(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出システムであって、
入力放射を与えるための放射源と、
前記入力放射を試料の分析領域に与えるための放射集束装置と、
前記入力放射の前記試料との相互作用から生じる前記試料の前記分析領域からの出力放射を収集するための放射収集装置と、
前記収集された出力放射を検出するための放射検出器と、
前記検出システムを第一の検出モード及び第二の検出モードにおいて作動させるための作動手段とを有する検出システムであって、
前記第一の検出モードにおいて前記分析領域は第一のサイズ及び／又は形状を持ち、前記第二の検出モードにおいて前記分析領域は前記第一のサイズ及び／又は形状と異なる第二のサイズ及び／又は形状を持ち、
前記作動手段は前記検出モードの変更を実施するために前記システムの入力放射励起経路と出力放射検出経路を修正し、
前記システムの前記入力放射励起経路と前記出力放射検出経路の修正は前記放射源と前記分析領域の間の前記入力放射への収差の導入若しくは除去を含む、
検出システム。
【請求項２】
前記作動手段が、前記第一の検出モードにおいて第一の分析面積を、前記第二の検出モードにおいて前記第一の分析面積よりも大きい第二の分析面積を、前記分析領域に与える、請求項１に記載の検出システム。
【請求項３】
前記第一及び第二の検出モードのうちの少なくとも一方に共焦点検出をもたらすための共焦点結像手段を有する、請求項１又は２に記載の検出システム。
【請求項４】
前記作動手段が、前記第一の検出モードにおいて第一の分析体積の厚みを、前記第二の検出モードにおいて第二の分析体積の厚みを、前記分析領域に与える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検出システム。
【請求項５】
前記作動手段が試料をｚ方向にスキャンするための手段を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検出システム。
【請求項６】
前記作動手段が前記放射集束装置の焦点深度を変化させるための手段を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の検出システム。
【請求項７】
前記放射源の前記出力を視準するための視準屈折素子をさらに有し、前記作動手段が前記放射源に対して前記視準屈折素子を動かすための手段を有する、請求項６に記載の検出システム。
【請求項８】
前記作動手段が前記放射源と前記分析領域の間の前記入力放射に収差を導入するために前記放射源と前記分析領域の間の前記入力放射経路内に挿入可能な光ファイバを有する、請求項１に記載の検出システム。
【請求項９】
前記作動手段が前記放射源と前記分析領域の間の前記入力放射に収差を導入するために前記放射源と前記分析領域の間の前記入力放射経路内に挿入可能な散乱素子を有する、請求項１に記載の検出システム。
【請求項１０】
前記作動手段が前記光ファイバと前記分析領域の間の前記入力放射経路内に配置される視準素子をさらに有し、前記検出システムが結像素子及びさらなる光ファイバをさらに有し、前記さらなる光ファイバは前記結像素子と前記放射検出器の間の前記出力放射経路内に挿入可能である、請求項８に記載の検出システム。
【請求項１１】
前記放射集束装置と前記放射収集装置によって共有され、かつ、前記試料へ前記入力放射を与えるため、及び前記試料からの前記出力放射を収集するために配置される、屈折素子を有する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の検出システム。
【請求項１２】
前記検出器が、前記第一の検出モードと組み合わせて第一の面積モードにおいて、前記第二の検出モードと組み合わせて第二の面積モードにおいて動作可能であるように、第一及び第二の結像レンズ装置を有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の検出システム。
【請求項１３】
前記放射検出器が前記放射を検出するための空間的に分布された画素を有する、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の検出システム。
【請求項１４】
前記放射検出器が単一検出器面を有し、前記検出システムが検出器開口をさらに有し、前記検出器開口を調整することによって、前記放射検出器が、前記第一の検出モードと組み合わせて第一の面積モードにおいて、前記第二の検出モードと組み合わせて第二の面積モードにおいて動作可能であるようになっている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の検出システム。
【請求項１５】
試料からの出力放射を検出するための検出方法であって、前記検出方法が、
入力放射を与えるステップと、
前記入力放射を集束し、これによって試料上に分析領域を作り出すステップと、
前記入力放射の前記試料との相互作用から生じる前記試料の前記分析領域からの出力放射を収集するステップと、
前記収集された光を検出するステップと、
検出モードの変更を実施するように入力放射励起経路と出力放射検出経路を修正することによって前記分析領域のサイズ及び／又は形状を変化させ、前記入力放射励起経路と前記出力放射検出経路の修正は放射源と前記分析領域の間の前記入力放射への収差の導入若しくは除去を含む、ステップと、前記方法の最初の３ステップを繰り返すステップと
を有する、検出方法。
【請求項１６】
プログラマブルデバイスが請求項１５に記載の方法を実行することができるようにするためのコンピュータプログラム。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法のステップを実行するように検出システムを制御するコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料からの出力放射を検出するための検出システム及び検出方法に関する。本発明はまた、プログラマブルデバイスが該検出方法を実行することを可能にするコンピュータプログラム、及び該検出方法のステップを実行するために検出システムを制御するためのコントローラにも関する。
【背景技術】
【０００２】
検出システムの一例は、試料を分析するために検出される蛍光を誘起するための試料の励起に基づいている。この例は核酸検査（ＮＡＴ）で使用されている。これは、疾病の遺伝的素因を検出するため、ＲＮＡ発現レベルを測定するため、又は感染症を引き起こすバクテリア及びウィルスなどの病原体の同定のための分子診断における中核的要素である。
【０００３】
多くの場合、特に病原体の同定においては、妥当な試料量に存在する標的ＤＮＡの量が極めて少なく、このことが直接検出を不可能にしている。検出可能な量の標的物質を得るためには、増幅技術が必要である。様々な増幅技術が提案されており、実際に日常的に使用されている。最も広く使用されているものは、所謂ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）に基づいている。
【０００４】
増幅は、高温（通常はセ氏９０度よりも高い）での二本鎖ＤＮＡの変性、低温（およそ６５度）でのＤＮＡ試料へのプライマの特異的結合、及び（およそ７０度での）プライマ位置から開始する元の配列の複製を含む。この手順が繰り返され、各サイクルにおいて特異的配列を持つＤＮＡの量は倍増される（１００％の効率で進行する場合）。
【０００５】
増幅後、標的ＤＮＡの存在は、終点において、例えばキャピラリでの電気泳動分離後、又は、増幅産物が流される表面上のスポットに適用される所謂キャプチャプローブへのハイブリダイゼーション後に、増幅された標識ＤＮＡの蛍光強度を測定することによって検出される。そのような方法は終点ＰＣＲ検出法と称される。こうした方法は一般的に、特定ＤＮＡ配列の初期濃度の定量的測定を可能にしないが、特定の標的配列がその試料中に存在したか否かの定性的な答えをもたらす。
【０００６】
標的ＤＮＡの濃度の定量的測定のために、所謂定量的ＰＣＲ（ｑ‐ＰＣＲ）又はリアルタイムＰＣＲ技術が利用可能である。ｑ‐ＰＣＲはＰＣＲ増幅の一般的方法に基づくが、増幅サイクルごとの終わりにＤＮＡ濃度を動的にモニタリングすることを可能にする。これは増幅されたＤＮＡ産物にハイブリダイゼーションされたときにのみ発光する特殊な蛍光プローブに基づく。
【０００７】
様々なアプローチが知られており、その２つが図１に概略的に示される。図１ａでは、円であらわされるＣＢＲグリーン蛍光色素分子はクエンチ（消光）されている、つまり、これらは二本鎖ＤＮＡ分子の中に取り込まれなければ蛍光を発しない。これらは１０に示されるように二本鎖ＤＮＡに結合されると蛍光性になる。ＰＣＲの毎サイクル後の二本鎖ＤＮＡの濃度の増加に伴い、蛍光シグナルが増加し、複製状態を分析するために測定されるはずである。
【０００８】
代替的アプローチは、図１ｂに概略的に示される所謂ＴａｑＭａｎプローブを使用する。このアプローチは変性後の一本鎖ＤＮＡの特定配列に結合されるものである。この状態では、近接ダイへのエネルギー転移が蛍光色素分子をクエンチする。配列がプライマから開始して複製されるとき、概略的に示されるように、プローブは切断されて鋳型から除去される。蛍光シグナルの量は放出されたプローブ１２の量に比例し、これはＤＮＡ分子の数に比例する。
【０００９】
同様の特徴を持ついくつかの代替的プローブ法が開発されている。
【００１０】
蛍光の検出が、特定の標的ＤＮＡ試料の存在の定性的測定、及び試料中に存在するＤＮＡの量の定量的測定の両方にとって必要とされることが、序論から明らかとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は上記の要件を満たすことができる検出システム及び検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は独立請求項によって定義される。従属請求項は有利な実施形態を定義する。
【００１３】
本発明によれば、試料の分析領域から出力放射を検出するための検出システム及び検出方法が提供され、分析領域のサイズは、作動手段によって異なる検出モードの動作間で変化させることができ、それを用いて、システムの放射入力側でシステムを変更することによって分析領域（又は同等に放射入力領域）が変更され得る。
【００１４】
入力放射は集束によってもたらされ得る。回折限界スポットが検出モードのうちの少なくとも１つにおいて使用されることができる。
【００１５】
本発明の文脈内で、分析領域とは分析体積形状を有する分析体積と解釈されるものである。分析体積は、ｚ軸が試料の表面に垂直な方向に配向されるデカルト座標系において定義され得る。ｘ軸及びｙ軸はｚ軸の方向に垂直なｘｙ平面に及ぶ。いくつかの選ばれたｚ座標を持ち、試料内に含まれるｘｙ平面と、試料から発する出力放射のビームとの交点が、分析体積の断面を定め、従って分析面積を定める。分析体積内の異なるｚ座標における分析面積はサイズ及び／又は形状が異なってもよい。
【００１６】
分析領域、従って分析体積又は分析面積は、収集装置、集束装置、又はその両方の構造に応じて異なるサイズ及び／又は形状を持ってもよい。例えば集束装置が、分析領域内に完全に包含される、つまり分析領域と完全に重なる集束領域（集束体積とも解釈される）を定める場合は、収集装置が分析領域を定める。
【００１７】
従って分析面積は、円形であるか、長円形であるか、又はラインの形状で長尺のものであってもよい。これらは以下の記載において明らかにされる利点を持つ可能性がある。分析体積の厚みは通常はｚ軸に沿って測定される。本発明のシステム及び方法を用いて、第一の検出モードにより定性的情報を、第二の検出モードにより定量的情報を試料から得ることが可能であり、又はその逆もまた同様である。例えば該システムは、第一のモードでは表面指向検出が可能になり、一方第二の検出モードでは体積指向検出が可能になるように、分析領域を変化させる可能性を提供する。代替的に又は付加的に、異なる検出モードにおいて、試料表面上に投影された分析領域面積という点で、又は異なる分析領域形状という点で、異なる分析領域が提供されてもよい。
【００１８】
本発明は１つの検出モードによる終点検出と、別の検出モードによるリアルタイムＰＣＲ測定の両方の併せた実施を可能にするため、この異なる検出モードは例えば、例えばＰＣＲを使用するオリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチド測定に基づくセンサ又は診断システムにおいて有利に使用され得る。
【００１９】
該システム及び方法はＲＣＡ又はＮＡＳＢＡ手順のためにも使用され得る。
【００２０】
検出システムに分析領域のサイズ及び／又は形状を変化させるための変化手段を与えることは、検出システムが少なくとも２つの異なる検出モードで作動され得ることを可能にする。第一の検出モードは第一のサイズを持つ分析領域を持ち、第二の検出モードは第一のサイズと異なる第二のサイズを持つ分析領域を持つ。検出モードのうちの一方を用いて定性的試料情報が得られ、他方のモードを用いて定量的試料情報が得られる。
【００２１】
試料の特性に応じて、分析領域のサイズの変化は、分析面積の厚みを実質的に変化させることなく、実質的に分析面積における変化としてもたらされてもよく、又はその逆もまた同様であるか又はその両方である。その各々が以下で明らかにされる利点を持つ。
【００２２】
本発明では、分析領域は該システムの入力放射側で、又は入力放射が与えられる方法のステップにおいて変更される。結果として、検出装置は、出力放射を作り出す入力放射の試料との相互作用から生じる出力放射を検出するように配置される。このために一実施形態では、例えば、試料によって散乱、反射、及び／又は透過される入力放射から生じる出力放射を収集するように、放射収集装置が配置される。この実施形態では入力放射の周波数範囲は出力放射の周波数範囲と実質的に同じである。別の好ましい実施形態では、放射収集装置は、蛍光及びリン光放射を含む発光放射の形で出力放射を収集するように配置される。この実施形態では、入力放射は、試料を励起し、かつ試料から放出される発光放射をもたらす励起放射である。一般的に発光放射である出力放射の周波数範囲は、一般的に励起放射である入力放射の周波数範囲とは異なる。
【００２３】
検出システムは光学検出システムであってもよく、放射収集装置は例えばＵＶ及び／又は可視スペクトルからの放射を検出するように配置される。
【００２４】
検出システムは、化学、生物学、及び／又は生化学試料の検査のための特性化又は分析システムとして適している。試料は固体、液体、及び／又は気体であってもよい。それらは実質的に純物質及び／又は均一若しくは不均一混合物であってもよい。
【００２５】
検出システムは、一方のモードでは試料の構成が１度だけ測定される必要があるが、他方の検出モードでは、特に試料内で発展する化学反応を考慮した時間中の試料の構成の変動又は変化が測定される必要がある場合に、有利である。
【００２６】
特に興味深いのは、バイオセンシング又は診断の分野における本発明の応用である。これは定性的及び定量的構成に関する試料の分析のために、柔軟で、拡張可能で、かつ費用効果的なアプローチを可能にする。化学又は生化学応用では、試料は検出される１つ以上の構成成分を有する溶液であってもよい。検出システム及び方法は、例えばウィルス、バクテリア、微生物、タンパク質、酵素、ホルモン類若しくは他の調節種、例えばＲＮＡ及びＤＮＡ配列などのオリゴヌクレオチド若しくはポリヌクレオチド、又は薬物若しくは薬剤といった、標的又は被分析物とも称される構成成分に関して、純粋であるか又は何らかに調製された、血液、唾液、若しくは他の体液を特性化してもよい。
【００２７】
該システムは例えば、ポリメラーゼ連鎖反応装置、以下"ＰＣＲ"装置などの、オリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチド複製装置を有することができる。この場合、表面及びバルクスキャンモードに基づいて、検出システムは、必ずしもそうとは限らないが、分析領域が第一のサイズを持ち、該システムが共焦的である、定性的又は終点ＰＣＲ用の第一の検出モードと、定量的又はリアルタイムＰＣＲ検出をもたらすために分析領域が第二のより大きなサイズを持つ、第二の検出モードという、少なくとも２つのモードで動作可能であってもよい。
【００２８】
従ってＰＣＲ装置は、オリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチドの定性的研究、すなわちその同定又は特性に関する研究を有利に提供する可能性があり、これは例えばＰＣＲ装置の増幅チャンバ内部でのオリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチド濃度の定量的測定を提供し得る。
【００２９】
他の複製装置は、例えばＥｘｐｅｒｔ  Ｒｅｖ．Ｍｏｌ．Ｄｉａｇｎ．５（４），２００５，ページ４７７‐４７８及びＮｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｂａｓｅｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＮＡＳＢＡ）に発表された論文において説明されているＲｏｌｌｉｎｇ  Ｃｉｒｃｌｅ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＲＣＡ）に基づくものを含む。
【００３０】
このように、該システムは、検出システム装置の再設計なしで、柔軟かつ費用効果的な方法で両技術（定性的及び定量的分析）が実行されることを可能にする。
【００３１】
一実施形態では、本発明は、例えば試料内の２つ以上の異なる構成成分の多重測定を可能にする多重発光検出などの多色放射検出に基づくことができる。多重化は一般的に同時検出により時間を節約する。これは、以下で明らかにするように例えば画像検出を用いても検出がやはり同時であるとき、特にそうである。
【００３２】
一実施形態では、独立デカルト座標の１つ又は組み合わせのいずれかにおける試料スキャンのオプションが可能である。このために、検出システムは少なくとも放射収集装置を有するスキャン放射ピックアップユニットを有してもよい。
【００３３】
一実施形態では、変化手段が、第一のモードにおいて分析領域に第一の分析面積を与え、第二のモードにおいて第一の分析面積よりも大きい第二の分析面積を与える。この実施形態は、試料の特性が、定量的試料情報の測定が定性的データの測定よりも大きな分析面積を必要とするようなものである場合に有利である。そのようなものは、試料成分濃度、試料成分の力学的又は熱力学的特性によって測定され得る。例えば、検出される成分の溶液と接する固定化表面の分析面積からの出力放射の測定は、分析面積のサイズが所定閾値を超えて小さいときに固定化表面上に固定化されると、溶液中の検出される成分の真の濃度を反映しない可能性がある。
【００３４】
一実施形態では、検出システムは第一及び第二の検出モードのうちの少なくとも１つにおける共焦点検出システムである。それについて放射検出装置は、例えばその上に共焦点結像素子が出力放射を集束する開口と組み合わせた、レンズの形の屈折結像素子といった、共焦点結像素子を有する。開口は、検出器の前の出力放射経路の中にピンホールとして配置され得る。あるいは、開口は検出器の画素であってもよい。共焦性が検出モードのうちの１つにしか与えられない場合、共焦点結像素子は好ましくは、共焦性を必要としない検出モードにおいてその機能が除かれるように配置される。これは例えば、開口、又は開口及び共焦点結像素子を、その非共焦点モードにおける放射経路から除くことによってなされてもよい。共焦点検出は例えば少なくとも第一の検出モードに提供され得る。共焦点検出は、開口上に集束される方向と一致しない、放射収集装置へ向かう方向に進むいかなる出力放射をも大幅にフィルタ除去するので、表面検出用に配置される検出モードにとって有利である。従って共焦性は、放射検出装置の焦点内に置かれるもの以外の試料位置から生じる放射の検出を大きく減少させる。従って、焦点内の分析領域の上及び下の背景放射形が大きく減少される。これは、複製プロセスが前述の複製を有するようなときに化学反応を追跡するように配置される診断システムのために有利に使用される。
【００３５】
後者のオプションは、共焦性及び体積スキャン間のスイッチングを提供し得る。さらに、このユニットは、試料の表面結合又は固定化した被分析物の検出にとって好ましい共焦点表面スキャンモードにおける動作と、試料の体積検査にとって好ましい非共焦点バルクスキャンモードにおける動作との間をスイッチすることができる。検出システムの改良された汎用性をもたらすモード間のスイッチングは、本発明に対して定められる共焦性の調節によって可能になる。
【００３６】
大まかな本発明の検出システムにおいて、及び特に前述の定性的モードにおいて、第一のサイズは集束装置によって作られる回折限界スポットに対応することができ（例えば約１立方ミクロン）、一方第二のサイズはもっと大きく、例えば少なくとも１０、少なくとも１００、少なくとも５００、又は少なくとも１０００立方ミクロンである。
【００３７】
検出システムは、例えば放射集束装置と放射収集装置によって共有されるレンズなどの屈折素子を有してもよく、これは試料へ入力放射を与え、試料からの出力放射を収集するように配置される。好ましくは、屈折素子が共有励起／収集素子であるように、入力放射は励起放射であり、一方出力放射は発光放射である。これは周波数特性に対して両タイプの放射の容易な分離をもたらす。
【００３８】
屈折素子は、共焦点顕微鏡法において知られるように、試料の三次元スキャンを実施するためにスキャン可能であることが好ましい。例えば、独立デカルト座標におけるスキャンが提供され得る。
【００３９】
分析領域のサイズを変化させるための手段は、放射集束装置の焦点深度を変化させるための手段を有することができる。これは後方シフトされた焦点を与えることによってスポットから体積へと焦点を変えることができる。レンズなどの視準屈折素子が、放射源の出力を視準するために使用されることができ、分析領域のサイズは放射源に対して視準屈折素子を動かすことによって変化させることができる。
【００４０】
分析領域のサイズを変化させるための手段は、放射源と分析領域の間の経路内に収差を導入するための手段を代わりに有することができる。この意図的収差もやはり、分析領域、すなわち焦点における体積を増加することができる。収差を導入するための手段は、例えばビーム整形位相板を含む。収差は検出システム用に使用される放射源に応じた光学収差である可能性がある。
【００４１】
一実施形態において、分析領域のサイズを変化させるための手段は、放射源と分析領域の間の放射経路内に挿入可能な光ファイバを有する。これはある面積にわたって均一な光強度をもたらすことができ、そしてこれはシステムが試料上に作ることができる焦点の最小サイズ又は面積を制限することができる。
【００４２】
一実施形態において、分析領域のサイズを変化させるための手段は、放射源と分析領域の間の放射経路内に挿入可能な散乱素子又は媒質を有する。
【００４３】
一実施形態において、検出システムは、放射集束装置と放射収集装置によって共有され、かつ、試料へ入力放射を与えるため、及び試料からの出力放射を収集するために配置される、屈折素子を有する。この実施形態は、共有することによってシステムの構成部品が削減され、ひいてはシステムのサイズだけでなく製造コストと複雑さも削減するので、有利である。加えて、検出モードのうちの１つが共焦点又は非共焦点のいずれかの表面検出モードである場合、ここでは一般的に出力生成種の数が減少される状況において可能な限り多くの放射を収集する必要があるが、高開口数の屈折素子が使用され得る。しかしながらそのような素子は、一般的にそのような素子によって与えられる非常に小さな焦点体積に分析領域が制限されるので、特に体積測定にはほとんど適していない。そこで本発明は、第一の検出モードにおける高開口数の使用という利点を失うことなく、第二の検出モードにおける分析領域の拡大を可能にする。従って屈折素子の交換は必要ない。加えて１つの放射検出経路がシステムにおいて必要である。
【００４４】
放射検出器は必要に応じて選ばれ得る。一実施形態において、放射検出器は放射を検出するための空間的に分布された画素を有する、すなわちこれは画素化放射検出器を有する。活性化された画素の量及び分布は、例えば表面検出モードに対する小さな検出領域と、体積検出モードに対する大きな検出領域との間でスイッチするために適切に選ばれることができる。代替的な実施形態では、放射検出器は単一検出器面、すなわち例えば複数の必要面積のただ１つの画素を有し、そして検出システムはさらに、開口部材を使用することによって、放射検出器が大きな分析領域に対して大面積モードで、小さな分析領域に対して小面積モードで動作可能であるように、開口部材を有してもよい。放射検出器は例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）又はダイオードアレイ検出器であってもよい。
【００４５】
検出器が、大きな分析領域に対して所望の大面積モードで、小さな分析領域に対して所望の小面積モードで動作可能になることができるよう、２つの異なる結像レンズ装置が代わりに使用されることができる。
【００４６】
対応する利点を持つシステムのこれらに対応する特徴を用いて、本発明の方法は、例えばＰＣＲ、ＲＣＡ、及び／又はＮＡＳＢＡなどのオリゴヌクレオチド又はポリヌクレオチド複製のためのプロセス内に包含される追加ステップを有してもよい。入力放射は、回折限界スポットを使用する集束によってもたらされ得る。
【００４７】
該方法は、試料の分析領域に入力放射を与える集束装置の焦点深度を変えることによって、分析領域のサイズを変化させるステップを有し得る。
【００４８】
該方法は、コリメータレンズを用いて放射源の出力を視準するステップを有してもよく、分析領域のサイズを変化させるステップは、励起放射源に対してコリメータレンズを動かすステップを有する。
【００４９】
該方法は、放射源（２４）と分析領域の間の入力放射経路内に収差を導入することによって分析領域のサイズを変化させるステップを有し得る。
【００５０】
本発明によれば、本発明の検出方法を実行するように検出システムを制御するためのコンピュータプログラム及びコントローラもまた提供される。コンピュータプログラムは、コンピュータ内に包含されるような、標準的半導体技術によって作られる集積回路の形をとってもよい。
【００５１】
ここで本発明の実施例は添付の図面を参照して詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１ａ及び図１ｂは、定量的ＰＣＲ技術におけるＤＮＡ複製中に発光を作り出すための２つの技術を概略的に示す。
【図２】図２は本発明のＰＣＲ装置を示す。
【図３】図３ａ及び図３ｂは、図２の装置の動作モードを変化させる第一の方法を説明するために使用される。
【図４】図４ａ及び図４ｂは、図２の装置の動作モードを変化させる第二の方法を説明するために使用される。
【図５】図５は図２の装置の動作モードを変化させる第３の方法を説明するために使用される。
【図６】図６は図２の装置の動作モードを変化させる第４の方法を説明するために使用される。
【図７】図７は図２の装置で使用され得る検出装置の第一の実施例を示す。
【図８】図８は図２の装置で使用され得る検出装置の第二の実施例を示す。
【図９】図９は図２の装置で使用され得る検出装置の第三の実施例を示す。
【図１０】図１０は本発明のＰＣＲ装置の別の実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
特に、異なる増幅及び検出方法が同じ装置で利用されることができる。典型的には、試料は使い捨てカートリッジに保存される。そして異なるモードは、分析領域のサイズを変えること（すなわちシステムの制御設定を変えること）、及び異なる化学物質をカートリッジに挿入することによって、実施されることができる。
【００５４】
診断シナリオに応じて、多数の異なるオリゴヌクレオチドを定性的又は定量的な方法で検出することが必要とされる。これは、多重増幅、すなわち異なる配列の同時増幅を必要とする。多重化は、多数のチャンバにわたって試料流体（より正確にはＤＮＡ抽出及び精製の試料前処理後に得られる分析溶液）を分布させることによって実現されることができ、各チャンバは異なる配列を標的とする異なるプライマのセットを包含する。あるいは、異なるプライマが単一チャンバに混合され、互いに次々に増幅されてもよい。後者は明らかに、異なるプローブと標的配列間の干渉が無いことを必要とする。
【００５５】
異なる標的配列の相同性に応じて、多数の増幅が単一チャンバ内で実行され得る。リアルタイムＰＣＲの場合、各配列は、選択的ハイブリダイゼーションのために固有の蛍光特性及び固有のプローブ配列によって同定される必要があるという追加の制約が存在する。従って単一チャンバ多重化はリアルタイムＰＣＲの場合にはより制限される。加えて、高度の多重化の場合、非常に特殊な必要試薬が、この方法を終点（定性的）検出よりも高価にする。
【００５６】
上記のＤＮＡ増幅プロセスに基づく分子診断装置は、現在、同時に検出される必要がある配列の数に応じて異なる利点を持つ異なる技術に基づいている。
【００５７】
市販の装置が、拡張可能で、かつ異なる程度の多重化を要する異なる用途に役立つことが望ましい。例えば診断用機器は、理想的にはプラットフォームアプローチを提供して、異なる診断問題に対処できるべきである。小さな程度の多重化の場合は、リアルタイムＰＣＲが好ましい方法であり、大きな程度の多重化、又は非常に臨界的な標的の組み合わせの場合は、終点検出が好まれる。
【００５８】
本発明は、試料の定量的及び定性的特性を検出する異なる検出モードを実施することができるシステムに関する。これを実現するために、本発明のシステム（及び方法）では、発光（蛍光）放射の検出が（準）共焦点及び非共焦点配置間でスイッチされ得る。
【００５９】
定量的方法は、対物レンズを通る光放射によって蛍光色素分子を励起すること、及び例えば反射モードにおいて同じレンズを通してその発光を収集することによる、装置内の蛍光色素分子の濃度の検出として知られている。発光放射は、適切な波長範囲を選択するためにフィルタデバイスを通過した後にセンサデバイス上に投影される。
【００６０】
関心試料にわたるスキャンを可能にするために、レンズは異なる作動手段によって３方向に制御された方法で動かされることができる。定量的分析には非共焦点配置が望まれ、終点分析（すなわち標的の存在の検出）には共焦点配置が望まれる。
【００６１】
図２はＤＶＤ光学系に基づく既知の蛍光スキャナの基本構成部品を示す。調べられる試料は基板２０内の所与の体積中に閉じ込められる。
【００６２】
レーザなどの光源２４によって生成される光は蛍光を励起するために使用される。光はコリメータレンズＬ１によって視準され、その後励起レンズ２６を用いて試料内に集束される。
【００６３】
レンズ２６は、好ましくは三次元全てにおいて試料に対して動くことができる。この相対運動は任意に分離されることができ、例えば試料はｘｙ平面内で動くことができ、レンズはｚ方向に動くことができる。あるいは、試料は固定されたままにすることができ、レンズは単独で３自由度（ｘ‐ｙ‐ｚ）全てを有する。任意の他の構成もまた可能である。
【００６４】
レーザ光は偏光ビームスプリッタ２１、すなわち偏光依存リフレクタによって反射され、四分の一波長板２２及び第一バンドパスフィルタ２３を通過する。
【００６５】
ダイクロイックビームスプリッタ２５、すなわち波長依存リフレクタがレーザ光を励起レンズ２６へ向ける。
【００６６】
試料内に集束された励起光の結果として、誘起された蛍光は、この実施例では励起レンズ２６と同じ構成部品である集光レンズによって集光され、検出器２８の方へ向けられる。
【００６７】
反射された未吸収のレーザ光は全てビームスプリッタ２５によって再度反射されるが、一方蛍光はビームスプリッタ２５を通過する。第二バンドパスフィルタ２７がさらなるフィルタリングをもたらし、光はその後、検出器２８上に試料を結像する結像レンズＬ２によって、検出器２８上に集束される。
【００６８】
光子検出器などの多くの異なる種類の検出器が使用されることができる。
【００６９】
上記の範囲内では、図２の装置は従来通りであり、このため光学部品の詳細な議論はなされない。本発明は共焦点及び非共焦点検出モード間でスイッチする能力を提供する。
【００７０】
共焦点検出モードは終点検出（表面固定化タイプの分析）にとって好ましい方法であり、一方リアルタイムＰＣＲにとっては体積検出が適しているかもしれない。
【００７１】
共焦点モードにおいては、励起体積が最小限に、理想的には励起レンズ２６が作ることができる回折限界スポットに抑えられる。典型的な共焦点体積は励起レンズ２６の強度（開口数、ＮＡ）に応じて立方ミクロンのオーダーである。この体積内で作られる蛍光は集光レンズによって集光され、検出器上に結像される。共焦点法では、焦点は検出経路内の一点と焦点を共有する。検出経路内のこの点には、通常、焦点以外の位置から入ってくるあらゆる光をフィルタ除去するために小さなピンホールが置かれる。
【００７２】
ピンホールを通過する光は検出器の方へ向けられる。検出器の横方向のサイズが、集光レンズ２６の開口数で除される結像レンズＬ２の開口数で拡大縮小される焦点のサイズに一致しなければならないという条件で、検出器自体がピンホールの役目を果たすことが可能である。
【００７３】
この共焦点モードは、終点バイオ実験の結果として、表面固定化分析を行うのに最適である。全試料を分析するためにその表面がスキャンされる。一方、リアルタイムＰＣＲモニタリングの場合は、比較的大きな体積励起と検出が望まれる。モニタされる反応は大きな体積内に空間的に分布され、従って共焦点スキャンは最早時間効果的なオプションではない。
【００７４】
励起光は、所定時間内により大きな統計的に関連する体積をサンプリングする必要がある。この所定時間は、蛍光の測定が増幅のレベルについての関連情報を与える時に対応するＰＣＲサイクルの一部である。理想的には、高ＮＡ集光レンズを用いて高効率の蛍光収集が望まれる。レンズ性能とコストの間には妥協が存在する。
【００７５】
検出器構成は、好ましくは結像レンズＬ２のレンズフィールドがサンプリング体積に一致するように設計される。検出レンズフィールドは、そのレンズによって最小収差を伴って物体面に結像されることができる物体面の部分である。結果として、検出器の横寸法は集光レンズ２６のフィールドに一致され、結像レンズ２８と集光レンズ２６のＮＡ比で拡大縮小される。励起体積はこのサンプリング体積に対応する。
【００７６】
制御装置２９は、同じ表面をスキャンしながら、対物レンズの焦点を、被分析物と接している分析装置の内面に正確に維持する。対物レンズの焦点はまた、故意にオフセットされることもできる。
【００７７】
例として、開口数０．６の強度を持つ非球面単レンズのレンズフィールドによって定められる体積は約６０×６０×６０ミクロンである。典型的にはレンズの開口数が増加するにつれてレンズのフィールドが減少するが、これは特定のレンズ設計にも依存する。
【００７８】
共焦点及び非共焦点動作モード間を最適にスイッチするためには、システムの励起及び検出経路の両方が修正される必要がある。
【００７９】
励起体積の必要な拡張への第一のアプローチは図３に示され、励起レンズの焦点３０の後方シフトをもたらす。これは入射（励起光）波面の平行平面性の修正によって実現されることができる。この結果を実現するために図２におけるコリメータレンズＬ１が使用されることができる。理想的にはコリメータレンズＬ１がレーザに対してその焦点距離に等しい距離に置かれる。この設定では、（Ｌ１通過後の）励起光の波面は図３ａに示されるように平行平面である。レンズＬ１のこの位置からのわずかなオフセットは、励起ビーム波面を発散ビーム（Ｌ１をさらに遠くへ置くとき）又は収束ビーム（Ｌ１をレーザのより近くへ置くとき）へと変える。
【００８０】
発散ビームを作り出す効果は図３ｂに示され、ここでは入射光が平行平面から発散へ変化するので、焦点３０が後方へシフトされる。
【００８１】
励起レンズに衝突する励起光が発散するので、励起光の焦点３０は、励起光が平行平面だったときの状態に対して後方へシフトされる。励起光は狭いスポット（励起／集光レンズ２６の焦点面の前または後）に集束され、このスポットはＰＣＲチャンバ内の蛍光色素分子の退色を生じないということに注意を払わなければならない。これはチャンバ内部の水平スキャンをもたらすことによって確実にされ得る。
【００８２】
このようにして、励起／集光レンズの焦点の周囲の大きな体積３２を相当に均一に励起することが可能である。
【００８３】
コリメータレンズＬ１を電動（小型）ステージ上に配置することは、２つの構成間の容易なスイッチングを可能にする。あるいは、エレクトロウェッティングレンズなどの調整可能レンズが、機械的作動なしに異なるモード間をスイッチするために使用されることができる。
【００８４】
励起体積の必要な拡張への第二のアプローチは図４に示され、これは位相板４０がどのようにビームに大きな収差を導入し、その結果焦点スポットを拡大することができるかを示す。
【００８５】
従って位相板は鋭い焦点励起と広い焦点励起の間をスイッチする代替案を提供する。位相板の使用は多色システムにおいて広く知られ、通常は位相板は、そのシステムにおいて使用される全ての色に対する波面の質を改良するために、ビームを整形するために使用される。一方この実施形態では、位相板は逆の役割を果たす、すなわちこれは衝突波面に収差を導入し、その結果励起／集光レンズによって集束される間、光は広いスポットを形成する。
【００８６】
図４ａは回折限界焦点を持つ共焦点構成を示し、図４ｂはより大きな収差支配焦点体積４２を持つ構成を示す。
【００８７】
共焦点測定モードが望まれる場合、位相板４０は光路内に存在しない。大きな体積励起を活性化するために、位相板４０がビーム経路内に置かれる。位相板はまた、電気制御によりスイッチを入れられる又は調整されるスイッチ可能な位相板であってもよい。これは光路の内外に位相板を機械的に動かすことよりも望ましい可能性がある。
【００８８】
励起体積の必要な拡張への第三のアプローチは図５に示され、これは光ファイバ５０がどのようにこの目的のために使用され得るかを示す。衝突光は妥当な長さの多モードファイバに結合される。ファイバ５０内で、入射平面波面はファイバ内で伝播することができる多数のモードへモード変換を介して変換される。ファイバの出力は再度視準され、励起レンズへ向けられる。
【００８９】
ファイバ内のモード変換のために、ファイバから出る光はファイバ断面にわたって均一に分布され、ファイバのＮＡ内で発散する。結果として、光はファイバ直径（２つのレンズＮＡの比率で拡大縮小される）よりも小さいスポットには励起／集光レンズによって集束されることができない。このように、広い焦点のサイズはファイバ直径によって制御される。全システム、２つのレンズ及びファイバは、好ましくはビームの内／外に配置され得る単一ブロックを形成し、共焦点及び大きな体積励起の間でシステムをスイッチする。図５において焦点体積５２はやはり収差支配される。
【００９０】
励起体積の必要な拡張への第四のアプローチは図６に示され、これは散乱媒質６０がどのようにこの目的のために使用され得るかを示す。このアプローチもやはり、焦点を拡大する直接の結果を伴って、波面の質を変化させる。光が散乱媒質上に集束されるにつれて、光は散乱媒質内に拡散（再分布）され、波面が散乱媒質を通って伝播するにつれて、スポットのサイズが増加される。主に前方散乱媒質が好まれ、すると有用な光路から散乱される光の損失は最小限である。励起／集光レンズによって作られる焦点６２のサイズは、散乱媒質の厚み又は散乱媒質の特性（散乱効率）によって調整されることができる。
【００９１】
ＬＣ‐ゲル又はＰＤＬＣのような電気的に作動される調整可能なディフューザがこの目的のために使用されることができる。散乱媒質をビームの中若しくは外に配置すること、又は、それをオンまたはオフにスイッチすることで、大面積励起と狭い焦点スポット励起の間でシステム動作モードをスイッチする。
【００９２】
検出システムは２つのモードにおいて同時に動作することができる必要がある。
【００９３】
これを実施するための第一の方法は、図７に示されるように大面積画素化検出器を使用することによる。大きな体積検出モードでは、蛍光が検出器に到達し、検出器の画素の多く又は全てにおいて顕著な信号を作り出す。理想的には検出器のサイズは励起体積のサイズに対応する（光学倍率を考慮する）。
【００９４】
システムは共焦点結像モードへシームレスにスイッチされることができる。励起光は試料体積内に狭い焦点を形成するので、蛍光は限られた数の検出器画素のみに到達する。この方法は、位置合わせが必要ないので、特に魅力的である。つまり、検出器面内の関心共焦点面積は、信号処理を介して測定後に決定されることができる、又は、システム較正に基づいて前もって知られることができる。結像光学系は、共焦点体積が検出器画素よりもずっと小さく検出器面内に結像されないように選ばれることができる。
【００９５】
図７の左側は、回折限界焦点を持つ共焦点結像モードにおけるシステムを示し、図７の右側は、収差支配焦点を持つ大面積結像モードにおけるシステムを示す。
【００９６】
例えば大きな体積検出モードにおける検出を簡略化するために、大面積検出器が好まれる可能性がある。"大面積検出器"により、単一受光面を持つ検出器が意味され、ここにおいて検出器はこの表面の異なる部分において受け取られた信号を区別することができない。このアプローチの一実施例は図８に示される。この設計では、システムは検出器の前にピンホール８０を置くことによって共焦点モード結像へとスイッチすることができる。ピンホールのサイズ及び位置は、励起／集光レンズの焦点と焦点を共有しなければならない。
【００９７】
図８の左側は、回折限界焦点を持ち、ピンホール（又は他の開口装置）を使用する共焦点結像モードにおけるシステムを示し、図８の右側は、収差支配焦点を持つ大面積結像モードにおけるシステムを示す。
【００９８】
機械的ピンホール８０の代わりに、オンとオフにスイッチされることができる、及び／又はその直径が調整されることができる、電気シャッターが使用されることができる。
【００９９】
結像レンズと集光レンズの間の焦点距離の比は物体／像の倍率を決定する。検出器サイズが固定されるので、検出器の前の結像レンズＬ２を変えることにより、共焦点結像及び広い体積結像の間でスイッチすることが可能である。このアプローチの一実施例は図９に示される。
【０１００】
理想的には、大きな体積検出の場合、レンズは集光レンズ配置に対応して検出器の前にあるべきである。このようにして、システムの対称性により多くの収差項が取り消され、有効結像フィールドが最大化される。最適には、検出器のサイズはレンズフィールドのうちの１つに一致される。これは図９の右側に示される。
【０１０１】
システムを共焦点結像モードへスイッチするために、検出器の前のレンズは、励起／集光レンズによって励起される狭い焦点スポットが全検出器サイズ上に結像されるよう、大きな倍率を与える（すなわち長い焦点距離を持つ）ものと交換されることができる。このようにして、全検出器面積が両モードにおける光収集のために使用される。
【０１０２】
焦点ウエストを上記のものへと変えるための他の方法がある。例えば焦点ウエストは、回折若しくは屈折光学素子を導入すること、又は、励起光路内のそのような素子の特性をスイッチすることによって、故意に増加されることができる。
【０１０３】
本発明の装置の非共焦点動作モードは、低速測定の問題に対処するために使用されることができる。現在のｑ‐ＰＣＲ装置の１つの主要な制限は、依然として低い速度である。典型的な増幅は３０から４０サイクルを要し、その各々はおよそ１分続く。ポイントオブケア応用にとっては、３０分は長過ぎる。従ってこのプロセスを迅速化することが重要である。現在のところ、速度には２つの制限がある。すなわち、加熱と冷却のための熱伝達により制限されるサイクル時間と、検出の感度により制限されるサイクルの回数である。装置のサイズを減少させることは熱伝導を改良し得るが、感度も減少させることになる。従って感度を増加しつつ装置の小型化を可能にする検出技術が必要とされる。
【０１０４】
第一の手段は、蛍光シグナルの高開口数（ＮＡ）収集をＰＣＲ反応体積の効率的サンプリングと組み合わせることである。検出の感度はＮＡ２に対応する。現在のところ典型的なＮＡは０．１以下であるが、これは０．６５以上にまで増加させることができる。これは収集される蛍光の量に４０倍の増加をもたらす。
【０１０５】
図１０は、励起光、及び検出器に与えられる光に対する多モード光ファイバの使用を示す。図２のものに対応する構成部品は同じ参照番号を与えられており、説明は繰り返されない。このシステムは光ファイバ１００ａ及び１００ｂがレーザ２４の出力及び検出器２８への入力において与えられる点で異なる。上述の通り、多モード光ファイバから出てくる光は点光源ではないが、ファイバコアによって与えられる有限サイズを持つ。これは、光が完全に視準されることができず、その後励起／集光レンズによって有限サイズのスポットに集束されるという効果を持つ。理想的にはファイバコアの寸法は、励起／集光レンズ２６の焦点面内に作られるスポットがこのレンズの視野と同等であるように選ばれる。
【０１０６】
ファイバ１００ａによって励起光をもたらし、収集された蛍光をまたファイバ１００ｂによって検出器へ運ぶことの利点は、励起／収集ユニットが小さくかつロバストに構築されることができ、ＰＣＲ反応チャンバのアレイにわたって容易にスキャンされることができるということである。
【０１０７】
あるいは、ＬＥＤ（発光ダイオード）が励起光源として使用されることができる。第一の実施形態において、これは単純にレーザに取って代わり、ファイバの中へと視準され、その後ファイバの反対側から出る際に視準されることができる。別の実施形態では、ＬＥＤはコリメータレンズＬ１の焦点面内に直接置かれることができる。これは、ＬＥＤが点光源ではなく、光が約１００μｍ×１００μｍ以上の有限表面から放出されるため、可能である。この場合、ＬＥＤの活性領域は理想的には励起／集光レンズ２６の視野に一致される（コリメータ及び励起／集光レンズＬ１，２６の焦点距離の比によって除される）。
【０１０８】
集光／励起レンズ２６はレンズの垂直スキャンを可能にするアクチュエータの中に取り付けられることができる。垂直のみの作動を用いると、励起スポットはＰＣＲチャンバを通過し、効率的に円柱体積を励起し、一方同時に、これは励起された蛍光を収集し、収集光ファイバを介してそれを検出器へ向ける。垂直スキャン中に検出される全蛍光は標識ＤＮＡの量に比例する。理想的には、スキャンされる体積はＰＣＲ体積のかなりの割合をあらわす。これは焦点サイズをチャンバの面積に可能な限り緊密に一致させることによって実現される。
【０１０９】
レンズ２６はチャンバの深さよりも小さい焦点深度を持つことができる。垂直スキャンはチャンバの壁を特定するために使用されることができる。
【０１１０】
ＰＣＲ体積の形状に応じて、代わりに横方向スキャンが、ＰＣＲ体積（又は少なくともそのかなりの割合）をプローブするための好ましい実施形態となることができる。勿論、垂直及び横方向スキャンの組み合わせもまた、ＰＣＲチャンバをサンプリングするために使用されることができる。
【０１１１】
収集体積の（効率的な蛍光収集のための）横寸法は、励起／集光レンズ２６の視野によって与えられ、これは理想的には、励起ファイバのコア、及び励起／集光レンズ２６とコリメータレンズＬ１の焦点距離に一致される。
【０１１２】
理想的には、
【数１】
0005616793.tif 000002
ｄｅｘｃは横寸法における励起スポットの直径、
ｆｅｘｃ／ｃｏｌは励起／集光レンズ２６の焦点距離、
ｆｃｏｌｌｉｍａｔｏｒはコリメータレンズＬ１の焦点距離、
ｄｆｉｂｅｒは励起ファイバ１００ａの直径である。
【０１１３】
蛍光色素標識の退色を引き起こす実焦点を生じることなく、光がＰＣＲ体積を通して効率的にスキャンされることが重要である。退色は複数のＰＣＲサイクル中に蛍光を動的にモニタリングすることによって回避されるべきである。
【０１１４】
励起／集光レンズは高ＮＡを持ち、軽くて小さく、例えば典型的な寸法は５ｍｍの範囲内である。非常に単純なレンズ設計、小さな直径、及び高ＮＡの場合であっても、視野は５０ミクロン直径の範囲内となり得る。
【０１１５】
蛍光を収集するファイバ１００ｂのコアを、励起／集光レンズ２６の視野及び２つのレンズ２６，Ｌ１の焦点距離の比に一致させることによって、準共焦点フィルタリング状態が実現される。これは蛍光検出を、迷光及びＰＣＲ体積内以外の場所で励起される不要な蛍光バックグラウンド（例えばＰＣＲ体積を制限する材料の自動蛍光）になりにくくする。
【０１１６】
例えば数グラムの軽いレンズの場合、典型的なアクチュエータ（例えばＤＶＤプレーヤの光ピックアップユニット"ＯＰＵ"で使用されるような）は数十ミリ秒又はそれよりも速く１ミリメートルの垂直スキャンを可能にすることができる。蛍光収集、すなわちＰＣＲチャンバあたりのサンプリングは、１つの垂直スキャンにおいて、又は複数の垂直スキャンにおいて起こることができ、数十ミリ秒のタイムスケールで完了されることができる。ＰＣＲサイクルに必要な時間は数十秒以上のオーダーであるため、これは十分過ぎるほどである。唯一の要件は、蛍光収集スキャンがＰＣＲサイクルの関連部分と同期されるということであり、蛍光色素分子が活性であるときはＰＣＲサイクルの終わりであることが多い。
【０１１７】
好ましくは、ＰＣＲチャンバの大きなアレイがスキャンされる場合、ＯＰＵのスキャンはそのアレイの温度サイクルと同期される。理想的にはＯＰＵはその熱サイクルのちょうどよい時に各ＰＣＲチャンバに到達することができる。このようにして、スキャン（横方向及び垂直の両方）による余分な遅延を加えることなく、ＰＣＲサイクルの時間と同等な時間間隔（数十秒）にわたってそのアレイの完全なスキャンが延長されることができる。
【０１１８】
ＰＣＲ増幅のための典型的な最小入力体積は数ナノリットルの範囲であり、増幅されるＤＮＡの初期濃度によって与えられる。ナノリットルは１０６μｍ３の体積であり、ピコモル濃度の活性標識（数回の増幅ステップ後の典型的な濃度）において、ナノリットルは１０３蛍光色素分子を含み、その励起された蛍光シグナルは本明細書に記載の方法によって容易に検出可能である（ＰＣＲ体積のかなりの割合がプローブされる場合）。
【０１１９】
上述の通り、この装置は異なる蛍光色素分子の発光の同時モニタリングを可能にするために、複数の光源及び複数のフィルタ装置と併用されることができる。対物レンズは高開口数を持つことができ、これは発光の非常に効率的な収集だけでなく、共焦点読み出しの場合には励起の強力な閉じ込めを可能にし、これは強力な表面選択性を可能にする。
【０１２０】
発光の測定は、例えば温度変化などによって誘導される、分析装置の内部で起こっている反応過程と同期されることができる。
【０１２１】
蛍光強度は、異なるウェルに連続的に飛び移ることにより、多数の反応体積においてプローブされることができる。識別コードがウェルの中に組み込まれることができ、これは対応する発光強度の座標をレンダリングするために同じ励起ビームによって読み出されることができる。分析溶液内の時間依存挙動を導き出すために、同じ位置が複数回測定されることができる。
【０１２２】
本発明の好ましい応用は、分子診断、臨床診断、ポイントオブケア診断、最新式生体分子診断研究、バイオセンサ、特にＰＣＲ、ｑ‐ＰＣＲなどの増幅法と組み合わせたＤＮＡ検出に関するものの分野にある。
【０１２３】
従って本発明の好ましい応用は、増幅後の核酸の検出に基づく分子診断にあり、増幅中のリアルタイム検出（ｒｔ‐ＰＣＲ）を、プローブをキャプチャするハイブリダイゼーションによる固定化が後に続く増幅（終点検出）と単一装置内で組み合わせる。該装置は、単にカートリッジ上で異なる化学物質を用いること、及び機器上のソフトウェアを介してオペレータによって制御可能な機器の制御を調整することによって、２つの技術間を選択することができる。
【０１２４】
該装置は、高速ステッピング作動モードと組み合わされる、励起及び発光放射を透過するレンズの複合ｘ，ｙ高解像作動により、増幅用の多数の反応チャンバだけでなくハイブリダイゼーションスポットの大きなアレイをスキャンするために使用されることができる。
【０１２５】
該システムは、オリゴヌクレオチドに付着される標識によって放出される発光の効率的な収集を確実にする高開口数の集束レンズに基づき、高感度と高空間分解能を提供することができる。本発明は分子診断に対する高い柔軟性と、反応体積のいかなる程度の多重化及び縮小化に対しても費用効果的な解決策を可能にし、このことがそれを特に（マイクロ流体）小型集積デバイスによく適したものにする。
【０１２６】
上記の実施例では、該システムは蛍光検出のために使用される。しかしながら本発明はより一般的に、試料の励起及び得られる光の検出により大まかに関連する。この励起は単に照明から成ることができ、すると誘導される発光は反射である。従って"励起"とは照明を含むように理解されるべきであり、"励起から生じる光"は反射を含むように理解されるべきである。誘導される発光はまたリン光から成ることもできる。
【０１２７】
上記の実施例では、好ましい解決策としてダイクロイックビームスプリッタＤＢＳが使用される。しかしながら通常の（非ダイクロイック）ビームスプリッタもまた使用されることができるが、いくらかの励起出力及び収集される蛍光は消耗される。
【０１２８】
上述の実施形態は本発明を限定するのではなく例示し、さらに当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替的実施形態を設計することができるだろう。
【０１２９】
例えば、図示されていないが、上記のシステムは収集装置から離れた集束装置を持つように修正されてもよい。当業者は、本発明にかかる集束装置に標準的な収集装置を加えることができるだろう。該装置は依然として実質的に同じ設計を持ってもよいが、いかなる要素も共有しなくてもよい。あるいは、上記の実施形態において説明されたものよりも少ない要素が共有されてもよい。
【０１３０】
請求項においては、括弧の間に置かれたいかなる参照記号も、その請求項を限定するものと解釈されてはならない。"有する"という語は、請求項に列挙されたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。ある要素に先行する"ａ"又は"ａｎ"という語はその要素の複数の存在を除外しない。複数の手段を列挙している装置の請求項では、これらの手段のいくつかがハードウェアの１つの同じ項目によって具体化されてもよい。特定の手段が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。
【図１ａ】
0005616793.tif 000003
【図１ｂ】
0005616793.tif 000004
【図２】
0005616793.tif 000005
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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