JP2021516329A - 対物レンズを使用する蛍光撮像用の照明 - Google Patents

対物レンズを使用する蛍光撮像用の照明 Download PDF

Info

Publication number
JP2021516329A
JP2021516329A JP2019571720A JP2019571720A JP2021516329A JP 2021516329 A JP2021516329 A JP 2021516329A JP 2019571720 A JP2019571720 A JP 2019571720A JP 2019571720 A JP2019571720 A JP 2019571720A JP 2021516329 A JP2021516329 A JP 2021516329A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffraction grating
light
flow cell
objective lens
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019571720A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7209649B2 (ja
Inventor
サン インファ
サン インファ
エス ホン スタンリー
エス ホン スタンリー
エリー フレデリック
エリー フレデリック
ネミロスキー アレックス
ネミロスキー アレックス
シェーン ボーエン エム
シェーン ボーエン エム
コンデロ ダニーロ
コンデロ ダニーロ
デリンジャー ディートリッヒ
デリンジャー ディートリッヒ
エイ クランブーゲル マルコ
エイ クランブーゲル マルコ
ラム アンソニー
ラム アンソニー
リウ アーロン
リウ アーロン
オブラドビッチ ボヤン
オブラドビッチ ボヤン
プラット マーク
プラット マーク
Original Assignee
イラミーナ インコーポレーテッド
イラミーナ インコーポレーテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by イラミーナ インコーポレーテッド, イラミーナ インコーポレーテッド filed Critical イラミーナ インコーポレーテッド
Publication of JP2021516329A publication Critical patent/JP2021516329A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7209649B2 publication Critical patent/JP7209649B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • 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
    • C12Q1/6869—Methods for sequencing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6402—Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G01N21/6458—Fluorescence microscopy
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052—Optical details of the image generation
    • G02B21/0076—Optical details of the image generation arrangements using fluorescence or luminescence
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/18—Arrangements with more than one light path, e.g. for comparing two specimens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0016—Grooves, prisms, gratings, scattering particles or rough surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0075—Arrangements of multiple light guides
    • G02B6/0076—Stacked arrangements of multiple light guides of the same or different cross-sectional area
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/1765—Method using an image detector and processing of image signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6439—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6463—Optics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6482—Sample cells, cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/648—Specially adapted constructive features of fluorimeters using evanescent coupling or surface plasmon coupling for the excitation of fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/063—Illuminating optical parts
    • G01N2201/0635—Structured illumination, e.g. with grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings

Abstract

システムは、対物レンズと、システム内に設置される（例えば、比較的薄膜の導波路を有する）フローセル内に、対物レンズを通して、フローセル上の第１の回折格子を使用して供給される、第１の照明光を供給する第１の光源と、対物レンズを使用して、撮像光を捕捉する第１の画像センサーと、を含み、第１の回折格子は、第１の画像センサーの視野の外側に位置決めされる。二重表面撮像を実行することができる。回折格子によって境界付けられる、複数の帯状部を有するフローセルを使用することができる。自動位置合わせ工程を実行することができる。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国仮特許出願（出願番号６２／６４９，９９６号、出願日２０１８年３月２９日）の優先権を主張し、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
高処理（High-throughput）ＤＮＡ配列決定（sequencing）は、ゲノム解析および他の遺伝子研究の基礎となり得る。このタイプおよび他のタイプの配列決定において、遺伝物質の試料の特性は、例えば平面導波路を使用して試料を照明することによって決定される。画像検出のいくつかのタイプは、試料全体の画像を作成するために、配列決定システムに特定の要求を課すことができる。例えば、時間遅延積分（ＴＤＩ）センサーを使用して、画像は、スライドの長さに沿った走査動作を含む、一度に１つの狭いスライバーに捕捉される。照明光から試料への光損傷を低減するために、多くの場合、照明を撮像される試料領域に限定することが望ましい。いくつかの例では、これは、照明が走査工程全体を通して画像検出と同期していることを確実にするという課題を生じさせる。
第１の態様において、システムは、対物レンズと、システム内に設置されるフローセルに、対物レンズを通して、フローセル上の回折格子を使用して供給される、第１の照明光を供給する第１の光源と、対物レンズを使用して、撮像光を補足する第１の画像センサーと、を備え、第１の回折格子は、第１の画像センサーの視野の外側に位置決めされる。
実施形態は、以下の構成のいずれか、または全てを含むことができる。フローセルは、システム内に設置される。第１の回折格子と第２の回折格子は、フローセル上に位置決めされる。第１と第２の回折格子は、異なる結合角度を有する。第１と第２の回折格子は、異なる回折格子周期を有する。フローセルは、第２の試料表面に平行な第１の試料表面を含み、第１の回折格子は、第１の照明光の第１の部分を結合して、第１の試料表面を照明し、第２の回折格子は、第１の照明光の第２の部分を結合して、第２の試料表面を照明する。このシステムはさらに、第１の回折格子が第１の照明光の第１の部分を結合する、第１の平面導波路と、第２の回折格子が第１の照明光の第２の部分を結合する、第２の平面導波路と、を含む。第１の回折格子は、第１の照明光の第１の部分の進行方向において、第２の回折格子に対して相対的にオフセットされる。第１と第２の回折格子は、フローセルを照明する平面導波路の両側に位置決めされ、第１の回折格子は、第１の照明光を平面導波路内に結合し、第２の回折格子は、第１の照明光を平面導波路の外に結合する。このシステムはさらに、第２の回折格子によって平面導波路の外に結合される、第１の照明光が、対物レンズに入射するのを遮断する壁を備える。第１の照明光は、第１の波長の第１光ビームを備え、システムはさらに、対物レンズを通して、第２の波長の第２の光ビームを備える第２の照明光を供給する、第２の光源を備える。第２の光源は、第１と第２の波長に対して対称的な結合角度を有する、第１の回折格子を介して、対物レンズを通して第２の照明光をフローセル内に供給する。第１の光源は、第１の光ビームを対物レンズの第１の側部に向け、第２光源は、第２の光ビームを第１の側部とは反対側の、対物レンズの第２の側部に向ける。システムはさらに、第１と第２の光源の後、および対物レンズの前に位置決めされる、第１のミラーと鏡筒（tube）レンズと、を備え、第１のミラーから鏡筒レンズへの伝搬における、第１と第２の光ビームのそれぞれの角度は、第１の回折格子上の、第１と第２の光ビームの対応する入射角度を反射する。システムはさらに、第１の光源の後、および第１のミラーの前に位置決めされ、第１の回折格子上の、第１と第２の光ビームの空間的な分離を提供する、第２のミラーを備える。フローセルは、第１の回折格子を含むそれぞれの回折格子によって境界付けされる、複数の帯状部を有し、システムは、それぞれの回折格子のうちの少なくとも１つを、入射回折格子と出射回折格子の両方として使用する。フローセルの導波路材料は、Ｔａ２Ｏ５を含む。第１の画像センサーは、時間遅延積分センサーを備え、システムはさらに、フローセルを保持する可動台座部を備える。システムはさらに、フローセルを保持し、熱制御を提供する、熱台座部を備える。システムはさらに、フローセル内の、少なくとも第１の回折格子と平面導波路の画像を捕捉する、第２の画像センサーを備え、システムは、位置合わせ基準を使用して画像を評価する。光は、フローセル内の試料からの蛍光応答を誘発する波長を有する。
第２の態様において、フローセルは、試料を保持する基板と、試料の第１の光を導く第１の平面導波路と、第１の光を結合する第１の回折格子と、試料の第２の光を導く第２の平面導波路と、第２の光を結合する第２の回折格子と、を含む。
実施形態は、以下の構成のいずれか、または全てを含むことができる。第１の回折格子は、第１の平面導波路上に位置決めされ、第２の回折格子は、第２の平面導波路上に位置決めされる。第１と第２の回折格子は、異なる結合角度を有する。第１と第２の回折格子は、異なる回折格子周期を有する。フローセルは、第２の試料表面に平行な第１の試料表面を含み、第１の回折格子は、第１の光を結合して第１の試料表面を照明し、第２の回折格子は、第２の光を結合して第２の試料表面を照明する。第１の回折格子は、第１の光の進行方向において、第２の回折格子に対して相対的にオフセットされる。第１の回折格子は第１の光を第１の導波路内に結合し、第２の回折格子は第２の光を第２の導波路に結合し、フローセルはさらに、第１の平面導波路の外に第１の光を結合する第３の回折格子と、第２の平面導波路の外に第２の光を結合する第４の回折格子と、を備える。
第３の態様において、方法は、画像センサーの視野の外側に位置決めされる、第１の回折格子を使用して、対物レンズを通してフローセル内に照明光を供給するステップと、対物レンズを使用して、撮像光を捕捉するステップと、を含む。
実施形態は、以下の構成のいずれか、または全てを含むことができる。フローセルは、第２の試料表面に平行な第１の試料表面を含み、方法はさらに、照明光の第１の成分を、第１の試料表面に位置合わせする第１の回折格子に向けるステップと、照明光の第２の成分を、第２の試料表面に位置合わせする第２の回折格子に向けるステップと、を含む。方法はさらに、照明光の第１の成分を第１の回折格子に向けることに関連して、対物レンズを調節して、第１の試料表面に焦点を合わせるステップと、照明光の第２の成分を第２の回折格子に向けることに関連して、対物レンズを調節して、第２の試料表面に焦点を合わせるステップと、を含む。照明光は、第１の波長の第１の光ビームと、第２の波長の第２の光ビームとを含み、方法はさらに、第１の光ビームを対物レンズの第１の側部に向けるステップと、第２の光ビームを第１の側部とは反対側の、対物レンズの第２の側部に向けるステップと、を含む。方法はさらに、フローセルから出射する照明光が対物レンズに入射するのを遮断するステップを含む。熱台座部は、フローセルを保持し、方法はさらに、フローセルを使用して、フローセルの熱制御を提供するステップを含む。フローセルは、第１の回折格子を含むそれぞれの回折格子によって境界付けされる、複数の帯状部を有し、方法はさらに、それぞれの格子の少なくとも１つを、入射回折格子および出射回折格子の両方として使用するステップを含む。方法はさらに、第１の回折格子による結合の品質を評価する位置合わせ工程を実行するステップを含む。
前述の概念および、以下でより詳細に議論される追加の概念のすべての組合せ（そのような概念が相互に矛盾しないことを条件として）は、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると意図されることを理解されたい。特に、本開示の末尾にある請求される主題のすべての組合せは、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると意図される。
平面導波路照明のための光学レイアウトの例を示す。 対物レンズの例を示す。 導波路と回折格子とを有するフローセルの例を示す。 回折格子を使用する、平面導波路内外へのレーザービームの結合例を示す。 結合角度対回折格子周期の例示的なグラフを示す。 複数の波長に対する、結合角度公差対ビーム径の例示的なグラフを示す。 シミュレーションされた、角度公差対ビームウエストの例示的なグラフを示す。 導波路を横切る強度の、例示的なグラフを示す。 線走査から構築される、例示的な画像を示す。 蛍光色素分子の例示的な画像を示す。 導波路内のレーザービーム形状の例示的な画像を示す。 遺伝物質のクラスターの例示的な画像を示す。 遺伝物質のクラスターの例示的な画像を示す。 遺伝物質のクラスターの例示的な画像を示す。 遺伝物質のクラスターの例示的な画像を示す。 レーザー照明および蛍光撮像のためのシステムの例を模式的に示す。 フローセルを使用する二重表面撮像の例を示す。 フローセルを使用する二重表面撮像の他の例を示す。 フローセルを使用する二重表面撮像の他の例を示す。 フローセル照明の例示的な画像を示す。 図２１Ａは、工程の例示的なフローチャートを示す。図２１Ｂは、工程の例示的なフローチャートを示す。 レーザー照明および蛍光撮像のためのシステムの例を模式的に示す。 位置合わせ工程の例示的なフローチャートを示す。 複数の帯状部を有するフローセルの例を示す。
本明細書では、対物レンズを使用する蛍光撮像用の照明の例を記載する。いくつかの実施形態では、光学アーキテクチャは、高速走査撮像のための低電力、低背景な照明を容易にすることができる。これは、顕微鏡の対物レンズを通した検出と、照明を同期させることを含むことができる。従来の平面導波路照明と同等の信号対雑音比（ＳＮＲ）では、そのような手法を使用して、最大約７０倍のレーザー電力の低減を得ることができる。
いくつかの実施形態では、レーザービームは、撮像光学系と照明とを互いに同期させるように、対物レンズを通して進むことができる。導波路および１つ以上の回折格子は、対物レンズの開口数およびレーザーの波長によって、必要とされる結合角度で設計することができる。レーザービーム整形光学系を使用して、適切なビーム寸法および光の品質を規定して、結合効率および公差を保証することができる。適切な導波路、回折格子、外装（cladding）および／または基板材料は、配列決定化学および実行されるランと適合するように選択することができる。低背景の蛍光体励起のための、適切な幾何学的形状および光学性能を設計することができる。いくつかの実施態様では、二重表面撮像を支援することができる。いくつかの実施形態では、多色励起（例えば、２色）を支援することができる。
撮像対物レンズを通して１つ以上のレーザービームのような照明光を送出することは、既存の手法よりも利点を提供することができる。例えば、対物レンズを通してレーザービームを提供することは、照明および画像捕捉がフローセルの同じ側部で実行されることを意味する。次いで、フローセルの裏面は、試料の正確なまたは迅速な温度制御のような、工程の１つ以上の他の態様を容易にするために使用することができる。照明レーザービームのサイズ、角度、および位置に関して精密な制御を提供することができる。これは、回折格子上の位置合わせ公差を増大させることができ、それによって、光学機械および回折格子の製造コストを著しく低減させることができる。高速走査は、照明線を検出装置（例えば、ＴＤＩセンサー）と共位置合わせ（co-registration）することによって容易にすることができる。光学系は、レーザービームを平面導波路の内側に形成される細線として整形するように設計することができる。例えば、平面導波路は、約５０から２００ナノメートル（ｎｍ）以上の厚み範囲を有することができる。このように、平面導波路は、比較的薄膜の導波路と考えることができる。平面導波路は、比較的少量のレーザー電力で、高電力密度を提供することができる。表面および配列決定化学を適合する材料（Ｔａ２Ｏ５またはＳｉＮを含むが、これらに限定されない）を使用することができる。いくつかの実施形態では、Ｔａ２Ｏ５を核として使用することができ、ＳｉＯ２を基板として使用することができ、水緩衝液または高分子層を外装として使用することができる。例えば、外装は、約１．３から１．５の屈折率を有することができる。回折格子結合器は、異なる波長に対して異なる受光角度を有するように設計することができる。例えば、赤色および緑色のレーザー光を使用することができる。別の例として、回折格子結合器は、フローセルの異なる表面（例えば、上面および底面）上に設計することができる。
本明細書に記載される例は、遺伝物質の配列決定に関する。配列決定は、試料中に存在する特定の遺伝物質を構成する、ヌクレオチドと呼ばれる構成単位を決定するために、試料に対して実行することができる。配列決定は、遺伝物質が最初に精製され、次いで、適切なサイズの試料を調製するために、何度も複製された後に行うことができる。
撮像は、遺伝物質を配列決定する工程の一部として実行することができる。これは、遺伝物質の試料が光（例えば、レーザービーム）に曝されて、遺伝物質上の１つ以上の目印による蛍光応答を誘発する、蛍光撮像を含むことができる。遺伝物質のいくつかのヌクレオチドは、それらに適用される蛍光タグを有することができ、これは、試料に光を照射し、試料からの特徴的な応答を探すことによって、ヌクレオチドの存在の決定を可能にする。蛍光応答は、配列決定工程の過程にわたって検出することができ、試料中のヌクレオチドの記録を残すために使用することができる。
本明細書に記載される例は、フローセルを指す。フローセルは、配列決定工程の少なくとも１つの段階において、１つ以上の試料を調製および運搬する際に使用することができる基板である。フローセルは、材料が露光される照明および化学反応の、両方に適合する材料から作られる。基板は、供試材を堆積させることができる１つ以上の流路を有することができる。物質（例えば、液体）は、試料遺伝物質が存在する流路を通して流れ、１つ以上の化学反応を誘発し、および／または不要な物質を除去することができる。フローセルは、フローセル流路内の試料が照射光に曝されること、および試料から任意の蛍光応答を検出できることを容易にすることにより、撮像を可能にしてもよい。システムのいくつかの実施形態では、少なくとも１つのフローセルと共に使用されるように設計されてもよいが、出荷中または顧客に配送されるときのような、１つ以上の段階中にはフローセルを含まなくてもよい。例えば、１つ以上のフローセルは、解析を実行するために、顧客の施設で実施形態に設置することができる。
本明細書の例は、１つ以上の回折格子による導波路内に、および／または導波路外に、光（例えば、レーザービーム）を結合することを指す。回折格子は、光の少なくとも一部を回折させることによって、回折格子に衝突する光を結合することができ、それによって、光の一部を１つ以上の他の方向に伝搬させることができる。いくつかの実施形態では、結合は、光の一部の反射、屈折、および／または透過を含むがこれらに限定されない、１つ以上の相互作用を含むことができる。
図１は、平面導波路照明のための光学レイアウト１００の例を示す。光学レイアウト１００は、本明細書に記載される１つ以上のシステムの一部として実施することができる。光学レイアウト１００は、本明細書に記載される１つ以上の技術または工程を実行するために使用することができる。
光学レイアウト１００は、１つ以上の光源を含むことができる。例えば、光源は、１つ以上の波長を有する光を提供することができる。本明細書に記載される一実施形態では、光学レイアウト１００は、レーザー１０２とレーザー１０４を含む。いくつかの実施形態では、レーザー１０２と１０４は、それぞれ緑色レーザーと赤色レーザーとして特徴付けることができる。例えば、レーザー１０２は、約４００ｎｍから５７０ｎｍの範囲の１つ以上の波長を有する光を生成することができる。例えば、レーザー１０４は、約６２０ｎｍから７５０ｎｍの範囲の１つ以上の波長を有する光を生成することができる。１つ以上の他のタイプ（例えば、異なる波長）の光を、代わりに、または追加的に、いくつかの実施形態において使用することができる。
レーザー１０２と１０４のいずれか一方または両方からの光は、光学レイアウト１００内の少なくとも１つのミラーで方向付けすることができる。ミラーは、関連する光源によって生成される光の１つ以上のタイプの、部分反射または全反射を提供する、１つ以上の材料から作ることができる。例えば、透明基板にミラーコーティングを施すことができる。ここで、レーザー１０２からの光ビームには、ミラー１０６が使用される。プリズムミラーを使用すると、角度差の小さい２つのビームを組み合わせることができる。ダイクロイックミラーを使用すると、２つ／３つの異なる波長を組み合わせることができる。ミラーは、自動位置合わせのために、作動する台座部に取り付けることができる。
光学レイアウト１００で生成される１つ以上の光ビームは、１つ以上の方法で整形されるか、または他の方法で調整することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のビーム整形光学系１０８を使用することができる。例えば、ビーム整形光学系１０８は、光ビームのための開口部を提供し、光ビームを変換し、および／または光ビームの成分を１つ以上の方法で統合する役割を果たすことができる。それぞれ、レーザー１０２と１０４の光ビームに対して、ビーム整形光学系１０８の別個のもの（同一のもの、または異なるもの）を設けることができる。
ビーム整形光学系１０８によって整形される１つ以上の光ビームは、光学レイアウト１００内の少なくとも１つのミラーで方向付けすることができる。ここで、ミラー１１０は、レーザー１０２と１０４の両方の光ビームに使用される。ミラー１０６を調節し、１つ以上の光ビームの方向を制御することができる。いくつかの実施形態では、ミラー１０６を使用して、物体平面における光ビームの結合角度を調節することができる。例えば、物体平面は、光学レイアウト１００内の１つ以上の光ビームの下流に位置決めされる構成要素（例えば、回折格子）で画定することができる。ミラー１１０は、１つ以上のアクチュエーターを使用して調節することができる。いくつかの実施形態では、ミラー１１０は電気的に調節可能である。例えば、ミラー１１０は、１つ以上の圧電（piezoelectric）モーターを使用して作動させることができる。
光学レイアウト１００は、少なくとも１つの光源からの光の焦点を合わせるための、１つ以上の構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、鏡筒レンズ１１２を使用することができる。例えば、鏡筒レンズを使用して、１つ以上の光ビームを、光学レイアウト１００内において無限遠補正対物レンズに提供される中間画像に焦点を合わせることができる。ここで、鏡筒レンズ１１２は、それぞれレーザー１０２と１０４で発生した光ビームを受光する。
ミラー１１０は、光学レイアウト１００内の１つ以上の他の構成要素に基づいて選択される位置に配置することができる。いくつかの実施形態では、ミラー１１０の配置は、鏡筒レンズ１１２の特性および位置に、少なくとも部分的に依存し得る。例えば、ミラー１１０は、フローセルにおける平面導波路のような物体平面に関して、鏡筒レンズ１１２の後方焦点面１１４に配置することができる。
すなわち、レーザー１０２によって生成される光は、ミラー１１０から鏡筒レンズ１１２の方へ伝搬するレーザービーム１１６を形成することができる。同様に、レーザー１０４によって生成される光は、ミラー１１０から鏡筒レンズ１１２の方へ伝搬するレーザービーム１１８を形成することができる。レーザービーム１１６と１１８の各々は、同じ方向または異なる方向に伝搬するように生成することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の方向を、鏡筒レンズ１１２の光軸１２０に関して特徴付けることができる。例えば、レーザービーム１１６は、光軸１２０に関して角度１２２を形成することができる。例えば、レーザービーム１１６は、光軸１２０に関して角度１２４を形成することができる。角度１２２と１２４は、回折格子のような下流の構成要素における、それぞれのレーザービーム１１６と１１８に対して、特定の（同じまたは異なる）結合角度を与えるように選択することができる。
鏡筒レンズ１１２は、レーザービーム１１６と１１８を光学レイアウト１００内の１つ以上の構成要素に向けることができる。いくつかの実施形態では、鏡筒レンズ１１２は、光の少なくとも一部を光学レイアウト１００内の対物レンズ１２８の方へ反射する、ミラー１２６に光を向ける。例えば、ミラー１２６は、レーザー１０２と１０４の１つ以上の波長を有する入射光のかなりの部分を対物レンズ１２８内に反射する特性を有し、一方で、１つ以上の他の波長を有する光のかなりの部分を透過する特性も有する、ダイクロイックミラーとすることができる。レーザー１０２と１０４からの光の反射部分は、少なくとも、反射光がフローセルの平面導波路のような下流の構成要素を十分に照明するような量とすることができる。他の実施形態では、光学レイアウト１００は、代わりに、ミラー１２６が照明光（すなわち、レーザー１０２と１０４で発生する光）を対物レンズ１２８内に少なくとも部分的に透過させ、対物レンズ１２８から出射する他の光を少なくとも部分的に反射させるように並べることができる。
対物レンズ１２８は、１つ以上のレンズおよび／または他の光学構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、対物レンズ１２８は、図２に示す構成要素を含むことができる。対物レンズ１２８は、光学レイアウト１００の１つ以上の構成要素に照明光を向ける役割を果たすことができる。対物レンズ１２８は、撮像光を捕捉し、撮像光を光学レイアウト１００の１つ以上の構成要素に提供する役割を果たすことができる。
光学レイアウト１００は、フローセル１３０を含む。いくつかの実施形態では、フローセルは、本明細書の他の箇所に記載される、または示される任意のフローセルを含むことができる。例えば、フローセル１３０は、供試材を保持し、化学反応の誘発または材料の追加若しくは除去を含むがこれらに限定されない、供試材に関して取られるべき動作を容易にするように構成される、１つ以上の流路１３２を含むことができる。ここで、流路１３２の長手方向の断面を示す。すなわち、液体が流路１３２を通して流れる場合、液体の主な流れ方向は、この図示の図に出入りすることができる。
光学レイアウト１００内の別の構成要素に関して、物体平面１３４を画定することができる。ここで、物体平面１３４は、対物レンズ１２８によって少なくとも部分的に画定される。いくつかの実施形態では、物体平面１３４は、フローセル１３０を通して延在する。例えば、物体平面１３４は、１つ以上の流路１３２に隣接するように画定することができる。
対物レンズ１２８は、視野１３６を画定することができる。視野１３６は、画像検出器が対物レンズ１２８を使用して撮像光を捕捉する、フローセル１３０上の領域を画定することができる。１つ以上の画像検出器を使用することができる。例えば、レーザー１０２と１０４が異なる波長（または異なる波長範囲）を有するそれぞれのレーザービームを生成する場合、光学レイアウト１００は、それぞれの波長（または波長範囲）に対する別個の画像検出器を含むことができる。
１つ以上の回折格子を、対物レンズ１２８に関して配置することができる。いくつかの実施形態では、回折格子１３８と１４０を、物体平面１３４に、または物体平面１３４の近傍に配置することができる。例えば、回折格子１３８と１４０を、流路１３２の反対側に配置することができる。すなわち、回折格子１３８と１４０は、流路１３２の長手方向に垂直な、流路１３２を横切る横方向を画定するように配置することができる。回折格子１３８と１４０は、センサー視野１３６の外側に配置される。
回折格子１３８と１４０は、フローセル１３０内の平面導波路への、および／または平面導波路からの光を向けることができる。ここで、ビーム１４２と１４４は、回折格子１３８に入射する。いくつかの実施形態では、ビーム１４２と１４４は、それぞれレーザービーム１１６と１１８に対応することができ、フローセル１３０内（例えば、フローセル１３０内の平面導波路内）の照明領域を画定することができる。例えば、ビーム１４２とビーム１４４は、異なる結合角度で回折格子１３８に入射することができる。別の例として、ビーム１４２とビーム１４４は、流路１３２の長手方向の異なる位置で回折格子１３８に入射することができる。ここで、ビーム１４６と１４８は、回折格子１４０から出射する。例えば、ビーム１４６は、フローセル１３０内の平面導波路を横断した後のビーム１４２の、少なくとも一部に対応することができる。例えば、ビーム１４８は、フローセル１３０内の平面導波路を横断した後のビーム１４４の、少なくとも一部に対応することができる。
回折格子１３８と１４０は、互いに同一若しくは類似のものとすることができ、または異なるタイプの回折格子とすることができる。１つ以上の回折格子は、周期構造の１つ以上の形態を含むことができる。いくつかの実施形態では、回折格子１３８および／または１４０は、フローセル１３０から（例えば、フローセル１３０に含まれる導波路材料から）材料を除去または省略することによって形成することができる。例えば、フローセル１３０は、フローセル１３０内にスリットおよび／または溝のセットを設けることにより、回折格子１３８および／または１４０を形成することができる。いくつかの実施形態では、回折格子１３８および／または１４０は、材料をフローセル１３０に（例えば、フローセル１３０に含まれる導波路材料に）加えることによって形成することができる。例えば、フローセル１３０は、リッジ、バンド、または他の突出する長手方向構造のセットを設けることにより、回折格子１３８および／または１４０を形成することができる。これらの手法の組み合わせを使用することができる。
視野１３６内において、対物レンズ１２８は、フローセル１３０からの撮像光を捕捉することができる。例えば、撮像光は、発光を含むことができる。この撮像光は、対物レンズ１２８を伝搬し、対物レンズ１２８の他端から出射する。光学レイアウト１００は、１つ以上の構成要素を使用して、照明光（すなわち、レーザー１０２と１０４からの光）が到達する方向とは異なる方向に撮像光を向けることができる。ここで、ミラー１２６はダイクロイックミラーとすることができる。例えば、ダイクロイックミラーは、撮像光の少なくとも一部を反射し、照明光の少なくとも一部を透過させることができる。代わりに、ダイクロイックミラーは、撮像光の少なくとも一部を透過し、照明光の少なくとも一部を反射させることができる。ここでの信号１５０は、１つ以上の画像センサー１５２への撮像光の透過を表す。いくつかの実施形態では、撮像光はフローセル１３０からの蛍光を含む。例えば、画像センサー１５２は、時間遅延積分（ＴＤＩ）センサーを含むことができる。
対物レンズ１２８は、回折格子１３８および／または１４０が視野１３６の外側で照明されることを可能にする、開口数を有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、開口数は１未満である。例えば、０．９５、０．７５、０．７、０．３および／または０．２の開口数を使用することができる。いくつかの実施形態では、水／油浸対物レンズで、より大きな開口数、例えば、１．２から１．４またはそれ以上の開口数を使用することができる。
いくつかの実施形態では、フローセル１３０のサイズは、流路１３２の（図内への、および／または図外への）長手方向に沿って走査することによって、複数の画像を捕捉することを必要とする可能性がある。次いで、照明光（例えば、ビーム１４２と１４４）は、対物レンズ１２８によって、レーザー１０２と１０４からの照明光を回折格子１３８および／または１４０に向けること、並びに視野１３６を画定することの両方によって、視野１３６と共位置合わせすることができる。すなわち、レーザー１０２および／または１０４と、対物レンズ１２８と、回折格子１３８および／または１４０とは、フローセル１３０上の連続する位置において、画像センサーの視野１３６と、フローセル１３０上の照明領域を共位置合わせする役割を果たすことができる。
光学レイアウト１００は、対物レンズ（例えば、対物レンズ１２８）と、システム内に設置されるフローセル（例えば、フローセル１３０）に、対物レンズを通してフローセル上の回折格子（例えば、回折格子１３８）を使用して供給される、照明光（例えば、レーザービーム１１６と１１８）を供給する光源（例えば、レーザー１０２と１０４）と、対物レンズを使用して、撮像光を捕捉する画像センサーと、を含み、回折格子は、画像センサーの視野（例えば、視野１３６）の外側に位置決めされる、システムの例である。
光学レイアウト１００は、フローセル（例えば、フローセル１３０）上に位置決めされる第１と第２の回折格子（例えば、回折格子１３８と１４０）と共に使用することができるシステムの例である。
光学レイアウト１００は、第１の光源（例えば、レーザー１０２）からの第１の照明光が、第１の波長の第１の光ビーム（例えば、レーザービーム１１６）を備え、さらに、第２の波長の第２の光ビーム（例えば、レーザービーム１１８）を備える第２の照明光を、対物レンズを通して供給する、第２の光源（例えば、レーザー１０４）を備える、システムの例である。
光学レイアウト１００は、第１と第２の光源（例えば、レーザー１１０２と１０４）の後、および対物レンズ（例えば、対物レンズ１２８）の前に位置決めされる、ミラー（例えば、ミラー１１０）と、鏡筒レンズ（例えば、鏡筒レンズ１１２）とを含み、ミラーから鏡筒レンズへの伝搬における、第１と第２の光ビームのそれぞれの角度（例えば、角度１２２と１２４）は、回折格子上の、第１と第２の光ビームの対応する入射角度（例えば、ビーム１４２と１４４のそれぞれの結合角度）を反映する、システムの例である。
光学レイアウト１００は、光源（例えば、レーザー１０２）の後、およびミラー（例えば、ミラー１１０）の前に位置決めされ、回折格子上の、第１と第２の光ビームの空間的な分離（例えば、流路１３２の長手方向における、ビーム１４２とビーム１４４の回折格子１３８上の、異なる入射位置）を提供する、ミラー（例えば、ミラー１１０）を有するシステムの例である。
図２は、対物レンズ２００の例を示す。対物レンズ２００は、両方向への光の透過を可能にし、１つ以上の方法で光を操作するように、（ここでは同軸の方法で）並べられる複数のレンズ２０２を含むことができる。対物レンズ２００は、ここではフローセル２０４に向けられる。例えば、フローセル２０４は、フローセル２０４内の平面導波路内に、および／または平面導波路外に、光を結合することを可能にする、１つ以上の回折格子を有することができる。
対物レンズ２００は、１つ以上の光源と共に使用することができる。ここで、レーザー２０６は、対物レンズ２００の一方の端部に位置決めされる。いくつかの実施形態では、レーザー２０６は、対物レンズ２００内にレーザービーム２０８を生成する。例えば、レーザービーム２０８は、約５３２ｎｍの波長を有することができる。ここで、レーザー２１０は、対物レンズ２００の同じ端部に位置決めされる。いくつかの実施形態では、レーザー２１０は、対物レンズ２００内にレーザービーム２１２を生成する。例えば、レーザービーム２１２は、約６６０ｎｍの波長を有することができる。レーザービーム２０８は、対物レンズ２００の側部２１４、またはその近傍を伝搬するように向けることができる。レーザービーム２１２は、側部２１４とは反対側の、対物レンズ２００の側部２１６、またはその近傍を伝搬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、レーザービーム２０８と２１２は、フローセル２０４上のそれぞれの回折格子上に入射する。いくつかの実施形態では、レーザービーム２０８が平面導波路に入射する回折格子は、レーザービーム２１２が平面導波路から出射する回折格子とすることができ、レーザービーム２１２は、その対応する回折格子で平面導波路に入射する。対応して、レーザービーム２１２が平面導波路に入射する回折格子は、レーザービーム２０８が平面導波路から出射する回折格子とすることができ、レーザービーム２０８は、その対応する回折格子で平面導波路に入射する。遮断が行われない場合、出射光ビームは対物レンズ２００内に伝搬することができる。
上記の例は、システムが、第１の光ビーム（例えば、レーザービーム２０８）を対物レンズ（例えば、対物レンズ２００）の第１の側部（例えば、側部２１４）に向ける第１の光源（例えば、レーザー２０６）と、第２の光ビーム（例えば、レーザービーム２１２）を第１の側部とは反対側の、対物レンズの第２の側部（例えば、側部２１６）に向ける第２の光源（例えば、レーザー２１０）と、を含むことができることを図示する。上記の例は、システムが、第１の波長の第１の光ビーム（例えば、レーザービーム２０８）と、第２の波長の第２の光ビーム（例えば、レーザービーム２１２）とを備える照明光を提供することができ、第１の光ビームを対物レンズ（例えば、対物レンズ２００）の第１の側部（例えば、側部２１４）に向けることができ、第２の光ビームを第１の側部とは反対側の、対物レンズの第２の側部（例えば、側部２１６）に向けることができることを図示する。
上記の例は、システム（例えば、対物レンズ２００と、レーザー２０６と２１０とを含む）が、フローセル（例えば、フローセル２０４）を照明する平面導波路の両側に位置決めされる、第１と第２の回折格子と共に使用でき、第１の回折格子は第１の照明光（例えば、レーザービーム２０８または２１２）を平面導波路内に結合でき、第２の回折格子は第１の照明光を平面導波路の外に結合することができることを図示している。
図３は、フローセルの一部分３００の例を示す。フローセルは導波路３０２と回折格子３０４とを有し、その各々は、フローセルの一部分３００に部分的に示されている。導波路３０２のための１つ以上の材料は、約２．１の屈折率を有するＴａ２Ｏ５を含むことができる。例えば、導波路３０２は、約１００ｎｍから２００ｎｍの厚さを有することができる。導波路３０２のための所定の厚さは、いくつかの実施形態では約±２．５ｎｍの公差を有することができる。フローセル３００の領域３０６（例えば、この図において導波路３０２と回折格子３０４の上方に位置決めされる外装）は、水の屈折率に匹敵する屈折率を有することができる。フローセル３００の領域３０８（例えば、この図において導波路３０２と回折格子３０４の下方に位置決めされる基板）は、特定のガラスの屈折率に匹敵する屈折率を有することができる。いくつかの実施形態では、領域３０８は、約１．５の屈折率を有する材料ガラス基板を含むことができる。例えば、領域３０８は、約３００マイクロメートル（μｍ）の厚さを有することができる。回折格子３０４は、約１０ｎｍから１００ｎｍの回折格子厚を有するＳｉＯ２を含むことができる。回折格子３０４のための所定の回折格子厚は、約±２．５ｎｍの公差を有することができる。例えば、回折格子３０４は、約５０±１０％のデューティサイクルを有することができる。
この図示は、フローセル３００の設計モデルを示す。いくつかの実施形態では、フローセル３００を示す画像は、有限差分時間領域解析を使用して生成することができる。例えば、画像は、物理モデリングを提供するソフトウェアシステムを使用して生成することができる。
フローセル３００では、入射光（例えば、レーザービーム）は、矢印３１０で示すように入射し、回折格子３０４によって少なくとも部分的に屈折される。光の屈折部分は、導波路３０２内を伝搬する。結合角度は、（レーザー）波長、回折格子ピッチ／深さおよび屈折率に依存する。光の強度は、目盛り３１２による陰影によって示されている。最大結合効率は、約４０％とすることができる。設計は、複数の波長の光に対して、対称的な結合角度、または光学プラットフォームによる好ましい角度が規定されるように選択することができる。例えば、回折格子３０４は、赤色レーザービームおよび緑色レーザービームに対する１つ以上の対称的な結合角度を有することができる。
いくつかの実施形態では、回折格子は、ＳｉＯ２から作ることができる。いくつかの実施形態では、回折格子が以下の特性を有するように設計することができる。
Figure 2021516329
図４は、回折格子４０２と４０４を使用して、平面導波路４００内外へのレーザービームの結合の例を示す。回折格子４０２と４０４は、所与の光の波長に対して、同じ結合角度、または異なる結合角度を有することができる。例えば、回折格子４０２と４０４は、同じまたは異なる回折格子周期を有することができる。回折格子４０２と４０４は、平面導波路４００上の空間が、試料（例えば、遺伝物質）を撮像する際に使用される撮像センサーのサイズと一致するように位置決めされる。図４に示す画像は、平面導波路４００と、回折格子４０２と４０４とが動作中に使用されるときに利用されることが意図されているものとは異なるカメラまたは他の撮像センサーを使用して捕捉することができる。例えば、画像は、２次元電荷結合素子カメラで捕捉することができる。平面導波路４００は、本明細書の他の例に記載されるものを含むが、これらに限定されない、任意の適切な材料を含むことができる。回折格子４０２と４０４は、本明細書の他の例に記載されるものを含むが、それらに限定されない、任意の適切な材料（互いに同じまたは異なる）を含むことができる。
回折格子４０２上の領域４０６は、レーザービームが回折格子４０２に向けられることによって生成される反射である。レーザービームは、レーザービームが回折格子４０２によって少なくとも部分的に結合され、線４０８として平面導波路４００に入射するように、結合角度で回折格子４０２に衝突する。いくつかの実施形態では、レーザービームは、ほぼ楕円形の断面を有することができる。例えば、レーザービームは、約１００μｍのオーダーの最大寸法を有することができるが、より小さい、またはより大きいサイズを使用することができる。いくつかの実施形態では、より小さいビームサイズは、結合角度のより大きな公差を提供することができる。例えば、いくつかの回折格子上では、１００μｍのレーザービームは、約０．５度の結合角度公差を有することができる。回折格子４０４上の領域４１０は、回折格子４０４から出射する線４０８のレーザービームに対応する。
例えば、線４０８は、導波路４００と、回折格子４０２と４０４とが適用される、フローセル内の試料を照明するために使用することができる。線４０８は、いくつかの実施形態では、幅約８μｍから１５０μｍのオーダーとすることができる。線４０８の最も狭い領域（ウエストと呼ばれることもある）は、約７μｍのオーダーとすることができる。これは、いくつかの既存の配列決定システムの線幅の仕様に関連して考えることができる。例えば、１つの既存のシステムは３μｍから８μｍの線幅を指定してもよく、別のシステムは１０μｍから２４μｍの線幅を指定してもよく、さらに別のシステムは、４０μｍのオーダーの線幅を指定してもよい。いくつかの実施形態では、ビーム伝搬損失は、ｘ方向における平面導波路４００のおおよその幅であり得る、約１ｍｍの距離にわたって１０％未満とすることができる。例えば、平面導波路は、幅約１．２ｍｍ、長さ約１００ｍｍまで可能である。これは、いくつかの検出器（例えば、ＴＤＩスキャナー）について、インライン照明の約９０％の均一性を規定することができる。ｙ方向の角度公差は、フローセル上で約±３度よりも大きくすることができる。
使用時には、フローセルからの撮像光を捕捉する画像センサーは、画像内のレーザー光の発生を回避または低減するために、その視野が、線４０８を含む一方領域４０６と４１０を含まないように、配置し、および構成することができる。いくつかの実施形態では、視野は、平面導波路４００内の線４０８のみを実質的に覆う、狭いスライバーとすることができる。例えば、視野は、約１０μｍから２４μｍの幅を有することができる。例えば、視野は、約８００μｍ、１０００μｍ、または２０００μｍの長さを有することができる。
異なる波長のビームをフローセル上で空間的に区別することができる。いくつかの実施形態では、例えば緑色レーザービームは、例えば赤色レーザービームとは異なる場所で回折格子４０２上に衝突すべきである。例えば、これは、それぞれのレーザービームからの信号間の混信（crosstalk）を除去または低減することができる。次いで、緑色レーザービームを、赤色レーザービームからｙ方向に離間させることができる。例えば、回折格子４０２上の領域４０６′は、緑色レーザービームの入射を模式的に図示する。例えば、線４０８′は、実質的に線４０８と平行な平面導波路４００内への緑色レーザービームの結合を模式的に示す。例えば、回折格子４０４上の領域４１０′は、平面導波路４００外への線４０８′の光の結合を模式的に図示する。
回折格子４０２および／または４０４と、本明細書に記載される他の回折格子は、１つ以上の対称的な結合角度を有するように設計することができる。図５は、結合角度対回折格子周期の例示的なグラフ５００を示す。結合角度は縦軸に対して印付けされ、回折格子周期（ｎｍ単位）は横軸に対して印付けされている。４つのビームが図示され、そのうちの２つは横電場（ＴＥ）モードビームであり、他の２つは横磁場（ＴＭ）モードビームである。この非限定的な実施例では、１つのＴＥビームと１つのＴＭビームは、５３２ｎｍの波長を有していた。他のＴＥビームと他のＴＭビームは、６６０ｎｍの波長を有していた。導波路は、１１０ｎｍの厚さのＴａ２Ｏ５を含み、基板は、約１．５の屈折率と低い自己蛍光を有するガラス材料を含んでいた。カバー水緩衝液は、撮像に対して約１．３４の屈折率を有していた。
グラフ５００は、結合角度対回折格子周期のシミュレーション結果を示す。対称的な結合の複数の角度を識別することができる。例えば、３つの回折格子周期は、３４２ｎｍ、３５４ｎｍおよび３５８ｎｍの対称的な結合を可能にする。これらの回折格子周期における対称的な結合角度は、それぞれ＋−１３．７２度、＋−１６．８５度および＋−８．７９度であり、回折が回折格子の法線からいずれの方向にもあり得ることを示している。このように、グラフ６００は、２つ以上の光源、および少なくとも第１と第２の波長を有するシステムが、第１と第２の波長に対して１つ以上の対称的な結合角度を有する回折格子と共に使用することができることを図示する。追加のパラメータは、結合効率および結合角度に影響を与える可能性がある。例えば、これは、導波路の厚さと、回折格子の深さと、形状と、導波路の屈折率と、外装および／または基板と、波長と、ビーム偏光と、を含むことができる。
一般的な波動方程式を含むが、これに限定されない既知の物理的関係は、材料中の電磁波の伝搬をさらに解析するために使用することができる。例えば、シミュレーションを実行し、平面導波路または別の構成要素を設計するための基礎として使用することができる。
図６は、結合角度公差解析の例示的なグラフ６００を示す。正規化結合効率が縦軸に対して印付けされ、度単位の入射ビーム相対角度が横軸に対して印付けされている。０．５７°のｘ−傾斜角度公差は、より小さいビームサイズによって達成できる。ビーム径をさらに小さくしながら、位置合わせ感度を高めることにより、より高い公差を提供することができる。グラフ６００に示される結合角度公差は、台座部傾斜解像度の約１０倍とすることができ、走査撮像上のリスクが低いことを示すことができる。
図７は、シミュレーションされた角度公差対ビームウエストの例示的なグラフ７００を示す。ある実施形態が照明光の入射角度に非常に敏感であると思われる場合には、平面導波路内の線は、試料が走査中に移動するにつれて、より明るく、またはより薄暗くなることができる。グラフ７００では、結合効率が縦軸に対して印付けされ、基板内の結合角度が横軸に対して印付けされている。グラフ７００では、４つの例示的なビームが印付けされ、それぞれ３０μｍ、１５μｍ、８μｍおよび（山部と谷部の間に３０ｎｍの回折格子深さを有する）８μｍの減少するビームウエストを有する。グラフ７００は、ビームウエストの減少と共に、結合角度公差が増加することを示している。グラフ７００はまた、小さいサイズビームの結合効率が、回折格子深さの最適化後も、３５％以上に達することができることを示している。角度公差を改善するために、小さいビームモデリングおよび撮像のための高開口数対物レンズは、大きなコストまたは課題なしに、小さいビーム径を提供することができる。
図８は、導波路を横切る強度の例示的なグラフ８００を示す。強度が縦軸に対して印付けされ、平面導波路を横切る位置（例えば、列番号の形式）が横軸に対して印付けされている。グラフ８００は、導波路の９０％以上で均一性があり得ることを示している。例えば、これは、導波路の中心で６００μｍの領域とすることができる。グラフ８００内の縁部の背景は、色素溶液の人工的な効果に起因するものであり得る。
試料を試験して、線走査撮像のための平面導波路照明を評価することができる。そのような試料は、蛍光ビーズと、色素分子カーペットと、遺伝物質のクラスターと、を含むことができるが、これらに限定されない。図９は、線走査から構築される例示的な画像９００を示す。画像９００は、複数の線走査から構築することができる。画像９００は、８００μｍ×８００μｍのサイズを有する。走査は、複数の位置および／またはレーンで１．６ｍｍ以上実行することができる。画像９００は例示の目的で示されており、実際の状況では、高さは、２つの例を挙げると、約７５ｍｍまたは１００ｍｍのオーダーとすることができる。
画像９００は、均一なビーズおよび背景を示す。照明は、結合角度または位置を調節することなく、約１００μｍから約５ｍｍまでの長い走査領域に沿って均一である。画像９００の一方の縁部では、回折格子背景が現在視認可能である。この状況に対処するために、設計に余裕を持たせることができる。例えば、約１００μｍの溝（gutter）を、大きなコストまたは他の不利益なしに、平面導波路を有するフローセル内の回折格子結合器に使用することができる。
図１０は、蛍光色素分子の例示的な画像１０００を示す。画像１０００は、高分子層の上部にある高密度蛍光色素分子を撮影したものである。画像１０００の不規則性は、必ずしも照明または撮像技術に起因するものではない。むしろ、画像１０００は、界面の詳細を視覚化することができる。例えば、画像１０００は、導波路欠陥、高分子層若しくはガラス基板における表面模様および／若しくは他の欠陥、並びに／または回折格子上の気泡若しくは塵埃を示すことができる。
図１１は、導波路内のレーザービーム形状の例示的な画像１１００を示す。画像１１００内の光退色模様は、導波路内のレーザービーム形状を示すことができる。
図１２から１５は、遺伝物質のクラスターの例示的な画像１２００、１３００、１４００および１５００を示す。これらの画像は、低電力で、非常に低い背景と高いＳＮＲを有する。いくつかの実施形態では、電力は、既存のシステムの機構よりも約４０分の１のオーダーに低下させることができる。例えば、既存のシステムは、２８０ｍＷのレーザー電力を含んでもよく、画像１２００は、３．１ｍＷのレーザー電力で撮影されてもよい。照明は、画像センサーの全視野にわたって、および走査全体にわたって均一である。
画像１２００は幅８００μｍであり、平面導波板の出口を示す。画像１３００から１５００は、画像１２００と比較して拡大されている。画像１３００は、１１ｍＷで撮影され、ＳＮＲは３１４である。画像１４００は、３．１ｍＷで撮影され、ＳＮＲは１５４である。画像１５００は、０．４ｍＷで撮影され、ＳＮＲは３５である。
ＳＮＲ解析は、同じ解析モデルを使用する既存のシステムと比較して、同じＳＮＲまたは信号に対して、はるかに低い電力を含んでもよいことを示している。１つの仮説は、背景光は、標準的な撮像と比較して、同じ信号レベルでははるかに高いといえるということである。別の仮説は、（標準的な撮像と比較して）同等のＳＮＲを、より低い信号レベルで達成することができるということである。
ＳＮＲ解析は、既存のシステムと同等の信号で、平面導波路が、背景レベルの８倍の低減、ＳＮＲの２倍の改善、および／または３０分の１の低い電力使用を示すことができることを示す。これは、システム内のレーザー電力を低下させる能力に対応する。ＳＮＲ解析はまた、既存のシステムのＳＮＲと同等のＳＮＲが、２分の１の低い信号、７０倍のレーザー電力の低減、並びに／またはより低いＤＮＡ光損傷およびレーザー誘起対物損傷若しくは汚染で達成可能であることを示すことができる。
要するに、レーザー電力の最大約２０倍から７０倍の低減を達成することができる。これは、売上原価のような、機器に関連するいくつかの会計基準を低下させることができる。これは、光学系またはフローセルへのレーザー損傷、および対物レンズ汚染のリスクを回避することができる。信号対背景比は、約８倍まで改善することができる。これは、改善されたデータ品質を提供することができる。例えば、小さなクラスターを有効化させる可能性を有効にすることができる。レーザー露光量は、約２倍から４倍まで低減させることができる。これは、ＤＮＡ光損傷の低減を提供することができる。
図１６は、レーザー照明および蛍光撮像のためのシステム１６００を模式的に示す。システム１６００は、本明細書に記載する任意の構成要素、レイアウト、または技術と共に使用することができる。システム１６００は、レーザー１６０２と１６０４を含む。いくつかの実施形態では、レーザー１６０２と１６０４は、異なる波長の光を生成することができる。例えば、システム１６００のいくつかの態様において、レーザー光は、１つ以上の光ファイバー（図示せず）を通って伝搬することができる。システム１６００は、ミラー１６０６と１６０８を含む。例えば、レーザー１６０２は、ミラー１６０６に光を向けることができ、レーザー１６０４は、ミラー１６０８に光を向けることができる。システム１６００は、プリズム１６１０と１６１２を含む。例えば、ミラー１６０６はプリズム１６１０に光を向けることができ、ミラー１６０８は、プリズム１６１２に光を向けることができる。システム１６００は、ミラー１６１４を含むことができる。いくつかの実施形態では、ミラー１６１４は、圧電アクチュエーターを有する。例えば、プリズム１６１０と１６１２は、両方とも、ミラー１６１４にそれぞれの光を向けることができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の位置合わせターゲット１６１６をレーザービームの経路内に位置決めすることができる。例えば、位置合わせターゲット１６１６は、レーザー光のための開口部を含むことができる。ミラー１６１４は、鏡筒レンズ１６１８にレーザービームを向けることができる。例えば、ミラー１６１４と鏡筒レンズ１６１８との間を伝搬するときの、それぞれのレーザービームの角度は、１つ以上の回折格子のような下流構成要素における、レーザービームの結合角度を規定することができる。
構成要素１６０２から１６１８は、光学テーブルまたはそれと同等のもののような、適切なベンチまたは他の表面上に設置することができる。構成要素１６０２から１６１８は、総称して励起光学系、または代替的に平面導波板と呼ぶことができる。以下は、平面導波板に適用できる特性またはパラメータである。波長５３２／６６０ｎｍのダイオードレーザー（例えば、レーザー１６０２および／または１６０４）を使用することができ、３５／５０ｍＷのレーザー効果を適用することができ、光ファイバーシングルモードを使用することができる。圧力（piezo）ミラー（例えば、ミラー１６１４）は、垂直および／または水平作動を有することができ、鏡筒レンズ（例えば、鏡筒レンズ１６１８）およびフローセル回折格子内の結合角度を最適化することができ、鏡筒レンズの後方焦点面上に位置決めすることができる。線形トランスレータまたはミラー（例えば、ミラー１６０６および／または１６０８）は、粗位置合わせのために使用することができる。
システム１６００は、少なくとも鏡筒レンズ１６１８から光を受光する、構成要素１６２０を含むことができる。例えば、構成要素１６２０は、光学構造、若しくは照明光学系、またはその両方として特徴付けることができる。例えば、構成要素１６２０は、鏡筒レンズ１６１８からの光を水平方向（例えば、本面の図面内）に反射するミラーと、鏡筒レンズ１６１８からの光を垂直方向（例えば、本図の図面内では下方向）に反射する別のミラーとを含むことができる。システム１６００は、対物レンズ１６２２を含むことができる。例えば、対物レンズ１６２２は、複数のレンズまたは他の光学系を含むことができる。システム１６００は、対物レンズ１６２２からの光のターゲットである試料１６２４を含むことができる。例えば、試料は、平面導波路と、対物レンズ１６２２からの光を結合するための回折格子と、を有するフローセル内に提供することができる。試料１６２４は、システム１６００内の１つ以上の台座部１６２６上に位置決めすることができる。例えば、台座部１６２６は、撮像動作または走査動作の間、フローセルを機械的に固定するためのチャックまたは他の構成要素を含むことができる。
試料１６２４の照明は、試料中の遺伝物質から蛍光応答を生成することができる。この応答は、システム１６００内の撮像光として特徴付けることができる。撮像光は、対物レンズ１６２２に入射することができ、構成要素１６２０内に伝搬することができる。例えば、構成要素１６２０内のダイクロイックミラーは、撮像光を、別の方向に、例えばミラー１６２８に向けることができる。ミラー１６２８は、撮像光をシステム１６００内の投影レンズ１６３０の方へ向けることができ、その後、撮像光は、構成要素１６３２に入射することができる。構成要素１６３２は、１つ以上の方法で撮像光を向け直す、および／または調整することができる。例えば、そのような調整は、撮像光の感知または検出工程の一部とすることができる。ここで、構成要素１６３２は、撮像光を、それぞれの画像センサー１６３４と１６３６の一方または両方の方へ向け直すミラーを含む。いくつかの実施形態では、画像センサー１６３４と１６３６の各々は、特定の色の光による照明から生じる撮像光を扱うことができる。例えば、画像センサー１６３４と１６３６は、ＴＤＩセンサーとすることができる。撮像光を検出するための他の技術を使用することができる。
システム１６００は、１つ以上のトラック１６３８を含むことができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のトラックは、一方では少なくとも試料１６２４との間の、他方では少なくとも対物レンズ１６２２との間の、相対的な運動を容易にすることができる。これは、例えば、フローセル内の１つ以上の流路の長さにわたって走査することによって、試料１６２４のより大きな領域の撮像を容易にすることができる。例えば、画像センサー１６３４および／または１６３６がＴＤＩセンサーを含む場合、台座部１６２６は、１つ以上のトラック１６３８によって可動台座部とすることができ、その結果、１つ以上のＴＤＩセンサーは、試料１６２４を保持するフローセルの連続する領域の線画像を走査することができる。
熱処理は、システム１６００内または他の実施形態において適用することができる。対物レンズ１６２２は、照明光を送出し、また撮像光を捕捉するので、試料１６２４の裏面への光アクセスは必要ではないかもしれない。次いで、試料１６２４の裏面によって、少なくとも部分的に熱調整を適用することができる。いくつかの実施形態では、台座部１６２６は、試料１６２４の迅速および／または正確な熱制御のために構成される、熱台座部とすることができる。例えば、台座部１６２６は、撮像および／または走査動作の間、試料を一定の温度に維持することができる。
二重表面照明および撮像を実行することができる。いくつかの実施形態では、回折格子は、フローセルの上面および底面上に異なる位置を有することができる。いくつかの実施形態では、回折格子は、幾何学的形状および／または材料に基づいて、異なる結合角度で設計することができる。例えば、回折格子周期は、異なるように設計して、異なる状況に対して適切な結合角度を提供することができる。例えば、上部および／または底部の結合角度は、外装／基板の反転に起因する、自然な差を有することができる。ガラス基板／カバーと上部からの照明との間に、常に緩衝部を設けることができる。上記の手法のうちの２つ以上の組み合わせを使用することができる。
図１７は、フローセル１７００を使用する、二重表面撮像の例を示す。フローセルは、本明細書に記載するものを含むが、それに限定されない、任意の適切な材料から作ることができる。フローセル１７００は、基板１７０２（例えば、本図では上部基板）と基板１７０４（例えば、本図では下部基板）を含む。基板１７０２と１７０４の間に、１つ以上の流路１７０６を形成することができる。例えば、１つ以上の流路１７０６は、配列決定工程のように、照明に露光される１つ以上の試料（例えば、遺伝物質）を含むことができる。凡例１７０８は、走査をｙ方向に実行することができ、次いで、走査方向に対して横方向に、フローセル１７００を横切ってｘ方向を規定することができることを示す。
基板１７０２上に回折格子１７１０と１７１２を設けることができる。いくつかの実施形態では、回折格子１７１０と１７１２は、流路１７０６の方に面する基板１７０２の表面上（本図では、基板１７０２の底面上）に設けられる。例えば、回折格子１７１０を使用して、（基板１７０４を通って、および流路１７０６を通って伝搬する）光ビーム１７１４を、基板１７０２によって形成される平面導波路内に結合することができる。このように、光ビーム１７１４は、実質的にｘ方向に基板１７０２の内側を進むことができ、基板１７０２の内部（ここでは底部）表面上にあるか、またはそれに隣接する供試材を照明することができる。例えば、回折格子１７１２を使用して、平面導波路内を伝搬する光を基板１７０２の外に結合することができる。
基板１７０４についても同様の配置が可能である。ここで、基板１７０４（本図では、基板１７０４の上面）上の回折格子１７１６は、基板１７０４の内側を伝搬する光ビーム１７１８を、基板１７０４によって形成される平面導波路内に結合し、ｘ方向に進ませ、基板１７０４の内部（本図では上部）表面上にある、またはそれに隣接する供試材を照明することができる。回折格子１７２０（ここもまた、基板１７０４の上面）を使用して、平面導波路内を伝搬する光を、基板１７０４の外に結合することができる。
次いで、供試材からの蛍光応答を、撮像光の形式で検出することができる。画像センサー（図示せず）は、光ビーム１７１４によって流路１７０６の（本図において）上部で誘発される撮像光を捕捉することができ、光ビーム１７１８によって流路１７０６の（本図において）下部で誘発される撮像光を捕捉することができる。例えば、光ビーム１７１４と１７１８は、それぞれの表面の別個の撮像を可能にするように、異なる時間に（例えば、交互に）活性化させることができる。撮像光を捕捉するために使用される、同じ対物レンズを通して光ビーム１７１４と１７１８を送出することにより、ｙ方向のあらゆる位置での照明および撮像の共位置合わせを得ることができる。
光ビーム１７１４と１７１８は、同じ光源によって、または別個の光源によって生成することができる。フローセル１７００では、異なる波長を使用することができる。いくつかの実施形態では、５３２ｎｍと６６０ｎｍのレーザーの両方を、それぞれ光ビーム１７１４と１７１８に使用することができる。例えば、５３２ｎｍのレーザービームは、約１５度の結合角度を有することができる。４６０ｎｍのような別の波長では、より小さな回折格子ピッチおよび／または、より大きな結合角度を使用してもよい。
上記の例は、取ることができる手法を図示することができる。いくつかの実施形態では、回折格子は、上面および底面の異なる位置にあり得る。（基板１７０２上の）回折格子１７１０と（基板１７０４上の）回折格子１７１６は、ｘ方向に互いにオフセットしている。例えば、回折格子１７１０は、流路１７０６の中心により近くすることができる。（基板１７０２上の）回折格子１７１２と（基板１７０４上の）回折格子１７２０は、ｘ方向に互いにオフセットしている。例えば、回折格子１７１２は、流路１７０６の中心からさらに離れることができる。いくつかの実施形態では、位置の差は約１００μｍのオーダーとすることができる。
回折格子は、異なる結合角度を有することができる。いくつかの実施形態では、（基板１７０２上の）回折格子１７１０と（基板１７０４上の）回折格子１７１６は、異なる結合角度を有することができる。例えば、約１度ずれた結合角度を使用することができる。
いくつかの実施形態では、位置の差および結合角度の差の両方を使用することができる。例えば、回折格子１７１０と回折格子１７１６は、ｘ方向の位置の差が約５０μｍであり、約０．５度の結合角度の差を有することができる。
上記の例は、システムが、第２の試料表面（例えば、流路１７０６に面する基板１７０４の表面）に平行な、第１の試料表面（例えば、流路１７０６に面する基板１７０２の表面）を含む、フローセル（例えば、フローセル１７００）と共に使用することができることを図示する。第１の回折格子（例えば、回折格子１７１０）は、第１の照明光（例えば、光ビーム１７１４）の第１の部分を結合して、第１の試料表面を照明することができる。第２の回折格子（例えば、回折格子１７１６）は、第１の照明光（例えば、光ビーム１７１４と１７１８が同じ光源からのものであるときの、光ビーム１７１８）の第２の部分を結合して、第２の試料表面を照明することができる。
上記の例は、第１の回折格子（例えば、回折格子１７１０）が、第２の回折格子（例えば、回折格子１７１６）に対して、第１の照明光（例えば、光ビーム１７１４）の第１の部分の進行方向（例えば、ｘ方向）にオフセットできることを図示する。
上記の例は、システムが、フローセル（例えば、フローセル１７００）と画像センサーと共に使用することができること、およびフローセル上の照明領域を、画像センサーの視野と共位置合わせすることができることを図示する。
フローセル１７００から出射する光は、対物レンズに入射すること、またはそうでなければ、画像センサーに到達することを遮断することができる。いくつかの実施形態では、壁１７２２または他の障壁を使用することができる。壁１７２２は、ビームダンプと呼ぶことができる。例えば、壁１７２２は、回折格子１７１２が基板１７０２の平面導波路の外に結合する、光ビーム１７１４からの光を遮断するように位置決めすることができる。例えば、壁１７２２は、回折格子１７２０が基板１７０４の平面導波路の外に結合する、光ビーム１７１８からの光を遮断するように位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、壁１７２２は、戻り光の経路内の対物レンズの後の位置に配置することができる。
図１８から図１９は、フローセルを使用する二重表面撮像の他の例を示す。図１８では、フローセル１８００が断面図で示されている。フローセル１８００は、カバーガラス基板１８０２と、平面導波路１８０４と、平面導波路１８０４上またはそれに隣接する試料１８０６と、水緩衝液１８０８と、平面導波路１８１２上またはそれに隣接する試料１８１０と、ガラス基板１８１４と、を含む。例えば、カバーガラス基板１８０２は、顕微鏡のようなものによって、試料１８０６の観察を可能にする、比較的薄い透明な材料片とすることができる。いくつかの実施形態では、平面導波路１８０４は上面と考えることができ、平面導波路１８１２は底面と考えることができる。
平面導波路１８０４には回折格子１８１６が形成され、平面導波路１８１２には回折格子１８１８が形成されている。回折格子１８１６と１８１８は、互いに同じ、または異なる回折格子設計を有することができる。
照明光は、平面導波路１８０４または１８１２内に結合することができる。ここで、光ビーム１８２０は、カバーガラス基板１８０２と、平面導波路１８０４と、水緩衝液１８０８と、を通って伝搬する。次いで、光ビーム１８２０は、回折格子１８１８によって平面導波路１８１２内に結合される。例えば、光ビーム１８２０は、４５５ｎｍ、５３２ｎｍおよび／または６６０ｎｍの波長を有する、１つ以上のレーザービームを含むことができる。同様に、光ビーム１８２２は、カバーガラス基板１８０２を伝搬し、回折格子１８１６によって平面導波路１８０４内に結合される。例えば、光ビーム１８２２は、４５５ｎｍ、５３２ｎｍ、および／または６６０ｎｍの波長を有する、１つ以上のレーザービームを含むことができる。１つ以上のレーザーを使用して、光ビーム１８２０を生成することができる。１つ以上のレーザーを使用して、光ビーム１８２２を生成することができる。
フローセル１８００を使用して、１つ以上の工程を実行することができる。いくつかの実施形態では、第１の工程は、光ビーム１８２２によって励起され、および撮像される上面（ここでは、水緩衝液１８０８に面する平面導波路１８０４の表面）を含む。第２の工程は、光ビーム１８２０によって励起され、および撮像される底面（ここでは、水緩衝液１８０８に面する平面導波路１８１２の表面）を含むことができる。そのような工程の間に、対物レンズの再焦点合わせ、および結合角度の調整を実行することができる。試料１８０６（例えば、上面）または試料１８１０（例えば、底面）は、他方よりも先に撮像することができる。
他の回折格子（図示せず）を使用して、平面導波路１８０４と１８１２のうちの１つ以上の外に光を結合することができる。いくつかの実施形態では、別の回折格子を、平面導波路１８０４内および／または平面導波路１８１２内に配置することができる。そのような回折格子は、平面導波路１８０４または１８１２のそれぞれの外に、光を結合することができる。例えば、回折格子１８１６および、そのような追加の回折格子は、平面導波路１８０４の同じ表面上に平行に対を形成して、センサー（例えば、ＴＤＩセンサー）のための照明領域を画定することができる。例えば、回折格子１８１８および、そのような追加の回折格子は、平面導波路１８１２の同じ表面上に平行に対を形成して、センサー（例えば、ＴＤＩセンサー）のための照明領域を画定することができる。
追加の回折格子を使用して平面導波路１８０４または１８１２の外に光を結合する代わりに、残留光を扱う別の方法を使用することができる。いくつかの実施形態では、フローセル上で光を直接遮断することができる。例えば、金属帯（strip）および／または吸収帯を平面導波路に適用して、光が試料を照明した後に、光を遮断することができる。
上記の例は、フローセル（例えば、フローセル１８００）は、基板（例えば、ガラス基板１８１４）を含み、試料（例えば、試料１８０６および／または１８１０）を保持することができることを図示する。フローセルは、第１の平面導波路（例えば、平面導波路１８０４）を含み、試料の第１の光（例えば、光ビーム１８２２）を導くことができる。フローセルは、第１の回折格子（例えば、回折格子１８１６）を含み、第１の光を結合することができる。フローセルは、第２の平面導波路（例えば、平面導波路１８１２）を含み、試料の第２の光（例えば、光ビーム１８２０）を導くことができる。フローセルは、第２の回折格子（例えば、回折格子１８１８）を含み、第２の光を結合することができる。
上記の例は、システムが、第１の回折格子（例えば、回折格子１８１６）が第１の照明光の第１の部分（例えば、光ビーム１８２２）を結合する、第１の平面導波路（例えば、平面導波路１８０４）と、第２の回折格子（例えば、回折格子１８１８）が第１の照明光（例えば、光ビーム１８２０と１８２２が同じ光源によって生成されるとき）の第２の部分（例えば、光ビーム１８２０）を結合する、第２の平面導波路（例えば、平面導波路１８１２）と共に使用することができることを図示する。
試料１８０６および／または１８１０は、照明光に基づいて、１つ以上の蛍光応答を生成することができる。例えば、試料１８０６および／または１８１０は、照明光に反応して応答を生成する、１つ以上の蛍光体を含むことができる。
図１９は、フローセル１９２４の一部の断面を示す。いくつかの実施形態では、フローセル１９２４は、カバーガラス基板１９２６と、平面導波路１９２８と、水緩衝液１９３０と、平面導波路１９３２と、ガラス基板１９３４と、を含むことができる。平面導波路１９２８には回折格子１９３６が形成され、平面導波路１９３２には回折格子１９３８が形成されている。回折格子１９３６と１９３８は、異なる結合角度を有することができる。結合角度は、回折格子周期、回折格子深さ、および／または平面導波路１９０４若しくは１９１２の材料に依存し得る。いくつかの実施形態では、回折格子１９３６と１９３８は、異なる回折格子周期を有する。例えば、回折格子１９３６は、回折格子１９３８よりも短い回折格子周期を有することができる。
図２０は、フローセル照明の例示的な画像２０００を示す。いくつかの実施形態では、画像２０００は、フローセル上の照明分布（profile）を表すことができ、分布は、設計モデルによって決定される。例えば、レーザー電力は、１２００μｍ×２０μｍの領域を含むが、これに限定されない、線形領域に分布させることができる。例えば、４ｍＷのレーザー電力を使用することができる。
図２１Ａから図２１Ｂは、工程２１００の例示的なフローチャートを示す。工程２１００は、配列決定装置を含むが、これに限定されない、１つ以上のシステムにおいて実行することができる。例えば、工程２１００は、本明細書に記載される任意のシステムで実行することができる。
２１１０において、少なくとも１つの試料を提供することができる。例えば、これは、遺伝物質の試料を得るステップと、試料を精製するステップと、試料を修飾するステップと、試料をクラスターに複製するステップと、を含むことができる。試料は、本明細書に記載されるフローセルのいずれかを含むが、これに限定されない、フローセル内に提供することができる。
２１２０において、試料を含むフローセルは、配列決定システム内に位置決めすることができる。例えば、システム１６００（図１６）内では、試料１６２４は、台座部１６２６とトラック１６３８とを使用して、対物レンズ１６２２に対して位置決めすることができる。
２１３０において、対物レンズの焦点を合わせることができる。例えば、図１６の対物レンズ１６２２は、画像センサー１６３４および／または１６３６が、試料１６２４からの撮像光の明確な視界を得るように、焦点を合わせることができる。
２１４０において、対物レンズを通して試料を照明することができる。照明光は、対物レンズの視野の外側の回折格子によって、平面導波路内に結合することができる。この例は、工程２１００が、対物レンズを通して、画像センサーの視野の外側に位置決めされる回折格子を介して、フローセル内に照明光を供給するステップを含むことができることを図示する。
２１５０において、１つ以上の画像センサーを使用して、対物レンズを通して撮像光を捕捉することができる。
２１６０において、撮像セッションが完了したかどうかを決定することができる。例えば、走査工程が実行されており、試料全体がまだ撮像されていない場合、工程２１００は２１７０に続くことができ、２１７０で再位置決めが実行される。試料と対物レンズとの相対的な位置が変更される。例えば、図１６の試料１６２４は、トラック１６３８によって対物レンズ１６２２に対して前進させることができる。次いで、工程は、２１３０に戻り（必要に応じて）焦点を合わせ、その後、２１４０において試料の別の領域を照明することができ、以下同様である。
２１６０において撮像が完了した場合、工程２１００は２１８０に続くことができ、２１８０で画像を構築することができる。例えば、画像は、ＴＤＩセンサーによって撮影される、それぞれの線走査から構築することができる。
図２１Ｂは、フローセル内の複数の表面を使用する撮像に関する。いくつかの実施形態では、図２１Ｂに示す動作は、工程２１００内の２１３０から２１５０の代わりに実行することができる。２１３０′において、対物レンズは、第１の試料表面上に焦点を合わせることができる。例えば、これは、図１８の平面導波路２００４の表面とすることができる。２１４０′において、第１の試料表面を照明することができる。例えば、これは、図１８の光ビーム２０２１を使用して行うことができる。２１５０′において、対物レンズを使用して、第１の試料表面の画像を捕捉することができる。
２１３０″において、対物レンズは、第２の試料表面上に焦点を合わせることができる。例えば、これは図１８の平面導波路１８１２の表面とすることができる。２１４０″において、第２の試料表面を照明することができる。例えば、これは、図１８の光ビーム２０２０を使用して行うことができる。２１５０″において、対物レンズを使用して、第２の試料表面の画像を捕捉することができる。
本実施例は、方法が、第２の試料表面に平行な第１の試料表面を含むフローセルを含むことができ、そのような方法はさらに、照明光の第１の成分（例えば、光ビーム１８２２）を、第１の試料表面に位置合わせする、第１の回折格子（例えば、回折格子１８１６）に向けるステップと、照明光の第２の成分（例えば、光ビーム１８２０）を、第２の試料表面に位置合わせする、第２の回折格子（例えば、回折格子１８１８）に向けるステップと、を含むことができることを図示する。
本実施例は、方法が、照明光の第１の成分を（２１４０′において）第１の回折格子に向けることに関連して、対物レンズを（２１３０′において）調節して、第１の試料表面に焦点を合わせるステップと、照明光の第２の成分を（２１４０″において）第２の回折格子に向けることに関連して、対物レンズを（２１３０″において）調節して、第２の試料表面に焦点を合わせるステップと、を含むことができることを図示する。
図２２は、レーザー照明および蛍光撮像のための、システム２２００の例を模式的に示す。システム２２００は、平面導波路照明のための自動位置合わせを実行するように構成される。システム２２００のいくつかの態様は、システム１６００（図１６）の態様と同一または類似とすることができる。例えば、システム２２００の構成要素１６０２から１６３８は、システム１６００内の対応する構成要素と実質的に同じ構成要素とすることができ、および／または実質的に同じ機能を実行することができる。
図１６を参照して上述したように、対物レンズ１６２２は、照明光（励起光と呼ばれることもある）を試料１６２４に向け、構成要素１６２０の方へ実質的に反対方向に伝搬する、試料１６２４からの撮像光を受光する。平面導波路を通過した後、励起光はまた、対物レンズ１６２２に入射し、構成要素１６２０の方へ伝搬することもできる。例えば、この状況は、平面導波路がフローセルからの励起光を結合する出射回折格子を有し、励起光が対物レンズ１６２２に再入射するのを遮断することができる、ビームダンプ等が存在しないときに起こり得る。
構成要素１６２０において、撮像光と戻り励起光とを互いに分離することができる。例えば、ダイクロイックミラーを使用することができる。撮像光は、ミラー１６２８の方へ向けられ、最終的には１つ以上の画像検出器１６２４−１６３６によって受光され得る。一方、戻り励起光は、ビームスプリッター２２０２の方へ向けることができる。ピックオフミラーと呼ばれることもあるビームスプリッター２２０２は、構成要素１６２０から到達する戻り励起光の一部を、画像センサー２２０６の前に位置決めされる、投影レンズ２２０４の方へ向け直す。いくつかの実施形態では、ビームスプリッター２２０２は、非対称の反射コーティングを有する。例えば、ビームスプリッター２２０４のそれぞれの側面は、誘電体フィルターとしてコーティングすることができる。
画像センサー２２０６（例えば、電荷結合素子）は、画像検出器１６３４から１６３６によって捕捉されるべき画像の品質を評価する際に使用するために、その上に回折格子を含む、試料１６２４の画像を捕捉するように構成することができる。例えば、試料１６２４が画像検出器１６３４から１６３６のカメラ平面に対して適切に方位付けされない場合、結果として得られる画像は、劣る品質を有するおそれがある。これは、試料平面とカメラ平面との間に残留物があると説明することができる。次いで、画像センサー２２０６は、レーザービームおよび／または試料１６２４の方位を調節すべきかどうかを決定することに使用することができ、これには以下に記載される工程を含むが、これに限定されない。そのような調節または補正は、試料の脱傾斜（de-tiling）と呼ぶことができる。
投影レンズ２２０４を使用して、画像センサー２２０６によって捕捉される画像を制御することができる。さらに、ビームスプリッター２２０２は、ここでは鏡筒レンズ１６１８（投影レンズと呼ばれることもある）と構成要素１６２０との間に配置される。そのような配置は、構成要素１６２０から到達する戻り励起光が、画像センサー２２０６に入射する前に、鏡筒レンズ１６１８を通過しないという利点を提供することができる。したがって、戻り励起光の倍率等は、鏡筒レンズ１６１８に対して選択される倍率に依存しない。
図２３は、位置合わせのための工程２３００の例示的なフローチャートを示す。例えば、工程２３００は、システム（例えば、システム２２００）内で実行され、画質を改善するために、フローセルに対する照明光の自動位置合わせを実行することができる。示されているよりも多くの、または少ない動作を実行することができる。２つ以上の動作を異なる順序で実行することができる。
２３１０において、フローセルを位置決めすることができる。例えば、システム２２００内では、試料１６２４は、台座部１６２６を使用して位置決めすることができる。
２３２０において、照明を提供することができる。例えば、システム２２００内では、レーザー１６０２および／または１６０４からの１つ以上のレーザービームを、対物レンズ１６２２を通して、試料１６２４に向けることができる。
２３３０において、励起光を捕捉することができる。システム２２００内の画像センサー２２０６は、投影レンズ２２０４を通過するビームスプリッター２２０２からの光を受光することができる。いくつかの実施形態では、画像センサー２２０６によって捕捉される画像は、回折格子４０２と４０４が視認可能な十分に大きな視野を有する、図４の平面導波路４００の画像と同等とすることができる。図４を参照して記載されるように、領域４０６は、回折格子４０２に衝突するレーザービームの反射に対応する。さらに、領域４１０は、回折格子４０４を出射する線４０８のレーザービームに対応する。
領域４０６および／または４１０内の視認可能な光の量は、位置合わせ品質を示すことができる。領域４０６が比較的明るい場合、これは、衝突レーザービームのかなりの部分が回折格子４０２によって反射されている（すなわち、結合されていない）ことを示すことができる。例えば、これは、衝突レーザービームが正しい結合角度を有していないこと、および調節が行われるべきであることを示すことができる。領域４１０が比較的薄暗い、または暗い場合、これは、光が回折格子４０２において平面導波路４００内に結合されていないことを示す。同様に、これは、衝突レーザービームが正しい結合角度を有していないこと、および調節が行われるべきであることを示すことができる。
２３４０において、フローセルと照明光の相対的な方位の調節を実行することができる。システム２２００において、レーザー１６０２または１６０４、ミラー１６０６または１６０８、プリズム１６１０または１６１２、ミラー１５１６、構成要素１６２０、および／または対物レンズ１６２２、のうちの１つ以上を調節することによって、１つ以上のレーザービームの方位を制御することができる。システム２２００において、試料１６２４の方位は、台座部１６２６を使用して調節することができる。いくつかの実施形態では、台座部１６２６は、複数の自由度で調節することができる。例えば、試料１６２４の正確な（例えば、ナノメートル精度またはそれ以上の）位置決めのために、３つの傾斜モーターを使用することができる。２３４０における相対的な方位の調節は、衝突レーザービームの平面導波路内への結合の質に影響を与える可能性がある。
２３５０において、励起光を捕捉することができる。いくつかの実施形態では、これは、平面導波路４００（図４）内への光の結合が、２３４０での調節が行われる前と比較して、改善されたかどうかを評価するために行うことができる。いくつかの実施形態では、領域４０６が、２３３０において捕捉される励起光よりも２３５０において捕捉される励起光で、より薄暗くなる（例えば、より低い強度を有する）場合、これは、位置合わせが改善されたことを示すことができる。いくつかの実施形態では、領域４１０が、２３３０において捕捉される励起光よりも２３５０において捕捉される励起光で、より明るくなる（例えば、より強い強度を有する）場合、これは、位置合わせが改善されたことを示すことができる。例えば、領域４０６がより薄暗くなり、領域４１０がより明るくなる場合、これは、位置合わせが改善されたことを特に顕著に示すことができる。このように、捕捉される励起光に、１つ以上の位置合わせ基準を適用することができる。
励起光の捕捉は、動作２３３０と２３５０によって示されるように、別々の瞬間に起こすことができ、または、例えば、フローセルの画像のライブ映像（live feed）の形式で、連続的に行うこともできる。
２３６０において、少なくとも１つの位置合わせ基準が満たされたかどうかを決定することができる。もしそうであれば、工程２３００は２３８０に続くことができる。例えば、自己位置合わせは２３８０において終了することができる。
２３６０において、位置合わせ基準が満たされていない場合、工程２３００は、１つ以上の反復を続けることができる。例えば、２３４０において行われる調節と類似して、２３７０において１つ以上の調節を実行することができる。次いで、工程２３００は２３５０に続くことができ、２３５０において更新された解析のために励起を捕捉することができ、以下同様である。工程２３００は、位置合わせ基準が２３６０において満たされるか、または別の終了が起こるまで、反復を続けることができる。
図２４は、複数の帯状部２４０２と、２４０４と、２４０６とを有するフローセル２４００の例を示す。帯状部２４０２から２４０６は、試料（例えば、遺伝物質のクラスター）が存在する領域に対応し、この試料は、撮像工程において照明されるべきである。フローセル２４００は、回折格子２４０８と、２４１０と、２４１２と、２４１４とを含む。ここで、回折格子２４０８と２４１０は、帯状部２４０２の境界として機能し、回折格子２４１０と２４１２は、帯状部２４０４の境界として機能し、回折格子２４１２と２４１４は、帯状部２４０６の境界として機能する。例えば、帯状部２４０２から２４０６の各々は、隣接する回折格子のうちの１つにおいて光が入射し、平面導波路を通って進み、反対側の回折格子において出射することを可能にする、１つ以上のそれぞれの平面導波路を有することができる。このように、帯状部２４０２から２４０６と回折格子２４０８から２４１４は、フローセル２４００上に配置され、画像センサー（例えば、ＴＤＩセンサー）の視野と適合する、大きな撮像領域を提供することができる。そのような設計は、フローセル面積を節約し、それによって消耗品コストを低減することができる。
回折格子は、入射回折格子と出射回折格子の両方として機能することができる。例えば、光ビーム２４１６は、ここでは回折格子２４１０においてフローセル２４００に入射する。光ビーム２４１６は、ここでは回折格子２４１０に対する適切な結合角度を有し、したがって、帯状部２４０４の平面導波路内に結合される。帯状部２４０４の他方の側の回折格子２４１２は、光ビーム２４１６をフローセル２４００の外に結合する。このように、光ビーム２４１６については、回折格子２４１０は入射回折格子と考えることができ、回折格子２４１２は出射回折格子と考えることができる。
別の例として、光ビーム２４１８は、ここでは回折格子２４１２においてフローセル２４００に入射する。光ビーム２４１８は、ここでは回折格子２４１２に対する適切な結合角度を有し、したがって、帯状部２４０４の平面導波路内に結合される。帯状部２４０４の他方の側の回折格子２４１０は、光ビーム２４１８をフローセル２４００の外に結合する。このように、光ビーム２４１８については、回折格子２４１２は入射回折格子と考えることができ、回折格子２４１０は出射回折格子と考えることができる。撮像工程は、回折格子２４０８から２４１６の対応するものを使用して、帯状部２４０２から２４０６のそれぞれの部分を照明するステップと、それに従って撮像光を捕捉するステップと、次いで、フローセル２４００を移動させ、回折格子２４０８から２４１６の対応するものを使用して、帯状部２４０２から２４０６の別の部分を代わりに照明するステップと、それに従ってその撮像光を捕捉するステップと、を含むことができる。
本明細書全体を通して使用される用語「実質的に」および「約」は、工程のばらつきのような小さな変動を記載し、説明するために使用される。例えば、±５％以下、±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．２％以下、±０．１％以下、±０．０５％以下、などを指すことができる。また、本明細書で使用される場合、「ａ」または「ａｎ」のような不定冠詞は、「少なくとも１つ」を意味する。
前述の概念および、以下により詳細に議論される追加の概念のすべての組合せ（そのような概念が相互に矛盾しないことを条件として）は、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると意図されることを理解されたい。特に、本開示の末尾にある請求される主題のすべての組合せは、本明細書に開示される本発明の主題の一部であると意図される。
多くの実施形態が記載されている。それにもかかわらず、本明細書の精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正を行うことができることが理解されるであろう。
さらに、図に描かれた論理フローは、望ましい結果を達成するために、示された特定の順序、または逐次的な順序を必要としない。さらに、記載されるフローから、他の工程が提供されてもよく、または工程が排除されてもよく、および、他の構成要素が、記載されるシステムに追加されてもよく、または排除されてもよい。従って、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内である。
本明細書に記載されているように、記載される実施形態の特定の構成が図示されているが、ここで多くの修正、置換、変更、および等価物が、当業者には思い浮かぶであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、実施形態の範囲内に入るような、すべての修正および変更を包含することを意図していることを理解されたい。それらは、限定ではなく、例示のためにのみ提示されており、形態および詳細においての様々な変更がなされ得ることを理解するべきである。本明細書に記載される装置および／または方法の任意の部分は、相互に排他的な組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わされてもよい。本明細書に記載される実施形態は、記載される異なる実施形態の機能、構成要素、および／または構成の、様々な組合せ、および／または部分的組合せを含むことができる。

Claims (36)

  1. 対物レンズと、
    システム内に設置されるフローセルに、前記対物レンズを通して、前記フローセル上の第１の回折格子を使用して供給される、第１の照明光を供給する第１の光源と、
    前記対物レンズを使用して、撮像光を捕捉する第１の画像センサーと、を備え、
    前記第１の回折格子は、前記第１の画像センサーの視野の外側に位置決めされる、システム。
  2. 前記フローセルは、前記システム内に設置される、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記第１の回折格子と第２の回折格子は、前記フローセル上に位置決めされる、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記第１の回折格子および第２の回折格子は、異なる結合角度を有する、請求項３に記載のシステム。
  5. 前記第１の回折格子および第２の回折格子は、異なる回折格子周期を有する、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記フローセルは、
    第１の試料表面を含み、
    前記第１の試料表面は、第２の試料表面に平行であり、
    前記第１の回折格子は、前記第１の照明光の第１の部分を結合して、前記第１の試料表面を照明し、
    第２の回折格子は、前記第１の照明光の第２の部分を結合して、前記第２の試料表面を照明する、請求項２から５のいずれか一項に記載のシステム。
  7. 前記第１の回折格子が前記第１の照明光の前記第１の部分を結合する、第１の平面導波路と、前記第２の回折格子が前記第１の照明光の前記第２の部分を結合する、第２の平面導波路と、さらに備える、請求項６に記載のシステム。
  8. 前記第１の回折格子は、前記第１の照明光の前記第１の部分の進行方向において、前記第２の回折格子に対してオフセットされる、請求項６に記載のシステム。
  9. 前記第１の回折格子および第２の回折格子は、前記フローセルを照明する平面導波路の両側に位置決めされ、前記第１の回折格子は前記第１の照明光を前記平面導波路内に結合し、前記第２の回折格子は前記第１の照明光を前記平面導波路の外に結合する、請求項２から８のいずれか一項に記載のシステム。
  10. 前記第２の回折格子によって前記平面導波路の外に結合される、前記第１の照明光が前記対物レンズに入射するのを遮断する壁をさらに備える、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記第１の照明光は、第１の波長の第１の光ビームを含み、前記システムは、前記対物レンズを通して、第２の波長の第２の光ビームを含む第２の照明光を供給する、第２の光源をさらに備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
  12. 前記第２の光源は、前記第１の波長および第２の波長に対して対称的な結合角度を有する、前記第１の回折格子を介して、前記対物レンズを通して、前記第２の照明光を前記フローセル内に供給する、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記第１の光源は、前記第１の光ビームを前記対物レンズの第１の側部に向け、前記第２の光源は、前記第２の光ビームを、前記第１の側部とは反対側の、前記対物レンズの第２の側部に向ける、請求項１１または１２に記載のシステム。
  14. 前記第１の光源および第２の光源の後、および前記対物レンズの前に位置決めされる、第１ミラーと鏡筒レンズと、をさらに備え、前記第１のミラーから前記鏡筒レンズへの伝搬における、前記第１の光ビームおよび第２の光ビームのそれぞれの角度は、前記第１の回折格子上の、前記第１の光ビームおよび第２の光ビームの対応する入射角度を反射する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のシステム。
  15. 前記第１光源の後、および前記第１のミラーの前に位置決めされ、前記第１の回折格子上の、前記第１の光ビームおよび第２の光ビームの空間的な分離を提供する、第２のミラーをさらに備える、請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記フローセルは、前記第１の回折格子を含むそれぞれの回折格子によって境界付けされる、複数の帯状部を有し、前記システムは、前記それぞれの回折格子のうちの少なくとも１つを、入射回折格子と出射回折格子の両方として使用する、請求項２から１５のいずれか一項に記載のシステム。
  17. 前記フローセルの導波路材料は、Ｔａ２Ｏ５を含む、請求項２から１６のいずれか一項に記載のシステム。
  18. 前記第１の画像センサーは、時間遅延積分センサーを備え、前記システムは、前記フローセルを保持する可動台座部をさらに備える、請求項１から１７のいずれか一項に記載のシステム。
  19. 前記フローセルを保持し、熱制御を提供する、熱台座部をさらに備える、請求項１から１８のいずれか一項に記載のシステム。
  20. 前記フローセル内の、少なくとも前記第１の回折格子および平面導波路の画像を捕捉する、第２の画像センサーをさらに備え、前記システムは、位置合わせ基準を使用して、前記画像を評価する、請求項１から１９のいずれか一項に記載のシステム。
  21. 前記光は、前記フローセル内の試料からの蛍光応答を誘発する波長を有する、請求項１から２０のいずれか一項に記載のシステム。
  22. 試料を保持する基板と、
    前記試料の第１の光を導く第１の平面導波路と、
    前記第１の光を結合する第１の回折格子と、
    前記試料の第２の光を導く第２の平面導波路と、
    前記第２の光を結合する第２の回折格子と、
    を備える、フローセル。
  23. 前記第１の回折格子は、前記第１の平面導波路上に位置決めされ、前記第２の回折格子は、前記第２の平面導波路上に位置決めされる、請求項２２に記載のフローセル。
  24. 前記第１の回折格子および第２の回折格子は、異なる結合角度を有する、請求項２２または２３に記載のフローセル。
  25. 前記第１の回折格子および第２の回折格子は、異なる回折格子周期を有する、請求項２４に記載のフローセル。
  26. 前記フローセルは、第１の試料表面を含み、
    前記第１の試料表面は、第２の試料表面に平行であり、
    前記第１の回折格子は、前記第１の光を結合して、前記第１の試料表面を照明し、
    前記第２の回折格子は、前記第２の光を結合して、前記第２の試料表面を照明する、請求項２２から２５のいずれか一項に記載のフローセル。
  27. 前記第１の回折格子は、前記第１の光の進行方向において、前記第２の回折格子に対してオフセットされる、請求項２６に記載のフローセル。
  28. 前記第１の回折格子は前記第１の光を前記第１の平面導波路内に結合し、前記第２の回折格子は前記第２の光を前記第２の平面導波路内に結合し、前記フローセルは、前記第１の平面導波路の外に前記第１の光を結合する第３の回折格子と、前記第２の平面導波路の外に前記第２の光を結合する第４の回折格子と、をさらに備える、請求項２２から２７のいずれか一項に記載のフローセル。
  29. 画像センサーの視野の外側に位置決めされる、第１の回折格子を使用して、対物レンズを通してフローセル内に照明光を供給するステップと、
    前記対物レンズを使用して、撮像光を捕捉するステップと、
    を含む、方法。
  30. 前記フローセルは、第２の試料表面に平行な第１の試料表面を含み、前記方法は、前記第１の試料表面に位置合わせされる第１の回折格子に、前記照明光の第１の成分を向けるステップと、前記第２の試料表面に位置合わせされる第２の回折格子に、前記照明光の第２の成分を向けるステップと、をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
  31. 前記照明光の前記第１の成分を前記第１の回折格子に向けることに関連して、前記対物レンズを調節して、前記第１の試料表面に焦点を合わせるステップと、前記照明光の前記第２の成分を前記第２の回折格子に向けることに関連して、前記対物レンズを調節して、前記第２の試料表面に焦点を合わせるステップと、をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
  32. 前記照明光は、第１の波長の第１の光ビームと、第２の波長の第２の光ビームと、を含み、前記方法は、前記第１の光ビームを前記対物レンズの第１の側部に向けるステップと、前記第２の光ビームを、前記第１の側部とは反対側の、前記対物レンズの第２の側部に向けるステップと、をさらに含む、請求項２９から３１のいずれか一項に記載の方法。
  33. 前記フローセルから出射する前記照明光が、前記対物レンズに入射するのを遮断するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
  34. 熱台座部は、前記フローセルを保持し、方法は、前記フローセルを使用して、前記フローセルの熱制御を提供するステップをさらに含む、請求項２９から３３のいずれか一項に記載の方法。
  35. 前記フローセルは、前記第１の回折格子を含む、それぞれの回折格子によって境界付けされる、複数の帯状部を有し、前記方法は、前記それぞれの回折格子の少なくとも１つを、入射回折格子と出射回折格子の両方として使用するステップをさらに含む、請求項２９から３４のいずれか一項に記載の方法。
  36. 前記第１の回折格子による結合の品質を評価する、位置合わせ工程を実行するステップをさらに含む、請求項２９から３５のいずれか一項に記載の方法。
JP2019571720A 2018-03-29 2019-03-12 対物レンズを使用する蛍光撮像用の照明 Active JP7209649B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862649996P 2018-03-29 2018-03-29
US62/649,996 2018-03-29
PCT/US2019/021893 WO2019190740A1 (en) 2018-03-29 2019-03-12 Illumination for fluorescence imaging using objective lens

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021516329A true JP2021516329A (ja) 2021-07-01
JP7209649B2 JP7209649B2 (ja) 2023-01-20

Family

ID=68054177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019571720A Active JP7209649B2 (ja) 2018-03-29 2019-03-12 対物レンズを使用する蛍光撮像用の照明

Country Status (14)

Country Link
US (2) US11360027B2 (ja)
EP (1) EP3775847A4 (ja)
JP (1) JP7209649B2 (ja)
KR (2) KR102511896B1 (ja)
CN (2) CN116148233A (ja)
AU (3) AU2019242031A1 (ja)
BR (1) BR112019027626A2 (ja)
CA (1) CA3067154A1 (ja)
IL (1) IL271318B2 (ja)
NZ (1) NZ760171A (ja)
RU (1) RU2737056C1 (ja)
SG (1) SG11201912279RA (ja)
TW (1) TWI752304B (ja)
WO (1) WO2019190740A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113625447B (zh) * 2021-07-15 2022-11-01 嘉兴驭光光电科技有限公司 Ar光波导耦出光栅的设计方法及ar光波导的设计方法
US20230258562A1 (en) * 2022-02-10 2023-08-17 ColdQuanta, Inc. Miniature atomic spectroscopy reference cell system
CN114689558B (zh) * 2022-05-31 2022-10-28 中国科学技术大学 无背景宽场与低损超分辨两用成像装置及成像方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6211954B1 (en) * 1996-03-30 2001-04-03 Novartis Ag Integrated optical luminescence sensor
US20040038386A1 (en) * 2000-09-04 2004-02-26 Wolfgang Zesch Multianalyte determination system and methods
US20090109441A1 (en) * 2006-05-16 2009-04-30 Nile Hartman Method and apparatus for enhancing waveguide sensor signal
US20090247414A1 (en) * 2005-04-18 2009-10-01 Bojan Obradovic Method and device for nucleic acid sequencing using a planar waveguide
US20160273034A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-22 Pacific Biosciences Of California, Inc. Integrated devices and systems for free-space optical coupling

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4775637A (en) 1984-12-10 1988-10-04 Purtec Limited An immunoassay apparatus having at least two waveguides and method for its use
US5381224A (en) 1993-08-30 1995-01-10 A. E. Dixon Scanning laser imaging system
JP3645907B2 (ja) * 1994-05-27 2005-05-11 ノバルティス アクチエンゲゼルシャフト 漸減励起された発光を検出する方法
US5814565A (en) * 1995-02-23 1998-09-29 University Of Utah Research Foundation Integrated optic waveguide immunosensor
EP0824684B1 (en) * 1995-05-12 2007-11-07 Novartis AG Method for the parallel detection of a plurality of analytes using evanescently excited luminescence
US6545759B1 (en) * 1999-11-30 2003-04-08 Nile F. Hartman Transverse integrated optic interferometer
AT410600B (de) * 1999-12-02 2003-06-25 Hoffmann La Roche Messkammer mit lumineszenzoptischen sensorelementen
US7154598B2 (en) * 2002-07-12 2006-12-26 Decision Biomarkers, Inc. Excitation and imaging of fluorescent arrays
US7901630B2 (en) 2002-08-20 2011-03-08 Illumina, Inc. Diffraction grating-based encoded microparticle assay stick
US7218446B2 (en) * 2003-08-27 2007-05-15 Biomedical Photometrics Inc. Imaging system having a fine focus
JP2008513782A (ja) 2004-09-17 2008-05-01 パシフィック バイオサイエンシーズ オブ カリフォルニア， インコーポレイテッド 分子解析のための装置及び方法
US7170050B2 (en) 2004-09-17 2007-01-30 Pacific Biosciences Of California, Inc. Apparatus and methods for optical analysis of molecules
EP3373174A1 (en) 2006-03-31 2018-09-12 Illumina, Inc. Systems and devices for sequence by synthesis analysis
US20090124024A1 (en) 2007-11-07 2009-05-14 Shingo Kasai Optical-waveguide sensor chip, method of manufacturing the same, method of measuring substance, substance-measuring kit and optical-waveguide sensor
TWI384214B (zh) 2008-01-18 2013-02-01 Nat Univ Chung Cheng Biological sensing device and its system
EP2347247B1 (en) 2008-10-27 2019-06-26 Genalyte, Inc. Biosensors based on optical probing and sensing
US20100157086A1 (en) 2008-12-15 2010-06-24 Illumina, Inc Dynamic autofocus method and system for assay imager
JP6501714B2 (ja) 2012-12-05 2019-04-17 ジェネポック・インコーポレイテッドＧｅｎｅｐｏｃ Ｉｎｃ． 光学調査装置
EP2824446A1 (en) 2013-07-12 2015-01-14 F. Hoffmann-La Roche AG Device for use in the detection of binding affinities
GB201315248D0 (en) * 2013-08-28 2013-10-09 Univ Singapore Imaging
US9574989B2 (en) * 2014-08-08 2017-02-21 Omnivision Technologies, Inc. Lens-free imaging system and method for detecting particles in sample deposited on image sensor
KR102356454B1 (ko) * 2015-02-17 2022-01-27 삼성전자주식회사 이중 커플러 소자, 상기 이중 커플러를 포함하는 분광기, 및 상기 분광기를 포함하는 비침습형 생체 센서
CA2991087C (en) 2015-06-30 2019-12-03 Imec Vzw Radiation carrier and use thereof in an optical sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6211954B1 (en) * 1996-03-30 2001-04-03 Novartis Ag Integrated optical luminescence sensor
US20040038386A1 (en) * 2000-09-04 2004-02-26 Wolfgang Zesch Multianalyte determination system and methods
US20090247414A1 (en) * 2005-04-18 2009-10-01 Bojan Obradovic Method and device for nucleic acid sequencing using a planar waveguide
US20090109441A1 (en) * 2006-05-16 2009-04-30 Nile Hartman Method and apparatus for enhancing waveguide sensor signal
US20160273034A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-22 Pacific Biosciences Of California, Inc. Integrated devices and systems for free-space optical coupling

Also Published As

Publication number Publication date
KR102377917B1 (ko) 2022-03-23
AU2023203725A1 (en) 2023-07-06
CN116148233A (zh) 2023-05-23
IL271318A (en) 2020-01-30
US20220276169A1 (en) 2022-09-01
IL271318B2 (en) 2023-05-01
US20190302024A1 (en) 2019-10-03
KR20200018791A (ko) 2020-02-20
CN111051857B (zh) 2023-06-27
SG11201912279RA (en) 2020-01-30
CN111051857A (zh) 2020-04-21
KR20220008925A (ko) 2022-01-21
WO2019190740A1 (en) 2019-10-03
TWI752304B (zh) 2022-01-11
US11360027B2 (en) 2022-06-14
BR112019027626A2 (pt) 2020-11-10
AU2019242031A1 (en) 2020-01-16
AU2021203819A1 (en) 2021-07-08
AU2021203819B2 (en) 2023-07-13
RU2737056C1 (ru) 2020-11-24
IL271318B1 (en) 2023-01-01
KR102511896B1 (ko) 2023-03-20
NZ760171A (en) 2023-05-26
CA3067154A1 (en) 2019-10-03
TW201942563A (zh) 2019-11-01
EP3775847A1 (en) 2021-02-17
JP7209649B2 (ja) 2023-01-20
EP3775847A4 (en) 2021-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220276169A1 (en) Illumination for fluorescence imaging using objective lens
JP2017522603A (ja) 試料を顕微鏡検査する方法及び装置
KR20180130567A (ko) 슈퍼-해상도 이미징
JP2003270524A (ja) 焦点検出装置およびこれを備えた顕微鏡、および、焦点検出方法
US9958661B2 (en) Apparatus for structured illumination of a specimen
WO2023077306A1 (zh) 检测设备、基因测序系统及检测方法
JP2016537674A (ja) エバネッセント照明及び点状ラスタスキャン照明のための顕微鏡
AU2020366521B2 (en) Virtual fiducials
US20140217267A1 (en) Method and device for coupling a light beam into a foil
NZ796190A (en) Illumination for fluorescence imaging using objective lens
CN117233947B (zh) 显微镜照明系统、控制方法及显微成像检测系统
CN105765438A (zh) 用于使样本成像的光学布置
CN116430569A (zh) 照明装置、扫描成像方法和全内反射显微成像系统
JP7248833B2 (ja) フォトルミネセンス撮像のための徹照ベースの自動フォーカシングを備えた顕微鏡システム
Jaiswal et al. Total internal reflection fluorescence microscopy for high‐resolution imaging of cell‐surface events

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200831

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200831

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211026

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220125

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220314

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220802

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221026

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221220

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230110

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7209649

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150