(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキャンヘッドを使って平面的目標物をスキャンするための方法であって、前記スキャンヘッド及び前記平面的目標物はスキャンペアの要素として定義されており、そのような要素の一方がスキャンペア移動要素であり他方がスキャンペア固定要素であり、該方法は、
（ａ）前記スキャンペア移動要素がベルト手段に搭載されていて、前記スキャンペア固定要素を前記スキャンペア移動要素のスキャン間隔内に配置する段階と、
（ｂ）前記ベルト手段の回転が前記スキャンペア移動要素と釣合重りの反対方向への同期した移動を生み出すような前記スキャンペア移動要素に対する所定の場所で、前記釣合重りが前記ベルト手段にさらに搭載されていて、前記スキャンペア移動要素と前記釣合重りとを前記スキャンペア固定要素の共通の側に確保しながら前記スキャンペア移動要素に前記スキャンペア固定要素を横断させるために前記ベルト手段を回転させる段階と、を含み、
（ｉ）前記スキャンペア移動要素が第１のスキャンヘッドであり、前記スキャンペア固定要素が第１の平面的目標物であり、前記釣合重りが第２の平面的目標物を横断するために配置されている第２のスキャンヘッドであるか、もしくは
（ｉｉ）前記ベルト手段は、共通の駆動手段によって回転される一対の連続ベルトであって、前記スキャンペア移動要素が前記ベルトの一方に取り付けられていて前記釣合重りが前記ベルトの他方に取り付けられている一対の連続ベルトである、スキャンヘッドを使って平面的目標物をスキャンするための方法、
又は前記（ｉ）及び（ｉｉ）が両立する、スキャンヘッドを使って平面的目標物をスキャンするための方法。
【請求項２】
前記平面的目標物の少なくとも一方がＸ線撮影画像である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記平面的目標物の少なくとも一方が生物学的種のマイクロアレイである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記平面的目標物の少なくとも一方がマイクロ流体デバイスである、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００６年４月７日に出願された米国仮特許出願第６０／７９００６８号の利益を請求するものであり、前記仮特許出願の内容は引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本発明は、リアルタイムＰＣＲにおいて又は核酸若しくは蛋白質のような生物学的種のマイクロアレイにおいて実施される手順において使用されるスキャン装置であって、規則的な二次元配列で配列された多数の個別のサイトで、非常に早い照射、観察、及び／又は検出が実行される任意のタイプの手順又は分析のためのスキャン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
本発明が検討されるスキャン装置は、一本の直線又は一連の直線からなるスキャンパターンで非常に高速にスキャンヘッドを前後に移動させる機械的な運搬手段である。スキャン装置は、光又は他の電磁気的波若しくは粒子又は音響信号を放出するか又は受けるか又は放出し且つ受けるスキャンヘッドを含む様々なスキャンヘッドに合わせて設計されてきた。スキャン中に取り出されたデータは、典型的には、記憶、記録、比較、及び他の共通信号処理機能のための信号処理装置に送られる。
【０００４】
スキャン装置によってスキャンされ得る目標物は、Ｘ線撮影画像、電子パッケージ及び他の電子媒体、並びに生物学的試料のアレイを含むマルチウェルプレート（multi-well plates）を含む。いかなる場合でも、効率的なスキャンにおける目標は高速であること及び高い位置精度である。しかしながら、これらの目標は互いに相容れない傾向を有する、というのもスキャンヘッドの運動は急速な方向の反転とこの反転に続く急速な前後の加速を必要とするからである。これらの加速及び反転は装置に望ましくない振動を生み出し、前記振動は、測定誤差のもとになると共に変形及び磨耗を招来し得る機械的ストレスを装置の構成要素に与える。スキャン装置に結びついたこれらの及び他の問題は、１９８８年１１月１日に発行されたチェハニスキ・エフ・ジェー（Sonoscan社）による特許文献１、２００５年６月２３日に公開されたカール・アール・エス他（Eastman Kodak 社）による特許文献２、２００５年１１月１７日に公開されたケラーマン・ピー・エル他による特許文献３、１９９９年１１月３０日に発行されたメルビル・シー・ディー（ワシントン大学）による特許文献４、及び１９７０年１１月１７日に発行されたチャッブ・シー・エフ（Dynell Electronics 社）による特許文献５に開示されている。これらの特許文献の内容は、これによってその全体が本明細書に組み入れられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４７８１０６７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０１３３７４９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／０２５４９３２号明細書
【特許文献４】米国特許第５９９５２６４号明細書
【特許文献５】米国特許第３５４１５６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、釣合重りを付けられたスキャン装置に存するものであり、前記スキャン装置では、スキャンの動作における並進移動が、ベルト・プーリ装置又はそれらに機械的に同等な物によって実現され、同じベルト・プーリ装置によって駆動されるがスキャン方向とは反対の方向に移動するように配置された釣合重りを有する。本発明は、スキャンヘッドがベルト・プーリ装置によって移動され、目標物が固定されている装置、又は目標物がベルト・プーリ装置によって移動され、スキャンヘッドが固定されている、即ち逆のスキャン作動の装置を包含している。両方の作動を含むために、用語の“スキャンペア”が本明細書では用いられ、前記“スキャンペア”はスキャンヘッド及び目標物を参照するものであり、スキャンヘッド及び目標物の各々はスキャンペアの“要素”として個別に参照される。ベルトに搭載されてベルトの回転と共に移動する要素は、“スキャンペア移動要素”と呼ばれるのに対して、他方の要素は“スキャンペア固定要素”と呼ばれる。本発明においてスキャンされるべき目標物は平面的目標物であり、前記平面的目標物は、スキャンされるべき直線配列領域又はそのような領域の二次元配列のいずれかである。従って、スキャンヘッドがスキャンペア移動要素として用いられたとき、スキャンヘッドは目標物を横断することによって目標物をスキャンし、及び目標物がスキャンペア移動要素として用いられたとき、目標物はスキャンヘッドの上を通過する。どちらの場合でも、スキャンペア移動要素は、スキャンペア固定要素の上又は下のいずれかにあることが可能である。
【０００７】
スキャンペア移動要素がスキャンヘッドである場合、釣合重りが、等しい重量の又は概ね等しい重量の第２のスキャンヘッドであることが可能であり、前記第２のスキャンヘッドは、同一の平面的目標物又は別個の平面的目標物と共に使用され得る。ベルト・プーリ装置に関して、それらは本明細書では“ベルト手段”と呼ばれ、それらは、スキャンペア移動要素と釣合重りの両方が単一のベルトに搭載されている実施形態と、各々が別個のベルトに搭載された実施形態とを包含し、前記別個のベルトは、対等の様態で移動するように共通の駆動装置によって駆動される二本のベルトを備えるものである。全ての場合において、スキャンペア移動要素と釣合重りは同期した直線運動で移動し、一方の物の移動は他方の物とは反対方向且つ同速度の移動である。
【０００８】
目標物に対するベルト装置の位置は、全ての移動構成要素、即ちスキャンペア移動要素及び釣合重りが目標物の同一の側にあるようになっており、一方が目標物の上にあって他方が下にあるようにはなっていない。これは、目標物が生物学的試料のアレイである場合に特に有利である。これは、スキャンペア移動要素及び釣合重りを同一のベルトに配置すると共にベルトプーリの軸を目標物の平面に平行に配置することにより、並びにスキャンペア移動要素の移動が目標物の平面の真上の平面に制限され且つ釣合重りの移動がスキャンペア移動要素の平面の上の平面に制限されるように装置が作動されることによりいくつかの実施形態で実現される。他の実施形態では、スキャンペア移動要素及び釣合重りは、共通のプーリ装置を有する別個のベルトに配置されており、前記プーリ装置のプーリ軸は目標物平面に垂直である。スキャンペア移動要素及び釣合重りは両方とも目標物平面の真上の共通の平面内を移動するか、又は一方が、他方より目標物平面からさらに離間されてもよい。
【０００９】
用語の“スキャン間隔”は、スキャンペアの二つの要素の間の間隔を意味するために用いられ、前記間隔はスキャンヘッドがスキャン作動を実行することを可能にするであろう。光又は他の電磁気的信号のエミッター又はレシーバーであるスキャンヘッドのために、スキャン間隔は、スキャンペアの一方の要素で生成された信号が他方の要素によって受信されることができる間隔である。
【００１０】
本発明の全ての実施形態における釣合重りは、方向及び加速度の急速な反転により引き起こされるスキャンヘッドの振動を著しく削減するか又は取り除く。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるスキャン装置の一実施形態の側面図である。
【図２】本発明によるスキャン装置の第２の実施形態の側面図である。
【図３】本発明によるスキャン装置の第３の実施形態の側面図である。
【図４】本発明によるスキャン装置の第４の実施形態の斜視図である。
【図５】本発明によるスキャン装置の第５の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を規定する特徴は種々の構造で実現することができる一方で、本発明は特定の実施形態の詳細な考察によって全体として最良に理解されるであろう。これら実施形態のいくつかが図に示される。
【００１３】
図１に示される装置では、スキャンヘッド１１が目標平面１２の上に配置されており、また目標平面１２の上のレール１３に滑動可能に接合されている。目標平面１２内の一本の線をスキャンするために、スキャンヘッド１１は、それが取り付けられているベルト１５によって矢印１４で示される方向でレール１３に沿って移動させられる。ベルト１５は、モーター駆動プーリ１６と従動プーリ１７とを含むプーリ装置によって駆動される。釣合重り１８が、同様にベルト１５に取り付けられており、前記釣合重り１８は、第２レール１９に滑動可能に接合されて、矢印２０によって示される方向で移動する。釣合重り１８は、ベルト１５におけるその位置のために、スキャンヘッド１１とは反対方向に移動し、ベルトが回転するときにスキャンヘッドによって生み出される慣性力と釣り合う。
【００１４】
図２の実施形態は図１の実施形態とは逆のものである。図２では、平面的目標物２１がベルト２２に搭載される一方でスキャンヘッド２３が固定されている。ベルト２２が回転すると、平面的目標物２１はスキャンヘッド２３の上で矢印２４の方向で引かれる。釣合重り２５が、平面的目標物２１と等しい速度であるが反対方向に移動する。この装置は、ガラススライドのような目標物、又はフィルムのような支持表面上の所定位置に固定されたサンプル配列を有する他の小さな支持体にとって有用である。図１及び２の両方の実施形態では、目標物上の二次元配列のサイトは、一連の列を連続的にスキャンするためにスキャンヘッドの各直線掃引の後に段階的にベルトを横切る方向でプーリ、ベルト、スキャンヘッド、及び釣合重りからなる全装置を移動させることによってスキャンされることが可能である。
【００１５】
図３の実施形態では、二つの目標物３１、３２の各々が別個のスキャンヘッド３３、３４によってそれぞれスキャンされる。各スキャンヘッド３３、３４は他方に対する釣合重りとして機能する。図には示されないが、ベルト３５は二重ストランドベルトであり、一方のスキャンヘッド３３を支持しているレール３６及び他方のスキャンヘッド３４を支持しているレール３７は両方とも二重レールであり、それら全ては開放空間を間に有しており、前記開放空間は上側のスキャンヘッド３４がその目標物３２へ完全にアクセスすることを可能にする。同一のベルト３５にある両方のスキャンヘッドにより、及び二つのスキャンヘッドが決してプーリ３８、３９の同一の側に存在しないようにスキャンヘッドがベルトに配置されることにより、スキャンヘッドのいずれか一方の移動は、他方のスキャンヘッドが反対方向に移動しているときにだけ生じることとなり、図１の装置で得られた作用と同じ作用が得られる。バリエーションでは、図３の装置は単一の目標物と共に用いられることができ、二つのスキャンヘッドは目標物の全長を反対方向に交互にスキャンする。ここで再び述べるが、全スキャン装置は、一連の列を連続的にスキャンするために、スキャンヘッドの各掃引の間に図の平面に垂直な方向に移動させられることが可能である。さらに別のバリエーションとして、各々が目標物上のサイトの同一列全体をスキャンする二つの異なるスキャンヘッド３１、３２が用いられることが可能であり、二つのスキャンヘッドは、各サイトから異なる情報を収集し、そのことによりベルトの単一の回転によって得られる情報量を増大させる。
【００１６】
図４はさらに別の実施形態を示しており、今度は共通のプーリ装置によって駆動される二本のベルト４１、４２を採用している。前記プーリ装置は、単一のタイミングプーリ４３と単一の従動プーリ４４とから構成されており、前記タイミングプーリはモーター４５によって駆動され、前記モーター４５はＡＣ若しくはＤＣモーター又はステップモーターであることが可能である。スキャンヘッド４６がベルト４１の一方に固定されてガイドレール４７に沿って滑動する一方で、釣合重り４８が他方のベルト４２に固定されて第２のガイドレール４９に沿って滑動する。同じプーリ装置によって作動される両方のベルト、スキャンヘッド、及び十分に離間された釣合重りのために、スキャンヘッドと釣合重りは常に反対方向に移動する。この装置及び他の同様のものでは、釣合重り４８用のガイドレール４９は、釣合効果を著しく損なうことなく取り除かれることが可能である。
【００１７】
図５に示される装置では、スキャンヘッド５１と、ここでは第２のスキャンヘッドとして示されている釣合重り５２とが、目標平面５３の上の共通の平面内で移動する。複数の前記スキャンヘッドは同一のベルト５４に搭載されており、別個のガイドレール５５、５６が二つのスキャンヘッドのために含まれている。前述の図の実施形態におけるように、タイミングプーリ５７がモーター５８によって駆動され、従動プーリ５９が含まれている。二つのスキャンヘッドは矢印６０、６１によって示される方向に移動し、それらが反対方向に移動することを確実にするためにベルトに沿って離間されている。
【００１８】
一般的に、釣合重りの行程経路はそれ自身の重心を定義し、最良の結果を出すには、この重心は、運動する質量に起因する反作用トルクを最小限に抑えるために、スキャンヘッドの行程によって定義される重心にできる限り近づくだろう。また全ての実施形態で一般的に、釣合重りはその質量がスキャンヘッドの質量に近付くほど効率的になるが、質量は、スキャンヘッドの質量に完全に等しいというよりほぼ等しいことで十分である。釣合重りの質量は、好適にはスキャンヘッドの質量の約１０％内に、好適には約５％内に入っている。釣合重りがスキャンヘッドそれ自身以外のものであるとき、釣合重りは、型成形、切削、鋳造、又は別の方法で製造された任意の固体質量であり得る。
【００１９】
本発明は、リアルタイムＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）用の器具使用に価値のあるものであり、また高い位置精度を有し急速移動スキャンが必要とされる場合のどんな用途にも価値がある。そのような用途の事例は、ガラススライド、マイクロタイター板、及びマイクロ流体デバイス即ち微小な直径の流体通路のネットワークによって接続された貯槽を備えるデバイス上のマイクロドットアレイのスキャンである。
【００２０】
また本発明により、平面的目標物をスキャンするためのスキャン装置であって、前記平面的目標物とスキャンヘッドとがスキャンペアの要素として定義されていて、ベルト手段と駆動手段とを具備するスキャン装置において、
（ｉ）スキャンペア移動要素として定義された前記スキャンペアの一方の要素と（ｉｉ）釣合重りとが前記ベルト手段の所定の場所に搭載されていることにより、スキャンペア固定要素として定義されるスキャンペアの他方の要素と共通する側において且つ前記共通する側に平行な直線移動経路に沿う反対方向で、前記スキャンペア移動要素と前記釣合重りの同期した運動を前記ベルト手段の回転が生み出し、
前記駆動手段が前記同期運動を生み出すために前記ベルト手段を回転するためのものである、スキャン装置が提供される。
【００２１】
前記スキャン装置において、前記ベルト手段は単一の連続ベルトであってよい。
【００２２】
前記スキャン装置において、前記ベルト手段が一対の連続ベルトであって、前記スキャンペア移動要素が前記ベルトの一方に搭載され及び前記釣合重りが前記ベルトの他方に搭載された一対の連続ベルトであり、前記駆動手段が、両方のベルトに係合する単一のタイミングプーリと、両方のベルトに係合する単一の従動プーリとから構成されてよい。
【００２３】
前記スキャン装置において、前記スキャンペア移動要素の直線移動経路は、前記釣合重りの直線移動経路と前記スキャンペア固定要素との間にあってよい。
【００２４】
前記スキャン装置において、前記スキャンペア移動要素の直線移動経路と前記釣合重りの直線移動経路は、前記スキャンペア固定要素が存在する第３の平面に平行な共通平面内にあってよい。
【００２５】
前記スキャン装置において、前記スキャンペア移動要素がスキャンヘッドであり、前記スキャンペア固定要素が平面的目標物であってよい。
【００２６】
前記スキャン装置において、前記スキャンペア移動要素が第１のスキャンヘッドであり、前記スキャンペア固定要素が第１の平面的目標物であり、前記第１のスキャンヘッドが前記第１の平面的目標物をスキャンするために配置されており、前記釣合重りが第２の平面的目標物をスキャンするために配置された第２のスキャンヘッドであってよい。
【００２７】
前記スキャン装置において、前記平面的目標物はＸ線撮影画像であってよい。
【００２８】
前記スキャン装置において、前記平面的目標物はＰＣＲ板であってよい。
【００２９】
前記スキャン装置において、前記平面的目標物は生物学的種のマイクロアレイであってよい。
【００３０】
前記スキャン装置において、前記平面的目標物はマイクロ流体デバイスであってよい。
【００３１】
前述した説明は図に示された構成要素に対する様々な変更例を記載しているが、さらに別の変更例が本技術分野に知識を有する者には明らかであろう。また前記別の変更例は本発明の範囲にある。
【００３２】
用語の“一つの（ａ）又は（ａｎ）”は“一つ以上”を意味する。用語の“具備する（comprise）”並びに“comprises”及び“comprising”のようなその変化形は、ステップ又は要素の記述に先行するとき、更なるステップ又は要素の追加が任意選択的であって排除されないことを意味することが意図されている。本明細書に引用された全ての特許、特許出願、及び他の公開された引用文献は、引用することによってその全体が本明細書に組み入れられる。本明細書に引用された引用文献と本明細書の明示的な教示との間のどんな不一致も本明細書の教示を優先して解決されることが意図されている。これは、単語又は句の本技術分野で了解された定義と、同じ単語または句の本明細書で明示的に与えられた定義との間の不一致を含んでいる。
【符号の説明】
【００３３】
１１    スキャンヘッド
１２    目標平面
１３    レール
１５    ベルト
１６    駆動プーリ
１７    従動プーリ
１８    釣合重り
１９    第２レール
【図１】
0005529811.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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