(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的検出装置上に取り付けられた化学センサを備える、該化学的検出装置と、
該化学的検出装置に複数の試薬容器を流体的に連結する、バルブブロックと、
熱交換器と、
該バルブブロックと該化学的検出装置との間の流体接続を制御するためのコントローラであって、該化学的検出装置に該複数の試薬容器から選択された試薬を入れる前に該試薬の温度を該熱交換器を介して調整するように構成される、コントローラと
を備える、装置であって、
該化学的検出装置が、回路支持基板に形成された複数のセンサと、該回路支持基板上に配置されたマイクロウェルアレイとを備えるセンサチップを備え、該センサチップが、流体の流入のための入口と該流体の流出のための出口とを有し、該センサチップが、該入口に配置された第１の温度センサと、該出口に配置された第２の温度センサと、該センサチップの２つの対向する角に配置された第３の温度センサおよび第４の温度センサとを有し、かつ４つの該温度センサが、該コントローラに連結されている、装置。
【請求項２】
ファンまたはポンプを有しかつ空気または流体により冷却されるヒートシンクを、前記化学的検出装置が備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記バルブブロックが、前記複数の試薬容器に格納されたものから選択された前記試薬を前記化学的検出装置に供給するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記熱交換器が、熱放射により前記バルブブロックを加熱するために該バルブブロックにきわめて近接して配置された金属のラジエタ型ブロックである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記化学的検出装置が、ヒートシンクを備え、前記熱交換器が、第１の経路と第２の経路とを備え、該第１の経路が、前記バルブブロックの排出口（output）と該化学的検出装置の入口とに流体的に連結されており、かつ該第２の経路が、該ヒートシンクに流体的に連結されており、かつ該第１の経路および該第２の経路が、互いに流体的に接続されていない、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の試薬容器の各々がそれぞれの温度センサを備え、該温度センサが前記コントローラに電気的に連結されている、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
各センサが、フローティングゲートを有する化学的感応性電界効果トランジスタ（ｃｈｅｍＦＥＴ）を備え、かつ
該ｃｈｅｍＦＥＴが、それに隣接する１つ以上の反応生成物の濃度または存在に関連する少なくとも１つの電気的信号を生成するように構成され、かつ各マイクロウェルが、少なくとも１つのセンサ上に配置される、
請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記熱交換器が、通過する流体を加熱するための１つ以上の発熱体を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記選択された試薬と前記センサチップとの間の温度勾配を減少するために、前記化学的検出装置に該試薬を入れる前に該試薬の温度を調整するように、前記コントローラが構成される、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記化学的検出装置の温度を所定範囲内に保つように、前記コントローラが構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記化学的検出装置を通って流れる前記選択された試薬の流量を調整することにより該化学的検出装置の温度を制御するように、前記コントローラが構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
化学的検出装置に送達されるための試薬を複数の試薬から選択するステップと、
該化学的検出装置の温度を監視するステップと、
流体の温度を監視するステップと、
該化学的検出装置を通って該流体が流れる前に該流体の温度を調整するステップと
を含む、化学的検出装置を通って流れる流体の温度を制御するための方法であって、
該調整するステップが、該化学的検出装置を通って該流体が流れる前に該流体を加熱するために該化学的検出装置由来の廃熱を用いることを含み、該廃熱を用いることが、該化学的検出装置に該流体が流入する前に該流体を加熱するために熱交換器内で該廃熱を循環させることを含む、方法。
【請求項１３】
前記化学的検出装置の前記温度を空気または流体により調整するステップ
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記流体が、前記化学的検出装置を通って流れる前に第１の経路の前記熱交換器の内部で循環し、該第１の経路が、前記廃熱が循環する第２の経路に隣接するが、該第２の経路から流体的に分離されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
バルブブロックを用いて複数の試薬から前記流体を選択するステップ
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記化学的検出装置が、回路支持基板に形成された複数のセンサと、該回路支持基板上に配置されたマイクロウェルアレイとを備えるセンサチップを備え、
各センサが、フローティングゲートを有する化学的感応性電界効果トランジスタ（ｃｈｅｍＦＥＴ）を備え、
該ｃｈｅｍＦＥＴが、それに隣接する１つ以上の反応生成物の濃度または存在に関連する少なくとも１つの電気的信号を生成するように構成され、かつ各マイクロウェルが、少なくとも１つのセンサ上に配置され、かつ
該化学的検出装置の前記温度を監視するステップが、流体の入口と、流体の出口と、該センサチップの２つの対向する角とにおいて温度を監視することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記センサチップを加熱するように該センサチップ上の発熱体を制御するステップ
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
バイアス電流、バイアス電圧、または前記センサチップの動作周波数を増加または減少させることにより、前記温度を上昇または低下させるように該センサチップを電気的に操作するステップ
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記化学的検出装置および前記流体の温度を互いの所定範囲内に保つステップ
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記化学的検出装置を通って流れる前記流体の流量を調整するステップ
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
反応容器内の１つ以上の反応生成物を監視するための化学センサに連結された、該反応容器と、
該反応容器に複数の試薬を送達するための流体回路と、
熱交換器と、
該流体回路と該化学センサとの間の流体接続を制御するためのコントローラであって、化学的検出装置に該複数の試薬から選択された少なくとも１つの試薬を入れる前に該選択された試薬の温度を該熱交換器を介して調整するように構成される、コントローラと、
該化学センサに基準電圧を供給するために該選択された試薬と接触している基準電極であって、１つ以上の選択されていない試薬に該基準電極が接触することなく該基準電圧が供給される、基準電極と
を備える、多段階の電気化学工程を実行するための装置であって、
該流体回路が、出口と複数の流体の入口とを有する流体ノード、および、流体抵抗を各々が有する１つ以上の経路により該流体ノードと流体連通する、少なくとも１つの廃棄用ポートを備え、
選択されていない入口から該流体ノードに入るいかなる試薬も該１つ以上の経路を通って１つ以上の該廃棄用ポートに導かれるように、該流体ノードにおける流れを形成するために単一の流体の入口を通って試薬が単独で流れる場合は常に、このような試薬の一部が該出口を通って該流体ノードから出るようにかつこのような試薬の残りが該１つ以上の経路を通って該流体ノードを出るように、該経路の該流体抵抗が選択される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１０年８月２３日に出願された、先に出願された米国仮特許出願第６１／３７６，１８５号に対する優先権の利益を主張し、この仮出願の開示を全体として参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本出願は、また、２０１０年５月２４日に出願された米国特許出願第１２／７８５，６６７号を参照により本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００３】
背景
電気化学的検出は、高感度、小寸法、低価格、高速応答、かつ超微細加工技術との互換性を呈するので、魅力的である（例えば、Ｈｕｇｈｅｓ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２５４：７４−８０（１９９１）（非特許文献１）；Ｍｉｒ他、Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ、３０：３３８６−３３９７（２００９）（非特許文献２）；Ｔｒｏｊａｎｏｗｉｃｚ、Ａｎａｌ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ、６５３：３６−５８（２００９）（非特許文献３）；およびＸｕ他、Ｔａｌａｎｔａ、８０：８−１８（２００９）（非特許文献４）を参照）。これらの特徴は、電流測定、電位差測定、またはインピーダンス測定信号に基づいた様々なセンサの進歩、および化学的応用、生化学的応用および細胞学的応用のための配列へのそれらのアセンブリに結びついた（例えば、Ｙｅｏｗ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ４４：４３４−４４０（１９９７）（非特許文献５）；Ｍａｒｔｉｎｏｉａ他、Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ＆  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、１６：１０４３−１０５０（２００１）（非特許文献６）；Ｈａｍｍｏｎｄ他、ＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊ．、４：７０６−７１２（２００４）（非特許文献７）；Ｍｉｌｇｒｅｗ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ１０３：３７−４２（２００４）（非特許文献８）；Ｍｉｌｇｒｅｗ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ、１１１−１１２：３４７−３５３（２００５）（非特許文献９）；Ｈｉｚａｗａ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ、１１７：５０９−５１５（２００６）（非特許文献１０）；Ｈｅｅｒ他、Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、２２：２５４６−２５５３（２００７）（非特許文献１１）；Ｂａｒｂａｒｏ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ、１１８：４１−４６（２００６）（非特許文献１２）；およびＡｎｄｅｒｓｏｎ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ、１２９：７９−８６（２００８）（非特許文献１３）、Ｒｏｔｈｂｅｒｇ他の米国特許出願公開第２００９／０１２７５８９号（特許文献１）およびＲｏｔｈｂｅｒｇ他の英国特許出願ＧＢ２４６１１１２７（特許文献２）を参照）。典型的には、このようなシステムにおいて、分析物は、マイクロウェル（本明細書では「ウェル」とも呼ばれる）または反応チャンバなどの一連の閉じ込め領域の中でランダムに分散され、試薬は、センサアレイを含むフローセルを通って試薬の流れを導く流体システムにより、このような領域に送達される。反応が行なわれない空のウェルだけでなく、反応が行なわれるマイクロウェルを、マイクロウェルの各々と関連する１つ以上の電子感知器が監視してもよい。
【０００４】
このようなシステムは、高感応性測定を難しくさせる多数の相互関係をもつ事象の影響下にある。このような事象は、生物学反応効率のための非最適温度、センサアレイおよびフローセルにわたる温度勾配、ならびに、熱平衡状態にないシステムの構成要素を含む。これらの事象は、収集された信号の品質に影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１２７５８９号
【特許文献２】ＧＢ２４６１１１２７
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｈｕｇｈｅｓ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２５４：７４−８０（１９９１）
【非特許文献２】Ｍｉｒ他、Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ、３０：３３８６−３３９７（２００９）
【非特許文献３】Ｔｒｏｊａｎｏｗｉｃｚ、Ａｎａｌ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ、６５３：３６−５８（２００９）
【非特許文献４】Ｘｕ他、Ｔａｌａｎｔａ、８０：８−１８（２００９）
【非特許文献５】Ｙｅｏｗ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ４４：４３４−４４０（１９９７）
【非特許文献６】Ｍａｒｔｉｎｏｉａ他、Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ＆  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、１６：１０４３−１０５０（２００１）
【非特許文献７】Ｈａｍｍｏｎｄ他、ＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊ．、４：７０６−７１２（２００４）
【非特許文献８】Ｍｉｌｇｒｅｗ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ１０３：３７−４２（２００４）
【非特許文献９】Ｍｉｌｇｒｅｗ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ、１１１−１１２：３４７−３５３（２００５）
【非特許文献１０】Ｈｉｚａｗａ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ、１１７：５０９−５１５（２００６）
【非特許文献１１】Ｈｅｅｒ他、Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、２２：２５４６−２５５３（２００７）
【非特許文献１２】Ｂａｒｂａｒｏ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ、１１８：４１−４６（２００６）
【非特許文献１３】Ａｎｄｅｒｓｏｎ他、Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ、１２９：７９−８６（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
目下、これらの事象を制御するための一般的な実施は、全体的な表面チップ温度を低下させるために流体システムからの流体に依存し、低温度で動作する小型の半導体センサを用い、受動的なマシンヒートシンク（例えば金属導線）を組込み、能動的なヒートシンク（例えば冷却ファン）を追加することを含む。他の一般的な技術は、ペルティエ素子またはその他の同種のものなどの、従来の温度制御素子を用いることを含む。他の技術は、Ｒｏｔｈｂｅｒｇ他（上で引用した公開された特許出願）に記載のように、温度基準センサを用いるアレイ内の温度差により出力信号にノイズを記録することを含む。このようなノイズを、その後、従来の信号処理技術における出力信号から除去してもよい。しかしながら、これらのすべての方法は、全体的なシステム温度を能動的に制御しておらず、したがって、結局、生体反応の全体的効率を低下させてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題を鑑みると、半導体センサを含むシステムの温度を制御および最適化するための方法および装置を使用可能に有することは有利だろう。その結果、システムの様々な構成要素の温度の調整および監視により、反応を必要とするものに対して生物学的に対応できる。
[本発明1001]
化学的検出装置上に取り付けられた化学センサを備える、該化学的検出装置と、
該化学的検出装置に複数の試薬容器を流体的に連結する、バルブブロックと、
熱交換器と、
該バルブブロックと該化学的検出装置との間の流体接続を制御するためのコントローラであって、該化学的検出装置に該複数の試薬容器から選択された試薬を入れる前に該試薬の温度を該熱交換器を介して調整するように構成される、コントローラと
を備える、装置。
[本発明1002]
ファンまたはポンプを有しかつ空気または流体により冷却されるヒートシンクを、前記化学的検出装置が備える、本発明1001の装置。
[本発明1003]
前記バルブブロックが、前記複数の試薬容器に格納されたものから選択された前記試薬を前記化学的検出装置に供給するように構成される、本発明1001の装置。
[本発明1004]
前記熱交換器が、熱放射により前記バルブブロックを加熱するために該バルブブロックにきわめて近接して配置された金属のラジエタ型ブロックである、本発明1003の装置。
[本発明1005]
前記化学的検出装置が、ヒートシンクを備え、前記熱交換器が、第1の経路と第2の経路とを備え、該第1の経路が、前記バルブブロックの排出口（output）と該化学的検出装置の入口とに流体的に連結されており、かつ該第2の経路が、該ヒートシンクに流体的に連結されており、かつ該第1の経路および該第2の経路が、互いに流体的に接続されていない、本発明1003の装置。
[本発明1006]
前記複数の試薬容器の各々がそれぞれの温度センサを備え、該温度センサが前記コントローラに電気的に連結されている、本発明1003の装置。
[本発明1007]
前記化学的検出装置が、回路支持基板に形成された複数のセンサと、該回路支持基板上に配置されたマイクロウェルアレイとを備えるセンサチップを備え、
各センサが、フローティングゲートを有する化学的感応性電界効果トランジスタ（ｃｈｅｍＦＥＴ）を備え、かつ
該ｃｈｅｍＦＥＴが、それに隣接する1つ以上の反応生成物の濃度または存在に関連する少なくとも1つの電気的信号を生成するように構成され、かつ各マイクロウェルが、少なくとも1つのセンサ上に配置される、
本発明1001の装置。
[本発明1008]
前記センサチップが、流体の流入のための入口と該流体の流出のための出口とを有する、本発明1007の装置。
[本発明1009]
前記センサチップが、前記入口に配置された第1の温度センサと、前記出口に配置された第2の温度センサと、該センサチップの2つの対向する角に配置された第3の温度センサおよび第4の温度センサとを有し、かつ4つの該温度センサが、前記コントローラに連結されている、本発明1008の装置。
[本発明1010]
前記熱交換器が、通過する流体を加熱するための1つ以上の発熱体を備える、本発明1001の装置。
[本発明1011]
前記選択された試薬と前記センサチップとの間の温度勾配を減少するために、前記化学的検出装置に該試薬を入れる前に該試薬の温度を調整するように、前記コントローラが構成される、本発明1001の装置。
[本発明1012]
前記化学的検出装置の温度を所定範囲内に保つように、前記コントローラが構成される、本発明1001の装置。
[本発明1013]
前記化学的検出装置を通って流れる前記選択された試薬の流量を調整することにより該化学的検出装置の温度を制御するように、前記コントローラが構成される、本発明1001の装置。
[本発明1014]
化学的検出装置を通って流れる流体の温度を制御するための方法であって、
該化学的検出装置に送達されるための試薬を複数の試薬から選択するステップと、
該化学的検出装置の温度を監視するステップと、
該流体の温度を監視するステップと、
該化学的検出装置を通って該流体が流れる前に該流体の温度を調整するステップと
を含む、方法。
[本発明1015]
前記化学的検出装置の前記温度を空気または流体により調整するステップ
をさらに含む、本発明1014の方法。
[本発明1016]
前記調整するステップが、前記化学的検出装置を通って前記流体が流れる前に該流体を加熱するために該化学的検出装置由来の廃熱を用いることを含む、本発明1014の方法。
[本発明1017]
前記廃熱を用いることが、前記化学的検出装置に前記流体が流入する前に該流体を加熱するために熱交換器内で廃熱を循環させることを含む、本発明1016の方法。
[本発明1018]
前記流体が、前記化学的検出装置を通って流れる前に第1の経路の前記熱交換器の内部で循環し、該第1の経路が、前記廃熱が循環する第2の経路に隣接するが、該第2の経路から流体的に分離されている、本発明1017の方法。
[本発明1019]
バルブブロックを用いて複数の試薬から前記流体を選択するステップ
をさらに含む、本発明1014の方法。
[本発明1020]
前記化学的検出装置が、回路支持基板に形成された複数のセンサと、該回路支持基板上に配置されたマイクロウェルアレイとを備えるセンサチップを備え、
各センサが、フローティングゲートを有する化学的感応性電界効果トランジスタ（ｃｈｅｍＦＥＴ）を備え、
該ｃｈｅｍＦＥＴが、それに隣接する1つ以上の反応生成物の濃度または存在に関連する少なくとも1つの電気的信号を生成するように構成され、かつ各マイクロウェルが、少なくとも1つのセンサ上に配置され、かつ
該化学的検出装置の前記温度を監視するステップが、流体の入口と、流体の出口と、該センサチップの2つの対向する角とにおいて温度を監視することを含む、本発明1014の方法。
[本発明1021]
前記センサチップを加熱するように該センサチップ上の発熱体を制御するステップ
をさらに含む、本発明1020の方法。
[本発明1022]
バイアス電流、バイアス電圧、または前記センサチップの動作周波数を増加または減少させることにより、前記温度を上昇または低下させるように該センサチップを電気的に操作するステップ
をさらに含む、本発明1020の方法。
[本発明1023]
前記化学的検出装置および前記流体の温度を互いの所定範囲内に保つステップ
をさらに含む、本発明1014の方法。
[本発明1024]
前記化学的検出装置を通って流れる前記流体の流量を調整するステップ
をさらに含む、本発明1014の方法。
[本発明1025]
反応容器内の1つ以上の反応生成物を監視するための化学センサに連結された、該反応容器と、
該反応容器に複数の試薬を送達するための流体回路と、
熱交換器と、
該流体回路と該化学センサとの間の流体接続を制御するためのコントローラであって、化学的検出装置に該複数の試薬から少なくとも1つの選択された試薬を入れる前に該選択された試薬の温度を該熱交換器を介して調整するように構成される、コントローラと、
該化学センサに基準電圧を供給するために該選択された試薬と接触している基準電極であって、1つ以上の選択されていない試薬に該基準電極が接触することなく該基準電圧が供給される、基準電極と
を備える、多段階の電気化学工程を実行するための装置。
[本発明1026]
前記流体回路が、出口と複数の流体の入口とを有する流体ノード、および、流体抵抗を各々が有する1つ以上の経路により該流体ノードと流体連通する、少なくとも1つの廃棄用ポートを備え、
選択されていない入口から該流体ノードに入るいかなる試薬も該1つ以上の経路を通って1つ以上の該廃棄用ポートに導かれるように、該流体ノードにおける流れを形成するために単一の流体の入口を通って試薬が単独で流れる場合は常に、このような試薬の一部が該出口を通って該流体ノードから出るようにかつこのような試薬の残りが該1つ以上の経路を通って該流体ノードを出るように、該経路の該流体抵抗が選択される、本発明1025の装置。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本教示の１つの実施形態による流体システムの構成要素を示す。
【図２】本教示の１つの実施形態による配列決定機のための温度制御システムのブロック図を示す。
【図３Ａ】本教示の１つの実施形態によるバルブブロックの１つの実施形態を示す。
【図３Ｂ】本教示の１つの実施形態によるバルブブロックの１つの実施形態を示す。
【図３Ｃ】本教示の１つの実施形態によるバルブブロックの１つの実施形態を示す。
【図４Ａ】本教示の別の実施形態による配列決定機のための温度制御システムのブロック図を示す。
【図４Ｂ】本教示の別の実施形態による配列決定機のための温度制御システムのブロック図を示す。
【図５】本教示の１つの実施形態による温度制御工程のためのフローチャートを示す。
【図６】本教示の別の実施形態による温度制御処理のためのフローチャートを示す。
【図７】本発明の１つの実施形態によるコントローラを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明
生体反応は、それらがさらされる温度が反応の間で不変である場合に、最良に動作する。生体反応は、温度変化に極めて影響されやすい。１度または２度の温度差でも、生体反応に重要な影響を及ぼす場合がある。例えば、不適当な温度では、細胞を、微生物学レベルで傷つける場合がある。細胞におけるＤＮＡが、もつれるまたは破裂する可能性がある。生体反応のために制御され不変の温熱環境を有することは、生体反応を、より最適で不変の方式で進めることを可能にし、しかも生体反応の分析を簡素化する。
【００１１】
しかし、センサを用いる場合、センサから生じた熱により、生体反応に熱を加える可能性がある。センサアレイのフローチャンバの入口から出口まで流体システムの流れにより流体を送達するので、センサアレイ由来の熱が流体に加えられるにつれて、流体の温度が上昇する。これは、センサアレイのフローチャンバの間の温度勾配の結果であり得る。生体反応のための温熱環境がセンサアレイのフローチャンバの間で変化するにつれて、生体反応も変化する可能性があり、それらの全体的分析に対する値も劣化する。
【００１２】
１つの実施形態において、センサアレイを含むコンピュータチップと、センサアレイに試薬を送達する流体システムとが、シーケンシング機に備えられる。シーケンシング機は、センサアレイのフローチャンバの間を流れる流体を制御し、個別のセンサから検出されたデータを収集し、最終的に外部に搬出する前に、一定の後処理分析アルゴリズムを蓄積されたデータに対して実行する。シーケンシング機を備える電子機器は、余剰熱を生成し、それにより、チップおよび周囲環境の周囲温度が上昇する。
【００１３】
開示された実施形態は、様々な環境内で動作してもよい。１つの実施形態において、環境は、電子センサの大規模配列で実行されモニタされた複数の反応に対して複数の試薬を送達するものである。環境は、半導体センサ（「センサ」）と、センサ上を流れる流体と、センサを読み取る機械とを備える。
【００１４】
１つの実施形態において、環境は、センサアレイを備える。センサアレイは、電荷結合素子、化学的電界効果トランジスタ（ｃｈｅｍＦＥＴ）、イオン感応性電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）、または、流路がフローセルにより画定されるフローティングゲートＩＳＦＥＴを備えてもよい。センサタイプのこのリストを、限定的に見なすべきでなく、単純に例示的に見なすべきである。
【００１５】
本発明の１つの実施形態による化学的検出システムは、（ａ）センサアレイの各センサが、ｃｈｅｍＦＥＴに隣接した１つ以上の反応生成物の濃度または存在に関連する少なくとも１つの電気的信号を生成するように構成されフローティングゲートを有する該ｃｈｅｍＦＥＴと、１つ以上のマイクロウェルが分析物を含む、少なくとも１つのセンサ上に各マイクロウェルが配置されるように回路支持基板上に配置されたマイクロウェルアレイとを備える、該回路支持基板に形成された複数のセンサを備える該センサアレイ；および（ｂ）流体システムが、入口と、出口と、試薬が該入口から該出口に通過するように試薬の流路を画定するフローチャンバとを有するフローセルを備え、該フローチャンバが、該流路における該マイクロウェルの開口部分上に試薬を横方向に送達するように構成される、該マイクロウェルアレイに対して試薬を送達するための該流体システム；を備えてもよい。
【００１６】
１つの実施形態は、生体反応が行なわれる環境の温度を制御し最適化するための方法および装置を含む。実施形態は、また、センサの間に不変かつ制御可能な温度を与える課題を解決する。１つの実施形態は、特に、流体、センサ、および機械の間の本質的な熱のずれを補正するために他のシステム構成要素由来の「廃」熱を用いることにより、この課題を解決する。これを遂行することにより、それは、全センサの表面の間で生体反応が最適化され、その結果として実行環境と外部環境との間で不変になることを可能にする。
【００１７】
本発明の１つの実施形態は、装置を設けてもよい。装置は、化学的検出装置を備えてもよい。化学的検出装置は、化学的検出装置に取り付けることができる化学センサを備えてもよい。装置は、バルブブロックをさらに備えてもよい。バルブブロックは、化学的検出装置に複数の試薬容器を流体的に連結してもよい。装置は、熱交換器とコントローラとをさらに備えてもよい。コントローラは、バルブブロックと化学的検出装置との間の流体接続を制御してもよい。コントローラは、また、複数の試薬容器から選択された試薬の温度を熱交換器を介して調整するように構成されてもよい。選択された試薬の温度は、化学的検出装置に試薬を入れる前に調整されてもよい。
【００１８】
１つの実施形態内のシーケンシング機の構成要素を、図１に図解的に示す。フローセルおよびセンサアレイ１００は、例えば、各マイクロウェルが、対象となる分析物または反応特性を検出するための好適なセンサを有するように、センサアレイに操作上関連する一連の反応閉じ込め領域（それらはマイクロウェルアレイを備えてもよい）を備える。より十分に以下で説明するように、マイクロウェルアレイを、シングルチップとしてセンサアレイと統合してもよい。フローセルは、マイクロウェルアレイ上の試薬の経路および流量を制御するための様々な設計を有することができる。いくつかの実施形態において、フローセルは、マイクロ流体素子である。すなわち、付加的な流体の経路やチャンバなどを含むために、微細加工技術または精密成形により製造してもよい。１つの態様において、フローセルは、マイクロウェルアレイ１０７上の試薬の流路の画定するための入口１０２、出口１０３およびフローチャンバ１０５を備える。フローセルの実施形態を、より十分に以下に記載する。
【００１９】
試薬は、フローセルおよびセンサアレイ１００を出た後に廃棄物容器１０６の中に廃棄される。１つの実施形態によれば、シーケンシング機の機能は、所定流量で、所定時間幅で、所定のシーケンスでフローセルおよびセンサアレイ１００に対して異なる試薬を送達すること、ならびに、その中で起こる反応の状態に関する情報、あるいは空のウェルの場合にはフローセルにおける物理的および／または化学的環境に関する情報を提供するマイクロウェルにおいて物理的および／または化学的パラメータを測定することである。これを達成するために、流体コントローラ１１８は、ライン１２０、１２２により複数の試薬１１４のための駆動力を制御し、従来の測定器制御ソフトウェア、例えばＬａｂＶｉｅｗ（ナショナル・インスツルメンツ（オースティン、テキサス州））によりバルブ（例えば、１１２、１１６）の動作を制御する。試薬を、ポンプ、ガス圧力、または他の従来手法により、流体経路、バルブおよびフローセルを通じて駆動してもよい。
【００２０】
単一の基準電極１０８をフローセルおよびセンサアレイ１００の上流に配置する実施形態において、単一の流体または試薬は、全多段階反応を通じて基準電極１０８と接触している。これは、バルブブロック１１６を介してフローセル１０５への経路１０９を通って試薬１〜試薬Ｋ（１１４）を導く、図１に示した構成により達成する。それらの試薬が流れているとき、バルブ１１２は、閉じられ、それによって、いかなる洗浄液も経路１０９に流入するのを防ぐ。洗浄液の流れは停止されるが、基準電極１０８と経路１０９とセンサアレイ１０７との間に、依然として途切れない流体および電気通信がある。経路１０９を通って流れるときのほとんどの試薬１〜試薬Ｋは、経路１１１の中で拡散するが、一般的な経路１０９で流れるわずかな量の試薬が基準電極１０８に達するように、基準電極１０８と経路１０９および１１１間の接合部との間の距離を選択する。さらに、この実施形態の構成要素は、センサアレイにバイアス電圧およびタイミング信号および制御信号を提供するための（このような構成要素をセンサアレイの中に統合しない場合）、および出力信号を収集および／または処理するためのアレイコントローラ１２４を含む。機器の設定および制御だけでなく、フローセルおよびセンサアレイ１００からの情報も、ユーザインタフェース１２８を通じて表示し、入力してもよい。
【００２１】
１つ以上の実施形態において、生体反応が必要とするものに一致するように、システムの温度を制御する。センサアレイの温度感度は、伸長反応に好適で、かつｐＨにおける水素イオン濃度および／または変化の測定を可能にする所定温度にセンサアレイを保つことにより対処する。１つの態様において、このような温度は、２５°Ｃ〜７５°Ｃの範囲内である。１つの実施形態において、所定温度は、全多段階反応を通じて一定である。
【００２２】
ここで図２を参照すると、図２は、本教示の１つの実施形態によるシーケンシング機２００のための温度制御システムのブロック図を示す。シーケンシング機２００は、コントローラ２０６と、化学的検出装置２０４と、熱交換器２０２と、バルブブロック２３０と、複数の試薬容器２２４．１〜２２４．Ｋ（ここで、Ｋは１よりも大きな整数である）とを備えてもよい。複数の試薬容器２２４．１〜２２４．Ｋを、それぞれの経路２２８．１〜２２８．Ｋを介してバルブブロック２３０に流体的に連結してもよい。コントローラ２０６は、化学的検出装置２０４、熱交換器２０２、バルブブロック２３０および複数の試薬容器２２４．１〜２２４．Ｋ内に含まれる試薬、の温度を監視および調整してもよい。１つ以上の実施形態において、コントローラ２０６は、ＣＰＵと、メモリと、不揮発性記憶（例えばハードドライブ）と、他の周辺機器とを備えるコンピュータ装置であってもよい。
【００２３】
化学的検出装置２０４は、シーケンシング機２００のためのリーダシステムであってもよい。化学的検出装置２０４は、センサチップ２０８を備え、センサチップ２０８からデータを読み取ってもよい。センサチップ２０８は、図１のフローセルおよびセンサアレイ１００を含んでもよい。化学的検出装置２０４は熱を発するかもしれないが、化学的検出装置２０４の温度を、化学的検出装置２０４上に配置した温度センサ２３４を介してコントローラ２０６が監視してもよい。センサチップ２０８における化学反応に影響を及ぼさないように、コントローラ２０６は、化学的検出装置２０４の温度を制御してもよい。
【００２４】
センサチップ２０８は、流体（例えば、選択された試薬およびその反応生成物）の流入用の入口２１８と、流出用の出口２２０とを備えてもよい。アイドル状態、または、ある周波数で動作しているとき、センサチップ２０８は、熱を生じるかもしれない。生成された熱の量は、トランジスタの数、プロセスノード（例えば、０．１８μｍＣＭＯＳテクノロジ）、動作電圧、およびセンサチップ２０８の動作周波数に左右されるかもしれない。センサチップ２０８は、入口２１８の近くに配置された第１の温度センサ２１６と、出口２２０の近くに配置された第２の温度センサ２１０と、センサチップ２０８の２つの対向する角に配置された第３および第４の温度センサ２１４、２１２とを備えてもよい。センサチップ２０８の様々な位置で温度を監視するように、４つの温度センサ２１０、２１２、２１４、２１６を、コントローラ２０６に電気的に連結してもよい。１つの実施形態において、センサチップ２０８を、化学的検出装置２０４上に取り付けてもよい。
【００２５】
複数の試薬容器２２４．１〜２２４．Ｋの中の試薬の温度を監視する必要があるかもしれず、したがって、収納する試薬は、コントローラ２０６に対して電気的に連結された相当温度センサ２２６を有してもよい。１つの実施形態において、試薬のうちの１つを、センサチップ２０８に流入するように、バルブブロック２３０により選択してもよい。選択された試薬は、特に生体反応のための最適温度である必要があり得るし、機械温度およびセンサ表面温度の両方に厳密に一致する必要があり得る。温度制御を伴わずに、生体反応の全体的な反応効率を低下させる温度勾配があってもよい。
【００２６】
熱交換器２０２は、必要なときにシステムから熱を加えるかまたは減じながら、システムの１つの構成要素から別のものに熱を送ってもよい。熱交換器２０２は、上記に一覧表示した構成要素のうちのいくつかまたはすべてが生成し得る熱源（例えば廃熱）を用いてもよい。１つの実施形態において、化学的検出装置２０４から、またはセンサチップ２０８から廃熱を取得するために、化学的検出装置２０４の温度制御素子に対して、経路２３２を介して、熱交換器２０２を流体的に連結されてもよい。さらに、熱交換器２０２は、外部的な熱を発する１つ以上の発熱体（図示せず）を含んでもよいか、または外部的な熱を外部ドレインに移出してもよい。熱交換器２０２は、特殊な構成要素ではないかもしれないが、その代り、１つの構成要素から別の構成要素に熱を送るか、またはコントローラ２０６の制御におけるシステムに熱を追加するもしくはシステム由来の熱を一掃する、複数の構成要素により、熱交換器２０２を表されることができる。１つの実施形態において、熱交換器２０２は、コントローラ２０６が熱交換器２０２の温度を監視するのを支援する温度センサ２２２を備えてもよい。
【００２７】
熱交換器２０２を、コントローラ２０６により制御してもよい。コントローラ２０６は、シーケンシング機を全体にわたって据え付けられた温度センサ（例えば、温度センサ２１０、２１２、２１４、２１６、２３４、２２２、２２６．１〜２２６．Ｋ）からアナログ信号またはデジタル信号を入力してもよい。入力アナログ信号または入力デジタル信号は、様々な温度センサが検知した温度を表わすことができる。図２を参照すると、コントローラ２０６は、温度センサ２１０、２１２、２１４または２１６のうちの１つを通じて、センサチップ２０８の温度を表わす信号を受信してもよい。また、コントローラ２０６は、温度センサ２３４を通じて、化学的検出装置２０４の温度を表わす信号を受信してもよい。さらに、コントローラ２０６は、温度センサ２２６．１〜２２６．Ｋを通じて、試薬の温度を表わす信号を受信してもよい。そして、コントローラ２０６は、温度センサ２２２を通じて、熱交換器２０２の様々な構成要素の温度を表わす信号を受信してもよい。コントローラ２０６は、過剰な熱をもつシステムの構成要素から熱を追加する必要のあるシステムの構成要素に熱を送るように、熱交換器２０２を制御してもよい。
【００２８】
コントローラ２０６は、システムの温度を管理するために、様々な動作を行い、システムの様々な構成要素を制御してもよい。センサチップ２０８または化学的検出装置２０４の基部は、コントローラ２０６が制御することができる温度制御素子を含んでもよい。例えば、１つの実施形態において、化学的検出装置２０４は、ヒートコントロールのための空気または流体を用いるファンまたはポンプを有するヒートシンクを備えてもよい。コントローラ２０６は、化学的検出装置２０４の温度を所定範囲（例えば、特定の化学反応のための最適な中心温度の一定の度合いの範囲）内に保つように温度制御素子をオン／オフすることにより、化学的検出装置２０４の温度を制御してもよい。空気または他の適当な流体のいずれかを用いて、熱交換器２０２を介して、熱を送ることができる。１つの実施形態において、システムは、構成要素の温度を制御するための個別の流体システムを含んでもよい。個別の流体システムを、熱を生ずるセンサチップ２０８および化学的検出装置２０４などの他の構成要素を冷却するために用いることができる。同様の流体を、試薬容器２２４．１〜２２４．Ｋの中の試薬流体を最適温度に維持するように該試薬流体を加熱するために用いることができる。別の実施形態において、温度を制御するための個別の流体システムの代わりに、エアシステム、ファンまたはポンプを用いて、熱を１つの構成要素から別のものに送ってもよい。
【００２９】
１つの実施形態において、熱交換器２０２は、金属のラジエタ型ブロックであってもよい。化学的検出装置２０４およびセンサチップ２０８由来の廃熱を、経路２３４を介して熱交換器２０２に送ってもよい。廃熱をラジエタ型熱交換器２０２にて冷却してもよい。１つの実施形態において、センサチップ２０８の入口２１８に目下供給されている選択された試薬流体を加熱するために用いることができるように、熱交換器２０２を、バルブブロック２３０にきわめて近接して配置してもよい。１つのさらなる実施形態において、熱交換器２０２、バルブブロック２３０、および化学的検出装置２０４を、同一の区画に密閉してもよい。
【００３０】
様々な試薬（例えば流体）も、また、熱交換器２０２において、それら自身を冷却することができる。冷却または加熱の種類を、様々な温度センサから受信された情報を用いて、コントローラ２０６により制御してもよい。
【００３１】
１つの実施形態において、センサチップ２０８上に配置した４つの温度センサ（例えば、温度センサ２１０、２１２、２１４、２１６）は、センサチップ２０８上の温度勾配を検出することができてもよく、コントローラ２０６を、その後、システムおよび熱交換器２０２を管理するために使用してもよい。例えば、コントローラ２０６は、より厳密な熱平衡にチップ表面および流体を導くために、センサチップ２０８から熱を取り除く動作、または、センサチップ２０８に加えた熱を、選択された流体に追加する動作を行ってもよい。コントローラ２０６は、また、必要であれば、センサチップ２０８に熱を追加することができる動作を行ってもよい。このような動作は、センサチップを自己発熱するセンサチップ２０８上の発熱素子を制御することを含むことができる。コントローラ２０６は、また、センサチップのバイアス電流、電圧、または周波数を増加または減少させることにより、温度を上昇または低下させるようにセンサチップ２０８を電気的に操作してもよい。最適な性能のために、コントローラ２０６は、生起している生体反応の種類またはステージに依存して、センサチップの温度を上昇または低下させてもよい。コントローラ２０６は、センサチップ２０８上に生じるあらゆる生体反応に対して有害かもしれないいかなる急激な温度変化も回避することができる。
【００３２】
別の実施形態において、コントローラ２０６は、試薬容器からの流体の流量を、センサチップ２０８を流れるように調整してもよい。流量により、センサチップ２０８が熱をどのくらい速く吸収または放出するのかを制御することができる。センサチップを流れる流体が入口２１８から出口２２０までの少ない量により温度が上昇または低下するので、より高速の流速により、センサチップ２０８の温度勾配を減少させることができる。１つの実施形態において、コントローラ２０６は、試薬流体間で使用する「洗浄」液のための増加させた流速を用いてもよい。最適な性能のために生体反応が一定の流速を必要とするので、コントローラ２０６は、センサチップ２０８上を流れる各試薬流体のためのより生物学的に適正な流速に切り替えてもよい。
【００３３】
別の実施形態において、各構成要素（例えばセンサチップ２０８、試薬容器２２６．１〜２２６．Ｋ、および化学的検出装置２０４）上に配置した温度感知装置があってもよいし、コントローラ２０６を、各構成要素の温度を別々に変化させるように構成してもよい。シーケンシング機２００上に配置されたコントローラ２０６は、全体的なシステム温度が最適になるように各構成要素の温度を調整するために、その温度入力を用いてもよい。コントローラ２０６は、システムにおけるセンサおよび流体の種類を判定し、所望の流体流量にて各構成要素の温度を測定し、どの構成要素が適切な温度でないかを判定し、各構成要素が有してもよい「廃」熱の量を計算し、１つの構成要素から別のものに「廃」熱を送り、廃熱が使用可能でない場合に、いくつかの外部手段を介して熱を発生させるかまたは取り除き、すべての構成要素の所望の温度を達成するまで繰り返すことにより、これを達成してもよい。熱を発生させるかまたは取り除くための外部手段は、センサチップ２０８に対して電圧および／または周波数を増加または減少させることと、流体に対して流量を増加または減少させるおよび／またはヒーターまたはクーラーを作動させることと、シーケンシング機に対してヒーターまたはクーラーを作動させることを含むことができる。
【００３４】
１つ以上の実施形態において、個別のセンサは、（例えば、構成要素の数、またはプロセスノードに依存して）個別の温度規格を有する。コントローラは、センサのまたは存在する流体の種類に依存する、その制御および読み取り方法を調整することができる。
【００３５】
図３Ａ〜図３Ｃは、複数の入口の各々が経路の平面ネットワークを通って中央の流体ノードおよび廃棄用ポートに接続される、本発明の１つの実施形態によるバルブブロックを示す。図３Ａ〜図３Ｃのバルブブロックは、平面回路構造において５つの投入試薬を収容する流体回路であってもよい。図３Ａ〜図３Ｃのバルブブロックを、図２または図４においてバルブブロック２３０として用いてもよい。
【００３６】
図３Ａは、流体回路３０２を含む透明体または筺体の３００の平面図である。筺体３００を、金属、ガラス、セラミック、プラスチックなどを含む様々な材料から構成してもよい。透明材料は、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリラートなどを含む。試薬が流体回路３０２に入るところから筺体３００の底側上に配置されたそれぞれのコネクタスロット３１４への経路（入口と同心の二重円として示す）により、入口（または投入ポート）３０４、３０６、３０８、３１０、３１２を接続する。曲線経路３２４、３２６、３２８、３３０、３３２に対してそれぞれ順番に接続される入口３０４、３０６、３０８、３１０、３１２は、経路３０５、３０７、３０９、３１１、３１３とそれぞれ流体的に連通する。「Ｔ」接合部３３５にて曲線経路３２４と同一化され、さらに曲線経路３２４のみと同一化される２本の脚部から、例えば３３６および３３８から、各曲線経路は構成される。１つの脚部は、ノード（または多目的の中央ポート）３０１にそのそれぞれの入口を接続する内脚部（例えば３３８）であり、他方の脚部は、廃棄用経路（またはリング）３４０にそのそれぞれの入口を接続する外脚部（例えば３３６）である。各経路は、流体抵抗を有してもよい。１つの実施形態において、曲線経路の内脚部および外脚部の断面積および長さを、それぞれの入口からの流体の流れが「Ｔ」接合部３３５およびノード３０１にて平衡を保つように流体抵抗を設けるよう選択してもよい。
【００３７】
経路３４４を通じて、廃棄用経路（またはチャネル）３４０は、本体３００の底側上のコネクタスロット３４６により破棄用リザーバ（図示せず）に接続する廃棄用ポート３４５と流体的に連通する。ノード３０１は、この実施形態において本体３００の外側にあり、かつ破線で示す経路３６１により、ポート３６０と流体的に連通する。他の実施形態において、ノード３０１およびポート３６０のためのコネクタスロットを必要としないように、経路３６１を、本体３００内に形成してもよい。「Ｔ」接合部が形成されるところの洗浄液の入口３６２に、およびフローセル、反応チャンバなどへの導路を順番に備えるコネクタスロット３６４に、経路３６３により、ポート３６０を接続する。
【００３８】
図３Ｂおよび図３Ｃは、フローセルに対して流体を配給する流体回路を用いる、例示的な３つのモードのうちの２つを示す。投入試薬の各々とおよび洗浄液と関連するバルブ３５０により、動作モードを実現する。第１の動作モード（選択された試薬のバルブは開かれ、他のすべての試薬のバルブは閉じられ、洗浄液のバルブは閉じられる）（図３Ｂ）において、選択された試薬を、フローセルに送達する。第２の動作モード（選択された試薬のバルブは開かれ、他のすべての試薬のバルブは閉じられ、洗浄液のバルブは開かれる）（図３Ｃ）において、流体回路は、選択された試薬を送達するための準備ができている。第３の動作モード（すべての試薬のバルブは閉じられ、洗浄液のバルブは開かれる）（図示せず）において、流体回路における経路をすべて洗浄する。
【００３９】
上述したように、各入口と関連するのは、（図３Ｂにおいてバルブ３５２について示したように）それぞれの入口を通って流体が流体回路３０２に入ることを可能にするために開いた、または（バルブ３５２を除くすべてのバルブにより示したように）流体が回路３０２を入るのを防ぐために閉じたバルブ３５０である。各ケースにおいて、図３Ｂにて入口３７０について示したように、入口のバルブが開き、かつ他のバルブ（洗浄液バルブを含む）が閉じたとき、流体は、経路３５４を通って、２つの流れに分岐するところの「Ｔ」接合部３５６に流れ、２つの流れのうちの一方は廃棄用経路３４０にその後廃棄用ポート３４５に導かれ、２つの流れのうちの他方はノード３０１に導かれる。ノード３０１から、この第２の流れは、複数の流れに再び分岐し、そのうちの一方は、ノード３０１から経路３６１を通って、その後経路３６３およびフローセルに抜け出て、他方は、他の入口へのノード３０１を接続する経路の各々に、そしてその後、廃棄用経路３４０および廃棄用ポート３４５に流れる。後者の流れは、そこから拡散または漏れるいかなる材も搬送し、かつそれを廃棄用ポート３４５に導く他の入口を通過する。
【００４０】
選択された試薬のバルブを開き、選択されていないすべての試薬のバルブおよび洗浄液のバルブを同時に閉じることにより、一連の個別の試薬をフローセルに導いてもよい。１つの実施形態において、洗浄し、第１の試薬を準備し、試薬を送達し、洗浄し、第２の試薬を準備し、第２の試薬を送達し、洗浄するなどの流体回路の一連の動作モードにより、このようなシーケンスを実現してもよい。試薬を準備する動作モードを、図３Ｃに示す。試薬送達モードの場合、選択された試薬に対応するバルブを除いて、すべての試薬の入口バルブは閉じている。但し、試薬送達モードと異なり、洗浄液のバルブは開く。そして、選択された試薬入口に通じる経路を除いて、廃棄用経路３４０に通じるすべての経路からその後抜け出るところの経路３６１およびノード３０１を通って洗浄液が流れるように、選択された試薬の流れおよび洗浄液の流れの相対圧力を選択する。
【００４１】
図４Ａは、本教示の別の実施形態によるシーケンシング機４００のための温度制御システムのブロック図を示す。シーケンシング機４００は、シーケンシング機２００と同様であってもよく、同様の試薬容器２２４．１〜２２４．Ｋと、バルブブロック２３０と、化学的検出装置２０４（センサチップ２０８を含む）とを有してもよい。図２の参照符号と同一の図４Ａの参照符号は、同一の構成要素を表わす。シーケンシング機４００は、熱交換器２０２とは異なる熱交換器４０２を有してもよい。熱交換器４０２は、温度センサ４２２と、１つ以上の発熱体（図示せず）とを有してもよい。
【００４２】
図４Ａに示すように、熱交換器４０２は、バルブブロック２３０の排出口（output）に流体的に連結された１つの入口と、センサチップ２０８の入口２１８に流体的に連結された１つの出口とを有してもよい。１つの実施形態において、熱交換器４０２は、バルブブロック２３０とセンサチップ２０８の入口２１８との間に流体的に連結する第１の経路（図示せず）を有してもよい。さらに、熱交換器４０２は、経路２３２を介して化学的検出装置２０４またはセンサチップ２０８に流体的に連結された第２の経路（図示せず）を有してもよい。したがって、熱交換器４０２は、経路２３２由来の廃熱を搬送する空気または流体を受け入れてもよい。廃熱を搬送する空気または流体は、第２の経路を通過してもよく、第２の経路は、第１の経路と並べて配置されてもよいが、第１の経路から流体的に分離されてもよく、廃熱は、第１の経路を通過する別の流体に伝えられてもよい。
【００４３】
図４Ｂは、本教示の別の実施形態によるシーケンシング機４５０のための温度制御システムのブロック図を示す。シーケンシング機４５０は、シーケンシング機２００と同様であってもよく、同様の試薬容器２２４．１〜２２４．Ｋと、バルブブロック２３０と、化学的検出装置２０４（センサチップ２０８を含む）とを有してもよい。図２の参照符号と同一の図４Ｂの参照符号は、同一の構成要素を表わす。
【００４４】
シーケンシング機４５０は、熱交換器２０２とは異なる熱交換器４５２を備えてもよい。熱交換器４５２は、温度センサ４５４と、１つ以上の発熱体（図示せず）とを有してもよい。図示するように、図４Ｂにおいて、シーケンシング機４５０のバルブブロック２３０は、化学的検出装置２０４に（例えば、センサチップ２０８の入口２１８に）直接連結する、その出口を有してもよい。シーケンシング機４５０は、熱交換器４５２と、化学的検出装置２０４（センサチップ２０８を含む）と、バルブブロック２３０とを密閉する区画４５６をさらに備えてもよい。したがって、熱交換器４５２を、バルブブロック２３０またはセンサチップ２０８のいずれかに流体的に連結しない。この実施形態において、熱交換器４５２は、化学的検出装置２０４（センサチップ２０８を含む）に入れる流体が、化学的検出装置２０４（およびセンサチップ２０８）の温度と同一の温度を実質的に有するように、バルブブロック２３０から化学的検出装置２０４（センサチップ２０８を含む）までの流体ラインを加熱し、それにより、流体を入れる化学的検出装置２０４（またはセンサチップ２０８）と流体との間の温度勾配を減少してもよい。
【００４５】
図５は、本教示の１つの実施形態による温度制御処理５００のためのフローチャートを示す。温度制御処理５００を、化学的検出装置を通過する流体の温度を制御するために用いてもよい。ブロック５０２において、化学的検出装置の温度を監視してもよい。その後、ブロック５０４において、化学的検出装置の温度を制御してもよい。上記のように、コントローラ２０６は、化学的検出装置２０４の温度を監視し、化学的検出装置２０４に流体が流入する前に流体を加熱するために化学的検出装置２０４由来の廃熱を少なくとも部分的に用いることによって、温度を制御してもよい。
【００４６】
図６は、本教示の別の実施形態による別の温度制御処理６００のためのフローチャートを示す。コントローラ２０６を、温度制御処理６００を実行するように構成してもよい。ブロック６０２において、化学的検出装置に送達するために複数の試薬から試薬を選択してもよい。上記のように、バルブブロック２３０は、化学的検出装置２０４に送達するための１つの試薬を選択してもよい。ブロック６０４において、化学的検出装置の温度を監視してもよい。例えば、化学的検出装置２０４およびセンサチップ２０８上に配置した様々な温度センサにより、化学的検出装置２０４の温度を監視してもよい。
【００４７】
ブロック６０６において、選択された試薬の温度を監視してもよい。ブロック６０８において、化学的検出装置に選択された試薬が流入する前に、その試薬の温度を調整してもよい。例えば、コントローラ２０６は、化学的検出装置に選択された試薬が流入する前にその試薬を加熱するために化学的検出装置由来の廃熱を少なくとも部分的に用いることによって、選択された試薬の温度を調整するように、制御してもよい。ブロック６０８において、熱交換器と化学的検出装置との間の流体接続を制御してもよい。１つの実施形態において、熱交換器（例えば、２０２または４０２）と化学的検出装置２０４とを連結する経路２３２を、１つ以上のバルブにより制御してもよい。コントローラ２０６を、バルブを制御するように構成してもよい。別の実施形態において、経路２３２を介して熱交換器を通じて循環する、空気を送風するまたは冷却液を送ることにより、化学的検出装置２０４を冷却するファンまたはポンプを起動または停止するように、コントローラ２０６を構成してもよい。さらに別の実施形態において、環境またはセンサチップを冷却するように熱交換器で試薬を冷却してもよい。１つのさらなる実施形態において、システム温度（例えば、化学的検出装置またはセンサチップの温度）を設定するように、コントローラを構成してもよい。すなわち、システム温度を特定値（例えば、２５°Ｃ〜７５°Ｃなど、生体反応のための最適温度範囲内に）に駆動するように、コントローラを構成してもよい。
【００４８】
図７は、本発明の１つの実施形態によるコントローラ７００を示す。コントローラ７００は、コンピュータなどのコンピューティングマシンであってもよい。コントローラ７００は、プロセッサ７０２と、メモリ７０４と、Ｉ／Ｏ装置７０６とを備えてもよい。プロセッサ７０２を、メモリ７０４およびＩ／Ｏ装置７０６に接続する。これらは、他の内部電子回路または構成要素に直接、またはそれらを介して接続される。
【００４９】
プロセッサ７０２は、Ｉ／Ｏ装置７０６を介してデータを受信し送信するためにメモリ７０４に常駐する命令を実行するプログラマブルプロセッサである。その命令は、本明細書に記載されたアプリケーションコンテキスト（例えば、図５のフローチャート５００および図６のフローチャート６００）およびルールベースのＵＩ制御の演算を実行してもよい。本明細書で用いる用語のプログラマブルプロセッサは、デジタルデータ上で動作することができる、任意のプログラミング可能なマイクロプロセッサもしくはプロセッサ、またはマイクロプロセッサもしくはプロセッサの組み合わせであり、機械読み取り可能な媒体からデータおよび命令を受信し、かつ該媒体にデータおよび命令を送信するために連結された専用または汎用のプロセッサであってもよい。本発明の１つの実施形態によれば、プロセッサ７０２は、インテル（登録商標）マイクロプロセッサであってもよい。
【００５０】
メモリ７０４は、プロセッサ７０２が処理するデータを格納する機械読み取り可能な媒体である。本明細書で用いる用語の機械読み取り可能な媒体は、任意のコンピュータプログラムプロダクト、装置、および／またはデバイスを含む、デジタルデータを格納する任意のアドレス指定可能な記憶装置（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気ディスク、光ディスク、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、テープ、ハードドライブ、ＲＡＩＤストレージデバイス、フラッシュメモリ、またはこれらのデバイスの任意の組み合わせ）である。これは、１つ以上のＩ／Ｏ装置７０６を介してプロセッサ７０２に接続する外部の機械読み取り可能な媒体を含んでもよい。
【００５１】
Ｉ／Ｏ装置７０６は、１つ以上の入出力装置（例えば、タッチスクリーン、ネットワークアダプタ）と、外部装置との間でデジタルデータを受信および／または送信するインタフェースとを備えてもよい。本明細書で用いるインタフェースは、そのポート、バッファ、キュー、サブセット、または外部装置に対する他のインタフェースを含む、デジタルデータを受送信する外部装置への任意のアクセスポイントである。
【００５２】
様々な実施形態を、ハードウェア要素、ソフトウェア要素、またはその両方の組み合わせを用いて実行してもよい。ハードウェア要素の例は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、回路、回路素子（例えば、トランジスタ、抵抗器、キャパシタ、誘導子など）、集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、論理ゲート、レジスタ、半導体デバイス、チップ、マイクロチップ、チップセットなどを含んでもよい。ソフトウェアの例は、ソフトウエアコンポーネント、プログラム、アプリケーション、コンピュータプログラム、アプリケーションプログラム、システムプログラム、機械語プログラム、オペレーティングシステムソフトウェア、ミドルウェア、ファームウェア、ソフトウェアモジュール、ルーチン、サブルーチン、関数、方法、プロシージャ、ソフトウェアインターフェース、アプリケーションプログラムインターフェース（ＡＰＩ）、命令セット、コンピューティングコード、計算機コード、コードセグメント、計算機コードセグメント、ワード、値、シンボル、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。１つの実施形態がハードウェア要素および／またはソフトウェア要素を用いて実行されるかどうかの判定は、所望の電算機の速度、電力レベル、耐熱性、処理サイクル量、入力データ速度、出力データ速度、メモリリソース、データバス速度、および他の設計または性能の制約などのいくつかの要素によって変動してもよい。
【００５３】
いくつかの実施形態について、例えば、実施形態による方法および／またはオペレーション（例えば、図５のフローチャート５００および図６のフローチャート６００）を、もしマシンにより実行するのであれば、マシンに実行させることができる命令または命令セットを格納できるコンピュータ読み取り可能な媒体または物品を用いて実行してもよい。このようなマシンは、例えば、任意の好適な処理プラットフォーム、コンピューティングプラットフォーム、コンピュータ装置、処理デバイス、コンピューティングシステム、処理システム、コンピュータ、プロセッサなどを備え、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの任意の適切な組み合わせを用いて実行されてもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体または物品は、例えば、任意の好適な型のメモリユニット、メモリデバイス、メモリ物品、メモリ媒体、ストレージデバイス、ストレージ物品、記憶媒体および／またはストレージ装置、例えば、リムーバブルメディアまたは非リムーバブルメディア、消去可能メディアまたは消去不可能メディア、書き込み可能メディアまたは再書き込み可能メディア、デジタルメディアまたはアナログメディア、ハードディスク、フロッピーディスク、コンパクトディスクを使った読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、書き込み可能コンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）、再書き込み可能コンパクトディスク（ＣＤ−ＲＷ）、光ディスク、磁気媒体、光磁気媒体、リムーバブルメモリカードまたはディスク、各種ディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、テープ、カセットなどを含んでもよい。命令は、任意の好適なハイレベル、ローレベル、オブジェクト指向、ビジュアル、コンパイル済みおよび／または翻訳済みのプログラミング言語を用いて実行される、ソースコード、コード、翻訳済みコード、実行可能コード、静的コード、動的コード、暗号化コードなどの任意の好適な型のコードを含んでもよい。
【００５４】
本発明のいくつかの実施形態を、本明細書に具体的に示し、記載した。但し、本発明の変更および変形物を、上記の教示が網羅することは、十分に理解されるだろう。他の実例において、実施形態を不明瞭にしないように、周知のオペレーション、構成部品および回路を、詳細に記載していない。本明細書に開示された特定の構造的および機能的な詳細は、典型的なものであり得るし、必ずしも実施形態の範囲を限定しないことは、十分に理解され得る。例えば、いくつかの実施形態をＣＭＯＳテクノロジにより記載している。当業者は、ＣＭＯＳテクノロジを用いて製造したデバイスがＰＭＯＳデバイスまたはＮＭＯＳデバイスであってもよいことを十分に理解するだろう。
【００５５】
当業者は、本発明を様々な形式により実現してもよいし、様々な実施形態を単独でまたは組み合わせて実行してもよいことを、前述の説明から十分に理解できる。したがって、本発明の実施形態は、その特定の例に関連して記載されているが、他の変更が図面、明細書および以下の特許請求の範囲に関する研究に際した当業者にとって明らかになるので、本発明の実施形態および／または方法の真の範囲を、そのように限定するべきでない。
【００５６】
「単位複製配列（ａｍｐｌｉｃｏｎ）」は、ポリヌクレオチド増幅反応の生成物を意味する。すなわち、一本鎖または二本鎖であってもよいポリヌクレオチドのクローン集団は、１つ以上の開始配列から複製される。１つ以上の開始配列は、同一の配列の１つ以上の複製であってもよいか、または、それらは、増幅される共通領域を含む個別の配列の混合物、例えば、サンプルから抽出されたＤＮＡ断片の混合物に存在する特定のエクソン配列であってもよい。単一の開始配列の増幅により、単位複製配列を形成する。その生成物が１つ以上の出発、または標的、核酸の複製を含む様々な増幅反応により、単位複製配列を生じてもよい。１つの態様において、単位複製配列をもたらす増幅反応は「テンプレート駆動」であり、その反応物質の塩基対、ヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチドのいずれかは、反応生成物の生成のために必要になる、テンプレートポリヌクレオチドにおける相補体を有する。１つの態様において、テンプレート駆動反応は、核酸ポリメラーゼによるプライマ伸張、または核酸リガーゼによるオリゴヌクレオチドライゲーションである。このような反応は、参照により本明細書に組み込む以下の参考文献（Ｍｕｌｌｉｓ他、米国特許第４，６８３，１９５号、同第４．９６５，１８８号、同第４，６８３，２０２号、および同第４，８００，１５９号（ＰＣＲ）、Ｇｅｌｆａｎｄ他、米国特許第５，２１０，０１５号（「ｔａｑｍａｎ」プローブによるリアルタイムＰＣＲ）、Ｗｉｔｔｗｅｒ他、米国特許第６，１７４，６７０号、Ｋａｃｉａｎ他、米国特許第５，３９９，４９１号（「ＮＡＳＢＡ」）、Ｌｉｚａｒｄｉ、米国特許第５，８５４，０３３号、Ａｏｎｏ他、日本特許公報ＪＰ  ４−２６２７９９号（ローリングサークル増幅）などにおいて開示された、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、線形のポリメラーゼ反応、核酸配列ベースの増幅（ＮＡＳＢＡ）、ローリングサークル増幅などを含むが、但しそれらに限定はされない。１つの態様において、単位複製配列は、ＰＣＲにより生じる。本明細書で用いる用語「増幅する（ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ）」は、増幅反応を行うことを意味する。「反応混合物（ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｍｉｘｔｕｒｅ）」は、反応を行なうために必要なすべての反応物質を含み、反応の間に選択されたレベルにｐＨを保つための緩衝剤、塩剤、補因子、捕集剤などを含んでもよいが、但しそれらに限定はされない溶液を意味する。「固相単位複製配列（ｓｏｌｉｄ  ｐｈａｓｅ  ａｍｐｌｉｃｏｎ）」は、核酸配列のクローン集団を結合した、粒子またはビーズなどの固相担体を意味し、それは、エマルジョンＰＣＲまたは同様の技術などの処理により生成してもよい。
【００５７】
「分析物（ａｎａｌｙｔｅ）」は、マイクロウェルなどのサンプル保持領域にて電子センサに直接的に影響を与える、または、マイクロウェルなどのこのようなサンプル保持領域もしくは反応閉じ込め領域に位置する分子または生体細胞を含む反応からの副産物によりこのような電子センサに間接的に影響を与える、対象となる分子または生体細胞を意味する。１つの態様において、分析物は、電子センサに影響を与える、水素イオンなどの反応副産物を順番に生成する、配列決定反応される核酸テンプレートである。用語「分析物」は、また、ビーズまたは粒子などの固相担体に結合される、タンパク質、ペプチド、核酸などの分析物の多重複写を包含する。１つの実施形態において、用語「分析物」は、核酸単位複製配列または固相単位複製配列を意味する。
【００５８】
「マイクロ流体デバイス（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ  ｄｅｖｉｃｅ）」は、単独で、またはサンプル導入、流体および／または試薬駆動手段、温度制御、検出システム、データ収集および／または統合システムなどの支援機能を備える機器または計器と協働して、相互に連結して流体連通し、分析反応または処理を実行するように設計された、１つ以上のチャンバ、ポート、およびチャネルの統合システムを意味する。マイクロ流体デバイスは、試料成分または反応物の吸着を防ぎ、電気浸透による試薬移動を促進するなどのために、内壁上のバルブ、ポンプおよび専用の機能性被覆をさらに含んでもよい。ガラス、プラスチック、または他の固体の高分子材料であってもよく、典型的には、サンプルおよび試薬の移動を検出および監視する場合の平面型を有してもよい固体基板においてまたは該固体基板として、このようなデバイスは、通常、特に光学的または電気化学的方法によって製造される。マイクロ流体デバイスの機構は、通常、数百平方μｍ未満の断面寸法を有し、経路は、典型的には、例えば、約０．１μｍ〜約５００μｍの最大断面寸法を有する毛状の寸法を有する。マイクロ流体デバイスは、典型的には、数ｎリットル（例えば１０〜１００ｎリットル）〜１μリットルまでの範囲の容積容量を有する。マイクロ流体デバイスの製作および動作は、参照により組み込む以下の参考文献により例示されるように、当該技術分野において周知である：Ｒａｍｓｅｙ、米国特許第６，００１，２２９号、同第５，８５８，１９５号、同第６，０１０，６０７号、および同第６，０３３，５４６号、Ｓｏａｎｅ他、米国特許第５，１２６，０２２号、および同第６，０５４，０３４号、Ｎｅｌｓｏｎ他、米国特許第６，６１３，５２５号、Ｍａｈｅｒ他、米国特許第６，３９９，９５２号、Ｒｉｃｃｏ他、国際特許公報ＷＯ  ０２／２４３２２、Ｂｊｏｒｎｓｏｎ他、国際特許公報ＷＯ  ９９／１９７１７、Ｗｉｌｄｉｎｇ他、米国特許第５，５８７，１２８号、同第５，４９８，３９２号、Ｓｉａ他、電気泳動、２４：３５６３−３５７６（２００３）、Ｕｎｇｅｒ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８８：１１３−１１６（２０００）；Ｅｎｚｅｌｂｅｒｇｅｒ他、米国特許第６，９６０，４３７号。
【００５９】
「反応チャンバ」と区別なく用いられる「マイクロウェル」は、対象となる反応のローカライゼーションを可能にする固体基板の物理的または化学的な属性である「反応閉じ込め領域」の特殊な入れ物を意味する。反応閉じ込め領域は、このような表面に共有結合したオリゴヌクレオチドまたは抗体をもつ不連続部位などの、対象となる分析物を明確に結合する基板の表面の不連続部位であってもよい。通常、反応閉じ込め領域は、基板の中に造られる明確な形状および容積を有するくぼみまたはウェルである。これらの後者の種類の反応閉じ込め領域は、本明細書においてマイクロウェルまたは反応チャンバと呼ばれ、例えば、以下の参考文献に開示されるように、従来の超微細加工技術を用いて製造されてもよい：ＤｏｅｒｉｎｇおよびＮｉｓｈｉ（編集）、半導体製造技術のハンドブック、第２版（ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ、２００７年）、Ｓａｌｉｔｅｒｍａｎ、ＢｉｏＭＥＭＳおよび医療用マイクロデバイスの基礎（ＳＰＩＥ出版、２００６年）、Ｅｌｗｅｎｓｐｏｅｋ他、シリコン微細加工（ケンブリッジ大学出版局、２００４年）など。マイクロウェルまたは反応チャンバの構成（例えば、間隔、形状、および容積）は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｒｏｔｈｂｅｒｇ他、米国特許出願公開第２００９／０１２７５８９号、Ｒｏｔｈｂｅｒｇ他、英国特許出願ＧＢ  ２４６１１１２７に開示される。マイクロウェルは、正方形、長方形、または八角形の断面を有し、表面上に直線的アレイとして配置されてもよい。マイクロウェルは、また、六角形の断面図を有し、六角形配列として配置されてもよく、それは直線的アレイと比較して単位当りのより高密度のマイクロウェル領域を可能にする。マイクロウェルの例示的の構成は、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、または１０７の反応チャンバを有する。
【００６０】
本明細書で用いる「アレイ」は、センサまたはウェルなどの構成要素の平面配列である。アレイは、１次元または２次元であってもよい。１次元アレイは、第１の次元において１列（または行）の構成要素と、第２の次元において複数の列（または行）を有するアレイである。第１および第２の次元における列（または行）の数は、同一であってもよいし、同一でなくてもよい。アレイは、例えば、少なくとも１００，０００のチャンバを含んでもよい。さらに、各反応チャンバは、例えば、約１：１またはそれ未満の縦横比をもつ縦幅および垂直深さを有する。例えば、反応チャンバ間のピッチは、多くても約１０マイクロメートルである。簡潔には、１つの実施形態において、センサアレイの半導体構造を形成した後に、マイクロウェルアレイを製造してもよく、ここで、マイクロウェル構造を、半導体ダイ上のこのような構造に適用する。すなわち、マイクロウェル構造をダイ上に形成してもよいか、または、個別に形成して、その後、ダイ上に取り付けてもよい。
【００６１】
マイクロウェル構造をダイ上に形成するために、様々な製造工程を用いてもよい。例えばＭｉｃｒｏｃｈｅｍ社のＳＵ−８ ２０１５などのネガ型フォトレジスト、またはＨＤマイクロシステムＨＤ８８２０などのポジ型レジスト／ポリイミドにより、例えば、ダイの全体を、マイクロウェルの所望の高さまで、スピンコーティングしてもよい。フォトレジスト層におけるウェルの所望の高さ（例えば１ウェル当たり１ピクセルの例においては約３〜１２μｍ、但し一般的事項として限定はしない）は、１つ以上の層において、所定の速度で（その速度は、文献やメーカーの明細書を参照して、または経験的に見出すことができる）適切なレジストをスピンすることにより実現することができる。（ウェルの高さは、典型的には、公称の１：１〜１．５：１の縦横比、高さ：幅または径に対して、センサピクセルの横寸法に応じて選択してもよい。）あるいは、異なるフォトレジストの多層を適用してもよいか、または他の形式の誘電材料を堆積させてもよい。マイクロウェル形成に好適な材料層をその中に蓄積させるために、各種の化学蒸着法を用いてもよい。１つの実施形態において、マイクロウェルを、テトラメトキシシラン（ＴＥＯＳ）の層に形成する。本発明は、少なくとも１つの反応チャンバの２次元配列を備える装置を包含し、各反応チャンバは、化学的感応性電界効果トランジスタ（「ｃｈｅｍＦＥＴ」）に連結されており、各反応チャンバの容積は、１０３μｍ３（すなわち１ｐリットル）を超えない。各反応チャンバの容積は、０．３４ｐリットルを超えず、かつ０．０９６ｐリットルを超えないか、またはちょうど０．０１２ｐリットルである。反応チャンバの最上部の断面積は、状況に応じて、０．５２、１、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２、９２、または１０２平方マイクロメートルでありえる。アレイは、少なくとも１０２、１０３、１０４，１０５、１０６、１０７、１０８、１０９個、またはそれより多くの反応チャンバを有することができる。反応チャンバを、ｃｈｅｍＦＥＴに容量的に結合してもよい。
【００６２】
「プライマ」は、ポリヌクレオチドテンプレートをもつ二本鎖の形成に際して、伸長した二本鎖が形成されるように、核酸合成の開始点として機能しかつテンプレートに沿ったその３'末端から伸長することが可能である、天然または合成のいずれかのオリゴヌクレオチドを意味する。プライマ伸長は、ＤＮＡまたはＲＮＡポリメラーゼなどの核酸ポリメラーゼにより通常行なわれる。伸長処理において加えられるヌクレオチドの配列は、テンプレートポリヌクレオチドの配列により判定される。通常、ＤＮＡポリメラーゼによりプライマを伸長する。プライマは、通常１４〜４０ヌクレオチドの範囲、または１８〜３６ヌクレオチドの範囲の長さを有する。プライマは、様々な核の増幅反応に、例えば、単一のプライマを用いる線形増幅反応、または２つ以上のプライマを用いるポリメラーゼ連鎖反応に利用される。参照により組み入れる以下の参考文献が明示するように、特定用途のプライマの長さおよび配列を選択するためのガイダンスは、当業者にとって周知である：Ｄｉｅｆｆｅｎｂａｃｈ編、ＰＣＲプライマ：実習マニュアル、第２版（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ出版、ニューヨーク州、２００３年）。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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