JP7076461B2 - サンプル分離のための光学システムおよび方法 - Google Patents

Description

背景
本発明は、一般に、サンプル分離システム、機器、デバイス、および方法に関し、より具体的には、サンプル分離アッセイ、プロセス、試験、または実験を実施するために、複数のサンプル毛細管を利用する光学サンプル分離システム、機器、デバイス、および方法に関する。

毛細管電気泳動デバイスなどのサンプル分離デバイスは、一般に、例えば毛細管チャネルまたはチャネルのアレイ、毛細管を通じて流れる可能性のある媒体（例えば、ポリマー溶液）を提供するための分離媒体源、サンプル注入機構、光検出器システムまたは構成要素、電場を生成するための電極、毛細管の一方の端のアノード緩衝源、および毛細管のもう一方の端のカソード緩衝源を含む、特定の主要構成要素を提供する。毛細管電気泳動デバイスはまた、一般に、前述の構成要素の多くの温度を調整するために様々な加熱構成要素およびゾーンも提供する。これらの構成要素の多くの温度を調整することは、結果の品質を改善させることができる。

現在の毛細管電気泳動デバイスは、複数の構造体を使用して、これらの様々な構成要素を収容し、これらの構造体を一緒に接続または結合して、機能する毛細管電気泳動デバイスまたはシステムを提供する。複数の構造体を使用することには欠点がある。したがって、例えば、必要な加熱ゾーンの数を低減し、構造体のユーザの取り扱いを低減し、構成要素の故障の可能性を低減し、気泡およびその他のアーチファクトの装置への導入を低減するために、相互接続された構造体の数が少ない毛細管電気泳動装置を提供することが望ましい。

本発明の実施形態は、一般に、サンプル分離アッセイ、プロセス、試験、または実験を実施するためのシステム、機器、デバイス、および方法を対象とする。本発明の一態様は、サンプル分離システムまたは機器の様々な構成要素を、サンプル分離アッセイ、プロセス、試験、または実験を事前に実施するためのセットアップを簡素化する方法でシステムまたは機器に有利に装填され得る、共通のカートリッジ、カセット、またはケースに組み込むことを含む。本発明の別の態様は、サンプル分離システムまたは機器への装填時に、有利に簡単で、正確で、かつ安定した様式で光学システムおよび／または検出器に整合され得る、光学セクションを有するサンプル分離カートリッジ、カセット、またはケースを含む。本発明のさらに別の態様では、光学ノイズ、例えば、サンプル分離アッセイ、プロセス、試験、または実験の間、またはそれらの準備の間に使用される１つ以上の毛細管に含まれるサンプル溶液内の水分子によるラマン散乱により生じる光学ノイズを有利に低減する、照射光学構成を備えるサンプル分離システムまたは機器が含まれる。

毛細管電気泳動または同様のアッセイ、プロセス、試験、または実験を実施するためのシステムまたは機器１０００を示す。 ビーム調整器１１５およびビーム分割器１１８が、ソースビーム１５５を生成または提供するように構成されてもよく、各ソースビーム１５５が、楕円形の断面または形状を含むことを示す。 アレイ内の毛細管１０１の直径およびピッチを示す。 コンピュータまたは処理システム１６０は、コンピュータプログラム製品１６１に含まれる命令コードを実行するように構成され得ることを示す。 毛細管電気泳動（ＣＥ）機器などのサンプル分離システムまたは機器５０００が、生体分子を分離するように、例えば、異なる分子の長さに応じて、サンプルのヌクレオチド分子またはサンプルのアミノ酸分子を分離するように構成されていることを示す。 、毛細管電気泳動（ＣＥ）機器などのシステムまたは機器６０００が、生体分子を分離するように、例えば、異なる分子の長さに応じて、サンプルのヌクレオチド分子またはサンプルのアミノ酸分子を分離するように構成されていることを示す。 毛細管１０１および毛細管マウント６０２が、支持構造体６０５およびベース６１０をさらに含み得る、カートリッジまたはカセット６１５の一部であり得ることを示す。 各毛細管１０１が、コア材料で作製された毛細管コア８０１と、毛細管コア８０１を囲む外側コーティングまたは層８０２と、を備えることを示す。 システム６０００が、毛細管マウント６０２および／または支持構造体６０５と係合、インターフェース、または嵌合するように構成されている、光学インターフェース、カバー、または鼻６５０をさらに備えることを示す。 システム６０００が、毛細管マウント６０２および／または支持構造体６０５と係合、インターフェース、または嵌合するように構成されている、光学インターフェース、カバー、または鼻６５０をさらに備えることを示す。

以下の説明は、本発明の実施形態を提供するものであり、一般に、生体サンプルを準備、観察、試験、および／または分析するためのシステム、機器、デバイス、および方法に関する。そのような説明は、本発明の範囲を限定するものではなく、単に実施形態の説明を提供するものである。

本文書に記載されている様々な実施形態に関連する例示的な方法およびシステムは、以下の出願に記載されているものを含む。
●２０１４年３月７日に出願された米国特許出願第１５／１２４，０１３号。
●２０１４年３月７日に出願された米国特許出願第１５／１２４，１２９号。
●２０１４年３月７日に出願された米国特許出願第１５／１２４，１６８号。
●２０１７年１月１９日に出願された米国意匠特許出願第２９／５９１，４４５号。
●２０１７年１月２４日に出願された米国意匠特許出願第２９／５９１，８６５号。
●２０１７年１月２４日に出願された米国意匠特許出願第２９／５９１，８６７号。
●２０１７年２月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／４６０，７００号。
●２０１７年２月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／４６３，４６７号。
●２０１７年２月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／４６３，５５１号。
●２０１７年２月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／４６３，５２８号。

本発明の実施形態は、毛細管電気泳動、チップベースの電気泳動、ラボオンチップマイクロフルイディクス、ゲル電気泳動、電気浸透、クロマトグラフィー、フローサイトメトリーなどを含むがこれらに限定されない、様々なサンプル分離システムおよび方法を含み得る。本発明の例示的な実施形態は、毛細管電気泳動システムまたは機器について提示され、チップベースの電気泳動などといった他の分離システムに適用可能な本発明の様々な態様を実証する。

本明細書で使用される場合、「放射」または「電磁放射」という用語は、可視光のうちの１つ以上を含み得る特定の電磁プロセスによって放出される放射エネルギー（例えば、４００ナノメートル～７００ナノメートルもしくは３８０ナノメートル～８００ナノメートルの１つ以上の波長によって特徴付けられる放射エネルギー）、または目に見えない電磁放射（例えば、赤外線、近赤外線、紫外線（ＵＶ）、Ｘ線、もしくはガンマ線放射など）を意味する。

本明細書で使用される場合、「放射源」という用語は、少なくとも１つのサンプル混合物または溶液内に含まれる１つ以上の標的サンプル分子または化合物の存在および／または量を決定するための検出可能な信号を生成するために、少なくとも１つのサンプル混合物または溶液に向けられ得る電磁放射源を意味する。放射源は、単一の光源、例えば、白熱灯、ガス放電ランプ（例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、アルゴンランプ、クリプトンランプなど）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、レーザ（例えば、化学レーザ、エキシマーレーザ、半導体レーザ、固体レーザ、ヘリウムネオンレーザ、アルゴンレーザ、色素レーザ、ダイオードレーザ、ダイオードポンプレーザ、ファイバレーザ、パルスレーザ、連続レーザ）などを備え得る。代替的に、放射源は、複数の個別の源（例えば、複数のＬＥＤまたはレーザ）を備えてもよい。放射源はまた、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、またはバンドパスフィルタなどの１つ以上の励起フィルタを含んでもよい。例えば、励起フィルタは、色付きフィルタおよび／または二色性フィルタを備える。放射源は連続的でもパルス状でもよく、単一のビーム、または空間的および／もしくは時間的に分離された複数のビームのいずれかを含んでもよい。放射源は、主に可視光範囲、近赤外線範囲、赤外線範囲、紫外線範囲、または電磁スペクトル内の他の範囲内にある電磁放射によって特徴付けられてもよい（例えば、４００ナノメートル～７００ナノメートルの範囲、または３８０ナノメートル～８００ナノメートルの範囲の波長内の電磁放射を放出する「光源」）。

図１を参照すると、本発明の特定の実施形態は、毛細管電気泳動または同様のアッセイ、プロセス、試験、または実験を実施するためのシステムまたは機器１０００を備える。システム１０００は、毛細管ハウジング、ホルダ、またはマウント１０２の上または中に配置された、１つ以上の毛細管、チューブ、またはチャネル１０１（図１には４つが示されている）を備える。各毛細管は、電磁放射を毛細管に出入りさせるように構成された検出部を備えてもよい。図示の実施形態では、毛細管アレイ１０５は４つの毛細管１０１を備える。しかしながら、例えば、より高いスループットまたはより短いアッセイ実行を提供するために、毛細管アレイ１０５は、４つより多い毛細管を含んでもよい。機器１０００の構成は、１、２、４、８、１０、１２、１６、２４、３２、４８、６５、９６、１２８、２５６、３８４、または３８４を超える毛細管１０１を含み得る。

システム１０００は、放射源１１２、ビーム整形器もしくは調整器１１５、ビーム分割器１１８、および／またはビームスプリッタもしくはミラー１２０のいずれか、またはすべてを備える照射または励起光学システム１１１を備える、光学システム１１０をさらに備える。放射源１１２は、システム１０００の光学検出アクセスもしくは光学検出ゾーン１２１、および／または電磁放射（例えば、光、近赤外線、または紫外線）が、標的、較正、もしくは関心のある他の分子を検出もしくは測定するために、１つ以上の毛細管１０１の検出部分に出入りすることができる毛細管１０１を照射するように構成されている。光学システム１１０は、レンズ１２２および放出光学システム１２５をさらに備えてもよい。放出光学システム１２５は、レンズ１２２、レンズ１３０、放出フィルタ１３５、および検出システム１３６を備えてもよい。放射源１１２は、本明細書で上述した放射源のタイプのうちの１つ以上を備えることができる。特定の実施形態では、放射源１１２は、５０５ナノメートルの波長を有するダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザを含む。

検出システム１３６は、毛細管１０１の光学検出ゾーン１２１からの放射を受容するように、例えば、標的または関心のある他の分子に付着した蛍光色素、プローブ、またはマーカーによって生成される蛍光放射を受容するように構成される検出器１３８を備える。検出器１３８は、フォトダイオード、光電子増倍管、ボロメータ、極低温検出器、量子ドット、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体検出器、ＨｇＣｄＴｅ検出器などを含むがこれらに限定されない、１つ以上の個別の光検出器を備える光検出器であり得る。追加的または代替的に、検出器１３８は、センサまたはピクセルのアレイを含むアレイセンサを備える、光検出器であってもよい。アレイセンサは、相補型金属酸化物半導体センサ（ＣＭＯＳ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、複数のフォトダイオード検出器、複数の光電子増倍管などのうちの１つ以上を備えてもよい。特定の実施形態では、検出器１３８は、２つ以上のアレイセンサを備える。

放出光学システム１２５などの光学システムを使用して、各毛細管１０１からの放出を収集することができる。図１に示す実施形態では、レンズ１２２は、１つ以上の毛細管１０１の各々からの放出光を収集するように構成されているダブレットレンズであり、レンズ１３０は、１つ以上の毛細管１０１の各々からの放射を、放出光学システム１２５の画像平面内のスポットまたは焦点に再結像するように構成されているダブレットレンズである。しかしながら、当技術分野で知られている他の光学構成を、これらの目的のために使用してもよい。

１つ以上の毛細管１０１の各々で異なる波長の複数の放射が生成される用途の場合、検出システム１３６は、異なる蛍光信号に含まれるスペクトル成分を、検出器１３８の異なる部分（例えば、ピクセルの異なるグループ）に拡散する、１つ以上のスペクトル分散要素１３９をさらに備え得る。図１に示す実施形態では、４つのスペクトル分散要素１３９は、分光計１４０に組み込まれている（図１では２つのスペクトル分散要素１３９が見えており、さらに２つのスペクトル分散要素１３９が、その図１に見える２つの背後に配置されている）。分光計１４０は、検出器１３８をさらに備えてもよい。検出システム１３６は、ハウジングまたはエンクロージャ１４１内に配置されてもよい。

分光計１４０は、１つ以上のファイバまたは光ファイバ１４５を介して、毛細管１０１および／または放出光学システム１２５に光学的に結合されてもよい。図示の実施形態では、光ファイバ１４５ａの第１の対または束は、毛細管アレイ１０５の第１および第２の毛細管１０１から放出光を受容するように構成されており、光ファイバの第２の対または束１４５ｂは、毛細管アレイ１０５の第３および第４の毛細管１０１から放出光を受容するように構成されている。追加的または代替的に、光ファイバ１４５は、単一のファイバ束に一緒にグループ化されてもよく、または各ファイバ１４５は、残りの光ファイバ１４５から分離されてもよい。分光計１４０は、１つ以上のスペクトル分散要素１３９および検出器１３８をさらに備えてもよく、ここにおいて、各スペクトル分散要素１３９は、毛細管１０１の異なるものからの放出光を、検出器１３８の異なる領域に方向付けるように構成されている。スペクトル分散要素１３９は、１つ以上のプリズム、回折光学要素、ホログラフィック光学要素などを備えてもよい。スペクトル分散素子１３９は、反射または透過光学素子を備えてもよい。光ファイバ１４５の使用は、本明細書で後述するように、多蛍光波長用途のために検出器１３８の整合および較正を有利に単純化することが発見された。

特定の実施形態では、光学システム１１０、１つ以上の毛細管１０１、および毛細管マウント１０２は、共通のハウジングまたはエンクロージャ１５０の内側に配置され、分光計１４０は、ハウジング１４１内でハウジング１５０の外側に配置される。代替的に、分光計１４０および／もしくはハウジング１４１は、ハウジング１５０内に配置されるか、またはハウジング１５０に直接取り付けられてもよい。ハウジング１４１は、毛細管１０１から分光計１４０への放射または光の伝達を可能にする、開口部またはポートを含むことができる。分光計１４０は、図１に示されるように別個のハウジングに収容されるか、または光学システムと同様の機器ハウジング内に含まれてもよい。図１に示される実施形態とは対照的に、１つ以上の毛細管１０１および／または関連するハードウェアのいくつかは、ハウジング１５０の外側に配置されてもよく、その場合、システム１０００とのインターフェースは、ハウジング１５０の開口部またはポートを介して提供され得る。

特定の実施形態では、光ファイバ１４５は、分光計１４０の一部である。代替的に、光ファイバ１４５は、分光計１４０から分離されていてもよく、光ファイバ１４５は、光カプラ（図示せず）を使用して、分光計１４０に取り付けられている。図示された実施形態では、スペクトル分散要素１３９は、光ファイバ１４５から受容した入射放出を検出器１３８に分散および集束するように有利に構成されている。

使用中、毛細管１０１は、電界または電流を支持するように構成されている、ポリマーまたは同様の溶液を含んでもよい。ポリマーまたは同様の溶液は、１つ以上の蛍光色素、プローブ、マーカーなどを含み得る１つ以上のサンプルの伝達または移動を可能にするように構成されている。蛍光色素、プローブ、マーカーなどは、使用中に、光学検出ゾーン１２１内の所定の時間に存在する１つ以上の標的分子または分子の配列の存在または量と相関し得る、蛍光信号を生成するように選択され得る。毛細管１０１のいずれかまたはすべての中で生成される蛍光信号（複数可）、光、または放射は、分光計１４０によって受容されるように、レンズ１２２およびミラーを通って戻るように方向付けられてもよい。

再び図１を参照すると、特定の実施形態では、システム１０００は調整器１１５を備えてもよく、放射源１１２からの放射は調整器１１５を通過する。調整器１１５は、例えば、異なる色もしくは波長の放射源を混合し、および／または出力ビームのより均一な照射断面を提供するように構成されている、ホモジナイザーを備えてもよい。追加的または代替的に、システム１０００は分割器１１８を備えてもよい。追加的または代替的に、放射源１１２から放出された放射は、ビーム分割器１１８を通過して、複数の励起、サンプル、照射、またはソースビーム１５５を提供することができ、各ソースビーム１５５は、１つ以上のビーム径、断面形状（例えば、正方形、円形、または楕円形）、所定の強度、またはパワープロファイル（例えば、一定、シルクハット、ガウスなど）のうちの１つ以上によって特徴付けられる。

図２に示すように、ビーム調整器１１５およびビーム分割器１１８は、ソースビーム１５５を生成または提供するように構成されてもよく、各ソースビーム１５５は、楕円形の断面または形状を含む。ビーム調整器１１５は、例えば、楕円断面を有するビームを生成するように構成されている１つ以上の円柱状のレンズを備えるアナモルフィックビーム整形器を備えてもよく、ここにおいて、ビーム断面は、他の垂直軸よりも一方の軸が広い。代替的に、ビーム調整器１１５は、例えば、ビームの断面にわたる強度またはパワーが、均一またはほぼ均一である、線焦点および／または楕円ビーム断面を提供するように構成されているパウエルレンズを備えてもよい。加えて、ビーム調整器１１５は、ビームのいずれの直径も、ビーム調整器１１５に入るビームの直径よりも大きくまたは小さくなるように構成されてもよい。図示の実施形態では、ビーム調整器１１５を出るビームは、平行化される。ソースビーム１５５の各々の楕円断面は、長軸または寸法が、関連付けられた毛細管１０１の軸に対して垂直、またはほぼ垂直に配向されるように配向され得る。各ソースビーム１５５のこの配向およびその焦点は、毛細管アレイ１０５のビームに対する整合の感度を有利に低減させることが見出されている。図２に示されている図示された実施形態では、ビーム焦点の長径は、個々の毛細管１０１の内径よりも小さい。代替的に、図３に示すように、集束ソースビーム１５５の長径は、個々の毛細管１０１の内径よりも大きくてもよい。図３はまた、特定の実施形態について、アレイ内の毛細管１０１の直径およびピッチを示す。図３に見られるように、各毛細管１０１の内径は、５０マイクロメートルであり、集束ビームは、約１００マイクロメートルの直径を有する。

再び図１を参照すると、調整器１１５からの励起ビームは、ビーム分割器１１８に入り、単一の入力ビームからビーム分割器１１８への複数の同一または類似のソースビーム１５５を生成するように構成され得る。一例として、ビーム分割器１１８は、図１～図３に見られるように、４つの毛細管１０１の各々を照射するための４つの楕円ビームを生成または提供するように構成されている、１つ以上の回折光学素子、ホログラフィック光学素子などを備え得る。４つのソースビーム１５５は、同じまたは類似の断面を有し、各ビームは、システムの光軸または光伝搬の一般的な方向に対して異なる角度で発散する。代替的に、ビーム分割器１１８は、互いに対して平行であるか、または互いに相対的に収束する、複数のビームを生成するように構成されてもよい。図示の実施形態では、ビーム分割器１１８からのビームは平行化される。しかしながら、ビームのいくつかまたはすべては、ビーム分割器１１８を出るときに、代替的に収束または発散する可能性がある。ビーム分割器１１８から発生するソースビーム１５５は、レンズ１２２に入射するときに各々平行化されるが、互いに発散する場合がある。そのような実施形態では、レンズ１２２は、図１の拡大図に示すように、ソースビーム１５５の各々を、それぞれの毛細管１０１に、またはその近くの位置に集束させるように構成され得る。さらに、レンズ１２２およびビーム分割器１１８からのソースビーム１５５は、個々のビーム１５５が各々互いに平行化されるように構成されてもよい（例えば、図１の４つのビームはすべて、レンズ１２２を出た後に、互いに対して平行に移動してもよい）。

図１のビーム分割器１１８からのソースビーム１５５は、ミラー１２０によって反射され、毛細管１０１に方向付けられ得る。例えば、パッケージングの制約を満たすために、４つのビームを毛細管１０１に方向付けるために、必要に応じて追加のミラーおよび／または回折要素を含めることができる。ビーム分割器１１８からのビームは、ミラーで反射した後、レンズ１２２で受容されるまで発散を続ける。ミラー１２０は、所定の波長での光または所定の波長範囲にわたる光を反射し、一方で、所定の波長または波長範囲外の光または他の電磁放射を伝送するように構成され得る、ダイクロイックミラーなどであり得る。いくつかの実施形態では、例えば、放射源が１つより多い別個の波長または波長範囲を含む場合、ミラー１２０は、１つより多い所定の波長または波長範囲を有するダイクロイックミラーを備える。図示された実施形態では、ビーム分割器１１８からのソースビーム１５５は、ミラー１２０によって反射され、一方で、光学検出ゾーン１２１から放出された放射は、ミラー１２０によって伝送されるか、またはその大部分が伝送される。代替的に、毛細管１０１の位置をビーム分割器１１８の光軸に沿って配置してもよく、ミラー１２０は、光学検出ゾーン１２１からの放出を反射しながら、励起ビームを伝送するか、またはその大部分を伝送するように構成され得る。

放出フィルタ１３５は、レンズ１２２とレンズ１３０との間に配置されてもよく、放射源からの光を遮断または減衰するように構成され、それにより、分光計１４０が受容する放射源からの光をほぼ除去または低減することができる。特定の実施形態では、レンズ１２２、１３０の焦点距離は、１つとは異なる毛細管１０１の拡大、または毛細管１０１からの放出放射の拡大を生成する（例えば、拡大または縮小画像を生成する）ように選択される。例えば、レンズ１２２は、レンズ１３０のＮＡの２倍である開口数（ＮＡ）を有するように選択されてもよく、その結果、システム倍率は２になる。特定の実施形態では、レンズ１２２、１３０は０．４のＮＡを有し、レンズ１３０は０．２のＮＡを有する。いくつかの実施形態では、レンズ１２２、１３０の焦点距離またはＮＡは、（１）所定のサイズまたは直径を有する毛細管アレイ１０５またはその近くに焦点スポットまたは焦点を提供し、（２）分光計１４０のＮＡおよび／または光を分光計１４０に伝達するために使用される光ファイバシステムのＮＡに一致する、ＮＡを同時に提供するように選択されてもよい。

ソースビーム１５５は、毛細管１０１の各々の光学検出ゾーン１２１内のサンプルを照射して、それぞれの放出、例えば、標的分子または関心のある分子に付着した蛍光色素、プローブ、またはマーカーによって生成される蛍光放出を生成するように構成されている。放出は、標的分子または関心のある分子の存在または量を示すように構成されてもよい。放出は、レンズ１２２、１３０または他の何らかの好適な放出光学システムを使用して、平面に焦点を合わせられるか、または再画像化され得る。放出フィルタ１３５は、放射源１１２によって生成される励起光などの不要な放射を除去するように構成されてもよい。代替的に、図１に示されるように、毛細管１０１からの放出光は、光ファイバ１４５の入力端または受容端に焦点を合わせられるか、または再画像化され、その後、光ファイバ１４５によって分光計１４０に伝搬され得る。各ファイバ１４５は、毛細管１０１の対応するものと関連付けられ得る（例えば、そこから放射線を受容する）。次に、光ファイバ１４５を使用して、毛細管１０１からの放射は、分光計１４０に伝達され、そこで波長によって検出器１３８に分散される。図示された実施形態では、光ファイバ１４５ａからの放出放射は、分光計１４０の一方の側に入り、光ファイバ１４５ｂからの放射は、分光計１４０の他方の側に入る。このようにして、ファイバ１４０（または毛細管１０１）の各々からのスペクトルは、検出器１３８の異なる部分に方向付けられる。この構成により、複数の毛細管１０１の各々からのスペクトルを、単一または低減された数のアレイ検出器１３８で同時に生成および検出できることが有利であることがわかった。検出器１３８は、毛細管１０１に含まれるサンプルから放射を受容し、さらに処理され得る放射信号を生成するように構成され得る。例えば、分光計１４０は、異なる蛍光色素、プローブ、またはマーカーによって形成された信号、例えば、異なるＤＮＡまたはＲＮＡ塩基（例えば、アデニン、チミン（またはウラシル）、シトシン、およびグアニン）に対応する色素またはプローブ、マーカーによって形成された信号を分離するように構成されてもよい。

システム１０００は、データ処理システムを含むコンピュータまたは処理システム１６０、処理システム１６０をプログラムするように構成されたコンピュータプログラム製品１６１、およびディスプレイまたは他の出力デバイス１６２をさらに備えてもよい。処理システム１６０を使用して、システム１０００からのデータを制御または取得することができ、例えば、１つ以上の電気パラメータ（例えば、放射源電力、検出器供給電力、カソード／アノード電圧、または各毛細管１０１または毛細管１０１のグループのうちの１つ以上を通る電流）を監視および／もしくは制御し、または温度もしくは圧力（例えば、システムまたは毛細管１０１の温度、毛細管１０１をポリマー溶液で充填するためのポンプまたはシリンジの圧力など）などの様々な実行もしくはプロセスパラメータを測定もしくは制御することができる。処理システム１６０は、検出システム１３６に結合されて、例えば、読み取り検出蛍光信号を提供することができる。特定の実施形態では、検出システム１３６は、検出システム１３６によって走査された様々な波長で受容された放出の強度に対応する信号を、処理システム１６０に渡す。コンピュータプログラム製品１６１は、例えば、米国仮特許出願６２／４６０，７００に開示されているように、機器１０００の実行中に、機器１０００を較正するか、またはスペクトル誤差を補正するために使用され得る、検出システム１３６から受信したスペクトルデータを処理するように処理システム１６０を構成するために使用され得る。ディスプレイまたは他の出力デバイス１６２は、処理システム１６０に結合され得、例えば、米国仮特許出願第６２／４６３，５５１号に開示されているように、実行パラメータ値、スペクトルデータ、実行条件データ、実行品質データ、警告フラグなどといったアッセイ、プロセス、試験、または実験に関連するデータを表示または報告するために使用され得る。

図４を参照すると、コンピュータまたは処理システム１６０は、コンピュータプログラム製品１６１に含まれる命令コードを実行するように構成され得る。コンピュータプログラム製品１６１は、コンピュータまたは処理システム１６０などの１つ以上のコンピュータに、本明細書で説明する実施形態によって実行される例示的な方法ステップを達成する処理を実行するように指示する、電子的に読み取り可能な媒体に実行可能コードを備えることができる。電子的に読み取り可能な媒体は、情報を電子的に保存する任意の非一時的な媒体であってもよく、例えば、ネットワーク接続を介して、ローカルまたはリモートでアクセスされてもよい。代替実施形態では、媒体は一時的であってもよい。媒体は、実行可能コードの異なる部分を、異なる位置におよび／または異なる時間で記憶するように各々構成されている、複数の地理的に分散した媒体を含んでもよい。電子的に読み取り可能な媒体内の実行可能な命令コードは、示されたコンピュータまたは処理システム１６０に、本明細書で説明されている様々な例示的なタスクを実行するように指示する。本明細書で説明するタスクの実行を指示するための実行可能コードは、通常、ソフトウェアまたはファームウェアで実現される。しかしながら、コンピュータまたは他の電子デバイスは、本発明から逸脱することなく、識別されたタスクの多くまたはすべてを実行するために、ハードウェアで実現されるコードを利用できることを当業者は理解するであろう。当業者は、本発明の趣旨および範囲内で例示的な方法を実施する実行可能コードに関する多くの変形形態が見出され得ることを理解するであろう。

コンピュータプログラム製品１６１に含まれるコードまたはコードのコピーは、プロセッサ４２０による実行のために永続ストレージデバイス４７０および／またはメモリ４１０にロードおよび記憶するために、コンピュータまたは処理システム１６０に通信可能に結合される１つ以上のストレージ永続メディア（別個に図示せず）に常駐していてもよい。コンピュータまたは処理システム１６０はまた、Ｉ／Ｏサブシステム４３０および周辺デバイス４４０（例えば、ディスプレイまたは出力デバイス１６２）を含む。Ｉ／Ｏサブシステム４３０、周辺デバイス４４０、プロセッサ４２０、メモリ４１０、および永続ストレージデバイス４７０は、共通バス４５０を介して結合されてもよい。永続ストレージデバイス４７０およびコンピュータプログラム製品１６１を含み得る他の永続ストレージデバイスのように、メモリ４１０は、（典型的な揮発性コンピュータメモリデバイスとして実装される場合でも）非一時的な媒体であってもよい。さらに、本明細書で説明する処理を実行するためのコンピュータプログラム製品１６１を格納することに加えて、メモリ４１０および／または永続ストレージデバイス４７０は、本明細書で開示または参照および例示される様々なデータ要素を格納するように構成され得ることを当業者は理解するであろう。

当業者は、コンピュータまたは処理システム１６０が、本発明の実施形態によるコンピュータプログラム製品を実施することができるシステムの一例を示すだけであることを理解するであろう。代替実施形態の一例を挙げると、本発明の実施形態によるコンピュータプログラム製品に含まれる命令の実行は、例えば、分散コンピューティングネットワークのコンピュータなどの複数のコンピュータにわたって分散されてもよい。

図５を参照すると、特定の実施形態では、毛細管電気泳動（ＣＥ）機器などのサンプル分離システムまたは機器５０００は、生体分子を分離するように、例えば、異なる分子の長さに応じて、サンプルのヌクレオチド分子またはサンプルのアミノ酸分子を分離するように構成されている。可能な場合、システム５０００の実施形態、ならびにシステム５０００と関連付けられた方法、要素、および／またはパラメータ値は、システム１０００の実施形態、ならびにシステム１０００と関連付けられた方法、要素、および／またはパラメータ値に組み込むことができる。逆に言えば、可能な場合、システム１０００の実施形態、ならびにシステム１０００と関連付けられた方法、要素、および／またはパラメータ値は、システム５０００の実施形態、ならびにシステム５０００と関連付けられた方法、要素、および／またはパラメータ値に組み込むことができる。

システム５０００は、１つ以上の毛細管１０１、電子または電圧供給部５０２、１つ以上のカソード５０３、１つ以上のアノード５０４、サンプルソース容器５０５、サンプル宛先容器５０６、放射源１１２、検出システム１３６、ならびにコンピュータプログラム製品１６１およびディスプレイまたは出力デバイス１６２によって構成されているデータ処理システムを含む、処理システム１６０を備える。機器５０００は、複数の毛細管１０１（例えば、図１に示されるような４つの毛細管１０１）を含み得る。しかしながら、簡単にするために、図５には１つの毛細管１０１のみが示されている。機器５０００の構成は、１、２、４、８、１０、１２、１６、２４、３２、４８、６５、９６、１２８、２５６、３８４、または３８４を超える毛細管を含み得る。サンプルの分離は、ラボオンチップ上などの、ゲル電気泳動およびマイクロフルイディクスを使用する他の手段でも実行することができる。

システム５０００は、毛細管電気泳動もしくはその他のサンプル分離アッセイ、実験、またはプロセスを実行するために使用され得る。様々なサンプルまたはサンプル分子５１５ａを含むサンプル混合物または溶液５１５は、最初にサンプルソース容器５０５内で調製または送達される。続いて、サンプル混合物５１５の少なくとも一部分を、例えば、ポンプまたはシリンジを使用して、または毛細管１０１に電荷または電場を印加することによって、毛細管１０１のカソード５０３端にロードする。毛細管１０１のアノード端部にロードすると、電圧供給部５０２は、カソード５０３とアノード５０４との間に電圧差を生じさせる。電圧差により、負の電荷をもつ色素標識サンプル５１５ａが、サンプルソース容器５０５からサンプル宛先容器５０６に移動する。アッセイ、プロセス、試験、または実験中に、様々なサンプル（例えば、ヌクレオチドまたはアミノ酸分子）が、光学検出ゾーン５１６を通過し、放射源１１２によって照射されて、それぞれの放出、例えば、標的分子または関心のある分子に取り付けられた蛍光色素、プローブ、またはマーカー蛍光色素によって生成される蛍光放出が生成される。放出は、標的分子または関心のある分子の存在または量を示すように構成されてもよい。より長いおよび／またはより少ない電荷の色素標識サンプル５１５ａは、より短いおよび／またはより高い電荷の色素標識サンプルよりも遅い速度で毛細管１０１を移動し、それにより、様々な長さおよび電荷のサンプル間にいくらかの分離が生じる。サンプル５１５ａの各々が放射源１１２によって生成された励起ビームを通過すると、サンプル５１５ａの先頭要素（先頭要素は、例えば、ヌクレオチドであり得る）上の色素は、検出システム１３６によって検出される蛍光を示す。検出システム１３６は、検出された蛍光に応答して、処理システム１６０に信号を提供するために結合されてもよい。特に、検出システム１３６は、検出システム１３６によって走査された様々な波長で受容された放出の強度に対応する信号を、処理システム１６０に渡す。コンピュータプログラム製品１６１は、受信したスペクトルデータを処理するようにデータ処理システム１６０を構成し、例えば、米国仮特許出願第６２／４６０，７００号に開示されているように、例えば、機器５０００の実行中に機器５０００を較正して、スペクトル誤差を補正することができる。ディスプレイまたは他の出力デバイス１６２は、処理システム１６０に結合され得、例えば、米国仮特許出願第６２／４６３，５５１号に開示されているように、実行パラメータ値、スペクトルデータ、実行条件データ、実行品質データ、警告フラグなどといったアッセイ、プロセス、試験、または実験に関連するデータを表示または報告するために使用され得る。

特定の実施形態では、システム５０００は、ポリマーまたはポリマー溶液５２３を含むポリマーリザーバ５２２、ポリマーバルブ５２５、ならびにポリマーリザーバ５２２からポリマー５２３を受容するまたは引き出すように、およびポリマー５２３を毛細管１０１にポンプまたはロードするように構成されている、ポンプ５２８（例えば、シリンジ）を備える、送達システム５２０を備える。送達システム５２０は、緩衝溶液５３２を含む緩衝液リザーバ５３０、および緩衝バルブ５３５をさらに備える。図示された実施形態では、緩衝リザーバは、１つ以上のアノード５０４を含む。特定の実施形態では、送達システム５２０の構成要素の全部または一部は、毛細管１０１をさらに備えることができるカセットまたはカートリッジ５３８の一部であり、カートリッジ５３８はまた、１つ以上のカソード５０３（例えば、複数の毛細管１０１の各々に対する１つのカソード５０３）を備え得る。本発明の実施形態とともに使用するために好適なカセットまたはカートリッジの実施例は、米国仮特許出願第６２／４６３，４６７号に開示されている。

特定の実施形態において、サンプル分離アッセイ、プロセス、試験、または実験は、以下の活動を含む。
●毛細管１０１のカソード５０３端を、洗浄／廃棄緩衝溶液５４１を含む洗浄／廃棄緩衝液容器５４０に配置する。
●緩衝バルブ５３５を閉じて、ポリマーバルブ５２５を開ける。
●ポリマー溶液５２３を、ポリマーリザーバ５２２からシリンジ５２８に吸引する（引き出す）。
●ポリマーバルブ５２５を閉じる（緩衝バルブ５３５は閉じたままである）。
●シリンジ５２８を使用して、ポリマー５２３を毛細管１０１に分配（送達）する。
●毛細管１０１のカソード５０３端を、サンプルソース容器５０５内に配置する。
●カソード５０３からアノード５０４への電流の流れを誘導することにより、毛細管１０１のカソード５０３端にサンプル溶液５１５の少なくとも一部を引き出す（動電学的注入と称される）。
●毛細管１０１のカソード５０３の端を、実行緩衝溶液５４６を含む実行緩衝液容器５４５に配置する。
●アノード５０４と毛細管１０１との間の電気的結合を提供するために、緩衝バルブ５３５を開ける（ポリマーバルブ５２５は閉じたままである）。
●毛細管電気泳動アッセイ、プロセス、試験、または実験を実行する。
●毛細管１０１のカソード５０３端を、洗浄／廃棄緩衝容器５４０に配置する。
●緩衝バルブ５３５を閉じる。
●任意選択的に、ポリマーバルブ５２５を開ける。
●任意選択的に、ポリマー溶液５２３を、ポリマーリザーバ５２２からシリンジ５２８に吸引する（引き出す）。
●任意選択的に、ポリマーバルブ５２５が開いている場合は、閉じる。
●シリンジ５２８を使用して、ポリマー５２３を毛細管１０１に分配（送達）することにより、毛細管１０１を洗浄する。
●新しい分離アッセイ、プロセス、試験、または実験について上記の手順を繰り返す。

図６を参照すると、特定の実施形態では、毛細管電気泳動（ＣＥ）機器などのシステムまたは機器６０００は、生体分子を分離するように、例えば、異なる分子の長さに応じて、サンプルのヌクレオチド分子またはサンプルのアミノ酸分子を分離するように構成されている。可能な場合、システム６０００の実施形態、ならびにシステム１０００、５０００と関連付けられた方法、要素、および／またはパラメータ値は、システム１０００、５０００の実施形態、ならびにシステム１０００、５０００と関連付けられた方法、要素、および／またはパラメータ値に組み込まれ得る。逆に言えば、可能な場合、システム１０００、５０００の実施形態、ならびにシステム６０００と関連付けられた方法、要素、および／またはパラメータ値は、システム６０００の実施形態、ならびにシステム６０００と関連付けられた方法、要素、および／またはパラメータ値に組み込まれ得る。

システム６０００は、ハウジングまたはエンクロージャ６００と、ハウジング６００内に配置され得る図１に示される検出システム１３６と、を備える。検出システム１３６は、複数の光ファイバ１４５を備え、その受容端は、光ファイバマウント６０３に結合されているか、装着されているか、または取り付けられている。光ファイバ１４５の受容端は、毛細管１０１のそれぞれ１つの光学検出ゾーン１２１からの放射を受容するように構成されている。システム６０００はまた、コンピュータ処理システム１６０、コンピュータプログラム製品１６１、およびディスプレイまたは他の出力デバイス１６２を備える。システム６０００は、毛細管マウント６０２に結合されているか、装着されているか、または取り付けられている光学検出ゾーン１２１を備える、複数の毛細管１０１をさらに備える。特定の実施形態では、毛細管マウント６０２は、支持構造体６０５によって保持または支持されてもよく、支持構造体６０５は、ベース６１０に装着され、または取り付けられる。

システム６０００は、放出光学システム１２５と、放射源６１２のいずれかまたはすべてを備える励起光学システム６１１と、をさらに備える。放出光学システム１２５は、毛細管１０１と光ファイバ１４５の入射端との間の光軸または経路６１３に沿って配置された、レンズ１２２、１３０を備える。レンズ１２２は、毛細管１０１の各々からの放出光を収集するように構成されており、レンズ１３０は、１つ以上の毛細管１０１の各々からの放出を、光ファイバ１４５の入力端または受容端にある、またはその近くにある放出光学システム１２５の画像平面のスポットまたは焦点に再結像するように構成されている。しかしながら、当技術分野で知られている他の光学構成を、これらの目的のために使用してもよい。

図７をさらに参照すると、毛細管１０１および毛細管マウント６０２は、支持構造体６０５およびベース６１０をさらに含み得る、カートリッジまたはカセット６１５の一部であり得る。ベース６１０は、カートリッジ６１５に装着または取り付けられてもよい。カートリッジ６１５は、システム６０００から取り外され、図６および図７に示されるカートリッジ６１５と同じまたは類似するように構成されている、別のカートリッジ６１５’（図示せず）と交換されてもよい。特定の実施形態では、カートリッジ６１５’（図示せず）は、同じまたは類似の形態を有するが、カートリッジ６１５とは変更された要素または異なる要素を含んでもよい。例えば、カートリッジ６１５’（図示せず）は、カートリッジ６１５の４つの毛細管１０１、例えば、１、２、または８つの毛細管１０１よりも多いまたは少ない毛細管１０１を有してもよい。

毛細管１０１は、光学検出ゾーン１２１内の毛細管の部分が互いに対して固定的に配置されるように、毛細管マウント６０２に結合され、装着され、または取り付けられてもよい。毛細管１０１と同様の方法で、光ファイバ１４５は、光ファイバ１４５の入力端または受容端が互いに対して固定的に配置されるように、光ファイバマウント６０３に結合され、装着され、または取り付けられてもよい。毛細管１０１と光ファイバ１４５の受容端とを固定的に装着すると、光ファイバ１４５とそれぞれの毛細管１０１との整合が有利に単純化されることが発見された。この構成は、光ファイバ１４５と毛細管１０１との間の整合の精度と耐久性を改善することもわかっている。

図６および図８を参照すると、特定の実施形態では、各毛細管１０１は、コア材料で作製された毛細管コア８０１と、毛細管コア８０１を囲む外側コーティングまたは層８０２と、を備える。例えば、毛細管コア８０１は溶融シリカを含んでもよく、外層８０２はポリイミドコーティングを含んでもよい。毛細管コア８０１の中心部分は、チャネル８０３を備え、サンプル溶液および分子が、それを通じて含まれる。そのような実施形態では、例えば、外層８０２が光学的に不透明または半透明の材料を含む場合、チャネル８０３に配置される材料への光学アクセスは、光学ゾーン１２１内の毛細管１０１の部分に沿って外層８０２を除去することによって、提供され得る。図８および図６の拡大図に示すように、特定の実施形態では、毛細管１０１は、隣接する毛細管１０１の外層８０２が互いに接触または接するように、毛細管マウント６０２に装着されている。このようにして、チャネル間の間隔を簡単かつ正確に提供および維持できることが発見された。代替的に、所定の厚さのスペーサを、光学検出ゾーン１２１の各側の少なくとも２つの隣接する毛細管の間に配置してもよい。例えば、異なる厚さのスペーサを隣接する毛細管の異なるセットの間に配置して、隣接する毛細管１０１間の間隔の精度を高め、かつ／または隣接する毛細管１０１間に所定の間隔を設けることができる。他の実施形態では、毛細管１０１は、Ｖブロックなどの固定具に配置されて、隣接する毛細管１０１間に所定の間隔を設けることができる。

毛細管１０１の外径は、３６０マイクロメートルに等しいか、または例えば、３６３±１０マイクロメートルなどの約３６０マイクロメートルであってもよい。特定の実施形態では、毛細管１０１の外径は、１００マイクロメートル～１０００マイクロメートル、例えば、２００マイクロメートル～５００マイクロメートルである。そのような実施形態では、チャネル８０３の直径は、２マイクロメートル～７００マイクロメートル、例えば、２５マイクロメートル～１００マイクロメートルであってもよい。特定の実施形態では、外層８０２の厚さは、１２マイクロメートル～２４マイクロメートル、例えば、１６マイクロメートル～２４マイクロメートルである。特定の実施形態では、各毛細管１０１の外径は、３６３±１０マイクロメートルであり、チャネル８０３の直径は、５０±３マイクロメートルであり、外層８０２の厚さは、２０マイクロメートルである。

特定の実施形態では、光ファイバマウント６０３は、動作または並進ステージ６０６に結合され、装着され、または取り付けられる。使用中、毛細管１０１は、以下を含む整合方法を使用して、容易に整合され得る。
●光学検出ゾーン内の毛細管１０１のうちの１つ以上からの放出を、光ファイバ１４５のうちのそれぞれ１つ以上を通じて、かつ検出器１３８に伝達することによって、検出器１３８からの第１の整合信号を生成する。
●並進ステージ６０６を使用して、光ファイバマウント６０３を１回以上、毛細管マウントまたはファイバマウントの１つ以上の異なる位置に移動させる。
●１つ以上の位置の各々において、光学検出ゾーン１２１内の１つ以上の毛細管１０１からの放出を、１つ以上の光ファイバ１４５を通じて検出器１３８に伝達することによって、検出器１３８からのそれぞれの整合信号を生成する。
●並進ステージ６０６を使用して、整合信号に基づいて、毛細管１０１を複数の毛細管の受容端に整合させる。

特定の実施形態では、整合信号は、毛細管１０１のうちの単一のものからの放出に基づく検出器１３８からの測定信号を含む。追加的または代替的に、整合信号は、毛細管１０１のうちの２つ以上からの放出に基づく、例えば、毛細管１０１のすべてまたは一部からのアベレージ放出に基づく、検出器１３８からの測定信号を含む。

この整合方法は、すべての毛細管が、それぞれの光ファイバ１４５に同時に整合されること、ならびに、その結果、整合方法が実行されるたびに、検出器１３８上の同じ対応領域に同時に整合されることを有利に可能にするということが発見された。各毛細管１０１からの放出が度毎に検出器１３８上の同じ対応する領域を照射する理由は、各光ファイバ１４５の出力（または放出または遠位）端が、検出器１３８に対して固定位置にあるためである。したがって、光ファイバ１４５の出力端から放出された放出は、度毎に検出器１３８まで同じ経路を進む。毛細管１０１を毛細管１０１の新しいセットと交換する必要があり、かつ整合方法が再実行されると、新しい毛細管１０１は、毛細管１０１の古いセットと同じまたはほぼ同じ毛細管間の間隔を有する。したがって、開示された整合方法が再び実行されるとき、検出器１３８で受容された毛細管１０１からの放出は、光ファイバ１４５の同じ出力端から通過する放出のみである。毛細管放出を直接再結像する従来技術のシステム（すなわち、本明細書に開示された光ファイバ構成を使用しないシステム）では、毛細管の新しい交換セットのわずかな変化により、毛細管の新しいセットからの放出が、検出器のわずかに異なる部分上に再結像される。このため、非光ファイバベースのシステムでは、検出器自体を度毎に再較正する必要があり、これは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳアレイ検出器の異なる領域、または例えば、ピクセルの感度が異なるためである。したがって、毛細管１０１および光ファイバ１４５の固定装着構成と組み合わせた光ファイバ１４５の本発明の使用により、毛細管１０１の交換セットが使用される場合、検出器１３８の再較正は不要である。

図６に示されている例示の実施形態では、並進ステージ６０６は、上記の整合方法中に光ファイバ１４５の入力端を横方向に並進または移動させるために使用される。追加的または代替的に、毛細管マウント６０２は、動作または並進ステージに取り付けられ、並進ステージ６０６の代わりに、またはそれに加えて移動され得る。他の実施形態では、毛細管１０１と光ファイバ１４５との間の相対動作は、放出光学システム１２５に変更を加えることにより、上記の整合方法中に達成され得る。例えば、方向転換ミラーまたは追加の屈折要素を、毛細管１０１および光ファイバ１４５からの光路に配置することができる。次に、方向転換ミラーまたは追加の屈折要素の調整を使用して、毛細管１０１からの再結像された放出を移動させ、再結像された放出を光ファイバ１４５の受容端に整合することができる。他の実施形態では、例えば、再結像された放出を、光ファイバ１４５の入力端に向かってまたは遠ざかるように移動するために、並進ステージ６０６で上述した横方向の動きの代わりに、またはそれに加えて縦方向の動きを使用して、整合方法を実装し、それにより、光ファイバ１４５に入る放出の量を増加させることができる。さらに他の実施形態では、放出光学システム１２５は、例えば、システム６０００で使用される毛細管１０１の異なるセット間の間隔のわずかな変化に対応するために、毛細管１０１からの再結像された放出の倍率を変更するように構成されている、ズームレンズまたは他の光学要素を備える。

特定の実施形態では、上記の整合方法で使用される整合信号は、毛細管１０１のチャネル８０３のうちの１つ以上内の水分子、例えば、毛細管電気泳動アッセイ、プロセス、試験、または実験を行うのに使用されるポリマー溶液に含まれる水分子のラマン散乱により生成される。通常はノイズの原因である水分子からのラマン散乱の使用は、この信号が経時的に一定であり、例えば、毛細管１０１が毛細管電気泳動におけるポリマー溶液の使用で異なる充填の間で一定であるため、上記の整合方法に好適であることが予想外に発見された。この信号源の安定性により、ラマン散乱を使用して検出器１３８を較正し、ならびに毛細管１０１と光ファイバ１４５との間の整合を行うこともできる。そのような実施形態では、ラマン散乱によって生成される信号は、整合方法中またはその後に測定され得、次に、検出器は、検出器１３８からの測定信号の値に基づいて較正され得る。さらに、水分子からのラマン散乱を使用することにより、システム６０００を使用した毛細管電気泳動の実行またはその他のサンプル分離アッセイ、プロセス、試験、または実験のために、サンプルを毛細管１０１に取り入れる前またはその後に、整合方法を実行することができる。他の実施形態において、整合方法は、サンプル分離アッセイ、プロセス、試験、または実験中に実施され得る。そのような実施形態では、毛細管１０１のうちの１つ以上からの放出を使用して、アッセイ、プロセス、試験、または実験中の整合を調節することができる。

図６、図９、および図１０を参照すると、特定の実施形態では、システム６０００は、毛細管マウント６０２および／または支持構造体６０５と係合、インターフェース、または嵌合するように構成されている、光学インターフェース、カバー、または鼻６５０をさらに備える。図９に見られるように、ベース６１０は、ばね９０１を備えてもよく、それにより、毛細管マウント６０２および／または支持構造体６０５は、カートリッジ６１５がシステム６０００内に配置または整合されるときのばね９０１の圧縮の量によって決定される接触力によって、光学インターフェース６５０に対して保持され、それに装着され、またはそれと係合され得る。光学インターフェース６５０は、励起光学システム６１１の一部である方向転換ミラー６５２および／または方向転換ミラー６５４を備えていてもよい。

ミラー６５２、６５４は、放射源６１２から毛細管１０１を通じて、かつビームダンプ６５８へと、ソース、光源、照射、または励起ビーム６５５を導くように構成されてもよい。励起光学システム６１１は、図６に示されていない他の光学要素、例えば、レンズ、プリズム、偏光子、追加のミラーなどをさらに備えていてもよい。例えば、放射源６１２と毛細管１０１の間の光路に沿って１つ以上のレンズを配置して、ソースビーム６５５を調整し、複数の毛細管１０１を通過する際に所定の照射特性を提供することができる。

経時的な温度変化に起因する毛細管マウント６０２および／または支持構造体６０５の光軸６１３に沿った任意の膨張または収縮が、光軸６１３の方向への方向転換ミラー６５２の同じまたはほぼ同じ動作に対して補正されることにより、方向転換ミラー６５２を光学インターフェース６５０に装着すると、毛細管１０１に対するソースビーム６５５のより安定した整合が有利に提供されることが発見された。したがって、毛細管１０１を通じるソースビーム６５５の位置は、温度変化による毛細管のその動きに応じて一定または非常に安定したままである。例えば、ソースビーム６５５が、放射源６１２から毛細管１０１に直接的に（すなわち、最初に方向転換ミラー６５２で反射することなく）移動した場合、光軸６１３に対して平行な方向の毛細管１０１を通じるソースビーム６５５の位置は、毛細管マウント６０２および／または支持構造体６０５の温度変動により毛細管１０１の位置が変化することに起因して変化する。

特定の実施形態において、ソースビーム６５５は、放射源６１２から直接的に出ること、または１つ以上の偏光光学素子の使用のいずれかである、直線偏光を含む。サンプル分離アッセイ、プロセス、試験、または実験で使用されるポリマー溶液からの散乱は、（１）毛細管１０１の長さに対して垂直なソースビーム６５５の偏光軸、および（２）放出光学システム１２５の光学軸６１３が、ソースビーム６５５の偏光軸に対して平行であるときに、低減または最小化される可能性があることが発見された。ラマン散乱は、望ましくなく、サンプル分離アッセイ、プロセス、試験、または実験中に、サンプルからの蛍光信号にノイズを追加する。通常、サンプルからの蛍光信号は、一般的に偏光感度が低くなる。したがって、偏光基準の検出により、システム６０００の使用中に信号対雑音比を高めることができる。

本発明の選択された実施形態は、以下を含み得るが、これらに限定されない。
１．実施形態１は、生体分子を分離するためのシステムであって、
サンプル中の生体分子を分離するように構成されている複数の毛細管であって、各毛細管が、毛細管内に電磁放射を通過させるように構成されている検出部分を備える、複数の毛細管と、
毛細管マウントであって、複数の毛細管は、検出部分が互いに対して固定的に配置されるように、毛細管マウントに結合されている、毛細管マウントと、
複数の毛細管に対応する複数の光ファイバであって、各光ファイバが、検出部分のそれぞれ１つからの放出を受容するように構成されている受容端を備える、複数の光ファイバと、
ファイバマウントであって、光ファイバは、光ファイバの受容端が、互いに対して固定的に配置されるように、ファイバマウントに結合されている、ファイバマウントと、
検出部分からの放出を、光ファイバの受容端に方向付けるように構成されている、放出光学システムと、
光検出器であって、複数の毛細管のうちの少なくとも１つからの放出が、光ファイバのうちのそれぞれ少なくとも１つを通じて、かつ光検出器上に伝送されたときに、整合信号を生成するように構成されている、光検出器と、
毛細管マウント、ファイバマウント、または放出光学システムの少なくとも一部分のうちの１つ以上を、複数の位置に移動させるように構成されている、動作ステージと、を備え、
動作ステージが、複数の位置での整合信号の値に基づいて、光ファイバの受容端を、検出部分に整合させるように構成されている、システムを含む。

２．放出光学システムは、検出部分と受容端との間の光路に沿って配置された１つ以上のレンズを備える、実施形態１。

３．動作ステージは、光ファイバの受容端に対して平行な、および／または検出部分を通過する平面に対して平行な平面内で、動作ステージを並進させるように構成されている、並進ステージを備える、実施形態１または２。

４．プロセッサと、
メモリであって、
動作ステージを、複数の位置に移動させ、
各位置について、光検出器からの整合信号のうちの１つ以上のそれぞれの値を捕捉し、
それぞれの値に基づいて、整合位置を決定し、
検出部分が、光ファイバの受容端に整合されるように、動作ステージを整合位置に移動させるための命令でエンコードされたメモリと、をさらに備える、実施形態１～３のいずれか。

５．整合信号の値の各々は、
毛細管のうちの少なくとも２つについての光検出器からのアベレージ信号、
毛細管のうちの少なくとも３つについての光検出器からの平均信号、および
毛細管のうちの少なくとも２つの間からの最大放出に対応する、光検出器からの信号、のうちの１つ以上を含む、実施形態４。

６．メモリは、毛細管のうちの１つ以上からの放出に対応する光検出器からの信号が、ノイズ信号および／または水分子からのラマン散乱によって生成されない信号であるかどうかを評価するように、さらにエンコードされている、請求項４に記載のシステム。

７．第１の電極および第２の電極をさらに備え、電極は、毛細管にわたって電位を生成するように構成されている、実施形態１～６のいずれか。

８．各光ファイバは、受容端で光ファイバを囲む外側コーティングを備え、光ファイバの外側コーティングは、放出信号からの光を反射および／または吸収するように構成されており、外側コーティングは、各光ファイバの検出部分内に存在しない、実施形態１～７のいずれか。

９．毛細管は、各毛細管が、検出部分の外側の一部分に沿って、複数の毛細管の隣接する毛細管に接触するように、毛細管マウントに結合されている、実施形態１～８のいずれか。

１０．実施形態１０は、生体分子を分離するためのシステムであって、
サンプル中の生体分子を分離するように構成されている複数の毛細管であって、各毛細管が、毛細管内に電磁放射を通過させるように構成されている検出部分を備える、複数の毛細管と、
毛細管マウントであって、毛細管は、検出部分が互いに対して固定的に配置されるように、毛細管マウントに結合されている、毛細管マウントと、
検出部分を照射するように構成されている、電磁放射のソースビームを生成する、放射源と、
毛細管マウントを受容するように構成されているベースであって、ベースが、ソースビームを反射するように、かつ複数の毛細管を通じてソースビームを方向付けるように構成されている、ミラーを備える、ベースと、を備える、システムを含む。

１１．光検出器と、
複数の毛細管からの放出信号を受容するように、かつ放出信号を、光検出器に方向付けるように構成されている、放出光学システムと、をさらに備える、実施形態１０。

１２．分散光学素子および光検出器を備える、分光計と、
複数の毛細管からの放出信号を受容するように、かつ放出信号を、光検出器に方向付けるように構成されている、放出光学システムと、をさらに備える、実施形態１０。

１３．実施形態１３は、生体分子を分離するためのシステムであって、
サンプル中の生体分子を分離するように構成されている複数の毛細管であって、各毛細管が、毛細管内に電磁放射を通過させるように構成されている検出部分を備える、複数の毛細管と、
検出部分を照射するように構成されている、電磁放射のソースビームを生成する、放射源と、を備え、
ソースビームは、偏光軸に沿って配置された直線偏光を有し、
検出部分内のソースビームの偏光軸は、毛細管面に対して垂直である、システムを含む。

１４．実施形態１４は、生体分子を分離するための方法であって、
複数の毛細管を提供することであって、各毛細管が、検出部分を備え、毛細管は、検出部分が互いに対して固定的に配置されるように、毛細管マウントに結合されている、提供することと、
複数の毛細管のそれぞれ１つに対応する複数の光ファイバを提供することであって、各光ファイバが、検出部分のそれぞれ１つからの放出を受容するように構成されている、受容端を備え、光ファイバは、受容端が互いに対して固定的に配置されるように、ファイバマウントに結合されている、提供することと、
毛細管のうちの少なくとも１つの検出部分内の放出を、光ファイバのうちのそれぞれ少なくとも１つを通じて、かつ光検出器に伝達することによって、光検出器からの整合信号の値を生成することと、
毛細管マウントまたはファイバマウントを、１つ以上の異なる位置に１回以上移動させることと、
１つ以上の位置の各々において、少なくとも１つの毛細管の検出部分内の放出を、少なくとも１つの光ファイバを通じて、光検出器に伝達することによって、光検出器からの整合信号のそれぞれの値を生成することと、
整合信号の値に基づいて、毛細管を、複数の光ファイバの受容端に整合させることと、を含む、方法を含む。

１５．検出部分の各々からの放出を、それぞれの光ファイバの受容端に方向付けるように構成されている、放出光学システムを提供することと、
毛細管マウントもしくはファイバマウント、または放出光学システムのうちの少なくとも１つを、１つ以上の位置に１回以上移動させることと、をさらに含む、実施形態１４。

１６．整合信号の値は、毛細管に含まれるポリマー溶液内の水分子からのラマン散乱放出によって生成される、実施形態１４または１５。

１７．整合信号の値は、単一の１つの毛細管からの放出を含む、実施形態１４～１６のいずれか。

１８．整合信号の値は、毛細管のうちの２つ以上からの放出のアベレージを含む、実施形態１４～１７のいずれか。

１９．蛍光分子を含む１つ以上のサンプルを、複数の毛細管にロードすることと、
毛細管にわたって電位を生成することによって、毛細管を通じて１つ以上のサンプルを伝搬することと、
各検出部分を、電磁放射のソースビームで照射して、検出部分の各々からの複数の放出信号を生成することと、
複数の放出信号に基づいて、分子のヌクレオチド配列を決定することと、をさらに含む、実施形態１４～１８のいずれか。

２１．実施形態２１は、生体分子を分離するためのシステムであって、
サンプル中の生体分子を分離するように構成されている複数の毛細管であって、毛細管が、光学検出ゾーンを備える、複数の毛細管と、
毛細管マウントであって、毛細管は、光学検出ゾーン内の毛細管の部分が互いに対して固定的に配置されるように、毛細管マウントに結合されている、毛細管マウントと、
複数の毛細管に対応する複数の光ファイバであって、各光ファイバが、光学検出ゾーン内のそれぞれの毛細管からの放出を受容するように構成されている受容端を備える、複数の光ファイバと、
ファイバマウントであって、光ファイバは、光ファイバの受容端が、互いに対して固定的に配置されるように、ファイバマウントに結合されている、ファイバマウントと、
任意選択的に、光学検出ゾーン内の各毛細管からの放出を、それぞれの光ファイバの受容端に方向付けるように構成されている、放出光学システムと、
光検出器であって、毛細管のうちの少なくとも１つからの放出が、光ファイバのうちのそれぞれ少なくとも１つを通じて、かつ光検出器上に伝送されたときに、整合信号を生成するように構成されている、光検出器と、
毛細管マウント、ファイバマウント、または任意の放出光学システムの少なくとも一部分のうちの１つ以上に結合されている、動作ステージと、を備え、
動作ステージおよび光検出器は、動作ステージの複数の位置での整合信号の値に基づいて、光ファイバの受容端を、毛細管に整合させるように構成されている、システムを含む。

２２．放出光学システムは、光学検出ゾーンと受容端との間の光路に沿って配置された１つ以上のレンズを備える、実施形態２１。

２３．動作ステージは、光ファイバの受容端に対して平行な、および／または光学検出ゾーン内の毛細管の各々を通過する平面に対して平行な平面内で、動作ステージを並進させるように構成されている、並進ステージを備える、実施形態２１または２２。

２４．プロセッサと、
メモリであって、
少なくとも１つの毛細管から光学検出ゾーン内への放出のために、光検出器からの第１の整合信号を捕捉し、
動作ステージを、１つ以上の異なる位置に移動させ、
１つ以上の異なる位置の各々について、少なくとも１つの毛細管から光学検出ゾーン内への放出のために、光検出器から１つ以上のそれぞれの整合信号を捕捉し、
整合信号に基づいて、整合位置を決定し、
光学検出ゾーン内の毛細管が、複数の毛細管の受容端に整合されるように、動作ステージを整合位置に移動させるための命令でエンコードされたメモリと、をさらに備える、実施形態２１～２３のいずれか。

２５．整合信号は、
毛細管のうちの少なくとも２つについての光検出器からのアベレージ信号、
毛細管のうちの少なくとも３つについての光検出器からの平均信号、および
毛細管のうちの少なくとも２つの間からの最大放出に対応する、光検出器からの信号、のうちの１つ以上を含む、実施形態２４。

２６．メモリは、毛細管のうちの１つ以上からの放出に対応する光検出器からの信号が、ノイズ信号および／または水分子からのラマン散乱によって生成されない信号であるかどうかを評価するように、さらにエンコードされている、請求項２４に記載のシステム。

２７．第１の電極および第２の電極をさらに備え、電極は、毛細管にわたって電位を生成するように構成されている、実施形態２１～２６のいずれか。

２８．各光ファイバは、受容端で光ファイバを囲む外側コーティングを備え、光ファイバの外側コーティングは、放出信号からの光を反射および／または吸収するように構成されている、実施形態２１～２７のいずれか。

２９．毛細管は、各毛細管が、光学検出ゾーンの外側の一部分に沿って、複数の毛細管の隣接する毛細管に接触するように、毛細管マウントに結合されている、実施形態２１～２８のいずれか。

３０．実施形態３０は、生体分子を分離するためのシステムであって、
サンプル中の生体分子を分離するように構成されている複数の毛細管であって、各毛細管が、光学検出ゾーンを備える、複数の毛細管と、
毛細管マウントであって、複数の毛細管が、毛細管マウントに固定的に取り付けられている、毛細管マウントと、
光学検出ゾーン内の複数の毛細管を照射するように構成されている、電磁放射のソースビームを生成する、光源と、
毛細管マウントを受容するように構成されているベースであって、ベースが、ソースビームを反射するように、かつ複数の毛細管を通じてソースビームを方向付けるように構成されている、ミラーを備える、ベースと、を備える、システムを含む。

３１．光検出器と、
複数の毛細管からの放出信号を受容するように、かつ放出信号を、光検出器に方向付けるように構成されている、放出光学システムと、をさらに備える、実施形態３０。

３２．分散光学素子および光検出器を備える、分光計と、
複数の毛細管からの放出信号を受容するように、かつ放出信号を、光検出器に方向付けるように構成されている、放出光学システムと、をさらに備える、実施形態３０。

３３．実施形態３３は、生体分子を分離するためのシステムであって、
サンプル中の生体分子を分離するように構成されている複数の毛細管であって、毛細管が、毛細管面を画定する光学検出ゾーンを備える、複数の毛細管と、
光学検出ゾーン内の複数の毛細管を照射するように構成されている、電磁放射のソースビームを生成する、光源と、を備え、
ソースビームの各々は、偏光軸に沿って配置された直線偏光を有し、
光学検出ゾーン内のソースビームの偏光軸は、毛細管面に対して垂直である、システムを含む。

３４．実施形態３４は、生体分子を分離するための方法であって、
光学検出ゾーンを備える複数の毛細管を提供することであって、毛細管は、光学検出ゾーン内の毛細管の部分が互いに対して固定的に配置されるように、毛細管マウントに結合されている、提供することと、
複数の毛細管に対応する複数の光ファイバを提供することであって、各光ファイバが、光学検出ゾーン内のそれぞれの毛細管からの放出を受容するように構成されている、受容端を備え、光ファイバは、受容端が互いに対して固定的に配置されるように、ファイバマウントに結合されている、提供することと、
毛細管のうちの少なくとも１つから光学検出ゾーン内への放出を、光ファイバのうちのそれぞれ少なくとも１つを通じて、かつ光検出器に伝達することによって、光検出器からの第１の整合信号を生成することと、
毛細管マウントまたはファイバマウントのうちの少なくとも１つを、１つ以上の異なる位置に１回以上移動させることと、
１つ以上の位置の各々において、少なくとも１つの毛細管から光学検出ゾーン内への放出を、少なくとも１つの光ファイバを通じて、光検出器に伝達することによって、光検出器からのそれぞれの整合信号を生成することと、
整合信号に基づいて、毛細管を、複数の毛細管の受容端に整合させることと、を含む、方法を含む。

３５． 光学検出ゾーン内の毛細管の各々からの放出を、それぞれの光ファイバの受容端に方向付けるように構成されている、放出光学システムを提供することと、
毛細管マウントもしくはファイバマウント、または放出光学システムのうちの少なくとも１つを、１つ以上の位置に１回以上移動させることと、をさらに含む、実施形態３４または３５。

３６．整合信号は、毛細管に含まれるポリマー溶液内の水分子からのラマン散乱放出によって生成される、実施形態３４または３５。

３７．整合信号は、単一の１つの毛細管からの放出を含む、実施形態３４～３６のいずれか。

３８．整合信号は、毛細管のうちの２つ以上からの放出のアベレージを含む、実施形態３４～３７のいずれか。

３９． 蛍光分子を含む１つ以上のサンプルを、複数の毛細管にロードすることと、
毛細管にわたって電位を生成することによって、毛細管を通じて１つ以上のサンプルを伝搬することと、
光学検出ゾーン内の各毛細管を、電磁放射のソースビームで照射して、毛細管の各々からの放出信号を生成することと、
少なくとも１つのスポットから、光ファイバのうちの少なくとも１つ内への放出信号を受容することと、をさらに含む、実施形態３４～３８のいずれか。

上記は、本発明を実行するように企図されている最良の形態ならびにこれを作成および使用する様式および過程の説明を、当業者が本発明を作成および使用することを可能にするのに十分に明瞭、簡潔、かつ正確な用語で提示している。しかしながら、本発明は、完全に均等である、上述されているものからの変更および代替の構成を受け入れる余地がある。したがって、本発明を、開示されている特定の実施形態に限定することは意図されていない。逆に、本発明は、本発明の主題を特に指摘し明瞭に特許請求する添付の特許請求の範囲によって全体的に表されているような本発明の精神および範囲内に入る変更および代替の構成をカバーするように意図されている。

Claims (15)

1. 生体分子を分離するためのシステムであって、前記システムは、
   サンプル中の生体分子を分離するように構成されている複数の毛細管であって、各毛細管が、前記毛細管内に電磁放射を通過させるように構成されている検出部分を備える、複数の毛細管と、
   毛細管マウントであって、前記複数の毛細管は、前記検出部分が互いに対して固定的に配置されるように、前記毛細管マウントに結合されている、毛細管マウントと、
   前記複数の毛細管に対応する複数の光ファイバであって、各光ファイバが、前記検出部分のそれぞれ１つからの放出を受容するように構成されている受容端を備える、複数の光ファイバと、
   ファイバマウントであって、前記光ファイバは、前記光ファイバの前記受容端が、互いに対して固定的に配置されるように、前記ファイバマウントに結合されている、ファイバマウントと、
   前記検出部分からの放出を、前記光ファイバの受容端に方向付けるように構成されている、放出光学システムと、
   光検出器であって、前記複数の毛細管のうちの少なくとも１つからの放出が、前記光ファイバのうちのそれぞれ少なくとも１つを通じて、かつ前記光検出器上に伝送されたときに、整合信号を生成するように構成されている、光検出器と、
   前記毛細管マウント、前記ファイバマウント、または前記放出光学システムの少なくとも一部分のうちの１つ以上を、複数の位置に移動させるように構成されている、動作ステージと、を備え、
   前記動作ステージが、前記複数の位置での前記整合信号の値に基づいて、前記光ファイバの前記受容端を、前記検出部分に整合させるように構成されている、システム。
2. 前記放出光学システムが、前記検出部分と前記受容端との間の光路に沿って配置された１つ以上のレンズを備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記動作ステージが、前記光ファイバの前記受容端に対して平行な、および／または前記検出部分を通過する平面に対して平行な平面内で、前記動作ステージを並進させるように構成されている、並進ステージを備える、請求項１または２に記載のシステム。
4. プロセッサと、
   メモリであって、
   前記動作ステージを、前記複数の位置に移動させ、
   各位置について、前記光検出器からの前記整合信号のうちの１つ以上のそれぞれの値を捕捉し、
   前記それぞれの値に基づいて、整合位置を決定し、
   前記検出部分が、前記光ファイバの前記受容端に整合されるように、前記動作ステージを前記整合位置に移動させるための命令でエンコードされたメモリと、をさらに備える、請求項１～３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記整合信号の前記値の各々が、
   前記毛細管のうちの少なくとも２つについての前記光検出器からのアベレージ信号、
   前記毛細管のうちの少なくとも３つについての前記光検出器からの平均信号、および
   前記毛細管のうちの少なくとも２つの間からの最大放出に対応する、前記光検出器からの信号、のうちの１つ以上を含む、請求項４に記載のシステム。
6. 前記メモリは、前記毛細管のうちの１つ以上からの放出に対応する前記光検出器からの信号が、ノイズ信号および／または水分子からのラマン散乱によって生成されない信号であるかどうかを評価するように、さらにエンコードされている、請求項４に記載のシステム。
7. 第１の電極および第２の電極をさらに備え、前記電極が、前記毛細管にわたって電位を生成するように構成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 各光ファイバが、前記受容端で前記光ファイバを囲む外側コーティングを備え、前記光ファイバの前記外側コーティングが、放出信号からの光を反射および／または吸収するように構成されている、請求項１～７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記毛細管は、各毛細管が、前記検出部分の外側の一部分に沿って、前記複数の毛細管の隣接する毛細管に接触するように、前記毛細管マウントに結合されている、請求項１～８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 生体分子を分離するための方法であって、
    複数の毛細管を提供するステップであって、各毛細管が、検出部分を備え、前記毛細管は、検出部分が互いに対して固定的に配置されるように、毛細管マウントに結合されている、前記複数の毛細管を提供するステップと、
    前記複数の毛細管のそれぞれ１つに対応する複数の光ファイバを提供するステップであって、各光ファイバが、前記検出部分のそれぞれ１つからの放出を受容するように構成されている、受容端を備え、前記光ファイバは、前記受容端が互いに対して固定的に配置されるように、ファイバマウントに結合されている、前記複数の毛細管のそれぞれ１つに対応する複数の光ファイバを提供するステップと、
    前記毛細管のうちの少なくとも１つの前記検出部分内の放出を、前記光ファイバのうちのそれぞれ少なくとも１つを通じて、かつ光検出器に伝達することによって、前記光検出器からの整合信号の値を生成するステップと、
    前記毛細管マウントまたは前記ファイバマウントを、１つ以上の異なる位置に１回以上移動させるステップと、
    前記１つ以上の位置の各々において、前記少なくとも１つの毛細管の前記検出部分内の放出を、前記少なくとも１つの光ファイバを通じて、前記光検出器に伝達することによって、前記光検出器からの前記整合信号のそれぞれの値を生成するステップと、
    前記整合信号の前記値に基づいて、前記毛細管を、前記複数の光ファイバの前記受容端に整合させるステップと、を含む、方法。
11. 前記検出部分の各々からの放出を、前記それぞれの光ファイバの前記受容端に方向付けるように構成されている、放出光学システムを提供するステップと、
    前記毛細管マウントもしくは前記ファイバマウント、または前記放出光学システムのうちの少なくとも１つを、１つ以上の位置に１回以上移動させるステップと、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記整合信号の前記値が、前記毛細管に含まれるポリマー溶液内の水分子からのラマン散乱放出によって生成される、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記整合信号の前記値が、単一の１つの前記毛細管からの放出を含む、請求項１０～１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記整合信号の前記値が、前記毛細管のうちの２つ以上からの前記放出のアベレージを含む、請求項１０～１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 蛍光分子を含む１つ以上のサンプルを、前記複数の毛細管にロードするステップと、
    前記毛細管にわたって電位を生成することによって、前記毛細管を通じて前記１つ以上のサンプルを伝搬するステップと、
    各検出部分を、電磁放射のソースビームで照射して、前記検出部分の前記各々からの複数の放出信号を生成するステップと、
    前記複数の放出信号に基づいて、分子のヌクレオチド配列を決定するステップと、をさらに含む、請求項１０～１４のいずれか１項に記載の方法。

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