JP2002523761A - バイオチップ検出システム - Google Patents

バイオチップ検出システム

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JP2002523761A JP2000567742A JP2000567742A JP2002523761A JP 2002523761 A JP2002523761 A JP 2002523761A JP 2000567742 A JP2000567742 A JP 2000567742A JP 2000567742 A JP2000567742 A JP 2000567742A JP 2002523761 A JP2002523761 A JP 2002523761A
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JP2000567742A
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ワトスン、ロバート・マルコム・ジュニア
チャウドリー、ハシーブ・アール
リー、ジェームス・エス
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アルファ・イノテック・コーポレーション
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Abstract

(57)【要約】 バイオチップ検出システムは、多数の蛍光性タグで標識付けされ、バイオチップ上に配置されるサンプルを検出し、見付けて示す。このバイオチップ検出システムは、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサーと、広域スペクトル光源と、レンズと、光源フィルターと、センサーフィルターとを含む。ＣＣＤセンサーは、少なくともバイオチップの相当な部分から光波を同時に検出するために、２次元のＣＣＤアレイを含む。広域スペクトル光源は、ＣＣＤセンサーに光学的に接続され、異なった励振波長を持つ種々の異なる蛍光性タグで利用されるように構成される。レンズとＣＣＤセンサーは、センサーがレンズの回折評価において、又はその下で作動するように、最適化され、互いにマッチされる。さらに、ＣＣＤセンサーの解像度は、ＣＣＤセンサーが十分な回数各サンプルをオーバーサンプリングするように、バイオチップ上のサンプルにマッチされる。それに加えて、レンズは、少なくともバイオチップの相当な部分を枠にはめるように構成される。バイオチップ検出システムは、より高いダイナミックレンジと、増加される感度と、レーザースキャナを利用してシステムと比較されるより早いスループットとを提供するために、最適化される。さらに、バイオチップ検出システムは、種々の蛍光性タグで標識付けされるサンプルを励振するために、同一の広域スペクトル光源を利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の技術分野 本発明は、バイオチップ上に置かれる生物サンプルの解析のための、検出器の
分野に関する。より詳しくは、本発明は、電荷結合素子センサーを利用する間、
タグで標識付けされるサンプルを解析する検出器の分野に関する。
【０００２】 発明の背景技術 バイオチップ上に包含されるサンプルをレーザー光源とレーザースキャナーを
介して検出し、見付けて示す検出装置は、当技術分野では周知である。これらの
検出装置は、サンプルが蛍光性タグによって標識付けされることを要求する。典
型的に、これらの検出装置は、蛍光性タグによって標識付けされるサンプルを励
振するためにレーザー光源に頼り、生物学的に賦活なサンプルに放射される光波
を出力させる。レーザー源は、生物学的に賦活であるサンプルからあらゆる放射
される光波を検出するために、バイオチップ上の各サンプルを連続的に励振する
ように走査される。
【０００３】 不幸にも、レーザー光源かレーザースキャナーのいずれかを利用するこれらの
検出装置は、種々の不利益を欠点として持つ。第１に、バイオチップ上の励振さ
れたサンプルから放射される光波を検出するために利用されるレーザースキャナ
ーは、典型的に、十分な解像度のために５分以上の待ち時間を必要とする。レー
ザースキャナーがバイオチップの表面上で一度に一つのサンプルを連続的に検出
することによって連続的スキャニング装置として機能するので、レーザースキャ
ナーは、サンプルの配列から放射される光波を検出することに本質的に非効率で
ある。
【０００４】 さらに、検出装置内で利用されるレーザー光源は、波長の非常に狭い範囲を越
えて段々に進む可干渉性の光波だけを本質的に放射する。蛍光性タグは、一般的
に、光の単一周波数又は狭い周波数帯域から光に応答する。したがって、レーザ
ー光源の使用は、蛍光性タグの１タイプだけが使用され得るので、そのような検
出装置のフレキシビリティを厳しく制限する。他のタグを使用するために、追加
のレーザー源が使用されなければならない。さらに、多数のタグで扱われたバイ
オチップを評価するために、先行技術の長期にわたるスキャンサイクルは、必要
とされるレーザー源のそれぞれ一つのために実行されなければならない。
【０００５】 例えば、もし、バイオチップ上のサンプルが２つの異なる蛍光性タグで標識付
けられ、異なるタグが実質的に異なる励振波長で光波を必要としたならば、これ
らのサンプルを解析することは、ユーザーがすべてのサンプルの解析が完了した
レーザー光源を変更することを要求する。それに加えて、異なる蛍光性タグで標
識付けされたサンプルを異なる励振波長で処理することを可能にするために、ユ
ーザーは、種々のレーザー光源にアクセスを持つように要求される。レーザー光
源が高価であり、専門的なアイテムであるので、これらの先行検出装置を利用す
ることに関連付けられる相当なコストと不便がある。
【０００６】 それゆえ、レーザー光源の必要なしに、バイオチップ上に含まれる複数のタグ
で標識付けされるサンプルを検出し、見付けて示す能力を持つことが望まれる。
同じく、連続的なスキャニング装置の必要なしに、バイオチップ上に含まれる一
つのタグで標識付けされるサンプルを検出し、見付けて示す能力を持つことも望
まれる。
【０００７】 発明の概要 本発明は、複数のタグで標識付けされ、バイオチップ上に置かれるサンプルを
検出し、見付けて示すためのバイオチップ検出システムである。このバイオチッ
プ検出システムは、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサーと、広域スペクトル光源と
、レンズと、光源フィルターと、センサーフィルターとを含む。ＣＣＤセンサー
は、少なくともバイオチップの相当な部分から光波を同時に検出するために、二
次元のＣＣＤアレイを含む。広域スペクトル光源は、ＣＣＤセンサーに光学的に
接続され、異なった励振波長を持つ種々の異なる蛍光性タグで利用されるように
構成される。
【０００８】 光源フィルターは、光源とバイオチップの間に光学的に接続され、特定の蛍光
性タグに対応する励振波長を持つ光波がバイオチップに達することのみを実質的
に可能にするように構成される。光源フィルターは、特定の蛍光性タグの放射波
長と類似の波長を持つ光波がバイオチップ又はＣＣＤセンサーに達することを防
ぐ。センサーフィルターは、バイオチップとＣＣＤセンサーの間に光学的に接続
され、蛍光性タグに対応する放射波長を持つ光波がＣＣＤセンサーに達すること
のみを実質的に可能にするように構成される。センサーフィルターは、無関係の
光波がＣＣＤセンサーに擬似信号を与えるのを防ぐ。
【０００９】 レンズとＣＣＤセンサーは、センサーがレンズの回折評価において、又はその
下で作動するように、最適化され、互いにマッチされる。さらに、ＣＣＤセンサ
ーの解像度は、ＣＣＤセンサーが十分な回数各サンプルをオーバーサンプリング
するように、バイオチップ上のサンプルにマッチされる。それに加えて、レンズ
は、少なくともバイオチップの相当な部分を枠にはめるように構成される。
【００１０】 バイオチップ検出システムは、より高いダイナミックレンジと、増加される感
度と、レーザースキャナを利用してシステムと比較されるより早いスループット
とを提供するために、最適化される。さらに、バイオチップ検出システムは、種
々の蛍光性タグで標識付けされるサンプルを励振するために、同一の広域スペク
トル光源を利用することができる。
【００１１】 好ましい実施の形態の詳細な記述 図１は、本発明の好ましい実施の形態の側面図を示す。この好ましい実施の形
態は、図１に示されるようなバイオチップ検出システム１００である。バイオチ
ップ検出システム１００は、好ましくは、レンズ１２０と、センサーフィルター
１３０と、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサー１４０と、光源１５０と、光源フィ
ルター１６０とを含む。好ましくは、バイオチップシステム１００は、バイオチ
ップ１７０内のサンプル１１０を検出し、見付けて示すように構成される。サン
プル１１０とバイオチップ１７０は、例証的な目的のみのために示され、本発明
の一部であるように意図されない。この明細書の目的のために、バイオチップ１
７０は、基板の上部に予め決められた横列と縦列の数で配列されるサンプル１１
０のアレイを持つように構成される。さらに、バイオチップ１７０内に含まれる
サンプル１１０は、ＤＮＡ又は他の生物学的資料を含むことができる。バイオチ
ップ検出システム１００が適切に稼働するために、サンプル１１０は、一つのタ
グで標識付けされる。好ましい実施の形態におけるバイオチップ１７０は、複数
のタグで標識付けされるサンプル１１０を乗せるように構成される。しかしなが
ら、バイオチップ１７０上の一つのタグによって標識付けされるのみのサンプル
を利用することは、当業者にとって明白である。好ましい実施の形態のサンプル
１１０は、蛍光性タグで標識付けされる。しかしながら、この蛍光性タグを除い
て、化学ルミネセンスタグ、カラーメトリックタグ、あるいは同種のものを用い
ることは当業者にとって明白である。タグを用いてサンプルを標識付けする処理
は、その技術では周知である。
【００１２】 バイオチップ検出システム１００は、複数のサンプル１１０のいずれがバイオ
チップ１７０内に蛍光的に標識付けされる可を検出し、見付けて示す。バイオチ
ップ検出システム１００は、励振波長を持つ光波で蛍光性タグによって標識付け
されるサンプル１１０を刺激し、それによって、放射される波長を持つ光波を放
射するサンプル１１０を生成することによって作動する。次に、ＣＣＤセンサー
１４０は、少なくともバイオチップ１７０の相当な部分から放射される波長を持
つ光波を同時に検出する。特定の素子及びバイオチップ検出システム１００の手
続きは、以下に詳細に記述される。
【００１３】 ＣＣＤセンサー１４０は、好ましくは、電荷結合素子の二次元の配列を含むよ
うに構成される。好ましくは、二次元センサーとしてＣＣＤセンサー１４０を持
つことによって、バイオチップ検出システム１００は、サンプル１１０によって
放射される光波のためにバイオチップ１７０の全体あるいは一部のいずれか（バ
イオチップ１７０の大きさに依存する）を同時に映し出すことができる。すべて
のバイオチップ１７０を同時に映し出すことによって、ＣＣＤセンサー１４０は
、バイオチップ検出装置１００がほとんどの場合には１分で、ある場合には２５
秒で検出処理を完了することを可能にする。代わりの実施の形態では、ＣＣＤセ
ンサー１４０は、冷やされた電荷結合素子を含む。ＣＣＤセンサー１４０内の電
荷結合素子を冷やすことによって、バックグラウンドノイズが減らされ、信号の
明瞭性が最大にされる。この好ましい実施の形態では、ＣＣＤセンサー１４０は
、モデル番号ICX 038DLAを持つソニー株式会社によって製造される。異なるＣＣ
Ｄセンサー１４０を利用することは、当業者にとって明白である。
【００１４】 光源１５０は、好ましくは、広範囲の波長を越えて光波を出力するように構成
される広域スペクトル電球である。好ましくは、光源１５０は、バイオチップ１
７０に光学的に接続される。光源１５０は、広範囲の波長を越えて光波を生成す
るので、光源１５０は、多種多様な蛍光性タグで標識付けされるサンプルを励起
するために、光波を形成することができる。この好ましい実施の形態では、光源
１５０は、モデル番号150 Watt EKEを持つゼネラル・エレクトリック会社によっ
て製造される。異なる光源を選択することは、当業者にとって明白である。
【００１５】 レンズ１２０は、好ましくは、多数のレンズ素子を含む複合レンズである。レ
ンズ１２０は、バイオチップ１７０とＣＣＤセンサー１４０の間の光路に位置さ
れる。好ましくは、レンズ１２０は、サンプル１１０からＣＣＤセンサー１４０
に放射される光波を伝達する。レンズ１２０は、バイオチップ１７０の望ましい
部分が適切な視野でＣＣＤセンサー１４０によって捕獲されるように、倍率パラ
メーターを適用し、最適化することができる。好ましくは、レンズ１２０は、Ｃ
ＣＤセンサー１４０がレンズ１２０の回折限界においてあるいはそれ以下で作用
するように、構成される。この好ましい実施の形態では、レンズ１２０は、２５
ミリメートルの焦点距離と１：０．８５のｆストップ（f-stop）を持つFujinon
によって製造される。レンズ１２０が異なるレンズ又は多数のレンズを代わりに
用いることができることは、当業者にとって明白であろう。
【００１６】 好ましくは、光源フィルター１６０は、光源１５０とバイオチップ１７０の間
に光学的に接続される。光源フィルター１６０は、好ましくは、ただ、予め決め
られた励振波長で光源１５０によって生成される光波がバイオチップに達するこ
とを実質的に可能にするように構成される。予め決められた励振波長は、特定の
蛍光性タグで標識付けされるサンプル１１０の一つを励起する特定の波長に対応
する。予め決められた励振波長は、蛍光性タグに関連してサンプルに依存する。
換言すれば、光源フィルター１６０は、予め決められた励振波長以外の波長で光
源１５０からのすべての光波がバイオチップ１７０に達するのを実質的に妨げる
。予め決められた励振波長以外の波長を持つすべての光波を実質的に遮ることに
よって、光源フィルター１６０は、光源１５０によって生成される誤った光波が
ＣＣＤセンサー１４０に誤った信号を与えることを阻止する。
【００１７】 好ましくは、センサーフィルター１３０は、ＣＣＤセンサー１４０とバイオチ
ップ１７０の間に光学的に接続される。図１に示されるように、センサーフィル
ター１３０は、好ましくは、ＣＣＤセンサー１４０とレンズ１２０の間にある。
レンズ１２０とＣＣＤセンサー１４０の間にセンサーフィルター１３０を置くこ
とによって、ＣＣＤセンサー１４０による検出のための光波を歪ませる可能性は
最小にされる。それにもかかわらず、センサーフィルター１３０が同じくレンズ
１２０とバイオチップ１７０の間に配置され得ることは、当業者にとって明白で
ある。センサーフィルター１３０は、好ましくは、ただ、予め決められた放射さ
れる波長を持つ特定の蛍光性タグで標識付けされるサンプルから放射される光波
がＣＣＤセンサー１４０に達するのを実質的に可能にするように構成される。予
め決められた放射される波長は、このサンプルの励起の間発生し、特定の蛍光性
タグに関連してサンプルに依存する。好ましくは、センサーフィルター１３０は
、光源１５０のパラメーターに最適化され、無関係の光波がＣＣＤセンサー１４
０に達し、それによってバイオチップ検出システム１００の精度と感度を増加す
るのを阻止する。フィルター選択が蛍光性タグと同じくサンプルタイプに一致さ
せられることは、通常の当業者にとって明白である。
【００１８】 バイオチップ検出システム１００は、バイオチップ１７０上のサンプル１１０
を効率的に検出し、見付けて示す。ＣＣＤセンサー１４０とレンズ１２０は、好
ましくは、互いにそして同じくバイオチップ１７０上のサンプル１１０に関して
最適化される。特に、ＣＣＤセンサー１４０は、好ましくは、８から９回サンプ
ルのそれぞれをオーバーサンプルするための伝搬分解能を持つ。例えば、ＣＣＤ
センサー１４０は、好ましくは、サンプル１１０のそれぞれが８から９ピクセル
によって光学的に検出されるように構成される。それに加えて、レンズ１２０は
、好ましくは、ＣＣＤセンサー１４０がレンズ１２０の回折限界で又はそれ以下
で作動することを可能にするように最適化される。
【００１９】 操作では、バイオチップ検出システム１００は、好ましくは、バイオチップ１
７０を解析するように構成される。サンプル１１０は、バイオチップ１７０内に
包含され、複数の蛍光性タグで標識付けされる。バイオチップ検出システム１０
０は、光源１５０を賦活化することによって操作を開始する。光源１５０から放
射される光波は、図１の光波１８０で表される。次に、光波１８０は、好ましく
は、光源フィルター１６０を通り抜ける。光波１８０がフィルターを通り抜ける
ので、光波１８０のいくつかの波長は妨げられる。光源フィルター１６０を通り
抜けた後の結果として生ずる光波は、図１に示されるように、光波１９０として
表される。好ましくは、光波１９０は、特定の蛍光性タグで標識付けされるサン
プル１１０を相応じて励起する予め決められた励振波長を持つ光波を実質的に含
むだけである。
【００２０】 サンプル１１０が光波１９０内の予め決められた励振波長によって励起される
とき、サンプル１１０は、図１に示されるような光波２００によって表される光
波を生成する。光波２００は、好ましくは、サンプル１１０によって生成される
予め決められた放射波長を持つ光波を含む。光波２００は、それから、レンズ１
２０を通り抜ける。予め決められた励振波長で幾らかの無関係な光波が又、光波
１９０によって示されるように、レンズ１２０を通り抜ける。次に、センサーフ
ィルター１３０は、好ましくは、予め決められた放射波長以外の波長ですべての
光波を実質的にブロックアウトする；センサーフィルター１３０は、光波２００
によって表される光波がＣＣＤセンサー１４０に達することのみを実質的に可能
にする。予め決められた放射波長を持つ光波のみがＣＣＤセンサー１４０に達す
ることを実質的に可能にすることによって、ＣＣＤセンサー１４０は、バイオチ
ップ１７０上のサンプル１１０を正確に検出し、見付けて示すことができる。結
果として、ＣＣＤセンサー１４０は、誤って漂遊の光波を検出するのを阻止され
る。
【００２１】 バイオチップ検出システム１００は、光源１５０、レンズ１２０、あるいはＣ
ＣＤセンサー１４０を切り換えることなく、種々の蛍光性タグを適応することが
できる。バイオチップ検出システム１００で多数の蛍光性タグを利用するために
、光源フィルター１６０と放射フィルター１３０だけが好ましくは変えられる。
光源フィルター１６０とセンサーフィルター１３０を単に変えることによって、
バイオチップ検出システム１００は、この新しい蛍光性タグによって標識付けさ
れるサンプルを検出し、見付けて示すことができる。好ましくは、光源フィルタ
ー１６０は、実質的に新しい蛍光性タグに対応する励振波長を持つ光波のみがこ
の新しい蛍光性タグによって標識付けされるサンプルに達するように、変えられ
る。さらに、センサーフィルター１３０は、好ましくは、実質的に新しい蛍光性
タグに対応する放射波長を持つ光波のみがＣＣＤセンサー１４０に達するように
、変えられる。
【００２２】 図２は、異なる蛍光性タグによって標識付けされる各セットのサンプルを持つ
２セットのサンプルを持つバイオチップ２１０を解析するように構成されるバイ
オチップ検出システム１００を示す。光源１５０、レンズ１２０、センサーフィ
ルター１３０及び１３０’光源フィルター１６０及び１６０’、及びＣＣＤセン
サー１４０を含むバイオチップ検出システム１００の構成は、図１のバイオチッ
プ検出システム１００に類似する。センサーフィルター１３０及び１３０’は、
それぞれが異なる蛍光性タグの存在を検出するために、交換可能に用いられる。
光源フィルター１６０及び１６０’は、光の異なる波長でバイオチップ２１０を
照らすために交換可能に用いられる。追加のフィルターが利用され得ることは、
当業者にとって明白である。バイオチップ２１０は、第１の蛍光性タグによって
標識付けされる第１のセットのサンプル２２０、及び第２の蛍光性タグによって
標識付けされる第２のセットのサンプル２３０を含む。最初に、バイオチップ検
出システム１００は、第１のセットのサンプル２２０を見付け、検出するように
構成される。第１のセットのサンプル２２０を検出し、見付けて示すための適切
な構成のために、光源フィルター１６０は、好ましくは、第１の蛍光性タグに対
応する励振波長を持つ光波がバイオチップ２１０に達することを実質的に可能に
するのみである。さらに、センサーフィルター１３０は、好ましくは、第１の蛍
光性タグに対応する放射波長を持つ光波がＣＣＤセンサー１４０に達することを
実質的に可能にするのみである。
【００２３】 バイオチップ検出システム１００が第１のセットのサンプル２２０を検出し、
見付けて示し終えた後に、システム１００は、第２のセットのサンプル２３０を
検出し、見付けて示すように構成される。第２のセットのサンプル２３０を検出
し、見付けて示すための適切な構成のために、光源フィルター１６０’は、好ま
しくは、第２の蛍光性タグに対応する励振波長を持つ光波がバイオチップ２１０
に達することを実質的に可能にするのみである。さらに、センサーフィルター１
３０’は、好ましくは、第２の蛍光性タグに対応する放射波長を持つ光波がＣＣ
Ｄセンサー１４０に達することを実質的に可能にするのみである。フィルターは
、手動で変えられ得る。いくつかの周知の蛍光性タグで標識付けされるサンプル
を定期的にテストするために用いられるシステムのために、フィルターは、例え
ば、いわゆる「ジュークボックス」を用いて自動的に切り換えられ得る。第１の
セットのサンプル２２０及び第２のセットのサンプル２３０が蛍光性タグで標識
付けされているとして記述されるけれども、化学ルミネセンスタグ、カラーメト
リックタグ、及び同種のもので蛍光性タグを置換することは、当業者にとって明
白である。
【００２４】 図３は、複数のサンプル７１０を持つバイオチップ７００を解析するように構
成されるバイオチップ検出システム１００を示し、ここで、各複数のサンプル１
７０は、好ましくは、多数の蛍光性タグによって標識付けされる。光源１５０、
レンズ１２０、センサーフィルター１３０及び１３０’光源フィルター１６０及
び１６０’、及びＣＣＤセンサー１４０を含むバイオチップ検出システム１００
の構成は、図２のバイオチップ検出システム１００全く同じままである。センサ
ーフィルター１３０及び１３０’は、それぞれが異なる蛍光性タグの存在を検出
するために、交換可能に用いられる。光源フィルター１６０及び１６０’は、光
の異なる波長でバイオチップ２１０を照らすために交換可能に用いられる。追加
のフィルターが利用され得ることは、当業者にとって明白である。複数のサンプ
ル７１０は、第１の蛍光性タグ及び第２の蛍光性タグによって標識付けされるよ
うに表される。あらゆる数のタグで複数のサンプル７１０を標識付けすることは
、通常の当業者にとって明白である。
【００２５】 最初に、バイオチップ検出システム１００は、第１の蛍光性タグ７２０で標識
付けされる複数のサンプル７１０を見付け、検出するように構成される。第１の
蛍光性タグ７２０で標識付けされる複数のサンプル７１０を検出し、見付けて示
すための適切な構成のために、光源フィルター１６０は、好ましくは、第１の蛍
光性タグに対応する励振波長を持つ光波がバイオチップ７００に達することを実
質的に可能にするのみである。さらに、センサーフィルター１３０は、好ましく
は、第１の蛍光性タグ７２０に対応する放射波長を持つ光波がＣＣＤセンサー１
４０に達することを実質的に可能にするのみである。
【００２６】 バイオチップ検出システム１００が第１の蛍光性タグ７２０で標識付けされる
複数のサンプル７１０を検出し、見付けて示し終えた後に、システム１００は、
第２の蛍光性タグ７３０で標識付けされる複数のサンプル７１０を検出し、見付
けて示すように構成される。第２の蛍光性タグ７３０で標識付けされる複数のサ
ンプル７１０を検出し、見付けて示すための適切な構成のために、光源フィルタ
ー１６０’は、好ましくは、第２の蛍光性タグ７３０に対応する励振波長を持つ
光波がバイオチップ２１０に達することを実質的に可能にするのみである。さら
に、センサーフィルター１３０’は、好ましくは、第２の蛍光性タグ７３０に対
応する放射波長を持つ光波がＣＣＤセンサー１４０に達することを実質的に可能
にするのみである。フィルターは、手動で変えられ得る。いくつかの周知の蛍光
性タグで標識付けされるサンプルを定期的にテストするために用いられるシステ
ムのために、フィルターは、例えば、いわゆる「ジュークボックス」を用いて自
動的に切り換えられ得る。複数のサンプル７１０が多数の蛍光性タグで標識付け
されているとして記述されるけれども、多数の化学ルミネセンスタグ、カラーメ
トリックタグ、及び同種のもので多数の蛍光性タグを置換することは、当業者に
とって明白である。
【００２７】 図４は、垂直軸に沿って光の強さ、水平軸に沿って波長を表すグラフを示す。
曲線３００は、光源１５０（図１、図２及び図３）から出力される光を表す。曲
線３００から観察されるように、光源１５０は、好ましくは、広範囲の波長を越
えて同一の強さで光波を出力する。曲線３１０は、λExcitedの周りに集中させ
られ、このサンプルを励起するために、特定の蛍光性タグで標識付けされるサン
プルに衝撃を与えるための望ましい光の強度と波長を表す。曲線３２０は、λEm itted の周りに集中させられ、このサンプルが曲線３１０によって表される光波
によって励起される間、このサンプルからの放射される光の強度と波長を表す。
【００２８】 曲線３００、３１０、及び３２０は、図１、図２、及び図３に示され、上述さ
れるように、光源フィルター１６０とセンサーフィルター１３０の機能を示す。
例えば、操作の間、光源１５０は、好ましくは、曲線３００によって表される光
波を出力する。好ましくは、光源フィルター１６０は、λExcitedの周りの波長
を持つ光波がこの特定の蛍光性タグによって標識付けされるサンプルに達するこ
とを実質的に可能にするのみである。結果として、λExcitedの周りに集中され
る波長を持つこれらの光波は、サンプルを励起し、曲線３１０によって表される
。励起される間、このサンプルは、好ましくは、λExcitedの周りに集中される
波長を持つ光波を放射する。好ましくは、センサーフィルター１３０は、（曲線
３２０によって表される）λEmittedの周りに集中される波長を持つ光波がＣＣ
Ｄセンサー１４０に達するのを実質的に可能にするのみである。
【００２９】 λExcitedの周りに集中される波長を持つ光波がこのサンプルに衝撃を与える
ことを光源フィルター１６０に阻止させることによって、光源フィルター１６０
は、誤った光波がセンサーフィルター１３０を通り抜け、ＣＣＤセンサー１４０
に衝撃を与えることを阻止する。さらに、λEmittedの周りに集中される波長を
持つ光波がバイオチップ１７０を通り抜け、ＣＣＤセンサー１４０に衝撃を与え
ることをセンサーフィルター１３０に阻止させることによって、センサーフィル
ター１３０は、ＣＣＤセンサー１４０からの誤った読み込みを防ぐ。光源フィル
ター１６０とセンサーフィルター１３０の結果として、漂遊の、誤った光波がＣ
ＣＤセンサー１４０に衝撃を与えることがほとんどないか、あるいは全くない。
【００３０】 図５は、バイオチップ検出システム１００の代わりの実施の形態の外部上面図
を示す。メインハウジング４００は、バイオチップ１７０と光源１５０を保持す
るように構成される。メインハウジング４００は、また、軽便な試験（ライトプ
ルーフ：light proof）ようであるように構成される。ライトプルーフであるこ
とによって、メインハウジング４００は、無関係の光波がＣＣＤセンサー１４０
に誤った信号を与えるのを阻止する。少なくとも一つの連結ミラー４１０は、光
源１５０からの光波をバイオチップ１７０に適切に向けるために、メインハウジ
ング４００内で利用される。カメラハウジング４２０は、ＣＣＤセンサー１４０
を保持するために利用され、メインハウジング４００に接続される。
【００３１】 図６は、バイオチップ検出システム１００の代わりの実施の形態の外部側面図
を示す。メインハウジング４００は、ユーザーがバイオチップ１７０を変え、光
源フィルター１６０を調整し、及び／又は、光源１５０を調整することを可能に
する引き出し４４０を含む。引き出し４４０は、メインハウジング４００がライ
トプルーフのままであるように、メインハウジング４００を引き込むための適切
なシールを含む。フィルターボックス４８０は、メインハウジング４００に接続
される。フィルターボックス４８０は、センサーフィルター１３０をしっかりと
保持するように構成され、センサーフィルター１３０を受け入れるための隙間４
５０を持つ。カメラハウジング４２０は、カメラ取付け用ブランケット４３０を
介してフィルターボックス４８０に据え付けられる。好ましくは、光シールド５
１０は、漂遊の光波がカメラハウジング４２０、メインハウジング４００、ある
いはフィルターボックス４８０のいずれかを入れるのを阻止するために、カメラ
ハウジング４２０とフィルターボックス４８０の間に取り付けられる。
【００３２】 図７は、バイオチップ検出システム１００の代わりの実施の形態の外部斜視図
を示す。明瞭の目的で、カメラハウジング４２０、カメラ取付ブランケット４３
０、及び光シールド５１０は、図６から割愛される。光ファイバーポート４９０
は、メインハウジング４００内に供給される。光ファイバーポート４９０は、バ
イオチップ検出システム１００が外部光に接続される光ファイバーケーブルと光
ファイバーポート４９０を介して光を伝送することができる外部光源とインター
フェースで接続することを可能にする。フィルターボックス４８０は、光がメイ
ンハウジング４００からカメラハウジング４２０へフィルターボックス４８０を
通り抜けることを可能にするための光チャネル５３０を持つ。さらに、フィルタ
ーボックス４８０は、また、ボールプランジャー５００を受け入れるための隙間
５０５を持つ。フィルターホルダー４６０は、少なくとも一つのセンサーフィル
ター１３０を保持するように構成され、複数のノッチ５２０を持つ。フィルター
ホルダー４６０は、隙間４５０を通してフィルターボックス４８０内にスライド
するように構成される。ボールプランジャー５００は、フィルターボックス４８
０に関してフィルターホルダー４６０を適切に配置するために、複数のノッチ５
２０の一つを組み合わせるように構成される。
【００３３】 外部ハウジングの好ましい実施の形態は、図５、図６，及び図７に示されるよ
うに、代わりの実施の形態に類似する。代わりの実施の形態と好ましい実施の形
態の主な違いは、好ましい実施の形態は、図５、図６、及び図７に示されるよう
に、フィルターボックス４８０とフィルターホルダー４６０を利用しないことで
ある。その代わりに、外部ハウジングの好ましい実施の形態は、好ましくは、カ
メラ取付ブランケット４３０をメインハウジング４００に直接的につなぐ。さら
に、図５及び図６に示されるように、カメラハウジング４２０は、カメラハウジ
ング６００によって好ましい実施の形態において変更され、置き換えられる。カ
メラハウジング６００は、図８に示される。カメラハウジング４２０（図５及び
図６）の代わりの実施の形態と異なり、カメラハウジング６００は、好ましくは
、少なくとも一つのセンサーフィルター１３０を保持するフィルターホイール６
１０を含む。好ましくは、フィルターホイール６１０は、センサーフィルター１
３０をレンズ１２０とＣＣＤセンサー１４０との間に光学的に接続する。さらに
、フィルターホイール６１０は、好ましくは、位置を変えるように構成され、従
って、異なるセンサーフィルター１３０がレンズ１２０とＣＣＤセンサー１４０
の間に光学的に接続されるのを可能にする。
【００３４】 本発明は、構造の原理と本発明の操作の理解を容易にするために、細部を組み
込む特別な実施の形態に関して記述された。そのような特別な実施の形態とその
細部へのここにある参照は、この明細書に添付された特許請求の範囲を制限する
ように意図されない。改良が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、実
例のために選択された実施の形態になされ得ることは、当業者にとって明白であ
る。
【００３５】 特に、本発明の装置がいくつかの異なる方法で実行され得、上記で開示される
装置が本発明の好ましい実施の形態の単に例証であって、決して制限ではないこ
とは、通常の当業者にとって明白である。例えば、ここに開示される寸法を変更
することは、本発明の範囲内である。それに加えて、上述の発明の種々の面が単
独で、あるいは１以上のここで記述される本発明の他の面とともに利用され得る
ことは明らかである。それに加えて、本発明の種々の素子は、他の素子に置換さ
れ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の好ましい実施の形態の内部素子の概略的な側面図を示す。
【図２】 図２は、異なる蛍光性タグで標識付けされるサンプルの各セットで一つのバイ
オチップ上の２セットのサンプルを解析するように構成される好ましい実施の形
態の概略的な側面図を示す。
【図３】 図３は、複数の蛍光性タグで標識付けされる複数のサンプルで一つのバイオチ
ップ上の複数のサンプルを解析するように構成される好ましい実施の形態の概略
的な側面図を示す。
【図４】 図４は、特定の蛍光性タグの励振光の波長に対する光の強度と、この特定の蛍
光性タグの放射される光と、本発明で利用されるような源光との間の関係を示す
グラフである。
【図５】 図５は、代わりの実施の形態の外部ハウジングの上部図を示す。
【図６】 図６は、代わりの実施の形態の外部ハウジングの側面図を示す。
【図７】 図７は、代わりの実施の形態の外部ハウジングの斜視図を示す。
【図８】 図８は、好ましい実施の形態のカメラハウジングの側面図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２ Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２ (72)発明者 リー、ジェームス・エス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94552、カストロ・バレー、サン・シーメ オン・プレイス 5343 Ｆターム(参考） 2G043 AA04 DA02 EA01 GA02 GA04 GB18 HA01 HA05 JA02 KA09 MA01 2G045 AA40 CB30 DA12 DA13 DA14 DA80 FA12 FA19 FA23 FB07 FB12 GC15 HA09 HA20 JA07 JA08 【要約の続き】 を利用してシステムと比較されるより早いスループット とを提供するために、最適化される。さらに、バイオチ ップ検出システムは、種々の蛍光性タグで標識付けされ るサンプルを励振するために、同一の広域スペクトル光 源を利用することができる。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 サンプルを解析するために構成される装置であって、 ａ． 前記サンプルから放射される光を検出するために構成されるセンサーと
    、 ｂ． 第１の波長を持つ励振光で前記サンプルを照らすために構成される前記
    センサーに光学的に接続される光源と、 ｃ． 実質的に第２の波長を持つ放射される光のみがそれを通じて通り抜け、
    前記センサーに衝撃を与えることを可能とするために、前記サンプルと前記セン
    サーとの間に光学的に接続される整合フィルターと、 を備えることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記センサーは、電荷結合素子であることを特徴とする請求
    項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記センサーは、二次元の電荷結合素子であることを特徴と
    する請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記光源は、レーザーのような可干渉性の光源であることを
    特徴とする請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記光源は、高域スペクトル光源であり、 前記装置は、実質的に前記第１の波長を持つ励振光のみが前記サンプルに達す
    るように、該広域光源と前記サンプルとの間に配置される第２のフィルターをさ
    らに備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記放射される光を集束させるために、前記サンプルと前記
    センサーの間に光学的に接続されるレンズをさらに備えることを特徴とする請求
    項１記載の装置。
  7. 【請求項７】 タグで標識付けされるサンプルを含むバイオチップを解析す
    るために構成される装置であって、 ａ． 前記バイオチップ上の前記タグで標識付けされるサンプルから放射され
    る光を検出するための二次元ＣＣＤセンサーと、 ｂ． 前記二次元ＣＣＤセンサーと前記バイオチップの間に光学的に接続され
    、該二次元ＣＣＤセンサーに放射される光を伝送するために構成されるレンズで
    あって、前記タグで標識付けされるサンプルの２インチ以内になるように構成さ
    れる、前記レンズと、 を備えることを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 前記タグで標識付けされるサンプルを照らすための光源をさ
    らに備えることを特徴とする請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記光源は、広域スペクトル光源であることを特徴とする請
    求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記光源と前記タグで標識付けされるサンプルの間に光学
    的に接続されるように構成される光源フィルターであって、前記タグで標識付け
    されるサンプルに対応する励振波長を持つ光波が前記タグで標識付けされるサン
    プルに達することのみを実質的に可能にするように構成される、前記光源フィル
    ターをさらに備えることを特徴とする請求項８記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記二次元ＣＣＤセンサーと前記レンズとの間に光学的に
    接続されるセンサーフィルターであって、前記タグで標識付けされるサンプルか
    ら放射される光波が前記ＣＣＤセンサーに達することのみを実質的に可能にする
    、前記センサーフィルターをさらに備えることを特徴とする請求項７記載の装置
    。
  12. 【請求項１２】 バイオチップ上の蛍光的に標識付けされるサンプルを検出
    し、見付けて示すために構成されるシステムであって、該バイオチップは複数の
    サンプルを持ち、前記システムは、 ａ． すべての蛍光的に標識付けされるサンプルを同時に照らすために構成さ
    れる光源と、 ｂ． 前記光源に光学的に接続され、前記バイオチップ上の前記蛍光的に標識
    付けされるサンプルからの放射される光を同時に検出し、見付けて示すために構
    成される、二次元ＣＣＤセンサーと、 ｃ． 前記光源と前記二次元ＣＣＤセンサーとの間に光学的に接続され、該二
    次元ＣＣＤセンサー上に前記バイオチップを適切に拡大するために構成されるレ
    ンズと、 を備えることを特徴とするシステム。
  13. 【請求項１３】 第１の蛍光性タグによって標識付けされる第１のサンプル
    セットと、第２の蛍光性タグによって標識付けされる第２のサンプルセットとを
    検出し、見付けて示すように構成されるシステムであって、 ａ． すべての蛍光的に標識付けされたサンプルを同時に照らすように構成さ
    れる光源と、 ｂ． 前記光源に光学的に接続され、前記第１のサンプルセットから第１の放
    射される光及び前記第２のサンプルセットから第２の放射される光を同時に検出
    し、見付けて示すように構成される、二次元ＣＣＤセンサーと、 ｃ． 前記光源と前記二次元ＣＣＤセンサーとの間に光学的に接続され、前記
    第１の放射される光と前記第２の放射される光を前記二次元ＣＣＤセンサーに伝
    送するように構成されるレンズと、 ｄ． 前記光源に選択的に及び光学的に接続され、前記第１のサンプルセット
    を励起するために、第１の照明する光を該第１のサンプルセットに実質的に伝送
    するのみのために構成される第１の光源フィルターと、 ｅ． 前記二次元ＣＣＤセンサーに選択的に及び光学的に接続され、前記第１
    の放射される光を該二次元ＣＣＤセンサーに実質的に伝送するのみのために構成
    される第１のセンサーフィルターと、 ｆ． 前記光源に選択的に及び光学的に接続され、前記第２のサンプルセット
    を励起するために、第２の照明する光を該第２のサンプルセットに実質的に電送
    するのみのために構成される第２の光源フィルターと、 ｇ． 前記二次元ＣＣＤセンサーに選択的に及び光学的に接続され、前記第２
    の放射される光を該二次元ＣＣＤセンサーに実質的に伝送するのみのために構成
    される第２のセンサーフィルターと、 を備えることを特徴とするシステム。
  14. 【請求項１４】 第１の蛍光性タグによって標識付けされる第１のサンプル
    と、第２の蛍光性タグによって標識付けされる第２のサンプルとを検出し、見付
    けて示す方法であって、 ａ． 広域スペクトル光源から前記第１のサンプルに前記第１の蛍光性タグを
    励起するための第１の励振波長を持つ光のみを実質的に割り当てることによって
    、該第１のサンプルを選択的に励起するステップと、 ｂ． 前記第１のサンプルから二次元ＣＣＤセンサーへ、該第１のサンプルに
    よって放射される第１の放射波長を持つ光のみを実質的に割り当てることによっ
    て、該第１のサンプルを励起するステップの間該第１のサンプルを選択的に検出
    するステップと、 ｃ． 広域スペクトル光源から前記第２のサンプルへ前記第２の蛍光性タグを
    励起するための第２の励振波長を持つ光のみを実質的に割り当てることによって
    、該第２のサンプルを選択的に励起するステップと、 ｄ． 前記第２のサンプルから前記二次元ＣＣＤセンサーへ、該第２のサンプ
    ルによって放射される第２の放射波長を持つ光のみを実質的に割り当てることに
    よって、該第２のサンプルを励起するステップの間該第２のサンプルを選択的に
    検出するステップと、 を有することを特徴とする方法。
  15. 【請求項１５】 蛍光性タグで標識付けされるサンプルを検出し、見付けて
    示す方法であって、 ａ． 抗原で前記サンプルを照らすステップと、 ｂ． レンズによって前記サンプルからの放射される光を集束するステップで
    あって、該レンズが該サンプルから６．０インチより小さい距離に置かれる、前
    記ステップと、 ｃ． ＣＣＤセンサーを介して前記サンプルからの放射される光を検出するス
    テップと、 を有することを特徴とする方法。
  16. 【請求項１６】 前記光源に隣接して光源フィルターを挿入するステップで
    あって、該光源フィルターは、蛍光性タグの励振波長範囲以外の波長を持つ光波
    が前記サンプルに達することを実質的に妨げるように構成される、前記ステップ
    をさらに有することを特徴とする請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記ＣＣＤセンサーに隣接してセンサーフィルターを挿入
    するステップであって、該センサーフィルターは、前記蛍光性タグの放射波長範
    囲以外の波長を持つ光波が前記ＣＣＤセンサーに達することを実質的に妨げるよ
    うに構成される、前記ステップをさらに有することを特徴とする請求項１５記載
    の方法。
  18. 【請求項１８】 前記ＣＣＤセンサーは、電荷結合素子の二次元配列を含む
    ことを特徴とする請求項１５記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記光源は、広域スペクトル光源であることを特徴とする
    請求項１５記載の方法。
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