(57)【要約】  装置は、容器、基準面、予荷重、スキャンアクチュエータ、および送信器を含むことができる。基準面は、検出器とともに構造ループを形成できる。予荷重は、容器を付勢して基準面上の領域に接触させるように構成できる。スキャンアクチュエータは、スキャン次元で容器を基準面に沿ってスライドさせるように構成できる。送信器は、容器が、基準面に接触するように、予荷重によって付勢されたときに、信号を容器から検出器に方向付け、および／またはエネルギー源から容器にエネルギーを方向付けるように構成することができる。
2021500531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出装置であって、
（ａ）管腔および壁を備える容器であって、前記壁が、内面および外面を備え、前記内面が、前記管腔に接触する、容器と、
（ｂ）検出器とともに構造ループを形成する基準面と、
（ｃ）前記容器の前記外面を付勢して前記基準面上の領域に接触させるように構成された予荷重と、
（ｄ）スキャン次元で前記基準面に沿って前記容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、
（ｅ）前記容器の前記外面が、前記基準面に接触するように、前記予荷重によって付勢されたときに、前記内面または前記管腔からの信号を前記検出器に方向付けるように構成された送信器と、を備える、検出装置。
【請求項２】
前記予荷重が、前記容器に引っ張り力または押し込み力を生成するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記予荷重が、前記基準面と前記容器との間の前記接触の領域よりも大きくない、前記容器との接触領域を有する、請求項１〜２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４】
前記予荷重が、前記容器と接触するように構成された圧縮性材料、または前記容器と接触するように構成された少なくとも１つのボール軸受を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記スキャン次元が、デカルト座標系のｘｙ平面内にある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記デカルト座標系のｚ次元における前記送信器と前記基準面との相対位置を変更するように構成されたｚアクチュエータをさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記スキャン次元が、前記ｘｙ平面のｘ次元に沿って線形である、請求項５〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
ｙ次元に沿って前記容器および前記基準面の相対並進位置を変更するように構成されたｙアクチュエータをさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記外面が、スキャン次元ｘにおける長さｌを有し、前記基準面上の前記接触の領域が、長さｌよりも短い前記スキャン次元ｘにおける最大長さを有する、請求項７〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記スキャン次元が、前記ｘｙ平面内の弓状経路である、請求項５〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記送信器が、レンズのアレイを備え、前記アレイ内の各レンズが、前記ｘｙ平面内の個別領域を観察するように構成される、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記レンズのアレイ内の各レンズが、前記容器内に存在する部位のアレイ内の単一部位を観察するように構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記スキャンアクチュエータが、前記容器の穿孔と相互作用するように構成された歯車を備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記スキャンアクチュエータが、前記容器の磁性構成要素または強磁性構成要素と相互作用するように構成された磁気線形駆動装置を備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記信号が、放射を備え、前記送信器が、光学対物レンズを備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記基準面が、前記対物レンズのための開口部を取り囲む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記予荷重が、前記開口部を取り囲む前記基準面とは反対側にある前記容器との接触領域を有する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記基準面とともに構造ループを形成する放射源をさらに備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記放射源は、前記容器の前記外面が、前記基準面に接触するように、前記予荷重によって付勢されたときに、前記送信器を通して、次いで、前記内面または前記管腔に、エネルギーを方向付けるように構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記容器が、前記管腔と流体連通する入口および出口を有するフローセルを備え、前記壁の前記内面が、異なる核酸部位のアレイを備える、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
容器をスキャンする方法であって、
（ａ）検出装置の基準面に沿って容器を並進させることであって、前記容器が、管腔および壁を備え、前記管腔が、検体を備え、前記基準面が、前記並進中に、前記容器のうちの少なくとも一部分に接触し、前記基準面が、検出器とともに構造ループを形成する、並進させることと、
（ｂ）前記検出器を使用して前記容器に沿った異なる場所で前記検体を検出することであって、前記容器が、前記検出中に、予荷重によって、前記基準面に付勢され、それにより前記容器をスキャンする、検出することと、を含む、方法。
【請求項２２】
前記基準面が、前記並進中の任意の時点で前記容器の長さの一部分のみに接触する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記信号が、前記検体のうちの少なくとも１つによって生成される光学信号を備える、請求項２１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記検出装置が、前記管腔から前記検出器に光信号を送信するように構成されている対物レンズをさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記対物レンズと前記基準面との間の相対距離を変更することにより、前記対物レンズの焦点を合わせることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記対物レンズが、前記基準面の開口部を通して前記容器を観察する、請求項２４〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記予荷重が、前記開口部を取り囲む前記基準面の領域とは反対側にある前記容器との接触領域を有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記並進させることが、前記容器と前記基準面との相対並進位置を直線方向または弓状方向において変更することを含む、請求項２１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記並進させることが、前記容器上、または前記容器を保持するカートリッジ上の穿孔に回転歯車を接触させることを含む、請求項２１〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記並進させることが、線形アクチュエータと、前記容器上、または前記容器を保持するカートリッジ上の磁性材料または強磁性材料との磁気相互作用を含む、請求項２１〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記容器が、前記並進中に、予荷重によって、前記基準面に付勢される、請求項２１〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記検出することが、前記壁の内面に付着している検体を検出することを含む、請求項２１〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記検体が、前記壁の前記内面上の部位のアレイを形成する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記検出装置が、前記部位のアレイから前記検出器に光信号を送信するように構成されているレンズのアレイをさらに備える、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記レンズのアレイ内の各レンズが、部位のアレイ内の単一部位を観察するように構成される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記検出することが、ｃｍ２あたり少なくとも１００部位の密度で存在する前記アレイの部位を分解することを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記容器を前記スキャンすることが、前記部位において核酸を配列決定する方法で実施される、請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
容器をスキャンする方法であって、
（ａ）容器の第１の部分に予荷重を印加しながら、前記容器内の検体の第１のサブセットを検査することであって、前記予荷重が、前記検体の第１のサブセットを検出ゾーンのｘｙ平面を占めるように位置付け、前記予荷重が、前記容器の第２の部分には印加されない、検査することと、
（ｂ）前記容器を並進させて前記検出ゾーンの前記ｘｙ平面に前記検体の第２のサブセットを位置付けることと、
（ｃ）前記容器の第２の部分に前記予荷重を印加しながら、前記容器内の前記検体の前記第２のサブセットを検査することであって、前記予荷重が、前記検体の前記第２のサブセットを前記検出ゾーンの前記ｘｙ平面を占めるように位置付け、前記予荷重が、前記容器の前記第１の部分には印加されず、それにより前記容器をスキャンする、検査することと、を含む、方法。
【請求項３９】
前記予荷重が、前記容器を付勢して基準面に接触させるように構成される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記容器が検査されている間、前記基準面が、前記容器の一部分のみに接触する、請求項３８〜３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記容器が検査されている間、前記予荷重が、加圧ガスに対抗して作用して前記容器を位置付ける、請求項３８〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記容器が検査されている間、前記予荷重が、加圧液体に対抗して作用して前記容器を位置付ける、請求項３８〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記容器が検査されている間、前記予荷重が、磁場に対抗して作用して前記容器を位置付ける、請求項３８〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記容器が検査されている間、前記予荷重が、電場に対抗して作用して前記容器を位置付ける、請求項３８〜４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
前記容器が管腔および壁を備え、前記内面が前記管腔に接触する、請求項３８〜４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
前記検体の第１のサブセットが、前記容器の前記内面にアレイされている、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記検体の第１のサブセットが、前記容器の前記管腔内にある、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記検査することが、前記検体によって生成される光学信号を取得することを含む、請求項３８〜４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記検出装置が、前記容器からカメラに光信号を送信するように構成されている対物レンズをさらに備える、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記ｘｙ平面に直交する方向で前記対物レンズと前記予荷重との間の相対距離を変更することにより、前記対物レンズの焦点を合わせることをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記並進させることが、前記容器上、または前記容器を保持するカートリッジ上の穿孔に回転歯車を接触させることを含む、請求項３８〜５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
前記並進させることが、線形アクチュエータと、前記容器上、または前記容器を保持するカートリッジ上の磁性材料または強磁性材料との磁気相互作用を備える、請求項３８〜５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記容器が、前記並進中に、前記予荷重によって、付勢される、請求項３８〜５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記容器を前記スキャンすることが、前記核酸を配列決定する方法で実施される、請求項３８〜５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
反応装置であって、
（ａ）管腔および壁を備える容器であって、前記壁が、内面および外面を備え、前記内面が、前記管腔に接触する、容器と、
（ｂ）エネルギー源とともに構造ループを形成する基準面と、
（ｃ）前記容器の前記外面を付勢して前記基準面上の領域に接触させるように構成された予荷重と、
（ｄ）スキャン次元で前記基準面に沿って前記容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、
（ｅ）前記容器の前記外面が、前記基準面に接触するように、前記予荷重によって付勢されたときに、前記エネルギー源からのエネルギーを前記内面または前記管腔に方向付けるように構成された送信器と、を備える、反応装置。
【請求項５６】
容器内で反応を行う方法であって、
（ａ）反応装置の基準面に沿って容器を並進させることであって、前記容器が、管腔および壁を備え、前記管腔が、反応物を備え、前記基準面が、前記並進中に、前記容器のうちの少なくとも一部分に接触し、前記基準面が、エネルギー源とともに構造ループを形成する、並進させることと、
（ｂ）前記エネルギー源から前記容器に沿った異なる場所の前記反応物にエネルギーを方向付けることであって、前記容器が、前記エネルギーを前記反応物に方向付けている間、予荷重によって前記基準面に付勢され、それにより前記容器内で反応を行う、方向付けることと、を含む、方法。
【請求項５７】
容器内で反応を行う方法であって、
（ａ）容器の第１の部分に予荷重を印加しながら、反応装置から前記容器内の反応物の第１のサブセットにエネルギーを供給することであって、前記予荷重が、前記反応物の第１のサブセットを反応ゾーンのｘｙ平面を占めるように位置付け、前記予荷重が、前記容器の第２の部分には印加されない、供給することと、
（ｂ）前記容器を並進させて前記反応ゾーンの前記ｘｙ平面に前記反応物の第２のサブセットを位置付けることと、
（ｃ）前記容器の第２の部分に前記予荷重を印加しながら、前記反応装置から前記容器内の前記検体の前記第２のサブセットにエネルギーを供給することであって、前記予荷重が、前記検体の前記第２のサブセットを前記ｘｙ平面を占めるように位置付け、前記予荷重が、前記容器の前記第１の部分には印加されず、それにより前記容器内で反応を行う、供給することと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１７年８月１５日に出願された「ＳＣＡＮＮＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＵＳＥＦＵＬ  ＦＯＲ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＡＮＤ  ＢＩＯＬＯＧＩＣＡＬ  ＡＮＡＬＹＴＥＳ」と題された米国特許仮出願第６２／５４５，６０６号の優先権を主張し、これらはそれぞれ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】
本開示は、一般に、化学的および生物学的検体の検出に関し、核酸配列決定への特定の適用可能性を有する。
【０００３】
核酸配列情報の決定は、生物学的および医学的研究において重要である。配列情報は、疾患と表現型との遺伝子関連の特定、潜在的な薬物標的の特定、および疾患の発生と進行のメカニズムの理解に使用される。配列情報は個別医療の重要な部分であり、特定の個人の疾患の診断、治療、または予防を最適化するために使用できる。
【０００４】
多くの科学者および医師は、現在の商用製品における複雑な機器を実行および維持するための法外なコストのために、最新の配列決定技術を活用するのに苦労を要している。これらのプラットフォームは、一元化された研究所をサポートしており、そこでは、高価な「工場規模」の機器が高度に訓練された専門家によって運営され、経済的に大規模化するためにサンプルがバッチ処理されている。この一元化されたシステムは、性能仕様に関して柔軟性をほとんど提供せず、ユーザは、不必要に範囲および多様な使用が制限されるエコシステムを免れ得ない。臨床応用に関して言えば、一元化モデルは、地元の診療所から遠方のシーケンス研究所に患者のサンプルを出荷するために必要な時間および金額の両方の点で、医師および患者にとって高価である。一元化されたシーケンス研究所が十分な数のサンプルを受け取ってバッチ処理して経済的な実行を待機するため、さらなる遅延が発生する可能性がある。法医学、獣医診断、食品安全性、農業分析、環境分析などの他の応用市場にも同様の制限がある。
【０００５】
したがって、研究および臨床ケアの分散システムをサポートするために、地元の研究所での使用により適した配列決定プラットフォームが必要である。本発明はこの必要性を満たしており、かつ、関連する利点も提供する。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、検出装置であって、（ａ）管腔および壁を有する容器であって、壁が、内面および外面を有し、内面が、管腔に接触する、容器と、（ｂ）検出器とともに構造ループを形成する基準面と、（ｃ）容器の外面を付勢して基準面上の領域に接触させるように構成された予荷重と、（ｄ）スキャン次元で基準面に沿って容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、（ｅ）容器の外面が、基準面に接触するように、予荷重によって付勢されたときに、内面または管腔からの信号を検出器に方向付けるように構成された送信器と、を含み得る検出装置を提供する。
【０００７】
容器をスキャンする方法も提供される。この方法は、（ａ）検出装置の基準面に沿って容器を並進させることであって、容器が、管腔および壁を備え、管腔が、検体を備え、基準面が、並進中に、容器のうちの少なくとも一部分に接触し、基準面が、検出器とともに構造ループを形成する、並進させることと、（ｂ）検出器を使用して容器に沿った異なる場所で検体を検出することであって、容器が、検出中に、予荷重によって、基準面に付勢され、それにより容器をスキャンする、検出することと、を含み得る。
【０００８】
いくつかの実施形態では、容器をスキャンする方法は、（ａ）容器の第１の部分に予荷重を印加しながら、容器内の検体の第１のサブセットを検査することであって、予荷重が、検体の第１のサブセットを検出ゾーンのｘｙ平面を占めるように位置付け、予荷重が、容器の第２の部分には印加されない、検査することと、（ｂ）容器を並進させて検出ゾーンのｘｙ平面に検体の第２のサブセットを位置付けることと、（ｃ）容器の第２の部分に予荷重を印加しながら、容器内の検体の第２のサブセットを検査することであって、予荷重が、検体の第２のサブセットを検出ゾーンのｘｙ平面を占めるように位置付け、予荷重が、容器の第１の部分には印加されず、それにより容器をスキャンする、検査することと、を含み得る。
【０００９】
本開示は、反応装置を提供する。反応装置は、（ａ）管腔および壁を有する容器であって、壁が、内面および外面を有し、内面が、管腔に接触する、容器と、（ｂ）エネルギー源とともに構造ループを形成する基準面と、（ｃ）容器の外面を付勢して基準面上の領域に接触させるように構成された予荷重と、（ｄ）スキャン次元で基準面に沿って容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、（ｅ）容器の外面が、基準面に接触するように、予荷重によって付勢されたときに、エネルギー源からのエネルギーを内面または管腔に方向付けるように構成された送信器と、を含み得る。
【００１０】
容器内で反応を実行する方法も提供される。この方法は、（ａ）反応装置の基準面に沿って容器を並進させることであって、容器が、管腔および壁を備え、管腔が、反応物を備え、基準面が、並進中に、容器のうちの少なくとも一部分に接触し、基準面が、エネルギー源とともに構造ループを形成する、並進させることと、（ｂ）エネルギー源から容器に沿った異なる場所の反応物にエネルギーを方向付けることであって、容器が、エネルギーを反応物に方向付けている間、予荷重によって基準面に付勢され、それにより容器内で反応を行う、方向付けることと、を含み得る。
【００１１】
容器内で反応を実行する方法は、（ａ）容器の第１の部分に予荷重を印加しながら、反応装置から容器内の反応物の第１のサブセットにエネルギーを供給することであって、予荷重が、反応物の第１のサブセットを反応ゾーンのｘｙ平面を占めるように位置付け、予荷重が、容器の第２の部分には印加されない、供給することと、（ｂ）容器を並進させて反応ゾーンのｘｙ平面に反応物の第２のサブセットを位置付けることと、（ｃ）容器の第２の部分に予荷重を印加しながら、反応装置から容器内の検体の第２のサブセットにエネルギーを供給することであって、予荷重が、検体の第２のサブセットをｘｙ平面を占めるように位置付け、予荷重が、容器の第１の部分には印加されず、それにより容器内で反応を行う、供給することと、を含み得る。
【００１２】
特定の実施形態では、本開示は、（ａ）管腔および壁を有する容器であって、壁が、内面および外面を有し、内面が、管腔に接触し、外面が、スキャン次元ｘにおける長さｌを有する、容器と、（ｂ）基準面と、（ｃ）容器の外面を付勢して基準面上の領域に接触させるように構成された予荷重であって、任意選択で、接触の領域が、長さｌよりも短いスキャン次元ｘの最大長さを有する、予荷重と、（ｄ）スキャン次元ｘにおいて基準面に沿って容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、（ｅ）検出器と、（ｆ）容器の外面が、基準面に接触するように、予荷重によって付勢されたときに、容器から検出器に放射線を方向付けるように構成されている対物レンズと、を含む検出装置を提供する。
【００１３】
容器を光学的にスキャンする方法も提供される。この方法は、（ａ）管腔および壁を有する容器を提供することであって、管腔が、光学的に検出可能な検体を含み、壁が、光学的に検出可能な検体に対して透明である、検出することと、（ｂ）基準面に沿って容器の長さを並進させ、その長さに沿った異なる場所で光学的に検出可能な検体を検出することであって、基準面が、並進中の任意の時点で容器の長さの一部分のみに接触し、容器が、検出中に、予荷重によって、基準面に付勢され、検出は、壁を通り、次いで対物レンズを通り、次いで検出器に放射線を透過させ、それにより容器を光学的にスキャンすることを含む、並進させることと、を含み得る。
【００１４】
本開示は、（ａ）管腔および壁を有する容器であって、壁が、内面および外面を有し、壁が、内面と外面との間に複数の個別の接点を有し、内面が、管腔に接触し、複数の個別の接点が、スキャン次元ｘにおける長さｌを占める、容器と、（ｂ）透過面と、（ｃ）容器の外面の個別の接点を付勢して透過面に接触させるように構成された予荷重であって、任意選択で、透過面の領域が、長さｌよりも短いスキャン次元ｘの最大長さを有し得る、予荷重と、（ｄ）スキャン次元ｘにおいて透過面に沿って容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、（ｅ）透過面を介して個別の接点から信号を取得するように構成された検出器と、を含む検出装置をさらに提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本明細書に記載されている光学系およびその他の装置の構成要素の相対的な向きを説明するために使用される次元および回転軸を示す。
【図２Ａ】フローセルおよび検出装置の分解断面図を示す。
【図２Ｂ】検出装置に接触しているフローセルの側面図を示す。
【図２Ｃ】検出装置に接触しているフローセルの斜視図を示す。
【図２Ｄ】検出装置に接触しているフローセルの分解斜視図を示す。
【図３Ａ】フローセルを検出装置に対して並進させるフィルムスプロケット機構の正面および背面斜視図を示す。
【図３Ｂ】フローセルを検出装置に対して並進させるフィルムスプロケット機構の正面および背面斜視図を示す。
【図４Ａ】フローセルカートリッジを示す。
【図４Ｂ】フローセルカートリッジと相互作用するフィルムスプロケットとガイドを示す。
【図４Ｃ】フローセルを示す。
【図４Ｄ】フィルムスプロケット、ガイド、フローセルカートリッジ、フローセル、フィルムスプロケット用モータの斜視図を示す。
【図５Ａ】フローセルを検出装置に対して並進させる平歯車機構の正面および背面斜視図を示す。
【図５Ｂ】フローセルを検出装置に対して並進させる平歯車機構の正面および背面斜視図を示す。
【図６Ａ】フローセルを検出装置に対して並進させるためのボールねじ機構の正面および背面斜視図をを示す。
【図６Ｂ】フローセルを検出装置に対して並進させるためのボールねじ機構の正面および背面斜視図をを示す。
【図７Ａ】加熱板およびフィルムスプロケットのスキャン機構の斜視図を示す。
【図７Ｂ】対物レンズおよび加熱板およびフィルムスプロケットのスキャン機構の斜視図を示す。
【図８Ａ】フローセルが付着した流体キャディの斜視図を示す。
【図８Ｂ】キャディへのフローセルの付着点の拡大図を示す。
【図８Ｃ】フローセルが付着した流体キャディの正面図を示す。
【図８Ｄ】フローセルが付着した流体キャディの側面図を示す。
【図８Ｅ】フローセルが付着した流体キャディの上面図を示す。
【図８Ｆ】いくつかの流体構成要素が空になった流体キャディの斜視図を示す。
【図９Ａ】検出装置と相互作用する流体キャディおよびフローセルの斜視図を示す。
【図９Ｂ】検出装置と相互作用する流体キャディおよびフローセルの上面図を示す。
【図９Ｃ】検出装置から係合解除された流体キャディの斜視図を示す。
【図１０Ａ】フローセルが付着した流体キャディのセクションｃの側面図および拡大図を示す。
【図１０Ｂ】流体キャディから解放された後のフローセルの拡大図を示す。
【図１０Ｃ】検出装置の構成要素と係合する流体キャディの上面図を示す。
【図１０Ｄ】検出装置の構成要素と係合する（ラインｍに沿った）流体キャディの断面図を示す。
【図１０Ｅ】検出装置の構成要素と係合する流体キャディの拡大図を示す。
【図１１】フローセルおよび液浸対物レンズに位置合わせされた剛性支持体の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示は、化学的または生物学的検体などの検体を検出するための装置および方法を提供する。検出は、目的の反応の一部として消費、変更、または生成された検体に対して行われる。装置および方法のいくつかの実施形態は、ポリマーを特徴付けまたは合成するために使用されるような反復反応の検出によく適している。自然界には多種多様なポリマーが存在し、自然のプロセス、または比較的少数のモノマー構成要素を利用する合成プロセスにより、無限の種類のポリマーが作られ得る。例えば、ＤＮＡは、ＲＮＡと同様に、４つの異なるヌクレオチドから自然に合成される。別の遍在するポリマーであるタンパク質は、遺伝的に符号化された２０種類のアミノ酸から作られている。本開示の装置および方法は、モノマー構成要素を連続的に検出するように構成され得、それにより、任意の配列を特定する能力を提供する。特定の実施形態では、装置および方法は、マルチサイクル反復反応プロセス中に消費、生成、または修正される検体を検出するように構成することができる。例えば、個々のサイクルで中間生成物を検出できる。より具体的な例として、核酸は、４種類のヌクレオチドモノマーと特異的に反応する、または結合する試薬を連続的に送達することにより配列決定でき、各反応の構成要素（例えば、標識ヌクレオチドまたは標識ポリメラーゼ）は、各サイクルの後に検出することができる。あるいは、核酸は、４つの異なるヌクレオチドモノマーまたはそれらの前駆体のうちの１つを成長ポリマーに所定の順序で連続的に送達することによって合成でき、生成物（例えば、脱保護中に放出されるブロッキング部分）は、各サイクルで検出することができる。タンパク質の配列決定または合成は、本明細書に記載の装置および方法を使用して周期的に検出することもできる。
【００１７】
本発明の様々な態様は、スキャン検出に関して例示される。本明細書に記載の装置および方法は、試薬または基質が検出されるかどうかにかかわらず、容器内の試薬または基質の正確な空間分解操作に使用できることが理解されよう。例えば、光エネルギーを容器に送達して、容器内の空間的に分解された位置で光反応を実行したり、空間的に分解された方法で光応答性材料を製造したりできる。
【００１８】
本開示は、検出器に対する容器の並進運動により容器を観察するために使用できる装置および方法を提供する。また、例えば、局所エネルギーの送達により、エネルギー源に対する容器の並進運動により、容器をアドレス指定するための装置および方法が提供される。検体を検出する場合、このスキャン動作により、検出器は容器の連続したサブセクションから信号を収集できる。信号の集合的な組み合わせは、検出器の静的検出フィールドより大きい検出の合計フィールドになる。例えば、光学的に標識された検体のアレイが付着した内面を有する容器を取り上げると、光学検出器に対する容器の並進は、検出器の視野よりも大きいアレイの画像を提供できる。同様に、スキャンベースのエネルギーの送達により、容器内で連続した反応を実施することができる。
【００１９】
検出器に対して容器を並進させるための機構が、検出器に対する容器の回転位置合わせを調整するための機構と組み合わされることは、多くのスキャン検出器において困難である。そのため、スキャン検出器には、並進公差だけでなく回転公差も含む公差スタックが必要である。比較的少量のローリング回転またはピッチング回転（すなわち、図１に示すように、それぞれｘ軸周りの回転およびｙ軸周りの回転）は、検体アレイの高解像度撮像に重大な悪影響を与え得る。光学検出器がｘ次元に沿って容器をスキャンすると、小さなピッチ偏差（すなわちｙ軸周りの回転）が焦点からのドリフトの増加として現れるため、この悪影響は光学スキャン用途で悪化する。スキャンが長いほど、焦点からの偏差が大きくなる。
【００２０】
光学スキャナの高公差スタックの問題に対する一般的な解決策は、様々な並進および回転方向に調整可能な高精度アクチュエータを備えた移動ステージを採用することであった。高精度のアクチュエータでは、スキャナがコストを要し、複雑になり、そのようなリグは通常、定期的なメンテナンスのために高度な訓練を受けた技術者を必要とする。本明細書に記載の装置および方法の特定の実施形態は、検出器に対して容器を並進させるために使用される機構を、検出器に対して容器を回転的に位置合わせするために使用される機構から切り離すことにより、これらの問題を回避する。並進を回転位置合わせから切り離すことにより、本開示の検出装置および他の装置における並進機構の公差スタックが減少する。
【００２１】
一般的なステージを本開示の容器並進装置で置き換えることのさらなる利点は、容器をより迅速にスキャンできることである。スキャン速度の増加は、大部分において、一般的なステージよりも小さい質量を動かすように構成されている容器並進装置の機能である。質量が小さいと、同じ距離を移動する質量が大きい場合に比べて、整定に要する時間が短くなる。例えば、画像の取得前に容器が整定するのを待つ時間は、容器の動きが観察中の物体の特徴が受ける平均変位が画像の実質的な歪みを排除するのに十分小さい点まで減衰する必要があるため、検出に必要な解像度が高くなるにつれてますます重要になる。典型的な核酸配列決定装置を例にとると、ＤＮＡは数ミクロン離れたアレイの部位に存在し、低ミクロンの分解能で観察される。配列決定のためにアレイを移動するために使用される一般的なステージでは、変位が数ミクロン未満になるまで減衰させるために数百ミリ秒の整定時間が必要である。本開示の装置を使用することにより一般的なステージを回避して、数十ミリ秒のオーダーの整定時間が可能になる。このミリ秒は、核酸配列決定プロトコルまたはその他の反復スキャン動作のために合計で数時間になることがある。例えば、サイクルごとに２００個の画像を取得し、実行ごとに１５０サイクルを実行する配列決定プロトコルの場合、画像ごとに５００ミリ秒を節約すると、整定時間だけで約４時間の節約になる。処理速度の同様の改善は、光化学、フォトリソグラフィ、微細加工またはナノ加工（例えばレーザエッチングによる）、レーザアブレーションなどの他のスキャン用途でも達成できる。
【００２２】
本明細書に記載の装置および方法は、整定時間を短縮する上で利点を提供するが、整定ステップを含むプロセスに限定して使用する必要がないことが理解されるであろう。したがって、いわゆる「ステップアンドシュート」スキャン手順の文脈で本明細書に記載される装置および方法は、時間遅延積分（ＴＤＩ）スキャンなどの連続スキャン動作に適用することができる。例えば、本明細書に記載される装置および方法は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，３２９，８６０号に記載されるものなどのＴＤＩラインスキャン動作で使用するために修正することができる。
【００２３】
本明細書でさらに詳細に述べるように、検出器に対する容器の回転位置合わせは、容器を基準面と物理的に接触させることにより達成することができ、基準面は検出器に対して回転固定される。特定の実施形態では、以下に例示されるように、容器は、予荷重によって基準面に圧縮され得る。それとは別に、容器の別の表面（例えば、歯車を補完するレール）と直接相互作用するスキャンアクチュエータ（例えば、歯車）によって並進を実現できる。予荷重およびスキャンアクチュエータは、容器の動きと位置合わせを達成するために相互作用する必要はない。例えば、容器が並進している間、容器に予荷重を印加する必要はない。しかしながら、本明細書に記載の装置および方法の特定の用途では、予荷重とスキャンアクチュエータとの間の相互作用が起こり得る。したがって、容器が並進している間、容器に予荷重を印加することができる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、検出されるべき容器は、カートリッジの構成要素であり得る。カートリッジは、容器を検出器に送る便利な機構を提供できる。例えば、水分、ほこり、光などの環境要因から検出器を保護するために、検出器を分析機器内に維持することができる。容器が検出器に接触するように、カートリッジをドアまたは開口部を介して分析機器に導入できる。いくつかの実施形態では、分析機器は、カートリッジから容器を除去し、必ずしもカートリッジの運動を必要としない方法で検出器を通り越して容器を並進させる。あるいは、容器はカートリッジとの接触を維持して、カートリッジと容器の両方を動かして並進またはスキャンを達成することができる。さらなる代替において、カートリッジは、分析機器の構成要素であり得、容器をカートリッジに置くことにより容器を機器に導入することができる。
【００２５】
代替的および／または追加的に、容器は、核酸配列決定反応などの検出される反応の経過中に容器に試薬を送達するリザーバおよび流体構成要素も含むキャディの構成要素であり得る。いくつかの実施形態では、キャディは、「ウェット」構成要素として機能する十分な流体構成要素を含み、検出器を収容する分析機器は「ドライ」構成要素として機能する。ウェットおよびドライ構成要素を別々にする利点は、キャディおよび容器を特定のサンプルまたは反応専用にすることができ、反応が完了したら、キャディおよび容器を分析機器から取り外して第２のサンプルまたは反応専用の新しいキャディまたは容器と交換できることである。これら２つの反応のそれぞれのサンプル、試薬、および反応生成物が分析機器から物理的に分離されているため、検出アーティファクトの原因となる反応間の相互汚染が回避される。
【００２６】
構成要素の物理的な分離は、流体構成要素に機械的な問題が発生した場合に分析機器の不必要なダウンタイムを回避するというさらなる利点を提供する。具体的には、恒久的に統合された流体物を備えた多くの市販の分析機器とは異なり、流体システムにおける故障は、故障した流体キャディを単に取り外して交換するだけで、分析機器がダウンタイムをほとんどか、またはまったく経験しないように簡単に修理できる。いくつかの実施形態では、キャディは使い捨てであり、例えば、比較的安価な構成要素から作られている。キャディは、試薬がキャディに密閉されるように構成できるため、環境の不要な汚染、ならびに実験室の人員および機器が試薬にさらされるのを防ぐことができる。あるいは、特定の用途に必要な場合、流体キャディを空にし、補充し、再利用することができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、本開示の流体キャディは、試薬リザーバだけでなく、１つ以上の廃棄物リザーバも含む。反応で消費されない試薬および／または反応の不要な生成物は、廃棄物リザーバに収集できる。キャディに反応前および反応後の流体を保持する利点には、反応の実行の前後に単一の流体構成要素を扱う際のユーザの利便性、化学試薬とのユーザの接触の最小化、設置面積のコンパクトな装置を提供すること、および流体容器の不要な増殖を回避することが含まれる。
【００２８】
本開示の検出構成要素と組み合わせて使用するための、本明細書の教示に従って修正することができる例示的な流体キャディ、反応容器、および流体構成要素は、共有の米国特許出願第１５／９２２，６６１号に記載されており、これは米国特許仮出願第６２／４８１，２８９号の利益を主張し、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。特に核酸配列決定反応などの循環反応に有用な他の流体構成要素は、米国特許出願公開第２００９／００２６０８２（Ａ１）号、第２００９／０１２７５８９（Ａ１）号、第２０１０／０１１１７６８（Ａ１）号、第２０１０／０１３７１４３（Ａ１）号、もしくは第２０１０／０２８２６１７（Ａ１）号、または米国特許第７，３２９，８６０号、第８，９５１，７８１号もしくは第９，１９３，９９６号に記載されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。
【００２９】
１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。図面および説明は、説明の目的で例として提供されており、必ずしも本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明は、方法および材料の修正、ならびに製造方法および装置の変更の影響を受けやすい。そのような修正は、図面および以下の説明を考慮することにより当業者に明らかになるであろう。
【００３０】
本開示は、検出装置を提供する。検出装置は、（ａ）管腔および壁を有する容器であって、壁が、内面および外面を有し、内面が、管腔に接触する、容器と、（ｂ）検出器とともに構造ループを形成する基準面と、（ｃ）容器の外面を付勢して基準面上の領域に接触させるように構成された予荷重と、（ｄ）スキャン次元で基準面に沿って容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、（ｅ）容器の外面が、基準面に接触するように、予荷重によって付勢されたときに、内面または管腔からの信号を検出器に方向付けるように構成された送信器と、を含み得る。
【００３１】
特定の実施形態では、検出装置は、（ａ）管腔および壁を有する容器であって、壁が、内面および外面を有し、内面が、管腔に接触し、外面が、スキャン次元ｘにおける長さｌを有する、容器と、（ｂ）基準面と、（ｃ）容器の外面を付勢して基準面上の領域に接触させるように構成された予荷重であって、任意選択で、接触の領域が、長さｌよりも短いスキャン次元ｘの最大長さを有する、予荷重と、（ｄ）スキャン次元ｘにおいて基準面に沿って容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、（ｅ）検出器と、（ｆ）容器の外面が、基準面に接触するように、予荷重によって付勢されたときに、容器から検出器に放射線を方向付けるように構成されている対物レンズと、を含み得る。
【００３２】
本開示はまた、容器をスキャンする方法を提供する。この方法は、（ａ）検出装置の基準面に沿って容器を並進させることであって、容器が、管腔および壁を備え、管腔が、検体を備え、基準面が、並進中に、容器のうちの少なくとも一部分に接触し、基準面が、検出器とともに構造ループを形成する、並進させることと、（ｂ）検出器を使用して容器に沿った異なる場所で検体を検出することであって、容器が、検出中に、予荷重によって、基準面に付勢され、それにより容器をスキャンする、検出することと、を含み得る。
【００３３】
いくつかの実施形態では、容器をスキャンする方法は、（ａ）容器の第１の部分に予荷重を印加しながら、容器内の検体の第１のサブセットを検査することであって、予荷重が、検体の第１のサブセットを検出ゾーンのｘｙ平面を占めるように位置付け、予荷重が、容器の第２の部分には印加されない、検査することと、（ｂ）容器を並進させて検出ゾーンのｘｙ平面に検体の第２のサブセットを位置付けることと、（ｃ）容器の第２の部分に予荷重を印加しながら、容器内の検体の第２のサブセットを検査することであって、予荷重が、検体の第２のサブセットを検出ゾーンのｘｙ平面を占めるように位置付け、予荷重が、容器の第１の部分には印加されず、それにより容器をスキャンする、検査することと、を含み得る。
【００３４】
容器を光学的にスキャンする方法も提供される。この方法は、（ａ）管腔および壁を有する容器を提供することであって、管腔が、光学的に検出可能な検体を含み、壁が、光学的に検出可能な検体に対して透明である、検出することと、（ｂ）基準面に沿って容器の長さを並進させ、その長さに沿った異なる場所で光学的に検出可能な検体を検出することであって、基準面が、並進中の任意の時点で容器の長さの一部分のみに接触し、容器が、検出中に、予荷重によって、基準面に付勢され、検出は、壁を通り、次いで対物レンズを通り、次いで検出器に放射線を透過させ、それにより容器を光学的にスキャンすることを含む、並進させることと、を含み得る。
【００３５】
図２は、検出器に対して容器をスキャンするための例示的な構成を示す。図２Ａおよび図２Ｂのプロファイル図に示すように、容器は剛体１００を介して対物レンズ１１０と位置合わせされたフローセル１０１である。剛体１００の裏側には、対物レンズ１１０の形状を補完する円錐形のくぼみ１１６がある。したがって、対物レンズ１１０は、所望の焦点または解像度のためにフローセルの近くに移動することができる。必要に応じて、様々なくぼみ形状を使用して、様々な対物レンズまたは他の光学構成要素の形状に対応できる。剛体１００の前面は、フローセル１０１の平面に接触する基準面１１７を有する。フローセル１０１は、基準面１１７とは反対側のフローセル１０１の側に陽圧を印加する予荷重によって基準面１１７との接触を維持する。予荷重は、バネ１０３の力でフローセル１０１と接触する圧縮脚部１０２によって形成される。
【００３６】
一般に、基準面１１７および圧縮脚部１０２は、フローセル１０１との低摩擦接触を生成する。これにより、フローセルは、基準面１１７を超えてスライドし、予荷重の圧縮力を受けている間、圧縮脚部１０２を超えてスライドすることができる。この圧縮は、対物レンズ１１０によるスキャンを行うフローセル１０１の過程全体を通して剛体を介して対物レンズ１１０とフローセル１０１の位置合わせを提供する。基準面および対物レンズは、構造ループの構成要素である。構造ループには、検出器に対して（例えば、対物レンズを介して）容器（例えば、フローセル）を位置決めする構造要素が含まれている。基準面が対物レンズと事前に位置合わせされているため、フローセルを基準面に圧縮することにより、対物レンズに対するフローセルの不要なピッチおよびロールを防ぐ。構造ループ内にある図２の構成要素は、ベース１１４に接続された剛体１００に接続された基準面１１７を含む。ベース１１４は、図９に例示されるような光学系の構成要素に物理的に接続されるプレートまたは他の構造要素に接続することができる。
【００３７】
図２に示す例では、基準面１１７は研磨されたアルミニウムであり、フローセル１０１を対物レンズ１１０に位置合わせするための剛性と、フローセル１０１のガラス面をスライドさせるための低摩擦面を提供する。例えば、アセタール樹脂（例えば、デラウェア州ウィルミントンのデュポンから入手可能なＤｅｌｒｉｎ（登録商標））、ダイヤモンド様カーボンまたは研磨金属を含む、基準面に剛性および低摩擦を提供する様々な材料のいずれかを使用することができる。圧縮脚部１０２は、フローセル１０１のガラス表面の摺動並進のための低摩擦表面を提供し、また、バネ１０３の力の下でフローセル１０１とのコンプライアントな接触を形成する圧縮性を提供する。例えば、基準面１１７について上述したものを含む、圧縮脚部に低摩擦を提供する様々な材料のいずれかを使用することができる。任意選択で、本明細書の装置に使用される低摩擦材料は圧縮することができ、その例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標））、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、シリコーン発泡体、ニトリルゴム、ブナ−Ｎ、ペルブナン、アクリロニトリルブタジエンゴムまたはニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）を含むが、これらに限定されない。代替的または追加的に、ボール軸受、ローラー、および／または潤滑流体を使用して低摩擦を実現できる。通常、潤滑流体は、検体と検出器との間にないフローセルの側面で使用されるか、検出に干渉しない流体が使用される。いくつかの実施形態では、潤滑流体は、基準面と容器壁の外面との間の境界面に存在しない。例えば、流体が検出器と容器との間の領域に侵入したときに生じる干渉を防ぐために、潤滑流体を避けることができる。
【００３８】
特定の実施形態では、容器（または容器を含むカートリッジ）は、基準面に接触することなくｘｙ平面に位置付けられる。例えば、容器（またはカートリッジ）は、予荷重と軸受によって提供される力の組み合わせが所望の位置付けをもたらすように、予荷重によって、流体軸受または磁気軸受に向かって付勢され得る。流体軸受はガス軸受にすることができ、それにより、ガス圧が容器（またはカートリッジ）を位置付けるための力を提供する。別の有用な種類の流体軸受は液体軸受であり、これにより、液体圧力が容器（またはカートリッジ）を位置付ける力を提供する。液体は、容器の壁などのシステムの光学構成要素と屈折率整合するように選択できるため、光信号の検出時または放射線の照射時の収差を最小限に抑えることができる。
【００３９】
図２Ｃおよび図２Ｄに示すように、基準面１１７は、剛体１００の前面に平坦リングを形成する平面を有する。リングは、剛体１００の前面と比較して高くなっている。基準面を上げることは、フローセル１０１と剛体１００との間の不要な接触を防止するのに役立ち、そうしないと、並進を妨げる摩擦が生じる可能性がある。基準面１１７を上げることにより、検出されるフローセルの領域も分離され、フローセルが剛体１０１の他の領域に接触した場合に発生し得る不要な反りが防止される。図２の例では、基準面は、フローセルの表面よりも小さい領域を有しており、したがって、フローセル表面の一部分のみと接触している。しかし、代替実施形態では、基準面は、フローセル表面と実質的に同じサイズまたはそれより大きくすることができ、したがって、フローセル表面の実質的にすべてに接触することができる（任意選択で、検出窓、対物レンズまたは他の送信器と並置されるフローセル表面の領域を除く）。
【００４０】
示された例では、基準面１１７は円形窓１１８を取り囲んでおり、この窓は剛体１００を通る穴である。あるいは、円形窓１１８は、検出される信号を送信し得る材料を含むことができる。例えば、窓は、検出される信号の送信を促進する石英、ガラス、またはプラスチックで作られてもよい。いくつかの構成では、窓は、図１１に関して以下でさらに詳細に説明するように、検出を容易にするためにフローセル表面に接触する屈折率整合液浸流体を含むことができる。円形窓１１８は、対物レンズ１１０が窓１１８を通してフローセル１０１を観察できるように、対物レンズ１１０の前部レンズ１１５と位置合わせされる。圧縮脚部１０２は、フローセルの反対側の平坦リング１１７のフットプリントを補完するフローセル１０１上のフットプリントを提供する平坦リング形状を有する。この例では、（脚部１０２を介した）予荷重は、基準面１１７と容器との間の接触の領域と同じ容器（フローセル１０１）との接触領域を有する。あるいは、予荷重は、基準面と容器との間の接触の領域よりも小さい容器との接触領域を有することができる。実際、予荷重は、基準面と容器との間の接触の領域よりも大きくない容器との接触領域を有することができる。
【００４１】
一般に、予荷重と基準面とのフットプリント間の相補性は、円形窓１１８とは反対側にあるフローセルの表面領域を排除し、さらに、基準面１１７を取り囲む剛体の領域の反対側のフローセルの表面領域を排除するフローセル１０１上の接触領域を有する圧縮脚部１０２をもたらすように構成することができる。圧縮脚部１０２のフットプリントと基準面１１７との間の相補性は、窓１１８を通して観察されるフローセル表面の部分の平坦性を維持するのに役立つ。この相補性は、特に高倍率および高分解能で、フローセルの内面の検体を検出するのに役立つ。相補性は、徹照を促進することもでき、それにより、放射線は、バネ１０３、圧縮脚部１０２、および窓１１８の中空空間によって画定される経路を前後に通過することができる。基準面および予荷重の円形形状は例示である。正方形、長方形、多面体、楕円形、三角形などを含むがこれらに限定されない他の形状を使用することができる。さらに、形状は連続している必要はない。代わりに、予荷重のための基準面および／または接触面は、２つの平行なトラックによって、または上記の形状の中断によって形成されるような不連続領域であり得る。特に有用な用途は、核酸マイクロアレイ検出および核酸配列決定である。予荷重と基準面の形状および向きは、エネルギーを容器に送達する装置または非光学信号を検出する装置に使用できる。
【００４２】
図２に例示されるように、本開示の検出装置または他の装置で使用するのに特に有用な容器はフローセルである。例えば、少なくとも１つのチャネルおよびチャネルの両端に開口部を含むフローセルを含む、様々なフローセルのいずれかを使用することができる。開口部を流体構成要素に接続して、試薬がチャネルを通過できるようにし得る。フローセルは、一般に、チャネル内、例えばチャネルの管腔内またはチャネルを形成する壁の内面上の検体の検出を可能にするように構成される。いくつかの実施形態では、フローセルは、それぞれがその端部に開口部を有する複数のチャネルを含むことができる。例えば、図２に示されるフローセルは、それぞれ両端に開口部を有する３つのチャネル１２０、１２１、および１２２を有する。複数のチャネルは、マニホールドを介して流体システムと相互作用できる。
【００４３】
特定の実施形態において、フローセルは、１つ以上の標的検体または試薬が付着する固体支持体を含む。特に有用な固体支持体は、部位のアレイを有するものである。アレイには、多重検出を容易にするという利点がある。例えば、異なる試薬または検体（例えば、細胞、核酸、タンパク質、候補小分子治療薬など）を、アレイの特定の部位への各異なる検体の結合を介してアレイに付着させることができる。有用であり得る例示的なアレイ基質には、限定されないが、イルミナ社（カリフォルニア州サンディエゴ）から入手可能なＢｅａｄＣｈｉｐ（商標）アレイ、あるいは米国特許第６，２６６，４５９号、第６，３５５，４３１、第６，７７０，４４１号、第６，８５９，５７０号、もしくは第７，６２２，２９４号、またはＰＣＴ公開第ＷＯ００／６３４３７号に記載されているようなアレイが含まれ、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。使用可能な市販のアレイ基質のさらなる例には、例えば、Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ  ＧｅｎｅＣｈｉｐ（商標）アレイが含まれる。いくつかの実施形態によれば、スポットアレイ基質も使用することができる。例示的なスポットアレイは、Ａｍｅｒｓｈａｍ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓから入手可能なＣｏｄｅＬｉｎｋ（商標）アレイである。有用な別のアレイは、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能なＳｕｒｅＰｒｉｎｔ（商標）テクノロジーなどのインクジェット印刷方法を使用して製造されたものである。
【００４４】
他の有用なアレイ基質には、核酸配列決定の用途で使用されるものが含まれる。例えば、ゲノムフラグメントの付加アンプリコン（クラスターと呼ばれることも多い）を生成するために使用されるアレイは、特に有用である。本明細書で使用するために改変できる基質の例には、Ｂｅｎｔｌｅｙ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  ４５６：５３−５９（２００８）、ＰＣＴ公開第ＷＯ９１／０６６７８号、第ＷＯ０４／０１８４９７号もしくは第ＷＯ０７／１２３７４４号、米国特許第７，０５７，０２６号、第７，２１１，４１４号、第７，３１５，０１９号、第７，３２９，４９２号もしくは第７，４０５，２８１、または米国特許出願公開第２００８／０１０８０８２号に記載したものが含まれ、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。
【００４５】
アレイは、１００μｍ、５０μｍ、１０μｍ、５μｍ、１μｍ、または０．５μｍ未満の間隔で配置された部位を有することができる。特定の実施形態では、アレイの部位は、それぞれ、約１００ｎｍ２、２５０ｎｍ２、５００ｎｍ２、１μｍ２、２．５μｍ２、５μｍ２、１０μｍ２、１００μｍ２、または５００μｍ２よりも大きい領域を有することができる。代替的にまたは追加的に、アレイの部位は、それぞれ、約１ｍｍ２、５００μｍ２、１００μｍ２、２５μｍ２、１０μｍ２、５μｍ２、１μｍ２、５００ｎｍ２、または１００ｎｍ２よりも小さい領域を有することができる。実際、部位は、上記で例示したものから選択された上限と下限との間の範囲のサイズを有することができる。アレイは、例えば、少なくとも約１０部位／ｃｍ２、１００部位／ｃｍ２、５００部位／ｃｍ２、１，０００部位／ｃｍ２、５，０００部位／ｃｍ２、１０，０００部位／ｃｍ２、５０，０００部位／ｃｍ２、１００，０００部位／ｃｍ２、１，０００，０００部位／ｃｍ２、５，０００，０００部位／ｃｍ２、またはそれ以上を含む密度の種々の任意の部位を有することができる。本明細書に記載の装置または方法の実施形態を使用して、上記の密度または部位分離で部位を区別するのに十分な解像度でアレイを撮像することができる。
【００４６】
いくつかの実施形態は、フローセル内の検体の光学的検出を利用する。したがって、フローセルは、それぞれ少なくとも１つの透明な窓を有する１つ以上のチャネルを含むことができる。特定の実施形態において、窓は、Ｘ線、紫外線（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、赤外線（ＩＲ）、マイクロ波および／または電波放射を含むがこれらに限定されない特定のスペクトル範囲の放射に対して透明であり得る。場合によっては、検体は窓の内面に付着する。代替的または追加的に、１つ以上の窓は、検体が付着している内部基質を見ることができる。本明細書に記載の方法または装置において有用であり得る例示的なフローセルおよびフローセルの物理的特徴は、例えば、米国特許出願公開第２０１０／０１１１７６８（Ａ１）号、第ＷＯ０５／０６５８１４号、または米国特許出願公開第２０１２／０２７０３０５（Ａ１）号に記載されており、これらはそれぞれの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００４７】
本明細書のいくつかの例は、細長いチャネルを有する長方形フローセル１０１について示されている。これらの例において、フローセル１０１と基準面１１７との間の接触領域は、スキャン次元ｘのフローセルレーンの長さよりも短いスキャン次元ｘの最大長を有する。より具体的には、リング１１７の直径は、レーン１２０、１２１または１２２の長さよりも短い。代替的または追加的に、フローセル１０１と基準面１１７との間の接触領域は、次元ｙのフローセルレーンの幅よりも短い次元ｙの最大幅ｗを有することができる。具体的には、リング１１７の直径は、レーン１２０、１２１または１２２のいずれか１つの幅よりも短くすることができる。
【００４８】
同様に、スキャン次元ｘの窓１１８の最大直径または長さは、スキャン次元ｘのフローセルレーンの長さよりも短くすることができる。代替的または追加的に、ｙ次元の窓１１８の最大直径または幅は、レーン１２０、１２１または１２２のいずれか１つの幅よりも短くすることができる。この構成では、ｙ方向の並進により、レーンの幅全体を観察できる。いくつかの実施形態では、窓１１８の領域およびレーンの幅は、レーンの幅全体を観察するためにｙ次元の並進が必要ないように構成することができる。例えば、窓１１８の領域は、次元ｙのフローセルレーンの幅に等しいかそれより長い、次元ｙの最大直径または幅ｗを有することができる。
【００４９】
特定の実施形態では、フローセルなどの容器は、スキャン動作の全体または一部の間、弓状経路で移動することができる。図１のフローセルの向きを見ると、弓状経路は、ヨー軸の周りの回転から生じ得る。弓状経路は、容器をスキャンするのに望ましい円、螺旋、または他の経路であり得る。任意選択で、容器と基準面との間の接触領域は、それぞれ弓状経路の長さまたは面積よりも小さい長さまたは面積を有することができる。より具体的な例として、リング形状の基準面は、弓状経路の長さよりも短い直径、または弓状経路に沿って移動するフローセルレーンの長さよりも短い直径を有することができる。同様に、検出が行われる基準面の窓の最大直径または領域は、それぞれ円弧状の経路の長さまたは領域よりも小さくすることができる。あるいは、円弧パスに沿ってスキャンされるフローセルレーンよりも窓を小さくすることができる。
【００５０】
フローセルは長方形である必要はない。使用できる代替形状には、円盤、正方形、多角形、または不規則な形状が含まれるが、これらに限定されない。フローセルレーンは、直線経路、弓状経路、巻線経路などに従うことができる。他の種類の容器も使用できる。例えば、マルチウェルストリップまたはマルチウェルプレートのウェルは、本開示の装置または方法を使用して検出され得る。ウェルの底面は、容器の上部に印加される予荷重によって（例えば、圧縮脚部をマルチウェルプレートまたはマルチウェルストリップの上側に接触させることによって）基準面に向かって付勢することができる。任意選択で、ウェルは基準面に接触する平坦な底部を有することができる。さらなる選択肢として、ウェルは検出器の視野よりも大きくなる。例えば、ウェルは、形状が円形であってもよく、スキャン次元ｘの基準面の長さよりも長いスキャン次元ｘの直径ｌを有してもよい。
【００５１】
別の例示的な容器の種類は、毛細管などの円筒形または管形の容器である。管の本体は、本明細書で扁平形状の容器について例示されるように、予荷重の力の下で基準面に保持することができる。例示的な構成では、管の長さは、ｘに沿って管をスキャンすると、管の長さに沿った基準面の相対運動が生じるように、スキャン軸に平行にすることができる。この向きに構成された管の場合、ロール軸で管を回転させることも有用である。この回転により、管のセクションの周囲を基準面が相対運動する。ｘに沿った並進とロール軸に沿った回転を組み合わせることにより、管のかなりの表面領域を基準面と接触させることができる。例えば、管と基準面は、互いに対してらせん形またはらせん状の経路で移動できる。本明細書で平坦な外壁を有するフローセルについて例示するように、基準面は平坦であり得る。あるいは、基準面は、接触する円筒形または管形の容器を収容し方向付ける湾曲形状（例えば、Ｕ字形またはサドル形の断面）を有することができる。
【００５２】
典型的には、容器壁は、使用される条件下によっては、容易に可撓性とはならない剛性材料で作られている。代替の実施形態では、容器は、例えば、基準面に沿って通過でき、容器が予荷重で付勢されている間に検出できるシート、テープ、ベルトまたはリボンを形成する可撓性材料から作られる。例えば、核酸のアレイなどの複数の検体は、可撓性材料の表面に付着し、基準面と接触したときに検出することができる。検体が付着した例示的な可撓性材料は、例えば、米国特許第９，０７３，０３３号および米国特許出願公開第２０１６／００７６０２５（Ａ１）号に記載されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。
【００５３】
可撓性壁を有する容器を使用する場合、例えば、検出器によって観察される壁材料の部分を引き伸ばしたり真っ直ぐにしたりするために、基準面上で壁材料を引っ張ることが有利であり得る。例えば、基準面は、検出窓を取り囲む隆起した縁であり得、可撓性材料は、縁を越えて引っ張られて、窓に引っ張り力を印加することができる。引っ張ることは、例えば、隆起した縁を取り囲む真空チャックを介して可撓性材料に吸引力を印加することにより達成できる。吸引は、本明細書に記載されている他の予荷重機構の代替または補足として適用できる。
【００５４】
本明細書に記載の例から明らかなように、容器は開いていてもよく（例えば、マルチウェルプレートのウェル、チップの表面、またはシートの表面）、または、容器は閉じていてもよい（例えば、フローセルのレーン）。マルチウェルプレートのウェルを任意選択で覆って密閉容器を生成することができ、同様にシート、ベルト、テープまたはリボンが複数の層を有し、層間に管腔が生じることが理解されるであろう。あるいは、容器は、トラフ、ウェル、または流体を含む他の凹構造などの１つ以上の開いた構造を有することができる。容器はまた、ポストまたはリッジなどの凸状または突出構造を有することができ、任意選択で、個々の突出部はそれぞれ、検出または操作される１つ以上の検体に付着させることができる。
【００５５】
図２に例示されている予荷重は、基準面に接触する容器の側面とは反対側にある容器（例えば、フローセル）の側面に押圧力を生成する。押圧力は、バネ、クランプ、正の空気圧、正の流体圧、電荷反発、電荷引力、磁気引力、または磁気反発に由来する。あるいは、容器に引っ張り力を生成するように予荷重を構成できる。例えば、容器内または容器上にある磁性または強磁性材料を基準面に引き付けることができ、または容器内または容器上の電荷を基準面に引き付けることができる。この例では、基準面または基準面を取り囲む領域に、予荷重として機能する磁性または強磁性材料を含めることができる。別の実施形態では、吸引力は、基準面に接触する容器の領域に吸引力を印加するように構成された真空チャックから生じ得る。さらなる実施形態では、磁気クランプ力を使用することができ、それにより、容器は、容器の反対側の外側にある磁性体または強磁性体を引き付ける基準面上またはその周囲の磁性または強磁性材料の間に挟まれる。
【００５６】
本開示の検出装置または他の装置は、基準面に沿って容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータを含むことができる。容器は、基準面および予荷重の面に沿ってスライドできる。一般に、スキャンアクチュエータは、予荷重で付勢され容器が基準面と接触している間に容器を動かすように構成されている。ただし、同時に予荷重を容器に印加することなく、容器を並進させることもできる。また、流体軸受または磁気軸受など、容器に物理的に接触しない軸受によって画定された空間を介して容器を並進させることもできる。例えば、容器は、軸受に対する予荷重と反対の力を介して位置付けられてもよい。特に有用なアクチュエータは、フローセル上またはフローセルを含むカートリッジ上の穿孔またはねじ山と相互作用する１つ以上の歯車を使用する。以下にいくつかの例を示す。
【００５７】
いくつかの実施形態では、スキャンアクチュエータは、フィルムスプロケット機構を使用することができる。並進させる容器、または容器を保持するカートリッジは、並進を達成するために検出装置のスプロケットに係合する穿孔のトラックを含むことができる。図３の例示的な構成に示されるように、フローセル１０１は、２つの穿孔トラック１３０および１４０を含むカートリッジ１２５に収容される。穿孔トラック１３０は、カートリッジ１２５の上縁近くに位置しており、フローセルの最長寸法ｌに平行に走っている。穿孔トラック１４０は、カートリッジ１２５の反対側の縁部付近に位置し、かつまたｌに平行に走っている。スプロケット１５０および１６０は、予荷重バネ１０３の力により基準面１１７に向かって付勢されると、それぞれ穿孔トラック１３０および１４０と係合するように構成される。フローセル１０１は、係合したスプロケット１５０および１６０を回転させることにより、ｌに平行なスキャン次元ｘに並進させることができる。
【００５８】
図４Ａは、フローセル４３０用のインセット４０３を有するカートリッジ４００を示す。インセットは、フローセル４３０の調整または取り外しを容易にするために置かれたノッチ４０４および４０５を含む。カートリッジ４００は、上縁４０２の近くに単一の穿孔トラック４０１を有する。図４Ｂに示すように、穿孔はスプロケット４２０の歯と相補的であり、穿孔トラック４０１はカートリッジ４００の面に挿入され、それによりガイド４１０と係合するトラックを提供する。ガイド４１０は、穿孔トラック４０１に挿入され、スプロケット４２０の作用下での並進中のヨー軸でのカートリッジ４００の回転を防止し、それにより検出器に対するフローセル４３０の不要なヨー回転を防止する。図４Ｃに示されるように、フローセル４３０は、インセット４０３と圧入するサイズの底板４３１を含み、また上板４４０も含む。スペーサまたはガスケットの存在により、プレート４３１と４４０との間にチャネル４４３が形成される。上板４４０は、チャネル４４３の入口および出口として機能する穴４４１および４４２も含む。組み立てられたフローセル４３０を備えたカートリッジ４００、モータ４２５を備えたスプロケット４２０、およびガイド４１０の斜視図が図４Ｄに示されている。
【００５９】
スキャン作動のための別の有用な機構は、フローセルの縁部、またはフローセルを保持するカートリッジの縁部の歯と係合する平歯車である。図５Ａは、フローセル１０１に圧力嵌めされ、鋸歯状の底縁２４０と平滑な上縁２４１を有するカートリッジ２００を示す。カートリッジ２００が予荷重バネ１０３によって付勢されて剛体１００の基準面に接触すると、鋸歯状の底縁２４０が平歯車２３０と係合する。カートリッジ２００とフローセル１０１は、平歯車２３０を回転させることにより並進される。カートリッジ２００が剛体１００上の基準面とフローセル１０１に接触するように位置付けられると、ホイールガイド２１０および２２０はカートリッジ２００の平滑な縁部２４１に係合する。ホイールガイドは、カートリッジ２００およびフローセル１０１のヨー軸周りの回転を防ぐように機能する。
【００６０】
スキャン作動では、フローセルまたはフローセルを保持するカートリッジのねじ付きキャッチに係合するボールねじを使用することもできる。図６Ａは、フローセル１０１に圧力嵌めされ、上部にねじ付きキャッチ３１１を有し、底部に２つのガイドキャッチ３１２および３１３を有するカートリッジ３００を示す。カートリッジ３００が予荷重バネ１０３によって付勢されて剛体１００の基準面に接触すると、ねじ付きキャッチ３１１がねじ３１０と係合する。カートリッジ３００およびフローセル１０１は、キャッチ３１１のねじ山に対してねじ３１０を回転させることにより並進される。カートリッジ３００がフローセル１０１と基準面１１７とに接触するように位置付けられると、ガイドキャッチ３１２および３１３はレール３２０と係合する。ガイドキャッチ３１２および３１３は、ヨー軸の周りのカートリッジ３００およびフローセル１０１の回転を防ぐように機能する。
【００６１】
スキャン作動では、上記で例示したように、モータと容器（または容器カートリッジ）との間の機械的接触を使用できる。代替的または追加的に、モータと容器（または容器カートリッジ）との間の相互作用は、磁気引力によって媒介され得る。例えば、容器またはカートリッジは、アクチュエータの磁性または強磁性構成要素と相互作用する磁性または強磁性材料を含むことができる。
【００６２】
機械的接触または他の相互作用を使用して作動を仲介するかどうかにかかわらず、リニアモータを使用してスキャン動作を駆動できる。使用可能な例示的なリニアモータには、同期リニアモータ、誘導リニアモータ、同極リニアモータ、および圧電リニアモータが含まれる。
【００６３】
本開示の装置は、ｙ次元に沿って検出器と容器の相対並進位置を変更するように構成されたｙアクチュエータをさらに含むことができる。図２に示す装置を例にとると、ｙアクチュエータは、例えば、対物レンズ１１０および基準面１１７の相対並進位置を変更することにより動作することができる。代替的または追加的に、フローセル１０１および基準面１１７の相対並進位置を変更することにより、アクチュエータを動作させることができる。ｙ次元に沿った並進により、フローセルの異なるレーンをアドレス指定できる。レーンが対物レンズの視野よりも広い場合、ｙ並進を使用してレーンの複数のスワスを検出できる（すなわち、第１のスワスはｘに沿ったスキャンで検出でき、第２のスワスはｙ次元に沿ったステップとそれに続くｘに沿った第２のスキャンでアドレス指定できる）。ｙアクチュエータは、本明細書で例示されるｘアクチュエータと同様に構成され得る。例えば、ｙアクチュエータは、予荷重によって基準面に付勢されている間にフローセルを並進させるように構成できる。ｘまたはｙの並進には、他のステッピングモータまたは並進アクチュエータも使用できる。
【００６４】
特定の実施形態では、本開示の装置は、円弧経路に沿って検出器と容器の相対並進位置を変更するように構成された回転アクチュエータを含むことができる。図１に示すように方向付けられた例示的なフローセルを取り上げると、回転アクチュエータは、ヨー軸でフローセルを回転させることができる。ヨー軸の回転は、弓状経路をたどるレーンまたは特徴をスキャンするのに特に役立つ。追加または代替の回転アクチュエータは、ロール軸に沿って容器を回転させることができる。ヨー軸の回転は、容器がｘ軸に沿った長さを有するように方向付けられた管またはシリンダである場合に特に役立つ。
【００６５】
本開示のいくつかの実施形態は、物体（フローセルなどの容器）からの放射線を収集および集束するためのいくつかのレンズを有する対物レンズに関して例示される。光学要素が放射線の焦点を合わせることができるかどうかにかかわらず、例えば、レンズ、ミラー、光ファイバ、ファイバ束、レンズアレイ、または観察物体からの放射線を収集する他の光学要素を含む本開示の装置または方法において、様々な光学要素のいずれかが対物レンズとして機能し得ることが理解されるであろう。本明細書に記載の装置または方法で使用される対物レンズまたは他の光学構成要素は、Ｘ線、紫外線（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、赤外線（ＩＲ）、マイクロ波および／または電波範囲を含むがこれらに限定されない様々なスペクトル範囲のいずれかで放射を送信するように構成できる。
【００６６】
本明細書に記載の装置で使用される対物レンズは、容器の内面または管腔から、容器の壁を通って、容器の外面が基準面に接触したときに検出器に放射線を方向付けるために置くことができる。特定の実施形態では、対物レンズ、および光学系の他の任意選択の構成要素は、落射発光検出（すなわち、落射発光）用に構成することができ、それにより、励起放射線が放射源から対物レンズを通して、次に容器の壁を通り抜けて容器の内面または管腔へ方向付けられ、そして、それにより、容器の内面または管腔からの放出は、壁および対物レンズを通して戻される（すなわち、励起および放出は両方とも対物レンズを通過する）。あるいは、対物レンズ、および光学系の他の任意選択の構成要素は、徹照蛍光用に構成することができ、それにより、励起放射線は、放射源から容器の第１の壁を通って容器の内面または管腔に方向付けられ、そして、それにより、容器の内面または管腔からの放出は、容器の別の壁および対物レンズを通して方向付けられる（すなわち、放出は対物レンズを通過するが、励起は通過しない）。蛍光検出のための他の有用な構成には、全反射蛍光（ＴＩＲＦ）または導波路を介して容器を励起する構成が含まれる。様々な構成のいずれにおいても、放射源は基準面との構造的ループを形成することができ、予荷重の付勢の下で参照と接触する容器が放射源に対して適切に方向付けられるようになる。
【００６７】
図２、３、５および６に示される対物レンズは例示であり、４つのレンズを有する。特定の用途に合わせて、任意の数または種類のレンズを含めることができる。特に有用な対物レンズの開口数は、０．１以上０．９以下である。０．９５を超える開口数は、以下でさらに詳しく説明する液浸対物レンズを使用して実現できる。対物レンズまたはその他の送信器は、１００μｍ、５０μｍ、１０μｍ、５μｍ、１μｍ、または０．５μｍ未満離れている表面の特徴（例えば、核酸部位）を分解する検出システムで動作するように構成できる。対物レンズまたは他の送信器を含む検出システムは、約１ｍｍ２、５００μｍ２、１００μｍ２、２５μｍ２、１０μｍ２、５μｍ２、１μｍ２、５００ｎｍ２、または１００ｎｍ２よりも小さい表面上の領域を有する特徴を分解するように構成することができる。
【００６８】
本明細書に記載の装置または方法に使用される光学系は、少なくとも０．１ｍｍ２、０．５ｍｍ２、１ｍｍ２、２ｍｍ２、３ｍｍ２、４ｍｍ２、またはそれ以上である視野を有することができる。代替的におよび／またはそれに加えて、視野は、最大４ｍｍ２、３ｍｍ２、２ｍｍ２、１ｍｍ２、０．５ｍｍ２、０．１ｍｍ２、またはそれ未満となるように構成することができる。
【００６９】
本明細書に記載の装置で使用される検出システムの対物レンズまたは他の適切な構成要素は、容器内または容器上の検体に焦点を合わせるように構成することができる。例えば、装置は、焦点次元ｚで対物レンズおよび基準面の相対位置を変更するように構成された焦点アクチュエータを含むことができる。予荷重の力の下で容器を基準面に物理的に位置合わせすることにより、容器の位置がｚ次元で効果的に固定され、それにより、スキャン動作全体にわたって正確で堅牢な焦点合わせが可能になる。
【００７０】
本明細書に記載の装置は、核酸配列決定システムで使用される光学サブシステムまたは構成要素を使用することができる。いくつかのそのような検出装置は、例えば蛍光信号の検出などの光学的検出のために構成される。本明細書の容器を検出するために使用することができる検出装置およびその構成要素の例は、例えば、米国特許出願公開第２０１０／０１１１７６８（Ａ１）号または米国特許第７，３２９，８６０号、第８，９５１，７８１号、または第９，１９３，９９６号に記載されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。他の検出装置には、Ｉｌｌｕｍｉｎａ（商標）、Ｉｎｃ．（例えば、ＨｉＳｅｑ（商標）、ＭｉＳｅｑ（商標）、ＮｅｘｔＳｅｑ（商標）、もしくはＮｏｖａＳｅｑ（商標）システム）、Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（商標）（例えば、ＡＢＩ  ＰＲＩＳＭ（商標）、もしくはＳＯＬｉＤ（商標）システム）、Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（例えば、Ｓｅｑｕｅｌ（商標）もしくはＲＳ  ＩＩ（商標）システムなどのＳＭＲＴ（商標）テクノロジーを使用するシステム）、またはＱｉａｇｅｎ（例えば、Ｇｅｎｅｒｅａｄｅｒ（商標）システム）が提供するものなどの核酸配列決定用に市販されているものが含まれる。その他の有用な検出器は、米国特許第５，８８８，７３７号、第６，１７５，００２号、第５，６９５，９３４号、第６，１４０，４８９号もしくは第５，８６３，７２２号、または米国特許出願公開第２００７／００７９９１（Ａ１）号、第２００９／０２４７４１４（Ａ１）号もしくは第２０１０／０１１１７６８号、あるいは第ＷＯ２００７／１２３７４４号に記載されており、これらはそれぞれの全体が参照により本明細書に組み込まれる。特定の実施形態では、既知の配列決定システムのステージは、本明細書に記載のスキャン装置に置き換えることができる。
【００７１】
一般に、対物レンズは、検出される容器（例えば、フローセル）の近位にある（すなわち最も近い）検出装置の光学要素である。いくつかの実施形態では、容器は光学構成要素を含む必要はない。代替実施形態では、レンズまたは光ファイバなどの１つ以上の光学構成要素を、容器または容器が付着したカートリッジによって提供することができる。例えば、検出装置の対物レンズは、励起または発光または他の信号を、容器またはカートリッジに存在する光学構成要素に方向付けるように構成することができる。したがって、サンプルの近位にある光学構成要素は、検出装置によって、あるいはサンプルを収容する容器によって提供され得る。
【００７２】
本明細書に記載の方法または装置において容器を観察するために使用される検出装置は、光学的検出が可能である必要はない。例えば、検出器は、プロトンまたはピロリン酸塩の検出に使用される電子検出器（例えば、米国特許出願公開第２００９／００２６０８２（Ａ１）号、第２００９／０１２７５８９（Ａ１）号、第２０１０／０１３７１４３（Ａ１）号、もしくは第２０１０／０２８２６１７（Ａ１）号、これらはそれぞれの全体が参照により本明細書に組み込まれ、またはマサチューセッツ州ウォルサムのＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒから市販されているＩｏｎ  Ｔｏｒｒｅｎｔ（商標）システムを参照されたい）、または英国オックスフォードのＯｘｆｏｒｄ  Ｎａｎｏｐｏｒｅ（商標）により市販されているもの（例えば、ＭｉｎＩＯＮ（商標）またはＰｒｏｍｅｔｈＩＯＮ（商標）システム）などのナノポアの検出に使用されるもの、あるいは米国特許第７，００１，７９２号、Ｓｏｎｉ＆Ｍｅｌｌｅｒ，Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．５３，１９９６−２００１（２００７）、Ｈｅａｌｙ，Ｎａｎｏｍｅｄ．２，４５９−４８１（２００７）、もしくはＣｏｃｋｒｏｆｔ，ｅｔ  ａｌ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１３０，８１８−８２０（２００８）に記載されるものであり、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。
【００７３】
特定の実施形態では、本明細書に記載の装置または方法は、スキャン電子顕微鏡法（ＳＥＭ）用に構成することができる。したがって、電子ビームは、電子銃によって生成され、１つ以上のコンデンサレンズ、スキャンコイル、および／または偏向板によって容器に方向付けられ得る。信号は、シンチレータ−光電子増倍管システム（例えば、Ｅｖｅｒｈａｒｔ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ検出器）などの電子検出器を使用して検出できる。
【００７４】
特定の実施形態では、本開示の検出装置または他の装置は、検出される容器の温度制御を提供することができる。温度制御は、容器を収容する内部チャンバの温度を制御することにより提供できる。代替的または追加的に、検出されるべき容器は、温度制御された熱伝導性表面と接触するように置くことができる。図７Ａは、熱伝導性表面との接触を介してフローセルの温度制御を達成するための例示的な構成を示す。アルミニウム本体４６０の背面は、円錐形のくぼみ４１６の左右に位置する２つの熱要素４５０および４５１に付着している。熱要素は、ポリイミドサーモフォイルヒーター、ペルチェ要素、金属加熱要素、セラミック加熱要素、ポリマーＰＴＣ加熱要素などであり得る。アルミニウム本体４６０はまた、検出装置に付着させるための２つの足部４６１および４６２を含む。そのようなものとして、２本の足部は、アルミニウム本体４６０上の基準面と検出装置との間の構造ループの一部を形成する。任意選択で、足部４６１および４６２は、低熱伝導率を有する材料から作られ得る。したがって、足部は、検出装置の他の構成要素が不要な温度変動を経験することを絶縁する方法で、アルミニウム本体を検出装置に付着させるように機能することができる。熱要素４５０および４５１は、ワイヤ４５２および４５３を介して作動されて、アルミニウム本体４６０を加熱または冷却し、カートリッジ４００内のフローセルがアルミニウム本体４６０の反対側と接触し、これにより、温度制御される。図７Ｂに示されるように、円錐形のくぼみ４１６は、窓４１８を通してカートリッジ４００内のフローセルを検出するための対物レンズ４１０を受け入れるように構成される。図示の構成では、フローセルカートリッジ４００は、回転モータ４２５の制御下でフィルムスプロケット４２０を介して並進する。
【００７５】
本開示の検出装置または他の装置は、検出されるべき容器に試薬を送達するための流体工学システムを含むことができる。したがって、１つ以上のリザーバは、容器の入口バルブに流体的に接続され得る。装置は、リザーバから容器へ試薬を駆動するための圧力供給装置をさらに含むことができる。装置は、使用済み試薬を除去するために容器に流体接続された廃棄物リザーバを含むことができる。容器がフローセルである実施形態を例にとると、試薬はポンプを介して入口を通してフローセルに送達され、その後、試薬はフローセル出口を介して廃棄物リザーバに流れることができる。リザーバには、核酸配列決定、核酸ジェノタイピング、核酸発現分析、タンパク質配列決定、タンパク質結合分析（例えば、ＥＬＩＳＡ）、小分子受容体結合、タンパク質リン酸化分析、核酸合成またはタンパク質合成などの様々な分析手順用の試薬を含めることができるが、これらに限定されない。代替的または追加的に、リザーバは、調製プロセス用の試薬を含むことができる。例示的な調製プロセスには、核酸合成、ペプチド合成、オリゴヌクレオチドの遺伝子へのアセンブリ、フォトリソグラフィ、ナノ加工または微細加工（例えば、レーザエッチングを介して）、レーザアブレーションなどが含まれるが、これらに限定されない。
【００７６】
流体システムは、試薬をリザーバから検出が行われる容器に導くための少なくとも１つのマニホールドおよび／または少なくとも１つのバルブを含むことができる。マニホールドは、配列決定プロトコル中に送達される比較的多数の異なる試薬のため、配列決定機器で特に役立つ。例示的なプロトコルおよび有用な試薬は、以下でさらに詳細に、および参照により本明細書に組み込まれる参考文献に記載されている。リザーバからの流体の流れは、ソレノイドバルブ（日本の高砂電機製など）、ボールバルブ、ダイヤフラムバルブ、ロータリーバルブなどのバルブを介して選択できる。
【００７７】
本開示の検出装置または他の装置で使用される１つ以上の流体構成要素は、検出構成要素から分離可能な流体キャディに収容することができる。例示的な流体キャディ６００が図８Ａに示されている。流体キャディ６００は、試薬リザーバ６０３、廃棄物リザーバ６０２、および外部ポンプ用のピストンシャフト６０４を収容するのに十分な内部容積を有するハウジング６０１を含む。１つ以上のリザーバ、流体ライン、バルブまたはポンプを含むがこれらに限定されない、様々な流体構成要素のいずれかを流体キャディに収容することができる。流体キャディは、検出装置のフックと係合するように構成されたラッチ６１０および６１１を含む。例えば、図９のスイッチフック７０１を参照されたい。フローセル４３０は、カートリッジ４００内に保持され、カートリッジ４００は、フック６１６ならびにガイド６１６および６１７を介して流体キャディ６００に保持される。図８Ｂの拡大切り抜き図および図８Ｄの側面図に示されるように、フック６１５は、カートリッジ４００を所定の位置に保持するためにトラック４０１に挿入される歯６１４を含む。ガイド６１６および６１７は、カートリッジ４００の底縁に係合することにより、３点の付着を完了する。予荷重６２０は、図８Ｄに格納位置で示されているが、カートリッジ４００の裏側を押すように伸ばすことができ、それにより、フック６１５ならびにガイド６１６および６１７とともに機能して、圧縮力によってカートリッジを所定の位置に保持する。
【００７８】
流体キャディ６００は、図８Ｄおよび図８Ｆに示されるような開口部を含む。フローセル４３０の流体接続を示す目的で、図８Ｆは、いくつかの他の流体構成要素が空になったキャディ６００の斜視図を示す。開口部６０５は、外部ポンプのピストンを受け入れるように構成されている。ピストンは検出装置によって駆動され得、分析手順（例えば、核酸配列決定手順）中にフローセル４３０を通る流体の流れを制御できるが、ピストンはキャディ６００またはフローセル４３０の流体に直接接触する必要はない。したがって、検出装置は、流体と直接接触しない「ドライ」構成要素を構成することができ、一方、キャディ６００およびフローセル４３０は「ウェット」構成要素を構成する。流体キャディ６００は、それぞれ管６６１および６６２を収容するように構成された２つの細長い開口部６２１および６２２を含む。細長い形状により、スキャン中にフローセルが並進されるときに、管がｘ次元に沿って移動できる。したがって、管は、スキャン動作中にフローセルおよび流体リザーバと係合したままにすることができる。
【００７９】
フローセル４３０は、例えば図４に関連して本明細書で前述したように、カートリッジの運動を介してキャディ６００とは独立して並進させることができる。そのため、キャディ６００は静止したままであり、フローセル４３０は移動する。あるいは、キャディとフローセルがユニットとして並進されるように、フローセルをキャディに付着させることができる。さらなる代替において、フローセルおよび／または流体キャディが静止している間に、検出装置の１つ以上の検出構成要素を移動させることができる。
【００８０】
流体キャディ６００と検出装置の構成要素との間の相互作用が図９に示されている。図９Ａの斜視図および図９Ｂの上面図は、キャディ６００とアルミニウム本体４６０との間にフローセルカートリッジ４００を挟むように係合したキャディ６００を示す。係合すると、フローセルカートリッジ４００は、フィルムスプロケット４２０に接触し、モータ４２５がその中のフローセルの並進を駆動できるようになる。並進により、フローセルが対物レンズ７２１を通過し、蛍光計７２０からフローセルに蛍光励起を方向付け、フローセルから蛍光計７２０に蛍光発光を方向付けるように構成される。
【００８１】
キャディ６００およびフローセルカートリッジ４００を本開示の検出装置または他の装置と係合させる機構は、８トラックカセットのオーディオプレーヤーへの挿入に似ている。フローセル４３０およびカートリッジ４００は、ユーザが８トラックカセット内のテープを扱う必要がないのと同様に、ユーザがフローセル４３０を直接扱う必要がないようにキャディ６００に接続され、代わりに、キャディー６００を扱うことによって検出装置にそれを送達する。同様に、個々の流体構成要素を個別に取り扱う必要はないが、キャディ６００が検出装置に適切に置かれると、検出装置のアクチュエータと適切に係合することができる。
【００８２】
流体キャディ６００は、流体キャディ６００の機能を制御するために検出装置によって使用できる機械的要素を示す図９Ｃの検出装置から係合解除されている。検出装置は、流体キャディの存在に応答し、機能的相互作用を作動させるセンサまたはスイッチを含むことができる。図９の例では、キャディ６００が適切に係合すると、スイッチフック７０１が変位する。この変位は、１つ以上の機能を作動することができる。例えば、流体キャディ６００の下面は、プラットフォーム７１０上の１つ以上のバルブアクチュエータ７１１を受け入れるように位置付けられた１つ以上の開口部を含むことができる。バルブアクチュエータは、例示の目的のために誇張された位置で示されているが、流体キャディ６００が存在しない場合、プラットフォーム７１０に格納することができる。バルブアクチュエータは、スイッチフック７０１の変位に応じて、および／または検出装置の制御ソフトウェアに応じて上昇させることができる。したがって、１つ以上のバルブアクチュエータ７１１を使用して、フローセルへの、フローセルからの、および／またはキャディ内のリザーバ間の流体の流れを制御することができる。別の例では、検出装置のポンプ構成要素７０２は、例えばピストンを挿入することにより、開口部７１０を介してキャディ６００の流体構成要素と係合することができる。ポンプ構成要素７０２と流体キャディ６００との相互作用は、スイッチフック７０１の変位により、および／または検出装置用の制御ソフトウェアに応じて直接作動させることができる。
【００８３】
フローセル４３０と蛍光計７２０との間の構造ループは、基準面４１７、アルミニウム本体４６０、足部４６１および４６２、足部４６１および４６２が付着されるプレートまたはベース、ならびにプレートまたはベースにも付着される蛍光計７２０を含む。
【００８４】
図１０は、フローセルを検出装置と係合させるために使用できる機構を示す。図１０Ａは、検出装置と係合していないときの流体カートリッジ６００およびフローセルカートリッジ４００の側面図および拡大詳細図を示す。流体キャディ６００が係合していないとき、フローセルカートリッジ４００は、フック６１５ならびにガイド６１６および６１７と接触している。図１０Ｂは、キャディ６００が検出装置と係合したときに生じる構成の拡大詳細図を示す。具体的には、フローセルカートリッジ４００は、キャディ６００の壁に向かって移動し、フック６１５およびガイド６１６および６１７から係合解除する。
【００８５】
フローセルカートリッジ４００の位置を変更するための機構が図１０Ｅに示されており、これは、キャディ６００と、フローセルカートリッジ４００と、アルミニウム本体４６０との間の境界面の詳細図である。図１０Ｅは、図１０Ｃの線ｍに沿った断面図である図１０Ｄの詳細である。キャディ６００が検出装置と適切に係合すると、フック６１５ならびにガイド６１６および６１７がアルミニウム本体４６０のノッチ４７１、４７２および４７３に挿入される。ノッチ４７１、４７２、および４７３は、アルミニウム本体４６０へのキャディの圧縮により、フローセルカートリッジ４００の前面がスプロケット４２０およびフローセル４３０の前面に係合して基準面４１７に接触するのに十分な深さを有する。また、圧縮により、フローセルカートリッジ４００の背面が圧縮脚部１０２に接触する。このようにして、フローセル４３０は、対物レンズ４１０との位置合わせのために基準面４１７に押し付けられ、窓４１８を通してフローセル４３０を観察する。フローセル４３０は、スプロケット４２０と穿孔トラック４０１との相互作用を介して並進させることができる。
【００８６】
本明細書では、流体キャディと検出装置との間の相互作用を機械的接触を使用して例示したが、他の機械的スイッチング機構を使用できることが理解されよう。例えば、電子センサ（例えば、ブルートゥース）、磁気センサ、無線周波数センサ（例えば、ＲＦＩＤ）、圧力センサ、光学センサ（例えば、バーコード）などによって作動されるものを含む電子スイッチも使用できる。
【００８７】
上記の流体キャディおよび構成要素は例示である。本開示の検出装置とともに使用することができる他の流体キャディおよび流体構成要素は、共有の米国特許出願第１５／９２２，６６１号に記載されており、これは米国特許仮出願第６２／４８１，２８９号、および米国特許出願公開第２０１７／０１９１１２５（Ａ１）号の利益を主張し、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。さらに、同様の流体キャディを、反応装置などの本開示の他の装置とともに使用することができ、他の装置は、キャディと相互作用するように上記のように構成することができる。
【００８８】
任意選択で、本開示の検出装置または他の装置は、本明細書に記載のシステム構成要素の１つ以上を動作させるように構成されたコンピュータ処理ユニット（ＣＰＵ）をさらに含むことができる。同一または異なるＣＰＵがシステムと対話して、信号（例えば、本明細書に記載の方法で検出された信号）を取得、保存、および処理できる。特定の実施形態では、ＣＰＵを使用して、信号から、テンプレート核酸の特定の場所に存在するヌクレオチドの同一性を決定することができる。場合によっては、ＣＰＵは、検出された信号からテンプレートのヌクレオチドの配列を特定する。
【００８９】
有用なＣＰＵには、例えば、パーソナルコンピュータシステム、サーバーコンピュータシステム、シンクライアント、シッククライアント、ハンドヘルドもしく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のシステム、セットトップボックス、プログラマブルコンシューマエレクトロニクス、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータシステム、メインフレームコンピュータシステム、スマートフォン、または上記のシステムもしくはデバイスのいずれかを含む分散クラウドコンピューティング環境のうちの１つ以上が含まれる。ＣＰＵは、１つ以上のプロセッサまたは処理ユニット、ＲＡＭおよび不揮発性メモリを含み得るメモリアーキテクチャを含むことができる。メモリアーキテクチャは、取り外し可能／取り外し不能、揮発性／不揮発性のコンピュータシステム記憶媒体をさらに含むことができる。さらに、メモリアーキテクチャには、ハードドライブ、リムーバブル、不揮発性磁気ディスクから読み取りまたは書き込みを行う磁気ディスクドライブ、および／またはＣＤ−ＲＯＭもしくはＤＶＤ−ＲＯＭなどの取り外し可能な不揮発性光ディスクから読み取りまたは書き込みを行う光ディスクドライブなどの、取り外し不能な不揮発性の磁気メディアを読み書きするための１つ以上のリーダーを含んでもよい。ＣＰＵはまた、様々なコンピュータシステム可読媒体を含むことができる。このようなメディアは、揮発性および不揮発性メディア、取り外し可能および取り外し不能メディアなど、クラウドコンピューティング環境からアクセス可能な任意の利用可能なメディアである。
【００９０】
メモリアーキテクチャは、本明細書に記載の装置の１つ以上の構成要素を制御するか、または本明細書に記載の方法の１つ以上の部分を実行するように構成された実行可能命令として実装される少なくとも１つのプログラムモジュールを有する少なくとも１つのプログラム製品を含むことができる。例えば、実行可能な命令には、オペレーティングシステム、１つ以上のアプリケーションプログラム、他のプログラムモジュール、およびプログラムデータが含まれる場合がある。一般に、プログラムモジュールは、本明細書に記載の方法で検出された信号の処理などの特定のタスクを実行するルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、ロジック、データ構造などを含むことができる。
【００９１】
ＣＰＵの構成要素は、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、高速グラフィックスポート、および様々なバスアーキテクチャのいずれかを使用するプロセッサまたはローカルバスを含む、いくつかの種類のバス構造の１つ以上として実装できる内部バスによって結合できる。限定ではなく例として、このようなアーキテクチャには、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、ビデオエレクトロニクス標準協会（ＶＥＳＡ）ローカルバス、および周辺機器相互接続（ＰＣＩ）バスが含まれる。
【００９２】
ＣＰＵは、キーボード、ポインティングデバイス（例えば、マウス）、グラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）などのディスプレイ、またはユーザと核酸検出システムとの相互作用を促進する他のデバイスなど、１つ以上の外部デバイスと任意選択で通信できる。同様に、ＣＰＵは（ネットワークカード、モデムなどを介して）他のデバイスと通信できる。このような通信は、Ｉ／Ｏインターフェースを介して発生し得る。さらに、本明細書のシステムのＣＰＵは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、一般的なワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、および／または適切なネットワークアダプタを介したパブリックネットワーク（例えば、インターネット）などの１つ以上のネットワークと通信できる。
【００９３】
図１１は、液浸光学系を使用する例示的な光学構成の断面図を示す。この構成は、ハウジング７２０といくつかのレンズ７１１、７１２、および７１５を含む対物レンズ７１０を含む。レンズの数、位置、および形状は例示であり、所望のレンズ度数に応じて変えることができる。剛体７００、フローセル７０１、およびフローセルカートリッジ７０２も含まれる。フローセルカートリッジ７０２は、流体試薬をフローセルに出し入れするための入口７４１および出口７４２を含む。剛体７００の底面は、例えば上述の構成を使用して示されるように、予荷重が印加されたときにフローセル７１０によって密閉される基準面７１７を有する。このシールの反対側に、剛体７００は、対物レンズ７１０の先端を受け入れるように形作られた円錐形のくぼみ７１６を含む。剛体７００と、対物レンズ７１０と、シールとの間の空間７１６は、対物レンズに屈折率が整合する油または水性溶媒などの液浸流体で満たすことができる。したがって、液浸流体は、対物レンズ７１０の近位レンズ７１５とフローセル７０１の表面に直接接触する。流体は、任意選択で可撓性であるシール７３１および７３２によって空間７１６内に維持することができる。流体は、ライン７３３を介して空間７１６に追加および／または除去できる。液浸光学系は、例えば０．９５を超える開口数（ＮＡ）を達成する能力、容器内のより深い深度での撮像能力、対物レンズが物体を分解する際の容器の厚さおよび均一性の許容範囲の緩和など、空気を通して撮像する光学機器に比べていくつかの利点を提供できる。
【００９４】
本開示は、循環反応を実施するのに特に有用な方法を提供する。各サイクルは、反応のための試薬をフローセルまたは他の容器に送達することを含むことができ、任意選択で、反応、または反応の生成物が観察される。各サイクルは、本明細書に記載の装置または方法を使用した容器のスキャンをさらに含むことができる。方法は、核酸配列決定反応の文脈で本明細書で例示される。しかしながら、当業者は、本明細書の教示から、核酸合成反応、ペプチド配列決定反応、ペプチド合成反応、コンビナトリアル小分子合成反応などの他の循環反応のための方法および装置の修正方法を理解するであろう。しかしながら、この方法は周期的である必要はなく、代わりに、例えば単一の反応または現象を観察するために、非反復構成で実行することができる。
【００９５】
特に有用な配列決定反応は、Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ  Ｂｙ  Ｂｉｎｄｉｎｇ（商標）（ＳＢＢ（商標））反応であり、共同所有の米国特許出願公開第２０１７／００２２５５３（Ａ１）号、米国特許出願公開第２０１８／００４４７２７（Ａ１）号が優先権を主張する米国特許出願第６２／４４７，３１９号、米国特許出願公開第２０１８／０１８７２４５（Ａ１）号が優先権を主張する第６２／４４０，６２４号、または米国特許出願公開第２０１８／０２０８９８３（Ａ１）号が優先権を主張する第６２／４５０，３９７号に記載されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。一般に、テンプレート核酸分子の配列を決定する方法は、特定の条件下での三元複合体（ポリメラーゼと、プライムされた核酸と、同族ヌクレオチドとの間）の形成に基づくことができる。この方法は、検査段階とそれに続くヌクレオチド取り込み段階を含むことができる。
【００９６】
検査段階は、フローセル（または他の容器）で実行でき、フローセルは、第１の反応混合物を形成するために試薬をフローセルに送達することにより、プライマーでプライムされた少なくとも１つのテンプレート核酸分子を含む。反応混合物は、プライムされたテンプレート核酸、ポリメラーゼ、および少なくとも１つのヌクレオチドタイプを含むことができる。プライマーと共有結合してヌクレオチドが付加されていない条件下では、ポリメラーゼとヌクレオチドとプライムされたテンプレート核酸分子との相互作用が観察される。そして、各テンプレート核酸の次の塩基は、プライムされたテンプレート核酸分子とのポリメラーゼおよびヌクレオチドの観察された相互作用を使用して特定できる。プライムされたテンプレート、ポリメラーゼ、ヌクレオチド間の相互作用は、様々なスキームで検出できる。例えば、ヌクレオチドは検出可能な標識を含むことができる。各ヌクレオチドは、他のヌクレオチドと区別可能な標識を有することができる。あるいは、異なるヌクレオチドタイプの一部またはすべてが同じ標識を有することができ、異なるヌクレオチドタイプのフローセルへの別個の送達に基づいてヌクレオチドタイプを区別することができる。いくつかの実施形態では、ポリメラーゼは標識され得る。異なるヌクレオチドタイプに関連付けられているポリメラーゼは、関連付けられているヌクレオチドのタイプを区別する一意の標識を有することができる。あるいは、ポリメラーゼは同様の標識を有することができ、異なるヌクレオチドタイプは、フローセルへの異なるヌクレオチドタイプの別個の送達に基づいて区別することができる。本明細書に記載の装置または方法を使用してフローセルをスキャンすることにより、検出を実施することができる。
【００９７】
検査段階では、３成分の複雑な安定化により、正しいヌクレオチドと誤ったヌクレオチドの区別が容易になる。様々な条件および試薬が役立ち得る。例えば、プライマーは、ヌクレオチドの共有結合を防ぐ可逆的ブロッキング部分を含むことができ、かつ／または二価金属イオンなどの伸長に必要な補因子が存在しない場合があり、かつ／またはポリメラーゼベースのプライマー伸長を阻害する阻害性二価カチオンが存在し得、かつ／または検査段階に存在するポリメラーゼは、プライマーの伸長を阻害する化学修飾および／または突然変異を有することができ、かつ／またはヌクレオチドは、天然三リン酸部分を除去または変更する５’修飾など、取り込みを阻害する化学修飾を有することができる。検査段階には、本明細書に記載の装置および方法を使用したフローセルのスキャンが含まれ得る。
【００９８】
次に、ヌクレオチドを各テンプレート核酸分子のプライマーに付加できるフローセルで条件を作成することにより、伸長段階を実行できる。いくつかの実施形態では、これは、検査段階で使用された試薬の除去、およびそれらを伸長を促進する試薬で置き換えることを伴う。例えば、検査試薬は、伸長可能なポリメラーゼとヌクレオチドで置き換えることができる。あるいは、１つ以上の試薬を検査段階の反応に付加して、伸長条件を作成することができる。例えば、カチオンが不足している検査混合物に触媒二価カチオンを付加でき、かつ／またはポリメラーゼ阻害剤を除去または無効化でき、かつ／または伸長コンピテントヌクレオチドを付加でき、かつ／または脱ブロック試薬を付加してプライマー伸長をコンピテントとすることができ、かつ／または伸長コンピテントポリメラーゼを付加することができる。
【００９９】
本開示の装置および方法を使用して、様々な核酸配列決定反応のいずれかを実施できることが理解されるであろう。他の例示的な配列決定方法を以下に記載する。
【０１００】
合成によるシークエンシング（ＳＢＳ）手法を使用できる。ＳＢＳは一般に、プライマーがハイブリダイズするテンプレート鎖に対するヌクレオチドの反復的付加による新生プライマーの酵素的伸長を伴う。簡単に言えば、ＳＢＳは、容器内の部位に付着した標的核酸を、１つ以上の標識ヌクレオチド、ＤＮＡポリメラーゼなどと接触させることにより開始できる。標的核酸をテンプレートとして使用してプライマーが伸長される部位には、検出可能な標識ヌクレオチドが組み込まれる。検出は、本明細書に記載の装置または方法を使用したスキャンを含むことができる。任意選択で、標識ヌクレオチドは、ヌクレオチドがプライマーに付加されると、さらなるプライマー伸長を停止させる可逆的停止特性をさらに含むことができる。例えば、可逆的停止部分を有するヌクレオチド類似体をプライマーに加えて、その部分を除去するために脱ブロック剤が送達されるまで後続の伸長が生じないようにすることができる。したがって、可逆的停止を使用する実施形態の場合、（検出が起こる前または後に）脱ブロック試薬を容器に送達することができる。洗浄は、様々な送達ステップ間で実行できる。サイクルをｎ回実行して、プライマーをｎヌクレオチド伸長し、長さｎの配列を検出できる。本開示の方法によって生成される検出装置での使用に容易に適合させることができる例示的なＳＢＳ手順、試薬および検出構成要素は、例えば、Ｂｅｎｔｌｅｙ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  ４５６：５３−５９（２００８）、第ＷＯ０４／０１８４９７号、第ＷＯ９１／０６６７８号、第ＷＯ０７／１２３７４４号、米国特許第７，０５７，０２６号、第７，３２９，４９２号、第７，２１１，４１４号、第７，３１５，０１９号または第７，４０５，２８１号、および米国特許出願公開第２００８／０１０８０８２（Ａ１）号に記載されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。また、イルミナ社（カリフォルニア州サンディエゴ）から市販されているＳＢＳ法も有用である。
【０１０１】
いくつかのＳＢＳの実施形態は、伸長生成物へのヌクレオチドの取り込み時に放出されるプロトンの検出を含む。例えば、放出されたプロトンの検出に基づく配列決定には、ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ（マサチューセッツ州ウォルサム）から市販されているか、または米国特許出願公開２００９／００２６０８２（Ａ１）号、第２００９／０１２７５８９（Ａ１）号、第２０１０／０１３７１４３（Ａ１）号、もしくは第２０１０／０２８２６１７（Ａ１）号に記載され、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれている、試薬および電気検出器を使用できる。
【０１０２】
パイロシーケンスなど、他の配列決定手順を使用できる。パイロシーケンスは、ヌクレオチドがテンプレート核酸鎖にハイブリダイズした新生プライマーに組み込まれる際に無機ピロリン酸（ＰＰｉ）の放出を検出する（Ｒｏｎａｇｈｉ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ２４２（１），８４−９（１９９６）、Ｒｏｎａｇｈｉ，Ｇｅｎｏｍｅ  Ｒｅｓ．１１（１），３−１１（２００１）、Ｒｏｎａｇｈｉ  ｅｔ  ａｌ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８１（５３７５），３６３（１９９８）、米国特許第６，２１０，８９１号、第６，２５８，５６８号、および第６，２７４，３２０号（それぞれ参照により本明細書に組み込まれる））。パイロシーケンスでは、放出されたＰＰｉは、ＡＴＰスルフリラーゼによってアデノシン三リン酸（ＡＴＰ）に変換されることで検出でき、生成されたＡＴＰはルシフェラーゼで生成された光子を介して検出できる。したがって、配列決定反応は、本明細書に記載の装置および方法を使用して容器をスキャンするように構成された発光検出システムを介して監視することができる。
【０１０３】
ライゲーションによる配列決定反応も有用であり、たとえば、Ｓｈｅｎｄｕｒｅ  ｅｔ  ａｌ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３０９：１７２８−１７３２（２００５）、米国特許第５，５９９，６７５号、または米国特許第５，７５０，３４１号に記載されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態は、ハイブリダイゼーションによる配列決定手順を含むことができ、例えば、Ｂａｉｎｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  １３５（３），３０３−７（１９８８）、Ｄｒｍａｎａｃ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １６，５４−５８（１９９８）、Ｆｏｄｏｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２５１（４９９５），７６７−７７３（１９９５）、または第１９８９／１０９７７号に記載されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。ライゲーションによる配列決定とハイブリダイゼーションによる配列決定の両方の手順において、核酸テンプレートにハイブリダイズするプライマーは、オリゴヌクレオチドライゲーションによる伸長サイクルの繰り返しを受ける。典型的には、オリゴヌクレオチドは蛍光標識されており、例えば本明細書に記載のスキャン装置または方法を使用して、テンプレートの配列を決定するために検出することができる。
【０１０４】
いくつかの実施形態は、ＤＮＡポリメラーゼ活性のリアルタイム監視を含む方法を利用することができる。例えば、ヌクレオチドの取り込みは、フルオロフォアを含むポリメラーゼとガンマリン酸標識ヌクレオチド間の蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）相互作用、またはゼロモード導波路（ＺＭＷ）を使用して検出できる。本明細書に記載の装置または方法で使用するために修正できるＦＲＥＴおよび／またはＺＭＷ検出による配列決定のための技術および試薬は、例えば、Ｌｅｖｅｎｅ  ｅｔ  ａｌ．Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９９、６８２−６８６（２００３）、Ｌｕｎｄｑｕｉｓｔ  ｅｔ  ａｌ．Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．３３，１０２６−１０２８（２００８）、Ｋｏｒｌａｃｈ  ｅｔ  ａｌ．Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ１０５，１１７６−１１８１（２００８）、または米国特許第７，３１５，０１９号、第８，２５２，９１１号もしくは第８，５３０，１６４号に記載されており、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【０１０５】
上記の配列決定方法のステップは、周期的に実行できる。例えば、ＳＢＢ（商標）法の検査と伸長のステップを繰り返して、各サイクルで次の正しいヌクレオチドを１つ検査し（次の正しいヌクレオチドは、ハイブリダイズしたプライマーの３’末端にハイブリダイズしたテンプレートの塩基のすぐ５’に位置するテンプレート核酸のヌクレオチドに正しく結合するヌクレオチドである）、次に、単一の次の正しいヌクレオチドがプライマーに付加される。例えば、少なくとも１、２、５、１０、２０、２５、３０、４０、５０、７５、１００、１５０またはそれ以上のサイクルを含む、本明細書に記載の配列決定方法の任意の数のサイクルを実施することができる。代替的または追加的に、１５０、１００、７５、５０、４０、３０、２５、２０、１０、５、２、または１サイクル以下が実行される。
【０１０６】
配列決定される核酸テンプレートは、様々な既知の方法のいずれかを使用して容器に追加することができる。いくつかの実施形態では、単一の核酸分子が配列決定されることになる。核酸分子は、容器に送達することができ、任意選択で容器の表面に付着させることができる。いくつかの実施形態では、分子は単一分子配列決定にかけられる。あるいは、核酸の複数のコピーを作成し、得られたアンサンブルを配列決定することができる。例えば、核酸は、以下でさらに詳細に記載される技術を使用して、表面（例えば、フローセルの内壁）で増幅され得る。
【０１０７】
複合的な実施形態では、様々な異なる核酸分子（すなわち、様々な異なる配列を有する集団）が配列決定される。分子は、容器内の表面に任意選択で付着させることができる。核酸は表面の固有の部位に付着でき、空間的に区別可能な単一の核酸分子を並行して配列決定できる。あるいは、表面上で核酸を増幅して、複数の表面付着アンサンブルを生成することができる。アンサンブルは、空間的に区別可能であり、並行して配列決定できる。
【０１０８】
本明細書に記載の方法は、容器内の様々な増幅技術のいずれかを使用することができる。使用できる例示的な技術には、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、ローリングサークル増幅（ＲＣＡ）、多置換増幅（ＭＤＡ）、ブリッジ増幅、またはランダムプライム増幅（ＲＰＡ）が含まれるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、増幅に使用される１つ以上のプライマーを容器の表面に付着させることができる。そのような実施形態では、テンプレート核酸に沿った表面付着プライマーの伸長は、表面に付着しているテンプレートのコピーをもたらす。各部位が特定の核酸テンプレートの複数のコピーに付着している固体支持体上の１つ以上の部位をもたらす方法は、「クラスター化」方法と呼ばれ得る。
【０１０９】
ＰＣＲの実施形態では、増幅に使用される一方または両方のプライマーを表面に付着させることができる。二本鎖アンプリコンは、コピーされたテンプレート配列に隣接する２つの付着したプライマー間に橋状の構造を形成するため、付着したプライマーの２つの種を利用する形式は、しばしばブリッジ増幅と呼ばれる。ブリッジ増幅に使用できる例示的な試薬および条件は、例えば、米国特許第５，６４１，６５８号もしくは第７，１１５，４００号、米国特許出願公開第２００２／００５５１００（Ａ１）号、第２００４／００９６８５３（Ａ１）号、第２００４／０００２０９０（Ａ１）号、第２００７／０１２８６２４（Ａ１）号または第２００８／０００９４２０（Ａ１）号に記載されており、それぞれ参照により本明細書に組み込まれる。ＰＣＲ増幅は、表面に付着した増幅プライマーの１つと溶液中の第２のプライマーを使用して実行することもできる。１つの固相付着プライマーと液相プライマーの組み合わせを使用する例示的な形式は、プライマーウォーキングとして知られており、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９，４７６，０８０号に記載されているように実行することができる。別の例は、例えば、Ｄｒｅｓｓｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ  １００：８８１７−８８２２（２００３），第ＷＯ０５／０１０１４５号、または米国特許出願公開第２００５／０１３０１７３（Ａ１）号もしくは第２００５／００６４４６０（Ａ１）号に記載されているように実行できるエマルジョンＰＣＲであり、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。
【０１１０】
ＲＣＡ技術は、本明細書に記載の方法で使用することができる。ＲＣＡ反応で使用できる例示的な試薬およびＲＣＡがアンプリコンを生成する原理は、例えば、Ｌｉｚａｒｄｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔ．Ｇｅｎｅｔ．１９：２２５−２３２（１９９８）または米国特許出願公開第２００７／００９９２０８（Ａ１）号に記載されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。ＲＣＡに使用されるプライマーは、溶液中にあるか、フローセルの表面に付着している。
【０１１１】
本開示の方法では、ＭＤＡ技術も使用することができる。ＭＤＡのいくつかの試薬および有用な条件は、例えば、Ｄｅａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｃ  Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ  ９９：５２６１−６６（２００２）、Ｌａｇｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ｇｅｎｏｍｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  １３：２９４−３０７（２００３）、Ｗａｌｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｖｉｒｕｓ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．，１９９５、Ｗａｌｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎｕｃｌ．ＡｃｉｄｓＲｅｓ．２０：１６９１−９６（１９９２）、または米国特許第５，４５５，１６６号、第５，１３０，２３８号、または第６，２１４，５８７号に記載されており、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。ＭＤＡに使用されるプライマーは、溶液中にあるか、容器の表面に付着している。
【０１１２】
特定の実施形態では、上記で例示した増幅技術の組み合わせを使用することができる。例えば、ＲＣＡとＭＤＡは、ＲＣＡを使用して溶液中のコンカテマーアンプリコンを生成する組み合わせで使用できる（例えば、液相プライマーを使用）。アンプリコンは、容器内の表面に付着したプライマーを使用してＭＤＡのテンプレートとして使用できる。この例では、ＲＣＡとＭＤＡを組み合わせたステップの後に生成されたアンプリコンが容器に付着されるられる。アンプリコンは一般に、標的ヌクレオチド配列のコンカテマーリピートを含む。
【０１１３】
本明細書の方法または組成物で使用される核酸テンプレートは、ゲノムＤＮＡ、合成ＤＮＡ、増幅ＤＮＡ、相補的ＤＮＡ（ｃＤＮＡ）などのＤＮＡであり得る。ｍＲＮＡ、リボソームＲＮＡ、ｔＲＮＡなどのＲＮＡも使用できる。本明細書では、核酸類似体もテンプレートとして使用できる。したがって、本明細書で使用される核酸の混合物は、生物学的供給源、合成供給源または増幅生成物に由来し得る。本明細書で使用されるプライマーは、ＤＮＡ、ＲＮＡ、またはそれらの類似体であり得る。
【０１１４】
核酸が由来し得る例示的な生物には、例えば、げっ歯類、マウス、ラット、ウサギ、モルモット、有蹄動物、馬、羊、豚、ヤギ、牛、猫、犬、霊長類、ヒトもしくは非ヒト霊長類などの哺乳動物、シロイヌナズナ、トウモロコシ、モロコシ、エンバク、小麦、米、キャノーラ、もしくは大豆などの植物、クラミドモナスなどの藻類、Ｃａｅｎｏｒｈａｂｄｉｔｉｓ  ｅｌｅｇａｎｓなどの線虫、キイロショウジョウバエ、蚊、ショウジョウバエ、ミツバチ、クモなどの昆虫、ゼブラフィッシュなどの魚、爬虫類、カエルもしくはアフリカツメガエルなどの両生類、ｄｉｃｔｙｏｓｔｅｌｉｕｍ  ｄｉｓｃｏｉｄｅｕｍ、ニューモシスティスカリニ、タキフグルブリペス、酵母、サッカロモイセスセレビシエもしくはシゾサッカロミセスポンベなどの真菌、または熱帯熱マラリア原虫からのものが含まれる。核酸は、細菌、大腸菌、ブドウ球菌、肺炎マイコプラズマなどの原核生物、古細菌、Ｃ型肝炎ウイルスもしくはヒト免疫不全ウイルスなどのウイルス、またはウイロイドからも誘導できる。核酸は、上記の生物の均質な培養物または集団から、または代替的に、例えば、コミュニティまたは生態系内のいくつかの異なる生物のコレクションから得ることができる。核酸は、例えば、Ｓａｍｂｒｏｏｋ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ，３ｒｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（２００１）またはＡｕｓｕｂｅｌ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ，Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ，Ｍｄ．（１９９８）に記載されているものを含む当該分野で公知の方法を使用して単離され得、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。細胞、組織、体液、タンパク質、および他のサンプルは、これらの生物から取得し、本明細書に記載の装置または方法を使用して検出することができる。
【０１１５】
テンプレート核酸は、ゲノム単離、ゲノム断片化、遺伝子クローニングおよび／または増幅などの調製方法から取得することができる。テンプレートは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、ローリングサークル増幅（ＲＣＡ）、多置換増幅（ＭＤＡ）などの増幅技術から取得することができる。核酸を単離、増幅、および断片化して、アレイ上で分析するためのテンプレートを生成する例示的な方法は、米国特許第６，３５５，４３１号または第９，０４５，７９６号に記載されており、それぞれ参照により本明細書に組み込まれる。増幅は、Ｓａｍｂｒｏｏｋ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ，３ｒｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（２００１）またはＡｕｓｕｂｅｌ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ，Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ，Ｍｄ．（１９９８）に示す方法を使用して実行することもでき、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。
【０１１６】
本開示は、（ａ）管腔および壁を有する容器であって、壁が、内面および外面を有し、壁が、内面と外面との間に複数の個別の接点を有し、内面が、管腔に接触し、複数の個別の接点が、スキャン次元ｘにおける長さｌを占める、容器と、（ｂ）透過面と、（ｃ）容器の外面の個別の接点を付勢して透過面に接触させるように構成された予荷重であって、任意選択で、透過面の領域が、長さｌよりも短いスキャン次元ｘの最大長さを有し得る、予荷重と、（ｄ）スキャン次元ｘにおいて透過面に沿って容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、（ｅ）透過面を介して個別の接点から信号を取得するように構成された検出器と、を含む検出装置をさらに提供する。
【０１１７】
本明細書のいくつかの実施形態で例示されるように、光信号は、光信号を透過する透過面を介して検出装置に中継することができる。対物レンズは、容器から検出器への光信号の有用な送信器として機能する。いくつかの実施形態では、送信器はレンズのアレイである。アレイのレンズは、ｘｙ平面の異なる領域から信号を収集する（またはエネルギーを方向付ける）ように構成されてもよい。レンズは、ｘｙ平面内の連続した領域から信号を収集するように配置でき、または、観察される領域は、領域が観察されたときに観察されない隙間領域によって分離される。いくつかの実施形態では、容器は、レンズのアレイによって観察されるように構成される部位のアレイを含む。各レンズは、部位のアレイ内の１つ以上の部位を同時に観察するように構成できる。例えば、各レンズは、部位のアレイ内の少なくとも１、４、９、１６、２５、３６、４９、６４、８１、１００以上の部位を観察するように構成できる。代替的または追加的に、各レンズは、部位のアレイ内で最大１００、８１、６４、４９、３６、２５、１６、９、４または１部位を観察するように構成できる。したがって、各レンズが単一部位を観察するように構成された実施形態が提供される。
【０１１８】
レンズアレイ内の各レンズは、独自の光学トレインと位置合わせして、１つ以上の検出器に放射を方向付けることができる。あるいは、複数のレンズを組み合わせて共通の光学トレインを作成し、１つ以上の検出器に放射を方向付けることができる。光学トレインは、部位のアレイからの信号をコリメートするためのコリメートレンズ、放射をスペクトル的に分離するための色分離要素を含むが、これらに限定されない様々な光学構成要素のいずれかと、部位から検出器に放射線を集束するための集束レンズと、を含むことができる。レンズのアレイおよびレンズによって観察される部位のアレイの例示的な構成は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９，５８１，５５０号に提供されている。例えば、アレイの部位はゼロモード導波路（ＺＭＷ）にすることができる。
【０１１９】
送信するエネルギーまたは信号に応じて、他の送信器を使用できる。例えば、透過性表面は、電気信号、熱信号、磁気信号、圧力信号、音声信号などを伝えることができる。ポゴピンなどの一時的な電気接点を使用して、透過面と容器との間で電気信号を送信できる。本明細書に記載の装置に存在する送信器は、前述の信号を含むがこれらに限定されない様々な形態のエネルギーを送信することができる。
【０１２０】
特定の実施形態では、容器の透過性表面または内面は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）または相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）などの電子検出器を含む。特に有用な電子検出器には、例えば、米国特許出願公開２００９／００２６０８２（Ａ１）号、第２００９／０１２７５８９（Ａ１）号、第２０１０／０１３７１４３（Ａ１）号、もしくは第２０１０／０２８２６１７（Ａ１）号に記載されているようなプロトンの検出に使用されるものなどの核酸配列決定用途に使用されるものが含まれ、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。また、例えば、米国特許出願公開２０１５／０１９７３２６（Ａ１）号、第２００９／０２９３０２１（Ａ１）号、第２０１６／００１７４１６（Ａ１）号、もしくは第２０１６／０３５６７１５（Ａ１）号に記載されているものを含む光学信号を検出するために使用される電子検出器も有用であり、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。
【０１２１】
本開示の装置および方法は、核酸配列決定反応の使用の文脈で例示されてきた。装置および方法は、他の分析用途にも使用できる。一般に、スキャン型顕微鏡で実施される分析用途は、本開示の装置および方法に適用することができる。例えば、方法または装置は、酵素活性、リガンドの受容体への結合、相補的核酸の相互の結合、核酸の変異の存在（一塩基多型（ＳＮＰ）など）、ＲＮＡ種の発現レベルの分析に使用されるマイクロアレイをスキャンするように構成できる。フルオロフォアなどの光学標識を介して検出されるマイクロアレイは、特に適用可能である。本明細書の方法または装置を使用して、細胞または組織などのより大きな生物学的サンプルを検出することができる。繰り返すが、光学的に検出されたプローブまたは染色を利用する検出モダリティは特に適用可能である。他の用途には、品質またはその他の特性が顕微鏡スキャンによって評価される製造された生成物の評価が含まれる。例示的な製品には、コンピュータチップ、センサ、電子部品構成要素、および微細加工またはナノ加工された他のデバイスが含まれるが、これらに限定されない。分子診断の技術分野で知られている試験は、結合アッセイ（酵素結合免疫吸着アッセイ（ＥＬＩＳＡ））、リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応アッセイなどの本明細書に記載の装置または方法で使用するために変更できる。
【０１２２】
反応を検出することに関して本明細書に記載される装置および方法は、調製方法において使用するために容易に修正することができる。特定の実施形態では、本開示は反応装置を提供する。反応装置は、（ａ）管腔および壁を有する容器であって、壁が、内面および外面を有し、内面が、管腔に接触する、容器と、（ｂ）エネルギー源とともに構造ループを形成する基準面と、（ｃ）容器の外面を付勢して基準面上の領域に接触させるように構成された予荷重と、（ｄ）スキャン次元で基準面に沿って容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、（ｅ）容器の外面が、基準面に接触するように、予荷重によって付勢されたときに、エネルギー源からのエネルギーを内面または管腔に方向付けるように構成された送信器と、を含み得る。
【０１２３】
容器内で反応を実行する方法も提供される。この方法は、（ａ）反応装置の基準面に沿って容器を並進させることであって、容器が、管腔および壁を備え、管腔が、反応物を備え、基準面が、並進中に、容器のうちの少なくとも一部分に接触し、基準面が、エネルギー源とともに構造ループを形成する、並進させることと、（ｂ）エネルギー源から容器に沿った異なる場所の反応物にエネルギーを方向付けることであって、容器が、エネルギーを反応物に方向付けている間、予荷重によって基準面に付勢され、それにより容器内で反応を行う、方向付けることと、を含み得る。
【０１２４】
反応を実行する方法は、（ａ）容器の第１の部分に予荷重を印加しながら、反応装置から容器内の反応物の第１のサブセットにエネルギーを供給することであって、予荷重が、反応物の第１のサブセットを反応ゾーンのｘｙ平面を占めるように位置付け、予荷重が、容器の第２の部分には印加されない、供給することと、（ｂ）容器を並進させて反応ゾーンのｘｙ平面に反応物の第２のサブセットを位置付けることと、（ｃ）容器の第２の部分に予荷重を印加しながら、反応装置から容器内の検体の第２のサブセットにエネルギーを供給することであって、予荷重が、検体の第２のサブセットをｘｙ平面を占めるように位置付け、予荷重が、容器の第１の部分には印加されず、それにより容器内で反応を行う、供給することと、を含み得る。
【０１２５】
本明細書の装置で使用できる例示的なエネルギー源には、レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ランプ、マイクロ波源、もしくはＸ線発生器、電気源、デュオプラスミトロンなどのイオンビーム源、ホットフィラメントもしくはホローカソードなどの電子エミッタ、電流源、または電圧源などの放射源が含まれるが、これらに限定されない。
【０１２６】
この出願を通して、様々な出版物、特許および／または特許出願が参照されている。これらの文書の開示全体は、参照により本出願に組み込まれている。
【０１２７】
「備える」という用語は、本明細書では、列挙された要素だけでなく、任意の追加の要素をさらに含む、無制限であることを意図している。
【０１２８】
本明細書で使用される「各」という用語は、アイテムのコレクションに関連して使用される場合、コレクション内の個々のアイテムを特定することを意図しているが、必ずしもコレクション内のすべてのアイテムを指すとは限らない。明示的な開示またはコンテキストが明らかにそうでない場合、例外が発生する可能性がある。
【０１２９】
多くの実施形態が説明された。それにもかかわらず、様々な修正が行われ得ることが理解されるであろう。したがって、他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内にある。
【図１】
2021500531.tif 000003
【図２Ａ】
2021500531.tif 000004
【図２Ｂ】
2021500531.tif 000005
【図２Ｃ】
2021500531.tif 000006
【図２Ｄ】
2021500531.tif 000007
【図３Ａ】
2021500531.tif 000008
【図３Ｂ】
2021500531.tif 000009
【図４Ａ】
2021500531.tif 000010
【図４Ｂ】
2021500531.tif 000011
【図４Ｃ】
2021500531.tif 000012
【図４Ｄ】
2021500531.tif 000013
【図５Ａ】
2021500531.tif 000014
【図５Ｂ】
2021500531.tif 000015
【図６Ａ】
2021500531.tif 000016
【図６Ｂ】
2021500531.tif 000017
【図７Ａ】
2021500531.tif 000018
【図７Ｂ】
2021500531.tif 000019
【図８Ａ】
2021500531.tif 000020
【図８Ｂ】
2021500531.tif 000021
【図８Ｃ】
2021500531.tif 000022
【図８Ｄ】
2021500531.tif 000023
【図８Ｅ】
2021500531.tif 000024
【図８Ｆ】
2021500531.tif 000025
【図９Ａ】
2021500531.tif 000026
【図９Ｂ】
2021500531.tif 000027
【図９Ｃ】
2021500531.tif 000028
【図１０Ａ】
2021500531.tif 000029
【図１０Ｂ】
2021500531.tif 000030
【図１０Ｃ】
2021500531.tif 000031
【図１０Ｄ】
2021500531.tif 000032
【図１０Ｅ】
2021500531.tif 000033
【図１１】
2021500531.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月7日(2019.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出装置であって、
（ａ）管腔および壁を備える容器であって、前記壁が、内面および外面を備え、前記内面が、前記管腔に接触する、容器と、
（ｂ）基準面であって、検出器とともに、前記検出器に対して前記基準面が回転固定されたままである構造ループを形成する、基準面と、
（ｃ）前記容器の前記外面を付勢して前記基準面上の領域に接触させるように構成された予荷重と、
（ｄ）前記基準面が前記検出器に対して回転方向に固定されたままである間、スキャン次元で前記基準面に沿って前記容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、
（ｅ）前記容器の前記外面が、前記基準面に接触するように、前記予荷重によって付勢されたときに、前記内面または前記管腔からの信号を前記検出器に方向付けるように構成された送信器と、を備える、検出装置。
【請求項２】
前記予荷重が、前記容器に引っ張り力または押し込み力を生成するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記予荷重が、前記基準面と前記容器との間の前記接触の領域よりも大きくない、前記容器との接触領域を有する、請求項１〜２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４】
前記予荷重が、前記容器と接触するように構成された圧縮性材料、または前記容器と接触するように構成された少なくとも１つのボール軸受を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記スキャン次元が、デカルト座標系のｘｙ平面内にある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
ｙ次元に沿って前記容器および前記基準面の相対並進位置を変更するように構成されたｙアクチュエータをさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記スキャン次元が、前記ｘｙ平面のｘ次元に沿って線形である、請求項５〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
ｙ次元に沿って前記容器および前記基準面の相対並進位置を変更するように構成されたｙアクチュエータをさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記外面が、スキャン次元ｘにおける長さｌを有し、前記基準面上の前記接触の領域が、長さｌよりも短い前記スキャン次元ｘにおける最大長さを有する、請求項７〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記スキャン次元が、前記ｘｙ平面内の弓状経路である、請求項５〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記送信器が、レンズのアレイを備え、前記アレイ内の各レンズが、前記ｘｙ平面内の個別領域を観察するように構成される、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記レンズのアレイ内の各レンズが、前記容器内に存在する部位のアレイ内の単一部位を観察するように構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記スキャンアクチュエータが、前記容器の穿孔と相互作用するように構成された歯車を備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記スキャンアクチュエータが、前記容器の磁性構成要素または強磁性構成要素と相互作用するように構成された磁気線形駆動装置を備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記信号が、放射を備え、前記送信器が、光学対物レンズを備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記基準面が、前記対物レンズのための開口部を取り囲む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記予荷重が、前記開口部を取り囲む前記基準面とは反対側にある前記容器との接触領域を有する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記基準面とともに構造ループを形成する放射源をさらに備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記放射源は、前記容器の前記外面が、前記基準面に接触するように、前記予荷重によって付勢されたときに、前記送信器を通して、次いで、前記内面または前記管腔に、エネルギーを方向付けるように構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記容器が、前記管腔と流体連通する入口および出口を有するフローセルを備え、前記壁の前記内面が、異なる核酸部位のアレイを備える、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
容器をスキャンする方法であって、
（ａ）検出装置の基準面に沿って容器を並進させることであって、前記容器が、管腔および壁を備え、前記管腔が、検体を備え、前記基準面が、前記並進中に、前記容器のうちの少なくとも一部分に接触し、前記基準面が、検出器とともに、前記並進中の前記検出器に対して前記基準面が回転固定されたままである構造ループを形成する、並進させることと、
（ｂ）前記検出器を使用して前記容器に沿った異なる場所で前記検体を検出することであって、前記容器が、前記検出中に、予荷重によって、前記基準面に付勢され、それにより前記容器をスキャンする、検出することと、を含む、方法。
【請求項２２】
前記基準面が、前記並進中の任意の時点で前記容器の長さの一部分のみに接触する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記信号が、前記検体のうちの少なくとも１つによって生成される光学信号を備える、請求項２１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記検出装置が、前記管腔から前記検出器に光信号を送信するように構成されている対物レンズをさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記対物レンズと前記基準面との間の相対距離を変更することにより、前記対物レンズの焦点を合わせることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記対物レンズが、前記基準面の開口部を通して前記容器を観察する、請求項２４〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記予荷重が、前記開口部を取り囲む前記基準面の領域とは反対側にある前記容器との接触領域を有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記並進させることが、前記容器と前記基準面との相対並進位置を直線方向または弓状方向において変更することを含む、請求項２１〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記並進させることが、前記容器上、または前記容器を保持するカートリッジ上の穿孔に回転歯車を接触させることを含む、請求項２１〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記並進させることが、線形アクチュエータと、前記容器上、または前記容器を保持するカートリッジ上の磁性材料または強磁性材料との磁気相互作用を含む、請求項２１〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記容器が、前記並進中に、予荷重によって、前記基準面に付勢される、請求項２１〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記検出することが、前記壁の内面に付着している検体を検出することを含む、請求項２１〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記検体が、前記壁の前記内面上の部位のアレイを形成する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記検出装置が、前記部位のアレイから前記検出器に光信号を送信するように構成されているレンズのアレイをさらに備える、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記レンズのアレイ内の各レンズが、部位のアレイ内の単一部位を観察するように構成される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記検出することが、ｃｍ２あたり少なくとも１００部位の密度で存在する前記アレイの部位を分解することを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記容器を前記スキャンすることが、前記部位において核酸を配列決定する方法で実施される、請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
反応装置であって、
（ａ）管腔および壁を備える容器であって、前記壁が、内面および外面を備え、前記内面が、前記管腔に接触する、容器と、
（ｂ）基準面であって、エネルギー源とともに、前記エネルギー源に対して前記基準面が回転固定されたままである構造ループを形成する、基準面と、
（ｃ）前記容器の前記外面を付勢して前記基準面上の領域に接触させるように構成された予荷重と、
（ｄ）前記基準面が前記エネルギー源に対して回転方向に固定されたままである間、スキャン次元で前記基準面に沿って前記容器をスライドさせるように構成されたスキャンアクチュエータと、
（ｅ）前記容器の前記外面が、前記基準面に接触するように、前記予荷重によって付勢されたときに、前記エネルギー源からのエネルギーを前記内面または前記管腔に方向付けるように構成された送信器と、を備える、反応装置。
【請求項３９】
容器内で反応を行う方法であって、
（ａ）反応装置の基準面に沿って容器を並進させることであって、前記容器が、管腔および壁を備え、前記管腔が、反応物を備え、前記基準面が、前記並進中に、前記容器のうちの少なくとも一部分に接触し、前記基準面が、エネルギー源とともに、前記並進中の前記エネルギー源に対して前記基準面が回転固定されたままである構造ループを形成する、並進させることと、
（ｂ）前記エネルギー源から前記容器に沿った異なる場所の前記反応物にエネルギーを方向付けることであって、前記容器が、前記エネルギーを前記反応物に方向付けている間、予荷重によって前記基準面に付勢され、それにより前記容器内で反応を行う、方向付けることと、を含む、方法。
【国際調査報告】
2021500531.tif 000035
2021500531.tif 000036
2021500531.tif 000037