JP2009527800A - 調整可能な角度方向配置のサンプルプレート支持体 - Google Patents

Abstract

マイクロタイタープレート、任意のサイズのマルチウェルプレート、または、その表面全体にわたって分布したサンプルスポットを有するガラススライドのようなサンプルプレートを支持し、かつ、ミリメートル単位の被写界深度を有する可動スキャニングヘッドによる検定検出のためのプレートを提供するプラットフォームが、ロッカープレートと、位置センサと、２つの互いに直交する軸の片方または両方に沿った傾斜能力をロッカープレートに提供するようにその装置上に配置されている電動式ライザとを含む装置によって、平面方向配置において水平調整または他の形で調整される。

Description

本発明は、顕微鏡スライド上の個別のスポット内において、または、多数の同時少量検定を行うように設計されているマイクロタイタープレートまたはマルチウェルプレート一般の個別のウェル内において、複数の種または反応媒質に対して同時検定を行う際に使用される実験用機器の分野に属する。特に、本発明は、こうしたスライドまたはプレート上での検定が光学式走査によって読み取られるかまたは監視される時に生じる問題に対処する。

１２×８アレイの形の９６個のウェルと９ｍｍのウェル間隔とを有する標準的なマイクロタイタープレートを含む、わずか６個のウェルまたは多い場合には数千個のウェルを有するプレートとを含む、様々なマルチウェルプレートが、生化学ラボラトリで広く使用されている。多くの個数の少量のサンプルが、スクリーニング、結合親和性または他の構造的特性の測定、または、他の形でのサンプルのキャラクタリゼーションのような目的のための自動化された計測手段によって、こうしたプレート上で同時に検定される。表面上にプリントされたスポットまたはマイクロドットの２次元アレイを有するガラススライドが同様に使用され、および、このスポットまたはマイクロドットはさらにより小さいサンプルを収容する。こうしたウェルまたはスポット上で分析される種は、タンパク質、ペプチド配列、または、核酸フラグメントのような生物学的種である場合が多い。このタイプのプレートおよびスライドは、さらに、化学ラボラトリによって合成されおよびケモインフォマティクスおよびバイオインフォマティックスにおける調査研究のために研究者に供給される少量の分子ライブラリを試験するためにも使用され、この調査研究においては、分子ライブラリ内の分子が、遺伝子機能および標的結合のような化学活性および生物活性に関してスクリーニングされる。

光学式スキャナヘッドが、こうしたプレートおよびスライドの個別のウェルまたはスポット上に連続的に焦点を合わせて各サイトにおけるすべての検出機能を果たしながら、アレイ全体を迅速に横断することが可能なので、光学式走査が、こうしたプレートおよびスライド上で行われる検定のための有効性が高い検出手段である。さらに、光学的データが自動計測手段によって容易に記憶され、定量化され、および、処理される。小さなウェルまたはスポットの大きなアレイを用いて高い性能を得るために、最も効果的な光学式走査システムは、制限された被写界深度を有するシステムである。制限被写界深度および制限視野検出システム（ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｉｅｌｄ ｄｅｐｔｈｓ ａｎｄ ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｉｅｌｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）が、大きな視野と被写界深度とを有するシステムよりも背景蛍光を排除する上でより効果的である。光学走査システムは、典型的には、約１ミクロンから約１０ミクロンの被写界深度を有する共焦点光学装置を使用する。こうした短い被写界深度を用いた正確な検出は、各サンプルとスキャナヘッド光学システムとの間の間隔の高度の均一性を必要とする。

こうした短い被写界深度に関する厳密な公差を得るために、多くのマルチウェルプレートは、そのプレートの底部を透過する形で走査が行われることを可能にするように、ガラスまたは他の透明材料の平らな底部を有する形に構成されている。これは、溶媒または他の懸濁媒質がウェルから取り除かれて反応種が各ウェルの床の上に層状に付着させられている時に、特に効果的である。しかし、底部プレートを透過する形で走査が行われる時にさえ、このプレートは、正確で均一な走査を実現するために、スキャニングヘッドの移動平面からの同一の距離において、底部プレートの全面積に関して、同じ高さ位置に保持されなければならない。透明な底部の厚さの変動とそのプレートの反りとのようなそのプレートのわずかな欠陥が、プレート上のサイト毎にこの距離が変化することの原因となり、、これによって走査精度に悪影響を与える可能性がある。同様の変動がガラススライドにおいて生じ、この場合には、典型的なガラススライドの厚さが５０ミクロン以上変化する可能性がある。

これらの問題点および制限と他の問題点および制限とが本発明によって対処され、本発明は、サンプルプレート支持プラットフォームと選択された基準平面との間の偏差を検出する位置センサによってその高さが制御される２つ以上の互いに独立した電動式ライザによる、ベースプレートと、このベースプレートに取り付けられているサンプルプレート支持プラットフォームとの組合せにある。基準平面は、スキャナヘッドの移動平面に対して平行であり、かつ、スキャナヘッドがサンプルサイト上に適正に焦点を合わせることを可能にする特定の距離に位置している平面であるだろう。ライザは、あらゆる方向における偏差を独立的に補正するために２つの互いに直交する方向に軸線を中心として支持プラットフォームが傾斜することを可能にするように位置決めされている。このような傾斜が可能であることによって、支持プラットフォームは、本明細書において、さらにロッカープレート（ｒｏｃｋｅｒ ｐｌａｔｅ）とも呼称されている。術語「サンプルプレート」は、本明細書では、便宜上、スポットまたはマイクロドットを有するウェルプレートおよびスライドの両方を意味するために使用されており、および、支持プラットフォームは、重力の力だけによってサンプルプレートがそのプラットフォーム表面上に載ることを可能にすることによって、または、支持プレートが横方向に滑動することを防止するように、または、支持プレートが支持プラットフォームの上方に持ち上がることを防止するように、または、この両方を防止するように、サンプルプレートを固定することによって、サンプルプレートを支持するように構成されている。この支持プラットフォームは、それ自体としては、サンプルプレートのための安定した支持を提供する連続プレートまたは格子またはフレームまたは任意の構造であってよく、および、ベースプレートは、同様に、支持プラットフォームの制御された水平調節または傾斜を実現する連続プレートまたは格子またはフレームまたは任意の構造であってよい。したがって、術語「プラットフォーム」および「プレート」は、本明細書において、便宜的に使用されており、および、中実のスラブまたはさらには平らな表面に限定されない。これとは対照的に、サンプルプレート上のサンプルサイトのアレイは、そのサンプルプレートがマルチウェルプレートであろうと、そのサンプルプレートの表面に接着するスポット付きのスライドであろうと、スキャナヘッドの移動の経路がそうであるように平面の形だろう。必要に応じて、サンプルサイトアレイは、後述する補助ユニットによって平面状にされるだろう。平面状のサンプルアレイの場合には、電動式ライザによる支持プラットフォームとしたがってサンプルプレートとの方向配置に対する調整が、サンプルサイトの平面をスキャナヘッドの平面に対して平行にするような調整である。

本発明の好ましい実施態様では、支持プラットフォームは、１つまたは複数の方向にベースプレートに対して平行に移動する往復台、または、往復台がそれに沿って移動可能であるレールのような構成要素を含む。この往復台は、サンプルプレートを支持するための、かつ、上述のパラグラフで説明した平面状の形状構成の形にサンプルプレートを保つための、補助ユニットであることが可能である。ベースプレートに対して平行に移動可能であることが、スキャナヘッドがサンプルプレート上の様々な領域に到達することを可能にする手段として有用である。したがって、典型的なスキャナヘッドが、例えば単一列のサンプルサイトの幅の全体にわたって、ｘ軸に沿って移動するように設計されており、一方、レールが、１つの列から次の列へと前進するようにｙ軸に沿ってサンプルプレートを移動させる手段を提供することが可能である。ｙ軸に沿ったサンプルプレートの移動速度と位置は、位置センサを随意に有する適切なモータによって、厳密に制御されることが可能である。本発明のさらに別の好ましい実施態様では、スキャナヘッドはベースプレートによって支持されており、および、したがって、スキャナヘッドの移動平面はベースプレートの方向配置によって設定される。

本発明の装置に対する採用随意の付加部分である上述の補助ユニットは、任意の様々な機能を提供するだろう。特に重要な機能が、サンプルプレート上のサンプルサイトの平面的な位置合わせである。サンプルプレートが、標準的なマイクロタイタープレートがその一例であるマルチウェルプレートである場合には、こうした位置合わせ装置の１つが、２００６年１月２４日付けで出願された、Ｃｈｕ，Ｄ．Ｙ．の米国特許出願第１１／３３９，０８７号明細書（標題「ウェル側方からのマルチウェルプレートの平面的な位置合わせ（Ｐｌａｎａｒ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉ−Ｗｅｌｌ Ｐｌａｔｅ ｆｒｏｍ Ｗｅｌｌ Ｓｉｄｅ）」）であり、この明細書の内容は本明細書に引例として組み入れられている。この文書で説明されている装置は、反転したマルチウェルプレート内のすべてのウェルの床を強制的に共通平面内に位置させる装置であり、すなわち、この装置は、ウェル床の平面を平坦化にし、および、これによってマルチウェルプレートの底部表面内に存在するあらゆる偏差を補正する。本発明の装置は、スキャナヘッドの移動平面に対して平行な水平方向配置の形にその平面を維持することによって、米国特許出願第１１／３３９，０８７号明細書の装置の機能に対する補足的な機能を果たすだろう。

本発明のさらに別の特徴と実施形態と目的と利点とが、以下の説明から明らかになるだろう。

本発明を定義する特徴が様々な構造の形で具体化可能であるが、本発明は、全体として、特定の実施形態の詳細な考察によって最も適切に理解されるだろう。このような実施形態の１つが図面に示されている。

図１は、可変的な高さおよび角度方向配置を有する、この実施形態ではロッカープレートと呼ばれている支持プラットフォーム１２を含む本発明によるユニット１１を、斜視図の形で示す。ユニット１１の構成要素は、ロッカープレート１２と、ベースプレート１３と、電動式ライザ１４、１５と、位置センサ（１つの位置センサ１６だけが図示されている）と、引張りばね１７、１８とを含む。この図には、さらに、上述した米国特許出願第１１／３３９，０８７号明細書の開示内容にしたがったマイクロタイタープレート平坦化ユニット２１も示されている。この出願で説明されているように、平坦化ユニット２１はコレット２２を含み、このコレット２２は、反転したマイクロタイタープレートの個別のウェルを把持し、この把持されたウェルの床が柱２３の上部先端に突き当たるまでこのウェルを下方に引っ張り、これによって、マイクロタイタープレート内のあらゆる反りを排除するようにウェル床を強制的に平面的な整合状態にする。さらに、米国特許出願第１１／３３９，０８７号明細書に説明されているように、この平坦化ユニットは、両方とも固定されている上部プレート２４および下部プレート２５と、コレット２２の動作を制御する可動内側プレート２６とを含む。

図２は、反転したマイクロタイタープレート３１とスキャナヘッド３２とを伴う、図１に示されている構成要素の側面図である。米国特許出願第１１／３３９，０８７号明細書に開示されているように、開口が下向きになっているマイクロタイタープレートの選択されたウェル３３が、隣接するウェルが柱２３の先端に突き当たるまで、把持したウェルを引き下ろすコレット２２によって把持される。

図１に戻ると、２つの互いに平行なレール４１、４２がロッカープレート１２の上部表面に取り付けられている。マイクロプレート平坦化ユニット２１の下部プレート２５はこれらのレール４１、４２の上に載り、および、平坦化ユニット２１の全体と、コレット２２によってこの平坦化ユニットに固定されているマイクロタイタープレート（図２にだけ示されている）とが、ｙ軸の方向にレールに沿って移動可能である。この移動は、従来通りのモータ４４によって駆動されるねじ駆動装置４３によって、この実施形態において実現されている。ねじ駆動装置を動作させることが可能なあらゆる従来通りのモータ、好ましくは高度の精度を提供するモータが使用可能である。スパー／ピニオンを回転させて、平坦化ユニット２１の固定プレートに連結されているラックを駆動するモータのような、ステップモータと直流モータが具体例である。ねじ駆動装置自体の代替物が、ベルト駆動装置とピエゾ駆動装置である。図２のスキャナヘッド３２はｘ軸に沿って往復運動の形で移動し、および、スキャナヘッド３２の移動をマイクロタイタープレート平坦化ユニット２１の移動と調和させることによって、マイクロタイタープレート内の２次元アレイ全体内のすべてのウェルがスキャナヘッドの光路内に配置され、および、すべてのサンプルに対して検出が行われる。この形でスキャナヘッドを移動させるためのシステムおよび装置が、両方ともその全体において本明細書に引例として組み入れられている、同時係属中でありかつ共通して所有されている特許出願明細書である、２００５年１１月１日付けで出願されたＰａｔｔ，Ｐ．Ｊ．他の米国特許出願第１１／２６５，０００号明細書（標題「制御された力分散を伴う往復運動のための可動コイルアクチュエータ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｃｏｉｌ Ａｃｔｕａｔｏｒ ｆｏｒ Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ Ｍｏｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｆｏｒｃｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）」）、および、２００５年１１月３０日付けで出願されたＣｈｕ，Ｄ．Ｙ．の米国特許出願第１１／２９１，４２３号明細書（標題「拡張可能な動作範囲を有する可動コイルアクチュエータ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｃｏｉｌ Ａｃｔｕａｔｏｒ ｗｉｔｈ Ｅｘｐａｎｄａｂｌｅ Ｒａｎｇｅ ｏｆ Ｍｏｔｉｏｎ）」）に開示されている。

図３は、図１に示されている図において末端から右に見た時の、図１の構成要素の端面図である。電動式ライザ１４、１５が、プレートのこの末端において長方形のロッカープレート１２の２つの隅に配置されている。ライザはロッカープレート１２をベースプレート１３に連結し、および、各々のライザは、互いに無関係に、そのライザの位置においてロケットプレート１２とベースプレート１３との間に距離を設定する。各ライザは、好ましくは電気信号である信号を受け取りかつロッカープレート１２の高さを調整することによってその信号に応答することが可能である、任意のタイプの高精度モータであることが可能である。適しているモータの例がステップモータと直流モータである。他の例が当業者には明らかだろう。本発明のこの特定の実施形態では、これらのモータの動作を制御する信号が、図３に示されている２つの末端の隅の付近の場所においてロッカープレートの高さを検出するように配置されている位置センサによって生成される。この実施形態で使用される形状構成では、位置センサは、図３に示されている図ではライザの背後に位置しており、したがってこの図では目に見えない。上述したように、センサ１６の１つが図１に見てとれる。したがって、２つの隅のそれぞれ毎に１つずつのセンサの形で２つの位置センサが使用され、各センサが、そのセンサに最も近いライザに独自の信号を送る。この互いに独立した動作によって、ライザ１４、１５は、矢印４３、４４によって示されている方向にあるロッカープレート１２の末端を傾斜させて、点線で示されている方向配置に位置させることが可能である。これに加えて、および、再び図２を参照すると、図２の矢印４５と点線とによって示されているように、ライザ１４、１５は、ロッカープレートの末端全体を上昇／下降させることが可能である。したがって、ロッカープレートは、２つの互いに直交する軸、すなわち、図２の平面に対して垂直な一方の軸と、図３の平面に対して垂直な他方の軸のどちらか一方または両方に沿って傾斜させられることが可能である。位置センサは、容量性検出、誘導性検出、光伝導性検出、または、電位差測定検出によって動作する変位変換器、および、磁石によって駆動されるホール効果センサを含む、この用途のための公知の様々な構成要素のいずれかであることが可能である。ホール効果センサが現時点では好ましく、このホール効果センサの一例がＡｌｌｅｇｒｏ ＭｉｃｒｏＳｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ，ＵＳＡ）から入手可能な部品番号Ａ３２４０ＥＵＡである。ロッカープレート上に配置された位置センサの使用に対する代替案として、ライザは、スキャナヘッド自体によって発生させられる光強度信号によって制御されることが可能である。サンプルがスキャナヘッドのレンズの焦点距離にある時に、スキャナヘッドによって収集される光の強さが最大だろうし、および、このシステムは、各々のサンプルサイトから最大の信号を受けるようにライザを調整するようにプログラムされることが可能である。

上述の角度変化を可能にすると同時に、図示されている実施形態においてロッカープレート１２を安定化することが、２つの構成要素によって実現される。１つの構成要素が、ベースプレート１３に固定されておりかつロッカープレート内の穴５２の中を通って延びる、ガイドピン５１（図３）である。このガイドピン５１は、ロッカープレートがｘ軸またはｙ軸のどちらかに沿ってベースプレートに対して横方向に相対的に滑動することを防止する。穴５２は円錐形であり、かつ、ロッカープレートの様々な角度に適合するようにガイドピン５１の周囲の隙間を生じさせるのに十分な幅である。図２と図４とに見てとれる第２の安定化構成要素が、ロッカープレートの反対側の末端に存在し、および、この第２の安定化構成要素は、それぞれにロッカープレート１２とベースプレート１３の互いに対向する面の中の溝５３、５４と、この両方の溝の中にそのローラ５５が残っている間にこのプレート間の角度が変化することを可能にするようにこれらの溝の中に配置されているローラ５５とから成る。図示されているようにこの溝がＶ字形であることが好ましく、および、ローラは、ロッカープレートが両方の直交軸に沿って傾斜することを可能にする形状である。こうした形状の例が、球形、および、長円形のような細長い部材である。

ロッカープレート１２のさらに別の制御が、引張りばね１７、１８（図１）によって実現される。これらのばねの各々は、そのばね自体がロッカープレート１２の上方に存在していると同時に、ベースプレート１３内で終端する軸（図には示されていない）を取り囲む。各ばねは、電動式ライザによって制御される末端とは反対側に位置しているロッカープレートの末端をベースプレート１３に向かって下方に押す圧縮力を受けている。

本発明の装置は、補助ユニット２１またはこれと同等の機能を果たすユニットなしに使用されることが可能であり、および、ライザは起動されることが可能であり、および、各スキャンライン毎の別個の調整のような、スキャンの進路全体にわたっての間隔で調整されるロッカープレート。補助ユニット２１またはその等価物が使用されることが可能である時には、サンプルプレート全体に対する単一の調整で十分だろう。

上述の説明は主として例示のために行われており、および、この説明は、図示されている構成要素に対する様々な代替策を説明するが、本発明の範囲内に依然として含まれるさらに別の代替策が当業者には容易に明らかだろう。

図１は、上述の同時係属中の特許出願第１１／３３９，０８７号明細書に示されているマイクロタイタープレート平坦化ユニットと組み合わされている、本発明によるユニットの斜視図である。 図２は、図１のユニットと反転したマイクロタイタープレートとの側面図である。 図３は、図１のユニットの端面図である。 図４は、図１のユニットのベースプレートとロッカープレートとの１つの末端の拡大である。

Claims (8)

1. サンプルプレートを支持しかつそのように支持されているプレートの方向配置を調整するための装置であって、
   ベースプレートと、
   支持プラットフォームであって、互いに直交する軸と、この支持プラットフォームの１つの末端におけるこの支持プラットフォームと前記ベースプレートとの接触を維持すると同時に、この支持プラットフォームが前記互いに直交する軸の片方または両方に沿って前記ベースプレートに対して相対的に傾斜することを可能にする手段とを有する支持プラットフォームと、
   選択された平面を基準とした前記支持プラットフォームの方向配置を検出するための、かつ、前記方向配置を表す信号を生成するための手段と、
   前記支持プラットフォームを前記ベースプレートに連結し、かつ、互いに独立的に、前記信号に応答して前記互いに直交する軸に沿って前記ベースプレートに対して前記支持プラットフォームを相対的に傾斜させるように配置されている、第１および第２の電動式ライザ
   とを備える装置。
2. 前記支持プラットフォームの方向配置を検出する前記手段は、前記支持プラットフォームに取り付けられている位置センサである請求項１に記載の装置。
3. 前記支持プラットフォームの方向配置を検出する前記手段は、前記支持プラットフォームの上方のスキャナヘッドである請求項１に記載の装置。
4. 前記支持プラットフォームと前記ベースプレートとの接触を維持する前記手段は、前記支持プラットフォームと前記ベースプレートとの中の互いに対向する溝と、前記溝の中に存在しているローラとから構成されている請求項１に記載の装置。
5. 前記第１および第２の電動式ライザはステップモータである請求項１に記載の装置。
6. 前記ベースプレートに対して平行な方向における前記支持プラットフォームの横方向移動を防止するための手段をさらに備える請求項１に記載の装置。
7. 前記支持プラットフォームと前記ベースプレートとの接触を維持するための前記手段は、前記支持プラットフォームの第１の末端に配置されており、および、前記装置は、さらに、前記ベースプレートから離れるように前記支持プラットフォームの第２の末端を偏倚させるための偏倚手段をさらに備え、前記第２の末端は前記第１の末端とは反対側に位置している請求項１に記載の装置。
8. 前記偏倚手段は、前記支持プラットフォームと前記ベースプレートとの間で圧縮張力を加える請求項１に記載の装置。

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