(57)【要約】  本発明は、ＤＮＡ分子の増幅およびＤＮＡ分子の解離反応をモニタするためのシステムおよび方法に関する。
2010511383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）マイクロチャネルを含むチップと、（ｉｉ）ピクセル・アレイを有するイメージ・センサとを含み、前記マイクロチャネルの少なくとも一部分が、前記ピクセル・アレイの視野内にある環境下での、核酸の分析方法であって、
核酸を含む溶液のサンプルを前記マイクロチャネル内に導入するステップと、
前記チャネルを通って前記サンプルが移動するように強制するステップと、
前記ピクセル・アレイの第１のウインドウを画定するステップと、
前記ピクセル・アレイの第２のウインドウを画定するステップであって、前記第２のウインドウの中心が前記第１のウインドウの中心から離隔されるステップと、
前記サンプルが、前記マイクロチャネルを通って移動する間に、
（ａ）前記サンプルが前記第１のウインドウの視野内にある、ある時間に、前記ピクセル・アレイの前記第１のウインドウを前記サンプルから発せられる光に露出するステップ、および、次いで前記ピクセル・アレイの前記第１のウインドウだけからのデータを出力するステップを含む、前記ピクセル・アレイから前記第１の画像データを選択的に出力するステップ、ならびに
（ｂ）ステップ（ａ）を実施した後に、前記サンプルが前記第２のウインドウの視野内にある、ある時間に、前記ピクセル・アレイの前記第２のウインドウを前記サンプルから発せられる光に露出するステップ、および、次いで前記ピクセル・アレイの前記第２のウインドウだけからのデータを出力するステップを含む、前記ピクセル・アレイから前記第２の画像データを選択的に出力するステップを実施するステップとを含む核酸の分析方法。
【請求項２】
前記ピクセル・アレイの前記第１のウインドウを前記サンプルから発せられる光に露出する前記ステップが実施されるとき、前記第１のウインドウの中心が、前記サンプルの中心に実質的に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ピクセル・アレイの前記第２ウインドウを前記サンプルから発せられる光に露出する前記ステップが実施されるとき、前記第２のウインドウの中心が、前記サンプルの中心に実質的に対応する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のウインドウのサイズが、前記第１のウインドウのサイズより小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のウインドウを画定する前記ステップが、ステップ（ａ）の後に行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２のウインドウを画定する前記ステップが、前記第１のウインドウの縁部に配置されたピクセルで受光された光量が、所定の閾値以上であるかどうかを判定するために前記第１の画像データを処理するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記サンプルが、センサによって検知されたことを示す信号を前記センサから受信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記サンプルが、第２のセンサによって検知されたことを示す第２の信号を前記第２のセンサから受信するステップをさらに含み、前記第１のセンサが、前記サンプルが前記イメージ・センサの前記視野にいつ入ったかを検知するように配置され、前記第２のセンサが、前記サンプルが前記イメージ・センサの前記視野からいつ離れたかを検知するように配置された、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ピクセル・アレイの前記第１のウインドウを画定する前記ステップが、前記ウインドウのサイズを決定するステップを含み、前記決定は、少なくとも一部には、前記サンプルの長さに基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ピクセル・アレイの前記第１のウインドウを画定する前記ステップが、前記ウインドウのサイズを決定するステップを含み、前記決定は、少なくとも一部には、前記サンプルの長さに基づき、前記ピクセル・アレイの前記第２のウインドウを画定する前記ステップが、前記第２のウインドウの中心の位置を決定するステップを含み、前記決定は、少なくとも一部には、前記サンプルが前記チャネルを通って移動する速度に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
核酸を含む溶液のサンプルを受け取るため、かつ前記サンプルが通り抜ける経路を提供するためのマイクロチャネルを備えたチップと、
ピクセル・アレイを有するイメージ・センサであって、前記マイクロチャネルの少なくとも一部分が、前記ピクセル・アレイの視野内にあるイメージ・センサと、
（ａ）前記サンプルが、前記第１のウインドウの視野内にある時間に、前記ピクセル・アレイの前記第１のウインドウだけを読み取り、これにより第１の画像データを生成し、（ｂ）前記サンプルが、前記第２のウインドウの視野内にある時間に、前記ピクセル・アレイの前記第２のウインドウだけを読み取るように構成されたイメージ・センサ制御器とを含み、
前記第２のウインドウの中心が、前記第１のウインドウの中心から離隔されるＤＮＡの分析システム。
【請求項１２】
前記イメージ・センサ制御器が、前記第２のウインドウのサイズを決定するために前記第１のデータを使用するように構成され、前記第２のウインドウの前記サイズが、前記第１のウインドウの前記サイズより小さい、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記イメージ・センサ制御器が、前記第１のウインドウの縁部に配置されたピクセルで受光された光量が、所定の閾値以上であるかどうかを判定するために前記第１の画像データを処理するように構成された、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記サンプルが、前記イメージ・センサの前記視野にいつ入る、または入ろうとしているかを検知するように配置され、かつ前記サンプルの検知に応答して信号を出力するように構成された第１のサンプル・センサをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記サンプルが、前記イメージ・センサの前記視野からいつ離れる、または離れようとしているかを検知するように配置され、かつ前記サンプルの検知に応答して信号を出力するように構成された第２のサンプル・センサをさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記イメージ・センサ制御器が、前記第１のウインドウのサイズを決定するように構成され、前記決定が、少なくとも一部には、前記サンプルの長さに基づき、前記イメージ・センサ制御器が、前記第２のウインドウの中心の位置を決定するように構成され、前記決定が、少なくとも一部には、前記サンプルが前記チャネルを通って移動する速度に基づく、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
核酸を含む溶液のサンプルをマイクロチャネル内に導入するステップと、
前記チャネルを通って前記サンプルを移動させるステップと、
イメージ・センサのピクセル・アレイの第１のウインドウを画定するステップと、
前記ピクセル・アレイの第２のウインドウを画定するステップであって、前記第２のウインドウの中心が前記第１のウインドウの中心から離隔されるステップと、
前記サンプルが、前記マイクロチャネルを通って移動する間に、
（ａ）前記第１のウインドウからの画像データが、データ・バッファに出力されるように前記イメージ・センサをウインドニングするステップであって、前記画像データが、前記サンプルからの発光の強度を求めることができるデータを含むステップ、ならびに
（ｂ）ステップ（ａ）を実施した後に、前記第２のウインドウからの画像データが、データ・バッファに出力されるように前記イメージ・センサをウインドニングするステップであって、前記画像データが、前記サンプルからの発光の強度を求めることができるデータを含むステップを実施するステップとを含むＤＮＡの分析方法。
【請求項１８】
前記第２のウインドウのサイズが、前記第１のウインドウのサイズより小さい、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２のウインドウを画定する前記ステップが、ステップ（ａ）の後に行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２のウインドウを画定する前記ステップが、前記第１のウインドウの縁部に配置されたピクセルで受光された光量が、所定の閾値以上であるかどうかを判定するために前記第１のウインドウからの前記画像データを処理するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記サンプルが、第１のセンサによって検知されたことを示す信号を前記センサから受信するステップと、
前記サンプルが、第２のセンサによって検知されたことを示す第２の信号を前記第２のセンサから受信するステップとをさらに含み、
前記第１のセンサが、前記サンプルが前記イメージ・センサの前記視野にいつ入ったかを検知するように配置され、
前記第２のセンサが、前記サンプルが前記イメージ・センサの前記視野からいつ離れたかを検知するように配置された、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記ピクセル・アレイの前記第１のウインドウを画定する前記ステップが、前記ウインドウのサイズを決定するステップを含み、前記決定は、少なくとも一部には、前記サンプルの長さに基づき、前記ピクセル・アレイの前記第２のウインドウを画定する前記ステップが、前記第２のウインドウの中心の位置を決定するステップを含み、前記決定は、少なくとも一部には、前記サンプルが前記チャネルを通って移動する速度に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
核酸を含む溶液の第１のサンプルを第１のマイクロチャネル内に導入するステップと、
核酸を含む溶液の第２のサンプルを第２のマイクロチャネル内に導入するステップと、
前記第１のチャネルを通って前記第１のサンプルを移動させるステップと、
前記第２のチャネルを通って前記第２のサンプルを移動させるステップと、
イメージ・センサのピクセル・アレイの第１のウインドウを画定するステップであって、前記第１のチャネルの少なくとも一部分が、前記第１のウインドウの視野内にあるステップと、
前記ピクセル・アレイの第２のウインドウを画定するステップであって、前記第２のチャネルの少なくとも一部分が、前記第２のウインドウの視野内にあり、前記第２のウインドウの中心が、前記第１のウインドウの中心から離隔されるステップと、
前記サンプルが、それぞれのマイクロチャネルを通って移動する間に、
（ａ）前記第１のウインドウからの画像データが、データ・バッファに出力されるように前記イメージ・センサをウインドニングするステップであって、前記画像データが、前記第１のサンプルからの発光の強度を求めることができるデータを含むステップ、ならびに
（ｂ）ステップ（ａ）を実施した後に、前記第２のウインドウからの画像データが、データ・バッファに出力されるように前記イメージ・センサをウインドニングするステップであって、前記画像データが、前記第２のサンプルからの発光の強度を求めることができるデータを含むステップを実施するステップとを含むＤＮＡの分析方法。
【請求項２４】
前記第１のウインドウと前記第２のウインドウとが重なり合わない、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ピクセル・アレイの前記第１のウインドウを画定する前記ステップが、前記ウインドウのサイズを決定するステップを含み、前記決定は、少なくとも一部には、前記サンプルの長さに基づく、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ分子の増幅およびＤＮＡ分子の解離反応をモニタするためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
本願は、２００６年１１月３０日出願の仮特許出願第６０／８６１，７１２号の利益を主張し、この仮特許出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
核酸の検出は、医療、法科学、産業用加工、作物育種および動物育種、ならびに他の多くの分野にとって重要である。疾病状態（例えば、ガン）、感染性生物（例えば、ＨＩＶ）、遺伝的血統、遺伝マーカーなどを検出する能力は、疾病の診断および予測、マーカー支援選抜（marker assisted selection）、犯行現場の特徴の正しい識別、産業用の生物を増殖させる能力および他の多数の手法のために広く普及している技術である。注目の核酸の健全性の判定は、感染症または癌の病理学に関連し得る。少量の核酸を検出する最も強力で基本的な技術の１つは、核酸配列の一部または全部を幾度も複製し、次いで増幅産物を分析することである。ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は、ＤＮＡを増幅するための周知の手法である。
【０００４】
ＰＣＲを用いて、単一の鋳型ＤＮＡ分子から始めて、何百万ものＤＮＡの複製を手早く生産することができる。ＰＣＲは、耐熱性ＤＮＡポリメラーゼ酵素によるＤＮＡの１本鎖への変性と、変性された鎖に対するプライマーのアニールと、プライマーの伸長との３段階の温度サイクルを含む。このサイクルは、処理の最後に検出、分析すべき十分な複製が存在するように、何度も反復される。ＰＣＲに関する全般的な詳細は、SambrookおよびRussell、「Molecular Cloning -- A Laboratory Manual」(第３版)、１〜３巻、Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y. (2000)、F. M. Ausubel他編者、「Current Protocols in Molecular Biology」、Greene Publishing Associates, Inc.およびJohn Wiley & Sons, Inc.の合弁事業、Current Protocols（2005年を通じて増補）、ならびにM.A. Innis他編者、「PCR Protocols A Guide to Methods and Applications」、Academic Press Inc. San Diego, Calif. (1990)を参照されたい。
【０００５】
いくつかの用途では、増幅の処理が進行するのに伴い、ＤＮＡ産物の累積をモニタすることが重要である。リアルタイムＰＣＲとは、反応が進行するのに伴い、一般にＰＣＲ１サイクルにつき１回、増幅されたＤＮＡ産物の集積を測定する手法の、増えつつあるセットをいう。ある時間にわたって増幅の処理をモニタすることにより、処理の効率性を判定するとともに、鋳型ＤＮＡ分子の初期の濃度を推定することができる。リアルタイムＰＣＲに関する全般的な詳細は、K. Edwards他編者、「Real-Time PCR: An Essential Guide」、Horizon Bioscience, Norwich, U.K.(2004)を参照されたい。
【０００６】
より最近では、例えば、マイクロ流体装置内の増幅反応などを伴う、ＰＣＲおよび他の増幅反応を実施するいくつかの処理能力の高い手法、ならびに装置内または装置上で、増幅された核酸を検出し、分析するための方法が開発されてきた。増幅のためのサンプルの熱サイクルは、通常２つの方法のうちの１つで達成される。第１の方法では、従来のＰＣＲ器具と同じように、試料溶液は装置内へ充填され、温度は、やがて周期的に繰り返す。第２の方法では、試料溶液は、温度が空間的に変動するゾーンを通って連続的に注入される。例えば、Lagally他、「Anal Chem 73:565〜570 (2001)」、Kopp他、「Science 280:1046〜1048 (1998)」、Park他、「Anal Chem 75:6029〜6033 (2003)」、Hahn他、「ＷＯ２００５／０７５６８３」、Enzelberger他、「米国特許第６，９６０，４３７号」、およびKnapp他、「米国特許出願第２００５／００４２６３９号」を参照されたい。
【０００７】
十分な数のオリジナルのＤＮＡ分子のコピーがある場合、ＤＮＡの特性を決定することができる。ＤＮＡの特性を決定する１つの方法は、温度の増大に伴って、ＤＮＡが、２本鎖ＤＮＡ（ｄｓＤＮＡ）から１本鎖ＤＮＡ（ｓｓＤＮＡ）に変化する際のＤＮＡの解離反応を調べることである。ＤＮＡをｄｓＤＮＡからｓｓＤＮＡに変化させる処理は、時として「高分解温度（熱）溶融（ＨＲＴｍ）」処理、あるいは単に「高分解溶融」処理と呼ばれる。
【０００８】
したがって、所望されるものは、ＤＮＡ増幅の処理をモニタし、ＤＮＡの解離反応を判定するためのシステムである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】仮特許出願第６０／８６１，７１２号
【特許文献２】ＷＯ２００５／０７５６８３
【特許文献３】米国特許第６，９６０，４３７号
【特許文献４】米国特許出願第２００５／００４２６３９号
【特許文献５】米国特許出願第１１／５０５，３５８号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】SambrookおよびRussell、「Molecular Cloning -- A Laboratory Manual」(第３版)、１〜３巻、Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y. (2000)
【非特許文献２】F. M. Ausubel他編者、「Current Protocols in Molecular Biology」、Greene Publishing Associates, Inc.およびJohn Wiley & Sons, Inc.の合弁事業、Current Protocols（2005年を通じて増補）
【非特許文献３】M.A. Innis他編者、「PCR Protocols A Guide to Methods and Applications」、Academic Press Inc. San Diego, Calif. (1990)
【非特許文献４】K. Edwards他編者、「Real-Time PCR: An Essential Guide」、Horizon Bioscience, Norwich, U.K.(2004)
【非特許文献５】Lagally他、「Anal Chem 73:565〜570 (2001)」
【非特許文献６】Kopp他、「Science 280:1046〜1048 (1998)」
【非特許文献７】Park他、「Anal Chem 75:6029〜6033 (2003)」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、リアルタイムＰＣＲおよびＨＲＴｍ分析を実施し、モニタするためのシステムおよび方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一態様において、本発明は、核酸を含む溶液のサンプルをマイクロチャネル内に導入するステップと、チャネルを通ってサンプルが移動するように強制するステップと、イメージ・センサのピクセル・アレイの第１のウインドウを画定するステップと、ピクセル・アレイの第２のウインドウを画定するステップであって、第２のウインドウの中心が第１のウインドウの中心から離隔されるステップとを含み、そのサンプルが、マイクロチャネルを通って移動する間に、（ａ）サンプルが第１のウインドウの視野内にある、ある時間に、ピクセル・アレイの第１のウインドウをサンプルから発せられる光に露出するステップ、ならびに、次いでピクセル・アレイの第１のウインドウだけからのデータを出力するステップを含む、ピクセル・アレイから第１の画像データを選択的に出力するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）を実施した後に、サンプルが第２のウインドウの視野内にある、ある時間に、ピクセル・アレイの第２のウインドウをサンプルから発せられる光に露出するステップ、ならびに、次いでピクセル・アレイの第２のウインドウだけからのデータを出力するステップを含む、ピクセル・アレイから第２の画像データを選択的に出力するステップとを実施する方法を提供する。第２のウインドウを画定するステップは、ステップ（ａ）の後に行うことができる。
【００１３】
一部の実施形態において、ピクセル・アレイの第１のウインドウをサンプルから発せられる光に露出するステップが実施されるとき、第１のウインドウの中心は、サンプルの中心に実質的に対応し、ピクセル・アレイの第２のウインドウをサンプルから発せられる光に露出するステップが実施されるとき、第２のウインドウの中心は、サンプルの中心に実質的に対応する。
【００１４】
一部の実施形態において、第２のウインドウのサイズは、第１のウインドウのサイズ未満、または第１のウインドウのサイズより大きく、第２のウインドウを画定するステップは、第１のウインドウの縁部に配置されたピクセルで受光された光量が、所定の閾値以上であるかどうかを判定するために第１の画像データを処理するステップを含む。
【００１５】
一部の実施形態において、この方法はまた、サンプルが、第１のセンサで検知されたことを示す第１の信号を第１のセンサから受信するステップと、サンプルが、第２のセンサで検知されたことを示す第２の信号を第２のセンサから受信するステップとを含み、第１のセンサは、サンプルが、イメージ・センサの視野にいつ入ったかを検知するように配置され、第２のセンサは、サンプルが、イメージ・センサの視野からいつ離れたかを検知するように配置される。
【００１６】
一部の実施形態において、ピクセル・アレイの第１のウインドウを画定するステップが、ウインドウのサイズを決定するステップを含み、この決定は、少なくとも一部には、サンプルの長さに基づき、ピクセル・アレイの第２のウインドウを画定するステップは、第２のウインドウの中心の位置を決定するステップを含み、この決定は、少なくとも一部には、サンプルがチャネルを通って移動する速度に基づく。
【００１７】
別の態様において、本発明は、以下の構成要素、すなわち、核酸を含む溶液のサンプルを受け取るための、かつサンプルが通り抜ける経路を提供するためのマイクロチャネルを含むチップと、少なくともマイクロチャネルの一部分が、その視野内にあるピクセル・アレイを有するイメージ・センサと、（ａ）サンプルが、第１のウインドウの視野内にある時間に、ピクセル・アレイの第１のウインドウだけを読み取り、（ｂ）サンプルが、第２のウインドウの視野内にある時間に、ピクセル・アレイの第２のウインドウだけを読み取るように構成されたイメージ・センサ制御器とを含み、第２のウインドウの中心が、第１のウインドウの中心から隔てられるシステムを提供する。
【００１８】
別の態様において、本発明は、以下のステップ、すなわち、核酸を含む溶液のサンプルをチャネル内に導入するステップと、チャネルを通ってサンプルを移動させるステップと、イメージ・センサのピクセル・アレイの第１のウインドウを画定するステップと、ピクセル・アレイの第２のウインドウを画定するステップであって、第２のウインドウの中心が第１のウインドウの中心から離隔されるステップと、サンプルがマイクロチャネルを通って移動する間に、（ａ）第１のウインドウからの画像データが、データ・バッファに出力されるようにイメージ・センサをウインドニングするステップであって、この画像データが、サンプルからの発光の強度を求めることができるデータを含むステップ、および（ｂ）ステップ（ａ）を実施した後に、第２のウインドウからの画像データが、データ・バッファに出力されるようにイメージ・センサをウインドニングするステップであって、この画像データが、サンプルからの発光の強度を求めることができるデータを含むステップを実施するステップとを含む方法を提供する。
【００１９】
さらに別の態様において、本発明は、以下のステップ、すなわち、核酸を含む第１の溶液のサンプルを第１のチャネルに導入するステップと、核酸を含む第２の溶液のサンプルを第２のチャネルに導入するステップと、第１のサンプルを第１のチャネルを通って移動させるステップと、第２のサンプルを第２のチャネルを通って移動させるステップと、イメージ・センサのピクセル・アレイの第１のウインドウを画定するステップであって、第１のチャネルの少なくとも一部分が、第１のウインドウの視野内にあるステップと、ピクセル・アレイの第２のウインドウを画定するステップであって、第２のチャネルの少なくとも一部分が、第２のウインドウの視野内にあり、第２のウインドウの中心が、第１のウインドウの中心から離隔されるステップと、サンプルがそれぞれのチャネルを通って移動する間に、（ａ）第１のウインドウからの画像データが、データ・バッファに出力されるようにイメージ・センサをウインドニングするステップであって、この画像データが、第１のサンプルからの発光の強度を求めることができるデータを含むステップ、および（ｂ）ステップ（ａ）を実施した後に、第２のウインドウからの画像データが、データ・バッファに出力されるようにイメージ・センサをウインドニングするステップであって、この画像データが、第２のサンプルからの発光の強度を求めることができるデータを含むステップを実施するステップとを含む方法を提供する。
【００２０】
本発明の上記および他の実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。
【００２１】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明の様々な実施形態を示す。図面において、同じ照合番号は、同一または機能的に同等の構成要素を示す。さらに、照合番号の最上位桁により、照合番号が最初に現れる図面を識別する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一実施形態による核酸分析システム１００を示す図である。
【図２】一部の実施形態によるバイオチップ１０２の上面図である。
【図３】画像処理システム１１２の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図４】例示のピクセル・アレイ４００を示す図である。
【図５】一実施形態による処理工程を示す図である。
【図６】図５に示された処理工程の一部のステップを絵で示す図である。
【図７】ピクセル・アレイの第１のウインドウおよび同ピクセル・アレイの第２のウインドウを示す図である。
【図８】図５に示された処理工程の一部のステップを絵で示す図である。
【図９】一実施形態による一処理を絵で示す図である。
【図１０】一実施形態による一処理を絵で示す図である。
【図１１】別の実施形態による処理工程を示すフロー・チャートである。
【図１２】図１１に示された処理工程の一部のステップを絵で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図面を参照すると、図１は、一実施形態による核酸分析システム１００を示す。図１に示されたように、システム１００は、マイクロ流体バイオチップ１０２を含む。図２は、一部の実施形態によるバイオチップ１０２の上面図である。図２に示されたように、バイオチップ１０２は、いくつかのマイクロ流体チャネル２０２を含む。図示された例において、４つのマイクロ流体チャネル（すなわち、チャネル２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ）があるが、チップ１０２は、４つより多いまたは少ないチャネルを有し得ることが企図されている。
【００２４】
一部の実施形態において、システム１００が使用中の場合、少なくとも１つのチャネル２０２が、リアルタイムＰＣＲ試薬を含む溶液のサンプル（すなわち、「ボーラス」）を受け取る。力を使って、チャネル２０２を通ってボーラスを移動させることができ、ボーラスが、チャネル２０２を通って移動する間、上述したように、熱発生装置１１４を使用して、ボーラスの温度を周期的に繰り返すことができる。マイクロ流体装置内でＰＣＲを実施するためのシステムおよび方法が、２００６年８月１７日出願の米国特許出願第１１／５０５，３５８号に開示されており、これを参照により本明細書に組み込む。
【００２５】
図１にさらに示されたように、分析システム１００は、イメージ・センサ１０８と、イメージ・センサ１０８を制御するように構成された制御器１１０と、イメージ・センサ１０８によって生成された画像データを処理するように構成された画像処理システム１１２とをさらに含み得る。イメージ・センサ１０８は、ＣＭＯＳイメージ・センサ、ＣＣＤイメージ・センサ、または他のイメージ・センサを使用して実施することができる。例えば、一実施形態において、センサ１０８は、１２．７メガピクセルの有効解像度を備え、３６×２４ｍｍのサイズを有する、キャノン株式会社から入手可能なＣＭＯＳセンサである。
【００２６】
次に図３を参照すると、図３は、画像処理システム１１２の一実施形態を示す機能ブロック図である。図３に示されたように、システム１１２は、イメージ・センサ１０８からデータ出力を受け取る。システム１１２は、イメージ・センサ１０８からのデータを増幅するための増幅器３０２を含み得る。非限定的一実施形態において、増幅器３０２は、感度を大きくするためにデータを増幅することができる。増幅されたデータは、例えば、１６ビットのアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３０４によってデジタル信号に変換することができる。一実施形態において、１６ビットのＡ／Ｄ変換器の利用により、高水準のダイナミックレンジおよびローエンドのビット分解能がもたらされる。Ａ／Ｄ変換器３０４からのデジタル信号出力は、ゾーン１のデータ・バッファ３０８内のＨＲＴｍ処理中に生成されるデータを保存し、ゾーン２のデータ・バッファ３１０内のＰＣＲ処理中に生成されるデータを保存するように構成可能なフレーミング回路３０６によって処理することができる。プログラム可能なデータ処理装置３１２は、とりわけ、ＰＣＲ処理およびＨＲＴｍ処理を受けるサンプルからの蛍光の強度を求めて、記録するために、バッファ３１０および３１２内のデータを処理するようにプログラムすることができる。
【００２７】
画像形成の技術分野で周知のように、イメージ・センサ１０８は、ピクセルのアレイを有することができる。次に図４を参照すると、図４は、例示のピクセル・アレイ４００を示す。分かりやすいように、ピクセル・アレイ４００は、僅か４００個のピクセルを含む。しかし、イメージ・センサ１０８のピクセル・アレイは、１００万個を超えるピクセルを有し得ることをよく理解されたい。少なくとも１つの実施形態において、イメージ・センサ１０８、レンズ１４０、およびチップ１０２は、チップ１０２の各チャネルの少なくともかなりの部分が、イメージ・センサ１０８のピクセル・アレイ４００の視野内にあるように配置される。また、少なくとも１つの例示的な実施形態において、イメージ・センサ１０８は、所定の部分、すなわちピクセル・アレイの「ウインドウ」を読み出す（これは、ウインドニングとして知られる）能力を有する。図４は、ピクセル４３３、４３４、４４３および４４４から成るウインドウの例４０２を示す。当技術分野で周知のように、イメージ・センサ１０８は、ウインドウ４０２を構成するピクセルだけを読み出す（すなわち、ウインドウ４０２内のピクセルだけから画像データを得る）能力を有し得る。例えば、イメージ・センサ１０８は、特定のウインドウだけを読み出すことを可能にするピクセル行およびピクセル列の選択回路を有し得る。本発明の諸実施形態は、以下に説明するようにこの機能を利用することができる。
【００２８】
次に図５を参照すると、図５は、本発明の一実施形態による処理工程５００を示すフロー・チャートである。処理工程５００は、ステップ５０２で開始でき、ここで核酸を含む溶液の第１のサンプルが、チップ１０２のチャネル内に導入される（考察のために、このサンプルは、チャネル２０２ａ内に導入されると仮定する）。ステップ５０４で、核酸を含む溶液の第２のサンプルが、チップ１０２の別のチャネル２０２内に導入される（考察のために、このサンプルは、チャネル２０２ｂ内に導入されると仮定する）。ステップ５０２および５０４は、図６に示され、これらは、チャネル２０２ａ内の第１のサンプル（すなわち、サンプル６０１）を示し、さらに第２のサンプル（すなわち、チャネル２０２ｂ内のサンプル６０２）を示す。ステップ５０６で、圧力が、サンプル６０１および６０２に印加され、チャネル２０２ａ、２０２ｂを通ってサンプルをそれぞれ移動させる。
【００２９】
ステップ５０８で、ピクセル・アレイ４００の第１のウインドウは、チャネル２０２ａの少なくとも一部分が、第１のウインドウの視野内にあるように画定される。ステップ５１０で、ピクセル・アレイ４００の第２のウインドウは、チャネル２０２ｂの少なくとも一部分が、第２のウインドウの視野内にあり、第２のウインドウの中心が、第１のウインドウの中心から離隔されるように画定される。ステップ５０８および５１０は図７に示され、これらは、ピクセル・アレイ４００の第１のウインドウ７０１とピクセル・アレイ４００の第２のウインドウ７０２とを示す。
【００３０】
サンプル６０１が、ウインドウ７０１の視野を通って移動する間、ステップ５１２を実施することができる。同様に、サンプル６０１が、ウインドウ７０１の視野を通って移動する間、ステップ５２０を実施することができる。ステップ５１２で、サンプル６０１の温度は、サンプル６０１内にある核酸の増幅を達成するために、何度も周期的に繰り返され、ステップ５２０で、サンプル６０２の温度は、サンプル６０２内にある核酸の増幅を達成するために周期的に繰り返される。
【００３１】
ステップ５１２および５２０が実施されている間、ステップ５１４および５２２が実施される。ステップ５１４で、制御器１１０は、ウインドウ７０１からの画像データがデータ・バッファに出力されるように、イメージ・センサ１０８をウインドニングし、ステップ５１６で、画像データは、画像処理システム１１２によって処理される。ステップ５１４が実施されるとき、サンプル６０１は、図８に示されたようにウインドウ７０１の視野内にあるので、この画像データは、サンプル６０１からの発光の強度を求めることができるデータを含む。同様に、ステップ５２２で、制御器１１０は、ウインドウ７０２からの画像データがデータ・バッファに出力されるように、イメージ・センサ１０８をウインドニングし、ステップ５２４で、画像データは、画像処理システム１１２によって処理される。ステップ５２２が実施されるときに、サンプル６０２は、図８に示されたようにウインドウ７０２の視野内にあるので、この画像データは、サンプル６０２からの発光の強度を求めることができるデータを含む。図８に示されたように、ウインドウ７０１および７０２の幅は、それぞれのチャネルの幅より僅かに広く構成することができる（例えば、ウインドウ７０１の幅は、チャネル２０２ａのピクセル幅に加えて数ピクセル以下とすることができる）。
【００３２】
図５に示されたように、ステップ５１４、５１６、５２２および５２４は反復することができる。
【００３３】
一部の実施形態において、ステップ５１４および５２２を再度実施する前に、ウインドウ７０１および７０２を再画定することができる。例えば、ウインドウ７０１および／または７０２は、引き続くステップ５１４および／または５２２の実施の際に、データ・バッファに転送される画像データが少なくなるように、より小さくすることができる。一部の実施形態において、ウインドウは、ウインドウのサイズが、サンプルのピクセル・サイズに加えて数ピクセルに等しく、ウインドウの中心が、サンプルの中心の位置に実質的に対応するように再画定することができる。
【００３４】
サンプルのピクセル・サイズを決定するために、画像処理システム１１２は、サンプルからの少なくとも所定の閾値の光を受光したピクセル・アレイのピクセルを判定するようにプログラムすることができる。次いで、ウインドウは、それらのピクセルに加えて、各ピクセルに対して所定の数以下の近傍のピクセル（例えば、約５個以下の近傍のピクセル）を含めるように画定することができる。この処理は図９に示される。図９に示されたように、陰影のついたピクセルは、所定の集積期間中に、サンプルから少なくとも所定の光量を受光したピクセルを表す。この情報が与えられれば、ウインドウは、これらのピクセルだけでなく、各ピクセルに対して近傍のピクセルも含むように画定することができる。このようなウインドウ９９０が図９に示される。図示されたように、ウインドウ９９０は、少なくとも所定の光量を受光したピクセルだけでなく、各当該ピクセルに対して近傍の２つのピクセルも含む。
【００３５】
一実施形態において、ある特定の時点でのサンプル６０１の中心の位置に対応するピクセル・アレイ４００の点を決定するために、処理システム１１２は、ある以前の時点（例えば、ステップ５１４が最後に実施された時点）でのサンプル６０１の中心の位置と、特定の時点と以前の時点の間の期間を通じてのサンプルの平均速度と、特定の時点と以前の時点の間の時間差との情報に基づいて、その位置を計算することができる。ある以前の時点のサンプル６０１の中心の位置、およびサンプルの平均速度は、イメージ・センサ１０８によって捕捉された画像データから知る、または導き出すことができる。この処理は、図１０に示される。
【００３６】
図１０は、時間ｔ１でサンプルから少なくとも所定の光量を受光したピクセルの第１のグループを示す。ピクセル１００１は、このピクセルのグループの中心である。この情報を用いて、時間ｔ２でのサンプルの中心の位置に対応するピクセル・アレイ４００の点を以下の公式を使用して決定することができる：Ｓ＊（ｔ２−ｔ１）、ここに、ｓは、ピクセル／時間単位を単位とする、サンプルがチャネルを通って移動する際のサンプルの速度である。例えば、ｔ２−ｔｌが１秒に等しく、ｓが５ピクセル毎秒に等しく、サンプルが、矢印の方向１０９０を移動することが分かっている場合、サンプルの中心が、時間ｔ２でピクセル１０９９にあろうことを決定することができる。
【００３７】
次に図１１を参照すると、図１１は、本発明の一実施形態による処理工程１１００を示すフロー・チャートである。処理工程１１００は、ステップ１１０２で開始でき、ここで核酸を含む溶液のサンプルが、チップ１０２のチャネル内に導入される。ステップ１１０４で、ある力が、サンプルに印加されて、チャネルを通ってサンプルを移動させる。
【００３８】
サンプルが、少なくともチャネルの一部分内にある間、ステップ１１１０は実施される。ステップ１１１０で、サンプルの温度は何度も周期的に繰り返され、サンプル内に存在する核酸の増幅が達成される。
【００３９】
ステップ１１１０が実施されている間、以下のステップが実施される。ステップ１１１１で、ピクセル・アレイ４００のウインドウは、ある特定の時点で、サンプルがウインドウの視野内にあるように画定される。ウインドウが、サンプルのピクセル・サイズと実質的に等しく（例えば、サンプルのピクセル・サイズに加えて数ピクセル）、特定の時点で、ウインドウの中心が、サンプルの中心の位置に実質的に対応するように、ウインドウがサイズ調整され、配置されるのが好ましい。その特定の時点になったとき、ステップ１１１２が実施される。ステップ１１１２で、ウインドウは、サンプルからの発光を受光し、次いでウインドウからの画像データが、データ・バッファに出力されるように、制御器１１０が、イメージ・センサ１０８をウインドニングする。ウインドウからの画像データだけがデータ・バッファに出力されるように、ステップ１１１２で、イメージ・センサ１０８がウインドニングされることが好ましい。この画像データは、サンプルからの発光の強度が求められるデータを含む。ステップ１１１４で、画像データは、画像処理システム１１２によって処理することができる。
【００４０】
図１１に示されたように、ステップ１１１１および１１１２は反復することができる。
【００４１】
処理工程１１００は、図１２に絵で示され、これは、ピクセル・アレイ４００の第１のウインドウ１２０１とピクセル・アレイ４００の第２のウインドウ１２０２とを示す。ウインドウ１２０１は、ステップ１１１１が実施される最初の時点で画定され、ウインドウ１２０２は、ステップ１１１１が実施される２回目の時点で画定される。図１２に示されたように、ウインドウは、サンプルの位置を追跡してサンプルの後を追う。このように、サンプルの位置を追跡することによって、サンプルに関する情報を得るためにピクセル・アレイ４００全体を読み出す必要がなく、代わって、ピクセル・アレイの小さなウインドウを読み出すことが必要になるだけである。
【００４２】
本発明の様々な実施形態が、上で説明されたが、それらは、限定ではなく例示としてのみ提示されたことを理解されたい。したがって、本発明の広がりと範囲は、上述の例示の実施形態のいずれによっても限定されるべきではない。
【００４３】
さらに、上述の処理工程が、一連のステップとして示されたが、これは、説明のためにのみ示された。したがって、いくつかのステップを追加でき、いくつかのステップを省略でき、さらに、ステップの順序を再構成できることが企図されている。
【００４４】
さらなる特徴は、添付書類Ａとして本明細書に添付された文書に開示されている。
【００４５】
以下の特許請求の範囲については、「ａ」および「ａｎ」は、「１つまたは複数」と解釈すべきである。
【図１】
2010511383.tif 000003
【図２】
2010511383.tif 000004
【図３】
2010511383.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010511383.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
2010511383.tif 000015