(57)【要約】 【課題】サンプル分析装置のための位置決めシステムを提供する。 【解決手段】位置決めシステムは、（１）プラットフォームおよび当該プラットフォームに取り付けられているサンプルローディングトレイを含むカルーセル、並びに、（２）イメージングシステムの光路下にカルーセルを位置決めするための位置決めシステムを含むステージ、を含む。サンプルローディングトレイは、一つ以上のラテラルフローセル（ＬＦＣｓ）を含むカートリッジを保持するように構成されている。 【選択図】図２Ａ
2017533447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラットフォームおよび当該プラットフォームに取り付けられているサンプルローディングトレイを含むカルーセルであって、前記サンプルローディングトレイは、一つ以上のラテラルフローセル（ＬＦＣｓ）を含むカートリッジを保持するように構成されている、前記カルーセル、並びに、
前記カルーセルの位置決めのための位置決めシステムを含むステージ、
を含むサンプル分析装置のための位置決めシステムであって、
前記カルーセルは前記ステージに対して移動可能である、前記位置決めシステム。
【請求項２】
前記カルーセルは前記ステージに対して回転可能である、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項３】
前記カルーセルはクランプをさらに含み、
前記クランプは、上部バー、下部バー、および前記上部バーと前記下部バーとに接続されている少なくとも一つの支持ロッドを含み、
前記プラットフォームおよび前記サンプルローディングトレイは、前記クランプの前記上部バーと前記下部バーとの間に配置されている、請求項１の位置決めシステム。
【請求項４】
前記クランプは前記プラットフォームに対して移動可能であり、
ロック位置へ前記クランプが移動すると、前記クランプは前記サンプルローディングトレイのカートリッジを固定可能である、請求項３に記載の位置決めシステム。
【請求項５】
前記カルーセルの底部に取り付けられており且つ前記クランプの移動を容易にする磁石、をさらに含む、請求項４に記載の位置決めシステム。
【請求項６】
前記カルーセルが前記カルーセルを手動回転させるように構成されているハンドルをさらに含む、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項７】
前記カルーセルに接続して連結されており且つ前記カルーセルの回転を容易にするモータ駆動ロータ、をさらに含む、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項８】
前記ステージは、前記カルーセルのＸ、Ｙ及びＺ軸位置決めおよび角度調整のための位置決めシステムを含む、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項９】
前記カートリッジの前記ＬＦＣｓを加熱および冷却可能な加熱および冷却装置をさらに含む、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項１０】
加熱および冷却装置は、前記カートリッジのＬＦＣの反応チャンバ内における生化学的増幅反応の撮像装置によるリアルタイムモニタリングを可能にするように構成されている、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項１１】
前記カルーセルは、反応位置に移動可能であり、加熱および冷却装置に前記カートリッジを接触させ、前記カートリッジ内のＬＦＣの反応チャンバ内における反応を促進する、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項１２】
プラットフォームおよび当該プラットフォームに取り付けられているサンプルローディングトレイを含むカルーセルであって、前記サンプルローディングトレイは、一つ以上のマイクロアレイを含むカートリッジを保持するように構成されている、前記カルーセル、並びに、
前記カルーセルのＸ、Ｙ及びＺ軸位置決めのための位置決めシステムを含むステージ、
を含むマイクロアレイ撮像装置のための位置決めシステムであって、
前記カルーセルは前記ステージに対して回転可能である、前記位置決めシステム。
【請求項１３】
前記カルーセルは一対のクランプをさらに含み、
その夫々は、上部バー、下部バー、および前記上部バーと前記下部バーとに接続されている少なくとも一つの支持ロッドを含み、
前記プラットフォームおよび前記サンプルローディングトレイは、前記クランプの前記上部バーと前記下部バーとの間に配置されている、請求項１２に記載の位置決めシステム。
【請求項１４】
各クランプは前記プラットフォームに対して別々に移動可能であり、
ロック位置へ前記クランプが移動すると、各クランプは前記サンプルローディングトレイのカートリッジを固定可能である、請求項１３に記載の位置決めシステム。
【請求項１５】
前記下部バーは磁石を含み、
オープン位置に前記クランプがある場合、前記磁石は前記カルーセルの底部側に係合する、請求項１３に記載の位置決めシステム。
【請求項１６】
前記カルーセルが前記カルーセルを手動回転させるように構成されているハンドルをさらに含む、請求項１２に記載の位置決めシステム。
【請求項１７】
前記ステージの位置決めシステムは、前記ステージの角度調整をさらに可能にする、請求項１２に記載の位置決めシステム。
【請求項１８】
マイクロアレイ画像位置決め装置のための位置決めシステム、並びに、マイクロアレイを画像化するための撮像装置、を含むマイクロアレイ撮像システムであって、
前記マイクロアレイ画像位置決め装置のための位置決めシステムは、
プラットフォームおよび当該プラットフォームに取り付けられているサンプルローディングトレイを含むカルーセルであって、前記サンプルローディングトレイは、一つ以上のマイクロアレイを含むカートリッジを保持するように構成されている、前記カルーセル、および、
前記カルーセルのＸ、Ｙ及びＺ軸位置決めのための位置決めシステムを含むステージ、を含む前記マイクロアレイ撮像システム。
【請求項１９】
励起エネルギ源をさらに含む、請求項１８に記載のマイクロアレイ撮像システム。
【請求項２０】
励起エネルギ源の波長は調節可能である、請求項１９に記載のマイクロアレイ撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本明細書は、その全文を参照文献として本明細書に援用する２０１４年１０月２７日出願の米国仮特許出願第６２／０６９，１１２号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、サンプル分析システムに関し、より具体的には、サンプル中の生物由来物質の検出のためのサンプル‐結果分析システムに用いられるラテラルフローセル位置決めシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
分子検査は、検査サンプル中のＤＮＡ、ＲＮＡ、および／またはタンパク質などの生物由来物質を検出および同定するために設計されている検査である。分子検査は、その速度、感度、および特異性によって、最適な標準（ｇｏｌｄ  ｓｔａｎｄａｒｄ）として出現し始めている。例えば、脳脊髄液中のエンテロウイルスを同定する場合、分子分析は、従来の培養よりも７５％以上の高い感度であることが見出されており、現在、この診断のための最適な標準とされている（Ｌｅｌａｎｄら、Ｃｌｉｎ. Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｒｅｖ. ２００７， ２０：４９−７８）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
臨床用途のための分子分析は、一般的に、６つ未満の遺伝子配列の同定に限定されている（例えば、リアルタイムＰＣＲ分析）。固体支持体に付けられた分子プローブのパターンであるマイクロアレイは、特異的に同定されうる配列の数を増加させる一つの方法である。マイクロアレイ解析作業には、マイクロアレイ要素からの蛍光強度情報を抽出するために、高価なスキャナを用いることが多い。マイクロアレイから液体が除去された場合（すなわち、マイクロアレイが乾燥させられた場合）、マイクロアレイイメージングは、改善された信号対雑音比を示しうる。そのため、マイクロアレイ技術を用いる分子検査を実行するための方法および装置に対して、より簡単であり、より効率的であり且つより費用効率のよい方法および装置の開発が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの態様において、サンプル分析装置のためのラテラルフローセル（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｆｌｏｗ  Ｃｅｌｌ（ＬＦＣ））位置決めシステムは、（１）プラットフォームおよび当該プラットフォームに取り付けられているサンプルローディングトレイを含むカルーセル（ｃａｒｏｕｓｅｌ）、並びに、（２）カルーセルの位置決めのための位置決めシステムを含むステージ、を含み、サンプルローディングトレイは、一つ以上のＬＦＣｓを含むカートリッジを保持するように構成されている。いくつかの実施形態において、カルーセルはステージに対して移動可能である。他の実施形態において、カルーセルはステージに対して回転可能である。
【０００６】
他の実施形態において、カルーセルはクランプをさらに含む。クランプは、上部バー、下部バー、および上部バーと下部バーとに接続されている少なくとも一つの支持ロッドを含む。プラットフォームおよびサンプルローディングトレイは、クランプの上部バーと下部バーとの間に配置されている。クランプは、プラットフォームに対して移動可能である。ロック位置へクランプが移動すると、クランプはサンプルローディングトレイのカートリッジを固定可能である。
【０００７】
好適な実施形態において、ステージは、カルーセルに接続されており且つその回転を容易にするモータ駆動ロータを含む。カルーセルの回転は、２００ ｒｐｍ以上の範囲（例えば、２００から５０００ ｒｐｍ）の典型的な回転速度でＬＦＣｓを含むカートリッジに伝わる。この遠心力は、吸収体へ反応チャンバ内の液滴を向かわせ、反応チャンバを乾燥状態のままにしておく。従って、固定された及び／又は増幅されたプローブを含むマイクロアレイ素子は、乾燥状態に保たれる。乾燥処理に続いて、カルーセルの回転速度は低下し、撮像のためのインデックスモードに移行する。このモードの間、マイクロアレイ撮像カメラの下の位置に、反応チャンバのそれぞれはインデックスする。画像は、得られ、処理されて、解析される。その結果、検査結果は報告される。
【０００８】
他の態様は、統合サンプル分析システムに関する。システムは、核酸に特異的に結合するモノリスを備えているサンプル精製装置；核酸由来の複数のプローブを含むマイクロアレイを保持するように構成されている親水性の内面を有する反応チャンバを備えているサンプル分析装置；加熱および冷却素子を備えており、加熱および冷却素子と反応チャンバ内部（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｖｏｌｕｍｅ）との間の熱交換を可能にする温度制御モジュール；反応チャンバにおけるマイクロアレイの画像を撮るように配置された撮像装置；および本明細書にて説明されているＬＦＣ位置決めモジュール、を含む。
【０００９】
さらなる態様は、本発明のカルーセルの回転および／位置決めのための方法、および本発明のＬＦＣｓにおけるマイクロアレイに結合したプローブを検出および分析する方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
この開示の目的のために、特に断りのない限り、異なる図面に使用されている同一の参照番号は同じ構成要素をさす。
【図１】本願の典型的なサンプル検出システムを示すブロック図である。
【図２Ａ】ローディング位置におけるカートリッジ内の回転式ラテラルフローセルのためのカルーセルの実施形態を示す。
【図２Ｂ】マイクロアレイ撮像システム下にあるイメージング位置におけるカートリッジ内の回転式ラテラルフローセルのためのカルーセルの実施形態を示す。
【図３Ａ】図２Ａ及び図２Ｂにおけるクランプを含むカルーセルの上面を示す。
【図３Ｂ】図２Ａおよび図２Ｂにおけるクランプを含むカルーセルの下面を示す。
【図４Ａ】ローディング位置におけるカートリッジ内の回転式ＬＦＣｓのためのカルーセルの他の実施形態を示す。
【図４Ｂ】マイクロアレイ撮像システム下にあるイメージング位置におけるカートリッジ内の回転式ＬＦＣｓのためのカルーセルの他の実施形態を示す。
【図５】ローディング位置における回転式ＬＦＣｓのためのカルーセルの他の実施形態を示す。
【図６】マイクロアレイ撮像システム下にあるイメージング位置における図５の回転式ＬＦＣｓのためのカルーセルの実施形態を示す。
【図７】図５および図６のカルーセルを示す。
【図８】撮像装置の視野にマイクロアレイを位置決めするための二つのクランプを含む他のカルーセルの実施形態の上部を示す。
【図９Ａ】ローディング位置における、サンプルカートリッジの回転のための図８のカルーセルを備えるイメージングマイクロアレイのための位置決めモジュールの実施形態を示す。
【図９Ｂ】イメージング位置における、サンプルカートリッジの回転のための図８のカルーセルを備えるイメージングマイクロアレイのための位置決めモジュールの実施形態を示す。
【図１０Ａ】ＬＦＣの代表的な構造を示す。
【図１０Ｂ】ＬＦＣの代表的な構造を示す。
【図１０Ｃ】ＬＦＣの代表的な構造を示す。
【図１１】図１１Ａは、ＬＦＣｓ配列であるラテラルフローアレイ（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｆｌｏｗ  Ａｒｒａｙ（ＬＦＡ））を含む代表的なカートリッジを示す。図１１Ｂは、ＬＦＣｓ配列であるラテラルフローアレイ（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｆｌｏｗ  Ａｒｒａｙ（ＬＦＡ））を含む代表的なカートリッジを示す。
【図１１Ｃ】ＬＦＣｓ配列であるラテラルフローアレイ（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｆｌｏｗ  Ａｒｒａｙ（ＬＦＡ））を含む代表的なカートリッジを示す。
【図１２】Ｃｙ３で標識されたコントロールユニフォームアレイ（ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｆｏｒｍ ａｒｒａｙ）を示す。
【図１３】図９Ａおよび図９Ｂに示されている実施形態の位置決めモジュールを用いて撮像された検査結核菌（ＴＢ）アレイを示す。
【図１４】自動マイクロアレイ分析（ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ ａｎａｌｙｓｉｓ（ＡＭＡ））ソフトウェアを用いた図１３のアレイの処理を示す。
【図１５】本願のサンプル精製装置の実施形態を示す。
【図１６Ａ】ヒートスプレッダ（ｈｅａｔ ｓｐｒｅａｄｅｒ）上にあるＬＦＣｓ付き加熱および冷却装置の実施形態を示す。
【図１６Ｂ】ヒートスプレッダ（ｈｅａｔ ｓｐｒｅａｄｅｒ）下にあるＬＦＣｓ付き加熱および冷却装置の実施形態を示す。
【図１７Ａ】光学サブシステムの実施形態を示す。
【図１７Ｂ】光学サブシステムの実施形態を示す。
【図１７Ｃ】光学サブシステムの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明は、当業者が本発明を実施し及び使用することを可能にするために提示されている。説明のため、本願の十分な理解を提供するために特定の用語が示されている。しかしながら、これらの具体的な詳細は、発明の実施に必須ではないことは当業者には明らかであろう。特定の実施形態および応用の説明は、単なる代表例として示されている。この説明は、本発明の原理の例示であり、示されている特定の実施態様に本発明を限定することを意図するものではない。
【００１２】
本明細書は、本発明の書面による説明の一部とみなされる付属の図面と関連付けて読まれることを意図されている。図面は必ずしも縮尺を定める必要がなく、かつ明確性および簡略性を図るために本発明の一定の特徴が縮尺において誇張されるか又は幾分模式的な形態で示されることもある。説明の中で、「前方」、「後方」、「上」、「下」、「最上部」、及び「底部」等の相対的な用語およびその派生語は、そのときに記述されるか又は議論されている図面において示される方向を指すと解釈されるべきである。これらの相対的な用語は、記載の簡便性を目的としており、かつ通常は特定の位置付けを要求することを意図していない。特に明示的に記載されていない限り、「連結される」及び「着接される」などの接続、結合などに関連する用語は、構造物が互いに、直接的または介在する構造を介して間接的に固定または着接される関係、および可動または固定着接される関係をさす。
【００１３】
本明細書で使用される場合、「サンプル」という用語は、例えば、細胞サンプル、細菌サンプル、ウイルスサンプル、他の微生物のサンプルなどの生体サンプル、例えば、組織サンプル、細胞培養サンプル、糞便サンプル、および体液サンプル（例えば、血液、血漿、血清、唾液、尿、脳脊髄液、髄液、リンパ液、および乳頭吸引液）など、哺乳類の対象、好ましくは被験者から得られたサンプル、例えば、大気サンプル、水サンプル、粉塵サンプル、および土壌サンプルなどの環境サンプル、を含む。
【００１４】
本明細書に記載されている実施形態で使用される「モノリス」、「モノリス吸着剤」又は「モノリス吸着材料」という用語は、単一部材において連続的に互いにつながった細孔構造を有する多孔質の三次元吸着材料をさす。モノリスは、例えば、所望の形状の型に前駆体を、鋳造、焼結、又は重合することによって、作製される。「モノリス」という用語は、互いに隣り合って配置された又は互いに押し付けられた二つ以上のフィルタと区別されることを意図されている。「モノリス吸着剤」又は「モノリス吸着材料」という用語は、最終生成物が個々の吸着剤粒子を含む、ベッド構造（ｂｅｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）に充填された又は多孔質母材に組み込まれた個々の吸着剤粒子の一群、と区別されることを意図されている。「モノリス吸着剤」又は「モノリス吸着材料」という用語は、ろ紙または吸着剤でコーティングされているろ紙など、吸着線維の一群または吸着剤でコーティングされている繊維と区別されることも意図されている。
【００１５】
本明細書に記載されている実施形態で使用される「特異的に結合」又は「特異結合」という用語は、サンプル中の他の成分（例えばタンパク質）又は混入物質から検体を区別するのに十分である特異性を有する検体（例えば核酸）への吸着剤の結合をさす。一つの実施形態において、「特異結合」という用語は、吸着剤とサンプル中の他の成分との結合親和性よりも少なくとも１０倍高い結合親和性を有するサンプル中の検体への吸着剤の結合をさす。モノリスへの検体の結合およびモノリスからの溶出のストリンジェンシーは、結合および溶出緩衝液配合によって調節されうる、ことを当業者は理解する。例えば、核酸の溶出ストリンジェンシーは、ＫＣｌ又はＮａＣｌを用いた塩濃度によって調整されうる。より高い負電荷を帯びた核酸は、タンパク質よりも溶出に耐性がある。温度、ｐＨ、及び中性洗浄剤は、選択的な結合および溶出に使用されうる他の処理である。結合および溶出の温度一貫性は、熱ブロック、ウォーターバス、赤外線加熱、及び／又は、溶液に若しくは溶液中に向けた熱風、によって維持される。下流分析器に対する変化した溶出緩衝液の影響を判断する必要があるので、結合緩衝液を操作することが好ましい。
【００１６】
本明細書に記載されている実施形態で使用される「核酸」という用語は、天然由来の若しくは人工的に合成された（その類似物を含む）ＤＮＡ及びＲＮＡを含む個々の核酸および核酸の分子鎖、又はその改変物、特に、任意の長さを有しており自然に発生することが知られている改変物、をさす。本発明に合う核酸の長さの例は、限定されるものではなく、ＰＣＲ産物（例えば、約５０から７００塩基対（ｂｐ））及びヒトゲノムＤＮＡ（例えば、約キロベースペア（Ｋｂ）からギガベースペア（Ｇｂ））に適している長さを含む。従って、「核酸」という用語は、発現配列タグ又は遺伝子片などの小断片において、単一ヌクレオチド、及び、ヌクレオチドの伸長、天然または人工のヌクレオシド、及びその組み合わせ、並びに、個々の遺伝子および全染色体さえも含む遺伝子材料などのより大きい鎖を含むことは理解されるだろう。「核酸」という用語は、ペプチド核酸（ＰＮＡ）及びロックド核酸（ＬＮＡ）オリゴマーも含む。
【００１７】
本明細書で使用される「親水性表面」という用語は、そのような表面上において純水の滴と４５°又はそれ以下の接触角を形成する表面をさす。本明細書で使用される「親水性表面」という用語は、そのような表面上において純水の滴と４５°を超える接触角を形成する表面をさす。接触角は、接触角測角器を用いて測定することができる。
【００１８】
（サンプル‐結果サンプル分析システム１００）
本願の主要な態様は、サンプル‐結果サンプル分析システム１００のためのＬＦＣ位置決めモジュール１３０に関する。図１は、典型的なサンプル分析システム１００のブロック図である。サンプル分析システム１００は、サンプル精製装置を含むサンプル処理モジュール１１０、加熱および冷却装置を含む温度制御モジュール１２０、マイクロアレイ撮像システムを含む検出モジュール１４０、及びマイクロアレイ撮像システムを含む検出モジュール１４０の視野へＬＦＣｓを位置決めするためのＬＦＣ位置決めモジュール１３０、を含む。
【００１９】
（サンプル処理モジュール１１０）
サンプル処理モジュール１１０は、分析のためにサンプルを準備する。この準備は、サンプル精製装置を用いたオリジナルサンプルからのＤＮＡ、ＲＮＡ、又はタンパク質などの対象物の分子の精製または分離を一般的に含む。分離された対象分子は、その後、ＬＦＣの反応チャンバに移される。いくつかの実施形態において、反応チャンバは、対象分子の検出のためのマイクロアレイ、及び水性液体による反応チャンバの完全な充填を促す親水性の内面、を含む。
【００２０】
いくつかの実施形態において、サンプル精製装置は、核酸と特異的に結合するモノリスを含む。特定の実施形態において、サンプル精製装置は、対象分子と特異的に結合するフィルタを含むピペットチップである。典型的なフィルタは、参照により本明細書にその何れもの全体が取り込まれている米国特許第７，７８５，８６９号および米国特許第８，５７４，９２３号に具体的に記載されている。
【００２１】
いくつかの別の実施形態において、サンプル処理モジュール１１０は、複数の細胞溶解ビーズを有する細胞溶解チャンバ、および磁気撹拌子をさらに含む。細胞溶解は、複数の細胞溶解ビーズの存在下において細胞溶解チャンバ内で磁気撹拌子を回転させることによって実現される。磁気撹拌子の回転は、チューブの外側にある磁石のＳ極およびＮ極の回転によって生じる交番磁界によって起こる。いくつかの実施形態において、磁石はシリンダ形状の磁石である。磁石は、Ａ軸を中心に回転し、チャンバ内において、Ａ軸に平行なＢ軸に沿った同じ方向に磁気撹拌子を回転させる。回転する磁気撹拌子は、ビーズと衝突し、この処理にて細胞を溶解する。磁石は、チャンバの横に、上に、下に、又は斜めに、配置することができる。いくつかの実施形態において、シリンダ形状の磁石は、細胞溶解チャンバが配置されている面に平行である軸を中心に回転する。細胞溶解ビーズは、溶解する細胞の硬度を上回る硬度を有するあらゆる粒子状またはビーズ状材料とすることができる。細胞溶解ビーズは、プラスチック、ガラス、セラミックス、または非磁性金属ビーズ等の他の任意の非磁性材料より作製してもよい。特定の実施形態において、細胞溶解ビーズは、一つの軸に対して回転対称である（例えば、球形、円形、長円形、楕円形、卵形、及び液滴形の粒子）。他の実施形態において、細胞溶解ビーズは、多面体形状を有する。他の実施形態において、細胞溶解ビーズは、不規則な形状の粒子である。さらに他の実施形態において、細胞溶解ビーズは、突起を有する粒子である。磁気撹拌子は、特に、棒状、十字型、Ｖ字型、三角形、長方形、竿状または円盤形状撹拌子とすることができる。いくつかの実施形態において、磁気撹拌子は、長方形の形状を有する。いくつかの実施形態において、磁気撹拌子は、二又音叉の形状を有する。いくつかの実施形態において、磁気撹拌子は、Ｖ字型の形状を有する。いくつかの実施形態において、磁気撹拌子は、台形状の形状を有する。特定の実施形態において、撹拌子の最長寸法は、容器の口径よりも僅かに小さい（例えば、容器の口径の約７５〜９５％）。特定の実施形態において、磁気撹拌子は、ポリマー、ガラス、またはセラミック（例えば磁器）等の化学的に不活性な物質によりコーティングされる。特定の実施形態において、ポリマーは、例えばＰＴＦＥおよびパリレン等の生体適合性ポリマーである。磁気溶解方法のより詳細な説明は、参照により本明細書に取り込まれている出願第１２／８８６，２０１号に記載されている。
【００２２】
（温度制御モジュール１２０）
温度制御モジュール１２０は、増幅および／または結合反応の間、反応チャンバの温度を制御する。特定の実施形態において、温度制御モジュールは、参照により本明細書にその何れもの全体が取り込まれている米国特許第７，９５５，８４０号および米国特許第７，９５５，８４１号に記載されているように、可撓性のある温度制御面を有する加熱および冷却装置を備える。他の実施形態において、温度制御モジュール１２０は、参照により本明細書にその内容が明示的に取り込まれている２０１５年６月１８日に出願された米国特許出願第１４／７４３，３８９号に記載されているように、硬く平らな温度制御面を有する加熱および冷却装置を用いる。
【００２３】
いくつかの実施形態において、温度制御モジュール１２０は、熱電装置を含む。一つ以上の熱電装置は、モジュールに組み込まれることができる。他の実施形態において、温度制御モジュール１２０は、温度センサをさらに備える。温度センサの例には、抵抗熱装置（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｅｖｉｃｅｓ（ＲＴＤｓ））、熱電対、熱電対列、及びサーミスタが含まれる。
【００２４】
いくつかの実施形態において、熱電装置は、セラミック材料から成るペルチェ素子である。セラミック材料の例には、アルミナ、酸化ベリリウム、及び窒化アルミニウムが含まれる。
【００２５】
他の実施形態において、熱電装置は、薄膜半導体（例えば、テルル化ビスマス）である。他の実施形態において、熱電装置は、ｐ型およびｎ型半導体からなる熱電対である。ｐ型およびｎ型半導体の例には、ビスマスアンチモン、テルル化ビスマス、テルル化鉛、及びシリコンゲルマニウムが含まれる。
【００２６】
いくつかの実施形態において、熱電装置は、一方の側に連結されたヒートシンク及び他方の側に連結されたヒートスプレッダを有する。ヒートシンク及びヒートスプレッダの例には、銅、アルミニウム、ニッケル、ヒートパイプ、および／または蒸気チャンバが含まれる。操作中、ヒートスプレッダは、反応チャンバの外面と密着し、反応チャンバ内の温度を制御する。いくつかの実施形態において、ヒートシンクおよび／またはヒートスプレッダは、熱伝導性のエポキシ樹脂、熱伝導性の接着剤、液体金属（例えばガリウム）又ははんだ（例えばインジウム）を用いて、熱電装置と連結される。いくつかの実施形態において、温度制御モジュール１２０は、ヒートシンク下にファンをさらに備える。一つの実施形態において、ヒートスプレッダはフラットである。これらの実施形態のうちのいくつかにおいて、ヒートスプレッダは、３ ｍｍ×３ ｍｍから ２０ ｍｍ×２０ ｍｍの範囲の寸法を有する長方形である。ヒートスプレッダの厚さは、好ましくは０．０５から５ｍｍ、より好ましくは０．１から０．５ ｍｍ、さらにいっそう好ましくは０．１５から０．３ mm、である。
【００２７】
（ＬＦＣ位置決めモジュール１３０）
ＬＦＣ位置決めモジュール１３０は、検出モジュール１４０によるマイクロアレイにおける信号の検出のために、ＬＦＣを位置決めする。一つの態様において、ＬＦＣ位置決めモジュールは、（１）プラットフォームおよび当該プラットフォームに取り付けられているサンプルローディングトレイを含むカルーセル、並びに、（２）カルーセルの位置決めのための位置決めシステムを含むステージ、を含む。サンプルローディングトレイは、一つ以上のＬＦＣｓを含むカートリッジを保持するように構成されている。いくつかの実施形態において、カルーセルはステージに対して移動可能である。いくつかの実施形態において、ＬＦＣ位置決めモジュール１３０は、温度制御モジュール１２０によるサンプルローディングトレイにおけるＬＦＣｓの加熱および冷却、及び検出モジュール１４０によるＬＦＣの反応チャンバ内の反応のリアルタイムモニタリング、を可能にするように構成されている。他の実施形態において、カルーセルは、回転可能であり、ＬＦＣの反応チャンバから液体を除去する。
【００２８】
他の実施形態において、カルーセルはクランプをさらに含む。クランプは、上部バー、下部バー、および上部バーと下部バーとに接続されている少なくとも一つの支持ロッドを含む。プラットフォームおよびサンプルローディングトレイは、クランプの上部バーと下部バーとの間に配置されている。クランプは、プラットフォームに対して移動可能である。ロック位置へクランプが移動すると、クランプはサンプルローディングトレイのカートリッジを固定可能である。
【００２９】
他の実施形態において、位置決めモジュール１３０は、カートリッジのＬＦＣ（ｓ）を加熱および冷却可能な内蔵型の加熱および冷却装置を含む。他の実施形態において、カルーセルは、反応位置に移動可能であり、加熱および冷却装置にカートリッジを接触させ、カートリッジ内のＬＦＣの反応チャンバ内における反応を促進する。いくつかの実施形態において、加熱および冷却装置は、検出モジュール１４０によるＬＦＣの反応チャンバ内における反応のリアルタイムモニタリングを可能にするように構成されている。
【００３０】
特定の実施形態において、ステージは、カルーセルに接続されており且つその回転を容易にするモータ駆動ロータを含む。カルーセルの回転は、ＬＦＣを含むカートリッジの回転運動を設定する。遠心力は、吸収体へ反応チャンバ内の液滴を向かわせ、反応チャンバを乾燥状態のままにしておく。従って、固定された及び／又は増幅されたプローブを含むマイクロアレイ素子は、乾燥状態に保たれる。乾燥処理に続いて、カルーセルの回転速度は低下し、撮像のためのインデックスモードに移行する。このモードの間、反応チャンバのそれぞれはマイクロアレイ撮像カメラの下の位置に、インデックスする。画像は、得られ、処理されて、解析される。その結果、検査結果は報告される。
【００３１】
図２Ａ及び図２Ｂに示される実施形態において、ＬＦＣ位置決めモジュール１３０は、ステージ１４２及び回転可能なカルーセル１４４を含む。回転可能なカルーセル１４４は、プラットフォーム１４５を備えている。プラットフォーム１４５は、単一のＬＦＣを備えているカートリッジ１４６を保持するサンプルローディングトレイ１５２を有している。カルーセル１４４はクランプ１５０と接続して連結されている。クランプ１５０は、ロック位置にサンプルローディングトレイ１５２でカートリッジ１４６を固定し、オープン位置にてサンプルローディングトレイ１５２からのカートリッジ１４６の取り外し又はサンプルローディングトレイ１５２へのカートリッジ１４６の挿入を許容する。この実施形態において、クランプ１５０は、プラットフォーム１４５の一部として上部バー１５６と下部バー１５８とに接続されている二つの支持ロッド１５４を含む。外側に延在しているハンドル１６２は、プラットフォーム１４５に取り付けられており、ローディング位置（図２Ａ）からイメージング位置（図２Ｂ）へのカルーセル１４４の回転またはインデックスを容易にする。
【００３２】
図３Ａは、カルーセル１４４の上面図であり、プラットフォーム１４５、ハンドル１６２、サンプルローディングトレイ１５２、カートリッジ１４６、及びクランプ１５０の上部バー１５６を示している。図３Ｂは、下部バー１５８及び支持ロッド１５４を含むカルーセル１４４の下面図である。サンプルローディングトレイ１５２は、上部バー１５６と下部バー１５８との間のカルーセル１４４に存在する。クランプ１５０が上方または下方へ移動している間、サンプルローディングトレイ１５２は固定位置にとどまる。クランプ１５０は、下方位置（ロック位置）においてサンプルローディングトレイ１５２にカートリッジ１４６を固定し、上方位置（オープン位置）においてサンプルローディングトレイ１５２へのカートリッジ１４６の挿入またはサンプルローディングトレイ１５２からカートリッジ１４６の取り外しを許容する。磁石１６０は、オープン位置にクランプ１５０を保持するため下部バー１５８への取り外し可能な付着のために、プラットフォーム１４５の底部側に配置されてもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態において、モータ駆動ロータ（図示せず）は、使い捨てカートリッジ１４６を保持するカルーセル１４４を回転させるために、ステージ１４２内に配置されている。ＬＦＣｓ１４８の反応チャンバから廃棄チャンバ６０の吸収体６２へ液滴を向かわせるのに十分である遠心力を生じさせ（図１０Ａ）、ＬＦＣｓ１４８内のマイクロアレイに結合した核酸またはタンパク質のイメージングを向上させるためにＬＦＣ１４８を乾燥させる回転速度にて、ロータは、カルーセル１４４及びカートリッジ１４６を回転させる。カルーセル１４４を回転させるための典型的なモータには、ステッピングモータ、サーボモータおよびＤＣモータが含まれる。一つの実施形態において、ロータは、少なくとも２００ｒｐｍ、少なくとも３００ｒｐｍ、少なくとも５００ｒｐｍ、少なくとも１０００ｒｐｍ、約２００から５０００ｒｐｍの間、２００から２５００ｒｐｍの間、２５０から１０００ｒｐｍの間、または４００から８００ｒｐｍの間の回転速度にて、カルーセルを回転させる。
【００３４】
乾燥処理の終了時に、カルーセル１４４／カートリッジ１４６の回転速度は低下し、すると、乾燥／位置決めモジュールは撮像のためのインデックスモードに移行する。このモードの間、検出モジュール１４０のマイクロアレイ撮像カメラの下の位置に、マイクロアレイのそれぞれはインデックスされる。特に、イメージングのための視野に所望のマイクロアレイが入るように、カルーセル１４４は位置にインデックスされる。生体分子結合結果の画像は、得られ、処理され、解析され、報告される。
【００３５】
図２Ａおよび図２Ｂを含むいくつかの実施形態において、ステージ１４２は、イメージングのための適切な位置にＬＦＣを位置決めするためのノブ１６６、１６８、１７０を備えている「ＸＹＺポジショナシステム」を、含む。ノブ１６６、１６８、１７０を作動させることによって、反応チャンバ１０および／またはマイクロアレイ４０に結合した生体分子のイメージングのために、ユーザは、ｘ、ｚ、ｙ軸におけるマイクロアレイの位置を変更することができる（例えば図１０Ａを参照）。さらに、いくつかの実施形態において、角度調整マイクロメータ１７１が用いられ、プラットフォーム１４５の傾斜角またはヨー角が調整される。イメージングのためにカメラ下にサンプルトレイが適切に配置されると、例えば図２Ｂに示されているＹステージ固定ねじ１７２などの位置決めねじによって、ＸおよびＹステージの位置は、適所に固定される。いくつかの実施形態において、プラットフォーム固定ねじ１７３は、イメージング位置にあるときのプラットフォーム１４５の回転を防ぐ。
【００３６】
図４Ａおよび図４Ｂは、ローディング位置（図４Ａ）からマイクロアレイイメージングシステム下のイメージング位置（図４Ｂ）へ、カートリッジのＬＦＣｓを回転させるためのカルーセル１４４の他の実施形態を示している。
【００３７】
図５および図６は、ローディング位置（図５）からマイクロアレイイメージングシステム下のイメージング位置（図６）へ、カートリッジのＬＦＣｓを回転させるためのカルーセルの他の実施形態を示している。
【００３８】
図７は、図５および図６におけるカルーセル１４４を示している。
【００３９】
図８および図９Ａ、９Ｂは、マイクロアレイイメージングのための位置決めモジュールの実施形態を示している。位置決めモジュールは、ステージ１４２および回転可能なカルーセル１４４を備えている。マイクロアレイイメージング位置決めモジュールの各実施形態の異なる要素は可能な限り区別なしで使用できることは、理解される。
【００４０】
図８は、サンプルローディングトレイ１５２が取り付けられたカルーセル１４４を示している。サンプルローディングトレイ１５２は、Ｚ軸を上下にスライドすることができる二つの独立しているクランプ１５０を有している。クランプ１５０はそれぞれ、上部バーまたはブラケット１８０および下部バー１５８を含む。クランプ１５０がリフト位置にあるとき、図３Ｂに示されているものと同じメカニズムでサンプルローディングを容易にするために、下部バー１５８は磁気ラッチによって適所に保持される。サンプルローディングトレイ１５２は、カートリッジ１４６とともに使用されることができる。カートリッジ１４６は、一般的な１インチ×３インチガラスまたはプラスチック基板上にプリントされたマイクロアレイから、マイクロフルーイディクフローセルに封入されたマイクロアレイまで、マイクロアレイパッケージの異なるフォーマットを有する。マイクロフルーイディクフローセルは、密閉可能な入口および／または一体廃棄チャンバのような特徴に起因する複雑な厚さプロファイルを有することがある。ＬＦＣ１４８およびカートリッジ１４６の非限定的な例は、図１０および図１１に示されている。それらの薄型設計のため、クランプブラケットは斜角に伝播する励起ビームを遮断しないので、基板上のマイクロアレイの位置に対する制限は実質的になくなる。いくつかの実施形態において、薄型設計は、少なくとも約７０度の基板上のマイクロアレイの垂直線から斜めの画角を可能にする。他の実施形態において、画角は、少なくとも約７５、８０、又は８５度である。さらに他の実施形態において、画角は少なくとも約８７．５度である。
【００４１】
図９Ａおよび図９Ｂは、ステージ１４２および回転可能なカルーセル１４４を備えているマイクロアレイイメージングのための位置決め装置を示しており、サンプルローディングおよびイメージング位置にあるカルーセルを示している。図９Ａにおいて、クランプ１５０が持ち上がり且つ磁気ラッチが下部バー１５８と係合するサンプルローディング位置に、サンプルローディングトレイ１５２があるように、カルーセル１４４は回転させられる。サンプルカートリッジ１４６が装着されると、クランプ１５０の上部バー又はブラケット１８０を押し下げることによって、磁石は下部バー１５８から取り外される。上部バーまたはブラケット１８０および下部バー１５８の重量は、クランプ１５０を下方に保持し、適所にサンプルカートリッジ１４６を固定する。
【００４２】
図９Ｂは、マイクロアレイイメージングのための位置決め装置のステージ１４２の一つの実施形態における制御を示しており、イメージング位置に移動した状態のサンプルローディングトレイ１５２を示している。いくつかの実施形態において、カルーセル１４４は、イメージング位置に、固定ねじ１７３を用いてサンプルローディングトレイ１５２に固定される。サンプルローディングトレイ１５２がイメージング位置にあるとき、サンプルカートリッジ１４６内のマイクロアレイの細かい場所は、角度調整マイクロメータ１７１によって調整される。角度調整マイクロメータ１７１は、カルーセル１４４およびサンプルローディングトレイ１５２要素、ステージ１４２に取り込まれたＸ、Ｙ、並びにＺ軸制御装置を含む回転テーブルの角度を調整する。この実施形態において、ステージ１４２は、Ｘ軸に沿ったサンプル位置決めのためのＸ軸移動ステージ１８２、移動を調整するためのＸ軸位置決めノブ１８４、およびＸ軸ステージ１８２の位置を固定するためのＸ軸ロック１８６を含む。これによって、装置のイメージングシステムの安定した再現可能な操作が可能になる。いくつかの実施形態において、Ｘ軸移動ステージ１８２は、移動のためのラックアンドピニオンメカニズムを含む。他の実施形態において、Ｘ軸移動ステージ１８２は、移動のためのウォームギヤまたは他の適したメカニズムを含む。また、いくつかの実施形態において、Ｘ軸ロック１８６は、作動されたときに、Ｘ軸位置決めノブ１８４の回転を防ぐレバーメカニズムを含む。他の実施形態において、Ｘ軸ロック１８６は、係合したときに、接触してＸ軸移動ステージ１８２の移動を防ぐ止めねじメカニズムを含む。いくつかの実施形態において、Ｘ軸移動ステージ１８２は、中心から各方向に少なくとも２５ｍｍの移動範囲を有する。他の実施形態において、Ｘ軸移動ステージ１８２は、中心から各方向に少なくとも３０または３５ｍｍの移動範囲を有する。さらに他の実施形態において、Ｘ軸移動ステージ１８２は、中心から各方向に少なくとも４０ｍｍの移動範囲を有する。
【００４３】
図９Ｂは、マイクロアレイ画像位置決め装置のこの実施形態のステージ１４２をさらに示している。ステージ１４２は、Ｙ軸に沿ったサンプル位置決めのためのＹ軸移動ステージ１８８、移動を調整するためのＹ軸位置決めノブ１６８、およびＹ軸移動ステージ１８８の位置を固定するためのＹ軸ロック１７２を含む。いくつかの実施形態において、Ｙ軸移動ステージステージ１８８は、移動のためのラックアンドピニオンメカニズムを含む。他の実施形態において、Ｙ軸移動ステージ１８８は、移動のためのウォームギヤまたは他の適したメカニズムを含む。いくつかの実施形態において、Ｙ軸ロック１７２は、係合したときに、接触してＹ軸移動ステージ１８８の移動を防ぐ止めねじメカニズムを含む。いくつかの実施形態において、Ｙ軸移動ステージ１８８は、中心から各方向に少なくとも５ｍｍの移動範囲を有する。他の実施形態において、Ｙ軸移動ステージ１８８は、中心から各方向に少なくとも１０、１５、または２０ｍｍの移動範囲を有する。さらに他の実施形態において、Ｙ軸移動ステージ１８８は、中心から各方向に少なくとも２５ｍｍの移動範囲を有する。
【００４４】
図９Ｂにも示されているように、撮像装置下にマイクロアレイを集めるために、ステージはＺ軸制御装置１７０のための機構も含む。いくつかの実施形態において、Ｚ軸制御装置１７０はサムホイールである。他の実施形態において、Ｚ軸制御装置１７０は、適切な焦点のためにＺ軸の詳細なスケールを調整するためのレバーまたは他の適したメカニズムである。
【００４５】
いくつかの実施形態において、図９Ａおよび図９Ｂに示されている実施形態のマイクロアレイイメージングのための位置決め装置は、撮像装置をさらに含むマイクロアレイイメージングシステムの構成要素である。さらにいくつかの実施形態において、撮像装置はカメラである。
【００４６】
いくつかの実施形態において、アレイイメージングシステムは、励起エネルギ源をさらに含む。励起エネルギ源は、撮像装置によって画像化されるマイクロアレイに集められる。いくつかのさらなる実施形態において、励起エネルギ源は、放出される波長を調節可能である。他のさらなる実施形態において、励起エネルギ源は、複数の波長を同時に放出する。いくつかの実施形態において、励起エネルギは斜角でアレイにあたる。いくつかの実施形態において、アレイイメージングシステムは光を通さない囲いで囲まれている。いくつかの実施形態において、アレイイメージングシステムは、データ分析のためにコンピュータと共に実験台の上部に合う大きさにされている。
【００４７】
いくつかの実施形態において、サンプルカートリッジは、スライドガラスに固定されたマイクロアレイを備えている。他の実施形態において、サンプルカートリッジは、ポリマーベーススライドに固定されたマイクロアレイを備えている。いくつかの実施形態において、マイクロアレイは、ガラスまたはポリマーベーススライド上に印刷されている。いくつかの実施形態において、複数のマイクロアレイは、ガラスまたはポリマーベーススライド上に固定もしくは印刷されている。他の実施形態において、各マイクロアレイはＬＦＣ内に封入されている。
【００４８】
いくつかの実施形態において、カートリッジ１４６は単一のＬＦＣ１４８を含む。図１０Ａは、典型的なＬＦＣ１４８を示している。ＬＦＣ１４８は、反応チャンバ１０、廃棄チャンバ６０、および反応チャンバ１０と廃棄チャンバ６０とをつなぐチャネル（channel）１２を備えている。反応チャンバはマイクロアレイ４０を含む。マイクロアレイ４０は、核酸またはタンパク質の検出のための複数の付着プローブを含む。いくつかの実施形態において、廃棄チャンバ６０は、液体保持吸収体６２を含む。二つの追加ＬＦＣデザインは、図１０Ｂおよび図１０Ｃに示されている。
【００４９】
マイクロアレイ４０は、ポリヌクレオチドアレイまたはタンパク／ペプチドアレイであってもよい。一つの実施形態において、参照により本明細書にその全体が取り込まれている米国特許第５，７４１，７００号、第５，７７０，７２１号、第５，９８１，７３４号、第６，６５６，７２５号、および米国特許出願第１０／０６８，４７４号、 第１１／４２５，６６７号ならびに第１１／５５０，７３０号に記載されているように、マイクロアレイ４０は、プリントされたゲルスポットによって形成されている。
【００５０】
反応チャンバ１０は、複数の内面を有する。複数の内面は、マイクロアレイ４０が形成されている下面、および下面に面し且つ下面に対してほぼ平行な上面を含む。いくつかの実施形態において、複数の内面のうちの少なくとも一つは、反応チャンバの完全な充填を促す親水性表面である。一つの実施形態において、反応チャンバ１０の上面は、親水性表面である。典型的なフローセル装置および実施形態は、参照により本明細書にその全体が明示的に取り込まれている米国特許第８，６８０，０２５号および８，６８０，０２６号に記載されている。
【００５１】
他の実施形態において、カートリッジ１４６はＬＦＣｓ１４８を含む。カートリッジ１４６は、一つ以上のＬＦＣｓ１４８を含んでもよい。いくつかの実施形態において、カートリッジ１４６は、２から１６個のＬＦＣｓ、４から１２個のＬＦＣｓ、または６から１０個のＬＦＣｓを含んでいる単一のマルチマイクロアレイストリップを、含む。特定の実施形態において、ＬＦＣｓはくさび状の形状をしている。図１１Ａは、８つのＬＦＣｓを有するカートリッジ１４６を示している。カートリッジ１４６は、ＬＦＣｓ１４８内の液体の流れをコントロールするマニホールド１１００（図１１Ｂ）に取り付けられている。各ＬＦＣ１４８は反応チャンバ１０２０を含み、各反応チャンバ１０２０はマイクロアレイ１０１０を含む。反応チャンバ１０２０は、ＰＣＲ試薬などの試薬がマイクロアレイ１０１０と相互作用することを可能にするように構成されている。一例として、マニホールド１１００は、ドームバルブ１１２０およびピンバルブ１１３０を介して、マイクロタイタープレートからピペットで注入された試薬（例えばＰＣＲ混合物）をＬＦＣ１４８へ向かわせることができる。ドームバルブ１１２０は、熱サイクルの間、封としての機能も果たし、あらゆる漏出を防止する。ピンバルブ１１３０は、それらの開閉を可能にする線形アクチュエータによって制御される。オープン位置において、ピンバルブ１１３０は、洗浄ステップの間、流体の流れを許容する。クローズ位置において、ピンバルブ１１３０は、例えば熱サイクルの間、ＬＦＣ１４８の反応チャンバ１０１０内の試薬を捕捉することを助ける。マニホールド１１００に取り付けられている吸収体１１４０は、ＬＦＣ１４８を一度通過した洗浄緩衝液の全てを集める。図１１Ｃは、マルチチャンバカートリッジの他のデザイン示している。このデザインにおいて、マルチ反応チャンバ１０は単一の廃棄チャンバ６０を共同使用する。
【００５２】
（検出モジュール１４０）
検出モジュール１４０は、反応チャンバ内の対象の分子の存在を検出する。いくつかの実施形態において、対象の分子は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）のような増幅反応の反応生成物を含む。特定の実施形態において、検出モジュール１４０は、反応チャンバ内のマイクロアレイの画像を撮るように設計された光学サブシステムを含む。特定の実施形態において、光学サブシステムは、マイクロアレイ上の低レベル蛍光検出のために、特別に設計されている。光学サブシステムは、共焦点または半共焦点レーザスキャナを用いる。共焦点または半共焦点レーザスキャナは、密に集束されたレーザビームを用いて対物面を調べる過程でピクセルごとにマイクロアレイ画像を取得する。レーザスキャナは、空間的に均一な感度、ワイドダイナミックレンジ、および焦点外迷光の効率的除去という利点を提供する。いくつかの実施形態において、検出モジュール１４０は、ＬＦＣの反応チャンバにおける増幅反応のリアルタイムモニタリングが可能である。特定の実施形態において、検出モジュール１４０は、レーザ光源を有する光学サブシステムを備えている。
【００５３】
他の実施形態において、光学サブシステムは、フラッドイルミネーション付きの撮像装置を用いる。この撮像装置において、マイクロアレイ要素（機構）の全ては同時に照らされ、ＣＣＤカメラ等の多素子光検出器は、一度に全ての、または、後にまとめられるいくつかの部分的なフレームを順に、マイクロアレイの画像を取得する。レーザスキャナと比較して、ＣＣＤベースの撮像装置は、設計がより単純であり且つコストが低い。ＣＣＤベースの撮像システムは、中程度の複雑さの（すなわち、数百またはそれ以下のアレイエレメントを有する）マイクロアレイに頼る費用重視のアプリケーションにおける、独立型および内蔵型読取機のいずれにとっても、魅力的な選択肢である。市販の機器は、典型的には冷却ＣＣＤカメラを使用し、励起スキームの低効率のバランスをある程度取るのに有用な増強された集光能力を有する高価な特注設計の対物レンズを用いる。
【００５４】
他の実施形態において、光学サブシステムは、非冷却ＣＣＤカメラを用いる撮像装置を含む。非冷却ＣＣＤカメラは、冷却型と比較して、典型的には著しく高い暗電流を有するものの、光学サブシステムは、（１）励起強度を高める、または（２）高い集光効率を有する対物レンズを用いる、または（３）上記の二つの手法を組み合わせる、ことにより、数秒を超える露出を用いることなく必要とされる感度を提供することも可能であろう。光源は、ハロゲン化金属または水銀球などのような従来の光源、レーザベースシステム、または高輝度ＬＥＤとすることができる。
【００５５】
他の実施形態において、光学サブシステムは、マイクロアレイ読取操作の補足的撮像モードとして蛍光非依存的撮像（ＦＩＩ）モードを有する。ＦＩＩモードにより、アレイエレメントをその蛍光レベルにかかわらずに撮像することができる。
【００５６】
実際のＦＩＩの実装は、マイクロアレイスキャナおよびフラッドイルミネーションを用いる撮像装置のいずれにおいても技術的に困難である。撮像するマイクロアレイが主流の平板型アレイである場合、マイクロアレイ基板上に固定された生体分子プローブの層が薄すぎ、スライド表面のプロービングに用いる光線の強度に著しい変化が起こらないので、問題は特に困難である。
【００５７】
一つの実施形態において、本発明は、不透明（黒色）プラスチック基板上にプリントされたゲルアレイの撮像のために、反射光に暗視野照明を用いる。他の実施形態において、本発明は、透明（ガラス）スライド上にプリントされたゲルアレイの撮像のために、透過光に傾斜照明を用いる。いずれの場合も、ＦＩＩに用いられる光源は、撮像装置の発光フィルタの透過バンド内で発光する任意の光源とすることが可能である。
【実施例１】
【００５８】
（アレイ分析）
本明細書に開示されているマイクロアレイイメージング位置決め装置のサンプル操作およびイメージングを検査するために、一連のテストアレイがプリントされた。簡潔に、テストマイクロアレイをプリントするために、以下のステップが用いられた。（１）オリゴヌクレオチド混合物が調合され、CentriVapで乾燥させられた。（２）モノマー、架橋剤、グリセロール、および緩衝剤を含む共重合体溶液が調合された。（３）乾燥したオリゴヌクレオチドは共重合体溶液に溶解された。（４）オリゴヌクレオチド‐共重合体溶液はソースプレート（ｓｏｕｒｃｅ ｐｌａｔｅ）に入れられた。（５）ソースプレートはアレイプリント／重合／洗浄のために使用された。
【００５９】
図１２は、同じ濃度のシアニンＣｙ３色素で標識された均一の１２×１８マイクロアレイを示している。アレイは、図９Ａおよび図９Ｂに記載されているステージおよび回転可能なカルーセルを含むマイクロアレイイメージング位置決め装置を用いて、画像化された。
【００６０】
図１３は、ＬＦＣの構成要素である基板にプリントされた結核菌（ＭＴＢ）マイクロアレイの画像を示している。ＭＴＢマイクロアレイは、図９Ａおよび図９Ｂに記載されているステージおよび回転可能なカルーセルを含むマイクロアレイイメージングのための位置決め装置を用いて、画像化された。この場合、キャプチャ機器は、アコーニＡＭＡソフトウェアを実行していた。
【００６１】
図１４は、アコーニＡＭＡソフトウェアによる処理後の図１３に示すアレイを示している。重ね合わせたグリッドは自動スポット検出の結果を示しており、グリッド内の円はマイクロアレイスポットの位置を示している。
【実施例２】
【００６２】
（サンプル精製装置）
図１５は、ハウジング２１０およびサンプルフィルタ２２０を含むサンプル精製装置を示している。ハウジング２１０は、第１開口部２１４と第２開口部２１６との間のサンプル通路２１２を画定する。ハウジング２１０の形状および大きさは、特に限定されない。この実施形態において、操作中のフローベクトルは実質的に真っすぐなので、好ましいハウジング形状は、実質的には円筒形状である。図１５に示す実施形態において、ハウジング２１０は、ピペットチップ形状を有する。すなわち、第１開口部２１４は第２開口部２１６の口径よりも大きい口径を有しており、第１開口部は、ピペットの先端に合うように寸法が決められている。
【００６３】
サンプルフィルタ２２０は、サンプルが第２開口部２１６を介してハウジング２１０に入った後すぐにろ過されるように、第２開口部２１６に極めて接近して配置されている。一つの実施形態において、サンプルフィルタ２２０は、第２開口部２１６と接触している。他の実施形態において、サンプルフィルタ２２０は、１から２０ｍｍの距離だけ、第２開口部２１６から離れている。いくつかの実施形態において、モノリスサンプルフィルタは、２０から２００ミクロンの平均孔径を有するガラスフリットである。他の実施形態において、サンプルフィルタ２２０は、多孔率の異なる二つの部分を有するモノリスフィルタである。この二つの部分のうち第１部分は第２開口部２１６の近くにあり、第２部分は第１部分２２１の存在によって第２開口部２１６から離れた位置にある。他の実施形態において、第１部分は、４０から２００ミクロン、好ましくは４０から６０ミクロンの平均孔径を有しており、第２部分は、１から４０ミクロン、好ましくは１から２０ミクロンの平均孔径を有している。
【実施例３】
【００６４】
（加熱および冷却装置）
図１６Ａおよび図１６Ｂは、温度制御モジュール１２０における加熱および冷却装置３００の実施形態を示している。加熱および冷却装置３００は、電流の切り替えに基づいて、加熱および冷却機能の両方を提供する。いくつかの実施形態において、遠心乾燥および画像化の前に、カートリッジ１４６は加熱および冷却装置３００から外れる。他の実施形態において、加熱または冷却と同時に画像化が行われ、例えば反応チャンバ内の核酸増幅などのリアルタイムモニタリングが可能になる。加熱および冷却装置３００は、ＬＦＣ１４８の反応チャンバの外面と接触するように構成された一つ以上のヒートスプレッダ３１０、および一つ以上の熱電装置を含む。いくつかの実施形態において、熱電装置は、電流の切り替えに基づいて加熱および冷却機能の両方を提供するセラミック材料から成るペルチェ素子である。他の実施形態において、熱電装置は、電流の切り替えに基づいて加熱および冷却機能の両方を提供する薄膜半導体（例えば、テルル化ビスマス）である。他の実施形態において、熱電装置は、電流の切り替えに基づいて加熱および冷却機能の両方を提供するp型およびn型半導体からなる熱電対である。
【００６５】
いくつかの実施形態において、熱電装置は、一方の側に連結されたヒートシンク及び他方の側に連結されたヒートスプレッダを有する。ヒートシンク及びヒートスプレッダの例には、銅、アルミニウム、ニッケル、ヒートパイプ、および／または蒸気チャンバが含まれる。操作中、ヒートスプレッダは、反応チャンバの外面と密着し、反応チャンバ内の温度を制御する。いくつかの実施形態において、加熱および冷却モジュールは、ヒートシンク下にファンをさらに備える。一つの実施形態において、ヒートスプレッダはフラットである。これらの実施形態のうちのいくつかにおいて、ヒートスプレッダは、３ ｍｍ×３ ｍｍから ２０ ｍｍ×２０ ｍｍの範囲の寸法を有する長方形である。ヒートスプレッダの厚さは、好ましくは０．０５から５ｍｍ、より好ましくは０．１〜０．５ ｍｍ、さらにいっそう好ましくは０．１５〜０．３ mm、である。
【００６６】
いくつかの実施形態において、加熱および冷却装置３００は、温度センサをさらに備える。温度センサの例には、抵抗熱装置（ＲＴＤｓ）、熱電対、熱電対列、及びサーミスタが含まれる。
【００６７】
いくつかの実施形態において、ＬＦＣｓ１４８は、ヒートスプレッダの上に配置されている（図１６Ａ）。いくつかの実施形態において、ヒートスプレッダは光を吸収する。光吸収を実現する方法の例には、ヒートスプレッダを、黒く塗る方法、陽極酸化処理によって黒くする方法、またはブラッククロムによって覆う方法、が含まれる。光吸収は、マイクロアレイの画像化を妨害しうる散乱を低減する。いくつかの実施形態において、熱循環は、画像化前に生じる。いくつかの実施形態において、熱循環は、画像化と同時に生じる。
【００６８】
他の実施形態において、ＬＦＣｓ１４８は、ヒートスプレッダ３１０の下に配置されている。ヒートスプレッダ３１０は、ＬＦＣｓ１４８の反応チャンバ上に降下するようになっている（図１６Ｂ）。あるいは、プラットフォーム３２０は、ヒートスプレッダ３１０にＬＦＣｓ１４８を接触させるために、上昇してもよい。
【００６９】
他の実施形態において、二つ以上のヒートスプレッダは、各反応チャンバと接触する。これの一つの例は、一つのヒートスプレッダが反応チャンバの上部と接触し、他のヒートスプレッダが反応チャンバの下部と接触することである。
【実施例４】
【００７０】
（斜角照明付き光学サブシステム）
図１７Ａ〜図１７Ｃは、マイクロアレイイメージング機構のための斜角照明付き光学サブシステムの実施形態を示している。図１７Ａは、マイクロアレイイメージングのための斜角照明の一般的な概念を示している。システムの光学系は、二つの別のチャネル１２１０、１２２０を備えている。チャネル１２２０は蛍光励起に用いられ、チャネル１２１０はアレイの画像化に用いられる。図１７Ｂは、照明光学系の大部分がマイクロアレイ基板に対して平行となるように、９０度の角度で照明光源をそらすミラーを含む照明光学系トレイン（train）の実施形態である。図１７Ｃは、検出光学系の大部分がマイクロアレイ基板に対して平行になるように、９０度の角度で集光をそらすミラーを含む集光光学系トレインの実施形態である。
【００７１】
図１７Ｂおよび図１７Ｃに示されるように、光学系は、高品質の結像光学系（対物レンズ１２３０および整合ビデオレンズ１２４０）、小型の低ノイズモノクロ１／３インチＣＣＤカメラ１２５０、および蛍光励起源１２６０として５３０ｎｍの高強度ＬＥＤを含む。物体の照明および撮像の両方に対物レンズが使用される一般的な蛍光顕微鏡落射照明系と比較して、このデザインは、対象レンズにおける後方散乱励起光および予想される光学自己蛍光の両方に起因したバックグランドを除去する。また、４５度の入射角での斜照明は、マイクロアレイ基板から反射された励起光の大部分を対物レンズから離れるように導く助けになる。対物レンズは無限遠補正型なので、スライドのアレイ表面は、レンズの前方焦点面に配置されるべきである。発光フィルタ１２５５は、対物レンズおよびビデオレンズの間の無限遠空間に配置されており、平凹レンズ１２６５および色消し１２７０を含む二成分ビーム拡大器である。ビーム拡大器（図示せず）は、レンズ系全体の拡大係数を０．７５倍に縮小する。１／３インチフォーマットおよび７．４μｍの画素サイズを有する現在のＣＣＤセンサでは、この倍率調整によって、（ＣＣＤアレイ画素サイズによって制限されている）約１０μｍの空間分解能で、最大１２×１８のゲル要素を有するマイクロアレイの撮像が可能となる。蛍光励起チャネルは、ＬＥＤの発光領域の複雑な構造にも関わらず、対物面の均一な（３％以内）照明を確かにする、投射系のためのケラー照明系を実施する。コレクタおよびコンデンサレンズの間に配置された帯域通過クリーンアップフィルタは、Ｃｙ３の蛍光バンドと重なるＬＥＤ発光スペクトルの長波長を遮断する。いくつかの実施形態において、光学サブシステムは、反応チャンバ内のマイクロアレイのリアルタイムイメージングを可能にするように構成されている。
【００７２】
上記の説明は、当業者に本発明をどのように実施するかを教示することを目的とするものであり、この説明を読むことによって当業者に明らかになるそれらの明らかな改変および変形を全て詳述することを意図するものではない。しかしながら、そのような明らかな改変および変形の全ては、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に含まれることが意図されている。文脈に特に反対の記載が示されていない限り、特許請求の範囲は、意図した目的を達成するのに有効な任意の順序で、構成要素およびステップをカバーすることを意図されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１１Ｃ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【国際調査報告】
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