JP2006510872A - 統合された試料処理プラットフォーム - Google Patents

Abstract

統合されたデスクトップ解析装置は、共焦点顕微鏡検知器に連結されたフルイディックスステーションを備え、バイオチップは、操作者の手動による介入なしで、フルイディックスステーションから検知器へと移動される。

Description

本出願は、２００２年５月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／３８３，８９６号、および２００２年５月２９日に出願された国際特許出願第ＰＴＣ／ＵＳ０２／１７００６号の恩恵を請求し、これらの双方を参照により本明細書に組み込む。

本発明の分野は、特に高速大量スクリーニングに使用される自動デスクトップ解析装置である。

ゲノミクスとプロテオミクスの近年の進展によって、大量のヌクレオチド配列およびペプチド配列を解析用に利用できるようになり、知られている多くの遺伝子またはポリペプチドの存在および／または量に関して、試料を高速大量スクリーニングすることが、近年になってかなりの関心を呼んでいる。高速大量スクリーニングの個別のステップまたは工程の全てまたはほとんどが、この分野ではよく知られているが、このようなステップまたは工程を単一の解析装置に統合することは、挑戦段階に留まっている。特に使用される特定の検知方法に応じる困難性、すなわち流体管理（例えば、試料アプリケーション、ハイブリダイゼーション（ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）、ストリンジェンシー（ｓｔｒｉｎｇｅｎｃｙ）洗浄）および検知（例えば、電子的なまたは光学的な検知）のための取り扱いの必要性は、単一のプラットフォームが使用される場合は両立しない場合が多い。

例えば、分析物の結合が、電子的に検知される場合（例えば、ＮａｎｏｇｅｎのＮａｎｏｃｈｉｐ（登録商標））、キャプチャープローブの装入、分析物の結合、およびチップの洗浄を含む様々なステップが、（例えばＮａｎｏｃｈｉｐ（登録商標）Ｌｏａｄｅｒのような）１つのステーションで実施され、一方、結合の解析は（例えばＮａｎｏｃｈｉｐ（登録商標）Ｒｅａｄｅｒのような）別個の検知器ステーションで実施される。電子的な検知によって、バイオチップを複数回再利用することが可能である場合が多く、典型的には分析物の結合が大幅に促進される。しかし、フルイディックス（ｆｌｕｉｄｉｃｓ）ステーションと検知ステーションとが分離していることによって、操作者は、チップを一方のステーションから他のステーションへと手動的に移動しなければならず、検知を開始するために適切な挿入と操作者による制御が必要であり、そのことが自動化された高速大量解析という概念を少なくとも幾分できなくしている。

同様に、分析物の結合が、光学式に検知される場合も、顕微鏡のガラススライド上に配置されるキャプチャープローブのアレイとして、様々なバイオチップが市販されている。その場合は、キャプチャープローブに結合されたラベル付き分析物の検知は、典型的にはスライド表面上のアレイから発光データを取得するフラットベッドスキャナを使用して実施される。このようなアレイの高速大量解析は、比較的安価であることが多い。しかし、様々な欠点が残されている。特にガラススライドの表面が不均一である場合は、真の信号が得られない場合が多い。その上、このようなスライドの手動操作によって、アレイに不測の損傷が生ずることがある。さらに、（例えば、ハイブリダイゼーション、洗浄などの）フルイディックス管理は、一般に、検知器から離れた１つ以上の装置で実施されるので、再びユーザによる手動の介入が必要になる。

ガラススライド上のアレイに関連する問題点の少なくも幾つかを回避するため、分析物の結合が、ハウジング内に配置された（例えば、ＡｆｆｙｍｅｔｒｉｘのＧｅｎｅｃｈｉｐ）チップで光学式に検知されてもよい。有利なことに、ハウジングは、バイオチップを不測の損傷から保護し、さらに（例えば、容積および／または流量制御のような）流体の流れを制御できる。しかし、このようなシステムは、一般に、分析物結合が、別個の検知器で検知されている一方で、キャプチャープローブに結合された分析物の結合および洗浄のために、チップをフルイディックス／ハイブリダイゼーションステーションで処理することが必要である。この場合も、操作者は、解析の前に、チップを手動で検知器に挿入し、かつ適切な検知プロトコルを選択する必要がある。さらに、顕微鏡のスライドアレイの場合のように、信号の検知は、典型的には、信号の消失またはその他の不都合な光学作用を防止するため、チップから流体を完全に除去する必要がある。

高速大量スクリーニングのための別のアプローチでは、フルイディックスステーションからプレートリーダーステーションへと、マルチウエルプレートを自動的に移動するロボティックステーション（例えばＢｅｃｋｍａｎ、Ｈｕｄｓｏｎ、Ｈａｍｉｌｔｏｎ、Ｇｉｌｓｏｎ、Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ、またはＱｕｉａｇｅｎのロボティックステーションを参照）でマルチウエルプレートを使用してもよい。このようなロボティックステーションは、フルイディックスと検知とを統合し、比較的安価なマルチウエルプレートを使用することが多い。さらに、マルチウエルプレートのカスタマイゼーションは、一般に比較的簡単であり、同じロボティックステーションを使用して実施可能であることが多い。しかし、特に１日当たり数千個の試料が処理される場合は、マルチウエルプレート用のロボティックステーションは、一般に比較的大きい設置面積を有する。同様のモジュラシステムも市販されているが、典型的には統合された試料解析を提供することはできない。さらに、マルチウエルに基づいたシステムでの分析物の検知は、一般にマイクロプレートリーダーに限定されており、それによって精度に限界があり、光学式検知が焦点深度の変動によって著しく損なわれることがないアレイでしか、良好に実施できない場合が多い。

このように、この分野では高速大量スクリーニングのための様々なシステムが知られているが、依然として多くの問題点が残されている。したがって、高速大量スクリーニングのための改良された方法およびシステムがなお必要とされている。

本発明は、バイオチップ用のデスクトップ解析装置に対するものであり、フルイディックス管理および共焦点顕微鏡信号検知が、試料処理プラットフォームを利用して統合され、プラットフォームが、フルイディックス管理の基礎として作用し、かつバイオチップが、ユーザの手動の介入なく、ｘおよび／またはｙ座標に沿ってプラットフォームから検知器へと移動される。

本発明の主題の１つの態様では、デスクトップ解析装置は、少なくとも一部がハウジング内に封入されたバイオチップを受ける,ほぼ水平の試料処理プラットフォームを含み、バイオチップは、ハウジングによって保持されている流体によって少なくとも一部が浸漬され、バイオチップは、流体からの分析物を結合し、流体は、さらに非分析物をも含んでいる。エネルギー源（例えば、ヒータ、冷却素子、または超音波発生源）が、プラットフォームに機能的に結合され、エネルギーをバイオチップ内の流体に供給し、共焦点顕微鏡検知器は、検知器とプラットフォームとの間にほぼ水平の移送経路が形成されるように、プラットフォームに連合され、バイオチップは、移送経路を利用してプラットフォームから検知器へとスライド移動される。分析物がバイオチップに結合されている間、バイオチップは、操作者の手動の介入なしで、デスクトップ解析装置内をプラットフォームから検知器まで移動され、かつ試料処理プラットフォームおよび検知器は、デスクトップ解析装置内に封入されていることに、特に留意されたい。

特に好ましい装置では、プラットフォームから検知器までのバイオチップの移動は、ｘ座標およびｙ座標軸のうちの少なくとも１つに沿って、バイオチップを押すアクチュエータによって行なわれ、さらに好適には、バイオチップは、デスクトップ解析装置内で、操作者の手動の介入なしで、マルチバイオチップマガジンから試料処理プラットフォームまで移送される（マルチバイオチップマガジンからプラットフォームまでのバイオチップの移動は、好適には同じアクチュエータによって行なわれる）。その代わりにまたはそれに加えて、想定される試料処理プラットフォームは、第２のバイオチップを受けるように構成され、バイオチップが少なくとも一部が第２の流体に浸漬されている間に、バイオチップはプラットフォームから検知器へと移動される。データ伝送インタフェースが、さらに装置に結合されることができ、デスクトップ解析装置を、デスクトップ解析装置の操作者以外の人（例えば、デスクトップ解析装置に対して離れた位置にいる人）と結びつける。

本発明の主題の１つの態様では、想定されるデスクトップ解析装置は、マルチバイオチップマガジンと、ストリンジェンシープラットフォームを有するフルイディックスステーションと、共焦点顕微鏡検知器とを備え、バイオチップは、操作者の手動の介入なしで、マガジンからストリンジェンシープラットフォームを介して検知器に移動される。このような装置では、バイオチップがｙ座標に沿って（例えばアクチュエータを介して）移動中に、マルチバイオチップマガジンおよび／またはストリンジェンシープラットフォームが、（例えばステップモータ、圧電モータ、またはリニアモータを介して）ｘ座標に沿って移動することが一般に好適である。

さらに別の想定される装置におけるフルイディックスステーションは、装置に配置された自動ピペットを備えており、ピペットは、ｘ座標、ｙ座標、およびｚ座標のうち少なくとも１つに沿って移動する。前述のように、バイオチップは、バイオチップの少なくとも一部が流体に浸漬されている間に移動され、かつストリンジェンシープラットフォーム、マルチバイオチップマガジン、および／または共焦点顕微鏡検知器は、ストリンジェンシープラットフォームの一部と共焦点顕微鏡検知器またはマルチバイオチップマガジンの一部とが、互いに当接して移送経路を形成するように、互いに結合されることが一般に好適である。

本発明の様々な目的、特徴、態様、および利点は、添付図面とともに本発明の好ましい実施形態の下記の詳細な説明によってさらに明らかになろう。

本明細書で用いる「デスクトップ解析装置」という用語は、ハウジングが、少なくとも検知器およびフルイディックスステーションを、少なくとも一部またより一般的には全部を封入し、装置が、機器の単体部品として、１つの場所から別の場所に持ち運びできる統合された装置を意味している。想定されるデスクトップ解析装置の特に好ましい寸法は、装置を標準サイズの実験室のベンチ上部に配置することを可能にする。したがって、ハウジング（例えば、幅４０インチ（約１０２ｃｍ）×奥行き３０インチ（約７６ｃｍ）×高さ２０インチ（約５１ｃｍ））内に、検知器と、フルイディックスステーションと、試料ホルダ（例えば、マルチウエルプレート）と、マルチバイオチップマガジンと、マルチ試薬パックとを含む装置は、上記の規定の範囲内にあるデスクトップ解析装置であると見なされ、ロボッティックアーム、フルイディックスステーション、および実装プラットフォーム上のマルチウエルプレートリーダーのアセンブリは、上記の規定の範囲内にあるデスクトップ解析装置とは見なされない。

さらに本明細書で用いられる「フルイディックスステーション」という用語は、解析装置のサブシステムを意味し、このサブシステムは、バイオチップを受けるように（また好適には保持するように）構成され、流体の分与機構体（例えば自動ピペット、チューブなど）は、バイオチップがプラットフォーム上に配置されている間に、流体をバイオチップに供給する、かつ／またはバイオチップから流体を取り除く。特に好ましいプラットフォームは、一般に平坦な表面を含んでおり、任意にバイオチップ用の保持および／またはガイド構造を備え、「ほぼ水平の」という用語は、プラットフォームが、絶対水平方向と１５°以下の角度しかなさないことを意味している。

本明細書で用いられる「バイオチップ」という用語は、一般に（分析物が結合されることができる）複数個のプローブを、事前に決定された位置に有しているキャリヤを意味している。特に好ましいバイオチップの場合は、プローブのうちの少なくとも１つが、マトリクスに配置された架橋剤を介してキャリヤに結合されている。マルチ基板バイオチップの例は、２００３年１月１７日に出願された所有者が共通の同時係属中の米国特許出願第１０／３４６，８７９号、および２００２年１月２４日に出願されＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／０３９１７号、および２００１年１２月１１日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＴＣ／ＵＳ０１／４７９９１号に記載されており、これらの全てを参照により本明細書に組み込んでいる。しかし、「バイオチップ」および「バイオチップを含む装置」という用語が、特にマルチウエルプレートを除外することに特に留意されたい。

分析物の「事前に決定された位置」という用語は、チップ上の位置合わせマーカーに対する少なくとも２つの座標によってアドレス指定可能な、チップ上の分析物の特定位置を意味し、特に分析物および／またはプローブでチップをほぼ完全に被覆することは除外される。したがって、好ましい複数の事前に決定された位置は、複数列を形成する基板の複数行を有するアレイを含む。本明細書でさらに用いられる「位置合わせマーカー」という用語は、分析物の位置に関する基準点を提供するために使用される、バイオチップ上のマーカーを意味する。特に好ましい態様では、位置合わせマーカーは、光学式に検知可能であり、蛍光染料、発光、光吸収性、および／または光反射性の化合物を含み、位置合わせマーカーの照明は、最も好適には分析物のラベルに吸収されない波長で行われる。

本明細書でさらに用いられる「プローブ」という用語は、一般に、任意の分子、分子錯体、または２５℃の温度、および生理学的緩衝条件（例えば、ｐＨが６．５から８．５、および抗リガンドの生来の立体配座、生存度、および／または（リガンドと抗リガンドとの間の）ワトソンクリック（Ｗａｔｓｏｎ−Ｃｒｉｃｋ）のハイブリダイゼーションを維持するのに十分なイオン強度）において、解離定数Ｋ_Ｄ≦１０^−２Ｍ、より典型的にはＫ_Ｄ≦１０^−３Ｍを有する、分析物に結合する細胞を意味する。したがって、適切なプローブは、核酸（および類似物）、ポリペプチド、脂質、ならびに核酸、ポリペプチド、炭水化物、および脂質のマクロ分子錯体、ならびにウイルス、バクテリア、および／または真核生物細胞を含む。さらに好ましい態様では、プローブは、さらにラベルを含んでいてもよいことも理解されたい。例えば、バイオチップ上のプローブが、蛍光ラベルを含んでいる場合は、蛍光は、プローブに結合する分子によって消光する。あるいは、プローブは、光学式に検知可能なラベル（例えば、定量分析における信号の較正ため）を含んでいてもよい。

同様に、本明細書で用いられる「分析物」という用語は、任意の分子、分子錯体、２５℃の温度でかつ生理学的緩衝条件で（例えば、ｐＨが６．５から８．５、および抗リガンドの生来の立体配座、生存度、および／または（リガンドと抗リガンドとの間の）ワトソン・クリックのハイブリダイゼーションを維持するのに十分なイオン強度）において、解離定数Ｋ_Ｄ≦１０^−２Ｍ、より典型的にはＫ_Ｄ≦１０^−３Ｍを有する、プローブに結合される細胞のことである。したがって、適宜の分析物は、核酸（および類似物）、ポリペプチド、脂質、代謝産物、ホルモン、ならびに核酸、ポリペプチド、炭水化物、および脂質のマクロ分子錯体、ならびにウイルス、バクテリア、および／または真核生物細胞を含む。さらに分析物は、分析物内に自然に存在するか、または分析物がプローブに結合される前、その最中か、またはその後に分析物に結合される可能性がある、光学式に検知可能なラベルを含んでいてもよいことが理解されるべきである。特に想定されるラベルは、光吸収性化合物、ラベルが分析物に結合される場合には、分析物信号を生じる、蛍光ラベル、燐光ラベル、および発光ラベルを含んでいる。したがって想定される分析物信号は、蛍光信号、化学発光信号、または燐光信号を含んでいる。このように、プローブおよび試料は、光学式に検知可能な結合対を形成し、分析物は、ラベルを介して光学式に検知されることが理解されよう。

本明細書でさらに用いられる、バイオチップが「操作者の手動の介入なしで移動／移送される」という用語は、操作者が物理的にバイオチップに触れる（例えば、手で把持し、または持ち上げる）ことなく、バイオチップの作動が行われることを意味している。しかし、バイオチップの自動的な移動を行うための解析装置の手動プログラミング（例えば、キーボードまたはタッチスクリーン上でのタイピング）は排除されない。

より具体的には、図１に示されるように、一例のデスクトップ解析装置１００は、ハウジング１１０を含み、このハウジング１１０は、通路１６２を介して試料処理プラットフォーム１６０に結合された共焦点顕微鏡検知器１２０を封入する。試料処理プラットフォーム１６０は、エネルギー源（例えば、図示しないペルチェ素子）を含み、プラットフォーム１６０に１つ以上のバイオチップ（図示せず）を提供するマルチバイオチップマガジン１４０が、試料処理プラットフォーム１６０に当接して結合されている。バイオチップは、アクチュエータ１５０を介して、マガジンからプラットフォームへと移動され、およびプラットフォームから検知器に移動され、アクチュエータ１５０を含むロボットアームは、さらに自動ピペット（図示せず）を含んでいる。試料ステーション１７０は、マルチウエルプレートを含んでおり、自動パラメータペットは、マルチウエルプレートから試料流体をバイオチップへと移送する。マルチ試薬パック１３０は、反応およびバイオチップにおける試料の他の処理工程に必要な試薬を供給する。データ伝送インタフェース１８０が、ハウジング１１０の外部に位置するコンピュータにデータ接続性を提供する。

したがって、想定されるデスクトップ解析装置の特に好ましい態様では、試料処理プラットフォームは、図２の例示的な構成２００に概略的に示されるように、少なくとも共焦点顕微鏡検知器およびバイオチップマガジンに動作可能に結合されている。この場合は、共焦点顕微鏡検知器２２０は、試料処理プラットフォーム２６０（ペルチェ素子２６２に結合された）に当接して結合されて、バイオチップを含む装置２４２用のほぼ水平の移送経路２２２を形成する。バイオチップを含む装置２４２は、ハウジング２４２Ａ’に結合されたバイオチップ２４２Ａを含んでおり、ハウジング２４２Ａ’は、流体２４２Ｄを保持し、流体２４２Ｄから、分析物２４２Ｃが、プローブ２４２Ｂ（バイオチップに結合された）に連結される。

アクチュエータ２５０は、マニピュレータアーム２５４（最も好ましくは、アクチュエータに可動式に結合され、アームは、長手方向軸を中心に回転可能であり、および／またはアクチュエータ２５０から伸張することができる）と、自動ピペット２５２とを備えている。バイオチップを含む装置２４２が、プラットフォームから検知器へと移動されると、アクチュエータ２５０（またはマニピュレータアーム２５４）は、バイオチップを含む装置２４２へと下降し、装置を検出器２２０の適切な開口部内に押し込む（点線および点線の開口部内のアクチュエータを参照）。必要ならば、追加のアクチュエータ機構体２９０Ａが、試料処理プラットフォームを少なくとも１つの座標に沿って（好ましくは、装置２４２の移動方向以外の座標に沿って）移動させてもよい。

マルチバイオチップマガジン２４０は、複数の追加の装置２４４を解析装置に提供し、アクチュエータ２５０（またはマニピュレータアーム２５４）は、装置２４４をマガジンの片側から、マガジンの右側にアクチュエータの点線の描写で示されるようにプラットフォームへと押す。試料処理プラットフォームのサイズと位置に応じて、プラットフォーム２６０上に複数の装置２４２が存在してもよいことが理解されよう。プラットフォームの移動と同様に、マガジンは、マガジンのアクチュエータ機構体を利用して少なくとも１つの座標に沿って（好ましくは、装置２４２の移動とは異なるの座標に沿って）並進されることができることも想定される。図２では、マガジンは、プラットフォーム２６０に当接して結合されて示されているが、別個の移送経路（例えば、プラットフォームとマガジンの双方に当接して結合された小さい非可動プラットフォーム）が、マガジンとプラットフォームとの間に挿入されることができることも想定される。その代わりに、またはそれに加えて、別個の移送経路（例えば、プラットフォームと検知器の双方に当接して結合された小さい非可動プラットフォーム）が、マガジンとプラットフォームとの間に挿入されることができる。

試料流体は、アクチュエータ機構体２９０Ｃを介してこれも解析装置内を移動可能なマルチウエルプレート２７０から供給されてもよく、および／または試薬が、アクチュエータ機構体２９０Ｃを介してこれも解析装置内を移動可能なマルチ試薬パック（図示せず）から供給されてもよい。装置２４２への流体および／または試薬の移送、および／または装置２４２から流体および／または試薬の取り除きは、好適には自動ピペット２５２を使用して行われる。

検出器に関しては、検出器が、共焦点および／または暗視野顕微鏡を備えていることが特に好ましく、特に適した検出器は、２００３年５月２８日に提出された「Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」の名称の、我々に共通に所有された同時係属出願に記載されており、これを参照によって本明細書に組み込む。しかし、バイオチップが、プラットフォームと検知器との間でほぼ水平な移送経路に沿って移動できる限り、知られているあらゆる光学式検知器も、本発明に使用することに適していることを理解されたい。さらに適切な検知器は、迷光が、検知器で実施されるテストを妨害することを防止するために、密封可能な開口部を有してもよいことが想定される。このような密封は、好ましくは、スライド移動可能なまたはその他の態様で移動可能なドアによって達成されるが、本明細書で提示される発明概念を必ずしも限定するものではない。

さらに、検知器が、プラットフォームの少なくとも一部と当接することによって、プラットフォームと共にほぼ水平の移送経路を一時的または永続的に形成することが一般に好ましい。あるいは、それほど好ましくはない態様では、プラットフォームを、検知器と当接するように検知器に向かって移動させることによって、バイオチップ用の移送経路を形成してもよい。プラットフォームに対する検出器の一時的または永続的な直接結合が、望ましくない場合は、別個のほぼ水平の中間プラットフォームが、含まれることができることが想定され、中間プラットフォームは、（少なくとも一時的に）検知器および／または試料処理プラットフォームに結合される。バイオチップは、好ましくは保持機構体を介して（少なくとも１つの座標に対して）検知器内で保持され、特に好ましい保持機構体は、バイオチップ（またはバイオチップのハウジングの１つ（およびより一般的には両側））と係合するガイドレールを含んでいる。

特に好ましいバイオチップは、事前に決定された位置に複数のプローブ（プローブに分析物が結合されることができる）を備えたバイオチップである。特に好ましいバイオチップでは、少なくとも１つのプローブが、マトリクスに配置されている架橋剤を介してキャリヤに結合されており、例示的なマルチ基板バイオチップは、共通に所有される、同時係属の２００３年１月１７日に出願された米国特許出願第１０／３４６，８７９号、および２００２年１月２４日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＴＣ／ＵＳ０２／０３９１７号に記載されている。本発明の主題のさらに好ましい態様では、バイオチップは、ハウジング内に配置されており、例示的なバイオチップを含む装置は、２００１年１２月１１日に出願された共通に所有される同時係属ＰＣＴ出願第ＰＴＣ／ＵＳ０１／４７９９１号に記載されている。さらに、特に分析物の結合または特定されない分析物の除去に、加熱ステップが必要である場合は、バイオチップのハウジングが、熱伝導性のベース（例えば、金属ベース、またはポリマーベースにおける金属鑢粉）を含むことが想定される。

しかし、別の態様では、想定されるバイオチップおよび／またはバイオチップを含む装置は、修正されてもよく、これら代替の全てのバイオチップは、本発明に使用するのに適していると思われる。例えば、バイオチップがハウジング内に配置されている場合、ハウジングは、可動カバー、流体の追加および／または除去のための様々な流体チャネル、光学機器、および／または流体、分析物、および／またはプローブと、直接または間接に相互作用するその他の要素を含んでいてもよい。バイオチップが、ハウジングを有していない別の例では、バイオチップが、プラットフォームおよび／または検知器内のバイオチップガイド構造体と係合する、ベースまたはその他の要素を含むことができることが想定される。本明細書に提示されている教示に関連して使用される、バイオチップ用の想定される分析物およびプローブについて、「分析物」および「プローブ」の用語に関する規定でなされたものと同じ考察が当てはまる。したがって、適切なバイオチップは、一般に事前に決定された位置に複数の（例えば、２５から数百の）プローブを含んでおり、１つ以上のプローブが、複数の非分析物を含む試料流体（例えば、患者の生物学的流体）からの分析物を結合できる。その結果、バイオチップが、検知器内および／または試料処理プラットフォーム内にある間、またはバイオチップが、試料処理プラットフォームから検知器へと移動中に、バイオチップは、少なくとも部分的に流体（例えば、好ましくはバイオチップのハウジングによって保持された、試料流体、ハイブリダイゼーションまたは結合緩衝液、または洗浄流体）に浸漬される。

さらに、一連の解析手順で複数のバイオチップが使用される場合は、少なくともいくつかのバイオチップが、マルチバイオチップマガジンに配置されることができることが好ましく、マガジンは、試料処理プラットフォームに結合される。例えば、マガジンは、プラットフォームに直接的にかつ当接するように結合されることができ、ほぼ水平の移送経路を形成する。他方では（例えば、マガジンが、試料プラットフォームに対して比較的距離を置いて配置されている場合）、別個の水平移送経路が、マガジンおよびプラットフォームに結合されることができ、マガジンとプラットフォームとの間のスライド式の移送、またはその他の移動を確実にする。このように、本発明の主題の好ましい１つの態様では、アクチュエータ（下記）は、バイオチップをマガジンからプラットフォームへと移動させる。

試料処理プラットフォームに関しては、プラットフォームが、プラットフォーム以外の位置からのバイオチップを受け、かつ少なくとも一時的に保持するように、プラットフォームを構成することが一般に好ましい。その結果、適切なプラットフォームは、少なくともバイオチップのサイズに対応するサイズを有し、より典型的には、（例えば、複数の試料が、解析前に同時にインキュベーションされる場合）同時に１つ以上のバイオチップを収容するために、バイオチップのサイズの倍数に対応するサイズを有する。さらに、プラットフォームは、バイオチップが、アクチュエータによって１つの位置から別の位置へと押されるときに、バイオチップに案内された移動を提供するガイド構造体を有していることが、一般に好ましい。例えば、バイオチップが、ハウジングの周囲から突出したベースを有するハウジングを有している場合は、適切なガイド構造体は、バイオチップのベースが沿って移動する係合レールを含んでいてもよい。バイオチップがハウジングを有していない別の例では、プラットフォームは、バイオチップが、１つまたは２つの座標（すなわち、ｘ座標およびｙ座標）に沿って移動可能なチャネルを含んでいてもよい。

解析装置内の特定のアクチュエータ構造体および／または空間環境に応じて、プラットフォームは、固定位置にあってもよく、ハウジングに可動式に結合されてもよいことが想定される。例えばアクチュエータおよび／またはプラットフォームが、ｘ座標およびｙ座標軸に沿って移動可能に構成されている場合、プラットフォームは、固定位置にあってよい。一方、特に解析装置に複数のプラットフォームが備えられている場合、プラットフォームが、検知器に対して移動可能に結合されることが想定される。可動式の結合の特に好ましい方法には、モータ（例えば、ステップモータ、圧電モータ、リニアモータ、またはその他の電動モータ）が、少なくとも１つの座標に沿ってプラットフォーム（単数または複数）を直線運動で作動する方法が含まれる。例えば、アクチュエータが、ｘ座標に沿ってバイオチップを移動させる場合、モータが、ｙ座標に沿ってプラットフォームを作動することが好ましい。

想定される試料処理プラットフォームは、一般にほぼ水平であり、バイオチップ内の流体にエネルギーを供給するエネルギー源に機能的に結合されている。例えば、熱エネルギーが、核酸結合分析でハイブリダイゼーションストリンジェンシーを制御するために使用される場合は、エネルギー源は、有利にはプラットフォームに別個に結合されるか、または（例えばペルチェ素子として）組み合わせられる、ヒータおよび／または冷却素子を含むことができる。別の例では、１つ以上のプローブへの非分析物の特定的ではない結合が問題である場合は、超音波変換器が、このような特定的ではない結合を防止するために、超音波エネルギーを供給してもよい。さらに想定されるエネルギー源は、光エネルギー源（例えば、光に不安定な化合物を破壊するため）、放射線エネルギー源、およびそれらの全ての妥当な組み合わせを含んでいる。

その結果、エネルギー源の機能的な結合は、典型的には少なくとも部分的に特定のエネルギー源に応じる。例えば、エネルギー源がヒータおよび／またはクーラである場合は、一般にプラットフォームへの物理的結合が好ましい。これに対して、エネルギー源が放射（可視または電磁）である場合は、放射ビームを流体および／またはバイオチップに向けることによる、間接的な結合が適当であろう。流体に超音波エネルギーが供給される別の例では、変換器が、プラットフォームに結合されることができ、または流体内に（例えば、アクチュエータを利用して）挿入されることができる（例えば、変換器チップを介して）。適切なエネルギーレベルは、一般にエネルギー源の性質に応じ、適切なエネルギーレベルは、数ｍＷから数Ｗの範囲である（例えば、フォトラジカルを生成するため、または流体を２５℃から４５℃加熱するため）。

想定されるデスクトップ解析装置の特に好ましいアクチュエータは、ロボットアームを備え、このロボットアームは、１つの座標（例えば、ｘ座標）に沿って移動し、少なくとも１つの別の座標（例えば、ｙおよび／またはｚ座標）に沿って移動する付加的な機能要素をさらに含む。例えば、好適なアクチュエータは、回転移動および／または並進移動（例えば、前後、または左右）で移動されることができるマニピュレータアームを含んでいてもよい。このような移動は、試料処理プラットフォームに配置されることができるバイオチップに、スライド移動を加えるために利用されることができる（例えば、別の移送経路を経て、バイオチップをプラットフォームから検知器に移動させ、または別の移送経路を経て、バイオチップをマガジンからプラットフォームへと移動させる）。このように、プラットフォームから検知器へのバイオチップの移動は、ｘ座標およびｙ座標の少なくとも１つに沿ってバイオチップを押すアクチュエータによって行ってもよいことが、理解されよう。アクチュエータに基づくバイオチップの移動は、さらに、デスクトップ解析装置の多くの代わりの位置間で、バイオチップを移動させるために利用してもよく、特に想定される別の移動は、マルチバイオチップマガジンから試料処理プラットフォームへのスライド移動を含んでいる（手動操作の介入なしで、異なるアクチュエータのスライド移動を利用して）。それに代わって、またはそれに加えて、想定されるアクチュエータは、液体を、デスクトップ解析装置内で１つの位置から別の位置に（例えば、マルチ試薬パックからバイオチップに、または試料リザーバからバイオチップに）移送する自動ピペットも含む。

勿論、アクチュエータが、バイオチップに依然として移動（最も好ましくはスライド移動）を提供する限り、アクチュエータは、様々な代替構成を有してもよいことが理解されよう。例えば、適切なアクチュエータは、ロボットアームが、２つの座標（例えばｘおよびｙ座標）に沿って移動し、さらに少なくとも１つの別の座標（例えばｙおよび／またはｚ座標）に沿って移動する付加的な機能要素を含むようなアクチュエータでよい。さらに別の想定される例では、アクチュエータは、３つの座標に沿って、並進および／または回転移動で移動するロボットアームも含んでいてもよい。それほど好ましくはない（しかし除外されるものではない）アクチュエータは、バイオチップを第１の位置から第２の位置へと持ち上げるアクチュエータを含んでいる。しかし、このようなリフトアクチュエータは、デスクトップ解析装置内でバイオチップと他の構造体（例えば、プラットフォームおよび／または検知器）との不都合な位置ずれを引き起こすことがあり、そのため、不適切なまたは間違ったテストデータを生じることがある。したがって、バイオチップは、想定されるデスクトップ解析装置内を、操作者の手動による介入なしで第１の位置から第２の位置へと、またより好ましくは、１つ以上の分析物がバイオチップに結合されている間に、試料処理プラットフォーム（フルイディックスステーション）から検知器へと移動されることを特に理解されたい。

想定されるデスクトップ解析装置は、有利には、解析装置の１つ以上の構成要素に電子的に結合されたデータ伝送インタフェースを含むことができ、特に想定される構成要素は、解析装置の動作を制御する（かつ、さらにテストデータの解析を提供することができる）コンピュータ、検知器、および試料処理プラットフォームを含んでいる。このようなデータ伝送インタフェースは（例えば、電話、ＤＳＬ、またはケーブルモデム）、デスクトップ解析装置用の状態情報またはトラブルシューティングガイダンスを提供し、または遠隔操作にアクセスを提供するために、動作パラメータを構成要素から別のコンピュータに伝送することができる。例えば、試料処理プラットフォームは、様々なセンサを含むことができ、センサは、動作状態に対するフィードバック、バイオチップの数、環境パラメータなどを供給して、状態コード（例えば、進行中のインキュベーション、温度超過アラームなど）を生成し、この状態コードは、次に解析装置の操作者、ならびに解析装置に対して離れた場所（例えば異なるＺＩＰコード、別の都市、国、または州さえ）にいることがある操作者以外の人に伝送されることができる。

したがって発明者は、特に、少なくとも一部がハウジング内に封入されたバイオチップを受ける、ほぼ水平の試料処理プラットフォームを有するデスクトップ解析装置を想定し、バイオチップは、ハウジングによって保持されている流体によって少なくとも一部が浸漬され、バイオチップは、流体から分析物を結合し、流体は、さらに非分析物をも含む。エネルギー源が、プラットフォームに機能的に結合され、エネルギーをバイオチップ内の流体に供給し、共焦点顕微鏡検知器が、検知器とプラットフォームとの間にほぼ水平の移送経路が形成されるように、プラットフォームに結合され、バイオチップは、移送経路を介して、プラットフォームから検知器へとスライド移動される。このような装置では、分析物がバイオチップに結合されている間、バイオチップは、操作者の手動の介入なしで、デスクトップ解析装置内をプラットフォームから検知器まで移動され、試料処理プラットフォームおよび検知器は、デスクトップ解析装置内に封入されていることが一般的に好適である。

別の観点から見ると、想定されるデスクトップ解析装置は、マルチバイオチップマガジンと、試料処理プラットフォームを有するフルイディックスステーションと、共焦点顕微鏡検知器とを備え、バイオチップが、操作者の手動の介入なしで、マガジンから試料処理プラットフォームを介して検知器に移動されることを理解されたい。

このような装置の移動に関しては、バイオチップがｙ座標に沿って移動中に、マルチバイオチップマガジンとストリンジェンシープラットフォームのうち少なくとも１つが、ｘ座標に沿って移動し、かつ／またはフルイディックスステーションが、装置内に配置された自動ピペットを備えており、ピペットは、ｘ座標、ｙ座標、およびｚ座標のうち少なくとも１つに沿って移動することが典型的には好適である。さらに好ましい態様では、マルチバイオチップマガジンおよび／またはストリンジェンシープラットフォームは、ステップモータ、圧電モータ、またはリニアモータによって作動され、バイオチップは、ｘ座標およびｙ座標のうちの少なくとも１つに沿ってバイオチップを押すアクチュエータによって作動される（好ましくは、バイオチップは、バイオチップが少なくとも部分的に流体内に浸漬されている間に移動される。）。

さらに、本発明の主題のいくつかの態様では、ストリンジェンシープラットフォームおよび共焦点顕微鏡検知器は、ストリンジェンシープラットフォームの一部と共焦点顕微鏡検知器の一部とが、互いに当接して移送経路を形成するように、互いに結合されることが一般的に想定される。その代わりに、またはそれに加えて、ストリンジェンシープラットフォームおよびマルチバイオチップマガジンは、ストリンジェンシープラットフォームの一部とマルチバイオチップマガジンの一部とが、互いに当接して別の移送経路を形成するように、互いに結合されてもよい。

さらに想定される解析装置は、統合された解析装置を形成するために、マルチ試薬パックと自動ピペッタとをさらに含んでいてもよい。本明細書に提示された教示に関連して想定される特に好ましい自動ピペッタは、２００３年５月２８日に出願された「Ｌｅｖｅｌ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｐｉｐｅｔｔｅ Ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｄｅｖｉｃｅｓ」の名称の、我々の同時係属の国際特許出願に記載された自動ピペットを含み、この特許出願を、参照によって本明細書に組み込んでいる。本明細書に提示された教示に関連して想定される特に好ましいマルチ試薬パックは、２００３年５月２８日に出願された「Ｍｕｌｔｉ−Ｒｅａｇｅｎｔ Ｐａｃｋ」の名称の、我々の同時係属の国際特許出願に記載されるマルチ試薬パックを含み、この特許出願を、参照によって本明細書に組み込んでいる。

上記のように、試料処理プラットフォームを有する統合されたデスクトップ解析装置の特定の実施形態と適用を開示してきた。しかし、本明細書の発明概念から離れることなく、既に記載した以外の多くの他の修正が、可能であることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明の主題は、特許請求の範囲の精神を除いて限定されるものではない。その上、明細書と特許請求の範囲の双方を解釈する際に、全ての用語は、文脈に照らして最も広義に解釈されるものとする。特に、「備える」および「備えている」という用語は、非排他的な方法で、要素、構成要素、またはステップを意味するものと解釈されるべきであり、言及された要素、構成要素、またはステップが、存在してもよく、または使用してよく、または明示して言及されていないその他の要素、構成要素、またはステップと組み合わせてもよいことを示している。

本発明の主題による例示的な解析装置の概略図である。 本発明の主題による共焦点顕微鏡検知器に連結された、例示的な試料処理プラットフォームの概略図である。

Claims (20)

1. デスクトップ解析装置であって、
   少なくとも一部がハウジング内に封入されたバイオチップを受ける、ほぼ水平の試料処理プラットフォームを備え、バイオチップは、ハウジングによって保持されている流体によって少なくとも一部が浸漬され、バイオチップは、流体からの分析物を結合し、流体は、さらに非分析物をも含み、前記デスクトップ解析装置がさらに、
   プラットフォームに機能的に連結され、エネルギーをバイオチップ内の流体に供給するエネルギー源と、
   検知器とプラットフォームとの間にほぼ水平の移送経路が形成されるように、プラットフォームに結合された共焦点顕微鏡検知器とを備え、バイオチップが、移送経路を介して、プラットフォームから検知器へとスライド移動され、
   分析物がバイオチップに結合されている間、バイオチップは、操作者の手動の介入なしで、デスクトップ解析装置内をプラットフォームから検知器まで移動され、
   試料処理プラットフォームおよび検知器は、デスクトップ解析装置内に封入される、デスクトップ解析装置。
2. プラットフォームから検知器までのバイオチップの移動が、ｘ座標およびｙ座標のうちの少なくとも１つに沿って、バイオチップを押すアクチュエータによって行なわれる、請求項１に記載のデスクトップ解析装置。
3. バイオチップが、デスクトップ解析装置内で、操作者の手動の介入なしで、マルチバイオチップマガジンから試料処理プラットフォームまで移送される、請求項１に記載のデスクトップ解析装置。
4. マルチバイオチップマガジンから試料処理プラットフォームまでのバイオチップの移動が、アクチュエータによって行なわれる、請求項１に記載のデスクトップ解析装置。
5. 試料処理プラットフォームが、第２のバイオチップを受けるように構成される、請求項１に記載のデスクトップ解析装置。
6. バイオチップが、少なくとも一部が第２の流体に浸漬されている間に、バイオチップが、プラットフォームから検知器へと移動される、請求項１に記載のデスクトップ解析装置。
7. エネルギー源が、少なくとも１つのヒータ、冷却素子、および超音波発生源のうち少なくとも１つを備える、請求項１に記載のデスクトップ解析装置。
8. バイオチップが、試料処理プラットフォームと協働して、エネルギーを試料処理プラットフォームからバイオチップへと伝達する熱伝導ベースを備える、請求項１に記載のデスクトップ解析装置。
9. 流体が、デスクトップ解析装置内に配設された試料リザーバからバイオチップに付与される、請求項１に記載のデスクトップ解析装置。
10. データ伝送インタフェースをさらに備える、請求項１に記載のデスクトップ解析装置。
11. データ伝送インタフェースが、デスクトップ解析装置を、デスクトップ解析装置の操作者以外の人と結びつける、請求項１０に記載のデスクトップ解析装置。
12. 操作者以外の人が、デスクトップ解析装置に対して離れた位置にいる、請求項１１に記載のデスクトップ解析装置。
13. マルチバイオチップマガジンと、ストリンジェンシープラットフォームを有するフルイディックスステーションと、共焦点顕微鏡検知器とを備え、バイオチップが、操作者の手動の介入なしで、マガジンからストリンジェンシープラットフォームを介して検知器に移動される、デスクトップ解析装置。
14. バイオチップがｙ座標に沿って移動中に、マルチバイオチップマガジンとストリンジェンシープラットフォームのうち少なくとも１つが、ｘ座標に沿って移動する、請求項１３に記載のデスクトップ解析装置。
15. マルチバイオチップマガジンとストリンジェンシープラットフォームのうち少なくとも１つが、ステップモータ、圧電モータ、またはリニアモータによって作動され、バイオチップが、ｘ座標およびｙ座標のうちの少なくとも１つに沿ってバイオチップを押すアクチュエータによって作動される、請求項１４に記載のデスクトップ解析装置。
16. フルイディックスステーションが、装置内に配置された自動ピペットを備え、自動ピペットが、ｘ座標、ｙ座標、およびｚ座標のうち少なくとも１つに沿って移動する、請求項１３に記載のデスクトップ解析装置。
17. バイオチップの少なくとも一部が流体に浸漬されている間に、バイオチップが移動される、請求項１３に記載のデスクトップ解析装置。
18. ストリンジェンシープラットフォームおよび共焦点顕微鏡検知器が、ストリンジェンシープラットフォームの一部と共焦点顕微鏡検知器の一部とが、互いに当接して移送経路を形成するように、互いに結合される、請求項１３に記載のデスクトップ解析装置。
19. ストリンジェンシープラットフォームおよびマルチバイオチップマガジンが、ストリンジェンシープラットフォームの一部とマルチバイオチップマガジンの少なくとも一部とが、互いに当接して別の移送経路を形成するように、互いに結合される、請求項１８に記載のデスクトップ解析装置。
20. デスクトップ解析装置を、デスクトップ解析装置の操作者以外の人と結びつけるデータ伝送インタフェースをさらに備え、任意に操作者以外の人が、デスクトップ解析装置に対して離れた位置にいる、請求項１３に記載のデスクトップ解析装置。

Images