(57)【要約】  同時核酸増幅及び検出を実施するためのシステム及び方法。システム及び方法は、複数の反応チャンバの各々にわたるセンサアレイの方向付けに関連して複数のプロトコルを管理する方法を含む。ある一定の実施形態において、プロトコルは、熱サイクリングプロフィールを含み、本方法は、熱サイクリングプロフィールの中にオフセット及び持続期間延長を導入してより効率的な検出挙動を達成することができる。
2014516513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアルタイム核酸増幅及び検出を実施するための装置であって、
検出器及び光源対が第１の横列及び第２の横列に整列された複数の光検出器及び光源対を含み、レール上に装着されている検出器ヘッドと、
第１の横列と第２の横列との隣接する縦列に整列された複数の独立反応チャンバを含むマイクロ流体カートリッジのためのレセプタクルと、
前記カートリッジが前記レセプタクルに存在している時に該マイクロ流体カートリッジの上に位置決めされるように構成され、前記検出器ヘッドがその上に位置付けられる開口プレートと、
を含み、
前記開口プレートは、前記レセプタクルが前記マイクロ流体カートリッジを保持している時に前記複数の反応チャンバの各々の上に各開口が位置合せされる複数の開口を含み、
前記検出器ヘッドは、前記第１の横列の前記複数の光検出器及び光源対の各々を前記開口プレートの該第１の横列の各開口の上に位置決めすることができ、かつ前記第２の横列の該複数の光検出器及び光源対の各々を該開口プレートの該第２の横列の各開口の上に位置付けることができるように前記レールに沿って移動可能である、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
第２の検出器及び光源対が第１の横列及び第２の横列に整列された複数の光検出器及び光源対を含み、前記レール上に装着されている第２の検出器ヘッドと、
第１の横列と第２の横列とに隣接する縦列に整列された複数の独立反応チャンバを含むマイクロ流体カートリッジのための第２のレセプタクルと、
第２のカートリッジが前記第２のレセプタクルに存在している時に該第２のマイクロ流体カートリッジの上に位置決めされるように構成され、前記第２の検出器ヘッドがその上に位置付けられる第２の開口プレートと、
を更に含み、
前記第２の開口プレートは、前記第２のレセプタクルが前記第２のマイクロ流体カートリッジを保持している時に該第２のマイクロ流体カートリッジの前記複数の反応チャンバの各々の上に各開口が位置合せされる複数の開口を含み、
前記第２の検出器ヘッドは、前記第２の検出器ヘッドの前記第１の横列の前記複数の光検出器及び光源対の各々を前記第２の開口プレートの該第１の横列の各開口の上に位置決めすることができ、かつ該第２の検出器ヘッドの前記第２の横列の該複数の光検出器及び光源対の各々を該第２の開口プレートの該第２の横列の各開口の上に位置決めすることができるように前記レールに沿って移動可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光検出器及び光源対は、６つの異なる波長で作動する少なくとも６つの異なる光検出器及び光源対を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記６つの異なる波長は、緑色光を放出する光源と、黄色光を放出する光源と、オレンジ色光を放出する光源と、赤色光を放出する光源と、深紅色光を放出する光源とを含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記検出器ヘッドは、少なくともＮ横列の光検出器及び光源対を含み、前記検出器は、Ｍ横列の開口を含む開口プレートの上の少なくともＭ＋Ｎ−１位置まで移動するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記開口プレートは、鋼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】
前記開口プレートは、約．２５インチの厚みを含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記開口プレートの少なくとも一部が、該開口プレートが電気化学的に酸化されない時よりも黒ずむように電気化学的に酸化されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記開口プレートは、前記カートリッジが前記レセプタクル内に存在する時に該マイクロ流体カートリッジの区域にわたって実質的に均一な圧力を与えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
加熱器プレートを更に含み、
前記加熱器プレートは、前記レセプタクルに存在する場合の前記マイクロ流体カートリッジの下に位置決めされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記開口プレートは、前記カートリッジが前記レセプタクル内に存在する時に実質的に該マイクロ流体カートリッジの区域にわたって実質的に均一な圧力を与え、
前記実質的に均一な圧力は、前記反応チャンバと前記加熱器プレートの間の実質的に均一な熱的接触を容易にする、
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記開口プレートは、アルミニウム、亜鉛、又はニッケルのうちの少なくとも１つを含み、該開口プレートは、着色剤を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記反応チャンバは、前記光検出器に対して前記光源から視射角で光を受け入れるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記加熱器プレートは、複数の加熱要素を含み、
前記複数の加熱要素の各々は、前記マイクロ流体カートリッジが前記レセプタクルに存在する時に該複数の加熱要素が前記複数の反応チャンバの各々とそれぞれ熱的連通状態にあるように位置決めされる、
ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
各熱サイクル反応が、１つ又はそれよりも多くの検出ステップを含み、かつ熱サイクル反応が、複数のリアクタにおいて実施される複数の熱サイクル反応を同時に実施するためのプロトコルを最適化するために１つ又はそれよりも多くのコンピュータプロセッサ上に実施される方法であって、
前記複数のリアクタの各々に対して検出サイクル時間を決定する又は与える又はアクセスする段階と、
ステップ持続時間に関連付けられて検出のための時間を含むプロトコルステップを受け入れる又はアクセスする段階と、
前記ステップ持続時間が前記検出サイクル時間の倍数であるように前記ステップに対する第１の調節を決定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記ステップに対する第２の調節を決定する段階を更に含み、
前記検出のための時間は、前記ステップが前記第１の調節及び前記第２の調節によって調節された時に前記検出サイクル時間の倍数である、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記プロトコルに関連付けられた反応チャンバの位置に基づいて開始オフセット調節を決定する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記検出サイクル時間は、検出器ヘッドがリアクタに対して所定の複数の検出を実施するのに必要な時間の量を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記検出サイクル時間は、複数のリアクタの各々への前記検出器ヘッドの移動及び開始位置への該検出器ヘッドの移動に必要な時間を更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記プロトコルは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）プロトコルを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記プロトコルを開始する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
持続性コンピュータ可読媒体であって、
命令、
を含み、
前記命令は、１つ又はそれよりも多くのプロセッサをして、以下の方法、すなわち、
検出サイクル時間を決定する又は与える又はそれにアクセスする段階と、
ステップ持続時間に関連付けられて検出のための時間を含むプロトコルステップを受け入れる又はそれにアクセスする段階と、
前記ステップ持続時間が前記検出サイクル時間の倍数であるように前記ステップに対する第１の調節を決定する段階と、
を実施させるように構成される、
ことを特徴とする持続性コンピュータ可読媒体。
【請求項２３】
前記プロトコルステップは、複数のプロトコルからのプロトコルに関連付けられ、該複数のプロトコルの各々が、複数の熱サイクル反応のうちの少なくとも１つに関連付けられ、
各熱サイクル反応が、１つ又はそれよりも多くの検出ステップを含み、
前記第１の調節を決定する段階は、前記複数のプロトコルのうちの少なくとも２つ又はそれよりも多くの前記熱サイクル反応に該複数のプロトコルのうちの該２つ又はそれよりも多くが同時に実行される時に関連付けられる１つ又はそれよりも多くの検出ステップのタイミングに少なくとも一部基づいている、
ことを特徴とする請求項２２に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
【請求項２４】
前記方法は、前記ステップに対する第２の調節を決定する段階を更に含み、
前記検出のための時間は、前記ステップが前記第１の調節及び前記第２の調節によって調節された時に前記検出サイクル時間の倍数である、
ことを特徴とする請求項２２に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
【請求項２５】
前記方法は、前記プロトコルに関連付けられた反応チャンバの位置に基づいて開始オフセット調節を決定する段階を更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
【請求項２６】
前記検出サイクル時間は、検出器ヘッドが反応チャンバに対して所定の複数の検出を実施するのに必要な時間の量を含むことを特徴とする請求項２２に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
【請求項２７】
前記検出サイクル時間は、複数の反応チャンバ検出位置の各々への前記検出器ヘッドの移動及び開始位置への該検出器ヘッドの移動に必要な時間を更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
【請求項２８】
前記プロトコルは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）プロトコルを含むことを特徴とする請求項２２に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
【請求項２９】
前記方法は、前記プロトコルを開始する段階を更に含むことを特徴とする請求項２２に記載の持続性コンピュータ可読媒体。
【請求項３０】
複数の反応チャンバに対してプロトコルを最適化するためのシステムであって、
検出サイクル時間を決定する又は与える又はそれにアクセスする段階と、
ステップ持続時間に関連付けられて検出のための時間を含むプロトコルステップを受け入れる又はそれにアクセスする段階と、
前記ステップ持続時間が前記検出サイクル時間の倍数であるように前記ステップに対する第１の調節を決定する段階と、
を実施するように構成されたプロセッサ、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項３１】
前記プロトコルステップは、複数のプロトコルからのプロトコルに関連付けられ、該複数のプロトコルの各々が、複数の熱サイクル反応のうちの少なくとも１つに関連付けられ、
各熱サイクル反応が、１つ又はそれよりも多くの検出ステップを含み、
前記第１の調節を決定する段階は、前記複数のプロトコルのうちの少なくとも２つ又はそれよりも多くの前記熱サイクル反応に該複数のプロトコルのうちの該２つ又はそれよりも多くが同時に実行される時に関連付けられる１つ又はそれよりも多くの検出ステップのタイミングに少なくとも一部基づいている、
ことを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記プロセッサは、前記ステップに対する第２の調節を決定するように更に構成され、
前記検出のための時間は、前記ステップが前記第１の調節及び前記第２の調節によって調節された時に前記検出サイクル時間の倍数である、
ことを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記プロセッサは、前記プロトコルに関連付けられた反応チャンバの位置に基づいて開始オフセット調節を決定するように更に構成されることを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３４】
前記検出サイクル時間は、検出器ヘッドが反応チャンバに対して所定の複数の検出を実施するのに必要な時間の量を含むことを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３５】
前記検出サイクル時間は、複数の反応チャンバ検出位置の各々への前記検出器ヘッドの移動及び開始位置への該検出器ヘッドの移動に必要な時間を更に含むことを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記プロトコルは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）プロトコルを含むことを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３７】
前記プロセッサは、前記プロトコルを開始するように更に構成されることを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項３８】
複数のＰＣＲ反応チャンバ内でリアルタイムＰＣＲを同時に実施する方法であって、
（ａ）検出器アセンブリに対して、それが少なくとも１つの検出可能な信号に関して前記複数のＰＣＲ反応チャンバの各々を走査し、かつ該走査を繰り返すための待機状態になることができる走査サイクルを実施するのに十分な走査時間を与える段階と、
（ｂ）少なくとも１つの加熱ステップと、少なくとも１つの冷却ステップと、前記検出器アセンブリが少なくとも１つの検出可能な信号に関して前記反応チャンバを走査することになる読取サイクル期間を含む少なくとも１つの温度プラトーとを各サイクルが含む複数のサイクルを含む該ＰＣＲ反応チャンバの各々に対する反応プロトコルを与える段階と、
（ｃ）プロセッサを使用して、その反応チャンバに対する前記サイクル時間が前記走査時間と同じか又はその整数倍数であるか否かを決定し、そうでない場合には、該サイクル時間が該走査時間と同じか又はその整数倍数であるように該走査時間又は該サイクル時間を調節する段階と、
（ｄ）各反応プロトコルに対する前記サイクル時間が前記走査時間と同じか又はその整数倍数であるように前記複数のＰＣＲ反応チャンバの各々に対して該反応プロトコルのための少なくとも段階（ｂ）及び（ｃ）を実施する段階と、
（ｅ）プロセッサの指示の下で、前記検出器アセンブリを用いて複数の走査サイクルを実施する段階を含め、前記反応チャンバの各々に対する前記反応プロトコルを使用して該反応チャンバの各々に対してリアルタイムＰＣＲを実施し、各ＰＣＲ反応チャンバが、その反応チャンバに対する各読取サイクル期間中に該検出器アセンブリによって走査される段階と、
含むことを特徴とする方法。
【請求項３９】
前記反応チャンバのうちの少なくとも１つに対して前記反応プロトコルの前記サイクル時間を調節する段を更に含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも１つの前記反応プロトコルは、別の該反応プロトコルとは異なることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
１つの反応プロトコルにおける少なくとも１つのサイクル時間が、別の反応プロトコルにおける該サイクル時間とは異なることを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、「熱サイクリング及び走査光学検出を同期させるソフトウエア制御処理」という名称の２０１１年４月１５日出願の現在特許出願中の米国特許仮出願出願番号第６１／４７６，１７５号、及び「６色走査リアルタイムマイクロ流体熱サイクラー」という名称の２０１１年４月１５日出願の現在特許出願中の米国特許仮出願出願番号第６１，４７６，１６７号の「３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．Ｓｅｃｔｉｏｎ  １１９（ｅ）」の下での利益を主張するものであり、これらの出願は、引用によりその全体を本明細書に組み込んでいる。
【０００２】
本明細書に開示するシステム及び方法は、一般的に、マイクロ流体カートリッジ内の複数のマイクロ流体反応チャンバにおける「ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）及び一部の事例においてはリアルタイムＰＣＲのような核酸増幅分析の自動実行に関する。システムは、それに続けて反応チャンバの各々内でターゲット核酸、例えば、ターゲットアンプリコンを検出することができる。
【背景技術】
【０００３】
医療診断業界は、今日のヘルスケアインフラストラクチャーの重要な要素である。しかし、現時点で、インビトロ診断分析は、どのようなルーチンであっても患者のケアにおいて障害になっている。これには、いくつかの理由がある。第１に、多くの診断分析は、高価で訓練された臨床医によってのみ作動可能である高度に専門化された機器によってのみ行うことができる。かかる機器は、多くの場合にいずれの所定の都市部でも僅かに１ヶ所である少数の場所でのみ見出される場合がある。これは、分析するためのサンプルをこれらの場所まで病院が発送することを要求し、それによって送料及び輸送遅延、場合によってはサンプル損失又は手違いさえも被る。第２に、問題の機器は、典型的には、「オン・デマンド」で利用可能ではなく、代わりにバッチで稼働し、それによって機械を稼働することができる前に機械がその容量に達するまでサンプルが待たなければならないので、多くのサンプルに対して処理時間を遅延させる。
【０００４】
生体サンプルに対する診断分析は、いくつかの重要な段階に分かれる場合があることを理解すると、多くの場合に１つ又はそれよりも多くの段階を自動化することが望ましい。例えば、患者から得られるような生体サンプルは、問題のターゲット核酸（例えば、ＤＮＡ又はＲＮＡなど）を増幅するために核酸増幅分析に使用することができる。増幅された状態で、ターゲット核酸の存在又はターゲット核酸（例えば、ターゲットアンプリコン）反応体の増幅生成物の存在を検出することができ、ターゲット核酸及び／又はターゲットアンプリコンの存在は、ターゲット（例えば、ターゲット微生物など）の存在を識別及び／又は定量化するために使用することができる。多くの場合に、核酸増幅分析は、核酸抽出、核酸増幅、及び検出を含む可能性がある複数の段階を伴う。これらの処理のある一定の段階を自動化することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ターゲット核酸の増幅の有無に関わらず複数のサンプルに対する分子診断分析を並行して実施し、かつ調製された生体サンプルに対する検出を実施する方法及び装置に対する必要性が存在する。システムは、高スループットとサンプルを専門施設に発送する必要性を排除する商業関連研究所又はケア現場での運用とに対して構成することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示する実施形態は、複数のサンプルを同時に試験する方法及びデバイスに関する。ある一定の実施形態は、リアルタイム核酸増幅及び検出を実施するための装置を考えている。装置は、複数の光検出器及び光源対を含む検出器ヘッドを含むことができる。検出器ヘッドは、レール上に装着することができ、検出器及び光源対は、第１の横列及び第２の横列に整列される。装置は、第１の横列と第２の横列とに隣接する縦列に整列された複数の独立反応チャンバを有するマイクロ流体カートリッジのためのレセプタクルを含むことができる。装置はまた、カートリッジがレセプタクルに存在している時に、マイクロ流体カートリッジの上に位置決めされるように構成された開口プレートを含むことができる。開口プレートは、レセプタクルがマイクロ流体カートリッジを保持している時に、複数の反応チャンバの各々の上に各々位置合せされた複数の開口を含むことができる。検出器ヘッドは、第１の横列の複数の光検出器及び光源対の各々を開口プレートの第１の横列において各開口の上に位置付けることができ、かつ第２の横列の複数の光検出器及び光源対の各々を開口プレートの第２の横列において各開口の上に位置付けることができるように、開口プレートの上に位置付けられたことができ、かつレールに沿って移動可能にすることができる。
【０００７】
一部の実施形態において、装置はまた、第１の横列及び第２の横列に整列された複数の光検出器及び光源対を有する第２の検出器ヘッドを含む。第２の検出器ヘッドは、レール上に装着することができる。装置はまた、第１の横列と第２の横列とに隣接する縦列に整列された複数の独立反応チャンバを含むマイクロ流体カートリッジのための第２のレセプタクルを含むことができる。装置はまた、第２のカートリッジが第２のレセプタクルに存在している時に、第２のマイクロ流体カートリッジの上に位置決めされるように構成された第２の開口プレートを含むことができ、開口プレートは、第２のレセプタクルが第２のマイクロ流体カートリッジを保持している時に、第２のマイクロ流体カートリッジ内の複数の反応チャンバの各々の上に各々位置合せされた複数の開口を含むことができる。第２の検出器ヘッドは、第２の検出器ヘッドの第１の横列の複数の光検出器及び光源対の各々を第２の開口プレートの第１の横列において各開口の上に位置付けることができ、かつ第２の検出器ヘッドの第２の横列の複数の光検出器及び光源対の各々を第２の開口プレートの第２の横列において各開口の上に位置付けることができるように、開口プレートの上に位置付けられたことができ、かつレールに沿って移動可能にすることができる。
【０００８】
一部の実施形態において、光検出器及び光源対は、６つの異なる波長で作動する少なくとも６つの異なる光検出器及び光源対を含むことができる。一部の実施形態において、６つの異なる波長は、緑色光を放出する光源と、黄色光を放出する光源と、オレンジ色光を放出する光源と、赤色光を放出する光源と、深紅色光を放出する光源とを含む。一部の実施形態において、検出器ヘッドは、光検出器及び光源対の少なくともＮ横列を含み、検出器は、開口のＭ横列を含む開口プレートの上で少なくともＭ＋Ｎ−１位置まで移動するように構成される。
【０００９】
一部の実施形態において、開口プレートは、鋼、アルミニウム、ニッケル、又はこれらの組合せを含む。一部の実施形態において、開口プレートは、約．２５インチの厚みを有することができる。一部の実施形態において、開口プレートの少なくとも一部は、開口プレートが電気化学的に酸化されない時よりも黒ずむように電気化学的に酸化される。一部の実施形態において、開口プレートは、カートリッジがレセプタクルに存在している時に、マイクロ流体カートリッジの区域にわたって実質的に均一な圧力を与える。一部の実施形態において、開口プレートは、アルミニウム、亜鉛、又はニッケルのうちの少なくとも１つを含み、開口プレートは、着色剤を更に含む。
【００１０】
一部の実施形態において、装置は、加熱器プレートを更に含み、加熱器プレートは、カートリッジがレセプタクルに存在している時にマイクロ流体カートリッジの下に位置決めされる。一部の実施形態において、加熱器プレートは、ガラス又は石英のうちの少なくとも一方を含む。一部の実施形態において、開口プレートは、カートリッジがレセプタクルに存在している時に、マイクロ流体カートリッジの区域にわたって実質的に均一な圧力を与える。実質的に均一な圧力は、マイクロ流体反応チャンバと加熱器プレートの間の実質的に均一な熱的接触を容易にすることができる。従って、一部の実施形態において、開口プレートは、マイクロ流体カートリッジ内の複数の反応チャンバ又はリアクタの各々が、加熱器プレート内に位置付けられたそれぞれの複数の加熱要素と均一な熱的接触又は連通状態にあることを確実することができる均一な圧力を与える。
【００１１】
一部の実施形態において、装置は、開口プレートの上に位置付けられた光検出器を更に含み、マイクロ流体チャンバは、光検出器に対して光源から視射角で光を受け入れるように構成される。一部の実施形態において、加熱器プレートは、複数の加熱要素を含み、複数の加熱要素の各々は、マイクロ流体カートリッジがレセプタクルに存在している時に複数の加熱要素がそれぞれ複数の反応チャンバの各々と熱的接続状態にあるように位置決めされる。
【００１２】
ある一定の実施形態は、複数の熱サイクル反応を同時に実施するために、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）プロトコルなどのようなプロトコルを最適化するための１つ又はそれよりも多くのコンピュータプロセッサ上に実施される方法を考えている。各熱サイクル反応は、１つ又はそれよりも多くの検出段階を含み、熱サイクル反応は、複数のリアクタにおいて実施される。本方法は、複数のリアクタの各々に対して検出サイクル時間を決定する又は与える又はそれにアクセスする段階と、ステップ持続時間に関連付けられて検出のための時間を含むプロトコルステップを受け入れる又はアクセスする段階と、ステップ持続時間が検出サイクル時間の倍数であるようにステップに対する第１の調節を決定する段階とを含むことができる。
【００１３】
一部の実施形態において、本方法は、ステップに対する第２の調節を決定する段階を更に含み、検出のための時間は、ステップが第１の調節により及び第２の調節により調節される時に検出サイクル時間の倍数である。一部の実施形態において、本方法は、プロトコルに関連付けられた反応チャンバの位置に基づいて開始オフセット調節を決定する段階を更に含む。一部の実施形態において、検出サイクル時間は、検出器ヘッドがリアクタに対して所定の複数の検出を実施するのに必要な時間の量を含む。一部の実施形態において、検出サイクル時間は、複数のリアクタの各々への検出器ヘッドの移動及び開始位置への検出器ヘッドの移動に必要な時間を含む。一部の実施形態において、本方法は、プロトコルを開始する段階を更に含む。
【００１４】
ある一定の実施形態は、命令を含む持続性コンピュータ可読媒体を考えており、命令は、１つ又はそれよりも多くのプロセッサをして、検出サイクル時間を決定する又は与える又はそれにアクセスする段階と、ステップ持続時間に関連付けられて検出のための時間を含むプロトコルステップを受け入れる又はアクセスする段階と、ステップ持続時間が検出サイクル時間の倍数であるようにステップに対する第１の調節を決定する段階とを実施させるように構成される。
【００１５】
一部の実施形態において、プロトコルステップは、複数のプロトコルからのプロトコルに関連付けられる。複数のプロトコルの各々は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）プロトコルのような複数の熱サイクル反応のうちの少なくとも１つに関連付けることができ、各熱サイクル反応は、１つ又はそれよりも多くの検出段階を含み、第１の調節の決定は、複数のプロトコルのうちの２つ又はそれよりも多くを同時に実行する時に複数のプロトコルのうちの少なくとも２つ又はそれよりも多くの熱サイクル反応に関連付けられた１つ又はそれよりも多くの検出段階のタイミングに少なくとも一部基づいている。一部の実施形態において、本方法はまた、ステップに対する第２の調節を決定する段階を含み、検出のための時間は、ステップが第１の調節により及び第２の調節により調節される時に検出サイクル時間の倍数である。一部の実施形態において、本方法はまた、プロトコルに関連付けられた反応チャンバの位置に基づいて開始オフセット調節を決定する段階を含む。一部の実施形態において、検出サイクル時間は、検出器ヘッドが反応チャンバに対して所定の複数の検出を実施するのに必要な時間の量を含む。一部の実施形態において、検出サイクル時間はまた、複数の反応チャンバ検出位置の各々への検出器ヘッドの移動及び開始位置への検出器ヘッドの移動に必要な時間を含む。一部の実施形態において、本方法は、プロトコルを開始する段階を更に含む。
【００１６】
ある一定の実施形態は、複数の反応チャンバに対してプロトコルを最適化するためのシステムを考えている。システムは、検出サイクル時間を決定する又は与える又はそれにアクセスする段階と、ステップ持続時間に関連付けることができ、かつ検出のための時間を含むプロトコルステップを受け入れる又はアクセスする段階と、ステップ持続時間が検出サイクル時間の倍数であるようにステップに対する第１の調節を決定する段階とを実施するように構成されたプロセッサを含むことができる。
【００１７】
一部の実施形態において、プロトコルステップは、複数のプロトコルからのプロトコルに関連付けられる。複数のプロトコルの各々は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）プロトコルのような複数の熱サイクル反応のうちの少なくとも１つに関連付けることができ、各熱サイクル反応は、１つ又はそれよりも多くの検出段階を含み、第１の調節の決定は、複数のプロトコルのうちの２つ又はそれよりも多くが同時に実行される時に複数のプロトコルのうちの少なくとも２つ又はそれよりも多くの熱サイクル反応に関連付けられた１つ又はそれよりも多くの検出段階のタイミングに少なくとも一部基づいている。一部の実施形態において、プロセッサはまた、ステップに対する第２の調節を決定するように構成され、検出のための時間は、ステップが第１の調節により及び第２の調節により調節される時に検出サイクル時間の倍数である。一部の実施形態において、プロセッサはまた、プロトコルに関連付けられた反応チャンバの位置に基づいて開始オフセット調節を決定するように構成される。一部の実施形態において、検出サイクル時間は、検出器ヘッドが反応チャンバに対して所定の複数の検出を実施するのに必要な時間の量を含む。一部の実施形態において、検出サイクル時間はまた、複数の反応チャンバ検出位置の各々への検出器ヘッドの移動及び開始位置への検出器ヘッドの移動に必要な時間を含む。一部の実施形態において、プロセッサは、プロトコルを開始するように更に構成される。
【００１８】
ある一定の実施形態は、（ａ）検出器アセンブリが、少なくとも１つの検出可能信号に対して複数のＰＣＲ反応チャンバの各々を走査し、かつ走査を繰り返す待機状態になることができる走査サイクルを実施するのに十分な走査時間を与える段階と、（ｂ）各サイクルが、少なくとも１つの加熱段階と、少なくとも１つの冷却段階と、検出器アセンブリが少なくとも１つの検出可能信号に対して反応チャンバを走査することになる読取サイクル期間を含む少なくとも１つの温度プラトーとを含むサイクル時間を含む複数のサイクルを含むＰＣＲ反応チャンバの各々に対する反応プロトコルを与える段階と、（ｃ）プロセッサを使用して、その反応チャンバに対するサイクル時間が走査時間と同じか又はその整数倍数であるか否かを決定し、かつそうでない場合に、サイクル時間が走査時間と同じか又はその整数倍数であるように走査時間又はサイクル時間を調節する段階と、（ｄ）各反応プロトコルに対するサイクル時間が走査時間と同じか又はその整数倍数であるように、複数のＰＣＲ反応チャンバの各々に対する反応プロトコルに対して少なくとも段階（ｂ）及び（ｃ）を実施する段階と、（ｅ）プロセッサの指示の下で、各ＰＣＲ反応チャンバがその反応チャンバに対する各読取サイクル期間中に検出器アセンブリによって走査される検出器アセンブリによって複数の走査サイクルを実施する段階を含む反応チャンバの各々に対する反応プロトコルを使用して反応チャンバの各々に対してリアルタイムＰＣＲを実施する段階とを含む複数のＰＣＲ反応チャンバにおいてリアルタイムＰＣＲを同時に実施する方法を考えている。
【００１９】
一部の実施形態において、本方法は、反応チャンバのうちの少なくとも１つに対して反応プロトコルのサイクル時間を調節する段を更に含む。一部の実施形態において、少なくとも１つのこの反応プロトコルは、別のこの反応プロトコルとは異なる。一部の実施形態において、１つの反応プロトコルにおける少なくとも１つのサイクル時間は、別の反応プロトコルにおけるサイクル時間とは異なる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】ある一定の実施形態において使用するような診断装置の正面平面図である。
【図１Ｂ】装置の内部構成要素のある一定のものを示す図１Ａの診断装置の上部斜視図である。
【図２】図１Ａ及び図１Ｂの診断装置の内部図である。
【図３Ａ】本明細書に説明するようなマイクロ流体カートリッジのある一定の実施形態内の１つの可能なマイクロ流体配置の上面図である。
【図３Ｂ】実施形態のある一定のものの反応チャンバに対する加熱器基板のレイアウトを示す図である。
【図４Ａ】本明細書に説明する実施形態のある一定のものの検出器ヘッドを含む光学モジュールの外観図である。
【図４Ｂ】側面カバーが取り外された図４Ａの光学モジュールの図である。
【図４Ｃ】図４Ａの光学モジュールの底面図である。
【図５】図４Ｂの線１３に沿った実施形態のある一定のものの光学モジュール内に使用する検出器ヘッドを示す図である。
【図６】本明細書に開示する検出器ヘッドの実施形態のある一定のものに使用するような光源及び光学検出器のレイアウトを示す図である。
【図７】本明細書に説明するようなある一定の実施形態の装置において実施されるターゲット核酸のリアルタイムＰＣＲを使用する蛍光対時間のグラフである。
【図８】本明細書に説明する実施形態のある一定のものに見出されるチャンバ、開口、及び加熱層のある一定のものの要約図である。
【図９Ａ】開口プレートの一実施形態の斜視図である。
【図９Ｂ】開口プレートの一実施形態の斜視図である。
【図９Ｃ】開口プレートの一実施形態の斜視図である。
【図９Ｄ】開口プレートの一実施形態の斜視図である。
【図９Ｅ】開口プレートの一実施形態の斜視図である。
【図９Ｆ】開口プレートの一実施形態の斜視図である。
【図９Ｇ】開口プレートの一実施形態の斜視図である。
【図９Ｈ】開口プレートの一実施形態の斜視図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｈの開口プレートの斜視図の様々な寸法を示す図である。
【図１１】実施形態のある一定のものに実施される可能なプロトコルに対する熱プロフィールの一部分のプロットの図である。
【図１２】検出器効率を最適化及び統制するためのプロトコル持続期間、オフセット、及び検出時間を決定するための処理を示した流れ図である。
【図１３】ある一定のプロトコルステップ及びサブステップの持続時間の選択と付随のサイクル内調節の決定とのためのユーザインタフェースの一部分を示す図である。
【図１４】サイクル間調節を含む熱プロフィールのプロットの図である。
【図１５Ａ】開始オフセット調節前のプロトコルプロフィールの特性を示す実施形態のある一定のものに実施される複数のプロトコルに対する複数の熱プロフィールのプロットの図である。
【図１５Ｂ】開始オフセット調節前のプロトコルプロフィールの特性を示す実施形態のある一定のものに実施される複数のプロトコルに対する複数の熱プロフィールのプロットの図である。
【図１５Ｃ】開始オフセット調節を適用した後の互いに対する複数のプロトコルプロフィールを示す実施形態のある一定のものに実施される複数のプロトコルに対する複数の熱プロフィールのプロットの図である。
【図１６】実施形態のある一定のものに実施されるような能動冷却下の熱プロフィールのプロットの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態のある一定のものは、マイクロ流体チャンバを一貫して加熱及び分析することができる本明細書に熱サイクラーと呼ぶ装置を考えている。リアルタイムＰＣＲなどによるポリヌクレオチド増幅は、マイクロ流体チャンバ内で実施することができる。一部の実施形態において、熱サイクラーは、マイクロ流体カートリッジ内の複数のマイクロ流体反応チャンバにおいて個々の熱サイクリング及び検出プロトコルを実施するように構成することができる。熱サイクリングを使用して、核酸、例えば、ＤＮＡ又はＲＮＡなどを例えばマイクロ流体反応チャンバ内で本明細書に説明するリアルタイムＰＣＲ又は他の核酸増幅プロトコルによって増幅することができる。熱サイクラーは、複数の検出器対、例えば、６つ又はそれよりも多くの検出器ヘッド対を含む検出器ヘッドを含むことができ、各検出器対は、光源、例えば、ＬＥＤなど、及び同属の光ダイオードを含む。一部の実施形態において、各個々の検出器対は、蛍光部分、例えば、蛍光プローブから放出された光を発生及び検出してターゲットポリヌクレオチドの存在を示すように構成される。
【００２２】
本明細書に使用される場合に、用語「マイクロ流体」は、１ｍｌ未満、好ましくは、０．９ｍｌ未満、例えば、０．８ｍｌ、０．７ｍｌ、０．６ｍｌ、０．５ｍｌ、０．４ｍｌ、０．３ｍｌ、０．２ｍｌ、０．１ｍｌ、９０μｌ、８０μｌ、７０μｌ、６０μｌ、５０μｌ、４０μｌ、３０μｌ、２０μｌ、１０μｌ、５μｌ、４μｌ、３μｌ、２μｌ、１μｌ、又はそれ未満の容積、又はその中間のあらゆる量を意味する。具体的にその反対が明らかにされない限り、本明細書で用語ＰＣＲを使用する場合、以下に限定されるものではないが、リアルタイム及び定量的ＰＣＲ、並びにポリヌクレオチド増幅のあらゆる他の形態を含むＰＣＲのあらゆる変形を包含することを意図していることは理解されるものとする。
【００２３】
分析において使用する検出処理は、多重化されて同時に複数の反応に対して複数の同時測定を可能にすることもできる。一部の実施形態において、これらの測定は、個別の反応チャンバから取ることができる。これらの実施形態のある一定のものは、単一ＰＣＲ反応チャンバにおいて複数のＰＣＲ反応、例えば、多重ＰＣＲを同時に実施する。ＰＣＲプロトコルは、検出前に反応チャンバにおいてポリヌクレオチドの連続焼きなまし及び変性を実施するための指針を含むことができる。チャンバを加熱するための時間プロフィールを含むかかる指針は、「プロトコル」と呼ぶことができる。開示する実施形態のある一定のものは、センサアレイを使用して検出を可能にしながら、ＰＣＲを実施する複数の反応チャンバにわたって一貫した加熱及び／又は冷却を可能にする。ある一定の実施形態において、装置は、複数のＰＣＲ反応チャンバを収容するカートリッジに圧力を印加することによって反応チャンバの一貫した加熱及び冷却を可能にする開口プレートを含むことができる。ポリヌクレオチドを処理するためのある一定の詳細及び方法は、本明細書に引用により組み込まれている例えば米国特許出願公開第２００９−０１３１６５０号明細書及び米国特許出願公開第２０１０−０００９３５１号明細書に見出すことができる。
【００２４】
本明細書に開示する実施形態が様々なタイプの核酸増幅反応に有用であることを当業者は認めるであろう。例えば、本明細書に開示する実施形態に関連する核酸増幅の方法は、以下に限定されるものではないが、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、鎖置換増幅（ＳＤＡ）、例えば、多置換増幅（ＭＤＡ）、ループ媒介性等温増幅（ＬＡＭＰ）、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、免疫増幅、及び転写媒介性増幅（ＴＭＡ）、核酸配置ベース増幅（ＮＡＳＢＡ）、自家持続配置複製法（３ＳＲ）、及びローリングサークル増幅を含む様々な転写ベース増幅手順を含むことができる。例えば、Ｍｕｌｌｉｓ著「核酸配置を増幅、検出、及び／又はクローニングするための処理」、米国特許第４，６８３，１９５号明細書、Ｗａｌｋｅｒ著「鎖置換増幅」、米国特許第５，４５５，１６６号明細書、Ｄｅａｎ他著「多置換増幅」、米国特許第６，９７７，１４８号明細書、Ｎｏｔｏｍｉ他著「核酸を合成するための処理」、米国特許第６，４１０，２７８号明細書、Ｌａｎｄｅｇｒｅｎ他著「核酸におけるヌクレオチド変化を検出する方法」、米国特許第４，９８８，６１７号明細書、Ｂｉｒｋｅｎｍｅｙｅｒ著「間隙充填リガーゼ連鎖反応を使用するターゲット核酸の増幅」、米国特許第５，４２７，９３０号明細書、Ｃａｓｈｍａｎ著「ブロックポリメラーゼポリヌクレオチド免疫測定法及びキット」、米国特許第５，８４９，４７８号明細書、Ｋａｃｉａｎ他著「核酸配置増幅法」、米国特許第５，３９９，４９１号明細書、Ｍａｌｅｋ他著「強化核酸増幅処理」、米国特許第５，１３０，２３８号明細書、Ｌｉｚａｒｄｉ他著「ＢｉｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、６：１１９７（１９８８）、Ｌｉｚａｒｄｉ他著「ローリングサークル複製リポータシステム」、米国特許第５，８５４，０３３号明細書を参照されたい。
【００２５】
本明細書に開示する一部の実施形態において、ターゲット核酸、例えば、ターゲットアンプリコンは、オリゴヌクレオチドプローブを使用して検出することができる。好ましくは、プローブは、本明細書に開示するシステムによって検出することができる１つ又はそれよりも多くの検出可能部分を含む。いくつかのプローブ技術が本明細書に開示する実施形態において有用であるということを当業者は認めるであろう。一例として、本明細書に開示する実施形態は、ＴＡＱＭＡＮ（登録商標）プローブ、分子ビーコンプローブ、ＳＣＯＲＰＩＯＮ（登録商標）プローブなどと共に使用することができる。
【００２６】
ＴａｑＭａｎ（登録商標）分析は、ポリヌクレオチドを検出するための均質分析である（米国特許第５，７２３，５９１号明細書を参照）。ＴＡＱＭＡＮ（登録商標）分析において、２つのＰＣＲプライマは、中心ＴＡＱＭＡＮ（登録商標）プローブオリゴヌクレオチドの側部に位置決めされる。プローブオリゴヌクレオチドは、燐光体及び消光剤を含有する。ＰＣＲ処理の重合段階中に、ポリメラーゼの５’ヌクレアーゼ活性は、プローブオリゴヌクレオチドを劈開し、消光剤から燐光体部分を物理的に分離させ、これは、蛍光放出を増加させる。より多くのＰＣＲ生成物が作り出される時に、新しい波長における放出強度は増大する。
【００２７】
分子ビーコンは、ポリヌクレオチドの検出のためのＴＡＱＭＡＮ（登録商標）プローブの代替手段であり、例えば、米国特許第６，２７７，６０７号明細書、米国特許第６，１５０，０９７号明細書、及び米国特許第６，０３７，１３０号明細書に説明されている。分子ビーコンは、完全に適合されたテンプレートに結合する時に立体構造変化を受けるオリゴヌクレオチドヘアピンである。オリゴヌクレオチドの立体構造変化は、オリゴヌクレオチド上に存在する燐光体部分と消光剤部分の間の物理的距離を増大させる。物理的距離のこの増大により、消光剤の影響を低下させ、従って、燐光体から生じる信号を増加させる。
【００２８】
隣接プローブ方法は、ターゲット配置の隣接する領域に雑種を形成する２つの核酸プローブの存在下でポリメラーゼ連鎖反応によってターゲット配置を増幅し、プローブの一方は、アクセプター燐光体でラベル付けされ、他方のプローブは、蛍光エネルギ伝達対のドナー燐光体でラベル付けされる。ターゲット配置で２つのプローブを雑種形成すると、ドナー燐光体は、アクセプター燐光体と相互作用して検出可能信号を発生させる。サンプルは、次に、ドナー燐光体によって吸収された波長の光によって励起され、蛍光エネルギ伝達対からの蛍光放出は、そのターゲット量の決定のために検出される。米国特許第６，１７４，６７０号明細書は、かかる方法を開示している。
【００２９】
サンライズプライマーは、分子ビーコンに類似するが、プライマーとして機能するターゲット結合配置に取りつけられたヘアピン構造を利用する。プライマーの相補的ストランドが合成される時に、ヘアピン構造は破壊され、それによって消光を排除する。これらのプライマーは、増幅生成物を検出し、５’エクソヌクレアーゼ活性を有するポリメラーゼの使用を必要としない。サンライズプライマーは、Ｎａｚａｒｅｎｋｏ他、「Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．」、２５：２５１６−２１（１９９７）及び米国特許第５，８６６，３３６号明細書に説明されている。
【００３０】
ＳＣＯＲＰＩＯＮ（登録商標）プローブは、サンライズプライマーに類似する付加的なヘアピン構造とプライマーを組み合わせる。しかし、ＳＣＯＲＰＩＯＮ（登録商標）プローブのヘアピン構造は、相補的ストランドの合成によるがプライマーに雑種を形成する部分から下流にあるターゲットの一部分とヘアピン構造の一部の雑種形成によって開いていない。
【００３１】
ＤｚｙＮＡ−ＰＣＲは、ＤＮＡｚｙｍｅのアンチセンス配置を含有するプライマーと、特定のＲＮＡホスホジエステル結合を劈開することができるオリゴヌクレオチドとを伴う。プライマーは、ターゲット配置に結合し、活性ＤＮＡｚｙｍｅを含有するアンプリコンを生成する増幅反応を駆動する。次に、活性なＤＮＡｚｙｍｅは、反応混合物の一般的なレポーター基質を劈開する。レポーター基質は、燐光体−消光剤対を含有し、基質の劈開により、ターゲット配置の増幅と共に増加する蛍光信号を生成する。ＤＮＡｚｙ−ＰＣＲは、Ｔｏｄｄ他、「Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．」、４６：６２５−３０（２０００）及び米国特許第６，１４０，０５５号明細書に説明されている。
【００３２】
Ｆｉａｎｄａｃａ他は、消光剤ラベル付けペプチド核酸（Ｑ−ＰＮＡ）プローブ及び燐光体ラベル付けオリゴヌクレオチドプライマーを利用してＰＣＲ分析のための蛍光発生法を説明している。Ｆｉａｎｄａｃａ他、「Ｇｅｎｏｍｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ．」、１１：６０９−６１３（２００１）．Ｑ−ＰＮＡは、プライマーの５’末端にあるタグ配置に雑種を形成する。
【００３３】
Ｌｉ他は、反対のオリゴヌクレオチドストランド上に消光剤及び燐光体を有する二重鎖プローブを説明している。Ｌｉ他、「Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ．」、３０（２）：ｅ５，１−９（２００２）．ターゲットに縛られないと、ストランドは互いに雑種を形成し、プローブは消光される。しかし、ターゲットが存在すると、少なくとも１つのストランドは、蛍光信号を生じるターゲットに雑種を形成する。
【００３４】
本明細書に開示する実施形態において有用な燐光体ラベル及び部分は、以下に限定されるものではないが、蛍光色素系、カルボキシローダミン系、シアニン系、及びローダミン系の色素を含む。本発明において使用することができる他の系の色素は、例えば、ポリハロ蛍光色素系色素、ヘキサクロロ蛍光色素系色素、クマリン系色素、オキサジン系色素、チアジン系色素、スクワレン系色素、キレートランタニド系色素、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅｓ」から銘柄「Ａｌｅｘａ  Ｆｌｕｏｒ  Ｊ」で入手可能な色素系、及びＩｎｖｉｔｒｏｇｅｎ（米国カリフォルニア州のカールズバッド）から銘柄「Ｂｏｄｉｓｐｙ  Ｊ」で入手可能な色素系を含む。蛍光色素系の色素は、例えば、６−カルボキシ蛍光色素（ＦＡＭ）、２’，４’，１，４−テトラクロロ蛍光色素（ＴＥＴ）、２’，４’，５’，７’，１，４−ヘキサクロロ蛍光色素（ＨＥＸ）、２’，７’−ジメトキシ−４’，５’−ジクロロ−６−カルボキシローダミン（ＪＯＥ）、２’−クロロ−５’−フルオロ−７’，８’−溶融フェニル−１，４−ジクロロ−６−カルボキシ蛍光色素（ＮＥＤ）、２’−クロロ−７’−フェニル−１，４−ジクロロ−６−カルボキシ蛍光色素（ＶＩＣ）、６−カルボキシ−Ｘ−ローダミン（ＲＯＸ）、及び２’，４’，５’，７’−テトラクロロ−５−カルボキシ蛍光色素（ＺＯＥ）を含む。カルボキシローダミン系の色素は、テトラメチル−６−カルボキシローダミン（ＴＡＭＲＡ）、テトラプロパノ−６−カルボキシローダミン（ＲＯＸ）、テキサスレッド、Ｒ１１０、及びＲ６Ｇを含む。シアニン系の色素は、Ｃｙ２、Ｃｙ３、Ｃｙ３．５、Ｃｙ５、Ｃｙ５．５、及びＣｙ７を含む。燐光体は、例えば、パーキン−エルマー（米国カリフォルニア州フォスターシティ）、モレキュラー・プローブズ・インコーポレーテッド（米国オレゴン州ユージーン）、及びアマシャム・ＧＥ・ヘルスケア（米国ニュージャージー州ピスカタウェイ）から市販で容易に利用可能である。
【００３５】
上述したように、一部の実施形態において、本明細書に開示する実施形態に有用なプローブは、消光剤を含むことができる。消光剤は、蛍光消光剤又は非蛍光消光剤とすることができる。蛍光消光剤は、以下に限定されるものではないが、ＴＡＭＲＡ、ＲＯＸ、ＤＡＢＣＹＬ、ＤＡＢＳＹＬ、ニトロチアゾールブルー（ＮＴＢ）を含むシアニン色素、アントラキノン、マラカイトグリーン、ニトロチアゾール、及びニトロイミダゾール化合物を含む。燐光体から吸収されたエネルギを消散させる例示的な非蛍光消光剤は、バイオサーチ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド（米国カリフォルニア州ナヴァト）から銘柄「Ｂｌａｃｋ  Ｈｏｌｅ（登録商標）」で入手可能なもの、エポック・バイオサイエンシーズ（米国ワシントン州ボセル）から銘柄Ｅｃｌｉｐｓｅ（登録商標）で入手可能なもの、アナスペック・インコーポレーテッド（米国カリフォルニア州サンノゼ）から銘柄Ｑｘｌｊで入手可能なもの、及びインテグレート・ＤＮＡ・テクノロジーズ（米国アイオワオ州コーラルビル）から銘柄「Ｉｏｗａ  Ｂｌａｃｋ（登録商標）」で入手可能なものを含む。
【００３６】
上述の一部の実施形態において、燐光体及び消光剤は、一緒に使用され、かつ同じか又は異なるオリゴヌクレオチド上とすることができる。組み合わせると、燐光体及び蛍光消光剤は、それぞれドナー燐光体及びアクセプター燐光体と呼ぶことができる。いくつかの有利な燐光体／消光剤対は、当業技術で公知であり（例えば、Ｇｌａｚｅｒ他著「Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｏｐｉｎｉｏｎ  ｉｎ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」，１９９７；８：９４−１０２；Ｔｙａｇｉ他、１９９８，Ｎａｔ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，１６：４９−５３）、例えば、モレキュラー・プローブズ（米国オレゴン州ジャンクションシティ）及びアプライド・バイオシステムズ（米国カリフォルニア州フォスターシティ）から市販で容易に利用可能である。様々なアクセプター燐光体と共に使用することができるドナー燐光体の例は、以下に限定されるものではないが、蛍光色素、ルシファーイエロー、Ｂ−フィコエリトリン、９−アクリジンイソシアネート、ルシファーイエローＶＳ、４−アセトアミド−４’−イソチオ−シアネートスチルベン−２，２’−ジスルホン酸、７−ジエチルアミノ−３−（４’−イソチオシアネートフェニル）−４−メチルクマリン、スクシンイミジル  １−ピレンブチレート、及び４−アセトアミド−４’−イソチオシアネートスチルベン−２−，２’−ジスルホン酸誘導体を含む。アクセプター燐光体は、典型的には、使用するドナー燐光体に依存する。アクセプター燐光体の例は、以下に限定されるものではないが、ＬＣ−Ｒｅｄ  ６４０、ＬＣ−Ｒｅｄ  ７０５、Ｃｙ５、Ｃｙ５．５、リサミンローダミンＢスルホニルクロリド、テトラメチルローダミンイソチオシアネート、ローダミンｘイソチオシアネート、エリスロシンイソチオシアネート、蛍光色素、ジエチレントリアミンペンタアセテート又はランタニドイオンの他のキレート（例えば、ユーロピウム又はテルビウム）を含む。ドナー及びアクセプター燐光体は、例えば、モレキュラー・プローブズ又はシグマ・ケミカル・コーポレーション（米国ミズーリー州セントルイス）から市販で容易に利用可能である。本明細書に開示する組成物及び方法において有用な燐光体／消光剤対は、当業技術で公知であり、例えば、ワールドワイドウェブサイトｍｏｌｅｃｕｌａｒ−ｂｅａｃｏｎｓ．ｏｒｇ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｍａｒｒａｓ，ｍｍｂ０６％２８３３５％２９３．ｐｄｆ（２０１２年４月１１日現在）において利用可能なＳ．Ｍａｒｒａｓ著「蛍光核酸雑種形成プローブに対する燐光体及び消光剤対の選択」に説明され、かつ見出すことができる。
【００３７】
本明細書に開示する分析において使用する検出処理は、複数の検出可能部分、例えば、異なる検出可能部分を含有する複数のプローブのような複数の同時測定を有利に可能にする。一部の実施形態において、これらの測定値は、マイクロ流体カートリッジ内の例えばチャンバ層（本明細書で反応チャンバを収容するマイクロ流体カートリッジのその部分を参照するチャンバ層）を含む個別の反応チャンバから取ることができる。これらの実施形態のある一定のものは、単一反応チャンバにおいて複数の増幅反応、例えば、多重ＰＣＲを同時に実施する。ＰＣＲプロトコルは、検出前に反応チャンバにおいてポリヌクレオチドの連続焼きなまし及び変性を実施するための指針を含むことができる。一部の実施形態において、装置は、複数の反応チャンバにわたって一貫した加熱及び／又は冷却を可能にし、核酸増幅を実施し、センサアレイを使用して、例えば、蛍光放出を検出することによって個々の反応チャンバにおいてターゲットアンプリコンの検出を可能にするように構成される。
【００３８】
一部の実施形態において、装置は、複数の独立の光学対を通じて複数の反応チャンバを収容するカートリッジに圧力を印加することによって反応チャンバの一貫した加熱及び冷却を可能にする開口プレートを含むことができる。開口プレートは、好ましくは、複数の独立反応チャンバ内のプローブからの蛍光信号の発生及び検出を可能かつ容易にするように構成される。一部の実施形態において、開口プレートは、マイクロ流体カートリッジにおいて個々の反応チャンバの各々の上に位置決めされた個々の開口（又は窓）があるように構成される。
【００３９】
診断装置
図１Ａ及び図１Ｂは、この一部の実施形態の診断装置１０を示している。図１Ａに示す実施形態において、診断装置は、装置ハウジング３０を含む。ハウジング３０は、マイクロ流体サンプルを処理し、かつ望ましくない光が検出空間に入るのを阻止するように制御された環境を確実することができる。ハウジング３０は、ハンドル１４及び半透明窓１２を含むカバー１６を含むことができる。カバー１６を下ろして、診断装置１０が作動状態にある時に診断装置１０の前の開口部を閉じることができる。
【００４０】
図１Ａ及び図１Ｂの実施形態で見られるように、診断装置１０は、診断装置１０の前側部分に２つの試料ラック２４ａ、２４ｂを収容することができる。しかし、図１Ａ及び図１Ｂの診断装置の描写が例示に過ぎず、一部の実施形態において、装置は、２つよりも多くの試料ラック、例えば、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０、又はそれよりも多くの試料ラックを収容するように構成することができることを当業者は認めるであろう。好ましくは、装置は、同数の試料ラック、例えば、マイクロ流体カートリッジとして２つを収容するように構成される。
【００４１】
一部の実施形態において、各試料ラック２４ａ、２４ｂは、複数のホルダ２６を含むことができる。ホルダ２６は、核酸増幅のための試薬、例えば、ＰＣＲ試薬などのような診断試薬を保持するためのレセプタクルを含むことができる。ラック２４はまた、試料チューブ（図示せず）及び増幅待機サンプルのような診断待機サンプルを調製するための混合チューブ（図示せず）を含むことができる。装置は、ディスペンサ４００を使用してラック２４ａ、２４ｂに望ましい試薬を調製することができる。様々な流体ディスペンサの更なる説明は、本明細書に引用により組み込まれている例えば米国特許出願公開第２００９−０１３０７１９号明細書及び米国特許出願公開第２００９−０１５５１２３号明細書に見出すことができる。
【００４２】
一部の実施形態において、マイクロ流体カートリッジ内の反応チャンバは、核増幅分析において使用する１つ又はそれよりも多くの試薬、緩衝剤などを含む。例えば、一部の実施形態において、マイクロ流体カートリッジの反応チャンバは、例えば、増幅プライマー、プローブ、ヌクレオチド、ポリメラーゼのような酵素、又は緩衝剤などを含むことができる。一例として、一部の実施形態において、反応チャンバは、凍結乾燥させた試薬を含むことができ、これに処理された生体サンプル（例えば、抽出した核酸の溶液）を加える。次に、調製された流体は、マイクロ流体カートリッジに転送され、処理及び分析のために加熱器／光学モジュール５００ａ、５００ｂの中に挿入することができる。
【００４３】
図１Ａは、一部の実施形態の診断装置１０の正面平面図である。図１Ａで見られるように、診断装置１０は、横レール２０上に装着された流体ディスペンサ４００を含むことができる。横レール２０は、電動ガントリー１８の一部とすることができ、ガントリー１８はまた、前後レール２２（図示せず）を含むことができる。前後レール２２は、横レール２０に接続することができ、診断装置１０において横レール２０に垂直に装着することができる。
【００４４】
図１Ａは、加熱器／光学モジュール５００ａ、５００ｂの上にカバー２８を更に示している。受け入れトレイ５２０ａ及び５２０ｂは、加熱器／光学モジュール５００ａ、５００ｂのハウジングの下又はそこに位置付けることができる。受け入れトレイ５２０ａは、開放位置に示されており、マイクロ流体カートリッジ２００を受け入れるために利用可能である。受け入れトレイ５２０ｂは、閉鎖位置に示されている。トレイを閉じることで、試薬を処理するための適切な位置に置くだけでなく、更に加熱器／光学モジュールの内部があらゆる不要な迷光を受け入れることから保護する。迷光が検出領域の中に導入されると、システムは、反応チャンバから放出されない光から生じる誤った蛍光レベルを識別する可能性がある。
【００４５】
図１Ｂは、ある一定の実施形態に見出される内部構成要素の一部を示す診断装置１０の斜視図である。一部の特徴をより良く示すために、図１Ａに見出された装置ハウジング３０、カバー１６、及び加熱器／光学カバー２８は、図１Ｂの図から取り外されている。図１Ｂに示されているのは、横レール２０及び前後レール２２を含むガントリー１８である。流体ディスペンサ４００は、横レール２０の上に装着することができ、かつ長い横レール２０に沿って横方向に摺動することができる。横レール２０は、前後方向に移動することができる前後レール２２に接続することができる。このようにして、流体ディスペンサ４００は、診断デバイス１０にわたってＸ、Ｙ方向に移動するように利用することができる。後に示すように、流体ディスペンサ４００はまた、横レール２０上のｚ平面において上下に移動することができ、それによって診断デバイス１０にわたって３つの方向の角度で移動する機能をディスペンサ４００に与える。
【００４６】
同様に図１Ｂに示されているのは、図１Ａの加熱器／光学モジュールのカバー２８が取り外された加熱器／光学モジュール５００ａ、５００ｂである。受け入れトレイ５２０ａ及び５２０ｂは、開放位置に描かれ、各々カートリッジ２００を保持している。一部の実施形態において、受け入れトレイは、マイクロ流体カートリッジ２００の各々の下に加熱器基板６００（図示せず）を各々含むことができる。加熱器／光学モジュール５００ａ、５００ｂはまた、後でより詳細に説明する検出器ヘッド７００を各々含むことができる。
【００４７】
後でより詳細に説明するように、診断装置１０は、１つ又はそれよりも多くのサンプルに対してリアルタイム診断が可能である場合がある。試験すべきサンプルは、最初にラック２４ａ又は２４ｂの上の試料チューブ（図示せず）に配置することができる。診断試薬は、診断装置１０の内側のラック２４ａ上のホルダ２６に位置付けることができる。流体ディスペンサ４００は、診断試験のためのサンプルを混合して調製することができ、次に、加熱器／光学モジュール５００ａ、５００ｂにおいて熱サイクル及び検体検出のためのマイクロ流体カートリッジ２００に調製したサンプルを配分することができる。代替的に、流体ディスペンサ４００は、核酸サンプルをマイクロ流体カートリッジの反応チャンバに配分することができ、マイクロ流体カートリッジの反応チャンバは、既に増幅反応用の試薬を含有している。
【００４８】
図２は、いくつかのサンプルチューブ３２及び試薬ホルダ２６を保持するラック２４ａと、受け入れトレイ５２０ａにあるカートリッジ２００とを示す診断装置１０の内部図である。受け入れトレイ５２０ａは、カバー２８を取りつけた加熱器／光学モジュール５００ａから延びるあらゆる位置にある。受け入れトレイ５２０ｂは、閉じた位置にある。一部の実施形態において、受け入れトレイ５２０ａ、ｂは、ユーザによって又は自動装荷デバイスによってマイクロ流体カートリッジ２００の簡単な配置を有利に可能にすることができる。かかる設計はまた、ロボット流体ディスペンサ４００を使用してサンプルの多重化ピペットを収容することができる。
【００４９】
受け入れトレイ
図２に示すように、凹部ベイ５２４は、マイクロ流体カートリッジ２００を選択的に受け入れるように構成された受け入れトレイ５２０の一部分とすることができる。例えば、凹部ベイ５２４及びマイクロ流体カートリッジ２００は、マイクロ流体カートリッジ２００が、例えば、単一向きで選択的に受け入れられるように、相補的形状である縁部５２６を有することができる。例えば、マイクロ流体カートリッジ２００は、ベイの相補的特徴に嵌合する位置合せ部材２０２を有することができる。位置合せ部材２０２は、例えば、側面の１つ又はそれよりも多くの上に作られたカートリッジ２００の縁部上の切欠き部（図３Ａに示すように）又は１つ又はそれよりも多くのノッチとすることができる。カートリッジと受け入れベイの間の相補性は、他の適切な配置、例えば、開口内に嵌合するポスト又は突起を使用して容易に達成することができることを当業者は容易に認めるであろう。選択的にカートリッジ２００を受け入れることにより、光学モジュール５０２がカートリッジ２００に対して適正に作動することができるように、受け入れベイ５２４は、ユーザがカートリッジ２００を配置するのを助けることができる。このようにして、カートリッジ２００の誤差無しアラインメントを達成することができる。
【００５０】
受け入れトレイ５２０は、マイクロ流体カートリッジ２００に対して作動することができる装置の様々な構成要素（熱源、検出器、及び力部材など）がマイクロ流体カートリッジ２００に対して適正に作動するように位置決めされ、同時にカートリッジ２００が受け入れトレイ５２０の凹部ベイ５２４に受け入れられるように位置合せすることができる。例えば、受け入れトレイ５２０に受け入れられるマイクロ流体カートリッジ２００上の異なる位置に熱源を熱的に結合することができるように、加熱器基板６００上の接触熱源は、凹部ベイ５２４に位置付けることができる。
【００５１】
マイクロ流体カートリッジ
ある一定の実施形態は、ＰＣＲなどによって１つ又はそれよりも多くのサンプルから１つ又はそれよりも多くのポリヌクレオチドの増幅を実施するように構成されたマイクロ流体カートリッジを考えている。カートリッジとは、全体的に又は部分的に使い捨て又は再利用可能にすることができるユニット、及びカートリッジを受け取ってカートリッジに対して作動するように（エネルギをカートリッジに配分するなど）適切にかつ相補的に構成された何らかの他の装置と共に使用するように構成することができるユニットを意味する。
【００５２】
本明細書に使用される場合に、マイクロ流体とは、サンプル及び／又は試薬及び／又は増幅ポリヌクレオチドの容積が、上で定義したように１〜１００μｌ又は２〜２５μｌのような約０．１μｌから約９９９μｌであることを意味する。同様に、カートリッジに適用する時の用語マイクロ流体は、本明細書で更に説明するようなカートリッジの様々な構成要素及びチャンネルが、サンプル、試薬、又は増幅ポリヌクレオチドのマイクロ流体容積の通路を受け入れ、及び／又は保持し、及び／又は容易にするように構成されることを意味する。本明細書のある一定の実施形態はまた、ナノリットル容積（１００ナノリットルのような１０〜５００ナノリットルの範囲）で機能することができる。
【００５３】
図３Ａは、マイクロ流体カートリッジ２００の上面図である。カートリッジ２００は、複数のサンプルレーン１７０６ａ〜ｃを含むことができる。レーンは、カートリッジの「左」及び「右」側（すなわち、横列）に位置付けられたＰＣＲチャンバ１７０３に至ることができる。図３ａに示すように、レーンは、ユーザの近くの便利な位置に入口１７０５を設けることができる。しかし、ポートが接続されるレーンは、次に、独立経路を別々のチャンバ１７０３ａ〜ｃまでもたらすことができる。図３ａの実施形態において、例えば、第１のレーン１７０６ａは、左側の第１のチャンバ１７０３ａと連通状態にあり、第２のレーン１７０６ｂは、右側の第１のチャンバ１７０３ｂと連通状態にあり、第３のレーン１７０６ｃは、左側の第２のチャンバ１７０３ｃと連通状態にある等々である。マイクロ流体レーンの各々はまた、マイクロ流体弁１７０２、１７０４、マイクロ流体ゲート、及びマイクロ流体チャンネルを含むことができる。これらのゲート及び弁は、例えば、熱作動により、カートリッジ２００のレーン１７０６内の一部の流体の時間調節された放出及び制御された拡散を容易にするように構成することができる。この実施形態のカートリッジは、空気がカートリッジ内で流体通路を遮断するのを阻止する通気孔１７０１を含むことができる。弁のような様々なカートリッジ構成要素の更なる説明は、例えば、本明細書に引用により組み込まれている米国特許出願公開第２００９−０１３０７１９号明細書に見出すことができる。
【００５４】
マイクロ流体カートリッジ２００は、位置合せ部材２０２、例えば、切欠き部を含むことができ、切欠き部は、加熱器／光学モジュール５００ａ、５００ｂの受け入れトレイ５２０ａ、ｂの凹部ベイ５２４に相補的縁部を収容する。位置合せ部材２０２及び相補的縁部５２６は、受け入れトレイ５２０ａ、ｂにおけるマイクロ流体カートリッジ２００の安全かつ正しい配置を可能にすることができる。
【００５５】
様々な実施形態において、カートリッジ２００のサンプルレーン１７０６におけるマイクロ流体ネットワークの構成要素は、これらを加熱器基板６００において加熱器と熱的に結合することによって加熱することができる。加熱器基板６００は、増幅試薬及び増幅待機ポリヌクレオチドサンプルを含むサンプル混合物を加熱し、増幅待機サンプルからアンプリコンを生成するのに適する熱サイクル条件をサンプル混合物に受けさせるように構成することができる。加熱器基板６００は、一部の実施形態においてカートリッジ２００上に又は凹部ベイ５２４に位置付けることができる。
【００５６】
各レーンにおけるマイクロ流体ネットワークは、ＰＣＲなどにより、サンプルから抽出された核酸を含有するような増幅待機サンプルに対して核酸増幅を実施するように構成することができる。増幅待機サンプルは、増幅試薬及び抽出されたポリヌクレオチドサンプルの混合物を含むことができる。混合物は、熱サイクル条件を受けるのに適しており、抽出されたポリヌクレオチドサンプルからアンプリコンを生成することができる。例えば、ＰＣＲ待機サンプルのような増幅待機サンプルは、ポリメラーゼ酵素と、陽性対照核酸と、陽性対照核酸及び複数のヌクレオチドの少なくとも一部分に対して選択性が高い蛍光発生雑種形成プローブと、ターゲットポリヌクレオチド配置に対していずれか少なくとも１つのプローブとを含むＰＣＲ試薬混合物を含むことができる。マイクロ流体ネットワークは、抽出されたポリヌクレオチドサンプルからＰＣＲアンプリコンを生成するのに適する熱サイクル条件下で、外部熱源からの熱をＰＣＲ試薬及び抽出されたポリヌクレオチドサンプルを含む混合物と結合するように構成することができる。
【００５７】
様々な実施形態において、試薬混合物は、望ましいアンプリコンの発生を検出するために蛍光又は他の光学的に検出可能なラベルを含むことができる。一部の実施形態において、複数のセットのプライマー及び複数のラベルは、多重分析フォーマット、例えば、多重ＰＣＲにおいて使用することができ、ここで、複数の異なるアンプリコンの各々は、存在する場合単一反応チャンバにおいて検出することができる。例えば、１つの分析チャンバは、試験サンプルからのテンプレート核酸、陽性対照テンプレート核酸、特定のターゲット配置の増幅のための１つ又はそれよりも多くのプライマー対、ターゲットアンプリコンの検出のための１つ又はそれよりも多くのプローブ、及び陽性対照アンプリコンの検出のための１つ又はそれよりも多くのプライマー対及びプローブを含むことができる。更に、一部の実施形態において、マイクロ流体カートリッジが、ターゲット又は陽性対照配置を増幅するのに使用するプライマー対によってアンプリコンを生成しない陰性対照ポリヌクレオチドを収容することを当業者は認めるであろう。
【００５８】
例示する実施形態のある一定のものにおいて、マルチレーンカートリッジ２００の各レーン１７０６ａ〜ｃにそれぞれ関連付けられたチャンバ１７０３ａ〜ｃは、独立の増幅反応を実施することができる。第１の２つのレーン（１７０６ａ、１７０６ｂ）に対するチャンバ（１７０３ａ、１７０３ｂ）の第１の縦列の反応の結果は、次に、「左」及び「右」光源−光検出器対を含む検出器ヘッドを使用して同時に及び独立して測定することができる。すなわち、各レーン１７０６ａ〜ｂの各チャンバ１７０３ａ〜ｂは、個別の光源から光を受け入れることができ、個別の光検出器によって同時に観察することができる。このようにして、様々な組合せの反応を効率的にカートリッジにおいて実施することができる。例えば、一部の実施形態において、複数のターゲット核酸の検出のための複数の増幅分析は、１つのレーンでかつ陽性対照及び陰性対照を２つの他のレーンで、又はそれぞれ１つ又はそれよりも多くのターゲット核酸の検出のための１つ又はそれよりも多くの増幅分析を内部陽性対照と組み合わせて１つのレーンでかつ陰性対照を別のレーンで実施することができる。１つの特定の実施形態において、２、３、４、５、６、又はそれよりも多くの分析は、反応チャンバにおいて蛍光的に異なる燐光体の少なくともその数を有する単一レーンにおいて多重化される。
【００５９】
マイクロ流体カートリッジ２００は、いくつかの層から構成することができる。従って、本発明の技術の１つの態様は、第１、第２、第３、第４、及び第５の層を含むマイクロ流体カートリッジに関し、１つ又はそれよりも多くの層は、複数のマイクロ流体ネットワークを形成し、各ネットワークは、１つ又はそれよりも多くのポリヌクレオチドの有無が決定されることになるサンプルに対してＰＣＲを実施するように構成された様々な構成要素を有する。別の実施形態において、マイクロ流体カートリッジ２００は、複数のレンズを含むことができ、各々は、成形プラスチック基板などにおいて単一平面でエッチング又は成形された反応チャンバを含み、接着プラスチック塗膜層のようなカバー層により、各レーンを閉じる。１つのカートリッジ当たり８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２８、３０、又はそれよりも多くのレーンを有する実施形態が考えられている。例えば、１つの適切な設計は、任意的に比較的位置合せされた入口ポートを有する１２の反応チャンバの２つの横列に配置された２４の反応チャンバを有する単一カートリッジ２００である。様々なカートリッジ及びこれらの構成要素の更なる説明は、例えば、本明細書に引用により組み込まれている米国特許出願公開第２００８−０１８２３０１号明細書及び米国特許出願公開第２００９−０１３０７１９号明細書に見出すことができる。
【００６０】
加熱器基板
図３Ｂに示されているのは、加熱器基板６００の一部の実施形態の上面図である。受動又は能動冷却のいずれかが企図された抵抗、ペルチェ、又は移動流体加熱器を含むあらゆるタイプの加熱器を使用することができる。多くの可能な実施形態のうちの１つは、各反応チャンバと熱的に接触した複数の抵抗加熱器を含み、好ましくは１つ又はそれよりも多くの温度センサも含む。抵抗加熱器はまた、何らかのサーミスタ効果、すなわち、温度によるこれらの抵抗変化を示すので、抵抗加熱器自体は、製品設計を簡素化しながら各反応チャンバの正確な温度制御を容易にする。加熱器は、互いに協調して制御することができるが、一部の実施形態において、加熱器は個別に制御可能であり、各反応チャンバが加熱されて他の反応チャンバとは独立して冷却することを容易にすることができるように、各反応チャンバは、それと熱的に接触した１つ又はそれよりも多くの個々の加熱器を有することができる。それは、複数の反応チャンバの各々において異なる分析を同時に実施することを容易にする。個々の反応チャンバと共に使用するための１つの特定の抵抗加熱器アセンブリが図３Ｂに示されている。図３Ｂに示す実施形態において、上部センサ加熱器／センサ１６０４、底部加熱器／センサ１６０３、側部加熱器／センサ１６０１、及び中心加熱器／センサ１６０２のあらゆる組合せを使用して、その上に位置する反応チャンバを加熱することができる。理解しやすくするために、一部の実施形態のＰＣＲチャンバ１７０３の外形は、加熱器基板上に重ねられている。一部の実施形態において、加熱器基板６００の加熱器は、加熱器と接触する場合がある。かかる接触加熱器は、（例えば、）抵抗加熱器（又はそのネットワーク）、ラジエータ、流体熱交換器、及びペルチェデバイスを含むことができる。接触熱源は、凹部ベイ５２４に構成され、受け入れトレイ５２０ａ、ｂに受け入れるマイクロ流体カートリッジの１つ又はそれよりも多くの異なる位置に熱的に結合することができ、それによって異なる位置は、選択的に加熱される。接触熱源は、加熱器基板６００において構成され、受け入れトレイ５２０ａ、ｂに受け入れるマイクロ流体カートリッジ２００の異なる位置に独立に熱的に結合することができ、それによって異なる位置は、独立に加熱される。接触熱源は、受け入れトレイ５２０ａ、ｂに受け入れるマイクロ流体カートリッジ２００の異なる位置と直接物理的接触状態になるように構成することができる。様々な実施形態において、各接触源加熱器は、約１ミリメートル（ｍｍ）から約１５ｍｍ（典型的には、約１ｍｍから約１０ｍｍ）の２次元の平均直径を有する異なる位置、又は約１ミリメートルから約２２５ｍｍ（一部の実施形態において、約１ｍｍから約１００ｍｍ、又は一部の実施形態において、約５ｍｍから約５０ｍｍ）の表面積を有する異なる位置を加熱するように構成することができる。
【００６１】
加熱器基板６００は、カートリッジ２００のレーン１７０６ａ〜ｃの構造と平行な「レーン」１６０５ａに編成することができる。一部の実施形態において、加熱器基板６００は、カートリッジ２００のサンプルレーン１７０６に対応する２４の加熱器レーン１６０５ａ、１６０５ｂを含むことができる。マイクロ流体カートリッジ２００が、受け入れトレイ５２０ａ、ｂの凹部ベイ５２４に配置される時に、カートリッジ２００の構成要素は、加熱器基板６００の対応する加熱器に隣接して及びその上に位置合せすることができる。マイクロ流体カートリッジ２００が凹部ベイ５２４に配置される時に、加熱器は、それぞれの構成要素と物理的に接触することができる。一部の実施形態において、加熱器は、これらのそれぞれの構成要素に、例えば、直接物理的接触状態ではないが１つ又はそれよりも多くの中間層又は材料を通じて熱的に結合したままである。レーンの更なる説明は、本明細書に引用により組み込まれている米国特許出願公開第２００９−０１３０７１９号明細書に見出すことができる。
【００６２】
一部の実施形態において、複数の加熱器は、同時かつ均一に作動してマイクロ流体カートリッジ２００においてマイクロ流体ネットワークのこれらのそれぞれの隣接するカートリッジ構成要素を加熱するように構成することができる。各加熱器は、本明細書に説明する装置と共に使用するプロセッサ及び／又は制御回路によって独立に制御することができる。一般的に、マイクロ流体カートリッジ２００におけるマイクロ流体構成要素（ゲート、弁、チャンバ、その他）の加熱は、好ましく構成された微細加工加熱器に電流を通すことによって制御される。適切な回路の制御の下で、マルチレーンカートリッジのレーン１７０６は、次に、独立に加熱することができ、それによって互いに独立に制御することができる。更に、後でより詳細に説明するように、個々の加熱器１６０１〜１６０４は、互いに独立して加熱することができ、それによって互いに独立に制御することができる。これは、全ての加熱器が同時に加熱されているとは限らず、所定の加熱器を加熱する必要がある時にだけ少しの時間にわたって電流を受け取るので、装置のより大きなエネルギ効率及び制御をもたらすことができる。
【００６３】
加熱器基板６００はまた、１つ又はそれよりも多くの加熱器センサを含むことができる。加熱器レーン１６０５ａ、１６０５ｂにおいて加熱器を制御する必要があるセンサ又は加熱器の数を低減するために、加熱器を使用して温度及び熱を検知することができ、それによって互いに個別の専用センサを有する必要性を取り除く。例えば、一部の材料のインピーダンス及び／又は抵抗は、周囲の温度と共に変化する。従って、加熱器／センサ１６０１〜１６０４の抵抗は、センサが能動的に加熱されていない時の温度の指標として使用することができる。
【００６４】
一部の実施形態において、加熱器基板６００内の加熱器は、十分なワット数を有するように設計され、電気的に制御可能な要素の数を低減し、それによって関連の電子回路への負担を低減するために直列又は並列に加熱器をグループ分けすることを容易にすることができる。このようにして互いにグループ分けされた加熱器は、同期して実質的に同時制御の下で作動すると考えられる。
【００６５】
一部の実施形態において、第２ステージ加熱器の両側の反応チャンバ加熱器は、同期制御の下で作動するようにグループ分け及び構成することができる。例えば、一部の実施形態において、ＰＣＲ／増幅加熱器１６０１〜１６０２は、同期制御の下で作動するようにグループ分け及び構成することができる。代替のグループ分け及び構成は、ＰＣＲ／増幅加熱器１６０１〜１６０４の他の加熱器グループに適用することができる。ＰＣＲ／増幅加熱器１６０１〜１６０４は、個々にかつ独立に作動するように構成することができ、又はこれらは、２つ（対）、３つ（サード）、４つ、５つ、又は６つのグループで作動するように構成することができる。
【００６６】
一部の実施形態において、加熱は、様々なパルス幅変調（ＰＷＭ）を有するそれぞれの加熱器に対して定期的に電流をオン及びオフにすることによって制御することができ、パルス幅変調は、電流のオン時間／オフ時間比を意味する。電流は、微細加工加熱器を高電圧供給源（例えば、３０Ｖ）に接続することによって供給することができ、高電圧供給源は、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってゲート制御することができる。一部の実施形態において、デバイスは、４８のＰＷＭ（パルス幅変調）信号発生器を含むことができる。一部の実施形態において、各反応チャンバに関連付けられた２つのＰＷＭ（パルス幅変調）信号発生器が存在することになる。ＰＷＭ（パルス幅変調）発生器の作動は、選択されたプログラマブル期間（終了カウント）及び粒度による信号の発生を含むことができる。例えば、信号は、１ｕｓ（マイクロ秒）の粒度を有する４０００ｕｓとすることができ、その場合には、ＰＷＭ（パルス幅変調）発生器は、信号がゼロに戻る時にゼロで始まり、信号が４０００ｕｓに到達するまで１ｕｓの増分で進行してカウンタを維持することができる。従って、生成される熱の量は、終了カウントを調節することによって調節することができる。高い終了カウントは、微細加工加熱器が電流を受け入れるよりも長い時間の長さ、及び従って生成されるより大量の熱に対応する。
【００６７】
様々な実施形態において、ＰＷＭ（パルス幅変調）発生器の作動はまた、上述の終了カウント及び粒度に加えてプログラマブル開始カウントを含むことができる。かかる実施形態において、複数のＰＷＭ（パルス幅変調）発生器は、高圧電力の電流容量が超過しないように、選択的に重ならない信号を生成することができる（例えば、様々な加熱器のオン時間を多重化することにより）。
【００６８】
複数の加熱器は、様々な開始及び終了カウントを有する異なるＰＷＭ（パルス幅変調）信号発生器によって制御することができる。加熱器は、バンクに分けることができ、それによってバンクは、同じ開始カウントの加熱器のグループを定める。加熱要素及びある一定の実施形態において存在する場合に冷却要素の制御は、後でより詳細に説明する。
【００６９】
光学モジュール
図４Ａ〜図４Ｃは、ある一定の実施形態に見出される検出装置１０の加熱器／光学モジュール５００を示している。加熱器／光学モジュール５００は、光学モジュール５０２及び受け入れトレイ５２０又は受け入れトレイの一部分を含むことができる。図４Ａは、検出器ヘッド７００の移動を駆動するためにその外部に取りつけられたモータ５０４を有する封入光学モジュール５０２の一実施形態を示している。検出器ヘッド７００は、光学モジュール５０２の内側に収容することができる。図４Ａは、光学モジュール５０２の下部５０６に結合された受け入れトレイ５２０を示している。受け入れトレイ５２０は、検出を実施すべきサンプルを含むカートリッジ２００を受け入れることができる。サンプルを受け入れた後に、受け入れトレイ５２０は、光学モジュール５０２の下のある一定の位置までレール５２２で移動することができる（例えば、機械的に又は手動で）。後でより詳細に説明する一部の実施形態において、受け入れトレイは、自動装填デバイスを含むことができ、自動装填デバイスは、光学モジュール５０２の下に位置決めされる時にカートリッジを自動的に位置合せする。一部の実施形態において、受け入れトレイ５２０の受け入れベイ５２４は、加熱器基板６００を収容することができる。一部の実施形態において、受け入れトレイは、その後に隆起して、光学モジュール５０２の基部にある開口プレート５４０と接触するなどで光学モジュール５０２と接触状態にカートリッジを配置することができる。
【００７０】
図４Ｂは、光学モジュール５０２の内部を示すように前部パネル５０８が取り外された光学モジュール５０２の実施形態を示している。図４Ｂに示されているのは、検出器ヘッド７００である。後で詳細に説明するように、検出器ヘッド７００の移動は、モータ５０４によって駆動されて光学モジュール５０２内を横切って横方向に移動させ、カートリッジ２００が受け入れトレイ５２０において光学モジュール５０２の下に位置決めされる時にカートリッジ２００上で光学式走査及び検出を行うことを可能にする。図４Ｂに示されているのは、光学モジュール５０２の下部５０６上に位置決めされた開口プレート５４０である。
【００７１】
図４Ｃは、光学モジュール５０２の底平面図を与える。図４Ｃに示されているのは、光学モジュール５０２の下部５０６に取りつけられた開口プレート５４０及び正規化プレート５４６である。正規化プレートを使用して、検出器ヘッドの光源−光検出器対を較正することができる。正規化プレート５４６は、好ましくは、既知の標準光学特性を有する１つ又はそれよりも多くの構成要素を含み、検出器ヘッド７００及び関連回路の適切な作動を較正、標準化、又は確認するように構成される。正規化プレート５４６は、光学モジュールの中に延びることができ、検出器ヘッド７００は、正規化プレートの上に位置付けることができる。一部の実施形態において、カートリッジ光学的測定の開始前に、検出器ヘッド７００は、正規化プレート５４６の既知の特性を使用して較正される。検出器ヘッド７００が適正に働いていない場合に、測定におけるオフセット又はユーザへのエラーの通知などを含む修正措置を取ることができる。一部の実施形態において、正規化プレートは、高蛍光色素又は他の標準発色団又は燐光体と混合したポリカーボネートのような光学透明材料で作ることができる。一実施形態において、正規化プレートは、検出器ヘッド７００の各チャンネル又はカラーに対する標準発色団又は燐光体を含む。
【００７２】
図４Ｃに示すように、開口プレート５４０は、開口５５７を収容する。開口５５７の寸法は、検出器が光学モジュール５０２内の複数の位置に移動する時に、検出器の光源及び光検出器が、カートリッジ２００の反応チャンバの内容物にアクセスする（光学的に励起するか又は見る）ことができるようなものである。すなわち、検出器の光源−光検出器対が、特定の開口の上のある一定の位置に位置する時に、光は、光源から進んで開口５５７を通してチャンバリアクタに到達することができる。反応チャンバ中の蛍光試薬は、次に、開口５５７を通じて光検出器で見ることができる。
【００７３】
検出器ヘッド
図５は、図４Ｂの線１３に沿って取った検出器ヘッド７００の断面を示している。検出器ヘッド７００は、反応チャンバ１７０３に存在する１つ又はそれよりも多くのポリヌクレオチドからの検出に関連して放出する蛍光を光学的に励起及び／又はモニタするように構成することができる。肯定的な結果（ターゲットアンプリコンの存在）は、分析設計に応じて蛍光の増加又は蛍光の減少によって示すことができることに注意すべきである。例えば、分析が、燐光体及び消光剤を伴う時に、消光剤は、ターゲットが存在する時に又は他の分析設計においてターゲットが存在しない時に蛍光を消光することができる。システムは、例えば、複数の検出器対、例えば、検出器対７２６のような３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、又はそれよりも多くのものを含むことができる。各検出器対７２６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源７２６ａと光ダイオードのような対応する光検出器７２６ｂとで構成することができる。光源７２６ａは、蛍光プローブの吸収帯において選択的に光を放出することができる。光検出器７２６ｂは、蛍光プローブの放出帯において選択的に光を検出することができ、蛍光プローブは、ポリヌクレオチドプローブ又はその断片に対応する。ある一定の実施形態において、光源７２６ｂは、蛍光プローブの吸収帯において選択的に光を放出する帯域通過フィルタダイオードを含むことができる。光検出器７２６ｂは、蛍光部分の放出帯における光、例えば、蛍光プローブからの放出を選択的に検出する帯域通過フィルタ光ダイオードを含むことができる。ある一定の実施形態において、帯域通過フィルタのようなフィルタ７２６ａｌは、光源７２６ａの光に適用することができる。光源７２６ａからの光は、マイクロ流体チャンネルにおいてサンプルを通過する前にフィルタを通過する（ある一定の実施形態において３００ｇの深さ）。ある一定の実施形態において、反応チャンバから光検出器７２６ｂまでの光の光路長は、非常に短くすることができる。光源７２６ａからの入射光は、反応チャンバにおいて蛍光を発生させる。反応チャンバからの光は、次に、光検出器７２６ｂに移動する。一部の実施形態は、あらゆる望ましくない光が検出器に入るのを軽減しようとし、それによって反応チャンバからの光信号に悪影響を与える。
【００７４】
一部の実施形態において、複数の検出器対の各々は、横列の検出器ヘッド７００の長さに沿って配置することができる。すなわち、図５に示す対７２６及び７２７の後側は、類似か又は同じ向きの対の別の縦列とすることができる。説明のために、カートリッジの長さに沿ったカートリッジ又は検出器対の集合は、「横列」と呼ばれ、カートリッジの幅に沿ったカートリッジ又は検出器対の集合は、「縦列」と呼ばれる。従って、図３Ａ及び図６の垂直方向は「縦列」を示し、水平方向は「横列」を示す。ある一定の実施形態は、かかる検出器対の６つ又はそれよりも多くの縦列を考えている。これらの実施形態において、１２の個別かつ同時の検出を可能にする縦列当たり２つの検出対を有する合計１２の検出対（６つの２横列）が存在すると考えられる。
【００７５】
例えば、光源７２６ａのような各光源は、例えば、反応チャンバに収容されたプローブに関連付けられた特定の蛍光部分に特有である波長の長さを生成するように構成することができる。例えば、７２６ｂのような各検出器は、検出器対において発光体によって生成する光に関連付けられた蛍光プローブから放出する光を検出するように構成することができる。検出器対は、複数の蛍光部分、例えば、異なる蛍光放出スペクトルを有する異なる蛍光プローブを独立に検出するように構成することができ、各反応チャンバにおいて、各蛍光プローブからの放出は、１つの特定のターゲットポリヌクレオチド又はその断片の有無を示している。折り返し光路を使用することができるが、一実施形態は、各々が反応チャンバと直接光接触状態にあり、好ましくはかかる接触において同時である検出器及び発光体対を利用する。任意的に、対の検出器及び発光体は、反応チャンバにおいて鋭角で実質的に交差する線に沿って反応チャンバに位置合せされる。角度は、例えば、約５から７０度、好ましくは、約８から６０度、より好ましくは、約１０から５０度とすることができる。
【００７６】
一部の実施形態において、検出器ヘッドは、装置に存在する時に、マイクロ流体カートリッジの反応チャンバの２つの横列に対応する２つの横列の光検出器及び光源対を含む。例えば、検出器ヘッドは、第１又は上部横列の６つの光検出器及び光源対、及び第２又は下部横列の光検出器及び光源対を含むことができ、これらは、それぞれマイクロ流体カートリッジ内に第１及び第２の横列の反応チャンバを消光するように構成される。
【００７７】
図６は、検出器の一部の実施形態に実施される１つの可能な光検出器及び光源レイアウトを示している。第１の縦列は、ＲＯＸ発光体２０１ａ、２０１ｂ及び対応する検出器２０７ａ、２０７ｂを含む。第２の縦列は、ＨＲＭ発光体２０１ｃ、２０１ｄ及び対応する検出器２０７ｃ、２０７ｄを含む。第３の縦列は、ＣＹ５発光体２０１ｅ、２０１ｆ及び対応する検出器２０７ｅ、２０７ｆを含む。第４の縦列は、ＦＡＭ発光体２０１ｇ、２０１ｈ及び対応する検出器２０７ｇ、２０７ｈを含む。第５の縦列は、Ｑ７０５発光体２０１ｉ、２０１ｊ及び対応する検出器２０７ｉ、２０７ｊを含む。第６の縦列は、ＶＩＣ発光体２０１ｋ、２０１ｌ及び対応する検出器２０７ｋ、２０７ｌを含む。一部の事例において、検出器及び発光体は、分析において使用すべき特定の燐光体に関連して選択される。図６に示す実施形態において、第１の又は上部横列検出器及び光源対は、複数の光検出器及び光源対、例えば、発光体２０１ａ、２０１ｃ、２０１ｅ、２０１ｇ、２０１ｉ、及び２０１ｋ、並びに検出器２０７ａ、２０７ｃ、２０７ｅ、２０７ｇ、２０７ｉ、及び２０７ｋを含む。第２又は下部横列検出器及び光源対は、複数の光検出器及び光源対、例えば、発光体２０１ｂ、２０１ｄ、２０１ｆ、２０１ｈ、２０１ｊ、及び２０１ｌ、並びに検出器２０７ｂ、２０７ｄ、２０７ｆ、２０７ｈ、２０７ｊ、及び２０７ｌを含む。例示的な発光体及び検出器の特性の要約は、以下の表１に示されている。
【００７８】
（表１）
2014516513.tif 000003
【００７９】
図６に示す光検出器及び光源の例示的な配置は、検出縦列の間のクロストークを抑制することができる。すなわち、各発光体検出器対に対する波長範囲は、その隣接する発光体−検出器対との最小の重なりを保有するように選択することができる。従って、例えば、ＣＴ＃が６縦列検出器ヘッドにおいて特定の発光体−検出器対の縦列を意味する場合、Ｅｘは燐光体の励起波長であり、Ｅｍは放出波長であり、隣接する放出波長は、検出器ヘッドにおいては互いに隣接していないことは明らかであろう。横列ＨＲＭの色素がヌルであることは、単にこの特定の例に必要のない様々な色素を使用することができることを示すに過ぎない。一部の実施形態において、ＨＲＭは、「高解像度融解」を意味し、この光検出器の対応する光源は、紫外線スペクトルにおいて作動するＬＥＤを含むことができる。縦列は、代替の変形に配置することができ、光源及び検出器の代替の選択は、図示のものによって置換することができることは認識されるであろう。
【００８０】
各縦列の発光体及び光検出器対は、正規化プレートを使用して較正することができる。較正後、検出器ヘッドは、各発光体及び光検出器対がレーンの反応チャンバへのアクセスを有するように、第１の縦列の発光体及び光検出器対が第１のグループのレーンの上に位置付けられるような位置に移動することができる。第１のグループのレーンにおける反応チャンバの検出は、次に、第１の縦列の発光体／検出器を使用して実施されることになる。次に、検出器ヘッドは、第１の縦列が第２のグループのレーンの上にあり、第２の縦列が第１のグループのレーンの上にあるように第２の位置に移動することができる。第２のグループのレーンにおける反応チャンバの検出は、次に、第１の縦列の発光体／検出器を使用して実施されることになり、第１のグループのレーンにおける反応チャンバの検出は、次に、第２の縦列の発光体／検出器を使用して実施されることになる。処理は、各縦列が各レーンの上を通過するまで続けることができる。従って、Ｎ縦列の検出器及びＭ縦列のチャンバに対して、検出器は、少なくともＭ＋Ｎ−１位置で検出を実施することになる。例えば、図１１の実施形態において６つの縦列がある。１２のレーンを含むカートリッジに対して、検出器は、少なくとも１７の位置（較正位置を考慮する場合は１８）の間で移動する必要があると考えられる。
【００８１】
図７は、実施形態のある一定のものの作動後の最終結果を示している。プロットされているのは、単一レーンに関連付けられた単一反応チャンバ（又はリアクタ）に対して時間と共に各発光体−光検出器対８０１〜８０５に関して検出された蛍光レベルである。焼きなまし及び変性プロトコルの十分な数の反復後に（この例において約３０）、検出器は、リアクタ内の蛍光の増加するレベルを識別する。
【００８２】
チャンバプレート
本発明の実施形態のある一定のものは、チャンバ層を取り囲み、かつそれを含む焼き付けに関する。特に、ある一定の実施形態は、後でより詳細に説明するように、加熱／検出モジュールの試行にわたって一貫した結果を有利に容易にする特性を含む開口層の製造を考えている。
【００８３】
図８は、走査熱サイクラーの光学モジュール、並びに関連付けられた受け入れトレイ及びカートリッジのある一定の実施形態に見出される焼き付け配置を示している。光学モジュール５００ａの開口層５４０の近くにカートリッジがもたらされる時に、温度層６００、チャンバ層２００（これは、チャンバ基板を含むことができる）、及び開口層５４０は、図８の実施形態において示したように位置付けることができる。上述したように、チャンバ層２００は、複数の反応チャンバ１７０３ａ〜ｄを含むことができ、反応チャンバ１７０３ａ〜ｄは、互いに個別に又はグループで熱的に制御するように位置決めすることができる。温度層６００は、複数の熱ユニット１６０５ａ、１６０５ｂ、１６０５ｃを含むことができる。図８は、上記説明の簡素化された抽象図であり、マイクロ流路の一部の特徴は示されていない。一部の実施形態において、熱ユニットは、機械的及び熱的の両方で互いに切断することができる（図４にこれらの物理的分離によって示すように）。しかし、他の実施形態において、熱ユニットは、上述したように、同じ基板材料内に各々配置することができるが、これらが熱的に切断されたままであるように離間させることができる。従って、熱ユニットを熱的に分離することはできるが機械的に分離することはできない。
【００８４】
このようにして、各熱ユニットは、残りの反応チャンバから別々に１つ又はそれよりも多くの反応チャンバ１７０３ａ〜ｄに関連付けることができる。各反応チャンバに対して指定されたプロトコルに従って、熱ユニットは、確実にこれらの対応するチャンバを適正に加熱及び／又は冷却することができる。例えば、熱ユニット１６０５ｃは、チャンバ１７０３ａの温度が実質的にチャンバ１７０３ａの冷却及び熱状態とは無関係であるようにチャンバ１７０３ａを冷却及び／又は加熱することができる。加熱は、電流がマイクロ流体又は電子回路を通過することによって達成することができるが、冷却は、マイクロ流体チャンバ間の対流のみを使用してチャンバの温度を低下させるという点で「受動的」とすることができる。熱ユニット１６０５ａ、１６０５ｂ、１６０５ｃは、閉ループ制御システムを使用して制御することができる。
【００８５】
一部の実施形態において、開口プレート５４０は、チャンバ層２００の上に位置付けることができ、かつ温度層６００によってマイクロ流体カートリッジ、例えば、チャンバ層の加熱及び冷却を容易にするためにチャンバ層２００に圧力を与えることができる。開口プレートは、複数の開口５５７ａ〜ｄを含み、個々の反応チャンバ１７０３ａ〜ｄの各光検出器７２６ｂの観察を容易にすることができる。開口プレート５４０がない場合かつ温度層６００及びチャンバ層２００の構成に応じて、チャンバ層２００は、「反り」及び／又は十分に可撓性である場合があり、チャンバとそれぞれの熱ユニットの間の熱伝達は非一貫性である。非一貫性の加熱及び冷却は、プロトコルの精度の低い実行及びあまり正確でない精度の低い結果をもたらす可能性がある。上述したように、有意な反りは、光学ヘッドを横方向移動から制限する場合がある。従って、開口プレートの厚みを適正に選択して、チャンバ層の適切な加熱及び冷却を依然として確実にしながら、各反応チャンバと光源及び光検出器の間の適切な光路を可能にしなければならない。開口層が厚すぎる場合に、光検出器７２６ｂからチャンバまでの距離は大きすぎる場合があり、反応チャンバからの蛍光読取を減衰するので望ましくない。反応チャンバまでの距離を増加させるのに加えて、厚すぎる又は重過ぎる開口層５４０は、反応チャンバに対して過剰な圧力を課すことになり、対流を大きくし過ぎる。反対に、開口層５４０が薄すぎる場合に、開口層５４０は、チャンバ層２００が曲がって反るのを阻止することができず、開口層５４０自体が曲がって反る場合がある。開口５５７ａ〜ｄ又はチャンバ１７０３ａ〜ｄの反りは、光源７２６ａからの光を偏向し、光検出器７２６ｂによる正確な読取を阻止する場合がある。
【００８６】
従って、本明細書に説明する実施形態は、上述の欠点を有利に回避する開口層を与える。ある一定の実施形態において、開口層５４０は、少なくとも部分的に鋼で作られる。これらの実施形態において、鋼は、作動に対して望ましい適切な強度、密度、及び撓みに対する抵抗を与える。更に、鋼は、低自家蛍光を与えることができ、従って、光検出器７２６ｂの読取に悪影響を与える可能性が低い。鋼はまた、電気化学的に処理され、鋼の自家蛍光を低下させ、それによって光検出器の読取に悪影響を与える可能性が低い。ある一定の実施形態において、開口層は、その代わりに黒ニッケル（Ｎｉ）、すなわち、自家蛍光を低下させるために黒ニッケルに加えられる着色剤を有するＮｉを含むことができる。ある一定の実施形態は、これらの異なる材料及び電気化学処理の組合せを考えている。ある一定の実施形態において、開口層５４０は、アルミニウムで作られ、隣接する支持パネル５００、５０６、及び５４６によって固定される時に適切な強度を与える。アルミニウムは、陽極酸化仕上げを用いて、例えば、自家蛍光を低下させるために加える黒色着色剤を用いて電気化学的に焼き付けることができる。
【００８７】
照明光学系は、反応チャンバ又はリアクタの上に落ちる励起光がリアクタの形状に類似している領域に沿って入射するように設計することができる。リアクタは長くかつ狭くすることができ、照明スポットも、長くかつ狭く、すなわち、延長することができる。従って、開口５５７ａ〜ｄの形状は、反応チャンバの下の寸法、並びに対応する発光体及び光検出器の相対位置の両方に対して配慮して設計することができる。スポットの長さは、光検出器７２６ｂを配置するボア（フィルタ及びレンズを保持するチューブは、開口形成効果を有することができる）の直径と、ＰＣＲリアクタからの光検出器７２６ｂの距離と、光検出器７２６ｂにおける適切なレンズの使用とを含むいくつかのファクタを変更することによって調節することができる。
【００８８】
力部材
ある一定の実施形態において、受け入れトレイ５２０は、チャンバ層２００を温度層６００又は開口層５４０の近くに配置するが、機械的に結合せず、及び／又はそれによって層を互いに接触状態に配置しない。このようにして、チャンバ層２００は、熱的であるが機械的でなく温度層６００に結合することができる。他の実施形態において、受け入れトレイは、温度層６００をチャンバ層２００と機械的及び熱的接触したその両方で、かつチャンバ層を開口層５４０と機械的接触状態で配置する。様々な実施形態において、開口は、受け入れトレイ５２０に位置決めされたマイクロ流体カートリッジ２００に熱源を熱的に結合するために圧力を受け入れトレイ５２０に印加するように構成された１つ又はそれよりも多くの力部材（図示せず）を含むことができる。圧力の印加は、マイクロ流体カートリッジ２００において加熱器基板と反応チャンバ、ゲート、及び弁などとの間で一貫した熱的接触を確実するのに重要である場合がある。受け入れトレイ５２０がそれによって光学モジュール５０２の開口プレート５４０の下に位置決めされる閉鎖位置の時に、受け入れトレイ５２０の下のモータアセンブリのような力部材は、光学モジュール５０２の方向に上方に移動し始め、それによって受け入れトレイ５２０を光学モジュール５０２に近づけることができる。受け入れトレイ５２０が光学モジュール５０２の方向に上方に移動すると、カートリッジ２００は、開口プレート５４０の下部と接触状態になり始めることができる。カートリッジ２００は、十分な圧力をカートリッジ２００が受けるまで上方に移動し続けることができる。上述したように、開口プレート５４０は、カートリッジ２００の上部の全ての点にわたって等しい圧力を印加し、従って、均一な圧力で加熱器基板６００に対してカートリッジ２００を押圧することができる。上述したように、開口層は、この作動を容易にする特性を保有するように選択することができる。例えば、開口プレート５４０の材料選択は、それに対して押圧する時にカートリッジ２００の撓みが殆どないようにすることができる。
【００８９】
加熱器基板６００に対するカートリッジ２００の均一な圧力の印加は、望ましい時はカートリッジの構成要素の各々に対して均一な加熱を可能にすることができる。均一な圧力及び接触は、加熱器基板６００における加熱器とカートリッジ２００におけるマイクロ流体ネットワークの構成要素（弁、ゲート、チャンバ、その他）の間で得ることができるが、加熱器は、必ずしも上述したように同時に開始する必要はない。一部の実施形態において、均一な圧力の印加は、必ずしもカートリッジ２００の異なる構成要素の等しい加熱をもたらさない。一部の実施形態において、開口プレート５４０によってカートリッジ２００に印加される圧力と共に加熱器基板６００における特定の加熱器の作動の両方は、カートリッジ２００の特定の構成要素を作動する。
【００９０】
図９Ａ〜図９Ｈは、開口プレートの１つの可能な実施形態の寸法の図である。この実施形態において、化学変換被覆は、開口層の反射特性を調節するように付加することができる。いくつかの部分９００２は、化学変換被覆を受け入れないように選択することができる。コーティングは、プレート５４０の表面に付加するか又はその材料を通して堆積させることができる。一部の実施形態において、プレート５４０の材料は、鋼を含むことができる。他の実施形態において、プレート５４０は、アルミニウムを含むことができる。更に他の実施形態において、プレート５４０の材料は、ニッケルを含むことができる。一部の実施形態において、プレートの材料は、例えば、アルミニウム、ニッケル、又は鋼を含む２つ又はそれよりも多くの材料の組合せとすることができる。
【００９１】
図９Ａ〜図９Ｈに示す実施形態において、プレートの寸法は、チャンバ圧力及び光路に関する制約を上述の検出器対に適合させるように選択される。プレート５４０の材料厚みは、０．３１２５インチで始め、望ましい厚みまで機械切削される。示すように、プレートの多くは、約０．２５インチの厚みを含む。しかし、この厚みは、異なる場合があり、例えば、開口の開口部５５７にわたる厚みは、０．１９インチとすることができる。上述したように、開口の開口部の厚みは、反応チャンバの内容物に対して光検出器と光源の間の滑らかな光路を容易にする。
【００９２】
一般的に、開口プレート５４０の寸法は、開口プレート５４０を構成する材料の特性と組み合わせてプレート５４０が十分な圧力を下に重なるチャンバプレートに提供して適切な加熱及び冷却を容易にするが、十分な剛性を提供してチャンバプレートの反り又は変形を阻止するように選択される。かかる変形は、光源及び光検出器光路の障害を反応チャンバに与える場合がある。同時に、プレートの寸法は、開口５５７を通したチャンバ層の反応チャンバからの好ましくない距離を光源及び光検出器対に課すべきではない。開口プレート５４０の寸法も、光源及び光検出器対からチャンバリアクタの内容物までの光路を遮断すべきではない。
【００９３】
一部の実施形態において、正規化プレート５４６は、位置９００１にあるネジ又は他の固定手段を開口から挿入することによって開口プレートに取りつけることができる。他の実施形態において、これらの位置は、残りの開口に関してよりも正規化プレート上の開口を通じたより広範な較正技術を容易にすることができる。
【００９４】
図１０は、図９Ａ〜図９Ｈの開口プレートの斜視図の様々な寸法を示している。上述したように、この実施形態において、化学変換被覆が最初に付加され、適切なエレクトロニクス作動のための電気接地も強化しながら基材、例えば、アルミニウム、ニッケル、又は鋼が酸化するのを阻止することができる。光学作動に露出される場合がある表面のみが、次に、黒色陽極酸化を用いて選択的に被覆される。
【００９５】
診断分析一貫性
本発明の実施形態のある一定のものは、同じ加熱器／検出器内の試行にわたって及び異なる加熱器／検出器にわたって一貫した診断分析を確実する方法を考えている。特に、これらの間で検出を同期するために、複数のＰＣＲプロトコルに対して持続期間及びオフセットを決定するためのシステム及び処理の実施形態を開示する。更に、より一貫した結果を確実するようにリアクタ冷却時間を調節する方法を説明する。
【００９６】
図１１は、特定のプロトコル２０００を行っている反応チャンバに対する温度プロフィールである。上述したように、作動中のシステムは、異なる反応チャンバにおいて同時に作動する多くの異なる持続期間の多くの異なるプロトコルを含むことができる。プロトコル２０００は、複数の同一の加熱／冷却サイクルを伴い、ここで各サイクルは、温度を期間中一定に維持する変性プラトー２０００Ｂ及び焼きなましプラトー２０００Ｄを含む。これらのサイクルには、インキュベーション期間のようなプロトコルの非周期的サイクルが先行することができる。ある一定の実施形態において、プロトコルは、温度及び期間の集合として指定することができる。すなわち、プロトコルは、チャンバが持続期間Ｂにわたって９５℃で保持され、次に、持続期間Ｄにわたって６１℃で保持されることだけを最初に指定することができる。ある一定の実施形態は、ユーザ及び自動制御を容易にするために「ステップ」及び「サブステップ」へのこれらのセグメントのグループ分けを考えている。例えば、加熱及び冷却サイクル２０００Ｂ及びＤは、９５℃での持続期間Ｂを有する「ステップ」と呼ばれ、かつ６１℃での持続期間Ｄを有する「サブステップ」と呼ぶことができる。ある一定の実施形態において、ユーザは、サブステップの持続期間を指定することができる。他の実施形態において、これらの持続期間は、データベースから取り出すことができる。典型的には、これらの時間は、標準プロトコルから又はユーザ入力によりそのいずれかで確立され、温度及びプラトー時間の確立された「レシピ」を場合によっては使用する。これらのサブステップに加えて、プロトコルの温度プロフィールはまた、６１℃から９５℃への移行２０００Ａ、及び９５℃から６１℃への移行２０００Ｃのような移行を含むことになる。これらの移行の持続期間は、反応チャンバの周りの材料及び環境、並びに使用する加熱要素の性質によって生じた結果とすることができる。
【００９７】
ある一定の実施形態において、加熱及び冷却の両方に対する熱軌道は、作動開始前の反応の全体に対して決定することができる。一部のシステムにおいて、温度対時間の輪郭は、移行温度を最小にするために反応を通してモニタかつ調節され、かつ異なる加熱要素の効率の変動を考慮に入れる。換言すれば、一部のシステムは、フィードバック制御ループを利用してターゲット温度に向かい、温度時間関係の実際の輪郭は、サイクルによって異なる可能性がある。かかる調節は、異なる全体的な反応時間、及び更に重要なことに異なる全体的な反応効率を与えることができる。従って、一部の実施形態において、本明細書に説明するシステム及び方法は、各独立反応チャンバ（又はグループのチャンバ）に対する完全な反応の温度対時間関係の輪郭が作動開始前に予め決定されるシステムを有利に提供する。これは、複数の異なるリアクタにわたる複数の検出段階の同期を有利に可能にするだけでなく、同期はまた、異なる温度／時間輪郭の得られる場合がある反応効率の差を最小にするパラメータにわたるより厳密な制御を容易にする。一部の実施形態において、本明細書に提供するシステム及び方法は、作動が完了する時の測定温度が予想値と異なる場合には、反応の終りにエラーの報告を与える。
【００９８】
プロトコル温度プロフィール２０００の様々な点において、ユーザ又はレシピは、検出が起こることを指定することができる。例えば、一部のプロトコルに対して、検出は、セグメント２０００Ｄの終りで必要である場合がある。検出が各プロトコルにおいて任意的に指定されれば、検出器ヘッドは、非効率的方式で位置の間を移動する必要があると考えられ、要求された時に検出を実施できないことが更に見出れる場合がある。すなわち、複数のプロトコルの各々を同時に開始し、カートリッジにおいて反応チャンバの各々にわたって同時に並行して作動させる場合、検出器が各プロトコルの検出要求に適合するのが非常に非効率的であると考えられる。特に、較正が完了した状態で、検出器は、第１のプロフィールのそのアレイにおいて各光源−検出器対に対して検出を実施するのに適する位置に最初に移動する必要があるであろう。しかし、検出器が終る時までには、残りのプロトコルの各々は、検出を実施すべきでない期間に入っていると考えられる。従って、検出器がどの検出も実施することができず、その代わりに次の検出を実施する機会を待って単に遊んでいなければならない「不感時間」がある。この「不感時間」は、非効率であり、不要に診断処理を長くしている。更に、連続検出を実施すべき場合、「不感時間」は、同じチャンバの不規則かつ非周期的な検出を生じる場合があり、場合によっては非一貫性である読取を導入する。
【００９９】
本発明の実施形態のある一定のものは、複数のプロトコルにわたって効率的な検出を容易にするためにプロフィール２０００の各部分の自動調節を考えている。これは、ユーザが編集することを容易にすることによって達成することができ、又はシステムは、セグメント２０００Ｂ又は２０００Ｄの長さを自動的に編集することができる。
【０１００】
少なくとも最小プラトー時間が起こる限り、プラトー時間の何らかの少しの延長は、殆どの増幅プロトコルに受け入れることができることは理解されるものとする。この柔軟性は、走査検出器ヘッドを使用して様々な分析を読み取ることによって増幅のリアルタイムモニタリングを実施しながら、同時に実施されている異なる分析の全ての効率的な受け入れに利用される。
【０１０１】
検出がセグメント２０００Ｂ中に実施されることになった場合に、例えば、システム又はユーザは、検出器ヘッドの移動を受け入れて、同時に実施されている複数の分析の読取を協働させるように必要に応じてセグメント２０００Ｂの持続期間を延ばすことができる。セグメント２０００Ａ及び２０００Ｃの持続期間は、先行する温度から所定標準冷却速度を使用して計算し、分析に組み込むことができる。一部の実施形態は、ユーザがこれらのセグメントを編集することを可能にせず、これらは、その代わりに内部的にシステムによって対処される。
【０１０２】
ある一定の実施形態において、システムによって決定されたプロトコル調節は、少なくとも３つの個別の形態を含むことができる。第１の調節は、「サイクル内調節」を含むことができ、プロトコルの２０００Ｂ及び２０００Ｄのようなプラトーは、ステップサイクル２０００Ａ〜Ｄ全体が望ましい持続期間、一部の事例においては、検出サイクル時間の整数倍数を達成するように延長される。この調節は、図１３に関して説明されている。サイクル内調節が完了した状態で、システムは、次に「サイクル間調節」を実施することができる。サイクル間調節は、各サイクル内の検出イベントがサイクル間で互いに離れて望ましい持続期間の整数倍数（検出サイクル時間の整数倍数のような）で起こることを確実することができる。これらの調節は、図１４に関して説明されている。第３の調節は、単にプロトコル実行のために使用するレーンに依存する場合がある「開始オフセット調節」を含むことができる。これらの調節は、図１５Ａ〜図１５Ｃに関して説明されている。
【０１０３】
プロトコル調節概観
図１２は、検出器の検出時間及びプロトコルプロフィールに対して適切な解決法を決定するために、開示する実施形態のある一定のものにおいて使用する処理４０００の流れ図である。処理４０００は、ソフトウエア、ハードウエア、又はその２つのファームウエア組合せに実施することができる。例えば、処理は、ＦＰＧＡ、マイクロコントローラ、又はコンピュータプロセッサ上で作動するソフトウエアのうちのいずれかに実施することができる。処理の一部は、マイクロコントローラのような汎用プロセッサによって実施することができるが、他の部分は、専用ハードウエア、ソフトウエア、又はファームウエアシステムによって実施することができる。処理は、システムに対して検出サイクル時間を決定する４００２（又は、例えば、既にメモリに存在している所定検出サイクル時間を使用する）ことによって始まる４００１。検出サイクル時間は、検出位置（図６の６つの縦列の各々の検出器ヘッドにおける発光体／検出器対の各々による検出）の各々に検出器が移動し、全ての必要な検出を実施し、かつ最初の位置に戻るのに必要な時間を含むことができる。任意的に、ユーザ又はシステムは、検出サイクル時間を修正するように検出手順を調節することができる場合がある。例えば、ユーザは、検出器の部分集合を使用して単に検出を実施したい場合がある。一部の実施形態において、検出器サイクル時間は、実施形態が検出器対の６つの縦列を含み、かつ全ての６つの縦列が使用される時に約１０秒である。
【０１０４】
一部の実施形態において、処理は、プロトコルのうちの１つ又はそれよりも多くに対して複数の「サイクル内調節」を最初に決定することができる４００３。図１３に関して後に説明するように、ステップ又はサブステップに対する持続期間は、プロトコル内の特定のステップ又はサブステップを実施する時間を含む場合がある。サイクル時間は、ユーザ仕様及びシステム識別制約の組合せによって決定することができる。一部の実施形態において、システムは、検出サイクル時間の整数倍数になるように複数のサイクル時間を必要とすることになる。「サイクル内調節」は、この制約を満足させるように導入することができる。例えば、検出サイクル時間が１２．２秒であった場合に、プロトコルステップに対するサイクル時間は、２２．４、３３．６，４４．８、又はあらゆる他のＮ*１２．２持続期間とすることができ、ここでＮは、０よりも大きい整数である。一部の実施形態において、検出をサイクル内で実施すべき時に、この制約を課すことのみが必要である。
【０１０５】
従って、サイクル内調節は、プロトコルのサイクルが検出サイクル時間の整数倍数であることを確実する。しかし、検出は、サイクル内のあらゆる点において必要な場合がある。検出サイクル時間が１０秒である場合に、検出を実施することができる最も早いものはプロトコル開始後１０秒である。検出は、次に、その時間後の整数倍数（２０、３０、４０秒など）に実施することができる。
【０１０６】
従って、更に別の調節、すなわち、「サイクル間」調節４００４は、次に、必要な検出が適切な時間に起こることを確実にするように決定することができる。これらの「サイクル間調節」は、プロトコルステップ又はサブステップ間の付加的な遅延としてプロトコルの中に組み込むことができる。言い換えると、ＰＣＲプロトコルは、「サイクル内調節」を受けた状態で「有効な」サイクルステップを含むことができる。ＰＣＲプロトコルは、次に、ステップの各々を互いにつなぎ、ステップからステップへの移行を加えることによって生成することができる。「サイクル間調節」４００４は、サイクルが互いに繋がれた後の検出サイクル時間の望ましい整数倍数で検出時間が起こることを確実にする。
【０１０７】
例えば、１０秒の検出サイクル時間を有するシステムに対して、プロトコルは、サイクルの中に１８秒でその第１の検出を有するステップを含むことができる。サイクル持続期間（ステップ全体の持続時間）は、３０秒間（恐らく「サイクル内」調節後）持続することができる。従って、全体としてサイクル時間は、１０秒検出サイクル時間と適正に整合されたが（３×１０＝３０秒）、第１の検出は、それ自体検出と適正に整合されていない（１８秒は１０秒の倍数ではない）。システムは、第１の検出がプロトコル開始後２０秒起こるように、「サイクル間」調節の２秒をまさに第１の検出作動に加えることになる。これは、「パディング調節」を通じて付加的な２秒にわたって前のステップの最終保持温度を拡張することによって行うことができる。以前のステップがない場合に、システムは、周囲温度で保持された２秒をサイクルの第１の作動の始まりの中に挿入すると考えられる。従って、システムがＴ０で作動を開始する場合に、第１の検出はＴ０＋２０秒で起こり、第２の検出はＴ０＋５０秒で起こることになる等々である。
【０１０８】
サイクル間及びサイクル内調節により、プロトコルは、この時点で、検出器ヘッドがプロトコルを実施するために反応チャンバに移動するのに都合のよい時に検出が単に必要とされることになるような形式にある。カートリッジの第１の縦列に位置付けられた（かつ十分な数の検出器が検出器ヘッドに存在する）反応チャンバにおいて全てのプロトコルが実施される場合、サイクル内及びサイクル間調節は、単独で効率的な検出に対してプロトコルを適正に修正するのに十分であると考えられる（第１の縦列は、本明細書では図３Ａにおいて関連のチャンバ１７０３ａ及び１７０３ｂと共にレーン１７０６ａ及び１７０６ｂのようなレーンの縦列と呼ぶ）。しかし、プロトコルは、カートリッジの異なる縦列で作動し、従って、プロトコルの開始をオフセットしてチャンバ位置に達する際の検出器ヘッドの遅延を補償することが更に必要である。
【０１０９】
すなわち、「開始調節オフセット」が、プロトコルを実施するチャンバの位置に基づいてプロトコルに加えられる。これらの「開始調節オフセット」４００５は、図１５Ａ〜図１５Ｃに関してより詳細に説明されている。一部の実施形態において、これらの調節は、実行時に行われ、単に実行のレーンの位置に依存する。例えば、チャンバの第１の縦列に位置付けられたレーンにおいて作動しているプロトコルに対して調節は必須ではないので、これらのレーンのチャンバで作動するプロトコルは、＋０秒の遅延開始時間を有することになる。レーンのその後の各縦列は、検出（この実施形態において各々が非同期的に実施される１００ミリ秒における２つの検出）及び検出器モータ移動（２００ミリ秒）に必要な時間により、第１の縦列からのその距離に対して４００ミリ秒の遅延を得る。この例において、１０秒の検出サイクル時間により、レーンの各縦列に対する第１の可能な検出は、以下の通りである：縦列１は、１０秒でその第１の検出を有し、縦列２は、１０．４秒でその第１の検出を有し、縦列３は、１０．８秒でその第１の検出を有する等々である。特定のレーンに対して必要な時間までに適正に整合されたプロトコルの開始を遅延させることにより、予想アラインメントを維持することができる。この特定の例は、プロトコルが既に整合されたと仮定するが（調節４００３及び４００４から）、他の実施形態は、更に別の調節を予期してオフセットを決定することができることを当業者は容易に認めるであろう。
【０１１０】
ステップ４００３、４００５、及び４００４の順序に説明するが、これらのステップは、あらゆる他の適切な順序で配置することができ、システムは各ステップを連続的に実施する必要もないことは容易に認識されるであろう。しかし、上述したような一部の実施形態において、サイクル間調節はサイクル内修正に依存し、従って、サイクル内調節を実施した後にサイクル間調節を実施することが必要な場合がある。対照的に、開始オフセット調節４００５は、いかなる以前の決定にも依存しない場合がある。すなわち、一部の実施形態において、開始オフセット４００５は、作動時間において一度だけ決定する必要があるのに対して、サイクル内調節４００３及びサイクル間調節４００４は、プロトコルの各サイクルステップに対して実施することができる。
【０１１１】
一部の実施形態において、プロトコル時間が適正に調節された状態で、処理は、次にプロトコルを開始することができる４００６。一部の実施形態において、プロセッサは、それ自体が各プロトコルを開始するシステムの個別の専用構成要素によって取り出すためのメモリ位置にオフセットを単に配置することができる。
【０１１２】
サイクル内調節
「サイクル内調節」は、全体としてステップが所定持続期間の整数倍数であるように、ユーザによって指定されるか又はデータベースから受け入れられている場合があるステップ又はサブステップ間隔に対する調節を含む。ある一定の実施形態における図１３を参照して、ユーザは、ユーザインタフェース又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を使用してプロトコルサブステップに対して望ましい時間のようなプロトコルプロフィールの一部の特徴を指定することができる。一部の実施形態において、システムは、次に、ユーザの選択を検証することができる。サブステップの各々に対してセグメント長さを計算した後に、システムソフトウエアは、いずれかの調節が必要である場合に、ステップサイクル時間を検証して示すことになる。一部の実施形態において、「有効な」ステップサイクル時間は、検出サイクル時間の整数倍数であるステップサイクル時間である。ステップサイクル時間が有効でない場合に、ユーザは、そのステップ５００３ｂに対して調節するように促すことができる。調節が必要でない場合に、ステップ５００３ａが適正に位置合せされたことをユーザに知らせることができる。
【０１１３】
図１３の例において、ユーザは、９００秒の単一サブステップを含むインキュベーションステップ５００１が必要であった。ユーザは、ステップ５００１が一度だけ起こり５０１０、従って、単一ステップサイクルを含むことが必要であった。この例において、検出サイクルは１０秒を含む。ステップが検出器ヘッドの位置を調節することを要求されないので、ユーザは、いずれかの検出を実施されなければならず、かつ従ってステップが有効であることを指定していない。検出を必要としない時に、システムは将来のオフセットを考慮して必要な時間間隔を記録するが、時間間隔が検出時間の倍数であるといういずれの制約も課さない場合がある（持続期間は、その後のサイクル間調節を決定する際に考慮することができるが）。この例において、ユーザは、このステップ中に検出が必要であったが、９００秒が１０秒検出サイクルの倍数であるように、他の遅延が発生していない場合にステップは依然として有効であると考えられる。いずれの場合にも、図示の実施形態において、システムは、このステップエントリが有効であると決定した。
【０１１４】
図１３に示す例において、ステップＰＣＲ５００２は、チャンバを９５℃で保持すべき第１のサブステップとチャンバを６１℃で保持すべき別のサブステップとの２つのサブステップを含む。ユーザは、このステップの４５サイクルを実施することが必要であった５０１１。ユーザは、第１のサブステップが２秒、第２のサブステップが１０．２秒の合計１２．２秒持続することが必要であった。図７に関して上述したように、システムはまた、９５℃から６１℃への移行時間を計算し、この持続期間をユーザリクエストに加えることができた。この例において、６１℃から９５℃への加熱は、４．２５秒、及び９５℃から６１℃への冷却は、７．０５秒必要とする。これらの値は、システムのメモリ内に記憶され、又はユーザ入力に基づいて動的に決定することができる。最終的に、一部の実施形態において、ユーザがここで必要としたように検出がサブステップ５００４に対して必要な時に、システムは、付加的な遅延をそのサブステップに対する保持時間に加える。この例において、その遅延は２．２秒であり、これは、検出器が移動し、検出器ヘッドにおいて発光体−光検出器対の６つの縦列の各々で検出することを容易にするのに必要な最小時間を説明する。すなわち、この例において、各カラー検出は、露出時間の２００ミリ秒及び縦列間でモータを移動するのに２００ミリ秒必要とする（５移行*２００ｍｓ＋６検出*２００ｍｓ＝２．２秒）。
【０１１５】
すなわち、全体としてステップの総持続時間は、以下のようになる。
【０１１６】
４．２５（加熱）＋２．０（変性）＋７．０５（冷却）＋１０．２（焼きなまし）＋２．２（検出）＝２５．７秒。
【０１１７】
２５．７秒は１０秒検出時間の倍数ではないので、調節が必要になる。示すように５００３ｂ、システムは、段階持続時間から５．７秒を取り除くか又は付加的な４．３秒を加えて検出サイクル時間の倍数（すなわち、１０秒の倍数）を達成することができるという情報をユーザに与える。
【０１１８】
ユーザに調節範囲を与える時に、システムが、この例において示されていない複数の他のファクタを可能にすることができることは認識されるであろう。例えば、モータ移動又はインキュベーション調製の付加的な遅延は、システムの分析において主なファクタとすることができる。
【０１１９】
サイクル間調節
上述したように、「サイクル間調節」は、サイクルステップ間に遅延を生成するようなサブステップに対する第１のサイクルの調節を含む。「サイクル間調節」は、先行するステップのタイミング及び直接先行するステップの終了温度（存在する場合）に依存する場合がある。図１４を参照して、適切な検出時間の発生を達成するために決定された「サイクル間調節」６００５を以下に説明する。
【０１２０】
一部の実施形態において、調節６００５は、以前のステップの終りから次のステップに対する第１のサブステップ温度まで温度を加熱又は冷却する必要がある時間を最初に決定することによって決定される。いずれかの付加的な時間がアラインメントに対して必要である場合に、以前のステップの終りからの温度は、この時間にわたって維持することができる。７５℃での保持ステップの終了温度から９５℃の第１のサブステップ温度までの間のアラインメントの例は、図１４に示されている。温度は、点６００１ｂから６００１ｃまで７５℃から９５℃の８℃／ｓで傾斜し、費やされたアラインメントに必要な残りの時間は、点６００１ａから６００１ｂまで前のステップの終了後７５℃で保持される。この期間は、「サイクル間調節」と呼ぶことができる。ステップ間で検出アラインメントの継続を達成するために、この「サイクル間調節」によって以前のステップの終了後にステップサイクルの開始をシフトさせる（又は遅延させる）必要がある可能性がある。以前のステップの終りから次のステップに対する第１のサブステップ温度まで温度を加熱又は冷却するのに必要な時間は、次に計算することができる。いずれかの付加的な時間がアラインメントに対して必要な場合に、以前のステップの終りからの温度は、「サイクル間調節」の時間にわたって維持される。一部の実施形態において、システムは、ＧＵＩ５０００を通じてユーザ入力を受け入れる時にこれらの考慮を織り込み、かつこれらを提案されている変形５００３ｂに組み込むことができる。
【０１２１】
開始オフセット調節
図１５Ａは、２つの別々のプロトコルプロフィール３００１及び３００５の開始サイクルを示している。これらのプロトコルの各々において、サイクル間及びサイクル内調節は実施されている場合があるが、開始オフセットはまだ適用されていない。この例において、プロフィール３００１は、３０秒のサイクル時間（時間０から時間３０の間隔）を有するステップを含む。検出３０２０ａ又は検出要求のための時間は、３０秒で起こる。上述のサイクル間調節に従って第１の検出３０２０ａのアラインメントに対する第１の熱ランプ直前に、少しの遅延がプロトコル３００１に含まれている場合があることに注意すべきである。上述したように、サイクル間及びサイクル内調節は、検出サイクル時間の整数倍数で作られる検出要求を容易にする。ここで、１０秒の検出サイクル時間に対して、要求３０２０ａ及び３０２０ｂは、整数倍数３０及び６０秒で起こる。
【０１２２】
第２のプロトコル３００５は、３００１とは異なるプロフィールを含む。プロフィール３００５は、０から３０秒持続する初期ステップを含む。プロフィール３００５には、次に、４０秒における第１の検出によって複数の５０秒サイクルが続く。これらのサイクルは、３温度ＰＣＲを表し、３温度ＰＣＲは、高温における変性、低温における焼きなまし及び検出、次に、中温における延長を含む。以前のように、第１の初期サイクルは、アラインメントの初めに小さな断続的サイクル遅延を含むことができる。サイクル間遅延は、初期ステップの周りの様々な位置で挿入され、検出アラインメントを確実にすることができることは認識されるであろう。
【０１２３】
図１５Ｂは、図１５Ａからの２つのプロトコルの複数の事例を示している。同時に全てのチャンバ縦列において全てのレーンにわたって検出を実施することが可能であれば、図１５Ｂに示すプロフィールは適すると考えられる。しかし、検出器対のその縦列の各々によってチャンバ縦列にわたって検出器ヘッドが走査するのに必要な時間遅延により、これらを実行するチャンバの位置に基づいてプロトコル３００１〜３００７の各々をオフセットすることが必要である。簡単にするために、プロトコル３００１〜３００７の各々は、隣接する縦列において作動すると推定する。プロトコル３００１が第１のチャンバ縦列において作動する場合に、プロトコル３００２は第２のチャンバにおいて、プロトコル３００３は第３のチャンバにおいて、プロトコル３００４は第４のチャンバにおいて等々で作動する。
【０１２４】
図１５Ｃは、検出アラインメントを確実にするように導入された「開始オフセット調節」３０１０〜３０１５によるプロトコル３００１〜３００７の実行を示している。開始オフセットは、カートリッジのレーンにわたる検出の移動と、実行プロトコルの各々に対して必要な検出によるその移動の同期化とを明らかにする。すなわち、プロトコル３００１は、要求３０２０ａにおいて第１の検出器ヘッド縦列を使用する検出を必要とすることになる。検出器ヘッドが、第２の検出器ヘッド縦列をプロトコル３００１のチャンバに位置合せするように移動する時に、第１の検出器ヘッド縦列は、３００２のチャンバの上に配置されることになり、３００２のチャンバは、ここで同じく検出３０２１ａを有利に要求している。その後、処理は、要求３０２２ａでこの時点でプロトコル３００３を読み取っている検出器ヘッドの第１の縦列、３００２を読み取る第２の縦列、及び３００１を読み取る第３の縦列を用いて継続される。図１５Ｃに示す歪みは、正確な縮尺になっておらず（一部の実施形態において、歪みは、〜４００ミリ秒の程度にすることができる）、説明目的のためだけに示されていることは認識されるであろう。
【０１２５】
すなわち、適正に選択された「開始調節」により、システムは、リアクタの各々にわたって一貫した検出時間を確実にすることができる。図１５Ｃに示すように、順序正しく効率的な検出は、決定された解決法が検出器システムによって実施される時に、線３００７ａ〜ｄに沿って行われる。すなわち、特定のリアクタに対する検出は、サイクル間で同じ時間に起こることになる。これらの解決法を決定するための一実施形態に関する詳細は、図１６に関してより詳細に以下に説明する。
【０１２６】
能動冷却
ある一定の実施形態において、リアクタチャンバの加熱は能動的、すなわち、加熱器は、チャンバに能動的に適用されるが、リアクタチャンバの冷却は、対流だけを使用してリアクタ内容物を冷却する受動的とすることができる。一貫した診断性能を更に与えるために、実施形態のある一定のものは、リアクタの冷却処理において積極的な介入を考えており、一貫した挙動を確実にする。図１６は、冷却構成要素を含む熱プロフィール７００１を示している。プロフィール７００１は、立ち上がり時間７００６、プラトー７００５、及び冷却期間７００２／７００３を含む。
【０１２７】
加熱／検出ユニットが位置付けられた位置の周囲温度は、同じでない場合がある。すなわち、アリゾナ州南部において作動するシステムは、アラスカ州南部において作動するシステムと同じ周囲温度を受けない場合がある。従って、システムを作動すると予想される最も暑い周囲温度において、プロフィール７００１は、冷却曲線７００３を有することができる。より涼しい環境において、その代わりに冷却プロフィール７００２を結果的に生成することができる。差を補償するために、ある一定の実施形態は、温度センサ、場合によっては図３ｂに関して説明するものを通じてリアクタ冷却プロフィールのモニタリングを考えている。最大プロフィール７００３からのずれが検出される時に、プロフィール７００２がその代わりにプロフィール７００３に従うように十分な加熱を印加することができる。一部の実施形態において、熱は、時間７００４ａ〜ｃで定期的に印加することができるのに対して、熱は、他の実施形態では連続的に印加することができる。このようにして、一貫したプロフィールは、熱サイクラーの地理的な位置又は作動周囲温度に関係なく達成することができる。
【０１２８】
これらの実施形態のある一定のものは、冷却に関するニュートンの法則を適用して加熱器を適用する時を決定する。
Ｔ（ｔ）＝Ｔａ＋（Ｔ（０）−Ｔａ）ｅ−ｒｔ
【０１２９】
ここで、Ｔ（ｔ）は時間ｔにおける温度、Ｔ（０）は初期温度、Ｔａは周囲温度パラメータ、ｒは崩壊定数パラメータ、及びｔは時間である。一部の実施形態において、摂氏５０．２度及び０．０９８は、それぞれ周囲温度パラメータ及び崩壊定数パラメータとして使用することができる。この実施形態において、周囲温度パラメータは、いかなる予想周囲作動温度よりも高くなるように選択され、従って、各事例において実際の冷却を最大プロフィール７００３の冷却曲線に適合させるために、周囲温度に関係なく各冷却サイクル中に少なくとも何らかの少量の熱を印加することによって冷却サイクルにわたって完全制御を容易にする。
【０１３０】
本明細書に使用される場合の「入力」は、例えば、ユーザからコンピュータに情報を伝達することができるキーボード、ローラボール、マウス、ボイス認識システム、又は他のデバイスから受け入れたデータとすることができる。入力デバイスはまた、ディスプレイに関連付けられたタッチスクリーンとすることができ、その場合には、ユーザは、スクリーンにタッチすることによってディスプレイ上のプロンプトに応答する。ユーザは、キーボード又はタッチスクリーンのような入力デバイスを通じてテキスト情報を入力することができる。
【０１３１】
本発明は、多数の他の汎用又は専用計算システム環境又は構成で作動可能である。本発明と共に使用するのに適する公知の計算システム、環境、及び／又は構成の例は、以下に限定されるものではないが、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、手持ち式又はラップトップデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースシステム、プログラマブル消費者向けエレクトロニクス、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記システム又はデバイスのいずれも含む分散コンピュータ環境を含む。
【０１３２】
本明細書に使用される場合の「命令」は、システムにおいて情報を処理するためのコンピュータ実施型ステップを意味する。命令は、ソフトウエア、ファームウエア、又はハードウエアに実施され、かつシステムの構成要素が行うあらゆるタイプのプログラムステップを含むことができる。
【０１３３】
「マイクロプロセッサ」又は「プロセッサ」は、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）プロセッサ、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）Ｃｏｒｅ（登録商標）、８０５１プロセッサ、ＭＩＰＳ（登録商標）プロセッサ、又はＡＬＰＨＡ（登録商標）プロセッサのようなあらゆる従来の汎用シングル又はマルチコアマイクロプロセッサとすることができる。更に、マイクロプロセッサは、デジタルシングルプロセッサ又はグラフィックプロセッサのようなあらゆる従来の専用マイクロプロセッサとすることができる。「プロセッサ」はまた、以下に限定されるものではないが、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ）、プログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）、マイクロプロセッサ、又は他の類似の処理デバイスを意味することができる。
【０１３４】
システムは、以下に詳細に説明するような様々なモジュールから構成される。当業者によって認められるように、モジュールの各々は、様々なサブルーチン、手順、定義、文及びマクロを含む。モジュールの各々は、典型的には、単一実行可能プログラムに別々にコンパイルされかつリンクされる。従って、モジュールの各々の以下の説明は、好ましいシステムの機能性を説明するために便宜上使用される。すなわち、モジュールの各々によって行われる処理は、他のモジュールのうちの１つに任意に再分配され、単一モジュールに互いに組み合わされ、又は例えば共有可能な動的リンクライブラリにおいて利用可能にすることができる。
【０１３５】
システムのある一定の実施形態は、「ＳＮＯＷ  ＬＥＯＰＡＲＤ（登録商標）」、ｉＯＳ（登録商標）、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、又は「ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ  ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）」、又はあらゆる他の適切なオペレーティングシステムのような様々なオペレーティングシステムに関連して使用することができる。
【０１３６】
システムのある一定の実施形態は、アセンブリ、Ｃ、Ｃ＋＋、ＢＡＳＩＣ、Ｐａｓｃａｌ、又はＪａｖａ（登録商標）のようなあらゆる従来のプログミング言語で書き込まれ、従来のオペレーティングシステムなど、又はあらゆる他の適切なプログミング言語で作動させることができる。
【０１３７】
加えて、モジュール又は命令は、ＦＬＡＳＨドライバ、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、及びＤＶＤのような１つ又はそれよりも多くのプログラマブルストレージデバイス上に記憶することができる。一実施形態は、プログラマブルストレージデバイス上に記憶された命令を有するプログラマブルストレージデバイスを含む。
【０１３８】
上記処理及び方法は、ある一定のステップを含むように説明し、かつ特定の順序に説明したが、これらの処理及び方法は、付加的なステップを含み又は説明されたステップの一部を省略することができることは認識されなければならない。更に、処理のステップの各々は、必ずしもそれが説明された順序で実施する必要はない。
【０１３９】
上記説明は、様々な実施形態に適用されるように本発明の新しい特徴を示し、説明し、かつ指摘したが、例示的なシステム又は処理の形態及び詳細における様々な削除、置換、及び変更を本発明の精神から逸脱することなく当業者によって行うことができることは理解されるであろう。認識されるように、本発明は、一部の特徴を他とは別に使用又は実施することができるので、本明細書に説明する特徴及び利益の全てを与えない形態内に具現化することができる。
【０１４０】
本明細書に開示する実施形態に関連して説明した方法又はアルゴリズムのステップは、ハードウエアに、プロセッサによって実行されるソフトウエアモジュールに、又はその２つの組合せに直接に具現化することができる。ソフトウエアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は当業技術で公知のストレージ媒体のあらゆる他の形態に常駐することができる。例示的なストレージ媒体は、ストレージ媒体から情報を読み取り、かつストレージ媒体に情報を書き込むようなプロセッサに結合することができる。代替的に、ストレージ媒体は、プロセッサに一体化することができる。プロセッサ及びストレージ媒体は、ＡＳＩＣに常駐することができる。ＡＳＩＣは、ユーザ端末に常駐することができる。代替的に、プロセッサ及びストレージ媒体は、ユーザ端末に個別の構成要素として常駐することができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１０  診断装置
２００  マイクロ流体カートリッジ
４００  流体ディスペンサ
５００ａ、５００ｂ  加熱器／光学モジュール
５２０  受け入れトレイ
【図１Ａ】
2014516513.tif 000004
【図１Ｂ】
2014516513.tif 000005
【図２】
2014516513.tif 000006
【図３Ａ】
2014516513.tif 000007
【図３Ｂ】
2014516513.tif 000008
【図４Ａ】
2014516513.tif 000009
【図４Ｂ】
2014516513.tif 000010
【図４Ｃ】
2014516513.tif 000011
【図５】
2014516513.tif 000012
【図６】
2014516513.tif 000013
【図７】
2014516513.tif 000014
【図８】
2014516513.tif 000015
【図９Ａ】
2014516513.tif 000016
【図９Ｂ】
2014516513.tif 000017
【図９Ｃ】
2014516513.tif 000018
【図９Ｄ】
2014516513.tif 000019
【図９Ｅ】
2014516513.tif 000020
【図９Ｆ】
2014516513.tif 000021
【図９Ｇ】
2014516513.tif 000022
【図９Ｈ】
2014516513.tif 000023
【図１０Ａ】
2014516513.tif 000024
【図１０Ｂ】
2014516513.tif 000025
【図１０Ｃ】
2014516513.tif 000026
【図１０Ｄ】
2014516513.tif 000027
【図１０Ｅ】
2014516513.tif 000028
【図１０Ｆ】
2014516513.tif 000029
【図１０Ｇ】
2014516513.tif 000030
【図１０Ｈ】
2014516513.tif 000031
【図１１】
2014516513.tif 000032
【図１２】
2014516513.tif 000033
【図１３】
2014516513.tif 000034
【図１４】
2014516513.tif 000035
【図１５Ａ】
2014516513.tif 000036
【図１５Ｂ】
2014516513.tif 000037
【図１５Ｃ】
2014516513.tif 000038
【図１６】
2014516513.tif 000039
【国際調査報告】
2014516513.tif 000040
2014516513.tif 000041
2014516513.tif 000042
2014516513.tif 000043
2014516513.tif 000044