(57)【要約】生体サンプルを評価するためのシステムおよび方法。生物学的分析のための装置は、ベース部材と、励起源と、光学センサと、励起光学システムと、発光光学システムとを備えている。ベース部材は、複数の生体サンプルを含むサンプルホルダを受け入れるような構成である。光学センサは、励起源に応答して生体サンプルからの発光を受け入れるような構成である。この装置は、さらに、レンズケースに包まれたセンサレンズと、レンズケースに係合するギアを有する集光機構とを備えていてもよく、集光機構は、焦点を調節するためにエンクロージャーの外側から接近することができる。この装置は、さらに、発光光路に沿って配置されるセンサ開口部と、サンプルホルダ付近の被照射表面から反射された放射が光学センサによって受け入れられず、装置の別の表面にも反射しないように、センサ開口部と協働するように配置された遮断構造とを備えていてもよい。
2018506039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的分析のための装置であって、
励起源と；
前記励起源に応答して生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
発光光路に沿って配置される発光光学システムと；
画像化ユニットとを備えており、画像化ユニットが、
第１の表面と、対向する第２の表面と；
センサレンズと；
前記レンズセンサを少なくとも部分的に包み込むレンズケースと；
レンズケースに係合するような構成のギアを有する集光機構とを備えており、
前記第１の表面は、前記センサレンズの表面を有し；
前記第２の表面は、光学センサ回路基板を有し；
前記集光機構は、前記センサレンズの焦点を調節するためにエンクロージャーの外側から接近することができるような構成である、生物学的分析のための装置。
【請求項２】
生物学的分析のための装置であって、
励起源と；
前記励起源に応答して生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
発光光路に沿って配置される発光光学システムと；
前記生体サンプルの少なくとも一部からの発光を前記光学センサに向かわせるような構成のセンサレンズと；
前記励起光路に沿って配置される被照射表面であって、該被照射表面によって反射される前記励起源からの放射を含む反射された放射を生成するような構成の被照射表面と；
放射シールドとを備えており、放射シールドは、
前記発光光路に沿って配置されるセンサ開口部と；
前記反射された放射が前記光学センサによって受け入れられず、前記装置の別の表面にも反射しないように、前記センサ開口部と協働するように配置された遮断構造とを備えている、生物学的分析のための装置。
【請求項３】
生物学的分析のための装置であって、
励起源と；
前記励起源に応答して生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
発光光路に沿って配置される発光光学システムと；
エネルギーまたは力の検出ユニットとを備えており、エネルギーまたは力の検出ユニットは、
前記光路の外側に配置されたエネルギーまたは力のセンサと；
ビームスプリッターに隣接して配置され、該ビームスプリッターから前記力センサへと放射を移動させるような構成のライトパイプとを備えている、生物学的分析のための装置。
【請求項４】
生物学的分析のための装置であって、
励起源と；
前記励起源に応答して生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
発光光路に沿って配置される発光光学システムと；
放射を発するような構成の位置光源と、該位置光源からの放射を受け入れるような構成の対応する位置センサであって、該位置光源と該位置センサが、少なくとも１つの前記光路に沿って配置される光学要素の位置の指標となる位置シグナルを生成するような構成である、位置光源と位置センサと；
位置光源からの放射を少なくとも一部分遮断するような構成の放射シールドとを備えている、生物学的分析のための装置。
【請求項５】
生物学的分析のための装置であって、
励起源と；
前記励起源に応答して生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
発光光路に沿って配置される発光光学システムと；
前記光路を包み込む光学エンクロージャーであって、該エンクロージャーの外側の光が該エンクロージャーに入らないように遮断しつつ、該エンクロージャーの外側の位置から該エンクロージャーの内側の位置までワイヤまたはケーブルを通すような構成のスプリットワイヤグロメットを備える光学エンクロージャーと；
前記エンクロージャーの外側の光が前記エンクロージャーに入らないように遮断しつつ、センサレンズの三次元調節を行うような構成のレンズ穴カバーとを備えている、生物学的分析のための装置。
【請求項６】
生物学的分析のための装置であって、
１つ以上の生体サンプルを処理するための複数の空間的に分けられた反応領域を含むサンプルホルダを受け入れるような構成のベース部材と；
励起源に応答して生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
発光光路に沿って配置される発光光学システムとを備えており、
前記光学センサが、相補型金属酸化物半導体センサである、生物学的分析のための装置。
【請求項７】
前記励起光路と、前記発光光路の両方に沿って配置されたビームスプリッターをさらに備えている、請求項１、２、３、４、５または６に記載の装置。
【請求項８】
生物学的分析のための装置であって、
１つ以上の生体サンプルを処理するための複数の空間的に分けられた反応領域を含むサンプルホルダを受け入れるような構成であり、分割された前記生体サンプルに対してポリメラーゼ連鎖反応アッセイを行うように構成されたサーマルサイクラーを含むベース部材と；
第１の波長によって特徴付けられる第１の励起ビームと、該第１の波長とは異なる第２の波長によって特徴付けられる第２の励起ビームを生成するような構成の励起源と；
前記励起源に応答して生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
前記励起源と前記ベース部材との間の励起光路に沿って配置され、前記励起ビームを前記サンプルホルダの方に向かわせるような構成のサンプルレンズを含む、励起光学システムと；
前記ベース部材と前記光学センサとの間の発光光路に沿って配置され、前記生体サンプルからの発光を前記光学センサに向かわせるような構成の発光光学システムと；
前記励起光路および前記発光光路の両方に沿って配置されるビームスプリッターであって、第１の励起ビームを受け入れ、第２の励起ビームを受け入れるように配置され、前記サンプルレンズが、該ビームスプリッターと前記ベース部材との間の前記励起光路に沿って配置される、ビームスプリッターと；
前記ビームスプリッターからの励起ビームの放射を受け入れ、前記励起ビーム放射の１０％未満が反射して前記ビームスプリッターに戻される、ビームダンプと；
画像化ユニットであって、該画像化ユニットが、
第１の表面と、対向する第２の表面と；
センサレンズと；
前記レンズセンサを少なくとも部分的に包み込むレンズケースと；
前記レンズケースに係合するような構成のギアを有する集光機構とを備えており、
前記第１の表面は、前記センサレンズの表面を有し；
前記第２の表面は、光学センサ回路基板を有し；
前記集光機構は、前記センサレンズの焦点を調節するためにエンクロージャーの外側から接近することができるような構成である、画像化ユニットと；
前記ビームスプリッターと前記ベース部材との間の前記励起光路に沿って配置される被照射表面であって、該被照射表面によって反射される前記励起源からの放射を含む、反射された放射を生成するような構成の被照射表面と；
放射場であって、該放射場は、
前記ビームスプリッターと前記センサレンズとの間の前記発光光路に沿って配置されるセンサ開口部と；
前記反射された放射が前記光学センサによって受け入れられず、装置の別の表面にも反射しないように、前記センサ開口部と協働するように配置された遮断構造とを備える、放射場と；
エネルギーまたは力の検出ユニットであって、該エネルギーまたは力の検出ユニットが、
光路の外側に配置されたエネルギーまたは力のセンサと；
前記ビームスプリッターに隣接して配置され、ビームスプリッターから上述の力センサへと放射を移動させるような構成のライトパイプとを含む、エネルギーまたは力の検出ユニットと；
放射を発するような構成の位置光源と、該位置光源からの放射を受け入れるような構成の対応する位置センサであって、該位置光源と該位置センサが、少なくとも１つの光路に沿って配置される光学要素の位置の指標となる位置シグナルを生成するような構成である、位置光源と位置センサと；
前記位置光源からの放射を少なくとも一部分遮断するような構成の放射シールドと；
前記光路を包み込む光学エンクロージャーであって、該エンクロージャーの外側の光が該エンクロージャーに入らないように遮断しつつ、該エンクロージャーの外側の位置から該エンクロージャーの内側の位置までワイヤまたはケーブルを通すような構成のスプリットワイヤグロメットを備える光学エンクロージャーと；
前記エンクロージャーの外側の光が前記エンクロージャーに入らないように遮断しつつ、センサレンズの三次元調節を行うような構成のレンズ穴カバーとを備え、
前記光学センサが、相補型金属酸化物半導体センサである、生物学的分析のための装置。
【請求項９】
前記遮断構造が、前記反射された放射が、前記装置の別の表面にも反射せずに前記センサレンズに衝突しないように、前記センサ開口部と協働するように配置される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
生物学的分析のための装置であって、
１つ以上の生体サンプルを処理するための複数の空間的に分けられた反応領域を含むサンプルホルダを受け入れるような構成のベース部材と；
第１の波長によって特徴付けられる第１の励起ビームと、該第１の波長とは異なる第２の波長によって特徴付けられる第２の励起ビームを生成するような構成の励起源と；
前記励起源に応答して生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
励起源とサンプルホルダとの間の励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
前記ベース部材と前記光学センサとの間の発光光路に沿って配置され、前記生体サンプルからの発光を前記光学センサへと向かわせるような構成の発光光学システムと；
画像化ユニットとを備えており、該画像化ユニットが、
第１の表面と、対向する第２の表面と；
センサレンズと；
前記レンズセンサを少なくとも部分的に包み込むレンズケースと；
レンズケースに係合するような構成のギアを有する集光機構とを備えており、
前記第１の表面は、前記センサレンズの表面を有し；
前記第２の表面は、光学センサ回路基板を有し；
前記集光機構は、前記センサレンズの焦点を調節するためにエンクロージャーの外側から接近することができるような構成である、生物学的分析のための装置。
【請求項１１】
生物学的分析のための装置であって、
１つ以上の生体サンプルを処理するための複数の空間的に分けられた反応領域を含むサンプルホルダを受け入れるような構成のベース部材と；
第１の波長によって特徴付けられる第１の励起ビームと、該第１の波長とは異なる第２の波長によって特徴付けられる第２の励起ビームを生成するような構成の励起源と；
前記励起源に応答して生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
前記励起源と前記サンプルホルダとの間の励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
前記サンプルホルダと前記光学センサとの間の発光光路に沿って配置され、生体サンプルからの発光を光学センサに向かわせるような構成の発光光学システムと；
前記生体サンプルの少なくとも一部からの発光を光学センサに向かわせるような構成のセンサレンズと；
ビームスプリッターと前記ベース部材との間の前記励起光路に沿って配置される被照射表面であって、該被照射表面によって反射される前記励起源からの放射を含む反射された放射を生成するような構成の被照射表面と；
放射シールドとを備えており、放射シールドは、
前記ビームスプリッターと前記センサレンズとの間の前記発光光路に沿って配置されるセンサ開口部と；
反射された放射が前記光学センサによって受け入れられず、装置の別の表面にも反射しないように、前記センサ開口部と協働するように配置された遮断構造とを備えている、生物学的分析のための装置。
【請求項１２】
生物学的分析のための装置であって、
１つ以上の生体サンプルを処理するための複数の空間的に分けられた反応領域を含むサンプルホルダを受け入れるような構成のベース部材と；
第１の波長によって特徴付けられる第１の励起ビームと、該第１の波長とは異なる第２の波長によって特徴付けられる第２の励起ビームを生成するような構成の励起源と；
前記励起源に応答して前記生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
前記励起源と前記ベース部材との間の励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
前記ベース部材と前記光学センサとの間の発光光路に沿って配置され、前記生体サンプルからの発光を前記光学センサに向かわせるような構成の発光光学システムと；
エネルギーまたは力の検出ユニットとを備えており、該エネルギーまたは力の検出ユニットが、
光路の外側に配置されたエネルギーまたは力のセンサと；
ビームスプリッターに隣接して配置され、該ビームスプリッターから上述の力センサへと放射を移動させるような構成のライトパイプとを含む、生物学的分析のための装置。
【請求項１３】
生物学的分析のための装置であって、
１つ以上の生体サンプルを処理するための複数の空間的に分けられた反応領域を含むサンプルホルダを受け入れるような構成のベース部材と；
第１の波長によって特徴付けられる第１の励起ビームと、該第１の波長とは異なる第２の波長によって特徴付けられる第２の励起ビームを生成するような構成の励起源と；
前記励起源に応答して前記生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
前記起源と前記ベース部材との間の励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
前記ベース部材と前記光学センサとの間の発光光路に沿って配置され、前記生体サンプルからの発光を前記光学センサに向かわせるような構成の発光光学システムと；
前記励起光路および前記発光光路の両方に沿って配置されるビームスプリッターであって、前記第１の励起ビームを受け入れ、前記第２の励起ビームを受け入れるように配置され、前記サンプルレンズが、該ビームスプリッターとベース部材との間の励起光路に沿って配置される、ビームスプリッターと；
放射を発するような構成の位置光源と、該位置光源からの放射を受け入れるような構成の対応する位置センサであって、該位置光源と該位置センサが、少なくとも１つの光路に沿って配置される光学要素の位置の指標となる位置シグナルを生成するような構成である、位置光源と位置センサと；
前記位置光源からの放射を少なくとも一部分遮断するような構成の放射シールドとを備えている、生物学的分析のための装置。
【請求項１４】
生物学的分析のための装置であって、
１つ以上の生体サンプルを処理するための複数の空間的に分けられた反応領域を含むサンプルホルダを受け入れるような構成のベース部材と；
第１の波長によって特徴付けられる第１の励起ビームと、該第１の波長とは異なる第２の波長によって特徴付けられる第２の励起ビームを生成するような構成の励起源と；
前記励起源に応答して前記生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
前記励起源と前記ベース部材との間の励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
前記ベース部材と前記光学センサとの間の発光光路に沿って配置され、前記生体サンプルからの発光を前記光学センサへと向かわせるような構成の発光光学システムと；
前記励起光路および前記発光光路の両方に沿って配置され、前記第１の励起ビームを受け入れ、前記第２の励起ビームを受け入れるように配置されるビームスプリッターと；
光路を包み込み、エンクロージャーの外側の光が該エンクロージャーに入らないように遮断しつつ、該エンクロージャーの外側の位置から該エンクロージャーの内側の位置までワイヤまたはケーブルを通すような構成のスプリットワイヤグロメットを備える光学エンクロージャーと
前記エンクロージャーの外側の光が前記エンクロージャーに入らないように遮断しつつ、センサレンズの三次元調節を行うような構成のレンズ穴カバーとを備えている、生物学的分析のための装置。
【請求項１５】
生物学的分析のための装置であって、
１つ以上の生体サンプルを処理するための複数の空間的に分けられた反応領域を含むサンプルホルダを受け入れるような構成のベース部材と；
第１の波長によって特徴付けられる第１の励起ビームと、該第１の波長とは異なる第２の波長によって特徴付けられる第２の励起ビームを生成するような構成の励起源と；
前記励起源に応答して生体サンプルからの発光を受け入れるような構成の光学センサと；
前記励起源と前記ベース部材との間の励起光路に沿って配置される励起光学システムと；
前記ベース部材と前記光学センサとの間の発光光路に沿って配置され、前記生体サンプルからの発光を前記光学センサへと向かわせるような構成の発光光学システムと；
前記励起光路および前記発光光路の両方に沿って配置され、前記第１の励起ビームを受け入れ、前記第２の励起ビームを受け入れるように配置される、ビームスプリッターとを備えており、
前記光学センサが、相補型金属酸化物半導体センサである、生物学的分析のための装置。
【請求項１６】
該発光光路に沿って配置される１つ以上の発光フィルターをさらに備えている、請求項７、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
発光の少なくとも一部が、少なくとも１つの前記励起ビームに応答して、前記生体サンプルの少なくとも一部からの蛍光発光を含む、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項１８】
発光の少なくとも一部が、少なくとも１つの前記励起ビームに応答して、生体サンプルの少なくとも一部からの蛍光発光を含む、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項１９】
発光の少なくとも一部が、前記生体サンプルの少なくともいくつかによって反射され、屈折され、回折され、散乱され、または分極する前記励起ビームの少なくとも１つからの放射を含む、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項２０】
前記ベース部材と前記ビームスプリッターとの間の前記励起光路に沿って配置される温度制御されたカバーをさらに備えている、請求項１、２、３、４、５、６、８、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項２１】
前記ベース部材と前記ビームスプリッターとの間の前記励起光路に沿って配置される鏡をさらに備えている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記ベース部材と前記ビームスプリッターとの間の前記励起光路に沿って配置される鏡をさらに備えている、請求項７、８、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項２３】
ベース部材が、前記サンプルホルダまたは前記生体サンプルの温度を制御するような構成のサンプルブロックアセンブリを備えている、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項２４】
前記サンプルブロックアセンブリが、サンプルブロック、Ｐｅｌｔｉｅｒデバイスまたはヒートシンクのうち、１つ以上を備えている、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記ベース部材が、サーマルコントローラーを備えている、請求項１、２、３、４、５、６、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項２６】
前記サーマルコントローラーが、前記ベース部材、前記サンプルホルダまたは分割された前記生体サンプルのうち、少なくとも１つの温度を制御するような構成である、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記サーマルコントローラーが、ＰＣＲアッセイを行うような構成のサーマルサイクラーを備えている、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記装置が前記サンプルホルダを備えている、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項２９】
前記サンプルホルダが、マイクロタイタープレート、複数のウェルまたは貫通穴を含む基材、１つ以上のチャンネルを含む基材、または１つ以上の生体サンプルを含有する複数のビーズまたは球を含むチャンバのうち、１つ以上を備えている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
複数の空間的に分けられた前記反応領域は、基材中の複数のウェル、複数の貫通穴、基材の上またはチャンネルの中の複数の別個の位置、反応ボリューム内の複数のマイクロビーズまたは微小球などのうち、１つ以上を備えている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
空間的に分けられた前記反応領域の少なくとも一部が、１つ以上の前記生体サンプルを含む、請求項２８に記載の装置。
【請求項３２】
１つ以上の前記生体サンプルが、少なくとも１つの標的核酸配列、少なくとも１つのプライマー、少なくとも１つのバッファ、少なくとも１つのヌクレオチド、少なくとも１つの酵素、少なくとも１つの洗剤、少なくとも１つのブロッキング剤、または標的核酸配列または参照核酸配列を検出するのに適した少なくとも１つの染料、マーカー、および／またはプローブのうち、１つ以上を含む、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記サンプルホルダが、マイクロタイタープレートを備えており、前記反応領域が、少なくとも９６ウェル、少なくとも３８４ウェルまたは少なくとも１５３６ウェルを含む、請求項２８に記載の装置。
【請求項３４】
前記サンプルホルダが、第１の表面と、対向する第２の表面と、これらの表面の間に配置された複数の貫通穴とを含む基材を備えており、複数の貫通穴が、１つ以上の生体サンプルを含むような構成である、請求項２８に記載の装置。
【請求項３５】
前記基材が、少なくとも３０９６の貫通穴または少なくとも２０，０００の貫通穴を含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記サンプルホルダが、１つ以上の標的分子または一連の分子が通過するような構成の一連のキャピラリーを備えている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３７】
前記サンプルホルダが、ポリメラーゼ連鎖反応、シークエンシングアッセイまたはキャピラリー電気泳動アッセイ、ブロットアッセイのうち、少なくとも１つを行うような構成である、請求項２８に記載の装置。
【請求項３８】
前記励起光学システムが、前記励起ビームを前記ベース部材に向かわせるような構成のサンプルレンズを備えている、請求項１、２、３、４、５、６、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項３９】
前記サンプルレンズが、複数の空間的に分けられた前記領域にわたって延びるような構成のフィールドレンズを備えている、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
複数のレンズをさらに備えており、それぞれのレンズが、それぞれ、複数の前記反応領域のそれぞれの１つの上に配置される、請求項８、３８または３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記サンプルレンズは、混合レンズ、湾曲した鏡、屈折光学要素、またはホログラフィー光学要素のうち、少なくとも１つを備えている、請求項８、３８または３９に記載の装置。
【請求項４２】
前記サンプルレンズが、前記サンプルホルダ、空間的に分けられた前記反応領域または前記光学センサのうち、少なくとも１つのためのテレセントリック光学システムを与えるような構成である、請求項８、３８または３９に記載の装置。
【請求項４３】
前記サンプルレンズがＦｒｅｓｎｅｌレンズを含む、請求項８、３８または３９に記載の装置。
【請求項４４】
前記サンプルレンズが、複数の前記反応領域に対応する複数のレンズを備えている、請求項８、３８または３９に記載の装置。
【請求項４５】
前記ビームスプリッターが、前記励起ビームを伝えるような構成であるか、または、前記励起ビームを反射するような構成である、請求項７、８、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項４６】
前記ビームスプリッターが、少なくとも１００ナノメートルの波長帯にわたって一定の反射率を特徴とする広帯域ビームスプリッターを含む、請求項７、８、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項４７】
前記ビームスプリッターが、４５０ナノメートル〜６８０ナノメートルの波長帯にわたって一定の反射率を特徴とする、請求項７、８、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項４８】
前記ビームスプリッターが、電磁スペクトルの可視光波長帯にわたって一定の反射率を特徴とする、請求項７、８、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項４９】
前記ビームスプリッターが、ニュートラルデンシティーフィルターを備えている、請求項７、８、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項５０】
前記ビームスプリッターが、５０／５０ビームスプリッターを含む、請求項７、８、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項５１】
前記ビームスプリッターが、二色ビームスプリッターを含む、請求項７、８、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項５２】
前記ビームスプリッターが、複数波長帯のビームスプリッターを含む、請求項７、８、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項５３】
前記第１の励起ビームと前記第２の励起ビームが一時的に分割されており、および／または空間的に分けられている、請求項８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項５４】
前記第１の励起ビームと前記第２の励起ビームが同時に作られる、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項５５】
前記励起光源が、少なくとも１つの白熱ランプ、少なくとも１つのガス放電ランプ、少なくとも１つの発光ダイオード、少なくとも１つの有機発光ダイオード、または少なくとも１つのレーザーのうち、１つ以上を含む、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項５６】
少なくとも１つの前記ガス放電ランプが、ハロゲンランプ、キセノンランプ、アルゴンランプまたはクリプトンランプのうち、１つ以上を含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
少なくとも１つの前記レーザーが、ダイオードレーザー、アルゴンレーザー、キセノンレーザー、エキシマレーザー、ソリッドステートレーザー、ヘリウム−ネオンレーザー、または染料レーザーのうち、１つ以上を含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項５８】
前記第１の励起ビームは、前記第１の励起ビームの強度、力またはエネルギーが第１の所定の値より大きくなるような第１の波長範囲を有し、前記第２の励起ビームは、前記第２の励起ビームの強度、力またはエネルギーが第２の所定の値より大きくなるような第２の波長範囲を有し、第１の波長は、（１）第１の波長範囲の中心波長、または（２）第１の波長範囲の最大電磁場強度、力またはエネルギーの波長のうち、少なくとも１つであり、第２の波長は、（１）第２の波長範囲の中心波長、または（２）第２の波長範囲の最大電磁場強度、力またはエネルギーの波長のうち、少なくとも１つである、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項５９】
少なくとも１つの前記中心波長が、対応する波長範囲の平均波長である、請求項５８に記載の装置。
【請求項６０】
前記所定の値の少なくとも１つが、対応する波長範囲の対応する最大強度、力またはエネルギーの２０％未満である、請求項５８に記載の装置。
【請求項６１】
前記第２の所定の値が第１の所定の値と等しい、請求項５８に記載の装置。
【請求項６２】
前記第１の波長範囲が、前記第２の波長範囲と重なり合わないか、または前記第１の波長範囲が、前記第２の波長範囲と部分的にのみ重なり合う、請求項５８に記載の装置。
【請求項６３】
前記第２の波長が、前記第１の波長とは少なくとも２０ナノメートル異なっている、請求項５８に記載の装置。
【請求項６４】
前記第１の波長範囲および前記第２の波長範囲のうち、少なくとも１つは、少なくとも２０ナノメートルの値を有する、請求項５８に記載の装置。
【請求項６５】
前記第２の波長が、前記第１の波長とは少なくとも２０ナノメートル異なっている、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項６６】
前記励起源が光源を含み、前記第１の波長および前記第２の波長が、前記電磁スペクトルの可視光帯にある、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項６７】
前記励起源が、少なくとも１００ナノメートルの帯域幅を有する光源を含む、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項６８】
前記励起源が、前記励起光路の内側および外側を移動可能な複数の励起フィルターを備えている、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項６９】
少なくとも１つの前記励起フィルターが、少なくとも±１０ナノメートルの波長帯を有する、請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記励起フィルターは、少なくとも５個の励起フィルターを含む、請求項６８に記載の装置。
【請求項７１】
前記励起フィルターが、ＳＹＢＲ（登録商標）染料またはプローブ、ＦＡＭＴＭ染料またはプローブ、ＶＩＣ（登録商標）染料またはプローブ、ＲＯＸＴＭ染料またはプローブ、またはＴＡＭＲＡＴＭ染料またはプローブのうち１つ以上の蛍光を発するのに適した複数の帯域を通過させる複数のフィルターを含む、請求項６８に記載の装置。
【請求項７２】
前記励起フィルターが、回転可能なフィルターホイール構造に取り付けられ、それぞれのフィルターを前記励起光路の内側および外側に移動させる、請求項６８に記載の装置。
【請求項７３】
前記励起源が、複数の個々の励起源を含む、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項７４】
前記複数の個々の励起源が、二次元の一連の個々の励起源を形成する、請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記光学センサがアレイセンサを含む、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項７６】
前記アレイセンサが、相補型金属酸化物半導体センサまたは電荷結合素子センサのうち、少なくとも１つを含む、請求項７５に記載の装置。
【請求項７７】
前記光学センサが、少なくとも２つのアレイセンサを含む、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項７８】
さらに、前記生体サンプルの少なくとも一部からの直接発光を前記光学センサに向かわせるような構成のセンサレンズを備えている、請求項２、３、４、６、１１、１２、１３または１５に記載の装置。
【請求項７９】
前記光学センサが相補型金属酸化物半導体センサである、請求項１、２、３、４、５、６、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【請求項８０】
前記反射された放射が、前記装置の別の表面にも反射せずに前記センサレンズに衝突しないように、前記遮断構造が、前記センサ開口部と協働するように配置される、請求項２または１１に記載の装置。
【請求項８１】
さらに、複数の開口部を有する被加熱カバーを備えており、前記被照射領域が、該被加熱カバーの全ての開口部によって規定される領域を含む、請求項２、８または１１に記載の装置。
【請求項８２】
前記ベース部材に隣接して配置され、複数の前記反応領域に対応するような構成の複数の開口部を有する被加熱カバーをさらに備えている、請求項１、２、３、４、５、６、８、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、１つ以上の生体サンプルを観察し、試験し、および／または分析するシステム、デバイスおよび方法に関し、さらに具体的には、１つ以上の生体サンプルを観察し、試験し、および／または分析する光学システムを備えるシステム、デバイスおよび方法に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本発明の実施形態に係るデバイス、装置、システムおよび方法は、一般的に、ｄＰＣＲおよびｑＰＣＲに関するが、本発明の実施形態は、多数の反応領域が処理され、観察され、および／または測定される任意のＰＣＲプロセス、実験、アッセイまたはプロトコルに適用可能であろう。本発明の実施形態に係るｄＰＣＲアッセイまたは実験において、少なくとも１つの標的ポリヌクレオチドまたはヌクレオチド配列を含む希釈溶液は、複数の反応領域に分けられ、その結果、これらの反応領域の少なくとも一部が、標的ヌクレオチド配列の１つの分子を含むか、または標的ヌクレオチド配列をどれも含まない。反応領域が、その後、ＰＣＲプロトコル、手順、アッセイ、プロセスまたは実験の中で熱的に循環するとき、標的ヌクレオチド配列の１つ以上の分子を含有する反応領域は、大きく増幅され、陽性の検出可能な検出シグナルを生成し、一方、標的ヌクレオチド配列を含まない反応領域は、増幅されず、検出シグナルを生成せず、または所定の閾値より低いシグナルまたはノイズレベルのシグナルを生成する。Ｐｏｉｓｓｏｎ統計学を用い、反応領域の間に分布した元々の溶液の中の標的ヌクレオチド配列の数は、陽性検出シグナルを生成する反応領域の数と相関関係にあるだろう。ある実施形態において、検出されたシグナルを用いて、元々の溶液に含まれる標的分子の数または数範囲を決定してもよい。例えば、検出システムは、１つの標的分子を含有する反応領域と、２つまたは少なくとも２つの標的分子を含有する反応領域とを区別するような構成であってもよい。これに加えて、またはこれに代えて、検出システムは、所定量の数の標的分子を含むか、または所定量未満の数の標的分子を含む反応領域と、この所定量を超える数の標的分子を含む反応領域とを区別するような構成であってもよい。特定の実施形態において、ｑＰＣＲおよびｄＰＣＲ両方のためのプロセス、アッセイまたはプロトコルは、１個の同じデバイス、装置またはシステムおよび方法を用いて行われる。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
本発明の実施形態は、添付の図面を組み合わせて読めば、以下の詳細な記載からより良く理解されるだろう。このような実施形態は、単なる説明のためだけのものであり、新規であり、かつ自明ではない本発明の態様を示す。図面には、以下の図が含まれる。
【０００４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るシステムの模式図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る励起源の模式図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る光源を含む、種々の光源の正規化されたスペクトルプロットである。
【図４】図４は、図３に示される光源スペクトルの種々の波長範囲にわたるスペクトル積算プロットである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る装置筐体の斜視図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る装置筐体の斜視図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係る光学サンプル処理システムのソリッドモデルの図である。
【図８】図８は、図７に示される光学システムのソリッドモデルの拡大図である。
【図９】図９は、図７に示されるサンプル処理システムの一部の分解図である。
【図１０】図１０は、図７に示される光学システムの一部の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態に係る画像化ユニットの斜視図である。
【図１２】図１２は、図１１に示される画像化ユニットの断面図である。
【図１３】図１３は、図１１に示される画像化ユニットの底面斜視図である。
【図１４】図１４は、図１１に示される画像化ユニットの底面斜視図である。
【図１５】図１５は、図１１に示される画像化ユニットの一部の拡大図である。
【図１６】図１６は、図１１に示される画像化ユニットの一部の拡大図である。
【図１７】図１７は、図１１に示される画像化ユニットの一部の拡大図である。
【図１８】図１８は、図６および図８に示されるシステムの断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の一実施形態に係るシステムの模式図である。
【図２０】図２０は、本発明の一実施形態に係るシステムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本明細書で使用される場合、「放射」または「電磁放射」という用語は、可視光（例えば、４００ナノメートル〜７００ナノメートル、または３８０ナノメートル〜８００ナノメートルの１つ以上の波長によって特徴付けられる放射エネルギー）または目に見えない電磁放射（例えば、赤外線、近赤外線、紫外線（ＵＶ）、Ｘ線またはγ線放射）のうち１つ以上を含んでいてもよい特定の電磁気プロセスによって放出される放射エネルギーを意味する。
【０００６】
本明細書で使用される場合、励起源は、電磁放射が少なくとも１つのサンプルと相互作用し、少なくとも１つのサンプルの条件の指標となる発光電磁放射を生成するような、１つ以上の化学化合物を含む少なくとも１つのサンプルに向けられてもよい電磁放射線源を意味する。励起源は、光源を含んでいてもよい。本明細書で使用される場合、「光源」という用語は、電磁スペクトルの可視光波長帯（例えば、４００ナノメートル〜７００ナノメートルの範囲または３８０ナノメートル〜８００ナノメートルの範囲の波長の中の電磁放射）の中にピークまたは最大出力（例えば、力、エネルギーまたは強度）を有する電磁スペクトルを含む電磁放射線源を指す。これに加えて、またはこれに代えて、励起源は、電磁スペクトルの赤外線部分（近赤外線、中赤外線、および／または遠赤外線）または紫外線部分（近紫外線および／または極紫外線）の少なくとも一部の中の電磁放射を含んでいてもよい。これに加えて、またはこれに代えて、励起源は、電磁スペクトルの他の波長帯（例えば、電磁スペクトルの中のＸ線および／またはラジオ波部分）の中の電磁放射を含んでいてもよい。励起源は、例えば、白熱ランプ、ガス放電ランプ（例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、アルゴンランプ、クリプトンランプなど）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、レーザーなどの単一の光源を含み得る。励起源は、複数の個々の光源（例えば、複数のＬＥＤまたはレーザー）を含んでいてもよい。励起源は、ハイパスフィルター、ローパスフィルターまたはバンドパスフィルターのような１つ以上の励起フィルターも含んでいてもよい。例えば、励起フィルターは、着色フィルターおよび／または二色フィルターを含んでいてもよい。励起源は、空間的に、および／または一時的に分割された単一のビームまたは複数のビームを含む。
【０００７】
本明細書で使用される場合、「発光」は、励起源からの放射と、１つ以上の化学分子および／または生体分子または目的の化合物を含むか、または含むと思われる１つ以上のサンプルとの相互作用の結果として作られる電磁放射を意味する。発光は、励起源からの放射に対する、サンプルによる反射、屈折、分極、吸収および／または他の光学的な影響に起因するものであろう。例えば、発光は、１つ以上のサンプルによる励起電磁放射の吸収によって誘発される冷光または蛍光を含んでいてもよい。本明細書で使用される場合、「発光」は、電磁スペクトルの可視光波長帯（例えば、４２０ナノメートル〜７００ナノメートルの範囲の波長の中の電磁放射）の中にピークまたは最大出力（例えば、力、エネルギーまたは強度）を有する電磁スペクトルを含む発光を指す。
【０００８】
本明細書で使用される場合、レンズは、このような放射を収束させるか、または放射状に広げ、例えば、有限の距離で、または光学的な無限大で、リアルな画像またはバーチャル画像を与えるように入射電磁放射を向けるか、または集中させるような構成の光学要素を意味する。レンズは、入射電磁放射の屈折、反射および／または回折によって与えられる光の力を有する単一の光学要素を備えていてもよい。または、レンズは、例えば、限定されないが、アクロマティックレンズ、ダブレットレンズ、トリプレットレンズまたはカメラレンズを含む複数の光学要素を含む混合システムを含んでいてもよい。レンズは、レンズケースまたはレンズ取り付け部に少なくとも部分的に収容されていてもよく、または少なくとも部分的に囲まれていてもよい。
【０００９】
本明細書で使用される場合、「光の力」という用語は、空気中に配置されたとき、レンズまたは光学機器が光を収束させるか、または放射状に広げ、焦点（リアルまたはバーチャル）を与える能力を意味する。本明細書で使用される場合、「焦点距離」という用語は、光の力の逆数を意味する。本明細書で使用される場合、「屈折力」または「屈折光の力」という用語は、入射光を１つ以上の屈折次元に屈折するのに寄与するレンズまたは光学機器またはその一部の力を意味する。他の意味で述べられている場合を除き、レンズ、光学機器または光学要素の光の力は、レンズまたは光学機器と関連する参照面（例えば、光学機器の主要な面）からのものである。
【００１０】
本明細書で使用される場合、「生体サンプル」という用語は、本明細書に記載されるか、または暗示される本発明の種々の実施形態のユーザー、製造業者または流通業者に対する目的の任意の種類の生物化学要素または構成要素および／または任意の標的分子を含有するサンプルまたは溶液、および生物学的アッセイ、実験または試験を行う目的のために使用される、関連する化学物質または化合物を含有する任意のサンプルまたは溶液を意味する。これらの生物化学要素、構成要素または標的分子としては、限定されないが、ＤＮＡ配列（細胞を含まない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、循環性腫瘍細胞）または任意の他の適切な標的生体分子が挙げられるだろう。生体サンプルは、少なくとも１つの標的核酸配列、少なくとも１つのプライマー、少なくとも１つのバッファ、少なくとも１つのヌクレオチド、少なくとも１つの酵素、少なくとも１つの洗剤、少なくとも１つのブロッキング剤、または標的核酸配列または参照核酸配列を検出するのに適した少なくとも１つの染料、マーカーおよび／またはプローブのうち、１つ以上を含んでいてもよい。種々の実施形態において、このような生物学的構成要素を、胎児の診断学、複数のｄＰＣＲ、ウイルス検出および定量標準、遺伝子タイピング、シークエンシングアッセイ、実験またはプロトコル、シークエンシングバリデーション、変異検出、遺伝子改変された有機体の検出、希な対立遺伝子検出、および／またはコピー数の変動のような用途で、１つ以上のＰＣＲ方法およびシステムと組み合わせて使用してもよい。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、少なくとも１つの目的の生物学的標的を含有する１つ以上のサンプルまたは溶液は、複数の少量容積のサンプルまたは反応領域（例えば、１０ナノリットル以下、１ナノリットル以下、または１００ピコリットル以下の容積または領域）に含まれていてもよく、これに分布していてもよく、またはこれに分けられていてもよい。本明細書に開示される反応領域は、一般的に、基材材料の中に配置されたウェルに含まれるものとして示されるが、本発明の実施形態の他の形態の反応領域は、基材の中に作られる貫通穴または刻み目、基材表面に分布する溶液のスポット、試験部位またはキャピラリーまたはマイクロフルイディックシステムのボリュームの中、またはマイクロビーズまたは微小球の中または表面に配置されるサンプルまたは溶液に配置される反応領域を含んでいてもよい。
【００１２】
図１を参照すると、生物学的分析のためのシステム、設備または装置１００は、電子プロセッサ、コンピューターまたはコントローラ２００、生体サンプルまたは生物化学サンプルを受け入れ、および／または処理するような構成のベース部材、取り付け部またはサンプルブロックアセンブリ３００、および／または光学システム、設備または装置４００のうち、１つ以上を備えている。本発明の範囲を限定しないが、システム１００は、シークエンシング装置、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置（例えば、リアルタイムＰＣＲ（ｑＰＣＲ）装置および／またはデジタルＰＣＲ（ｄＰＣＲ）装置）、キャピラリー電気泳動装置、遺伝子タイピング情報を与えるための装置などを備えていてもよい。
【００１３】
電子プロセッサ２００は、光学システム４００および／またはベース部材３００からのデータを制御し、監視し、および／または受け入れるような構成である。電子プロセッサ２００は、光学システム４００および／またはベース部材３００と物理的に一体化していてもよい。これに加えて、またはこれに代えて、電子プロセッサ２００は、光学システム４００および／またはベース部材３００から分離していてもよく、例えば、外部デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、ノートパッドコンピューター、タブレットコンピューターなどであってもよい。電子プロセッサ２００と光学システム４００および／またはベース部材３００との間の通信は、物理接続（例えば、ＵＳＢケーブルなど）を介して直接的に達成されてもよく、および／または無線接続またはネットワーク接続を介して（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ接続、ローカルエリアネットワーク、インターネット接続、クラウド接続などを介して）間接的に達成されてもよい。電子プロセッサ２００は、命令、ルーチン、アルゴリズム、試験および／または構造パラメーター、試験および／または実験のデータなどを含む電子メモリ記憶を備えていてもよい。電子プロセッサ２００は、例えば、光学システム４００の種々の構成要素を操作し、または、ベース部材３００によって与えられるデータを得て、および／またはこれを処理するような構成であってもよい。例えば、電子プロセッサ２００を使用し、光学システム４００の１つ以上の光検出部によって与えられる光データを得て、および／またはこれを処理してもよい。
【００１４】
特定の実施形態において、電子プロセッサ２００は、光学システム４００および／またはベース部材３００に一体化されていてもよい。電子プロセッサ２００は、例えば、ハードワイヤ接続、ローカルエリアネットワーク、インターネット接続、クラウド計算システムなどを用いてさらに処理するために、外部コンピューターと通信し、および／または外部コンピューターにデータを送信してもよい。外部コンピューターは、物理的なコンピューター、例えば、デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、ノートパッドコンピューター、タブレットコンピューターなどであってもよく、外部コンピューターは、システム１００の中、またはシステム１００の近くに配置される。これに加えて、またはこれに代えて、外部コンピューターおよび電子プロセッサ２００の片方または両方は、バーチャルデバイスまたはバーチャルシステム、例えば、クラウド計算システムまたは記憶システムを有していてもよい。データは、これら２つの間を無線接続、クラウド記憶または計算システムなどを介して移動されてもよい。これに加えて、またはこれに代えて、電子プロセッサ２００からのデータ（例えば、光学システム４００および／またはベース部材３００からのデータ）は、外部メモリ記憶デバイス、例えば、外部ハードドライブ、ＵＳＢメモリモジュール、クラウド記憶システムなどに移されてもよい。
【００１５】
特定の実施形態において、ベース部材３００は、サンプルホルダまたはサンプルキャリア３０５を受け入れるような構成である。サンプルホルダ３０５は、対応する複数または一連の生体サンプルまたは生化学サンプル３１０を含むための複数または一連の空間的に分けられた反応領域、部位または位置３０８を含んでいてもよい。反応領域３０８は、複数の生体サンプルまたは生化学サンプル３１０を単離するか、または単離するような構成の任意の複数の容積または位置を含んでいてもよい。例えば、反応領域３０８は、基材またはアセンブリの中に複数の貫通穴またはウェル（例えば、標準的なマイクロタイタープレートの中のサンプルウェル）、チャンネル、キャピラリーまたはチャンバの中の複数のサンプルビーズ、マイクロビーズ、または微小球、フローセルの中の複数の別個の位置、基材表面の上の複数のサンプルスポット、またはサンプルホルダを受け入れるような構成の複数のウェルまたは開口部（例えば、マイクロタイタープレートを受け入れるような構成のサンプルブロックアセンブリの中の空洞）を含んでいてもよい。
【００１６】
ベース部材３００は、サンプルホルダ３０５および／または生体サンプル３１０の温度を制御するような構成のサンプルブロックアセンブリを備えていてもよい。サンプルブロックアセンブリ３００は、サンプルブロック、Ｐｅｌｔｉｅｒデバイス、または温度を制御するか、または循環させるための他の装置、および／またはヒートシンク（例えば、温度の安定化を補助するためのもの）のうち、１つ以上を備えていてもよい。ベース部材３００は、例えば、ＰＣＲアッセイを与えるか、または行うためのサーマルコントローラーまたはサーマルサイクラーを備えていてもよい。
【００１７】
反応装置３００は、サンプルホルダ３０５を備えていてもよい。反応領域３０８の少なくとも一部が、１つ以上の生体サンプル３１０を含んでいてもよい。生体サンプルまたは生化学サンプル３１０は、少なくとも１つの標的核酸配列、少なくとも１つのプライマー、少なくとも１つのバッファ、少なくとも１つのヌクレオチド、少なくとも１つの酵素、少なくとも１つの洗剤、少なくとも１つのブロッキング剤、または標的核酸配列または参照核酸配列を検出するのに適した少なくとも１つの染料、マーカーおよび／またはプローブのうち、１つ以上を含んでいてもよい。サンプルホルダ３０５は、ＰＣＲアッセイ、シークエンシングアッセイまたはキャピラリー電気泳動アッセイ、ブロットアッセイのうち、少なくとも１つを行うような構成であってもよい。特定の実施形態において、サンプルホルダ３０５は、マイクロタイタープレート、複数のウェルまたは貫通穴を含む基材、１つ以上のチャンネルまたはキャピラリーを含む基材、または１つ以上の生体サンプルを含有する複数のビーズまたは球を含むチャンバのうち、１つ以上を備えていてもよい。反応領域３０８は、基材中の複数のウェル、複数の貫通穴、基材の上またはチャンネルまたはキャピラリーの中の複数の別個の位置、反応ボリューム内の複数のマイクロビーズまたは微小球などのうち、１つ以上を含んでいてもよい。サンプルホルダ３０５は、マイクロタイタープレートを含んでいてもよく、例えば、反応領域３０８は、少なくとも９６ウェル、少なくとも３８４ウェルまたは少なくとも１５３６ウェルを含んでいてもよい。
【００１８】
特定の実施形態において、サンプルホルダ３０５は、第１の表面と、対向する第２の表面と、これらの表面の間に配置された複数の貫通穴とを含む基材を備えていてもよく、複数の貫通穴は、１つ以上の生体サンプルを含むような構成であり、例えば、特許出願公開第ＵＳ  ２０１４−０２４２５９６号および第ＷＯ  ２０１３／１３８７０６号に記載されるようなものであってもよく、これらの出願は、本明細書に完全に記載されているかのように参考として本明細書に組み込まれる。このような実施形態において、基材は、少なくとも３０９６の貫通穴または少なくとも２０，０００の貫通穴を含んでいてもよい。特定の実施形態において、サンプルホルダ３０５は、１つ以上の標的分子または一連の分子が通過するような構成の一連のキャピラリーを備えていてもよい。
【００１９】
特定の実施形態において、システム１００は、場合により、被加熱カバーまたは温度制御されたカバー１０２を備えていてもよく、被加熱カバーまたは温度制御されたカバー１０２は、サンプルホルダ３０５および／またはベース部材３００の上に配置されていてもよい。例えば、サンプルホルダ３０５に含まれるサンプルの上での濃縮を防ぐために、被加熱カバー１０２を使用してもよく、生体サンプル３１０への最適な光の接近を維持するのに役立つだろう。
【００２０】
特定の実施形態において、光学システム４００は、励起源、照射源、放射線源または光源４０２を含み、第１の波長によって特徴付けられる第１の励起ビーム４０５ａと、第１の波長とは異なる第２の波長によって特徴付けられる第２の励起ビーム４０５ｂを少なくとも生成する。光学システム４００は、さらに、励起源４１０に応答して、および／または励起ビーム４０５ａ、４０５ｂのうち１つ以上に応答して、１つ以上の生体サンプルからの発光または放射を受け入れるような構成の光学センサまたは光検出部４０８を備えている。光学システム４００は、さらに、励起源４０２と、照射される１つ以上の生体サンプルとの間の励起光路４１２に沿って配置される励起光学システム４１０を備えている。光学システム４００は、さらに、照射されるサンプルと光学センサ４０８との間の発光光路４１７に沿って配置される発光光学システム４１５を備えている。特定の実施形態において、光学システム４００は、ビームスプリッター４２０を備えていてもよい。光学システム４００は、場合により、ビームスプリッター４２０に衝突する励起源４０２からの発光光路４１７の中の放射の反射を減らすか、または防ぐような構成のビームダンプまたは放射バッフル４２２を備えていてもよい。
【００２１】
図１に示されている実施形態および本明細書に開示される本発明の他の実施形態において、励起源４０２は、放射線源４２５を備えている。放射線源４２５は、少なくとも１つの白熱ランプ、少なくとも１つのガス放電ランプ、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）、少なくとも１つの有機発光ダイオード、および／または少なくとも１つのレーザーのうち、１つ以上を備え得る。例えば、放射線源４２５は、少なくとも１つのハロゲンランプ、キセノンランプ、アルゴンランプ、クリプトンランプ、ダイオードレーザー、アルゴンレーザー、キセノンレーザー、エキシマレーザー、ソリッドステートレーザー、ヘリウム−ネオンレーザー、染料レーザー、またはこれらの組み合わせを含み得る。放射線源４２５は、電磁スペクトルの可視光帯の中の最大波長または中心波長によって特徴付けられる光源を含んでいてもよい。これに加えて、またはこれに代えて、放射線源４２５は、電磁スペクトルの波長帯の１つの中にある対応する最大波長または中心波長を有する紫外線源、赤外線源または近赤外線源を含んでいてもよい。放射線源４２５は、広帯域源、例えば、スペクトル帯域幅が少なくとも１００ナノメートル、少なくとも２００ナノメートルまたは少なくとも３００ナノメートルの広帯域源であってもよく、帯域幅は、強度、エネルギーまたは力の出力が所定量より大きい範囲として定義される（例えば、所定量は、放射線源の最大波長または中心波長の約１％、５％または１０％である）。励起源４０２は、さらに、放射線源４２５からの発光を調整し、例えば、サンプルホルダ３０５に、および／または生体サンプル３１０の中に受け入れられる励起放射の量を増やすような構成の励起源レンズ４２８を備えている。励起源レンズ４２８は、１個のレンズを備えていてもよく、または２つ以上の要素を含む混合レンズであってもよい。
【００２２】
特定の実施形態において、励起源４０２は、さらに、例えば、広帯域励起源４０２と組み合わせて使用される、励起光路４１２の内部および外側に移動可能な２つ以上の励起フィルター４３０を備えている。このような実施形態において、異なる励起フィルター４３０を使用し、生体サンプル３１０内のそれぞれの染料またはマーカーからの蛍光を誘発するのに適した異なる波長範囲または励起チャンネルを選択してもよい。１つ以上の励起フィルター４３０は、少なくとも±１０ナノメートルまたは少なくとも±１５ナノメートルの波長帯域幅を有していてもよい。励起フィルター４３０は、ＳＹＢＲ（登録商標）染料またはプローブ、ＦＡＭＴＭ染料またはプローブ、ＶＩＣ（登録商標）染料またはプローブ、ＲＯＸＴＭ染料またはプローブ、またはＴＡＭＲＡＴＭ染料またはプローブのうち１つ以上の蛍光を発するのに適した複数の帯域を通過させる複数のフィルターを含んでいてもよい。励起フィルター４３０は、回転可能なフィルターホイール（図示せず）または他の適切なデバイスまたは励起源４０２を用いて異なる励起チャンネルを与える装置に整列していてもよい。特定の実施形態において、励起フィルター４３０は、少なくとも５個のフィルターまたは少なくとも６個のフィルターを含んでいてもよい。
【００２３】
特定の実施形態において、励起源４０２は、複数の個々の励起源を備えていてもよく、これらを、それぞれの個々の励起源からの放射が、共通の光路にそって、例えば、図１に示す励起光路４１２に沿って伝わるように、１つ以上のビームスプリッターまたはビームコンバイナーを用いて合わせてもよい。または、個々の励起源の少なくともいくつかが、異なる重なり合わない光路に沿って伝わる励起ビームを与えるように並び、例えば、複数の反応領域３０８の異なる反応領域を照射してもよい。個々の励起源それぞれが割り当てられ、活性化され、または選択され、例えば、個々に、またはいくつかのグループで、または全て同時に反応領域３０８に照射されてもよい。特定の実施形態において、個々の励起源は、一次元アレイまたは二次元アレイになるように並んでいてもよく、ここで、個々の励起源の１つ以上が、アレイ中の他の個々の励起源の少なくとも１つとは異なる最大波長または中心波長によって特徴付けられる。
【００２４】
特定の実施形態において、第１の励起ビーム４０５ａは、第１の励起ビーム４０５ａの強度、力またはエネルギーが第１の所定の値より大きくなるような第１の波長範囲を有し、第２の励起ビーム４０５ｂは、第２の励起ビーム４０５ｂの強度、力またはエネルギーが第２の所定の値より大きくなるような第２の波長範囲を有する。励起ビーム４０５ａ、４０５ｂの特徴的な波長は、対応する波長範囲の中心波長であってもよく、または対応する波長範囲の最大電磁場強度、力またはエネルギーの波長であってもよい。励起ビーム４０５の少なくとも１つの中心波長は、対応する波長範囲の平均波長であってもよい。それぞれの励起ビーム４０５（例えば、励起ビーム４０５ａ、４０５ｂ）について、上述の所定の値は、対応する最大強度、力またはエネルギーの２０％未満、対応する最大強度、力またはエネルギーの１０％未満、対応する最大強度、力またはエネルギーの５％未満、または対応する最大強度、力またはエネルギーの１％未満であってもよい。上述の所定の値は、全ての励起ビーム４０５について（例えば、励起ビーム４０５ａ、４０５ｂの両方について）同じであってもよく、または、上述の所定の値は、互いに異なっていてもよい。特定の実施形態において、第１および第２の励起ビーム４０５ａ、４０５ｂの波長範囲は重なり合わず、一方、他の実施形態において、この波長範囲の少なくとも１つは、他方の波長範囲と少なくとも部分的に重なり合う。特定の実施形態において、第１の中心波長と第２の中心波長は、少なくとも２０ナノメートル離れている。特定の実施形態において、第１の波長範囲および第２の波長範囲のうち、少なくとも１つは、少なくとも２０ナノメートルまたは少なくとも３０ナノメートルの値を有する。
【００２５】
励起光学システム４１０は、１つ以上の生体サンプルに励起ビーム４０５ａ、４０５ｂを向かわせるような構成である。適用可能な場合、本明細書で励起ビーム４０５ａ、４０５ｂの言及は、２個より多い励起ビーム４０５を含む実施形態に適用されてもよい。例えば、励起源４０２は、少なくとも５個または６個の励起ビーム４０５を向かわせるような構成であってもよい。励起ビーム４０５ａ、４０５ｂは、同時に作られ、または同時に提供されてもよく、一時的に分割されてもよく、および／または空間的に分けられていてもよい（例えば、励起ビーム４０５ａは、１つの反応領域３０８に向かい、励起ビーム４０５ｂは、異なる反応領域３０８に向かう）。励起ビーム４０５は、例えば、異なる波長によって特徴付けられる異なる色の個々の放射線源４２５の電源を順次入れ、切っていくことによって、または１個の放射線源４２５の前側に異なるカラーフィルターを順次配置することによって、順次作られてもよい。または、励起ビーム４０５ａ、４０５ｂは、例えば、複数波長帯用フィルター、ビームスプリッターまたは鏡を用いることによって、または異なる個々の放射線源４２５、例えば、２つの異なる色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を合わせることによって、同時に作られてもよい。ある実施形態において、励起源４０２は、２個より多い励起ビーム４０５を生成し、励起光学システム４１０は、それぞれの励起ビームを１つ以上の生体サンプル３１０に向かわせる。
【００２６】
図２を参照すると、励起源４０２は、少なくとも５個の個々の放射線源４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、４２５ｄ、４２５ｅを有していてもよく、これらが合わさって、励起光路４１２に沿って伝わってもよい。励起源４０２は、対応する励起源レンズ４２８ａ、４２８ｂ、４２８ｃ、４２８ｄ、４２８ｅも備えていてもよい。複数のコンバイナー光学要素４２９ａ、４２９ｂ、４２９ｃを用い、放射線源４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、４２５ｄ、４２５ｅからの放射を合わせてもよい。コンバイナー光学要素４２９ａ、４２９ｂ、４２９ｃは、ニュートラルデンシティーフィルター、５０／５０ビームスプリッター、二色フィルターまたは鏡、キューブビームスプリッターなどのうち、１つ以上を備えていてもよい。コンバイナー光学要素４２９ａ、４２９ｂ、４２９ｃは、個々の放射線源４２５をどのように合わせるかの一例であり、個々の放射線源４２５とコンバイナー光学要素４２９の他の組み合わせおよび幾何学的配置が、本発明の実施形態の範囲内にあると理解されるだろう。個々の放射線源４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、４２５ｄ、４２５ｅの１つ以上は、他の個々の放射線源４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、４２５ｄ、４２５ｅとは異なる中心波長および／または波長範囲によって特徴付けられるだろう。
【００２７】
図３〜４を参照すると、放射線源４２５のスペクトル分布は、例えば、ｑＰＣＲアッセイのそれぞれのサイクル中、全ての励起チャンネル全体で受け入れ可能なデータまたは所定のデータを同時に維持しつつ、異なる色または励起チャンネルの少なくとも５個の励起ビーム４０５を、１つの共通のビームスプリッター４２０と共に使用することができるような明らかではない様式で選択されてもよい。本明細書で使用される場合、「励起チャンネル」という用語は、１つ以上の生体サンプル（例えば、生体サンプル３１０）に照射するような構成の励起源（例えば、励起源４０２）によって得られるいくつかの別個のそれぞれの電磁波長帯を意味する。本明細書で使用される場合、「発光チャンネル」という用語は、電磁放射が光学センサまたは検出部（例えば、光学センサ４０８）を通過することができるいくつかの別個のそれぞれの発光波長帯を意味する。
【００２８】
図３は、３個の異なる放射線源について、波長スペクトルに対する相対エネルギーを示す。点線のプロットは、ハロゲンランプのスペクトルであり（本明細書では「放射線源１」と称される）、可視光スペクトルの青色波長範囲の比較的低いエネルギーレベルを特徴とし、約６７０ナノメートルのピーク値までエネルギーが増加していく。一点鎖線のスペクトルプロットは、市販のＬＥＤ光源のプロットであり（本明細書で「放射線源２」と称される）、４５０ナノメートル付近にピークエネルギーを有し、約５３０ナノメートル〜約５８０ナノメートルにこれより小さなピークを有し、その後、可視光スペクトルの赤色波長範囲ではエネルギーが徐々に減少していく。実線のプロットは、本発明の一実施形態に係る別のＬＥＤ光線のスペクトル（例えば、励起源４０２の例示的なスペクトル）である（本明細書で「放射線源３」と称される）。図４は、図３に示される３個の放射線源それぞれについて、種々の励起チャンネルにわたって積算したエネルギーを示し、ここで、これらのチャンネルのスペクトルは、ｑＰＣＲの分野で使用される典型的な励起フィルターのスペクトルである。波長範囲と励起フィルターの名称を以下の表１に示し、ここで、Ｘ１は、励起チャンネル１であり、Ｘ２は、励起チャンネル２などである。
【表１】
2018506039.tif 000003
【００２９】
ｑＰＣＲの分野において、重要な性能パラメーターの１つは、複数の標的染料を含有するサンプルについて発光データを得るための合計時間である。例えば、ある場合には、サンプルに照射するために使用されるそれぞれの励起チャンネルについて、Ｍ１〜Ｍ６と呼ばれる１個以上の発光チャンネルで複数の染料またはプローブからの発光データを得ることが望ましい（例えば、Ｍ１−Ｍ６とＸ１、Ｍ２−Ｍ６とＸ２、Ｍ３−Ｍ６とＸ３、Ｍ４−Ｍ６とＸ４、Ｍ５−Ｍ６とＸ５、および／またはＭ６とＸ６）。本願発明者らは、放射線源２を、５個または６個の励起／発光フィルターチャンネル（例えば、励起チャンネルＸ１−Ｘ６と、発光チャンネルＭ１−Ｍ６の組み合わせ）について１個の広帯域ビームスプリッターを有するシステムで使用するとき、励起チャンネル５および／または励起チャンネル６についてデータを得るための時間量は、特定の用途で受け入れることができないほど長いことを発見した。この状況を改善するために、励起チャンネル１および／または２について、１つ以上の狭い帯域の二色ビームスプリッターを使用し、サンプルが受ける励起光の量と、センサが受ける発光の量を増やすことが可能である（その結果、この場合、全体的な光学効率は、二色ビームスプリッターによって増える）。しかし、これは、図１に示すような１個のビームスプリッターの配置の使用を除外し、従って、対応する１個のビームスプリッター構造の対応する利点（例えば、サイズ、コスト、複雑さの減少）が失われる。放射線源３のような光源を、１個のビームスプリッター（例えば、５０／５０ビームスプリッターのような広帯域ビームスプリッター、例えば、ビームスプリッター４２０）と組み合わせて使用する、よりよい解決策が開発された。励起チャンネルＸ１、Ｘ５および／またはＸ６における相対的なエネルギーを使用し、１個のビームスプリッターの実施形態と共に使用するのに適した励起源４０２を特定し、５個または６個の励起チャンネルで発光データを集めるための許容され得る合計積算時間を得てもよいことがわかっている。例としてＬＥＤ放射線源２およびＬＥＤ放射線源３を用い、以下の表２に示される以下のデータは、図３および図４に示されるデータについて誘導されてもよい。
【表２】
2018506039.tif 000004
【００３０】
このようなデータに基づき、本願発明者らは、特定の実施形態において、Ｘ１／Ｘ２が２．０２より大きいと（例えば、３以上）、優れた性能（例えば、チャンネル１の積算時間が短いという観点で）が得られ得ることを発見した。これに加えて、またはこれに代えて、他の実施形態において、Ｘ５／Ｘ２が０．４９より大きいと（例えば、０．９以上）、および／またはＸ６／Ｘ２が０．３８より大きいと（例えば、０．９以上）、優れた性能（例えば、チャンネル１の積算時間が短いという観点で）が得られるだろう。ここに示す基準について、「Ｘ１」は、４５５〜４８５ナノメートルを含む波長帯の中の最大の力、エネルギーまたは強度によって特徴付けられるスペクトル出力を有する励起チャンネルを意味する。「Ｘ２」は、５１０〜５３０ナノメートルを含む波長帯の中の最大の力、エネルギーまたは強度によって特徴付けられるスペクトル出力を有する励起チャンネルを意味する。「Ｘ５」は、６３０．５〜６４９．５ナノメートルを含む波長帯の中の最大の力、エネルギーまたは強度によって特徴付けられるスペクトル出力を有する励起チャンネルを意味する。「Ｘ６」は、６５０〜６７４ナノメートルを含む波長帯の中の最大の力、エネルギーまたは強度によって特徴付けられるスペクトル出力を有する励起チャンネルを意味する。
【００３１】
再び図１を参照すると、サンプルを処理するベース部材３００に向かう操作中、例えば、サンプルホルダ３０５が存在する場合、励起ビーム４０５は、励起光路４１２に沿って反応領域３０８に向かう。存在する場合、放射線源レンズ４２８は、励起ビーム４０５を調節するような構成であり、例えば、励起源４０２から発せられる放射の大部分を捕捉し、向かわせるような構成である。特定の実施形態において、１つ以上の鏡４３２（例えば、折り畳まれた鏡）を、励起光路４１２に沿って組み込み、例えば、光学システム４００をさらに小型化し、および／または所定のパッケージ寸法を与えてもよい。図１は、１個の鏡４３２を示すが、例えば、パッケージの設計制約を満たすために、さらなる鏡を使用してもよい。本明細書で以下にさらに詳細に記載するように、例えば、励起ビーム４０５および／または１つ以上の反応領域に含まれる生体サンプルからの対応する発光をさらに調節するために、さらなるレンズを、サンプルホルダ３０５付近に配置してもよい。
【００３２】
発光光学システム４１５は、１つ以上の生体サンプルからの発光を光学センサ４０８に向かわせるような構成である。発光の少なくとも一部が、少なくとも１つの励起ビーム４０５に応答して生体サンプルの少なくともいくつかからの蛍光発光を含んでいてもよい。これに加えて、またはこれに代えて、発光の少なくとも一部が、生体サンプルの少なくともいくつかによって反射され、屈折され、回折され、散乱され、または分極する少なくとも１つの励起ビーム４０５からの放射を含む。特定の実施形態において、発光光学システム４１５は、例えば、発光光路４１７へと反射または散乱する励起放射を遮断するような構成の１つ以上の発光フィルター４３５を備えている。特定の実施形態において、それぞれの励起フィルター４３０について、対応する発光フィルター４３５が存在する。図８を参照すると、特定の実施形態において、励起フィルター４３０は、励起フィルターホイール４３１の中に並べられ、および／または発光フィルター４３５は、発光フィルターホイール４３６の中に並べられる。
【００３３】
特定の実施形態において、発光光学システム４１５は、生体サンプルの少なくとも一部からの発光を光学センサ４０８に向かわせるように構成されるセンサレンズ４３８を備えている。光学センサ４０８は、１個のセンサ要素、例えば、光ダイオード検出部または光電子倍増管などを備えていてもよい。これに加えて、またはこれに代えて、光学センサ４０８は、一連のセンサまたはピクセルを含むアレイセンサを含んでいてもよい。アレイセンサ４０８は、相補型金属酸化物半導体センサ（ＣＭＯＳ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、複数のフォトダイオード検出部、複数の光電子倍増管などのうち、１つ以上を含んでいてもよい。センサレンズ４３８は、複数の生体サンプル３１０の１つ以上からの発光から画像を生成するような構成であってもよい。特定の実施形態において、光学センサ４０８は、２つ以上のアレイセンサ４０８を含んでおり、例えば、複数の生体サンプル３１０の１つ以上からの発光から、２つ以上の画像が作られる。このような実施形態において、複数の生体サンプル３１０の１つ以上からの発光が分けられ、複数の生体サンプル３１０の１つ以上について、２つのシグナルを得てもよい。特定の実施形態において、光学センサは、少なくとも２つのアレイセンサを含む。
【００３４】
ビームスプリッター４２０は、励起光路４１２および発光光路４１７の両方に沿って配置され、操作中に第１および第２の励起ビーム４０５ａ、４０５ｂの両方を受け入れるような構成である。図１に示される図示した実施形態において、ビームスプリッター４２０は、励起ビーム４０５を伝え、生体サンプル３１０からの発光を反射するような構成である。または、ビームスプリッター４２０は、励起ビームを反射し、生体サンプル３１０からの発光を伝えるような構成であってもよい。特定の実施形態において、ビームスプリッター４２０は、励起源４０２によって与えられ、反応領域３０８に向かう励起ビーム４０５（例えば、示されている実施形態では、励起ビーム４０５ａ、４０５ｂ）の全てまたはほとんどについて同じ、またはほぼ同じ反射率を有する広帯域ビームスプリッターを含む。例えば、ビームスプリッター４２０は、電磁スペクトルの少なくとも１００ナノメートルの波長帯、少なくとも２００ナノメートルの波長帯、または可視光波長帯、電磁スペクトルの可視光と近ＩＲ波長帯、または４５０ナノメートル〜６８０ナノメートルの波長帯にわたって一定またはほぼ一定の反射率を特徴とする広帯域ビームスプリッターであってもよい。特定の実施形態において、ビームスプリッター４２０は、ニュートラルデンシティーフィルター、例えば、電磁スペクトルの可視光波長帯にわたって、約２０％、５０％または８０％の反射率を有するフィルターである。特定の実施形態において、ビームスプリッター４２０は、１つ以上の選択された波長範囲にわたって透過性または反射性の二色ビームスプリッターであり、例えば、励起ビーム４０５のピーク波長またはピーク波長付近にある波長中心の１つより多い波長帯にわたって透過性および／または反射性の複数波長帯のビームスプリッターである。
【００３５】
特定の実施形態において、ビームスプリッター４２０は、単独で、または１個のビームダンプ４２２と組み合わせて、複数の励起ビーム４０５（例えば、励起ビーム４０５ａ、４０５ｂ）の一部または全てを受け入れるような１個のビームスプリッターの構造である。それぞれの励起ビームは、励起チャンネルと呼ばれてもよく、単独で使用されるか、または組み合わせて使用され、１つ以上の生体サンプル３１０の中の異なる蛍光染料またはプローブ分子を励起してもよい。対照的に、多くの従来のシステムおよび装置は、例えば、ｑＰＣＲの分野において、システムまたは装置のそれぞれの励起チャンネルおよび／またはそれぞれの発光チャンネルについて別個のビームスプリッターおよび／またはビームダンプを用いることによって、複数の励起ビームを与える。このような従来のシステムおよび装置において、典型的には、励起チャンネルの少なくとも一部に、色について選択的な二色フィルターを使用し、そのサンプルが受ける放射の量を増やす。それぞれのチャンネルについて異なるビームスプリッターおよび／またはビームダンプを用いるシステムおよび装置の欠点としては、サイズが大きくなること、コスト、複雑さ、応答時間（例えば、励起チャンネルおよび／または発光チャンネルの間を変えるとき、移動または回転させなければならない質量が増えることに起因する）が挙げられる。本願発明者らは、例えば、励起源４０２のスペクトル分布を適切に選択することによって、および／または光学センサ４０８（本明細書でさらに記載するような）が受ける迷光または望ましくない放射の量を減らすようにシステムまたは装置を構成することによって、受け入れ可能な所定のシステムまたは装置の性能を維持しつつ、これらの複数のビームスプリッターおよび／またはビームダンプを、１個のビームスプリッター４２０および／または１個のビームダンプ４２２と置き換えることが可能なことを発見した。従って、本発明の実施形態を使用し、従来のシステムおよび装置と比較して、サイズ、コスト、複雑さおよび応答時間が減少したシステムおよび装置を提供してもよい。
【００３６】
図５および図６を参照し、特定の実施形態において、システム１００は、装置筐体１０５と、サンプルホルダ引き出し１１０とを備えており、サンプルホルダ引き出し１１０は、ベース部材３００を含み、使用中に、サンプルホルダ３０５を受け入れ、保持し、または含み、光学システム４００との光学的な接続を与えるような位置にサンプルホルダ３０５を配置するような構成である。引き出し１１０が閉じた状態では（図６）、筐体１０５は、サンプル処理システム３００および光学システム４００を含むか、または包み込むような構成であってもよい。特定の実施形態において、筐体１０５は、電子プロセッサ２００の全てまたは一部を含むか、または包み込むような構成であってもよい。
【００３７】
図７〜９を参照すると、特定の実施形態において、光学システム４００は、さらに、レンズ４４０および／またはレンズアレイ４４２を備えていてもよく、これらは、サンプルホルダ３０５のそれぞれの反応領域３０８に対応する複数のレンズを備えていてもよい。レンズ４４０は、フィールドレンズを備えていてもよく、フィールドレンズは、サンプルホルダ３０５、反応領域３０８、レンズアレイ４４２または光学センサ４０８のうち、少なくとも１つのためのテレセントリック光学システムを与えるような構成であってもよい。図７および図９に図示された実施形態に示されるように、レンズ４４０は、Ｆｒｅｓｎｅｌレンズを含んでいてもよい。
【００３８】
図７および図９を再び参照すると、特定の実施形態において、ベース部材３００は、サンプルブロックアセンブリ３００を備えており、サンプルブロックアセンブリ３００は、サンプルブロック３０２と、温度コントローラ３０３（例えば、Ｐｅｌｔｉｅｒデバイス３０３）と、ヒートシンク３０４とを備えている。サンプルブロックアセンブリ３００は、熱制御または熱循環を与え（例えば、ＰＣＲアッセイまたは温度プロフィールを与え）、サンプルホルダ３０５または生体サンプル３１０の温度を維持し、および／またはサンプルホルダ３０５または生体サンプル３１０の熱流量または温度をその他の方法で維持し、制御し、調節し、または循環させるような構成であってもよい。
【００３９】
図１０〜１４をさらに参照すると、特定の実施形態において、光学システム４００は、画像化ユニット４４５を備えており、画像化ユニット４４５は、光学センサ回路基板４４８と、センサレンズ４３８（図１０に示されるように、混合レンズであってもよい）と、内側レンズ取り付け部４４９と、外側レンズ取り付け部４５０と、ネジ切りされた筐体４５２と、フォーカスギア４５５とを備えている。光学センサ回路基板４４８、ネジ切りされた筐体４５２およびセンサレンズ４３８は、一緒になって、光学センサ４０８を囲むか、または光学センサ４０８が入る空洞４５８を生成してもよく、光学センサ４０８に衝突する外部光がセンサレンズ４３８に入らないように遮断するような構成であってもよい。外側レンズ取り付け部４５０は、弾性要素（図示せず）、例えば、バネを介してフォーカスギア４５５の歯と移動可能またはスライド可能に係合し得るギア歯４６０を含む外側表面を有する。特定の実施形態において、フォーカスギア４５５は、図１４に示されるように、プレート４６５のスロット４６２に沿って移動またはスライドする。内側レンズ取り付け部４４９は、ネジ切りされた筐体４５２のネジ切りされた部分と係合または噛合するネジ切りされた部分４６８を有する。
【００４０】
内側レンズ取り付け部４４９は、外側レンズ取り付け部４５０に固定状態で取り付けられてもよく、一方、ネジ切りされた筐体４５２は、光学センサ回路基板４４８に対し、固定状態で取り付けられる。内側レンズ取り付け部４４９は、ネジ切りされた筐体４５２に移動可能または回転可能に取り付けられる。従って、フォーカスギア４５５が回転すると外側レンズ取り付け部４５０も回転するように、フォーカスギア４５５と外側レンズ取り付け部４５０が係合してもよい。次いで、これにより、内側レンズ取り付け部４４９とセンサレンズ４３８が、内側レンズ取り付け部４４９およびネジ切りされた筐体４５２のネジ切り部分を介し、センサレンズ４３８の光軸に沿って移動する。この様式で、非常に小型な光学システム４００の中に埋め込まれているセンサレンズ４３８またはその関連する取り付け部４４９、４５０に直接係合することなく、センサレンズ４３８のフォーカスが調節されてもよい。フォーカスギア４５５との係合は、手動で、または例えば、モーター（図示せず）、例えば、ステッパーモーターまたはＤＣモーターを用いて自動であってもよい。
【００４１】
図１１および図１３〜１７を参照すると、特定の実施形態において、画像化ユニット４４５は、さらに、ロッキングデバイスまたは機構４７０を備えている。ロッキングデバイス４７０は、縁部または歯４７２を備えており、縁部または歯４７２が、フォーカスギア４５５の２つの歯の間にスライド可能に係合してもよい（図１５〜１７を参照）。図１５および図１６に示されるように、ロッキングデバイス４７０は、フォーカスギア４５５が自由に回転し、センサレンズ４３８のフォーカスを調節する第１の位置（図１５）と、フォーカスギア４５５が所定位置にロックされ、回転が妨げられるか、防がれる第２の位置（図１４）とを有していてもよい。この様式で、有利には、ネジ切り部分が損傷を受け得るような内側レンズ取り付け部４４９のネジ切り部分４６８と共に移動するのを避けつつ、センサレンズ４３８のフォーカスがロックされてもよく、所定位置にロックされた後にセンサレンズ４３８がその後に再フォーカスされるのを防ぐことができる。ロッキングデバイス４７０の操作は、手動であってもよく、または自動化された様式であってもよい。特定の実施形態において、ロッキング機構４７０は、さらに、弾性要素、例えば、バネ（図示せず）を有しており、フォーカスギア４５５の回転は、弾性要素によって作られる力の閾値を超えることによって達成されてもよい。
【００４２】
図１８を参照すると、光学システム４００は、さらに、光学筐体４７７を備えていてもよい。特定の実施形態において、励起ビーム４０５から被照射領域４８２で反射し、センサ開口部４７８を通過する放射のみが、光学筐体４７７の少なくとも１つの他の表面または内部でも反射する放射であるように、光学システム４００は、発光光路４１７に沿って配置されたセンサ開口部４７８を有する放射シールド４７５と、センサ開口部４７８と協働するように配置された少なくとも１つの遮断構造４８０とを備えている。言い換えると、放射シールド４７５は、励起ビーム４０５から被照射領域４８２で反射する放射が、開口部４７８を直接的に通過するのを遮断し、そのため、センサレンズ４３８の中を通り、光学検出部４０８に向かうのを防ぐような構成である。特定の実施形態において、被照射領域４８２は、複数の反応領域３０８に対応する被加熱カバー１０２の全ての開口部４８３によって規定される。
【００４３】
図１８の示されている実施形態において、遮断構造４８０は、棚部４８０を備えている。点線または点線の光線４８４ａおよび４８４ｂは、被照射領域４８２から直接反射した光がセンサ開口部４７８を通過するのを防ぎ、センサレンズ４３８および／または光学センサ４０８へと向かうのを防ぐという遮断構造４８０の有効性を示すために使用されてもよい。光線４８４ａは、被照射領域４８２の縁部から始まり、ちょうど棚部４８０を通るが、センサ開口部４７８を通過しない。光線４８４ｂは、被照射領域４８２の同じ縁部から始まる別の光線であり、棚部４８０で遮断される。ここからわかるように、センサ開口部４７８を通って入り得る光線は、棚部４８０の存在のための光線ではない。
【００４４】
続けて図１８を参照すると、特定の実施形態において、光学システム４００は、さらに、エネルギーまたは力の検出ユニットを備えていてもよく、この検出ユニットは、ライトパイプ４９２の一端に光学的に接続した力またはエネルギーのセンサ４９０を含む。ライトパイプ４９２の対向する端４９３は、励起ビーム４０５によって照射されるような構成である。ライトパイプの端４９３は、励起ビーム４０５に含まれる放射によって直接的に、または、例えば、拡散表面によって散乱した照射によって間接的に照射されてもよい。特定の実施形態において、センサ４９０は、励起源４０２からの励起光路４１２の外側に配置される。これに加えて、またはこれに代えて、センサ４９０は、光学筐体４７７の外側に配置され、および／または装置筐体１０５の外側の離れた位置に配置される。図１８に示される図示された実施形態において、ライトパイプの端４９３は、鏡４３２の付近またはこれに隣接して配置され、ライトパイプの表面が、励起ビーム４０５を反射する鏡４３２の表面に対して垂直またはほぼ垂直になるように配向していてもよい。本願発明者らは、この様式で配向すると、励起ビーム４０５のエネルギーまたは力を監視するという目的のために、ライトパイプ４９２によって遮られるエネルギーまたは力が少量で十分であることを発見した。有利には、センサ４９０を励起ビームの光路の外側に配置することによって、さらに小型化した光学システム４００が提供されるだろう。
【００４５】
特定の実施形態において、ライトパイプ４９２は、１本の繊維または繊維の束を含む。これに加えて、またはこれに代えて、ライトパイプ４９２は、ガラス、プレキシガラスのような透明材料または透過性材料、アクリルのようなポリマー系材料から作られる棒状物を含んでいてもよい。
【００４６】
図１９および図２０を参照すると、特定の実施形態において、装置１００は、放射５０２を発するような構成の位置光源５００と、位置光源５００からの放射５０２を受け入れるような構成の対応する位置センサ５０５とを備えている。位置光源５００と位置センサ５０５は、光路に沿って配置される光学要素４３５の位置の指標となる位置シグナルを生成するような構成であってもよい。特定の実施形態において、装置１００は、さらに、位置光源５００からの放射５０２を少なくとも一部分遮断するような構成の放射シールド５１０を備えていてもよい。
【００４７】
上には、当業者がこの発明を製造し、使用することができるような完全な、明確な、正確な、正しい観点で、本発明を実施するときに想定される最良の態様と、これを製造し、使用する様式および態様の記載を提示する。しかし、本発明は、上述のものから、完全に等価である改変例および代替的な構築物を許容する。その結果、本発明を、開示された特定の実施形態に限定することを意図しているわけではない。これとは対照的に、特に、本発明の特定事項を指摘し、別個に請求する以下の特許請求の範囲によって一般的に表現されるような本発明の精神および範囲の中に入る改変例および代替的な構築物を包含することを意図している。
【００４８】
この文書に記載される種々の実施形態に関連する例示的な方法のためのシステムは、以下の出願に記載されるものを含む。
・２０１５年２月６日に出願された米国デザイン特許出願番号第２９／５１６，８４７号、
・２０１５年２月６日に出願された米国デザイン特許出願番号第２９／５１６，８８３号、
・２０１５年２月６日に出願された米国仮特許出願番号第６２／１１２，９１０号、
・２０１５年２月６日に出願された米国仮特許出願番号第６２／１１３，００６号、
・２０１５年２月６日に出願された米国仮特許出願番号第６２／１１３，１８３号、
・２０１５年２月６日に出願された米国仮特許出願番号第６２／１１３，０７７号、
・２０１５年２月６日に出願された米国仮特許出願番号第６２／１１３，０５８号、
・２０１５年２月６日に出願された米国仮特許出願番号第６２／１１２，９６４号、
・２０１５年２月６日に出願された米国仮特許出願番号第６２／１１３，１１８号、
・２０１５年２月６日に出願された米国仮特許出願番号第６２／１１３，２１２号、
・２０１６年２月５日に出願された米国特許出願番号第＿号（Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ書類番号ＬＴ０１０２３）、
・２０１６年２月５日に出願された米国特許出願番号第＿号（Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ書類番号ＬＴ０１０２４）、
・２０１６年２月５日に出願された米国特許出願番号第＿号（Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ書類番号ＬＴ０１０２５）、
・２０１６年２月５日に出願された米国特許出願番号第＿号（Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ書類番号ＬＴ０１０２８）、
・２０１６年２月５日に出願された米国特許出願番号第＿号（Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ書類番号ＬＴ０１０２９）、
・２０１６年２月５日に出願された米国特許出願番号第＿号（Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ書類番号ＬＴ０１０３２）、
・２０１６年２月５日に出願された米国特許出願番号第＿号（Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ書類番号ＬＴ０１０３３）。
これらも全て、その全体が本明細書に参考として組み込まれる。
【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】
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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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【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】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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