JP2008058311A - 生物学的試験のためのレンズアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構成のレンズアッセンブリを提供する。
【解決手段】サーマルサイクリングデバイスのための光学的検出システムであって、このシステムは、少なくとも一つの光源、複数の生物学的サンプルから受け取られる光を検出するための光検出デバイス、ならびにレンズ上に形成された第１表面および第２表面を有するレンズを備え、この第２表面は、第１表面に実質的に対向しており、第１表面は、光を平行にするように構成され得、そして第２表面は、複数の生物学的サンプルの各々に光を導くように構成され得る、システム。
【選択図】図１

Description

（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、生物学的試験のためのシステムにおける一つ以上のサンプルに、光を集中さ
せるための光学システムに関する。一つの局面では、本発明は、レンズアセンブリに組み
込まれた一つ以上のサンプルに対して光を平行にし、集中させる機能を有するレンズアセ
ンブリに関する。

（関連技術の説明）
生物学的試験は、疾患を検出およびモニタリングする際の重要なツールになった。生物
学的試験分野では、サーマルサイクリングは、例えば、ＰＣＲおよび他の反応を実施する
ことによって核酸を増幅するために用いられる。特にＰＣＲは、クローニング、遺伝子発
現の分析、ＤＮＡ配列決定および薬物の発見のような適用を有する有益な調査ツールにな
った。

この分野における近年の発達は、実施される試験の数の増加に拍車をかけた。このよう
な生物学的試験のスループットを上げるための１つの方法は、サーマルサイクリングの間
のリアルタイム検出能力を提供することである。リアルタイム検出は、生物学的試験の効
率を上げる。なぜなら、サンプルウェルトレイがサーマルサイクリングデバイスに配置さ
れたまま、サンプルの特徴が検出され得るからである。

リアルタイム検出システムにおいて、試験は、試験デバイスのサイクルの間、複数のサ
ンプルに対して行われ得る。この種のシステムについては、光は、生物学的サンプルによ
って反射されるべき光源から発光され得、そして最終的に、例えば、カメラまたはＣＣＤ
のような光検出デバイスによって検出または収集され得る。光をサンプルに集中させ、そ
して、サンプルからの光を検出デバイスに向けるのを援助するために、一つ以上のレンズ
が提供され得る。

複数のサンプル試験デバイスとともにレンズアセンブリを利用している従来のデバイス
の欠点のうちの１つは、レンズの複雑さである。光がサンプルウェルトレイ中のサンプル
ウェルの行または列と適切に整列され得るように、しばしば、光を平行にするためのレン
ズを有することがしばしば所望され得る。試験プロセスをさらに増強するために、さらな
るレンズアセンブリは、各々のサンプルウェル内に光をより正確に集中させるために提供
され得る。これらの焦点調節レンズアセンブリは、しばしば、複数の非一体型構成要素か
ら構成され得る。

本発明によって以下が提供される：
（１） サーマルサイクリングデバイスのための光学的検出システムであって、以下：
少なくとも一つの光源；
複数の生物学的サンプルから受けとった光を検出するための光検出デバイス；ならびに
レンズ上に形成された第１表面および第２表面を有するレンズであって、該第２表面は
、該第１表面に対して実質的に対向している、レンズ
を備え、ここで、該第１表面は、光を平行にするように構成され、そして該第２表面は、
該複数の生物学的サンプルの各々に対して光を導くように構成される、光学的検出システ
ム。
（２） 前記第２表面が、該第２表面へと形成されるレンズのマトリックスを含み、そして該マ
トリックスが、複数の焦点調節レンズ部分を含む、項目１に記載の光学的検出システム
。
（３） 複数の焦点調節レンズ部分が複数の生物学的サンプルに対応する、項目２に記載の光
学的検出システム。
（４） 前記マトリックスが、４個、８個、１２個、２４個、４８個、９６個、３８４個または
１，５３６個の焦点調節レンズ部分を含む、項目３に記載の光学的検出システム。
（５） サンプルウェルトレイを受けとるように構成されるサンプルブロックアセンブリをさら
に備える、項目１に記載の光学的検出システム。
（６） 前記サンプルブロックアセンブリが、前記レンズを受けとるようにさらに構成される、
項目５に記載の光学的検出システム。
（７） 前記サンプルブロックアセンブリが、前記レンズを受けとるように構成された加熱カバ
ーを含む、項目６に記載の光学的検出システム。
（８） 前記レンズが、少なくとも一つの締付けデバイスを有するサンプルブロックアセンブリ
に載置される、項目５に記載の光学的検出システム。
（９） 前記締付けデバイスが、クリップ型締付けデバイス、クランプ型締付けデバイスおよび
ネジ型締付けデバイスのうちの１つを含む、項目８に記載の光学的検出システム。
（１０） 前記加熱カバーおよび前記サンプルブロックアセンブリが、前記生物学的サンプルを約
８０℃Ｃ以上の温度まで加熱するように構成され、そして前記レンズが、少なくとも８０
℃の温度まで作動するように構成されている材料を含む、項目７に記載の光学検出シス
テム。
（１１） 前記レンズ材料が、非蛍光性の透明なポリカーボネートを含む、項目１０に記載の光
学的検出システム。
（１２） 前記サンプルブロックアセンブリが、前記サンプルトレイアセンブリを約６０℃の温度
まで加熱するように構成され、そして前記レンズが、少なくとも６０℃の温度まで作動す
るように構成されている材料を含む、項目５に記載の光学的検出システム。
（１３） 前記レンズ材料が、アクリル、スチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートおよびポリ
プロピレンから選択される、項目１２に記載の光学的検出システム。
（１４） 前記第１のレンズ表面および前記第２のレンズ表面が、射出成形および圧縮成形の少な
くとも一つによって一体的に形成される、項目１に記載の光学的検出システム。
（１５） 複数の焦点調節レンズ部分が、ほぼ等しい強度の光を、複数の生物学的サンプルに導く
ように構成される、項目２の光学的検出システム。
（１６） 前記複数の焦点調節レンズ部分の一つ以上が、異なる強度の光を、該複数の焦点調節レ
ンズ部分の他の少なくとも一つに通過させるように構成される、項目２に記載の光学的
検出システム。
（１７） 前記複数の焦点調節レンズ部分の一つ以上が、前記複数の焦点調節レンズ部分の他の少
なくとも一つよりも小さな焦点調節レンズ部分を含む、項目１６に記載の光学検出シス
テム。
（１８） 前記複数の焦点調節レンズ部分の一つ以上の一部分が、該複数の焦点調節レンズ部分の
一つ以上を通過する光の強度を相違させるためにマスキングされている、項目１６に記
載の光学検出システム。
（１９） 前記第１のレンズ表面が、フレネルレンズを含む、項目１に記載の光学的検出システ
ム。
（２０） 前記少なくとも一つの光源が、前記第１表面を越える不均一な強度の光を提供し、そし
てさらに前記第２表面は、前記複数の生物学的サンプルの各々にほぼ均一な強度で光を提
供するように構成される、項目１に記載の光学的検出システム。
（２１） 生物学的サンプルが、対応する焦点調節レンズセグメントを有する、項目２に記載の
光学的検出システム。
（２２） サーマルサイクリングデバイスの光学的検出システムのためのレンズであって、該レン
ズは、以下：
コリメーティング表面；および
第１のレンズ表面と実質的に対向しているマトリックス表面であって、複数の焦点調節
レンズセグメントを含む、マトリックス表面
を含み、ここで、該コリメーティング表面は、光源からの光を平行にするように構成され
、そしてさらに、該複数の焦点調節レンズセグメントは、複数の生物学的サンプルに光を
導くように構成される、レンズ。
（２３） 前記レンズが、少なくとも８０℃の温度まで作動するように構成された材料を含む、請
求項２２に記載のレンズ。
（２４） 前記レンズ材料が、非蛍光性の透明なポリカーボネートを含む、項目２３に記載のレ
ンズ。
（２５） 前記レンズ材料が、レキサンを含む、項目２３に記載のレンズ。
（２６） 前記レンズが、少なくとも６０℃の温度まで作動するように構成された材料を含む、請
求項２２に記載のレンズ。
（２７） 前記レンズ材料が、アクリル、スチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートおよびポリ
プロピレンから選択される、項目２６に記載のレンズ。
（２８） 前記コリメーティング表面および前記マトリックス表面が、射出成形および圧縮成形の
少なくとも一つによって一体的に形成される、項目２２に記載のレンズ。
（２９） 前記複数の焦点調節レンズセグメントの各々が、ほぼ等しい強度にて光を導くように構
成される、項目２２に記載のレンズ。
（３０） 前記複数の焦点調節レンズセグメントの一つ以上が、異なる強度の光を、該複数の焦点
調節レンズ部分の他の少なくとも一つに通過させるように構成される、項目２２に記載
のレンズ。
（３１） 前記複数の焦点調節レンズセグメントの一つ以上が、前記複数の焦点調節レンズセグメ
ントの他の少なくとも一つよりも小さな焦点調節レンズセグメントを含む、項目３０に
記載のレンズ。
（３２） 前記一つ以上の焦点調節レンズセグメントの一部分が、該焦点調節レンズセグメントの
一つ以上を通過する光の強度を相違させるためにマスキングされている、項目３０に記
載のレンズ。
（３３） 前記レンズが、４個、８個、１２個、２４個、４８個、９６個、３８４個または１，５
３６個の焦点調節レンズセグメントを含む、項目２２に記載のレンズ。
（３４） 前記レンズが、一体形レンズから構成される、項目２２に記載のレンズ。
（３５） サーマルサイクリングデバイスのための光学的検出システムであって、以下：
少なくとも一つの光源；
複数の生物学的サンプルから受けとった光を検出するための光検出デバイス；
レンズ本体上に形成された第１表面および該本体の他方の側に形成された第２表面を有
するレンズ本体；ならびに
サンプルウェルトレイを受けとるように構成されたサンプルブロックアセンブリであっ
て、該サンプルウェルトレイは、複数の生物学的サンプルを含むように構成されている、
サンプルブロックアセンブリ
を備え、ここで、該サンプルブロックアセンブリが、該レンズを受けとるように構成され
た加熱カバーを含み、該第１表面は、光を平行にするように構成され、そして該第２表面
は、該複数の生物学的サンプルの各々に対して光を導くように構成された複数の焦点調節
レンズ部分を含むレンズマトリックスを含む、光学的検出システム。
（３６） 複数の生物学的サンプルを試験する方法であって、該方法は、以下：
少なくとも一つの光源から光を提供する工程；
該複数の生物学的サンプルから受けとった光を検出するための光検出デバイスを提供す
る工程；
レンズを提供する工程であって、該レンズは、該レンズの第１表面上に形成されたコリ
メーティングレンズ部分、および該レンズの第２表面上に形成された焦点調節レンズ部分
のマトリックスを有し、該第１表面は、該第２表面と実質的に対向している、工程
を包含し、ここで、光は、該コリメーティングレンズ部分および焦点調節レンズ部分を通
過して、該複数の生物学的サンプルに入り、そして該検出デバイスによって検出される、
方法。
（発明の要旨）
本発明によれば、サーマルサイクリングデバイスのための光学的検出システムが開示さ
れ、このシステムは、少なくとも一つの光源、複数の生物学的サンプルから受け取った光
を検出するための光検出デバイス、ならびにレンズ上に形成された第１表面および第２の
表面を有するレンズを備え、この第２表面は、この第１表面に対して実質的に対向してい
る。この第１表面は、光を平行にするように構成され得、そしてこの第２表面は、この複
数の生物学的サンプルの各々に光を導くように構成され得る。

別の局面によれば、この第２表面は、第２表面に形成されたレンズのマトリックスを含
み得、そしてこのマトリックスは、複数の焦点調節レンズ部分を含み得る。

さらに別の局面によれば、複数の焦点調節レンズ部分は、複数の生物学的サンプルに対
応し得る。

別の局面では、このマトリックスは、４個、８個、１２個、２４個、４８個、９６個、
３８４個または１，５３６個の焦点調節レンズ部分を含み得る。

なお別の局面では、このシステムは、サンプルウェルトレイを受けとるように構成され
たサンプルブロックアセンブリをさらに含み得る。

なおさらなる局面では、このサンプルブロックアセンブリは、このレンズを受けとるよ
うに構成され得る。

別の局面では、このサンプルブロックアセンブリは、このレンズを受けるように構成さ
れた加熱カバーを含み得る。

なお別の局面では、このレンズは、少なくとも一つの締付けデバイスを有するサンプル
ブロックアセンブリに載置され得る。

別の局面によれば、この締付けデバイスは、クリップ型締付けデバイス、クランプ型締
付けデバイスおよびネジ固定デバイスのうちの１つを含み得る。

さらに別の局面によれば、この加熱カバーおよびサンプルブロックアセンブリは、生物
学的サンプルを約８０℃以上の温度まで加熱するように構成され得、そしてこのレンズは
、少なくとも８０℃の温度まで作動するように構成された材料を含み得る。

別の局面によれば、このレンズ材料は、非蛍光性の透明なポリカーボネートを含み得る
。

別の局面では、このサンプルブロックアセンブリは、このサンプルトレイアセンブリを
約６０℃の温度まで加熱するように構成され得、そしてこのレンズは、少なくとも６０℃
の温度まで作動するように構成された材料を含み得る。

なお別の局面では、このレンズ材料は、アクリル、スチレン、ポリエチレン、ポリカー
ボネートおよびポリプロピレンから選択され得る。

別の局面によれば、この第１のレンズ表面および第２のレンズ表面は、射出成形および
圧縮成形の少なくとも一つによって一体的に形成され得る。

なお別の局面によれば、複数の焦点調節レンズ部分は、複数の生物学的サンプルにほぼ
等しい強度の光を導くように構成され得る。

さらなる局面によれば、複数の焦点調節レンズ部分の一つ以上は、異なる強度の光を、
この複数の焦点調節レンズ部分の他の少なくとも一つに通過させるように構成され得る。

別の局面では、この複数の焦点調節レンズ部分の一つ以上は、この複数の焦点調節レン
ズ部分の他の少なくとも一つよりも小さな焦点調節レンズ部分を含み得る。

なお別の局面では、複数の焦点調節レンズ部分の一つ以上の一部は、この複数の焦点調
節レンズ部分の一つ以上を通過する光の強度を相違させるためにマスキングされ得る。

別の局面では、この第１のレンズ表面は、フレネルレンズを含み得る。

なお別の局面では、この少なくとも一つの光源は、この第１表面を越える不均一な強度
の光を提供し得、そしてさらにこの第２表面は、前記複数の生物学的サンプルの各々にほ
ぼ均一な強度で光を提供するように構成され得る。

別の局面によれば、生物学的サンプルは、対応する焦点調節レンズセグメントを有し得
る。

別の局面では、サーマルサイクリングデバイスの光学的検出システムのためのレンズが
開示される。このレンズは、コリメーティング表面；および第１のレンズ表面と実質的に
対向しているマトリックス表面を含み得、このマトリックス表面は、複数の焦点調節レン
ズセグメントを含み得る。このコリメーティング表面は、光源からの光を平行にするよう
に構成され得、そしてこの複数の焦点調節レンズセグメントは、複数の生物学的サンプル
に光を導くように構成され得る。

なお別の局面では、このコリメーティング表面およびこのマトリックス表面は、射出成
形および圧縮成形の少なくとも一つによって一体的に形成され得る。

別の局面によれば、この複数の焦点調節レンズセグメントの各々は、光をほぼ等しい強
度にて導くように構成され得る。

さらに別の局面によれば、この複数の焦点調節レンズセグメントの一つ以上は、異なる
強度の光を、この複数の焦点調節レンズセグメントの他の少なくとも一つに通過させるよ
うに構成され得る。

別の局面では、この複数の焦点調節レンズセグメントの一つ以上は、この複数の焦点調
節レンズセグメントの他の少なくとも一つよりも小さな焦点調節レンズセグメントを含み
得る。

なお別の局面では、この一つ以上の焦点調節レンズセグメントの一部分は、該焦点調節
レンズセグメントの一つ以上を通過する光の強度を相違させるためにマスキングされ得る
。

さらなる局面では、このレンズは、４個、８個、１２個、２４個、４８個、９６個、３
８４個または１，５３６個の焦点調節レンズセグメントを含み得る。

別の局面によれば、このレンズは、一体形レンズから構成され得る。

別の局面では、サーマルサイクリングデバイスのための光学的検出システムが開示され
る。このシステムは、少なくとも一つの光源；複数の生物学的サンプルから受けとった光
を検出するための光検出デバイス；レンズ本体に形成された第１表面およびこの本体の他
方の側に形成された第２表面を有するレンズ本体；ならびにサンプルウェルトレイを受け
とるように構成されたサンプルブロックアセンブリを備え得る。このサンプルウェルトレ
イは、複数の生物学的サンプルを含むように構成され得、このサンプルブロックアセンブ
リは、レンズを受けるように構成された加熱カバーを含み得る。さらに、この第１表面は
、光を平行にするように構成され得、そしてこの第２表面は、複数の生物学的サンプルの
各々に光を導くように構成された複数の焦点調節レンズ部分を有するレンズマトリックス
を含み得る。

さらに別の局面によれば、複数の生物学的サンプルを試験する方法が開示される。この
方法は、少なくとも一つの光源から光を提供する工程；この複数の生物学的サンプルから
受けとった光を検出するための光検出デバイスを提供する工程；レンズを提供する工程で
あって、このレンズは、このレンズの第１表面上に形成されたコリメーティングレンズ部
分、およびこのレンズの第２表面上に形成された焦点調節レンズ部分のマトリックスを有
し、この第１表面は、この第２表面と実質的に対向している、工程を包含し得る。光は、
このコリメーティングレンズ部分および焦点調節レンズ部分を通過して、この複数の生物
学的サンプルに入り、そしてこの検出デバイスによって検出され得る。

他の局面は、以下の詳細な説明からさらに明らかになる。本発明が、その最も広い意味
において、本願明細書において記載されている局面の一つ以上を達成せずに実施され得る
と理解されるべきである。

（実施形態の説明）
ここで、本発明の例示的実施形態に対して詳細に参照が行われる。本発明の例は、添付
の図面において例示される。可能な場合は、同じ部品または同様の部品を参照するために
図面および説明において同じ参照番号が使われ、そして、アルファベットの接尾語または
数字の接頭語を有する同じ参照番号は、類似した部品を言及するために用いられる。

特定の実施形態によれば、生物学的試験デバイスが提供される。一つの局面では、この
生物学的試験デバイスは、核酸増幅を実施し得る。特定の実施形態では、この生物学的試
験デバイスは、光源、光検出デバイスおよびレンズを含む。種々の実施形態では、この生
物学的試験デバイスはまた、他の構成要素の中でも、サンプルブロック、加熱カバー、サ
ンプルウェルトレイ、サンプルウェルトレイ中のサンプルウェルの開口部を覆うためのシ
ール、光屈折レンズ、光反射体またはフィルタを含み得る。

図１では、本発明の一実施形態による生物学的試験デバイス１０の代表である、一般的
模式図が示される。試験デバイス１０は、核酸増幅を実施するように構成された、任意の
型のデバイスであり得る。生物学的サンプルの核酸増幅を実施する１つの一般的方法は、
ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）である。例えば、Ｗｏｕｄｅｎｂｅｒｇらに対する米国
特許第５，９２８，９０７号および同第６，０１５，６７４号に記載されるように、様々
なＰＣＲ方法が公知技術である。その完全な開示は、いかなる目的のためにも、本明細書
中に参考として援用される。核酸増幅の他の方法としては、例えば、リガーゼ連鎖反応、
オリゴヌクレオチド連結アッセイおよびハイブリダイゼーションアッセイが挙げられる。
これらおよび他の方法は、米国特許第５，９２８，９０７号および同第６，０１５，６７
４号にさらに詳細に記載されている。

１つの実施形態では、サーマルサイクリングデバイスは、サーマルサイクリングの間の
、サンプルの核酸増幅のリアルタイム検出を実施する。例えば、上記で援用されたＷｏｕ
ｄｅｎｂｅｒｇらに対する米国特許第５，９２８，９０７号および同第６，０１５，６７
４号にさらに詳細に記載されるように、リアルタイム検出システムが当該分野で公知であ
る。リアルタイム検出の間、サンプルの様々な特徴は、サーマルサイクリングの間、当該
分野で公知の様式で検出される。リアルタイム検出は、核酸増幅の間の、サンプルのより
正確で効率的な検出およびモニタリングを可能にする。

種々の実施形態によれば、試験デバイスは、光源または放射線源を含み得る。本願明細
書において具体化され、そして図１に示されるように、試験デバイスは、複数の生物学的
サンプルへと光を導くための光源１６を含む。生物学的サンプルは、任意の型のサンプル
需要部材中に配置され得る。図１に示す実施形態において、サンプル６０は、サンプルウ
ェルトレイ４０のサンプルウェル４４に配置される。光源１６は、生物学的試験に適した
任意の従来の型の光源（例えば、石英球、レーザー（例えば、アルゴンイオンレーザー）
またはＬＥＤ）であり得る。光源１６から発される光は、サンプルウェルトレイ４０へ直
接向けて狙いを定められ得てもよく、または、光源１６はサンプルウェルトレイ４０の方
へ少なくとも一部の光を再度差し向け得るビームスプリッタ（図示せず）の狙いを定めて
もよい。

種々の実施形態に従って、生物学的試験デバイス１０は、光学的検出システムを含む。
本願明細書において具体化され、図１に示されるように、光学的検出デバイス１２は、サ
ンプルウェルトレイ４０より上に配置される。光学的検出システム１２は、試験の間、サ
ンプルウェルトレイ４０中のサンプルの特徴を検出およびモニタリングするように構成さ
れる。光学的検出デバイス１２のための適切な構造および方法は、当該分野で周知である
。光学的検出デバイスは、任意の公知の構造または方法を使用し得る。一つの例では、こ
の光学的検出デバイスは、当該分野で公知の様式で、ＣＣＤカメラを含み得る。同様に、
光学的検出デバイスは、本発明のサーマルサイクリングデバイスについての用途に適した
他の任意の型を含み得る。

特定の実施形態では、サンプルから反射される光にフィルタをかけて、予め定められた
範囲の光波だけが光学的検出デバイス１２に進入することを可能にするためのフィルタ１
４が提供され得る。検出デバイスに含まれることが公知の他の構成要素（例えば、とりわ
け、プリズム、鏡または分光器）は、試験デバイス１０に含まれ得る。

種々の実施形態によれば、シールが、サンプルウェルトレイについて提供され得る。図
１に示される一実施形態において、サンプルウェルトレイ４０は、様々なサンプルウェル
４４を密閉するための、そして生物学的サンプル６０の汚染を最小化するのを助けるため
の、フィルム４２によって覆われる。フィルム４２は、サンプルウェルトレイ４０を適所
に固定するために、サンプルウェルトレイ４０に面した側に接着剤を備え得る。このフィ
ルムは、サンプルウェルトレイについての用途に適した任意の公知の材料から作製され得
る。

種々の実施形態によれば、生物学的試験デバイスは、加熱カバーを含み得る。図１の図
示した実施形態において、カバー３０は、フィルム４２より上に配置される。図１に示す
ように、カバー３０は、その周辺部周辺で縁部３２を含む。縁部３２は、連続的であって
も、または不連続であってもよい。縁部３２は、表面３４の上に隆起しており、その上に
レンズ２０が配置され得る。組合せて、縁部３２および表面３４は、レンズ２０を、カバ
ー３０に関して所望の位置に、位置を決めて保持するのに役立ち得る。カバー３０はまた
、複数の開口部３６を含み、各開口部は、サンプルウェル４４のうちの１つの上に配置さ
れており、光がカバー３０を通過してサンプルウェル４４中の生物学的サンプル６０に入
ることを可能にする。図１に図示するように、開口部３６は、上部エッジ３６ａから下側
エッジ３６ｂに向かって先細りする。特定の実施形態では、カバー３０は、サンプルブロ
ック７０によって提供される生物学的サンプル６０の加熱を増やすために加熱され得る。
加熱カバーとして作用して、カバー３０はまた、このシステム内での濃縮を減らす機能を
発揮し得る。

示した実施形態では、カバー３０は、フィルム４２上にあり、フィルム４２は次いで、
サンプルウェルトレイ４０上にあるかまたは付着している。サンプルウェルトレイ４０は
、一つ以上のサンプルを保持するために生物学的試験において利用される任意の部材であ
り得る。図１に示した実施形態では、サンプルウェルトレイ４０は、複数のサンプルウェ
ル４４を含む。サンプルウェル４４は、実質的に円筒状形状を有する上部４４ａおよび丸
底部分４４ｃにて終わるテーパ状下部４４ｂを備える。

生物学的試験デバイス１０は、任意の型のサンプルウェルトレイ（例えば、９６ウェル
サンプルウェルトレイ、３８４ウェルサンプルトレイおよびマイクロカードサンプルトレ
イが挙げられる）についての用途のために構成され得る。これらのサンプルウェルトレイ
のサイズおよび形状は、当該分野で周知である。本発明における使用のために適切な９６
ウェルサンプルウェルトレイの例は、Ｍｏｒｉｎｇらに対するＷＯ ００／２５９２２（
その完全な開示は、いかなる目的のためにも本明細書中に参考として援用される）に記載
されている。本発明における使用のために適切なマイクロカード型のサンプルウェルトレ
イの例は、Ｆｒｙｅらに対するＷＯ ０１／２８６８４（その完全な開示は、いかなる目
的のためにも本明細書中に参考として援用される）、Ｗｏｕｄｅｎｂｅｒｇに対するＷＯ
９７／３６６８１（その完全な開示は、いかなる目的のためにも本明細書中に参考とし
て援用される）、米国出願第０９／８９７５００号（２００１年７月３日出願；本発明の
譲受人に譲渡されており、その完全な開示は、いかなる目的のためにも本明細書中に参考
として援用される）および米国出願第０９／９７７２２５号（２００１年１０月１６日出
願；本発明の譲受人に譲渡されており、その完全な開示は、いかなる目的のためにも本明
細書中に参考として援用される）に記載されている。任意の数のサンプルウェルおよびサ
ンプルウェルサイズを有するサンプルウェルトレイがまた、本発明のサーマルサイクリン
グデバイスについて用いられ得る。図面に示される例では、サンプルウェルの容積は、約
０．０１μｌ〜数千マイクロリットル（μｌ）のどこでも変化し得、代表的には１０μｌ
〜５００μｌである。

図１に示した実施形態では、サンプルウェルトレイ４０は、生物学的サンプル６０を保
持するための複数のサンプルウェル４４を含む。図１に示される例では、各々のサンプル
ウェルは、上の円柱形部分４４ａおよび丸底部分４４ｃで終わるテーパ状部分４４ｂを備
える。サンプルウェルが、任意の公知のサイズ、形状または構成を有し得ることは、充分
に理解される。

種々の実施形態に従って、試験デバイスは、サンプルブロックを含み得る。本願明細書
において具体化されて、図１に示されるように、サンプルウェルトレイ４０は、サンプル
ブロック７０上に載置されるように構成される。サンプルブロック７０は、サンプルウェ
ルトレイを受けとって生物学的サンプル６０の加熱および／または冷却を提供するために
用いられる、当該分野で公知の任意のサンプルブロックであり得る。サンプルブロック７
０は、熱をサンプルトレイ４０へ導くことに適した材料で機械加工され得るかまたはその
材料のキャストであり得、そしてサンプルトレイ４０のサンプルウェル４４の数と数が等
しいサンプルウェル開口部７２を含む。

上記のように、レンズ２０は、カバー３０上に位置し得るか、さもなければカバー３０
に隣接し得、そして発光した光を集中および平行にし、そして／またはサンプル６０へと
向ける機能を発揮し得る。レンズ２０は、以下の少なくとも２つの表面を備える：検出デ
バイス１２に面した第１表面２２およびサンプルウェルトレイ４０に面した第２表面２４
。本明細書で使用する場合、「表面」は、様々なサブ表面を有する表面に形成された複数
のサブ表面を含み得、このサブ表面が所望の全体的レンズ特徴を提供する、レンズのほぼ
平坦な外部部分を規定することを広範に意図する。第１表面２２は、光を平行にするため
のフレネルレンズを備え、そして第２表面２４は、サンプルウェル４４の数と等しい、複
数の焦点調節レンズ部分または焦点調節レンズセグメント２６を有するマトリックス２５
を含む。各々の焦点調節レンズ部分または焦点調節レンズセグメント２６は、個々のサン
プル６０に光を集中させるように構成される、表面２４の一部分と定義される。レンズ２
０は、以下でさらに詳細に記載されている。

図１において分かり得るように、光は、光源１６から発されて、レンズ２０の第１表面
２２と接触する。図２は、第１表面２２の構成を示す。この構成は、Ｆｏｒｔ Ｗｏｒｔ
ｈ ＴｅｘａｓのＦｒｅｓｎｅｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造される型のフ
レネルレンズであり得る。少なくとも２種類の基本的な型のフレネルレンズが存在する。
第一のものは、外縁部に向かうにつれてより深くなる一定のピッチを有し、そして第二の
ものは、均一の深さを有する。いずれの構成も使われ得るが、均一な深さのフレネルレン
ズが、図１〜図４に示した実施形態において図示される。

示した実施形態では、光がサンプルウェルトレイ４０のサンプルウェル４４の行または
列の各々の向けて導かれるように、第１表面２２は、光線１８を平行にするために用いら
れる。次いで、光線１８は、レンズ２０の第２表面２４を通過する。レンズ２０の表面に
は、光を、サンプルウェル４４中に位置する各々の生物学的サンプル６０に集中させるた
めの、図３に示されるような焦点調節レンズ（または焦点調節レンズセグメント）２６の
マトリックス２５が形成されている。サンプル６０からの放射線（例えば、蛍光放射線）
は、逆方向でレンズ２０を通過し得る。レンズ２０は、反射光を集め、この光を検出デバ
イス１２に向けて導くのに役立つ。

焦点調節レンズセグメント２６のうちの１つを通過している光の拡大図で図４Ａに示す
ように、光線１８は、レンズ２２の第１の側を通過し、そして平行にされる。光線１８が
第２表面２４を通過するにつれて、それらは、所望のサンプル位置に向かって収束される
。図示のように、各々のレンズセグメント２６は、焦点調節を達成するために、同心円状
リングの個々のフレネルレンズを含む。フレネル焦点調節レンズが示されるが、レンズの
第２表面に形成され得る他の焦点調節レンズが、同様に適切であり得る。

図１〜図４に示した実施形態では、レンズ２０は、側２２の平行にする機能および側２
４の焦点調節機能の両方をこのレンズに組み込む。最初に、図４で分かり得るように、焦
点調節レンズセグメント２６をレンズ２０の第２表面２４に形成することによって、焦点
調節レンズセグメント２６は、集中させることは、その付随するサンプルウェル４４上の
面積の実質部分を占め得る。この拡大されたレンズは、最大量の光が、サンプル６０の各
々を通過するのを可能にする。さらに、焦点調節レンズセグメント２６は、第２表面２４
に形成され、各々に関して固定され、従って、それぞれの焦点調節レンズセグメント間で
の移動の可能性を最小にする。

また、フレネルレンズ側２２および焦点調節レンズ側２４をレンズ２０の対向表面に組
み込むことによって、コリメーティングレンズ機能と焦点調節機能との間での誤整列の可
能性が低減、さらには除去され得る。レンズ２０のフレネルレンズ側２２および焦点調節
レンズ側２４が互いに対して固定されるので、互いに対する正しい整列は、所望の通りに
維持され得る。

本願明細書において記載されて、図１に示されるように、加熱カバー３０はまた、レン
ズ２０についての取付表面３４を提供し得、この取付表面３４は、レンズ２０とサンプル
ウェルトレイ４０との間の適切な整列を維持することを補助し得る。この整列をさらに強
化して、レンズ２０は、レンズ２０と加熱カバー３０との間の動きおよび整列の問題をさ
らに減らすために、当該分野の任意の固定手段（例えば、機械的なデバイス（例えば、ク
リップ、クランプ、ネジ、接着剤など））によって加熱カバー３０に必要に応じて固定さ
れ得る。

別の局面では、レンズ２０は、レンズセグメント２６のうちの一つ以上が、レンズセグ
メント２６の別のものと比較して異なる強度の光を提供し得るように構成され得る。上記
のように、光源１６は、石英光であり得る。このような光源は、しばしば、レンズ２０の
中心領域に集中した、集中した強度の光を発する。レンズアセンブリの周辺に向かって移
動するにつれて、光源１６によって発される光は、減弱し得る。これを補償するために、
一つ以上の焦点調節レンズセグメント２６は、サンプル６０の各々に集中する光の強度を
実質的に等しくするような方法で、構成され得る。

特定の実施形態では、例えば、レンズ２０の中心付近に位置する焦点調節レンズセグメ
ント２６は、レンズ２０の周辺に位置する焦点調節レンズセグメントよりも少ない光を通
過させるように、個々の焦点調節レンズセグメントの光学部品を変更し得る様式で成形さ
れ得る。焦点調節レンズセグメント２６のいずれかまたは全ては、レンズ２０のグリッド
上へ導かれる光の様々な強度に対応する同様の様式で変更され得た。これはまた、例えば
、選択された焦点調節レンズセグメントの一部をマスキングして、それらを通過する光の
量を減らすことによって達成され得た。用語「マスク」（マスキング）は、本願明細書に
おいて使用される場合、焦点調節レンズの各々の少なくとも一部分の光透過能力を減らす
かまたは完全に阻害することを意味することを意図する。これは、焦点調節レンズセグメ
ントの少なくとも一部を閉塞させるコーティング（例えば、塗料）を塗布することによっ
て達成され得た。マスキングはまた、レンズを通過する光の量を減らすために、テープの
ような接着材料を焦点調節レンズセグメントの一部に適用することを含み得た。このマス
キングは、レンズマトリックスの全体にわたって様々な量で行われて、サンプル６０の各
々への所望の光強度を達成し得た。

レンズ２０は、任意の適切な方法によって製造され得る。例えば、レンズ２０が射出成
形または圧縮成形によって製造され得ることが意図される。例えば、レンズ２０は、非蛍
光性の透明なポリカーボネートから製造され得た。加熱カバー（例えば、加熱カバー３０
）を使用した試験デバイスは、しばしば、８０℃付近または８０℃より上でさえあり得る
温度で作動する。このような高温デバイスについては、レキサン（Ｌｅｘａｎ）のような
材料がレンズ２０に適している。より低い温度（例えば、６０℃またはその付近）で作動
するデバイスは、任意の数の材料（例えば、アクリル、スチレン、ポリエチレン、ポリカ
ーボネート、ポリプロピレンまたは適切であり得る他の任意の透明なプラスチック）で製
造されたレンズを含み得る。本願明細書において含まれる材料と同じかまたは類似した特
徴を提供する他の材料もまた、意図され得る。

レンズ２０は、９６の焦点調節レンズセグメントを構成する１２×８の格子構成で示さ
れるが、このレンズ構成が、様々なサンプルウェルトレイの構成または形状と一致した実
質的に任意の構成に改変され得ることが理解されるべきである。例えば、レンズ２０は、
４個、８個、１２個、２４個、３８４個または１５３６個の焦点調節レンズセグメントを
有し得た。レンズ２０はまた、サンプルウェルトレイの形状にあわせるために、長方形以
外の様々な形状において形成され得た。

図１〜図４は、加熱カバー３０および複数のサンプルウェル４４を有するサンプルウェ
ルトレイ４０と組み合わせたレンズ２０を示す。特定の実施形態では、レンズ２０は、加
熱カバーを備えても備えなくてもよい他のサンプル試験デバイスについて用いられ得る。
例えば、図５は、加熱カバーを備えていないサンプル試験デバイスとともに用いられるレ
ンズ２０を示す。

図５において、レンズ２０は、マイクロカードサンプルトレイ１４０と組み合わせて用
いられる。マイクロカードサンプルトレイは、上記で考察したように、当該分野で公知で
ある。図５に示した実施形態では、マイクロカードサンプルトレイ１４０は、試験のため
のサンプルを含むように構成された複数のサンプルウェルまたはサンプルチャンバ１４４
を含む。チェンバ１４４は、図１のサンプルウェルトレイ４０に類似した様式で、レンズ
のマトリックスと整列し得る。マイクロカードサンプルトレイ１４０は、当該分野で公知
の様々な構成、サイズおよび形状のいずれかを有し得る。図５に示した実施形態では、マ
イクロカードサンプルトレイは、加熱カバーなしで用いられる。マイクロカードサンプル
トレイ１４０はまた、加熱カバーを伴って用いられ得る。

様々な改変およびバリエーションが構造になされ得ることは、当業者にとって明らかで
ある。従って、本発明が、本明細書で考察される実施例に限定されないことが理解される
べきである。むしろ、本発明は、改変物およびバリエーションを包含することが意図され
る。本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する、添付の図面は、本発明の少なく
とも一つの例示的実施形態を例示する。

図１は、本発明の例示的実施形態による生物学的試験デバイスの部分的な断面図である。 図２は、図１において示される一体形レンズの第１の側の平面図である。 図３は、図２の一体形レンズの第２の側の平面図である。 図４は、図２の一体形レンズの断面図である。 図４ａは、図４の円に囲まれた部分の拡大図である。 図５は、マイクロカードサンプルトレイと組み合わせた、図１のレンズの部分的なセクションである。

Claims (29)

1. サーマルサイクリングデバイスのための光学的検出システムであって、以下：
   少なくとも一つの光源；
   複数の生物学的サンプルから受けとった光を検出するための光検出デバイス；ならびに
   レンズであって、該レンズは、
   光を平行にするように構成された第１表面と、
   該第１表面に実質的に対向している第２表面であって、該第２表面は、焦点レンズ部分のマトリックスを備え、該焦点レンズ部分の各々が、該生物学的サンプルの各々に対応する、
   レンズを備え、そして
   該複数の焦点調節レンズ部分の一つが、異なる強度の光を、該複数の焦点調節レンズ部分の他の少なくとも一つに通過させるように構成される、光学的検出システム。
2. 前記マトリックスが、４個、８個、１２個、２４個、４８個、９６個、３８４個または１，５３６個の焦点調節レンズ部分を含む、請求項１に記載の光学的検出システム。
3. サンプルウェルトレイを受けとるように構成されるサンプルブロックアセンブリをさらに備える、請求項１に記載の光学的検出システム。
4. 前記サンプルブロックアセンブリが、前記レンズを受けとるようにさらに構成される、請求項３に記載の光学的検出システム。
5. 前記サンプルブロックアセンブリが、前記レンズを受けとるように構成された加熱カバーを含む、請求項４に記載の光学的検出システム。
6. 前記レンズが、少なくとも一つの締付けデバイスを有するサンプルブロックアセンブリに載置される、請求項３に記載の光学的検出システム。
7. 前記締付けデバイスが、クリップ型締付けデバイス、クランプ型締付けデバイスおよびネジ型締付けデバイスのうちの１つを含む、請求項６に記載の光学的検出システム。
8. 前記加熱カバーおよび前記サンプルブロックアセンブリが、前記生物学的サンプルを約８０℃Ｃ以上の温度まで加熱するように構成され、そして前記レンズが、少なくとも８０℃の温度まで作動するように構成されている材料を含む、請求項５に記載の光学検出システム。
9. 前記レンズ材料が、非蛍光性の透明なポリカーボネートを含む、請求項８に記載の光学的検出システム。
10. 前記サンプルブロックアセンブリが、前記サンプルトレイアセンブリを約６０℃の温度まで加熱するように構成され、そして前記レンズが、少なくとも６０℃の温度まで作動するように構成されている材料を含む、請求項３に記載の光学的検出システム。
11. 前記レンズ材料が、アクリル、スチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートおよびポリプロピレンから選択される、請求項１０に記載の光学的検出システム。
12. 前記第１のレンズ表面および前記第２のレンズ表面が、射出成形および圧縮成形の少なくとも一つによって一体的に形成される、請求項１に記載の光学的検出システム。
13. 複数の焦点調節レンズ部分が、ほぼ等しい強度の光を、複数の生物学的サンプルに導くように構成される、請求項１の光学的検出システム。
14. 前記複数の焦点調節レンズ部分の一つ以上が、異なる強度の光を、該複数の焦点調節レンズ部分の他の少なくとも一つに通過させるように構成される、請求項２に記載の光学的検出システム。
15. 該焦点調節レンズ部分の一つ以上を通過する光の強度を相違させるためにマスキングされている、請求項１４に記載の光学検出システム。
16. 前記第１のレンズ表面が、フレネルレンズを含む、請求項１に記載の光学的検出システム。
17. サーマルサイクリングデバイスの光学的検出システムのためのレンズであって、該レンズは、以下：
    光源からの光を平行にするように構成されたコリメーティング表面；および
    第１のレンズ表面と実質的に対向しているマトリックス表面であって、複数の生物学的サンプルに光を導くように構成された複数の焦点調節レンズ部分を含む、マトリックス表面
    を含み、該複数の焦点調節レンズ部分の一つが、異なる強度の光を、該複数の焦点調節レンズ部分の他の少なくとも一つに通過させるように構成される、レンズ。
18. 前記レンズが、少なくとも８０℃の温度まで作動するように構成された材料を含む、請求項１７に記載のレンズ。
19. 前記レンズ材料が、非蛍光性の透明なポリカーボネートを含む、請求項１８に記載のレンズ。
20. 前記レンズ材料が、レキサンを含む、請求項１８に記載のレンズ。
21. 前記レンズが、少なくとも６０℃の温度まで作動するように構成された材料を含む、請求項１７に記載のレンズ。
22. 前記レンズ材料が、アクリル、スチレン、ポリエチレン、ポリカーボネートおよびポリプロピレンから選択される、請求項２１に記載のレンズ。
23. 前記コリメーティング表面および前記マトリックス表面が、射出成形および圧縮成形の少なくとも一つによって一体的に形成される、請求項１７に記載のレンズ。
24. 前記複数の焦点調節レンズ部分の各々が、ほぼ等しい強度にて光を導くように構成される、請求項１７に記載のレンズ。
25. 前記複数の焦点調節レンズ部分の一つ以上が、異なる強度の光を、該複数の焦点調節レンズ部分の他の少なくとも一つに通過させるように構成される、請求項１７に記載のレンズ。
26. 前記複数の焦点調節レンズ部分の一つ以上が、該焦点調節レンズ部分の一つ以上を通過する光の強度を相違させるためにマスキングされている、請求項１７に記載のレンズ。
27. 前記レンズが、４個、８個、１２個、２４個、４８個、９６個、３８４個または１，５３６個の焦点調節レンズ部分を含む、請求項１７に記載のレンズ。
28. 前記レンズが、一体形レンズから構成される、請求項２２に記載のレンズ。
29. 複数の生物学的サンプルを試験する方法であって、該方法は、以下：
    少なくとも一つの光源から光を提供する工程；
    該複数の生物学的サンプルから受けとった光を検出するための光検出デバイスを提供する工程；
    レンズを提供する工程であって、該レンズは、該レンズの第１表面上に形成されたコリメーティングレンズ部分、および該レンズの第２表面上に形成された焦点調節レンズ部分のマトリックスを有し、該第１表面は、該第２表面と実質的に対向している、工程
    を包含し、ここで、光は、該コリメーティングレンズ部分および焦点調節レンズ部分を通過して、該複数の生物学的サンプルに入り、そして該検出デバイスによって検出される、方法。

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