JP7113856B2 - 光エネルギー蛍光励起 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「光エネルギー蛍光励起（Light Energy Fluorescence Excitation）」という名称の、２０１７年１２月２８日に出願された米国特許出願第６２／６１１，４４８号の優先権を主張する。本出願はまた、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「２０１８年３月１９日に出願された「光エネルギー蛍光励起」という名称の米国特許出願第６２／６４４，８０５号の優先権を主張する。本出願はまた、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、「光エネルギー蛍光励起」という名称の、２０１８年３月２０日に出願されたオランダ特許出願第２０２０６３６号の優先権を主張する。
生物学的または化学研究における種々のプロトコルは、制御された反応を行うことを含む。次いで、指定された反応を観察または検出することができ、その後の分析は、反応に関与する化学物質の特性を同定または明らかにするのに役立つことができる。
いくつかの多重アッセイにおいて、同定可能な標識（例えば、蛍光標識）を有する未知の分析物は、制御された条件下で、数千の既知のプローブに曝露され得る。各既知のプローブは、マイクロプレートの対応するウェルに配置することができる。既知のプローブとウェル内の未知の分析物との間で起こる任意の化学反応を観察することは、分析物の特性を同定または明らかにするのに役立ち得る。このようなプロトコルの他の例には、合成による配列決定（ＳＢＳ）または環状アレイ配列決定などの既知のＤＮＡ配列決定プロセスが含まれる。
いくつかの蛍光検出プロトコルでは、励起光をフルオロフォア（蛍光体）、例えば蛍光標識された検体に向けるために、また、付着したフルオロフォアを有する検体から発光することができる蛍光発光シグナル光を検出するために、光学系が使用される。しかしながら、このような光学系は、比較的高価であり、より大きなベンチトップ設置面積を必要とする可能性がある。例えば、光学系は、レンズ、フィルタ、及び光源の配置を含むことができる。
他の提案された検知システムでは、フローセル内の制御された反応は、固体光センサーアレイ（例えば、相補型メタルオキシドセミコンダクタ（ＣＭＯＳ）検出部または電荷結合素子（ＣＣＤ）検出部）によって規定される。これらのシステムは、蛍光発光を検出するための大きな光学アセンブリを含まない。
本明細書では、１つまたは複数の光源を含むことができる光エネルギー励起装置を説明する。光エネルギー励起装置は、生物学的又は化学的サンプルを支持することができる検出部表面に向けられた励起光を放射することができる。
本明細書では、光エネルギー励起装置により励起光を放射する工程であって、前記光エネルギー励起装置は、第１の光源および第２の光源を備え、前記第１の光源は、第１の波長放射帯域で励起光線を放射し、前記第２の光源は、第２の波長放射帯域で励起光線を放射する、工程と、励起光および該励起光による励起から生じる発光シグナル光を検出部で受け、前記検出部は、生物学的または化学的サンプルを支持するための検出部表面と、該検出部表面から間隔を置いて配置されたセンサーアレイとを備え、前記検出部は、励起光を遮断し、発光シグナル光が前記センサーアレイの光センサーに向かって伝播することを可能にする、工程と、前記センサーアレイの光センサーによって感知された光子に応じて検出部データシグナルの回路を送信する、工程と、を含む方法を説明する。
本明細書では、励起光線を放射するための少なくとも１つの光源と、励起光を均質化し、励起光を光エネルギー励起装置の先端部に方向づける光パイプであって、光入射面および光出射面を備え、少なくとも１つの光源から励起光線を受ける光パイプと、を備え、前記先端部は、生物学的または化学的サンプルを支持するための検出部表面を備える検出部アッセンブリと結合するように適合される、
光エネルギー励起装置を説明する。
本明細書では、励起光線を放射するための少なくとも１つの光源と、励起光線を均質化し、該励起光線を方向付けるための光パイプとを備える光エネルギー励起装置であって、光パイプはが少なくとも１つの光源から励起光線を受けるための光入射面を備える、光エネルギー励起装置と、生物学的または化学的サンプルを支持するための検出部表面と、該検出部表面から離間された光センサーを備えるセンサーアレイとを備える検出部であって、前記光エネルギー励起装置からの励起光および発光シグナル光を受け、センサーアレイの光センサーによって検出された光子に応じてデータシグナルを送信するための回路を備え、励起光を遮断し、発光シグナル光が前記光センサーに向かって伝播することを可能にする検出部と、を備える、システムを説明する。
前述の概念と、以下でより詳細に論じられる追加の概念とのすべての組み合わせ（そのような概念が相互に矛盾しないという条件で）が、本明細書で開示される本発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の最後に現れる特許請求の範囲に記載された主題の全ての組み合わせは、本明細書に開示された本発明の主題の一部であると考えられる。
以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むと、本明細書に記載のこれらおよび他の特徴、態様、および利点がよりよく理解されるであろう。
図１は、生物学的または化学的試験を実施するためのシステムの概略構成図であり、このシステムは、光エネルギー励起装置と、一実施形態による検出部を有する検出部アッセンブリとを有する。 図２は、一実施形態による、光エネルギー励起装置の断面側面図である。 図３は、一実施形態による、図２の光エネルギー励起装置における光線伝播を示す光線トレース図である。 図４は、一実施形態による、印刷回路基板上に配置された複数のＬＥＤによって提供される光源を含む光源列を示す。 図５は、一実施形態による、光パイプの光入射面上に結合された複数のＬＥＤ表面によって提供される光源の側面図である。 図６は、一実施形態による、光エネルギー励起装置の概略斜視図である。 図７は、一実施形態による、光エネルギー励起装置の模式図である。 図８は、一実施形態による、第１および第２の光パイプを有する光エネルギー励起装置の動作を示す光線トレース図である。 図９は、一実施形態による光エネルギー励起装置を示す斜視断面側面図である。 図１０は、一実施形態による、検出部アッセンブリに結合された光エネルギー励起装置を有する装置の斜視図である。 図１１は、一実施形態によるフローセルを画定するフローセルフレームの組立斜視図である。 図１２は、一実施形態による、結合され、その上に位置合わせされ得る光エネルギー励起装置の位置合わせのための位置決め特徴部を画定する検出部アセンブリカートリッジの内面図である。 図１３は、一実施形態による、集積回路によって提供される検出部に関して規定されるフローセルの上面図である。 図１４は、一実施形態による、光パイプおよびレンズを画定する単一の材料片によって提供される光エネルギー励起装置である。 図１５は、一実施形態による、光パイプおよびレンズを一般に画定する単一の材料片を有する光エネルギー励起装置の斜視図であり、レンズは、フレネルレンズによって提供される。 図１６は、一実施形態による、光センサーアレイと整列された光導波路アレイとを有する集積回路によって提供される検出部の一部の切り欠き側面図である。 図１７は、一実施形態による、ライトセンサ部と、整列された光ガイド（導光板）とを有する集積回路によって提供される検出部の一部の切り欠き側面図である。 図１８は、一実施形態による、工程管理体制の模式図である。 図１９は、複数の光エネルギー励起装置の光源およびそれら励起光源の使用により励起され得る複数のフルオロフォアのスペクトルプロファイルを示すスペクトルプロファイル調整図である。 図２０は、ＤＮＡシークエンス再構成のＤＮＡ配列決定過程のサポートに使用できるプロセスを示すフローチャートである。
図１には、システム１００で使用するための光エネルギー励起装置１０が示されている。システム１００は、生物学的または化学的試験を実施するために使用することができる。装置１００は、光エネルギー励起装置１０及び検出部アッセンブリ２０を含むことができる。検出部アッセンブリ２０は、検出部２００及びフローセル２８２を含むことができる。検出部２００は、サンプル５０２（例えば、ＤＮＡフラグメントによって提供され得る分析物）を支持するための複数の光センサー２０２および検出部表面２０６を含み得る。一実施形態による検出部表面２０６は、複数の反応凹部２１０を画定することができ、生物学的または化学的サンプルなどのサンプル５０２を、そのような反応凹部２１０内に支持することができる。
検出部２００は、励起光と、励起光による励起から生じる検出部表面２０６からの発光シグナル光とを受ける複数の光ガイド２１４を含むことができる。光ガイド２１４は、検出部表面２０６から光を導くことができる。光ガイド２１４は、それぞれの光センサー１０２に向かって延在し、励起光を遮断し、発光シグナル光がそれぞれの光センサーに向かって伝播することを可能にするフィルタ物質を含むことができる。
一実施形態によれば、検出部２００は、相補型メタルオキシド半導体（ＣＭＯＳ）集積回路検出部または電荷結合素子（ＣＣＤ）集積回路検出部などの固体集積回路検出部によって提供することができる。
一実施形態によれば、それぞれの光センサー２０２は、長軸２６８が光センサー２０２、光ガイド２１４、および反応凹部２１０の断面幾何学中心（幾何学的断面中心）を通って延びるように、それぞれの光ガイド２１４およびそれぞれの反応凹部２１０に整列させることができる。フローセル２８２は、検出部表面２０６、側壁２８４、およびフローカバー２８８によって画定することができる。フローカバー２８８は、光エネルギー励起装置１０によって提供される励起光を透過する光透過性カバーであり得る。
別の態様では、検出部２００は、光ガイド２１４の中間に誘電体積層領域２１８を含むことができる。誘電体積層領域２１８は、例えば、光センサー２０２のデジタル化ストレージおよびプロセスからのシグナルの読み取りのために、その中に形成された回路を有することができる。
システム１００は、流体がフローセル２８２に入ることができる入口ポート２８９と、流体がフローセル２８２から出ることができる出口ポート２９０とを含むことができる。入口ポート２８９および出口ポート２９０は、フローカバー２８８によって画定することができる。
一例によれば、システム１００は、フルオロフォアを使用して生物学的または化学的試験を行うために使用することができる。例えば、１つ以上のフルオロフォアを有する流体は、入口ポート２８９および出口ポート２９０を使用して、入口ポートを通ってフローセル２８２に流入し、そして流出するようにされ得る。フルオロフォアは、様々なサンプル５０２に引きつけることができ、したがって、それらの検出によって、フルオロフォアは、サンプル５０２のマーカー、例えば、それらが引きつける生物学的または化学的検体として作用することができる。
フローセル２８２内のフルオロフォアの存在を検出するために、励起波長範囲の励起光１０１が光エネルギー励起装置１０によって放射されるように、光エネルギー励起装置１０にエネルギーを与えることができる。サンプル５０２に付着した励起光フルオロフォアは、光センサー２０２による検出のための興味のシグナルである放射シグナル光５０１を発することができる。サンプル５０２に付着したフルオロフォアの蛍光による発光シグナル光５０１は、励起光１０１の波長範囲に対して赤方偏移した波長範囲を有する。
光エネルギー励起装置１０は、サンプル５０２に付着したフルオロフォアを励起するために励起光１０１を放射するように作動させることができる。励起光１０１によって励起されると、サンプル５１０２に付着したフルオロフォアが蛍光を発して、励起光１０１の波長範囲よりも長い波長を有する波長範囲で発光シグナル光５０１を放射することができる。発光シグナル光５０１の有無は、サンプル５０２の特性を示すことができる。一実施形態による光ガイド２１４は、光センサー２０２が励起光１０１を発光シグナル光５０１として検出しないように、光エネルギー励起装置１０によって透過される励起光１０１の波長領域の光をフィルタすることができる。
試験サポートシステムエリア３００内のシステム１００は、プロセス制御システム３１０と、流体制御システム３２０と、流体貯蔵システム３３０と、操作者がシステム１００の制御のためのインプットを入力することを可能にするユーザインタフェース３４０とを含むことができる。一実施形態による処理制御システム３１０は、処理部ベースのシステムによって提供することができる。プロセス制御システム３１０は、ＤＮＡ配列再構築プロセスなどの様々な生物学的または化学的処理を実行することができる。一例によれば、生物学的または化学的処理を実行するために、プロセス制御システム３１０は、例えば、光エネルギー励起装置１０、検出部２００、および／または液体制御システム３２０に、調整された制御シグナルを送信することができる。流体貯蔵システム３３０は、フローセル２８２を通って流れる流体を貯蔵することができる。
一実施形態によれば、光エネルギー励起装置１０は、１つ以上の光源を含むことができる。一例によれば、光エネルギー励起装置１０は、１つ以上の光整形要素を含むことができる。光エネルギー励起装置１０は、１つまたは複数の光源から放射された光を方向付ける光放射を整形するための１つまたは複数の光学部品を含むことができる。１つ以上の光源は、例えば、１つ以上の光パイプ、レンズ、くさび、プリズム、反射材、フィルタ、格子、コリメーター、または上記の任意の組合せを含むことができる。
図２は、一例による光エネルギー励起装置１０を示す。光エネルギー励起装置１０は、１つ以上の光源、例えば、光源１０２Ａ－１０２Ｚと、図示の例では折り曲げ軸である光軸１０６に沿って光を方向付けるための様々な光学素子とを有する光源列１０２を含むことができる。
光エネルギー励起装置１０は、光パイプ１１０と、光パイプ１１０を透過した励起光線を整形するためのレンズ１１４とを含むことができる。光パイプ１１０およびレンズ１１４は、光軸１０６を中心とする断面幾何学中心を有することができる。
光パイプ１１０は、光入射面１０９および光出射面１１１を含むことができる。光源列１０２から放射された励起光１０１は、光入射面１０９に入射することができ、光パイプ１１０の光出射面１１１から出射することができる。内面反射を提供するように選択された屈折率を有することによる光パイプ１１０は、光パイプ１１０を透過した出射光線が均質になるように光を均質化するために、光源列１０２から受けた受光線を様々な方向に反射することができる。したがって、光源列１０２の光源が「ホットスポット（hot spot）」を有するか、または光パイプ１１０に対して非対称に配置されるか、または他の凹凸を有する場合であっても、光パイプ１１０の光出射面１１１において均一な光を生成することができる。
光パイプ１１０は、内面反射を提供するように選択された屈折率を有することによって、光パイプ１１０を画定するサイドウォール表面によって画定される体積領域に受光し、送信する励起光線を閉じ込めることができる。光パイプ１１０は、均一な光透過性物質、例えば、ポリカーボネートまたはシリカグラスで形成することができる。
一例によれば、光パイプ１１０は、光入射面１０９から光パイプ１１０の光出射面１１１への方向に、その長さ全体にわたって直径が増大することによって画定されるテーパ構造であってもよい。一例によれば、光パイプ１１０は、光入射面１０９から光パイプ１１０の光出射面１１１への方向に、その長さ全体にわたって直線的に増大する直径によって画定されるテーパ構造であってもよい。
一例によれば、光エネルギー励起装置１０は、レンズ１１４が光パイプ１１０の光出射面１１１を画像平面１３０上に結画像するように構成することができ、一例によれば、システム１００は、画像平面１３０が、ＤＮＡフラグメントなどのサンプル５０２を支持するように構成することができる検出部表面２０６と一致するように構成することができる。物体平面を画像平面上に結画像することによってレンズ１１４は、光パイプ１１０の光出射面１１１に存在する均質化された光の画像を、検出部２００（図１）のサンプル支持検出部表面２０６上に投影することができる。
本明細書の実施例は、光源バンク１０２から放射される励起光線が蛍光範囲光線を含まないように光源バンク１０２を選択することができるが、それにもかかわらず、蛍光範囲光線は、自己蛍光の結果として光エネルギー励起装置１０内で放射することができることを認識する。別の態様では、光エネルギー励起装置１０は、光エネルギー励起装置１０内からの自己蛍光の結果として放射する、例えば、レンズ１１４、光パイプ１１０、および反射材１１８、ならびに光エネルギー励起装置１０の他の表面から放射する蛍光範囲波長をフィルタするために、ショートパスフィルタ１２２を含むことができる。
光エネルギー励起装置１０は、光軸１０６が、光軸１０６が図示の基準Ｙ軸に平行に延びる第１の方向から、光軸１０６が図示の基準Ｚ軸に平行に延びる第２の方向に方向を変えるように、光軸１０６を曲げる（ｆｏｌｄ）ための光反射器１１８を含むことができる。光エネルギー励起装置１０は、光軸１０６を中心とする断面中心を有する窓１２６と、ハウジング１３４と、図１に示される一定の空間関係などの一定の空間関係で様々な光学部品を支持するための他の支持構成要素とを含むことができる。
図２の例における光エネルギー励起装置１０の光線トレース図を図３に示す。図３の光線追跡図を参照すると、レンズ１１４は、光パイプ１１０の光出射面１１１で画定することができる物体面１１２を、生物学的または化学的サンプルを支持するように適合させることができる検出部表面２０６に配置することができる像面１３０上に結像させることができる。図３の光線トレース図から分かるように、光パイプ１１０の光出射面１１１を出射する光線は、光パイプ１１０の光出射面１１１を出射する光線の大部分がレンズ１１４の光入射面によって受光されるように十分に制限された発散角で発散する発散光線とすることができる。本明細書の実施例は、光パイプが光を均質化する目的に有用であるが、光パイプは、大きな最大発散角、例えば９０°に近い角度で出射する出射光線を透過することができることを認識する。
本明細書の実施例は、例えば、光パイプ１１０が一様な直径、すなわちテーパのない直径を有するように代替的に構成される場合、光パイプ１１０を出る出射光線のかなりの割合が、レンズ１１４の光入射面１１３が出射光線を集めないように十分に大きい発散角で光出射面１１１を出ることができることを認識する。本明細書の実施例は、光パイプ１１０が、その長さに沿ってテーパ状であり、光軸１０６を中心とする断面幾何学中心を有し、適切な屈折率を含むように設けられることにより、光パイプ１１０内での反射が提供され、その結果、光パイプ１１０の光出射面１１１から出射する光線は、９０°の最大限の発散角に対して低減された角度で光パイプ１１０の光出射面１１１を出射することを認識する。
図２および図３を参照して説明した例では、光パイプ１１０の光出射面１１１を出射する出射光線は、光出射面から光軸１０６に並行に延びる基準光線に対して０度から最大発散角までの範囲の角度で発散する光線を有する光の発散円錐１１００を画定することができる。定義された発散円錐光１１００は、光軸１０６に対して最大限の発散角で発散することができる。一例によれば、最大発散角は、光出射面１１１を出射する出射光線の大部分がレンズ１１４の光入射面によって集光されるように設計された発散角である。一実施形態によれば、光エネルギー励起装置１０は、出射面１１１を出射する光励起光線が、光出射面から延びる基準光線に対して、レンズ１１４の光入射面１１３による集光を確実にするのに十分に小さな光軸１０６に並行する方向に最大限の発散角で発散するように構成される。
一実施形態によれば、光エネルギー励起装置１０は、光パイプ１１０の光出射面１１１から出射する出射光線が、光軸１０６に並行する方向に光出射面から延在する基準光線に対して０度から最大発散角までの範囲の角度で発散する光線を有する光１１００の発散円錐を画定するように構成することができ、光パイプ１１０は、最大発散角が約６０度以下であるように構成される。一実施形態によれば、光エネルギー励起装置１０は、光パイプ１１０の光出射面１１１から出射する出射光線が、光軸１０６に並行する方向に光出射面から延在する基準光線に対して０度から最大発散角までの範囲の角度で発散する光線を有する光の発散円錐１１００を画定するように構成され、光パイプ１１０は、最大発散角が約５０度以下であるように構成される。一実施形態によれば、光エネルギー励起装置１０は、光パイプ１１０の光出射面１１１から出射する出射光線が、光軸１０６に並行する方向に光出射面から延在する基準光線に対して０度から最大発散角までの範囲の角度で発散する光線を有する光の発散円錐１１００を画定するように構成され、光パイプ１１０は、最大発散角が約４０度以下であるように構成される。一実施形態によれば、光エネルギー励起装置１０は、光パイプ１１０の光出射面１１１から出射する出射光線が、光軸１０６に並行する方向に光出射面から延在する基準光線に対して０度から最大発散角までの範囲の角度で発散する光線を有する光の発散円錐１１００を画定するように構成され、光パイプ１１０は、最大発散角が約３５度以下であるように構成される。一実施形態によれば、光エネルギー励起装置１０は、光パイプ１１０の光出射面１１１から出射する出射光線が、光軸１０６に並行する方向に光出射面から延在する基準光線に対して０度から最大発散角までの範囲の角度で発散する光線を有する光の発散円錐１１００を画定するように構成され、光パイプ１１０は、最大発散角が約３０度以下であるように構成される。
結像機能を提供するために、レンズ１１４は、光パイプ１１０を透過した受信励起光線を収束させることができる。図２および図３を参照して説明した例では、レンズ１１４の光出射面１１５を出射する出射光線は、光軸１０６に並行する方向に光出射面から延在する参照光線に対して０度から最大収束角度までの範囲の角度で収束する光線を有する収束円錐光１４００を画定することができ、レンズ１１４は、最大収束角度が約６０度以下であるように構成される。定義された収束円錐光１４００は、光軸１０６に対して最大限の収束角で収束することができる。図２および図３を参照して説明した例では、レンズ１１４の光出射面１１５を出射する出射光線は、光軸１０６に並行する方向に光出射面から延在する参照光線に対して０度から最大収束角度までの範囲の角度で収束する光線を有する収束円錐光１４００を画定することができ、レンズ１１４は、最大収束角度が約５０度以下であるように構成される。図２および図３を参照して説明した例では、レンズ１１４の光出射面１１５を出射する出射光線は、光軸１０６に並行する方向に光出射面から延在する参照光線に対して０度から最大収束角度までの範囲の角度で収束する光線を有する収束円錐光１４００を画定することができ、レンズ１１４は、最大収束角度が約４０度以下であるように構成される。図２および図３を参照して説明した例では、レンズ１１４の光出射面１１５を出射する出射光線は、光軸１０６に並行する方向に光出射面から延在する参照光線に対して０度から最大収束角度までの範囲の角度で収束する光線を有する収束円錐光１４００を画定することができ、レンズ１１４は、最大収束角度が約３５度以下であるように構成される。図２および図３を参照して説明した例では、レンズ１１４の光出射面１１５を出射する出射光線は、光軸１０６に並行する方向に光出射面から延在する参照光線に対して０度から最大収束角度までの範囲の角度で収束する光線を有する収束円錐光１４００を画定することができ、レンズ１１４は、最大収束角度が約３０度以下であるように構成される。
図４は、一実施形態による光源バンク１０２を示す。光源バンク１０２は、１つまたは複数の光源を含むことができる。１つの例によれば、１つ以上の光源は、１つ以上のエレクトロルミネッセンスベースの光源、例えば、発光ダイオード、発光電気化学セル、エレクトロルミネッセンスワイヤ、またはレーザー、または上記の任意の組合せによって提供することができる。図４に示す実施形態では、光源列１０２は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）によって提供される複数の光源１０２Ａ～１０２Ｊを含むことができる。説明した例示の光源１０２Ａ～１０２Ｇは、緑色波長帯域の励起光線を放射する緑色ＬＥＤとすることができ、光源１０２Ｈ～１０２Ｊは、青色波長帯域の励起光線を放射する青色ＬＥＤとすることができる。ＬＥＤによって提供される光源１０２Ａ～１０２Ｊは、一実施形態によれば、印刷回路基板１０２０上に配置することができる。システム１００の動作において、プロセス制御システム３１０は、ＬＥＤによって提供される光源１０２Ａ～１０２Ｊの通電を制御することができ、その結果、一定の発光帯域の１つ以上のＬＥＤが、一定の時点で選択的に活性化される。一実施形態による光源１０２Ａ～１０２Ｊは、面発光ＬＥＤによって提供することができる。面発光ＬＥＤなどのＬＥＤは、光線角度を光強度と相関させる放射パターンを有することができる。ＬＥＤ発光パターンは、ダイス形状、ダイス窓、光成形材料の屈折率及び屈折角のようなパラメータの機能とすることができる。放射パターンは、一例によれば、すなわち、強度が法線に対する放射角のコサインに比例することを指定するランバートとすることができる。
プロセス制御システム３１０は、例えば、光センサー２０２が露光される検出部２００の第１の露光期間中に緑色ＬＥＤによって提供される光源１０２Ａ～１０２Ｇのみを通電することができ、光センサー２０２が露光される検出部２００の第２の露光期間中に青色ＬＥＤによって提供される光源１０２Ｈ～１０２Ｊのみを通電することができる。２つの、独立して選択可能なピーク波長で発光するように光源列１０２を提供することは、緑色（５３２ｎｍ）および青色（４７０ｎｍ）励起の両方を使用することができる色素ケミストリープロセスを容易にする。一例によれば、光源列１０２は、赤色帯域中心波長（例えば、赤色：６３０ｎｍ）で発光する光源、例えば、印刷回路基板１０２０上に配置された赤色ＬＥＤを含むことができる。赤色照明を提供することは、一例による追加の試験および較正手順を促進する。
図４に示すように、光源画定光源列１０２は、対称的に一様に、または任意の順序付けられた構成に従って配置される必要はないことが分かる。例えば、図４に示される特定の構成によれば、緑色ＬＥＤによって提供される光源１０２Ａ～１０２Ｇは、非通電（消勢）状態に維持された青色ＬＥＤによって提供される光源１０２Ｈ～１０２Ｊによって選択的に通電され、励起光線のより大きな割合が、光パイプ１１０の光入射面１０９の左側を通って光パイプ１１０に入り、青色ＬＥＤによって提供される光源１０２Ｈ～１０２Ｊが、非通電状態に維持された緑色ＬＥＤによって選択的に通電されると、励起光線のより大きな割合が、光パイプ１１０の光入射面１０９の右側を通って光パイプに入ることが分かる。それにもかかわらず、光パイプ１１０は、その光反射特性によって、不均衡な入射光を均質化し、光源列１０２の光源の配置にかかわらず、光パイプ１１０の光出射面１１１において均質化された光を生成する。光パイプ１１０の屈折率は、光源列１０２からの光線が光パイプ１１０内で全反射（ＴＩＲ）を示すように選択することができ、その結果、光パイプ１１０の光出射面１１１において、均一な（均一である）イルミネーションが達成される。
図５に示すように、光源列１０２は、光損を確実に低減するように光パイプ１１０に結合することができる。図５に示す構成では、図４のプリント回路基板１０２０上に配置されたＬＥＤの側面図が示されている。図５に示される側面図において、ＬＥＤによって提供される光源１０２Ａ、１０２Ｃ、および１０２Ｅは、図４に示されるように、光源１０２Ａ、１０２Ｃ、および１０２Ｅに対応するように示される。光源１０２Ａ～１０２Ｊは、図５に示すような扁平状平面発光面を有するＬＥＤによって提供することができる。図５を参照すると、ＬＥＤ（その光源１０２Ａ、１０２Ｃ、および１０２Ｅが側面図に示されている）によって提供される光源１０２Ａ～１０２Ｊの扁平状平面発光面は、光パイプ１１０の光入射面１０９に表面結合（突き合わせ結合）される。ＬＥＤによって提供される光源１０２Ａ～１０２Ｊの放射面のような光入射面１０９は、ＬＥＤによって提供される光源１０２Ａ～１０２Ｊが光入射面１０９上に表面結合されるとき、低光ロスを保証するために、扁平状かつ平面であり得る。図５に示された面結合を使用することにより、９０パーセント以上の光パイプ１１０を通るＬＥＤ光の透過率を特定するカップリング効率を達成することができ、一実施形態によれば、カップリング効率がレンズの開口数に依存するレンズへの光源のカップリング効率に有利に匹敵する９８パーセント以上を達成することができる。
さらに図５に関して、ＬＥＤによって提供されるそれぞれの光源１０２Ａ～１０２Ｊのフロントフェイスの全体が、光パイプ１１０の光入射面１０９によって対向され、したがって、ＬＥＤによって提供される光源１０２Ａ～１０２Ｊによって放射される励起光線の大部分が、光パイプ１１０の光入射面１０９によって確実に受けられることが分かる。
光エネルギー励起装置１０は、励起光１０１（図１）を第１のより低い波長領域、例えば約５６０ｎｍ未満で放射して、フルオロフォアを励起することができ、フルオロフォアは、励起光に応答して、より長い波長、例えば約５６０ｎｍより長い波長を含む、放射シグナル光５０１の第２の波長領域を放射する。検出部２００は、より長い波長でのこれらの波長域発光が光センサー２０２によって検出されるように構成することができる。検出部２００は、蛍光フルオロフォアに起因する発光シグナル光５０１が光センサー２０２によって選択的に受光されるように、励起光１０１の波長領域の光を遮断するためにフィルタ材から形成され得る光ガイド２１４を含み得る。
本明細書の実施例は、光エネルギー励起装置１０が蛍光放射帯域（蛍光範囲）の光を放射する場合、そのような放射光は、望ましくなく、光センサー２０２によって放射シグナル光として感知され得ることを認識する。本明細書の実施例は、光エネルギー励起装置１０による蛍光範囲波長の放射を低減する特徴を含む。
上述したように、光エネルギー励起装置１０は、ショートパスフィルタ１２２を含むことができる。短通過フィルタ１２２は、光源列１０２の発光エネルギー帯域の励起光線の透過を可能にするが、光エネルギー励起装置１１０内の自己蛍光成分に起因するフローセル２８２内の蛍光範囲の光を遮断する。ショートパスフィルタ１２２は、ショートパスフィルタ１２２が、光エネルギー励起装置１０内の自己蛍光材料に起因する自己蛍光範囲波長を拒絶できるように、光エネルギー励起装置１０の先端部に配置することができる。レンズ１１２およびレンズ１１４の前方に配置された構成要素から光伝播方向に照射される自己蛍光範囲照射のフィルタ処理を容易にするために、光エネルギー励起装置１０の先端部において、レンズ１１４の後方に光伝播方向に短通過フィルタ１２２を配置することができる。一実施形態によるショートパスフィルタ１２２は、より高い屈折率およびより低い屈折率を有する材料の交互の層を堆積させた基材を含むことができる。屈折率の高い材料には、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）又はタンタル一酸化炭素（Ｔａ２Ｏ５）を含み、屈折率の低い材料には、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含むことができる。一例によれば、材料層は、例えばイオンビームスパッタリングを用いてハードコーティングすることができる。
蛍光範囲光をさらに低減するために、光エネルギー励起装置１０の材料を、低減された自己蛍光のために選択することができる。本明細書の実施例は、ケイ酸ガラスが、光学系で一般に使用されるポリカーボネート材料よりも自己蛍光が少ないことを認識する。一実施形態によれば、光エネルギー励起装置１０の１つ以上の光学部品は、ケイ酸ガラスで形成されるように選択することができる。本明細書の実施例は、ケイ酸ガラスが、光学部品の代替材料と比較して、低減された自己蛍光を生成することができ、したがって、１つ以上の例示に従って、光パイプ１１０、レンズ１１４、ショートパスフィルタ１２２（その基材）、および窓１２６のうちの１つ以上が、自己蛍光の低減のためにケイ酸ガラスで形成されるように選択され得ることを認識する。一実施形態によれば、光パイプ１１０、レンズ１１４、ショートパスフィルタ１２２（その基材）、および窓１２６のうちの１つまたは複数は、自己蛍光の低減のために均一なケイ酸ガラスで形成されるように選択される。光パイプ１１０、レンズ１１４、ショートパスフィルタ１２２（その基材）、及び窓１２６の各々は、自己蛍光の低減のために均一なケイ酸ガラスで形成されるように選択される。
図６には、光エネルギー励起装置１０の三次元模式図が示されている。図６に示すように、物体平面１１２は、レンズ１１４によって像平面１３０上に結像することができる。ここで述べるように、物体平面１１２は、光パイプ１１０の光出口面１１１で定義することができ、出口面１１１での光の画像が画像平面１３０に投影されるようになり、このようにしてサンプルを支持するために検出部２００の検出部表面２０６（図１）に位置することができる。レンズ１１４は光パイプ１１０の光出射面１１１を結像することができるので、光出射面１１１の形状を結像面１３０上に結像し、それに従って結像することができることが理解されよう。一実施形態によれば、光出射面１１１の形状は、検出部表面２０６の形状およびサイズに対応するように選択され、光エネルギー励起装置１１０は、光出射面１１１の形状を画像平面１３０上に結像するように構成され、その結果、レンズ１１４は、検出部表面２０６の形状およびサイズに一致するイルミネーションパターン１０７（図３）を検出部表面２０６上に投影する。
光エネルギー励起装置１０を、検出部表面２０６の形状および大きさに合致する光パターン１０７（図３）を検出部表面２０６上に投影するように構成することにより、様々な利点が得られる。このように構成することによって、投影されたイルミネーションパターンは、光エネルギーを浪費する検出部２００の周囲外の領域を照明（イルミネーション）せず、また、関心のある領域である領域を不十分に照明しない。
図６に関連して説明した実施形態では、サンプルを支持するための光出射面１１１および検出部表面２０６の両方を直線状にすることができる。図６に見られるように、光パイプ１１０は、その長さ全体にわたって直線断面（光軸１０６を横切る６－６に沿った）を含むことができる。さらに、上述したように、光パイプ１１０は、テーパ構造とすることができ、光入射面１０９から光出射面１１１までのその長さ全体にわたって増大する直径を有することができる。光パイプ１１０が直線断面を有する場合、光パイプ１１０の光出射面１１１を出る励起光線によって画定される光１１００の発散円錐は、レンズ１１４の光入射面１１３に向かう光伝播の方向にコーナーがより柔らかくなり、より拡散する直線断面を有することができることが理解されるであろう。
一実施形態によれば、光エネルギー励起装置１０は、光パイプ１１０が直線状の光出射面１１１を有するように構成することができ、その画像は、光出射面１１１の形状に対応する直線状の周囲を有することができるサンプルを支持するために、レンズ１１４によって検出部表面２０６上に投影することができる。
一例による光エネルギー励起装置１０の構成要素の仕様が、一例による光エネルギー励起装置１０の様々な光学パラメータ値を示す図７に示されている。図７に示す例では、レンズ１１４は、像平面１３０における投影像のサイズが物体平面１１２における物体（光出射面１１１）のサイズと共通であるように、１：１の倍率を有する。一実施形態による光エネルギー励起装置１０は、ＬＥＤダイス当たり２Ａの駆動電流で約５Ｗ／ｃｍ２の緑色照明強度を生成することができ、ＬＥＤダイス当たり２Ａの駆動電流で約７Ｗ／ｃｍ２の青色照明強度を生成することができる。約＞７５％のイルミネーション均一性が、全体イルミネーション領域内で達成され得る。光エネルギー励起装置１０に使用する材料を以下の表１に示す。
Figure 0007113856000001
別の例では、光パイプ１１０は、光パイプ１１０の光出射面１１１が直線形状以外の形状、例えば、光軸１０６を横切る６－６に沿った円形断面を有することができるような形状とすることができる。このような実施形態は、サンプル支持検出部表面２０６が、直線形状以外の形状であり、光出射表面１１１の形状に対応する周囲を有する場合に好都合であり得る。
光エネルギー励起装置１０の設計は、異なる形状を有する異なる検出部表面２０６を有する検出部２００による異なる検出部による最適化のために容易に修正することができる。例えば、検出部２００による第１の検出部は、（Ｚ軸に沿った上面図から）長方形の検出部表面２０６を有することができ、検出部２００による第２の検出部は、正方形の検出部表面２０６を有することができ、検出部２００による第３の検出部は、円形の検出部表面２０６を有することができる。レンズ１１４は、光出射面１１１と一致する物体面１１２を検出部表面２０６上に結像するように構成されているので、光エネルギー励起装置１０は、光パイプ１１０を異なる構成に変更するだけで、異なる形状の検出部のいずれかと共に使用するように最適化することができる。一例によれば、図２の破線１３２によって示されるように、交換可能なモジュール・エネルギー・励起装置１０を保持するためのホルダは、交換可能な光パイプモジュール１３３を備えたモジュール型の構造であってもよく、光エネルギー励起装置１０は、異なる構造の一つ又は複数の光パイプ１１０を備えた、当該光パイプブロックモジュールの複数のものと共に提供することができる。異なる形状の検出部表面２０６を有する異なる形状の検出部２００と共に使用するために光エネルギー励起装置１０を最適化することは、異なる形状の検出部表面２０６を有する異なる形状の検出部２００の形状に一致する第２の光パイプ１１０及び第２の形状の光パイプ出射面１１１を有する第２の光パイプモジュール１３３と共に、第１の光パイプ１１０及び第１のパイプ光出射面１１１を有する、現在設置されている第１の光パイプモジュール１３３を単にスイッチアウトすることを含むことができる。光エネルギー励起装置１０は、破線１３２で示されるように、別のモジュールがハウジング１１４のホルダに取り付けられると、新たに取り付けられたモジュール１３３の光パイプ１１０の光出射面１１１が物体平面１１２上に配置され、光パイプ１１０の光出射面１１１が検出部表面２０６上に配置された像平面上に結像できるように構成することができる。
図８の例では、光エネルギー励起装置１０は、本明細書に記載の光パイプ１１０と、第２の光パイプ１０Ｂとを含むことができる。光パイプ１１０は、例えばＬＥＤによって提供される第１の光源１０２Ａに表面結合することができ、光パイプ１１０Ｂは、例えば第２のＬＥＤによって提供される第２の光源１０２Ｂに表面結合することができる。光源１０２Ａおよび光源１０２Ｂは、同じ波長帯域または異なった波長帯域の光を放射するように構成することができる。レンズ１１４は、光パイプ１１０および第２の光パイプ１１０Ｂの光出射面１１１に画定された物体面１１２を、検出部表面２０６に画定され得る像面１３０上に結像するように構成され得る。したがって、光エネルギー励起装置１０は、２つの別個のイルミネーションパターン１０７Ａおよび１０７Ｂを検出部表面２０６上に投影することができ、これは、生物学的または化学的試験設計者が検出部表面２０６を別個の試験領域に分離することを望むケースで好都合であり得る。一実施形態によれば、試験設計者は、検出部２００による第１の検出部を使用して試験を実行することを指定することができ、検出部２００および装置１００による第２の検出部は、光エネルギー励起装置１０が、第１および第２の異なった検出部２００のそれぞれ別々の検出部表面２０６上にイルミネーション領域（照明領域）１０７および１７Ｂを投影するように構成することができる。
本明細書では、光源１０２Ａおよび第２の光源１０２Ｂを有する光エネルギー励起装置１０が説明され、光パイプ１１０は、光源１０２Ａから励起光を受け、励起装置は、光パイプ１１０とのコモンハウジング１３４に収容された第２の光パイプ１１０Ｂを備え、第２の光パイプ１１０Ｂは、第２の光源１０２Ｂから励起光を受け、光パイプ１１０および第２の光パイプ１１０Ｂは、それぞれ、第１の光源１０２Ａおよび第２の光源１０２Ｂから放射された励起光を伝播し、光エネルギー励起装置１０は、光パイプ１１０および第２の光パイプ１１０Ｂをそれぞれ通って伝播する励起光を成形して、第１および第２の別個のイルミネーション領域１０７および１０７Ｂを画定する。
図８に示す構成は、光軸１０６および第２の光軸１０６Ｂを画定することができる。図２～７に示されるような単一チャネルシステムにおいて、光軸１０６は、レンズ１１４の中心軸線１０６０と同じ場所に配置することができる。図８の実施例では、光軸１０６および光軸１０６Ｂの各々は、レンズ１１４の中心軸線１０６０に対してずらして並列にすることができる。光パイプ１１０および光パイプ１１０Ｂのそれぞれは、図３を参照して説明した光線トレース図（単一チャネルシステム）を参照して説明した光１１００の発散円錐の発散視野角特性をそれぞれ有する光１１００および１１００Ｂの発散円錐を画定することができる。レンズ１１４は、図３を参照して説明した光線トレース図（単一チャネルシステム）を参照して説明した光線１４００の収束円錐の収束角特性を有する光１４００および１４００Ｂのそれぞれの収束円錐を画定することができる。
一実施形態によれば、第１および第２の照明チャネルを画定するための光パイプ１１０および光パイプ１１０Ｂは、図２に関連して説明される破線１３２によって示される光エネルギー励起装置１０のハウジング１３４の画定されたホルダ内に交換可能に取り付けることができる、本明細書で説明されるような１組の交換可能モジュール１３３内に含めることができる。
図９は、光エネルギー励起装置１０の切り欠き物理形状図を示す。図９に示すように、光エネルギー励起装置１０は、光エネルギー励起装置１０の性能を改善するために、光エネルギー励起装置１０から熱を奪うために放熱板７０２上に取り付けることができる。図１０は、検出器アセンブリ２０に結合された光エネルギー励起装置１０を有するシステム１００の物理的な斜視図である。図１０に示すように、検出部アッセンブリ２０は、フローセル２８２を収容するカートリッジ８０２を含むことができる。フローセル２８２は、図１１に示されるように、フローセル２８２を規定するフローセルフレーム９０２の観点アセンブリ物理的形態図を示すフローセルフレーム９０２によって規定され得る。フローセルフレーム９０２は、例えば、図１の模式図に示すように、サイドウォール２８４およびフローカバー２８８を含むことができる。
図１２は、検出部アッセンブリ２０のカートリッジ８０２の内部構成要素を示す構造詳細図である。図１２に示すカートリッジ８０２は、検出部２００への光エネルギー励起装置１０の位置合わせを助ける物理的位置合わせ機構８０６を含むように構成することができる。図２に示すように、検出部２００は、検出部２００およびフローセル２８２がカートリッジ８０２の溝８１４に受け入れられるフローセルフレーム９０２によって確立される位置に配置されるように示されている。物理的な位置合わせ機構８０６は、光エネルギー励起装置１０のハウジング１３４の先端部によって画定される光エネルギー励起装置１０の対応する機構を捕捉するために設けることができる。光エネルギー励起装置１０を検出部アセンブリ２０および検出部２００に結合するために、光エネルギー励起装置１０のハウジング１３４の先端部は、検出部アセンブリ２０のカートリッジ８０２のレセプタクル８２６に挿入され得、そして光エネルギー励起装置１０のハウジング１３４の先端部が、図１２に示されるように、対応する位置合わせ特徴８０６と位置合わせされるように配置され得、その結果、光エネルギー励起装置１０は、図１に示されるように、フローセル２８２および検出部２００と適切に整列される。
図１３は、検出部２００の上に配置されたフローセル２８２の上面図を示す。図１３に示されるような一実施形態によれば、フローセル２８２は、生物学的または化学的試験の間、全てより少ない光センサー２０２が活性であるようにフローセル２８２を形づくる、サイドウォール２８３を含むことができる。一実施形態による検出部２００は、ピクセルとみなすことができる１４Ｍの光センサーの配列を含むことができ、フローセル２８２は、約８Ｍの光センサー２０２が生物学的または化学的試験中に活性であるように、フローセル壁２８３によって構成することができる。
光エネルギー励起装置１０の別の例を、図１４および図１５を参照して説明する。図１４に示す一例によれば、レンズ１１４は、光パイプ１１０と一体に形成することができる。図１４は、光パイプ１１０およびレンズ１１４の両方を画定する単一の材料片によって一体的に形成された光パイプ１１０およびレンズ１１４を示す。光エネルギー励起装置１０は、光パイプ１１０と一体に形成されたレンズ１１４が、サンプル（図１）を支持するために検出部表面２０６に画定することができる像平面１３０上に均質化された光を投影するように構成することができる。
図１５は、光パイプ１１０と一体に形成され、レンズ１１４と光パイプ１１０の両方を共通に画定する単一の材料片で画定された一体型レンズ１１４を有する光エネルギー励起装置１０の別の例を示す。図１５の例では、レンズ１１４は、フレネルレンズによって提供されるものとして示されている。フレネルレンズは、低減されたレンズ厚さを有する収束光線を生成することができ、したがって、省スペースの利点を提供することができる。図１３の実施形態におけるレンズ１１４は、光パイプ１１０内で反射された均質化された光を、サンプル支持検出部表面２０６に画定され得る像平面１３０上に投影することができる。図１４および図１５の例を含む本明細書の任意の例では、フィルタ塗装をレンズ１１４の光出射面１１５に直接的に堆積させて、光エネルギー励起装置１０の離散フィルタ２２を除去することができる。
図１６および図１７は、光エネルギー励起装置１０と共に使用することができる、一実施形態による検出部アッセンブリ２０および検出部２００のさらなる細部を示す。
図１６に示される例示的な実施形態では、フローセル２８２は、検出部表面２０６サイドウォール２８４と、サイドウォール２８４および他のサイドウォール（図示せず）によって支持されるフローカバー２８８とによって画定される。サイドウォールは、検出部表面２０６に結合することができ、フローカバー２８８と検出部表面２０６との間に延在することができる。いくつかの例では、サイドウォールは、フローカバー２８８を検出部２００に結合する硬化性接着層から形成される。
フローセル２８２は、高さＨ１を含むことができる。ほんの一例として、高さＨ１は、約５０μｍ～約４００μｍ、またはより具体的には、約８０μｍ～約２００μｍとすることができる。フローカバー２８８は、検出部アッセンブリ２０の外側からフローセル２８２内に伝播する励起光１０１に対して光透過性である物質を含むことができる。
また、図示されているように、フローカバー２８８は、他のポート（図示せず）と流体的に係合するように構成された入口ポート２８９および出口ポート２９０を画定することができる。例えば、他のポートは、カートリッジ（図示せず）またはワークステーション（図示せず）からのものとすることができる。
検出部２００は、光センサー２０２のセンサーアレイ２０１と、光ガイド２１４のガイドアレイ２１３と、反応凹部２１０の反応アレイ２０９とを含むことができる。特定の例では、構成要素は、それぞれの光センサー２０２が単一の光ガイド（光導波路）２１４および単一の反応凹部２１０と整列するように配置される。しかし、他の例では、単一の光センサー２０２が、２つ以上の光ガイド２１４を介して光子を受けることができる。いくつかの例では、光センサーアレイのそれぞれの光センサーに対して２つ以上の光ガイドおよび／または反応凹部を設けることができる。
いくつかの例では、反応凹部アレイの反応凹部に位置合わせされた２つ以上の光導波路および／または光センサーを設けることができる。用語「アレイ」は、必ずしも、検出部２００が有することができる特定の種類の各アイテムおよびすべてのアイテムを含む必要はない。例えば、光センサー２０２のセンサーアレイ２０１は、検出部２００の各およびすべての光センサーを含まなくてもよい。別の例として、ガイドアレイ２１３は、検出部２００の各およびすべての光ガイド２１４を含まなくてもよい。別の例として、反応アレイ２０９は、検出部２００の各およびすべての反応凹部２１０を含まなくてもよい。したがって、特に明記しない限り、用語「アレイ」は、検出部２００のすべてのそのようなアイテムを含んでもよいし、含まなくてもよい。
検出部２００は、官能化（例えば、指定された反応を行うのに適した方法で化学的または物理的に修飾）することができる検出部表面２０６を有する。例えば、検出部表面２０６は、官能化することができ、それに固定された１つ以上の生体分子を有する複数の反応部位を含むことができる。検出部表面２０６は、反応凹部２１０の反応アレイ２０９を有することができる。各反応凹部２１０は、１つ以上の反応部位を含むことができる。反応凹部２１０は、例えば、検出部表面２０６に沿った窪みまたは深さの変化によって画定することができる。他の例では、検出部表面２０６は、実質的に平坦であってもよい。
図１７は、様々な特徴をより詳細に示す検出部２００の拡大断面図である。より具体的には、図１７は、単一の光センサー２０２と、発光シグナル光５０１を光センサー２０２に向けるための単一の光導波路２１４と、光センサー２０２によって検出された発光シグナル光５０１（例えば、光子）に基づいてシグナルを送信するための関連回路２４６とを示す。センサー配列２０１（図１６）の他の光センサー２０２および関連する構成要素は、同一または類似の方法で構成され得ることが理解される。しかしながら、検出部２００は、全体を通して同一に又は均一に製造される必要はないことも理解される。その代わりに、１つまたは複数の光センサー２０２および／または関連する構成要素は、異なるように製造することができ、または互いに異なる関係を有することができる。
回路２４６は、検出された光子に基づくデータシグナルの伝送など、電流を伝導することができる相互接続された導電性要素（例えば、導体、トレース、ビア、インターコネクトなど）を含むことができる。検出部２００は、光センサー２０２の平面配列を有する集積回路を含む。検出部２００内に形成された回路２４６は、光センサー２０２によって受光された発光シグナル光５０１、シグナル増幅、デジタル化、貯蔵、および加工に応じて、光センサー２０２上に電荷が蓄積する露光期間（積分期間）中に露光された光センサー２０２からの読み出しシグナルのうちの少なくとも１つのために構成することができる。回路２４６は、検出された発光シグナル光５０１を収集し、分析し、検出データをバイオアッセイシステムに伝達するためのデータシグナルを生成することができる。回路２４６はまた、検出部２００において追加のアナログシグナルプロセッシングおよび／またはデジタルシグナルプロセッシングを行うことができる。光センサー２０２は、ゲート２４１～２４３を介して回路２４６に電気的に結合することができる。
一実施形態による検出部２００は、ＣＭＯＳ集積回路検出部またはＣＣＤ集積回路検出部などの固体集積回路検出部によって提供することができる。一実施形態による検出部２００は、相補型メタルオキシドセミコンダクタ（ＣＭＯＳ）製造プロセスなどの集積回路製造プロセスを用いて製造された集積回路チップであってもよい。
光センサー２０２によって画定されるセンサー配列２０１の分解能は、約０．５メガピクセル（Ｍピクセル）よりも大きくすることができる。より具体的な例では、分解能は、約５Ｍピクセルより大きく、より具体的には、約１４Ｍピクセルより大きくすることができる。
検出部２００は、センサー層２３１を含む複数の積層２３１～２３７を含むことができ、センサー層２３１はシリコン層であり得る。積層された層は、複数の誘電体層２３２～２３７を含むことができる。図示の例では、誘電体層２３２～２３７の各々は、例えば、金属元素（例えば、Ｗ（タングステン）、Ｃｕ（銅）、またはＡｌ（アルミニウム））および誘電体材料、例えば、ＳｉＯ２を含む。集積回路製造に適したものなど、様々な金属要素および誘電体材料を使用することができる。しかし、他の例では、誘電体層２３２～２３７のうちの１つまたは複数は、ＳｉＯ２の１つまたは複数の層などの誘電体のみを含むことができる。
図１７の具体例に関して、誘電体層２３２～２３７は、図１７において層Ｍ１～Ｍ５としてラベル付けされた金属化（メタライゼーション）層を含むことができる。図示のように、金属化層Ｍ１～Ｍ５は、回路２４６の少なくとも一部を形成するように構成することができる。
いくつかの例では、検出部２００は、金属化層Ｍ５の上の領域全体にわたって延在する１つまたは複数の層を有するシールド構造２５０を含むことができる。図示の例では、シールド構造２５０は、フローセル２８２から伝播する光シグナルを遮断するように構成された材料を含むことができる。光シグナルは、励起光１０１および／または発光シグナル光５０１であってもよい。例えば、シールド構造２５０は、タングステン（Ｗ）を含むことができる。具体例としてのみ、励起光は、約５２３ｎｍ（緑色光）または４５６ｎｍ（青色光）のピーク波長を有することができ、発光シグナル光５０１は、約５７０ｎｍ以上の波長を含むことができる（図４）。
図１７に示すように、シールド構造２５０は、それを貫通する開口面２５２を含むことができる。シールド構造２５０は、このような開口面２５２のアレイを含むことができる。アパーチャ２５２は、シグナル放射光が光ガイド２１４に伝播することを可能にするような寸法にすることができる。検出部２００はまた、シールド構造２５０に沿って開口面２５２を横切って延びる不動態化層２５６を含むことができる。検出部２００はまた、パッシベーション層２５６に沿って開口２５２を横切って延びる検出部表面２０６を含むパッシベーション層（不動態化層）２５８を含むことができる。シールド構造２５０は、開口面２５２の上に延在することができ、それによって、開口面２５２を直接的または間接的に覆うことができる。パッシベーション層２５６およびパッシベーション層２５８は、フローセル２８２の流体環境から下側隆起層およびシールド構造２５０を保護するように構成することができる。一例によれば、パッシベーション層２５６は、ＳｉＮまたは同様のものから形成される。一例によれば、パッシベーション層２５８は、タンタルペントキシド（Ｔａ２Ｏ５）又はそれに類似したものから形成される。パッシベーション層２５６およびパッシベーション層２５８を有する構造２６０は、反応凹部２１０を有する検出部表面２０６を画定することができる。検出部表面２０６を画定する構造２６０は、１～Ｎ層など、任意の数の層を有することができる。
構造２６０は、生体分子または関心のある他の検体がその上に固定されることを可能にする中実表面（すなわち、検出部表面２０６）を画定することができる。例えば、反応凹部２１０の反応部位の各々は、パッシベーション２５８の検出部表面２０６に固定化された生体分子のクラスターを含むことができる。このように、パッシベーション層２５８は、反応凹部２１０の反応部位を固定化することができる材料から形成することができる。パッシベーション層２５８はまた、所望の蛍光に対して少なくとも透明な材料を含むことができる。パッシベーション層２５８は、生体分子の固定化を容易にするために、および／または発光シグナル光５０１の検出を容易にするために、物理的または化学的に修飾することができる。
図示の実施例では、パッシベーション層２５６の一部はシールド構造２５０に沿って延在し、パッシベーション層２５６の一部は光ガイド２１４を画定するフィルタ材に沿って直接的に延在する。反応凹部２１０は、光ガイド２１４と整列し、その直上に形成することができる。一実施形態によれば、反応凹部２１０及び光ガイド２１４の各々は、長軸２６８を中心とする断面幾何学中心を有することができる。フィルタ材は、積層した層２３２～２３７を有する誘電体積層体内に形成されたサイドウォール２５４によって画定されたキャビティ内に堆積させることができる。
光ガイド２１４は、誘電体層２３１～２３７によって画定される誘電体積層の周囲材料に対して構成されて、光ガイド構造を形成することができる。例えば、光ガイド２１４は、一例によれば、光ガイド２１４を通って伝播する光エネルギーが、光ガイド２１４と誘電体層２３１～２３７によって画定される周囲の誘電体積層体との間のサイドウォール２５４のインタフェースで実質的に反射されるように、少なくとも約１．６の屈折率を有することができる。特定の例では、光ガイド２１４は、励起光の光学濃度（ＯＤ）または吸光度が少なくとも約４ＯＤであるように構成することができる。より具体的には、フィルタ材を選択することができ、光ガイド２１４は、少なくとも４ＯＤを達成するように寸法決めすることができる。より具体的な例では、光ガイド２１４は、少なくとも約５ＯＤまたは少なくとも約６ＯＤを達成するように構成することができる。より具体的な例では、光ガイド２１４は、少なくとも約７ＯＤまたは少なくとも約８ＯＤを達成するように構成することができる。検出部２００の他の特徴は、電気的および光学的クロストークを低減するように構成することができる。
図１８を参照して、プロセス制御システム３１０のさらなる詳細を説明する。プロセス制御システム３１０は、１つ以上の例示によれば、１つ以上の処理部３１０１、記憶部３１０２、および１つ以上の入力／出力部３１０３を含むことができる。１つまたは複数の処理部３１０１、記憶部３１０２、および１つまたは複数の入力／出力部を、システムバス３１０４を介して接続することができる。一例によれば、プロセス制御システム３１１０は、図１８に示すようなコンピュータシステムによって提供することができる。記憶部３１０２は、システム記憶部とストレージ記憶部との組合せを含むことができる。一実施形態による記憶部３１０２は、本明細書で説明されるプロセスを容易にするための１つまたは複数のプログラムを記憶することができる。１つまたは複数の処理部３１０１は、本明細書で説明するプロセスを容易にするために、記憶部３１０２に記憶された１つまたは複数のプログラムを実行することができる。記憶部３１０２は、コンピュータ可読媒体を定義することができる。
光エネルギー励起装置１０によって促進されるＤＮＡ配列決定プロセスは、図１９および２０を参照して記載される。図１９を参照すると、システム１００の動作の態様を示すスペクトルプロファイル調整図が示されている。１つの例示的な光源列１０２は、第１及び第２の異なった波長で発光する光源を含むことができる。第１および第２の異なった波長範囲で励起光を放射する光源を含むように光源列１０２を設けることは、第１および第２の色素をフローセル２８２内の流体中に配置することができる色素化学ＤＮＡ配列再構成プロセスを容易にする。
図１９に示されるスペクトルプロファイル１７０２は、例えば、図４に示されるような光源１０２Ａのような、光エネルギー励起装置１０の緑色発光光源の励起波長発光帯域を示す。スペクトルプロファイル１７１２は、図４に示すように、光源１０２Ｈなどの光エネルギー励起装置１０の青色発光光源の波長発光帯域である。スペクトルプロファイル１７０４は、フローセル２８２内に流体と共に配置することができる緑色光に感受性の第１のフルオロフォアの吸収帯スペクトルプロファイルである。スペクトルプロファイル１７１４は、流体と共にフローセル２８２内に配置することができる青色光に感受性の第２のフルオロフォアの吸収帯スペクトルプロファイルである。スペクトルプロファイル１７０７は、フローセル２８２内に流体と共に配置され得る、緑色光および青色光に感受性の第３のフルオロフォアの吸収帯スペクトルプロファイルである。
スペクトルプロファイル１７０６は、スペクトルプロファイル１７０２を有する緑色光によって励起されたときに蛍光を発する第１のフルオロフォアに起因する発光シグナル光５０１の部分スペクトルプロファイルである。スペクトルプロファイル１７１６は、スペクトルプロファイル１７１２を有する青色光によって励起されたときに蛍光を発する第２のフルオロフォアに起因する発光シグナル光５０１の部分スペクトルプロファイルである。スペクトルプロファイル１７０８は、スペクトルプロファイル１７０２を有する緑色光によって励起されたときに蛍光を発する第３のフルオロフォアに起因する発光シグナル光５０１の部分スペクトルプロファイルである。スペクトルプロファイル１７０９は、スペクトルプロファイル１７１２を有する青色光によって励起されたときに蛍光を発する第３のフルオロフォアに起因する発光シグナル光５０１の部分スペクトルプロファイルである。
スペクトルプロファイル１７３０は、光センサーアレイ２０１の検出帯域を示す光センサーアレイ２０１を規定する光センサー２０２の透過スペクトルプロファイルである。
本明細書の実施例は、図１９のスペクトルプロファイルコーディネーション図を参照して、プロセス制御システム３１０が、（ａ）１つ以上の緑色発光光源による励起に限定された励起下で光センサー２０２によって感知される蛍光、および１つ以上の青色発光光源による励起に限定された励起下で光センサー２０２によって感知されない蛍光に基づいて、第１のフルオロフォアがサンプル５０２に付着されることを決定するように、（ｂ）１つ以上の青色発光光源による励起に限定された励起下で光センサー２０２によって感知される蛍光、および１つ以上の緑色発光光源による励起に限定された励起下で光センサー２０２によって感知されない蛍光に基づいて、第２のフルオロフォアがサンプル５０２に付着されることを決定するように、および（ｃ）１つ以上の青色発光光源による励起に限定された励起下で光センサー２０２によって感知される蛍光、および１つ以上の緑色発光光源による励起に限定された励起下で光センサー２０２によって感知される蛍光に基づいて、第３のフルオロフォアがサンプル５０２に付着されることを決定するように構成され得る。第３のフルオロフォアが、１つ以上の緑色発光光源による励起に限定された励起下で光センサー２０２によって感知される蛍光、および１つ以上の青色発光光源プロセス制御システム３１０は、どのフルオロフォアがサンプルに結合したかを識別することができ、例えば、サンプル５０２を提供するＤＮＡ鎖のフラグメント中に存在するヌクレオチドタイプ、例えば、Ａ、Ｃ、Ｔ、およびＧを、フルオロフォアの存在をヌクレオチドタイプにマッピングする表２の決定ロジックテーブルによって示される決定ロジックデータ構造を使用して決定することができ、ここで、識別されたヌクレオチド、ヌクレオチド－ヌクレオチドデオチドは、ヌクレオチドタイプＡ、Ｃ、Ｔ、およびＧの４つのヌクレオチドである（試験設定パラメータに基づく特定のマッピング）。
Figure 0007113856000002
プロセス制御システム３１０は、複数のサイクルでＤＮＡ配列の再構成を保持体してプロセスを実行することができる。各々の周期において、ＤＮＡフラグメントの異なった部分は、例えば、表２に示されるような決定データ構造のような決定データ構造を使用して、フラグメントに関連するヌクレオチドタイプ、例えば、Ａ、Ｃ、Ｔ、またはＧを決定するための配列決定処理に供され得る。光エネルギー励起装置１０を使用してＤＮＡ配列再構成を行う際に使用するために、プロセス制御システム３１０によって実行され得るプロセスの態様が、図２０のフローチャートに記載される。
工程１８０２において、プロセス制御システム３１０は、フローセル２８２をクリアすることができ、これは、プロセス制御システム３１０が、前のサイクル中に使用されたフローセル２８２から流体を除去することができることを意味する。工程１８０４において、プロセス制御システム３１０は、複数のフルオロフォア、例えば、第１および第２のフルオロフォア、または第１、第２および第３のフルオロフォアを有する流体をフローセル２８２に入力することができる。第１および第２のフルオロフォアは、例えば、図１９のスペクトルプロファイル図を参照して説明したように、吸収帯域スペクトルプロファイル１７０４および吸収帯域スペクトルプロファイル１７１４をそれぞれ参照して説明した吸収特性を含むことができる。第１、第２および第３のフルオロフォアは、例えば、図１９のスペクトルプロファイル図を参照して説明したように、吸収帯域スペクトルプロファイル１７０４ならびに吸収帯域スペクトルプロファイル１７１４および吸収帯域スペクトルプロファイル１７０７をそれぞれ参照して説明した吸収特性を含むことができる。
工程１８０６において、プロセス制御システム３１０は、第１の波長領域励起活性で露光された光センサー２０２からシグナルを読み出すことができる。工程１８０６では、光センサー２０２の露光時間中に、光エネルギー励起装置１０が１つ以上の緑色光源によって制限された励起光を放射するように、プロセス制御システム３１０は光エネルギー励起装置１０を制御することができる。工程１８０６において、プロセス制御システム３１０は、光センサー２０２の露光期間中に、光源列１０２の１つ以上の緑色発光光源、例えば、図４に示される光源１０２Ａ～１０２Ｇの各々にエネルギーを与え、一方、非通電状態で、光バンクの１つ以上の青色発光光源、例えば、図４に示される光源１０２Ｈ～１０２Ｊの各々を維持することができる。光センサー２０２の露光時間中に緑色光源がオンで青色光源がオフになるように光源列１０２が上述のように制御されると、プロセス制御システム３１０は、工程１８０６において、本明細書に記載の１つ以上の緑色光源による励起に制限された励起で露光された光センサー２０２から第１のシグナルを読み出すことができる。
工程１８０８において、プロセス制御システム３１０は、第２の波長領域励起活性で露光された光センサー２０２からシグナルを読み出すことができる。工程１８０８において、プロセス制御システム３１０は、光センサー２０２の露光時間中に、光エネルギー励起装置１０が、光エネルギー励起装置１０の１つ以上の青色光源による励起に制限された励起光を放射するように、光エネルギー励起装置１０を制御することができる。工程１８０８において、プロセス制御システム３１０は、光センサー２０２の露光期間中に、光源バンク１０２の１つ以上の青色発光光源、例えば、図４に示される光源１０２Ｈ～１０２Ｊの各々を付勢し、一方、非通電状態で、光バンクの１つ以上の緑色発光光源、例えば、図４に示される光源１０２Ａ～１０２Ｇの各々を維持することができる。光センサー２０２の露光周期中に青色光源がオンで緑色光源がオフになるように光源列１０２が上述のように制御されると、プロセス制御システム３１０は、工程１８０８において、本明細書に記載の１つ以上の青色光源による励起に制限された励起で露光された光センサー２０２から第２のシグナルを読み出すことができる。
工程１８１０において、現在のサイクルのためのプロセス制御システム３１０は、工程１８０６で読み出された第１のシグナルおよび工程１８０８で読み出された第２のシグナルを処理して、例えば、一例に従って、表２に示されるような判定データストラクチャーを使用して、現在のサイクルの間の試験に供されるＤＮＡフラグメントのヌクレオチドタイプを決定し得る。プロセス制御システム３１０は、各スケジュールされたサイクルについてヌクレオチド識別が行われるまで、ＤＮＡ配列決定プロセスの各サイクルについて、図２０のフローチャートを参照して記載された記載されたヌクレオチド識別プロセスを行うことができる。
プロセス制御システム３１０は、システム１００の動作を試験するための広範囲の試験を実行するように構成することができる。プロセス制御システム３１０は、光エネルギー励起装置１０および検出部２００の動作が試験される較正試験を実行することができる。このような例示的なプロセス制御システム３１０は、センサーアレイ２０１の露光期間中に様々な光源に選択的にエネルギーを与えるように構成することができ、露光期間中にセンサーアレイ２０１から読み出されたシグナルを検査することができる。該方法は、非通電状態に維持された第２の（青色発光）及び第３の（赤色発光）光源を有する光センサーの第１の露光期間中に第１の光源（例えば緑色発光）を選択的に通電するステップと、非通電状態に維持された第１及び第３の光源を有する光センサーの第２の露光期間中に第２の光源を選択的に通電するステップと、非通電状態に維持された第１及び第２の光源を有する光センサーの第３の露光期間中に第３の光源を選択的に通電するステップとを含むことができる。
前述の概念と、以下でより詳細に論じられる追加の概念とのすべての組合せ（そのような概念が相互に矛盾しないことを条件として）が、本明細書で開示される主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本発明の最後に現れる特許請求の範囲の主題の全ての組み合わせは、本明細書に開示される主題の一部であると考えられる。同様に当然のことながら、本明細書に明示的に用いられ、参照として組み込まれている任意の開示にも現れるであろう専門用語は、本明細書に開示された特定の概念と最も整合する意味を有するものとする。
本明細書は、主題を開示するために、また、任意のデバイスまたはシステムを作製および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、任意の当業者が主題を実施することを可能にするために、実施例を使用する。主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に想起される他の実施例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と異なる構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的に異なる均等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図される。
上記の説明は、例示的であり限定的ではないことを意図されていることを理解されたい。例えば、上述の例（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。さらに、その範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を様々な実施例の教示に適合させるために、多くの修正を行うことができる。本明細書に記載される材料の寸法およびタイプは、様々な実施例のパラメータを定義することを意図しているが、それらは決して限定するものではなく、単に例示的なものである。多くの他の例が、上記の説明を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。したがって、様々な実施例の範囲は、添付の特許請求の範囲と、そのような特許請求の範囲が権利を有する均等の全範囲とを参考にして決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、用語「含む（including）」および「～における（in which）」は、それぞれの用語「含む（comprising）」および「ここで（wherein）」の単純な同等の英語として使用される。さらに、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」などは、単にラベルとして使用され、それらの目的に数値要件を課すことを意図していない。本明細書における用語「に基づく」の形態は、要素が部分的に基づいている関係、ならびに要素が完全に基づいている関係を包含する。用語「定義された」の形態は、要素が部分的に定義されている関係、ならびに要素が完全に定義されている関係を包含する。さらに、特許請求の範囲の限定は、ミーンズ・プラス・ファンクションフォーマットで書かれておらず、そのようなクレームの制限がある場合を除いて、「手段」というフレーズを明示的に使用し、その後にさらなる構造のない機能のステートメントを使用しない限り、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６段落に基づいて解釈されることを意図していない。必ずしも上記の全てのこのような目的または利点が、任意の特定の例に従って達成され得るわけではないことが理解されるべきである。したがって、例えば、当業者は、本明細書で説明されるシステムおよび技法が、本明細書で教示または示唆され得るような他の目的または利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示されるような１つの利点または複数の利点を達成または最適化する方法で実施または実行され得ることを認識するであろう。
主題を、限定された数の例のみに関連して詳細に説明したが、本主題は、そのような開示された例に限定されないことを容易に理解されたい。むしろ、主題は、これまで説明されていないが、主題の趣旨および範囲に相応する、任意の数の変形、変更、置換、または当量の構成を組み込むように修正することができる。さらに、主題の様々な例を説明したが、本発明の態様は、説明した例のうちのいくつかのみを含み得ることを理解されたい。また、いくつかの例は、一定の数の要素を有するものとして説明されているが、主題は、一定の数よりも少ないまたは多い要素で実施され得ることが理解されるであろう。したがって、主題は、前述の説明によって限定されるものと見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (19)

  1. 光エネルギー励起装置により励起光を放射する工程であって、前記光エネルギー励起装置は、第１の光源および第２の光源を備え、前記第１の光源は、第１の波長放射帯域で励起光線を放射し、前記第２の光源は、第２の波長放射帯域で励起光線を放射し、
    前記光エネルギー励起装置は、励起光を均質化し、励起光を光エネルギー励起装置の先端部に方向づける光パイプであって、光入射面および光出射面を備え、前記第１の光源および前記第２の光源から励起光線を受ける光パイプをさらに備え、
    該光パイプは、テーパ構造であり、前記光パイプの前記光入射面から前記光パイプの前記光出射面に向かう方向における、前記光パイプの長さ全体にわたって、増大する径を有し、前記光パイプは、前記光パイプの前記光出射面を出射する光パイプ出射光線が、前記光エネルギー励起装置の光軸に対して発散する光の発散円錐を画定するように、励起光を反射する、工程と、
    励起光および該励起光による励起から生じる発光シグナル光を検出部で受け、該検出部は、生物学的または化学的サンプルを支持するための検出部表面と、該検出部表面から間隔を置いて配置されたセンサーアレイとを備え、前記光エネルギー励起装置は、前記検出部表面の形状およびサイズに一致するイルミネーションパターンを前記検出部表面上に投影するように構成され、前記検出部は、励起光を遮断し、発光シグナル光が前記センサーアレイの光センサーに向かって伝播することを可能にする、工程と、
    前記センサーアレイの光センサーによって感知された光子に応じて検出部データシグナルを回路で送信する、工程と、
    を含む方法。
  2. 前記光エネルギー励起装置を用いて放射する工程は、前記光エネルギー励起装置の光パイプ光出射面を結像して、前記検出部表面の大きさおよび形に合致するイルミネーションパターンを投影することを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 相補型メタルオキシドセミコンダクタ（ＣＭＯＳ）集積回路製造技術を使用して前記検出部を製造することを含む、請求項１に記載の方法。
  4. ＤＮＡ配列決定処理のサポートにおける各複数のサイクルについて、
    （ａ）前記検出部表面によって規定されるフローセルから液体を除去し、
    （ｂ）第１および第２の色素がフローセル内に同時に含まれるようにフローセルを第１および第２の色素で満たし、
    （ｃ）前記第１の光源が通電され、前記第２の光源が非通電状態に維持され、発光シグナル光に曝された光センサーから第１のシグナルを読み出し、
    （ｄ）前記第２の光源が通電され、前記第１の光源が非通電状態に維持され、発光シグナル光に曝された光センサーから第２のシグナルを読み出し、
    （ｅ）第１のシグナルのシグナルおよび第２のシグナルのシグナルを使用してＤＮＡヌクレオチドを識別することを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記光エネルギー励起装置は、第３の波長の発光帯域で光を放射する第３の光源を備え、
    前記放射は、前記光センサーの第１の露光期間中に、前記第２の光源と前記第３の光源とを非通電状態に維持した状態で前記第１の光源を選択的に通電することを含み、
    前記放射は、前記光センサーの第２の露光期間中に前記第１の光源と前記第３の光源とを非通電状態に維持した状態で前記第２の光源を選択的に通電することを含み、
    前記放射は、前記光センサーの第３の露光期間中に前記第１の光源と前記第２の光源とを非通電状態に維持した状態で前記第３の光源を選択的に通電することを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 励起光線を放射するための少なくとも１つの光源と、
    励起光を均質化し、励起光を光エネルギー励起装置の先端部に方向づける光パイプであって、光入射面および光出射面を備え、少なくとも１つの光源から励起光線を受ける光パイプと、を備え、
    該光パイプは、テーパ構造であり、前記光パイプの前記光入射面から前記光パイプの前記光出射面に向かう方向における、前記光パイプの長さ全体にわたって、増大する径を有し、前記光パイプは、前記光パイプの前記光出射面を出射する光パイプ出射光線が、前記光エネルギー励起装置の光軸に対して発散する光の発散円錐を画定するように、励起光を反射し、
    前記先端部は、生物学的または化学的サンプルを支持するための検出部表面およびフローセルを備える検出部アッセンブリと結合するように適合され、
    前記光エネルギー励起装置は、前記検出部表面の形状およびサイズに一致するイルミネーションパターンを前記検出部表面上に投影するように構成される、
    光エネルギー励起装置。
  7. 前記先端部は、前記検出部アッセンブリの対応する形状のハウジング部分に嵌合するように適合された形状のハウジング部分を含む、請求項６に記載の光エネルギー励起装置。
  8. 前記先端部は、前記検出部アッセンブリに結合されたときに、前記光出射面によって画定された物体平面を、前記検出部アッセンブリの検出部表面によって画定された画像平面上に結像するレンズを備える、請求項６に記載の光エネルギー励起装置。
  9. 前記少なくとも１つの光源は、前記光パイプの前記光入射面に面結合された発光ダイオードを含む、請求項６に記載の光エネルギー励起装置。
  10. 前記少なくとも１つの光源が、第１および第２の光源を備え、光パイプが前記光源から励起光線を受け、前記光パイプと共通のハウジングに収容された第２の光パイプを備え、該第２の光パイプが、前記第２の光源から励起光線を受け、
    前記光パイプおよび前記第２の光パイプが、それぞれ、前記第１の光源および前記第２の光源から放射された励起光線を伝播し、前記光パイプおよび前記第２の光パイプをそれぞれ通って伝播する励起光線を成形して、第１および第２の別個のイルミネーションパターンを画定する、請求項６に記載の光エネルギー励起装置。
  11. 前記少なくとも１つの光源は、前記光パイプの光入射面に表面結合された第１の発光ダイオードと、前記光パイプの光入射面に表面結合された第２の発光ダイオードとを含み、前記第１の発光ダイオードは、第１の波長帯域の光を放射し、前記第２の発光ダイオードは、第２の波長帯域の光を放射する、請求項６に記載の光エネルギー励起装置。
  12. 前記出射光線は、前記光軸に並行する方向に、前記光出射面から延在する基準光線に対して０度から最大発散角までの範囲の角度で発散し、前記最大発散角は、約６０度未満の角度である、請求項６に記載の光エネルギー励起装置。
  13. 光の発散円錐が、前記テーパ構造なしで形成された光発散角の発散円錐に対して低減された光軸に対する角度を形成する、請求項６に記載の光エネルギー励起装置。
  14. 前記光パイプから励起光を受け、前記先端部を出射する励起光の励起光線が、前記光エネルギー励起装置の光軸に向かって収束して前記検出部表面の大きさおよび形状に合致するイルミネーションパターンを投影する収束円錐を画定するように前記励起光の光線を成形するレンズを備える、請求項６に記載の光エネルギー励起装置。
  15. 前記光パイプから励起光を受け、レンズの光出射面を出射する励起光線が、前記光エネルギー励起装置の光軸に向かって収束する光の収束円錐を画定するように前記励起光の光線を成形するレンズを備え、該レンズを出射する前記光出射光線は、前記光軸に並行する方向に前記光出射面から延在する基準光線に対して０度から最大収束角度までの範囲の角度で収束し、最大発散角度は、約６０度未満の角度である、請求項６に記載の光エネルギー励起装置。
  16. 前記少なくとも１つの光源は、前記光パイプの光入射面に結合された表面である発光ダイオードを備え、
    前記光パイプはガラスを含み、前記光パイプは、テーパ構造であり、前記光パイプの前記光パイプの長さ全体にわたって、前記光パイプの前記光入射面から前記光出射面に向かう方向における、増大する径を有し、前記光パイプの前記光出射面を出射する光パイプ出射光線が、前記光エネルギー励起装置の光軸に対して発散する光の発散円錐を画定するように、前記光パイプが励起光を反射し、
    前記光パイプから前記励起光を受け、前記励起光の光線を成形して、前記先端部を出射する前記励起光の光線が、前記光軸に対して収束する光の収束円錐を画定するようにするレンズを備え、
    １つまたは複数の光源の波長の累積発光帯域よりも長い波長の光をフィルタリングする１つ以上のフィルタを備え、
    光軸を折り曲げるフォールド光学系を備える、請求項６に記載の光エネルギー励起装置。
  17. 励起光線を放射するための少なくとも１つの光源と、励起光線を均質化し、該励起光線を方向付けるための光パイプとを備える光エネルギー励起装置であって、光パイプはが少なくとも１つの光源から励起光線を受けるための光入射面を備える、光エネルギー励起装置と、
    光出射面であって、前記光パイプは、テーパ構造であり、前記光パイプの前記光入射面から前記光パイプの前記光出射面に向かう方向における、前記光パイプの長さ全体にわたって、増大する径を有し、前記光パイプは、前記光パイプの前記光出射面を出射する光パイプ出射光線が、前記光エネルギー励起装置の光軸に対して発散する光の発散円錐を画定するように、励起光を反射する、光出射面と、
    生物学的または化学的サンプルを支持するための検出部表面と、該検出部表面から離間された光センサーを備えるセンサーアレイとを備える検出部であって、前記光エネルギー励起装置は、前記検出部表面の形状およびサイズに一致するイルミネーションパターンを前記検出部表面上に投影するように構成され、前記光エネルギー励起装置からの励起光および発光シグナル光を受け、センサーアレイの光センサーによって検出された光子に応じてデータシグナルを送信するための回路を備え、励起光を遮断し、発光シグナル光が前記光センサーに向かって伝播することを可能にする検出部と、を備える、システム。
  18. 前記光エネルギー励起装置は、前記光パイプの光出射面によって画定される物体平面を、前記検出部表面によって画定される像平面上に集束させるレンズを含む、請求項１７に記載のシステム。
  19. 前記少なくとも１つの光源が、前記光パイプの前記光入射面に結合された表面である発光ダイオードを備え、前記光パイプがガラスを備え、前記光パイプはテーパ構造であり、前記光パイプの前記光入射面から前記光パイプの前記光出射面に向かう方向における、前記光パイプの長さ全体にわたって、増大する径を有し、前記光パイプは、前記光パイプの前記光出射面を出射する光パイプ出射光線が、前記光エネルギー励起装置の光軸に対して発散する光の発散円錐を画定するように、励起光を反射し、
    前記光エネルギー励起装置は、前記光エネルギー励起装置が、前記光パイプから励起光を受け、レンズを出射する光出射光線が、前記光エネルギー励起装置の前記光軸に対して収束する光の収束円錐を規定するように、励起光の光線を成形するレンズを備え、
    前記光エネルギー励起装置は、１つまたは複数の光源の波長の累積発光帯域よりも長い波長の光をフィルタリングする１つ以上のフィルタを備える、
    請求項１７に記載のシステム。
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