JP2008537594A - 取り外し可能な光学モジュールを有する多重蛍光検出装置 - Google Patents

Abstract

リアルタイムＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）における複数の目標化学種の検出に関する技術を記載する。例えば、システムは、データ取得装置及びデータ取得装置に連結される検出装置を含む。検出装置は、異なる波長で蛍光灯を発する複数の化学種を有する複数の処理チャンバを含む回転ディスクを含む。装置は、複数の取り外し可能な光学モジュールを更に含む。個々の取り外し可能な光学モジュールは、光学的に構成され、化学種を励起し、異なる波長で化学種により発せられる蛍光灯を捕獲する。複数の取り外し可能な光学モジュールに連結される光ファイババンドルは、蛍光灯を光学モジュールから単一検出器に伝送する。

Description

本発明は、評価分析システムに関し、特に、蛍光染料を使用して複数目標化学種を検出するための技術に関する。

光学ディスクシステムは、多くの場合、種々の生物学的、化学的、又は生化学的評価分析を行うために使用される。典型的なシステムにおいて、回転可能なディスクは、血液、血漿、血清、尿、又はその他の流体等の流体被検査物を貯蔵及び処理するための培地として使用される。

分析の一つは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）で、しばしば核酸配列分析に使用される。特に、ＰＣＲは、しばしばＤＮＡ塩基配列決定法、クローン化、遺伝子マッピング、及び核酸配列分析のその他の形態度に使用される。

広くは、ＰＣＲは、ＤＮＡコピー酵素の性能に依存し高温で安定のままである。ＰＣＲには、３つの主要なこと、変性、アニーリング及び伸長がある。変性時、液体試料は、おおよそ９４℃で加熱される。このこと時、二本ＤＮＡ鎖は、「融解」して一本ＤＮＡ鎖に開き、全ての酵素反応が、停止する。アニーリング時、一本鎖ＤＮＡは５４℃に冷却される。この温度でプライマーは、ＤＮＡ鎖の末端部に結合又は「アニール」する。伸長時、試料は、７５℃に加熱される。この温度でヌクレオチドがプライマーを増加し、最終的に、ＤＮＡテンプレートの補体コピーが形成される。

リアルタイムでＰＣＲを通じて試料の具体的なＤＮＡ及びＲＮＡ配列のレベルを決定するために設計された多数の既存のＰＣＲ機器がある。機器の多くは、蛍光染料の使用に基礎をおいている。特に、従来の多くのリアルタイムＰＣＲ機器は、ＰＣＲ生成物の増幅時に比例して生成される蛍光信号を検出する。

従来のリアルタイムＰＣＲ機器は、異なる蛍光染料を検出するため別の方法を使用している。例えば、従来の幾つかのＰＣＲ機器は、各染料を分光的に分解するためフィルターホイールを有する白色光源を組み込んでいる。白色光源は、タングステンハロゲン電球で、２〜３千時間の寿命上限を有する。フィルターホイールは、典型的に複雑な電気機械部品で摩耗の影響を受けやすい。

広くは、本発明は、リアルタイムＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）、本明細書において多重ＰＣＲと呼ぶ、における複数目標化学種を検出するための技術に関する。特に、複数の光学モジュールを組み込んだ多重蛍光検出装置を説明する。個々の光学モジュールは、各蛍光染料を別個の波長帯で検出するため最適化できる。換言すれば、光学モジュールは、異なる波長での複数、並列反応を調べるために使用されてよい。例えば、反応は、回転ディスクの単一処理チャンバ（例えば、ウェル）内で生じてよい。更に、各光学モジュールは、装置の検出力を迅速に変更するため取り外し可能であってよい。

複数の光学モジュールは、多脚光ファイババンドルにより単一検出器に光学的に連結されてよい。このようにして、多重化は、複数の光学モジュールと単一検出器、例えば光電子倍増管を使用し達成できる。感度を極大化し、分光クロストーク量、すなわち他の光学モジュールの一つの染料からの信号を極小化するため、各光学モジュールの光学構成要素が選択されてよい。

一つの実施形態において、装置は、個々の試料及び複数の蛍光染料それぞれを保持する複数の処理チャンバを有するディスクを回転させるモータと、複数の光学モジュールと、光学モジュールを受容するのに適合した複数の場所を有するハウジングとを備え、個々の光学モジュールは、異なる染料のために選択される光源及びディスクから発せられる蛍光灯を捕獲するためのレンズを有する光学チャネルを含む。

他の実施形態において、システムは、データ取得装置を含む。更に、システムは、データ取得装置に連結された検出装置を備え、前記検出装置は、個々の試料及び複数の蛍光染料それぞれを保持する複数の処理チャンバを有するディスクを回転させるモータと、複数の光学モジュールと、光学モジュールを受容するのに適合した複数の場所を有するハウジングとを備え、個々の光学モジュールは、異なる染料のために選択される光源及びディスクから発せられる蛍光灯光線を捕獲するためのレンズを有する光学チャネルを含む。

その他の実施形態において、個々の異なる波長で蛍光灯を発する複数の化学種を含む複数の処理チャンバを有するディスクを回転させ、複数の発光蛍光灯光線を生成するために、複数の光線を有するディスクを励起し、及び複数の異なる光学モジュールにより蛍光灯光線を捕獲する方法であって、モジュールは、異なる波長のために光学的に構成され、複数の異なるモジュールをハウジング内に収容する。

本発明は、一つ以上の利点を提供することができる。例えば、モジュール設計は、実施される特殊な反応により、技術者が検出モジュールを迅速且つ効率的に交換できるようにしてよい。更には、技術者は、別の反応のために光学的に最適化されている検出モジュールを選択してよい。更に、異なる検出モジュールの組合せが、リアルタイム多重ＰＣＲ装置内に設置され、利用されてよい。

装置は、リアルタイムＰＣＲを行い、同時に、発生する限りは全ての種類の生物学的反応を分析できる。装置は、各反応の温度を独立して又は選択されたグループとして調節でき、２つのチャンバの間にバルブを含むことにより反応の複数の段階を支援できる。このバルブは、バルブに一挙にエネルギーを発するレーザの使用により反応時に開けられてよい。

実施形態によっては、装置は、可搬式及び頑健であってよく、遠隔領域又は一時的な実験室において操作できる。装置は、リアルタイムで反応を分析するためのデータ取得コンピュータを含んでよい。又、装置は、有線若しくは無線通信インターフェースによりデータを別の装置に伝達してよい。

本発明による一つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の説明に示す。本発明の他の特徴、目的及び利点は、説明、図面及び特許請求の範囲から明らかとなろう。

図１は、多重蛍光検出装置１０の代表的な実施形態を示すブロック図である。示された実施例において、装置１０は、４つの光学モジュール１６を有し、４つの異なる染料の光学検出のため４つの「チャネル」を有する。特に、装置１０は、４つの光学モジュール１６を有し、任意の所定時間に回転ディスク１３の異なる領域を励起し、染料と異なる波長で発せられた蛍光灯エネルギーを収集する。その結果、モジュール１６は、試料２２内部で発生する複数、並列反応を調べるため使用されてよい。

例えば、複数の反応は、回転ディスク１３の単一チャンバ内で同時に発生してよい。個々の光学モジュール１６は、試料２２を問審し、ディスク１３が回転するとき異なる波長で蛍光灯エネルギーを収集する。例えば、対応する波長でデータを収集するのに十分な時間、モジュール１６内の励起源を連続して起動してよい。すなわち、第１反応に対応する第１染料のために選択される波長の第１範囲でデータを収集する時間、光学モジュール１６Ａを起動してよい。次に、励起源を起動停止し、モジュール１６Ｂ内の励起源を起動し、第２反応に対応する第２染料のために選択される波長の第２範囲で試料２２を調べる。データが全ての光学モジュール１６から捕獲されるまでこのことを継続する。一つの実施形態において、光学モジュール１６内の個々の励起源は、おおよそ２秒の初期時間起動され、定常状態に到達し、ディスク１３の１０〜５０回転の間継続する問審時間がそれに続く。他の実施形態において、励起源は、より短い時間（例えば、１若しくは２ミリセコンド）又はより長い時間順番に配列されてよい。実施形態によっては、ディスク１３の回転を停止することなく試料２２の並行問審を行うため、１を超える光学モジュールが同時に起動されてよい。

単一試料２２を説明したが、ディスク１３は、試料を保持した複数のチャンバを包含してよい。光学モジュール１６は、異なる波長で一部又は全ての異なるチャンバを問審できる。一つの実施形態において、ディスク１３は、ディスク１３の周辺に９６チャンバの空間を含む。９６個のチャンバディスクと４個の光学モジュール１６の場合、装置１０は、３８４個の異なる化学種からデータを取得できる。

一つの実施形態において、光学モジュール１６は、経済的な高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）である励起源を含む、そしてそれは、種々の波長で市販され、長い寿命（例えば、１００，０００時間以上）を有する。他の実施形態において、従来のハロゲン電球又は水銀ランプが、励起源として使用されてよい。

図１に示したように、個々の光学モジュール１６は、光ファイババンドル１４の一つの脚部に連結されてよい。光ファイババンドル１４は、光学モジュール１６から感度を失うことなく蛍光信号を収集するための可撓性機構を含む。一般に、光ファイババンドルは、並んで横たえられ、末端部で一緒に固着され、可撓性の保護ジャケットに入れられた複数の光ファイバーを含む。或いは、光ファイババンドル１４は、共通の末端部を有するガラス又はプラスチックの少数の別個の大直径多モードファイバーを備えてよい。例えば、４光学モジュール装置の場合、光ファイババンドル１４は、個々の１ｍｍのコア直径を有する４つの別個の多モードファイバーを含む。束の共通末端部は、一緒に束縛された４つのファイバーを収容する。この実施例において、検出器１８の開口は、８ｍｍであってよく、そしてそれは、４つのファイバーに連結するのに十二分である。

この実施例では、光ファイババンドル１４は、光学モジュール１６を単一検出器１８に連結する。光ファイバーは、光学モジュール１６により収集された蛍光灯を搬送し、捕獲した光を有効に検出器１８に伝送する。一つの実施形態において、検出器１８は、光電子倍増管である。他の実施形態において、検出器は、単一検出器内に各光ファイバー毎に一つの多重光電子倍増要素を含んでよい。その他の実施形態において、一以上の半導体検出器が使用されてよい。

単一検出器１８の使用は、高感度でおそらく高価な検出器（例えば、光電子倍増）の使用を可能にする点で利点があってよく、同時に、単一検出器だけを使用する必要があるという理由で最低のコストを維持できる。本明細書には単一検出器を記載しているが、より多くの染料を検出するため一以上の検出器が含まれてよい。例えば、４つの追加の光学モジュール１６及び第２検出器がシステムに付加されてよく、一つのディスクから発せられる８つの異なる波長の検出を可能にする。回転ディスク１３が使用され単一検出器に連結された代表的な光ファイババンドルが、「多重光学モジュールを共通の検出器に連結したファイバー束を有する多重蛍光検出装置（MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE HAVING FIBER BUNDLE COUPLING MULTIPLE OPTICAL MODULES TO A COMMON DETECTOR）」と題する米国特許出願第１１／１７４，７５５号（２００５年７月５日出願）に記載されている。

光学モジュール１６は、装置から取り外し可能で、異なる波長で調べるため最適化されている他の光学モジュールと容易に互換できる。例えば、光学モジュール１６は、モジュールハウジングの場所内に物理的に実装されてよい。個々の光学モジュール１６は、ガイド（例えば、凹部溝）に沿ったハウジングの各場所に容易に挿入され、光学モジュールの一以上のマーキング（例えば、ガイドピン）と噛み合わせてよい。各光学モジュールは、光ファイババンドル１４の一つの脚部に連結するため光学出力ポート（図６Ａ及び７Ａに示す）を含む。光学出力ポートは、脚部のねじ付きコネクタに連結されるねじ付き末端部を有してよい。或いは、「迅速接続」の形態が使用され（例えば、Ｏリング及び接続ピンを有する摺動自在な接続）、光ファイババンドル１４が、光学出力ポートと摺動自在に係合及び取外しされてよい。更には、個々の光学モジュール１６は、完全に挿入される際制御部２３に電子的に連結するため一以上の電気接点を有してよい。

装置１０のモジュールの構築は、多重ＰＣＲ等の装置が所定の分析環境で使用される全ての蛍光染料に容易に適合するのを可能とする。装置１０に使用されてよいその他の化学的性質としては、インベイダー（Invader）（ウィスコンシン州、マディソン（Madison）にあるサードウェーブ（Third Wave））、転写媒介増幅（Transcripted-mediated Amplification）（カリフォルニア州サンディエゴ（San Diego）にあるジェンプローブ（GenProbe））、蛍光標識酵素連鎖免疫吸着アッセイ（fluorescence labeled enzyme linked immunosorbent assay）（エリサ（ELISA））又は蛍光現位置ハイブリダイゼーション（fluorescence in situ hybridization）（フィッシュ（(FISH））が挙げられる。装置１０のモジュールの構築は、多重反応において対応する染料を選択的に励起及び検出するため、対応する励起源（不図示）並びに励起及び検出フィルターの選択により波長の小さい具体的な目標範囲について各光学モジュール１６の感度が最適化され得るという点で別の利点を提供する。

実施例の目的のため、装置１０は、４色多重配列で示されているが、事実上、チャネルには、適切な光ファイババンドル１４が使用されてよい。このモジュールの設計では、ユーザーは、単に別の光学モジュール１６を基部２０に付加し、光ファイババンドル１４の一つの脚部を新しい光学モジュールに挿入することにより、フィールド内の装置１０を簡単に更新できる。光学モジュール１６は、光学モジュール及びダウンロード較正データを同定する電子機器素子を装置１０の内部制御モジュール又はその他の内部電子機器素子（例えば、制御部２３）に統合できる。

図１の実施例において、試料２２は、ディスク１３のチャンバ内に収容され、制御部２３の制御の状態にあって回転プラットフォームに取付けられる。スロットセンサトリガ２７は、ディスク回転時データ取得をチャンバ位置と同期させるため、制御部２３及びデータ取得装置２１により利用される出力信号を出力する。スロットセンサトリガ２７は、機械又は光学センサーであってよい。例えば、センサーは、光線をディスク１３に伝送するレーザであってよく、制御部２３は、ディスク１３のスロットを通過した光を検出するセンサーを使用し、チャンバをディスクに位置決めする。他の実施形態において、ディスク１３は、スロットに加えて又はスロットの代わりにタブ、突出部又は反射面を含んでよい。スロットセンサトリガ２７は、任意の物理的構造体又はメカニズムを使用してよく、それが回転するときディスク１３の放射状位置を位置決めする。光学モジュール１６は、物理的に回転プラットフォーム２５上に実装されてよい。その結果、光学モジュール１６は、同時に異なるチャンバと重なり合わされる。

又、検出装置１０は、ディスク１３上の試料２２の温度を調節するための加熱素子（不図示）を含む。加熱素子は、反射囲壁内に収容される円筒ハロゲン電球を備えてよい。反射チャンバを形成し、電球からディスク１３の放射状部分に放射線の焦点を合わせる。一般に、ディスク１３の加熱領域は、ディスク１３がスピンするとき、環のように見えることになる。この実施形態において、反射囲壁の形状は、精密に焦点を合わせることができる楕円及び球幾何形状の組合せであってよい。他の実施形態において、反射囲壁は、異なる形状であってよく、又は電球は、より大きい領域を幅広く照射してよい。他の実施形態において、反射囲壁は、試料２２を収容する単一処理チャンバ等のディスク１３の単一領域に電球から放射線の焦点を合わせるように形作られてよい。

一部の実施形態において、加熱素子は、空気を加熱し、熱空気を一以上の試料の上に押しあてて、温度を調節する。更に、試料は、直接ディスクにより加熱されてよい。この場合、加熱素子は、プラットフォーム２５内に位置決めされ、熱的にディスク１３に連結されてよい。加熱素子内部の電気抵抗は、制御部２３により制御してディスクの選択された領域を加熱してよい。例えば、領域は、一以上のチャンバ、おそらくディスク全体を包含してよい。回転ディスク１３が使用される代表的な加熱素子が、「回転多重蛍光検出装置用加熱素子（HEATING ELEMENT FOR A ROTATING MULTIPLEX）」という表題の米国特許出願第１１／１７４，６９１号（２００５年、７月５日出願）に記載されている。

もう一つの方法として、又は併せて、装置１０は、冷却構成要素も含んでよい（不図示）。ファンが装置１０に備えられ、冷風、すなわち室温空気をディスク１３に供給する。冷却は、試料の温度を適切に調節し、実験が完了した後試料を格納するのに必要な場合がある。他の実施形態において、冷却構成要素は、プラットフォーム２５が必要に応じてその温度を減少させることができるように、プラットフォーム２５とディスク１３の間に熱的連結具を備えてよい。例えば、一部の生体サンプルを摂氏４℃で格納し、酵素活性又はタンパク質の変質を減少してよい。

又、検出装置１０は、処理チャンバ内に収容される反応化学種を制御可能であってよい。例えば、一部の化学種を処理チャンバに加えて一つの反応を生成し、いったん第１反応が停止したら、あとで他の化学種を試料に加えることは有利な場合がある。レーザホーミングバルブを追加し、処理チャンバから内側保持チャンバを分離する、それにより、ディスク１３回転時、チャンバへの化学種の添加を制御してよい。このレーザ装置は、一つの光学モジュール１６内に位置決めされ、又は光学モジュールから分離されてよい。レーザの真下、ディスク１３の下には、ディスク１３に対してレーザを位置決めするレーザセンサーがあってよい。

一つの実施形態において、レーザは、少なくとも２つの電力設定を有する近赤外線（ＮＩＲ）レーザである。低電力設定の状態では、レーザ位置決めセンサーは、ディスク１３のスロットによりＮＩＲ光を認識するすることによって、レーザが、チャンババルブ上に位置決め完了したことを示すことができる。いったんレーザの位置決めが完了すると、制御部２３は、レーザを誘導し、高電力エネルギーの短い連射を出力し、バルブを加熱し、バルブを開く。次に、開いたバルブは、内部流体被検査物が内部チャンバから外部処理チャンバに向かって流れ、第２反応の実施を可能にする。実施形態によっては、ディスク１３は、複数のバルブを包含してよく、複数の反応を順に生成する。又、複数のチャンババルブを使用時、一組を超えるレーザ及びレーザセンサーが使用されてよい。回転ディスク１３が使用される代表的なレーザホーミングバルブ制御システムが、「回転多重蛍光検出装置のバルブ制御システム（VALVE CONTROL SYSTEM FOR A ROTATING MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE）」と題する米国特許出願第１１／１７４，９５７号（２００５年７月５日出願）に記載されている。

データ取得装置２１は、順を追って又は併行して各染料毎に装置１０からデータを収集してよい。一つの実施形態において、データ取得装置２１は、光学モジュール１６からデータを順に収集し、個々の光学モジュールにスロットセンサトリガ２７から測定されたトリガ遅延により空間的なオーバーラップを補正する。

装置１０の一つのアプリケーションは、リアルタイムのＰＣＲであるが、本明細書に記載した技術は、多重波長での蛍光検出を利用するその他のプラットフォームに拡張されてよい。装置１０は、加熱素子を使用した急速熱循環、並びに核酸の分離、増幅及び検出のための遠心駆動ミクロ流体を組合せてよい。多重蛍光検出を使用することにより、複数の目標化学種を並列して検出し分析できる。

リアルタイムのＰＣＲの場合、蛍光を使用し、３つの一般的な技術の一つで増幅の量を測定する。第１の技術は、二本鎖ＤＮＡに結合すると同時にその蛍光が増加する、シブルグリーン（Sybr Green）（オレゴン州、ユーゲン（Eugene）にあるモレキュラープローブス（Molecular Probes））等の染料を使用する。第２の技術は、増幅目標配列に結合されるとその蛍光が変化する蛍光標識プローブを使用する（ハイブリダイゼーションプローブ、ヘアピンプローブ等）。この技術は、二本鎖ＤＮＡ結合染料の使用と類似しているが、より具体的である、というのはプローブが、目標配列の特定の部分のみに結合することになるからである。第３の技術は、ポリメラーゼ酵素のエキソヌクレアーゼ活性が、ＰＣＲの伸長相時プローブからクエンチャー分子を開裂し、蛍光活性にする、加水分解プローブ（（カリフォルニア州、フォスター市（Foster City）にあるアプライドバイオシステムズ（Applied BioSystems）のタクマン（Taqman）（商標））の使用である。

取組全体を通して、蛍光は、増幅された目標濃度に直線比例する。データ取得装置２１は、ＰＣＲ反応時、検出器１８からの出力信号を計測し（又は、別の方法としては、所望により試料採取され制御部２３により伝達される）、ほぼリアルタイムで増幅を観察する。多重ＰＣＲにおいて、複数の目標は、別々に測定される異なる染料でラベルされる。一般的に言って、各染料は、異なる吸光度と発光スペクトルを有することになる。このため、光学モジュール１６は、励起源、レンズ、及び異なる波長で試料２２を調べるために光学的に選択される関連するフィルターを有してよい。

本発明に関連して使用できる好適な構成技術又は材料の幾つかの例が、例えば、「向上した試料処理装置、システム及び方法（ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS）」と題する共に譲渡された米国特許第６，７３４，４０１号（ベディンハム（Bedingham）ら）、及び「試料処理装置（SAMPLE PROCESSING DEVICES）」と題する米国特許出願第２００２／００６４８８５号に記載されている。他の使用可能な装置構成は、例えば「熱処理装置及び方法（HERMAL PROCESSING DEVICES AND METHODS）」と題する米国特許仮出願第６０／２１４，５０８号（２０００年６月２８日出願）、「試料処理装置、システム及び方法（SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS）」と題する米国特許仮出願第６０／２１４，６４２号（２０００年６月２８日出願）、「試料処理装置、システム及び方法（SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS）」と題する米国特許仮出願第６０／２３７，０７２号（２０００年１０月２日出願）、「試料処理装置、システム及び方法（SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS）」と題する米国特許仮出願第６０／２６０，０６３号（２００１年１月６日出願）、「向上した試料処理装置、システム及び方法（ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS）」と題する米国特許仮出願第６０／２８４，６３７号（２００１年４月１８日出願）、及び「試料処理装置及びキャリア（SAMPLE PROCESSING DEVICES AND CARRIERS.）」と題する米国特許出願第２００２／００４８５３３号で見出すことができる。その他の可能性のある装置構成は、例えば、「試料処理装置の遠心充填（CENTRIFUGAL FILLING OF SAMPLE PROCESSING DEVICES）」と題する米国特許第６，６２７，１５９号（ベディンハム（Bedingham）ら）で見出すことができる。

図２は、代表的な光学モジュール１６Ａを示す概略図であり、図１の光学モジュール１６のいずれかに相当してよい。この実施例において、光学モジュール１６Ａは、高電力励起源、ＬＥＤ３０、視準レンズ３２、励起フィルター３４、同時フィルター３６、集束レンズ３８、検出フィルター４０、及び蛍光を光ファイババンドル１４の一つの脚部に焦点を合わせるためのレンズ４２を包含する。

従って、ＬＥＤ３０からの励起光は、視準レンズ３２によって視準され、励起フィルター３４によってフィルターにかけられ、同時フィルター３６を通って伝送され、及び集束レンズ３８によって試料２２に焦点が合される。試料によって発せられる生成蛍光は、同じ集束レンズ３８によって収集され、同時フィルター３６で反射され、光ファイババンドル１４の一つの脚部に焦点を合わせる前に検出フィルター４０によってフィルターにかけられる。次に、光ファイババンドル１４は、光を検出器１８に伝送する。

ＬＥＤ３０、視準レンズ３２、励起フィルター３４、同時フィルター３６、集束レンズ３８、検出フィルター４０及びレンズ４２は、光学モジュール１６Ａが使用される多重染料の具体的な吸収及び発光帯域に基づき選択される。このようにして、複数の光学モジュール１６は、装置１０内部に構成又は載置され、異なる染料を対象とする。

表１には、様々な蛍光染料について４チャネル多重蛍光検出装置１０に使用されてよい代表的な構成成分をリストアップする。ＦＡＭ、ＨＥＸ、ＪＯＥ、ＲＯＸは、カリフォルニア州ノーウオーク（Norwalk）にあるアペレラ（Applera）の商標である。タムラ（Tamra）は、カリフォルニア州サンジョズ（San Jose）にあるアナスペック（AnaSpec）の商標である。テキサスレッド（Texas Red）は、モレキュラープローブス（Molecular Probes）の商標である。Ｃｙ５は、英国ブッキングハムシャー（Buckinghamshire）にあるアマーシャム（Amersham）の商標である。

記載したモジュール多重検出構築の一つの利点は、幅広い種類の染料検出最適化の柔軟性である。恐らく、ユーザーは、必要に応じて装置１０に繋ぐことができる幾つかの異なる光学モジュール群を有し、一度にＮチャネルを使用できる、ここで、Ｎは装置により支持された最大チャネル数である。従って、装置１０及び光学モジュール１６では、任意の蛍光染料及びＰＣＲ検出方法が使用できる。より大きい光ファイババンドル１４が、多数の検出チャネルを支持するため使用されてよい。更には、複数の光ファイババンドルでは、複数の検出器が使用できる。例えば、２つの４脚部光ファイババンドルでは、８個の光学モジュール１６と２個の検出器１８が使用できる。

図３は、装置ハウジング内の代表的な取り外し可能な光学モジュールのセットの正面図を示す斜視図である。図３の実施例において、装置１０は、基部アーム４４とモジュールハウジング４６を含む。主光学モジュール４８、補足的な光学モジュール５２及び補足的な光学モジュール５６が、モジュールハウジング４６内に収容される。光学モジュール４８、５２及び５６は、光学出力ビーム４９、５３及び５７をそれぞれ生成し、ディスク１３の異なる処理チャンバを順次励起する。換言すれば、出力ビーム４９、５３及び５７は、ディスク１３の湾曲に追従し、個々の処理チャンバを収容するディスクの同じ放射状位置を励起する。スロットセンサトリガ２７は、赤外光源３１を含み、そしてそれは、検出器３３によって検出される光３５を生成する。

個々の光学モジュール４８、５２及び５６は、モジュールハウジング４６を係合するための各リリースレバー５０、５４及び５８をそれぞれ含む。各リリースレバーは、上向きバイアスを備え、モジュールハウジング４６内に形成される各ラッチと係合してよい。技術者又はその他のユーザーは、光学モジュール４８、５２及び５６をモジュールハウジング４６から外し及び取り除くため、リリースレバー５０、５４及び５８をそれぞれ押し下げる。バーコード読み取り機２９は、ディスク１３を同定するためのレーザ６２を含む。

基部アーム４４は、検出装置１０から延伸し、モジュールハウジング４６並びに光学モジュール４８、５２及び５６を支持する。モジュールハウジング４６は、基部アーム４４上に確実に実装されてよい。モジュールハウジング４６は、個々の光学モジュール４８、５２及び５６を受容するのに適合した場所を包含してよい。モジュールハウジング４６の代表的な目的を記載したが、検出装置１０のモジュールハウジング４６は、光学モジュール４８、５２及び５６を受容するため複数の場所を有してよい。換言すれば、光学モジュール４８、５２及び５６のために別々のハウジングを使用する必要はない。

モジュールハウジング４６の各場所は、技術者又はその他のユーザーが光学モジュールを挿入する際、関連する光学モジュールをその場所に正しく位置決めするのを助ける一以上のトラック又はガイドを包含してよい。これらのガイドは、各場所の上部、下部又は側面に沿って位置決めされてよい。個々の光学モジュール４８、５２及び５６は、モジュールハウジング４６の場所のガイド又はトラックと嵌合するガイド又はトラックを含んでよい。例えば、モジュールハウジング４６は、光学モジュール４８、５２及び５６内の凹部ガイドと嵌合する凸部ガイドを有してよい。

実施形態によっては、モジュールハウジング４６は、個々の光学モジュール４８、５２及び５６を完全に密閉しなくてよい。例えば、モジュールハウジング４６は、個々の光学モジュール４８、５２及び５６を基部アーム４４に固定する取付け点を備えてよいが、各光学モジュールの部分又は全てが露出されてもよい。他の実施形態において、モジュールハウジング４６は、個々の光学モジュール４８、５２及び５６を完全に密閉してよい。例えば、モジュールハウジング４６は、光学モジュール４８、５２及び５６を覆って閉じる単一扉、又は個々のモジュールのための各扉を含んでよい。この実施形態は、モジュールが滅多に取り外されない又は検知装置１０が極端な環境条件の影響を受けるアプリケーションに適している。

技術者は、任意の光学モジュール４８、５２及び５６を容易に取り外すことができ、片手だけを使用し仕上げることができる。例えば、技術者は、人差し指を光学モジュール５２のリリースレバー５４の下に位置決めされた金型リップの下に軽く置いてよい。それから、技術者の親指が、リリースレバー５４を押し下げ、光学モジュール５２をモジュールハウジング４６から外す。技術者は、光学モジュール５２を親指と人差し指の間で把持しながら、光学モジュール上に引き戻し、検出装置１０から光学モジュールを取り外してよい。任意の光学モジュール４８、５２及び５６を取り外すため他の方法が使用でき、それには、２本手取り外しを利用した方法が含まれる。任意の光学モジュール４８、５２及び５６の挿入は、１又は２本の手による逆の方法で達成されてよい。

図３の実施例では、２つの光学モジュールの構成要素が、主光学モジュール４８を形成するために結合される。主光学モジュール４８は、２つの異なる光の波長を生成する光源とディスク１３内の試料からのそれぞれ異なる蛍光の波長を検出する検出器を包含してよい。従って、主光学モジュール４８は、光ファイババンドル１４の２つの脚部に接続してよい。このように、主光学モジュール４８は、２つの独立した光学励起と収集チャネルを有する２チャネル光学モジュールと見なしてよい。実施形態によっては、主光学モジュール４８は、２つを超える光学モジュールのための光学構成要素を包含してよい。その他の場合において、モジュールハウジング４６は、補足的な光学モジュール５２及び５６等の複数（例えば、２以上）の単一チャネル光学モジュールを包含する。

図３に示したように、主光学モジュール４８は、レーザバルブ制御システム５１のための構成要素も包含してよい（光学モジュール４８内に位置決めされた）。レーザバルブ制御システム５１は、ディスク１３の外側端部付近に位置決めされた小さいスロットによりディスク１３場所を検出する。検出器（不図示）は、低電力レーザ光５５を検出し、ディスクをスピンするモータに対してディスク１３の場所をマッピングする。制御部２３は、マップを使用し、ディスク１３上にバルブ（不図示）を位置決めする。

レーザバルブ制御システム５１は、保持チャンバをディスク１３の外側端部付近の処理チャンバからディスク１３の中心に向かって分離するバルブにレーザー光線５５の焦点を合わせる。保持チャンバの内容物が、関連する処理チャンバに移動すると、レーザバルブ制御システム５１がレーザー光線５５を適用し、チャンバを分離するバルブを加熱し、バルブを開き、２つのチャンバ間の流体通信を行う。特に、いったんバルブが開くと、次に、内側保持チャンバからの内容物は、ディスク１３がスピンしているとき、外側処理チャンバに向かって流れる。そのあと、検出装置１０は、処理チャンバの後続反応を監視してよい。チャンバ内の内容物は、流体又は固体状態の物質を含んでよい。

実施形態によっては、レーザバルブ制御システム５１は、単一チャネル光学モジュール、例えば補足的な光学モジュール５４又は補足的な光学モジュール５６内に収容されてよい。他の実施形態において、レーザバルブ制御システム５１は、全ての光学モジュール５２及び５６とは別に検出装置１０に実装されてよい。この場合、レーザバルブ制御システム５１は、取り外し可能であってよく、モジュールハウジング４６又は検出装置１０の別のハウジング内の場所と係合させてよい。

図３の実施例において、スロットセンサトリガ２７は、ディスク１３のいずれかの側の取り外し可能なモジュール付近に位置決めされる。一つの実施形態において、スロットセンサトリガ２７は、光源３１を包含し、赤外線（ＩＲ）光３５を発する。ディスク１３内のスロットがディスクを通って検出器３３に光を通過できたとき、検出器３３は、ＩＲ光３５を検出する。制御部２３は、この情報を使用し、ディスクがスピンしているときに光学モジュール４８、５２及び５６からのデータによりディスク１３位置を同期する。実施形態によっては、スロットセンサトリガ２７は、基部アーム４４から延伸し、装置１０が操作時、ディスク１３の外側端部に到達してよい。他の実施形態において、機械的な検出器が使用されてよく、ディスク１３の位置を検出する。

バーコード読み取り機２９は、レーザ６２を使用し、ディスク１３の側面端部に位置決めされたバーコードを読み取る。バーコードは、ディスク１３の種類を識別し、装置１０の適切な操作を可能とする。実施形態によっては、バーコードが実際のディスクを識別し、複数のディスク１３からの具体的な試料のデータを技術者が追跡するのを支援してよい。

光学モジュール４８、５２及び５６の全ての表面構成要素は、ポリマー、複合物又は合金で構成されてよい。例えば、高分子量ポリウレタンが、表面構成成分の形性に使用されてよい。その他の場合において、アルミニウム合金又は炭素繊維構造体で作製されてよい。いずれの場合においても、材料は、熱、疲労、応力及び腐食に対して耐性であってよい。検出装置１０は、生物材料と接触するおそれがあるので、万一チャンバ内容物がディスク１３から漏れた場合、構造体は、滅菌可能であってよい。

図４は、検出装置１０のモジュールハウジング４６内の代表的な取り外し可能な光学モジュールのセット４８、５２及び５６を示す斜視図である。図４の実施例において、基部アーム４４は、バーコード読み取り機２９、並びにモジュールハウジング４６内に取り付けられた取り外し可能な光学モジュール４８、５２及び５６を支持する。ディスク１３は、時間内の異なる時点に個々のモジュールの各光学経路の下に位置決めされる処理チャンバを有する光学モジュール４８、５２及び５６の下に位置決めされる。

モジュールハウジング４６内に、補足的な光学モジュール５６と主光学モジュール４８の前側が見える。補足的な光学モジュール５６は、金型リップ５９とリリースレバー５８を包含する。前記したように、金型リップ５９は、モジュールをモジュールハウジング４６から取り外し又はモジュールハウジング４６に挿入するときにモジュール５６を把持するため使用されてよい。全ての光学モジュール４８、５２及び５６は、金型リップとリリースレバーをそれぞれ有してよく、又は単一リリースレバーは、全ての光学モジュールを取り外すため使用されてよい。実施形態によっては、光学モジュール４８、５２及び５６は、モジュールを把持するため異なる構成要素を包含してよい。例えば、個々の光学モジュール４８、５２及び５６は、モジュールハウジング４６から垂直又は水平方向の各モジュールを取り外すため、ハンドルを包含してよい。

モジュールハウジング４６内の光学モジュール４８、５２及び５６の場所は、時間内の任意の特定の時点でディスク１３内の異なる試料を個々に励起するため固定されてよい。例えば、主光学モジュール４８は、補足的な光学モジュール５２及び５６より僅かに更に基部アーム４４に向けて位置決めされてよい、そしてそれは、主モジュールのいずれかの側で場所に応じてオフセットされる。更には、光学モジュール４８、５２及び５６は、モジュールにより生成された励起光線がディスク１３の湾曲に追従するよう水平方向でオフセットされてよい（図４の矢印で示した、ここでＸは、外側光線が内側光線からオフセットされる距離である）。この配列において、光学モジュール４８、５２及び５６により生成された光線は、ディスク１３が回転するとき、同じ経路を横断する、それによって光を励起し、経路に沿って位置決めされた処理チャンバから光を収集する。他の実施形態において、光学モジュール４８、５２及び５６は、励起光線が回転するディスク１３の周りの異なる経路を横断するようにそろえられる。

この実施例において、基部アーム４４は、モジュールハウジング４６内に延伸する電気接続盤６６を包含してよい。モジュールハウジング４６内部で、電気接続盤６６は、個々の光学モジュール４８、５２及び５６のための電気接点を包含してよい。電気接続盤６６は、電気的に制御部２３と連結されてよい。実施形態によっては、個々の光学モジュール４８、５２及び５６は、制御部２３に接続される別個の関連する電気接続盤を有してよい。

光ファイバーカップラー６８は、光ファイババンドル１４の一つの脚部を光学モジュール５６の光学出力ポートに連結する。示していないが個々の光学モジュール４８、５２及び５６は、モジュールハウジング４６に実装される各光ファイバーカップラーを係合するのに適合した光学出力ポートを含んでよい。光ファイバーカップラー６８と光ファイババンドル１４の脚部の間の接続は、ねじ付きねじ固定、止め金閉じ又は摩擦はめ合いであってよい。

バーコード読み取り機２９は、ディスク１３のバーコードを読み取るため、レーザー光線６４を生成してよい。レーザー光線６４は、直接経路に追従し、そこでディスク１３の外側端部と相互に作用する。光６４は、分散し、ディスク１３の大きい領域を一度に覆ってよい。バーコード読み取り機２９は、ディスクが遅いスピードで回転しているときにディスク１３上のバーコードを読み取る。他の実施形態において、バーコード読み取り機２９は、操作時周期的にバーコードを読み取ることができ、新しいディスクが装置１０に負荷をかけないことを確実にする。バーコード読み取り機２９は、他の実施形態においてディスク１３上の１を超えるバーコードを検出してよい。

実施形態によっては、基部アーム４４は、ディスク１３に対して可動であってよい。この場合、基部アーム４４は、異なる大きさのディスク上の試料又はディスク１３内部に位置決めされた試料を検出するよう構成できる。例えば、より多くの処理チャンバ又はより大きい処理チャンバを包含するより大きいディスクは、基部アーム４４をディスク１３の中心から更に離して動かすことにより使用されてよい。又、モジュールハウジング４６は、各モジュールがディスク１３周りの処理チャンバの一以上の円形経路に対して可動であってよいような個々の光学モジュール４８、５２及び５６のために構成可能な位置を有してよい。

図５は、モジュールコネクタを暴露するため取り外される一つのモジュールを有する代表的な取り外し可能な光学モジュールのセットの前側側面図を示す斜視図である。特に、モジュールハウジング４６は、図５に示していない、光学モジュール５６は、取り外したモジュール５６の接続部と共に光学モジュール５２及び４８を暴露するため取り外されている。

光学モジュール５６のリリースレバー５８（図３）は、基部アーム４４に実装された取り付けポスト６９に確実に取り付ける。この実施例において、取り付けポスト６９は、光学モジュール５６内に延伸し、リリースレバー５８に連結する。他の実施形態において、ねじ又は止め金固定装置等の他の取り付け機構が、光学モジュール５６を基部アーム４４に固定するため使用されてよい。

いったん挿入されると、基部アーム４４は、光学モジュール５６を受容し及び係合するためモジュールハウジング４６内に２つの異なる操作接続具を設ける。特に、基部アーム４４は、電気接続盤６６を含む、そしてそれは光学モジュール５６内に収容された電気接点（不図示）に連結するための電気接続具７０を含む。電気接続具７０は、制御部２３がモジュール５６内の電気構成要素と通信可能とする。例えば、モジュール５６は、電気回路、機械設備、ファームウェア又はその全ての組合せを含んでよい。一つの実施例において、内部電気構成要素は、通し番号等の固有識別情報を格納し、制御部２３に出力してよい。或いは又は更に、電気構成要素は、取り外し可能なモジュール５６内に収容された光学構成要素の具体的な特徴を記載した情報を供給してよい。例えば、電気構成要素としては、プログラム可能読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又はその他の内部若しくは取り外し可能な記憶媒体が挙げられてよい。他の実施形態では、光学モジュール４８、５２及び５６の固有署名を制御部２３に出力するため抵抗器のセット、回路又は埋込みプロセッサを含んでよい。他の実施例において、光学モジュール５６は、レーザ源及びレーザバルブ制御システムの一部を形成する他の構成成分、すなわちレーザバルブ制御システム５１を含んでよい。

電気接続盤６６は、取り外され、別の取り外し可能な光学モジュールに関連する他のバージョンと取り換えられてよい。この選択が、装置性能の高度化を支援し得る。他の実施形態において、接続具７０は、事実上接続ピンを包含してよい。

更に、基部アーム４４及びモジュールハウジング４６は、光学モジュール５６を受容する場所内に光学チャネル７２を含む。光学チャネル７２は、光ファイババンドル１４の脚部とインターフェイスで接続する光ファイバーカップラー６８（図４）に接続される。光学チャネル７２は、光学モジュール５６内の位置に挿入する。光学モジュール５６によって捕獲された光は、光学チャネル７２、光ファイバーカップラー６８及び光ファイババンドル１５を通じて検出器に誘導されてよい。これらの接続具間の取り付け具は、しっかり固定していてよく、光が漏れず又は光学経路に入らないことを確実にする。

実施形態によっては、光学モジュール５６の接続具は、異なる構成で配置されてよい。例えば、接続具は、別の方向からの光学モジュール５６を受け入れるため別の位置に位置決めされてよい。他の実施形態において、電気接続具が、光学モジュール５６の一つの側面に位置決めされ、同時に光学的接続具が、モジュール５６の第２表面に位置決めされてよい。いずれの場合においても、モジュールハウジング４６の場所内に位置決めされた電気的及び光学的接続具は、取り外し可能な光学モジュール、すなわちこの実施例の光学モジュール５６を収容する。

図５に記載したモジュール５６の光学的及び電気的接続具には、光学モジュール４８及び５２を含む全てのモジュールが使用されてよい。更に、各光学モジュールのための接続具は、同一でなくてよい。接続具は、所望の取り外し可能な光学モジュールと連結するため変更できるので、モジュールハウジング４６の特定場所内に挿入される任意の特定光学モジュールに使用される接続具は、いつでも変えることができる。

図６Ａは、代表的な取り外し可能な主光学モジュール４８Ａ内の構成要素を示す斜視図である。図６Ａの実施例において、主光学モジュール４８Ａは、リリースレバー５０、旋回ピン５１及びラッチ７４を含む。内部ハウジング７８は、モジュール４８Ａの各側を分離し、リボン８１に接続される電気接点パッド８０を包含する。光学構成要素としては、ＬＥＤ８２、視準レンズ８４、励起フィルター８６、同時フィルター８８、集束レンズ９０、検出フィルター９２及びレンズ９４が挙げられる。光学出力ポート１７は、光ファイババンドル１４の脚部に連結する。第２光学チャネル（不図示）のための別個の光学構成要素のセットは、内部ハウジング７８の他の側に位置決めされる。更に、主モジュール４８Ａは、コネクタ９６、半導体レーザ９８、及び制御部２３により制御されるレーザバルブ制御システム５１の一部として集束レンズ１００を含む。

リリースレバー５０は、旋回ピン６１により光学モジュール４８Ａに取り付けられる。旋回ピン６１は、リリースレバー５０がピンの軸のまわりを回転するのを可能にする。リリースレバー５０が押し下げられると、アーム６３は、反時計回りに回転し、ラッチ７４を持ちあげる。いったんラッチ７４が持ちあげられると、光学モジュール４８Ａは、モジュールハウジング４６からの取り外しのため解除されてよい。ラッチ７４を下部位置に保持するため、リリースレバー５０に対してバイアス抵抗力を維持するバネ又はその他の機構があってよい。実施形態によっては、バネは、旋回ピン６１のまわりに含まれていてよく、ラッチ７４を下部又はラッチされた位置に保持するモーメントアームを備えてよい。他の実施形態において、その他の取付け機構が、記載のレバーの代わりに付加又は使用されてよい。例えば、光学モジュール４８Ａは、一以上のネジ又はピンによりモジュールハウジング４６に取り付けられてよい。

取付け盤７６は、通信リボン８１及びＬＥＤ８２を取り付けるため光学モジュール４８Ａ内に設置されてよい。リボン８１は、電気接点パッド８０に接続され、光学モジュール４８Ａ内のパッドと電気構成要素の間を接続する。接点パッド８０及びリボン８１は、レーザバルブ制御システム５１及び全ての内部メモリ又は他の記憶媒体を含む主光学モジュール４８Ａの両方に必要な情報を伝達する。リボン８１は、光学モジュール４８Ａ内に織り込むため可撓性であってよい。リボン８１は、複数の導電性ワイヤを包含し、電気構成要素と制御部２３間の信号を伝達し、及び／又は電力を電気構成要素に配送してよい。実施形態によっては、各電気構成要素は、前記構成要素を制御部２３と接続する別個のケーブルを有してよい。光学モジュール４８Ａをモジュールハウジング４６から取り外す際、技術者は、モジュールハウジング４６からケーブル又は電線回路を切断する必要がある場合がある。

実施形態によっては、光学モジュール４８Ａは、ディスク１３からの光を検出する検出器並びにデータを処理及び格納する電子機器を包含してよい。電子機器は、検出された光を示す無線送信データのための遠隔計測回路を包含し、制御部２３を制御してよい。無線送信は、赤外光、高周波、ブルートゥース、又はその他の遠隔計測技術によって行われてよい。又、光学モジュール４８Ａは、電子機器を動かすため電池を含んでよく、そしてそれは、制御部２３により充電可能であってよい。

ＬＥＤ８２は、取付け盤７６にはり付けられ、電気的にリボン８１に連結される。ＬＥＤ８２は、所定波長の励起光４９を生成し、試料２２を励起する。光４９はＬＥＤ８２を発した後、励起フィルター８６に入る前に視準レンズ８４により拡張される。一つの波長帯の光４９は、同時フィルター８８を通過し、集束レンズ９０により焦点を試料に合わせる。光４９は試料を励起し、蛍光は集束レンズ９０により収集され、同時フィルター８８により検出フィルター９２に伝送される。光の生成波長帯がレンズ９４により収集され、光学出力ポート１７に伝送される、そこで収集された蛍光灯は、検出器１８に搬送するため光ファイババンドル１４の脚部に入る。

内部ハウジング７８は、試料の励起及び選択された波長に対して試料から発せられる蛍光灯の検出を含む全ての構成要素を支援してよい。内部ハウジング７８の他方には、光学構成要素の類似の構成が含まれ、異なる波長の光を生成し、対応する異なる蛍光の波長を検出する。各側面の分離で一方から他方の光学チャネルに入る光の混入を排除できる。

コネクタ９６、半導体レーザ９８及び集束レンズ１００を含むレーザバルブ制御システム５１の構成要素は、モジュール４８Ａの各側面間に部分的に収容されてよい。内部ハウジング７８は、これらの構成要素のための物理的な支持体を備えてよい。リボン８１は、駆動信号及び電力をレーザ源に伝達するためコネクタ９６に接続される。半導体レーザ９８は、コネクタ９６に接続され、ディスク１３のバルブを開くため使用されるレーザエネルギー５５を生成する。半導体レーザ９８は、レーザエネルギー５５をディスク１３の特定のバルブに誘導するため、この近赤外線（ＮＩＲ）光を集束レンズ１００に伝送する。ＮＩＲセンサーは、開く必要のある特定のバルブを位置決めするためディスク１３の下に置かれる。他の実施形態において、これらの構成要素は、光学構成要素とは別に収容されてよい。

実施形態によっては、レーザバルブ制御システム５１の放射レンズ９８及び集束レンズ１００は、補足的な光学モジュール５２及び５６（図３）等の単一チャネル光学モジュール内に包含されてよい。

図６Ｂは、実質的に図６Ａと類似の別の光学モジュール内の構成要素を示す斜視図である。光学モジュー４８Ｂは、光学モジュー４８Ａと同じ構成要素を多く含む。相違点としては、ナット８５、電線回路８７及び電線回路コネクタ８９が挙げられる。

光学モジュー４８Ｂは、モジュールハウジング４６に取り付けるためのラッチ機構を必要としない。或いは、ナット８５は、ネジが切られ、モジュールハウジング４６を通じて取り付けられた合いねじ付きボルトと合致することにより係合される。ひとたび締め付けられると光学モジュー４８Ｂは、検出装置１０に確実に取り付けられる。他の実施形態では、異なる締付け具が、使用されてよい。例えば、ピン又は軌道は、光学モジュー４８Ｂを所定の場所にロックできる。

電線回路８７は、制御部２３を有する光学モジュー４８Ｂの構成要素間を電気的に接続する。電線回路８７は、可撓性であり、複数の場所間を移動する。電線回路コネクタ８９は、電線回路８７に連結され、光学モジュー４８Ｂとの間を確実に接続する。電線回路コネクタ８９は、光学モジュー４８Ｂをモジュールハウジング４６から完全に取り外すため、切り離されなければならない。

図７Ａは、検出装置１０から容易に取り外し又は検出装置１０に容易に挿入できる代表的な補足光学モジュール内の構成要素を示す斜視図である。図７Ａの実施例において、光学モジュール５６Ａは、主光学モジュール４８Ａと類似のリリースレバー５８、旋回ピン５９、及びラッチ１０２を含む。又、光学モジュール５６Ａは、リボン１０７に接続される電気接点パッド１０６を含む。又、リボン１０７は、取付け盤１０４に接続されてよい。主光学モジュール４８Ａと同じように光学構成要素は、ＬＥＤ１０８、視準レンズ１１０、励起フィルター１１２、同時フィルター１１４、集束レンズ１１６、検出フィルター１１８、及びレンズ１２０を含む。光学出力ポート１９は、光ファイババンドル１４の脚部に連結する。

リリースレバー５８は、旋回ピン６５により光学モジュール５６Ａに取り付けられる。旋回ピン６５は、リリースレバーがピンの軸のまわりを回転可能とする。リリースレバー５８が押し下げられると、アーム６７が反時計回りで回転し、ラッチ１０２を持ち上げる。ひとたびラッチ１０２が持ち上げられると光学モジュール５６Ａは、モジュールハウジング４６から自由に取り外すことができる。ラッチ１０２を下部位置に保持するため、リリースレバー５８に対してバイアス抵抗力を保持するバネ又はその他の機構があってよい。或いは、バネはラッチ１０２の上に位置決めされてよい。実施形態によっては、バネは、旋回ピン６５のまわりに含まれ、ラッチ１０２を下部又はラッチされた位置に保持するモーメントアームを含む。他の実施形態において、その他の取付け機構が記載したレバーの所定の場所に追加され又は使用されてよい。例えば、光学モジュール５６Ａは、一以上のネジ又はピンによってモジュールハウジング４６に取り付けられてよい。

取付け盤１０４は、通信リボン１０７及びＬＥＤ１０８を取り付けるため光学モジュール５６Ａ内に設置されてよい。リボン１０７は、電気接点パッド１０６に接続され、光学モジュール４８Ａ内のパッドと電気構成要素間を接続する。電気接点パッド１０６及びリボン１０７は、光学構成要素を操作するために必要な情報を伝達できる。リボン１０７は、光学モジュール４８Ａ内に織り込めるよう可撓性であってよい。リボン１０７は、複数の導電性ワイヤを包含し、構成要素と制御部２３間の信号を伝達し及び／又は電力を電気構成要素に配送する。実施形態によっては、各電気構成要素は、構成要素を制御部２３と接続する別のケーブルを有してよい。技術者は、光学モジュール５６Ａをハウジングから取り外す際ケーブル又は電線回路をモジュールハウジングから切断する必要がある。

実施形態によっては、光学モジュール５６Ａは、ディスク１３から光を検出するための検出器並びにデータを処理及び格納するための電子機器素子を包含してよい。電子機器素子は、検出された光が示すデータを制御部２３に無線で伝送するための遠隔計測回路を包含してよい。無線通信は、赤外光、高周波、ブルートゥース、又はその他の遠隔計測技術で行われてよい。又、光学モジュール５６Ａは、電子機器を電力で動かすため電池を含んでよい、そしてそれは制御部２３による充電式であってよい。

ＬＥＤ１０８は、取付け盤１０４に貼り付けられ、電気的にリボン１０７に連結される。ＬＥＤ１０８は、所定波長の励起光１０１を生成し試料２２を励起する。光１０１は、ＬＥＤ１０８を出た後、励起フィルター１１２に入る前に視準レンズ１１０によって拡張される。一つの波長帯の光１０１は、同時フィルター１１４を通過し、集束レンズ１１６により試料に焦点をあてる。光１０１は、試料を励起し、蛍光は、集束レンズ１１６によって収集され、同時フィルター１１４によって検出フィルター１１８に伝送される。光の生成波長帯は、レンズ１２０により収集され、光学出力ポート１９に伝送される、そこで収集された蛍光は、検出器１８に搬送するため光ファイババンドル１４の脚部に入る。

又、補足的な光学モジュール５６Ａは、レーザバルブ制御システム５１の構成要素を包含してよい。レーザバルブ制御システム５１は、装置１０内で使用される唯一のシステム又は複数のレーザバルブ制御システムの一つであってよい。このシステムに使用される構成要素は、図６Ａの光学モジュール４８Ａで記載された構成要素と同じであってよい。

補足的な光学モジュール５６Ａの構成要素は、光の一つの波長帯を発光及び検出するために使用される全ての補足的な光学モジュール又は全ての光学モジュールと同じであってよい。実施形態によっては、構成要素は、別の実験用のアプリケーションを収容するための構成に変更されてよい。例えば、全ての光学モジュールは、修正されてよく、ディスク１３に対して異なる位置で異なる方向から挿入され又は装置内に配置される。いずれにしろ、光学モジュールは、取り外し可能であってよく、装置１０に修正の柔軟性を提供する。

図７Ｂは、実質的に図７Ａと類似の別の補足的な光学モジュール内の構成要素を示す斜視図である。光学モジュール５６Ｂは、光学モジュール５６Ａと同じ構成要素を多く含む。相違点としては、ナット９１、電線回路９３及び電線回路コネクタ９５が挙げられる。

光学モジュール５６Ｂは、モジュールハウジング４６に取り付けるためのラッチ機構を必要としない。或いは、ナット９１は、ネジが切られ、モジュールハウジング４６を通じて取り付けられた合いねじ付きボルトと合致することにより係合される。ひとたび締め付けられると、光学モジュー５６Ｂは、検出装置１０に確実に取り付けられる。他の実施形態では、異なる締付け具が、使用されてよい。例えば、ピン又は軌道が、光学モジュール５６Ｂを所定の場所にロックできる。

電線回路９３は、制御部２３を有する光学モジュール５６Ｂの構成要素間を電気的に接続する。電線回路９３は、可撓性であり、複数の場所間を移動する。電線回路コネクタ９５は、電線回路９３に連結され、光学モジュール５６Ｂとの間を確実に接続する。電線回路コネクタ９５は、光学モジュール５６Ｂをモジュールハウジング４６から完全に取り外すため、切り離されなければならない。

図８は、多重蛍光検出装置１０の機能ブロック図である。特に、図８は、装置構成要素と構成要素を通過する光の一般的な経路間の電気的接続を示す。図８の実施例において、装置１０は、少なくとも一つのプロセッサ１２２又はその他の制御ロジック、メモリ１２４、ディスクモータ１２６、光源３０、励起フィルター３４、レンズ３８、検出フィルター４０、捕集レンズ４２、検出器１８、スロットセンサトリガ２７、通信インターフェース１３０、加熱素子１３４、レーザ１３６、及び電源１３２を含む。図３に示したように、レンズ３８及び捕集レンズ４２は、他の構成要素に電気的に接続される必要はない。更に、光源３０、フィルター３４及び４０、レンズ３８並びに捕集レンズ４２は、一つの光学モジュール１６を表す。図８には示してないが、装置１０は、前記したような追加の光学モジュール１６を包含してよい。その場合、各追加の光学モジュールは、図８に示したものとほぼ同じように配置された構成要素を含んでよい。

光は、図８の幾つかの構成要素を通過する特定の経路に追従する。ひとたび光が光源３０から発せられると、光は、励起フィルター３４に入り、別の波長の光として出ていく。次に、光は、レンズ３８を通過し、そこで検出装置１０を出て処理チャンバ（不図示）内の試料２２を励起する。試料２２は、異なる波長で蛍光を発することにより応答する、このとき、この蛍光灯がレンズ３８に入り、検出フィルター４０によってフィルターをかけられる。フィルター４０は、試料２２から所望の蛍光以外の波長のバックグラウンド光を取り除く。残りの光は、捕集レンズ４２を通って伝送され、検出器１８で検出される前に光ファイババンドル１４の脚部に入る。検出器１８は、続いて受容した光信号を増幅する。

プロセッサ１２２、メモリ１２４、及び通信インターフェース１３０は、制御部２３の一部であってよい。プロセッサ１２２は、ディスクモータ１２６を制御し、必要に応じてディスク１３を回転又はスピンし、蛍光情報を収集又は流体をディスク１３を通って移動する。プロセッサ１２２は、スロットセンサトリガ２７から受容したディスク場所情報を使用し、回転時ディスク１３上のチャンバの場所を識別し、ディスクから受容した蛍光データの取得を同期する。

又、プロセッサ１２２は、光学モジュール１６内の光源３０をオン及びオフする時期を制御してよい。実施形態によっては、プロセッサ１２２は、励起フィルター３４及び検出フィルター４０を制御する。照光されている試料にもよるが、プロセッサ１２２は、フィルターを変更し、励起光の異なる波長が試料に到達し、又は蛍光の異なる波長が捕集レンズ４２に到達するのを可能にする。実施形態によっては、一方又は両方のフィルターが、特定の光学モジュール１６の光源３０に対して最適化されてよいが、プロセッサ１２２によって変更できない。

捕集レンズ４２は、捕集レンズから検出器１８までの光の光学経路を提供する光ファイババンドル１４の一つの脚部に連結されてよい。プロセッサ１２２は、検出器１８の操作を制御してよい。検出器１８は、絶え間なく全ての光を検出しているが、実施形態によっては他の取得モードを利用してよい。プロセッサ１２２は、検出器１８がデータ収集する時期を決定でき、検出器１８の他の構成パラメーターをプログラムに基づいて設定してよい。一つの実施形態において、検出器１８は、捕集レンズ４２により提供された光から蛍光情報を捕獲する光電子倍増管である。応答して、検出器１８は、受容光を表す出力信号１２８（例えば、アナログ出力信号）を生成する。図８には示していないが、検出器１８は、装置１０の他の光学モジュール１６から同時に光を受容してよい。その場合、出力信号１２８は、種々の光学モジュール１６から検出器１８によって受容された光学入力の組合せを電気的に表わす。

又、プロセッサ１２２は、装置１０からのデータの流れを制御してよい。検出器１８から採取された蛍光、加熱素子１３４及び関連センサーからの試料の温度、並びにディスク回転情報等のデータは、分析のためメモリー１２４に格納されてよい。プロセッサ１２２は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はその他のデジタルロジック回路のいずれか一つ又はそれより多くを備えてよい。更に、プロセッサ１２２は、メモリ１２４等のコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されるファームウェア、ソフトウェア又はその組合せのために操作環境を含む。

メモリ１２４は、種々の情報を格納するための一以上のメモリを含んでよい。例えば、一つのメモリが、特定の構成パラメーター、実行可能な命令を包含し、一つのメモリが、収集されたデータを包含してよい。従って、プロセッサ１２２は、装置の操作及び較正を制御するためメモリ１２４内に保存されたデータを使用してよい。メモリ１２４としては、読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的に消去およびプログラム可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラシュメモリ等が挙げられてよい。

プロセッサ１２２は、更に加熱素子１３４を制御してよい。メモリ１２４に包含された命令に基づき、加熱素子１３４を選択的に駆動し、所望の加熱プロファイルにより一以上のチャンバの温度を制御してよい。一般に、加熱素子は、ディスクがスピンするときディスク１３の一つの放射状部分を加熱する。加熱素子１３４は、ハロゲン電球及びディスク１３の特定領域に加熱エネルギーの焦点を合わせるための反射器を備えてよい。他の実施形態では、加熱素子１３４は、一以上のチャンバを順次加熱してよい。この実施形態では、チャンバが加熱されている間動かないディスク１３が必要となる。全ての実施形態において、加熱素子１３４は、必要に応じて非常に迅速に電源をオン及びオフできる。

レーザ１３６は、保持チャンバの内容物をディスク１３上の他のチャンバ、例えば、反応ウェル又は処理チャンバに流入可能とするバルブ開口部を制御するため使用される。プロセッサ１２２及び支持機械設備が、レーザ１３６を駆動し、ディスク１３が包含する特定のバルブを選択的に開く。プロセッサ１２２は、所望のバルブに対してレーザを位置決めするためディスク１３の下のレーザセンサーと相互に作用してよい。位置決めが完了すると、プロセッサ１２２は、信号を出力し、レーザ１３６を誘導し、バルブを対象にエネルギーをさく裂させる。場合によっては、さく裂はおおよそ０．５秒続けられてよく、一方、他の実施形態では、より短い又は長い持続時間の開口時間を含んでよい。レーザエネルギー及びパルス持続時間は、レーザ１３６との通信によりプロセッサ１２２で制御されてよい。

プロセッサ１２２は、通信インターフェース１３０を利用し、データ取得システム２１と通信する。通信インターフェース１３０は、データを送信するための単一方法又は方法の組合せを含んでよい。方法によっては、高データ送信速度との配線結合性のためユニバーサル・シリアルバス（ＵＳＢ）ポート又はＩＥＥＥ１３９４ポートを含んでよい。実施形態によっては、記憶装置は、処理後のデータ格納のためこれらのポートの一つに直接取り付けられてよい。データは、プロセッサ１２２で前処理され見る準備がされてよく、又は未加工のデータは、分析を始める前に完全に処理される必要があってよい。

又、検出装置１０との通信は、高周波（ＲＦ）通信又はローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）接続により達成されてよい。更に、結合性は、直接接続、又はハブ若しくはルータ等のネットワークアクセスポイントによって達成されてよい、そしてそれは有線又は無線通信を支援してよい。例えば、検出装置１０は、目的データ取得装置２１による受信のため特定ＲＦ高周波のデータを送信してよい。データ取得装置２１は、汎用のコンピュータ、ノートブック・コンピュータ、手持ち式の演算装置、又は特定用途向け装置であってよい。更に、複数データ取得装置は、データを同時に受容してよい。他の実施形態において、データ取得装置２１には、一つの統合された検出及び取得システムとして検出装置１０が包含されてよい。

更に、検出装置１０は、インターネット等のネットワークによって遠隔装置から最新ソフトウェア、ファームウェア及び較正データをダウンロードできるようにしてよい。又、通信インターフェース１３０は、プロセッサ１２２が在庫報告の全ての不良をモニターできるようにしてよい。操作上の問題が発生した場合、プロセッサ１２２が、エラー情報を出力し、操作データを提供することによりその問題をトラブルシューティングしているユーザーを支援できるようにしてよい。例えば、プロセッサ１２２が情報を提供し、ユーザーが欠陥加熱素子又は同期問題を診断するのを援助してよい。

電源１３２は、操作電力を装置１０の構成要素に送電する。電源１３２は、標準１１５ボルト電気コンセントからの電気を利用してよく、又は操作電力を製造するため電池及び発電回路を含んでよい。実施形態によっては、電池は、充電式であってよく長期の操作を可能とする。例えば、装置１０は、災害地域等の非常時の生体サンプルの検出のため可搬式であってよい。再充電は、１１５ボルト電気コンセントにより達成されてよい。他の実施形態では、伝統的な電池が使用されてよい。

図９は、光ファイババンドルの４本の光学繊維に連結された単一検出器１８の機能ブロック図である。この実施形態において、検出器１８は、光電子倍増管である。光ファイババンドル１４、光学繊維１４Ａ、光学繊維１４Ｂ、光学繊維１４Ｃ及び光学繊維１４Ｄの各脚部が、検出器１８の光学入力インターフェース１３８に連結される。このように、光学繊維１４のいずれかによって運ばれた光が、検出器１８の単一光学入力インターフェース１３８に供給される。光学入力インターフェース１３８は、集合光を電子倍率器１４０に供給する。陽極１４２は、電子を集め出力信号として相当するアナログ信号を生成する。

換言すれば、示したように、光学繊維１４は、検出器１８の入力光学開口内に取り付ける。従って、検出器１８は、光学束１４の各脚部からの光を同時に検出するため使用されてよい。光学入力インターフェース１３８は、光を電子倍率器１４０に供給する。光電子倍増管の場合、光学繊維からの光子が先ず光電子陰極にあたる、そして順次光電子を発する。次に、光電子は、一連のダイノードにあたることにより縦続し、各ダイノードと接触すると同時により多くの光電子が発せられる。生じた電子群は、元来光学繊維１４によって伝達された小さい光信号を本質的に逓倍している。増加した多数の電子は最終的に陽極１４２によって収集される。陽極１４２からのこの流れは、複数の光学モジュール１６により供給される試料からの光学蛍光信号を表すアナログ出力信号として電圧増幅器１４４に電流によって伝送される。

制御部２３は、アナログからデジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器１４６を含みアナログ信号をサンプルデジタルデータの流れ、すなわちデジタル信号に変換する。上記したようデータ取得装置２１と通信するため、プロセッサ１２２は、デジタル信号を受容し、サンプルデータをメモリ１２４に格納する。実施形態によっては、Ａ／Ｄ変換器１４６は、制御部２３の代わりに検出器１８内に包含されてよい。

このように、単一検出器１８は、光学束１４から全ての光を収集するために利用され、それらを表す信号を生成することができる。ひとたび信号が増幅器１４４により増幅されデジタル信号に変換されると、それは、個々の光学モジュール１６によって収集された光に対応するデータにデジタル方式で分離されてよい。信号全体（すなわち、集合体）は、周波数範囲により各蛍光を表す検出された個々の信号に分離されてよい。これらの周波数は、データ取得装置２１によって適用されたデジタルフィルターにより又は装置１０内で分離されてよい。

他の実施形態では、増幅された信号は、アナログフィルターを使用した周波数で分離され、Ａ／Ｄ変換器１４６に送信される前に別のチャネルに送信されてよい。次に、各チャネルは、個々にデジタル化され、データ取得装置に送信されてよい。いずれの場合も、単一検出器は、各光学モジュール１６からの全ての蛍光情報を捕獲できる。次に、データ取得装置２１は、複数の検出器を必要とせずリアルタイムでディスク１３の各チャンバから取得した信号をプロットし及び分析してよい。

実施形態によっては、検出器１８は、光電子倍増管でなくてもよい。一般に、検出器１８は、光学的送達機構、すなわちファイバー束１４の複数の脚部から光を捕獲し、捕獲した光の伝送可能な典型的なものを生成できる全ての種類のアナログ又はデジタル検出装置であってよい。

図１０は、多重蛍光検出装置１０の操作を示すフローチャートである。最初に、ユーザーは、データ取得装置２１又は制御部２３とのインターフェースを通じてプログラムパラメーターを定義する（１４８）。例えば、これらのパラメーターとしては、ディスク１３を回転する速度及び時間、反応の明確に限定された温度プロファイル、及びディスク１３上の試料場所が挙げられてよい。

次に、ユーザーは、ディスク１３を検出装置１０に挿入する（１５０）。装置１０を固定すると同時に、ユーザーは、プログラムをスタートし（１５２）、制御部２３に指定速度でディスクのスピンを開始させる（１５４）。ディスクがスピンを開始した後、２つの同時処理が発生してよい。

先ず、検出装置１０は、一以上の試料内の一以上の反応により生成される励起光からの蛍光の検出を開始する（１５６）。検出器１８は、各試料からの蛍光信号を増幅する、そしてそれは蛍光が発せられた個々の試料及び時間にそれぞれ同期される（１５８）。この処理の間、プロセッサ１２２は、捕獲されたデータをメモリ１２４に保存し、リアルタイムでデータをデータ取得装置１０に伝達し、運転の進捗及び追加の処理についてモニターしてよい（１６０）。或いは、プロセッサ１２２は、プログラムが完了するまで装置１０内にデータを保存してよい。プロセッサ１２２は、プログラムが完了するまで試料の蛍光を検出し、データを保存し続ける（１６２）。ひとたび運転が完了すると、制御部２３は、ディスクのスピンを停止する（１６４）。

この処理の間、制御部２３は、ディスク温度をモニターし（１６６）、その時間の間目標温度を達成するため、ディスク、又は各試料の温度を調節する（１６８）。制御部２３は、プログラムが完了するまで温度をモニターし、制御し続ける（１７０）。ひとたび運転が完了すると、制御部２３は、試料の温度を目標保存温度、通常摂氏４℃に保持する（１７２）。

装置１０の操作は、図１０の実施例と異なっていてよい。例えば、１分当たりのディスク回転はプログラム全体を通して変えられてよく、レーザ１３６を利用しディスクのチャンバ間のバルブを開き複数の反応を可能にしてよい。これらのことは、ユーザーが定義するプログラムにより操作内で任意の順番で発生してよい。

図１１は、光を検出しディスクからデータを採取する際の代表的な方法を示すフローチャートである。最初に、ユーザーは、どのモジュールがディスク１３から蛍光を検出することにするのかを指示し、制御部２３がモジュールのＬＥＤをオンにする（１４９）。ひとたびＬＥＤが定常状態にウォームされると、制御部２３は、おおよそ１５３．９ラディアス／秒（１４７０回転／分）の速度でディスク１３を１回転スピンする（１５１）。その回転時、モジュールは、ディスク１３の処理チャンバから蛍光を発した光を収集し（１５３）、制御部２３は、各処理チャンバからの１６個の試料を各処理チャンバと関連付けてメモリＢＩＮ内に配置する（１５５）。

ディスク１３をもう１回転スピンする必要がある場合（１５７）、制御部２３が、ディスク１３をもう１回転する（１５１）。１６回転で試料採取されると、モジュールは、ＬＥＤによる検出を完了する。従って、各処理チャンバは、合計２５６回の試料採取がおこなわれた。データ取得装置２１は、試料を集積し各処理チャンバのヒストグラムを作成する。制御部２３は、ＬＥＤをオフにする（１５９）。検出を継続するため別のモジュールを使用する必要がある場合（１６１）、制御部２３は、次のモジュールＬＥＤをオンにする（１４９）。モジュールがデータを収集する必要がない場合、制御部２３は、ディスク１３からのデータ収集を打ち切る。

実施形態によっては、各処理チャンバは、より多い又はより少ない回数で試料採取されてよい。制御部２３は、より早い速度でディスク１３をスピンしてより迅速に結果を提供し、又はより遅い速度でディスク１３をスピンしてより多くの試料を取得してよい。他の実施形態において、２つ又はそれ以上のモジュールからのＬＥＤをオンにし、同時に多重波長で蛍光を検出してよい。

図１２及び１３は、多重ＰＣＲのための装置１０が利用されてよい一般的に使用される蛍光染料の吸収及び発光スペクトルを示す。これらの実施例において、染料の吸収最大スペクトルは、４８０〜６２０ナノメートルの間で変化し、生じた発光最大スペクトルは、５２０〜６７０ナノメートルの間で変化する。図１２の各染料の信号は、ＦＡＭ１７４、Ｓｙｂｒ１７６、ＪＯＥ１７８、ＴＥＴ１８０、ＨＥＸ１８２、ＲＯＸ１８４、ＴｘＲＥＤ１８６及びＣｙ５１８８として番号が付けられる。図１３の信号は、ＦＡＭ１９０、Ｓｙｂｒ１９２、ＴＥＴ１９４、ＪＯＥ１９６、ＨＥＸ１９８、ＲＯＸ２００、ＴｘＲＥＤ２０２及びＣｙ５２０４である。ＦＡＭ、ＨＥＸ、ＪＯＥ、ＶＩＣ、ＴＥＴ及びＲＯＸは、カリフォルニア州ノーウオーク（Norwalk）にあるアプレラ（Applera）の商標である。タムラ（Tamra）は、カリフォルニア州サン・ジョーズ（San Jose）にあるアナスペック（AnaSpec）の商標である。テキサスレッド（Texas Red）は、モレキュラープローブス（Molecular Probes）の商標である。Ｃｙ５は、英国バッキンガムシャーにあるアマーシャム（Amersham）の商標である。

一つの実施例において、９６個のチャンバディスクを標準ＰＣＲ反応緩衝液に希釈した異なる濃度のＦＡＭ及びＲＯＸで満たした。各染料の４つの複製を２Ｘ希釈シリーズに加えた、２００ナノメートルＦＡＭ及び２０００ナノメートルＲＯＸから始めた。各試料容積は１０μＬであった。チャンバ８２は、５μＬの２００ナノメートルＦＡＭ及び５μＬの２０００ナノメートルＲＯＸの混合物を有していた。装置１０を染料を検出するための２つの光学モジュール１６を有する２チャネル多重ＰＣＲとして構成した。

第１光学モジュール（ＦＡＭモジュール）は、青色ＬＥＤ、４７５ナノメートル励起フィルター及び５２０ナノメート検出フィルターを備えた。第２光学モジュール（ＲＯＸモジュール）は、５６０ナノメートル励起フィルター及び６１０ナノメート検出フィルターを有する緑色ＬＥＤを備えた。他のオプションは、橙色ＬＥＤ及び５８０ナノメートル励起フィルターを組み入れＲＯＸ検出を最適化することであった。

ＰＣＲ分析を行い、試料からの蛍光信号を二又光ファイババンドルに多重化した。ファイバー束は、単一検出器、特に光電子倍増管（ＰＭＴ）とインターフェイスで接続した。汎用コンピュータ上で実行するビジュアルベイシック（Visual Basic）データ取得プログラムとインターフェイスで接続されたナショナルインスツルメンツ（National Instruments）データ取得（ＤＡＱ）ボードによりデータを収集した。ディスクを１０４．７ラディアス／秒（１０００回転／分）（公称）でスピンしながらデータを取得した。試料を調べるためＦＡＭモジュール及びＲＯＸモジュールを順次使用した。各走査は、平均５０回転で構成した。２つの光学モジュールからの未加工データを図１４Ａ及び１４Ｂに示す。

図１４Ａのグラフは、ＦＡＭモジュールのＬＥＤに電力を供給することにより取得し、図１４Ｂのグラフは、ＲＯＸモジュールのＬＥＤに電力を供給することにより取得した。

分析時、収集されたデータは、同時に異なるチャンバに物理的に位置決めされている光学モジュールと関連する時間オフセットがあったことを明瞭に示した。特定のチャンバ、すなわちこの場合はチャンバ８２について、光学モジュール１と光学モジュール２との間の時間オフセットを確認することによりオフセット値を計算した。換言すれば、時間オフセットは、同一チャンバのＦＡＭモジュールによって捕獲されたデータとＲＯＸモジュールによって捕獲されたデータとの間での時間遅れの量を示す。

図１５は、各チャンバのオフセットを減算した統合されたデータを示すグラフである。ＦＡＭは、点線の棒で示され、ＲＯＸは、実線の棒で示され、ＲＯＸデータは、ＦＡＭデータ上に配置される。データは、光学モジュール１のＲＯＸ染料及び光学モジュール２のＦＡＭ染料から信号が無かったことを示した。光学モジュール１にはより高いバックグラウンドがあった、そしてそれは最適化された組のフィルターを使用し調整されてよい。データを分析し、基準ノイズレベルに相当する信号として説明される検出限界（ＬＯＤ）を決定した。基準ノイズレベルは、ブランクチャンバでの１０回の走査の平均プラス標準偏差の３倍として定義した。

ＬＯＤは、ＦＡＭ及びＲＯＸ標準濃度に対してプロットされた統合された信号の直線最小２乗適合により決定した。ＦＡＭ及びＲＯＸモジュールのＬＯＤを計算し、図１６Ａ及び１６Ｂに示すようにそれぞれ１及び４ナノメートルであった。

図１７は、温度制御ユーザーインターフェースの代表的なスクリーンショットである。温度制御スクリーン２５０は、強調表示され、温度制御２５２を示す。温度グラフ２５４は、温度指数を出力し、同時に状態指標２５６は、一般の情報を表示する。メッセージウィンドウ２５８は、検出装置１０の稼働時に命令を表示する。

技術者は、温度制御スクリーン２５０を選択し、装置１０から温度情報を見ることができる。温度制御スクリーン２５０は、制御部２３又はデータ取得装置２１の操作と関連する情報を表示するために選択されてよい幾つかのスクリーンの一つである。スクリーン２５０は、技術者に対して数値情報を表示する温度制御２５２を含む。温度グラフ２５４は、図表による温度情報を時間の関数としての温度のグラフとして表示する。実施形態によっては、技術者は温度制御２５２内に位置決めされた値をマニュアルで変更してよい。

状態指標２５６は、いつでも技術者に見える。状態指標２５６は、適切な操作時間、サイクル数、温度及びその他の重要な情報を表示する。メッセージウィンドウ２５８は、制御部２３に対する現在の命令を表示する。ウィンドウ２５８は、装置１０操作時、制御部２３に伝達される全ての命令を位置決めするためのスクロールバーを含む。実施形態によっては、メッセージウィンドウ２５８は、技術者にエラー情報又はその他の重要な情報を表示してよい。

図１８は、光学制御ユーザーインターフェースの代表的なスクリーンショットである。光学制御スクリーン２６０は、強調表示され、信号グラフ２６２を示す。ヒストグラム２６４は、個々の処理チャンバの統合された信号を示す。又、スクリーン２６０は、メッセージウィンドウ２６６とオフセット制御２６８を含む。

信号グラフ２６２は、検出装置１０によって検出された未加工光学データを表示する。グラフ２６２に表示された信号は、光学モジュール４８、５２及び５６からの未加工信号であり、処理チャンバ間の信号変化に相当するサイクルを含む。技術者は、各処理チャンバを示す適切なビン内への信号の貯蔵を信号波形と合致させるためオフセット制御２６８を変更してよい。各ピーク間の信号の損失は、各処理チャンバ間のディスク１３からの光の検出を表わす。対応する信号を統合し、９６個の処理チャンバの個々から検出された信号を表示するヒストグラム２６４を生成する。制御部２３は、ディスク１３の１６回転の個々において処理チャンバからの１６個の試料を統合する。従って、ヒストグラム２６４は、その個々の処理チャンバを試料採取する内容物の２５６個の試料を包含する。実施形態によっては、ソフトウェアが、未加工信号波形の要素を認識することにより自動的にオフセット制御２６８を調節してよい。メッセージウィンドウ２６６は、光学制御及び光検出に関連する命令情報及びエラーメッセージを表示する。

図１９は、リアルタイムＰＣＲユーザーインターフェースの代表的なスクリーンショットである。データスクリーン２７０は、強調表示され、ヒストグラム２７２と製品グラフ２７４を示す。スクリーン２７０は、ディスク１３の処理チャンバから収集されるリアルタイムのデータを示す。ヒストグラム２７２は、各処理チャンバ毎の統合された信号を表示し、製品グラフ２７４は、サイクル数の関数として増幅された製品の量を表示する。他の実施形態において、処理チャンバの結果は、別のアプリケーションのもとでは異なってよい。

多重蛍光検出装置の代表的実施形態を示すブロック図。 代表的な検出モジュールを示す概略図であり、図１の蛍光検出装置の複数の検出モジュールのいずれかに相当してよい。 装置ハウジング内の代表的な取り外し可能な光学モジュールのセットの正面図を示す斜視図。 装置ハウジング内の代表的な取り外し可能な光学モジュールのセットを示す斜視図。 モジュールコネクタを暴露するため取り外された一つのモジュールを有する代表的な取り外し可能な光学モジュールのセットの前側側面図を示す斜視図。 代表的な取り外し可能な主光学モジュール内の構成要素を示す斜視図。 代表的な取り外し可能な主光学モジュール内の構成要素を示す斜視図。 代表的な補足の取り外し可能な光学モジュール内の構成要素を示す斜視図。 代表的な補足の取り外し可能な光学モジュール内の構成要素を示す斜視図。 多重蛍光検出装置の例示的実施形態を更に詳細に示すブロック図。 光ファイババンドルの４本の光ファイバーに連結される単一検出器のブロック図。 多重蛍光検出装置の代表的な操作を示すフローチャート。 ディスクから光を検出しデータを採取する際の代表的な方法を示すフローチャート。 多重ＰＣＲのために利用されてよい一般的に使用される蛍光染料の吸収及び発光スペクトル。 多重ＰＣＲのために利用されてよい一般的に使用される蛍光染料の吸収及び発光スペクトル。 多重ＰＣＲのために利用されてよい一般的に使用される蛍光染料の吸収及び発光スペクトル。 ＰＣＲ分析時単一検出器を有する２つの代表的な検出モジュールから取得される未加工データを示す。 ＰＣＲ分析時単一検出器を有する２つの代表的な検出モジュールから取得される未加工データを示す。 時間オフセットが調整されたデータを示すグラフ。 ２つの代表的な検出モジュールから受容したデータについての検出（ＬＯＤ）限界を示す。 ２つの代表的な検出モジュールから受容したデータについての検出（ＬＯＤ）限界を示す。 温度制御ユーザーインターフェースの代表的なスクリーンショット。 光学制御ユーザーインターフェースの代表的なスクリーンショット。 リアルタイムＰＣＲユーザーインターフェースの代表的なスクリーンショット。

Claims (52)

1. 個々の試料及び１以上の蛍光染料をそれぞれ保持する複数の処理チャンバを有するディスクを回転させるモータと、
   複数の光学モジュールと、
   前記光学モジュールを受容することに適した複数の場所を有するハウジングと、
   を含み、
   個々の前記光学モジュールは、前記染料の異なるものに対して選択される光源と前記ディスクから発せられる蛍光灯を捕獲するためのレンズを有する光学チャネルと、を含む検出装置。
2. 検出器と、
   前記複数の光学モジュールから検出器に前記蛍光光を伝送するために複数の前記光学モジュールに連結された光ファイババンドルと、
   を更に含む請求項１に記載の検出装置。
3. 個々の前記光学モジュールは、前記検出器に取り付けられた前記光ファイババンドルの脚部に連結するための光学出力ポートを含む、請求項２に記載の検出装置。
4. 個々の前記光学モジュールは、前記ハウジングの前記場所から取り外し可能である、請求項１に記載の検出装置。
5. 個々の前記光学モジュールは、前記光学モジュールを受容することに適した前記ハウジングの複数の前記場所の内部で複数のトラックに嵌合する複数のガイドを含む、請求項４に記載の検出装置。
6. 各光学モジュールを前記ハウジングに取り付けるための取り付け機構を更に含む、請求項４に記載の検出装置。
7. 前記取り付け機構が、レバー、旋回ピン、バネ、ラッチ又はねじを含む、請求項４に記載の検出装置。
8. 前記場所はそれぞれ、１以上の電気接点のセットを含み、各光学モジュールが、前記ハウジングに挿入されるときに前記場所の前記電気接点に電気的に連結するための１以上の電気接点のセットを有する、請求項４に記載の検出装置。
9. 制御部を更に備え、前記制御部が前記電気接点を通じて個々の前記光学モジュールの内部の光源を制御する、請求項８に記載の検出装置。
10. 個々の前記光学モジュールは、前記電気接点を通じて前記制御部と通信する電気構成部品を含む、請求項９に記載の検出装置。
11. 前記電気接点がフレックス回路接続を含む、請求項９に記載の検出装置。
12. 個々の前記光学モジュールの前記電気構成部品が、各光学モジュールについての固有の識別情報を出力する、請求項１０に記載の検出装置。
13. 個々の前記光学モジュールの前記電気構成部品が、前記光学モジュール内に包含された光学構成部品の少なくとも１つの光学特性を記載した情報を出力する、請求項１０に記載の検出装置。
14. 前記電気構成部品が、書き込み可能な読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、内部記憶媒体、又は取り外し可能な記憶媒体を含む、請求項１０に記載の検出装置。
15. 前記電気構成部品が、前記ディスク上の保持チャンバから処理チャンバを分離するバルブを開けるためにレーザを発するレーザ源を含む、請求項１０に記載の検出装置。
16. 一以上の前記光学モジュールがマイクロプロセッサを含む、請求項１０に記載の検出装置。
17. 個々の前記光学モジュールが、励起フィルターと検出フィルターとを更に含む、請求項１に記載の検出装置。
18. １以上の光学モジュールが、一つの大きな光学モジュールを形成するために結合される、請求項１に記載の検出装置。
19. 更に、複数の前記光学モジュールの一つに電気的に連結されるレーザバルブ制御システムを含む、請求項１に記載の検出装置。
20. 前記レーザバルブ制御システムが、前記光学モジュールの１つの内部のレーザを制御し、前記ディスク上の保持チャンバから処理チャンバを分離するバルブを選択的に開く、請求項１９に記載の検出装置。
21. 前記光学モジュールの前記光源が、発光ダイオード又は半導体レーザを含む、請求項１に記載の検出装置。
22. 前記光源が、多重波長での蛍光検出を利用するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の異なる化学種の検出に対して選択される、請求項１に記載の検出装置。
23. 前記装置が、少なくとも２つの光学モジュールを含む、請求項１に記載の検出装置。
24. 複数の前記光学モジュールの一つが、取り外し可能な二重光学チャネルモジュールであり、
    第１蛍光染料のために選択される光源及びディスクから発せられる第１波長の蛍光灯を捕獲するためのレンズを有する第１光学チャネルと、
    第２蛍光染料のために選択される光源及びディスクから発せられる第２波長の蛍光光を捕獲するためのレンズを有する第２光学チャネルと、
    ハウジング内部の１以上のハウジング電気接点のセットに電気的に連結するための１以上の光学モジュール電気接点のセットと、
    前記光学モジュールを前記ハウジングに取り付けるための取り付け機構と、
    を含む、請求項１に記載の検出装置。
25. 前記取り外し可能な二重光学チャネルモジュールが、第１の励起フィルター、第１の検出フィルター、第２の励起フィルター及び第２の検出フィルターを更に含む、請求項２４に記載の検出装置。
26. 前記取り外し可能な二重光学チャネルモジュールが、検出器に取り付けられた光ファイババンドルの第１の脚部に連結するための第１の光学出力ポート及び前記検出器に取り付けられた光ファイババンドルの第２の脚部に連結するための第２の光学出力ポートを更に含む、請求項２４に記載の検出装置。
27. 複数の前記光学モジュールが、一以上の処理チャンバを連続して調べるために前記ディスクの周囲に配列される、請求項１に記載の検出装置。
28. ２つ以上の光学モジュールが、前記ディスクの回転を停止することなく１以上の処理チャンバを調べる、請求項１に記載の検出装置。
29. 複数の前記光学モジュールが、各光学モジュールが前記ディスク上のその関連する半径位置で試料を検出するように配置されている、請求項１に記載の検出装置。
30. 複数の前記光学モジュールの少なくとも２つが、前記ディスクの異なる半径位置の上方に位置決めされている、請求項２９に記載の検出装置。
31. データ取得装置と、
    前記データ取得装置に連結される検出装置と、
    を含む検出システムであって、
    前記検出装置が、
    個々の試料及び１以上の蛍光染料をそれぞれ保持する複数の処理チャンバを有するディスクを回転させるモータと、
    複数個の光学モジュールと、
    前記光学モジュールを受容することに適した複数の場所を有するハウジングと、を備え、
    個々の前記光学モジュールは、異なる前記染料のために選択される光源及び前記ディスクから発せられる蛍光灯を捕獲するためのレンズを有する光チャネルを含む、検出システム。
32. 検出器と、
    前記蛍光灯を前記複数の光学モジュールから前記検出器に伝送するために複数の前記光学モジュールに連結される光ファイババンドルと、
    を更に含む、請求項３１に記載のシステム。
33. 個々の前記光学モジュールが、前記ハウジングの前記場所から取り外し可能である、請求項３１に記載のシステム。
34. 個々の前記場所が、１以上の電気接点のセットを含み、各光学モジュールが、前記ハウジングに挿入されるときに前記場所の前記電気接点に電気的に連結するための１以上の電気接点のセットを有する、請求項３３に記載のシステム。
35. 各光学モジュールが、前記光ファイババンドルの脚部に連結するための光学出力ポートを含む、請求項３３に記載のシステム。
36. 前記光学出力ポートは、前記光ファイババンドルの脚部が前記光学モジュールの前記光学出力ポートと摺動自在に係合されて、前記光学出力ポートから摺動自在に取外されることを可能にする摺動自在な接続を有する、請求項３５に記載のシステム。
37. 前記光学出力ポートに対して前記光ファイババンドルを押し付けるための摺動自在な接続に関連するバイアス部材を更に含む、請求項３６に記載のシステム。
38. 前記光学出力ポートが、前記光ファイババンドルの前記脚部のねじ付きコネクタを嵌合するためのねじ付き末端部を有する、請求項３５に記載のシステム。
39. 前記ディスクの回転を前記ディスクから発せられる捕獲蛍光灯と同期させるための出力信号を提供するスロットセンサトリガを更に含む、請求項３１に記載のシステム。
40. 前記モジュール間のタイムオフセットを算出するための前記スロットセンサトリガ出力信号を使用し、個々の前記光学モジュールの内部の前記光源を制御し、前記タイムオフセットに基づき前記ディスクから発せられた捕獲蛍光灯からのデータを処理する制御部を更に含む、請求項３９に記載のシステム。
41. 複数の前記光学モジュールの１つに電気的に連結されるレーザバルブ制御システムを更に含む、請求項３１に記載のシステム。
42. 前記レーザバルブ制御システムが、前記光学モジュールの１つの内部のレーザを制御し、前記ディスク上の保持チャンバから処理チャンバを分離するバルブを選択的に開く、請求項４１に記載のシステム。
43. 異なる波長で蛍光灯を発する１以上の化学種を含む複数の処理チャンバを有するディスクを回転させることと、
    複数の発光蛍光灯光線を生成するために、複数の光線を有する前記ディスクを励起することと、
    複数の異なる取り外し可能な光学モジュールを使って前記蛍光灯光線を捕獲することと、を含み、
    取り外し可能な前記光学モジュールは、前記異なる波長に対して光学的に構成されて、ハウジング内に収容される、方法。
44. 前記蛍光灯光線を複数の前記モジュールから光ファイババンドルを備えた単一検出器に伝送することと、
    前記検出器から前記蛍光灯光線を表す信号を出力することと、
    を更に含む、請求項４３に記載の方法。
45. 前記ハウジングが、前記光学モジュールを受容することに適した複数の場所を含む、請求項４４に記載のシステム。
46. 複数の取り外し可能な前記光学モジュールの一つ以上を前記ハウジングに挿入することを更に含む、請求項４４に記載の方法。
47. 複数の前記モジュールの一つ以上を前記ハウジングから取り外すことを更に含む、請求項４４に記載の方法。
48. 複数の前記モジュールを、制御部に接続された一以上の電気接点に電気的に連結することとを更に含む、請求項４４に記載の方法。
49. 複数の光線を使って前記ディスクを励起することが、励起フィルターを通して前記光線を送ることにより実行され、蛍光灯光線を捕獲することが、検出フィルターを通して前記蛍光灯光線を送ることにより実行されることがある、請求項４４に記載の方法。
50. 前記ディスクの回転を捕獲蛍光灯と同期させるためのスロットセンサトリガからの出力信号を提供することを更に含む、請求項４４に記載の方法。
51. 保持チャンバから処理チャンバを分離するバルブをレーザバルブ制御システムを使って開くことを更に含む、請求項４４に記載の方法。
52. 多重波長での蛍光検出を利用するポリメラーゼ連鎖反応の異なる化学種を励起するため、個々の前記光線に対して波長を選択することを更に含む、請求項４４に記載の方法。

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