KR20010034860A - 다중 채널 광학적 검출 시스템 - Google Patents

Abstract

반응 혼합물을 열적 제어하고 광학적으로 검색하기 위한 장치는 혼합물을 유지하는 체임버 (10) 를 구비한 벳셀 (2) 을 포함한다. 또한, 장치는 그 사이에 벳셀 (2) 을 수신하고 벳셀에 수용된 혼합물을 가열 및/또는 냉각하기 위해 대향 가열판 (34A 및 34B) 를 구비한 열 교환 모듈 (37) 을 포함한다. 모듈 (37) 은 혼합물을 광학적으로 검색하도록 설치된 광학적 여기 및 검출부 (46 및 48) 를 포함한다. 여기부 (46) 는 혼합물의 분류된 분석 항목을 다중 여기 파장 범위의 여기 빔으로 순차적으로 조명하기 위해 다수 광원 (100) 및 필터 집합을 포함한다. 검출부 (48) 는 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 다중 방출 파장 범위로 검출하기 위해 다수 검출기 (102) 및 제 2 필터 집합을 포함한다. 광학계 (46 및 48) 는 혼합물의 복수의 서로 다른 목표 분석 항목을 검출하는 다중 채널 시스템을 제공한다.

Description

다중 채널 광학적 검출 시스템{MULTI-CHANNEL OPTICAL DETECTION SYSTEM}

화학 공정의 분야에서 반응 혼합물 (예, 화학제품 또는 시약과 혼합된 생물학적 샘플) 의 온도를 간단히 제어하고, 혼합물에 빠른 온도 전이를 하게 하고, 혼합물에 목표 분석을 검출하는데 바람직한 많은 응용이 있다. 이러한 열 교환 화학 반응에 대한 응용 분야들은 유기 반응, 무기 반응, 생화학 반응 및 분자 반응 등을 포함할 수 있다. 열화학 반응의 예는 핵산 증폭, 열 순환 증폭, 폴리머라아제 연쇄 반응 (PCR), 리가아제 연쇄 반응(LCR), 자립 염기서열 복제, 효소 운동 연구, 동질 리간드 결합 시험, 및 복잡한 온도 변화를 요구하는 더 복잡한 생화학 기계적 연구를 포함한다.

화학적 또는 생화학적 분석을 위한 바람직한 검출 기술은 광학적 검색이고, 전형적으로 형광 또는 화학발광 측정을 사용한다. 리간드 결합 시험용으로, 시분할 형광, 형광 편광, 또는 흡광이 사용된다. PCR 시험용으로, 형광 화학이 채택된다.

열 반응을 전도하고 반응 생산물을 광학적으로 검출하기 위한 종래의 기구는 96 개의 많은 원뿔형 반응관을 갖는 금속 블럭을 통상 포함한다. 금속 블럭은 펠티어 (Peltier) 가열/냉각 장치 또는 액체가 기계화된 채널을 통해 금속 블럭으로 흐르는 폐루프 액체 가열/냉각 시스템 중의 하나에 의해 가열되고 냉각된다. 이러한 금속 블럭을 포함하는 기구는 존슨 (Johnson) 에 의한 미국 특허 제 5,038,852 호, 멀리스 (Mullis) 에 의한 미국 특허 제 5,333,675 호, 앳우드 (Atwood) 에 의한 미국 특허 제 5,475,610 호에 개시되어 있다.

이들 종래의 기구들은 몇 개의 결점을 갖고 있다. 우선, 금속 블럭의 큰 열용량 때문에, 이들 기구에서 가열 및 냉각 속도가 1℃/sec 정도로 제한되어 공정 시간이 길어진다. 예를 들면, 전형적인 PCR 응용에서, 50 주기는 종료하기 위해서 2 이상의 시간을 요구할 수도 있다. 상대적으로 느린 가열 및 냉각 속도로, 간단한 온도 제어를 요구하는 어떤 공정은 효과적이지 못하다고 확인되었다. 예를 들면, 반응이 중간 온도에서 일어날 수도 있고, PCR "프라이머-다이머" (primer-dimers) 또는 특이한 앰플리콘 (amplicons) 과 같은 원치않고 방해되는 부산물을 만들어서, 분석 공정에 해가 된다. 조악한 온도 제어는 원하는 반응에 필요한 반응물의 과소비를 하게 한다.

종래 기구의 다른 결점은 화학 반응의 실시간 광학적 검출 또는 지속적인 광학적 모니터링을 하지 못한다는 것이다. 예를 들면, Perkin Elmer 7700 (ATC) 기구에서, 광학적 형광 검출은 금속 블럭의 96 개의 반응 사이트 각각에 광섬유를 도입하는 것으로써 이루어져 있다. 중앙 고전력 레이저는 각각의 반응 사이트를 순차적으로 여기하고 광섬유를 통해 형광 신호를 포착한다. 모든 반응 사이트가 하나의 레이저에 의해 순차적으로 여기되고 형광이 하나의 분광기 및 광증배관에 의해 검출되기 때문에, 각각의 반응 사이트를 동시에 모니터링할 수 없다.

화학 반응의 실시간 광학적 모니터링을 요구하는 새로운 공정용 기구는 최근에 유용하게 되었다. 이러한 기구중의 하나가 노스럽 (Northrup) 등에 의해 미국 특허 제 5,589,136 호에 개시된 MATCI 장치이다. 이 장치는 PCR 열 순환 및 광학적 분석에 모듈 방식을 사용한다. 각각의 화학 반응은 그 자신의 실리콘 슬리브에서 실행되고 각각의 실리콘 슬리브는 그와 연관된 여기 광원 및 형광 검출기를 갖는다. LED 및 고체 상태 검출기를 사용하여, 실시간 광학적 데이터는 소형의 저전력 모듈으로부터 얻는다. 그런데, 이 장치는 각각의 모듈에 대해 단지 하나의 광원 및 하나의 검출기를 포함함으로써, 다수 분석 항목을 동시에 검출할 수 없다.

다른 분석 기구는 Idaho Technologies 사로부터 입수가능하고 "The LightCycler^TM: A Microvolume Multisample Fluorimeter with Rapid Temperature Control", Bio Techiques, Vol 22, p. 176~181, 1997년 1월호에 위트워 (Wittwer) 에 의해 개시되어 있다. 이 기구는 24 개의 샘플을 유지하고 광학계 위쪽에 각 샘플을 순차적으로 위치시키기 위해 스테퍼 모터를 구비한 원형 커라우절 (carousel) 을 포함한다. 샘플의 온도는 커라우절의 중앙 체임버에 설치된 중앙 가열 카트리지 및 팬에 의해 제어된다.

동작시, 샘플은 커라우절에 의해 유지되는 캐필러리에 설치되고, 각 샘플은 에피 일루미네이션에 의해 캐필러리 팁을 통해 검색된다. 광원은 샘플을 향해 제 1 이색성 필터를 반사하는 청색 LED 이다. 광은 에피 일루미네이션 렌즈에 의해 캐필러리 팁으로 포커싱되고 캐필러리 팁으로부터 집광된다. 캐필러리 팁으로부터 방출된 광은 제 1 이색성 필터를 통과하고, 일 이상의 추가 이색성 필터에 의해 필터링되고, 검출용 포토다이오드에 포커싱된다.

이 도구가 화학 반응을 하게 되는 샘플의 다수 분석 항목을 검출하게 하지만, 몇 가지 결점이 있다. 첫째, 조명 빔 및 방출된 광 빔은 동일한 볼륨을 통해 비교적 짧은 광로 길이를 갖고 캐필러리 팁 아래에 동일한 경로를 공유한다. 이는 샘플로부터의 형광 방출이 약해지게 하고, 광학적 검출 감도를 낮게 한다. 둘째, 도구는 하나의 여기 파장 범위의 조명 광을 제공한다. 그런데, 서로 다른 형광 염료는 서로 다른 최적의 여기 파장 범위를 갖음으로써, 도구는 반응 유체의 다수 형광 염료 각각을 위해 최적의 여기 파장 범위의 여기 빔을 제공하지 못한다. 셋째, 이색성 필터의 사용은 도구의 광학적 감도를 상당히 감소시킬 수도 있다. 각각의 이색성 필터는 방출된 광의 강도를 1/2 정도 감소시킴으로써, 방출된 광이 검출기에 도달할 때 약해질 수도 있다. 이와 같은 이유로, 도구는 샘플의 분류된 분석 항목의 형광으로 검출하는데 낮은 감도를 나타낼 수도 있다.

펜토니 (Pentoney) 등에 의한 미국 특허 제 5,675,155 호 공보에는 복수의 샘플 볼륨을 순차적이고 반복적으로 스캐닝하기 위해 또한 각각의 샘플로부터 방사 방출을 검출하기 위해 다른 검출 시스템이 개시되어 있다. 시스템은 각각 샘플 볼륨을 수용하는 복수의 코플라나 (coplanar) 병립 캐필러리를 포함한다. 또한, 전자기 방사원, 전자기파를 수신하고 반사하기 위해 결합된 미러, 미러를 움직이는 스캐너, 샘플로부터 수집된 전자기파를 필터링하는 필터 휠, 및 필터링된 방사를 수신하기 위해 결합된 검출기를 포함한다. 각각의 캐필러리 행의 샘플 볼륨은 전기 영동 매개체상에 분리된 형광으로 분류된 샘플을 수용한다.

동작시, 방사원 (바람직하게는 레이저) 은, 미러상으로 여기 빔을 향하게 한다. 반사된 여기 빔은 포커싱 렌즈를 통과하여 캐필러리 어레이내에 제 1 캐필러리의 샘플 볼륨상으로 진행한다. 샘플로부터의 형광 방출 방사는 레이저 원의 파장에서 광을 차단하고 샘플 볼륨의 제 1 형광 염료에 의해 방출된 형광을 전달하기 위해 선택된 필터 휠의 제 1 필터를 통해 진행한다. 제 1 필터를 통해 전달되는 형광은 검출기에 의해 검출된다. 모터는 형광 방출 빔으로 제 2 필터를 가져오기 위해 필터 휠을 회전시킨다. 제 2 필터는 제 2 형광 염료로부터 방출된 형광을 전달하고, 형광은 검출기에 의해 측정된다. 샘플 볼륨의 제 2 및 제 4 염료의 형광 방출을 측정하기 위해 동일한 과정이 필터 휠의 제 3 및 제 4 필터로 반복된다. 전체 4 단계 동작은 어레이의 각각의 캐필러리 행으로 순차적이고 반복적으로 실행된다.

이 시스템은 샘플 볼륨의 다수 형광 염료의 검출을 하게 하지만, 미러를 이동하고 필터 휠을 회전하는데 몇 개의 결점이 있다. 이 이동 부분들은 광학 시스템의 높은 비용, 높은 유지 요구 조건, 낮은 신뢰도, 높은 전력 소비, 및 광학적 측정으로 잠재적인 진동 방해를 일으킨다.

본 발명은 광학적 검출 시스템에 관한 것으로서, 특히 유체 샘플에서 복수의 서로 다른 분석 항목의 실시간 검출용 다중 채널 검출 시스템에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명에 따라, 체임버의 내부를 보여주기 위해 반응 체임버 측벽이 제거된 반응 벳셀의 부분 전개 사시도;

도 2 은 도 1 의 벳셀의 정면도;

도 3 은 대향 가열판에 의해 형성된 열 슬리브에 삽입된 도 1 의 벳셀의 측면도;

도 4 는 본 발명에 따라, 열 슬리브, 한 쌍의 광학계, 및 냉각 시스템을 갖는 것으로서, 도 1 의 반응 벳셀이 열 슬리브에 삽입된 열 교환 모듈의 측면도;

도 5a 내지 도 5d 는 일련의 강도 대 파장 그래프;

도 5a 및 도 5b 는 열반응에 전형적으로 사용되는 네 개의 염료 각각의 여기 및 방출 스펙트럼을 나타내는 도;

도 5c 는 구별되는 여기 파장 범위를 제공하기 위해 녹색 및 청색 LED 의 출력을 필터링한 효과를 나타내는 도;

도 5d 는 구별되는 방출 파장 범위를 형성하기 위해 네 개의 염료 각각으로부터 방출되는 광을 필터링한 효과를 나타내는 도;

도 6 은 도 4 의 모듈의 시각 여기부의 개략 평면도;

도 7 은 도 6 의 여기부의 전개도;

도 8 은 도 4 의 광학적 검출부의 개략 평면도;

도 9 는 도 8 의 검출부의 전개도;

도 10 은 각 반응 사이트가 다이내믹하고, 독립적이고, 컴퓨터가 설치된 제어를 갖는 다중 사이트 반응기 시스템의 사시도;

도 11 은 컴퓨터 및 전원에 일렬로 연결된 다수 열 사이클링 기구를 갖는 다른 다중 사이트 반응 시스템의 개략 블럭도;

도 12 는 도 10 의 시스템의 베이스 도구의 개략 블럭도;

도 13 은 도 4 의 열교환 모듈의 전자적인 구성요소의 개략 블럭도;

도 14 는 도 10 의 시스템의 제어, 분석, 프로그래밍, 및 동작 기능을 하기 위한 컴퓨터 제어기 구조를 나타내는 개략 블럭도;

도 15 는 사용자에 의해 기능의 선택을 위해 그래픽 사용자 인터페이스상에 바람직하게 재생된 도 14 의 구조를 나타내는 블럭도;

도 16 내지 도 18 은 본 발명에 따라 사용자의 컴퓨터 모니터상에 표시된 일련의 샘플 그래픽 표시를 나타내는 도;

도 16 은 사이트 프로파일이 만들어지고 실행되는 프로그램 메뉴 스크린을 나타내는 도;

도 17 은 현재의 열 순환 상태를 표시하는 도구 메뉴 스크린을 나타내는 도;

도 18 은 원하는 온도 프로파일이 메모리로부터 불러들여 실행되고, 그 결과가 표시되고, 다른 컴퓨터로 전송되고, 및/또는 인쇄되는 라이브러리 메뉴 스크린을 나타내는 도;

도 19 는 도 10 의 시스템의 제어 및 동작 전체를 나타내는 흐름도;

도 20 은 도 10 의 시스템상에 선택된 온도 프로파일을 실행하는 단계를 나타내는 흐름도;

도 21 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 반응 혼합물의 온도를 상승하는 단계를 나타내는 흐름도;

도 22 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 반응 혼합물의 온도를 하강하는 단계를 나타내는 흐름도;

도 23a 및 도 23b 는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 도 4 의 모듈에 사용하기 위해 한 쌍의 광학계의 개략 평면도; 및

도 24a 및 도 24b 는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 도 4 의 모듈에 사용하기 위해 다른 한 쌍의 광학계의 개략 평면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

2 : 벳셀 4 : 포트

6 : 핑거 그립 8 : 채널

10 : 체임버 12 : 캡

14 : 암 16 : 프레임

17 : 회전 탭 18 : 벽

20 : 반사면 22 : 플러그

32 : 광투과벽 34 : 가열판

36 : 써미스터 37 : 모듈

38, 219, 221, 252, 276 : 하우징 46 : 여기부

48 : 검출부 50, 52, 257, 282 : 광학적 회로 기판

54 : PC 기판 56 : 그라운딩 트레이스

58 : 에지 커넥터 60 : 반응기 시스템

62 : 열 순환기 도구 64 : 컴퓨터

65 : 직렬 버스 66 : 베이스 도구

70, 96 : 팬 72 : 입력 단자

74 : 출력 단자 76, 78 : 전력 접속부

82 : 마이크로제어기 88 : 히터 전력 및 소오스 제어 회로

90 : 전력 분배기 92 : 데이터 버스

94 : 제어 회로 100, 256, 280 : LED

102, 258, 284, 308, 348 : 검출기

104 : 전류원 106 : D/A 변환기

108 : A/D 변환기

110 : 신호 상태 설정/이득 선택/오프셋 조절 블럭

112 : 출력 레지스터 114, 160 : 메모리

116 : 제어 논리 블럭 118 : 전력 스위치

152 : 사용자 인터페이스 154 : 프로파일 데이터베이스

156 : 결과 데이터 베이스 170 : 프로파일 인터프리터

174 : 입력/출력 제어 포트 180 : 장치 구동기

201 : 리드

203, 204, 205, 206 : 저역 통과 필터

208, 209, 230, 231, 268, 270, 296, 326, 328 : 고역 통과 반사기

210, 228, 324, 330, 364, 370 : 미러

211, 212, 229, 368 : 저역 통과 반사기

214 : 스크류

215, 232, 242, 262, 288, 318, 358 : 렌즈

220, 234 : 하우징부

222 : Schott Glass필터

223, 224, 225, 226, 227, 314, 322 : 고역 통과 필터

235, 237, 254, 278 : 광학적 윈도우

238, 240 : 구멍

250, 274, 300, 340 : 광학계

260, 264, 286, 290, 352, 354, 356, 362 : 대역 통과 필터

297, 366 : 빔스플리터

본 발명은 반응 혼합물 (예, 화학물 또는 시약과 혼합된 생물학적 샘플) 을 열적 제어하고 광학적으로 검색하기 위해 향상된 시스템을 제공함으로써 종래기술의 결점을 해결한다. 상술한 종래기술의 장치와 비교하여, 본 발명의 시스템은 각각의 혼합물에 여기 광을 다수의 구별되는 여기 파장 범위로 제공한다. 이는 시각 여기 파장 범위가 서로 다른 형광체, 인광체, 화학 발광체 또는 전자 화학 발광체 라벨을 갖는 혼합물의 복수의 분석 항목 각각에 제공된다는 것을 확인한다. 또한, 이 시스템은 어떤 이동 부분, 예를 들면, 커라우절 또는 시각 필터 휠을 요구하지 않는 혼합물의 복수의 분석 항목의 실시간 검출을 동시에 할 수 있게 한다. 이동 부분이 없기 때문에, 본 발명의 시스템은 상술한 종래기술의 장치보다 저가의 비용, 낮은 유지 요구 조건, 높은 신뢰성, 및 저전력 소비를 전형적으로 갖는다.

본 발명의 시스템은 반응 혼합물의 매우 신속하고 정확한 온도 변화를 위해 제공함으로써 종래기술의 결점을 해결한다. 이렇게 철저한 온도의 제어는, 일정 온도에서 원치않는 버블의 형성 또는 구성요소의 조악화와 같은 부반응을 억제하는데, 그렇지 않으면, 이들은 시각 검출 및 분석을 방해한다. 이 시스템은 열에 민감한 화학 공정, 예를 들면, 폴리머라아제 연쇄 반응 (PCR), 리가아제 연쇄 반응 (LCR), 자립 염기서열 복제, 효소 운동 연구, 동질 리간드 결합 시험, 및 복잡한 온도 변화를 요구하는 더 복잡한 생화학 기계적 연구에 유용하다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 본 발명은 복수의 반응 혼합물을 독립적으로 열적 제어하고 광학적 검색하는 시스템을 제공한다. 이 시스템은 복수의 벳셀을 포함하는데, 각각의 벳셀은 혼합물의 하나를 유지하는 반응 체임버를 구비한다. 또한, 각각의 벳셀은 그 체임버의 일부를 형성하는 제 1 및 제 2 광투과벽을 포함한다. 광투과벽은 제 1 벽을 통해 혼합물의 광학적 여기 및 제 2 벽을 통해 라벨된 분석 항목의 광학적 검출을 하기 위해 서로 각도상으로 오프셋되어 있다.

또한, 이 시스템은 벳셀을 받기 위해 대응하는 복수의 열 교환 모듈을 포함한다. 각각의 모듈은 그들 사이에 하나의 벳셀을 받기 위해 설치된 한 쌍의 대향 가열판을 포함한다. 적어도 하나의 가열판, 바람직하게는 가열판 둘 다, 벳셀에 수용된 반응 혼합물을 가열하기 위해 연결된 가열기를 구비한다. 또한, 각각의 모듈은, 벳셀이 가열판 사이에 설치될 때, 제 1 및 제 2 광학계가 벳셀의 제 1 및 제 2 광투과벽으로 각각 광학적 커뮤니케이션할 수 있도록 설치된 제 1 및 제 2 광학계를 포함한다.

제 1 광학계는 제 1 광학적 윈도우를 구비한 제 1 하우징, 및 제 1 창을 통해 반응 혼합물로 여기 빔을 전송하는 적어도 두 개의 광원을 포함한다. 또한, 제 1 광학계는 반응 혼합물로 전송된 각각의 빔이 실질적으로 구별되는 여기 파장 빔을 갖도록 여기 빔을 필터링하는 제 1 필터 집합을 포함한다. 동작시, 광원은 반응 혼합물의 형광체, 인광체, 화학 발광체, 또는 전자 화학 발광체를 여기하기 위해 활성화된다. 광원 및 제 1 필터 집합은 제 1 하우징에 견고하게 고정된다.

제 2 광학계는 벳셀로부터 방출된 광을 받는 제 2 광학적 윈도우를 구비한 제 1 하우징을 포함한다. 또한, 제 2 광학계는 방출된 광을 검출하기 위해 적어도 두 개의 검출기, 바람직하게는 포토다이오드, 및 방출된 광을 적어도 두 개의 방출 파장 범위로 분리하고 각각의 방출 파장 범위의 방출된 광을 각각의 검출기로 향하게 하는 제 2 필터 집합을 포함한다.

바람직한 실시예에서, 각각의 모듈의 제 1 광학계는 적어도 네 개의 여기 파장 범위의 여기 빔을 전송하는 제 1 필터 집합으로 배열된 적어도 네 개의 광원을 포함하고, 각각의 모듈의 제 2 광학계는 적어도 네 개의 방출 파장 범위의 방출된 광을 검출하는 제 2 필터 집합으로 배열된 적어도 네 개의 광원을 포함한다. 또한, 이 시스템은 각각의 반응 혼합물에서 서로 다른 네 개의 분석 항목으로 검출하는 적어도 네 개의 분리된 시각 채널을 포함한다. 베이스 도구는 각각의 모듈의 동작을 독립적으로 제어하는 전자 공정 장치를 포함한다. 또한, 이 시스템은 바람직하게 베이스 도구의 전자 공정 장치를 제어하도록 프로그래밍된 컴퓨터를 포함한다.

제 1 광학계의 광원 모두 및 제 2 광학계의 검출기 모두를 설치하는 것이 현재로서는 바람직하지만, 각각의 시각 어셈블이에 일 이상의 광원 및 일 이상의 검출기 모두를 포함할 수 있다. 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 제 1 광학계는 제 1 광학적 윈도우를 구비한 제 1 하우징을 포함한다. 제 1 광학계는 제 1 윈도우를 통해 제 1 여기 빔을 반응 혼합물로 전송하는 제 1 광원을 포함하고, 제 1 윈도우를 통해 체임버로부터 방사된 광을 받는 제 1 검출기를 포함한다. 제 1 광학계는, 제 1 여기 빔의 제 1 여기 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 방출된 광의 제 1 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 제 1 방출 파장 범위의 방출된 광을 제 1 검출기로 향하게 하기 위해 제 1 하우징에 배열된 제 1 필터 집합을 포함한다. 제 1 광원, 제 1 필터 집합, 및 제 1 검출기는 제 1 하우징에 견고하게 고정되어 있다.

또한, 제 2 실시예에 따르면, 제 2 광학계는 제 2 광학적 윈도우를 구비한 제 2 하우징을 포함한다. 제 2 광학계는 제 2 윈도우를 통해 제 2 여기 빔을 반응 혼합물로 전송하는 제 2 광원, 및 제 2 윈도우를 통해 체임버로부터 방사된 광을 받는 제 2 검출기를 포함한다. 또한, 제 2 광학계는 제 2 여기 빔의 일부의 제 1 여기 파장 범위와는 다른 제 2 여기 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 방출된 광의 제 1 방출 파장 범위와는 다른 제 1 방출 파장 범위의 바깥 부분을 필터링하고, 제 2 방출 파장 범위의 방출된 광을 제 2 검출기로 방향짓기 위해 제 2 하우징에 배열된 제 2 필터 집합을 포함한다. 제 2 광원, 제 2 필터 집합 및 제 2 검출기는 제 2 하우징에 견고하게 고정됨으로써, 광학 시스템은 이동 부분이 없다. 제 2 실시예에서, 각각의 광학계는 네 개의 각각의 반응 혼합물의 네 개의 서로 다른 분석 항목까지 검출하기 위해 네 개의 시각 검출 채널을 제공하는 추가의 검출기 및 필터를 선택적으로 포함할 수도 있다.

발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조하면 본 발명의 시스템을 더 구체적으로 이해할 수 있다.

본 발명은 반응 혼합물, 예를 들면, 화학물 또는 시약과 혼합된 유체 샘플을 열적 제어하고 광학적 검색하는 시스템을 제공한다. 여기에서 사용된 "유체 샘플" 이란 용어는 가스 및 유체 둘 다 포함하고, 바람직하게는 후자를 나타낸다. 그 샘플은 입자, 세포, 미세조직, 이온, 또는 단백질 및 핵산 등과 같은 크고 작은 분자를 포함하는 수용액일 수도 있다. 그 샘플은 혈액 또는 소변과 같은 체액, 또는 분말음식과 같은 현탁액일 수도 있다.

바람직한 일 실시예에서, 그 시스템은 혼합물을 유지하는 반응 벳셀 및 벳셀을 받는 열 교환 모듈을 포함한다. 각각의 열 교환 모듈은, 벳셀중의 하나가 열 공정을 위해 사이에 삽입된 한 쌍의 대향 가열판, 혼합물을 냉각하기 위해 판에 인접하게 설치된 팬, 판의 온도를 측정하기 위한 일 이상의 온도 센서, 및 혼합물을 광학적 검색하기 위한 한 쌍의 광학계를 포함한다. 또한, 그 시스템은 열 교환 모듈을 받고 각각의 모듈을 독립적으로 제어하는 전자 공정 장치를 구비한 베이스부를 포함한다. 또한, 그 시스템은, 사용자의 인터페이스를 제공하고 전자 공정 장치의 동작을 제어하는, 퍼스널 컴퓨터 또는 네트워크 컴퓨터와 같은 제어기를 포함한다.

도 1 내지 도 22 는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 나타낸다. 도 1 은 반응 벳셀 (2) 의 부분 전개도를 나타내고, 도 2 는 벳셀 (2) 의 정면도를 나타낸다. 벳셀 (2) 은 반응 혼합물을 유지하는 반응 체임버 (10) 를 포함한다. 벳셀 (2) 은 반응 혼합물로 최적의 열 전달 및 반응 혼합물로부터 최적의 열 전달을 위해, 또한 혼합의 유효 시각 관찰을 위해 설계된다. 벳셀의 얇은 형태는 열 전도를 위해, 또한 가열판과 접촉하기 위해 넓은 표면을 제공함으로써 최적의 열 운동에 기여한다. 또한, 벳셀 (2) 의 벽은 체임버 (10) 로 광학적 윈도우를 제공하여 전체 반응 혼합물이 광학적으로 검색될 수 있게 한다.

도 1 내지 도 2 에 대해 더 구체적으로 설명하면, 반응 벳셀 (2) 은 반응 체임버 (10) 의 경계를 형성하는 견고한 프레임 (16) 을 포함한다. 프레임 (16) 은 포트 (4), 및 포트 (4) 를 반응 체임버 (10) 에 연결하는 채널 (8) 을 포함한다. 얇고 유연한 벽 (18) (프레임 (16) 으로부터 분해되어 도 1 에 도시) 은 체임버 (10) 의 측벽을 형성하기 위해 프레임의 대향 측면에 연결되어 있다.

벽 (18) 은 체임버 (10) 에 포함된 반응 혼합물로 광학적 열 전도를 하게 한다. 벽 (18) 의 유연한 특성은 가열판과 최대로 접촉하게 한다. 벽은 표면 사이의 갭을 방지하거나 최소화하기 위해 판의 표면과 일치한다. 또한, 열 교환 동작 동안 표면 형태가 변한다면 유연한 벽은 열 표면에 따라 지속적으로 변화한다.

도 3 은 반응 벳셀과 한 쌍의 가열판 (34A 및 34B) 사이의 접촉을 나타낸다. 적어도 하나의 가열판, 바람직하게는 가열판 둘 다는, 벳셀의 반응 혼합물을 가열하기 위해, 저항과 같은 가열기를 포함한다. 또한, 가열판 (34A 및 34B) 은 써미스터 (36A 및 36B) 와 같은 온도 센서를 바람직하게 포함한다. 벳셀 (2) 이 가열판 사이에 삽입될 때, 가열판의 내부 표면은 벽 (18) 과 접촉한다. 이 상태에서, 가열판 표면과 반응 체임버의 벽 (18) 사이의 갭이 최소이거나 없다. 양호한 열 전도를 위해, 각각의 벽 (18) 의 두께는 0.003 내지 0.5 mm 가 바람직하고, 0.01 내지 0.15 mm 가 더 바람직하고, 0.025 내지 0.08 mm 가 더더욱 바람직하다. 각각의 벽 (18) 은 막, 시트, 또는 주조되고 기계적으로 성형되거나 주조된 조각, 또는 다른 편리한 얇고 유연한 구조일 수도 있다.

벽 (18) 의 조성 물질은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 및 다른 중합체를 포함하는 폴리알코올, 래미네이트 또는 동질성 중합체, 금속 또는 금속 래미네이트, 또는 얇고 유연하고 안정하고 높은 열 전도를 하고 바람직하게 막 또는 판의 형태로 될 수도 있는 다른 재료일 수도 있다. 벳셀의 프레임 (16) 이 폴리프로필렌과 같은 특별한 재료일 때, 측벽은 바람직하게도 폴리프로필렌과 같은 동일한 재료가 됨으로써, 벽의 열 확장 및 냉각 속도는 프레임과 거의 동일하다.

가열판 (34A 및 34B) 은 세라믹 또는 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화베릴륨 및 질화실리콘과 같은 금속을 포함하는 다양한 재료로 만들어질 수도 있다. 사용될 수도 있는 다른 재료는, 예를 들면, 갈륨, 아르세니드, 실리콘, 질화실리콘, 산화실리콘, 수정, 유리, 다이아몬드, 폴리아크릴, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리이미드, 비닐 중합체, 및 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 할로겐화 비닐 중합체를 포함한다. 다른 가능한 재료는 크롬/알루미늄, 초합금, 지르코알로이, 알루미늄, 강, 금, 은, 구리, 텅스텐, 몰리브데늄, 탄탈륨, 브라스, 사파이어, 또는 관련 기술분야에서 사용될 수 있는 수많은 세라믹, 금속, 및 합성 중합체 재료중의 하나일 수 있다.

세라믹 판은, 높은 내구성 저항, 높은 화학적 저항, 및 반응 벳셀에의 양호한 열적 접촉을 위해 내부 표면이 매우 높은 평활도로 편리하게 기계 가공될 수 있기 때문에, 매우 바람직하다. 또한, 세라믹판은 매우 얇게, 예를 들면, 0.635 내지 1.25 mm 사이에 만들어져서, 낮은 열용량이 매우 빠른 온도 변화에 대해 제공할 수 있도록 한다. 또한, 알루미늄 또는 구리로 만들어진 열 교환판은 높은 열 전도를 가지나, 큰 열용량을 갖는다.

판 (34A 및 34B) 에 접속된 가열기 (바람직하게는 저항) 는 판, 특히 질화알루미늄 또는 산화알루미늄과 같은 세라믹 재료를 포함하는 판상에 직접 스크린 인쇄될 수도 있다. 스크린 인쇄는 반응 체임버로 효과적인 전달에 대한 높은 신뢰성 및 낮은 단면적을 제공한다. 가열기는 세라믹판 내부에서 구워질 수도 있다. 또한, 변화적인 기하학적 패턴의 두껍거나 얇은 막 저항은 더 균일한 가열을 제공하기 위해서 판의 벽상에 설치될 수도 있는데, 예를 들면, 끝부분에 두꺼운 막 저항을 갖고 중앙부에 얇은 막 저항을 갖는다. 가열기는 금속, 텅스텐, 폴리실리콘, 또는 전압이 재료에 인가될 때 가열하는 다른 재료로 이루어질 수도 있다. 또한, 가열판은 판의 표면에 부착된 에칭된 포일 가열기 (MN, 미네아폴리스에 위치한 Minco 사 제품) 와 같은 적층 열원을 사용하여 가열될 수도 있다.

도 1 내지 도 2 를 다시 참조하면, 반응 벳셀 (2) 은 바람직하게도 밀봉 캡 (12) 을 포함한다. 캡 (12) 은 편리하게 유연한 암 (14) 에 의해 프레임 (16) 에 부착될 수도 있다. 캡 (12) 이 벳셀 (12) 에 설치될 때 채널 (8) 로 삽입되는 피스톤 또는 플러그 (22) 를 포함한다. 채널 (8) 로 삽입될 때, 피스톤 (22) 은 체임버 (10) 를 압축함으로써, 유연한 벽 (18) 을 확장시킨다. 벽 (18) 의 확장은 벽 (18) 과 가열판의 표면 사이에 일치도의 증가를 제공한다.

반응 벳셀 (2) 을 사용함에 있어, 샘플이 포트 (4) 를 통해 반응 체임버 (10) 으로 부가된다. 이는 채널 (8) 을 통해 체임버 (10) 의 내부로 피펫 팁을 삽입하고 체임버 (10) 를 바닥부터 채움으로써 달성될 수 있다. 대안으로서, 샘플은 자동화된 유체 주입, 또는 선택적으로 반응 벳셀의 통합 부분인 유체 매니폴드를 통해 부가될 수도 있다. 샘플의 수동적인 부가를 위해, 벳셀 (2) 은 바람직하게도 핑거 그립 (6) 을 포함한다.

샘플은 체임버 (10) 에 부가되기에 앞서 반응물 및 형광 염료와 혼합될 수도 있다. 대안으로서, 샘플은 체임버 (10) 의 반응물 및 염료로 도입될 수도 있다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 벳셀 (2) 은 가열판 (34A 및 34B) 사이에 설치되어, 벳셀의 벽 (18) 이 판의 내부 표면을 누르거나 그에 일치하도록 한다. 반응 혼합물은 판 (34A 및 34B) 상에 가열기를 활성화시킴으로써 온도의 변화에 노출된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 반응 혼합물은 바람직하게도 프레임 (16) 의 광투과 바닥벽 (32A 및 32B) 을 통해 광학적으로 검색된다. 도 2 의 화살표 (A) 는 벽 (32A) 을 통해 체임버 (10) 로 들어가는 조명 빔을 나타내고 화살표 (B) 는 벽 (32B) 을 통해 체임버 (10) 를 빠져 나가는 방출된 광을 나타낸다.

제 1 벽 (32A) 을 통해 반응 혼합물의 분류된 분석 항목의 광학적 여기, 및 제 2 벽 (32B) 을 통해 분류된 분석 항목의 광학적 검출을 하기 위해 벽 (32A 및 32B) 은 서로 각도상 오프셋되어 있다. 통상 벽 (32A 및 32B) 이 90°정도의 각으로 오프셋되어 있는 것이 바람직하다. 여기 경로와 검출 경로 사이의 90°각은 벽 (32A) 을 통해 들어가는 최소한의 여기 방사량이 벽 (32B) 을 통해 빠져 나간다는 것을 확실하게 한다. 또한, 90°의 각은 방출된 방사, 예, 형광체의 최대량이 벽 (32B) 을 통해 수집되도록 한다. 대체예로서, 광학적 벽 사이의 각은 90°보다 크거나 작을 수도 있다. 예를 들면, 검출 시스템이 여기와 방출된 광을 효과적으로 구별하면, 벽 사이의 90°미만의 각이 바람직할 수도 있다. 이와는 반대로, 검출 시스템이 여기와 방출된 광을 효과적으로 구별하지 못하면, 90°초과의 각이 바람직할 수도 있다.

벽 (32A 및 32B) 은 체임버 (10) 의 저부에서 "V" 형태의 점을 형성하기 위해 결합될 수도 있다. 대안으로서, 각진 벽의 경계면은 점을 형성하기 위해 접속될 필요는 없으나, 다른 벽 또는 벳셀의 열적 및 광학적 수행을 방해하지 않는 각종의 기계적 또는 유체적 특성과 같은 중간부에 의해 분리될 수도 있다. 예를 들면, 각진 벽은 통합 캐필러리 전기 영동 영역과 같은 체임버 (10) 와 통하도록 다른 처리 영역으로 유도할 수 있는 포트에서 만날 수도 있다. 매우 바람직한 실시예에서, 위치 설정 탭 (17) 은 벽 (32A 및 32B) 의 교차점 아래에 연장한다. 위치 설정 탭 (17) 은 도 4 를 참조하여 후술한 열 교환 모듈의 벳셀 (2) 을 적당하게 설치하는데 사용된다.

다음 식에 나타낸 바와 같이, 최적의 광학적 감도는 반응 혼합물의 분류된 분석 항목을 여기하는 광 빔 및 검출되는 방출된 광 모두의 광학적 샘플링 경로 길이를 최대화함으로써 얻을 수 있다.

I_o는 볼트로 방출된 광, 광자 등의 조명 출력이고, C 는 검출되는 분석 항목의 농도, I_i는 입력 조명, L 은 경로 길이, A 는 분석 항목을 분류하는데 사용되는 염료의 고유 흡수성이다.

본 발명의 얇고 평평한 반응 벳셀 (2) 은 단위 분석 항목 체적당 최대 광로 길이를 제공함으로써 검출 감도를 최적화한다. 특히, 벳셀 (2) 은 체임버 (10) 의 각각의 측면이 1 내지 15 mm 의 범위의 길이를 갖고, 체임버는 0.5 내지 5 mm 범위의 두께를 갖고, 체임버의 두께에 대한 체임버의 각각의 측면의 길이의 비율이 적어도 2 : 1 인 것이 바람직하다. 이러한 파라미터들은 체임버를 통한 비교적 큰 광로 길이, 예, 평균 1 내지 15 mm 를 갖는 벳셀을 제공하는 것이 바람직한 반면에, 체임버에 수용된 반응 혼합물의 가열 및 냉각을 가장 신속하게 하기 위해서 체임버를 충분히 얇게 유지해야 한다.

더욱 바람직하게는, 벳셀 (2) 은 체임버 (10) 의 각각의 측면이 5 내지 12 mm 의 범위의 길이를 갖고, 체임버는 0.5 내지 2 mm 범위의 두께를 갖고, 체임버의 두께에 대한 체임버의 각각의 측면의 길이의 비율이 적어도 5 : 1 인 것이 바람직하다. 이러한 범위는 큰 광로 길이 (예, 평균 5 내지 12 mm) 및 큰 체적 용량 (12 내지 100 ㎕ 범위) 을 갖는 벳셀을 제공하기 때문에 바람직한 반면에, 반응 혼합물의 가열 및 냉각을 가장 신속하게 하기 위해서 체임버를 충분히 얇게 유지해야 한다. 큰 체적 용량은 핵산과 같은 낮은 농도의 분석 항목의 검출에서 증가된 감도를 제공한다.

바람직한 실시예에서, 반응 벳셀 (2) 은 길이 10 mm 의 측면, 1 mm 의 두께, 및 100 ㎕ 의 체적 용량을 갖는 다이아몬드형 체임버를 구비한다. 이 반응 벳셀은 체임버 (10) 를 통해 10 mm 의 비교적 큰 광로 길이를 제공한다. 또한, 얇은 체임버는 그 속에 수용된 혼합 반응물의 가열 및/또는 냉각을 가장 신속하게 한다.

프레임 (16) 은 광투과 재료, 예, 폴리카르보네이트 또는 폴리프로필렌으로 만들어진다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 체임버 (10) 의 상부를 형성하는 프레임의 일부는 체임버 (10) 의 상부를 통해 빠져 나가려고 하는 백 라이트를 바운딩하여 신호의 증가된 검출을 하게 하는 반사면 (20) 을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 일 이상의 광학적 소자는 광투과벽 (32A 및 32B) 상에 존재할 수도 있다. 광학적 소자는, 예를 들면, 광원에 의해 조명되는 용액의 전체 양을 최대화하기 위해서, 체임버 (10) 의 소정의 영역상에 여기 광을 포커싱하기 위해서, 또는 가능한 한 많은 체임버 체적의 파편으로부터 많은 형광 신호를 수집하기 위해서 설계될 수도 있다. 광학적 소자는 특정한 파장을 선택하는 그래팅, 일정 파장 만을 통과하게 하는 필터, 또는 필터링 기능을 제공하는 색채 렌즈를 포함할 수도 있다. 벽 표면은 코팅되거나 일정 파장의 흡수를 증가시키기 위해서 액정과 같은 재료를 포함할 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 광투과벽 (32A 및 32B) 은 깨끗하고 평평한 윈도우이다.

반응 벳셀 (2) 은 개방 측면을 갖는 체임버를 형성하기 위해서 단단한 프레임 (16) 을 우선 주조함으로써 제조될 수 있다. 프레임 (16) 은 표준 주입 주조 공정으로써 만들어지는 것이 바람직하다. 프레임이 만들어진 후, 측벽 (18) 은, 예를 들면, 폴리프로필렌의 얇은 막 또는 판과 같은 재료를 체임버 영역 위에 설치하고 바람직하게는 스트레칭함으로써 만들어진다. 벽 (18) 은 프레임 (16) 의 대향 측면에 부착된다. 벽이 막 또는 판인 경우, 벽은 열 밀봉, 접착 결합, 초음파 결합에 의해 프레임에 부착될 수도 있다.

도 4 는 반응 벳셀 (2) 을 받는 열 교환 모듈 (37) 을 나타낸다. 열 교환 모듈 (37) 은 모듈의 각종 부분을 유지하는 하우징 (38) 을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 모듈 (37) 은 후술할 가열판 (34A 및 34B) (도 4 에는 판 (34A) 만 나타나 있음) 을 포함한다. 판은 브라켓, 지탱부, 또는 유지부 (40) 에 의해 서로 대향 관계를 유지할 수도 있다. 또한, 본 원에서 참조로 흡수된, 1998년 11월 24일자 출원된 미국 특허 출원 번호 제 09/194,374 호에 설명된 바와 같이 판은 서로를 향해 스프링-바이어스될 수도 있다. 하우징 (38) 은 벳셀 (2) 이 슬롯을 통해 판사이에 삽입될 수 있도록 판 (34A 및 34B) 위에 슬롯을 포함한다.

또한, 열 교환 모듈 (37) 은 벳셀 (2) 의 반응 혼합물을 냉각시키기 위해서, 팬 (42) 과 같은 냉각 시스템을 포함하는 것이 바람직하다. 벳셀 (2) 을 판 (34A 및 34B) 사이에 설치할 때, 벳셀의 체임버는 팬 (42) 으로부터 순환하는 공기에 의해 냉각된다. 대안으로서, 냉각 시스템은 냉각제 또는 압축 유체를 반응 벳셀을 통과하여 운반하기 위해서 펠티어 장치 또는 다른 냉각 시스템을 포함할 수도 있다.

또한, 열 교환 모듈 (37) 은 벳셀 (2) 에 수용된 혼합 반응물을 광학적으로 검색하기 위해서 광학적 여기부 (46) 및 광학적 검출부 (48) 를 포함한다. 여기부 (46) 는 전자 소자를 유지하기 위해 제 1 회로 기판 (50) 을 포함하고, 검출부 (48) 는 전자 소자를 유지하기 위해 제 2 회로 기판 (52) 을 포함한다. 여기부 (46) 는 벳셀 (2) 의 형광으로 분류된 분석 항목을 여기하기 위해서, LED 와 같은 다중 광원을 포함한다. 여기부 (46) 는 광원으로부터 광을 시준하기 위해서 일 이상의 렌즈를 포함하고, 요구되는 여기 파장 범위를 선택하기 위해 필터를 포함한다. 검출부 (48) 는 벳셀 (2) 로부터 방출된 광을 모니터링하기 위해서 포토다이오드와 같은 다중 검출기를 포함한다. 검출부 (48) 는 방출된 광을 포커싱하고 시준하기 위해서 일 이상의 렌즈를 포함하고, 요구되는 방출 파장 범위를 선택하기 위해서 필터를 포함한다. 광학계 (46 및 48) 의 특정한 부분은 도 6 내지 도 9 를 참조하여 상세히 설명한다.

광학계 (46 및 48) 는 하우징 (38) 에 설치되어, 벳셀 (2) 이 판 (34A 및 34B) 사이에 설치될 때, 제 1 광학계 (46) 는 벳셀의 제 1 광투과 바닥벽 (32A) 과 광학적으로 통하고, 제 2 광학계 (48) 는 벳셀의 제 2 광투과 바닥벽 (32B) 과 광학적으로 통한다 (도 2 참조). 바람직한 실시예에서, 광학계 (46 및 48) 는 가열판 (34A 및 34B) 다음에 광학계를 위치함으로써 벳셀 (2) 의 바닥벽과 광학적으로 통하도록 설치되어, 벳셀이 판 사이에 설치될 때, 광학계 (46 및 48) 는 각각 벳셀의 제 1 및 제 2 바닥벽과 물리적으로 인접한다.

또한, 광학계 (46 및 48) 의 수직 축은 90°정도의 각도로 서로 오프셋되는 것이 바람직하고, 광학계 (46 및 48) 는 벳셀 (2) 이 판 사이에 설치될 때, 광학계 (46) 의 수직 축이 제 1 바닥벽과 직각이고 광학계 (48) 의 수직 축이 제 2 바닥벽과 직각인 것이 바람직하다. 여기 경로와 검출 경로 사이의 90°각도는 벳셀의 제 1 바닥벽을 통해 들어가는 여기 방사의 최소량이 제 2 바닥벽을 통해 빠져 나간다는 것을 확실하게 한다. 또한, 90°각도는 방출 방사의 최대량이 제 2 벽을 통해 수집되도록 하게 한다.

추가적으로, 겔 또는 유체가 각각의 광학계와 벳셀 (2) 사이에 광투과을 설립하거나 향상시키기 위해서 사용될 수도 있다. 겔 또는 유체는 접속되는 소자의 굴절률과 근접한 굴절률을 가져야 한다. 대체예에서, 광투과은 광학계와 벳셀의 벽 사이에 광섬유, 광 파이프, 웨이브 가이드 또는 유사한 장치를 통해 설립될 수도 있다. 이들 장치는 광학계 (46 및 48) 를 가열판 (34A 및 34B) 에 물리적으로 인접하도록 설치할 필요를 제거한다는 점에서 이점이 있다. 이는, 냉각 공기 또는 냉각제를 순환시키는 판 주위에 공간을 더 많이 남게 함으로써, 냉각이 향상될 수도 있다.

바람직한 실시예에서, 벳셀 (2) 은 광학적 검출용 벳셀 (2) 의 적당한 위치 설정을 확실하게 하기 위해 광학계 (46 및 48) 사이에 형성된 슬롯에 꼭 맞는 위치 설정 탭 (17) (도 2 참조) 을 포함한다. 향상된 검출을 위해, 모듈 (37) 은 바람직하게도 벳셀의 상부에 설치되고 벳셀이 판 (34A 및 34B) 에 삽입된 후 하우징 (38) 에 밀봉된 빛을 차단하는 뚜껑 (도시하지 않음) 을 포함한다.

하우징 (38) 은 견고한 고성능 플라스틱 또는 다른 종래의 재료로부터 주조될 수도 있다. 하우징 (38) 의 주요 기능은 판 (34A 및 34B) 및 광학계 (46 및 48) 를 유지하는 프레임을 제공하는 것이고, 냉각 유체, 예, 공기 또는 프레온을 향하게 하고 판 (34A 및 34B) 의 표면 및 반응 벳셀 (2) 을 가로질러 유체 흐름을 효과적으로 인도하는 흐름 채널 및 포트를 제공하는 것이다.

열 교환 모듈 (37) 은 모듈의 전자적 부분을 유지하는 PC 기판 (54) 및 모듈 (37) 을 베이스 도구로 접속하는 에지 커넥터를 포함하는데, 도 10 을 참조하여 설명한다. 판 (34A 및 34B) 상의 가열기 및 써미스터 (36A 및 36B), 광학적 기판 (50 및 52) 은 PC 기판 (54) 에 플렉스 케이블 (설명의 명확화를 위해 도 4 에 도시하지 않음) 에 의해 접속된다. 또한, 모듈 (37) 은 광학적 검출 회로를 쉴딩하는 그라운딩 트레이스 (56) 를 포함한다. 사용자에게 "샘플을 로드할 수 있음", "반응물을 로드할 수 있음", "가열", "냉각", "종료" 또는 "폴트" 와 같은 모듈의 현재 상태를 지시하기 위해, 모듈 (37) 은 LED (44) 와 같은 지시기를 포함한다.

도 5a 내지 도 5b 는 주요한 4 개의 형광 염료의 형광 여기 및 방사 스펙트럼을 각각 나타낸다. 이들 염료는 TaqManchemisty (캘리포니아, 포스터시, Perkin-Elmer Corporation 으로부터 입수가능함) 와 함께 사용되는 표준 형광 염료이고 두문자어인 FAM, TET, TAMRA 및 ROX 로써 널리 공지되어 있다. 바람직한 실시예가 이들 4 개의 염료를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 시스템은 이들 특정의 염료 또는 TaqManchemisty 에 한정되지 않는다. 시스템은 Beacons chemistry 와 함께 사용되는 형광 염료, Sunrisechemistry 와 함께 사용되는 염료, 및 에디듐 브롬화물과 같은 인터큘레이팅 염료를 포함하지만 그에 국한되지 않는 플루오로포르와 함께 사용될 수 있다. 형광 염료 및 반응 혼합물의 분석 항목을 분류하는 분류 화학은 관련 기술분야에서 널리 공지되었고 여기에서는 더 이상 설명할 필요가 없다. 또한, 형광 검출은 매우 바람직하지만, 본 발명의 검출 시스템은 형광 라벨에 기초한 검출에 한정되지 않는다. 본 시스템은 인광 라벨, 화학 조명 라벨, 또는 전자 화학 조명 라벨에 기초한 검출에 응용될 수도 있다.

도 5a 에 도시된 바와 같이, FAM, TET, TAMRA 및 ROX 에 대한 여기 스펙트럼 곡선은 전형적으로 밑부분에서는 매우 넓으나, 정점에서는 뾰족해진다. 도 5b 에 도시된 바와 같이, 동일한 염료에 대한 상대적 방출 스펙트럼 곡선은 밑부분에서는 매우 넓으나 정점에서는 뾰족해진다. 하나의 중대한 문제는 이들 염료가 여기 및 방출 스펙트럼에서 겹쳐지는 특성이 매우 높다는 것이다. 종래에 있어서, 다수 염료가 반응 혼합물의 서로 다른 분석 항목을 분류하는데 사용될 때 겹쳐지는 특성은 하나의 염료의 형광 신호를 다른 것으로부터 구별하기 어렵게 만든다.

본 발명에 따라, 다수 광원은 여기 빔을 다수 여기 파장 범위의 염료에 제공하기 위해 사용된다. 각각의 광원은 염료 각각의 피크 여기 범위에 합당한 파장 범위의 여기 광을 제공한다. 바람직한 실시예에서, 광원은 청색 및 녹색 LED 이다. 도 5c 는 실질적으로 구별되는 여기 파장 범위를 제공하기 위해 청색 및 녹색의 LED 의 출력을 필터링하는 효과를 나타낸다. 전형적인 청색 및 녹색 LED 는 480 nm 내지 530 nm 정도의 범위에서 실질적인 오버래핑을 갖는다. 본 발명의 필터링 효소에 의해, 청색 LED 광은 FAM 에 대해 상대적 여기 피크를 매칭시키기 위해 450 내지 495 nm 정도의 범위로 필터링된다. 녹색 LED 광은 TET 에 대해 여기 피크에 대응하여 495 내지 527 nm 의 제 1 범위로, TAMRA 에 대해 여기 피크에 대응하여 527 내지 555 nm 의 제 1 범위로, ROX 에 대해 여기 피크에 대응하여 555 내지 593 nm 의 제 1 범위로 필터링된다.

도 5d 는 구별되는 여기 파장 범위를 형성하기 위해 4 개의 염료 각각으로부터 방출된 (형광 출력) 광을 필터링하는 효과를 나타낸다. 도 5b 에 도시된 바와 같이, 필터링 전에 염료의 형광 방출은 오버래핑된 스펙트럼 밴드폭으로 구형으로 방출하고, 하나의 염료의 형광 출력을 다른 것으로부터 구별하기가 극히 어렵게 만든다. 도 5d 에 도시된 바와 같이, 염료의 형광 출력을 실질적으로 구별되는 파장 범위로 필터링함으로써, 일련의 비교적 좁은 피크 (검출 윈도우) 를 얻어지고, 서로 다른 염료의 형광 출력을 구별할 수 있게 하고, 반응 혼합물에서 다수의 서로 다른 형광 분류된 분석 항목의 검출을 할 수 있게 한다.

도 6 은 열 교환 모듈의 광학적 여기부 (46) 의 개략 평면도이다. 광학계 (46) 는 여기 빔을 체임버 (10) 에 수용된 반응 혼합물에 전달하기 위해 반응 벳셀 (2) 에 인접하게 설치된다. 도 7 은 여기부 (46) 의 전개도이다. 도 6 내지 도 7 에 도시된 바와 같이, 광학계 (46) 는 광학계의 각종의 부분을 유지하는 하우징 (219) 을 포함한다. 하우징 (219) 은 바람직하게도 일 이상의 주조된 플라스틱 조각을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 하우징 (219) 은 3 개의 하우징부 (220A, 220B 및 220C) 로 이루어진 다중 하우징이다. 상부 및 하부 하우징부 (220A 및 220C) 는 바람직하게도 서로 접속하고 하우징부 (220B) 로 스냅 핏 (snap-fit) 하는 서로 보완적인 조각이다. 이 실시예에서, 하우징부 (220A 및 220C) 는 스크류 (214) 에 의해 함께 유지된다. 대체예에서, 전체 하우징 (219) 은 슬라이드 인 (slide-in) 시각 패키지를 유지하는 하나의 조각 하우징이다.

하부 하우징부 (220C) 는 체임버 (10) 로 여기 빔을 포커싱하기 위해 원통형 로드 렌즈 (215) 가 설치된 광학적 윈도우 (235) 를 포함한다. 통상, 광학적 윈도우 (235) 는 여기 빔이 체임버 (10) 로 전달될 수도 있는 하우징의 개방부를 포함할 수도 있다. 광학적 윈도우는 윈도우 패인 (pane) 으로서 작용하는 유리나 플라스틱의 광투과성 또는 투과성 조각을 포함하거나, 또는 바람직한 실시예에서, 여기 빔을 포커싱하는 렌즈를 포함할 수도 있다.

광학계 (46) 는, 체임버 (10) 에 수용된 반응 혼합물로 윈도우 (235) 를 통해 여기 빔을 전달하는 4 개의 광원, 바람직하게는 LED (100A, 100B, 100C 및 100D) 를 포함한다. 통상, 각각의 광원은 레이저, 광 벌브 또는 LED 를 포함할 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 각각의 광원은 한 쌍의 방향성 LED 를 포함한다. 특히, 도 6 내지 도 7 에 도시된 4 개의 광원은 바람직하게도 한 쌍의 제 1 녹색 LED (100A), 한 쌍의 제 2 녹색 LED (100B), 한 쌍의 청색 LED (100C) 및 한 쌍의 제 3 녹색 LED (100D) 이다. LED 는 전원 (도 6 내지 도 7 에 도시하지 않음) 에 접속된 리드 (201) 를 통해 전력을 수신한다. LED 가 하우징에 견고하게 고정되기 위해서, LED 는 하우징부 (220B) 의 후방에 부착된 광학적 회로 기판 (50) 에 장착된다. 광학적 회로 기판 (50) 은 플렉스 케이블 (51) 을 통해 열 교환 모듈 (도 4 에 도시함) 의 PC 메인 보드에 접속된다.

체임버 (10) 로 전달되는 각각의 빔이 구별되는 여기 파장 범위를 갖도록, 광학계 (46) 는 LED 에 의해 발생되는 여기 빔을 필터링하는 하우징 (219) 에 배열된 일련의 필터 및 렌즈를 포함한다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 서로 다른 한 쌍의 LED 사이에 잠재적인 크로스 톡을 감소시키기 위해서, 하부 하우징부 (220C) 는 바람직하게도 하우징의 분리 여기 채널을 만드는 벽 (202) 을 포함한다. 벽 (202) 은 바람직하게도 수신하고 필터 및 렌즈를 견고하게 유지하는 슬롯을 포함한다. 필터 및 렌즈는 접착제 만으로, 또는 더욱 바람직하게는 하우징의 슬롯과 결합하여 사용되는 접착제로 하우징내에 견고하게 고정될 수도 있다.

통상, 광학계 (46) 의 필터는 여기 빔을 체임버 (10) 의 반응 혼합물로 원하는 여기 파장 범위로 제공하기 위해서 선택될 수도 있다. 따라서, 광학계 (46) 는 주요한 형광, 인광, 화학 조명 또는 전자 화학 조명 분류와 함께 사용된다. 설명을 위해, 광학계 (46) 의 특정한 실시예를 피크 여기 파장 범위 FAM, TAMRA 및 ROX 에 대응하여 여기 빔을 제공하는데 설계되는 것으로 설명한다.

이 실시예에서, 한 쌍의 593 nm 저역 통과 필터 (203) 를 녹색 LED (100A) 의 전방에 설치하고, 한 쌍의 555 nm 저역 통과 필터 (204) 를 녹색 LED (100B) 의 전방에 설치하고, 한 쌍의 495 nm 저역 통과 필터 (205) 를 녹색 LED (100C) 의 전방에 설치하고, 한 쌍의 527 nm 저역 통과 필터 (206) 를 녹색 LED (100A) 의 전방에 설치한다. 여기 빔을 두 번 필터링하기 위해 한 쌍의 LED 각각의 전방에 한쌍의 저역 통과 필터를 설치하는 것이 바람직하지만, 단일 필터가 대체예에서 사용될 수도 있다. 또한, 필터링된 여기 빔을 시준하기 위해서 렌즈 (207) 는 바람직하게도 한 쌍의 필터 각각의 전방에 설치된다. 광학계 (46) 는 495 nm 고역 통과 반사기 (208), 527 nm 고역 통과 반사기 (209), 미러 (210), 555 nm 저역 통과 반사기 (211) 및 593 nm 저역 통과 반사기 (212) 를 포함한다. 반사 필터 및 미러 (208 내지 212) 는 저역 통과 필터 (203 내지 206) 로부터 각도상 30°만큼 오프셋되어 있다.

여기부 (46) 는 다음과 같이 4 개의 구별되는 여기 파장 범위로 여기 빔을 체임버 (10) 로 전송한다. 녹색 LED (100A) 가 활성화될 때, 한 쌍의 593 nm 저역 통과 필터 (203) 및 렌즈 (207) 을 통과하는 여기 빔을 발생시킨다. 여기 빔은 593 nm 저역 통과 반사기 (212) 에 반사하고, 555 nm 저역 통과 반사기를 통과하고, 527 nm 고역 통과 반사기 (209) 에 반사하고, 렌즈 (215) 를 통해 반응 체임버 (10) 로 진행한다. LED (100A) 로부터의 여기 빔은 ROX 에 대한 피크 여기 범위에 대응하여 555 내지 593 nm 의 파장 범위로 필터링된다.

녹색 LED (100B) 가 활성화될 때, 555 nm 저역 통과 필터 (204) 를 통과하고, 한 쌍의 555 nm 저역 통과 필터 (204) 를 통과하고, 555 nm 저역 통과 반사기 (211) 에 반사하고, 527 nm 고역 통과 반사기 (209) 에 반사하고, 렌즈 (215) 를 통해 반응 체임버 (10) 로 진행하는 여기 빔을 발생시킨다. LED (100B) 로부터의 여기 빔은 TAMRA 에 대해 피크 여기 범위에 대응하는 527 내지 555 nm 의 파장 범위로 필터링된다.

청색 LED (100C) 가 활성화될 때, 한 쌍의 495 nm 저역 통과 필터 (205) 를 통과하고, 495 nm 고역 통과 반사기 (208) 를 통과하고, 527 nm 고역 통과 반사기 (209) 에 반사하고, 렌즈 (215) 를 통해 반응 체임버 (10) 로 진행하는 여기 빔을 발생시킨다. LED (100C) 로부터의 여기 빔은 FAM 에 대해 피크 여기 범위에 대응하는 495 nm 미만의 파장으로 필터링된다.

녹색 LED (100D) 가 활성화될 때, 한 쌍의 527 nm 저역 통과 필터 (206) 를 통과하고, 미러 (210) 에 반사하고, 495 nm 고역 통과 반사기 (208) 에 반사하고, 527 nm 고역 통과 반사기 (209) 에 반사하고, 렌즈 (215) 를 통해 반응 체임버 (10) 로 진행하는 여기 빔을 발생시킨다. LED (100D) 로부터의 여기 빔은 TET 에 대해 피크 여기 범위에 대응하는 495 내지 527 nm 의 파장 범위로 필터링된다. 동작시, 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, LED (100A, 100B, 100C 및 100D) 는 실질적으로 구별되는 파장 범위로 여기 빔과 함께 체임버 (10) 에 수용된 서로 다른 형광 염료를 여기하기 위해 순차적으로 활성화된다.

도 8 은 열 교환 모듈의 광학적 검출부 (48) 의 개략 평면도이다. 광학계 (48) 는 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 수신하기 위해 반응 벳셀 (2) 에 인접하게 설치된다. 도 9 는 검출부 (48) 의 전개도이다. 도 8 내지 도 9 에 도시된 바와 같이, 광학계 (48) 는 광학계의 각종의 구성요소를 유지하는 하우징 (221) 을 포함한다. 하우징 (221) 은 바람직하게도 일 이상의 주조된 플라스틱 조각을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 하우징 (221) 은 상부 및 하부 하우징부 (234A 및 234B) 로 이루어진 다중 부분 하우징이다. 하우징부 (234A 및 234B) 는 스크류 (214) 에 의해 함께 유지되는 상보적이고 매칭되는 조각이다. 대체예에서, 전체 하우징 (221) 은 슬라이드 인 시각 패키지를 유지하는 하나의 조각 하우징일 수도 있다.

하부 하우징부 (234B) 는 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 시준하기 위한 원통형 로드 렌즈 (232) 가 설치된 광학적 윈도우 (237) 를 포함한다. 통상, 광학적 윈도우는 방출된 광이 수신되는 하우징의 개방부를 포함할 수도 있다. 광학적 윈도우는 윈도우 패인으로서 작용하는 유리 또는 플라스틱으로 만들어진 선택적인 전달 또는 투과 조각을 포함하거나, 바람직한 실시예에 있어서, 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 시준하는 렌즈 (232) 를 포함할 수도 있다.

광학계 (48) 는 체임버 (10) 로부터 방출되고 윈도우 (237) 를 통해 수신되는 광을 검출하는 4 개의 검출기 (102A, 102B, 102C 및 102D) 를 포함한다. 통상, 각각의 검출기는 광증배관, CCD, SMOS 검출기, 포토다이오드, 또는 다른 고체 상태 검출기일 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 각각의 검출기는 PIN 포토다이오드이다. 검출기 (102A, 102B, 102C 및 102D) 는 바람직하게도 하부 하우징부 (234B) 내에 형성된 오목부에 견고하게 고정된다. 검출기는 바람직하게도 하부 하우징부 (234B) 의 하면에 장착된 광학적 회로 기판 (52) (도 4 참조) 으로 리드 (245) 에 의해 전기적으로 접속된다.

광학계 (48) 은 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 서로 다른 방출 파장 범위로 분리하고 각각이 방출 파장 범위의 광을 검출기 각각에 향하게 하기 위해, 하우징 (221) 에 배열된 일련의 필터 및 렌즈를 포함한다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 하부 하우징부 (234B) 는 바람직하게도 각 채널의 끝에 설치된 검출기 중의 하나로 하우징내에 분리 검출 채널을 만드는 벽 (247) 을 포함한다. 벽 (247) 은 바람직하게도 수신하고 필터 및 렌즈를 견고하게 유지하는 슬롯을 포함한다. 필터 및 렌즈는 접착제만을 사용해서, 더욱 바람직하게는, 하우징의 슬롯과 결합하여 사용되는 접착제로, 하우징 (221) 내에 견고하게 고정될 수도 있다.

통상, 광학계 (48) 의 필터는 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 원하는 방출 파장 범위의 외부로 차단하기 위해 선택될 수도 있다. 따라서, 광학계 (48) 는 형광, 인광, 화학 조명, 또는 전자 화학 조명 분류와 함께 사용될 수도 있다. 설명을 위해, FAM, TAMRA, TET 및 ROX 의 피크 방출 파장 범위로 체임버 (10) 로부터 방출되는 광을 검출하기 위해 설계되는 광학계 (48) 의 특정한 실시예를 설명한다.

이 실시예에서, 일련의 필터는 바람직하게도 제 1 검출기 (102A) 전방에 설치된 515 nm Schott Glass필터 (222A), 제 2 검출기 (102B) 전방에 설치된 550 nm Schott Glass필터 (222B), 제 3 검출기 (102C) 전방에 설치된 570 nm Schott Glass필터 (222C), 및 제 4 검출기 (102D) 전방에 설치된 620 nm Schott Glass필터 (222D) 를 포함한다. Schott Glass필터는 펜실바니아, 더이아의 Schott Glass Technologies, Inc. 에 의해 상업적으로 얻을 수 있다. 광학계 (48) 는 제 1 검출기 (102A) 전방에 설치된 한 쌍의 505 nm 고역 통과 필터 (223), 제 2 검출기 (102B) 전방에 설치된 한 쌍의 537 nm 고역 통과 필터 (224), 제 3 검출기 (102C) 전방에 설치된 한 쌍의 565 nm 고역 통과 필터 (225), 및 제 4 검출기 (102D) 전방에 설치된 한 쌍의 605 nm 고역 통과 필터 (226) 를 포함한다.

광을 두번 필터링하기 위해 각각의 검출기 전방에 한 쌍의 고역 통과 필터를 설치하는 것이 바람직하지만, 단일 필터가 대체예에서 사용될 수도 있다. 또한, 렌즈 (242) 는 바람직하게도 필터링된 광을 시준하기 위해 한 쌍의 고역 통과 필터와 Schott Glass필터 사이의 각각의 검출 채널내에 설치된다. 광학계 (48) 는 605 nm 고역 통과 필터 (227), 미러 (228), 565 nm 저역 통과 필터 (229), 537 nm 고역 통과 필터 (230), 및 505 nm 고역 통과 반사기 (231) 를 포함한다. 반사 필터 및 미러 (227 내지 231) 는 바람직하게도 고역 통과 필터 (223 내지 226) 로부터 30°만큼 각도상 오프셋되어 있다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 검출부 (48) 는 바람직하게도 각각의 검출기와 Schott Glass필터 (222) 사이에 설치된 제 1 구멍 (238), 및 각각의 렌즈 (242) 와 Schott Glass필터 (222) 사이에 설치된 구멍을 포함한다. 구멍 (238 및 240) 은 검출기 (102A, 102B, 102C 및 102D) 에 도달하는 스트레이 또는 오프-축 광의 양을 감소시킨다.

검출부 (48) 는 다음과 같이 4 개의 방출 파장 범위로 체임버로부터 방출된 광을 검출한다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 방출된 광은 렌즈 (232) 를 통과하고 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 에 부딪힌다. 505 내지 537 nm 정도 범위 (FAM 의 피크 방출 파장 범위에 대응함) 의 파장을 갖는 광의 일부는 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 로부터 반사하고, 537 nm 고역 통과 반사기 (230) 을 통과하고, 505 nm 고역 통과 반사기 (231) 로부터 반사하고, 한 쌍의 505 nm 고역 통과 필터 (223) 를 통과하고, 렌즈 (242) 를 통과하고, 515 nm Schott Glass필터 (222A) 를 통과하고, 제 1 검출기 (102A) 에 의해 검출된다.

한편, 537 내지 565 nm 정도 범위 (TET 의 피크 방출 파장 범위에 대응함) 의 파장을 갖는 광의 일부는 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 로부터 반사하고, 537 nm 고역 통과 반사기 (230) 로부터 반사하고, 한 쌍의 537nm 고역 통과 필터 (224) 를 통과하고, 렌즈 (242) 를 통과하고, 550 nm Schott Glass필터 (222B) 를 통과하고, 제 2 검출기 (102B) 에 의해 검출된다.

유사하게, 565 내지 605 nm 정도 범위 (TAMRA 의 피크 방출 파장 범위에 대응함) 의 파장을 갖는 광의 일부는 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 를 통과하고, 605 nm 고역 통과 반사기 (227) 를 통과하고, 한 쌍의 565 nm 고역 통과 필터 (225) 를 통과하고, 렌즈 (242) 를 통과하고, 570 nm Schott Glass필터 (222C) 를 통과하고, 제 3 검출기 (102C) 에 의해 검출된다. 605 nm 초과의 파장 (ROX 의 피크 방출 파장 범위에 대응함) 을 갖는 광의 일부는 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 를 통과하고, 605 nm 고역 통과 반사기 (227) 로부터 반사하고, 미러 (228) 로부터 반사하고, 한 쌍의 605 nm 고역 통과 필터 (226) 을 통과하고, 렌즈 (242) 를 통과하고, 620 nm Schott Glass필터 (222D) 를 통과하고, 제 4 검출기 (102D) 에 의해 검출된다. 동작시, 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, 검출기 (102A, 102B, 102C 및 102D) 의 출력은 체임버 (10) 에 수용된 서로 다른 염료 각각의 농도를 결정하기 위해 분석된다.

도 10 은 본 발명에 따른 다중 사이트 반응기 시스템 (60) 의 사시도이다. 반응기 시스템 (60) 은 열 순환기 (62) 및 퍼스널 컴퓨터 (64) 와 같은 제어기를 포함한다. 열 순환기 (62) 는 베이스 도구 (66) 및 다중 열 교환 모듈 (37) (도 4 를 참조하여 설명함) 을 포함한다. 베이스 도구 (66) 는 모듈 (37) 을 수신하는 에지 커넥터 (68) 를 갖는 주 논리 기판을 구비한다. 또한, 베이스 도구 (66) 는 전자 구성요소를 냉각하는 팬 (70) 을 포함한다. 베이스 도구 (66) 는 범용 직렬 버스 (USB), 이더넷 (ethernet) 접속과 같은 적당한 데이터 접속 또는 직렬 라인을 사용하여 제어기 (64) 에 접속될 수도 있다. 컴퓨터 (64) 의 직렬 포트에 접속된 USB 를 사용하는 것이 바람직하다. 랩탑 컴퓨터가 도 10 에 도시되어 있지만, 제어기는 프로세서를 구비한 장치를 포함할 수도 있다. 또한, 열 순환기는 단일 컴퓨터 보다는 컴퓨터 네트워크에 링크될 수도 있다.

"열 순환" 이라는 용어는 반응물의 온도의 적어도 하나의 변화, 즉, 온도의 상승 또는 하강을 의미한다. 따라서, 열 순환을 하게 되는 화학물을 일정 온도에서 다른 온도로 변화하고 그 온도에서 안정화되거나, 제 2 온도로 변화하거나 출발 온도로 되돌아 온다. 온도 순환은 특정의 화학 반응을 연구하거나 끝마치기 위해서 요구되는 횟수만큼 한 번 또는 여러 번 반복해서 실행될 수도 있다.

도 10 의 특정한 실시예에서, 열 순환기 (62) 는 8 개의 모듈 각각의 2 개의 열에 배열된 16 개의 독립적으로 제어가능한 열 교환 모듈 (37) 을 포함한다. 그런데, 열 순환기는 4 개의 사이트의 휴대용 도구로부터 수백 개의 사이트의 임상 및 연구 도구까지의 범위가 있을 수 있다. 모든 실시예에 공통으로 일 이상의 독립적으로 제어가능한 모듈 (37), 및 각 모듈에 대해 개별적으로 프로그래밍된 독립적인 온도/시간 프로파일을 동작시키는 제어기가 있다. 핵산 증폭 또는 다른 반응에 대한 열 시간 과정은 특정의 목적으로 세밀하게 조정될 수 있고, 개별적인 모듈 (37) 의 독립적인 제어는 동시에 일어나는 반응이 서로 다른 열 프로파일에서 실행될 수 있도록 한다.

열 순환기 (62) 는 최적의 사용 및 처리량을 위해 서로 다른 시간에 각각의 사이트의 독립적인 로딩, 순환 및 언로딩을 제공한다. 열 순환기 (62) 는 각각의 열 교환 모듈 (37) 이 서비스를 제공하거나, 수선하거나, 대체하기 위해서 베이스 도구 (66) 으로부터 개별적으로 제거될 수 있다는 점에서 모듈러이다. 이같은 모듈성은 모든 모듈 (37) 이 하나를 수선하기 위해서 오프 라인되지 않으므로 비가동 시간을 감소시키고, 도구 (66) 는 필요한 사이트를 더 많이 추가하기 위해서 업그레이드되고 확대될 수 있다. 열 교환기 (62) 의 모듈성은 각각의 모듈 (37) 이 정확히 눈금 보정될 수 있다는 것을 의미하고, 예를 들면, 일련의 모듈 특정 눈금 보정 또는 조정 챠트로서, 모듈 특정 스케쥴 또는 교정이 제어 프로그램에 포함될 수 있다.

본 발명의 열 순환 시스템 (60) 은 전력 관리면에서 중요한 이점이 있다. 제어기 (64) 는 단일 블럭 히터와 비교하여 전력을 절약하기 위해 각각의 독립적인 모듈 (37) 의 열 프로파일을 삽입할 수 있다. 예를 들면, 전류는 제 2 모듈이 냉각 (저전력) 되는 동안 가열 (고전력) 하기 위해 하나의 모듈의 제어에 의해 1/2 정도 감소될 수 있다. 따라서, 반응물을 갖는 만큼 많은 모듈 (37) 로 펄스 전력을 삽입함으로써, 베이스 도구 (66) 의 즉각적인 전류 요구 조건이 최소화될 수 있고, 도구당 더 많은 모듈 (37) 이 표준 110 V, 15 A 회로로부터 전력이 공급될 수 있게 한다. 이렇게 정교한 전력 관리 시스템 때문에, 모듈 (37) 의 독립적인 제어가 가능하고, 도구 (66) 는 배터리로 동작되는 휴대용 장치로 형상화될 수도 있다.

베이스 도구 (66) 가 외부 전력, 예, 110 V AC 로 동작하는 실시예에서, 도구는 바람직하게도 2 개의 전력 접속부 (76 및 78) 를 포함한다. 전력은 제 1 접속부 (76) 을 통해 수신되고 제 2 접속부 (78) 를 통해 출력된다. 유사하게, 도구 (66) 는 바람직하게도 데이터 접속을 입력 단자 (72) 를 통해 수신하고 데이터를 다른 베이스 도구로 출력 단자 (74) 를 통해 출력하는 네트워크 인터페이스 입력 단자 및 출력 단자 (72 및 74) 를 포함한다. 도 11 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이 배열은 다수 열 순환기 (62A, 62B, 62C 및 62D) 가 제어기 (64) 및 외부 전원 (80) 으로부터 일렬로 연결되도록 한다. USB 를 사용하여, 127 열 순환 도구를 단일 제어기에 일렬로 연결하는 것이 이론적으로 가능하지만, 전력 계산의 한계 때문에, 127 도구를 제어하기 위해 수 개의 컴퓨터를 사용해야 한다.

도 12 는 베이스 도구 (66) 의 개략 블럭도이다. 베이스 도구는 전력을 도구 및 각각의 모듈 (37) 로 공급하는 전원 (86) 을 포함한다. 전원 (86) 은 외부 전원으로부터 전력을 수신하고 직류를 변환하는, 예를 들면, 110 V AC 를 수신하고 12 V DC 로 변환하는 AC/DC 변환기를 포함할 수도 있다. 대안으로서, 전원 (86) 은 배터리, 예, 12 V 배터리를 포함할 수도 있다.

베이스 도구 (66) 는 베이스 도구 (66) 와 모듈 (37) 의 동작을 제어하기 위해 펌웨어 (firmware) 를 수용하는 마이크로프로세서 또는 마이크로제어기 (82) 를 포함한다. 마이크로제어기 (82) 는 네트워크 인터페이스를 통해 사용자 인터페이스 컴퓨터로 USB 로써 통한다. 공정 전력의 전류 한계 때문에, 16 개의 모듈 (37) 에 대해 베이스 도구의 적어도 하나의 마이크로제어기를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 베이스 도구가 32 개의 모듈 용량을 갖는다면, 적어도 2 개의 마이크로제어기가 모듈을 제어하기 위해 도구 (66) 에 내장되어야 한다.

베이스 도구 (66) 는 히터 전력 및 소오스 제어 회로 (88), 전력 분배기 (90), 데이터 버스 (92) 및 모듈 선택 제어 회로 (94) 를 더 포함한다. 특허 도면의 공간적 한계 때문에, 제어 회로 (88), 전력 분배기 (90), 데이터 버스 (92) 및 제어 회로 (94) 는 도 12 의 개략도에서 한 번만 도시되어 있다. 그런데, 베이스 도구 (66) 는 실제로 각각의 열 교환 모듈 (37) 에 대해 일련의 4 개의 기능성 구성요소 (88, 90, 92 및 94) 를 수용한다. 따라서, 도 12 의 실시예에서, 베이스 도구 (66) 는 16 개의 제어 회로 (88), 전력 분배기 (90), 데이터 버스 (92) 및 제어 회로 (94) 를 포함한다.

유사하게, 베이스 도구 (66) 는 도 12 에 도시된 실시예에 대해 기구가 16 개의 에지 커넥터를 포함하도록 각각의 모듈 (37) 에 대해 에지 커넥터 (68) 을 포함한다. 에지 커넥터는 바람직하게도 베이스 도구 (66) 로부터 각각의 모듈 (37) 로 케이블이 없는 접속을 제공하는 120 핀 카드 에지 커넥터이다. 각각의 제어 회로 (88), 전력 분배기 (90), 데이터 버스 (92) 및 제어 회로 (94) 는 에지 커넥터 각각 및 마이크로제어기 (82) 에 접속된다.

각각의 히터 전력 및 소오스 제어 회로 (88) 는 모듈 (37) 각각의 가열기에 공급되는 전력량을 조절하는 전력 조절기이다. 소오스 제어 회로 (88) 는 바람직하게도 전원 (86) 으로부터 +12 V 입력을 수신하고 0 내지 -24 V 사이의 변화하는 전압을 출력하는 DC/DC 변환기이다. 전압은 마이크로제어기 (82) 로부터 수신된 신호에 따라 변화한다.

각각의 전력 분배기 (90) 는 -5 V, +5 V, +12 V 및 GND 를 각각의 모듈 (37) 로 제공한다. 전력 분배기는 모듈의 전자 구성요소로 전력을 공급한다. 각각의 데이터 버스 (92) 는 마이크로제어기 (82) 와 각각의 모듈의 디지털 장치 사이에 병렬 및 직렬 접속을 제공한다. 각각의 모듈 선택 제어기 (94) 는 제어 또는 상태 정보를 독출하거나 기입하기 위해 마이크로제어기 (82) 가 각각의 모듈 (37) 에 어드레스하도록 한다.

도 13 은 열 교환 모듈의 전자 구성요소의 개략 블럭도이다. 각각의 모듈은 베이스 도구의 대응하는 에지 커넥터로 케이블이 없는 접속을 위해 에지 커넥터 (58) 를 포함한다. 모듈은 상술한 바와 같은 저항 가열기를 구비한 가열판 (34A 및 34B) 을 포함한다. 판 (34A 및 34B) 은 베이스 도구로부터 전력 입력 (98) 을 수신하기 위해 병렬로 배선되어 있다. 판 (34A 및 34B) 은 아날로그 온도 신호를 A/D 변환기 (108) 로 출력하는 써미스터 (36A 및 36B) 를 포함한다. 변환기 (108) 는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 에지 커넥터 (58) 를 통해 그 신호를 베이스 도구의 마이크로제어기로 보낸다.

열 교환 모듈은 판 (34A 및 34B), 및 판 사이에 삽입된 벳셀에 수용된 반응 혼합물을 냉각하기 위해, 팬 (96) 과 같은 냉각 시스템을 포함한다. 팬 (96) 은 베이스 도구로부터 전력을 수신하고 전력 스위치 (118) 를 스위칭함으로써 활성화된다. 다음, 전력 스위치 (118) 는 베이스 도구의 마이크로제어기로부터 제어 신호를 수신하는 제어 논리 블럭 (116) 에 의해 제어된다.

모듈은 반응 혼합물과 4 개의 검출기 (102) 의 분류된 분석 항목의 여기를 위해, LED (100) 과 같은 4 개의 광원을 포함하고, 바람직하게는 반응 혼합물로부터 형광 방출을 검출하기 위해 포토다이오드를 포함한다. 모듈은 LED 의 조도를 변화시키기 위해 전류의 변화량 (예, 0 내지 30 mA 의 범위) 을 각각의 LED 로 공급하는 조절가능한 전류원 (104) 을 포함한다. D/A 변환기 (106) 는 마이크로제어기가 전류원을 디지털로 조절하도록 하기 위해 조절가능한 전류원 (104) 과 베이스 도구의 마이크로제어기 사이에 접속된다.

조절가능한 전류원 (104) 은 바람직하게도 각각의 LED 가 활성화될 때 동일한 조도를 갖도록 하는데 사용된다. 제조상의 변화 때문에, 다수의 LED 가 동일한 양의 전류가 제공될 때 서로 다른 조도를 갖는다. 따라서, 열 교환 모듈의 제조 동안 각 LED 의 조도를 시험하고 모듈의 메모리 (114) 에 보정 데이터를 저장하는 것이 바람직하다. 보정 데이터는 각 LED 에 제공하는 전류의 교정량을 지시한다. 마이크로제어기는 메모리 (114) 로부터 보정 데이터를 독출하고 전류원 (104) 을 제어한다. 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, 마이크로제어기는 검출기 (102) 로부터 수신한 광학적 피드백에 응답하여 LED 의 조도를 조절하기 위해 전류원을 제어할 수도 있다.

또한, 모듈은 증폭기, 스위치, 전자 필터 및 D/A 변환기로 이루어진 신호 상태 설정/이득 선택/오프셋 조절 블럭 (110) 을 포함한다. 블럭 (110) 은 이득을 증가시키고 오프셋시키고 소음을 감소시키기 위해 검출기 (102) 로부터 신호를 조절한다. 베이스 도구의 마이크로제어기는 디지털 출력 레지스터 (112) 를 통해 블럭 (110) 을 제어한다. 출력 레지스터 (112) 는 마이크로제어기로부터 데이터를 수신하고 블럭 (110) 으로 제어 전압을 출력한다. 블럭 (110) 은 D/A 변환기 (108) 및 에지 커넥터 (58) 를 통해 마이크로제어기로 조절되는 검출기 신호를 출력한다. 또한, 후술하는 바와 같은 디컨벌루션 알고리즘을 위한 보정 데이터, 및 LED (110), 가열판 (34A 및 34B) 및 써미스터 (36A 및 36B) 를 위한 보정 데이터와 같은 모듈에 특정한 데이터를 저장하기 위해, 모듈은 메모리 (114), 바람직하게는 직렬 EEPROM 을 포함한다.

도 14 는 사용자 인터페이스 컴퓨터 및/또는 열 순환기의 (62) 의 마이크로제어기 (82) 에서 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 결합으로서 존재하는 제어기 아키텍쳐를 나타낸다. 마이크로제어기 (82) 에서, 예를 들면, 휴대형 유닛의 경우 또는 마이크로제어기와 통신하는 분리된 컴퓨터에서 필요한 만큼 선택된 기능이 설치될 수 있다. 제어 기능의 분배는 당업자에 의해 의도하는 사용에 가장 효과적이 되도록 각종의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소에 존재하도록 선택될 수 있다. 따라서, 대형 실험실 또는 윈통형 형상의 제어 기능 분배는 휴대형 유닛 또는 중간 크기의 이동 유닛과는 매우 다를 수도 있다. 또한, 예를 들면, 질적인 식별에서부터 사이트 프로그램의 단일 또는 제한된 수로 프로그램의 확장된 라이브러리를 통해 넓은 범위의 반응의 완전한 양적 평가까지의 범위로 기능은 특정의 목적을 위해 선택될 수도 있다.

도 14 에 대해 계속해서, 제어기 프로그램 아키텍쳐는 모니터상의 그래픽 표시 (동일한 표시가 도 15 내지 도 18 에 도시됨), 입력 키보드, 마우스 등을 포함한 사용자 인터페이스 기능성 (152) 를 포함하는 소프트웨어이다. 온도 프로파일은 메모리 (160) 의 프로파일 데이터베이스 (154) 에 저장되어 있다. 각각의 반응 사이트에 대한 각각의 실행의 결과는 결과 데이터베이스 (156) 에 저장되어 있다.

사용자 입력 장치 (예, 마우스 또는 키보드) 는 사용자가 콤 포트 (162) 를 통해 프로파일 인터프리터 (170) 와 통신하게 한다. 사용자 선택에 따라, 열 교환 모듈의 선택된 하나의 모듈에서 실행되는 열 순환 프로파일은 사용자 인터페이스 (152) 로부터 선택되고, 프로파일 인터페이스 (154) 로부터 회수되고, 프로파일 인터프리터 (170) 로 입력된다. 또한, 열 순환기 (62) 로부터 장치 구동기 (180) 을 통해 얻은 온도 신호는 프로파일 인터프리터 (170) 로부터의 출력이고 사용자 인터페이스 (152) 로의 입력이다.

프로파일 인터프리터 (170) 는 각각의 소정의 열 교환 모듈에 대해 선택된 열 프로파일을 달성하기 위해 선택된 열 프로파일을 일련의 가열 전력 레벨 및 팬 온/오프 시간을 나타내는 신호로 변환시킨다. 입력/출력 제어 포트 (174) 는 장치 구동기 (180) 에 대한 입력이 되는 목표 온도를 출력한다. 이처럼, 장치 구동기 (180) 는 프로파일 인터프리터 (170) 로의 입력이 되는 데이터처럼 각 열 교환 모듈의 온도 센서에 의해 감지되는 현재 온도를 출력한다. 장치 구동기 (180) 는 적당한 디지털 신호를 직렬 버스 (65) 를 통해 열 순환기 (62) 의 마이크로제어기 (82) 로 제공한다. 마이크로제어기 (82) 는 온도 프로파일 순환을 실행한다.

도 15 내지 도 18 은 사용자 인터페이스상에 사용자에게 표시된 일련의 샘플 그래픽 표시를 나타낸다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 종래 장치는 시스템이 초기화될 때 사용자 식별 및 패스워드 보호 인가 입력을 하게 하는 사인 온 스크린이 나타난다. 도 15 의 프로그램 메뉴 스크린 (120) 이 다음에 나타난다. 좌측상의 명령 메뉴 버튼 (122) 을 선택함으로써, 추가적인 스크린이 억세스된다. 각각의 스크린이 표시되면서, 사용자에게 각각의 옵션을 선택하는 방법을 지시하는 구문 또는 아이콘 정보에 따라 구문 박스 및 버튼의 시스템 동작에 대한 옵션을 제공한다. 선태 버튼, 체크 박스 구문 및 그래프 표시를 포함한 이러한 형태의 스크린은 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진 컴퓨터 프로그래머에 의해 수행됨으로써 만들어 질 수 있다.

라이브러리 버튼 (124) 는 열 프로파일 프로그램, 및 메모리에 저장된 과거 열 순환의 저장된 결과를 억세스한다. 결과 버튼 (126) 은 과거 결과를 살펴보는 메뉴를 억세스한다. 기록 버튼 (128) 은 과거 열 순환 시행으로부터 실제 시간 과정 온도 추적의 기록을 프린팅하게 한다. 프레퍼런스 버튼 (130) 은 사용자가 자주 사용하는 입력 실행을 설정하게 하고, 메인트넌스 버튼 (132) 은 사용자가 데이터 구조를 조절하게 한다. 사인 오프 버튼 (134) 은 프로그램을 닫는다.

도 16 은 사이트 프로그램 또는 열 프로파일 (일련의 일 이상의 가열 및 냉각 단계) 이 만들어지는 샘플 프로그램 메뉴 스크린을 나타낸다. 새로운 프로파일은 새로 버튼을 선택함으로써 만들어진다. 도시된 탬플리트는 사용자가 메모리에 저장된 특정의 사용자가 한정된 프로그램을 만들게 한다. 스크린상에 표시된 모든 데이터는 스크래치로부터 시작하는 삭제 버튼을 선택함으로써 제거될 수 있다. 작은 윈도우 (140) 에 나타나는 숫자는 사라지고, 사용자는 "온도" 및 "시간" 칸 밑의 위로 또는 아래로 화살표 (142) 를 토글링함으로써 적당한 값을 기입한다. + 및 - 키 (144) 는 단계를 추가하거나 삭제하는데 사용된다. 하부 케이스 "X" 키 (146) 는 전체를 삭제한다. 프로그램은 단일 단계를 "유지" 로서 해석한다. 다수 단계는 순환으로서 해석되고, 중앙 행 (148) 에 나타난 바와 같이, 순환 횟수는 사용자에 의해 기입된다. 프로그램 이름 (149) 은 중앙 좌측 윈도우에 있고 실행되는 프로그램의 간략한 설명 (151) 은 하부 좌측 윈도우에 있다. 프로그램은 이전의 이름으로 "저장" 또는 윈도우 (149) 에 기입된 이름으로 프로그램을 저장하는 "다른 이름으로" 에 의해 저장된다. 새로운 프로그램은 열 프로파일 라이브러리, 예, 도 1 의 프로파일 데이터 베이스 (154) 에 자동적으로 저장된다. "실행" 버튼을 누름으로써, 유용한 반응 사이트 (열 교환 모듈) 는 특정의 어드레스에 의해 행 (131) 에 표시된다. 일 이상의 사이트가 선택되고 프로그램은 "실행" 버튼을 다시 누름으로써 실행된다.

도 17 은 현재의 열 순환 상태를 표시하는 샘플 도구 메뉴 스크린을 나타낸다. 1, 2, 3, 4 로 분류된 4 개의 윈도우 각각은 4 개의 모듈 도구의 4 개의 반응 사이트 (모듈) 각각을 나타낸다. 사이트 번호 3 이 선택되면, 55℃의 설정점에서 실행하는 전체 시간을 나타낸다. 또한, 소정의 단계에서 프로파일 설정, 현재 온도 및 남은 시간을 나타낸다. 또한, 스크린은 3 개의 단계중의 하나, 50 주기의 주기 3, 및 사이클의 남은 시간 20 초를 나타낸다. 또한, 스크린은 반응 공정의 실시간 추적, 즉, 스크린 하부를 가로질러 표시부 (155) 의 곡선을 표시한다. 각각의 사이트는 특정의 사이트 1, 2, 3, 4 ... N 를 단순히 번호로 선택함으로써 얻어질 수 있다.

추가적인 명령은 선택된 소정의 반응 사이트에 영향을 미치기 위해 "잠깐 멈춤", "계속" 및 "중지" 을 포함한다. "모두 중지" 는 현재 동작 상태의 모든 열 교환 모듈을 중지시킨다. "중지" 또는 "모두 중지" 가 선택될 때 부주의로 선택되지 않았는지를 확인하기 위해 경고 프롬프트가 나타난다. 일단 반응이 종료되면, 소정의 주기의 실시간 표시부 (155) 는 스크롤 바 버튼 (157) 을 그래프의 하부를 따라 이동시킴으로써 소정의 사이트에 선택될 수 있다.

도 18 은 샘플 라이브러리 메뉴 스크린을 나타낸다. 도 14 을 참조하여 상술한 바와 같이, 이전에 저장된 프로그램은 프로파일 데이터베이스 (154) 에 저장되어 있다. 이전의 실행으로부터의 결과는 결과 데이터베이스 (156) 에 저장되어 있다. 도 18 에 되돌아가서, 프로그램은 스크린의 상부의 프로그램 "이름" 리스트를 아래로 스크롤링함으로써 선택될 수도 있고, "실행" 버튼을 누름으로써 특정의 반응 사이트 (열 교환 모듈의 하나) 에 지정될 수도 있다. 각각의 프로그램을 설명하는 정보가 스크린의 하부 좌측 쿼터 (159) 상에 표시되고, 이전의 실행 프로그램은 "보기/편집" 버튼을 선택함으로써 다시 불러와서 볼 수 있다. "삭제" 버튼은 경고 팝업 통지 후에 라이브러리로부터 프로그램을 삭제하는데 사용된다. 스크린의 하부 우측의 미리보기 표시부 (161) 는 선택된 열 프로파일의 막대 그래프를 나타낸다.

사용자 인터페이스 프로그램은 바람직하게도 소정의 실행의 결과를 프로그램 이름, 날짜, 동작자 및 사이트에 의해 표시하는 결과 메뉴 스크린을 포함한다. 그 결과는 프로그램의 동작으로부터의 실시간 결과이거나 메모리 (도 14 의 결과 데이터베이스 (156)) 로부터 호출될 수 있다. 표시된 정보는 바람직하게도 선택된 열 프로그램에 대한 주기의 전체 실행의 온도 추적 및 수집된 광학적 데이터를 포함한다. 또한, 정보는 프로그램이 시작되고 종료된 시간, 사용된 소정의 열 교환 모듈 (반응 사이트), 및 최종 프로그램 상태 (예, 완성, 실패, 또는 사용자에 의한 중지) 를 포함한다.

도 19 는 다수 사이트 반응기 시스템의 제어기에 의해 실행되는 전체 소프트웨어 제어 응용의 단계를 나타내는 개략 흐름도이다. 응용은 사용자가 원하는 온도 프로파일이 존재하는지 결정하는 단계 402 에서 로드되고 실행된다. 프로파일이 존재한다면, 제어기는 단계 306 으로 진행한다. 원하는 프로파일이 존재하지 않다면, 단계 404 에서 사용자에 의해 만들어진다.

프로파일이 바람직하게도 도 11 에 도시된 도구 제어기 스크린을 통해 만들어진다. 사용자/동작자는 프로파일 변수를 초기화, 즉, 소정의 프로파일의 각각의 온도 단계에 대해 주기의 횟수 및 설정점 온도를 키보드를 통해 기입하거나 프로그램 그래픽 표시상에 버튼 및 체크 박스로부터의 선택을 한다. 예를 들면, 도 11 에 도시된 바와 같이, 사용자는 95℃ 에서 5 분 도입 유지로 시작하고, 30 초 동안 95℃ 에서 35 주기 (반복) 를 실행하고, 30 초 동안 55℃ 로 냉각하고, 60 초 동안 72℃ 로 온도를 상승시키는 소정의 응용을 선택할 수도 있다. 7 분 동안 72℃ 에서 최종 유지가 실행이 종료되었다는 신호 전에 선택될 수도 있다. 이 온도 프로파일은 프로파일 데이터베이스에 저장된다.

단계 406 에서, 원하는 온도 프로파일은 프로파일이 선택된 열 교환 모듈에서 실행되려고 하는 사용자의 요청에 응답하여 프로파일 데이터베이스로부터 로드된다. 단계 408 에서, 제어기는 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 반응 혼합물을 수용하는 반응 벳셀을 선택된 모듈로 로드하도록 촉구한다. 도 4 를 참조하면, 사용자는 선택된 모듈 (37) 의 가열판 (34A 및 34B) 사이에 반응 혼합물을 수용하는 반응 벳셀 (2) 을 설치한다. 당업자에게는 이 단계가 로봇 등을 사용하여 자동화될 수도 있다고 여겨진다. 단계 410 에서, 제어기는 선택된 모듈의 반응 혼합물상에 선택된 온도 프로파일을 실행한다. 단계 410 은 도 20 을 참조하여 아래에서 상세히 설명한다. 간략하게 설명하면, 열 순환기 도구 (62) 의 마이크로제어기 (82) 로 신호를 제공하기 위해 선택된 온도 프로파일은 장치 구동기 (180) 에 의해 사용되는 중간 형태로 프로파일 인터프리터 (170) 에 의해 컴파일된다 (도 14 참조).

선택된 온도 프로파일의 실행은 통상 온도 센서 데이터의 폴링, 핀징 또는 샘플링, 및 그 데이터를 클록 시간의 진행에 따라 소정의 설정점 온도와 결합시키는 반복적인 루프를 포함한다. 동시에, 제어기는 열 순환이 실행됨에 따라 스크린상에 실시간으로 선택된 열 교환 장치의 선택된 프로파일 및 가열판의 전류 온도를 표시한다. 주기 계수기 j 는 원래 j_O= 0 으로 초기화되고, 각 주기에서 선택된 주기의 횟수만큼 반복한다. 선택된 주기의 횟수가 종료된 후, 프로그램은 소정의 실행이 "완료" 됨, 즉, 타이머 계수기가 주기에 대해 전체 시간에 도달하였다고 신호한다. 단계 412 에서, 제어기는 실행의 결과, 예, 반응 혼합물의 목표 분석 항목의 검출을 지시하는 광학적 데이터를 표시하고, 그 결과를 결과 데이터베이스에 저장한다.

도 20 은 선택된 열 교환 모듈의 반응 혼합물에 대해 선택된 온도 프로파일의 실행에서 실행되는 단계 (도 19 의 단계 410) 을 나타낸다. 단계 420 에서, 모듈의 가열판의 온도는 폴링된다. 가열판 온도의 폴링은 바람직하게도 온도 프로파일의 실행을 통해 매 100 ms 마다 발생한다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 써미스터 (36A 및 36B) 와 같은 온도 센서는 가열판의 온도를 지시하는 아날로그 신호를 출력한다. 아날로그 신호는 디지털 신호로 변환되고 제어기에 의해 수신된다. 제어기는 판 온도를 결정하기 위해 두 판의 온도의 평균을 구한다.

단계 422 에서, 제어기는 프로파일 목표 온도, 즉, 프로파일의 소정의 시간동안 사용자에 의해 한정된 설정점 온도, 및 판 온도 사이의 차이 (델타) 를 결정한다. 판정 단계 424 에서, 그 차이가 임계치, 예, 10℃ 를 초과하는지를 판정한다. 그 차이가 임계치를 초과한다면, 제어기는 판의 온도를 상승시키는 단계 426 으로 진행한다. 판 온도를 상승시키는 단계는 도 21 을 참조하여 아래에서 상세히 설명한다.

그 차이가 임계치 이하라면, 제어기는 단계 428 에서 판 온도가 소정의 양 이상인지, 예, 10℃, 현재 설정점 온도 이상인지를 판정한다. 그렇다면, 제어기는 판의 온도를 하강시키는 단계 430 으로 진행한다. 판의 온도를 하강시키는 단계는 도 22 를 참조하여 아래에서 상세히 설명한다. 단계 430 다음에, 제어기는 단계 432 로 진행한다.

단계 432 에서, 제어기는 현재 설정점 온도에서 가열판을 유지시키기 위해 비례 적분 미분 (PID) 제어를 실행한다. 비례는 "온" 시간의 "오프" 시간에 대한 비율을 변화시킴으로써 또는 바람직하게도 판의 실제 온도가 설정점 온도에 접근함에 따라 히터 또는 팬으로 공급되는 평균 전력을 감소시키는 공지의 비례적인 아날로그 출력으로 달성될 수도 있다. PID 제어는 자동화된 리셋 기능 (시간에 대하여 편차 신호를 적분함) 및 비율 동작 (적분 및 미분 신호를 비례 대역을 이동시키기 위한 합산) 과 비례 모드를 결합시킨다. 표준 PID 제어는 관련 기술분야에서 널리 공지되었으므로 여기에서는 더이상 설명하지 않는다.

단계 434 에서, 반응 벳셀에 수용된 반응 혼합물은 혼합물이 목표 분석 항목을 수용하는지 결정하기 위해 광학적으로 검색된다. 도 6 및 도 8 을 참조하면, 혼합물의 서로 다른 형광 분류된 분석 항목을 여기시키기 위해 LED (100A, 100B, 100C 및 100D) 를 순차적으로 활성화시킴으로써 또한, 검출기 (102A, 102B, 102C 및 102D) 를 사용하여 체임버 (10) 로부터 방출된 광 (형광 출력) 을 검출함으로써 달성된다. 바람직한 실시예에서, 형광 염료 FAM, TAMRA, TET 및 ROX 는 반응 혼합물의 목표 분석 항목, 예, 목표 뉴글레오티드 염기서열, 핵산, 단백질, 병원체 또는 유기물을 분류하는데 사용된다.

바람직한 실시예에서, 4 쌍의 LED 및 4 개의 검출기가 전체 16 결합의 LED/검출기 쌍을 이룬다. 모든 16 개의 결합에 대해 검출기로부터 출력 신호를 수집하는 것이 이론적으로 가능하다. 그런데, 이들 16 개의 결합중에서 단지 4 개의 주요 검출 채널만이 있다. 각각의 주요 검출 채널은 소정의 염료의 피크 여기 파장 범위에서 여기 빔이 존재하는 광학계 (46) 의 한 쌍의 LED 에 의해서, 또한 동일한 염료의 피크 여기 파장 범위에서 방출된 광을 검출하기 위해 설계된 광학계 (48) 의 대응하는 검출 채널에 의해서 형성된다.

바람직한 실시예에서, 제 1 주요 검출 채널은 한 쌍의 제 1 LED (100A) 및 제 4 검출기 (102D) (ROX 채널) 에 의해 형성된다. 제 2 주요 검출 채널은 한 쌍의 제 2 LED (100B) 및 제 3 검출기 (102C) (TAMRA 채널) 에 의해 형성된다. 제 3 주요 검출 채널은 한 쌍의 제 3 LED (100C) 및 제 1 검출기 (102A) (FAM 채널) 에 의해 형성된다. 제 4 주요 검출 채널은 한 쌍의 제 4 LED (100D) 및 제 2 검출기 (102B) (TET 채널) 에 의해 형성된다. 바람직한 실시예에서, 반응 혼합물은 단지 4 개의 주요 검출 채널만을 사용하여 광학적으로 검색된다. 그런데, 대체예에서, 일 이상의 대체적인 검출 채널이, 예를 들면, 반응 벳셀의 공기 방울, 벳셀의 형태의 변화, 또는 가열판 사이의 벳셀의 위치의 약간의 변화 등에 기인하는 검출기의 출력 신호의 잠재적인 변화를 교정하기 위해 데이터를 제공하는데 사용된다. 이 대체예는 아래에서 상세히 설명한다.

반응 혼합물을 광학적으로 검색하고 얻은 광학적 데이터를 디콘볼빙 (deconvolving) 하기 위한 바람직한 방법을 도 6 및 도 8 을 참조하여 설명한다. 우선, LED 를 활성화시키기에 앞서, LED 하나도 밝혀지지 않았을 때 4 개의 검출기 각각에 출력 신호를 결정하기 위해 "다크 (dark) 독출" 이 취해진다. 각각의 검출기에 의한 "다크 독출" 신호 출력은 광학적 검출 회로의 전자적 오프셋을 교정하기 위해 검출기에 의한 대응하는 "라이트 (light) 독출" 로부터 차감된다. "다크 독출" 신호를 얻고 대응하는 "라이트 독출" 신호로부터 다크 신호를 차감하는 과정은 벳셀이 보정 데이터를 전개시키는 동안 (아래에서 상세히 설명함) 검색되는 시간을 포함하여 반응 벳셀이 광학적으로 검색되는 매 시간마다 실행된다. 설명의 명확화 및 간결화를 위해, "다크 독출" 을 얻고 대응하는 "라이트 독출" 로부터 다트 신호를 차감하는 단계는 더이상 설명하지 않기로 한다.

다크 독출 다음에, "라이트 독출" 이 다음과 같은 4 개의 광학적 검출 채널 각각에서 취해진다. 한 쌍의 제 1 검출기 (102A) 가 활성화되고 LED 는 한 쌍의 593 nm 저역 통과 필터 (203) 를 통과하고, 593 nm 저역 통과 반사기 (212) 에 반사하고, 555 nm 저역 통과 반사기 (211) 를 통과하고, 527 nm 고역 통과 반사기 (209) 에 반사하고, 렌즈 (215) 를 통해 반응 체임버 (10) 로 진행하는 여기 빔을 발생시킨다. LED (100A) 로부터의 여기 빔은 ROX 에 대한 피크 여기 범위에 대응하여 555 내지 593 nm 의 파장 범위로 필터링된다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 체임버 (10) 로부터 방출된 광 (형광 방출 방사) 은 검출부 (48) 의 렌즈 (232) 를 통과하고 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 에 부딪힌다. 605 nm 초과의 파장 (ROX 의 피크 여기 파장범위에 대응함) 을 갖는 광의 일부는 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 를 통과하고, 605 nm 고역 통과 반사기 (227) 로부터 반사하고, 미러 (228) 로부터 반사하고, 한 쌍의 605 nm 고역 통과 필터 (226) 를 통과하고, 렌즈 (242) 를 통과하고, 620 nm Schott Glass필터 (222D) 를 통과하고, 제 4 검출기 (102D) 에 의해 검출된다. 제 4 검출기 (102D) 는 디지털값으로 변환되고 기록되는 대응하는 신호를 출력한다.

다음, 도 6 에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제 2 LED (100B) 가 활성화될 때 LED 는 한 쌍의 555 nm 저역 통과 필터 (204) 를 통과하고, 555 nm 저역 통과 반사기 (211) 에 반사하고, 527 nm 고역 통과 반사기 (209) 에 반사하고, 렌즈 (215) 를 통해 반응 체임버 (10) 로 진행하는 여기 빔을 발생시킨다. LED (100B) 로부터의 여기 빔은 TAMRA 에 대해 피크 여기 범위에 대응하는 527 내지 555 nm 의 파장 범위로 필터링된다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 체임버 (10) 로부터 방출된 광은 검출부 (48) 의 렌즈 (232) 를 통과하고 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 에 부딪힌다. 565 내지 605 nm 정도의 범위의 파장 (TAMRA 의 피크 여기 파장 범위에 대응함) 을 갖는 광의 일부는 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 를 통과하고, 605 nm 고역 통과 반사기 (227) 를 통과하고, 한 쌍의 565 nm 고역 통과 필터 (225) 를 통과하고, 렌즈 (242) 를 통과하고, 570 nm Schott Glass필터 (222C) 를 통과하고, 제 3 검출기 (102C) 에 의해 검출된다. 제 3 검출기 (102C) 는 디지털값으로 변환되고 기록되는 대응하는 신호를 출력한다.

다음, 도 6 에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 청색 LED (100C) 가 활성화될 때 LED 는 한 쌍의 495 nm 저역 통과 필터 (205) 를 통과하고, 495 nm 고역 통과 반사기 (208) 를 통과하고, 527 nm 고역 통과 반사기 (209) 에 반사하고, 렌즈 (215) 를 통해 반응 체임버 (10) 로 진행하는 여기 빔을 발생시킨다. LED (100C) 로부터의 여기 빔은 FAM 에 대해 피크 여기 범위에 대응하는 495 nm 미만의 파장으로 필터링된다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 체임버 (10) 로부터 방출된 광은 검출부 (48) 의 렌즈 (232) 를 통과하고 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 에 부딪힌다. 505 내지 537 nm 정도의 범위의 파장 (FAM 의 피크 여기 파장 범위에 대응함) 을 갖는 광의 일부는 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 를 통과하고, 537 nm 고역 통과 반사기 (230) 를 통과하고, 505 nm 고역 통과 필터 (231) 를 통과하고, 한 쌍의 505 nm 고역 통과 필터 (223) 를 통과하고, 렌즈 (242) 를 통과하고, 515 nm Schott Glass필터 (222A) 를 통과하고, 제 1 검출기 (102A) 에 의해 검출된다. 제 1 검출기 (102A) 는 디지털값으로 변환되고 기록되는 대응하는 신호를 출력한다.

다음, 도 6 에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제 4 LED (100D) 가 활성화되고, LED 는 한 쌍의 527 nm 저역 통과 필터 (206) 를 통과하고, 미러 (210) 에 반사하고, 495 nm 고역 통과 반사기 (208) 에 반사하고, 527 nm 고역 통과 반사기 (209) 에 반사하고, 렌즈 (215) 를 통해 반응 체임버 (10) 로 진행하는 여기 빔을 발생시킨다. LED (100D) 로부터의 여기 빔은 TET 에 대해 피크 여기 범위에 대응하는 495 내지 527 nm 의 파장 범위로 필터링된다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 체임버 (10) 로부터 방출된 광은 검출부 (48) 의 렌즈 (232) 를 통과하고 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 에 부딪힌다. 537 내지 565 nm 정도의 범위의 파장 (TET 의 피크 여기 파장 범위에 대응함) 을 갖는 광의 일부는 565 nm 저역 통과 반사기 (229) 를 통과하고, 537 nm 고역 통과 반사기 (230) 를 통과하고, 537 nm 고역 통과 필터 (224) 를 통과하고, 렌즈 (242) 를 통과하고, 550 nm Schott Glass필터 (222B) 를 통과하고, 제 2 검출기 (102B) 에 의해 검출된다. 제 2 검출기 (102B) 는 디지털값으로 변환되고 기록되는 대응하는 신호를 출력한다. 4 개의 LED 각각을 순차적으로 활성화시키고 4 개의 대응하는 검출기 측정을 수집하는데 요구되는 전체 시간은 전형적으로 5 초 이하이다.

검출용 염료에 의해 방출되는 형광체의 스펙트럼은 꽤 넓다. 그 결과, 각각의 염료 (예, FAM, TAMRA, TET 또는 ROX) 는 반응 벳셀로부터 형광체를 방출할 때, 형광은 몇 개의 주요 검출 채널에서 검출될 수 있고, 즉, 수 개의 검출기 (102A, 102B, 102C 및 102D) 는 형광을 검출하고 출력 신호를 발생시킨다. 그런데, 각각의 염료는 자신만의 '시그네이춰', 즉, 각각의 염료에 독특한 각각의 검출 채널의 광학적 신호의 비율을 갖고 있다. 또한, 염표의 혼합물로부터 형광 방출은 각각의 검출 채널에서 추가적임으로써, 염료 혼합물의 각각의 염료 농도는 선형 대수를 사용하여 혼합된 신호로부터 도출할 수 있다고 합리적으로 추정할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 제어기는 검출기의 출력 신호를 선형 대수 및 보정 행렬를 사용하여 반응 혼합물의 각각의 염료의 실제 농도를 지시하는 값으로 변환하도록 프로그래밍되어 있다. 보정 행렬을 발전시키는 바람직한 방법은 예로서 바람직한 실시예의 4 개의 채널 시스템을 사용하여 설명한다.

우선, 반응 버퍼만을 수용하는 반응 벳셀은 광학계 (46 및 48) 를 사용하여 광학적으로 독출된다. 반응 버퍼는 샘플을 시험하는 시스템의 실제 생산 사용 동안 광학계에 의해 광학적으로 독출되도록 반응 혼합물과 유사하거나 거의 동일한 유체이어야 한다. 반응 버퍼는 염료를 수용하지 않음으로써, 모든 염료의 농도가 0 이 된다. 4 개의 주요 검출 채널의 반응 버퍼의 광학적 독출은 대응하는 디지털값으로 변환되는 출력 신호를 만들어낸다. 4 개의 숫자는 Buffer(I) 로 칭하는데, 'I' 는 검출 채널이 독출됨에 따라 1, 2, 3 또는 4 이다. 버퍼값은 염료로부터의 추가적인 형광 신호 없이 각각의 주요 검출 채널에서 검출되는 배경 신호 또는 분산된 광의 측정치이다.

다음, 알려진 농도, 예, 100 nM 의 염료 #1 를 수용하는 반응 혼합물이 벳셀로 설치되고 다시 4 개의 채널이 독출된다. 만들어진 4 개의 숫자는 Rawdye(I, 1) 이라 칭한다. 유사한 일련의 4 개의 숫자는 다른 4 개의 염료에 대해 Rawdye(I, 2), Rawdye(I, 3) 및 Rawdye(I, 4) 를 얻음으로써 얻어진다. 버퍼값은 다음과 같은 넷 다이 값을 얻기 위해 로 다이 값으로부터 차감된다.

I 는 검출 채널을 나타내고, J 는 염료 숫자를 나타낸다.

행렬 Netdye(I, J) 는 보정 행렬, 즉, Cal(I, J) 라 칭하는 새로운 행렬을 얻기 위해 표준 계산 방법 (예, 가우스 소거법) 을 사용하여 반전된다. Netdye(I, J) * Cal(I, J) 의 행렬 곱이 정방 행렬인 것을 주목해야 한다. 반응 혼합물은 독출될 수 있고 4 개의 검출 채널의 검출기의 출력 신호는 혼합물의 염료의 실제 농도를 나타내는 값으로 변환될 수 있다. 혼합물의 광학적 독출은 RawMix(I) 라 칭하는 4 개의 숫자를 만들어낸다. 반응 버퍼 값은 다음과 같이 Mix(I) 라 칭하는 4 개의 숫자를 얻기 위해 로 믹스 값으로부터 차감된다.

다음, 염료의 실제 농도는 다음과 같이 행렬 곱에 의해 얻어진다.

상술한 식에서, 100 의 요소는 100 nM 의 농도가 초기 보정 측정에 사용된다는 사실로부터 도출된다. 100 nM 의 농도는 단지 예시적인 목적으로 사용된 것이고 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 통상, 보정 측정에 대한 염료 농도는 염료의 형광 효율성 (강도) 에 따라 25 내지 1,000 nM 의 범위에 있어야 한다. 도 12 내지 도 13 을 참조하면, 행렬 Cal(I, J) 및 Buffer(I) 는 바람직하게는 열 교환 모듈 (37) 의 제조시 만들어지고 메모리 (114) 에 저장된다. 모듈 (37) 이 베이스 도구 (66) 로 플러그될 때, 베이스 도구 또는 외부 컴퓨터의 제어 소프트웨어 응용은 메모리로의 행렬을 독출하고 검출기 (102) 의 출력 신호를 반응 혼합물의 각각의 염료의 농도를 지시하는 값으로 변환하기 위해 행렬을 사용한다. 보정 행렬 Cal(I, J) 및 Buffer(I, J) 는 소정의 일련의 보정된 염료 및 반응 벳셀의 체적에 의존하기 때문에, 각종의 염료 집합의 결합 및 반응 벳셀 체적에 대해 다수의 행렬 집합을 만들어내고 저장하는 것이 바람직하다. 이는 시스템을 사용하는 최종 사용자에게 매우 큰 유연성을 제공한다.

일 예로서, 보정 행렬은 총 9 개의 서로 다른 보정 행렬의 집합을 위해 3 개의 서로 다른 염료 집합이 3 개의 서로 다른 크기의 반응 벳셀 (예, 25㎖, 50㎖, 100㎖) 과 사용될 수 있도록 저장될 수 있다. 물론, 이는 일 예일 뿐이고, 다수의 다른 조합이 당업자에게 가능한 것은 분명하다. 또한, 대체예에서, 제어 소프트웨어는 사용자가 원하는 염료의 조합 및 반응 벳셀의 크기에 대해 보정 데이터를 저장하고 사용하는 것을 확인시키는 보정 과정을 통해 최종 사용자에게 인도하는 기능성을 포함할 수도 있다.

상술한 바람직한 실시예의 동작시, 단지 4 개의 주요 검출 채널은 반응 혼합물의 각각의 염료의 농도를 나타내는 염료 농도치로 디콘볼빙되거나 변환되는 4 개의 출력 신호를 만들어내기 위해 독출된다. 그런데, 다른 실시예에서, 일 이상의 다른 전용 채널이 예를 들면, 반응 벳셀의 공기 방울에 기인한 검출기의 출력 신호의 잠재적인 변화, 벳셀의 모양의 변화, 또는 가열판 사이의 벳셀의 위치의 약간의 변화를 교정하기 위해 데이터를 제공하는데 사용된다. 이들 변화는 각 검출기에 의해 검출되는 배경 신호 또는 분산된 광이 행렬 Buffer(I) 의 버퍼값을 발생할 때 검출되는 배경 신호 또는 분산된 광과는 서로 다르도록 할 수 있다. 이들 변화에 대해 교정하기 위해서, 제어기는 다른 (주요한 것이 아님) 검출 채널을 사용하여 일 이상의 검출기로부터 보정 신호를 받고, 또한 수신된 보정 신호에 따라 주요 검출 채널로부터 수신된 다음의 출력 신호를 조절하도록 프로그래밍되어 있다. 제어기는 다음과 같이 이 방법으로 주요 검출 채널로부터 수신된 출력 신호를 조절하도록 프로그래밍되어 있다.

도 6 및 도 8 을 참조하면, 보정 데이터는 검출기에 의해 검출되는 방출 파장 범위를 오버랩하는 여기 파장 범위로 LED 가 여기 빔을 발생시키는 LED/검출기 쌍을 사용하여 발생된다. 예를 들면, 녹색 LED (100D) 로부터의 여기 빔이 495 내지 527 nm 의 파장 범위로 필터링되고 검출기 (102A) 는 505 내지 537 nm 의 오버래핑 파장 범위의 방출된 광을 검출하기 때문에, 한 쌍의 녹색 LED (100D) 및 제 1 검출기 (102A) 가 이 목적에 적합하다. 보정 데이터를 발생시키기 위해, 반응 버퍼를 수용하는 반응 벳셀은 LED (100D) 및 검출기 (102A) 를 사용하여 광학적으로 검색된다. LED (100D) 는 활성화되고 검출기 (102A) 는 디지털값으로 변환되고 기록되는 대응하는 출력 신호를 발생시킨다.

검출기 (102A) 를 오버로드하는 것을 피하기 위해서, LED (100D) 의 조도는 이 보정동안 통상의 동작 조도로부터 상당히 감소되어야 한다. 이는 가변 전류원 (도 13 을 참조하여 상술하였음) 에 의해 LED 에 공급되는 전류량을 감소시킴으로써 달성될 수도 있다. LED 는 검출기를 오버로딩하는 것을 피하기 위해 보정 과정 동안 1 내지 5 mA 의 전류가 통상 공급된다. 보정 과정은 바람직하게도 선택된 LED/검출기로 복수의 횟수만큼 반복되고 검출기에 의해 검출되는 방출 파장 범위를 오버랩하는 여기 파장 범위로 LED 가 여기 빔을 발생시키는 LED/검출기 쌍으로 추가적으로 반복될 수도 있다. 명목상의 분산치 S_N은 검출기의 출력 신호의 평균값으로서 계산된다.

도 12 내지 13 을 참조하면, 명목상의 분산치 S_N은 바람직하게도 각각의 열 교환 모듈 (37) 의 제조시 만들어지고 메모리 (114) 에 저장된다. 모듈 (37) 이 베이스 도구 (66) 로부터 플러그될 때, 베이스 도구 또는 외부 컴퓨터의 제어 소프트웨어 응용은 분산치 S_N을 메모리로 독출하고 다음과 같이 주요 검출 채널의 출력 신호를 교정하기 위해 그 값을 사용한다.

도 6 내지 도 8 을 참조하면, 바람직한 실시예에서 상술한 바와 같이 주요 검출 채널을 독출하기에 앞서, 제어기는 S_N을 개발시키는데 사용되는 동일한 다른 채널 LED/검출기 쌍을 사용하여 반응 혼합물을 광학적으로 검색한다. 상술한 바와 같이, LED 는 검출기가 오버로드되는 것을 피하기 위해 상당히 감소된 전류량 (예, 1 내지 5 mA) 으로 활성되어야 한다. 검출기로부터의 출력 신호가 벳셀로부터의 배경 또는 분산된 광의 정확한 지시기가 되도록 검출기에 제공되는 전류를 감소시켜 반응 벳셀로부터의 형광 신호의 방출을 효과적으로 방지한다. 실제의 분산치 S_A를 얻기 위해 일 이상의 검출기로부터의 보정 신호의 평균을 구한다.

실제의 분산치 S_A의 발생 후에, 4 개의 주요 검출 채널은 4 개의 로 믹스 값 RawMix(I) 를 얻기 위해 바람직한 실시예에서 상술한 바와 같이 독출된다. 이들 로 믹스 값은 실제의 분산치 S_A의 통상 분산치 S_N에 대한 비율 (S_A/S_N) 에 의해 조절된다. 이는 바람직하게도 다음과 같이 조절된 버퍼치 AdjBuffer(I) 를 만들기 위해 실제의 분산치 S_A의 통상 분산치 S_N에 대한 비율로 버퍼치 Buffer(I) 를 곱함으로써 얻어진다.

조절된 버퍼치는 다음과 같이 Mix(I) 라 칭하는 4 개의 숫자를 얻기 위해 로 믹스 값으로부터 차감된다.

다음, 바람직한 실시예에서 상술한 바와 같이, 염료의 실제 농도는 다음과 같이 행렬 곱으로 얻어진다.

대안으로서, 분산치 S_A및 S_N은 다른 방법으로, 예를 들면, 실제의 분산치 S_A의 통상 분산치 S_N에 대한 비율로 출력값을 곱함으로써 주요 검출 채널의 출력 신호를 조절하는데 사용될 수도 있다.

도 20 을 참조하면, 광학적 검출 후에, 제어기는 단계 436 으로 진행한다. 단계 436 에서, 제어기는 프로파일이 종료되었는지, 예를 들면, 모든 열 순환이 종료되었는지 결정한다. 또한, 제어기는 적당한 염료 농도가 광학적으로 검출된다면 반응 혼합물의 목료 분석 항목의 존재를 지시하는 프로파일이 종료되었다고 결정하도록 프로그래밍되어 있다. 프로파일이 종료된다고 결정되면, 프로파일 실행은 종료된다. 그렇지 않으면, 제어기는 단계 420 으로 되돌아가서, 가열판의 실제 온도를 폴링하고, 프로파일이 종료될 때까지 루프를 재실행한다.

주기의 가장 낮은 온도에서 열 순환 당 반응 혼합물의 광학적 독출을 한번 실행하는 것이 바람직하다. 대안으로서, 반응 혼합물을 사용자가 원하는 만큼 더 빈번하게 또는 덜 빈번하게 광학적으로 모니터링할 수 있다. 빈번한 광학적 모니터링의 이점은 실시간 광학적 데이터가 반응의 진전을 나타내는데 사용될 수도 있다는 것이다. 예를 들면, 소정의 형광 임계치가 열 교환 모듈의 반응 혼합물에서 검출될 때, 모듈에 대한 온도 순환은 중지될 수 있다. 또한, 염료 활성화의 광학적 검출, 예, 색채 변화는 열 스케쥴뿐만 아니라 반응물과 생산물의 상태 또는 조건, 및 양적 생산의 순환 파라미터를 제어하는데 유용하다. 다수 방출 파장은 예를 들면, 반응의 진전, 종료점, 반응물 추가의 여기, 변성 (용해), 어닐링 등을 결정하기 위해 샘플링될 수 있다. 실시간 모니터링 방법에 의해 얻은 데이터는 광학적 "독출" 파라미터를 바꾸거나 조절하기 위해 제어기로 피드백될 수도 있다. 광학적 독출 파라미터의 예는 독출의 길이, LED 에 대한 전력 입력 또는 주파수, 및 파장이 모니터링되어야 하는지 또한 그렇다면 언제 모니터링되어야 하는지 등을 포함한다.

바람직한 실시예의 광학 시스템의 이점은 각각의 반응 혼합물로 여기 광을 다수로 구별되는 여기 파장 범위로 제공하는데 있다. 이는 최적의 여기 파장 범위는 혼합물의 복수의 서로 다른 형광 분류된 분석 항목의 각각에 대해 제공된다는 것을 확인시켜 준다. 4 채널 시스템의 전형적인 실시형태에서, 3 개의 광학적 채널이 목표 분석 항목 (예, 증폭된 핵산 염기서열) 를 검출하는데 사용되고 제 4 채널은 시스템의 성능을 체크하기 위해 내부 제어를 모니터링하는데 사용된다. 예를 들면, 베타 액틴은 예견될 수 있는 증폭 응답을 갖기 때문에 핵산 증폭의 내부 제어로서 주로 사용되고 쉽게 분류될 수 있으며 증폭이 정확하게 발생하는지 확인하기 위해 모니터링된다.

4 채널 시스템의 다른 가능한 실시형태에서, 2 개의 광학적 채널은 목표 분석 항목을 검출하는데 사용되고, 하나의 채널은 상술한 바와 같이 내부 제어를 모니터링하는데 사용되고, 제 4 채널은 패시브 노멀라이저를 모니터링하는데 사용된다. 패시브 노멀라이저는 어떤 분석 항목으로 분류하지 않도록 알려진 농도로 그리고 자유로운 형태로 반응 혼합물에 설치되는 단순한 염료이다. 예를 들면, 100 내지 500 nM 의 농도의 ROX 는 적당한 노멀라이저를 만든다. 노멀라이저의 농도는 반응을 통해 모니터링되고 다른 3 개의 광학적 채널로부터 수집된 광학적 데이터를 표준화하는데 사용된다. 패시브 노멀라이저의 계산된 농도가 증발, 반응 벳셀 형태의 변화, 또는 벳셀의 공기 방울 때문에 변화한다면, 다른 3 개의 광학적 채널에서 발생된 데이터는 이들 변화에 대해 표준화된다.

반응 혼합물의 패시브 염료를 설치하는 것의 이점은 염료로부터의 형광 신호가 복수의 서로 다른 반응 파라미터를 모니터링하는데 사용한다는 것이다. 이들 파라미터의 예는 pH, 이온력 및 반응 혼합물의 온도를 포함한다. 흡수 또는 형광과 같이 염료로부터 수신된 광학적 신호는 패시브 염료가 반응 파라미터에 대해 실시간 데이터를 제공하는데 사용될 수도 있도록 이들 파라미터와 함께 변화한다.

광학적 여기 및 검출부 (46 및 48) 를 열 교환 모듈 (37) (도 4 에 도시함) 과 결합하여 사용하는 것이 바람직하지만, 광학계가 반응 혼합물을 광학적으로 검색하는데만 사용할 수도 있다고 이해된다. 예를 들면, 일 대체예에서, 광학계는 반응 벳셀을 수신하는 슬롯을 갖는 휴대형 장치에 흡수된다. 바람직한 실시예의 열 교환 모듈 (37) 에서, 광학계는 벳셀이 슬롯에 설치될 때 광학적 여기 및 검출부가 벳셀의 제 1 및 제 2 광투과벽과 각각 통신하도록 설치하기 위해서 슬롯 다음에 설치된다. 이러한 장치는 가열 및 냉각 구성요소 없는 열 교환 모듈 (37) 과 유사할 수도 있다.

도 21 내지 도 22 는 본 발명의 반응기 시스템의 반응 혼합물을 열적 제어하는 컴퓨터 실행 PID 제어에 대한 중요한 개선을 나타낸다. 바람직한 실시예에서, 제어기는 가열판과 반응 벳셀에 수용된 반응 혼합물 사이에 열 래그를 보상하도록 프로그래밍되어 있다. 열 래그는 가열시 열이 판으로부터 벳셀의 벽을 통해 반응 혼합물로 전달되게 할 필요성, 또는 냉각시 열이 반응 혼합물로부터 벳셀의 벽을 통해 판 및/또는 분위기로 전달되게 할 필요성에 의해 유발된다.

표준 PID 제어에서, 가열기에 공급되는 전력은 장치의 실제 측정 온도와 원하는 설정점 온도 사이의 차이에 의존한다. 따라서, 가열기 또는 팬에 공급되는 평균 전력은 판의 실제 온도가 설정점 온도에 접근함에 따라 감소한다. 가열기 또는 팬에 공급되는 전력이 설정점 온도에 도달하기 전에 감소하기 때문에, 반응 혼합물은 가능한 한 빨리 설정점 온도에 도달하지 않는다. 이 온도 래그는 원하지 않는 부반응, 원하지 않는 방울의 형성, 일정 온도의 반응 컴포넌트의 조악화 등을 유발할 수도 있다.

도 21 내지 도 22 는 바람직한 실시예에서 사용되는 향상된 PID 제어 프로그램의 단계를 나타낸다. 도 21 은 반응 혼합물의 온도를 상승시키기 위해 실행되는 단계를 나타낸다. 단계 502 에서, 제어기는 초기에 원하는 설정점 온도를 초과하는 가변 목표 온도를 설정한다. 예를 들면, 설정점 온도가 95℃ 라면, 가변 목표 온도의 초기치는 2 내지 10℃ 높게 설정될 수도 있다.

단계 504 에서, 제어기는 판의 온도를 가변 목표 온도로 상승시키기 위해 가열기에 공급되는 전력의 레벨을 결정한다. 제어기는 가변 목표 온도를 표준 PID 제어 알고리즘에 입력함으로써 전력의 레벨을 결정한다. 가열기에 공급되는 전력의 레벨은 실제 판 온도와 원하는 설정점 온도보다 높은 목표 온도 사이의 차이 (에러) 에 따라 결정된다. 더 높은 목표 온도는 판을 가열시키기 위해 더 높은 전력의 레벨이 가열기에 공급되어 반응 혼합물이 더 빨리 설정점 온도로 상승하게 한다. 단계 506 에서, 제어기는 전력을 소정의 레벨로 가열기에 공급하기 위해서 제어 신호를 베이스 도구의 전력 및 소오스 제어 회로로 보낸다.

결정 단계 508 에서, 제어기는 판의 실제 측정 온도가 소정의 임계치 이상인지 판정한다. 적당한 임계치는 원하는 설정점 온도이거나, 설정점 온도보다 1 내지 2℃ 낮은, 예를 들면, 설정점 온도 95℃ 에 대해 93 내지 94℃ 이다. 실제 판 온도가 소정의 임계치를 초과하지 않는다면, 제어기는 단계 504 로 돌아가서 판 온도가 임계치 이상이 될 때까지 루프를 반복한다.

판의 실제 측정 온도가 임계치 이상이 될 때, 제어기는 단계 510 에서 가변 목표 온도를 감소시킨다. 제어기는 바람직하게도 가변 목표 온도가 설정점 온도를 초과하는 만큼 지수적으로 감소시킴으로써 가변 목표 온도를 감소시킨다. 예를 들면, 가변 목표 온도가 원하는 설정점 온도를 초과하는 만큼의 양은 다음 식에 따른 시간의 함수로써 지수적으로 감소될 수도 있다.

Δ는 가변 목표 온도가 원하는 설정점 온도를 초과하는 만큼의 양과 동일하고, Δ_MAX는 가변 목표 온도의 초기치와 원하는 설정점 온도 사이의 차이와 동일하고, t 는 감소의 시작으로부터 수십 초 경과한 시간과 동일하고, tau 는 감소 시정수와 동일하다. 본 발명의 시스템에서, tau 는 바람직하게도 1 내지 4 초의 범위의 값을 갖는다. 시험 및 보정시 각각의 열 교환 모듈에 대해 tau 를 경험적으로 결정하고, 모듈의 메모리 (114) (도 13) 에 tau 값을 저장하는 것이 바람직하다.

상술한 지수식이 바람직하지만, 복수의 다른 지수 감소식이 본 발명의 범위 내에서 채용될 수도 있다. 또한, 가변 목표 온도는 다른 기술에 의해 감소되는, 예를 들면, 선형으로 감소될 수도 있다.

단계 512 에서, 제어기는 판의 온도를 감소된 목표 온도로 상승시키기 위해 가열기에 공급되는 새로운 전력의 레벨을 결정한다. 제어기는 감소된 목표 온도를 PID 제어 알고리즘으로 입력시킴으로써 전력의 레벨을 결정한다. 단계 514 에서, 제어기는 전력을 새로운 소정의 레벨로 가열기에 공급하기 위해 제어 신호를 베이스 도구의 전력 및 소오스 제어 회로에 보낸다.

판정 단계 516 에서, 제어기는 가변 목표 온도가 설정점 온도 이하인지 판정한다. 그렇지 않다면, 제어기는 단계 510 으로 되돌아가서, 목표 온도를 감소시키고, 가변 목표 온도가 설정점 온도 이하가 될 때까지 루프를 반복한다. 가변 목표 온도가 설정점 온도 이하가 될 때, 상승 온도 루틴은 종료하고 표준 PID 제어는 재개된다.

도 22 는 반응 혼합물의 온도를 원하는 설정점 온도로 하강하기 위해 제어기에 실행되는 단계를 나타내는 흐름도이다. 단계 602 에서, 제어기는 초기에 원하는 설정점 온도보다 낮은 가변 목표 온도를 설정한다. 예를 들면, 설정점 온도가 60℃ 라면, 가변 목표 온도의 초기치는 2 내지 10℃ 낮게, 즉, 50 내지 58℃ 로 설정될 수도 있다.

단계 604 에서, 제어기는 판의 실제 측정 온도가 임계치, 바람직하게는 가변 목표 온도 이하가 될 때까지 팬을 활성화시킨다. 단계 606 에서, 제어기는 팬을 비활성화시키고, 바람직하게는 상술한 지수적 감소식을 사용하여 가변 목표 온도가 설정점 온도와 다른 만큼 지수적으로 감소시킴으로써 목표 온도를 증가시킨다. 냉각을 위해, tau 는 3 초 정도의 바람직한 값으로 1 내지 5 초의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상술한 가열 예에서, tau 는 시험 또는 보정시 각각의 열 교환 모듈에 대해 경험적으로 결정되고 모듈의 메모리에 저장될 수도 있다. 대안으로서, 가변 목표 온도는 선형으로 증가될 수도 있다.

단계 608 에서, 제어기는 판의 온도를 증가된 목표 온도로 상승시키기 위해서 가열기로 공급되는 전력의 레벨을 결정한다. 제어기는 증가된 목표 온도를 PID 제어 알고리즘으로 입력함으로써 전력의 레벨을 결정한다. 단계 610 에서, 제어기는 전력을 소정의 레벨로 가열기로 공급하기 위해서 제어 신호를 베이스 도구의 전력 및 소오스 제어 회로로 보낸다.

결정 단계 612 에서, 제어기는 가변 목표 온도가 설정점 온도 이상인지 판정한다. 그렇지 않다면, 제어기는 단계 606 으로 되돌아가서, 목표 온도를 증가시키고, 가변 목표 온도가 설정점 온도 이상이 될 때까지 루프를 반복한다. 가변 목표 온도가 설정점 온도 이상이 될 때, 온도 하강 루틴은 종료하고 대기 상태 PID 제어가 시작한다.

도 4 를 참조하면, 바람직한 실시예에서, 각각의 열 교환 모듈 (37) 은 모든 광원이 제 1 광학계 (46) 에 설치되고 모든 검출기가 제 2 광학계 (48) 에 설치되는 한 쌍의 광학계 (46 및 48) 를 포함한다. 그런데, 각각의 광학계에서 일 이상의 광원 및 일 이상의 검출기를 포함할 수 있다. 도 23a 및 도 23b 는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 각각의 광학계가 반응 혼합물의 분류된 분석 항목을 여기하는 광원 및 혼합물로부터 방출된 광을 검출하는 검출기를 포함하는 한 쌍의 광학계를 나타낸다.

도 23a 는 제 2 실시예에 따라 제 1 광학계 (250) 의 개략 평면도를 나타낸다. 광학계 (250) 는 체임버 (10) 에 수용된 반응 혼합물로 여기 빔을 전송하기 위해 반응 벳셀 (2) 에 인접하게 설치된다. 광학계 (250) 는 광학계의 각종의 부분을 유지하는 하우징 (252) 을 포함한다. 하우징 (252) 은 바람직하게도 일 이상의 플라스틱 주조 조각을 포함한다. 하우징 (252) 은 바람직하게도 스크류 또는 볼트와 같은 고정기를 사용하여 함께 접속된 상보적인 하부 및 상부 부분으로 이루어진 두 조각 하우징이다. 도 23a 에서, 하우징의 상부의 일부는 광학계 (250) 의 내부 부분을 보여주기 위해 제거된다. 대체예에서, 하우징 (252) 은 슬라이드 인 광학 패키지를 유지하는 일 조각 하우징이다.

하우징 (252) 은 광학적 윈도우 (254) 를 포함한다. 통상, 광학적 윈도우 (254) 는 광이 전송될 수도 있는 하우징의 개방부를 포함할 수도 있다. 광학적 윈도우 (254) 는 윈도우 패인으로서 작용하는 광투과성 또는 투과성 유리 또는 플라스틱 조각, 또는 렌즈를 추가적으로 포함할 수도 있다.

광학계 (250) 는 여기 빔을 윈도우 (254) 를 통해 체임버 (10) 로 전송하기 위해 광원, 바람직하게는 청색 LED (256) 를 포함한다. LED (256) 는 조절가능한 전류원 (도 23a 에 도시하지 않음) 에 접속된 리드 (253) 를 통해 전력을 수신한다. LED (256) 가 하우징 (252) 에 견고하게 고정될 수 있도록 하우징 (252) 의 후방에 보호되는 광학적 회로 기판 (257) 에 장착된다. 광학적 회로 기판 (257) 은 스크류, 볼트, 글루드 인 플러그와 같은 고정기를 사용하여 하우징 (252) 에 보호될 수도 있다. 검출기 (258) , 바람직하게는 PIN 포토다이오드는 광학적 회로 기판 (257) 에 장착되고 하우징 (252) 에 견고하게 고정된다. 바람직한 실시예에서, 광학적 회로 기판은 바람직하게도 플렉스 케이블을 통해 열 교환 모듈 (37) 의 PC 메인 보드 (54) 에 접속된다.

또한, 광학계 (250) 는 LED (256) 에 의해 발생되는 여기 빔을 필터링하기 위해, 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 필터링하기 위해, 방출된 광을 검출기 (258) 로 향하게 하기 위해 하우징 (252) 에 배열된 필터 및 렌즈를 포함한다. 하우징 (252) 은 바람직하게도 수신하고 필터 및 렌즈를 견고하게 유지하기 위해 오목부 또는 슬롯을 포함한다. 필터 및 렌즈는 접착체만으로, 또는 더욱 바람직하게는 하우징의 슬롯과 결합하여 접착체로 하우징 (252) 에 견고하게 고정될 수도 있다.

통상, 광학계 (250) 는 여기 빔을 원하는 여기 파장 범위로 체임버 (10) 의 반응 혼합물로 제공하고 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 원하는 여기 파장 범위 밖으로 차단하기 위해서 선택될 수도 있다. 광학계 (250) 는 형광, 인광, 화학 조명, 전자 화학 조명으로 사용될 수도 있다. 설명을 위해, 광학계 (250) 가 여기 빔을 FAM 의 피크 여기 파장 범위로 제공하고 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 TAMRA 의 피크 여기 파장 범위로 검출하도록 설계된 광학계 (250) 의 일 특정예를 설명한다.

실시예에서, 2 개의 590 nm 대역 통과 필터 (260 및 264) 는 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 575 내지 605 nm 의 방출 파장 범위 밖으로 차단하기 위해 검출기 (258) 와 윈도우 (254) 사이에 설치된다. 렌즈 (262) 는 광을 검출기 (258) 로 시준하고 포커싱하기 위해 필터 (260 및 264) 사이에 설치된다. 광학계 (250) 는 570 nm 고역 통과 반사기 (268) 및 500 nm 고역 통과 반사기 (270) 를 포함한다. 반사기 (268 및 270) 는 대역 통과 필터 (260 및 264) 로부터 각도상 45°오프셋되어 있다. 렌즈 (251) 는 LED 로부터의 여기 빔을 포커싱하고 시준하기 위해 LED (256) 의 전방에 설치된다. LED (256) 가 방향성 LED 라면, 바람직하게도 렌즈 (251) 는 필요하지 않다. 광학계 (250) 는 LED (256) 로부터의 여기 빔을 검출기에서 떨어지게 하기 위해, 분배기 (272), 바람직하게는 흑색 폴리카보네이트 시트를 포함한다.

도 23b 는 제 2 광학계 (250) 에 상보적인 제 2 광학계 (274) 의 개략 평면도이다. 광학계 (274) 는 바람직하게도 일 이상의 플라스틱 주조 조각을 포함하는 하우징 (276) 을 포함한다. 하우징 (276) 은 바람직하게도 스크류 또는 볼트와 같은 고정기를 사용하여 함께 접속된 상보적인 하부 및 상부 조각을 포함하는 두 조각 하우징이다. 대체예에서, 하우징 (276) 은 슬라이드 인 광학 패키지를 유지하는 일 조각 하우징이다.

하우징 (276) 은 광학적 윈도우 (278) 를 포함한다. 통상, 광학적 윈도우 (278) 는 윈도우 패인으로서 작용하는 광투과 또는 투과성 유리 또는 플라스틱 조각, 또는 바람직한 실시예에서와 같이 렌즈를 추가적으로 포함할 수도 있다.

광학계 (274) 는 여기 빔을 윈도우 (278) 를 통해 체임버 (10) 로 전송하기 위해 광원, 바람직하게는 녹색 LED (280) 를 포함한다. LED (280) 는 조절가능한 전류원 (도 23b 에 도시하지 않음) 에 접속된 리드 (281) 를 통해 전력을 수신한다. LED (280) 는 하우징 (276) 에 견고하게 고정될 수 있도록 하우징(276) 의 후방에 보호되는 광학적 회로 기판 (282) 에 장착된다. 광학적 회로 기판 (282) 은 스크류, 글루드 인 플러그 등과 같은 고정기를 사용하여 하우징 (276) 에 보호될 수도 있다. 검출기 (284), 바람직하게는 PIN 포토다이오드는 광학적 회로 기판 (282) 에 장착되고 하우징 (276) 에 견고하게 고정된다. 바람직한 실시예에서와 같이, 광학적 회로 기판은 바람직하게도 플렉스 케이블을 통해 열 교환 모듈 (37) (도 4 에 도시함) 의 PC 메인 보드 (54) 에 접속된다.

광학계 (274) 는 LED (280) 에 의해 발생된 여기 빔을 필터링하기 위해, 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 필터링하기 위해, 방출된 광을 검출기 (284) 로 향하게 하기 위해 하우징 (276) 에 배열된 필터 및 렌즈를 더 포함한다. 하우징 (276) 은 바람직하게도 수신하고 필터 및 렌즈를 견고하게 유지하기 위해 오목부 또는 슬롯을 포함한다. 필터 및 렌즈는 접착체만으로, 또는 더욱 바람직하게는 하우징의 슬롯과 결합하여 접착체로 하우징에 견고하게 고정될 수도 있다.

통상, 광학계 (276) 의 필터는 여기 빔을 원하는 여기 파장 범위로 체임버 (10) 의 반응 혼합물로 제공하고 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 원하는 방출 파장 범위 밖으로 차단하기 위해서 선택될 수도 있다. 설명을 위해, 광학계 (274) 가 여기 빔을 TAMRA 의 피크 여기 파장 범위로 제공하고 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 FAM 의 피크 여기 파장 범위로 향하게 하기 위해 설계된 광학계 (274) 의 일 특정예를 설명한다.

이 실시예에서, 2 개의 525 nm 대역 통과 필터 (286 및 290) 는 체임버 (10) 로부터 방출된 광의 510 내지 540 nm 의 방출 파장 범위 바깥 부분을 차단하기 위해 검출기 (284) 와 윈도우 (278) 사이에 설치된다. 렌즈 (288) 는 검출기 (284) 로 광을 시준하고 포커싱하기 위해 필터 (286 및 290) 사이에 설치된다. 광학계 (274) 는 500 nm 고역 통과 반사기 (296), 50/50 빔스플리터 (297) 및 525 nm 대역 통과 필터 (292) 를 포함한다. 반사기 (296) 및 빔스플리터 (297) 는 대역 통과 필터 (286 및 290) 로부터 각도상 45°오프셋되어 있다. 또한, 광학계 (274) 는 LED (280) 로부터의 여기 빔을 검출기 (284) 로부터 떨어지게 하기 위해 분배기 (276), 바람직하게는 흑색 폴리카보네이트 시트를 포함한다.

동작시, 한 쌍의 광학계 (250 및 274) 는 다음과 같이 체임버 (10) 의 반응 혼합물을 광학적으로 검색하는데 사용된다. 도 23a 에 도시된 바와 같이, 청색 LED (256) 는 활성화되고, LED 는 500 nm 고역 통과 반사기 (270) 를 통과하고, 윈도우 (254) 를 통과하고, 반응 체임버 (10) 로 진행하는 여기 빔을 발생시킨다. LED (256) 으로부터의 여기 빔은 FAM 의 여기 범위에 대응하여 500 nm 미만의 파장 범위로 필터링된다.

도 23b 에 도시된 바와 같이, 방출된 광 (예, FAM 염료로부터의 형광 방사) 은 체임버 (10) 로부터 광학계 (274) 의 윈도우 (278) 를 통해 전송되고 빔스플리터 (297) 에 부딪힌다. 방출된 광의 일부는 빔스플리터 (297) 로부터 500 nm 고역 통과 반사기 (296) 에 반사된다. 510 내지 540 nm 정도의 범위의 파장 (FAM 의 피크 파장 범위에 대응함) 을 갖는 방출된 광의 일부는 500 nm 고역 통과 반사기 (296) 로부터 반사하고, 525 nm 대역 통과 필터 (290) 를 통과하고, 렌즈 (288) 를 통과하고, 525 nm 대역 통과 필터 (286) 를 통과하고, 검출기 (284) 에 의해 검출된다. 검출기 (284) 는 디지털값으로 변환되고 기록되는 대응 신호를 출력한다.

다음, 녹색 LED (280) 가 활성화되고 LED 는 525 nm 대역 통과 필터 (292) 를 통과하고, 빔스플리터 (278) 를 통과하고, 반응 체임버 (10) 로 진행하는 여기 빔을 발생시킨다. LED (280) 로부터의 여기 빔은 TAMRA 의 여기 범위에 대응하여 510 내지 540 nm 정도의 파장 범위로 필터링된다.

도 23a 에 도시된 바와 같이, 방출된 광 (예, TAMRA 염료로부터의 형광 방사) 은 체임버 (10) 로부터 광학계 (252) 의 윈도우 (254) 를 통해 전송되고 500 nm 고역 통과 반사기 (270) 에 부딪힌다. 575 내지 605 nm 정도의 범위의 파장 (TAMRA 의 피크 파장 범위에 대응함) 을 갖는 방출된 광의 일부는 500 nm 고역 통과 반사기 (270) 로부터 반사하고, 570 nm 고역 통과 반사기 (268) 를 통과하고, 렌즈 (262) 를 통과하고, 590 nm 대역 통과 필터 (260) 를 통과하고, 검출기 (258) 에 의해 검출된다. 검출기 (258) 는 디지털값으로 변환되고 기록되는 대응 신호를 출력한다.

제 2 실시예의 잔류 동작은 상술한 바람직한 실시예의 동작과 유사하다. 검출기의 출력 신호는 선형 대수 및 보정 행렬 (이 실시예에서는 바람직한 실시예의 4 열 행렬보다 2 열 보정 행렬임) 을 사용하여 반응 혼합물의 각각의 염료의 실제 농도를 지시하는 값으로 변환될 수도 있다. 그러나, 검출에 사용되는 2 개의 염료의 방출 스펙트럼이 충분히 구별된다면, 선형 대수를 사용하는 광학적 데이터의 디콘볼루션은 필요하지 않다. 예를 들면, FAM 및 TAMRA 는 통상 충분히 구별되는 방출 스펙트럼을 갖는다. 제 2 실시예의 광학계 (250 및 274) 의 이점은 바람직한 실시예의 광학계보다 더 작게 만들수 있다는 것이다.

도 24a 및 도 24b 는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 한 쌍의 광학계 (300 및 340) 를 나타낸다. 제 3 실시예의 광학계 (300 및 340) 는 광학계 (300 및 340) 가 반응 혼합물의 4 개의 서로 다른 분류된 분석 항목에로의 검출을 확인하기 위해 추가적인 검출기 및 추가적인 필터를 포함한다는 것을 제외하고는, 제 2 실시예의 광학계와 유사하다.

도 24a 는 제 3 실시예에 따른 제 1 광학계 (300) 의 개략 평면도이다. 광학계 (300) 는 상술한 제 2 실시예의 제 1 광학계 (250) (도 23a) 와 동일한 부분을 다수 포함한다. 이 부분들은 도 24a 에서 동일 도면 부호로 명명된다. 이 부분들에 추가로, 광학계 (300) 는 광학적 회로 기판 (257) 에 장착되고 하우징 (252) 에 견고하게 고정된 추가적인 검출기 (308), 바람직하게도 PIN 포토다이오드를 포함한다.

광학계 (300) 는 LED (256) 에 의해 발생된 여기 빔을 필터링하기 위해, 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 필터링하기 위해, 방출된 광을 검출기 (258 및 308) 각각으로 향하게 하기 위해 하우징 (276) 에 배열된 필터 및 렌즈를 더 포함한다. 통상, 광학계 (300) 의 필터는 여기 빔을 원하는 여기 파장 범위로 체임버 (10) 의 반응 혼합물로 제공하고 체임버 (10) 로부터 방출된 광의 원하는 방출 파장 범위 바깥 부분을 차단하기 위해서 선택될 수도 있다. 광학계 (300) 는 형광, 인광, 화학 조명 또는 전자 화학 조명 분류와 함께 사용될 수도 있다. 설명을 위해, 광학계 (300) 가 여기 빔을 FAM 및 HEX 의 여기 파장 범위로 제공하고 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 TAMRA 및 ROX 의 피크 여기 파장 범위로 향하게 하기 위해 설계된 광학계 (274) 의 일 특정예를 설명한다.

이 실시예에서, 2 개의 590 nm 대역 통과 필터 (260 및 264) 는 체임버 (10) 로부터 방출된 광의 575 내지 605 nm 의 방출 파장 범위 바깥 부분을 차단하기 위해 검출기 (258) 와 윈도우 (254) 사이에 설치된다. 렌즈 (262) 는 검출기 (258) 로 광을 시준하고 포커싱하기 위해 필터 (260 및 264) 사이에 설치된다. 2 개의 600 nm 고역 통과 필터 (314 및 322) 는 검출기 (308) 및 윈도우 (254) 사이에 설치된다. 렌즈 (318) 는 검출기 (308) 로 광을 시준하고 포커싱하기 위해 필터 (314 및 322) 사이에 설치된다. 광학계 (300) 는 미러 (324 및 330), 500 nm 고역 통과 반사기 (326) 및 600 nm 고역 통과 반사기 (328) 를 포함한다. 미러 및 반사기 (324, 326, 328 및 330) 은 필터 (260, 264, 314 및 322) 로부터 각도상 45°오프셋되어 있다. 또한, 광학계 (300) 는 LED (256) 으로부터의 여기 빔을 검출기 (258 및 308) 로부터 떨어지게 하기 위해 분배기 (332), 바람직하게는 흑색 폴리카보네이트 시트를 포함한다.

도 24b 는 제 3 실시예에 따른 제 2 광학계 (340) 의 개략 단면도이다. 광학계 (340) 는 상술한 제 2 실시예의 제 2 광학계 (274) (도 23b) 와 동일한 부분을 다수 포함한다. 이들 부분은 도 24b 에서 동일한 도면 부호로 명명된다. 이들 부분 외에도, 광학계 (340) 는 광학적 회로 기판 (282) 에 장착되고 하우징 (276) 에 견고하게 고정된 추가적인 검출기 (348), 바람직하게는 PIN 포토다이오드를 포함한다.

광학계 (340) 는 LED (280) 에 의해 발생된 여기 빔을 필터링하기 위해, 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 2 개의 서로 다른 방출 파장 범위로 분리하기 위해, 각각의 방출 파장 범위의 방출된 광을 검출기 (284 및 384) 각각으로 향하게 하기 위해 하우징 (276) 에 배열된 필터 및 렌즈를 포함한다. 통상, 광학계 (340) 의 필터는 여기 빔을 원하는 여기 파장 범위로 체임버 (10) 의 반응 혼합물로 제공하고 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 원하는 방출 파장 범위 밖으로 차단하기 위해서 선택될 수도 있다. 광학계 (340) 는 형광, 인광, 화학 조명 또는 전자 화학 조명 분류와 함께 사용될 수도 있다. 설명을 위해, 광학계 (340) 가 여기 빔을 TAMRA 및 ROX 의 여기 파장 범위로 제공하고 체임버 (10) 로부터 방출된 광을 FAM 및 HEX 의 피크 여기 파장 범위로 향하게 하기 위해 설계된 광학계 (340) 의 일 특정예를 설명한다.

이 실시예에서, 2 개의 555 nm 대역 통과 필터 (352 및 356) 는 체임버 (10) 로부터 방출된 광의 540 내지 570 nm 의 방출 파장 범위 바깥 부분을 차단하기 위해 검출기 (284) 와 윈도우 (278) 사이에 설치된다. 렌즈 (360) 는 검출기 (284) 로 광을 시준하고 포커싱하기 위해 필터 (352 및 356) 사이에 설치된다. 2 개의 525 nm 대역 통과 필터 (354 및 362) 는 검출기 (348) 및 윈도우 (278) 사이에 설치된다. 렌즈 (358) 는 검출기 (348) 로 광을 시준하고 포커싱하기 위해 필터 (354 및 362) 사이에 설치된다. 광학계 (340) 는 미러 (364 및 370), 50/50 빔스플리터 (366) 및 537 nm 저역 통과 반사기 (368) 를 포함한다. 미러 및 반사기 (364, 366, 368 및 370) 은 필터 (352, 354, 356 및 362) 로부터 각도상 45°오프셋되어 있다. 또한, 광학계 (340) 는 LED (280) 로부터의 여기 빔을 검출기 (284 및 348) 로부터 떨어지게 하기 위해 분배기 (372), 바람직하게는 흑색 폴리카보네이트 시트를 포함한다.

동작시, 한 쌍의 광학계 (300 및 340) 는 다음과 같이 체임버 (10) 로부터 반응 혼합물을 광학적으로 검색하는데 사용된다. 도 24a 에 도시된 바와 같이, 청색 LED (256) 가 활성화되고, LED 는 500 nm 고역 통과 반사기 (326) 를 통과하고, 600 nm 고역 통과 반사기 (328) 를 통과하고, 윈도우 (254) 를 통과하고, 반응 체임버 (10) 로 진행하는 여기 빔을 발생시킨다. LED (256) 로부터의 여기 빔은 반응 혼합물의 FAM 및 HEX 염료를 여기시키기 위해 500 nm 미만의 파장 범위로 필터링된다.

도 24b 에 도시된 바와 같이, 방출된 광 (예, FAM 및 HEX 염료로부터의 형광 방사) 은 체임버 (10) 로부터 광학계 (340) 의 윈도우 (278) 를 통해 전송되고 537 nm 저역 통과 반사기 (368) 에 부딪힌다. 510 내지 537 nm 정도의 범위의 파장 (FAM 의 피크 파장 범위에 대응함) 을 갖는 방출된 광의 일부는 537 nm 저역 통과 반사기 (368) 로부터 반사하고, 미러 (370) 로부터 반사하고, 525 nm 대역 통과 필터 (362) 를 통과하고, 렌즈 (358) 를 통과하고, 525 nm 대역 통과 필터 (354) 를 통과하고, 검출기 (348) 에 의해 검출된다. 검출기 (348) 는 디지털값으로 변환되고 기록되는 대응 신호를 출력한다.

한편, 540 내지 570 nm 정도의 범위의 파장 (HEX 의 피크 파장 범위에 대응함) 을 갖는 방출된 광의 일부는 537 nm 저역 통과 반사기 (368) 를 통과하고, 빔스플리터 (366) 로부터 반사하고, 미러 (364) 로부터 반사하고, 555 nm 대역 통과 필터 (352) 를 통과하고, 렌즈 (360) 를 통과하고, 555 nm 대역 통과 필터 (356) 를 통과하고, 검출기 (284) 에 의해 검출된다. 검출기 (284) 는 디지털값으로 변환되고 기록되는 대응 신호를 출력한다.

다음, 녹색 LED (280) 가 활성화되고, LED 는 빔스플리터 (366) 를 통과하고, 537 nm 저역 통과 반사기 (368) 를 통과하고, 윈도우 (278) 를 통과하고, 반응 체임버 (10) 로 진행하는 여기 빔을 발생시킨다. LED (280) 로부터의 여기 빔은 반응 혼합물의 TAMRA 및 ROX 염료를 여기시키기 위해 537 nm 이상의 파장 범위로 필터링된다.

도 24a 에 도시된 바와 같이, 방출된 광 (예, TAMRA 및 ROX 염료로부터의 형광 방사) 은 체임버 (10) 로부터 광학계 (300) 의 윈도우 (254) 를 통해 전송되고 600 nm 고역 통과 반사기 (328) 에 부딪힌다. 575 내지 600 nm 정도의 범위의 파장 (TAMRA 의 피크 파장 범위에 대응함) 을 갖는 방출된 광의 일부는 600 nm 고역 통과 반사기 (328) 를 통과하고, 500 nm 고역 통과 반사기 (268) 로부터 반사하고, 미러 (324) 로부터 반사하고, 590 nm 대역 통과 필터 (264) 를 통과하고, 렌즈 (262) 를 통과하고, 590 nm 대역 통과 필터 (260) 를 통과하고, 검출기 (258) 에 의해 검출된다. 검출기 (258) 는 디지털값으로 변환되고 기록되는 대응 신호를 출력한다.

한편, 600 이상의 파장 (ROX 의 피크 파장 범위에 대응함) 을 갖는 방출된 광의 일부는 600 nm 고역 통과 반사기 (328) 로부터 반사하고, 미러 (330) 로부터 반사하고, 600 nm 고역 통과 필터 (322) 를 통과하고, 렌즈 (318) 를 통과하고, 600 nm 고역 통과 필터 (314) 를 통과하고, 검출기 (308) 에 의해 검출된다. 검출기 (308) 는 디지털값으로 변환되고 기록되는 대응 신호를 출력한다.

제 3 실시예의 잔류 동작은 상술한 바람직한 실시예의 동작과 유사하다. 상술한 바와 같이, 검출기의 출력 신호는 선형 대수 및 보정 행렬을 사용하여 반응 혼합물의 각각의 분석 항목을 분류하는 염료의 실제 농도를 지시하는 값으로 변환될 수도 있다. 제 3 실시예의 광학계 (300 및 340) 의 이점은 바람직한 실시예의 광학계보다 작게 만들어질 수 있다는 것이다.

열 교환 모듈 (37) 과 결합하여 도 23a 및 도 23b 또는 도 24a 및 도 24b 의 광학계를 사용하는 것이 바람직하지만, 한 쌍의 광학계가 반응 혼합물을 광학적으로 검색하기 위해서만 사용될 수도 있다. 예를 들면, 대체예에서, 한 쌍의 광학계는 반응 벳셀을 받는 슬롯을 구비한 휴대형 장치에 흡수된다. 바람직한 실시예에서와 같이, 한 쌍의 광학계는 벳셀이 슬롯내에 설치될 때 광학계가 벳셀의 제 1 및 제 2 광투과벽과 각각 광학적으로 통하도록 슬롯 다음에 설치된다. 이러한 장치는 가열기 및 냉각기가 없는 열 교환 모듈 (37) 과 유사할 수도 있다.

본 발명의 시스템의 변형례가 많은 응용 분야에서 찾을 수 있다. 시스템은 샘플상에 핵산 증폭과 같은 화학 반응을 실행하고 증폭된 목표 염기서열를 광학적으로 검색하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 샘플은 폴리뉴클레오티드, Taq 폴리머라아제와 같은 폴리머라아제, 뉴클레오시드 트리포스페이트, 샘플 폴리뉴클레오티드로 혼합된 제 1 프라이머, 및 폴리뉴클레오티드에 상보적인 순서로 혼합된 제 2 프라이머로 혼합될 수도 있다. 필요한 반응물과 염료의 일부 또는 전체는 운반된 대로 반응 벳셀에 존재할 수도 있거나, 벳셀의 입력단을 통해 운반되는 샘플 및 반응 혼합물에 추가될 수도 있다. 대안으로서, 반응물 및 염료는 샘플과는 독립적으로 반응 체임버로 운반될 수도 있다. 폴리머라아제 연쇄 반응은 관련 기술분야에서 널리 공지된 방법에 따라 실행될 수도 있다.

폴리머라아제 연쇄 반응에 의한 증폭을 설명하였지만, 당업자에게는 본 발명의 장치 및 방법이 각종의 다른 폴리뉴클레오디드 증폭 반응 및 리간드 결합 시험에 사용될 수도 있다고 평가된다. 이러한 추가 반응은 열 순환될 수 있거나 핵산 순서형 증폭 (NASBA) 와 같은 단일 온도에서 실행될 수도 있다. 또한, 이러한 반응은 DNA 리가아제, T7 RNA 폴리머라이제 및/또는 역전사 효소를 포함하는 각종의 증폭 반응물 및 효소를 채택할 수도 있다. 본 발명의 시스템에서 실행될 수도 있는 폴리뉴클레오티드 증폭 반응은 (1) 자립 염기서열 복제 (3SR) 및 스트랜드 치환 증폭 (SDA) 와 같은 목표 폴리뉴클레오티드 증폭 방법, (2) "분지 연쇄" DNA 증폭과 같이 목표 폴리뉴클레오티드에 부착된 신호의 증폭에 기초한 방법, (3) 리가아제 연쇄 반응 (LCR) 및 QB 복제 증폭 (QBR) 과 같은 프로브 DNA 의 증폭에 기초한 방법, (4) 리게이션 활성화 전이 (LAT) 및 핵산 염기서열형 증폭 (NASBA) 와 같은 전이형 방법, 및 (5) 복구 연쇄 반응 (PCR) 및 순환 프로브 반응 (CPR) 과 같은 각종의 다른 증폭 방법을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 반응 혼합물로의 열 에너지의 전달 및/또는 반응 혼합물 또는 반응 생산물의 광학적 검색을 요구하는 본 시스템의 다른 응용은 본 발명의 범위 내에서 의도된 것이다.

상술한 설명은 다수의 특정례를 포함하지만, 다수의 다른 변형례 또는 대체예가 본 발명의 넓은 범위를 벗어나지 않고 상술한 시스템 및 방법으로 만들어질 수도 있다. 예를 들면, 각각의 열 교환 모듈 또는 베이스 도구는 광학적 검출기로부터 신호를 수신하고 소정의 주파수 범위, 예, 950 내지 1050 Hz 밖의 신호를 제거하기 위해 전자적 필터를 포함할 수도 있다. 이 실시예에서, 각각의 광원은 소정의 범위의 주파수로 광원을 펄스화시킴으로써 활성화되고, 그 범위의 검출기 신호만이 기록된다. 이 검출 회로의 이점은 전자적 소음 및 늦은 광학적 이동을 제거한다는데 있다.

광학계에 사용되는 필터는 상술한 특정의 파장 범위뿐만 아니라, 문제가 되는 파장 범위의 여기 및 방출 광을 제공하도록 설계될 수도 있다. 상술한 특정의 필터 파장은 바람직한 실시예의 염료에 대해 유용하고 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 어떤 응용에 대해 형광 염료의 선택은 문제가 되는 분석 항목에 의존한다. 당업자는 광원, 필터 또는 필터 파장의 서로 다른 결합이 선택된 염료의 서로 다른 피크 파장 및 방출 스펙트럼을 수용하는데 사용될 수도 있다. 또한, 청색 및 녹색 광원이 바람직하지만, 청녹색 또는 호박색 LED 와 같은 다른 색채 광원이 본 시스템에 사용될 수도 있다.

또한, 형광 여기 및 방출 검출이 바람직한 실시예이지만, 직접 흡수 및/또는 축상 기하로 전송에 사용되는 것과 같은 광학적 검출 방법은 본 발명의 다중 채널 검출 시스템에도 채택될 수 있다. 광원과 검출기의 축상 결합과 같은 대체적인 기하가 조명의 흡수를 측정함으로써 염료 농도의 변화 및 반응의 물리적 조건 (온도, pH 등) 을 조사하는데 사용될 수 있다. 본 시스템은 시간 디케이 형광을 측정하는데 사용될 수도 있다. 또한, 다중 채널 검출 시스템은 형광 라벨에 기초한 검출에 한정되지 않는다. 검출 시스템은 인광 라벨, 화학 조명 라벨 또는 전자 화학 조명 라벨에 기초한 검출에 응용될 수도 있다.

따라서, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위 및 이의 균등물에 의해 결정되어야 한다.

Claims (50)

1. 반응 혼합물을 열적 제어하고 광학적으로 검색하는 장치에 있어서,

   상기 장치는,

   a) 상기 반응 혼합물을 유지하는 체임버를 구비하고, 제 1 및 제 2 광투과벽을 포함하는 반응 벳셀;

   b) 상기 벽 사이에 상기 벳셀을 받기 위해 설치된 대향 판;

   c) 반응 혼합물을 가열하기 위해 적어도 하나의 상기 판에 접속된 적어도 하나의 가열기; 및

   d) 상기 벳셀이 상기 판 사이에 설치될 때, 상기 제 1 및 제 2 광투과벽과 각각 광학적으로 통하도록 설치된 제 1 및 제 2 광학계를 포함하고;

   상기 제 1 광학계는,

   ⅰ) 제 1 광학적 윈도우를 갖는 제 1 하우징;

   ⅱ) 여기 빔을 상기 제 1 광학적 윈도우를 통해 상기 반응 혼합물로 전송하는 적어도 2 개의 광원; 및

   ⅲ) 상기 반응 혼합물로 전송되는 상기 여기 빔 각각이 실질적으로 구별되는 여기 파장 범위를 갖도록 상기 여기 빔을 필터링하는 제 1 필터 집합을 포함하고,

   상기 광원 및 상기 제 1 필터 집합은 상기 제 1 하우징에 견고하게 고정되어 있고;

   상기 제 2 광학계는,

   ⅰ) 상기 체임버로부터 방출된 광을 수신하기 위해 제 2 광학적 윈도우를 갖는 제 2 하우징;

   ⅱ) 방출된 광을 검출하는 적어도 2 개의 검출기; 및

   ⅲ) 상기 방출된 광을 적어도 2 개의 방출 파장 범위로 분리하고 각각의 상기 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 검출기 각각으로 향하게 하는 제 2 필터 집합을 포함하고,

   상기 검출기 및 상기 제 2 필터 집합은 상기 제 2 하우징에 견고하게 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 광학계는 상기 여기 빔을 적어도 4 개의 여기 파장 범위로 전송하는 상기 제 1 필터 집합과 함께 배열된 적어도 4 개의 광원을 포함하고, 상기 제 2 광학계는 상기 여기 빔을 적어도 4 개의 여기 파장 범위로 전송하는 상기 제 2 필터 집합과 함께 배열된 적어도 4 개의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   가변 전력량을 상기 광원에 공급하는 조절가능한 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 검출기로부터의 신호를 수신하고 상기 신호의 게인 또는 오프셋을 조절하는 전자 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 광학계의 동작을 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제어기는 상기 검출기로부터의 출력 신호를 보정 행렬을 사용하여 상기 반응 혼합물의 각각의 염료의 농도를 나타내는 값으로 변환하도록 프로그래밍되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 여기 파장 범위의 적어도 하나는 상기 방출 파장 범위의 하나에 오버랩되고, 상기 제어기는 오버랩된 방출 파장 범위의 광을 수신하는 검출기로부터 보정 행렬을 수신하고 상기 보정 행렬에 따라 검출기로부터 수신된 출력 신호를 조절하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 벳셀의 일부는 상기 반응 혼합물로부터 방출된 광을 반사하는 후퇴 반사벽을 포함하는 체임버를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 체임버는 거의 다이아몬드 형이고, 광투과벽은 체임버의 하부를 형성하고 후퇴 반사벽은 체임버의 상부를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 벳셀의 상기 제 1 및 제 2 광투과벽은 서로 각도상 90°정도 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    광학계의 수직 축은 각도상 90°정도의 각도로 서로 오프셋되어 있고, 상기 벳셀이 상기 판 사이에 설치될 때, 상기 제 1 광학계의 수직 축이 상기 제 1 광투과벽과 거의 수직이고 상기 제 2 광학계의 수직 축이 상기 제 2 광투과벽과 거의 수직이 되도록 상기 광학계가 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 체임버의 각각의 측면은 1 내지 15 mm 범위의 길이를 갖고, 상기 체임버는 0.5 내지 5 mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 체임버의 각각의 측면은 5 내지 12 mm 범위의 길이를 갖고, 상기 체임버는 0.5 내지 2 mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 체임버의 두께에 대한 상기 체임버의 각각의 측면의 길이의 비율이 적어도 2 : 1 인 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 체임버의 두께에 대한 상기 체임버의 각각의 측면의 길이의 비율이 적어도 5 : 1 인 것을 특징으로 하는 장치.
16. 복수의 반응 혼합물을 독립적으로 열적 제어하고 광학적으로 검색하는 시스템에 있어서,

    상기 시스템은,

    a) 상기 혼합물의 하나를 유지하는 반응 체임버를 각각 구비하고, 상기 체임버의 일부를 형성하는 제 1 및 제 2 광투과벽을 각각 포함하는 복수의 반응 벳셀;

    b) 상기 벳셀을 수신하는 대응하는 복수의 열 교환 모듈로서,

    상기 열 교환 모듈 각각은,

    i) 상기 열 교환 모듈 사이에 상기 벳셀중의 하나를 수신하기 위해 설치된 대향 판;

    ⅱ) 상기 벳셀에 수용된 상기 반응 혼합물을 가열하는 상기 판의 적어도 하나에 접속된 적어도 하나의 가열기; 및

    ⅲ) 상기 벳셀이 상기 판 사이에 설치될 때, 상기 벳셀의 상기 제 1 및 제 2 광투과벽과 각각 광학적으로 통하도록 설치된 제 1 및 제 2 광학계를 포함하고;

    상기 제 1 광학계는,

    제 1 광학적 윈도우를 구비한 제 1 하우징;

    여기 빔을 상기 제 1 광학적 윈도우를 통해 상기 반응 혼합물로 전송하는 적어도 2 개의 광원; 및

    상기 반응 혼합물로 전송된 상기 여기 빔 각각이 실질적으로 구별되는 여기 파장 범위를 갖도록 상기 여기 빔을 필터링하는 제 1 필터 집합을 포함하고,

    상기 광원 및 상기 제 1 필터 집합은 상기 제 1 하우징에 견고하게 고정되어 있고;

    상기 제 2 광학계는,

    ⅰ) 상기 벳셀로부터 방출된 광을 수신하는 제 2 광학적 윈도우를 구비한 제 2 하우징;

    ⅱ) 상기 방출된 광을 검출하는 적어도 2 개의 검출기; 및

    ⅲ) 상기 방출된 광을 적어도 2 개의 방출 파장 범위로 분리하고, 상기 방출된 광을 상기 방출 파장 범위의 각각으로 상기 검출기 각각으로 향하게 하는 제 2 필터 집합을 포함하고,

    상기 검출기 및 제 2 필터 집합은 상기 제 2 하우징에 견고하게 고정되어 있는 상기 복수의 열 교환 모듈; 및

    c) 상기 열 교환 모듈을 수신하고, 각 모듈의 동작을 제어하는 공정 전자 기구를 포함하는 베이스 도구를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
17. 제 16 항에 있어서,

    각 모듈의 상기 제 1 광학계는 여기 빔을 적어도 4 개의 여기 파장 범위로 전송하기 위해 상기 제 1 필터 집합에 배열된 적어도 4 개의 광원을 포함하고, 각 모듈의 상기 제 2 광학계는 상기 방출된 광을 적어도 4 개의 방출 파장 범위로 검출하기 위해 상기 제 2 필터 집합에 배열된 적어도 4 개의 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 베이스 도구의 상기 공정 전자 기구를 제어하도록 프로그래밍되어 있는 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
19. 제 16 항에 있어서,

    상기 열 교환 모듈 각각은 상기 반응 혼합물중의 하나를 냉각하는 냉각 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
20. 제 1 및 제 2 광투과벽을 구비한 반응 벳셀에 수용된 반응 혼합물을 광학적으로 검색하는 장치에 있어서,

    상기 장치는,

    a) 상기 벳셀을 수신하는 슬롯; 및

    b) 상기 벳셀이 상기 슬롯에 설치될 때, 상기 벳셀의 상기 제 1 및 제 2 광투과벽과 각각 광학적으로 통하도록 설치된 제 1 및 제 2 광학계를 포함하고;

    상기 제 1 광학계는,

    ⅰ) 제 1 광학적 윈도우를 구비한 제 1 하우징;

    ⅱ) 여기 빔의 상기 제 1 윈도우를 통해 상기 반응 혼합물로 전송하는 적어도 2 개의 광원; 및

    ⅲ) 상기 반응 혼합물로 전송된 각각의 빔이 실질적으로 구별되는 여기 파장 범위를 갖도록 여기 빔을 필터링하는 제 1 필터 집합을 포함하고,

    상기 광원 및 상기 제 1 필터 집합은 상기 제 1 하우징에 견고하게 고정되고;

    상기 제 2 광학계는,

    ⅰ) 상기 혼합물로부터 방출된 광을 수신하는 제 2 광학적 윈도우를 구비한 제 2 하우징;

    ⅱ) 상기 방출된 광을 검출하는 적어도 2 개의 검출기; 및

    ⅲ) 상기 방출된 광을 적어도 2 개의 방출 파장 범위로 분리하고, 각각의 상기 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 검출기 각각으로 향하게 하는 제 2 필터 집합을 포함하고,

    상기 검출기 및 상기 제 2 필터 집합은 상기 제 2 하우징에 견고하게 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 제 1 광학계는 여기 빔을 적어도 4 개의 여기 파장 범위로 전송하기 위해 상기 제 1 필터 집합에 배열된 적어도 4 개의 광원을 포함하고, 상기 제 2 광학계는 상기 방출된 광을 적어도 4 개의 방출 파장 범위로 검출하기 위해 상기 제 2 필터 집합에 배열된 적어도 4 개의 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제 20 항에 있어서,

    상기 광원으로 가변 전력량을 공급하는 조절가능한 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
23. 제 20 항에 있어서,

    상기 검출기로부터 신호를 수신하고 상기 신호의 게인 또는 오프셋을 조절하는 전자 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
24. 제 20 항에 있어서,

    상기 광학계의 동작을 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 제어기는 보정 행렬을 사용하여 상기 검출기로부터의 출력 신호를 상기 반응 혼합물의 각각의 염료의 농도를 나타내는 값으로 변화하도록 프로그래밍되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
26. 제 24 항에 있어서,

    상기 여기 파장 범위중의 적어도 하나는 상기 방출 파장 범위중의 하나와 오버랩되고, 상기 제어기는 오버랩된 방출 파장 범위로 광을 수신하는 상기 검출기로부터 보정 신호를 수신하고 상기 보정 행렬에 따라 상기 검출기로부터 수신된 추후의 출력 신호를 조절하도록 프로그래밍되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
27. 제 20 항에 있어서,

    상기 벳셀의 상기 제 1 및 제 2 광투과벽은 각도상 서로 90°정도의 각도로 오프셋되어 있고, 상기 광학계의 수직 축은 각도상 서로 90°정도의 각도로 오프셋되어 있고, 상기 벳셀이 상기 슬롯에 설치될 때, 상기 제 1 광학계의 수직 축이 상기 제 1 광투과벽과 거의 수직이고 상기 제 2 광학계의 수직 축이 상기 제 2 광투과벽과 거의 수직이 되도록 상기 광학계가 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.
28. 제 20 항에 있어서,

    상기 제 1 광학계는 여기 빔을 포커싱하기 위해 상기 제 1 광학적 윈도우에 설치된 제 1 렌즈를 더 포함하고, 상기 제 2 광학계는 상기 체임버로부터 방출된 광을 시준하기 위해 상기 제 2 광학적 윈도우에 설치된 제 2 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
29. 반응 혼합물을 열적 제어하고 광학적으로 검색하는 장치에 있어서,

    a) 상기 혼합물을 유지하는 체임버를 구비하고, 제 1 및 제 2 광투과벽을 포함하는 반응 벳셀;

    b) 상기 광투과벽 사이에 상기 벳셀을 수신하도록 설치된 대향 판;

    c) 상기 반응 혼합물을 가열하는 판중의 적어도 하나에 접속된 적어도 하나의 가열기; 및

    d) 상기 벳셀이 상기 판 사이에 설치될 때, 상기 제 1 및 제 2 광투과벽과 각각 광학적으로 통하도록 설치된 제 1 및 제 2 광학계를 포함하고;

    상기 제 1 광학계는,

    ⅰ) 제 1 광학적 윈도우를 구비한 제 1 하우징;

    ⅱ) 제 1 여기 빔을 상기 제 1 윈도우를 통해 상기 반응 혼합물로 전송하는 제 1 광원;

    ⅲ) 상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 1 윈도우를 통해 수신하는 제 1 검출기; 및

    ⅳ) 상기 제 1 여기 빔의 일부를 제 1 여기 파장 범위 밖으로 필터링하고, 상기 방출된 광의 일부의 제 1 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 상기 제 1 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 1 검출기로 향하게 하기 위해 제 1 하우징에 배열된 제 1 필터 집합을 포함하고,

    상기 제 1 광원, 상기 제 1 필터 집합 및 상기 제 1 검출기는 상기 제 1 하우징에 견고하게 고정되어 있고;

    상기 제 2 광학계는,

    i) 제 2 광학적 윈도우를 구비한 제 2 하우징;

    ⅱ) 제 2 여기 빔을 상기 제 2 광학적 윈도우를 통해 상기 반응 혼합물로 전송하는 제 2 광원;

    ⅲ) 상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 2 광학적 윈도우를 통해 수신하는 제 2 검출기; 및

    ⅳ) 상기 제 2 여기 빔의 일부의 상기 제 1 여기 파장 범위와는 다른 제 2 여기 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 상기 방출된 광의 일부의 상기 제 1 방출 파장 범위와는 다른 제 2 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 상기 제 2 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 2 검출기로 향하게 하기 위해 상기 제 2 하우징에 배열된 제 2 필터 집합을 포함하고,

    상기 제 2 광원, 상기 제 2 필터 집합 및 상기 제 2 검출기는 상기 제 2 하우징에 견고하게 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
30. 제 29 항에 있어서,

    상기 제 1 광학계는 상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 1 및 제 2 방출 파장 범위와는 다른 제 3 방출 파장 범위로 수신하기 위해 상기 제 1 하우징에 견고하게 고정되어 있는 제 3 검출기를 더 포함하고, 상기 제 1 필터 집합은 상기 방출된 광의 상기 제 3 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고 상기 제 3 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 3 검출기로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
31. 제 30 항에 있어서,

    상기 제 2 광학계는 상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 1, 제 2 및 제 3 방출 파장 범위와는 다른 제 4 방출 파장 범위로 수신하기 위해 상기 제 2 하우징에 견고하게 고정되어 있는 제 4 검출기를 더 포함하고, 상기 제 2 필터 집합은 상기 방출된 광의 상기 제 4 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고 상기 제 4 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 4 검출기로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
32. 제 29 항에 있어서,

    상기 체임버를 형성하는 상기 벳셀의 일부는 상기 반응 혼합물로부터 방출된 광을 반사하는 후퇴 반사벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
33. 제 32 항에 있어서,

    상기 체임버는 거의 다이아몬드형이고, 상기 광투과벽은 상기 체임버의 하부를 형성하고 상기 후퇴 반사벽은 상기 체임버의 상부를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
34. 제 29 항에 있어서,

    상기 벳셀의 상기 제 1 및 제 2 광투과벽은 각도상 서로 90°정도의 각으로 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
35. 제 34 항에 있어서,

    상기 광학계의 상기 수직 축은 각도상 서로 90°정도의 각으로 오프셋되어 있고, 상기 광학계는 상기 벳셀이 상기 판 사이에 설치될 때, 상기 제 1 광학계의 수직 축이 상기 제 1 광투과벽과 거의 수직이고 상기 제 2 광학계의 수직 축이 상기 제 2 광투과벽과 거의 수직인 것을 특징으로 하는 장치.
36. 제 29 항에 있어서,

    상기 체임버의 측면 각각은 1 내지 15 mm 범위의 길이를 갖고, 상기 체임버는 0.5 내지 5 mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
37. 제 29 항에 있어서,

    상기 체임버의 측면 각각은 5 내지 12 mm 범위의 길이를 갖고, 상기 체임버는 0.5 내지 2 mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
38. 제 29 항에 있어서,

    상기 체임버의 두께에 대한 상기 체임버의 각각의 측면의 길이의 비율이 적어도 2 : 1 인 것을 특징으로 하는 장치.
39. 제 29 항에 있어서,

    상기 체임버의 두께에 대한 상기 체임버의 각각의 측면의 길이의 비율이 적어도 5 : 1 인 것을 특징으로 하는 장치.
40. 복수의 반응 혼합물을 열적 제어하고 광학적으로 검색하는 시스템에 있어서,

    a) 상기 혼합물의 하나를 유지하는 반응 체임버를 각각 구비하고, 상기 체임버의 일부를 형성하는 제 1 및 제 2 광투과벽을 각각 포함하는 복수의 반응 벳셀;

    b) 상기 벳셀을 수신하기 위해 대응하는 복수의 열 교환 모듈로서,

    상기 열 교환 모듈 각각은,

    i) 상기 열 교환 모듈 사이에 상기 벳셀중의 하나를 수신하기 위해 설치된 대향 판;

    ⅱ) 상기 벳셀에 수용된 상기 반응 혼합물을 가열하는 상기 판의 적어도 하나에 접속된 적어도 하나의 가열기; 및

    ⅲ) 상기 벳셀이 상기 판 사이에 설치될 때, 상기 벳셀의 상기 제 1 및 제 2 광투과벽과 각각 광학적으로 통하도록 설치된 제 1 및 제 2 광학계를 포함하고;

    상기 제 1 광학계는,

    제 1 광학적 윈도우를 구비한 제 1 하우징;

    제 1 여기 빔을 상기 제 1 윈도우를 통해 상기 반응 혼합물로 전송하는 제 1 광원;

    상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 1 윈도우를 통해 수신하는 제 1 검출기; 및

    상기 제 1 여기 빔의 일부의 제 1 여기 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 상기 방출된 광의 일부의 제 1 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 상기 제 1 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 1 검출기로 향하게 하기 위해 제 1 하우징에 배열된 제 1 필터 집합을 포함하고,

    상기 제 1 광원, 상기 제 1 필터 집합 및 상기 제 1 검출기는 상기 제 1 하우징에 견고하게 고정되어 있고;

    상기 제 2 광학계는,

    제 2 광학적 윈도우를 구비한 제 2 하우징;

    제 2 여기 빔을 상기 제 2 광학적 윈도우를 통해 상기 반응 혼합물로 전송하는 제 2 광원;

    상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 2 광학적 윈도우를 통해 수신하는 제 2 검출기; 및

    상기 제 2 여기 빔의 일부의 상기 제 1 여기 파장 범위와는 다른 제 2 여기 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 상기 방출된 광의 일부의 상기 제 1 방출 파장 범위와는 다른 제 2 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 상기 제 2 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 2 검출기로 향하게 하기 위해 상기 제 2 하우징에 배열된 제 2 필터 집합을 포함하고,

    상기 제 2 광원, 상기 제 2 필터 집합 및 상기 제 2 검출기는 상기 제 2 하우징에 견고하게 고정되어 있는 상기 열 교환 모듈; 및

    c) 상기 열 교환 모듈을 수신하고, 각 모듈의 동작을 독립적으로 제어하는 공정 전자 기구를 포함하는 베이스 도구를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
41. 제 40 항에 있어서,

    각각의 상기 열 교환 모듈의 상기 제 1 광학계는 상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 1 및 제 2 방출 파장 범위와는 다른 제 3 방출 파장 범위로 수신하기 위해 상기 제 1 하우징에 견고하게 고정되어 있는 제 3 검출기를 더 포함하고, 상기 제 1 필터 집합은 상기 방출된 광의 상기 제 3 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고 상기 제 3 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 3 검출기로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
42. 제 41 항에 있어서,

    각각의 상기 열 교환 모듈의 상기 제 2 광학계는 상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 1, 제 2 및 제 3 방출 파장 범위와는 다른 제 4 방출 파장 범위로 수신하기 위해 상기 제 2 하우징에 견고하게 고정되어 있는 제 4 검출기를 더 포함하고, 상기 제 2 필터 집합은 상기 방출된 광의 상기 제 4 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고 상기 제 4 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 4 검출기로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
43. 제 40 항에 있어서,

    상기 베이스 도구에 공정 전자 기구를 제어하도록 프로그래밍된 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
44. 반응 벳셀에 수용된 반응 혼합물을 광학적으로 검색하는 장치에 있어서,

    상기 벳셀은 제 1 및 제 2 광투과벽을 포함하고,

    상기 장치는,

    a) 상기 벳셀을 수신하는 슬롯; 및

    b) 상기 벳셀이 상기 슬롯에 설치될 때, 상기 벳셀의 상기 제 1 및 제 2 광투과벽과 각각 광학적으로 통하도록 설치된 제 1 및 제 2 광학계를 포함하고;

    상기 제 1 광학계는,

    ⅰ) 제 1 광학적 윈도우를 구비한 제 1 하우징;

    ⅱ) 여기 빔의 상기 제 1 윈도우를 통해 상기 반응 혼합물로 전송하는 적어도 2 개의 광원;

    ⅲ) 상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 1 윈도우를 통해 수신하는 제 1 검출기; 및

    ⅳ) 상기 제 1 여기 빔의 일부의 제 1 여기 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 상기 방출된 광의 일부의 제 1 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 상기 제 1 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 1 검출기로 향하게 하기 위해 제 1 하우징에 배열된 제 1 필터 집합을 포함하고,

    상기 제 1 광원, 상기 제 1 필터 집합 및 상기 제 1 검출기는 상기 제 1 하우징에 견고하게 고정되어 있고;

    상기 제 2 광학계는,

    ⅰ) 제 2 광학적 윈도우를 구비한 제 2 하우징;

    ⅱ) 제 2 여기 빔을 상기 제 2 광학적 윈도우를 통해 상기 반응 혼합물로 전송하는 제 2 광원;

    ⅲ) 상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 2 광학적 윈도우를 통해 수신하는 제 2 검출기; 및

    ⅳ) 상기 제 2 여기 빔의 일부의 상기 제 1 여기 파장 범위와는 다른 제 2 여기 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 상기 방출된 광의 일부의 상기 제 1 방출 파장 범위와는 다른 제 2 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고, 상기 제 2 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 2 검출기로 향하게 하기 위해 상기 제 2 하우징에 배열된 제 2 필터 집합을 포함하고,

    상기 제 2 광원, 상기 제 2 필터 집합 및 상기 제 2 검출기는 상기 제 2 하우징에 견고하게 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
45. 제 44 항에 있어서,

    상기 제 1 광학계는 상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 1 및 제 2 방출 파장 범위와는 다른 제 3 방출 파장 범위로 수신하기 위해 상기 제 1 하우징에 견고하게 고정되어 있는 제 3 검출기를 더 포함하고, 상기 제 1 필터 집합은 상기 방출된 광의 상기 제 3 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고 상기 제 3 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 3 검출기로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
46. 제 45 항에 있어서,

    상기 제 2 광학계는 상기 체임버로부터 방출된 광을 상기 제 1, 제 2 및 제 3 방출 파장 범위와는 다른 제 4 방출 파장 범위로 수신하기 위해 상기 제 2 하우징에 견고하게 고정되어 있는 제 4 검출기를 더 포함하고, 상기 제 2 필터 집합은 상기 방출된 광의 상기 제 4 방출 파장 범위 바깥 부분을 필터링하고 상기 제 4 방출 파장 범위의 상기 방출된 광을 상기 제 4 검출기로 향하게 하기 위해 적어도 하나의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
47. 제 44 항에 있어서,

    상기 광원 각각으로 가변 전력량을 공급하기 위해 조절가능한 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
48. 제 44 항에 있어서,

    상기 검출기로부터 신호를 수신하고 상기 신호의 게인 또는 오프셋을 조절하는 전자 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
49. 제 44 항에 있어서,

    상기 광학계의 동작을 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
50. 제 44 항에 있어서,

    상기 벳셀의 상기 제 1 및 제 2 광투과벽은 각도상 서로 90°정도의 각도로 오프셋되어 있고, 상기 광학계의 수직 축은 각도상 서로 90°정도의 각도로 오프셋되어 있고, 상기 광학계는 상기 벳셀이 상기 슬롯에 설치될 때, 상기 제 1 광학계의 수직 축이 상기 제 1 광투과벽과 거의 수직이고 상기 제 2 광학계의 수직 축이 상기 제 2 광투과벽과 거의 수직이 되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.