(57)【要約】対物レンズ、励起放射線源、および検出器を有する、マイクロフルオロメータを含む検出装置を提供する。検出装置はまた、試薬カートリッジからフローセルに試薬を送達するための流体システムを含む。流体システムは、試薬カートリッジとフローセルとの間の流体連通のために構成された複数の流体チャネルを有する。流体システムはまた、複数の試薬シッパーを含む。流体システムはまた、試薬リザーバとフローセルとの間の流体を媒介するように構成されたバルブを含む。検出装置はまた、フローセルを保持するためのクランプカバーを有するフローセルラッチクランプモジュールを含む。対物レンズは、励起放射線源からの励起放射線をフローセルに向けるように、かつ、フローセルからの放射を検出器に向けるように構成されている。マイクロフルオロメータは、フローセルの異なる領域の広視野画像を取得するように移動可能である。
2019508669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出装置であって：
対物レンズ、励起放射線源、および検出器を備え、広視野画像検出用に構成されたマイクロフルオロメータと；
試薬カートリッジからフローセルに試薬を送達するための流体システムであって：
前記試薬カートリッジと前記フローセルの入口との間を流体連通するように構成された複数の流体チャネルを有するマニホールド本体と；
前記マニホールド本体内のポートから下方に延びる複数の試薬シッパーであって、前記試薬シッパーの各々が前記試薬カートリッジの試薬リザーバ内に入って、前記試薬リザーバから前記試薬シッパーに液体試薬を引き込むように構成された複数の試薬シッパーと；
前記試薬リザーバと前記フローセルの前記入口との間の流体連通を媒介するように構成され、前記流体チャネルにより前記試薬シッパーが流体的に接続されたバルブと、を備える流体システムと；
前記フローセルを保持するためのクランプカバーを有するフローセルラッチクランプモジュールと、を備え、前記対物レンズが、前記放射線源からの励起放射線を前記フローセルに向け、かつ前記フローセルからの放射を前記検出器に向けるように構成されており、前記マイクロフルオロメータが、前記フローセルの内面の異なる領域の広視野画像を取得するように移動可能である、検出装置。
【請求項２】
前記検出装置が単一のマイクロフルオロメータを含む、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記マイクロフルオロメータが、前記励起放射線源からの励起放射線を前記対物レンズに向け、前記対物レンズからの放射を前記検出器に向けるように配置されたビームスプリッタを含む、請求項１または２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記マイクロフルオロメータが、コンパクトな落射蛍光検出構成を有する集積型のマイクロフルオロメータである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項５】
前記マイクロフルオロメータが、該マイクロフルオロメータの視野よりも大きな前記フローセルの撮像ができるように移動可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項６】
ハウジングと、該ハウジングの前面に設けられたスクリーンとをさらに備え、前記スクリーンがグラフィカルユーザインタフェースとして機能する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項７】
前記試薬カートリッジを受容するためのカートリッジ受けを有するハウジングをさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項８】
前記試薬カートリッジを昇降させるためのリフトアセンブリを含むフルイディクス自動化モジュールをさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項９】
前記試薬カートリッジを充填中に移動させるベルトアセンブリを含むフルイディクス自動化モジュールをさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１０】
前記試薬カートリッジを昇降させるためのリフトアセンブリと、前記試薬カートリッジを充填中に移動させるベルトアセンブリと、を含むフルイディクス自動化モジュールをさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記マニホールド本体が、互いに結合された複数層の固体材料から形成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１２】
前記チャネルが、前記複数の層を互いに結合するに先立って前記固体材料内に形成されている、請求項１１に記載の検出装置。
【請求項１３】
前記流体チャネルが、前記マニホールド本体内に完全に収容されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１４】
前記マニホールド本体が、前記試薬シッパーのそれぞれに接続する少なくとも１６個のポートを有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の検出器。
【請求項１５】
前記バルブが、前記流体チャネルの前記ポートの各々に対応する入口ポートと、前記フローセルに流体的に接続する単一の共通出口ポートで構成されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１６】
前記流体システムが、前記試薬リザーバと前記フローセルとの間の流体連通を媒介するバルブを１つだけ有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１７】
前記流体チャネルの各々が、単一のポートから始まり、前記バルブの対応するポートに接続している、請求項１６に記載の検出装置。
【請求項１８】
前記マニホールド本体が、単一層の流体チャネルを有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１９】
前記試薬シッパーが、前記試薬カートリッジのフィルムまたはフォイル層を突き刺すように構成された遠位端を有する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項２０】
前記放射線源が、異なる波長の放射線を生成する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項２１】
前記検出器が、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサである、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項２２】
前記マイクロフルオロメータが撮像モジュールのコンポーネントであり、前記撮像モジュールがまたフローセルラッチクランプモジュールを含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項２３】
前記撮像モジュールがまた、ＸモータおよびＹモータがそれぞれＸステージおよびＹステージを移動させるＸＹステージを含む、請求項２２に記載の検出装置。
【請求項２４】
前記ＸモータがカメラアセンブリをＸ軸に沿って移動させ、前記カメラアセンブリが前記マイクロフルオロメータを有し、前記Ｙモータが前記フローセルラッチクランプモジュールをＹ軸に沿って移動させる、請求項２３に記載の検出装置。
【請求項２５】
前記フローセルと、前記フローセルを保持して撮像セッションのための前記フローセルの配向を容易にするように構成されたフローセルカートリッジと、を含む流体デバイスをさらに備える、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項２６】
前記流体デバイスおよび前記フローセルカートリッジが、前記流体デバイスまたは前記フローセルカートリッジを損傷することなく、個人または機械により前記フローセルカートリッジを前記フローセルラッチクランプモジュールから取り外すことができるように、取り外し可能である、請求項２５に記載の検出装置。
【請求項２７】
前記フローセルカートリッジが、前記フローセルカートリッジを損傷することなく、または、前記フローセルカートリッジを意図された目的に不適にすることなく、前記フローセルラッチクランプモジュール内に繰返し挿入および除去されるように構成されている、請求項２５に記載の検出装置。
【請求項２８】
前記フローセルカートリッジが、ハウジングと、前記フローセルカートリッジの前記ハウジングに連結するカバー部材とを含み、前記カバー部材は、互いに近接して配置された入口および出口通路を有するガスケットを含み、前記クランプカバーは、前記ガスケットの前記入口通路および前記出口通路とそれぞれ嵌合するように構成された入口ポートおよび出口ポートを有するカバーマニホールドを含む、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項２９】
前記フローセルラッチクランプモジュールが、ダウエルピンに対して前記フローセルを付勢するバネ付勢レバーを含む、請求項１〜２８のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項３０】
前記マイクロフルオロメータの視野径が０．５ｍｍ以上である、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項３１】
前記マイクロフルオロメータの視野径が２ｍｍ以上である、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項３２】
マイクロフルオロメータの視野径が５ｍｍ以下である、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項３３】
前記マイクロフルオロメータの開口数が０．２以上である、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項３４】
前記マイクロフルオロメータの開口数が０．８以下である、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項３５】
前記マイクロフルオロメータの開口数が０．５以下である、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項３６】
前記マイクロフルオロメータが、１００μｍ以下で分離された特徴を区別するのに十分な解像度を有する、請求項１〜３５のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項３７】
請求項１〜３６のいずれか一項に記載の検出装置と、前記試薬リザーバを有する前記試薬カートリッジとを含み、前記試薬リザーバが配列決定試薬を含む、配列決定システム。
【請求項３８】
前記試薬リザーバの少なくとも１つが核酸サンプルを含む、請求項３７に記載の配列決定システム。
【請求項３９】
前記試薬カートリッジが前記検出装置から取り外し可能である、請求項３７または３８に記載の配列決定システム。
【請求項４０】
前記配列決定システムが合成による配列決定プロトコルを実行するように構成されている、請求項３７〜３９のいずれか一項に記載の配列決定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、例えば核酸の配列決定手順において、サンプルを流体操作および光学検出するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
我々のゲノムは、我々の好み、才能、病気への感受性および治療薬に対する反応性など、我々の内在的素因の多くを予測するためのブループリントを提供する。個々のヒトゲノムは、３０億個を超えるヌクレオチドの配列を含む。これらのヌクレオチドのほんの一部の差異が、私たちに特有の多くの特性を与える。研究集団は、ブループリントを構成する特徴部の解明において優れた進歩を遂げており、これによって、各ブループリントの情報が人間の健康にどのように関係しているかをより完全に理解することができる。しかしながら、我々の理解が未だ不完全であるが故に、研究室から臨床現場への情報移動が妨げられている。いつの日か、我々ひとりひとりが自身のパーソナルゲノムを手に入れ、医師と一緒に着座して健康的な生活習慣や適切な治療法を選択できるようになることが望まれる。
【０００３】
現在、妨げとなっているのは、スループットとスケールの問題である。任意の個体のブループリントを解明するための基本的な要素は、それらのゲノムに含まれる３０億個のヌクレオチドの配列を正確に決定することにある。配列決定においては複数の手法が利用可能であるが、これらの手法を実行するためには、通常、多くの日数と数千ドルもの費用を要する。さらに、任意の個体のゲノム配列決定の臨床的関連性は、それらのゲノム配列の固有の特徴（すなわち、それらの遺伝子型）と、既知の特徴（すなわち、表現型）と相関する参照ゲノムとの比較の問題である。統計的に妥当であるために典型的には数千人を対象とした調査研究から得られる表現型に対する遺伝子型の相関に基づいて参照ゲノムが作成されることを考えれば、スケールおよびスループットの問題が明らかになる。このようにして、何千もの個体について数十億個のヌクレオチドを最終的に配列決定することによって、表現型相関と臨床的に相関する任意の遺伝子型を同定することができる。疾患、薬物反応、および他の臨床的に関連する特性の数によってさらに増加し、非常に安価で迅速な配列決定技術の必要性がますます明らかになる。
【０００４】
求められるのは、科学研究者によって実施される大規模な遺伝子相関研究を推進する配列決定のコストの削減であり、また、人生を変えるような決断を下す個々の患者の治療の臨床現場における配列決定の利用を可能にすることである。本明細書に記載される本発明の実施形態は、その要求を満たすとともに他の利点も提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に記載されるのは、対物レンズ、励起放射線源、および検出器を有するマイクロフルオロメータを含む、検出装置である。マイクロフルオロメータは、広視野画像検出用に構成されている。検出装置はまた、試薬カートリッジからフローセルに試薬を送達するための流体システムを含む。流体システムは、試薬カートリッジとフローセルの入口との間を流体連通するように構成された複数の流体チャネルを有するマニホールド本体を含む。流体システムはまた、マニホールド本体内のポートから下方に延びる複数の試薬シッパーを含む。試薬シッパーの各々は、試薬カートリッジの試薬リザーバ内に入って、試薬リザーバから試薬シッパーに液体試薬を引き込むように構成されている。流体システムはまた、試薬リザーバとフローセルの入口との間の流体連通を媒介するように構成されたバルブを含む。流体チャネルにより試薬シッパーがバルブに流体的に接続されている。検出装置はまた、フローセルを保持するためのクランプカバーを有するフローセルラッチクランプモジュールを含む。対物レンズは、放射線源からの励起放射線をフローセルに向け、かつフローセルからの放射を検出器に向けるように構成されている。マイクロフルオロメータは、フローセルの内面の異なる領域の広視野画像を取得するように移動可能である。
【０００６】
いくつかの態様では、検出装置が単一のマイクロフルオロメータを含む。任意に、マイクロフルオロメータは、励起放射線源からの励起放射線を対物レンズに向け、対物レンズからの放射を検出器に向けるように配置されたビームスプリッタを含む。
【０００７】
いくつかの態様では、マイクロフルオロメータが、コンパクトな落射蛍光検出構成を有する集積型のマイクロフルオロメータである。
【０００８】
いくつかの態様では、マイクロフルオロメータが、該マイクロフルオロメータの視野よりも大きなフローセルの撮像ができるように移動可能である。
【０００９】
いくつかの態様では、検出装置がまた、ハウジングと、該ハウジングの前面に設けられたスクリーンとを含む。スクリーンは、グラフィカルユーザインタフェースとして機能する。
【００１０】
いくつかの態様では、検出装置がまた、試薬カートリッジを受容するためのカートリッジ受けを有するハウジングを含む。
【００１１】
いくつかの態様では、検出装置がまた、試薬カートリッジを昇降させるためのリフトアセンブリを含むフルイディクス自動化モジュールを含む。
【００１２】
いくつかの態様では、検出装置がまた、試薬カートリッジを充填中に移動させるベルトアセンブリを含むフルイディクス自動化モジュールを含む。
【００１３】
いくつかの態様では、検出装置がまた、試薬カートリッジを昇降させるためのリフトアセンブリと、試薬カートリッジを充填中に移動させるベルトアセンブリと、を含むフルイディクス自動化モジュールを含む。
【００１４】
いくつかの態様では、マニホールド本体が、互いに結合された複数層の固体材料から形成されている。
【００１５】
いくつかの態様では、チャネルが、複数の層を互いに結合するに先立って固体材料内に形成されている。
【００１６】
いくつかの態様では、流体チャネルが、前記マニホールド本体内に完全に収容されている。
【００１７】
いくつかの態様では、マニホールド本体が、試薬シッパーのそれぞれに接続する少なくとも１６個のポートを有する。
【００１８】
いくつかの態様では、バルブが、流体チャネルのポートの各々に対応する入口ポートと、フローセルに流体的に接続する単一の共通出口ポートで構成されている。
【００１９】
いくつかの態様では、流体システムが、試薬リザーバとフローセルとの間の流体連通を媒介するバルブを１つだけ有する。
【００２０】
いくつかの態様では、流体チャネルの各々が、単一のポートから始まり、バルブの対応するポートに接続している。
【００２１】
いくつかの態様では、マニホールド本体が、単一層の流体チャネルを有する。
【００２２】
いくつかの態様では、試薬シッパーが、試薬カートリッジのフィルムまたはフォイル層を突き刺すように構成された遠位端を有する。
【００２３】
いくつかの態様では、放射線源が、異なる波長の放射線を生成する。
【００２４】
いくつかの態様では、検出器が、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサである。
【００２５】
いくつかの態様では、マイクロフルオロメータが撮像モジュールのコンポーネントである。撮像モジュールがまた、フローセルラッチクランプモジュールを含む。任意に、撮像モジュールがまた、ＸモータおよびＹモータがそれぞれＸステージおよびＹステージを移動させるＸＹステージを含む。任意に、ＸモータがカメラアセンブリをＸ軸に沿って移動させる。カメラアセンブリがマイクロフルオロメータを有し、ＹモータがフローセルラッチクランプモジュールをＹ軸に沿って移動させる。
【００２６】
いくつかの態様では、検出装置が、フローセルとフローセルカートリッジとを含む流体デバイスを含む。フローセルカートリッジは、フローセルを保持して撮像セッションのためのフローセルの配向を容易にするように構成されている。
【００２７】
いくつかの態様では、流体デバイスおよびフローセルカートリッジが、流体デバイスまたはフローセルカートリッジを損傷することなく、個人または機械によりフローセルカートリッジをフローセルラッチクランプモジュールから取り外すことができるように、取り外し可能である。
【００２８】
いくつかの態様では、フローセルカートリッジが、フローセルカートリッジを損傷することなく、または、フローセルカートリッジを意図された目的に不適にすることなく、フローセルラッチクランプモジュール内に繰返し挿入および除去されるように構成されている。
【００２９】
いくつかの態様では、フローセルカートリッジが、ハウジングと、フローセルカートリッジのハウジングに連結されたカバー部材とを含む。カバー部材は、互いに近接して配置された入口および出口通路を有するガスケットを含む。クランプカバーは、ガスケットの入口通路および出口通路とそれぞれ嵌合するように構成された入口ポートおよび出口ポートを有するカバーマニホールドを含む。
【００３０】
いくつかの態様では、フローセルラッチクランプモジュールが、ダウエルピンに対してフローセルを付勢するバネ付勢レバーを含む。
【００３１】
いくつかの態様では、マイクロフルオロメータの視野径が０．５ｍｍ以上である。任意に、マイクロフルオロメータの視野径が２ｍｍ以上である。任意に、マイクロフルオロメータの視野径が５ｍｍ以下である。
【００３２】
いくつかの態様では、マイクロフルオロメータの開口数が０．２以上である。任意に、マイクロフルオロメータの開口数が０．８以下である。任意に、マイクロフルオロメータの開口数が０．５以下である。
【００３３】
いくつかの態様では、マイクロフルオロメータが、１００μｍ以下で分離された特徴部を区別するのに十分な解像度を有する。
【００３４】
いくつかの態様では、上記の検出装置と、試薬リザーバを有する試薬カートリッジとを含む、配列決定システムが提供される。試薬リザーバは、配列決定試薬を含む。
【００３５】
いくつかの態様では、試薬リザーバの少なくとも１つが核酸サンプルを含む。
【００３６】
いくつかの態様では、試薬カートリッジが検出装置から取り外し可能である。
【００３７】
いくつかの態様では、配列決定システムが合成による配列決定プロトコルを実行するように構成されている。
【００３８】
本明細書では、（ａ）１つ以上のマイクロフルオロメータを備えるキャリッジであって、１つ以上のマイクロフルオロメータの各々が、広視野画像検出用に構成された対物レンズを備え、１つ以上のマイクロフルオロメータが、共通平面の異なる領域から複数の広視野を取得するように配置されているキャリッジと；（ｂ）キャリッジを共通平面に平行な少なくとも一方向に移動させるように構成された並進ステージと；（ｃ）試薬カートリッジからフローセルに試薬を送達するための流体システムであって：試薬カートリッジとフローセルの入口との間を流体連通するように構成された複数のチャネルを備える試薬マニホールドと；マニホールドのポートから下方に延びる複数の試薬シッパーであって、試薬シッパーの各々が試薬カートリッジの試薬リザーバ内に入って、試薬リザーバから試薬シッパーに液体試薬を引き込むように構成された複数の試薬シッパーと；試薬リザーバとフローセルの入口との間の流体連通を媒介するように構成された少なくとも１つのバルブと、を備える流体システムと、を備える、検出装置を提供する。特定の実施形態において、装置は単一のマイクロフルオロメータを備える。
【００３９】
本開示は、試薬カートリッジからフローセルに試薬を送達するための流体システムであって：試薬カートリッジとフローセルの入口との間を流体連通するように構成された複数のチャネルを備える試薬マニホールドと；該マニホールド内のポートから下方に延びる複数の試薬シッパーであって、試薬シッパーの各々が試薬カートリッジの試薬リザーバ内に入って、試薬リザーバから試薬シッパーに液体試薬を引き込むように構成された試薬シッパーと；リザーバとフローセルの入口との間の流体連通を媒介するように構成された少なくとも１つのバルブとを備える、流体システムをさらに提供する。
【００４０】
本開示は、上記の検出装置と；試薬カートリッジ内に配置された核酸サンプルとを備え：試薬カートリッジが検出装置から取り外し可能である、配列決定システムをさらに提供する。
【００４１】
本開示は、上記の検出装置と；フローセル内に配置された核酸サンプルと；を備え：フローセルが検出装置から取り外し可能である、配列決定システムをさらに提供する。
【００４２】
本開示は、配列決定方法をさらに提供し、該配列決定方法は、（ｉ）光学的に透明な表面を備えるフローセル、（ｉｉ）核酸サンプル、（ｉｉｉ）配列決定反応のための複数の試薬、および（ｉｖ）フローセルに試薬を送達するための流体システムを備える、配列決定システムを提供するステップ（ａ）と；（ｉ）ｘおよびｙ次元の画像平面における広視野画像検出用に構成された対物レンズを備える単一のフルオロメータ、および（ｉｉ）サンプルステージを備える、検出装置を提供するステップ（ｂ）と；カートリッジ内における核酸配列決定手順の流体操作、および検出装置内における核酸配列決定手順の検出操作を実行するステップであって、（ｉ）流体システムによって試薬をフローセルに送達し、（ｉｉ）核酸特徴部の広視野画像を複数のマイクロフルオロメータによって検出するステップ（ｃ）と、を含む。
【００４３】
１つ以上の実施形態を、添付の図面とともに以下に記載する。他の特徴、目的および利点が、以下の説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】核酸配列決定に有用な集積型オプトエレクトロニクスおよび流体検出デバイスを示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す集積型オプトエレクトロニクスおよび流体検出デバイスを構成する、いくつかのモジュールおよびシステムの分解図である。
【図２Ａ】試薬シッパー、バルブおよびアライメントピンを有する、マニホールドアセンブリの斜視図である。試薬カートリッジも示されている。
【図２Ｂ】試薬シッパー、バルブおよびアライメントピンを有する、マニホールドアセンブリの斜視図である。
【図２Ｃ】様々な長さの試薬シッパー、バルブおよびアライメントピンを有する、マニホールドアセンブリの側面図である。試薬カートリッジも示されている。
【図２Ｄ】流体システムのための流体マップである。
【図３Ａ】試薬カートリッジの上面斜視図である。
【図３Ｂ】フルイディクス自動化モジュールの斜視図である。
【図４Ａ】直交励起および放射ビーム経路を有する、個々のマイクロフルオロメータの光学レイアウトを示す図である
【図４Ｂ】マイクロフルオロメータの光学レイアウトを示す図である。
【図４Ｃ】例示的な単一のマイクロフルオロメータの斜視図である。
【図５Ａ】単一のマイクロフルオロメータを備える撮像モジュールの正面斜視図である。
【図５Ｂ】単一のマイクロフルオロメータを備える撮像モジュールの側面斜視図である。
【図６】フローセルを示す図である。
【図７Ａ】フローセルラッチクランプモジュールの斜視図である。
【図７Ｂ】フローセルまたはカバーのないフローセルラッチクランプモジュールを示す図である。
【図７Ｃ】カバーが非ラッチ位置にある、ラッチクランプモジュールに取り付けられたフローセルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本開示は、基板表面上に存在するような平面領域の高解像度検出のための方法および装置を提供する。特に有用な用途は、表面上に存在する生物学的サンプルの光学ベースの撮像である。例えば、本明細書に記載される方法および装置は、核酸配列決定の用途に使用され、核酸アレイ中に存在する核酸特徴部の画像を取得するために使用することができる。光学的に検出可能なサンプルおよび／または試薬を利用する様々な核酸配列決定技術を使用することができる。これらの技術は、本開示の方法および装置に特によく適しており、したがって、本発明の特定の実施形態における様々な利点を強調する。これらの利点のいくつかを例示の目的で以下に示す。核酸配列決定の応用例を例示するが、その利点は他の用途にも拡張することができる。
【００４６】
本明細書に記載されるいくつかの実施例に関して、多くの核酸配列決定技術の顕著な特徴は、（１）多色検出の使用（例えば、多くの場合、核酸中に存在する異なるヌクレオチドタイプＡ、Ｃ、ＧおよびＴ（またはＵ）のそれぞれについて１つずつ、４つの異なる蛍光体が使用される）、（２）核酸サンプルからの多数の異なる断片（例えば、ゲノムサンプル、ＲＮＡサンプル、またはそれらの誘導体由来の断片）のアレイ表面への分布化、および、（３）アレイの流体処理および撮像の繰り返しサイクルである。本明細書に開示される方法および装置の実施形態は、複数の色および複数の繰り返しにより、アレイ表面を高解像度で撮像する機能を提供できるので、核酸配列決定に特に有用である。例えば、本明細書に記載される実施形態では、数百ミクロン、数十ミクロン、さらには１桁のミクロンの解像度で表面の画像を取得することが可能である。このように、平均中心間距離が１００ミクロン、５０ミクロン、１０ミクロン、５ミクロンまたはそれ未満である最近傍を有する核酸特徴部を解明することができる。特定の実施形態では、例えば、アレイの１ｍｍ２以上の領域をカバーする画像を含む表面の広視野画像を取得することができる。当該画像は、例えば、異なるヌクレオチド型に一意的に関連する蛍光標識を同定するために、同時にまたは逐次的に複数の色で取得することができる。さらに、当該画像は、配列決定技術の複数のサイクルの間に連続的に取得することができる。アレイの所与の領域の画像は、アレイ上の各核酸特徴部について検出された色変化の順序を決定するために、各サイクルから確実に比較することができる。色変化の順序は、各特徴部における核酸断片の配列を推測するために順に用いることができる。
【００４７】
特定の実施形態において、本開示の装置は、１つ以上のマイクロフルオロメータを含む。各マイクロフルオロメータは、励起放射線源、検出器および対物レンズを含む、読み取りヘッドの一体型サブユニットを形成し得る。各マイクロフルオロメータには、他の光学部品が存在し得る。例えば、コンパクトな落射蛍光検出構成を提供するために、ビームスプリッタを設けることができる。ビームスプリッタは、励起放射線源からの励起放射線を対物レンズに向け、対物レンズからの放出放射線を検出器に向けるように配置されている。
【００４８】
集積型のマイクロフルオロメータを用いる利点は、マイクロフルオロメータを都合よく移動させることができるため、例えば、スキャン操作において、マイクロフルオロメータの視野よりも大きい基板の撮像が可能になることである。特定の実施形態では、単一のマイクロフルオロメータによって読み取りヘッドを形成することができる。特定の実施形態では、いくつかのマイクロフルオロメータを組み合わせて読み取りヘッドを形成することができる。１つ以上の読み取りヘッドの様々な構成を以下に説明するが、読み取りヘッドは、該読み取りヘッド全体を比較的コンパクトなサイズに維持しながら、撮像される基板の特定の形式に適合するように選択され得る。本開示のいくつかの実施形態における、比較的小型かつ軽量である読み取りヘッドは、比較的慣性が低く、移動後すぐに静止するため、核酸アレイまたは他の基材の迅速なスキャンに有利である。場合によっては、マイクロフルオロメータは、核酸配列決定などの分析用途の過程で少なくともいくつかの方向に独立して動かないように、キャリッジに固定することができる。しかしながら、マイクロフルオロメータは、独立した焦点制御を提供するために、ｚ次元内で独立して作動させることができる。本開示の装置におけるいくつかの異なるマイクロフルオロメータ間の自由度を低減することは、装置の出荷時、取り扱い時および使用時における、アライメントの喪失に対する保護を提供する。
【００４９】
いくつかの実施形態において、読み取りヘッドまたはキャリッジに設けられた複数のマイクロフルオロメータは、それぞれが専用のオートフォーカスモジュールを備えることができる。したがって、各マイクロフルオロメータは、独立して焦点を合わせることができる。いくつかの実施形態において、読み取りヘッドにおける特定のオートフォーカスモジュールは、特定のマイクロフルオロメータの作動専用であるが、読み取りヘッド内の少なくとも１つの他のオートフォーカスモジュールからの情報を受信することができ、該特定のオートフォーカスモジュールおよび少なくとも１つの他のオートフォーカスモジュールからの情報を利用して、特定のマイクロフルオロメータの所望の焦点を達成するための適切な作動を決定することができる。このように、任意の所与のマイクロフルオロメータの焦点は、同じ読み取りヘッドまたはキャリッジ内に存在する２つ以上のマイクロフルオロメータ間のコンセンサスによって決定することができる。
【００５０】
特定の実施形態において、検出されるサンプルは、本明細書で提供されるような流体システムを用いて検出チャンバに提供され得る。核酸配列決定用途のより具体的な例を挙げると、流体システムは、配列決定試薬を保持するための１つ以上のリザーバ、サンプル調製試薬を保持するためのリザーバ、配列決定中に生成された廃棄物を保持するためのリザーバ、および／または、ポンプ、フローセルを介して流体を移動させることができる他の構成要素と流体連通するように配置され得る、マニホールドアセンブリを含むことができる。
【００５１】
特定の実施形態において、流体システムは、１つ以上の試薬の再利用を可能にするように構成することができる。例えば、流体システムは、フローセルに試薬を送達し、次いで、フローセルから試薬を取り出し、その後、フローセルに試薬を再導入するように構成することができる。試薬を再利用する利点は、高価な試薬および／または高濃度で（または大量に）供給される試薬を利用するプロセスの廃棄量が低減され、コストが低減されることである。試薬の再利用は、試薬の枯渇はフローセル表面でのみ、または、主にフローセルの表面で生じるため、試薬の大部分は未使用になり再利用され得る、という知識を活用したものである。
【００５２】
図１Ａは、本明細書に記載されるいくつかの実施形態により提供される、集積型オプトエレクトロニクスおよび流体システムの利点を活用した、例示的な検出デバイス１を示している。例示的な検出デバイス１は、例えば、光学コンポーネント、計算コンポーネント、電源、ファン等の様々な固定コンポーネントを含む、ハウジング２を含む。スクリーン３は、例えば、ハウジング２の前面に設けられており、グラフィカルユーザインタフェースとして機能し、操作状態、実行中の分析手順（例えば、配列決定操作）の状態、検出デバイス１へのまたは検出デバイス１からのデータ転送の状態、使用説明、警告等の様々な種類の情報を提供することができる。ハウジング２の前面にはまた、カートリッジ受け４Ａが設けられている。ハウジング２の前面にはまた、廃棄物リザーバ受け４Ｂが設けられている。図示するように、カートリッジ受け４Ａおよび廃棄物リザーバ受け４Ｂは、保護扉５を備えるスロットとして構成することができる。また、ステータスインジケータ６（この例では、カートリッジ受けのフレーム上にあるインジケータライトの形態である）が設けられている。ステータスインジケータ６は、検出デバイス１内における試薬カートリッジの有無を示すように構成することができる。例えば、インジケータライト６は、カートリッジの有無を示すために、オンからオフに切り替わることができ、または、ある色から別の色に変化することができる。この例では、ハウジング２の前面に、電源制御ボタン７が設けられており、製造者の名前または機器の名称などの識別指標８も同様に設けられている。
【００５３】
また、図１Ａは、サンプルおよび試薬を検出デバイス１に供給するために使用することができる、例示的な試薬カートリッジ１０を示している。試薬カートリッジ１０は、リザーバや流体接続部などの様々な流体コンポーネントを保護するカートリッジハウジング１１を含む。例えば、サンプルを追跡して管理するために、カートリッジハウジング１１上に、バーコードまたは他の機械可読表示を任意で設けることができる。人間のユーザによる識別を容易にする目的で、例えば、製造者、流体カートリッジにより支持される分析、ロット番号、有効期限、安全警告などを識別するための他の印を、ハウジング上に設けることもできる。
【００５４】
図１Ａはまた、廃棄物リザーバ受け４Ｂ内に装入可能である廃棄物リザーバ１２を示している。廃棄物リザーバ１２は、リザーバの上部の開口を介して廃液を受け取るように構成されている。
【００５５】
図１Ａに示す装置は例示的なものである。図１の例に代えてまたはそれに加えて使用することができる本開示の方法および装置のさらなる例示的な実施形態を、以下に詳細に説明する。
【００５６】
図１Ｂは、流体オートメーションモジュール（ＦＡＭ）１００２と流体連通する流体ポンプ１００１を含む、例示的な検出デバイス１のコンポーネントを示している。ＦＡＭ１００２は、試薬カートリッジ１００３からフローセル１００４および廃棄物リザーバ１００５に液体試薬を移動させるように、試薬カートリッジ１００３、フローセル１００４および廃棄物リザーバ１００５と流体連通するように構成されている。また、図１Ｂに示すのは、フローセルクランプモジュール１００７を含む、ＸＹステージ１００６である。同様に、図１Ｂに示すのは、電源ユニット１００８およびメインプリント回路基板（ＰＣＢ）１００９である。
【００５７】
図２Ａは、本明細書に記載されるいくつかの実施形態により提供される流体システムの利点を活用した、試薬シッパー１０３および１０４ならびにバルブ１０２を有する、流体システム１００を示す。流体システム１００は、例えば、試薬シッパー、バルブ、チャネル、リザーバなどを含む様々な固定コンポーネントを含む、マニホールドアセンブリ１０１を含む。試薬カートリッジ４００は、試薬リザーバ４０１および４０２（以下、「ウェル」という）を有し、ｚ次元に沿って一組の試薬シッパー１０３および１０４が、該試薬リザーバ４０１および４０２に同時に係合して、液体試薬を試薬リザーバからシッパーに引き出すことができるように構成されている。
【００５８】
図２Ｂは、試薬リザーバからフローセルに液体試薬を供給するのに用いることができる、例示的なマニホールドアセンブリ１０１を示している。マニホールドアセンブリ１０１は、マニホールド内のポート１０６からｚ次元に沿って下方に延びる試薬シッパー１０３および１０４を含む。試薬シッパー１０３および１０４は、試薬カートリッジ内の１つ以上の試薬リザーバ（不図示）に挿入することができる。マニホールド本体１０８はまた、試薬シッパー１０３をバルブ１０２に流体的に接続する、流体チャネル１０７を含む。試薬シッパー１０３および１０４、流体チャネル１０７ならびにバルブ１０２は、試薬リザーバとフローセル（不図示）との間の流体連通を媒介する。バルブ１０２および１０９は、個別にまたは一緒に、試薬シッパー１０３または１０４を選択し、流体チャネル１０７などの流体チャネルを介して、試薬リザーバとフローセル（不図示）との間の流体連通を媒介する。
【００５９】
図２Ｃは、試薬シッパーおよびバルブを備える、例示的な流体システム１００の側面図である。マニホールドは、試薬シッパーに平行な軸線において下方に突出する、アライメントピン１０５を有する。アライメントピン１０５は、ｚ次元に沿って試薬シッパーよりも長いが、他の実施形態では、アライメントピンの長さを試薬シッパーと同じまたは短くすることもできる。アライメントピン１０５は、試薬カートリッジ上に設けられた１つ以上の対応するインターフェーススロット（不図示）と係合するように構成されている。試薬シッパー１０３および１０４は、マニホールドアセンブリ１０１のマニホールド本体１０８内に収容されるポート１０６を介してマニホールドに連結されている。試薬シッパー１０４は、試薬シッパー１０３よりも長いが、これは、試薬シッパー１０３または１０４の長さに対応する様々な深さの試薬リザーバから液体を引き出すためである。代替的な実施形態において、試薬シッパー１０３および１０４は、同じ長さとすることができ、または、主要な長さを切り替えることができる。
【００６０】
図２Ｂは、マニホールド本体１０８内における流体チャネル１０７の可能なレイアウトの１つを表す、マニホールドアセンブリ１０１を示している。流体チャネル１０７の各々は、単一のポート１０６から始まり、対応するポート１０６をバルブ１０２に接続する。いくつかの実施形態において、あるチャネルは、キャッシュリザーバを含むことができ、該キャッシュリザーバは、フローセル（不図示）からキャッシュリザーバに流れるある量の液体試薬に対して十分な容積を有しているため、フローセルと接触した後の該フローセルからの液体試薬が試薬リザーバ（不図示）に戻ることがない。また、図２Ｂは、１つ以上のアライメントピン１０５の例示的な配置を示している。図２Ｂに示されるマニホールドアセンブリはまた、共有バッファ用の入口ポート１１１を含む。バルブ１０２は、各ポート１０６に対応する入口ポートと、フローセルに流体的に接続する共通の出口ポート１１０と、廃棄物リザーバに流体接続する廃棄ポートと、を有して構成されている。
【００６１】
上記の例示的な実施形態により実証されるように、試薬カートリッジからフローセルに試薬を送達するための流体システムは、試薬カートリッジとフローセルの入口との間を流体連通するように構成された複数のチャネルを有するマニホールド本体を備える、試薬マニホールドを含むことができる。流体システムにおいてマニホールド本体を使用すると、チューブのみを使用した場合に比べていくつかの利点が得られる。例えば、固定された流体チャネルを有するマニホールド本体によれば、配管アタッチメントの位置ずれや、接続部の過大なまたは過少の締め付けなどの、組み立て時におけるエラーの可能性が低減される。さらに、マニホールド本体は、メンテナンスを容易にし、例えば、個々のラインにおける時間のかかる試験および交換に代えて、ユニット全体の迅速な交換を可能にする。
【００６２】
マニホールドの１つ以上のチャネルは、固体材料を介した流体トラックを含むことができる。トラックを介して所望のレベルの流体移動が可能となるように、該トラックを任意の直径とすることができる。トラックの内径（直径）は、例えば、０．１ｍｍ未満、０．２ｍｍ未満、０．３ｍｍ未満、０．４ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．６ｍｍ未満、０．７ｍｍ未満、０．８ｍｍ未満、０．９ｍｍ未満、１ｍｍ未満、２ｍｍ未満、３ｍｍ未満、４ｍｍ未満、５ｍｍ未満、６ｍｍ未満、７ｍｍ未満、８ｍｍ未満、９ｍｍ未満、または、１０ｍｍ未満とすることができる。トラック構成は、例えば、直線状または湾曲状とすることができる。代替的にまたは付加的に、トラックは、湾曲部分と直線部分との組み合わせを有することができる。トラックの断面は、例えば、四角形、円形、「Ｄ」字形、または、トラックを介する所望のレベルの流体移動を可能にする任意の他の形状とすることができる。
【００６３】
シッパーとバルブとの間のチャネルは、マニホールド本体１０８内に完全に収容され得る。代替的にまたは付加的に、チャネルは、マニホールドの外部にある１つ以上の部分を含むことができる。例えば、可撓性チューブにより、流体トラックの一部をマニホールド上のトラックの別の部分に接続することができる。代替的にまたは付加的に、可撓性チューブにより、フローセルを、例えば、ポンプ、バルブ、センサおよび計器を含むシステムの固定された流体コンポーネントに接続することができる。一例として、可撓性チューブにより、本システムのフローセルまたはチャネルを、シリンジポンプまたは蠕動ポンプなどのポンプに接続することができる。
【００６４】
マニホールド本体１０８は、例えば、内部に１つ以上のチャネルを支持することができる任意の適切な固体材料で製作することができる。従って、マニホールド本体１０８は、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ＤＥＬＲＩＮ（登録商標）（ポリオキシメチレン）などの樹脂；ＨＡＬＡＲ（登録商標）；ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）；ＰＥＥＫ（商標）（ポリエーテルエーテルケトン）；ＰＫ（ポリケトン）；ＰＥＲＬＡＳＴ（登録商標）；ポリエチレン；ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）；ポリプロピレン；ポリスルホン；ＦＥＰ；ＰＦＡ；高純度ＰＦＡ；ＲＡＤＥＬ（登録商標）Ｒ；３１６ステンレススチール；ＴＥＦＺＥＬ（登録商標）ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）；ＴＰＸ（登録商標）（ポリメチルペンテン）；チタン；ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）；ＵＬＴＥＭ（登録商標）（ポチエーテルイミド）；ＶＥＳＰＥＬ（登録商標）、または、本明細書の実施形態においてマニホールドのチャネルを介して移送される溶媒および流体と適合する、任意の他の適切な固体材料とすることができる。マニホールド本体は、単一の材料から形成することができる。代替的にまたは付加的に、マニホールド本体は、一緒に接合された複数の層から形成することができる。接着方法には、例えば、接着剤、ガスケット、および拡散接合を利用する方法が含まれる。チャネルは、任意の適切な方法によって固体材料中に形成することができる。例えば、チャネルは、固体材料内を穿孔、エッチングまたはミリリングすることにより形成することができる。チャネルは、複数の層を一緒に接合する前に、固体材料中に形成され得る。代替的または付加的に、チャネルは、層を一緒に接合した後に形成され得る。
【００６５】
本明細書に記載されるマニホールドアセンブリは、液体試薬を試薬カートリッジからフローセルに送達するように構成されている。したがって、マニホールドは、試薬シッパーに連結された任意の数のポートを有することができる。より具体的には、ポートの数は、試薬カートリッジ内の試薬リザーバ−の数および構成に対応し得る。いくつかの実施形態では、マニホールドは、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０個または少なくとも３０個のポートを備え、各ポートは、少なくとも１つのバルブと流体連通するチャネルに試薬シッパーを連結するように構成されている。
【００６６】
本明細書に提示される流体システムはまた、マニホールド本体内のポートからｚ次元に沿って下方に延びるシッパー管のアレイを含むことができ、試薬シッパーの各々は、試薬カートリッジ内の試薬リザーバ−に挿入され、液体試薬が試薬リザーバ−からシッパー内に引き込まれるように構成されている。試薬シッパーは、例えば、近位端および遠位端を有する管状体を備えることができる。遠位端は、試薬カートリッジ内の試薬リザーバを覆うシールとして使用されるフィルムまたはフォイル層を突き刺すように構成された鋭利な先端に向かって、先細り形状とすることができる。試薬シッパーには、例えば、遠位端から近位端まで管状体を貫通する単一の管腔を設けることができる。管腔は、シッパーの一方端上の試薬カートリッジと、該シッパーの他方端上の試薬マニホールドと、の間に流体連通をもたらすように構成され得る。図２Ｂの例に示すように、試薬シッパー１０３および１０４は、マニホールド本体１０８に収容されたポート１０６を介して、該マニホールド本体１０８に連結されている。
【００６７】
いくつかの実施形態では、図２Ｃに例示するように、試薬シッパーのサブセットは、他の試薬シッパーよりも長さが短い。例えば、サブセットの長さは、他の試薬シッパーよりも、少なくとも１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９ｍｍ、または、少なくとも２．０ｍｍだけ短くすることができる。マニホールドおよび試薬シッパーは、試薬シッパーを試薬カートリッジ内の対応するウェルまたはリザーバに挿入するように、試薬カートリッジをｚ次元に沿って双方向に移動させるように構成されたエレベータ機構を有する装置において使用することができる。特定の実施形態では、試薬ウェルは保護フォイルで覆われていてもよい。したがって、シッパーの長さを様々とすることの利点は、穿孔式シッパーが試薬カートリッジに接触した際にエレベータ機構により要求される、フォイル穿孔力に対応するための力が低減されることである。異なる長さを有するシッパーは、試薬カートリッジ内の試薬ウェルの深さに有利に対応することができ、その結果、シッパーは、該シッパーおよびカートリッジが完全な係合位置にあるときに、対応する試薬ウェルにおいて所望の深さに達する。
【００６８】
シッパーは、管腔を介して流体移動を可能にし、本明細書に記載される実施形態においてマニホールドのチャネルを介して輸送される溶媒および流体と適合する、任意の適切な材料で形成することができる。シッパーは、単一のチューブから形成することができる。代替的または付加的に、１つ以上のシッパーは、所望の長さおよび直径のシッパーをともに形成する複数のセグメントから形成することができる。
【００６９】
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの試薬シッパーは、コンプライアントチップを含み、該コンプライアントチップは、試薬カートリッジ内の試薬ウェルの底に衝突したときに撓むように構成されている。コンプライアントチップは、屈曲または変形することにより、シッパーの管腔が試薬ウェルの底部にさらに完全に近接または接触することを可能にし、これによって試薬ウェル内の排出量を低減または無くすことができる。コンプライアントチップは、少量で使用されるサンプルまたは試薬の取り込み、または、試薬リザーバ内の液体の殆どまたはすべての取り込みが望ましい状況において、特に有利であり得る。コンプライアントチップを有するシッパーの本体は、該チップと完全に同じ可撓性材料で形成され得る。代替的または付加的に、シッパーの本体は、コンプライアントチップとは異なる材料で形成され得る。コンプライアントチップは、該コンプライアントチップが試薬リザーバ−の底に接触するように押さえられたときに変形または収縮するような任意の適切な材料で形成され得る。いくつかの適切な材料には、ポリウレタン等の熱可塑性ポリマーを含む、ポリマーフォームおよび／または合成フォーム、ゴム、シリコンおよび／またはエラストマーが含まれる。
【００７０】
本明細書に記載される流体システムはまた、例えば、リザーバとフローセルの入口との間の流体連通を制御するために選択的に動作可能である、ポンプおよびバルブを含むことができる。図２Ｄに示すマニホールドアセンブリ１０１に例示されるように、各流体チャネル１０７がバルブ１０２の入口ポートと流体連通するように、マニホールド本体１０８のチャネル出口は、バルブ１０２の対応する入口ポートと接続するように構成することができる。したがって、マニホールド本体１０８の流体チャネル１０７を介して、１つ以上の入口ポートまたは入口ポートの各々が試薬シッパーと流体連通することができる。バルブ１０２は、フローセル上の１つ以上のレーンの入口に流体的に接続する共通の出口ポート１１０を用いて構成することができる。代替的または付加的に、バルブ１０２は、１つ以上の廃棄物リザーバ１００５に流体的に接続する廃棄ポート１１２を用いて構成することができる。
【００７１】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄに示す装置は、例示的なものである。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄの例に代替的または付加的に使用できる、本開示の方法および装置のさらなる例示的な実施形態を以下に記載する。
【００７２】
図３Ａに、例示的な試薬カートリッジを示す。図３Ａに示す試薬カートリッジ４００は、ウェル４０２と比較してｚ次元に沿う深さが異なるウェル４０１を含むことができる。より具体的には、図３Ａに例示する試薬カートリッジは、対応する試薬シッパー（不図示）の長さを収容するように設計されたウェルを有するため、シッパーとカートジッリが完全な係合位置にあるときに、各シッパーは対応する試薬ウェル内で所望の深さに達する。図３Ａに例示する試薬シッパーにおいて、ウェルは、ｙ次元に沿って行または列に配置され、行または列の外側のそれらのウェル４０１は、行または列の内側のそれらのウェル４０２よりｚ次元に沿ってさらに下方に延びている。いくつかのウェルの深さ、または、すべてのウェルの深さが異なり得る。代替的にまたは付加的に、いくつかのウェルの深さ、または、すべてのウェルの深さが同じであり得る。シッパーとカートリッジが完全な係合位置にあるとき、任意のシッパーチップの貫入深さ（すなわち、ウェルの底面からシッパーチップの端までの長さ）は、試薬カートリッジ内の任意の他のウェルにおける任意の他のシッパーチップの貫入深さと同等であり得る。任意のシッパーチップの貫入深さは、試薬カートリッジ内の任意の他のウェルの貫入深さと同じである必要はない。少なくともいくつかの試薬ウェルが異なるウェル深さを有する場合、ウェルの深さは、他の試薬シッパーよりも、例えば、少なくとも０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９ｍｍ、または少なくとも２．０ｍｍだけ小さくすることができる。同様に、シッパーとカートリッジが完全な係合位置にある場合、任意のシッパーチップの貫入深さは、試薬カートリッジ内の任意の他のシッパーチップの貫入深さと、少なくとも０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９ｍｍ、または少なくとも２．０ｍｍだけ異なり得る。
【００７３】
図３Ａの例示的な試薬カートリッジ４００に示すように、カートリッジは、複数の試薬リザーバ４０１Ａ、４０１Ｂ、４０２Ａおよび４０２Ｂを含む。図３Ａにおける試薬リザーバは、ｘ次元およびｙ次元に行をなして配置されている。また図３Ａに示すように、カートリッジは、マニホールドアセンブリの対応するアライメントピン（不図示）と係合するように構成された、アライメントスロット４０３および４０４を含む。カートリッジはまた、任意の数の試薬ウェルまたはリザーバを覆う保護フォイルを含む。該保護フォイルは、カートリッジが穿孔シッパーと接触する際に、該穿孔シッパーによって穿孔され得るものである。
【００７４】
本明細書に記載される試薬カートリッジは、任意の数の試薬リザーバ−またはウェルを含むことができる。試薬リザーバまたはウェルは、カートリッジ内における試薬の輸送および保存を容易にするために、ｘ次元およびｙ次元に沿って任意の形式で配置することができる。代替的または付加的に、試薬リザーバまたはウェルは、マニホールド内のポートからｚ方向に沿って下方に延びるシッパーチューブのアレイとの相互作用に適した、ｘ方向およびｙ方向に沿う任意の形式に配置することができる。より具体的には、試薬リザーバまたはウェルは、液体試薬を試薬リザーバからシッパー内に引き出すことができるように、試薬シッパーのマトリックスと同時に係合するのに適した任意の形式に配置することができる。
【００７５】
すべての試薬ウェルが、マニホールドアセンブリのすべてのシッパーチューブと同時に相互作用する必要はない。例えば、試薬カートリッジは、１つ以上の試薬リザーバまたはウェルのサブセットを含むことができ、該サブセットは、他のリザーバまたはウェルがシッパーチューブのアレイにより係合されている間に、シッパーチューブと相互作用していない状態に留まるように構成される。一例として、本明細書に記載するカートリッジは、複数の試薬リザーバに対応する構成で配置された複数の洗浄リザーバを備えることができる。洗浄リザーバは、試薬シッパーが該試薬リザーバと係合していないときに試薬シッパーと同時に係合し、洗浄バッファが洗浄リザーバから試薬シッパーに引き出されるように構成されている。試薬ウェルの列を示す例示的な実施形態を図３Ａに示す。カートリッジはまた、ｘ次元にはウェル４０１Ａと互いに同じ配向を保持しているがｙ次元にはウェル４０１Ａからオフセットした、対応するウェル４０１Ｂの列を含む。オフセットしたウェル４０１Ｂは、例えば、１つのカートリッジを使用した後や、別のカートリッジを使用する前に、シッパーチューブおよび流体ラインをすすぐために設けられた、洗浄バッファを含むことができる。
【００７６】
代替的または付加的に、カートジッリ上には、空であるか、または、緩衝液、サンプルもしくは他の試薬を保持する他のリザーバが設けられていてもよい。追加のリザーバは、シッパーチューブと相互作用できるが、必ずしもその必要はない。例えば、リザーバは、カートリッジの使用中に、廃棄物または溢れた試薬または緩衝液で満たされるように構成することができる。そのようなリザーバは、例えば、シッパーチューブと接触しないポートを介してアクセスされ得る。
【００７７】
カートリッジリザーバの、対応するシッパーチューブとの正確な位置合わせを容易にするために、アライメントスロットをカートリッジ内に配置することができる。例えば、シッパーチューブのアレイが一組のリザーバから取り出されて別の組の試薬または洗浄リザーバに位置替えされる特定の実施形態では、試薬シッパーのアレイと一組または両方の組のリザーバとの正確な位置合わせを保証するために、アライメントスロットをカートリッジ内に配置することができる。図３Ａに示すように、例示的なカートリッジは、ｘ次元には対応するアライメントスロット４０３と同じ配向を保持するが、ｙ次元には該アライメントスロット４０３に対してオフセットしたアライメントスロット４０４を含む。本明細書に記載される実施形態のカートリッジは、流体アセンブリの特徴部に適切な位置合わせを提供する任意の数のアライメントスロットを有することができる。例えば、カートリッジは、流体システムの対応するアライメントピンと係合するように構成された０、１、２、３、４、５、６，７、８、９、１０個またはそれ以上のアライメントスロットを含むことができ、流体システムの試薬シッパーは、試薬リザーバおよび／または洗浄リザーバと整列して配置される。
【００７８】
例示的なフルイディクス自動化モジュール（ＦＡＭ）を図３Ｂに示す。ＦＡＭ４７０は、穿孔および気泡生成のために試薬カートリッジを上昇および下降させるためのリフトアセンブリ４７１を備えることができる。ベルトアセンブリ４７３は、カートリッジの装填中に試薬カートリッジ受け４７４を移動させ、該カートリッジの取出し中に試薬カートリッジを装置の外に移動させる。ＦＡＭ４７０の前面にはまた、廃棄物リザーバ受け４７５が設けられ、該廃棄物リザーバ受けは、廃棄物リザーバ４７６を受容するように構成されている。ＦＡＭ４７０は、図２Ｂにより詳細に示されるマニホールドアセンブリ４７２をさらに備える。
【００７９】
本明細書に記載されるのは検出装置であり、該検出装置は、（ａ）１つ以上のマイクロフルオロメータを含むキャリッジであって、マイクロフルオロメータの各々が、広視野画像検出用に構成された対物レンズを備え、１つ以上のマイクロフルオロメータが、共通平面において１つ以上の広視野画像を取得するように配置され、広視野画像の各々が、共通平面の異なる領域からの画像であるキャリッジと；（ｂ）キャリッジを共通平面に平行な少なくとも一方向に移動させるように構成された並進ステージと；（ｃ）共通平面内に基板を保持するように構成されたサンプルステージと、を有する。
【００８０】
本開示の検出装置（または、個々のマイクロフルオロメータ）は、ミクロンスケールで特徴部を区別するのに十分な解像度で、１つ以上の画像を得るために使用することができる。例えば、検出装置で使用されるマイクロフルオロメータは、最大で５００μｍ、１００μｍ、５０μｍ、１０μｍ、５μｍ、４μｍ、３μｍ、２μｍまたは１μｍで分離した特徴部を区別するのに十分な解像度を有し得る。より低い解像度、例えば、５００μｍを超えて分離した特徴部を区別する解像度とすることもできる。
【００８１】
本開示の検出装置（または、個々のマイクロフルオロメータ）は、表面の高解像度検出によく適している。したがって、平均間隔がミクロン範囲である特徴部を有するアレイは、特に有用な基材である。特定の実施形態において、検出装置またはマイクロフルオロメータを使用して、最近傍の中心間距離が平均で、５００μｍ以下、１００μｍ以下、５０μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下または１μｍ以下である特徴部を有するアレイの１つ以上の画像を取得することができる。多くの実施形態において、アレイの特徴部は非連続であり、１００μｍ未満、５０μｍ未満、１０μｍ未満、５μｍ未満、１μｍ未満、０．５μｍ未満だけ離間している。しかしながら、特徴部は必ずしも離間している必要はない。むしろ、アレイのいくつかのまたはすべての特徴部は相互に連続し得る。
【００８２】
当技術分野で既知の様々なアレイ（「マイクロアレイ」ともいう）のいずれかを用いることができる。典型的なアレイは、個々のプローブまたはプローブ集団をそれぞれ有する特徴部を含む。後者の場合、各部位におけるプローブ集団は、典型的には、単一種のプローブを有して均質である。例えば、核酸アレイの場合、各特徴部は、共通の配列をそれぞれ有する複数の核酸種を有し得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、アレイの各特徴部における集団は、不均質であり得る。同様に、タンパク質アレイは、必ずしもそうではないが典型的には同じアミノ酸配列を有する、単一のタンパク質またはタンパク質の集団を伴う特徴部を有し得る。プローブは、例えば、プローブとアレイ表面との共有結合を介して、または、プローブとアレイ表面との非共有的相互作用を介して、アレイ表面に付着させることができる。いくつかの実施形態において、核酸分子などのプローブは、例えば、米国特許出願第２０１１／００５９８６５号に記載されるように、ゲル層を介して表面に付着させることができる。
【００８３】
例示的なアレイには、限定しないが、Ｉｌｌｕｍｉｎａ（登録商標）,Ｉｎｃ．（サンディエゴ、カリフォルニア）から入手可能であるＢｅａｄＣｈｉｐ  Ａｒｒａｙ、または、米国特許第６２６６４５９号；６３５５４３１号；６７７０４４１号；６８５９５７０号；７６２２２９４号；もしくは国際公開第００／６３４３７号に記載されるような、表面上に存在するビーズ（例えば、表面上のウェル内のビーズ）にプローブを付着させたものなど他のアレイが含まれ、各文献は参照により本明細書に組み込まれる。使用可能な市販のマイクロアレイのさらなる例には、例えば、Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ（登録商標）ＧｅｎｅＣｈｉｐ（登録商標）マイクロアレイ、または、ＶＬＳＩＰＳ（商標）（超大規模固定化ポリマー合成）技術と称されることがある技術に従って合成された他のマイクロアレイが含まれる。スポットされたマイクロアレイはまた、本発明のいくつかの実施形態に従う装置またはシステムにおいて使用され得る。例示的なスポットされたマイクロアレイは、Ａｍｅｒｓｈａｍ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓから入手可能なＣｏｄｅＬｉｎｋ（商標）アレイである。有用な他のマイクロアレイは、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能なＳｕｒｅＰｒｉｎｔ（商標）技術のようなインクジェット印刷方法を用いて製造されるマイクロアレイである。
【００８４】
他の有用なアレイには、核酸配列決定の用途に使用されるアレイが含まれる。例えば、ゲノム断片のアンプリコンを有するアレイ（しばしば「クラスター」という）が特に有用であり、これらは、Ｂｅｎｔｌｅｙら著のＮａｔｕｒｅ４５６：５３−５９頁（２００８年）、国際公開第０４／０１８４９７号；米国特許第７０５７０２６号；国際公開第９１／０６６７８号；国際公開第０７／１２３７４４号；米国特許第７３２９４９２号；米国特許第７２１１４１４号；米国特許第７３１５０１９号；米国特許第７４０５２８１号、または、米国特許出願第２００８／０１０８０８２号に記載されており、各文献は参照により本明細書に組み込まれる。拡散配列決定に有用な他のタイプのアレイは、エマルジョンＰＣＲ技術から生成された粒子のアレイである。その例は、Ｄｒｅｓｓｍａｎら著のＰｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ  １００：８８１７−８８２２ページ（２００３年）、国際公開第０５／０１０１４５号、米国特許出願第２００５／０１３０１７３号または米国特許出願第２００５／００６４４６０号に記載されており、各文献は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。上記のアレイは配列決定用途の文脈において記載されているが、アレイは、例えば、配列決定技術を含まない用途を含む他の実施形態において使用することができるものと理解されたい。
【００８５】
アレイまたは他のサンプルの検出用に構成されていようとなかろうと、検出装置に設けられた１つ以上のマイクロフルオロメータは、広視野検出用に構成され得る。個々のマイクロフルオロメータの視野径は、例えば、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、４ｍｍ以上、５ｍｍ以上、またはそれ以上であり得る。適切なコンポーネントを選択することによって、視野径を最大面積以下に制限することができ、そのような視野径は、例えば、５ｍｍ以下、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下または１ｍｍ以下であり得る。したがって、いくつかの実施形態において、個々のマイクロフルオロメータによって得られる画像面積は、０．２５ｍｍ２〜２５ｍｍ２の範囲であり得る。
【００８６】
広視野検出用に構成されていることに加えて、マイクロフルオロメータは、０．２より大きい開口数（ＮＡ）を有するように構成することができる。例えば、本開示のマイクロフルオロメータで使用される対物レンズのＮＡは、少なくとも０．２、０．３、０．４または０．５である。代替的にまたは付加的に、対物レンズのＮＡを０．８以下、０．７以下、０．６以下または０．５以下に制限することが望ましい場合がある。本明細書に記載の方法および装置は、ＮＡが０．２〜０．５である対物レンズを介して検出が行われる場合に特に有用である。
【００８７】
アレイ検出の実施形態において、検出装置（または、個々のマイクロフルオロメータ）は、アレイのデジタル画像を取得するように構成することができる。典型的には、デジタル検出装置（または、個々のマイクロフルオロメータ）の各ピクセルは、任意の所与の画像取得において、単一の特徴部からの信号を収集する。この構成は、画像内の特徴部間の望ましくない「クロストーク」を最小限に抑える。各特徴部からの信号を検出するピクセル数は、撮像された特徴部のサイズおよび形状に基づいて、また、デジタル検出装置（または、個々のマイクロフルオロメータ）の構成に基づいて調整することができる。例えば、各特徴部は、所与の画像において、１６ピクセル以下、９ピクセル以下、４ピクセル以下、または１ピクセル以下で検出することができる。特定の実施形態では、各画像は、特徴部ごとに平均で６．５ピクセル、特徴部ごとに４．７ピクセル、または、特徴部ごとに１ピクセルを利用することができる。例えば、アレイのパターン内における特徴部の位置のばらつきを低減し、アレイに対する検出器の位置合わせの許容値を小さくすることによって、特徴部ごとに使用されるピクセル数を減らすことができる。一例として、特徴部ごとに４ピクセル未満を使用するように構成されたデジタル検出器を使用した場合、ランダムに分布した核酸クラスターのアレイの代わりに秩序ある核酸特徴部のアレイを使用することによって画質を改善することができる。
【００８８】
１つ以上のマイクロフルオロメータを有する検出装置では、マイクロフルオロメータの数に各マイクロフルオロメータによって検出される広視野領域を掛けた面積にほぼ等しい共通平面領域を検出できることが理解できよう。領域は、連続的である必要はない。例えば、２つ以上のマイクロフルオロメータは、不検出領域によって隔てられた共通平面の個別領域を検出するように配置され得る。しかしながら、必要に応じて、複数のマイクロフルオロメータは、連続しているが重複していない領域を検出するように配置することができる。代替的な実施形態において、１つ以上のマイクロフルオロメータを有する検出装置は、マイクロフルオロメータの数に、各マイクロフルオロメータによって検出される広視野領域を掛けた面積よりも実施酢的に小さい共通平面の領域を検出することができる。これは、少なくとも部分的に重複する領域を検出するために、複数のマイクロフルオロメータが配置される場合に生じ得る。本明細書の他の部分でより詳細に説明するように、複数の画像は、アレイまたは検出された他の共通平面の完全な画像の再構成に使用されるフォーマットで必ずしも取得される必要はない。
【００８９】
検出装置は、２０１３年２月１３日に出願された「核酸分析に有用な集積型オプトエレクトロニクス読み取りヘッドおよび流体カートリッジ」と題する、米国特許出願第１３／７６６４１３号に記載される検出装置構成および配列決定方法のいずれかを利用することができ、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００９０】
本明細書に示す例示的な検出装置は、単一のマイクロフルオロメータを有するものとして示されている。他の実施形態では、様々な構成のいずれか１つにおいて、検出装置は１つ以上のマイクロフルオロメータを有することができる。単一のマイクロフルオロメータが様々な観点から有利であり得ることが理解されよう。第１に、単一のマイクロフルオロメータは、特に、他の構成が個々のマイクロフルオロメータの較正を必要とする場合に、製造およびメンテナンス費用の観点から有利である。本明細書に示す単一のフルオロメータ構成では、光学読み取りヘッドを、モジュラーアプローチで検出装置に組み込むことができる完全なユニットで設けることができるので、製造を単純化し、コストをさらに低減することができる。これらのコスト削減の恩恵はエンドユーザに引き継がれて、ユーザは、より多くの核酸アレイ検出アプリケーションにアクセスすることが可能になる。本明細書に示す単一のマイクロフルオロメータ構成の他の利点は、システムの流体コンポーネントとの相互作用が比較的単純であることにある。例えば、システムで使用されるフローセルを単一の流路で構成することができるので、従来のシステムにみられる複数のバルブおよびポンプの必要性が低減する。２つ以上の流路を有するフローセルは、異なる流路間での流体の切り替えを必要とする場合があるが、単一の流路を有するフローセルは、単一のバルブと流体連通する専用の供給ラインを有することができる。さらに、単一のチャネル層を有する流体マニホールド本体を使用することができるので、流体システムの設計および製造を簡素化し、システムの製造およびメンテナンス費用を削減することができる。
【００９１】
図４Ａは、マイクロフルオロメータ５００の例示的な光学レイアウトを示す。マイクロフルオロメータ５００は、流体充填チャネル６７５によって分離された上部層６７１および下部層６７３を有するフローセル６００に向けられている。図示の構成において、上部層６７１は光学的に透明であり、マイクロフルオロメータ５００は、上部層６７１の内面６７２の領域６７６に集束される。代替的な構成において、マイクロフルオロメータ５００は、下部層６７３の内面６７４に集束され得る。一方または両方の表面が、マイクロフルオロメータ５００によって検出されるべきアレイ特徴部を含むことができる。
【００９２】
マイクロフルオロメータ５００は、対物レンズ５０１を含み、該対物レンズ５０１は、放射線源５０２からの励起放射線をフローセル６００に向け、フローセル６００からの放射を検出器５０８に向けるように構成されている。例示的なレイアウトにおいて、放射線源５０２からの励起放射線は、レンズ５０５を通り、次いでビームスプリッタ５０６を通り、次いでフローセル６００に向かう途中で対物レンズを通過する。図示の実施形態において、放射線源は、互いに異なる波長の放射を生成する２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）５０３および５０４を含む。フローセル６００からの放出放射は、対物レンズ５０１によって捕捉され、ビームスプリッタによってコンディショニング光学系５０７および検出器５０８（例えば、ＣＭＯＳセンサ）に反射される。ビームスプリッタ５０６は、励起放射線の経路に直交する方向に放出放射を向けるように機能する。対物レンズの位置は、マイクロフルオロメータの焦点を変えるために、ｚ次元内で移動させることができる。マイクロフルオロメータ５００は、ｙ次元内で前後に移動し、フローセルの上部層６７１の内面のいくつかの領域の画像を取得することができる。
【００９３】
図４Ｂは、様々な光学コンポーネントの機能的配置を示すための、例示的なマイクロフルオロメータの分解図である。緑色ＬＥＤ（ＬＥＤＧ）および赤色ＬＥＤ（ＬＥＤＲ）を含む２つの励起源が示されている。励起光はそれぞれ、緑色ＬＥＤコレクタレンズ（Ｌ６）および赤色ＬＥＤコレクタレンズ（Ｌ７）を通過する。緑色の励起放射線は、緑色ＬＥＤコレクタレンズ（Ｌ６）から、コンバイナダイクロイック（Ｆ５）を通過し、該コンバイナダイクロイックは、励起フィルタ（Ｆ２）を介して緑色の励起放射線を反射する。次いで、緑色の励起放射線は、ＬＥＤ視野レンズ（Ｌ８）およびレーザダイオードビームスプリッタ（Ｆ３）を通過し、次いで、励起視野絞り（ＦＳ）を通過し、次いで、励起投影レンズ群Ｌ２を通過して、励起／放射ダイクロイック（Ｆ４）に進む。励起・放射ダイクロイック（Ｆ４）は、緑色の励起放射線を対物レンズ群（Ｌ４）を介してフローセル（ＦＣ）の表面に反射する。ＬＥＤ折り返しミラー（Ｍ１）は、赤色の励起放射線をコンバイナダイクロック（Ｆ５）に反射し、その後、赤色の励起放射線は、フローセル（ＦＣ）の表面まで緑色の励起放射線と同じ経路に従う。図示するように、焦点合わせは、平行移動対物レンズ群（Ｌ４）を上下に（すなわち、ｚ次元に沿って）移動させることによって行われる。フローセル（ＦＣ）表面からの放射は、平行移動対物レンズ群（Ｌ４）を介して励起／放射ダイクロック（Ｆ４）に戻される。励起／放射ダイクロック（Ｆ４）は、当該放出放射を、放射フィルタを介して放射投影レンズ群（Ｌ１）に通過させ、次いでＣＭＯＳイメージセンサ（Ｓ１）に通過させる。レーザダイオード（ＬＤ）は、レーザダイオードカップリングレンズ群（Ｌ５）を介してレーザーダイオードビームスプリッタ（Ｆ３）に向けられており、レーザダイオードビームスプリッタ（Ｆ３）は、励起視野絞り（ＦＳ）、励起投影レンズ群（Ｌ２）、励起・放射ダイクロニック（Ｆ４）、対物レンズ群（Ｌ４）を介して、レーザダイオード放射をフローセル（ＦＣ）に反射させる。緑色ＬＥＤ（ＬＥＤＧ）および赤色ＬＥＤ（ＬＥＤＲ）の上には、ＬＥＤヒートシンク（ＨＳ）が配置されている。
【００９４】
図４Ｃは、オートフォーカスシステムのためのレーザダイオード（ＬＤ）、ＣＭＯＳイメージセンサ（Ｓ１）、および、対物レンズ（Ｌ４）を調整するためのＺステージボイスコイルモータを含む、単一のカメラモジュールの例示的な実施形態を示す。この図では、ＬＥＤＧおよびＬＥＤＲは示されていない。
【００９５】
図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃの例示的な実施形態で説明されるように、マイクロフルオロメータの各々は、ビームスプリッタおよび検出器を含むことができ、ビームスプリッタは、励起放射線源からの励起放射線を対物レンズに向けるとともに、対物レンズからの放出放射を検出器に向けるように配置されている。図示するように、各マイクロフルオロメータは、任意に、ＬＥＤなどの励起放射線源を含むことができる。この場合、各マイクロフルオロメータは、専用の放射線源を含み得るので、読み取りヘッドは、個々のマイクロフルオロメータにそれぞれ分離された複数の放射線源を含む。いくつかの実施形態において、２つ以上のマイクロフルオロメータは、共通の放射線源からの励起放射線を受けることができる。したがって、２つ以上のマイクロフルオロメータは、放射線源を共有することができる。例示的な一構成において、単一の放射線源は、放射線をビームスプリッタに向けることができる。ビームスプリッタは、当該励起放射線を２つ以上の光線に分離し、当該光線を２つ以上のそれぞれのマイクロフルオロメータに向けるように配置される。付加的または代替的に、励起放射線は、１つ以上の光学ファイバーを介して、放射線源から１つ、２つまたは３つ以上のマイクロフルオロメータに向けられ得る。
【００９６】
図示される特定のコンポーネントは例示的なものであり、同様の機能を有するコンポーネントと置換可能であることが理解されよう。例えば、ＬＥＤの代わりに、様々な放射線源のいずれかを使用することができる。特に有用な放射線源は、アーク灯、レーザ、半導体光源（ＳＬＳ）、またはレーザダイオードである。ＬＥＤは、例えば、Ｌｕｍｉｎｕｓ（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，Ｍａｓｓ）から購入することができる。同様に、限定しないが、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ；光電子増倍管（ＰＭＴ）；または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサを含む様々な検出器が有用である。特に有用な検出器は、Ａｐｔｉｎａ  Ｉｍａｇｉｎｇ（Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，ＣＡ）から入手可能な５メガピクセルＣＭＯＳセンサ（ＭＴ９Ｐ０３１）である。
【００９７】
図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃは、２つの励起源を含むマイクロフルオロメータの例示的な実施形態を示している。この構成は、異なる波長で励起された少なくとも２つのフルオロファをそれぞれ検出するのに有用である。必要に応じて、マイクロフルオロメータは、２つ以上の励起源を有するように構成することができる。例えば、マイクロフルオロメータは、少なくとも２つ、３つ、４つまたは５つ以上の異なる励起源（すなわち、互いに異なる波長を生成する光源）を含むことができる。代替的または付加的に、ビームスプリッタおよび光学フィルタを使用して、個々の放射線源から利用可能な励起波長の範囲を拡張することができる。複数の放射線源および／または分割励起ビームの光学フィルタリングは、いくつかのマイクロフルオロメータが１つまたは複数の放射線源からの励起を共有する実施形態において同様に使用することができる。本明細書の他の部分でさらに詳述するように、複数の励起波長の利用可能性は、いくつかの異なるフルオロファ標識を利用する配列決定用途において特に有用である。
【００９８】
例示的な実施形態におけるマイクロフルオロメータは、撮像モジュールのコンポーネントである。図５Ａは、ある例示的な実施形態の正面図である。図示されるのは、カメラアセンブリ７０１、ＸＹステージ７０２、およびフローセルラッチクランプモジュール９００から構成され、固定ベース７０４に取り付けられた撮像モジュール７００である。カメラアセンブリは、カメラハウジング７０５の上方にヒートシンク７１１を備え、このヒートシンク７１１は、固定ベース７０４に取り付けられ、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されるマイクロフルオロメータの下半分のエンクロージャーを提供している。２つのモータは、ＸステージおよびＹステージの動きをそれぞれ提供する。Ｘモータ７０６は、以上のように、カメラアセンブリ７０１をＸ軸に沿って移動させるＸリードスクリュー７０７を駆動する。Ｙモータ（７１２、不図示）は、以上のように、ガイドレール７０９上のＹ軸に沿ってフローセルラッチクランプモジュール９００を移動させるＹリードスクリュー７０８を駆動する。
【００９９】
図５Ｂは、撮像モジュール７００の側面図である。Ｙモータ７１２、Ｙリードスクリュー７０８、ガイドレール７０９およびＸリードスクリュー７０７が示されている。
【０１００】
一実施形態では、サンプル分析のための流体デバイスを提供する。流体デバイスは、入口および出口ポートを有するフローセルと、それらの間に延びるフローチャネルと、を含む。フローセルは、対象のサンプルを保持するように構成されている。流体デバイスはまた、フローセルを受け入れるように構成された受容空間を有するハウジングを含む。受容空間は、フローセルがハウジングに対して浮遊できるようなサイズおよび形状とされている。流体デバイスはまた、ハウジングに連結されたガスケットを含む。ガスケットは、入口および出口通路を有し、圧縮性材料を含む。ガスケットは受容空間に対して、フローセルの入口および出口ポートが該ガスケットの入口および出口通路とそれぞれほぼ整列するように配置されている。
【０１０１】
他の実施形態では、撮像のためのフローセルの位置決めを容易にしかつ保持するように構成された、取り外し可能なカートリッジを提供する。カートリッジは、フローセルを実質的に物体平面内に保持するように構成された受容空間を有する取り外し可能なハウジングを含む。ハウジングは、反対方向を向いた一対のハウジング側部を含む。受容空間は、フローセルがハウジング側部の少なくとも一方を介してハウジングの外部に露出するように、ハウジング側部の少なくとも一方に沿って延びている。カートリッジはまた、ハウジングに連結されてガスケットを含むカバー部材を含む。ガスケットは、入口および出口通路を有し、圧縮性材料を含む。ガスケットは、フローセルがハウジングに保持されているときに、フローセルの露出部分の上に取り付けられるように構成されている。
【０１０２】
本明細書に記載されたデバイスとともに使用するのに適したフローセルを含む、例示的な流体装置は、２０１３年２月１３日に出願された「核酸分析に有用な集積型オプトエレクトロニクス読み取りヘッドおよび流体カートリッジ」と題する、米国特許出願第１３／７６６４１３号により詳細に記載されており、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１０３】
図６は、一実施形態に従って形成された流体デバイス８００を示す。図６に示すように、流体デバイス８００は、カートリッジ（またはフローセルキャリア）８０２およびフローセル８５０を含む。カートリッジ８０２は、フローセル８５０を保持し、撮像セッションのためのフローセル８５０の配向を容易にするように構成されている。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、流体デバイス８００またはカートリッジ８０２に損傷を与えることなく、カートリッジ８０２を個人または機械によって撮像システム（不図示）から取り出せるように、流体デバイス８００およびカートリッジ８０２は取り外し可能であってもよい。例えば、カートリッジ８０２は、カートリッジ８０２を損傷することなく、または、カートリッジ８０２を意図された目的に不適にすることなく、撮像システムへの挿入および撮像システムからの取り出しが繰り返されるように構成され得る。いくつかの実施形態において、流体デバイス８００およびカートリッジ８０２は、個人が手持ちできる大きさおよび形状とすることができる。さらに、流体デバイス８００およびカートリッジ８０２は、自動化されたシステムによって運搬される大きさおよび形状とすることができる。
【０１０５】
図６に示すように、カートリッジ８０２は、ハウジングまたはキャリアフレーム８０４と、ハウジング８０４に連結されるカバー部材８０６と、を含んでいてもよい。また、図６に示すように、流体デバイス８００は、Ｚ軸に沿ってカートリッジ８０２を完全に通過する、デバイスウインドウを有していてもよい。図６に関し、カバー部材８０６は、互いに連結されたカバー本体８４０とガスケット８４２を含んでいてもよい。ガスケット８４２は、互いに近接して配置された入口通路８４６および出口通路８４４を含む。図示の実施形態において、カバー本体８４０およびガスケット８４２は、一体構造に共成型されている。整形時、カバー本体８４０およびガスケット８４２は、異なる圧縮可能特性を有していてもよい。例えば、特定の実施形態において、ガスケット８４２は、カバー本体８４０の材料よりも圧縮可能な材料を含んでいてもよい。しかしながら、代替的な実施形態において、カバー本体８４０およびガスケット８４２は、互いに（例えば、機械的にまたは接着剤を用いて）連結された個別のパーツであってもよい。他の実施形態において、カバー本体８４０およびガスケット８４２は、単一の連続構造の異なる部分または領域であってもよい。
【０１０６】
カバー部材８０６は、ハウジング８０４に移動可能に連結されていてもよい。例えば、カバー部材８０６は、ハウジング８０４のベース部材８２６に回転可能に連結されていてもよい。ハウジング８０４は、カバー部材８０６が係合解除位置にあるときにアクセス可能なカートリッジキャビティを画定することができる。いくつかの実施形態では、識別送信機をカートリッジキャビティに配置してもよい。識別送信機は、フローセル８５０に関する情報をリーダに通信するように構成されている。例えば、識別送信機は、ＲＦＩＤタグとすることができる。識別送信機により提供される情報は、例えば、フローセル８５０内のサンプル、フローセルまたはサンプルのロット番号、製造に関するデータ、製造日、および／または、フローセル８５０が撮像システムに挿入されたときに実行されるアッセイプロトコルを識別することができる。
【０１０７】
図７Ａに示すのは、フローセルラッチクランプモジュール（ＦＣＬＭ）９００（以下、ラッチクランプモジュールという）である。ラッチクランプモジュール９００は、ＸＹステージ７０２のＹプレートに直接取り付けられている。フローセルラッチクランプカバー９０１は、フローセル８００を保持し、該フローセルをマイクロフルオロメータ内のカメラに揃える。クランプカバー９０１内には、フローセルハウジングのガスケット内の入口通路８４６および出口通路８４４の位置と嵌合するように構成された入口ポート９４４および出口ポート９４６を有するマニホールド９０２が設けられている。ヒートブロック９０３は、Ｙプレートに取り付けられ、フローセルを加熱して化学反応を可能にする。ラッチボタンを押し下げると、クランプカバー９０１を開くことができる。
【０１０８】
図７Ｂは、撮像モジュールのＹプレート７０２に直接取り付けられたヒートブロック９０３を示す、ラッチクランプモジュール９００の断面図である。図７Ｃは、フローセル８５０が所定位置に取り付けられた、ラッチクランプモジュール９００を示す図である。フローセルのデータエッジ８０７および８０８は、ヒータブロックに取り付けられたダウエルピン９０７および９０８の別のセットに対して付勢されている。ばね負荷式レバー９０９は、フローセル８５０をヒータブロックダウエルピン９０７および９０８に押し付ける。図示するように、フローセル８５０は、基準ピンに対してＸおよびＹ位置に位置合わせされ、ヒータブロック表面に対してＺ位置に位置合わせされる。フローセルクランプモジュール９００は、ＦＡＭとフローセルガスケットとの間の流体的な接続における負圧および正圧を支持する、流体工学用のシールを提供する。
【０１０９】
図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃに示す実施形態は例示的なものである。図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃの例に代えてまたはそれに加えて使用することができる、本開示の方法および装置のさらなる例示的な実施形態は、「集積型オプトエレクトロニックリーディングヘッドおよび核酸配列決定に有用な流体カートリッジ」と題する、２０１５年２月１３日に出願された米国特許出願第１３／７６６４１３号にさらに詳細に記載されており、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１１０】
特定の実施形態において、流体システムは、１つ以上の試薬の再利用を可能にするように構成することができる。例えば、流体システムは、フローセルに試薬を送達し、次に、フローセルから試薬を取り出し、その後、フローセルに試薬を再導入するように構成することができる。ある構成は、「フローセルへの試薬送達のための流体システム」と題する、２０１４年８月７日に出願された米国特許出願第１４／４５３８６８号に記載される装置および方法に例示されており、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１１１】
本発明の流体システムおよび方法の実施形態は、核酸配列決定技術のための特定の用途を見出す。例えば、１塩基合成（ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ−ｂｙ−ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：ＳＢＳ）プロトコルが特に適用可能である。ＳＢＳでは、核酸テンプレート中のヌクレオチドの配列を決定するために、該テンプレートに沿った核酸プライマーの伸長をモニタする。基礎をなす化学プロセスは、重合（例えば、ポリメラーゼ酵素による触媒など）またはライゲーション（例えば、リガーゼ酵素による触媒）であり得る。特定のポリメラーゼに基づくＳＢＳの実施形態では、プライマーに付加されるヌクレオチドの順序およびタイプの検出を用いてテンプレートの配列を決定することができるように、蛍光標識されたヌクレオチドをテンプレート依存様式でプライマーに付加する（それによりプライマーを伸長させる）。複数の異なるテンプレートは、異なるテンプレートに対して生じる事象が区別され得る条件下で、表面上においてＳＢＳ技術を受けることができる。例えば、テンプレートは、異なるテンプレートが互いに空間的に区別可能であるようにして、アレイの表面上に存在し得る。通常、テンプレートは、それぞれが同じテンプレート（「クラスター」または「コロニー」と呼ばれることもある）の複数のコピーを有する特徴部で発生する。しかしながら、単一のテンプレート分子が互いに分解可能であるように（「単一分子アレイ」と呼ばれることもある）、各特徴部が単一のテンプレート分子を有するアレイ上でＳＢＳを実行することも可能である。
【０１１２】
フローセルは、核酸アレイを収容するための便利な基材を提供する。フローセルは、典型的には、サイクル中に試薬を繰り返し送達するため、配列決定技術に都合がよい。例えば、第１のＳＢＳサイクルを開始するために、１つ以上の標識ヌクレオチドやＤＮＡポリメラーゼなどを、核酸テンプレートのアレイを収容するフローセル中に流し込むこと、または、該フローセルを介して流すことができる。プライマー伸長が標識されたヌクレオチドを取り込ませるそれらの特徴部は、例えば、本明細書に記載される方法または装置を用いて検出され得る。任意に、ヌクレオチドは、該ヌクレオチドが一旦プライマーに付加されると、さらなるプライマー伸長を終結させる可逆的終止特性をさらに含み得る。例えば、可逆的終止部分を有するヌクレオチド類似体をプライマーに添加して、ブロッキング剤が送達されて当該部分が除去されるまで、その後の伸長が起こらないようにすることができる。従って、可逆的終結技術を用いる実施形態では、（検出される前または後に）脱ブロッキング試薬をフローセルに送達することができる。様々な送達ステップの間に洗浄を実行することができる。次いで、このサイクルをｎ回繰り返してプライマーをｎヌクレオチドだけ伸長させることにより、長さｎの配列を検出することができる。例示的な配列決定技術は、例えば、Ｂｅｎｔｌｅｙら著のＮａｔｕｒｅ  ４５６：５３−５９頁（２００８年）、国際公開第０４／０１８４９７号；米国特許第７０５７０２６号；国際公開第９１／０６６７８号；国際公開第０７／１２３７４４号；米国特許第７３２９４９２号；米国特許第７２１１４１４号；米国特許第７３１５０１９号；米国特許第７４０５２８１号；米国特許出願第２００８／０１０８０８２号に記載されており、これらの各々は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１１３】
ＳＢＳサイクルのヌクレオチド送達ステップでは、単一型のヌクレオチドを一度に送達することができ、または、複数の異なるヌクレオチド型を（例えば、Ａ、Ｃ、ＴおよびＧを一緒に）提供することができる。一度に単一型のヌクレオチドのみが存在するヌクレオチド送達構成の場合、個々の送達に固有の時間的分離に基づいて区別することができるので、異なるヌクレオチドは個別のラベルを有する必要はない。従って、配列決定方法または装置は、単色検出を用いることができる。例えば、マイクロフルオロメータまたは読み取りヘッドは、単一の波長または単一の波長範囲内で励起を提供するだけでよい。従って、マイクロフルオロメータまたは読み取りヘッドは、単一の励起源のみを有する必要があり、励起のマルチバンド濾過は不要である。一度に複数の異なるヌクレオチドがフローセル内に存在する結果となるヌクレオチド送達構成の場合、異なるヌクレオチド型を含む特徴部は、混合物中のそれぞれのヌクレオチド型に結合している異なる蛍光標識に基づいて区別することができる。例えば、４つの異なるフルオロフォアのうちの１つを有する、４つの異なるヌクレオチドを使用することができる。一実施形態において、４つの異なるフルオロフォアは、スペクトルの４つの異なる領域における励起を使用して区別することができる。例えば、マイクロフルオロメータまたは読み取りヘッドは、４つの異なる励起放射線源を含むことができる。あるいは、読み取りヘッドは、４つ未満の異なる励起放射線源を含むことができるが、単一の放射線源からの励起放射線の光学的濾過を利用して、フローセルで異なる範囲の励起放射線を生成することができる。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、４種類未満の異なる色を用いて、４つの異なるヌクレオチドをサンプル（例えば、核酸の特徴アレイ）中に検出することができる。第１の例は、一対のヌクレオチド型を同じ波長で検出することができ、該一対のヌクレオチド型を対の一方のメンバーの他方のメンバーとの比較における強度差に基づいて区別するか、または、対の一方のメンバーへの変化に基づいて（例えば、化学的修正、光化学的修正または物理的修正を介して）区別することができ、これにより、対の他方のメンバーについて検出されたシグナルと比較して、見かけのシグナルを出現または消失させる場合である。第２の例は、４つの異なるヌクレオチド型の３つは特定の条件下で検出可能である一方で、第４のヌクレオチド型はこれらの条件下で検出可能な標識が欠けている場合である。第２の例のＳＢＳ実施形態において、第１の３つのヌクレオチド型の核酸への取り込みは、それらのそれぞれのシグナルの存在に基づいて決定することができ、第４のヌクレオチド型の核酸への取り込みは、任意のシグナルの欠如に基づいて決定することができる。第３の例は、１つのヌクレオチド型が２つの異なる画像または２つの異なるチャネル（例えば、同じ塩基であるが異なる標識を有する２種類の混合物を使用することができ、または、２つの標識を有する単一種を使用することができ、または、両方のチャネルで検出される標識を有する単一種を使用することができる）において検出され得るが、他のヌクレオチド型は、画像またはチャネルのうちの１つのみで検出され得る場合である。この第３の例では、２つの画像または２つのチャネルの比較により、異なるヌクレオチド型を区別することができる。
【０１１５】
上記段落における３つの例示的な構成は、互いに排他的ではなく、様々な組み合わせで使用することができる。例示的な実施形態は、蛍光標識を有する可逆的に遮断されたヌクレオチド（ｒｂＮＴＰ）を使用するＳＢＳ法である。このフォーマットでは、４つの異なるヌクレオチド型を、配列決定される核酸特徴部のアレイに送達することができ、可逆的な遮断基であるがために各特徴部において１つだけの取り込み事象が生じる。この例においてアレイに送達されるヌクレオチドは、第１のチャネルで検出される第１のヌクレオチド型（例えば、第１の励起波長によって励起された場合に第１のチャネルで検出される標識を有するｒｂＡＴＰ）、第２のチャネルで検出される第２のヌクレオチド型（例えば、第２の励起波長によって励起された場合に第２のチャネルで検出される標識を有するｒｂＣＴＰ）、第１および第２のチャネルの両方で検出される第３のヌクレオチド型（例えば、第１および／または第２の励起波長により励起される場合に両方のチャネルで検出される少なくとも１つの標識を有するｒｂＴＴＰ）、および、いずれのチャネルで検出されるラベルをも有しない第４のヌクレオチド型（例えば、外因性標識を有しないｒｂＧＴＰ）である。
【０１１６】
上記の例では、４つのヌクレオチド型がアレイと接触したら検出手段を実行し、例えば、アレイの２つの画像を捕捉することができる。画像は、別々のチャネルで得られ、同時にまたは逐次的に得ることができる。第１のチャネルにおける第１の励起波長および放出放射を用いて得られる第１の画像は、第１および／または第３のヌクレオチド型（例えば、Ａおよび／またはＴ）が組み込まれた特徴部を示す。第２のチャネルにおける第２の励起波長および放出放射を用いて得られる第２の画像は、第２および／または第３のヌクレオチド型（例えば、Ｃおよび／またはＴ）が組み込まれた特徴部を示す。各特徴部に組み込まれたヌクレオチド型の明確な同定は、２つの画像を比較して以下に到達することによって決定づけることができる：第１のヌクレオチド型（例えば、Ａ）が組み込まれた第１のチャネルにのみ現れる特徴部、第２のヌクレオチド型（例えば、Ｃ）が組み込まれた第２のチャネルにのみ現れる特徴部、第３のヌクレオチド型（例えば、Ｔ）が組み込まれた両方のチャネルに現れる特徴部、および、第４のヌクレオチド型（例えば、Ｇ）が組み込まれたいずれのチャネルにも現れない特徴部。この例においてＧが組み込まれた特徴部の位置は、（他の３つのヌクレオチド型の少なくとも１つが組み込まれている）他のサイクルから決定できることに留意されたい。４色未満の色の検出により４つの異なるヌクレオチドを区別するための例示的な装置および方法については、例えば、米国特許出願第６１／５３８２９４号に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、核酸を表面に付着させて、配列決定の前または最中に増幅させることができる。例えば、ブリッジ増幅を用いて増幅を行い、表面上に核酸クラスターを形成することができる。有用なブリッジ増幅法は、例えば、米国特許第５６４１６５８号；米国特許出願公開第２００２／００５５１００号；米国特許第７１１５４００号；米国特許出願公開第２００４／００９６８５３号；米国特許出願公開第２００４／０００２０９０号；米国特許出願公開第２００７／０１２８６２４号；または米国特許出願公開第２００８／０００９４２０号に記載されており、これらの各々は、参照により本明細書に組み込まれる。核酸を増幅するための他の有用な方法は、ローリングサークル増幅（ＲＣＡ）であり、例えば、Ｌｉｚａｒｄｉら著のＮａｔ．Ｇｅｎｅｔ．１９：２２５−２３２頁（１９９８年）および米国特許出願公開第２００７／００９９２０８号に記載されており、これらの各々は、参照により本明細書に組み込まれる。ビーズ上でのエマルジョンＰＣＲも使用することができ、当該方法は、例えば、Ｄｒｅｓｓｍａｎら著のＰｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ  １００：８８１７−８８２２頁（２００３年）、国際公開第０５／０１０１４５号、米国特許出願公開第２００５／０１３０１７３号または米国特許出願公開第２００５／００６４４６０号に記載されており、これらの各々は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１１８】
上述のように、配列決定の実施形態は反復プロセスの一例である。本開示の方法は、反復プロセスによく適している。いくつかの実施形態を、以下および本明細書の他の箇所に記載する。
【０１１９】
従って、本明細書は、配列決定方法を提供し、該配列決定方法は、（ｉ）光学的に透明な表面を備えるフローセル、（ｉｉ）核酸サンプル、（ｉｉｉ）配列決定反応のための複数の試薬、および（ｉｖ）フローセルに試薬を送達するための流体システムを備える、流体システムを提供するステップ（ａ）と；（ｉ）フルオロメータの各々がｘおよびｙ次元の画像平面における広視野画像検出のために構成された対物レンズを備える複数のフルオロメータ、および（ｉｉ）サンプルステージを備える検出装置を提供するステップ（ｂ）と；カートリッジ内における核酸配列決定手順の流体操作、および検出装置内における核酸配列決定手順の検出操作を実行するステップであって、（ｉ）流体システムによって試薬をフローセルに送達し、（ｉｉ）核酸特徴部の広視野画像が複数のマイクロフルオロメータによって検出し、（ｉｉｉ）少なくともいくつかの試薬をフローセルからキャッシュリザーバに除去する、ステップ（ｃ）と、を含む。
【０１２０】
本出願全体を通して、様々な刊行物、特許および／または特許出願が参照されている。これらの刊行物の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１２１】
本明細書において「備える」という用語は、列挙された要素だけでなく任意の追加の要素をさらに含む、開放型であることが意図されている
【０１２２】
多数の実施形態を記載したが、様々な変更をなし得ることが理解されよう。従って、他の実施形態もまた、添付の特許請求の範囲内である。
【図１Ａ】
2019508669.tif 000003
【図１Ｂ】
2019508669.tif 000004
【図２Ａ】
2019508669.tif 000005
【図２Ｂ】
2019508669.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【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４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【国際調査報告】
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