(57)【要約】  指紋を同定するシステム及び方法は、指紋から反射される光の鏡面反射を最大にし、指紋の背景面から反射される光の乱反射を最小にするように、指紋のサンプル上に放射される光の周波数と反射角の少なくとも１つの調整を用いて、構成される画像撮影と照明の光学システムを備える。また、システムは指紋からの複数の分析物を検出するように構成されるナノ構造を有する１つ又は複数のＦＥＴを有するＩＣを備える。また、システム及び方法は、指紋を処理して、指紋のＤＮＡコンテンツを測定するように構成される核酸分析装置を備える。画像撮影と照明の光学システムとＩＣによる処理が施されているときは、前記指紋への接触はされない。
2017507340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遺留指紋を撮影する方法であって、
光で土台上の遺留指紋を照らすステップと、
前記遺留指紋からの前記光の最大の鏡面反射と前記遺留指紋からの前記光の最小の乱反射を提供するために、前記光の周波数と反射角の少なくとも１つを調整するステップと、を備える方法。
【請求項２】
前記光の前記最大の鏡面反射を達成するために、前記遺留指紋の表面への入射角にほぼ等しくなるように前記反射角を調整するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記調整するステップは、前記遺留指紋の照らされた表面からの前記鏡面反射を形成して撮影するために、臨界アライメント角で光源と光検出器を調整するステップをさらに備える請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記調整するステップは、光検出器に結合される光学システムの開口数をゼロに設定するステップをさらに備える請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記調整するステップは、光学システムと前記光源の開口数を実質的に等しく且つ対向するように設定するステップをさらに備える請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記土台の材料又は表面の質感に応じて前記光の波長又は波長範囲を調整するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記調整するステップは、１つ又は複数のフィルタの調整、１つ又は複数のフィルタの活性化又は不活性化、反射又は反射技術を使用した特定の波長の分離、及び、所望の波長を生成するように構成された１つ又は複数の光源それぞれの活性化をするステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記遺留指紋は、有機物ベースの遺留指紋を含むことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項９】
指紋を同定する方法であって、
照明の調整された周波数又は調整された反射角を用いて、土台上の遺留指紋のサンプルの画像を探索し、撮影するステップと、
分析物検出のための１つ又は複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成される集積回路（ＩＣ）を用いて、前記サンプル上の１つ又は複数の分析物を測定するステップと。
核酸分析装置を用いて、前記探索するステップ、前記撮影するステップ、及び、前記測定するステップの後、前記遺留指紋のＤＡＮコンテンツを分析するステップと、を備え、  前記探索、前記撮影及び前記測定のステップでは、前記指紋への接触はされないことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記撮影するステップは、前記照明の反射角を前記サンプル表面に対する前記照明の入射角とほぼ等しくなるように調整することにより、前記遺留指紋からの前記照明の鏡面反射を最大にするステップと前記土台からの前記照明の乱反射を最小にするするステップとをさらに備える請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記撮影するステップは、前記土台の材料又は表面の質感に応じて前記照明の波長又は波長範囲を調整するステップをさらに備える請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記測定するステップは、ナノチューブと結合した１本鎖ＤＮＡ（ｓｓＤＮＡ）の鎖を、前記ｓｓ−ＤＡＮの鎖と相互作用する分析物により、活性化するステップを備え、
前記ナノチューブは、前記ＦＥＴゲートの活性構成要素を含み、前記ＩＣのソースとドレインとに電気的に結合され、前記活性化するときの伝導性の変化を測定するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定するステップは、前記ＦＥＴの１つでのＦＥＴゲートを含むナノ構造層に結合したＧタンパク質共役受容体（ＧＰＣＲ）の塊を活性化するステップをさらに備え、
前記ナノ構造層は、前記ＦＥＴのソースとドレインに電気的に結合され、前記ＧＰＣＲが前記ＧＰＣＲに特有の分析物により活性化されるときの伝導性の変化を測定するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記核酸分析装置のマイクロ流体カートリッジを用いて、前記遺留指紋の前記ＤＮＡコンテンツを抽出すること、増幅すること、分離すること及び同定することを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＩＣは、嗅覚受容体により官能基化されたＦＥＴにより構成されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記１つ又は複数のＦＥＴは、１つ又は複数の化学ベースのＦＥＴ（ＣｈｅｍＦＥＴ）、又は、１つ又は複数の生物学ベースのＦＥＴ（ＢｉｏＦＥＴ）を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記遺留指紋は有機物ベースの遺留指紋を含み、前記１つ又は複数の分析物は１つ又は複数の有機物ベースの分析物を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
指紋を同定するシステムであって、
指紋から反射される光の鏡面反射を最大にし、前記指紋の背景面から反射される光の乱反射を最小にするように、前記指紋のサンプル上に放射される光の周波数と反射角の少なくとも１つの調整を用いて、構成される画像撮影と照明の光学システムと、
前記指紋からの複数の分析物を検出するように構成されるナノ構造を有する１つ又は複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を有する集積回路（ＩＣ）と、
前記指紋を処理して、前記指紋のＤＮＡコンテンツを測定するように構成される核酸分析装置と、を備え、
前記画像撮影と照明の光学システムと前記ＩＣによる処理が施されているときは、前記指紋への接触はされないことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
前記画像撮影と照明の光学システムは、前記サンプル表面に対する前記放射される光の入射角にほぼ等しい反射角であることと、前記指紋から前記放射される光の鏡面反射の最大化と前記指紋の背景面からの前記放射される光の乱反射の最小化を達成するように構成されることと、前記指紋の前記背景面の材料又は面の質感に対応して前記放射される光の波長を調整するように構成される１つ又は複数のフィルタを備えることと、をさらに特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ＩＣは、前記ＦＥＴの１つでのゲートを含むナノ構造化された面に結合したＧＰＣＲの塊をさらに備え。前記ナノ構造は、前記ＦＥＴのソースとドレインに電気的に結合され、前記ＧＰＣＲが前記ＧＰＣＲに特有の分析物により活性化されるときの伝導性の変化を測定するように構成されることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ＩＣは、前記ＦＥＴの１つでのゲートを含むナノチューブに結合したＤＮＡ鎖をさらに備え。前記ナノチューブは、前記ＦＥＴのソースとドレインに電気的に結合し、前記ＤＮＡ鎖が前記ＤＮＡ鎖と相互作用する分析物により活性化されるときの伝導性の変化を測定するように構成されることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記核酸分析装置は、前記指紋のＤＮＡコンテンツを抽出し、増幅し、分離して、前記指紋の前記ＤＮＡコンテンツを同定するように構成されるマイクロ流体カートリッジをさらに備える請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記指紋は有機物ベースの遺留指紋を含み、前記複数の分析物は複数の有機物ベースの分析物を含むことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、２０１４年２月１０日に米国特許商標庁に提出された米国仮特許出願第６１／９３７，８９４号の利益を主張するものであり、その開示は参照によりその全体が本明細書に援用される。
【０００２】
タッチ（ｔｏｕｃｈ）デオキシリボ核酸（ＤＮＡ：ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）は、犯罪の現場又はどこか他の場所に残されたＤＮＡを分析するための法医学的方法である。タッチＤＮＡは、例えば、接触されたり、何気なく取り扱われたりした後に対象物に残された皮膚細胞からの、非常に小さなサンプルを必要とする。タッチＤＮＡ分析は、人間の皮膚の最外層の約７，８個の細胞を必要とするだけである。
【０００３】
法医学的な証拠の収集のための技術は、犯行現場又はどこか他の場所で指紋を採取することを含む。通常、指紋は塵を払われ、粘着テープで拾い上げられる。残念ながら、これは、他の潜在的証拠を破壊又は使えなくすることにより現場を変えてしまう。さらに、誤った陽性の結果が、犯罪現場捜査員により使用される指紋ブラシによる汚染に起因して、しばしば発生する。指紋ブラシは、微量な皮膚細胞を１つの表面から他のほうに移してしまう。
【０００４】
通常、持ち運び可能な対象物上の指紋は、処理のため研究室に持ち込まれ、その処理方法は、指紋が存在する対象物又は表面に依存する。１つの方法は、指紋にシアノアクリレート噴霧を施すものである。別の方法として、紙であればニンヒドリン染料で処理することができる。しかし、これらの方法は、その他の法医学的な証拠価値を不純化し又は破壊する。さらに、処理を完了するのに数日を要する。
【発明の概要】
【０００５】
開示の態様は、例えば、指の指紋や掌紋などのような遺留指紋のイメージング（ｉｍａｇｉｎｇ）と分析物ベースの感知による証拠の非破壊的な収集と同定のための方法及びシステムを含む。その後に、その指紋のＤＮＡコンテンツが取得される。
【０００６】
実施形態には、例えば、指の指紋や掌紋などのような遺留指紋を撮影する方法を含む。遺留指紋は、光で土台上を照らされる。光の周波数と反射角の少なくとも１つは、遺留指紋からの光の最大鏡面反射と、遺留指紋からの光の最小の乱反射をもたらすように調整される。土台と対比して、遺留指紋の画像が結果として撮影される。
【０００７】
実施形態には、例えば、指の指紋や掌紋などのような指紋を同定する方法を含む。遺留指紋のサンプルの画像は、照明の調整された周波数又は調整された反射角を用いて、土台上で探索され撮影される。サンプル上の１つ又は複数の分析物が、分析物検出のための１つ又は複数の電界効果トランジスタ（ＥＦＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成される集積回路（ＩＣ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いて、測定される。遺留指紋のＤＮＡコンテンツが、探索、撮影、測定の後で核酸分析装置を用いて分析される。探索、撮影、測定のステップでは、指紋に対する接触はされない。
【０００８】
実施形態は、指紋を同定するシステムを含み、システムは、指紋から反射される光の鏡面反射を最大にし、指紋の背景面から反射される光の乱反射を最小にするように、指紋のサンプル上に放射される光の周波数と反射角の少なくとも１つの調整を用いて、構成される画像撮影と照明の光学システムを備える。また、システムは指紋からの複数の分析物を検出するように構成されるナノ構造を有する１つ又は複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を有する集積回路（ＩＣ）を備える。また、システムは、指紋を処理して、指紋のＤＮＡコンテンツを測定するように構成される核酸分析装置を備える。
画像撮影と照明の光学システムとＩＣによる処理が施されているときは、前記指紋への接触はされない。
【０００９】
様々な実施形態が、以下の図面を参照して詳細に記述されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】いくつかの実施形態に関連する非破壊収集システムの概略図である。
【図１Ｂ】いくつかの実施形態に関連する非破壊収集システムの概略図である。
【図２】いくつかの実施形態に関連する指紋イメージングシステムの説明図である。
【図３】いくつかの実施形態に関連する指紋イメージングシステムの説明図である。
【図４】いくつかの実施形態に関連するナノ構造ベースの電子センサの説明図である。
【図５Ａ】いくつかの実施形態に関連するナノ構造ベースの電子センサの説明図である。
【図５Ｂ】いくつかの実施形態に関連するナノ構造ベースの電子センサの説明図である。
【図６Ａ】いくつかの実施形態に関連する同定モデルをトレーニングして評価するための例示的なアルゴリズムを示す図である。
【図６Ｂ】いくつかの実施形態に関連する同定モデルをトレーニングして評価するための例示的なアルゴリズムを示す図である。
【図７】１つの実施形態に関連する例示的な核酸分析装置のブロックダイヤグラムを示す図である。
【図８Ａ】１つの実施形態に関連する例示的なサンプルアクセプタを複数有するマイクロ流体カートリッジの説明図である。
【図８Ｂ】１つの実施形態に関連する例示的なサンプルアクセプタを複数有するマイクロ流体カートリッジの説明図である。
【図９】１つの実施形態に関連する例示的な指紋撮影の方法のフローチャートを示す図である。
【図１０】１つの実施形態に関連する例示的な指紋同定の方法のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１Ａは、例えば、犯罪現場から人の掌や足裏の摩擦稜指紋（ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｒｉｄｇｅ  ｐｒｉｎｔ）指紋のような、現場証拠を収集し処理するための例示的な非破壊収集システム１００の概略図である。第１処理ステーション１１０は、例えば、指の指紋、足裏の指紋、足指の指紋又は掌紋などのような１つ又は複数の指紋の遺留画像を撮影するシステムを含む。遺留指紋は、表面接触の後、固体表面に残る指紋の痕跡又は残留物であり、摩擦稜又は固体表面に接触した手指、掌、足裏又は足指の個々の皮膚の稜に存在したかもしれない汗、皮脂又は他の化学物質若しくは化合物の付着、による材料への物理的な沈下により引き起こされる。接触は、固体表面に痕跡を作る残留物及び／又は摩擦稜のくぼみを後に残す。指紋の痕跡は、例えば、指や掌の表面に存在したかもしれない水、塩、血液、アミノ酸、油、煤、薬物、火薬、又は土などのような物質を含み得る。
【００１２】
指紋の非接触遺留画像の取得のための実施形態は、鏡面反射、すなわち照射を受けたサンプル表面からのグレア（ｇｌａｒｅ）を利用するためカメラに関連して配置される光源を含む。光源から固体表面への入射角が、固体表面から画像検出器への反射角に近似的に等しくなるように配置されるとき、鏡面反射は最大とすることができる。そのような配置により、指紋画像の品質を低下させるかもしれない乱反射された光としての、乱反射の最小量が撮影される。したがって、適切に配置させると、光源と画像検出器は、基本的に鏡面反射だけを受容する幾何学的フィルタを提供することにより、固体表面からの乱反射を高度に排除するフィルタとして機能する。
【００１３】
例えば、道具、銃、電話及び電話ケースなど異なる多種多様な表面上で指紋を検出するために、複数の異なる照明波長帯域又は波長の範囲が要求される。各周波数帯域は、例えば、白色光、狭帯域光、紫外線（ＵＶ：ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ）光、赤外線（ＩＲ：ｉｎｆｒａｒｅｄ）光、又は他の特定の波長、波長領域、若しくは電磁光学的放射の波長の組み合わせなどのような様々な種類の光を提供することができる。波長又は波長領域の多様性は、１つ又は複数の非常に広いスペクトラム光源と設定可能なフィルタリング調整により実現可能である。光源とフィルタリングの調整は、調整可能フィルタ、活性化又は非活性化可能な複数フィルタ、特定の波長だけ又はそれらの組み合わせだけを分離する屈折又は反射技法、又は、１つ又は複数の所望の波長又は波長範囲を生成するように構成される複数の個別の光源を含む。いくつかの実施形態において、複数の照明波長又は波長領域が使用でき、各波長領域からの光は、取り調べられるサンプル表面に別々に散乱させてもよい。波長領域は、遺留指紋上に異なる効果を生み出す領域それぞれについて１回に１つ使用できるし、又は、複数の波長領域は、同時照明するよう組み合わせることができる。
【００１４】
第２処理ステーション１２０は、指紋に存在する揮発性の分析物の検出のためにナノ構造を有する１つ又は複数の電界効果トランジスタ（ＥＦＴ）を収める集積回路（ＩＣ）を含む。ＦＥＴは、化学的検出のための化学ベースのＦＥＴ（ＣｈｅｍＦＥＴ）又は生物活性分子の検出のための生物学ベースのＦＥＴ（ＢｉｏＦＥＴ）とすることができる。分析物の１つの例は臭気物質である。しかし、他の非臭気分析物が、本開示の実施形態により考慮される。
【００１５】
また、これは、指紋又は他の証拠から付加的な情報を取得するための非接触システムである。ＩＣのナノ構造ベースのＦＥＴは、例えば、カーボンナノチューブなどの１つ又は複数のナノチューブであって、ＦＥＴのナノ構造素子と周囲の媒体との間の相互作用を媒介する分子化剤又は官能基化剤により包まれているか又は巻き込まれているナノチューブを含んでいてもよい。官能基化されたナノ構造は、ＦＥＴゲートの活性媒体を含む。官能基化剤（すなわち分析物受容体）は、例えば、ＤＮＡ鎖（１本鎖又は２本鎖）又は特定の分析物の受容体タンパク質からのタンパク質媒体などの、生物学的又は化学的起源のものとすることができる。ナノ構造ベースのＦＥＴの官能基化剤の他の種類には、ＲＮＡアプタマー（ａｐｔａｍｅｒ）、ペプチド、タンパク質、酵素、ポリマー配合物、及びナノ構造の信号伝達面の他の化学的コーティングを含むが、これに限定されるものではない。官能基化されたナノチューブは、ゲートの活性要素を含み、ＦＥＴのソース電極とドレイン電極との間に電気的に接続される。ＦＥＴが、官能基化されたナノ構造と相互作用するガス又は液体の近くにあるとき、ＦＥＴは、活性化され、その結果、信号を送る。例えば、タンパク質の存在は、ナノチューブの伝導性を変化させることができ、ＦＥＴの電極間の検出可能な変化をもたらしてもよい。結果として、例えば、臭気物質などの分析物は、ＦＥＴの分析物受容剤に分析物を結合させることにより検出される。
【００１６】
ＩＣは、複数のＦＥＴを含み、各ＦＥＴは異なる分析物受容体剤で設計される。１つの実施形態では、カテゴリ別の、ＦＥＴ，ＣｈｅｍＦＥＴ，及び／又は、ＢｉｏＦＥＴの特定のグループを含めることができる。例示的な目的だけのための1つの例として、１つ又は複数のＩＣが、爆発物を検出するように設計され、１つ又は複数の他のＩＣが薬物を検出するように設計される。したがって、バイオセンサ（ｂｉｏ−ｓｅｎｓｏｒ）が、複数のＩＣを含む最終製品であるとすることができる。
【００１７】
第３処理ステーション１３０は、指紋標本のＤＮＡコンテンツを同定するためのシステムを含み、その結果は１つ又は複数のデータベースに記憶された同定情報と比較することができる。例えば、指紋標本などの生物学的サンプルは、核酸分析装置システムに挿入されるマイクロ流体カートリッジに含まれる。核酸は、核酸分析装置システムにより指紋標本から抽出される。抽出された核酸は、現れたＤＮＡ断片の検出と分析のため増幅され分離される。
【００１８】
指紋標本の品位は第３処理ステーション１３０の期間中に変化させられるので、ＤＮＡコンテンツの同定のためのこのステーションは最終処理ステーションである必要がある。第１及び第２処理ステーションは指紋標本をそのままにして残すので、結果として、皮膚細胞の最大数が第３処理ステーション１３０に提供される。
【００１９】
図１Ｂは、現場証拠の収集と処理のための非破壊収集システム１００の概略図であり、その中の第１処理ステーション１４０は、１つ又は複数のナノ構造ベースのＦＥＴを含むＩＣを含む。上述のように、このＩＣは、例えば指の指紋や掌紋などの現場証拠上に存在するかもしれない様々な臭気物質又は他の微粒子（例えば、爆発物、麻薬、及びその他の違法な密輸物からの残留物）を検出する非接触手順を提供する。第２処理ステーション１５０は、１つ又は複数の指紋の遺留画像を撮影するためのシステムを含む。上述のように、第１処理ステーション１４０と第２処理ステーション１５０は、現場証拠を乱したり接触したりすることなく、例えば指紋などの現場証拠からの情報を検索するためのシステムを含む。
【００２０】
第３処理ステーション１６０は、指紋標本のＤＮＡコンテンツを同定するためのシステムを含む。指紋標本は、試験用の細胞数が少ないであろう。しかし、前述の実施形態のように、第１処理ステーション１４０と第２処理ステーション１５０は指紋標本を乱したり接触したりしていないので、指紋標本上にある元の細胞の個数と品質は、第３処理ステーション１６０での試験用として最大とされているであろう。
【００２１】
図２は、第１処理ステーションの指紋イメージングシステム２００の１つの実施形態を示す図である。指紋イメージングシステム２００は、フィルタ２２０を含み得る光源２１０を含む。光源２１０の実施形態は、可視光、ＩＲ、ＵＶ、又はそれらを組み合わせた、狭帯域又は広域スペクトラムの光源を含むことができる。フィルタ２２０の実施形態は、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタ、スペクトロメータ、プリズム、波長帯特定ミラー、フィルタコーティング、及びその他の装置、構成要素、技術であって、１つ又は複数の特定の照明の波長範囲にて生成される電気光学放射をフィルタリングするためのものを含むことができる。その結果、照明は、サンプル２３０の表面に向けられ、視準が合わせられた、狭いビームとすることができる。照明は、サンプル２３０の表面から検出器２４０への鏡面反射を増加して提供するように視準が合わせられ、狭められる。
【００２２】
鏡面反射、すなわちグレアは、入射角と反射角がほぼ等しい状況にあるとき顕著となる。いくつかの変形例では、照明が当てられたサンプル２３０の表面からの鏡面反射の生成と撮影を容易にするため、臨界アライメント角で光源２１０と検出器２４０を調整することを含む。臨界アライメント角は、照明が当てられたサンプル２３０の表面に対する入射角と反射角がほぼ等しい関係にあるものである。これは、鏡面反射が最も顕著になる角度である。
【００２３】
光源２１０と検出器２４０との間の臨界アライメントを維持することにより、光源２１０と検出器２４０は、乱反射を排除し、基本的には検出器２４０への入力として鏡面反射だけを受け入れるフィルタとして機能するように構成される。いくつかの実施形態におきて、検出器の設定は、グレアから出たものであって、カメラにより処理される光子の９０％以上となるような幾何学的フィルタリング効果を生み出すようにさらに構成することができる。そのような構成は、検出器２４０と結合するレンズ又はその他の光学システムの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）をゼロに設定することにより実現できる。また、そのような構成は、光学システムと光源２１０のＮＡを実質的に等しく且つ対向するように設定することにより実現できる。
【００２４】
いくつかの実施形態において、検出器２４０は、イメージプロセッサ２５０と結合するかその一部とすることができる。例えば、画像検出と画像処理の能力を有する電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ：ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）カメラ装置が使用される。イメージプロセッサ２５０は、検出器２４０の飽和閾値に近づく照明を提供するように構成できる。しかし、光源２１０は、検出器の飽和によるコントラスト損失又は画像データの他の損失を回避するために、検出器２４０の飽和閾値に達するべきではない。
【００２５】
図３は、指紋イメージングシステム３００のより詳細な説明図である。光学センサシステム３１０は、例えばカメラ又は焦点面アレイなどの画像検出装置３２０を含む。いくつかの実施形態において、画像検出装置３２０は、入射する電気光学放射に焦点を合わせるためのレンズ３２１を含むか又は結合している。いくつかの実施形態において、画像検出装置３２０は、光源３３０と連動して臨界アライメント角３７０に位置を合わせられたカメラである。これは、カメラ３２０と光源３３０のＮＡを実質的に等しく且つ対抗する値となるように構成することによりグレア光子の収集と乱反射した光子の排除をもたらす。
【００２６】
１つの実施形態において、光源３３０は、光学センサ３１０に含まれ、光源３３０と光学センサは１つの筐体内に配置される。また、検出器３２０と光源３３０との間の臨界アライメント角を成立させ又は維持するための同様の調整又は組み立て調整は、本開示に記載される実施形態により補完される。他の実施形態において、光源３３０は、光学センサ３１０と物理的に分離していてもよく、イメージングパラメータ又は要求に基づき特定の照明を提供するように制御又は構成されるようにできる。特定の照明は、撮影されるサンプル３４０の表面上の対象領域３４０ａに関連する光源３３０からの視準の度合いと入射角を変化させることを含むことができる。サンプル３４０の表面と反射光に垂直な垂直面との角度は、臨界アライメント角３７０の半分、すなわち（１／２）θに等しい。
【００２７】
また、指紋イメージングシステム３００は、画像検出装置３２０により取得された画像データを処理するコンピュータ又はプロセッサ３５０を含むか又は接続される。プロセッサ３５０は、データを記憶するためのメモリ３５１と、光学センサのコンポーネントの一部又は全部を制御するためのコントローラ３５２を含む。いくつかの実施形態において、光源３３０は、サンプル３４０の表面上に、均一に広げられ、視準が合わせられたビームを提供するように制御される。いくつかの実施形態において、画像検出装置３２０は、フレーム取り込み器３６０、例えば、アナログビデオ信号又はデジタルビデオストリームから個々のデジタル静止フレームをキャプチャ―する電子装置、を介してプロセッサ３５０に結合できる。他の実施形態はフレーム取り込み器３６０を統合又は組み込んだカメラを含む。
【００２８】
遺留指紋の画像は、疑わしい指紋のローカルデータベース（ポータブルコンピュータに関する）と照合されるか、それは、州又は地方の自動指紋同定システム（ＡＦＩＳ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）又は、例えばＦＢＩの次世代同定（ＮＧＩ：Ｎｅｘｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムなどの国家データベースへのルートとして働くことができる。これは、収集された遺留指紋の可能性のある「所有者」に関して、収集地点へのほぼリアルタイムのフィードバックを可能にする。その結果を、ポータブルコンピューティング装置のユーザインターフェース上に表示することができる。
【００２９】
光源３３０は、画像検出装置３２０に関して示されるように、臨界アライメント角３７０を維持するように動的に調整されることができる。1つの実施形態において、調整は、可動ミラー、屈折装置、プリズム、又はその他の組み合わせにより実現できる。いくつかの実施形態において、光源３３０と画像検出装置３２０の両方は、全体のシステム３００が移動させられたとしても臨界アライメント角を維持するために固定具に固定される。
【００３０】
指紋イメージング装置３００の実施形態は、例えば、フーリエフィルタ３８０又はノッチフィルタ３８５など少なくとも１つの検出フィルタを含むことができる。ノッチフィルタ３８５の変形例は、臨界調整を目的として、又は、拡散散乱光源としてレーザを使用することを含むことができる。フーリエフィルタ３８０の変形例は、指紋特性に合わせるだけでなく、例えば、紙又はポール紙のサンプル表面での検出における粒子又は表面凹凸などの背景特性を抑制するために使用できる。いくつかの実施形態は、複数の検出フィルタを含み、一方、他の実施例は、検出フィルタを有さないか、画像検出装置３２０内に統合される。
【００３１】
第２処理ステーションは、適切に官能基化されたＣｈｅｍＦＥＴ及び又はＢｉｏＦＥＴをとおして分析物検出可能な電子装置を使用することを含む。人間の嗅覚システムにおいて、特定の臭気物質は、細胞内の信号伝達を引き起こす嗅覚受容体タンパク質と結合する。嗅覚受容体ニューロンの細胞膜内の嗅覚受容体は、臭気物質分子の検出に関与している。臭気物質が嗅覚受容体に結合すると、その受容体は活性化される。活性化された嗅覚受容体は、脳に伝達される神経インパルスを生成する。嗅覚受容体は、Ｇタンパク質共役受容体（ＧＰＣＲ：Ｇ  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｒｅｃｅｐｔｏｒ）のロドプシン様ファミリー  クラスＡのメンバーである。
【００３２】
図４は、例えば、嗅覚ベースの電子装置など、例示的な分析物検出ベースの電子センサ装置４００を説明する図である。センサタイプとアプリケーションを変更する「ｅノーズ（ｅ−ｎｏｓｅ）」としても知られている、様々な嗅覚ベースの電子機器が入手可能で、本開示の実施形態に使用することができる。基盤４１０は、分析物検出ベースの電子装置４００のベースを形成する。基盤４１０の１つの実施形態はシリコン基盤である。しかし、電子装置に使用される他の基盤についても、本開示の実施形態により考慮される。酸化層４２０は基盤４１０上に存在する。シリコン基板４１０に対し、酸化層４２０は、２酸化ケイ素を含むことができる。ドレイン４３０は、基盤４１０の一方の側の酸化層４２０上に存在し、ソース４４０は基盤４１０のもう一方の側の酸化層４２０上に存在する。図示するように。ソース４４０とドレイン４３０の間にギャップを設けることができる。
【００３３】
ナノ構造層４５０は、ソース４４０とドレイン４３０の間のギャップ内の、酸化層４２０とゲート上に配置されることができる。ナノ構造層４５０はソース４４０とドレイン４３０に接触する。ナノ構造４５０の実施形態は、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノリボン、ナノフィルム及びナノボールを含むがこれらに限定されない。１つの実施形態において、ナノ構造４５０は炭素ベースである。嗅覚受容体ＧＰＣＲ４６０の塊は、ナノ構造層４５０に配置され結合されている。ナノ構造層４５０は、電気的メカニズムであって、例えば嗅覚受容体ＧＰＣＲ４６０などの活性化された分析物受容体からのパルスがそれにより記録される電気的メカニズムを提供する。例えば、特定の分析物がＧＰＣＲ４６０の分析物受容体分子に結合したとき、受容体分子の平衡は活性化された受容体の状態に移行する。活性化された分析物受容体分子はソース４４０及び／又はドレイン４３０の金属電極とナノ構造層４５０との間の、伝導性の変化につながる接触抵抗を変化させる、伝導性の変化は、分析物検出ベースの電子センサ装置４００の電子回路により記録され測定される。特定の分析物が、ＧＰＣＲ４６０の分析物受容体の付近にあるとき、伝導性の変化が、電子センサ装置４００の分析物受容体タンパク質に分析物が結合することにより発生する。分析物受容体タンパク質は、伝導性の変化を引き起こす活性化された受容体の状態に変化する。分析物の検出が、伝導性の変化を測定することにより達成される。
【００３４】
図５Ａは、例えば、嗅覚ベースの電子装置などの、代替的な例示の検出ベースの電子センサ装置５００を説明する図である。また、そのような装置は、人口鼻、電子鼻、ｅノーズ（ｅ−ｎｏｓｅ）とも呼ばれる。例えばシリコン基盤などの基盤５０５は、例えば基盤５０５の表面に形成される２酸化ケイ素などであって、ゲートを含む酸化層５１０を有する。ドレイン５１５は、基盤５０５の一方の側の酸化層５１０上に形成され、ソース５２０は、基盤５０５のもう一方の側の酸化層５１０上に形成される。例えばカーボンナノチューブなどのナノチューブ２５２は、１本鎖（ｓｉｎｇｌｅ  ｓｔｒａｎｄ）ＤＮＡ（ｓｓ−ＤＮＡ）５３０で包まれ、ソース５２０とドレイン５１５に電気的に接続するような酸化層５１０の表面（ゲート）に固定される。特定の分析物が、ｓｓ−ＤＮＡの鎖５３０の分析物受容体の近くにあるとき、ｓｓ−ＤＮＡの鎖５３０の分析物受容体タンパク質に臭気物質が結合することにより伝導性の変化が生じる。臭気物質は、ソース５２０とドレイン５１５間のゲート５１０の伝導性を変化させるｓｓ−ＤＮＡの鎖と相互作用し一時的に結合する。臭気物質の検出は、伝導性の変化を測定することにより達成される。
【００３５】
図５Ｂは、例えば、嗅覚ベースの電子装置などの、検出ベースの電子センサ装置５００の実際的な説明図である。例えばカーボンナノチューブなどのナノチューブ５３５は、ＤＮＡ包装された（ＤＮＡ−ｗｒａｐｐｅｄ）ナノチューブ５４５を生成するため、例えば１本鎖ＤＮＡ（ｓｓ−ＤＮＡ）又は２本鎖（ｄｏｕｂｌｅ‐ｓｔｒａｎｄ）ＤＮＡ（ｄｓ−ＤＮＡ）などのＤＮＡ鎖５４０により包まれる。ＤＮＡ包装されたナノチューブ５４５は、半導体装置５５０上に添えられる。図５Ｂは、例えば臭気物質分子などの分析物分子５５５であって、そのいくつかは、カーボンナノチューブ５６５の周りに巻かれているＤＮＡ鎖５６０に結合している分析物分子５５５を図示している。例えば金端子などの電気的導管５７０は、半導体装置５５０にカーボンナノチューブ５６５の各端を添え、電気的に接続する。一体化された半導体装置５５０とＤＮＡ鎖５６０に包まれたカーボンナノチューブ５６５は、ＩＣ５７５内に複製され形成されることができる。ＩＣ５７５は４つの装置５５０を図示しているが、ＩＣ設計技術は、１つのチップ上に多数のそのような装置の反復焼き付け制作を可能にする。
【００３６】
センサのｅノーズ出力は、ローカルデータベース（ポータブルコンピューティング装置上に常駐又はセンサアセンブリ自体の中に埋め込まれている）、又は、無線又は有線どちらかのポータブルコンピュータの通信能力を介して、既知の臭気物質と他の分子のリモートデータベースと比較することができる。センサが読み取った分析の結果は、それが生成された遺留指紋に関連させて、ポータブルコンピューティング装置のユーザインターフェース上に表示することができる。
【００３７】
コンピューティングモジュールは、センサ計測値に基づいて、同定物を予測するための、例えばサーバ又はデータベースなどの外部リソースに記憶されていてもよい同定モデルを取得し適用することができる。同定モデルは、同定にセンサ計測情報をマッピングする関数近似である。
【００３８】
予測は同定モデル要件に基づいて信号計測値の初期処理を要求してもよい。処理は、コンピューティングモジュール上又は外部リソース上のどちらで行われてもよい。処理要件は、フィルタリング（ハイパス、ローパス、バンドパス、又はノッチフィルタリング）、ノイズ除去、時間平均化、窓関数の適用、及び信号計測データの数値スケーリングを含んでもよいが、これらに限定されるものではない。
【００３９】
同定モデルは、多くの方法で確立され又はトレーニングされるものでもよい。同定モデル確立へのパターン認識又は機械学習のアプローチは、既存のセンサ計測データベースであって、センサ計測データが既存の同定物と対になっているものを使用してもよい。モデルは、センサ計測値の既存のマッピングと予測されたマッピングとの誤差を最小にすることにより確立され最適化される。既存の方法は、ベイズ分類又は回帰、ｋ近傍法、通常／部分最小二乗分類又は回帰、サポートベクターマシン（ｓｕｐｐｏｒｔ  ｖｅｃｔｏｒ  ｍａｃｈｉｎｅｓ）、決定木、ランダムフォレスト（ｒａｎｄｏｍ  ｆｏｒｅｓｔ）、ブーステッドツリー（ｂｏｏｓｔｅｄ  ｔｒｅｅｓ）、ニューラルネットワーク、及びロジスティック回帰を含むが、これらに限定されるものではない。誤差最小化は、モデル化の前に信号処理技術を適用することを含んでもよい。
【００４０】
図６Ａは、モデルをトレーニングするための例示的なアルゴリズムを示した図である。ステップＳ６１０において、計測データベースからのセンサ計測データは、既知の同定物と対にされる。最適化のためのモデルのトレーニングは、上述のように、ステップＳ６２０において、データのフィルタリングとスケーリングを含む。ステップＳ６３０において、最適化されたモデルパラメータが選択される。ステップＳ６４０において、モデルは、同定物に対するセンサ計測値の既知のマッピングと予測されるマッピングとの誤差を最小化することにより確立される。ステップＳ６５０において、トレーニングされたモデルの性能が評価される。
【００４１】
センサ計測データの変換後に、コンピューティングモジュール又は外部ソースは同定モデルを適用して、同定物の予測が評価されてもよい。図６Ｂは、同定モデル評価のための例示のアルゴリズムを示す図である。ステップＳ６６０において、センサデータの計測が実行される。ステップＳ６７０において、センサの計測データはフィルタリングとスケーリングがされる。同定物の予測のフォーマットが同定モデルの要件に指定されるステップＳ６８０において、同定モデルが適用される。それは、真／偽予測、数値予測、信頼区間、及び不確実性評価を含んでいてもよい。ステップＳ６９０において、同定物の予測は評価される。
【００４２】
代替的な実施形態は、上述のように、ｓｓ−ＤＮＡ又はｄｓ−ＤＮＡのｅノーズに加えて、指紋から発せられる揮発性化学物質を同定するアプローチを提供する。代替的な実施形態は、ガスクロマトグラフィーと質量分析法、ＩＲ分光法、ＵＶ可視分光法、及び核磁気共鳴の組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
第３処理ステーションは、例えば、指紋標本のＤＮＡコンテンツを決定するシステムなどの核酸分析装置システムを含む。図７は、例示的な核酸分析装置７００のダイヤグラムを示す図である。図示のように、核酸分析装置７００は、マイクロ流体カートリッジモジュール７０５、カートリッジインターフェースモジュール７０４、抽出サーマルモジュール７１０、増幅サーマルモジュール７１５、圧力モジュール７２０、高電圧モジュール７２５、検出モジュール７３０、パワーモジュール７３５、コンピューティングモジュール７４０、及びコントローラモジュール７４５を含むことができる。図７に示すように、モジュールは、動作可能に接続することができる。実施形態において、また、モジュールは組み合わせることができ、又は、各モジュールは分析装置内に複数存在してもよい。
【００４４】
核酸分析装置７００は、マイクロ流体カートリッジを使用して核酸分析を実行することが可能である。核酸分析装置７００は、マイクロリットル以下のオーダーの液体量を使用するように設計される。マイクロリットルの液体量を使用することにより、より多い量を使用する核酸分析と比べて少ない時間で核酸分析がされることができる。
【００４５】
マイクロ流体カートリッジモジュール７０５は、１つ又は複数のマイクロ流体サンプル（図示せず）を受け入れるように構成される。カートリッジインターフェースモジュール７０４は、マイクロ流体カートリッジモジュール７０５を他のモジュールに動作可能に結合するように構成される。１つの実施形態において、いくつかの他のモジュール、例えば、検出モジュール７３０、抽出サーマルモジュール７１０、増幅サーマルモジュール７１５などは、カートリッジインターフェースモジュール７０４に統合することができる。マイクロ流体カートリッジは、マイクロ‐ツー（ｔｏ）‐マイクロインターフェースと、核酸分析装置７００の他のコンポーネントによりマイクロ流体カートリッジが作用されることを可能にする機能を有する。マイクロ流体カートリッジは、例えば、１回使用のカートリッジなどの使い捨てカートリッジとすることができる、一般に、マイクロ流体カートリッジは、核酸抽出、核酸増幅及び核酸分離のいずれも実行するための様々な機能を有することができる。マイクロ流体カートリッジ内で定義されるのは、核酸抽出、核酸増幅、及び／又は核酸分離を実行するための、流体路、流体チェンバー及び／又は容器、及びその他の機能から構成される流体ネットワークである。マイクロ流体カートリッジは任意の適切な材料で構成することができる。例えば、マイクロ流体カートリッジは、プラスチック、ポリマー材料、ガラスなどで構成することができる。さらに、マイクロ流体カートリッジは、複数種類の材料で構成することができる。
【００４６】
抽出サーマルモジュール７１０は、核酸抽出のための適切な温度を与えるように構成される。抽出サーマルモジュール７１０は、コントローラモジュール７４５により制御することができる。抽出サーマルモジュール７１０は、核酸抽出の間、カートリッジ又はサンプルアクセプタに結合することができる。抽出サーマルモジュール７１０は、接触及び／又は非接触熱加熱を実行することができる。１つの例において、抽出サーマルモジュール７１０は１つ又は複数の過熱ユニットを含む。抽出サーマルモジュール７１０による加熱は、好熱性酵素により核酸抽出を促進することができる。
【００４７】
増幅サーマルモジュール７１５は、核酸増幅の間、マイクロ流体カートリッジに適切な温度を与えるように構成される。増幅サーマルモジュール７１５は、コントローラモジュール７４５により制御することができる。実施形態において、増幅サーマルモジュール７１５は、熱勾配を与え、マイクロ流体カートリッジの増幅チェンバー内での熱循環処理での温度センシングを実行するように構成することができる。増幅サーマルモジュール７１５は、接触及び／又は非接触熱加熱を実行することができる。１つの実施例において、増幅サーマルモジュール７１５は、非接触加熱ユニット、例えば赤外線光源などを含む。さらに、増幅サーマルモジュール７１５は温度センシングユニットを含むことができる。１つの実施形態において、温度センシングユニットは、マイクロ流体カートリッジの選択された部分の温度を判定するため黒体放射を測定する赤外線パイロメータである。さらに、実施形態において、１つのサーマルモジュールは、同じ加熱手段を使用し、必要に応じて、抽出と増幅の両方のための温度変化を与えるように構成することができる。
【００４８】
圧力モジュール７２０は、例えばマイクロ‐ツー‐マイクロインターフェースによりマイクロ流体カートリッジに動作可能に結合される。圧力モジュール７２０は、コントローラモジュール７４５により制御することができる。圧力モジュール７２０は、マイクロ流体カートリッジの流体ネットワーク内で流体を移動するための圧力及び／又は真空（すなわち、正及び／又は負の圧力）をマイクロ流体カートリッジに供給するように構成される。換言すると、圧力モジュールは７２０は、マイクロ流体カートリッジ内で、例えば空気圧を使用して流体力学的な運動を生じさせることができる。１つの実施形態において、圧力モジュール７２０は、マイクロ‐ツー‐マイクロインターフェースでマイクロ流体カートリッジ上の通気口の１つ又は複数の集団に結合される。圧力モジュール７２０は、マイクロ‐ツー‐マイクロインターフェースでマイクロ流体カートリッジの複数の通気口にソレノイドマニホールドを接続することができる。圧力モジュール７２０は、マイクロ流体カートリッジ内の流体ネットワークを通して、流体を移動するよう、独立して各通気口に圧力を与えることができる。１つの実施形態において、マイクロ流体カートリッジは、圧力モジュール７２０により作動するように構成される１つ又は複数のバルブを有する。圧力モジュール７２０は、マイクロ流体カートリッジの流体ネットワーク内で流体力学的な運動を適切に制御するため、例えば空気の圧力／真空システムなどの圧力／真空システムを含むことができる。
【００４９】
パワーモジュール７３５は、核酸分析装置７００の様々なコンポーネントに対する様々な動作パワーを生成する。１つの例において、核酸分析装置７００は、モジュール設計を用いて実現される。核酸分析装置７００の各モジュールは、他のモジュールとは異なることが可能な、パワー供給を要求する。パワーモジュール７３５は、例えば、電源出力からの１００−２４０Ｖ、５０−６０Ｈｚ、単相交流電力といった交流電力の入力を受電することができる。パワーモジュール７３５は、核酸分析装置７００の種々のコンポーネントに動作パワーを供給する、５Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖなどを生成するため交流電力の入力を使用することができる。他の実施形態では、パワーモジュール７３５は電池とすることができる。
【００５０】
また、パワーモジュール７３５は、例えば電気泳動分離などマイクロ流体カートリッジ上の核酸処理に必要な高電圧モジュール７２５にパワーを与える。パワーモジュール７３５は、電源障害に対する様々なコンポーネントとデータを保護するため、様々な保護機能、例えば、停電保護、正常なシャットダウンなどを実行することができる。１つの実施形態において、パワーモジュール７３５は、１つ又は複数の保護機能、例えば正常なシャットダウンなどをサポートするため、電池などのバックアップパワーを含む。
【００５１】
高電圧モジュール７２５は、パワーモジュール７３５から電力を受電し、例えば電気泳動分離などマイクロ流体カートリッジ上の核酸処理に必要な、例えば１０００Ｖ、２０００Ｖなどの高電圧を発生させる。高電圧モジュール７２５はコントローラモジュール７４５の制御のもとでマイクロ流体カートリッジに高電圧を加えることができる。例えば、高電圧モジュール７２５は、動電学的注入及び／又は電気泳動分離を引き起こすためマイクロ流体カートリッジの電極に高電圧を加えるインターフェースを含む。
【００５２】
検出モジュール７３０は、ラベル化された又は染色された核酸を検出するように構成されたコンポーネントを含む。検出モジュール７３０は、コントローラモジュール７４５により制御することができる。１つの実施形態において、検出モジュール７３０は、例えば多色蛍光検出など蛍光検出用に設定される。検出モジュール７３０は、レーザ源ユニット、光学ユニット及び検出ユニットを含むことができる。光学ユニットは、光学系のセットを含む。１つの実施形態において、光学ユニットは、共焦点光学コンポーネントの自己較正配列を含む。レーザ源ユニットはレーザビームを放出する。１つの例において、レーザ源ユニットはアルゴン‐イオンレーザユニットを含む。他の実施例では、レーザ源ユニットは固体レーザ、例えばコヒーレントサファイア光ポンピング半導体レーザユニットを含む。固体レーザは、サイズ、重さ及び電力消費を減らす利点がある。
【００５３】
動作中に、光学系のセットは、マイクロ流体カートリッジ内の分離チャンネルの検出領域を貫通するようレーザビームを向けることができる。レーザビームは、蛍光を発するよう核酸に付着した蛍光分子を励起する。それから、光学系のセットは、検出のため、放出される蛍光を集光し検出ユニットに向ける。検出ユニットは、コンピューティングモジュール７４０によりその後処理するために、検出された蛍光をデータに変換する。例示的な検出技術は、同時係属中の米国特許出願第１３／２７３，９４７号、タイトル名「マイクロ流体の光学設計（Ｍｉｃｒｏ  Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｏｐｔｉｃ  Ｄｅｓｉｇｎｓ）」により記載され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００５４】
コンピューティングモジュール７４０は、コンピューティングと通信ユニットを含む。コンピューティングモジュール７４０は、コントローラモジュール７４５と動作可能に結合される。コンピューティングモジュール７４０はユーザインターフェースを提供することができる。ユーザインターフェースは、核酸分析装置７００の状態を提供し、核酸分析装置７００の動作を制御するためのユーザの指示を受け取ることができる。コンピューティングモジュール７４０はソフトウェア命令とデータを記憶するための様々なストレージメディアを含む。コンピューティングモジュール７４０は、検出モジュール７３０から得られる生のデータに基づいてデータ処理を実行する核酸分析ソフトウェアを含むことができる。さらに、コンピューティングモジュール７４０は、核酸分析から得られたデータをさらに処理するために、例えば、データベース、サーバなどの外部処理ユニットと結合することができる。
【００５５】
高速ＤＮＡ分析装置によるタッチＤＮＡ分析は、ポータブルコンピューティング装置上の疑わしい個人のデータベースとローカルに比較することができ、また、ローカルＤＮＡインデックスシステム（ＬＤＩＳ）、州ＤＮＡインデックスシステム（ＳＤＩＳ）、又は国家ＤＮＡインデックスシステム（ＮＤＩＳ）に送ることができる。高速ＤＮＡセンサ出力の分析結果は、ポータブルコンピューティング装置にユーザインターフェースに表示することができ、それが生成された遺留指紋に関連付けることができる。
【００５６】
コントローラユニット７４５は、様々なコンポーネントからのステータス信号及びフィードバック信号を受信し、核酸分析の手順に従って様々なコンポーネントに制御信号を供給することができる。加えて、コントローラモジュール７４５は、核酸分析の状態をユーザに通知するためコンピューティングモジュール７４０にステータス信号を供給することができる。さらに、コントローラモジュール７４５はコンピューティングモジュール７４０からのユーザ指示を受信し、ユーザ指示に基づいて、様々なコンポーネントに制御信号を供給することができる。
【００５７】
図８Ａ及び８Ｂは、複数のサンプルアクセプタ８００を有するマイクロ流体カートリッジ８１５の例示的な実施形態を示す図である。サンプルアクセプタ８００は、マイクロ流体カートリッジの外面８１０上に形成された複数のサンプル入力部８０５に流体的に結合される。図示するように、各サンプル入力部８０５は、マイクロ流体カートリッジ８１５の外面８１０から突出する開口部を囲む部分を含む。図８Ａ及び８Ｂにおいて、４つのサンプルアクセプタ８００が、マイクロ流体カートリッジ８１５の４つのサンプル入力部８０５に流体的に結合されている。他の実施形態において、マイクロ流体カートリッジ８１５は、１つのサンプル入力部８０５を含む４未満のサンプル入力部８０５を含み、または、同数のサンプルアクセプタ８００に流体的に結合する４つを超えるサンプル入力部を含むことができる。サンプル入力部８０５は、サンプルアクセプタ８００と同様に、同一又は異なるタイプとすることができる。図示するように、サンプルアクセプタ８００とサンプル入力部８０５は同じタイプのものである。代替的に、１つ又は複数のサンプルアクセプタ８００とサンプル入力部８０５は異なるタイプとすることができる。
【００５８】
さらに、図示するように、各サンプルアクセプタ８００は、入力接続部８２０、アクセプタ部８２５、及びサンプル収集のための着脱可能部８３０を含む。入力接続部８２０はアクセプタ部８２５の端部にある。アクセプタ部８２５は、注射筒に似た筒状の形である。入力接合部８２０は、流体密封シールを形成するようにサンプル入力部８０５に結合されるように構成することができる。入力接合部８２０とサンプル入力部８０５は、任意の小型流体取付けシステムに基づくことができる。実施形態において、入力接合部８２０とサンプル入力部８０５はそれぞれ、ルアーロック（Ｌｕｅｒ−Ｌｏｃ）コネクタ、ねじ式コネクタ及びフランジコネクタからなるグループから選択された汎用コネクタを有する。例えば、入力接合部８２０とサンプル入力部８０５は、ルアーロック取り付けシステムに基づくことができる。１つの実施形態において、サンプル入力部８０５は、メス型ルアーロック取付け部のようなねじ式であり、入力接合部８２０は、サンプル入力部８０５の開口部の内側にフィットするように構成される内側フランジとネジ式のサンプル入力部８０５上でネジ締めされるように構成される第２の外側フランジと、を有する相補的なオス型ルアーロック取付け部に基づく。
【００５９】
着脱可能部８３０は、生物学的サンプルを収集するためアクセプタ部８２５から取り外され、生物学的サンプルの収集が完了した後でアクセプタ部８２５に再度結合されるように構成される。取り外し可能な結合を達成するために、着脱可能部８３０は、フランジ状のグリップ８３５を有する。フランジ状のグリップ８３５は、アクセプタ部８２５の相補的な端部に可逆的に結合されるように構成される。フランジ状のグリップ部８３５の延伸部は、サンプル収集部８４５を含む細長部材８４０である。サンプル収集部８４５は、綿棒の形状とすることができる。
【００６０】
核酸抽出はマイクロ流体カートリッジ８１５が核酸分析装置の圧力モジュールに結合されたとき実行することができる。圧力モジュールは、サンプルレセプタ８００により提示された生物学的サンプル上での核酸抽出を実行するため、マイクロ流体カートリッジ８１５の抽出混合物貯蔵層からサンプルアクセプタ８００内に酵素混合物を押し出すために、正及び／又は負の圧力を供給することができる。酵素消化を助けるために、圧力モジュールは、正及び／又は負の圧力を用いて、サンプルアクセプタ８００とマイクロ流体カートリッジ８１５内を酵素混合物が行ったり来たり移動するようにできる。サンプルアクセプタ８００のフランジ状のグリップ８３５は、サンプルアクセプタ８００からガス（例えば、空気）が抜け出せるようにガス透過性とすることができる。図示するように、サンプルアクセプタ８００は、フランジ状のグリップ８３５に設けられた開口８５０を有することによりガス透過性となる。
【００６１】
マイクロ流体カートリッジ８１５は、抽出混合物貯蔵層と流体連結する換気口であって、抽出混合物貯蔵層とサンプル入力部８０５を介して、サンプルアクセプタ８００と連続して流体連結する圧力モジュールを配置することができる換気口を有することができる。実施形態において、圧力モジュールは、サンプルアクセプタ８００にサンプル入力部８０５を介して多量の酵素混合物を押し出すために、抽出混合物貯蔵層の末端に正及び／又は負の圧力を加え、ここで、酵素混合物はサンプルアクセプタ８００の収集部８４５に提示される生物学的サンプルを浸すことができる。さらに、コントローラモジュールの制御下にある圧力モジュールは、酵素混合物と溶解された生物学的サンプルを抽出混合物貯蔵層に押し戻すことができる。圧力モジュールは、サンプルアクセプタ８００に酵素／生物学的サンプル混合物の少なくとも大部分を戻すことができる。この行ったり来たりする運動は、例えば空気圧などの正及び／又は負の圧力を使用する圧力モジュールの動作により続けることができ、核酸の抽出が完了したとき停止する。行ったり来たりする運動に関連する混濁は、核酸抽出を助け、抽出された核酸の十分に混合された溶液を生成することができる。
【００６２】
核酸抽出の間、サンプルアクセプタ８００は核酸分析装置の抽出サーマルモジュールと結合することができる。上記のように、抽出サーマルモジュールはサンプルアクセプタ８００により提示される生物学的サンプルの（核酸以外の）細胞成分の酵素消化を促進するため、酵素混合物を加熱することができる。
【００６３】
図９は、例えば指の指紋や掌紋などの指紋を撮影する例示的な方法９００のフローチャートを示す図である。ステップＳ９１０において、遺留指紋は、光により土台上を照らされる。ステップＳ９２０において、遺留指紋からの光の鏡面反射が最大となるように、且つ、遺留指紋からの光の乱反射が最小になるように、光の周波数と反射角の少なくとも１つが調整される。ステップＳ９３０において、土台と対比した遺留指紋の画像の結果が撮影される。１つの実施形態において、遺留指紋は有機物ベースの指紋とすることができる。
【００６４】
また、方法９００は、光の鏡面反射を最大にするために、サンプル表面に対する入射角にほぼ等しくなるよう反射角を調整することを含む。さらに、調整は、照射されるサンプル表面からの鏡面反射を生成し撮影するための臨界アライメント角での光源と光検出器のアライメントを含む。さらに、調整は、光検出器に結合される光学システムの開口数をゼロに設定するように調整される。また、調整は、光学システムと光源の開口数を実質的に等しく且つ対向するように設定することを含む。
【００６５】
また、方法９００は、土台の材料又は表面の質感に対応して、照明の波長又は波長範囲を調整することを含む。さらに、調整は、１つ又は複数のフィルタの調整、又は１つ又は複数のフィルタの活性化又は不活性化、反射又は反射技術を使用した特定の波長の分離、及び、所望の波長を生成するように構成された１つ又は複数の光源それぞれの活性化を含む。
【００６６】
図１０は、例えば、指の指紋、掌紋などの指紋の同定をする例示的な方法１０００のフローチャートを示す図である。ステップＳ１０１０において、照明の調整された周波数又は調整された反射角を用いて、遺留指紋のサンプルの画像は、土台上で探索され撮影される。ステップＳ１０２０において、分析物検出のための１つ又は複数のＦＥＴで構成されるＩＣを用いて、サンプル上の１つ又は複数の分析物は測定される。ステップＳ１０３０において、遺留指紋のＤＡＮコンテンツは、探索、撮影、及び測定の後、核酸分析装置を用いて分析される。探索、撮影、及び測定のステップの間には、指紋への接触はされない。１つの実施形態において、遺留指紋は、有機物ベースの遺留指紋とすることができる。他の実施形態において、１つ又は複数の分析物は、１つ又は複数の有機物ベースの分析物とすることができる。
【００６７】
また、方法１０００は、サンプル表面に対する照明の入射角と照明の反射角をほぼ等しくなるように調整することにより、遺留指紋からの照明の鏡面反射を最大にすることと土台からの照明の乱反射を最小にすることを含む。また、方法１０００は、土台の材料又は表面の質感に対応して照明の波長又は波長範囲を調整することを含む。
【００６８】
また、方法１０００は、ナノチューブと結合した１本鎖ＤＮＡ（ｓｓＤＮＡ）の鎖を、ｓｓ−ＤＡＮの鎖と相互作用する分析物により、活性化することを含む。ナノチューブは、ＦＥＴゲートの活性構成要素を含み、ＩＣのソースとドレインとに電気的に結合され、活性化のときの伝導性の変化を測定するように構成される。また、方法１０００は、それらＦＥＴの１つでのＦＥＴゲートのナノ構造層に結合するＧＰＣＲの塊を活性化することを含む。ナノ構造層は、ＦＥＴのソースとドレインに電気的に結合され、ＧＰＣＲがそのＧＰＣＲに特有の分析物により活性化されるときの、伝導性の変化を測定するように構成される。
【００６９】
また、方法１０００は、核酸分析装置のマイクロ流体カートリッジを用いて遺留指紋のＤＮＡコンテンツの抽出、増幅、分離及び同定を含むことができる。ＩＣは、嗅覚受容体又は分析物検出のために選択された官能基化剤の他のタイプにより官能基化されたＦＥＴにより構成することができる。１つ又は複数のＦＥＴは、１つ又は複数のＣｈｅｍＦＥＴ又は１つ又は複数のＢｉｏＦＥＴを含むことができる。
【００７０】
本明細書の実施形態は、指紋を同定するシステムであって、指紋のサンプル上に照射される照明の周波数と反射角の少なくとも１つの調整を用いて、指紋から反射される光の鏡面反射を最大にし、指紋の背景面から反射される光の乱反射を最小にするように構成される、画像撮影と照明の光学システムを含むシステムを開示する。また。システムは、指紋からの複数の分析物を検出するように構成されるナノ構造を有する１つ又は複数のＦＥＴを有するＩＣを含む。また、システムは、指紋を処理して、指紋のＤＮＡコンテンツを測定するように構成される核酸分析装置を含む。また、核酸分析装置は、指紋のＤＮＡコンテンツを抽出し、増幅し、分離して、指紋のＤＮＡコンテンツを同定するように構成されるマイクロ流体カートリッジを含むことができる。画像撮影と照明の光学システムとＩＣによる処理が施されているときは、指紋への接触はされない。１つの実施形態において、指紋は有機物ベースの指紋とすることができる。他の実施形態では、複数の分析物が、複数の有機物ベースの分析物とすることができる。
【００７１】
また、画像撮影と照明の光学システムは、サンプル表面に対する放射光の入射角にほぼ等しい反射角を含むことができ、指紋からの放射光の鏡面反射の最大化と指紋の背景面からの放射光の乱反射の最小化を達成するように構成されることを含むことができる。また、画像撮影と照明の光学システムは、指紋の背景面の材料又は面の質感に対応した放射光の波長を調整するように構成される１つ又は複数のフィルタを含むことができる。
【００７２】
また、ＩＣは、ＦＥＴの１つでのゲートを含むナノ構造化された面に結合したＧＰＣＲの塊を含むことができる。ナノ構造は、ＦＥＴのソースとドレインに電気的に結合され、ＧＰＣＲがそのＧＰＣＲに特有の分析物により活性化されるときの、伝導性の変化を測定するように構成される。また、ＩＣは、ＦＥＴの１つでのゲートを含むナノチューブに結合したＤＮＡ鎖を含むことができる。ナノチューブは、ＦＥＴのソースとドレインに電気的に結合し、ＤＮＡ鎖がそのＤＮＡ鎖と相互作用する分析物により活性化されるときの、伝導性の変化を測定するように構成される。また、核酸分析装置は、指紋のＤＮＡコンテンツを抽出し、増幅し、分離して、指紋のＤＮＡコンテンツを同定するように構成されるマイクロ流体カートリッジを含むことができる。
【００７３】
本明細書に開示する実施形態は、ラップトップ、パッドコンピュータ、パームトップ、スマートフォン、又はその他のポータブルコンピューティング装置であって、有線又は無線の入出力の通信能力に対応するものに組み込むことができる。ポータブルコンピュータは、遺留指紋撮影装置の遺留指紋画像、関連するｅノーズアウト出力、対応する高速ＤＮＡ装置のタッチＤＮＡ出力を収集する。コンピュータは、証拠の連鎖を目的として、異種のセンサ出力を関連付け、コンピューティング能力がセンサシステム自身には含まれていないときには、コンピューティング能力をさらに提供することができる。
【００７４】
ポータブルコンピューティング装置は、３つのセンサのいずれかからの出力をそれぞれに処理することができ、又は、提示された証拠の性質を相互に関連付ける任意の組み合わせで、それらを関連付けることができる。そのような出力、それらの関連性及びメタデータの記録は、ローカルに記憶され、及び／又は、さらなる証拠処理及び潜在的なさらなる調査や司法使用のために適切な中央保存場所に送信される。
【００７５】
本明細書に開示する実施形態のシステム及び方法は、タッチＤＮＡのために採取されるまで、指紋を不純化したり乱したりすることなく、指紋から取得される情報を見つけ、収集し、同定する複数の手段を有するという利点を提供する。指紋の遺留画像の同定と分析物ベースの同定は、それを乱すことなく貴重な情報を提供する。加えて、指紋は、可能なタッチＤＮＡ同定のため、最終的に処理することができる。不純化されていない皮膚細胞の最大数が、本明細書に記載された実施形態を使用してＤＮＡ同定のために供給される。また、指紋が汚され又は他の理由により、遺留結像のための十分な詳細を有しないとしても、ｅノーズ分析とＤＮＡシークエンシングは、指紋の同定、又は、他の汚れていない指紋とそれとの関連付け、別の方法では無視されたり、廃棄される可能性がある有用な証拠のレンダリング（ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）に対して使用することができる。
【００７６】
本発明は、その特定の例示的な実施形態に関連して説明されてきたが、多くの代替、修正、及び変形が当業者に明らかであることは明白である。したがって、本明細書に記載の例示的な実施形態は、例示であることが意図されており、これに限定されるものではない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行うことができる変更がある。
【図１Ａ】
2017507340.tif 000003
【図１Ｂ】
2017507340.tif 000004
【図２】
2017507340.tif 000005
【図３】
2017507340.tif 000006
【図４】
2017507340.tif 000007
【図５Ａ】
2017507340.tif 000008
【図５Ｂ】
2017507340.tif 000009
【図６Ａ】
2017507340.tif 000010
【図６Ｂ】
2017507340.tif 000011
【図７】
2017507340.tif 000012
【図８Ａ】
2017507340.tif 000013
【図８Ｂ】
2017507340.tif 000014
【図９】
2017507340.tif 000015
【図１０】
2017507340.tif 000016
【国際調査報告】
2017507340.tif 000017
2017507340.tif 000018
2017507340.tif 000019
2017507340.tif 000020
2017507340.tif 000021