(57)【要約】  ポリメラーゼ連鎖反応の高速熱サイクリングによる核酸の修飾のための、光吸収源の光ベースの加熱のためのシステムおよび方法が説明される。【選択図】図４
2021518158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の侵入物を備える透明ブロックと、
前記透明ブロックの前記１つまたは複数の侵入物内に配置された光吸収材料と、
前記透明ブロックの前記侵入物上に取り外し可能に位置決めされた反応容器と、
前記反応容器上に配置された封止フィルムと、
光源と
を備え、
前記光源は、前記光源からの光が前記光吸収材料内で熱を生成し、続いて前記反応容器を加熱するように、前記透明ブロックの前記侵入物に向けられるように構成される、
システム。
【請求項２】
前記透明ブロックは、流体循環チャネルを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
空気、水、または液体の少なくとも１つは、前記流体循環チャネルを通って流れる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記封止フィルムは、光吸収層をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
励起ＬＥＤからの光の内部反射のために前記透明ブロックの外側に配置された高屈折率材料をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
蛍光色素の放出のための第１のフィルタと、前記光源からの光の排除のための第２のフィルタとをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記封止フィルムは、封止プレートの表面上に光吸収材料を有する前記封止プレートを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記光源は、パルス光源である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記パルス光源のオフサイクル中に核酸修飾を示す信号を検出するように動作可能な検出器をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
１つまたは複数のウェルを備える高分子反応容器と、
前記高分子反応容器の前記１つまたは複数のウェル内に配置された光吸収材料と、
侵入物を有して前記高分子反応容器を保持するための透明ブロックと、
光源であって、前記光源からの光が前記光吸収材料内で熱を生成し、前記反応容器を加熱するように、前記透明ブロックの前記侵入物に向けられるように構成された光源と、
前記高分子反応容器上に配置された封止フィルムと
を備える、システム。
【請求項１１】
追加のチャネルが、前記侵入物の周りに載置される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ウェル内の１つまたは複数の侵入物は、ピラーアレイ、１Ｄもしくは２Ｄ格子、フォトニック結晶、または半球の形態の２Ｄもしくは３Ｄマイクロ構造もしくはナノ構造を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記透明ブロックは、流体循環チャネルを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
空気、水、または液体の少なくとも１つは、前記循環チャネルを通って流れる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記光源の放出波長は、核酸のリアルタイム検出に使用される蛍光色素の励起波長と重複しない、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記封止フィルムは、光吸収層をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記透明ブロックの外側に配置された高屈折率材料をさらに備え、前記高屈折率材料は、励起ＬＥＤからの光を反射するように動作可能である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
蛍光色素の放出のための第１のフィルタと、前記光源からの光の排除のための第２のフィルタとをさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
前記封止フィルムは、封止プレートの表面上に光吸収材料を有する前記封止プレートを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項２０】
前記光源は、パルス光源を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項２１】
１つまたは複数の反応ウェルを備える高分子流体デバイスと、
反応ウェルを画定するために第１の支持体上に配置された第１の光吸収材料と、
前記反応ウェルに結合された第１および第２のポートであって、
前記第１および第２のポートは、前記反応ウェルへの流体サンプルの投入を可能にするように構成され、
前記反応ウェルには、凍結乾燥試薬が予め装填される、第１および第２のポートと、
前記第１の光吸収材料を照明するように構成された光源と
を備え、
前記第１の光吸収材料に照明された光の第１の部分は、前記第１の光吸収材料に吸収され、
前記第１の光吸収材料に吸収された光の前記第１の部分は、前記第１の光吸収材料の温度を上昇させ、前記反応ウェル内の前記流体サンプルを加熱するように構成される、
システム。
【請求項２２】
第２の光吸収材料が、前記第１の支持体の反対側の第２の支持体上に配置され、
前記第１の光吸収材料に照明された前記光の第２の部分は、前記第１の光吸収材料を透過し、前記第２の光吸収材料を照明し、
前記第２の光吸収材料に照明された前記透過した光の少なくとも一部は、前記第２の光吸収材料に吸収され、
前記第２の光吸収材料に吸収された前記光は、前記第２の光吸収材料の温度を上昇させ、前記反応ウェル内の前記流体サンプルをさらに加熱するように構成される、
請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
蛍光色素の放出のための第１のフィルタと、前記光源からの光の排除のための第２のフィルタとをさらに備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記凍結乾燥試薬は、パラフィンワックスまたはヒドロゲルを含む安定化試薬をさらに含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２５】
ウェル間に流体弁をさらに備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２６】
前記高分子流体デバイスは、流体循環チャネルを備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
空気、水、または液体の少なくとも１つは、前記流体循環チャネルを通って流れる、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記光源は、パルス光源を備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２９】
前記パルス光源のオフサイクル中に核酸修飾を示す信号を検出するように動作可能な検出器をさらに備える、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記第１の光吸収材料は、１つまたは複数の開面積を備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項３１】
複数の区画およびカートリッジを備えるサンプル調製モジュールと、
フォトニックＰＣＲウェルを含むマイクロ流体ＰＣＲデバイスと
を備える、システム。
【請求項３２】
前記サンプル調製モジュールは、区画内に１つまたは複数のフィルタを備える、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記１つまたは複数のフィルタは、第１のフィルタと、第２のフィルタとを備え、前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタは、異なる孔径を有する、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記第１のフィルタは、サンプルから大きな破片、結晶および／または大きな細胞を除去するように構成され、
前記第２のフィルタは、細胞のサイズに基づいて対象の細胞を捕捉するように構成される、
請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記第２のフィルタは、光吸収材料の層を備える、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
前記光吸収材料の層は、前記第２のフィルタの下の区画内に配置される、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記区画は、電圧を適用することによって前記区画内に配置された溶液のｐＨを変化させるために前記区画の周りに載置された電極を備える、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３８】
流体の再流入を防ぐために吸収性の多孔質紙、布地、またはスポンジの少なくとも１つを含む廃棄物区画をさらに備える、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３９】
前記マイクロ流体ＰＣＲデバイスは、１つまたは複数の標的核酸を検出するためのプライマーおよびプローブのセットを含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４０】
前記システムは、１つまたは複数の開面積を含む光吸収材料を備える、請求項３１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年３月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／６４３，４９４号、および２０１８年４月４日に出願された米国仮特許出願第６２／６５２，８６１号の優先権を主張し、これら両方の内容は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は、臨床検査室、環境科学、法科学および農業科学の分野で重要な技法である。核酸は、迅速かつ正確に診断する必要がある。高速／超高速ＰＣＲは、他の用途の中でも特に時間的制約のある病気の診断、遺伝性疾患、および検査室での試験などの用途に望まれている。したがって、超高速ＰＣＲシステムは、検査室でのテスト、および堅牢かつシンプルで使いやすく、低消費電力を特徴とするポイントオブケアテストに望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[0003]いくつかの態様では、システムが提供される。システムは、核酸修飾に利用することができる。システムは、１つまたは複数の侵入物を備え得る透明ブロックを備えることができる。システムは、透明ブロックの１つまたは複数の侵入物内に配置された光吸収材料を備えることができる。加えて、システムは、透明ブロックの侵入物上に取り外し可能に位置決めされた反応容器を備えることができる。システムは、光源を備えることができる。光源は、光源からの光が光吸収材料内で熱を生成し、続いて反応容器を加熱することができるように、透明ブロックの侵入物に向けられるように構成することができる。
【０００４】
[0004]いくつかの態様では、システムが提供される。システムは、核酸修飾に使用することができ、１つまたは複数のウェルを備える高分子反応容器を備えることができる。システムは、反応容器の１つまたは複数のウェル内に配置された光吸収材料を備えることができる。システムは、侵入物を有して反応容器を保持するための透明ブロックを備えることができる。システムはまた、光源を備えることができる。光源は、光源からの光が光吸収材料内で熱を生成し、反応容器を加熱することができるように、透明ブロックのウェルに向けられるように構成することができる。システムはまた、反応容器上に配置された封止フィルムを備えることができる。
【０００５】
[0005]いくつかの態様では、システムが提供される。システムは、核酸修飾に使用することができ、１つまたは複数の反応ウェルを備える高分子流体デバイスを備えることができる。システムは、反応ウェルを画定するために第１の支持体上に配置された第１の光吸収材料と、第１の支持体の反対側の第２の支持体上に配置された第２の光吸収材料とを備えることができる。第１および第２のポートは、反応ウェルに結合することができ、第１および第２のポートは、反応ウェルへの流体サンプルの投入を可能にするように構成することができる。反応ウェルには、凍結乾燥試薬を予め装填することができる。システムは、第１の光吸収材料を照明するように構成された光源をさらに備えることができ、第１の光吸収材料に照明された光の第１の部分は、第１の光吸収材料に吸収され得、第１の光吸収材料に照明された光の第２の部分は、第１の光吸収材料を透過し得る。第１の光吸収材料を透過した光は、第２の光吸収材料を照明することができ、第２の光吸収材料に照明された透過光の少なくとも一部は、第２の光吸収材料に吸収され得る。第１の光吸収材料および第２の光吸収材料への吸収光は、第１の光吸収材料および第２の光吸収材料の温度を均一に上昇させ、反応ウェル内の流体サンプルの加熱をもたらし得るように構成することができる。
【０００６】
[0006]いくつかの実施形態では、システムは、反応容器上に配置された封止フィルムをさらに備えてもよい。
【０００７】
[0007]いくつかの実施形態では、透明ブロック材料は、透明ポリマー、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ガラス、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）および／または石英を含んでもよい。
【０００８】
[0008]いくつかの実施形態では、透明ブロックの侵入物の形状は、円錐形、半球形、ピラミッド形、長方形、円筒形、切頭形、またはドーム形であってもよい。いくつかの実施形態では、追加のチャネルが侵入物の１つまたは複数の周りに載置される。
【０００９】
[0009]いくつかの実施形態では、透明ブロックは、流体循環チャネルを備えてもよい。いくつかの実施形態では、空気／水／液体は、循環チャネルを通って流れる。
【００１０】
[0010]いくつかの実施形態では、光吸収材料は、金属薄膜、非金属薄膜、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、および／または塗料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、金属薄膜は、単層または多層金属構造を備えてもよく、１つまたは複数の金属を含む金属構造は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）、または白金（Ｐｔ）からなる群から選択されてもよい。
【００１１】
[0011]いくつかの実施形態では、反応容器は、ウェルを備えてもよい。反応容器内のウェルの形状は、透明ブロック内の侵入物の形状と同じであってもよい。
【００１２】
[0012]いくつかの実施形態では、反応容器の厚さは、１ｍｍ未満であってもよい。
【００１３】
[0013]いくつかの実施形態では、光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、タングステンランプ、蛍光ランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、またはそれらの組み合わせであってもよい。
【００１４】
[0014]いくつかの実施形態では、反応容器は、ＰＣＲチューブ、ＰＣＲプレート、またはＰＣＲストリップであってもよい。
【００１５】
[0015]いくつかの実施形態では、システムは、１つまたは複数の光源をさらに備えてもよい。光源の数は、透明ブロック内の侵入物の数に等しくてもよい。
【００１６】
[0016]いくつかの実施形態では、光源の放出波長は、核酸のリアルタイム検出に使用される蛍光色素の励起波長と重複しなくてもよい。
【００１７】
[0017]いくつかの実施形態では、封止フィルムは、光吸収層をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、封止フィルムは、着色されてもよい。
【００１８】
[0018]いくつかの実施形態では、システムは、温度を監視するように構成された１つまたは複数の温度センサをさらに備えてもよい。
【００１９】
[0019]いくつかの実施形態では、システムは、蛍光色素の励起用に構成された１つまたは複数の励起ＬＥＤをさらに備えてもよい。
【００２０】
[0020]いくつかの実施形態では、システムは、励起ＬＥＤ用の１つまたは複数の光学フィルタをさらに備えてもよい。
【００２１】
[0021]いくつかの実施形態では、システムは、２つ以上の励起ＬＥＤをさらに備えてもよい。励起ＬＥＤの各々は、２つ以上の蛍光色素を励起するために異なる波長を有することができる。
【００２２】
[0022]いくつかの実施形態では、高屈折率材料が、励起ＬＥＤからの光の内部反射のために透明熱ブロックの外側に配置されてもよい。
【００２３】
[0023]いくつかの実施形態では、システムは、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ、フォトダイオードまたは分光光度計をさらに備えてもよい。
【００２４】
[0024]いくつかの実施形態では、システムは、蛍光色素の放出のための第１のフィルタと、光源からの光の排除のための第２のフィルタとをさらに備えてもよい。
【００２５】
[0025]いくつかの実施形態では、第２のフィルタは、光源の放出波長にわたって高い反射率を有する分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）であってもよい。
【００２６】
[0026]いくつかの実施形態では、システムは、蛍光色素からの放射光を集束させるための埋め込みレンズをさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、システムは、光源と透明ブロックとの間に配置されたレンズをさらに備えてもよい。レンズは、光源からの放射光を集束させるように構成されてもよい。あるいは、レンズは、蛍光色素からの放射光を集束させるように構成されてもよい。
【００２７】
[0027]いくつかの実施形態では、フォトダイオードは、ＩＲ感度を抑制したタイプであってもよい。
【００２８】
[0028]いくつかの実施形態では、凍結乾燥ＰＣＲ試薬が反応容器に予め装填されてもよい。
【００２９】
[0029]いくつかの実施形態では、封止フィルムは、プレートの表面上に光吸収材料を有するまたは有さない封止プレートを備えてもよい。
【００３０】
[0030]いくつかの実施形態では、システムは、プロセッサをさらに備えてもよく、プロセッサは、光源に結合されてもよく、光源で反応容器を加熱するための命令で構成されてもよい。
【００３１】
[0031]いくつかの実施形態では、システムは、プロセッサをさらに備えてもよい。プロセッサは、循環チャネルに結合されてもよい。プロセッサは、反応容器を冷却するための命令で構成されてもよい。
【００３２】
[0032]いくつかの実施形態では、光源は、光吸収材料の光熱加熱のためにパルス化されてもよい。
【００３３】
[0033]いくつかの実施形態では、パルス動作のデューティサイクルは、１％〜１００％であってもよい。
【００３４】
[0034]いくつかの実施形態では、光源および励起源は、交互にパルス化されてもよい。
【００３５】
[0035]いくつかの実施形態では、核酸修飾の検出のための信号は、光源のパルス動作のオフサイクル中に検出されてもよい。
【００３６】
[0036]いくつかの実施形態では、光吸収材料は、熱サイクリングチャンバ内でのＰＣＲ反応の阻害を防ぐためにパッシベーション層をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、酸化物薄膜または薄い高分子層を備えてもよい。
【００３７】
[0037]いくつかの実施形態では、ウェル内の１つまたは複数の侵入物は、ピラーアレイ、１Ｄもしくは２Ｄ格子、フォトニック結晶、または半球の形態の２Ｄもしくは３Ｄマイクロ構造もしくはナノ構造を備えてもよい。
【００３８】
[0038]いくつかの実施形態では、試薬は、凍結乾燥されてもよい。凍結乾燥試薬は、ＰＣＲ用のプライマーセットを含んでもよい。いくつかの実施形態では、凍結乾燥試薬は、ＰＣＲ試薬およびプライマーセットを含んでもよい。いくつかの実施形態では、凍結乾燥試薬は、安定化試薬をさらに含んでもよい。
【００３９】
[0039]いくつかの実施形態では、安定化試薬は、パラフィンワックスまたはヒドロゲルを含んでもよい。
【００４０】
[0040]いくつかの実施形態では、システムは、ウェル間に流体弁をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、流体弁は、外部コントローラによって動作されてもよい。システムは、光源と高分子流体デバイスとの間に配置されたレンズをさらに含んでもよい。
【００４１】
[0041]いくつかの実施形態では、高分子流体デバイスは、流体循環チャネルを含む。例として、空気、水、および／または液体は、循環チャネルを通って流れることができる。
【００４２】
[0042]いくつかの実施形態では、システムは、サンプル調製モジュールおよびマイクロ流体ＰＣＲデバイスを備えてもよい。サンプル調製モジュールは、複数の区画、およびカートリッジを備えてもよい。マイクロ流体ＰＣＲデバイスは、フォトニックＰＣＲウェルを備えてもよい。
【００４３】
[0043]いくつかの実施形態では、サンプル調製モジュールは、細胞の光熱溶解のための溶解システムをさらに備えてもよい。
【００４４】
[0044]いくつかの実施形態では、サンプル調製モジュールは、チャンバ内に１つまたは複数のフィルタを備えてもよい。いくつかの実施形態では、サンプル調製モジュールは、第１のフィルタと、第２のフィルタとを備えてもよく、第１および第２のフィルタは、異なる孔径を有する。いくつかの実施形態では、第１のフィルタを使用して、サンプルから大きな破片、結晶および／または大きな細胞を除去してもよい。
【００４５】
[0045]いくつかの実施形態では、第２のフィルタは、細胞のサイズに基づいて対象の細胞を捕捉してもよい。いくつかの実施形態では、核酸は、第２のフィルタ上に捕捉された細胞から抽出されてもよい。いくつかの実施形態では、第２のフィルタは、光吸収材料の層を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第２のフィルタの下のチャンバは、光吸収材料の層を備えてもよい。
【００４６】
[0046]いくつかの実施形態では、サンプル調製モジュールは、電圧を適用することによって溶液のｐＨを変化させるために区画の周りに載置された電極をさらに備える区画を備えてもよい。
【００４７】
[0047]いくつかの実施形態では、サンプル調製モジュールは、廃棄物チャンバを備えてもよい。いくつかの実施形態では、廃棄物チャンバは、流体の再流入を防ぐために吸収性の多孔質紙、布地またはスポンジを備えてもよい。
【００４８】
[0048]いくつかの実施形態では、サンプル調製モジュールは、ウェルを有するカートリッジを備えるマイクロ流体デバイスをさらに備えてもよい。
【００４９】
[0049]いくつかの実施形態では、カートリッジ内のウェルは、標的核酸の検出のためのプライマーおよびプローブセットが予め装填されてもよい。
【００５０】
[0050]いくつかの実施形態では、カートリッジ内のウェルは、１つの標的核酸を検出するためのプライマーおよびプローブのセットを含んでもよい。
【００５１】
[0051]いくつかの実施形態では、カートリッジ内のウェルは、複数の標的核酸を検出するためのプライマーおよびプローブのセットを含んでもよい。
【００５２】
[0052]いくつかの実施形態では、システムは、光吸収材料を備えてもよく、光吸収材料は、１つまたは複数の開面積を備えてもよい。いくつかの実施形態では、開面積は、光吸収材料の１％〜９０％を形成してもよい。
【００５３】
[0053]本開示の追加の態様および利点は、以下の詳細な説明から、当業者に容易に明らかとなり、ここでは、本開示の例示的な実施形態のみが示され、記載される。理解されるように、本開示は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべてが本開示から逸脱することなく、様々な明白な点おいて修正が可能である。したがって、図面および説明は、本質的に例示と見なされるべきであり、限定と見なされるべきではない。
【００５４】
[0054]参照による組み込み
本明細書で言及されるすべての公報、特許、および特許出願は、各個々の公報、特許、または特許出願が参照により組み込まれるように具体的かつ個別に示される程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれる公報および特許または特許出願が本明細書に含まれる開示と矛盾する範囲で、本明細書は、このような矛盾するいかなる資料よりも優先され、および／または上位にあることを意図している。
【００５５】
[0055]本発明の新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。本発明の特徴および利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態について述べる以下の詳細な説明と、添付の図面（本明細書では「図（ｆｉｇｕｒｅ）」および「図（ＦＩＧ）」とも呼ぶ）を参照することによって得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】いくつかの実施形態による、例示的なシステムを図示する概略図である。
【図２Ａ】いくつかの実施形態による、核酸の修飾に使用され得るシステムの概略図である。
【図２Ｂ】いくつかの実施形態による、システム内のウェルまたは侵入物の形状の図である。
【図２Ｃ】いくつかの実施形態による、システムで使用される封止フィルムの概略図である。
【図２Ｄ】いくつかの実施形態による、システムで使用される封止フィルムの概略図である。
【図２Ｅ】いくつかの実施形態による、反応容器の上の埋め込みレンズの載置の概略図である。
【図３】いくつかの実施形態による、入口チャネルおよび出口を有するシステムの図である。
【図４】いくつかの実施形態による、流体チャネルを有するシステムの概略図である。
【図５】いくつかの実施形態による、光信号測定装置の詳細図を伴うシステムの概略図である。
【図６】いくつかの実施形態による、システムの概略図の分解図である。
【図７】いくつかの実施形態による、反応容器システムの概略図および寸法を示す図である。
【図８】いくつかの実施形態による、システムを装填するメカニズムの概略図である。
【図９Ａ】いくつかの実施形態による、異なる形態の光吸収材料の概略図である。
【図９Ｂ】いくつかの実施形態による、異なる形態の光吸収材料の概略図である。
【図９Ｃ】いくつかの実施形態による、異なる形態の光吸収材料の概略図である。
【図１０】いくつかの実施形態による、光源の連続動作およびパルス動作の概略図である。
【図１１Ａ】いくつかの実施形態による、信号測定に関連する光源および励起源のパルス動作の概略図である。
【図１１Ｂ】いくつかの実施形態による、信号測定に関連する光源のパルス動作および励起源の連続動作の概略図である。
【図１２】いくつかの実施形態による、ＰＣＲ反応ウェルを有するサンプル調製モジュールの分解図である。
【図１３Ａ】いくつかの実施形態による、使用中のサンプル調製モジュールの概略図である。
【図１３Ｂ】いくつかの実施形態による、使用中のサンプル調製モジュールの概略図である。
【図１３Ｃ】いくつかの実施形態による、使用中のサンプル調製モジュールの概略図である。
【図１３Ｄ】いくつかの実施形態による、使用中のサンプル調製モジュールの概略図である。
【図１３Ｅ】いくつかの実施形態による、使用中のサンプル調製モジュールの概略図である。
【図１４】いくつかの実施形態による、ＰＣＲ反応ウェルを有するサンプル調製モジュールの概略図である。
【図１５】デジタル処理デバイスの非限定的な例を示す図であり、この場合、デバイスは、１つまたは複数のＣＰＵ、メモリ、通信インターフェース、およびディスプレイを有する。
【図１６】いくつかの実施形態による、核酸を修飾し、標的核酸を決定するための方法のフローチャートである。
【図１７】標的細胞の検出のための方法およびシステムを使用する例を図示する概略図である。
【図１８Ａ】様々な遺伝子配列の検出のための代表的なエンドポイントデータを示す図である。
【図１８Ｂ】様々な遺伝子配列の検出のための代表的なエンドポイントデータを示す図である。
【図１８Ｃ】様々な遺伝子配列の検出のための代表的なエンドポイントデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
[0078]以下の説明では、本発明の様々な態様が説明される。説明の目的で、本発明の完全な理解を提供するために特定の詳細が記載されている。本発明の本質的な性質に影響を与えることなく詳細が異なる本発明の他の実施形態があることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、図に例示され、明細書に記載されているものによって限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲に示されているものによってのみ限定され、適切な範囲は、特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定される。
【００５８】
[0079]本開示の特徴および利点のより良い理解は、本開示の実施形態の原理が利用される例示的な実施形態について述べる以下の詳細な説明と、添付の図面を参照することによって得られることになる。
【００５９】
[0080]本発明の様々な実施形態が本明細書では示され説明されているが、そのような実施形態が例としてのみ提供されていることは、当業者には明らかであろう。本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更、および置換が当業者には思いつくであろう。本明細書に記載の本発明の実施形態に対する、様々な代替案を用いることができることを理解されたい。
【００６０】
[0081]特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他のことを指示しない限り、複数の参照を含む。本明細書における「または」への言及は、特に明記しない限り、「および／または」を包含することが意図されている。
【００６１】
[0082]本明細書で使用される「サンプル」という用語は、一般に、対象の生物学的サンプルを指す場合がある。サンプルは、生検、コア生検、針吸引、または微細針吸引などの組織サンプルであってもよい。サンプルは、血液サンプル、尿サンプル、または唾液サンプルなどの流体サンプルであってもよい。サンプルは、皮膚サンプル、頬綿棒であってもよい。サンプルは、血漿または血清サンプルであってもよい。
【００６２】
[0083]核酸は、１つまたは複数のサンプルから単離することができる。本明細書で使用する場合、「核酸」という用語は、一般に、デオキシリボヌクレオチド（ｄＮＴＰ）またはリボヌクレオチド（ｒＮＴＰ）のいずれか、またはそれらの類似体である、任意の長さのヌクレオチドの高分子形態を指す。核酸の非限定的な例には、ＤＮＡ、ＲＮＡ、遺伝子または遺伝子断片のコード領域または非コード領域、連鎖解析から定義された遺伝子座、エクソン、イントロン、メッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）、トランスファーＲＮＡ、リボソームＲＮＡ、短干渉ＲＮＡ（ｓｉＲＮＡ）、短ヘアピンＲＮＡ（ｓｈＲＮＡ）、マイクロＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ）、リボザイム、ｃＤＮＡ、組換え核酸、分枝核酸、プラスミド、ベクター、任意の配列の単離ＤＮＡ、任意の配列の単離ＲＮＡ、核酸プローブ、およびプライマーが挙げられる。核酸は、メチル化ヌクレオチドおよびヌクレオチド類似体などの１つまたは複数の修飾ヌクレオチドを含んでもよい。
【００６３】
[0084]「核酸修飾」という用語は、一般に、１つまたは複数の核酸に対して行われた修飾を指す場合がある。修飾は、限定はしないが、増幅、変性、伸長、プライマー伸長反応、ヌクレオチド類似体付加などを含んでもよい。
【００６４】
[0085]本明細書で使用する場合、「試薬」という用語は、一般に、核酸修飾（例えば、ＤＮＡ増幅、ＲＮＡ増幅）を完了するのに必要な反応混合物を含む組成物を指し、このような試薬の非限定的な例には、標的ＲＮＡまたは標的ＤＮＡに対して特異性を有するプライマーセット、ＲＮＡの逆転写から生成されるＤＮＡ、ＤＮＡポリメラーゼ、逆転写酵素（例えば、ＲＮＡの逆転写のための）、適切なバッファ（双性イオンバッファを含む）、補助因子（例えば、二価および一価陽イオン）、ｄＮＴＰ、ならびに他の酵素（例えば、ウラシル−ＤＮＡグリコシラーゼ（ＵＮＧ）など）が挙げられる。試薬はまた、増幅産物に組み込むためのレポータ剤または蛍光色素を含んでもよい。場合によっては、試薬はまた、１つまたは複数のレポータ剤を含んでもよい。試薬は、凍結乾燥、安定化、または溶液状態であってもよい。試薬の安定化は、ヒドロゲルまたはパラフィンワックスを使用して実施されてもよい。当業者に知られているそのような試薬を安定化、凍結乾燥する他の方法が、使用されてもよい。
【００６５】
[0086]本明細書で使用される「ポリメラーゼ」という用語は、一般に、重合反応を触媒することが可能な任意の酵素を指す。ポリメラーゼは、ヌクレオチドまたはヌクレオチド類似体を組み込んだ伸長プライマーとして使用することができる。ポリメラーゼの例は、限定はしないが、核酸ポリメラーゼを含む。ポリメラーゼは、天然に存在するか、または合成され得る。場合によっては、ポリメラーゼは、比較的高い処理能力を有する。例示的なポリメラーゼは、Φ２９ポリメラーゼまたはその誘導体である。ポリメラーゼの例には、ＤＮＡポリメラーゼ、ＲＮＡポリメラーゼ、熱安定性ポリメラーゼ、野生型ポリメラーゼ、修飾ポリメラーゼ、Ｅ．ｃｏｌｉ  ＤＮＡポリメラーゼＩ、Ｔ７  ＤＮＡポリメラーゼ、バクテリオファージＴ４  ＤＮＡポリメラーゼΦ２９（ファイ２９）ＤＮＡポリメラーゼ、Ｔａｑポリメラーゼ、Ｔｔｈポリメラーゼ、Ｔｌｉポリメラーゼ、Ｐｆｕポリメラーゼ、Ｐｗｏポリメラーゼ、ＶＥＮＴポリメラーゼ、ＤＥＥＰＶＥＮＴポリメラーゼ、ＥＸ−Ｔａｑポリメラーゼ、ＬＡ−Ｔａｑポリメラーゼ、Ｓｓｏポリメラーゼ、Ｐｏｃポリメラーゼ、Ｐａｂポリメラーゼ、Ｍｔｈポリメラーゼ、ＥＳ４ポリメラーゼ、Ｔｒｕポリメラーゼ、Ｔａｃポリメラーゼ、Ｔｎｅポリメラーゼ、Ｔｍａポリメラーゼ、Ｔｅａポリメラーゼ、Ｔｉｈポリメラーゼ、Ｔｆｉポリメラーゼ、Ｐｌａｔｉｎｕｍ  Ｔａｑポリメラーゼ、Ｔｂｒポリメラーゼ、Ｔｆｌポリメラーゼ、Ｐｆｕｔｕｂｏポリメラーゼ、Ｐｙｒｏｂｅｓｔポリメラーゼ、Ｐｗｏポリメラーゼ、ＫＯＤポリメラーゼ、Ｂｓｔポリメラーゼ、Ｓａｃポリメラーゼ、クレノウ断片、３’→５’エキソヌクレアーゼ活性を有するポリメラーゼ、ならびにそれらの改変体、修飾産物および誘導体が挙げられる。
【００６６】
[0087]本明細書で使用する場合、「増幅する」および「増幅」という用語は、互換的に使用され、一般に、核酸の１つまたは複数のコピーまたは「増幅産物」を生成することを指す。核酸増幅法の非限定的な例には、逆転写、プライマー伸長、ポリメラーゼ連鎖反応、リガーゼ連鎖反応、ヘリカーゼ依存性増幅、非対称増幅、ローリングサークル増幅、および複数置換増幅（ＭＤＡ）が挙げられる。ＤＮＡが増幅される場合、様々なＤＮＡ増幅法が用いられ得る。ＤＮＡ増幅法の非限定的な例には、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、ＰＣＲの変形（例えば、リアルタイムＰＣＲ、対立遺伝子特異的ＰＣＲ、アセンブリＰＣＲ、非対称ＰＣＲ、デジタルＰＣＲ、エマルジョンＰＣＲ、ダイヤルアウトＰＣＲ、ヘリカーゼ依存性ＰＣＲ、ネステッドＰＣＲ、ホットスタートＰＣＲ、逆ＰＣＲ、メチル化特異的ＰＣＲ、ミニプライマーＰＣＲ、マルチプレックスＰＣＲ、ネステッドＰＣＲ、オーバーラップ−エクステンションＰＣＲ、熱非対称インタレースＰＣＲ、タッチダウンＰＣＲ）、およびリガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）が挙げられる。増幅は、成長する核酸鎖にヌクレオチドおよび／またはヌクレオチド類似体を組み込むために使用されてもよい。ＰＣＲは、熱サイクリングまたは等温（すなわち、等温ＰＣＲ）で用いられてもよい。蛍光色素などのレポータ剤を使用して、標的核酸を同定することができる。
【００６７】
[0088]レポータ剤は、共有または非共有手段により、増幅産物を含む核酸と連結され得る。非共有手段の非限定的な例には、イオン相互作用、ファンデルワールス力、疎水性相互作用、水素結合、およびそれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、レポータ剤は、初期反応物に結合してもよく、レポータ剤レベルの変化を使用して、増幅産物を検出してもよい。いくつかの実施形態では、レポータ剤は、核酸増幅が進行するときにのみ検出可能（または非検出可能）であってもよい。いくつかの実施形態では、光学活性色素（例えば、蛍光色素）を、レポータ剤として使用してもよい。染料の非限定的な例には、ＳＹＢＲグリーン、ＥｖａＧｒｅｅｎ、ＬＣＧｒｅｅｎ、ＳＹＢＲブルー、ＤＡＰＩ、ヨウ化プロピジウム、ＳＹＢＲゴールド、臭化エチジウム、アクリジン、プロフラビン、アクリジンオレンジ、アクリフラビン、フルオロクマニン、エリプチシン、ダウノマイシン、クロロキン、ジスタマイシンＤ、クロモマイシン、ホミジウム、ミトラマイシン、ルテニウムポリピリジル、アントラマイシン、フェナントリジンおよびアクリジン、臭化エチジウム、ヨウ化プロピジウム、ヨウ化ヘキシジウム、ジヒドロエチジウム、エチジウムホモダイマー−１および−２、エチジウムモノアジド、ならびにＡＣＭＡ、Ｈｏｅｃｈｓｔ  ３３２５８、Ｈｏｅｃｈｓｔ  ３３３４２、Ｈｏｅｃｈｓｔ  ３４５８０、ＤＡＰＩ、アクリジンオレンジ、７−ＡＡＤ、アクチノマイシンＤ、ＬＤＳ７５１、ヒドロキシスチルバミジン、ＳＹＴＯＸ  Ｂｌｕｅ、ＳＹＴＯＸ  Ｇｒｅｅｎ、ＳＹＴＯＸ  Ｏｒａｎｇｅ、ＰＯＰＯ−１、ＰＯＰＯ−３、ＹＯＹＯ−１、ＹＯＹＯ−３、ＴＯＴＯ−１、ＴＯＴＯ−３、ＪＯＪＯ−１、ＬＯＬＯ−１、ＢＯＢＯ−１、ＢＯＢＯ−３、ＰＯ−ＰＲＯ−１、ＰＯ−ＰＲＯ−３、ＢＯ−ＰＲＯ−１、ＢＯ−ＰＲＯ−３、ＴＯ−ＰＲＯ−１、ＴＯ−ＰＲＯ−３、ＴＯ−ＰＲＯ−５、ＪＯ−ＰＲＯ−１、ＬＯ−ＰＲＯ−１、ＹＯ−ＰＲＯ−１、ＹＯ−ＰＲＯ−３、ＰｉｃｏＧｒｅｅｎ、ＯｌｉＧｒｅｅｎ、ＲｉｂｏＧｒｅｅｎ、ＳＹＢＲ  Ｇｏｌｄ、ＳＹＢＲ  Ｇｒｅｅｎ  Ｉ、ＳＹＢＲ  Ｇｒｅｅｎ  ＩＩ、ＳＹＢＲ  ＤＸ、ＳＹＴＯ−４０、−４１、−４２、−４３、−４４、−４５（ブルー）、ＳＹＴＯ−１３、−１６、−２４、−２１、−２３、−１２、−１１、−２０、−２２、−１５、−１４、−２５（グリーン）、ＳＹＴＯ−８１、−８０、−８２、−８３、−８４、−８５（オレンジ）、ＳＹＴＯ−６４、−１７、−５９、−６１、−６２、−６０、−６３（レッド）、フルオレセイン、フルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）、テトラメチルローダミンイソチオシアネート（ＴＲＩＴＣ）、ローダミン、テトラメチルローダミン、Ｒフィコエリトリン、Ｃｙ−２、Ｃｙ−３、Ｃｙ−３．５、Ｃｙ−５、Ｃｙ５．５、Ｃｙ−７、Ｔｅｘａｓ  Ｒｅｄ、Ｐｈａｒ−Ｒｅｄ、アロフィコシアニン（ＡＰＣ）、Ｓｙｂｒ  Ｇｒｅｅｎ  Ｉ、Ｓｙｂｒ  Ｇｒｅｅｎ  ＩＩ、Ｓｙｂｒ  Ｇｏｌｄ、ＣｅｌｌＴｒａｃｋｅｒ  Ｇｒｅｅｎ、７−ＡＡＤ、エチジウムホモダイマーＩ、エチジウムホモダイマーＩＩ、エチジウムホモダイマーＩＩＩ、臭化エチジウム、ウンベリフェロン、エオシン、緑色蛍���タンパク質、エリトロシン、クマリン、メチルクマリン、ピレン、マラカイトグリーン、スチルベン、ルシファーイエロー、カスケードブルー、ジクロロトリアジニルアミンフルオレセイン、ダンシルクロリド、ユウロピウムおよびテルビウムを含むものなどの蛍光性ランタニド錯体、カルボキシテトラクロロフルオレセイン、５および／もしくは６−カルボキシフルオレセイン（ＦＡＭ）、５−（または６−）ヨードアセトアミドフルオレセイン、５−｛［２（および３）−５−（アセチルメルカプト）−スクシニル］アミノ｝フルオレセイン（ＳＡＭＳＡ−フルオレセイン）、リサミンローダミンＢスルホニルクロリド、５および／もしくは６カルボキシローダミン（ＲＯＸ）、７−アミノ−メチル−クマリン、７−アミノ−４−メチルクマリン−３−酢酸（ＡＭＣＡ）、ＢＯＤＩＰＹフルオロフォア、８−メトキシピレン−１，３，６−トリスルホン酸三ナトリウム塩、３，６−二スルホン酸塩−４−アミノ−ナフタルイミド、フィコビリタンパク質、ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ３５０、４０５、４３０、４８８、５３２、５４６、５５５、５６８、５９４、６１０、６３３、６３５、６４７、６６０、６８０、７００、７５０、および７９０色素、ＤｙＬｉｇｈｔ３５０、４０５、４８８、５５０、５９４、６３３、６５０、６８０、７５５、および８００色素、または他のフルオロフォアが挙げられる。
【００６８】
[0089]本開示は、核酸修飾および検出のための方法およびシステムに関する。システムおよび方法は、複数の標的核酸サンプルおよび配列を検出するために使用され得る。方法およびシステムは、他の使用の中でも特に感染症、遺伝的異常の検出のためのポイントオブケアテストデバイスとして使用することができる。
【００６９】
[0090]本明細書に記載の方法に従って標的核酸を増幅するための例示的なシステムが、図１に図示されている。システムは、入力モジュールと出力モジュールの両方の一部として機能することができる、プロセッサとも呼ばれるコンピュータ１０５を備える。ユーザは、核酸修飾の準備ができた反応混合物を含むサンプル／反応容器１０３をサーモサイクラシステム１０１に入れる。場合によっては、サンプル／反応容器１０３は、サンプルを調製し、サンプルを反応容器に装填するサンプル調製モジュールであってもよい。サーモサイクラシステム１０１は、光信号測定装置１０２に取り付けられてもよい。入力および出力モジュール１０９は、反応混合物中の標的核酸を増幅するというユーザの要求を受け取ることができるプロセッサ１０５および関連する入力デバイス１０６（例えば、タブレット、キーボード、マウスなど）を備える。プロセッサ１０５は、電子ディスプレイ１０７を使用して、標的サンプル調製の変更のための要求を送出することができる。入力および出力モジュール１０９は、ユーザの要求をサンプルモジュール１００に伝え、核酸修飾は、サーモサイクラシステム１０１で始まる。修飾が進むにつれて、サンプルモジュールの光信号測定装置１０２は、増幅産物を検出する。増幅産物に関する情報（例えば、検出器によって得られた生データ）は、光信号測定装置１０２から、入力および出力モジュール１０９の構成要素としても機能するプロセッサ１０５に送り返される。プロセッサ１０５は、サンプルモジュール１０４から情報を受け取り、その情報に対して追加の操作を実施し、次に処理された情報を含む結果を生成する。結果は、レポートの形式になる場合がある。結果が生成されると、その後プロセッサ１０５は、コンピュータネットワークインターフェース１０８を介して、様々な形態でコンピュータネットワーク（例えば、イントラネット、インターネット）を介してそのエンド受信者にレポートを送信する。
【００７０】
[0091]図２Ａは、サンプルモジュール１００の例を例示する。いくつかの実施形態では、システムまたはサンプルモジュールは、透明ブロック１１０を含み得る。透明ブロックは、従来のＰＣＲブロックであってもよい。透明ブロックは、透明ポリマー、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ガラス、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）および／または石英を含んでもよい。透明ブロック１１０は、図４に例示される反応容器１３０を取り外し可能に載置するために、１つまたは複数の侵入物またはウェル１１２を有し得る。透明ブロック内の侵入物１１２は、円錐形、半球形、ピラミッド形、長方形、円筒形、切頭形、またはドーム形であってもよい。透明ブロック内の侵入物の形状のいくつかの例が、図２Ｂに示されている。侵入物は、従来のＰＣＲチューブ、ストリップまたはプレートの形状であってもよい。透明ブロック内の侵入物の数は、少なくとも８、１２、１４、２４、３６、４８、９６、１００、または３８４ウェルであってもよい。各侵入物間の距離は、従来のＰＣＲチューブまたはプレートのウェル間の距離と同じである場合がある。
【００７１】
[0092]図４に例示されるような反応容器１３０は、従来のＰＣＲチューブ、ストリップまたはプレートを含み得る。反応容器は、円錐形、半球形、ピラミッド形、長方形、円筒形、切頭形、またはドーム形であってもよい。反応容器中のウェルの形状のいくつかの例が、図２Ｂに示されている。反応容器は、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ（メチルメタクリレート）、環状オレフィンコポリマー、ポリカーボネートおよび／またはそれらの誘導体を含む熱可塑性ポリマーを含み得る。場合によっては、反応容器の厚さは、０．０１ｍｍ〜４ｍｍであってもよい。場合によっては、反応容器の厚さは、少なくとも０．０１ｍｍであってもよい。場合によっては、反応容器の厚さは、最大４ｍｍであってもよい。場合によっては、反応容器の厚さは、４ｍｍ〜３ｍｍ、４ｍｍ〜２ｍｍ、４ｍｍ〜１ｍｍ、４ｍｍ〜０．５ｍｍ、４ｍｍ〜０．１ｍｍ、４ｍｍ〜０．０５ｍｍ、４ｍｍ〜０．０１ｍｍ、３ｍｍ〜２ｍｍ、３ｍｍ〜１ｍｍ、３ｍｍ〜０．５ｍｍ、３ｍｍ〜０．１ｍｍ、３ｍｍ〜０．０５ｍｍ、３ｍｍ〜０．０１ｍｍ、２ｍｍ〜１ｍｍ、２ｍｍ〜０．５ｍｍ、２ｍｍ〜０．１ｍｍ、２ｍｍ〜０．０５ｍｍ、２ｍｍ〜０．０１ｍｍ、１ｍｍ〜０．５ｍｍ、１ｍｍ〜０．１ｍｍ、１ｍｍ〜０．０５ｍｍ、１ｍｍ〜０．０１ｍｍ、０．５ｍｍ〜０．１ｍｍ、０．５ｍｍ〜０．０５ｍｍ、０．５ｍｍ〜０．０１ｍｍ、０．１ｍｍ〜０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ〜０．０１ｍｍ、または０．０５ｍｍ〜０．０１ｍｍであってもよい。場合によっては、反応容器の厚さは、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ、または０．０１ｍｍ未満であってもよい。
【００７２】
[0093]場合によっては、透明ブロック１１０は、図３に示すように反応容器として使用されてもよい。透明ブロック１１０は、反応ウェル１３１、１３２、１３３などとして使用され得る侵入物を備え得る。そのような場合、システムは、サンプル投入および排出がポートを使用して実施され得るマイクロ流体システムの一部であり得る。透明ブロック１１０は、図３に示すように、サンプルおよび試薬を装填するための１つまたは複数の入口ポート３１０を備え得る。場合によっては、透明ブロックは、１つまたは複数の出口ポート３１２を備えてもよい。
【００７３】
[0094]図２Ａに示すように、反応容器は、１つまたは複数の光吸収層１２０を備えることができる。場合によっては、（図３に示すような）反応ウェルを有する透明ブロックは、光吸収層１２０を備えてもよい。場合によっては、光吸収材料１２０は、試薬１８０と直接接触していてもよい。いくつかの実施形態では、光吸収材料は、試薬と直接接触していなくてもよい。場合によっては、光吸収材料は、酵素の阻害を防ぐためにパッシベーション層（ここでは図示せず）を有することができる。場合によっては、反応容器内の１つまたは複数のウェルは、１つまたは複数のピラーアレイ、１Ｄもしくは２Ｄ格子構造、フォトニック結晶または半球の形態の２Ｄもしくは３Ｄマイクロ構造もしくはナノ構造を備えてもよい。
【００７４】
[0095]光吸収層１２０は、反応容器の形状であり得る。場合によっては、反応容器は、光吸収層で覆われていてもよい。場合によっては、光吸収層をウェルの表面上に堆積させることができる。場合によっては、光吸収層の厚さは、１ｎｍ〜１ｍｍであってもよい。場合によっては、光吸収層の厚さは、少なくとも１ｎｍであってもよい。場合によっては、光吸収層の厚さは、最大１ｍｍであってもよい。場合によっては、光吸収層の厚さは、１ｎｍ〜５０ｎｍ、１ｎｍ〜１００ｎｍ、１ｎｍ〜５００ｎｍ、１ｎｍ〜１，０００ｎｍ、１ｎｍ〜０．０１ｍｍ、１ｎｍ〜０．０５ｍｍ、１ｎｍ〜０．１ｍｍ、１ｎｍ〜０．５ｍｍ、１ｎｍ〜１ｍｍ、５０ｎｍ〜１００ｎｍ、５０ｎｍ〜５００ｎｍ、５０ｎｍ〜１，０００ｎｍ、５０ｎｍ〜０．０１ｍｍ、５０ｎｍ〜０．０５ｍｍ、５０ｎｍ〜０．１ｍｍ、５０ｎｍ〜０．５ｍｍ、５０ｎｍ〜１ｍｍ、１００ｎｍ〜５００ｎｍ、１００ｎｍ〜１，０００ｎｍ、１００ｎｍ〜０．０１ｍｍ、１００ｎｍ〜０．０５ｎｍ、１００ｎｍ〜０．１ｍｍ、１００ｎｍ〜０．５ｍｍ、１００ｎｍ〜１ｍｍ、５００ｎｍ〜１，０００ｎｍ、５００ｎｍ〜０．０１ｍｍ、５００ｎｍ〜０．０５ｍｍ、５００ｎｍ〜０．１ｍｍ、５００ｎｍ〜０．５ｍｍ、５００ｎｍ〜１ｍｍ、１，０００ｎｍ〜０．０１ｍｍ、１，０００ｎｍ〜０．０５ｍｍ、１，０００ｎｍ〜０．１ｍｍ、１，０００ｎｍ〜０．５ｍｍ、１，０００ｎｍ〜１ｍｍ、０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ、０．０１ｍｍ〜１ｍｍ、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ、０．０５ｍｍ〜１ｍｍ、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、０．１ｍｍ〜１ｍｍ、または０．５ｍｍ〜１ｍｍであってもよい。場合によっては、光吸収層の厚さは、１ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍ、１，０００ｎｍ、０．０１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、または１ｍｍであってもよい。反応容器は、下部光吸収層１２０と、上部吸収層１２１とを備え得る。上部光吸収層は、封止フィルムの一部であってもよい。
【００７５】
[0096]光吸収層１２０は、金属の層を備えることができる。使用され得る金属の非限定的な例は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）、または白金（Ｐｔ）である。場合によっては、光吸収層は、合金である。光吸収材料は、炭素ベースであってもよく、その非限定的な例には、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェンおよび／またはグラフェン酸化物が挙げられる。光吸収層は、アクリル塗料などの塗料で構成されてもよい。光吸収層は、金属、金属合金、炭素ベースまたは塗料の混合物を含んでもよい。場合によっては、光吸収材料の２つ以上の層が使用されてもよい。１つの光吸収層は、光源からの光を吸収し、第１の光吸収層で吸収されなかった光を第２の光吸収層に伝達して熱を生成することができる。使用される光吸収材料は、高い加熱および冷却速度を維持するために薄くてもよい。
【００７６】
[0097]反応容器は、図４に関してより十分に説明されるように、封止フィルム１５０で封止され得る。封止フィルムは、接着剤を含むことができる。場合によっては、封止フィルムは、光吸収層１５２を備えてもよい。封止フィルム内の光吸収層は、反応容器内の温度を均一に維持するのに役立ち得る。封止フィルムは、アルミニウム、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレンおよび他の商業的に使用される封止フィルム材料を含んでもよい。封止フィルムは、従来のＰＣＲプレート封止フィルムであり得る。場合によっては、封止フィルムは、光を吸収するために着色されてもよい。封止フィルムは、図２Ｃ〜図２Ｄに示すように、複数の層を備えることができる。封止フィルムは、接着材料１５１の層を有し得る。接着材料１５１に加えて、封止フィルムは、図２Ｃに示すように、光吸収材料の層および／または着色フィルム１５２を有することができる。場合によっては、接着材料に加えて、封止フィルムは、図２Ｄに示すように、光吸収材料の層１５２および透明な従来使用されているＰＣＲフィルムの層１５３を備えてもよい。封止フィルムの厚さは、約５０μｍ〜約２５５μｍの範囲であり得る。
【００７７】
[0098]図２Ａに示すように、システムは、１つまたは複数の光源１４０を有し得る。システム内の光源は、反応容器の主要な熱源であり得る。システムは、システムごとに１つの光源を備えてもよい。あるいは、システムは、２つ以上の光源を備えてもよい。場合によっては、システム内の光源の数は、透明ブロック内の侵入物の数と同じである。透明ブロックの各侵入物は、１つまたは複数の光源と接触している場合がある。場合によっては、透明ブロックの各侵入物は、単一の光源と熱的に連通していてもよい。場合によっては、異なるウェル／侵入物がそれらの光源に基づいて異なる熱プロファイルを維持することができる場合がある。例えば、それらの光源に基づいて、反応容器内のウェルを６５℃に維持してもよく、別のウェルを６０℃に維持してもよい。光源の発光面積またはチップサイズは、透明ブロック内の侵入物のサイズを覆うことができる。光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、タングステンランプ、蛍光ランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、またはそれらの組み合わせであってもよい。
【００７８】
[0099]いくつかの実施形態では、光源の波長は、蛍光色素の波長と一致しない範囲にあってもよい。光源の波長の非限定的な例には、４００ｎｍ、４０５ｎｍ、４４０ｎｍ、４４５ｎｍ、４６０ｎｍ、６５０ｎｍ、７２０ｎｍ、８５０ｎｍおよび９５０ｎｍが挙げられる。
【００７９】
[0100]場合によっては、光吸収材料の加熱速度は、光源に依存することがある。光源の例として３Ｗ  ＬＥＤを使用すると、光源による光吸収材料の加熱速度は、２℃／秒〜２０℃／秒であり得る。場合によっては、加熱速度は、約２℃／秒〜約２０℃／秒であってもよい。場合によっては、加熱速度は、少なくとも約５℃／秒であってもよい。場合によっては、加熱速度は、最大約２０℃／秒であってもよい。場合によっては、加熱速度は、約２℃／秒〜約３℃／秒、約５℃／秒〜約７℃／秒、約５℃／秒〜約１０℃／秒、約５℃／秒〜約１３℃／秒、約５℃／秒〜約１５℃／秒、約５℃／秒〜約１８℃／秒、約５℃／秒〜約２０℃／秒、約７℃／秒〜約１０℃／秒、約７℃／秒〜約１３℃／秒、約７℃／秒〜約１５℃／秒、約７℃／秒〜約１８℃／秒、約７℃／秒〜約２０℃／秒、約１０℃／秒〜約１３℃／秒、約１０℃／秒〜約１５℃／秒、約１０℃／秒〜約１８℃／秒、約１０℃／秒〜約２０℃／秒、約１３℃／秒〜約１５℃／秒、約１３℃／秒〜約１８℃／秒、約１３℃／秒〜約２０℃／秒、約１５℃／秒〜約１８℃／秒、約１５℃／秒〜約２０℃／秒、または約１８℃／秒〜約２０℃／秒であってもよい。場合によっては、加熱速度は、約５℃／秒、約７℃／秒、約１０℃／秒、約１３℃／秒、約１５℃／秒、約１８℃／秒、または約２０℃／秒であってもよい。加熱速度は、高出力光源または低出力光源では異なる場合がある。
【００８０】
[0101]場合によっては、光熱変換効率は、光源の波長および光出力、光吸収材料の厚さ、ならびに光源と光吸収材料との間の距離に依存する場合がある。場合によっては、光熱効率は、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％である。
【００８１】
[0102]システムは、光信号測定装置（ＯＳＭ）１６０を備えることができる。ＯＳＭ装置は、１つまたは複数の励起源１６１を備えることができる。場合によっては、装置は、１つの励起源を備えてもよい。場合によっては、装置は、２つ以上の励起源を備えてもよい。励起源は、透明ブロックの上または透明ブロックの側面上に載置することができる。場合によっては、励起源は、ＬＥＤであってもよい。ＬＥＤは、リアルタイムＰＣＲ中の核酸産物の検出、熱溶融分析中の解離挙動、および／または核酸関連アッセイに使用されるラベルを励起するために、所望の波長で光を生成するために使用され得る励起源である。励起源を使用して、反応容器内の１つまたは複数の蛍光色素を励起することができる。使用され得る蛍光色素の例は、本明細書に記載され、当業者に知られている任意の蛍光色素であってもよい。励起源の波長の非限定的な例には、４６０ｎｍ、４４０ｎｍ、４７０ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍが挙げられる。
【００８２】
[0103]光学測定装置は、１つまたは複数の光学フィルタ１６２をさらに備えることができる。光学フィルタを使用して、選択された波長のみを装置内の反応容器およびウェル内の蛍光色素に到達可能にすることができる。ＬＥＤ／レーザまたはその両方の出力で光学フィルタを使用して、不要な光（例えば、中心波長のピーク以外のＬＥＤによって放出される光）を抑制することができる。ＯＳＭは、特に励起源波長を可能にし得るフィルタ、放出源波長を可能にし得るフィルタ、加熱に使用される光源からの光を低減または排除するフィルタなどの複数のフィルタを備え得る。フィルタは、限定はしないが、４００〜５６０ｎｍの波長のロングパスフィルタ、例えば、５３０ｎｍのロングパスフィルタ、または８００〜９００ｎｍの波長のショートパスフィルタ、例えば、８４０ｎｍのショートパスフィルタを含んでもよい。
【００８３】
[0104]ＯＳＭは、反応容器からの信号を検出するための１つまたは複数のセンサまたは検出器１６５をさらに備えることができる。センサは、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ、フォトダイオードまたは分光光度計であってもよい。装置は、反応容器のウェルごとに１つまたは複数のフォトダイオードを備え得る。センサを使用して、１つまたは複数の核酸標的の修飾を検出することができる。
【００８４】
[0105]システムは、反応容器からの光を集束させてセンサ１６５に向けるために、１つまたは複数の埋め込みレンズ１９０をさらに備え得る。図２Ｅは、反応容器１３０の上の埋め込みレンズ１９０の例を例示する。埋め込みレンズ１９０は、本明細書に記載されるように、光学システムの他の要素と統合されてもよい。反応容器ごとに、１つのセンサがあり得る。場合によっては、反応容器ごとに２つ以上のレンズがあってもよい。あるいは、反応容器の各ウェルに対してレンズがあってもよい。埋め込みレンズは、光源と透明ブロックとの間に載置することができる。あるいは、埋め込みレンズは、ＯＳＭ内の検出器領域と反応容器との間に載置されてもよい。
【００８５】
[0106]システムはまた、１つまたは複数の温度センサ（図示せず）を備え得る。１つまたは複数の温度センサは、反応容器の内部、反応容器の表面上、反応容器の壁に埋め込まれて、または光吸収層の表面上に載置することができる。システムは、反応容器ごとに１つの温度センサを備えてもよく、または温度センサの数は、反応容器内のウェルの数に等しくてもよい。温度センサは、熱電対、ＩＲ温度センサ、測温抵抗体、サーミスタセンサおよび当業者に知られている他のセンサを含んでもよい。
【００８６】
[0107]図２Ａに示すように、試薬１８０は、反応容器の１つまたは複数のウェルに添加され得る。試薬は、凍結乾燥されてもよい。凍結乾燥試薬は、ヒドロゲルまたはパラフィンワックスでコーティングされてもよい。サンプルおよび試薬は、弁またはポート（図３に示す）を使用して反応容器内のウェルに添加することができる。試薬は、個別に、またはチャネルを通してウェル上に載置することができる。システムは、１つまたは複数のチャネルネットワークを備えることができる。１つまたは複数のチャネルネットワークは、マイクロ流体チャネルネットワークであり得る。サンプルまたは試薬は、個々のウェルに、または図３に示すようなチャネル３３０を通して添加されてもよい。カバープレートまたは蓋１５７は、図３に例示されるマイクロ流体チャネルネットワークと併せて利用され得る。
【００８７】
[0108]図３のシステムおよび他の実施形態で説明されるシステムは、１つまたは複数の弁を備えることができる。反応容器のウェルには、熱サイクリングが開始される前に、異なる試薬が予め装填されてもよい。１つまたは複数の弁は、反応容器上のウェル間の試薬溶液の混合を防ぐことができる。使用され得る弁の非限定的な例には、ソレノイド弁、スクリュー弁、空気圧弁などが挙げられる。場合によっては、反応容器内の各ウェルは、１つまたは複数の弁へのアクセスを有してもよい。弁は、各反応ウェル間、入口と最初のウェルとの間、および／または出口と反応容器内の最後のウェルとの間に載置することができる。
【００８８】
[0109]システムの別の実施形態が、図４に例示されている。透明ブロック１１０は、ベース１１５の上に載置されてもよい。透明ブロックは、側部支持体１１６に結合されてもよく、側部支持体を使用して載置することができる。側部支持体は、光源と透明ブロックとの間の特定の距離を維持するのを支援することができる。システム１００は、流体循環チャネル１７０を有する透明ブロック１１０を備え得る。チャネル１７０を有する透明ブロックの断面が、図４に示されている。流体チャネルは、熱サイクリング中に流体を循環させるために使用されてもよい。流体は、水、空気、冷却液および他の流体を含んでもよい。流体循環チャネルを通って流れる流体は、光源１４０からの光放出を妨げないように透明であってもよい。流体循環チャネルは、反応容器および透明ブロック内の侵入物の形状と同様の形状を有するように設計することができる。熱サイクリング中、異なる流体が循環チャネル内で循環する場合がある。例えば、冷却段階では、水または冷却液を循環させ、反応容器を冷却することができる。場合によっては、空気が熱サイクリング中に循環されてもよい。流体は、当分野で知られている従来のポンプを使用して循環させることができる。
【００８９】
[0110]流体は、流体循環チャネルを通して少なくとも１秒〜最大６０秒間循環されてもよい。場合によっては、流体は、約１秒〜約６０秒間チャネル内を循環する。場合によっては、流体は、少なくとも約１秒間チャネル内を循環する。場合によっては、流体は、最大約６０秒間チャネル内を循環する。場合によっては、流体は、約１秒〜約５秒、約１秒〜約１０秒、約１秒〜約２０秒、約１秒〜約３０秒、約１秒〜約４０秒、約１秒〜約５０秒、約１秒〜約６０秒、約５秒〜約１０秒、約５秒〜約２０秒、約５秒〜約３０秒、約５秒〜約４０秒、約５秒〜約５０秒、約５秒〜約６０秒、約１０秒〜約２０秒、約１０秒〜約３０秒、約１０秒〜約４０秒、約１０秒〜約５０秒、約１０秒〜約６０秒、約２０秒〜約３０秒、約２０秒〜約４０秒、約２０秒〜約５０秒、約２０秒〜約６０秒、約３０秒〜約４０秒、約３０秒〜約５０秒、約３０秒〜約６０秒、約４０秒〜約５０秒、約４０秒〜約６０秒、または約５０秒〜約６０秒間チャネル内を循環する。場合によっては、流体は、約１秒、約５秒、約１０秒、約２０秒、約３０秒、約４０秒、約５０秒、または約６０秒間チャネル内を循環する。
【００９０】
[0111]この例では、光吸収材料１２０は、反応容器１３０の内部ではなく、透明ブロック１１０の侵入物上に載置される。そのような場合、任意の従来のＰＣＲプレートを、従来の封止フィルムまたは本明細書に記載の封止フィルムと組み合わせた反応容器として使用することができる。他の例では、光吸収層１２０は、反応容器内に載置されてもよい。図２Ｃに関連して説明したように、光吸収材料の層１５２は、図４に封止フィルム１５０として例示されている封止フィルムの要素として組み込むことができる。
【００９１】
[0112]システムの別の実施形態が、図５に示されている。侵入物内に載置された光吸収層を有する透明ブロック１１０は、封止フィルム１５０で封止された反応容器を有することができる。加えて、透明ブロックの外側を、高屈折率フィルム１１１で覆ってもよい。光源または励起源からの光が高屈折率のフィルムで覆われた透明ブロックに入ると、屈折角は入射角よりも小さくなり得、光は反応容器のウェルへの光のより均一な透過のために表面の法線に向かって屈折し得る。
【００９２】
[0113]図５には、ＯＳＭ装置１６０の一実施形態も例示されている。ＯＳＭ装置は、１つまたは複数の励起源１６１を備えることができる。１つまたは複数の励起源は、核酸修飾アッセイで使用される１つまたは複数の蛍光色素を励起するように構成され得る。蛍光色素およびそれらの対応する励起源は、当業者に知られているように、一般的に使用されるものであればよい。２つ以上のタイプの励起源を、１つのＯＳＭ装置で使用することができる。例えば、ＯＳＭ装置は、ＬＣ  Ｇｒｅｅｎなどの色素を励起する波長４４０ｎｍの励起源に加えて、ＦＡＭ、ＳＹＢＲグリーンなどの色素を励起する波長４６０ｎｍの励起源を備えてもよい。
【００９３】
[0114]ＯＳＭ装置はまた、１つまたは複数の光学フィルタを備え得る。この例では、励起源の前に光学フィルタ１６２を載置することができる。この光源は、励起光の波長のみを許容するように構成することができる。例えば、波長４６０ｎｍの励起源の場合、光学フィルタ１６２は、４８０ｎｍのショートパスフィルタであり得る。当技術分野で知られている他の光学フィルタもまた、使用することができる。光学フィルタ１６２に加えて、ＯＳＭ装置はまた、第１のフィルタ１６４と、第２のフィルタ１６３とを備え得る。反応容器の上に配置された第２のフィルタ１６３は、光源１４０からの光を除去するための排除フィルタとして使用されてもよい。例えば、第２のフィルタ１６３は、８００〜８５０ｎｍの波長の排除に特有のフィルタであり得る。第２のフィルタは、光源の放出波長にわたって高い反射率を有する分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）であってもよい。第１のフィルタは、放出フィルタとして使用されてもよい。放出フィルタは、反応容器内の蛍光色素の励起の結果として反応容器から放出される光のみを可能にすることができる。例えば、第１のフィルタまたは放出フィルタは、４７０〜５３０ｎｍの波長を有する光を可能にするために特有のロングパスフィルタであり得る。当業者に知られている任意の従来のフィルタを使用することができる。ＯＳＭ装置はまた、本明細書で前述したように、センサ１６５を備え得る。
【００９４】
[0115]システムの別の実施形態が、図６〜図８に例示されている。図６は、断面図におけるシステムの分解図である。透明ブロック１１０は、前述のように、侵入物（ここでは図示せず）と、流体循環チャネル１７０とを備えることができる。システムの構成要素は、図６に例示される断面に示されていない支持体に結合されてもよい。反応容器１３０は、前述のように、透明ブロック１１０上に取り外し可能に載置することができる。いくつかの実施形態では、光吸収材料１２０は、反応容器１３０上に取り外し可能に載置されてもよい。サンプルは、光吸収層と直接接触するように反応容器内に載置されてもよい。封止プレート６１０は、反応容器１３０上に取り外し可能に載置され得る。
【００９５】
[0116]封止プレート６１０は、反応容器と同じ材料で作製されてもよい。封止プレートは、図６に示すように、反応容器のウェルと同様の形状の侵入物６１２を有し得る。封止プレートの底面の一部またはすべては、光吸収材料１２１で覆われていてもよい。封止プレートはまた、スペーサ１５５を備え得る。
【００９６】
[0117]図７は、システムと共に封止プレート６１０を使用するメカニズムを示す。ウェルが光吸収層１２０で覆われた反応ウェル１３０を有する透明ブロックを、透明ブロック上に載置することができる。試薬およびサンプルは、反応ウェル１３０のウェル内に載置され得る。反応容器のウェルの形状である侵入物を伴う封止プレート６１０は、反応容器の上部に載置され得る。封止プレート６１０の底層は、光吸収材料の層１２１を備えることができる。封止プレートのコーナは、反応容器および封止プレートを封止するために、図８に例示されるように接着層１５１を備え得る。封止プレートはまた、図８に例示されるようにスペーサ１５５を備えてもよい。スペーサは、封止プレートと反応容器との間の空間を維持するために使用することができる。
【００９７】
[0118]封止すると、サンプルおよび試薬１８０は、光吸収層１２０および１２１で両側が覆われた反応容器内に均一に分配され得る。反応容器は、下部光吸収層と、上部光吸収層とを備えることができ、反応容器は、２つの光吸収層の間にあると定義することができる。反応容器および封止プレートは、光吸収層の支持体として使用することができ、反応ウェルを画定するために第１の支持体上に配置された第１の光吸収材料と、封止プレートの一部として第１の支持体の反対側の第２の支持体上に配置された第２の光吸収材料とを有する。
【００９８】
[0119]そのようなシステムで使用されるサンプルおよび試薬の量は、サンプルと封止プレートのコーナとの間にエアギャップを残すように構成され得る。システムは、反応容器を均一に冷却するための流体循環チャネル（ここでは図示せず）を有することができる。
【００９９】
[0120]図８は、図７の実施形態をより深く例示している。底プレートは、光吸収材料の層１２０で覆われた反応ウェル（１３１など）を備え得る。光吸収層１２０の厚さは、１ｎｍ〜１ｍｍであってもよい。この例では、反応ウェル（１３１）の厚さは、２５０μｍである。反応ウェル内のウェルは、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の直径を有することができる。この例では、示されている反応ウェルの直径は、４ｍｍである。反応ウェルは、１μｌ〜２０μｌのサンプル量を収容するために使用することができる。
【０１００】
[0121]封止プレート６１０は、図６に例示されるように、１つまたは複数の侵入物６１２を備え得る。封止プレート内の侵入物の直径は、サンプルおよび試薬のための空間を残すために、反応ウェル内のウェルの直径よりも小さくすることができる。封止プレート内の侵入物の直径は、０．５ｍｍ〜８ｍｍであってもよい。この例では、封止プレートの直径は、３ｍｍである。光吸収材料の層１２１を備える封止プレート１５０は、反応ウェルの上部に載置され得る。光吸収層の厚さは、層１２０と同じであってもよい。いくつかの実施形態では、光吸収層の厚さは、層１２０の厚さよりも小さくても大きくてもよい。場合によっては、層１２０と１２１は、同じ材料で作製されてもよい。例えば、一例では、層１２０と１２１の両方が、金またはクロムなどの金属で作製されている。いくつかの代替の実施形態では、層１２０と１２１は、異なる材料で作製されてもよい。例えば、層１２０は、金などの金属で作製されてもよく、層１２１は、炭素ベースの材料で作製されてもよい。
【０１０１】
[0122]核酸の修飾は、サンプルから標的核酸を同定することを含み得る。本明細書で説明されるシステムを使用するＰＣＲ反応は、そのような修飾のために実施され得る。核酸を含むサンプルは、バッファ溶液の存在下で試薬（凍結乾燥、安定化、または溶液状態）に添加することができる。次に混合物は、増幅プロセスを完了するために、ある範囲の温度を通して熱サイクリングを受けてもよい。熱サイクリングは、変性サイクル、アニーリングサイクル、伸長サイクルおよび／またはインキュベーションサイクルなどの複数のサイクルを含み得る。
【０１０２】
[0123]いくつかの実施形態では、試薬１８０は、本明細書で説明されるシステムの反応ウェル１３０のウェル内に載置されてもよい。試薬は、凍結乾燥ビーズまたはペレットの形態であってもよい。試薬の安定化は、ヒドロゲルまたはパラフィンワックスを使用して実施されてもよい。ヒドロゲルまたはパラフィンは、室温よりも高い溶融温度を有し得る。試薬およびサンプルは、本明細書に記載されている、または当業者に知られているチャネル、ポンプおよび弁を使用して、反応ウェルのウェルに装填することができる。
【０１０３】
[0124]装填および封止すると、システムは、熱サイクリングを通じて増幅産物を生成することができる。熱サイクリングは、変性温度で変性期間の間反応混合物をインキュベートし、続いてアニーリング温度でアニーリング期間の間混合物をインキュベートし、その後、伸長温度で伸長期間の間混合物をインキュベートする１つまたは複数のサイクルを含み得る。システムは、前述のように１つまたは複数の光源１４０（図示せず）を使用することによって、反応ウェル１３０（図示せず）のウェルを加熱することができる。１つまたは複数の光源と反応ウェルとの間のレンズによる集束光もまた、使用することができる。埋め込みレンズを使用して、反応容器／ウェルに組み込まれた蛍光色素からの放出を集束させることができる。サンプルおよび試薬を冷却するために、１つまたは複数の光源は、冷却期間の間オフにされ得る。場合によっては、流体循環チャネル１７０は、反応ウェルのウェル内の試薬およびサンプルの冷却のために、前述のように使用されてもよい。
【０１０４】
[0125] サンプルの増幅は、変性サイクル、アニーリングサイクルおよび伸長サイクルを含む１つまたは複数の熱サイクルを実施するために、前述のシステムを使用することによって実施されてもよい。増幅反応が増幅産物の形で検出可能な結果をもたらす可能性がある時間は、標的核酸、サンプル、使用される試薬およびＰＣＲのプロトコルに応じて異なり得る。場合によっては、増幅プロセスが、１分未満で実施されてもよい。場合によっては、増幅プロセスは、約１分〜約４０分で実施されてもよい。場合によっては、増幅プロセスは、少なくとも約１分で実施されてもよい。場合によっては、増幅プロセスは、最大約４０分で実施されてもよい。場合によっては、増幅プロセスは、約１分〜約５分、約１分〜約１０分、約１分〜約１５分、約１分〜約２０分、約１分〜約２５分、約１分〜約３０分、約１分〜約３５分、約１分〜約４０分、約５分〜約１０分、約５分〜約１５分、約５分〜約２０分、約５分〜約２５分、約５分〜約３０分、約５分〜約３５分、約５分〜約４０分、約１０分〜約１５分、約１０分〜約２０分、約１０分〜約２５分、約１０分〜約３０分、約１０分〜約３５分、約１０分〜約４０分、約１５分〜約２０分、約１５分〜約２５分、約１５分〜約３０分、約１５分〜約３５分、約１５分〜約４０分、約２０分〜約２５分、約２０分〜約３０分、約２０分〜約３５分、約２０分〜約４０分、約２５分〜約３０分、約２５分〜約３５分、約２５分〜約４０分、約３０分〜約３５分、約３０分〜約４０分、または約３５分〜約４０分で実施されてもよい。場合によっては、増幅プロセスは、約１分、約５分、約１０分、約１５分、約２０分、約２５分、約３０分、約３５分、または約４０分で実施されてもよい。
【０１０５】
[0126]場合によっては、熱サイクルを５〜４０回繰り返すことによって、サンプルの増幅を実施する場合がある。場合によっては、熱サイクルは、少なくとも５回繰り返されてもよい。場合によっては、熱サイクルは、最大６０回繰り返されてもよい。場合によっては、熱サイクルは、５回、１０回、１５回、２０回、２５回、３０回、３５回、４０回、４５回、５０回、５５回または６０回繰り返されてもよい。
【０１０６】
[0127]熱サイクルは、熱サイクリング期間内に完了する場合がある。場合によっては、熱サイクリング期間は、サイクルあたり２秒〜６０秒の範囲であってもよい。場合によっては、熱サイクルは、約２秒〜約６０秒で完了してもよい。場合によっては、熱サイクルは、少なくとも約２秒で完了してもよい。場合によっては、熱サイクルは、最大約６０秒で完了してもよい。場合によっては、熱サイクルは、約２秒〜約５秒、約２秒〜約１０秒、約２秒〜約２０秒、約２秒〜約４０秒、約２秒〜約６０秒、約５秒〜約１０秒、約５秒〜約２０秒、約５秒〜約４０秒、約５秒〜約６０秒、約１０秒〜約２０秒、約１０秒〜約４０秒、約１０秒〜約６０秒、約２０秒〜約４０秒、約２０秒〜約６０秒、または約４０秒〜約６０秒で完了してもよい。場合によっては、熱サイクルは、約２秒、約５秒、約１０秒、約２０秒、約４０秒、または約６０秒で完了してもよい。
【０１０７】
[0128]変性サイクルの温度および期間は、同定するサンプルの特性、使用する試薬および増幅プロトコルに依存し得る。変性サイクルは、約８０℃〜約１１０℃の範囲の温度で実施されてもよい。変性サイクルは、少なくとも約８０℃の温度で実施されてもよい。変性サイクルは、最大約１１０℃の温度で実施されてもよい。変性サイクルは、約８０℃〜約８５℃、約８０℃〜約９０℃、約８０℃〜約９５℃、約８０℃〜約１００℃、約８０℃〜約１０５℃、約８０℃〜約１１０℃、約８５℃〜約９０℃、約８５℃〜約９５℃、約８５℃〜約１００℃、約８５℃〜約１０５℃、約８５℃〜約１１０℃、約９０℃〜約９５℃、約９０℃〜約１００℃、約９０℃〜約１０５℃、約９０℃〜約１１０℃、約９５℃〜約１００℃、約９５℃〜約１０５℃、約９５℃〜約１１０℃、約１００℃〜約１０５℃、約１００℃〜約１１０℃、または約１０５℃〜約１１０℃の温度で実施されてもよい。変性サイクルは、約８０℃、８５℃、約９０℃、約９５℃、約１００℃、約１０５℃、または約１１０℃の温度で実施されてもよい。
【０１０８】
[0129]場合によっては、変性サイクルの期間は、約１秒未満であってもよい。場合によっては、変性サイクルの期間は、最大約１００秒であってもよい。場合によっては、変性サイクルの期間は、約０秒〜１秒、約１秒〜約５秒、約１秒〜約１０秒、約１秒〜約２０秒、約１秒〜約４０、約１秒〜約６０秒、約１秒〜約１００秒、約５秒〜約１０秒、約５秒〜約２０秒、約５秒〜約４０秒、約５秒〜約６０秒、約５秒〜約１００秒、約１０秒〜約２０秒、約１０秒〜約４０秒、約１０秒〜約６０秒、約１０秒〜約１００秒、約２０秒〜約４０秒、約２０秒〜約６０秒、約２０秒〜約１００秒、約４０秒〜約６０秒、約４０秒〜約１００秒、または約６０秒〜約１００秒であってもよい。場合によっては、変性サイクルの期間は、約１秒、約５秒、約１０秒、約２０秒、約４０秒、約６０秒、または約１００秒未満であってもよい。
【０１０９】
[0130]アニーリングおよび伸長サイクルの温度および期間は、同定するサンプルの特性、使用する試薬および増幅プロトコルに依存し得る。アニーリングおよび／または伸長サイクルは、約４０℃〜約７０℃の温度で実施されてもよい。アニーリングおよび／または伸長サイクルは、少なくとも約４０℃の温度で実施されてもよい。アニーリングおよび／または伸長サイクルは、最大で約７０℃の温度で実施されてもよい。アニーリングおよび／または伸長サイクルは、約４０℃〜約４５℃、約４０℃〜約５０℃、約４０℃〜約５５℃、約４０℃〜約６０℃、約４０℃〜約６５℃、約４０℃〜約７０℃、約４５℃〜約５０℃、約４５℃〜約５５℃、約４５℃〜約６０℃、約４５℃〜約６５℃、約４５℃〜約７０℃、約５０℃〜約５５℃、約５０℃〜約６０℃、約５０℃〜約６５℃、約５０℃〜約７０℃、約５５℃〜約６０℃、約５５℃〜約６５℃、約５５℃〜約７０℃、約６０℃〜約６５℃、約６０℃〜約７０℃、または約６５℃〜約７０℃の温度で実施されてもよい。アニーリングおよび／または伸長サイクルは、約４０℃、約４５℃、約５０℃、約５５℃、約６０℃、約６５℃、または約７０℃の温度で実施されてもよい。
【０１１０】
[0131]場合によっては、アニーリングおよび／または伸長サイクルの期間は、約１秒未満であってもよい。場合によっては、アニーリングおよび／または伸長サイクルの期間は、最大約６０秒であってもよい。場合によっては、アニーリングおよび／または伸長サイクルの期間は、約０秒〜１秒、約１秒〜約５秒、約１秒〜約１０秒、約１秒〜約２０秒、約１秒〜約４０秒、約１秒〜約６０秒、約５秒〜約１０秒、約５秒〜約２０秒、約５秒〜約４０秒、約５秒〜約６０秒、約１０秒〜約２０秒、約１０秒〜約４０秒、約１０秒〜約６０秒、約２０秒〜約４０秒、約２０秒〜約６０秒、または約４０秒〜約６０秒であってもよい。場合によっては、アニーリングおよび／または伸長サイクルの期間は、約１秒、約５秒、約１０秒、約２０秒、約４０秒、または約６０秒未満であってもよい。
【０１１１】
[0132]場合によっては、冷却サイクルは、変性サイクルとアニーリングおよび／または伸長サイクルとの間に実施されてもよい。場合によっては、冷却サイクルは、約１秒〜約６０秒間実施されてもよい。場合によっては、冷却サイクルは、少なくとも約１秒間実施されてもよい。場合によっては、冷却サイクルは、最大約６０秒間実施されてもよい。場合によっては、冷却サイクルは、約１秒〜約５秒、約１秒〜約１０秒、約１秒〜約２０秒、約１秒〜約３０秒、約１秒〜約４０秒、約１秒〜約５０秒、約１秒〜約６０秒、約５秒〜約１０秒、約５秒〜約２０秒、約５秒〜約３０秒、約５秒〜約４０秒、約５秒〜約５０秒、約５秒〜約６０秒、約１０秒〜約２０秒、約１０秒〜約３０秒、約１０秒〜約４０秒、約１０秒〜約５０秒、約１０秒〜約６０秒、約２０秒〜約３０秒、約２０秒〜約４０秒、約２０秒〜約５０秒、約２０秒〜約６０秒、約３０秒〜約４０秒、約３０秒〜約５０秒、約３０秒〜約６０秒、約４０秒〜約５０秒、約４０秒〜約６０秒、または約５０秒〜約６０秒間実施されてもよい。場合によっては、冷却サイクルは、約１秒、約５秒、約１０秒、約２０秒、約３０秒、約４０秒、約５０秒、または約６０秒間実施されてもよい。
【０１１２】
[0133]前述のようにＯＳＭ１６０を使用した増幅産物の検出は、増幅プロセスの様々な段階で実施することができる。場合によっては、増幅産物の検出は、増幅プロセスの終わりに実施されてもよい。場合によっては、増幅産物の検出は、熱サイクルの間に実施されてもよい。あるいは、場合によっては、検出は、各熱サイクルの終わりに実施されてもよい。本明細書に記載の検出方法に加えて、増幅産物の検出は、ゲル電気泳動、キャピラリー電気泳動、シーケンシング、ショートタンデムリピート分析、および当業者に知られている他の方法を使用して実施されてもよい。
【０１１３】
[0134]本明細書の実施形態のいずれかに記載されているように、核酸の修飾のためのシステム内に載置された光吸収材料は、図９Ａに示すように固体形状の形態であってもよい。図９Ａは、光吸収材料を円として示しているが、反応ウェルの形状または透明ブロック内の侵入物など、異なる形状であってもよい。場合によっては、光吸収材料は、１つまたは複数の開面積を有してもよい。場合によっては、光吸収材料は、図９Ｂに示すように、中心に１つの開面積９１０を有してもよい。図２Ａに例示されるように光吸収材料１２０または光吸収材料１２１のいずれか、または両方を表すことができる光吸収材料の中心の開面積９１０は、反応混合物中の蛍光の検出のために、励起源からの光を向けるために使用することができる。場合によっては、光吸収材料は、図９Ｃに示すように、２つ以上の開面積を有してもよい。複数の開面積９１２を使用して、異なる励起源を反応混合物中の蛍光材料に向けることができ、または同じ励起源光を、光吸収材料における複数の開面積を使用して向けることができる。光吸収材料における開面積は、反応容器内の光吸収材料上のみにある場合がある。場合によっては、封止フィルムまたは封止プレート内の光吸収材料はまた、１つまたは複数の開面積を有してもよい。場合によっては、反応ウェルと封止フィルム／プレートの両方にある光吸収材料は、開面積を有してもよい。
【０１１４】
[0135]場合によっては、光吸収材料における開面積の割合は、約１％〜約９０％であってもよい。場合によっては、光吸収材料における開面積の割合は、少なくとも約１％であってもよい。場合によっては、光吸収材料における開面積の割合は、最大約９０％であってもよい。場合によっては、光吸収材料における開面積の割合は、約１％〜約１０％、約１％〜約２０％、約１％〜約５０％、約１％〜約７０％、約１％〜約９０％、約１０％〜約２０％、約１０％〜約５０％、約１０％〜約７０％、約１０％〜約９０％、約２０％〜約５０％、約２０％〜約７０％、約２０％〜約９０％、約５０％〜約７０％、約５０％〜約９０％、または約７０％〜約９０％であってもよい。場合によっては、光吸収材料における開面積の割合は、約１％、約１０％、約２０％、約５０％、約７０％、または約９０％であってもよい。
【０１１５】
[0136]光源の動作は、連続的またはパルス的に実施され得る。場合によっては、光源の動作は、例えば図１０に示すように、連続的である。場合によっては、変性、アニーリングおよび伸長サイクルを含む加熱サイクルごとに、光源を動作させて変性温度を上昇させることができる。これは、特定の注入電流を光源に適用することによって実施することができる。アニーリング／伸長のための温度を維持するために、光源をオフにすることなく、光源の注入電流を調整することができる。光源は、冷却サイクル中にオフにされてもよい。
【０１１６】
[0137]場合によっては、光源は、図１０に示すように、パルス的に動作されてもよい。加熱サイクルごとに、光源は、短い間隔で繰り返しオンとオフを切り替えることができる。場合によっては、例えば各サイクルの間隔を変更することができ、変性サイクルでは、低いアニーリング温度と比較して、パルスの間隔が短くてもよい。場合によっては、光源への注入電流は、パルスサイクル中に変更されてもよい。光源は、冷却サイクル中にオフにされてもよい。
【０１１７】
[0138]いくつかの実施形態では、励起源の動作がパルス化されてもよい。場合によっては、励起源のパルス動作は、図１１Ａに示すように、光源のパルス化と比較して交互に実施することができる。光源がオフサイクルにパルス化されると、励起源は、オンにされ得る。光源がオンサイクルにパルス化されると、励起源は、オフにされ得る。いくつかの実施形態では、信号の検出は、励起源のパルス化と並行して実施され得る。反応ウェルからの蛍光信号を検出するセンサは、図１１Ａに示すように、励起源に平行にパルス的にデータを収集することができる。これは、核酸修飾の結果であり得る、光源と励起源との間の光学干渉または光源と反応ウェル中の蛍光との間の干渉を低減または回避するために実施され得る。
【０１１８】
[0139]他の実施形態では、励起源の動作は、図１１Ｂに例示され、図１０に関連して説明されるように、連続的であり得る。したがって、場合によっては、光源のパルス動作は、励起源の動作が連続的である間に交互に実施されてもよい。いくつかの実施形態では、信号の検出は、励起源のパルス化と並行して実施され得る。反応ウェルからの蛍光信号を検出するセンサは、図１１Ｂに示すように、光源に平行にパルス的にデータを収集することができる。これは、核酸修飾の結果であり得る、光源と励起源との間の光学干渉または光源と反応ウェル中の蛍光との間の干渉を低減または回避するために実施され得る。
【０１１９】
[0140]サンプル調製
核酸修飾のためのシステムは、場合によっては、サンプル調製のためのシステムまたはモジュールを含み得る。サンプル調製システムは、対象の細胞の濃縮に使用されてもよい。対象の細胞は、任意の特定の標的細胞であり得る。例えば、対象の細胞は、他の細胞型の中でも特に赤血球、血小板、白血球、病原体などの感染性細胞であり得る。サンプル調製細胞型は、標的細胞から核酸を抽出および精製するためにも使用することができる。標的細胞型の濃縮に使用されるサンプルは、本明細書に記載されている任意のサンプル型であってもよい。
【０１２０】
[0141]場合によっては、サンプル調製システムは、生物学的サンプルから対象の細胞型を濃縮し、１５分未満でサンプルから核酸を抽出および精製することができる可能性がある。場合によっては、サンプル調製システムは、１５分未満、１２分未満、１０分未満、８分未満、５分未満、２分未満または１分未満で生物学的サンプルから核酸を抽出および精製することができる可能性がある。
【０１２１】
[0142]図１２を参照すると、サンプル調製のためのシステムが示されている。サンプル調製システム１２００は、生物学的サンプルを収集するためのサンプル区画１２１０、１つまたは複数の洗浄バッファ区画１２２０および１２３０、廃棄物区画１２４０ならびに溶出バッファ区画１２５０などの複数の流体区画を有し得る。サンプル調製システムの１つまたは複数の区画は、様々なマイクロ流体チャネル、リザーバおよび貫通孔を通って、カバー１２６０と共に収集面積１２６１に接続されてもよい。マイクロ流体システムは、サンプル調製システムにおける交換可能なカートリッジの形態であり得る。
【０１２２】
[0143]サンプル区画は、サンプル入口１２１５を備え得る。サンプル入口１２１５は、細胞および破片および結晶をサイズによって濾過するためのプレフィルタを備えることができる。プレフィルタは、サンプル入口１２１５ではなく、貫通孔１２１１の上にあってもよい。場合によっては、プレフィルタは、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍまたは１０μｍの孔径を有してもよい。プレフィルタは、尿サンプルなどの生物学的サンプルから、沈殿物およびより大きな細胞などの非標的物質を除去することができるものであり得る。
【０１２３】
[0144]各区画は、空気入口を有することができる。液体コンテナの各空気入口は、マイクロソレノイド弁に、次にポンプに直列に接続することができる。図１２に示すように、各流体区画は、それらの特有の空気入口を有し得る。サンプル区画の場合、サンプル入口１２１５は、空気入口としても作用し得る。場合によっては、サンプル区画は、別個の空気入口を有してもよい。図１２には、洗浄バッファ区画１２２４および１２３４用の空気入口、廃棄物区画用の空気入口１２４３、ならびに溶出バッファ区画用の空気入口１２３４も示されている。液体出口は、各区画に接続された指定のマイクロチャネルに直接接続することができる。マイクロ流体チャネルは、ＰＤＭＳ  ＰＭＭＡ、ＣＯＣ、他の従来のポリマーおよび／またはＳＵ−８シリコンウエハで作製されてもよい。
【０１２４】
[0145]マイクロ流体チャネルは、すべて単一の層にある場合もあれば、チャネルおよび収集面積、リザーバまたは貫通孔の複数の層にわたって分割されている場合もある。例えば、図１２では、マイクロ流体チャネルの２つの層、第１の層および第２の層が示されている。サンプル調製システム内の複数の区画は、マイクロ流体システムの複数の層にまたがることがある。図１２に示すように、サンプル区画は、第１の層における貫通孔１２１１に接続され得、貫通孔１２１１は、第２の層におけるリザーバ１２１２に接続され得、マイクロ流体チャネル１２１３は、サンプル区画をカバー１２６０と共に収集面積１２６１に接続するために使用することができる。マイクロ流体システムにおける貫通孔およびリザーバは、同じ形状およびサイズであり得る。あるいは、リザーバは、場合によっては、貫通孔よりも大きくてもよい。貫通孔およびそれらの対応するリザーバは、共に整列させることができる。
【０１２５】
[0146]同様に、他の区画も接続することができる。図１２では、洗浄区画１２２０および１２３０は、第１の層における貫通孔１２２１または１２３１にそれぞれ接続され得る。貫通孔１２２１および１２３１は、第２の層におけるリザーバ１２２２または１２３２に接続され得、それぞれチャネル１２２３および１２３３を通して収集面積１２６１に接続される。廃棄物区画はまた、貫通孔およびチャネルを使用してマイクロ流体システムに接続され得る。図１２に示すように、廃棄物区画１２４０は、貫通孔１２４１に接続され得、また、チャネル１２４２を通して収集面積１２６１に接続される。図１２には、第１の層における貫通孔１２５１、第２の層におけるリザーバ１２５２、およびチャネル１２５３によってマイクロ流体システムに接続され、収集面積１２６１に接続される溶出バッファ区画１２５０も示されている。図１２は、１つの収集面積および各区画から収集面積につながる１つのチャネルを有するシステムを表すが、サンプル調製システムは、各区画の複数のチャネルに接続された複数の収集面積を備えてもよい。
【０１２６】
[0147]収集面積１２６１は、図１２に示すようなウェルの形状であり得、カバー１２６０で覆われる。収集面積１２６１は、カバー１２６０と収集面積１２６１との間に、１つまたは複数の標的細胞を捕捉して処理するためのフィルタ１２７０を備えることができる。サンプル調製システムは、２つ以上のフィルタを備えてもよい。標的細胞型は、１つまたは複数のフィルタでの核酸抽出および精製のために捕捉および処理することができる。
【０１２７】
[0148]収集面積１２６１はまた、標的細胞の光熱溶解のために光吸収材料１２８０で覆われてもよい。場合によっては、収集面積１２６１は、光吸収材料１２８０およびフィルタ１２７０で覆われる。フィルタ１２７０は、光吸収材料１２８０の上部に載置されてもよい。あるいは、光吸収材料１２８０は、収集面積１２６１の下にあってもよい。そのような場合、フィルタ１２７０は、収集面積上にあってもよい。標的細胞の光熱溶解は、光を熱に変換するために光源を使用することによって実施され得る。光源は、本明細書の他の場所に記載されている任意の光源であり得、マイクロ流体システムの下に載置され得る。場合によっては、１つまたは複数の標的細胞を捕捉するフィルタ１２７０を、光源および光吸収材料１２８０の上または近くに載置することができる。光吸収材料は、本明細書の他の場所に記載されている任意の光吸収材料であってもよい。図１２では、マイクロ流体ネットワークは、チャネル１２９１によってＰＣＲ区画１２９０に直接接続されるように示されている。他の例では、マイクロ流体ネットワークは、図１２に示されているのと同じカートリッジ内になくてもよい。そのような例では、本明細書の他の場所に記載されているように、サンプル核酸を反応ウェルに移動させるために、異なる空気入口およびポンプを使用することができる。
【０１２８】
[0149]サンプル調製システムは、１つまたは複数の空気入口を有し得る。サンプル調製システムは、１つまたは複数の空気圧制御弁を有し得る。空気圧制御弁は、サンプル流体作動のための空気圧制御システムの一部とすることができる加圧空気および制御弁は、１つのリザーバから他のリザーバへの流体の移動に使用することができる。弁および空気入口を使用したサンプル処理の概略図が、図１３に示されている。
【０１２９】
[0150]図１２および図１３Ａを参照すると、サンプル溶液をサンプル区画に添加した後、サンプル（１２１１、１２１２）および廃棄物（１２４１）区画の空気入口およびリザーバに接続されたソレノイド弁を開くことができ、加圧空気は、圧力がサンプル区画にのみ適用されるように、サンプル区画の空気入口１２１５および貫通孔１２１１を通して入ることが可能になり得る。他の空気入口のすべては、サンプル溶液がマイクロ流体チャネル１２１３および１２４２のみを通過するように閉じることができる。これらのチャネルは、２つのマイクロ流体層、上層および底層で構成され得る。サンプル区画に接続されたチャネル１２１３は、第２のマイクロ流体層（図１２に示す第２の層）に位置し得、廃棄物側のチャネル１２４２は、上層（図１２に示す第１の層）に位置する。これらのチャネル間の重複は、標的細胞を選択的に単離するためのフィルタ１２７０を備える収集面積１２６１とすることができる。フィルタ１２７０は、標的細胞に特有の孔径を有し得る。その後、サンプルおよび廃棄物区画とそれらの対応する空気入口は、次のステップのためにソレノイド弁によって閉じることができる。サンプル区画は、異なる電圧を適用することによって溶液のｐＨを変化させるために区画の周りに載置された１つまたは複数の電極を有してもよい。
【０１３０】
[0151]図１３Ｂを参照すると、洗浄ステップが示されている。洗浄バッファＡ区画１２２０および廃棄物区画１２４０は、洗浄バッファＡ（１２２４、１２２２）および廃棄物（１２４３）区画の空気入口またはリザーバに接続されたソレノイド弁によって開くことができる。他の空気入口のすべては、洗浄バッファＡ溶液がマイクロ流体チャネル１２２３および１２４２のみを通過するように、対応する弁によって閉じることができる。加圧空気は、空気入口１２２４を通して洗浄バッファＡ区画に適用され、流れを開始することができる。これらのチャネルは、図１３Ａに示されているのと同じマイクロ流体層に位置してもよい。図１３Ｂの洗浄バッファＡ区画に接続されたリザーバ１２２２は、第１の層に位置し得、廃棄物側のチャネル１２４２は、第２の層に位置し得る。これらのチャネル間の重複は、図１２および図１３Ａに示すように収集面積１２６１およびフィルタ１２７０であり、標的細胞単離ステップの間にフィルタに捕捉された不要な物質を洗い流すことができる。その後、洗浄バッファＡ（１２２０）および廃棄物（１２４０）区画とそれらの対応する空気入口は、次のステップのためにソレノイド弁によって閉じることができる。
【０１３１】
[0152]図１２および図１３Ｃを参照すると、第２の洗浄ステップが示されている。洗浄バッファＢ区画１２３０および廃棄物区画１２４０は、洗浄バッファＢ（１２３４）および廃棄物（１２４３）区画の空気入口に接続されたソレノイド弁によって開くことができる。他の空気入口のすべては、洗浄バッファＢ溶液がマイクロ流体チャネル１２３３および１２４２のみを通過するように、対応する弁によって閉じることができる。加圧空気は、空気入口１２３４を通して洗浄バッファＢ区画に適用され、流れを開始することができる。これらのマイクロ流体チャネルは、前に示したのと同じ層に位置することができる。洗浄バッファＢ区画１２３０に接続されたチャネル１２３３は、第１の層に位置し得、廃棄物側のチャネル１２４２は、第２の層に位置し得る。これらのチャネル間の重複は、収集面積１２６１および同じフィルタ１２７０であり、フィルタユニット内の不必要な物質を洗い流すことができる。その後、洗浄バッファＢおよび廃棄物区画は、次のステップのためにソレノイド弁によって閉じることができる。廃棄物区画は、流体の再流入を防ぐために吸収性の多孔質紙、布地またはスポンジを備えてもよい。
【０１３２】
[0153]図１３Ｄを参照すると、標的細胞の光熱溶解としての次のステップが示されている。このプロセスの間、弁のすべてを閉じることができる。フィルタ内の捕捉された標的細胞は、光源を使用して熱溶解され、収集面積上に位置する光吸収フィルムまたは収集面積の下に位置する光吸収材料を加熱することができる。収集面積は、１つまたは複数の光源に熱的に接続されてもよい。
【０１３３】
[0154]図１２および図１３Ｅを参照すると、核酸の溶出ステップが示されている。溶解したサンプルは、フォトニックＰＣＲ区画に移すことができる。溶出ステップは、溶出バッファ区画１２５０の貫通孔１２５１およびリザーバ１２５２を開き、空気入口１２５４を使用して加圧空気を同じ区画に適用することによって開始することができる。他の空気入口のすべては、溶出したサンプルがチャネル１２５３（溶出バッファチャネル）および１２９１（ＰＣＲ区画）のみを通過するように閉じることができる。溶出バッファ区画１２５０に接続されたチャネル１２５３は、第１の層に位置し得、ＰＣＲ区画１２９０上のチャネル１２９１は、第２の層に位置し得る。これらのチャネル間の重複は、フィルタユニット内の同じフィルタ１２７０であり得る。その後、空気入口のすべては、ＰＣＲプロセスのためにソレノイド弁によって閉じることができる。溶出区画は、異なる電圧を適用することによって溶液のｐＨを変化させるために区画の周りに載置された１つまたは複数の電極を有してもよい。図１３Ａ〜図１３Ｅでは、ＰＣＲユニット１２９０は、４つの反応ウェルを有することが示されているが、場合によっては、ＰＣＲユニットは、図１４に示すように、本明細書の他の場所に記載されているようにより多くのウェルを有してもよい。図１４に例示されるＰＣＲ反応ウェルを有するサンプル調製モジュールは、図１２に例示されるＰＣＲ反応ウェルを有するサンプル調製モジュールと共通の要素を共有し、図１２に関して提供される説明は、必要に応じて図１４に適用可能である。図１４では、ＰＣＲ反応ウェルの数は、図１２および図１３Ｅに例示される４つのＰＣＲウェルよりも多い。
【０１３４】
[0155]本明細書に記載のシステムおよび方法は、生物学的サンプル中の標的細胞を検出するために使用され得る。本明細書に記載の方法およびシステムを使用するアッセイの検出限界は、２コピーのＤＮＡ程度の低さであり得る。検出限界は、生物学的サンプルにおいて２コピーのＤＮＡ、５コピーのＤＮＡ、１０コピーのＤＮＡまたは２０コピーのＤＮＡであり得る。
【０１３５】
[0156]場合によっては、本明細書のシステムおよび方法を使用して、生物学的サンプル中の標的細胞を検出することができる。本明細書に記載の方法およびシステムを使用するアッセイの検出限界は、生物学的サンプルにおいて２ＣＦＵ／ｍｌ程度の低さであり得る。場合によっては、検出率は、生物学的サンプルにおいて２ＣＦＵ／ｍｌ、５ＣＦＵ／ｍｌ、７ＣＦＵ／ｍｌ、１０ＣＦＵ／ｍｌ、１２ＣＦＵ／ｍｌ、１５ＣＦＵ／ｍｌ、２０ＣＦＵ／ｍｌまたは２５ＣＦＵ／ｍｌ程度の低さである。
【０１３６】
[0157]デジタル処理デバイス
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のプラットフォーム、システム、媒体、および方法は、デジタル処理デバイス、またはその使用を含む。さらなる実施形態では、デジタル処理デバイスは、デバイスの機能を実行する１つまたは複数のハードウェア中央処理装置（ＣＰＵ）または汎用グラフィック処理装置（ＧＰＧＰＵ）を含む。さらに別の実施形態では、デジタル処理デバイスは、実行可能命令を実施するように構成されたオペレーティングシステムをさらに備える。いくつかの実施形態では、デジタル処理デバイスは、任意選択で、コンピュータネットワークに接続される。さらなる実施形態では、デジタル処理デバイスは、Ｗｏｒｌｄ  Ｗｉｄｅ  Ｗｅｂにアクセスするように、任意選択で、インターネットに接続される。さらに別の実施形態では、デジタル処理デバイスは、任意選択で、クラウドコンピューティングインフラストラクチャに接続される。他の実施形態では、デジタル処理デバイスは、任意選択で、イントラネットに接続される。他の実施形態では、デジタル処理デバイスは、任意選択で、データ記憶デバイスに接続される。
【０１３７】
[0158]本明細書の説明によれば、適切なデジタル処理デバイスには、非限定的な例として、サーバコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、サブノートブックコンピュータ、ネットブックコンピュータ、ネットパッドコンピュータ、セットトップコンピュータ、メディアストリーミングデバイス、ハンドヘルドコンピュータ、インターネット機器、モバイルスマートフォン、タブレットコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント、ビデオゲームコンソール、および車両が挙げられる。当業者は、多くのスマートフォンが本明細書に記載のシステムでの使用に適していることを認識するであろう。当業者はまた、任意のコンピュータネットワーク接続性を有する選択されたテレビ、ビデオプレーヤ、およびデジタルミュージックプレーヤが、本明細書に記載のシステムでの使用に適していることを認識するであろう。適切なタブレットコンピュータには、当業者に知られている、ブックレット、スレート、およびコンバーチブル構成を有するものが含まれる。
【０１３８】
[0159]いくつかの実施形態では、デジタル処理デバイスは、実行可能命令を実施するように構成されたオペレーティングシステムを含む。オペレーティングシステムは、例えば、プログラムおよびデータを含むソフトウェアであり、デバイスのハードウェアを管理し、アプリケーションの実行のためのサービスを提供する。当業者は、適切なサーバオペレーティングシステムには、非限定的な例として、ＦｒｅｅＢＳＤ、ＯｐｅｎＢＳＤ、ＮｅｔＢＳＤ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ｍａｃ  ＯＳ  Ｘ  Ｓｅｒｖｅｒ（登録商標）、Ｏｒａｃｌｅ（登録商標）Ｓｏｌａｒｉｓ（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ  Ｓｅｒｖｅｒ（登録商標）、およびＮｏｖｅｌｌ（登録商標）ＮｅｔＷａｒｅ（登録商標）が挙げられることを認識するであろう。当業者は、適切なパーソナルコンピュータオペレーティングシステムには、非限定的な例として、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ｍａｃ  ＯＳ  Ｘ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、およびＧＮＵ／Ｌｉｎｕｘ（登録商標）などのＵＮＩＸ（登録商標）系オペレーティングシステムが挙げられることを認識するであろう。いくつかの実施形態では、オペレーティングシステムは、クラウドコンピューティングによって提供される。当業者はまた、適切なモバイルスマートフォンオペレーティングシステムには、非限定的な例として、Ｎｏｋｉａ（登録商標）Ｓｙｍｂｉａｎ（登録商標）ＯＳ、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＯＳ（登録商標）、Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎ  Ｍｏｔｉｏｎ（登録商標）ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ  ＯＳ（登録商標）、Ｇｏｏｇｌｅ（登録商標）Ａｎｄｒｏｉｄ（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ  Ｐｈｏｎｅ（登録商標）ＯＳ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ  Ｍｏｂｉｌｅ（登録商標）ＯＳ、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、およびＰａｌｍ（登録商標）ＷｅｂＯＳ（登録商標）が挙げられることを認識するであろう。当業者はまた、適切なメディアストリーミングデバイスオペレーティングシステムには、非限定的な例として、Ａｐｐｌｅ  ＴＶ（登録商標）、Ｒｏｋｕ（登録商標）、Ｂｏｘｅｅ（登録商標）、Ｇｏｏｇｌｅ  ＴＶ（登録商標）、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｃｈｒｏｍｅｃａｓｔ（登録商標）、Ａｍａｚｏｎ  Ｆｉｒｅ（登録商標）、およびＳａｍｓｕｎｇ（登録商標）ＨｏｍｅＳｙｎｃ（登録商標）が挙げられることを認識するであろう。当業者はまた、適切なビデオゲームコンソールオペレーティングシステムには、非限定的な例として、Ｓｏｎｙ（登録商標）ＰＳ３（登録商標）、Ｓｏｎｙ（登録商標）ＰＳ４（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｘｂｏｘ  ３６０（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｘｂｏｘ  Ｏｎｅ、Ｎｉｎｔｅｎｄｏ（登録商標）Ｗｉｉ（登録商標）、Ｎｉｎｔｅｎｄｏ（登録商標）Ｗｉｉ  Ｕ（登録商標）、およびＯｕｙａ（登録商標）が挙げられることを認識するであろう。
【０１３９】
[0160]いくつかの実施形態では、デバイスは、ストレージおよび／またはメモリデバイスを含む。ストレージおよび／またはメモリデバイスは、データまたはプログラムを一時的または永久的に記憶するために使用される１つまたは複数の物理的装置である。いくつかの実施形態では、デバイスは、揮発性メモリであり、記憶された情報を維持するために電力を必要とする。いくつかの実施形態では、デバイスは、不揮発性メモリであり、デジタル処理デバイスに電力が供給されていないときに記憶された情報を保持する。さらなる実施形態では、不揮発性メモリは、フラッシュメモリを備える。いくつかの実施形態では、不揮発性メモリは、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）を備える。いくつかの実施形態では、不揮発性メモリは、強誘電体ランダムアクセスメモリ（ＦＲＡＭ（登録商標））を備える。いくつかの実施形態では、不揮発性メモリは、相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＲＡＭ）を備える。他の実施形態では、デバイスは、非限定的な例として、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリデバイス、磁気ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、およびクラウドコンピューティングベースのストレージを含む、ストレージデバイスである。さらなる実施形態では、ストレージおよび／またはメモリデバイスは、本明細書に開示されているようなデバイスの組み合わせである。
【０１４０】
[0161]いくつかの実施形態では、デジタル処理デバイスは、視覚情報をユーザに送出するディスプレイを含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、陰極線管（ＣＲＴ）である。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。さらなる実施形態では、ディスプレイは、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）である。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイである。様々なさらなる実施形態では、ＯＬＥＤディスプレイは、パッシブマトリクスＯＬＥＤ（ＰＭＯＬＥＤ）またはアクティブマトリクスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイである。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、プラズマディスプレイである。他の実施形態では、ディスプレイは、ビデオプロジェクタである。さらに別の実施形態では、ディスプレイは、本明細書に開示されているようなデバイスの組み合わせである。
【０１４１】
[0162]いくつかの実施形態では、デジタル処理デバイスは、ユーザから情報を受け取るための入力デバイスを含む。いくつかの実施形態では、入力デバイスは、キーボードである。いくつかの実施形態では、入力デバイスは、非限定的な例として、マウス、トラックボール、トラックパッド、ジョイスティック、ゲームコントローラ、またはスタイラスを含む、ポインティングデバイスである。いくつかの実施形態では、入力デバイスは、タッチスクリーンまたはマルチタッチスクリーンである。他の実施形態では、入力デバイスは、音声または他の音声入力を取り込むためのマイクロフォンである。他の実施形態では、入力デバイスは、動きまたは視覚入力を取り込むためのビデオカメラまたは他のセンサである。さらなる実施形態では、入力デバイスは、Ｋｉｎｅｃｔ、Ｌｅａｐ  Ｍｏｔｉｏｎなどである。さらに別の実施形態では、入力デバイスは、本明細書に開示されているようなデバイスの組み合わせである。
【０１４２】
[0163]図１５を参照すると、いくつかの実施形態では、例示的なデジタル処理デバイス１５０１は、サンプルおよび試薬を装填し、反応容器内の温度を制御し、反応容器を冷却し、反応容器からの信号を分析するようにプログラムまたは他の方法で構成される。デバイス１５０１は、例えば、光源および冷却チャネルを使用して反応容器の温度を上昇および低下させるなど、本開示の様々な態様を調節することができる。この実施形態では、デジタル処理デバイス１５０１は、シングルコアもしくはマルチコアプロセッサ、または並列処理のための複数のプロセッサであり得る中央処理装置（ＣＰＵ、本明細書では「プロセッサ」および「コンピュータプロセッサ」）１５０５を含む。デジタル処理デバイス１５０１はまた、メモリまたはメモリロケーション１５１０（例えば、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、フラッシュメモリ）、電子記憶ユニット１５１５（例えば、ハードディスク）、１つまたは複数の他のシステムと通信するための通信インターフェース１５２０（例えば、ネットワークアダプタ）、ならびにキャッシュ、他のメモリ、データストレージ、および／または電子ディスプレイアダプタなどの周辺デバイス１５２５を含む。メモリ１５１０、記憶ユニット１５１５、インターフェース１５２０および周辺デバイス１５２５は、マザーボードなどの通信バス（実線）を通じてＣＰＵ１５０５と通信する。記憶ユニット１５１５は、データを記憶するためのデータ記憶ユニット（またはデータリポジトリ）であり得る。デジタル処理デバイス１５０１は、通信インターフェース１５２０の支援により、コンピュータネットワーク（「ネットワーク」）１５３０に動作可能に結合され得る。ネットワーク１５３０は、インターネット、インターネットおよび／もしくはエクストラネット、またはインターネットと通信しているイントラネットおよび／もしくはエクストラネットであり得る。ネットワーク１５３０は、場合によっては、テレコミュニケーションおよび／またはデータネットワークである。ネットワーク１５３０は、クラウドコンピューティングなどの分散コンピューティングを可能にすることができる１つまたは複数のコンピュータサーバを含むことができる。ネットワーク１５３０は、場合によっては、デバイス１５０１の支援により、デバイス１５０１に結合されたデバイスがクライアントまたはサーバとして振る舞うことを可能にし得るピアツーピアネットワークを実装し得る。
【０１４３】
[0164]引き続き図１５を参照すると、ＣＰＵ１５０５は、プログラムまたはソフトウェアに組み込まれ得る一連の機械可読命令を実行することができる。命令は、メモリ１５１０などのメモリロケーションに記憶され得る。命令は、ＣＰＵ１５０５に対するものであり得、それによって本開示の方法を実装するようにＣＰＵ１５０５をプログラムし得るか、またはそれ以外の方法で構成し得る。ＣＰＵ１５０５によって実施される動作の例は、フェッチ、復号、実行、およびライトバックを含み得る。ＣＰＵ１５０５は、集積回路などの回路の一部であり得る。デバイス１５０１の１つまたは複数の他の構成要素を、回路に含めることができる。場合によっては、回路は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）である。
【０１４４】
[0165]引き続き図１５を参照すると、記憶ユニット１５１５は、ドライバ、ライブラリ、および保存されたプログラムなどのファイルを記憶することができる。記憶ユニット１５１５は、ユーザデータ、例えば、ユーザプリファレンスおよびユーザプログラムを記憶し得る。デジタル処理デバイス１５０１は、場合によっては、イントラネットまたはインターネットを通じて通信しているリモートサーバ上に位置するなど、外部にある１つまたは複数の追加のデータ記憶ユニットを含むことができる。
【０１４５】
[0166]引き続き図１５を参照すると、デジタル処理デバイス１５０１は、ネットワーク１５３０を通じて１つまたは複数のリモートコンピュータシステムと通信することができる。例えば、デバイス１５０１は、ユーザのリモートコンピュータシステムと通信し得る。リモートコンピュータシステムの例には、パーソナルコンピュータ（例えば、ポータブルＰＣ）、スレートもしくはタブレットＰＣ（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰａｄ（登録商標）、Ｓａｍｓｕｎｇ（登録商標）Ｇａｌａｘｙ  Ｔａｂ）、電話、スマートフォン（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、Ａｎｄｒｏｉｄ利用可能デバイス、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（登録商標））、またはパーソナルデジタルアシスタントが挙げられる。
【０１４６】
[0167]本明細書に記載の方法は、例えば、メモリ１５１０または電子記憶ユニット１５１５などのデジタル処理デバイス１５０１の電子記憶場所に記憶された機械（例えば、コンピュータプロセッサ）実行可能コードによって実装することができる。機械実行可能または機械可読コードは、ソフトウェアの形態で提供され得る。使用中、コードは、プロセッサ１５０５によって実行され得る。場合によっては、コードは、記憶ユニット１５１５から検索され、プロセッサ１５０５によって容易にアクセスされるようにメモリ１５１０に記憶され得る。いくつかの状況では、電子記憶ユニット１５１５を除外することができ、機械実行可能命令は、メモリ１５１０に記憶される。
【０１４７】
[0168]非一時的コンピュータ可読記憶媒体
いくつかの実施形態では、本明細書で開示されるプラットフォーム、システム、媒体、および方法は、任意選択でネットワーク化されたデジタル処理デバイスのオペレーティングシステムによって実行可能な命令を含むプログラムでエンコードされた、１つまたは複数の非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む。さらなる実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、デジタル処理デバイスの有形の構成要素である。さらに別の実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、任意選択で、デジタル処理デバイスから取り外し可能である。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、非限定的な例として、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリデバイス、ソリッドステートメモリ、磁気ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、クラウドコンピューティングシステムおよびサービスなどを含む。場合によっては、プログラムおよび命令は、媒体に、永久的に、実質的に永久的に、半永久的に、または非一時的に符号化される。
【０１４８】
[0169]コンピュータプログラム
いくつかの実施形態では、本明細書で開示されるプラットフォーム、システム、媒体、および方法は、少なくとも１つのコンピュータプログラム、またはその使用を含む。コンピュータプログラムは、デジタル処理デバイスのＣＰＵ内で実行可能であり、指定されたタスクを実施するために書き込まれた一連の命令を含む。コンピュータ可読命令は、特定のタスクを実施するか、または特定の抽象データタイプを実装する、機能、オブジェクト、アプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）、データ構造などのプログラムモジュールとして実装され得る。本明細書で提供される開示に照らして、当業者は、コンピュータプログラムが様々な言語の様々なバージョンで書き込まれ得ることを認識するであろう。
【０１４９】
[0170]コンピュータ可読命令の機能性は、様々な環境において所望されるように組み合わせるか、または分散させることができる。いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは、１つの一連の命令を含む。いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは、複数の一連の命令を含む。いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは、１つの場所から提供される。他の実施形態では、コンピュータプログラムは、複数の場所から提供される。様々な実施形態において、コンピュータプログラムは、１つまたは複数のソフトウェアモジュールを含む。様々な実施形態において、コンピュータプログラムは、部分的にまたは全体として、１つまたは複数のウェブアプリケーション、１つまたは複数のモバイルアプリケーション、１つまたは複数のスタンドアロンアプリケーション、１つまたは複数のウェブブラウザプラグイン、拡張、アドイン、もしくはアドオン、またはそれらの組み合わせを含む。
【０１５０】
[0171]ウェブアプリケーション
いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは、ウェブアプリケーションを含む。本明細書で提供される開示に照らして、当業者は、ウェブアプリケーションが様々な実施形態において１つまたは複数のソフトウェアフレームワークおよび１つまたは複数のデータベースシステムを利用することを認識するであろう。いくつかの実施形態では、ウェブアプリケーションは、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）．ＮＥＴまたはＲｕｂｙ  ｏｎ  Ｒａｉｌｓ（ＲｏＲ）などのソフトウェアフレームワーク上に作成される。いくつかの実施形態では、ウェブアプリケーションは、非限定的な例として、例えば、リレーショナルの、非リレーショナルの、オブジェクト指向の、連想の、およびＸＭＬデータベースシステムを含む、１つまたは複数のデータベースシステムを利用する。さらなる実施形態では、適切なリレーショナルデータベースシステムは、非限定的な例として、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）ＳＱＬ  Ｓｅｒｖｅｒ、ｍｙＳＱＬ（商標）、およびＯｒａｃｌｅ（登録商標）を含む。当業者であれば、様々な実施形態におけるウェブアプリケーションは、１つまたは複数の言語の１つまたは複数のバーションで書き込まれることもまた認識するであろう。ウェブアプリケーションは、１つまたは複数のマークアップ言語、プレゼンテーション定義言語、クライアントサイドスクリプト言語、サーバサイドコーディング言語、データベースクエリ言語、またはそれらの組み合わせで書き込むことができる。いくつかの実施形態では、ウェブアプリケーションは、ハイパーテキストマークアップ言語（ＨＴＭＬ）、拡張可能ハイパーテキストマークアップ言語（ＸＨＴＭＬ）、または拡張可能マークアップ言語（ＸＭＬ）などのマークアップ言語である程度まで書かれている。いくつかの実施形態では、ウェブアプリケーションは、カスケーディングスタイルシート（ＣＳＳ）などのプレゼンテーション定義言語である程度まで書かれている。いくつかの実施形態では、ウェブアプリケーションは、非同期ＪａｖａｓｃｒｉｐｔおよびＸＭＬ（ＡＪＡＸ）、Ｆｌａｓｈ（登録商標）Ａｃｔｉｏｎｓｃｒｉｐｔ、Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ、またはＳｉｌｖｅｒｌｉｇｈｔ（登録商標）などのクライアント側のスクリプト言語である程度まで書かれている。いくつかの実施形態では、ウェブアプリケーションは、アクティブサーバページ（ＡＳＰ）、ＣｏｌｄＦｕｓｉｏｎ（登録商標）、Ｐｅｒｌ、Ｊａｖａ（商標）、ＪａｖａＳｅｒｖｅｒ  Ｐａｇｅｓ（ＪＳＰ）、ハイパーテキストプリプロセッサ（ＰＨＰ）、Ｐｙｔｈｏｎ（商標）、Ｒｕｂｙ、Ｔｃｌ、スモールトーク、ＷｅｂＤＮＡ（登録商標）、またはＧｒｏｏｖｙなどのサーバ側のコーディング言語である程度まで書かれている。いくつかの実施形態では、ウェブアプリケーションは、構造化クエリ言語（ＳＱＬ）などのデータベースクエリ言語である程度まで書かれている。いくつかの実施形態では、ウェブアプリケーションは、ＩＢＭ（登録商標）Ｌｏｔｕｓ  Ｄｏｍｉｎｏ（登録商標）などのエンタープライズサーバ製品を統合する。いくつかの実施形態では、ウェブアプリケーションは、メディアプレーヤ要素を含む。様々なさらなる実施形態では、メディアプレ��ヤ要素は、非限定的な例として、Ａｄｏｂｅ（登録商標）Ｆｌａｓｈ（登録商標）、ＨＴＭＬ  ５、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ＱｕｉｃｋＴｉｍｅ（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｓｉｌｖｅｒｌｉｇｈｔ（登録商標）、Ｊａｖａ（商標）、およびＵｎｉｔｙ（登録商標）を含む、多くの適切なマルチメディア技術の１つまたは複数を利用する。
【０１５１】
[0172]モバイルアプリケーション
いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは、モバイルデジタル処理デバイスに提供されるモバイルアプリケーションを含む。いくつかの実施形態では、モバイルアプリケーションは、製造時にモバイルデジタル処理デバイスに提供される。他の実施形態では、モバイルアプリケーションは、本明細書に記載のコンピュータネットワークを介してモバイルデジタル処理デバイスに提供される。
【０１５２】
[0173]本明細書で提供される開示を考慮して、モバイルアプリケーションは、当業者に既知の技法によって、当業者に既知のハードウェア、言語、および開発環境を使用して作成される。当業者は、モバイルアプリケーションがいくつかの言語で書かれていることを認識するであろう。適切なプログラミング言語には、非限定的な例として、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ−Ｃ、Ｊａｖａ（商標）、Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ、Ｐａｓｃａｌ、Ｏｂｊｅｃｔ  Ｐａｓｃａｌ、Ｐｙｔｈｏｎ（商標）、Ｒｕｂｙ、ＶＢ．ＮＥＴ、ＷＭＬ、およびＣＳＳを伴うもしくは伴わないＸＨＴＭＬ／ＨＴＭＬ、またはそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１５３】
[0174]適切なモバイルアプリケーションの開発環境は、いくつかのソースから入手可能である。市販の開発環境には、非限定的な例として、ＡｉｒｐｌａｙＳＤＫ、ａｌｃｈｅＭｏ、Ａｐｐｃｅｌｅｒａｔｏｒ（登録商標）、Ｃｅｌｓｉｕｓ、Ｂｅｄｒｏｃｋ、Ｆｌａｓｈ  Ｌｉｔｅ、．ＮＥＴ  Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ、Ｒｈｏｍｏｂｉｌｅ、およびＷｏｒｋＬｉｇｈｔ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｐｌａｔｆｏｒｍが挙げられる。他の開発環境が費用なしで利用可能であり、非限定的な例として、Ｌａｚａｒｕｓ、ＭｏｂｉＦｌｅｘ、ＭｏＳｙｎｃ、およびＰｈｏｎｅｇａｐが挙げられる。また、モバイルデバイスメーカは、非限定的な例として、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）およびｉＰａｄ（登録商標）（ｉＯＳ）ＳＤＫ、Ａｎｄｒｏｉｄ（商標）ＳＤＫ、ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ（登録商標）ＳＤＫ、ＢＲＥＷ  ＳＤＫ、Ｐａｌｍ（登録商標）ＯＳ  ＳＤＫ、Ｓｙｍｂｉａｎ  ＳＤＫ、ｗｅｂＯＳ  ＳＤＫ、およびＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）Ｍｏｂｉｌｅ  ＳＤＫを含む、ソフトウェア開発キットを配布する。
【０１５４】
[0175]当業者は、非限定的な例として、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ａｐｐ  Ｓｔｏｒｅ、Ｇｏｏｇｌｅ（登録商標）Ｐｌａｙ、Ｃｈｒｏｍｅ  ＷｅｂＳｔｏｒｅ、ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ（登録商標）Ａｐｐ  Ｗｏｒｌｄ、Ｐａｌｍデバイス向けＡｐｐ  Ｓｔｏｒｅ、ｗｅｂＯＳ向けＡｐｐ  Ｃａｔａｌｏｇ、モバイル向けＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）Ｍａｒｋｅｔｐｌａｃｅ、Ｎｏｋｉａ（登録商標）デバイス向けＯｖｉ  Ｓｔｏｒｅ、Ｓａｍｓｕｎｇ（登録商標）Ａｐｐｓ、およびＮｉｎｔｅｎｄｏ（登録商標）ＤＳｉ  Ｓｈｏｐを含むモバイルアプリケーションの配信のために、いくつかの商業用フォーラムが利用可能であることを認識するであろう。
【０１５５】
[0176]スタンドアロンアプリケーション
いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは、独立したコンピュータプロセスとして実行され、既存のプロセスに対するアドオン、例えば、プラグインではないプログラムである、スタンドアロンアプリケーションを含む。当業者は、スタンドアロンアプリケーションがしばしばコンパイルされることを認識するであろう。コンパイラとは、プログラミング言語で書かれたソースコードを、アセンブリ言語やマシンコードなどのバイナリオブジェクトコードに変換するコンピュータプログラムである。適切なコンパイルされたプログラミング言語には、非限定的な例として、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ―Ｃ。ＣＯＢＯＬ、Ｄｅｌｐｈｉ、Ｅｉｆｆｅｌ、Ｊａｖａ（商標）、Ｌｉｓｐ、Ｐｙｔｈｏｎ（商標）、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ、およびＶＢ．ＮＥＴ、またはそれらの組み合わせが挙げられる。多くの場合、コンパイルは、実行可能プログラムを作成するために、少なくとも部分的に実施される。いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは、１つまたは複数の実行可能なコンパイルされたアプリケーションを含む。
【０１５６】
[0177]ウェブブラウザプラグイン
いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは、ウェブブラウザプラグイン（例えば、拡張など）を含む。コンピューティングにおいて、プラグインは、より大きなソフトウェアアプリケーションに対して特定の機能性を追加する、１つまたは複数のソフトウェア構成要素である。ソフトウェアアプリケーションのメーカは、サードパーティの開発者がアプリケーションを拡張する機能を作成し、新しい特徴を簡単に追加したり、アプリケーションのサイズを縮小したりすることを可能にするプラグインをサポートしている。プラグインをサポートすると、プラグインは、ソフトウェアアプリケーションの機能性をカスタマイズすることができる。例えば、ビデオを再生し、インタラクティビティを生成し、ウイルスをスキャンし、特定のファイルタイプを表示するために、プラグインはウェブブラウザで一般的に使用されている。当業者は、Ａｄｏｂｅ（登録商標）Ｆｌａｓｈ（登録商標）Ｐｌａｙｅｒ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｓｉｌｖｅｒｌｉｇｈｔ（登録商標）、およびＡｐｐｌｅ（登録商標）ＱｕｉｃｋＴｉｍｅを含む、いくつかのウェブブラウザプラグインをよく知っている。いくつかの実施形態では、ツールバーが、１つまたは複数のウェブブラウザ拡張、アドイン、またはアドオンを含む。いくつかの実施形態では、ツールバーが、１つまたは複数のエクスプローラバー、ツールバンド、またはデスクバンドを含む。
【０１５７】
[0178]本明細書で提供される開示を考慮して、当業者であれば、非限定的な例として、Ｃ＋＋、Ｄｅｌｐｈｉ、Ｊａｖａ（商標）、ＰＨＰ、Ｐｙｔｈｏｎ（商標）、およびＶＢ．ＮＥＴ、またはそれらの組み合わせを含む、様々なプログラミング言語でのプラグインの開発を可能にするいくつかのプラグインフレームワークが利用可能であることを認識するであろう。
【０１５８】
[0179]ウェブブラウザ（インターネットブラウザとも呼ばれる）は、ネットワーク接続されたデジタル処理デバイスと共に使用し、Ｗｏｒｌｄ  Ｗｉｄｅ  Ｗｅｂ上の情報資源を検索、提示、および横断するように設計されたソフトウェアアプリケーションである。適切なウェブブラウザには、非限定的な例として、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｅｘｐｌｏｒｅｒ（登録商標）、Ｍｏｚｉｌｌａ（登録商標）Ｆｉｒｅｆｏｘ（登録商標）、Ｇｏｏｇｌｅ（登録商標）Ｃｈｒｏｍｅ、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ｓａｆａｒｉ（登録商標）、Ｏｐｅｒａ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ（登録商標）Ｏｐｅｒａ（登録商標）、およびＫＤＥ  Ｋｏｎｑｕｅｒｏｒが挙げられる。いくつかの実施形態では、ウェブブラウザは、モバイルウェブブラウザである。モバイルウェブブラウザ（マイクロブラウザ、ミニブラウザ、および無線ブラウザとも呼ばれる）は、非限定的な例として、ハンドヘルドコンピュータ、タブレットコンピュータ、ネットブックコンピュータ、サブノートブックコンピュータ、スマートフォン、ミュージックプレーヤ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、およびハンドヘルドビデオゲームシステムを含む、モバイルデジタル処理デバイス上での使用のために設計されている。適切なモバイルウェブブラウザには、非限定的な例として、Ｇｏｏｇｌｅ（登録商標）Ａｎｄｒｏｉｄ（登録商標）ブラウザ、ＲＩＭ  ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ（登録商標）ブラウザ、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ｓａｆａｒｉ（登録商標）、Ｐａｌｍ（登録商標）Ｂｌａｚｅｒ、Ｐａｌｍ（登録商標）ＷｅｂＯＳ（登録商標）ブラウザ、モバイル向けＭｏｚｉｌｌａ（登録商標）Ｆｉｒｅｆｏｘ（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｅｘｐｌｏｒｅｒ（登録商標）Ｍｏｂｉｌｅ、Ａｍａｚｏｎ（登録商標）Ｋｉｎｄｌｅ（登録商標）Ｂａｓｉｃ  Ｗｅｂ、Ｎｏｋｉａ（登録商標）ブラウザ、Ｏｐｅｒａ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ（登録商標）Ｏｐｅｒａ（登録商標）Ｍｏｂｉｌｅ、およびＳｏｎｙ（登録商標）ＰＳＰ（商標）ブラウザが挙げられる。
【０１５９】
[0180]ソフトウェアモジュール
いくつかの実施形態では、本明細書で開示されるプラットフォーム、システム、媒体、および方法は、ソフトウェアモジュール、サーバモジュール、および／もしくはデータベースモジュール、またはその使用を含む。本明細書で提供される開示を考慮して、ソフトウェアモジュールは、当技術分野で既知の機械、ソフトウェア、および言語を使用して、当業者に既知の技法によって作成することができる。本明細書に開示されるソフトウェアモジュールは、多数の方法で実装される。様々な実施形態において、ソフトウェアモジュールは、ファイル、コードセクション、プログラミングオブジェクト、プログラミング構造、またはそれらの組み合わせを含む。さらに様々な実施形態において、ソフトウェアモジュールは、複数のファイル、複数のコードセクション、複数のプログラミングオブジェクト、複数のプログラミング構造、またはそれらの組み合わせを含む。様々な実施形態において、１つまたは複数のソフトウェアモジュールは、非限定的な例として、ウェブアプリケーション、モバイルアプリケーション、およびスタンドアロンアプリケーションを含む。いくつかの実施形態では、ソフトウェアモジュールは、１つのコンピュータプログラムまたはアプリケーション内にある。他の実施形態では、ソフトウェアモジュールは、２つ以上のコンピュータプログラムまたはアプリケーション内にある。いくつかの実施形態では、ソフトウェアモジュールは、１つのマシン上でホストされる。他の実施形態では、ソフトウェアモジュールは、２つ以上のマシン上でホストされる。さらなる実施形態では、ソフトウェアモジュールは、クラウドコンピューティングプラットフォーム上でホストされる。いくつかの実施形態では、ソフトウェアモジュールは、１つの場所にある１つまたは複数のマシン上でホストされる。他の実施形態では、ソフトウェアモジュールは、２つ以上の場所にある１つまたは複数のマシン上でホストされる。
【０１６０】
[0181]データベース
いくつかの実施形態では、本明細書で開示されるプラットフォーム、システム、媒体、および方法は、１つまたは複数のデータベース、またはその使用を含む。本明細書で提供される開示を考慮して、当業者は、多くのデータベースが、プロトコル、サイクル時間、温度範囲、結果、検出結果およびレポートなどの情報の記憶および検索に適していることを認識するであろう。様々な実施形態において、適切なデータベースは、非限定的な例として、リレーショナルデータベース、非リレーショナルデータベース、オブジェクト指向データベース、オブジェクトデータベース、エンティティ関係モデルデータベース、連想データベース、およびＸＭＬデータベースを含む。さらに非限定的な例には、ＳＱＬ、ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬ、ＭｙＳＱＬ、Ｏｒａｃｌｅ、ＤＢ２、およびＳｙｂａｓｅが挙げられる。いくつかの実施形態では、データベースは、インターネットベースである。さらなる実施形態では、データベースは、ウェブベースである。さらに別の実施形態では、データベースは、クラウドコンピューティングベースである。他の実施形態では、データベースは、１つまたは複数のローカルコンピュータ記憶デバイスに基づくものである。
【０１６１】
[0182]図１６を参照すると、標的核酸修飾を決定するための方法１６００が示されている。方法１６００は、本明細書に記載のシステムの１つまたは複数を使用することができる。第１のステップ１６１０では、核酸の修飾に必要なサンプルおよび／または試薬は、反応容器または反応ウェルに装填することができる。場合によっては、試薬は、反応容器のウェルに予め装填されてもよい。第２のステップ１６２０では、反応容器は、透明ブロック上に載置することができる。場合によっては、反応容器は、追加の透明ブロックを使用せずに光支持体を有するベースの上に載置されてもよい。反応容器は、本明細書に記載の封止フィルムまたは封止プレートを使用して封止され得る。第３のステップ１６３０では、反応容器は、光源を使用して加熱することができる。光源は、本明細書に記載されるように、連続的またはパルス的に動作されてもよい。第４のステップ１６４０では、反応容器は、透明ブロック内の流体循環チャネルを使用して冷却することができる。第５のステップ１６５０では、励起源を使用して、核酸修飾プロセス中に組み込まれた蛍光色素を励起することができる。このステップは、核酸修飾サイクルの間、または核酸修飾サイクルの後に実施することができる。第６のステップ１６６０では、センサを使用して、ウェルからの屈折光を検出することができる。第７のステップ１６７０では、複数の反応ウェルからの信号は、出力として報告することができる。
【０１６２】
[0183]場合によっては、プロセッサが提供されてもよい。プロセッサは、図１６に例示されている一連のステップおよび本明細書に記載されている他のステップを実施するための命令で構成され得る。場合によっては、プロセッサは、核酸の修飾および標的核酸の検出のための命令を提供することができる。プロセッサを使用して、核酸修飾のためのいくつかのプロトコルを実施し、光源または励起源をパルス化することができる。プロセッサを使用して、異なる時間間隔で反応容器を冷却することもできる。
【０１６３】
[0184]上述のステップは、核酸の修飾および標的核酸の検出の方法を示すが、当業者は、本明細書に記載の教示に基づいて多くの変形を認識するであろう。これらのステップは、異なる順序で完了されてもよい。ステップは、追加または削除されてもよい。一部のステップは、サブステップを含んでもよい。ステップの多くは、必要に応じて何度でも繰り返され、所望されるように核酸を検出することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサは、本明細書で説明されるような方法の１つまたは複数のステップを実施するように構成される。
【０１６４】
[0185]本発明の好適な実施形態が本明細書では示され説明されているが、そのような実施形態が例としてのみ提供されていることは、当業者には明らかであろう。本発明は、本明細書中に提供される特定の例によって限定されることは意図されていない。本発明を前述の明細書を参照して説明してきたが、本明細書の実施形態の説明および図解は、限定的な意味で解釈されることを意図するものではない。本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更、および置換が当業者には思いつくであろう。さらに、本発明のすべての態様は、様々な条件および変数に依存する本明細書に記載される特定の描写、構成または相対的な非率に限定されないことを理解されたい。本明細書に記載の本発明の実施形態に対する、様々な代替案を本発明の実施において用いることができることを理解されたい。したがって、本発明は、そのような代替、修正、変形または均等物もカバーすることが企図されている。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法および構造、ならびにそれらの均等物が本発明によってカバーされることが意図されている。
【実施例】
【０１６５】
[0186]実施例１：ポイントオブケアデバイスとしての使用
Ｃｈｌａｍｙｄｉａ  ｔｒａｃｈｏｍａｔｉｓ（ＣＴ）とＮｅｉｓｓｅｒｉａ  ｇｏｎｏｒｒｈｅａ（ＮＧ）の共感染率が高く、ＮＧが様々な淋菌の抗菌剤耐性（ＡＭＲ）株に変異する能力があるため、ハイスループット検出がＣＴ／ＮＧおよびＮＧ  ＡＭＲの診断に有益である。したがって、ハイスループット多重化ＰＣＲベースのポイントオブケアテストが有益である。図１７に提示されているのは、１５分でＣＴ／ＮＧを検出し、さらに１５分で肯定的なテスト結果が得られた場合のＮＧのフォローアップＡＭＲテストを行い、単一のテスト内で十分に信頼可能な診断決定を提供するための体系的な診断ソリューションである。この体系的なアプローチは、１）カートリッジベースのサンプル調製モジュール、２）空気圧駆動の液体処理プラットフォーム、３）フォトニックＰＣＲサーマルサイクラ、および４）ＣＴ／ＮＧおよび淋菌のＡＭＲのハイスループットＤＮＡ増幅のための、本明細書で前述したようなマイクロ流体アレイデバイスを含み得る。これらのテストの肯定的な結果は、効果的な治療計画の作成に役立ち得る。
【０１６６】
[0187]実施例２：様々な遺伝子配列についての代表的なエンドポイントフォトニックＰＣＲデータ
図１８Ａ〜図１８Ｃは、ＤＥＮＶ−１  ｃＤＮＡ（デング熱）、ｃｒｔＡ（Ｎ．ｍｅｎｉｎｇｉｔｉｄｉｓの場合）、ｈｐｄ（Ｈａｅｍｏｐｈｉｌｕｓ  ｉｎｆｌｕｅｎｚａｅの場合）、およびｍｅｃＡ（Ｍｅｔｈｉｃｉｌｌｉｎ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  Ｓ．ａｕｒｅｕｓの場合）を含む、様々な増幅に対するエンドポイントフォトニックＰＣＲの実証を示す。精製された核酸（デング熱のＲＮＡはｃｒｔＡ、ｈｐｄおよびｍｅｃＡのｃＤＮＡおよびＤＮＡに変換）は、検出のために使用された。４０サイクルの増幅で、９８℃から６８℃までの２ステップＰＣＲ熱サイクリングを用いた。ＰＣＲの反応量は、１０μＬであった。次に、増幅産物をゲルで泳動し、正のコントロールとして使用される従来のＰＣＲの結果と比較した。ゲルバンド強度は、テンプレートＤＮＡ濃度の関数として明確な傾向を示す（図１８Ａおよび図１８Ｃ）。多重フォトニックＰＣＲはまた、ｃｒｔＡおよびｈｐｄの多重化反応を使用して実証される（図１８Ｂ）。わずか５コピーのｍｅｃＡ遺伝子と１０３ウイルス粒子／ｍｌ（ｖｐ／ｍｌ）が正常に増幅され、フォトニックＰＣＲ増幅後のゲル電気泳動によって確認されたことに留意されたい（図１８Ａおよび図１８Ｃ）。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ−Ｅ】
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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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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【国際調査報告】
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