KR20150010939A - 생물학적 샘플을 평가하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

샘플에서 표적 뉴클레오타이드 분자의 개수를 측정하기 위한 시스템은 샘플 홀더, 여기(excitation) 광학 시스템, 광학 센서 및 방출 광학 시스템을 포함한다. 상기 샘플 홀더는 적어도 20,000개의 별개의 반응 자리를 포함하는 제품을 수용하도록 구성된다. 상기 여기 광학 시스템은 상기 적어도 20,000개의 별개의 반응 자리를 조명하도록 구성된 광원을 포함한다. 상기 광학 센서는 선결정된 수의 픽셀을 포함하고, 상기 선결정된 픽셀 수는 별개의 반응 자리의 수의 적어도 20배이다. 상기 방출 광학 시스템은 상기 샘플 홀더로부터 60 밀리미터 이하인 시스템 작업 거리를 포함한다.

Description

생물학적 샘플을 평가하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR ASSESSING BIOLOGICAL SAMPLES}

본 발명은 일반적으로 생물학적 샘플을 평가하기 위한 장치, 시스템 및 방법, 더 구체적으로 복수의 생물학적 샘플을 동시에 평가하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

생물학적 및 생화학 반응을 위한 광학 시스템은 이러한 반응을 모니터링하고/모니터링하거나, 측정하고/측정하거나 분석하기 위해 사용되었다. 이러한 시스템은 서열분석, 유전형질분석, 중합효소 사슬 반응(PCR) 및 공정을 모니터링하고 정량적 데이터를 제공하기 위한 다른 생화학 반응에서 흔히 사용된다. 예를 들면, 광학 여기 빔(optical excitation beam)은 실시간 PCR(qPCR) 공정 동안 사용되어 형광 DNA 결합 염료 또는 형광 프로브를 조명하여 표적 유전자 또는 다른 뉴클레오타이드 서열의 양을 나타내는 형광 신호를 제조할 수 있다. 시험 또는 실험마다 더 많은 반응을 제공하고자 하는 수요 증가는 더 많은 수의 반응을 동시에 수행할 수 있는 장치 발생을 야기하였다.

단일 시험 또는 실험에서의 샘플 자리의 수의 증가는 훨씬 더 적은 샘플 용적을 제공하는 미량역가 플레이트(microtiter plate) 및 다른 샘플 포맷 발생을 야기하였다. 또한, 디지털 PCR(dPCR)과 같은 기법은 대부분의 다수의 시험 샘플에서 0 또는 1개의 표적 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 더 적은 샘플 용적에 대한 수요를 증가시킨다. 나노리터(nanoliter) 또는 피코리터(picoliter) 차수의 용적의 샘플 자리(sample site)를 갖는 훨씬 고밀도의 샘플 포맷에서 신뢰할 만한 데이터를 제공하는 시스템 및 샘플 포맷에 대한 수요가 존재한다.

본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 읽을 때 하기 상세한 설명으로부터 더 잘 이해될 수 있다. 예시 목적만을 위한 이러한 실시예는 본 발명의 신규하고 불명확한 양태를 설명한다. 도면은 하기 도면을 포함한다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기재의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기재(substrate)의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 기재(substrate)의 일부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예 모델의 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시된 모델을 사용한 개략도 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응 자리(reaction site)의 분포를 위한 패턴을 나타낸다.
도 7은 원형(circular) 반응 자리와 육각형(hexagonal) 반응 자리 사이의 비교를 나타내는 기하 레이아웃(geometric layout)을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기재의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기재의 일부의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기재의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어(carrier) 및 관련 기재의 단면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 캐리어 및 기재의 평면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 제품의 정면도이다.
도 18 내지 도 19는 도 17에 도시된 제조 제품의 확대 정면도이다.
도 20은 제품의 다양한 치수를 나타내는 도 17에 도시된 제조 제품의 정면도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 제품의 정면도이다.
도 22는 제품의 다양한 치수를 나타내는 도 21에 도시된 제조 제품의 정면도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 개략도이다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 개략도이다.

본 발명의 실시예는 일반적으로 복수의 반응 구역 또는 반응 자리에 위치한 다수의 작은 샘플 또는 용액에 대한 생물학적 반응을 모니터링하거나 측정하기 위한 장치, 기기, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 실시예는 중합효소 사슬 반응(PCR) 공정, 에세이(essay) 및 프로토콜(protocol)의 사용을 포함한다. 다수의 샘플이 처리되는 dPCR(디지털 PCR) 또는 qPCR(실시간 또는 정량적 PCR)에 일반적으로 적용 가능한 경우, 본원에 기재된 다양한 실시예에 따라 임의의 적합한 PCR 방법이 사용될 수 있는 것으로 인식되어야 한다. 적합한 PCR 방법은 제한 없이 포함할 수 있는 대립유전자 특이적 PCR, 비대칭 PCR, 결찰 매개(ligation-mediated) PCR, 멀티플렉스 PCR, 네스티드(nested) PCR, 정량적 또는 실시간 PCR(qPCR), 캐스트(cast) PCR, 게놈 워킹(genome walking), 브릿지(bridge) PCR, 디지털 PCR(dPCR) 등을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.

본 발명의 실시예에 따른 장치, 기기, 시스템 및 방법은 일반적으로 dPCR 및 qPCR에 관한 것이지만, 다수의 샘플 또는 용액 시험 용적이 처리되고/처리되거나, 관찰되고/관찰되거나, 측정되고/측정되거나하는 임의의 PCR 공정, 실험, 에세이 또는 프로토콜에 본 발명이 적용될 수 있고, 본 발명의 실시예는 dPCR에 특히 적합하다. 본 발명의 실시예에 따른 dPCR 에세이 또는 실험에서, 비교적 적은 수의 적어도 하나의 표적 폴리뉴클레오타이드 또는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 희석 용액은 다수의 매우 작은 시험 샘플 또는 용적으로 하위분할되어, 이 샘플 또는 용적의 대부분의 적어도 몇몇은 표적 뉴클레오타이드 서열의 1개의 분자를 포함하거나 표적 뉴클레오타이드 서열을 포함하지 않는다. PCR 프로토콜, 절차, 에세이, 공정 또는 실험에서 샘플이 후속하여 열 순환될 때, 표적 뉴클레오타이드 서열의 하나 이상의 분자를 포함하는 개별적인 샘플은 증폭되고 양성의, 탐지 가능한 신호를 생성하고, 표적(들) 뉴클레오타이드 서열을 포함하지 않는 샘플은 증폭되지 않고 탐지 신호를 생성하지 않거나 선결정된 임계치 또는 노이즈 수준 미만인 신호를 생성한다. 포아송(Poisson) 통계를 사용하여, 원래 용액 중의 표적 뉴클레오타이드 서열의 수는 양성의 탐지 신호를 생성하는 샘플의 수와 상관될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 개별 샘플 또는 용적에 포함된 표적 분자의 수 또는 수 범위를 측정하는데 탐지된 신호를 사용할 수 있다. 예를 들면, 탐지 시스템은 하나의 표적 분자를 포함하는 샘플과 2개 또는 적어도 2개의 표적 분자를 포함하는 샘플 사이를 구별하도록 구성될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 탐지 시스템은 선결정된 양(predetermined amount) 이하인 다수의 표적 분자를 포함하는 샘플과 선결정된 양 초과를 포함하는 샘플 사이를 구별하도록 구성될 수 있다. 특정한 실시예에서, 단일의 동일한 장치, 기기 또는 시스템 및 방법을 사용하여 qPCR 및 dPCR 공정 양자, 에세이 또는 프로토콜을 수행한다.

다양한 실시예에서, 관련된 생물학적 성분을 포함하는 초기 샘플 또는 용액에 포함된 관련된 생물학적 성분 또는 표적의 하나 이상의 유형을 탐지하는데 본원에 기재된 장치, 기기, 시스템 및 방법을 사용할 수 있다. 관련된 이 생물학적 성분 또는 표적은 DNA 서열(세포 비함유 DNA 포함), RNA 서열, 유전자, 올리고뉴클레오타이드, 분자, 단백질, 바이오마커, 세포(예를 들면, 순환하는 종양 세포) 또는 임의의 다른 적합한 표적 바이오분자(이들로 제한되지는 않음)를 포함하는 임의의 적합한 생물학적 표적일 수 있다. 다양한 실시예에서, 이러한 생물학적 성분은 태아 진단, 멀티플렉스 dPCR, 바이러스 탐지, 그리고 정량 표준, 유전형질분석, 서열분석 에세이, 실험 또는 프로토콜, 서열분석 검증, 돌연변이 탐지, 유전 변형 유기체의 탐지, 희귀 대립유전자 탐지 및/또는 카피 수 변이(copy number variation)와 같은 분야에서 다양한 하나 이상의 PCR 방법 및 시스템과 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 관련된 적어도 하나의 생물학적 표적을 포함하는 하나 이상의 샘플 또는 용액은 복수의 작은 샘플 용적 또는 반응 용적 자리 사이에 포함되거나, 분포되거나 분할될 수 있다. 본원에 개시된 본 발명의 실시예의 샘플 용적 또는 반응 자리에 대한 샘플 또는 용액은 일반적으로 기재(substrate) 재료에 위치한 쓰루홀(through-hole)에 포함되는 것으로 예시되지만; 적용 가능한 경우, 기재에 형성된 웰(well) 또는 압입(indentation), 기재의 표면에 분포된 용액의 스팟 또는 반응 챔버 또는 포맷의 다른 유형 내에 위치한 반응 용적, 예컨대 마이크로유체 시스템의 시험 자리 또는 용적 내에 또는 작은 비드 또는 구 내에 또는 상에 위치한 샘플 또는 용액을 포함하는, 본 발명의 실시예에 따른 샘플 용적 또는 반응 자리에 대한 다른 형태가 사용될 수 있다.

특정한 실시예에서, dPCR 프로토콜, 에세이, 공정 또는 실험을 수행하는 순서는 본 발명의 실시예에 따라 분포시키거나 분할하는 것을 포함하고, 초기 샘플 또는 용액은 적어도 10,000개의 반응 자리, 적어도 100,000개의 반응 자리, 적어도 1,000,000개의 반응 자리 또는 적어도 10,000,000개, 수만개, 수십만개, 또는 수 백만개의 반응 자리로 분포되거나 분할될 수 있다. 반응 자리를 갖는 각각은 간단하고 비용 효과적인 방식으로 수(a few) 나노리터, 약 1 나노리터 또는 1 나노리터 이하(예를 들면, 100 피코리터 이하, 10 피코리터 이하 및/또는 1 피코리터 이하)의 용적을 가질 수 있다. 초기 샘플 또는 용액에 포함된 표적 뉴클레오타이드 서열의 수가 매우 적을 수 있기(예를 들면, 1000개 미만의 표적 분자, 100개 미만의 표적 분자, 10개 미만의 표적 분자 또는 오직 1개 또는 2개의 표적 분자) 때문에, 초기 용액의 전체 함량 또는 거의 전체 함량이 처리되는 샘플 용적 또는 반응 자리 중 하나에 보고(accounted for)되거나, 포함(contained in)되거나, 또는 수용(received by)되는 것은 특정한 경우에 이러한 상황에서 또한 중요할 수 있다. 예를 들면, 초기 용액에 오직 수개의 표적 뉴클레오타이드가 존재하는 경우, 이 표적 뉴클레오타이드 중 대부분 또는 모두는 잠재적으로 임의의 반응 자리에 위치하지 않은 것에 성공적으로 로딩되지 않은 작은 잔류 유체 용적(small residual fluid volume)에 포함될 수 있고, 따라서 탐지되거나 측정되거나 계수(count)되지 않을 것이다. 따라서, 초기 용액의 효율적인 운송은 희귀 대립유전자 또는 표적 뉴클레오타이드의 숫자 계수에서 계산착오의 기회 또는 가능성을 줄이거나, 표적 분자가 지정된 반응 자리 중 하나에 성공적으로 로딩되지 않는 경우 모든 희귀 대립유전자 또는 표적 뉴클레오타이드의 존재를 모든 오차로 탐지하지 못하는 가능성을 줄이는 것을 도울 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 높은 로딩 효율을 효율적으로 제공하도록 사용될 수 있고, 로딩 효율은 초기 샘플 또는 용액의 전체 용적 또는 질량으로 나눈 반응 자리 내에 수용된 초기 샘플 또는 용액의 용적 또는 질량으로 정의된다. 그리고 샘플 또는 용액의 모두 또는 실질적으로 모두가 선결정된 반응 자리 중 하나에 포함되게 하는 방식으로 다수의 반응 자리 또는 쓰루홀에 초기 샘플 용액을 로딩한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 특정한 실시예에서, 제품, 장치, 기재, 슬라이드 또는 플레이트(100)는 기재(102)에 위치한 복수의 파티션(partition), 쓰루홀, 반응 구역 또는 반응 자리(104)를 포함하는 기재(102)를 포함한다. 특정한 실시예에서, 제품(100)은 칩(chip)을 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 제품(100)은 마이크로유체 장치를 포함할 수 있고, 이 장치는 예를 들면 시약 및/또는 시험 용액을 반응 자리(104)로 운송하기 위한 복수의 채널 또는 경로를 추가로 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반응 자리(104)는 복수의 액적(droplet) 또는 비드(bead)를 포함하고, 제품(100)은 액적 또는 비드(104) 중 몇몇 또는 전부를 포함하는 하나 이상의 챔버 및/또는 채널을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 액적 또는 비드(104)는 에멀젼(emulsion)을 형성할 수 있고, 액적 또는 비드(104) 중 몇몇 또는 전부는 적어도 하나의 폴리뉴클레오타이드 또는 뉴클레오타이드 서열의 하나 이상의 표적을 포함한다. 반응 자리(104)가 비드인 경우, 빔은 임의로 부착된 광학 서명 또는 라벨을 포함할 수 있다. 액적 또는 빔(104)은 본 발명의 실시예에 따라 예를 들면 영상화 시스템을 사용하여 일시에 또는 하나 이상의 액적 또는 비드(104)를 포함하는 그룹에서 검사되거나 모니터링되거나 측정될 수 있다.

예시된 실시예에서, 제품(100)은 제1 표면(110) 및 반대 제2 표면(112)을 포함한다. 예시된 실시예에서, 각각의 반응 자리(104)는 제1 표면(110)에서의 개구(114)로부터 제2 표면(112)에서의 개구(116)로 연장한다. 도 3에 도시된 예시된 실시예가 쓰루홀(104)을 포함하는 기재를 나타내면서, 기재(102)는 추가로 또는 대안적으로 다른 유형의 반응 자리를 포함할 수 있다. 예를 들면, 반응 자리(104)는 기재(102)에 형성된 웰 또는 압입, 표면(110 또는 112) 상에 분포된 용액의 스팟 또는 다른 유형의 반응 챔버 또는 포맷 내에 위치한 반응 용적, 예컨대 마이크로유체 시스템의 시험 자리 또는 용적 내에 또는 작은 비드 또는 구 내에 또는 상에 위치한 샘플 또는 용액을 포함할 수 있다.

반응 자리(104)는 관련된 생물학적 성분을 포함하는 액체 또는 샘플의 각각의 양에서 모세관 작용에 의해 견인하는 충분한 표면 장력을 제공하도록 구성될 수 있다. 제품(100)은 임의의 USPN 6,306,578; 7,332,271; 7,604,983; 7,6825,65; 6,387,331; 또는 6,893,877(이들은 본원에 완전히 기재된 것과 같이 본원에 참조로 혼입됨)에 개시된 바와 같은 일반 형태 또는 구조를 가질 수 있다.

기재(102)는 평판이거나, 특정한 적용(particular application), 에세이(essay) 또는 실험에 적합한 임의의 형태를 포함할 수 있다. 기재(102)는 금속, 유리, 세라믹, 실리콘 등(이들로 제한되지는 않음)을 포함하는 제작 분야에 공지된 임의의 다양한 재료를 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 기재(102)는 중합체 재료 예컨대, 아크릴, 스티렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트 및 폴리프로필렌 재료를 포함할 수 있다. 기재(102) 및 반응 자리(104)는 기계가공(machining), 사출 성형, 열 엠보싱(hot embossing), 레이저 드릴링(laser drilling), 광 리소그래피(photolithography) 등 중 하나 이상에 의해 형성될 수 있다.

특정한 실시예에서, 표면(110, 112)은 예를 들면 미국 특허 출원 공보 제2006/0057209호 또는 제2006/0105453호(이들은 본원에 완전히 기재된 것처럼 본원에 참조로 혼입됨)에 기재된 바와 같이 소수성 재료를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 반응 자리(104)는 물 또는 다른 액체 용액을 끌어당기는 친수성 재료를 포함할 수 있다. 이러한 친수성 구역의 어레이(array)는 소수성 표면에 친수성 아일랜드(island)를 포함할 수 있고, 증착(deposition), 플라스마, 마스킹(masking) 방법, 전사 인쇄(transfer printing), 스크린 인쇄, 스파팅(spotting) 등(이들로 제한되지는 않음)을 포함하는 임의의 다양한 마이크로제작 기법을 사용하여 기재(102) 위에 또는 내에 형성될 수 있다.

로딩 공정 동안 표면(110, 112)에 남은 용액의 양을 감소하도록 고 반응 자리 밀도(high reaction site density)가 구성될 수 있어서, 초기 용액의 더 높은 로딩 효율 또는 운송을 발생시킨다는 것이 발견되었다. 예를 들면, 웰(well) 직경의 값에 대한 인접한 웰 사이의 간격의 값의 비율을 감소시킴으로써, 플레이트의 표면에 남은 용액의 양은 유의적으로 감소할 수 있어서, 관련된 생물학적 성분을 포함하는 초기 용액 또는 샘플의 모두 또는 거의 모두는 반응 자리(104) 내에 위치한다. 이러한 방식으로, 희귀 대립유전자 또는 다른 표적 분자 손실의 가능성이 감소하는데, 왜냐하면 하나 이상의 표적 분자가 지칭된 반응 자리(104) 중 하나에서 수용되는 대신에 기재 표면에 잔류하지 않을 가능성이 커지기 때문이다.

도 4를 참조하면, 이 로딩 효율 증가는 복수의 친수성 반응 자리를 포함하는 소수성 표면의 컴퓨터 모델로 입증된다. 모델을 사용하여 직경이 75 마이크로미터인 쓰루홀에 대한 반응 자리 피치(pitch)(또는 밀도)의 함수로서의 복수의 반응 자리로의 샘플의 분포를 분석한다. 도 5는, 반응 자리 사이의 간격이 감소하면서(밀도 증가), 더 높은 백분율의 초기 액체 샘플이 반응 자리에 포획되고 더 적은 양의 잔류 액체가 로딩 공정 후에 소수성 표면 뒤에 잔류한다는 것을 나타낸다. 따라서, 소정의 단면 치수의 반응 자리(104)의 더 높은 밀도는 소정의 크기의 기재(102)에 대한 시험 샘플의 수의 증가 둘 다를 제공하고, (관심 있는 희귀 대립유전자 또는 다른 표적 분자를 포함할 수 있는) 표면(110, 112)에 남은 잔류 유체를 감소시키거나 제거한다.

특정한 실시예에서, 반응 자리(104)가 광학 시스템에 의해 영상화될 때 예를 들면 광학 제한으로 인해 인접한 반응 자리 사이의 간격에서 하한이 존재할 수 있다. 예를 들면, 인접한 반응 자리를 명확히 영상화하는 광학 시스템의 능력의 제한으로 인해 인접한 반응 자리 사이의 간격에서 하한이 존재할 수 있다. 기재(102)에서 반응 자리(104)의 밀도를 증가시키기 위해, 예를 들면 도 6 및 도 7에 예시된 바와 같이 조밀 충진 육각형 매트릭스 패턴(close-packed hexagonal matrix pattern)을 사용할 수 있다.

비원형 단면을 갖는 반응 자리가 유리하게는 인접한 반응 자리(104) 사이의 평균 거리 또는 간격을 감소시켜, 시험 용액 또는 샘플의 로딩 후 표면(110, 112) 뒤에 남은 잔류 액체 또는 용액의 양을 감소시킬 수 있는 것으로 발견되었다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 정점-대-정점(vertex-to-vertex) 직경(D)을 갖는 육각형 반응 자리(104)의 어레이는 육각형 패턴에 배열되고, 여기서 인접한 반응 자리 사이의 간격 또는 피치는 P이다. 특정한 실시예에서, 반응 자리(104)로부터 형광 신호를 측정하기 위해 사용되는 광학 시스템에서의 인접한 반응 자리 사이의 교차 반응(cross-talk)은 인접한 반응 자리 사이의 최소 엣지(edge) 거리(S)의 함수이다. 따라서, 도 7에 도시된 기하구조는 사용가능하고 선결정된 값 이하에서 인접한 반응 자리 사이의 교차 반응를 여전히 유지시키는 반응 자리 사이의 최소 피치(P)를 나타낸다. 점선 원형은 또한 각각의 육각형 내에 도 7에 도시되어 있다. 이는 육각형 반응 자리와 동일한 엣지 간격(S) 및 피치(P)의 동일한 값을 갖는 직경(D')의 원형 반응 자리를 나타낸다. 도 7에서의 회색 부분은 원형 및 육각형 반응 자리 둘 다에 대한 약간의 폭(W)에 걸친 인접한 반응 자리 사이의 면적을 나타낸다. 도 7에 명확히 도시된 것처럼, 폭(W)에 걸친 인접한 반응 자리 사이의 면적은 피치(P) 및 엣지 간격(S)이 동일할 때 육각형 반응 자리 사이보다 원형 반응 자리에 더 크다. 도 4 및 도 5와 관련하여 기술된 모델링 결과는 인접한 반응 자리 사이의 더 적은 면적이 더 높은 로딩 효율을 발생시킨다는 것을 나타낸다. 따라서, 도 7에 도시된 결과에 기초하여, 원형 반응 자리보다 육각형 반응 자리에 대해 동일한 간격 조건(P 및 S) 하에 더 높은 로딩 효율이 제공된다.

이 결과는 또한 반응 자리를 검사하도록 구성된 광학 시스템에 대해 예상치 못한 이점을 제공한다. 도 7에서의 최소 엣지 간격(S)이 원형 및 육각형 반응 자리 둘 다에 대해 동일하므로, 인접한 반응 자리 사이의 교차 반응은 반응 자리의 어느 유형에 대해서도 동일하거나 유사할 것이다. 그러나, 육각형 반응 자리의 단면은 동일한 피치(P) 및 엣지 간격(S)에 대해 원형 반응 자리보다 크다. 따라서, 광학 시스템에 의해 생성된 이미지는 원형 반응 자리보다 육각형 반응 자리에 대해 더 큰 면적을 갖는다. 따라서, 육각형 반응 자리에 의해 생성된 더 큰 이미지는 잠재적으로 많은 수의 픽셀을 포괄(span)할 수 있다. 반응 자리마다 많은 수의 픽셀은 반응 자리에 의해 생성된 신호의 더 정확한 계산을 하는 것을 돕는다. 따라서, 더 높은 로딩 효율을 제공하는 것 이외에, 육각형 반응 자리의 사용은, 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 또한 각각의 반응 자리(104)에 의해 생성된 광학 신호 또는 출력의 더 정확한 측정 또는 계산(예를 들면, 표적 또는 염료 분자의 양에 비례하여 생성된 형광 신호의 측정 또는 계산)을 제공할 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 제품(100)은 사각형 형상 및 15 밀리미터×15 밀리미터의 전체 치수를 갖는다. 제품(100)은 또한 13 밀리미터×13 밀리미터의 치수를 갖는 작용 면적, 구역 또는 존(120)을 갖는다. 본원에 사용된 용어 '작용 면적', '작용 구역' 또는 '작용 존'은 제품, 예컨대 반응 자리 또는 용액 용적이 포함되거나 분포된 제품(100)의 표면 면적, 구역 또는 존을 의미한다. 특정한 실시예에서, 제품(100)의 작용 면적은 14 밀리미터×14 밀리미터 이상으로 증가할 수 있는데, 예를 들면 기재(102)에 포함된 반응 자리의 전체 수를 증가시키기 위해 15 밀리미터×15 밀리미터 기재 치수일 수 있다. 제품(100)은 다른 형상 및 치수를 가질 수 있다. 예를 들면, 표면(110, 112)은 직사각형, 삼각형, 원형 또는 일부 다른 기하 형상일 수 있다. 제품(100)의 전체 총 치수 및 작용 면적(120)은 소정의 시스템, 에세이 또는 실험에 대한 특정한 설계 매개변수에 따라 도 1에서 도시된 실시예보다 적거나 클 수 있다.

도 1의 예시된 실시예에서, 반응 자리(104)는 75 마이크로미터의 특성 직경(charateristic diameter)을 갖고, 인접한 반응 자리 사이의 125 마이크로미터의 피치를 갖는 작용 면적(120) 위에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 반응 자리(104)는 75 마이크로미터 이하인 특성 직경, 예를 들면 60 마이크로미터 이하 또는 50 마이크로미터 이하인 특성 직경을 갖는다. 다른 실시예에서, 반응 자리(104)는 20 마이크로미터 이하, 10 마이크로미터 이하, 1 마이크로미터 이하 또는 100 나노미터 이하인 특성 직경을 갖는다. 반응 자리 사이의 피치는 125 마이크로미터 미만, 예를 들면 100 마이크로미터 이하, 30 마이크로미터 이하, 10 마이크로미터 이하 또는 1 이크로미터 이하일 수 있다.

특정한 실시예에서, 기재(102)는 약 300 마이크로미터인 표면(110)과 표면(112) 사이의 두께를 가져, 각각의 반응 자리(104)는 약 1.3 나노리터의 용적을 갖는다. 대안적으로, 각각의 반응 자리(104)의 용적은 예를 들면 반응 자리(104)의 직경 및/또는 기재(102)의 두께의 감소에 의해 1.3 나노리터 미만일 수 있다. 예를 들면, 각각의 반응 자리(104)는 1 나노리터 이하, 100 피코리터 이하, 30 피코리터 이하 또는 10 피코리터 이하인 용적을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 반응 자리(104)의 용적 중 몇몇 또는 전부는 1 나노리터 내지 20 나노리터 범위이다.

특정한 실시예에서, 표면(110, 112)에 걸친 반응 자리(104)는 제곱 밀리미터당 적어도 100개의 반응 자리의 밀도를 갖는다. 더 높은 밀도가 또한 예상된다. 예를 들면, 표면(110, 112)에 걸친 반응 자리(104)의 밀도는 제곱 밀리미터당 150개 이상의 반응 자리, 제곱 밀리미터당 200개 이상의 반응 자리, 제곱 밀리미터당 500개 이상의 반응 자리, 제곱 밀리미터당 1,000개 이상의 반응 자리, 제곱 밀리미터당 10,000개 이상의 반응 자리 또는 제곱 밀리미터당 1,000,000개 이상의 반응 자리일 수 있다.

유리하게는, 작용 면적(120)에서의 모든 반응 자리(104)는 광학 시스템에 의해 동시에 영상화되고 분석될 수 있다. 특정한 실시예에서, 광학 시스템에 의해 영상화되고 분석된 작용 면적(120)은 적어도 12,000개의 반응 자리(104)를 포함한다. 다른 실시예에서, 광학 시스템에 의해 영상화되고 분석된 작용 면적(120)은 적어도 15,000개, 적어도 20,000개, 적어도 30,000개, 적어도 100,000개, 적어도 1,000,000개의 반응 자리 또는 적어도 10,000,000개의 반응 자리를 포함한다.

특정한 실시예에서, 반응 자리(104)는 제1 특성 직경, 두께 및/또는 용적을 특징으로 하는 제1 복수의 반응 자리 및 상응하는 제1 특성 직경, 두께 또는 용적과 다른 제2 특성 직경, 두께 및/또는 용적을 특징으로 하는 제2 복수의 반응 자리를 포함한다. 예를 들면, 상이한 농도를 가질 수 있는 2개 이상의 상이한 뉴클레오타이드 서열을 동시에 분석하기 위해 이러한 반응 자리 크기 또는 치수의 변이를 사용할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, dPCR 공정, 에세이 또는 실험의 동적 범위를 증가시키기 위해 단일 기재(102) 상의 반응 자리(104) 크기의 변이를 사용할 수 있다. 예를 들면, 제품(100)은 반응 자리(104)의 2개 이상의 서브어레이(subarray)를 포함할 수 있고, 각각의 그룹은 다른 또는 남은 그룹(들)의 반응 자리(104)의 직경 또는 두께와 다른 직경 또는 두께를 특징으로 한다. 각각의 그룹은 표적 폴리뉴클레오타이드의 수 계수(count)의 상이한 동적 범위를 제공하도록 사이징(sized)될 수 있다. 서브어레이는 기재(102)의 상이한 부분에 위치하거나 배치될 수 있어서, 2개 이상의 서브어레이는 제품(100)의 전체 작용 면적에 걸쳐 또는 제품(100)의 작용 면적의 공통 부분에 걸쳐 연장된다.

특정한 실시예에서, 반응 자리(104)의 적어도 몇몇은 이 벽의 전부 또는 일부에 걸쳐 가늘어진다. 예를 들면, 도 8을 참조하면, 반응 자리(104)의 적어도 몇몇은 표면(110)에서 챔퍼(chamfer)(130)를 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 반응 자리(104)의 적어도 몇몇은 표면(112)에서 챔퍼(130)를 포함할 수 있다(도시 생략). 챔퍼되고/챔퍼되거나 테이퍼된 반응 자리의 사용은, 용액 자리 또는 시험 샘플 사이의 최소 간격에 대한 광학 제한을 초과하지 않으면서, 인접한 반응 자리(104) 사이의 평균 거리 또는 전체 면적을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 도 5와 관련하여 상기 기재된 바와 같이, 인접한 반응 자리(104) 사이의 면적 감소는 로딩 공정 동안 표면(110, 112) 뒤에 남은 액체 용액의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서, 광학 시스템에 대한 인접한 용액 자리 또는 시험 샘플 사이의 더 큰 유효 간격을 여전히 유지시키면서 더 높은 샘플 로딩 효율을 얻을 수 있다.

도 9에 도시된 실시예에서, 제품, 장치, 어레이, 슬라이드 또는 플레이트(100a)는 임의의 반응 자리(104a)를 포함하지 않은 비작용 면적, 구역 또는 존(132a)을 포함한다. 비작용 면적은 반응 자리(104a)를 포함하는 작용 존을 둘러싸는 말초 존(peripheral zone)일 수 있다. 대안적으로, 비작용 면적은 1개, 2개 이상의 사이드(side) 또는 존(zone)에서 작용 존과 경계에 있는 면적을 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 예시된 실시예에서, 제품(100a)은 0.3 밀리미터이거나 거의 이러한 두께를 갖고, 작용 면적에 대한 비작용 면적의 엣지로부터의 거리는 1 밀리미터이거나 거의 이러하지만; 그러나, 다른 치수를 사용할 수 있다. 도 9에 예시된 실시예에서, 반응 자리(104a)는 0.075 밀리미터이거나 거의 이러한 직경 및 0.100 밀리미터이거나 거의 이러한 피치 간격을 갖지만; 다른 치수를 사용할 수 있다. 적절한 경우, 제품(100)과 관련하여 상기 기재된 피쳐(feature) 및/또는 치수는 제품(100a)에 포함되거나 그 반대일 수 있다.

도 10을 참조하면, 특정한 실시예에서, 제품, 장치, 어레이, 슬라이드 또는 플레이트(100b)는 복수의 반응 자리를 포함하는 작용 면적, 구역 또는 존(120b) 및 비작용 면적(132b)을 포함하고, 비작용 면적(132b)은 인접한 작용 면적(120b) 사이에 위치한 파티션, 분할기(divider) 또는 세퍼레이터(separator)(134b)를 포함한다. 도 10에 예시된 바와 같이, 비작용 존(132b)은 또한 작용 존(120b)을 둘러싸는 말초 존을 포함할 수 있다. 제품(100b)의 다양한 피쳐에 대해 도 10에 도시된 치수는 특정한 실시예의 예시이고, 특정한 설계의 요건에 따라 다를 수 있다. 예를 들면, 파티션(134b)은 500 마이크로미터 이하, 1 밀리미터 이하, 2 밀리미터 이하, 또는 3 밀리미터 이하인 작용 면적(120b) 사이의 두께를 가질 수 있다.

파티션(134b)은 별개의 작용 면적, 구역 또는 존에서의 반응 자리로부터 1개의 작용 면적, 구역 또는 존에서의 반응 자리를 단리(isolating)하는 것을 돕도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제1 작용 면적에서의 제1 샘플 및 제2 작용 면적에서의 상이한 제2 샘플의 로딩을 수월하게 하도록 이러한 구성을 사용할 수 있고, 2개의 면적은 파티션(134b)에 의해 분리된다. 특정한 실시예에서, 작용 면적(120b) 및 파티션(134b)의 표면은 제품(100b)의 일면 또는 양면에서 서로에 플러쉬(flush)된다. 추가로 또는 대안적으로, 파티션(134b)의 적어도 일부는 제품(100b)의 일면 또는 양면에서 작용 면적(120b)으로부터 융기되거나 상쇄(offset)될 수 있다. 다른 실시예에서, 파티션(134b)의 적어도 일부는 제품(100b)의 일면 또는 양면에 대해 작용 면적(120b)에 대해 트로프(trough)를 형성한다. 적절한 경우, 제품(100, 100a)과 관련하여 상기 기재된 피쳐 및/또는 치수는 제품(100b)에 포함되거나, 또는 그 반대일 수 있다.

특정한 실시예에서, 기재(102)는 광구조형 재료, 예컨대 특정한 유리 또는 세라믹 재료를 포함한다. 이러한 실시예에서, 기재(102)를 제작하기 위해 도 11에 도시된 방법(140)을 사용할 수 있다. 유리하게는, 도 11에 도시된 방법(140)의 마지막 임의의 부재는 불투명하거나 거의 불투명한 기재(102)를 제공하도록 사용될 수 있어서, 1개의 반응 자리(104)로부터 방출된 광(light)은 인접한 반응 자리(104)로 진입하지 않는다.

1개의 반응 자리(104)에서 방출된 임의의 또는 거의 임의의, 광이 인접한 반응 자리(104)로부터 전송되는 것을 방지하기에 충분한 불투명도를 갖는 기재(102)를 제공하기 위해 방법(140)을 사용할 수 있다. 방법(140)은 표면(110, 112) 사이의 두께를 감소시키기에 충분한 양만큼 기재(102)로부터 재료를 제거하는 것, 예를 들면 초기 두께에 비해 적어도 20% 또는 초기 두께에 비해 적어도 30% 또는 40%로 표면(110, 112) 사이의 두께를 감소시키기에 충분한 양만큼 기재(104)로부터 재료를 제거하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법(140)은 또한 제작 동안 기재(102)를 적어도 500℃의 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 특정한 실시예에서, 방법(140)에서 사용된 패턴형성된 마스크는 크롬 패턴을 갖는 석영 플레이트를 포함한다. 기재의 적어도 일부를 부식제에 노출하기 전에 마스크를 제거할 수 있다. 방법(140)에서 사용된 부식성 재료는 불산일 수 있다.

도 12 및 도 13과 관련하여, 특정한 실시예에서, 하부 표면(154)을 갖는 제1 커버(152) 및 상부 표면(158)을 갖는 제2 커버(156)를 포함하는 캐리어(150) 내에 제품(100)이 하우징(housed)된다. 캐리어(150)는 커버(152, 154) 사이의 선결정된 간격을 유지시키도록 구성된 하나 이상의 측벽(159)을 추가로 포함할 수 있다. 커버(152, 154) 및 벽(159)은 제품(100)을 포함하도록 사이징된 동공(cavity)(160)을 함께 형성한다. 사용 동안, 제품(100)은 표면(154, 158) 사이에 형성된 동공(160) 내에 배치된다. 동공(160)의 두께는 제품(100)의 두께보다 클 수 있어서, 제품(100)과 하부 표면(154) 사이에 및/또는 제품(100)과 상부 표면(158) 사이에 갭(gap)이 존재한다. 도 12의 예시된 실시예에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 측벽(159) 사이에 갭이 또한 존재할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 제품(100)의 일부는 하나 이상의 커버(152, 156) 및 하나 이상의 측벽(159)에 부착될 수 있다.

캐리어(150)는 금속 재료, 예컨대 스테인리스 강, 알루미늄, 구리, 은 또는 금 또는 반금속(semimetal), 예컨대 흑연으로부터 제조되거나 형성될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 캐리어(150)의 전부 또는 일부는 유리, 아크릴, 스티렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트 및 폴리프로필렌(이들로 제한되지는 않음)을 포함하는 비금속 재료로 제조될 수 있다. 특정한 실시예에서, 커버(152, 156)의 적어도 하나는 반응 자리(104)로의 및/또는 반응 자리(104)로부터의 광학 접근을 허용하도록 구성된 윈도우를 제공하기 위해 적절하게 투명한 재료를 포함한다. 추가로 또는 대안적으로, 전체 캐리어(150)는 하나 이상의 투명한 또는 거의 투명한 재료로 제조될 수 있다.

도 14를 참조하면, 특정한 실시예에서, 캐리어(150a)는 커버 또는 광학 접근 윈도우(152a)에 일반적으로 수직으로 배치되고 캐리어(150a)로의 제품(100)의 통과를 허용하도록 사이징될 수 있는 어퍼쳐(aperture), 포트(port) 또는 개구(162)를 포함한다. 캐리어(150a)는 개구(162)의 적어도 하나의 긴 엣지를 따라 배치된 와이퍼 또는 블레이드(164)를 추가로 포함할 수 있다. 블레이드(164)는, 제품(100)이 캐리어(150a)로 로딩될 때, 제품(100)의 적어도 하나의 표면(110, 112)과 접촉하거나 이에 체결되도록 구성될 수 있다. 캐리어(150a)는 동공(160a)을 실링(seal)하는 것을 돕고 제품(100)이 캐리어(150a)로 로딩될 때 관통되는 개구(162)의 전부 또는 일부에 걸쳐 배치된 필름 또는 막(도시 생략)을 추가로 포함할 수 있다. 특정한 실시예에서, 막 및 블레이드(164)는 단일 피스(piece)를 형성한다.

특정한 실시예에서, 블레이드(164)는 제품(100)이 개구(162)를 통해 캐리어(150)로 삽입되면서 반응 자리(104)의 몇몇 또는 전부로 샘플 유체를 분포시키는 것을 돕도록 구성된다. 예를 들면, 블레이드(164)는 제품(100)의 로딩 동안 일 또는 양 표면(110, 112)과 접촉하도록 구성될 수 있어서, 액체는 블레이드(164)를 통과하지 않지만, 표면(110, 112)이 블레이드(164)를 지나 이동하면서 대신에 모세관 힘에 의해 반응 자리(104)로 당겨지고/당겨지거나 밀려진다. 추가로 또는 대안적으로, 블레이드(164)는 예를 들면 반응 자리(104) 내부에 포함된 샘플 유체의 오염 및/또는 증발을 감소시키거나 제거하기 위해 액체, 겔 등으로 제품(100)의 일 또는 양 표면(110, 112)을 커버하도록 구성될 수 있다.

적절한 경우, 캐리어(150a)는 캐리어(150)와 관련하여 상기 기재된 임의의 구조 또는 피쳐를 포함하거나, 또는 그 반대일 수 있다.

도 15를 참조하면, 특정한 실시예에서, 캐리어(150b)는 캐리어(150) 및/또는 캐리어(150a)의 구조 및 피쳐의 몇몇 또는 전부를 포함할 수 있는 바디(170)를 포함한다. 캐리어(150b)는 제품(100)을 바디(170)로 로딩하는 것을 돕고/돕거나 시험 용액을 반응 자리(104)로 로딩하기 위한, 제품(100)을 보유하기 위한 로더(loader) 또는 삽입 도구(172)를 추가로 포함한다. 도구(172)는 U형 바디를 가질 수 있고, 제품(100)은 바디(170)로 로딩 전에 'U' 내부에 고정된다. 도구(172)는 바디(170)의 상응하는 탭 또는 유사한 구조(176)에 체결되거나 압축되도록 구성된 반대 암(opposite arm)(175) 상의 탭(174)을 포함할 수 있다.

제품(100)과 표면(154, 158) 사이의 동공(160)의 부분은 반응 자리(104)에 포함된 시험 용액과 혼합하지 않고, 반응 자리(104)로부터 포함된 시험 용액의 증발을 방지하거나 감소시키도록 구성된 불혼화성 유체(immiscible fluid)(170)(예를 들면, 액체 또는 겔 재료)로 충전(filled)될 수 있다. 여러 용도를 위해 적합한 하나의 유체(170)는 3M 컴퍼니에 의해 상업적으로 구입 가능한 플루어리너트(Fluorinert)이다. 그러나, 특정한 실시예에서, 플루어리너트는 PCR 사이클링 동안 추후 방출될 수 있는 공기를 용이하게 채우는 이것의 경향(원치않는 공기 방울을 형성시킴)으로 인해 특정한 PCR 분야에 문제가 될 수 있다.

대안적으로, 특정한 실시예에서, PDMS가 충분히 가교결합(cross-linked)되지 않는 경우 폴리다이메틸실록산(PDMS)이 동공(160)에서 사용될 수 있다는 것이 발견되었다. 이러한 실시예에서, PDMS는, 낮은 자발 형광, PCR 온도에서의 열 안정성 및 중합 공정에 대한 비억제를 포함하는, PCR과 사용하기에 적합하게 만드는 여러 특징을 갖는 것으로 밝혀졌다. 또한, PDMS는 수성 샘플을 포함할 수 있지만, 수증기에 투과성인 가스일 수 있다. 본 발명의 실시예가 아닌 일반 용도에 사용되는 가교결합제에 대한 통상적인 실록산(siloxane)은 중량 기준으로 10:1의 비율(10%의 가교결합제)이다.

PDMS 재료의 언더 가교결합(under cross-linking)에 의해, 생성된 재료가 상기 기재되고 완전 가교결합된 재료와 관련된 양호한 속성을 또한 보유하면서 증발을 감소시키기 위한 적합한 봉지재(encapsulant)로서 작용할 수 있다는 것이 발견되었다. 더 구체적으로, 언더 가교결합된 PDMS 재료는 10 중량% 미만의 가교결합제를 사용함으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, 1 중량% 이하의 가교결합 수준은 특정한 PCR 분야, 예컨대 특정한 dPCR 분야에 대한 설계 요건을 만족시키는 것으로 밝혀졌다. 다수의 dPCR 반응은 0.8 중량% 이하인 가교결합제의 양과 캡슐화된 평판(100)을 사용하여 입증되었다. 추가로, 플루어리너트(Fluorinert)와 비교하여 언더 가교결합된 PDMS 재료의 더 높은 점도로 인해, PDMS 봉지재는 또한 그 자체에 충진 요건(packaging requirements) 및 소비자 작업 흐름 용액(consumer workflow solution)을 제공할 수 있다.

도 16을 참조하면, 복수의 생물학적 샘플을 제조하는 방법(200)은 제품, 예컨대 제품(100, 100a 또는 100b)의 기재를 제공하는 것을 포함한다. 방법(200)은 캐리어, 예컨대 캐리어(150, 150a 또는 150b)를 제공하고 삽입 도구(insertion tool), 예컨대 삽입 도구(172)를 제공하는 것을 추가로 포함하고, 삽입 도구는 캐리어에 슬라이딩되어(slideably) 체결되도록 구성된 한 쌍의 암(arm)을 포함하는 U형 바디를 포함한다. 방법(200)은 또한 기재를 삽입 도구에 탑재 또는 부착하고 삽입 도구를 캐리어에 탑재 또는 부착하는 것을 포함한다. 특정한 실시예에서, 기재는 삽입 도구에 탑재 또는 부착되고, 이후 삽입 도구 및 기재는 함께 캐리어에 탑재된다. 다른 실시예에서, 삽입 도구는 기재 없이 캐리어에 탑재되고, 이후 기재는 삽입 도구 및/또는 캐리어에 차후에 탑재된다.

기재가 탑재 또는 부착되면, 방법(200)은 예를 들면 기재를 캐리어의 개구 및/또는 막을 통해 삽입함으로써 기재를 캐리어 내부에 위치시키기에 충분한 양만큼 캐리어를 따라 삽입 도구를 슬라이딩(sliding)하는 것을 포함한다. 방법(200)을 사용하여, 기재가 캐리어에 삽입되면서 용액이 기재에서의 반응 자리 또는 쓰루홀로 침착(deposited)되거나 견인(drawn)되는 방식으로 용액 또는 샘플은 기재의 면에 도포될 수 있다. 또한, 기재의 양 표면 중 하나는 예를 들면 오염물질 및/또는 증발로부터 용액을 보호하기 위해 액체 또는 겔로 커버될 수 있다.

특정한 실시예에서, 액체 샘플의 적어도 99%는 반응 자리의 적어도 몇몇에 의해 수용된다. 다른 실시예에서, 액체 샘플의 적어도 99.5% 또는 99.9%는 반응 자리의 적어도 몇몇에 의해 수용된다. 특정한 실시예에서, 반응 자리(104)의 전체 용적은 반응 자리(104)로 로딩되는 액체 샘플의 용적보다 크도록 선택된다. 이는 상기 기재된 바와 같은 특정한 상황에서 중요할 수 있는 로딩 효율을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 특정한 실시예에서, 모든 반응 자리(104)의 전체 용적에 대한 액체 용적 샘플의 비율은 95% 이하이다. 다른 실시예에서, 모든 반응 자리(104)의 전체 용적에 대한 액체 용적 샘플의 비율은 90% 이하, 80% 이하 또는 70% 이하이다. 특정한 실시예에서, 이 비율의 값은 로딩 후 액체로 충전되는 각각의 반응 자리의 전체 용적의 %에 따라 달라진다. 예를 들면, 각각의 반응 자리(104)의 90%만이 로딩 후 액체 샘플을 포함하는 경우, 모든 반응 자리(104)의 전체 용적에 대한 액체 용적 샘플의 비율은 90% 이하, 80% 이하, 70% 이하 또는 60% 이하일 수 있다.

도 17 내지 도 20을 참조하면, 특정한 실시예에서, 제품, 장치, 어레이, 슬라이드 또는 플레이트(200)는 복수의 쓰루홀을 포함하는 기재(202) 또는 기재(102)에 위치한 반응 자리(204)를 포함한다. 기재(202)는 제1 표면 및 제2 반대 표면을 포함한다. 예시된 실시예에서, 각각의 반응 자리(204)는 제1 표면에서의 개구로부터 제2 표면에서의 개구로 연장한다. 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 반응 자리(204)는 육각형 형상을 갖고/갖거나 조밀 충전 육각형 매트릭스 패턴에서 배열될 수 있다. 대안적으로, 반응 자리(204)의 몇몇 또는 전부는 반응 자리(104)와 관련하여 상기 기재된 형상, 직경, 밀도, 두께, 피치 간격 등을 가질 수 있다. 제품(200)은 반응 자리(204)가 존재하지 않는 하나 이상의 탭핑(tabbed)된, 컷아웃(cutout) 또는 블랭크(blank) 구역(206)을 추가로 포함한다. 하기 기재된 바와 같이, 블랭크 구역(206)은 제품(200)에 대한 지지 구역에 위치할 수 있다. 예시된 실시예에서, 블랭크 구역은 4개의 반원형 형상을 획정(define)하지만; 다른 형상 및 크기가 예상된다. 또한, 제품(200)은 반응 자리가 위치하지 않는 블랭크 퍼리미터(blank perimeter)(208)를 포함할 수 있다.

특정한 실시예에서, 기재(202)는 사용 동안 제품(200)에 걸친 균등한 온도 분포를 제공하도록 구성될 수 있는 실리콘을 포함한다. 대안적으로, 기재(202)는 유리 재료, 예컨대 광 구조화 유리 세라믹 또는 금속, 예컨대 알루미늄, 구리 또는 스테인리스 강을 포함한다.

도 18을 참조하면, 반응 자리(204)는 반응 자리(204)의 어레이 내에 위치한 하나 이상의 드롭아웃 구역(209)을 획정하도록 배열될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 드롭 구역(209)은 육안으로 보기에 적합한(예를 들면, 확대 장치의 사용 없이 육안에 보이는) 치수를 갖는다. 예시된 실시예에서, 제품(200)은 제품(200)의 제1 사분면에 위치한 하나의 드롭아웃 구역(204)을 포함하지만; 단일 제품(200) 상의 다수의 드롭아웃 구역이 포함될 수 있다. 하나 이상의 드롭아웃 구역(209)은 도 19에 도시된 바와 같이 직교 축보다는 하나의 축을 따라 더 긴 전체 형상을 획정할 수 있다. 따라서, 제품(200)의 중심으로부터 멀리 위치한 도 18에 도시된 단일의 신장된 드롭아웃 구역(209)의 사용은 (예를 들면, 어떠한 사이드(side)가 전면이고 후면인지를 결정하고 도 17 내지 도 19의 페이지(page)에 수직인 축에 대한 적절한 배향을 결정하기 위해) 제품(200)의 배향을 결정하는 용도를 허용한다. 드롭아웃 구역(209)은 또한 반응 자리(204)의 광학 검사 동안 사용되는 기준 신호, 예를 들면 기준 광학 신호를 제공하도록 구성될 수 있다.

특정한 실시예에서, 복수의 드롭아웃 구역(209)은 예를 들면 드롭아웃 형상(들), 드롭아웃 구역(209)의 수 및/또는 다른 드롭아웃 구역(209)에 대한 하나의 드롭아웃 구역(209)의 상대 위치에 기초하여 제품(200)에 대한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 특정한 제품(200)에서의 드롭아웃 구역의 수를 사용하여 반응 자리(204)의 직경 및/또는 드롭아웃 구역(209) 사이의 거리를 측정할 수 있거나, 서로에 대한 드롭아웃 구역(209)의 기하구조를 사용하여 반응 자리(204)의 수 또는 반응 자리(204) 사이의 피치를 측정할 수 있다. 드롭아웃 구역 크기, 형상 및 분포의 많은 다른 조합이 예상된다.

도 20을 참조하면, 제품(200)은 약 10mm×10mm의 전체 치수를 가질 수 있다. 도 20은 또한 도 20에 도시된 특정한 실시예와 관련된 다른 치수의 값을 나타낸다.

도 21 및 도 22를 참조하면, 제품(200')이 더 양호한 로딩 특성을 제공하도록 사이징될 수 있는 하나 이상의 랜딩(landing) 구역(230)을 또한 포함할 수 있다는 것을 제외하고는, 제품(200')은 도 17에서의 제품(200)과 유사하게 구성될 수 있다. 따라서, 제품(200')의 하나 이상의 엣지는 제품(200')의 다른 엣지보다 반응 자리(204)가 없는 더 넓은 존을 갖는다.

제품(200)은, 적절한 경우, 제품(100)과 관련하여 기술된 다양한 부재 및/또는 피쳐(feature)를 포함하거나, 또는 그 반대일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라 캐리어(150) 또는 다른 캐리어에서 제품(200)을 사용할 수 있다. 제품(100)이 본원에 개시된 것과 유사한 방식으로 시스템(400) 또는 방법(140)과 함께 그리고 제품(100)과 관련하여 본원에 개시된 다른 시스템 및 방법과 함께 제품(200)을 사용할 수 있다.

다양한 방법 및 장치를 사용하여 반응 자리(104)에 포함된 관련된 하나 이상의 생물학적 성분의 탐지를 제공할 수 있다. 예를 들면, 다양한 형광 염료 또는 마커는 관련된 하나 이상의 생물학적 성분을 포함하는 용액에 혼입될 수 있고, 이후 광학 시스템을 사용하여 이 성분을 탐지하여 하나 이상의 생물학적 성분의 존재 또는 양을 탐지할 수 있다. 다른 실시예에서, 이온(양이온 또는 음이온)의 존재를 탐지할 수 있고/있거나, pH, 전압 또는 전류의 변화를 사용하여 관련된 하나 이상의 생물학적 성분의 존재 또는 양을 탐지할 수 있다.

도 23을 참조하면, 시스템(300)을 사용하여 제품(100)의 반응 자리(104)에 위치한 관련된 생물학적 성분을 포함하는 하나 이상의 샘플 또는 용액을 광학적으로 보거나 검사하거나 측정할 수 있다. 시스템(300)은 제품(100), 제품(200) 등의 반응 자리(104)의 몇몇 또는 전부를 판독하거나 모니터링하도록 구성된 광학 비드 또는 시스템(400)을 포함한다. 특정한 실시예에서, 시스템(100)은 하나 이상의 열 제어 시스템(500), 광학 헤드 또는 시스템(400) 및/또는 열 제어 시스템(500) 상에 또는 내에 위치한 통합 제어기, 컴퓨터, 컴퓨팅 시스템 또는 프로세서(530) 및/또는 외부 제어기, 광학 헤드 또는 시스템(400) 및 열 제어 시스템(500)의 외부에 위치한 컴퓨터 또는 프로세서(560)를 추가로 포함할 수 있다.

컴퓨터(530, 560) 중 어느 하나 또는 둘 다는 지시, 루틴(routine), 알고리즘, 시험 및/또는 구성 매개변수, 시험 또는 실험 데이터 등을 포함하는 전자 메모리 저장을 포함할 수 있다. 컴퓨터(530, 560) 중 어느 하나 또는 둘 다는 예를 들면 광학 시스템(400)의 다양한 부품을 조작하거나 시스템(300)에 의해 제공된 데이터를 얻고/얻거나 처리하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터(530, 560) 중 어느 하나 또는 둘 다를 사용하여 광학 시스템(400)의 하나 이상의 광탐지기에 의해 제공된 광학 데이터를 얻고/얻거나 처리할 수 있다. 특정한 실시예에서, 통합 컴퓨터(530)는 예를 들면 하드웨어 연결, 근거리 네트워크, 인터넷 연결, 클라우드 컴퓨팅 시스템 등을 사용하여 추가의 처리를 위해 외부 컴퓨터(560)와 통신하고/통신하거나 데이터를 외부 컴퓨터(560)로 전송할 수 있다. 외부 컴퓨터(560)는 물리 컴퓨터, 예컨대 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 노트패드 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등일 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 컴퓨터(530, 560) 중 어느 하나 또는 둘 다는 가상 장치 또는 시스템, 예컨대 클라우드 컴퓨팅 또는 저장 시스템을 포함할 수 있다. 데이터는 근거리 네트워크, 클라우드 저장 또는 컴퓨팅 시스템 등 내에 무선 연결을 통해 컴퓨터(530, 560) 사이에 전송되거나 공유될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 시스템(300)(예를 들면, 광학 시스템(400) 및/또는 열 제어기(500))으로부터의 데이터는 외부 메모리 저장 장치, 예를 들면 외부 하드 드라이브, USB 메모리 모듈, 클라우드 저장 시스템 등에 전송될 수 있다. 시스템(300)은 컴퓨터(530, 560) 둘 다를 포함할 수 있다. 대안적으로, 시스템(300)은 컴퓨터(530 또는 컴퓨터 560) 중 오직 하나를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 컴퓨터(530) 또는 컴퓨터(560)로부터의 데이터는 하드웨어 연결, 근거리 네트워크, 인터넷 연결, 클라우드 컴퓨팅 시스템 등을 통해 저장되거나 전송되거나 처리될 수 있다.

특정한 실시예에서, 시스템(300)은 일반 하우징 또는 설비 내의 열 제어 시스템(500)을 포함하지 않는다. 예를 들면, 광학 시스템(400)은 별개의 열 제어 시스템, 예컨대 PCR 열 사이클러에서 처리되는 칩 또는 플레이트, 예컨대 제품(100 또는 200)을 수용하도록 구성될 수 있다. 이후, 광학 시스템(400)을 사용하여 종점 PCR 또는 dPCR 실험 또는 에세이를 수행할 수 있다. 특정한 실시예에서, 외부 열 제어기는 예를 들면 제품(100, 200) 등의 형태로 복수의 칩 또는 플레이트를 처리하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 광학 시스템(400)은 dPCR 실험 또는 에세이를 수행하기 위해 하나 이상의 복수의 칩 또는 플레이트를 수용하도록 구성된다. 컴퓨터 시스템, 예컨대 컴퓨터(530) 및/또는 컴퓨터(560)를 사용하여 복수의 칩 또는 플레이트로부터의 데이터에 기초하여 dPCR 분석을 수행할 수 있다. 이러한 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 칩 또는 플레이트로부터 데이터를 풀링(pool)하도록, 예를 들면 '가상 칩(virtual chip)'을 생성하기 위해 dPCR 실험 또는 에세이의 유효 샘플 크기를 증가시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 샘플을 포함하기 위해 적어도 15,000개 또는 적어도 20,000개의 쓰루홀 또는 파티션을 포함하는 복수의 제품(100, 200)을 별개의 PCR 열 사이클러(함께, 그룹으로 또는 별개로)에서 처리하고, 이후 광학 시스템(400)을 사용하여 하나의 칩 또는 플레이트를 동시에 또는 이의 그룹에서 검사하여, 적어도 100,000개의 샘플, 적어도 1,000,000개의 샘플 또는 적어도 10,000,000개의 샘플을 포함하는 풀링된 dPCR 데이터 또는 가상 칩을 제공할 수 있다.

특정한 실시예에서, 광학 시스템(400)은 제품(100 또는 200)의 반응 자리에 포함된 샘플의 적어도 몇몇을 조명하도록 구성된 광원(410) 및 관련 여기(excitation) 광학 시스템(412)을 포함한다. 여기 광학 시스템(412)은 샘플에 지향된 광을 컨디셔닝하기 위한 하나 이상의 렌즈(414) 및/또는 하나 이상의 필터(416)를 포함할 수 있다. 광학 시스템(400)은 반응 자리(104, 204)의 적어도 몇몇에 의해 방출된 방사선을 수신하고, 예를 들면 광학 센서(420)에서 또는 이 근처에서 제품(100 또는 200) 또는 반응 자리(104 또는 204)의 이미지를 형성함으로써 이 방사선을 광학 센서(420)로 지향하도록 구성된 광탐지기 또는 광학 센서(420) 및 관련 방출 광학 시스템 또는 영상화 시스템(422)을 추가로 포함할 수 있다. 방출 광학 시스템에 의해 수신된 방사선은 광원(410)에 의해 생성된 하나 이상의 여기 빔에 응답하여 반응 자리(104, 204) 내에 생성된 형광 방출을 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 방출 광학 시스템에 의해 수신된 방사선은 반응 자리(104, 204) 내에 생성된 다른 유형의 발광, 예를 들면, 생물발광, 화학발광, 인광 등일 수 있다. 예를 들면, 시스템(300)이 qPCR 및/또는 dPCR 절차, 에세이 또는 공정을 수행하도록 구성될 때, 반응 자리(104, 204)는 제품(100, 200)의 다양한 또는 모든 반응 자리에 포함된 표적 뉴클레오타이드 서열 또는 분자의 양에 따라 변하는 형광 신호를 제공하는 하나 이상의 형광 염료 또는 마커를 포함할 수 있다.

방출 광학 시스템(422)은 샘플에 지향된 광을 컨디셔닝하기 위한 렌즈 또는 렌즈 시스템(424) 및/또는 하나 이상의 필터(426)를 포함할 수 있다. 도 23에 도시된 예시된 실시예에서, 여기/방출 광학 시스템(412, 422)은 둘 다 하나 이상의 공통 광학 부재를 포함한다. 예를 들면, 여기/방출 광학 시스템(412, 422)은 둘 다 여기 광을 반사하고 샘플로부터 광학 센서(420)로의 방출 광을 전송하는 빔 스플리터(beamsplitter)(430)를 포함할 수 있다. 특정한 실시예에서, 여기/방출 광학 시스템(412, 422)은 둘 다 예를 들면 반응 자리(104, 204) 내외로의 광의 균등한 조명 및/또는 방출을 제공함으로써 광학 성능을 개선하도록 사용될 수 있는, 빔 스플리터(430)와 제품(100, 200) 사이에 배치된 대물 렌즈(도시 생략)를 포함한다. 특정한 실시예에서, 예를 들면 (예를 들면 텔레센트릭(telecentric) 광학 시스템에 의해 제공된) 균등한 조명 또는 방출이 덜 중요한 경우(예를 들면, 몇몇 dPCR 분야), 도 23의 예시된 실시예에 도시된 바와 같이 공통 대물 렌즈가 생략될 수 있다. 대물 렌즈의 생략은 광학 시스템(400)의 크기 및 복잡성을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 여기 및 방출 광학 시스템의 예시적인 실시예가 USPN 6,818,437; 7,498,164; 7,387,891; 7,635,588; 또는 7,410,793(이들 공보들은 본원에 참조로 그 전문이 혼입됨)에 기재되어 있다.

렌즈(424)는 단일 렌즈 또는 단순한 렌즈, 예를 들면 평면 볼록 렌즈, 평면 오목 렌즈, 양볼록렌즈, 양오목렌즈, 메니스커스(meniscus) 렌즈 등을 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 렌즈(424)는 화합물 렌즈 및/또는 렌즈 시스템, 예를 들면 색지움(achromatic) 렌즈, 다매 렌즈(multi-element lens), 카메라 렌즈, 렌슬렛(lenslet) 어레이 등을 포함할 수 있다. 특정한 실시예에서, 렌즈(424)는 하나 이상의 반사 광학 부재 또는 회절 광학 부재, 예컨대 회절 렌즈, 회절 격자, 홀로그램 광학 부재 등을 포함할 수 있다.

광학 센서(420)는 광 다이오드, 광전자증배관(photomultiplier tube: PMT) 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 광학 시스템(400)이 개별적인 반응 자리(104, 204) 또는 반응 자리(104, 204)의 하위세트를 스캔하도록 구성될 때 이러한 광탐지기를 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 광탐지기(420)는 하나 또는 단편화 탐지기 어레이, 예를 들면 하나 이상의 CCD(전하 결합 소자) 또는 CMOS(상보성 금속-산화물 반도체) 어레이를 포함할 수 있다. 반응 자리(104, 204)의 모든 또는 대부분의 그룹이 동시에 영상화되거나 검사될 때 단편화 탐지기 어레이를 유리하게 사용할 수 있다. 각각의 반응 자리마다 복수의 픽셀을 제공하기 위해, 광학 센서(420)는 적어도 4,000,000개의 픽셀 또는 10,000,000개 초과의 픽셀을 포함할 수 있다. 광학 센서(420)가 단편화 탐지기를 포함하고/포함하거나 하나 이상의 공통 광학 부재를 포함하는 실시예에서, 광학 시스템(400)은 복수의 반응 자리(예를 들면, 반응 자리(104, 204) 등)가 광학 센서(420)의 단일 픽셀 또는 광전지 또는 픽셀 또는 광전지의 그룹으로 영상화되도록 구성될 수 있다. 광학 센서(420)가 단편화 탐지기를 포함하는 실시예의 경우, 영상화 광학 시스템(422)은 제품(100, 200) 등의 개별적인 반응 구역의 영상을 형성하도록 구성될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 방출 광학 시스템(422)은 제품(100, 200) 등의 복수의 반응 구역을 포함하는 영상을 형성하도록 구성될 수 있다.

광학 시스템(400)의 임의의 또는 모든 부품 또는 부재는 하나 이상의 공통 프레임(도시 생략)에 탑재될 수 있다. 특정한 실시예에서, 광학 시스템(400)의 임의의 또는 모든 부품 또는 부재는 예를 들면 외부 광 또는 미광(stray light)의 도입을 방지하거나 감소시키기 위해, 외부 먼지 및 파편으로부터 광학 시스템(400)을 보호하기 위해 및/또는 전기(electrical) 또는 자기(magnetic) 노이즈로부터 차폐(shield)하기 위해 하우징 또는 케이스(450) 내에 밀봉될 수 있다. 도 23의 예시된 실시예에서, 광원(410) 및 광학 센서(420)는 하우징(450) 내에 포함된다. 대안적으로, 광원(410) 및/또는 광학 센서(420)는 하우징(450)의 외부 표면에 탑재되고/탑재되거나 하우징(450) 내에 부분적으로 위치할 수 있다.

특정한 실시예에서, 광학 시스템(400)은 하나 이상의 표적 분자, 서열, 유전자, 생물학적 미생물 등의 dPCR 분석을 제공하기 위해 제품(100, 200)의 다수의 반응 자리(104, 204), 예를 들면 충분히 많은 수의 반응 자리(104, 204)의 동시 영상화를 제공하도록 구성된다. 예를 들면, 시스템(400)은 적어도 20,000개의 반응 자리(104, 204)를 동시에 영상화하도록 구성될 수 있고, 반응 자리(104, 204)는 제곱 밀리미터당 적어도 100개의 반응 자리의 밀도를 가질 수 있고/있거나, 각각의 반응 자리(104, 204)는 100 마이크로미터 이하인 특성 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, (본원에서 실시예 A라 칭하는) 본 발명의 예시적인 실시예에서, 각각 70 마이크로미터 미만의 특성 직경을 갖는 29,760개의 반응 자리(104, 204)의 2차원 어레이를 동시에 영상화하고 처리하여 표적 뉴클레오타이드 서열 또는 분자의 dPCR 분석을 제공할 수 있다. 실시예 A에서, 반응 자리(104, 204)는 14 밀리미터×약 14 밀리미터 미만(약 13 밀리미터×약 13 밀리미터)인 제품(100, 200)의 작용 면적에 걸쳐 (도 6 또는 도 13에 도시된 것과 같은) 160×186의 육각형 배열 패턴으로 배열된다. 각각의 반응 자리의 반응 용적은 1 나노리터 미만일 수 있다. 다른 실시예에서, 제품(100, 200)의 작용 면적은 적어도 15,000개, 적어도 20,000개의 반응 자리(104, 204), 적어도 30,000개의 반응 자리(104, 204), 적어도 100,000개의 반응 자리(104, 204) 또는 적어도 1,000,000개의 반응 자리(104, 204)를 포함한다.

도 24를 참조하면, 외부 광탐지기, 카메라 또는 휴대용 전자 장치(600)는 제품(100, 200)의 광학 영상 및/또는 제품(100, 200)의 반응 자리(104, 204)로부터의 관련 광학 신호 또는 데이터를 얻기 위해 광학 시스템(400)에 탑재될 수 있다. 장치(600)를 광학 센서(420) 대신에(예를 들면, 도 24) 또는 이와 함께(도시 생략) 사용할 수 있다. 장치(600)는 광학 시스템(400)에 제거 가능하게 탑재될 수 있다. 예를 들면, 장치(600)는 처리 전에, 동안에 또는 후에 제품(100, 200) 및/또는 반응 자리(104, 204)의 영상을 얻기 위해 광학 시스템(400)에 일시적으로 부착될 수 있다. 하나 이상의 이러한 영상을 얻은 후에, 장치(600)는 예를 들면 영상을 보고/보거나, 영상을 전송하고/하거나, 영상을 처리하기 위해(예를 들면, 영상을 증대시키고/증대시키거나 하나 이상의 반응 자리(104, 204)에서 생화학 반응과 관련된 정보를 얻거나 계산하기 위해) 광학 시스템(400)으로부터 제거를 위해 탈착될 수 있다.

장치(600)는 광학 시스템(400)에 탑재될 때 제품(100, 200) 및/또는 반응 자리(104, 204)의 하나 이상의 영상을 수신하도록 구성된 광탐지기 또는 광학 센서(예를 들면, CCD 또는 CMOS 센서)를 포함할 수 있다. 장치(600)는 또한 제품(100, 200) 및/또는 반응 자리(104, 204)의 영상을 제공하기 위해 하나 이상의 렌즈, 필터 또는 다른 광학 부재를 포함할 수 있다. 렌즈(424)는 장치(600)의 광탐지기에서 영상을 제공하도록 구성될 수 있다. 특정한 실시예에서, 장치(600)는 렌즈 또는 렌즈 시스템(예를 들면, 렌즈 부재의 시스템을 포함하는 카메라 렌즈)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 장치(600)의 렌즈 또는 렌즈 시스템은 선결정된 품질 또는 특징의 영상을 제공하기 위해 광학 시스템(400)의 렌즈(424)와 작업하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 장치(600)는 제품(100, 200) 및/또는 반응 자리(104, 204)의 영상을 형성하기 위한 하나 이상의 렌즈 등을 포함하는 반면, 광학 시스템(400)은 장치(600)의 광탐지기와 제품(100, 200) 사이의 광학 경로에서의 렌즈(424)와 같은 렌즈를 포함하지 않는다.

특정한 실시예에서, 장치(600)는 제품(100, 200) 및/또는 반응 자리(104, 204)의 영상을 얻기 위한 광학 시스템(400)과 사용하기에 특별히 설계되거나 구성된다. 대안적으로, 장치(600)는 제품(100, 200) 및/또는 반응 자리(104, 204)의 영상을 얻는 것 이외의 다른 용도를 위해 구성될 수 있다. 예를 들면, 장치(600)는 개인용, 상업적 및/또는 과학적 사진촬영을 위해 구성될 수 있는 카메라를 포함할 수 있다. 특정한 실시예에서, 장치(600)는 사진 분야를 제외한 용도를 포함할 수 있는 상업용 또는 소비자 장치이다. 예를 들면, 장치(600)는 소비자 또는 전문가용 카메라 또는 비디오 리코더(recorder), 카메라 폰, 스마트폰(예를 들면, 구글의 안드로이드 OS(운영 시스템), 애플의 iOS, 노키아의 심비안(Symbian), RIM의 블랙베리(BlackBerry) OS, 삼성의 바다(Bada), 마이크로소프트의 윈도우즈 폰(Windows Phone), 휴렛 팩커드의 webOS 또는 임베디드 리눅스(embedded Linux) 배포판, 예컨대 Maemo 및 MeeGo 또는 이동 컴퓨팅 플랫폼에 축조된 다른 이동 전화(이들로 제한되지는 않음)를 포함하는 이동 운영 시스템에 기초한 이동 전화), 애플 아이폰 터치(iPod Touch) 또는 유사한 장치, 개인용 디지털 보조기(PDA), 개인용 미디어 플레이어, 개인용 컴퓨터 또는 사진 입력을 갖는 전자 테이블 등일 수 있다.

특정한 실시예에서, 광학 시스템(400)(예를 들면, 도 23 및 도 24의 예시된 실시예)은 비교적 작지만, 제품(100, 200)의 모든 반응 자리(104, 204) 또는 제품(100, 200)의 거의 모든 반응 자리(104, 204)(예를 들면, 제품(100, 200)의 반응 자리(104, 204)의 90%, 적어도 95% 또는 적어도 99%에서)의 영상화 품질을 여전히 제공하도록 구성된다. 예를 들면, 광학 시스템(400)의 크기는 qPCR 및/또는 dPCR 시험, 실험 또는 분석을 수행하는 기존의 시스템보다 더 쉽게 휴대 가능한 컴팩트 시스템을 제공하도록 충분히 작도록 구성될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 광학 시스템(400)의 크기는 선결정된 예산 또는 표적 비용 내에 광학 부재의 비용을 유지시키도록 충분히 작도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 영상화 또는 카메라 렌즈, 예컨대 도 23 및 도 24에 도시된 렌즈(424)의 초점 길이 또는 유효 초점 길이는 비교적 짧은 작업 거리를 제공하도록 선택될 수 있다. 이러한 실시예에서, 비교적 짧은 초점 길이 또는 유효 초점 길이는 또한 비교적 작은 렌즈, 빔 스플리터(들), 여기 필터(들), 방출 필터 및/또는 다른 시스템 부품을 사용하는 능력을 제공하여, 제품의 전체 재료 및/또는 시스템 비용을 감소시킬 수 있다.

중요하게는, 예를 들면 유사한 공정에 사용되는 선행 기술의 PCR 시스템과 비교하여 광학 시스템(400)의 크기 감소(예를 들면, 도 23 및 도 24의 예시된 실시예) 및/또는 특성 영상화 시스템 초점 거리 또는 유효 초점 거리의 감소가 선결정된 양 이상에서 반응 자리(104, 204) 영상 품질을 유지시키는 설계 또는 시스템 구속에 의해 제한될 수 있다는 것이 발견되었다. 예를 들면, 광학 수차(aberration), 예컨대 난시, 왜곡 및 시야 곡률이 하나 이상의 표적 뉴클레오타이드 서열 또는 분자의 수 계수를 측정하기 위해 사용된 dPCR 계산에서의 원하는 정확성을 얻지 못하게 할 수 있는 양만큼, 반응 자리(104, 204)의 2차원 어레이에서 특히 말초 반응 자리의 영상의 영상 품질을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 놀랍게도, 특정한 설계 방법론 및/또는 가치 있는 광학 도면의 사용이 예를 들면 qPCR 및/또는 dPCR과 같은 증폭 공정의 사용을 통해 샘플에서 표적 뉴클레오타이드 서열 또는 분자의 탐지 및/또는 정량을 가능하게 하도록 반응 자리(104, 204)의 어레이의 충분한 영상 품질을 제공하는 시스템 및 기기를 생성시킬 수 있다는 것이 발견되었다.

특정한 실시예에서, 방출 광학 시스템 또는 영상화 시스템(422)은 반응 자리(104, 204)의 적어도 몇몇에 포함된 표적 뉴클레오타이드 서열 또는 분자를 탐지하고/탐지하거나 정량하기 위한 소형화 광학 시스템을 제공하기 위한 설계 방법에 따라 구성된다. 방출 광학 시스템(422)의 설계는 비선형 방식으로 상호작용하는 다양한 부품의 존재에 의해 복잡해질 수 있다. 방출 광학 시스템(422)의 설계는 오직 유한한 수의 상업적으로 구입 가능한 부품으로 제한될 때, 예를 들면, 비용 구속이 커스텀 광학부재(custom optics)의 사용을 배제하거나 감소시키는 경우 또한 복잡해 질 수 있다. 특정한 소비자 시장 추진 분야로부터 구입 가능한 소형화 광학 부재, 예컨대 휴대폰 및 스마트폰 카메라는 매우 낮은 부품 비용을 제공하는 현재의 설계 방법에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 이 시장을 위해 제조된 상업적으로 구입 가능한 하드웨어 및 광학 부재의 규격 및 특징은 유한하고, 표적 뉴클레오타이드 서열 또는 분자를 확인하고/확인하거나 정량하기 위한 소형화 기기의 개발에서의 사용에 원하는 또는 바람직한 값과 일치하지 않을 수 있다.

특정한 실시예에서, 현재의 설계 방법은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 및 기기를 제공하는 주사 현미경 접근법을 사용할 수 있다. 대안적으로, 설계 방법은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 및 기기를 제공하는 카메라 설계 접근법을 사용할 수 있다. 카메라 설계 방법은 객체, 사진 렌즈, 또는 대물렌즈 및 픽셀로 된 센서, 예컨대 CCD 또는 CMOS 센서로 이루어질 수 있다. 카메라 설계 방법의 경우, 전체 응시 범위(field of regard: FOR)는 본원에서 '노출 시간(exposure time)'이라 칭하는 시간 간격에 걸쳐 일시에 감지될 수 있다.

설계 방법은 광학 '객체'의 도입을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예의 범위에 제한되지 않으면서, 객체는 80×120mm 격자 포맷에서 96 또는 384개의 개별 웰로 이루어질 수 있는 웰 어레이 플레이트를 포함할 수 있다. 웰은 9 밀리미터 또는 4.5 밀리미터 피치로 이격될 수 있다. 대안적으로, 이 피치로 이격된 더 적은 수의 웰을 또한 사용할 수 있다. 특정한 실시예에서, 객체는 직경이 350 마이크론이고, 500 마이크론 이격된 쓰루홀의 어레이를 갖는 기재일 수 있다. 쓰루홀은 4×12 패턴으로 배열된 8×8 하위격자로 격자화될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 현재의 설계 방법에 사용된 객체는 본원에서 상기 기재된 제품(100, 200)의 하나 이상의 구성을 포함할 수 있다.

설계 방법은 상업적으로 구입 가능한 사진 대물 렌즈의 사용을 포함할 수 있는데, 왜냐하면 설계에 의해 이러한 렌즈가 낮은 수차를 갖는 광각 FOR을 영상화하기 때문이다. 이 렌즈는 다중 부재(11개 이상의 렌즈 부재까지의, 적어도 3개의 렌즈 부재)일 수 있다. 제한 어퍼쳐(어퍼쳐 스탑)는 렌즈 어셈블리(assembly) 내에 있을 수 있고, 렌즈의 '속도' 또는 f/#(집광력)를 제어하고, 여기서 f/#는 제한 어퍼쳐의 직경으로 나눈 렌즈 또는 시스템 초점 거리의 비율로 정의될 수 있다. 이 렌즈 설계 유형은 매우 분별 있고, 다수의 선택이 특별히 설계된 다양한 유형의 상업적으로 구입 가능한 센서(예를 들면, CCD 및 CMOS 센서)에서 이루어진다. 이 센서는 광 에너지를 전기 에너지로 전환하고, 통상적으로 수백만개의 개별 감지 부재로 이루어지고, 각각의 부재는 FOR의 작은 부분으로부터 사진 대물 렌즈를 통해 영상화된 에너지를 수신한다. 이 각각의 감지 부재로부터의 전기 신호(화소 또는 '픽셀'이라 칭함)는 대물렌즈에 의해 영상화된 객체의 2차원 표시가 가능하게 하는 소프트웨어를 통해 어셈블링(assembled)된다.

설계 방법의 실시예는 이제 더 자세히 기재되고, 광학 객체는 실시예 A로서 상기 기재된 제품(100, 200)을 포함한다. 예를 들면, 픽셀 해상, 프레임 속도 및/또는 동적 범위의 면에서 유사한 성능을 제공하는 CCD 센서와 비교하여 이 센서의 비교적 낮은 비용으로 인해 현재의 설계 방법의 실시예에서 CMOS 센서를 사용할 수 있다. 설계 방법의 다른 실시예에서, CCD 또는 광탐지기의 다른 유형이 사용될 수 있는 것으로 이해된다.

특정한 실시예에서, 알고리즘을 찾고 알고리즘을 정량하는 홀(hole) 또는 스팟(spot)은 홀 직경에 걸쳐 적어도 5개의 픽셀 또는 전체 약 20개의 픽셀을 포함하는 각각의 반응 자리(104, 204)의 영상을 제공할 수 있다. 본 실시예의 경우, 웰 또는 홀 직경에 걸쳐 약 8개의 픽셀의 값이 선택된다. 제품(100, 200)의 실시예 A의 경우, 홀은 60 마이크로미터의 직경을 특징으로 하고, 인접한 반응 자리(104, 204)가 82 마이크로미터의 피치로 이격된 육각형 패턴으로 배열된다. 8개의 픽셀이 60 마이크론에 이르고 82 마이크론 피치로 이격되므로, 홀 간격은 11개의 픽셀이고, 인접한 반응 자리(104, 204) 사이에 대략 3개의 어두운 픽셀이 남는다. CMOS 탐지기의 축을 따라, 한 면에 약 160개의 반응 자리 영상이 존재하고, 이는 제품(100, 200)의 사각형 작용 면적에 대해 한 면에 약 1760개의 픽셀의 CMOS 픽셀 설계 매개변수 또는 적어도 약 310만개의 탐지기 픽셀의 전체 수를 제공한다. 특정한 실시예에서, FOR의 엣지에서 위치 고려 및/또는 증가한 렌즈 수차를 수용하도록 더 많은 수의 센서 픽셀이 선택될 수 있다.

현재의 설계 방법에서의 다음의 고려사항은 픽셀 크기일 수 있다. 현재 구입 가능한 센서는 예를 들면 1.1, 1.4, 2.2, 3, 5, 8, 11 마이크로미터 및 이것 이상의 사각형 픽셀 크기를 갖는다. 동적 범위(DR), 신호 대 노이즈 비율 및 회절의 픽셀 크기의 선택에 영향을 미칠 수 있는 3가지 인자가 존재한다. 각각의 픽셀에 의해 저장될 수 있는 광전자의 최대 수에 의해 DR을 측정할 수 있다. 절대 수는 2.2마이크로미터 직경 픽셀의 경우 약 3200개의 광전자이고, 5.5마이크론 픽셀의 경우 약 20,000개의 광전자이다. 일반적인 설계 매개변수로서, 더 큰 픽셀(더 많은 수의 광전자)은 더 우수한 DR뿐만 아니라, 더 우수한 신호 대 노이즈 비율(SNR) 특징(신호의 제곱근임)을 제공한다. 20K DR은 140의 SNR을 갖고; 3.2K DR은 57의 SNR을 갖고, 이는 2.5x 적은 것이다.

회절은 일반적으로 전자기파 및 특히 광파의 기본적인 특징이다. 이는 물리적 어퍼쳐, 예컨대 렌즈 또는 시스템 어퍼쳐 스탑에 의한 파(wave)의 정도의 절단(truncation)에 의해 생긴다. 광학 시스템에서의 효과는 무한히 멀리 있는 완벽한 점광원(예컨대, 별)의 영상이 그 자체가 무한히 작지 않지만, 블로브(blob)(이의 정확한 형상은 어퍼쳐의 크기 및 형상에 의해 결정됨)라는 것이다. 대부분의 렌즈의 원형 어퍼쳐는 밝고 큰 중심 고리(소위 '에어리 원반(Airy disk)') 및 무한한 수의 더 적고 덜 밝은 주변 원을 갖는 불스아이(bulls-eye)형 패턴을 생성한다. 가시 파장의 경우, 에어리 원반의 크기는 마이크론 단위의 시스템 대물 렌즈의 f/#과 거의 같다. 따라서, 회절 고려는 광학 설계를 더 큰 렌즈 직경 및 시스템 어퍼쳐를 향해 이동시킨다. 그러나, f/#가 증가하거나 렌즈 직경이 증가하면서 렌즈 부재의 표면 형상에 의해 발생하는 렌즈 수차(lens aberration)(예컨대, 난시, 왜곡 및 시야 곡률(이들로 제한되지는 않음))가 증가하므로, 렌즈 직경 또는 어퍼쳐에 실행시 제한이 있다. f/#에 대한 실행시 값은 약 f/2.5이다. 이는 점광원의 영상이 약 2.5 마이크론 직경의 원형 영상을 생성한다는 것을 의미한다. 픽셀이 2.5 마이크론 사각형인 경우, 에어리 원반은 내부에 꼭 맞을 것이다. 픽셀이 1.4 마이크론인 경우, 에어리 원반은 2×2 픽셀 격자를 점유할 것이다. 렌즈 또는 시스템 해상을 계산하는 하나의 평가 기준은 레일리(Rayleigh) 기준이라 불리는 것이고, 이는 하나의 에어리 원반의 최대의 영상이 다른 것의 최소에서 일어날 때 2개의 점 객체가 광학 시스템에 의해 바로 해상된다는 것을 기술한다. 이는 현재의 예에서의 2개의 인접한 픽셀이 하나의 에어리 원반 반경 또는 약 1.25 마이크론에 의해 분리되어야 한다는 것을 의미한다. 다른 해상 평가 기준은 적어도 하나의 에어리 원반 직경에 의해 인접한 신호를 분리하는 것이다. 이 후자의 기준은 2.5 마이크론 이상의 사각형으로의 픽셀의 크기의 제한을 제공한다. 이 픽셀 크기 및 픽셀 수를 갖는 센서의 전체 크기는 1760x2.5=4400마이크론 또는 4.4mm가 된다.

현재의 설계 방법에 대한 상기 기준을 만족시키는 2개의 상업적으로 구입 가능한 센서는 압티나(Aptina) MT9P031 모노크롬 CMOS 센서(4.28 밀리미터×5.7 밀리미터 및 2.2 마이크로미터×2.2 마이크로미터의 직경을 갖는 1944×2592 픽셀) 및 니콘(Nikon) D7000 카메라의 DX 크기 16Mp 센서(23.6×15.6 밀리미터 및 5 마이크로미터×5 마이크로미터 픽셀)이다. 현재의 예에서, 비용 고려에 기초하여 압티나 MT9P031이 선택될 수 있다.

실시예 A에서 제품(100, 200)에 대해 4.28밀리미터의 압티나 CMOS 센서의 더 작은 직경 및 13 밀리미터×13 밀리미터의 작용 면적에 기초하여, 시스템 확대는 0.33(4.28/13)이다. 이는 60 마이크로미터×0.33 = 19.8 마이크론의 반응 자리(104, 204) 영상 크기를 제공한다. 따라서, 각각의 반응 자리(104, 204) 영상은 19.8 / 2.5 = 7.92 픽셀을 커버하고, 이는 5 픽셀 초과 및 약 8 픽셀의 상기 기준 둘 다를 만족시킨다.

현재의 설계 방법은 방출 광학 시스템(422)이 광탐지기(420)로 제품(100, 200)을 영상화하기 위해 사용될 때 반응 자리(104, 204)로부터 수신된 신호에 기초한 강도 계산의 정확성을 측정하는 것을 추가로 포함한다. 현재의 예에서, 강도 계산은 직경이 약 5 센서 픽셀인 각각의 반응 자리의 영상 크기에 기초한다. 광학 탐지 시스템, 예컨대 방출 광학 시스템(422)의 유효성은 신호 대 노이즈 비율(SNR)에 의존한다. 형광 감지 기기의 경우, 하나의 경험 법칙은 SNR이 적어도 3이라는 것이다. SNR이 측정되는 위치는 센서 트랜스듀서(sensor transducer)에서 측정된다. 이 트랜스듀서는 광학 에너지(광자)를 전기 에너지(전자)로 변환시킨다. 이 전자는 일반적으로 소위 '광전자'(문자대로 광자에 의해 생성된 전자)라 칭한다. SNR은 신호 에너지 및 노이즈 에너지의 2개의 파트를 포함할 수 있다. 신호 에너지(신호 광전자)는 광자 광속(광자(photon) 도달 속도, 광자/초)으로부터 생긴다. 노이즈 에너지는 여러 기전, 예컨대 신호 그 자체, (신호 소스와 다른 소스로부터의) 광학 배경 에너지 및 트랜스듀서 관련 에너지, 예컨대 판독 노이즈 또는 암(dark)(열(thermal) 노이즈에 의해 생성될 수 있다. 판독 및 암(dark) 노이즈의 더 상세한 설명은 제7,233,393호 및 제7,045,756호(본원에 그 전문이 참조로 혼입됨)에서 확인된다.

노이즈 에너지의 정확한 예측치가 측정되거나 제공될 때, 소정의 신호 에너지가 노이즈 에너지를 극복하기에 충분히 큰지를 측정하기 위해 SNR 계산을 사용할 수 있다. 트랜스듀서(광학 탐지기)는 판독 노이즈 및 열 노이즈에 대해 규명될 수 있다. 탐지기에서의 신호 광속은 탐지기 양자 효율(QE), 광학 쓰루풋(throughput)(예를 들면 샘플에서 생성된 광자의 비율에 대한 측정된 광자의 비율) 및 광원(레이저, LED, 램프, 아크(arc) 등)에 의해 생성된 광학 광속으로부터 추정될 수 있다. 광학 쓰루풋은 소스 스펙트럼 광속, 광학 필터 스펙트럼 투과 특징, 형광 전환 효율 (2 파장에서의 형광 방출된 광속으로 전환된 1 파장에서의 입사 광속의 비율), 방출된 광학 광속의 각도 범위, 카메라 렌즈의 광학 집광 효율 및 광학 경로에서의 윈도우, 유체 및 임의의 다른 재료의 다른 특징으로 이루어질 수 있다. 광학 부품의 쓰루풋 특징 및 보통 차단된 파장에서의 광학 필터의 잔류 투과, 광학 경로에서의 재료의 (자가(auto)) 형광 및 광학 시스템을 포함하는 구조의 밀폐부 내에 생성된 산란된 광의 정보(knowledge)에 의해 광학 배경을 계산할 수 있다. 배경은 모델링하기 어렵지만, 시스템에서 측정으로부터 얻을 수 있다.

현재의 설계 방법에 기초하여, 영상화 시스템은 압티나 CMOS 센서 및 0.33의 시스템 확대를 포함한다. 시스템이 작다는 일반적인 설계 기준을 사용하여, 영상화 시스템이 모든 또는 거의 모든 반응 자리(104, 204)에 대한 선결정된 강도 계산 정확성을 제공한다는 설계 기준의 면에서 휴대폰 및 감시 시스템에 설계된 다양한 상업적으로 구입 가능한 대물 렌즈를 평가한다. 이 렌즈는 비교적 저렴하다는 부가 이점을 갖는다. Sunex 렌즈 모델 넘버 DSL901이 선결정된 강도 계산 정확성 기준을 만족시키기에 충분히 낮은 전체 수차(total aberration)를 생성한다는 것이 이 평가로부터 결정되었다. DSL901은 f/3 렌즈이고, 관계식을 사용하여 60밀리미터의 작업 거리를 발생시키는 15밀리미터의 초점 길이를 갖는다.

p = f [(m+1)/m]

식 중, f = 초점 거리이고,

p는 작업 거리이다.

대안으로서, 선결정된 강도 계산 정확성 기준을 만족시키는 다른 사진 객체가 확인되었다. 이 사진 객체는 DSL901의 15 밀리미터 이하의 초점 길이인 초점 길이를 갖는다. 특정한 실시예에서, 배율은 약간 0.33 미만일 수 있다. 이는 작업 거리 증가로 인해 약간 더 큰 시스템을 발생시키지만; 더 낮은 배율은 유리하게는 FOR 내에 말초에 위치한 반응 자리(104, 204)에서 더 큰 수차, 예컨대 난시를 감소시킨다.

요약하면, 적어도 20,000개의 별개의 반응 자리(104, 204)를 포함하는 제품(100, 200)을 수용하고, 동시에 적어도 20,000개의 별개의 반응 자리(104, 204)를 조명하고 적어도 20,000개의 별개의 반응 자리의 몇몇 또는 전부에 포함된 표적 뉴클레오타이드 입자의 수를 계산할 수 있는, 60 밀리미터 이하인 작업 거리를 갖는 광학 영상화 시스템을 포함하는 시스템이 제공될 수 있다는 것이 발견되었다. 특정한 실시예에서, 별개의 반응 자리의 수의 적어도 20배인 선결정된 수의 픽셀을 포함하는 광탐지기(420)를 제공함으로써 표적 뉴클레오타이드 입자의 수의 정확한 계산을 얻는다. 다른 실시예에서, 선결정된 수의 픽셀은 별개의 반응 자리의 수의 적어도 60배 또는 별개의 반응 자리의 수의 적어도 100배이다.

특정한 실시예에서, 상기 기재된 설계 방법의 실시예에 따른 영상화 시스템은 하나 이상의 성능 지수(figure of merit: FOM)를 특징으로 한다. 몇몇 FOM는 하기를 포함한다:

ㆍ 센서 픽셀 사각형 크기 >= 카메라 렌즈 f#(예를 들면, 스펙트럼의 가시광선 부분에서 파장을 갖는 시스템의 경우).

ㆍ 센서 픽셀의 수 >=(n*n*l*w)/(p*p), 여기서, n = 영상에서 필요한 픽셀/피쳐, l = 관련 길이의 객체 필드, w = 관련 폭의 객체 필드, p = 피쳐 피치.

ㆍ 객체 길이/폭에 대한 센서 길이/폭의 4 비율 중 가장 작은 것인 확대를 선택한다.

ㆍ 렌즈 수차 및 전체 광학 팩키지 길이 사이의 최고의 타협을 제공하기 위해 (확대에 의해 측정된) 거리 쌍을 영상화하기 위한 렌즈 초점 길이 및 객체를 선택한다.

특정한 실시예에서, 시스템(300)은 제품(100, 200)에 포함된 샘플의 몇몇 또는 전부에서 PCR 절차 또는 프로토콜을 수행하도록 구성된 열 사이클러(thermal cycler)를 포함하는 열 제어 시스템(500)을 추가로 포함한다. 시스템(400, 500)은 예를 들면 제품(100, 200)에 포함된 샘플의 적어도 몇몇에서 qPCR 및/또는 dPCR 절차, 에세이, 실험 또는 프로토콜을 수행하기 위해 단일 유닛으로 함께 조합되거나 커플링(coupled)될 수 있다. 이러한 실시예에서, 시스템(400, 500)을 제어하고/제어하거나 시스템(400, 500) 중 어느 하나 또는 둘 다에 의해 제공되거나 얻은 데이터를 수집하거나 처리하도록 컴퓨터(530, 560)를 사용할 수 있다. 대안적으로, 열 제어 시스템(500)은 광학 시스템(400) 및/또는 컴퓨터(530, 560)로부터 완전히 분리될 수 있다. 이러한 실시예에서, 열 제어 시스템(500) 또는 몇몇 다른 열 제어기 또는 열 사이클러를 사용하여 샘플에서 열 사이클을 수행한 후 반응 자리(104, 204)에 포함된 샘플에서 dPCR 또는 종점 PCR 절차를 수행하기 위해 광학 시스템(400)을 사용할 수 있다. 특정한 실시예에서, 열 제어 시스템(500)은 전통적인 열 사이클러, 등온 증폭(isothermal amplification), 열 컨벤션(thermal convention), 적외선 중재 열 사이클링 또는 헬리카제 의존적(helicase dependent) 증폭을 사용하여 PCR이 수행되는 열 사이클러를 포함한다. 특정한 실시예에서, 열 제어 시스템(500)의 적어도 일부는 제품(100, 200)과 또는 제품(100, 200)으로 통합될 수 있다. 예를 들면, 제품(100, 200)은 일 또는 양 표면(110, 112)을 따라 분포된 하나 이상의 가열 부재를 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 기재(102)의 적어도 일부는 예를 들면 기재(102)에 대한 전압 전위의 인가(application) 시 저항 가열을 제공하도록 구성된 전기 저항을 갖는 재료로 제조됨으로써 가열 부재일 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 방출 광학 시스템(422) 및/또는 렌즈(424)는 15 밀리미터 이하인 초점 거리 및/또는 60 밀리미터 이하인 작업 거리를 포함할 수 있고, 작업 거리는 제품(100, 200)으로부터 렌즈(424) 또는 렌즈의 주평면(principal plane)(424)으로의 거리이다. 더욱이, 다양한 실시예에서, 방출 광학 시스템(422) 및/또는 렌즈(424)는 3 이하인 f 수를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 방출 광학 시스템(422) 및/또는 렌즈(424)는 15 밀리미터 이하인 초점 거리 및 3 이하인 f 수 둘 다를 포함할 수 있다.

특정한 실시예에서, 제품(100, 200)은 집적 회로 및 반도체를 포함하는 전자 칩을 포함한다. 이러한 실시예에서, 관련된 생물학적 성분의 존재 및/또는 분량을 측정하기 위해 탐지 시스템을 또한 상기 칩으로 통합할 수 있다.

상기는 완전하고 명확하고 간결하고 정확한 조건이 속하는 분야의 임의의 당업자가 본 발명을 만들고 사용하도록 하는 조건에서 본 발명의 실행 및 이를 만들고 사용하는 방식 및 공정에 고려되는 최고의 방식의 설명을 제시한다. 그러나, 본 발명은 상기 기재된 것으로부터 변형 및 교대 구성된 완전히 동등한 것에도 해석 가능하다. 결과적으로, 본 발명을 개시된 특정한 실시예에 제한하고자 하는 의도가 없다. 반대로, 특히 본 발명의 대상(subject matter)을 기술하고 명확히 청구하는 하기 특허청구범위에 의해 일반적으로 표시되는 본 발명의 정신 및 범위 내에 해당하는 변형 및 교대 구성을 포괄하도록 의도된다.

본 문헌에 기재된 다양한 실시예와 관련된 방법에 대한 예시적인 시스템은 하기 미국 가출원에 기재된 것을 포함한다:

2012년 3월 16일에 출원된 미국 가출원 제61/612,087호; 및

2012년 11월 7일에 출원된 미국 가출원 제61/723,759호; 및

2012년 3월 16일에 출원된 미국 가출원 제61/612,005호; 및

2012년 3월 16일에 출원된 미국 가출원 제61/612,008호; 및

2012년 11월 7일에 출원된 미국 가출원 제61/723,658호; 및

2012년 11월 7일에 출원된 미국 가출원 제61/723,738호; 및

2012년 6월 13일에 출원된 미국 가출원 제61/659,029호; 및

2012년 11월 7일에 출원된 미국 가출원 제61/723,710호; 및

2012년 3월 7일에 출원된 미국 가출원 제61/774,499호; 및

2013년 3월 15일에 출원된 라이프 테크놀로지스 문서 번호 LT00655 PCT; 및

2013년 3월 15일에 출원된 라이프 테크놀로지스 문서 번호 LT00656 PCT; 및

2013년 3월 15일에 출원된 라이프 테크놀로지스 문서 번호 LT00657 PCT; 및

2013년 3월 15일에 출원된 라이프 테크놀로지스 문서 번호 LT00658 PCT; 및

2013년 3월 15일에 출원된 라이프 테크놀로지스 문서 번호 LT00668 PCT.

모든 이 출원은 또한 본원에 그 전문이 참조문헌으로 포함된다.

Claims (14)

1. 샘플 중 표적 뉴클레오타이드 분자들의 개수를 측정하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템이
   적어도 20,000개의 별개의 반응 자리들(reaction sites)을 포함하는 제품을 수용하도록 구성된 샘플 홀더;
   상기 적어도 20,000개의 별개의 반응 자리들을 동시에 조명하도록 구성된 광원을 포함하는 여기 광학 시스템(excitation optical system);
   선결정된 개수의 픽셀들을 포함하는 광학 센서로서, 상기 선결정된 개수의 픽셀들은 상기 반응 자리들의 개수의 적어도 20배인 광학 센서; 및
   상기 샘플 홀더로부터 시스템 작업 거리를 포함하는 방출 광학 시스템을 포함하고, 상기 시스템 작업 거리는 60 밀리미터 이하인 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 프로세서 및 상기 프로세서와 통신하는 전자 메모리를 포함하는 컴퓨터를 더 포함하고,
   상기 컴퓨터는 상기 적어도 20,000개의 별개의 반응 자리들의 상기 광학 센서로부터 이미지들을 수신하고;
   상기 메모리는 디지털 PCR 계산을 수행하기 위한 지시들을 포함하고;
   상기 컴퓨터는, 상기 지시들 및 수신된 이미지들에 기초하여, 상기 적어도 20,000개의 별개의 반응 자리들 중 적어도 몇몇에 포함된 표적 뉴클레오타이드 입자들의 수를 계산하도록 구성된 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 여기 광학 시스템 및 상기 방출 광학 시스템을 포함하는 하우징; 및
   상기 광학 센서를 포함하는 이미지 기록 시스템을 더 포함하고;
   상기 이미지 기록 시스템은 상기 하우징에 탈착 가능하게 탑재된 시스템.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 이미지 기록 시스템은 카메라 폰 또는 스마트폰인 시스템.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 이미지 기록 시스템은 아이폰(iPhone)인 시스템.
6. 청구항 3에 있어서, 상기 이미지 기록 시스템은 상기 광학 센서로부터 이미지들을 획득하고 상기 이미지들을 처리하여 상기 샘플의 생화학 정보를 제공하도록 구성된 프로세서를 포함하는 시스템.
7. 샘플 중 표적 뉴클레오타이드 분자들의 개수를 측정하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템이,
   복수의 별개의 반응 자리들(reaction sites)을 포함하는 제품을 수용하도록 구성된 샘플 홀더;
   광학 센서를 포함하는 이미지 기록 시스템; 및
   하우징을 포함하고, 상기 하우징은,
   별개의 반응 자리들을 동시에 조명하도록 구성된 광원을 포함하는 여기 광학 시스템(excitation optical system); 및
   상기 제품으로부터 상기 이미지 기록 시스템으로 방사선을 이송하도록 구성된 방출 광학 시스템을 포함하고;
   여기서 상기 이미지 기록 시스템은 상기 하우징에 탈착 가능하게 탑재된 시스템.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 이미지 기록 시스템은 카메라 폰 또는 스마트폰인 시스템.
9. 청구항 7에 있어서, 상기 이미지 기록 시스템은 아이폰(iPhone)인 시스템.
10. 청구항 7에 있어서, 상기 이미지 기록 시스템은 상기 광학 센서로부터 이미지들을 획득하고 상기 이미지들을 처리하여 상기 샘플의 생화학 정보를 제공하도록 구성된 프로세서를 포함하는 시스템.
11. 하나 이상의 샘플들에서 표적 뉴클레오타이드의 양을 측정하는 방법으로서, 상기 방법이,
    시스템을 제공하고, 상기 시스템이,
    적어도 20,000개의 별개의 반응 자리들(reaction sites)을 포함하는 제품을 수용하도록 구성된 샘플 홀더;
    상기 적어도 20,000개의 별개의 반응 자리들을 동시에 조명하도록 구성된 광원을 포함하는 여기 광학 시스템(excitation optical system);
    선결정된 수의 픽셀들을 포함하는 광학 센서로서, 상기 선결정된 픽셀들의 수는 반응 자리들의 수의 적어도 20배인 광학 센서; 및
    상기 샘플 홀더로부터 시스템 작업 거리를 포함하는 방출 광학 시스템을 포함하고, 여기서 상기 시스템 작업 거리는 60 밀리미터 이하이며;
    제품을 제공하고;
    상기 적어도 20,000개의 반응 자리들 중 적어도 몇몇에서 증폭 에세이(essay)를 수행하고;
    상기 제품을 상기 샘플 홀더에 위치시키고;
    상기 여기 광학 시스템을 사용하여 상기 제품을 조명하고;
    상기 적어도 20,000개의 별개의 반응 자리들 중 적어도 몇몇으로부터 방출 방사선을 측정하고; 및
    상기 표적 뉴클레오타이드의 양을 측정하는 것을 포함하는 방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 표적 뉴클레오타이드를 포함하는 샘플 용액의 적어도 일부를 상기 적어도 20,000개의 반응 자리들 중 적어도 몇몇 중에 분할하고; 및
    상기 적어도 20,000개의 반응 자리들 중 적어도 몇몇으로부터 방출 방사선을 측정함으로써 상기 용액 중의 상기 표적 뉴클레오타이드의 양을 측정하는 것을 더 포함하는 방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 표적 뉴클레오타이드를 포함하는 샘플 용액의 적어도 일부를 복수개의 제품들의 상기 반응 자리들 중에 분할하는 것으로서, 상기 각각의 제품은 상기 적어도 20,000개의 반응 자리들을 포함하고; 및
    상기 각각의 복수의 제품들의 반응 자리들 중 적어도 몇몇으로부터 방출 방사선을 측정함으로써 상기 용액 내 상기 표적 뉴클레오타이드의 양을 측정하는 것을 더 포함하는 방법.
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 표적 뉴클레오타이드를 포함하는 샘플 용액의 적어도 일부를 상기 복수개의 제품들의 상기 반응 자리들중에 분할하고, 여기서 각각의 제품은 상기 적어도 20,000개의 반응 자리들을 포함하고;
    순차적으로 상기 복수개의 제품들의 각각의 제품을 상기 샘플 홀더에 위치시키고, 각각의 제품의 상기 적어도 20,000개의 별개의 반응 자리들 중 적어도 몇몇으로부터 방출 방사선을 측정하고; 및
    상기 복수의 제품들 모두의 측정된 방출 방사선에 기초하여 상기 용액 중의 상기 표적 뉴클레오타이드의 양을 측정하는 것을 더 포함하는 방법.

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