JP4908507B2 - 回転式の多重蛍光検出装置用の弁制御システム - Google Patents

Description

本発明は、評価分析システムに関し、より具体的には、蛍光染料を使用して多重標的種を検出する間に、流量を制御する技法に関する。

光ディスクシステムは、様々な生物学的検定、化学的検定または生化学的検定を実施するためにしばしば使用されている。典型的なシステムにおいては、血液、血漿、血清、尿または他の液体など、液体検体を格納および処理するための基材として、回転式ディスクが使用されている。ある場合には、ディスク内の流体は、処理中に、ある配置から他の配置へ移動させることが必要となりうる。

分析法の一種類がポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）であり、このポリメラーゼ連鎖反応は、核酸配列解析にしばしば用いられている。具体的には、ＰＣＲは、ＤＮＡ塩基配列決定法、クローニング、遺伝子マッピング、および他の形式の核酸配列解析にしばしば用いられている。

一般に、ＰＣＲは、ＤＮＡ複製酵素の能力に依存して、高温における安定性を維持している。ＰＣＲには、変性、アニーリング、および拡張（extension）の３つの主な工程がある。変性の間、液体試料は約９４℃で加熱される。加熱処理の間、二本鎖ＤＮＡは「溶解し」一本鎖ＤＮＡへと変性し、すべての酵素反応が停止する。アニーリングの間、一本鎖ＤＮＡは５４℃に冷却される。この温度において、プライマは、ＤＮＡ鎖の端部に結合すなわち「アニール」する。拡張の間、試料は７５℃に加熱される。この温度において、ヌクレオチドはプライマを増し、最終的に、ＤＮＡ鋳型の相補的コピーが形成される。

ＰＣＲの間に試料中の特定のＤＮＡおよびＲＮＡ配列のレベルをリアルタイムで決定するように設計された既存のＰＣＲ計測器は多数存在する。その計測器のうちの多くは、蛍光染料の使用に基づいている。具体的には、多くの従来のリアルタイムＰＣＲ計測器は、ＰＣＲ産物の増幅の間、比例して生成される蛍光信号を検出する。

従来のリアルタイムＰＣＲ計測器は、異なる蛍光染料の検出には異なる方法を用いている。例えば、ある従来のＰＣＲ計測器は、それぞれの染料をスペクトルに関して分解するためのフィルタホイールに白色光源を組み合わせている。その白色光源は、数千時間の最大寿命を有するタングステンハロゲン電球である。フィルタホイールは、典型的には、摩耗を受けやすい複雑な電気機械的部品である。

一般に、本発明は、リアルタイムＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）において多重標的種を検出するための、本明細書において多重ＰＣＲと呼ぶ技法に関する。具体的には、複数の光学モジュールを組み込んだ多重蛍光検出装置について説明する。光学モジュールのそれぞれは、別個の波長帯域において各蛍光染料を検出するために最適化することができる。換言すれば、光学モジュールは、多重併発反応を異なる波長において調べるために使用することができる。その反応は、例えば、回転ディスクの単一のプロセスチャンバ（例えばウェル）内で発生させることができる。加えて、各光学モジュールは、装置の検出能力を迅速に変更するために取外し可能であってもよい。

複数の光学モジュールを、多脚式の光ファイバ束によって単一の検出器に光学的に結合してもよい。このようにして、多重化は、複数の光学モジュールと、単一の検出器、例えば光電子増倍管とを使用することによって達成することができる。それぞれの光学モジュール内の光学構成要素は、感度を最大化し、かつスペクトルのクロストーク、すなわち別の光学モジュール上のある染料からの信号の量を最小化するように選択することができる。

また、その装置は、ディスク上の弁をマップし開放するためのレーザ弁制御システムを有している。レーザ弁制御システムは、２つの出力設定を有していてもよい。低出力設定においては、システムは、ディスク内のスロットを介してセンサによって検出されるレーザ光線を放出して、ディスクを回転させる回転プラットフォームに対するディスクの位置をマップする。次いで、そのマップは、ディスク上の２つ以上のチャンバを分離する選択した弁の位置を突き止めるために使用することができる。位置を突き止めると、レーザ弁制御システムは、より高いエネルギーのレーザ光を弁に集束させてその弁を開放し、ディスクが回転されている間に保持チャンバからプロセスチャンバに内容物を流すことを可能にする。

一実施形態において、ある装置が、弁を有するチャネルによってプロセスチャンバから分離された保持チャンバを有するディスクを回転させるためのモータと、ディスクの位置を決定するために、第１のレベルで、また、弁を開放して流体を保持チャンバからプロセスチャンバに流れさせるために、第２のレベルで、電磁エネルギーを出力するエネルギー源と、を備えている。

別の実施形態において、あるシステムがデータ取得装置を備えている。そのシステムは、データ取得装置に結合された検出装置であって、弁を有するチャネルによってプロセスチャンバから分離された保持チャンバを有するディスクを回転させるためのモータと、そのディスクの位置を決定して弁を開放し、流体を保持チャンバからプロセスチャンバに流れさせるために、電磁エネルギーを出力するエネルギー源と、その電磁エネルギーを検出すると信号を出力するセンサと、をさらに備えている。

さらなる実施形態において、ある方法が、弁を有するチャネルによってプロセスチャンバから分離された保持チャンバを有するディスクを回転させるステップと、ディスクの位置を決定するための第１のレベルで電磁エネルギーを放出するステップと、弁を開放して保持チャンバからプロセスチャンバに流体を流れさせるための第２のレベルで電磁エネルギーを出力するステップと、を含んでいる。

本発明は、１つ以上の利点をもたらすことができる。例えば、レーザ弁制御システムを使用すると、ディスクの正確な位置を突き止め、そのディスクの位置のマップを作成することができる。さらに、システムは次いで、そのマップを使用してレーザをディスク上の弁の上方に位置決めし、その弁を必要に応じて開放することができる。この自己較正法によって、動作時間を短縮すると共に、レーザの精度を向上させることができる。

その装置は、リアルタイムＰＣＲを実施することが可能である一方で、いかなる種類の生体反応をも、その生体反応が生じている間に解析することが可能である。その装置は、それぞれの反応の温度を独立してまたは選択した群として調整することが可能であり、また、その装置は、２つ以上のチャンバの間に弁を含めることによって、多段階の反応をサポートすることが可能である。

ある実施形態において、装置は、遠隔地または仮設の実験室で操作できるように、持ち運び可能でかつ頑健にすることができる。その装置は、反応をリアルタイムで解析するためのデータ取得コンピュータを含むことができ、また、その装置は、有線または無線の通信インターフェースを介して、データを別の装置に通信することができる。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面および以下の説明で示す。本発明の他の特徴、目的、および利点は、その説明と図面から、また特許請求の範囲から明らかとなろう。

図１は、多重蛍光検出装置１０の例示的実施形態を示す構成図である。図示の例において、装置１０は、４つの異なる染料の光学検出のための４つの「チャネル」を提供する４つの光学モジュール１６を有している。具体的には、装置１０は、回転ディスク１３の異なる領域を所与のいかなるときにも励起し、かつ放出された異なる波長の蛍光エネルギーを染料から収集する４つの光学モジュール１６を有している。その結果、モジュール１６は、試料２２中に生じる多重併発反応を調べるために使用することができる。

多重反応は、例えば、回転ディスク１３の単一のチャンバ内で同時に発生することがある。光学モジュール１６のそれぞれは、ディスク１３が回転するとき、試料２２を調べ、異なる波長で蛍光エネルギーを収集する。例えば、モジュール１６内の励起源を、対応する波長でデータを収集するのに十分な期間にわたって、順次活性化することができる。すなわち、光学モジュール１６Ａをある期間にわたって活性化して、第１の反応に対応する第１の染料に対して選択された第１の波長範囲においてデータを収集することができる。次いで励起源を非活性化することができ、また、モジュール１６Ｂ内の励起源を活性化して、第２の反応に対応する第２の染料に対して選択された第２の波長範囲において試料２２を調べることができる。このプロセスは、データがすべての光学モジュール１６から捕捉されるまで継続する。一実施形態において、光学モジュール１６内の励起源のそれぞれは、約２秒間という初期期間にわたって活性化されて定常状態に達し、その定常状態の後に、ディスク１３の１０〜５０回転にわたって持続する問い合わせ期間が続く。他の実施形態において、励起源は、それより短い期間（例えば、１ミリ秒もしくは２ミリ秒）またはそれより長い期間にわたって順序づけられてもよい。ある実施形態において、ディスク１３の回転を停止することなく試料２２の同時問い合わせを行うために、複数の光学モジュールを一斉に活性化することができる。

単一の試料２２を示してあるが、ディスク１３は、試料を保持する複数のチャンバを含んでもよい。光学モジュール１６は、異なるチャンバの一部またはすべてに異なる波長で問い合わせることができる。一実施形態において、ディスク１３は、ディスク１３の円周に配置された９６個のチャンバを有する。９６個のチャンバディスクおよび４個の光学モジュール１６を用いると、装置１０は、３８４個の異なる種からデータを得ることができる。

一実施形態において、光学モジュール１６は、廉価な高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）である励起源を含んでおり、その高出力発光ダイオードは、さまざまな波長のものが市販されており、かつ長寿命（例えば１００，０００時間以上）を有している。別の実施形態においては、従来のハロゲン電球または水銀ランプを励起源として使用することができる。

図１に示すように、光学モジュール１６のそれぞれは、光ファイバ束１４の１本の脚部に結合することができる。光ファイバ束１４は、感度を損なうことなく光学モジュール１６から蛍光信号を収集するための柔軟な機構を提供している。一般に、光ファイバ束は、複数の光ファイバを備えており、その光ファイバは並んで置かれ、端部で互いに結合され、柔軟な保護ジャケットに包まれている。あるいは、光ファイバ束１４は、共通の端部を有する、より少数からなる個別の大直径のマルチモードファイバ（ガラスまたはプラスチック）を備えていてもよい。例えば、４光学モジュール装置の場合、光ファイバ束１６は、それぞれが１ｍｍのコア直径を有する４本の個別の多モードファイバを備えていてもよい。束の共通端部は、互いに縛られた４本のファイバを含んでいる。この例において、検出器１８の開口部は８ｍｍであってもよく、これは４本のファイバに結合するのに十分なものである。

この例において、光ファイバ束１４は、光学モジュール１６を単一の検出器１８に結合している。光ファイバは、光学モジュール１６によって収集した蛍光を伝え、また、捕捉した光を検出器１８に効果的に送る。一実施形態において、検出器１８は、光電子増倍管である。別の実施形態において、前記検出器は、複数の光電子増倍素子を、単一の検出器内に、各光ファイバごとに１つ含んでもよい。他の実施形態において、１つ以上の固体検出器を使用することができる。

単一の検出器１８を使用することは、単一の検出器のみ使用が必要となることによる最小コストを維持する一方で、高感度でかつおそらくは高価な検出器（例えば光電子増倍管）を使用することができるという点で有利となりうる。単一の検出器について本明細書で論じるが、しかしながら、１つ以上の検出器を、多数の染料の検出のために含めてもよい。例えば、１枚のディスクから放出された８つの異なる波長の検出を可能にするために、４つの付加的な光学モジュール１６および第２の検出器をシステムに追加することができる。回転ディスク１３と共に使用するための、単一の検出器に結合された例示的な光ファイバ束が、「複数の光学モジュールを共通の検出器に結合するファイバ束を有する多重蛍光検出装置（MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE HAVING FIBER BUNDLE COUPLING MULTIPLE OPTICAL MODULES TO A COMMON DETECTOR）」と題された２００５年７月５日出願の米国特許出願第１１／１７４，７５５号に記載されている。

光学モジュール１６は、装置から取り外し可能であり、また、異なる波長での問い合わせに対して最適化された他の光学モジュールと容易に交換可能である。例えば、光学モジュール１６は、モジュールハウジングの配置内に物理的に装着することができる。光学モジュール１６のそれぞれは、光学モジュールの１つ以上のマーキング（例えばガイドピン）とかみ合うガイド（例えばくぼんだ溝）に沿って、ハウジングの各配置内に容易に挿入することができる。光学モジュール１６のそれぞれは、ラッチ、磁石、ネジまたは他の締結装置によってカートリッジ内に固定してもよい。各光学モジュールは、光ファイバ束１４の１本の脚部に結合するための光出力ポート（図６および７に示す）を含んでいる。光出力ポートは、脚部のねじ付きコネクタに結合されるねじ付き端部を有することができる。あるいは、光ファイバ束１４を光出力ポートとの間で摺動自在に係合および解放する「クイック接続」の形式（例えば、Ｏリングとキャッチピンを有する摺動自在な接続部）を用いてもよい。さらに、光学モジュール１６のそれぞれは、完全に挿入されたとき制御ユニット２３に電気的に結合する１つ以上の電気接点パッドまたはフレックス回路を有することができる。回転ディスク１３と共に使用するための例示的な取り外し可能な光学モジュールが、「取り外し可能な光学モジュールを有する多重蛍光検出装置（MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE HAVING REMOVABLE OPTICAL MODULES）」と題された２００５年７月５日出願の米国特許出願第１１／１７４，７５４号に記載されている。

装置１０は、モジュール式の構成となっていることにより、多重ＰＣＲなど、所与の解析環境において使用される蛍光染料のすべてに容易に適合することができる。装置１０において使用しうる他の化学作用には、インベーダー（Invader）法（ウィスコンシン州マジソン（Madison）のサードウェーブ社（Third Wave））、ＴＭＡ（Transcripted-mediated Amplification）法（カリフォルニア州サンディエゴ（San Diego）のジェンプローブ社（GenProbe））、蛍光標識酵素結合免疫吸着検定法（ＥＬＩＳＡ）または蛍光インサイツハイブリダイゼーション法（ＦＩＳＨ）が挙げられる。装置１０のモジュール構成は、対応する染料を多重反応において選択的に励起し検出する目的で、小さな特定の目標範囲の波長に対して対応する励起源（不図示）と励起および検出フィルタを選択することによって、各光学モジュール１６の感度を最適化できるという点で、別の利点をもたらすことができる。

例として、装置１０は、４色多重構成で示してあるが、さらに多数または少数のチャネルを適切な光ファイバ束１４と共に使用することができる。このモジュール設計により、ユーザーは、単に別の光学モジュール１６をベース２０に追加し、光ファイバ束１４の１本の脚部をその新たな光学モジュールに挿入することによって、装置１０を現場で容易に改良することができる。光学モジュール１６は、光学モジュールを識別しかつ装置１０の内部制御モジュールまたは他の内部電子装置（例えば制御ユニット２３）に較正データをダウンロードする集積電子装置を有してもよい。

図１の例において、試料２２は、ディスク１３のチャンバ内に収容されており、ディスク１３は、制御ユニット２３の制御下にある回転プラットフォームに装着されている。スロットセンサトリガ２７は、制御ユニット２３がディスクの回転中にデータ取得装置２１をチャンバ位置と同期させるために利用する出力信号を提供する。スロットセンサトリガ２７は、機械的、電気的、磁気的、または光学的なセンサであってよい。例えば、以下にさらに詳細に説明するように、スロットセンサトリガ２７は、ディスク１３を貫いて形成されたスロットを通じて光線を放出する光源を備えてもよく、そのスロットはディスクが回転するたびに検出される。別の例として、スロットセンサトリガは、ディスク１３の回転と、モジュール１６および検出器１８によるデータ取得とを同期化する目的で反射光を感知してもよい。他の実施形態において、ディスク１３は、タブ、突出部または反射面を、スロットに加えてまたはスロットの代わりに有してもよい。スロットセンサトリガ２７は、ディスク１３が回転しているとき、物理的な構造または機構を使用してディスク１３の半径方向位置を突き止めることができる。光学モジュール１６は、回転プラットフォーム２５の上に物理的に装着することができる。結果として、光学モジュール１６は、異なるチャンバと一度に重なり合う。

また、検出装置１０は、ディスク１３上の試料２２の温度を調整するための発熱体（不図示）を含んでいる。発熱体は、反射エンクロージャ内に収容された円筒形のハロゲン電球を備えることができる。反射チャンバは、電球からの電磁線をディスク１３の放射切片に集束するように形作られている。一般に、ディスク１３の加熱領域は、ディスク１３がスピンするようにアニュラ・リングを備える。この実施形態において、反射エンクロージャの形状は、正確な集束を可能にする楕円形と球形の幾何学形状の組み合わせとすることができる。他の実施形態において、反射エンクロージャは異なる形状のものであってもよく、また、電球はより大きな領域を広く照射してもよい。他の実施形態において、反射エンクロージャは、試料２２を含む単一のプロセスチャンバなど、ディスク１３の単一の領域上に電球からの電磁線を集束するように形作ることができる。

ある実施形態において、発熱体は空気を加熱し、その熱空気を１つ以上の試料に送り込んで温度を調整することができる。加えて、試料は、ディスクによって直接加熱されてもよい。この場合、発熱体は、プラットフォーム２５内に配置し、ディスク１３に熱的に結合することができる。発熱体内の電気抵抗により、制御ユニット２３によって制御されるディスク１３の選択された領域を加熱することができる。例えば、領域は１つ以上のチャンバ、場合によってはディスク全体を含むことができる。回転ディスク１３と共に使用するための例示的発熱体が、「回転多重蛍光検出装置用の発熱体（HEATING ELEMENT FOR A ROTATING MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE）」と題された２００５年７月５日出願の米国特許出願第１１／１７４，６９１号に記載されている。

別法としてまたは加えて、装置１０はまた、冷却用構成要素（不図示）を含むことができる。冷たい空気、すなわち室温の空気をディスク１３に供給するために、ファンが装置１０に含められる。冷却は、試料の温度を適切に調整しかつ実験が完了した後に試料を保管するために必要となることがある。他の実施形態において、プラットフォーム２５はその温度を必要に応じて減じることができるので、冷却用構成要素は、プラットフォーム２５とディスク１３との熱結合を含むことができる。例えば、ある生体試料は、酵素活性またはタンパク質変性を減じるために、摂氏４度で保管することができる。

また、検出装置１０は、プロセスチャンバ内に含まれた反応種を制御することもできる。例えば、ある種をプロセスチャンバに装填して１つの反応を発生させ、後に、第１の反応が終了次第、別の種をその試料に追加すると有益となることがある。弁制御システムを利用して、内部保持チャンバをプロセスチャンバから分離する弁を制御し、それによって、ディスク１３の回転中に種をチャンバに追加するのを制御することができる。この弁制御システムは、光学モジュール１６の１つの中に配置するか、もしくは光学モジュール１６の１つに装着してもよく、また光学モジュールと分離していてもよい。レーザの真下のディスク１３の下方に、レーザをディスク１３に対して位置決めするためのレーザセンサがあってもよい。

一実施形態において、弁制御システムは、２つ以上の出力レベルでセンサと共に駆動させることが可能な近赤外線（ＮＩＲ）レーザを有している。低電力設定において、レーザは、例えばディスク１３内のスロットを通じてレーザによって放出されたＮＩＲ光を検知するセンサにより、ディスク１３を位置決めし、選択弁を標的とするために使用することができる。標的とした弁が定位置へ回転すると、制御ユニット２３は、高出力エネルギーの短いバーストを出力して弁を加熱し、標的とした弁を開けるように、レーザに指示する。エネルギーのバーストは、例えば穿孔、溶解または溶発によって弁内に空洞を形成して弁を開放し、チャネルを通じて内部保持チャンバから外部プロセスチャンバに流体を流れさせる。ある実施形態において、ディスク１３は、複数の反応を順次発生させるために、様々な寸法および材料の複数の弁を含むことができる。複数のチャンバ弁を有するディスクを利用するとき、複数の組みの弁制御システムを使用してもよい。

データ取得装置２１は、装置１０から各染料のデータを順次にまたは同時に収集することができる。一実施形態において、データ取得システム２１は、光学モジュール１６からデータを順次に収集し、光学モジュールの１つごとに、スロットセンサトリガ２７から受信した出力信号から測定される空間的な重なり合いをトリガ遅延によって修正する。

装置１０の１つの用途はリアルタイムＰＣＲであるが、本明細書で説明する技法は、複数の波長における蛍光検出を利用する他のプラットフォームに拡張することができる。装置１０は、発熱体を利用した急速熱循環と、核酸の分離、増幅、および検出のための遠心駆動式マイクロフルイディクスとを組み合わせることができる。多重蛍光検出を用いることにより、多重標的種を同時に検出し解析することができる。

リアルタイムＰＣＲの場合、蛍光は、３つの一般的技法のうちの１つにおいて増幅量を測定するために使用される。第１の技法は、二本鎖ＤＮＡに結びつけられると蛍光性が向上するＳｙｂｒ Ｇｒｅｅｎ（オレゴン州ユージン（Eugene）のモレキュラー・プローブ社（Molecular Probes）製）などの染料を使用することである。第２の技法では、増幅された標的配列に結びつけられたときに蛍光性が変化する蛍光標識プローブ（ハイブリダイゼーションプローブ、ヘアピンプローブなど）を使用する。この技法は、二本鎖ＤＮＡ結合染料を使用することと類似しているが、プローブは標的配列の特定の切片にのみ結合するため、より特定的なものである。第３の技法は、加水分解プローブ（カリフォルニア州フォスター・シティ（Foster City）のアプライドバイオシステムズ（Applied BioSystems）社製のＴａｑｍａｎ（商標））を使用することであり、この技法において、ポリメラーゼ酵素のエキソヌクレアーゼ活性により、クェンチャ分子は、ＰＣＲの拡張段階の間にプローブから分裂されて蛍光活性となる。

これらの手法のいずれにおいても、蛍光性は、増幅した標的濃度と線形に比例する。データ取得システム２１は、ＰＣＲ反応の間に検出器１８からの（または別法として、任意選択で制御ユニット２３によってサンプリングされ通信された）出力信号を測定して、増幅をほぼリアルタイムで観測する。多重ＰＣＲにおいて、多重標的は、独立して測定される異なる染料で標識化される。概して、各染料は、異なる吸光度および発光スペクトルを有する。この理由により、光学モジュール１６は、異なる波長でのサンプル２２の問い合わせのために光学的に選択された励起源、レンズおよび関連するフィルタを有することがある。

本発明に関連した使用に適合しうる好適な構成技法または材料の一部の例が、例えば、本発明の譲受人に譲渡された「改良された試料処理装置システムおよび方法（ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS）」（ベディンガム（Bedingham）ら）と題された米国特許第６，７３４，４０１号および「試料処理装置（SAMPLE PROCESSING DEVICES）」と題された米国特許出願公報ＵＳ２００２／００６４８８５に記載されている。他の有用な装置構成が、２０００年６月２８日に出願され「熱処理の装置および方法（THERMAL PROCESSING DEVICES AND METHODS）」と題された米国仮特許出願第６０／２１４，５０８号、２０００年６月２８日に出願され「試料処理の装置、システムおよび方法（SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS）」と題された米国仮特許出願第６０／２１４，６４２号、２０００年１０月２日に出願され「試料処理の装置、システムおよび方法（SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS）」と題された米国仮特許出願第６０／２３７，０７２号、２００１年１月６日に出願され「試料処理の装置、システムおよび方法（SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS）」と題された米国仮特許出願第６０／２６０，０６３号、２００１年４月１８日に出願され「改良された試料処理の装置、システムおよび方法（ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS）」と題された米国仮特許出願第６０／２８４，６３７号、および「試料処理の装置およびキャリア（SAMPLE PROCESSING DEVICES AND CARRIERS）」と題された米国特許出願ＵＳ２００２／００４８５３３に見出すことができる。他の実現可能な装置構成を、例えば、「試料処理装置の遠心充填（CENTRIFUGAL FILLING OF SAMPLE PROCESSING DEVICES）」と題された米国特許第６，６２７，１５９号に見出すことができる。

図２は、例示的光学モジュール１６Ａを示す概略図であり、この光学モジュール１６Ａは、図１の光学モジュール１６のいずれにも対応しうるものである。この例において、光学モジュール１６Ａは、高出力励起源であるＬＥＤ３０と、コリメーティングレンズ３２と、励起フィルタ３４と、ダイクロイックフィルタ３６と、集束レンズ３８と、検出フィルタ４０と、レンズ４２とを含んでおり、そのレンズ４２は、光ファイバ束１４の１本の脚部に蛍光を集束するためのものである。

結果として、ＬＥＤ３０からの励起光は、コリメーティングレンズ３２によって平行にされ、励起フィルタ３４によってフィルタ処理され、ダイクロイックフィルタ３６を透過し、集束レンズ３８によってサンプル２２に集束される。結果として生じる試料から放出される蛍光は、同じ集束レンズ３８によって集められ、ダイクロイックフィルタ３６から反射され、検出フィルタ４０によってフィルタ処理された後、光ファイバ束１４の１本の脚部に集束される。次いで、光束１４は、光を検出器１８に伝送する。

ＬＥＤ３０、コリメーティングレンズ３２、励起フィルタ３４、ダイクロイックフィルタ３６、集束レンズ３８、検出フィルタ４０、およびレンズ４２は、光学モジュール１６Ａと共に用いられる多重染料の特定の吸収帯および発光帯に基づいて選択されている。このようにして、複数の光学モジュール１６は、異なる染料を標的とするように構成し装置１０内に搭載することができる。

表１は、種々の蛍光染料に対して４チャネル多重蛍光検出装置１０において使用することができる例示的な構成要素を示す。ＦＡＭ、ＨＥＸ、ＪＯＥ、ＶＩＣ、ＴＥＴ、ＲＯＸは、カリフォルニア州ノーウォーク（Norwalk）のアプレラ（Applera）社の商標である。Ｔａｍｒａは、カリフォルニア州サンノゼ（San Jose）のアナスペック（AnaSpec）社の商標である。Ｔｅｘａｓ Ｒｅｄは、モレキュラー・プローブ（Molecular Probes）社の商標である。Ｃｙ ５は、英国バッキンガムシャー州のアマシャム（Amersham）社の商標である。

説明したモジュール式の多重検出構成の１つの利点は、多種多様な染料に対して検出を最適化する上での柔軟性である。おそらく、ユーザーは、必要に応じて装置１０に差し込むことができる複数の異なる光学モジュールのバンクを有することができ、その複数の光学モジュールのうち、Ｎを一度に使用することができるが、ここでＮは、装置によってサポートされるチャネルの最大数である。したがって、装置１０および光学モジュール１６は、任意の蛍光染料およびＰＣＲ検出法と共に使用することができる。より大きな光ファイバ束を使用して、より多数の検出チャネルをサポートすることもできる。さらに、複数の光ファイバ束を複数の検出器と共に使用することもできる。例えば、２本の４脚光ファイバ束を、８台の光学モジュール１６と２台の検出器１８と共に使用することができる。

図３は、装置ハウジング内の取り外し可能な光学モジュールの例示的な組みの正面図を示す斜視図である。図３の例において、装置１０は、ベースアーム４４とモジュールハウジング４６とを有している。主光学モジュール４８、補助光学モジュール５２および補助光学モジュール５６が、モジュールハウジング４６内に収容されている。光学モジュール４８、５２および５６は、ディスク１３の異なるプロセスチャンバを逐次的に励起する光学出力ビーム４３、４９、５３および５７をそれぞれ生成する。換言すれば、出力ビーム４３、４９、５３および５７は、プロセスチャンバを含むディスクの同じ半径方向位置をそれぞれが励起するように、ディスク１３の湾曲に従う。光学モジュール４８は、それぞれが異なるビーム４３および４９を出力する２つの光学チャネルを含んでいる。スロットセンサトリガ２７は赤外光源３１を含んでおり、その赤外光源３１は、検出器３３によって検出される光３５を生成する。

光学モジュール４８、５２および５６のそれぞれは、モジュールハウジング４６と係合するための各解放レバー５０、５４または５８をそれぞれ有している。各解放レバーは、モジュールハウジング４６内に形成された各ラッチと係合するように、上向きのバイアスを与えることができる。技術者または他のユーザーが、光学モジュール４８、５２または５６をモジュールハウジング４６からラッチ解除し取り外すために、解放レバー５０、５４または５８を押し下げる。バーコードリーダ２９は、ディスク１３を認識するためのレーザ６２を有している。

ベースアーム４４は、検出装置１０から延びており、モジュールハウジング４６と光学モジュール４８、５２および５６とを支持している。モジュールハウジング４６は、ベースアーム４４の頂上にしっかりと固定することができる。モジュールハウジング４６は、光学モジュール４８、５２および５６のそれぞれ１つを受けるように適合された１つの配置を含んでいてもよい。例示を目的としてモジュールハウジング４６に関して説明したが、検出装置１０のモジュールハウジング４６は、光学モジュール４８、５２および５６を受けるための複数の配置を有していてもよい。換言すれば、光学モジュール４８、５２および５６に対して、別個のハウジングを使用する必要はない。

モジュールハウジング４６の各配置は、技術者また他のユーザーが光学モジュールを挿入するときに、関連付けられた光学モジュールをその配置内に正確に位置決めすることを支援する１つ以上の軌道またはガイドを含んでいてもよい。これらのガイドは、各配置の頂部、底部、または側部に沿って位置していてもよい。光学モジュール４８、５２および５６のそれぞれは、モジュールハウジング４６の配置のガイドまたは軌道とかみ合うガイドまたは軌道を有していてもよい。例えば、モジュールハウジング４６は、光学モジュール４８、５２および５６内の溝付きのガイドとかみ合う突出したガイドを有していてもよい。

ある実施形態において、モジュールハウジング４６は、光学モジュール４８、５２および５６のそれぞれを完全に囲んでいなくてもよい。例えば、モジュールハウジング４６は、光学モジュール４８、５２および５６のそれぞれをベースアーム４４に固定するための装着位置を備えていてもよいが、各光学モジュールの一部またはすべてが露出していてもよい。他の実施形態において、モジュールハウジング４６は、光学モジュール４８、５２および５６のそれぞれを完全に囲んでいてもよい。例えば、モジュールハウジング４６は、光学モジュール４８、５２および５６の上方で閉じる単一の扉、またはモジュールのそれぞれに対する別個の扉を有していてもよい。この実施形態は、モジュールが希にしか取り外されないか、または検出装置１０が非常な環境条件にさらされる用途に適切となりうる。

技術者は、光学モジュール４８、５２および５６のいずれをも容易に取り外すことができ、またこの取り外しは片手のみを用いて完了することができる。例えば、技術者は、光学モジュール５２の解放レバー５４の下に位置する成形リップの下方に、自身の人差し指を掛けることができる。次いで、技術者の親指で解放レバー５４を押し下げて、光学モジュール５２をモジュールハウジング４６から解放することができる。技術者は、光学モジュール５２を親指と人差し指の間で掴みながら、光学モジュールを引っ張って、光学モジュールを検出装置１０から取り外すことができる。両手式の取り外しを利用する方法を含め、他の方法を使用して光学モジュール４８、５２または５６のいずれかを取り外してもよい。光学モジュール４８、５２または５６のいずれの挿入も、片手または両手を用いて逆の方式で達成することができる。

図３の例において、２つの光学モジュールの構成要素は、主光学モジュール４８を形成するように結合されている。主光学モジュール４８は、異なる２つの波長の光を生成する光源と、ディスク１３内の試料からの異なる各波長の蛍光を検出するための検出器とを含んでいてもよい。さらに、主光学モジュール４８は、光ファイバ束１４の２本の脚部に接続してもよい。このようにして、主光学モジュール４８は、２つの独立した光学励起チャネルと収集チャネルとを有する二重チャネル式光学モジュールと考えることができる。ある実施形態において、主光学モジュール４８は、２つを超える光学モジュール用の光学構成要素を含んでいてもよい。他の場合には、モジュールハウジング４６は、補助光学モジュール５２および５６など、複数の（例えば２つ以上の）単チャネル式光学モジュールを含んでいる。

図３に示すように、主光学モジュール４８はまた、レーザ弁制御システム５１（光学モジュール４８内に位置する）用の構成要素を含んでいてもよい。レーザ弁制御システム５１は、ディスク１３の外側縁部付近に位置する小さなスロットによってディスク１３の位置を検出する。検出器（不図示）は低出力レーザ光５５を検出して、ディスク１３をスピンさせるモータに対するディスク１３の位置をマップする。制御ユニット２３はそのマップを使用してディスク１３上の弁（図３には示さず）の位置を突き止め、標的とした弁を、レーザ弁制御システム５１を介して開放するために定位置に回転させる。

標的とした弁が定位置に位置すると、レーザ弁制御システム５１は、高出力の１つ以上の短いバーストを用いて弁にレーザ光５５を集束させる。その短いバーストは、例えば弁を穿孔、溶解または溶発することによって、標的とした弁内に空洞を形成し、内部保持チャンバの内容物を、ディスク１３が回転するとき外側のプロセスチャンバに流れさせる。検出装置１０は次いで、プロセスチャンバ内における後の反応を監視することができる。チャンバ内の内容物は、流動状態または固体状態の物質を含んでもよい。

ある実施形態において、レーザ弁制御システム５１は、単チャネル式光学モジュール、例えば補助光学モジュール５４または補助光学モジュール５６内に収容されていてもよい。他の実施形態において、レーザ弁制御システム５１は、光学モジュール４８、５２または５６のいずれからも分離して検出装置１０に装着されていてもよい。この場合、レーザ弁制御システム５１は取り外し可能であってもよく、また、モジュールハウジング４６または検出装置１０の他のハウジング内の配置と係合するように適合されていてもよい。

図３の例において、スロットセンサトリガ２７は、ディスク１３のいずれかの側において、取り外し式モジュールの付近に位置している。一実施形態において、スロットセンサトリガ２７は、赤外（ＩＲ）光３５を放出するための光源３１を含んでいる。検出器３３は、ディスク１３内のスロットによってＩＲ光３５がディスクを通過して検出器３３に達したとき、その光を検出する。制御ユニット２３は、検出器３３によって生成された出力信号を使用して、光学モジュール４８、５４および５６からのデータ取得をディスク１３の回転と同期する。ある実施形態において、スロットセンサトリガ２７は、装置１０の動作中にディスク１３の外側縁部に達するように、ベースアーム４４から延びていてもよい。他の実施形態においては、機械的な検出器を使用してディスク１３の位置を検出してもよい。

バーコードリーダ２９は、レーザ６２を使用して、ディスク１３の横縁部に位置するバーコードを読み取る。バーコードによってディスク１３のタイプが識別され、装置１０の適切な動作が可能となる。ある実施形態においては、バーコードによって現在のディスクを識別して、技術者が複数のディスク１３から特定の試料までデータを追跡するのを支援することができる。

光学モジュール４８、５２および５６のすべての表面構成要素は、ポリマー、複合材、または合金で構成されていてもよい。例えば、高分子量のポリウレタンを、表面構成要素の形成に使用してもよい。他の場合には、アルミ合金または炭素繊維構造を形成してもよい。いずれの場合にも、材料は、熱、疲労、応力、および腐食に耐性のあるものにすることができる。検出装置１０は生体物質と接触しうるので、その構造は、チャンバ内容物がディスク１３から漏出した場合、滅菌可能なものにすることができる。

図４は、検出装置１０のモジュールハウジング４６内の取り外し可能な光学モジュール４８、５２および５６の例示的な一組を示す斜視図である。図４の例において、ベースアーム４４は、モジュールハウジング４６内に取り付けられた取り外し可能な光学モジュール４８、５２および５６だけでなく、バーコードリーダ２９をも支持している。ディスク１３は、光学モジュール４８、５２および５６の下に位置し、試料２２は、異なる時点で、モジュールのそれぞれの対応する光学経路の下に位置する。

モジュールハウジング４６内で、補助モジュール５６および主モジュール４８の前面を見ることができる。補助モジュール５６は、成形リップ５９と解放レバー５８とを含んでいる。前述のように、成形リップ５９は、モジュール５６を取り外したりモジュールハウジング４６に挿入したりするときにモジュールを掴むために使用することができる。光学モジュール４８、５２および５６のすべてが、個々の成形リップおよび解放レバーを有していてもよく、また、単一の解放レバーを使用して、光学モジュールのすべてを取り外してもよい。ある実施形態において、光学モジュール４８、５２および５６は、モジュールを把持するための異なる構成要素を含んでいてもよい。例えば、光学モジュール４８、５２および５６のそれぞれは、各モジュールをモジュールハウジング４６から垂直または水平方向に取り外すためのハンドルを含んでいてもよい。

モジュールハウジング４６内の光学モジュール４８、５２および５６の配置は、ディスク１３内の異なる試料を特定の時点で個別に励起するために固定することができる。例えば、主光学モジュール４８は、補助光学モジュール５２および５６よりもわずかにさらにベースアーム４４に向かって位置し、補助光学モジュール５２および５６が、主モジュールの両側で、ある配置へと喰い違いになっていてもよい。さらに、光学モジュール４８、５２および５６は、それらのモジュールによって生成された励起光線がディスク１３の湾曲に従うように、水平方向（図４で矢印によって示すが、ここでＸは、外側の光線が内側の光線と喰い違う距離である）に喰い違いになっていてもよい。この構成において、光学モジュール４８、５２および５６によって生成された光線は、ディスク１３が回転しているとき同じ経路を横断し、それによって、その経路に沿って位置するプロセスチャンバを刺激し、そのプロセスチャンバから光を収集する。他の実施形態において、光学モジュール４８、５２および５６は、励起光線が、回転するディスク１３の周りの異なる経路を横断するように整列されている。

この例において、ベースアーム４４は、モジュールハウジング４６内に延びる電気接触板６６を含んでいる。モジュールハウジング４６の内部で、電気接触板６６は、光学モジュール４８、５２および５６のそれぞれに対する電気接点を含んでいてもよい。電気接触板６６は、制御ユニット２３に電気的に結合されていてもよい。ある実施形態において、光学モジュール４８、５２および５６のそれぞれは、制御ユニット２３に接続される、関連付けられた別個の電気接触板を有していてもよい。

光ファイバカップラ６８は、光ファイバ束１４の１本の脚部を光学モジュール５６の光出力ポートに結合している。図示しないが、光学モジュール４８、５２および５６のそれぞれは、光出力ポートを有しており、それらの光出力ポートは、モジュールハウジング４６に装着された各々の光ファイバカップラと係合するように適合されている。光ファイバカップラ６８と光ファイバ束１４の脚部との接続は、ネジによる固定であっても、スナップクロージャであっても、摩擦嵌合であってもよい。

バーコードリーダ２９は、ディスク１３のバーコードを読み取るためのレーザ光６４を生成する。レーザ光６４はある直接経路を辿り、その直接経路において、レーザ光６４はディスク１３の外側縁部と相互作用する。光６４は、ディスク１３の広域を一度に覆うように拡散することができる。バーコードリーダ２９は、ディスク１３が低速で回転しているときに、そのディスク上のバーコードを読み取る。他の実施形態において、バーコードリーダ２９は、動作中にバーコードを周期的に読み取って、新たなディスクが装置１０に搭載されていないことを確認することができる。バーコードリーダ２９は、他の実施形態においてディスク１３上の複数のバーコードを検出してもよい。

ある実施形態において、ベースアーム４４は、ディスク１３に対して移動可能であってもよい。この場合、ベースアーム４４は、異なる寸法のディスク上の試料またはディスク１３の内部に位置する試料を検出するように構成することができる。例えば、ベースアーム４４をディスク１３の中心からさらに離れて移動させることによって、より多くのプロセスチャンバまたはより大きなプロセスチャンバを含むより大きなディスクを使用することができる。また、モジュールハウジング４６は、光学モジュール４８、５２および５６のそれぞれに対する変更可能な位置を有し、それによって、各モジュールが、ディスク１３の周りのプロセスチャンバの１つ以上の円形経路へと移動可能となっていてもよい。

図５は、モジュールコネクタを露出するために１つのモジュールを取り外した、取り外し可能な光学モジュールの例示的な一組の前側面図を示す斜視図である。具体的には、モジュールハウジング４６は図５に示されておらず、また、光学モジュール５６は取り外され、光学モジュール５２および４８が、取り外したモジュール５６の連結部と共に露出している。

光学モジュール５６の解放レバー５８（図３）は、ベースアーム４４に装着された取り付けポスト６９にしっかりと取り付けられている。この例において、取り付けポスト６９は、光学モジュール５６内へと延びており、解放レバー５８に結合している。他の実施形態において、ネジまたはスナップ固定装置など、他の取り付け機構を使用して、光学モジュール５６をベースアーム４４に固定してもよい。

ベースアーム４４は、挿入した光学モジュール５６を受けその光学モジュール５６と係合するための、２つの異なる操作可能な接続部を、モジュールハウジング４６内に備えている。具体的には、ベースアーム４４は電気接触板６６を備えており、その電気接触板６６は、光学モジュール５６内に含められた電気接点（不図示）と結合するための電気接続部７０を有している。電気接続部７０によって、制御ユニット２３がモジュール５６内の電気部品と通信することが可能となる。例えば、モジュール５６は、電気回路、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせを有していてもよい。一実施形態において、内部の電気部品は、シリアル番号などの独自の識別情報を格納し制御ユニット２３に出力してもよい。別法としてまたは加えて、電気部品は、取り外し式モジュール５６内に含まれた光学構成要素の具体的な特徴を表す情報を提供してもよい。例えば、電気部品は、プログラム可能読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または他の内部もしくは取り外し式記憶媒体を含んでもよい。他の実施形態が、光学モジュール４８、５２または５６の独自の署名情報を制御ユニット２３に出力するための、一組みの抵抗器、回路、または埋め込み式プロセッサを含んでもよい。別の例において、光学モジュール５６は、レーザ弁制御システム、すなわちレーザ弁制御システム５１の一部を形成するレーザ源および他の構成要素を有していてもよい。

電気接触板６６を取り外し、異なる取り外し可能な光学モジュールに関連付けられた別のバージョンで置き換えてもよい。この任意選択により、装置能力の更新を支援することができる。他の実施形態において、接続部７０は、何本かの接続ピンを含んでいてもよい。

加えて、ベースアーム４４およびモジュールハウジング４６は、光学モジュール５６を受けるための配置内に光学チャネル７２を設けている。光学チャネル７２は、光ファイバ束１４の脚部と連結する光ファイバカップラ６８（図４）に接続されている。光学チャネル７２は、光学モジュール５６内のある配置に挿入される。光学モジュール５６によって捕捉された光は、光学チャネル７２、光ファイバカップラ６８および光ファイバ束１５を通じて検出器に送ることができる。これらの接続部の間のはめ合いは、光が漏出したり光学経路に入ったりしないように、緊密にすることができる。

ある実施形態において、光学モジュール５６への接続部は、異なる構成で配置することができる。例えば、接続部は、光学モジュール５６を別の方向から受け入れるための別の位置に配置してもよい。他の実施形態において、電気接続部は光学モジュール５６の一方の側に配置し、光学接続部はモジュール５６の第２の表面に配置してもよい。いずれの場合も、モジュールハウジング４６の配置内に配置された電気接続部および光学接続部は、取り外し可能な光学モジュールを、すなわちこの場合は光学モジュール５６を収容する。

図５で説明したモジュール５６の光学接続部および電気接続部は、光学モジュール４８および５２を含めた任意のモジュールと共に使用することができる。加えて、各光学モジュールの接続部は、同一でなくてもよい。接続部は、所望の取り外し可能な光学モジュールとの結合用に修正することができるため、モジュールハウジング４６の特定の配置に挿入された特定の光学モジュールによって利用される接続部は、いかなる時点で異なっていてもよい。

図６は、例示的な主取り外し可能な光学モジュール４８内の構成要素を示す斜視図である。図６の例において、主光学モジュール４８は、解放レバー５０と、旋回ピン５１と、ラッチ７４とを有している。内部ハウジング７８が、モジュール４８の各側を分離しており、リボン８１に接続された電気接触パッド８０を含んでいる。光学構成要素には、ＬＥＤ８２と、コリメーティングレンズ８４と、励起フィルタ８６と、ダイクロイックフィルタ８８と、集束レンズ９０と、検出フィルタ９２と、レンズ９４とがある。光出力ポート１７は、光ファイバ束１４の脚部に結合している。第２の光学チャネル（不図示）用の光学構成要素の別個の一組みが、内部ハウジング７８の他方の側に位置している。加えて、主モジュール４８は、コネクタ９６と、レーザダイオード９８と、集束レンズ１００とを、制御ユニット２３によって制御されるレーザ弁制御システム５１の一部として有している。

解放レバー５０が、光学モジュール４８に旋回ピン６１によって取り付けられている。旋回ピン６１により、解放レバー５０はピンの軸線の周りで回転することができる。解放レバー５０を押し下げると、アーム６３が反時計回りに回転してラッチ７４を上昇させる。ラッチ７４が上昇すると、光学モジュール４８は、モジュールハウジング４６から自在に取り外すことができる。ラッチ７４を下方の位置に維持するために、解放レバー５０に対するバイアスの力を維持するバネまたは他の機構が存在してもよい。ある実施形態においては、バネを旋回ピン６１の周りに含めて、ラッチ７４を下方の、すなわちラッチ係合した位置に保つモーメントアームを設けてもよい。他の実施形態においては、他の装着機構を、説明したレバーに追加するか、またはそのレバーの代わりに使用してもよい。例えば、光学モジュール４８は、１つ以上のネジまたはピンによってモジュールハウジング４６に取り付けてもよい。

通信リボン８１およびＬＥＤ８２を取り付けるための装着板７６を、光学モジュール４８内に設置してもよい。リボン８１は、電気接触パッド８０に接続されており、パッドと電気部品とを光学モジュール４８内で接続している。接触パッド８０およびリボン８１は、レーザ弁制御システム５１および内部メモリまたは他の記憶媒体を含めて主光学モジュール４８の両側で必要な情報を伝えることができる。リボン８１は、光学モジュール４８内で間を縫って進む（weaving）ために柔軟であってもよい。リボン８１は、電気部品と制御ユニット２３との間で信号を伝えるために、および／または、電気部品に電力を送るために、複数の導電性ワイヤを含んでいてもよい。ある実施形態において、各電気部品は、それらの部品を制御ユニット２３と接続する別個のケーブルを有していてもよい。技術者は、光学モジュール４８をハウジングから取り外すとき、ケーブルまたはフレックス回路をモジュールハウジング４６から切断しなければならないことがある。

ある実施形態において、光学モジュール４８は、ディスク１３からの光を検出するための検出器と、データを処理し記憶するための電子部品とを含んでいてもよい。電子部品は、検出された光を表すデータを制御ユニット２３に無線で送信するための遠隔測定回路を含んでいてもよい。無線通信は、赤外光、高周波、ブルートゥース（Bluetooth（登録商標））、または他の遠隔測定技法によって実施することができる。また、光学モジュール４８は、電子部品に電力を供給するための蓄電池を有していてもよく、その蓄電池は制御ユニット２３によって再充電可能であってもよい。

ＬＥＤ８２が装着板７６に張り付けられており、リボン８１に電気的に結合されている。ＬＥＤ８２は、所定の波長の励起光４９を生成して試料２２を励起する。励起光４３は、第２の光学チャネル（不図示）によって生成される。光４９がＬＥＤ８２を出発すると、その光は、コリメーティングレンズ８４によって広げられた後、励起フィルタ８６に入る。１つの波長帯の光４９が、ダイクロイックフィルタ８８を通過し、集束レンズ９０によって試料に集束される。光４９は試料を励起し、蛍光が集束レンズ９０によって収集され、ダイクロイックフィルタ８８によって検出フィルタ９２に送られる。結果として生じる波長帯の光は、レンズ９４によって収集され、光出力ポート１７に送られるが、その光出力ポート１７において、収集された蛍光は、検出器１８に伝達するための光ファイバ束１４の脚部に入る。

内部ハウジング７８は、試料の励起と、選択した波長に対して試料によって放出された蛍光の検出とに含まれるすべての構成要素を支持してもよい。内部ハウジング７８の他方の側で、光学構成要素の同様の構成を含めて、異なる波長の光を生成し、対応するその異なる蛍光波長を検出するようにしてもよい。各側を分離することによって、一方の側から他方の側の光学チャネルに入る光混入を排除することができる。

コネクタ９６と、レーザダイオード９８と、集束レンズ１００とを含むレーザ弁制御システム５１の構成要素は、モジュール４８の各側の間に部分的に収容することができる。内部ハウジング７８は、これらの構成要素を物理的に支持してもよい。リボン８１は、駆動信号および電力をレーザ源に伝えるためのコネクタ９６に接続されている。レーザダイオード９８はコネクタ９６に接続されており、ディスク１３上の弁を開放するために用いられるレーザエネルギー５５を生成する。レーザダイオード９８は、レーザエネルギー５５をディスク１３上の特定の弁に向けるための集束レンズ１００に、この近赤外（ＮＩＲ）光を送る。開放する必要のある特定の弁の位置を突き止めるためのＮＩＲセンサを、ディスク１３の下に配置してもよい。他の実施形態において、これらの構成要素は、光学構成要素とは別個に収容してもよい。

ある実施形態において、レーザ弁制御システム５１の出射レンズ９８および集束レンズ１００は、補助光学モジュール５２および５６（図３）など、単チャネル式光学モジュール内に含められていてもよい。

図７は、ある例示的な補助光学モジュール内の構成要素を示す斜視図であり、この補助光学モジュールは、容易に検出装置１０から取り外したり、検出装置１０に挿入したりすることができる。図７の例において、光学モジュール５６は、主光学モジュール４８と同様に、解放レバー５８と、旋回ピン５９と、ラッチ１０２とを有している。光学モジュール５６はまた、リボン１０７に接続された電気接触パッド１０６を有している。また、リボン１０７は装着板１０４に接続してもよい。主光学要素４８と同様に、光学構成要素には、ＬＥＤ１０８と、コリメーティングレンズ１１０と、励起フィルタ１１２と、ダイクロイックフィルタ１１４と、集束レンズ１１６と、検出フィルタ１１８と、レンズ１２０とがある。光出力ポート１９は、光ファイバ束１４の脚部に結合している。

解放レバー５８が、光学モジュール５６に旋回ピン６５によって取り付けられている。旋回ピン６５により、解放レバーはピンの軸線の周りで回転することができる。解放レバー５８を押し下げると、アーム６７が反時計回りに回転してラッチ１０２を上昇させる。ラッチ１０２が上昇すると、光学モジュール５６は、モジュールハウジング４６から自在に取り外すことができる。ラッチ１０２を下方の位置に維持するために、解放レバー５８に対するバイアスの力を維持するバネまたは他の機構が存在してもよい。あるいは、バネをラッチ１０２の上に配置してもよい。ある実施形態においては、バネを旋回ピン６５の周りに含めて、ラッチ１０２を下方の、すなわちラッチ係合した位置に保つモーメントアームを設けてもよい。他の実施形態においては、他の装着機構を、説明したレバーに追加するか、またはそのレバーの代わりに使用してもよい。例えば、光学モジュール５６は、１つ以上のネジまたはピンによってモジュールハウジング４６に取り付けてもよい。

通信リボン１０７およびＬＥＤ１０８を取り付けるための装着板１０４を、光学モジュール５６内に装置してもよい。リボン１０７は、電気接触パッド１０６に接続されており、パッドと電気部品とを光学モジュール５６内で接続している。接触パッド１０６およびリボン１０７は、光学構成要素を動作させるのに必要な情報を伝えることができる。リボン１０７は、光学モジュール５６内で間を縫って進む（weaving）ために柔軟であってもよい。リボン１０７は、部品と制御ユニット２３との間で信号を伝え、および／または電気部品に電力を送るために、複数の導電性ワイヤを含んでいてもよい。ある実施形態において、各電気部品は、それらの部品を制御ユニット２３と接続する別個のケーブルを有していてもよい。技術者は、光学モジュール５６をハウジングから取り外すとき、ケーブルまたはフレックス回路をモジュールハウジング４６から切断しなければならないことがある。

ある実施形態において、光学モジュール５６は、ディスク１３からの光を検出するための検出器と、データを処理し記憶するための電子部品とを含んでいてもよい。電子部品は、検出された光を表すデータを制御ユニット２３に無線で送信するための遠隔測定回路を含んでいてもよい。無線通信は、赤外光、高周波、ブルートゥース（Bluetooth（登録商標））、または他の遠隔測定技法によって実施することができる。また、光学モジュール５６は、電子部品に電力を供給するための蓄電池を有していてもよく、その蓄電池は制御ユニット２３によって再充電可能であってもよい。

ＬＥＤ１０８が装着板１０４に張り付けられており、リボン１０７に電気的に結合されている。ＬＥＤ１０８は、所定の波長の励起光１０１を生成して試料２２を励起する。光１０１がＬＥＤ１０８を出発すると、その光は、コリメーティングレンズ１１０によって広げられた後、励起フィルタ１１２に入る。ある波長帯の光１０１は、ダイクロイックフィルタ１１４を通過し、集束レンズ１１６によって試料に集束される。光１０１は試料を励起し、蛍光が集束レンズ１１６によって収集され、ダイクロイックフィルタ１１４によって検出フィルタ１１８に送られる。結果として生じる波長帯の光は、レンズ１２０によって収集され、光出力ポート１９に送られるが、その光出力ポート１９において、収集された蛍光は、検出器１８に伝達するための光ファイバ束１４の脚部に入る。

また、補助光学モジュール５６は、レーザ弁制御システム５１の構成要素を含んでいてもよい。レーザ弁制御システム５１は、装置１０内で使用される唯一のシステムであっても、複数のレーザ弁制御システムのうちの１つであってもよい。このシステムのために使用する構成要素は、図６の光学モジュール４８において説明した構成要素と類似していてもよい。

補助光学モジュール５６の構成要素は、任意の補助光学モジュールと類似していてもよく、また、１つの波長帯の光を放出および検出するために使用する任意の光学モジュールと類似していてもよい。ある実施形態において、構成要素は、異なる実験的用途に対応するために構成を変更してもよい。例えば、任意の光学モジュールを、異なる方向から挿入するように、または、ディスク１３に対する異なる位置で装置内に配置するように修正してもよい。いずれの場合にも、光学モジュールは、装置１０の柔軟な修正が可能となるように、取り外し式にすることができる。

図８は、装置ハウジング内の取り外し可能な光学モジュール４８、５２および５６の例示的な一組みの側面図を示す図であり、レーザ弁制御システムがディスクのスロットの上に位置している。図８の例は図４と類似している。しかしながら、レーザ弁制御システム５１は、エネルギー源、すなわちレーザダイオードからディスク１３内のスロット７５を介してレーザ光７１を照準するように配置されている。センサ７３は、レーザ光７１を、その光がスロット７５を通過したときに検出する。

ガントリ（不図示）が、モジュールハウジング４６と、含められた光学モジュール４８、５２および５６とを、水平方向（図８で矢印で示す）にディスク１３の中心に対して移動させる。レーザ光７１を、低減した電流でレーザによって放出すると、ディスク１３内のスロット７５の位置を突き止めるための低出力近赤外（ＮＩＲ）光を生成することができる。ある場合には、ガントリは、レーザ弁制御システム５１がスロット７５の位置を突き止めるためにレーザ光７１を出力する間、モジュールハウジング４６を水平方向に並進させてもよい。

センサ７３は、レーザ光７１がスロット７５を通過すると、そのレーザ光を検出することができ、それによって、センサ７３は、感知したＮＩＲレーザ光７１を表す電気信号を制御ユニット２３に出力する。電気信号をセンサ７３から受信すると、制御ユニット２３は、感知したディスク位置を回転プラットフォーム２５の既知の配置にマップし、回転プラットフォーム２５のその既知の位置に対するディスク１３の各弁の位置を識別する位置マップを構築する。制御ユニット２３は、その後に、構築した位置マップを使用して、ディスク１３の所望の弁を標的とするように、レーザを移動させるか、ディスクを回転させるか、あるいはその双方を行う。他の実施形態において、センサ７３は、ディスク１３の、レーザ弁制御システム５１と同じ側に配置して、ディスク１３の１つまたは複数の反射部分からのレーザ光７１を検出するようにしてもよい。

選択した弁の上にレーザ弁制御システム５１を位置決めすると、制御ユニット２３は、短パルスの高出力エネルギーを送って選択した弁を開放するように、レーザ弁制御システムに指示する。弁は、放出された電磁エネルギー、すなわちレーザ光７１を吸収するポリマーまたは類似の材料で構成してもよく、そのレーザ光７１はポリマーを破壊し、それによって内部保持チャンバと外部プロセスチャンバとの間のチャネルを開放する。他のエネルギー源を使用してもよく（例えば、高周波エネルギー源）、また、生成されたエネルギーを吸収し破壊される（すなわち開放する）材料を選択してもよい。弁が開くと、ディスク１３の回転によって、各内部保持チャンバの内容物が各外部プロセスチャンバに向かう。

ある実施形態において、レーザ弁制御システム５１とスロットセンサトリガ２７は、ディスク１３を効果的に位置決めするために通信することができる。例えば、スロットセンサトリガ２７は、スロット７５の存在を検知することによって、ディスク１３の半径方向位置を概ね突き止めることができる。レーザ弁制御システム５１は、ディスク１３の半径方向位置および角度位置をより正確にするように、スロット７５の縁部のそれぞれを明確に検出することができる。スロット７５の縁部は、スロット７５よりも小さな形体であるため、レーザ弁制御システム５１は、スロットセンサトリガ２７よりも高度な空間分解能の検出システムを実現することができる。あるいは、スロットセンサトリガ２７は、スロット７５の位置を高度な回転速度で検出することができるので、より高度な時間分解能を実現することが可能となりうる。スロット７５の縁部は、高い回転速度ではレーザ弁制御システム５１による検出が不可能となることがある。

さらに、ある実施形態は、光路をディスク１３上の構造物と整列させるために構成要素を水平方向に移動させるガントリを有していなくてもよい。例えば、レーザ弁制御システム５１と光学モジュール４８、５２および５６は、ディスク１３の中心からの適切な半径方向距離に固定してもよい。別の例として、レーザ弁制御システム５１および／または光学モジュール４８、５２および５６は、ディスク１３の様々な半径方向位置にレーザ光を照準するために、制御ユニット２３の指示の下で旋回してもよい。

図９Ａおよび９Ｂはそれぞれ、例示的なディスク１３Ａおよび１３Ｂの部分を示す概略図である。図９Ａの例において、ディスク１３Ａは、ディスクを装置１０の回転プラットフォームに取り付けるための中心孔１２１を有している。一組みの内部保持チャンバと一組みの外部保持チャンバが、中心孔１２１から半径方向に同心状に位置している。この例において、各チャンバは、同一の容積および間隔を有するように示してあるが、ディスク１３の他の実施形態が、異なる容積および間隔を有するチャンバを有していてもよい。

この例において、各保持チャンバは、対応するプロセスチャンバにチャネルによって接続されており、各チャネルは、チャネルを通じた流れを制御する別個の弁を含んでいる。例えば、弁１２７は、保持チャンバ１２５をプロセスチャンバ１２９から分離している。

保持チャンバ１２５の内容物を、まず装填チャンバ１２３内に装填することができ、一方で、試料のある試薬を、プロセスチャンバ１２９内に直接配置することができる。次いで、ディスク１３Ａがスピンすると、装填チャンバ１２３の内容物を、保持チャンバ１２５に押しやることができる。ある実施形態において、保持チャンバ１２５は、第２の反応のための試薬、またはプロセスチャンバ１２９内の反応を非活性化する剤を収容するために使用することができる。弁１２７は、保持チャンバ１２５とプロセスチャンバ１２９との間に位置している。

図９Ａの例において、スロット１３１は、ディスク１３Ａの外側に配置されており、レーザ弁制御システム５１によってディスク位置をマップするために使用される。一実施形態において、スロット１３１は、幅が１ｍｍ、長さが２ｍｍである。レーザ光７１（図８）は、スロット１３１の既知の半径方向配置に対応するディスク１３Ａの既知の半径長さで集束させることができる。ディスク１３Ａがスピンすると、レーザ光７１は、スロット１３１の配置にある場合を除き、ディスク１３Ａによって遮断され、このスロット１３１において、光はディスク１３Ａを通過し、センサ７３（図８）によって検出される。上述のように、制御ユニット２３は、センサ７３から受信した出力信号（例えばトリガ信号）を利用して、回転プラットフォーム２５の回転に対するディスク１３Ａの位置をマップする。レーザ弁制御システム５１は、スロット１３１の縁部を検出するが、これは、縁部のより小さな形体を利用すると、スロット１３１の配置のみを使用するのと比べて、より正確でより高分解能なディスク１３Ａの位置のマップを作成することが可能となるからである。

そのマップに基づいて、制御ユニット２３は、中心孔１２１からの弁、例えば弁１２７の既知の半径方向距離に、レーザ弁制御システム５１を再配置する。例えば、モジュールハウジング４６に取り付けられたガントリは、モジュールハウジング４６と、含められた光学モジュールとを、ディスク１３Ａの中心からの弁の既知の半径方向距離に移動させることができる。次いで、制御ユニット２３は、弁１２７がレーザ弁制御システム５１の真下で回転するように、マップを利用して回転プラットフォームおよびディスク１３の回転を制御する。所定位置に設定すると、制御ユニット２３は、大電流のエネルギーパルスを出力して弁１２７を加熱するように、レーザ弁制御システム５１に指示する。結果として、その熱によって弁１２７内に空洞が形成され（例えば弁が破壊され）、保持チャンバ１２５とプロセスチャンバ１２９とが流体連通する。他の実施形態において、レーザ光７１からの熱によって、弁１２７の形状を変化させて流体連通させてもよい。

図９Ｂは、図９Ａのディスク１３Ａと類似した、別の例示的なディスク１３Ｂの一部を示す。図９Ｂの例において、ディスク１３Ｂは中心孔１３３を有しており、この中心孔１３３は、回転プラットフォーム２５に固定されたベースプレートにディスクを取り付けるためのものである。ここでも、チャンバの各組みは、同一の容積を有するように示してあるが、ディスク１３Ｂの他の実施形態は、異なる容積および間隔を有するチャンバを有していてもよい。

ディスク１３Ｂは、ディスクの位置を追跡するのに使用する、ディスク上のスロット１４３の位置においてのみ、ディスク１３Ａと異なっている。具体的には、スロット１４３は、スロット１３１がディスク１３Ａの中心孔１２１から位置している半径距離よりもわずかに短い、ディスク１３Ｂの中心孔１３３からの半径距離に位置している。この例において、制御ユニット２３は、レーザ弁制御システム５１を半径方向に再配置する必要なしに、追跡機能と弁開放機能を実施することを可能にすることができる。例えば、制御ユニット２３は、ディスク１３Ｂのマップを作成する光７１を出力するとき、低減したまたは最小の電流を使用するように、レーザ弁制御システム５１を低出力モード下に置くことができる。低減した電流は、ディスク１２Ｂのいずれの弁を開放するにも不足のないエネルギーを生成するには不十分であるが、スロットセンサ７３による検出には十分なものである。制御ユニット２３は、引き続き、ディスク１３Ｂのマップを作成しレーザ弁制御システムを位置決めした後、レーザ弁制御システム５１を、選択した弁、例えば弁１３７を開放するのに十分なより高強度のレーザ光を生成するようにより大きな電流を利用する高出力モード下に置くことができる。

一般に、スロット１３１（または図９Ａのスロット１４３）は、ディスク１３Ｂ（または１３Ａ）の任意の位置に配置することができる。ある実施形態において、スロット１４３は、ディスク１３Ｂの最も外側の縁部に、またはその付近に配置することができる。あるいは、スロット１４３は、スロット１３１よりもさらに中心に接近して配置してもよい。さらに、スロット１４３の形状は、方形である必要はない。その形状は、任意の多角形、円形、正方形、三角形、三日月形、または任意の不規則形であってよい。さらに、ディスク１３Ｂは、ディスク位置を決定するための複数のスロット１４３を含んでいてもよく、また、その複数のスロットは、中心孔１３３からの半径方向距離、寸法または形状において、互いに異なっていてもよい。

一般に、ディスク１３内に形成されたチャンバおよびチャネルは、覆われていても覆われていなくてもよい。ある実施形態において、より多くのチャンバおよび弁が、ディスク１３上に含まれていてもよい。また、チャンバを接続するチャネルは、湾曲していても、特定のチャンバまたは交点で他のチャネルと交わっていてもよい。ディスク１３は三次元的であるので、チャンバは異なる平面内に存在してもよく、また、チャネルは変動する深さを有していてもよい。

ディスク１３は、高速でスピンするのに好適な生体適合性材料で構成してもよい。例えば、ディスク１３は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、または他の成形可能なポリマーでできていてもよい。ディスク１３は、成形、層化、エッチングまたは他の技法によって構成することができる。ディスク１３は、直径が約１２０ｍｍであってもよいが、ディスクはまた、複数の用途に対応するように複数の寸法のものであってもよい。ディスク１３の寸法は、検出装置１０に挿入した際に検出し、ディスク１３に固着されたバーコードによってバーコードリーダ２９で読み取ってもよく、また、技術者が、その用途で使用されるディスク１３のタイプを入力してもよい。ある実施形態において、ディスク１３は、滅菌が可能となるようにしてもよいが、他の実施形態では、一回使用の消耗ディスクを利用してもよい。

図１０は、多重蛍光検出装置１０の機能ブロック図である。具体的には、図１０は、装置構成要素同士の電気的接続およびその構成要素を通じた光の全体的経路を示す。図１０の例において、装置１０は、少なくとも１台のプロセッサ１２２または他の制御論理回路と、メモリ１２４と、ディスクモータ１２６と、光源３０と、励起フィルタ３４と、レンズ３８と、検出フィルタ４０と、集束レンズ４２と、検出器１８と、スロットセンサトリガ２７と、通信インタフェース１３０と、発熱体１３４と、レーザ１３６と、電源１３２とを含んでいる。図１０に示すように、レンズ３８および集束レンズ４２は、別の構成要素に電気接続される必要がない。さらに、光源３０、フィルタ３４および４０、レンズ３８ならびに集束レンズ４２は、１台の光学モジュール１６を代表するものである。図１０には示していないが、装置１０は、先に説明したように、付加的な光学モジュール１６を含んでもよい。その場合、それぞれの付加的な光学モジュールは、図１０に示すものとほぼ同様に構成された構成要素を含むことができる。

光は、図１０における複数の構成要素を通じて、特定の経路をたどる。光は、光源３０から放出されると、励起フィルタ３４に入り、離散的波長の光として去る。次いで、光は、レンズ３８を通過し、そのレンズ３８において、検出装置１０を去り、試料２２をプロセスチャンバ（不図示）内で励起する。試料２２は、異なる波長で蛍光することによって応答し、その時点で、この光は、レンズ３８に入り、検出フィルタ４０によってフィルタ処理される。フィルタ４０は、試料２２から、望ましい蛍光性の範囲外にある波長の背景光を除去する。残りの光は、集束レンズ４２を介して送られ、光ファイバ束１４の脚部に入った後、検出器１８によって検出される。検出器１８は後に、受信した光信号を増幅する。

プロセッサ１２２、メモリ１２４および通信インタフェース１３０は、制御ユニット２３の一部分となることができる。プロセッサ１２２は、蛍光情報を収集したり、流体をディスク１３に通したりするために、必要に応じてディスク１３を回転またはスピンさせるようにディスクモータ１２６を制御する。プロセッサ１２２は、スロットセンサトリガ２７から受信したディスク位置情報を使用して、回転中のディスク１３上のチャンバの配置を識別し、ディスクから受信する蛍光データの取得を同期化することができる。

プロセッサ１２２はまた、光学モジュール１６内の光源３０が、いつ電源を入れられまた切られるかを制御することができる。ある実施形態において、プロセッサ１２２は、励起フィルタ３４および検出フィルタ４０を制御する。照明される試料に応じて、プロセッサ１２２は、異なる波長の励起光が試料に達するように、または異なる波長の蛍光が集束レンズ４２に達するように、フィルタを変更することができる。ある実施形態において、一方または双方のフィルタは、特定の光学モジュール１６の光源３０に対して最適化され、プロセッサ１２２によって変更されないようにすることができる。

集束レンズ４２は、集束レンズから検出器１８への光路をもたらすファイバ束１４の１本の脚部に連結されている。プロセッサ１２２は、検出器１８の動作を制御することができる。検出器１８は、すべての光を常に検出することができるが、ある実施形態では他の収集モードを利用することができるプロセッサ１２２は、検出器１８がデータをいつ収集するかを決定することができ、また、検出器１８の他の構成パラメータをプログラム的に設定することができる。一実施形態において、検出器は、集束レンズ４２によって供給される光からの蛍光情報を捕捉する光電子増倍管である。応答の際、検出器１８は、受信した光を表す出力信号１２８（例えばアナログ出力信号）を生成する。図１０には示していないが、検出器１８は、装置１０の他の光学モジュール１６から光を同時に受信することもできる。その場合、出力信号１２８は、各種の光学モジュール１６から検出器１８によって受信される光入力の組み合わせを電気的に表すものとなる。

プロセッサ１２２はまた、装置１０からのデータ流れを制御することもできる。検出器１８からのサンプリングされた蛍光、発熱体１３４および関連するセンサからの試料の温度、ならびにディスク回転情報などのデータは、解析のためにメモリ１２４内に記憶することができる。プロセッサ１２２は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または他のデジタル論理回路のうちのいずれか１つ以上を含むことができる。さらに、プロセッサ１２２は、メモリ１２４などのコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されたファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせに対する動作環境を提供する。

メモリ１２４は、種々の情報を記憶するための１つ以上のメモリを含むことができる。例えば、１つのメモリが、特定の構成パラメータ、実行命令を含むことができ、また、１つのメモリが、収集されたデータを含むことができる。したがって、プロセッサ１２２は、装置の動作および較正を制御するために、メモリ１２４内に記憶されたデータを使用することができる。メモリ１２４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリなどのうちのいずれか１つ以上を含むことができる。

プロセッサ１２２は、さらに発熱体１３４を制御することができる。メモリ１２４内に含まれる命令に基づいて、発熱体１３４は、所望の加熱プロファイルに従って１つ以上のチャンバの温度を制御するように、選択的に駆動することができる。一般に、発熱体は、ディスク１３の１つの放射断面を、そのディスクが回転するときに加熱する。発熱体１３４は、加熱エネルギーをディスク１３の特定の領域に集中させるためのハロゲン電球および反射体を備えることができる。他の実施形態において、発熱体１３４は、１つ以上のチャンバを順次に加熱することができる。この実施形態では、チャンバが加熱される間、ディスク１３が静止していることが必要となる。任意の実施形態において、発熱体１３４は、必要に応じてきわめて迅速にオンおよびオフにすることができる。

レーザ１３６は弁の開放を制御するために使用されており、その弁の開放によって、保持チャンバの内容物をディスク１３上の別のチャンバ、例えばプロセスチャンバに流すことが可能となる。プロセッサ１２２および補助ハードウェアは、ディスク１３に含まれる特定の弁を選択的に開放するように、レーザ１３６を駆動する。プロセッサ１２２は、所望の弁に対するレーザの位置を決定するために、ディスク１３の下方にあるレーザセンサと相互作用することができる。所定位置にあるとき、プロセッサ１２２は、弁を標的とするエネルギーのバーストを生成するようにレーザ１３６に指示する信号を出力する。場合によっては、そのバーストは、約０．５秒にわたって持続することができ、一方で、他の実施形態は、持続時間のより短いまたはより長い開き時間を含むことができる。レーザエネルギーおよびパルス持続時間は、レーザ１３６との通信を通じてプロセッサ１２２によって制御することができる。

プロセッサ１２２は、通信インタフェース１３０を利用してデータ取得システム２１と通信する。通信インタフェース１３０は、データを転送するために、単一の方法または複数の方法の組み合わせを含むことができる。ある方法は、高いデータ転送速度でのハードウェア接続性のために、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートまたはＩＥＥＥ１３９４ポートを含むことができる。ある実施形態において、後処理用のデータ記憶のために、記憶装置をこれらのポートの１つに直接取り付けることができる。データは、プロセッサ１２２によって前処理し、確認に備えることができ、つまり、生データは、解析を開始する前に、完全に処理されることが必要になることがある。

また、検出装置１０との通信は、無線（ＲＦ）通信またはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）接続によって達成することもできる。さらに、接続性は、直接接続によって、または、有線もしくは無線通信をサポートできるハブもしくはルーターなどのネットワークアクセスポイントを通じて達成することができる。例えば、検出装置１０は、ターゲットのデータ取得装置２１によって受信するための特定のＲＦ周波数で、データを送信することができる。データ取得装置２１は、汎用コンピュータ、ノートブックコンピュータ、ハンドヘルド計算装置、または特定用途装置であってもよい。さらに、複数のデータ取得装置がデータを同時に受信することもできる。他の実施形態において、データ取得装置２１は、検出装置１０と共に、１つの一体化した検出および取得システムとして含めることができる。

加えて、検出装置１０は、更新されたソフトウェア、ファームウェア、および較正データを、インターネットなどのネットワークを介して遠隔装置からダウンロードすることを可能にすることができる。通信インタフェース１３０はまた、プロセッサ１２２によって、残留量報告のいかなる故障の監視も可能となるようにすることができる。動作に関する問題が発生した場合、プロセッサ１２２はエラー情報を出力して、ユーザーがその問題をトラブルシューティングするのを、動作データを提供することによって支援できることがある。例えば、プロセッサ１２２は、故障した発熱体または同期の問題をユーザーが診断するのを助けるために、情報を提供することができる。

電源１３２は、動作電力を装置１０の構成要素に供給する。電源１３２は、標準的な１１５ボルトの電気コンセントから電気を利用するか、または、蓄電池および発電回路を含んで動作電力を生成することができる。ある実施形態において、蓄電池は、長期に及ぶ動作を可能にするために、充電式とすることができる。例えば、装置１０は、被災地など、緊急時における生体試料の検出のために持ち運び可能とすることができる。充電は、１１５ボルトの電気コンセントを通じて達成することができる。他の実施形態において、従来の蓄電池を使用することができる。

図１１は、光ファイバ束の４本の光ファイバに結合された単一の検出器１８の機能ブロック図である。この実施形態において、検出器１８は光電子増倍管である。光ファイバ束１４、光ファイバ１４Ａ、光ファイバ１４Ｂ、光ファイバ１４Ｃおよび光ファイバ１４Ｄのそれぞれの脚部は、検出器１８の光入力インタフェース１３８に結合している。このようにして、光ファイバ１４のいずれかによって伝達された光は、検出器１８の単一の光入力インタフェース１３８に供給される。光入力インタフェース１３８は、取得した光を電子増倍管１４０に供給する。アノード１４２は電子を収集し、対応するアナログ信号を出力信号として生成する。

換言すれば、図示のように、光ファイバ１４は、検出器１８の入力光開口部に嵌る。結果として、検出器１８は、光束１４のそれぞれの脚部から光を同時に検出するために使用することができる。光入力インタフェース１３８は、光を電子増倍管１４０に供給する。光電子増倍管の場合、光ファイバからの光子がまず光電効果カソードに当たり、その光電効果カソードが次いで光電子を解放する。光電子は次いで、一連のダイノードに当たることによって電子なだれを生じ（cascade）、より多くの光電子がそれぞれのダイノードとの接触の際に放出される。結果として生じる一群の電子は、元々は光ファイバ１４によって伝送されたわずかな光信号を、事実上増幅した。数の増加した電子は最終的に、アノード１４２によって収集される。アノード１４２からのこの電流は、複数の光学モジュール１６によって供給された、試料からの光学的蛍光信号を表すアナログ出力信号として、電圧増幅器１４４への電流によって伝達される。

制御ユニット２３は、アナログ信号を、サンプリングされたデジタルデータの流れ、すなわちデジタル信号に変換するアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１４６を含んでいる。プロセッサ１２２は、上述のように、デジタル信号を受信し、サンプリングされたデータをデータ取得装置２１との通信のためにメモリ１２４内に記憶する。ある実施形態において、Ａ／Ｄ変換器１４６は、制御ユニット２３の代わりに、検出器１８内に含めることができる。

このようにして、単一の検出器１８を利用して、光束１４からすべての光を収集し、その光を表す信号を生成することができる。信号が増幅器１４４によって増幅され、デジタル信号に変換されると、その信号は、それぞれの個別の光学モジュール１６によって収集された光に対応するデータに、デジタル方式で分離することができる。全体的（すなわち集合的）信号は、それぞれの蛍光性を表すそれぞれの検出信号に、周波数範囲ごとに分離することができる。これらの周波数は、データ取得装置２１によってまたは装置１０内で作用されるデジタルフィルタによって分離することができる。

他の実施形態において、増幅された信号は、アナログフィルタを使用して周波数ごとに分離し、Ａ／Ｄ変換器１４６の前の別個のチャネルに送信することができる。次いで各チャネルは、別個にデジタル化され、データ取得装置に送信される。いずれの場合も、単一の検出器で、各光学モジュール１６からのすべての蛍光情報を捕捉することが可能である。次いでデータ取得装置２１は、複数の検出器を必要とすることなく、ディスク１３の各縦穴から取得された信号をリアルタイムでプロットし解析することができる。

ある実施形態において、検出器１８は、光電子増倍管でなくてもよい。一般に、検出器１８は、光学的伝達機構、すなわち光束１４の複数の脚部から光を捕捉し、かつ捕捉した光の伝達可能な表現を生成することが可能な、いかなるタイプのアナログまたはデジタル検出装置であってもよい。

図１２は、多重蛍光検出装置１０の動作を示す流れ図である。最初に、ユーザーが、データ取得装置２１上でまたはインタフェースを介して制御ユニット２３を用いて、プログラムパラメータを指定する（１４８）。例えば、これらのパラメータは、ディスク１３を回転させる速度および期間を含み、反応の温度プロファイルを規定し、ディスク１３上の配置をサンプリングすることができる。

次に、ユーザーがディスク１３を検出装置１０に載せる（１５０）。装置１０を固定すると、ユーザーがプログラムを開始し（１５２）、制御ユニット２３が、指定した速度でディスクをスピンさせ始める（１５４）。ディスクがスピンし始めた後、２つの並行プロセスが発生することがある。

まず、検出装置１０が、１つ以上の反応によって１つ以上の試料内に生成された励起光から蛍光を検出し始める（１５６）。検出器１８は、蛍光が放出されたそれぞれのサンプルおよび時刻に同期された、各サンプルからの蛍光信号を増幅する（１５８）。このプロセスにおいて、プロセッサ１２２は、捕捉したデータをメモリ１２４に保存し、また、実行の進捗を監視するために、そしてさらなる処理のために、データをデータ取得装置１０にリアルタイムで通信することができる（１６０）。あるいは、プロセッサ１２２は、プログラムが完了するまで、データを装置１０内に保存することができる。プロセッサ１２２は、引き続き試料の蛍光を検出し、プログラムが完了するまでデータを保存する（１６２）。実行が完了すると、制御ユニット２３はディスクのスピンを停止する（１６４）。

このプロセスの間、制御ユニット２３は、ディスク温度を監視し（１６６）、その時間に対する目標温度を達成するように、ディスクまたは各サンプルの温度を調整する（１６８）。制御ユニット２３は、プログラムが完了するまで、引き続き温度を監視し制御する（１７０）。実行が完了すると、制御ユニット２３は、試料の温度を目標の保管温度、通常は摂氏４度に保つ（１７２）。

装置１０の動作は、図１２の例と異なってもよい。例えば、ディスクの毎分回転数は、プログラム全体を通じて変更されてもよく、また、レーザ１３６を利用して、多重反応が可能となるようにディスク上のチャンバ間の弁を開放してもよい。これらの工程は、ユーザーが定義するプログラムに応じて、動作中にいかなる順序で生じてもよい。

図１３は、検出装置１０のレーザ弁制御システム５１の例示的な動作を示す流れ図である。例示を目的として、図１３について、図９Ａのディスク１３Ａを参照して説明することにする。

最初に、制御ユニット２３が、レーザ弁制御システム５１を、低減した電流を利用する低出力モード（「標的モード」とも呼ばれる）下に置く（１４９）。次に、制御ユニット２３は、ディスク１３Ａの回転を開始する（１５１）。ＮＩＲセンサ７３が、スロット１３１の縁部を、ディスク１３Ａが回転しているときに検出すると、トリガ信号を制御ユニット２３に出力し、それによって、制御ユニットは、ディスク１３Ａの位置決め基準点とそのディスク上の弁の配置とを、装置１０の回転プラットフォーム２５の既知の位置に正確にマップすることが可能となる（１５３）。

そのマップを使用して、制御ユニット２３は、ガントリを利用して（engages）、レーザ弁制御システム５１を中心孔１２１に対する弁１２７の既知の配置に移動させる（１５５）。制御ユニット２３は次いで、開放する第１の選択された弁１２７までディスク１３Ａを回転させる（１５７）。次に、制御ユニット２３は、レーザ弁制御システム５１を高出力モード下に置き、高エネルギーレーザ光７１のパルスを生成して弁を開放するようにシステムに指示する（１５９）。さらなる弁を開放する必要がある場合（１６１）、制御ユニット２３は、ディスク１３Ａを次の弁まで回転させ（１５７）、その弁を開く（１５９）。すべての弁が開放された場合、制御ユニット２３はディスク１３Ａをスピンさせて、例えば、保持チャンバ１２５から、開放された弁１２７を介してプロセスチャンバ１２９内へと流体を移動させる。他の実施形態において、制御ユニット２３は、弁を開放するようにレーザ弁制御システム５１に指示する一方で、ディスク１３Ａを連続的にスピンさせてもよい。

最後に、制御ユニット２３は、ガントリを利用して（engages）光学モジュールをプロセスチャンバの上のある半径方向位置に移動させ、プロセスチャンバ内の反応による蛍光の検出を開始する（１６５）。ある実施形態において、保持チャンバ１２５の内容物は、プロセスチャンバ１２９内の生成物を非活性化または安定化させるように機能することができる。この場合、検出装置１０は、新たな試料を監視する必要がないことがある。

図１４Ａは、ディスク内のスロットの例示的な図である。図１４Ａ、１４Ｂおよび１４Ｃにおいて、ディスク１３Ａは、装置１０内の例示的なディスクとして使用される。ディスク１３Ａは、スロット１３１を含んでいる。スロット１３１は、外側縁部２１０と、内側縁部２１４と、前縁部２１２と、後縁部２１６とを有している。レーザ弁制御システム５１は、各縁部を検出してディスク１３Ａの位置の正確なマップを実現する。距離Ｄは、スロット１３１の外側縁部の半径方向位置から内側縁部の半径方向位置を差し引いたものである。各縁部２１０、２１２、２１４および２１６は、ディスク１３Ａの材料と、スロット１３１として表されるディスク内の空洞との間の検出可能な境界を形成している。ある実施形態において、スロット１３１は、いかなる形状または寸法のものであってもよい。

図１４Ｂは、ディスク内のスロットの内側縁部および外側縁部を検出するための例示的な方法を示すタイミング図である。制御ユニット２３は、レーザ弁制御システム５１をディスク１３から離して移動させる。ディスク１３Ａはスピンされ、一方で、ガントリは、レーザ弁制御システムをディスク１３Ａの中心に向かって移動させる。

センサ７３は、スロット１３１によってレーザ光７１（図８）がディスク１３Ａを通過したときにのみ、レーザ光７１を検出する。センサ７３からの信号２１８は、ガントリが内向きに前進している間にスロット１３１の外側縁部２１０が検出されると、スパイク２２０で変化する。信号２１８は、スロット１３１が間欠的にレーザ光７１を通過させると、引き続き変調する。スパイク２２２は、制御ユニット２３がスロット１３１の内側縁部２１４として記録する最後の信号の変化を示す。制御ユニット２３はここで、ディスク１３の位置のマップの半径方向成分を有している。制御ユニット２３は、内側縁部の半径方向位置と外側縁部の半径方向位置との中間の半径方向位置に、レーザ弁制御システム５１を移動させる。この位置は、内側縁部２１４の半径方向位置に距離Ｄの半分を加えたものとなる。レーザ弁制御システム５１をスロット１３１のこの配置に位置決めすると、そのシステムは、スロットの縁部の角度位置に誤差を生じる、スロット１３１の角部、例えば内側縁部２１４と後縁部２１６との間の角部の丸みを伴わずに、スロット１３１の角度位置を検出することが可能となる。ある実施形態において、レーザ弁制御システム５１でスロット１３１の内側縁部および外側縁部を検出するために、ディスク１３Ａを回転させる必要がないことがある。

図１４Ｃは、レーザ弁制御システムの基準位置を決定するための例示的な方法を示すタイミング図である。レーザ光７１の存在を示す信号２２４が、制御ユニット２３に送られる。レーザ弁制御システム５１は、ディスク１３Ａ上のスロット１３１の前縁部２１２および後縁部２１６の位置を突き止める。

信号２２４は、ディスク１３Ａが静止しているときには一定である。ディスク１３Ａが低速で時計回りに回転すると、スパイク２２６によって、スロット１３１の前縁部２１２の角度位置が示される。レーザ光７１は、後縁部２１６がスパイク２２８として検出されるまで、センサ７３によって検出される。制御ユニット２３は、ディスク１３Ａを停止し、スパイク２３０によって後縁部２１６の存在がもう一度示されるまで、ディスク１３Ａを反時計回りに回転させる。制御ユニット２３は、この角度位置を基準角度位置として記憶する。レーザ弁制御システム５１はここで、図１４Ａによる半径方向位置と、図１４Ｃによる角度位置とを使用して、ディスク１３Ａ上の弁または他の構造体の位置を突き止める。他の実施形態において、レーザ弁制御システム５１は、ディスク１３Ａを効果的に位置決めするために、前縁部２１２または後縁部２１６のみを検出してもよい。

ある実施形態において、ディスク１３Ａは、反対方向に回転させることができる。他の実施形態において、図１４Ｂおよび１４Ｃによる例示的な信号は反転していてもよく、また、任意の比率で信号強度を時間と関連付けてもよい。他の実施形態において、レーザ弁制御システム５１は、まずディスク１３Ａの角度位置を検出してから、ディスク１３Ａの半径方向位置を検出してもよい。説明した位置決め方法の順序は、特定の用途、ディスクまたは技術者の好みに対応するように変更してもよい。

図１５は、レーザ弁制御システムの基準位置の例示的な測定を示す流れ図である。ディスク１３をスピンさせることによって、制御ユニット２３が始動する（２３２）。ディスク１３の外側から、ガントリがレーザ弁制御システム５１をディスク１３の中心に向かって移動させる（２３４）。レーザ弁制御システム５１が、ディスク１３内のスロット１３１の外側縁部２１０の位置を突き止め、その外側の半径方向位置を保存する（２３６）。ガントリが引き続き移動すると、レーザ弁制御システム５１は、レーザ光７１がセンサ７３によって検出されなくなったとき、スロット１３１の内側縁部２１４の位置を突き止め、その内側の半径方向位置を保存する（２３８）。制御ユニット２３は、２つの半径方向位置を記憶し、ディスク１３の回転を停止する（２４０）。

制御ユニット２３は、内側の半径方向位置と外側の半径方向位置との完全に中間の半径方向位置に、レーザ弁制御システム５１を移動させる（２４２）。制御ユニット２３は、ディスク１３を低速で回転させて、スロット１３１の前縁部２１２と後縁部２１６の双方を、レーザ弁制御システム５１を越えた所に移動させる（２４４）。後縁部２１６が検出されると、制御ユニットは、ディスク１３を反対方向に低速で回転させる（２４６）。スロット１３の後縁部２１６が再び検出されると、制御ユニット２３は、その後縁部の配置をゼロ角度位置または基準角度位置として保存する（２４８）。制御ユニット２３はここで、スロット１３１の半径方向位置および角度位置を有しており、この情報をディスク１３の基準位置として記憶する（２５０）。

場合によっては、スロットセンサトリガ２７は、レーザ弁制御システム５１と協働してディスク１３の位置を正確にマップしてもよい。例えば、スロットセンサトリガ２７が高分解能の時間的位置情報を供給し、一方で、レーザ弁制御システム５１が高分解能の空間的位置情報を供給してもよい。双方のシステムがディスク１３の同じ構造を使用するので、協調的な位置決めによって、より正確な位置決め情報を提供することができる。

図１６および１７は、多重ＰＣＲ用の装置１０で利用できる、広く使用されている蛍光染料の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す。これらの例において、染料の吸収極大は４８０ｎｍ〜６２０ｎｍで変化し、結果として生じる発光極大は５２０ｎｍ〜６７０ｎｍで変化している。図１６の各染料に対する信号は、ＦＡＭを１７４、Ｓｙｂｒを１７６、ＪＯＥを１７８、ＴＥＴを１８０、ＨＥＸを１８２、ＲＯＸを１８４、Ｔｘ Ｒｅｄを１８６、Ｃｙ５を１８８として符号を付けている。図１７の信号は、ＦＡＭが１９０、Ｓｙｂｒが１９２、ＴＥＴが１９４、ＪＯＥが１９６、ＨＥＸが１９８、ＲＯＸが２００、Ｔｘ Ｒｅｄが２０２、Ｃｙ５が２０４である。ＦＡＭ、ＨＥＸ、ＪＯＥ、ＶＩＣ、ＴＥＴ、ＲＯＸは、カリフォルニア州ノーウォーク（Norwalk）のアプレラ（Applera）社の商標である。Ｔａｍｒａは、カリフォルニア州サンノゼ（San Jose）のアナスペック（AnaSpec）社の商標である。Ｔｅｘａｓ Ｒｅｄは、モレキュラー・プローブ（Molecular Probes）社の商標である。Ｃｙ ５は、英国バッキンガムシャー州のアマシャム（Amersham）社の商標である。

一例において、９６のチャンバディスクを、標準的なＰＣＲ反応緩衝剤に希釈された異なる濃度のＦＡＭおよびＲＯＸ染料で充填した。各染料の４つの複製を、２００ｎＭ ＦＡＭおよび２０００ｎＭ ＲＯＸから開始して、２倍の希釈系列に加えた。各サンプルの体積は１０μＬであった。チャンバ８２は、５μＬの２００ｎＭ ＦＡＭと５μＬの２０００ｎＭ ＲＯＸの混合物を有していた。装置１０は、染料の検出用に２つの光学モジュール１６を有する２チャネル多重ＰＣＲ検出装置として構成した。

第１の光学モジュール（ＦＡＭ光学モジュール）は、青色のＬＥＤと、４７５ｎｍの励起フィルタと、５２０ｎｍの検出フィルタとを具備していた。第２の光学モジュール（ＲＯＸモジュール）は、５６０ｎｍの励起フィルタと６１０ｎｍの検出フィルタとを有する緑色のＬＥＤを具備していた。別の選択肢は、オレンジ色のＬＥＤおよび５８０ｎｍの励起フィルタを組み込んでＲＯＸ検出を最適化することである。

ＰＣＲ解析を実施し、試料からの蛍光信号を二又の光ファイバ束に同時伝送した。ファイバ束は、単一の検出器、具体的には光電子増倍管（ＰＭＴ）と接続した。データは、汎用コンピュータ上で実行されるＶｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃのデータ取得プログラムと連結された、ナショナルインスツルメンツ（National Instruments）社のデータ取得（ＤＡＱ）ボードによって収集した。データは、ディスクが１０４．７ｒａｄ／ｓ（毎分１０００回転）（公称）でスピンする間に取得した。ＦＡＭモジュールおよびＲＯＸモジュールを順次使用して、試料との問い合わせを行った。各スキャンは、平均５０回転からなるものであった。２つの光学モジュールからの生データを図１８Ａおよび１８Ｂに示す。

図１８Ａのグラフは、ＦＡＭモジュール内のＬＥＤに給電することによって得られたものであり、図１８Ｂのグラフは、ＲＯＸモジュール内のＬＥＤに給電することによって得られたものである。

解析の間、収集したデータが明確に示したこととして、光学モジュールが異なるチャンバにわたって常時、物理的に位置することに関連する時間オフセットが存在した。オフセット値は、特定のチャンバ、すなわちこの場合はチャンバ８２に対し、光学モジュール１と２の間の時間オフセットを決定することによって計算した。換言すれば、時間オフセットは、同じチャンバに対して、ＦＡＭモジュールによって捕捉されたデータと、ＲＯＸモジュールによって捕捉されたデータとの間の時間遅延の量を示している。

図１９は、各チャンバに対する、オフセットを差し引いた総合データを示す。ＦＡＭは、破線の棒で示され、ＲＯＸは実線の棒で示され、ＲＯＸデータはＦＡＭデータの上に置かれている。データが示すところによれば、光学モジュール１のＲＯＸ染料からの信号はなく、また、光学モジュール２のＦＡＭ染料からの信号はなかった。光学モジュール１にはより高度な背景が存在し、その背景は、最適化されたフィルタのセットを使用することによって、修正することができる。データを解析して、基準ノイズレベルに相当する信号として表される検出限界（ＬＯＤ）を決定した。基準ノイズレベルは、空のチャンバを１０回スキャンした平均値に標準偏差の３倍を加えたものとして定義される。

ＬＯＤは、ＦＡＭおよびＲＯＸ基準の濃度に対してプロットされた総合信号の線形最小二乗適合によって決定した。ＦＡＭおよびＲＯＸモジュールのＬＯＤは、図２０Ａおよび２０Ｂに示すように、計算するとそれぞれ１ｎＭおよび４ｎＭとなった。

多重蛍光検出装置の例示的実施形態を示す構成図。 例示的な検出モジュールを示す概略図であり、この検出モジュールは、図１の蛍光検出装置の複数の検出モジュールのいずれにも対応しうるものである。 装置ハウジング内の取り外し可能な光学モジュールの例示的な一組みの正面図を示す斜視図。 装置ハウジング内の取り外し可能な光学モジュールの例示的な一組みを示す斜視図。 モジュールコネクタを露出するために１つのモジュールを取り外した、取り外し可能な光学モジュールの例示的な一組みの前側面図を示す斜視図。 例示的な主取り外し可能な光学モジュール内の構成要素を示す斜視図。 例示的な補助取り外し可能な光学モジュール内の構成要素を示す斜視図。 装置ハウジング内の取り外し可能な光学モジュールの例示的な一組みの側面図を示す図であり、レーザ弁制御システムがディスクのスロットの上に位置している。 試料を検出装置内で保持するために使用することができる２つの例示的なディスクのチャンバおよび弁を示す図。 試料を検出装置内で保持するために使用することができる２つの例示的なディスクのチャンバおよび弁を示す図。 多重蛍光検出装置の例示的実施形態をより詳細に示す構成図。 光ファイバ束の４本の光ファイバに結合された単一の検出器の機能ブロック図。 多重蛍光検出装置の例示的動作を示す流れ図。 検出装置に対するレーザ弁制御システムの例示的な動作を示す流れ図。 ディスク内のスロットの内側縁部および外側縁部を検出するための例示的な方法を示すタイミング図。 ディスク内のスロットの例示的な図。 レーザ弁制御システムの基準位置を決定するための例示的な方法を示すタイミング図。 レーザ弁制御システムの基準位置の例示的な測定を示す流れ図。 多重ＰＣＲ用に利用できる、広く使用されている蛍光染料の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 多重ＰＣＲ用に利用できる、広く使用されている蛍光染料の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 ＰＣＲ解析の間に単一の検出器で２つの例示的な光学モジュールから取得された生データを示す図。 ＰＣＲ解析の間に単一の検出器で２つの例示的な光学モジュールから取得された生データを示す図。 時間オフセットに対して調整した後のデータを示すグラフである。 ２つの例示的な検出モジュールから受信するデータに対する検出限界（ＬＯＤ）を示す図。 ２つの例示的な検出モジュールから受信するデータに対する検出限界（ＬＯＤ）を示す図。

Claims (3)

1. 弁によってプロセスチャンバから分離された保持チャンバを有するディスクを回転させるためのモータと、
   前記ディスクの位置を決定するために第１のエネルギーレベルで、かつ、前記弁を開放して前記保持チャンバから前記プロセスチャンバに流体を流れさせるために第２のエネルギーレベルで、電磁エネルギーを出力するエネルギー源であって、該第１のエネルギーレベルが該第２のエネルギーレベルと異なる、エネルギー源と、
   を備える検出装置。
2. データ取得装置と、前記データ取得装置に結合された検出装置と、を備える検出システムであって、前記検出装置は、
   弁によってプロセスチャンバから分離された保持チャンバを有するディスクを回転させるためのモータと、
   前記ディスクの位置を決定するために第１のエネルギーレベルで、かつ、前記弁を開放して前記保持チャンバから前記プロセスチャンバに流体を流れさせるために第２のエネルギーレベルで、電磁エネルギーを出力するエネルギー源であって、該第１のエネルギーレベルが該第２のエネルギーレベルと異なる、エネルギー源と、
   を含む、検出システム。
3. 弁によってプロセスチャンバから分離された保持チャンバを有するディスクを回転させるステップと、
   前記ディスクの位置を決定するために、第１のエネルギーレベルで電磁エネルギーを放出するステップと、
   前記弁を開放して前記保持チャンバから前記プロセスチャンバに流体を流れさせるために、第２のエネルギーレベルで電磁エネルギーを放出するステップであって、該第１のエネルギーレベルが該第２のエネルギーレベルと異なる、ステップと、
   を含む方法。

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