(57)【要約】複数の生体試料を保持するための物品は、第１の表面及び反対側の第２の表面、並びに基板内の複数の反応サイトを備える、基板を含む。反応サイトの各々が、第１の表面の開口部から第２の表面の開口部まで延在する。反応サイトは、六角形の形状を含み、それらは、対応する生体試料を保持するのに十分な毛管現象による表面張力を提供するように構成される。反応サイトは、表面の少なくとも一部分の上にわたって、少なくとも１７０穴毎平方ミリメートルである密度を有する。表面のうちの少なくとも一方は、５ナノメートル以下である算術平均粗さ（Ｒａ）を特徴とする表面粗さを有し得る。
2015511015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の生体試料を保持するための物品であって、前記物品が、
第１の表面及び反対側の第２の表面を備える基板と、
第１の表面及び反対側の第２の表面を備える基板と、
前記基板内の複数の反応サイトであって、前記反応サイトの各々が前記第１の表面の開口部から前記第２の表面の開口部まで延在し、かつ対応する生体試料を保持するのに十分な毛管現象による表面張力を提供するように構成される、複数の反応サイトと、を備え、
表面のうちの一方の少なくとも一部分の上の反応サイトの密度が、少なくとも１７０穴毎平方ミリメートルである、物品。
【請求項２】
前記表面のうちの少なくとも一方が、５ナノメートル以下である算術平均粗さ（Ｒａ）、１５ナノメートル以下である最大谷深さ粗さ（Ｒｖ）、９ナノメートル以下である最大山高さの粗さ（Ｒｐ）、又は２４ナノメートル以下である最大断面高さの粗さ（Ｒｔ）、のうちの１つ以上を特徴とする表面粗さを有する、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記反応サイトのうちの２つ以上が、前記表面のうちの一方又は前記表面の各々で非円形の形状を備える、請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記反応サイトのうちの２つ以上が、前記表面のうちの一方又は前記表面の各々で六角形の形状を備える、請求項１に記載の物品。
【請求項５】
前記反応サイトが、貫通穴、ウェル、前記表面のうちの一方におけるくぼみ、前記表面のうちの一方の上の化学的に改質したスポット、そうでなければ疎水性表面上の親水性スポットである、請求項１に記載の物品。
【請求項６】
前記基板が、フラットプレートを含む、請求項１に記載の物品。
【請求項７】
前記対向する表面の各々が、疎水性材料を含み、前記反応サイトのうちの２つ以上が、親水性材料を含む壁を備える、請求項１に記載の物品。
【請求項８】
前記各表面の開口部が、最密充填六方マトリックスに配置される、請求項１に記載の物品。
【請求項９】
前記基板が、３００マイクロメートル以下である厚さを有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１０】
前記複数の反応サイトの各々が、６０マイクロメートル以下である直径を特徴とする、請求項１に記載の物品。
【請求項１１】
第１の複数の前記反応サイトでの反応サイト直径が、第２の複数の前記反応サイトでの反応サイト直径とは異なる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記反応サイトのうちの前記２つ以上の前記壁の各々が、前記表面間でテーパ状である、請求項１に記載の物品。
【請求項１３】
前記テーパが、３度を超える、請求項１２に記載の物品。
【請求項１４】
前記反応サイトのうちの前記２つ以上の前記壁の各々が、前記表面のうちの一方又は前記表面の各々に位置する面取り部を含む、請求項１に記載の物品。
【請求項１５】
前記反応サイトのうちの少なくともいくつかが、前記対向する表面の間に１０ナノリットル以下である体積を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１６】
前記反応サイトのうちの少なくともいくつかが、前記対向する表面の間に１ナノリットル以下である体積を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１７】
前記反応サイトのうちの少なくともいくつかが、前記対向する表面の間に１００ピコリットル以下である体積を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１８】
前記反応サイトのうちの少なくともいくつかが、前記対向する表面の間に３０ピコリットル以下である体積を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１９】
第１の複数の前記反応サイトでの反応サイト体積が、第２の複数の前記反応サイトでの反応サイト体積とは異なる、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記反応サイトの密度が、少なくとも１７０穴毎平方ミリメートルである、請求項１に記載の物品。
【請求項２１】
前記反応サイトの密度が、少なくとも２００穴毎平方ミリメートルである、請求項１に記載の物品。
【請求項２２】
前記複数の反応サイトの隣接する反応サイトの間の最小間隔が、８５マイクロメートル以下である、請求項１に記載の物品。
【請求項２３】
前記基板の表面が、少なくとも１４ミリメートル×１４ミリメートルでの寸法を有し、前記表面が、前記複数の反応サイトを収容する作用区域を画定し、前記作用区域が、少なくとも１３ミリメートル×１３ミリメートルでの範囲を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項２４】
前記基板が、少なくとも２０，０００個の反応サイトを収容する、請求項１に記載の物品。
【請求項２５】
前記基板が、少なくとも３０，０００個の反応サイトを収容する、請求項１に記載の物品。
【請求項２６】
前記基板が、少なくとも１００，０００個の反応サイトを収容する、請求項１に記載の物品。
【請求項２７】
前記基板が、少なくとも１，０００，０００個の反応サイトを収容する、請求項１に記載の物品。
【請求項２８】
前記基板が、光構造化ガラスセラミック材料を含む、請求項１に記載の物品。
【請求項２９】
前記基板が、シリコン材料を含む、請求項１に記載の物品。
【請求項３０】
前記表面のうちの少なくとも一方の上に配設される基準を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
解析のために生体試料を保持するための物品であって、
１対の対向する表面を有する基板と、
前記基板内の複数の反応サイトであって、前記反応サイトの各々が前記基板の前記対向する表面のうちの一方の開口部から前記対向する表面のうちの他方の開口部まで延在し、かつ対応する生体試料を保持するのに十分な毛管現象による表面張力を提供するように構成される、複数の反応サイトと、を備え、
前記反応サイトのうちの少なくともいくつかが、前記対向する表面の間に１ナノリットル以下である体積を有する、物品。
【請求項３２】
装置であって、
請求項１に記載の物品と、
担体であって、
下面を備える第１のカバーと、
上面を備える第２のカバーと、を備える、担体と、を備え、
前記物品が、前記上面と前記下面との間に配設され、
前記基板の前記第１の表面と前記上面との間に間隙があり、
前記基板の前記第２の表面と前記下面との間に間隙がある、装置。
【請求項３３】
前記間隙内に配設されるゲル材料を更に含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記間隙内に配設されるＰＤＭＳ材料を更に含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記カバーのうちの少なくとも１つが、前記反応サイトへの光アクセスを提供するように構成されるウインドウを備える、請求項３２に記載の物品。
【請求項３６】
前記担体が、前記表面に対して垂直に配設され、かつ前記基板の通過を可能にするようにサイズ決めされた孔を備える、請求項３２に記載の物品。
【請求項３７】
前記孔が、前記基板が前記担体内に移動されたときに破壊される貫通可能な（piercable）膜を備える、請求項３６に記載の物品。
【請求項３８】
挿入具であって、
前記担体内に装着するために前記物品を保持するように構成されるＵ字型本体と、
前記担体をスライド可能に係合するように構成される１対のアームと、を備える、挿入具、を更に備え、
前記挿入具が、前記物品を前記担体内に移設するように構成される、請求項３２に記載の装置。
【請求項３９】
前記担体が、前記物品の前記担体への装着中、前記物品の前記表面のうちの少なくとも一方に接触するように構成されるワイパブレードを備える、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
システムであって、
請求項３２に記載の装置と、
励起ビームを提供するように構成される光源と、
前記励起ビームが、前記反応サイトのうちの２つ以上に収容された生体溶液と相互作用すると、前記反応サイトのうちの前記２つ以上からの放出光を受容するように構成される光検波器と、
前記反応サイトのうちの前記２つ以上に前記励起ビームの少なくとも一部分を送達するように構成される励起光学システムと、前記反応サイトのうちの前記２つ以上から前記検波器に前記放出光の少なくとも一部を送達する放出光学システムと、を備える、光学システムと、を備える、システム。
【請求項４１】
前記基板又は前記基板内の温度を制御するための熱制御ユニットを更に備える、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記光源の制御、
前記光検波器の制御、
前記光学システムの光学素子の制御、若しくは
前記装置のうちの１つ以上、又は前記反応サイトのうちの少なくとも１つの内部に収容される溶液の温度の制御、又は
前記光検波器により獲得されるデータの処理、のうちの１つ以上を提供するように構成されるマイクロプロセッサを更に備える、請求項４０に記載の物品。
【請求項４３】
前記光検波器が、ＣＣＤアレイ又はＣＭＯＳアレイを備える、請求項４０に記載の物品。
【請求項４４】
光検波器が、少なくとも４，０００，０００ピクセルを含む、請求項４３に記載の物品。
【請求項４５】
光検波器が、少なくとも１０，０００，０００ピクセルを含む、請求項４３に記載の物品。
【請求項４６】
解析のために生体試料を保持するための物品を製作するための方法であって、
ガラスを含み、第１の表面及び反対側の第２の表面を有する基板を提供することと、
パターンを含むマスクで前記ガラスを被覆することと、
前記マスクを通り、前記基板の少なくとも部分の上へ紫外線ビームを通過させることと、
前記基板の少なくとも部分を腐食剤へ曝露することと、
前記基板の前記表面のうちの一方から前記表面の他方に延在する複数の反応サイトを提供するように材料を除去することと、
続いて、前記ガラスの特徴を変化させるように前記基板を紫外線ビームに曝露することと、を含む、方法。
【請求項４７】
前記ガラスが、光構造化可能な材料である、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記特徴が、前記ガラスの不透明性であり、前記変化が、前記複数の反応サイトのうちの１つの反応サイトに放出される光が、前記ガラスを通して前記複数の反応サイトのうちの隣接する反応サイト内に伝導されることを防止するのに十分な量による、前記ガラスの前記不透明性の増加である、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記基板の前記表面の間の厚さを減少させるように十分な量だけ、前記基板から材料を除去することを更に含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
反応サイトを有する前記基板を、少なくとも摂氏５００度の温度まで加熱することを更に含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
前記表面の間の初期の厚さに対して、前記基板の前記表面の間の厚さを少なくとも３０％減少させるのに十分な量だけ、前記基板から材料を除去することを更に含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
前記マスクが、クロムパターンの水晶板を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５３】
前記腐食材料が、フッ化水素酸である、請求項４６に記載の方法。
【請求項５４】
前記基板の少なくとも部分を前記腐食剤へ曝露することに先立って、前記マスクを除去することを更に含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５５】
解析のために生体試料を保持するための物品を製作するための方法であって、
シリコンを含み、第１の表面及び反対側の第２の表面を有する基板を提供することと、
前記表面のうちの一方へパターンを適用することと、
前記第１の表面に複数のウェルをエッチングすることと、
前記複数のウェルの対応するウェルから少なくとも１つの貫通穴を形成するように前記第２の表面から材料を除去することと、
前記表面のうちの少なくとも一方上へ表面粗さを形成することと、を含み、前記表面粗さが、５ナノメートル以下である算術平均粗さ（Ｒａ）、１５ナノメートル以下である最大谷深さの粗さ（Ｒｖ）、９ナノメートル以下である最大山高さの粗さ（Ｒｐ）、又は２４ナノメートル以下である最大断面高さの粗さ（Ｒｔ）、のうちの１つ以上を特徴とする、方法。
【請求項５６】
少なくとも１つの貫通穴のうちの少なくとも１つを、ヌクレオチド配列及び蛍光染料を含有する液体溶液で少なくとも部分的に充填することを更に含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
複数の生体試料を調製する方法であって、
請求項１に記載の物品を提供することと、
担体であって、
下面を備える第１のカバーと、
上面を備える第２のカバーと、
前記物品を受容するようにサイズ決めされた孔と、を備える、担体を提供することと、
挿入具であって、
Ｕ字型本体と、
前記担体をスライド可能に係合するように構成される１対のアームと、を備える、挿入具を提供することと、
前記Ｕ字型本体内に前記物品を取り付けることと、
前記カバーの間に前記物品を配設するのに十分な量だけ前記挿入具をスライドさせることと、を含む、方法。
【請求項５８】
前記物品の前記表面のうちの少なくとも一方に接触するように構成されるワイパブレードを提供することと、
前記物品の前記表面のうちの一方上へある量の液体を設置することであって、前記液体が、前記物品の前記反応サイト内に堆積される生体試料を含有する、設置することと、
前記表面のうちの少なくとも一方にわたってワイパブレードをワイピングすることによって前記挿入具をスライドさせながら、前記複数の反応サイトの少なくともいくつかの中へ前記液体を堆積させることと、を更に含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記物品及び前記担体から、前記挿入具を除去することを更に含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６０】
前記担体上に前記挿入具を取り付け、続いて、前記Ｕ字型本体内に前記物品を取り付けることを更に含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６１】
前記担体上に前記挿入具と前記物品とを一緒に取り付けることを更に含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６２】
前記液体試料の少なくとも９９パーセントが、反応サイトのうちの少なくともいくつかにより受容される、請求項５７に記載の方法。
【請求項６３】
前記液体試料の少なくとも９９パーセントが、前記反応サイトの９５パーセント未満により受容される、請求項５７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、概して、生体試料を収容するためのデバイス、システム、及び方法に関し、より具体的には、臨床評価のための複数の反応サイトにおける生体試料を収容するためのデバイス、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロタイタープレートの使用は、単一の実験又はアッセイ中、多数の生物学的並びに生化学的反応を監視、測定、及び／又は解析するために使用されている。かかるプレートは、配列決定、遺伝子型判定、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、及び他の生化学的反応において一般に使用され、進行を監視し、定量的データを提供する。例えば、光学的励起ビームは、リアルタイムＰＣＲ（ｑＰＣＲ）プロセス中に使用されてもよく、蛍光ＤＮＡ結合性染料又は蛍光プローブを照射し、標的遺伝子の量又は他のヌクレオチド配列を示す蛍光信号を生成する。試験又はアッセイ毎により多くの反応を提供する要求の高まりが、はるかにより多くの反応を同時に行うことができる器具をもたらしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
デジタルＰＣＲ（ｄＰＣＲ）などのより新しいアプローチによって、より従来的な定量的ＰＣＲ（ｑＰＣＲ）で使用されるものよりもはるかに小さい更に多くの数の反応サイトを伴うデバイス、システム、及び方法の需要が増加している。およそナノリットル又はピコリットル又は更に小さい体積を有する試料サイトを有する高密度試料形式で、信頼性のある高品質のデータを提供するシステム及び試料形式が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態には、概して、複数の反応領域又は反応サイトに位置する多数の試料又は溶液のための生物学的反応を監視又は測定するためのデバイス、器具、システム、及び方法が示される。実施形態は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）プロセス、アッセイ、及びプロトコルの使用を含む。概して多数の試料が処理されるｄＰＣＲ（デジタルＰＣＲ）又はｑＰＣＲ（リアルタイム又は定量的ＰＣＲ）に適用できる一方で、任意の好適なＰＣＲ方法が、本明細書に記載の様々な実施形態に従って使用され得ることが認識されるべきである。好適なＰＣＲ方法として、アレル特異的ＰＣＲ、非対称ＰＣＲ、結紮によるＰＣＲ、多重ＰＣＲ、ネステッドＰＣＲ、定量的又はリアルタイムＰＣＲ（ｑＰＣＲ）、キャストＰＣＲ、ゲノムウォーキング、ブリッジＰＣＲ、デジタルＰＣＲ（ｄＰＣＲ）などが挙げられるがこれらに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本発明の実施形態は、添付の図面と併せて一読される際に以下の詳細な説明からより良く理解され得る。かかる実施形態は、例示的な目的のみであり、本発明の新規の自明でない態様を描写する。図面は、以下の図を含む。
【図１】本発明の実施形態に従う、製造物品の平面図である。
【図２】図１に示される物品の側面図である。
【図３】図１に示される物品の一部分の断面図である。
【図４】本発明の実施形態のモデルの模式図である。
【図５】図４に示されるモデルを用いた模式図結果である。
【図６】本発明の実施形態に従う、反応サイトの分布のためのパターンの描写である。
【図７】円形反応サイトと六角形反応サイトとの間の比較を示す幾何学的レイアウトの描写である。
【図８】本発明の実施形態に従う、基板の断面図である。
【図９】本発明の実施形態に従う、基板の一部分の斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態に従う、製造物品の平面図である。
【図１１】本発明の実施形態に従う、方法のフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態に従う、担体及び関連基板の断面図である。
【図１３】図１２に示される担体及び基板の平面図である。
【図１４】本発明の実施形態に従う、担体の斜視図である。
【図１５】本発明の実施形態に従う、担体の斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態に従う、方法のフローチャートである。
【図１７】本発明の実施形態に従う、システムの模式図である。
【図１８】本発明の実施形態に従う、製造物品の正面図である。
【図１９】図１８に示される、製造物品の拡大正面図である。
【図２０】図１８に示される、製造物品の拡大正面図である。
【図２１】物品の様々な寸法を示す図１８に示される製造物品の正面図である。
【図２２】本発明の実施形態に従う、製造物品の正面図である。
【図２３】物品の様々な寸法を示す図２２に示される製造物品の正面図である。
【図２４】本発明の実施形態に従う、製造物品を作製する方法を例示するフローチャートである。
【図２５】Ａ〜Ｃは図２４に示される方法の実施形態を例示する図１８〜２１に示される物品の実施形態の断面図である。
【図２６】本発明の実施形態に従う、製造物品及び関連ケース又はホルダーである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の実施形態が、概してｄＰＣＲ及びｑＰＣＲに関する一方で、本発明は、多数の試料又は試験体積が処理され、観察され、及び／又は測定される、任意のＰＣＲプロセス、実験、アッセイ、又はプロトコルに適用されてもよい。本発明の実施形態に従う、ｄＰＣＲアッセイ又は実験においては、比較的少数の少なくとも１つの標的ポリヌクレオチド又はヌクレオチド配列を含有する希釈溶液が、多数の小試験試料又は体積に細分化され、そのため、これらの試料又は体積のうちの少なくともいくつかは、いずれの標的ヌクレオチド配列も含有しない。試料が、ＰＣＲアッセイ、プロセス、又は実験において、その後に熱的に循環させられると、１つ以上の標的分子を含有する個々の試料は増幅され、正の検出可能な信号を生成する一方で、いずれの標的（複数可）も含有しない試料は、信号を生成しないか、又は所定の閾値若しくは雑音レベルを下回る信号しか生成しない。ポアソン統計を用いると、原溶液中の標的ヌクレオチド配列の数は、正の検出信号を生成する試料の数に相関し得る。いくつかの実施形態では、検出された信号は、個々の試料又は体積に含有される標的分子の数、又は数値範囲を決定するように使用されてもよい。例えば、検出システムは、１つの標的分子を含有する試料と、２つ又は少なくとも２つの標的分子を含有する試料とを区別するように構成され得る。更に又はあるいは、検出システムは、所定の量以下である標的分子数を含有する試料と、所定の量を超えて含有する試料とを区別するように構成され得る。ある実施形態では、ｑＰＣＲ及びｄＰＣＲの両方のプロセス、アッセイ、又はプロトコルが、単一のデバイス、器具、又はシステムを用いて行われる。
【０００７】
種々の実施形態では、本明細書に記載のデバイス、器具、システム、及び方法は、初期の試料又は溶液中に含有される、生物学的成分又は所望の標的のうちの１つ以上の型を検出するように使用され得る。生物学的成分又は標的は、ＤＮＡ配列（無細胞ＤＮＡを含む）、ＲＮＡ配列、遺伝子、オリゴヌクレオチド、分子、タンパク質、バイオマーカー、細胞（例えば、循環する腫瘍細胞）、又は任意の他の好適な標的生体分子を含む任意の好適な生物学的標的であってもよいが、これらに限定されない。種々の実施形態では、かかる生物学的成分は、胎児診断、多重ｄＰＣＲ、ウイルス性検出、定量化基準、遺伝子型判定、配列決定アッセイ、実験、又はプロトコル、配列決定検定、突然変異検出、遺伝子組み換え体検出、希少対立遺伝子検出、及び／又はコピー数多型などの適用において１つ以上のＰＣＲ方法及びシステムと共に使用され得る。
【０００８】
本発明の実施形態に従うと、少なくとも１つの所望の生物学的標的を含有する１つ以上の試料又は溶液は、複数の少試料体積若しくは反応サイトの間に分布し得るか、又は分割され得る。本明細書に開示される試料体積又は反応サイトは、概して基板材料に位置する貫通穴として例示される。しかしながら、該当箇所では、本発明の実施形態に従う試料体積又は反応サイトは、基板に形成されるウェル又はくぼみ、基板表面上に分布する溶液のスポット、又はマイクロ流体システムの試験サイト若しくは体積内、又は小ビーズ若しくは球内若しくは上に位置する試料又は溶液を含み得る。
【０００９】
ある実施形態では、ｄＰＣＲプロトコル、アッセイ、プロセス、又は実験は、初期試料又は溶液を、少なくとも１０，０００個の反応サイト、少なくとも１００，０００個の反応サイト、少なくとも１００万個の反応サイト、又は少なくとも１０００万個の反応サイトへ分布させるか、又は分割することを含んだ。各反応サイトは、少数のナノリットル、約１ナノリットル、又は１ナノリットル以下である（例えば、１００ピコリットル以下、１０ピコリットル以下、及び／又は１ピコリットル以下）体積を有し得る。初期試料又は溶液中に含有される標的ヌクレオチド配列の数が非常に小さいときには（例えば、１０００標的分子未満、１００標的未満、１０標的分子未満、若しくは１つ又は２つのみの標的分子）、初期溶液の含有量全体、又はほぼ含有量全体が処理される試料体積又は反応サイトにより収容又は受容されることが、特定の場合において、重要であり得る。例えば、少数の標的ヌクレオチドのみが初期溶液に存在する場合、これらの標的ヌクレオチドのいくつか又は全てが、可能性として、反応サイトのいずれの中にも位置しない小量の残留流体に含有される場合があり、よって、検出、測定、又は計算されないだろう。したがって、初期溶液の効率的な移設は、標的分子のいずれも指定の反応サイトのうちの１つ中にうまく位置付けられない場合、希少対立遺伝子若しくは標的ヌクレオチドの計数における計算ミス、又は全ての希少対立遺伝子又は標的ヌクレオチドにおける存在の検出失敗の機会若しくは可能性の減少を支援し得る。したがって、本発明の実施形態は、装填効率が、初期試料又は溶液の総体積又は質量により分割される反応サイト内に受容される初期試料又は溶液の体積又は質量として定義される、高装填効率を提供するように使用され得る。
【００１０】
図１〜３を参照すると、本発明の特定の実施形態では、物品、デバイス、基板、スライド、又はプレート１００は、基板１０２内に位置する複数の区分板、貫通穴、反応領域、又は反応サイト１０４を含む基板１０２を備える。ある実施形態では、物品１００は、チップを備え得る。更に又はあるいは、物品１００は、例えば、試薬及び／又は試験溶液を、反応サイト１０４に移設するための複数のチャネル又は経路を更に含み得る、マイクロ流体デバイスを備えてもよい。他の実施形態では、反応サイト１０４は、複数の液滴又はビーズを含み、物品１００は、液滴又はビーズ１０４のうちのいくつか又は全てを収容する１つ以上の小室及び／又はチャネルを備え得る。かかる実施形態では、液滴又はビーズ１０４は、液滴又はビーズ１０４のうちのいくつか又は全てが、ポリヌクレオチド又はヌクレオチド配列のうちの少なくとも１つの１つ以上の標的を含有する、エマルションを形成し得る。反応サイト１０４がビーズである場合、ビームは、取り付けられた光符号又はラベルを任意に含み得る。液滴又はビーム１０４は、例えば本発明の実施形態に従う撮像システムを用いて、１つずつ、又は１つ以上の液滴若しくはビーズ１０４を含む群でのいずれかで、検査、監視、又は測定され得る。
【００１１】
例としての実施形態では、物品１００は、第１の表面１１０及び反対側の第２の表面１１２を備える。例としての実施形態では、各反応サイト１０４は、第１の表面１１０の開口部１１４から第２の表面１１２の開口部１１６まで延在する。図３に示される例としての実施形態は、貫通穴１０４を含む基板を示すが、基板１０２は、更に又はあるいは、他の型の反応サイトを備えてもよい。例えば、反応サイト１０４は、基板１０２に形成されたウェル又はくぼみ内に位置する反応体積、表面１１０若しくは１１２上に分布する溶液のスポット、又は他の種類の反応小室若しくは形式、例えば、マイクロ流体システムの試験サイト若しくは体積内、又は小ビーズ若しくは小球内若しくは上に位置する試料又は溶液を含み得る。
【００１２】
反応サイト１０４は、所望の生物学的成分を含有する液体又は試料の対応する量を引き込むのに十分な、毛管現象による表面張力を提供するように構成され得る。物品１００は、その全体が本明細書に完全に記載されているかのように、参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第６，３０６，５７８号；同第７，３３２，２７１号；同第７，６０４，９８３号；同第７，６８２５，６５号；同第６，３８７，３３１号；又は同第６，８９３，８７７号のうちのいずれかに開示されるような一般形又は構成体を有し得る。基板１０２は、フラットプレートであってもよく、又は特定の適用、アッセイ、又は実験にとって好適な任意の形態を備えてもよい。基板１０２は、金属、ガラス、セラミック、シリコンなどを含む製作技術分野において既知の様々な材料のうちのいずれかを含み得るがこれらに限定されない。更に又はあるいは、基板１０２は、アクリル、スチレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、及びポリプロピレン材料などのポリマー材料を含んでもよい。基板１０２及び反応サイト１０４は、機械加工、射出成形、熱エンボス加工、レーザー穿孔、フォトリソグラフィなどのうちの１つ以上により形成され得る。
【００１３】
ある実施形態では、表面１１０、１１２は、例えば、その全体が本明細書に完全に記載されているかのように、参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２００６／００５７２０９号又は同第２００６／０１０５４５３号に説明されるような、疎水性材料を含み得る。かかる実施形態では、反応サイト１０４は、水又は他の液体溶液を誘引する親水性材料を含み得る。かかる親水性領域のアレイは、疎水性表面上に親水性の島状構造を含み得、堆積作用、プラズマ、マスキング方法、転写印刷、スクリーン印刷、スポッティングなどを含むがこれらに限定されない様々な微細加工技術のうちのいずれかを用いて基板１０２上又は内に形成され得る。
【００１４】
高反応サイト密度は、装填プロセス中表面１１０、１１２上に残される溶液の量を減少させるように構成され得、よって、初期溶液のより高い装填効率又は移設を誘導することが発見された。例えば、隣接するウェル間の間隙の値とウェルの直径値との比を減少させることにより、プレートの表面上に残される溶液の量が著しく減少され得、よって全て又はほぼ全ての、所望の生物学的成分を含有する初期溶液又は試料が、反応サイト１０４内に位置する。これにより、希少対立遺伝子又は他の標的分子の損失の可能性が減少され、それが起こる見込みがないため、１つ以上の標的分子が、指定の反応サイト１０４のうちの１つにおいて受容される代わりに基板の表面上に残存した。
【００１５】
図４を参照すると、装填効率におけるこの増加は、複数の親水性反応サイトを含む疎水性表面のコンピュータモデルを用いて示された。このモデルは、７５マイクロメートルの直径を有する貫通穴のための反応サイトピッチ（又は密度）の関数として、複数の反応サイト内への試料の分布を解析するために使用された。図５は、反応サイト間の間隙が減少するにつれて（密度を増加させた）、初期流体試料のより大きい百分率が、反応サイトにより得られ、より少ない残留液体の量が、装填プロセス後、疎水性表面上に残されることを呈する。したがって、付与の断面寸法の反応サイト１０４のより高い密度は、付与のサイズ基板１０２のための試験試料の数の増加、及び表面１１０、１１２上に残る残留流体の減少又は排除の両方をもたらす（希少対立遺伝子又は他の所望の標的分子を含有し得る）。
【００１６】
ある実施形態では、反応サイト１０４が光学システムにより撮像されると光学限界のため、隣接する反応サイト間の間隙における下界が、存在し得る。例えば、隣接する反応サイトを明瞭に撮像するための光学システムの性能における限界のため、隣接する反応サイト間の間隙における下界が、存在し得る。基板１０２の反応サイト１０４の密度を増加させるように、最密充填六方マトリックスパターンは、例えば、図６及び７に例示されるように使用され得る。
【００１７】
非円形断面を有する反応サイトは、隣接する反応サイト１０４間の平均距離又は間隙を有利に減少し得、試験溶液又は試料の装填後、表面１１０、１１２上に残される残留液体又は溶液の量において減少を誘引し得ることが発見された。図６及び７を参照すると、頂点から頂点までの直径Ｄを有する六角形の反応サイト１０４のアレイは、隣接する反応サイト間の間隙又はピッチがＰである六角形のパターンに配列される。ある実施形態では、反応サイト１０４からの蛍光信号を測定するように使用される光学システムの隣接する反応サイト間の混信が、隣接する反応サイト間の最小端距離Ｓの関数である。したがって、図７に示される図形は、所定値以下で、使用され得、隣接する反応サイト間の混信をなお維持し得る反応サイト間の最小ピッチＰを表す。各六角形内部の点線による円がまた、図７に示される。これは、ピッチＰの値と同じもの、及び六角形の反応サイトのそれのような同じ端間隙Ｓを有する直径Ｄ’の円形反応サイトを表す。図７のグレー表示部分は、円形及び六角形の反応サイトの両方のためのいくつかの幅Ｗの上の隣接する反応サイト間の区域を示す。図７にはっきりと見えるように、幅Ｗの上の隣接する反応サイト間の区域は、ピッチＰ及び端間隙Ｓが同じであるとき、六角形の反応サイト間よりも円形反応サイトが大きい。図４及び５に対して論じられるモデリングの結果は、隣接する反応サイト間のより小さい区域がより高い装填効率を誘引するということを示す。したがって、図７に例示される結果に基づくと、より高い装填効率は、同じ間隙条件下（Ｐ及びＳ）で、円形反応サイトよりも六角形の形状の反応サイトに、提供される。
【００１８】
この結果はまた、反応サイトを検査するように構成される光学システムのための予想外の利点を提供する。図７の最小端間隙Ｓが、円形及び六角形の反応サイトの両方にとって同じであるため、隣接する反応サイト間の混信は、反応サイトのいずれの型にも同じ又は類似であった。しかしながら、同じピッチＰ及び端間隙Ｓであるため、六角形の反応サイトの断面積は、円形反応サイトのそれよりも大きい。したがって、光学システムにより生成された画像は、円形反応サイトよりも六角形の反応サイトのほうに大きい区域を有した。したがって、六角形の反応サイトにより生成されたより大きい画像は、より大きいピクセル数に及ぶ可能性があり得る。反応サイト毎のより多くのピクセルは、反応サイトを生成した信号のより正確な計算を支援する。したがって、より高い装填効率を提供することに加えて、図６及び７に示されるように、六角形の反応サイトの使用はまた、各反応サイト１０４により生成される光学信号又は出力のより正確な測定又は計算をもたらし得る（例えば、標的又は色素分子の量に比例して生成される蛍光信号の測定又は計算）。
【００１９】
図１に示される例としての実施形態において、物品１００は、正方形の形状で、かつ全体では１５ミリメートル×１５ミリメートルの寸法を有する。物品１００はまた、１３ミリメートル×１３ミリメートルの寸法の作用区域、領域、又は帯域１２０を有する。本明細書に使用されるとき、用語「作用区域」、「作用領域」、又は「作用帯域」は、反応サイト若しくは溶液体積が上に収容されるか、又は分布される物品１００などの物品の表面積、領域、若しくは帯域を意味する。ある実施形態では、物品１００の作用区域は、基板１０２上に含まれる反応サイトの総数を増加させるために、１４ミリメートル×１４ミリメートル又はより大きい、例えば１５ミリメートル×１５ミリメートル基板寸法に増加させてもよい。物品１００は、他の形状及び寸法を有してもよい。例えば、表面１１０、１１２は、矩形、三角形、円形、又はいくつかの他の幾何学的形状であってもよい。物品１００及び作用区域１２０の全体的な寸法は、付与のシステム、アッセイ、又は実験のための特定設計パラメータに基づいて、図１の例としての実施形態のためのものより小さくても又は大きくてもよい。
【００２０】
図１の例としての実施形態では、反応サイト１０４は、７５マイクロメートルの特性直径を有し得、隣接する反応サイト間に１２５マイクロメートルのピッチを有する作用区域１２０上にわたって分布し得る。他の実施形態では、反応サイト１０４は、７５マイクロメートル以下である特性直径、例えば、６０マイクロメートル又は５０マイクロメートル以下である特性直径などを有する。他の実施形態では、反応サイト１０４は、２０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、１マイクロメートル以下、又は１００ナノメートル以下である特性直径を有する。反応サイト間のピッチは、１２５マイクロメートル未満であり得、例えば、１００マイクロメートル以下、３０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、又は１マイクロメートル以下であり得る。
【００２１】
ある実施形態では、基板１０２は、表面１１０と表面１１２との間に３００マイクロメートルに等しい又は約３００マイクロメートルである厚さを有し、それによって各反応サイト１０４は、約１．３ナノリットルの体積を有する。あるいは、各反応サイト１０４の体積は、例えば、反応サイト１０４の直径及び／又は基板１０２の厚さを減少させることにより、１．３ナノリットル未満であり得る。例えば、各反応サイト１０４は、１ナノリットル以下、１００ピコリットル以下、３０ピコリットル以下、又は１０ピコリットル以下である体積を有し得る。他の実施形態では、反応サイト１０４の体積いくつか又は全ては、１ナノリットル〜２０ナノリットルの範囲である。
【００２２】
ある実施形態では、表面１１０、１１２上の反応サイト１０４の密度は、少なくとも１００個の反応サイト／平方ミリメートルである。より高い密度がまた予測される。例えば、表面１１０、１１２上の反応サイト１０４の密度は、１５０個の反応サイト／平方ミリメートル以上、２００個の反応サイト／平方ミリメートル以上、５００個の反応サイト／平方ミリメートル以上、１，０００個の反応サイト／平方ミリメートル以上、１０，０００個の反応サイト／平方ミリメートル以上、又は１，０００，０００個の反応サイト／平方ミリメートル以上、であり得る。
【００２３】
有利に、作用区域１２０の全ての反応サイト１０４は、光学システムにより同時に撮像及び解析され得る。ある実施形態では、光学システムにより撮像及び解析される作用区域１２０は、少なくとも１２，０００個の反応サイト１０４を備える。他の実施形態では、光学システムにより撮像及び解析される作用区域１２０は、少なくとも１５，０００個、少なくとも２０，０００個、少なくとも３０，０００個、少なくとも１００，０００個、少なくとも１，０００，０００個の反応サイト、又は少なくとも１０，０００，０００個の反応サイトを備える。
【００２４】
ある実施形態では、反応サイト１０４は、第１の特性直径、厚さ、及び／又は体積を特徴とする第１の複数の反応サイトと、対応する第１の特性直径、厚さ、又は体積とは異なる第２の特性直径、厚さ、及び／又は体積を特徴とする第２の複数の反応サイトと、を備える。反応サイトサイズ又は寸法におけるかかる多様性は、例えば、異なる濃度を有し得る２つ以上の異なるヌクレオチド配列を同時に解析するように使用され得る。更に又はあるいは、単一の基板１０２上の反応サイト１０４サイズにおける多様性は、ｄＰＣＲプロセス、アッセイ、又は実験の動作範囲を増加させるように使用され得る。例えば、物品１００は、反応サイト１０４の２つ以上のサブアレイを備えてもよく、各群が、他の又は残存する群（複数可）の反応サイト１０４の異なる直径又は厚さである直径又は厚さにより特徴付けられる。各群は、標的ポリヌクレオチドの計数の異なる動作範囲を提供するようにサイズ決めされ得る。サブアレイは、基板１０２の異なる部品上に位置し得、又は点在され得るため、２つ以上のサブアレイは、物品１００の作用区域全体にわたって、又は物品１００の作用区域の共有部分上にわたって延在する。
【００２５】
ある実施形態では、反応サイト１０４の少なくともいくつかは、全てにわたって又はそれらの壁の一部分がテーパ状である。例えば、図８を参照すると、反応サイト１０４の少なくともいくつかは、表面１１０にて面取り部１３０を備え得る。更に又はあるいは、反応サイト１０４の少なくともいくつかは、表面１１２（示されず）にて面取り部１３０を備え得る。面取りされた及び／又はテーパ状の反応サイトの使用は、溶液サイト又は試験試料の間の最小間隔のための光学限界をまだ超えることなく、隣接する反応サイト１０４間の平均距離又は総面積を減少させることが見出された。図５に関して上で論じられるように、隣接する反応サイト１０４間の区域における減少は、装填プロセス中の表面１１０、１１２上に残される液体溶液量における減少をもたらし得る。したがって、光学システムのための隣接する溶液サイト又は試験試料間のより大きい有効な間隙をなおも維持する間に、より高い試料装填効率が、獲得され得る。
【００２６】
図９に示される実施形態では、物品、デバイス、アレイ、スライド、又はプレート１００ａは、いかなる反応サイト１０４ａをも含まない、非作用区域、領域、又は帯域１３２ａを含む。非作用区域は、反応サイト１０４ａを含む作用帯域を囲む周囲帯域であり得る。あるいは、非作用区域は、１つ、２つ、又はそれ以上の側面又は帯域上の作用帯域を囲う区域を含み得る。図９に示される例としての実施形態では、物品１００ａが、０．３ミリメートルに等しい、又はほぼ等しい厚さを有し、非作用区域の端から作用区域までの距離が１ミリメートルに等しい、又はほぼ等しいが、他の寸法が使用されてもよい。図９に示される例としての実施形態では、反応サイト１０４ａが、０．０７５ミリメートルに等しい、又はほぼ等しい直径、及び、０．１００ミリメートルに等しい、又はほぼ等しいピッチ間隙を有するが、他の寸法が使用されてもよい。該当する場合、物品１００に関して上で論じられた形体及び／又は寸法は、物品１００ａ内に組み込まれ得、又は逆もまた同様である。
【００２７】
図１０を参照すると、ある実施形態では、物品、デバイス、アレイ、スライド、又はプレート１００ｂは、複数の反応サイト及び非作用区域１３２ｂを備える、作用区域、領域、又は帯域１２０ｂを含み、非作用区域１３２ｂは、隣接する作用区域１２０ｂ間に位置する区分板、分割板、又は分離板、１３４ｂを備える。図１０に例として示されるように、非作用帯域１３２ｂはまた、作用帯域１２０ｂを囲む周囲帯域を含んでもよい。物品１００ｂの様々な形体のための図１０に示される寸法は、特定の実施形態の実施例であり、特定の設計の必要条件に基づいて、異なってもよい。例えば、区分板１３４ｂは、作用区域１２０ｂ間に、５００マイクロメートル以下、１ミリメートル以下、又は２ミリメートル以下又は３ミリメートルである厚さを有し得る。
【００２８】
区分板１３４ｂは、１つの作用区域、領域、又は帯域における反応サイトの、別個の作用区域、領域、又は帯域における反応サイトからの単離を支援するように構成され得る。かかる構成は、例えば、第１の作用区域の第１の試料及び第２の作用区域の異なる第２の試料を装填することを容易にするように使用され得、このとき、２つの区域は、区分板１３４ｂにより分離される。ある実施形態では、作用区域１２０ｂの表面及び区分板１３４ｂは、物品１００ｂの１つ又は両方の面上で互いにぴったり重なる。更に又はあるいは、区分板１３４ｂの少なくとも一部分は、物品１００ｂの１つ又は両方の面上で作用区域１２０ｂから立てられ又は作られてもよい。他の実施形態では、区分板１３４ｂの少なくとも一部分は、物品１００ｂの１つ又は両方の面のために作用区域１２０ｂに対してトラフを形成する。物品１００に関して上で論じられた形体及び／又は寸法が該当する場合、１００ａは、物品１００ｂ内に組み込まれ得、又は逆もまた同様である。
【００２９】
ある実施形態では、基板１０２は、あるガラス又はセラミック材料などの光構造化可能な材料を含む。かかる実施形態では、図１１に示される方法１４０は、基板１０２を製作するように使用され得る。有利に、図１１に示される方法１４０の最新の任意の要素は、不透明又はほぼ不透明である基板１０２を提供するように使用され得、それによって１つの反応サイト１０４から放出される光が、隣接する反応サイト１０４に入らない。
【００３０】
方法１４０は、１つの反応サイト１０４の全ての、又はほぼ全ての放出される光が、隣接する反応サイト１０４内へ伝導されることを防止するように十分な不透明性を有する基板１０２を提供するように使用され得る。方法１４０は、表面１１０、１１２間の厚さを減少させるように十分な量により基板１０２から材料を除去することを更に含み得、例えば、表面１１０、１１２間の厚さを、初期の厚さ全体の少なくとも２０パーセント又は初期の厚さ全体の少なくとも３０パーセント又は４０パーセント分、減少させるように十分な量により基板１０４から材料を除去する。方法１４０はまた、製作中、少なくとも摂氏５００度の温度まで基板１０２を加熱する工程を含み得る。ある実施形態では、方法１４０において使用されるパターン化されたマスクは、クロムパターンを持つ水晶板を含む。マスクは、基板の少なくとも部分を腐食剤に曝露する工程に先立って除去されてもよい。方法１４０にて使用される腐食材料は、フッ化水素酸であり得る。
【００３１】
図１２及び１３を参照すると、ある実施形態では、物品１００は、下面１５４を有する第１のカバー１５２と、上面１５８を有する第２のカバー１５６と、を備える担体１５０内に格納される。担体１５０は、カバー１５２、１５４の間の所定の間隙を維持するように構成される１つ以上の側壁１５９を更に含み得る。カバー１５２、１５４及び壁１５９は一緒に、物品１００を収容するようにサイズ決めされた空隙１６０を形成する。使用中、物品１００は、表面１５４、１５８の間に形成された空隙１６０内に配設される。空隙１６０の厚さは、物品１００の厚さより大きくてもよく、それによって、物品１００と下面１５４との間及び／又は物品１００と上面１５８との間にギャップが存在する。図１２の例としての実施形態で示されるように、１つ以上の側壁１５９の間にもまたギャップが存在し得る。更に又はあるいは、物品１００の一部分においては、カバー１５２、１５６のうちの１つ以上及び側壁１５９のうちの１つ以上に取り付けられ得る。
【００３２】
担体１５０は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、銀、又は金、若しくは黒鉛などの半金属などの金属性材料から製作又は形成され得る。更に又はあるいは、担体１５０の全て又は部分は、ガラス、アクリル、スチレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、及びポリプロピレンを含む非金属性材料から製作され得るが、これらに限定されない。ある実施形態では、カバー１５２、１５６のうちの少なくとも１つは、反応サイト１０４へ及び／又は反応サイト１０４から、の光アクセスを可能にするように構成されるウインドウを提供するために好適に透明材料を含む。更に又はあるいは、担体１５０全体は、１つ以上の透明又はほぼ透明材料で製作され得る。
【００３３】
図１４を参照すると、ある実施形態では、担体１５０ａは、概して、カバー又は光アクセスウインドウ１５２ａに対して垂直に配設され得、かつ物品１００の担体１５０ａ内への通過を可能にするようにサイズ決めされ得る、孔、ポート、又は開口部１６２を備える。担体１５０ａは、少なくとも１つの開口部１６２の長端に沿って配設されるワイパ又はブレード１６４を更に備え得る。ブレード１６４は、物品１００が担体１５０ａ内に装着されると、物品１００の表面１１０、１１２のうちの少なくとも１つに接触する又は係合するように構成され得る。担体１５０ａは、物品１００が担体１５０ａ内に装着されると空隙１６０ａを封止するように役立ち、貫通される、開口部１６２の全体又は一部分にわたって配設されるフィルム又は膜（示されず）を更に備え得る。ある実施形態では、膜及びブレード１６４は、単一品を形成する。
【００３４】
ある実施形態では、ブレード１６４は、物品１００が、開口部１６２を通って担体１５０内に挿入されると、いくつか又は全ての反応サイト１０４内への試料流体の分布を支援するように構成される。例えば、ブレード１６４は、物品１００の装着中、１つ又は両方の表面１１０、１１２に接触するように構成され得、それによって、液体は、表面１１０、１１２が、ブレード１６４を越えて移動すると、ブレード１６４を通過しないが代わりに、毛細管力により反応サイト１０４内へ押される及び／又は引き込まれる。更に又はあるいは、ブレード１６４は、例えば、反応サイト１０４内部に収容される試料流体の混入及び／又は蒸発を減少させる又は排除するように、物品１００の１つ又は両方の表面１１０、１１２を、液体、ゲルなどで被覆するように構成され得る。
【００３５】
該当する場合、担体１５０ａは、担体１５０に関して上で論じられる構造及び形体のいずれをも組み込み得、又は逆もまた同様である。
【００３６】
図１５を参照すると、ある実施形態では、担体１５０ｂは、担体１５０及び／又は担体１５０ａの構造及び形体のいくつか又は全てを含み得る、本体１７０を備える。担体１５０ｂは、物品１００を保持するため、物品１００の本体１７０内への装着を支援するため、かつ／又は試験溶液を反応サイト１０４内に装填するために、ローダ又は挿入具１７２を更に備える。挿入具１７２は、本体１７０内への装着に先立って物品１００が「Ｕ字」内部に保持される、Ｕ字型本体を有し得る。挿入具１７２は、本体１７０の対応するタブ又は類似の構造１７６内へ係合又は押下するように構成される、対向するアーム１７５上にタブ１７４を含み得る。
【００３７】
物品１００と表面１５４、１５８との間の空隙１６０の部分は、反応サイト１０４内に収容される試験溶液と混合されない非混合流体１７０（例えば、液体又はゲル材料）で装填され得、反応サイト１０４内に収容される試験溶液の蒸発を防止する又は減少させるように構成され得る。いくつかの適用に好適な１つの流体１７０は、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙにより市販の、フロリナート（Fluorinert）である。しかしながら、ある実施形態では、フロリナートは、後にＰＣＲ循環中に放出され不必要な気泡の形成をもたらし得る空気を容易に取り込むその性質のため、特定のＰＣＲ適用にとって問題があり得る。
【００３８】
あるいは、ある実施形態では、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が、ＰＤＭＳが完全に架橋されていない場合、空隙１６０において使用されてもよいことが発見された。かかる実施形態では、ＰＤＭＳが、低自家蛍光、ＰＣＲ温度での耐熱性、及び重合プロセスへ非阻害的であることを含む、ＰＣＲと共に使用するために好適であるようにするいくつかの特徴を有することが見出されている。更に、ＰＤＭＳは、水性試料を含み得るが、水分に透過性であるガスであり得る。典型的な、シロキサンと、本発明の実施形態外部の一般的な適用のために使用される架橋用剤とは、１０：１（１０パーセント架橋剤）重量の比である。
【００３９】
また、上に論じられる好ましい属性を留め、完全に架橋される材料と関連付けられながら、ＰＤＭＳ材料が架橋化を受けることにより、得られる材料は、蒸発を減少させるために好適なカプセル化材として機能し得ることが発見された。より具体的に、架橋化を受けるＰＤＭＳ材料は、１０重量パーセント未満の架橋剤を用いて形成され得る。例えば、１重量％以下の架橋レベルは、特定のｄＰＣＲ適用のためなどの特定のＰＣＲ適用のための設計必要条件に見合うように、示されている。多重ｄＰＣＲ応答は、０．８重量パーセント以下である架橋剤の量でカプセル化されるフラットプレート１００を用いて呈されている。更に、フロリナートと比較すると、架橋化を受けるＰＤＭＳ材料の高い粘度のため、ＰＤＭＳカプセル化材はまた、それ自体のパッケージ化必要条件及び顧客ワークフローソリューションに適し得る。
【００４０】
図１６を参照すると、複数の生体試料を調製する方法２００は、物品１００、１００ａ、又は１００ｂなどの物品の基板を提供する工程を含む。方法２００は、担体１５０、１５０ａ、又は１５０ｂなどの担体を提供する工程、及び挿入具１７２などの挿入具を提供する工程を更に含み、挿入具は、担体をスライド可能に係合するように構成される１対のアームを含むＵ字型本体を備える。方法２００はまた、基板を挿入具に、そして挿入具を担体に載置する又は取り付ける工程を含む。ある実施形態では、基板は、挿入具に載置され又は取り付けられ、次いで、挿入具及び基板は一緒に、担体に載置される。他の実施形態では、挿入具は、基板なしに担体に載置され、次いで、基板は、後程挿入具及び／又は担体に載置される。
【００４１】
基板が載置される又は取り付けられると、方法２００は、例えば、開口部及び／又は担体の膜を通して基板に挿入されることにより、担体内に基板を位置付けるのに十分な量により担体に沿って挿入具をスライドさせる工程を含む。溶液又は試料は、方法２００を用いて、基板の面に適用されてもよく、かかるやり方で、基板が担体内へ挿入されると、溶液は、基板の反応サイト又は貫通穴内に堆積される又は引き込まれる。更に、基板の両方の表面のうちの一方は、例えば、混入物及び／又は蒸発から溶液を保護するように、液体又はゲルで被覆されてもよい。
【００４２】
ある実施形態では、流体試料のうちの少なくとも９９パーセントが、反応サイトのうちの少なくともいくつかにより受容される。他の実施形態では、流体試料のうちの少なくとも９９．５パーセント又は９９．９パーセントが、反応サイトのうちの少なくともいくつかにより受容される。ある実施形態では、反応サイト１０４の総体積は、反応サイト１０４内に装填される流体試料の体積よりも大きくなるように選択される。これは、上で論じられるような、特定の状況においては重要であり得る、装填効率を増加させることを見出した。ある実施形態では、全ての反応サイト１０４の液体体積試料と総体積の比は、９５パーセント以下である。他の実施形態では、全ての反応サイト１０４の液体体積試料と総体積の比は、９０パーセント以下、８０パーセント以下、又は７０パーセント以下である。ある実施形態では、この比の値は、装填後に液体で充填される各反応サイトの総体積のパーセントによって変わる。例えば、装填後、各反応サイト１０４の９０パーセントのみが流体試料を収容する場合、全ての反応サイト１０４の液体体積試料と総体積の比は、９０パーセント以下、８０パーセント以下、７０パーセント以下、又は６０パーセント以下であり得る。
【００４３】
種々の方法及びデバイスは、反応サイト１０４内に収容される１つ以上の所望の生物学的成分の検出を提供するように使用され得る。例えば、種々の蛍光染料は、１つ以上の所望の生物学的成分を含有する溶液中に組み込まれ得、次いで、それは、光学システムを用いて検出され得、１つ以上の生物学的成分の有無又は量を測定し得る。他の実施形態では、イオンの有無（陽性又は陰性）が、検出され得、及び／又はｐＨ、電圧、又は電流の変化が、１つ以上の所望の生物学的成分の有無又は量を測定するように使用され得る。
【００４４】
図１７を参照すると、システム４００は、物品１００の反応サイト１０４に収容される所望の生物学的成分を含有する１つ以上の試料又は溶液を、光学的に検視し、検査し、又は測定するように使用され得る。物品１００は、担体１５０、１５０ａ、又は１５０ｂなどの担体内に収容され得る。システム４００は、光学ヘッド又はシステム４０２を備える。システム４００は、光学システム４０２の種々の構成要素を動作する、又はシステム４００により提供されるデータを獲得及び／又は処理するように構成される、制御器、コンピュータ、又はプロセッサ４０４を更に備える。例えば、コンピュータ４０４は、光学システム４０２の１つ以上の光検波器により提供される光学データを獲得及び／又は処理するように使用され得る。ある実施形態では、プロセッサ４０４は、更なる処理のために１つ以上のコンピューティングシステムにデータを送信し得る。データは、インターネット接続又はいくつかの他のネットワークシステムを介して、プロセッサ４０４から、コンピューティングシステムに送信されてもよい。
【００４５】
ある実施形態では、システム４００は、例えば、物品１００中に収容される少なくともいくつかの試料上でＰＣＲ手順又はプロトコルを実施するように構成される熱サイクラーを備える、熱制御システム４０６を更に備える。システム４０２、４０６は、例えば、物品１００中に収容される少なくともいくつかの試料にｑＰＣＲ及び／又はｄＰＣＲ手順、アッセイ、実験、又はプロトコルを実施するように、単一のユニット内に一緒に組み合わされ得る又は連結され得る。かかる実施形態では、コンピュータ４０４は、システム４０２、４０６を制御する及び／又はシステム４０２、４０６のいずれか又は両方により提供又は獲得されたデータを収集又は処理するように、使用され得る。あるいは、熱制御システム４０６は、光学システム４０２から及び／又はコンピュータ４０４から完全に分離され得る。かかる実施形態では、光学システム４０２は、熱サイクルが熱制御システム４０６又はいくつかの他の熱制御器又は熱サイクラーを用いて試料上で実施された後、反応サイト１０４内に収容される試料上でｄＰＣＲ又はエンドポイントＰＣＲ手順を実施するように使用され得る。ある実施形態では、熱制御システム４０６は、従来の熱サイクラー、等温増幅、熱コンベンション、赤外使用の熱サイクル、又はヘリカーゼ依存型増幅を用いてＰＣＲが行われる、熱サイクラーを備える。ある実施形態では、熱制御システム４０６の少なくとも一部分が、物品１００と又は物品１００内に統合され得る。例えば、物品１００は、１つ又は両方の表面１１０、１１２に沿って分布する１つ以上の加熱要素を含み得る。更に又はあるいは、基板１０２の少なくとも部分は、例えば、基板１０２への電圧電位の適用に応じて抵抗加熱を提供するように構成される電気抵抗を持つ材料で製作されることにより、加熱要素であり得る。
【００４６】
ある実施形態では、物品１００は、集積回路及び半導体を含む電子チップを備える。かかる実施形態では、検出システムはまた、所望の生物学的成分の有無及び／又は分量を判定するようにチップ内に統合されてもよい。
【００４７】
ある実施形態では、光学システム４０２は、物品１００の反応サイト内に収容される少なくともいくつかの試料を照射するように構成される、光源４１０及び関連励起光学システム４１２を備える。励起光学システム４１２は、試料向けの調整光のために１つ以上のレンズ４１４及び／又は１つ以上のフィルタ４１６を含んでもよい。光学システム４０２は、物品１００の反応サイトに収容される少なくともいくつかの試料により放出される光学データを受け取るように構成される、光検波器４２０及び関連放出光学システム４２２を更に備え得る。例えば、システム４００がｑＰＣＲ及び／又はｄＰＣＲアッセイ又は実験を実施するように構成されると、試料は、物品１００の種々の反応サイトに収容される標的ヌクレオチド配列の量に従って様々である蛍光信号を提供する蛍光染料を含み得る。放出光学システム４２２は、試料向けの調整光のために１つ以上のレンズ４２４及び／又は１つ以上のフィルタ４２６を含んでもよい。
【００４８】
図１７の例としての実施形態では、励起／放出光学システム４１２、４２２は両方ともに、１つ以上の共通光学素子を備える。例えば、励起／放出光学システム４１２、４２２は両方ともに、励起光を反射し、試料から光検波器４２０へ放出光を伝導するビームスプリッタ４３０を備える。ある実施形態では、励起／放出光学システム４１２、４２２は両方ともに、例えば、物品１００に収容される試料へ及び試料からの光のより均一な照射及び読み取りを提供するように、光学性能改善に使用され得る、ビームスプリッタ４３０と物品１００との間に配設される視野レンズ（示されず）を備える。ある実施形態では、例えば均一照射がそれほど重要でない（例えば、一部のｄＰＣＲ適用）場合、共通視野レンズは、図１７の例としての実施形態に示されるように、省略されてもよい。視野レンズの省略は、光学システム４０２のサイズ及び複雑性を軽減させるのに役立ち得る。
【００４９】
光検波器４２０は、１つ以上の光ダイオード、光増倍管（ＰＭＴ）などを備え得る。かかる光検波器は、例えば、光学システム４０２が個々の反応サイト１０４又は反応サイト１０４のサブセットを走査するように構成される場合に、使用され得る。他の実施形態では、光検波器４２０は、例えば、１つ以上のＣＣＤ（電荷結合素子）又はＣＭＯＳ（相補型金属−酸化物半導体）アレイなどの１つ又は分割された検出器アレイを備え得る。分割された検出器アレイは、全て又は大部分の反応サイト１０４が同時に撮像又は検査される場合に有利に使用され得る。各反応サイト毎に複数のピクセルを提供するために、光検波器４２０は、少なくとも４，０００，０００ピクセル又は１０，０００，０００ピクセルを超えるピクセルを含み得る。
【００５０】
ある実施形態では、物品１００は、統合された集積回路及び半導体を含む電子チップを備える。かかる実施形態では、検出システムはまた、所望の生物学的成分の有無及び／又は分量を判定するようにチップ内に統合されてもよい。
【００５１】
図１８〜２１を参照すると、ある実施形態では、物品、デバイス、アレイ、スライド、又はプレート５００は、基板１０２に位置する複数の貫通穴又は反応サイト５０４を含む基板５０２を備える。基板５０２は、第１の表面及び反対側の第２の表面を備える。例としての実施形態では、各反応サイト５０４は、第１の表面の開口部から第２の表面の開口部まで延在する。図１９及び２０に例示されるように、反応サイト５０４は、六角形の形状を有し得、及び／又は最密充填六方マトリックスパターンに配置され得る。あるいは、反応サイト５０４のうちのいくつか又は全ては、反応サイト１０４に関して上で論じられたように、形状、直径、密度、厚さ、ピッチ間隙を有し得る。物品５００は、反応サイト５０４が存在しない、１つ以上のタブ付きの切除、又はブランク領域５０６を更に備える。以下に論じられるように、ブランク領域５０６は、物品５００のための支持領域内に位置し得る。例としての実施形態では、ブランク領域は、４つの半円形の形状を画定するが、他の形状及びサイズが想定される。更に、物品５００は、反応サイトが位置しないブランク外縁部５０８を含んでもよい。
【００５２】
ある実施形態では、基板５０２は、使用中、物品５００にわたって均一温度分布を提供するように構成され得る、シリコンを含む。あるいは、基板５０２は、光構造化ガラスセラミックなどのガラス材料、又はアルミニウム、銅、又はステンレス鋼などの金属を含む。
【００５３】
図１９を参照すると、反応サイト５０４は、反応サイト５０４のアレイ内に位置する１つ以上の中抜け領域５０９を画定するように配置され得る。いくつかの実施形態では、抜け領域５０９は、肉眼での検視に好適な寸法を有する（例えば、拡大装置を使用せずに肉眼で可視である）。例としての実施形態では、物品５００は、物品５００の第１の象限に位置する１つの中抜け領域５０４を備えるが、単一の物品５００上の多重中抜け領域が組み込まれてもよい。１つ以上の中抜け領域５０９は、図１９に例示されるような、直交軸に沿うよりも長い１つの軸に沿う、全体形状を画定し得る。したがって、物品５００の中心から離れて位置する図１９に示される単一の伸長された中抜け領域５０９の使用が、ユーザが物品５００の配向を決定するのを可能にする（例えば、どちら側が前及び後ろか決定する、並びにページの図１８〜２０に垂直な軸に対して適切な配向を決定する）。中抜け領域５０９は、例えば、反応サイト５０４の光学検査中に使用される基準光信号などの基準信号を提供するように構成され得る。
【００５４】
ある実施形態では、複数の中抜け領域５０９は、例えば、中抜け形状（複数可）、中抜け領域５０９の数、及び／又は１つの中抜け領域５０９の別の中抜け領域５０９に対する相対位置などに基づく、物品５００についての情報を条件として、構成され得る。例えば、特定の物品５００上の中抜け領域の数は、反応サイト５０４の直径を測定するように使用され得、及び／又は中抜け領域５０９間の距離、又は中抜け領域５０９の互いへの図形は、反応サイト５０４の数又は反応サイト５０４間のピッチを測定するように使用され得る。中抜け領域サイズ、形状、及び分布の多くの他の組み合わせが想定される。
【００５５】
図２１を参照すると、物品５００は、１０ｍｍ×１０ｍｍ又は約１０ｍｍ×１０ｍｍの全体寸法を有し得る。図２１はまた、図２１に示される特定の実施形態に関係がある他の寸法値を示す。
【００５６】
図２２及び２３を参照すると、物品５００ｂは、図１８の物品５００に類似して構成され得、物品５００ｂがまた、より好ましい装着特性を提供するようなサイズであり得る１つ以上の着床領域５３０を含むことが予想され得る。したがって、物品５００ｂの１つ以上の端は、反応サイト５０４なしで物品５００ｂの他の端より幅広い帯域を有する。
【００５７】
物品５００は、該当する場合、物品１００に関して論じられる種々の要素及び／又は形体を組み込み得、逆もまた同様である。更に、物品５００は、本発明の実施形態に従う、担体１５０又は他の担体において使用され得る。物品５００は、システム４００又は方法１４０と共に、物品１００が本明細書に開示される、それらに類似のやり方において、並びに、物品１００に関して本明細書に開示される他のシステム及び方法において又はそれらと共に、使用され得る。
【００５８】
ある実施形態では、基板５０２は、シリコン材料を含み、反応サイト５０４は、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）蒸気コーティングプロセスを用いて形成される貫通穴を備え得る。図２４を参照すると、方法６００は、シリコン基板５０２に貫通穴反応サイト５０４を形成するように使用され得る。方法６００は、基板材料の第１の表面上にパターンを適用又は形成することを含むプロセス６０５を含む。方法６００は、基板の第１の表面に複数のウェルをエッチングするようにパターンを用いることを含むプロセス６１０を更に含む。方法６００はまた、第１の表面の反対側である第２の表面から材料を除去することを含むプロセス６１５を含む。方法６００は、加えて、第２の表面をエッチングする及び／又は研磨するプロセス６２０を含む。方法６００は、例えば、疎水性表面を形成するように表面のうちの少なくとも１つをコーティングすることを含むプロセス６２５を更に含む。
【００５９】
図２５Ａ〜Ｃを参照すると、方法６００は、物品５００に反応サイト５０４を形成するように、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセスを含み得る。図２５Ａにみられるように、物品５００は、第１の表面５１０及び反対側の第２の表面５１２を備える。図２５Ａは、方法６００に従う、第２の表面５１２に適用されるマスク５５０を示す。ＤＲＩＥなどのエッチングプロセスで用いる、マスク５５０は、第２の表面５１２に複数のウェル５０４’を形成するように構成され得る。例示的な目的のため、物品５００は、第１の表面５１０の下に位置する第２の表面５１２と共に水平配向で示されるが、製作及び／又は使用中、第２の表面５１２が、第１の表面５１０の上に位置し得、かつ／又は物品５００が垂直配向などの異なる配向を有し得ることが理解される。図２５Ｂにみられるように、ウェル５０４’は、第１の表面５１０を通って貫通しないが、物品５００の厚さ未満の深さを有する。あるいは、エッチングプロセス６１０は、物品５００の厚さを完全に貫通する貫通穴を作製してもよい。かかる実施形態では、方法５００に従う、第１の表面５１０の更なる処理は、行われても行われなくてもよい。
【００６０】
図２５Ｃを参照すると、第１の表面５１０は、ウェル５０４’から貫通穴５０４を形成するのに十分な量により物品５００の厚さを減少させるように、方法６００のプロセス６１５に従って更に処理され得る。第１の表面５１２は、第１の表面５１０が調製されるように方法６００のプロセス６２０及び／又は６２５に従って更に処理され得、それによって第１の表面５１０に適用される試料又は溶液が、貫通穴５０４により効率的に受容される。更に又はあるいは、プロセス６２０及び／又は６２５は、第２の表面５１２上で実施され得る。かかる実施形態では、エッチングプロセス６１５は、物品５００の最終形態が、図２５Ｃに示される貫通穴５０４の代わりに複数のウェル５０４’を有する基板であるように、一切除外されてもよく又は実施されてもよい。
【００６１】
ある実施形態では、プロセス６２０及び／又は６２５は、表面５１０、５１２のうちの少なくとも１つが所定値を下回る粗さを有するように実施される。例えば、溶液又は試料が反応サイト５０４内に導入された後で、溶液又は試料の残留薄フィルムは、第１の表面５１０上に残されてもよく又は後程（例えば、ＰＣＲ熱サイクルプロセス中）形成されてもよいことが見出された。この残留フィルムは、隣接又は近隣反応サイト５０４の間の「橋梁」を提供し得る。橋梁相は、１つ以上の隣接又は近隣反応サイト５０４による１つの反応サイト５０４の混入をもたらし得る。この問題を解決するには、第１の表面５１０が、所定値以下である粗さを有するように研磨及び／又はコーティングされると、この橋梁問題は、解決される又は排除されることが発見された。例えば、物品５００が図２０に示されるようなシリコン材料及び反応サイト図形を含むとき、第１の表面５１０の粗さが以下の粗さ評価基準のうちのいずれかに合致する場合、橋梁問題が排除される、と決定される：
・Ｒａ（算術平均）：５ナノメートル以下。
・Ｒｖ（最大谷深さ）：１５ナノメートル以下。
・Ｒｐ（最大山高さ）：９ナノメートル以下。
・Ｒｔ（最大断面高さ）：２４ナノメートル以下。
【００６２】
ある実施形態では、物品１００又は５００は、その全体が参照することにより、本明細書に組み込まれる、同時係属中の米国仮特許出願第６１／７２３，７１０号に開示される格納装置、筐体、又はケースのうちのいずれかにおいて使用するために構成され得る。例えば、図２６に示されるように、物品５００は、本発明の実施形態及び仮特許出願第６１／７２３，７１０号に従う、格納装置、筐体、又はケース７００に配置され得る。ケース７００は、基部７０２を密閉的に係合するように構成される基部７０２及びカバー又は蓋７０４を備え得る。基部７０２及びカバー７０４は、物品５００を受容又は収容し得る、空隙又は小室７０８を形成するように一緒に接合され得る。物品５００は、基部７０２の部品であってもよく、又は基部７０２から分離及び／又は全く別個であってもよく、基部７０２により載置又は保持されるように構成されてもよい。例としての実施形態では、タブ基部７０２は、物品５００を、基部７０２及び空隙７０８内に保持及び／又は位置付けるように構成される、複数の突起部、タブ、かしめサイト、又は支持パッド７２０（例えば、例としての実施形態のタブ７２０ａ及び７２０ｂ）を備え得る。１つ以上のタブ１８２は、タブからの材料が、基部７０２内に強固に物品５００を保持するように変形される又は移動されるように、かしめられ得る。更に又はあるいは、物品５００は、接着剤、エポキシ、又は糊を用いて１つ以上のタブ１８２に接着され得る。ある実施形態では、接着は、タブ７２０により生成される圧着又は保持力の使用により誘発され得る、かかるホルダー材料への起こり得る割れ又は破損を避けるために、ガラス又はシリコン物品５００と共に使用される。例としての実施形態では、タブ７２０ａは、物品５００のブランク領域５０６と対応する。ある実施形態では、タブ６２０ａ及びブランク領域５０６は、物品５００の適切な支持を提供するように十分大きいが、対応する物品５００の作用区域が、所定の数の反応サイト５０４を含む所望の所定の作用区域を提供するように十分小さい。
【００６３】
上記は、当該技術分野に関連する全ての当業者が本発明を作製及び使用することができるような完全かつ明確で簡潔かつ正確な用語にて、本発明の実行のために企図される最良の形態、並びにそれを作製及び使用する様式及びプロセスの説明を提示する。しかしながら、本発明は、完全に等価物である上に論じられるものからの修正及び代替的構造の影響を受けやすい。したがって、開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。一方で、本発明は、本発明の本旨を具体的に指摘し明瞭に主張する、以下の「特許請求の範囲」によって概して表されるような本発明の趣旨及び範囲内に属する変形及び代替的構造を包含する。
【００６４】
本文書に説明される種々の実施形態に関する方法のための例示的なシステムは、以下の米国仮特許出願に記載のものを含む。
２０１２年３月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／６１２，０８７号、
２０１２年１１月７日に出願された米国仮特許出願第６１／７２３，７５９号、
２０１２年３月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／６１２，００５号、
２０１２年３月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／６１２，００８号、
２０１２年１１月７日に出願された米国仮特許出願第６１／７２３，６５８号、
２０１２年１１月７日に出願された米国仮特許出願第６１／７２３，７３８号、
２０１２年６月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／６５９，０２９号、
２０１２年１１月７日に出願された米国仮特許出願第６１／７２３，７１０号、
２０１３年３月７日に出願された米国仮特許出願第６１／７７４，４９９号、
２０１３年３月１５日に出願されたＬｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ整理番号第ＬＴ００６５６号、ＰＣＴ特許、
２０１３年３月１５日に出願されたＬｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ整理番号第ＬＴ００６５７号、ＰＣＴ特許、
２０１３年３月１５日に出願されたＬｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ整理番号第ＬＴ００６５８号、ＰＣＴ特許、
２０１３年３月１５日に出願されたＬｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ整理番号第ＬＴ００６６８号、ＰＣＴ特許、
２０１３年３月１５日に出願されたＬｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ整理番号第ＬＴ００６９９号、ＰＣＴ特許。
【００６５】
これら全ての出願はまた、それらの全体が参照することにより本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−７】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８−２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ−２５Ｃ】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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