JP2019519758A - ピクセル内における複数部位の発光性造影に使用するためのフォトニック構造をベースとしたデバイス及び組成物、並びにその使用方法 - Google Patents
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- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
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Abstract
Description
本出願は、「PHOTONIC STRUCTURE-BASED DEVICE AND DOMPOSITIONS FOR USE IN LUMINESCENT IMAGING OF MULTIPLE SITES WITHIN A PIXCEL, AND METHODS OF USING THE SAME」と題する、2016年4月22日出願の米国仮出願第62/326,568号の恩恵を請求するものであり、これは参照により内容全体が本明細書に組み入れられるものとする。
本発明の様々な実施形態を上述してきたが、当業者には本発明から逸脱することなくそれらにたし様々な改変及び変更を加えることができるのは明らかであろう。例えば、若干の組成物、システム、及び方法は、DNA又はRNAのようなポリヌクレオチドをシークエンシングすることに関連した発光性造影につき説明したが、任意の適切な被検物に関連する発光性造影での使用に適合することができる。特許請求の範囲は本発明の真の精神及び範囲に納まるこのような改変及び変更すべてをカバーすることを意図する。
Claims (77)
- 発光性造影法に使用するデバイスであって、
撮像ピクセルのアレイと、
前記撮像ピクセルのアレイ上方に配置されるフォトニック構造と、
前記フォトニック構造上方に配置される形体アレイであり、
該形体アレイのうち第1形体は前記撮像ピクセルのアレイにおける第1ピクセル上方に配置され、
該形体アレイのうち第2形体は前記第1ピクセル上方、かつ前記第1形体から空間的に変位した位置に配置される、
該形体アレイと、
前記第1形体内又はその上方に配置された第1発光団と、
前記第2形体内又はその上方に配置された第2発光団と、及び
第1時点で第1特性を有する第1光子を発生するよう構成され、また第2時点で第2特性を有する第2光子を発生するよう構成されている放射線源であり、前記第2特性は前記第1特性とは異なり、前記第2時点は第1時点とは異なる、該放射線源と、
を備え、
前記第1ピクセルは、前記第1時点での前記第1光子に応答して前記第1発光団が発する発光を選択的に受光し、また前記第2時点での前記第2光子に応答して前記第2発光団が発する発光を選択的に受光する、デバイス。 - 請求項1記載のデバイスにおいて、前記第1特性を有する前記第1光子は、前記第1時点で前記フォトニック構造内に第1共鳴パターンを発生し、前記第1共鳴パターンは、前記第2発光団に比べて前記第1発光団を選択的に励起し、また
前記第2特性を有する前記第2光子は、前記第2時点で前記フォトニック構造内に第2共鳴パターンを発生し、前記第2共鳴パターンは、前記第1発光団に比べて前記第2発光団を選択的に励起する、デバイス。 - 請求項1又は2記載のデバイスにおいて、前記撮像ピクセルのアレイ、前記フォトニック構造、及び前記形体アレイは、互いにモノリシックに集積されている、デバイス。
- 請求項1〜3のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記フォトニック構造はフォトニック結晶を備える、デバイス。
- 請求項1〜3のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記フォトニック構造はフォトニック超格子を備える、デバイス。
- 請求項1〜3のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記フォトニック構造はマイクロキャビティアレイを備える、デバイス。
- 請求項1〜3のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記フォトニック構造はプラズモンナノアンテナのアレイを備える、デバイス。
- 請求項1〜7のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記形体アレイは、複数個のウェルを備え、前記第1形体は、内部に第1発光団が配置される第1ウェルを有し、また前記第2形体は、内部に第2発光団が配置される第2ウェルを有する、デバイス。
- 請求項1〜7のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記形体アレイは、複数個のポストを備え、前記第1形体は、上部に第1発光団が配置される第1ポストを有し、また前記第2形体は、上部に第2発光団が配置される第2ポストを有する、デバイス。
- 請求項1〜9のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記第1及び第2の特性は、波長、偏光性、及び角度よりなるグループから独立的に選択される、デバイス。
- 請求項1〜10のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記第1特性は第1直線偏光性を備え、また前記第2特性は前記第1直線偏光性とは異なる第2直線偏光性を備える、デバイス。
- 請求項11記載のデバイスにおいて、前記第1直線偏光性は前記第2直線偏光性に対してほぼ直交する、デバイス。
- 請求項11記載のデバイスにおいて、前記第1直線偏光性は前記第2直線偏光性に対して約15゜〜75゜の間における角度だけ回転している、デバイス。
- 請求項1〜13のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記第1特性は第1波長を備え、また第2特性は前記第1波長とは異なる第2波長を備える、デバイス。
- 請求項1〜14のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記放射線源は光学的コンポーネントを備え、
前記デバイスは、さらに、前記光学的コンポーネントに接続されたコントローラであって、前記光学的コンポーネントを制御して前記第1光子に第1特性を付与するよう構成され、また前記第2光子に前記第2特性を付与するよう構成された、該コントローラを備える、デバイス。 - 請求項15記載のデバイスにおいて、前記光学的コンポーネントは、前記コントローラによる第1制御信号に応答して前記第1光子を第1直線偏光性になるまで回転させるよう構成され、また前記コントローラによる第2制御信号に応答して前記第2光子を第2直線偏光性になるまで回転させるよう構成された、複屈折材料を有する、デバイス。
- 請求項1〜16のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記第1及び第2の光子の各々は、互いにほぼ同一角度で前記フォトニック構造を照射する、デバイス。
- 請求項1〜17のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記第1及び第2の光子の各々は、前記フォトニック構造の大表面にほぼ垂直な角度で前記フォトニック構造を照射する、デバイス。
- 請求項1〜17のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記第1及び第2の光子の各々は、前記フォトニック構造の大表面にほぼ平行な角度で前記フォトニック構造を照射する、デバイス。
- 請求項1〜19のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記第2形体は前記第1形体から側方に変位している、デバイス。
- 請求項1〜20のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、
前記形体アレイにおける第3形体は、前記第1ピクセルの上方、かつ前記第1及び第2の形体の各々から空間的に変位して配置され、
前記デバイスは、さらに、前記第3形体内又はその上方に配置された第3発光団を備え、
前記放射線源は、第3時点で第3特性を有する第3光子を発生し、前記第3特性は前記第1及び第2の特性とは異なり、また前記第3時点は記第1及び第2の時点とは異なるものであり、また
前記第1ピクセルは、前記第3時点で前記第3光子に応答して第3発光団が発する発光を選択的に受光する、デバイス。 - 請求項21記載のデバイスにおいて、
前記形体アレイにおける第4形体は、前記第1ピクセルの上方、かつ前記第1、第2及び第3の形体の各々から空間的に変位して配置され、
前記デバイスは、さらに、前記第4形体内又はその上方に配置された第4発光団を備え、
前記放射線源は、第4時点で第4特性を有する第4光子を発生し、前記第4特性は前記第1、第2及び第3の特性とは異なり、前記第4時点は記第1、第2及び第3の時点とは異なるものであり、また
前記第1ピクセルは、前記第4時点で前記第4光子に応答して第4発光団が発する発光を選択的に受光する、デバイス。 - 請求項22記載のデバイスにおいて、前記第1発光団は第1核酸に結合され、前記第2発光団は第2核酸に結合され、前記第3発光団は第3核酸に結合され、また前記第4発光団は第4核酸に結合される、デバイス。
- 請求項1〜20のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、
前記形体アレイにおける第3形体は、前記撮像ピクセルのアレイにおける第2ピクセルの上方に配置され、
前記形体アレイにおける第4形体は、前記第2ピクセルの上方、かつ前記第3形体から空間的に変位した位置に配置され、
前記デバイスは、さらに、前記第3形体内又はその上方に配置された第3発光団を備え、
前記デバイスは、さらに、前記第4形体内又はその上方に配置された第4発光団を備え、
前記第2ピクセルは、前記第1時点で前記第1光子に応答して、又は前記第2時点で前記第2光子に応答して前記第3発光団が発する発光を選択的に受光する、また
前記第2ピクセルは、前記第1時点で前記第1光子に応答して、又は前記第2時点で前記第2光子に応答して前記第4発光団が発する発光を選択的に受光する、デバイス。 - 請求項24記載のデバイスにおいて、前記第1発光団は第1核酸に結合され、前記第2発光団は第2核酸に結合され、前記第3発光団は第3核酸に結合され、また前記第4発光団は第4核酸に結合される、デバイス。
- 請求項1〜25のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記第1及び第2の形体の各々はほぼ円形断面を有する、デバイス。
- 請求項1〜26のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記フォトニック構造は六角形格子を備え、また前記撮像ピクセルは矩形である、デバイス。
- 請求項1〜27のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記放射線源は、前記第1及び第2の光子で前記フォトニック構造を一斉照明するよう構成される、デバイス。
- 請求項1〜28のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記放射線源はレーザーを備える、デバイス。
- 請求項1〜29のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記第1及び第2の光子は、独立的に約300nm〜約800nmの間における波長を有する、デバイス。
- 請求項1〜30のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記第1発光団は第1核酸に結合され、また前記第2発光団は第2核酸に結合される、デバイス。
- 請求項1〜31のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、さらに、前記形体アレイに接触する少なくとも1個のマイクロ流体形体であって、1つ又はそれ以上の検体のフローを前記第1及び第2の形体に供給するよう構成された、該少なくとも1個のマイクロ流体形体を備える、デバイス。
- 請求項1〜32のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、前記第1発光団はシークエンシングすべき第1ポリヌクレオチドに結合され、また前記第2発光団はシークエンシングすべき第2ポリヌクレオチドに結合される、デバイス。
- 請求項33記載のデバイスにおいて、前記第1ポリヌクレオチドは前記第1形体に結合され、また前記第2ポリヌクレオチドは前記第2形体に結合される、デバイス。
- 請求項33又は34記載のデバイスにおいて、さらに、
前記第1ポリヌクレオチドに相補的であり、該第1ポリヌクレオチドに結合される第3ポリヌクレオチドに対して第1核酸を付加する第1ポリメラーゼであって、前記第1核酸は前記第1発光団に結合されているものである、該第1ポリメラーゼと、
前記第2ポリヌクレオチドに相補的であり、該第2ポリヌクレオチドに結合される第4ポリヌクレオチドに対して第2核酸を付加する第2ポリメラーゼであって、前記第2核酸は前記第2発光団に結合されているものである、該第2ポリメラーゼと、
を備える、デバイス。 - 請求項35記載のデバイスにおいて、さらに、前記第1及び第2の核酸並びに前記第1及び第2のポリメラーゼを含む第1液体を前記第1及び第2の形体内又はその上方に流し込むチャンネルを備える、デバイス。
- 発光性造影法に使用する方法であって、
撮像ピクセルのアレイを準備するステップと、
前記撮像ピクセルのアレイ上方に配置されるフォトニック構造を準備するステップと、
前記フォトニック構造上方に配置される形体アレイを準備するステップであり、
該形体アレイのうち第1形体を前記撮像ピクセルのアレイにおける第1ピクセル上方に配置し、
該形体アレイのうち第2形体を前記第1ピクセル上方、かつ前記第1形体から空間的に変位した位置に配置する、
該形体アレイを準備するステップと、
前記第1形体内又はその上方に配置される第1発光団を準備するステップと、
前記第2形体内又はその上方に配置される第2発光団を準備するステップと、及び
放射線源により第1時点で第1特性を有する第1光子を発生するステップと、
前記放射線源により第2時点で第2特性を有する第2光子を発生するステップであり、前記第2特性は前記第1特性とは異なり、前記第2時点は第1時点とは異なるものである、該第2光子を発生するステップと、
前記第1ピクセルにより、前記第1時点での前記第1光子に応答して前記第1発光団が発する発光を選択的に受光するステップと、及び
前記第1ピクセルにより、前記第2時点での前記第2光子に応答して前記第2発光団が発する発光を選択的に受光するステップと、
を備える、方法。 - 請求項37記載の方法において、前記第1特性を有する前記第1光子は、前記第1時点で前記フォトニック構造内に第1共鳴パターンを発生し、前記第1共鳴パターンは、前記第2発光団に比べて前記第1発光団を選択的に励起し、また
前記第2特性を有する前記第2光子は、前記第2時点で前記フォトニック構造内に第2共鳴パターンを発生し、前記第2共鳴パターンは、前記第1発光団に比べて前記第2発光団を選択的に励起する、方法。 - 請求項37又は38記載の方法において、前記撮像ピクセルのアレイ、前記フォトニック構造、及び前記形体アレイは、互いにモノリシックに集積される、方法。
- 請求項37〜39のうちいずれか一項記載の方法において、前記フォトニック構造はフォトニック結晶を備える、方法。
- 請求項37〜39のうちいずれか一項記載の方法において、前記フォトニック構造はフォトニック超格子を備える、方法。
- 請求項37〜39のうちいずれか一項記載の方法において、前記フォトニック構造はマイクロキャビティアレイを備える、方法。
- 請求項37〜39のうちいずれか一項記載の方法において、前記フォトニック構造はプラズモンナノアンテナのアレイを備える、方法。
- 請求項37〜43のうちいずれか一項記載の方法において、前記形体アレイは、複数個のウェルを備え、前記第1形体は、内部に第1発光団が配置される第1ウェルを有し、また前記第2形体は、内部に第2発光団が配置される第2ウェルを有する、方法。
- 請求項37〜43のうちいずれか一項記載の方法において、前記形体アレイは、複数個のポストを備え、前記第1形体は、上部に第1発光団が配置される第1ポストを有し、また前記第2形体は、上部に第2発光団が配置される第2ポストを有する、方法。
- 請求項37〜45のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1及び第2の特性は、波長、偏光性、及び角度よりなるグループから独立的に選択されるものである、方法。
- 請求項37〜46のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1特性は第1直線偏光性を備え、また前記第2特性は前記第1直線偏光性とは異なる第2直線偏光性を備える、方法。
- 請求項47記載の方法において、前記第1直線偏光性は前記第2直線偏光性に対してほぼ直交する、方法。
- 請求項47記載の方法において、前記第1直線偏光性は前記第2直線偏光性に対して約15゜〜75゜の間における角度だけ回転する、方法。
- 請求項37〜49のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1特性は第1波長を備え、また第2特性は前記第1波長とは異なる第2波長を備える、方法。
- 請求項37〜50のうちいずれか一項記載の方法において、前記放射線源は光学的コンポーネントを備え、
前記方法は、さらに、前記光学的コンポーネントを制御して、前記第1光子に第1特性を付与し、また前記第2光子に前記第2特性を付与するステップを備える、方法。 - 請求項51記載の方法において、前記光学的コンポーネントは、前記コントローラによる第1制御信号に応答して前記第1光子を第1直線偏光性になるまで回転させ、また前記コントローラによる第2制御信号に応答して前記第2光子を第2直線偏光性になるまで回転させる、複屈折材料を有する、方法。
- 請求項37〜52のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1及び第2の光子の各々は、互いにほぼ同一角度で前記フォトニック構造を照射する、方法。
- 請求項37〜53のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1及び第2の光子の各々は、前記フォトニック構造の大表面にほぼ垂直な角度で前記フォトニック構造を照射する、方法。
- 請求項37〜53のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1及び第2の光子の各々は、前記フォトニック構造の大表面にほぼ平行な角度で前記フォトニック構造を照射する、方法。
- 請求項37〜55のうちいずれか一項記載の方法において、前記第2形体は前記第1形体から側方に変位している、方法。
- 請求項37〜56のうちいずれか一項記載の方法において、
前記形体アレイにおける第3形体は、前記第1ピクセルの上方、かつ前記第1及び第2の形体の各々から空間的に変位して配置され、
前記方法は、さらに、
前記第3形体内又はその上方に配置される第3発光団を準備するステップと、
第3時点で第3特性を有する第3光子を発生するステップであり、前記第3特性は前記第1及び第2の特性とは異なり、また前記第3時点は記第1及び第2の時点とは異なるものである、該第3光子を発生するステップと、及び
前記第1ピクセルによって、前記第3時点で前記第3光子に応答して第3発光団が発する発光を選択的に受光するステップと
を備える、方法。 - 請求項57記載の方法において、
前記形体アレイにおける第4形体は、前記第1ピクセルの上方、かつ前記第1、第2及び第3の形体の各々から空間的に変位して配置され、
前記方法は、さらに、
前記第4形体内又はその上方に配置される第4発光団を準備するステップと、
第4時点で第4特性を有する第4光子を発生するステップであり、前記第4特性は前記第1、第2及び第3の特性とは異なり、前記第4時点は記第1、第2及び第3の時点とは異なるものである、該第4光子を発生するステップと、及び
前記第1ピクセルによって、前記第4時点で前記第4光子に応答して第4発光団が発する発光を選択的に受光するステップと
を備える、方法。 - 請求項58記載の方法において、前記第1発光団は第1核酸に結合され、前記第2発光団は第2核酸に結合され、前記第3発光団は第3核酸に結合され、また前記第4発光団は第4核酸に結合される、方法。
- 請求項37〜56のうちいずれか一項記載の方法において、
前記形体アレイにおける第3形体は、前記撮像ピクセルのアレイにおける第2ピクセルの上方に配置され、
前記形体アレイにおける第4形体は、前記第2ピクセルの上方、かつ前記第3形体から空間的に変位した位置に配置され、
前記方法は、さらに、
前記第3形体内又はその上方に配置される第3発光団を準備するステップと、
前記第4形体内又はその上方に配置される第4発光団を準備するステップと、
前記第2ピクセルによって、前記第1時点で前記第1光子に応答して、又は前記第2時点で前記第2光子に応答して前記第3発光団が発する発光を選択的に受光するステップと、及び
前記第2ピクセルによって、前記第1時点で前記第1光子に応答して、又は前記第2時点で前記第2光子に応答して前記第4発光団が発する発光を選択的に受光するステップと
を備える、方法。 - 請求項60記載の方法において、前記第1発光団は第1核酸に結合され、前記第2発光団は第2核酸に結合され、前記第3発光団は第3核酸に結合され、また前記第4発光団は第4核酸に結合される、方法。
- 請求項37〜61のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1及び第2の形体の各々はほぼ円形断面を有する、方法。
- 請求項37〜62のうちいずれか一項記載の方法において、前記フォトニック構造は六角形格子を備え、また前記撮像ピクセルは矩形である、方法。
- 請求項37〜63のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1及び第2の光子で前記フォトニック構造を一斉照明するステップを備える、方法。
- 請求項37〜64のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1及び第2の光子をレーザーで発生するステップを備える、方法。
- 請求項37〜65のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1及び第2の光子は独立的に約300nm〜約800nmの間における波長を有する、方法。
- 請求項37〜66のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1発光団は第1核酸に結合され、また前記第2発光団は第2核酸に結合される、方法。
- 請求項37〜67のうちいずれか一項記載の方法において、さらに、前記形体アレイに接触する少なくとも1個のマイクロ流体形体を準備するステップと、及び前記少なくとも1個のマイクロ流体形体によって、1つ又はそれ以上の検体のフローを前記第1及び第2の形体に流すステップと、を備える、方法。
- 請求項37〜68のうちいずれか一項記載の方法において、前記第1発光団はシークエンシングすべき第1ポリヌクレオチドに結合され、また前記第2発光団はシークエンシングすべき第2ポリヌクレオチドに結合される、方法。
- 請求項69記載の方法において、前記第1ポリヌクレオチドは前記第1形体に結合され、また前記第2ポリヌクレオチドは前記第2形体に結合される、方法。
- 請求項69又は70記載の方法において、さらに、
前記第1ポリヌクレオチドに相補的であり、該第1ポリヌクレオチドに結合される第3ポリヌクレオチドに対して第1核酸を第1ポリメラーゼによって付加するステップであって、前記第1核酸は前記第1発光団に結合されているものである、該ステップと、
前記第2ポリヌクレオチドに相補的であり、該第2ポリヌクレオチドに結合される第4ポリヌクレオチドに対して第2核酸を第2ポリメラーゼによって付加するステップであって、前記第2核酸は前記第2発光団に結合されているものである、該ステップと、
を備える、方法。 - 請求項71記載の方法において、さらに、チャンネルによって、前記第1及び第2の核酸並びに前記第1及び第2のポリメラーゼを含む第1液体を前記第1及び第2の形体内又はその上方に流し込むステップを備える、方法。
- 発光性造影法に使用するデバイスであって、
撮像ピクセルのアレイと、
前記撮像ピクセルのアレイ上方に配置されるフォトニック構造と、
前記フォトニック構造上方に配置される形体アレイであり、
該形体アレイのうち第1形体は前記撮像ピクセルのアレイにおける第1ピクセル上方に配置され、
該形体アレイのうち第2形体は前記第1ピクセル上方、かつ前記第1形体から空間的に変位した位置に配置される、
該形体アレイと、
を備え、
前記フォトニック構造は、第2偏光性の光に比べると第1偏光性の光で前記第1形体を選択的に照射するようチューニングされ、また
前記フォトニック構造は、第1偏光性の光に比べると第2偏光性の光で前記第2形体を選択的に照射するようチューニングされる、デバイス。 - 請求項73記載のデバイスにおいて、さらに、第1時点で前記第1偏光性を有する第1光子を発生するよう構成され、また第2時点で前記第2偏光性を有する第2光子を発生するよう構成されている放射線源を備える、デバイス。
- 請求項73又は75記載のデバイスにおいて、さらに、前記第1形体内又はその上方に配置された第1発光団と、及び前記第2形体内又はその上方に配置された第2発光団とを備える、デバイス。
- 請求項73〜74のうちいずれか一項記載のデバイスにおいて、さらに、前記第1形体内又はその上方に配置された第1標的検体と、及び前記第2形体内又はその上方に配置された第2標的検体とを備え、前記第1標的検体は前記第2標的検体とは異なる、デバイス。
- 請求項76記載のデバイスにおいて、さらに、前記第1及び第2の標的検体は、異なる配列を有する核酸を含む、デバイス。
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