(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子検査装置であって、
前記分子検査装置が、加熱冷却モジュールと、取り外し可能な検査モジュールと、を備え、
前記加熱冷却モジュールが、薄膜熱電加熱冷却装置を含み、
取り外し可能な検査モジュールが、増幅ハイブリダイゼーション複合反応チャンバを備え、
前記反応チャンバが、第１の伝熱外面と、断熱材を使用して断熱された第２の外面と、内面におけるマイクロアレイと、を有し、
マイクロアレイが、対象のリガンドに接合するために提供されたスポットの整列した並びであり、
前記薄膜熱電加熱冷却装置が、前記反応チャンバの前記第１の伝熱外面と接触するように適応された伝熱面をもつ、
分子検査装置。
【請求項２】
前記薄膜熱電加熱冷却装置が、ペルティエ素子である、
請求項１に記載の分子検査装置。
【請求項３】
前記ペルティエ素子が、セラミックペルティエ素子である、
請求項２に記載の分子検査装置。
【請求項４】
前記薄膜熱電加熱冷却装置が、ビスマスアンチモン、テルル化ビスマス、テルル化鉛、またはシリコンゲルマニウムを含む薄膜半導体を備える、
請求項１に記載の分子検査装置。
【請求項５】
前記薄膜半導体が、テルル化ビスマスを含む、
請求項４に記載の分子検査装置。
【請求項６】
前記薄膜熱電加熱冷却装置が、ｐ型半導体とｎ型半導体とにより作られた熱電対である、
請求項１に記載の分子検査装置。
【請求項７】
前記ｐ型半導体とｎ型半導体とが、ビスマスアンチモン、テルル化ビスマス、テルル化鉛、およびシリコンゲルマニウムからなる群から選択される、
請求項６に記載の分子検査装置。
【請求項８】
前記マイクロアレイが、ゲルスポットマイクロアレイである、
請求項１に記載の分子検査装置。
【請求項９】
前記反応チャンバが、断熱材を使用して断熱された外面をさらに備える、
請求項１に記載の分子検査装置。
【請求項１０】
前記取り外し可能な検査モジュールが、廃棄チャンバをさらに備える、
請求項１に記載の分子検査装置。
【請求項１１】
前記取り外し可能な検査モジュールが、複数の増幅ハイブリダイゼーション複合反応チャンバを備え、
各チャンバが、伝熱外面を備え、
前記加熱冷却モジュールが、複数の熱電加熱冷却装置を備え、
前記複数の熱電加熱冷却装置の各々が、前記増幅ハイブリダイゼーション反応チャンバの前記伝熱外面と接触するように適応された伝熱面を備える、
請求項１に記載の分子検査装置。
【請求項１２】
前記加熱冷却モジュールが、温度センサーをさらに備える、
請求項１に記載の分子検査装置。
【請求項１３】
前記温度センサーが、サーミスターまたは抵抗性加熱装置を備える、
請求項１２に記載の分子検査装置。
【請求項１４】
反応チャンバにおけるマイクロアレイでポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を実施する方法であって、
前記方法が、反応チャンバを備える検査モジュールをＰＣＲ装置内に配置すること（ａ）を含み、
前記反応チャンバが、第１の伝熱外面と、断熱材を使用して断熱された第２の外面と、内面に搭載されたマイクロアレイとを備え、
マイクロアレイが、対象のリガンドに接合するために提供されたスポットの整列した並びであり、
前記ＰＣＲ装置が、伝熱面をもつ薄膜熱電加熱冷却装置を含む加熱冷却モジュールと、前記伝熱面の温度を調節するプログラム可能制御モジュールとを備え、
前記方法が、前記薄膜熱電加熱冷却装置の前記伝熱面を前記反応チャンバの前記第１の伝熱外面に接触させること（ｂ）をさらに含み、
前記方法が、前記制御モジュールに記憶されたＰＣＲプログラムに基づいて、前記伝熱面を通して前記反応チャンバを加熱および冷却することによりＰＣＲを遂行すること（ｃ）をさらに含む、
反応チャンバにおけるマイクロアレイでポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を実施する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年６月１９日に出願された、全体が参照により本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第６２／０１４，３２９号の優先権を主張する。
【０００２】
本出願は、概して、分子分析システムに関し、特に、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  ｃｈａｉｎ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）を使用した、試料における生体物質の検出のための熱電加熱冷却装置を含む分子分析システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
分子検査は、検査試料内のＤＮＡ、ＲＮＡ、および／またはタンパク質などの生体物質の検出のため、分子レベルで実行される検査である。分子検査は、その速度、感度、および特異性を理由に、標準的な基準として注目され始めている。例えば、分子解析は、脳脊髄液においてエンテロウイルスを識別するときに、従来の培養より７５％高感度であることが知られており、現在、この診断における標準的な基準と考えられている（Ｌｅｌａｎｄら、Ｃｌｉｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ  Ｒｅｖ．２００７、２０：４９〜７８）。
【０００４】
臨床用の分子解析は、典型的には、一反応（すなわち、リアルタイムＰＣＲ解析）において６つ未満の遺伝子配列の識別に限定される。固定支持体に装着された分子プローブのパターンであるマイクロアレイは、一意的に識別され得る塩基配列の数を増やす一つの手法である。しかし、作業工程は、典型的には、複雑であり、マイクロアレイを使用したインキュベーション、又はハイブリダイゼーションの前における分子増幅を必要とする。増幅（アンプリフィケーション）とハイブリダイゼーションとの分離は、高効率の熱伝達のために増幅用の容器が設計されることを可能にするが、流れの複雑さはかなりのものである。増幅とハイブリダイゼーションとを複合化することは、流れと動作との複雑さを簡略化する手法の一つであるが、多くの場合、マイクロアレイが装着され得る熱的に非効率な境界または支持体によって反応容器が構成されるので、この手法は、非効率な熱伝達を伴い得る。
【発明の概要】
【０００５】
本出願の一態様は、分子検査装置に関する。本装置は、熱電加熱冷却装置を含む加熱冷却モジュールと、伝熱外面と内面におけるマイクロアレイとを有する増幅ハイブリダイゼーション複合反応チャンバを含む取り外し可能な検査モジュールを備え、熱電装置が、反応チャンバの伝熱外面と接触するように適応された伝熱面（熱移動表面）を備える。
【０００６】
本出願の他の一態様は、ＰＣＲを実施するための装置に関する。本装置は、伝熱面（熱移動表面）をもつ熱電加熱冷却（ＴＥＨＣ：ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｈｅａｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｏｏｌｉｎｇ）装置を含む加熱冷却モジュールと、伝熱外面をもつ反応チャンバを含む取り外し可能な検査モジュールを受容するための保持器と、保持器に検査モジュールが配置されたときに伝熱面を伝熱外面に接触させる移動システムと、伝熱面の温度を調節するプログラム可能制御モジュールとを備える。
【０００７】
本出願の他の一態様は、反応チャンバにおけるマイクロアレイでＰＣＲを実施する方法に関する。本方法は、（ａ）反応チャンバを備える検査モジュールをＰＣＲ装置内に配置するステップであって、反応チャンバが、伝熱外面と内面に搭載されたマイクロアレイを備え、ＰＣＲ装置が、伝熱面をもつ熱電加熱冷却装置を含む加熱冷却モジュールと伝熱面（熱移動表面）の温度を調節するプログラム可能制御モジュールとを備える、配置するステップと、（ｂ）熱電加熱冷却装置の伝熱面を反応チャンバの伝熱外面に接触させるステップと、（ｃ）制御モジュールに記憶されたＰＣＲプログラムに基づいて、伝熱面を通して反応チャンバを加熱および冷却することによりＰＣＲを遂行するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な加熱冷却モジュールの図である。
【図２】フローセル反応チャンバと廃棄チャンバとの例示的な並びの一例を示す図である。
【図３】３Ａ及び３Ｂは、フローセル反応チャンバの例示的な並びを示す図である。
【図４】加熱冷却モジュールの上にあるフローセルチャンバの例示的な並びの図である。
【図５】フローセルの上に降下された例示的な加熱冷却モジュールの図である。
【図６】光吸収層と断熱層と支持台との上にあるフローセルの図である。
【図７】加熱冷却装置内に２つの薄膜熱電加熱冷却チップを含む熱電加熱冷却（ＴＥＨＣ）装置を示す図である。
【図８Ａ】複数のＴＥＨＣ装置を含む加熱冷却モジュールの異なる外観を示す図である。
【図８Ｂ】複数のＴＥＨＣ装置を含む加熱冷却モジュールの異なる外観を示す図である。
【図８Ｃ】複数のＴＥＨＣ装置を含む加熱冷却モジュールの異なる外観を示す図である。
【図８Ｄ】複数のＴＥＨＣ装置を含む加熱冷却モジュールの異なる外観を示す図である。
【図８Ｅ】複数のＴＥＨＣ装置を含む加熱冷却モジュールの異なる外観を示す図である。
【図８Ｆ】複数のＴＥＨＣ装置を含む加熱冷却モジュールの異なる外観を示す図である。
【図９】反応チャンバの露出部分を断熱することが、設定温度と、反応チャンバの中心において測温抵抗体（ＲＴＤ：ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）により測定された実際の温度との間の温度オフセットを低減することを示す。
【図１０】マイクロアレイスポットからの例示的な蛍光信号強度を示す。
【図１１】反応チャンバの上に降下された加熱冷却モジュールを使用してＰＣＲを実行したときの結果を示す。
【図１２】加熱冷却モジュールが反応チャンバの上に降下された場合の反応チャンバ内における複合化されたＰＣＲとハイブリダイゼーションとを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明は、すべての当業者が本発明を製造および使用することができるように提示される。説明を目的として、本出願を十分に理解できるように特定の用語が記載される。しかし、本発明を実施する際に、これらの具体的な詳細事項が必要というわけではないことが、当業者には明らかである。特定の実施形態と適用例との説明は、代表例としてのみ提供する。本説明は、本発明の原理の例示であり、示される特定の実施形態に本発明を限定することを意図しない。
【００１０】
本説明は、添付図面を参照して読まれることが想定され、添付図面は、本発明に関して記載された全説明の一部とみなされる。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、本発明の特定の特徴は、明確さと簡潔さとを目的として、誇張した寸法で、または、ある程度概略的な形態で示され得る。本説明において、「前」、「後」、「上」、「下」、「上部」、および「底部」などの相対的な用語と、その派生語は、そのように説明される向き、または説明される図面に示す向きを指すものとして解釈されなければならない。これらの相対的な用語は、説明の便宜上のものであり、通常は、特定の向きを要求することを意図しない。「接続された」および「装着された」などの装着、接続などに関する用語は、そうでないことを明記しない限り、構造体が、直接的にと介在物を介して間接的にとのいずれかにより、および、可動または不動の両方の装着または関係で互いに固定または装着される関係を指す。
【００１１】
本明細書で使用する場合、「試料」という用語は、細胞試料、細菌試料、ウイルス試料、他の微生物の試料、哺乳類の被験生物、好ましくは、人である被験者、から得られた、組織試料、細胞培養試料、糞便試料、および生体液試料（例えば、血液、血漿、血清、唾液、尿、脳脊髄液、リンパ液、および乳頭吸引液）などの試料、大気試料、水試料、粉塵試料、および土壌試料などの環境試料、などの生体試料を含む。
【００１２】
以下で説明する実施形態で使用される「核酸」という用語は、天然であるか人工的に合成されたかによらず、ＤＮＡとＲＮＡとを含む個々の核酸と核酸の高分子鎖と（そのアナログを含む）、または、あらゆる長さのその修飾体、特に、自然に発生することが知られた修飾体とを指す。本発明による例示的な核酸長は、ＰＣＲ産物（例えば、約５０〜７００塩基対（ｂｐ））およびヒトゲノムＤＮＡに適した長さ（例えば、およそ、キロ塩基対（Ｋｂ）からギガ塩基対（Ｇｂ）程度）を含むが、これに限定されない。従って、「核酸」という用語は、単一の核酸に加えて、例えば、発現配列標識（EST）または遺伝子断片といった小さな断片における、天然または人工の、ヌクレオチド、ヌクレオシド、およびそれらの組み合わせ、並びに、個々の遺伝子と、さらには染色体全体とを含むゲノム物質により例示されるより大きな鎖を包含することが理解されると考えられる。「核酸」という用語は、ペプチド核酸（ＰＮＡ：ｐｅｐｔｉｄｅ  ｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）と、ロックド核酸（ＬＮＡ：ｌｏｃｋｅｄ  ｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）オリゴマーも包含する。
【００１３】
本明細書で使用する「親水性表面」という用語は、その表面上にある純水の水滴と４５°以下の接触角を形成する表面を指す。本明細書で使用する「疎水性表面」という用語は、その表面上にある純水の水滴と４５°より大きな接触角を形成する表面を指す。接触角は、接触角計を使用して測定され得る。
【００１４】
本出願の一態様は、分子検査装置に関する。本装置は、加熱冷却モジュールと、増幅ハイブリダイゼーション複合反応チャンバとを備える。いくつかの実施形態において、加熱冷却モジュールは、反応チャンバの外面と接触するように適応された伝熱面を含み、反応チャンバは、マイクロアレイを備える。
【００１５】
いくつかの実施形態において、加熱冷却モジュールは、複数のＴＥＨＣ装置と、同数の増幅ハイブリダイゼーション複合反応チャンバとを備える。各反応チャンバ内の温度は、異なる反応チャンバに異なる加熱／冷却プログラムが適用され得るように、個別のＴＥＨＣ装置により制御される。いくつかの実施形態において、加熱冷却モジュールは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれを上回る数のＴＥＨＣ装置と、同数の増幅ハイブリダイゼーション複合反応チャンバとを備える。
【００１６】
加熱冷却モジュール
いくつかの実施形態において、加熱冷却モジュールは、熱電加熱冷却（ＴＥＨＣ）装置を含む。１つまたは複数のＴＥＨＣ装置は、モジュールに一体化され得る。他の実施形態において、加熱冷却モジュールは、温度センサーをさらに備える。例示的な温度センサーは、測温抵抗体（ＲＴＤ）、熱電対、サーモパイル、およびサーミスターである。いくつかの実施形態において、温度センサーは、ＲＴＤである。他の実施形態において、温度センサーは、より高い分解能と、より小さな温度範囲と、より大きな経時ドリフトとをもつサーミスターである。いくつかの実施形態において、加熱冷却装置のサーミスターは、電子アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ：ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ）に結合している。
【００１７】
いくつかの実施形態において、ＴＥＨＣ装置は、ペルティエ素子である。ペルティエ素子は、ペルティエ効果を利用して２つの異なる種類の物質の接合間に熱流束を生成する熱電加熱冷却装置である。ペルティエ素子は、電気エネルギーを利用して、電流の方向に応じて装置の一方側から他方側に熱を伝達する固体能動ヒートポンプとして機能する。この機器は、加熱と冷却とのいずれかに使用され得、ペルティエヒートポンプ、固体冷却装置、または熱電冷却器（ＴＥＣ：ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｏｌｅｒ）とも呼ばれる。いくつかの実施形態において、ペルティエ素子は、セラミック材料（例えば、フェローテックペルティエ冷却器モデル７２００１／１２７／０８５Ｂ）で作られる。例示的なセラミック材料は、アルミナ、酸化ベリリウム、および窒化アルミニウムを含む。
【００１８】
他の実施形態において、ＴＥＨＣ装置は、薄膜半導体（例えば、テルル化ビスマス）である。他の実施形態において、ＴＥＨＣ装置は、ｐ型半導体とｎ型半導体とにより作られた熱電対である。例示的なｐ型半導体とｎ型半導体とは、ビスマスアンチモン、テルル化ビスマス、テルル化鉛、およびシリコンゲルマニウムである。この種類のＴＥＨＣ装置は、セラミックＴＥＨＣ装置の１〜３秒の応答時間より短い応答時間をもつ。この特徴は、速い変化速度と、より微細な温度制御とを可能にする。いくつかの実施形態において、ＴＥＨＣ装置は、３００ｍｓ、１００ｍｓ、３０ｍｓ、１０ｍｓ、５ｍｓ、２ｍｓ、または１ｍｓ未満の応答時間を有する薄膜半導体である。いくつかの実施形態において、ＴＥＨＣ装置は、フローセルの反応チャンバの外面などの対象領域に向けて加熱と冷却とを集中させる能力を提供する占有面積（例えば、２．４ｍｍ×３．５ｍｍ）をもつ。いくつかの実施形態において、ＴＥＨＣ装置は、１５０ｍｍ２以下、５０ｍｍ２以下、４０ｍｍ２以下、３０ｍｍ２以下、２０ｍｍ２以下、または１０ｍｍ２以下の占有面積をもつ。他の実施形態において、ＴＥＨＣ装置は、約８．７ｍｍ×１５ｍｍ、５ｍｍ×１０ｍｍ、４ｍｍ×８ｍｍ、３ｍｍ×６ｍｍ、または２．４ｍｍ×３．５ｍｍの占有面積をもつ。
【００１９】
さらに、これらの装置の高い伝熱量（例えば、セラミックペルティエ素子の３Ｗ／ｃｍ２に比べて、Ｑｍａｘ／ｃｍ２〜８０Ｗ／ｃｍ２）は、これらの装置を小さなフローセル反応チャンバを加熱および冷却することに適したものにする。いくつかの実施形態において、薄膜半導体熱電装置は、凹凸のある形のフローセル反応チャンバとの間を仲介するより大きな形状の熱拡散器に接続されている。これらの装置は、振動に対する耐性をさらに提供し、セラミックペルティエより熱サイクル負荷により発生する故障を起こしにくい。
【００２０】
図１は、一実施形態の加熱冷却モジュール２００を示す。本実施形態において、加熱冷却モジュール２００は、複数のＴＥＨＣ装置２０４であって、各々が、伝熱面２０２をもつ熱拡散器２０８と加熱冷却装置２０７とを含む複数のＴＥＨＣ装置２０４と、ＴＥＨＣ装置２０４を保持する基台（２０９は、示されるように、ＴＥＨＣ装置２０４を保護する受け座である）と、ＴＥＨＣ装置２０４の他方側に接続されたヒートシンク２０１と、を含む。例示的なヒートシンク２０１と熱拡散器２０８とは、銅、アルミニウム、ニッケル、ヒートパイプ、および／または蒸気チャンバである。動作中、伝熱面２０２は、フローセル（図２と図３とに示される）の反応チャンバの外面との密な接触をもたらし、それにより、フローセルの反応チャンバ内の温度を制御する。いくつかの実施形態において、加熱冷却モジュール２００は、集積プリント基板２０３とヒートシンク２０１下方の送風機２０５とをさらに備える。
【００２１】
いくつかの実施形態において、ヒートシンク２０１および／または熱拡散器２０８は、伝熱エポキシ樹脂、伝熱接着剤、液体金属（例えば、ガリウム）またははんだ（例えば、インジウム）を使用してＴＥＨＣ装置２０４の加熱冷却装置２０７に接続されている。一実施形態において伝熱面２０２は、平らである。これらの実施形態のいくつかにおいて、熱拡散器２０８は、３ｍｍ×３ｍｍから７５ｍｍ×８０ｍｍの範囲、好ましくは、８ｍｍ×１０ｍｍから１０ｍｍ×２０ｍｍの範囲の寸法をもつ長方形の伝熱面２０２を含む。いくつかの実施形態において、熱拡散器２０８の伝熱面２０２は、フローセルの流体チャンネルを加熱する入口区域を含み、入口区域は、反応チャンバを加熱する領域より寸法が小さい。この入口区域は、長方形であり得、０．１〜５ｍｍの幅と、１ｍｍ〜２０ｍｍの長さとの寸法範囲をもつ。他の一実施形態において、熱拡散器２０８の伝熱面２０２は、０．１〜１５ｍｍの幅と１ｍｍ〜７５ｍｍの長さの寸法範囲をもつ、フローセルの流体チャンネルを加熱する出口区域を含む。いくつかの実施形態において、熱拡散器２０８の伝熱面２０２は、入口加熱区域と反応チャンバ加熱区域と出口加熱区域との３つの区域を含む。熱拡散器２０８の厚さは、好ましくは、０．０５〜５ｍｍ、および、より好ましくは、０．１〜１ｍｍ、および、さらにより好ましくは、０．１５〜０．６ｍｍである。
【００２２】
フローセル
本明細書で使用する「フローセル」という用語は、マイクロアレイ式検出装置を指す。いくつかの実施形態において、フローセルは、試料入口と試料出口とその中に位置するマイクロアレイとを含む反応チャンバを備える。いくつかの実施形態において、反応チャンバは、ＰＣＲなどの増幅反応と、同じチャンバ内でのハイブリダイゼーション反応との両方を実行できる増幅ハイブリダイゼーション複合反応チャンバである。いくつかの実施形態において、フローセルは、反応チャンバと流体連通した廃棄チャンバをさらに備える。いくつかの実施形態において、反応チャンバは、親水性物質で被覆されており、反応チャンバの完全な充填と反応チャンバから廃棄チャンバへの流体の流れとを促進する位置にある親水性表面をもつ。親水性表面は、試料入口から反応チャンバに液体が入るときに液体に接触し、マイクロアレイチャンバの完全な充填を可能にする。特定の実施形態において、反応チャンバは、様々な幅の延びたチャンネルの形状をもち、廃棄チャンバに直接接続されている。他の実施形態において、マイクロアレイチャンバは、廃棄チャンネルを通して廃棄チャンバに接続されている。
【００２３】
他の実施形態において、フローセルは、２つ以上の反応チャンバ、または反応チャンバの並びを備える。他の実施形態において、フローセルは、２つ以上の反応チャンバまたは反応チャンバの並びと、２つ以上の廃棄チャンバまたは廃棄チャンバの並びとを備え、各反応チャンバは、廃棄チャンネルを通して廃棄チャンバに接続されている。異なる他の実施形態において、フローセルは、２つ以上の反応チャンバまたは反応チャンバの並びと単一の廃棄チャンバとを備え、各反応チャンバは、廃棄チャンネルを通して廃棄チャンバに接続されている。
【００２４】
いくつかの実施形態において、マイクロアレイは、反応チャンバの底面上に位置し、反応チャンバの上面、または上面の少なくとも一部は、親水性物質で被覆されている。親水性物質の例には、これらに限定されるものではないが、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ビオナイト、ポリ（Ｎ−ビニルラクタム）、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（エチレンオキサイド）、ポリ（プロピレンオキサイド）、ポリアクリルアミド、セルロース系物質、メチルセルロース、ポリアンハイドライド、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、アルキルフェノールエトキシレート、ポリオールモノエステル複合体、オレイン酸のポリオキシエチレンエステル、オレイン酸のポリオキシエチレンソルビタンエステルおよび脂肪酸のソルビタンエステルなどの親水性ポリマー；無機酸化物、金、ゼオライト、および、ダイアモンド様炭素などの無機親水性物質；および、Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００、Ｔｗｅｅｎ、硫酸ドデシルナトリウム（ＳＤＳ）、ラウリル硫酸アンモニウム、アルキル硫酸塩、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム（ＳＬＥＳ）、アルキルベンゼンスルホネート、石鹸、脂肪酸塩、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイドとしても知られるセチルトリメチルアンモニウムブロマイド（ＣＴＡＢ）、アルキルトリメチルアンモニウム塩、セチルピリジニウムクロライド（ＣＰＣ）、ポリエトキシル化タローアミン（ＰＯＥＡ）、ベンズアルコニウムクロライド（ＢＡＣ）、ベンズエトニウムクロライド（ＢＺＴ）、ドデシルベタイン、ドデシルジメチルアミンオキサイド、コカミドプロピルベタイン、ココアムホグリシネートアルキルポリ（エチレンオキサイド）、ポリ（エチレンオキサイド）およびポリ（プロピレンオキサイド）のコポリマー（商品名「Ｐｏｌｏｘａｍｅｒｓ」または「Ｐｏｌｏｘａｍｉｎｅｓ」）、アルキルポリグルコシド、脂肪族アルコール、コカミドＭＥＡ、コカミドＤＥＡ、コカミドＴＥＡ等の界面活性剤が含まれる。
【００２５】
いくつかの実施形態において、１つまたは複数の界面活性剤は、ポリウレタンおよびエポキシ樹脂などの反応性ポリマーと混合されて親水性被膜として機能する。他の実施形態において、反応チャンバの上面または底面は、大気圧プラズマ処理、コロナ処理、またはガスコロナ処理などの表面処理により親水性にされる。
【００２６】
反応チャンバにおけるマイクロアレイは、これらに限定はされないが、オリゴヌクレオチドマイクロアレイ、およびタンパク質マイクロアレイを含むが、あらゆる種類のマイクロアレイであり得る。一実施形態において、マイクロアレイは、抗体マイクロアレイであり、マイクロアレイシステムは、標的抗原を捕捉および標識するために使用される。一実施形態において、マイクロアレイは、例えば、すべてが全体として参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，７４１，７００号、第５，７７０，７２１号、第５，９８１，７３４号、および第６，６５６，７２５号、ならびに米国特許出願第１０／０６８，４７４号、第１１／４２５，６６７号、および第６０／７９３，１７６号、で説明される印刷ゲルスポット方法を使用して形成される。特定の実施形態において、マイクロアレイは、マイクロアレイチャンバの底部を形成するマイクロアレイ基材上に印刷された複数のマイクロアレイスポットを備える。
【００２７】
図２は、例示的なフローセル反応チャンバの並びと廃棄チャンバとを示す。本実施形態において、フローセルは、複数の反応チャンバ１１０を備え、各々が、反応チャンバ１１０の試料出口を廃棄チャンバ１２０の入口に接続するチャンネル１１８を含む。一実施形態において、チャンネル１１８の側壁は、気泡を捕獲するように疎水性である。いくつかの実施形態において、チャンネルの廃棄チャンバ端における断面積は、チャンネル１１８の反応チャンバ端の断面積より少なくとも２倍、３倍、４倍、または５倍大きい。いくつかの実施形態において、チャンネル１１８は、Ｓ字形またはＺ字形のチャンネル区域を形成する２つの曲がり角を含む屈曲区域を備える。別の実施形態において、２つの曲がり角は、９０°の曲がり角である。
【００２８】
図３Ａは、複数の反応チャンバ１１０を含む他の一実施形態のフローセル１００を示す。本実施形態において、反応チャンバ１１０は、基材２１１と、スペーサ２１２と、カバー２１３（図３Ｂ）とにより形成される。基材２１１、スペーサ２１２、またはカバー２１３を形成するために使用される物質は、セラミックス、プラスチック、エラストマ、および金属を含むが、これらに限定されない。例示的なセラミックスは、ガラス、シリコン、シリコン窒化物、および二酸化ケイ素を含むが、これらに限定されない。例示的なプラスチックは、ポリカーボネート、ポリエチレン（低密度、高密度、超高分子量）、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、ポリビニリデンクロライド、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、およびポリウレタンを含む。例示的なエラストマは、天然ポリイソプレン、合成ポリイソプレン、ポリブタジエン、クロロプレン、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ポリアクリルゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコンゴム、フルオロエラストマ、パーフルオロエラストマ、ポリエーテルブロックアミド、クロロスルホン化ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル、熱電エラストマ、タンパク質レシリン、エラスチン、多硫化ゴム、およびエラストレフィンを含むが、これらに限定されない。例示的な金属は、アルミニウム、白金、金、ニッケル、銅、およびこれらの金属の合金を含むが、これらに限定されない。これらの物質は、適切な形状に鋳造、押し出し成型（例えば、薄膜）、機械加工、および／またはモールド成型され得る。
【００２９】
いくつかの実施形態において、基材の材料は、約０．２Ｗ／ｍＫの熱伝導率をもつプラスチックである。他の場合において、基材の材料は、約１Ｗ／ｍＫの熱伝導率をもつガラスである。いくつかの実施形態において、基材の材料は、０．２〜３Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導率をもつ。いくつかの実施形態において、基材の材料は、３〜３０Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導率をもつ。いくつかの実施形態において、基材の材料は、３０〜４００Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導率をもつ。他の実施形態において、基材の材料は、少なくとも１、３、１０、３０、１００、または３００Ｗ／ｍＫの熱伝導率をもつ。いくつかの実施形態において、スペーサ２１２は、カバー２１３と基材２１１とに接合されている。接合方法は、接着剤、超音波溶接、レーザ溶接、熱かしめ、溶剤接合、熱接合、およびエラストマスペーサの圧縮を含む。接合に使用される接着剤は、液体または粘弾性形態であり得る。例示的な接着剤は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン、多糖、およびゴムを含むが、これらに限定されない。接着剤の硬化は、熱、圧力、紫外線照射、曝気、および／または触媒を使用して達成され得る。
【００３０】
他の一実施形態において、スペーサ２１２と基材２１１とは、単一の一体的な部品である。さらなる他の一実施形態において、スペーサ２１２とカバー２１３とは、単一の一体的な部品である。異なるさらなる他の一実施形態において、基材２１１と、スペーサ２１２と、カバー２１３とは、単一の一体的な部品である。
【００３１】
いくつかの実施形態において、反応チャンバ１１０は、基材２１１上に形成された１つまたは複数のマイクロアレイ１３０を備える。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のマイクロアレイ１３０は、ＤＮＡマイクロアレイ、タンパク質マイクロアレイ、またはその混合物である。本明細書で使用する「マイクロアレイ」という用語は、対象のリガンドに接合するために提供されたスポットの整列した並びを指す。マイクロアレイは、少なくとも２つのスポットからなる。いくつかの実施形態において、マイクロアレイは、単一列のスポットからなる。他の実施形態において、マイクロアレイは、複数列のスポットからなる。対象のリガンドは、核酸（例えば、分子ビーコン、アプタマー、ロックド核酸、ペプチド核酸）、タンパク質、ペプチド、多糖、抗体、抗原、ウイルス、および細菌を含むが、これらに限定されない。
【００３２】
加熱冷却モジュールと反応チャンバとの間の界面
いくつかの実施形態において、反応チャンバ１１０が加熱冷却装置の伝熱面２０２上に位置するように、フローセル１００が、加熱冷却モジュール２００上に配置される。図４を参照されたい。いくつかの実施形態において加熱冷却モジュール２００は、移動システムに搭載される。いくつかの実施形態において加熱冷却装置の伝熱面は光を吸収する。光吸収を達成する例示的な方法は、伝熱面２０２を黒色に塗装すること、黒色陽極酸化すること、または電気めっきにより黒色クロムで伝熱面２０２を被覆することを含む。光吸収は、マイクロアレイを像形成することと干渉し得る散乱を低減する。いくつかの実施形態において、熱サイクルは、像形成前に起こる。いくつかの実施形態において熱サイクルは、像形成と同時に起こる。
【００３３】
他の一実施形態において、加熱冷却モジュール２００が、フローセル保持器３００上に載ったフローセル１００上に降下するか、または、フローセル保持器３００が、加熱冷却モジュール２００まで上昇するように適応され、それにより、フローセル１００の反応チャンバ１１０がＴＥＨＣ装置の伝熱面２０２（図５参照）と接触する。いくつかの実施形態において、フローセル１００に加えられる力を制限するため、圧縮可能装置が使用される。いくつかの実施形態において、圧縮可能装置は、基台２０９の上方に位置し、基台２０９の上にＴＥＨＣ装置が搭載される（図５参照）。他の実施形態において、圧縮可能装置２６０は、フローセル１００の下方に位置する（図６参照）。異なる他の実施形態において、圧縮可能装置は、基台２０９の上方とフローセル１００の下方との両方に位置する。例示的な圧縮可能装置は、ばね、発泡体、形状記憶発泡体、板ばね、および変形可能プラスチック、またはシリコンなどの他の物質を含むが、これらに限定されない。
【００３４】
いくつかの実施形態において、伝熱面２０２と接合しない反応チャンバ１１０の外面は、断熱される。いくつかの実施形態において、断熱材は、消耗品の構成要素である。他の実施形態において、断熱材は、機器の構成要素である。異なる他の実施形態において、断熱材は、消耗品と機器との両方の構成要素である。例示的な断熱材は、停滞空気、スチロフォーム（Styrofoam）、ポリウレタン発泡体、エアロゲル、繊維ガラス、およびプラスチックを含む。いくつかの実施形態において、断熱層２７０は、光を吸収する。断熱材の効果は、次式のようにモデル化され得る。
【数１】
0006715190.tif 000002
式中、Ｔｏｆｆｓｅｔは、設定温度と実際の温度との間の差分であり、ＴＴＥＣは、熱拡散器の温度であり、Ｔｌｉｑｕｉｄは、液体の温度であり、およびＲｉｎｓｕｌａｔｉｏｎは、断熱層の熱抵抗である。
【００３５】
図６は、フローセル１００が一方側において断熱層２７０により断熱される一実施形態を示す。本実施形態において、黒色箔などの光吸収材２７１は、断熱層２７０をフローセル１００から分離する。圧縮可能装置は、断熱層２７０の下方に搭載されている。基体２５０は、圧縮可能装置用の位置決め機構２６１を備える。いくつかの実施形態において、位置決め機構２６１は、スタッド、ピンまたは釘である。他の実施形態において、位置決め機構２６１は、空洞、穴、または窪みである。異なる他の実施形態において、位置決め機構２６１は、その中心にスタッド、ピン、または釘を含む空洞、穴または窪みである。
【００３６】
他の実施形態において、単一の反応チャンバ１１０が、２つ以上のＴＥＨＣ装置２０４と接合し得る。一実施形態において、１つのＴＥＨＣ装置２０４が、反応チャンバ１１０の上面に接合し、他のＴＥＨＣ装置２０４が、反応チャンバ１１０の底面に接合する。
【００３７】
他の関連する実施形態において、加熱冷却モジュール２００は、フローセル１００内の同数の反応チャンバ１１０に接合する複数のＴＥＨＣ装置２０４を備え、各ＴＥＨＣ装置２０４が、対応する反応チャンバ１１０の外面と接触するように適応された伝熱面２０２を含む。いくつかの実施形態において、ＴＥＨＣ装置２０４は、共通のヒートシンク２０１に装着されている。いくつかの実施形態において、すべてのＴＥＨＣ装置２０４は、単一の制御装置により制御される。他の実施形態において、各ＴＥＨＣ装置２０４は、各反応チャンバ１１０内で異なる反応が実施され得るように別々に制御される。
【００３８】
図７は、加熱冷却装置２０７内に搭載された２つの薄膜熱電チップ２８０を含む一実施形態のＴＥＨＣ装置２０４を示す。薄膜熱電チップ２８０は、窒化アルミニウム半導体を使用して製造され、インジウムはんだを使用して一次ヒートシンク２２１に搭載され、ガリウム液体金属を使用して熱拡散器２０８に搭載される。熱拡散器２０８は、ニッケル被膜を施した厚さ０．６ｍｍの銅である。ポリイミドシートスペーサは、ヒートシンクと熱拡散器２０２との間の隔離体として機能する。薄膜ＲＴＤ２８１は、同様に、熱拡散器２０８に装着されている。
【００３９】
図８Ａ〜図８Ｆは、複数のＴＥＨＣ装置２０４を含む他の例示的な加熱冷却モジュール２００の異なる外観を示す。各ＴＥＨＣ装置２０４は、伝熱面２０２をもつ熱拡散器２０８と、一次ヒートシンク２２１を含む加熱／冷却装置を備える。複数のＴＥＨＣ装置２０４に、複数の送風機２０５を含む共通の二次ヒートシンク２０１が装着されている。
【００４０】
熱サイクルのための制御スキーム
いくつかの実施形態において加熱冷却モジュールは、所望の温度への接近を加速する手段として、変化状態中に設定点温度が変化するように制御される。いくつかの実施形態において設定点は、所望の温度の上方−５℃〜５℃の範囲内に人為的に設定される。
【００４１】
加熱冷却モジュール２５０は、２つの温度間を反復すること、３つの温度にわたって反復すること、保管またはハイブリダイゼーションのための長期の保持温度、およびタッチダウンＰＣＲプロトコルを含み得る熱サイクルプロトコルを実施する。温度遷移は、ステップ変化、のこぎり波形、または正弦波形に従い得る。これらの波形は、さらに、特定の設定温度付近で発生して、熱対流による混合をもたらし得る。
【００４２】
本出願の一態様は、薄膜熱電加熱冷却装置を含む加熱冷却モジュールと、伝熱外面をもつ増幅ハイブリダイゼーション複合反応チャンバと内面におけるマイクロアレイとを含む取り外し可能な検査モジュールであって、熱電加熱冷却装置が、反応チャンバの伝熱外面と接触するように適応された伝熱面をもつ取り外し可能な検査モジュールと、を備える分子検査装置に関する。
【００４３】
いくつかの実施形態において、薄膜熱電加熱冷却装置は、ペルティエ素子である。いくつかの別の実施形態において、ペルティエ素子は、セラミックペルティエ素子である。
【００４４】
他の実施形態において、薄膜熱電加熱冷却装置は、ビスマスアンチモン、テルル化ビスマス、テルル化鉛、またはシリコンゲルマニウムを有する薄膜半導体を含む。いくつかの別の実施形態において、薄膜半導体は、テルル化ビスマスを含む。
【００４５】
異なる他の実施形態において、薄膜熱電加熱冷却装置は、ｐ型半導体とｎ型半導体とにより作られた熱電対である。いくつかの別の実施形態において、ｐ型半導体とｎ型半導体とは、ビスマスアンチモン、テルル化ビスマス、テルル化鉛、およびシリコンゲルマニウムからなる群から選択される。
【００４６】
さらなる他の実施形態において、マイクロアレイは、ゲルスポットマイクロアレイである。
【００４７】
いくつかの実施形態において、反応チャンバは、断熱材を使用して断熱された外面をさらに含む。
【００４８】
他の実施形態において、取り外し可能な検査モジュールは、廃棄チャンバをさらに備える。
【００４９】
異なる他の実施形態において、取り外し可能な検査モジュールは、複数の増幅ハイブリダイゼーション複合反応チャンバを備え、各チャンバは、伝熱外面を含み、加熱冷却モジュールは、複数の熱電加熱冷却装置を含み、複数の熱電加熱冷却装置の各々は、増幅ハイブリダイゼーション反応チャンバの伝熱外面と接触するように適応された伝熱面を含む。
【００５０】
さらなる他の実施形態において、加熱冷却モジュールは、温度センサーをさらに備える。いくつかの別の実施形態において、温度センサーは、サーミスターまたは抵抗性加熱装置を備える。
【００５１】
本出願の他の一態様は、伝熱面をもつ薄膜熱電加熱冷却装置を含む加熱冷却モジュールと、伝熱外面をもつ反応チャンバを含む取り外し可能な検査モジュールを受容するための保持器と、保持器に検査モジュールが配置されたときに伝熱面を伝熱外面に接触させる移動システムと、伝熱面の温度を調節するプログラム可能制御モジュールと、を備える、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を実施するための装置に関する。
【００５２】
いくつかの実施形態において、熱電装置は、ペルティエ素子である。いくつかの別の実施形態において、熱電加熱冷却装置は、薄膜半導体とヒートシンクとを備える。
【００５３】
他の実施形態において、加熱冷却モジュールは、温度センサーをさらに備える。いくつかの別の実施形態において、温度センサーは、サーミスターまたは抵抗性加熱装置を備える。
【００５４】
異なる他の実施形態において、加熱冷却モジュールは、各々が伝熱面をもつ複数の薄膜熱電加熱冷却装置を備え、取り外し可能な検査モジュールは、各々が伝熱外面をもつ複数の反応チャンバを備え、プログラム可能制御モジュールは、各反応チャンバ内において異なる条件下でＰＣＲを実施するため、伝熱面の各々の温度を個別に調節可能である。
【００５５】
本出願のさらなる他の一態様は、反応チャンバにおけるマイクロアレイでポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を実施する方法に関する。本方法は、ＰＣＲ装置内に反応チャンバを備える検査モジュールを配置することを含むいくつかのステップを含み、反応チャンバが、伝熱外面と内面に搭載されたマイクロアレイとを備え、ＰＣＲ装置が、伝熱面をもつ薄膜熱電加熱冷却装置を含む加熱冷却モジュールと、伝熱面の温度を調節するプログラム可能制御モジュールとを備える。本方法は、薄膜熱電加熱冷却装置の伝熱面を反応チャンバの伝熱外面に接触させるステップをさらに含む。本方法は、制御モジュールに記憶されたＰＣＲプログラムに基づいて伝熱面を通して反応チャンバを加熱および冷却することによりＰＣＲを遂行するステップをさらに含む。
【００５６】
本発明は、以下の実施例によりさらに説明されるが、以下の実施例は、限定と解釈するべきではない。本出願中で引用されるすべての参考文献と特許と公開された特許出願とに加えて、図面と表との内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【実施例】
【００５７】
実施例１：断熱材の効果の実証
薄膜ＲＴＤ（Ｍｉｎｃｏ  ＲＴＤ  Ｍｏｄｅｌ  Ｓ３９）が、反応チャンバ（厚さ０．５ｍｍ）に組み込まれ、熱伝導ペーストで充填され、さらに、フラットブロックＱｕａｎｔａサーモサイクラー上に配置される。１つの反応チャンバが、厚さ１インチ（約２．５４ｃｍ）のスチロフォーム断熱層を含み、他方は、断熱材を含まない。２つの反応チャンバが、順次、サーモサイクラー上に導入される。熱サイクルプロトコルは、８８℃で６０秒間の後、５５℃で６０秒間の３０サイクルである。変性温度のみが描かれている。温度測定値は、２０秒の移動平均を表す。図９からわかるように、反応チャンバが断熱されていない場合、８８℃の設定点から１℃の温度オフセットがあり得る。
【００５８】
実施例２：加熱冷却モジュールと反応チャンバとを使用した場合のＰＣＲの実証
反応チャンバは、ＱｕｅｓｔａｒＴＭ基材と、０．５ｍｍの両面加圧粘着スペーサテープ（double-sided pressure sensitive adhesive spacer tape）と、被覆薄膜とを備える。反応チャンバの容量は、約５０μＬで充填される。反応チャンバは、入口孔と出口孔とを含む。
【００５９】
反応チャンバは、プライマーミックスを含有する１×Ｑｉａｇｅｎ  ＱｕａｎｔｉＦａｓｔ  ＲＴ−ＰＣＲ  ｍｉｘ（Ｑｉａｇｅｎ、米国カリフォルニア州バレンシア）と、ＮＩＳＴ  ＳＲＭ  ２３７２キットからの１０ｎｇのヒトゲノムＤＮＡと、精製された化膿連鎖球菌とＡ型インフルエンザ核酸との１０４個の複製物と、により充填される。
【００６０】
プライマーは、濃度が非対称であり、より高い濃度のプライマーは、蛍光物質により標識される。ＰＣＲの後、蛍光物質により標識されたアンプリコンは、マイクロアレイ面におけるゲルスポットでプローブにハイブリダイゼーションする。
【００６１】
熱サイクルプロトコルは、４７℃で１２．５分、８８℃で５分、および８８℃で３０秒間と５２．５℃で３５秒間との３５サイクルであった。
【００６２】
対照実験は、上記と同じマスターミックスを使用して、従来のＭＪサーモサイクラーにおけるＰＣＲ管内での増幅を使用して実行され、後続の熱サイクルプロトコルは、４７℃で１２．５分、８８℃で５分、８８℃で１５秒間と５２．５℃で２０秒間との３５サイクルであった。
【００６３】
ＰＣＲの後、マスターミックスは、チャンバから除去され、５０℃で１時間、ガラス基材上に印刷されたマイクロアレイにハイブリダイゼーションされた。
【００６４】
図１０は、化膿連鎖球菌とＡ型インフルエンザプローブの場合のマイクロアレイスポットからの蛍光信号強度を示す。データは、反応チャンバを含む加熱冷却装置とＰＣＲ管を含む従来のサーマルサイクラーとの間で同等の結果を示す。
【００６５】
実施例３：加熱冷却モジュールが反応チャンバ上に降下された場合のＰＣＲの実証
実施例２で説明される加熱冷却モジュール２００は、反応チャンバ上に組立体を降下させるために使用される線形アクチュエータを備える機械装置に搭載されている（図５参照）。組立体は、反応チャンバ上に降下されるときに圧縮される４つのばねを含む。
【００６６】
実施例２の反応チャンバと同様の６つの反応チャンバが、両面テープを使用してＰＶＣ  Ｆｏａｍ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ発泡体に対して構築および装着される。
【００６７】
反応チャンバは、ＰＣＲマスターミックスとＡＴＣＣからの３３ｐｇの精製されたヒト型結核菌（ＭＴＢ：Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓ）ＤＮＡとで充填される。
【００６８】
後続の熱サイクルプロトコルは、８８℃で７．５分、および８８℃で３０秒間と５５℃で６０秒間との５０サイクルである。
【００６９】
ＰＣＲマスターミックスからの産物は、ハイブリダイゼーションバッファと混合され、ゲルドロップマイクロアレイにおいてインキュベーションされ、これは、ｋａｔＧ（イソニアジドに対する薬剤耐性をもたらす、突然変異を伴い得る遺伝子）とＭＴＢとに対するプローブを含む。これは、パラフィルムカバーを含む２５μＬフレームシールチャンバ（Ｂｉｏｒａｄ）に加えられ、５５℃で３時間インキュベーションされる。インキュベーション後、スライドが、０．０１％のＴｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００を有する１ｘＳＳＰＥバッファを含む槽内で５分間撹拌される。次に、スライドは、２，３００ｒｐｍで２分間、遠心分離により乾燥される。
【００７０】
像形成は、Ａｋｏｎｎｉ像形成システム（その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，６２３，７８９号明細書を参照）により０．２秒で行われ、Ａｋｏｎｎｉソフトウェアを使用して分析される。
【００７１】
ソフトウェアからの信号強度を図１１に示す。図１１におけるデータは、野生型ＭＴＢ  ＤＮＡで感作（challenge）されたときの、ＭＴＢとｋａｔＧとに対するプローブを含むマイクロアレイスポットからの陽性の増幅および検出を示す。
【００７２】
実施例４：反応チャンバにおいて複合された（組み合わされた）ＰＣＲとハイブリダイゼーション
Ｎ−アセチルシステイン、水酸化ナトリウムが消化された痰が、１０７ｃｆｕ／ｍＬのＨ３７Ｒａ細胞で修正された。均一化と溶解とは、米国特許第８，３９９，１９０号（その全体が参照により本明細書に組み込まれる）で説明される装置を使用して実現された。ＤＮＡの抽出は、米国特許第８，２３６，５５３号と第８，５７４，９２３号と（全体として参照により本明細書に組み込まれる）において説明される装置と方法とを使用して実現された。
【００７３】
精製されたＭＴＢ  ＤＮＡは、実施例２のものと同様に、実施例３で説明されるＰＣＲ試薬と混合されて、反応チャンバに加えられた。ＰＣＲとハイブリダイゼーションとの複合プロトコルは、次のとおりであった。すなわち、９０．５℃で７．５分の後、９０．５℃で３０秒間と５６℃で６０秒間との５０サイクル、および５５℃で３時間のハイブリダイゼーションである。
【００７４】
このプロトコルの後、反応チャンバは、３００μＬの１ｘＳＳＰＥで洗浄され、米国特許第８，６２３，７８９号で説明されるものと同様の光学列を使用して０．２秒間、像形成される。像が分析され、ゲルドロップからの信号強度が取り出されて図１２に描画される。図１２は、ＭＴＢ、ｋａｔＧ、ｉｎｈＡ（イソニアジドに対する薬剤耐性を与える、突然変異を伴い得る遺伝子。この分離株は、野生型である）、およびｒｐｏＢ（リファンピンに対する薬剤耐性を与える、突然変異を伴い得る遺伝子。この分離株は、野生型である）に対するマーカーの成功した増幅および検出を示す。
【００７５】
上記の説明は、本発明を実施する方法を当業者に教示することを目的としており、本説明を読めば当業者に明らかな、それらの明白な変更および変形例のすべてを詳細に説明する意図はない。しかし、そのような明白な変更と変形例とのすべてが本発明の範囲内に含まれることを意図している。
［付記項１］
薄膜熱電加熱冷却装置を含む加熱冷却モジュールと、
伝熱外面と内面におけるマイクロアレイとを有する増幅ハイブリダイゼーション複合反応チャンバを含む取り外し可能な検査モジュールと、
を備え、
前記熱電加熱冷却装置が、前記反応チャンバの前記伝熱外面と接触するように適応された伝熱面をもつ、
分子検査装置。
［付記項２］
前記薄膜熱電加熱冷却装置が、ペルティエ素子である、
付記項１に記載の分子検査装置。
［付記項３］
前記ペルティエ素子が、セラミックペルティエ素子である、
付記項２に記載の分子検査装置。
［付記項４］
前記薄膜熱電加熱冷却装置が、ビスマスアンチモン、テルル化ビスマス、テルル化鉛、またはシリコンゲルマニウムを含む薄膜半導体を備える、
付記項１に記載の分子検査装置。
［付記項５］
前記薄膜半導体が、テルル化ビスマスを含む、
付記項４に記載の分子検査装置。
［付記項６］
前記薄膜熱電加熱冷却装置が、ｐ型半導体とｎ型半導体とにより作られた熱電対である、
付記項１に記載の分子検査装置。
［付記項７］
前記ｐ型半導体とｎ型半導体とが、ビスマスアンチモン、テルル化ビスマス、テルル化鉛、およびシリコンゲルマニウムからなる群から選択される、
付記項６に記載の分子検査装置。
［付記項８］
前記マイクロアレイが、ゲルスポットマイクロアレイである、
付記項１に記載の分子検査装置。
［付記項９］
前記反応チャンバが、断熱材を使用して断熱された外面をさらに備える、
付記項１に記載の分子検査装置。
［付記項１０］
前記取り外し可能な検査モジュールが、廃棄チャンバをさらに備える、
付記項１に記載の分子検査装置。
［付記項１１］
前記取り外し可能な検査モジュールが、複数の増幅ハイブリダイゼーション複合反応チャンバを備え、
各チャンバが、伝熱外面を備え、
前記加熱冷却モジュールが、複数の熱電加熱冷却装置を備え、
前記複数の熱電加熱冷却装置の各々が、前記増幅ハイブリダイゼーション反応チャンバの前記伝熱外面と接触するように適応された伝熱面を備える、
付記項１に記載の分子検査装置。
［付記項１２］
前記加熱冷却モジュールが、温度センサーをさらに備える、
付記項１に記載の分子検査装置。
［付記項１３］
前記温度センサーが、サーミスターまたは抵抗性加熱装置を備える、
付記項１２に記載の分子検査装置。
［付記項１４］
伝熱面をもつ薄膜熱電加熱冷却装置を含む加熱冷却モジュールと、
伝熱外面をもつ反応チャンバを含む取り外し可能な検査モジュールを受容するための保持器と、
前記保持器に前記検査モジュールが配置されたときに前記伝熱面を前記伝熱外面に接触させる移動システムと、
前記伝熱面の温度を調節するプログラム可能制御モジュールと、
を備える、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を実施するための装置。
［付記項１５］
前記熱電装置がペルティエ素子である、
付記項１４に記載の装置。
［付記項１６］
前記熱電加熱冷却装置が、薄膜半導体とヒートシンクとを備える、
付記項１４に記載の装置。
［付記項１７］
前記加熱冷却モジュールが、温度センサーをさらに備える、
付記項１４に記載の装置。
［付記項１８］
前記温度センサーが、サーミスターまたは抵抗性加熱装置を備える、
付記項１７に記載の装置。
［付記項１９］
前記加熱冷却モジュールが、各々が伝熱面をもつ複数の薄膜熱電加熱冷却装置を備え、
前記取り外し可能な検査モジュールが、各々が伝熱外面をもつ複数の反応チャンバを備え、
前記プログラム可能制御モジュールが、各反応チャンバ内において異なる条件下でＰＣＲを実施するため、前記伝熱面の各々の温度を個別に調節可能である、
付記項１４に記載の装置。
［付記項２０］
（ａ）反応チャンバを備える検査モジュールをＰＣＲ装置内に配置することであって、
前記反応チャンバが、伝熱外面と内面に搭載されたマイクロアレイとを備え、
前記ＰＣＲ装置が、伝熱面をもつ薄膜熱電加熱冷却装置を含む加熱冷却モジュールと、前記伝熱面の温度を調節するプログラム可能制御モジュールとを備える、
配置することと、
（ｂ）前記薄膜熱電加熱冷却装置の前記伝熱面を前記反応チャンバの前記伝熱外面に接触させることと、
（ｃ）前記制御モジュールに記憶されたＰＣＲプログラムに基づいて、前記伝熱面を通して前記反応チャンバを加熱および冷却することによりＰＣＲを遂行することと、
を含む、反応チャンバにおけるマイクロアレイでポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を実施する方法。
【図１】
0006715190.tif 000003
【図２】
0006715190.tif 000004
【図３】
0006715190.tif 000005
【図４】
0006715190.tif 000006
【図５】
0006715190.tif 000007
【図６】
0006715190.tif 000008
【図７】
0006715190.tif 000009
【図８Ａ】
0006715190.tif 000010
【図８Ｂ】
0006715190.tif 000011
【図８Ｃ】
0006715190.tif 000012
【図８Ｄ】
0006715190.tif 000013
【図８Ｅ】
0006715190.tif 000014
【図８Ｆ】
0006715190.tif 000015
【図９】
0006715190.tif 000016
【図１０】
0006715190.tif 000017
【図１１】
0006715190.tif 000018
【図１２】
0006715190.tif 000019