特許 6833846 波長走査装置およびその使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6833846

(24)【登録日】2021年2月5日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】波長走査装置およびその使用方法

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/34 20060101AFI20210215BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20210215BHJP

   C12Q 1/6844 20180101ALI20210215BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   C12M1/34 Z

   G01N21/64 F

   C12Q1/6844 Z

   C12M1/00 A

【請求項の数】14

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-523359(P2018-523359)

(86)(22)【出願日】2016年7月20日

(65)【公表番号】特表2018-522591(P2018-522591A)

(43)【公表日】2018年8月16日

(86)【国際出願番号】US2016043052

(87)【国際公開番号】WO2017019394

(87)【国際公開日】20170202

【審査請求日】2019年7月19日

(31)【優先権主張番号】14/809,175

(32)【優先日】2015年7月25日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】518025434

【氏名又は名称】ステム アーツ プロジェクツ， エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】オーメン， エイブラハム

(72)【発明者】

【氏名】グリーンリーフ， マシュー

(72)【発明者】

【氏名】コック， アダム

(72)【発明者】

【氏名】サルカール， アミタバ

【審査官】 松浦 安紀子

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００１−５２２９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２０２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０８７４４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３１２１０２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１２Ｍ １／３４

Ｃ１２Ｍ １／００

Ｃ１２Ｑ １／６８４４

Ｇ０１Ｎ ２１／６４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＤＮＡ増幅を監視してＤＮＡ配列の存在又は量を評価するために複数のＤＮＡ試料の複数の蛍光出力を同時に測定するための波長走査装置であって、
構造支持体と、
前記構造支持体に取り付けられた加熱ブロックであり、
複数の試料ウェルのそれぞれが前記加熱ブロックの頂面に開口部を形成する、複数の試料ウェル、
複数の励起活性化開口、ならびに、
前記複数の試料ウェルのそれぞれが前記複数の励起活性化開口の対応する励起活性化開口、および前記複数の励起活性化開口の対応する蛍光放出開口へ移行する、複数の蛍光放出開口
を備え、
前記複数の励起活性化開口のそれぞれが前記加熱ブロックの底面に開口部を形成し、前記複数の蛍光放出開口のそれぞれが前記加熱ブロックの正面に開口部を形成する、
加熱ブロックと、
前記構造支持体に取り付けられたステッパモータと、
前記ステッパモータに取り付けられた分析スキャナであり、前記ステッパモータが前記分析スキャナを横方向に移動させる、分析スキャナであって、
複数の励起開口を備える平坦面であって、前記複数の励起開口のそれぞれが頂部および底部を備え、前記複数の励起開口のそれぞれが励起光フィルタを備える、平坦面、
複数の放射開口を有する前面壁であって、前記複数の放射開口のそれぞれが背面および前面を備え、前記複数の放射開口のそれぞれが蛍光放射光フィルタを備える、前面壁、
複数の光源であって、前記複数の光源のそれぞれが前記複数の励起開口の対応する励起開口に配置されている、複数の光源、
複数の光検出器であって、前記複数の光検出器のそれぞれが前記複数の放射開口の対応する放射開口に配置されている、複数の光検出器、
を備え、
前記平坦面が前記加熱ブロックの前記底面と実質的に整列し、前記前面壁が前記加熱ブロックの前記正面と実質的に整列する、
分析スキャナと、
を備え、
前記複数の試料ウェルが少なくとも４つであり、
前記複数の励起活性化開口が少なくとも４つであり、
前記複数の蛍光放出開口が少なくとも４つであり、
前記複数の励起開口が少なくとも４つであり、
前記複数の放射開口が少なくとも４つであり、
前記複数の光源が少なくとも４つであり、
前記複数の光検出器が少なくとも４つであり、
前記複数のＤＮＡ試料が少なくとも４つである、波長走査装置。

【請求項2】

前記分析スキャナがステッパネジによって前記ステッパモータに取り付けられている、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記加熱ブロックの裏面に取り付けられた加熱素子をさらに備える、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記分析スキャナが
励起プリント回路板を受け取るように構成された励起陥凹部であって、前記励起プリント回路板が前記複数の光源を備える、励起陥凹部と、
放射プリント回路板を受け取るように構成された放射陥凹部であって、前記放射プリント回路板が前記複数の光検出器を備える、放射陥凹部と、
をさらに備える、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記構造支持体に取り付けられ、前記分析スキャナに取り付けられた案内レールをさらに備える請求項４に記載の装置。

【請求項6】

構造支持体と、
前記構造支持体に取り付けられた加熱ブロックであって、
− 第１の試料ウェル、
− 第１の励起活性化開口、ならびに
− 第１の蛍光放出開口
を備え、
前記第１の試料ウェルが前記加熱ブロックの頂面に第１の開口部を形成し、前記第１の試料ウェルが前記第１の励起活性化開口および前記第１の蛍光放出開口へ移行し、ここで
前記第１の励起活性化開口が前記加熱ブロックの底面に第１の底部開口部を形成し、
前記第１の蛍光放出開口が前記加熱ブロックの正面に第１の前面開口部を形成し、
− 第２の試料ウェル、
− 第２の励起活性化開口、ならびに
− 第２の蛍光放出開口
を備え、
前記第２の試料ウェルが前記加熱ブロックの前記頂面に第２の開口部を形成し、
前記第２の試料ウェルが前記第２の励起活性化開口および前記第２の蛍光放出開口へ移行し、ここで
前記第２の励起活性化開口が前記加熱ブロックの前記底面に第２の底部開口部を形成し、
前記第２の蛍光放出開口が前記加熱ブロックの前記正面に第２の前面開口部を形成し、− 第３の試料ウェルと
− 第３の励起活性化開口と、
− 第３の蛍光放出開口と、
をさらに備え、
前記第３の試料ウェルが前記加熱ブロックの前記頂面に第３の開口部を形成し、
前記第３の試料ウェルが前記第３の励起活性化開口および前記第３の蛍光放出開口に移行し、ここで
前記第３の励起活性化開口が前記加熱ブロックの前記底面に第３の底部開口部を形成し、
前記第３の蛍光放出開口が前記加熱ブロックの前記正面に第３の前面開口部を形成し、
− 第４の試料ウェルと、
− 第４の励起活性化開口と、
− 第４の蛍光放出開口と、
をさらに備え、
前記第４の試料ウェルが前記加熱ブロックの前記頂面に第４の開口部を形成し、
前記第４の試料ウェルが前記第４の励起活性化開口および前記第４の蛍光放出開口に移行し、ここで、
前記第４の励起活性化開口が前記加熱ブロックの前記底面に第４の底部開口部を形成し、
前記第４の蛍光放出開口が前記加熱ブロックの前記正面に第４の前面開口部を形成する、加熱ブロックと、
前記構造支持体に取り付けられたステッパモータと、
前記ステッパモータに取り付けられた分析スキャナであって、前記ステッパモータが前記分析スキャナを横方向に移動させる、分析スキャナであり、
第１の励起開口頂部、第１の励起開口底部、および第１の励起光フィルタを備える第１の励起開口、
第２の励起開口頂部、第２の励起開口底部、および第２の励起光フィルタを有する第２の励起開口、
第３の励起開口頂部、第３の励起開口底部、および第３の励起光フィルタを備える第３の励起開口、
第４の励起開口頂部、第４の励起開口底部、および第４の励起光フィルタを備える第４の励起開口、
を備える前記分析スキャナの平坦面、
第１の放射開口背面、第１の放射開口前面、および第１の蛍光放射光フィルタを備える第１の放射開口、
第２の放射開口背面、第２の放射開口前面、および第２の蛍光放射光フィルタを備える第２の放射開口、
第３の放射開口背面、第３の放射開口前面、および第３の蛍光放射光フィルタを備える第３の放射開口、
第４の放射開口背面、第４の放射開口前面、および第４の蛍光放射光フィルタを備える第４の放射開口
を備える前記分析スキャナの前面壁、
前記第１の励起開口の底部に向かって配置された第１の光源、
前記第２の励起開口の底部に向かって配置された第２の光源、
前記第３の励起開口の底部に向かって配置された第３の光源、
前記第４の励起開口の底部に向かって配置された第４の光源、
前記第１の放射開口の背面に向かって配置された第１の光検出器、
前記第２の放射開口の背面に向かって配置された第２の光検出器、
前記第３の放射開口の背面に向かって配置された第３の光検出器、
前記第４の放射開口の背面に向かって配置された第４の光検出器、
を備え、
前記平坦面が前記加熱ブロックの前記底面と実質的に整列し、前記前面壁が前記加熱ブロックの前記正面と実質的に整列する、
分析スキャナと、
を備える、
ＤＮＡ増幅を監視してＤＮＡ配列の存在又は量を評価するために複数のＤＮＡ試料の複数の蛍光出力を同時に測定するための波長走査装置。

【請求項7】

前記分析スキャナがステッパネジによって前記ステッパモータに取り付けられている、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記加熱ブロックの裏面に取り付けられた加熱素子をさらに備える、請求項６に記載の装置。

【請求項9】

前記構造支持体に取り付けられ、前記分析スキャナに取り付けられた案内レールをさらに備える、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記第１および前記第２の光源を備える励起プリント回路板を受け取るように構成された励起陥凹部であって、前記第１の光源が前記第１の励起開口に存在し、前記第２の光源が前記第２の励起開口に存在する、励起陥凹部と、
前記第１および前記第２の光検出器を備える放射プリント回路板を受け取るように構成された放射陥凹部であって、前記第１の光検出器が前記第１の放射開口に存在し、前記第２の光検出器が前記第２の放射開口に存在する、放射陥凹部と、
をさらに備える、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４の光源を備える励起プリント回路板を受け取るように構成された励起陥凹部であって、前記第１の光源が前記第１の励起開口に存在し、前記第２の光源が前記第２の励起開口に存在し、前記第３の光源が前記第３の励起開口に存在し、前記第４の光源が前記第４の励起開口に存在する、励起陥凹部と、
前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４の光検出器を備える放射プリント回路板を受け取るように構成された放射陥凹部であって、前記第１の光検出器が前記第１の放射開口に存在し、前記第２の光検出器が前記第２の放射開口に存在し、前記第３の光検出器が前記第３の放射開口に存在し、前記第４の光検出器が前記第４の放射開口に存在する、放射陥凹部と、
をさらに備える、請求項６に記載の装置。

【請求項12】

複数のＤＮＡ試料の複数の蛍光放射波長の蛍光検出を同時にまたはほぼ同時に行いＤＮＡ配列の存在又は量を評価するためのＤＮＡ分析方法であって、
複数のクエンチされたフルオロフォアによって複数の光検出器を初期化することと、
複数のＤＮＡ試料中の複数のＤＮＡ塩基配列を反応させ、前記複数のクエンチされたフルオロフォアをクエンチ解除して、複数のクエンチ解除されたフルオロフォアを提供することと、
複数の励起活性化開口を複数の励起開口と実質的に整列させ、且つ複数の蛍光放出開口を複数の放射開口と実質的に整列させる位置に、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置中の分析スキャナを移動させることであって、ここで複数の光源が前記複数のＤＮＡ試料中の前記複数のクエンチ解除されたフルオロフォアを励起することができる、ことと、
複数の蛍光発光波長について前記複数のＤＮＡ試料を分析することと、
前記複数の光検出器からの読取り値を報告することと、
を含む、ＤＮＡ分析方法。

【請求項13】

前記複数のＤＮＡ試料が分析されていないフルオロフォアを含む場合に、前記移動させること、前記分析すること、および前記報告することを繰り返すことをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記複数のＤＮＡ試料が少なくとも４つである、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

核酸およびタンパク質の蛍光検出は、キャピラリー電気泳動、蛍光染料によるデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）配列決定、およびマイクロ流体蛍光検出を含む様々な装置および方法によって行われる。核酸およびタンパク質の蛍光検出のための方法および装置は、一般に４つの共通要素、すなわち、フルオロフォアを励起するための光源、励起および放射を行うことができるフルオロフォア、励起されたフルオロフォアから放射された波長を分離するフィルタ、および励起されたフルオロフォアからの放射波長を検出し、電気的に記録可能な出力を生成する検出器を含む。

【0002】

蛍光検出の方法および装置が核酸検出に使用される場合、そのような方法は、所望の出力信号を得るために、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）または等温増幅を必要とすることがある。蛍光検出装置は、一般に、ＰＣＲまたは等温増幅を行うことができる容器を受け取るように構成された１つまたは複数の試料ウェルを有する加熱ブロックを含む。加熱ブロックが少なくとも２つのウェルを有する場合、異なる試料ウェルのそれぞれにおける試料の蛍光を測定するために、加熱ブロックまたは検出器のいずれかを移動させる可動走査構成要素が必要な場合がある。典型的には、可動走査構成要素は、ダイクロイックミラー、フィルタホイール、および光電子増倍管を含み、試料からの蛍光放射を電気出力に向け、分離し、変換する。これらの構成要素は、高価であり、複数の波長の同時検出を制限する。単一の蛍光発光波長の検出は、複数の試料ウェルからの蛍光発光波長の測定に必要な時間を増加させ、それによって、効率を低下させ、複数の試料ウェルの分析を完了するのに必要な時間を増加させる。

【0003】

蛍光検出で使用される可動走査構成要素から高価な部品をなくすことが望ましい。また、少なくとも４つの蛍光発光波長放射を同時にまたはほぼ同時に検出することができる蛍光検出システムを提供することが望ましい。

【発明の概要】

【0004】

波長走査装置による蛍光検出のための装置が記載される。少なくとも４つの核酸配列またはタンパク質の存在について同時にまたはほぼ同時に試験するために、蛍光放射を使用する波長走査装置も記載される。

【0005】

以下の詳細な説明は、例示的かつ説明的に過ぎず、特許請求されるような本発明を必ずしも限定するものではない。本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、詳細な説明と共に、本発明の原理を説明する働きをする。

【0006】

本発明の多数の利点は、添付図を参照することにより、当業者によって一層よく理解され得る。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】波長走査装置である。

【図2A】波長走査装置の加熱ブロックの垂直断面図である。

【図2B】波長走査装置のウェルの垂直断面図である。

【図3A】波長走査装置の分析スキャナの前面斜視図である。

【図3B】波長走査の分析スキャナの背面斜視図である。

【図4】波長走査装置の加熱ブロックである。

【図5】波長走査装置を使用して、核酸試料の存在について試験をする方法である。

【図6】分析スキャナと複数の試料ウェルとのアライメントである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

少なくとも４つの蛍光発光波長を同時にまたはほぼ同時に検出する波長走査装置が記載される。波長走査装置は、それぞれの試料ウェルが試料を受け取るよう構成された少なくとも４つの試料ウェルと、少なくとも４つの励起活性化開口と、少なくとも４つの蛍光放射放出開口と、を有する加熱ブロックを含む。励起活性化開口および蛍光放射放出開口は、蛍光検出のために互いに直角またはほぼ直角に配置される。また、波長走査装置は、少なくとも４つの光源のそれぞれが異なるフルオロフォアを励起する少なくとも４つの光源を有する分析スキャナと、所望の励起波長の光以外の光をフィルタ除去する少なくとも４つの励起光フィルタと、所望の蛍光発光波長の光以外の光をフィルタ除去する少なくとも４つの蛍光放射光フィルタと、所望の蛍光発光波長の光を検出するための少なくとも４つの光検出器と、を含む。少なくとも４つの光源のそれぞれは、異なる励起光フィルタおよび異なる蛍光発光光フィルタと対にされてもよい。スキャナは、少なくとも４つの蛍光発光波長を同時にまたはほぼ同時に検出するために、加熱ブロックの１つの面に沿って静止したままであってもよい。分析スキャナは、各試料から少なくとも４つの異なる蛍光発光波長を検出するために、加熱ブロックの１つの面に沿って複数の所定の位置に横方向に移動することができる。したがって、分析スキャナは、少なくとも４つの異なる蛍光発光波長を同時にまたはほぼ同時に分析している間に、分析スキャナは、一度に単一の試料ウェルからの１つの蛍光発光波長を分析している。加熱ブロックの１つの面に沿った分析スキャナの横方向の移動は、ネジ式移動によって制約されてもよい。

【0009】

図１は、波長走査装置４００を表す。波長走査装置４００は、加熱ブロック１００と、分析スキャナ３００と、ステッパモータ４０１と、ステッパネジ４０２と、ステッパネジ孔１１１と、案内レール４０５を有する構造支持体４０３と、を備える。加熱ブロック１００は、加熱ブロック１００が構造支持体４０３によって水平に懸架されるように、加熱ブロックネジ孔２０２を介して構造支持体４０３に取り付けられる。分析スキャナ３００は、案内レール孔１１１を貫いて案内レール４０５を挿入することによって構造支持体４０３に取り付けられてもよく、それによって、分析スキャナ３００の平坦面１０４が加熱ブロック１００の底部と整列し、分析スキャナ３００の前面壁１０７が加熱ブロック１００の前面と整列するように分析スキャナが水平に懸架される。加熱ブロック１００の底部は、分析スキャナ３００の平坦面１０４とほぼ接触してもよく、加熱ブロック１００の前面は、分析スキャナ３００の前面壁１０７とほぼ接触してもよい。ステッパモータ４０１は、加熱ブロック１００の下に水平に懸架されるように構造支持体４０３に取り付けられてもよい。ステッパネジ４０２は、ステッパモータ４０１に接続される。構造支持体４０３は、ベースプラットホームとして働く矩形の材料（例えば、プラスチックまたは金属）（図示せず）を含むことができ、加熱ブロックのネジ孔、ステッパモータ４０１、および案内レール４０５を介して加熱ブロック１００に取り付けるように構成された１つまたは複数の垂直支持体を有する。構造支持体は、波長走査装置４００を囲むように構成されたケーシング（図示せず）を含んでもよい。実施形態では、ケーシングは、ＤＮＡ試料を加熱ブロック１００内に導入するように構成された加熱ブロック１００上方に開口するリッドまたはフラップを有する。ケーシングは、プラスチックまたはアルミニウムなどの、装置の所望の動作と両立する任意の材料で作られてもよい。

【0010】

ステッパモータ４０１は、ステッパネジ４０２を所定の距離だけ回転させるように構成され、分析スキャナ３００の複数の励起開口１０５が、加熱ブロック１００の複数の励起活性化開口１０２と整列し、加熱ブロック１００の複数の蛍光放射放出開口１０３が、分析スキャナ３００の複数の放射開口１０８と整列する（例えば、これらの対応する開口の幾何学的中心が実質的に整列し、したがって、所望の励起波長および発光波長を透過させるために十分に整列する）。例えば、励起開口１０５は、励起活性化開口１０２と実質的に整列し、放射開口１０８は、蛍光放射放出開口１０３と実質的に整列する。分析スキャナ３００は、ステッパネジ４０２を時計回りまたは反時計回りに回転させるステッパモータ４０１を介して、ステッパネジ４０２に沿って水平にどちらの方向にも横方向に移動することができる。ステッパネジ４０２およびステッパネジ孔１１１は、ネジ切りされていてもよく、ステッパモータ４０１による分析スキャナ３００の移動が、ネジ式移動によって制約される。

【0011】

分析スキャナ３００のステッパモータ４０１、光源、および光検出器は、コントローラによって調整（例えば、オンおよびオフ）されてもよい。コントローラは、ステッパネジ４０２を介して分析スキャナ３００を加熱ブロック１００に沿って所定の量だけ前後に移動させて、光源をオンおよびオフし、光検出器をオンおよびオフし、加熱ブロック１００の加熱素子４０４をオンおよびオフするように構成されてもよい。例えば、コントローラは、ステッパモータ、光源、および光検出器を順番にまたは組み合わせて調整することができる。コンピュータプログラムを使用してコントローラを構成してもよい。

【0012】

図２Ａは、加熱ブロック１００の垂直断面図である。試料ウェル１０１は、試料、例えば、２ｍｌのＰＣＲ管を保持するように構成された形状を有する。励起活性化開口１０２は、例えば、直径が２ｍｍ、および形状が円筒形であってもよい。蛍光放射放出開口１０３は、例えば、背面が２ｍｍ、前面が１ｍｍの直径を有する円錐形であってもよい。

【0013】

図２Ｂは、試料ウェル１０１の垂直断面図を示す。試料ウェル１０１は、試料、例えば、２ｍｌのＰＣＲ管を保持するように構成された形状を有する。励起活性化開口１０２は、例えば、直径が２ｍｍ、および形状が円筒形であってもよい。蛍光放射放出開口１０３は、例えば、背面が２ｍｍ、前面が１ｍｍの直径を有する円錐形であってもよい。

【0014】

図３Ａおよび図３Ｂは、波長走査装置の分析スキャナ３００の正面斜視図および裏面斜視図をそれぞれ表わす。分析スキャナ３００は、平坦面１０４、前面壁１０７、側面１１０、少なくとも４つの励起開口１０５、少なくとも４つの放射開口１０８、少なくとも４つの励起光フィルタ１３０、少なくとも４つの蛍光放射光フィルタ１２０、励起陥凹部１１３、放射陥凹部１１４、少なくとも４つの光源１５０、および少なくとも４つの光検出器１４０を含む。少なくとも４つの光源は、少なくとも４つの光源を提供するために、光チャネル、光導波路などを経由して分割される単一の光源、または複数の光源から生じてもよい。

【0015】

分析スキャナ３００は、加熱ブロック１００の開口の寸法に対応し、かつそのような開口と実質に整列する寸法を有する。そのような寸法の対応は、波長走査装置４００の動作に関連して、以降の段落でさらに説明される。

【0016】

分析スキャナ３００は、階段状ブロック形状を有し、分析スキャナ３００の前面は、分析スキャナ３００の頂面に沿って前面壁１０７と実質的に垂直の平坦面１０４によって形成された段差窪みを有する。例えば、平坦面１０４は、段差窪みがほぼ直角を形成するように、平坦面１０４が前面壁１０７と直交して出会うまで、分析スキャナ３００の背面に向かって延在する。平坦面１０４は、１０．５ｍｍの奥行きを有することができ、前面壁１０７は、９．５ｍｍの高さを有することができる。

【0017】

分析スキャナ３００は、頂部および底部を有する励起開口１０５を有することができる。励起開口１０５は、分析スキャナ３００の平坦面１０４から底部の励起陥凹部１１３へ下方に延在する。励起開口１０５は、底部が６．４５ｍｍ、および頂部が４ｍｍの直径を有する円筒形であってもよい。分析スキャナ３００は、前面および背面を有する放射開口１０８を有することができる。放射開口１０８は、前面壁１０７から分析スキャナ３００の背面の放射陥凹部１１４へ後方に延在する。放射開口１０８は、前面が４ｍｍ、および背面が６．４５ｍｍの直径を有する円錐形であってもよい。分析スキャナ３００は、励起光フィルタ１３０を有することができる。励起光フィルタ１３０は、平坦面１０４に向かって励起開口１０５の内側に据え付けられ、励起波長の光以外の光の波長をフィルタ除去するように構成されてもよい。例えば、第１の励起光フィルタは、第１のフルオロフォアの吸収波長（例えば、４９４ｎｍ）の光以外の光をフィルタするように構成され、第２の励起光フィルタは、第２のフルオロフォアの吸収波長（例えば、５１５ｎｍ）の光以外の光をフィルタするように構成され、第３の励起光フィルタは、第３のフルオロフォアの吸収波長（例えば、５５９ｎｍ）の光以外の光をフィルタするように構成され、第４の励起光フィルタは、第４のフルオロフォアの吸収波長（例えば、６４７ｎｍ）の光以外の光をフィルタするように構成される。

【0018】

分析スキャナ３００は、蛍光放射光フィルタ１２０を有することができる。蛍光放射光フィルタ１２０は、前面壁１０７に向かって放射開口１０８の内側に据え付けられ、蛍光発光波長の光以外の光の波長をフィルタ除去するように構成されてもよい。例えば、第１の蛍光光フィルタは、第１のフルオロフォアの蛍光発光波長（例えば、５２１ｎｍ）の光以外の光をフィルタするように構成され、第２の蛍光光フィルタは、第２のフルオロフォアの蛍光発光波長（例えば、６５０ｎｍ）の光以外の光をフィルタするように構成され、第３の蛍光光フィルタは、第３のフルオロフォアの蛍光発光波長（例えば、５７８ｎｍ）の光以外の光をフィルタするように構成され、第４の蛍光光フィルタは、第４のフルオロフォアの蛍光発光波長（例えば、６７０ｎｍ）の光以外の光をフィルタするように構成される。

【0019】

スキャナ３００は、複数の光源１５０を有し、第１の光源が第１のＤＮＡプライマーに対応する第１のフルオロフォアを励起する第１の波長の光を放射するように構成され、第２の光源が第２のＤＮＡプライマーに対応する第２のフルオロフォアを励起する第２の波長の光を放射するように構成され、第３の光源が第３のＤＮＡプライマーに対応する第３のフルオロフォアを励起する第３の波長の光を放射するように構成され、第４の光源が第４のＤＮＡプライマーに対応する第４のフルオロフォアを励起する第４の波長の光を放射するように構成される。スキャナ３００は、複数のフルオロフォアからの蛍光発光波長を検出するように構成された複数の光検出器１４０を含む。例えば、第１の光検出器は、第１のフルオロフォアからの蛍光発光波長を検出するように構成され、第２の光検出器は、第２のフルオロフォアからの蛍光発光波長を検出するように構成され、第３の光検出器は、第３のフルオロフォアからの蛍光発光波長を検出するように構成され、第４の光検出器は、第４のフルオロフォアからの蛍光発光波長を検出するように構成される。

【0020】

図３Ｂを参照すると、励起陥凹部１１３は、分析スキャナ３００の底部の陥凹部である。励起陥凹部１１３は、形状が矩形であってもよく、分析スキャナ３００の寸法に対応する寸法を有してもよい。例えば、励起陥凹部１１３は、長さ４５．５ｍｍ、高さ２１．１４ｍｍ、および奥行き６ｍｍであってもよい。励起陥凹部１１３は、励起プリント回路板を受け取るようにサイズが調整されてもよい。励起プリント回路板は、複数の光源を含む。光源は、好ましくは、複数の異なる励起波長の光を放射することができる発光ダイオード（ＬＥＤ）である。各光源は、回路板が励起陥凹部１１３によって受け取られるときに、各光源が対応する励起開口１０５内部に収まるように、励起開口１０５の直径よりもわずかに小さな直径のものである。励起プリント回路板は、複数の励起回路孔３０２で回路板を分析スキャナ３００にネジ留めすることによって、励起陥凹部１１３に固定されてもよい。

【0021】

図３Ｂを参照すると、放射陥凹部１１４は、分析スキャナ３００の背面の陥凹部である。放射陥凹部１１４は、形状が矩形であってもよく、分析スキャナ３００の寸法に対応する寸法を有することができる。例えば、放射陥凹部１１４は、１８ｍｍの高さ、４５．５ｍｍの長さ、および６ｍｍの奥行きであってもよい。放射陥凹部１１４は、放射プリント回路板を受け取るように構成されてもよい。放射プリント回路板は、少なくとも４つの光検出器を含む。各光検出器は、好ましくは、少なくとも１つの蛍光発光波長を検出するように構成されたフォトダイオードである。光検出器は、回路板が放射陥凹部１１４によって受け取られるときに、各光検出器が対応する放射開口１０８内部に収まるように、放射開口１０８の直径よりもわずかに小さな直径のものである。回路板は、複数の発光回路孔３０３で回路板を分析スキャナ３００にネジ留めすることによって、放射陥凹部１１４に固定されてもよい。

【0022】

図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、分析スキャナ３００は、ステッパネジ孔１１１および案内レール孔１１２を有することができる。ステッパネジ孔１１１は、分析スキャナ３００を貫いて水平に延在する開口であってもよく、ステッパネジ４０２を受け取るように構成される。ステッパネジ孔１１１は、分析スキャナ３００の長さに相当する様々な長さであってもよく、例えば、ネジ孔１１１は、長さが４６．５ｍｍであってもよい。ステッパネジ孔１１１は、ネジ切りされていてもよく、ステッパネジ４０２に沿った分析スキャナ３００の移動が、ステッパネジ孔１１１およびステッパネジ４０２のネジ山によって制約される。案内レール孔１１２は、分析スキャナ３００を貫いて水平に延在する開口であり、案内レールを受け取るように構成される。案内レール孔１１２は、分析スキャナ３００の長さに相当する様々な長さであってもよく、例えば、ネジ孔１１１は、長さが４６．５ｍｍであってもよい。実施形態において、案内レールは、構造支持体４０３に接続されてもよく、分析スキャナ３００を波長走査装置４００内部の適所に保持するように構成されてもよい。

【0023】

図４は、波長走査装置４００の加熱ブロック１００を表す。加熱ブロック１００は、頂面２１０、底面２４０、正面２２０、および裏面２３０を含む。加熱ブロック１００は、少なくとも４つの試料ウェル１０１、少なくとも４つの励起活性化開口１０２、および少なくとも４つの蛍光放射放出開口１０３を含む。加熱ブロック１００は、アルミニウムなどの任意の金属、セラミック、または他の耐熱性材料であってもよい。加熱ブロック１００は、長さが１６６ミリメートル（ｍｍ）の第１の長さ、１００ｍｍの第２の長さ、１２ｍｍの幅、２０ｍｍの第１の高さ、および８．４１〜９．６３ｍｍの第２の高さを有するｔ−ブロック形状などの任意の寸法のものであってもよい。試料ウェル１０１は、加熱ブロック１００の一部として形成されてもよく、試料ウェル１０１は、加熱ブロック１００のくり抜かれた部分であり、底部および頂部を有する。試料ウェル１０１は、加熱ブロック１００の頂面２１０から加熱ブロック１００の底面２４０に向かって延在することができ、試料ウェル１０１は、励起活性化開口１０２で終端する。試料ウェル１０１は、試料保持、励起波長の入口、および蛍光発光波長の出口に適合する任意の形状および直径（例えば、円筒形、直角プリズムなど）のものであってもよい。試料ウェル１０１は、２ミリリットル（ｍｌ）のＰＣＲ管を収めるように構成された、テーパ付けされた円筒形状のものであってもよい。励起活性化開口１０２は、加熱ブロック１００の底面から加熱ブロック１００の頂面に向かって延在することができ、励起活性化開口１０２は、試料ウェル１０１の底部に移行し、したがって、励起活性化開口１０２の直径の出口を形成する。励起活性化開口１０２は、励起活性化開口１０２のおおよその幾何学的中心が試料ウェル１０１の幾何学的中心と実質的に整列するように、試料ウェル１０１の底部と実質的に整列してもよい。励起活性化開口１０２は、円筒形状を有してもよい。励起活性化開口１０２は、２ミリメートル（ｍｍ）の直径を有してもよい。

【0024】

前面および背面を有する蛍光放射放出開口１０３は、加熱ブロック１００の正面２２０に形成され、加熱ブロック１００の裏面２３０に向かって延在することができ、蛍光放射放出開口１０３は、試料ウェル１０１の側面に移行して、蛍光放射放出開口１０３の背面と実質的に等しい直径を有する出口を形成し、それによって、励起活性化開口１０２および蛍光放射放出開口１０３が試料ウェル１０１を介して光通信する。蛍光放射放出開口１０３は、励起活性化開口１０２と蛍光放射放出開口１０３との間でほぼ直角が形成されるように、試料ウェル１０１に垂直であってもよい。蛍光放射放出開口１０３は、蛍光放射放出開口１０３の前面の直径が蛍光放射放出開口１０３の背面の直径よりも小さい円錐形を有してもよい。蛍光放射放出開口１０３の前面は、直径が１ｍｍであってもよく、蛍光放射放出開口１０３の背面は、直径が２ｍｍであってもよい。複数の試料ウェル、励起活性化開口、および放出開口は、試料ウェル１０１、励起活性化開口１０２、および蛍光放射放出開口１０３と実質的に同じであってもよい。波長走査装置４００の動作原理に適合する加熱ブロック１００の他の試料ウェル設計が使用されてもよい。

【0025】

図４を参照すると、加熱ブロック１００は、１つまたは複数のヒートシンクネジ孔２０１および１つまたは複数の加熱ブロックネジ孔２０２を有することができる。ヒートシンクネジ孔２０１は、正面および裏面を有する加熱素子４０４ならびに正面および裏面を有するヒートシンクを加熱ブロック１００に取り付けるように構成されてもよく、加熱素子４０４の正面が加熱ブロック１００の背面と接触し、ヒートシンクの正面が加熱素子４０４の裏面と接触する。加熱素子４０４は、ペルチェヒータであってもよく、ヒートシンクは、ピン付きヒートシンクであってもよい。加熱ブロックネジ孔２０２は、加熱ブロック１００を構造支持体４０３に取り付けるように構成されてもよい。構造支持体４０３は、波長走査装置４００がその頂面をまっすぐ上に（または上方に）向けるように、加熱ブロック１００を支持するように構成されてもよい。

【0026】

波長走査装置４００が加熱ブロック１００内に試料ウェル１０１のうちの８つがあるとして表わされた図１、図２Ａ、および図４と異なり、加熱ブロック１００が試料ウェル１０１のうちの４つを含み、分析スキャナ３００が４組の開口を含む場合、分析スキャナ３００は、図６に表わすように、一連の位置に移動することができる。図６を参照すると、第１の位置６１０では、第１の励起活性化開口は、第４の励起開口と実質的に整列し、第１の蛍光放射放出開口は、第４の放射開口と実質的に整列する。分析スキャナ３００の移動がステッパモータ４０１を介して行われ、ステッパモータ４０１は、ステッパネジ４０２を所定の距離だけ回転させて第１の位置の実質的な整列を実現するように構成されている。

【0027】

次いで、分析スキャナ３００は、第１の励起活性化開口が第３の励起開口と実質的に整列し、第１の蛍光放射放出開口が第３の放射開口と実質的に整列し、第２の励起活性化開口が第４の励起開口と実質的に整列し、第２の蛍光放射放出開口が第４の放射開口と実質的に整列する第２の位置６２０に移動することができる。分析スキャナ３００の移動がステッパモータ４０１を介して行われ、ステッパモータ４０１は、ステッパネジ４０２を所定の距離だけ回転させて第２の位置の実質的な整列を実現するように構成されている。

【0028】

次いで、分析スキャナ３００は、第１の励起活性化開口が第２の励起開口と実質的に整列し、第１の蛍光放射放出開口が第２の放射開口と実質的に整列し、第２の励起活性化開口が第３の励起開口と実質的に整列し、第２の蛍光放射放出開口が第３の励起開口と実質的に整列し、第３の励起活性化開口が第４の励起開口と実質的に整列し、第３の蛍光放射放出開口が第４の放射開口と実質的に整列する第３の位置６３０に移動することができる。分析スキャナ３００の移動がステッパモータ４０１を介して行われ、ステッパモータ４０１は、ステッパネジ４０２を所定の距離だけ回転させて第３の位置の実質的な整列を実現するように構成されている。

【0029】

次いで、分析スキャナ３００は、第１の励起活性化開口が第１の励起開口と実質的に整列し、第１の蛍光放射放出開口が第１の放射開口と実質的に整列し、第２の励起活性化開口が第２の励起開口と実質的に整列し、第２の蛍光放射放出開口が第２の放射開口と実質的に整列し、第３の励起活性化開口が第３の励起開口と実質的に整列し、第３の蛍光放射放出開口が第３の放射開口と実質的に整列し、第４の励起活性化開口が第４の励起開口と実質的に整列すし、第４の蛍光放射放出開口が第４の放射開口と実質的に整列する第４の位置６４０へ移動することができる。分析スキャナ３００の移動がステッパモータ４０１を介して行われ、ステッパモータ４０１は、ステッパネジ４０２を所定の距離だけ回転させて第４の位置の実質的な整列を実現するように構成されている。第４の位置では、分析スキャナ３００は、４つの蛍光発光波長を同時にまたはほぼ同時に検出する。

【0030】

次いで、分析スキャナ３００は、第２の励起活性化開口が第１の励起開口と実質的に整列し、第２の蛍光放射放出開口が第１の放射開口と実質的に整列し、第３の励起活性化開口が第２の励起開口と実質的に整列し、第３の蛍光放射放出開口が第２の放射開口と実質的に整列し、第４の励起活性化開口が第３の励起開口と実質的に整列し、第４の蛍光放射放出開口が第３の放射開口と実質的に整列する第５の位置６５０に移動することができる。分析スキャナ３００の移動がステッパモータ４０１を介して行われ、ステッパモータ４０１は、ステッパネジ４０２を所定の距離だけ回転させて第５の位置の実質的な整列を実現するように構成されている。

【0031】

次いで、分析スキャナ３００は、第３の励起活性化開口が第１の励起開口と実質的に整列し、第３の蛍光放射放出開口が第１の放射開口と実質的に整列し、第４の励起活性化開口が第２の励起活性化開口と実質的に整列し、第２の蛍光放射放出開口が第４の放射開口と実質的に整列する第６の位置６６０に移動することができる。分析スキャナ３００の移動がステッパモータ４０１を介して行われ、ステッパモータ４０１は、ステッパネジ４０２を所定の距離だけ回転させて第６の位置の実質的な整列を実現するように構成されている。

【0032】

次いで、分析スキャナ３００は、第４の励起活性化開口が第１の励起開口と実質的に整列し、第４の蛍光放射放出開口が第１の放射開口と実質的に整列する第７の位置６７０に移動することができる。分析スキャナ３００の移動がステッパモータ４０１を介して行われ、ステッパモータ４０１は、ステッパネジ４０２を所定の距離だけ回転させて第７の位置の実質的な整列を実現するように構成されている。位置１〜７における検出が完了すると、異なる蛍光発光波長を有する４つの異なる試料ウェル１０１のそれぞれから４つの異なる蛍光発光波長の検出が行われた。

【0033】

方法５００は、少なくとも４つの異なるＤＮＡ塩基配列（例えば、ヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチド）について少なくとも４つのデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）試料を分析するために使用される。ＤＮＡ試料は、ＤＮＡ塩基配列のすべて、一部を含んでもよく、または全く含まなくてもよい。各ＤＮＡ試料は、各試料中に存在するＤＮＡ塩基配列を検出するための複数のＤＮＡプライマーを含む。各ＤＮＡプライマーは、フルオロフォアで標識化されてもよく、各フルオロフォアは、固有の吸収および発光特性を有する。フルオロフォアを介した蛍光放射によるＤＮＡ塩基配列の検出は、標識化されたヌクレオチドの使用の結果としてのプローブのプライマー伸張によって、分子ビーコンまたは同様のフルオロフォアによって、およびクエンチャーベースのプライマーまたは蛍光を検出するための他の手段によって行われてもよい。例えば、第１のＤＮＡプライマーは、４９４ナノメートル（ｎｍ）の波長の光を吸収し、５２１ｎｍの波長で蛍光を発するフルオロフォア（例えば、ＤＹ４９５）で標識化されてもよく、第２のＤＮＡプライマーは、５１５ｎｍの波長の光を吸収し、６５０ｎｍの波長で蛍光を発するフルオロフォア（例えば、ＤＹ４８１−ＸＬ）で標識化されてもよく、第３のＤＮＡプライマーは、５５９ｎｍの波長の光を吸収し、５７８ｎｍの波長で蛍光を発するフルオロフォア（例えば、ＤＹ５６０）で標識化されてもよく、第４のＤＮＡプライマーは、６４７ｎｍの波長の光を吸収し、６７０ｎｍの波長で蛍光を発するフルオロフォア（例えば、ＤＹ６３６）で標識化されてもよい。第１、第２、第３、および第４のＤＮＡプライマーのそれぞれは、複数のＤＮＡ試料を有する、２ｍｌの容積の少なくとも４つのＰＣＲ管のそれぞれに存在する。例えば、第１のＰＣＲ管は、第１のＤＮＡ試料ならびに第１、第２、第３、および第４のＤＮＡプライマーを含み、第２のＰＣＲ管は、第２のＤＮＡ試料ならびに第１、第２、第３、および第４のＤＮＡプライマーを含み、第３のＰＣＲ管は、第３のＤＮＡ試料ならびに第１、第２、第３、および第４のＤＮＡプライマーを含み、第４のＰＣＲ管は、第４のＤＮＡ試料ならびに第１、第２、第３、および第４のＤＮＡプライマーを含む。

【0034】

５０１では、波長走査装置４００は、少なくとも４つの異なるＤＮＡ試料のそれぞれについてバックグラウンド蛍光を決定するために初期化され、少なくとも４つの異なるＤＮＡ試料のそれぞれが少なくとも１つのフルオロフォアを含む。異なるＤＮＡ試料のそれぞれは、検出のための１〜４つのフルオロフォアを含むことができる。また、異なるＤＮＡ試料のそれぞれは、少なくとも４つのフルオロフォアを含むことができる。したがって、５０１の間に、波長走査装置４００は、所望の検体に応答しない各ＤＮＡ試料から生成される蛍光放射の量および／または波長を決定する。例えば、分子ビーコン蛍光では、対象とするＤＮＡ塩基配列にプライマーを結合するＰＣＲ反応の開始の前に、フルオロフォアは、クエンチャによって結合され、したがって、対象とするＤＮＡ塩基配列の存在を示す記録可能な蛍光発光波長を生成しない。初期化は、各ＤＮＡ試料について行われてもよく、光源は、ある期間（例えば、５秒）オンにされ、第１の波長に対応する第２の波長の光を検出するように構成された光検出器に達するまで、励起活性化開口、励起開口、励起光フィルタ、ＤＮＡ試料、蛍光放射放出開口、放射開口、および蛍光放射光フィルタを通過する第１の波長の光を放射する。各ＤＮＡ試料の初期化は、励起活性化開口１０２が励起開口１０５と実質的に整列し、蛍光放射放出開口１０３が分析スキャナ３００の放射開口１０８と実質的に整列する試料ウェル１０１にＤＮＡ試料がある場合に、行われる。例えば、第４の位置では、第１、第２、第３、および第４のＤＮＡ試料が同時にまたはほぼ同時に初期化される。ＤＮＡ試料中のＤＮＡプライマーに対する光検出器による波長の最初の読取り値は、コンピュータプログラムによって読み取られ、コンピュータプログラムに記憶され、ＤＮＡ試料中の波長のバックグラウンド蛍光の量を決定する。

【0035】

５０２では、生体反応が開始される。生体反応は、試料および分析に適合するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）または任意の他の等温増幅方法を用いるＤＮＡの増幅であってもよい。開始５０２は、加熱ブロック１００の温度を所定の温度にまで上下させることを含むことができ、ＤＮＡプライマーは、対応するＤＮＡ塩基配列にアニールされて、ＰＣＲまたは他の増幅方法によって増幅する。対応するＤＮＡ塩基配列へのＤＮＡプライマーのアニーリングは、フルオロフォアが記録可能な蛍光発光波長を生成することができるように、フルオロフォアとクエンチャを分離することによってフルオロフォアをクエンチ解除する。

【0036】

５０３では、分析スキャナ３００は、ある位置に移動する。試料ウェル１０１のうちの４つを有する波長走査装置４００に対するそれぞれの位置１〜７で、励起活性化開口１０２は、励起開口１０５と実質的に整列し、蛍光放射放出開口１０３は、分析スキャナ３００の放射開口１０８と実質的に整列する。例えば、第４の位置では、４つの励起活性化開口のそれぞれは、４つの励起開口のそれぞれと実質的に整列し、４つの蛍光放射放出開口のそれぞれは、４つの放射開口のそれぞれと実質的に整列する。

【0037】

５０４では、各ＤＮＡ試料は、所望の蛍光発光波長を検出することによって、複数のＤＮＡ塩基配列の存在および任意選択で量について分析される。分析は、位置１〜７で行われてもよく、複数の光源がある期間（例えば、５秒）オンにされ、励起活性化開口、励起開口、励起光フィルタ、およびＤＮＡ試料を通過する第１の励起波長の光を放射して、フルオロフォアを励起する。次いで、結果として生じる蛍光発光波長は、第２の発光波長の光を検出するように構成された光検出器に達するまで、蛍光放射放出開口、放射開口、および蛍光放射光フィルタに進む。例えば、第４の位置では、第１、第２、第３、および第４のＤＮＡ試料の検出が、異なる励起波長でそれぞれ同時にまたはほぼ同時に試験される。光検出器による波長の検出読取り値は、ＤＮＡ試料中のＤＮＡ塩基配列の存在、欠如、および／または量を決定するために、コンピュータプログラムによって読み取られ、記憶される。

【0038】

５０５では、波長走査装置４００は、各ＤＮＡ試料中の選択されたＤＮＡ塩基配列の存在、欠如、および／または量を報告する。この情報は、表示され、記憶され、送信され、または他の方法で処理されてもよい。ステップ５０３、５０４、および５０５は、それぞれの位置１〜７で繰り返されてもよい。

【0039】

前述の実施形態は、コンピュータ技術の当業者には明らかであるように、本明細書の教示に従ってプログラムされた従来の汎用デジタルコンピュータを使用して都合よく実施され得ることに留意されたい。適切なソフトウェアコーディングは、ソフトウェア技術の当業者には明らかであるように、本開示の教示に基づいて熟練したプログラマによって容易に準備され得る。

【0040】

本明細書に記載された実施形態は、ソフトウェアパッケージの形態で都合よく実施され得ることを理解されたい。そのようなソフトウェアパッケージは、開示された機能および本明細書に開示されたプロセスを行うようにコンピュータをプログラムするために使用される、記憶されたコンピュータコードを含む非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を用いるコンピュータプログラム製品であってもよい。非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、限定されないが、任意のタイプの従来のフロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気ディスク、ハードディスクドライブ、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気もしくは光カード、または電子命令を記憶するための任意の他の適切な非一時的な媒体を含むことができる。

【0041】

主題は、構造的特徴および／または方法論的行為に特有の言語で記載されているが、添付された特許請求の範囲に規定された主題は、上述の特定の特徴または行為に必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、上述の特定の特徴および行為は、請求項を実施する例示的な形態として開示されている。

【0042】

本発明およびその付随する利点の多くは、前述の記載から理解されると考えられる。また、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、またはその材料的利点をすべて犠牲にすることなく、その構成要素の形態、構造、および配置において様々な変更が行われてもよいことは明らかであると考えられる。本明細書で前述された形態は、説明のための実施形態に過ぎず、以下の特許請求の範囲は、そのような変更を包含し含むことが意図されている。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】