(57)【要約】  ＤＮＡマイクロアレイ合成用の画像ロッキングシステムは、カメラ及び／又は顕微鏡のような画像捕捉装置に関して画像を安定化する又はロックするフィードバック系を提供する。画像ロッキングシステムは、検出マーク又は参照マークの使用を包含する。画像位置の移動が検出されると、２つのミラーの１つに補正シグナルが送られ、画像の位置の移動を修正するように画像を動かす。前記システムは、反応セル上でアラインメントパターンを形成するマイクロミラー装置に向けられた第１の光ビーム及び反応セルの活性表面上でマイクロアレイ画像を形成するマイクロミラー装置に向けられた第２の光ビームを備える。カメラは、アラインメントパターン及びアラインメントマークを捕捉する。移動が検出されると、コンピュータが、補正シグナルを計算してアラインメントマークと共にアラインメントパターンを整列させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロアレイを形成することができる活性表面を持つ反応セルと、
電気的に呼び出し可能な（electrically addressable）マイクロミラーのアレイから形成されたマイクロミラー装置と、を有し、このマイクロミラー装置は、各マイクロミラーが少なくとも２つの位置の間の１つに選択的に傾斜可能であり、それによりマイクロミラー装置に向けられた第１の光ビームが反応セルの活性表面上にマイクロアレイ画像を形成し、
反応セルに位置するアラインメントマークと、
前記マイクロミラー装置に向けられ、それにより反応セル上にアラインメントパターンを形成する第２の光ビームと、
反応セル上に反射されたアラインメントマーク及びアラインメントパターンを含むアラインメント画像を捕捉するカメラと、
前記アラインメント画像における変化を同定し、アラインメント画像から変化を除く補正シグナルを計算するコンピュータと、
コンピュータにより算出された補正シグナルに応答して前記アラインメント画像を調整するように設けられた少なくとも１つのアクチュエータと、
を有することを特徴とするＤＮＡマイクロアレイの合成に使用するための画像ロッキングシステム。
【請求項２】
前記マイクロミラー装置がマイクロミラーの二次元アレイの形状を成す請求項１記載のシステム。
【請求項３】
第１の光ビームが紫外線ランプにより与えられる請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記紫外線ランプが１０００ワットの水銀アーク灯である請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記紫外線ランプが３５０ナノメータ〜４５０ナノメータの範囲にある波長を持つ光を提供する請求項３記載のシステム。
【請求項６】
前記紫外線ランプが３６５ナノメータの波長を持つ光を放つ請求項５記載のシステム。
【請求項７】
第１の光ビームが可視波長のランプによって与えられる請求項１記載のシステム。
【請求項８】
第２の光ビームがレーザーによって与えられる請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記レーザーがＨｅ−Ｎｅレーザーである請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記Ｈｅ−Ｎｅレーザーが、６３２．８ナノメータの波長を持つ光を放つ請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記カメラが、電荷結合素子カメラである請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
少なくとも１つのアクチュエータが、電気制約性（electro-strictive）アクチュエータである請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
３つの電気制約性アクチュエータが設けられる請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記アラインメント画像が顕微鏡のレンズによって形成される請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
初期アラインメントパターンを形成するマイクロミラー装置に向けて第１の光ビームを発射し、
光学経路に沿って、反応セル上に初期アラインメントパターンを反射し、
アラインメントマーク及び反応セル上に投影された初期アラインメントパターンを含む初期アラインメント画像を捕捉し、
現行のアラインメントパターンを形成するマイクロミラー装置に向けて第１の光ビームを発射し、
光学経路に沿って、反応セル上に現行のアラインメントパターンを反射し、
アラインメントマーク及び反応セル上に投影された現行のアラインメントパターンを含む現行のアラインメント画像を捕捉し、
初期アラインメント画像と現行のアラインメント画像とに間の位置ズレを計算し、
少なくとも１つのアクチュエータに補正シグナルを送り、初期アラインメント画像と現行のアラインメント画像とに間の位置ズレを除く、
ことを特徴とするＤＮＡマイクロアレイの合成に使用するための画像ロッキングシステムを形成する方法。
【請求項１６】
第１の光ビームがレーザーによって与えられる請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記レーザーがＨｅ−Ｎｅレーザーである請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記Ｈｅ−Ｎｅレーザーが、６３２．８ナノメータの波長を持つ光を放つ請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記マイクロミラー装置に向けて第１の光ビームを投影することが、さらに、前記マイクロミラー装置を形成する電気的に呼び出し可能なマイクロミラーのアレイを選択的に傾けることを含み、その際、各マイクロミラーが少なくとも２つの位置の間の１つに傾斜可能であり、マイクロミラーの第１の位置がマイクロミラーに対するオン状態を規定し、それにより第１の光ビームが光学経路から離れて方向付けられ、マイクロミラーの第２の位置がマイクロミラーに対するオフ状態を規定し、それにより第１の光ビームが光学経路の方に方向付けられる請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
前記マイクロミラー装置がマイクロミラーの二次元アレイの形状を成す請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
第２の光ビームを前記マイクロミラー装置に向けることによって反応セルの活性表面に前記マイクロアレイ画像を形成することをさらに含み、その際、オン状態のマイクロミラーが、前記光学経路に向いた第２の光ビームを反射し、オフ状態のマイクロミラーが、前記光学経路から離れる第２の光ビームを反射する請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
前記マイクロミラー装置がマイクロミラーの二次元アレイの形状を成す請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
第２の光ビームが、紫外線ランプによって与えられる請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
前記紫外線ランプが１０００ワットの水銀アーク灯である請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記紫外線ランプが３５０ナノメータ〜４５０ナノメータの範囲にある波長を持つ光を放つ請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
前記紫外線ランプが３６５ナノメータの波長を持つ光を放つ請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
第２の光ビームが、可視波長のランプによって与えられる請求項２１記載の方法。
【請求項２８】
さらに、凹型ミラーと凸型ミラーとを含む反射テレセントリック画像システムを用いて光学経路を形成することを含み、それにより前記凹型ミラーが前記光学経路に向けられた光を受信し、前記凸型ミラーに向けて反射し、前記凸型ミラーが前記凹型ミラーからの光を受信し、前記凹型ミラーに光を反射し返し、前記凹型ミラーが前記凸型ミラーから再び向けられた光を受信し、再び向けられた光を反応セルに反射する請求項１５記載の方法。
【請求項２９】
前記補正シグナルに反応して少なくとも１つのアクチュエータによって前記凹型ミラーを動かすことをさらに含む請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
初期アラインメントパターンを形成するマイクロミラー装置に向けて第１の光ビームを発射し、
光学経路にそって、反応セル上に初期アラインメントパターンを反射し、
反応セル上に投影された初期アラインメントパターンの初期アラインメントパターン画像を捕捉し、
現行のアラインメントパターンを形成するマイクロミラー装置に向けて第１の光ビームを発射し、
前記光学経路にそって、反応セル上に現行のアラインメントパターンを反射し、
反応セル上に投影された現行のアラインメントパターンの現行のアラインメントパターン画像を捕捉し、
初期アラインメントパターン画像と現行のアラインメントパターン画像との間の位置ズレを計算し、
少なくとも１つのアクチュエータに補正シグナルを送って、初期アラインメントパターン画像と現行のアラインメントパターン画像との間の位置ズレを除く、
ことを特徴とするＤＮＡのマイクロアレイ合成に使用するための画像ロッキングシステムを形成する方法。
【請求項３１】
反応セルに位置するアラインメントマークのアラインメントマーク画像を捕捉することをさらに含む請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
さらに、位置ズレの計算が、
アラインメントマーク画像と現行のアラインメント画像との間の第１の相互相関を計算し、
初期アラインメント画像と現行のアラインメント画像との間の第２の相互相関を計算し、
第１の相互相関のピークから参照位置を計算し、
第２の相互相関のピークから現行の位置を計算し、
参照位置と現行の位置との間の位置ズレを計算することを含む請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
さらに、凹型ミラーと凸型ミラーとを含む反射テレセントリック画像システムを用いて光学経路を形成することを含み、それにより前記凹型ミラーが前記光学経路に向けられた光を受信し、前記凸型ミラーに向けて反射し、凸型ミラーが前記凹型ミラーからの光を受信し、前記凹型ミラーに光を反射し返し、前記凹型ミラーが前記凸型ミラーから再び向けられた光を受信し、再び向けられた光を反応セルに反射する請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
前記補正シグナルに応答して少なくとも１つのアクチュエータによって前記凹型ミラーを動かすことをさらに含む請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
第１の光ビームがレーザーによって与えられる請求項３０記載の方法。
【請求項３６】
前記レーザーがＨｅ−Ｎｅレーザーである請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
前記Ｈｅ−Ｎｅレーザーが、６３２．８ナノメータの波長を持つ光を放つ請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
前記マイクロミラー装置に向けて第１の光ビームを投影することが、さらに、マイクロミラー装置を形成する電気的に呼び出し可能なマイクロミラーのアレイを選択的に傾けることを含み、その際、各マイクロミラーが少なくとも２つの位置の間の１つに傾斜可能であり、前記マイクロミラーの第１の位置がマイクロミラーに対するオン状態を規定し、それにより第１の光ビームが光学経路から離れて方向付けられ、前記マイクロミラーの第２の位置がマイクロミラーに対するオフ状態を規定し、それにより第１の光ビームが光学経路の方に方向付けられる請求項３０記載の方法。
【請求項３９】
前記マイクロミラー装置がマイクロミラーの二次元アレイの形状を成す請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
第２の光ビームを前記マイクロミラー装置に向けることによって反応セルの活性表面にマイクロアレイ画像を形成することをさらに含み、その際、オン状態のマイクロミラーが、光学経路に向いた第２の光ビームを反射し、オフ状態のマイクロミラーが、前記光学経路から離れる第２の光ビームを反射する請求項３８記載の方法。
【請求項４１】
前記マイクロミラー装置がマイクロミラーの二次元アレイの形状を成す請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
第２の光ビームが、紫外線ランプによって与えられる請求項４０記載の方法。
【請求項４３】
前記紫外線ランプが１０００ワットの水銀アーク灯である請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
前記紫外線ランプが３５０ナノメータ〜４５０ナノメータの範囲にある波長を持つ光を放つ請求項４２記載の方法。
【請求項４５】
前記紫外線ランプが３６５ナノメータの波長を持つ光を放つ請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
第２の光ビームが、可視波長のランプによって与えられる請求項３０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にＤＮＡマイクロアレイ及び合成ＤＮＡ鎖製造の分野に関する。さらに詳しくは、本発明は、ＤＮＡマイクロアレイ合成用の画像ロッキングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
研究者らは、任意の生物における何千もの遺伝子及びそれらの産物（すなわち、ＲＮＡ及びタンパク質）は、複雑な且つ組織化された方法で機能していると考えている。しかしながら、分子生物学の従来の方法は一般に、「１つの実験につき１つの遺伝子」を基にして取り組んでおり、それは、処理能力が非常に限られ、遺伝子機能の「全体像」が得難いことを意味している。ここ数年、ＤＮＡマイクロアレイと呼ばれる新しい技術が生物学者の間で大きな興味を引きつけている。この技術は、研究者が何千もの遺伝子の相互作用を同時により良く把握できるように単一チップ上でゲノム全体をモニターしようとするものである。
【０００３】
アレイは、試料の規則的な配置である。それは、塩基対規則に基いて既知のＤＮＡ試料と未知のＤＮＡ試料を一致させ、未知のものを同定する工程を自動化する媒体を提供する。アレイ実験は、たとえば、マイクロプレート又は標準的なブロット用の膜のような一般的なアッセイ系を活用することができ、手動で行うことができ、ロボット工学を活用して試料を挿入することができる。一般に、アレイは、マクロアレイ又はマイクロアレイとして記載され、差異は、試料スポットの大きさである。マクロアレイは、約３００ミクロン以上の試料スポットの大きさを含有し、既存のゲル及びブロットのスキャナーによって容易に画像にすることができる。マイクロアレイにおける試料スポットの大きさは、通常、直径で２００ミクロン未満であり、これらのアレイは普通、何千ものスポットを含有する。マイクロアレイは、専用のロボット工学、及び完全なシステムとしては一般に市販されていない画像化装置を必要とする。
【０００４】
ＤＮＡマイクロアレイ又はＤＮＡチップは、高速ロボット工学により、一般にガラス上に、しかし時にはナイロン基材上に加工され、既知の特性を持ったプローブを用いて相補的結合を割り出すので、大規模な遺伝子発現の研究及び遺伝子発見の研究が可能である。単一のＤＮＡチップによる実験は、研究者に何千もの遺伝子の情報を同時に提供し、それは、処理能力の劇的な増大である。
【０００５】
ＤＮＡマイクロアレイ及び合成ＤＮＡ鎖の製造工程では、画像が繰り返し基材上に投影される。加工中、基材は移動しないが、画像は、合計４〜８時間続く可能性がある露光の異なった相の間で安定に保たれる必要がある。この時間の間、光学系は、たとえば、環境の変化のためにその参照状態から移動する。この移動を完全に除こうとするのは実践的ではない。それはそれとして、ＤＮＡマイクロアレイ及びＤＮＡ鎖の製造で使用される画像を安定化する又はロックするようなフィードバック系に対するニーズが存在する。
【発明の開示】
【０００６】
本発明に従って、ＤＮＡマイクロアレイ合成用の画像ロッキングシステムは、たとえば、カメラ及び／又は顕微鏡のような画像捕捉装置に関して画像を安定化する又はロックするフィードバック系を提供する。画像ロッキングシステムは、検出マーク又は参照マークの使用を含む。画像位置の移動が検出されると、補正シグナルが２つのミラーのうちの１つに送られ、画像位置の移動を修正するように画像を動かす。
【０００７】
例示となる実施態様では、画像ロッキングシステムは、その上にマイクロアレイを形成することができる活性表面を持つ反応セル、マイクロミラー装置、反応セルに位置するアラインメントマーク、反応セル上にアラインメントパターンを形成するマイクロミラー装置に向けられる第２の光ビーム、アラインメントマーク及びアラインメントパターンを含むアラインメント画像を捕捉するカメラ、アラインメント画像における変化を同定し、アラインメント画像から変化を除く補正シグナルを計算するコンピュータ、並びにコンピュータによって算出された補正シグナルに反応してアラインメント画像を調整するように設けられる少なくとも１つのアクチュエータを包含する。マイクロミラー装置は、電子的に呼び出し可能な（electrically addressable）マイクロミラーのアレイの形状を成し、その際、各マイクロミラーは、少なくとも２つの位置の間の１つに選択的に傾斜可能であり、それによりマイクロミラー装置に向けられた第１の光ビームが、反応セルの活性表面上にマイクロアレイの画像を形成する。
【０００８】
例示となる実施態様では、画像ロッキングシステムを形成する方法は、初期アラインメントパターンを形成するマイクロミラー装置に向けて第１の光ビームを発射すること、光学経路に沿って反応セル上に初期アラインメントパターンを反射すること、初期アラインメント画像を捕捉し、その際、初期アラインメント画像は、アラインメントマーク及び反応セルに投影された初期アラインメントパターンを含むこと、現行のアラインメントパターンを形成するマイクロミラー装置に向けて第１の光ビームを発射すること、光学経路に沿って反応セル上に現行のアラインメントパターンを反射すること、現行のアラインメント画像を捕捉し、その際、現行のアラインメント画像は、アラインメントマーク及び反応セルに投影された現行のアラインメントパターンを含むこと、初期アラインメント画像と現行のアラインメント画像との間の位置のズレを計算すること、並びに少なくとも１つのアクチュエータに補正シグナルを送り、初期アラインメント画像と現行のアラインメント画像との間の位置のズレを修正することを含む。
【０００９】
代替的な実施態様では、画像ロッキングシステムを形成する方法は、初期アラインメントパターンを形成するマイクロミラー装置に向けて第１の光ビームを発射すること、光学経路に沿って反応セル上に初期アラインメントパターンを反射すること、反応セル上に投影された初期アラインメントパターンの初期アラインメントパターン画像を捕捉すること、現行のアラインメントパターンを形成するマイクロミラー装置に向けて第１の光ビームを投影すること、光学経路に沿って反応セル上に現行のアラインメントパターンを反射すること、反応セル上に投影された現行のアラインメントパターンの現行のアラインメントパターン画像を捕捉すること、初期アラインメントパターン画像と現行のアラインメントパターン画像との間の位置のズレを計算すること、並びに少なくとも１つのアクチュエータに補正シグナルを送り、初期アラインメントパターン画像と現行のアラインメントパターン画像との間の位置のズレを修正することを含む。
【００１０】
本発明のさらなる目的、特徴及び利点は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、例示となる実施態様に係る遺伝子合成装置の光学系１０の模式図を説明する。系１０は、水銀（Ｈｇ）アーク灯１４、コンデンサ１８、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）２０及びマイクロアレイ反応セル２２を含むマスクのないアレイ合成装置１２である。デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）２０は、１６μｍ幅のマイクロミラーの１０２４ｘ７６８のアレイから成る。好ましくは、これらのミラーは、個々に呼び出し可能であり、幅広い範囲の波長で任意のパターン又は画像を創製するのに使用することができる。コンピュータによってビットマップ形式で各仮想のマスクが生成され、ＤＭＤコントローラに送られ、それがＤＭＤ２０上に画像を形成する。
【００１２】
マスクのないアレイ合成装置１２は、光学部品の熱膨張のために、数時間にわたって数μｍのズレを生成しうる。ＤＭＤ２０とＤＮＡセル２２との間の光学経路は約１メートルである。周りの環境の温度及び湿度の変動により生じる熱膨張及びまた紫外線（ＵＶ）投影のために、主要な球形ミラー及びそのほかの光学部品の位置の微妙な変化又は回転が生じる可能性がある。この微妙な変化は投影された画像の数μｍのズレを生じる可能性がある。各デジタルマイクロミラーの間隔は、たった１μｍなので、この画像のズレは、間違ったオリゴヌクレオチドのスポットでＵＶ光を投影するように移動させられるような投影画像を生じることがあり、オリゴヌクレオチドアラインメント及びその空間分布に欠陥を生じうる。画像ロッキングシステムは、画像の移動を特定の範囲内に限定し、画像のズレを最小限にとどめる。
【００１３】
図２は、画像ロッキングシステム２８の図解を説明する。画像ロッキングシステム２８は、レーザー４２、平坦ミラー３６、１：１比の投影系１６、カメラ４０、ｘ−アクチュエータ４８、及びｙ−アクチュエータ５０を備える。１：１比の投影系１６は、ＵＶランプ４４、デジタル光プロセッサ（ＤＬＰ）又はデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）３０、凹型ミラー３２、凸型ミラー３４、及び反応セル３８を備える。１：１比の投影系１６は、ＤＮＡ合成装置に接続された流通反応セル３８に搭載されたガラス基材の活性表面上に仮想のマスクのＵＶ画像を形成する。例示となる実施態様では、レーザー４２は、波長６３２．８ｎｍ（赤い光）のＨｅ−Ｎｅレーザーであり、オリゴヌクレオチド合成の光化学的反応を妨害しない。レーザー４２からのＨｅ−Ｎｅレーザービームは、マイクロミラーの「オン」状態（１０°回転）を用いて反応セル３８に投影されるＵＶランプ４４からのＵＶ光による現行のＵＶ露光系を干渉することなく、マイクロミラーの「オフ」状態（−１０°回転）を用いて反応セル３８に投影される。Ｈｅ−Ｎｅレーザー４２は、ＤＭＤ３０への入射角−２０°を持つＵＶランプ４４の対向側にある。
【００１４】
システム２８は、１：１のオフナーのリレーの変化に基いた０．０８の開口数の反射する画像システムであることができる。そのような反射する光学系は、Ａ．オフナー著、「放射マスク半導体微細パターン転写装置における新しい概念」Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １４:１３０-１３２ (１９７５)に記載されている。ＤＭＤ３０は、テキサスインスツルメンツ社から入手可能なマイクロミラーアレイであることができる。反応セル３８は、石英のブロック４７、ガラススライド４９、投影された画像５１、及び参照マーク５３を包含する。ＵＶランプ４４は、１０００ＷのＨｇのアーク灯（たとえば、オリエル６２８７、６６０２１）であることができ、それは、３６５ｎｍ（又は３５０〜４５０ｎｍの範囲内のいずれか）でＵＶ線を提供することができる。代替的な実施態様では、ランプ４４は、可視波長のランプであってもよい。
【００１５】
レーザー４２は、平坦ミラー３６にレーザービームを投影し、それは、ＤＭＤ３０にビームを反射する。ＤＭＤ３０は、少なくとも２つの方向の１つで傾くようにＤＭＤ３０に供給される制御シグナルに反応する個々のマイクロミラーの二次元アレイを有する。テレセントリックな開口を凸型ミラー３４の前に設置してもよい。
【００１６】
カメラ４０は、アラインメントマークの画像を捕捉するのに使用される電荷結合素子（ＣＣＤ）である。捕捉された画像は、画像処理のためにコンピュータ４６に移される。アラインメント狂いが検出されると、コンピュータ４６によって補正シグナルが生成され、ミラー３２を調整するためのフィードバックとしてアクチュエータ４８及び５０に送られ、補正アラインメントが回復する。少なくとも１つの代替的な実施態様では、３つの電気的に制約的なアクチュエータ（アクチュエータ４８及び５０の代わりに）を使用して、６０ｎｍの最小限の増分の移動を提供し、ミラー３２の回転及び移動を制御する。ガラススライドにおける投影された画像の位置ズレは、ミラー３２の回転及び移動に極めて感受性が高い。
【００１７】
図３（ａ）は、反応セル３８における石英ブロック４７上にパターン化されたアラインメントマーク５３を説明している。石英ブロック４７は、それを介して流体が反応セル３８を貫流する入口５５及び出口５７を含む。そのような反応セルは、「ＤＮＡプローブのアレイの合成のための方法及び装置」と題する米国特許第６，３７５，９０３号に記載されている。図３（ｂ）に示されるあらかじめ規定されたマイクロミラーのパターンが投影され、アラインメントマーク５３に中心がある。例示となる実施態様では、投影された画像５１は、投影された画像５１の中心が、アラインメントマークの中心とおおまかに重なり合うように手動で配置される。ＣＣＤカメラ４０を用いて、２０ｘ（拡大）の顕微鏡レンズによって形成される画像を捕捉し、カメラは、参照マーク５３と投影画像５１の間の中間に焦点を合わせる。コンピュータ４６の画像処理プログラムは、参照マーク５３と投影画像５１の中心を計算し、任意の位置ずれの量及び方向を生成し、相当するアクチュエータ４８及び／又は５０に補正シグナルを送る。参照マーク５３は、図３（ａ）に示すように石英ブロック４７の表面にパターン化される。投影された画像５１の参照マーク５３に対する相対的な位置は、図３（ｃ）に示す。
【００１８】
図４（ａ）は、反応セル３８の断面図を説明している。投影された画像５１は、オリゴヌクレオチドが成長するガラススライド４９の内側ガラススライド表面６１に焦点を合わせる。参照マーク５３及び投影された画像５１は、同一焦点の面にはない。顕微鏡のレンズは、参照マーク５３及び投影された画像５１の間の中間の面に焦点を合わせる。それ自体、図５（ｃ）に示すように、カメラ４０によって捕捉された画像をぼやけさせる。ガラススライド表面６１と石英ブロック４７の石英ブロック表面６５との間の隙間は１００μｍである。各パターンに中心の位置を位置づけるには、相関理論に基いた２Ｄ光学パターン認識技法を使用する。相関解析は、類似性の程度を決定するために、２つのシグナル（又は画像）を比較し、その際、参照シグナルのために入力シグナルが検索されるべきである。各相関は、ピーク値を与え、その際、参照シグナル及び入力シグナルは最大に匹敵する。この値の位置が以前の値と異なっていれば、それは、画像が移動し、補正の必要性を示していることを意味する。
【００１９】
例示となる実施態様では、図５（ｃ）を参照して記載された捕捉された入力画像、図５（ａ）の参照マーク５３及び図５（ｂ）の投影画像５１の間の相互補正シグナルを計算することによって、画像処理手段が、カメラ４０によって捕捉された画像から画像の位置ズレを計算する。相互相関は、たとえば、図５（ａ）と５（ｃ）、及び図５（ｂ）と５（ｃ）のような２つの画像間の類似性の測定である。数学的には、相互相関は、以下のように計算することができる。
【数１】
2007536512.tif 000003
【００２０】
又は以下のようなウィナー・ヒンチンの定理を用いて計算することができる
【数２】
2007536512.tif 000004
【００２１】
参照マーク及び投影された画像の新しい位置は、相関ピーク（すなわち、ｃgh（Ｘ，Ｙ）の最高の値）によって特徴付けられる。新しい位置に基いて、補正シグナルを計算し、アクチュエータに送ってミラーを移動させる。この補正処置は、合成が完了するまで継続する。
【００２２】
例示となる実施態様では、コンピュータがアクチュエータを制御し、画像処理によって補正シグナルを生成する。位置ズレのログファイルを記録することもでき、実際の位置ズレを間接的に測定し、アルゴリズムのさらなる改良のためのその方向を測定するために解析することができる。種々のマークの形状（たとえば、十字、山形、円）を参照マーク５３として使用することができる。
【００２３】
図６は、別の例示となる実施態様に従って、画像が幾つかのマイクロミラー、７３、７５、７７及び７９を含む基材上に投影された画像７１を説明している。参照マーク７４は基材上に含められる。顕微鏡の視野では、マスクの画像が暗い線７６として現れるように、マイクロミラー７３、７５、７７及び７９は明るい画像として現れるが、参照マーク７四は暗くなりうる（図７）。マイクロミラー７３、７５、７７及び７９と参照マーク７４の重なり合いを認めることができる。画像処理ソフトウエアは、暗い影がマイクロミラーの中心にあるかどうかを割り出し、もしなければ、補正を適用する。
【００２４】
各画素のサイズはおよそ１６μｍなので、画像を２００ｎｍ未満にロックすることが必要である。凹型ミラー３２（図２）から反応セル３８までの距離はおよそ５００ｍｍでありうるので、角度指示精度は、０．４ｘ１０-6ラジアンである。光学装置の直径は２００ｍｍなので、圧電系又は類似の系を用いて、８０ｎｍの位置ズレを適用することによって角度の移動を生成することができる。通常、ナノロック器は、均等な１０ｎｍの位置ズレを制御することができる。
【００２５】
位置ズレの検出について異なったスキームを含むそのほかの設計が可能である。アクチュエータ４８及び５０を使用して光学装置を効果的に並べることができる。別の例示となる実施態様では、回折マークを用いることができ、顕微鏡の必要性を軽減することができる。検出のそのほかのスキームに部分的に透過するマーク（半色調）を使用することができる。
【００２６】
図８〜１０は、例示となる画像ロッキングシステムの性能を説明している。図８は、ズレを測定する画像パターンを説明している。図８（ａ）では、四角形状の参照フレーム８１が時刻ゼロ（ｔ＝０）において露光される。図８（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）では、参照フレーム８１に隣接する各画素が漸次１０分毎に露光されてライン８３を創る。もし、ズレがあれば、参照フレームとライン８３との間の隙間が変化する。
【００２７】
図９（ａ）及び（ｂ）は、画像ロックなしで画像を投影するときの投影された画像の移動の結果を示す。実験の１つでは、システムの周りの常温は、２３．５６±１℃、湿度は２３．２％と測定された。図９（ｂ）は、ジグザグの位置ズレは、４９０分の露光の間、画素サイズのおよそ半分（〜８μｍ）であることを示す。そのような移動は、２４時間の連続した露光については約５０μｍに増大しうる。
【００２８】
図１０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、室温にて２００分間、ラジオクロミックフィルムを露光した結果（画素１〜２０）及び環境温度を１２０分間、５℃上げた（画素２１〜３２）の結果を示す。次いで環境温度を１５０分間、室温に戻す（画素３３〜４８）。湿度の変動は、温度変化につれて１１．７％〜１６．３％である。図１０（ａ）は、画像ロックなしでの画像のズレを示す実験結果を説明している。しかしながら、画像ロックを伴った図１０（ｂ）及び（ｃ）では、画像は、１μｍ未満の各方向へのズレを伴って安定する。
【００２９】
図１１（ａ）及び（ｂ）は、画像ロックの性能を検証するのに使用した例示となる仮想マスクのレイアウトを示す。図１１（ａ）は、マスク全体（１０２４ｘ７６８）を示し、図１１（ｂ）は、チップ全体に広がるマスクの断面の１つを示す。左上の角から右下の角まで、外観は、単一画素、３ｘ３、５ｘ５（一時的にミラーオフで）、比率１：４、５ｘ５（全画素オン）、３ｘ３（９ｘ９ミラーの）、５ｘ５（３ｘ３ミラーの）比率９：３６で構成される。
【００３０】
図１２は、図１１を参照して記載された仮想マスクのレイアウトを用いて、その末端にｃｙ３シアノ−ヌクレオチドを有する相補配列（プローブ）とハイブリッド形成した合成オリゴマー（長さ２５量体）による蛍光画像を説明している。適用された精密マイクロアレイスキャナーを用いて２μｍの解像度でチップを走査する。標的オリゴマーは、効率的なハイブリッド形成のために基材ガラス上でのリンカーとして追加の５Ｔを有する。
【００３１】
小さな特徴は、露光不足のため、経時的に画像のズレによって生じる極めて低い蛍光シグナル強度を有するために図１２では見えない。大きな特徴は、露光の相対的に大きな重なり合い領域を有し、それら領域は、特徴の形状が変形されるとしてもハイブリッド形成されるべき標的オリゴヌクレオチドを有する。しかしながら、図１２の上段のような小さなものは、合成が進むにつれて漸次より少ない量の露光を有し、結果として非常に乏しい合成を生じる。
【００３２】
図１３及び１４は、それぞれ１０Ｘ及び５０Ｘを用いたニコン蛍光顕微鏡によって捕捉された、図１２と同一の外観の画像を示す。これらの図では、ズレの形状、方向及び量を外に出しうるように見えるように画像の倍率が設定されているので、ハイブリッド形成のシグナル強度は、互いに比較できない。さらに小さな特徴の実際の強度は、大きなものよりもおよそ１０，０００倍低い。極めて低いシグナルのために隣接画素を有さない単一画素は検出することができず、示されていない。合成の１００サイクルで、強制的な環境変化がなくても、特定の合成で５〜６の画素の位置ズレが生じた。図１３（ｆ）は、ズレの方向性を示す。水平の特徴のみが残っているということは、ズレに優勢な方向があることを示している。図１４は、１０Ｘのレンズの代わりに５０Ｘのレンズを用いて、図１３で示したもののさらに拡大した画像を示す。
【００３３】
図１５は、図１２（画像ロックなし）におけるチップと同様の条件下で加工したが、画像ロッキングシステムを連動させる、ＤＮＡチップの走査した画像である。マスクレイアウトにおける特徴はすべて見え、単一画素でもその形状（四角のマイクロミラー形状）を保っている。合成画像は、最大のハイブリッド形成のシグナル強度を有する。
【００３４】
図１６及び１７は、それぞれ１０Ｘ及び５０Ｘを用いた蛍光顕微鏡が捕捉した画像を示す。マイクロミラーのレーン及び位置が明瞭に見えるということは、堅実な画像ロックを示している。
【００３５】
本発明は、説明として本明細書で述べられた実施態様の定義に限定されないが、以下のクレームの範囲内に入るような、そのようなその形態はすべて包含することが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】例示となる実施態様に係るマスクのないアレイ合成装置の照明及び光学系を示す図である。
【図２】例示となる実施態様に係る画像ロッキングシステムの模式図である。
【図３（ａ）】反応セル上の参照マークを示す図である。
【図３（ｂ）】ガラススライド上の参照マークを伴った投影されたアラインメントパターンを示す図である。
【図３（ｃ）】アラインメントマークの位置を示す図である。
【図４（ａ）】例示となる実施態様に従った画像ロックを伴った反応セルの断面図である。
【図４（ｂ）】例示となる実施態様に従って処理されるべき捕捉された画像を示す図である。
【図５（ａ）】処理されるべき捕捉された画像である。
【図５（ｂ）】処理されるべき捕捉された画像である。
【図５（ｃ）】処理されるべき捕捉された画像である。
【図６】画像が幾つかのマイクロミラーを含む場合の基材上で投影された画像を示す図である。
【図７】マスクの画像が暗い線として現れる場合の基材上で投影された画像を示す図である。
【図８】性能検証のための露光スキームを示す図である。
【図９（ａ）】画像ロックなしで連続して形成されたラジオクロミックフィルム画像を示す図である。
【図９（ｂ）】画像ロックなしで連続して形成されたラジオクロミックフィルム画像を示す図である。
【図１０（ａ）】例示となる実施態様に従って画像ロックあり、又はなしで連続して行われたラジオクロミックフィルム画像を示す図である。
【図１０（ｂ）】例示となる実施態様に従って画像ロックあり、又はなしで連続して行われたラジオクロミックフィルム画像を示す図である。
【図１０（ｃ）】例示となる実施態様に従って画像ロックあり、又はなしで連続して行われたラジオクロミックフィルム画像を示す図である。
【図１１（ａ）】仮想マスクのレイアウトを示す図である。
【図１１（ｂ）】仮想マスクのレイアウトを示す図である。
【図１２】画像ロックを使用しないで加工されたマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１３（ａ）】画像ロックを使用しないで加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１３（ｂ）】画像ロックを使用しないで加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１３（ｃ）】画像ロックを使用しないで加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１３（ｄ）】画像ロックを使用しないで加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１３（ｅ）】画像ロックを使用しないで加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１３（ｆ）】画像ロックを使用しないで加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１３（ｇ）】画像ロックを使用しないで加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１３（ｈ）】画像ロックを使用しないで加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１４（ａ）】画像ロックを使用しないで加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１４（ｂ）】画像ロックを使用しないで加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１４（ｃ）】画像ロックを使用しないで加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１４（ｄ）】画像ロックを使用しないで加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１４（ｅ）】画像ロックを使用しないで加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１４（ｆ）】画像ロックを使用しないで加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１４（ｇ）】画像ロックを使用しないで加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１４（ｈ）】画像ロックを使用しないで加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１５】画像ロックを使用して加工されたマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１６（ａ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１６（ｂ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１６（ｃ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１６（ｄ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１６（ｅ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１６（ｆ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１６（ｇ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１６（ｈ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、１０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１７（ａ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１７（ｂ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１７（ｃ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１７（ｄ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１７（ｅ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１７（ｆ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１７（ｇ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１７（ｈ）】例示となる実施態様に従って画像ロックを使用して加工された、５０倍に拡大したマイクロアレイの画像を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１０（ｃ）】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１２】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１３（ｃ）】
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【図１３（ｄ）】
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【図１３（ｅ）】
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【図１３（ｆ）】
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【図１３（ｇ）】
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【図１３（ｈ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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