程（ｉｉ）において、
    （ａ）所定のノイズ振幅のノイズを前記試料に注入する工程と、
    （ｂ）前記注入ノイズに重ね合わされた試料源放射線からなる電磁波時間領域信号を記録する工程と、
    （ｃ）選択されたノイズレベル範囲内の複数のノイズレベルのそれぞれにおいて工程（ａ）及び（ｂ）を繰り返す工程と、
    （ｄ）前記時間領域信号のスペクトルプロットを作成することにより生成された前記複数の時間領域信号を分析し、前記スペクトルプロット内の情報に基づいて最適化された作用物質特異的な時間領域信号を識別する工程とにより発生される請求項２８に記載の信号。
30. スペクトル分析に基づき、２つ又はそれ以上の異なる化合物からの作用物質特異的スペクトルピークを含む請求項２７に記載の信号。

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