(57)【要約】複数の検出可能な信号を励起波長により識別するための装置及び方法が提供される。該装置は、例えばウェルなどのサンプル保持領域内のサンプルの方へそれぞれの励起光波長又は波長範囲を放射することのできる光源を含むことができる。該サンプルは例えば蛍光染料などの検出可能なマーカーを２つ以上含むことができ、その各々はターゲット成分の存在で励起されたときに増大した検出可能な放射を発生させることができて良い。検出可能なマーカーは、他の検出可能なマーカーの範囲と重なる励起波長範囲及び／又は発光波長範囲を有することができる。少なくとも１つの他のマーカーの重なる波長範囲内で第１マーカーから放射された発光波長又は波長範囲を検出するために検出器を構成することができる。
2005526253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって：
該装置は少なくとも１つの反応領域を含み；
該装置は複数の別々の励起ビームを提供することのできる励起光源を含んでおり、各励起ビームは該複数の別々の励起ビームのうちの他の励起ビームからは提供されない波長範囲を含んでおり、該励起光源は各励起ビームをビーム経路に沿って前記の少なくとも１つの反応領域へ向けることができ；
該装置は該複数の励起ビームの各々を、該複数の励起ビームのうちの他のビームとは別に、個別に励起することのできる制御ユニットを含み；
該装置は該少なくとも１つの反応領域から放射された放射ビームを検出することのできる検出器を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
該励起光源は、１つの波長範囲を有するそれぞれの励起ビームをそれぞれ形成することのできる複数の励起波長源を含んでおり、各励起ビーム波長範囲は他のどの励起ビーム波長範囲とも相容れないことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
該検出器は該励起ビームを検出された信号と比較して１つの成分の存在又は不在を判定することができることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
該制御ユニットは、それぞれの励起ビームと、該少なくとも１つの反応領域内のサンプルをそれぞれの励起ビームで照明することから得られるそれぞれの検出信号との各々をメモリーに蓄積することができることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
該制御ユニットは、検出信号を所定値と比較し、この比較に基づいてサンプル中の成分の存在又は不在を判定することができることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
該励起光源は、発光ダイオード、有機発光ダイオード、半導体レーザー、固体レーザー、及びマイクロワイヤ・レーザーのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
器械であって：
該器械はサンプル・ウェルを含み；
該器械は該サンプル・ウェルに配置されたサンプルを含み、該サンプルは複数の成分と複数の検出可能なマーカーとを含み、該複数の検出可能なマーカーの各々は該サンプル内にターゲット成分が存在することに起因して増大した放射を発生させることができ、該複数の検出可能なマーカーの各々はそれぞれの励起波長範囲とそれぞれの発光波長範囲とを有し；
該器械は複数の励起波長範囲を該サンプルの方へ放射して該検出可能なマーカーの各々をそれぞれ励起することのできる光源を含み、該複数の励起波長範囲の各々は該複数の検出可能なマーカーのうちの１つのマーカーの励起波長範囲にそれぞれ対応し；
該器械は該複数の検出可能なマーカーの各々から放射された発光波長範囲を検出することのできる検出器を含むことを特徴とする器械。
【請求項８】
該光源は複数の励起波長範囲を順番に該サンプルの方へ放射することができ、該検出器は対応する発光波長範囲が該サンプルから放射されているか否か順番に検出することができることを特徴とする請求項７に記載の器械。
【請求項９】
該光源から放射された該複数の励起波長と該サンプルから放射された発光波長とを受け取るように構成されたレンズを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の器械。
【請求項１０】
該レンズは収束レンズであることを特徴とする請求項９に記載の器械。
【請求項１１】
該レンズはフレネルレンズ又はプリズムであることを特徴とする請求項９に記載の器械。
【請求項１２】
該光源は、発光ダイオード、有機発光ダイオード、レーザー、固体レーザー、マイクロワイヤ・レーザー、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項９に記載の器械。
【請求項１３】
該光源は発光源のアレイを含むことを特徴とする請求項７に記載の器械。
【請求項１４】
該発光源のアレイは発光ダイオードのアレイを含むことを特徴とする請求項１３に記載の器械。
【請求項１５】
該発光源のアレイは有機発光ダイオード・レイアウトを含むことを特徴とする請求項１３に記載の器械。
【請求項１６】
該発光源のアレイは１つ以上の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１３に記載の器械。
【請求項１７】
該発光源のアレイは１つ以上のレーザーを含むことを特徴とする請求項１３に記載の器械。
【請求項１８】
該発光源のアレイは固体レーザーを含むことを特徴とする請求項１３に記載の器械。
【請求項１９】
該光源と該サンプルとの間に配置されたライトパイプを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の器械。
【請求項２０】
該検出器と該サンプルとの間に配置されたライトパイプを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の器械。
【請求項２１】
該サンプルと該検出器との間に配置された励起波長排除装置を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の器械。
【請求項２２】
該励起波長排除装置は、ロングパス・フィルター、マルチノッチ・フィルター、バンドパス・フィルター、或いはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項２１に記載の器械。
【請求項２３】
該光源と該サンプルとの間に配置された励起波長排除装置を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の器械。
【請求項２４】
該励起波長排除装置はロングパス・フィルター、マルチノッチ・フィルター、バンドパス・フィルター、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項２３に記載の器械。
【請求項２５】
該光源と該サンプルとの間、及び該検出器と該サンプルとの間の両方に配置されたミラーを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の器械。
【請求項２６】
それぞれの波長の光を含む励起ビームにより照明されたときにそれぞれの検出可能な放射ビームをそれぞれ放射する少なくとも２つの検出可能なマーカーを含むサンプルを供給するステップ；
第１波長を含む第１励起ビームで該サンプルを照明するステップ；
該第１励起ビームでの該サンプルの照明に応じて該サンプルから放射された放射ビームを検出するステップ；
その後、該第１波長とは異なる第２波長を含む第２励起ビームで該サンプルを照明するステップ；
該第２励起ビームでの該サンプルの照明に応じて該サンプルから放射された放射ビームを検出するステップ；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
該少なくとも２つの検出可能なマーカーは蛍光染料を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
該サンプルは少なくとも４つの検出可能なマーカーを含み、該方法は少なくとも４つの異なる励起ビームで照明するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
複数の蛍光信号を励起波長により識別する方法であって：
（ａ）該方法はサンプル・ウェル内にサンプルを供給するステップを含み、該サンプルは複数の成分を含み；
（ｂ）該方法は複数の蛍光染料を該サンプルに加えるステップを含み、該複数の蛍光染料の各々は該サンプル内にそれぞれのターゲット成分が存在することに起因して増大した放射を発生させることができ、該複数の蛍光染料の各々はそれぞれの励起波長範囲とそれぞれの発光波長範囲とを有し；
（ｃ）該方法は励起波長範囲を光源から該サンプルの方へ向けて該蛍光染料のうちの第１の蛍光染料から検出可能な放射を放射させるステップを含み；
（ｄ）該方法は該サンプルから放射された発光波長を検出するステップを含み；
（ｅ）該方法は検出された発光波長を分析することによって該サンプル内にそれぞれのターゲット成分が存在するか否か判定するステップを含み；
該方法は該サンプル内の該複数の蛍光染料の各々について（ｃ）から（ｅ）までを反復するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
該励起波長及び該発光波長のうちの少なくとも一方をレンズを通過させるステップを更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
該発光波長を検出前にフィルターを通過させるステップを更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
該方法は該サンプルに核酸シーケンス増幅を受けさせるステップを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
該核酸シーケンス増幅はポリメラーゼ連鎖反応を含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本出願は、先に出願された、２００２年５月１７日出願の米国仮特許出願第６０／３８１，６７１号、２００２年９月９日出願の米国仮特許出願第６０／４０９，１５２号、及び２００３年２月２８日出願の米国仮特許出願第６０／４５０，７３４号からのパリ条約による利益を主張する。２００２年８月９日出願の米国特許出願第１０／２１６，６２０号は２００１年１１月２９日出願の同時係属中の米国特許出願第０９／７００，５３６号の継続出願であり、これは刊行番号ＷＯ９９／６０３８１として刊行された１９９９年５月１７日出願のＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／１１０８８号からの優先権を主張しており、これらの出願の全体を参照により本書に取り入れる。ベーゲら（Ｂｏｅｇｅ  ｅｔ  ａｌ．）の“励起源を含む光学器械”と題された米国特許出願第＿＿＿＿＿号（代理人整理番号５０１０−０２７−０１）と、ベーゲらの“励起源を含む光学器械”と題された米国特許出願第＿＿＿＿＿号（代理人整理番号５０１０−０４２−０１）とは、ともに本出願と同じ日に出願されたものであり、これらもその全体が参照により本書に取り入れられる。本書で言及された全ての特許、特許出願、及び刊行物の全体が参照により本書に取り入れられる。
【背景技術】
【０００２】
背景
生体サンプル組成及び化学サンプル組成を識別するために、種々のクエンチされた又はクエンチされていない染料をサンプルに加えることができる。クエンチされていない染料は、励起光にさらされた時に特定の発光波長で蛍光を発する。クエンチング染料は、特定の波長でこの染料から放射される光の量を大幅に減少させることができる。
【０００３】
サンプル成分検出のために現在使用されている装置及び方法は、高価であり、与えられたサンプルから放射された特定の波長を記録し解釈するために広い光スペクトル、多数の光源、及び／又は多数の検出器を必要とすることがある。例えば、過去においては、サンプル中の成分の存在は、サンプルから放射される特定の発光波長を検出して識別することにより判定され、発光波長を検出して識別するために割合に高価な検出器を必要としていた。蛍光染料を使ってサンプルの組成を判定する安価な装置及び方法を作ることが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
複数の蛍光信号を励起波長により識別する装置及び方法が開示される。この装置及び方法は、特定の励起波長又は波長範囲と、複数の検出可能な例えば蛍光染料などのマーカーと、１つ以上の検出器とを用いるサンプル組成の判定に備えることができる。例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの安価な光源が出現したので、本教示の装置及び方法は、複数の励起波長又は波長範囲を低コストで提供し、またサンプル組成のターゲット成分の存在又は不在を経済的に且つ効率良く判定することが可能である。
【０００５】
種々の実施態様では、該装置はサンプル・ウェルと、このサンプル・ウェルに配置されたサンプルとを含むことができる。サンプルは、付加された複数の蛍光染料を含む複数の成分を含むことができる。複数の蛍光染料は、各々、励起波長範囲と発光波長範囲とを示すことができる。発光波長範囲は、１つ以上の他の蛍光染料の発光波長範囲と重なっても良い。
【０００６】
種々の実施態様では、サンプルを保つことのできる領域に蛍光染料が存在する場合にその蛍光染料から蛍光を放射させることができるように前記領域の方へ励起波長又は波長範囲を放射するように構成された光源を含む光学器械を提供することができる。この光源は、複数の蛍光染料のそれぞれの励起波長範囲に対応する励起波長範囲を提供することができる。蛍光染料から放射された発光波長を検出することができる検出器を用いて、その染料と関連付けられた成分の不在又は存在を判定することができる。例えば、該染料は、挿入染料（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｎｇ  ｄｙｅｓ）、レポーター染料、浮標染料等を含むことができる。
【０００７】
種々の実施態様では、装置の光源は、例えばＬＥＤ、レーザー又はその両方のアレイ等の発光源のアレイであって良い。装置は、更に、励起波長排除装置、励起波長収束装置、或いはこの両方を更に含むことができる。
【０００８】
種々の実施態様では、光源及び検出器の一方又は両方をライトパイプによってサンプルから分離することができる。
【０００９】
種々の実施態様では、複数の蛍光信号を励起波長によって識別する方法を提供することができる。この方法は、複数の成分を含むサンプルをサンプル・ウェル内に供給するステップと、該サンプルに複数の蛍光染料を付加するステップとを含むことができる。その複数の蛍光染料は、各々、それぞれの励起波長又は波長範囲と発光波長又は波長範囲とを有することができる。ターゲット成分が存在する時にそれぞれの励起波長範囲を光源からサンプルに向けて蛍光染料を励起することができる。サンプル中の蛍光染料から放射された発光波長を検出することができる。サンプル中の特定の成分の存在を、対応する発光波長の検出によって判定することができる。いろいろな励起波長を利用して該方法を反復してサンプル中の他の特定の成分の存在を判定することができる。励起スペクトルは広いので、単一の励起波長が複数の染料を同時に励起することができる。第１の染料を他の染料より強く励起するために励起波長を選択することができる。他の染料を第１染料より弱く励起することができ、或いはそれぞれの励起波長又は波長範囲が存在するのに全く励起しなくても良い。励起波長に対する各々の可能な染料の応答を測定することができる。未知の成分のサンプルの応答を測定することができる。線形連立方程式を解くために線形代数学の手法を用いることができる。このようにして作られた解集合は、以前は分からなかった成分のサンプル中の染料の濃度を記述することができる。
【００１０】
種々の実施態様では、複数の蛍光信号を励起波長により識別する方法は、種々の励起帯内の励起ビームを形成する複数の光源を含むことができる。該方法は、マルチノッチ・フィルターを含むことができる。複数の重なり合うマルチノッチ・フィルターを該方法において利用することができ、少なくとも１つのマルチノッチ・フィルターは励起フィルターとして使用され、少なくとも１つのマルチノッチ・フィルターは放射フィルターとして使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上記の一般的記述と以下の詳細な記述とは、両方ともに、代表的で説明的な記述であって本教示の種々の実施態様の更なる説明を提供することを意図したものであることが理解されなければならない。
説明
例えば図１に示されている実施態様などの種々の実施態様では、装置は、少なくとも２つの蛍光染料を包含するサンプル１２を受容するようになっている少なくとも１つのサンプル・ウェル１０と、レンズ１４と、少なくとも２つの励起波長を放射することのできる光源１６と、放射波長を検出するための検出器１８とを含むことができる。種々の実施態様では、該装置は１つ以上の励起波長排除装置２２，１つ以上の励起波長収束装置、１つ以上のライトパイプ２４、１つ以上のレンズ１４、或いはこれらの組み合わせを含むこともできる。
【００１２】
種々の実施態様では、サンプル・ウェル１０は、特定されるべき２つ以上の成分を含むサンプル１２を受容するようになっていて良い。例えば、サンプル１２は、核酸シーケンス増幅及び／又はシーケンシング検出のためのＤＮＡシーケンスを含むサンプルなどの、生体物質又は化学物質の溶液であって良い。サンプル１２はサンプル・ウェル１０に直接挿入されるようになっていても良く、或いはサンプル・ウェル１０は例えばキュベット又は試験管などのサンプル容器を受容するようになっていても良い。サンプル・ウェル１０は単一サンプル・ウェルであっても良く、或いは例えば９６個のサンプル・ウェルのアレイなどの、ブロック状に配列されたサンプル・ウェルのアレイであっても良い。各サンプル・ウェル１０は操作中に加熱及び／又は冷却され得る。或いは、ブロックは、ブロックの中に置かれた各サンプル・ウェルを加熱及び冷却することができるようになっていても良い。
【００１３】
種々の実施態様では、数個の蛍光染料をサンプル１２に加えることによってサンプル１２の２つ以上の成分を特定することができる。染料の蛍光発光によって各成分を明確に特定することができる。
【００１４】
種々の実施態様では、サンプル中の特定のターゲット成分の存在によってクエンチされない状態になるように各蛍光染料を選択することができる。特定の励起波長範囲及び発光波長範囲を有するように各蛍光染料を選択することができる。染料がサンプル１２に加えられた後、該染料の励起波長範囲に対応する波長の光を光源１６によってサンプル１２に向け、ターゲット成分が存在するときに該染料から蛍光を放射させることができる。蛍光を発する染料は、検出器１８によって検出され得る発光波長の光を放射することができる。従って、対応する励起ビームがサンプルに向けられた時に特定の波長又は波長範囲の放射ビームがサンプル１２から放射されるか否か検出することによって、サンプル１２の中に特定の成分が存在することを確かめることができる。
【００１５】
種々の実施態様では、それぞれの励起波長範囲を利用する種々の染料がサンプル１２の中に存在することを用いて種々の成分を特定することができる。各染料が（ａ）別々の又は実質的に別々の励起波長範囲と、（ｂ）１つ以上の他の蛍光染料の発光波長範囲と重なる発光波長範囲とを有するように複数の蛍光染料を選ぶことができる。例えば、代表的染料５−ＦＡＭ（商標）及びＴＥＴ（商標）の励起波長及び発光波長が図２及び３に描かれている。図示されているように、５−ＦＡＭ（商標）及びＴＥＴ（商標）は実質的に別々の、４７０ｎｍ及び５２５ｎｍをそれぞれ中心とする励起波長範囲を有する。更に、図２を参照すると、＞約６００ｎｍの波長範囲内では５−ＦＡＭ（商標）及びＴＥＴ（商標）は実質的に重なる発光波長を有する。図２は、次の表示を用いて該染料の発光を描いている：即ち、複数のｘが線全体にわたって付されている実線としてのＴＥＴ  Ｅｘ；短いダッシュを用いる破線としての５−ＦＡＭ  Ｅｘ；長いダッシュを用いる破線としてのＴＥＴ  Ｅｍ；実線としての５−ＦＡＭ  Ｅｍ；及び複数の丸が線全体にわたって付されているバンドパス・フィルター処理後の放射。
【００１６】
種々の実施態様では、ターゲット分子と結合した時にのみ蛍光を発するＰＣＲ染料を使用することができる。消光剤に結合されたプローブに核酸シーケンス増幅染料を付けることもでき、核酸シーケンス増幅酵素の作用は、染料−プローブ−消光剤分子を分解して染料の蛍光発光を増大させる。核酸シーケンス増幅は、例えば、当該技術分野で良く知られているポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、等温増幅反応などの種々の方法を用いて実行され得る。例えばＰＣＲ手順が使用される時には、クエンチされていない染料分子の数が全ての熱サイクルで２倍になる。蛍光染料は当該技術分野で良く知られており、種々の励起波長を有する複数の蛍光染料のいずれをも使用することができる。この様な染料の例は、これらに限定されるわけではないが、ローダミン、フルオロセイン（Ｆｌｕｏｒｏｓｃｅｉｎ）、ローダミンの染料誘導体、フルオロセインの染料誘導体、５−ＦＡＭ（商標）、６−カルボキシフルオレセイン（６−ＦＡＭ（商標））、ＶＩＣ（商標）、ヘキサクロロ−フルオレセイン（ＨＥＸ（商標））、テトラクロロ−フルオレセイン（ＴＥＴ（商標））、ＲＯＸ（商標）、及びＴＡＭＲＡ（商標）を含む。使用し得る染料又は他の識別物質は、蛍光団及び燐光染料を含むが、これらに限定はされない。１サンプルあたりに２種類、３種類、４種類又はそれより多数の染料を組み合わせて使用することができる。種々の実施態様では、サンプル成分の存在を示すために５−ＦＡＭ（商標）、６−ＦＡＭ（商標）、ＶＩＣ（商標）、ＴＥＴ（商標）、及び／又はＲＯＸ（商標）染料のファミリーを使用することができる。
【００１７】
種々の実施態様では、核酸シーケンス増幅検出に用いることのできる染料が幾つかある。検出はリアルタイムであって良い。或る染料はＤＮＡに入り込み、そして一旦入り込むと自分達の蛍光発光を増大させる。これらの挿入染料については、ＤＮＡ分子の数が大きくなるに連れて蛍光発光強度が増大する。この挿入はシーケンス特有でなくても良い。ＤＮＡ融解温度を検査することによって複数のサンプルを識別することができる。より一般的には、プローブＤＮＡシーケンスの一端に染料を付けることができ、他方の端に消光剤を付けることができる。該プローブがターゲット・シーケンスに結合しているとき、酵素は該プローブをバラバラに分裂させて消光剤と染料とを解放することができるので、染料は励起されて、自分のエネルギーを消光剤により吸収されるのではなくて蛍光発光を介してそれを放出することができる。種々の実施態様では、浮標染料を使用することができる。
【００１８】
種々の実施態様では、染料に加えて或いは染料の代わりに種々の検出可能なマーカーを使用することができる。マーカーは、例えば蛍光染料、浮標染料、レポーター染料、プローブ染料、挿入染料、及び分子ビーコン（ｍｏｌｕｃｕｌａｒ  ｂｅａｃｏｎ）を含むことができる。ＤＮＡに統合された時に蛍光を発する染料は挿入染料であって良い。“レポーター”染料として知られている他の染料は、他端に“消光剤”を有する“プローブ”の端に付けられ得るものである。例えばＰＣＲなどの核酸シーケンス増幅反応は、染料−プローブ−消光剤分子の分解という結果をもたらすことができるので、レポーター染料は量の増えた蛍光を放射することができるようになる。レポーター染料は、どんな形でもサンプルに付けられない。浮標染料は溶液中で自由に漂うことができる。当該技術分野で良く知られている他の蛍光発光マーカーを利用することができる。種々の実施態様では、分子ビーコンは、増幅されたターゲットと優先的に交雑して開くヘアピンを有する一本鎖の分子であって良い。
【００１９】
図１、５、６ａ及び７に示されているように、サンプル１２から発光波長が放射されているか否か検出するために検出器１８を使用することができる。該検出器は、例えばフォトダイオード、電荷結合素子（ＣＣＤ）、カメラ、ＣＭＯＳ検出器、或いはこれらの任意の組み合わせを含む当該技術分野で知られている任意の適切な装置であって良い。該検出器は、例えばコンピュータ、信号処理システムなどのデータ収集装置に情報を蓄積、相関、及び／又はデータの操作のために中継するようになっていて良い。
【００２０】
例えば図４及び８に示されている、特定の染料の発光波長に対応するそれぞれの範囲の波長の光を受け取るように各々セットされている多重放射検出器２８を用いて任意の放射された光を検出することもできる。種々の実施態様では、多重放射検出器２８をアレイとして配置することができる。種々の実施態様に従って使用される種々のタイプの多重放射検出器が例えば刊行物Ｎｏ．ＷＯ０１／６９２１１Ａ１に記載されており、その全体を参照により本書に取り入れる。
【００２１】
種々の実施態様では、レンズ１４は、光源１６から放射された１つの波長の光をサンプル・ウェル１０の中に収束することのできる収束レンズであって良い。種々の実施態様では、例えば図１、６ａ、及び７に示されているように、レンズ１４は発光波長光を検出器１８の中に収束することができる。
【００２２】
レンズは、１つ以上のレンズを含む任意の適切なレンズ構成であって良い。レンズは、例えばフレネルレンズ又はプリズムなどの、当業者に知られている任意のレンズであって良い。例えば図４に示されているプリズム２６を第２のレンズ２９と関連させて使用することができる。例えば図４に示されているように、プリズム２６は励起ビームの光をサンプル・ウェル１０の中に向けるように配置され得るものであり、第２レンズ２９は放射ビームの光を検出器又は検出器アレイ２８の中に収束するように配置され得るものである。種々の実施態様では、追加のレンズ無しでプリズム２６を単独に使用することができる。種々の実施態様では、励起ビーム及び／又は放射ビームの光を向けるために例えばプリズム、格子、マスクなどの、当該技術分野で知られているいろいろな物品を配置することができる。
【００２３】
種々の実施態様では、該装置は、光源、検出器及び単一のレンズを含むことができ、例えばミラー、ビームスプリッター、追加の収束レンズなどの他の光学コンポーネントを実質的に備えていなくても良い。種々の実施態様では、該装置はレンズを含んでいない。種々の実施態様では、光源とサンプルとの間の距離と、サンプルと検出器との間の距離とは、図５に示されている相対的距離に比例しても良く、或いはその程度であって良い。種々の実施態様では、光源は、サンプルの上面からＤ／２から５Ｄまでの範囲でサンプルの上に間隔を置いていることができ、このＤはウェル内のサンプルの深さである。
【００２４】
種々の実施態様では、光源１６は、例えば図４及び５に示されているように１つ以上のそれぞれの波長又は波長範囲の光を放射することのできる１つの光源を含むことができ、或いは例えば図１、６ａ及び６ｂに示されているように２つ以上の光源３２のアレイ３０を含むことができる。
【００２５】
種々の実施態様では、例えば図１、６ａ及び６ｂに示されているように光アレイ３０は２つ、３つ、４つ又はそれ以上の光源３２を含む。各光源３２は、異なる蛍光染料の蛍光発光を生じさせるそれぞれの波長範囲の光を放射することができる。光源３２は、例えばＬＥＤ、レーザー、固体レーザー、レーザーダイオード、又はこれらの任意の組み合わせなどの、狭い波長の光を放射する任意の適切な１つ又は複数の発光装置を各々含むことができる。レーザー光源が使用される場合、それを１つ以上の次元で走査することができる。スーパーブライトＬＥＤ（ｓｕｐｅｒ  ｂｒｉｇｈｔ  ＬＥＤ）は安価であって、低コストで光アレイをなすように配置することができるので、該ＬＥＤを使用することができる。種々の実施態様では、アレイをなす別々のＬＥＤ又はパッケージに収められたＬＥＤのセットを使用することができる。他の適切な光源は当業者にとっては明白であろう。種々の実施態様では、光源は、例えば約４７５ｎｍで発光するＬＥＤ、約５３９ｎｍで発光するＬＥＤ、及び約５９３ｎｍで発光するフォトダイオードなどの、２つ、３つ又は４つ以上のＬＥＤ、レーザーダイオード等の組み合わせを含むことができる。
【００２６】
種々の実施態様では、ＬＥＤ又はレーザー等の光源１６から放射された光を２つのサンプル、３つのサンプル、４つのサンプル、或いはそれより多数のサンプルの間で分割して、１サンプル・ウェル・アレイに必要な光源の数を減らすことができる。例えば図７に、代表的な多サンプル・ウェルのレイアウトが示されている。例えば１つ以上のファイバーオプティクス、フラッド照明装置、マスクを伴うか或いはマスクを伴わない１つ以上のレンズ、及び／又は１つ以上のビームスプリッターなどを含む任意の公知装置によって光を２つ以上のサンプル・ウェル１０間で分けることができる。
【００２７】
種々の実施態様では、例えば白色光源或いはハロゲン光源などの広帯域スペクトル光源を光源１６として使用することができる。種々の実施態様では、一度に１つの波長又は波長範囲をサンプル１２に向けることができるように、広帯域光源から放射された光を別々の波長又は波長範囲に分離することができる。例えばプリズム（図４で２６のところに示されている）、回折格子（図８で３４のところに示されている）、或いはフィルターなどの励起波長収束装置によって光を別々の波長又は波長範囲に分割することができる。例えば回折格子又はフィルターなどの励起波長収束装置を用いることによって単一の波長又は波長範囲の方向を制御することができる。種々の実施態様では、例えば、発光波長範囲内の光がサンプルに到達するのを防止するためにローパスフィルターを介して広スペクトル光源をフィルタリングすることができる。種々の実施態様では、発光波長範囲内の光がサンプルに到達するのを防止するために１対の整合マルチノッチ・フィルターを使用することができる。
【００２８】
種々の実施態様では、装置は、例えば図１に示されているように、励起波長排除装置２２を含むことができる。励起波長排除装置２２は、例えば、回折格子、フィルター、プリズム、又はミラーなどを含むことができる。励起波長排除装置２２を検出器１８とサンプル・ウェル１０との間に配置することができる。例えば、種々の実施態様では、例えば図１及び７に示されているように、励起波長排除装置２２を検出器１８の直ぐ前に隣接させて配置することができる。種々の実施態様では、実質的に蛍光発光波長だけが検出器又は検出器アレイによって受け取られることを保証するために、励起波長排除装置２２は約６００ｎｍより長い波長を伝導することのできるロングパス・フィルターであって良い。励起波長排除装置は、検出器とレンズとの間に、或いは例えば図８に回折格子３４として示されているようにレンズとサンプルとの間に配置されて良い。
【００２９】
種々の実施態様では、励起波長排除装置は、例えば図６ｃに示されているようにアレイ３６に配置された複数の装置を含むことができる。種々の実施態様では、励起波長排除装置は、プリズム２６であって良くて、例えば図４に示されているように複数の発光検出器２８とサンプル１２との間に配置されて良い。種々の実施態様では、励起波長排除装置はフィルターであって良い。例えばシングル・バンドパス・フィルター又はロングパス・フィルターなどの、当該技術分野で知られている任意のフィルターを使用することができる。
【００３０】
種々の実施態様では、実質的に例えば６００ｎｍ未満の波長などの励起波長だけがサンプルに当たることを保証するために、励起波長収束装置を配置することができる。それらの装置の構造は、励起波長排除装置について記述された構造と同様である。光源が充分に単色であれば、励起波長収束装置を省略しても良い。種々の実施態様では、励起波長収束装置を例えば検出器とサンプル・ウェルとの間、検出器とレンズとの間、又はレンズとサンプル・ウェルとの間に配置することができる。
【００３１】
種々の実施態様では、例えば図１及び６ａに示されているように、光源とサンプルとの間、及び／又は検出器とサンプルとの間にライトパイプ２４を設けることができる。種々の実施態様では、ライトパイプは光源又は検出器とレンズとの間に配置されて良い。ライトパイプ２４は、励起波長の発生と、サンプル・ウェル１０から離れた位置での発光波長の検出を可能にする。ライトパイプ２４は、強度の顕著なロスや波長の変化を引き起こさずに種々の波長の光を１つの場所から他の場所へ伝導するために適切な任意の装置であって良い。種々の実施態様では、その様な装置は、例えば、１つ以上の光ファイバー装置、ミラー、及び／又は、光を離れた場所からサンプルへ伝導し且つ／又は光をサンプルから離れた場所へ伝導するレンズなどを含むことができる。
【００３２】
種々の実施態様では、それぞれの光源に配光ライトパイプ４０を設けることができる。各配光ライトパイプ４０は光源又は検出器とサンプルとの間で別々のままであっても良く、或いは光源又は検出器からの各配光ライトパイプは例えば図６ａに示されているようにライトパイプのサンプル側端部で収斂して単一のライトパイプを形成しても良い。
【００３３】
種々の実施態様では、励起波長によって複数の蛍光信号を識別する方法を提供することができる。その方法では、複数の成分を含むサンプル１２がサンプル・ウェル１０の中に供給される。複数の蛍光染料がサンプル１２に加えられる。この複数の染料は、特定の成分がサンプル１２の中に存在する時に各染料の発光が大きく増大することとなるように選択されて良い。特定の成分がサンプル１２の中に存在する時、染料はクエンチされていない状態になることができる。
【００３４】
例えば蛍光染料などの複数の検出可能なマーカーの各々をそれぞれの独特の励起波長又は波長範囲を有するように選択することができる。独特の発光波長又は波長範囲をそれぞれ有するように、複数の蛍光染料の各々を選択することができる。発光波長又は波長範囲は、１つ以上の他の蛍光染料の発光波長又は波長範囲と重なっても良い。例えば中にターゲット分析物が存在しているサンプル１２の中に１つの蛍光染料がある時に該染料から蛍光を発生させるために、それぞれの励起波長又は波長範囲が光源１６又は３０からサンプル１２の方へ放射される。複数の染料の発光波長範囲内でサンプル１２から放射される発光波長及び波長範囲を検出することができる。検出された発光波長又は波長範囲によってサンプル１２における特定の成分の存在を判定することができる。光源１３又は３０から放射される異なる励起波長を利用して該方法を反復して他の特定の成分がサンプル１２の中に存在することを確かめることができる。
【００３５】
種々の実施態様では、光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）であって良い。該ＬＥＤは、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、薄膜エレクトロルミネセンスデバイス（ＴＦＥＬＤ）、或いは量子ドット・ベースの無機“有機ＬＥＤ”であって良い。該ＬＥＤは燐光発光性のＯＬＥＤ（ＰＨＯＬＥＤ）を含むことができる。
【００３６】
本書において使われる時、“励起源”と“光源”という用語は交換可能に使用される。
【００３７】
種々の実施態様では、光源から放射された励起ビームは、光源から発散角をなして発散することができる。発散角は、例えば、約５°から約７５°以上までであって良い。発散角は相当に広くても良く、例えば４５°以上であって、それでも収束レンズなどのレンズを用いて効率良く収束され得る。
【００３８】
種々の実施態様では、光源は１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはＬＥＤのアレイを含むことができる。種々の実施態様では、各ＬＥＤは、約１ｍＷ以上の励起エネルギーを放射することのできる大パワーＬＥＤであって良い。種々の実施態様では、大パワーＬＥＤは少なくとも約５ｍＷの励起エネルギーを放射することができる。ＬＥＤ又はＬＥＤのアレイが例えば少なくとも約５０ｍＷの励起エネルギーを放射できる種々の実施態様では、ヒートシンク又はファンなどの冷却装置（これらに限定はされない）をＬＥＤとともに使用することができる。例えば約１０ワット以下のエネルギー、約１０ワット以上のエネルギーを吸込む大パワーＬＥＤのアレイを使用することができる。総吸込みパワーは、各ＬＥＤのパワーと、アレイ中のＬＥＤの数とによる。例えば７５ワットのハロゲン光源或いは１５０ワットのハロゲン光源などの他の光源と比べてＬＥＤアレイの使用はパワー要件の顕著な減少という結果をもたらし得る。代表的なＬＥＤアレイ光源を例えばストッカーイェール（Ｓｔｏｃｋｅｒ  Ｙａｌｅ）からＬＥＤ  ＡＲＥＡＬＩＧＨＴＳという商品名で入手することができる。種々の実施態様では、ＬＥＤ光源は、個別に或いはアレイ内で使用されるときに例えば約１マイクロワット以下、約１ｍＷ、約５ｍＷ、約２５ｍＷ、約５０ｍＷ、約１Ｗ、約５Ｗ、約５０Ｗ或いは約１００Ｗ以上のパワーを使用することができる。
【００３９】
種々の実施態様では、量子ドットを発光源として且つ蛍光マーカーとして使用することができる。より狭い発光バンドパス内の光を放射するように量子ドット・ベースのＬＥＤを調整することができるので、量子ドット・ベースのＬＥＤは蛍光システムの効率を高めることができる。量子ドットは分子スケールの光学ビーコンであって良い。量子ドット・ナノクリスタルは、広範囲の色彩を使用して生物学的バインディング事象を“ライトアップ”することによって、分子ＬＥＤ（発光ダイオード）のように振る舞うことができる。量子ドットは、在来の蛍光団より遥かに多くの色彩を提供することができる。量子ドットは他の多数の非常に望ましい光学的特性を有することができる。ナノクリスタル量子ドットは、標準的な接合化学を用いて生体分子に共有結合で結合され得る。量子ドット接合を用いて結合の相手を広範な分析物の中から検出することができる。種々の実施態様では、いろいろな分析物の中のビオチン化された分子を検出するためにストレプタビジン（ｓｔｒｅｐｔａｖｉｄｉｎ）を量子ドットに付けることができる。量子ドットを抗体及びオリゴヌクレオチドにも付けることができる。一般的に例えば蛍光標識付きの分子、比色酵素、或いはコロイド金などを使用する分析物は、量子ドット・ナノクリスタル標識付き共役根で改善され得る。代表的な量子ドット・インプリメンテーションがカリフォルニア州ヘイウッドのクオンタムドットコーポレーション（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔ  ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からＱＤＯＴという商標で入手できる。量子ドットとそのアプリケーションに関するより多くの情報を例えばｗｗｗ．ｑｄｏｔ．ｃｏｍで見出すことができる。バウェンディら（Ｂａｗｅｎｄｉ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第６，２０７，２２９号、第６，２５１，３０３号、第６，３０６，３１０号、第６，３１９，４２６号、第６，３２２，９０１号、第６，３２６，１４４号、第６，４２６，５１３号、及び第６，４４４，１４３号、ワイスら（Ｗｅｉｓｓ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第５，９９０，４７９号、第６，２０７，３９２号、及び第６，４２３，５５１号、ニーら（Ｎｉｅ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第６，４６８，８０８号、及びブルシェズら（Ｂｒｕｃｈｅｚ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第６，２７４，３２３号は、種々の生物学的アプリケーション、量子ドット製造方法、及び量子ドット・ナノクリスタル及び共役根のための装置を開示しており、これら全ての全体が参照により本書に取り入れられる。
【００４０】
量子ドットは、例えば多様な分析物に使用することのできる多目的プローブを提供することができる。量子ドット・ナノクリスタルを使用する蛍光手法は、在来の酵素手法及び化学ルミネセンス手法より遥かに高速であることができ、器械停止を減少させることができ、分析物スループットを改善することができる。比色手法或いは被検出反射率手法は蛍光発光より劣るかも知れず、多様な分析物がこれらの材料に基づいて開発される時には困難が生じる。量子ドットは、発光波長よりも“もっと青い”（即ち、より短い）全ての波長を吸収することができる。全てのいろいろなラベル・カラーを単一の励起源で励起させることができるので、この能力は多様な分析物のために必要な機械類を簡単化することができる。
【００４１】
量子ドット・ベースのＬＥＤは標準的ＬＥＤの発光帯域よりも例えば約５０％或いは約２５％狭い発光体域内の光を放射することができる。量子ドット・ベースのＬＥＤは、１００％に近い例えば約９０％の電気エネルギー変換効率で光を放射することもできる。量子ドット・ベースのＬＥＤを含むＯＬＥＤ薄膜は、蛍光システムにおいてサンプルを加熱しまた冷却するために使われるサーマルブロックに、サーマルブロックの動作を妨げることなく、応用され得る。
【００４２】
種々の実施態様では、ＯＬＥＤが使用される時、ＯＬＥＤは多様なサイズ、形状、波長、又はこれらの組み合わせのいずれをも持つことができる。ＯＬＥＤは、大きな領域に、例えばルミネセンス複数サンプル・ウェルに、ルミネセンスを提供することができる。ＯＬＥＤにマスクをかぶせることにより、或いは、複数のサンプル・ウェルと作用可能に整列するようにＯＬＥＤにおけるルミネセンスをパターニングすることによって、この単一ＯＬＥＤについて複数のサンプル・ウェル間の散乱光或いはクロストーク光を減少させることができる。ＯＬＥＤは低電力消費装置であって良い。種々の構成及び波長のＯＬＥＤの例が例えば米国特許第６，３３１，４３８Ｂ１号に記載されており、その全体を参照により本書に取り入れる。ＯＬＥＤは、小分子ＯＬＥＤ及び／又は発光ポリマー（ＬＥＰ）とも称されるポリマー・ベースのＯＬＥＤを含むことができる。基板に置かれた小分子ＯＬＥＤを使用することができる。蒸着手法により表面に付けられたＯＬＥＤを使用することができる。例えばシルクスクリーニングによってＯＬＥＤを表面に付けることができる。例えば溶媒コーティングにより付けられたＬＥＰを使用することができる。
【００４３】
種々の実施態様では、ＯＬＥＤが使用され、このＯＬＥＤは１つ以上の安定な有機材料から形成され得る。該ＯＬＥＤは１つ以上の炭素ベースの薄膜を含むことができ、該ＯＬＥＤは、その１つ以上の炭素ベースの薄膜を横切る電圧が加えられた時に種々の色の光を放射する能力を持つことができる。
【００４４】
種々の実施態様では、ＯＬＥＤは２つの電極の間に位置する薄膜を含むことができる。該電極は、例えば、透明な陽極、金属の陰極、或いはこれらの組み合わせであって良い。別々の発光領域を同時に照明する必要がある場合には、電極の単一のセットの間で数個の別々の発光領域を刺激することができる。この様な実施態様では、数個の外見上の光源のために唯一の電力及び制御モジュールが必要であろう。ＯＬＥＤ薄膜はホール注入層、ホール輸送層、発光層、及び電子輸送層のうちの１つ以上を含むことができる。ＯＬＥＤは、厚さが約１ミクロン以下の薄膜を含むことができる。適切な電圧が該薄膜に加えられた時、注入された正及び負の電荷が発光層で再結合して電界発光により光を生じさせることができる。ＯＬＥＤにより放射される光の量は、電極を通してＯＬＥＤの薄膜に加えられる電圧に関連付けられ得る。ＯＬＥＤの製造に適する種々の材料を、例えば、フロリダ州ジュピターのＨ．Ｗ．サンズ社（Ｈ．Ｗ．Ｓａｎｄｓ  Ｃｏｒｐ．）から入手することができる。種々のタイプのＯＬＥＤが、例えば、タン（Ｔａｎｇ）の米国特許第４，３５６，４２９号、シャイら（Ｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第５，５５４，４５０号、及びシャイらの米国特許第５，５９３，７８８号に記載されており、これらの全体を参照により本書に取り入れる。
【００４５】
種々の実施態様では、可撓性基板上に、光学的に透明な基板上に、異常な形状の基板上に、或いはこれらの組み合わせの上にＯＬＥＤを作って使用することができる。基板上で複数のＯＬＥＤを結合させることができ、その場合には複数のＯＬＥＤは種々の波長の光を放射することができる。単一の基板又は複数の隣り合う基板上の複数のＯＬＥＤは種々の波長の光の組み合わせパターン又は非組み合わせパターンを形成することができる。該パターンは、例えば、サンプル貯蔵器配列に対応して良い。１つ以上のＯＬＥＤが、例えば、サンプル貯蔵器、サンプル貯蔵器の列、複数のサンプル貯蔵器のアレイ、或いはサンプル流路を囲む形状を形成することができる。サンプル経路は、例えば、チャネル、細管、或いはミクロ細管であって良い。サンプル流路をたどるように１つ以上のＯＬＥＤを形成することができる。１つ以上のＯＬＥＤを基板又は基板の一部分の形状に形成することができる。例えば、ＯＬＥＤは、湾曲した形状、円形、楕円形、長方形、正方形、三角形、環状、或いはその他の任意の幾何学的に規則正しい形状であって良い。ＯＬＥＤは、不規則的な幾何学的形状として形成されても良い。ＯＬＥＤは１つ以上のサンプル貯蔵器を照明することができ、例えばＯＬＥＤは、１つ、２つ、３つ、４つ、或いはそれより多いサンプル貯蔵器を同時に、或いは順番に、照明することができる。ＯＬＥＤは、例えば、対応する複数ウェルのアレイの全てのウェルを照明するように設計されて良い。
【００４６】
種々の実施態様では、１つ以上の励起フィルターをＯＬＥＤ基板に組み込むことにより追加の機器を無くし、且つ光学系に必要なスペースの量を減少させることができる。例えば、１つ以上のＯＬＥＤを含む基板の層及びサンプル流路を含む層に１つ以上のフィルターを形成することができる。例えば、応用物理学レターズ（ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ）第７３巻、第１３号（１９９８年９月２８日）の“染料小滴応用による有機発光ダイオード色の局所調整（Ｌｏｃａｌ  Ｔｕｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ  Ｃｏｌｏｒ  ｂｙ  Ｄｙｅ  Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）”においてヘブナーら（Ｈｅｂｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）により教示されているように蛍光染料をＯＬＥＤ基板に印刷することによって、ＯＬＥＤから放射される波長を調整することができ、この文書の全体を参照により本書に取り入れる。ＯＬＥＤにおいて複数の輝線を使用する時、ＯＬＥＤをマルチノッチ放射フィルターと組み合わせて用いることができる。
【００４７】
種々の実施態様では、ＬＥＤが示されているシステム、装置、器具のいずれの代わりにＯＬＥＤを使うこともできる。数個の波長の励起ビームが同じ光路を進んでサンプル・ウェルを照明し得るように積み重ねられて作用可能に配置された数個のＯＬＥＤ薄膜をＯＬＥＤ光源は持つことができる。同じ波長の複数の励起ビームを形成する数個のＯＬＥＤを積み重ねて、より強い出力を供給してサンプル・ウェルを照明することができる。
【００４８】
種々の実施態様では、サンプル・ウェルを励起源と検出器との間に置くことができる。サンプル・ウェルは、マイクロカード、例えば、９６ウェルのマイクロタイターなどのマイクロタイター・カードであって良い。励起源は、例えば、ＯＬＥＤ、標準的ＬＥＤ、或いはこれらの組み合わせであって良い。
【００４９】
種々の実施態様では、光源は固体レーザー（ＳＳＬ）又はマイクロワイヤレーザー（ｍｉｃｒｏ−ｗｉｒｅ  ｌａｓｅｒ）であって良い。ＳＳＬは、単色の、コヒーレントな、指向性の光を作ることができ、また狭い波長の励起エネルギーを提供することができる。レイジング源材料のためにガス、染料、又は半導体を使用する他のレーザーとは対照的に、ＳＳＬは固体マトリックス内に分布したレイジング材料を使用することができる。固体レイジング材料及び対応する発光波長の例は、例えば：約６９４ｎｍのルビー；約１０６４ｎｍのＮｄ：Ｙａｇ；約１０６４ｎｍ及び／又は約１３４０ｎｍの、倍加して約５３２ｎｍ又は約６７０ｎｍで発光させることもできるＮｄ：ＹＶＯ４；約６５５ｎｍから約８１５ｎｍまでのアレキサンドライト；及び約８４０ｎｍから約１１００ｎｍまでのＴｉ：サファイアを含むことができる。マイクロワイヤレーザーは、該レーザーにより形成される励起ビームの波長をワイヤのサイズを変更することによって調整することのできるレーザーである。種々の実施態様では、例えばレーザーダイオードなどの、当業者に知られている他の固体レーザーを使うこともできる。使用される蛍光染料、必要な励起波長、或いはその両方、に基づいて適切なレイジング材料を選択することができる。
【００５０】
ＳＳＬが使用される場合、蛍光染料の励起波長と厳密に調和するようにレーザーを選択することができる。適切なＳＳＬを選択するときにシステムの動作温度を考慮することができる。ＳＳＬの発光波長を変化させるために動作温度を調整又は制御することができる。レーザーのための光源は、例えばフラッシュランプなどの、当業者に知られている任意の光源であって良い。種々の固体レーザーに関する有益な情報を、例えば、ｗｗｗ．ｒｅｐａｉｒｆａｑ．ｏｒｇ／ｓａｍ／ｌａｓｅｒｓｌ．ｈｔｍで見出すことができる。生体試料を特定するための種々のシステムに使われる固体レーザーの例は、例えば、サウスゲートら（Ｓｏｕｔｈｇａｔｅ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第５，８６３，５０２号及びアミルカニアンら（Ａｍｉｒｋｈａｎｉａｎ  ｅｔ  ａｌ．）の米国特許第６，５２９，２７５Ｂ２号に見出すことができ、この両方の全体を参照により本書に取り入れる。
【００５１】
種々の実施態様では、種々の光源を単独で或いは他の光源と組み合わせて使用することができる。１つ以上のＯＬＥＤを、例えば１つ以上の非有機ＬＥＤ、１つ以上の固体レーザー、１つ以上のハロゲン光源、又はこれらの組み合わせとともに使用することができる。
【００５２】
種々の実施態様では、１つ以上の染料を含むサンプル溶液を照らす励起ビームを提供するために光源を使用することができる。例えば、各励起ビームがサンプル中の異なる染料をそれぞれ励起するように同じ又は異なる波長の放射を有する２つ以上の励起ビームを使用することができる。励起ビームを、光源からサンプルに直接向け、サンプルが入っているサンプル容器の壁を通して向けることができ、或いは励起ビームを種々の光学系によってサンプルへ伝えることができる。光学系は、例えばミラー、ビームスプリッター、光ファイバー、光導波路、或いはこれらの組み合わせのうちの１つ以上を含むことができる。
【００５３】
種々の実施態様では、例えばバンドパスフィルターなどの１つ以上のフィルターを光源とともに使用して励起ビームの波長を制御することができる。励起されたマーカー又はその他の発光性マーカーから放射された放射ビームの波長を制御するために１つ以上のフィルターを使用することができる。１つ以上の励起フィルターを光源と関連付けて励起ビームを形成することができる。１つ以上の光源とサンプルとの間に１つ以上のフィルターを配置することができる。１つ以上の放射フィルターを励起された染料からの放射ビームに関連付けることができる。１つ以上のフィルターをサンプルと１つ以上の放射ビーム検出器との間に配置することができる。
【００５４】
種々の実施態様では、例えばバンドパスフィルターなどの１つ以上のフィルターを光源とともに使用して励起ビームの波長を制御することができる。励起されたマーカー又はその他の発光性マーカーから放射された放射ビームの波長を制御するために１つ以上のフィルターを使用することができる。１つ以上の励起フィルターを１つ以上の光源と関連付けて少なくとも１つの励起ビームを形成することができる。１つ以上の光源とサンプルとの間に１つ以上のフィルターを配置することができる。１つ以上の放射フィルターを励起された染料からの放射ビームに関連付けることができる。１つ以上のフィルターをサンプルと１つ以上の放射ビーム検出器との間に配置することができる。
【００５５】
種々の実施態様では、フィルターは単一バンドパス・フィルター或いは多重バンドパス・フィルターであって良い。本書で使用されるとき、バンドパス・フィルターとパスバンド・フィルターとは互いに交換できるように使用される。多重パスバンド・フィルターは、例えば、マルチノッチ・フィルター又は多重ルーゲイト・フィルター（ａ  ｍｕｌｔｉ−ｒｕｇａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）であって良い。多重パスバンド・フィルターは、例えばハロゲン・ランプ、白色光源などのインコヒーレント光源、及び／又はいろいろな波長の光を放射する１つ以上のＬＥＤ又はＯＬＥＤとともに使用され得る。多重パスバンド・フィルターは、いろいろな波長の光を放射する多重レーザー・ベース光源とともに使用されても良い。ルーゲイト・フィルター及びルーゲイト・ビーム・スプリッターの製造及び使用方法の例は、例えば、サウスウェル（Ｓｏｕｔｈｗｅｌｌ）の米国特許第５，８６３，５０２号、ガスワース（Ｇａｓｗｏｒｔｈ）の米国特許第６，２５６，１４８号及びラームロウ・ジュニア（Ｒａｈｍｌｏｗ，Ｊｒ）の米国特許第６，５２９，２７５Ｂ２号に見出され、これらの全てが丸ごと本書に取り入れられる。
【００５６】
種々の実施態様では、多重パスバンド・フィルターは、ダイクロイック・ビームスプリッター、５０／５０ビームスプリッター、数個の“パスバンド”を有するダイクロイック・ビームスプリッターとともに使用されても良く、或いはビームスプリッター無しで使用されても良い。多重ビームスプリッターは、角度に伴う波長変化を補償するために或る角度でコーティングされても良く、これによりフィルター基板を横切って厚さの分散を生じさせることができる。多重パスバンド・フィルターの製造に用いられる基板のそれぞれの領域に種々の光干渉材料をコーティングすることによって多重パスバンド・フィルターを形成することができる。
【００５７】
ルーゲイト・フィルターは、例えば薄膜平面に対して垂直或いは４５度の方向に連続的に変化する屈折率に基づく干渉コーティングの例である。屈折率が２つの極値内で周期的に変化するとき、阻止帯の両側に高い透過率を有するマイナス・フィルターを作ることができる。周期的ルーゲイト・フィルターを製造することができる。
【００５８】
例外的な熱的安定性及び環境安定性を有するコーティングを達成するためにルーゲイト・ノッチ・フィルターは耐火性金属酸化物を使用することができる。特に耐久性及び信頼性が望まれる場合、これらのフィルターを他のタイプのノッチ・フィルターの代わりに使用することができる。ルーゲイト・ノッチ・フィルターはバール・アソシエイツ（Ｂａｒｒ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）（マサチューセッツ州ウェストフォード）から入手可能である。ルーゲイト・ノッチ・フィルターは、エッジ・フィルター及びビームスプリッターとして使用され得る。ルーゲイト・ノッチ・フィルターについてはフィルターのサイズ或いは形状は制限事項ではない。ルーゲイト・ノッチ・フィルターは、環境的及び熱的安定性、広い動作温度範囲、狭い阻止帯、いろいろな形状及びサイズ、高いスループット、低いリップル、及び／又は広いスペクトル範囲を提供することができる。例えばｗｗｗ．ｂａｒｒ−ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ−ｕｋ．ｃｏｍ、ｗｗｗ．ｂａｒｒａｓｓｏｃｉａｔｅｓ．ｃｏｍ／ｏｐｔｉｃａｌｆｉｌｔｅｒｓ．ｐｈｐから更に情報を得ることができる。
【００５９】
Ｏ．Ｄ．６以上の測定されたブロッキングを有するマルチノッチ・フィルターを作ることができる。該光波長でこのタイプの深いブロッキング・レベルを有するノッチ・フィルターは、該光ラインに近い高い透過性を提供することもできる。
【００６０】
種々の実施態様では、励起レベルは、スペクトルに関して離隔した複数の染料が励起ビームで照射されるときに、高くなり得る。このことの結果としてスペクトル・クロストークが減少し得る。染料マトリックス、条件数、及び／又はシステムにおけるデコンボリューションは改善され得る。励起レベルが高まれば信号レベルも高まり得る。“赤”スペクトル内で発光する染料を利用しているときに高い信号レベルが見られる。システムのダイナミックレンジを改善することができる。システムは、種々の染料について放射ビーム強度の変動についての補償を減少させることができる。
【００６１】
種々の実施態様では、例えば手操作ピペット、ロボット・ピペット、又は注射などの流体移入方法を用いて複数の染料をサンプル・ウェル内に置くことができる。種々の実施態様では、例えばインクジェット吹き付けにより、或いはビーズとして、或いは複数の染料の１つの混合物として、複数の染料をサンプル・ウェル内に置くことができる。
【００６２】
図９は、種々の実施態様による、光源として使用され得るＯＬＥＤレイアウト４００を複数のフォトダイオード検出器４１２とともに示す底面図である。ＯＬＥＤレイアウト４００は、動作時にマルチウェル・サンプルウェル・アレイのそれぞれのウェルの上にそれぞれ置かれる複数のＯＬＥＤウェル・ランプ４０２を含むことができる。各ＯＬＥＤ材料ウェル・ランプ４０２は、レイアウト端子４０６に通じるそれぞれの接続アーム４０４に接続され、或いは該アームと一体的に形成され得る。各レイアウト端子は、レイアウト端子から分岐するそれぞれの接続アーム４０４に接続され、或いは該アームと一体的に形成され得る。
【００６３】
接続アーム４０４は、サイド端子４０６及び４０８から分岐する。ＯＬＥＤレイアウトは、例えば電源の両端子などのそれぞれの両電気接続部に接続され得る。ＯＬＥＤレイアウトは、ＯＬＥＤレイアウトの向かい合う隅に配置されたリード線を通して電源に接続され得る。電源は、スイッチ、メーター、発振器、分圧計、検出器、信号処理装置などのうちの１つ以上を包含することができ、或いはそれらに接続され得る。その代わりに、或いはそれに加えて、接続アーム４０４は、例えば金属線の形のワイヤ又は電気リード線を各々含むことができる。ＯＬＥＤレイアウトは個別にアドレス指定することのできる複数のＯＬＥＤ照明エレメント（図示されていない）を含むことができ、別々のリード線が各照明エレメントに接続される。配線、リード線、端子、接続アームなどは例えば基板又は薄膜において実現されて良い。ＯＬＥＤレイアウト制御装置４１０を使ってＯＬＥＤレイアウト４００に電力を供給し該レイアウトを制御することができる。複数の検出器４１２を図示されているそれぞれの検出器リード線４１４を通して検出器制御装置４１６に電気的に接続することができる。
【００６４】
複数の検出器は、複数のＯＬＥＤウェル・ランプ４０２の例えば中心などに、それぞれのサンプル・ウェルと向かい合うウェル・ランプの側に、及び／又は作用可能に位置決めされたときにマルチウェル・サンプルウェル・アレイに隣接して配置され得る。検出器は、それぞれのＯＬＥＤウェル・ランプによりみなぎるように或いは漂白的に照明されたりせずにサンプル・ウェル・アレイのサンプル・ウェルから放射された光を検出するように構成され得る。例えば、マスク材料を検出器とそれぞれのＯＬＥＤウェル・ランプとの間に配置することができる。検出器４１２は、ＯＬＥＤランプと同じ基板に形成されて良い。
【００６５】
図９に示されている代表的ＯＬＥＤレイアウトは、２４ウェルのサンプル・ウェル・アレイと整列する形状に作られている。種々の形状と種々の数のウェル・ランプとを使用するＯＬＥＤレイアウトの他の実施態様も本教示の範囲内にある。
【００６６】
種々の実施態様では、各ウェル・ランプ４０２は、４つの異なる周波数の励起波長を作ることのできる４つの別々のランプ又はＯＬＥＤ層を含むことができる。
【００６７】
ＯＬＥＤレイアウトは、一体構造或いは多部分構造から、モールドされた材料から、打ち抜かれた材料から、スクリーン印刷された材料から、切断された材料などから、構成されて良い。
【００６８】
図１０は、光源レイアウトの代表的実施態様を示している。ＯＬＥＤレイアウト４５０は、互いに積み重ねられた種々の色のＯＬＥＤ４５２，４５４、及び４５６を含むことができる。該レイアウトは、種々の波長の励起ビームを形成することのできるコンパクトな光源デザインのために有益であり得る。ＯＬＥＤ４５２，４５４、及び４５６は、透明で、各ＯＬＥＤからの励起ビームが他のＯＬＥＤを通過してサンプルに向かうことを可能にすることができる。ＯＬＥＤ４５２，４５４、及び４５６は必要な色彩強度及び変化に応じて異なる色、同じ色、或いはそれらの組み合わせを放射することができる。ＯＬＥＤ４５２，４５４，及び４５６は、例えば電極、例えば陰極、を共有することができる。ＯＬＥＤ４５２，４５４、及び４５６の各々を別々に励起することが望まれる場合には、ＯＬＥＤ４５２，４５４、及び４５６の各々に給電するための一方の電極、例えば陽極、をそれぞれの陽極から電気的に絶縁させて制御ユニット（図示されていない）に接続することができる。ＯＬＥＤ４５２，４５４、及び４５６は、一方の電極、２つの電極を電気的に共有しても良く、或いはいずれの電極も共有しなくても良い。例えば２つのＯＬＥＤ、３つのＯＬＥＤ、４つのＯＬＥＤ、或いはもっと多くのＯＬＥＤなど、任意の数のＯＬＥＤを積み重ねて光源、それぞれの光源、又は光源のアレイを形成することができる。
【００６９】
種々の実施態様では、複数のサンプル成分を検出するために複数の励起波長を使用することができる。種々の実施態様では、任意の適切な蛍光検出システムに使用され得るように該装置及び方法を改変することができる。例えば、シーケンシング検出システムでの核酸シーケンス増幅反応などにおいて、単一の又は複数のサンプルを伴うシーケンシング・システムに該装置及び方法の種々の実施態様を用いることができる。
【００７０】
本教示の種々の実施態様が本書に記載されている。本教示は、記載された特定の実施態様に限定されるものではなくて、当業者に知られている同等の特徴及び方法を含む。本明細書を考慮し、本書に開示されている教示を実施すれば、他の実施態様は当業者にとって明白となるであろう。本明細書及び実例は単に模範的なものと見なされるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
本教示の種々の実施態様が添付図面に例示されている。該教示は、描かれている実施態様には限定されなくて、以下の記述で提示され且つ当業者に知られている同等の構造及び方法を包含する。図面は下記の通りである。
【図１】図１は、種々の実施態様の側面図である。
【図２】図２は、２つの染料の励起周波数及び発光周波数、並びに種々の実施態様に使われるバンドパス・フィルターの周波数を示すグラフである。
【図３】図３は、２つの別々の波長範囲での２つの染料の励起の相対量を示すテーブルである。
【図４】図４は、プリズムを通して向けられる光源を含む実施態様を描いている。
【図５】図５は、本教示の他の実施態様を描いている。
【図６】図６ａ−ｃは、本教示の種々の実施態様の数個の要素を描いており、図６ａは光源が取り除かれている単一サンプル・ウェルの側面図であり、図６ｂは光源及び検出アレイを描いた複数サンプル・ウェル・アレイの平面図であり、図６ｃは図６ｂの光源及び検出アレイとともに使用される励起波長排除装置のアレイの平面図である。
【図７】図７は、励起波長を複数のサンプル・ウェルの方へ放射する１つの光源を有する種々の実施態様を描いており、各ウェルはそれぞれの検出器を有する。
【図８】図８は種々の実施態様を描いており、この図では種々の格子回折あたり波長に応じて放射ビームを分離するために光源と、各サンプル・ウェルのための複数の検出器と、格子とが使用される。
【図９】図９は、例えば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）レイアウトなどの光源レイアウトの代表的実施態様を示す。
【図１０】図１０は、例えば、互いに積み重ねられた種々の色のＯＬＥＤを有するＯＬＥＤレイアウトなどの光源レイアウトの代表的実施態様を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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【国際調査報告】
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