JP2004003989A - 生物学的物質の走査のためのシステム、方法、および製品 - Google Patents
生物学的物質の走査のためのシステム、方法、および製品 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】アレイ上に高い密度で配列され得る、小さなフィーチャーを備える生物学的プローブアレイからの発光を検出するための、改良された走査システムを提供する。
【解決手段】この走査システムは、以下:1つ以上の光学素子であって、プローブアレイに励起ビームを指向するよう構成されている、光学素子;1つ以上の検出器であって、励起ビームに応答して、反射された強度データを受信するよう構成されており、ここで、この反射された強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離に少なくとも部分的に応答する、検出器;輸送フレームであって、プローブアレイに対して、第1の方向で、焦点距離を調節するよう構成されている、輸送フレーム;自動焦点器であって、2つ以上の焦点距離において受信される、反射された強度データの1つ以上の特徴に、少なくとも部分的に基づいて、最良の焦点面を決定するよう構成されている、自動焦点器、を備える。
【選択図】 なし
【解決手段】この走査システムは、以下:1つ以上の光学素子であって、プローブアレイに励起ビームを指向するよう構成されている、光学素子;1つ以上の検出器であって、励起ビームに応答して、反射された強度データを受信するよう構成されており、ここで、この反射された強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離に少なくとも部分的に応答する、検出器;輸送フレームであって、プローブアレイに対して、第1の方向で、焦点距離を調節するよう構成されている、輸送フレーム;自動焦点器であって、2つ以上の焦点距離において受信される、反射された強度データの1つ以上の特徴に、少なくとも部分的に基づいて、最良の焦点面を決定するよう構成されている、自動焦点器、を備える。
【選択図】 なし
Description
【0001】
(関連出願)
本出願は、米国仮特許出願番号第60/364,731号、発明の名称「SYSTEM,METHOD,AND PRODUCT FOR SCANNINGOF BIOLOGICAL MATERIALS」(2002年3月15日出願);米国仮特許出願番号第60/396,457号、発明の名称「HIGH−THROUGHPUT MICROARRAY SCANNING SYSTEM AND METHOD」(2002年7月17日出願);および米国仮特許出願番号第60/435,178号、発明の名称「System,Method and Product for Scanning of Biological Materials」(2002年12月19日出願)からの優先権を主張し、これら各々は、全ての目的のために、本明細書中でその全体が参考として援用される。
【0002】
(背景)
(発明の分野)
本発明は、生体物質を検査するためのシステムおよび方法に関する。詳細には、本発明は、アレイ上に高い密度で配列され得る、小さなフィーチャーを備える生物学的プローブアレイからの発光を検出するための、改良された光学リーダーまたは光学スキャナに関する。
【0003】
(関連技術)
合成核酸プローブアレイ(例えば、Affymetrix GeneChip(登録商標)プローブアレイ)、およびスポットされたプローブアレイが使用され、生物学的システムについてのかつてない量の情報が作られている。例えば、GeneChip(登録商標)Human Genome U133 Set(HG−U133AおよびHG−U133B)(Santa Clara,CaliforniaのAffymetrix,Inc.から入手可能)は、2つのマイクロアレイで構成され、これらのマイクロアレイは、1,000,000を超える固有なオリゴヌクレオチドフィーチャーを含み、このオリゴヌクレオチドフィーチャーは、33,000を超えるヒト遺伝子を示す、39,000を超える転写改変体をカバーする。このようなマイクロアレイからの発現データの分析は、新規薬物および新規診断ツールの開発を導き得る。
【0004】
(発明の要旨)
これらおよび他のニーズを処理するためのシステム、方法、および製品は、例示的な、非限定的な局面に関して、本明細書中に記載される。種々の代替、改変および等価物が可能である。例えば、特定のシステム、方法およびコンピューターソフトウェア製品は、Affymetrix(登録商標)417TMまたは427TMArrayerによって生産される生体物質のアレイからのデータを分析するための例示的な局面を用いて、本明細書中に記載される。他の例示的な局面は、Affymetrix(登録商標)GeneChip(登録商標)プローブアレイからのデータに関連して参照される。しかし、これらのシステム、方法、および製品は、多くの他の型のプローブアレイに対して適用され得、さらに一般的には、他の従来技術に従って生産される多くの平行生物学的アッセイおよび/または将来開発され得る技術に従って生産される平行生物学的アッセイに対して適用され得る。例えば、本明細書中で記載されるシステム、方法、および製品は、核酸の平行アッセイ、cDNAクローンから生成されるPCR産物、タンパク質、抗体、または多くの他の生体物質に適用され得る。これらの物質は、(典型的には、スポット状のアレイのために使用されるように)スライド上、GeneChip(登録商標)アレイのために使用される基板上、またはビーズ、光ファイバー、あるいは他の基板または媒体上(これらはスライドもしくは他の基板の上面にポリマーコーティングまたは他の層を含み得る)に配置され得る。さらに、プローブは、基板中または基板上に固定化される必要はなく、固定される場合でも、規則正しいパターンまたはアレイで配置される必要はない。簡便のために、用語「プローブアレイ」は、一般的に、これらの型のアレイおよび平行生物学的アッセイの全てに対してあてはまるように本明細書以下で広範囲に使用される。
【0005】
特定の実施形態に従うと、走査システムは、プローブアレイに励起ビームを向ける光学素子と、励起ビームに応答する反射強度データを受取る検出器とを備えることが記載され、ここで、反射強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離、プローブアレイに対する方向で焦点距離を調節する輸送フレーム、少なくとも2つの焦点距離の反射強度データの特性に基づく焦点の最適平面を決定するオートフォーカスに応答し、ここで、検出器は、焦点の最適平面で、プローブアレイ上に配置された複数のプローブフィーチャーからの検出した発光に基づくピクセル強度値をさらに受け取り、画像生成器は、1つ以上の位置補正値に基づいて、プローブアレイの少なくとも1つの画像ピクセル位置と、各々のピクセル強度値とを関連付ける。
【0006】
別の実施形態に従って、プローブアレイ上に配置されたプローブフィーチャーからの検出された発光に基づくピクセル強度値を受け取る工程と、各々のピクセル強度値を、位置補正値に基づいて、プローブアレイ画像の画像ピクセル位置と関連させる工程とを包含する方法が記載される。
【0007】
いくつかの局面において、プローブアレイ画像は、1ピクセル以下のプラスまたはマイナスの位置誤差を有し、そして発光は、励起ビームに応答し、蛍光分子の励起ビームによる励起から生じる。励起ビームとしては、固体状態によって生成されるレーザービーム、ポンピングしたダイオード(diode pumped)、周波数2倍の(frequency doubled)Nd:YAGレーザーが挙げられる。ピクセル強度値を受取る工程は、複数のプローブフィーチャーの多くの連続したプローブフィーチャー上の単一経路の励起ビームで達成される。
【0008】
連続したフィーチャーは、プローブフィーチャーを含み得、これらのプローブフィーチャーは、互いにすぐ近くに隣接しているか、または、プローブアレイの非フィーチャー領域によって隔てられている。走査線は、多くの連続したフィーチャーを含み得る。さらに、各々のピクセル強度値は、ピクセルと関連し得、このピクセルは、プローブアレイに対してx軸における約2.5μmの寸法、すなわち、約1.5μmと約3.0μmとの間の範囲の寸法を有する。また、各々のプローブフィーチャーは、プローブアレイに対するx軸方向の約18μmの寸法、すなわち約14μmと約22μmとの間の範囲の寸法を有する。同様に、各々のプローブフィーチャーは、プローブアレイに対するx軸方向の約10μmの寸法、すなわち約6μmと約14μmとの間の範囲の寸法を有し得る。各々のプローブフィーチャーは、1つ以上のピクセル強度値に関連し得る。
【0009】
またいくつかの局面において、生物学的プローブアレイは、合成されたアレイまたはスポット状アレイを備え、そして位置補正値は各々、水平直線補正値、垂直直線補正値、またはその両方を含む。各々のピクセル強度値と画像ピクセル位置とを関連付ける工程は、各々のピクセル強度値と関連する受取ったピクセル位置を、1つ以上の位置補正値によって決定される多数のピクセルによって、調節することにより達成され、このピクセルの数は、分数値を含み、1つ以上の位置補正値は、1つ以上の較正フィーチャーによって提供される1つ以上の参照位置に基づき得る。1つ以上の較正フィーチャーは、水平パターン、垂直パターン、またはこれら両方に配向されるフィーチャーのアレイを含む。
【0010】
いくつかの実施形態において、この方法は、プローブアレイをプローブアレイに対してy軸に沿った距離に並進させる工程、およびプローブアレイ画像がプローブアレイ上に配置された複数のプローブの各々に対応するピクセル強度を含むまで、受取る工程、関連付ける工程、および並進させる工程を繰り返す工程、をさらに包含する。この距離は、少なくとも一部分において、y軸方向でのピクセルのサイズに基づき得、約2.5μmの距離を備えるか、または約1.5μmと約3.0μmとの間の範囲の距離を備える。
【0011】
他の実施形態に従って、走査システムが記載され、このシステムは、1つ以上の検出器と補正画像生成器とを備え、この検出器は、プローブアレイ上に配置されたプローブフィーチャーからの検出された発光に基づく複数のピクセル強度値を受取り、この補正画像生成器は、各々のピクセル強度値と、1つ以上の位置補正値に基づくプローブアレイ画像の1つ以上の画像ピクセル位置とを関係付ける。
【0012】
いくつかの局面において、走査は、輸送フレームとコンパレータとをさらに備え、この輸送フレームは、プローブアレイをプローブアレイに対してy軸に沿った距離で並進させ、このコンパレータは、完成したプローブアレイ画像を決定し、この完成したプローブアレイ画像は、プローブアレイ上に配置された複数のプローブの各々に対応する1つ以上の受取ったピクセル強度値に少なくとも部分的には基づく。輸送フレームは、固体ヒンジ彎曲部をさらに備え、この彎曲部は、z軸方向の移動を提供し得、摩擦またはスティクションを有さない。
【0013】
なお別の実施形態に従って、以下の工程を含む方法が記載される:励起ビームをプローブアレイに向ける工程、励起ビームに応答する反射強度データを受取る工程(ここで、この強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離に応答する)、プローブアレイに対する方向で焦点距離を調節する工程、多数の反復に関して受取る工程と調節する工程を繰り返す工程、および調節された焦点距離での反射強度データの1つ以上の特徴に基づいて、焦点の最適平面を決定する工程。
【0014】
いくつかの局面において、方向は、プローブアレイから離れるかまたは近づく方向であり、繰り返し回数が予め決定され得る。予め決定された繰り返し回数は、反射強度データに関連する予測された誤差に基づき、ここで、予測された誤差は、予め決定された繰り返し回数に逆に関連し得る。また、反射強度データは、1つ以上の焦点フィーチャーからの励起ビームの反射に応答し得、そして1つ以上の反射スポットに対応し得る。焦点の最適平面は、1つ以上のスポットと、ビームウェイストの1つ以上の特性とを関連させる工程に基づき得る。さらに、1つ以上の焦点フィーチャーは、活性領域の外側に配置され得、そして1つ以上のプローブフィーチャーは、活性領域の内側に配置される。
【0015】
また、いくつかの局面において、1つ以上の焦点フィーチャーは、色彩ボーダーを備え得、1つ以上の特性は、スロープ値を含み得る。焦点の最適平面は、このスロープ値の最大値に基づき得る。
【0016】
別の実施形態に従って、走査システムが記載され、このシステムは、1つ以上の光学素子と、1つ以上の検出器と、オートフォーカスとを備え、この光学素子は、励起ビームをプローブアレイに向け、この検出器は、励起ビームに応答する反射強度データを受取り(ここで、強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の距離に焦点をあわせることによって決定され得る)、このオートフォーカスは、焦点の最適平面を決定するように構築され、配置され、この焦点の最適平面は、2つ以上の焦点距離で受取られるような、反射強度データの1つ以上の特性に基づく。
【0017】
さらなる実施形態に従って、以下の工程を含む方法が記載される:1つ以上のプローブアレイをマガジン中に記憶する工程(ここで、複数のプローブアレイの各々は、プローブアレイカートリッジの中に収容され、このプローブアレイカートリッジは、マガジンと走査システムとの間の第1のプローブアレイカートリッジを可逆的に輸送する)、および第2のプローブアレイカートリッジに対する1つ以上の位置によって上記マガジンを進める工程。
【0018】
いくつかの局面において、記憶工程は、生物学的統合性を維持するための温度でプローブアレイを維持する工程を包含する、温度制御および湿度制御された環境を提供する工程を包含する。生物学的統合性を維持するための温度は、約2℃と15℃の間の範囲を含み得る。また、1つ以上のプローブアレイの各々は、垂直配向に整列され得、そしてマガジンは、少なくとも48または100のプローブアレイを保有する。マガジンは、ほぼ環状である。
【0019】
その上、いくつかの局面において、プローブアレイカートリッジの少なくとも1つにおける濃縮は、加温によって減らされ得る。輸送の工程はまた、1つ以上の要素を備え、これらの要素は、プローブアレイカートリッジの1つ以上の基準フィーチャーを可逆的に係合および分離する。
【0020】
さらなる実施形態に従って、走査システムが記載され、このシステムは、冷却された記憶チャンバと、カートリッジ輸送アセンブリと、リニアモータとを備え、この冷却された記憶チャンバは、1つ以上のプローブアレイをマガジン中に記憶し、各々のプローブアレイは、プローブアレイカートリッジ中に収容され、このカートリッジ輸送アセンブリは、第1のプローブアレイカートリッジを、マガジンと走査システムとの間を可逆的に輸送し、このリニアモータは、1つ以上の位置によって、マガジンを第2のプローブアレイカートリッジに対して進める。
【0021】
別の実施形態に従って、走査システムが記載され、このシステムは、1つ以上の較正方法を行うサービスアプリケーションを備え、走査システムの要素に対するインターフェースもまた備える。
【0022】
いくつかの局面において、1つ以上の較正方法としては、ピッチ較正、ロール較正、および曲径(arc radius)較正が挙げられ、要素としては、ハードウェア要素が挙げられる。サービスアプリケーションは、さらに1つ以上の診断試験を行い、1つ以上のソフトウェアまたはファームウェアアプリケーションをアップロードおよび/またはダウンロードする。
【0023】
上の実施形態および局面は、互いに含まれるかまたは排除される必要はなく、それらが同じかまたは異なる実施形態もしくは局面に関連して存在しているかどうかにかかわらず、相反せず他の方法で可能な、任意の様式で組み合わせられ得る。1つの実施形態または局面の記載は、他の実施形態および/または局面に関して限定することを意図しない。また、本明細書において他に記述される任意の1つ以上の機能、ステップ、操作、または技術は、代替の局面において、要旨に記載される1つ以上の機能、ステップ、操作、または技術と組み合わされ得る。従って、上述の実施形態および局面は、限定ではなく例示である。
【0024】
本発明は、走査システムを提供し、この走査システムは、以下:
1つ以上の光学素子であって、プローブアレイに励起ビームを指向するよう構成および配置されている、光学素子;
1つ以上の検出器であって、励起ビームに応答して、反射された強度データを受信するよう構成および配置されており、ここで、この反射された強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離に少なくとも部分的に応答する、検出器;
輸送フレームであって、プローブアレイに対して、第1の方向で、焦点距離を調節するよう構成および配置されている、輸送フレーム;
自動焦点器であって、2つ以上の焦点距離において受信される、反射された強度データの1つ以上の特徴に、少なくとも部分的に基づいて、最良の焦点面を決定するよう構成および配置されている、自動焦点器、
を備え、そしてここで:
1つ以上の検出器は、最良の焦点面において、プローブアレイ上に位置する複数のプローブ特徴からの検出された発光に少なくとも部分的に基づいて、複数のピクセル強度値を受信するように、さらに構成および配置されており;そして
このシステムは、画像生成器をさらに備え、この画像生成器は、ピクセル強度値の各々を、1つ以上の位置補正値に少なくとも部分的に基づいて、プローブアレイの1つ以上の画像ピクセル位置に関連させるよう構成および配置されている。
【0025】
別の局面において、本発明は、以下の工程:
プローブアレイ上に位置する複数のプローブ特徴から検出された発光に、少なくとも部分的に基づいて、複数のピクセル強度値を受信する工程;および
1つ以上の位置補正値に少なくとも部分的に基づいて、ピクセル強度値の各々を、プローブアレイ画像の1つ以上の画像ピクセル位置と関連付ける工程、
を包含する、方法を提供する。
【0026】
1つの実施形態において、上記プローブアレイ画像は、±1ピクセル以下の位置誤差を有する。
【0027】
1つの実施形態において、上記発光は、少なくとも部分的に、励起ビームに応答性である。
【0028】
1つの実施形態において、上記発光は、1つ以上の蛍光分子の上記励起ビームによる励起から生じる。
【0029】
1つの実施形態において、上記励起ビームはレーザービームを含む。
【0030】
1つの実施形態において、上記レーザーは、固体ダイオードポンピング周波数二倍Nd:YAGレーザーを備える。
【0031】
1つの実施形態において、上記複数のピクセル強度値を受信する工程は、上記複数のプローブ特徴のある数の連続したプローブ特徴にわたって、上記励起ビームの単一の通過において達成される。
【0032】
1つの実施形態において、上記連続した特徴は、走査線を含む。
【0033】
1つの実施形態において、上記連続した特徴は、すぐ隣接した特徴であるか、または上記プローブアレイの非特徴領域によって分離されている。
【0034】
1つの実施形態において、上記複数のピクセル強度値の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約2.5μmの寸法を有するピクセルに関連付けられる。
【0035】
1つの実施形態において、上記x軸における寸法は、約1.5μmと約3.0μmとの間である。
【0036】
1つの実施形態において、上記複数のプローブ特徴の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約18μmの寸法を有する。
【0037】
1つの実施形態において、上記x軸上の寸法は、約14μmと約22μmとの間である。
【0038】
1つの実施形態において、上記複数のプローブ特徴の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約10μmの寸法を有する。
【0039】
1つの実施形態において、上記x軸における寸法は、約6μmと約14μmとの間である。
【0040】
1つの実施形態において、各プローブ特徴は、上記複数のピクセル強度値の1つ以上に関連付けられる。
【0041】
1つの実施形態において、上記生物学的プローブアレイは、合成されたアレイまたはスポットされたアレイを備える。
【0042】
1つの実施形態において、上記1つ以上の位置補正値の各々は、水平直線性補正値、垂直直線性補正値、またはこれらの両方を含む。
【0043】
1つの実施形態において、上記複数のピクセル強度値の各々を、1つ以上の画像ピクセル位置に関連付ける上記工程は、上記1つ以上の位置補正値によって決定されたある数のピクセルにより、複数のピクセル強度値の各々に関連付けられる受信されたピクセル位置を調節することによって達成される。
【0044】
1つの実施形態において、上記ピクセルの数は分数値を含む。
【0045】
1つの実施形態において、上記1つ以上の位置補正値は、1つ以上の較正特徴によって提供される1つ以上の参照位置に、少なくとも部分的に基づく。
【0046】
1つの実施形態において、上記1つ以上の較正特徴は、水平パターン、垂直パターン、またはこれらの両方で配向した特徴のアレイを含む。
【0047】
1つの実施形態において、上記方法は。さらに、以下の工程:
上記プローブアレイに関するy軸に沿って、ある距離を、上記プローブアレイを並進させる工程;ならびに
上記プローブアレイ画像が、プローブアレイ上に位置する上記複数のプローブの各々に対応するピクセル強度値を含むまで、受信するステップ、関連させるステップ、および並進させるステップを繰り返す工程、
を包含する。
【0048】
1つの実施形態において、上記距離は、上記y軸におけるピクセルの大きさに、少なくとも部分的に基づく。
【0049】
1つの実施形態において、上記距離は約2.5μmである。
【0050】
1つの実施形態において、上記距離は、約1.5μmと約3.0μmとの間である。
【0051】
別の局面において、本発明は、走査システムを提供し、この走査システムは、以下:
1つ以上の検出器であって、プローブアレイ上に位置する複数のプローブ特徴からの検出された発光に少なくとも部分的に基づく複数のピクセル強度値を受信するよう構成および配置された、検出器;ならびに
補正画像生成器であって、1つ以上の位置補正値に少なくとも部分的に基づいて、ピクセル強度値の各々を、プローブアレイ画像の1つ以上の画像ピクセル位置に関連付けるよう構成および配置されている、補正画像生成器、
を備える。
【0052】
1つの実施形態において、上記プローブアレイ画像は、±1ピクセル以下の位置誤差を有する。
【0053】
1つの実施形態において、上記発光は、少なくとも部分的に、励起ビームに応答性である。
【0054】
1つの実施形態において、上記発光は、1つ以上の蛍光分子の励起ビームによる励起から生じる。
【0055】
1つの実施形態において、上記励起ビームはレーザービームを含む。
【0056】
1つの実施形態において、上記レーザーは、固体ダイオードポンピング周波数二倍Nd:YAGレーザーを備える。
【0057】
1つの実施形態において、上記1つ以上の検出器は、上記複数のピクセル強度値の受信を、上記励起ビームの単一の通過において、上記複数のプローブ特徴のある数の連続したプローブ特徴にわたって達成する。
【0058】
1つの実施形態において、上記連続した特徴は、走査線を含む。
【0059】
1つの実施形態において、上記連続した特徴は、すぐ隣接した特徴であるか、または上記プローブアレイの非特徴領域によって分離されている。
【0060】
1つの実施形態において、上記複数のピクセル強度値の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約2.5μmの寸法を有するピクセルに関連付けられる。
【0061】
1つの実施形態において、上記x軸における寸法は、約1.5μmと約3.0μmとの間である。
【0062】
1つの実施形態において、上記複数のプローブ特徴の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約18μmの寸法を有する。
【0063】
1つの実施形態において、上記x軸上の寸法は約14μmと約22μmとの間である。
【0064】
1つの実施形態において、上記複数のプローブ特徴の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約10μmのプローブ特徴の寸法を有する。
【0065】
1つの実施形態において、上記x軸上での寸法は、約6μmと約14μmとの間である。
【0066】
1つの実施形態において、各プローブ特徴は、上記複数のピクセル強度値の1つ以上に関連付けられる。
【0067】
1つの実施形態において、上記生物学的プローブアレイは、合成されたアレイまたはスポットされたアレイを含む。
【0068】
1つの実施形態において、上記1つ以上の位置補正値の各々は、水平直線性補正値、垂直直線性補正値、またはこれらの両方を含む。
【0069】
1つの実施形態において、上記補正画像生成器は、上記1つ以上の位置補正値によって決定されたある数のピクセルにより、上記複数のピクセル強度値の各々と関連する、受信されたピクセル位置を調節することによって、複数のピクセル強度値の各々と、1つ以上の画像ピクセル位置との関連付けを達成する。
【0070】
1つの実施形態において、上記ピクセルの数は分数値を含む。
【0071】
1つの実施形態において、上記1つ以上の位置補正値は、1つ以上の較正特徴により提供される1つ以上の参照位置に少なくとも部分的に基づく。
【0072】
1つの実施形態において、上記1つ以上の較正特徴は、水平パターン、垂直パターン、またはそれらの両方に配向された特徴のアレイを含む。
【0073】
1つの実施形態において、本発明の走査システムは、さらに、以下:
輸送フレームであって、上記プローブアレイを、このプローブアレイに関するy軸に沿ってある距離を並進させるよう構成および配置されている、輸送フレーム;および
コンパレータであって、プローブアレイ上に位置する上記複数のプローブの各々に対応する、1つ以上の受信されたピクセル強度値に少なくとも部分的に基づいて、完成したプローブアレイ画像を決定するよう構成および配置されている、コンパレータ、
を備える。
【0074】
1つの実施形態において、上記距離は、上記y軸におけるピクセルの大きさに少なくとも部分的に基づく。
【0075】
1つの実施形態において、上記距離は、約2.5μmである。
【0076】
1つの実施形態において、上記距離は、約1.5μmと約3.0μmとの間である。
【0077】
1つの実施形態において、上記輸送フレームは、固体ヒンジ彎曲部を提供するようさらに構成および配置されている。
【0078】
1つの実施形態において、上記固体ヒンジ彎曲部は、Z軸における移動を提供する。
【0079】
1つの実施形態において、上記固体ヒンジ彎曲部に、摩擦もスティクションもない。
【0080】
別の局面において、本発明は、以下の工程:
プローブアレイに励起ビームを指向する工程;
この励起ビームに応答して、反射された強度データを受信する工程であって、ここで、この強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離に少なくとも部分的に応答する、工程;
プローブアレイに関して、第1の方向で焦点距離を調節する工程;ならびに
ある数の反復にわたって、受信するステップおよび調節するステップを繰り返す工程;
最良の焦点面を、調節された焦点距離における反射された強度データの1つ以上の特徴に少なくとも部分的に基づいて、決定する工程、
を包含する、方法を提供する。
【0081】
1つの実施形態において、上記第1の方向は、上記プローブアレイから離れる方向またはプローブアレイに向かう方向である。
【0082】
1つの実施形態において、上記反復の数は予め決定されている。
【0083】
1つの実施形態において、上記反復の予め決定された数は、上記反射された強度データに関する予測された誤差に少なくとも部分的に基づく。
【0084】
1つの実施形態において、上記反射された強度データに関する上記予測された誤差は、上記反復の予め決定された数に逆に関連する。
【0085】
1つの実施形態において、上記反射された強度データは、1つ以上の焦点特徴からの上記励起ビームの反射に応答する。
【0086】
1つの実施形態において、上記反射された強度データは、1つ以上の反射点に対応する。
【0087】
1つの実施形態において、上記最良の焦点面は、ビームのくびれの1つ以上の特徴に、上記1つ以上の点を関連付けることに少なくとも部分的に基づく。
【0088】
1つの実施形態において、上記1つ以上の焦点特徴は、活性領域の外側に位置し、そして上記1つ以上のプローブ特徴は、この活性領域の内側に位置する。
【0089】
1つの実施形態において、上記1つ以上の焦点特徴は、色彩ボーダーを含む。
【0090】
1つの実施形態において、上記1つ以上の特徴は、傾斜値を含む。
【0091】
1つの実施形態において、上記最良の焦点面は、上記傾斜値の最大値に少なくとも部分的に基づく。
【0092】
別の局面において、本発明は、走査システムを提供し、この走査システムは、以下:
1つ以上の光学素子であって、プローブアレイに励起ビームを指向するよう構成および配置されている、光学素子;
1つ以上の検出器であって、励起ビームに応答して、反射された強度データを受信するよう構成および配置されており、ここで、この強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離によって、少なくとも部分的に決定される、検出器;ならびに
自動焦点器であって、2つ以上の焦点距離において受信される、反射された強度データの1つ以上の特徴に、少なくとも部分的に基づいて、最良の焦点面を決定するよう構成および配置されている、自動焦点器、
を備える。
【0093】
1つの実施形態において、上記第1の方向は、上記プローブアレイから離れる方向またはプローブアレイに向かう方向である。
【0094】
1つの実施形態において、上記反復の数は予め決定されている。
【0095】
1つの実施形態において、上記反復の予め決定された数は、上記反射された強度データに関連する予測された誤差に少なくとも部分的に基づく。
【0096】
1つの実施形態において、上記反射された強度データに関する上記予測された誤差は、上記反復の予め決定された数に逆に関連する。
【0097】
1つの実施形態において、上記反射された強度データは、1つ以上の焦点特徴からの上記励起ビームの反射に応答する。
【0098】
1つの実施形態において、上記反射された強度データは、1つ以上の反射点に対応する。
【0099】
1つの実施形態において、上記最良の焦点面は、ビームのくびれの1つ以上の特徴に、上記1つ以上の点を関連させることに、少なくとも部分的に基づく。
【0100】
1つの実施形態において、上記1つ以上の焦点特徴は、活性領域の外側に位置し、そして上記1つ以上のプローブ特徴は、この活性領域の内側に位置する。
【0101】
1つの実施形態において、上記1つ以上の焦点特徴は、色彩ボーダーを含む。
【0102】
1つの実施形態において、上記1つ以上の特徴は、傾斜値を含む。
【0103】
1つの実施形態において、上記最良の焦点面は、上記傾斜値の最大値に少なくとも部分的に基づく。
【0104】
別の局面において、本発明は、以下の工程:
1つ以上のプローブアレイを、マガジンに格納する工程であって、ここで、これらの複数のプローブアレイの各々は、プローブアレイカートリッジ内に収容される、工程;
マガジンと走査システムとの間で、第1のプローブアレイカートリッジを可逆的に輸送する工程;および
マガジンを、第2のプローブアレイカートリッジに、1つ以上の位置だけ進める工程、
を包含する、方法を提供する。
【0105】
1つの実施形態において、上記格納する工程は、温度および湿度が制御された環境を提供する工程を包含する。
【0106】
1つの実施形態において、上記温度および湿度が制御された環境は、生物学的完全性を維持するために、上記プローブアレイを、ある温度に維持する工程を包含する。
【0107】
1つの実施形態において、生物学的完全性を維持するための上記温度は、約2℃と15℃との間の範囲を含む。
【0108】
1つの実施形態において、上記1つ以上のプローブアレイの各々は、垂直な配向に配置される。
【0109】
1つの実施形態において、上記マガジンは、上記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも48を保持する。
【0110】
1つの実施形態において、上記マガジンは、実質的に円形である。
【0111】
1つの実施形態において、上記マガジンは、上記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも100を保持する。
【0112】
1つの実施形態において、上記1つ以上のプローブアレイカートリッジの少なくとも1つを温めることによって、凝縮を低減させる工程をさらに包含する。
【0113】
1つの実施形態において、上記輸送する工程に、上記プローブアレイカートリッジを可逆的に係合および脱係合する、1つ以上の要素が関与する。
【0114】
1つの実施形態において、上記1つ以上の要素は、1つ以上の基準特徴を係合する。
【0115】
別の局面において、本発明は、走査システムを提供し、この走査システムは、以下:
冷却された格納チャンバであって、マガジンにおいて1つ以上のプローブアレイを格納するよう構成および配置されており、ここで、複数のプローブアレイの各々は、プローブアレイカートリッジ内に収容されている、冷却された格納チャンバ;
カートリッジ輸送アセンブリであって、第1のプローブアレイカートリッジを、マガジンと走査システムとの間で可逆的に輸送するよう構成および配置されている、カートリッジ輸送アセンブリ;ならびに
リニアモータであって、マガジンを第2のプローブアレイカートリッジへと、1つ以上の位置だけ進めるよう構成および配置されている、リニアモータ、
を備える。
【0116】
1つの実施形態において、上記冷却された格納チャンバは、温度および湿度が制御された環境を含む。
【0117】
1つの実施形態において、上記温度および湿度が制御された環境は、生物学的完全性を維持するための温度を含む。
【0118】
1つの実施形態において、生物学的完全性を維持するための上記温度は、約2℃と15℃との間の範囲を含む。
【0119】
1つの実施形態において、上記1つ以上のプローブアレイの各々は垂直な配向で配置されている。
【0120】
1つの実施形態において、上記マガジンは、上記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも48を保持する。
【0121】
1つの実施形態において、上記マガジンは、実質的に円形である。
【0122】
1つの実施形態において、上記マガジンは、上記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも100を保持する。
【0123】
1つの実施形態において、本発明の走査システムは、高温チャンバをさらに備え、この高温チャンバは上記1つ以上のプローブアレイカートリッジのうちの少なくとも1つを温めることによって、凝結を低減するよう構成および配置されている。
【0124】
1つの実施形態において、上記カートリッジ輸送アセンブリは、上記プローブアレイカートリッジを可逆的に係合および脱係合する、1つ以上の要素を備える。
【0125】
1つの実施形態において、上記1つ以上の要素は、1つ以上の基準特徴と係合する。
【0126】
別の局面において、本発明は、走査システムを提供し、この走査方法は、以下:
サービスアプリケーションであって、1つ以上の較正方法を実行するよう構成および配置されており、ここで、このサービスアプリケーションは、走査システムの複数の要素のインターフェースを含む、サービスアプリケーション、
を備える。
【0127】
1つの実施形態において、上記1つ以上の較正方法は、ピッチ較正、ロール較正、および円弧半径較正を含む。
【0128】
1つの実施形態において、上記複数の要素は、ハードウェア要素を含む。
【0129】
1つの実施形態において、上記サービスアプリケーションは、1つ以上の診断試験を実施するためにさらに構成および配置されている。
【0130】
1つの実施形態において、上記サービスアプリケーションは、1つ以上のソフトウェアまたはファームウェアのアプリケーションをアップロードおよびダウンロードするようさらに構成および配置されている。
【0131】
(発明の詳細な説明)
以下の説明は特定の実施形態を表わすために計画されたものであり、決して制限されるように解釈されるべきではない。また、本発明の開示に援用される一般的な特徴を示すための参考が、論文および特許に対してなされるが、本発明はこれらの記述により制限されない。多くのスキャナの設計が、プローブアレイ240から導かれた実験データの獲得のために適切な励起信号および発光信号を提供するために使用され得る。
【0132】
図1の例示的な局面に言及して、用語「励起ビーム」とは、レーザーによって生成された光ビームをいう。しかし、レーザー以外の励起の供給源は、代替的な局面において使用され得る。例えば、他の局面は、発光ダイオード、白熱光源あるいは励起標識の励起帯において波長を有するか、または検出可能に伝達、反射もしくは散乱される放射線を提供する能力のある他の任意の光もしくはエネルギーの他の電磁気供給源を使用し得る。従って、用語「励起ビーム」は、本明細書中で広範に使用される。用語「発光ビーム」もまた、本明細書中で広範に使用される。種々の従来のスキャナは、生物学的プローブに結合した標識された標的分子または他の物質からの、蛍光または他の発光を検出する。他の従来のスキャナはこのような標的から伝達、反射または散乱された放射線を検出する。これらのプロセスは、これ以降、単に便宜的に「発光ビーム」の検出に関して、時々一般的および集合的に称される。種々の検出スキームは、発光および他の因子の型に依存して使用される。代表的なスキームは光学的および他の要因を使用して、励起ビーム(例えば、レーザーからの)を提供し、そして発光ビームを選択的に収集する。また一般的に、光ダイオードを使用した種々の光検出システム、電荷結合素子、光電子増倍管または収集された発光ビームを記録するための類似のもしくは他の従来のデバイスを含む。例えば、蛍光標識された標的を用いる走査システムは、米国特許第5,143,854号および同第6,225,625号に記載され、これらの全体は、全ての目的のために参考として援用される。他のスキャナまたは走査システムは以下に記載され、各々はまた、その全体が全ての目的のために参考として援用される:米国特許第5,578,832号;同第5,631,734号;同第5,834,758号;同第5,936,324号;同第5,981,956号;同第6,025,601号;同第6,141,096号;同第6,185,030号;同第6,201,639号;同第6,207,960号;同第6,218,803号;同第6,252,236号;同第6,335,824号;同第6,490,533号;同第6,407,858号;および同第6,403,320号;ならびにPCT出願PCT/US99/06097(WO99/47964として発行された)。
【0133】
上記の走査システムの1実施形態は、多様な機能を提供し得る。例えば、いくつかの機能は、関連分野の当業者が発現分析および/または遺伝子型分類(genotyping)と称するもの含み得る。遺伝子型分類は、例えば単一ヌクレオチド多型、DNA配列決定、異型接合性喪失の同定またはトランスクリプトーム分析をさらに含む。以前の例示は単なる説明の目的であり、多くのさらなる機能が存在し得ることは当業者に明らかである。機能のさらなる例示は、診断的使用または他の型の臨床的使用を含む。例えば、診断機能は、健康上の問題の存在またはその兆しの可能性を同定する目的のための、患者サンプルの分析を含み得る。
【0134】
さらに、本明細書中に記載される走査システムの詳細な実施形態は、プローブアレイの正確な画像特性のために構築され、改変される。このプローブアレイは、寸法(正方形の側面および長方形の側面のような)において18μm、10μmまたはより小さい特徴サイズを含み得る。非常に小さい特徴サイズの正確な画像化は一般的に、走査システムのハードウェアおよびソフトウェアの要素に関連する誤差(例えば、許容可能な位置誤差のような類似の小さな誤差)に対する許容性が、獲得した画像の+/−1ピクセルを超えないことが必要とされる。種々の要因に起因して、複数のピクセルが一般的に、各々の特徴について集められる;例えば、4〜64ピクセルの範囲は、プローブアレイ240の詳細な局面の特徴サイズに依存して各形態について獲得され得る。
【0135】
(スキャナオプティクスおよび検出器100)
図1は、スキャナオプティクスおよび検出器(これ以降、簡単に「スキャナオプティクス」)100を、例示的に表わした単純な図である。1つのみの励起供給源120を例示的な実施例に示しているが、1つ以上の任意の数の励起供給源120が代替的な実施形態において使用され得る。本実施例において、供給源120はレーザーであり;本実施形態において、ポンプされる固体ダイオード、倍周波数のNd:YAG(ネオジムをドープしたイットリウム−アルミニウム−ガーネット)または532nmの波長を有する緑色レーザー光を生成するYVO4レーザーである。1つのレーザーのみ、従っておよび1つのイルミネーションビームのみが各走査の間で使用される。供給源120に対する本明細書中のさらなる言及は、一般的に例示目的のために仮定され、これらは示されるようにレーザーであるが、供給源の他の型(例えば、X線供給源)は他の局面において使用され得る。The Handbook of Biological Confocal Microscopy(James B.Pawley編)(第2版;1995;Plenum Press、NY)は、レーザーおよび関連するオプティクスの使用に関連する当業者に公知の情報を含み、本明細書中にその全体が参考として援用される。
【0136】
図1はさらに、励起ビーム135および発光ビーム152の経路ならびにスキャナオプティクス100を含む複数の光学的部分の例示的な実施例を提供する。本発明の例示において、励起ビーム135は供給源120から発光し、そして3−レンズビーム調節器/拡張器130に指向した1つ以上の反射鏡124によって光路にそって向けられる。反射鏡は、光学モジュールにおいて使用され、対物レンズで励起ビームの照準を合わせるためおよび蛍光検出モジュールで発光ビームの照準を合わせるための必要に応じた光路調節を提供する。この反射鏡はまた、スキャナ全体の梱包を容易にするためによりコンパクトなサイズおよび形に光路を「収める」ために役立つ。反射鏡の数は異なる実施形態において変更され得、光路の必要性に依存し得る。例えば、光路が多くの角(例えば、2つ以上)で曲がることが必要ならば、対応する反射鏡124の数は、光路の要件を満たすまで必要とされ得る。
【0137】
いくつかの実施形態において、励起ビーム135は既知の直径を有することが所望され得る。ビーム調節器/拡張器130は、ビームの直径を、例えば、1.076mm±10%の直径を含み得る値に調節する1つ以上の光学素子を提供し得る。例えば、1つ以上の光学素子は、3−レンズビーム拡張器(所望の値に励起ビーム135の直径を広げ得る)を含む。あるいは、1つ以上の光学素子は、所望の値まで励起ビーム135の直径を減少させ得る。さらに、ビーム調節器/拡張器130の1つ以上の光学素子は、励起ビーム135の1つ以上の性質をさらに調節し、他の所望の特性(例えば、関連分野の当業者が対物レンズ145に対する水平波面という)を提供する。次いで、所望の特性を有する励起ビーム135はビーム調節器/拡張器130を通り抜け得、そして励起フィルタ125に向って1つ以上の反射鏡124によって再び方向を変更し得る光路に沿い続ける。
【0138】
フィルタ125は、励起波長以外の波長の光を除去するために使用され得、そして例えば、供給源120が、これらの無関係の波長で光を生成しない場合、一般的に含まれる必要がない。しかし、フィルタ125は安価なレーザーを使用するためにいくつかの用途において所望され得、このような無関係な発光を生成することを避けるために設計するよりもアウト−オブ−モード(out−of−mode)レーザー発光をフィルタする方が、しばしばより安価である。いくつかの実施形態において、フィルタ125は、励起ビーム135の、ビーム調節器/拡張器130によって調節される所望の特性のような他の特性に影響を与えることなしに、励起波長で光の実質部分または全てを透過させ得る。例えば、励起波長は、532ナノメーター(nm)(例えば、R−フィコエリトリンを含む1つ以上の発蛍光団を励起し得る)を含み得る。
【0139】
次いでフィルタ125を透過後の励起ビーム135は、光路に沿ってレーザー減衰器133に向かい得る。レーザー減衰器133は、励起ビーム135のパワーレベルを調節する手段を提供し得る。いくつかの実施形態において、減衰器133は、例えば、可変性ニュートラルデンシティフィルタから構成され得る。関連の技術分野における当業者は、ニュートラルデンシティフィルタ(例えば、吸収性、金属性または他の型のニュートラルデンシティフィルタ)が透過する光量を減少させるために使用され得ることを理解する。光の減少量は、フィルタの密度と呼ばれるものに依存し得る(密度が増加するにつれて、追加し得る光量は減少する)。ニュートラルデンシティフィルタは、さらに密度勾配を含み得る。例えば、本願に記載される実施形態は、密度勾配を有するニュートラルデンシティフィルタを含むレーザー減衰器133を含み得る。スキャナコントールおよび分析実行可能プログラム572により提供される1つ以上のパラメータを利用してスキャナファームウェア実行可能プログラム672の制御下で作動する減衰器133は、光路に対してニュートラルデンシティフィルタの位置を変更するステップモータを使用し得る。減衰器133は、少なくともある程度ファームウェア実行可能プログラム672から指示に基づいて、プローブアレイに送達されるレーザーパワーのレベルを調節し得る。この調節は、光路において所望のレーザーパワーに関連するニュートラルデンシティフィルタ勾配の特徴的な密度をセットすることによってなされ得る。従って、ニュートラルデンシティフィルタは、以下に詳細に記載するレーザーパワーモニター110により測定されるように所望のレベルまで透過する光量を減少させる。
【0140】
いくつかの実施形態は、シャッター134の1つ以上の局面を含み得る。いくつかの局面は、シャッター134がプローブアレイ240に全てのレーザー光が到達するのを遮断する手段を提供するように光路に沿って、スキャナ400内の1つ以上の位置におけるシャッター134の位置決めを含み得る。そしていくつかの局面において、レーザーパワーモニター110に到達する全てのレーザー光をさらに遮断する。シャッター134は、光ビームを完全に遮断するための種々の手段を使用し得る。例えば、シャッター134は、励起ビーム135のようなレーザー光ビームの実質的に全てを遮断し得る金属、プラスチックまたは他の適切な金属から構成される固体バリアーを拡張/収縮するためにスキャナファームウェア実行可能プログラム672の制御下でモニターを使用し得る。シャッター134は、例えば、1つ以上の光検出器またはモニター(発光検出器115およびレーザーパワーモニター110を含む)からの全ての光を遮断するような種々の目的のために使用され得る。本実施例において、光を遮断することは、較正方法(例えば、光検出器の「暗電流(dark current)」または背景ノイズと称されるものを測定および調節するオートゼロ(auto−zero)実行可能プログラム674ならびに/または較正実行可能プログラムおよびデータ676によって実行される方法)のために使用され得る。
【0141】
減衰器133および/またはシャッター134のような要素の後の光路に設置されるスキャナオプティクスおよび検出器100の構成部分は、二色性ビームスプリッタ136を含み得る。関連技術分野の当業者は、二色性ビームスプリッタは(一般的に二色性鏡とも称される)特定の波長範囲の光を高く反射する光学素子を含み得、そして1つ以上の他の波長範囲でビームスプリッタまたは鏡を通る光を伝達し得る。あるいは、このビームスプリッタまたは鏡は、特定波長で光のある割合を反射し得、そして残りの割合の伝達をし得る。例えば、二色性ビームスプリッタ136は、励起ビーム135’に説明されるように(図1に一部分の励起ビーム137として説明されるビームスプリッタ136を透過して反射しない励起ビーム135の小さな画分にしつつ、対物レンズ145に向いた光路に沿って)励起ビームの大部分を方向付け得る。例えば、一部分の励起ビーム137は、励起ビーム135のパワーレベルを測定し、そしてスキャナファームウェア実行可能プログラム672にフィードバックを提供することを目的として、レーザーパワーモニター110まで二色性ビームスプリッタ136を透過する。次いで必要ならば、ファームウェア実行可能プログラム672は、レーザー減衰器133を経由してパワーレベルを調節し得る。
【0142】
検出器110は、一部分の励起ビーム137を検出するための種々の従来の装置(例えば、検出する光を表す電気信号を提供するシリコン検出器、光ダイオード、電荷結合素子、光電子増倍管あるいは検出光を示す信号を提供するための任意の他の検出デバイス(現在利用可能かまたは将来開発され得る))のいずれかであり得る。図1に示されるように、検出器110は一部分の励起ビーム137からの検出光を表す励起信号194を生成する。公知の技術にしたがって、励起信号194の振幅、位相または他の特性は、既知または励起ビーム135のパワーに依存して決定可能な様式において変化するように設計される。これに関連して、用語「パワー」は発光を誘発するためのビーム135の能力をいう。例えば、ビーム135のパワーは、レーザーエネルギーが蛍光信号を誘発する例示的な実施例に関連してレーザーエネルギーのミルワットにおいて測定され得る。従って、励起信号194は、特定の時間または期間の間にビーム135のパワーを表す値を有する。スキャナファームウェア実行可能プログラム672は評価について信号194を受け得、そして上記に記載のように必要ならば調節し得る。
【0143】
ビームスプリッタ136からの反射後、励起ビーム135’は、潜望鏡138、反射鏡140および反射鏡142のアーム末端を介して対物レンズ145に向かい光路に沿い続け得る。例示的な局面において、鏡138、140および142は、反射鏡124と同様の反射特性を有し得、そしていくつかの局面において反射鏡124と交換可能に使用され得る。図2Aおよび2Bに関連して以下に詳細に記載されるように、例示的局面においてレンズ145は小さく、軽量なレンズであり、これはガルボ(galvo)回転149によって示される面に対して垂直な軸の回りの検流計によって誘導されるアームの端に位置される。1つの実施形態において、レンズ145は励起ビーム135’を焦点の最もよい面で特定化されたスポットサイズ(例えば、3.5μmのスポットサイズを含み得る)に至るように焦点をあてた。ガルボ回転149は、図2においてアーチ型経路250(本明細書中で「走査線」とも称され得る)として説明されるように基質上で弧を描いて動く対物レンズ145を生じる。ここで、生物物質は代表的に合成されているかまたは保管されている。アーチ型経路250は、例えば、基質上を36度の弧で動く。これらの生物物質に結合した発蛍光団は、周知の原則に従って特徴的な波長で発光ビーム152を発光する。用語「発蛍光団」は、一般的に光、化学、または他の型のエネルギー供給源からエネルギー移動によって蛍光を生成する分子をいう。
【0144】
例示的な実施例における発光ビーム152は、二色性ビームスプリッタ136に達するまで励起ビーム135に関して記載されるように逆の光路に従う。周知の技術および原則に従って、ビームスプリッタ136の特性は、ビーム152(またはその一部分)が反射されるよりもむしろ鏡を透過するように選択される。次いで、発光ビーム152は所望の光路に沿ってフィルタホイール160に向けられる。
【0145】
1つの実施形態において、フィルタホイール160は、発蛍光団の発光バンドの外側である発光ビーム152のスペクトル成分をフィルタで除くことを提供し得る。この発光バンドは、励起ビーム135の周波数に反応性のそれらの発蛍光団の特性発光周波数により決定される。従って、例えば、供給源120からの励起ビーム135(532ナノメートルの波長を有すると例示的に仮定する)は、他よりも非常に高程度に特定の発蛍光団を励起する。第1の例示的な発蛍光団(図1に示していない)の特性発光波長がビーム135によって励起された場合、551ナノメートルになると仮定され得る。本実施例における発光ビーム152はまた代表的に、関連技術分野の当業者に公知の分布に従って551ナノメートル前後の波長を含む。この結果はフィルタホイール160の所望のフィルタによってフィルタされた発光ビーム152を表わすフィルタされた発光ビーム154を含み得る。
【0146】
いくつかの局面において、フィルタホイール160は、各々が異なる発蛍光団からの発光スペクトルに対応する異なる波長を調整し得る複数のフィルタを備え得る。フィルタホイール160は、発光ビーム152の光路において所望のフィルタを設置するためにホイールを調整するための機構が含まれ得る。この機構はスキャナファームウェア実行可能プログラム672からの指示に応答し得る調整のためのモータまたは他のデバイスを含み得る。例えば、生物学的プローブアレイ実験は、いくつかのプローブアレイ上で実施され得、ここで、種々の発光スペクトルを有する複数の発蛍光団(単一または複数のレーザーによって励起され得る)が使用される。同一の励起波長を使用するが異なる発光スペクトルの性質を有する色素は、当該分野で蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)として公知であるこれらのような方法によって生成される。ここで、2つの発蛍光団は同じ分子に存在する。1つの発蛍光団の発光波長が第2の発蛍光団の発光波長と重なり、その結果第2の発蛍光団からの波長の発光は、この発光波長を使用する発蛍光団の分類の異型である。従って、励起ビームを用いることによって、明らかに異なる発光を獲得することが可能であり、その結果、異なる形態のプローブアレイが単一実験において標識され得る。
【0147】
本実施例において、プローブアレイは、1つの波長のフィルタを用いて走査され、次いで1つ以上のさらなる走査は、特定の発蛍光団およびフィルタペアに一致するように実行され得る。次いで、スキャナコントロールおよび分析実行可能プログラム572はデータを処理して、その結果、使用者は単一の画像またはデータ分析のための他の形式で表わし得る。他の局面において、複数の励起供給源120(1つ以上の調節可能な波長励起供給源)および例示に類似の光学経路において一致する複数の光学素子は、複数の波長で同時に走査するために使用され得る。複数の発光波長を利用するスキャナシステムの他の実施例は、米国特許出願第09/683,216号、題「System,Method,and Product For Dynamic Noise Reduction inScanning of Biological Materials」2001年12月3日出願;米国特許出願第09/683,217号、題「System,Method,and Product for Pixel Clocking in Scanning of Biological Materials」2001年12月3日出願;および米国特許出願第09/683,219号、題「System,Method,and Product for Symmetrical Filtering in Scanning ofBiological Materials」2001年12月3日出願(これらの各々はこれによって、その全体が全ての目的のために参考として援用される)に記載される。
【0148】
関連技術分野における当業者に周知の技術(共焦点顕微鏡を含む)に従って、ビーム154は、レンズ165のような種々の光学素子によって焦点を合わせられ得、そして例示的なピンホール167、アパーチャー、または他の要素を透過する。公知の技術に従って、ピンホール167を、対物レンズ145の焦点の平面以外に焦点平面から光を反射させるように配置し(すなわち、アウト−オブ−フォーカス光)、従って生じる画像の解像度は増加する。ピンホール167を透過した後、焦点の平面に一致する、フィルタした発光ビーム154部分(フィルタされた発光ビーム154’として表わされる)は、所望の光路に沿い続け、そして発光検出器115に当たる。
【0149】
励起検出器110に類似して、発光検出器115は、検出された光を表す電気的信号を提供するシリコーン検出器であり得るか、あるいはこれは光ダイオード、電荷結合素子、光電子増倍管または現在利用可能であるかもしくは検出光の示す信号を提供するために将来開発され得る他の任意の検出デバイスであり得る。検出器115は、発光信号192および/または較正信号196(検出器110による励起信号194の生成に関して上に記した様式において、フィルタされて発光ビーム154’として示される)を生成する。発光信号192および励起信号194を、図5に関連して以下に記載するように、処理について、スキャナフレームワーク実行可能プログラム672に提供する。
【0150】
同一および他の局面において、1つ以上のさらなる二色性の鏡は、二色性鏡170として図1において示した発光ビーム152の光路に配置され得る。1つ以上の各々の鏡170は、反射するように発光ビーム152の特異的な波長を選択するために調節され得る。選択した波長の反射ビームを、選択した発光ビーム175として表1に示す。いくつかの局面において、選択した発光ビーム175はさらなる検出デバイスに指向され、これは選択したビーム検出デバイス180として示した発光検出器110または115と同じ型の検出装置であり得る。デバイス180はまた、上記の光学素子(例えば、フィルタホイール160、レンズ165およびピンホイール167)の局面に関連し得る。例えば、種々の発光スペクトルを有する複数の発蛍光団が使用される場合、生物学的プローブアレイ実験は同じプローブアレイ上で実行される。発蛍光団の各々は、異なる発光スペクトルに反射するように調節される鏡170の関連局面を有する異なる発光スペクトルを有し得、そしてビームスプリッタ136に関して以前に記載したように、全ての他のスペクトルを透過させ得る。本実施例において、各鏡170は関連フィルタホイール160、レンズ165およびピンホール167ならびに検出器180を備える。関連した各検出器180は、鏡170によって反射される検出スペクトルに対して特異的である発光信号192に類似の信号を生成する。次いで、各信号192は、スキャナファームウェアに送られ、そしてさらに、さらなる処理の分析プログラム実行ファイルを制御するスキャナに送られる。さらに、本実施例において、発蛍光団が励起ビームによって励起され、そして発蛍光団と関連する異なる発光スペクトルが二色性鏡170によって選択される場合、別の走査は、検出器115および関連した光学素子の単一局面を用いて、各発蛍光団について実行する必要があり得る場合とは反対に、単一の走査が実行され得る。この形状から有用性は、光退色に関する当業者によって言及される減少量を含み得る。発蛍光団が励起光に対して曝露される時間量がゼロになり得る値に減少するまで、発光強度の低減に一致するに従って、光退色は蛍光発光が特徴付けられる。さらに、複数の走査に対抗して単一の走査が実行されるので、本実施例に記載される局面は、複数の発蛍光団を用いるアレイを走査するより少ない時間を必要とし得る。
【0151】
スキャナ400内の光路(例えば、励起ビーム135および発光ビーム152)を整列させるための方法としては、複数の光学障壁の使用が挙げられ得る。シャッター134に関してと類似の様式において、複数の光学障壁は、金属、プラスチック、または本質的に全てのレーザー光ビームをブロックし得る他の適切な材料で構成され得る。各光学障壁は、ピンホール型開口部を備え得、この開口部は、光のビームが光学障壁を完全に通過することを可能にし、そしてここで、各ピンホール型開口部は、ビーム135またはビーム152のいずれかよりもわずかに大きい。各ピンホール型開口部は、その光学障壁の既知の位置(例えば、光学障壁の中心部など)に配置されるが、このピンホール型開口部の既知の位置が、各光学障壁について同じ位置である必要はない。この方法は、スキャナ400内の最適な所望される光路中の連続した位置に、ピンホール型開口部と関連して各光学障壁を置く工程を包含し得る。この方法の1つの実施形態において、整列させる最初の工程は、レーザー120に近い(あるいは、旋回ミラー(例えば、旋回ミラー124)に近い)固定された位置にピンホール型開口部と関連して第1の光学障壁を配置する工程を包含し得る。このピンホール型開口部は、ビームが通過するべき光路に適切に整列されるように配置される必要がある。このビームがピンホール型開口部を通過しない場合、ビームの光路の調整が必要とされ得る。調節は、レーザー120の照準および/もしくは位置のいずれかを調整することによって達成され得、そして/または、1つ以上の旋回ミラーに対する調整は、そのビームがピンホール開口部を通過するまで、なされ得る。この方法は、光路内の連続位置に配置される光学障壁を用いて繰り返され得、ここで、各連続位置は、全光路が整列されるまで、最後の位置よりもレーザー120から遠くに離される。この今記載した方法において、固定置は、各光学障壁がスキャナ400内のいくぶん固定された剛性構造によって支持され得るように、配置され得る。さらに、光学障壁の数は、スキャナ内の光路の複雑さから必要とされる場合、変化し得る。
【0152】
図2Aは、特定の非限定的な局面に従って、スキャナ光学部品100の走査アーム部分の単純化した表示の斜視図の例を示す。アーム200は、軸210の周りを弧状に移動し、これは、ガルボ(galvo)回転149の面に対して垂直である。位置変換器もまた、アーム200と関連し得る。この構成の可能性のある利点は、振動アーム自体の位置がデータ収集の各瞬間に決定されるということであり得る。位置変換器からの正確な位置データは、直線性修正表の構築のために使用され得、そして較正および画像修正方法に関して以下により詳細に記載される画像修正方法のために使用され得る。種々の公知の技術のいずれかに従って、この位置変換器は、アーム200の輻射状の位置を示す電気信号を提供する。検流計駆動型スキャナに対する特定の位置変換器の非限定的な局面は、米国特許第6,218,803号(これは、全目的のためにその全体が参考として本明細書中に援用される)に記載される。
【0153】
アーム200は、代替の位置200’および200’’で示され、このとき、アームは、軸210に関して弧で走査して前後に移動する。励起ビーム135は、以下にさらに記載するように、アーム200の末端の対物レンズ145を通して通過し、そしてプローブアレイ240の基板上のフィーチャー230においてハイブリダイズしたプローブ−標的対に含まれ得る発蛍光団を励起する。プローブアレイ240上の励起ビーム135の弓状経路を、経路250として例示目的のために概略的に示す。発光ビーム152は、上で記載したように、対物レンズ145を通じて通過する。この例のプローブアレイ240は、方向244に移動する移行ステージ242上に配置され、その結果、弓状経路250は、プローブアレイ240の面を繰り返し横切る。ステージ242の例は、例示目的のみのために示され、他の実施形態(例えば、以下に詳細に考察するカートリッジ輸送フレーム505の1つ以上の要素など)が存在することが理解される。従って明らかなように、この局面でのプローブアレイ240の面にわたる励起ビーム135の得られる適用範囲は、ビームのフットプリント、方向244での移動速度、および走査速度によって決定される。図2Bは、アーム200の頂部平面図であり、対物レンズ145は、移行ステージ242が経路250の下で移動するにつれ、プローブアレイ240上のフィーチャー230を走査する。図2Bに示されるように、この例の弓状経路250は、アーム200が方向244に対して平行な軸から各方向にθの放射状変位を有するような、経路である。以下の参照を簡便化するために、方向244に対して垂直の方向243もまた、図2Bに示す。例示目的のために、方向243を、これより以降の本明細書中で、「x」方向と呼び、そして方向244を「y」方向と呼び得る。
【0154】
この局面において、走査アームは、走査されるアレイにかかわらず、一定の弧で移動する。結果として、レンズは、アレイ上を同じ距離で横切り、従って、レンズが移動するアレイ上の場所にも、アレイ上に存在し得る蛍光物質にもかかわらず、同じピクセル数で移動する。さらに、この局面において、レンズが1回通過して開始位置に戻るのを完了するのに要する時間は、走査されるアレイにも、存在し得る蛍光物質にもかかわらず、同じ(例えば、1つの可能性のある局面において、1/50秒)である。あるいは、いくつかの局面は、プローブアレイ240の大きさに依存する、弧状で移動する走査アームを供え得る。例えば、特定のプローブアレイについての弧の幅は、スキャナパラメータデータ677(これは、弧の大きさを規定するためにスキャナファームウェア実行装置672によって使用され得る)に記憶され得る。
【0155】
蛍光発光を検出するのに適切な、焦点の、検流計駆動の、弓状の、レーザー走査装置のさらなる詳細は、PCT出願PCT/US99/06097(WO99/47964として公開)ならびに米国特許第6,185,030号;同第6,201,639号;および同第6,225,625号(これらの全てが、上記の参考として援用される)に提供される。
【0156】
プローブアレイ240:種々の技術および工学が、基板中もしくは支持体中、または基板上もしくは支持体上に生物学的材料の高密度アレイを合成するために使用され得る。例えば、Affymetrix GeneChip(登録商標)アレイは、ときにVLSIPSTM(Very Large Scale Immobilized Polymer Synthesis)工学と称される技術に従って、合成される。VLSIPSTMならびに他のマイクロアレイおよびポリマー(タンパク質を含む)アレイの製造方法および製造技術のいくつかの局面は、米国特許第09/536,841号、国際公開番号WO 00/58516;米国特許第5,143,854号、同第5,242,974号、同第5,252,743号、同第5,324,633号、同第5,445,934号、同第5,744,305号、同第5,384,261号、同第5,405,783号、同第5,424,186号、同第5,451,683号、同第5,482,867号、同第5,491,074号、同第5,527,681号、同第5,550,215号、同第5,571,639号、同第5,578,832号、同第5,593,839号、同第5,599,695号、同第5,624,711号、同第5,631,734号、同第5,795,716号、同第5,831,070号、同第5,837,832号、同第5,856,101号、同第5,858,659号、同第5,936,324号、同第5,968,740号、同第5,974,164号、同第5,981,185号、同第5,981,956号、同第6,025,601号、同第6,033,860号、同第6,040,193号、同第6,090,555号、同第6,136,269号、同第6,269,846号、同第6,022,963号、同第6,083,697号、同第6,291,183号、同第6,309,831号および同第6,428,752;ならびにPCT出願PCT/US99/00730(国際公開番号WO 99/36760)およびPCT/US01/04285(これら全てが、全ての目的のためにその全体が参考として本明細書中に援用される)に記載される。
【0157】
特定の実施形態において、合成技術を記載する特許としては、米国特許第6,486,287号、同第6,147,205号、同第6,262,216号、同第6,310,189号、同第5,889,165号、同第5,959,098号、および同第5,412,087(これら全てが、全ての目的のためにその全体が参考として本明細書中に援用される)が挙げられる。核酸アレイは、上記の特許の多くに記載されるが、同じ技術は、一般的に、ポリペプチドアレイまたは他の型のプローブアレイに適用され得る。
【0158】
概して、「アレイ」は、代表的に、合成的または生合成的のいずれかで調製され得る分子の収集物を含む。アレイ中の分子は、同一でってもよく、アレイ中の分子は複製物であってもよく、そして/またはアレイ中の分子は、互いに異なっていてもよい。アレイは、多様な形態(例えば、可溶性分子のライブラリー;樹脂ビーズ、シリカチップ、または他の固体支持体につながれた化合物のライブラリー;ならびに他の形式)が想定され得る。
【0159】
用語「固体支持体」、「支持体」および「基板」は、いくつかの状況において、交換可能に使用され得、そして剛性表面または半剛性表面を有する材料または材料群をいい得、これらは、多孔性または非多孔性の覆いであり得るかまたはこのような覆いを有し、そしてプローブを確保するために二次元または三次元を提供し得る。多くの実施形態において、固体支持体の少なくとも1つの表面が、実質的に平らであるが、いくつかの実施形態において、例えば、ウェル、盛り上がった領域、ピン、エッチングした溝もしくはウェル、または他の分離部材もしくは分離要素を用いて、異なる化合物に対する合成領域を物理的に分離することが望ましくあり得る。いくつかの実施形態において、固体支持体は、ビーズ、樹脂、ゲル、微粒子、または他の材料および/もしくは幾何学構成の形態をとり得る。
【0160】
概して、「プローブ」は、代表的に、特定の標的によって認識され得る分子である。本明細書中に使用される用語「プローブ」の正確な解釈を確実にするために、関連文献中に矛盾した慣習が存在することに注意すること。語「プローブ」は、いくつかの状況において、上記のように、基板上で合成されたかまたはスライド上に配置された生物学的材料をいうために使用せず、これらのことは、本明細書中において「標的」という。
【0161】
標的は、所定のプローブに対する親和性を有する分子である。標的は天然に存在する分子であっても、人工分子であってもよい。さらに、標的は、未改変状態または他の種との凝集体で使用され得る。サンプルまたは標的は、代表的に、プローブアレイ中の特定のプローブと空間的に関連するように、加工される。例えば、1つ以上のタグ化標的が、プローブアレイ上に分配され得る。
【0162】
標的は、共有結合的または非共有結合的に、直接または特定の結合物質を介してかのいずれかで、結合部材に結合され得る。本発明に従って使用され得る標的の例としては、抗体、細胞膜レセプター、モノクローナル抗体、および特定の抗原性決定基と反応性である抗血清(例えば、ウイルス、細胞または他の材料)、薬物、オリゴヌクレオチド、核酸、ペプチド、補因子、レクチン、糖、多糖、細胞、細胞膜、および細胞小器官が挙げられるが、これらに限定されない。標的は、ときに、当該分野において抗プローブといわれる。用語標的が本明細書中において使用される場合、意味の違いは意図されない。代表的に、「プローブ−標的対」は、2つの高分子が分子認識を介して結合し、複合体を形成する場合に、生じる。
【0163】
いくつかの局面において、アレイのプローブは、基板の領域を活性化する工程、次いでその基板を選択されたモノマー溶液と接触させる工程を包含する方法によって合成される、核酸分子を含む。用語「モノマー」は、一般的に、一緒になってオリゴマーまたはポリマーを形成し得る分子セットの任意のメンバーをいう。本発明において有用なモノマーのセットとしては、例えば、(ポリ)ペプチド合成物のセット、L−アミノ酸のセット、D−アミノ酸のセット、または合成アミノ酸のセットが挙げられるが、これらに限定されない。本明細書中に使用される場合、「モノマー」は、オリゴマーの合成のための基礎セットの任意のメンバーをいう。例えば、L−アミノ酸のダイマーは、ポリペプチドの合成について400個の「モノマー」の基礎セットを形成する。モノマーの異なる基礎セットが、ポリマー合成において連続工程で使用され得る。用語「モノマー」はまた、異なる化学サブユニットと合わされて、いずれかのサブユニット単独よりも大きな化合物を形成し得る、化学サブユニットをいう。さらに、用語「バイオポリマー」および「生物学的ポリマー」は、一般的に、生物学的部分または化学部分の反復単位をいう。代表的なバイオポリマーとしては、核酸、オリゴヌクレオチド、アミノ酸、タンパク質、ペプチド、ホルモン、多糖、脂質、糖脂質、リポ多糖類、リン脂質、上記のものの合成アナログ(逆転ヌクレオチド、ペプチド核酸、Meta−DNA、および上記のものの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない)が挙げられるが、これらに限定されない。「バイオポリマー合成」は、バイオポリマーの有機および無機の両方の合成を含むことが意図される。用語「バイオポリマー」に関連するのは、用語「バイオモノマー」であり、この「バイオモノマー」は、一般的に、バイオポリマーの単一単位、またはバイオポリマーの一部ではない単一単位をいう。従って、例えば、ヌクレオチドは、オリゴヌクレオチドバイオポリマー内のバイオモノマーであり、そしてアミノ酸は、タンパク質バイオポリマーまたはペプチドバイオポリマー内のバイオモノマーであり;例えば、アビジン、ビオチン、抗体、抗体フラグメントなどもまた、バイオモノマーである。
【0164】
本明細書中に使用される場合、核酸は、ピリミジン塩基および/またはプリン塩基(好ましくは、それぞれ、シトシン、チミンおよびウラシル、ならびにアデニンおよびグアニン)を含む、ヌクレオシドまたはヌクレオチドの任意のポリマーまたはオリゴマー(ポリヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチド)を含み得る。「オリゴヌクレオチド」または「ポリヌクレオチド」は、少なくとも2ヌクレオチド長、好ましくは少なくとも8ヌクレオチド長、そしてより好ましくは少なくとも20ヌクレオチド長の範囲の核酸であるか、またはポリヌクレオチドに特異的にハイブリダイズする化合物である。本発明のポリヌクレオチドとしては、天然の供給源から単離され得るか、組換え産生され得るか、または人工的に合成され得る、デオキシリボ核酸(DNA)またはリボ核酸(RNA)の連続、およびこれらの模倣物が挙げられる。本発明に従うポリヌクレオチドのさらなる例は、Nielsenら,Science 254:1497−1500(1991);Nielsen,Curr.Opin.Biotechnol.,10:71−75(1999)(これらの両方が、本明細書中に参考として本明細書中に援用される)に記載されるように、構成塩基がホスホジエステル連結ではなくペプチド結合によって結合されたペプチド核酸(PNA)であり得る。本発明はまた、非従来的な塩基対形成(例えば、特定のtRNA分子中で同定され、そして三重ヘリックスで存在することが想定されるHoogsteen塩基対形成)が存在する状況も含む。「ポリヌクレオチド」および「オリゴヌクレオチド」は、本出願において交換可能に使用され得る。
【0165】
さらに、本発明に従う核酸は、ピリミジン塩基およびプリン塩基(好ましくは、それぞれ、シトシン(C)、チミン(T)、およびウラシル(U)、ならびにアデニン(A)およびグアニン(G))の任意のポリマーまたはオリゴマーを含み得る。Albert L.Lehninger,PRINCIPLES OFBIOCHEMISTRY,793−800頁(Worth Pub.1982)を参照のこと。実際に、本発明は、任意のデオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチド、またはペプチド核酸成分、およびこれらの任意の化学改変体(例えば、これらの塩基のメチル化形態、ヒドロキシメチル化形態、またはグリコシル化形態)などを意図する。ポリマーまたはオリゴマーは、組成物中で異成分であっても同質であってもよく、そして天然に存在する供給源から単離されても、人工的または合成的に生成されてもよい。さらに、核酸は、デオキシリボ核酸(DNA)もしくはリボ核酸(RNA)、またはこれらの混合物であり得、そして永久的または一過性に、単鎖形態または二本鎖形態(ホモ二重鎖、ヘテロ二重鎖、およびハイブリッド状態を含む)で存在し得る。
【0166】
記載したように、核酸ライブラリーまたは核酸アレイは、代表的に、種々の異なる形式で合成的または生合成的のいずれかで調製され得る、核酸の意図的に作製される収集物(例えば、可溶性分子のライブラリー;および樹脂ビーズ、シリカチップ、または他の固体基板につながれたオリゴヌクレオチドのライブラリー)である。さらに、用語「アレイ」は、本質的に任意の長さ(例えば、1〜約1000ヌクレオチドモノマーの長さ)の核酸を基板上にスポットすることによって調製され得る核酸のライブラリーを含むことを、意味する。用語「核酸」は、本明細書中に使用される場合、任意の長さのヌクレオチド(プリン塩基およびピリミジン塩基、または他の天然の化学的もしくは生化学的に改変された塩基、非天然のヌクレオチド塩基、あるいは誘導体化されたヌクレオチド塩基を含む、リボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド、またはペプチド核酸(PNA)のいずれか)のポリマー形態をいう。ポリヌクレオチドの骨格は、代表的にRNAまたはDNAに見出され得るような糖およびリン酸基、または改変もしくは置換された糖またはリン酸基を含み得る。ポリヌクレオチドは、改変ヌクレオチド(例えば、メチル化ヌクレオチドおよびヌクレオチドアナログ)を含み得る。ヌクレオチドの配列は、非ヌクレオチド成分によって中断され得る。従って、用語ヌクレオシド、ヌクレオチド、デオキシヌクレオシド、およびデオキシヌクレオチドは、一般的に、本明細書中に記載されるようなアナログを含む。これらのアナログは、核酸配列もしくはオリゴヌクレオチド配列に組み込まれた場合に、溶液中で天然に存在する核酸配列とのハイブリダイゼーションを可能にするような、天然に存在するヌクレオシドまたはヌクレオチドと共通するいくつかの構造的特徴を有する分子である。代表的に、これらのアナログは、塩基部分、リボース部分、またはホスホジエステル部分を置換および/または改変することによって、天然に存在するヌクレオシドおよびヌクレオチドから誘導される。この変更は、テーラーメイドであり、ハイブリッド形成を安定化もしくは脱安定化させ得るか、または所望される相補的核酸配列とのハイブリダイゼーションの特異性を増強し得る。本発明において有用である核酸アレイとしては、Santa Clara,CaliforniaのAffymetrix,Inc.から登録商標「GeneChip(登録商標)」として市販されるものが挙げられる。例示のアレイは、ウエブサイトaffymetrix.com上で示されている。
【0167】
いくつかの実施形態において、プローブは、表面に固定化され得る。本発明に従って調べられ得るプローブの例としては、細胞膜レセプターのアゴニストおよびアンタゴニスト、毒素および毒物、ウイルスエピトープ、ホルモン(例えば、オピオイドペプチド、ステロイドなど)、ホルモンレセプター、ペプチド、酵素、酵素基質、補因子、薬物、レクチン、糖、オリゴヌクレオチド、核酸、オリゴ糖、タンパク質、およびモノクローナル抗体が挙げられるが、これらに限定されない。非限定的な例として、プローブは、1つ以上の型の化学結合(通常、相補的塩基対形成(通常、水素結合形成を介して)を介して)を介して、相補的配列の標的核酸に結合し得る核酸(例えば、オリゴヌクレオチド)をいい得る。プローブとしては、天然の塩基(すなわち、A、G、U、C、またはT)または改変塩基(7−デアザグアノシン、イノシンなど)が挙げられ得る。さらに、プローブ中の塩基は、結合がハイブリダイゼーションを妨害しない限り、ホルホジエステル結合以外の連結によって結合され得る。従って、プローブは、ペプチド核酸であり得、このペプチド核酸において、構成塩基は、ホルホジエステル結合ではなくペプチド結合によって結合される。プローブの他の例としては、ペプチドもしくは他の分子、またはその結合パートナーを検出するための任意のリガンドを検出するために使用される抗体が挙げられる。他の生物学的材料のプローブ(非限定的な例として、例えば、ペプチドまたは多糖)もまた、形成され得る。可能性のある局面に関するさらなる詳細は、米国特許第6,156,501号(この文献は、全ての目的のためにその全体が本明細書中に参考として援用される)を参照のこと。核酸として標的またはプローブを言及する場合、本発明をいかなる様式にも限定するような例示的な実施形態は存在しないことを、理解するべきである。
【0168】
さらに、混乱を回避するために、用語「プローブ」は、本明細書中において広く使用され、例えば、VLSIPSTM技術に従って合成されたもの;スポットアレイを作製するように配置された生物学的材料;および他の現在の技術または将来の技術に従ってアレイを形成するために合成、配置、または位置付けられる材料などをいう。従って、これらの技術に従って形成されたマイクロアレイは、本明細書の以後、一般的にかつ総称的に、簡便化のために「プローブアレイ」と称し得る。さらに、用語「プローブ」は、アレイ形式で固定されたプローブに限定されない。むしろ、本明細書中に記載される機能および方法はまた、他の同目的のアッセイデバイスに対して使用され得る。例えば、これらの機能および方法は、ビーズ、光ファイバー、または他の基材もしくは媒体の上またはこれらの中に固定されたプローブを同定するプローブセット識別子に関して適用され得る。
【0169】
いくつかの局面に従って、いくつかの標的はプローブにハイブリダイズし、プローブ位置に残り、一方、ハイブリダイズしていない標的は洗い流される。従って、これらのハイブリダイズした標的(そのタグまたは標識を有する)は、プローブと空間的に関連する。用語「ハイブリダイゼーション」は、2つの1本鎖ポリヌクレオチドが非共有結合的に結合して、安定な二本鎖ポリヌクレオチドを形成するプロセスをいう。用語「ハイブリダイゼーション」はまた、理論上可能である三重鎖ハイブリダイゼーションもいい得る。生じる(通常)二本鎖ポリヌクレオチドは、「ハイブリッド」である。安定なハイブリッドを形成するポリヌクレオチド集団の割合は、本明細書中において「ハイブリダイゼーションの程度」といわれる。ハイブリダイゼーションプローブは、通常、塩基特異的様式で核酸の相補鎖に結合し得る核酸(例えば、オリゴヌクレオチド)である。このようなプローブとしては、Nielsenら,Science 254:1497−1500(1991)またはNielsen Curr.Opin.Biotechnol.,10:71−75(1999)(これらの両方が、本明細書によって本明細書中に参考として援用される)に記載されるように、ペプチド核酸、ならびに他の核酸アナログおよび核酸模倣物が挙げられる。ハイブリダイズしたプローブおよび標的は、ときに、プローブ−標的対と称され得る。これらの対の検出は、種々の目的(例えば、標的核酸が特定の参照配列に同一または異なるヌクレオチド配列を有するか否かを決定するため)に貢献し得る。例えば、上で参照され、そして援用された、米国特許第5,837,832号を参照のこと。他の用途としては、遺伝子発現モニタリングおよび評価(例えば、Fodorら、米国特許第5,800,992号;Lockhartら、米国特許第6,040,138号;およびBalabanら、国際出願番号PCT/US98/15151(WO99/05323として公開)、遺伝子型決定(genotyping)(Daleら、米国特許第5,856,092号)、または他の核酸検出が挙げられる。’992特許、’138特許、および’092特許、および公開WO99/05323は、参考として本明細書中にその全体が全目的のために援用される。
【0170】
本発明はまた、特定の実施形態において、プローブと標的との間のハイブリダイゼーションのシグナル検出も意図する。上記に援用される米国特許第5,143,854号、同第5,578,832号;同第5,631,734号;同第5,936,324号;同第5,981,956号;同第6,025,601号、ならびに米国特許第5,834,758号、同第6,141,096号;同第6,185,030号;同第6,201,639号;同第6,218,803号;および同第6,225,625、米国特許出願60/364,731、およびPCT出願PCT/US99/06097(WO99/47964として公開)(これらは各々、本明細書によって参考としてその全体が全目的のために援用される)を参照のこと。
【0171】
マスクを用いてプローブアレイを効率的に合成するためのシステムおよび方法は、米国特許出願09/824,931(2001年4月3日出願)(これは、本明細書によって参考として本明細書中にその全体が全目的のために援用される)に記載される。迅速かつフレキシブルなマイクロアレイ製造およびオンライン注文システムについてのシステムおよび方法は、米国特許出願10/065,868(2002年11月26日出願)(これは、本明細書によって参考として本明細書中にその全体が全目的のために援用される)に記載される。マスクを用ない光学フォトリソグラフィーについてのシステムおよび方法は、米国特許第6,271,957号および米国特許出願09/683,374(2001年12月19日出願)(これらの両方は、本明細書によって参考として本明細書中にその全体が全目的のために援用される)に記載される。
【0172】
記載されるように、種々の技術は、基板または支持体上にプローブを沈着するために存在する。例えば、代表的に顕微鏡用のスライド上に「スポットされたアレイ」が、市販されている。これらのアレイは、潜在的に種々の組成物および濃度の生物学的材料を含む、液体スポットからなる。例えば、このアレイ上のスポットは、水中に2、3本の短いオリゴヌクレオチド鎖を含み得るか、またはこのスポットは、高濃度の長い鎖の複合タンパク質を含み得る。Affymetrix(登録商標)417TMArrayerおよびAffymetrix(登録商標)427TMArrayerは、これらの技術に従って、顕微鏡用スライド上に、高密度でパックされた生物学的材料のアレイを沈着するデバイスである。これらのスポットアレイヤーおよび他のスポットアレイヤーの局面は、米国特許第6,040,193号および同第6,136,269号、ならびにPCT出願番号PCT/US99/00730(国際公開番号WO99/36760)(このPCT出願は、上記の米国特許および米国特許出願第09/683,298を取り込んでいる)(全ての目的のために本明細書中で参考として援用されている)に記載されている。スポットされたアレイを製造するための他の技術がまた、存在する。例えば、Winklerの米国特許第6,040,193号は、滴を沈着させて、スポットされたアレイを製造するプロセスに関する。上記米国特許第6,040,193号、およびWinklerらの米国特許第5,885,837号もまた、基板上のマイクロチャネルもしくはマイクログルーブまたは基板上に配置されたブロックを使用した、生物学的材料のアレイの合成を記載している。これらの特許は、基板の反応性領域を互いに不活性な領域により分離し、そしてこの反応性領域上にスポットすることを記載している。上記の米国特許第6,040,193号および同第第5,885,837号は、本明細書中でそれらの全体が参考として援用されている。別の技術は、生物学的材料の射出ジェットに基づいて、スポットされたアレイを形成する。射出技術の他の局面は、生物学的材料を推進するために、シリンジまたは圧電性電気ポンプのようなデバイスを使用し得る。上記のことは、生物学的材料を合成するため、生物学的材料を基板上または基板内に沈着または配置するための、非制限的な技術の例であることが、理解される。例えば、平面アレイの表面は、上記のいくつかの局面において所望されるが、プローブアレイは、実質的に任意の形状の表面上または三次元空間内、あるいはさらに複数の形状および/または表面上で製造され得る。アレイは、合成されたプローブ、またはビーズ、ファイバー(例えば、光ファイバー)、ガラス、シリコン、シリカまたは任意の他の適切な基板上に沈着されたプローブを含み得る(上で言及されかつ援用されている米国特許第5,800,992号、ならびに米国特許第5,770,358号、同第5,789,162号、同第5,708,153号、および同第6,361,947号(これらの全ては、全ての目的のために本明細書中で参考として援用されている)を参照のこと)。アレイは、全ての包括的なデバイの診断または他の操作を可能にするような様式でパックされ得る(例えば、米国特許第5,856,174号および同第5,922,591号(全ての目的のために本明細書中で参考として援用されている)を参照のこと)。
【0173】
プローブはまた、標的中に存在するmRNA転写の存在または非存在を検出することによって、対応する遺伝子またはESTの発現を検出し得る。次に、いくつかの局面において、この検出は、この標的中にmRNAに由来するcDNA由来の標識cRNAを検出することによって達成され得る。
【0174】
用語「mRNA」および「mRNA転写物」としては、本明細書中で使用される場合、プレmRNA転写物、転写処理中間体、遺伝子の翻訳および転写の準備ができた成熟mRNA、またはmRNA転写物由来の核酸が挙げられるが、これらに限定されない。従って、mRNA由来のサンプルとしては、遺伝子のmRNA転写物、mRNAから逆転写されたcDNA、cDNAから転写されたcRNA、遺伝子から増幅されたDNA、増幅されたDNAから転写されたRNAなどが挙げられるが、これらに限定されない。
【0175】
一般的に、しばしばプローブセットとして言及される一群のプローブは、転写物の特定の領域中にサブ配列を含み、そして完全な遺伝子配列に対応しない。プローブの設計および使用に関するさらなる詳細は、以下で提供されている:2001年1月24日に出願されたPCT出願番号PCT/US01/02316(上記で援用されている);ならびに米国特許第6,188,783号、2000年11月21日に出願された米国特許出願番号09/721,042、2000年11月21日に出願された米国特許出願番号09/718,295、2000年12月21日に出願された米国特許出願番号09/745,965、および2001年1月16日に出願された米国特許出願番号09/764,324(この特許および特許出願の全ては、全ての目的のために本明細書中でその全体が参考として援用されている)。
【0176】
(LIMSサーバ320)図3および4は、ネットワークを介したワークステーションコンピュータに接続されたサーバコンピュータの代表的な構造を示す。便宜のために、このサーバコンピュータは、本明細書中でLIMSサーバ320として言及されるが、このコンピュータは、Affymetrix(登録商標)LIMS、Affymetrix(登録商標)AIMS、Affymetrix(登録商標)GDAC、およびAffymetrix(登録商標)LIMS−SDKソフトウェアアプリケーションに関して、以下に詳述される機能に加えて、種々の機能を実行し得る。さらに、いくつかの局面において、LIMSサーバ320に基づく任意の機能は、1つ以上の他のコンピュータによって実行され得、そして/またはこの機能は、一群のコンピュータと並行して実行される。ネットワーク325は、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、インターネット、別のネットワーク、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。
【0177】
LIMSサーバ320の例示的な実施形態は、図4においてさらに詳細に示される。代表的に、LIMSサーバ320は、複数のワークステーションまたはネットワークに関する他のコンピュータプラットホームに役立つように設計された、ネットワークサーバクラスである。しかし、サーバ320は、種々のタイプの汎用コンピュータ(例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、メインフレームコンピュータ、または現在もしくは将来に開発される他のコンピュータプラットホーム)のうちのいずれかであり得る。サーバ320は、代表的に、プロセッサ405、オペレーティングシステム410、システムメモリ420、メモリ記憶デバイス425、および出入力コントローラ430のような公知の構成要素を含む。サーバ320の構成要素の多くの可能な構造が存在すること、ならびにキャッシュメモリ、データバックアップユニット、および多くの他のデバイスのような、代表的に含まれ得るいくつかの構成要素は示されないことが、当業者に理解される。同様に、多くのハードウェアおよび関連するソフトウェアまたはファームウェア構成要素(これらの構成要素は、ネットワークサーバ中で実行され得る)は、図4に示されない。例えば、データおよびアプリケーション、無停電電力系統、LANスイッチ、ウェブサーバルーティングソフトウェア、および多くの他の構成要素を保護するための1つ以上のファームウェアを実行するための構成要素は、示していない。当業者は、これらの構成要素および他の従来の構成要素が、どのように実行され得るかを容易に理解する。
【0178】
プロセッサ405は、複数のプロセッサ(例えば、複数のIntel Xeon(登録商標)700MHzプロセッサ)を備え得る。さらなる例として、プロセッサ405は、1つ以上の種々の他の市販のプロセッサ(例えば、IntelのPentium(登録商標)プロセッサ、Sun Microsystemsにより製造されたSPARC(登録商標)プロセッサ、または利用可能かもしくは利用可能となり得る他のプロセッサ)を備え得る。プロセッサ405は、オペレーティングシステム410を実行し、このシステム410としては、例えば、以下が挙げられる:Microsoft CorporationからのWindows(登録商標)タイプのオペレーティングシステム(例えば、Windows(登録商標)2000(SP1)、Windows(登録商標) NT4.0(SP6a));Sun MicrosystemsからのSolarisオペレーティングシステム;CompaqからのTru64 Unix(登録商標);多くの製造業者から市販されている他のUnix(登録商標)またはLinuxタイプのオペレーティングシステム;別のもしくは将来のオペレーティングシステム;またはそれらのいくつかの組み合わせ。オペレーティングシステム410は、ファームウェア(例えば、スキャナファームウェア510)および周知の様式のハードウェアとインターフェースで接続する。オペレーティングシステム410はまた、プロセッサ405が、種々のプログラム言語で入力され得る種々のコンピュータプログラムの機能と調和し、そして実行するのを容易にする。オペレーティングシステム410は、代表的にプロセッサ405と協働して、サーバ320の他の構成要素の機能を調和させ、そして実行する。オペレーティングシステム410はまた、全て、公知の技術に従って、スケジューリング、入出力制御、ファイルおよびデータ管理、メモリ管理、ならびにコミュニケーション制御および関連するサービスを提供する。
【0179】
システムメモリ420は、種々の公知のメモリ記憶デバイスまたは将来のメモリ記憶デバイスのうちのいずれかであり得る。例としては、任意の市販のランダムアクセス記憶装置(RAM)、磁気媒体(例えば、レジデントハードディスクまたはテープ)、光学媒体(例えば、読み書きコンパクトディクス)または他のメモリ記憶デバイスが挙げられる。メモリ記憶デバイス425は、種々の公知のデバイスまたは将来のデバイスのうちのいずれかであり、このデバイスとしては、コンパクトディスクドライブ、テープドライブ、リバーシブルハードディスクドライブ、またはディスケットドライブが挙げられる。このようなタイプのメモリ記憶デバイス425は、代表的に、プログラム記憶媒体(示さず)(例えば、それぞれ、コンパクトディスク、磁気テープ、リバーシブルハードディスク、またはフロッピー(登録商標)ディスク)から読み書きする。これらのプログラム記憶媒体(すなわち、現在使用されているプログラム記憶媒体または将来開発され得るプログラム記憶媒体)のうちのいずれも、コンピュータプログラム製品とみなされる。理解されるように、これらのプログラム記憶媒体は、代表的に、コンピュータソフトウェアプログラムおよび/またはデータを記憶する。コンピュータソフトウェアプログラムはまた、コンピュータ制御論理と呼ばれ、代表的に、メモリ記録デバイス425と接続して使用されるシステムメモリ420および/またはプログラム記憶デバイス中に記憶されている。
【0180】
いくつかの実施形態において、このコンピュータ中に記憶される制御論理(例えば、コンピュータソフトウェアプログラム(プログラムコードを含む))を有する、コンピュータにより利用可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品が、記載される。この制御論理は、プロセッサ405により実行された場合、プロセッサ405により、本明細書中に記載される機能を実行させる。他の実施形態において、いくつかの機能が、例えば、ハードウェアステートマシンを使用するハードウェアにおいてまず実行される。本明細書に記載される機能を実行するための、ハードウェアステートマシンの実行は、当業者にとって明らかである。
【0181】
入出力コントローラ430は、使用者からの情報を、ヒトまたは機械のいずれか、ローカルまたはリモートのいずれかで受容しそして処理するための、種々の公知のデバイスのうちのいずれかを含み得る。このようなデバイスとしては、例えば、モデムカード、ネットワークインターフェースカード、サウンドカード、または種々の公知の入出力デバイスの他のタイプのコントローラが挙げられる。例示される実施形態において、サーバ320の機能的な構成要素は、システムバス404を介して互いにコミュニケートする。これらのコミュニケーションのいくつかは、ネットワーク又は他のタイプのリモートコミュニケーションを使用する代替の実施形態において達成され得る。
【0182】
当業者に明らかであるように、LIMSサーバアプリケーション480、ならびにLIMSサーバ492およびLIMS API’s 494(以下に記載される)を備えるLIMS Object490は、ソフトウェアにおいて実行される場合、入力デバイス402のうちの1つを介して、システムメモリ420および/またはメモリ記憶デバイス425にロードされ得る。システムメモリ420にロードされた場合のLIMSサーバアプリケーション480は、LIMSサーバアプリケーション実行プログラム480Aとして図12に示される。同様に、オブジェクト490は、このオブジェクトがシステムメモリ420にロードされた後に、LIMSサーバ実行プログラム492AおよびLIMS APIオブジェクトタイプライブラリー494Aとして示される。これらのロードされた構成要素の全てまたは一部はまた、読取り専用メモリ、またはメモリ記憶デバイス425の類似のデバイス中に存在し、このようなデバイスは、この構成要素が、入力デバイス402を介してまずロードされることを必要としない。このロードされた構成要素のうちのいずれか、またはそれらの一部が、実行に有利なように、システムメモリ420もしくはキャッシュメモリ(示さず)またはその両方に、公知の様式でプロセッサ405によってロードされることが、当業者によって理解される。
【0183】
(LIMSサーバアプリケーション480)アプリケーション480の例示的な局面の操作に関する詳細が、米国特許出願番号09/682,098および10/219,882;および代理人ドケット番号3348.7(表題「System and Method for Programmatic Access to Biological Probe Array Data」(2003年2月19日出願))(これらの各々は、全ての目的のために、その全体が参考として援用されている)。この特許出願に記載されている特定のLIMSの実行が、例示のためだけであり、そして多くの他の実行が、LIMSオブジェクト490および本実施形態または代替の実施形態の他の局面で使用され得ることが理解される。
【0184】
アプリケーション480、および本明細書において言及される他のソフトウェアアプリケーションは、Microsoft(登録商標)Visual C++または種々の他のプログラム言語のうちのいずれかを使用して実行され得る。例えば、アプリケーションはまた、Java(登録商標)、C++、VisualBasic、任意の他の高レベルもしくは低レベルプログラム言語、またはそれらの任意の組み合わせで書き込まれ得る。記載されるように、特定の局面が、特定の非制限的なアプリケーション480の局面に関して、本明細書中において例示され得、アプリケーション480の1つの局面は、Affymetrix(登録商標)LIMSである。完全なデータベース機能は、データストリーミングソリューションおよび単一のインフラストラクチャーを提供して、プローブアレイ実験からの情報を管理することを意図する。アプリケーション480は、データベース記憶および情報検索システムの機能を提供し、これにより、全てのシステムデータにアクセスし、そしてそのデータを操作する。データベースサーバは、エンドユーザのために、自動化されかつ統合されたデータ管理環境を提供する。全てのプロセスデータ、生データ、および導出データは、データベースの構成要素として記憶され得、ファイルベースの記憶メカニズムに代わりを提供する。データベースバックエンドはまた、需要者の全情報システムインフラストラクチャーに、アプリケーション480の統合を提供し得る。データは、代表的に、標準的なインターフェースを介してアクセス可能であり、そして追跡され、問合わされ、達成され、搬出され、移入され、そして管理され得る。
【0185】
例示される局面のアプリケーション480は、遺伝子アッセイについて追跡するプロセスを支持し;合成されたプローブアレイ、スポットされたプローブアレイおよびデータベーススキーマ標準(例えば、Affymetrix AADM標準)を代表的に表示するこれらのタイプのプローブアレイまたは他のタイプのプローブアレイを管理するために、増強された管理機能を加え;完全なOracle(登録商標)データベース管理ソフトウェアまたはSQLサーバソリューションを提供し;遺伝子型および配列データを表示することを支持し;そしてLIMSシステムのための高レベルのセキュリティーを提供する。
【0186】
特に、例示される例のアプリケーション480は、以下を可能にするプロセスを提供する:サンプルの定義、実験の設定、ハイブリダイゼーション、スキャニング、グリッドアライメント、細胞強度の分析、プローブアレイ分析、パブリッシング、ならびに実験設計および局面に関する種々の他の機能。アプリケーション480は、再問い合わせプロセスを介したサンプルの定義ごとの複数の実験、単回の実験につての複数のハイブリダイゼーションおよびスキャン操作、データの再分析、1を越えるデータベースに対する表示を支持する。OracleまたはSQLサーバデータベース管理システムのいずれかを例示の実施形態において実行し得るプロセスデータベースは、代表的にプロセスデータベースに対するCOMコミュニケーションによって支持される。
【0187】
遺伝子情報データベースはまた、プローブアレイにおける生物学的項目についての染色体情報およびプローブ配列情報ならびに関連する情報を保存するために提供され得る。注目される別の情報は、代表的に、第三者のアクセスおよびソフトウェアインターフェースの開発を可能にするために公開されるデータベーススキームに従うデータの公開である。例えば、AADMデータベーススキームは、OracleまたはSQLのいずれかのサーバデータベース管理システムの支持により、Affymetrix(登録商標)GeneChip(登録商標)データの公開を提供する。他の構造の中で、遺伝子型データの支持を提供するテーブルがAADMの局面において提供される。
【0188】
特定の局面において、LIMSセキュリティーデータベースは、Windows(登録商標) NTユーザ承認セキュリティーと統合されたロールに依存するセキュリティーレベルを実行する。このセキュリティーデータベースは、ロール定義、ロール内での機能的なアクセス、それらのロールに対するNTグループおよびユーザの割り当てを支持する。ロールは、アレイデータを探索する共通のセットのアクセス権を有するユーザの集合である。例示的な局面において、ロールは、サーバ/データベースごとに規定され得、そしてロールメンバーは、複数のロールのメンバーであり得る。このソフトウェアは、ロールの機能または他の変数としてこのような権利を管理する予め決定された法則に基づき、ユーザのアクセス権を決定する。機能は、全てのロールに共通する予め決定された動作(action)である。各ロールは、実行され得る機能および実行され得ない機能により規定される。機能は、動作の型を明確に表現し、そのロールのメンバーが実施され得る。新たに生成されたロールにより支持される機能として、処理データの読み出し、処理データの削除、処理データの更新、処理データの保管、処理データの推定所有権、処理データのインポート、処理データのエクスポート、AADMデータの削除、AADMデータベースの生成、およびロールの維持が挙げられるがこれらに限定されない。新規ユーザがロールに加えられる場合、彼らは、代表的に彼らのデータのアクセス特権および同一ロール内の他のユーザデータの読み出しのみのアクセス特権を有する。全ての非ロールメンバーは、ロールメンバーのデータに対する全てのアクセス特権を否定される。例示の局面のアプリケーション480がインストールされる場合、少なくとも2つのロール、すなわち管理ユーザおよびシステムユーザが生成される。このシステムソフトウェアのインストール者は、ユーザとして管理ロールに加えられ、そして選択されたウィンドウズ(登録商標)NTグループは、ユーザとしてシステムユーザロールに加えられる。
【0189】
いくつかの局面に従って、スタンドアローンアプリケーションが提供され得、使用可能なユーザ管理能力が与えられる。これらの能力として、以下:AADMデータベースの生成、発行データの削除、処理データの削除、処理データの所有権の獲得、処理データの保管および保管解除(dearchive)、データのエクスポート、データのインポート、ロールの管理、フィルタに基づく検索、発現分析パラメータセットの管理、ならびにサンプルおよび実験の帰属テンプレートの管理が挙げられるがこれらに限定されない。さらなる詳細は、上記で参考として援用される、米国特許第09/682,098に提供される。
【0190】
(LIMSオブジェクト490)
例示的な局面において、LIMSオブジェクト490は、プログラマーインターフェースをLIMSサーバアプリケーション480に方向付けるオブジェクトである。例示的な局面において、LIMSオブジェクト490は、多くのアプリケーションプログラマーインターフェース(API)(一般的にそして集合的に、LIMS API’s 494と示される)および多くのLIMSサーバ(一般的にそして集合的に、LIMSサーバ492と示される)を含む。LIMSサーバ492は、アウトオブプロセスエグゼクタブル(out of process executable)(「exe」)として配布され得、そしてLIMS API’s 494は、オブジェクト型ライブラリー(「tlb」)として配布され得る。当業者は、種々の他の配布スキームおよび配列が他の局面において可能であることを認識している。
【0191】
LIMSオブジェクト490は、代表的に、ひとつの組織に統合されるかまたはLIMS(例えば、LIMSサーバアプリケーション480)を有するサードパーティー製ソフトウェアシステムに統合されることを望むアプリケーション開発者(図4においてアプリケーション開発者400として示される)により使用され得る。例えば、アプリケーション開発者400は、プローブアレイ(任意の型のプローブアレイ(例えば、GeneChip(登録商標)プローブアレイまたはスポットアレイ)を含み得る)(図2および図4においてプローブアレイ240として例示的に示される)において実施される実験に関連するデータを管理するためにLIMSサーバアプリケーション480を用いる企業で働いていることが、例示的に推測される。例示的な目的で、LIMSサーバアプリケーション480が、ラボラトリー処理スケジュール、サンプル管理、機器制御、バッチ処理、および/または種々のデータマイニング、処理、または可視化機能のような機能を提供しないという点で完全サーバーシステムでないことがさらに推測される。あるいは、アプリケーション480は、これらの機能のいくつかまたは全てを提供し得るが、アプリケーション開発者400は、代替または補助的なソフトウェアアプリケーションを開発し、これらのまたは他の機能の全てもしくはいずれかの部分を実施すること、および/またはこれらの目的でサードパーティー製ソフトウェアアプリケーションを統合することを望み得る。LIMSオブジェクト490は、開発者400に、LIMSサーバアプリケーション480へのデータの入力およびLIMSサーバアプリケーション480からのデータの出力の両方をカスタマイズするツールを提供する。
【0192】
LIMSオブジェクト490は、LIMS API’s 494を含む。LIMS COM API’sの特定の局面において、API’s 494は、以下のクラスを含む:オブジェクトのリストのロード、オブジェクトの読み出し、オブジェクトの更新/書き込み、オブジェクトの削除、データの処理、AADM準拠データベースの作製、および分析コントローラの呼び出し。API’sはまた、先に列挙されたクラスにより使用されるオブジェクトのために含まれる。
【0193】
いくつかの局面は、多くの可能性のあるデータスキームの例の1つとして、AADMデータベーススキームを含み得る。この特定の局面は、例示の目的で、4つのサブスキーム:チップ設計、実験設定、分析結果、およびプロトコルパラメータに分割され得る。このチップ設計サブスキームは、チップ全体の表示(名前、セルの列および欄の数、ユニットの数、ユニットの説明を含む)を含む。実験設定サブスキームは使用されるチップおよび適用された標的の情報を含む。分析結果サブスキームは、発現分析からの結果を保存する。プロトコルパラメータサブスキームは、標的調製物、実験設定、およびチップ分析に関するパラメータ情報を含む。AADMデータベースは、分析結果、プロトコルパラメータ、およびに実験設定について問い合わせられ得る。同様の問い合わせが、Affymetrix(登録商標)Data Mining Toolソフトウェアにより可能とされる。このソフトウェアは、米国特許出願番号09/683,980に記載されており、全ての目的のためにその全体が本明細書により参考として援用される。このAffymetrix Data Mining Toolはまた、ユーザプレファレンス、保存された問い合わせ、頻繁に要求した問い合わせ、およびプローブセットのリストを保存する、Data Mining Infoデータベースと呼ばれる補助的なデータベースを使用する。Affymetrix Microarray Suiteにより使用されるGene Infoデータベースは、プローブセット情報(例えば、プローブセットの説明、発現アレイにタイル張りされた配列、およびユーザにより規定された注釈)を保存する。このデータベースはまた、ユーザが内部/外部データベース(公的なものであっても個人用であってもよい)へのリンクを追加することを可能にする外部データベースのリンクリストを保存する。SPT、または「スポット」ファイルは、ひとつに統合された画像定量化およびCSV情報の結果を含む。
【0194】
(コンピュータ350)
図3、4、および5に示されるユーザコンピュータ350は、スキャナ制御および分析実行可能プログラム572の機能のいくつかまたは全てを支持および実施するよう特に設計および設定されたコンピューティングデバイスであり得る。コンピュータ350または、任意の種々の型の一般的な目的のコンピュータ(例えば、パーソナルコンピュータ、ネットワークサーバ、ワークステーション、または現在開発されているかまたは今後開発される他のコンピュータプラットホーム)であり得る。コンピュータ350は、代表的に、公知の構成要素(例えば、プロセッサ555、オペレーティングシステム560、システムメモリ570、メモリ記憶デバイス581、および入力−出力コントローラ575)を含む。コンピュータ350の構成要素の多くの可能な配置が存在し、そして代表的に、コンピュータ350に含まれ得るいくつかの構成要素(例えば、キャッシュメモリ、データバックアップユニット、および多くの他のデバイス)が示されないが、関連分野の当業者に理解されている。プロセッサ555は、市販のプロセッサ(例えば、Intel Corporationにより製造されているPentium(登録商標)プロセッサ、Sun Microsystemsにより製造されているSPARC(登録商標)プロセッサ)であり得、または入手可能であるかもしくは入手可能になり得る他のプロセッサのうちの1つであり得る。プロセッサ555は、オペレーティングシステム560を実行する。このオペレーティングシステム560は、例えば、Windows(登録商標)型オペレーティングシステム(例えば、Microsoft CorporationのWindows(登録商標) NT4.0(SP6a);多くのベンダーから入手可能なUnix(登録商標)またはLinux型オペレーティングシステム;別のオペレーティングシステムまたは将来のオペレーティングシステム;あるいはそれらの組み合わせ)であり得る。オペレーティングシステム560は、周知の様式でファームウェアおよびハードウェアと連動しており、そしてプロセッサ555が種々のプログラミング言語で書き込まれ得る種々のコンピュータプログラムの機能を協働および実行することを容易にする。代表的にプロセッサ555と協働しているオペレーティングシステム560は、コンピュータ350の他の構成要素の機能を協働および実行する。オペレーティングシステム560はまた、スケジューリング、入力−出力制御、ファイルおよびデータ管理、メモリ管理、および通信制御ならびに関連サービス(全て公知の技術に従う)を提供する。
【0195】
システムメモリ570は、種々の公知のメモリ記憶デバイスまたは将来のメモリ記憶デバイスのいずれかであり得る。例として、任意の市販のランダムアクセスメモリ(RAM)、磁気媒体(例えば、内蔵ハードディスクまたはテープ)、光学媒体(例えば、リードアンドライトコンパクトディスク)、または他のメモリ記憶デバイスが挙げられる。メモリ記憶デバイス581は、種々の公知のデバイスまたは将来のデバイスのいずれかであり得、コンパクトディスクドライブ、テープドライブ、リムーバブルハードディスクドライブ、またはディスケットドライブが挙げられる。このような型のメモリ記憶デバイス581は、代表的に、プログラム記憶媒体(示されていない)(例えば、それぞれ、コンパクトディスク、磁気テープ、リムーバブルハードディスク、またはフロッピー(登録商標)ディスク)から読み出され、そして/またはプログラム記憶媒体に書き込まれる。任意のこれらのプログラム記憶媒体または現在使用されているかもしくは今後開発され得る他の記憶媒体が、コンピュータプログラム製品とみなされ得る。理解されているように、これらのプログラム記憶媒体は、代表的に、コンピュータソフトウェアプログラムおよび/またはデータを保存する。コンピュータソフトウェアプログラム(コンピュータ制御論理とも呼ばれる)は、代表的に、システムメモリ570および/またはメモリ記憶デバイス581と接続して使用される記憶デバイスに保存される。
【0196】
いくつかの実施形態において、制御論理(コンピュータソフトウェアプログラム(プログラムコードを含む))が保存された、コンピュータにより使用可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品が記載されている。この制御論理は、プロセッサ555により実行される場合、プロセッサ555が本明細書に記載される機能を実行することを可能にする。他の実施形態において、いくつかの機能が、例えば、ハードウェアステートマシン(hardware state machine)を用いてハードウェアに最初に提供されている。本明細書に記載される機能を実行するためのハードウェアステートマシンの局面は、関連分野の当業者に明らかである。
【0197】
入力−出力コントローラ575は、ユーザ(人間であっても機械であっても、ローカルであってもリモートであっても)からの情報を受け入れそして処理するための任意の種々の公知のデバイスを含み得る。このようなデバイスとして、例えば、モデムカード、ネットワークインターフェースカード、サウンドカード、または任意の種々の公知の入力デバイスのための他の型のコントローラが挙げられる。入力−出力コントローラ575の出力コントローラとして、ユーザ(人間であっても機械であっても、ローカルであってもリモートであっても)に情報を表示するための任意の種々の公知のディスプレイデバイスのコントローラが挙げられ得る。ディスプレイデバイスの1つが視覚的な情報を提供する場合、この情報は、代表的に、論理的であり得、そして/または画素のアレイ(時々、ピクセルと呼ばれる)として物理的に組織化され得る。グラフィカルユーザインターフェース(GUI)コントローラは、コンピュータ350とユーザとの間の図式的な入力および出力インターフェースを提供するためおよびユーザの入力を処理するための、任意の種々の公知のソフトウェアプログラムまたは将来のソフトウェアプログラムを含み得る。例示的な実施形態において、コンピュータ350の機能的要素は、システムバス590を通じて互いに連絡している。これらの通信のいくつかは、ネットワークまたは他の型のリモート通信を用いた代替の実施形態において達成され得る。
【0198】
関連分野の当業者に明らかのように、実行可能プログラム572は、ソフトウェアにおいて提供される場合、入力デバイスの1つを通してシステムメモリ570および/またはメモリ記憶デバイス581にロードされ得る。実行可能プログラム572の全てまたは一部はまた、リードオンリーメモリまたはメモリ記憶デバイス581の類似のデバイスに存在し得、このようなデバイスは、実行可能プログラム572が入力デバイスを通して最初にロードされることを必要としない。実行可能プログラム572またはその一部は、実施のための利点として、プロセッサ555により、公知の様式でシステムメモリ570またはキャッシュメモリ(示されていない)あるいはその両方にロードされ得ることが関連分野の当業者に理解されている。
【0199】
(スキャナコンピュータ510)
スキャナ510は、プロセッサ655、オペレーティングシステム660、入力−出力デバイス575、システムメモリ670、メモリ記憶デバイス681、およびシステムバス690のような要素を含み得、いくつかの局面において、コンピュータ350において対応する要素の同一の機能を有し得る。スキャナコンピュータ510の他の要素として、それぞれ以下に詳細に記載されている、スキャナファームウェア実行可能プログラム672、オートフォーカス/オートゼロ実行可能プログラム674、較正実行可能プログラムおよびデータ676、ならびにスキャナパラメータデータ677が挙げられ得る。
【0200】
スキャナファームウェア実行可能プログラム672は、多くの局面において、スキャナパラメータデータ677にローカルに保存されたデータまたは1つ以上のリモートソースからの1つ以上のデータファイルに隔離されて保存されたデータに少なくとも一部基づき、スキャナ400の全ての機能の制御を可能にし得る。例えば、図5に示されるように、リモートデータソースとして、システムメモリ570に保存されたライブラリファイル574、較正データ576、および実験データ577を含むコンピュータ350が挙げられ得る。この例において、スキャナコンピュータ510へのデータの流れは、ファームウェア実行可能プログラム672からのデータのリクエストに応答し得るスキャナ制御および分析実行可能プログラム572により管理され得る。
【0201】
特定の局面においてスキャナコンピュータ510を含むことで生じ得る利点は、スキャナ400がネットワークに基づき得ること、および/またはそうでなければ、ユーザのコンピュータ(例えば、コンピュータ350)が必要とされないように配置され得ることである。入力−出力コントローラ675は、関連分野の当業者に一般的にTCP/IPネットワーク接続と呼ばれているものを含み得る。用語「TCP/IP」は、一般的に、多くの異なるネットワークをネットワークのネットワーク(すなわち、インターネット)に接続することを可能にするプロトコルのセットをいう。スキャナコンピュータ510は、スキャナ機器と単一のコンピュータとの間の「ハードワイヤ」接続を含む従来の配置の代わりに、ネットワーク接続を使用して1つ以上のコンピュータ(例えば、コンピュータ350)に接続し得る。例えば、入力−出力コントローラ675のネットワーク接続は、スキャナ400および1つ以上のコンピュータが互いに隔離されて配置されることを可能にし得る。さらに、複数のユーザ(各々が独自のコンピュータを有する)は、個々にスキャナ400を利用し得る。いくつかの局面において、単一のコンピュータのみが一度にスキャナ400に接続されることが望ましい。あるいは、単一のコンピュータが、複数のスキャナと相互作用し得る。この例において、全ての較正および機器に固有の情報は、スキャナコンピュータ510と相互作用する場合に1つ以上のコンピュータに対して利用可能にされ得るスキャナコンピュータ510の1つ以上の位置に保存され得る。
【0202】
上記のスキャナ400のネットワークに基づく局面は、スキャナ400が、望ましくない状況(例えば、ネットワークの接続解除、重いネットワークローディング、ネットワーク接続との電気的な干渉、または他の型の望ましくない現象)での障害を起こさずに作動することを可能にする方法を包含し得る。いくつかの局面において、スキャナ400は、接続が完全であることを示すために、コンピュータ350からの周期的な信号を必要とし得る。スキャナ400が想定される期間内にその信号を受け取らない場合、スキャナ400は、ネットワーク接続が失われたと仮定して作動し得、転送されていたデータの保存が開始し得る。ネットワーク接続がスキャナ400に再度獲得された場合、全ての回収されたデータおよび関連の情報が、ネットワーク接続が完全なままならば正常に転送されていたコンピュータ350に転送され得る。例えば、不都合な状況が起こっている間、スキャナ400は、コンピュータ350へのネットワーク接続を失い得る。この方法は、スキャナ400が、画像データの獲得および干渉のない他の動作を含めて、正常に作動することを可能にする。スキャナ400は、少なくとも1つの完全にスキャンされた画像の獲得された画像データを、メモリ記憶デバイス681に保存し、データが失われていないことを保証し得る。
【0203】
いくつかの局面において、スキャナコンピュータ510はまた、スキャナ400が、制御するワークステーションに依存しないスタンドアローン機器として設計されることを可能にし得る。スキャナコンピュータ510は、画像データおよび効果的なデータ転送のための複数のクライアントに対するデータサーバーとしての機能を獲得および保存し得る。例えば、スキャナ400は、大容量の画像、較正、およびスキャナパラメータデータを保持することを可能にするハードディスクまたは他の型の大型記憶媒体を含み得る。スキャナ400は、さらに、1つ以上のバーコード識別子をバーコード標識1500から読むバーコードリーダー502を含み得る。スキャナコンピュータ510は、少なくとも一部、バーコード識別子に関連する1つ以上のデータファイルに基づきスキャン操作を実行し得、そして獲得された画像データをハードディスクに保存し得る。さらに、スキャナ400は、1つ以上のリモートコンピュータが、スキャンされた画像を問い合わせおよびアップロードすることを可能にし、そしてコンピュータがスキャナデータおよび統計を問い合わせすることを可能にするインターフェースを提供するネットワークファイルシステムまたはFTPサービスを提供し得る。
【0204】
スキャナコンピュータ510の操作は、種々の他のサーバまたはコンピュータ(例えば、コンピュータ350またはLIMSサーバ320)により実施され得ること、またはコンピュータ510がスキャナ400に備わっていることを必要とし得ないことが、関連分野の当業者に理解される。
【0205】
(バーコードリーダー502)
図5は、コンピュータ350の制御下のスキャナ400を示すスキャナコンピュータシステムの単純化された例の機能的ブロック図である。スキャナ400の要素として、とりわけ、スキャナ400に手動でロードされるかまたはオートローダー(auto−loader)443からロードされる場合、プローブアレイ240を独自に識別するバーコードを読み出しまたはスキャンし得るバーコードリーダー502が挙げられ得る。いくつかの局面において、バーコードリーダー502は、スキャナ400内に配置され得、そしてアレイがスキャナ内にロードされる場合、プローブアレイ240に関連する1つ以上のバーコードを読むように配置される。代替の実施形態として、例えば、ユーザが種々のバーコードを手動でスキャンするために使用し得るポータブルバージョンおよび/または手持ち(hand−held)バージョンを含み得るバーコードリーダー502の外部配置が挙げられ得る。1つ以上のバーコードの各々は、1つ以上のバーコード識別子を含み得る。リーダー502により読まれるバーコード識別子の各々は、スキャナファームウェア672および/またはスキャナ制御および分析実行可能プログラム572により使用され得、その特定の局面は、Affymetrix(登録商標)MicroArray SuiteソフトウェアまたはAffymetrix(登録商標)GeneChip(登録商標)Operating Systemを参照して本明細書中で説明される。バーコード識別子は、スキャナパラメータデータ677、実験者により生成される実験データ577、および/または1つ以上のライブラリファイル574あるいは他のデータにプローブアレイ240を相関させるために使用され得る。ライブラリファイル574は、特定の局面において、プローブアレイのタイプ、ロット、有効期限、およびスキャンパラメータ(プローブアレイのサイズ、機能サイズ、クロムボーダーディメンジョン、1つ以上の励起/発光波長、または他のデータを含む)を含むがこれらに限定されない情報を含み得る。ライブラリファイル574は、種々の供給源(ネットワーク325(インターネットウェブポータル(例えば、Affymetrix,Inc.により提供されるAffymetrix.comウェブポータル)を含み得る)を介した1つ以上のリモート供給源を含む)からコンピュータ350により受け取られ得る。
【0206】
関連分野の当業者に公知のように、バーコードは、棒および空間の組み合わせにより機能を表し、そして各々が種々の可能な記号(symbology)を有する1つまたは複数の次元のフォーマットにおいて表され得る。用語「記号」は、一般的に、特定の標準に従う棒および空間のパターンを含むバーコード記号をいう。多次元バーコードは、一次元形式よりも大きな情報収容能を保存し得るという利点を有する。例えば、プローブアレイと共に使用するための1つの形式として、広く使用されている二次元バーコード形式が挙げられ得る。この二次元バーコード形式は、十分に支持された記号を含み得、そして内蔵された(built−in)誤差検出を有する。さらに、二次元形式は、プローブアレイに関する情報量を収容するのに十分な記号密度を達成する能力を有し得、そしてさらに、誤読を無視する可能性を生じるのに十分な内蔵された冗長性を有する。他の型の媒体もまた、代表的に一次元バーコードを用いて利用可能な媒体(例えば、磁気ストリップおよび関連分野の当業者に公知の他の磁気媒体または非磁気媒体)よりも高い収容能で機械読み取り可能な情報を保存するのに使用され得る。バーコードの使用は、本明細書中で、例示する局面に関して記載されているが、種々の代替の媒体、記号、および技術が、代替の局面において用いられ得ることが理解される。
【0207】
バーコード情報を含む標識の例示する例は、図15に示される。バーコード標識1500は、種々の材料から作製され得、そして種々の方法によりプローブアレイカートリッジ720(図7に示される)に追加される。本明細書中に記載される例において、標識は白色ポリエステルで構築され、そしてパーマネントアクリル接着剤または他の適切な接着剤によりプローブアレイカートリッジに追加される。さらに、老化、温度極値、および水分に対する耐性が、標識がその場で維持されそしてデータの完全性が延長された期間、管理されることを保証すること、ならびにプローブアレイがアレイプロセシングおよびデータ収集する条件を存続させることを実証するように、標識1500が構築され得る。
【0208】
1つの実施形態において、バーコード標識1500は、プローブアレイカートリッジ720の前面に位置する標識ポケットの中央に位置するように配置され得る。1つの局面において、標識1500は、このポケットの形状(例えば、短い側の2つの隣接角が45°の角度で対称的に切り取られた矩形の外側境界が挙げられる)に適合し得る。標識1500はまた、この外側境界により規定される領域内から除去された1つ以上の領域を有し(例えば、プローブアレイカットアウト1510)、関連して上昇した、下降した、または他の型の機能をプローブアレイカートリッジ720上に適合させる。標識1500の多くの異なる位置および形状が可能であり、そして示される例は説明のみのためであり、そしていかなる方法においても限定ではないことが当業者に理解される。
【0209】
バーコード標識1500は、種々の可能性のある機能(一次バーコード1505、人間が読み取り可能な形態の一次バーコード1507、プローブアレイカットアウト1510、および二次バーコード1520が挙げられ得る)を有し得る。1つの局面において、一次バーコードは、バーコード記号にコード化された情報(例えば、製造者の識別子、パート番号、デザイン識別番号、有効期限、ロット番号、および系列番号(例えば、標識が印刷される毎に増加する番号))を含み得る。バーコード1505はまた、実験データに関連する可能性のある他の情報(例えば、実験番号、または実験目的ごとにユーザにより規定される他の情報)を含み得る。いくつかの実施形態において、二次バーコード1520が存在し得、そしてプローブアレイをスキャンするための種々のパラメータ(例えば、スキャンされる領域の大きさまたは位置、スキャンされるアレイから放射線を発する標識の型、アレイをスキャンする際に使用される励起ビームの型または強度、スキャンされる速度、または機能に留まる時間の長さなど)に関連するバーコード記号にコード化された情報を含み得る。関連分野の当業者は、バーコード1507および1520にコード化される情報が本明細書中で示される例に制限されないことを理解し、いかなる方法においても限定されるべきではない。プローブアレイカットアウト1510は、上述のように、除去される標識の一部を示し得、その結果、プローブアレイは、標識により不明瞭にならない。人間が読み取り可能な形態の一次バーコード1507は、一次バーコード1505および/または二次バーコード1520からの1つ以上のデータ要素を含み得、その結果ユーザは、このデータ要素を、例えば、1つ以上のデータ要素を手動で入力すると、理解しそして使用し得る。例えば、1つの局面として、プローブアレイの位置を囲むプローブアレイカートリッジ720における上昇した機能が挙げられ得る。この例において、プローブアレイカットアウト1510は、上昇した機能の領域および同様の形状の領域よりもわずかに大きく、その結果、この標識は、上昇した機能がこの標識から突き出た状態で、プローブアレイカートリッジに貼り付けられ得る。
【0210】
バーコード標識1500に含まれ得る他の機能は、関連分野の当業者にクワイエットゾーンと一般的に呼ばれるものである。用語「クワイエットゾーン」は、一般的に、バーコード内の空間と同じ色および反射率を有するバーコードの周囲の領域をいう。このクワイエットゾーンは、バーコードリーダーがバーコードの境界およびバーコード記号の個々の要素を検出することを可能にする。クワイエットゾーンは、任意の種々の幅であり得、そしてバーコード記号の成分であるとみなされ得る。当業者は、一次バーコードと二次バーコードのクワイエットゾーンの機能が同一である必要はないことを理解する。
【0211】
カートリッジまたは他の型のパッケージにバーコード情報を組込むための多くの可能性のある方法が存在することは、関連分野の当業者により理解される。例えば、バーコードは、カートリッジに直接プリントされ得るか、あるいは、カートリッジ自体の一部として製造され得るか、またはプローブに組込まれたアレイか、基材に組込まれたアレイか、もしくは基材上に組込まれたアレイのいずれかの一部として製造され得る。バーコードリーダーの他のシステムおよび方法もまた可能である。1つのこのような方法は、本明細書中で全ての目的のためにその全体が参考として援用される、米国特許出願番号10/063,284号、表題「SYSTEM AND METHOD FOR SCANNING OF BIOLOGICAL MATERIAL USING BARCODED INFORMATION」、2002年4月8日出願、に記載されている。
【0212】
(カートリッジ輸送フレーム505)
スキャナ400の別の要素として、プローブアレイ240、またはオートフォーカス、スキャンニング、および較正の目的のための較正機能442を操作するのに必要とされる全ての程度の自由度を提供するカートリッジ輸送フレーム505が挙げられる。関連分野の当業者は、用語「自由度」が、対象の位置および方向を特定するのに必要とされる独立したパラメータの数を一般的にいうことを認識する。1つの実施形態において、プローブアレイ240または較正機能442を収容するプローブアレイカートリッジ720の例が図7に示される。1つの実施形態において、輸送フレーム505は、6つの可能性のある自由度の程度のうちの4つ(ロール700、ピッチ703、Z705、およびY707)においてカートリッジを操作し得る。例示の実施形態において、ヨー715およびX717のためにカートリッジ720を操作することは、一般的に必要ない。
【0213】
カートリッジ輸送フレーム505のさらなる例は、図16〜19に示される。図16は、いくつかの要素から構成されるカートリッジ輸送フレーム全体の例を示す。主要な要素は、カートリッジホルダーおよびピッチおよびロールメカニズム1600、Y−ステージ1623、ならびにフォーカスステージ1625を含む。輸送フレーム505の要素は、他に記載しない限り、例えば、A6061 T6アルミニウム合金または同様の特性を有する他の型の金属を含む、種々の材料で構築され得る。主要要素の各々は、以下に詳細に記載される。
【0214】
カートリッジホルダーおよびピッチおよびロールメカニズム1600の例は、図17にさらに示される。プローブアレイカートリッジ720は、カートリッジ挿入ガイド1730を通してホルダー1600にスライド可能に挿入される。プローブアレイカートリッジ720がホルダー1600に挿入される場合に起動される光学的スイッチが含まれ得る。この光学的スイッチは、プローブアレイカートリッジ720が挿入された場合に、スキャナファームウェア実行可能プログラム672に信号を送信し得る。カートリッジ存在信号を受け取ったら、ファームウェア実行可能プログラム672は、カートリッジクランプリリースレバー1720の作動によりカートリッジクランピングボール1725を係合するよう指示を送信し得る。カートリッジクランピングボール1725は、プローブアレイカートリッジ720の裏面(すなわち、プローブアレイ240と反対の側)に位置する円錐形の凹部を係合し得、そして係合の強度を適用および維持するためのある程度の圧力を適用するために板バネを使用し得る。この板バネは、400シリーズの完全硬質ステンレス鋼または他の型の完全硬化鋼を含む、種々の材料から作製され得る。クランピングボール1725を通じて板バネにより適用される圧力は、カートリッジ720を、ピッチフィンガー1710、固定フィンガー1715、およびロールフィンガー1750に対して上方にプレスするよう作用し、それによって、カートリッジをその場に保持し、そしてカートリッジ位置の制御を可能にする(ロールおよびピッチに関して以下に記載される)。可能性のある利点として、他のハードウェア要素(カートリッジホルダーのおよびピッチおよびロールメカニズム1600の機械的要素)の位置を変更することなくプローブアレイカートリッジ720の位置を操作することにより、プローブアレイカートリッジ720に収容されているプローブアレイ240の全ての機能が集中するよう、位置的な調整をすることが挙げられる。スキャンニングまたは較正が完了した後、ファームウェア実行可能プログラム672は、レバー1720の作動によりカートリッジ720を係合解除するよう指示を送信し得、1つ以上のモータ、あるいはY−ステージ1623の移動により駆動されるレバーカムメカニズムを用いてクランピングボール1725を可逆的に引っ込める。一旦、クランピングボール1725がリリースされると、カートリッジ720は、手動でかまたはオートローダー443の要素(例えば、以下に詳細に記載される、リバーシブルローラー1106)によりホルダー1600から除去され得る。
【0215】
上記の実施例に記載されるように、3つのフィンガーは、プローブアレイカートリッジ720の前面(すなわち、プローブアレイ240または較正フィーチャー442が表示され得、そして/または走査され得る面)を支持し、そして機械的に参照し得る。ホルダー1600内で係合されたプローブアレイカートリッジでは、固定フィンガー1715は、プローブアレイプローブアレイカートリッジ720の左上のコーナーに位置し得、ピッチフィンガー1710は左下のコーナーに位置し、そしてロールフィンガー1750は右上のコーナーに位置する。フィンガー1710、1715および1750の各々は、互いに直交して配置され得る。1つの局面において、ピッチフィンガー1710およびロールフィンガー1750は、それぞれ、それらに付随したピッチメカニズムおよびロールメカニズムにより移動可能である。このピッチメカニズムおよびロールメカニズムは、線形ステップモータ駆動式ウェッジレバーとして実施され得る。図17の例に例示されるように、このピッチメカニズムは、ピッチ駆動モータ1703、ピッチウェッジ1705、ピッチレバー1707およびピッチフィンガー1710を備え、そしてこのロールメカニズムは、同様に、要素1740、1745、1747および1750を備えて構成される。現在記載される実施形態において、ピッチ703およびロール700は、プローブアレイ240のフィーチャーまたは較正フィーチャー442の全てが、ガルボ回転部(galvo rotation)149、ガルボアーム200および対物レンズ145の回転軸に対して同じ平面上にあるように調整され得る。例えば、ステップモータ駆動式ウェッジレバーの1つの可能な局面は、モータ1703または1740からの入力ストロークの大きさにおける少なくとも12〜1の減少を生じ得る。この大きさの減少は、それぞれ、ピッチ703およびロール700の軸におけるカートリッジ720の位置に対する非常に正確な微小調整を行う能力を提供する。現在の例において、非常に小さなロール700およびピッチ703の調整は、プローブアレイ240上に備えられるフィーチャーまたは較正フィーチャー442の全てが同じ焦点面あるようにするために必要であり得る。ロールおよびピッチの調整についてのさらなる詳細は、オートフォーカス/オートゼロ実行可能プログラム674に関して以下で記載される。
【0216】
プローブアレイ240または較正フィーチャー442は、プローブアレイ240または較正フィーチャー442の対物レンズ145からの距離を調整することによって、最良のピントに合わされ得る。いくつかの局面において、距離の調整は、Z軸705における焦点ステージ1625の位置を動かすことによって、用いられる。図19に例示されるように、Z705の移動は、焦点駆動モータ1640により駆動される精密焦点ネジ1960を回転することによって、スキャナファームウェア装置672の制御下で、達成され得る。焦点ネジ1960は、自由移動ナットにより固体ヒンジの4バー彎曲焦点ステージガイド1800に連結され得る。一実施形態において、ガイド1800は、ピッチ703およびロール700の軸に対するプローブアレイの配向を維持しつつ、最良の焦点の面に対して横向きに移動し得る。この配向の維持は、1つ以上の回転防止バースプリング1940によってさらに援助され得、このスプリング1940は、ガイド1800がZ軸705に対する回転軸において移動する場合、ガイド1800にある量の力を付与し得る。例えば、この自由移動ナットは、スプリング1940に取り付けられたアンカーバーを備え得る。スプリング1940の他の側面は、ガイド1800上に位置する固定止めに取り付けられ得、ここでスプリング1940ガイド1800の回転運動に対して圧力を付与するが、所望の軸における運動は可能にする。あるいは、この配向の維持は、スプリング1940によって固定ピンと係合されるアンカーアーム(例えば、移動ナットのアンカーバー)を固定することによって補助され得る。
【0217】
1つの可能な局面において、焦点ネジ1960は、Yステージ1623に作用して、このYステージ1623を、複数の彎曲ガイドプレロードスプリング1930により付与される力とは反対の第1の方向で押す。この運動は、自由移動ナットに通された焦点駆動モータ1640の回転ネジ1960により達成され得る。関連分野の当業者に理解されるように、第1の方向の回転ネジ1960は、この自由移動ナットを第1の方向(例えば、スプリング1930により付与される力とは反対の方向)で動かす。いくつかの局面において、ネジ1960および自由移動ナットが、Yステージ1623および/またはガイド1800と直接相互作用することが所望されない場合がある。種々の局面は、これらの構成要素が互いに対して正しい角度で配置されない場合に適切な相互作用を可能にする利点を有し得る中間要素(例えば、ボール形要素)を含み得る。このボール形要素は、硬化鋼または他の類似の材料から構成され得る。Yステージ1623はまた、焦点ネジ1960の回転を反転することによって、第1の方向と反対の方向に可逆的に動かされ得、ここでYステージ1623の運動は、複数のスプリング1930により付与される力により補助され得る。例えば、Yステージ1623は、ボルト、ネジまたは当業者に一般に使用される他の方法によって、移動荷重キャリア1820の頂部に取り付けられ得、従って、荷重キャリア1820は、Z軸705において、1つのユニットとしてYステージ1623と共に移動する。
【0218】
4バー焦点彎曲ステージガイド1800の例示的な実施形態の他の要素は、図18に例示される。ガイド1800は、関連分野の当業者が十分に焼きなました鋼または十分に焼きなました工具鋼と呼び得る材料を含む、種々の材料から構成され得る。これらの要素は、ガイド1800の寸法に合わせて作製される1つ以上の溝部1805を備え得る。溝部1805の長さおよび数は、彎曲ガイド1805のスプリング速度を規定し、この速度は、所望のスプリング速度を正確に伝達するように最適化され得る。別の要素は、固体ヒンジ彎曲部1830を備え得、この固体ヒンジ彎曲部1830は、固定基部1810に移動荷重キャリア1820をヒンジ接続して、他の軸を動かすことなく1つの軸における運動を可能にする。一実施形態において、彎曲部1830は、関連分野の当業者が固体ヒンジと呼ぶものを使用して、単一部品材料から構成される。この固体ヒンジは、摩擦もスティクション(一般的に言えば、関連分野の当業者により、接触している結晶の微小構造表面の間に存在する強力な界面の接着を言及することが一般に理解されている用語)も有さず、従ってこの彎曲部には摩耗も機械的遊びもない。
【0219】
図19の例示的な例に戻ると、焦点移動限界センサ1920は、彎曲部1800の相対位置および/または移動限界が達成されたことをスキャナファームウェア装置672に伝達するために設けられ得る。センサ1920は、関連分野の当業者によりHall効果センサと一般に呼ばれるものを備え得る。Hall効果センサとは、一般に、磁場の強度に比例するデジタル出力またはアナログ出力のいずれかを生成することによって、磁場の存在または磁場の妨害に応答する、磁気的位置センサをいう。限界アクチュエータ1910は、センサマグネット1911を備え得、そして一般的に使用される方法によってガイド1800に取り付けられ、従って、ガイド1800および運搬フレーム505が動くにつれて、Z軸705において動く。センサマグネット1911は、次いで、センサ1920の位置に対するガイド1800の位置を照会するために使用され得る。移動の限度は、焦点移動安全性限界止め1905によって、彎曲部1800にさらに付与され得る。ガイド1800により許容される運動の範囲に対する制限は、多くの局面において所望され得る。なぜなら、焦点ステージがあまりに遠くまで延ばされた場合に、彎曲ガイドまたは他の要素に対する損傷が生じ得るからである。従って、許容される移動の範囲は、予め決定され得、スキャナパラメータデータ677に保存され得、そしてアクチュエータおよび止めの配置により規定され得る。
【0220】
一実施形態において、Y軸に沿ったプローブアレイ240の移動は、精密線形ステージにより達成され得、この精密線形ステージは、図16および17において、Yステージ1623として例示され、微小階段状モータ/ドライバーと呼ばれるもの、開ループ駆動機構、または他のタイプのモータ駆動機構(本明細書中以下で、Yステージ駆動モータ1610と呼ばれる)に連結される。Yステージ1623は、種々の材料(硬化工具鋼または摩耗に抵抗するように設計される他のタイプの金属を含む)から構成され得る。さらに、Yステージ1623は、種々の要素(例えば、関連分野の当業者によって、カッドボールベアリングトラックおよびキャリッジ、ならびに再循環ボールネジおよびナットと呼ばれ得るもの)を使用してカートリッジホルダー1600を支持しガイドするためのガイド要素を備え得る。例えば、Yステージ1623は、焦点ステージ1625の上に静止するように配置され得、そしてカートリッジホルダー、ならびにその上に配置されたピッチ機構およびロール機構を有する。本発明の例において、ホルダー1600は、Yステージ1625に固定され、その結果、Y軸におけるYステージ1625の運動は、プローブアレイカートリッジ720を含むホルダー1600アセンブリ全体を動かす。1つの可能な利点としては、位置の調整のためのメカニズムの独立が挙げられ、その結果、1つの軸における調整は、おそらく、他の軸における調整にそれほど影響しないようである。
【0221】
いくつかの実施形態において、線形エンコーダーステージ1620が備えられ、この線形エンコーダーステージ1620は、線形エンコーダーセンサ1630により読み取り可能な測定値の目盛り付きスケールを使用する。線形エンコーダーセンサ1630は、光学センサ、磁気センサ、またはスケール1620から位置の情報を読み取り得る他のタイプのセンサであり得る。次いで、この位置の情報は、ファームウェア装置672に提供され、このファームウェア装置672は、以下でより詳細に記載されるように、Y軸に関する位置誤差の確率を減少するYステージの移動の正確な制御のために使用され得る。例えば、蛍光捕捉の間、このYステージは、プローブアレイカートリッジ720のプローブアレイ240を、対物レンズ145の弓型経路250の下に移動し得る。弓型経路250の各々の通過のための移動距離は、2.5μmの増分を含み得、この増分は、プローブアレイ240の多くの局面において、Y軸における必要なピクセルの全ての完全な取得を可能にする。この例において、センサ1630により提供されるYステージの位置情報は、Y軸の位置誤差を減少するための1つ以上の方法のために使用され得、この方法は、少なくとも部分的に、測定された位置情報から算出された誤差値に基づいて、ピクセル位置の配置を調整することによって、取得された画像データを補正することを含む。望ましい例において、ピクセル位置の配置は、取得されたピクセルデータの画像生成のための計算方法を言及し得、ここで、ファームウェア672のようなソフトウェアは、1つ以上のパラメータ(Y軸誤差を含む)に基づいて、適切な位置に取得されたピクセルデータを配置することにより画像を生成し、走査されたプローブアレイを正確に反映する画像を生成する。
【0222】
Y軸の位置誤差を減少するための方法の別の局面は、図28および29に例示される。この局面は、Yステージ駆動モータ1610の非常に速い中断を可能にするセンサ1630により提供される位置情報を使用するYステージの移動のファームウェア672の制御のための方法を包含する。図29に例示されるように、ステップ2905は、Yステージの増分様式を可能にし、そして走査線増分を同定する。位置決定要素(determiner)2810は、ステップ2905に従って、位置増分データ2805を受信して、線形エンコーダスケール1620に従って、次の所望の位置を計算する。各々の計算された位置は、Yステージ1623が画像データの線の適切な取得のために停止すべき線取得位置に対応する。例えば、このYステージの位置増分は、先の例におけるように2.5μmの距離を含み得るか、またはスキャナおよびプローブアレイ240の特徴に関連するある他の距離を含み得る。この例において、線形エンコーダスケール1620に従う線取得位置は、プローブアレイ全体がY軸において走査されるまで、2.5μm、5μm、7.5μmなどであり得る。
【0223】
各々の計算された位置は、ステップ2910に例示されるように、コンパレータ2820により受信され得る。コンパレータ2820は、ステップ2920に例示されるように、スキャナオプティクスおよび検出器100から次の走査線位置に対する増分の信号を受信し、そしてステップ2925に例示されるように、所望の方向で移動するようにYステージ駆動モータ1610に命令する。エンコーダーセンサ1630は、ステップ2930に例示されるように、線形エンコーダーセンサ1630によって、このYステージの位置を読み取り、そしてコンパレータ2820に伝える。このYステージ1623が、ステップ2940に例示されるように、次の計算された位置に到達した場合、コンパレータ2820は、モータ機器を停止し、そして例えば、当業者に公知のものを一定の保持電流として使用することによって、このYステージをその位置に保持する。
【0224】
ステップ2945および2950において、コンパレータ2820は、走査オプティクスおよび検出器100に信号をおくって走査データの線を取得し、そしてこの取得がいつ完了するかの信号を受信する。関連分野の当業者は、構成要素間の伝達の多くの可能な方法が可能であり、そしてその例は例示のみの目的のために示されることを理解する。例として、コンパレータ2820ならびにスキャナオプティクスおよび検出器100から独立した第3の構成要素は、信号およびコマンドの伝達のための中間物として働き得る。あるいは、コンパレータ2820は、所望の時間内(例えば、10ミリ秒)における漸進的なYステージ移動を実行し得る。この所望の時間の最後に、スキャナファームウェア672は、スキャナオプティクスおよび検出器100によって、走査データの線の取得を自動的に開始し得る。
【0225】
決定要素2960により例示されるように、位置決定要素2810がコンパレータ2820に信号をおくってYステージ増分様式を維持する場合、方法のステップ2910〜2950が繰り返される。別の場合、この方法は、ステップ2970に例示されるように、終了し、このことはプローブアレイが完全に走査されたことを示す。
【0226】
いくつかの局面において、プローブアレイカートリッジ720は、一般に、プローブアレイカートリッジ720がスキャナ400に装填される点からこのカートリッジ720が出される点まで、スキャナ400に対して同じ配向面に維持される。これは、オートフォーカス操作および走査操作を含む全てのスキャナの操作に用いられ得る。例えば、カートリッジ720は、装填位置において、垂直方向でスキャナにより収容され得、ここでプローブアレイ240は、カートリッジの側面の一方に装填される。同じ垂直方向を維持しつつ、このカートリッジは、移送フレーム505内に配置される。プローブアレイ240(プローブアレイカートリッジ720内に格納される)は、ピッチ703、ロール700およびZメカニズム705を介してプローブアレイカートリッジを操作することによって、最良の焦点面に配置される。次いで、このプローブアレイは、Y軸707に沿って走査され、そしてプローブアレイカートリッジは、このプローブアレイが収容された同じ垂直方向で、移送フレーム505を介して装填位置に完全に戻される。
【0227】
(オートフォーカス/オートゼロ装置およびデータ674)
例示される局面において、オートフォーカス/オートゼロ装置674は、プローブアレイの作動領域と呼ばれ得るものを、走査する前に生じる。本明細書中で使用する場合、用語「作動領域」とは、一般に、実験用プローブを含む、プローブアレイ240の領域をいう。多くの局面において、この作動領域の外側に位置する様々なフィーチャーが存在し得、これには色彩ボーダー710、1つ以上の制御フィーチャー、または生物学的実験に直接関連しない他の要素が挙げられる。例示される局面において、オートフォーカス/オートゼロ装置674は、ピッチ703、ロール700およびZ705を含む複数の軸におけるプローブアレイ240の位置の測定および調整のために、多数の操作を実行し得、その結果、プローブアレイ240の全てのプローブフィーチャーは、最良の焦点面にあり、そして本明細書中において「自動焦点器(auto−focuser)」と呼ばれ得る。本明細書中で使用する場合、用語「最良の焦点面」とは、一般に、励起ビーム135がビームの「くびれ」と一般的に呼ばれるものに対応し得るスポットサイズに集束する、ガルボ回転部149の平面に対して平行な光学平面をいう。以下でより詳細に記載されるように、いくつかの非限定的な局面において、スポットサイズは、3.5μmスポットであり、これは発蛍光団の励起および蛍光発光の検出に最適であり得る。他のスポットサイズが、例示されるかまたは代替の局面および/または実験条件下で適切であり得ることが理解される。
【0228】
カートリッジリッジ720に格納されるプローブアレイ240の例(ここで、プローブアレイ240は色彩ボーダー710により境界を付けら得る)は、710により図7Aおよび7Bに例示される。この例において、色彩ボーダー710は、プローブアレイ240を覆うガラスの内側表面上に位置し得、ここで色彩ボーダーおよびプローブアレイの両方は、非常に近位にあり、かつ同じ焦点面にある。一実施形態において、色彩ボーダー710は、例えば、Z軸705におけるプローブアレイ240からの最大移動範囲において、焦点面と関連するスポットサイズの直径より大きい幅を含み得る、最小幅を有し得る。関連分野の当業者は、最小のスポットサイズは、ビームのくびれに対応し、最良の焦点面(すなわち、ビームのくびれ)からの距離が増加するにつれて、関連のスポットサイズの直径が増加することを理解する。従って、反射スポットのサイズは、焦点面に従って変化し得、そして一般に、くびれにおいて最小であり、これは本明細書中で「反射スポット」と呼ばれ得る。オートフォーカス/オートゼロ装置およびデータ674の実施形態は、以下でより詳細に記載されるように、スポットの直径の測定値を使用して、最良の焦点面を決定し得る。
【0229】
オートフォーカス操作のいくつかの局面において、最良の焦点面は、少なくとも部分的に、励起ビーム135により生成されそして色彩ボーダー710に集束された所定のサイズの反射光のスポットを使用して決定され得る。例えば、対物レンズ145は、励起ビーム135をある位置(図7Cにおいてスポット730として例示される)に集束し、そしてX軸の方向の弧(図7Bにおいて弓型経路250として例示される)に沿って走査する。スポット730は、色彩ボーダー710から反射され、この色彩ボーダー710は、この例において、100μmの幅を有すると例示的に仮定され得るが、種々の異なる幅が可能である。図7Bおよび7Cに例示されるこの例において、装置およびデータ674は、色彩ボーダー710の最も上のボーダーを横切る弓型経路250の単一の通過、続いて最も下のボーダーを横切る単一の通過による、スポット730からの反射光の強度に対応するデータを使用し得る。スポット730は、角度θ1340で色彩ボーダー710を横切り得、ここでθ1340は、0°〜90°の間の範囲、または90°〜180°の間の範囲の角度に対応し得るが、この角度は、それぞれ、0°および180°により近い角度である。例えば、角度θ1340は、以下に詳細に考察されるように、色彩ボーター710に対してほとんど接線方向であり得、多数のデータ点を生成し、そして傾きの値の計算を可能にする。この例において、傾きの値を計算するために使用される反射強度データは、スポット730が色彩ボーダー710を横切り始める点(スポット730’として示される)から始まり、スポット730の全直径がボーター710を横切りそしてボーダー710により完全に反射される点(730”として示される)までの反射強度値の範囲に対応し得る。
【0230】
比較の目的のために、関連分野の当業者は、例えば、スポット730が90°の角度で色彩ボーダーの平面を横切る場合、ビームが最初にこの平面を横切る点とこのビームがこの平面を完全に横切る点との間の所要時間は、この角度がこの平面に対してほとんど接線方向である場合よりも短いことを理解する。この例において、より短い所要時間の結果は、より少数のデータ点の収集であり、そして傾きの値の計算を可能にしない。以下でさらに詳細に記載されるように、多数のデータ点を有することは、種々の理由(反射強度データに固有の誤差の減少を含む)ために望ましくあり得る。
【0231】
一実施形態において、装置674により収集される反射強度データは、例えば、検出器192により測定された反射スポット730の強度を示し得る。例えば、関連分野の当業者は、以下でより詳細に記載されるように、励起ビーム135からの光が最も集中するビームのくびれにおいて、反射強度が最大であり得ることを理解する。さらに、色彩ボーダー710の上部または底部のいずれかを横切る弓型経路250の単一の通過から収集されたデータ点のセットからの強度範囲の下限は、スポット730が色彩ボーダー710の平面(すなわち、スポット730’)に部分的に重なる場合に収集したデータを示し得、そしてビームがこの色彩ボーダー710の平面(すなわち、730”)を完全に横切った場合の強度範囲の上限において最大になる。
【0232】
装置674により使用され得る方法の図式的な例は、図7Dに示される。この図式的な表現は、色彩ボーダー710を横切る弓型経路250の単一の通過から収集されたデータ点のセットを含み、これはグラフ上にプロットされ、プラトー型748を形成する線とフィッティングされる。このプラトー上の収集されたデータ点745は、上記のような最大測定強度のレベルに対応する。フィッティングされた線の傾き744は、ビームが最初に色彩ボーダー710の平面を横切る場合のスポット730’として示される点と、プラトー748の最大発光強度745の点との間の範囲について、装置674により計算され得る。装置674は、Z軸705における既知の位置について、最も上のボーダーおよび最も下のボーダーについての方法を独立して実施し得る。この例において、装置674は、上部の傾き744および下部の傾き744、ならびにZ705の位置を含み得る複数の値を保存する。関連分野の当業者は、X軸717における2つのより小さいピークが弓型経路250に起因して、最も下の色彩ボーダーから収集されたデータについてのグラフに関連し得ることを理解する。このような場合において、傾き744の計算は、無作為に選択されたかまたは1つ以上の特徴に基づいて選択されたかのいずれかの単一のピークにより行われ得るか、あるいは両方のピークの平均から行われ得る。
【0233】
一実施形態において、装置674は、多数の連続したZ705の位置について上で記載された方法を繰返し得る。例えば、装置674は、参照として有用であり得る最良の焦点面の外側であることが知られている距離で、この方法の最初の反復を実施し得る。装置674は、対物レンズ145とプローブアレイ240との間のZ軸705における連続した漸進的な距離で、この方法を繰返し実施し得る。次いで、装置674は、図7Eに例示されるように、各々のZ705の位置について計算された傾き744を、上部および下部から収集されたデータについての新たなグラフに独立して組み入れる。この例において、誤差を減少するために、傾きの値の上限および下限からデータ点を排除し、そして線を残りのデータ点にフィッティングすることが望ましくあり得る。1つの可能な局面において、計算のために使用されるデータ点は、範囲750に位置し得、この範囲750は、例えば、最大値の60%と70%との間の範囲を含み得る。次いで、装置674は、放物線770を計算し、そしてこれを範囲750内のデータ点にフィッティングし得る。この例において、最良の焦点面は、放物線770の最大高さ760に関連するZ軸の位置に対応し、この最大高さ760は、最小のビームスポットサイズが達成された場合の距離を表し、最高の測定強度に対応する。あるいは、いくつかの局面において、レーザースポットサイズが最小になる高さは、収集される反射レーザー光の量が1つ以上の光学素子の特徴に起因して最大になる高さでなくてもよい。その代わり、1つ以上のピンホールは、焦点高さが、光収集、濾光、および特定の発蛍光団により発光される波長の範囲に対するPMT応答の「最良のコンプロミス(compromise)」が達成される高さであるように、配置され得る。
【0234】
いくつかの実施形態において、例えば、トップ色彩ボーダーまたはボトム色彩ボーダーのいずれかであり得る第1色彩ボーダーを、最高の焦点面に持ってくるための、上記オートフォーカス方法を最初に実行することが所望であり得る。第2に、この方法の第1の反復で調節されない第2色彩ボーダーを最良の焦点面に持ってくるための方法を実行する。次いで、オートフォーカス方法は、第2ボーダーを調節している間、導入される誤差について補償するために第1色彩ボーダーで反復され得る。さらに、例えば、線770の形状を、所望の結果に関連する予期される形状を比較するために使用され得る畳込み法を使用することが望ましくあり得る。本明細書中で使用される場合、用語「畳込み法」とは、一般的に、別の関数f上でシフトしながら1つの関数gの重なりの量を表現する積分(従って、1つの関数を別の関数と「混ぜる」)を含む1つ以上の方法をいう。
【0235】
多くの局面において、対物レンズ145は、例えば、それらの点において一緒に結合される2つのコーン形状に似ることがあり得る収束ビーム/発散ビームと呼ばれるものを形成する。ビームのウェスト(コーンの先端が結合する位置)は、最良の焦点の平面として例示の局面に規定される最小スポットサイズに対応する。実行可能プログラム674は、最高の焦点を達成するために、輸送フレーム505の対応する要素を使用して、個々にまたは種々の組み合わせで、アレイの位置、Z705、ピッチ703およびロール700を調節し得る。プローブアレイ240が最良の焦点に近づいて動く場合、レーザースポットサイズは、トップボーダーおよびボトムボーダーについて最小のスポットサイズに接近する。一旦、オートフォーカス実行可能プログラム674が、このアレイが最良の焦点にあることを決定すると、Z705、ピッチ703またはロール700にさらなる運動は適用されない。例えば、オートフォーカス操作の完了の後に、プローブアレイカートリッジ720の位置に対して改変がなされた場合、実行可能プログラム674は、最良の焦点面に、プローブアレイ240を位置付け得るために、再びオートフォーカス操作を実行する。いくつかの実施形態において、アレイの動的焦点調節は、代表的には、走査の間、生じる必要がない。なぜなら、カートリッジ720がY707軸に沿って移動するので、焦点面が影響しないからである。
【0236】
オートフォーカス/オートゼロ実行可能プログラム674は、例えば、その操作を行うためのスキャナパラメータデータ677を局所的に保存し得る、多くのデータ変数を必要とし得る。スキャナパラメータデータ677の1つ以上の要素は、ライブラリファイル574;中間結果、ラブデータ、および画像データ401A;または他のリモートソースデータのようなリモートソースからインポートされていることがあり得る。実行可能プログラム674にパスされる多くの可能なデータ変数の1つの例は、実行可能プログラム674が、最良の焦点面にプローブアレイを正確に位置付けるために使用する物理的パラメータを規定し得るプローブアレイ型データであり得る。本例において、プローブアレイ型データ変数は、バーコードリーダー502によって実行可能プログラム674に提供され得るか、あるいは、例えば、エクスペリメンター475によって作成され、そしてバーコードアイデンティフィアーによって同定されており得る1つ以上のデータファイルに保存され得る。データ変数は、それらが実行するルーチンによって分類され得、これには、限定しないが、ボトム色彩の頂部縁部のY707位置、トップ色彩の底部縁部のY707位置、色彩ボーダー710の名目厚み、色彩ボーダー710の内側縁部から活性領域の縁部の距離、走査の幅、レーザー出力、PMTゲイン、Z705ステップサイズ、および色彩を検索するために使用されるZ705位置が挙げられ得る。当業者は、変数が1つ以上のカテゴリーに含まれ得、そして1つのカテゴリーでの変数の使用が、別のカテゴリーにおけるその使用を限定しないことがあり得ることを理解する。
【0237】
いくつかの代替の実施形態において、オートフォーカス操作の変数および他の局面が、スキャナコントロールおよび分析実行可能プログラム572によって保存および実行され得、コンピュータ350のシステムメモリ570に保存され得、そしてインプット−アウトプットコントローラ575を通るスキャナ400へ伝達され得る。変数および他の関連するデータはまた、いくつかの局面において、実験データ577、またはコンピュータ350上もしくはコンピュータから遠隔の他の記憶ストレージに保存され得る。例えば、いくつかのオートフォーカス操作は、プローブアレイ型に一部基づき得、そしてプローブアレイを適切な位置で扱うために、輸送フレーム505に送られ得る指示書を含む。本例において、他のオートフォーカス操作はまた、走査アームの移動の開始および制御、レーザー活性化および放射光の収集、放射光強度および最良の焦点面の計算が挙げられ得る。本例は、単なる例示のために提示され、そしていかなようにも制限することを意図しない。
【0238】
1つの実施形態において、実行可能プログラム674は、SN比として当業者に一般的に呼ばれるものを最大化するために、各プローブアレイの活性領域走査の前に、オートゼロ操作をさらに実行し得る。言いかえると、システム内のノイズと検出される放射からのシグナルとの間の差を向上させる。地方のラジオステーションまたはテレビステーション、同じ電源にプラグされた機器、「ダーティー」シグナルを運ぶ近くの導線、スキャナ400(例えば、PMT検出器)内の構成要素の暗電流、または他のノイズ源を含む、獲得されたシグナルの分解に影響し得る(すなわち、ノイズがシグナルの全てまたは一部をマスクし得る)ノイズ源が多く存在し得る。いくつかの局面において、オートゼロ操作は、オートフォーカス操作の後に実行され得るか、またはその逆である。
【0239】
ここで記載される実施形態において、スキャナ400は、非常に小さなシグナルおよび非常に大きなシグナルを検出し得る大きな動的範囲(すなわち、蛍光放射の低いレベルおよび高いレベルの検出)を有し得る。例えば、スキャナコンピュータ510は、65,000を越える異なるレベルの蛍光検出の検出を可能にする、16ビットデータ収集システム(16−bit data acquisition system)として、当業者に呼ばれるものを含み得る。ノイズからのシグナル出力の変動が測定され得、そして4〜8ビット(最小桁のビット(LSB)と一般的に呼ばれる)から、対照的な65,000に近いビット(最上位ビット(Most Significant Bit)と一般的に呼ばれる)の範囲であり得る。本例において、当業者が、検出器110、115、および180のチャネルオフセット値として一般的に呼ぶものを調節することは、このような変動を補償するための検出器からの出力を調節するためになされ得る。あるいは、いくつかの局面において、レーザー120のチャネルオフセット値を調節することが望ましくあり得る。当業者は、用語「チャネルオフセット」とは、一般的に、チャネル周波数と参照周波数との間の一定の周波数の差をいうことを理解する。いくつかの局面において、チャネルオフセットは、ノイズがゼロLSBに近いがゼロLSBよりも測定可能に上である(なぜなら、ゼロLSBより低い値は、測定できないからである)ように調整されることが望ましい。
【0240】
例えば、例示の目的のために、所与の時点に存在する変動が、正規分布またはガウス分布に従うことが想定され得る。従って、変動値の大部分が、存在する変動の全ての平均値近くに群がる。グラフにプロットした場合、その結果は、変動の平均値が曲線のピークにある、ベル型曲線のように見える。本例において、ガウス分布の1標準偏差は、ゼロLSBより下にあるピクセルの32%に等しくあり得る。平均からの3標準偏差は、ピクセルの変動の大部分が、ゼロLSBより下のピクセルの約0.3%未満を生じ、ゼロに近いが、測定可能に上である所望の実施形態を満足する。当業者は、用語「標準偏差」とは、全ての変動例が、データのセットの平均の周りにどれだけ密に群がるかをいう統計値を一般的にいうことを理解する。
【0241】
実行可能プログラム674によって行われるオートゼロ操作の1つの実施形態において、シャッター134は、閉鎖され、そしていくつかの場合において、フィルタホイール160は、検出器115に対する全ての光が遮断される位置に向けられる。次いで、シグナル192は、このシステムに存在する変動またはノイズを代表する。次いで、実行可能プログラム674は、従って、変動および調節シグナル192に、少なくとも一部基づいた計算を行う。例えば、全ての可能な光源が遮断された後に、検出器115のチャネルオフセットは、変動が0LSBより上に理論的に計算される点に設定され得る。検出器は、蛍光の60,000の読み値に等しいものを取り得、次いで、平均値が計算され得る。この値がゼロ以下である場合、オフセット値は、所定の増分(例えば、1以上の標準偏差値)だけ増加し、そして上記方法を使用して新しい読み値が読まれる。そうでない場合、平均値は、0より大きく、オフセット値は、測定される平均と測定された変動についての計算された標準偏差の3倍である値との間の差を含み得る実行可能プログラム674によって計算される値に基づいてさらに調節され得る。実行可能プログラム674は、この方法を繰り返し得、そしてチャネルオフセット設定が到達するまでチャネルオフセット値に対する調節を行う。ノイズ計算および補償のさらなる例は、米国特許第6,490,578号;および2002年11月25日に出願された、「System,Method,and Productfor Dynamic Noise Reduction in Scanning of Biological Materials」と題された、米国特許出願番号第10/304,092(これらのそれぞれが、その全体が全ての目的において本明細書中に援用される)に見出され得る。
【0242】
(オートローダー443):図8〜14は、スキャナ400のいくつかの局面とともに使用される自動カートリッジローダーの1つの可能な実施形態の例示的な例を提供する。オートローダー443は、カートリッジマガジン1000、カートリッジ輸送アセンブリ1105、冷却ストレージチャンバ960、および温熱(warm thermal)チャンバ940のような多くの構成要素を含み得る。1つの局面は、上セクションおよび下セクションを有する2片の構造として、オートローダー443の構築を含み得る。
【0243】
上部構造は、熱交換器925;ファン926;温熱チャンバ940(断熱部分927、およびチャンバ加熱要素959を含む);カートリッジマガジン1000(ハブ1003、コンパートメント1010、パーティション1002、および周囲のバンド1004を含む);ならびに絶縁カバー828(冷却保存チャンバ960を取り囲む)を備える構成要素を含み得る。下部構造は、リバーシブルローラー1106、作動構成要素1110および1113、ならびに平歯車1107を備えるカートリッジ輸送アセンブリ1105;ならびにエレクトロニクスのような構成要素を含み得る。これらの要素および他の要素の種々の構成および配置が可能であり、そしていくつかの要素が、代替の局面において、組み合わされるかまたは別の要素に分割され得ることが理解される。
【0244】
オートローダー443は、絶縁カバー828に覆われ得、絶縁カバーとしては、例えば、ユーザが個々のカートリッジおよびマガジン1000を装填または取り出しためのアクセスを可能にするための、ソレノイド作動ラッチおよび振動減衰ヒンジを備えるドアのような要素が挙げられ得る。いくつかの局面において、ソレノイド作動ラッチは、ファームウェア実行可能プログラム672からの指示に応答し得る。例えば、ファームウェア実行可能プログラム672は、スキャナ400が、任意の走査機能または操作を実行しない場合、任意の時点でアクセスを可能にするようにソレノイド作動ラッチに指示し得る。あるいは、ソレノイド作動ラッチは、エクスペリメンター475によって開始され得るファームウェア672によってコンピュータ350からの指示に応答し得る。本例において、エクスペリメンター475は、種々の理由(例えば、1つ以上のカートリッジ720またはマガジン1000を追加または取り除くため、あるいは、即時の走査のためにスキャナ400に直接的にプローブアレイカートリッジを導入するため)のために、スキャナ400の操作を妨害することを所望し得る。エクスペリメンター475は、ファームウェア実行可能プログラムに、1つ以上の操作を妨害し、そしてソレノイド作動ラッチを解除するように指示するために、コンピュータ350を使用し得る。エクスペリメンター475が所望のタスクを完了した後に、ユーザ475が、コンピュータ350を介して、1つ以上の操作を再開するために、ファームウェア実行可能プログラム672を可能にする選択をし得る。
【0245】
この実施形態のいくつかの特徴としては、アレイ保存環境の1つ以上の環境パラメータを制御することによって、比較的長い期間(例えば、16時間またはそれ以上)、プローブアレイの生物学的完全性を保存することが挙げられる。また、スキャナ400の通常の操作を妨げる電源異常または誤りの状態の場合に、オートローダー443は、ユーザに異常を示し得、そして無停電電力システムを使用して、冷却保存チャンバ960および/または温熱チャンバ940内のすべてのプローブアレイについての保存温度を維持し得る。この実施形態の他の特徴としては、スキャナ400に輸送する前に、スキャナ400の内部環境と同じ温度に、プローブアレイカットリッジ720を予め加熱することが挙げられ得る。
【0246】
上記特徴は、複数のプローブアレイカートリッジ720を温度制御された保存環境からスキャナ400に、組織化されそして効率的な様式で移動させ、そして、カートリッジを、画像化に続いて、温度制御された保存環境に戻すための、任意の機器および技術を提供する。カートリッジを保存するための最適な温度は、種々であり得るが、代表的には、好ましくは、2℃〜15℃の範囲の温度を含み得る。図9は、スキャナカバーを通して挿入され得、そして自己保持浮遊(self−retaining floating)ハードウェアと留められ得る、複数の突起(boss)によって固定されるスキャナ400の上に配置されるオートローダー443の例示的な例を提供する。1つの実施形態において、オートローダー443は、スキャナ400からのその電源を受け取り得ることを可能にする。スキャナ400とオートローダー443との間の電気的接続の1つの可能な方法は、スキャナカバーにおける専門の開口部を通って通過し得、そしてスキャナ400内の内部電源に接続され得るシールドを含み得るブラインドメートコネクター(blind−mate connector)と一般的に呼ばれるものを含み得る。オートローダー443の代替の実施形態は、オートローダー443専用の独立電源または他の電源方法を含み得る。
【0247】
この実施形態はまた、冷却保存チャンバ960に冷却を提供し得る熱交換器925を備え得る。多くの局面において、ハイブリダイズされるプローブアレイ生物学的完全性を維持するために、温度範囲(例えば、2℃〜15℃の間の範囲)を維持することが所望され得る。ファン926は、マガジン1000内に位置付けられた1つ以上のアレイカートリッジ720の周りの熱交換器925からの冷却空気を循環し得ることを可能にする。本発明の1つの実施形態において、1つ以上のサーモスタットが、プローブアレイカートリッジ720の周りの空気の温度測定、および/またはスキャナ400の内部環境に関連する周囲空気温度の温度測定をファームウェア実行可能プログラム672に提供することを含み得る。ファームウェア実行可能プログラム672は、必要に応じて交換器925を作動させて、所望の温度を維持し得、そしてさらに、プローブアレイカートリッジ720が、1時間以内に所望の温度に冷却され得るように十分な冷却を提供し得る。代替の実施形態は、例えば、赤外検出器を使用して、プローブアレイカートリッジ720の温度を測定するような、より直接的な温度測定の手段を含み得る。赤外検出器は、当業者に公知なように、特定の位置からの温度を検出し、そして特定の温度範囲に戻され得、その結果、空気または他の供給源からの熱ノイズが測定に影響しない。例えば、赤外温度検出器は、プローブアレイカートリッジの温度を具体的に読むための、そのプローブアレイカートリッジとの物理的接触を必要としなくても良い。赤外検出器は、その位置における温度を検出するためのプローブアレイ上の特定の位置に向けられ得る。本例において、赤外検出器は、プローブアレイカートリッジかによって放射される赤外エネルギー(すなわち、熱エネルギー)を検出する。
【0248】
また、温熱チャンバ940を冷却保存チャンバ960から分離することを可能にし得る断熱パーティション927がまた、図9に示される。1つの局面において、断熱パーティション927は、カートリッジマガジンハブ1003と半径方向で整列し、そしてパーティション1002と整列する。適切に位置付けられた場合、パーティション927、パーティション1002、および絶縁カバー828の間にシールが形成され、従って、温熱チャンバ940および複数のコンパートメント1010をマガジン1000の残りから断熱する。ファームウェア実行可能プログラム672は、チャンバ加熱要素950を使用して、温度コントロールを温熱チャンバ940に提供し得る。例えば、加熱要素950は、循環ファン、および空気を加熱するためのヒートシンクまたは抵抗ヒーターと呼ばれ得るものを備え得る。本例において、チャンバ940は、例えば、10分以下の時間内に、チャンバ940内の1つ以上のプローブアレイカートリッジが、その温度に温められ得るように、複数のプローブアレイカートリッジを迅速に加熱し得ることが可能である。
【0249】
ここで記載される実施形態において、冷却保存チャンバ960からの先に冷却された空気は、チャンバ加熱要素950によって使用され得る。先に冷却された空気によって、温熱チャンバ940が、プローブアレイカートリッジ720の表面に凝縮が形成するのを防ぐことを可能にし得る。暖かい空気が、冷たい空気よりも多くの水蒸気を保持し得るので、空気がどれだけ冷却されるかに依存して、冷却は、しばしば、ある程度の水蒸気を空気から失わせる(すなわち、ドライヤーになる)。多くの局面において、画像の歪みおよび/またはスキャナオプティクスおよび検出器100の視野からのプローブアレイ特徴の妨害を含む、種々の理由のために、凝縮を防ぐことが望ましくあり得る。
【0250】
温熱チャンバは、1つの実施形態において、複数のプローブアレイカートリッジ720を保持するようにされ得ることが可能である。複数のカットリッジを保持することは、スキャナ400に装填される前に、プローブアレイカートリッジの温度が、冷却保存チャンバ960の温度を温熱チャンバ940の温度に変化するのに十分な時間を提供し得る。例えば、温熱チャンバ940は、2つのプローブアレイカートリッジを保持する能力を有し得る。本例において、第1カートリッジは、装填点上に位置付けられ得、そして輸送アセンブリ1105によってスキャナ400に装填され得るが、第2カートリッジ720は、温熱チャンバ940の待ち位置に留まる。第1カートリッジは、輸送アセンブリ1105によってスキャナ400に装填され得、その後、走査操作の完了後に戻され得る。次いで、ファームウェア実行可能プログラム672は、第1カートリッジが、ここで、温熱チャンバ940から出て、冷却保存チャンバ960に移動するように、コンパートメント1010の1つの位置によって、マガジン1000を進ませ得る。チャンバ940内の待ち位置にあった第2カートリッジは、温熱チャンバ940の温度に温められ、そして装填位置に移動された。新規な第3カートリッジは、温熱チャンバ940を、冷却保存チャンバ960から待ち位置に入れて、そして加温を始めた。先の例は、例示のみの目的であり、そして当業者は、多くの改変が存在し得ることを理解する。
【0251】
温熱チャンバは、冷却保存チャンバ960に関して、上記と類似の温度測定方法を使用し得る。プローブアレイカートリッジの温度を測定するための赤外線検出器を使用する先の例に戻って、プローブアレイカートリッジの温度は、正確に測定され、そしてこの情報が、ファームウェア実行可能プログラム672に迅速に中継される。これによって、ファームウェア実行可能プログラム672が、理想限界を越え得る瞬時の(minute)温度変動に応答し得る。従って、プローブアレイカートリッジを過熱する可能性を減少させ得、そしてより高い空気温度が、プローブアレイカートリッジをより迅速に加熱するために使用され得る。本例において、赤外検出器は、プローブアレイカートリッジ720上の複数の可能な位置(プローブアレイ上のガラス、マガジン1000に装填された場合のプローブアレイカートリッジの外側露出縁部の頂部または底部、基部1314のさらなる開口部を通って観測され得るプローブアレイカートリッジの底縁部、またはプローブアレイカートリッジの他の位置)に向けられ得る。
【0252】
1つの実施形態において、ファームウェア実行可能プログラム672は、オートローダー443に、複数の異なるモード間でその走査のモードを変更するように指示し得、ここで、各モードが、異なる有用性および操作パラメータを有し得る。例えば、オートローダー443は、マガジン1000に含まれる全てのプローブアレイカートリッジが走査された後に、走査モードから長期保存モードに変更され得る。本例において、オートローダー443が、長期保存モードに入った場合、加熱要素1550は、切られ、そしてカートリッジマガジン1000は、マガジン1000に含まれる全てのプローブアレイを等しい冷却温度にするために、コンパートメント1010の1つ以上の位置によって、周期的に進む。モードを変えるための能力によって、ユーザは、データ収集プロセスも、生物学的サンプルの完全性も損なうことなく、1つ以上の実験を設定し、そしてそれを長期間そのままにすることが可能である。ユーザは、実験データ577の1つ以上の実験パラメータを設定および保存するためにコンピュータ350を使用し得、この実験データは、次いで、スキャナ制御および分析実行可能プログラム572が、ファームウェア実行可能プログラム672に提供され得る。
【0253】
図10は、1つの実施形態において、オートローダー443から除去され得るカートリッジマガジン1000の例を説明する。マガジン1000は、一定範囲の1つ以上のカートリッジを保持し得ることが可能である(例えば、1〜100個の範囲のカートリッジが可能である)。もっとも、多くの他の可能な範囲が存在することが一般的に理解される。例えば、いくつかの実施形態は、32〜48個のカートリッジを保持するカートリッジマガジンを備え得る。マガジン1000のさらなる構成要素および特徴は、プローブアレイカートリッジ720間の分離を保持し、そして維持するパーティション1002を含み得る。マガジンが、例えば、マガジン1000に含まれる1つ以上のプローブアレイカートリッジを同定し、実験または他の型の情報を同定するために使用され得る、関連するバーコードアイデンティフィアーを有するバーコードを備えることが望ましくあり得る。1つの実施形態において、コンパートメント1010のそれぞれは、単一プローブアレイカートリッジを保持し得るが、代替の局面は、2、3、またはそれより多くのプローブアレイカートリッジを保持するコンパートメント1010のそれぞれを含み得る。パーティション1002によって提供される分離は、物理的分離および熱的分離を含み、ここで、パーティション1002は、コンパートメント間の熱障壁として作用し得る。別の構成要素は、マガジンの垂直軸上にカートリッジの回転中心があるマガジン1600の中心にハブ1603を備える。また、周囲のバンド1604が、マガジン1600に支持構造を提供するカートリッジパーティション1602を取り囲む。
【0254】
プローブアレイカートリッジ720は、マガジン1000内で垂直にまたは水平に配向され得、そして互いに連続的な関係なしで装填され得る。例えば、スキャナ400は、ファームウェア実行可能プログラムが特定のプローブアレイカートリッジ720を同定するために使用し得る、バーコード標識1500から1つ以上のバーコードアイデンティフィアーを読むことができるバーコードリーダーを含み得る。また、本例において、コンパートメント1010のそれぞれが、プローブアレイカートリッジを含むことは、必要とされない。オートローダー443は、例えば、ファームウェア実行可能プログラム672が、マガジン1000の空の位置を認識し、そしてスキップし得ることを可能にする光学センサのような1つ以上のセンサを備え得る。
【0255】
いくつかの実施形態において、カートリッジマガジン1000は、プローブアレイカートリッジ720の配向および移動について、種々の異なる方法を実行し得る。例えば、プローブアレイカートリッジ720は、カートリッジの側方縁部の一方上で、マガジン1000中に水平に配向され得る。別の実施例において、このカートリッジは、異なる様式のマガジン中に存在し得、ここでこのカートリッジは、カートリッジの前面または背面上に平らに横たわるように、配置される。このマガジンは、カートリッジが、カードデックのように垂直に積み重ねられ得るように、構築され得る。本実施例において、カートリッジは、スタックの底から走査操作のために取り出され得、スタック中の残りのカートリッジを、1つの位置によって下に進める。取り出されたカートリッジは、次いで、このスタックの上端に配置し戻され得るか、あるいは異なるスタックに添加され得る。
【0256】
パーティション1002、ハブ1003およびバンド1004を備えるカートリッジマガジン1000は、プラスチック、金属またはこれらの組み合わせ、あるいは他の適切な材料から構築され得る。例えば、1つの実施形態は、ABSのような注入成形プラスチックの単一片として備えられる、ハブ1003、パーティション1002および周囲バンド1004を備えるカートリッジマガジン1000を含み得る。
【0257】
図11は、カートリッジ輸送アセンブリ1105内に配置されるカートリッジ720の図示である。カートリッジ輸送アセンブリ1105は、逆転可能なローラ1106を備え、逆転可能なローラ1106は、カートリッジ720を操作する。平歯車1107は、モータ(示さず)によって駆動されて、ローラ1106の動きに動力を供給する。フロントプレート1108、サイドプレート1110およびリアプレート1111を備えるハウジング、ならびにローラ1106によるカートリッジ720の捕捉および放出を活動的にする作動構成要素1113。マガジン1000と同様に、カートリッジ輸送アセンブリ1105は、種々の材料から構成され得る。このような材料としては、プラスチック、金属もしくはこれらの組み合わせまたは他の適切な材料が挙げられる。例えば、プレート1108、1110および1111、ならびにローラ1106および作動構成要素の部品は、アルミニウムまたは他の種類の金属から構成され得、一方、エレメント(例えば、平歯車1107および/またはローラ1106の部品)は、プラスチックから構成され得る。
【0258】
図12においてさらに図示したのは、カートリッジ720とローラ1106とがどのように相互作用し得るかの例である。図示した例では、ローラ1106は、作動構成要素1113によってプローブアレイカートリッジ720の1以上の基準特徴に向かって延びて1以上の基準特徴に係合していてもよい。第一の方向でのローラの動きは、カートリッジを下方に推進し、一方、逆の方向でのローラの動きは、カートリッジを上方に推進する。ローラ1106は、プローブアレイカートリッジ720から作動構成要素1113によって離脱して引っ込められ得る。1つの実施形態では、逆転可能なローラ1106は、マガジン1100とスキャナ400との間を横切って、プローブアレイカートリッジ720を逆転可能に移動させ得る。
【0259】
図13および図14は、カートリッジ輸送アセンブリ1105と、カートリッジマガジンベース1314と、カートリッジマガジン1000との間の相互作用の、図示による例をさらに提供する。カートリッジマガジンベース1314は、溝穴1315を備えており、溝穴1315は、ローディング位置と関連していて、選択されたプローブアレイカートリッジの通過用通路を、マガジン1000とスキャナ400のカートリッジホルダー1600との間に提供し得る。カートリッジマガジンベース1314は、仕切り1002とともに、1以上のプローブアレイカートリッジを適所に支持して保持するのを可能にする。プローブアレイカートリッジ720を溝穴1315上のマガジンローディング位置に配置した場合、プローブアレイカートリッジ720は、スライディングドア1316によって下側に支持され得る。ファームウェア実行可能プログラム672の制御下で、スライディングドア1316は、輸送アセンブリ1105によるプローブアレイカートリッジの通過をブロックしてもよく、通過を可能にしてもよい。例えば、ファームウェア実行可能プログラムは、逆転可能なローラ1106に延びてプローブアレイカートリッジ720と係合し得る。この例では、ローラ1106は、閉じた状態でスライディングドア1316を用いてカートリッジマガジンベース1914のレベルよりも上に到達するのが可能にされ得、そしてプローブアレイカートリッジ720の1以上の基準特徴に係合し得る。次いで、ファームウェア実行可能プログラム672は、スライディングドア1316を作動させるようにリニアモータ1423に指示して、スライディングドア1316が開くことおよびローラ1106がプローブアレイカートリッジの位置を制御することを可能にし得る。次いで、ファームウェア実行可能プログラム672は、プローブアレイカートリッジを輸送アセンブリ1105を通ってスキャナ400へと推進するようにローラ1106に指示する。一旦プローブアレイカートリッジ720がスキャナ400中に適切に配置されたら、そして/またはカートリッジホルダー1600によって受け取られたら、ファームウェア実行可能プログラム672は、プローブアレイカートリッジから離れて引っ込むようにローラ1106に指示する。ローラ1106もまた、ファームウェア実行可能プログラム672によって指令されたように、上記と同様の様式でスキャナ400からプローブアレイカートリッジを受け取って、プローブアレイカートリッジをマガジン1000の同じかまたは異なる区画1010へと戻すことが可能にされ得る。
【0260】
図13および図14においてさらに図示したのは、ハブベース1317であり、ハブベース1317は、ハブ1003の下に配置されており、ハブ1003はさらに、タイミングベルト滑車(示さず)に連結されたシャフトに取り付けられていてもよい。タイミングベルト滑車は、マガジン1000を前進させる目的で、タイミングベルトを介して、モータ(例えば、リニアモータ1423または他の何らかのモータ)によって駆動され得る。さらに、ピン1318を提供することによって、カートリッジマガジンベース1314の位置的配向を維持して、その結果、カートリッジマガジン1000が前進した場合に溝穴1315(それゆえ、ローディング位置)が移動しないようにし得る。
【0261】
例えば、カートリッジマガジン1000は、カートリッジマガジン1000をその垂直軸の周りで回転させることによって、第一の選択されたカートリッジを溝穴1315上のローディング位置に前進させる。センサ(例えば、プローブアレイカートリッジがローディング位置に適切に配置されるのを確立する、光学センサまたは他のタイプのセンサ)を備え得る。カートリッジは、カートリッジ輸送アセンブリ1105を通して下げられて、ローラ1106によってスキャナ400中へ入れられ得る。スキャナ400の操作が完了した後、プローブアレイカートリッジは、スキャナからマガジン1600内のローディング位置へと逆転して輸送される。マガジンは前進し、第一のプローブアレイカートリッジがローディング位置から動き、そして第二のプローブアレイカートリッジがローディング位置へと動き、ローディング位置で、プローブアレイカートリッジは溝穴1315およびローラ1106の上に配置される。
【0262】
当業者は、プローブアレイカートリッジの保存および自動輸送について多くの可能な方法および構成要素が存在することを認識する。2つの例は、米国特許第6,511,277号(発明の名称:「CARTRIDGE LOADER AND METHODS」);および米国特許出願第10/180,588号(発明の名称:「Cartridge Loader and Methods」、2002年6月26日出願)に記載される。これらは両方とも、その全体が全ての目的のために本明細書中に参考として援用される。
【0263】
いくつかの実施形態では、オートローダー443の使用を伴わずにスキャナ400が操作されることが所望および/または要求され得る。スキャナ400の1つの実施形態は、ユーザが1以上のプローブアレイカートリッジ720を手動でローディングおよび/またはアンローディングすることを可能にするエレメントを備える。備えられるエレメントはまた、オートローダー443の使用を伴って作動する。例えば、エレメントは、ドアを開け閉めするためにモータを使用しない受動的ドア機構を備え得る。その代わり、ユーザまたはオートローダー443の実行は、手動でドアを作動させ得る。さらに、ドアはまた、スキャナのハウジング内に凹所にあって、不適切な時に開く可能性を制限してもよい。
【0264】
スキャナの較正:スキャナを較正して、画像データの適切な取得に影響を与え得る構成要素の変動を補償することが多くの実施形態において望ましい。このような変動としては、機械的磨耗または1以上の光学素子への変化によって引き起こされる変動が挙げられ得る。関連分野の当業者は、多くの光学素子が、種々の要因によって(温度の変動、機械的磨耗、構成要素の不完全性、物理的損傷によって引き起こされるわずかな変化または他の種々の可能な要因を含む)影響を受け得ることを認識する。1つの局面では、スキャナ400は最初に、工場で較正されて、現場の慣用的なサービスにおいて再度較正され得る。あるいは、または上記の局面に加えて、較正操作は、各スキャンの前もしくは間に、スキャナの慣用作業であるパワーアップの間に、または他の頻繁な間隔で自動的に実施され得る。1つの実施形態では、スキャナ400は、機械の動きの空間的特徴ならびに光学的特徴について較正される(光路(light path)の計算の集光構成要素および半径の較正を含む)。さらに、同じまたは他の実施形態では、スキャナ400は頻繁に、最も正確な画像を提供するために較正され得、ここで、較正手順は、ユーザによる開始も介入をも必要としない。
【0265】
画像強度の較正についてのいくつかの可能な補償機構の例は、増倍型光電管のゲイン調整、レーザーの出力調整、または光学機器および検出器の他の調整を含み得る。同様に、1ピクセル未満までエラーを減らすための機械的補償は、アーク中での特定の点での走査アームの速度の調整、輸送フレーム505の動きの調整、スキャナファームウェア実行可能プログラム672またはスキャナコントロールおよび分析実行可能プログラム572(例えば、インプリメンテーションAffymetrix(登録商標)Microarray SuiteおよびAffymetrix(登録商標)GeneChip(登録商標)Operating System)によって獲得した画像データに対する、算出された補正を含み得る。
【0266】
1つの可能な局面では、較正特徴442を用いて、スキャナ400を較正し得る。例えば、較正特徴442は、プローブアレイカートリッジ720と同様の様式で、カートリッジにおいて収容され得、そしてスキャナ400中に挿入され得る。較正特徴442は、複数の較正アレイまたは構成を含み得、これらは各々、プローブアレイ240のガラスおよび/または基板の内表面に配置された種々の幾何学的色彩、蛍光または他の型の特徴を含み得る。例えば、1つの実施形態は、較正特徴442がプローブアレイ240と同じ平面にあるように、較正特徴442の配置を含み得る。この例では、較正特徴442は、色彩特徴のパターンを含み得、ここで、蛍光性参照媒体は、色彩特徴のパターンの頂部に沈積され得、そしてスキャナ400にローディングされ得る。スキャナ400は、カバーガラスを通して蛍光参照媒体の励起波長で走査することによって較正走査を行う。スキャナ400の1以上の検出器は、参照媒体から発光を受け取り、ここで、色彩特徴からの反射光は、参照媒体の蛍光発光をマスクする。従って、色彩パターンは、スキャナ400を較正するためのネガ画像として用いられ得る。スキャナ400はあるいは、色彩特徴からの反射光を、色彩パターンをポジ画像として用いることを可能にする励起波長で検出することによって、較正特徴を画像化し得る。さらに、スキャナ400が、記載の較正走査を行うにつれ、強度データおよび位置データの両方が、デジタルデータとしてメモリ中に記録される。強度データは、蛍光発光および/または散乱反射光に基づき得、そして位置データは、色彩特徴の画像データ、検流計変換器515からのデータ、および/または例えば、較正データ576中に保存され得る、色彩特徴の既知の位置データを含み得る。
【0267】
当業者は、較正特徴442の幾何学的特徴が、種々の較正方法について種々の異なる形状で構築され得ることを認識する。例えば、水平直線性較正といわれ得る1つの実行可能プログラムは、格子または梯子のパターンで基板上に配置される較正特徴442を含み得る。梯子パターンは、既知の特徴の色彩エレメントから構築され得る。この既知の特徴は、各々のバーが等しい間隔をあけて水平パターンに配置された一連の垂直バーに似ていてもよい。この例では、前端の位置およびバーの各々の幅が正確に既知であることが所望され得る。あるいは、同様の配置は、水平パターンの代わりに、または水平パターンに加えて、垂直パターンに配向した格子または梯子のパターンのバーを含む、垂直直線性較正といわれる配置のために用いられ得る。関連分野の当業者は、用語「直線性較正」とは一般に、1以上の直線軸におけるエラーの修正のための方法をいうことを認識する。例えば、水平直線性修正方法は、取得した画像におけるX軸のピクセルの位置のエラーを修正することを含み得る。
【0268】
上記の例に続いて、1以上の直線性較正アレイは走査され得、そして画像パターンは、検流計位置変換器515からの位置データとともに取得され得る。次いで、較正実行可能プログラムおよびデータ676は、較正特徴442の画像位置、検流計位置および較正特徴442の前端の既知の位置を比較し得、そして取得した画像の各ピクセル位置についての1以上の画像の修正値を含むエラー表を生成し得る。較正実行可能プログラムおよびデータ676は、エラー表に少なくとも部分的に基づいて、プローブアレイ240の取得した画像における各ピクセルの配置を補正し得、このエラー表は、例えば、特定のピクセルが(例えば、アレイ上の異なる、しばしば移動した位置を伴うデータベースまたは他のデータ保存形式に関連して)全体または部分的なピクセル増分の分だけ、X軸またはY軸でプラス方向またはマイナス方向に「動かされる」ことを指定し得る。直線性修正の方法は、図20〜図22を通して図示した方法を参照して、以下にずっと詳細に記載される。
【0269】
また、実行可能プログラムは、プローブアレイ240の組み込まれたエレメントとして較正特徴442を含み得る。例えば、プローブアレイ240のいくつかの実施形態は、生物学的サンプルと特定のプローブとのハイブリダイゼーションの効率を決定する目的のために用いられる1以上の特徴を含み得る。この特定のプローブは、実験プロトコルの間に標的分子を検出し得るか、または高レベルで発現されることが公知の1以上の遺伝子(例えば、細胞構造に重要な遺伝子(β−アクチンを含み得る)など)からのmRNAシグナルを検出し得る。この例では、1以上の特徴の画像品質は、実験の間に存在するハイブリダイゼーション条件と関連し得る。さらに、1以上の特徴は、ハイブリダイズしたプローブから発光された修正光を用いた、光学機器および検出器100の1以上のエレメントの幾何学的較正方法および/または修正発光強度較正方法のアンカー位置として用いられ得る。
【0270】
代替の例では、プローブアレイ240の活性領域における生物学的プローブは、スキャナ400を較正するために役立ち得る。1つの可能な利点としては、実験データを収集するために用いられるのと同じ蛍光タグを用いることによってスキャナ400を較正することが挙げられる。従って、同じ蛍光タグを利用することによって、較正方法の精度は、異なる発蛍光団の特徴的な発光スペクトルによって引き起こされる変動を除去することによって改善される。幾何学的較正のための表は、既知の方法によってプローブアレイ特徴の中心のピクセル位置を見出し、そしてプローブ特徴のその中心のピクセルの既知の位置に対して、X軸およびY軸上にグラフにプロットすることによって構築され得る。測定位置と既知の期待位置との間の相違は、エラー修正値として算出され、そして(例えば、較正実行可能プログラム676中に保存され得る)表に入れられる。強度較正は、一致したプローブおよび不一致のプローブと言及され得るものからの測定発光の比を用いることによって、この例において行われ得る。
【0271】
さらに、較正特徴442は、水平直線性較正方法および垂直直線性較正方法の両方の有効性を確認するために用いられ得る1以上の較正アレイを含み得る。例えば、1以上の較正アレイは、グリッドパターン(例えば、プローブアレイ240の生物学的プローブ特徴に同様に対応するグリッドパターンなど)の位置に完全に対応するパターンを提供するアレイを含み得る。パターンがスキャナ400によって画像化され、そして画像修正方法が適用された後、グリッドパターンは、画像に配置され得る。次いで、ユーザは、グリッドが画像に適切に整列されたか否かを視覚的に見得、そして例えば、適切に配列していなかったら、スキャナ400は、水平直線性および/または垂直直線性について再度較正され得る。
【0272】
較正特徴442はまた、ロール700およびピッチ703に関する機械的エラーまたは他の型のエラーの較正のための1以上の較正アレイを含み得る。例えば、ロール700およびピッチ703の較正は、種々の方法によって実施され得る。1つのこのような方法は、完全に平坦であることが既知であるかまたは試験チップに関連したロールおよびピッチエラーが正確に測定されたかのいずれかであるプローブアレイカートリッジ720と同様にハウジング中に配置された較正アレイを用いることを含む。測定方法は、プローブアレイ240の基準特徴(例えば、色彩の境界710など)を用いることまたはさらなる参照標的をプローブアレイ240上もしくはその周囲の特定の位置に配置することを含み得る。特定の位置は、プローブアレイ240の角を含み得、ここでは、他の特徴(例えば、アレイの曲率または検流計アーム回転平面149に対して垂直である平面において完全に平坦であるプローブアレイのエラーを生じ得る他の局面)に加えて、プローブアレイ全体のロールおよびピッチが測定され得る。この例では、測定された較正アレイは、スキャナ400中に配置され得、そして機器を較正して、スキャナ400の機械的構成要素に関連したロールおよびピッチエラーについて修正するために用いられ得る。
【0273】
代替の例では、較正特徴442は、プローブアレイカートリッジ720が存在しない場合画像化され得るように、輸送フレーム505上に直接配置され得る。磨耗に耐性でありそして光脱色剤(photo bleaching)と通常言われる耐久性蛍光材料は、較正特徴のための媒体として用いられ得る。
【0274】
いくつかの局面では、較正特徴442は、参照媒体として用いられ得る、較正スライドまたは較正アレイ上に配置された既知濃度の発蛍光団を含み得る。較正特徴442は、スキャナ400の各々を互いに関して較正する目的のために、複数のスキャナ400によって走査され得る。1つの実施形態では、較正アレイ上の発蛍光団は、生物学的実験において用いられる発蛍光団と同じ蛍光特性を有する。例えば、生物学的実験において用いられる同じ発蛍光団(例えば、フィコエリトリンが挙げられ得る)は、較正アレイ上の蛍光標準として用いられ得る。あるいは、他の型の発蛍光団は、較正アレイ上での使用のために好適であり得る。なぜなら、分子の長期安定性、光脱色剤の特徴、または較正手順において使用するために所望され得る他の要因を含み得る、種々の要因のためである。この例では、代替の発蛍光団は、カプトン(kapton)、または、あるいは関連分野の当業者が量子ドットナノ結晶(quantum dot nanocrystal)というものを含み得る。用語「量子ドット」とは、この文脈で、無機蛍光ナノ結晶を一般的にいい、そしてそれらの長期安定性、低い光脱色性、ならびにそれらの蛍光同調性によって、いくつかの局面で好適であり得る。例えば、均一に分布した単一量子ドットのアレイは、スピンキャスティングとして公知の自己アセンブリ法といわれ得る方法を含め、関連分野の当業者に公知の方法によって製造され得る。較正アレイ上に配置される量子ドットの数は、1量子ドットあたりの蛍光の発光した光子の数が、測定された蛍光を用いて算出され得るように算出され得る。次いで、1量子ドットの計算値あたりの放出された光子は、ゲイン較正、機器ごとの較正または他の較正方法のために用いられ得る。
【0275】
さらに、いくつかの実施形態では、測定された強度エラーは、(オートゼロ操作を参照して上記に記載されたような)増倍型光電管からのノイズの量の測定、レーザーの量子効率の測定、または二色性ミラーの透過効率の測定のための方法を用いて取得され得る。量子効率は、エネルギー出力の、レーザーへのエネルギー入力に対する比の測定値として手短に定義され得、ここで、この比の値が低いほど、レーザーの効率がよい。二色性ミラーの透過効率は同様に、鏡を通過するかまたは鏡によって反射されるのが可能である特定の波長の光の量の測定値として定義され得る。各構成要素は、必要な場合、最適な(opitmal)スキャナ性能を達成するために較正または置換され得る。
【0276】
直線性較正データの使用の取得、保存および方法のための1つの実施形態の例示的な例は、図20〜図24に提供される。例示的な方法が水平直線性の場合のX軸、そして垂直直線性の場合のY軸の両方に適用され得ることが、関連分野の当業者によって認識される。さらに、+/−1ピクセル未満の標準位置エラーを達成するために直線性修正方法を適用することがこの実施形態において所望され得る。用語「位置エラー」は、本明細書中で使用される場合、画像における適切な位置でのピクセル強度データの配置に関連したエラー値をいう。例えば、1ピクセルの位置エラーは、ピクセル強度データの配置が、画像中の適切な位置から1ピクセルより多く離れて配置されるべきでないということを意味する。
【0277】
1以上の直線性修正表の作成のための例示的な方法を図22に図示し、関連した関数のブロック線図を図20A、図20Bおよび図21に図示する。ステップ2205は、この方法の出発点を表し、ここで、較正画像アクチュエータ2057は、較正特徴442上でのライン走査を開始し、較正シグナル196の強度を規則的な間隔でサンプリングする(例えば、8〜10ピクセルまたは他の数のピクセル毎にサンプリングする)。較正データ生成器2050は、較正シグナル196を1以上の走査線から受け取り得る。図21にさらに図示するように、ピクセル位置決定器2110は、変換器515からの検流計アーム位置データに少なくとも部分的に基づいて、画像の中心位置に最も近い較正特徴を決定する。決定基2110は、決定された中心較正特徴を参照位置として用い得る。
【0278】
中央較正特徴を決定するための方法と同様の方法を使用して、ピクセル位置決定器2110は、ステップ2215に示されるように、中央位置に対する各較正特徴の前端のピクセル位置を決定する。ステップ2220は、ピクセル位置相関器2120が、ステップ2215由来の決定されたピクセル位置を、較正特徴データ2030に保存された各較正特徴の対応するエッジの実際の位置データと相関させるステップを例示する。位置および誤差データ表生成器2150は、ステップ2230に示されるように決定されたピクセル位置と実際のピクセル位置との間の差異を各特徴の前端位置についての誤差データとして計算し、そして中間較正データ2153を構築する。
【0279】
ステップ2240に示されるように、中間較正データ2153は、ピクセルオフセット決定器2160によって受け取られる。決定器2160は、データ2153の決定された中央ピクセル位置を使用して、表中の各ピクセル位置についてのピクセルオフセット位置を割り当て得る。このピクセルオフセット位置は、参照地点からの(+)または(−)方向で、これらの位置関係に基づいて同定され得る。本実施例において、(−)方向は、走査の開始位置に向かい、そして(+)方向は、終了位置に向かうが、他の代替物が存在することが当業者によって理解される。
【0280】
いくつかの実施形態において、上の実施例において記載されるように、反射強度は、定期的な間隔(すなわち、8〜10ピクセルごと)でサンプリングされ得、従って、データ2153は、各ありうるピクセル位置を示すピクセルオフセット値および関連する誤差補正値を含まないかもしれない。較正データ表2010の1つの実施形態は、各ありうるピクセルオフセット位置に対応する誤差補正値を含む。データ2153中の決定されたピクセルオフセット位置および関連する誤差補正値は、ステップ2250に示されるように、ピクセルおよび誤差補正補間器2270によって受け取られ得る。補間器2270は、データ2153中に含まれないピクセルオフセット位置についての誤差補正値を補完し得る。例えば、データ2153は、ピクセルオフセット位置0、−5、−12、および−21を含み得、これらは各々、関連する誤差補正値を有する。本実施例において、ピクセルオフセット位置−1〜−4についての関連する誤差補正値は、データ2153のピクセルオフセット位置0および−5についての関連する誤差補正値に少なくとも一部基づいて補間されなければならない。一方で、ピクセルオフセット位置−6〜−11に対応する異なるスケールの補間された誤差補正値が、より大きい範囲のピクセルオフセット位置および関連誤差補正値に少なくとも一部基づいて、計算され得る。従って、較正データ2010中の誤差補正値間の直線関係は存在し得ない。さらに、誤差補正値は、異なる補正ピクセル位置に、ピクセル強度値の一部を分配することを含み得る。本実施例において、得られたデータは、較正データ表2010において示され得、この表は、プローブアレイ240の任意の局面のためのピクセルオフセット位置および関連する誤差補正値を含む。
【0281】
1つの実施形態において、較正表2010は、種々の原因に由来し得るスキャナ中の誤差に起因する、空間的な非直線性と称されるものについて画像データを補正するために、1つ以上の方法によって使用され得る。図24に示される要素を含む、例示的な方法が、図23に提供される。走査幅およびゼロ位置決定器2420は、ステップ2310に示されるように、表2010を受け取り得る。例示的な方法において、0ピクセル位置がX軸走査の開始位置に対応するように、一連のピクセルオフセット位置値を再割り当てすることが所望であり得る。例えば、ピクセルオフセット位置の範囲は、異なるX軸幅を有し得るプローブアレイ240の特定の局面に対応し得る。現在記載される実施形態において、適切な誤差補正値を、プローブアレイ240の各局面の各ピクセル位置に適用することが重要である。プローブアレイ240の特定の局面のためのX軸における走査の幅は、1つ以上の識別子に少なくとも一部基づいて走査幅データ2040から決定され得る。決定器2420は、プローブアレイ240の走査幅のピクセル位置の総数の半分の値を計算し、そして中心位置から開始して、較正データ表2010におけるピクセルオフセット値の全てにその値を加える。結果は、以前負の値を有した走査の開始地点(すなわち、中心点の(−)側に位置した)が、現在、ゼロピクセル位置に存在するという結果である。例えば、較正データ表2010は、プローブアレイ240のいずれの局面の走査幅よりも大きいピクセルオフセット位置の範囲を含む。さらに、表2010は、1つの側に対して負の値、そして他の側に対して正の値を有する中心参照地点を有し得る。本実施例において、各々、プローブアレイ240の特定の局面に関連する種々の異なる走査幅が存在し得、ここで、走査の開始地点と終了地点との間の距離は、中心地点に関する各特定のアレイ走査幅について変化する。本実施例において、各走査についての開始地点は、ピクセル位置0で始まるはずである。ピクセル位置値は、負のピクセルオフセット値に走査幅の値の半分を加えることによって計算され得、ここで、ピクセル位置0は、走査幅の開始地点に対応し、そして末端地点は、走査幅の合計値に等しい。得られたピクセル位置および対応する誤差補正値は、ピクセル位置および誤差補正データ表2470として図24に示される。
【0282】
補正画像生成器2430は、プローブアレイ240の特定の局面に関して、画像補正における使用のためのデータ表2470を受け取る。ステップ2340に示されるように、X軸における走査データの線を、プローブアレイ240から獲得する。生成器2430は、データの獲得した線における各ピクセル位置を、表2470と比較し、そしてステップ2350に示されるように、獲得されたピクセル位置についての関連する強度値を、画像中の補正ピクセル位置中に配置する。いくつかの局面において、強度値は、複数の補正ピクセル位置間で分割され得る。例えば、特定の獲得されたピクセル位置についての誤差補正値は、関連する強度値が2つ以上の補正ピクセル位置間で分割され得ることを特定し得る。本実施例において、強度値は、ある割合で分割され得、そして強度の一部は、1つの補正ピクセル位置に割り当てられ得、そして残りは、別の補正ピクセル位置に割り当てられる。
【0283】
決定要素2360は、画像が完全に走査されない場合に、ステップ2350を繰り返すステップを示す。そうでなければ、走査が完了し、そしてその結果は、補正画像データ2070である。
【0284】
いくつかの局面において、誤差補正表を計算するために、ピクセル位置データの代わりに、ガルボアーム位置データを使用することが有利であり得る。ガルボアーム位置データは、より正確な画像補正を可能にし得るより大きい範囲の値を提供し得る。図20〜24に示される実施例において、トランスデューサ515は、較正データ生成器2050ならびにピクセルおよび補正画像生成器2430にデータを入力し得る。以前に示された実施例において、ピクセルデータの地点は、8〜10ピクセル位置ごとにサンプリングされ得る。代替的な実施形態において、ガルボアーム200の正確な位置は、トランスデューサ515を使用して同じまたは他の地点で取られ得る。得られたガルボ位置は、較正データ2010の生成のために、ピクセル位置の代わりに使用され得る。同様に、ガルボ位置データは、オフセットおよび補間計算において、ピクセル位置データと置換され得る。次いで、補正画像生成器2430は、画像データのために補正ピクセル置換を計算するための一連の走査データの獲得の間に、ガルボアーム200の位置に対応する、変換器515からの位置シグナルを使用し得る。
【0285】
あるいは、較正実行可能プログラムおよびデータ676は、較正および誤差補正方法のために、ガルボ位置データおよびピクセル位置データの両方を使用し得る。いくつかの局面において、ガルボ位置データは、ピクセル位置データを使用する記載された画像補正手順の前に、画像データを予備補正するために使用され得る。例えば、1つの方法は、一連の画像データの獲得の前または間に、一連の新しいガルボ位置データを獲得する工程を包含し得る。この新しいガルボ位置データは、較正データ2010中のガルボ/ピクセル位置データと比較され得る。新しいガルボ位置データと較正データ2010のデータとの間の任意の差異は、最後の較正以来の機構における変化を示し得、そして種々の方法によって補正され得る。
【0286】
較正特徴442を使用する方法の別の実施形態は、弓形経路250の弧の半径を計算する工程を包含し得る。多数の局面において、実際の半径と25.4mmの半径を含み得る予想される半径または最適な半径との間の差異に少なくとも一部基づいて、例えば、誤差値を計算するために使用され得るガルボアーム200の回転軸の中心から励起ビーム135の経路の正確な半径距離を有することが所望であり得る。半径値は、以下にさらに詳細に記載されるアーク補正方法を含むいくつかの画像補正方法に特に有用であり得る。走査アーム200および励起ビーム135の2つのありうる経路の示された実施例は、図25に提供される。予期される光路2510は、レンズ145の中心から放射され、予期される半径R90°で基板と交わり、3100を生じる励起ビーム135の予期された経路を示す。半径R’2505は、実際の半径が実際の光路2515に起因して、予期される半径とは異なる例の図による表示を示す。実際の光路2515は、ターンミラー、レンズ145、または光路に影響し得る種々の他の要素における誤整列または不完全に起因し得る。
【0287】
半径R’2505を決定する例示的な方法は、図20および26に示される特定の要素の図による説明と共に、図27において示される。この方法は、ステップ2710において示される較正特徴442の画像の獲得で始まり、この画像は、半径距離生成器2055によって受け取られる。較正特徴442は、種々のありうる局面(例えば、水平方向の直線性を参照して、以前に記載された色彩特徴のラダーアレイのような)を包含し得る。生成器2055は、弓形経路250の弧の中心に位置する較正特徴の前縁に対応するピクセル位置を決定し、そしてその位置をデータ地点2615として割り当てる。本発明の方法のステップ2720は、X軸に沿って中心点2615から離れて、両方の方向で、距離2605を移動する生成器2055を包含する。距離2605は、較正特徴の前縁に対応する走査アーク内の任意の距離であり得るが、1つの方法は、走査アーク縁近くに存在する距離2605を包含し得る。データ地点2610および2617は、X軸上で両方の方向で較正特徴距離2605離れて対応する位置で確立される。生成器2055は、ステップ2725に示されるように、Y軸に関してデータ地点2610および2617の位置を正規化し得、その結果、これらは同じ平面に位置する。いくつかの局面において、データ地点2610および2617の正規化された位置は、獲得された画像中に存在する較正特徴の任意の回転を補正するために使用され得る。正規化プロセスは、地点2610と2617との間に引かれる線2640の勾配の決定を含む種々の数学的方法を含み得る。勾配値が0であることは、地点2610および2617がY軸上の同じ平面上に位置することを示すことを、当業者は理解する。生成器2055は、勾配値が得られるまで、距離2605を維持しながら、位置2610および2617の1つ以上を移動し得る。ステップ2730は、生成器2055がデータ地点2610、2617および2615に最も適合する弧2642を数学的に計算するステップを例示する。次いで、回転の中心点2520からアーク2642までの実際の半径R’2505が決定される。計算された実際の半径2505は、種々の誤差補正方法(例えば、ツール3000に関して以下にさらに詳細に記載される半径調整の方法)における使用のために、較正特徴データ2030または他の位置で保存され得る。
【0288】
スキャナ較正および構成のいくつかの局面は、サービスアプリケーション678によって実行され得、サービスアプリケーション678は、スキャナファームウェア実行可能プログラム672あるいはスキャナ制御および分析実行可能プログラム572によって実行され得る。図6において示される例において、これは、スキャナコンピュータ510のシステムメモリ670中に位置するとして示されるが、あるいはコンピュータ350中にか、または入力−出力制御装置675のネットワーク接続もしくは他の接続手段を介して接続されたローカルコンピュータもしくはリモートコンピュータに含まれる単独形アプリケーションとして配置され得る。サービス職員は、最初の較正のための工場でそして/または慣例的もしくは他の型のサービスの間に現場で、サービスアプリケーション678を使用し得る。1つの実施形態において、サービスアプリケーションは、スキャナ400のハードウェア構成要素の全てに対する低レベルのインターフェースとして作用し得る。例えば、サービスアプリケーション678は、レーザーの数および周波数を設定すること、レーザー電源設定、放射検出器設定、ならびに以前に記載された方法を含み得るがこれらに限定されない、較正のために必要な全ての機能を実施し得る。本実施例において、サービスアプリケーション678はまた、スキャナコンピュータ510に必要とされる場合に、診断試験およびアップロード/ダウンロードソフトウェアおよびファームウェアを実行し得る。
【0289】
サービスアプリケーション678のさらなる要素は、ユーザが、スキャナ400のインストレーションおよび初期較正手順を実施するのを可能にする要素を含み得る。例えば、この要素は、ユーザが、離れた供給源からスキャナを受け取り、そして適切な期間(例えば、1時間以内)で必要な設定操作を実施することを可能にし得る。本実施例において、スキャナは、完全に較正および整列され、そしてユーザのインストレーション後に正常な操作を完全に行ない得る。
【0290】
本発明のいくつかの実施形態はまた、較正に必要とされるハードウェア要素を含み得る。1つのこのような要素は、本明細書中でツール3000と称され、この例示的な例は、図30Aおよび30Bに示される。ツール3000は、機器技術者またはユーザによって、工場または現場での初期機器較正のために使用され得る。ツール3000は、スキャナ400の種々の要素(例えば、図25の予期される半径R2500に対応し得るY707軸の距離を含む)の正確な較正、測定、および調整、ならびにガルボアーム200の回転整列(プローブアレイ240に対する励起ビーム135の垂直の整列を含み得る)を可能にする。ツール3000は、いくつかの実施形態において、ガルボアーム200にクランプするか、そして/または堅く設置され得る。例えば、ツール3000は、ガルボアーム200の外側の形状に対応する形状を有し得るガルボアームカットアウト3007を含み得る。キャップ3005は、カットアウト3007の第1の半分を収容し得、そしてハンドル3010は、第2の半分を収容し得る。本実施例において、ガルボアーム200は、ガルボアーム200の第2の半分の側にハンドル3010を配置することによって、そしてガルボアーム200上にハンドル3010の第1の半分の側にキャップ3005を接続することによって、ツール3000によって堅く維持され得る。本実施例において、ガルボアーム200は、回転およびY軸距離の測定が正確にそして反復して測定され得るような様式で、ガルボアーム200へのツール3000の接続を可能にするのみである1つ以上の基本的特徴を有し得る。
【0291】
固定されたマウンティングプレート3015は、較正の調整または設定のために使用される1つ以上の参照位置を提供し得る。1つの実施形態において、固定されたマウンティングプレート3015は、ツール3000と相互作用し得るスキャナ400内の固定された剛性構造体であり得る。あるいは、プレート3015は、各時間ツール3000が、較正または測定方法に使用され得るごとに、一般に使用される方法を介してスキャナ400に接続され得る。ツール3000は、較正および測定のための方法を実行するために、複数の測定デバイスを使用し得、この測定デバイスとしては、マイクロメータブラケット3020によって維持され得る回転マイクロメータ3030、およびキャップ3005によって維持されるY軸マイクロメータ3035が挙げられ得る。マイクロメータ3030および3035の両方は、正確な較正および/または測定の目的で、スキャナ400および/またはプレート3015の要素と直接相互作用し得る。例えば、較正実行可能プログラムおよびデータ676は、較正特徴442にわたってラインスキャンを実行し得、そしてガルボアーム200の回転軸およびY軸距離に対応する1つ以上の誤差値を決定する。あるいは、較正実行可能プログラムおよびデータ676は、プローブアレイ240にわたるラインスキャンから誤差値を獲得することが可能となり得る。ツール3000は、ガルボアーム200に接続され得、その結果、ハンドル3010およびキャップ3005は、固定されたマウンティングプレート3015に関して、回転の自由およびY軸の運動の自由を有する。ユーザは、回転値およびY軸値を正確に測定するためにマイクロメータ3030および3035を最初に使用し得る。次いで、ユーザは、例えば、クランプまたは他の維持手段を解放することによって、ガルボアーム200を解放し得、そして較正実行可能プログラムおよびデータ676によって決定される1つ以上の誤差補正値を適用するためにマイクロメータ3030および3035を使用し得る。本実施例において、マイクロメータ3030および3035は、マイクロメータ3030および/または3035からの距離を増加することを包含し得る第1の向きでハンドル3010および/またはキャップ3005を押すことによって、あるいは1つ以上の要素のばね率が、ハンドル3010および/またはキャップ3005を近づける(すなわち、マイクロメータ3030および3035への距離を減少する)ことを可能にすることによって、誤差補正の方法を直接適用し得る。ユーザは、ガルボアーム200を保持する手段を再適用し得、そしてマイクロメータ3030および3035に関する値を確認し得、そしてツール3000を解放し得る。
【0292】
種々の実施形態および局面を記載してきたが、前述は、説明のみであって限定ではなく、例のみとして提供されていることが当業者に明らかであるはずである。例示された実施例の種々の機能的要素の中で機能を分配するための多数の他の機構が可能である。任意の要素の機能は、代替的な実施形態において種々の様式で実施され得る。
【0293】
また、代替的な実施形態において、いくつかの要素の機能が、より少ないかまたは単一の要素によって実行され得る。同様に、いくつかの実施形態において、任意の機能的要素が、例示された実施形態に関して記載される作動よりも少ないかまたは異なる作動を実施し得る。また、例示の目的のために異なって示される機能的要素は、特定の局面において、他の機能的要素中に組み込まれ得る。また、機能または機能の一部の順序は、一般的に変更され得る。特定の機能的要素、ファイル、データ構造などは、特定のコンピュータのスステムメモリ中に位置するとして例示的な実施形態で説明され得る。しかし、他の実施形態において、これらは、共に位置し得るかそして/もしくは互いに離れているコンピュータシステムまたは他のプラットフォームに位置し得るか、あるいはこれらにわたって分配され得る。例えば、サーバまたは他のコンピュータに対して共に位置しそして「ローカル」であると記載される、任意の1つ以上のデータファイルまたはデータ構造は、サーバから離れたコンピュータシステム中に位置し得る。さらに、機能的要素と種々のデータ構造間の制御およびデータのフロー、ならびに機能的要素および種々のデータ構造中の制御およびデータのフローは、上記または本明細書中に参考として援用される書類に記載される制御およびデータのフローと、多くの様式で異なり得ることが、当業者に理解される。より詳細には、中間機能的要素は、制御およびデータのフローを指向し得、そして種々の要素の機能は、並列処理を可能にするためにかまたは他の理由で、組み合わされ得、分割され得、または他に再配列され得る。また、中間データ構造またはファイルが使用され得、そして記載される種々のデータ構造またはファイルが、組み合わされ得るかまたは他に配列され得る。多数の他の実施形態およびその改変は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定されるような、本発明の範囲内であると意図される。
【0294】
走査システムの実施形態が記載されており、この走査システムは、以下を備える:プローブアレイに励起ビームを指向する、光学素子、この励起ビームに応答する反射強度データを受信する検出器であって、ここで、この反射された強度データが、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離に応答する、検出器、輸送フレームであって、プローブアレイに関する方向で焦点距離を調節する、輸送フレーム、自動焦点器であって、少なくとも2つの焦点距離の反射強度データの特徴に基づいて、最良の焦点面を決定する、自動焦点器であって、ここで、この検出器は、最良の焦点面でプローブアレイ上に位置する複数のプローブ特徴からの検出された発光に基づくピクセル強度値をさらに受信し、ならびに画像生成器であって、1つ以上の位置補正値に基づいて、ピクセル強度値の各々を、プローブアレイの少なくとも1つの画像ピクセル位置と関連させる、画像生成器。
【0295】
上述の特徴およびさらなる特徴は、添付の図面を組み合わせる場合、以上の詳細な説明からより明確に理解される。図面において、同様の参照番号は、同様の構造または方法ステップを示し、参照番号の一番左の桁は、その参照される要素が最初に出てくる図面の番号を示す(例えば、要素160は、図1に最初に出てくる)。機能ブロック図において、長方形は、一般的に、機能性要素を示し、平行四辺形は、一般的にデータを示す。方法フローチャートにおいて、長方形は、一般的に、方法ステップを示し、ひし形は、一般的に、決定要素を示す。しかし、これらの取り決めの全ては、限定を意図したものではなく、典型的または例示的であることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、励起信号および発光信号を提供するために適切なスキャナオプティクスおよび検出器の配置の単純化された図示である。
【図2A】図2Aは、図1のスキャナオプティクスおよび検出器の走査アーム部分の単純化された例示的な構成の斜視図である。
【図2B】図2Bは、図2Aの走査アームの上平面図であり、プローブアレイの1つの実施形態において生物学的フィーチャーをスキャンしており、プローブアレイは、アームの弓型の経路の下で、並進ステージによって動いている。
【図3】図3は、コンピューターネットワークシステムの1つの実施形態の機能性ブロック図であり、このネットワークシステムは、情報管理の実行のために適切なサーバに結合したユーザコンピュータ、そして本発明の1つの実施形態に従う、アレイ−画像の収集および分析の、ソフトウェアアプリケーションを含む。
【図4】図4は、図3のサーバの機能性ブロック図であり、このサーバは、ソフトウェアアプリケーション、オートローダー、スキャナおよびユーザコンピュータへの接続の例示的な実施形態を備える。
【図5】図5は、図4のスキャナ−コンピュータシステムの1つの実施形態の機能性ブロック図であり、このシステムは、バーコードリーダー、カートリッジ輸送フレーム、スキャナコンピュータ、およびスキャナコントロールオペレーションを備える。
【図6】図6は、図5のスキャナコンピュータの1つの実施形態の機能性ブロック図であり、このコンピュータは、スキャナファームウェア、オートフォーカス/オートゼロソフトウェア、較正ソフトウェアおよびサービスアプリケーションソフトウェアを備える。
【図7A】図7Aは、カートリッジ中に収容される図2のプローブアレイの1つの実施形態の図示であり、移動の軸の例示的な例を示す。
【図7B】図7Bは、図7Aのようなプローブアレイカートリッジの1つの実施形態の図示であり、オートフォーカス方法のための色彩ボーダーに交わる弓型経路の例を含む。
【図7C】図7Cは、複数の励起ビームスポットを含む、図7Bの色彩ボーダーに交わる弓型経路の1つの実施形態の図示である。
【図7D】図7Dは、スロープ値を含むグラフ上にプロットされた、図7Cの複数の励起スポットからの反射されたビーム強度データの1つの実施形態の例示的な例である。
【図7E】図7Eは、焦点の最適平面に関連する点を含むグラフ上にプロットされた、図7Dのスロープ値の1つの実施形態の例示的な例である。
【図8】図8は、図4のスキャナデバイスおよびオートローダデバイスの1つの実施形態の単純化された図示である。
【図9】図9は、図8のスキャナおよびオートローダデバイスの1つの実施形態の単純化された図示であり、オートローダーのためのカバーが取り外され、カートリッジマガジンを含む内部構成の1つの実施形態を示す。
【図10】図10は、図9のカートリッジマガジンの1つの実施形態の図示である。
【図11】図11は、反転可能なローラを備える輸送アセンブリの1つの実施形態の図示である。
【図12】図12は、プローブアレイカートリッジおよび図11の反転可能なローラの1つの実施形態の図示である。
【図13】図13は、カートリッジマガジンベースの1つの実施形態を備える、図11の輸送アセンブリの1つの実施形態の図示である。
【図14】図14は、図11および図13の輸送アセンブリならびに図10のカートリッジマガジンが一緒に組み立てられた、1つの実施形態の図示である。
【図15】図15は、バーコード標識の1つの実施形態の図示であり、このバーコード標識は、1次バーコードおよび2次バーコードを備える。
【図16】図16は、図5のカートリッジ輸送フレームの1つの実施形態の図示であり、カートリッジホルダー、ピッチおよびロール機構、Yステージ、ならびに焦点ステージを備える。
【図17】図17は、図16のカートリッジホルダーならびにピッチおよびロール機構の1つの実施形態の図示であり、ピッチフィンガーおよびロールフィンガーを供える。
【図18】図18は、4バー式(four−bar)彎曲焦点ステージガイドの1つの実施形態の図示である。
【図19】図19は、図18の4バー式(four−bar)彎曲焦点ステージガイドの1つの実施形態の図示であり、図16の焦点ステージの要素として組み立てられている。
【図20A】図20Aは、図6の較正実行可能プログラムの1つの実施形態の機能性ブロック図であり、較正データ生成器、半径距離生成器、および画像補正器を備える。
【図20B】図20Bは、図6のスキャナファームウェア実行可能プログラムの1つの実施形態の機能性ブロック図であり、画像補正器および画像捕捉器を備える。
【図21】図21は、図20Aの較正データ生成器の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図22】図22は、図20Aの較正データ表を用いた、画像データの補正のための方法の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図23】図23は、較正データ表の作製のための方法の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図24】図24は、補正された画像生成器を備える図20Bの画像補正器の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図25】図25は、図2の走査アームの1つの実施形態の図示であり、予想された光路の半径と実際の光路の半径との間の潜在的な差異を示す。
【図26】図26は、走査アークからのデータスポットの1つの実施形態の図示であり、図25の実際の光路の半径を計算するために使用される。
【図27】図27は、図25の実際の光路の半径を計算するための方法の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図28】図28は、図16のYステージモータのコントロールのための直線エンコーダとスキャナファームウェアとの相互作用の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図29】図29は、図16のYステージモータの直線エンコーダを制御する方法の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図30】図30Aは、較正ツールの1つの実施形態の図示であり、回転性のミクロメーターを備える。
図30Bは、図2のY軸ミクロメーターおよびガルボアームを備える、図30Aの較正ツールの1つの実施形態の図示である。
(関連出願)
本出願は、米国仮特許出願番号第60/364,731号、発明の名称「SYSTEM,METHOD,AND PRODUCT FOR SCANNINGOF BIOLOGICAL MATERIALS」(2002年3月15日出願);米国仮特許出願番号第60/396,457号、発明の名称「HIGH−THROUGHPUT MICROARRAY SCANNING SYSTEM AND METHOD」(2002年7月17日出願);および米国仮特許出願番号第60/435,178号、発明の名称「System,Method and Product for Scanning of Biological Materials」(2002年12月19日出願)からの優先権を主張し、これら各々は、全ての目的のために、本明細書中でその全体が参考として援用される。
【0002】
(背景)
(発明の分野)
本発明は、生体物質を検査するためのシステムおよび方法に関する。詳細には、本発明は、アレイ上に高い密度で配列され得る、小さなフィーチャーを備える生物学的プローブアレイからの発光を検出するための、改良された光学リーダーまたは光学スキャナに関する。
【0003】
(関連技術)
合成核酸プローブアレイ(例えば、Affymetrix GeneChip(登録商標)プローブアレイ)、およびスポットされたプローブアレイが使用され、生物学的システムについてのかつてない量の情報が作られている。例えば、GeneChip(登録商標)Human Genome U133 Set(HG−U133AおよびHG−U133B)(Santa Clara,CaliforniaのAffymetrix,Inc.から入手可能)は、2つのマイクロアレイで構成され、これらのマイクロアレイは、1,000,000を超える固有なオリゴヌクレオチドフィーチャーを含み、このオリゴヌクレオチドフィーチャーは、33,000を超えるヒト遺伝子を示す、39,000を超える転写改変体をカバーする。このようなマイクロアレイからの発現データの分析は、新規薬物および新規診断ツールの開発を導き得る。
【0004】
(発明の要旨)
これらおよび他のニーズを処理するためのシステム、方法、および製品は、例示的な、非限定的な局面に関して、本明細書中に記載される。種々の代替、改変および等価物が可能である。例えば、特定のシステム、方法およびコンピューターソフトウェア製品は、Affymetrix(登録商標)417TMまたは427TMArrayerによって生産される生体物質のアレイからのデータを分析するための例示的な局面を用いて、本明細書中に記載される。他の例示的な局面は、Affymetrix(登録商標)GeneChip(登録商標)プローブアレイからのデータに関連して参照される。しかし、これらのシステム、方法、および製品は、多くの他の型のプローブアレイに対して適用され得、さらに一般的には、他の従来技術に従って生産される多くの平行生物学的アッセイおよび/または将来開発され得る技術に従って生産される平行生物学的アッセイに対して適用され得る。例えば、本明細書中で記載されるシステム、方法、および製品は、核酸の平行アッセイ、cDNAクローンから生成されるPCR産物、タンパク質、抗体、または多くの他の生体物質に適用され得る。これらの物質は、(典型的には、スポット状のアレイのために使用されるように)スライド上、GeneChip(登録商標)アレイのために使用される基板上、またはビーズ、光ファイバー、あるいは他の基板または媒体上(これらはスライドもしくは他の基板の上面にポリマーコーティングまたは他の層を含み得る)に配置され得る。さらに、プローブは、基板中または基板上に固定化される必要はなく、固定される場合でも、規則正しいパターンまたはアレイで配置される必要はない。簡便のために、用語「プローブアレイ」は、一般的に、これらの型のアレイおよび平行生物学的アッセイの全てに対してあてはまるように本明細書以下で広範囲に使用される。
【0005】
特定の実施形態に従うと、走査システムは、プローブアレイに励起ビームを向ける光学素子と、励起ビームに応答する反射強度データを受取る検出器とを備えることが記載され、ここで、反射強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離、プローブアレイに対する方向で焦点距離を調節する輸送フレーム、少なくとも2つの焦点距離の反射強度データの特性に基づく焦点の最適平面を決定するオートフォーカスに応答し、ここで、検出器は、焦点の最適平面で、プローブアレイ上に配置された複数のプローブフィーチャーからの検出した発光に基づくピクセル強度値をさらに受け取り、画像生成器は、1つ以上の位置補正値に基づいて、プローブアレイの少なくとも1つの画像ピクセル位置と、各々のピクセル強度値とを関連付ける。
【0006】
別の実施形態に従って、プローブアレイ上に配置されたプローブフィーチャーからの検出された発光に基づくピクセル強度値を受け取る工程と、各々のピクセル強度値を、位置補正値に基づいて、プローブアレイ画像の画像ピクセル位置と関連させる工程とを包含する方法が記載される。
【0007】
いくつかの局面において、プローブアレイ画像は、1ピクセル以下のプラスまたはマイナスの位置誤差を有し、そして発光は、励起ビームに応答し、蛍光分子の励起ビームによる励起から生じる。励起ビームとしては、固体状態によって生成されるレーザービーム、ポンピングしたダイオード(diode pumped)、周波数2倍の(frequency doubled)Nd:YAGレーザーが挙げられる。ピクセル強度値を受取る工程は、複数のプローブフィーチャーの多くの連続したプローブフィーチャー上の単一経路の励起ビームで達成される。
【0008】
連続したフィーチャーは、プローブフィーチャーを含み得、これらのプローブフィーチャーは、互いにすぐ近くに隣接しているか、または、プローブアレイの非フィーチャー領域によって隔てられている。走査線は、多くの連続したフィーチャーを含み得る。さらに、各々のピクセル強度値は、ピクセルと関連し得、このピクセルは、プローブアレイに対してx軸における約2.5μmの寸法、すなわち、約1.5μmと約3.0μmとの間の範囲の寸法を有する。また、各々のプローブフィーチャーは、プローブアレイに対するx軸方向の約18μmの寸法、すなわち約14μmと約22μmとの間の範囲の寸法を有する。同様に、各々のプローブフィーチャーは、プローブアレイに対するx軸方向の約10μmの寸法、すなわち約6μmと約14μmとの間の範囲の寸法を有し得る。各々のプローブフィーチャーは、1つ以上のピクセル強度値に関連し得る。
【0009】
またいくつかの局面において、生物学的プローブアレイは、合成されたアレイまたはスポット状アレイを備え、そして位置補正値は各々、水平直線補正値、垂直直線補正値、またはその両方を含む。各々のピクセル強度値と画像ピクセル位置とを関連付ける工程は、各々のピクセル強度値と関連する受取ったピクセル位置を、1つ以上の位置補正値によって決定される多数のピクセルによって、調節することにより達成され、このピクセルの数は、分数値を含み、1つ以上の位置補正値は、1つ以上の較正フィーチャーによって提供される1つ以上の参照位置に基づき得る。1つ以上の較正フィーチャーは、水平パターン、垂直パターン、またはこれら両方に配向されるフィーチャーのアレイを含む。
【0010】
いくつかの実施形態において、この方法は、プローブアレイをプローブアレイに対してy軸に沿った距離に並進させる工程、およびプローブアレイ画像がプローブアレイ上に配置された複数のプローブの各々に対応するピクセル強度を含むまで、受取る工程、関連付ける工程、および並進させる工程を繰り返す工程、をさらに包含する。この距離は、少なくとも一部分において、y軸方向でのピクセルのサイズに基づき得、約2.5μmの距離を備えるか、または約1.5μmと約3.0μmとの間の範囲の距離を備える。
【0011】
他の実施形態に従って、走査システムが記載され、このシステムは、1つ以上の検出器と補正画像生成器とを備え、この検出器は、プローブアレイ上に配置されたプローブフィーチャーからの検出された発光に基づく複数のピクセル強度値を受取り、この補正画像生成器は、各々のピクセル強度値と、1つ以上の位置補正値に基づくプローブアレイ画像の1つ以上の画像ピクセル位置とを関係付ける。
【0012】
いくつかの局面において、走査は、輸送フレームとコンパレータとをさらに備え、この輸送フレームは、プローブアレイをプローブアレイに対してy軸に沿った距離で並進させ、このコンパレータは、完成したプローブアレイ画像を決定し、この完成したプローブアレイ画像は、プローブアレイ上に配置された複数のプローブの各々に対応する1つ以上の受取ったピクセル強度値に少なくとも部分的には基づく。輸送フレームは、固体ヒンジ彎曲部をさらに備え、この彎曲部は、z軸方向の移動を提供し得、摩擦またはスティクションを有さない。
【0013】
なお別の実施形態に従って、以下の工程を含む方法が記載される:励起ビームをプローブアレイに向ける工程、励起ビームに応答する反射強度データを受取る工程(ここで、この強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離に応答する)、プローブアレイに対する方向で焦点距離を調節する工程、多数の反復に関して受取る工程と調節する工程を繰り返す工程、および調節された焦点距離での反射強度データの1つ以上の特徴に基づいて、焦点の最適平面を決定する工程。
【0014】
いくつかの局面において、方向は、プローブアレイから離れるかまたは近づく方向であり、繰り返し回数が予め決定され得る。予め決定された繰り返し回数は、反射強度データに関連する予測された誤差に基づき、ここで、予測された誤差は、予め決定された繰り返し回数に逆に関連し得る。また、反射強度データは、1つ以上の焦点フィーチャーからの励起ビームの反射に応答し得、そして1つ以上の反射スポットに対応し得る。焦点の最適平面は、1つ以上のスポットと、ビームウェイストの1つ以上の特性とを関連させる工程に基づき得る。さらに、1つ以上の焦点フィーチャーは、活性領域の外側に配置され得、そして1つ以上のプローブフィーチャーは、活性領域の内側に配置される。
【0015】
また、いくつかの局面において、1つ以上の焦点フィーチャーは、色彩ボーダーを備え得、1つ以上の特性は、スロープ値を含み得る。焦点の最適平面は、このスロープ値の最大値に基づき得る。
【0016】
別の実施形態に従って、走査システムが記載され、このシステムは、1つ以上の光学素子と、1つ以上の検出器と、オートフォーカスとを備え、この光学素子は、励起ビームをプローブアレイに向け、この検出器は、励起ビームに応答する反射強度データを受取り(ここで、強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の距離に焦点をあわせることによって決定され得る)、このオートフォーカスは、焦点の最適平面を決定するように構築され、配置され、この焦点の最適平面は、2つ以上の焦点距離で受取られるような、反射強度データの1つ以上の特性に基づく。
【0017】
さらなる実施形態に従って、以下の工程を含む方法が記載される:1つ以上のプローブアレイをマガジン中に記憶する工程(ここで、複数のプローブアレイの各々は、プローブアレイカートリッジの中に収容され、このプローブアレイカートリッジは、マガジンと走査システムとの間の第1のプローブアレイカートリッジを可逆的に輸送する)、および第2のプローブアレイカートリッジに対する1つ以上の位置によって上記マガジンを進める工程。
【0018】
いくつかの局面において、記憶工程は、生物学的統合性を維持するための温度でプローブアレイを維持する工程を包含する、温度制御および湿度制御された環境を提供する工程を包含する。生物学的統合性を維持するための温度は、約2℃と15℃の間の範囲を含み得る。また、1つ以上のプローブアレイの各々は、垂直配向に整列され得、そしてマガジンは、少なくとも48または100のプローブアレイを保有する。マガジンは、ほぼ環状である。
【0019】
その上、いくつかの局面において、プローブアレイカートリッジの少なくとも1つにおける濃縮は、加温によって減らされ得る。輸送の工程はまた、1つ以上の要素を備え、これらの要素は、プローブアレイカートリッジの1つ以上の基準フィーチャーを可逆的に係合および分離する。
【0020】
さらなる実施形態に従って、走査システムが記載され、このシステムは、冷却された記憶チャンバと、カートリッジ輸送アセンブリと、リニアモータとを備え、この冷却された記憶チャンバは、1つ以上のプローブアレイをマガジン中に記憶し、各々のプローブアレイは、プローブアレイカートリッジ中に収容され、このカートリッジ輸送アセンブリは、第1のプローブアレイカートリッジを、マガジンと走査システムとの間を可逆的に輸送し、このリニアモータは、1つ以上の位置によって、マガジンを第2のプローブアレイカートリッジに対して進める。
【0021】
別の実施形態に従って、走査システムが記載され、このシステムは、1つ以上の較正方法を行うサービスアプリケーションを備え、走査システムの要素に対するインターフェースもまた備える。
【0022】
いくつかの局面において、1つ以上の較正方法としては、ピッチ較正、ロール較正、および曲径(arc radius)較正が挙げられ、要素としては、ハードウェア要素が挙げられる。サービスアプリケーションは、さらに1つ以上の診断試験を行い、1つ以上のソフトウェアまたはファームウェアアプリケーションをアップロードおよび/またはダウンロードする。
【0023】
上の実施形態および局面は、互いに含まれるかまたは排除される必要はなく、それらが同じかまたは異なる実施形態もしくは局面に関連して存在しているかどうかにかかわらず、相反せず他の方法で可能な、任意の様式で組み合わせられ得る。1つの実施形態または局面の記載は、他の実施形態および/または局面に関して限定することを意図しない。また、本明細書において他に記述される任意の1つ以上の機能、ステップ、操作、または技術は、代替の局面において、要旨に記載される1つ以上の機能、ステップ、操作、または技術と組み合わされ得る。従って、上述の実施形態および局面は、限定ではなく例示である。
【0024】
本発明は、走査システムを提供し、この走査システムは、以下:
1つ以上の光学素子であって、プローブアレイに励起ビームを指向するよう構成および配置されている、光学素子;
1つ以上の検出器であって、励起ビームに応答して、反射された強度データを受信するよう構成および配置されており、ここで、この反射された強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離に少なくとも部分的に応答する、検出器;
輸送フレームであって、プローブアレイに対して、第1の方向で、焦点距離を調節するよう構成および配置されている、輸送フレーム;
自動焦点器であって、2つ以上の焦点距離において受信される、反射された強度データの1つ以上の特徴に、少なくとも部分的に基づいて、最良の焦点面を決定するよう構成および配置されている、自動焦点器、
を備え、そしてここで:
1つ以上の検出器は、最良の焦点面において、プローブアレイ上に位置する複数のプローブ特徴からの検出された発光に少なくとも部分的に基づいて、複数のピクセル強度値を受信するように、さらに構成および配置されており;そして
このシステムは、画像生成器をさらに備え、この画像生成器は、ピクセル強度値の各々を、1つ以上の位置補正値に少なくとも部分的に基づいて、プローブアレイの1つ以上の画像ピクセル位置に関連させるよう構成および配置されている。
【0025】
別の局面において、本発明は、以下の工程:
プローブアレイ上に位置する複数のプローブ特徴から検出された発光に、少なくとも部分的に基づいて、複数のピクセル強度値を受信する工程;および
1つ以上の位置補正値に少なくとも部分的に基づいて、ピクセル強度値の各々を、プローブアレイ画像の1つ以上の画像ピクセル位置と関連付ける工程、
を包含する、方法を提供する。
【0026】
1つの実施形態において、上記プローブアレイ画像は、±1ピクセル以下の位置誤差を有する。
【0027】
1つの実施形態において、上記発光は、少なくとも部分的に、励起ビームに応答性である。
【0028】
1つの実施形態において、上記発光は、1つ以上の蛍光分子の上記励起ビームによる励起から生じる。
【0029】
1つの実施形態において、上記励起ビームはレーザービームを含む。
【0030】
1つの実施形態において、上記レーザーは、固体ダイオードポンピング周波数二倍Nd:YAGレーザーを備える。
【0031】
1つの実施形態において、上記複数のピクセル強度値を受信する工程は、上記複数のプローブ特徴のある数の連続したプローブ特徴にわたって、上記励起ビームの単一の通過において達成される。
【0032】
1つの実施形態において、上記連続した特徴は、走査線を含む。
【0033】
1つの実施形態において、上記連続した特徴は、すぐ隣接した特徴であるか、または上記プローブアレイの非特徴領域によって分離されている。
【0034】
1つの実施形態において、上記複数のピクセル強度値の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約2.5μmの寸法を有するピクセルに関連付けられる。
【0035】
1つの実施形態において、上記x軸における寸法は、約1.5μmと約3.0μmとの間である。
【0036】
1つの実施形態において、上記複数のプローブ特徴の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約18μmの寸法を有する。
【0037】
1つの実施形態において、上記x軸上の寸法は、約14μmと約22μmとの間である。
【0038】
1つの実施形態において、上記複数のプローブ特徴の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約10μmの寸法を有する。
【0039】
1つの実施形態において、上記x軸における寸法は、約6μmと約14μmとの間である。
【0040】
1つの実施形態において、各プローブ特徴は、上記複数のピクセル強度値の1つ以上に関連付けられる。
【0041】
1つの実施形態において、上記生物学的プローブアレイは、合成されたアレイまたはスポットされたアレイを備える。
【0042】
1つの実施形態において、上記1つ以上の位置補正値の各々は、水平直線性補正値、垂直直線性補正値、またはこれらの両方を含む。
【0043】
1つの実施形態において、上記複数のピクセル強度値の各々を、1つ以上の画像ピクセル位置に関連付ける上記工程は、上記1つ以上の位置補正値によって決定されたある数のピクセルにより、複数のピクセル強度値の各々に関連付けられる受信されたピクセル位置を調節することによって達成される。
【0044】
1つの実施形態において、上記ピクセルの数は分数値を含む。
【0045】
1つの実施形態において、上記1つ以上の位置補正値は、1つ以上の較正特徴によって提供される1つ以上の参照位置に、少なくとも部分的に基づく。
【0046】
1つの実施形態において、上記1つ以上の較正特徴は、水平パターン、垂直パターン、またはこれらの両方で配向した特徴のアレイを含む。
【0047】
1つの実施形態において、上記方法は。さらに、以下の工程:
上記プローブアレイに関するy軸に沿って、ある距離を、上記プローブアレイを並進させる工程;ならびに
上記プローブアレイ画像が、プローブアレイ上に位置する上記複数のプローブの各々に対応するピクセル強度値を含むまで、受信するステップ、関連させるステップ、および並進させるステップを繰り返す工程、
を包含する。
【0048】
1つの実施形態において、上記距離は、上記y軸におけるピクセルの大きさに、少なくとも部分的に基づく。
【0049】
1つの実施形態において、上記距離は約2.5μmである。
【0050】
1つの実施形態において、上記距離は、約1.5μmと約3.0μmとの間である。
【0051】
別の局面において、本発明は、走査システムを提供し、この走査システムは、以下:
1つ以上の検出器であって、プローブアレイ上に位置する複数のプローブ特徴からの検出された発光に少なくとも部分的に基づく複数のピクセル強度値を受信するよう構成および配置された、検出器;ならびに
補正画像生成器であって、1つ以上の位置補正値に少なくとも部分的に基づいて、ピクセル強度値の各々を、プローブアレイ画像の1つ以上の画像ピクセル位置に関連付けるよう構成および配置されている、補正画像生成器、
を備える。
【0052】
1つの実施形態において、上記プローブアレイ画像は、±1ピクセル以下の位置誤差を有する。
【0053】
1つの実施形態において、上記発光は、少なくとも部分的に、励起ビームに応答性である。
【0054】
1つの実施形態において、上記発光は、1つ以上の蛍光分子の励起ビームによる励起から生じる。
【0055】
1つの実施形態において、上記励起ビームはレーザービームを含む。
【0056】
1つの実施形態において、上記レーザーは、固体ダイオードポンピング周波数二倍Nd:YAGレーザーを備える。
【0057】
1つの実施形態において、上記1つ以上の検出器は、上記複数のピクセル強度値の受信を、上記励起ビームの単一の通過において、上記複数のプローブ特徴のある数の連続したプローブ特徴にわたって達成する。
【0058】
1つの実施形態において、上記連続した特徴は、走査線を含む。
【0059】
1つの実施形態において、上記連続した特徴は、すぐ隣接した特徴であるか、または上記プローブアレイの非特徴領域によって分離されている。
【0060】
1つの実施形態において、上記複数のピクセル強度値の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約2.5μmの寸法を有するピクセルに関連付けられる。
【0061】
1つの実施形態において、上記x軸における寸法は、約1.5μmと約3.0μmとの間である。
【0062】
1つの実施形態において、上記複数のプローブ特徴の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約18μmの寸法を有する。
【0063】
1つの実施形態において、上記x軸上の寸法は約14μmと約22μmとの間である。
【0064】
1つの実施形態において、上記複数のプローブ特徴の各々は、上記プローブアレイに関するx軸において、約10μmのプローブ特徴の寸法を有する。
【0065】
1つの実施形態において、上記x軸上での寸法は、約6μmと約14μmとの間である。
【0066】
1つの実施形態において、各プローブ特徴は、上記複数のピクセル強度値の1つ以上に関連付けられる。
【0067】
1つの実施形態において、上記生物学的プローブアレイは、合成されたアレイまたはスポットされたアレイを含む。
【0068】
1つの実施形態において、上記1つ以上の位置補正値の各々は、水平直線性補正値、垂直直線性補正値、またはこれらの両方を含む。
【0069】
1つの実施形態において、上記補正画像生成器は、上記1つ以上の位置補正値によって決定されたある数のピクセルにより、上記複数のピクセル強度値の各々と関連する、受信されたピクセル位置を調節することによって、複数のピクセル強度値の各々と、1つ以上の画像ピクセル位置との関連付けを達成する。
【0070】
1つの実施形態において、上記ピクセルの数は分数値を含む。
【0071】
1つの実施形態において、上記1つ以上の位置補正値は、1つ以上の較正特徴により提供される1つ以上の参照位置に少なくとも部分的に基づく。
【0072】
1つの実施形態において、上記1つ以上の較正特徴は、水平パターン、垂直パターン、またはそれらの両方に配向された特徴のアレイを含む。
【0073】
1つの実施形態において、本発明の走査システムは、さらに、以下:
輸送フレームであって、上記プローブアレイを、このプローブアレイに関するy軸に沿ってある距離を並進させるよう構成および配置されている、輸送フレーム;および
コンパレータであって、プローブアレイ上に位置する上記複数のプローブの各々に対応する、1つ以上の受信されたピクセル強度値に少なくとも部分的に基づいて、完成したプローブアレイ画像を決定するよう構成および配置されている、コンパレータ、
を備える。
【0074】
1つの実施形態において、上記距離は、上記y軸におけるピクセルの大きさに少なくとも部分的に基づく。
【0075】
1つの実施形態において、上記距離は、約2.5μmである。
【0076】
1つの実施形態において、上記距離は、約1.5μmと約3.0μmとの間である。
【0077】
1つの実施形態において、上記輸送フレームは、固体ヒンジ彎曲部を提供するようさらに構成および配置されている。
【0078】
1つの実施形態において、上記固体ヒンジ彎曲部は、Z軸における移動を提供する。
【0079】
1つの実施形態において、上記固体ヒンジ彎曲部に、摩擦もスティクションもない。
【0080】
別の局面において、本発明は、以下の工程:
プローブアレイに励起ビームを指向する工程;
この励起ビームに応答して、反射された強度データを受信する工程であって、ここで、この強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離に少なくとも部分的に応答する、工程;
プローブアレイに関して、第1の方向で焦点距離を調節する工程;ならびに
ある数の反復にわたって、受信するステップおよび調節するステップを繰り返す工程;
最良の焦点面を、調節された焦点距離における反射された強度データの1つ以上の特徴に少なくとも部分的に基づいて、決定する工程、
を包含する、方法を提供する。
【0081】
1つの実施形態において、上記第1の方向は、上記プローブアレイから離れる方向またはプローブアレイに向かう方向である。
【0082】
1つの実施形態において、上記反復の数は予め決定されている。
【0083】
1つの実施形態において、上記反復の予め決定された数は、上記反射された強度データに関する予測された誤差に少なくとも部分的に基づく。
【0084】
1つの実施形態において、上記反射された強度データに関する上記予測された誤差は、上記反復の予め決定された数に逆に関連する。
【0085】
1つの実施形態において、上記反射された強度データは、1つ以上の焦点特徴からの上記励起ビームの反射に応答する。
【0086】
1つの実施形態において、上記反射された強度データは、1つ以上の反射点に対応する。
【0087】
1つの実施形態において、上記最良の焦点面は、ビームのくびれの1つ以上の特徴に、上記1つ以上の点を関連付けることに少なくとも部分的に基づく。
【0088】
1つの実施形態において、上記1つ以上の焦点特徴は、活性領域の外側に位置し、そして上記1つ以上のプローブ特徴は、この活性領域の内側に位置する。
【0089】
1つの実施形態において、上記1つ以上の焦点特徴は、色彩ボーダーを含む。
【0090】
1つの実施形態において、上記1つ以上の特徴は、傾斜値を含む。
【0091】
1つの実施形態において、上記最良の焦点面は、上記傾斜値の最大値に少なくとも部分的に基づく。
【0092】
別の局面において、本発明は、走査システムを提供し、この走査システムは、以下:
1つ以上の光学素子であって、プローブアレイに励起ビームを指向するよう構成および配置されている、光学素子;
1つ以上の検出器であって、励起ビームに応答して、反射された強度データを受信するよう構成および配置されており、ここで、この強度データは、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離によって、少なくとも部分的に決定される、検出器;ならびに
自動焦点器であって、2つ以上の焦点距離において受信される、反射された強度データの1つ以上の特徴に、少なくとも部分的に基づいて、最良の焦点面を決定するよう構成および配置されている、自動焦点器、
を備える。
【0093】
1つの実施形態において、上記第1の方向は、上記プローブアレイから離れる方向またはプローブアレイに向かう方向である。
【0094】
1つの実施形態において、上記反復の数は予め決定されている。
【0095】
1つの実施形態において、上記反復の予め決定された数は、上記反射された強度データに関連する予測された誤差に少なくとも部分的に基づく。
【0096】
1つの実施形態において、上記反射された強度データに関する上記予測された誤差は、上記反復の予め決定された数に逆に関連する。
【0097】
1つの実施形態において、上記反射された強度データは、1つ以上の焦点特徴からの上記励起ビームの反射に応答する。
【0098】
1つの実施形態において、上記反射された強度データは、1つ以上の反射点に対応する。
【0099】
1つの実施形態において、上記最良の焦点面は、ビームのくびれの1つ以上の特徴に、上記1つ以上の点を関連させることに、少なくとも部分的に基づく。
【0100】
1つの実施形態において、上記1つ以上の焦点特徴は、活性領域の外側に位置し、そして上記1つ以上のプローブ特徴は、この活性領域の内側に位置する。
【0101】
1つの実施形態において、上記1つ以上の焦点特徴は、色彩ボーダーを含む。
【0102】
1つの実施形態において、上記1つ以上の特徴は、傾斜値を含む。
【0103】
1つの実施形態において、上記最良の焦点面は、上記傾斜値の最大値に少なくとも部分的に基づく。
【0104】
別の局面において、本発明は、以下の工程:
1つ以上のプローブアレイを、マガジンに格納する工程であって、ここで、これらの複数のプローブアレイの各々は、プローブアレイカートリッジ内に収容される、工程;
マガジンと走査システムとの間で、第1のプローブアレイカートリッジを可逆的に輸送する工程;および
マガジンを、第2のプローブアレイカートリッジに、1つ以上の位置だけ進める工程、
を包含する、方法を提供する。
【0105】
1つの実施形態において、上記格納する工程は、温度および湿度が制御された環境を提供する工程を包含する。
【0106】
1つの実施形態において、上記温度および湿度が制御された環境は、生物学的完全性を維持するために、上記プローブアレイを、ある温度に維持する工程を包含する。
【0107】
1つの実施形態において、生物学的完全性を維持するための上記温度は、約2℃と15℃との間の範囲を含む。
【0108】
1つの実施形態において、上記1つ以上のプローブアレイの各々は、垂直な配向に配置される。
【0109】
1つの実施形態において、上記マガジンは、上記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも48を保持する。
【0110】
1つの実施形態において、上記マガジンは、実質的に円形である。
【0111】
1つの実施形態において、上記マガジンは、上記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも100を保持する。
【0112】
1つの実施形態において、上記1つ以上のプローブアレイカートリッジの少なくとも1つを温めることによって、凝縮を低減させる工程をさらに包含する。
【0113】
1つの実施形態において、上記輸送する工程に、上記プローブアレイカートリッジを可逆的に係合および脱係合する、1つ以上の要素が関与する。
【0114】
1つの実施形態において、上記1つ以上の要素は、1つ以上の基準特徴を係合する。
【0115】
別の局面において、本発明は、走査システムを提供し、この走査システムは、以下:
冷却された格納チャンバであって、マガジンにおいて1つ以上のプローブアレイを格納するよう構成および配置されており、ここで、複数のプローブアレイの各々は、プローブアレイカートリッジ内に収容されている、冷却された格納チャンバ;
カートリッジ輸送アセンブリであって、第1のプローブアレイカートリッジを、マガジンと走査システムとの間で可逆的に輸送するよう構成および配置されている、カートリッジ輸送アセンブリ;ならびに
リニアモータであって、マガジンを第2のプローブアレイカートリッジへと、1つ以上の位置だけ進めるよう構成および配置されている、リニアモータ、
を備える。
【0116】
1つの実施形態において、上記冷却された格納チャンバは、温度および湿度が制御された環境を含む。
【0117】
1つの実施形態において、上記温度および湿度が制御された環境は、生物学的完全性を維持するための温度を含む。
【0118】
1つの実施形態において、生物学的完全性を維持するための上記温度は、約2℃と15℃との間の範囲を含む。
【0119】
1つの実施形態において、上記1つ以上のプローブアレイの各々は垂直な配向で配置されている。
【0120】
1つの実施形態において、上記マガジンは、上記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも48を保持する。
【0121】
1つの実施形態において、上記マガジンは、実質的に円形である。
【0122】
1つの実施形態において、上記マガジンは、上記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも100を保持する。
【0123】
1つの実施形態において、本発明の走査システムは、高温チャンバをさらに備え、この高温チャンバは上記1つ以上のプローブアレイカートリッジのうちの少なくとも1つを温めることによって、凝結を低減するよう構成および配置されている。
【0124】
1つの実施形態において、上記カートリッジ輸送アセンブリは、上記プローブアレイカートリッジを可逆的に係合および脱係合する、1つ以上の要素を備える。
【0125】
1つの実施形態において、上記1つ以上の要素は、1つ以上の基準特徴と係合する。
【0126】
別の局面において、本発明は、走査システムを提供し、この走査方法は、以下:
サービスアプリケーションであって、1つ以上の較正方法を実行するよう構成および配置されており、ここで、このサービスアプリケーションは、走査システムの複数の要素のインターフェースを含む、サービスアプリケーション、
を備える。
【0127】
1つの実施形態において、上記1つ以上の較正方法は、ピッチ較正、ロール較正、および円弧半径較正を含む。
【0128】
1つの実施形態において、上記複数の要素は、ハードウェア要素を含む。
【0129】
1つの実施形態において、上記サービスアプリケーションは、1つ以上の診断試験を実施するためにさらに構成および配置されている。
【0130】
1つの実施形態において、上記サービスアプリケーションは、1つ以上のソフトウェアまたはファームウェアのアプリケーションをアップロードおよびダウンロードするようさらに構成および配置されている。
【0131】
(発明の詳細な説明)
以下の説明は特定の実施形態を表わすために計画されたものであり、決して制限されるように解釈されるべきではない。また、本発明の開示に援用される一般的な特徴を示すための参考が、論文および特許に対してなされるが、本発明はこれらの記述により制限されない。多くのスキャナの設計が、プローブアレイ240から導かれた実験データの獲得のために適切な励起信号および発光信号を提供するために使用され得る。
【0132】
図1の例示的な局面に言及して、用語「励起ビーム」とは、レーザーによって生成された光ビームをいう。しかし、レーザー以外の励起の供給源は、代替的な局面において使用され得る。例えば、他の局面は、発光ダイオード、白熱光源あるいは励起標識の励起帯において波長を有するか、または検出可能に伝達、反射もしくは散乱される放射線を提供する能力のある他の任意の光もしくはエネルギーの他の電磁気供給源を使用し得る。従って、用語「励起ビーム」は、本明細書中で広範に使用される。用語「発光ビーム」もまた、本明細書中で広範に使用される。種々の従来のスキャナは、生物学的プローブに結合した標識された標的分子または他の物質からの、蛍光または他の発光を検出する。他の従来のスキャナはこのような標的から伝達、反射または散乱された放射線を検出する。これらのプロセスは、これ以降、単に便宜的に「発光ビーム」の検出に関して、時々一般的および集合的に称される。種々の検出スキームは、発光および他の因子の型に依存して使用される。代表的なスキームは光学的および他の要因を使用して、励起ビーム(例えば、レーザーからの)を提供し、そして発光ビームを選択的に収集する。また一般的に、光ダイオードを使用した種々の光検出システム、電荷結合素子、光電子増倍管または収集された発光ビームを記録するための類似のもしくは他の従来のデバイスを含む。例えば、蛍光標識された標的を用いる走査システムは、米国特許第5,143,854号および同第6,225,625号に記載され、これらの全体は、全ての目的のために参考として援用される。他のスキャナまたは走査システムは以下に記載され、各々はまた、その全体が全ての目的のために参考として援用される:米国特許第5,578,832号;同第5,631,734号;同第5,834,758号;同第5,936,324号;同第5,981,956号;同第6,025,601号;同第6,141,096号;同第6,185,030号;同第6,201,639号;同第6,207,960号;同第6,218,803号;同第6,252,236号;同第6,335,824号;同第6,490,533号;同第6,407,858号;および同第6,403,320号;ならびにPCT出願PCT/US99/06097(WO99/47964として発行された)。
【0133】
上記の走査システムの1実施形態は、多様な機能を提供し得る。例えば、いくつかの機能は、関連分野の当業者が発現分析および/または遺伝子型分類(genotyping)と称するもの含み得る。遺伝子型分類は、例えば単一ヌクレオチド多型、DNA配列決定、異型接合性喪失の同定またはトランスクリプトーム分析をさらに含む。以前の例示は単なる説明の目的であり、多くのさらなる機能が存在し得ることは当業者に明らかである。機能のさらなる例示は、診断的使用または他の型の臨床的使用を含む。例えば、診断機能は、健康上の問題の存在またはその兆しの可能性を同定する目的のための、患者サンプルの分析を含み得る。
【0134】
さらに、本明細書中に記載される走査システムの詳細な実施形態は、プローブアレイの正確な画像特性のために構築され、改変される。このプローブアレイは、寸法(正方形の側面および長方形の側面のような)において18μm、10μmまたはより小さい特徴サイズを含み得る。非常に小さい特徴サイズの正確な画像化は一般的に、走査システムのハードウェアおよびソフトウェアの要素に関連する誤差(例えば、許容可能な位置誤差のような類似の小さな誤差)に対する許容性が、獲得した画像の+/−1ピクセルを超えないことが必要とされる。種々の要因に起因して、複数のピクセルが一般的に、各々の特徴について集められる;例えば、4〜64ピクセルの範囲は、プローブアレイ240の詳細な局面の特徴サイズに依存して各形態について獲得され得る。
【0135】
(スキャナオプティクスおよび検出器100)
図1は、スキャナオプティクスおよび検出器(これ以降、簡単に「スキャナオプティクス」)100を、例示的に表わした単純な図である。1つのみの励起供給源120を例示的な実施例に示しているが、1つ以上の任意の数の励起供給源120が代替的な実施形態において使用され得る。本実施例において、供給源120はレーザーであり;本実施形態において、ポンプされる固体ダイオード、倍周波数のNd:YAG(ネオジムをドープしたイットリウム−アルミニウム−ガーネット)または532nmの波長を有する緑色レーザー光を生成するYVO4レーザーである。1つのレーザーのみ、従っておよび1つのイルミネーションビームのみが各走査の間で使用される。供給源120に対する本明細書中のさらなる言及は、一般的に例示目的のために仮定され、これらは示されるようにレーザーであるが、供給源の他の型(例えば、X線供給源)は他の局面において使用され得る。The Handbook of Biological Confocal Microscopy(James B.Pawley編)(第2版;1995;Plenum Press、NY)は、レーザーおよび関連するオプティクスの使用に関連する当業者に公知の情報を含み、本明細書中にその全体が参考として援用される。
【0136】
図1はさらに、励起ビーム135および発光ビーム152の経路ならびにスキャナオプティクス100を含む複数の光学的部分の例示的な実施例を提供する。本発明の例示において、励起ビーム135は供給源120から発光し、そして3−レンズビーム調節器/拡張器130に指向した1つ以上の反射鏡124によって光路にそって向けられる。反射鏡は、光学モジュールにおいて使用され、対物レンズで励起ビームの照準を合わせるためおよび蛍光検出モジュールで発光ビームの照準を合わせるための必要に応じた光路調節を提供する。この反射鏡はまた、スキャナ全体の梱包を容易にするためによりコンパクトなサイズおよび形に光路を「収める」ために役立つ。反射鏡の数は異なる実施形態において変更され得、光路の必要性に依存し得る。例えば、光路が多くの角(例えば、2つ以上)で曲がることが必要ならば、対応する反射鏡124の数は、光路の要件を満たすまで必要とされ得る。
【0137】
いくつかの実施形態において、励起ビーム135は既知の直径を有することが所望され得る。ビーム調節器/拡張器130は、ビームの直径を、例えば、1.076mm±10%の直径を含み得る値に調節する1つ以上の光学素子を提供し得る。例えば、1つ以上の光学素子は、3−レンズビーム拡張器(所望の値に励起ビーム135の直径を広げ得る)を含む。あるいは、1つ以上の光学素子は、所望の値まで励起ビーム135の直径を減少させ得る。さらに、ビーム調節器/拡張器130の1つ以上の光学素子は、励起ビーム135の1つ以上の性質をさらに調節し、他の所望の特性(例えば、関連分野の当業者が対物レンズ145に対する水平波面という)を提供する。次いで、所望の特性を有する励起ビーム135はビーム調節器/拡張器130を通り抜け得、そして励起フィルタ125に向って1つ以上の反射鏡124によって再び方向を変更し得る光路に沿い続ける。
【0138】
フィルタ125は、励起波長以外の波長の光を除去するために使用され得、そして例えば、供給源120が、これらの無関係の波長で光を生成しない場合、一般的に含まれる必要がない。しかし、フィルタ125は安価なレーザーを使用するためにいくつかの用途において所望され得、このような無関係な発光を生成することを避けるために設計するよりもアウト−オブ−モード(out−of−mode)レーザー発光をフィルタする方が、しばしばより安価である。いくつかの実施形態において、フィルタ125は、励起ビーム135の、ビーム調節器/拡張器130によって調節される所望の特性のような他の特性に影響を与えることなしに、励起波長で光の実質部分または全てを透過させ得る。例えば、励起波長は、532ナノメーター(nm)(例えば、R−フィコエリトリンを含む1つ以上の発蛍光団を励起し得る)を含み得る。
【0139】
次いでフィルタ125を透過後の励起ビーム135は、光路に沿ってレーザー減衰器133に向かい得る。レーザー減衰器133は、励起ビーム135のパワーレベルを調節する手段を提供し得る。いくつかの実施形態において、減衰器133は、例えば、可変性ニュートラルデンシティフィルタから構成され得る。関連の技術分野における当業者は、ニュートラルデンシティフィルタ(例えば、吸収性、金属性または他の型のニュートラルデンシティフィルタ)が透過する光量を減少させるために使用され得ることを理解する。光の減少量は、フィルタの密度と呼ばれるものに依存し得る(密度が増加するにつれて、追加し得る光量は減少する)。ニュートラルデンシティフィルタは、さらに密度勾配を含み得る。例えば、本願に記載される実施形態は、密度勾配を有するニュートラルデンシティフィルタを含むレーザー減衰器133を含み得る。スキャナコントールおよび分析実行可能プログラム572により提供される1つ以上のパラメータを利用してスキャナファームウェア実行可能プログラム672の制御下で作動する減衰器133は、光路に対してニュートラルデンシティフィルタの位置を変更するステップモータを使用し得る。減衰器133は、少なくともある程度ファームウェア実行可能プログラム672から指示に基づいて、プローブアレイに送達されるレーザーパワーのレベルを調節し得る。この調節は、光路において所望のレーザーパワーに関連するニュートラルデンシティフィルタ勾配の特徴的な密度をセットすることによってなされ得る。従って、ニュートラルデンシティフィルタは、以下に詳細に記載するレーザーパワーモニター110により測定されるように所望のレベルまで透過する光量を減少させる。
【0140】
いくつかの実施形態は、シャッター134の1つ以上の局面を含み得る。いくつかの局面は、シャッター134がプローブアレイ240に全てのレーザー光が到達するのを遮断する手段を提供するように光路に沿って、スキャナ400内の1つ以上の位置におけるシャッター134の位置決めを含み得る。そしていくつかの局面において、レーザーパワーモニター110に到達する全てのレーザー光をさらに遮断する。シャッター134は、光ビームを完全に遮断するための種々の手段を使用し得る。例えば、シャッター134は、励起ビーム135のようなレーザー光ビームの実質的に全てを遮断し得る金属、プラスチックまたは他の適切な金属から構成される固体バリアーを拡張/収縮するためにスキャナファームウェア実行可能プログラム672の制御下でモニターを使用し得る。シャッター134は、例えば、1つ以上の光検出器またはモニター(発光検出器115およびレーザーパワーモニター110を含む)からの全ての光を遮断するような種々の目的のために使用され得る。本実施例において、光を遮断することは、較正方法(例えば、光検出器の「暗電流(dark current)」または背景ノイズと称されるものを測定および調節するオートゼロ(auto−zero)実行可能プログラム674ならびに/または較正実行可能プログラムおよびデータ676によって実行される方法)のために使用され得る。
【0141】
減衰器133および/またはシャッター134のような要素の後の光路に設置されるスキャナオプティクスおよび検出器100の構成部分は、二色性ビームスプリッタ136を含み得る。関連技術分野の当業者は、二色性ビームスプリッタは(一般的に二色性鏡とも称される)特定の波長範囲の光を高く反射する光学素子を含み得、そして1つ以上の他の波長範囲でビームスプリッタまたは鏡を通る光を伝達し得る。あるいは、このビームスプリッタまたは鏡は、特定波長で光のある割合を反射し得、そして残りの割合の伝達をし得る。例えば、二色性ビームスプリッタ136は、励起ビーム135’に説明されるように(図1に一部分の励起ビーム137として説明されるビームスプリッタ136を透過して反射しない励起ビーム135の小さな画分にしつつ、対物レンズ145に向いた光路に沿って)励起ビームの大部分を方向付け得る。例えば、一部分の励起ビーム137は、励起ビーム135のパワーレベルを測定し、そしてスキャナファームウェア実行可能プログラム672にフィードバックを提供することを目的として、レーザーパワーモニター110まで二色性ビームスプリッタ136を透過する。次いで必要ならば、ファームウェア実行可能プログラム672は、レーザー減衰器133を経由してパワーレベルを調節し得る。
【0142】
検出器110は、一部分の励起ビーム137を検出するための種々の従来の装置(例えば、検出する光を表す電気信号を提供するシリコン検出器、光ダイオード、電荷結合素子、光電子増倍管あるいは検出光を示す信号を提供するための任意の他の検出デバイス(現在利用可能かまたは将来開発され得る))のいずれかであり得る。図1に示されるように、検出器110は一部分の励起ビーム137からの検出光を表す励起信号194を生成する。公知の技術にしたがって、励起信号194の振幅、位相または他の特性は、既知または励起ビーム135のパワーに依存して決定可能な様式において変化するように設計される。これに関連して、用語「パワー」は発光を誘発するためのビーム135の能力をいう。例えば、ビーム135のパワーは、レーザーエネルギーが蛍光信号を誘発する例示的な実施例に関連してレーザーエネルギーのミルワットにおいて測定され得る。従って、励起信号194は、特定の時間または期間の間にビーム135のパワーを表す値を有する。スキャナファームウェア実行可能プログラム672は評価について信号194を受け得、そして上記に記載のように必要ならば調節し得る。
【0143】
ビームスプリッタ136からの反射後、励起ビーム135’は、潜望鏡138、反射鏡140および反射鏡142のアーム末端を介して対物レンズ145に向かい光路に沿い続け得る。例示的な局面において、鏡138、140および142は、反射鏡124と同様の反射特性を有し得、そしていくつかの局面において反射鏡124と交換可能に使用され得る。図2Aおよび2Bに関連して以下に詳細に記載されるように、例示的局面においてレンズ145は小さく、軽量なレンズであり、これはガルボ(galvo)回転149によって示される面に対して垂直な軸の回りの検流計によって誘導されるアームの端に位置される。1つの実施形態において、レンズ145は励起ビーム135’を焦点の最もよい面で特定化されたスポットサイズ(例えば、3.5μmのスポットサイズを含み得る)に至るように焦点をあてた。ガルボ回転149は、図2においてアーチ型経路250(本明細書中で「走査線」とも称され得る)として説明されるように基質上で弧を描いて動く対物レンズ145を生じる。ここで、生物物質は代表的に合成されているかまたは保管されている。アーチ型経路250は、例えば、基質上を36度の弧で動く。これらの生物物質に結合した発蛍光団は、周知の原則に従って特徴的な波長で発光ビーム152を発光する。用語「発蛍光団」は、一般的に光、化学、または他の型のエネルギー供給源からエネルギー移動によって蛍光を生成する分子をいう。
【0144】
例示的な実施例における発光ビーム152は、二色性ビームスプリッタ136に達するまで励起ビーム135に関して記載されるように逆の光路に従う。周知の技術および原則に従って、ビームスプリッタ136の特性は、ビーム152(またはその一部分)が反射されるよりもむしろ鏡を透過するように選択される。次いで、発光ビーム152は所望の光路に沿ってフィルタホイール160に向けられる。
【0145】
1つの実施形態において、フィルタホイール160は、発蛍光団の発光バンドの外側である発光ビーム152のスペクトル成分をフィルタで除くことを提供し得る。この発光バンドは、励起ビーム135の周波数に反応性のそれらの発蛍光団の特性発光周波数により決定される。従って、例えば、供給源120からの励起ビーム135(532ナノメートルの波長を有すると例示的に仮定する)は、他よりも非常に高程度に特定の発蛍光団を励起する。第1の例示的な発蛍光団(図1に示していない)の特性発光波長がビーム135によって励起された場合、551ナノメートルになると仮定され得る。本実施例における発光ビーム152はまた代表的に、関連技術分野の当業者に公知の分布に従って551ナノメートル前後の波長を含む。この結果はフィルタホイール160の所望のフィルタによってフィルタされた発光ビーム152を表わすフィルタされた発光ビーム154を含み得る。
【0146】
いくつかの局面において、フィルタホイール160は、各々が異なる発蛍光団からの発光スペクトルに対応する異なる波長を調整し得る複数のフィルタを備え得る。フィルタホイール160は、発光ビーム152の光路において所望のフィルタを設置するためにホイールを調整するための機構が含まれ得る。この機構はスキャナファームウェア実行可能プログラム672からの指示に応答し得る調整のためのモータまたは他のデバイスを含み得る。例えば、生物学的プローブアレイ実験は、いくつかのプローブアレイ上で実施され得、ここで、種々の発光スペクトルを有する複数の発蛍光団(単一または複数のレーザーによって励起され得る)が使用される。同一の励起波長を使用するが異なる発光スペクトルの性質を有する色素は、当該分野で蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)として公知であるこれらのような方法によって生成される。ここで、2つの発蛍光団は同じ分子に存在する。1つの発蛍光団の発光波長が第2の発蛍光団の発光波長と重なり、その結果第2の発蛍光団からの波長の発光は、この発光波長を使用する発蛍光団の分類の異型である。従って、励起ビームを用いることによって、明らかに異なる発光を獲得することが可能であり、その結果、異なる形態のプローブアレイが単一実験において標識され得る。
【0147】
本実施例において、プローブアレイは、1つの波長のフィルタを用いて走査され、次いで1つ以上のさらなる走査は、特定の発蛍光団およびフィルタペアに一致するように実行され得る。次いで、スキャナコントロールおよび分析実行可能プログラム572はデータを処理して、その結果、使用者は単一の画像またはデータ分析のための他の形式で表わし得る。他の局面において、複数の励起供給源120(1つ以上の調節可能な波長励起供給源)および例示に類似の光学経路において一致する複数の光学素子は、複数の波長で同時に走査するために使用され得る。複数の発光波長を利用するスキャナシステムの他の実施例は、米国特許出願第09/683,216号、題「System,Method,and Product For Dynamic Noise Reduction inScanning of Biological Materials」2001年12月3日出願;米国特許出願第09/683,217号、題「System,Method,and Product for Pixel Clocking in Scanning of Biological Materials」2001年12月3日出願;および米国特許出願第09/683,219号、題「System,Method,and Product for Symmetrical Filtering in Scanning ofBiological Materials」2001年12月3日出願(これらの各々はこれによって、その全体が全ての目的のために参考として援用される)に記載される。
【0148】
関連技術分野における当業者に周知の技術(共焦点顕微鏡を含む)に従って、ビーム154は、レンズ165のような種々の光学素子によって焦点を合わせられ得、そして例示的なピンホール167、アパーチャー、または他の要素を透過する。公知の技術に従って、ピンホール167を、対物レンズ145の焦点の平面以外に焦点平面から光を反射させるように配置し(すなわち、アウト−オブ−フォーカス光)、従って生じる画像の解像度は増加する。ピンホール167を透過した後、焦点の平面に一致する、フィルタした発光ビーム154部分(フィルタされた発光ビーム154’として表わされる)は、所望の光路に沿い続け、そして発光検出器115に当たる。
【0149】
励起検出器110に類似して、発光検出器115は、検出された光を表す電気的信号を提供するシリコーン検出器であり得るか、あるいはこれは光ダイオード、電荷結合素子、光電子増倍管または現在利用可能であるかもしくは検出光の示す信号を提供するために将来開発され得る他の任意の検出デバイスであり得る。検出器115は、発光信号192および/または較正信号196(検出器110による励起信号194の生成に関して上に記した様式において、フィルタされて発光ビーム154’として示される)を生成する。発光信号192および励起信号194を、図5に関連して以下に記載するように、処理について、スキャナフレームワーク実行可能プログラム672に提供する。
【0150】
同一および他の局面において、1つ以上のさらなる二色性の鏡は、二色性鏡170として図1において示した発光ビーム152の光路に配置され得る。1つ以上の各々の鏡170は、反射するように発光ビーム152の特異的な波長を選択するために調節され得る。選択した波長の反射ビームを、選択した発光ビーム175として表1に示す。いくつかの局面において、選択した発光ビーム175はさらなる検出デバイスに指向され、これは選択したビーム検出デバイス180として示した発光検出器110または115と同じ型の検出装置であり得る。デバイス180はまた、上記の光学素子(例えば、フィルタホイール160、レンズ165およびピンホイール167)の局面に関連し得る。例えば、種々の発光スペクトルを有する複数の発蛍光団が使用される場合、生物学的プローブアレイ実験は同じプローブアレイ上で実行される。発蛍光団の各々は、異なる発光スペクトルに反射するように調節される鏡170の関連局面を有する異なる発光スペクトルを有し得、そしてビームスプリッタ136に関して以前に記載したように、全ての他のスペクトルを透過させ得る。本実施例において、各鏡170は関連フィルタホイール160、レンズ165およびピンホール167ならびに検出器180を備える。関連した各検出器180は、鏡170によって反射される検出スペクトルに対して特異的である発光信号192に類似の信号を生成する。次いで、各信号192は、スキャナファームウェアに送られ、そしてさらに、さらなる処理の分析プログラム実行ファイルを制御するスキャナに送られる。さらに、本実施例において、発蛍光団が励起ビームによって励起され、そして発蛍光団と関連する異なる発光スペクトルが二色性鏡170によって選択される場合、別の走査は、検出器115および関連した光学素子の単一局面を用いて、各発蛍光団について実行する必要があり得る場合とは反対に、単一の走査が実行され得る。この形状から有用性は、光退色に関する当業者によって言及される減少量を含み得る。発蛍光団が励起光に対して曝露される時間量がゼロになり得る値に減少するまで、発光強度の低減に一致するに従って、光退色は蛍光発光が特徴付けられる。さらに、複数の走査に対抗して単一の走査が実行されるので、本実施例に記載される局面は、複数の発蛍光団を用いるアレイを走査するより少ない時間を必要とし得る。
【0151】
スキャナ400内の光路(例えば、励起ビーム135および発光ビーム152)を整列させるための方法としては、複数の光学障壁の使用が挙げられ得る。シャッター134に関してと類似の様式において、複数の光学障壁は、金属、プラスチック、または本質的に全てのレーザー光ビームをブロックし得る他の適切な材料で構成され得る。各光学障壁は、ピンホール型開口部を備え得、この開口部は、光のビームが光学障壁を完全に通過することを可能にし、そしてここで、各ピンホール型開口部は、ビーム135またはビーム152のいずれかよりもわずかに大きい。各ピンホール型開口部は、その光学障壁の既知の位置(例えば、光学障壁の中心部など)に配置されるが、このピンホール型開口部の既知の位置が、各光学障壁について同じ位置である必要はない。この方法は、スキャナ400内の最適な所望される光路中の連続した位置に、ピンホール型開口部と関連して各光学障壁を置く工程を包含し得る。この方法の1つの実施形態において、整列させる最初の工程は、レーザー120に近い(あるいは、旋回ミラー(例えば、旋回ミラー124)に近い)固定された位置にピンホール型開口部と関連して第1の光学障壁を配置する工程を包含し得る。このピンホール型開口部は、ビームが通過するべき光路に適切に整列されるように配置される必要がある。このビームがピンホール型開口部を通過しない場合、ビームの光路の調整が必要とされ得る。調節は、レーザー120の照準および/もしくは位置のいずれかを調整することによって達成され得、そして/または、1つ以上の旋回ミラーに対する調整は、そのビームがピンホール開口部を通過するまで、なされ得る。この方法は、光路内の連続位置に配置される光学障壁を用いて繰り返され得、ここで、各連続位置は、全光路が整列されるまで、最後の位置よりもレーザー120から遠くに離される。この今記載した方法において、固定置は、各光学障壁がスキャナ400内のいくぶん固定された剛性構造によって支持され得るように、配置され得る。さらに、光学障壁の数は、スキャナ内の光路の複雑さから必要とされる場合、変化し得る。
【0152】
図2Aは、特定の非限定的な局面に従って、スキャナ光学部品100の走査アーム部分の単純化した表示の斜視図の例を示す。アーム200は、軸210の周りを弧状に移動し、これは、ガルボ(galvo)回転149の面に対して垂直である。位置変換器もまた、アーム200と関連し得る。この構成の可能性のある利点は、振動アーム自体の位置がデータ収集の各瞬間に決定されるということであり得る。位置変換器からの正確な位置データは、直線性修正表の構築のために使用され得、そして較正および画像修正方法に関して以下により詳細に記載される画像修正方法のために使用され得る。種々の公知の技術のいずれかに従って、この位置変換器は、アーム200の輻射状の位置を示す電気信号を提供する。検流計駆動型スキャナに対する特定の位置変換器の非限定的な局面は、米国特許第6,218,803号(これは、全目的のためにその全体が参考として本明細書中に援用される)に記載される。
【0153】
アーム200は、代替の位置200’および200’’で示され、このとき、アームは、軸210に関して弧で走査して前後に移動する。励起ビーム135は、以下にさらに記載するように、アーム200の末端の対物レンズ145を通して通過し、そしてプローブアレイ240の基板上のフィーチャー230においてハイブリダイズしたプローブ−標的対に含まれ得る発蛍光団を励起する。プローブアレイ240上の励起ビーム135の弓状経路を、経路250として例示目的のために概略的に示す。発光ビーム152は、上で記載したように、対物レンズ145を通じて通過する。この例のプローブアレイ240は、方向244に移動する移行ステージ242上に配置され、その結果、弓状経路250は、プローブアレイ240の面を繰り返し横切る。ステージ242の例は、例示目的のみのために示され、他の実施形態(例えば、以下に詳細に考察するカートリッジ輸送フレーム505の1つ以上の要素など)が存在することが理解される。従って明らかなように、この局面でのプローブアレイ240の面にわたる励起ビーム135の得られる適用範囲は、ビームのフットプリント、方向244での移動速度、および走査速度によって決定される。図2Bは、アーム200の頂部平面図であり、対物レンズ145は、移行ステージ242が経路250の下で移動するにつれ、プローブアレイ240上のフィーチャー230を走査する。図2Bに示されるように、この例の弓状経路250は、アーム200が方向244に対して平行な軸から各方向にθの放射状変位を有するような、経路である。以下の参照を簡便化するために、方向244に対して垂直の方向243もまた、図2Bに示す。例示目的のために、方向243を、これより以降の本明細書中で、「x」方向と呼び、そして方向244を「y」方向と呼び得る。
【0154】
この局面において、走査アームは、走査されるアレイにかかわらず、一定の弧で移動する。結果として、レンズは、アレイ上を同じ距離で横切り、従って、レンズが移動するアレイ上の場所にも、アレイ上に存在し得る蛍光物質にもかかわらず、同じピクセル数で移動する。さらに、この局面において、レンズが1回通過して開始位置に戻るのを完了するのに要する時間は、走査されるアレイにも、存在し得る蛍光物質にもかかわらず、同じ(例えば、1つの可能性のある局面において、1/50秒)である。あるいは、いくつかの局面は、プローブアレイ240の大きさに依存する、弧状で移動する走査アームを供え得る。例えば、特定のプローブアレイについての弧の幅は、スキャナパラメータデータ677(これは、弧の大きさを規定するためにスキャナファームウェア実行装置672によって使用され得る)に記憶され得る。
【0155】
蛍光発光を検出するのに適切な、焦点の、検流計駆動の、弓状の、レーザー走査装置のさらなる詳細は、PCT出願PCT/US99/06097(WO99/47964として公開)ならびに米国特許第6,185,030号;同第6,201,639号;および同第6,225,625号(これらの全てが、上記の参考として援用される)に提供される。
【0156】
プローブアレイ240:種々の技術および工学が、基板中もしくは支持体中、または基板上もしくは支持体上に生物学的材料の高密度アレイを合成するために使用され得る。例えば、Affymetrix GeneChip(登録商標)アレイは、ときにVLSIPSTM(Very Large Scale Immobilized Polymer Synthesis)工学と称される技術に従って、合成される。VLSIPSTMならびに他のマイクロアレイおよびポリマー(タンパク質を含む)アレイの製造方法および製造技術のいくつかの局面は、米国特許第09/536,841号、国際公開番号WO 00/58516;米国特許第5,143,854号、同第5,242,974号、同第5,252,743号、同第5,324,633号、同第5,445,934号、同第5,744,305号、同第5,384,261号、同第5,405,783号、同第5,424,186号、同第5,451,683号、同第5,482,867号、同第5,491,074号、同第5,527,681号、同第5,550,215号、同第5,571,639号、同第5,578,832号、同第5,593,839号、同第5,599,695号、同第5,624,711号、同第5,631,734号、同第5,795,716号、同第5,831,070号、同第5,837,832号、同第5,856,101号、同第5,858,659号、同第5,936,324号、同第5,968,740号、同第5,974,164号、同第5,981,185号、同第5,981,956号、同第6,025,601号、同第6,033,860号、同第6,040,193号、同第6,090,555号、同第6,136,269号、同第6,269,846号、同第6,022,963号、同第6,083,697号、同第6,291,183号、同第6,309,831号および同第6,428,752;ならびにPCT出願PCT/US99/00730(国際公開番号WO 99/36760)およびPCT/US01/04285(これら全てが、全ての目的のためにその全体が参考として本明細書中に援用される)に記載される。
【0157】
特定の実施形態において、合成技術を記載する特許としては、米国特許第6,486,287号、同第6,147,205号、同第6,262,216号、同第6,310,189号、同第5,889,165号、同第5,959,098号、および同第5,412,087(これら全てが、全ての目的のためにその全体が参考として本明細書中に援用される)が挙げられる。核酸アレイは、上記の特許の多くに記載されるが、同じ技術は、一般的に、ポリペプチドアレイまたは他の型のプローブアレイに適用され得る。
【0158】
概して、「アレイ」は、代表的に、合成的または生合成的のいずれかで調製され得る分子の収集物を含む。アレイ中の分子は、同一でってもよく、アレイ中の分子は複製物であってもよく、そして/またはアレイ中の分子は、互いに異なっていてもよい。アレイは、多様な形態(例えば、可溶性分子のライブラリー;樹脂ビーズ、シリカチップ、または他の固体支持体につながれた化合物のライブラリー;ならびに他の形式)が想定され得る。
【0159】
用語「固体支持体」、「支持体」および「基板」は、いくつかの状況において、交換可能に使用され得、そして剛性表面または半剛性表面を有する材料または材料群をいい得、これらは、多孔性または非多孔性の覆いであり得るかまたはこのような覆いを有し、そしてプローブを確保するために二次元または三次元を提供し得る。多くの実施形態において、固体支持体の少なくとも1つの表面が、実質的に平らであるが、いくつかの実施形態において、例えば、ウェル、盛り上がった領域、ピン、エッチングした溝もしくはウェル、または他の分離部材もしくは分離要素を用いて、異なる化合物に対する合成領域を物理的に分離することが望ましくあり得る。いくつかの実施形態において、固体支持体は、ビーズ、樹脂、ゲル、微粒子、または他の材料および/もしくは幾何学構成の形態をとり得る。
【0160】
概して、「プローブ」は、代表的に、特定の標的によって認識され得る分子である。本明細書中に使用される用語「プローブ」の正確な解釈を確実にするために、関連文献中に矛盾した慣習が存在することに注意すること。語「プローブ」は、いくつかの状況において、上記のように、基板上で合成されたかまたはスライド上に配置された生物学的材料をいうために使用せず、これらのことは、本明細書中において「標的」という。
【0161】
標的は、所定のプローブに対する親和性を有する分子である。標的は天然に存在する分子であっても、人工分子であってもよい。さらに、標的は、未改変状態または他の種との凝集体で使用され得る。サンプルまたは標的は、代表的に、プローブアレイ中の特定のプローブと空間的に関連するように、加工される。例えば、1つ以上のタグ化標的が、プローブアレイ上に分配され得る。
【0162】
標的は、共有結合的または非共有結合的に、直接または特定の結合物質を介してかのいずれかで、結合部材に結合され得る。本発明に従って使用され得る標的の例としては、抗体、細胞膜レセプター、モノクローナル抗体、および特定の抗原性決定基と反応性である抗血清(例えば、ウイルス、細胞または他の材料)、薬物、オリゴヌクレオチド、核酸、ペプチド、補因子、レクチン、糖、多糖、細胞、細胞膜、および細胞小器官が挙げられるが、これらに限定されない。標的は、ときに、当該分野において抗プローブといわれる。用語標的が本明細書中において使用される場合、意味の違いは意図されない。代表的に、「プローブ−標的対」は、2つの高分子が分子認識を介して結合し、複合体を形成する場合に、生じる。
【0163】
いくつかの局面において、アレイのプローブは、基板の領域を活性化する工程、次いでその基板を選択されたモノマー溶液と接触させる工程を包含する方法によって合成される、核酸分子を含む。用語「モノマー」は、一般的に、一緒になってオリゴマーまたはポリマーを形成し得る分子セットの任意のメンバーをいう。本発明において有用なモノマーのセットとしては、例えば、(ポリ)ペプチド合成物のセット、L−アミノ酸のセット、D−アミノ酸のセット、または合成アミノ酸のセットが挙げられるが、これらに限定されない。本明細書中に使用される場合、「モノマー」は、オリゴマーの合成のための基礎セットの任意のメンバーをいう。例えば、L−アミノ酸のダイマーは、ポリペプチドの合成について400個の「モノマー」の基礎セットを形成する。モノマーの異なる基礎セットが、ポリマー合成において連続工程で使用され得る。用語「モノマー」はまた、異なる化学サブユニットと合わされて、いずれかのサブユニット単独よりも大きな化合物を形成し得る、化学サブユニットをいう。さらに、用語「バイオポリマー」および「生物学的ポリマー」は、一般的に、生物学的部分または化学部分の反復単位をいう。代表的なバイオポリマーとしては、核酸、オリゴヌクレオチド、アミノ酸、タンパク質、ペプチド、ホルモン、多糖、脂質、糖脂質、リポ多糖類、リン脂質、上記のものの合成アナログ(逆転ヌクレオチド、ペプチド核酸、Meta−DNA、および上記のものの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない)が挙げられるが、これらに限定されない。「バイオポリマー合成」は、バイオポリマーの有機および無機の両方の合成を含むことが意図される。用語「バイオポリマー」に関連するのは、用語「バイオモノマー」であり、この「バイオモノマー」は、一般的に、バイオポリマーの単一単位、またはバイオポリマーの一部ではない単一単位をいう。従って、例えば、ヌクレオチドは、オリゴヌクレオチドバイオポリマー内のバイオモノマーであり、そしてアミノ酸は、タンパク質バイオポリマーまたはペプチドバイオポリマー内のバイオモノマーであり;例えば、アビジン、ビオチン、抗体、抗体フラグメントなどもまた、バイオモノマーである。
【0164】
本明細書中に使用される場合、核酸は、ピリミジン塩基および/またはプリン塩基(好ましくは、それぞれ、シトシン、チミンおよびウラシル、ならびにアデニンおよびグアニン)を含む、ヌクレオシドまたはヌクレオチドの任意のポリマーまたはオリゴマー(ポリヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチド)を含み得る。「オリゴヌクレオチド」または「ポリヌクレオチド」は、少なくとも2ヌクレオチド長、好ましくは少なくとも8ヌクレオチド長、そしてより好ましくは少なくとも20ヌクレオチド長の範囲の核酸であるか、またはポリヌクレオチドに特異的にハイブリダイズする化合物である。本発明のポリヌクレオチドとしては、天然の供給源から単離され得るか、組換え産生され得るか、または人工的に合成され得る、デオキシリボ核酸(DNA)またはリボ核酸(RNA)の連続、およびこれらの模倣物が挙げられる。本発明に従うポリヌクレオチドのさらなる例は、Nielsenら,Science 254:1497−1500(1991);Nielsen,Curr.Opin.Biotechnol.,10:71−75(1999)(これらの両方が、本明細書中に参考として本明細書中に援用される)に記載されるように、構成塩基がホスホジエステル連結ではなくペプチド結合によって結合されたペプチド核酸(PNA)であり得る。本発明はまた、非従来的な塩基対形成(例えば、特定のtRNA分子中で同定され、そして三重ヘリックスで存在することが想定されるHoogsteen塩基対形成)が存在する状況も含む。「ポリヌクレオチド」および「オリゴヌクレオチド」は、本出願において交換可能に使用され得る。
【0165】
さらに、本発明に従う核酸は、ピリミジン塩基およびプリン塩基(好ましくは、それぞれ、シトシン(C)、チミン(T)、およびウラシル(U)、ならびにアデニン(A)およびグアニン(G))の任意のポリマーまたはオリゴマーを含み得る。Albert L.Lehninger,PRINCIPLES OFBIOCHEMISTRY,793−800頁(Worth Pub.1982)を参照のこと。実際に、本発明は、任意のデオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチド、またはペプチド核酸成分、およびこれらの任意の化学改変体(例えば、これらの塩基のメチル化形態、ヒドロキシメチル化形態、またはグリコシル化形態)などを意図する。ポリマーまたはオリゴマーは、組成物中で異成分であっても同質であってもよく、そして天然に存在する供給源から単離されても、人工的または合成的に生成されてもよい。さらに、核酸は、デオキシリボ核酸(DNA)もしくはリボ核酸(RNA)、またはこれらの混合物であり得、そして永久的または一過性に、単鎖形態または二本鎖形態(ホモ二重鎖、ヘテロ二重鎖、およびハイブリッド状態を含む)で存在し得る。
【0166】
記載したように、核酸ライブラリーまたは核酸アレイは、代表的に、種々の異なる形式で合成的または生合成的のいずれかで調製され得る、核酸の意図的に作製される収集物(例えば、可溶性分子のライブラリー;および樹脂ビーズ、シリカチップ、または他の固体基板につながれたオリゴヌクレオチドのライブラリー)である。さらに、用語「アレイ」は、本質的に任意の長さ(例えば、1〜約1000ヌクレオチドモノマーの長さ)の核酸を基板上にスポットすることによって調製され得る核酸のライブラリーを含むことを、意味する。用語「核酸」は、本明細書中に使用される場合、任意の長さのヌクレオチド(プリン塩基およびピリミジン塩基、または他の天然の化学的もしくは生化学的に改変された塩基、非天然のヌクレオチド塩基、あるいは誘導体化されたヌクレオチド塩基を含む、リボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド、またはペプチド核酸(PNA)のいずれか)のポリマー形態をいう。ポリヌクレオチドの骨格は、代表的にRNAまたはDNAに見出され得るような糖およびリン酸基、または改変もしくは置換された糖またはリン酸基を含み得る。ポリヌクレオチドは、改変ヌクレオチド(例えば、メチル化ヌクレオチドおよびヌクレオチドアナログ)を含み得る。ヌクレオチドの配列は、非ヌクレオチド成分によって中断され得る。従って、用語ヌクレオシド、ヌクレオチド、デオキシヌクレオシド、およびデオキシヌクレオチドは、一般的に、本明細書中に記載されるようなアナログを含む。これらのアナログは、核酸配列もしくはオリゴヌクレオチド配列に組み込まれた場合に、溶液中で天然に存在する核酸配列とのハイブリダイゼーションを可能にするような、天然に存在するヌクレオシドまたはヌクレオチドと共通するいくつかの構造的特徴を有する分子である。代表的に、これらのアナログは、塩基部分、リボース部分、またはホスホジエステル部分を置換および/または改変することによって、天然に存在するヌクレオシドおよびヌクレオチドから誘導される。この変更は、テーラーメイドであり、ハイブリッド形成を安定化もしくは脱安定化させ得るか、または所望される相補的核酸配列とのハイブリダイゼーションの特異性を増強し得る。本発明において有用である核酸アレイとしては、Santa Clara,CaliforniaのAffymetrix,Inc.から登録商標「GeneChip(登録商標)」として市販されるものが挙げられる。例示のアレイは、ウエブサイトaffymetrix.com上で示されている。
【0167】
いくつかの実施形態において、プローブは、表面に固定化され得る。本発明に従って調べられ得るプローブの例としては、細胞膜レセプターのアゴニストおよびアンタゴニスト、毒素および毒物、ウイルスエピトープ、ホルモン(例えば、オピオイドペプチド、ステロイドなど)、ホルモンレセプター、ペプチド、酵素、酵素基質、補因子、薬物、レクチン、糖、オリゴヌクレオチド、核酸、オリゴ糖、タンパク質、およびモノクローナル抗体が挙げられるが、これらに限定されない。非限定的な例として、プローブは、1つ以上の型の化学結合(通常、相補的塩基対形成(通常、水素結合形成を介して)を介して)を介して、相補的配列の標的核酸に結合し得る核酸(例えば、オリゴヌクレオチド)をいい得る。プローブとしては、天然の塩基(すなわち、A、G、U、C、またはT)または改変塩基(7−デアザグアノシン、イノシンなど)が挙げられ得る。さらに、プローブ中の塩基は、結合がハイブリダイゼーションを妨害しない限り、ホルホジエステル結合以外の連結によって結合され得る。従って、プローブは、ペプチド核酸であり得、このペプチド核酸において、構成塩基は、ホルホジエステル結合ではなくペプチド結合によって結合される。プローブの他の例としては、ペプチドもしくは他の分子、またはその結合パートナーを検出するための任意のリガンドを検出するために使用される抗体が挙げられる。他の生物学的材料のプローブ(非限定的な例として、例えば、ペプチドまたは多糖)もまた、形成され得る。可能性のある局面に関するさらなる詳細は、米国特許第6,156,501号(この文献は、全ての目的のためにその全体が本明細書中に参考として援用される)を参照のこと。核酸として標的またはプローブを言及する場合、本発明をいかなる様式にも限定するような例示的な実施形態は存在しないことを、理解するべきである。
【0168】
さらに、混乱を回避するために、用語「プローブ」は、本明細書中において広く使用され、例えば、VLSIPSTM技術に従って合成されたもの;スポットアレイを作製するように配置された生物学的材料;および他の現在の技術または将来の技術に従ってアレイを形成するために合成、配置、または位置付けられる材料などをいう。従って、これらの技術に従って形成されたマイクロアレイは、本明細書の以後、一般的にかつ総称的に、簡便化のために「プローブアレイ」と称し得る。さらに、用語「プローブ」は、アレイ形式で固定されたプローブに限定されない。むしろ、本明細書中に記載される機能および方法はまた、他の同目的のアッセイデバイスに対して使用され得る。例えば、これらの機能および方法は、ビーズ、光ファイバー、または他の基材もしくは媒体の上またはこれらの中に固定されたプローブを同定するプローブセット識別子に関して適用され得る。
【0169】
いくつかの局面に従って、いくつかの標的はプローブにハイブリダイズし、プローブ位置に残り、一方、ハイブリダイズしていない標的は洗い流される。従って、これらのハイブリダイズした標的(そのタグまたは標識を有する)は、プローブと空間的に関連する。用語「ハイブリダイゼーション」は、2つの1本鎖ポリヌクレオチドが非共有結合的に結合して、安定な二本鎖ポリヌクレオチドを形成するプロセスをいう。用語「ハイブリダイゼーション」はまた、理論上可能である三重鎖ハイブリダイゼーションもいい得る。生じる(通常)二本鎖ポリヌクレオチドは、「ハイブリッド」である。安定なハイブリッドを形成するポリヌクレオチド集団の割合は、本明細書中において「ハイブリダイゼーションの程度」といわれる。ハイブリダイゼーションプローブは、通常、塩基特異的様式で核酸の相補鎖に結合し得る核酸(例えば、オリゴヌクレオチド)である。このようなプローブとしては、Nielsenら,Science 254:1497−1500(1991)またはNielsen Curr.Opin.Biotechnol.,10:71−75(1999)(これらの両方が、本明細書によって本明細書中に参考として援用される)に記載されるように、ペプチド核酸、ならびに他の核酸アナログおよび核酸模倣物が挙げられる。ハイブリダイズしたプローブおよび標的は、ときに、プローブ−標的対と称され得る。これらの対の検出は、種々の目的(例えば、標的核酸が特定の参照配列に同一または異なるヌクレオチド配列を有するか否かを決定するため)に貢献し得る。例えば、上で参照され、そして援用された、米国特許第5,837,832号を参照のこと。他の用途としては、遺伝子発現モニタリングおよび評価(例えば、Fodorら、米国特許第5,800,992号;Lockhartら、米国特許第6,040,138号;およびBalabanら、国際出願番号PCT/US98/15151(WO99/05323として公開)、遺伝子型決定(genotyping)(Daleら、米国特許第5,856,092号)、または他の核酸検出が挙げられる。’992特許、’138特許、および’092特許、および公開WO99/05323は、参考として本明細書中にその全体が全目的のために援用される。
【0170】
本発明はまた、特定の実施形態において、プローブと標的との間のハイブリダイゼーションのシグナル検出も意図する。上記に援用される米国特許第5,143,854号、同第5,578,832号;同第5,631,734号;同第5,936,324号;同第5,981,956号;同第6,025,601号、ならびに米国特許第5,834,758号、同第6,141,096号;同第6,185,030号;同第6,201,639号;同第6,218,803号;および同第6,225,625、米国特許出願60/364,731、およびPCT出願PCT/US99/06097(WO99/47964として公開)(これらは各々、本明細書によって参考としてその全体が全目的のために援用される)を参照のこと。
【0171】
マスクを用いてプローブアレイを効率的に合成するためのシステムおよび方法は、米国特許出願09/824,931(2001年4月3日出願)(これは、本明細書によって参考として本明細書中にその全体が全目的のために援用される)に記載される。迅速かつフレキシブルなマイクロアレイ製造およびオンライン注文システムについてのシステムおよび方法は、米国特許出願10/065,868(2002年11月26日出願)(これは、本明細書によって参考として本明細書中にその全体が全目的のために援用される)に記載される。マスクを用ない光学フォトリソグラフィーについてのシステムおよび方法は、米国特許第6,271,957号および米国特許出願09/683,374(2001年12月19日出願)(これらの両方は、本明細書によって参考として本明細書中にその全体が全目的のために援用される)に記載される。
【0172】
記載されるように、種々の技術は、基板または支持体上にプローブを沈着するために存在する。例えば、代表的に顕微鏡用のスライド上に「スポットされたアレイ」が、市販されている。これらのアレイは、潜在的に種々の組成物および濃度の生物学的材料を含む、液体スポットからなる。例えば、このアレイ上のスポットは、水中に2、3本の短いオリゴヌクレオチド鎖を含み得るか、またはこのスポットは、高濃度の長い鎖の複合タンパク質を含み得る。Affymetrix(登録商標)417TMArrayerおよびAffymetrix(登録商標)427TMArrayerは、これらの技術に従って、顕微鏡用スライド上に、高密度でパックされた生物学的材料のアレイを沈着するデバイスである。これらのスポットアレイヤーおよび他のスポットアレイヤーの局面は、米国特許第6,040,193号および同第6,136,269号、ならびにPCT出願番号PCT/US99/00730(国際公開番号WO99/36760)(このPCT出願は、上記の米国特許および米国特許出願第09/683,298を取り込んでいる)(全ての目的のために本明細書中で参考として援用されている)に記載されている。スポットされたアレイを製造するための他の技術がまた、存在する。例えば、Winklerの米国特許第6,040,193号は、滴を沈着させて、スポットされたアレイを製造するプロセスに関する。上記米国特許第6,040,193号、およびWinklerらの米国特許第5,885,837号もまた、基板上のマイクロチャネルもしくはマイクログルーブまたは基板上に配置されたブロックを使用した、生物学的材料のアレイの合成を記載している。これらの特許は、基板の反応性領域を互いに不活性な領域により分離し、そしてこの反応性領域上にスポットすることを記載している。上記の米国特許第6,040,193号および同第第5,885,837号は、本明細書中でそれらの全体が参考として援用されている。別の技術は、生物学的材料の射出ジェットに基づいて、スポットされたアレイを形成する。射出技術の他の局面は、生物学的材料を推進するために、シリンジまたは圧電性電気ポンプのようなデバイスを使用し得る。上記のことは、生物学的材料を合成するため、生物学的材料を基板上または基板内に沈着または配置するための、非制限的な技術の例であることが、理解される。例えば、平面アレイの表面は、上記のいくつかの局面において所望されるが、プローブアレイは、実質的に任意の形状の表面上または三次元空間内、あるいはさらに複数の形状および/または表面上で製造され得る。アレイは、合成されたプローブ、またはビーズ、ファイバー(例えば、光ファイバー)、ガラス、シリコン、シリカまたは任意の他の適切な基板上に沈着されたプローブを含み得る(上で言及されかつ援用されている米国特許第5,800,992号、ならびに米国特許第5,770,358号、同第5,789,162号、同第5,708,153号、および同第6,361,947号(これらの全ては、全ての目的のために本明細書中で参考として援用されている)を参照のこと)。アレイは、全ての包括的なデバイの診断または他の操作を可能にするような様式でパックされ得る(例えば、米国特許第5,856,174号および同第5,922,591号(全ての目的のために本明細書中で参考として援用されている)を参照のこと)。
【0173】
プローブはまた、標的中に存在するmRNA転写の存在または非存在を検出することによって、対応する遺伝子またはESTの発現を検出し得る。次に、いくつかの局面において、この検出は、この標的中にmRNAに由来するcDNA由来の標識cRNAを検出することによって達成され得る。
【0174】
用語「mRNA」および「mRNA転写物」としては、本明細書中で使用される場合、プレmRNA転写物、転写処理中間体、遺伝子の翻訳および転写の準備ができた成熟mRNA、またはmRNA転写物由来の核酸が挙げられるが、これらに限定されない。従って、mRNA由来のサンプルとしては、遺伝子のmRNA転写物、mRNAから逆転写されたcDNA、cDNAから転写されたcRNA、遺伝子から増幅されたDNA、増幅されたDNAから転写されたRNAなどが挙げられるが、これらに限定されない。
【0175】
一般的に、しばしばプローブセットとして言及される一群のプローブは、転写物の特定の領域中にサブ配列を含み、そして完全な遺伝子配列に対応しない。プローブの設計および使用に関するさらなる詳細は、以下で提供されている:2001年1月24日に出願されたPCT出願番号PCT/US01/02316(上記で援用されている);ならびに米国特許第6,188,783号、2000年11月21日に出願された米国特許出願番号09/721,042、2000年11月21日に出願された米国特許出願番号09/718,295、2000年12月21日に出願された米国特許出願番号09/745,965、および2001年1月16日に出願された米国特許出願番号09/764,324(この特許および特許出願の全ては、全ての目的のために本明細書中でその全体が参考として援用されている)。
【0176】
(LIMSサーバ320)図3および4は、ネットワークを介したワークステーションコンピュータに接続されたサーバコンピュータの代表的な構造を示す。便宜のために、このサーバコンピュータは、本明細書中でLIMSサーバ320として言及されるが、このコンピュータは、Affymetrix(登録商標)LIMS、Affymetrix(登録商標)AIMS、Affymetrix(登録商標)GDAC、およびAffymetrix(登録商標)LIMS−SDKソフトウェアアプリケーションに関して、以下に詳述される機能に加えて、種々の機能を実行し得る。さらに、いくつかの局面において、LIMSサーバ320に基づく任意の機能は、1つ以上の他のコンピュータによって実行され得、そして/またはこの機能は、一群のコンピュータと並行して実行される。ネットワーク325は、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、インターネット、別のネットワーク、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。
【0177】
LIMSサーバ320の例示的な実施形態は、図4においてさらに詳細に示される。代表的に、LIMSサーバ320は、複数のワークステーションまたはネットワークに関する他のコンピュータプラットホームに役立つように設計された、ネットワークサーバクラスである。しかし、サーバ320は、種々のタイプの汎用コンピュータ(例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、メインフレームコンピュータ、または現在もしくは将来に開発される他のコンピュータプラットホーム)のうちのいずれかであり得る。サーバ320は、代表的に、プロセッサ405、オペレーティングシステム410、システムメモリ420、メモリ記憶デバイス425、および出入力コントローラ430のような公知の構成要素を含む。サーバ320の構成要素の多くの可能な構造が存在すること、ならびにキャッシュメモリ、データバックアップユニット、および多くの他のデバイスのような、代表的に含まれ得るいくつかの構成要素は示されないことが、当業者に理解される。同様に、多くのハードウェアおよび関連するソフトウェアまたはファームウェア構成要素(これらの構成要素は、ネットワークサーバ中で実行され得る)は、図4に示されない。例えば、データおよびアプリケーション、無停電電力系統、LANスイッチ、ウェブサーバルーティングソフトウェア、および多くの他の構成要素を保護するための1つ以上のファームウェアを実行するための構成要素は、示していない。当業者は、これらの構成要素および他の従来の構成要素が、どのように実行され得るかを容易に理解する。
【0178】
プロセッサ405は、複数のプロセッサ(例えば、複数のIntel Xeon(登録商標)700MHzプロセッサ)を備え得る。さらなる例として、プロセッサ405は、1つ以上の種々の他の市販のプロセッサ(例えば、IntelのPentium(登録商標)プロセッサ、Sun Microsystemsにより製造されたSPARC(登録商標)プロセッサ、または利用可能かもしくは利用可能となり得る他のプロセッサ)を備え得る。プロセッサ405は、オペレーティングシステム410を実行し、このシステム410としては、例えば、以下が挙げられる:Microsoft CorporationからのWindows(登録商標)タイプのオペレーティングシステム(例えば、Windows(登録商標)2000(SP1)、Windows(登録商標) NT4.0(SP6a));Sun MicrosystemsからのSolarisオペレーティングシステム;CompaqからのTru64 Unix(登録商標);多くの製造業者から市販されている他のUnix(登録商標)またはLinuxタイプのオペレーティングシステム;別のもしくは将来のオペレーティングシステム;またはそれらのいくつかの組み合わせ。オペレーティングシステム410は、ファームウェア(例えば、スキャナファームウェア510)および周知の様式のハードウェアとインターフェースで接続する。オペレーティングシステム410はまた、プロセッサ405が、種々のプログラム言語で入力され得る種々のコンピュータプログラムの機能と調和し、そして実行するのを容易にする。オペレーティングシステム410は、代表的にプロセッサ405と協働して、サーバ320の他の構成要素の機能を調和させ、そして実行する。オペレーティングシステム410はまた、全て、公知の技術に従って、スケジューリング、入出力制御、ファイルおよびデータ管理、メモリ管理、ならびにコミュニケーション制御および関連するサービスを提供する。
【0179】
システムメモリ420は、種々の公知のメモリ記憶デバイスまたは将来のメモリ記憶デバイスのうちのいずれかであり得る。例としては、任意の市販のランダムアクセス記憶装置(RAM)、磁気媒体(例えば、レジデントハードディスクまたはテープ)、光学媒体(例えば、読み書きコンパクトディクス)または他のメモリ記憶デバイスが挙げられる。メモリ記憶デバイス425は、種々の公知のデバイスまたは将来のデバイスのうちのいずれかであり、このデバイスとしては、コンパクトディスクドライブ、テープドライブ、リバーシブルハードディスクドライブ、またはディスケットドライブが挙げられる。このようなタイプのメモリ記憶デバイス425は、代表的に、プログラム記憶媒体(示さず)(例えば、それぞれ、コンパクトディスク、磁気テープ、リバーシブルハードディスク、またはフロッピー(登録商標)ディスク)から読み書きする。これらのプログラム記憶媒体(すなわち、現在使用されているプログラム記憶媒体または将来開発され得るプログラム記憶媒体)のうちのいずれも、コンピュータプログラム製品とみなされる。理解されるように、これらのプログラム記憶媒体は、代表的に、コンピュータソフトウェアプログラムおよび/またはデータを記憶する。コンピュータソフトウェアプログラムはまた、コンピュータ制御論理と呼ばれ、代表的に、メモリ記録デバイス425と接続して使用されるシステムメモリ420および/またはプログラム記憶デバイス中に記憶されている。
【0180】
いくつかの実施形態において、このコンピュータ中に記憶される制御論理(例えば、コンピュータソフトウェアプログラム(プログラムコードを含む))を有する、コンピュータにより利用可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品が、記載される。この制御論理は、プロセッサ405により実行された場合、プロセッサ405により、本明細書中に記載される機能を実行させる。他の実施形態において、いくつかの機能が、例えば、ハードウェアステートマシンを使用するハードウェアにおいてまず実行される。本明細書に記載される機能を実行するための、ハードウェアステートマシンの実行は、当業者にとって明らかである。
【0181】
入出力コントローラ430は、使用者からの情報を、ヒトまたは機械のいずれか、ローカルまたはリモートのいずれかで受容しそして処理するための、種々の公知のデバイスのうちのいずれかを含み得る。このようなデバイスとしては、例えば、モデムカード、ネットワークインターフェースカード、サウンドカード、または種々の公知の入出力デバイスの他のタイプのコントローラが挙げられる。例示される実施形態において、サーバ320の機能的な構成要素は、システムバス404を介して互いにコミュニケートする。これらのコミュニケーションのいくつかは、ネットワーク又は他のタイプのリモートコミュニケーションを使用する代替の実施形態において達成され得る。
【0182】
当業者に明らかであるように、LIMSサーバアプリケーション480、ならびにLIMSサーバ492およびLIMS API’s 494(以下に記載される)を備えるLIMS Object490は、ソフトウェアにおいて実行される場合、入力デバイス402のうちの1つを介して、システムメモリ420および/またはメモリ記憶デバイス425にロードされ得る。システムメモリ420にロードされた場合のLIMSサーバアプリケーション480は、LIMSサーバアプリケーション実行プログラム480Aとして図12に示される。同様に、オブジェクト490は、このオブジェクトがシステムメモリ420にロードされた後に、LIMSサーバ実行プログラム492AおよびLIMS APIオブジェクトタイプライブラリー494Aとして示される。これらのロードされた構成要素の全てまたは一部はまた、読取り専用メモリ、またはメモリ記憶デバイス425の類似のデバイス中に存在し、このようなデバイスは、この構成要素が、入力デバイス402を介してまずロードされることを必要としない。このロードされた構成要素のうちのいずれか、またはそれらの一部が、実行に有利なように、システムメモリ420もしくはキャッシュメモリ(示さず)またはその両方に、公知の様式でプロセッサ405によってロードされることが、当業者によって理解される。
【0183】
(LIMSサーバアプリケーション480)アプリケーション480の例示的な局面の操作に関する詳細が、米国特許出願番号09/682,098および10/219,882;および代理人ドケット番号3348.7(表題「System and Method for Programmatic Access to Biological Probe Array Data」(2003年2月19日出願))(これらの各々は、全ての目的のために、その全体が参考として援用されている)。この特許出願に記載されている特定のLIMSの実行が、例示のためだけであり、そして多くの他の実行が、LIMSオブジェクト490および本実施形態または代替の実施形態の他の局面で使用され得ることが理解される。
【0184】
アプリケーション480、および本明細書において言及される他のソフトウェアアプリケーションは、Microsoft(登録商標)Visual C++または種々の他のプログラム言語のうちのいずれかを使用して実行され得る。例えば、アプリケーションはまた、Java(登録商標)、C++、VisualBasic、任意の他の高レベルもしくは低レベルプログラム言語、またはそれらの任意の組み合わせで書き込まれ得る。記載されるように、特定の局面が、特定の非制限的なアプリケーション480の局面に関して、本明細書中において例示され得、アプリケーション480の1つの局面は、Affymetrix(登録商標)LIMSである。完全なデータベース機能は、データストリーミングソリューションおよび単一のインフラストラクチャーを提供して、プローブアレイ実験からの情報を管理することを意図する。アプリケーション480は、データベース記憶および情報検索システムの機能を提供し、これにより、全てのシステムデータにアクセスし、そしてそのデータを操作する。データベースサーバは、エンドユーザのために、自動化されかつ統合されたデータ管理環境を提供する。全てのプロセスデータ、生データ、および導出データは、データベースの構成要素として記憶され得、ファイルベースの記憶メカニズムに代わりを提供する。データベースバックエンドはまた、需要者の全情報システムインフラストラクチャーに、アプリケーション480の統合を提供し得る。データは、代表的に、標準的なインターフェースを介してアクセス可能であり、そして追跡され、問合わされ、達成され、搬出され、移入され、そして管理され得る。
【0185】
例示される局面のアプリケーション480は、遺伝子アッセイについて追跡するプロセスを支持し;合成されたプローブアレイ、スポットされたプローブアレイおよびデータベーススキーマ標準(例えば、Affymetrix AADM標準)を代表的に表示するこれらのタイプのプローブアレイまたは他のタイプのプローブアレイを管理するために、増強された管理機能を加え;完全なOracle(登録商標)データベース管理ソフトウェアまたはSQLサーバソリューションを提供し;遺伝子型および配列データを表示することを支持し;そしてLIMSシステムのための高レベルのセキュリティーを提供する。
【0186】
特に、例示される例のアプリケーション480は、以下を可能にするプロセスを提供する:サンプルの定義、実験の設定、ハイブリダイゼーション、スキャニング、グリッドアライメント、細胞強度の分析、プローブアレイ分析、パブリッシング、ならびに実験設計および局面に関する種々の他の機能。アプリケーション480は、再問い合わせプロセスを介したサンプルの定義ごとの複数の実験、単回の実験につての複数のハイブリダイゼーションおよびスキャン操作、データの再分析、1を越えるデータベースに対する表示を支持する。OracleまたはSQLサーバデータベース管理システムのいずれかを例示の実施形態において実行し得るプロセスデータベースは、代表的にプロセスデータベースに対するCOMコミュニケーションによって支持される。
【0187】
遺伝子情報データベースはまた、プローブアレイにおける生物学的項目についての染色体情報およびプローブ配列情報ならびに関連する情報を保存するために提供され得る。注目される別の情報は、代表的に、第三者のアクセスおよびソフトウェアインターフェースの開発を可能にするために公開されるデータベーススキームに従うデータの公開である。例えば、AADMデータベーススキームは、OracleまたはSQLのいずれかのサーバデータベース管理システムの支持により、Affymetrix(登録商標)GeneChip(登録商標)データの公開を提供する。他の構造の中で、遺伝子型データの支持を提供するテーブルがAADMの局面において提供される。
【0188】
特定の局面において、LIMSセキュリティーデータベースは、Windows(登録商標) NTユーザ承認セキュリティーと統合されたロールに依存するセキュリティーレベルを実行する。このセキュリティーデータベースは、ロール定義、ロール内での機能的なアクセス、それらのロールに対するNTグループおよびユーザの割り当てを支持する。ロールは、アレイデータを探索する共通のセットのアクセス権を有するユーザの集合である。例示的な局面において、ロールは、サーバ/データベースごとに規定され得、そしてロールメンバーは、複数のロールのメンバーであり得る。このソフトウェアは、ロールの機能または他の変数としてこのような権利を管理する予め決定された法則に基づき、ユーザのアクセス権を決定する。機能は、全てのロールに共通する予め決定された動作(action)である。各ロールは、実行され得る機能および実行され得ない機能により規定される。機能は、動作の型を明確に表現し、そのロールのメンバーが実施され得る。新たに生成されたロールにより支持される機能として、処理データの読み出し、処理データの削除、処理データの更新、処理データの保管、処理データの推定所有権、処理データのインポート、処理データのエクスポート、AADMデータの削除、AADMデータベースの生成、およびロールの維持が挙げられるがこれらに限定されない。新規ユーザがロールに加えられる場合、彼らは、代表的に彼らのデータのアクセス特権および同一ロール内の他のユーザデータの読み出しのみのアクセス特権を有する。全ての非ロールメンバーは、ロールメンバーのデータに対する全てのアクセス特権を否定される。例示の局面のアプリケーション480がインストールされる場合、少なくとも2つのロール、すなわち管理ユーザおよびシステムユーザが生成される。このシステムソフトウェアのインストール者は、ユーザとして管理ロールに加えられ、そして選択されたウィンドウズ(登録商標)NTグループは、ユーザとしてシステムユーザロールに加えられる。
【0189】
いくつかの局面に従って、スタンドアローンアプリケーションが提供され得、使用可能なユーザ管理能力が与えられる。これらの能力として、以下:AADMデータベースの生成、発行データの削除、処理データの削除、処理データの所有権の獲得、処理データの保管および保管解除(dearchive)、データのエクスポート、データのインポート、ロールの管理、フィルタに基づく検索、発現分析パラメータセットの管理、ならびにサンプルおよび実験の帰属テンプレートの管理が挙げられるがこれらに限定されない。さらなる詳細は、上記で参考として援用される、米国特許第09/682,098に提供される。
【0190】
(LIMSオブジェクト490)
例示的な局面において、LIMSオブジェクト490は、プログラマーインターフェースをLIMSサーバアプリケーション480に方向付けるオブジェクトである。例示的な局面において、LIMSオブジェクト490は、多くのアプリケーションプログラマーインターフェース(API)(一般的にそして集合的に、LIMS API’s 494と示される)および多くのLIMSサーバ(一般的にそして集合的に、LIMSサーバ492と示される)を含む。LIMSサーバ492は、アウトオブプロセスエグゼクタブル(out of process executable)(「exe」)として配布され得、そしてLIMS API’s 494は、オブジェクト型ライブラリー(「tlb」)として配布され得る。当業者は、種々の他の配布スキームおよび配列が他の局面において可能であることを認識している。
【0191】
LIMSオブジェクト490は、代表的に、ひとつの組織に統合されるかまたはLIMS(例えば、LIMSサーバアプリケーション480)を有するサードパーティー製ソフトウェアシステムに統合されることを望むアプリケーション開発者(図4においてアプリケーション開発者400として示される)により使用され得る。例えば、アプリケーション開発者400は、プローブアレイ(任意の型のプローブアレイ(例えば、GeneChip(登録商標)プローブアレイまたはスポットアレイ)を含み得る)(図2および図4においてプローブアレイ240として例示的に示される)において実施される実験に関連するデータを管理するためにLIMSサーバアプリケーション480を用いる企業で働いていることが、例示的に推測される。例示的な目的で、LIMSサーバアプリケーション480が、ラボラトリー処理スケジュール、サンプル管理、機器制御、バッチ処理、および/または種々のデータマイニング、処理、または可視化機能のような機能を提供しないという点で完全サーバーシステムでないことがさらに推測される。あるいは、アプリケーション480は、これらの機能のいくつかまたは全てを提供し得るが、アプリケーション開発者400は、代替または補助的なソフトウェアアプリケーションを開発し、これらのまたは他の機能の全てもしくはいずれかの部分を実施すること、および/またはこれらの目的でサードパーティー製ソフトウェアアプリケーションを統合することを望み得る。LIMSオブジェクト490は、開発者400に、LIMSサーバアプリケーション480へのデータの入力およびLIMSサーバアプリケーション480からのデータの出力の両方をカスタマイズするツールを提供する。
【0192】
LIMSオブジェクト490は、LIMS API’s 494を含む。LIMS COM API’sの特定の局面において、API’s 494は、以下のクラスを含む:オブジェクトのリストのロード、オブジェクトの読み出し、オブジェクトの更新/書き込み、オブジェクトの削除、データの処理、AADM準拠データベースの作製、および分析コントローラの呼び出し。API’sはまた、先に列挙されたクラスにより使用されるオブジェクトのために含まれる。
【0193】
いくつかの局面は、多くの可能性のあるデータスキームの例の1つとして、AADMデータベーススキームを含み得る。この特定の局面は、例示の目的で、4つのサブスキーム:チップ設計、実験設定、分析結果、およびプロトコルパラメータに分割され得る。このチップ設計サブスキームは、チップ全体の表示(名前、セルの列および欄の数、ユニットの数、ユニットの説明を含む)を含む。実験設定サブスキームは使用されるチップおよび適用された標的の情報を含む。分析結果サブスキームは、発現分析からの結果を保存する。プロトコルパラメータサブスキームは、標的調製物、実験設定、およびチップ分析に関するパラメータ情報を含む。AADMデータベースは、分析結果、プロトコルパラメータ、およびに実験設定について問い合わせられ得る。同様の問い合わせが、Affymetrix(登録商標)Data Mining Toolソフトウェアにより可能とされる。このソフトウェアは、米国特許出願番号09/683,980に記載されており、全ての目的のためにその全体が本明細書により参考として援用される。このAffymetrix Data Mining Toolはまた、ユーザプレファレンス、保存された問い合わせ、頻繁に要求した問い合わせ、およびプローブセットのリストを保存する、Data Mining Infoデータベースと呼ばれる補助的なデータベースを使用する。Affymetrix Microarray Suiteにより使用されるGene Infoデータベースは、プローブセット情報(例えば、プローブセットの説明、発現アレイにタイル張りされた配列、およびユーザにより規定された注釈)を保存する。このデータベースはまた、ユーザが内部/外部データベース(公的なものであっても個人用であってもよい)へのリンクを追加することを可能にする外部データベースのリンクリストを保存する。SPT、または「スポット」ファイルは、ひとつに統合された画像定量化およびCSV情報の結果を含む。
【0194】
(コンピュータ350)
図3、4、および5に示されるユーザコンピュータ350は、スキャナ制御および分析実行可能プログラム572の機能のいくつかまたは全てを支持および実施するよう特に設計および設定されたコンピューティングデバイスであり得る。コンピュータ350または、任意の種々の型の一般的な目的のコンピュータ(例えば、パーソナルコンピュータ、ネットワークサーバ、ワークステーション、または現在開発されているかまたは今後開発される他のコンピュータプラットホーム)であり得る。コンピュータ350は、代表的に、公知の構成要素(例えば、プロセッサ555、オペレーティングシステム560、システムメモリ570、メモリ記憶デバイス581、および入力−出力コントローラ575)を含む。コンピュータ350の構成要素の多くの可能な配置が存在し、そして代表的に、コンピュータ350に含まれ得るいくつかの構成要素(例えば、キャッシュメモリ、データバックアップユニット、および多くの他のデバイス)が示されないが、関連分野の当業者に理解されている。プロセッサ555は、市販のプロセッサ(例えば、Intel Corporationにより製造されているPentium(登録商標)プロセッサ、Sun Microsystemsにより製造されているSPARC(登録商標)プロセッサ)であり得、または入手可能であるかもしくは入手可能になり得る他のプロセッサのうちの1つであり得る。プロセッサ555は、オペレーティングシステム560を実行する。このオペレーティングシステム560は、例えば、Windows(登録商標)型オペレーティングシステム(例えば、Microsoft CorporationのWindows(登録商標) NT4.0(SP6a);多くのベンダーから入手可能なUnix(登録商標)またはLinux型オペレーティングシステム;別のオペレーティングシステムまたは将来のオペレーティングシステム;あるいはそれらの組み合わせ)であり得る。オペレーティングシステム560は、周知の様式でファームウェアおよびハードウェアと連動しており、そしてプロセッサ555が種々のプログラミング言語で書き込まれ得る種々のコンピュータプログラムの機能を協働および実行することを容易にする。代表的にプロセッサ555と協働しているオペレーティングシステム560は、コンピュータ350の他の構成要素の機能を協働および実行する。オペレーティングシステム560はまた、スケジューリング、入力−出力制御、ファイルおよびデータ管理、メモリ管理、および通信制御ならびに関連サービス(全て公知の技術に従う)を提供する。
【0195】
システムメモリ570は、種々の公知のメモリ記憶デバイスまたは将来のメモリ記憶デバイスのいずれかであり得る。例として、任意の市販のランダムアクセスメモリ(RAM)、磁気媒体(例えば、内蔵ハードディスクまたはテープ)、光学媒体(例えば、リードアンドライトコンパクトディスク)、または他のメモリ記憶デバイスが挙げられる。メモリ記憶デバイス581は、種々の公知のデバイスまたは将来のデバイスのいずれかであり得、コンパクトディスクドライブ、テープドライブ、リムーバブルハードディスクドライブ、またはディスケットドライブが挙げられる。このような型のメモリ記憶デバイス581は、代表的に、プログラム記憶媒体(示されていない)(例えば、それぞれ、コンパクトディスク、磁気テープ、リムーバブルハードディスク、またはフロッピー(登録商標)ディスク)から読み出され、そして/またはプログラム記憶媒体に書き込まれる。任意のこれらのプログラム記憶媒体または現在使用されているかもしくは今後開発され得る他の記憶媒体が、コンピュータプログラム製品とみなされ得る。理解されているように、これらのプログラム記憶媒体は、代表的に、コンピュータソフトウェアプログラムおよび/またはデータを保存する。コンピュータソフトウェアプログラム(コンピュータ制御論理とも呼ばれる)は、代表的に、システムメモリ570および/またはメモリ記憶デバイス581と接続して使用される記憶デバイスに保存される。
【0196】
いくつかの実施形態において、制御論理(コンピュータソフトウェアプログラム(プログラムコードを含む))が保存された、コンピュータにより使用可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品が記載されている。この制御論理は、プロセッサ555により実行される場合、プロセッサ555が本明細書に記載される機能を実行することを可能にする。他の実施形態において、いくつかの機能が、例えば、ハードウェアステートマシン(hardware state machine)を用いてハードウェアに最初に提供されている。本明細書に記載される機能を実行するためのハードウェアステートマシンの局面は、関連分野の当業者に明らかである。
【0197】
入力−出力コントローラ575は、ユーザ(人間であっても機械であっても、ローカルであってもリモートであっても)からの情報を受け入れそして処理するための任意の種々の公知のデバイスを含み得る。このようなデバイスとして、例えば、モデムカード、ネットワークインターフェースカード、サウンドカード、または任意の種々の公知の入力デバイスのための他の型のコントローラが挙げられる。入力−出力コントローラ575の出力コントローラとして、ユーザ(人間であっても機械であっても、ローカルであってもリモートであっても)に情報を表示するための任意の種々の公知のディスプレイデバイスのコントローラが挙げられ得る。ディスプレイデバイスの1つが視覚的な情報を提供する場合、この情報は、代表的に、論理的であり得、そして/または画素のアレイ(時々、ピクセルと呼ばれる)として物理的に組織化され得る。グラフィカルユーザインターフェース(GUI)コントローラは、コンピュータ350とユーザとの間の図式的な入力および出力インターフェースを提供するためおよびユーザの入力を処理するための、任意の種々の公知のソフトウェアプログラムまたは将来のソフトウェアプログラムを含み得る。例示的な実施形態において、コンピュータ350の機能的要素は、システムバス590を通じて互いに連絡している。これらの通信のいくつかは、ネットワークまたは他の型のリモート通信を用いた代替の実施形態において達成され得る。
【0198】
関連分野の当業者に明らかのように、実行可能プログラム572は、ソフトウェアにおいて提供される場合、入力デバイスの1つを通してシステムメモリ570および/またはメモリ記憶デバイス581にロードされ得る。実行可能プログラム572の全てまたは一部はまた、リードオンリーメモリまたはメモリ記憶デバイス581の類似のデバイスに存在し得、このようなデバイスは、実行可能プログラム572が入力デバイスを通して最初にロードされることを必要としない。実行可能プログラム572またはその一部は、実施のための利点として、プロセッサ555により、公知の様式でシステムメモリ570またはキャッシュメモリ(示されていない)あるいはその両方にロードされ得ることが関連分野の当業者に理解されている。
【0199】
(スキャナコンピュータ510)
スキャナ510は、プロセッサ655、オペレーティングシステム660、入力−出力デバイス575、システムメモリ670、メモリ記憶デバイス681、およびシステムバス690のような要素を含み得、いくつかの局面において、コンピュータ350において対応する要素の同一の機能を有し得る。スキャナコンピュータ510の他の要素として、それぞれ以下に詳細に記載されている、スキャナファームウェア実行可能プログラム672、オートフォーカス/オートゼロ実行可能プログラム674、較正実行可能プログラムおよびデータ676、ならびにスキャナパラメータデータ677が挙げられ得る。
【0200】
スキャナファームウェア実行可能プログラム672は、多くの局面において、スキャナパラメータデータ677にローカルに保存されたデータまたは1つ以上のリモートソースからの1つ以上のデータファイルに隔離されて保存されたデータに少なくとも一部基づき、スキャナ400の全ての機能の制御を可能にし得る。例えば、図5に示されるように、リモートデータソースとして、システムメモリ570に保存されたライブラリファイル574、較正データ576、および実験データ577を含むコンピュータ350が挙げられ得る。この例において、スキャナコンピュータ510へのデータの流れは、ファームウェア実行可能プログラム672からのデータのリクエストに応答し得るスキャナ制御および分析実行可能プログラム572により管理され得る。
【0201】
特定の局面においてスキャナコンピュータ510を含むことで生じ得る利点は、スキャナ400がネットワークに基づき得ること、および/またはそうでなければ、ユーザのコンピュータ(例えば、コンピュータ350)が必要とされないように配置され得ることである。入力−出力コントローラ675は、関連分野の当業者に一般的にTCP/IPネットワーク接続と呼ばれているものを含み得る。用語「TCP/IP」は、一般的に、多くの異なるネットワークをネットワークのネットワーク(すなわち、インターネット)に接続することを可能にするプロトコルのセットをいう。スキャナコンピュータ510は、スキャナ機器と単一のコンピュータとの間の「ハードワイヤ」接続を含む従来の配置の代わりに、ネットワーク接続を使用して1つ以上のコンピュータ(例えば、コンピュータ350)に接続し得る。例えば、入力−出力コントローラ675のネットワーク接続は、スキャナ400および1つ以上のコンピュータが互いに隔離されて配置されることを可能にし得る。さらに、複数のユーザ(各々が独自のコンピュータを有する)は、個々にスキャナ400を利用し得る。いくつかの局面において、単一のコンピュータのみが一度にスキャナ400に接続されることが望ましい。あるいは、単一のコンピュータが、複数のスキャナと相互作用し得る。この例において、全ての較正および機器に固有の情報は、スキャナコンピュータ510と相互作用する場合に1つ以上のコンピュータに対して利用可能にされ得るスキャナコンピュータ510の1つ以上の位置に保存され得る。
【0202】
上記のスキャナ400のネットワークに基づく局面は、スキャナ400が、望ましくない状況(例えば、ネットワークの接続解除、重いネットワークローディング、ネットワーク接続との電気的な干渉、または他の型の望ましくない現象)での障害を起こさずに作動することを可能にする方法を包含し得る。いくつかの局面において、スキャナ400は、接続が完全であることを示すために、コンピュータ350からの周期的な信号を必要とし得る。スキャナ400が想定される期間内にその信号を受け取らない場合、スキャナ400は、ネットワーク接続が失われたと仮定して作動し得、転送されていたデータの保存が開始し得る。ネットワーク接続がスキャナ400に再度獲得された場合、全ての回収されたデータおよび関連の情報が、ネットワーク接続が完全なままならば正常に転送されていたコンピュータ350に転送され得る。例えば、不都合な状況が起こっている間、スキャナ400は、コンピュータ350へのネットワーク接続を失い得る。この方法は、スキャナ400が、画像データの獲得および干渉のない他の動作を含めて、正常に作動することを可能にする。スキャナ400は、少なくとも1つの完全にスキャンされた画像の獲得された画像データを、メモリ記憶デバイス681に保存し、データが失われていないことを保証し得る。
【0203】
いくつかの局面において、スキャナコンピュータ510はまた、スキャナ400が、制御するワークステーションに依存しないスタンドアローン機器として設計されることを可能にし得る。スキャナコンピュータ510は、画像データおよび効果的なデータ転送のための複数のクライアントに対するデータサーバーとしての機能を獲得および保存し得る。例えば、スキャナ400は、大容量の画像、較正、およびスキャナパラメータデータを保持することを可能にするハードディスクまたは他の型の大型記憶媒体を含み得る。スキャナ400は、さらに、1つ以上のバーコード識別子をバーコード標識1500から読むバーコードリーダー502を含み得る。スキャナコンピュータ510は、少なくとも一部、バーコード識別子に関連する1つ以上のデータファイルに基づきスキャン操作を実行し得、そして獲得された画像データをハードディスクに保存し得る。さらに、スキャナ400は、1つ以上のリモートコンピュータが、スキャンされた画像を問い合わせおよびアップロードすることを可能にし、そしてコンピュータがスキャナデータおよび統計を問い合わせすることを可能にするインターフェースを提供するネットワークファイルシステムまたはFTPサービスを提供し得る。
【0204】
スキャナコンピュータ510の操作は、種々の他のサーバまたはコンピュータ(例えば、コンピュータ350またはLIMSサーバ320)により実施され得ること、またはコンピュータ510がスキャナ400に備わっていることを必要とし得ないことが、関連分野の当業者に理解される。
【0205】
(バーコードリーダー502)
図5は、コンピュータ350の制御下のスキャナ400を示すスキャナコンピュータシステムの単純化された例の機能的ブロック図である。スキャナ400の要素として、とりわけ、スキャナ400に手動でロードされるかまたはオートローダー(auto−loader)443からロードされる場合、プローブアレイ240を独自に識別するバーコードを読み出しまたはスキャンし得るバーコードリーダー502が挙げられ得る。いくつかの局面において、バーコードリーダー502は、スキャナ400内に配置され得、そしてアレイがスキャナ内にロードされる場合、プローブアレイ240に関連する1つ以上のバーコードを読むように配置される。代替の実施形態として、例えば、ユーザが種々のバーコードを手動でスキャンするために使用し得るポータブルバージョンおよび/または手持ち(hand−held)バージョンを含み得るバーコードリーダー502の外部配置が挙げられ得る。1つ以上のバーコードの各々は、1つ以上のバーコード識別子を含み得る。リーダー502により読まれるバーコード識別子の各々は、スキャナファームウェア672および/またはスキャナ制御および分析実行可能プログラム572により使用され得、その特定の局面は、Affymetrix(登録商標)MicroArray SuiteソフトウェアまたはAffymetrix(登録商標)GeneChip(登録商標)Operating Systemを参照して本明細書中で説明される。バーコード識別子は、スキャナパラメータデータ677、実験者により生成される実験データ577、および/または1つ以上のライブラリファイル574あるいは他のデータにプローブアレイ240を相関させるために使用され得る。ライブラリファイル574は、特定の局面において、プローブアレイのタイプ、ロット、有効期限、およびスキャンパラメータ(プローブアレイのサイズ、機能サイズ、クロムボーダーディメンジョン、1つ以上の励起/発光波長、または他のデータを含む)を含むがこれらに限定されない情報を含み得る。ライブラリファイル574は、種々の供給源(ネットワーク325(インターネットウェブポータル(例えば、Affymetrix,Inc.により提供されるAffymetrix.comウェブポータル)を含み得る)を介した1つ以上のリモート供給源を含む)からコンピュータ350により受け取られ得る。
【0206】
関連分野の当業者に公知のように、バーコードは、棒および空間の組み合わせにより機能を表し、そして各々が種々の可能な記号(symbology)を有する1つまたは複数の次元のフォーマットにおいて表され得る。用語「記号」は、一般的に、特定の標準に従う棒および空間のパターンを含むバーコード記号をいう。多次元バーコードは、一次元形式よりも大きな情報収容能を保存し得るという利点を有する。例えば、プローブアレイと共に使用するための1つの形式として、広く使用されている二次元バーコード形式が挙げられ得る。この二次元バーコード形式は、十分に支持された記号を含み得、そして内蔵された(built−in)誤差検出を有する。さらに、二次元形式は、プローブアレイに関する情報量を収容するのに十分な記号密度を達成する能力を有し得、そしてさらに、誤読を無視する可能性を生じるのに十分な内蔵された冗長性を有する。他の型の媒体もまた、代表的に一次元バーコードを用いて利用可能な媒体(例えば、磁気ストリップおよび関連分野の当業者に公知の他の磁気媒体または非磁気媒体)よりも高い収容能で機械読み取り可能な情報を保存するのに使用され得る。バーコードの使用は、本明細書中で、例示する局面に関して記載されているが、種々の代替の媒体、記号、および技術が、代替の局面において用いられ得ることが理解される。
【0207】
バーコード情報を含む標識の例示する例は、図15に示される。バーコード標識1500は、種々の材料から作製され得、そして種々の方法によりプローブアレイカートリッジ720(図7に示される)に追加される。本明細書中に記載される例において、標識は白色ポリエステルで構築され、そしてパーマネントアクリル接着剤または他の適切な接着剤によりプローブアレイカートリッジに追加される。さらに、老化、温度極値、および水分に対する耐性が、標識がその場で維持されそしてデータの完全性が延長された期間、管理されることを保証すること、ならびにプローブアレイがアレイプロセシングおよびデータ収集する条件を存続させることを実証するように、標識1500が構築され得る。
【0208】
1つの実施形態において、バーコード標識1500は、プローブアレイカートリッジ720の前面に位置する標識ポケットの中央に位置するように配置され得る。1つの局面において、標識1500は、このポケットの形状(例えば、短い側の2つの隣接角が45°の角度で対称的に切り取られた矩形の外側境界が挙げられる)に適合し得る。標識1500はまた、この外側境界により規定される領域内から除去された1つ以上の領域を有し(例えば、プローブアレイカットアウト1510)、関連して上昇した、下降した、または他の型の機能をプローブアレイカートリッジ720上に適合させる。標識1500の多くの異なる位置および形状が可能であり、そして示される例は説明のみのためであり、そしていかなる方法においても限定ではないことが当業者に理解される。
【0209】
バーコード標識1500は、種々の可能性のある機能(一次バーコード1505、人間が読み取り可能な形態の一次バーコード1507、プローブアレイカットアウト1510、および二次バーコード1520が挙げられ得る)を有し得る。1つの局面において、一次バーコードは、バーコード記号にコード化された情報(例えば、製造者の識別子、パート番号、デザイン識別番号、有効期限、ロット番号、および系列番号(例えば、標識が印刷される毎に増加する番号))を含み得る。バーコード1505はまた、実験データに関連する可能性のある他の情報(例えば、実験番号、または実験目的ごとにユーザにより規定される他の情報)を含み得る。いくつかの実施形態において、二次バーコード1520が存在し得、そしてプローブアレイをスキャンするための種々のパラメータ(例えば、スキャンされる領域の大きさまたは位置、スキャンされるアレイから放射線を発する標識の型、アレイをスキャンする際に使用される励起ビームの型または強度、スキャンされる速度、または機能に留まる時間の長さなど)に関連するバーコード記号にコード化された情報を含み得る。関連分野の当業者は、バーコード1507および1520にコード化される情報が本明細書中で示される例に制限されないことを理解し、いかなる方法においても限定されるべきではない。プローブアレイカットアウト1510は、上述のように、除去される標識の一部を示し得、その結果、プローブアレイは、標識により不明瞭にならない。人間が読み取り可能な形態の一次バーコード1507は、一次バーコード1505および/または二次バーコード1520からの1つ以上のデータ要素を含み得、その結果ユーザは、このデータ要素を、例えば、1つ以上のデータ要素を手動で入力すると、理解しそして使用し得る。例えば、1つの局面として、プローブアレイの位置を囲むプローブアレイカートリッジ720における上昇した機能が挙げられ得る。この例において、プローブアレイカットアウト1510は、上昇した機能の領域および同様の形状の領域よりもわずかに大きく、その結果、この標識は、上昇した機能がこの標識から突き出た状態で、プローブアレイカートリッジに貼り付けられ得る。
【0210】
バーコード標識1500に含まれ得る他の機能は、関連分野の当業者にクワイエットゾーンと一般的に呼ばれるものである。用語「クワイエットゾーン」は、一般的に、バーコード内の空間と同じ色および反射率を有するバーコードの周囲の領域をいう。このクワイエットゾーンは、バーコードリーダーがバーコードの境界およびバーコード記号の個々の要素を検出することを可能にする。クワイエットゾーンは、任意の種々の幅であり得、そしてバーコード記号の成分であるとみなされ得る。当業者は、一次バーコードと二次バーコードのクワイエットゾーンの機能が同一である必要はないことを理解する。
【0211】
カートリッジまたは他の型のパッケージにバーコード情報を組込むための多くの可能性のある方法が存在することは、関連分野の当業者により理解される。例えば、バーコードは、カートリッジに直接プリントされ得るか、あるいは、カートリッジ自体の一部として製造され得るか、またはプローブに組込まれたアレイか、基材に組込まれたアレイか、もしくは基材上に組込まれたアレイのいずれかの一部として製造され得る。バーコードリーダーの他のシステムおよび方法もまた可能である。1つのこのような方法は、本明細書中で全ての目的のためにその全体が参考として援用される、米国特許出願番号10/063,284号、表題「SYSTEM AND METHOD FOR SCANNING OF BIOLOGICAL MATERIAL USING BARCODED INFORMATION」、2002年4月8日出願、に記載されている。
【0212】
(カートリッジ輸送フレーム505)
スキャナ400の別の要素として、プローブアレイ240、またはオートフォーカス、スキャンニング、および較正の目的のための較正機能442を操作するのに必要とされる全ての程度の自由度を提供するカートリッジ輸送フレーム505が挙げられる。関連分野の当業者は、用語「自由度」が、対象の位置および方向を特定するのに必要とされる独立したパラメータの数を一般的にいうことを認識する。1つの実施形態において、プローブアレイ240または較正機能442を収容するプローブアレイカートリッジ720の例が図7に示される。1つの実施形態において、輸送フレーム505は、6つの可能性のある自由度の程度のうちの4つ(ロール700、ピッチ703、Z705、およびY707)においてカートリッジを操作し得る。例示の実施形態において、ヨー715およびX717のためにカートリッジ720を操作することは、一般的に必要ない。
【0213】
カートリッジ輸送フレーム505のさらなる例は、図16〜19に示される。図16は、いくつかの要素から構成されるカートリッジ輸送フレーム全体の例を示す。主要な要素は、カートリッジホルダーおよびピッチおよびロールメカニズム1600、Y−ステージ1623、ならびにフォーカスステージ1625を含む。輸送フレーム505の要素は、他に記載しない限り、例えば、A6061 T6アルミニウム合金または同様の特性を有する他の型の金属を含む、種々の材料で構築され得る。主要要素の各々は、以下に詳細に記載される。
【0214】
カートリッジホルダーおよびピッチおよびロールメカニズム1600の例は、図17にさらに示される。プローブアレイカートリッジ720は、カートリッジ挿入ガイド1730を通してホルダー1600にスライド可能に挿入される。プローブアレイカートリッジ720がホルダー1600に挿入される場合に起動される光学的スイッチが含まれ得る。この光学的スイッチは、プローブアレイカートリッジ720が挿入された場合に、スキャナファームウェア実行可能プログラム672に信号を送信し得る。カートリッジ存在信号を受け取ったら、ファームウェア実行可能プログラム672は、カートリッジクランプリリースレバー1720の作動によりカートリッジクランピングボール1725を係合するよう指示を送信し得る。カートリッジクランピングボール1725は、プローブアレイカートリッジ720の裏面(すなわち、プローブアレイ240と反対の側)に位置する円錐形の凹部を係合し得、そして係合の強度を適用および維持するためのある程度の圧力を適用するために板バネを使用し得る。この板バネは、400シリーズの完全硬質ステンレス鋼または他の型の完全硬化鋼を含む、種々の材料から作製され得る。クランピングボール1725を通じて板バネにより適用される圧力は、カートリッジ720を、ピッチフィンガー1710、固定フィンガー1715、およびロールフィンガー1750に対して上方にプレスするよう作用し、それによって、カートリッジをその場に保持し、そしてカートリッジ位置の制御を可能にする(ロールおよびピッチに関して以下に記載される)。可能性のある利点として、他のハードウェア要素(カートリッジホルダーのおよびピッチおよびロールメカニズム1600の機械的要素)の位置を変更することなくプローブアレイカートリッジ720の位置を操作することにより、プローブアレイカートリッジ720に収容されているプローブアレイ240の全ての機能が集中するよう、位置的な調整をすることが挙げられる。スキャンニングまたは較正が完了した後、ファームウェア実行可能プログラム672は、レバー1720の作動によりカートリッジ720を係合解除するよう指示を送信し得、1つ以上のモータ、あるいはY−ステージ1623の移動により駆動されるレバーカムメカニズムを用いてクランピングボール1725を可逆的に引っ込める。一旦、クランピングボール1725がリリースされると、カートリッジ720は、手動でかまたはオートローダー443の要素(例えば、以下に詳細に記載される、リバーシブルローラー1106)によりホルダー1600から除去され得る。
【0215】
上記の実施例に記載されるように、3つのフィンガーは、プローブアレイカートリッジ720の前面(すなわち、プローブアレイ240または較正フィーチャー442が表示され得、そして/または走査され得る面)を支持し、そして機械的に参照し得る。ホルダー1600内で係合されたプローブアレイカートリッジでは、固定フィンガー1715は、プローブアレイプローブアレイカートリッジ720の左上のコーナーに位置し得、ピッチフィンガー1710は左下のコーナーに位置し、そしてロールフィンガー1750は右上のコーナーに位置する。フィンガー1710、1715および1750の各々は、互いに直交して配置され得る。1つの局面において、ピッチフィンガー1710およびロールフィンガー1750は、それぞれ、それらに付随したピッチメカニズムおよびロールメカニズムにより移動可能である。このピッチメカニズムおよびロールメカニズムは、線形ステップモータ駆動式ウェッジレバーとして実施され得る。図17の例に例示されるように、このピッチメカニズムは、ピッチ駆動モータ1703、ピッチウェッジ1705、ピッチレバー1707およびピッチフィンガー1710を備え、そしてこのロールメカニズムは、同様に、要素1740、1745、1747および1750を備えて構成される。現在記載される実施形態において、ピッチ703およびロール700は、プローブアレイ240のフィーチャーまたは較正フィーチャー442の全てが、ガルボ回転部(galvo rotation)149、ガルボアーム200および対物レンズ145の回転軸に対して同じ平面上にあるように調整され得る。例えば、ステップモータ駆動式ウェッジレバーの1つの可能な局面は、モータ1703または1740からの入力ストロークの大きさにおける少なくとも12〜1の減少を生じ得る。この大きさの減少は、それぞれ、ピッチ703およびロール700の軸におけるカートリッジ720の位置に対する非常に正確な微小調整を行う能力を提供する。現在の例において、非常に小さなロール700およびピッチ703の調整は、プローブアレイ240上に備えられるフィーチャーまたは較正フィーチャー442の全てが同じ焦点面あるようにするために必要であり得る。ロールおよびピッチの調整についてのさらなる詳細は、オートフォーカス/オートゼロ実行可能プログラム674に関して以下で記載される。
【0216】
プローブアレイ240または較正フィーチャー442は、プローブアレイ240または較正フィーチャー442の対物レンズ145からの距離を調整することによって、最良のピントに合わされ得る。いくつかの局面において、距離の調整は、Z軸705における焦点ステージ1625の位置を動かすことによって、用いられる。図19に例示されるように、Z705の移動は、焦点駆動モータ1640により駆動される精密焦点ネジ1960を回転することによって、スキャナファームウェア装置672の制御下で、達成され得る。焦点ネジ1960は、自由移動ナットにより固体ヒンジの4バー彎曲焦点ステージガイド1800に連結され得る。一実施形態において、ガイド1800は、ピッチ703およびロール700の軸に対するプローブアレイの配向を維持しつつ、最良の焦点の面に対して横向きに移動し得る。この配向の維持は、1つ以上の回転防止バースプリング1940によってさらに援助され得、このスプリング1940は、ガイド1800がZ軸705に対する回転軸において移動する場合、ガイド1800にある量の力を付与し得る。例えば、この自由移動ナットは、スプリング1940に取り付けられたアンカーバーを備え得る。スプリング1940の他の側面は、ガイド1800上に位置する固定止めに取り付けられ得、ここでスプリング1940ガイド1800の回転運動に対して圧力を付与するが、所望の軸における運動は可能にする。あるいは、この配向の維持は、スプリング1940によって固定ピンと係合されるアンカーアーム(例えば、移動ナットのアンカーバー)を固定することによって補助され得る。
【0217】
1つの可能な局面において、焦点ネジ1960は、Yステージ1623に作用して、このYステージ1623を、複数の彎曲ガイドプレロードスプリング1930により付与される力とは反対の第1の方向で押す。この運動は、自由移動ナットに通された焦点駆動モータ1640の回転ネジ1960により達成され得る。関連分野の当業者に理解されるように、第1の方向の回転ネジ1960は、この自由移動ナットを第1の方向(例えば、スプリング1930により付与される力とは反対の方向)で動かす。いくつかの局面において、ネジ1960および自由移動ナットが、Yステージ1623および/またはガイド1800と直接相互作用することが所望されない場合がある。種々の局面は、これらの構成要素が互いに対して正しい角度で配置されない場合に適切な相互作用を可能にする利点を有し得る中間要素(例えば、ボール形要素)を含み得る。このボール形要素は、硬化鋼または他の類似の材料から構成され得る。Yステージ1623はまた、焦点ネジ1960の回転を反転することによって、第1の方向と反対の方向に可逆的に動かされ得、ここでYステージ1623の運動は、複数のスプリング1930により付与される力により補助され得る。例えば、Yステージ1623は、ボルト、ネジまたは当業者に一般に使用される他の方法によって、移動荷重キャリア1820の頂部に取り付けられ得、従って、荷重キャリア1820は、Z軸705において、1つのユニットとしてYステージ1623と共に移動する。
【0218】
4バー焦点彎曲ステージガイド1800の例示的な実施形態の他の要素は、図18に例示される。ガイド1800は、関連分野の当業者が十分に焼きなました鋼または十分に焼きなました工具鋼と呼び得る材料を含む、種々の材料から構成され得る。これらの要素は、ガイド1800の寸法に合わせて作製される1つ以上の溝部1805を備え得る。溝部1805の長さおよび数は、彎曲ガイド1805のスプリング速度を規定し、この速度は、所望のスプリング速度を正確に伝達するように最適化され得る。別の要素は、固体ヒンジ彎曲部1830を備え得、この固体ヒンジ彎曲部1830は、固定基部1810に移動荷重キャリア1820をヒンジ接続して、他の軸を動かすことなく1つの軸における運動を可能にする。一実施形態において、彎曲部1830は、関連分野の当業者が固体ヒンジと呼ぶものを使用して、単一部品材料から構成される。この固体ヒンジは、摩擦もスティクション(一般的に言えば、関連分野の当業者により、接触している結晶の微小構造表面の間に存在する強力な界面の接着を言及することが一般に理解されている用語)も有さず、従ってこの彎曲部には摩耗も機械的遊びもない。
【0219】
図19の例示的な例に戻ると、焦点移動限界センサ1920は、彎曲部1800の相対位置および/または移動限界が達成されたことをスキャナファームウェア装置672に伝達するために設けられ得る。センサ1920は、関連分野の当業者によりHall効果センサと一般に呼ばれるものを備え得る。Hall効果センサとは、一般に、磁場の強度に比例するデジタル出力またはアナログ出力のいずれかを生成することによって、磁場の存在または磁場の妨害に応答する、磁気的位置センサをいう。限界アクチュエータ1910は、センサマグネット1911を備え得、そして一般的に使用される方法によってガイド1800に取り付けられ、従って、ガイド1800および運搬フレーム505が動くにつれて、Z軸705において動く。センサマグネット1911は、次いで、センサ1920の位置に対するガイド1800の位置を照会するために使用され得る。移動の限度は、焦点移動安全性限界止め1905によって、彎曲部1800にさらに付与され得る。ガイド1800により許容される運動の範囲に対する制限は、多くの局面において所望され得る。なぜなら、焦点ステージがあまりに遠くまで延ばされた場合に、彎曲ガイドまたは他の要素に対する損傷が生じ得るからである。従って、許容される移動の範囲は、予め決定され得、スキャナパラメータデータ677に保存され得、そしてアクチュエータおよび止めの配置により規定され得る。
【0220】
一実施形態において、Y軸に沿ったプローブアレイ240の移動は、精密線形ステージにより達成され得、この精密線形ステージは、図16および17において、Yステージ1623として例示され、微小階段状モータ/ドライバーと呼ばれるもの、開ループ駆動機構、または他のタイプのモータ駆動機構(本明細書中以下で、Yステージ駆動モータ1610と呼ばれる)に連結される。Yステージ1623は、種々の材料(硬化工具鋼または摩耗に抵抗するように設計される他のタイプの金属を含む)から構成され得る。さらに、Yステージ1623は、種々の要素(例えば、関連分野の当業者によって、カッドボールベアリングトラックおよびキャリッジ、ならびに再循環ボールネジおよびナットと呼ばれ得るもの)を使用してカートリッジホルダー1600を支持しガイドするためのガイド要素を備え得る。例えば、Yステージ1623は、焦点ステージ1625の上に静止するように配置され得、そしてカートリッジホルダー、ならびにその上に配置されたピッチ機構およびロール機構を有する。本発明の例において、ホルダー1600は、Yステージ1625に固定され、その結果、Y軸におけるYステージ1625の運動は、プローブアレイカートリッジ720を含むホルダー1600アセンブリ全体を動かす。1つの可能な利点としては、位置の調整のためのメカニズムの独立が挙げられ、その結果、1つの軸における調整は、おそらく、他の軸における調整にそれほど影響しないようである。
【0221】
いくつかの実施形態において、線形エンコーダーステージ1620が備えられ、この線形エンコーダーステージ1620は、線形エンコーダーセンサ1630により読み取り可能な測定値の目盛り付きスケールを使用する。線形エンコーダーセンサ1630は、光学センサ、磁気センサ、またはスケール1620から位置の情報を読み取り得る他のタイプのセンサであり得る。次いで、この位置の情報は、ファームウェア装置672に提供され、このファームウェア装置672は、以下でより詳細に記載されるように、Y軸に関する位置誤差の確率を減少するYステージの移動の正確な制御のために使用され得る。例えば、蛍光捕捉の間、このYステージは、プローブアレイカートリッジ720のプローブアレイ240を、対物レンズ145の弓型経路250の下に移動し得る。弓型経路250の各々の通過のための移動距離は、2.5μmの増分を含み得、この増分は、プローブアレイ240の多くの局面において、Y軸における必要なピクセルの全ての完全な取得を可能にする。この例において、センサ1630により提供されるYステージの位置情報は、Y軸の位置誤差を減少するための1つ以上の方法のために使用され得、この方法は、少なくとも部分的に、測定された位置情報から算出された誤差値に基づいて、ピクセル位置の配置を調整することによって、取得された画像データを補正することを含む。望ましい例において、ピクセル位置の配置は、取得されたピクセルデータの画像生成のための計算方法を言及し得、ここで、ファームウェア672のようなソフトウェアは、1つ以上のパラメータ(Y軸誤差を含む)に基づいて、適切な位置に取得されたピクセルデータを配置することにより画像を生成し、走査されたプローブアレイを正確に反映する画像を生成する。
【0222】
Y軸の位置誤差を減少するための方法の別の局面は、図28および29に例示される。この局面は、Yステージ駆動モータ1610の非常に速い中断を可能にするセンサ1630により提供される位置情報を使用するYステージの移動のファームウェア672の制御のための方法を包含する。図29に例示されるように、ステップ2905は、Yステージの増分様式を可能にし、そして走査線増分を同定する。位置決定要素(determiner)2810は、ステップ2905に従って、位置増分データ2805を受信して、線形エンコーダスケール1620に従って、次の所望の位置を計算する。各々の計算された位置は、Yステージ1623が画像データの線の適切な取得のために停止すべき線取得位置に対応する。例えば、このYステージの位置増分は、先の例におけるように2.5μmの距離を含み得るか、またはスキャナおよびプローブアレイ240の特徴に関連するある他の距離を含み得る。この例において、線形エンコーダスケール1620に従う線取得位置は、プローブアレイ全体がY軸において走査されるまで、2.5μm、5μm、7.5μmなどであり得る。
【0223】
各々の計算された位置は、ステップ2910に例示されるように、コンパレータ2820により受信され得る。コンパレータ2820は、ステップ2920に例示されるように、スキャナオプティクスおよび検出器100から次の走査線位置に対する増分の信号を受信し、そしてステップ2925に例示されるように、所望の方向で移動するようにYステージ駆動モータ1610に命令する。エンコーダーセンサ1630は、ステップ2930に例示されるように、線形エンコーダーセンサ1630によって、このYステージの位置を読み取り、そしてコンパレータ2820に伝える。このYステージ1623が、ステップ2940に例示されるように、次の計算された位置に到達した場合、コンパレータ2820は、モータ機器を停止し、そして例えば、当業者に公知のものを一定の保持電流として使用することによって、このYステージをその位置に保持する。
【0224】
ステップ2945および2950において、コンパレータ2820は、走査オプティクスおよび検出器100に信号をおくって走査データの線を取得し、そしてこの取得がいつ完了するかの信号を受信する。関連分野の当業者は、構成要素間の伝達の多くの可能な方法が可能であり、そしてその例は例示のみの目的のために示されることを理解する。例として、コンパレータ2820ならびにスキャナオプティクスおよび検出器100から独立した第3の構成要素は、信号およびコマンドの伝達のための中間物として働き得る。あるいは、コンパレータ2820は、所望の時間内(例えば、10ミリ秒)における漸進的なYステージ移動を実行し得る。この所望の時間の最後に、スキャナファームウェア672は、スキャナオプティクスおよび検出器100によって、走査データの線の取得を自動的に開始し得る。
【0225】
決定要素2960により例示されるように、位置決定要素2810がコンパレータ2820に信号をおくってYステージ増分様式を維持する場合、方法のステップ2910〜2950が繰り返される。別の場合、この方法は、ステップ2970に例示されるように、終了し、このことはプローブアレイが完全に走査されたことを示す。
【0226】
いくつかの局面において、プローブアレイカートリッジ720は、一般に、プローブアレイカートリッジ720がスキャナ400に装填される点からこのカートリッジ720が出される点まで、スキャナ400に対して同じ配向面に維持される。これは、オートフォーカス操作および走査操作を含む全てのスキャナの操作に用いられ得る。例えば、カートリッジ720は、装填位置において、垂直方向でスキャナにより収容され得、ここでプローブアレイ240は、カートリッジの側面の一方に装填される。同じ垂直方向を維持しつつ、このカートリッジは、移送フレーム505内に配置される。プローブアレイ240(プローブアレイカートリッジ720内に格納される)は、ピッチ703、ロール700およびZメカニズム705を介してプローブアレイカートリッジを操作することによって、最良の焦点面に配置される。次いで、このプローブアレイは、Y軸707に沿って走査され、そしてプローブアレイカートリッジは、このプローブアレイが収容された同じ垂直方向で、移送フレーム505を介して装填位置に完全に戻される。
【0227】
(オートフォーカス/オートゼロ装置およびデータ674)
例示される局面において、オートフォーカス/オートゼロ装置674は、プローブアレイの作動領域と呼ばれ得るものを、走査する前に生じる。本明細書中で使用する場合、用語「作動領域」とは、一般に、実験用プローブを含む、プローブアレイ240の領域をいう。多くの局面において、この作動領域の外側に位置する様々なフィーチャーが存在し得、これには色彩ボーダー710、1つ以上の制御フィーチャー、または生物学的実験に直接関連しない他の要素が挙げられる。例示される局面において、オートフォーカス/オートゼロ装置674は、ピッチ703、ロール700およびZ705を含む複数の軸におけるプローブアレイ240の位置の測定および調整のために、多数の操作を実行し得、その結果、プローブアレイ240の全てのプローブフィーチャーは、最良の焦点面にあり、そして本明細書中において「自動焦点器(auto−focuser)」と呼ばれ得る。本明細書中で使用する場合、用語「最良の焦点面」とは、一般に、励起ビーム135がビームの「くびれ」と一般的に呼ばれるものに対応し得るスポットサイズに集束する、ガルボ回転部149の平面に対して平行な光学平面をいう。以下でより詳細に記載されるように、いくつかの非限定的な局面において、スポットサイズは、3.5μmスポットであり、これは発蛍光団の励起および蛍光発光の検出に最適であり得る。他のスポットサイズが、例示されるかまたは代替の局面および/または実験条件下で適切であり得ることが理解される。
【0228】
カートリッジリッジ720に格納されるプローブアレイ240の例(ここで、プローブアレイ240は色彩ボーダー710により境界を付けら得る)は、710により図7Aおよび7Bに例示される。この例において、色彩ボーダー710は、プローブアレイ240を覆うガラスの内側表面上に位置し得、ここで色彩ボーダーおよびプローブアレイの両方は、非常に近位にあり、かつ同じ焦点面にある。一実施形態において、色彩ボーダー710は、例えば、Z軸705におけるプローブアレイ240からの最大移動範囲において、焦点面と関連するスポットサイズの直径より大きい幅を含み得る、最小幅を有し得る。関連分野の当業者は、最小のスポットサイズは、ビームのくびれに対応し、最良の焦点面(すなわち、ビームのくびれ)からの距離が増加するにつれて、関連のスポットサイズの直径が増加することを理解する。従って、反射スポットのサイズは、焦点面に従って変化し得、そして一般に、くびれにおいて最小であり、これは本明細書中で「反射スポット」と呼ばれ得る。オートフォーカス/オートゼロ装置およびデータ674の実施形態は、以下でより詳細に記載されるように、スポットの直径の測定値を使用して、最良の焦点面を決定し得る。
【0229】
オートフォーカス操作のいくつかの局面において、最良の焦点面は、少なくとも部分的に、励起ビーム135により生成されそして色彩ボーダー710に集束された所定のサイズの反射光のスポットを使用して決定され得る。例えば、対物レンズ145は、励起ビーム135をある位置(図7Cにおいてスポット730として例示される)に集束し、そしてX軸の方向の弧(図7Bにおいて弓型経路250として例示される)に沿って走査する。スポット730は、色彩ボーダー710から反射され、この色彩ボーダー710は、この例において、100μmの幅を有すると例示的に仮定され得るが、種々の異なる幅が可能である。図7Bおよび7Cに例示されるこの例において、装置およびデータ674は、色彩ボーダー710の最も上のボーダーを横切る弓型経路250の単一の通過、続いて最も下のボーダーを横切る単一の通過による、スポット730からの反射光の強度に対応するデータを使用し得る。スポット730は、角度θ1340で色彩ボーダー710を横切り得、ここでθ1340は、0°〜90°の間の範囲、または90°〜180°の間の範囲の角度に対応し得るが、この角度は、それぞれ、0°および180°により近い角度である。例えば、角度θ1340は、以下に詳細に考察されるように、色彩ボーター710に対してほとんど接線方向であり得、多数のデータ点を生成し、そして傾きの値の計算を可能にする。この例において、傾きの値を計算するために使用される反射強度データは、スポット730が色彩ボーダー710を横切り始める点(スポット730’として示される)から始まり、スポット730の全直径がボーター710を横切りそしてボーダー710により完全に反射される点(730”として示される)までの反射強度値の範囲に対応し得る。
【0230】
比較の目的のために、関連分野の当業者は、例えば、スポット730が90°の角度で色彩ボーダーの平面を横切る場合、ビームが最初にこの平面を横切る点とこのビームがこの平面を完全に横切る点との間の所要時間は、この角度がこの平面に対してほとんど接線方向である場合よりも短いことを理解する。この例において、より短い所要時間の結果は、より少数のデータ点の収集であり、そして傾きの値の計算を可能にしない。以下でさらに詳細に記載されるように、多数のデータ点を有することは、種々の理由(反射強度データに固有の誤差の減少を含む)ために望ましくあり得る。
【0231】
一実施形態において、装置674により収集される反射強度データは、例えば、検出器192により測定された反射スポット730の強度を示し得る。例えば、関連分野の当業者は、以下でより詳細に記載されるように、励起ビーム135からの光が最も集中するビームのくびれにおいて、反射強度が最大であり得ることを理解する。さらに、色彩ボーダー710の上部または底部のいずれかを横切る弓型経路250の単一の通過から収集されたデータ点のセットからの強度範囲の下限は、スポット730が色彩ボーダー710の平面(すなわち、スポット730’)に部分的に重なる場合に収集したデータを示し得、そしてビームがこの色彩ボーダー710の平面(すなわち、730”)を完全に横切った場合の強度範囲の上限において最大になる。
【0232】
装置674により使用され得る方法の図式的な例は、図7Dに示される。この図式的な表現は、色彩ボーダー710を横切る弓型経路250の単一の通過から収集されたデータ点のセットを含み、これはグラフ上にプロットされ、プラトー型748を形成する線とフィッティングされる。このプラトー上の収集されたデータ点745は、上記のような最大測定強度のレベルに対応する。フィッティングされた線の傾き744は、ビームが最初に色彩ボーダー710の平面を横切る場合のスポット730’として示される点と、プラトー748の最大発光強度745の点との間の範囲について、装置674により計算され得る。装置674は、Z軸705における既知の位置について、最も上のボーダーおよび最も下のボーダーについての方法を独立して実施し得る。この例において、装置674は、上部の傾き744および下部の傾き744、ならびにZ705の位置を含み得る複数の値を保存する。関連分野の当業者は、X軸717における2つのより小さいピークが弓型経路250に起因して、最も下の色彩ボーダーから収集されたデータについてのグラフに関連し得ることを理解する。このような場合において、傾き744の計算は、無作為に選択されたかまたは1つ以上の特徴に基づいて選択されたかのいずれかの単一のピークにより行われ得るか、あるいは両方のピークの平均から行われ得る。
【0233】
一実施形態において、装置674は、多数の連続したZ705の位置について上で記載された方法を繰返し得る。例えば、装置674は、参照として有用であり得る最良の焦点面の外側であることが知られている距離で、この方法の最初の反復を実施し得る。装置674は、対物レンズ145とプローブアレイ240との間のZ軸705における連続した漸進的な距離で、この方法を繰返し実施し得る。次いで、装置674は、図7Eに例示されるように、各々のZ705の位置について計算された傾き744を、上部および下部から収集されたデータについての新たなグラフに独立して組み入れる。この例において、誤差を減少するために、傾きの値の上限および下限からデータ点を排除し、そして線を残りのデータ点にフィッティングすることが望ましくあり得る。1つの可能な局面において、計算のために使用されるデータ点は、範囲750に位置し得、この範囲750は、例えば、最大値の60%と70%との間の範囲を含み得る。次いで、装置674は、放物線770を計算し、そしてこれを範囲750内のデータ点にフィッティングし得る。この例において、最良の焦点面は、放物線770の最大高さ760に関連するZ軸の位置に対応し、この最大高さ760は、最小のビームスポットサイズが達成された場合の距離を表し、最高の測定強度に対応する。あるいは、いくつかの局面において、レーザースポットサイズが最小になる高さは、収集される反射レーザー光の量が1つ以上の光学素子の特徴に起因して最大になる高さでなくてもよい。その代わり、1つ以上のピンホールは、焦点高さが、光収集、濾光、および特定の発蛍光団により発光される波長の範囲に対するPMT応答の「最良のコンプロミス(compromise)」が達成される高さであるように、配置され得る。
【0234】
いくつかの実施形態において、例えば、トップ色彩ボーダーまたはボトム色彩ボーダーのいずれかであり得る第1色彩ボーダーを、最高の焦点面に持ってくるための、上記オートフォーカス方法を最初に実行することが所望であり得る。第2に、この方法の第1の反復で調節されない第2色彩ボーダーを最良の焦点面に持ってくるための方法を実行する。次いで、オートフォーカス方法は、第2ボーダーを調節している間、導入される誤差について補償するために第1色彩ボーダーで反復され得る。さらに、例えば、線770の形状を、所望の結果に関連する予期される形状を比較するために使用され得る畳込み法を使用することが望ましくあり得る。本明細書中で使用される場合、用語「畳込み法」とは、一般的に、別の関数f上でシフトしながら1つの関数gの重なりの量を表現する積分(従って、1つの関数を別の関数と「混ぜる」)を含む1つ以上の方法をいう。
【0235】
多くの局面において、対物レンズ145は、例えば、それらの点において一緒に結合される2つのコーン形状に似ることがあり得る収束ビーム/発散ビームと呼ばれるものを形成する。ビームのウェスト(コーンの先端が結合する位置)は、最良の焦点の平面として例示の局面に規定される最小スポットサイズに対応する。実行可能プログラム674は、最高の焦点を達成するために、輸送フレーム505の対応する要素を使用して、個々にまたは種々の組み合わせで、アレイの位置、Z705、ピッチ703およびロール700を調節し得る。プローブアレイ240が最良の焦点に近づいて動く場合、レーザースポットサイズは、トップボーダーおよびボトムボーダーについて最小のスポットサイズに接近する。一旦、オートフォーカス実行可能プログラム674が、このアレイが最良の焦点にあることを決定すると、Z705、ピッチ703またはロール700にさらなる運動は適用されない。例えば、オートフォーカス操作の完了の後に、プローブアレイカートリッジ720の位置に対して改変がなされた場合、実行可能プログラム674は、最良の焦点面に、プローブアレイ240を位置付け得るために、再びオートフォーカス操作を実行する。いくつかの実施形態において、アレイの動的焦点調節は、代表的には、走査の間、生じる必要がない。なぜなら、カートリッジ720がY707軸に沿って移動するので、焦点面が影響しないからである。
【0236】
オートフォーカス/オートゼロ実行可能プログラム674は、例えば、その操作を行うためのスキャナパラメータデータ677を局所的に保存し得る、多くのデータ変数を必要とし得る。スキャナパラメータデータ677の1つ以上の要素は、ライブラリファイル574;中間結果、ラブデータ、および画像データ401A;または他のリモートソースデータのようなリモートソースからインポートされていることがあり得る。実行可能プログラム674にパスされる多くの可能なデータ変数の1つの例は、実行可能プログラム674が、最良の焦点面にプローブアレイを正確に位置付けるために使用する物理的パラメータを規定し得るプローブアレイ型データであり得る。本例において、プローブアレイ型データ変数は、バーコードリーダー502によって実行可能プログラム674に提供され得るか、あるいは、例えば、エクスペリメンター475によって作成され、そしてバーコードアイデンティフィアーによって同定されており得る1つ以上のデータファイルに保存され得る。データ変数は、それらが実行するルーチンによって分類され得、これには、限定しないが、ボトム色彩の頂部縁部のY707位置、トップ色彩の底部縁部のY707位置、色彩ボーダー710の名目厚み、色彩ボーダー710の内側縁部から活性領域の縁部の距離、走査の幅、レーザー出力、PMTゲイン、Z705ステップサイズ、および色彩を検索するために使用されるZ705位置が挙げられ得る。当業者は、変数が1つ以上のカテゴリーに含まれ得、そして1つのカテゴリーでの変数の使用が、別のカテゴリーにおけるその使用を限定しないことがあり得ることを理解する。
【0237】
いくつかの代替の実施形態において、オートフォーカス操作の変数および他の局面が、スキャナコントロールおよび分析実行可能プログラム572によって保存および実行され得、コンピュータ350のシステムメモリ570に保存され得、そしてインプット−アウトプットコントローラ575を通るスキャナ400へ伝達され得る。変数および他の関連するデータはまた、いくつかの局面において、実験データ577、またはコンピュータ350上もしくはコンピュータから遠隔の他の記憶ストレージに保存され得る。例えば、いくつかのオートフォーカス操作は、プローブアレイ型に一部基づき得、そしてプローブアレイを適切な位置で扱うために、輸送フレーム505に送られ得る指示書を含む。本例において、他のオートフォーカス操作はまた、走査アームの移動の開始および制御、レーザー活性化および放射光の収集、放射光強度および最良の焦点面の計算が挙げられ得る。本例は、単なる例示のために提示され、そしていかなようにも制限することを意図しない。
【0238】
1つの実施形態において、実行可能プログラム674は、SN比として当業者に一般的に呼ばれるものを最大化するために、各プローブアレイの活性領域走査の前に、オートゼロ操作をさらに実行し得る。言いかえると、システム内のノイズと検出される放射からのシグナルとの間の差を向上させる。地方のラジオステーションまたはテレビステーション、同じ電源にプラグされた機器、「ダーティー」シグナルを運ぶ近くの導線、スキャナ400(例えば、PMT検出器)内の構成要素の暗電流、または他のノイズ源を含む、獲得されたシグナルの分解に影響し得る(すなわち、ノイズがシグナルの全てまたは一部をマスクし得る)ノイズ源が多く存在し得る。いくつかの局面において、オートゼロ操作は、オートフォーカス操作の後に実行され得るか、またはその逆である。
【0239】
ここで記載される実施形態において、スキャナ400は、非常に小さなシグナルおよび非常に大きなシグナルを検出し得る大きな動的範囲(すなわち、蛍光放射の低いレベルおよび高いレベルの検出)を有し得る。例えば、スキャナコンピュータ510は、65,000を越える異なるレベルの蛍光検出の検出を可能にする、16ビットデータ収集システム(16−bit data acquisition system)として、当業者に呼ばれるものを含み得る。ノイズからのシグナル出力の変動が測定され得、そして4〜8ビット(最小桁のビット(LSB)と一般的に呼ばれる)から、対照的な65,000に近いビット(最上位ビット(Most Significant Bit)と一般的に呼ばれる)の範囲であり得る。本例において、当業者が、検出器110、115、および180のチャネルオフセット値として一般的に呼ぶものを調節することは、このような変動を補償するための検出器からの出力を調節するためになされ得る。あるいは、いくつかの局面において、レーザー120のチャネルオフセット値を調節することが望ましくあり得る。当業者は、用語「チャネルオフセット」とは、一般的に、チャネル周波数と参照周波数との間の一定の周波数の差をいうことを理解する。いくつかの局面において、チャネルオフセットは、ノイズがゼロLSBに近いがゼロLSBよりも測定可能に上である(なぜなら、ゼロLSBより低い値は、測定できないからである)ように調整されることが望ましい。
【0240】
例えば、例示の目的のために、所与の時点に存在する変動が、正規分布またはガウス分布に従うことが想定され得る。従って、変動値の大部分が、存在する変動の全ての平均値近くに群がる。グラフにプロットした場合、その結果は、変動の平均値が曲線のピークにある、ベル型曲線のように見える。本例において、ガウス分布の1標準偏差は、ゼロLSBより下にあるピクセルの32%に等しくあり得る。平均からの3標準偏差は、ピクセルの変動の大部分が、ゼロLSBより下のピクセルの約0.3%未満を生じ、ゼロに近いが、測定可能に上である所望の実施形態を満足する。当業者は、用語「標準偏差」とは、全ての変動例が、データのセットの平均の周りにどれだけ密に群がるかをいう統計値を一般的にいうことを理解する。
【0241】
実行可能プログラム674によって行われるオートゼロ操作の1つの実施形態において、シャッター134は、閉鎖され、そしていくつかの場合において、フィルタホイール160は、検出器115に対する全ての光が遮断される位置に向けられる。次いで、シグナル192は、このシステムに存在する変動またはノイズを代表する。次いで、実行可能プログラム674は、従って、変動および調節シグナル192に、少なくとも一部基づいた計算を行う。例えば、全ての可能な光源が遮断された後に、検出器115のチャネルオフセットは、変動が0LSBより上に理論的に計算される点に設定され得る。検出器は、蛍光の60,000の読み値に等しいものを取り得、次いで、平均値が計算され得る。この値がゼロ以下である場合、オフセット値は、所定の増分(例えば、1以上の標準偏差値)だけ増加し、そして上記方法を使用して新しい読み値が読まれる。そうでない場合、平均値は、0より大きく、オフセット値は、測定される平均と測定された変動についての計算された標準偏差の3倍である値との間の差を含み得る実行可能プログラム674によって計算される値に基づいてさらに調節され得る。実行可能プログラム674は、この方法を繰り返し得、そしてチャネルオフセット設定が到達するまでチャネルオフセット値に対する調節を行う。ノイズ計算および補償のさらなる例は、米国特許第6,490,578号;および2002年11月25日に出願された、「System,Method,and Productfor Dynamic Noise Reduction in Scanning of Biological Materials」と題された、米国特許出願番号第10/304,092(これらのそれぞれが、その全体が全ての目的において本明細書中に援用される)に見出され得る。
【0242】
(オートローダー443):図8〜14は、スキャナ400のいくつかの局面とともに使用される自動カートリッジローダーの1つの可能な実施形態の例示的な例を提供する。オートローダー443は、カートリッジマガジン1000、カートリッジ輸送アセンブリ1105、冷却ストレージチャンバ960、および温熱(warm thermal)チャンバ940のような多くの構成要素を含み得る。1つの局面は、上セクションおよび下セクションを有する2片の構造として、オートローダー443の構築を含み得る。
【0243】
上部構造は、熱交換器925;ファン926;温熱チャンバ940(断熱部分927、およびチャンバ加熱要素959を含む);カートリッジマガジン1000(ハブ1003、コンパートメント1010、パーティション1002、および周囲のバンド1004を含む);ならびに絶縁カバー828(冷却保存チャンバ960を取り囲む)を備える構成要素を含み得る。下部構造は、リバーシブルローラー1106、作動構成要素1110および1113、ならびに平歯車1107を備えるカートリッジ輸送アセンブリ1105;ならびにエレクトロニクスのような構成要素を含み得る。これらの要素および他の要素の種々の構成および配置が可能であり、そしていくつかの要素が、代替の局面において、組み合わされるかまたは別の要素に分割され得ることが理解される。
【0244】
オートローダー443は、絶縁カバー828に覆われ得、絶縁カバーとしては、例えば、ユーザが個々のカートリッジおよびマガジン1000を装填または取り出しためのアクセスを可能にするための、ソレノイド作動ラッチおよび振動減衰ヒンジを備えるドアのような要素が挙げられ得る。いくつかの局面において、ソレノイド作動ラッチは、ファームウェア実行可能プログラム672からの指示に応答し得る。例えば、ファームウェア実行可能プログラム672は、スキャナ400が、任意の走査機能または操作を実行しない場合、任意の時点でアクセスを可能にするようにソレノイド作動ラッチに指示し得る。あるいは、ソレノイド作動ラッチは、エクスペリメンター475によって開始され得るファームウェア672によってコンピュータ350からの指示に応答し得る。本例において、エクスペリメンター475は、種々の理由(例えば、1つ以上のカートリッジ720またはマガジン1000を追加または取り除くため、あるいは、即時の走査のためにスキャナ400に直接的にプローブアレイカートリッジを導入するため)のために、スキャナ400の操作を妨害することを所望し得る。エクスペリメンター475は、ファームウェア実行可能プログラムに、1つ以上の操作を妨害し、そしてソレノイド作動ラッチを解除するように指示するために、コンピュータ350を使用し得る。エクスペリメンター475が所望のタスクを完了した後に、ユーザ475が、コンピュータ350を介して、1つ以上の操作を再開するために、ファームウェア実行可能プログラム672を可能にする選択をし得る。
【0245】
この実施形態のいくつかの特徴としては、アレイ保存環境の1つ以上の環境パラメータを制御することによって、比較的長い期間(例えば、16時間またはそれ以上)、プローブアレイの生物学的完全性を保存することが挙げられる。また、スキャナ400の通常の操作を妨げる電源異常または誤りの状態の場合に、オートローダー443は、ユーザに異常を示し得、そして無停電電力システムを使用して、冷却保存チャンバ960および/または温熱チャンバ940内のすべてのプローブアレイについての保存温度を維持し得る。この実施形態の他の特徴としては、スキャナ400に輸送する前に、スキャナ400の内部環境と同じ温度に、プローブアレイカットリッジ720を予め加熱することが挙げられ得る。
【0246】
上記特徴は、複数のプローブアレイカートリッジ720を温度制御された保存環境からスキャナ400に、組織化されそして効率的な様式で移動させ、そして、カートリッジを、画像化に続いて、温度制御された保存環境に戻すための、任意の機器および技術を提供する。カートリッジを保存するための最適な温度は、種々であり得るが、代表的には、好ましくは、2℃〜15℃の範囲の温度を含み得る。図9は、スキャナカバーを通して挿入され得、そして自己保持浮遊(self−retaining floating)ハードウェアと留められ得る、複数の突起(boss)によって固定されるスキャナ400の上に配置されるオートローダー443の例示的な例を提供する。1つの実施形態において、オートローダー443は、スキャナ400からのその電源を受け取り得ることを可能にする。スキャナ400とオートローダー443との間の電気的接続の1つの可能な方法は、スキャナカバーにおける専門の開口部を通って通過し得、そしてスキャナ400内の内部電源に接続され得るシールドを含み得るブラインドメートコネクター(blind−mate connector)と一般的に呼ばれるものを含み得る。オートローダー443の代替の実施形態は、オートローダー443専用の独立電源または他の電源方法を含み得る。
【0247】
この実施形態はまた、冷却保存チャンバ960に冷却を提供し得る熱交換器925を備え得る。多くの局面において、ハイブリダイズされるプローブアレイ生物学的完全性を維持するために、温度範囲(例えば、2℃〜15℃の間の範囲)を維持することが所望され得る。ファン926は、マガジン1000内に位置付けられた1つ以上のアレイカートリッジ720の周りの熱交換器925からの冷却空気を循環し得ることを可能にする。本発明の1つの実施形態において、1つ以上のサーモスタットが、プローブアレイカートリッジ720の周りの空気の温度測定、および/またはスキャナ400の内部環境に関連する周囲空気温度の温度測定をファームウェア実行可能プログラム672に提供することを含み得る。ファームウェア実行可能プログラム672は、必要に応じて交換器925を作動させて、所望の温度を維持し得、そしてさらに、プローブアレイカートリッジ720が、1時間以内に所望の温度に冷却され得るように十分な冷却を提供し得る。代替の実施形態は、例えば、赤外検出器を使用して、プローブアレイカートリッジ720の温度を測定するような、より直接的な温度測定の手段を含み得る。赤外検出器は、当業者に公知なように、特定の位置からの温度を検出し、そして特定の温度範囲に戻され得、その結果、空気または他の供給源からの熱ノイズが測定に影響しない。例えば、赤外温度検出器は、プローブアレイカートリッジの温度を具体的に読むための、そのプローブアレイカートリッジとの物理的接触を必要としなくても良い。赤外検出器は、その位置における温度を検出するためのプローブアレイ上の特定の位置に向けられ得る。本例において、赤外検出器は、プローブアレイカートリッジかによって放射される赤外エネルギー(すなわち、熱エネルギー)を検出する。
【0248】
また、温熱チャンバ940を冷却保存チャンバ960から分離することを可能にし得る断熱パーティション927がまた、図9に示される。1つの局面において、断熱パーティション927は、カートリッジマガジンハブ1003と半径方向で整列し、そしてパーティション1002と整列する。適切に位置付けられた場合、パーティション927、パーティション1002、および絶縁カバー828の間にシールが形成され、従って、温熱チャンバ940および複数のコンパートメント1010をマガジン1000の残りから断熱する。ファームウェア実行可能プログラム672は、チャンバ加熱要素950を使用して、温度コントロールを温熱チャンバ940に提供し得る。例えば、加熱要素950は、循環ファン、および空気を加熱するためのヒートシンクまたは抵抗ヒーターと呼ばれ得るものを備え得る。本例において、チャンバ940は、例えば、10分以下の時間内に、チャンバ940内の1つ以上のプローブアレイカートリッジが、その温度に温められ得るように、複数のプローブアレイカートリッジを迅速に加熱し得ることが可能である。
【0249】
ここで記載される実施形態において、冷却保存チャンバ960からの先に冷却された空気は、チャンバ加熱要素950によって使用され得る。先に冷却された空気によって、温熱チャンバ940が、プローブアレイカートリッジ720の表面に凝縮が形成するのを防ぐことを可能にし得る。暖かい空気が、冷たい空気よりも多くの水蒸気を保持し得るので、空気がどれだけ冷却されるかに依存して、冷却は、しばしば、ある程度の水蒸気を空気から失わせる(すなわち、ドライヤーになる)。多くの局面において、画像の歪みおよび/またはスキャナオプティクスおよび検出器100の視野からのプローブアレイ特徴の妨害を含む、種々の理由のために、凝縮を防ぐことが望ましくあり得る。
【0250】
温熱チャンバは、1つの実施形態において、複数のプローブアレイカートリッジ720を保持するようにされ得ることが可能である。複数のカットリッジを保持することは、スキャナ400に装填される前に、プローブアレイカートリッジの温度が、冷却保存チャンバ960の温度を温熱チャンバ940の温度に変化するのに十分な時間を提供し得る。例えば、温熱チャンバ940は、2つのプローブアレイカートリッジを保持する能力を有し得る。本例において、第1カートリッジは、装填点上に位置付けられ得、そして輸送アセンブリ1105によってスキャナ400に装填され得るが、第2カートリッジ720は、温熱チャンバ940の待ち位置に留まる。第1カートリッジは、輸送アセンブリ1105によってスキャナ400に装填され得、その後、走査操作の完了後に戻され得る。次いで、ファームウェア実行可能プログラム672は、第1カートリッジが、ここで、温熱チャンバ940から出て、冷却保存チャンバ960に移動するように、コンパートメント1010の1つの位置によって、マガジン1000を進ませ得る。チャンバ940内の待ち位置にあった第2カートリッジは、温熱チャンバ940の温度に温められ、そして装填位置に移動された。新規な第3カートリッジは、温熱チャンバ940を、冷却保存チャンバ960から待ち位置に入れて、そして加温を始めた。先の例は、例示のみの目的であり、そして当業者は、多くの改変が存在し得ることを理解する。
【0251】
温熱チャンバは、冷却保存チャンバ960に関して、上記と類似の温度測定方法を使用し得る。プローブアレイカートリッジの温度を測定するための赤外線検出器を使用する先の例に戻って、プローブアレイカートリッジの温度は、正確に測定され、そしてこの情報が、ファームウェア実行可能プログラム672に迅速に中継される。これによって、ファームウェア実行可能プログラム672が、理想限界を越え得る瞬時の(minute)温度変動に応答し得る。従って、プローブアレイカートリッジを過熱する可能性を減少させ得、そしてより高い空気温度が、プローブアレイカートリッジをより迅速に加熱するために使用され得る。本例において、赤外検出器は、プローブアレイカートリッジ720上の複数の可能な位置(プローブアレイ上のガラス、マガジン1000に装填された場合のプローブアレイカートリッジの外側露出縁部の頂部または底部、基部1314のさらなる開口部を通って観測され得るプローブアレイカートリッジの底縁部、またはプローブアレイカートリッジの他の位置)に向けられ得る。
【0252】
1つの実施形態において、ファームウェア実行可能プログラム672は、オートローダー443に、複数の異なるモード間でその走査のモードを変更するように指示し得、ここで、各モードが、異なる有用性および操作パラメータを有し得る。例えば、オートローダー443は、マガジン1000に含まれる全てのプローブアレイカートリッジが走査された後に、走査モードから長期保存モードに変更され得る。本例において、オートローダー443が、長期保存モードに入った場合、加熱要素1550は、切られ、そしてカートリッジマガジン1000は、マガジン1000に含まれる全てのプローブアレイを等しい冷却温度にするために、コンパートメント1010の1つ以上の位置によって、周期的に進む。モードを変えるための能力によって、ユーザは、データ収集プロセスも、生物学的サンプルの完全性も損なうことなく、1つ以上の実験を設定し、そしてそれを長期間そのままにすることが可能である。ユーザは、実験データ577の1つ以上の実験パラメータを設定および保存するためにコンピュータ350を使用し得、この実験データは、次いで、スキャナ制御および分析実行可能プログラム572が、ファームウェア実行可能プログラム672に提供され得る。
【0253】
図10は、1つの実施形態において、オートローダー443から除去され得るカートリッジマガジン1000の例を説明する。マガジン1000は、一定範囲の1つ以上のカートリッジを保持し得ることが可能である(例えば、1〜100個の範囲のカートリッジが可能である)。もっとも、多くの他の可能な範囲が存在することが一般的に理解される。例えば、いくつかの実施形態は、32〜48個のカートリッジを保持するカートリッジマガジンを備え得る。マガジン1000のさらなる構成要素および特徴は、プローブアレイカートリッジ720間の分離を保持し、そして維持するパーティション1002を含み得る。マガジンが、例えば、マガジン1000に含まれる1つ以上のプローブアレイカートリッジを同定し、実験または他の型の情報を同定するために使用され得る、関連するバーコードアイデンティフィアーを有するバーコードを備えることが望ましくあり得る。1つの実施形態において、コンパートメント1010のそれぞれは、単一プローブアレイカートリッジを保持し得るが、代替の局面は、2、3、またはそれより多くのプローブアレイカートリッジを保持するコンパートメント1010のそれぞれを含み得る。パーティション1002によって提供される分離は、物理的分離および熱的分離を含み、ここで、パーティション1002は、コンパートメント間の熱障壁として作用し得る。別の構成要素は、マガジンの垂直軸上にカートリッジの回転中心があるマガジン1600の中心にハブ1603を備える。また、周囲のバンド1604が、マガジン1600に支持構造を提供するカートリッジパーティション1602を取り囲む。
【0254】
プローブアレイカートリッジ720は、マガジン1000内で垂直にまたは水平に配向され得、そして互いに連続的な関係なしで装填され得る。例えば、スキャナ400は、ファームウェア実行可能プログラムが特定のプローブアレイカートリッジ720を同定するために使用し得る、バーコード標識1500から1つ以上のバーコードアイデンティフィアーを読むことができるバーコードリーダーを含み得る。また、本例において、コンパートメント1010のそれぞれが、プローブアレイカートリッジを含むことは、必要とされない。オートローダー443は、例えば、ファームウェア実行可能プログラム672が、マガジン1000の空の位置を認識し、そしてスキップし得ることを可能にする光学センサのような1つ以上のセンサを備え得る。
【0255】
いくつかの実施形態において、カートリッジマガジン1000は、プローブアレイカートリッジ720の配向および移動について、種々の異なる方法を実行し得る。例えば、プローブアレイカートリッジ720は、カートリッジの側方縁部の一方上で、マガジン1000中に水平に配向され得る。別の実施例において、このカートリッジは、異なる様式のマガジン中に存在し得、ここでこのカートリッジは、カートリッジの前面または背面上に平らに横たわるように、配置される。このマガジンは、カートリッジが、カードデックのように垂直に積み重ねられ得るように、構築され得る。本実施例において、カートリッジは、スタックの底から走査操作のために取り出され得、スタック中の残りのカートリッジを、1つの位置によって下に進める。取り出されたカートリッジは、次いで、このスタックの上端に配置し戻され得るか、あるいは異なるスタックに添加され得る。
【0256】
パーティション1002、ハブ1003およびバンド1004を備えるカートリッジマガジン1000は、プラスチック、金属またはこれらの組み合わせ、あるいは他の適切な材料から構築され得る。例えば、1つの実施形態は、ABSのような注入成形プラスチックの単一片として備えられる、ハブ1003、パーティション1002および周囲バンド1004を備えるカートリッジマガジン1000を含み得る。
【0257】
図11は、カートリッジ輸送アセンブリ1105内に配置されるカートリッジ720の図示である。カートリッジ輸送アセンブリ1105は、逆転可能なローラ1106を備え、逆転可能なローラ1106は、カートリッジ720を操作する。平歯車1107は、モータ(示さず)によって駆動されて、ローラ1106の動きに動力を供給する。フロントプレート1108、サイドプレート1110およびリアプレート1111を備えるハウジング、ならびにローラ1106によるカートリッジ720の捕捉および放出を活動的にする作動構成要素1113。マガジン1000と同様に、カートリッジ輸送アセンブリ1105は、種々の材料から構成され得る。このような材料としては、プラスチック、金属もしくはこれらの組み合わせまたは他の適切な材料が挙げられる。例えば、プレート1108、1110および1111、ならびにローラ1106および作動構成要素の部品は、アルミニウムまたは他の種類の金属から構成され得、一方、エレメント(例えば、平歯車1107および/またはローラ1106の部品)は、プラスチックから構成され得る。
【0258】
図12においてさらに図示したのは、カートリッジ720とローラ1106とがどのように相互作用し得るかの例である。図示した例では、ローラ1106は、作動構成要素1113によってプローブアレイカートリッジ720の1以上の基準特徴に向かって延びて1以上の基準特徴に係合していてもよい。第一の方向でのローラの動きは、カートリッジを下方に推進し、一方、逆の方向でのローラの動きは、カートリッジを上方に推進する。ローラ1106は、プローブアレイカートリッジ720から作動構成要素1113によって離脱して引っ込められ得る。1つの実施形態では、逆転可能なローラ1106は、マガジン1100とスキャナ400との間を横切って、プローブアレイカートリッジ720を逆転可能に移動させ得る。
【0259】
図13および図14は、カートリッジ輸送アセンブリ1105と、カートリッジマガジンベース1314と、カートリッジマガジン1000との間の相互作用の、図示による例をさらに提供する。カートリッジマガジンベース1314は、溝穴1315を備えており、溝穴1315は、ローディング位置と関連していて、選択されたプローブアレイカートリッジの通過用通路を、マガジン1000とスキャナ400のカートリッジホルダー1600との間に提供し得る。カートリッジマガジンベース1314は、仕切り1002とともに、1以上のプローブアレイカートリッジを適所に支持して保持するのを可能にする。プローブアレイカートリッジ720を溝穴1315上のマガジンローディング位置に配置した場合、プローブアレイカートリッジ720は、スライディングドア1316によって下側に支持され得る。ファームウェア実行可能プログラム672の制御下で、スライディングドア1316は、輸送アセンブリ1105によるプローブアレイカートリッジの通過をブロックしてもよく、通過を可能にしてもよい。例えば、ファームウェア実行可能プログラムは、逆転可能なローラ1106に延びてプローブアレイカートリッジ720と係合し得る。この例では、ローラ1106は、閉じた状態でスライディングドア1316を用いてカートリッジマガジンベース1914のレベルよりも上に到達するのが可能にされ得、そしてプローブアレイカートリッジ720の1以上の基準特徴に係合し得る。次いで、ファームウェア実行可能プログラム672は、スライディングドア1316を作動させるようにリニアモータ1423に指示して、スライディングドア1316が開くことおよびローラ1106がプローブアレイカートリッジの位置を制御することを可能にし得る。次いで、ファームウェア実行可能プログラム672は、プローブアレイカートリッジを輸送アセンブリ1105を通ってスキャナ400へと推進するようにローラ1106に指示する。一旦プローブアレイカートリッジ720がスキャナ400中に適切に配置されたら、そして/またはカートリッジホルダー1600によって受け取られたら、ファームウェア実行可能プログラム672は、プローブアレイカートリッジから離れて引っ込むようにローラ1106に指示する。ローラ1106もまた、ファームウェア実行可能プログラム672によって指令されたように、上記と同様の様式でスキャナ400からプローブアレイカートリッジを受け取って、プローブアレイカートリッジをマガジン1000の同じかまたは異なる区画1010へと戻すことが可能にされ得る。
【0260】
図13および図14においてさらに図示したのは、ハブベース1317であり、ハブベース1317は、ハブ1003の下に配置されており、ハブ1003はさらに、タイミングベルト滑車(示さず)に連結されたシャフトに取り付けられていてもよい。タイミングベルト滑車は、マガジン1000を前進させる目的で、タイミングベルトを介して、モータ(例えば、リニアモータ1423または他の何らかのモータ)によって駆動され得る。さらに、ピン1318を提供することによって、カートリッジマガジンベース1314の位置的配向を維持して、その結果、カートリッジマガジン1000が前進した場合に溝穴1315(それゆえ、ローディング位置)が移動しないようにし得る。
【0261】
例えば、カートリッジマガジン1000は、カートリッジマガジン1000をその垂直軸の周りで回転させることによって、第一の選択されたカートリッジを溝穴1315上のローディング位置に前進させる。センサ(例えば、プローブアレイカートリッジがローディング位置に適切に配置されるのを確立する、光学センサまたは他のタイプのセンサ)を備え得る。カートリッジは、カートリッジ輸送アセンブリ1105を通して下げられて、ローラ1106によってスキャナ400中へ入れられ得る。スキャナ400の操作が完了した後、プローブアレイカートリッジは、スキャナからマガジン1600内のローディング位置へと逆転して輸送される。マガジンは前進し、第一のプローブアレイカートリッジがローディング位置から動き、そして第二のプローブアレイカートリッジがローディング位置へと動き、ローディング位置で、プローブアレイカートリッジは溝穴1315およびローラ1106の上に配置される。
【0262】
当業者は、プローブアレイカートリッジの保存および自動輸送について多くの可能な方法および構成要素が存在することを認識する。2つの例は、米国特許第6,511,277号(発明の名称:「CARTRIDGE LOADER AND METHODS」);および米国特許出願第10/180,588号(発明の名称:「Cartridge Loader and Methods」、2002年6月26日出願)に記載される。これらは両方とも、その全体が全ての目的のために本明細書中に参考として援用される。
【0263】
いくつかの実施形態では、オートローダー443の使用を伴わずにスキャナ400が操作されることが所望および/または要求され得る。スキャナ400の1つの実施形態は、ユーザが1以上のプローブアレイカートリッジ720を手動でローディングおよび/またはアンローディングすることを可能にするエレメントを備える。備えられるエレメントはまた、オートローダー443の使用を伴って作動する。例えば、エレメントは、ドアを開け閉めするためにモータを使用しない受動的ドア機構を備え得る。その代わり、ユーザまたはオートローダー443の実行は、手動でドアを作動させ得る。さらに、ドアはまた、スキャナのハウジング内に凹所にあって、不適切な時に開く可能性を制限してもよい。
【0264】
スキャナの較正:スキャナを較正して、画像データの適切な取得に影響を与え得る構成要素の変動を補償することが多くの実施形態において望ましい。このような変動としては、機械的磨耗または1以上の光学素子への変化によって引き起こされる変動が挙げられ得る。関連分野の当業者は、多くの光学素子が、種々の要因によって(温度の変動、機械的磨耗、構成要素の不完全性、物理的損傷によって引き起こされるわずかな変化または他の種々の可能な要因を含む)影響を受け得ることを認識する。1つの局面では、スキャナ400は最初に、工場で較正されて、現場の慣用的なサービスにおいて再度較正され得る。あるいは、または上記の局面に加えて、較正操作は、各スキャンの前もしくは間に、スキャナの慣用作業であるパワーアップの間に、または他の頻繁な間隔で自動的に実施され得る。1つの実施形態では、スキャナ400は、機械の動きの空間的特徴ならびに光学的特徴について較正される(光路(light path)の計算の集光構成要素および半径の較正を含む)。さらに、同じまたは他の実施形態では、スキャナ400は頻繁に、最も正確な画像を提供するために較正され得、ここで、較正手順は、ユーザによる開始も介入をも必要としない。
【0265】
画像強度の較正についてのいくつかの可能な補償機構の例は、増倍型光電管のゲイン調整、レーザーの出力調整、または光学機器および検出器の他の調整を含み得る。同様に、1ピクセル未満までエラーを減らすための機械的補償は、アーク中での特定の点での走査アームの速度の調整、輸送フレーム505の動きの調整、スキャナファームウェア実行可能プログラム672またはスキャナコントロールおよび分析実行可能プログラム572(例えば、インプリメンテーションAffymetrix(登録商標)Microarray SuiteおよびAffymetrix(登録商標)GeneChip(登録商標)Operating System)によって獲得した画像データに対する、算出された補正を含み得る。
【0266】
1つの可能な局面では、較正特徴442を用いて、スキャナ400を較正し得る。例えば、較正特徴442は、プローブアレイカートリッジ720と同様の様式で、カートリッジにおいて収容され得、そしてスキャナ400中に挿入され得る。較正特徴442は、複数の較正アレイまたは構成を含み得、これらは各々、プローブアレイ240のガラスおよび/または基板の内表面に配置された種々の幾何学的色彩、蛍光または他の型の特徴を含み得る。例えば、1つの実施形態は、較正特徴442がプローブアレイ240と同じ平面にあるように、較正特徴442の配置を含み得る。この例では、較正特徴442は、色彩特徴のパターンを含み得、ここで、蛍光性参照媒体は、色彩特徴のパターンの頂部に沈積され得、そしてスキャナ400にローディングされ得る。スキャナ400は、カバーガラスを通して蛍光参照媒体の励起波長で走査することによって較正走査を行う。スキャナ400の1以上の検出器は、参照媒体から発光を受け取り、ここで、色彩特徴からの反射光は、参照媒体の蛍光発光をマスクする。従って、色彩パターンは、スキャナ400を較正するためのネガ画像として用いられ得る。スキャナ400はあるいは、色彩特徴からの反射光を、色彩パターンをポジ画像として用いることを可能にする励起波長で検出することによって、較正特徴を画像化し得る。さらに、スキャナ400が、記載の較正走査を行うにつれ、強度データおよび位置データの両方が、デジタルデータとしてメモリ中に記録される。強度データは、蛍光発光および/または散乱反射光に基づき得、そして位置データは、色彩特徴の画像データ、検流計変換器515からのデータ、および/または例えば、較正データ576中に保存され得る、色彩特徴の既知の位置データを含み得る。
【0267】
当業者は、較正特徴442の幾何学的特徴が、種々の較正方法について種々の異なる形状で構築され得ることを認識する。例えば、水平直線性較正といわれ得る1つの実行可能プログラムは、格子または梯子のパターンで基板上に配置される較正特徴442を含み得る。梯子パターンは、既知の特徴の色彩エレメントから構築され得る。この既知の特徴は、各々のバーが等しい間隔をあけて水平パターンに配置された一連の垂直バーに似ていてもよい。この例では、前端の位置およびバーの各々の幅が正確に既知であることが所望され得る。あるいは、同様の配置は、水平パターンの代わりに、または水平パターンに加えて、垂直パターンに配向した格子または梯子のパターンのバーを含む、垂直直線性較正といわれる配置のために用いられ得る。関連分野の当業者は、用語「直線性較正」とは一般に、1以上の直線軸におけるエラーの修正のための方法をいうことを認識する。例えば、水平直線性修正方法は、取得した画像におけるX軸のピクセルの位置のエラーを修正することを含み得る。
【0268】
上記の例に続いて、1以上の直線性較正アレイは走査され得、そして画像パターンは、検流計位置変換器515からの位置データとともに取得され得る。次いで、較正実行可能プログラムおよびデータ676は、較正特徴442の画像位置、検流計位置および較正特徴442の前端の既知の位置を比較し得、そして取得した画像の各ピクセル位置についての1以上の画像の修正値を含むエラー表を生成し得る。較正実行可能プログラムおよびデータ676は、エラー表に少なくとも部分的に基づいて、プローブアレイ240の取得した画像における各ピクセルの配置を補正し得、このエラー表は、例えば、特定のピクセルが(例えば、アレイ上の異なる、しばしば移動した位置を伴うデータベースまたは他のデータ保存形式に関連して)全体または部分的なピクセル増分の分だけ、X軸またはY軸でプラス方向またはマイナス方向に「動かされる」ことを指定し得る。直線性修正の方法は、図20〜図22を通して図示した方法を参照して、以下にずっと詳細に記載される。
【0269】
また、実行可能プログラムは、プローブアレイ240の組み込まれたエレメントとして較正特徴442を含み得る。例えば、プローブアレイ240のいくつかの実施形態は、生物学的サンプルと特定のプローブとのハイブリダイゼーションの効率を決定する目的のために用いられる1以上の特徴を含み得る。この特定のプローブは、実験プロトコルの間に標的分子を検出し得るか、または高レベルで発現されることが公知の1以上の遺伝子(例えば、細胞構造に重要な遺伝子(β−アクチンを含み得る)など)からのmRNAシグナルを検出し得る。この例では、1以上の特徴の画像品質は、実験の間に存在するハイブリダイゼーション条件と関連し得る。さらに、1以上の特徴は、ハイブリダイズしたプローブから発光された修正光を用いた、光学機器および検出器100の1以上のエレメントの幾何学的較正方法および/または修正発光強度較正方法のアンカー位置として用いられ得る。
【0270】
代替の例では、プローブアレイ240の活性領域における生物学的プローブは、スキャナ400を較正するために役立ち得る。1つの可能な利点としては、実験データを収集するために用いられるのと同じ蛍光タグを用いることによってスキャナ400を較正することが挙げられる。従って、同じ蛍光タグを利用することによって、較正方法の精度は、異なる発蛍光団の特徴的な発光スペクトルによって引き起こされる変動を除去することによって改善される。幾何学的較正のための表は、既知の方法によってプローブアレイ特徴の中心のピクセル位置を見出し、そしてプローブ特徴のその中心のピクセルの既知の位置に対して、X軸およびY軸上にグラフにプロットすることによって構築され得る。測定位置と既知の期待位置との間の相違は、エラー修正値として算出され、そして(例えば、較正実行可能プログラム676中に保存され得る)表に入れられる。強度較正は、一致したプローブおよび不一致のプローブと言及され得るものからの測定発光の比を用いることによって、この例において行われ得る。
【0271】
さらに、較正特徴442は、水平直線性較正方法および垂直直線性較正方法の両方の有効性を確認するために用いられ得る1以上の較正アレイを含み得る。例えば、1以上の較正アレイは、グリッドパターン(例えば、プローブアレイ240の生物学的プローブ特徴に同様に対応するグリッドパターンなど)の位置に完全に対応するパターンを提供するアレイを含み得る。パターンがスキャナ400によって画像化され、そして画像修正方法が適用された後、グリッドパターンは、画像に配置され得る。次いで、ユーザは、グリッドが画像に適切に整列されたか否かを視覚的に見得、そして例えば、適切に配列していなかったら、スキャナ400は、水平直線性および/または垂直直線性について再度較正され得る。
【0272】
較正特徴442はまた、ロール700およびピッチ703に関する機械的エラーまたは他の型のエラーの較正のための1以上の較正アレイを含み得る。例えば、ロール700およびピッチ703の較正は、種々の方法によって実施され得る。1つのこのような方法は、完全に平坦であることが既知であるかまたは試験チップに関連したロールおよびピッチエラーが正確に測定されたかのいずれかであるプローブアレイカートリッジ720と同様にハウジング中に配置された較正アレイを用いることを含む。測定方法は、プローブアレイ240の基準特徴(例えば、色彩の境界710など)を用いることまたはさらなる参照標的をプローブアレイ240上もしくはその周囲の特定の位置に配置することを含み得る。特定の位置は、プローブアレイ240の角を含み得、ここでは、他の特徴(例えば、アレイの曲率または検流計アーム回転平面149に対して垂直である平面において完全に平坦であるプローブアレイのエラーを生じ得る他の局面)に加えて、プローブアレイ全体のロールおよびピッチが測定され得る。この例では、測定された較正アレイは、スキャナ400中に配置され得、そして機器を較正して、スキャナ400の機械的構成要素に関連したロールおよびピッチエラーについて修正するために用いられ得る。
【0273】
代替の例では、較正特徴442は、プローブアレイカートリッジ720が存在しない場合画像化され得るように、輸送フレーム505上に直接配置され得る。磨耗に耐性でありそして光脱色剤(photo bleaching)と通常言われる耐久性蛍光材料は、較正特徴のための媒体として用いられ得る。
【0274】
いくつかの局面では、較正特徴442は、参照媒体として用いられ得る、較正スライドまたは較正アレイ上に配置された既知濃度の発蛍光団を含み得る。較正特徴442は、スキャナ400の各々を互いに関して較正する目的のために、複数のスキャナ400によって走査され得る。1つの実施形態では、較正アレイ上の発蛍光団は、生物学的実験において用いられる発蛍光団と同じ蛍光特性を有する。例えば、生物学的実験において用いられる同じ発蛍光団(例えば、フィコエリトリンが挙げられ得る)は、較正アレイ上の蛍光標準として用いられ得る。あるいは、他の型の発蛍光団は、較正アレイ上での使用のために好適であり得る。なぜなら、分子の長期安定性、光脱色剤の特徴、または較正手順において使用するために所望され得る他の要因を含み得る、種々の要因のためである。この例では、代替の発蛍光団は、カプトン(kapton)、または、あるいは関連分野の当業者が量子ドットナノ結晶(quantum dot nanocrystal)というものを含み得る。用語「量子ドット」とは、この文脈で、無機蛍光ナノ結晶を一般的にいい、そしてそれらの長期安定性、低い光脱色性、ならびにそれらの蛍光同調性によって、いくつかの局面で好適であり得る。例えば、均一に分布した単一量子ドットのアレイは、スピンキャスティングとして公知の自己アセンブリ法といわれ得る方法を含め、関連分野の当業者に公知の方法によって製造され得る。較正アレイ上に配置される量子ドットの数は、1量子ドットあたりの蛍光の発光した光子の数が、測定された蛍光を用いて算出され得るように算出され得る。次いで、1量子ドットの計算値あたりの放出された光子は、ゲイン較正、機器ごとの較正または他の較正方法のために用いられ得る。
【0275】
さらに、いくつかの実施形態では、測定された強度エラーは、(オートゼロ操作を参照して上記に記載されたような)増倍型光電管からのノイズの量の測定、レーザーの量子効率の測定、または二色性ミラーの透過効率の測定のための方法を用いて取得され得る。量子効率は、エネルギー出力の、レーザーへのエネルギー入力に対する比の測定値として手短に定義され得、ここで、この比の値が低いほど、レーザーの効率がよい。二色性ミラーの透過効率は同様に、鏡を通過するかまたは鏡によって反射されるのが可能である特定の波長の光の量の測定値として定義され得る。各構成要素は、必要な場合、最適な(opitmal)スキャナ性能を達成するために較正または置換され得る。
【0276】
直線性較正データの使用の取得、保存および方法のための1つの実施形態の例示的な例は、図20〜図24に提供される。例示的な方法が水平直線性の場合のX軸、そして垂直直線性の場合のY軸の両方に適用され得ることが、関連分野の当業者によって認識される。さらに、+/−1ピクセル未満の標準位置エラーを達成するために直線性修正方法を適用することがこの実施形態において所望され得る。用語「位置エラー」は、本明細書中で使用される場合、画像における適切な位置でのピクセル強度データの配置に関連したエラー値をいう。例えば、1ピクセルの位置エラーは、ピクセル強度データの配置が、画像中の適切な位置から1ピクセルより多く離れて配置されるべきでないということを意味する。
【0277】
1以上の直線性修正表の作成のための例示的な方法を図22に図示し、関連した関数のブロック線図を図20A、図20Bおよび図21に図示する。ステップ2205は、この方法の出発点を表し、ここで、較正画像アクチュエータ2057は、較正特徴442上でのライン走査を開始し、較正シグナル196の強度を規則的な間隔でサンプリングする(例えば、8〜10ピクセルまたは他の数のピクセル毎にサンプリングする)。較正データ生成器2050は、較正シグナル196を1以上の走査線から受け取り得る。図21にさらに図示するように、ピクセル位置決定器2110は、変換器515からの検流計アーム位置データに少なくとも部分的に基づいて、画像の中心位置に最も近い較正特徴を決定する。決定基2110は、決定された中心較正特徴を参照位置として用い得る。
【0278】
中央較正特徴を決定するための方法と同様の方法を使用して、ピクセル位置決定器2110は、ステップ2215に示されるように、中央位置に対する各較正特徴の前端のピクセル位置を決定する。ステップ2220は、ピクセル位置相関器2120が、ステップ2215由来の決定されたピクセル位置を、較正特徴データ2030に保存された各較正特徴の対応するエッジの実際の位置データと相関させるステップを例示する。位置および誤差データ表生成器2150は、ステップ2230に示されるように決定されたピクセル位置と実際のピクセル位置との間の差異を各特徴の前端位置についての誤差データとして計算し、そして中間較正データ2153を構築する。
【0279】
ステップ2240に示されるように、中間較正データ2153は、ピクセルオフセット決定器2160によって受け取られる。決定器2160は、データ2153の決定された中央ピクセル位置を使用して、表中の各ピクセル位置についてのピクセルオフセット位置を割り当て得る。このピクセルオフセット位置は、参照地点からの(+)または(−)方向で、これらの位置関係に基づいて同定され得る。本実施例において、(−)方向は、走査の開始位置に向かい、そして(+)方向は、終了位置に向かうが、他の代替物が存在することが当業者によって理解される。
【0280】
いくつかの実施形態において、上の実施例において記載されるように、反射強度は、定期的な間隔(すなわち、8〜10ピクセルごと)でサンプリングされ得、従って、データ2153は、各ありうるピクセル位置を示すピクセルオフセット値および関連する誤差補正値を含まないかもしれない。較正データ表2010の1つの実施形態は、各ありうるピクセルオフセット位置に対応する誤差補正値を含む。データ2153中の決定されたピクセルオフセット位置および関連する誤差補正値は、ステップ2250に示されるように、ピクセルおよび誤差補正補間器2270によって受け取られ得る。補間器2270は、データ2153中に含まれないピクセルオフセット位置についての誤差補正値を補完し得る。例えば、データ2153は、ピクセルオフセット位置0、−5、−12、および−21を含み得、これらは各々、関連する誤差補正値を有する。本実施例において、ピクセルオフセット位置−1〜−4についての関連する誤差補正値は、データ2153のピクセルオフセット位置0および−5についての関連する誤差補正値に少なくとも一部基づいて補間されなければならない。一方で、ピクセルオフセット位置−6〜−11に対応する異なるスケールの補間された誤差補正値が、より大きい範囲のピクセルオフセット位置および関連誤差補正値に少なくとも一部基づいて、計算され得る。従って、較正データ2010中の誤差補正値間の直線関係は存在し得ない。さらに、誤差補正値は、異なる補正ピクセル位置に、ピクセル強度値の一部を分配することを含み得る。本実施例において、得られたデータは、較正データ表2010において示され得、この表は、プローブアレイ240の任意の局面のためのピクセルオフセット位置および関連する誤差補正値を含む。
【0281】
1つの実施形態において、較正表2010は、種々の原因に由来し得るスキャナ中の誤差に起因する、空間的な非直線性と称されるものについて画像データを補正するために、1つ以上の方法によって使用され得る。図24に示される要素を含む、例示的な方法が、図23に提供される。走査幅およびゼロ位置決定器2420は、ステップ2310に示されるように、表2010を受け取り得る。例示的な方法において、0ピクセル位置がX軸走査の開始位置に対応するように、一連のピクセルオフセット位置値を再割り当てすることが所望であり得る。例えば、ピクセルオフセット位置の範囲は、異なるX軸幅を有し得るプローブアレイ240の特定の局面に対応し得る。現在記載される実施形態において、適切な誤差補正値を、プローブアレイ240の各局面の各ピクセル位置に適用することが重要である。プローブアレイ240の特定の局面のためのX軸における走査の幅は、1つ以上の識別子に少なくとも一部基づいて走査幅データ2040から決定され得る。決定器2420は、プローブアレイ240の走査幅のピクセル位置の総数の半分の値を計算し、そして中心位置から開始して、較正データ表2010におけるピクセルオフセット値の全てにその値を加える。結果は、以前負の値を有した走査の開始地点(すなわち、中心点の(−)側に位置した)が、現在、ゼロピクセル位置に存在するという結果である。例えば、較正データ表2010は、プローブアレイ240のいずれの局面の走査幅よりも大きいピクセルオフセット位置の範囲を含む。さらに、表2010は、1つの側に対して負の値、そして他の側に対して正の値を有する中心参照地点を有し得る。本実施例において、各々、プローブアレイ240の特定の局面に関連する種々の異なる走査幅が存在し得、ここで、走査の開始地点と終了地点との間の距離は、中心地点に関する各特定のアレイ走査幅について変化する。本実施例において、各走査についての開始地点は、ピクセル位置0で始まるはずである。ピクセル位置値は、負のピクセルオフセット値に走査幅の値の半分を加えることによって計算され得、ここで、ピクセル位置0は、走査幅の開始地点に対応し、そして末端地点は、走査幅の合計値に等しい。得られたピクセル位置および対応する誤差補正値は、ピクセル位置および誤差補正データ表2470として図24に示される。
【0282】
補正画像生成器2430は、プローブアレイ240の特定の局面に関して、画像補正における使用のためのデータ表2470を受け取る。ステップ2340に示されるように、X軸における走査データの線を、プローブアレイ240から獲得する。生成器2430は、データの獲得した線における各ピクセル位置を、表2470と比較し、そしてステップ2350に示されるように、獲得されたピクセル位置についての関連する強度値を、画像中の補正ピクセル位置中に配置する。いくつかの局面において、強度値は、複数の補正ピクセル位置間で分割され得る。例えば、特定の獲得されたピクセル位置についての誤差補正値は、関連する強度値が2つ以上の補正ピクセル位置間で分割され得ることを特定し得る。本実施例において、強度値は、ある割合で分割され得、そして強度の一部は、1つの補正ピクセル位置に割り当てられ得、そして残りは、別の補正ピクセル位置に割り当てられる。
【0283】
決定要素2360は、画像が完全に走査されない場合に、ステップ2350を繰り返すステップを示す。そうでなければ、走査が完了し、そしてその結果は、補正画像データ2070である。
【0284】
いくつかの局面において、誤差補正表を計算するために、ピクセル位置データの代わりに、ガルボアーム位置データを使用することが有利であり得る。ガルボアーム位置データは、より正確な画像補正を可能にし得るより大きい範囲の値を提供し得る。図20〜24に示される実施例において、トランスデューサ515は、較正データ生成器2050ならびにピクセルおよび補正画像生成器2430にデータを入力し得る。以前に示された実施例において、ピクセルデータの地点は、8〜10ピクセル位置ごとにサンプリングされ得る。代替的な実施形態において、ガルボアーム200の正確な位置は、トランスデューサ515を使用して同じまたは他の地点で取られ得る。得られたガルボ位置は、較正データ2010の生成のために、ピクセル位置の代わりに使用され得る。同様に、ガルボ位置データは、オフセットおよび補間計算において、ピクセル位置データと置換され得る。次いで、補正画像生成器2430は、画像データのために補正ピクセル置換を計算するための一連の走査データの獲得の間に、ガルボアーム200の位置に対応する、変換器515からの位置シグナルを使用し得る。
【0285】
あるいは、較正実行可能プログラムおよびデータ676は、較正および誤差補正方法のために、ガルボ位置データおよびピクセル位置データの両方を使用し得る。いくつかの局面において、ガルボ位置データは、ピクセル位置データを使用する記載された画像補正手順の前に、画像データを予備補正するために使用され得る。例えば、1つの方法は、一連の画像データの獲得の前または間に、一連の新しいガルボ位置データを獲得する工程を包含し得る。この新しいガルボ位置データは、較正データ2010中のガルボ/ピクセル位置データと比較され得る。新しいガルボ位置データと較正データ2010のデータとの間の任意の差異は、最後の較正以来の機構における変化を示し得、そして種々の方法によって補正され得る。
【0286】
較正特徴442を使用する方法の別の実施形態は、弓形経路250の弧の半径を計算する工程を包含し得る。多数の局面において、実際の半径と25.4mmの半径を含み得る予想される半径または最適な半径との間の差異に少なくとも一部基づいて、例えば、誤差値を計算するために使用され得るガルボアーム200の回転軸の中心から励起ビーム135の経路の正確な半径距離を有することが所望であり得る。半径値は、以下にさらに詳細に記載されるアーク補正方法を含むいくつかの画像補正方法に特に有用であり得る。走査アーム200および励起ビーム135の2つのありうる経路の示された実施例は、図25に提供される。予期される光路2510は、レンズ145の中心から放射され、予期される半径R90°で基板と交わり、3100を生じる励起ビーム135の予期された経路を示す。半径R’2505は、実際の半径が実際の光路2515に起因して、予期される半径とは異なる例の図による表示を示す。実際の光路2515は、ターンミラー、レンズ145、または光路に影響し得る種々の他の要素における誤整列または不完全に起因し得る。
【0287】
半径R’2505を決定する例示的な方法は、図20および26に示される特定の要素の図による説明と共に、図27において示される。この方法は、ステップ2710において示される較正特徴442の画像の獲得で始まり、この画像は、半径距離生成器2055によって受け取られる。較正特徴442は、種々のありうる局面(例えば、水平方向の直線性を参照して、以前に記載された色彩特徴のラダーアレイのような)を包含し得る。生成器2055は、弓形経路250の弧の中心に位置する較正特徴の前縁に対応するピクセル位置を決定し、そしてその位置をデータ地点2615として割り当てる。本発明の方法のステップ2720は、X軸に沿って中心点2615から離れて、両方の方向で、距離2605を移動する生成器2055を包含する。距離2605は、較正特徴の前縁に対応する走査アーク内の任意の距離であり得るが、1つの方法は、走査アーク縁近くに存在する距離2605を包含し得る。データ地点2610および2617は、X軸上で両方の方向で較正特徴距離2605離れて対応する位置で確立される。生成器2055は、ステップ2725に示されるように、Y軸に関してデータ地点2610および2617の位置を正規化し得、その結果、これらは同じ平面に位置する。いくつかの局面において、データ地点2610および2617の正規化された位置は、獲得された画像中に存在する較正特徴の任意の回転を補正するために使用され得る。正規化プロセスは、地点2610と2617との間に引かれる線2640の勾配の決定を含む種々の数学的方法を含み得る。勾配値が0であることは、地点2610および2617がY軸上の同じ平面上に位置することを示すことを、当業者は理解する。生成器2055は、勾配値が得られるまで、距離2605を維持しながら、位置2610および2617の1つ以上を移動し得る。ステップ2730は、生成器2055がデータ地点2610、2617および2615に最も適合する弧2642を数学的に計算するステップを例示する。次いで、回転の中心点2520からアーク2642までの実際の半径R’2505が決定される。計算された実際の半径2505は、種々の誤差補正方法(例えば、ツール3000に関して以下にさらに詳細に記載される半径調整の方法)における使用のために、較正特徴データ2030または他の位置で保存され得る。
【0288】
スキャナ較正および構成のいくつかの局面は、サービスアプリケーション678によって実行され得、サービスアプリケーション678は、スキャナファームウェア実行可能プログラム672あるいはスキャナ制御および分析実行可能プログラム572によって実行され得る。図6において示される例において、これは、スキャナコンピュータ510のシステムメモリ670中に位置するとして示されるが、あるいはコンピュータ350中にか、または入力−出力制御装置675のネットワーク接続もしくは他の接続手段を介して接続されたローカルコンピュータもしくはリモートコンピュータに含まれる単独形アプリケーションとして配置され得る。サービス職員は、最初の較正のための工場でそして/または慣例的もしくは他の型のサービスの間に現場で、サービスアプリケーション678を使用し得る。1つの実施形態において、サービスアプリケーションは、スキャナ400のハードウェア構成要素の全てに対する低レベルのインターフェースとして作用し得る。例えば、サービスアプリケーション678は、レーザーの数および周波数を設定すること、レーザー電源設定、放射検出器設定、ならびに以前に記載された方法を含み得るがこれらに限定されない、較正のために必要な全ての機能を実施し得る。本実施例において、サービスアプリケーション678はまた、スキャナコンピュータ510に必要とされる場合に、診断試験およびアップロード/ダウンロードソフトウェアおよびファームウェアを実行し得る。
【0289】
サービスアプリケーション678のさらなる要素は、ユーザが、スキャナ400のインストレーションおよび初期較正手順を実施するのを可能にする要素を含み得る。例えば、この要素は、ユーザが、離れた供給源からスキャナを受け取り、そして適切な期間(例えば、1時間以内)で必要な設定操作を実施することを可能にし得る。本実施例において、スキャナは、完全に較正および整列され、そしてユーザのインストレーション後に正常な操作を完全に行ない得る。
【0290】
本発明のいくつかの実施形態はまた、較正に必要とされるハードウェア要素を含み得る。1つのこのような要素は、本明細書中でツール3000と称され、この例示的な例は、図30Aおよび30Bに示される。ツール3000は、機器技術者またはユーザによって、工場または現場での初期機器較正のために使用され得る。ツール3000は、スキャナ400の種々の要素(例えば、図25の予期される半径R2500に対応し得るY707軸の距離を含む)の正確な較正、測定、および調整、ならびにガルボアーム200の回転整列(プローブアレイ240に対する励起ビーム135の垂直の整列を含み得る)を可能にする。ツール3000は、いくつかの実施形態において、ガルボアーム200にクランプするか、そして/または堅く設置され得る。例えば、ツール3000は、ガルボアーム200の外側の形状に対応する形状を有し得るガルボアームカットアウト3007を含み得る。キャップ3005は、カットアウト3007の第1の半分を収容し得、そしてハンドル3010は、第2の半分を収容し得る。本実施例において、ガルボアーム200は、ガルボアーム200の第2の半分の側にハンドル3010を配置することによって、そしてガルボアーム200上にハンドル3010の第1の半分の側にキャップ3005を接続することによって、ツール3000によって堅く維持され得る。本実施例において、ガルボアーム200は、回転およびY軸距離の測定が正確にそして反復して測定され得るような様式で、ガルボアーム200へのツール3000の接続を可能にするのみである1つ以上の基本的特徴を有し得る。
【0291】
固定されたマウンティングプレート3015は、較正の調整または設定のために使用される1つ以上の参照位置を提供し得る。1つの実施形態において、固定されたマウンティングプレート3015は、ツール3000と相互作用し得るスキャナ400内の固定された剛性構造体であり得る。あるいは、プレート3015は、各時間ツール3000が、較正または測定方法に使用され得るごとに、一般に使用される方法を介してスキャナ400に接続され得る。ツール3000は、較正および測定のための方法を実行するために、複数の測定デバイスを使用し得、この測定デバイスとしては、マイクロメータブラケット3020によって維持され得る回転マイクロメータ3030、およびキャップ3005によって維持されるY軸マイクロメータ3035が挙げられ得る。マイクロメータ3030および3035の両方は、正確な較正および/または測定の目的で、スキャナ400および/またはプレート3015の要素と直接相互作用し得る。例えば、較正実行可能プログラムおよびデータ676は、較正特徴442にわたってラインスキャンを実行し得、そしてガルボアーム200の回転軸およびY軸距離に対応する1つ以上の誤差値を決定する。あるいは、較正実行可能プログラムおよびデータ676は、プローブアレイ240にわたるラインスキャンから誤差値を獲得することが可能となり得る。ツール3000は、ガルボアーム200に接続され得、その結果、ハンドル3010およびキャップ3005は、固定されたマウンティングプレート3015に関して、回転の自由およびY軸の運動の自由を有する。ユーザは、回転値およびY軸値を正確に測定するためにマイクロメータ3030および3035を最初に使用し得る。次いで、ユーザは、例えば、クランプまたは他の維持手段を解放することによって、ガルボアーム200を解放し得、そして較正実行可能プログラムおよびデータ676によって決定される1つ以上の誤差補正値を適用するためにマイクロメータ3030および3035を使用し得る。本実施例において、マイクロメータ3030および3035は、マイクロメータ3030および/または3035からの距離を増加することを包含し得る第1の向きでハンドル3010および/またはキャップ3005を押すことによって、あるいは1つ以上の要素のばね率が、ハンドル3010および/またはキャップ3005を近づける(すなわち、マイクロメータ3030および3035への距離を減少する)ことを可能にすることによって、誤差補正の方法を直接適用し得る。ユーザは、ガルボアーム200を保持する手段を再適用し得、そしてマイクロメータ3030および3035に関する値を確認し得、そしてツール3000を解放し得る。
【0292】
種々の実施形態および局面を記載してきたが、前述は、説明のみであって限定ではなく、例のみとして提供されていることが当業者に明らかであるはずである。例示された実施例の種々の機能的要素の中で機能を分配するための多数の他の機構が可能である。任意の要素の機能は、代替的な実施形態において種々の様式で実施され得る。
【0293】
また、代替的な実施形態において、いくつかの要素の機能が、より少ないかまたは単一の要素によって実行され得る。同様に、いくつかの実施形態において、任意の機能的要素が、例示された実施形態に関して記載される作動よりも少ないかまたは異なる作動を実施し得る。また、例示の目的のために異なって示される機能的要素は、特定の局面において、他の機能的要素中に組み込まれ得る。また、機能または機能の一部の順序は、一般的に変更され得る。特定の機能的要素、ファイル、データ構造などは、特定のコンピュータのスステムメモリ中に位置するとして例示的な実施形態で説明され得る。しかし、他の実施形態において、これらは、共に位置し得るかそして/もしくは互いに離れているコンピュータシステムまたは他のプラットフォームに位置し得るか、あるいはこれらにわたって分配され得る。例えば、サーバまたは他のコンピュータに対して共に位置しそして「ローカル」であると記載される、任意の1つ以上のデータファイルまたはデータ構造は、サーバから離れたコンピュータシステム中に位置し得る。さらに、機能的要素と種々のデータ構造間の制御およびデータのフロー、ならびに機能的要素および種々のデータ構造中の制御およびデータのフローは、上記または本明細書中に参考として援用される書類に記載される制御およびデータのフローと、多くの様式で異なり得ることが、当業者に理解される。より詳細には、中間機能的要素は、制御およびデータのフローを指向し得、そして種々の要素の機能は、並列処理を可能にするためにかまたは他の理由で、組み合わされ得、分割され得、または他に再配列され得る。また、中間データ構造またはファイルが使用され得、そして記載される種々のデータ構造またはファイルが、組み合わされ得るかまたは他に配列され得る。多数の他の実施形態およびその改変は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定されるような、本発明の範囲内であると意図される。
【0294】
走査システムの実施形態が記載されており、この走査システムは、以下を備える:プローブアレイに励起ビームを指向する、光学素子、この励起ビームに応答する反射強度データを受信する検出器であって、ここで、この反射された強度データが、光学素子とプローブアレイとの間の焦点距離に応答する、検出器、輸送フレームであって、プローブアレイに関する方向で焦点距離を調節する、輸送フレーム、自動焦点器であって、少なくとも2つの焦点距離の反射強度データの特徴に基づいて、最良の焦点面を決定する、自動焦点器であって、ここで、この検出器は、最良の焦点面でプローブアレイ上に位置する複数のプローブ特徴からの検出された発光に基づくピクセル強度値をさらに受信し、ならびに画像生成器であって、1つ以上の位置補正値に基づいて、ピクセル強度値の各々を、プローブアレイの少なくとも1つの画像ピクセル位置と関連させる、画像生成器。
【0295】
上述の特徴およびさらなる特徴は、添付の図面を組み合わせる場合、以上の詳細な説明からより明確に理解される。図面において、同様の参照番号は、同様の構造または方法ステップを示し、参照番号の一番左の桁は、その参照される要素が最初に出てくる図面の番号を示す(例えば、要素160は、図1に最初に出てくる)。機能ブロック図において、長方形は、一般的に、機能性要素を示し、平行四辺形は、一般的にデータを示す。方法フローチャートにおいて、長方形は、一般的に、方法ステップを示し、ひし形は、一般的に、決定要素を示す。しかし、これらの取り決めの全ては、限定を意図したものではなく、典型的または例示的であることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、励起信号および発光信号を提供するために適切なスキャナオプティクスおよび検出器の配置の単純化された図示である。
【図2A】図2Aは、図1のスキャナオプティクスおよび検出器の走査アーム部分の単純化された例示的な構成の斜視図である。
【図2B】図2Bは、図2Aの走査アームの上平面図であり、プローブアレイの1つの実施形態において生物学的フィーチャーをスキャンしており、プローブアレイは、アームの弓型の経路の下で、並進ステージによって動いている。
【図3】図3は、コンピューターネットワークシステムの1つの実施形態の機能性ブロック図であり、このネットワークシステムは、情報管理の実行のために適切なサーバに結合したユーザコンピュータ、そして本発明の1つの実施形態に従う、アレイ−画像の収集および分析の、ソフトウェアアプリケーションを含む。
【図4】図4は、図3のサーバの機能性ブロック図であり、このサーバは、ソフトウェアアプリケーション、オートローダー、スキャナおよびユーザコンピュータへの接続の例示的な実施形態を備える。
【図5】図5は、図4のスキャナ−コンピュータシステムの1つの実施形態の機能性ブロック図であり、このシステムは、バーコードリーダー、カートリッジ輸送フレーム、スキャナコンピュータ、およびスキャナコントロールオペレーションを備える。
【図6】図6は、図5のスキャナコンピュータの1つの実施形態の機能性ブロック図であり、このコンピュータは、スキャナファームウェア、オートフォーカス/オートゼロソフトウェア、較正ソフトウェアおよびサービスアプリケーションソフトウェアを備える。
【図7A】図7Aは、カートリッジ中に収容される図2のプローブアレイの1つの実施形態の図示であり、移動の軸の例示的な例を示す。
【図7B】図7Bは、図7Aのようなプローブアレイカートリッジの1つの実施形態の図示であり、オートフォーカス方法のための色彩ボーダーに交わる弓型経路の例を含む。
【図7C】図7Cは、複数の励起ビームスポットを含む、図7Bの色彩ボーダーに交わる弓型経路の1つの実施形態の図示である。
【図7D】図7Dは、スロープ値を含むグラフ上にプロットされた、図7Cの複数の励起スポットからの反射されたビーム強度データの1つの実施形態の例示的な例である。
【図7E】図7Eは、焦点の最適平面に関連する点を含むグラフ上にプロットされた、図7Dのスロープ値の1つの実施形態の例示的な例である。
【図8】図8は、図4のスキャナデバイスおよびオートローダデバイスの1つの実施形態の単純化された図示である。
【図9】図9は、図8のスキャナおよびオートローダデバイスの1つの実施形態の単純化された図示であり、オートローダーのためのカバーが取り外され、カートリッジマガジンを含む内部構成の1つの実施形態を示す。
【図10】図10は、図9のカートリッジマガジンの1つの実施形態の図示である。
【図11】図11は、反転可能なローラを備える輸送アセンブリの1つの実施形態の図示である。
【図12】図12は、プローブアレイカートリッジおよび図11の反転可能なローラの1つの実施形態の図示である。
【図13】図13は、カートリッジマガジンベースの1つの実施形態を備える、図11の輸送アセンブリの1つの実施形態の図示である。
【図14】図14は、図11および図13の輸送アセンブリならびに図10のカートリッジマガジンが一緒に組み立てられた、1つの実施形態の図示である。
【図15】図15は、バーコード標識の1つの実施形態の図示であり、このバーコード標識は、1次バーコードおよび2次バーコードを備える。
【図16】図16は、図5のカートリッジ輸送フレームの1つの実施形態の図示であり、カートリッジホルダー、ピッチおよびロール機構、Yステージ、ならびに焦点ステージを備える。
【図17】図17は、図16のカートリッジホルダーならびにピッチおよびロール機構の1つの実施形態の図示であり、ピッチフィンガーおよびロールフィンガーを供える。
【図18】図18は、4バー式(four−bar)彎曲焦点ステージガイドの1つの実施形態の図示である。
【図19】図19は、図18の4バー式(four−bar)彎曲焦点ステージガイドの1つの実施形態の図示であり、図16の焦点ステージの要素として組み立てられている。
【図20A】図20Aは、図6の較正実行可能プログラムの1つの実施形態の機能性ブロック図であり、較正データ生成器、半径距離生成器、および画像補正器を備える。
【図20B】図20Bは、図6のスキャナファームウェア実行可能プログラムの1つの実施形態の機能性ブロック図であり、画像補正器および画像捕捉器を備える。
【図21】図21は、図20Aの較正データ生成器の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図22】図22は、図20Aの較正データ表を用いた、画像データの補正のための方法の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図23】図23は、較正データ表の作製のための方法の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図24】図24は、補正された画像生成器を備える図20Bの画像補正器の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図25】図25は、図2の走査アームの1つの実施形態の図示であり、予想された光路の半径と実際の光路の半径との間の潜在的な差異を示す。
【図26】図26は、走査アークからのデータスポットの1つの実施形態の図示であり、図25の実際の光路の半径を計算するために使用される。
【図27】図27は、図25の実際の光路の半径を計算するための方法の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図28】図28は、図16のYステージモータのコントロールのための直線エンコーダとスキャナファームウェアとの相互作用の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図29】図29は、図16のYステージモータの直線エンコーダを制御する方法の1つの実施形態の機能性ブロック図である。
【図30】図30Aは、較正ツールの1つの実施形態の図示であり、回転性のミクロメーターを備える。
図30Bは、図2のY軸ミクロメーターおよびガルボアームを備える、図30Aの較正ツールの1つの実施形態の図示である。
Claims (107)
- 走査システムであって、以下:
1つ以上の光学素子であって、プローブアレイに励起ビームを指向するよう構成および配置されている、光学素子;
1つ以上の検出器であって、該励起ビームに応答して、反射された強度データを受信するよう構成および配置されており、ここで、該反射された強度データが、光学素子と該プローブアレイとの間の焦点距離に少なくとも部分的に応答する、検出器;
輸送フレームであって、該プローブアレイに対して、第1の方向で、該焦点距離を調節するよう構成および配置されている、輸送フレーム;
自動焦点器であって、2つ以上の焦点距離において受信される、該反射された強度データの1つ以上の特徴に、少なくとも部分的に基づいて、最良の焦点面を決定するよう構成および配置されている、自動焦点器、
を備え、そしてここで:
該1つ以上の検出器が、該最良の焦点面において、該プローブアレイ上に位置する複数のプローブ特徴からの検出された発光に少なくとも部分的に基づいて、複数のピクセル強度値を受信するように、さらに構成および配置されており;そして
該システムが、画像生成器をさらに備え、該画像生成器は、該ピクセル強度値の各々を、1つ以上の位置補正値に少なくとも部分的に基づいて、プローブアレイの1つ以上の画像ピクセル位置に関連させるよう構成および配置されている、走査システム。 - 方法であって、以下の工程:
プローブアレイ上に位置する複数のプローブ特徴から検出された発光に、少なくとも部分的に基づいて、複数のピクセル強度値を受信する工程;および
1つ以上の位置補正値に少なくとも部分的に基づいて、該ピクセル強度値の各々を、プローブアレイ画像の1つ以上の画像ピクセル位置と関連付ける工程、
を包含する、方法。 - 前記プローブアレイ画像が、±1ピクセル以下の位置誤差を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記発光が、少なくとも部分的に、励起ビームに応答性である、請求項2に記載の方法。
- 前記発光が、1つ以上の蛍光分子の前記励起ビームによる励起から生じる、請求項4に記載の方法。
- 前記励起ビームがレーザービームを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記レーザーが、固体ダイオードポンピング周波数二倍Nd:YAGレーザーを備える、請求項6に記載の方法。
- 前記複数のピクセル強度値を受信する工程が、前記複数のプローブ特徴のある数の連続したプローブ特徴にわたって、前記励起ビームの単一の通過において達成される、請求項4に記載の方法。
- 前記連続した特徴が、走査線を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記連続した特徴が、すぐ隣接した特徴であるか、または前記プローブアレイの非特徴領域によって分離されている、請求項8に記載の方法。
- 前記複数のピクセル強度値の各々が、前記プローブアレイに関するx軸において、約2.5μmの寸法を有するピクセルに関連付けられる、請求項2に記載の方法。
- 前記x軸における寸法が、約1.5μmと約3.0μmとの間である、請求項11に記載の方法。
- 前記複数のプローブ特徴の各々が、前記プローブアレイに関するx軸において、約18μmの寸法を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記x軸上の寸法が、約14μmと約22μmとの間である、請求項13に記載の方法。
- 前記複数のプローブ特徴の各々が、前記プローブアレイに関するx軸において、約10μmの寸法を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記x軸における寸法が、約6μmと約14μmとの間である、請求項15に記載の方法。
- 各プローブ特徴が、前記複数のピクセル強度値の1つ以上に関連付けられる、請求項2に記載の方法。
- 前記生物学的プローブアレイが、合成されたアレイまたはスポットされたアレイを備える、請求項2に記載の方法。
- 前記1つ以上の位置補正値の各々が、水平直線性補正値、垂直直線性補正値、またはこれらの両方を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記複数のピクセル強度値の各々を、1つ以上の画像ピクセル位置に関連付ける前記工程が、前記1つ以上の位置補正値によって決定されたある数のピクセルにより、該複数のピクセル強度値の各々に関連付けられる受信されたピクセル位置を調節することによって達成される、請求項2に記載の方法。
- 前記ピクセルの数が分数値を含む、請求項20に記載の方法。
- 前記1つ以上の位置補正値が、1つ以上の較正特徴によって提供される1つ以上の参照位置に、少なくとも部分的に基づく、請求項2に記載の方法。
- 前記1つ以上の較正特徴が、水平パターン、垂直パターン、またはこれらの両方で配向した特徴のアレイを含む、請求項22に記載の方法。
- さらに、以下の工程:
前記プローブアレイに関するy軸に沿って、ある距離を、前記プローブアレイを並進させる工程;ならびに
前記プローブアレイ画像が、該プローブアレイ上に位置する前記複数のプローブの各々に対応するピクセル強度値を含むまで、受信するステップ、関連させるステップ、および並進させるステップを繰り返す工程、
を包含する、請求項2に記載の方法。 - 前記距離が、前記y軸におけるピクセルの大きさに、少なくとも部分的に基づく、請求項24に記載の方法。
- 前記距離が約2.5μmである、請求項25に記載の方法。
- 前記距離が、約1.5μmと約3.0μmとの間である、請求項25に記載の方法。
- 走査システムであって、以下:
1つ以上の検出器であって、プローブアレイ上に位置する複数のプローブ特徴からの検出された発光に少なくとも部分的に基づく複数のピクセル強度値を受信するよう構成および配置された、検出器;ならびに
補正画像生成器であって、1つ以上の位置補正値に少なくとも部分的に基づいて、該ピクセル強度値の各々を、プローブアレイ画像の1つ以上の画像ピクセル位置に関連付けるよう構成および配置されている、補正画像生成器、
を備える、システム。 - 前記プローブアレイ画像が、±1ピクセル以下の位置誤差を有する、請求項28に記載の走査システム。
- 前記発光が、少なくとも部分的に、励起ビームに応答性である、請求項28に記載の走査システム。
- 前記発光が、1つ以上の蛍光分子の励起ビームによる励起から生じる、請求項30に記載の走査システム。
- 前記励起ビームがレーザービームを含む、請求項30に記載の走査システム。
- 前記レーザーが、固体ダイオードポンピング周波数二倍Nd:YAGレーザーを備える、請求項32に記載の走査システム。
- 前記1つ以上の検出器が、前記複数のピクセル強度値の受信を、前記励起ビームの単一の通過において、前記複数のプローブ特徴のある数の連続したプローブ特徴にわたって達成する、請求項30に記載の走査システム。
- 前記連続した特徴が、走査線を含む、請求項34に記載の走査システム。
- 前記連続した特徴が、すぐ隣接した特徴であるか、または前記プローブアレイの非特徴領域によって分離されている、請求項34に記載の走査システム。
- 前記複数のピクセル強度値の各々が、前記プローブアレイに関するx軸において、約2.5μmの寸法を有するピクセルに関連付けられる、請求項28に記載の走査システム。
- 前記x軸における寸法が、約1.5μmと約3.0μmとの間である、請求項37に記載の走査システム。
- 前記複数のプローブ特徴の各々が、前記プローブアレイに関するx軸において、約18μmの寸法を有する、請求項28に記載の走査システム。
- 前記x軸上の寸法が約14μmと約22μmとの間である、請求項39に記載の走査システム。
- 前記複数のプローブ特徴の各々が、前記プローブアレイに関するx軸において、約10μmのプローブ特徴の寸法を有する、請求項28に記載の走査システム。
- 前記x軸上での寸法が、約6μmと約14μmとの間である、請求項41に記載の走査システム。
- 各プローブ特徴が、前記複数のピクセル強度値の1つ以上に関連付けられる、請求項28に記載の走査システム。
- 前記生物学的プローブアレイが、合成されたアレイまたはスポットされたアレイを含む、請求項28に記載の走査システム。
- 前記1つ以上の位置補正値の各々が、水平直線性補正値、垂直直線性補正値、またはこれらの両方を含む、請求項28に記載の走査システム。
- 前記補正画像生成器が、前記1つ以上の位置補正値によって決定されたある数のピクセルにより、前記複数のピクセル強度値の各々と関連する、受信されたピクセル位置を調節することによって、該複数のピクセル強度値の各々と、1つ以上の画像ピクセル位置との関連付けを達成する、請求項28に記載の走査システム。
- 前記ピクセルの数が分数値を含む、請求項46に記載の走査システム。
- 前記1つ以上の位置補正値が、1つ以上の較正特徴により提供される1つ以上の参照位置に少なくとも部分的に基づく、請求項28に記載の走査システム。
- 前記1つ以上の較正特徴が、水平パターン、垂直パターン、またはそれらの両方に配向された特徴のアレイを含む、請求項48に記載の走査システム。
- さらに、以下:
輸送フレームであって、前記プローブアレイを、該プローブアレイに関するy軸に沿ってある距離を並進させるよう構成および配置されている、輸送フレーム;および
コンパレータであって、該プローブアレイ上に位置する前記複数のプローブの各々に対応する、1つ以上の受信されたピクセル強度値に少なくとも部分的に基づいて、完成したプローブアレイ画像を決定するよう構成および配置されている、コンパレータ、
を備える、請求項28に記載の走査システム。 - 前記距離が、前記y軸におけるピクセルの大きさに少なくとも部分的に基づく、請求項50に記載の走査システム。
- 前記距離が、約2.5μmである、請求項51に記載の走査システム。
- 前記距離が、約1.5μmと約3.0μmとの間である、請求項51に記載の走査システム。
- 前記輸送フレームが、固体ヒンジ彎曲部を提供するようさらに構成および配置されている、請求項50に記載の走査システム。
- 前記固体ヒンジ彎曲部が、Z軸における移動を提供する、請求項54に記載の走査システム。
- 前記固体ヒンジ彎曲部に、摩擦もスティクションもない、請求項50に記載の走査システム。
- 方法であって、以下の工程:
プローブアレイに励起ビームを指向する工程;
該励起ビームに応答して、反射された強度データを受信する工程であって、ここで、該強度データは、光学素子と該プローブアレイとの間の焦点距離に少なくとも部分的に応答する、工程;
該プローブアレイに関して、第1の方向で該焦点距離を調節する工程;ならびに
ある数の反復にわたって、該受信するステップおよび調節するステップを繰り返す工程;
最良の焦点面を、該調節された焦点距離における該反射された強度データの1つ以上の特徴に少なくとも部分的に基づいて、決定する工程、
を包含する、方法。 - 前記第1の方向が、前記プローブアレイから離れる方向または該プローブアレイに向かう方向である、請求項57に記載の方法。
- 前記反復の数が予め決定されている、請求項57に記載の方法。
- 前記反復の予め決定された数が、前記反射された強度データに関する予測された誤差に少なくとも部分的に基づく、請求項59に記載の方法。
- 前記反射された強度データに関する前記予測された誤差が、前記反復の予め決定された数に逆に関連する、請求項60に記載の方法。
- 前記反射された強度データが、1つ以上の焦点特徴からの前記励起ビームの反射に応答する、請求項57に記載の方法。
- 前記反射された強度データが、1つ以上の反射点に対応する、請求項62に記載の方法。
- 前記最良の焦点面が、ビームのくびれの1つ以上の特徴に、前記1つ以上の点を関連付けることに少なくとも部分的に基づく、請求項63に記載の方法。
- 前記1つ以上の焦点特徴が、活性領域の外側に位置し、そして前記1つ以上のプローブ特徴が、該活性領域の内側に位置する、請求項62に記載の方法。
- 前記1つ以上の焦点特徴が、色彩ボーダーを含む、請求項62に記載の方法。
- 前記1つ以上の特徴が、傾斜値を含む、請求項57に記載の方法。
- 前記最良の焦点面が、前記傾斜値の最大値に少なくとも部分的に基づく、請求項67に記載の方法。
- 走査システムであって、以下:
1つ以上の光学素子であって、プローブアレイに励起ビームを指向するよう構成および配置されている、光学素子;
1つ以上の検出器であって、該励起ビームに応答して、反射された強度データを受信するよう構成および配置されており、ここで、該強度データが、光学素子と該プローブアレイとの間の焦点距離によって、少なくとも部分的に決定される、検出器;ならびに
自動焦点器であって、2つ以上の焦点距離において受信される、該反射された強度データの1つ以上の特徴に、少なくとも部分的に基づいて、最良の焦点面を決定するよう構成および配置されている、自動焦点器、
を備える、走査システム。 - 前記第1の方向が、前記プローブアレイから離れる方向または該プローブアレイに向かう方向である、請求項69に記載の走査システム。
- 前記反復の数が予め決定されている、請求項69に記載の走査システム。
- 前記反復の予め決定された数が、前記反射された強度データに関連する予測された誤差に少なくとも部分的に基づく、請求項71に記載の走査システム。
- 前記反射された強度データに関する前記予測された誤差が、前記反復の予め決定された数に逆に関連する、請求項72に記載の走査システム。
- 前記反射された強度データが、1つ以上の焦点特徴からの前記励起ビームの反射に応答する、請求項69に記載の走査システム。
- 前記反射された強度データが、1つ以上の反射点に対応する、請求項74に記載の走査システム。
- 前記最良の焦点面が、ビームのくびれの1つ以上の特徴に、前記1つ以上の点を関連させることに、少なくとも部分的に基づく、請求項75に記載の走査システム。
- 前記1つ以上の焦点特徴が、活性領域の外側に位置し、そして前記1つ以上のプローブ特徴が、該活性領域の内側に位置する、請求項74に記載の走査システム。
- 前記1つ以上の焦点特徴が、色彩ボーダーを含む、請求項74に記載の走査システム。
- 前記1つ以上の特徴が、傾斜値を含む、請求項69に記載の走査システム。
- 前記最良の焦点面が、前記傾斜値の最大値に少なくとも部分的に基づく、請求項79に記載の走査システム。
- 方法であって、以下の工程:
1つ以上のプローブアレイを、マガジンに格納する工程であって、ここで、該複数のプローブアレイの各々が、プローブアレイカートリッジ内に収容される、工程;
該マガジンと走査システムとの間で、第1のプローブアレイカートリッジを可逆的に輸送する工程;および
該マガジンを、第2のプローブアレイカートリッジに、1つ以上の位置だけ進める工程、
を包含する、方法。 - 前記格納する工程が、温度および湿度が制御された環境を提供する工程を包含する、請求項81に記載の方法。
- 前記温度および湿度が制御された環境が、生物学的完全性を維持するために、前記プローブアレイを、ある温度に維持する工程を包含する、請求項81に記載の方法。
- 生物学的完全性を維持するための前記温度が、約2℃と15℃との間の範囲を含む、請求項83に記載の方法。
- 前記1つ以上のプローブアレイの各々が、垂直な配向に配置される、請求項81に記載の方法。
- 前記マガジンが、前記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも48を保持する、請求項81に記載の方法。
- 前記マガジンが、実質的に円形である、請求項81に記載の方法。
- 前記マガジンが、前記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも100を保持する、請求項81に記載の方法。
- 前記1つ以上のプローブアレイカートリッジの少なくとも1つを温めることによって、凝縮を低減させる工程をさらに包含する、請求項81に記載の方法。
- 前記輸送する工程に、前記プローブアレイカートリッジを可逆的に係合および脱係合する、1つ以上の要素が関与する、請求項81に記載の方法。
- 前記1つ以上の要素が、1つ以上の基準特徴を係合する、請求項90に記載の方法。
- 走査システムであって、以下:
冷却された格納チャンバであって、マガジンにおいて1つ以上のプローブアレイを格納するよう構成および配置されており、ここで、該複数のプローブアレイの各々が、プローブアレイカートリッジ内に収容されている、冷却された格納チャンバ;
カートリッジ輸送アセンブリであって、第1のプローブアレイカートリッジを、該マガジンと走査システムとの間で可逆的に輸送するよう構成および配置されている、カートリッジ輸送アセンブリ;ならびに
リニアモータであって、該マガジンを第2のプローブアレイカートリッジへと、1つ以上の位置だけ進めるよう構成および配置されている、リニアモータ、
を備える、走査システム。 - 前記冷却された格納チャンバが、温度および湿度が制御された環境を含む、請求項92に記載の走査システム。
- 前記温度および湿度が制御された環境が、生物学的完全性を維持するための温度を含む、請求項93に記載の走査システム。
- 生物学的完全性を維持するための前記温度が、約2℃と15℃との間の範囲を含む、請求項94に記載の走査システム。
- 前記1つ以上のプローブアレイの各々が垂直な配向で配置されている、請求項92に記載の走査システム。
- 前記マガジンが、前記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも48を保持する、請求項92に記載の走査システム。
- 前記マガジンが、実質的に円形である、請求項92に記載の走査システム。
- 前記マガジンが、前記1つ以上のプローブアレイのうちの少なくとも100を保持する、請求項92に記載の走査システム。
- 高温チャンバであって、前記1つ以上のプローブアレイカートリッジのうちの少なくとも1つを温めることによって、凝結を低減するよう構成および配置されている、高温チャンバをさらに備える、請求項92に記載の走査システム。
- 前記カートリッジ輸送アセンブリが、前記プローブアレイカートリッジを可逆的に係合および脱係合する、1つ以上の要素を備える、請求項92に記載の走査システム。
- 前記1つ以上の要素が、1つ以上の基準特徴と係合する、請求項101に記載の走査システム。
- 走査システムであって、以下:
サービスアプリケーションであって、1つ以上の較正方法を実行するよう構成および配置されており、ここで、該サービスアプリケーションは、該走査システムの複数の要素のインターフェースを含む、サービスアプリケーション、
を備える、走査システム。 - 前記1つ以上の較正方法が、ピッチ較正、ロール較正、および円弧半径較正を含む、請求項103に記載の走査システム。
- 前記複数の要素がハードウェア要素を含む、請求項103に記載の走査システム。
- 前記サービスアプリケーションが、1つ以上の診断試験を実施するためにさらに構成および配置されている、請求項103に記載の走査システム。
- 前記サービスアプリケーションが、1つ以上のソフトウェアまたはファームウェアのアプリケーションをアップロードおよびダウンロードするようさらに構成および配置されている、請求項103に記載の走査システム。
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