(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対応する複数の試料容器に含まれた複数の生物学的試料に熱サイクリングを施すように構成されたサーモサイクリングシステムと、
前記サーモサイクリングシステムに動作結合される光路を画定する光学システムであって、前記複数の生物学的試料の各々の螢光を実質的に同時に監視するように構成され、かつ、配置される光学システムと
を備える装置であって、前記光学システムが、
前記光路の構成要素を備える試料ブロックであって、
頂部表面、および複数の凹んだ底部表面を画定する複数の試料ウェルを含み、
前記複数の凹んだ底部表面が第１の複数の対象とする点を画定する
試料ブロックと、
前記複数の試料ウェルによって妨害され、あるいは覆い隠されることなく、共通基準点からすべての前記対象とする点を同時に観察することができるよう、前記試料ブロックに対して前記光路内に配置され、かつ、構成される複合湾曲鏡であって、実質的に直交する軸を有する第１の曲率および第２の曲率を画定し、かつ、個々の対象とする点から前記共通基準点までの光線長を画定するように選択される放物面の表面の一部を備え、前記光線長が実質的に同じであり、前記第１の曲率が前記第２の曲率とは異なる複合湾曲鏡と
を含む装置。
【請求項２】
前記試料ブロックが前記サーモサイクリングシステムの構成要素である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記サーモサイクリングシステムが、
前記試料ブロックに動作結合され、かつ、前記複数の生物学的試料を熱サイクリングするように構成された加熱および冷却システムと、
前記加熱および冷却システムに動作接続された、前記加熱および冷却システムを動作させるための制御システムと、
前記試料ブロック内の温度を検知するように構成された温度検知システムであって、前記複数の生物学的試料に熱サイクリングを施すことができるよう、前記温度検知システムによって検知された温度に応答して、前記複数の生物学的試料の温度を前記加熱および冷却システムによって制御可能に高くし、かつ、低くすることができるように前記加熱および冷却システムおよび前記制御システムに動作接続され、前記温度検知システムの熱応答が前記複数の試料容器に保持されている前記複数の生物学的試料の熱応答と実質的に一致する温度検知システムと
をさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御システムが、前記サーモサイクリングシステム、前記光学システム、前記加熱および冷却システム、前記制御システムまたは前記温度検知システムのうちの少なくとも１つに動作結合される計算デバイスを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の凹みの各々が、前記複数の試料容器と整合するように構成され、前記試料容器が、外部表面および内部表面、ならびに第２の複数の対象とする点を画定する複数の凹んだ底部表面を含み、前記１つまたは複数の湾曲表面が、前記第２の複数の対象とする点から前記共通基準点までの光線長が実質的に同じになるように構成され、かつ、配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複合湾曲鏡の表面輪郭が、式１
Ｚ＝（ｓ２／ｒ）／（１＋（１−（ｋ＋１）（ｓ／ｒ）２）１／２）＋オフセット
式１
で記述され、上式でＺ＝光軸に平行な表面のたわみ、ｋ＝円錐定数、また、ｓ２＝（ａｘ＋ｂ）２＋（ｃｙ＋ｄ）２であり、ａ、ｂ、ｃおよびｄが定数である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
式１において、
ｋ＝−１
ｒ＝−１．１Ｅ＋０１
ａ＝１
ｂ＝−１．１Ｅ＋０１
ｃ＝１
ｄ＝０
オフセット＝９．５
である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記複数の試料容器が、ＰＣＲ反応を実施するように構成されたマルチウェルプレートを備え、前記マルチウェルプレートが少なくとも９６個の試料ウェルを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記光路がカメラおよび照明光源をさらに備え、少なくとも前記カメラが実質的に前記共通基準点に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記カメラおよび前記照明光源がそれぞれ、前記試料ブロックおよび前記１つまたは複数の湾曲表面に対して前記光路内の固定の位置に存在し、前記試料ブロック、照明光源および前記１つまたは複数の湾曲表面が、前記第１の複数の対象とする点を前記照明光源によって実質的に同時に照明することができ、かつ、前記カメラによって前記共通基準点から実質的に同時に観察することができるように互いに対して配置され、かつ、構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記照明光源が、前記照明光源からの光の少なくとも２つの異なる帯域を透過して、前記試料中の２つ以上の発光体からの螢光を励起することができる帯域通過フィルタを含み、前記カメラが、前記試料中の前記２つ以上の発光体からの螢光を集束するように配置される、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記カメラが、前記試料中の実質的に同時に放出する２つ以上の発光体からの信号を分離するように構成された１つまたは複数のフィルタを備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記照明光源の前記帯域通過フィルタが、４７０ｎｍ、５３０ｎｍ、５８６ｎｍまたは６３０ｎｍ近辺を中心とする光の２つ以上の帯域を透過させることができ、また、前記カメラの前記１つまたは複数のフィルタが、それぞれ５１０ｎｍ、５５５ｎｍ、６２０ｎｍ、６４０ｎｍ、６６５ｎｍまたは７１０ｎｍ近辺を中心とする光の帯域を透過させることができる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記光学システムが、２つの照明光源と、前記光学システムが前記２つの照明光源からの光の少なくとも４つの異なる波長を実質的に同時に透過させることができるよう、対応する数の帯域通過フィルタとを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記帯域通過フィルタが二重帯域の帯域通過フィルタである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記帯域通過フィルタが三重帯域の帯域通過フィルタである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記照明光源が、前記照明光源からの光を集め、かつ、広げることができる集束光学をさらに含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１８】
サーモサイクリングシステムと、
前記サーモサイクリングシステムに動作結合される光路を画定する光学システムであって、複数の試料の各々を光学監視するように構成され、かつ、配置される光学システムと
を備える装置であって、前記光学システムが、
前記光路内に配置された複数の試料ウェルと、
前記複数の試料ウェルの各々から共通基準点まで実質的に同じ複数の光線長を画定するために、試料ブロックに対して前記光路内に配置され、かつ、構成される放物面の表面の一部を備える反射表面であって、実質的に直交する軸を有する第１の曲率および第２の曲率を有する複合曲率を有し、前記第１の曲率が前記第２の曲率とは異なる反射表面と
を含む装置。
【請求項１９】
前記反射表面が、前記試料ウェルによって妨害され、あるいは覆い隠されることなく、すべての試料ウェルの内部底部表面を前記共通基準点から光学観察することができるように前記光路内に配置され、かつ、構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記サーモサイクリングシステムが、
前記複数の試料ウェルを保持するように構成された試料ブロックと、
前記試料ブロックに動作結合され、かつ、熱サイクリングするように構成された加熱および冷却システムと、
前記加熱および冷却システムに動作接続された、前記加熱および冷却システムを動作させるための制御システムと、
前記試料ブロック内の温度を検知するように構成された温度検知システムであって、前記複数の試料ウェルに熱サイクリングを施すことができるよう、前記温度検知システムによって検知された温度に応答して、前記複数の試料ウェルの温度を前記加熱および冷却システムによって制御可能に高くし、かつ、低くすることができるように前記加熱および冷却システムおよび前記制御システムに動作接続される温度検知システムと
をさらに備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記サーモサイクリングシステム、前記光学システム、前記加熱および冷却システム、前記制御システムまたは前記温度検知システムのうちの少なくとも１つに動作結合される計算デバイスをさらに備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記複数の試料ウェルが、ＰＣＲ反応を実施するように構成されたマルチウェルプレートを備え、前記マルチウェルプレートが少なくとも９６個の試料ウェルを有する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２３】
前記光路がカメラおよび照明光源をさらに備え、少なくとも前記カメラが実質的に前記共通基準点に配置される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２４】
前記カメラおよび前記照明光源が、それぞれ前記複数の試料ウェルおよび前記反射表面に対して前記光路内の固定の位置に存在し、前記複数の試料ウェル、前記照明光源および前記反射表面が、前記複数の試料ウェルを前記照明光源によって実質的に同時に照明することができ、かつ、前記カメラによって実質的に同時に観察することができるように互いに対して配置され、かつ、構成される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記反射表面の表面輪郭が、式１
Ｚ＝（ｓ２／ｒ）／（１＋（１−（ｋ＋１）（ｓ／ｒ）２）１／２）＋オフセット
式１
で記述され、上式でＺ＝光軸に平行な表面のたわみ、ｋ＝−１、また、ｓ２＝（ａｘ＋ｂ）２＋（ｃｙ＋ｄ）２、ｒ＝−１．１Ｅ＋０１、ａ＝１、ｂ＝−１．１Ｅ＋０１、ｃ＝１、ｄ＝０およびオフセット＝９．５である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２６】
サーモサイクリングシステムと、
複数の試料の各々を光学監視するように構成され、かつ、配置される光学システムと
を備える装置であって、前記光学システムが、
光路内に配置された複数の試料ウェルに含まれている前記複数の試料と、
前記複数の試料ウェルに対して前記光路内に配置され、かつ、構成された反射表面であって、前記複数の試料ウェルの各々から共通基準点まで実質的に同じ複数の光線長を画定する放物面の表面輪郭を有する反射表面と
を含む装置。
【請求項２７】
前記放物面の前記表面輪郭が、式１
Ｚ＝（ｓ２／ｒ）／（１＋（１−（ｋ＋１）（ｓ／ｒ）２）１／２）＋オフセット
式１
で記述され、上式でＺ＝光軸に平行な表面のたわみ、ｋ＝−１、また、ｓ２＝（ａｘ＋ｂ）２＋（ｃｙ＋ｄ）２、ｒ＝−１．１Ｅ＋０１、ａ＝１、ｂ＝−１．１Ｅ＋０１、ｃ＝１、ｄ＝０およびオフセット＝９．５である、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記反射表面が、前記試料ウェルによって妨害され、あるいは覆い隠されることなく、試料ウェルの各々の内部底部表面を前記共通基準点から光学観察することができるように前記光路内に配置され、かつ、構成される、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記サーモサイクリングシステムが、
前記複数の試料ウェルを保持するように構成された試料ブロックと、
前記試料ブロックに動作結合され、かつ、熱サイクリングするように構成された加熱および冷却システムと、
前記加熱および冷却システムに動作接続された、前記加熱および冷却システムを動作させるための制御システムと、
前記試料ブロック内の温度を検知するように構成された温度検知システムであって、前記複数の試料ウェルに熱サイクリングを施すことができるよう、前記温度検知システムによって検知された温度に応答して、前記複数の試料ウェルの温度を前記加熱および冷却システムによって制御可能に高くし、かつ、低くすることができるように前記加熱および冷却システムおよび前記制御システムに動作接続される温度検知システムと
をさらに備える、請求項２６に記載の装置。
【請求項３０】
前記サーモサイクリングシステム、前記光学システム、前記加熱および冷却システム、前記制御システムまたは前記温度検知システムのうちの少なくとも１つに動作結合される計算デバイスをさらに備える、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記複数の試料ウェルが、ＰＣＲ反応を実施するように構成されたマルチウェルプレートを備え、前記マルチウェルプレートが少なくとも９６個の試料ウェルを有する、請求項２６に記載の装置。
【請求項３２】
前記光路がカメラおよび照明光源をさらに備え、少なくとも前記カメラが実質的に前記共通基準点に配置される、請求項２６に記載の装置。
【請求項３３】
前記カメラおよび前記照明光源が、それぞれ前記複数の試料ウェルおよび前記反射表面に対して前記光路内の固定の位置に存在し、前記複数の試料ウェル、前記照明光源および前記反射表面が、前記複数の試料ウェルを前記照明光源によって実質的に同時に照明することができ、かつ、前記カメラによって実質的に同時に観察することができるように互いに対して配置され、かつ、構成される、請求項３２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、２０１３年３月１５日に出願した、「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｓａｍｐｌｅｓ  ｉｎ  ａ  Ｓａｍｐｌｅ  Ａｒｒａｙ」という名称の米国特許出願第１３／８３４，０５６号の優先権および利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
[0002]生物学的研究の発展は、レポータ遺伝子アッセイ、新しい薬物化合物スクリーニング、高スループットポリメラーゼ連鎖反応（「ＰＣＲ：Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ」）、実時間ＰＣＲおよび同様のアッセイなどの多くのアッセイ技法をもたらし、また、費用を管理し、かつ、極めて多くの試料を効果的に処理するために、これらの極めて多くの試験試料を同時に処理する必要性をもたらした。現在、これらの試料の高スループットスクリーニングのために多くの分析方法が利用可能である。高スループットセッティングで試料を監視するための１つの重要な方法は、螢光染料、等々からのルミネセンスの使用である。このような物質は、サンプルウェル内の選択された特性の直接的または間接的測度としてルミネセンスを使用することができる様々な試験アッセイのためのタグ、レポータまたはマーカとして使用することができる。
【０００３】
[0003]高スループットまたは実時間アッセイでは、極めて多くの試料が、典型的には、アッセイマイクロプレートと呼ばれるマルチウェル試料プレート内でまとめて処理され、かつ、分析される（例えばルミネセンス放出によって）。これらのマイクロプレートはウェルのアレイを提供し、ウェルの数は、通常、典型的な例では４８個または９６個であるが、３８４ウェルマイクロプレートおよび１５３６ウェルマイクロプレートもより一般的になりつつある。現時点における最も一般的な構成は、９６ウェルフォーマット（８×１２構成の）である。実例としてすべてのプレートは、ウェルの数には無関係に概ね同じ寸法を有することができる。また、他の構成および寸法のプレートを有することも可能である。
【０００４】
[0004]多くのアッセイでは、アッセイマイクロプレートウェルは、試験試料が充填された後、計器中に置かれ、この計器は、個々の試験ウェルの相対ルミネセンス放出を測定するためのルミネセンス・マイクロプレート・リーダなどの検出器システムを含むことができる。マイクロプレートアッセイのために使用される異なるルミネセンス材料は、程度が異なる光度を生成するため、光度は、試験結果の直接的または間接的測度として作用することができ、つまり光度が大きいほど結果が大きくなる。例えば、いくつかのＰＣＲサーモサイクラーは、核酸増幅または増幅後融解のためのサーモサイクリング中の試料のミネセンス放出を実時間監視するための光学システムを含む。このようなシステムでは、試料に含まれている１つまたは複数の試薬の螢光放出を使用して、テンプレート濃度、生成物濃度、ＤＮＡ融点温度、等々など事柄を監視することができる。
【０００５】
[0005]ルミネセンスマイクロプレートおよびルミネセンス・マイクロプレート・リーダならびに同様の計器は、自動化スクリーニングにおいては非常に有用なものであるが、それらの使用に影響を及ぼす多くの問題が存在している。詳細には、光デバイス（例えばデジタルカメラまたはアナログカメラあるいは他の検出器）は、その光デバイスがマイクロプレートから十分に遠ざかって移動されない限り、典型的にはすべてのウェルの底を同時に見ることはできない。これは、９６ウェルプレート１００を比較的近距離から見た図を示す図１に示されている。図１から分かるように、カメラまたは他のタイプの検出器がウェルの底まで見通すことができるのは、プレートの中央のラベル１１０の領域のみである。しかしながらウェルの壁によって遮られるため、カメラは、領域１１０の外側の領域では、ウェルの底を覗き込むことはできない。これは、例えばウェル１２０ａおよび１２０ｂに示されている。マイクロプレートリーダおよび同様の計器がマイクロプレートのすべてのウェルを覗き込むことができるように、多くのシステムが開発されている。
【０００６】
[0006]一例では、検出器（例えばデジタルカメラなどの光デバイス）は、マイクロプレートから十分遠くへ移動させることができ、それにより検出器はすべてのウェルの底を見ることができる。しかしながら光デバイスをマイクロプレートから十分に遠くへ移動させると、プレートリーダのフォームファクタが大きくなり、典型的にはプレートリーダが大きくなって扱い難くなる。同様に、光デバイスとマイクロプレートの間の距離が恣意的に長くなり、マイクロプレートからの光の拡散および信号の損失を招き、延いては隣接する試料ウェルからの信号間のクロストークを招くことになる。
【０００７】
[0007]他の例では、ルミネセンス・マイクロプレート・リーダは一連の光デバイスを有することができ、個々のデバイスは、試験試料を保持しているマイクロプレート内のウェルに対応するように配置される。光デバイスは、しばしばフォトダイオードである。
【０００８】
[0008]さらに他の例では、ルミネセンス・マイクロプレート・リーダは単一の光デバイスを備えることができ、個々のウェル内のルミネセンスを検出するために、プレート、読取りデバイスまたは両方が適切な読取り位置へ連続的に移動される。含まれている整列した構成要素のうちの１つまたは複数の位置がずれるか、あるいは損傷すると、アライメントが悪影響を及ぼされることになる。何らかの理由でアライメントが不正確になると、ウェルは、光学読取りデバイスと適切に整列して中心に位置することがなくなり、そのためにルミネセンスの測定が不正確になる。
【０００９】
[0009]さらに他の例では、ルミネセンス・マイクロプレート・リーダは、単一の光デバイス、およびウェルからの信号を光デバイス上に集光する１つまたは複数の光学レンズを備えることができる。しかしながらこのような光学レンズ系は、高価で、かつ、取り扱いが厄介であることがある。さらに、ルミネセンスを測定するために使用される光学は、隣接するウェルからのルミネセンスを測定する際に、１つの試料ウェルからのクロストークを回避しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
[0010]本開示は、一般に、共通基準点からアレイ内の複数の対象とする点を実質的に同時に観察し、かつ、監視することができるように構成された光学システムおよび装置に関する。例えばアレイ内の複数の点は、９６ウェルプレート内の試料ウェルを含むことができる。本開示の一実施形態によれば、本明細書において開示されるような光学システムおよび装置なくしては、複数の点のすべてを共通基準点から実質的に同時に観察することはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
[0011]一実施形態では、光路を画定する光学システムが開示される。光学システムは、複数の対象とする点を含んだ光路内の要素として含まれているボディと、光路内に配置された、複数の対象とする点の各々の実質的に同時観察を可能にするための手段とを含む。光路内に配置される、複数の対象とする点の各々の実質的に同時観察を可能にするための手段の適切な例には、それらに限定されないが、複合曲率を有する鏡、ひとつの曲率の軸を有する試料ブロックであって、該試料ブロックと相補をなすひとつの曲率の軸を有する鏡と対をなす試料ブロック、および複合曲率を有する試料ブロックがある。しかしながら光路内に配置される手段は、集束レンズ以外の手段であることに留意されたい。
【００１２】
[0012]一態様では、光路内に配置される手段は、その手段が個々の対象とする点の実質的に何一つ邪魔のない観察を実質的に同時に提供するように配置され、かつ、構成される。他の態様では、光路内に配置される手段は、その手段が個々の対象とする点から共通基準点までの光線長を画定し、複数の対象とする点からの基準点の距離が所定の距離以下になるように構成される。さらに他の態様では、個々の対象とする点から共通基準点までの光線長の各々の長さが実質的に等しく、また、それらは、光路の少なくとも一部で互いに実質的に平行になる光路を有している。
【００１３】
[0013]他の実施形態では、装置が開示される。装置は、対応する複数の試料容器に含まれた複数の生物学的試料に熱サイクリングを施すように構成されたサーモサイクリングシステムと、サーモサイクリングシステムに動作結合される光路を画定する光学システムとを含むことができる。光学システムは、複数の生物学的試料の各々の螢光を実質的に同時に監視するように構成し、かつ、配置することができる。
【００１４】
[0014]一実施形態では、光学システムは、光路の構成要素であって、頂部表面、および複数の凹んだ底部表面を画定する複数の試料ウェルを含んだ試料ブロックと、光路内に配置される１つまたは複数の湾曲表面を集合的に画定する１つまたは複数の要素とを含むことができる。１つまたは複数の湾曲表面の適切な例には、それらに限定されないが、複合曲率を有する鏡、ひとつの曲率の軸を有する試料ブロックであって、該試料ブロックと相補をなすひとつの曲率の軸を有する鏡と対をなす試料ブロック、および複合曲率を有する試料ブロックがある。１つまたは複数の湾曲表面は、それらが集合的に個々の対象とする点から共通基準点までの光線長を画定し、対象とする点からの基準点の距離が所定の距離以下になるように構成される。１つまたは複数の湾曲表面によって画定される光線長は、実質的に同じであってもよい。
【００１５】
[0015]一実施形態では、試料ブロックは、頂部表面、および複数の凹んだ底部表面を画定する複数の試料レセプタクルを含むことができ、複数の凹んだ底部表面は、第１の複数の対象とする点を画定する。他の実施形態では、試料ブロックの複数の試料レセプタクルの各々は、複数の試料管またはマルチウェル・ウェルプレートと整合するように構成される。試料管は、外部表面および内部表面、ならびに第２の複数の対象とする点を画定する複数の凹んだ内部底部表面を含む。１つまたは複数の湾曲表面は、第２の複数の対象とする点から共通基準点までの光線長が実質的に同じになるように構成し、かつ、配置することができる。
【００１６】
[0016]他の実施形態では、本開示は、試料に熱サイクリングを施すように構成されたサーモサイクリングシステムと、サーモサイクリングシステムに動作結合される光学システムであって、試料中の螢光を監視するように構成され、かつ、配置される光学システムとを含む装置を記述する。光学システムは、照明光源（例えば多色光源）、および照明光源からの光の少なくとも２つの異なる帯域を透過して、試料中の２つ以上の発光体からの螢光を励起することができる帯域通過フィルタ、ならびに試料中の２つ以上の発光体からの螢光を集光するように配置されたカメラを含む。
【００１７】
[0017]本発明のこれらおよび他の目的ならびに特徴は、以下の説明および特許請求の範囲からより完全に明らかになり、あるいは以下で示される本発明を実践することによって習得されよう。
【００１８】
[0018]本発明の上記および他の利点ならびに特徴をさらに明確にするために、本発明について、添付の図面に示されている本発明の特定の実施形態を参照してより詳細に説明する。これらの図面は、本発明の実例実施形態を示したものにすぎず、したがって本発明の範囲を制限するものと見なしてはならないことは理解されよう。本発明は、添付の図面を使用して、追加特異性および詳細と共に記述され、かつ、説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】[0019]９６ウェルプレートを示す図である。
【図２Ａ】[0020]対象とする点のアレイを実質的に同時に観察するために使用することができる光学システムを示す図である。
【図２Ｂ】[0021]図２Ａの試料ブロックの単一の試料レセプタクルを示す図である。
【図２Ｃ】[0022]試料管が挿入された図２Ａの試料ブロックの単一の試料レセプタクルを示す図である。
【図３Ａ】[0023]複合曲率を有する鏡の等角図である。
【図３Ｂ】[0024]図３Ａの鏡の側面図である。
【図３Ｃ】[0025]図３Ａの鏡の他の側面図である。
【図３Ｄ】[0026]図３Ａの鏡および試料ブロックの光線トレース線図である。
【図４Ａ】[0027]複合曲率を有する鏡の他の実施形態の等角図である。
【図４Ｂ】[0028]図４Ａの鏡の側面図である。
【図４Ｃ】[0029]図４Ａの鏡の他の側面図である。
【図４Ｄ】[0030]図４Ａの鏡の光線トレース線図である。
【図５】[0031]図５Ａは、対象とする点のアレイを実質的に同時に観察するための光学システムに使用することができる複合湾曲表面を有する試料ブロックの等角図である。[0032]図５Ｂは、図５Ａの試料ブロックの側面図である。[0033]図５Ｃは、図５Ａの試料ブロックの他の側面図である。
【図６Ａ】[0034]ひとつの直交する曲率の軸を有する鏡に対してひとつの曲率の軸を有する試料ブロックの等角図を含む、対象とする点のアレイを実質的に同時に観察するための光学システムを示す図である。
【図６Ｂ】[0035]図６Ａの試料ブロックの等角図である。
【図６Ｃ】[0036]図６Ａの鏡の等角図である。
【図７】[0037]本開示の態様による熱サイクリングシステムの一例示的実施形態のブロック図である。
【図８Ａ】[0038]熱サイクリングが施されている試料のアレイを実質的に同時に観察するために使用することができる光学システムを含んだ熱サイクリングシステムの等角図である。
【図８Ｂ】[0039]図８Ａの熱サイクリングシステムの部分切欠図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
Ｉ．序文および定義
[0040]本開示は、一般に、共通基準点からアレイ内の複数の対象とする点を実質的に同時に観察し、かつ、監視することができるように構成された光学システムおよび装置に関する。例えばアレイ内の複数の点は、９６ウェルプレート内の試料ウェルを含むことができる。本開示の一実施形態によれば、本明細書において開示される光学システムおよび装置なくしては、複数の点のすべてを共通基準点から実質的に同時に観察することはできない。
【００２１】
[0041]一実施形態では、本発明は、複数の可能励起源のうちの１つによって励起されている試料から放出される螢光データを収集するために使用される光学システムを対象とすることができる。例えば本明細書において説明される光学システムおよび装置は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）中または同様の核酸増幅技法を実施している間、生物学的試料を実時間監視（例えば監視）するために使用することができる。データは、試料プレート（例えば９６ウェル試料プレート）内の、カメラから固定の距離を隔てて位置している試料（例えばＰＣＲサーモサイクラーの試料ブロック内の試料）の上に焦点を結ぶカメラをベースとする収集システムを使用して捕獲される。
【００２２】
[0042]本開示は、一般に、光学システムおよび装置を使用することができるＰＣＲ反応の螢光監視を一例として説明しているが、これには限定することは意図されていない。本明細書において説明される光学システムおよび装置は、光学的に検出される本質的にすべてのアッセイ、マルチウェル・プレート・フォーマットで実施され、あるいは他の平面状アレイフォーマットで提供される試験、等々からデータを収集し、あるいは監視することができる。例えば本明細書において説明される光学システムおよび装置は、それらに限定されないが、光リードアウトを有するレポータアッセイ（例えば螢光アッセイ）、タンパク質融解アッセイ、核酸融解アッセイ、直接螢光抗体アッセイ、比濁アッセイ、等々などのアッセイを監視するために使用することができる。
【００２３】
[0043]標準ウェルプレートからデータを収集する限界の１つは、プレート自体の幾何構造に起因している。つまり、ウェルプレートは、比較的小さい試料を比較的細長くて高い試料ウェルの底に含む。カメラ（例えばデジタルカメラまたはアナログカメラ）または他の結像デバイスが、周辺のウェルの頂部または壁が実際の試料を部分的に覆い隠すことなく、標準９６ウェルプレート内のすべてのウェルの底を実質的に同時に画像化することができるようにするために、画像化システムは、実例として追加光学（例えばウェルからの信号をカメラの上に集光させる１つまたは複数の光学レンズ）を含むことが可能であり、あるいはカメラをプレートの頂部から約４３．１８ｃｍ（１７インチ）から４５．７２ｃｍ（１８インチ）以上上に置くことができる。背景技術の節で説明したように、レンズシステムは、計器を余計に高価にし、かつ、複雑性にし、また、カメラを計器から十分に遠くへ移動させることは、計器のサイズに悪影響を及ぼす。複雑で、かつ、高価な集束光学を不要にし、その一方で計器のフォームファクタを小さくするためには、輪郭が小さく、試料を全く覆い隠すことがない代替データ収集方法を開発することが望ましい。
【００２４】
[0044]光学システムおよび装置を開示し、かつ、説明する前に、本明細書において開示される構成および材料は、ある程度変更することができるため、本発明は、本明細書において開示される特定の構成および材料に限定されないことを理解されたい。また、本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその等価物によってのみ制限されるため、本明細書において使用されている専門用語は、特定の実施形態を説明する目的でのみ使用されており、限定することは意図されていないことを同じく理解されたい。
【００２５】
[0045]本明細書および特許請求の範囲に使用されているように、単数形の表現は、そうでないことを文脈が明確に示していない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。
【００２６】
[0046]本発明の説明および特許請求に際しては、以下に示されている定義に従って以下の専門用語が使用される。
[0047]本明細書において使用されているように、「ポリメラーゼ連鎖反応」および「ＰＣＲ」という用語は、核酸テンプレートを増幅するための分子生物学に使用される技法を意味している。ＰＣＲは、そのキーとなる成分の１つである、ビトロ酵素複製における循環によるＤＮＡ片の増幅に使用されるＤＮＡポリメラーゼの名称に由来している。典型的には、ＰＣＲは、熱安定ポリメラーゼ、デオキシヌクレオチド３リン酸（「ｄＮＴＰｓ」）、一対のプライマーおよびテンプレートＤＮＡを使用する。単一のＰＣＲ反応（すなわちサイクル）には、しばしば、（１）二重鎖ＤＮＡ分子を一本鎖テンプレートに融解し、あるいは変性させるために試料温度を十分に高くすること、（２）試料を冷却してＤＮＡプライマーを個々のテンプレートに結合またはアニールさせること、および任意選択で（３）新しいＤＮＡ分子を形成するために、試料温度を再調整して個々の拘束プライマーの末端上へのｄＮＴＰｓの酵素添加を最適化することが必要である。ＰＣＲの進歩に伴い、生成されたＤＮＡ（「アンプリコン」）自体がさらなる複製のためのテンプレートとして使用されている。これが、ＤＮＡテンプレートが指数的に増幅される連鎖反応を開始させる。ＰＣＲを使用することにより、ＤＮＡの単一またはいくつかのコピーを数桁にわたって増幅し、何百万またはそれ以上のＤＮＡのコピーを生成することができる。
【００２７】
[0048]ＰＣＲは、本明細書における例に使用される増幅方法であるが、ストランド変位増幅（ＳＤＡ：Ｓｔｒａｎｄ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、核酸シーケンスベース増幅（ＮＡＳＢＡ：Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ−Ｂａｓｅｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、カスケード・ローリング・サークル増幅（ＣＲＣＡ：Ｃａｓｃａｄｅ  Ｒｏｌｌｉｎｇ  Ｃｉｒｃｌｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ＤＮＡのループ仲介等温増幅（ＬＡＭＰ：Ｌｏｏｐ  ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、核酸の等温およびキメラプライマー開始増幅（ＩＣＡＮ：Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ  ａｎｄ  Ｃｈｉｍｅｒｉｃ  ｐｒｉｍｅｒ−ｉｎｉｔｉａｔｅｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄｓ）、ターゲット・ベース・へリカーゼ依存増幅（ＨＤＡ：Ｈｅｌｉｃａｓｅ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、転写仲介増幅（ＴＭＡ：Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ−Ｍｅｄｉａｔｅｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、等々などの他の増幅方法が企図されていることを理解されたい。したがってＰＣＲという用語が使用される場合、それは他の代替増幅方法を含むことを理解されたい。
【００２８】
[0049]本明細書において使用されているように、「核酸」、「ＤＮＡ」、「ＲＮＡ」という用語および同様の用語は、核酸類似物、つまりホスホジエステルバックボーン以外を有する類似物を同じく含む。例えば、当分野で知られている、ホスホジエステル結合の代わりにペプチド結合をバックボーンに有するいわゆる「ペプチド核酸」は、本発明の範囲内と見なされる。
【００２９】
[0050]本明細書において使用されているように、「螢光監視」、「連続監視」という用語および同様の用語は、核酸の固有螢光か、あるいはＰＣＲ反応に含めることができる染料またはプローブのいずれかによってＰＣＲ反応を実時間で監視するための監視技法を意味している。例えば連続監視は、ＰＣＲの１サイクルの間における、温度が変化し、あるいは固定を保持している間の複数回にわたるＰＣＲ反応の放出特性の監視を含むことができ、より好ましいことには、個々の温度変化において、あるいは固定を保持している間、少なくとも１つのデータ点を獲得することができる。
【００３０】
[0051]本明細書において使用されているように、「サイクル・バイ・サイクル」監視という用語は、実例としてＰＣＲのアニーリング段階の間、サイクル毎に一度ＰＣＲ反応を監視することを意味している。本明細書において使用されているように、「螢光共鳴エネルギー移動関係（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）」、「ＦＲＥＴ」という用語および同様の用語は、物理的に近接している２つの螢光体の間のエネルギー移動を意味している。螢光体は、ＴａｑＭａｎ型プローブなどのドナーおよびクエンチャを含むことができ、あるいは一方の螢光体の放出スペクトルともう一方の螢光体の励起スペクトルが重畳するドナーおよびアクセプタを含むことができる。このような構成の１つは、アクセプタ螢光体が測定可能な螢光放出を生成するよう、ドナー螢光体が共鳴エネルギーをアクセプタ螢光体へ移動させることができるよう、ターゲット核酸に対する、ドナー螢光体のラベルが振られたオリゴヌクレオチドおよびアクセプタ螢光体のラベルが振られた他のオリゴヌクレオチドの隣接するハイブリッド形成が必要である。
【００３１】
[0052]本明細書において使用されているように、「二重鎖核酸特化染料」または「ｄｓＤＮＡ結合染料」は、好ましくは合成された二重鎖核酸の存在下で検出されることができる任意の物質を含む。典型的には、ｄｓＤＮＡ結合染料は、二重鎖核酸と優先的に結合するか、あるいは合体する。実例としてｄｓＤＮＡ結合染料は螢光染料であり、二重鎖核酸と合成された場合のその螢光特性と、二重鎖核酸と合成されていない場合のその螢光特性とは、区別することが可能である。典型的には、ｄｓＤＮＡ結合染料は、二重鎖核酸と合成されると、二重鎖核酸と合成されていない場合より強い（大きい）螢光信号（螢光放出）を生成する。しかしながらこのような染料は、二重鎖核酸に結合されると、より弱い（小さい）螢光信号を生成するか、あるいは異なる波長の信号などの異なる螢光信号を生成することができる。区別可能なこのような信号は、すべて本発明にとって有用である。
【００３２】
[0053]本明細書において開示される方法に有用な染料には、それらに限定されないが、ＳＹＢＲ（登録商標）Ｇｒｅｅｎ  Ｉ、ＳＹＢＲ（登録商標）Ｇｏｌｄ、臭化エチジウム、アクリジンオレンジ、臭化プロピジウム、ＰｉｃｏＧｒｅｅｎ（登録商標）、Ｈｏｅｃｈｓｔ  ３３２５８、Ｈｏｅｃｈｓｔ  ３３３４２、Ｈｏｅｃｈｓｔ  ３４５８０、ＹＯ−ＰＲＯ（登録商標）−１、ＹＯＹＯ（登録商標）−１、ＬＣ６４０、ＬＣ７０５およびＬＣＧｒｅｅｎ（登録商標）がある。しかしながら当分野では他のｄｓＤＮＡ結合染料も知られており、本発明の範囲内に含まれている。
【００３３】
[0054]当分野では他の螢光検出手段が知られている。ＦＲＥＴおよびｄｓＤＮＡ結合染料は、単なる実例にすぎないことを理解されたい。
[0055]ＰＣＲには反復性テンプレート変性およびプライマーアニーリングが必要である。これらのハイブリッド形成移行は温度に依存する。増幅を引き起こすＰＣＲの温度サイクルは、蓄積する生成物の高温での変性と、生成物に対するより低い温度でのプライマーのアニールとを交互に実施する。生成物変性およびプライマーアニーリングの移行温度は、主としてＧＣ含有量および長さで決まる。ＰＣＲ生成物の内部でハイブリッド形成するようにプローブが設計される場合、プローブの融解温度も同じくＧＣ含有量、長さ、およびターゲットに対する相補性の程度で決まる。ＰＣＲと両立する螢光プローブおよびｄｓＤＮＡ結合染料は、増幅中、ハイブリッド形成を監視することができ、また、ＰＣＲ融解後の分析に使用することができる。
ＩＩ．光学システムおよび装置
[0056]次に図２Ａを参照すると、アレイ内の対象とする点を実質的に同時に観察するために使用することができる光学システム２００の一例が示されている。光学システム２００は、ボディ２１０、多数の凹んだレセプタクル２２５を有する試料ロック２２０および観察装置２４０（例えばカメラ）を含む。図に示されている実施形態では、鏡２３０または同様の反射体が試料ブロック２２０と観察装置２４０の間に挿入されている。図に示されている実施形態では、鏡２３０、試料ブロック２２０および観察のための手段２４０は、観察装置２４０が凹んだレセプタクル２２５の各々の含有量および／または状態を実質的に同時に観察／監視することができるよう、互いに対して協同的に配置されている。
【００３４】
[0057]次に図２Ｂを参照すると、凹んだ単一の試料レセプタクル２２５ａの切欠図が示されている。図２Ｂに示されている試料レセプタクル２２５ａは、試料ブロック２２０の例示的試料レセプタクル２２５である。図に示されている試料レセプタクル２２５ａは、試料ブロック２２０の頂部表面２２２から試料ブロック２２０の底部表面２２４に向かって延在している。この説明によれば、試料レセプタクルの底２２７の各々は、光学システム２００によって観察／監視される複数の対象とする点のうちの１つを画定することができる。図２Ｃは、試料レセプタクルと整合するように構成される試料管２５０または同様の容器を示したものである。試料管２５０は、外部表面２５２、内部表面２５４、頂部端２６０および底部端を含む。この説明によれば、試料管２５０の底２５６の各々は、光学システム２００によって観察／監視される複数の対象とする点のうちの１つを画定することができる。図２Ｃに示されているように、試料管２５０は、実例としてアレイ内に提供することができる個々の試料管である。しかしながら試料管２５０は、ストリップ管または他の構成の一部であってもよいことを理解されたい。一実施形態では、試料ブロック２２０の凹んだレセプタクル２２５は、図１に示されているマルチウェル・ウェルプレートと同様のマルチウェル・ウェルプレート（例えば９６ウェルプレート）を受け取るように構成することができる。しかしながら鏡２３０は、観察装置が試料レセプタクル２２５またはウェルプレートの凹んだウェルのいずれかの底を実質的に同時に覗き込むことができるように、試料ブロック２２０および観察装置２４０に対して配置されている。
【００３５】
[0058]図に示されている実施形態では、観察装置２４０は、試料ブロック２２０から所定の距離「ｄ」を隔てて配置されており、経路は鏡２３０で角度が付けられている。図に示されている実施形態では、「ｄ」は、垂直成分および水平成分を含む。一実施形態では、垂直成分および水平成分を合成した長さは約３８．１ｃｍ（１５インチ）である。例えばいくつかの点に対して、垂直成分は約１０．１６ｃｍ（４インチ）にすることができ、また、水平成分は約２７．９４ｃｍ（１１インチ）にすることができる。一態様では、試料ブロック２２０および鏡２３０のうちの１つまたは複数は、複数の対象とする点（例えば個々の試料レセプタクル２２５の底）から観察装置２４０までの光線長が実質的に等しくなるように構成される。図に示されている実施形態では、光線長は、所定の距離に実質的に等しい長さを有することができる。
【００３６】
[0059]図２Ａに示されている実施形態では、鏡２３０は、観察装置２４０がすべての試料レセプタクル２２５の底、またはマルチウェル・ウェルプレートのウェルの底を実質的に同時に覗き込むことができるように特別に設計され、かつ、配置される二重湾曲鏡である。距離「ｄ」では、観察装置２４０は、本明細書において説明されている鏡２３０または同様の手段なくしては、すべての試料レセプタクル２２５の底、またはマルチウェル・ウェルプレートのウェルの底を実質的に同時に覗き込むことはできない。距離「ｄ」は、試料レセプタクルからの直線中に観察装置が配置される同様のシステムでは、光学レンズの介在がない場合、試料レセプタクルの底と観察装置の間の距離より短い。
【００３７】
[0060]鏡２３０のような二重湾曲鏡については、図３Ａ〜４Ｄを参照して以下でより詳細に説明される。また、光学システム２００のような光学システムに含むことができ、かつ、観察装置２４０が複数の対象とする点を実質的に同時に監視することができるように構成される他の湾曲構成要素についても、同じく以下でより詳細に説明される。例えば図５Ａ〜５Ｃを参照して、複合湾曲表面を有する試料ブロックが説明され、また、図６Ａ〜６Ｃを参照して、ひとつの曲率の軸を有する試料ブロックと、ひとつの曲率の相補軸を有する鏡の組合せが説明される。
【００３８】
[0061]次に図３Ａ〜３Ｄを参照すると、複合曲率を有する鏡３００のいくつかの図が示されている。図３Ａは、鏡３００の等角図を示したものであり、図３Ｂは、鏡３００の第１の面３５０の側面図を示したものであり、また、図３Ｃは、鏡３００の第２の面３６０の側面図を示したものである。図３Ｄは、複数の対象とする点３８０から共通観察点３９０までの光路３７０を示す光線トレース線図を示したものである。
【００３９】
[0062]鏡３００は、頂部反射表面３１０および底部表面３２０を含む。鏡３００は、当分野で知られている任意の技法によって製造することができる。一例では、鏡３００は、プラスチックから射出成形し、次に、低温被覆プロセスで被覆して反射表面３１０を生成することができる。
【００４０】
[0063]図に示されている実施形態では、頂部表面３１０は、３３０および３４０のラベルが振られた２つの軸で湾曲している。軸３３０および３４０は互いに直交している。２つの曲率の軸３３０および３４０は、それぞれ図３Ｂおよび３Ｃからも同じく見て取ることができる。図３Ｂは面３５０の側面図であり、曲率３３０の軸に沿った面３５０を示している。図３Ｃは面３６０の側面図であり、曲率３４０の軸を示している。一実施形態では、鏡３００は、二重湾曲双円錐鏡として湾曲している。２つの平面における鏡の湾曲により、標準市販使い捨てプレートおよびストリップを視覚化することができる。標準の平らな試料ブロックを使用することにより、すべての軸光線が垂直方向に上に向かってトレースされ、鏡で反射して、観察装置（例えばカメラレンズ）の中心に向かって角度が付けられる。
【００４１】
[0064]これは、図３Ｄに概略的に示されている。図３Ｄでは、複数の対象とする点３８０からの軸光線３７０は、３９０の共通基準点に向けられている。また、図３Ｄは、軸光線３７０の各々は、垂直方向の成分（例えば垂直方向の光線３７２および３７６を参照されたい）、および実質的に水平方向の成分（例えば実質的に水平方向の光線３７４および３７８を参照されたい）を含むことを同じく示している。軸光線３７０の各々の垂直方向の成分および実質的に水平方向の成分は異なっていてもよいが、垂直方向の成分と実質的に水平方向の成分の和は、個々の軸光線３７０毎に実質的に等しくすることができる。例えば図に示されている実施形態では、光線３７２の長さと光線３７４の長さを足した全体の長さと、光線３７６の長さと光線３７８の長さを足した全体の長さは実質的に等しい。
【００４２】
[0065]複数の対象とする点３８０から共通基準点３９０までの個々の光線３７０の全体の長さが実質的に同じ長さになるように強制される場合、結果として得られる鏡３００の形状は、二重湾曲双円錐形として記述することができる。つまり、鏡３００が垂直方向の軸または水平方向の軸に沿って一連のセクションに切断されると、これらのセクションの各々は円錐セクションになる。しかしながら垂直方向のスライスによって形成される円錐セクションと、直交する水平方向のスライスによって形成される円錐セクションは必ずしも同じであるとは限らず、つまり軸３４０に沿った曲率と軸３３０に沿った曲率は必ずしも同じであるとは限らない。
【００４３】
[0066]一実施形態では、鏡３００の形状は、いわゆる非球面たわみを有する非鏡面として記述することができる。非球面鏡は、表面輪郭が球または円筒の部分ではない鏡として定義することができる。非球面鏡は、その曲率半径がその中心から放射状に変化する回転対称光学素子である。非球面鏡の恐らくほとんどの独自の幾何学特徴は、一定の半径を有する球とは異なり、曲率半径が光軸からの距離に応じて変化することである。一例では、鏡３００は、式１によって与えられる表面輪郭（たわみ）を使用して定義することができる。
【００４４】
Ｚ＝（ｓ２／ｒ）／（１＋（１−（ｋ＋１）（ｓ／ｒ）２）１／２）＋オフセット
式１
[0067]上式でＺ＝光軸に平行な表面のたわみ、ｋ＝円錐定数、また、ｓ２＝（ａｘ＋ｂ）２＋（ｃｙ＋ｄ）２である。
【００４５】
[0068]実例として係数は、
・  ｋ＝−１
・  ｒ＝−１．１Ｅ＋０１
・  ａ＝１
・  ｂ＝−１．１Ｅ＋０１
・  ｃ＝１
・  ｄ＝０
・  オフセット＝９．５
[0069]以下の表は、円錐定数ｋの大きさおよび符号に応じて実際の円錐表面が生成される様子を示したものである。
【００４６】
【表１】
0006302538.tif 000002
【００４７】
[0070]したがって係数が上記の通りに提供される式１によって鏡３００の形状が決定される実例実施形態では、曲率３３０および３４０は放物線をトレースする。しかしながら他の形状も可能である。
【００４８】
[0071]一態様では、１組の対象とする点から共通基準点（例えば共通収束点）までの光線長の長さが実質的に等しくなるように鏡３００の形状を強制することには、例えば鏡３００が図２に示されているような光学システムに組み込まれた場合に、観察装置が個々の試料レセプタクルの底まで見通すことができるようになる効果がある。例えば式１に従って形状化された鏡３００を使用して収集された画像は、幾分か歪曲することがあるが（例えばファンパターンで）、試料ウェルの頂部によって妨害され、あるいは覆い隠されることはない。例えば、試料ウェルの頂部によって妨害され、あるいは覆い隠される例については図１を参照されたい。さらに、式１による鏡３００を使用した歪曲は、画像毎に実質的に同じであり、したがってその歪曲はデータ処理の中で修正するか、あるいは平衡させることができる。
【００４９】
[0072]他の鏡形状も、その形状が個々の試料容器の底の画像を提供する限り、本開示の範囲内であることを理解されたい。例えば適切に形状化され、かつ、配置された球面鏡は、覆い隠されることなく、試料アレイ内のすべての試料ウェルを画像化することができる。しかしながらこのような鏡の場合、対象とする点から共通基準点までの光線長は、必ずしもその長さが等しいとは限らない。
【００５０】
[0073]次に図４Ａ〜４Ｄを参照すると、二重湾曲鏡４００の代替実施形態が示されている。鏡４００は、鏡４００の方が曲率の程度が大きい点を除き、多くの点で鏡３００と同様である。鏡４００は、頂部反射表面４１０および底部表面４２０を含む。頂部表面４１０は、４３０および４４０のラベルが振られた２つの軸で湾曲している。軸４３０および４４０は互いに直交している。２つの曲率の軸４３０および４４０は、図４Ｂおよび４Ｃからも同じく見て取ることができる。図４Ｂは面４５０の側面図であり、曲率４３０の軸に沿った面４５０を示している。図４Ｃは面４６０の側面図であり、曲率４４０の軸を示している。
【００５１】
[0074]図４Ｄは、鏡３００に対してより短い曲率半径で鏡を湾曲させる効果を概略的に示したものである。図４Ｄでは、複数の対象とする点４８０からの軸光線４７０は、４９０の共通基準点に向けられている。また、図４Ｄは、軸光線４７０の各々は、垂直方向の成分（例えば垂直方向の光線４７２および４７６を参照されたい）、および実質的に水平方向の成分（例えば実質的に水平方向の光線４７４および４７８を参照されたい）を含むことを同じく示している。軸光線４７０の各々の垂直方向の成分および実質的に水平方向の成分は異なっていてもよいが、垂直方向の成分と実質的に水平方向の成分の和は、個々の軸光線４７０毎に実質的に等しくすることができる。例えば図に示されている実施形態では、光線４７２の長さと光線４７４の長さを足した全体の長さと、光線４７６の長さと光線４７８の長さを足した全体の長さは実質的に等しい。
【００５２】
[0075]複数の対象とする点４８０から共通基準点４９０までの個々の光線４７０の全体の長さが実質的に同じ長さになるように強制される場合、結果として得られる鏡４００の形状は、二重湾曲双円錐鏡である。これには、例えば鏡４００が図２に示されているような光学システムに組み込まれた場合に、集束レンズまたは鏡を必要とすることなく、観察装置が個々の試料レセプタクルの底まで見通すことができるようになる効果がある。鏡４００を使用して収集された画像は、ファンパターンで歪曲するが、試料ウェルの頂部によって妨害され、あるいは覆い隠されることはない（例えば覆い隠される例については図１を参照されたい）。
【００５３】
[0076]次に図５Ａ〜５Ｃを参照すると、複合曲率を有する試料ブロック５００のいくつかの図が示されている。図５Ａは、試料ブロック５００の等角図を示したものであり、図５Ｂは、試料ブロック５００の第１の面５５０の側面図を示したものであり、また、図５Ｃは、試料ブロック５００の第２の面５６０の側面図を示したものである。試料ブロック５００は、いくつかの実施形態では、図３Ａ〜３Ｄまたは４Ａ〜４Ｄに示されている二重湾曲鏡の代替として光学システムに使用することができる。
【００５４】
[0077]試料ブロック５００は、頂部表面５１０、底部表面５２０および多数の（例えば９６個の）試料レセプタクル５２５を含む。試料レセプタクル５２５は、液体試料を直接受け取るように構成することができ、あるいは試料レセプタクル５２５は、個別の試料管または試料プレートを受け取るように構成することができる。
【００５５】
[0078]一実施形態では、試料ブロック５００は、アルミニウム、銅および銀などの金属、窯業製品、プラスチック、等々から選択される材料から製造することができる。一実施形態では、試料ブロック５００は、ＰＣＲ計器内のヒートブロック装置に含まれる。このような場合、試料ブロックは、場合によっては、それらに限定されないが、アルミニウム、銅または銀などの高度に熱伝導性の材料から製造されることが好ましい。
【００５６】
[0079]図に示されている実施形態では、頂部表面５１０は、５３０および５４０のラベルが振られた２つの曲率の軸を含む。軸５３０および５４０は互いに直交しており、それらは同じまたは異なる半径を有することができる。２つの曲率の軸５３０および５４０は、図５Ｂおよび５Ｃからも同じく見て取ることができる。図５Ｂは面５５０の側面図であり、曲率５３０の軸を示している。図５Ｃは面５６０の側面図であり、曲率５４０の軸を示している。一実施形態では、曲率５３０および５４０は同じ半径を有しており、また、試料ブロック５００は、球面の曲線として湾曲している。一実施形態では、球面は、頂部表面から観察装置までの距離に等しいか、あるいはほぼ等しい半径を有している。例えば観察装置がカメラである場合、試料ブロック５００の形状を画定している球面の半径は、試料ブロック５００の頂部表面５１０からカメラレンズの前面までの距離に等しくすることができる。
【００５７】
[0080]図５Ａ〜５Ｃに示されている実施形態では、試料レセプタクル５２５は、それらが試料ブロックの頂部表面５１０の曲率に対して直角になるように配置されているため、図２Ａに示されている観察装置と同様の観察装置は、試料レセプタクル５２５の底５２７または試料レセプタクル５２５の各々を見ることができる。これには、光の視差（例えば図１参照）を克服するために個々の試料レセプタクルの底５２７が直接観察装置に向くよう、個々の試料レセプタクル５２５にわずかに角度を付ける効果がある。これには、集束レンズまたは鏡を全く必要とすることなく、観察装置が個々の試料レセプタクル５２５の底５２７まで見通すことができるようになる効果がある。したがって二重湾曲試料ブロック５００によれば、観察装置（例えばカメラ）は、覆い隠しによる信号の損失を全く伴うことなく、すべての試料レセプタクル５２５の底５２７を直接画像化することができる。
【００５８】
[0081]次に図６Ａ〜６Ｃを参照すると、光学システム６００の実施形態が示されている。この光学システムは、単一湾曲試料ブロック６１０および単一相補湾曲鏡６５０を含む。二重湾曲試料ブロックの場合と同様、光学システム６００も、図３Ａ〜３Ｄおよび４Ａ〜４Ｄに示されている、対象とする点のアレイを実質的に同時に観察するための湾曲鏡の代替として使用することができる。
【００５９】
[0082]試料ブロック６１０は、頂部表面６２０、底部表面６３０および複数の試料レセプタクル６２５を含む。試料レセプタクル６２５は、頂部表面６２０から底部表面６３０に向かって延在している。試料レセプタクル６２５は、それらが試料ブロック６１０の頂部表面６２０の曲率に対して直角になるように配置されている。単一湾曲試料ブロック６１０は、共通観察点の中心までの距離と同じ半径でわずかにロールされた標準の平らな試料ブロックに類似している。これには、１つの平面における光の視差を克服するために個々の試料レセプタクルの底６２７が直接観察装置に向くよう、曲率６４０に沿って個々の試料レセプタクル６２５にわずかに角度を付ける効果がある。平らな平面では、ウェルの頂部縁による周辺の試料の何らかの妨害が依然として存在することがある。
【００６０】
[0083]しかしながら曲率６４０の単一湾曲試料ブロック６１０が、その単一湾曲試料ブロック６１０の上に置かれた、実例として放物線状である曲率６７０の鏡６５０と対にされると、その組合せにより、カメラまたは同様のデバイスは、試料ブロック６１０のすべての試料レセプタクル６２５の底６２７（または試料ブロック６１０内に置かれたウェルプレートの底）を直接覗き込むことができる。修正の一方の平面は、試料ブロック６１０の湾曲によって達成され、もう一方は鏡６５０によって達成される。
ＩＩ．サーモサイクリングシステム
[0084]次に、対応する複数の試料容器に含まれた複数の生物学的試料に熱サイクリングを施すように構成されるサーモサイクリングシステムの例示的実施形態を参照する。サーモサイクリングシステムは、複数の生物学的試料の各々の螢光を実質的に同時に監視することができる光学システムを含む。しかしながらこれらの例示的実施形態には、本開示を制限することは意図されていない。それとは逆に、本開示には、代替、変更態様および等価物を包含することが意図されている。
【００６１】
[0085]図７を参照すると、本開示の例示的態様による、制御システム７０２、サーモサイクリングシステム７０８および光学システム７１０を含んだ装置７００のブロック図が示されている。光学システム７１０は、サーモサイクリングシステム７０８に動作結合される光路を画定する。一実施形態では、光学システム７１０は、試料ブロック（例えば試料ブロック７１６）を含む。試料ブロックは、頂部表面、および第１の複数の対象とする点を画定することができる複数の凹んだ底部表面を画定している複数の試料ウェルを含む。試料は、試料ブロックの中に直接置くことができ、あるいは試料ブロックと整合するように構成される試料管の中に置くことができる。
【００６２】
[0086]光学システム７１０は、光路内に配置される１つまたは複数の湾曲表面を集合的に画定する１つまたは複数の要素をさらに含み、１つまたは複数の湾曲表面は、個々の対象とする点から共通基準点までの光線長を集合的に画定し、対象とする点からの基準点の距離は、所定の距離以下であり、光線長は実質的に同じであり、また、光線は、それらの光路の少なくとも一部で互いに実質的に平行にすることができる。本明細書の他の部分でより詳細に説明されているように、光路内に配置される１つまたは複数の湾曲表面は、二重湾曲鏡、二重湾曲試料ブロック、または単一湾曲試料ブロックと単一相補湾曲鏡の組合せを含むことができる。
【００６３】
[0087]一実施形態では、光学システムは、試料ブロックおよび１つまたは複数の湾曲表面に対してそれぞれ光路内の固定の位置に存在しているカメラおよび照明光源をさらに含むことができる。試料ブロック、照明光源および１つまたは複数の湾曲表面は、第１の複数の対象とする点を照明光源によって実質的に同時に照明し、かつ、カメラによって共通基準点から実質的に同時に観察することができるように互いに対して配置され、かつ、構成される。
【００６４】
[0088]図７をさらに参照すると、実例として増幅すべき核酸を含んだ試料７１４は、温度制御試料ブロック７１６の中に置かれ、かつ、加熱カバー７１２によって覆われる。別法としては、試料７１４は、試料の蒸発を防止し、また、加熱カバー７１２と置き換えることも可能である油オーバーレイによって覆うことも可能である。試料７０８は、試料ブロック７１６の中に位置するように構成され、また、加熱カバー７１２またはオーバーレイ油によって外気から熱的に隔離することができる試料ホルダの中（例えばマルチウェル・ウェルプレート、管ストリップまたは個々の試料管、等々の中）で保持することができる。試料ブロック７１６は、例えば銅またはアルミニウムなどの熱伝導性金属から構築された金属ブロックであってもよい。本明細書の他の部分で説明されているように、試料ブロック７１６は、多数の平面構成または湾曲構成を有することができる。
【００６５】
[0089]ユーザは、端末７０４を介して、所望のＰＣＲプロトコルの時間および温度パラメータ（例えば時間−温度プロファイル）を定義するデータを供給することができる。例えば端末７０４は、キーボード、ディスプレイおよび１つまたは複数のコントロール、メモリ、またはサーモサイクリングパラメータをプログラムし、かつ、制御することができるプログラミングモジュールを含んだ外部計算デバイスを含むことができ、あるいは装置に不可欠のものであってもよい。ユーザ端末７０４は、データバス７０５を介してコントローラ７０６（中央処理装置すなわちＣＰＵと呼ばれることもある）に結合される。コントローラ７０６は、所望の制御プログラム、所望のＰＣＲプロトコルを定義するデータおよび特定の較正定数を記憶するメモリを含むことができる。コントローラ７０６は、制御プログラムに基づいて、試料ブロック７１６および／または試料７１４を含んだホルダの温度サイクリングを制御することができ、また、ユーザ端末７０４を介して特定のディスプレイをユーザに提供し、かつ、ユーザによって入力されるデータを受け取るユーザインタフェースを実施することができる。同様に、コントローラ７０６は、光学システム７１０を介した試料からの螢光データの収集を制御し、あるいは管理するための所望のプログラムを記憶するメモリを含むことも可能である。コントローラ７０６は、制御プログラムに基づいて、光データ収集のタイミング、波長データ、等々などの光学システムパラメータを制御することができ、また、ユーザ端末７０４を介して特定のディスプレイをユーザに提供し、かつ、ユーザによって入力されるデータを受け取るユーザインタフェースを実施することができる。様々な加熱器、光学システム７１０、および熱サイクリングシステム７０８の他の電気機械システムを制御し、かつ、様々なセンサを読み取るためのコントローラ７０６および関連する周辺電子工学は、例えば適切にプログラムされたパーソナルコンピュータまたはマイクロコンピュータなどの任意の汎用コンピュータを含むことができることを理解されたい。
【００６６】
[0090]コントローラ７０６は、加熱カバー７１２の温度を検知し、かつ、その電気抵抗加熱器を制御して、カバー７１２を所定の温度に維持するための適切な電子工学を含むことができる。加熱カバー７１２の温度の検知およびその抵抗加熱器の制御は、温度センサ（図示せず）およびデータバス７２４を介して達成される。
【００６７】
[0091]冷却システム７２０は、試料７１４の正確な温度制御を提供することができる。いくつかの態様によれば、冷却システム７２０は、試料７１４の高速で、有効および／または一様な温度制御が達成されるように動作させることができる。いくつかの態様によれば、冷却システム７２０は、様々な試料間の所望の温度勾配が迅速および／または効果的に達成されるように動作させることができる。冷却システム７２０は、例えば高温変性定温放置からより低温のアニーリングおよび拡張定温放置温度まで、試料７１４の温度を低くするように構成することができる。例えば冷却システム７２０は、試料ブロック７１６の温度を低くすることができ、あるいは試料７１４を含んだホルダの温度を直接低くするように作用することができる。
【００６８】
[0092]加熱システム７１８は、試料ブロック７１６および／または試料ホルダの温度をより低い定温放置温度からより高い定温放置温度に速やかに高くするために、データバス７３０を介してコントローラ７０６によって制御することができる。また、加熱システム７１８は、定温放置中に温度を追跡し、かつ、制御している間、上向きの方向の温度誤差を修正することも可能である。
【００６９】
[0093]加熱システム７１８には、それらに限定されないが、フィルムヒータ、抵抗加熱器、加熱空気、赤外線加熱、対流加熱、誘導加熱（例えばコイルワイヤ）、ペルチエベース熱電加熱、および当業者に知られている他の加熱機構を含むことができる。様々な例示的実施形態によれば、冷却システムおよび加熱システムは、ブロック７１２および／または試料ホルダの温度を直接高くし、また、直接低くするように構成された単一のシステムであってもよい。
【００７０】
[0094]図７の例示的実施形態では、コントローラ７０６は、温度センサ７２８およびデータバス７２６を介して試料ブロック７１６の温度を検知し、また、バス７３２および冷却システム７２０内の温度センサ７３４を介して冷却システム７２０の温度を検知することによって試料ブロック７１６の温度を制御する。単なる一例にすぎないが、冷却システムに関連する他の温度も同じく検知することは可能であるが、とりわけ冷却システム７２０の温度を検知することができる。
【００７１】
[0095]本明細書において開示されているデバイスおよび装置に使用することができるサーモサイクリングシステムのさらなる説明については、参照によりその全体が本明細書に組み込まれているＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０６３００５（ＷＯ２０１２／０７５３６０として発行されている）を参照されたい。試料、詳細にはＰＣＲ試料の螢光監視の説明については、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている米国特許第７，６７０，８３２号を参照されたい。
【００７２】
[0096]次に図８Ａおよび８Ｂを参照すると、光学システムを含んだＰＣＲ計器８００の特定の実施形態が示されている。ＰＣＲ計器８００は、制御システム８０２、およびサーモサイクリングシステム８０４の構成要素（例えば加熱システムおよび冷却システム）を含むことができるハウジング８０１を含む。また、ハウジング８０１は、ハウジング８０１の上に嵌合するように構成される、実質的に光を通さない頂部カバー（図示せず）を含むことも可能である。また、ＰＣＲ計器８００は、制御システム８０２またはサーモサイクリングシステム８０４のうちの少なくとも１つに動作結合される内部または外部計算デバイス（図示せず）を含むことも可能である。同様に、外部計算デバイスは光学システムに接続することができる。
【００７３】
[0097]ＰＣＲ計器８００の光学システムは、実質的に平らな試料ブロック８０６、鏡８０８、カメラ８１０および照明光源８１６を含む。図に示されている実施形態では、鏡８０８は、図３Ａ〜３Ｄに示されている二重湾曲鏡３００と同様である。しかしながら光学システムは、例えば図５Ａ〜５Ｄに示されている二重湾曲鏡試料ブロック５００、または図６Ａ〜６Ｃに示されている単一湾曲試料ブロック６１０と単一湾曲鏡６５０の組合せを含むことも可能であることは理解されよう。
【００７４】
[0098]図８Ｂを参照すると、試料ブロック８０６は、多数の試料管または９６ウェルプレート（図示せず）を受け取るように構成される多数の試料レセプタクル８２４を含む。ＰＣＲ計器８００は、試料ブロック８０６およびその中に配置された試料管の上に嵌合するように配置され、かつ、構成される加熱カバー（図示せず）を含むことができる。鏡８０８は反射表面８２２を含む。
【００７５】
[0099]本明細書の他の部分でより詳細に説明されているように、鏡８０８の反射表面８２２は、照明光源８１６からの光が試料レセプタクル８２４内の個々の試料管の中に導かれ、また、結果として得られる螢光信号が個々の試料管からカメラ８１０に向かって実質的に同時に導かれるよう、試料ブロック８０６に対して湾曲が施され、かつ、配置される。
【００７６】
[00100]図に示されている実施形態では、照明光源８１６は、様々な染料からの螢光を励起するための様々な励起波長を選択するために使用することができるフィルタ８１８および８２０をさらに含む。例えばフィルタ８１８および８２０を使用して、それらに限定されないが、４７０ｎｍ、５３０ｎｍ、５８６ｎｍおよび６３０ｎｍから選択される励起波長を選択することができる。同様に、カメラ８１０も、実例として５１０ｎｍ、５５５ｎｍ、６２０ｎｍ、６４０ｎｍ、６６５ｎｍおよび７１０ｎｍの様々な螢光信号をフィルタリングするために使用することができるフィルタホイール８１２およびフィルタ８１４を備えることができる。例えば実験には、同時に螢光を発する複数の染料の使用を含むことができる。フィルタ８１２および８１４を使用して、例えば試料中の同時に放出している２つ以上の発光体を互いに区別することができる。
【００７７】
[00101]一例では、照明光源８１６は多色光源を含むことができ、また、フィルタ８１８および８２０は、いわゆる二重帯域フィルタであってもよい。例えば照明光源８１６は、少なくとも２つの異なる色の放出を有するいくつかのＬＥＤ（または他の知られている光源）を個々に備えた１つまたは複数のランプ、および実例として実質的にガウスである出力を提供するよう、ＬＥＤからの光を集め、かつ、広げることができる集束光学を含むことができる。二重帯域フィルタ８１８および８２０は、それぞれ、異なるＬＥＤから１つの放出帯域を通過させることができるようになされている。例えばフィルタ８１８は、４７０ｎｍおよび５８６ｎｍ近辺を中心とする光の帯域を通過させることができ、また、フィルタ８２０は、５３０ｎｍおよび６３０ｎｍ近辺を中心とする光の帯域を通過させることができる。このような照明光源８１６およびフィルタ８１８、８２０を使用して、わずか２つのランプから最大４つの異なる励起波長を生成し、したがって一度に複数の発光体、実例として４つの発光体を励起することができるようにシステム８００を構成することができる。他の実施形態では、フィルタ８１８および８２０は、例えば三重帯域通過フィルタであってもよく、照明光源８１６は、例えば、それぞれ３つの離散光色範囲を生成することができる２つのランプを含むことができる。このようなシステムは、わずか２つのランプから最大６つの異なる励起波長を生成するように構成することができる。光源８１６、フィルタ８１８および８２０、カメラ８１０、フィルタホイール８１２およびフィルタ８１４は、ＰＣＲシステム８００の文脈で示されているが、このような光源、カメラおよび光フィルタシステムは、本明細書において説明されている鏡または他の構成要素の存在および／または構成に無関係に、実時間で試料を監視するように構成される本質的に任意のＰＣＲシステムに使用することができることは理解されよう。
【００７８】
[00102]図に示されている実施形態では、ＰＣＲシステム８００は、鏡８０８、試料ブロック８０６およびカメラ８１０が互いにほぼ直角になるように設計されているが、これは要求事項ではない。他の角度も可能である。
【００７９】
[00103]本発明は、本発明の精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具体化することができる。説明されている実施形態は、あらゆる点で単なる実例にすぎず、本発明を制限するものではないことを考慮されたい。したがって本発明の範囲は、以上の説明によってではなく、特許請求の範囲によって示されている。特許請求の範囲と等価の意味および範囲の範疇であるすべての変更は、それらの範囲内に包含されるものとする。
以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
［形態１］
光路を画定する光学システムであって、
複数の対象とする点を含み、前記光路の構成要素を備えるボディと、
前記光路内に配置された、前記複数の対象とする点の各々の実質的に同時観察を可能にするための手段であって、個々の対象とする点から共通基準点までの光線長を画定し、前記複数の対象とする点からの前記基準点の距離が所定の距離以下であり、前記光線長の各々の長さが実質的に等しい手段と
を備える光学システム。
［形態２］
前記手段が集束レンズ以外の手段である、形態１に記載の光学システム。
［形態３］
前記手段なしでは、前記複数の対象とする点のすべてより少ない該点を前記共通基準点から実質的に同時に観察することができる、形態１に記載の光学システム。
［形態４］
前記手段が、前記光路内に配置される１つまたは複数の湾曲表面を集合的に画定する１つまたは複数の要素を含み、前記１つまたは複数の要素が集束レンズ以外である、形態１に記載の光学システム。
［形態５］
前記複数の対象とする点が少なくとも１つの湾曲表面に配置される、形態４に記載の光学システム。
［形態６］
前記複数の対象とする点が前記１つまたは複数の湾曲表面から離れている、形態４に記載の光学システム。
［形態７］
前記手段が、少なくとも１つの曲率の軸を有する鏡を含む、形態１に記載の光学システム。
［形態８］
観察のための前記手段が、少なくとも２つの曲率の軸を有する鏡を含む、形態７に記載の光学システム。
［形態９］
少なくとも２つの曲率の軸を有する前記鏡が非球面鏡である、形態８に記載の光学システム。
［形態１０］
前記非球面鏡の表面輪郭が、式１
Ｚ＝（ｓ２／ｒ）／（１＋（１−（ｋ＋１）（ｓ／ｒ）２）１／２）＋オフセット
式１
で記述され、上式でＺ＝光軸に平行な表面のたわみ、ｋ＝円錐定数、また、ｓ２＝（ａｘ＋ｂ）２＋（ｃｙ＋ｄ）２であり、ａ、ｂ、ｃおよびｄが定数である、形態９に記載の光学システム。
［形態１１］
式１において、
ｋ＝−１
ｒ＝−１．１Ｅ＋０１
ａ＝１
ｂ＝−１．１Ｅ＋０１
ｃ＝１
ｄ＝０
オフセット＝９．５
である、形態１０に記載の光学システム。
［形態１２］
前記手段が、前記複数の対象とする点がその上に配置された湾曲要素を含む、形態１に記載の光学システム。
［形態１３］
前記複数の対象とする点がその上に配置された前記湾曲要素が、ひとつの曲率の軸を有する試料ブロックであり、前記試料ブロックが複数の試料管を受け取るように構成され、前記手段が、前記試料ブロックに対して配置された湾曲鏡をさらに備え、前記湾曲鏡が、前記試料ブロックの前記曲率の軸に対して実質的に直角であるひとつの曲率の軸を有する、形態９に記載の光学システム。
［形態１４］
前記複数の対象とする点がその上に配置された前記湾曲要素が、少なくとも２つの曲率の軸を有する試料ブロックであり、前記試料ブロックが複数の試料管を受け取るように構成される、形態９に記載の光学システム。
［形態１５］
前記複数の対象とする点が多数の試料ウェルを含み、個々の試料ウェルが頂部表面および底部表面を画定し、前記手段なしでは、前記試料ウェルの前記底部表面のすべてより少ない前記底部表面を前記共通基準点から実質的に同時に観察することができる、形態１に記載の光学システム。
［形態１６］
前記多数の試料ウェルが、ＰＣＲ反応を実施するように構成されたマルチウェルプレートを備え、前記マルチウェルプレートが少なくとも９６個の試料ウェルを有する、形態１５に記載の光学システム。
［形態１７］
前記光路がカメラおよび照明光源をさらに備え、少なくとも前記カメラが実質的に前記共通基準点に配置される、形態１に記載の光学システム。
［形態１８］
前記カメラおよび前記照明光源がそれぞれ、前記複数の対象とする点を含んだ前記ボディに対して前記光路内の固定の位置に存在し、前記カメラおよび前記照明光源がそれぞれ、前記手段に対して前記光路内の固定の位置に存在する、形態１７に記載の光学システム。
［形態１９］
前記手段が、二重湾曲双円錐形を有する鏡を含む、形態１に記載の光学システム。
［形態２０］
光路を画定する光学システムであって、
複数の対象とする点を含み、前記光路の構成要素を備えるボディと、
前記光路内に配置される１つまたは複数の湾曲表面を集合的に画定する１つまたは複数の要素であって、前記１つまたは複数の湾曲表面が、個々の対象とする点から共通基準点までの光線長を集合的に画定し、前記対象とする点からの前記基準点の距離が所定の距離以下であり、前記光線長が実質的に同じである１つまたは複数の要素と
を備える光学システム。
［形態２１］
前記複数の対象とする点が前記１つまたは複数の湾曲表面のうちの少なくとも１つに配置される、形態２０に記載の光学システム。
［形態２２］
前記複数の対象とする点が前記１つまたは複数の湾曲表面のうちの前記１つから離れている、形態２０に記載の光学システム。
［形態２３］
前記複数の対象とする点が多数の試料ウェルを含み、前記１つまたは複数の湾曲表面が、個々の試料ウェルの底から前記共通基準点までの前記光線長が実質的に同じになるように構成され、かつ、配置される、形態２０に記載の光学システム。
［形態２４］
対応する複数の試料容器に含まれた複数の生物学的試料に熱サイクリングを施すように構成されたサーモサイクリングシステムと、
前記サーモサイクリングシステムに動作結合される光路を画定する光学システムであって、前記複数の生物学的試料の各々の螢光を実質的に同時に監視するように構成され、かつ、配置される光学システムと
を備える装置であって、前記光学システムが、
前記光路の構成要素を備える試料ブロックであって、
頂部表面、および複数の凹んだ底部表面を画定する複数の試料ウェルを含み、
前記複数の凹んだ底部表面が第１の複数の対象とする点を画定する
試料ブロックと、
前記光路内に配置される１つまたは複数の湾曲表面を集合的に画定する１つまたは複数の要素であって、前記１つまたは複数の湾曲表面が集合的に個々の対象とする点から共通基準点までの光線長を画定し、前記対象とする点からの前記基準点の距離が所定の距離以下であり、前記光線長が実質的に同じである１つまたは複数の要素と
を含む装置。
［形態２５］
前記試料ブロックが前記サーモサイクリングの構成要素である、形態２４に記載の装置。
［形態２６］
前記サーモサイクリングシステムが、
前記試料ブロックに動作結合され、かつ、前記複数の生物学的試料を熱サイクリングするように構成された加熱および冷却システムと、
前記加熱および冷却システムに動作接続された、前記加熱および冷却システムを動作させるための制御システムと、
前記試料ブロック内の温度を検知するように構成された温度検知システムであって、前記複数の生物学的試料に熱サイクリングを施すことができるよう、前記温度検知システムによって検知された温度に応答して、前記複数の生物学的試料の温度を前記加熱および冷却システムによって制御可能に高くし、かつ、低くすることができるように前記加熱および冷却システムおよび前記制御システムに動作接続され、前記温度検知システムの熱応答が前記複数の試料容器に保持されている前記複数の生物学的試料の熱応答と実質的に一致する温度検知システムと
をさらに備える、形態２５に記載の装置。
［形態２７］
前記制御システムが、前記サーモサイクリングシステム、前記光学システム、前記加熱および冷却システム、前記制御システムまたは前記温度検知システムのうちの少なくとも１つに動作結合される計算デバイスを含む、形態２６に記載の装置。
［形態２８］
前記複数の凹みの各々が、前記複数の試料容器と整合するように構成され、前記試料容器が、外部表面および内部表面、ならびに第２の複数の対象とする点を画定する複数の凹んだ底部表面を含み、前記１つまたは複数の湾曲表面が、前記第２の複数の対象とする点から前記共通基準点までの光線長が実質的に同じになるように構成され、かつ、配置される、形態２４に記載の装置。
［形態２９］
前記１つまたは複数の湾曲表面が、前記第１の複数の対象とする点を前記共通基準点から実質的に同時に観察することができるように前記試料ブロックに対して配置され、かつ、構成された複合湾曲鏡を備え、前記複合湾曲鏡が、前記第１の複数の対象とする点から前記共通基準点まで実質的に同じ光線長を画定する２つの実質的に直交する曲率の軸を有する、形態２４に記載の装置。
［形態３０］
前記試料ブロックが前記１つまたは複数の湾曲表面のうちの少なくとも１つを備える、形態２４に記載の装置。
［形態３１］
前記試料ブロックがひとつの曲率の軸を有し、前記光学システムが、前記試料ブロックに対して配置された湾曲鏡をさらに備え、前記湾曲鏡が、前記試料ブロックの前記曲率の軸に対して実質的に直角であるひとつの曲率の軸を有し、前記試料ブロックおよび前記湾曲鏡が、前記第１の複数の対象とする点を前記共通基準点から実質的に同時に観察することができるように互いに対して配置され、かつ、構成される、形態３０に記載の装置。
［形態３２］
前記試料ブロックが少なくとも２つの曲率の軸を有し、前記少なくとも２つの曲率の軸が、前記第１の複数の対象とする点を前記共通基準点から実質的に同時に観察することができるように配置される、形態３０に記載の装置。
［形態３３］
前記複数の試料容器が、ＰＣＲ反応を実施するように構成されたマルチウェルプレートを備え、前記マルチウェルプレートが少なくとも９６個の試料ウェルを有する、形態２４に記載の装置。
［形態３４］
前記光路がカメラおよび照明光源をさらに備え、少なくとも前記カメラが実質的に前記共通基準点に配置される、形態２４に記載の装置。
［形態３５］
前記カメラおよび前記照明光源がそれぞれ、前記試料ブロックおよび前記１つまたは複数の湾曲表面に対して前記光路内の固定の位置に存在し、前記試料ブロック、照明光源および前記１つまたは複数の湾曲表面が、前記第１の複数の対象とする点を前記照明光源によって実質的に同時に照明することができ、かつ、前記カメラによって前記共通基準点から実質的に同時に観察することができるように互いに対して配置され、かつ、構成される、形態３４に記載の装置。
［形態３６］
試料に熱サイクリングを施すように構成されたサーモサイクリングシステムと、
前記サーモサイクリングシステムに動作結合される光学システムであって、前記試料中の螢光を監視するように構成され、かつ、配置され、
照明光源、および前記照明光源からの光の少なくとも２つの異なる帯域を透過して、前記試料中の２つ以上の発光体からの螢光を励起することができる帯域通過フィルタと、
前記試料中の前記２つ以上の発光体からの螢光を集束するように配置されるカメラと
を備える光学システムと
を備える装置。
［形態３７］
前記カメラが、前記試料中の実質的に同時に放出する２つ以上の発光体からの信号を分離するように構成された１つまたは複数のフィルタを備える、形態３６に記載の装置。
［形態３８］
前記照明光源の前記帯域通過フィルタが、４７０ｎｍ、５３０ｎｍ、５８６ｎｍまたは６３０ｎｍ近辺を中心とする光の２つ以上の帯域を透過させることができ、また、前記カメラの前記１つまたは複数のフィルタが、それぞれ５１０ｎｍ、５５５ｎｍ、６２０ｎｍ、６４０ｎｍ、６６５ｎｍまたは７１０ｎｍ近辺を中心とする光の帯域を透過させることができる、形態３７に記載の装置。
［形態３９］
前記光学システムが、２つの照明光源と、前記光学システムが前記２つの照明光源からの光の少なくとも４つの異なる波長を実質的に同時に透過させることができるよう、対応する数の帯域通過フィルタとを含む、形態３６に記載の装置。
［形態４０］
前記帯域通過フィルタが二重帯域の帯域通過フィルタである、形態３９に記載の装置。
［形態４１］
前記帯域通過フィルタが三重帯域の帯域通過フィルタである、形態３９に記載の装置。
［形態４２］
前記照明光源が、前記照明光源からの光を集め、かつ、広げることができる集束光学をさらに含む、形態３５に記載の装置。
［形態４３］
前記光学システムが、
対応する複数の試料管に含まれている複数の試料を保持し、かつ、熱サイクリングするように構成された試料ブロックと、
少なくとも２つの曲率の軸を有する複合鏡と
をさらに備え、前記試料ブロックおよび前記複合鏡が、前記複数の試料管の各々の中で前記照明光源によって螢光を実質的に同時に励起することができ、また、前記カメラによって実質的に同時に観察できるよう、光路内に互いに対して配置され、かつ、構成され、
前記複合湾曲鏡が前記複数の試料管の各々の底から共通基準点まで、複数の実質的に同じ光線長を画定する、形態３６に記載の装置。
［形態４４］
前記カメラが前記共通基準点を含む、形態４３に記載の装置。
【図１】
0006302538.tif 000003
【図２Ａ】
0006302538.tif 000004
【図２Ｂ】
0006302538.tif 000005
【図２Ｃ】
0006302538.tif 000006
【図３Ａ】
0006302538.tif 000007
【図３Ｂ】
0006302538.tif 000008
【図３Ｃ】
0006302538.tif 000009
【図３Ｄ】
0006302538.tif 000010
【図４Ａ】
0006302538.tif 000011
【図４Ｂ】
0006302538.tif 000012
【図４Ｃ】
0006302538.tif 000013
【図４Ｄ】
0006302538.tif 000014
【図５Ａ】
0006302538.tif 000015
【図５Ｂ】
0006302538.tif 000016
【図５Ｃ】
0006302538.tif 000017
【図６Ａ】
0006302538.tif 000018
【図６Ｂ】
0006302538.tif 000019
【図６Ｃ】
0006302538.tif 000020
【図７】
0006302538.tif 000021
【図８Ａ】
0006302538.tif 000022
【図８Ｂ】
0006302538.tif 000023