JP2018151624A - 高スループットシーケンシング用のレーザライン照明装置 - Google Patents

高スループットシーケンシング用のレーザライン照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】対物レンズとライン発生モジュールとを含む撮像システムを開示する。【解決手段】対物レンズは、ライン発生モジュールにより放射された第１の光ビーム及びライン発生モジュールにより発生された第２の光ビームをライン幅の調整のために、試料の外に位置する焦点にフォーカスすることができる。ライン幅は、試料の表面上の光ビームの総合パワー密度が低下するように増大して試料の表面上の光ビームのパワー密度を試料上の染料の光飽和閾値より低くすることができる。【選択図】図１Ａ

Description

＜関連出願の相互参照＞
本願は、２０１７年３月８日に出願された「高スループットシーケンシング用のレーザライン照明装置」と題する米国仮特許出願第６２／４６８，８８３号の優先権を主張するものであり、その全内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。また本願は、２０１７年５月５日に出願された「高スループットシーケンシング用のレーザライン照明装置」と題するオランダ国特許出願第Ｎ２０１８８５５号の優先権も主張するものである。
遺伝子シーケンサなどの生物光学解析機器はそれぞれ多数の自由度を有する多数の設定可能なコンポーネントを含む傾向がある。これらの生物光学解析機器の複雑性の増加が製造及び作業コストの増加をもたらしている。概して、これらのタイプの機器はそれらの多くの内部光学コンポーネントの精密なアライメントが有効である。例えば、一部の遺伝子シーケンシング機器では、内部コンポーネントは一般的に精密なトレランス内にアライメントされる。このような機器の多くの製造技術はすべてのコンポーネントを精密板上に設置すること、及びその後各コンポーネントを設定しアライメントすることを必要とする。コンポーネントのアライメントは配送中又は使用中に変化し得る。例えば、温度変化はアライメントを変化し得る。各コンポーネントの再アライメントは時間と技能を要する。一部の例では、全てのコンポーネントに対して全部で３０を超える自由度が利用可能であり、それらは互いに相互作用する。多数の自由度はアライメント及び設定を複雑にし、システム運用に時間と費用を要する。光シーケンサの製造及び運用は、モジュラーアーキテクチャによって全システムコンポーネントに対して利用可能な自由度を減少させることによって簡略化することができる。
光シーケンサは、生物試料を検出し、シーケンシングするために、レーザライン照明を使用することができる。例えば、レーザライン照明は、試料フローセルからの蛍光放射を検出するために時間遅延積分（ＴＤＩ）センサを用いて高いスループット走査を可能にすることができる。検出された放射は生物試料の遺伝子成分を同定し、シーケンシングするために使用することができる。しかしながら、高い走査速度及び／又は高いレーザ出力パワーでは、機能性が蛍光プローブの光飽和及び／又は蛍光プローブの光漂白、及び／又は試料への光誘起損傷により影響を受け得る。高出力レーザは接着剤、コーティング及びガラスを含む対物レンズも損傷し得る。
本明細書に開示される技術の様々な実施形態は、対物レンズとライン発生モジュールを含む撮像システムを記載し、この撮像システムはライン発生モジュールにより生物試料の表面に放射されるラインの幅を調整するように構成される。
一つの例において、撮像システムは、ライン発生モジュールと対物レンズを含む。ライン発生モジュールは、第１の光ビームを第１の波長で放射する第１の光源と、第２の光ビームを第２の波長で放射する第１の光源と、第１の光源により放射された光ビームをラインに成形し且つ第２の光源により放射された光ビームをラインに成形するライン形成オプティクスとを含む。本例では、対物レンズは、第１の光ビーム及び第２の光ビームをサンプリング構造体の試料外の焦点にフォーカスするように構成される。
一つの例では、サンプリング構造は、カバー板と、基板と、カバー板と基板との間に挟まれた液体通路とを含む。この例では、液体通路は上部内面及び底部内面を含み、試料は液体通路の上部内面又は底部内面に置かれる。焦点は、サンプリング構造体の上部内面における第１の光ビームのライン幅及び第２のラインビームのライン幅を増大するために液体通路の底部内面の下方に位置させることができる。代替例では、焦点は、サンプリング構造体の上部内面における第１の光ビームのライン幅及び第２のラインビームのライン幅を増大させるために液体通路の底部内面の上方に位置させることができる。
いくつかの実施形態では、サンプリング構造体は撮像システムに着脱自在に結合される。特定の実施形態では、サンプリング構造体はフローセルである。
特定の実施形態では、焦点は前記液体通路の前記底部内面より約５０μｍ〜約１５０μｍ下方に位置する。代替例では、焦点は前記液体通路の前記底部内面より約５０μｍ〜約１５０μｍ上方に位置する。
一実施形態では、撮像システムは、試料からの蛍光放射を検出するために時間遅延積分（ＴＤＩ）センサを含む。特定の実施形態では、ＴＤＩセンサは約５μｍ〜約１５μｍの画素サイズ、約０．４ｍｍ〜約０．８ｍｍのセンサ幅、及び約１６ｍｍ〜約４８ｍｍのセンサ長を有する。
一実施形態では、第１の光ビームのライン幅及び第２の光ビームのライン幅は約１０μｍ〜３０μｍである。別の実施形態では、第１の光ビームのライン長及び第２の光ビームのライン長は約１ｍｍ〜１．５ｍｍである。
一実施形態では、１つ以上のライン拡幅オプティクスは、デフォーカスレンズ、プリズム又はディフューザを含む。特定の実施形態では、１つ以上のライン拡幅オプティクスは、光源から対物レンズまでの光路内にデフォーカスレンズの後に配置されたパウエルレンズを含む。
いくつかの実施形態では、第１の光ビームのライン幅が、試料の表面上の第１の光ビームの総合パワー密度が低下するように増大され、その結果試料の表面上の第１の光ビームのパワー密度が試料上の第１の染料の光飽和閾値より低くなり、且つ第２の光ビームのライン幅が、試料の表面上の第２の光ビームの総合パワー密度が低下するように増大され、その結果試料の表面上の第２の光ビームのパワー密度が前記試料上の第２の染料の光飽和閾値より低くなるように構成される。
いくつかの実施形態では、撮像システムは、第１の光ビームのライン幅及び第２の光ビームのライン幅を調整するために対物レンズを調節するｚ台を含む。他の実施形態では、撮像システムは、プロセッサと、コンピュータ実行可能命令が格納された非トランジトリコンピュータ可読媒体とを含み、該コンピュータ実行可能命令は、ＴＤＩセンサからの信号の品質を決定すること、及び前記焦点を調整し、ＴＤＩセンサからの信号の品質を最適にするために前記対物レンズをｚ軸に沿って調節することを前記システムに実行させるように構成される。
別の例において、ＤＮＡシーケンシングシステムは、ライン発生モジュールと対物レンズとを含む。本例では、ライン発生モジュールは、各々光ビームを放射する複数の光源と、各光ビームをラインに成形する１つ以上のライン形成オプティクスとを備え、前記対物レンズ又は前記１つ以上のライン形成オプティクスは、フローセルの第１の表面又は第２の表面における各ラインの幅を拡大するように構成される。
この例の実施形態では、対物レンズは、フローセルの第１の表面又は第２の表面における各ラインの幅を拡大するために、各光ビームをフローセルの内面外に位置する焦点にフォーカスするように構成される。焦点は、フローセルの底部内面より約５０μｍ〜約１５０μｍ下方又はフローセルの上部内面より約５０μｍ〜約１５０μｍ上方にしてよい。
いくつかの実施形態では、撮像システムの対物レンズは、コリメートされたレーザ光を撮像面の下方に５０〜１５０μｍ離れた位置にフォーカスするために僅かに有限共役に設計される。
いくつかの実施形態では、ライン発生モジュール（ＬＧＭ）はパウエルレンズ又は他のビーム成形オプティクスを用いて所望のアスペクト比の均一なライン照明を提供する。システムは、対物面（例えば、フローセル表面）上の回折制限焦点を光学的に調整するように構成することができる。焦点をフローセルの表面の上方又は下方に調整することによって、フローセルの表面に入射するビーム幅を拡大することができるとともに、試料及びフローセルにおけるレーザパワー強度を減少させることができる。パワー強度は、雑音及び速度に関するＴＤＩセンサの積分トレランスを満たしながら、遺伝子検出（例えば、ＤＮＡ，ＲＮＡ，又は他の試料検出）に対する蛍光プローブの光飽和閾値より低い又はほぼ等しい値に制御することができる。いくつかの実施形態では、モジュラー光学解析システムのコンポーネントをモジュールサブアセンブリにグループ化し、その後これらのモジュールサブアセンブリを精密板又は他の安定構造体の上に設置することで、相対自由度を低減し、全システムメインテナンスを簡単化することができる。
例えば、一実施形態では、モジュラー光学解析システムは４つのモジュールサブアセンブリにグループ化されたコンピュータのセットを含むことができる。第１のモジュラーサブアセンブリは、ＬＧＭにグループ化された複数のレーザ及び対応するレーザオプティクスを含むことができる。第２のモジュラーサブアセンブリは、エミッション光学モジュール（ＥＯＭ）にグループ化されたレンズ、調整オプティクス及びフィルタオプティクスを含むことができる。第３のモジュールサブアセンブリは、カメラモジュール（ＣＡＭ）にグループ化されたカメラセンサ及び対応するオプトメカニクスを含むことができる。第４のモジュールサブアセンブリは、フォーカス追跡モジュール（ＦＴＭ）にグループ化されたフォーカス追跡センサ及びオプティクスを含むことができる。いくつかの実施形態では、システムのコンポーネントは異なるモジュラーサブアセンブリにグループ化することができる。コンポーネントは特定の用途及び設計選択に応じてもっと少数又は多数のサブアセンブリにグループ化することができる。各モジュラーサブアセンブリは、個々のコンポーネントを取付け板又は筐体に組み込み、これらのコンポーネントをモジュラーサブアセンブリ内で精密にアライメントし所定のトレランスに設定することによって、予め製造することができる。各モジュラーサブアセンブリは、自由度を最小限にするために、重要なコンポーネントのみが精密アライメントを可能にするために１つ以上の方向に移動又は回転し得るように製造することができる。
いくつかの実施形態では、ＬＧＭは、精密インタフェース及びオプティクスを考慮して設計されたＬＧＭアセンブリベンチ上に事前設定することができる。ＬＧＭアセンブリベンチはアセンブリ対物レンズ、ビームプロファイラ、アライメントターゲット、減衰器、精密板、及び併進台を含むことができる。アセンブリ対物レンズは、ＬＧＭのレーザモジュール及び内部オプティクスの初期アライメントを可能にするために、モジュラー光学システム上のＥＯＭよりも大きい視野、焦点距離及び作動距離を有することができる。ビームプロファイラは様々なターゲット位置におけるビーム強度を検出し、報告するように構成された２Ｄ画像センサとすることができる。ビームのアライメントは、ＬＧＭ内の様々な内部オプティクス及び／又はミラーを操作することによってこれらのターゲット位置におけるビーム位置、強度、指方向を最適にすることを含み得る。様々な内部光学コンポーネントの操作及びビームプロファイラを用いるレーザの評価は自動プロセス又は手動プロセスとすることができる。
システムは精密取付け板も含むことができる。精密取付け板は、アライメント表面、取付けピン、溝、スロット、グロメット、タブ、磁石、データム表面、ツーリングボール、又は各予め製造され、試験されたモジュラーサブアセンブリを受け取り、所望の位置に取り付けるように予め製造された他の表面を有するように製造することができる。精密取付け板は、当技術分野で周知のように、平坦構造、非平坦構造、中実構造、中空構造、ハネカム又は格子構造、又は他のタイプの剛性取付け構造を含むことができる。いくつかの実施形態では、精密取付け板は、水平取付け表面を維持し且つ振動を抑制するように構成されたステージモーションアセンブリを組み込む又はそれに結合することができる。ステージアセンブリは、光学ターゲットの１つ以上の制御表面を制御し、モジュラーサブアセンブリ（例えばＥＯＭ及びＣＡＭ）をアライメントするように、例えば１つ以上の光学コンポーネント又はセンサを所定のトレランス以内に再配置するように帰還を提供するアクチュエータを含むことができる。これらの精密モーション装置は光学撮像システムの視野内の照明ラインを段階的又は連続的作動で精密に位置させることができる。
モジュラー光学解析システムの組立ては、各モジュラーサブアセンブリを精密取付け板上に取り付けるステップ、及び１つ以上の制御調整を用いて最終アライメントを実行するステップを含むことができる。いくつかの例では、そのコンポーネントの各々に対して３０超の自由度を有する光学解析システムは、そのコンポーネントの各々に対して１０未満の自由度を有する光学解析システムに変形することができ、このシステムではそのコンポーネントは予め製造されたモジュラーサブアセンブリにグループ化される。これらの残存自由度は、能動的な又は頻繁なアライメントプロセスの実行なしに、コンポーネント間アライメントのトレランスを最適にするように選択することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のモジュラーサブアセンブリ内の１つ以上の制御調整はサブアセンブリに取り付けられた１つ以上の対応するアクチュエータを用いて駆動することができる。
１つ以上のモジュラーサブアセンブリ（例えば、ＣＡＭ又はＦＴＭ）内のセンサ及び／又は検出器はデータをコンピュータに送信するように構成することができ、コンピュータはプロセッサと機械可読命令を格納した非トランジトリコンピュータ可読媒体とを含む。ソフトウェアは、例えばビームフォーカス、強度及び形状を検出することによって最適システム性能をモニタするように構成することができる。いくつかの例では、システムは各モジュラーサブアセンブリのアライメント及び性能に特有のパターンを表示するように構成された光学ターゲットを含むことができる。ソフトウェアはその後、特定のモジュラーサブアセンブリが次善最適に作動しているとき、グラフィックユーザインタフェースを介して指示し、開ループ調整を勧告する、又は問題の修正のために閉ループ作用を実行することができる。例えば、ソフトウェアは信号をアクチュエータに送信し、特定のコンポーネントを所定のトレランス以内に再配置する、又は性能低下サブアセンブリのスワップアウトを勧告することができる。ソフトウェアは局所的に又はネットワークインタフェースを介して遠隔的に作動させ、リモート診断及び調整システムをイネーブルすることができる。
開示の技術の他の特徴及び態様は、開示の技術の実施形態の特徴を例示する添付図面と関連してなされる以下の詳細な説明から明らかになる。概要は本明細書に記載する発明の範囲を限定するものでなく、発明の範囲は請求項及びそれらの均等物により特定される。
上記のコンセプトのあらゆる組み合わせ（これらのコンセプトが相互に矛盾しなければ）は本明細書に開示の発明の要旨の一部としてみなせることを理解すべきである。特に、本開示の終わりに記載される請求の要旨のあらゆる組み合わせは本明細書に開示の発明の要旨の一部分とみなせる。
本開示の技術は、１つ以上の様々な実施形態に従って、下記の図面を参照して詳細に説明される。これらの図は、開示の技術の理解を容易にするために提供され、包括的であること又は開示の実施形態そのものに限定することを意図しない。従って、図面は説明のためにのみ提供され、開示の技術の典型的な又は例示的な実施形態を示しているにすぎない。図解を明瞭且つ容易にするために、図中の要素は必ずしも正しいスケールで示されていない。
本明細書に開示されるシステム及び方法を実装し得る例示的な画像走査システムの全体ブロック図を示す。 本明細書に開示される実施形態に係わる例示的なモジュラー光学解析システムを示す斜視図である。 本明細書に開示される実施形態に係わる例示的な精密取付け板を示す斜視図である。 本明細書に開示される実施形態に係わる例示的なモジュラー光学解析システムのブロック図を示す斜視図である。 本明細書に開示される実施形態に係わる例示的なモジュラー光学解析システムのブロック図を示す斜視図である。 本明細書に開示される実施形態に係わるライン発生モジュール（ＬＧＭ）アライメントシステムのブロック図を示す斜視図である。 本明細書に開示される実施形態に係わるＬＧＭアライメントシステムのブロック図を示す斜視図である。 本明細書に開示される実施形態に係わる例示的なモジュラー光学解析システムのトップダウンビューを示す。 本明細書に開示される実施形態に係わる例示的なモジュラー光学解析システムの側面図を示す。 本明細書に開示される実施形態に係わるＬＧＭ、対物レンズ、及びフローセルのブロック図を示す。 本明細書に開示される実施形態に係わる、レーザラインパターンをフローセル上にデフォーカスして光飽和及び光漂白を回避するために使用されるＬＧＭ及びＥＯＭのブロック図を示す。 図２Ａは、本明細書に開示される実施形態に係るエミッション光学モジュールモジュール（ＥＯＭ）を示す側面図である。図２Ｂは、本明細書に開示される実施形態に係るＥＯＭを示すトップダウン図である。 図３Ａは、本明細書に開示される実施形態に係るフォーカス追跡モジュール（ＦＴＭ）を示すブロック図である。図３Ｂは、本明細書に開示される実施形態に係るＦＴＭを示す側面図である。図３Ｃは、本明細書に開示される実施形態に係るＦＴＭを示すトップダウンビュー図である。 図４Ａは、本明細書に開示される実施形態に係る例示的なモジュラー光学解析システムをしめす側面図である。図４Ｂは、本明細書に開示される実施形態に係る、ＥＯＭからのチューブレンズサブアセンブリの例示的な構成を示すブロック図である。図４Ｃは、本明細書に開示される実施形態に係る、ＥＯＭからのチューブレンズサブアセンブリの別の例示的な構成を示すブロック図である。 図５Ａは、本明細書に開示される実施形態に係るＥＴＭ及びＥＯＭを示す側面図である。図５Ｂは、本明細書に開示される実施形態に係るＥＴＭ及びＥＯＭを示すトップダウンビュー図である。 本明細書に開示される実施形態に係るライン発生モジュール（ＬＧＭ）及びＥＯＭを示す側面図である。 本明細書に開示される実施形態に係るＬＧＭ及びＥＯＭを示すトップダウンビュー図である。 本明細書に開示される実施形態に係るモジュラー光学解析システムを設置し設定する例示的なプロセスを示す図である。 開示の技術の実施形態の様々な特徴の実装に使用し得る例示的なコンピューティングエンジンを示す。
開示された技術を変形及び変更して実施できることが理解され、開示された技術が特許請求の範囲及びその均等物のみによって限定されることが理解されるであろう。
本明細書で使用される、「ｘｙ面」という用語は直線軸ｘ及びｙで規定される２次元の領域を意味する。検出器及び検出器により観察される対象に関して使用される場合、この領域は更に、検出器と検出対象との間の観察方向に対して直角であると規定することができる。本明細書でライン走査に言及するとき使用される、「ｙ方向」という用語は走査の方向を指す。
本明細書で使用される、「ｚ方向」又は「ｚ軸」という用語は検出器で観察される対象の領域に直角の方向又は軸を規定する。例えば、光学システムのフォーカス方向はｚ軸に沿うと規定することができる。
本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、生物試料の解析などに使用できるモジュラー光学システムを提供する。本明細書に開示される他の実施形態は生物試料を解析するモジュラー光学システムを組み立て、設置する方法を提供する。このような光学システムは、遺伝子シーケンシング装置又はその一部とすることができる。この装置はＤＮＡ，ＲＮＡ又は他の生物試料をシーケンシングするために使用できる。一部の遺伝子シーケンシング機器は、異なる波長で作動するコヒーレント光又は非コヒーレント光を内部オプティクスを介して試料上にフォーカスすることによって作動する。このとき試料内に存在する塩基対が蛍光を発し、その光がシーケンサのオプティクスを介して光センサ上に戻され、その後光センサが存在する塩基対のタイプを検出する。これらのタイプの機器は内部オプティクスの精密なアライメント及び調整に依存し、熱的影響（例えば、光源及び電子機器からの熱による）並びに振動又は偶発的なユーザの接触などの機械的影響により生じるコンポーネントのドリフト又はミスアライメントに敏感である。本開示の実施形態はこれらの問題及び関連する設置及び維持コストの課題をモジュラー方式によって解消する。機能的に関連する光学コンポーネントをグループ分けし、各グループを予めパッケージ化し、試験し、モジュラーサブアセンブリとしてアライメントすることができる。各モジュラーサブアセンブリはその後現場交換可能ユニット（ＦＲＵ）として取り扱うことができ、各モジュラーサブアセンブリは精密アライメント板に取り付けることによってシステム内に設置し、他のモジュラーサブアセンブリにアライメントすることができる。
本開示のいくつかの実施形態は、複数のモジュラーサブアセンブリ及び精密取付け板を含み、各モジュラーサブアセンブリは筐体及び筐体に対してアライメントされた複数の光学コンポーネントを含む、システムを提供する。筐体は複数の精密取付け構造部を含み、各精密取付け構造が精密取付け板又は隣接するモジュラーサブアセンブリに位置する対応する精密取付け構造に直接結合するため、各モジュラーサブアセンブリを精密取付け板に機械的に結合することができる。いくつかの実施形態では、ライン発生モジュールは、第１の波長で作動する第１の光源と、第２の波長で作動する第２の光源と、各光源に所定の角度でアライメントされたビーム成形レンズを含む。例えば、第１の波長は緑色波長とすることができ、第２の波長は赤色波長とすることができる。ビーム成形レンズはパウエルレンズとすることができる。
いくつかの実施形態では、放射オプティクスモジュールは、光発生モジュールに光学的に結合された対物レンズと、対物レンズに光学的に結合されたチューブレンズを含むことができる。対物レンズは所定の距離離れて位置するフローセル上に光をフォーカスする。対物レンズは長手方向軸に沿って調節することができ、チューブレンズは正確な撮像を確保するためにチューブレンズ内で長手方向軸に沿って調節し得るレンズコンポーネントを含むことができる。例えば、レンズコンポーネントはフローセルの１つ以上の表面を撮像するための対物レンズの調節により生じる球面収差を補正するために動かすことができる。
いくつかの例では、フローセルは、透明カバー板と基板とそれらの間に挟まれた液体を含むことができ、生物試料は透明カバー板の内面又は基板の内面に位置させることができる。例えば、生物試料はＤＮＡ，ＲＮＡ又はシーケンシングすることができる別のゲノム物質とすることができる。
フォーカス追跡モジュールはフォーカス追跡光源とフォーカス追跡センサを含むことができ、その光源は光ビームを発生し、その光ビームをフォーカス追跡センサに到達するように複数の光学コンポーネントを通して送る。フォーカス追跡センサはプロセッサ及び機械可読命令が格納された非トランジトリコンピュータ可読媒体に通信可能に結合することができる。機械可読命令は、実行時に、プロセッサに、フォーカス追跡センサからの出力信号を受信し、その出力信号を分析して光ビームの一組の特性を決定する処理を実行させる。いくつかの実施形態では、機械可読命令は、実行時に、更にプロセッサに、光学コンポーネントの１つ以上を光ビームの一組の特性が最適になるように再設定するよう指示する帰還信号を発生する処理を実行させる。
いくつかの例では、カメラモジュールは、複数の光センサを含み、光発生モジュールは複数の光源を含み、各光センサは対応する光源からの光ビームを受信し検出するように向けることができる。
本明細書に開示するシステム及び方法の様々な実施形態を説明する前に、本明細書に開示する技術を実施し得る環境の例について説明するのが有用である。このような環境の一例は図１Ａに示すような光学システムである。本例の光学システムは試料の画像を取得又は生成する装置を含み得る。図１Ａに概略示される例は背面照明設計実装の撮像構成を示す。
図１Ａの例に示されるように、対象試料は試料構造体又は容器１１０（例えば、本明細書ではフローセルとして示されている）の上に置かれ、試料容器１１０は対物レンズ１４２の下の試料台１７０の上に置かれる。光源１６０及び関連オプティクスがレーザ光などの光のビームを試料容器１１０上の選択した試料位置に向ける。試料は蛍光を発し、得られた光は対物レンズ１４２により集光され、蛍光を検出するためにカメラシステム１４０のイメージセンサに向けられる。試料台１７０は試料容器１１０上の次の試料位置を対物レンズ１４２の焦点に位置させるために対物レンズ１４２と相対的に移動される。試料台１７０と対物レンズ１４２の相対移動は、試料台自体、対物レンズ、撮像システムの他のコンポーネント又はそれらの任意の組み合わせを移動させることによって達成することができる。他の実施形態は撮像システム全体を静止試料の上方で移動させてもよい。
流体配送モジュール又は装置１００は試薬（例えば、蛍光標識ヌクレオチド、緩衝剤、酵素、切断試薬等）の流れを試料容器１１０に通して排出弁１２０へ送る。特定の実施形態では、試料容器１１０は、試料容器１１０上の複数の試料位置に核酸配列のクラスタを含むフローセルとして実装することができる。シーケンシングすべき試料は他の任選択要素とともにフローセルの基板に付着させることができる。
本システムは、必要に応じ試料容器１１０内の流体の温度の状態を調整し得る温度ステーションアクチュエータ１３０及び加熱器／冷却器１３５も備える。カメラシステム１４０は、試料容器１１０のシーケンシングをモニタし追跡するために含めることができる。カメラシステム１４０は、例えば電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラ（例えば、時間遅延積分（ＴＤＩ）ＣＣＤカメラ）として実装することができ、フィルタスイッチングアセンブリ１４５内の様々なフィルタ、対物レンズ１４２及びフォーカシングレーザ／フォーカシングレーザアセンブリ１５０と相互作用することができる。カメラシステム１４０はＣＣＤカメラに限定されず、他のカメラ及びイメージセンサ技術を使用することができる。
光源１６０（例えば、必要に応じ複数のレーザを含むアセンブリ内の励起レーザ）又は他の光源は、光ファイバインタフェース（必要に応じ１つ以上の再結像レンズ、光ファイバマウントを含み得る）を介して試料内の蛍光シーケンシング反応を照明するために含んでよい。図示の例には低ワット数のランプ１６５、フォーカシングレーザ１５０及び逆ダイクロイック１８５も示されている。いくつかの実施形態において、フォーカシングレーザ１５０は撮像中ターンオフすることができる。他の実施形態において、別のフォーカス構成は第２のフォーカシングカメラ（図示せず）を含んでよく、このフォーカシングカメラは、データ収集と同時に表面から反射される散乱光の位置を測定するために、四分割検出器、位置敏感検出器（ＰＳＤ）又は類似の検出器を含んでよい。
背面照明装置として示されているが、他の例は対物レンズ１４２を通して試料容器１１０上の試料に向けられたレーザ又は他の光源からの光を含んでよい。試料容器１１０は、最終的には、対物レンズ１４２に対して試料容器１１０の相対的な移動及びアライメントをもたらすように試料台１７０に取り付けられる。試料台は３つの方向に移動し得るように１つ以上のアクチュエータを含み得る。例えば、カーテシアン座標系に関して、試料台を対物レンズに対してＸ，Ｙ及びＺ方向に移動し得るようにアクチュエータを設けることができる。これにより試料容器１１０上の１つ以上の試料位置を対物レンズ１４２と光学的にアライメントすることができる。
フォーカス（ｚ軸）コンポーネント１７５は、本例では、試料容器１１０に対して光学コンポーネントの集束方向（一般的にｚ軸又はｚ方向と呼ばれる）の位置を制御するために含まれている。フォーカスコンポーネント１７５は、光学台又は試料台又はその両方に物理的に結合された１つ以上のアクチュエータを含み、撮像処理に適切なフォーカシングを提供するために、試料台１７０上の試料容器１１０を光学コンポーネント（例えば、対物レンズ１４２）に対して動かすことができる。例えば、アクチュエータはそれぞれの台に物理的に結合することができ、例えば機械的、磁気的、流体的又は他の連結又は接触によって直接又は間接的に結合することができる。１つ以上のアクチュエータは試料台を同じ平面（例えば、光軸に直角の水平面又は水平姿勢）に維持しながらｚ方向に移動するように構成することができる。１つ以上のアクチュエータは台を傾けるように構成することもできる。これは、例えば試料容器１１０がその表面の傾きを考慮して動的に水平になるように行うことができる。
システムのフォーカシングは、対物レンズの焦平面を選択した試料位置で撮像すべき試料と整列させることであると言える。しかし、フォーカシングは、試料の表示に関する所望の特性、例えば試験サンプルの画像の所望の鮮明さ又はコントラストなど、を得るためのシステムの調整とも言える。対物レンズの焦平面の使用可能な被写界深度は小さいかもしれない（約１μｍ以下のこともある）ため、フォーカスコンポーネント１７５は撮像される表面に密接に追従する。試料容器は機器に固定されるので完全に平坦ではないため、フォーカスコンポーネント１７５は、走査方向（本明細書ではＹ軸方向という）に沿って移動する間その輪郭に追従するように構成することができる。
撮像される試料位置で試験試料から発生する光は１つ以上の検出器１４０に向けられる。検出器は、例えばＣＣＤカメラを含み得る。焦点領域から発生する光のみを検出器へ通すようにアパーチャを含め、位置させることができる。アパーチャは、焦点領域外から発生する光の成分を除去することによって画像品質を高めるために含めることができる。決定された発光波長を記録し、漂遊光を除去するために選択可能な複数のエミッションフィルタをフィルタスイッチングアセンブリ１４５内に含めることができる。
様々な実施形態では、試料容器１１０は１つ以上の基板を含み、その上に試料が与えられる。例えば、多数の異なる核酸配列を解析するシステムの場合には、試料容器１１０は１つ以上の基板を含み、その上にシーケンシングすべき核酸が固定、付着又は結合される。様々な実施形態では、基板は核酸を付着し得る任意の不活性基板又は基質、例えばガラス表面、プラスチック表面、ラテックス、デキストラン、ポリスチレン表面、ポリプロピレン表面、ポリアクリルアミドゲル、金表面及びケイ素ウェハなど、を含み得る。いくつかのアプリケーションでは、基板は試料容器１１０を横切ってマトリクス又はアレイ状に形成された複数の位置でチャネル又は他の領域内に位置する。
図示されていないが、走査システムの動作を制御するためにコントローラを設けることができる。コントローラは、システム動作の特性、例えばフォーカシング、台移動、及び撮像動作など、を制御するように実装することができる。様々な実施形態では、コントローラは、ハードウェア、アルゴリズム（例えば、機械実行可能命令）、又はそれらの組み合わせを用いて実装することができる。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラは、１つ以上のＣＰＵ又はプロセッサと関連のメモリを用いて実装することができる。別の例として、コントローラは、動作を制御するハードウェア又は他の回路、例えばコンピュータプロセッサ及び機械可読命令が記憶された非トランジトリコンピュータ可読媒体など、を備えることができる。例えば、この回路は以下のもの、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、結合プログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、プログラマブルアレイロジック（ＰＡＬ）又は他の類似の処理装置若しくは回路、の内の１つ以上を含み得る。更に別の例として、コントローラはこの回路と１つ以上のプロセッサとの組み合わせで構成することができる。
この例示的なシステムの文脈でシステムおよび方法が時々本明細書に説明されるが、これらのシステム及び方法はこの例示的システムの実装可能な一例にすぎない。本明細書を読めば、当業者なら、本明細書に記載のシステム及び方法はこの及び他のスキャナ、顕微鏡及び他の撮像装置を用いて実装することができることは理解されよう。
本明細書に開示の技術の実施形態はモジュラー光学解析システム及び方法を提供する。図１Ｂは、例示的なモジュラー光学解析システム１８０を示す斜視図である。システム１８０は複数のモジュラーサブアセンブリを含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、システム１８０は４つのサブアセンブリ、即ちライン発生モジュール（ＬＧＭ）１８２、フォーカス追跡モジュール（ＦＴＭ）１８４、カメラモジュール（ＣＡＭ）１８６、及びエミッション光学モジュール（ＥＯＭ）１８８を備える。本明細書においてＬＧＭ，ＦＴＭ，ＥＯＭ又はＣＡＭの文脈で使用されるように、モジュールはハードウェアユニット（例えば、モジュラーサブアセンブリ）を指す。
いくつかの実施形態では、ＬＧＭ１８２は１つ以上の光源を含み得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の光源はレーザダイオードなどのコヒーレント光源を含み得る。いくつかの実施形態では、ＬＧＭ１８２は赤色波長の光を放射するように構成された第１の光源、及び緑色波長の光を放射するように構成された第２の光源を含み得る。ＬＧＭ１８２は更に、フォーカシング表面、レンズ、反射表面、又はミラーなどの光学コンポーネントを含み得る。光学コンポーネントはＬＧＭ１８２の筐体内に、１つ以上の光源から放射された光を隣接するモジュラーサブアセンブリに向けてフォーカスするように配置することができる。ＬＧＭ１８２の１つ以上の光学コンポーネントは１つ以上の光源から放射される光を所望のパターンに成形するように構成することもできる。例えば、いくつかの実施形態では、光学コンポーネントは（例えば、１つ以上のパウエルレンズ、又は他のビーム成形レンズ、回折又は散乱コンポーネントを用いることによって）光をラインパターンに成形することができる。光学コンポーネントの１つ以上は１つ以上の他のモジュラーサブアセンブリ内に配置することができる。１つ以上のモジュラーサブアセンブリは１つ以上の現場交換可能なサブコンポーネントを含むこともできる。例えば、ＬＧＭ１８２は、ＬＧＭ１８２から個別に取り外して交換し得る少なくとも１つのレーザモジュールを含むことができる。
いくつかの例では、（ＬＧＭ１８２に結合された）隣接するモジュールサブアセンブリはＥＯＭ１８８とし得る。ＬＧＭ１８２の１つ以上の光源からの光はＬＧＭ１８２から、ＬＧＭ１８２及び／又はＥＯＭ１８８に装着されたインタフェースバッフルを介してＥＯＭ１８８へと向けることができる。例えば、インタフェースバッフルは、光をその中心部で通すが外部の光源からの干渉を遮るように成形されたアパーチャとすることができる。ＥＯＭ１８８は、ＬＧＭ１８２の１つ以上の光源により励起された蛍光を成形し、方向づけ及び／又はフォーカスする対物レンズ、チューブレンズ及び／又は他の光学コンポーネントも含むことができる。
ＥＯＭ１８８を通過する光は、インタフェースポートを通して、他の隣接モジュラーサブアセンブリの１つ、例えばＣＡＭ１８６、へ向けることができる。ＣＡＭ１８６は１つ以上の光センサを含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の光センサはＬＧＭ１８２の第１の光源からの光（例えば赤色波長）を検出するように構成することができ、第２の光センサはＬＧＭ１８２の第２の光源からの光（例えば緑色波長）を検出するように構成することができる。ＣＡＭ１８６の光センサは筐体内に配置し、２つの入射光ビームからの光を検出するように構成することができ、２つの入射光ビームは２つのセンサのピッチに基づいて所定の距離（例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍ）だけ離間することができる。いくつかの実施形態では、第１の光センサと第２の光センサは互いに３ｍｍ〜８ｍｍだけ離間することができる。これらの光センサは、例えば熱の影響又は機械的クリープによるビームドリフトを許容するために十分な大きさの検出表面を有することができる。ＣＡＭ１８６の光センサからの出力データはコンピュータプロセッサに送ることができる。コンピュータプロセッサは、その後コンピュータソフトウェアプログラム命令を実行してデータを分析し、ビームの特性（例えば、フォーカス、形状、強度、パワー、輝度、位置）をグラフィックユーザインタフェース（ＧＵＩ）に報告し又は表示し、並びに／又は、レーザビームを最適にするためにアクチュエータ及びレーザ出力を自動的に制御することができる。ビーム形状及び位置は、システム１８０の内部オプティクス（例えば、傾動ミラー、アーティキュレーティングレンズ等）を作動させて最適化することができる。
ＦＴＭ１８４もインタフェースポートを介してＥＯＭ１８８に結合することができる。ＦＴＭ１８４はシステム１８０内の光学コンポーネントの全てのアライメント及びフォーカスを検出し分析するための機器を含むことができる。例えば、ＦＴＭ１８４は、光源（例えばレーザ）、オプティクス、及びディジタルカメラ又はＣＭＯＳチップなどの光センサを含むことができる。レーザは光源光を送出するように構成し、オプティクスは光をシステム１８０内の光学コンポーネントに向けて通すように構成し、光センサはシステム１８０内の光学コンポーネントを通して送られた光を検出し、データをコンピュータプロセッサに出力するように構成することができる。コンピュータプロセッサは、その後コンピュータソフトウェアプログラム命令を実行してデータを分析し、レーザビームの特性（例えば、フォーカス、形状、強度、パワー、輝度、位置）をグラフィックユーザインタフェース（ＧＵＩ）に報告し又は表示し、並びに／又は、レーザビームを最適にするためにアクチュエータ及びレーザ出力を自動的に制御することができる。いくつかの実施形態では、ＦＴＭ１８４は冷却システム、例えば従来既知の空気又は液体冷却システム、を含むことができる。
いくつかの実施形態では、ＬＧＭ１８２はより速い走査速度に適応するためにより高い出力で作動し得る光源を含むことができる（例えば、ＬＧＭ１８２内のレーザは５倍大きい出力で作動し得る）。同様に、レーザモジュール１８４の光源も、ナノメータスケールのフォーカス精度を達成するため及びより速い走査速度に適応するために、より高い出力で作動させる及び／又はより高い解像度の光センサを含むことができる。ＦＴＭ１８４の冷却システムは、従来知られている冷却技術を用いて、高出力レーザからの追加の熱出力を吸収するように強化することができる。
一例では、各モジュラーサブアセンブリは１つ以上の他のモジュラーサブアセンブリに、及び／又は精密取付け板１９０に機械的に結合することができる。いくつかの実施形態では、精密取付け板１９０はステージアセンブリ１９２に機械的に結合することができる。ステージアセンブリ１９２は、モーションダンパー、１つ以上のモジュラーサブアセンブリ内の１つ以上のコンポーネントを駆動するアクチュエータ、冷却システム、及び／又は従来既知の他の電子機器若しくは機械コンポーネントを含むことができる。
モジュラーサブアセンブリは予め製造し、設定し、アライメントすることができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のモジュラーサブアセンブリを精密取付け板１９０に結合した後でそれらの自動又は遠隔手動アライメントを可能にするために、制御ユニットをステージアセンブリ１９２に電気的に結合するとともにユーザインタフェースに通信可能に結合することができる。各モジュラーサブアセンブリは、システム内の他のモジュラーサブアセンブリのアライメント又は設定を乱すことなく、精密取付け板１９０から取り外して別の機能的に同等のモジュラーサブアセンブリと交換することができるように、現場交換可能ユニット（ＦＲＵ）とすることができる。
各モジュールは、システム１８０に組み込む前に、予めアライメントされ、予め認定される。例えば、ＬＧＭ１８２の組み立て及び設定は、筐体内へのレーザ又はレーザダイオードの結合及びレーザ又はレーザダイオードを作動させる電子機器のインストールを含み得る。その後、完成ＬＧＭ１８２を試験台上に載置し、作動させて筐体内のレーザダイオード並びに任意のオプティクス又は他のコンポーネントをアライメントさせることができる。ＬＧＭ筐体は外部取付け構造、例えばＬＧＭ１８２を試験台に整列させるのみならず、システム１８０内への取り付け時に精密取付け板１９０に整列させるように構成された取付けピン、データム、ノッチ、タブ、スロット、リッジ、又は他の突部若しくは凹部など、を含むことができる。いったんＬＧＭ１８２が設定され、試験されると、そのＬＧＭ１８２はシステム１８２内に取り付けるか、現場取り替え可能ユニット（ＦＲＵ）としてパッケージ化し貯蔵するか、出荷することができる。
ＦＴＭ１８４、ＣＡＭ１８６、又はＥＯＭ１８８などの他のモジュラーサブアセンブリは、システム１８０に取り付ける前に、同様に組み立て、設定し、試験することができる。各モジュラーサブアセンブリは、必要に応じサブアセンブリ内の内部コンポーネントの移動を制限するために、機械的な結合手段を用いて組み立てることができる。例えば、コンポーネントは、他のコンポーネント又はモジュラーサブアセンブリの筐体にアライメントされたときその移動を止めるためにファスナ又は溶接によって所定の位置にロックすることができる。必要に応じ、いくつかのコンポーネントは、精密取付け板への取り付け後にそれらの相対方向を調整できるように、関節接合で結合すること又は筐体内で移動可能にすることができる。例えば、各モジュラーサブアセンブリの相対位置を、所定の機械的トレランスを用いて（例えば、データムを隣接するモジュラーサブアセンブリ又は精密取付け板１９０の受入ノッチに整列させることによって）精密に制御し、システム１８０の全光学アライメントを限定された数の調整可能な自由度（例えば、いくつかの実施形態では全体で１０より少ない自由度）で可能にすることができる。
図１Ｃは例示的な精密取付け板１９０を示す斜視図である。精密取付け板１９０は軽量で剛性で耐熱性の材料で製造することができる。いくつかの実施形態では、精密取付け板１９０は金属（例えば、アルミニウム）、セラミック、又は従来既知の他の剛性材料で製造することができる。精密取付け板１９０は、１つ以上のモジュラーサブアセンブリの筐体又はハウジングに組み込まれた対応する精密アライメント構造に機械的に結合するように構成された精密アライメント構造を含むことができる。例えば、精密アライメント構造は、第１の表面（例えば、精密取付け板１９０の表面）を第２の表面（例えば、モジュラーサブアセンブリの筐体又はハウジングの外面）に整列するように成形された、取付けピン、データム、タブ、スロット、ノッチ、グロメット、マグネット、リッジ、突部、凹部、及び／又は他の精密取付け構造部を含むことができる。図１Ｃを参照するに、例示的な精密取付け板１９０は、ＬＧＭ１８２の筐体の外面に位置する対応する精密取付け構造部を受け入れ、それに機械的に結合するように構成された複数のＬＧＭ精密取付け構造部１９４を含むことができる。同様に、精密取付け板１９０は、ＥＯＭ１８８の筐体の外面に位置する対応する精密取付け構造部を受け入れ、それに機械的に結合するように構成された複数のＬＧＭ精密取付け構造部１９６を含むことができる。精密取付け構造部を用いてＬＧＭ１８２及びＥＯＭ１８８を精密取付け板１９０上に配置することによって、ＬＧＭ１８２及びＥＯＭ１８８は互いに整列する。その後他のモジュラーサブアセンブリ（例えば、ＦＴＭ１８４及びＣＡＭ１８６）の筐体に位置する精密アライメント構造をＬＧＭ１８２又はＥＯＭ１８８の筐体、又は精密取付け板１９０に位置するそれぞれの精密アライメント構造に機械的に結合する。
図１Ｄは例示的なモジュラー光学解析システムのブロック図を示す。いくつかの実施形態では、モジュラー光学解析システムはシステム内に配置された２つの光源１６５０及び１６６０を有するＬＧＭ１１８２を含むことができる。光源１６５０及び１６６０は、レーザダイオード、ダイオード励起固体レーザ、又は従来既知の他の光源とすることができ、それらは異なる波長のレーザビーム（例えば、赤色又は緑色光）を出力し得る。レーザ光源１６５０及び１６６０から出力される光ビームはビーム成形レンズ１６０４を通過するように向けることができる。いくつかの実施形態では、両光源からのビーム出力を成形するために単一の光成形レンズを使用してよい。他の実施形態では、各光ビームに対して別個のビーム成形レンズを使用してよい。
ＬＧＭ１１８２は更に、ミラー１００１，１００２，１００３及び１００４を含むことができる。光源１６５０により発生された光ビームはミラー１００１及びミラー１００２で反射し、アパーチャ又はミラー１００４の半反射表面を通り、単一のインタフェースポートを通ってＥＯＭ１１８８内へ向けられる。同様に、光源１６６０により発生された光ビームはミラー１００３及びミラー１００４で反射し、単一のインタフェースポートを通ってＥＯＭ１１８８内へ向けられる。いくつかの例では、例えば図１Ｈに示されるように、追加の調整表面を提供するために、追加の調節可能なミラーのセットをミラー１００３及び１００４に隣接して組み込むことができる。
両光ビームはダイクロイックミラー１００４を用いて合成することができる。両光ビームはパウエルレンズのようなライン形成オプティクスを通るように向けることができる。ミラー１００１，１００２，１００３及び１００４の各々は、光源１６５０及び１６６０からの光ビームをアライメントするために、手動又は自動制御を用いて調節するように構成することができる。光ビームはシャッタ素子１００６に通してよい。ＥＯＭ１１８８は対物レンズ１４０４と、対物レンズ１４０４を長手方向にターゲット１１９２に近づく又は離れるように動かすｚ台１０２４を含むことができる。例えば、ターゲット１１９２は液体層１５５０と透明カバープレート１５０４を含むことができ、生物試料はカバープレートの内面と液体層の下に位置する基板層の内面に位置させることができる。ｚ台はその後、光ビームがフローセルの内面上にフォーカスする（例えば、生物試料上にフォーカスされる）ように対物レンズを移動することができる。生物試料は、従来知られているように、光学シーケンシングに応答するＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質又は他の生物材料とすることができる。いくつかの実施形態では、対物レンズは、フローセルの表面における光ビームのライン幅が拡大するように、フローセルを越えた焦点に光ビームをフォーカスするように設定することができる。
ＥＭＯ１１８８は、光を対物レンズ１４０４へ向けるとともに、ターゲット１１９２から戻る光を通すことができる半反射ミラー１０２０も含むことができる。ＥＭＯ１１８８はチューブレンズ１４０６２及び補正レンズ１４５０を含むことができる。補正レンズ１４５０は、正確な撮像を保証するため、例えば対物レンズ１４０４の移動及び／又は厚い基板を通る撮像に起因する球面収差を補正するために、対物レンズに近づく又はそれから離れるように長手方向に調節することができる。補正レンズ１４５０及びチューブレンズ１４０６を通過した光はその後フィルタ素子１０１２を通過してＣＡＭ１１８６に入る。ＣＡＭ１１８６は入射光ビームに応答して生物試料から放出される光を検出するために１つ以上の光センサ１０５０を含むことができる。
ＥＯＭ１１８８は、ＦＴＭ１１８４から放出されたフォーカス追跡光ビームをターゲット１１９２へ反射し、その後ターゲット１１９２から戻る光をＦＴＭ１１８４へ反射して戻す半反射ミラー１０１８を含むことができる。ＦＴＭ１１８４は、戻されたフォーカス追跡光ビームの特性を検出し、ターゲット１１９２への対物レンズ１４０４のフォーカスを最適にするための帰還信号を発生する。
ＬＧＭ１１８２は、対物レンズを通して均一なライン照明を発生するように構成される。例えば、対物レンズは、ＥＯＭ１１８８に位置させることができ、また、ＬＧＭが組み立てられ又は保持されているとき（例えば、及びモジュラー光学解析システムから物理的に分離されるとき）にＬＧＭの内部コンポーネントをアライメントするために使用される、ＬＧＭアライメントシステムの上に位置させることができる。ＬＧＭはシングルモード又はニアシングルモードレーザ光源を拡大及び／又は成形するために１つ以上のパウエルレンズを用いることができる。均一性の制御及びトレランスの増加のために他のビーム成形光学、例えばアクティブビーム拡大器、減衰器、リレーレンズ、円柱レンズ、作動ミラー、回折素子、及び散乱コンポーネントなどを使用することができる。レーザビームは、（例えば、図１Ｊに示されるように）フローセル表面により良いトレランスを与えるために対物レンズの後焦点で交差させることができる。対物レンズの近く又はリレーレンズの近くにパウエルレンズを設置することができる。撮像オプティクスに入射するレーザのファン角は撮像オプティクスの視野に一致するように調整することができる。
レーザビームの方向、サイズ及び／又は偏光はレンズ、ミラー及び／又は偏光子を用いて調整することができる。フローセルターゲットのデュアル表面への照明のフォーカスをアクティブに調整するために光学レンズ（例えば、円柱、球面レンズ又は非球面レンズ）を使用することができる。ＬＧＭ１１８２上の光モジュールは現場サービスのために個別に交換可能にし得る。ＬＧＭ１１８２は、各ユニットが特定の／異なった波長及び偏光用にそれぞれ設計された複数のユニットを含むことができる。２つ以上のレーザ波長はダイクロイック及び偏光子で合成することができる。
隣接領域のフォト漂白又は蛍光プローブのフォト飽和を回避するために、照明ラインのプロファイルを撮像領域の内側／外側で所定の強度比トレランス内に入るように調整することができる。フローセル及び／又はセンサでのレーザラインパターンを拡大することによって、より高い走査速度及びレーザ出力を使用することができる（例えば、フォト飽和又はフォト漂白も、レーザモジュールの損傷も経験することなしに、出力及びスループットを４倍に増大することができる）。いくつかの実施形態では、フローセルにおける２０ｋＷ／ｃｍ２より大きなレーザ出力密度はフローセル内の蛍光プローブを過飽和状態にし得る。この状態が生じるとき、センサで検出される発光信号はレーザモジュールからの励起出力の増加とともに線形に増加しない。
オプティクスを用いて照明ラインを拡大する方法は、パウエルレンズの後又は前にデフォーカスレンズ、プリズムアレイ又はディフューザを付加する方法を含み得る。いくつかの実施形態では、これらの方法はレーザ照明ビームサイズの縮小及び／又は対物レンズの無限共役設計縮小も含み得る。図１Ｋは、フォト飽和及びフォト漂白を回避するためにフローセルへのレーザラインパターンを拡大するために使用するＬＧＭ及びＥＯＭのブロック図を示す。フローセルに入射するレーザビームライン幅は、励起出力密度を低減しフォト飽和を回避するために拡大される。ライン幅は、例えばパウエルレンズの前又は後にデフォーカスレンズ、プリズムアレイ、又はディフーザを組み込むことによって拡大することができる。いくつかの実施形態では、図１Ｋに示されるように、対物レンズをデフォーカスしてラインパターンをフローセルの表面を超えてフォーカスする（例えば、対物レンズをｚ軸方向に動かす）ことによってライン幅を増大することができる。いくつかの例では、ラインパターンをフローセルの遠位面から約５０ミクロン〜約１５０ミクロンの距離にデフォーカスすると、１０ミクロンより大きいライン幅を発生させることができ、フォト飽和及びフォト漂白効果を有効に低減することができる。
ＴＤＩセンサを使用する場合には、ライン幅対ビーム強度プロファイルとＴＤＩセンサの信号対雑音トレランスを両立させることができる。例えば、極めて広いライン幅のときは、信号対雑音比は低すぎて実効的でない。
図１ＦはＬＧＭアライメントシステムのブロック図を示す。図１ＧはＬＧＭアライメントシステムの斜視図を示す。図に示されるように、いくつかの実施形態では、緑色レーザモジュールは２つのＰＺＴミラーで反射する第１のレーザビームを発生し得る。同様に、赤色レーザモジュールも２つのＰＺＴミラーで反射し、第１のレーザビームと合成される第２のレーザビームを発生する。両ビームはその後パウエルレンズを通過してラインパターンを発生し、その後シャッタ、ＥＯＭオプティクス及び対物レンズを通過する。いくつかの実施形態では、レーザビームの幅を増大するために、対物レンズを通過する前にデフォーカスレンズを用いてレーザビームをデフォーカスすることができる。代わりに、対物レンズをｚ軸方向に調節することによってレーザビームをデフォーカスすることもできる。レーザビームをフローセルの表面を超えた焦点でフォーカスさせることによって、レーザラインを拡大し、試料におけるエネルギーを分散させ、高い走査速度及び高いレーザ出力でのフォト飽和、フォト漂白及びレーザ損傷を回避することもできる。いくつかの実施形態では、ラインパターンの幅を５ミクロン未満から１３ミクロン超に増大することができる。
ＬＧＭアライメントシステムは、ＬＧＭ内のレンズ、レーザ又は他のコンポーネント又はオプティクスのみならず、ミラー１００１，１００２，１００３及び１００４の相対位置を調整又は操作するための制御表面を含むことができる。例えば、これらの調整は制御ノブ、ネジ、又は他のコンポーネントの手動操作によって行うことができる。他の実施形態では、１つ以上の光学コンポーネントは自動的に調整又は操作され得る。自動制御装置は電動並進台、作動装置、１つ以上の圧電台、並びに／又は１つ以上の自動スイッチ及びフリップミラー及びレンズを含み得る。すべての装置、試験システム、キャリブレーション、および試験プロシージャを制御するためにソフトウェアインタフェースを使用することができる。アライメントシステムは、ビームプロファイラ（例えば、２Ｄイメージセンサ）、撮像レンズ（交換用ＥＯＭ対物レンズ）、減衰器、及び／又はアライメントターゲットを含む。ソフトウェアインタフェースは品質制御及び製品評価のための報告を出力するためにも使用することができる。例えば、報告は、ビームプロファイラにより発生される、ＬＧＭの光学コンポーネントの各アライメント設定に対するビーム強度及びプロファイルに関するデータを含むことができる。
いくつかの実施形態では、ＬＧＭアライメントシステムを用いてＬＧＭをアライメントする方法は、ＬＧＭアライメントシステムに対する撮像オプティクス、センサ、及び機構の適正なアライメント位置及びトレランスを確認することを含む。ＬＧＭアライメントシステムはモジュラー光学解析システムの外部にある。従って、ＬＧＭの内部コンポーネントはモジュラー光学解析システム内に設置する前に組み立て、アライメントすることができる。ＬＧＭの内部コンポーネントはメインテナンス活動中にアライメントすることもできる。
いくつかの実施形態では、ＬＧＭ光学コンポーネントのアライメントは、シーケンシング中に又はシーケンシングサイクル／ランの間に、自動追跡及び調整のための作動装置を用いて達成することができる。例えば、作動装置は圧電台、電動アクチュエータ又は従来既知の類似の装置とすることができる。作動装置は温度変化のみならずレーザ、レンズ及びマウントなどの光学コンポーネントの減衰により生じるドリフトを補正することもできる。
各光学コンポーネントは、精密接触パッド、デュエルピン、ストッパ、又は従来既知の他の精密機械取付け表面を備える機械的インタフェースを用いて、筐体又は光学フレームに機械的に結合することができる。
図２Ａ及び図２ＢはＥＯＭ１８８上の精密取付け構造部を示す図である。いくつかの実施形態では、ＥＯＭ１８８はＥＯＭ筐体２１０を含み得る。ＥＯＭ１８８はＬＧＭ１８２、ＦＴＭ１８４及びＣＡＭ１８６に機械的に及び光学的に結合することができる（例えば、ＥＯＭ１８８の筐体は他のモジュラーサブアセンブリの各々の筐体に位置するアパーチャに対応及び整列する１つ以上のアパーチャを含み、ＬＧＭ１８２及び／又はＦＴＭ１８４内の光源により発生された光をそれらのアパーチャを通してＥＯＭ１８８のオプティクスに送ることができる）。図２Ｂに示されるように、ＥＯＭ筐体２１０は、ＦＴＭ１８４の筐体の外面に位置する対応する精密取付け構造部に整列し機械的に結合する（例えば物理的に付着する）ように構成されたＦＴＭ精密取付け構造部２１２を含むことができる。同様に、ＥＯＭ筐体２１０は、ＣＡＭ１８６の筐体の外面に位置する対応する精密取付け構造部に整列し機械的に結合するように構成されたＣＡＭ精密取付け構造部２２２を含むことができる。
図３Ａ，３Ｂ及び３ＣはＦＴＭ１８４上の精密取付け構造部を示す図である。図３Ａを参照するに、ＦＴＭ１８４はＦＴＭ筐体３００内に配置された光源及び光センサを含み得る。ＦＴＭ筐体３００は光源及び光センサを制御するために電子インタフェース３０２，３０４及び３０６のためのインタフェースポートを含み得る。ＦＴＭ筐体３００は精密取付け構造部３１２（例えば、精密取付け板１９０上の凹部又は所定の位置に機械的に結合するよう構成された精密取付け脚）も含み得る。ＦＴＭ筐体３００は更に、ＥＯＭ筐体２１０の外面に位置する対応する精密取付け構造部２１２に整列し機械的に結合するように構成された精密取付け構造部３１４を含むことができる。
各モジュラーサブアセンブリの事前組立て、設定、アライメント及び試験、及びその後のシステムアライメントを支援するための各サブアセンブリの精密取付け板１９０への取付けは、所望のトレランスを満たすために要求されるインストール後のアライメント量を減少することができる。一例では、ＥＯＭと他のサブアセンブリモジュールの各々との間のポストインストールアライメントは、対応するモジュールポート（例えば、ＥＯＭ／ＦＴＭポート、ＥＯＭ／ＣＡＭ、及びＥＯＭ／ＬＧＭポート）をインタフェースし、各モジュラーサブアセンブリの位置（Ｘ，Ｙ又はＺ軸における）、角度（Ｘ，Ｙ又はＺ方向における）、及び回転を手動的に又は自動的に調節してモジュラーサブアセンブリを互いにアライメントすることによって達成することができる。自由度のいくつかは、精密取付け板１９０及び隣接するモジュラーサブアセンブリに対するモジュラーサブアセンブリの位置及び方向を予め決定する精密アライメント構造部によって制限することができる。システム１８０の内部オプティクスの調整及びアライメントはその後、モジュラーサブアセンブリの内部コンポーネントを調節することによって（例えば、Ｘ，Ｙ又はＺミラー及びレンズのいずれかを傾動又は移動することによって）達成することができる。
図４Ａは例示的なモジュラー光学解析システムを示す側面図である。図４Ａに示されるように、ＬＧＭ１８２及びＥＯＭ１８８は互いにだけでなく、精密取付け板１９０に機械的に結合することができる。ＥＯＭ１８８は、ミラー４０８を介してチューブレンズ４０６とアライメントされた対物レンズ４０４を含むことができ、対物レンズ４０４は更にＬＧＭ１８２に光学的に結合され、その結果ＬＧＭ１８２により発生された光ビームはＬＭＧ１８２とＥＯＭ１８８との間のインタフェースバッフルを通過し、対物レンズ４０４を通過して光学ターゲットに衝突することができる。ターゲットからの応答光放射はその後対物レンズ４０４を通過してチューブレンズ４０６に入射することができる。チューブレンズ４０６は、変化した厚さのフローセルの基板又はカバーガラスを通して撮像する対物レンズにより導入される球面収差を補正するためにｚ軸方向に調節するように構成されたレンズ要素４５０を含むことができる。例えば、図４Ｂ及び４Ｃは異なる構成のチューブレンズ４０６を示すブロック図である。図に示されるように、レンズ要素４５０はビームの形状及び光路を調整するために対物レンズに近づく又はそれから離れるように調節することができる。
いくつかの実施形態では、ＥＯＭ１８８は、例えばアライメント台１９２上のアクチュエータで制御されるｚ台に機械的に結合することができる。いくつかの例では、ｚ台は精密コイルにより調節することができ、且つフォーカスをフローセル上に維持するために対物レンズ４０４を調整及び移動し得るフォーカシング機構により駆動することができる。例えば、フォーカスを制御し調整する信号はＦＴＭ１８４から出力され得る。このｚ台は、例えば対物レンズ４０４、チューブレンズ４０６及び／又はレンズ素子４５０を調節することによってＥＭＯＳオプティクスをアライメントすることができる。
図５Ａ及び５ＢはＦＴＭ１８４を示す図である。ＦＴＭ１８４はＥＴＭ／ＥＯＭインタフェースポートを介してＥＯＭ１８８とインタフェースし得る。図５Ａに示されるように、ＦＴＭ１８４から発生し、ＥＯＭ１８８のオプティクスを通過する光ビームはフローセル５０４で反射し得る。本明細書に開示するように、ＦＴＭ１８４は、システム１８０全域の光学コンポーネントのアライメント及び位置を制御するために、コンピュータプロセッサに帰還信号を与えるように構成することができる。例えば、ＦＴＭ１８４は、対物レンズ４０４を通過しフローセル５０４で反射する２以上の平行光ビームを用いるフォーカス機構を利用することができる。フローセルの最適フォーカス位置からの移動は反射されたビームが対物レンズ４０４から射出する角度に変化をもたらす。この角度はＦＴＭ１８４内に位置する光センサにより測定することができる。いくつかの例では、光センサ表面と対物レンズ４０４との光路の長さは３００ｍｍ〜７００ｍｍとすることができる。ＦＴＭ１８４は光センサからの出力信号を用いて帰還ループを始動させ、ＥＯＭのｚ台を用いて対物レンズ４０４の位置を調整することによって２以上の平行光ビームのビームスポットパターンの横方向間隔を所定の間隔に維持することができる。
システム１８０のいくつかの実施形態はフローセル５０４の上面及び底面の撮像を補正する方法を提供する。いくつかの例では、フローセル５０４は液体の層上に重ねられたカバーガラス及び基板を含み得る。例えば、カバーガラスは約１００μｍ〜約５００μｍの厚さ、液体層は約５０μｍ〜約１５０μｍの厚さ、及び基板は約０．５ｍｍ〜約１．５ｍｍの厚さとし得る。一例では、ＤＮＡ試料は液体チャネルの上面及び底面（例えば、基板の上面及びカバーガラスの底面）に導入することができる。試料を解析するために、入射光ビームの焦点はｚ台を移動させることによってフローセル５０４の様々な深さに（例えば、基板の上面又はカバーガラスの底面に）調整することができる。入射ビーム焦点をフローセル５０４内で変化させるための対物レンズ４０４の移動は球面収差などの撮像アーチファクト又は欠陥を導入し得る。これらのアーチファクト又は欠陥を補正するために、チューブレンズ４０６内のレンズ素子４５０は対物レンズ４０４に近づく又はそれから離れるように移動可能にすることができる。
いくつかの実施形態では、ＦＴＭ１８４は、交換可能な内部コンポーネントを持たない単一のＦＲＵとして構成することができる。レーザなどのＦＴＭ内部コンポーネントの寿命及び信頼性を高めるために、レーザ出力は低減することができる（例えば、５ｍＷ未満）。
図６及び図７はＬＧＭ１８２及びＥＯＭ１８８を示す図である。図に示されるように、ＬＧＭ１８２はＬＧＭ／ＥＯＭインタフェースバッフル６０２を介してＥＯＭ１８８とインタフェースすることができる。ＬＧＭ１８２はシステム１８０のための光子源である。１つ以上の光源（例えば、光源６５０及び６６０）をＬＧＭ１８２の筐体内に配置することができる。光源６５０及び６６０から発生された光はビーム成形レンズ６０４に向けれ、それを通り、ＬＧＭ／ＥＯＭインタフェースバッフル６０２を通ってＥＯＭ１８８の光路に入る。例えば、光源６５０は緑色レーザとし、高原６６０は赤色レーザとすることができる。レーザは高出力（例えば、３ワット超）で作動するものとし得る。１つ以上のビーム成形レンズ６０４は光源から発生された光を所望の形状（例えば、ライン形状）に成形するよう実装することができる。
光源６５０及び６６０により発生された光子（例えば、緑色波長光子及び赤色波長光子）は、ＤＮＡ内に存在する塩基対の解析を可能にするために、フローセル５０４に置かれたＤＮＡの蛍光プローブを励起することができる。高速シーケンシングは高速走査を用い、十分な光子ドーズ量をＤＮＡ蛍光プローブに供給してＣＡＭ１８６内の光センサで検出すべきＤＮＡ試料から反応性光子の十分な放出を刺激する。
ビーム成形レンズ６０４はパウエルレンズとすることができ、このレンズはレーザ６５０及び６６０により放出されるガウス分布光をライン（直線）のような（長さ方向に）均一なプロフィールに拡大する。いくつかの実施形態では、複数の光ビーム（例えば、赤色及び緑色の２つの光ビーム）に対して単一のビーム成形レンズ６０４を使用し、それらの光ビームをビーム成形レンズ６０４の前方から異なる所定の角度で（例えば、±１度の何分の１の小角度で）入射させて各入射レーザビームに対して個別のレーザ光のラインを発生させることができる。これらの光のラインは、ＣＡＭ１８６内の複数の光センサによる各光ビームに対応する別々の信号の明確な検出を可能にするために、所定の距離だけ離すことができる。例えば、緑色光ビームは最終的にＣＡＭ１８６内の第１の光センサに入射し、第２の光ビームはＣＡＭ１８６内の第２の光センサに入射することができる。
いくつかの例では、赤色及び緑色光ビームは、それらがビーム成形レンズ６０４に入射するとき一致／重畳され、その後広がり始め、それらが対物レンズ４０４に到達するとき各別のライン形状になるようにし得る。ビーム成形レンズの位置は、全ビーム形状が光の切り取りなしに対物レンズ４０４を通過して十分なビーム形状（例えば、光ビームにより投射されるラインの長さ）が得られるようにビーム発散を制御し光ビームの成形を最適にするために、光源６５０及び６６０の近くで又はすぐ傍で、厳しいトレランスで制御することができる。いくつかの実施形態では、ビーム成形レンズ６０４と対物レンズ４０４の間の距離は約１５０ｍｍより小さい。
いくつかの実施形態では、システム１８０は更に、光学ターゲットを受け入れるポケットを有するモジュラーサブアセンブリを備える。本体はアルミニウムにより構成することができ、約６．０%以下の反射率を有する色素を含む。本体は、その上面にあってポケットを取り囲むインセット部を含み得る。このモジュラーサブアセンブリは更に、インセット部に装着される透明格子層を備え、光学ターゲットの上方に配置し、光学ターゲットからフリンジギャップだけ離間させることができる。本体は光学ターゲットを受け入れるポケットを含み得る。本体は光学ターゲットの下方に位置する拡散ウェルを含み得る。拡散ウェルは光学ターゲットを通過する励起光を受光し得る。拡散ウェルは約６．０％以下の反射率を示す色素ベースの仕上げを有するウェル底面を含み得る。
システム１８０のモジュールサブアセンブリの１つは更に、光検出装置を含み得る。対物レンズ４０４は光学ターゲットに向けて励起光を放射し、光学ターゲットからの蛍光放射を受光することができる。アクチュエータは対物レンズ４０４を光学ターゲットに近い関心領域に位置させるように設定され得る。プロセッサはその後、機器の光学アライメント及びキャリブレーションの少なくとも１つと関連して、光学ターゲットからの蛍光放射を検出するためのプログラム命令を実行することができる。
いくつかの実施形態では、対物レンズ４０４は励起光を光学ターゲットへ向けることができる。プロセッサは蛍光放射から基準情報を導出することができる。プロセッサは、機器の光学アライメント及びキャリブレーションの少なくとも１つと関連する基準情報を利用し得る。光学ターゲットは、対物レンズ４０４に近接したキャリブレーション位置に永久的に取り付けることができる。キャリブレーション位置はフローセル５０４から離してもよい。固体の本体は蛍光発光物質が埋め込まれた固体母材よりなる基板を意味し得る。固体の本体は、励起光で照射されたとき蛍光を１つ以上の所定の関心発光バンドで発する量子ドットを封入するエポキシ又はポリマの少なくとも１つを意味し得る。
図８は、モジュラー光学解析システム８００を設置し設定する例示的なプロセスを示す図である。プロセス８００は、ステップ８０５において、複数の光源とビーム成形レンズを第１のサブアセンブリ内に配置する。例えば、複数の光源は光源６５０及び光源６６０とすることができる。第１のサブアセンブリはＬＧＭとすることができ、このモジュールは、光源が取り付けられ、アライメントされるＬＧＭ筐体を含むものとし得る。ビーム成形レンズはパウエルレンズとすることができ、このレンズもＬＧＭ筐体内に取り付けられ、光源６５０及び６６０により発生された光ビームを別々のラインパターンに成形するように設定される。
プロセス８００はまた、ステップ８１５において、チューブレンズと対物レンズを第２のサブアセンブリ内に配置する。例えば、第２のサブアセンブリはＥＯＭとすることができ、このモジュールは対物レンズとチューブレンズが取り付けられ、アライメントされるＥＯＭ筐体を含むものとし得る。
プロセス８００はまた、ステップ８２５において、複数の光センサを第３のサブアセンブリ内に配置する。例えば、第３のサブアセンブリはＣＡＭとすることができ、このモジュールは光センサがアライメントされ、取り付けられるＣＡＭ筐体を含むものとし得る。これらの光センサはステップ８０５における各光源に対応するものとし得る。
プロセス８００はまた、ステップ８３５において、フォーカス追跡光源と光センサを第４のサブアセンブリ内に配置する。例えば、第４のサブアセンブリはＦＴＭとすることができ、このモジュールはフォーカス追跡光源と光センサが取り付けられるＦＴＭ筐体を含むものとし得る。
いくつかの実施形態では、プロセス８００は更に、ステップ８４５において、各サブアセンブリを個別に試験する。例えば、試験は、各サブアセンブリの内部コンポーネントをサブアセンブリの筐体に対して精密に調整及び／又はアライメントすることを含み得る。各サブアセンブリはその後、ステップ８５５において、精密取付け板に機械的に結合することができる。例えば、精密取付け板は精密取付け板１９０とすることができる。その後、第４のサブアセンブリ内のフォーカス追跡光源を給電し、第４のサブアセンブリの光センサからの出力信号を捕捉することによって、システム全体をアライメントし調整して光学ターゲットの光学的フォーカスを見つけることができる。ターゲットからの出力信号は、フォーカス追跡光源により発生された光の特性を分析し、その結果を１つ以上のサブアセンブリのアクチュエータ又はグラフィックユーザインタフェースに帰還するように構成されたコンピュータプロセッサに入力し、ビームの形状、パワー及びフォーカスが最適になるように光学コンポーネントを調整することができる。
上述したように、様々な実施形態では、アクチュエータを用いて、試料台又は光学台（又はその一部分）のいずれか又は両方を再配置することによって所望のフォーカス設定を達成するように試料台を光学台に対して位置させることができる。いくつかの実施形態では、所望の台を移動させるために圧電アクチュエータを使用することができる。他の実施形態では、所望の台を移動させるために音声コイルアクチュエータを使用することもできる。いくつかの実施形態では、音声コイルアクチュエータの使用はその圧電対応部分に比較してフォーカシング遅延の短縮をもたらし得る。音声コイルアクチュエータを使用する実施形態では、コイルサイズは所望の動きを得るために必要とされる最小のコイルサイズとして選択することができるため、コイルのインダクタンスも最小にすることができる。コイルサイズの制限及びひいてはそのインダクタンスの制限はより速い反応時間をもたらし、より低い電圧によるアクチュエータの駆動をもたらす。
上述したように、使用するアクチュエータと関係なく、現在の試料位置以外の点からのフォーカス情報は走査処理のためのフォーカス設定の変化の勾配又は大きさを決定するために使用することができる。この情報は、駆動信号をアクチュエータにより早く供給するかどうか及び駆動信号のパラメータをどのように設定するかを決定するために使用することができる。更に、いくつかの実施形態では、アクチュエータのための駆動閾値を決定可能にするためにシステムを予め較正することができる。例えば、システムは、アクチュエータが不安定にならずに耐えることができる制御出力の最高量（例えば、駆動電流の最大量）を決定するためにアクチュエータに様々なレベルの駆動信号を供給するように構成することができる。これによりシステムはアクチュエータに供給する最大制御出力量を決定することが可能になる。
本明細書で使用されるように、エンジンという語は、本明細書に開示する技術の１つ以上の実施形態に従って実行される機能の所定の単位を表現している。本明細書で使用されるように、エンジンはハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせの任意のものを用いて実装することができる。例えば、エンジンを構成するために、１つ以上のコントローラ、ＡＳＩＣ，ＰＬＡ，ＰＡＬ，ＣＰＬＤ，ＦＰＧＡ，論理コンポーネント、ソフトウェアルーチン、又は他のメカニズムを使用することができる。実施形態では、本明細書に記載の様々なエンジンは個別のエンジン又は機能として実装することができ、記載の特徴は１つ以上のエンジンで部分的に又は全体的に共有することができる。言い換えれば、本明細書を読んだ後で当業者に明らかになるように、本明細書に記載された様々な特徴及び機能は任意の所与の用途において実装することができ、且つ１つ以上の個々の又は共有のエンジンを様々に組み合わせ及び置換して実装することができる。様々な特徴又は機能の要素は別個のエンジンとして個別に記載され、クレームされるが、当業者であれば、これらの特徴及び機能は１つ以上の共通のソフトウェア及びハードウェア要素で共有することができること、並びにこのような記載はこのような特徴又は機能を実装するために別個のハードウェア又はソフトウェアを使用することを要求又は示唆するものではないこと、を理解するであろう。
開示の技術のコンポーネント又はエンジンが全体的に又は部分的にソフトウェアを用いて実装される場合には、一実施形態において、これらのソフトウェア要素は、それらに関して記載された機能を実行し得るコンピューティング又はプロセッシングエンジンで作動するように実装することができる。一つのこのような例示的なコンピューティングエンジンは図９に示されている。この例示的なコンピューティングエンジン９００の文脈で様々な実施形態が説明される。この技術を他のコンピューティングエンジン又はアーキテクチャを用いて実装する方法はこの説明を読んだ後で当業者に明らかになる。
ここで図９を参照するに、コンピューティングエンジン９００は、例えば、デスクトップ、ラップトップ及びノートブックコンピュータ；携帯コンピュータデバイス（ＰＤＡ、スマートフォン、セルフォン、パームトップなど）；メインフレーム、スパーコンピュータ、ワークステーション又はサーバ；又は他の任意のタイプの専用若しくは汎用コンピュータ装置、に見られるコンピューティング又はプロセッシング能力を表すことができ、所定の用途又は環境に望ましい又はふさわしい。コンピューティングエンジン９００は所定のデバイスに組み込むことができる又はそのデバイスに利用可能であるコンピューティング能力を表すこともできる。例えば、コンピューティングエンジンは他の電子機器、例えばディジタルカメラ、ナビゲーションシステム、セルラーフォン、携帯コンピュータ装置、モデム、ルータ、ＷＡＰ、端末及びある種のプロセッシング能力を含み得る他の電子機器など、に見られる。
コンピューティングエンジン９００は、例えば１つ以上のプロセッサ、コントローラ、制御エンジン、又は他のプロセッシングデバイス、例えばプロセッサ９０４を含むことができる。プロセッサ９０４は、汎用又は専用プロセッシングエンジン、例えばマイクロプロセッサ、コントローラ又は他の制御ロジックなど、を用いて実装することができる。図示の例では、プロセッサ９０４はバス９０２に接続されるが、コンピューティングエンジン９００の他の部分との相互作用を容易にするため又は外部から通信するために任意の通信媒体を使用することができる。
コンピューティングエンジン９００は１つ以上のメモリエンジン（ここでは簡単にメインメモリ９０８と称する）を含むことができる。例えば、プロセッサ９０４で実行される命令及び情報を記憶するために、好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は他のダイナミックメモリを使用することができる。メインメモリ９０８は、プロセッサ９０４により実行される命令の実行中に一時的変数又は他の中間情報を記憶するために使用することもできる。コンピューティングエンジン９００は同様にバス９０２に結合されたプロセッサ９０４のための静的情報及び命令を記憶するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）又は他の静的記憶装置を含むことができる。
コンピューティングエンジン９００は、１つ以上の様々な形態の情報記憶機構９１０も含むことができ、この情報記憶機構は、例えばメディアドライブ９１２及び記憶装置インタフェース９２０を含むことができる。メディアドライブ９１２は、固定又はリムーバブル記憶媒体９１４をサポートするドライブ又は他のメカニズムを含むことができる。例えば、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、ＣＤ又はＤＶＤドライブ（Ｒ又はＲＷ）、又は他のリムーバブル若しくは固定メディアドライブを設けることができる。従って、記憶媒体９１４は、例えば、メディアドライブ９１２により読み出し、書き込み、又はアクセス可能な、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気テープ、カートリッジ、光ディスク、ＣＤ又はＤＶＤ、又は他の固定若しくはリムーバブル媒体を含むことができる。これらの例として、記憶媒体９１４はソフトウェア又はデータが格納されたコンピュータ可読媒体を含むことができる。
代替実施形態では、情報記憶機構９１０は、コンピューティングエンジン９００へのコンピュータプログラム又は他の命令又はデータのローディングを可能にするための他の同様の手段を含むことができる。このような手段は、例えば固定又はリムーバブル記憶装置９２２及びインタフェース９２０を含むことができる。このような記憶装置９２２及びインタフェース９２０の例として、プログラムカートリッジとカートリッジインタフェース、リムーバブルメモリ（例えば、フラッシュメモリ又は他のリムーバブルメモリエンジン）とメモリスロット、ＰＣＭＣＩＡスロットとカード、及び記憶装置９２２からコンピューティングエンジン９００へソフトウェア及びデータを転送することができる他の固定又はリムーバブル記憶装置９２２とインタフェース９２０を含むことができる。
コンピューティングエンジン９００は通信インタフェース９２４も含むことができる。通信インタフェース９２４は、ソフトウェア及びデータをコンピューティングエンジン９００と外部装置との間で通信可能にするために使用することができる。通信インタフェース９２４の例として、モデム又はソフトモデム、ネットワークインタフェース（例えば、イーサネット、ネットワークインタフェースカード、ＷｉＭｅｄｉａ、ＩＥＥＥ８０２．ＸＸ又は他のインタフェース）、通信ポート（例えば、ＵＳＢポート、ＩＲポート、ＲＳ２３２ポート、ブルートゥース（登録商標）インタフェース、又は他のポート）、又は他の通信インタフェースを含むことができる。通信インタフェース９２４を介して転送されるソフトウェア及びデータは所定の通信インタフェース９２４により交換可能の電子的又は電磁的（光学的も含む）信号又は他の信号で搬送することができる。これらの信号はチャネル９２８を介して通信インタフェース９２４に供給することができる。このチャネル９２８は信号を搬送することができ、有線又は無線通信媒体を用いて実装することができる。チャネルのいくつかの例としては、電話回線、セルラーリンク、ＲＦリンク、光リンク、ネットワークインタフェース、ローカル又はワイドエリアネットワーク、及び他の有線又は無線通信チャネルを含むことができる。
本明細書において、「コンピュータプログラム媒体」及び「コンピュータ可用媒体」という用語は、例えば、メモリ９０８、記憶装置９２０、媒体９１４、及びチャネル９２８などの媒体を総称するために使用される。これらの及び他の様々な形態のコンピュータプログラム媒体又はコンピュータ可用媒体は、１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行のためにプロセシング装置へ搬送する処理に従事することができる。媒体に具体化されたこのような命令は一般に「コンピュータプログラムコード」又は「コンピュータプログラムプロダクト」と呼ばれている（これは、コンピュータプログラムの形で又は他の形でグループ化することもできる）。実行時に、これらの命令は本明細書で述べたように開示の技術の特徴又は機能を実行するようにコンピューティングエンジン９００をイネーブルすることができる。
開示の技術の様々な実施形態を以上に記載したが、それらはほんの一例として提示されているにすぎず、限定ではないと理解すべきである。同様に、様々な図が開示の技術の例示的な構造又は他の構成を示すが、これは開示の技術に含まれ得る特徴及び機能の理解を助けるためである。開示の技術は図示された例示的な構造又は構成に限定されず、所望の特徴を様々な代替構造又は構成を用いて実装することができる。実際には、本明細書に開示の技術の所望の特徴を実装するために別の機能的、論理的又は物理的分割及び構成を使用し得ることは当業者に明らかである。また、本明細書で表現した以外の多数の種々の構成エンジン名を様々な区分に与えることもできる。更に、フロー図、操作記述及び方法請求項に関して、ステップが提示される順序は、その文脈で別段の指示のない限り、様々な実施形態は列挙された機能を同じ順序で実行するように実装することを義務付けるものではない。
上記のコンセプトのあらゆる組み合わせ（これらのコンセプトが相互に矛盾しなければ）は本明細書に開示の発明の要旨の一部としてみなせることを理解すべきである。特に、本開示の終わりに記載される請求の要旨のあらゆる組み合わせは本明細書に開示の発明の要旨の一部としてみなせる。例えば、開示の技術は様々な例示的な実施形態に関して記載したが、１つ以上の個々の実施形態に記載した様々な特徴、態様及び機能は、それらが記載された特定の実施形態への適用に限定されず、単独で又は様々な組み合わせで、開示の技術の１つ以上の他の実施形態に適用することができ、それらの実施形態が記載されているか否か、及びそれらの特徴が記載の実施形態の一部として提示されているか否かは問わない。従って、本開示に記載の技術の広さ及び範囲は上述した例示的な実施形態のどれにも限定されるべきでない。
本明細書で使用される用語及び語句及びそれらの変形は、特に別の指示がない限り、オープンエンドとして解釈し、限定と解釈してはならない。その例として、「含む」という用語は、「制限」なしに「含む」ことを意味すると解釈すべきであり、「例」という用語は論じている事項の例示的なアイテムを与えるために使用され、その包括的又は制限的リストでなく、「ａ」又は「an」は「少なくとも１つ」、「１つ以上」などを意味すると解釈すべきであり、「既存の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準の」、「既知の」などの形容詞は記載のアイテムを所定の期間に制限する又は所定の時点で利用可能なアイテムに制限するものと解してはならず、現在又は未来の任意の時点で利用可能であるか知られているかもしれない、既存の、伝統的な、通常の、又は標準の技術を包括するものと理解すべきである。同様に、本明細書が当業者に明らかであるか知られている技術に言及する場合には、それらの技術は現在又は将来の任意の時点で当業者に明らかであるか知られていることも含む。
本開示（請求の範囲を含む）中で使用される用語「ほぼ」及び「約」は、例えば処理の変化に起因するような小さな変動を表わしそれを考慮するために使用されている。例えば、これらの用語は、±５％以下、例えば±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．２％以下、±０．１％以下、±０．０５％以下など、を意味し得る。
適用可能な範囲まで、本明細書中の「第１」、「第２」、「第３」などの用語は単に、これらの用語で記述されたそれぞれの対象を別個の実体として示すために使用され、特に明記しない限り、順序の意味を暗示するものでない。
「結合」という用語は、直接的又は間接的な接合、接続、締結、接触又は連結を指し、物理的、光学的、電気的、流体的、機械的、化学的、時期的、電磁的、通信的又は他の結合、又はそれらの組み合わせなどの様々な結合の形態を指す。例えば、別のコンポーネントに物理的に結合された１つのコンポーネントは２つのコンポーネント間の（直接的又は間接的な）物理的付着又は接触を指すが、他の形態のコンポーネント間の結合、例えば２つのコンポーネントを通信可能に決合する通信リンク（例えば、ＲＦ又は光学リンク）など、を排除しない。同様に、様々な用語自体は相互排他的であることを意図しない。例えば、特に流体結合、磁気的結合又は機械的結合は物理的結合の一形態とし得る。
いくつかの例における「１つ以上」、「少なくとも」、「限定されないが」などの解釈を広げる用語又は語句の存在は、このような解釈を広げる語句がない場合により狭い例を意図する又は必要とすると解釈されないようにしている。「エンジン」という用語の使用は、エンジンの一部分として記載された又はクレームされたコンポーネントまたは機能がすべて１つの共通のパッケージ内に組み込まれることを意味しない。実際には、エンジンの様々なコンポーネントのいずれか又は全てを、制御ロジックであろうと他のコンポーネントであろうと、単一のパッケージ内に組み合わせるか別々に維持することができ、更に複数のグループ又はパッケージに又は複数の場所に分布させることができる。
更に、本明細書に記載の様々な実施形態が例示的なブロック図、フローチャート及び他の説明図に関して説明されている。本明細書を読めば、当業者に明らかなように、図示の実施形態およびそれらの様々な代替例を実装することができ、図示の例に限定されない。例えば、ブロック図及びそれらの付随説明は特定の構造又は設定を義務づけるものと解釈すべきでない。

Claims (20)

  1. ライン発生モジュールと対物レンズとを備え、
    前記ライン発生モジュールは、
    第１の光ビームを第１の波長で放射するための第１の光源と、
    第２の光ビームを第２の波長で放射するための第２の光源と、
    前記第１の光源により放射された光ビームをラインに成形し、前記第２の光源により放射された光ビームをラインに成形するための１つ以上のライン形成オプティクスと、
    を備え、前記対物レンズは、前記第１の光ビーム及び前記第２の光ビームを試料構造体の試料の外に位置する焦点にフォーカスする、撮像システム。
  2. 前記試料構造体は、カバープレートと、基板と、前記カバープレートと前記基板との間の液体通路とを備え、前記液体通路は上部内面と底部内面を含み、前記試料は前記液体通路の前記上部内面又は前記底部内面に置かれている、請求項１記載の撮像システム。
  3. 前記焦点は、前記試料構造体の前記上部内面における前記第１の光ビームのライン幅及び第２のラインビームのライン幅を増大するために前記液体通路の前記底部内面の下方に位置する、請求項２記載の撮像システム。
  4. 前記焦点は、前記試料構造体の前記上部内面における前記第１の光ビームのライン幅及び第２のラインビームのライン幅を増大するために前記液体通路の前記底部内面の上方に位置する、請求項２記載の撮像システム。
  5. 前記焦点は、前記試料構造体の前記底部内面より約５０μｍ〜約１５０μｍ下方に位置する、請求項３記載の撮像システム。
  6. 前記焦点は、前記試料構造体の前記底部内面より約５０μｍ〜約１５０μｍ上方に位置する、請求項４記載の撮像システム。
  7. 前記試料からの蛍光放射を検出するために時間遅延積分センサを更に備え、前記時間遅延積分センサは約５μｍ〜約１５μｍの画素サイズ、約０．４ｍｍ〜約０．８ｍｍのセンサ幅、及び約１６ｍｍ〜約４８ｍｍのセンサ長を有する、請求項２記載の撮像システム。
  8. 前記第１の光ビームのライン幅及び前記第２の光ビームのライン幅は約１０μｍ〜３０μｍである、請求項２記載の撮像システム。
  9. 前記第１の光ビームのライン長及び前記第２の光ビームのライン長は約１ｍｍ〜１．５ｍｍである、請求項５記載の撮像システム。
  10. 前記第１の光ビームのライン長及び前記第２の光ビームのライン長は約１ｍｍ〜１．５ｍｍである、請求項６記載の撮像システム。
  11. 前記第１の光ビームのライン幅を拡大するとともに前記第２の光ビームのライン幅を拡大する、１つ以上のライン拡幅オプティクスを更に備える、請求項２記載の撮像システム。
  12. 前記１つ以上のライン拡幅オプティクスは、デフォーカスレンズ、プリズム又はディフューザを備える、請求項１１記載の撮像システム。
  13. 前記１つ以上の拡幅オプティクスは、前記光源から前記対物レンズまでの光路内にデフォーカスレンズの後に配置されたパウエルレンズを備える、請求項１１記載の撮像システム。
  14. 前記第１の光ビームのライン幅は、前記試料の表面上の前記第１の光ビームのパワー密度が前記試料上の第１の染料の光飽和閾値より低くなるように、前記試料の表面上の前記第１の光ビームの総合パワー密度が低下するように増大され、且つ前記第２の光ビームのライン幅は、前記試料の表面上の前記第２の光ビームのパワー密度が前記試料上の第２の染料の光飽和閾値より低くなるように、前記試料の表面上の前記第２の光ビームの総合パワー密度が低下するように増大される、請求項２記載の撮像システム。
  15. 前記第１の光ビームのライン幅及び前記第２の光ビームのライン幅を調整するために前記対物レンズを調節するｚ台を更に備える、請求項７記載の撮像レンズ。
  16. プロセッサと、コンピュータ実行可能命令が格納された非トランジトリコンピュータ可読媒体とを更に備え、前記コンピュータ実行可能命令は、前記システムに、
    前記時間遅延積分センサからの信号の品質を決定すること、及び
    前記焦点を調整し、前記時間遅延積分センサからの信号の品質を最適にするために前記対物レンズをｚ軸方向に調節すること、
    を実行させるように構成されている、請求項１５記載の撮像システム。
  17. ライン発生モジュールと対物レンズとを備え、
    前記ライン発生モジュールは、
    各々光ビームを放射する複数の光源と、
    各光ビームをラインに成形する１つ以上のライン形成オプティクスと、
    を備え、前記対物レンズ又は前記１つ以上のライン形成オプティクスは、フローセルの第１の表面又は第２の表面における各ラインの幅を拡大する、ＤＮＡシーケンシングシステム。
  18. 前記対物レンズは、前記フローセルの前記第１の表面又は前記第２の表面における各ラインの幅を拡大するために、各光ビームを前記フローセルの内面の外に位置する焦点にフォーカスする、請求項１７記載のシステム。
  19. 前記焦点は前記フローセルの上部内面の上方又は前記フローセルの底部内面の下方に位置する、請求項１８記載のシステム。
  20. 前記焦点は、前記フローセルの前記底部内面より約５０μｍ〜約１５０μｍ下方に又は前記フローセルの前記上部内面より約５０μｍ〜約１５０μｍ上方に位置する、請求項１９記載の撮像システム。
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