JP7441226B2 - メニスカスに起因する撮像の問題を解決するための装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
２０１８年１２月１９日に出願の米国仮特許出願第６２／７８１，７９７号明細書に対する優先権を主張するものであり、その全内容が参照により本明細書中に組み込まれる。

本出願は、流体試料を収容しているウェル又は他の容器を撮像するための技法に関する。

細胞株モニタリングや薬剤製品の品質管理手続などの、特定の状況では、流体試料を検査することが必要になる。例えば、流体中の粒子（例えば、細胞、細片など）を同定する、及び／又は特徴づけることが必要とされる場合がある。このような試料を検査する一般的な方法では、試料がウェルプレートのウェル内に注入された後、ウェルのそれぞれの位置をイメージャの光路に順次合わせるように自動システムがウェルプレートの位置を変える。各ウェルの位置が光路に合うと、ウェルの１つ又は複数の画像をイメージャが取り込む。次いで、ウェルの画像は保存され、人間の分析者及び／又はコンピュータによって分析される。

確固たる検査を確保するためには、ウェルの画像が一定レベルの品質（例えば、分解能、焦点など）を保つ必要がある。しかしながら、ウェルの壁の影及びイメージャの分解能の限界など、様々な要因がこのことを難しくし得る。最適な画像が得られない原因の１つは、流体とウェルの壁との間の分子間引力に起因して形成されるメニスカス（上方の湾曲した表面）である。一般的なウェルは直径が小さいため、メニスカスによってウェルの画像は著しく歪み得る。図１Ａは、メニスカス１０４を形成する流体試料１０２を収容しているウェル１００を例示している。ウェル１００は通常透明な底部を有するため、照明源からの入射光１０６は流体試料１０２及びウェル１００の両方を通ることができ、その後、イメージャ（例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ）が流体試料１０２の画像を取り込むことができる。図１Ａから分かるように、メニスカス１０４の湾曲によって、入射光１０６が屈折する角度は、ウェル１００の壁に近づくにつれて大きくなる。この屈折が位相コントラストを低下させ、ひいては画質を劣化させる。

メニスカスに起因する問題を解決するためのいくつかの技法が提案されている。例えば、撮像システムが、試料上に光を不均一に分布させるレンズを使用することによりメニスカスによる屈折を補償する場合がある。そのような一例が図１Ｂに示されており、メニスカス１０４による入射光１０６の屈折を補償するためにレンズ１２０が使用されている。しかしながら、図１Ｂから分かるように、この技法では、ウェル１００の周辺付近の環状部分１２２を撮像できない場合がある。環状部分１２２は、いくつかの用途では、環状部分１２２を撮像できないことが許容されないほどに大きいものとなる場合がある。代替案が図１Ｃに示されており、平坦な表面１３２を有する要素１３０（例えば、ウェルプレート「カバー」）が、ウェル１００及び流体試料１０２中に挿入されている。しかしながら、図１Ｄから分かるように、この代替案は、平坦な表面１３２と流体試料１０２との間に気泡１４０が捕捉される結果となる場合がある。この種の気泡は、例えば気泡の位置、大きさ、及び形状が変化することに起因して、ウェルの画像に補償が非常に困難な歪みをもたらし得る。平坦な表面の縁部の何らかの丸み付けも提案されているが、平坦な面積が大きいことにより、かなりの数の試料において気泡が依然として捕捉され得る。したがって、実質的にウェル全体を撮像することを依然として可能にしながら、ウェルの画像を歪ませ得る気泡を取り込むことのない（又は少なくとも取り込みにくくする）、メニスカスに起因する撮像の問題を解決する装置又は技法が必要とされている。

本明細書で説明される実施形態は、流体が充填された容器を撮像するための従来の技法を、流体メニスカスに関連する特定の問題を解決することによって改善するシステム及び方法に関する。所与の容器において、挿入要素が容器内の流体中に挿入される。挿入要素は、全体が透明であってもよく、又は、特定の領域のみが透明であってもよい。容器は、ウェルプレート（例えば、９６ウェルマイクロプレート）内のウェルであってもよく、挿入要素は、例えば、ウェルプレートカバーの基部から突出する複数の挿入要素のうちの１つであってもよい。流体に入る際、挿入要素はメニスカスを破壊する。次いで、流体／容器を（挿入要素を通して）上側から照明し、イメージャ（例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ）を使用して、例えば、容器の透明な底部側を通る光（例えば、粒子又は流体の他の内容物から屈折した後の光）を捕捉することによって撮像が行われ得る。

挿入過程で挿入要素と流体との間に気泡が捕捉される可能性を減らすために、挿入要素の遠位端表面（すなわち、挿入直前に流体に面し、挿入後に少なくとも部分的に沈む表面）が特定の仕方で設計／構成される。具体的には、遠位端表面は、挿入要素が挿入される際に流体と最初に接触する先端を備え、先端から挿入要素の外周に向かって外方へと任意の方向に進むとき、遠位端表面の残りの部分は先端から段階的又は連続的に後退する。

先端は単一の点であっても線であってもよい。或いは、先端は、（挿入方向から見て）遠位端表面の最大直径の半分未満の直径を有する平面であってもよい。このように、挿入要素は多くの可能な形態のいずれか１つを取ることができる。例えば、挿入要素は、円錐、円柱状の階段状ピラミッド、くさび、錐台などであってもそれらを含んでもよい。更に、先端は、位置を遠位端表面の中心と合わせても合わせなくてもよく、したがって、対称的な形状を形成してもしなくてもよい。例えば、挿入要素は、遠位端表面の中心に点先端を有する対称的な円錐を含んでもよく、又は遠位端表面が全体的に一方向に傾斜していてもよい（すなわち、先端が遠位端表面の外周沿いの点である場合）。いくつかの実施形態では、挿入要素は、挿入要素の遠位端表面をウェルプレートカバーの基部から更に離すために、挿入要素の近位端又はその付近に円柱状又は他の形状の要素を備えてもよい。或いは、基部自体がこの機能を果たす追加のスペーシングコンポーネントを備えてもよく、又は、そのようなスペーシング要素が不要であってもよい。

最初に比較的小さい面積のみで流体と接触することによって、また先端から外周に向かって外方にどの方向にも単調に後退していくことによって、挿入要素は、挿入要素が容器内に挿入される際に気泡を捕捉しにくくなる。よって、メニスカスに起因する画像の歪みは、画像の歪みの新たな原因となる気泡を取り込むことなく（又は少なくとも取り込む可能性を低くしながら）、実質的に取り除かれる。

本明細書で説明される図面は、例示を目的として含めたものであり、本開示を限定するものではないことが当業者には理解されよう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに、本開示の原理を示すことに重点がおかれている。いくつかの場合では、記載される実施形態の様々な態様は、記載される実施形態の理解を促進するために、誇張又は拡大して示される場合があることを理解されたい。図面中、様々な図面を通して同様の参照符号は、全般的に、機能的に類似する及び／又は構造的に類似する構成要素を指す。

図１Ａ～図１Ｄは、様々な従来のウェル撮像技法を示す断面図である。 図１Ａ～図１Ｄは、様々な従来のウェル撮像技法を示す断面図である。 図１Ａ～図１Ｄは、様々な従来のウェル撮像技法を示す断面図である。 図１Ａ～図１Ｄは、様々な従来のウェル撮像技法を示す断面図である。 図２は、本明細書で説明されるウェルプレートカバーのいずれかと共に使用され得る例示的な外観検査システムを示す。 図３Ａ～図３Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得るウェルプレートカバーの第１の実施形態を示す。 図３Ａ～図３Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得るウェルプレートカバーの第１の実施形態を示す。 図３Ａ～図３Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得るウェルプレートカバーの第１の実施形態を示す。 図４Ａ～図４Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得るウェルプレートカバーの第２の実施形態を示す。 図４Ａ～図４Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得るウェルプレートカバーの第２の実施形態を示す。 図４Ａ～図４Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得るウェルプレートカバーの第２の実施形態を示す。 図５Ａ～図５Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得るウェルプレートカバーの第３の実施形態を示す。 図５Ａ～図５Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得るウェルプレートカバーの第３の実施形態を示す。 図５Ａ～図５Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得るウェルプレートカバーの第３の実施形態を示す。 図６は、容器内の流体試料を撮像するための例示的な方法のフロー図である。

上で導入として説明され、以下でより詳細に説明される様々な概念は、多くの手法のうちのいずれかで実施することができ、説明される概念は、いかなる特定の実施手法にも限定されるものではない。実施形態の例は、例示を目的として提供されている。

図２は、図３～図６に関連して以下で説明されるウェルプレートカバーのいずれかと共に使用され得る例示的な外観検査システム２００を示している。図２から分かるように、外観検査システム２００は、いくつかのウェル２０６を収容しているウェルプレート２０４を受け入れるように構成されたステージ２０２を備える。いくつかの実施形態では、ステージ２０２は、個々のウェル２０６の撮像のためにウェルプレート２０４の受け入れを容易にするためにステージ２０２とウェルプレート２０４との間のアダプタとして機能するプレートホルダ２０５を備える。いくつかの実施形態では、ステージ２０２は、様々なサイズ及び／又は形状を有する複数のプレートホルダに対応するように構成される。例えば、ステージ２０２は、異なるタイプのプレートホルダに対応する、いくつかのネストされた、調節可能な、且つ／又は相互交換可能な空洞又は他の形成された部品を備え得る。ウェルプレート２０４は、（例えば、６個、２４個、９６個、３８４個、１５３６個など）任意の適切な数のウェル２０６を自身に配置されて備えるマイクロプレートであってよい。ウェル２０６は、例えば２：３の長方形のマトリクスなど、ウェルプレート２０４上に任意の適切なパターンで構成され得る。各ウェル２０６は、例えば、数十ナノリットルから最大で数ミリリットルの範囲にあり得る、ある体積の流体を保持している。より具体的な例として、ウェルプレート２０４は９６ウェルマイクロプレートであってもよく、各ウェル２０６は最大２００マイクロリットルの流体を保持することができる。

外観検査システム２００は、照明システム２０８と、画像を取得するように構成されたイメージャ２１２（例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ）と、一部の実施形態では、イメージャ２１２に光を導く光学系２１４とを更に備える。照明システム２０８は、光源光を発生するように構成された任意の適切な数及び／又はタイプの光源（複数可）を備えることができ、各ウェル２０６がイメージャ２１２の光路に配置されたときに、そのウェルを照明する。様々な実施形態において、ウェル２０６のそれぞれが、１つ又は複数の透明な部分及び／又は不透明な部分を有することができる。例えば、ウェル２０６のそれぞれが、全体的に透明であってもよく、又は、側壁が不透明な状態で透明な底部を有することもできる。外観検査システム２００に存在する場合、光学系２１４は、光源光（例えば、ウェル２０６のうちの１つの内容物及び／又はウェル自体から屈折した光源光を含む）をイメージャ２１２に向け直すように設計された、１つ若しくは複数のミラー及び／又は他の光学要素を備えてもよい。

外観検査システム２００は、ウェル２０６のそれぞれを順次撮像する。このために、外観検査システム２００は、個々のウェルを分析するために、ステージ２０２を１つ又は複数（例えば、ｘ及びｙ）の軸に沿って移動させて、ウェル２０６のそれぞれの位置を照明システム２０８及びイメージャ２１２の光路に連続的に合わせるように構成される。例えば、ステージ２０２は、１つ又は複数の電動アクチュエータに結合されてもよい。ウェル２０６のそれぞれの位置が照明システム２０８及びイメージャ２１２の光路に合わされると、イメージャ２１２は、照明されたウェルの１つ又は複数の画像を取得する。

図２は、外観検査システム２００の一例の実施形態を示しているに過ぎず、他の実施形態も可能であることを理解されたい。例えば、外観検査システム２００は、イメージャ２１２と同様のイメージャを複数備えてもよく、又は、光学系２１４を省略してもよい。別の例として、ウェル２０６は、一度に１つずつ、それぞれ全体を順次撮像されなくてもよい。例えば、外観検査システム２００は、代わりに、複数のウェル２０６を一度に撮像するためのより広視野の光学系を備えてもよい。反対に、外観検査システム２００は、より高倍率の光学系を備えて、単一のウェル２０６の一部のみを単一の画像で取り込み、複数の画像をつなぎ合わせてウェル２０６の合成画像を形成するようにしてもよい。更に、図２には示されていないが、外観検査システム２００は、ステージ２０２、照明システム２０８、及びイメージャ２１２の動作のローカル制御を（例えば、別のコンピュータシステムから受信したコマンドに応じて）提供するために、１つ又は複数のプロセッサを備えてもよい。

図３Ａ～図３Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得るウェルプレートカバー３００を示している。ウェルプレートカバー３００は、例えば、上述の図２の外観検査システム２００でウェル２０６を撮像する際に、ウェルプレート２０４に嵌合するカバーとして使用され得る。まず図３Ａを参照すると、ウェルプレートカバー３００は、平面の基部３０１を備え、基部３０１からいくつかの挿入要素３０２が突出している。いくつかの実施形態では、ウェルプレートカバー３００は、単一のモノリシックなコンポーネントである。例えば、ウェルプレートカバー３００全体が、ポリスチレン、ポリプロピレン、ガラス、又は任意の他の適切な透明な材料から作られてもよい。他の実施形態では、挿入要素３０２は、少なくとも部分的に基部３０１とは別個に（及び／又は基部３０１とは異なる材料で）形成され、基部３０１は不透明、半透明、又は透明のいずれかである。図３Ａに示す例では、ウェルプレートカバー３００は、標準的な９６ウェルマイクロプレート用の９６個の挿入要素３０２を提供する。しかしながら、他の実施形態では、ウェルプレートカバー３００は、より多数若しくはより少数の挿入要素３０２を備えてもよい、及び／又は、基部３０１上に異なるパターンで挿入要素３０２を構成してもよい。更に他の実施形態では、挿入要素３０２はいかなる基部にも結合されず、ウェル（又は他の容器）内に個別に挿入される。

図３Ｂは、挿入要素３０２のうちの１つの３Ｄ拡大斜視図を提示し、図３Ｃは、挿入要素３０２のうちの１つの断面図（縮尺通りに描かれていない）を提示している。本明細書で使用される場合、挿入要素の「遠位端表面」という用語は、挿入要素が流体で満たされた容器（例えば、ウェル）内に適切に挿入されたときに、少なくとも部分的に流体と接触する挿入要素の（場合により多面の）表面を指す。よって、図３Ｂ及び図３Ｃから分かるように、各挿入要素３０２は、円柱状の階段状ピラミッド形状を有する／画定する遠位端表面を有する。

次に特に図３Ｃを参照すると、挿入要素３０２が流体３０６を収容しているウェル３０４内に挿入されるとき（例えば、図２のウェル２０６のうちの１つの中に挿入されるとき）、挿入要素３０２の面先端３１０が流体３０６に最初に接触する。挿入要素３０２が更に深くウェル３０４内に挿入されると、第１の同心段３１２、次いで第２の同心段３１４が連続して流体３０６と接触する。段３１４は、段３１２よりも大きく、過剰な量の流体３０６を挿入要素３０２の外周の上方且つ周囲に漏出させることなく、及び／又は流体３０６に挿入要素３０２の外周の外側で無視できないほどのメニスカスを形成させることなく、段３１４が少なくともいくらかの所望の距離だけウェル３０４内に延びることができるようにサイズ決めされ得る。例えば、ウェル３０４が６．３５ｍｍの底部直径及び６．８６ｍｍの上部直径を有する場合、段３１４は、（空気が抜け出すための小さな隙間を残すために）６．４ｍｍ～６．５ｍｍの直径を有し得る。挿入要素３０２の深さ（すなわち、挿入要素３０２が基部３０１に接合する挿入要素３０２の近位端から面先端３１０までを測定した深さ）は、面先端３１０をウェル３０４の底部に接触させることなく、且つ流体３０６を過剰に変位させることなく、気泡が雰囲気中に迅速に抜け出し得る十分な傾斜を提供し得る。例えば、面先端３１０は、基部３０１から６ｍｍだけ突出してもよい（例えば、段３１４が基部３０１から２ｍｍの間隔で配置され、段３１２が段３１４から２ｍｍの間隔で配置され、面先端３１０が段３１２から２ｍｍの間隔で配置されている状態で、又は段の間隔が不均等な状態で）。挿入要素３０２の各段の適切な厚さは、流体の充填量に依存し得る。より少ない充填量の場合、例えば、挿入要素３０２が流体と完全に接触／相互作用することを確保するために、挿入要素３０２が基部３０１から更に突出する必要があり得る。

段３１４の直径と併せて、面先端３１０及び段３１２の直径は、（例えば、特定のウェルサイズ、及び／又は特定のタイプの流体試料などに典型的な気泡のサイズの範囲を前提として）空気（又は他のガス）の気泡が定常状態で存在するのに十分な大きさの、基部３０１に平行な平坦な領域が存在しないように設定され得る。いくつかの実施形態では、例えば、面先端３１０及び段３１２は、面先端３１０の直径、段３１２によって形成される棚の幅、及び段３１４によって形成される棚の幅のすべてが、予想される気泡の直径よりも実質的に小さくなるように設計され得る。

挿入要素３０２が完全に挿入されると（例えば、基部３０１がウェル３０４からいくらかの所望の距離だけ離れている状態で、又はウェル３０４に接触している状態で）、流体３０６が撮像され得る。光３２０（例えば、図２の照明システム２０８を光源とする光）が透明な挿入要素３０２（又はその透明な部分）を通り、また無視できないほどのメニスカスがないこと、及び挿入要素３０２の平面構造（すなわち、基部３０１及びウェル３０４の底部にすべて平行な段３１２、３１４及び面先端３１０を有する構造）に起因して、流体３０６の内容物に起因する屈折（すなわち、流体の内容物の正確な画像を生成するために必要な屈折）及び場合によりウェル３０４の部分に起因する屈折以外の屈折は比較的少ない。図３Ｃから分かるように、挿入要素３０２が完全に挿入されたときに、段３１４の外側及び上方に延びる適度な量の流体３０６が存在し得る。しかしながら、基部３０１も透明であるいくつかの実施形態では、それにもかかわらず、挿入要素３０２を挿入した状態で、ウェル３０４全体及び流体３０６のすべてが撮像され得る。特に、基部３０１は、段３１２及び３１４と同様の第３の同心段として機能することができ、これにより光を大きく屈折させることなく、挿入要素３０２の外周を光が通ることができる。

図４Ａ～図４Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得る代替的なウェルプレートカバー４００を示している。ウェルプレートカバー３００と同様に、ウェルプレートカバー４００は、上述の図２の外観検査システム２００でウェル２０６を撮像する際に、ウェルプレート２０４に嵌合するカバーとして使用され得る。まず図４Ａを参照すると、ウェルプレートカバー４００は、平面の基部４０１を備え、基部４０１からいくつかの挿入要素４０２が突出している。いくつかの実施形態では、ウェルプレートカバー４００は、単一のモノリシックなコンポーネントである。例えば、ウェルプレートカバー４００全体が、ポリスチレン、ポリプロピレン、ガラス、又は任意の他の適切な透明な材料から作られてもよい。他の実施形態では、挿入要素４０２は、少なくとも部分的に基部４０１とは別個に（及び／又は基部４０１とは異なる材料で）形成される。図４Ａに示す例では、ウェルプレートカバー４００は、標準的な９６ウェルマイクロプレート用の９６個の挿入要素４０２を提供する。しかしながら、他の実施形態では、ウェルプレートカバー４００は、より多数若しくはより少数の挿入要素４０２を備えてもよい、及び／又は、基部４０１上に異なるパターンで挿入要素４０２を構成してもよい。更に他の実施形態では、挿入要素４０２はいかなる基部にも結合されず、ウェル（又は他の容器）内に個別に挿入される。

図４Ｂは、挿入要素４０２のうちの１つの３Ｄ拡大斜視図を提示し、図４Ｃは、挿入要素４０２のうちの１つの断面図（縮尺通りに描かれていない）を提示している。図４Ｂ及び図４Ｃから分かるように、各挿入要素４０２は、円柱状のくさび形状を有する／画定する遠位端表面を有する。次に特に図４Ｃを参照すると、挿入要素４０２が流体４０６を収容しているウェル４０４内に挿入されるとき（例えば、図２のウェル２０６のうちの１つの中に挿入されるとき）、挿入要素４０２の線先端４１０が流体４０６に最初に接触する。挿入要素４０２が更に深くウェル４０４内に挿入されると、線先端から両方向に後退する傾斜部分４１２が流体４０６と接触する。挿入要素４０２は、流体４０６に挿入要素４０２の外周の外側に無視できないほどのメニスカスを形成させることなく、その最大直径（円柱状）部分が、ある程度の許容範囲を持たされてウェル４０４に嵌合するようにサイズ決めされ得る。例えば、ウェル４０４が６．３５ｍｍの底部直径及び６．８６ｍｍの上部直径を有する場合、挿入要素４０２は、（空気が抜け出すための小さな隙間を残すために）６．４ｍｍ～６．５ｍｍの直径を有し得る。挿入要素４０２の全長は、挿入要素４０２がウェル４０４内に完全に挿入されたときに、線先端４１０がウェル４０４の底部に接触しないが、傾斜部分４１２の一部、大部分、又は全部が沈むように設定され得る。例えば、線先端４１０は、基部４０１と直交する方向に、基部４０１から６ｍｍ離れていてもよい。傾斜部分４１２の傾斜は、空気（又は他のガス）の気泡がすぐに雰囲気中に抜け出し得るようなものであり得る。例えば、傾斜部分４１２は、挿入要素４０２の外周から線先端４１０の中心点に向かう方向に３ｍｍ移動するごとに、ウェル４０４内に１ｍｍ更に深く突出する（或いは、例えば３ｍｍごとに０．５ｍｍ更に深く突出する）のであってもよい。挿入要素４０２の適切な長さ（すなわち、線先端４１０と基部４０１との間の間隔）は、流体の充填量に依存し得る。より少ない充填量の場合、例えば、挿入要素４０２が流体と完全に接触／相互作用することを確保するために、挿入要素４０２が基部４０１から更に突出する必要があり得る。図４Ａ～図４Ｃは、線先端４１０が傾斜部分４１２の２つの半体を均等に分割する実施形態を示しているが、他の実施形態では、線先端４１０は挿入要素４０２の中心を通過しない、及び／又は線先端４１０は直線ではない。

挿入要素４０２が完全に挿入されると（例えば、基部４０１がウェル４０４からいくらかの所望の距離だけ離れている状態で、又はウェル４０４に接触している状態で）、流体４０６が、照明を提供するための光４２０（例えば、図２の照明システム２０８を光源とする光）で撮像され得る。しかしながら、傾斜部分４１２に起因する光の屈折を補償するために、図４Ｃから分かるように、光４２０が（基部４０１に直交するのではなく）斜めに供給されてもよい。コリメートされた光源を使用する場合、例えば、光源とウェルプレートカバー４００との間にプリズムを挿入することにより、光４２０が所望の角度で供給され得る。基部４０１に対する光４２０の角度は、光４２０が、ウェル４０４及び流体４０６によって屈折されない範囲で、ウェル４０４の底部に直交する方向にウェル４０４の底部から出ることが確保されるように設計される。このために、光４２０の角度は、傾斜部分４１２に起因する屈折と、基部４０１（ここでは光４２０に直交していない）に起因する屈折との両方を考慮して、例えば、ウェルプレートカバー４００の材料及び環境の屈折率に基づいて、スネルの法則にしたがって設定される。光４２０の入射角は、例えば、特殊なレンズ又は他の光学要素を挿入することによって設定され得る。

代替的な実施形態では、コリメートされた光源が、基部４０１の平面に直交する角度で光４２０を供給するために使用され（例えば、図３Ｃの光３２０と同様）、基部４０１の上側（すなわち、ウェル４０４とは反対側）は、所望の角度で光を屈折させるために（例えば、上述のようにプリズムを挿入するのではなく）反転傾斜（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｇｒａｄｅｄ）表面を備える。例えば、基部４０１の上側は、各挿入要素４０２とは反対側に、傾斜部分４１２を反映する（ｍｉｒｒｏｒ）が反対方向（上方向）に突出する構造を備え得る。このようにして、ウェルプレートカバー４００に出入りする光がコリメートされ得る。

いずれにしても、光４２０が透明な挿入要素４０２（又はその透明な部分）を通り、またメニスカスがないこと、及び入射光４２０の入射角に起因して、流体４０６の内容物に起因する屈折（すなわち、流体の内容物の正確な画像を生成するために必要な屈折）及び場合によりウェル４０４の部分に起因する屈折以外の顕著な屈折は比較的少ない。図４Ｃから分かるように、挿入要素４０２が完全に挿入されたときに、傾斜部分４１２の外側及び上方に延びる適度な量の流体４０６が存在し得る。しかしながら、基部４０１も透明であるいくつかの実施形態では、それにもかかわらず、挿入要素４０２を挿入した状態で、ウェル４０４全体及び流体４０６のすべてが撮像され得る。例えば、光４２０の一部は、ウェルプレートカバー４００の平面の基部４０１に直交するように入射することができ、これにより光を大きく屈折させることなく、挿入要素４０２の外周を光が通ることができる。

図５Ａ～図５Ｃは、ウェル内の流体試料の撮像に関連する問題を解決するために使用され得る別の代替的なウェルプレートカバー５００を示している。ウェルプレートカバー３００及び４００と同様に、ウェルプレートカバー５００は、上述の図２の外観検査システム２００でウェル２０６を撮像する際に、ウェルプレート２０４に嵌合するカバーとして使用され得る。まず図５Ａを参照すると、ウェルプレートカバー５００は、平面の基部５０１を備え、基部５０１からいくつかの挿入要素５０２が突出している。いくつかの実施形態では、ウェルプレートカバー５００は、単一のモノリシックなコンポーネントである。例えば、ウェルプレートカバー５００全体が、ポリスチレン、ポリプロピレン、ガラス、又は任意の他の適切な透明な材料から作られてもよい。他の実施形態では、挿入要素５０２は、少なくとも部分的に基部５０１とは別個に（及び／又は基部５０１とは異なる材料で）形成される。図５Ａに示す例では、ウェルプレートカバー５００は、標準的な９６ウェルマイクロプレート用の９６個の挿入要素５０２を提供する。しかしながら、他の実施形態では、ウェルプレートカバー５００は、より多数若しくはより少数の挿入要素５０２を備えてもよい、及び／又は、基部５０１上に異なるパターンで挿入要素５０２を構成してもよい。更に他の実施形態では、挿入要素５０２はいかなる基部にも結合されず、ウェル（又は他の容器）内に個別に挿入される。

図５Ｂは、挿入要素５０２のうちの１つの３Ｄ拡大斜視図を提示し、図５Ｃは、挿入要素５０２のうちの１つの断面図（縮尺通りに描かれていない）を提示している。図５Ｂ及び図５Ｃから分かるように、各挿入要素５０２は、円錐形状を有する／画定する遠位端表面を有する。次に特に図５Ｃを参照すると、挿入要素５０２が流体５０６を収容しているウェル５０４内に挿入されるとき（例えば、図２のウェル２０６のうちの１つの中に挿入されるとき）、挿入要素５０２の点先端５１０が流体５０６に最初に接触する。挿入要素５０２が更に深くウェル５０４内に挿入されると、点先端５１０から全方向に後退する傾斜部分５１２が流体５０６と接触する。挿入要素５０２は、流体５０６に挿入要素５０２の外周の外側に無視できないほどのメニスカスを形成させることなく、その最大直径（円柱状）部分が、ある程度の許容範囲を持たされてウェル５０４に嵌合するようにサイズ決めされ得る。例えば、ウェル５０４が６．３５ｍｍの底部直径及び６．８６ｍｍの上部直径を有する場合、挿入要素５０２は、（空気が抜け出すための小さな隙間を残すために）６．４ｍｍ～６．５ｍｍの直径を有し得る。挿入要素５０２の全長は、挿入要素５０２がウェル５０４内に完全に挿入されたときに、点先端５１０がウェル５０４の底部に接触しないが、傾斜部分５１２の一部、大部分、又は全部が沈むように設定され得る。例えば、点先端５１０は、基部５０１と直交する方向に、基部５０１から６ｍｍ離れていてもよい。傾斜部分５１２の傾斜は、空気（又は他のガス）の気泡がすぐに雰囲気中に抜け出し得るようなものであり得る。例えば、傾斜部分５１２は、挿入要素５０２の外周から点先端５１０に向かう方向に３ｍｍ移動するごとに、ウェル５０４内に１ｍｍ更に深く突出する（或いは、例えば３ｍｍごとに０．５ｍｍ更に深く突出する）のであってもよい。挿入要素５０２の適切な長さ（すなわち、点先端５１０と基部５０１との間の間隔）は、流体の充填量に依存し得る。より少ない充填量の場合、例えば、挿入要素５０２が流体と完全に接触／相互作用することを確保するために、挿入要素５０２が基部５０１から更に突出する必要があり得る。図５Ａ～図５Ｃは、点先端５１０が挿入要素５０２の遠位端表面内で中央に位置する実施形態を示しているが、他の実施形態では、点先端５１０は中央に位置しない。例えば、点先端５１０は、傾斜部分５１２の外周沿いに存在してもよく、この場合、挿入要素５０２は、角度を付けられ平坦な平面（すなわち、基部５０１及びウェル５０４の底面に直交もせず平行でもない平面）で終端する円柱である。

挿入要素５０２が完全に挿入されると（例えば、基部５０１がウェル５０４からいくらかの所望の距離だけ離れている状態で、又はウェル５０４に接触している状態で）、流体５０６が、照明を提供するための光５２０（例えば、図２の照明システム２０８を光源とする光）で撮像され得る。しかしながら、図４Ｃの挿入要素４０２と同様に、傾斜部分５１２に起因する光の屈折を補償するために、光５２０が斜めに供給されてもよい。コリメートされた光源を使用する場合、例えば、光源とウェルプレートカバー５００との間にアキシコン（円錐プリズム）を挿入することにより、光５２０が所望の角度で供給され得る。基部５０１に対する光５２０の角度は、光５２０が、ウェル５０４及び流体５０６によって屈折されない範囲で、ウェル５０４の底部に直交する方向にウェル５０４の底部から出ることが確保されるように設計される。このために、光５２０の角度は、傾斜部分５１２に起因する屈折と、基部５０１（ここでは光５２０に直交していない）に起因する屈折との両方を考慮して、例えば、ウェルプレートカバー５００の材料及び環境の屈折率に基づいて、スネルの法則にしたがって設定される。光５２０の入射角は、例えば、特殊なレンズ又は他の光学要素を挿入することによって設定され得る。

代替的な実施形態では、コリメートされた光源が、基部５０１の平面に直交する角度で光５２０を供給するために使用され（例えば、図３Ｃの光３２０と同様）、基部５０１の上側（すなわち、ウェル５０４とは反対側）は、所望の角度で光を屈折させるために（例えば、上述のようにアキシコンを挿入するのではなく）反転円錐傾斜表面を備える。例えば、基部５０１の上側は、各挿入要素５０２とは反対側に、傾斜部分５１２を反映するが反対方向（上方向）に突出する構造を備え得る。このようにして、ウェルプレートカバー５００に出入りする光がコリメートされ得る。

いずれにしても、光５２０が透明な挿入要素５０２（又はその透明な部分）を通り、またメニスカスがないこと、及び入射光５２０の入射角に起因して、流体５０６の内容物に起因する屈折（すなわち、流体の内容物の正確な画像を生成するために必要な屈折）及び場合によりウェル５０４の部分に起因する屈折以外の顕著な屈折は比較的少ない。図５Ｃから分かるように、挿入要素５０２が完全に挿入されたときに、傾斜部分５１２の外側及び上方に延びる適度な量の流体５０６が存在し得る。しかしながら、基部５０１も透明であるいくつかの実施形態では、それにもかかわらず、挿入要素５０２を挿入した状態で、ウェル５０４全体及び流体５０６のすべてが撮像され得る。例えば、光５２０の一部は、ウェルプレートカバー５００の平面の基部５０１に直交するように入射することができ、これにより光を大きく屈折させることなく、挿入要素５０２の外周を光が通ることができる。

図４～図６の例は単なる例示であり、メニスカスを防止又は低減しつつ、空気／ガスの気泡を低減又は除去する他の実施形態も可能であることを理解されたい。例えば、各挿入要素が、錐台形状（すなわち、円錐台の先端に平坦な円形領域を有する錐台形状）を有していてもよい、及び／又は各挿入要素の縁部（例えば、面先端と遠位端表面の別の部分との間）が、例えば、丸みを帯びていても起伏が形成されていてもよい。

いくつかの実施形態では、各挿入要素（例えば、挿入要素３０２、４０２、又は５０２）の少なくとも一部が、コーティング及び／又は処理されて、流体に面する／接触する親水性の表面が形成され、これにより、空気（又は他のガス）の気泡の脱出が容易になり得る。例えば、使用前に挿入要素（又はカバー全体、又はカバーの基部から最も遠くに突出している挿入要素表面のみなど）がプラズマ処理を施されてもよく、又は、親水性材料でコーティングされてもよい。挿入要素に親水性の表面を形成することにより、形成された気泡は、挿入要素の外周を抜け出るまで強制的に移動され得る。このことは、いくつかの用途（例えば、細胞株のモニタリング）では、挿入要素への細胞の付着を防ぐという利点も有する。

追加的又は代替的に、いくつかの実施形態では、気泡の発生は、可撓性のウェルプレートカバーを使用することにより軽減され得る。そのような実施形態では、ウェルプレートカバーがウェルプレート上にゆっくりと広げられて、カバーが広がるにつれて、異なる挿入要素（又は挿入要素の異なる列など）が異なるタイミングでウェルに入るようにしてもよい。各挿入要素を対応する（ウェル内に垂直に降りてくるのではなく）ウェル内に斜めに入れることにより、空気が挿入要素の下方に捕捉されにくくなる。例えば、ウェルプレートカバーの基部／平面（例えば、基部３０１、４０１、又は５０１）は、可撓性の材料（例えば、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）又は他の適切な材料）から形成されてもよい。様々な実施形態において、挿入要素は、カバーの残りの部分と同じ可撓性の材料（例えば、その材料が透明である場合）で形成されてもよく、又は、異なる材料（例えば、可撓性のシートの孔のアレイに挿入される／貫通されるポリスチレン、ポリプロピレン、又はガラスの挿入要素）から形成されてもよい。可撓性のウェルプレートカバーは、比較的短い挿入要素を有するカバーには特に有利であり得る。

図６は、容器内の流体試料を撮像するための例示的な方法６００のフロー図である。方法６００は、全体的若しくは部分的に１つ若しくは複数のロボットシステム（例えば、図２の外観検査システム２００を含む）によって自動的に実施されてもよい、及び／又は部分的に人間のオペレータによって実行されてもよい。

ブロック６０２において、挿入要素の少なくとも遠位端表面が、容器内の流体（例えば、液体）試料中に挿入される。流体試料は、例えば、細胞に適した栄養素（例えば、アミノ酸、ビタミンなど）、成長因子、及び／又は他の成分を含む培養液を含んでいてもよく、又は検査を必要とする任意の他のタイプの内容物を含んでいてもよい。容器は、ウェルプレートのウェル（例えば、ウェルプレート２０４のウェル２０６）、シリンジ、バイアル、又は流体で満たされたときにメニスカスを形成する可能性のある任意の他の入れ物であってもよい。挿入要素は、平面状の基部から突出する複数の挿入要素のうちの１つであってもよく、又は独立した挿入要素であってもよい。

挿入要素の少なくとも一部は、撮像目的のためにコリメートされた光（例えば、テレセントリックレンズを使用する場合）が挿入素子を通ることができるように透明且つクリアなものであってもよい。或いは、挿入要素は、全方位照明を提供するために、拡散性のある材料から作られてもよい。挿入要素の遠位端表面は、挿入要素が容器内の流体試料中に適切に挿入されたときに、遠位端表面の任意の他の部分よりも更に深く容器内に延びる先端を備える。先端は、例えば、点であっても線であってもよい。或いは、先端は、遠位端表面の最大直径よりも実質的に小さい直径を有する平面であってもよい（すなわち、挿入方向に直交する視点から遠位端表面を見た場合）。例えば、面先端は、遠位端表面の最大直径の４分の３未満、半分未満、又は４分の１未満であってもよい。挿入要素は、例えば、図４～図６に関連して上述した任意の挿入要素と同様であってよい。ブロック６０２は、例えば、自動／ロボットシステムによって実行されてもよく、又は、人間が手動で挿入要素を挿入することによって（例えば、ウェルプレートカバーをウェルプレート上に手動で配置することによって）実行されてもよい。

ブロック６０４において、容器は、イメージャ（例えば、図２のイメージャ２１２）の光路に配置される。ブロック６０４は、例えば、自動／ロボットシステムによって（例えば、外観検査システム２００がステージ２０２を自動的に動かすことによって）実行されてもよく、又は、人間が手動で容器及び／又はイメージャを配置することによって実行されてもよい。挿入要素の遠位端表面が傾斜部分を有するいくつかの実施形態では、ブロック６０４は、傾斜部分（例えば、イメージャの光路に挿入されたレンズ又は他の光学要素）に起因する光の屈折を補償するように光を導くことを含む。

ブロック６０６において、挿入要素を流体試料中に挿入した状態で容器が照明される。ブロック６０６は、例えば、自動／ロボットシステムによって（例えば、外観検査システム２００が照明システム２０８の光源を自動的にオンにすることによって）実行されてもよく、又は、光源を手動で配置する、及び／又は点灯する人間によって部分的に実行されてもよい。ブロック６０６は、ブロック６０２の前、ブロック６０２とブロック６０４との間、又はブロック６０４の後に行われてもよい。

ブロック６０８において、挿入要素を流体試料中に挿入した状態で、照明された容器の画像が取り込まれる。ブロック６０８は、例えば、自動／ロボットシステムによって（例えば、外観検査システム２００がイメージャ２１２を自動的にトリガすることによって）実行されてもよく、又は、人間が手動で容器を配置すること、及び／又はイメージャをトリガすることによって部分的に実行されてもよい。その後、取り込まれた画像はメモリに保存され、（例えば、自動検査システム又は人間の分析者によって）分析されてもよい。

システム、方法、装置、及びそれらの構成要素を例示的実施形態の観点から説明してきたが、システム、方法、装置、及びそれらの構成要素は、これらに限定されるものではない。詳細な説明は、例としてのみ解釈されものとし、考え得るすべての実施形態のすべてを説明することは、不可能ではないとしても非現実的であることから、本発明の考え得るすべての実施形態を説明しているわけではない。現在の技術又は本特許の申請日以降に開発された技術のいずれかを使用して、多くの代替的な実施形態を実施することができるが、このような実施形態はなお、本発明を定義する請求項の範囲内に含まれる。

当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく上記の実施形態に対して多種多様な修正、変更、及び組み合わせを施すことができ、そうした修正、変更、及び組み合わせは本発明の概念の範囲内であると解釈されることを理解するであろう。

Claims (5)

1. 基部面を画定する基部と、
   複数の挿入要素と
   を備える、ウェルプレートカバーであって、
   前記挿入要素のそれぞれの少なくとも一部が透明であり、
   前記挿入要素のそれぞれが、（ｉ）前記基部に結合され、且つ（ｉｉ）前記基部面に直交する方向に前記基部から前記挿入要素の遠位端表面まで延び、
   前記挿入要素のそれぞれの前記遠位端表面が、それぞれの前記挿入要素がウェルプレートのウェル内に挿入されたときに前記遠位端表面の任意の他の部分よりも更に深く前記ウェル内に延びる先端を備え、
   前記先端が、面先端であり、前記面先端の直径が前記遠位端表面の最大直径の半分未満であり、
   前記遠位端表面のそれぞれの前記面先端は、実質的に円形であり、
   前記挿入要素のそれぞれの前記遠位端表面は、それぞれの前記面先端の周りに同心環を形成する複数の平面の段であって、前記ウェルに嵌合するようにサイズ決めされた複数の平面層を含み、
   連続する各平面層は、前記面先端から前記遠位端表面の外周に向かって外方に進むとき、前の平面の段よりも前記基部に近い、ウェルプレートカバー。
2. 前記挿入要素のそれぞれの少なくとも一部が少なくとも親水性の表面でコーティングまたは処理されている、請求項１に記載のウェルプレートカバー。
3. 容器内の流体試料を撮像するための方法であって、前記方法が、
   前記容器内の前記流体試料中に挿入要素の少なくとも遠位端表面を挿入することであって、
   前記挿入要素の少なくとも一部が透明であり、
   前記遠位端表面が、前記遠位端表面の任意の他の部分よりも更に深く前記容器内に延びる先端を備え、
   前記先端が、面先端であり、前記面先端の直径が前記遠位端表面の最大直径の半分未満であり、前記面先端が、実質的に円形であり、前記挿入要素が、前記遠位端表面の反対側にある近位端を備え、前記遠位端表面は、前記面先端の周りに同心環を形成する複数の平面の段であって、前記ウェルに嵌合するようにサイズ決めされた複数の平面層を含み、連続する平面の段のそれぞれは、前記面先端から前記遠位端表面の外周に向かって外方に進むとき、前の平面の段よりも前記挿入要素の前記近位端に近い、挿入することと、
   前記容器をイメージャの光路に配置することと、
   前記挿入要素を前記容器内の前記流体試料中に挿入した状態で、前記容器を照明することと、
   前記イメージャによって、前記挿入要素を前記容器内の前記流体試料中に挿入した状態で、前記照明された容器の画像を取り込むことと、
   を含む、方法。
4. 各挿入要素の少なくとも一部が、少なくとも親水性の表面でコーティングまたは処理されている、請求項３に記載の方法。
5. 前記遠位端表面が、前記先端と前記遠位端表面の外周との間に配置された傾斜部分を備え、
   前記容器を照明することが、前記遠位端表面の前記傾斜部分に起因する光の屈折を補償するように光を導くことを含む、請求項３または４に記載の方法。

Images