KR20210119869A - 분석물질 분석 및 검출을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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아비사이 바르토프
제이미 설리번
두미트루 브린자
아비자 락다왈라
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길라드 알모지
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Abstract

분석물질 검출 및 분석을 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 시스템은 회전하도록 구성된 개방 기판을 포함할 수 있다. 상기 개방 기판은 고정화된 분석물질의 어레이를 포함할 수 있다. 복수의 프로브를 포함하는 용액은 기판의 회전 중에 상기 어레이를 가로질러 원심력에 의해 이동되어 복수의 프로브 중 적어도 하나와 상기 분석물질 중 적어도 하나를 커플링시켜 결합된 프로브를 형성할 수 있다. 검출기는 상기 기판의 연속적인 회전 구역 스캐닝에 의해 그 결합된 프로브로부터 신호를 검출하도록 설정될 수 있다.

Description

분석물질 분석 및 검출을 위한 방법 및 시스템
본 출원은 2017년 11월 17일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/588,139호, 2018년 1월 30일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/623,743호, 및 2018년 4월 27일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/664,049호, 2018년 5월 8일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제15/974,364호, 2018년 5월 8일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제15/974,441호, 및 2018년 5월 8일 출원된 미국 가특허 출원 번호 제15/974,543호의 이점을 주장하며, 이들 각각의 출원은 그 전체 내용이 본 출원에 참고로 인용된다.
생물학적 샘플 처리는 분자생물학 및 의학(예를 들어, 진단) 분야에서 다양한 적용예를 갖는다. 예를 들어, 핵산 서열결정은 개체의 특정 질환을 진단하고, 몇몇 경우에서 치료 계획을 조정하는데 사용될 수 있는 정보를 제공할 수 있다. 서열결정은 벡터 디자인, 유전자 요법, 백신 디자인, 산업용 균주 디자인 및 검증을 포함하는 분자생물학 분야를 위해 광범위하게 사용된다. 생물학적 샘플 처리는 플루이딕스 시스템(fluidics system) 및/또는 검출 시스템을 포함할 수 있다.
개요
생물학적 샘플 처리 시스템 및 방법의 보급에도 불구하고, 그러한 시스템 및 방법은 시간 집약적이고 가치있는 자원, 예를 들어 시약의 낭비일 수 있는 낮은 효율을 보유할 수 있다. 본 출원에서 높은 효율로 샘플 처리 및/또는 분석을 위한 방법 및 시스템에 대한 요구가 인식된다.
본 개시내용은 샘플 처리 및/또는 분석을 위한 방법 및 시스템을 제공한다.
한 관점에서, 분석물질 검출 또는 분석을 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 (a) 대략 중심축에서 개방 기판을 회전시키는 단계로서, 상기 개방 기판은 상부에 고정화된 분석물질의 어레이를 보유하는 단계; (b) 상기 개방 기판에 복수의 프로브를 보유하는 용액을 도입하기 위해 상기 중심축에 근접하는 영역에 상기 용액을 전달하는 단계; (c) 적어도 원심력에 의해 상기 개방 기판을 가로질러 상기 용액을 디스펜싱(dispensing)하여, 상기 복수의 프로브 중 적어도 하나가 상기 고정화된 분석물질의 적어도 하나에 결합하여 결합된 프로브를 형성하도록 하는 단계; 및 (d) 상기 개방 기판의 연속 회전 구역 스캐닝(continuous rotational area scanning)을 통해 상기 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하기 위해 검출기를 이용하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 연속 회전 구역 스캐닝은 스캔된 구역 내에서 중심축에 대해 상기 어레이의 상이한 방사상 위치에서 속도 차를 보상한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 연속 회전 구역 스캐닝은 상기 개방 기판을 따라 스캐닝 방향에 실질적으로 가로 놓인(transverse) 왜상 배율 구배(anamorphic magnification gradient)를 보유하는 광학 이미징 시스템을 이용하는 것을 포함하고, 상기 왜상 배율 구배는 상기 스캐닝 방향에 실질적으로 수직인 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 연속 회전 구역 스캐닝은 상기 개방 기판 상의 2개 이상의 영역에서 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상하기 위해 2개 이상의 스캔 속도로 상기 2개 이상의 영역을 각각 판독하는 것을 포함한다.
몇몇 실시양태에서, (d)는 적어도 하나의 신호를 검출하기 위해 상기 개방 기판 및 상기 검출기와 광학 연통(optical communication)하는 액침 대물렌즈(immersion objective lens)를 이용하는 것을 추가로 포함하는데, 상기 액침 대물렌즈는 상기 개방 기판과 접촉하는 유체와 접촉한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 유체는 용기 내에 존재하고, 전기장은 상기 액침 대물렌즈 및 개방 기판과 접촉하는 유체의 적어도 일부분을 보유하는 용기의 하나 이상의 표면의 소수성을 조절하기 위해 사용된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 연속 회전 구역 스캐닝은 제1 운전 조건을 보유하는 제1 환경에서 수행되고, 이때 상기 용액의 전달은 제1 운전 조건과 상이한 제2 운전 조건을 보유하는 제2 환경에서 수행된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 고정화된 분석물질은 핵산 분자를 포함하는데, 이때 복수의 프로브는 형광 표지된 뉴클레오타이드를 포함하고, 이때 형광 표지된 뉴클레오타이드의 적어도 하나는 뉴클레오타이드 상보성 결합을 통해 상기 핵산 분자의 적어도 하나에 결합한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 개방 기판은 실질적으로 평면이다.
다른 관점에서, 분석물질 검출 또는 분석을 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는 상부에 고정화된 분석물질의 어레이를 보유하는 개방 기판을 수용하도록 구성된 하우징; 상기 개방 기판의 중심축에 근접하는 영역에 복수의 프로브를 보유하는 용액을 전달하도록 구성된 하나 이상의 디스펜서; 대략 중심축에서 개방 기판을 회전시킴으로써 적어도 원심력에 의해 개방 기판을 가로질러 상기 용액을 분산시켜 복수의 프로브 중 적어도 하나가 분석물질 중 적어도 하나에 결합하여 결합된 프로브를 형성하도록 구성된 회전 유닛; 및 상기 개방 기판의 연속 회전 구역 스캐닝에 통해 그 결합 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하도록 구성된 검출기를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 스캔된 구역 내에서 상기 중심축에 대해 상기 어레이의 상이한 방사상 위치에서의 속도 차를 보상하도록 구성된다. 몇몇 실시양태에서, 하나 이상의 옵틱스(optics)는 상기 개방 기판을 따라 스캐닝 방향에 실질적으로 가로 놓인 왜상 배율 구배를 생성하도록 구성되고, 상기 왜상 배율 구배는 상기 스캐닝 방향에 실질적으로 수직인 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 장치는 상기 중심축에 대해 상이한 이미징된 방사상 위치를 보상하기 위해 상기 왜상 배율 구배를 조정하도록 구성된 프로세서를 추가로 포함할 수 있다.
몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 상기 개방 기판 상의 2개 이상의 영역에서 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상하기 위해 2개 이상의 스캔 속도로 상기 2개 이상의 영역을 각각 스캔하도록 구성된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 상기 개방 기판과 광학 연통하는 하나 이상의 옵틱스 및 센서를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 장치는 상기 개방 기판 및 검출기와 광학 연통하는 액침 대물렌즈를 추가로 포함하는데, 액침 대물렌즈는 상기 개방 기판과 접촉하는 유체와 접촉하도록 구성된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 장치는 상기 유체를 보유하도록 구성된 용기, 및 상기 개방 기판 및 액침 대물렌즈와 접촉하는 유체의 적어도 일부분을 보유하는 용기의 하나 이상의 표면의 소수성을 조절하도록 구성된 전기장 인가 유닛을 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 액침 대물렌즈는 제2 환경으로부터 제1 환경을 분리하도록 구성되는데, 제1 환경 및 제2 환경은 상이한 운전 조건을 보유한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 액침 대물렌즈는 제1 환경 및 제2 환경 사이에 밀봉을 형성한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 상기 개방 기판을 가로질러 비선형 스캐닝 경로에서 그 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하도록 구성된다. 몇몇 실시양태에서, 비선형 스캐닝 경로는 실질적인 나선형 스캐닝 경로 또는 실질적인 환 유사형 스캐닝 경로이다.
다른 관점에서, 실행되는 경우, 하나 이상의 컴퓨터 프로세서가 분석물질 검출 또는 분석을 위한 방법을 수행하도록 하는, 상부에 저장된 비일시적인 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 매체가 제공되는데, 상기 방법은 대략 중심축에서 개방 기판을 회전시키는 단계로서, 개방 기판은 상부에 고정화된 분석물질의 어레이를 보유하는 단계; 상기 개방 기판에 복수의 프로브를 보유하는 용액을 도입하기 위해 중심축에 근접하는 영역에 상기 용액을 전달하는 단계; 적어도 원심력에 의해 개방 기판을 가로질러 상기 용액을 분산시켜 복수의 프로브 중 적어도 하나가 고정화된 분석물질 중 적어도 하나에 결합하여 결합된 프로브를 형성하도록 하는 단계; 및 상기 개방 기판의 연속 회전 구역 스캐닝을 통해 그 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하기 위해 검출기를 이용하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 적어도 하나의 신호를 검출하기 위해 상기 개방 기판 및 검출기와 광학 연통하는 액침 대물렌즈를 이용하는 것을 추가로 포함하는데, 액침 대물렌즈는 상기 개방 기판과 접촉하는 유체와 접촉한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 유체를 보유하도록 구성된 용기 및 상기 액침 대물렌즈 및 개방 기판과 접촉하는 유체의 적어도 일부분을 보유하는 용기의 하나 이상의 표면의 소수성을 조절하기 위해 전기장을 이용하는 것을 추가로 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 고정화된 분석물질은 핵산 분자를 포함하고, 복수의 프로브는 형광 표지된 뉴클레오타이드를 포함하고, 형광 표지된 뉴클레오타이드의 적어도 하나는 프라이머 연장 반응을 통해 상기 핵산 분자의 적어도 하나에 결합한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 연속 회전 구역 스캐닝은 스캔된 구역 내에서 중심축에 대해 상기 어레이의 상이한 방사상 위치에서 속도 차를 보상한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 연속 회전 구역 스캐닝은 상기 개방 기판을 따라 스캐닝 방향에 실질적으로 가로 놓인 왜상 배율 구배를 보유하는 광학 이미징 시스템을 이용하는 것을 포함하고, 상기 왜상 배율 구배는 상기 스캐닝 방향에 실질적으로 수직인 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 중심축에 대해 상이한 이미징된 방사상 위치를 보상하기 위해 상기 왜상 배율 구배를 조정하는 것을 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 상기 개방 기판 상의 2개 이상의 이미징된 영역에서 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상하기 위해 2개 이상의 스캔 속도로 상기 2개의 영역을 각각스캔하도록 구성된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 연속 회전 구역 스캐닝은 상기 개방 기판을 따라 스캐닝 방향에 실질적으로 수직인 속도 차를 위한 알고리즘 보상(algotithmic compensation)을 이용하는 것을 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 상기 개방 기판을 가로질러 비선형 스캐닝 경로에서 그 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하도록 구성된다.
다른 관점에서, 생물학적 분석물질을 처리하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 (a) 상기 생물학적 분석물질이 고정화된 어레이를 포함하는 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 중심축에 대해 회전 가능한 단계; (b) 상기 기판의 회전 중에 상기 기판을 가로질러 복수의 프로브를 포함하는 용액을 이동시켜(direct) 상기 생물학적 분석물질과 접촉시키는 단계; (c) 상기 복수의 프로브 중 적어도 하나의 프로브와 상기 생물학적 분석물질 사이의 반응을 수행하기에 충분한 조건으로 상기 생물학적 분석물질을 처리하여 상기 적어도 하나의 프로브를 상기 생물학적 분석물질에 커플링시키는 단계; 및 (d) 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 상기 적어도 하나의 프로브로부터 하나 이상의 신호를 검출함으로써 상기 생물학적 분석물질을 분석하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 생물학적 분석물질은 핵산 분자이고, 상기 생물학적 분석물질의 분석은 상기 핵산 분자의 서열을 확인하는 것을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 복수의 프로브는 복수의 뉴클레오타이드이다. 몇몇 실시양태에서, (c)는 상기 핵산 분자를, 복수의 뉴클레오타이드로부터 상기 핵산 분자에 상보적인 신장하는 스트랜드 내로 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 혼입하기에 충분한 조건 하에서 프라이머 연장 반응으로 처리하는 것을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, (d)에서, 상기 하나 이상의 신호는 적어도 하나의 뉴클레오타이드의 혼입을 나타낸다. 몇몇 실시양태에서, 복수의 뉴클레오타이드는 뉴클레오타이드 유사체를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 복수의 뉴클레오타이드는 제1 표준 염기 타입의 것이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 제2 표준 염기 타입의 것인 추가적인 복수의 뉴클레오타이드를 사용하여 (b) 및 (c)를 반복하는 것을 추가로 포함하는데, 제2 표준 염기 타입은 제1 표준 염기 타입과 상이하다. 몇몇 실시양태에서, 복수의 프로브는 복수의 뉴클레오타이드 분자이다.
몇몇 실시양태에서, 상기 생물학적 분석물질은 핵산 분자이고, (c)는 (d)에서 적어도 하나의 프로브와 상기 생물학적 분석물질 사이에 상동성의 존재를 확인하기 위해 적어도 하나의 프로브와 상기 핵산 분자 간의 상보성 결합 반응을 수행하는 것을 포함한다.
몇몇 실시양태에서, (d)에서 검출은 상기 기판의 회전 중에 비선형 경로를 따라 상기 어레이를 연속적으로 스캔하는 센서를 사용하여 수행된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 (b) 이전에, (i) 상기 기판이 정지 상태인 경우 상기 기판 상에 상기 용액을 디스펜싱하는 단계, 및 (ii) 상기 어레이를 가로질러 상기 용액을 이동시키기 위해 상기 기판을 회전 처리하는 단계를 추가로 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 (i) (b) 이전에 상기 기판을 회전 처리하는 단계, 및 (ii) 상기 기판이 회전하는 동안 상기 용액을 기판 상에 디스펜싱하는 단계를 추가로 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 복수의 프로브와는 상이한 추가적인 복수의 프로브를 사용하여 (b)-(d)를 반복하는 것을 추가로 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 용액의 유체 점도 또는 상기 기판의 회전 속도는 상기 어레이에 인접하는 상기 용액의 층의 선결정된 두께를 산출하기 위해 선택된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 생물학적 분석물질은 링커를 통해 상기 어레이에 고정화된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 생물학적 분석물질은 비드에 커플링되는데, 비드는 상기 어레이에 고정화된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 용액은 상기 기판의 중심축에서 또는 상기 중심축 부근에서 하나 이상의 디스펜싱 노즐을 사용하여 상기 어레이에 이동된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치(individually addressable locations)를 포함하고, 상기 생물학적 분석물질은 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치 중 정해진 개별적으로 주소 지정 가능한 위치에 배치된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 어레이는 거기에 고정화된 하나 이상의 추가적인 생물학적 분석물질을 보유한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 기판은 텍스처화 또는 패턴화된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 하나 이상의 신호는 하나 이상의 광학 신호를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 (d)에서 하나 이상의 신호를 검출하기 이전에 상기 기판의 회전을 종결시키는 단계를 추가로 포함한다.
몇몇 실시양태에서, (b) 및/또는 (c)는 상기 기판이 제1 각속도로 회전하는 동안 수행되고, (d)는 상기 기판이 제1 각속도와 상이한 제2 각속도로 회전하는 동안 수행된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 기판은 상기 중심축에 대해 이동 가능하고, (b) 및/또는 (c)는 상기 기판이 상기 중심축의 제1 위치에 존재할 때 수행되고, (d)는 상기 기판이 상기 중심축의 제2 위치에 존재할 때 수행되는데, 제2 위치는 제1 위치와 상이하다. 몇몇 실시양태에서, 제1 위치에서 상기 기판은 제1 각속도로 회전하고, 제2 위치에서 상기 기판은 제1 각속도와 상이한 제2 각속도로 회전한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 어레이는 실질적인 평면 어레이이다.
다른 관점에서, 생물학적 분석물질을 처리하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 (a) 상기 생물학적 분석물질이 고정화된 어레이를 포함하는 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 중심축에 대해 회전 가능한 단계; (b) 상기 기판의 회전 중에 상기 기판을 가로질러 복수의 프로브를 포함하는 용액을 이동시켜 상기 생물학적 분석물질과 접촉시키는 단계; (c) 상기 복수의 프로브 중 적어도 하나의 프로브와 상기 생물학적 분석물질 사이의 반응을 수행하기에 충분한 조건으로 상기 생물학적 분석물질을 처리하여 상기 적어도 하나의 프로브를 상기 생물학적 분석물질에 커플링시키는 단계; 및 (d) 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 적어도 하나의 프로브로부터 하나 이상의 신호를 검출함으로써 상기 생물학적 분석물질을 분석하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 생물학적 분석물질은 핵산 분자이고, 상기 생물학적 분석물질의 분석은 상기 핵산 분자의 서열을 확인하는 것을 포함한다.
몇몇 실시양태에서, (d)에서 검출하는 것은 상기 기판의 회전 중에 비선형 경로를 따라 실질적인 평면 어레이를 연속적으로 스캔하는 센서를 사용하여 수행된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 실질적인 평면 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함하고, 상기 생물학적 분석물질은 상기 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치 중 정해진 개별적으로 주소 지정 가능한 위치에 배치된다.
다른 관점에서, 생물학적 분석물질을 분석하기 위한 시스템이 제공되는데, 상기 시스템은 상기 생물학적 분석물질을 고정화하도록 구성된 어레이를 포함하는 기판으로서, 상기 기판은 중심축에 대해 회전하도록 구성된 기판; 상기 어레이에 복수의 프로브를 포함하는 용액을 디스펜싱하도록 구성된 유체 채널을 포함하는 유체 유동 유닛으로서, 상기 기판의 회전 중에, 상기 용액은 상기 중심축으로부터 멀어지는 방향을 따라 원심력에 의해 이동되어, 상기 생물학적 분석물질에 상기 복수의 프로브 중 적어도 하나의 프로브를 커플링시키기에 충분한 조건 하에서 상기 생물학적 분석물질과 접촉하게 되는 유체 유동 유닛; 상기 어레이와 광학 연통하는 검출기로서, 상기 검출기는 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 상기 적어도 하나의 프로브로부터 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성된 검출기; 및 상기 유체 유동 유닛 및 상기 검출기에 작동적으로 커플링된 하나 이상의 컴퓨터 프로세서로서, 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서는 (i) 상기 유체 채널을 통해 상기 용액을 상기 어레이에 디스펜싱하기 위해 상기 유체 유동 유닛을 지시하도록, 그리고 (ii) 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 상기 적어도 하나의 프로브로부터 상기 하나 이상의 신호를 검출하기 위해 상기 검출기를 이용하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍된 하나 이상의 컴퓨터 프로세서를 포함하는데, 상기 복수의 프로브를 포함하는 용액은 상기 기판의 회전 중에 상기 중심축으로부터 멀어지는 방향을 따라 원심력에 의해 이동되어 상기 생물학적 분석물질과 접촉하게 된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 기판은 상기 중심축을 따라 이동 가능하다. 몇몇 실시양태에서, 상기 유체 채널은 상기 기판이 중심축을 따라 제1 위치에 존재하는 경우 상기 용액을 디스펜싱하도록 구성되고, 상기 검출기는 상기 기판이 상기 중심축을 따라 제2 위치에 존재하는 경우 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성되는데, 제2 위치는 제1 위치와 상이하다. 몇몇 실시양태에서, 제1 위치에서 상기 기판은 제1 각속도로 회전 가능하고, 제2 위치에서 상기 기판은 제1 각속도와 상이한 제2 각속도로 회전 가능하다.
몇몇 실시양태에서, 상기 시스템은 상기 어레이에 추가적인 용액을 디스펜싱하도록 구성된 추가적인 유체 채널을 추가로 포함하고, 상기 유체 채널 및 상기 추가적인 유체 채널은 상기 유체 채널 및 상기 추가적인 유체 채널의 배출 포트의 상류에서 서로 유체적으로 상류 분리된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 시스템은 상기 기판과 접촉하는 유체 내에 적어도 부분적으로 액침되도록 구성된 광학 이미징 대물렌즈(optical imaging objective)를 추가로 포함하고, 광학 이미징 대물렌즈는 상기 검출기와 광학 연통한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 시스템은 상기 광학 이미징 대물렌즈를 둘러싸는 용기를 추가로 포함하고, 상기 용기는 상기 유체의 적어도 일부분을 보유하도록 구성된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 유체 채널은 상기 기판과 접촉하지 않는다.
몇몇 실시양태에서, 상기 어레이는 실질적인 평면 어레이이다.
몇몇 실시양태에서, 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서는 상기 기판의 회전이전에 상기 어레이에 상기 유체 채널을 통해 상기 용액을 디스펜싱하기 위해 상기 유체 유동 유닛을 지시하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서는 상기 기판이 회전하는 경우 상기 어레이에 상기 유체 채널을 통해 상기 용액을 디스펜싱하기 위해 상기 유체 유동 유닛을 지시하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 상기 기판의 회전 중에 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 상기 기판의 회전 중에 비선형 경로를 따라 상기 어레이를 연속적으로 스캔하도록 구성된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 상기 기판이 회전하지 않는 경우 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 광학 검출기이고, 상기 하나 이상의 신호가 하나 이상의 광학 신호이다.
몇몇 실시양태에서, 상기 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치는 또한 개별적으로 물리적 액세스 가능하다.
몇몇 실시양태에서, 상기 기판은 텍스처화 또는 패턴화된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 시스템은 상기 기판을 포함하는 용기를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 시스템은 상기 용기의 환경의 온도 또는 습도를 조절하도록 구성된 환경 유닛을 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 시간 지연 적분(TDI) 센서 또는 슈도-TDI 급속 프레임 레이트 센서를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 시스템은 상기 어레이와 광학 연통하는 추가적인 검출기를 추가로 포함하는데, 상기 검출기 및 추가적인 검출기는 상이한 경로를 따라 상기 어레이를 스캔하도록 구성된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 상이한 경로는 비선형이다.
몇몇 실시양태에서, 상기 시스템은 상기 어레이와 검출기 사이에서 이들과 광학 연통하는 하나 이상의 옵틱스를 추가로 포함하는데, 상기 하나 이상의 옵틱스는 상기 어레이를 가로질러 광학 배율 구배를 제공하도록 구성된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 광학 배율 구배는 왜상이다.
다른 관점에서, 생물학적 분석물질을 분석하기 위한 시스템이 제공되는데, 상기 시스템은 상기 생물학적 분석물질을 고정화하도록 구성된 실질적인 평면 어레이를 포함하는 기판으로서, 상기 기판은 중심축에 대해 회전하도록 구성된 기판; 상기 실질적인 평면 어레이에 복수의 프로브를 포함하는 용액을 디스펜싱하도록 구성된 유체 채널을 포함하는 유체 유동 유닛으로서, 상기 기판의 회전 중에, 상기 용액은 상기 중심축으로부터 멀어지는 방향을 따라 원심력에 의해 이동되어, 상기 생물학적 분석물질에 상기 복수의 프로브 중 적어도 하나의 프로브를 커플링시키기에 충분한 조건 하에서 상기 생물학적 분석물질과 접촉하게 되는 유체 유동 유닛; 상기 실질적인 평면 어레이와 광학 연통하는 검출기로서, 상기 검출기는 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 상기 적어도 하나의 프로브로부터 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성된 검출기; 및 상기 유체 유동 유닛 및 상기 검출기에 작동적으로 커플링된 하나 이상의 컴퓨터 프로세서로서, 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서는 (i) 상기 유체 채널을 통해 상기 용액을 상기 실질적인 평면 어레이에 디스펜싱하기 위해 상기 유체 유동 유닛을 지시하도록, 그리고 (ii) 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 상기 적어도 하나의 프로브로부터 상기 하나 이상의 신호를 검출하기 위해 상기 검출기를 이용하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍된 하나 이상의 컴퓨터 프로세서를 포함하고, 상기 복수의 프로브를 포함하는 용액은 상기 기판의 회전 중에 상기 중심축으로부터 멀어지는 방향을 따라 원심력에 의해 이동되어 상기 생물학적 분석물질과 접촉하게 된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 시스템은 상기 기판과 접촉하는 유체 내에 적어도 부분적으로 액침되도록 구성된 광학 이미징 대물렌즈를 추가로 포함하는데, 상기 광학 이미징 대물렌즈는 상기 검출기와 광학 연통한다. 상기 유체는 예를 들어 상기 기판 및 유체 인클로저 상의 영역들 중 하나 이상의 소수성을 제어하는 전기장을 이용함으로써 국한되거나 제어될 수 있다.
몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 시간 지연 적분(TDI) 센서 또는 슈도-TDI 급속 프레임 레이트 센서를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 상기 기판의 회전 중에 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 검출기는 상기 기판의 회전 중에 비선형 경로를 따라 상기 어레이를 연속적으로 스캔하도록 구성된다.
다른 관점에서, 핵산 분자를 서열결정하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 (a) 상기 핵산 분자가 고정화된 평면 어레이를 포함하는 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 축에 대해 회전하도록 구성되는 단계; (b) 상기 기판의 회전 중에 상기 평면 어레이를 가로질러 복수의 뉴클레오타이드를 포함하는 용액을 이동시키는 단계; (c) 상기 핵산 분자에 상보적인 신장하는 스트랜드 내로 복수의 뉴클레오타이드로부터 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 혼입시키기에 충분한 조건 하에서 상기 핵산 분자를 프라이머 연장 반응으로 처리하는 단계; 및 (d) 적어도 하나의 뉴클레오타이드의 혼입을 나타내는 신호를 검출함으로써 상기 핵산 분자를 서열결정하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 (b) 이전에 (i) 상기 기판이 정지 상태인 경우 상기 기판 상에 상기 용액을 디스펜싱하는 단계, 및 (ii) 상기 평면 어레이를 가로질러 상기 용액을 이동시키기 위해 상기 기판을 회전 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 (i) (b) 이전에 상기 기판을 회전 처리하는 단계, 및 (ii) 상기 기판이 회전하는 동안, 상기 기판에 상기 용액을 디스펜싱하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 하나 이상의 추가적인 뉴클레오타이드의 혼입을 나타내는 하나 이상의 추가적인 신호를 확인하기 위해 (b)-(d)를 1회 이상 반복함으로써 상기 핵산 분자를 서열결정하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
상이한 용액은 연속적인 사이클 동안 상기 기판의 회전 중에 상기 평면 어레이에 이동될 수 있다. 상기 회전은 상기 평면 어레이 상에 상기 용액을 유동시키는 원심력을 생성할 수 있다. 상기 평면 어레이의 층 두께는 유체 점도를 조정하는 것에 기초하여 처리될 수 있다. 제1 점도를 보유하는 제1 유체는 상기 평면 어레이 상의 상기 핵산 분자를 이용하여 층을 생성하기 위해 사용될 수 있고, 제2 점도를 보유하는 제2 유체는 상기 평면 어레이를 세척하기 위해 사용될 수 있다. 제1 점도는 제2 점도와 상이할 수 있다. 제1 점도는 제1 유체의 온도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 제2 점도는 제2 유체의 온도를 제어함으로써 제어될 수 있다.
상기 평면 어레이는 상기 핵산 샘플에 커플링된 링커를 포함할 수 있다. 상기 핵산 샘플은 비드에 커플링될 수 있고, 상기 비드는 상기 평면 어레이에 고정화된다.
상기 평면 어레이는 적어도 하나의 샘플 주입구 및 적어도 하나의 샘플 배출구와 유체 연통할 수 있다. 상기 용액은 하나 이상의 디스펜싱 노즐을 사용하여 상기 평면 어레이에 이동될 수 있다. 상기 하나 이상의 노즐은 상기 기판의 중심에 또는 그 중심 부근에 이동될 수 있다.
상기 방법은 상기 기판과 접촉한 상기 용액의 서브세트를 재순환시키는 단계를 포함할 수 있다. 재순환은 상기 용액의 수집, 여과, 및 재사용을 포함할 수 있다. 상기 여과는 분자 여과일 수 있다.
상기 평면 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함할 수 있다. 상기 평면 어레이는 텍스처화될 수 있다. 상기 평면 어레이는 패턴화된 어레이일 수 있다.
상기 신호는 광학 신호일 수 있다. 상기 신호는 형광 신호일 수 있다.
상기 방법은 (d)에서 상기 신호를 검출하기 이전에 상기 기판의 회전을 종결시키는 단계를 포함할 수 있다. (d)에서 상기 신호는 상기 기판이 회전하는 동안 검출될 수 있다.
운전 (b) 및/또는 (c)는 제1 위치에서 수행될 수 있고, (d)는 제1 위치와 상이한 제2 위치에서 수행될 수 있다. 제1 위치는 제1 프로세싱 베이를 포함할 수 있고, 제2 위치는 제1 프로세싱 베이와 상이한 제2 프로세싱 베이를 포함할 수 있다. 제1 위치는 제2 회전 스핀들에 대해 내부인 제1 회전 스핀들을 포함할 수 있고, 제2 위치는 제2 회전 스핀들을 포함할 수 있다. 제1 위치는 제2 회전 스핀들에 대해 외부인 제1 회전 스핀들을 포함할 수 있고, 제2 위치는 제2 회전 스핀들을 포함할 수 있다. 제1 회전 스핀들 및 제2 회전 스핀들은 상이한 각속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 운전 (b)는 제1 위치에서 수행될 수 있다. 운전 (c)는 제2 위치에서 수행될 수 있다. 운전 (c)는 제1 위치에서 수행될 수 있다.
상기 방법은 제1 위치 및 제2 위치 사이에서 상기 기판을 이전시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 운전 (b) 및/또는 (c)는 상기 기판이 제1 각속도로 회전하는 동안 수행될 수 있고, (d)는 상기 기판이 제1 각속도와 상이한 제2 각속도로 회전하는 동안 수행될 수 있다. 제1 각속도는 제2 각속도 미만일 수 있다. 제1 각속도는 1분당 0회전(rpm) 내지 100 rpm일 수 있다. 제2 각속도는 100 rpm 내지 5,000 rpm일 수 있다. 운전 (b)은 상기 기판이 제1 각속도로 회전하는 동안 수행될 수 있다. 운전 (c)는 상기 기판이 제2 각속도로 회전하는 동안 수행될 수 있다. 운전 (c)는 상기 기판이 제1 각속도로 회전하는 동안 수행될 수 있다.
한 관점에서, 핵산 분자를 서열결정하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 (a) 상기 핵산 분자가 고정화된 평면 어레이를 포함하는 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 축에 대해 회전하도록 구성되는 단계; (b) 상기 기판의 회전 중에 상기 어레이를 가로질러 복수의 천연 뉴클레오타이드 및/또는 비천연 뉴클레오타이드를 포함하는 용액을 이동시키는 단계; (c) 상기 핵산 분자에 상보적인 신장하는 스트랜드 내로 복수의 뉴클레오타이드로부터 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 혼입시키기에 충분한 조건 하에서 상기 핵산 분자를 프라이머 연장 반응으로 처리하는 단계; 및 (d) 적어도 하나의 뉴클레오타이드의 혼입을 나타내는 신호를 검출함으로써 상기 핵산 분자를 서열결정하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 (b) 이전에 (i) 상기 기판이 정지 상태인 경우 상기 기판 상에 상기 용액을 디스펜싱하는 단계, 및 (ii) 상기 어레이를 가로질러 상기 용액을 이동시키기 위해 상기 기판을 회전 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 (i) (b) 이전에 상기 기판을 회전 처리하는 단계, 및 (ii) 상기 기판이 회전하는 동안, 상기 기판에 상기 용액을 디스펜싱하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 (c)에 후속하여 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 변형시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 변형은 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 표지하는 것을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 뉴클레오타이드는 절단 가능하게 표지될 수 있다. 상기 방법은 (d)에 후속하여 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 절단 또는 변형하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 하나 이상의 추가적인 뉴클레오타이드의 혼입을 나타내는 하나 이상의 추가적인 신호를 확인하기 위해 (b)-(d)를 1회 이상 반복함으로써 상기 핵산 분자를 서열결정하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
상이한 용액은 연속적인 사이클 동안 상기 기판의 회전 중에 상기 평면 어레이에 이동될 수 있다. (d)에 후속하여 및 (b)의 다음 반복 이전에, 상기 적어도 하나의 뉴클레오타이드는 변형될 수 있다. 상기 회전은 상기 평면 어레이 상에 상기 용액을 유동시키는 원심력을 생성할 수 있다. 상기 평면 어레이의 층 두께는 유체 점도를 조정하는 것에 기초하여 처리될 수 있다. 제1 점도를 보유하는 제1 유체는 상기 평면 어레이 상의 상기 핵산 분자를 이용하여 층을 생성하기 위해 사용될 수 있고, 제2 점도를 보유하는 제2 유체는 상기 평면 어레이를 세척하기 위해 사용될 수 있다. 제1 점도는 제2 점도와 상이할 수 있다. 제1 점도는 제1 유체의 온도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 제2 점도는 제2 유체의 온도를 제어함으로써 제어될 수 있다.
상기 어레이는 상기 핵산 샘플에 커플링된 링커를 포함할 수 있다. 상기 핵산 샘플은 비드에 커플링될 수 있고, 상기 비드는 상기 어레이에 고정화된다.
상기 어레이는 적어도 하나의 샘플 주입구 및 적어도 하나의 샘플 배출구와 유체 연통할 수 있다. 상기 용액은 하나 이상의 디스펜싱 노즐을 사용하여 상기 어레이에 이동될 수 있다. 상기 하나 이상의 노즐은 상기 기판의 중심에 또는 그 중시미 부근에 이동될 수 있다.
상기 방법은 상기 기판과 접촉하는 상기 용액의 서브세트를 재순환시키는 단계를 포함할 수 있다. 재순환은 상기 용액의 수집, 여과, 및 재사용을 포함할 수 있다. 상기 여과는 분자 여과일 수 있다.
상기 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함할 수 있다. 상기 평면 어레이는 텍스처화될 수 있다. 상기 어레이는 패턴화된 어레이일 수 있다.
상기 신호는 광학 신호일 수 있다. 상기 신호는 형광 신호일 수 있다.
상기 방법은 (b) 이전에 상기 축에 대해 기판을 회전 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 (d)에서 상기 신호를 검출하기 이전에 상기 기판의 회전을 종결시키는 단계를 포함할 수 있다. (d)에서 상기 신호는 상기 기판이 회전하는 동안 검출될 수 있다.
운전 (b) 및/또는 (c)는 제1 위치에서 수행될 수 있고, (d)는 제1 위치와 상이한 제2 위치에서 수행될 수 있다. 제1 위치는 제1 프로세싱 베이를 포함할 수 있고, 제2 위치는 제1 프로세싱 베이와 상이한 제2 프로세싱 베이를 포함할 수 있다. 제1 위치는 제2 회전 스핀들에 대해 내부인 제1 회전 스핀들을 포함할 수 있고, 제2 위치는 제2 회전 스핀들을 포함할 수 있다. 제1 위치는 제2 회전 스핀들에 대해 외부인 제1 회전 스핀들을 포함할 수 있고, 제2 위치는 제2 회전 스핀들을 포함할 수 있다. 제1 회전 스핀들 및 제2 회전 스핀들은 상이한 각속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 운전 (b)는 제1 위치에서 수행될 수 있다. 운전 (c)는 제2 위치에서 수행될 수 있다. 운전 (c)는 제1 위치에서 수행될 수 있다.
상기 방법은 제1 위치 및 제2 위치 사이에서 상기 기판을 이전시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 운전 (b) 및/또는 (c)는 상기 기판이 제1 각속도로 회전하는 동안 수행될 수 있고, (d)는 상기 기판이 제1 각속도와 상이한 제2 각속도로 회전하는 동안 수행될 수 있다. 제1 각속도는 제2 각속도 미만일 수 있다. 제1 각속도는 1분당 0회전(rpm) 내지 100 rpm일 수 있다. 제2 각속도는 100 rpm 내지 5,000 rpm일 수 있다. 운전 (b)은 상기 기판이 제1 각속도로 회전하는 동안 수행될 수 있다. 운전 (c)는 상기 기판이 제2 각속도로 회전하는 동안 수행될 수 있다. 운전 (c)는 상기 기판이 제1 각속도로 회전하는 동안 수행될 수 있다.
한 관점에서, 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템은 상기 핵산 분자를 고정화하도록 구성된 어레이를 포함하는 기판으로서, 상기 기판은 (i) 축에 대해 회전하도록, 그리고 (ii) 세로축에 대해 상대적인 위치에서 변화를 수행하도록 구성되는 기판; 상기 어레이에 제1 유체를 디스펜싱하도록 구성된 제1 유체 배출 포트를 포함하는 제1 유체 채널; 상기 어레이에 제2 유체를 디스펜싱하도록 구성된 제2 유체 배출 포트를 포함하는 제2 유체 채널로서, 제1 유체 채널 및 제2 유체 채널은 제1 유체 배출 포트의 유체적으로 상류 분리되는 제2 유체 채널; 및 상기 어레이로부터 신호를 검출하도록 구성된 검출기를 포함할 수 있다.
제1 유체 배출 포트 및 제2 유체 배출 포트는 상기 기판에 대해 외부일 수 있다. 제1 유체 배출 포트 및 제2 유체 배출 포트는 상기 기판과 접촉하지 않을 수 있다. 제1 유체 배출 포트 및 제2 유체 배출 포트는 노즐일 수 있다.
상기 축은 세로축과 실질적으로 평행할 수 있다. 상기 세로축은 상기 축과 일치할 수 있다. 상기 세로축은 상기 기판의 표면에 대해 실질적으로 수직일 수 있다. 상기 기판의 상대적인 위치는 상기 세로축에 대해 적어도 제1 위치와 제2 위치 사이에서 변경되도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 (i) 상기 세로축의 제1 레벨에 위치된 제1 유체 주입 포트를 포함하는 제3 유체 채널로서, 이때 제1 유체 주입 포트는, 상기 기판이 제1 상대 위치에 존재하는 경우 상기 기판의 하류이고, 상기 기판과 유체 연통하는 제3 유체 채널, 및 (ii) 상기 세로축의 제2 레벨에 위치된 제2 유체 주입 포트를 포함하는 제4 유체 채널로서, 이때 제2 유체 주입 포트는, 상기 기판이 제2 상대 위치에 존재하는 경우 상기 기판의 하류이고, 상기 기판과 유체 연통하는 제4 유체 채널을 추가로 포함할 수 있다. 제3 유체 채널은 제1 유체 채널과 유체 연통할 수 있고, 제4 유체 채널은 제2 유체 채널과 유체 연통할 수 있다. 상기 기판은 (i) 제1 유체 배출 포트로부터 제1 유체를 수용하기 이전, 도중 또는 수용에 후속하여 제1 상대 위치 및 (ii) 제2 유체 배출 포트로부터 제2 유체를 수용하기 이전, 도중 또는 수용에 후속하여 제2 상대 위치를 보유하도록 구성될 수 있다. 제3 유체 채널 및 제1 유체 채널은 제1 환형 유체 유동 경로의 적어도 일부분을 규정할 수 있고, 제4 유체 채널 및 제2 유체 채널은 제2 환형 유체 유동 경로의 적어도 일부분을 규정할 수 있다. 제1 환형 유체 유동 경로 및 제2 환형 유체 유동 경로의 적어도 하나는 필터를 포함할 수 있다. 상기 필터는 분자 필터일 수 있다.
상기 시스템은 기판과, (i) 상기 기판이 제1 위치에 존재하는 경우 제2 유체 배출 포트 및 (ii) 기판이 제2 위치에 존재하는 경우 제1 유체 주입 포트 사이의 유체 연통을 방지하는 쉴드를 추가로 포함할 수 있다. 상기 기판은 상기 세로축을 따라 병진할 수 있다(translatable). 상기 기판은 상기 세로축을 따라 정지 상태일 수 있다. 제1 유체 배출 포트의 제1 축 및 제2 유체 배출 포트의 제2 축 중 적어도 하나는 상기 축과 실질적으로 일치할 수 있다. 제1 유체 배출 포트의 제1 축 및 제2 유체 배출 포트의 제2 축 중 적어도 하나는 상기 축과 실질적으로 평행할 수 있다.
제1 유체 및 제2 유체는 상이한 타입의 시약을 포함할 수 있다. 제1 유체는 제1 타입의 뉴클레오타이드 또는 뉴클레오타이드 혼합물을 포함하고, 제2 유체는 제2 타입의 뉴클레오타이드 또는 뉴클레오타이드 혼합물을 포함한다. 제1 유체 또는 제2 유체는 세척 시약을 포함할 수 있다.
상기 검출기는 상기 기판의 회전 중에 상기 기판으로부터 신호를 검출하도록 구성될 수 있다. 상기 검출기는 상기 기판이 회전하지 않는 경우 상기 기판으로부터 신호를 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 신호는 광학 신호일 수 있다. 상기 신호는 형광 신호일 수 있다.
제1 유체 배출 포트는 상기 기판의 회전 중에 상기 어레이에 제1 유체를 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제2 유체 배출 포트는 상기 기판의 회전 중에 상기 어레이에 제2 유체를 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제1 유체 배출 포트 및 제2 유체 배출 포트는 비중첩 시간에 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은 제1 유체 배출 포트가 디스펜싱하는 경우 및 제2 유체 배출 포트가 디스펜싱하는 경우 (i) 상이한 속도 및 (ii) 상이한 회전수 중 적어도 하나를 이용하여 회전하도록 구성될 수 있다. 회전 중 상기 어레이는 상기 축으로부터 멀어지는 실질적으로 방사상 방향으로 제1 유체를 이동시키도록 구성될 수 있다. 제1 유체 배출 포트는 상기 기판의 1회의 완전 회전보다 더 많이 회전하는 동안 상기 어레이에 제1 유체를 디스펜싱하도록 구성될 수 있다.
상기 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함할 수 있다. 상기 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함할 수 있다. 상기 어레이는 핵산 샘플에 커플링되어 있는 링커를 포함할 수 있다. 상기 핵산 샘플은 비드에 커플링될 수 있고, 상기 비드는 상기 어레이에 고정화된다. 상기 어레이는 텍스처화될 수 있다. 상기 어레이는 패턴화된 어레이일 수 있다. 상기 어레이는 평면일 수 있다.
한 관점에서, 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템은 핵산 분자를 고정화하도록 구성된 평면 어레이를 포함하는 기판으로서, 상기 기판은 축에 대해 회전하도록 구성되는 기판; 상기 기판의 회전 중에 상기 평면 어레이에 복수의 뉴클레오타이드를 포함하는 용액을 이동시키도록 구성된 유체 유동 유닛; 상기 평면 어레이와 감지 연통(sensing communication)하는 검출기; 및 상기 유체 유동 유닛 및 검출기에 작동적으로 커플링된 하나 이상의 컴퓨터 프로세서를 포함하는데, 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서는 (i) 상기 기판의 회전 중에 상기 평면 어레이를 가로질러 복수의 뉴클레오타이드를 포함하는 용액을 이동시키기 위해 상기 유체 유동 유닛을 지시하도록; (ii) 상기 핵산 분자에 상보적인 신장하는 스트랜드 내로 상기 복수의 뉴클레오타이드로부터 하나 이상의 뉴클레오타이드를 혼입시키기에 충분한 조건 하에서 상기 핵산 분자를 프라이머 연장 반응으로 처리하도록; 그리고 (iii) 하나 이상의 뉴클레오타이드의 혼입을 나타내는 하나 이상의 신호를 검출함으로써 상기 핵산 분자를 서열결정하기 위해 상기 검출기를 이용하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍된다.
한 관점에서, 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템은 핵산 분자를 고정화하도록 구성된 어레이를 포함하는 기판으로서, 상기 기판은 축에 대해 회전하도록 구성되는 기판; 상기 기판의 회전 중에 상기 어레이에 복수의 뉴클레오타이드를 포함하는 용액을 이동시키도록 구성된 유체 유동 유닛; 상기 어레이와 감지 연통하는 검출기; 및 상기 유체 유동 유닛 및 검출기에 작동적으로 커플링된 하나 이상의 컴퓨터 프로세서를 포함하는데, 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서는 (i) 상기 기판의 회전 중에 상기 어레이를 가로질러 복수의 뉴클레오타이드를 포함하는 용액을 이동시키기 위해 상기 유체 유동 유닛을 지시하도록; (ii) 상기 핵산 분자에 상보적인 신장하는 스트랜드 내로 상기 복수의 뉴클레오타이드로부터 하나 이상의 뉴클레오타이드를 혼입시키기에 충분한 조건 하에서 상기 핵산 분자를 프라이머 연장 반응으로 처리하도록; 그리고 (iii) 하나 이상의 뉴클레오타이드의 혼입을 나타내는 하나 이상의 신호를 검출함으로써 상기 핵산 분자를 서열결정하기 위해 상기 검출기를 이용하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍된다.
한 관점에서, 기판의 회전 운동 중에 상기 기판의 연속 구역 스캐닝을 위한 광학 시스템으로서 상기 회전 운동은 상기 기판의 축에 대한 것인 시스템은, 복수의 영역으로 분할된 초점면; 복수의 영역과 광학 연통하는 하나 이상의 센서; 및 하나 이상의 센서에 작동적으로 커플링된 컨트롤러를 포함할 수 있는데, 상기 컨트롤러는 상기 회전 운동 중 독립적으로 클락킹(clocking)하면서 상기 복수의 영역 중 각각의 영역으로부터의 광학 신호를 처리하도록 프로그래밍되고, 상기 독립적인 클락킹은 상기 축의 투사(projection)로부터 각각의 영역의 거리 및 회전 운동의 각속도에 적어도 부분적으로 기초한다.
상기 초점면은 투사 방향에 실질적으로 법선이 축을 따라 복수의 영역으로 분할될 수 있다. 상기 초점면은 회전 운동의 투사 방향에 평행한 축을 따라 복수의 영역으로 분할될 수 있다. 상기 초점면은 광학적으로 분할될 수 있다.
하나 이상의 센서 중 정해진 센서는 회전 운동 중 독립적으로 클락킹하면서 복수의 영역 중 각각의 영역을 처리하도록 구성될 수 있다. 상기 하나 이상의 센서는 복수의 선세일 수 있는데, 이때 복수의 센서 중 각각은 복수의 영역 중 상이한 영역과 광학 연통하고, 상기 컨트롤러는 회전 운동 중 독립적으로 클락킹하면서 복수의 영역 중 각각으로부터 광학 신호를 처리하도록 구성된다. 상기 하나 이상의 센서는 하나 이상의 시간 지연 적분(TDI), 슈도-TDI 급속 프레임 레이트, 전하 접속 소자(CCD), 또는 상보적인 금속 산화물 반도체(CMOS) 검출기를 포함할 수 있다. 상기 독립적인 클락킹은 TDI 라인 레이트 또는 슈도-TDI 프레임 레이트를 포함할 수 있다.
상기 센서 중 하나 이상은 상기 초점면 내의 복수의 영역의 적어도 2개와 광학 연통하도록 구성될 수 있다. 상기 센서 중 하나 이상은 복수의 세그먼트를 포함할 수 있다. 상기 복수의 세그먼트 중 각각의 세그먼트는 상기 복수의 영역 중 한 영역과 광학 연통할 수 있다. 상기 복수의 세그먼트 중 각각의 세그먼트는 독립적으로 클락킹할 수 있다. 상기 세그먼트의 독립적인 클락킹은 상기 초점면의 관련 영역 내에서 이미지의 속도에 상응할 수 있다.
상기 광학 시스템은 유체 내에 액침되도록 구성된 광학 이미징 대물렌즈를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 시스템은 광학 이미징 대물렌즈를 둘러싸는 인클로저를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 시스템은 상기 인클로저에 커플링된 플루이딕 라인(fluidic line)을 추가로 포함할 수 있고, 상기 플루이딕 라인은 상기 인클로저에 유체를 제공하도록 구성된다. 상기 유체는 상기 기판과 접촉할 수 있다. 상기 유체는 예를 들어 상기 기판 및/또는 유체 인클로저 상의 영역들 중 하나 이상의 소수성을 제어하는 전기장을 이용함으로써 국한되거나 제어될 수 있다.
한 관점에서, 기판의 회전 운동 중에 상기 기판을 이미징하기 위한 광학 시스템으로서 상기 회전 운동은 상기 기판의 축에 대한 것인 시스템은, 센서; 및 상기 센서와 광학 연통하는 광학 소자로서, 상기 광학 소자는 상기 기판으로부터 상기 센서에 광학 신호를 이동시키도록 구성되는 광학 소자를 포함할 수 있는데, 상기 센서 및 광학 소자 중 적어도 하나는 상기 회전 운동의 투사 방향에 대해 실질적으로 수직인 방향을 따라 상기 검출기를 가로질러 광학 배율 구배를 생성하도록 구성된다. 상기 시스템은 상기 검출기 및 광학 소자에 작동적으로 커플링된 컨트롤러를 추가로 포함할 수 있는데, 상기 컨트롤러는 상기 회전 운동의 투사 방향에 실질적으로 수직인 방향을 따라 상기 센서를 가로질러 상기 광학 배율 구배를 생성하기 위해 상기 센서 및 광학 소자의 적어도 하나의 조정을 지시하도록 프로그래밍될 수 있다.
상기 광학 소자는 렌즈일 수 있다. 상기 컨트롤러는 왜상 광학 배율 구배를 생성하는 광학 소자 및 센서 중 적어도 하나의 조정을 지시하도록 프로그래밍될 수 있다. (i) 상기 축의 투사로부터 필드 차원에서 최소 거리를 보유하는 필드 차원의 제1 방사상 위치에서 제1 광학 배율 대 (ii) 상기 축의 투사로부터 필드 차원에서 최대 거리를 보유하는 필드 차원의 제2 방사상 위치의 비는 최대 거리 대 최소 거리의 비와 실질적으로 동일하다. 상기 광학 배율 구배는 상기 회전 운동의 투사 방향에 실질적으로 수직인 초점면 및 광학 소자의 회전에 의해 생성될 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 광학 소자의 회전을 지시하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 축의 투사에 대해 필드 차원의 방사상 영역 사의 적어도 일부분에 기초한 배율의 구배 조정을 지시하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 기판에 대해 회전 운동하도록 프로그래밍될 수 있다.
상기 광학 시스템은 유체 내에 액침되도록 구성된 광학 이미징 대물렌즈를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 시스템은 상기 광학 이미징 대물렌즈를 둘러싸는 인클로저를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 시스템은 상기 인클로저에 커플링된 플루이딕 라인을 추가로 포함할 수 있고, 상기 플루이딕 라인은 상기 인클로저에 유체를 제공하도록 구성된다. 상기 유체는 상기 기판과 접촉할 수 있다.
한 관점에서, 기판의 회전 운동 중에 상기 기판을 이미징하기 위한 광학 시스템으로서 상기 회전 운동은 기판의 축에 대한 것인 시스템은, 복수의 센서로서, 상기 복수의 센서 중 각각의 센서는 상기 기판과 광학 연통하는 센서; 및 상기 복수의 센서 중 각각의 센서에 작동적으로 커플링된 컨트롤러를 포함할 수 있는데, 상기 컨트롤러는 이미징 경로를 따라 상기 복수의 센서 중 각각의 센서를 이동시키도록 프로그래밍되고, 상기 복수의 센서 중 하나 이상의 센서를 위한 이미징 경로는 상기 복수의 센서 중 다른 센서의 이미징 경로와 상이하다. 상기 컨트롤러는 나선형 또는 고리형을 보유하는 이미징 경로를 따라 상기 복수의 센서 중 각각의 센서를 이동시키도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 복수의 센서 중 각각의 센서는 선결정된 파장 범위 내의 파장을 보유하는 광을 수용하도록 구성될 수 있다.
상기 광학 시스템은 유체 내에 액침되도록 구성된 광학 이미징 대물렌즈를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 시스템은 상기 광학 이미징 대물렌즈를 둘러싸는 인클로저를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 시스템은 상기 인클로저에 커플링된 플루이딕 라인을 추가로 포함할 수 있고, 상기 플루이딕 라인은 상기 인클로저에 유체를 제공하도록 구성된다.
한 관점에서, 분석물질을 처리하기 위한 방법은 (a) 상기 분석물질이 고정화된 평면 어레이를 포함하는 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 축에 대해 회전하도록 구성되는 단계; (b) 상기 기판의 회전 중에 상기 평면 어레이를 가로질러 복수의 어댑터를 포함하는 용액을 이동시키는 단계; (c) 상기 분석물질과 상기 복수의 어댑터 사이의 반응을 야기하기에 충분한 조건으로 상기 분석물질을 처리하는 단계; 및 (d) 상기 분석물질과 상기 복수의 어댑터 사이의 상기 반응을 나타내는 신호를 검출함으로써 상기 분석물질을 분석하는 단계를 포함한다.
상기 평면 어레이는 2개 이상의 타입의 분석물질을 포함할 수 있다. 상기 2개 이상의 타입의 분석물질은 무작위로 배열될 수 있다. 상기 2개 이상의 타입의 분석물질은 규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 상기 분석물질은 단일 세포 분석물질일 수 있다. 상기 분석물질은 핵산 분자일 수 있다. 상기 분석물질은 단백질 분자일 수 있다. 상기 분석물질은 단일 세포일 수 있다. 상기 분석물질은 입자일 수 있다. 상기 분석물질은 유기체일 수 있다. 상기 분석물질은 콜로니의 일부분일 수 있다. 상기 분석물질은 상기 평면 어레이 상의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치에 고정화될 수 있다.
상기 복수의 어댑터는 복수의 프로브를 포함할 수 있다. 상기 복수의 프로브 중 정해진 프로브는 그 길이가 올리뉴클레오타이드 1 내지 10 염기일 수 있다. 정해진 프로브는 2 염기 프로브일 수 있다. 정해진 프로브는 그 길이가 10 내지 20 염기일 수 있다. 상기 복수의 프로브는 표지될 수 있다.
상기 기판은 상기 분석물질에 커플링되는 링커를 포함할 수 있다. 상기 링커는 탄수화물 분자를 포함할 수 있다. 상기 링커는 친화성 결합 단백질을 포함할 수 있다. 상기 링커는 친수성일 수 있다. 상기 링커는 소수성일 수 있다. 상기 링커는 정전형일 수 있다. 상기 링커는 표지될 수 있다. 상기 링커는 상기 기판에 내장될 수 있다. 상기 링커는 상기 기판 상의 독립적인 층일 수 있다.
상기 방법은 (a) 이전에 상기 링커를 포함하는 기판을 가로질러 상기 분석물질을 이동시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 분석물질은 비드에 커플링될 수 있고, 상기 비드는 상기 평면 어레이에 고정화된다. 상기 평면 어레이는 적어도 하나의 샘플 주입구 및 적어도 하나의 샘플 배출구와 유체 연통할 수 있다. 상기 용액은 하나 이상의 디스펜싱 노즐을 사용하여 상기 평면 어레이에 이동될 수 있다. 상기 하나 이상의 노즐은 상기 기판의 중심에 또는 그 중심 부근에 이동될 수 있다.
상기 방법은 상기 기판과 접촉하는 상기 용액의 서브세트를 재순환시키는 단계를 포함할 수 있다. 재순환은 상기 용액의 수집, 여과, 및 재사용을 포함할 수 있다. 상기 여과는 분자 여과일 수 있다.
상기 평면 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함할 수 있다. 상기 평면 어레이는 텍스처화될 수 있다. 상기 평면 어레이는 패턴화된 어레이일 수 있다.
상기 신호는 광학 신호일 수 있다. 상기 신호는 형광 신호일 수 있다. 상기 신호는 광 흡수 신호일 수 있다. 상기 신호는 광 산란 신호일 수 있다. 상기 신호는 발광 신호일 수 있다. 상기 신호는 인광 신호일 수 있다. 상기 신호는 전기 신호일 수 있다. 상기 신호는 음향 신호일 수 있다. 상기 신호는 자기 신호일 수 있다.
상기 방법은 (b) 이전에 상기 축에 대해 기판을 회전 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 (d)에서 상기 신호를 검출하기 이전에 기판의 회전을 종결시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 신호는 상기 기판이 회전하는 동안 (d)에서 검출될 수 있다.
상기 신호는 상기 분석물질에 대한 표지의 결합에 의해 생성될 수 있다. 상기 표지는 분자, 입자, 세포, 또는 유기체에 결합될 수 있다. 상기 표지는 (a) 이전에 분자, 입자, 세포, 또는 유기체에 결합될 수 있다. 상기 표지는 (a)에 후속하여 분자, 입자, 세포, 또는 유기체에 결합될 수 있다. 상기 신호는 화학 반응에 의한 검출 가능한 생성물의 형성에 의해 생성될 수 있다. 상기 반응은 효소 반응을 포함할 수 있다. 상기 신호는 물리적 회합에 의한 검출 가능한 생성물의 형성에 의해 생성될 수 있다. 상기 신호는 근접 회합에 의한 검출 가능한 생성물의 형성에 의해 생성될 수 있다. 상기 근접 회합은 펠스터 공명 에너지 전달(FRET)을 포함할 수 있다. 상기 근접 회합은 보상 효소와의 회합을 포함할 수 있다. 상기 신호는 단일 반응에 의해 생성될 수 있다. 상기 신호는 복수의 반응에 의해 생성될 수 있다. 상기 복수의 반응은 연속적으로 발생할 수 있다. 상기 복수의 반응은 동시에 발생할 수 있다. 상기 복수의 반응은 반응의 1회 이상의 반복을 포함할 수 있다. 상기 반응은 하이브리드화 반응 또는 라이게이션 반응을 포함할 수 있다. 상기 반응은 하이브리드화 반응 및 라이게이션 반응을 포함할 수 있다.
상기 복수의 어댑터는 복수의 탄수화물 분자를 포함할 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 복수의 지질 분자를 포함할 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 복수의 친화성 결합 분자를 포함할 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 복수의 앱타머를 포함할 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 복수의 항체를 포함할 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 친수성일 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 소수성일 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 정전형일 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 표지될 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 복수의 올리고뉴클레오타이드 분자를 포함할 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 무작위 서열을 포함할 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 타겟팅된 서열을 포함할 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 반복 서열을 포함할 수 있다. 상기 반복 서열은 호모폴리머 서열일 수 있다.
상기 방법은 (b)-(d)를 1회 이상 반복하는 것을 포함할 수 있다. 상이한 용액은 연속 사이클 동안 상기 기판의 회전 중에 상기 평면 어레이에 이동될 수 있다.
한 관점에서, 분석물질 검출 또는 분석을 위한 방법은 (a) 대략 중심축에서 개방 기판을 회전시키는 단계로서, 개방 기판은 상부에 고정화된 분석물질의 어레이를 보유하는 단계; (b) 개방 기판에 복수의 프로브를 보유하는 용액을 도입하기 위해 중심축에 근접하는 영역에 상기 용액을 분산하는 단계; (c) 적어도 원심력에 의해 개방 기판을 가로질러 상기 용액을 분산시켜 복수의 프로브 중 적어도 하나가 고정화된 분석물질 중 적어도 하나에 결합하여 결합된 프로브를 형성하도록 하는 단계; 및 (d) 개방 기판의 회전 중에, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트를 따라 개방 기판의 제1 스캔을 수행하는 제1 검출기 및 하나 이상의 제2 스캔 경로의 제2 세트를 따라 개방 기판의 제2 스캔을 수행하는 제2 검출기를 동시에 사용하는 단계로서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 및 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트는 상이하고, 제1 검출기 또는 제2 검출기는 그 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하고, 제1 검출기는 중심축에 대해 제1 방사상 위치(radial position)에 배치되고, 제2 검출기는 중심축에 대해 제2 방사상 위치에 배치되고, 제1 검출기 및 제2 검출기는 동일한 선형 벡터를 따라 중심축에 대해 상대 운동을 수행하여 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 및 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트를 생성하는 단계를 포함한다. 동일한 선형 벡터를 따라 상기 상대 운동은 상기 중심축에 대해 통상의 상대 운동일 수 있다.
몇몇 실시양태에서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 상이한 스캔 속도로 운전된다. 몇몇 실시양태에서, 제1 검출기 및 제2 검출기의 상이한 스캔 속도는 각각 제1 방사상 위치 및 제2 방사상 위치의 함수이다.
몇몇 실시양태에서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트는 상이한 반경을 보유하는 복수의 환형 스캔 경로를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트는 나선형 스캔 경로를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 동일한 선형 벡터는 상기 중심축을 통해 방사상 방향으로 존재한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 동일한 선형 벡터는 방사상 방향으로 존재하지 않는다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 중심축에 대해 상이한 방사상 위치에서 상이한 구역의 속도 방향 차이를 보상하는 것을 포함하는데, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 중 정해진 스캔 경로는 상이한 구역을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 보상은 하나 이상의 프리즘을 이용하는 것, 하나 이상의 거울을 이용하는 것, 및/또는 하나 이상의 센서를 회전시키는 것을 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 상대 운동 중에 실질적으로 정지 상태이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 개방 기판은 상대 운동 중에 회전 운동 및 병진 운동을 둘 다 수행한다. 몇몇 실시양태에서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 상대 운동 중에 공통 운동(common motion)을 수행한다. 몇몇 실시양태에서, (i) 상기 개방 기판은 제1 검출기 및 제2 검출기에 대해 회전 운동을 수행하고, (ii) 제1 검출기 및 제2 검출기는 상기 중심축에 대해 선운동을 수행한다. 상기 선운동은 상기 중심축에 대해 수직일 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 제1 검출기는 상기 개방 기판의 스캐닝(예를 들어, 회전 스캐닝) 중에 상대 운동을 수행한다. 몇몇 실시양태에서, 제1 검출기는 스캐닝(예를 들어, 회전 스캐닝)하지 않을 때 상대 운동을 수행한다.
몇몇 실시양태에서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 중 정해진 스캔 경로는 동일한 선형 벡터를 따라 상대 운동 중에 스캔된 구역을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트는 동일한 선형 벡터를 따라 상대 운동 중에 스캔된 구역을 포함하지 않는다.
몇몇 실시양태에서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 상기 중심축에 대해 동일한 각 위치(angular position)를 보유한다. 몇몇 실시양태에서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 상기 중심축에 대해 상이한 각 위치를 보유한다. 몇몇 실시양태에서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 상기 중심축에 대해 반대 각 위치를 보유한다.
몇몇 실시양태에서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 중 정해진 스캔 경로는 제1 구역 및 제2 구역을 포함하고, 제1 구역 및 제2 구역은 상기 중심축에 대해 상기 개방 기판의 상이한 방사상 위치에 존재하고, 제1 구역 및 제2 구역은 제1 검출기에 의해 공간적으로 분해된다.
본 개시내용의 다른 관점은 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의한 실행 시 상기 또는 본 출원의 다른 곳에 기재된 방법 중 임의의 방법을 실시하는 머신 실행 가능한 코드를 포함하는 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체를 제공한다.
본 개시내용의 다른 관점은 하나 이상의 컴퓨터 프로세서 및 거기에 커플링된 컴퓨터 메모리를 포함하는 시스템을 제공한다. 상기 컴퓨터 메모리는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의한 실행 시 상기 또는 본 출원의 다른 곳에 기재된 방법 중 임의의 방법을 실시하는 머신 실행 가능한 코드를 포함한다.
본 개시내용의 추가적인 관점 및 이점은 후술하는 상세한 설명으로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 용이하게 명백하게 될 것이고, 본 개시내용의 단지 예시적인 실시양태가 나타내어지고 기재된다. 인지하게 되는 바와 같이, 본 개시내용은 다른 및 상이한 실시양태일 수 있고, 그의 몇몇 세부사항은 모두 본 개시내용을 벗어나지 않으면서 다양하고 명백한 사항에서 변경할 수 있다. 따라서, 도면 및 설명은 그 속성이 예시적인 것으로 간주되어야 하고 제한적인 의미로 간주되지 않아야 한다.
참고 인용
본 출원에 언급된 모든 간행물, 특허, 및 특허 출원은 각각의 개별적인 간행물, 특허, 또는 특허 출원이 참고로 인용되는 것으로 구체적이고 개별적으로 나타내는 바와 동일한 정도로 본 출원에서 참고로 인용된다. 참고로 인용된 간행물 및 특허 또는 특허 출원이 본 명세서에 포함된 개시내용에 모순되는 정도까지, 본 명세서는 임의의 그러한 모순된 자료를 대체하고/하거나 그러한 자료에 대해 우선권을 보유하는 것으로 의도된다.
본 발명의 신규한 특징은 첨부된 청구범위에 상세하게 기재된다. 본 발명의 특징 및 이점의 더 좋은 이해는 본 발명의 원리를 이용하는 예시적인 실시양태를 기술하는 후술하는 상세한 설명 및 첨부 도면(또는 본 출원에서 "도(Figure 및 FIG.)"로도 기재됨)을 참고하여 얻게 될 것이다:
도 1은 본 출원에 제공된 방법을 수행하도록 프로그래밍되거나, 또는 그렇지 않으면 구성된 컴퓨터 제어 시스템을 나타낸다;
도 2는 핵산 분자를 서열결정하기 위한 방법의 예에 대한 플로우차트이다;
도 3은 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템을 나타낸다;
도 4a는 제1 수직 레벨에서 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템을 나타낸다;
도 4b는 제2 수직 레벨에서 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템을 나타낸다;
도 5a는 유체 유동 채널의 어레이를 이용하여 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템의 제1 예를 나타낸다;
도 5b는 유체 유동 채널의 어레이를 이용하여 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템의 제2 예를 나타낸다;
도 6은 핵산 분자를 서열결정하기 위한 전산 시스템을 나타낸다;
도 7은 기판의 회전 운동 중 기판의 연속 구역 스캐닝을 위한 광학 시스템을 나타낸다;
도 8a는 조정된 광 불곡(tailored optical distortion)을 이용하여 기판의 회전 운동 중 기판을 이미징하기 위한 광학 시스템을 나타낸다;
도 8b는 실린더형 렌즈를 이용하여 유도된 조정된 광 불곡의 예를 나타낸다;
도 9a는 인터리브된(interleaved) 나선형 이미징 스캔의 제1 예를 나타낸다;
도 9b는 인터리브된 이미징 스캔의 제2 예를 나타낸다;
도 9c는 네스티드(nested) 이미징 스캔의 예를 나타낸다;
도 10은 네스티드 환형(circular) 이미징 스캔의 배치를 나타낸다;
도 11은 액침 광학 시스템의 단면도를 나타낸다;
도 12a는 정지 축 기판 및 이동 플루이딕스(fluidics) 및 옵틱스(optics)를 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다;
도 12b는 병진 축 기판 및 정지 플루이딕스 및 옵틱스를 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다;
도 12c는 복수의 정지 기판 및 이동 플루이딕스 및 옵틱스를 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다;
도 12d는 회전 스테이지 및 정지 플루이딕스 및 옵틱스 상에 복수의 이동 기판을 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다;
도 12e는 복수의 정지 상태 기판 및 이동 옵틱스를 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다;
도 12f는 복수의 이동 기판 및 정지 플루이딕스 및 옵틱스를 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다;
도 12g는 복수의 프로세싱 베이(processing bay) 사이에서 이동된 복수의 기판을 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다;
도 12h는 공유된 병진 및 회전 축 및 독립적으로 회전하는 필드를 이용하여 스캐닝하는 복수의 이미징 헤드를 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다;
도 12i는 공유된 광학 검출 시스템을 이용하여 스캐닝하는 다중 스핀들(spindles)을 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다;
도 13은 복수의 회전하는 스핀들을 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다;
도 14는 분석물질을 처리하기 위한 방법의 예를 위한 플로우차트를 나타낸다;
도 15는 분석물질을 분리하기 위한 시스템의 제1 예를 나타낸다; 및
도 16은 분석물질을 분리하기 위한 시스템의 제2 예를 나타낸다.
도 17은 스캐닝 중에 속도 구배를 보상하기 위한 제어 시스템의 예를 나타낸다.
도 18a는 기판의 회전 축의 동일한 측면 상에 위치된 2개의 이미징 헤드에 대한 기판의 운동을 나타낸다.
도 18b는 기판의 회전 축의 반대 측면 상에 위치된 2개의 이미징 헤드에 대한 기판의 운동을 나타낸다.
도 18c는 3개의 이미징 헤드에 대한 기판의 운동을 나타낸다.
도 18d는 4개의 이미징 헤드에 대한 기판의 운동을 나타낸다.
도 19a는 기판의 회전 축의 동일한 측면 상에 위치된 2개의 이미징 헤드의 연속적인 환형 경로(successive ring path)를 나타낸다.
도 19b는 기판의 회전 축의 반대 측면 상에 위치된 2개의 이미징 헤드의 연속적인 환형 경로를 나타낸다.
도 19c는 기판의 회전 축의 동일한 측면 상에 위치된 2개의 이미징 헤드의 엇갈린 환형 경로(staggered ring path)를 나타낸다.
도 19d는 기판의 회전 축의 반대 측면 상에 위치된 2개의 이미징 헤드의 엇갈린 환형 경로를 나타낸다.
도 20은 기판의 비방사상 운동에 기인하는 이미징 헤드의 회전하는 스캐닝 방향을 나타낸다.
도 21은 분석물질 검출 또는 분석을 위한 방법의 예에 대한 플로우차트이다.
상세한 설명
본 출원에 본 발명의 다양한 실시양태를 나타내고 기재하지만, 그러한 실시양태는 단지 예시로서 제공된다는 것이 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다수의 변경, 변화, 및 대체가 본 발명을 벗어나지 않으면서 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 일어날 수 있다. 본 출원에 기재된 본 발명의 실시양태에 대한 다양한 대안이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 출원에 사용된 바와 같이 용어 "분석물질을 처리하는 것(processing an analyte)"는 일반적으로 하나 초과의 샘플 물질과의 하나 이상의 상호작용 단계를 의미한다. 분석물질을 처리하는 것은 분석물질과 함께, 존재 하에서, 또는 상에서 화학 반응, 생화학 반응, 효소 반응, 하이브리드화 반응, 중합 반응, 물리적 반응, 임의의 다른 반응, 또는 이의 조합을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 분석물질을 처리하는 것은 분석물질의 물리적 및/또는 화학적 조작을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분석물질을 처리하는 것은 물질, 원자, 또는 분자, 분자 형태의 화학적 변화 또는 물리적 변화, 부가 또는 감산의 검출, 형광 표지의 존재의 검출, 펠스터 공명 에너지 전이(FRET) 상호작용, 또는 형광의 부재의 간섭을 포함할 수 있다. 용어 "분석물질"은 분자, 세포, 생물학적 입자, 또는 유기체를 의미할 수 있다. 몇몇 경우에서, 분자는 핵산 분자, 항체, 항원, 펩타이드, 단백질, 또는 생물학적 샘플로부터 얻거나 유래한 다른 생물학적 분자일 수 있다. 분석물질은 생물학적 샘플, 예를 들어 세포 또는 유기체로부터 기원하고/하거나 유래할 수 있다. 분석물질은 합성일 수 있다.
본 출원에 사용된 바와 같이, 용어 "서열결정(sequencing)"은 일반적으로 생물학적 분자, 예를 들어 핵산 분자의 서열을 생성 또는 확인하기 위한 프로세스를 의미한다. 이러한 서열은 핵산 서열일 수 있는데, 이는 핵산 염기의 서열을 포함할 수 있다. 서열결정은 예를 들어 단일 분자 서열결정 또는 합성에 의한 서열결정일 수 있다. 서열결정은 지지체, 예를 들어 유동 셀 또는 하나 이상의 비드 상에 고정화된 주형 핵산 분자를 이용하여 수행될 수 있다.
본 출원에 사용된 바와 같이, 용어 "생물학적 샘플"은 일반적으로 개체 또는 시험편 유래의 임의의 샘플을 의미한다. 상기 생물학적 샘플은 개체 또는 시험편 유래의 유체 또는 조직일 수 있다. 상기 유체는 혈액(예를 들어, 전혈), 타액, 소변, 또는 땀일 수 있다. 상기 조직은 장기(예를 들어, 간, 폐, 또는 갑상선), 또는 세포 물질 덩어리, 예를 들어 종양일 수 있다. 상기 생물학적 샘플은 분변 샘플, 세포 수집물(예를 들어, 볼 면봉), 또는 모발 샘플일 수 있다. 상기 생물학적 샘플은 무세포 또는 세포 샘플일 수 있다. 생물학적 샘플의 예는 핵산 분자, 아미노산, 폴리펩타이드, 단백질, 탄수화물, 지방, 또는 바이러스를 포함한다. 한 예에서, 생물학적 샘플은 하나 이상의 핵산 분자를 포함하는 핵산 샘플, 예를 들어 데옥시리보핵산(DNA) 및/또는 리보핵산(RNA)이다. 상기 핵산 분자는 무세포 또는 무세포 핵산 분자, 예를 들어 무세포 DNA 또는 무세포 RNA일 수 있다. 상기 핵산 분자는 인간, 포유동물, 비인간 포유동물, 유인원, 원숭이, 침팬지, 파충류, 양서류, 조류, 또는 식물 소스를 포함하는 다양한 소스로부터 유래될 수 있다. 또한, 샘플은 무세포 서열을 함유하는 다양한 동물 유체, 예를 들어 혈액, 혈청, 혈장, 유리체, 가래, 소변, 눈물, 땀, 타액, 정액, 점막 배설물, 점액, 척수액, 양수, 림프액 등을 포함하나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 무세포 폴리뉴클레오타이드는 태아 유래(예를 들어, 임신한 개체로부터 취한 유체) 또는 개체 자체의 조직으로부터 유래될 수 있다.
본 출원에 사용된 바와 같이, 용어 "개체"는 일반적으로 생물학적 샘플이 얻어지는 개인일 수 있다. 상기 개체는 포유동물 또는 비포유동물일 수 있다. 상기 개체는 동물, 예를 들어 원숭이, 개, 고양이, 새, 또는 설치류일 수 있다. 상기 개체는 인간일 수 있다. 상기 개체는 환자일 수 있다. 상기 개체는 질병의 징후를 나타낼 수 있다. 상기 개체는 무증상일 수 있다. 상기 개체는 치료받고 있을 수 있다. 상기 개체는 치료받고 있지 않을 수 있다. 상기 개체는 질병, 예를 들어 암(예를 들어, 유방암, 결장직장암, 뇌암, 백혈병, 폐암, 피부암, 간암, 췌장암, 림프종, 식도암 또는 자경부궁암) 또는 감염성 질환을 보유하거나, 또는 보유하는 것으로 의심될 수 있다. 상기 개체는 유전 질환, 예를 들어 연골 형성 부전, 알파-1 항트립신 결핍증, 항인지질 증후군, 자폐증, 상염색체 우성 다낭성 신종, 샤르코-마리-투드병, 묘성 증후군, 크론병, 낭포성 섬유증, 델컴병, 다운 증후군, 듀앤 증후군, 듀켄 근이영양증, 팩터 V 라이덴 혈전성향증, 가족성 고콜레스테롤 혈증, 가족성 지중해열, 취약 X 증후군, 고셔병, 혈색소 침착증, 혈우병, 완전전뇌증, 헌팅톤병, 클라인펠터 증후군, 마르판 증후군, 근긴장성 이영양증, 신경섬유종증, 누난 증후군, 골형성부전, 파킨슨병, 페닐케톤뇨증, 폴란드 기형, 포르피린증, 선천성 조로증, 색소성 망막염, 중증 복합 면역결핍증, 겸상 적혈구 빈혈증, 척수근 위축증, 테이-색스병, 탈라세미아, 트리메틸아민뇨증, 터너 증후군, 구개심장안면 증후군, WAGR 증후군, 또는 윌슨병을 보유하거나, 또는 보유하는 것으로 의심될 수 있다.
본 출원에 사용된 바와 같이, 용어 "핵산", "핵산 분자", "핵산 단편", "올리고뉴클레오타이드" 및 "폴리뉴클레오타이드"는 일반적으로 다양한 길이를 보유할 수 있는 폴리뉴클레오타이드, 예를 들어 데옥시리보뉴클레오타이드 또는 데옥시리보핵산(DNA) 또는 리보뉴클레오타이드 또는 리보핵산(RNA), 또는 이의 유사체를 의미한다. 핵산의 비제한적인 예는 DNA, RNA, 게놈 DNA 또는 합성 DNA/RNA 또는 유전자 또는 유전자 단편의 코딩 또는 비코딩 영역, 연관 분석으로부터 규정된 유전자좌들(유전자좌), 엑손, 인트론, 메신저 RNA(mRNA), 트랜스퍼 RNA, 라이보좀 RNA, 짧은 간섭 RNA(siRNA), 짧은-헤어핀 RNA(shRNA), 마이크로-RNA(miRNA), 라이보자임, cDNA, 재조합 핵산, 분지된 핵산, 플라스미드, 벡터, 임의 서열의 단리된 DNA, 및 임의 서열의 단리된 RNA를 포함한다. 핵산 분자는 적어도 약 10 핵산 염기(“염기”), 20 염기, 30 염기, 40 염기, 50 염기, 100 염기, 200 염기, 300 염기, 400 염기, 500 염기, 1 킬로베이스(kb), 2 kb, 3, kb, 4 kb, 5 kb, 10 kb, 20 kb, 30 kb, 40 kb, 50 kb, 100 kb, 200 kb, 300 kb, 400 kb, 500 kb, 1 메가베이스(Mb), 또는 그 초과의 길이를 보유할 수 있다. 핵산 분자(예를 들어, 폴리뉴클레오타이드)는 4개의 천연 뉴클레오타이드 염기: 아데닌(A); 시토신(C); 구아닌(G); 및 티민(T)(폴리뉴클레오타이드가 RNA인 경우 티민(T)은 우라실(U)임)의 서열을 포함할 수 있다. 핵산 분자는 하나 이상의 비표준 뉴클레오타이드(들), 뉴클레오타이드 유사체(들) 및/또는 변형된 뉴클레오타이드(들)을 포함할 수 있다.
비표준 뉴클레오타이드, 뉴클레오타이드 유사체 및/또는 변형된 유사체는 디아미노퓨린, 5-플루오로우라실, 5-브로모우라실, 5-클로로우라실, 5-요오도우라실, 하이포잔틴, 잔틴, 4-아세틸시토신, 5-(카르복시하이드록시메틸)우라실, 5-카르복시메틸아미노메틸-2-티오우리딘, 5-칼복시메틸아미노메틸우라실, 디하이드로우라실, 베타-D-갈락토실퀘오신, 이노신, N6-이소펜테닐아데닌, 1-메틸구아닌, 1-메틸이노신, 2,2-디메틸구아닌, 2-메틸아데닌, 2-메틸구아닌, 3-메틸시토신, 5-메틸시토신, N6-아데닌, 7-메틸구아닌, 5-메틸아미노메틸우라실, 5-메톡시아미노메틸-2-티오우라실, 베타-D-만노실퀘오신, 5'-메톡시카르복시메틸우라실, 5-메톡시우라실, 2-메틸티오-D46-이소펜테닐아데닌, 우라실-5-옥시아세트산(v), 위부톡소신(wybutoxosine), 슈도우라실, 퀘오신, 2-티오시토신, 5-메틸-2-티오우라실, 2-티오우라실, 4-티오우라실, 5-메틸우라실, 우라실-5-옥시아세트산메틸에스테르, 우라실-5-옥시아세트산(v), 5-메틸-2-티오우라실, 3-(3-아미노-3-N-2-카르복시프로필)우라실, (acp3)w, 2,6-디아미노퓨린, 에티닐 뉴클레오타이드 염기, 1-프로피닐 뉴클레오타이드 염기, 아지도 뉴클레오타이드 염기, 포스포로셀레노에이트 핵산 등을 포함할 수 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 몇몇 경우에서, 뉴클레오타이드는 트리포스페이트 모이어티에 대한 변형을 포함하는 그들의 포스페이트 모이어티에서의 변형을 포함할 수 있다. 변형의 추가적인 비제한적인 예는 더 긴 길이의 포스페이트 사슬(예를 들어, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 또는 그 초과의 포스페이트 모이어티를 보유하는 포스페이트 사슬), 티올 모이어티를 보유하는 변형(예를 들어, 알파-티오포스페이트 및 베타-티오트리포스페이트) 또는 셀레늄 모이어티를 보유하는 변형(예를 들어, 포스포로셀레노에이트 핵산)을 포함한다. 또한, 핵산 분자는 전형적으로 염기 모이어티(예를 들어, 전형적으로 상보적인 뉴클레오타이드와의 수소 결합을 형성하기 위해 가용한 하나 이상의 원자에서 및/또는 전형적으로 상보적인 뉴클레오타이드와 수소 결합을 형성할 수 없는 하나 이상의 원자에서), 당 모이어티 또는 포스페이트 백본에서 변형될 수 있다. 또한, 핵산 분자는 아민-변형된 기, 예를 들어 아미노알릴-dUTP(aa-dUTP) 및 아미노헥실아크릴아마이드-dCTP(aha-dCTP)를 함유하여 아민 반응성 모이어티, 예를 들어 N-하이드록시석신이미드 에스테르(NHS)의 공유 결합을 가능하게 할 수 있다. 본 개시내용의 올리고뉴클레오타이드 내의 표준 DNA 염기 쌍 또는 RNA 염기 쌍에 대한 대안은 1 mm3 당 비트의 더 높은 밀도, 더 높은 안전성(천연 독소의 우연한 또는 목적이 있는 합성에 대해 내성이 있는), 광-프로그래밍된 폴리머라아제에서의 더 용이한 식별, 또는 더 저급의 2차 구조를 제공할 수 있다. 뉴클레오타이드 유사체는 뉴클레오타이드 검출을 위한 검출 가능한 모이어티와 반응하거나 또는 결합할 수 있다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "뉴클레오타이드"는 일반적으로 임의의 뉴클레오타이드 또는 뉴클레오타이드 유사체를 의미한다. 상기 뉴클레오타이드는 자연적으로 발생하거나, 또는 비자연적으로 발생할 수 있다. 상기 뉴클레오타이드 유사체는 자연적으로 발생하지 않을 수도 있거나, 또는 비표준 염기를 포함할 수 있다. 상기 자연적으로 발생하는 뉴클레오타이드 표준 염기를 포함할 수 있다. 상기 뉴클레오타이드 유사체는 변형된 폴리포스페이트 사슬(예를 들어, 형광단에 커플링된 트리포스페이트)을 포함할 수 있다. 상기 뉴클레오타이드 유사체는 표지를 포함할 수 있다. 상기 뉴클레오타이드 유사체는 종결(예를 들어, 가역적으로 종결)될 수 있다. 상기 뉴클레오타이드 유사체는 대안적인 염기를 포함할 수 있다.
용어 "증폭하는", "증폭", 및 "핵산 증폭"은 상호 교환 가능하게 사용되고, 일반적으로 핵산 또는 주형의 하나 이상의 카피를 생성하는 것을 의미한다. 예를 들어, DNA의 "증폭"은 일반적으로 DNA 분자의 하나 이상의 카피를 생성하는 것을 의미한다. 더구나, 핵산의 증폭은 선형적, 지수적, 또는 이의 조합일 수 있다. 증폭은 에멀젼 기반일 수 있거나, 또는 비에멀젼 기반일 수 있다. 핵산 증폭 방법의 비제한적인 예는 역전사, 프라이머 연장, 폴리머라아제 연쇄 반응(PCR), 리가아제 연쇄 반응(LCR), 헬리카아제-의존성 증폭, 비대칭 증폭, 롤링 서클 증폭, 리컴비나아제 폴리머라아제 반응(RPA), 및 다중 전위 증폭(MDA)을 포함한다. PCR이 사용되는 경우, 임의 형태의 PCR이 사용될 수 있는데, 이의 비제한적인 예는 리얼 타임 PCR, 대립유전자 특이적인 PCR, 어셈블리 PCR, 비대칭 PCR, 디지털 PCR, 어멜젼 PCR, 다이얼-아울(dial-out) PCR, 헬라카아제 의존성 PCR, 네스티드 PCR, 핫 스타트 PCR, 인버스 PCR, 메틸화 특이적인 PCR, 미니프라이머 PCR, 멀티플렉스 PCR, 네스티드 PCR, 오버랩-연장 PCR, TAIL-PCR(thermal asymmetric interlaced-PCR), 및 터치다운 PCR을 포함한다. 더구나, 증폭은 증폭에 참여하거나, 또는 증폭을 용이하게 하는 다양한 성분(예를 들어, 프라이머(들), 주형, 뉴클레오타이드, 폴리머라아제, 완충용액 성분, 보조인자 등)을 포함하는 반응 혼합물 내에서 수행될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 반응 혼합물은 뉴클레오타이드의 컨텍스트 독립적인 혼입(context independent incorporation)을 허용하는 완충용액을 포함한다. 비제한적인 예는 마그네슘 이온, 망간 이온 및 이소시트레이트 완충용액을 포함한다. 그러한 완충용액의 추가적인 예는 그 전체 내용이 본 출원에 참고로 인용된 Tabor, S. et al. C.C. PNAS, 1989, 86, 4076-4080 및 미국 특허 제5,409,811호 및 제5,674,716호에 기재되어 있다.
단일 분자로부터 클론 증폭을 위한 유용한 방법은 본 출원에 인용된 롤링 서클 증폭(RCA)(Lizardi et al., Nat. Genet. 19:225-232 (1998), 브리지 PCR(Adams and Kron, Method for Performing Amplification of nucleic acid with Two Primers Bound 내지 a Single Solid Support, Mosaic Technologies, Inc.(Winter Hill, Mass.); Whitehead Institute for Biomedical Research, Cambridge, Mass., (1997); Adessi et al., Nucl. Acids Res. 28:E87 (2000); Pemov et al., Nucl. Acids Res. 33:ell (2005); 또는 미국 특허 제5,641,658호, 그 전체 내용이 본 출원에 참고로 인용됨), 폴리니 발생(Mitra et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:5926-5931(2003); Mitra et al., Anal. Biochem. 320:55-65(2003), 각각의 문헌은 본 출원에 참고로 인용됨), 및 에멀션을 이용하는 비드 상에서의 클로날 증폭(Dressman et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:8817-8822(2003), 이 문헌은 본 출원에 참고 인용됨) 또는 비드 기반 어댑터 라이브러리에 대한 라이게이션(Brenner et al., Nat. Biotechnol. 18:630-634 (2000); Brenner et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97:1665-1670 (2000)); Reinartz, et al., Brief Funct. Genomic Proteomic 1:95-104 (2002), 그 전체 내용이 본 출원에 참고로 인용됨)을 포함한다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "검출기"는 일반적으로 하나 이상의 혼입된 뉴클레오타이드 또는 형광 표지의 존재 또는 부재를 나타내는 신호를 포함하는 신호를 검출할 수 있는 디바이스를 의미한다. 상기 검출기는 다중 신호를 검출할 수 있다. 상기 신호 또는 다중 신호는 생물학적 반응, 예를 들어 서열결정 반응(예를 들어, 프라이머 연장 반응 중 서열결정) 중에, 실질적으로 반응 중에, 또는 생물학적 반응에 후속하여 실시간으로 검출될 수 있다. 몇몇 경우에서, 검출기는 신호를 검출할 수 있는 광학 및/또는 전자 부품을 포함할 수 있다. 상기 용어 "검출기"는 검출 방법에서 사용될 수 있다. 검출 방법의 비제한적인 예는 광학 검출, 분광 검출, 정전 검출, 전기화학 검출, 음향 검출, 자기 검출 등을 포함한다. 광학 검출 방법은 광 흡수, 자외선-가시광선(UV-vis) 광 흡수, 적외선 광 흡수, 광 산란, 레일리 산란, 라만 산란, 표면 증강 라만 산란, 미에 산란, 형광, 발광, 및 인광을 포함하나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 분광 검출 방법은 질량분광법, 핵 자기 공명(NMR) 분광법, 및 적외선 분광법을 포함하나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 정전 검출 방법은 겔 기반 기법, 예를 들어 겔 전기영동을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다. 전기화학 검출 방법은 증폭된 생성물의 고성능 액체 크로마토그래피 분리 후 증폭된 생성물의 전기화학 검출을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "연속 구역 스캐닝(continuous area scanning)"은 일반적으로 광학 이미징 시스템 및 검출기를 이용하여 회전 기판 상에서 환형, 나선형, 또는 아크형으로의 구역 스캐닝을 의미한다. 연속 구역 스캐닝은 비선형 경로를 따라 기판 또는 어레이를 스캔할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연속 구역 스캐닝은 선형 또는 실질적으로 선형 경로를 따라 기판 또는 어레이를 스캔할 수 있다. 상기 검출기는 연속 구역 스캐닝 검출기일 수 있다. 스캐닝 방향은 실질적으로 물체 회전 운동이 θ 방향인 (R, θ) 좌표계에서 실질적으로 θ일 수 있다. 스캐닝 시스템에 의해 이미징된 물체(기판) 상의 임의의 시계(field of view)를 가로질러, 겉보기 속도는
Figure pct00001
로서 물체 상에서 필드 포인트의 방사상 위치(R)에 따라 가변적일 수 있다. 연속 구역 스캐닝 검출기는 모든 이미지 위치에 대해 동일한 속도로 스캔할 수 있고, 따라서 만곡된(또는 아치형 또는 비선형) 스캔에서 모든 이미징된 포인트에 대해 정확한 스캔 속도에서 운전될 수 없을 수 있다. 따라서, 상기 스캔은 스캔 속도와는 상이한 속도로 이동하는 이미징된 필드 포인트에 대해 속도 블러(velocity blur)에 의해 오류가 발생할 수 있다. 연속 회전 구역 스캐닝은 이러한 접선 속도 블러를 실질적으로 보상하기 위해 알고리즘적, 광학적, 및/또는 전자적 보정을 수행함으로써 이러한 스캐닝 수차(aberration)를 감소시킬 수 있는 광학 검출 시스템 또는 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 보상은 차등 속도 블러를 보상하기 위해 회전 기판 상의 상이한 반경에 상응하는 다양한 이미지 위치에서 차등 속도 블러를 디콘볼루션(deconvolution)하는 이미지 처리 알고리즘을 이용함으로써 알고리즘적으로 수행된다.
다른 예에서, 상기 보상은 왜상 배율 구배를 이용함으로써 수행된다. 이는 스캔 방향에 가로 놓인 하나 이상의 기판 위치에서 상이한 양에 의해 하나의 축에에서 상기 기판을 확대하는 작용을 할 수 있다(왜상 배율). 상기 왜상 배율 구배는 2개 이상의 위치의 이미징된 속도를 실질적으로 동일하게 변형함으로써 기판 상의 2개의 위치의 접선 속도 차를 보상할 수 있다. 이러한 보상은 상기 기판 상의 상이한 반경에서 시계(field of view)를 가로질러 상이한 속도 구배를 처리하기 위해 조정 가능할 수 있다.
이미징 시계(imaging field of view)는 2개 이상의 영역으로 분할될 수 있고, 각각의 영역은 상이한 속도로 스캔되도록 전자적으로 제어될 수 있다. 이들 속도는 각각의 영역 내에서 평균 투사 물체 속도로 조정될 수 있다. 상기 영역은 하나 이상의 빔 스플리터 또는 하나 이상의 거울을 이용하여 광학적으로 규정될 수 있다. 2개 이상의 영역은 하나 이상의 검출기로 이동될 수 있다. 상기 영역들은 단일 검출기의 세그먼트로서 규정될 수 있다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "연속 구역 스캐닝 검출기"는 스캐닝 구역 상에서 연속적인 적분을 할 수 있는 이미징 어레이 센서를 의미하는데, 이때 상기 스캐닝은 상대 운동하는 물체의 이미지에 전자적으로 동기화된다. 연속 구역 스캐닝 검출기는 시간 지연 적분(TDI) 전하 결합 소자(CCD), 하이브리드 TDI, 또는 상보적인 금속 산화물 반도체(CMOS) 슈도 TDI를 포함할 수 있다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "개방 기판(open substrate)"은 일반적으로 단일 활성 표면이 기판에 접선인 방향으로부터 임의의 지점에서 물리적으로 액세스 가능한 실질적으로 평면인 기판을 의미한다. 실질적인 평면은 마이크로미터 레벨 또는 나노미터 레벨의 평면성을 의미할 수 있다. 대안적으로, 실질적으로 평면은 나노미터 레벨보다 더 작거나, 또는 마이크로미터 레벨보다 더 큰 평면성(예를 들어, 밀리미터 레벨)을 의미한다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "왜상 배율(anamorphic magnification)"은 일반적으로 이미지의 두 축 사이의 차등 배율을 의미한다. 왜상 배율 구배는 제2 축의 변위(displacement)를 가로질러 제1 축의 차등 왜상 배율을 포함할 수 있다. 제2 축의 배율은 통일적이거나, 또는 상기 필드 위에서 실질적으로 일정한 임의의 다른 값일 수 있다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "시계(field of view)"는 일반적으로 검출기의 활성 구역에 광학적으로 맵핑되는 샘플 또는 기판 상의 구역을 의미한다.
회전 어레이를 이용하는 분석물질의 처리
종래의 마이크로플루이딕 시스템은 다수의 길고 좁은 채널을 함유하는 기판을 이용하였다. 그러한 기판을 위한 전형적인 유동 셀 기하(flow cell geometries)는 2개의 경쟁하는 필요조건 사이에서 타협하기 위한 요구를 도입한다: 1) 시약 사용을 최소화하기 위해 부피를 최소화하는 것; 및 2) 유동 시간을 최소화하기 위해 유효 수력학적 직경을 최대화하는 것. 이러한 균형은 세척 조작을 위해 특히 중요할 수 있는데, 이는 완료를 위해 많은 세척 부피 및 따라서 긴 시간이 필요할 수 있다. 상기 균형은 층류 영역에서의 흐름을 설명하고 따라서 그러한 유동 흐름 기하를 이용하는 마이크로플루이딕 시스템에 내재적인 푸아죄유 법칙(Poiseuille equation)에 의해 예시된다. 또한, 그러한 유동 흐름 기하는 오염에 취약할 수 있다. 그러한 유동 셀 기하는 마이크로플루이딕 시스템 내에 한정적인 제한된 수의 채널을 수용하도록 하기 때문에, 그러한 한정적인 수의 채널은 분석물질, 시약, 제제, 및/또는 완충용액을 포함하는 복수의 상이한 혼합물 사이에서 공유될 수 있다. 동일한 채널을 통해 유동하는 유체의 내용물은 오염될 수 있다.
본 출원에서 적어도 상기한 문제점들을 해결할 수 있는 개방 기판 또는 유동 셀 기하를 이용하여 분석물질을 처리하기 위한 디바이스, 시스템, 및 방법이 기재된다. 상기 디바이스, 시스템 및 방법은 분석물질 및 유체(예를 들어, 시약, 제제, 완충용액, 다른 분석물질 등을 포함하는 유체) 사이의 반응 또는 상호작용을 포함하는 임의의 적용 또는 프로세스를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 반응 또는 상호작용은 화학적(예를 들어, 폴리머라아제 반응) 또는 물리적(예를 들어, 변위)일 수 있다. 본 출원에 기재된 시스템 및 방법은 더 높은 효율로부터, 예를 들어 더 신속한 시약 전달 및 표면적당 요구된 시약의 더 적은 부피로부터 이익을 얻을 수 있다. 본 출원에 기재된 시스템 및 방법은 한 시약에서 다음 시약으로의 캐리오버의 소스일 수 있는 멀티포트 밸브로부터 공급되는 마이크로플루이딕 채널 유동 셀에서 통상적인 오염 문제를 회피할 수 있다. 상기 디바이스, 시스템, 및 방법은 더 짧은 완료 시간, 더 적은 자원(예를 들어, 다양한 시약)의 사용, 및/또는 감소된 시스템 비용으로부터 이익을 얻을 수 있다. 개방 기판 또는 유동 셀 기하는 임의의 분석물질, 예를 들어 본 출원에 기재된 바와 같은 핵산 분자, 단백질 분자, 항체, 항원, 세포, 및/또는 유기체(이들로 제한되는 것은 아님)를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 개방 기판 또는 유동 셀 기하는 임의의 적용 또는 프로세스, 예를 들어 본 출원에 기재된 바와 같은 합성에 의한 서열결정, 라이게이션에 의한 서열결정, 증폭, 프로테오믹스, 단일 세포 프로세싱, 바코딩, 및 샘플 제조(이들로 제한되는 것은 아님)를 위해 사용될 수 있다.
상기 시스템 및 방법은 개별적으로 주소 지정 가능한 위치의 어레이(예를 들어, 평면 어레이)를 포함하는 기판을 이용할 수 있다. 각각의 위치, 또는 그러한 위치들의 서브세트는 거기에 고정화된 분석물질(예를 들어, 핵산 분자, 단백질 분자, 탄수화물 분자 등)을 보유할 수 있다. 예를 들어, 분석물질은 지지체, 예를 들어 비드를 통해 개별적으로 주소 지정 가능한 위치에 고정화될 수 있다. 기판에 고정화된 복수의 분석물질은 주형 분석물질의 카피일 수 있다. 예를 들어, 복수의 분석물질은 서열 상동성을 보유할 수 있다. 다른 경우에서, 기판에 고정화된 복수의 분석물질은 상이할 수 있다. 복수의 분석물질은 동일한 타입의 분석물질(예를 들어, 핵산 분자)일 수 있거나, 또는 상이한 타입의 분석물질의 조합(예를 들어, 핵산 분자, 단백질 분자 등)일 수 있다. 기판은 대략 축에서 회전할 수 있다. 분석물질은 회전 중 기판에 고정화될 수 있다. 시약(예를 들어, 뉴클레오타이드, 항체, 세척 시약, 효소 등)은 상기 시약으로 어레이를 코팅하고, 분석물질이 상기 시약과 상호작용할 수 있도록 하기 위해 기판의 회전(예를 들어 높은 회전 속도로 회전) 이전 또는 도중에 기판 상에 디스펜싱될 수 있다. 예를 들어, 분석물질이 핵산 분자이고, 시약이 뉴클레오타이드를 포함하는 경우, 상기 핵산 분자는 하나 이상의 뉴클레오타이드와 결합하거나, 또는 그렇지 않으면 반응할 수 있다. 다른 예에서, 분석물질은 단백질 분자이고 시약이 항체를 포함하는 경우, 단백질 분자는 하나 이상의 항체와 결합하거나, 또는 그렇지 않으면 반응할 수 있다. 다른 예에서, 시약이 세척 시약을 포함하는 경우, 기판(및/또는 기판 상의 분석물질)은 임의의 반응되지 않은(및/또는 결합되지 않은) 시약, 제제, 완충용액, 및/또는 다른 입자로부터 세척될 수 있다.
상기 기판을 가로지르는 고속 코팅은 회전 중에 부분적으로 방사상 방향(즉, 회전축으로부터 멀어지는 방향)으로 구속되지 않은 회전 시약(unconstrained spinning reagent)을 이동시키는 접선 관성(tangential inertia), 통상 원심력으로 언급되는 현상에 의해 달성될 수 있다. 고속 회전은 1분당 적어도 1 회전(rpm), 적어도 2 rpm, 적어도 5 rpm, 적어도 10 rpm, 적어도 20 rpm, 적어도 50 rpm, 적어도 100 rpm, 적어도 200 rpm, 적어도 500 rpm, 적어도 1,000 rpm, 적어도 2,000 rpm, 적어도 5,000 rpm, 적어도 10,000 rpm, 또는 그 초과의 회전 속도를 포함할 수 있다. 기판을 가로질러 시약을 이동시키는 이러한 모드는 본 출원에서 원심 또는 관성 펌핑으로 언급될 수 있다. 하나 이상의 신호(예를 들어, 광학 신호)는 출력 값을 생성하기 위해 시약의 디스펜싱 이전에, 도중에, 또는 후속하여 기판 상의 검출 구역으로부터 검출될 수 있다. 예를 들어, 출력 값은 분석물질의 처리로부터 얻어진 중간 또는 최종 결과일 수 있다. 신호는 다수의 경우에서 검출될 수 있다. 임의 순서(독립적으로 또는 동시에)의 디스펜싱, 회전, 및/또는 검출 운전은 분석물질을 처리하기 위해 임의의 횟수로 반복될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 기판은 시약의 연속되는 디스펜싱 사이에(예를 들어, 세척 시약의 디스펜싱을 통해) 세척될 수 있다.
본 출원에서 생물학적 분석물질을 처리하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 상기 생물학적 분석물질이 고정화된 어레이를 포함하는 기판을 제공하는 단계를 포함하는데, 상기 기판은 중심축에 대해 회전 가능하다. 몇몇 경우에서, 상기 어레이는 평면 어레이일 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 어레이는 웰의 어레이일 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 기판은 텍스처화 및/또는 패턴화될 수 있다. 상기 방법은 상기 기판을 가로질러 용액을 이동시키고, 상기 기판의 회전 중에 상기 용액과 상기 생물학적 분석물질을 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 용액은 기판을 코팅하고 상기 어레이에 고정화된 생물학적 분석물질과 접촉하기 위해 상기 기판에 대해 방사상 방향(예를 들어, 외측)으로 이동될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 용액은 복수의 프로브를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 용액은 세척 용액일 수 있다. 상기 방법은 복수의 프로브 중 적어도 하나의 프로브와 상기 생물학적 분석물질 사이의 반응을 수행하기에 충분한 조건으로 상기 생물학적 분석물질을 처리하는 것을 포함할 수 있다. 상기 반응은 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 적어도 하나의 프로브로부터 하나 이상을 신호를 생성할 수 있다. 상기 방법은 하나 이상의 신호를 검출함으로써 상기 생물학적 분석물질을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기판은 고체 기판일 수 있다. 상기 기판은 유리, 규소, 금속, 예를 들어 알루미늄, 구리, 티탄, 크롬, 또는 강, 세라믹, 예를 들어 산화티탄 또는 질화규소, 플라스틱, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로펠린(PP), 폴리스티렌(PS), 내충격성 폴리스티렌(HIPS), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리아세틸렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에폭사이드, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 페놀 포름알데히드(PF), 멜라민 포름알데히드(MF), 우레아-포름알데히드(UF), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드, 폴리락트산(PLA), 푸란, 실리콘, 폴리설폰, 상기 임의의 재료 중 임의의 혼합물, 또는 임의의 적합한 재료 중 하나 이상을 전체적으로 또는 부분적으로 포함할 수 있다. 상기 기판은 금속, 예를 들어 알루미늄, 구리, 은, 또는 금, 산화물, 예를 들어 산화규소(SixOy, 이때 x, y는 임의의 적합한 값을 취할 수 있음), 포토레지스트, 예를 들어 SU8, 표면 코팅, 예를 들어 아미노실란 또는 하이드로겔, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드 덱스트란, 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 또는 상기 임의의 재료의 임의의 조합, 또는 임의의 다른 적합한 코팅 중 하나 이상의 층으로 전체적으로 또는 부분적으로 코팅될 수 있다. 하나 이상의 층은 적어도 1 나노미터(nm), 적어도 2 nm, 적어도 5 nm, 적어도 10 nm, 적어도 20 nm, 적어도 50 nm, 적어도 100 nm, 적어도 200 nm, 적어도 500 nm, 적어도 1 마이크로미터(μm), 적어도 2 μm, 적어도 5 μm, 적어도 10 μm, 적어도 20 μm, 적어도 50 μm, 적어도 100 μm, 적어도 200 μm, 적어도 500 μm, 또는 적어도 1 밀리미터(mm)의 두께를 보유할 수 있다. 하나 이상의 층은 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 두께를 보유할 수 있다.
상기 기판은 실린더, 실린더형 쉘 또는 디스크, 직사각형 프리즘, 또는 임의의 다른 기하학적 형태의 일반적인 형태를 보유할 수 있다. 상기 기판은 적어도 100 μm, 적어도 200 μm, 적어도 500 μm, 적어도 1 mm, 적어도 2 mm, 적어도 5 mm, 또는 적어도 10 mm의 두께(예를 들어, 최소 치수)를 보유할 수 있다. 상기 기판은 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 두께를 보유할 수 있다. 상기 기판은 적어도 1 mm, 적어도 2 mm, 적어도 5 mm, 적어도 10 mm, 적어도 20 mm, 적어도 50 mm, 적어도 100 mm, 적어도 200 mm, 적어도 500 mm, 또는 적어도 1,000 mm의 제1 측면 치수(예를 들어, 직사각형 프리즘의 일반적인 형태를 보유하는 기판의 경우 폭 또는 실린더의 일반적인 형태를 보유하는 기판의 경우 직경)를 보유할 수 있다. 상기 기판은 상기 값들 중의 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 제1 측면 치수를 보유할 수 있다. 상기 기판은 적어도 1 mm, 적어도 2 mm, 적어도 5 mm, 적어도 10 mm, 적어도 20 mm, 적어도 50 mm, 적어도 100 mm, 적어도 200 mm, 적어도 500 mm, 또는 적어도 1,000 mm의 제2 측면 치수(예를 들어, 직사각형 프리즘의 일반적인 형태를 보유하는 기판의 경우 길이)를 보유할 수 있다. 기판은 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 제2 측면 치수를 보유할 수 있다. 상기 기판의 표면은 평면일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 기판의 표면은 텍스처화 또는 패턴화될 수 있다. 예를 들어, 기판은 그루브, 트로프(trough), 힐(hill), 및/또는 필러(pillar)을 포함할 수 있다. 상기 기판은 하나 이상의 캐비티(예를 들어, 마이크로 스케일 또는 나노 스케일 캐비티)를 규정할 수 있다. 상기 기판은 기판의 표면을 가로질러 규칙적인 텍스처 및/또는 패턴을 보유할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 규칙적인 기하 구조(예를 들어, 쐐기형, 장방형, 실리더형, 구형, 반구형 등)를 표면의 기준 레벨 상부 또는 하부에 보유할 수 있다. 대안적으로, 상기 기판은 기판의 표면을 가로질러 불규칙적인 텍스처 및/또는 패턴을 보유할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 기판의 기준 레벨 상부 또는 하부에 임의적인 구조를 보유할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 기판의 텍스처는 기판의 총 두께 또는 기판의 층의 최대 약 100%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.1%, 0.01%, 0.001%, 0.0001%, 0.00001%의 최대 치수를 보유하는 구조를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 기판의 텍스처 및/또는 패턴은 기판 상의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치의 적어도 일부분을 규정할 수 있다. 텍스처화된 및/또는 패턴화된 기판은 실질적으로 평면일 수 있다.
상기 기판은 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 어레이는 기판의 외측면 상에 위치될 수 있다. 상기 어레이는 평면 어레이일 수 있다. 상기 어레이는 일반적인 형태의 환(circle), 환(annulus), 직사각형, 또는 임의의 다른 형태일 수 있다. 상기 어레이는 선형 및/또는 비선형 열(row)을 포함할 수 있다. 상기 어레이는 고르게 간격을 두거나 분포될 수 있다. 상기 어레이는 임의로 간격을 두거나 분포될 수 있다. 상기 어레이는 규칙적인 간격을 보유할 수 있다. 상기 어레이는 불규칙적인 간격을 보유할 수 있다. 상기 어레이는 텍스처화된 어레이일 수 있다. 상기 어레이는 패턴화된 어레이일 수 있다. 상기 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함할 수 있다. 처리하려는 분석물질은 상기 어레이에 고정화될 수 있다. 상기 어레이는 본 출원에 기재된 하나 이상의 결합제, 예를 들어 생물학적 분석물질에 커플링된 하나 이상의 물리적 또는 화학적 링커 또는 어댑터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 어레이는 핵산 분자에 커플링된 링커 또는 어댑터를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 생물학적 분석물질은 비드에 커플링될 수 있고; 비드는 상기 어레이에 고정화될 수 있다.
개별적으로 주소 지정 가능한 위치는 조작을 위해 액세스 가능한 분석물질 또는 분석물질의 그룹의 위치를 포함할 수 있다. 상기 조작은 배치, 추출, 시약 디스펜싱, 시딩, 가열, 냉각, 또는 교반을 포함할 수 있다. 상기 추출은 개별적인 분석물질 또는 분석물질의 그룹을 추출하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 추출은 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 또는 적어도 1,000개의 분석물질 또는 분석물질의 그룹을 추출하는 것을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 추출은 최대 1,000, 최대 500, 최대 200, 최대 100, 최대 50, 최대 20, 최대 10, 최대 5, 또는 최대 2개의 분석물질 또는 분석물질의 그룹을 추출하는 것을 포함할 수 있다. 상기 조작은 예를 들어 분석물질 또는 그의 주변과의 국부화된 마이크로플루이딕, 파이펫, 광학, 레이저, 음향, 자기, 및/또는 전자기 상호작용을 통해 수행될 수 있다.
상기 어레이는 결합제로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 어레이는 결합제로 무작위 코팅될 수 있다. 대안적으로, 상기 어레이는 규칙적인 패턴으로(예를 들어, 선형 어레이, 방사상 어레이, 육각형 어레이 등으로) 배열된 결합제로 코팅될 수 있다. 상기 어레이는 개별적으로 주소 지정 가능한 위치의 수 또는 기판의 표면적의 적어도 10%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 91%, 적어도 92%, 적어도 93%, 적어도 94%, 적어도 95%, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 또는 적어도 99% 상에 결합제로 코팅될 수 있다. 상기 어레이는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 개별적으로 주소 지정 가능한 위치 또는 기판의 표면적의 일부분(fraction) 상에 결합제로 코팅될 수 있다. 상기 결합제는 어레이에 통합된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 결합제는 어레이 상의 하나 이상의 코팅 층으로서 어레이에 추가될 수 있다.
상기 결합제는 비특이적인 상호작용, 예를 들어 하나 이상의 친수성 상호작용, 소수성 상호작용, 정전기 상호작용, 물리적 상호작용(예를 들어, 필러(pillar)에 접착 또는 웰 내 침강) 등을 통해 생물학적 분석물질을 고정화할 수 있다. 상기 결합제는 특이적인 상호작용을 통해 생물학적 분석물질을 고정화할 수 있다. 예를 들어, 생물학적 분석물질이 핵산 분자인 경우, 상기 결합제는 상기 핵산 분자에 결합되도록 구성된 올리고뉴클레오타이드 어댑터를 포함할 수 있다. 예를 들어 다른 타입의 분석물질을 결합시키는 것의 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 결합제는 하나 이상의 항체, 올리고뉴클레오타이드, 앱타머, 친화성 결합 단백질, 지질, 탄수화물 등을 포함할 수 있다. 상기 결합제는 상호작용들의 임의의 가능한 조합을 통해 생물학적 분석물질을 고정화할 수 있다. 예를 들어, 상기 결합제는 물리적 및 화학적 상호작용을 통해, 단백질 및 핵산 상호작용의 조합 등을 통해 핵산 분자를 고정화할 수 있다. 상기 어레이는 적어도 약 10, 100, 1000, 10,000, 100,000, 1,000,000, 10,000,000, 100,000,000개 또는 그 초과의 결합제를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 어레이는 최대 약 100,000,000, 10,000,000, 1,000,000, 100,000, 10,000, 1000, 100, 10개 또는 그 미만의 결합제를 포함할 수 있다. 상기 어레이는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 결합제의 수를 보유할 수 있다. 몇몇 경우에서, 단일 결합제는 단일 생물학적 분석물질(예를 들어, 핵산 분자)을 결합할 수 있다. 몇몇 경우에서, 단일 결합제는 복수의 생물학적 분석물질(예를 들어, 복수의 핵산 분자)을 결합할 수 있다. 몇몇 경우에서, 복수의 결합제는 단일 생물학적 분석물질을 결합할 수 있다. 본 출원에서 예들은 결합제와 핵산 분자의 상호작용을 기재하지만, 상기 결합제는 다른 분자(예를 들어, 단백질), 다른 입자, 세포, 바이러스, 다른 유기체 등을 고정화할 수 있다.
몇몇 경우에서, 각각의 위치, 또는 그러한 위치들의 서브세트는 거기에 고정화된 분석물질(예를 들어, 핵산 분자, 단백질 분자, 탄수화물 분자 등)을 보유할 수 있다. 다른 경우에서, 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치의 일부분은 거기에 고정화된 분석물질을 보유할 수 있다. 기판에 고정화된 복수의 분석물질은 주형 분석물질의 카피일 수 있다. 예를 들어, 복수의 분석물질(예를 들어, 핵산 분자)은 서열 상동성을 보유할 수 있다. 다른 경우에서, 기판에 고정화된 복수의 분석물질은 카피가 아닐 수 있다. 복수의 분석물질은 동일한 타입의 분석물질(예를 들어, 핵산 분자)일 수 있거나, 또는 상이한 타입의 분석물질(예를 들어, 핵산 분자, 단백질 분자 등)의 조합일 수 있다.
몇몇 경우에서, 상기 어레이는 예를 들어 상이한 타입의 분석물질과 결합하기 위해 복수의 타입의 결합제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 어레이는 제1 타입의 분석물질(예를 들어, 핵산 분자)과 결합하도록 구성된 제1 타입의 결합제(예를 들어, 올리고뉴클레오타이드) 및 제2 타입의 분석물질(예를 들어, 단백질)과 결합하도록 구성된 제2 타입의 결합제(예를 들어, 항체) 등을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 어레이는 제1 타입의 핵산 분자와 결합하는 제1 타입의 결합제(예를 들어, 제1 타입의 올리고뉴클레오타이드 분자) 및 제2 타입의 핵산 분자와 결합하는 제2 타입의 결합제(예를 들어, 제2 타입의 올리고뉴클레오타이드 분자) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 기판 상의 특정 부분 또는 특이적인 위치에 상이한 타입의 결합제를 보유함으로써 기판 상의 특정 부분 또는 특이적인 위치에 상이한 타입의 분석물질과 결합하도록 구성될 수 있다.
생물학적 분석물질은 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치 중 정해진 개별적으로 주소 지정 가능한 위치에서 상기 어레이에 고정화될 수 있다. 어레이는 임의의 수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 보유할 수 있다. 예를 들어, 상기 어레이는 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 2,000, 적어도 5,000, 적어도 10,000, 적어도 20,000, 적어도 50,000, 적어도 100,000, 적어도 200,000, 적어도 500,000, 적어도 1,000,000, 적어도 2,000,000, 적어도 5,000,000, 적어도 10,000,000, 적어도 20,000,000, 적어도 50,000,000, 적어도 100,000,000, 적어도 200,000,000, 적어도 500,000,000, 적어도 1,000,000,000, 적어도 2,000,000,000, 적어도 5,000,000,000, 적어도 10,000,000,000, 적어도 20,000,000,000, 적어도 50,000,000,000, 또는 적어도 100,000,000,000개의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 보유할 수 있다. 상기 어레이는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 보유할 수 있다. 각각의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치는 (복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치로부터) 디지털적으로 및/또는 물리적으로 개별적으로 액세스 가능할 수 있다. 예를 들어, 각각의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치는 맵핑, 센싱, 디바이스(예를 들어, 검출기, 프로세서, 디스펜서 등)와의 회합, 또는 다른 처리를 위해, 전자적으로 또는 디지털적으로 위치되고, 확인되고/되거나 액세스될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 각각의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치는 예를 들어 개별적으로 주소 지정 가능한 위치에 위치된 분석물질, 시약, 입자, 또는 다른 성분의 물리적인 조작 또는 추출을 위해 물리적으로 위치되고, 확인되고/되거나 액세스될 수 있다.
각각의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치는 환, 피트, 범프, 직사각형의 일반적인 형상 또는 형태 또는 임의의 다른 형상 또는 형태를 보유할 수 있다. 각각의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치는 제1 측면 치수(예를 들어, 환의 일반적인 형상을 보유하는 개별적으로 주소 지정 가능한 위치의 경우 반경 또는 직사각형의 일반적인 형상을 보유하는 개별적으로 주소 지정 가능한 위치의 경우 폭)를 보유할 수 있다. 제1 측면 치수는 적어도 1 나노미터(nm), 적어도 2 nm, 적어도 5 nm, 적어도 10 nm, 적어도 20 nm, 적어도 50 nm, 적어도 100 nm, 적어도 200 nm, 적어도 500 nm, 적어도 1,000 nm, 적어도 2,000 nm, 적어도 5,000 nm, 또는 적어도 10,000 nm일 수 있다. 제1 측면 치수는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내일 수 있다. 각각의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치는 제2 측면 치수(예를 들어, 직사각형의 일반적인 형상을 보유하는 개별적으로 주소 지정 가능한 위치의 경우 길이)를 보유할 수 있다. 제2 측면 치수는 적어도 1 나노미터(nm), 적어도 2 nm, 적어도 5 nm, 적어도 10 nm, 적어도 20 nm, 적어도 50 nm, 적어도 100 nm, 적어도 200 nm, 적어도 500 nm, 적어도 1,000 nm, 적어도 2,000 nm, 적어도 5,000 nm, 또는 적어도 10,000 nm일 수 있다. 제2 측면 치수는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내일 수 있다. 몇몇 경우에서, 각각의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치는 본 출원에 기재된 바와 같이 결합제에 커플링되어 거기에 분석물질을 고정화시킬 수 있다. 몇몇 경우에서, 개별적으로 주소 지정 가능한 위치 중 일부분만이 결합제에 커플링될 수 있다. 몇몇 경우에서, 개별적으로 주소 지정 가능한 위치는 복수의 결합제를 보유하거나 커플링되어 거기에 분석물질을 고정화시킬 수 있다.
개별적으로 주소 지정 가능한 위치에 결합된 분석물질은 분자, 세포, 유기체, 핵산 분자, 핵산 콜로니, 비드, 클러스터, 폴로니, 또는 DNA 나노볼을 포함할 수 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 상기 결합된 분석물질은 규칙적인, 패턴화된, 주기적인, 무작위적인 또는 의사 무작위 배치, 또는 임의의 다른 공간 배열로 어레이에 고정화될 수 있다.
상기 기판은 축에 대해 회전하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에서, 본 출원에 기재된 시스템, 디바이스, 및 장치는 상기 기판을 회전시키도록 구성된 회전 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 상기 회전 유닛은 상기 기판을 회전시키는 모터 및/또는 회전자를 포함할 수 있다. 그러한 모터 및/또는 회전자는 중간 부품(예를 들어, 기어, 스테이지, 액츄에이터, 디스크, 풀리 등)을 통해 직접적으로 또는 간접적으로 기판에 기계적으로 연결될 수 있다. 상기 회전 유닛은 자동화될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 회전 유닛은 수동 입력을 수용할 수 있다. 상기 회전축은 상기 기판의 중심을 관통한 축일 수 있다. 상기 축은 중심으로부터 벗어난 축일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 스핀 코팅 장치의 척(예를 들어, 진공 척)에 고정될 수 있다. 상기 기판은 적어도 1분당 1회전(rpm), 적어도 2 rpm, 적어도 5 rpm, 적어도 10 rpm, 적어도 20 rpm, 적어도 50 rpm, 적어도 100 rpm, 적어도 200 rpm, 적어도 500 rpm, 적어도 1,000 rpm, 적어도 2,000 rpm, 적어도 5,000 rpm, 또는 적어도 10,000 rpm의 회전 속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내의 회전 속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 상이한 운전 중 상이한 회전 속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은 시간 종속 함수, 예를 들어 램프, 시누소이드(사인 곡선), 펄스, 또는 다른 함수 또는 함수들의 조합에 따라 변하는 회전 속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 시가변적 함수는 주기적 또는 비주기적일 수 있다.
용액은 어레이를 가로질러 상기 용액을 원심력에 의해 이동시키기 위한 기판의 회전 이전 또는 도중에 상기 기판에 제공될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 용액은 상기 기판의 회전 중에 평면 어레이에 펄스로(in pulse) 제공되어 방사상 외측으로 이동하는 상기 용액의 환형 파를 생성할 수 있다. 상기 펄스는 주기적인 또는 비주기적인(예를 들어, 임의적인) 간격일 수 있다. 일련의 펄스는 표면-시약 교환(surface-reagent exchange)을 생성하는 일련의 파를 포함할 수 있다. 상기 표면-시약 교환은 각각의 후속적인 펄스가 상기 표면 시약의 감소된 농도를 포함하는 세척을 포함할 수 있다. 상기 용액은 기판의 온도와는 상이한 온도를 보유함으로써 상기 기판에 또는 상기 기판 상에 위치된 분석물질에 열 에너지의 소스 또는 싱크를 제공할 수 있다. 상기 열 에너지는 상기 기판에 또는 상기 분석물질에 온도 변화를 제공할 수 있다. 상기 온도 변화는 일시적일 수 있다. 상기 온도 변화는 화학 반응, 예를 들어 분석물질에 대해 수행될 화학 반응을 가능하게 하거나, 불가능하게 하거나, 증강시키거나, 또는 억제할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학 반응은 핵산 분자의 변성, 하이브리드화, 또는 어닐링을 포함할 수 있다. 상기 화학 반응은 폴리머라아제 연쇄 반응(PCR), 브리지 증폭, 다른 핵산 증폭 반응에서의 단계를 포함할 수 있다. 상기 온도 변화는 분석물질로부터 검출된 신호를 조절, 증가, 또는 감소시킬 수 있다.
상기 어레이는 (유체 채널의) 적어도 하나의 샘플 주입구와 유체 연통할 수 있다. 상기 어레이는 에어 갭을 통해 상기 샘플 주입구와 유체 연통할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 어레이는 추가적으로 적어도 하나의 샘플 배출구와 유체 연통할 수 있다. 상기 어레이는 에어 갭을 통해 상기 샘플 배출구와 유체 연통할 수 있다. 상기 샘플 주입구는 상기 어레이에 용액을 이동시키도록 구성될 수 있다. 상기 샘플 배출구는 상기 어레이로부터 용액을 수용하도록 구성될 수 있다. 상기 용액은 하나 이상의 디스펜싱 노즐을 이용하여 상기 어레이에 이동될 수 있다. 예를 들어, 상기 용액은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 적어도 10, 적어도 11, 적어도 12, 적어도 13, 적어도 14, 적어도 15, 적어도 16, 적어도 17, 적어도 18, 적어도 19, 또는 적어도 20개의 디스펜싱 노즐을 이용하여 상기 어레이에 이동될 수 있다. 상기 용액은 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 노즐을 이용하여 상기 어레이에 이동될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상이한 시약(예를 들어, 상이한 타입의 뉴클레오타이드 용액, 상이한 프로브, 세척 용액 등)은 예를 들어 오염을 방지하기 위해 상이한 노즐을 통해 디스펜싱될 수 있다. 각각의 노즐은 전용 플루이딕 라인 또는 플루이딕 밸브에 연결될 수 있는데, 이는 오염을 추가로 방지할 수 있다. 한 타입의 시약은 하나 이상의 노즐을 통해 디스펜싱될 수 있다. 상기 하나 이상의 노즐은 기판의 중심에서 또는 그 중심 부근에서 이동될 수 있다. 대안적으로, 상기 하나 이상의 노즐은 상기 기판의 중심 이외의 기판 상의 위치에서 또는 그 위치 부근에서 이동될 수 있다. 대안적으로 또는 함께, 하나 이상의 노즐은 다른 노즐 중 하나 이상보다 기판의 중심에 더 가깝게 이동될 수 있다. 예를 들어, 세척 시약을 디스펜싱하기 위해 사용된 하나 이상의 노즐은 활성 시약을 디스펜싱하기 위해 사용된 하나 이상이 노즐보다 기판의 중심에 더 가깝게 이동될 수 있다. 상기 하나 이상의 노즐은 기판의 중심으로부터 상이한 반경에서 배열될 수 있다. 2개 이상의 노즐은 기판에 유체를 더 효율적으로 전달하기 위해 함께 운전될 수 있다. 하나 이상의 노즐은 제트, 스프레이(또는 다른 디스펜싱된 유체), 및/또는 액적으로서 기판에 유체를 전달하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 노즐은 기판에 전달하기 이전에 유체를 분무하기 위해 운전될 수 있다.
상기 용액은 기판이 정지 상태인 동안 상기 기판 상에 디스펜싱될 수 있다; 이어서, 상기 기판은 상기 용액의 디스펜싱 후 회전될 수 있다. 대안적으로, 상기 기판은 상기 용액의 디스펜싱 이전에 회전될 수 있다; 상기 용액은 기판이 회전하는 동안 상기 기판 상에 디스펜싱될 수 있다.
상기 기판의 회전은 용액에 대한 원심력(또는 상기 축으로부터 멀어지는 방향으로 유도된 관성력)을 생성하여 상기 용액을 어레이 상에서 방사상 외측으로 유동시키도록 할 수 있다. 이러한 방식에서, 상기 기판의 회전은 상기 어레이를 가로질러 상기 용액을 이동시킬 수 있다. 일정 시간에 걸쳐 상기 기판의 연속된 회전은 상기 어레이를 가로질러 거의 일정한 두께의 유체 필름을 디스펜싱할 수 있다. 기판의 회전 속도는 상기 기판 상에서의 상기 용액의 필름의 원하는 두께를 얻도록 선택될 수 있다. 상기 필름 두께는 하식 수학식 (1)에 의해 회전 속도와 관련될 수 있다:
Figure pct00002
(1)
상기 식에서, h(t)는 시간 t에서 유체 필름의 두께이고, μ는 유체의 점도이고, ω는 회전 속도이고, 및 C는 상수이다.
대안적으로 또는 함께, 상기 용액의 점도는 상기 기판 상에 상기 용액의 필름의 원하는 두께를 얻기 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판의 회전 속도 또는 상기 용액의 점도는 적어도 10 나노미터(nm), 적어도 20 nm, 적어도 50 nm, 적어도 100 nm, 적어도 200 nm, 적어도 500 nm, 적어도 1 마이크로미터(μm), 적어도 2 μm, 적어도 5 μm, 적어도 10 μm, 적어도 20 μm, 적어도 50 μm, 적어도 100 μm. 적어도 200 μm, 적어도 500 μm, 또는 적어도 1 mm의 필름 두께를 얻기 위해 선택될 수 있다. 상기 기판의 회전 속도 또는 상기 용액의 점도는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 필름 두께를 얻기 위해 선택될 수 있다. 상기 용액의 점도는 상기 용액의 온도를 제어함으로써 조절될 수 있다. 상기 필름의 두께는 측정 또는 모니터링될 수 있다. 상기 필름의 두께의 측정 또는 모니터링은 필름 두께를 더 잘 제어하기 위해 피드백 시스템 내로 통합될 수 있다. 상기 필름의 두께는 다양한 기법에 의해 측정 또는 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 상기 필름의 두께는 박막 분광기, 예를 들어 섬유 분광기를 이용하는 박막 분광법에 의해 측정 또는 모니터링될 수 있다.
상기 용액은 다양한 성분을 포함하는 반응 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 용액은 분석물질과 상호작용하도록 구성된 복수의 프로브를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로브는 상기 분석물질에 대한 결합 특이성을 보유할 수 있다. 다른 예에서, 상기 프로브는 상기 분석물질에 대한 결합 특이성을 보유하지 않을 수 있다. 프로브는 상기 분석물질에 영구적으로 커플링되도록 구성될 수 있다. 프로브는 상기 분석물질에 일시적으로 커플링되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 뉴클레오타이드 프로브는 핵산 분자 분석물질에 하이브리드화된 신장하는 스트랜드 내로 영구적으로 혼입될 수 있다. 대안적으로, 뉴클레오타이드 프로브는 상기 핵산 분자 분석물질에 일시적으로 결합할 수 있다. 일시적으로 커플링된 프로브는 상기 분석물질로부터 후속적으로 제거될 수 있다. 분석물질로부터 일시적으로 커플링된 프로브의 후속적인 제거는 분석물질에 잔류물(예를 들어, 화학적 잔류물)을 남길 수도 있고, 남기지 않을 수도 있다. 상기 용액 중의 프로브의 타입은 분석물질의 타입에 따라 달라질 수 있다. 프로브는 특이적인 기능을 수행하도록 구성된 작용기 또는 모이어티를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로브는 표지(예를 들어, 염료)를 포함할 수 있다. 프로브는 분석물질과 커플링하거나, 또는 그렇지 않으면 상호작용하는 경우, 검출 가능한 신호(예를 들어, 광학 신호), 예를 들어 표지를 생성하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에서, 프로브는 활성화(예를 들어, 자극) 시 검출 가능한 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 뉴클레오타이드 프로브는 폴리머라아제 반응을 종결시키도록(블로킹되지 않을 때까지) 구성된 가역적인 종결자(예를 들어, 블로킹 기)를 포함할 수 있다. 상기 용액은 프로브와 분석물질 사이의 반응을 돕거나, 가속시키거나, 또는 감속시키는 다른 성분(예를 들어, 효소, 촉매, 완충용액, 염수 용액, 킬레이팅제, 환원제, 다른 제제 등)을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 용액은 세척 용액일 수 있다. 몇몇 경우에서, 세척 용액은 상기 기판으로 이동되어, 상기 세척 용액이 어레이 상에 고정화된 분석물질과 반응 혼합 용액 내의 시약(예를 들어, 프로브) 사이의 반응 또는 상호작용 후 어레이와 접촉하도록 할 수 있다. 상기 세척 용액은 이전 반응 혼합물 용액으로부터의 임의의 유리 시약을 세척해 낼 수 있다.
검출 가능한 신호, 예를 들어 광학 신호(예를 들어, 형광 신호)는 용액 중의 프로브와 분석물질 사이의 반응 시에 생성될 수 있다. 예를 들어, 상기 신호는 상기 프로브 및/또는 상기 분석물질로부터 유래할 수 있다. 상기 검출 가능한 신호는 상기 프로브와 상기 분석물질 사이의 반응 또는 상호작용을 나타낼 수 있다. 상기 검출 가능한 신호는 비광학 신호일 수 있다. 예를 들어, 상기 검출 가능한 신호는 전자 신호일 수 있다. 상기 검출 가능한 신호는 하나 이상의 센서에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 광학 신호는 본 출원의 다른 곳에 기재된 광학 검출 스킴에서 하나 이상의 광학 검출기를 통해 검출될 수 있다. 상기 신호는 상기 기판의 회전 중에 검출될 수 있다. 상기 신호는 상기 기판 회전의 종결 후에 검출될 수 있다. 상기 신호는 분석물질이 용액과 유체 접촉하는 동안 검출될 수 있다. 상기 신호는 용액의 세척 후에 검출될 수 있다. 몇몇 경우에서, 검출 후, 상기 신호는 예를 들어 상기 프로브 및/또는 상기 분석물질로부터 표지를 절단함으로써, 및/또는 상기 프로브 및/또는 상기 분석물질을 변형함으로써 제거될 수 있다. 그러한 절단 및/또는 변형은 하나 이상의 자극, 예를 들어 화학물질, 효소, 광(예를 들어, 자외광)에 대한 노출, 또는 온도 변화(예를 들어, 열)에 의해 수행될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 신호는 하나 이상의 센서의 모드를 불활성화시키거나 변화시킴으로써, 또는 신호의 여기를 종결시키거나 역전시킴으로써 검출되지 않도록 할 수 있다. 몇몇 경우에서, 신호의 검출은 이미지를 포획하거나 또는 디지털 출력(예를 들어, 상이한 이미지 사이에서)을 생성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 기판에 용액을 이동시키는 운전 및 상기 용액 내의 프로브와 상기 어레이 내의 분석물질 사이의 반응을 나타내는 하나 이상의 신호의 검출은 1회 이상 반복될 수 있다. 그러한 운전은 반복적인 방식으로 반복될 수 있다. 예를 들어, 상기 어레이 내의 정해진 위치에 고정화된 동일한 분석물질은 다중 반복 사이클로 다수의 용액과 상호작용할 수 있다. 각각의 반복에서, 검출된 추가적인 신호는 처리 중 상기 분석물질에 대한 증분, 또는 최종 데이터를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 분석물질이 핵산 분자이고, 상기 처리가 서열결정인 경우, 각각의 반복에서 검출된 추가적인 신호는 상기 핵산 분자의 상기 핵산 서열에서 염기를 나타낼 수 있다. 상기 운전은 상기 분석물질을 처리하기 위해 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 2,000, 적어도 5,000, 적어도 10,000, 적어도 20,000, 적어도 50,000, 적어도 100,000, 적어도 200,000, 적어도 500,000, 적어도 1,000,000, 적어도 2,000,000, 적어도 5,000,000, 적어도 10,000,000, 적어도 20,000,000, 적어도 50,000,000, 적어도 100,000,000, 적어도 200,000,000, 적어도 500,000,000, 또는 적어도 1,000,000,000 사이클 반복될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상이한 용액은 각각의 사이클을 위해 상기 기판으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 2,000, 적어도 5,000, 적어도 10,000, 적어도 20,000, 적어도 50,000, 적어도 100,000, 적어도 200,000, 적어도 500,000, 적어도 1,000,000, 적어도 2,000,000, 적어도 5,000,000, 적어도 10,000,000, 적어도 20,000,000, 적어도 50,000,000, 적어도 100,000,000, 적어도 200,000,000, 적어도 500,000,000, 또는 적어도 1,000,000,000개의 용액이 상기 기판에 이동될 수 있다.
몇몇 경우에서, 세척 용액은 각각의 사이클(또는 적어도 각각의 사이클 중 1회) 사이에서 상기 기판에 이동될 수 있다. 예를 들어, 세척 용액은 각각의 타입의 반응 혼합물 용액이 상기 기판으로 이동된 후 상기 기판에 이동될 수 있다. 상기 세척 용액은 구별될 수 있다. 상기 세척 용액은 동일할 수 있다. 상기 세척 용액은 본 출원에 기재된 바와 같이 펄스로 디스펜싱되어 환형파를 생성할 수 있다. 예를 들어, 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 2,000, 적어도 5,000, 적어도 10,000, 적어도 20,000, 적어도 50,000, 적어도 100,000, 적어도 200,000, 적어도 500,000, 적어도 1,000,000, 적어도 2,000,000, 적어도 5,000,000, 적어도 10,000,000, 적어도 20,000,000, 적어도 50,000,000, 적어도 100,000,000, 적어도 200,000,000, 적어도 500,000,000, 또는 적어도 1,000,000,000개의 세척 용액이 상기 기판에 이동될 수 있다.
몇몇 경우에서, 상기 용액(들)의 서브세트 또는 전체는 상기 용액(들)이 기판과 접촉한 후 재순환될 수 있다. 재순환은 상기 용액의 서브세트 또는 전체를 수집, 여과, 및 재사용하는 것을 포함할 수 있다. 상기 여과는 분자 여과일 수 있다.
회전 어레이를 이용하는 핵산 서열결정
몇몇 경우에서, 서열결정을 위한 방법은 합성 스킴에 의한 서열결정을 이용할 수 있는데, 이때 핵산 분자는 프라이머 연장 반응을 이용하여 염기 하나씩(base-by-base) 서열결정된다. 예를 들어, 핵산 분자를 서열결정하기 위한 방법은 상기 핵산 분자가 고정화된 어레이를 포함하는 기판을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 상기 어레이는 평면 어레이일 수 있다. 상기 기판은 축에 대해 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 방법은 기판의 회전 이전에 또는 도중에 상기 어레이를 가로질러 복수의 뉴클레오타이드를 포함하는 용액을 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 기판의 회전은 상기 용액을 이용하여 상기 기판의 표면을 코팅하는 것을 가능하게 할 수 있다. 상기 핵산 분자는 복수의 뉴클레오타이드로부터 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 상기 핵산 분자에 상보적인 신장하는 스트랜드 내로 혼입시키거나 또는 이에 특이적으로 결합하기에 충분한 조건 하에서 프라이머 연장 반응으로 처리할 수 있다. 적어도 하나의 뉴클레오타이드의 혼입 또는 결합을 나타내는 신호는 검출됨으로써 핵산 분자를 서열결정할 수 있다.
몇몇 경우에서, 상기 방법은 상기 핵산 분자가 고정화된 기판을 제공하는 것 이전에, 상기 기판에 상기 핵산 분자를 고정화하는 것을 포함한다. 예를 들어, 상기 핵산 분자를 포함하는 복수의 핵산 분자를 포함하는 용액은 기판의 회전 이전에, 도중에, 또는 후속하여 기판에 이동될 수 있고, 상기 기판은 상기 기판 상의 어레이로서 복수의 핵산 분자의 적어도 서브세트를 고정화하기에 충분한 조건으로 처리될 수 있다.
도 2는 핵산 분자를 서열결정하기 위한 방법(200)의 예를 위한 플로우차트를 나타낸다. 제1 운전(210)에서, 상기 방법은 본 출원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 기판을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 상기 기판은 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치의 어레이를 포함할 수 있다. 상기 어레이는 평면 어레이일 수 있다. 상기 어레이는 텍스처화된 어레이일 수 있다. 상기 어레이는 패턴화된 어레이일 수 있다. 예를 들어, 상기 어레이는 웰 및/또는 필러를 보유하는 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 규정할 수 있다. 동일한 핵산 분자의 카피일 수 있거나, 또는 카피가 아닐 수 있는 복수의 핵산 분자는 상기 어레이에 고정화될 수 있다. 복수의 핵산 분자 유래의 각각의 핵산 분자는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치 중 정해진 개별적으로 주소 지정 가능한 위치에서 상기 어레이에 고정화될 수 있다.
상기 기판은 축에 대해 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 축은 기판의 중심 또는 실질적으로 중심을 관통한 축일 수 있다. 상기 축은 중심에서 벗어난 축일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 스핀 코팅 장치의 척(예를 들어, 진공 척)에 고정될 수 있다. 상기 기판은 적어도 1분당 1회전(rpm), 적어도 2 rpm, 적어도 5 rpm, 적어도 10 rpm, 적어도 20 rpm, 적어도 50 rpm, 적어도 100 rpm, 적어도 200 rpm, 적어도 500 rpm, 적어도 1,000 rpm, 적어도 2,000 rpm, 적어도 5,000 rpm, 또는 적어도 10,000 rpm의 회전 속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 회전 속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 상이한 운전 중에 상이한 회전 속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은 시간 종속 함수, 예를 들어 램프, 시누소이드, 펄스, 또는 다른 함수 또는 함수들의 조합에 따라 가변되는 회전 속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 시가변적 함수는 주기적 또는 비주기적일 수 있다.
제2 운전(220)에서, 상기 방법은 기판의 회전 이전 또는 도중에 어레이를 가로질러 용액을 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 용액은 어레이를 가로질러 원심력에 의해 이동될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 용액은 기판의 회전 중에 펄스로 어레이에 이동됨으로써 방사상 외측으로 이동하는 상기 용액의 환형 파를 생성할 수 있다. 상기 용액은 상기 기판의 온도와는 상이한 온도를 보유함으로써 상기 기판에, 또는 상기 기판 상에 위치된 핵산 분자에 열 에너지의 소스 또는 싱크를 제공할 수 있다. 상기 열 에너지는 상기 기판 또는 상기 핵산 분자에 온도 변화를 제공할 수 있다. 상기 온도 변화는 일시적일 수 있다. 상기 온도 변화는 화학 반응, 예를 들어 핵산 분자에 대해 수행될 화학 반응을 가능하게 하거나, 불가능하게 하거나, 증강시키거나, 또는 억제할 수 있다. 상기 화학 반응은 복수의 핵산 분자의 변성, 하이브리드화, 또는 어닐링을 포함할 수 있다. 상기 화학 반응은 폴리머라아제 연쇄 반응(PCR), 브리지 증폭, 다른 핵산 증폭 반응에서의 단계를 포함할 수 있다. 상기 온도 변화는 핵산 분자로부터(또는 상기 용액 내의 프로브로부터) 검출된 신호를 조절, 증가, 또는 감소시킬 수 있다.
몇몇 경우에서, 상기 용액은 핵산 분자와 반응하도록 구성된 프로브를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에서, 합성에 의해 서열결정을 수행하는 경우에서와 같이, 상기 용액은 복수의 뉴클레오타이드(단일 염기 내)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 뉴클레오타이드는 본 출원에서 "뉴클레오타이드"로 총괄적으로 언급된, 뉴클레오타이드 유사체, 자연 발생 뉴클레오타이드, 및/또는 비자연 발생 뉴클레오타이드를 포함할 수 있다. 상기 복수의 뉴클레오타이드는 동일한 타입의 염기(예를 들어, A, T, G, C 등)일 수도 있고, 또는 아닐 수도 있다. 예를 들어, 상기 용액은 단지 한 타입의 염기를 포함할 수도 있고, 또는 포함하지 않을 수도 있다. 상기 용액은 적어도 1개 타입의 염기 또는 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개 타입의 염기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 용액은 A, T, C, 및 G의 임의의 가능한 혼합물을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 용액은 복수의 천연 뉴클레오타이드 및 비천연 뉴클레오타이드를 포함할 수 있다. 복수의 천연 뉴클레오타이드 및 비천연 뉴클레오타이드는 동일한 타입의 염기(예를 들어, A, T, G, C 등)일 수도 있고, 또는 아닐 수도 있다.
상기 복수의 뉴크레오타이드 중 하나 이상의 뉴클레오타이드는 종결(예를 들어, 가역적으로 종결)될 수 있다. 예를 들어, 뉴클레오타이드는 프라이머 연장을 가역적으로 종결시킬 수 있는 모이어티, 또는 가역적인 종결자를 포함할 수 있다. 가역적인 종결자를 포함하는 뉴클레오타이드는 폴리머라아제에 의해 수용되어 비가역적으로 종결된 뉴클레오타이드와 유사하게 연장하는 핵산 서열에 혼입될 수 있다. 핵산 스트랜드 내로 가역적인 종결자를 포함하는 뉴클레오타이드 유사체의 혼입 후, 상기 가역적인 종결자는 핵산 스트랜드의 추가 연장을 허용하기 위해 제거될 수 있다. 가역적인 종결자는 뉴클레오타이드 또는 뉴클레오타이드 유사체의 당 모이어티(예를 들어, 펜토오스)의 3'-산소 원자에 부착되는 블로킹 또는 캡핑 기를 포함할 수 있다. 그러한 모이어티는 3'-O-블로킹된 가역적인 종결자로서 언급된다. 3'-O-블로킹된 가역적인 종결자의 예는 예를 들어 3'-ONH2 가역적인 종결자, 3'-O-알릴 가역적인 종결자, 및 3'-O-아지오메틸 가역적인 종결자를 포함한다. 대안적으로, 가역적인 종결자는 뉴클레오타이드 유사체의 염료 모이어티 및/또는 링커(예를 들어, 절단 가능한 링커) 내에 블로킹 기를 포함할 수 있다. 3'-블로킹되지 않은 가역적인 종결자는 뉴클레오타이드 유사체의 염기뿐만 아니라 형광 기(예를 들어, 본 출원에 기재된 바와 같이, 표지) 둘 다에 부착될 수 있다. 3'-블로킹되지 않은 가역적인 종결자의 예는 예를 들어 Helicos BioSciences Corp.에 의해 개발된 "버츄얼 종결자(virtual terminator)" 및 Michael L. Metzker et al.에 의해 개발된 "라이트닝 종결자(lightning terminator)"를 포함한다. 가역적인 종결자의 절단은 예를 들어 가역적인 종결자를 포함하는 핵산 분자를 조사(irradiating) 함으로써 달성될 수 있다.
상기 복수의 뉴클레오타이드 중 하나 이상의 뉴클레오타이드는 염료, 형광단, 또는 퀀텀 닷을 이용하여 표지될 수 있다. 예를 들어, 용액은 표지된 뉴클레오타이드를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 용액은 표지되지 않은 뉴클레오타이드를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 용액은 표지된 및 표지되지 않은 뉴클레오타이드의 혼합물을 포함할 수 있다. 염료의 비제한적인 예는 SYBR 그린, SYBR 블루, DAPI, 프로피디움 요오드화물, 훽스트, SYBR 골드, 에티디움 브로마이드, 아크리딘, 프로플라빈, 아크리딘 오렌지, 아크리플라빈, 플루오르쿠마린, 엘립티신, 다우노마이신, 클로로퀸, 이스타마이신 D, 클로로마이신, 호미듐(homidium), 미트라마이신, 루테늄 폴리피리딜, 안트라마이신, 페난트리딘 및 아크리딘, 에티디움 브로마이드, 프로미디움 요오다이드, 헥시디움 요오다이드, 디하이드로에티디움, 에티디움 호모다이머-1 및 -2, 에티디움 모노아지드, 및 ACMA, 훽스트 33258, 훽스트 33342, 훽스트 34580, DAPI, 아크리딘 오렌지, 7-AAD, 액티노마이신 D, LDS751, 하이드록시스틸바미딘, SYTOX 블루, SYTOX 그린, SYTOX 오렌지, POPO-1, POPO-3, YOYO-1, YOYO-3, TOTO-1, TOTO-3, JOJO-1, LOLO-1, BOBO-1, BOBO-3, PO-PRO-1, PO-PRO-3, BO-PRO-1, BO-PRO-3, TO-PRO-1, TO-PRO-3, TO-PRO-5, JO-PRO-1, LO-PRO-1, YO-PRO-1, YO-PRO-3, 피코그린, 올리그린, 리보그린, SYBR 골드, SYBR 그린 I, SYBR 그린 II, SYBR DX, SYTO-40, -41, -42, -43, -44, -45(블루), SYTO-13, -16, -24, -21, -23, -12, -11, -20, -22, -15, -14, -25(그린), SYTO-81, -80, -82, -83, -84, -85(오렌지), SYTO-64, -17, -59, -61, -62, -60, -63(레드), 플루오레세신, 플루오레세인 이소티오시아네이트(FITC), 테트라메틸 로다민 이소티오시아네이트(TRITC), 로다민, 테트라메틸 로다민, R-피코에리트린, Cy-2, Cy-3, Cy-3.5, Cy-5, Cy5.5, Cy-7, 텍사스 레드, Phar-레드, 알로피코시아닌(APC), Sybr 그린 I, Sybr 그린 II, Sybr 골드, 셀트래커(CellTracker) 그린, 7-AAD, 에티디움 호모다이머 I, 에티디움 호모다이머 II, 에티디움 호모다이머 III, 에티디움 브로마이드, 움벨리페론, 에오신, 녹색 형광 단백질, 에리트로신, 쿠마린, 메틸 쿠마린, 피렌, 말라카이트 그린, 스틸벤, 루시퍼 옐로우, 캐스캐이드 블루, 디클로로트리아지닐아민 플루오레세인, 단실 클로라이드, 형광 란타나이드 착물, 예를 들어 유로퓸 및 테르븀을 포함하는 것, 카르복시 테트라클로로 플루오레세인, 5 및/또는 6-카르복시 플루오레세인(FAM), VIC, 5-(또는 6-) 요오도아세트아미도 플루오레세인, 5-{[2(및 3)-5-(아세틸머캅토)-석시닐]아미노}플루오레세인(SAMSA-플루오레세인), 리스아민 로다민 B 설포닐 클로라이드, 5 및/또는 6 카르복시 로다민(ROX), 7-아미노-메틸-쿠마린, 7-아미노-4-메틸쿠마린-3-아세트산(AMCA), BODIPY 형광단, 8-메톡시피렌-1,3,6-트리설폰산 3나트륨염, 3,6-다이설포네이트-4-아미노-나프탈이미드, 피코빌리단백질, Atto 390, 425, 465, 488, 495, 532, 565, 594, 633, 647, 647N, 665, 680 및 700 염료, AlexaFluor 350, 405, 430, 488, 532, 546, 555, 568, 594, 610, 633, 635, 647, 660, 680, 700, 750, 및 790 염료, DyLight 350, 405, 488, 550, 594, 633, 650, 680, 755, 및 800 염료, 또는 다른 형광단, 블랙 홀 켄처 다이(Black Hole Quencher Dyes)(Biosearch Technologies), 예를 들어 BH1-0, BHQ-1, BHQ-3, BHQ-10); QSY Dye 형광 켄처(Molecular Probes/Invitrogen에서 시판), 예를 들어 QSY7, QSY9, QSY21, QSY35, 및 다른 켄처, 예를 들어 Dabcyl 및 Dabsyl; Cy5Q 및 Cy7Q 및 다크 시안 염료(GE Healthcare); Dy-켄처(Dyomics), 예를 들어 DYQ-660 및 DYQ-661; 및 ATTO 형광 켄처(ATTO-TEC GmbH), 예를 들어 ATTO 540Q, 580Q, 612Q를 포함한다. 몇몇 경우에서, 표지는 링커를 보유하는 것일 수 있다. 예를 들어, 표지는 표지에 부착된 다이설파이드 링커를 보유할 수 있다. 그러한 표지의 비제한적인 예는 Cy5-아지드, Cy-2-아지드, Cy-3-아지드, Cy-3.5-아지드, Cy5.5-아지드 및 Cy-7-아지드를 포함한다. 몇몇 경우에서, 링커는 절단 가능한 링커일 수 있다. 몇몇 경우에서, 표지는 자가 켄칭하지 않는 타입 또는 근접 켄칭을 나타내는 타입일 수 있다. 자가 켄칭하지 않는 타입 또는 근접 켄칭을 나타내는 타입의 비제한적인 예는 바이메인(bimane) 유도체, 예를 들어 모노브로보바이메인을 포함한다. 대안적으로, 표지는 자가 켄칭하는 타입 또는 근접 켄칭을 나타내는 타입일 수 있다. 그러한 표지의 비제한적인 예는 Cy5-아지드, Cy-2-아지드, Cy-3-아지드, Cy-3.5-아지드, Cy5.5-아지드 및 Cy-7-아지드를 포함한다. 몇몇 경우에서, 가역적인 종결자의 블록킹기는 염료를 포함할 수 있다.
상기 용액은 하나 이상의 노즐을 이용하여 어레이에 이동될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상이한 시약(예를 들어, 상이한 타입의 뉴클레오타이드 용액, 세척 용액 등)은 예를 들어 오염을 방지하기 위해 상이한 노즐을 통해 디스펜싱될 수 있다. 각각의 노즐은 전용 플루이딕 라인 또는 플루이딕 밸브에 연결될 수 있는데, 이는 오염을 추가로 방지할 수 있다. 한 타입의 시약은 하나 이상의 노즐을 통해 디스펜싱될 수 있다. 상기 하나 이상의 노즐은 기판의 중심에서 또는 그 중심 부근에서 이동될 수 있다. 대안적으로, 상기 하나 이상의 노즐은 기판의 중심 이외의 기판 상의 위치에서 또는 그 위치 부근에서 이동될 수 있다. 2개 이상의 노즐은 기판에 유체를 더 효율적으로 전달하기 위해 함께 운전될 수 있다.
상기 용액은 기판이 정지 상태인 동안 기판 상에 디스펜싱될 수 있다; 이어서, 상기 기판은 상기 용액의 디스펜싱 후에 회전될 수 있다. 대안적으로, 상기 기판은 상기 용액의 디스펜싱 이전에 회전될 수 있다; 이어서, 상기 용액은 기판이 회전하는 동안 상기 기판 상에 디스펜싱될 수 있다. 상기 기판의 회전은 상기 용액에 대해 원심력(또는 축으로부터 멀어지는 방향의 관성력)을 인가할 수 있는데, 이는 어레이 상에서 방사상으로 외측으로 용액을 유동하도록 할 수 있다.
제3 운전(230)에서, 상기 방법은 핵산 분자에 대해 프라이머 연장 반응을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 프라이머 연장 반응은 상기 핵산 분자에 상보적인 신장하는 스트랜드 내로 복수의 뉴클레오타이드 유래의 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 혼입시키기에 충분한 조건 하에서 수행될 수 있다. 상기 뉴클레오타이드는 표지되거나, 또는 표지되지 않을 수 있다.
몇몇 경우에서, 상기 운전(230)은 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 변형하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 상기 뉴클레오타이드를 변형하는 것은 뉴클레오타이드를 표지하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 뉴클레오타이드는 예를 들어 염료, 형광단, 또는 퀀텀 닷으로 표지될 수 있다. 상기 뉴클레오타이드는 절단 가능하게 표지될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 뉴클레오타이드를 변형하는 것은 뉴클레오타이드의 표지를 활성화(예를 들어, 자극)하는 것을 포함할 수 있다.
제4 운전(240)에서, 상기 방법은 적어도 하나의 뉴클레오타이드의 혼입을 나타내는 신호를 검출하는 것을 포함할 수 있다. 상기 신호는 광학 신호일 수 있다. 상기 신호는 형광 신호일 수 있다. 상기 신호는 기판의 회전 중에 검출될 수 있다. 상기 신호는 상기 회전의 종결 후에 검출될 수 있다. 상기 신호는 서열결정되는 핵산 분자가 유체 내에서 상기 용액과 접촉한 후에 검출될 수 있다. 상기 운전(240)은 적어도 하나의 뉴클레오타이드의 표지를 변형하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 운전(240)은 (예를 들어, 검출 후에) 상기 뉴클레오타이드의 표지를 절단하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 상기 뉴클레오타이드는 하나 이상의 자극, 예를 들어 화학물질에 대한 노출, 효소, 광(예를 들어, 자외광), 또는 열에 의해 절단될 수 있다. 일단 표지가 절단되면, 혼입된 뉴클레오타이드를 나타내는 신호는 하나 이상의 검출기를 이용하여 검출 가능하지 않을 수 있다.
상기 방법(200)은 하나 이상의 추가적인 뉴클레오타이드의 혼입을 나타내는 하나 이상의 추가적인 신호를 확인하기 위해 1회 이상 운전(220, 230, 및/또는 240)을 반복함으로써 핵산 분자를 서열결정하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법(200)은 반복 방식으로 운전(220, 230, 및/또는 240)을 반복하는 것을 포함할 수 있다. 각각의 반복에서, 추가적인 신호는 추가적인 뉴클레오타이드의 혼입을 나타낼 수 있다. 추가적인 뉴클레오타이드는 이전의 반복에서 검출된 것과 동일한 뉴클레오타이드일 수 있다. 추가적인 뉴클레오타이드는 이전의 반복에서 검출된 뉴클레오타이드와 상이한 뉴클레오타이드일 수 있다. 몇몇 경우에서, 적어도 하나의 뉴클레오타이드는 운전(220, 230, 및/또는 240)의 각각의 반복 사이에 변형(예를 들어, 표지되고/되거나 절단)될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 운전(220, 230, 및/또는 240)을 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 2,000, 적어도 5,000, 적어도 10,000, 적어도 20,000, 적어도 50,000, 적어도 100,000, 적어도 200,000, 적어도 500,000, 적어도 1,000,000, 적어도 2,000,000, 적어도 5,000,000, 적어도 10,000,000, 적어도 20,000,000, 적어도 50,000,000, 적어도 100,000,000, 적어도 200,000,000, 적어도 500,000,000, 또는 적어도 1,000,000,000회 반복하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 횟수로 운전(220, 230, 및/또는 240)을 반복하는 것을 포함할 수 있다. 따라서 상기 방법(200)은 임의 크기의 핵산 분자의 서열결정을 얻을 수 있다.
상기 방법은 순환 방식으로 기판의 회전 중에 상이한 용액을 어레이로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 제1 타입의 뉴클레오타이드(예를 들어 제1 타입의 복수의 뉴클레오타이드)를 함유하는 제1 용액을 어레이로 이동시키고, 이어서 제2 타입의 뉴클레오타이드를 함유하는 제2 용액을 이동시키고, 이어서 제3 타입의 뉴클레오타이드, 이어서 제4 타입의 뉴클레오타이드를 이동시키는 것 등을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상이한 용액은 뉴클레오타이드 타입의 상이한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 용액은 제1 표준 타입의 뉴클레오타이드(예를 들어, A) 및 제2 표준 타입의 뉴클레오타이드(예를 들어, C)를 포함할 수 있고, 제2 용액은 제1 표준 타입의 뉴클레오타이드(예를 들어, A) 및 제3 표준 타입의 뉴클레오타이드(예를 들어, T)를 포함할 수 있고, 제3 용액은 제1 표준 타입, 제2 표준 타입, 제3 표준 타입, 및 제4 표준 타입(예를 들어, G)의 뉴크레오타이드를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 제1 용액은 표지된 뉴클레오타이드를 포함할 수 있고, 제2 용액은 표지되지 않은 뉴클레오타이드를 포함할 수 있고, 제3 용액은 표지된 및 표지되지 않은 뉴클레오타이드의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 방법은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 2,000, 적어도 5,000, 적어도 10,000, 적어도 20,000, 적어도 50,000, 적어도 100,000, 적어도 200,000, 적어도 500,000, 적어도 1,000,000, 적어도 2,000,000, 적어도 5,000,000, 적어도 10,000,000, 적어도 20,000,000, 적어도 50,000,000, 적어도 100,000,000, 적어도 200,000,000, 적어도 500,000,000, 또는 적어도 1,000,000,000개의 용액을 어레이로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 용액의 수를 어레이로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 용액은 구별되는 것일 수 있다. 상기 용액은 동일한 것일 수 있다.
상기 방법은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 2,000, 적어도 5,000, 적어도 10,000, 적어도 20,000, 적어도 50,000, 적어도 100,000, 적어도 200,000, 적어도 500,000, 적어도 1,000,000, 적어도 2,000,000, 적어도 5,000,000, 적어도 10,000,000, 적어도 20,000,000, 적어도 50,000,000, 적어도 100,000,000, 적어도 200,000,000, 적어도 500,000,000, 또는 적어도 1,000,000,000개의 세척 용액을 기판으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 타입의 뉴클레오타이드가 기판으로 이동된 후, 세척 용액이 이동될 수 있다. 세척 용액은 구별되는 것일 수 있다. 세척 용액은 동일한 것일 수 있다. 세척 용액은 회전 중 펄스로 디스펜싱되어 본 출원에 기재된 바와 같이 각 파형을 생성할 수 있다.
상기 방법은 용액(들)이 기판과 접촉한 후 용액의 일부 또는 전체를 재순환시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 재순환은 용액의 일부 또는 전체를 수집, 여과, 및 재사용을 포함할 수 있다. 상기 여과는 분자 여과일 수 있다.
상기 운전(220 및 230)은 제1 위치에서 일어날 수 있고, 상기 운전(240)은 제2 위치에서 일어날 수 있다. 상기 제1 및 제2 위치는 본 출원에 기재된 바와 같이(예를 들어, 도 12g에 관해), 각각 제1 및 제2 프로세싱 베이를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 위치는 본 출원에 기재된 바와 같이(예를 들어, 도 13에 관해), 각각 제1 및 제2 회전 스핀들을 포함할 수 있다. 상기 제1 회전 스핀들은 제2 외부 회전 스핀들에 대해 외부 또는 내부일 수 있다. 상기 제1 및 제2 회전 스핀들은 상이한 각속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 상기 운전(220)은 제1 위치에서 일어날 수 있고, 상기 운전(230 및 240)은 제2 위치에서 일어날 수 있다.
상기 방법은 제1 운전과 제2 운전 사이에 기판을 이전하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 운전(220 및 230)은 기판이 제1 각속도로 회전하는 동안 일어날 수 있고, 운전(240)은 기판이 제2 각속도로 회전하는 동안 일어날 수 있다. 제1 각속도는 제2 각속도 미만일 수 있다. 제1 각속도는 약 0 rpm 내지 약 100 rpm일 수 있다. 제2 각속도는 약 100 rpm 내지 약 1,000 rpm일 수 있다. 대안적으로, 상기 운전(220)은 상기 기판이 제1 각속도로 회전하는 동안 일어날 수 있고, 상기 운전(230 및 240)은 상기 기판이 제2 각속도로 회전하는 동안 일어날 수 있다.
본 출원에서 제공된 방법(200)에 기반한 다수의 변이, 변경, 및 적응이 가능하다. 예를 들어, 방법(200)의 운전의 순서는 변화될 수 있고, 상기 운전들 중 일부는 제거될 수 있고, 상기 운전들 중 일부는 중복될 수 있고, 필요하다면 추가적인 운전이 추가될 수 있다. 상기 운전들 중 일부는 연속적으로 수행될 수 있다. 상기 운전들 중 일부는 동시에(in parallel) 수행될 수 있다. 상기 운전들 중 일부는 1회 수행될 수 있다. 상기 운전들 중 일부는 1회를 초과하여 수행될 수 있다. 상기 운전들 중 일부는 하위 운전을 포함할 수 있다. 상기 운전들 중 일부는 자동화될 수 있다. 상기 운전들 중 일부는 수동일 수 있다.
예를 들어, 몇몇 경우에서, 제3 운전(230)에서 프라이머 연장 반응을 수행하는 대신에, 핵산 분자는 상기 핵산 분자에 대한 복수의 뉴클레오타이드 유래의 뉴클레오타이드의 일시적인 결합을 가능하게 하는 조건으로 처리될 수 있다. 일시적으로 결합된 뉴클레오타이드는 표지될 수 있다. 상기 일시적으로 결합된 뉴클레오타이드는 예를 들어 검출 후(예를 들어, 운전(240) 참조) 제거될 수 있다. 이어서, 제2 용액은 이번에는 프라이머 연장 반응을 수행하는 조건 하에서 기판으로 이동되어 제2 용액의 뉴클레오타이드가 (예를 들어, 핵산 분자에 하이브리드화된 연장되는 스트랜드 내로) 혼입되도록 할 수 있다. 혼입된 뉴클레오타이드는 표지되지 않을 수 있다. 세척 후, 검출하지 않으면서 표지된 뉴클레오타이드의 다른 용액은 예를 들어 일시적인 결합의 다른 사이클을 위해 상기 기판으로 이동될 수 있다.
몇몇 경우에서, 예를 들어 라이게이션에 의해 서열결정을 수행하기 위해, 용액은 상이한 프로브를 포함할 수 있다. 예를 들어, 용액은 복수의 올리고뉴클레오타이드 분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 올리고뉴클레오타이드 분자는 약 2 염기, 3 염기, 4 염기, 5 염기, 6 염기, 7 염기, 8 염기, 9 염기, 10 염기 또는 그 초과의 길이를 보유할 수 있다. 올리고뉴클레오타이드 분자는 본 출원의 다른 곳에 기재된 바와 같이 염료(예를 들어, 형광 염료)로 표지될 수 있다. 몇몇 경우에서, 예를 들어 호모폴리머 반복 서열, 다이뉴클레오타이드 반복 서열, 및 트리뉴클레오타이드 반복 서열과 같은 핵산 분자에서 반복 서열을 검출하기 위해, 상기 용액은 반복 서열에 결합하도록 구성된 타겟팅된 프로브(예를 들어, 호모폴리머 프로브)를 포함할 수 있다. 상기 용액은 한 타입의 프로브(예를 들어, 뉴클레오타이드)를 포함할 수 있다. 상기 용액은 상이한 타입의 프로브(예를 들어, 뉴클레오타이드, 올리고뉴클레오타이드 분자 등)를 포함할 수 있다. 상기 용액은 상이한 타입의 분석물질(예를 들어, 핵산 분자, 단백질 등)과의 상호작용을 위해 상이한 타입의 프로브(예를 들어, 올리고뉴클레오타이드 분자, 항체 등)를 포함할 수 있다. 상이한 타입의 프로브를 포함하는 상이한 용액은 핵산 분자를 서열결정하거나, 그렇지 않으면 처리 타입에 따라 핵산 분자를 처리하기 위해 연속적인 사이클(예를 들어, 검출은 몇몇 다른 사이클 사이에서가 아니라 몇몇 연속적인 사이클 사이에서 수행될 수 있다) 사이에서 검출하면서 또는 검출하지 않으면서 임의의 횟수로 상기 기판에 이동될 수 있다.
도 3은 핵산 분자를 서열결정하거나, 또는 분석물질을 처리하기 위한 시스템(300)을 나타낸다. 상기 시스템은 방법(200 또는 1400)을 실시하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템(예를 들어, 300, 400, 500a, 500b 등)은 핵산 분자를 처리하는 것에 대해 기재됨에도 불구하고, 상기 시스템은 본 출원에 기재된 바와 같이 임의의 다른 타입의 생물학적 분석물질을 처리하기 위해 사용될 수 있다.
상기 시스템은 기판(310)을 포함할 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 임의의 기판, 예를 들어 도 2에 대해 본 출원에 기재된 임의의 기판을 포함할 수 있다. 상기 기판은 어레이를 포함할 수 있다. 상기 기판은 개방형일 수 있다. 상기 어레이는 하나 이상의 핵산 분자 또는 분석물질을 고정화하도록 구성된 하나 이상의 위치(320)를 포함할 수 있다. 상기 어레이는 본 출원에 기재된 임의의 어레이, 예를 들어 방법(200)과 관련하여 본 출원에 기재된 임의의 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함할 수 있다. 상기 어레이는 서열결정하려는 핵산 분자에 커플링되는 링커(예를 들어, 본 출원에 기재된 임의의 결합제)를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 조합적으로, 서열결정하려는 핵산 분자는 비드에 커플링될 수 있는데; 상기 비드는 상기 어레이에 고정화될 수 있다. 상기 어레이는 텍스처화될 수 있다. 상기 어레이는 패턴화된 어레이일 수 있다. 상기 어레이는 평면일 수 있다.
상기 기판은 축(305)에 대해 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 축은 기판을 중심을 관통한 축일 수 있다. 상기 축은 중심으로부터 벗어난 축일 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 임의의 회전 속도, 예를 들어 방법(200 또는 1400)에 관해 본 출원에 기재된 임의의 회전 속도로 회전하도록 구성될 수 있다.
상기 기판은 제1 또는 제2 세로축(315 및 325)에 대한 상대적인 위치에서 변화를 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 제1 및/또는 제2 세로축을 따라 병진 가능할 수 있다(도 3에 나타낸 바와 같음). 대안적으로, 상기 기판은 제1 및/또는 제2 세로축을 따라 정지 상태일 수 있다. 대안적으로 또는 조합적으로, 상기 기판은 상기 축을 따라 병진 가능할 수 있다(도 4에 나타낸 바와 같음). 대안적으로 또는 조합적으로, 상기 기판은 축을 따라 정지 상태일 수 있다. 상기 기판의 상대적인 위치는 위치들 사이에서 엇갈리도록 구성될 수 있다. 상기 기판의 상대적인 위치는 하나 이상의 세로축들 또는 상기 축에 대한 위치들 사이에서 엇갈리도록 구성될 수 있다. 상기 기판의 상대적인 위치는 본 출원에 기재된 임의의 유체 채널에 대한 위치들 사이에서 엇갈리도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판의 상대적인 위치는 제1 위치 및 제2 위치 사이에서 엇갈리도록 구성될 수 있다. 상기 기판의 상대적인 위치는 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 적어도 10, 적어도 11, 적어도 12, 적어도 13, 적어도 14, 적어도 15, 적어도 16, 적어도 17, 적어도 18, 적어도 19, 또는 적어도 20개의 위치들 사이에서 엇갈리도록 구성될 수 있다. 상기 기판의 상대적인 위치는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 위치들 사이에서 엇갈리도록 구성될 수 있다. 제1 또는 제2 세로축은 상기 축에 대해 실질적으로 수직일 수 있다. 제1 또는 제2 세로축은 상기 축에 대해 실질적으로 평행할 수 있다. 제1 또는 제2 세로축은 상기 축과 일치할 수 있다.
상기 시스템은 제1 유체 채널(330)을 포함할 수 있다. 상기 제1 유체 채널은 제1 유체 배출 포트(335)를 포함할 수 있다. 제1 유체 배출 포트는 어레이에 제1 유체를 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제1 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 유체, 예를 들어 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제1 유체 배출 포트는 기판에 대해 외부일 수 있다. 제1 유체 배출 포트는 기판과 접촉하지 않을 수 있다. 제1 유체 배출 포트는 노즐일 수 있다. 제1 유체 배출 포트는 상기 축과 실질적으로 일치하는 축을 보유할 수 있다. 제1 유체 배출 포트는 상기 축과 실질적으로 평행한 축을 보유할 수 있다.
상기 시스템은 제2 유체 채널(340)을 포함할 수 있다. 상기 제2 유체 채널은 제2 유체 배출 포트(345)를 포함할 수 있다. 제2 유체 배출 포트는 어레이에 제2 유체를 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제2 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 유체, 예를 들어 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제2 유체 배출 포트는 기판에 대해 외부일 수 있다. 제2 유체 배출 포트는 기판과 접촉하지 않을 수 있다. 제2 유체 배출 포트는 노즐일 수 있다. 제2 유체 배출 포트는 상기 축과 실질적으로 일치하는 축을 보유할 수 있다. 제2 유체 배출 포트는 상기 축과 실질적으로 평행한 축을 보유할 수 있다.
제1 및 제2 유체는 상이한 타입의 시약을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 유체는 제1 타입의 뉴클레오타이드, 예를 들어 본 출원에 기재된 임의의 뉴클레오타이드, 또는 뉴클레오타이드 혼합물을 포함할 수 있다. 제2 유체는 제2 타입의 뉴클레오타이드, 예를 들어 본 출원에 기재된 임의의 뉴클레오타이드 또는 뉴클레오타이드 혼합물을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 유체는 동일한 타입의 시약을 포함할 수 있다(예를 들어, 동일한 타입의 유체는 코팅 속도를 증가시키기 위해 다중 유체 배출 포트(예를 들어, 노즐)를 통해 디스펜싱된다). 대안적으로 또는 조합적으로, 제1 또는 제2 유체는 세척 시약을 포함할 수 있다. 제1 유체 채널(330) 및 제2 유체 채널(340)은 유체적으로 분리될 수 있다. 이롭게도, 제1 및 제2 유체가 상이한 타입의 시약을 포함하는 경우, 각각의 상이한 시약은 디스펜싱 중 다른 시약으로부터 오염이 없는 상태를 유지할 수 있다.
제1 유체 배출 포트는 기판의 회전 중에 제1 유체를 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제2 유체 배출 포트는 기판의 회전 중에 제2 유체를 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 유체 배출 포트는 비중첩 시간에 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 유체 배출 포트는 예를 들어 제1 유체 및 제2 유체가 동일한 타입의 시약을 포함하는 경우, 중첩 시간에 디스펜싱되도록 구성될 수 있다. 상기 기판은 제1 및 제2 배출 포트가 디스펜싱하는 경우 상이한 속도 또는 상이한 회전수으로 회전하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 상기 기판은 제1 및 제2 배출 포트가 디스펜싱하는 경우 동일한 속도 및 수의 회전으로 회전하도록 구성될 수 있다. 회전 중에, 상기 어레이는 상기 축으로부터 멀어지는 실질적으로 방사상 방향으로 제1 유체를 이동시키도록 구성될 수 있다. 제1 유체 배출 포트는 기판의 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 2,000, 적어도 5,000, 적어도 10,000, 적어도 20,000, 적어도 50,000, 적어도 100,000, 적어도 200,000, 적어도 500,000, 또는 적어도 1,000,000회의 완전한 회전 중에 상기 어레이에 제1 유체를 이동시키도록 구성될 수 있다. 제1 유체 배출 포트는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 완전한 회전 중에 상기 어레이에 제1 유체를 이동시키도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 제3 유체를 디스펜싱하도록 구성된 제3 유체 배출 포트(355)를 포함하는 제3 유체 채널(350)을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 제4 유체를 디스펜싱하도록 구성된 제4 유체 배출 포트(365)를 포함하는 제3 유체 채널(360)을 포함할 수 있다. 제3 및 제4 유체 채널은 본 출원에 기재된 제1 및 제2 유체 채널과 유사할 수 있다. 제3 및 제4 유체는 제1 및/또는 제2 유체와 동일하거나, 또는 상이한 유체일 수 있다. 몇몇 경우에서, 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20개 또는 그 초과의 유체(또는 시약)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 5-10개의 유체(또는 시약)가 사용될 수 있다.
도 3은 상기 기판의 위치 변화를 나타냄에도 불구하고, 대안으로서 또는 추가적으로 하나 이상의 제1, 제2, 제3, 및 제4 유체 채널이 위치 변화를 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2, 제3, 또는 제4 유체 채널 중 임의의 채널은 제1 및/또는 제2 세로축을 따라 병진할 수 있다. 대안적으로, 제1, 제2, 제3, 또는 제4 유체 채널 중 임의의 채널은 제1 및/또는 제2 세로축을 따라 정지 상태일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제1, 제2, 제3, 또는 제4 유체 채널 중 임의의 채널은 상기 축을 따라 병진 가능할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제1, 제2, 제3, 또는 제4 유체 채널 중 임의의 채널은 상기 축을 따라 정지 상태일 수 있다.
제1, 제2, 제3, 또는 제4 유체 채널 중 하나 이상의 상대적인 위치는 세로축 또는 상기 축 중 하나 이상 사이에서 엇갈리도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2, 제3, 또는 제4 유체 채널 중 임의의 채널의 상대적인 위치는 제1 위치 및 제2 위치 사이에서 엇갈리도록 구성될 수 있다(예를 들어, 그러한 채널을 이동시킴으로써, 상기 기판을 이동시킴으로써, 또는 상기 채널 및 상기 기판을 이동시킴으로써). 제1, 제2, 제3, 또는 제4 유체 채널 중 임의의 채널의 상대적인 위치는 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 적어도 10, 적어도 11, 적어도 12, 적어도 13, 적어도 14, 적어도 15, 적어도 16, 적어도 17, 적어도 18, 적어도 19, 적어도 20개 또는 그 초과의 위치 사이에서 엇갈리도록 구성될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 또는 제4 유체 채널 중 임의의 채널의 상대적인 위치는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 위치 사이에서 엇갈리도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 세로축은 상기 축에 대해 실질적으로 수직일 수 있다. 제1 또는 제2 세로축은 상기 축에 대해 실질적으로 평행할 수 있다. 상기 제1 또는 제2 세로축은 상기 축과 일치할 수 있다.
몇몇 경우에서, 상기 시스템은 상기 기판으로부터 유체를 수용하기 위한 하나 이상의 유체 채널을 포함할 수 있다(도 3에 나타내지 않음). 도 4a-4b와 관련하여, 제5 유체 채널(430)은 제1 유체 주입 포트(435)를 포함할 수 있다. 제1 유체 주입 포터는 상기 축의 제1 레벨에 위치될 수 있다(도 4에 나타내지 않음). 몇몇 경우에서, 제1 유체 주입 포트는 기판(310)의 주변을 둘러쌀 수 있다(예를 들어, 환형으로). 제1 유체 주입 포트는, 상기 기판(310)이 예를 들어 상기 축에 대해 제1 위치에 존재하는 경우, 상기 기판의 하류일 수 있고, 상기 기판과 유체 연통할 수 있다. 제5 유체 채널은 제1 유체 채널(330)과 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 제1 유체 주입 포트는 제1 유체 배출 포트로부터 기판에, 그 후 기판을 벗어나 통과하는 용액을 수용하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 상기 기판의 회전 중의 관성에 기인함). 예를 들어, 제1 유체 주입 포트는 재순환 프로세스, 예를 들어 방법(200 또는 1400)에 대해 본 출원에 기재된 재순환 프로세스에서 상기 용액을 수용하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에서, 제1 유체 주입 포트를 통해 제5 유체 채널에 의해 수용된 용액은 기판에 제1 유체 배출 포트를 통해 디스펜싱되기 위해 제1 유체 채널에 다시 공급될 수 있다(예를 들어, 여과 후). 제5 유체 채널 및 제1 유체 채널은 제1 환형 유체 유동 경로의 적어도 일부분을 규정할 수 있다. 제1 환형 유체 유동 경로는 필터, 예를 들어 방법(200 또는 1400)에 대해 본 출원에 기재된 필터를 포함할 수 있다. 상기 필터는 분자 필터일 수 있다. 다른 경우에서, 제5 유체 채널에 의해 수용된 용액은 상이한 유체 배출 포트를 통해 디스펜싱되기 위해 상이한 유체 채널(제1 유체 채널과는 다름)에 다시 공급될 수 있다(예를 들어, 여과 후).
상기 시스템은 제6 유체 채널(440)을 포함할 수 있다. 제6 유체 채널은 제2 유체 주입 포트(445)를 포함할 수 있다. 제2 유체 주입 포트는 상기 축의 제2 레벨에 위치될 수 있다(도 4에 나타낸 바와 같음). 몇몇 경우에서, 제2 유체 주입 포트는 기판(310)의 주변을 둘러쌀 수 있다. 제2 유체 주입 포트는 기판(310)이 예를 들어 상기 축에 대해 제2 위치인 경우, 상기 기판의 하류 및 상기 기판과 유체 연통할 수 있다. 제6 유체 채널은 제2 유체 채널(340)과 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 제2 유체 주입 포트는 제2 유체 배출 포트로부터 기판에, 그 후 기판을 벗어나 통과하는 용액을 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 유체 주입 포트는 재순환 프로세스, 예를 들어 방법(200 또는 1400)에 대해 본 출원에 기재된 재순환 프로세스에서 상기 용액을 수용하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에서, 제2 유체 주입 포트를 통해 제6 유체 채널에 의해 수용된 용액은 기판에 제2 유체 배출 포트를 통해 디스펜싱되기 위해 제2 유체 채널에 다시 공급될 수 있다(예를 들어, 여과 후). 제6 유체 채널 및 제2 유체 채널은 제1 환형 유체 유동 경로의 적어도 일부분을 규정할 수 있다. 제2 환형 유체 유동 경로는 필터, 예를 들어 방법(200 또는 1400)에 대해 본 출원에 기재된 필터를 포함할 수 있다. 상기 필터는 분자 필터일 수 있다.
상기 시스템은, 기판이 제1 위치에 존재하는 경우 상기 기판과 제2 유체 주입 포트 사이에서 및 기판이 제2 위치에 존재하는 경우 상기 기판과 제1 유체 주입 포트 사이에서 유체 연통하는 것을 예방하는 쉴드(나타내지 않음)를 포함할 수 있다.
상기 시스템은 하나 이상의 검출기(370)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 검출기는 광학 검출기, 예를 들어 하나 이상의 광검출기, 하나 이상의 광다이오드, 하나 이상의 어발란체(avalanche) 광다이오드, 하나 이상의 광증폭기, 하나 이상의 광다이오드 어레이, 하나 이상의 어발란체 광다이오드 어레이, 하나 이상의 카메라, 하나 이상의 전하 접속 소자(CCD) 카메라, 또는 하나 이상의 상보적인 금속 산화물 반도체(CMOS) 카메라일 수 있다. 상기 카메라들은 TDI 또는 본 출원에 기재된 다른 연속 구역 스캐닝 검출기일 수 있다. 상기 검출기는 형광 검출기일 수 있다. 상기 검출기는 상기 어레이와 감지 연통할 수 있다. 예를 들어, 상기 검출기는 어레이로부터 신호를 검출하도록 구성될 수 있다. 상기 신호는 광학 신호일 수 있다. 상기 신호는 형광 신호일 수 있다. 상기 검출기는 상기 기판의 회전 중에 상기 기판으로부터의 신호를 검출하도록 구성될 수 있다. 상기 검출기는 기판이 회전하지 않는 경우 상기 기판으로부터의 신호를 검출하도록 구성될 수 있다. 상기 검출기는 기판의 회전의 종결된 후 상기 기판으로부터 신호를 검출하도록 구성될 수 있다. 도 3은 상기 검출기에 광학적으로 맵핑되는 기판 상의 예시적인 영역(375)을 나타낸다.
상기 시스템은 상기 기판에 전자기 방사선을 전달하도록 구성된 하나 이상의 소스(도 3에 나타내지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 소스는 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다. 상기 소스는 하나 이상의 비간섭성 또는 간섭성 광원을 포함할 수 있다. 상기 소스는 하나 이상의 협대역폭 또는 광대역 광원을 포함할 수 있다. 상기 소스는 최대 1 헤르츠(Hz), 최대 2 Hz, 최대 5 Hz, 최대 10 Hz, 최대 20 Hz, 최대 50 Hz, 최대 100 Hz, 최대 200 Hz, 최대 500 Hz, 최대 1 킬로헤르츠(kHz), 최대 2 kHz, 최대 5 kHz, 최대 10 kHz, 최대 20 kHz, 최대 50 kHz, 최대 100 kHz, 최대 200 kHz, 최대 500 kHz, 최대 1 메가헤르츠(MHz), 최대 2 MHz, 최대 5 MHz, 최대 10 MHz, 최대 20 MHz, 최대 50 MHz, 최대 100 MHz, 최대 200 MHz, 최대 500 MHz, 최대 1 기가헤르츠(GHz), 최대 2 GHz, 최대 5 GHz, 최대 10 GHz, 최대 20 GHz, 최대 50 GHz, 최대 100 GHz, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 밴드 폭의 밴드 폭을 보유하는 광학 방사선을 방출하도록 구성될 수 있다. 상기 소스는 하나 이상의 레이저를 포함할 수 있다. 상기 소스는 하나 이상의 단일 모드 레이저 소스를 포함할 수 있다. 상기 소스는 하나 이상의 다중 모드 레이저 소스를 포함할 수 있다. 상기 소스는 하나 이상의 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 상기 소스는 하나 이상의 광 방출 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 상기 소스는 전자기 스펙트럼의 자외선(약 100 nm 내지 약 400 nm), 가시광선(약 400 nm 내지 약 700 nm), 또는 적외선(약 700 nm 내지 약 10,000 nm) 영역 또는 이의 임의의 조합 내에서 하나 이상의 파장을 포함하는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 소스는 600 nm 내지 700 nm 범위 내에서 하나 이상의 파장을 포함하는 방사선을 방출할 수 있다. 상기 소스는 개별적으로 또는 조합으로 적어도 0.05 와트(W), 적어도 0.1 W, 적어도 0.2 W, 적어도 0.5 W, 적어도 1 W, 적어도 2 W, 적어도 5 W, 적어도 10 W의 광 출력, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 광 출력을 보유하는 방사선을 방출할 수 있다. 상기 소스는 광학 검출기에 의해 검출될 수 있는 검출 가능한 광학 신호를 생성하기 위해 기판 상의 분자와 상호작용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 소스는 광 흡수, 광 반사, 산란, 인광, 형광, 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 광학 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 제7, 제8, 제9, 제10, 제11, 제12, 제13, 제14, 제15, 제16, 제17, 제18, 제19, 또는 제20 유체 채널을 포함할 수 있다. 각각의 유체 채널은 기판과 유체 연통하는 유체 주입 포트 또는 유체 배출 포트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제9, 제10, 제13, 제14, 제17, 또는 제18 유체 채널은 유체 배출 포트를 포함할 수 있다. 제7, 제8, 제11, 제12, 제15, 제16, 제19, 또는 제20 유체 채널은 유체 주입 포트를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 시스템은 유체 배출 포트 또는 유체 주입 포트를 포함하는 20개 초과의 유체 채널을 포함할 수 있다.
따라서, 상기 시스템은 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트를 포함할 수 있다. 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트는 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체를 어레이에 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 유체, 예를 들어 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 제1, 제2, 제3, 또는 제4 유체 배출 포트와 유사할 수 있다. 대안적으로, 상기 시스템은 10개 초과의 유체 배출 포트를 포함할 수 있다.
상기 유체 채널은 서로 유체적으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 유체 채널은 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트의 상류에서 유체적으로 분리된다. 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트는 기판에 대해 외부일 수 있다. 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트는 기판과 접촉하지 않을 수 있다. 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트는 노즐일 수 있다.
상기 시스템은 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 주입 포트를 포함할 수 있다. 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 주입 포트는 기판이 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 위치(예를 들어, 상기 축에 대해)에 각각 존재하는 경우 상기 기판과 유체 연통할 수 있다. 대안적으로, 상기 시스템은 10개 초과의 유체 주입 포트를 포함할 수 있다.
제9, 제10, 제13, 제14, 제17, 또는 제18 유체 채널은 제7, 제8, 제11, 제12, 제15, 또는 제16 유체 채널과 각각 유체 연통할 수 있고; 유체 채널의 각각의 쌍은 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 환형 유체 유동 경로의 적어도 일부분을 각각 규정할 수 있다. 각각의 환형 유체 유동 경로는 환형 유체 유동 경로의 유체 배출 포트로부터 기판으로 통과하는 용액을 수용하도록 구성된 환형 유체 유동 경로의 유체 주입 포트와 함께 본 출원에 기재된 제1 또는 제2 유체 유동 경로와 유사하게 구성될 수 있다. 각각의 환형 유체 유동 경로는 본 출원에 기재된 바와 같이 재순환 프로세스에서 상기 용액을 수용하도록 구성될 수 있다. 각각의 환형 유체 유동 경로는 본 출원에 기재된 바와 같이 필터를 포함할 수 있다.
제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체는 상이한 타입의 시약을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체는 각각 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 타입의 뉴클레오타이드, 예를 들어 본 출원에 기재된 임의의 뉴클레오타이드를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 조합적으로, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체는 세척 시약을 포함할 수 있다.
제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트는 각각 기판의 회전 중에 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체를 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트는 중첩 또는 비중첩 시간에 디스펜싱되도록 구성될 수 있다.
도 4a는 제1 수직 레벨에서 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템(400)을 나타낸다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 시스템(300)과 실질적으로 유사하거나, 또는 그의 요소들 중 하나 이상의 배열에서 시스템(300)과 상이할 수 있다. 상기 시스템(400)은 본 출원에 기재된 기판(310)을 포함할 수 있다. 상기 시스템(400)은 상이한 유체 채널에 기판(310)을 노출(예를 들어, 가용한 유체 연통을 형성)하기 위해 축(305)에 평행한 수직 운동을 이용할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제1 유체 채널(330) 및 제1 유체 배출 포트(335)를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제2 유체 채널(340) 및 제2 유체 배출 포트(345)를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제3 유체 채널(350) 및 제3 유체 배출 포트(355)를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제4 유체 채널(360) 및 제4 유체 배출 포트(365)를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 검출기(370)를 포함할 수 있다. 상기 검출기는 나타낸 영역과 광학 연통할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 임의의 광원을 포함할 수 있다(도 4a에 나타내지 않음).
제5 유체 채널(430) 및 제1 유체 주입 포트(435)는 도 4a 및 4b에 나타낸 바와 같이, 상기 수직축을 따라 제1 레벨에서 배열될 수 있다. 제6 유체 채널(440) 및 제2 유체 주입 포트(445)는 상기 수직축을 따라 제2 레벨에서 배열될 수 있다. 이러한 방식에서, 상기 시스템은 상이한 수직 레벨에 위치된 각각의 유체 유동 경로를 이용하여 제1 및 제2 유체 유동 경로를 포함하는 것으로 도시될 수 있다. 기판(310)은 제1 레벨 및 제2 레벨 사이에서 제1 레벨로부터 제2 레벨로, 및 제2 레벨로부터 제1 레벨로 수직으로 이동 가능할 수 있다. 대안으로서, 상기 기판은 기판(310)에 대해 수직으로 고정될 수 있지만, 상기 레벨은 기판(310)에 대해 수직으로 이동 가능할 수 있다. 다른 대안으로서, 상기 기판 및 상기 레벨은 수직으로 이동 가능할 수 있다.
상기 시스템(400)은 다수의 레벨을 포함할 수 있다. 상기 레벨은 서로에 대해 수직으로 배향될 수 있다. 상기 시스템은 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 100개 또는 그 초과의 레벨을 포함할 수 있다. 각각의 레벨은 하나 이상의 서브-레벨(예를 들어, 임의의 2개의 레벨 사이에서 증가하는 레벨)을 포함할 수 있다. 각각의 레벨은 상이한 유체(또는 시약)를 디스펜싱 및/또는 회수하기 위한 것일 수 있다. 몇몇 레벨은 동일한 유체(또는 시약)를 디스펜싱하기 위한 것일 수 있다.
제1 수직 레벨에서, 상기 기판은 제5 유체 채널 및 제1 유체 주입 포트와 유체 연통할 수 있지만, 제6 유체 채널 및 제2 유체 주입 포트와는 유체 연통하지 않을 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이, 쉴드(나타내지 않음)에 의해 제6 유체 채널 및 제2 유체 주입 포트와 분리될 수 있다. 상기 기판이 이러한 제1 수직 레벨에 존재하는 경우, 본 출원에 기재된 제1 유체 또는 제1 용액은 기판에 디스펜싱될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판이 제1 수직 레벨에 존재하는 동안, 기판으로부터 분리되는(spinning off) 임의의 과량의 제1 용액은 제1 유체 주입 포트에 의해 수용될 수 있다. 다른 예에서, 제1 유체의 일부와 함께 상기 기판으로부터 분리되는 세척 용액(예를 들어, 제1 유체와는 상이한 유체 배출 포트로부터 디스펜싱된)은 상기 기판이 제1 수직 레벨에 존재하는 동안 제1 유체 주입 포트에 의해 수용될 수 있다. 이어서, 상기 기판은 상기 기판을 수직으로 이동시킴으로써 제2 수직 레벨로 이동될 수 있다. 대안적으로, 제5 또는 제6 유체 채널은 수직으로 이동될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 기판 및 유체 채널 중 하나 이상은 다른 것에 대해 (예를 들어, 상기 축을 따라) 이동될 수 있다.
도 4b는 제2 수직 레벨에서 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템(400)을 나타낸다. 제2 수직 레벨에서, 상기 기판은 제6 유체 채널 및 제2 유체 주입 포트와 유체 연통할 수 있지만, 제5 유체 채널 및 제1 유체 주입 포트와는 유체 연통하지 않을 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이, 쉴드(나타내지 않음)에 의해 제5 유체 채널 및 제1 유체 주입 포트와 분리될 수 있다. 상기 기판이 이러한 제2 수직 레벨에 존재하는 경우, 본 출원에 기재된 제2 유체 또는 제2 용액은 기판에 디스펜싱될 수 있다. 대안적으로, 상기 기판이 제2 수직 위치에 존재하는 동안, 제1 용액은 제거될 수 있다. 몇몇 경우에서, 제1 용액은 기판이 제2 수직 위치에 존재하는 동안 재순환될 수 있다. 이어서, 상기 기판을 수직으로 이동시킴으로써 상기 기판은 제1 수직 레벨로, 또는 본 출원에 기재된 다른 수직 레벨로 다시 이동될 수 있다. 대안적으로, 제5 또는 제6 유체 채널은 수직으로 이동될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 기판 및 유체 채널 중 하나 이상은 다른 것에 대해(예를 들어, 상기 축을 따라) 이동될 수 있다.
제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 주입 포트는 각각 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 수직 레벨에 위치될 수 있다. 상기 기판은 상기 기판을 수직으로 이동시킴으로써, 또는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11, 제12, 제13, 제14, 제15, 제16, 제17, 제18, 제19, 또는 제20 유체 유동 채널을 수직으로 이동시킴으로써 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 수직 레벨로 이동될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 또는 그 초과의 수직 레벨 중 임의의 레벨에서, 본 출원에 기재된 임의의 유체 용액은 기판으로 디스펜싱될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 또는 그 초과의 수직 레벨 중 임의의 레벨에서, 본 출원에 기재된 임의의 유체 용액은 기판으로부터 제거될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 제10, 또는 그 초과의 수직 레벨 중 임의의 레벨에서, 본 출원에 기재된 임의의 유체 용액은 기판으로부터 재순환될 수 있다.
도 5a는 유체 유동 채널의 어레이를 이용하여 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템(500a)의 제1 예를 나타낸다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 바와 같은 시스템(300 또는 400)과 실질적으로 유사할 수 있고, 그의 요소들 중 하나 이상의 배열에서 시스템(300 또는 400)과 상이할 수 있다. 상기 시스템(500a)은 상이한 유체에 기판을 노출시키기 위해 복수의 유체 유동 채널의 기하학적 배열을 이용할 수 있다. 상기 시스템(500a)은 본 출원에 기재된 기판(310)을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제1 유체 채널(330) 및 제1 유체 배출 포트(335)를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제2 유체 채널(340) 및 제2 유체 배출 포트(345)를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제5 유체 채널(430) 및 제1 유체 주입 포트(435)를 포함할 수 있다(도 5a에 나타내지 않음). 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제6 유체 채널(440) 및 제2 유체 주입 포트(445)를 포함할 수 있다(도 5a에 나타내지 않음). 상기 시스템은 본 출원에 기재된 검출기(370)를 포함할 수 있다(도 5a에 나타내지 않음). 상기 시스템은 본 출원에 기재된 임의의 광원을 포함할 수 있다(도 5a에 나타내지 않음).
제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트는 도 5a에 나타낸 바와 같이 제1 위치에서 배열될 수 있다. 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트는 제2 위치에서 배열될 수 있다. 상기 시스템은 제1 유체 배출 포트로부터 제1 유체를 디스펜싱하고, 제2 유체 배출 포트로부터 제2 유체를 디스펜싱하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 본 출원에 기재된 제3, 제4, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11, 제12, 제13, 제14, 제15, 제16, 제17, 제18, 제19, 또는 제20 유체 채널 중 임의의 유체 채널을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트 중 임의의 배출 주입 포트를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 주입 포트 중 임의의 유체 주입 포트를 포함할 수 있다.
제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 주입 포트는 각각 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 위치에 위치될 수 있다. 상기 시스템은 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 주입 포트로부터 각각 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체를 디스펜싱하도록 구성될 수 있다.
제1, 제2, 제3, 제4, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11, 제12, 제13, 제14, 제15, 제16, 제17, 제18, 제19, 제20, 또는 그 초과의 유체 채널 중 임의의 2개 이상은 유체 유동 채널의 어레이를 형성할 수 있다. 상기 유체 유동 채널의 어레이는 이동 가능할 수 있다. 대안적으로, 상기 유체 유동 채널의 어레이는 기판에 대해 고정된 위치에 존재할 수 있다. 유체 유동 채널의 어레이의 각각의 유체 유동 채널은 위치되어 상기 유체 유동 채널의 세로축이 기판의 회전축과 각도를 형성하도록 위치될 수 있다. 상기 각도는 적어도 0도, 적어도 5도, 적어도 10도, 적어도 15도, 적어도 20도, 적어도 25도, 적어도 30도, 적어도 35도, 적어도 40도, 적어도 45도, 적어도 50도, 적어도 55도, 적어도 60도, 적어도 65도, 적어도 70도, 적어도 75도, 적어도 80도, 적어도 85도, 또는 적어도 90도의 값을 보유할 수 있다. 상기 각도는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 값을 보유할 수 있다. 상기 유체 유동 채널의 어레이의 각각의 유체 채널은 기판과 유사한 각도를 형성할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 유체 채널은 기판과 상이한 각도를 형성할 수 있다.
도 5b는 유체 유동 채널의 어레이를 이용하여 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템(500b)의 제2 예를 나타낸다.
상기 시스템은 본 출원에 기재된 바와 같은 시스템(300 또는 400)과 실질적으로 유사할 수 있고, 그의 요소들 중 하나 이상의 배열에서 시스템(300 또는 400)과 상이할 수 있다. 상기 시스템(500b)은 상이한 유체에 기판을 노출시키기 위해 복수의 유체 유동 채널의 기하학적 배열을 이용할 수 있다. 상기 시스템(500b)은 본 출원에 기재된 기판(310)을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제1 유체 채널(330) 및 제1 유체 배출 포트(335)를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제2 유체 채널(340) 및 제2 유체 배출 포트(345)를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제5 유체 채널(430) 및 제1 유체 주입 포트(435)를 포함할 수 있다(도 5b에 나타내지 않음). 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제6 유체 채널(440) 및 제2 유체 주입 포트(445)를 포함할 수 있다(도 5b에 나타내지 않음). 상기 시스템은 본 출원에 기재된 검출기(370)를 포함할 수 있다(도 5b에 나타내지 않음). 상기 시스템은 본 출원에 기재된 임의의 광원을 포함할 수 있다(도 5b에 나타내지 않음).
상기 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트는 유체 디스펜서(510)에 부착될 수 있다. 상기 유체 디스펜서는 이동 가능한 유체 디스펜서, 예를 들어 도 5b에 나타낸 바와 같이, 이동 가능한 갠트리 팔(gantry arm)을 포함할 수 있다. 대안으로서, 상기 유체 디스펜서는 고정되거나 정지 상태일 수 있다. 상기 유체 디스펜서는 제1 유체 배출 포트로부터 제1 유체를 디스펜싱하기 위해 제1 위치로 이동하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트는 상기 유체 디스펜서에 부착될 수 있다. 상기 유체 디스펜서는 제2 유체 배출 포트로부터 제2 유체를 디스펜싱하기 위해 제2 위치로 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 본 출원에 기재된 제3, 제4, 제7, 제8, 제9, 제10, 제11, 제12, 제13, 제14, 제15, 제16, 제17, 제18, 제19, 또는 제20 유체 채널 중 임의의 유체 채널을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트 중 임의의 유체 배출 포트를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 주입 포트 중 임의의 유체 주입 포트를 포함할 수 있다.
제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 배출 포트는 상기 유체 디스펜서에 부착될 수 있다. 상기 유체 디스펜서는 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체 주입 포트로부터 각각 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 유체를 디스펜싱하기 위해 3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 위치로 이동하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 상기 유체 디스펜서는 정지 상태로 유지될 수 있고, 기판(310)은 상이한 유체를 수용하기 위해 상이한 위치로 이동될 수 있다.
도 6은 핵산 분자를 서열결정하기 위한 전산 시스템(600)을 나타낸다. 상기 시스템은 기판(310), 예를 들어 방법(200 또는 1400), 또는 시스템(300)에 대해 본 출원에 기재된 기판을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 유체 유동 유닛(610)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 유체 유동 유닛은 본 출원에 기재된 유체 유동과 관련된 임의의 요소, 예를 들어 시스템(300, 400, 500a, 또는 500b)에 대해 본 출원에 기재된 요소(330, 335, 340, 345, 350, 355, 360, 365, 430, 435, 440, 445, 및 370) 중 임의의 요소 또는 모든 요소를 포함할 수 있다. 상기 유체 유동 유닛은 본 출원에 기재된 복수의 뉴클레오타이드를 포함하는 용액을 기판의 회전 이전에 또는 도중에 상기 기판의 어레이에 이동시키도록 구성될 수 있다. 상기 유체 유동 유닛은 기판의 회전 이전에 또는 도중에 상기 기판의 어레이에 본 출원에 기재된 세척 용액을 이동시키도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 유체 유동 유닛은 제1 위치로부터 제2 위치로 유체 유동을 이동시키기 위해 펌프, 컴프레서, 및/또는 액츄에이터를 포함할 수 있다. 방법(1400)과 관련하여, 상기 유체 유동 시스템은 기판(310)에 임의의 용액을 이동시키도록 구성될 수 있다. 방법(1400)과 관련하여, 상기 유체 유동 시스템은 기판(310)으로부터 임의의 용액을 수집하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 검출기(370), 예를 들어 시스템(300 또는 400)에 대해 본 출원에 기재된 임의의 검출기를 추가로 포함할 수 있다. 상기 검출기는 기판의 어레이와 감지 연통할 수 있다.
상기 시스템은 하나 이상의 컴퓨터 프로세서(620)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로세서는 본 출원에 기재된 방법들 중 임의의 방법을 실행하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 상기 하나 이상의 프로세서는 본 개시내용의 방법, 예를 들어 방법(200 또는 1400)의 임의의 또는 모든 운전을 실행하기 위해 프로그래밍될 수 있다. 특히, 상기 하나 이상의 프로세서는 (i) 상기 기판의 회전 도중에 또는 이전에 상기 어레이를 가로질러 복수의 뉴클레오타이드를 포함하는 용액을 이동시키기 위해 유체 유동 유닛을 지시하도록; (ii) 핵산 분자를 상기 핵산 분자에 상보적인 신장하는 스트랜드 내로 복수의 뉴클레오타이드로부터 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 혼입시키기에 충분한 조건하에서 처리하도록; 그리고 (iii) 적어도 하나의 뉴클레오타이드의 혼입을 나타내는 신호를 검출함으로써 핵산 분자를 서열결정하기 위해 검출기를 이용하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍될 수 있다.
상기 회전 시스템은 서열결정 분야에 대해 기재되었지만, 그러한 회전 시스템은 다른 적용분야(예를 들어, 예비 서열결정 분야, 샘플 제조 등), 예를 들어 주형 시딩 및 표면 증폭 처리를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판의 회전 도중에 또는 이전에 디스펜싱된 시약은 다른 분야에 조정될 수 있다. 회전 시스템에서 기판에 디스펜싱된 시약은 뉴클레오타이드에 대해 기재되었지만, 기판에 고정화된 핵산 분자(또는 다른 분자 또는 세포)와 반응할 수 있는 임의의 시약, 예를 들어 프로브, 어댑터, 효소, 및 표지화 시약은 디스펜싱된 시약을 이용하는 기판의 고속 코팅을 달성하기 위해 회전 이전에, 도중에, 또는 후속하여 기판에 디스펜싱될 수 있다.
본 출원에 기재된 핵산 분자를 서열결정하기 위한 시스템(예를 들어, 시스템 (300, 400, 500a, 또는 500b), 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 시스템), 또는 이의 임의의 요소는 환경적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 특정된 온도 또는 습도에서 유지될 수 있다. 상기 시스템(또는 이의 임의의 요소)은 적어도 20도 셀시우스(℃), 적어도 25℃, 적어도 30℃, 적어도 35℃, 적어도 40℃, 적어도 45℃, 적어도 50℃, 적어도 55℃, 적어도 60℃, 적어도 65℃, 적어도 70℃, 적어도 75℃, 적어도 80℃, 적어도 85℃, 적어도 90℃, 적어도 95℃, 적어도 100℃, 최대 100℃, 최대 95℃, 최대 90℃, 최대 85℃, 최대 80℃, 최대 75℃, 최대 70℃, 최대 65℃, 최대 60℃, 최대 55℃, 최대 50℃, 최대 45℃, 최대 40℃, 최대 35℃, 최대 30℃, 최대 25℃, 최대 20℃의 온도, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 온도에서 유지될 수 있다. 상기 시스템의 다른 요소들은 상이한 온도 또는 상이한 온도 범위 내에서, 예를 들어 본 출원에 기재된 온도에서 또는 온도 범위 내에서 유지될 수 있다. 상기 시스템의 요소들은 응축을 방지하기 위해 이슬점 초과의 온도로 설정될 수 있다. 상기 시스템의 요소들은 물방울(condensation)을 수집하게 위해 이슬점 미만의 온도로 설정될 수 있다.
상기 시스템(또는 이의 임의의 요소)은 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 15%, 적어도 20%, 적어도 25%, 적어도 30%, 적어도 35%, 적어도 40%, 적어도 45%, 적어도 50%, 적어도 55%, 적어도 60%, 적어도 65%, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 100%, 최대 100%, 최대 95%, 최대 90%, 최대 85%, 최대 80%, 최대 75%, 최대 70%, 최대 65%, 최대 60%, 최대 55%, 최대 50%, 최대 45%, 최대 40%, 최대 35%, 최대 30%, 최대 25%, 최대 20%, 최대 15%, 최대 10%, 최대 5%의 상대 습도, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 상대 습도에서 유지될 수 있다. 상기 시스템(또는 이의 임의의 요소)은 온도 또는 습도의 제어를 가능하게 하여 외부 환경으로부터 시스템(또는 이의 임의의 요소)을 격리하는 밀봉 용기, 하우징, 또는 챔버 내에 함유될 수 있다. 환경 유닛(예를 들어, 가습기, 가열기, 열교환기, 컴프레서 등)은 각각의 환경에서 하나 이상의 운전 조건을 조절하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에서, 각각의 환경은 독립적인 환경 유닛에 의해 조절될 수 있다. 몇몇 경우에서, 단일 환경 유닛은 복수의 환경을 조절할 수 있다. 몇몇 경우에서, 복수의 환경 유닛은 상이한 환경을 개별적으로 또는 총괄적으로 조절할 수 있다. 환경 유닛은 운전 조건을 조절하기 위해 능동적인 방법 또는 수동적인 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 온도는 가열 또는 냉각 요소를 이용하여 제어될 수 있다. 습도는 가습기 또는 제습기를 이용하여 제어될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 용기 또는 챔버 내의 내부 환경의 일부분은 상기 내부 환경의 다른 부분으로부터 추가로 제어될 수 있다. 상이한 부분들은 상이한 국부 온도, 압력, 및/또는 습도를 보유할 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 환경은 밀봉에 의해 분리된 제1 내부 환경 및 제2 내부 환경을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 밀봉은 액침 대물렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 액침 대물렌즈는 상기 용기 내의 내부 환경을 100%(또는 실질적으로 100%) 습도를 보유하는 제1 내부 환경 및 주위 온도, 압력 또는 습도 중 하나 이상을 보유하는 제2 환경으로 분리하는 밀봉의 부분일 수 있다. 상기 액침 대물렌즈는 검출기 및 이미징 렌즈 중 하나 이상과 접촉할 수 있다.
회전 기판을 이미징하기 위한 광학 시스템
부드럽고 안정한 회전 운동을 나타내는 기판의 경우, 이는 직선 운동 시스템 대신에 회전 운동 시스템을 이용하는 기판을 이미징하기 위해 더 간단하거나 더 비용 효율적일 수 있다. 본 출원에 기재된 바와 같이, 회전 운동은 일반적으로 주로 각방향인 극 좌표 시스템에서의 운동을 의미한다. 이전의 광학 이미징 시스템은 필드 포인트 당 최대 적분 시간 및 높은 듀티 사이클을 달성하기 위해 시간 지연 적분(TDI) 카메라를 이용하였다. TDI 카메라는 전하 결합 소자(CCD) 카메라와 유사한 검출 원리를 이용할 수 있다. CCD 카메라와 비교하여, TDI 카메라는, 이미지가 카메라의 초점면을 횡단함에 따라 동일한 속도로 센서를 가로질러 열 단위로 전하를 이동시킬 수 있다. 이러한 방식에서, TDI 카메라는 긴 이미지 노출 시간과 관련될 수 있는 블러링(blurring)과 같은 아티팩트를 감소시키면서 더 긴 이미지 적분 시간을 가능하게 할 수 있다. TDI 카메라는 동시 판독하면서 적분을 수행할 수 있고, 따라서 연속 방식으로 이들 기능을 수행하는 카메라보다 더 높은 듀티 사이클을 보유할 수 있다. 적분 시간을 연장하기 위한 TDI 카메라의 사용은 형광 수명에 의해 신호 생성이 제한될 수 있는 고 처리량 형광 샘플을 위해 중요할 수 있다. 예를 들어, 대안적인 이미징 기법, 예를 들어 스캐닝은 고 처리량 시스템에서의 사용으로부터 배제될 수 있는데, 그 이유는 염료 분자의 형광 수명에 의해 부여된 한계 때문에 높은 속도를 위해 요구되는 적분 시간의 제한된 양으로 포인트로부터 적절한 수의 광자를 획득하지 못할 수 있기 때문이다.
이전의 TDI 검출 스킴은 회전 시스템, 예를 들어 본 출원에 기재된 회전 핵산 서열결정 시스템의 이미징에 대한 그들의 적용 가능성이 제한될 수 있었다. 곡선 경로, 예를 들어 본 출원에 기재된 회전 시스템에 의해 생성된 곡선 경로를 스캐닝하는 경우, TDI 센서는 단일 속도를 위한 정확한 속도에서 전하를 이동시킬 수 있다(통상적으로 클락킹(clocking) 또는 라인 트리거링(line triggering)으로 칭함). 예를 들어, TDI 센서는 단지 회전축으로부터 특정 거리에 위치된 아크를 따라 정확한 속도로 클락킹할 수 있다. 회전 중심으로부터 더 작은 거리의 위치는 너무 빠르게 클락킹할 수 있는 반면, 회전 중심으로부터 더 작은 거리의 위치는 너무 천천히 클락킹할 수 있다. 어느 경우에서, 회전 시스템의 회전 속도와 TDI 센서의 클락킹 속도 사이의 미스매치는 회전 시스템의 중심으로부터의 위치의 거리에 따라 변환하는 블러링을 야기할 수 있다. 이러한 효과는 접선 속도 블러(tangential velocity blur)로 언급될 수 있다. 상기 접선 속도 블러는 하기 식 (2)에 의해 규정된 크기 σ의 이미지 왜곡을 생성할 수 있다:
Figure pct00003
상기 식에서, h, w, 및 A는 각각 대물 평면(object plan)에 조사된 TDI 센서의 유효 높이, 폭, 및 면적이다. R은 회전 시스템의 중심으로부터 필드 중심의 거리이다. 상기 센서의 유효 높이, 폭, 및 면적은 각각 신호를 생성하는 높이, 폭, 및 면적이다. 형광 이미징의 경우, 상기 센서의 유효 높이, 폭, 및 면적은 각각 샘플 위의 조사된 면적(illuminated area)에 상응하는 높이, 폭, 및 면적일 수 있다. 접선 속도 블러 효과 이외에, 식 (2)는 다수의 이미징 시스템의 목표일 수 있는 센서 면적을 증가시키는 것이 회전 시스템의 TDI 이미징을 위한 이미징 문제를 도입할 수 있음을 시사한다. 결론적으로, 이전의 TDI 시스템은 회전 시스템을 이미징하기 위해 작은 이미지 센서를 필요로 할 수 있고, 따라서 그러한 시스템의 동시적인 고감도 및 고 처리량 이미징을 위해 부적합할 수 있다.
본 출원에서 적어도 상기한 문제점들을 해결할 수 있는 회전 시스템을 이미징하기 위한 시스템 및 방법이 기재된다. 본 출원에 기재된 시스템 및 방법은 더 높은 효율, 예를 들어 더 빠른 이미징 시간이라는 이점을 보유할 수 있다.
도 7은 기판의 회전 중에 기판의 연속 구역 스캐닝을 위한 광학 시스템(700)을 나타낸다. 본 출원에서 사용된 바와 같이, 상기 용어 "연속 구역 스캐닝(continuous area scanning, CAS)"은 일반적으로 상대 운동하는 물체가 검출 평면(초점면)에서 물체 운동을 보상하는 속도로 어레이 센서를 반복적으로, 전자적으로 또는 전산적으로 전진(클락킹 또는 트리거링)시킴으로써 이미징되는 방법을 의미한다. CAS는 광학 시스템의 필드보다 더 큰 스캔 차원을 보유하는 이미지를 생성할 수 있다. TDI는 클락킹이 신호 적분(signal integration) 중에 광전 전하 또는 구역 센서를 이동시키는 것을 수반하는 CAS의 예일 수 있다. TDI 센서의 경우, 각각의 클락킹 단계에서, 전하는 하나의 열에 의해 이동될 수 있는데, 이때 가장 최종 열은 판독되고 디지털화된다. 다른 양식은 연속적인 또는 단계적인 연속 스캔을 합성하기 위해 고속 구역 이미징 및 디지털 데이터의 동시 부가에 의해 유사한 기능을 수행할 수 있다.
상기 광학 시스템은 하나 이상의 센서(710)를 포함할 수 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 센서는 샘플에 광학적으로 투사될 수 있다. 상기 광학 시스템은 하나 이상의 광학 소자, 예를 들어 도 8의 맥락에서 기재된 광학 소자(810)를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 복수의 센서, 예를 들어 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 또는 적어도 1,000개의 센서를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 적어도 2, 적어도 4, 적어도 8, 적어도 16, 적어도 32, 적어도 64, 적어도 128, 적어도 256, 적어도 512, 또는 적어도 1,024개의 센서를 포함할 수 있다. 복수의 센서는 동일한 타입의 센서 또는 상이한 타입의 센서일 수 있다. 대안적으로, 상기 시스템은 최대 약 1000, 500, 200, 100, 50, 20, 10, 5, 2개, 또는 그 미만의 센서를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 시스템은 최대 약 1024, 512, 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2개, 또는 그 미만의 센서를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 센서를 포함할 수 있다. 상기 센서는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 상기 센서는 CCD 카메라를 포함할 수 있다. 상기 센서는 CMOS 카메라를 포함할 수 있다. 상기 센서는 TDI 카메라를 포함할 수 있다. 상기 센서는 슈도-TDI 급속 프레임 레이트 센서를 포함할 수 있다. 상기 센서는 CMOS TDI 또는 하이브리드 카메라를 포함할 수 있다. 상기 센서는 단일 포장으로 함께 집적화될 수 있다. 상기 센서는 단일 반도체 기판 내에 함께 집적화될 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 임의의 광원을 추가로 포함할 수 있다(도 7에 나타내지 않음).
상기 센서는 기판, 예를 들어 본 출원에 기재된 기판(310)의 회전 중에 상기 기판으로부터 이미지를 검출하도록 구성될 수 있다. 회전 운동은 상기 기판의 축에 대한 것일 수 있다. 상기 축은 상기 기판의 중심을 관통한 축일 수 있다. 상기 축은 중심으로부터 벗어난 축일 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 임의의 회전 속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 회전 운동은 복합 운동(compound motion)을 포함할 수 있다. 상기 복합 운동은 방사상 운동의 추가 성분 및 회전을 포함할 수 있다. 상기 복합 운동은 나선형(또는 실질적으로 나선형)일 수 있다. 상기 복합 운동은 환형(또는 실질적으로 환 유사형)일 수 있다.
각각의 센서는 상기 기판과 광학 연통하는 초점면에 위치될 수 있다. 상기 초점면은 상기 기판의 영역의 이미지가 형성되는 이미징 시스템(예를 들어, CAS 센서) 내의 대략 평면일 수 있다. 상기 초점면은 복수의 영역, 예를 들어 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 또는 적어도 1000개의 영역으로 분할될 수 있다. 상기 초점면은 적어도 2, 적어도 4, 적어도 8, 적어도 16, 적어도 32, 적어도 64, 적어도 128, 적어도 256, 적어도 512, 또는 적어도 1,024개의 영역으로 분할될 수 있다. 상기 초점면은 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 영역으로 분할될 수 있다. 상기 초점면은 회전 운동의 투사 방향에 대해 실질적으로 법선인 축을 따라 복수의 영역으로 분할될 수 있다. 상기 축과 회전 운동의 투사 방향 사이의 각도는 법선으로부터 1도 이하, 2도 이하, 3도 이하, 4도 이하, 5도 이하, 6도 이하, 7도 이하, 8도 이하, 9도 이하, 10도 이하, 11도 이하, 12도 이하, 13도 이하, 14도 이하, 또는 15도 이하, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 각도일 수 있다. 상기 초점면은 회전 운동의 투사 방향에 대해 평행인 축을 따라 복수의 영역으로 분할될 수 있다. 상기 초점면은 공간적으로 분할될 수 있다. 예를 들어, 상기 초점면은 단일 초점면 내의 복수의 센서를 인접하게 하거나 또는 그렇지 않으면 배열하고, 각각의 센서를 독립적으로 클락킹함으로써 분할될 수 있다.
대안적으로 또는 조합적으로, 상기 초점면은 상기 초점면을 복수의 별도의 경로로 광학적으로 스플릿함으로써 분할될 수 있는데, 이때 각각의 경로는 복수의 센서의 독립적인 센서 상에 서브 이미지를 형성할 수 있고 독립적으로 클락킹될 수 있다. 초점 경로는 하나 이상의 광학 소자, 예를 들어 렌즈 어레이, 거울, 또는 프리즘을 이용하여 광학적으로 스플릿될 수 있다. 복수의 센서 중 각각의 센서는 회전 기판의 상이한 영역과 광학 연통할 수 있다. 예를 들어, 각각의 센서는 회전 기판의 상이한 영역을 이미징할 수 있다. 복수의 센서 중 각각의 센서는 상기 센서에 의해 이미징된 회전 기판의 영역을 위한 적합한 속도로 클락킹될 수 있는데, 이는 회전 기판의 중심으로부터의 영역의 거리 또는 상기 영역의 접선 속도에 기초할 수 있다.
상기 센서 중 하나 이상은 상기 초점면 내의 복수의 영역 중 적어도 2개와 광학 연통하도록 구성될 수 있다. 상기 센서 중 하나 이상은 복수의 세그먼트를 포함할 수 있다. 복수의 세그먼트 중 각각의 세그먼트는 복수의 영역 중 한 영역과 광학 연통할 수 있다. 복수의 세그먼트 중 각각의 세그먼트는 독립적으로 클락킹될 수 있다. 상기 세그먼트의 독립적인 클락킹은 상기 초점면의 관련된 영역 내에서 이미지의 속도와 연관될 수 있다. 상기 독립적인 클락킹은 TDI 라인 레이트 또는 슈도-TDI 프레임 레이트를 포함할 수 있다.
상기 시스템은 컨트롤러(나타내지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 하나 이상의 센서에 작동적으로 커플링될 수 있다. 상기 컨트롤러는 회전 기판의 각각의 영역으로부터 광학 신호를 처리하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 상기 컨트롤러는 회전 운동 중에 독립적인 클락킹을 하면서 각각의 영역으로부터 광학 신호를 처리하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 독립적인 클락킹은 상기 축의 투사로부터 각각의 영역의 거리 및/또는 회전 운동의 접선 속도에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 상기 독립적인 클락킹은 회전 운동의 각속도에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 단일 컨트롤러가 기재되었지만, 복수의 컨트롤러가 본 출원에 기재된 운전을 개별적으로 또는 총괄적으로 수행하도록 구성될 수 있다.
도 8a는 조정된 광학 왜곡(tailored optical distortion)을 이용하여 기판의 회전 운동 중 기판을 이미징하기 위한 광학 시스템(800)을 나타낸다. 상기 광학 시스템은 하나 이상의 센서(710)를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 센서는 본 출원에 기재된 임의의 센서를 포함할 수 있다. 상기 광학 시스템은 본 출원에 기재된 임의의 광원(도 8a에 나타내지 않음)을 포함할 수 있다.
상기 센서는 기판, 예를 들어 본 출원에 기재된 기판(310)의 회전 운동 중에 상기 기판으로부터 이미지를 검출할 수 있다. 상기 회전 운동은 상기 기판의 축에 대한 것일 수 있다. 상기 축은 상기 기판의 중심을 관통한 축일 수 있다. 상기 축은 중심으로부터 벗어난 축일 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 임의의 회전 속도로 회전하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템(800)은 광학 소자(810)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 소자는 상기 센서와 광학 연통할 수 있다. 상기 광학 소자는 상기 기판으로부터 상기 센서에 광학 신호를 이동시키도록 구성될 수 있다. 상기 광학 소자는 상기 센서를 가로질러 광학 배율 구배를 생성할 수 있다. 상기 광학 소자 및 센서 중 적어도 하나는 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 소자 및 센서 중 적어도 하나는 상기 센서를 가로질러 광학 배율 구배를 생성하도록 조정 가능할 수 있다. 상기 광학 배율 구배는 상기 기판의 화전 운동의 투사 방향에 실질적으로 수직인 방향을 따를 수 있다. 상기 광학 소자는 광학 배율 구배를 엔지니어링하기 위해 회전, 틸트(tilt), 또는 그렇지 않으면 포지셔닝되도록 구성될 수 있다. 상기 광학 소자는 상기 기판의 상기 축에 대한 거리의 역으로서 대략 스케일되는 배율을 생성할 수 있다. 상기 배율 구배는 상기 기판, 광학 소자, 및 센서의 상대적인 배향을 선택함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 상기 배율 구배는 도 8a에 나타낸 바와 같이 물체 및 이미지 면을 틸팅함으로써 생성될 수 있다. 상기 배율 구배는 기하학적 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 기판의 중심으로부터 최소 거리에서 제1 영역의 제1 광학 배율 대 상기 기판의 중심으로부터의 최대 거리에서 제2 영역의 제2 광학 배율의 비는 최대 거리 대 최소 거리의 비와 실질적으로 동등할 수 있다. 이러한 방식에서, 제1 및 제2 광학 배율은 그들 각각의 샘플 영역의 반경으로서 동일한 비일 수 있다. 나타낸 바와 같이 시스템(800)은 단일 광학 소자(810)를 포함함에도 불구하고, 시스템(800)은 복수의 광학 소자, 예를 들어 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 100개, 또는 그 초과의 광학 소자를 포함할 수 있다. 광학 소자들의 다양한 배열 또는 배치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템(800)은 광을 이동시키기 위한 렌즈 및 거울을 포함할 수 있다.
상기 광학 소자는 렌즈일 수 있다. 상기 렌즈는 필드 렌즈일 수 있다. 상기 렌즈는 실린더형 렌즈(예를 들어, 도 8b에 나타낸 바와 같이)일 수 있다. 상기 실린더형 렌즈는 평면-실린더형일 수 있다. 상기 렌즈는 평면-오목 또는 평면-볼록일 수 있다. 상기 실린더형 렌즈는 양의 또는 음의 곡률을 보유할 수 있다. 상기 실린더형 렌즈의 곡률은 가변적일 수 있다. 상기 실린더형 렌즈의 곡률은 회전 운동의 투사 방향에 대해 수직 방향으로 가변적일 수 있다. 상기 렌즈의 표면의 형상은 원추형일 수 있다. 상기 렌즈는 상기 센서에 대해 틸팅됨으로써 왜상 배율 구배를 생성할 수 있다. 상기 렌즈의 틸트는 조정 가능함으로써 조정 가능한 왜상 배율 구배를 생성할 수 있다.
도 8b는 실린더형 렌즈를 이용하여 유도된 조정된 광학 왜곡의 예를 나타낸다. 도 8b에 나타낸 바와 같이, 실린더형 렌즈는 제1 면(A) 및 제2면(B)을 보유할 수 있다. 제1면(A)은 제2면(B)보다 이미지 센서(예를 들어, 본 출원에 기재된 TDI 카메라 센서)에 더 가깝게 위치될 수 있다. 그러한 배치는 상기 이미지 센서에 대해 상기 실린더형 렌즈를 틸팅함으로써 달성될 수 있다. 이러한 방식에서, 상기 실린더형 렌즈는 면(A)을 통해 통과하는 광보다 더 발산적으로 면(B)을 통해 광을 통과시키면서, 상기 이미지 센서 상의 상이한 위치로 광을 이동시킬 수 있다. 이러한 방식에서, 상기 실린더형 렌즈는 도 8b에 나타낸 바와 같이, 상기 이미지 센서를 가로질러 왜상 배율 구배를 제공할 수 있다.
상기 렌즈의 틸팅은 상기 센서를 가로질러 왜상 배율 구배를 제공할 수 있다. 상기 틸트 및 이에 따른 왜상 구배는 상기 센서에 대한 이미지 운동에 실질적으로 수직인 방향에 존재할 수 있다. 상기 렌즈의 틸트는 조정 가능할 수 있다. 상기 조정은 컨트롤러를 이용함으로써 자동적일 수 있다. 상기 조정은 기판 회전축에 대해 스캔된 기판 영역의 반경에 커플링될 수 있다. 최소 왜상 배율 대 최대 왜상 배율의 비는 정확하게 또는 대략적으로 기판 회전축에 대해 최소 투사 반경 대 최대 투사 반경의 비일 수 있다.
대안적으로 또는 조합적으로, 상기 렌즈의 곡률 반경에서의 구배는 상기 센서를 가로질러 왜상 배율 구배를 제공할 수 있다. 상기 곡률 구배는 상기 센서 상의 이미지 운동에 대해 실질적으로 수직인 방향일 수 있다.
상기 시스템은 컨트롤러(나타내지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 센서 및 광학 소자에 작동적으로 커플링될 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 센서를 가로질러 광학 배율 구배를 생성하기 위해 상기 센서 및 광학 소자의 적어도 하나의 조정을 지시하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 배율 구배는 회전 운동의 투사 방향에 실질적으로 수직인 방향을 따라 생성될 수 있다. 상기 컨트롤러는 왜상 광학 배율 구배를 생성하기 위해 상기 센서 및/또는 광학 소자의 조정을 지시하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 광학 배율 구배는 회전 운동의 투사 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 상기 센서를 가로질러 존재할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 광학 소자의 회전 또는 틸트를 지시하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 컨트롤러는 배율 구배의 조정을 지시하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 상기 컨트롤러는 상기 기판의 대략 상기 축의 투사에 대해 적어도 부분적으로 필드 치수의 방사상 범위 상의 상기 배율 구배의 조정을 지시하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 기판의 회전 운동을 수행하도록 프로그래밍될 수 있다. 단일 컨트롤러가 기재되었지만, 복수의 컨트롤러는 본 출원에 기재된 운전을 수행하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 구성될 수 있다.
본 출원에 기재된 광학 시스템은 다중 스캔 헤드를 이용할 수 있다. 상기 다중 스캔 헤드는 상이한 이미징 경로를 따라 동시에 운전될 수 있다. 예를 들어, 상기 스캔 헤드는 인터리브된 나선형 스캔, 네스티드 스캔, 인터리브된 환형 스캔, 네스티드된 환형 스캔, 또는 이의 조합을 생성하기 위해 운전될 수 있다.
도 9a는 인터리브된 나선형 이미징 스캔의 제1 예를 나타낸다. 스캔 헤드의 제1 영역은 제1 나선형 경로(910a)를 따라 운전될 수 있다. 스캔 헤드의 제2 영역은 제2 나선형 경로(920a)를 따라 운전될 수 있다. 스캔 헤드의 제3 영역은 제3 나선 경로(930a)를 따라 운전될 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 영역 각각은 독립적으로 클락킹될 수 있다. 상기 스캔 헤드는 본 출원에 기재된 임의의 광학 시스템을 포함할 수 있다. 다중 이미징 스캔 경로의 이용은 이미징 속도를 증가시킴으로써 이미징 처리량을 증가시킬 수 있다.
도 9b는 인터리브된 나선형 이미징 스캔의 제2 예를 나타낸다. 제1 스캔 헤드는 제1 나선형 경로(910b)를 따라 운전될 수 있다. 제2 스캔 헤드는 제2 나선형 경로(920b)를 따라 운전될 수 있다. 제3 스캔 헤드는 제3 나선형 경로(930b)를 따라 운전될 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 스캔 헤드 각각은 독립적으로 클락킹되거나, 또는 함께 클락킹될 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 스캔 헤드 각각은 본 출원에 기재된 임의의 광학 시스템을 포함할 수 있다. 다중 이미징 스캔 경로의 이용은 네트 이미징 속도를 증가시킴으로써 이미징 처리량을 증가시킬 수 있다. 광학 시스템의 처리량은 동시에 필드 폭의 다수의 스캔 헤드를 운전함으로써 크게 증가될 수 있다. 예를 들어, 각각의 스캔 헤드는 기판 회전의 중심에 대해 상이한 각도로 고정될 수 있다.
도 9c는 네스티드 나선형 이미징 스캔의 예를 나타낸다. 제1 스캔 헤드는 제1 나선형 경로(910c)를 따라 운전될 수 있다. 제2 스캔 헤드는 제2 나선형 경로(920c)를 따라 운전될 수 있다. 제3 스캔 헤드는 제3 나선형 경로(930c)를 따라 운전될 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 스캔 헤드 각각은 독립적으로 클락킹될 수 있다. 제1, 제2 및 제3 스캔 헤드 각각은 본 출원에 기재된 임의의 광학 시스템을 포함할 수 있다. 다중 이미징 스캔 경로의 이용은 이미징 속도를 증가시킴으로써 이미징 처리량을 증가시킬 수 있다. 상기 스캔 헤드들은 방사상 방향으로 함께 이동할 수 있다. 광학 시스템의 처리량은 동시에 필드 폭의 다수의 스캔 헤드를 운전함으로써 크게 증가될 수 있다. 예를 들어, 각각의 스캔 헤드는 상이한 각도로 고정될 수 있다. 상기 스캔은 불연속 환형 또는 정확히는 나선형일 수 있다.
도 9a-9c는 3개의 이미징 경로를 나타내지만, 임의의 수의 이미징 경로 및 임의의 수의 스캔 헤드가 존재할 수 있다. 예를 들어, 적어도 약 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개, 또는 그 초과의 이미징 경로 또는 스캔 헤드가 존재할 수 있다. 대안적으로, 최대 약 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2개, 또는 그 미만의 이미징 경로 또는 스캔 헤드가 존재할 수 있다. 각각의 스캔 헤드는 정해진 파장 범위 내의 파장을 보유하는 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 스캔 헤드는 제1 파장 범위 내의 파장을 보유하는 제1 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 제2 스캔 헤드는 제2 파장 범위 내의 파장을 보유하는 제2 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 제3 스캔 헤드는 제3 파장 범위 내의 파장을 보유하는 제3 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 스캔 헤드는 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 광을 각각 수용하도록 구성될 수 있고, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 광은 각각 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위 내의 파장을 보유한다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위는 동일할 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위는 부분적으로 중첩될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위의 임의의 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10개는 구별될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위는 전자기 스펙트럼의 자외선, 가시광선, 또는 근적외선 영역일 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위의 각각은 본 출원에 기재된 형광단, 염료, 또는 퀀텀 닷에 의해 방출된 파장을 포함할 수 있다. 이러한 방식에서, 상기 시스템은 복수의 형광단, 염료, 또는 퀀텀 닷으로부터의 광학 신호를 검출하도록 구성될 수 있다.
도 10은 네스티드 환형 이미징 스캔을 나타낸다. 제1 스캔 헤드(1005)는 제1의 대략의 환형 경로(1010)를 따라 운전될 수 있다. 제2 스캔 헤드(1015)는 제2의 대략의 환형 경로(1020)를 따라 운전될 수 있다. 제3 스캔 헤드(1025)는 제3의 대략의 환형 경로(1030)를 따라 운전될 수 있다. 제4 스캔 헤드(1035)는 제3의 대략의 환형 경로(1040)를 따라 운전될 수 있다. 제5 스캔 헤드(1045)는 제3의 대략의 환형 경로(1050)를 따라 운전될 수 있다. 제6 스캔 헤드(1055)는 제3의 대략의 환형 경로(1060)를 따라 운전될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 스캔 헤드 각각은 독립적으로 클락킹될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 스캔 헤드는 본 출원에 기재된 임의의 광학 시스템을 포함할 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 스캔 헤드 각각은 기판의 스캐닝 중 고정된 위치에 잔류하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 스캔 헤드 중 하나 이상은 기판의 스캐닝 중 이동하도록 구성될 수 있다. 대략의 환형 이미징 경로를 따라 이미징하는 복수의 스캔 헤드의 이용은 이미징 처리량을 크게 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 도 10에 나타낸 스캔 헤드의 배치는 기판 상의 모든 위치 지정 가능한 위치가 상기 기판의 단일 회전 중에 이미징되는 것이 가능하도록 할 수 있다. 그러한 배치는 단지 하나의 스캐닝 운동(예를 들어, 기판의 회전)을 필요로 함으로써 이미징 시스템의 기계적인 복잡성을 단순화시키는 추가적인 이점을 보유할 수 있다.
도 10은 6개의 이미징 경로 및 6개의 스캔 헤드를 나타내지만, 임의의 수의 이미징 경로 및 임의의 수의 스캔 헤드가 존재할 수 있다. 예를 들어, 적어도 약 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 그 초과의 이미징 경로 또는 스캔 헤드가 존재할 수 있다. 대안적으로, 최대 약 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 또는 그 미만의 이미징 경로 또는 스캔 헤드가 존재할 수 있다. 각각의 스캔 헤드는 정해진 파장 범위 내의 파장을 보유하는 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 스캔 헤드는 제1 파장 범위 내의 파장을 보유하는 제1 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 제2 스캔 헤드는 제2 파장 범위 내의 파장을 보유하는 제2 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 제3 스캔 헤드는 제3 파장 범위 내의 파장을 보유하는 제3 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 제4 스캔 헤드는 제4 파장 범위 내의 파장을 보유하는 제4 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 제5 스캔 헤드는 제5 파장 범위 내의 파장을 보유하는 제5 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 제6 스캔 헤드는 제6 파장 범위 내의 파장을 보유하는 제6 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 스캔 헤드는 제7, 제8, 제9, 또는 제10 광을 각각 수용하도록 구성될 수 있고, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 광은 각각 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위 내의 파장을 보유한다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위는 동일할 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위는 부분적으로 중첩될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위의 임의의 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10개는 구별될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위는 전자기 스펙트럼의 자외선, 가시광선, 또는 근적외선 영역일 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 파장 범위의 각각은 본 출원에 기재된 형광단, 염료, 또는 퀀텀 닷에 의해 방출된 파장을 포함할 수 있다. 이러한 방식에서, 상기 시스템은 복수의 형광단, 염료, 또는 퀀텀 닷으로부터의 광학 신호를 검출하도록 구성될 수 있다.
도 11은 액침 광학 시스템(1100)의 단면도를 나타낸다. 상기 시스템(1100)은 본 출원에 기재된 기판을 광학적으로 이미징하기 위해 사용될 수 있다. 상기 시스템(1100)은 본 출원에 기재된 핵산 서열결정을 위한 시스템(예를 들어, 300, 400, 500a, 500b, 700, 또는 800 중 임의의 시스템) 또는 임의의 다른 광학 시스템, 또는 이의 임의의 요소와 통합될 수 있다. 상기 시스템은 광학 이미징 대물렌즈(1110)를 포함할 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는 액침 광학 이미징 대물렌즈일 수 있다. 상기 액침 광학 이미징 대물렌즈는 기판, 예를 들어 본 출원에 기재된 기판(310)과 광학 연통하도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는 본 출원에 기재된 임의의 다른 광학 소자와 광학 연통하도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는 인클로저(1120)에 의해 부분적으로 또는 완전히 둘러싸일 수 있다. 상기 인클로저는 상기 광학 이미징 대물렌즈의 샘플 대면 단부를 부분적으로 또는 완전히 둘러쌀 수 있다. 상기 인클로저 및 유체는 상기 기판과 접촉하는 분위기와 주변 분위기 사이의 계면을 포함할 수 있다. 상기 기판과 접촉하는 분위기 및 주변 분위기는 상대 습도, 온도, 및/또는 압력에서 상이할 수 있다. 상기 인클로저는 일반적으로 컵 유사 형상 또는 형체를 보유할 수 있다. 상기 인클로저는 임의의 용기일 수 있다. 상기 인클로저는, 상기 광학 이미징 대물렌즈가 액침되는 유체(1140)(예를 들어, 물 또는 수용액 또는 유기용액)을 함유하도록 구성될 수 있다. 상기 인클로저는 상기 기판의 회전 중에 상기 인클로저와 상기 기판 사이의 접촉을 회피하기 위해 상기 기판과 상기 인클로저 사이에 최소 거리(1150)를 유지하도록 구성될 수 있다. 상기 최소 거리는 적어도 100 nm, 적어도 200 nm, 적어도 500 nm, 적어도 1 μm, 적어도 2 μm, 적어도 5 μm, 적어도 10 μm, 적어도 20 μm, 적어도 50 μm, 적어도 100 μm, 적어도 200 μm, 적어도 500 μm, 적어도 1 mm, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 거리일 수 있다. 최소 거리를 언급하지만, 상기 인클로저는 표면장력 효과로 인해 상기 유체를 함유할 수 있다. 상기 시스템은 상기 인클로저의 내부에 유체를 전달하도록 구성된 유체 유동 튜브(1130)를 포함할 수 있다. 상기 유체 유동 튜브는 어댑터(1135)를 통해 상기 인클로저에 연결될 수 있다. 상기 어댑터는 나사산 어댑터, 압착 어탭터, 또는 임의의 다른 어댑터를 포함할 수 있다. 전기장 인가 유닛(나타내지 않음)은 예를 들어 전기장을 인가함으로써 액침 대물렌즈와 상기 개방 기판과 접촉하는 유체의 적어도 일부분을 보유하기 위해 용기의 하나 이상의 표면의 소수성을 조절하도록 구성될 수 있다.
상기 유체는 상기 기판과 접촉할 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈 및 인클로저는, 화학적 처리 운전이 수행되는 제1 위치 및 검출 운전이 수행되는 제2 위치 사이에 물리적 장벽을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식에서, 상기 화학적 운전 및 검출 운전은 독립적인 운전 조건을 이용하여 수행될 수 있고, 검출기의 오염은 회피될 수 있다. 제1 및 제2 위치는 상이한 습도, 온도, 압력, 또는 대기 혼합물을 보유할 수 있다.
본 개시내용의 시스템은 용기 또는 다른 폐쇄된 환경 내에 ㅍ함유될 수 있다. 예를 들어, 용기는 외부 환경(1170)으로부터 내부 환경(1160)을 분리할 수 있다. 내부 환경(1160)은 예를 들어 본 출원에 기재된 바와 같이, 온도, 압력, 및/또는 습도를 국부화하기 위해 제어될 수 있다. 몇몇 경우에서, 외부 환경(1170)은 제어될 수 있다. 몇몇 경우에서, 내부 환경(1160)은 예를 들어 인클로저(1120)를 통해, 또는 이의 도움으로 추가로 분할되어 내부 환경(예를 들어, 화학적 처리 운전을 위한 제1 내부 환경, 검출 운전을 위한 제2 내부 환경 등)의 부분들을 개별적으로 제어할 수 있다. 상기 내부 환경의 상이한 부분은 밀봉을 통해 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 밀봉은 본 출원에 기재된 액침 대물렌즈를 포함할 수 있다.
고처리량 처리를 위한 시스템 구조
본 출원에 기재된 핵산 서열결정 시스템 및 광학 시스템(또는 이의 임의의 요소들)은 다양한 구조로 조합될 수 있다.
도 12a는 정지 상태의 기판 및 이동하는 플루이딕스 및 옵틱스를 포함하는 시스템(1200a)을 위한 구조를 나타낸다. 상기 시스템(1200a)은 본 출원에 기재된 기판(310)을 포함한다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이, 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다(도 12a에 나타내지 않음). 상기 시스템은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 및 유체 배출 포트(335), 및/또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 채널 및 유체 배출 포트를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트는 기판에 대해 이동(1215a)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트는 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트가 용액을 디스펜싱하는 기간 동안에 상기 기판 상의 위치(예를 들어, 상기 기판의 중심 근처)로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트는 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트가 용액을 디스펜싱하는 기간 동안에 상기 기판으로부터 멀어지는 위치로 이동하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 상기의 역도 적용할 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 광학 이미징 대물렌즈(1110)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는 기판에 대해 이동(1210a)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 이미징 대물렌즈는 상기 기판이 이미징되는 기간 동안 상기 기판 상의 위치(예를 들어, 상기 기판의 중심 근처)로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는 상기 기판이 이미징되지 않는 기간 동안 상기 기판으로부터 멀어지는 위치로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 용액의 디스펜싱 및 이미징 사이에서 엇갈리도록 할 수 있는데, 이는 본 출원에 기재된 시스템 및 방법을 이용하여 상기 기판에 부착된 핵산의 신속한 서열결정을 가능하게 한다.
도 12b는 정지 상태의 기판 및 이동하는 플루이딕스 및 옵틱스를 포함하는 시스템(1200b)을 위한 구조를 나타낸다. 상기 시스템(1200b)은 본 출원에 기재된 기판(310)을 포함한다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이, 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다(도 12b에 나타내지 않음). 상기 시스템은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 및 유체 배출 포트(335), 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 채널 및 유체 배출 포트를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 광학 이미징 대물렌즈(1110)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유체 채널, 유체 배출 포트, 및 광학 이미징 대물렌즈는 정지 상태일 수 있다. 상기 기판은 상기 유체 채널, 유체 배출 포트, 및 광학 이미징 대물렌즈에 대해 이동(1210b)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은, 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트가 용액을 디스펜싱하는 기간 동안 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트가 상기 기판 위(예를 들어, 상기 기판의 중심 근처)에 존재하도록 하는 위치로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은, 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트가 용액을 디스펜싱하지 않는 기간 동안 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트로부터 멀어지는 위치로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은, 상기 기판이 이미징되는 기간 동안 상기 기판 상에서 상기 대물렌즈를 방사상으로 스캔하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은, 상기 기판이 이미징되지 않는 기간 동안 상기 광학 이미징 대물렌즈로부터 멀어지는 위치로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 용액의 디스펜싱 및 이미징 사이에서 엇갈리도록 할 수 있는데, 이는 본 출원에 기재된 시스템 및 방법을 이용하여 상기 기판에 부착된 핵산의 신속한 서열결정을 가능하게 한다.
도 12c는 복수의 정지 상태의 기판 및 이동하는 플루이딕스 및 옵틱스를 포함하는 시스템(1200c)을 위한 구조를 나타낸다. 상기 시스템(1200c)은 제1 및 제2 기판(310a 및 310b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 기판(310)과 유사할 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 회전하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 제1 및 제2 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다(도 12c에 나타내지 않음). 상기 시스템은 제1 유체 채널(330a) 및 제1 유체 배출 포트(335a)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 유체 채널(330a)은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 채널과 유사할 수 있다. 제1 유체 배출 포트(335a)는 본 출원에 기재된 유체 배출 포트(335) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 배출 포트와 유사할 수 있다. 상기 시스템은 제2 유체 채널(330b) 및 제2 유채 배출 포트(335b)를 추가로 포함할 수 있다. 제2 유체 채널(330b)은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 채널과 유사할 수 있다. 제2 유체 배출 포트(335b)는 본 출원에 기재된 유체 배출 포트(335) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 배출 포트와 유사할 수 있다. 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 광학 이미지 대물렌즈(1110)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈(1110)는 제1 및 제2 기판에 대해 이동(1210c)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 이미징 대물렌즈는, 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트가 제2 기판에 용액을 디스펜싱하지 않는 기간 동안(및 제1 기판이 이미징되는 동안) 제1 기판 위의 위치(예를 들어, 상기 제1 기판의 중심 근처 또는 방사상으로 스캐닝하는 위치)로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트가 용액을 디스펜싱하는 기간 동안 제1 기판으로부터 멀어지는 위치로 이동되도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는, 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트가 제2 기판에 용액을 디스펜싱하지 않는 기간 동안(및 제2 기판이 이미징되는 동안) 제2 기판 위의 위치(예를 들어, 상기 제2 기판의 중심 근처 또는 방사상으로 스캐닝하는 위치)로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는, 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트가 용액을 디스펜싱하는 기간 동안 제2 기판으로부터 멀어지는 위치로 이동하도록 구성될 수 있다.
용액의 디스펜싱 및 기판의 이미징의 타이밍은 동기화될 수 있다. 예를 들어, 용액은 제2 기판이 이미징되는 기간 동안 제1 기판에 디스펜싱될 수 있다. 일단 상기 용액이 제1 기판에 디스펜싱되고 제2 기판이 이미징되면, 광학 이미징 대물렌즈는 제2 기판으로부터 제1 기판으로 이동될 수 있다. 이어서, 용액은 제1 기판이 이미징되는 기간 동안 제2 기판에 디스펜싱될 수 있다. 디스펜싱 및 이미징의 이러한 엇갈리는 패턴은 반복될 수 있고, 이는 본 출원에 기재된 시스템 및 방법을 이용하여 제1 기판 및 제2 기판에 부착된 핵산의 신속한 서열결정을 가능하게 한다. 디스펜싱 및 이미징의 엇갈리는 패턴은 이미징 프로세스 또는 용액 디스펜싱 프로세서의 듀티 사이클(duty cycle)을 증가시킴으로써 서열결정 속도를 높일 수 있다.
도 12c에서 2개의 기판, 2개의 유체 채널, 2개의 유체 배출 포트, 및 하나의 광학 이미징 대물렌즈를 포함하도록 나타냈음에도 불구하고, 시스템(1200c)은 임의의 수의 상기 기판, 유체 채널, 유체 배출 포트, 및 광학 이미지 대물렌즈 각각을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 기판을 포함할 수 있다. 각각의 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 유체 채널 및/또는 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 유체 배출 포트를 포함할 수 있다. 각각의 유체 채널 및 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 바와 같이 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 광학 이미징 대물렌즈를 포함할 수 있다. 각각의 광학 이미징 대물렌즈는 본 출원에 기재된 바와 같이 기판 사이에서 이동될 수 있다.
도 12d는 회전 스테이지 및 정지 상태의 플루이딕스 및 옵틱스 상에 복수의 이동 기판을 포함하는 시스템(1200d)을 위한 구조를 나타낸다. 상기 시스템(1200d)은 제1 및 제2 기판(310a 및 310b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 기판(310)과 유사할 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 회전하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 제1 및 제2 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다(도 12d에 나타내지 않음). 제1 및 제2 기판은 회전 스테이지(1220d)에 (예를 들어, 대략 회전 스테이지의 반대 단부에) 고정될 수 있다. 상기 회전 스테이지는 대략 축에서 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 축은 상기 기판의 중심을 관통한 축일 수 있다. 상기 축은 중심에서 벗어난 축일 수 있다. 상기 회전 스테이지는 대략 기판(310b)의 반경을 스캔할 수 있다. 상기 시스템은 유체 채널(330) 및 유체 배출 포트(335)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 광학 이미징 대물렌즈(1110)를 추가로 포함할 수 있다. 광학 이미징 대물렌즈(1110)의 세로축은 (도 12d에서 구별하기 어려움에도 불구하고) 제2 기판(310b)의 중심축과 일치하지 않을 수 있다. 상기 이미징 대물렌즈(1110)는 제2 기판(310b)의 중심으로부터 약간의 거리에 위치될 수 있다.
상기 회전 스테이지는 상이한 서열결정 운전을 수행하기 위해 제1 및 제2 기판의 상대적인 위치를 변경하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 회전 스테이지는 회전하여 상기 광학 이미징 대물렌즈가, 제1 유체 채널 및 유체 배출 포트가 제1 기판에 용액을 디스펜싱하지 않는 기간 동안(및 제1 기판이 이미징되는 동안) 제1 기판 상의 위치(예를 들어, 제1 기판의 중심 근처 또는 제1 기판을 방사상으로 스캐닝하는 위치)에 존재하도록 구성될 수 있다. 상기 회전 스테이지는 회전하여 상기 광학 이미징 대물렌즈가, 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트가 제1 기판에 용액을 디스펜싱하는 기간 동안 제1 기판으로부터 멀어지게 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 회전 스테이지는 회전하여 상기 광학 이미징 대물렌즈가, 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트가 제2 기판에 용액을 디스펜싱하지 않는 기간 동안(및 제2 기판이 이미징되는 동안) 제2 기판 상의 위치(예를 들어, 제2 기판의 중심 근처 또는 제2 기판을 방사상으로 스캐닝하는 위치)에 존재하도록 구성될 수 있다. 상기 회전 스테이지는 회전하여 상기 광학 이미징 대물렌즈가, 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트가 제2 기판으로 용액을 디스펜싱하는 기간 동안 제2 기판으로부터 멀어지게 이동하도록 구성될 수 있다.
용액의 디스펜싱 및 기판의 이미징의 타이밍은 동기화될 수 있다. 예를 들어, 용액은 제2 기판이 이미징되는 기간 동안 제1 기판에 디스펜싱될 수 있다. 일단 상기 용액이 제1 기판에 디스펜싱되고 제2 기판이 이미징되면, 회전 스테이지는 회전하여 제1 기판이 이미징되는 기간 동안 제2 기판에 용액이 디스펜싱되도록 할 수 있다. 디스펜싱 및 이미징의 이러한 엇갈리는 패턴은 반복될 수 있고, 이는 본 출원에 기재된 시스템 및 방법을 이용하여 제1 기판 및 제2 기판에 부착된 핵산의 신속한 서열결정을 가능하게 한다. 디스펜싱 및 이미징의 엇갈리는 패턴은 이미징 프로세스 또는 용액 디스펜싱 프로세서의 듀티 사이클을 증가시킴으로써 서열결정 속도를 높일 수 있다.
도 12d에서 2개의 기판, 하나의 유체 채널, 하나의 유체 배출 포트, 및 하나의 광학 이미징 대물렌즈를 포함하는 것으로 나타냈음에도 불구하고, 시스템(1200d)은 임의의 수의 각각의 기판, 유체 채널, 유체 배출 포트, 및 광학 이미징 대물렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 기판을 포함할 수 있다. 각각의 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 유체 채널 및 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 유체 배출 포트를 포함할 수 있다. 각각의 유체 채널 및 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 바와 같이 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 광학 이미징 대물렌즈를 포함할 수 있다. 상기 회전 스테이지는 임의의 시간에 임의의 유체 채널, 유체 배출 포트, 또는 광학 이미징 대물렌즈 하에 임의의 기판을 위치시키기 위해 회전될 수 있다.
도 12e는 복수의 정지 상태 기판 및 이동하는 옵틱스를 포함하는 시스템(1200e)을 위한 구조를 나타낸다. 상기 시스템(1200e)은 제1 및 제2 기판(310a 및 310b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 기판(310)과 유사할 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이, 회전하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이, 제1 및 제2 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다(도 12e에 나타내지 않음). 상기 시스템은 제1 유체 채널(330a) 및 제1 유체 배출 포트(335a)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 유체 채널(330a)은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 채널과 유사할 수 있다. 제1 유체 배출 포트(335a)는 본 출원에 기재된 유체 배출 포트(335) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 배출 포트와 유사할 수 있다. 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 제2 유체 채널(330b) 및 제2 유채 배출 포트(335b)를 추가로 포함할 수 있다. 제2 유체 채널(330b)은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 채널과 유사할 수 있다. 제2 유체 배출 포트(335b)는 본 출원에 기재된 유체 배출 포트(335) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 배출 포트와 유사할 수 있다. 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 광학 이미징 대물렌즈(1110)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는 이미징 아암(1230e)에 부착될 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는 제1 또는 제2 기판의 전체 면적을 이미징하기 위해 상기 광학 이미징 아암을 따라 이동(1220e)하도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 아암은 회전(1210e)되도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 아암은 회전하여 상기 광학 이미징 대물렌즈가, 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트가 제1 기판에 용액을 디스펜싱하지 않는 기간 동안(및 제1 기판이 이미징되는 동안) 제1 기판 위의 위치(예를 들어, 상기 제1 기판의 중심 근처 또는 방사상으로 스캐닝하는 위치)에 존재하도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 아암은 회전하여 상기 광학 이미징 대물렌즈가, 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트가 제1 기판에 용액을 디스펜싱하는 기간 동안 제1 기판으로부터 멀어지게 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 아암은 회전하여 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트가 제2 기판에 용액을 디스펜싱하지 않는 기간 동안(및 제2 기판이 이미징되는 동안) 제2 기판 위의 위치(예를 들어, 상기 제2 기판의 중심 근처 또는 방사상으로 스캐닝하는 위치)로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 아암은 상기 광학 이미징 대물렌즈가, 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트가 제2 기판으로 용액을 디스펜싱하는 기간 동안 제2 기판으로부터 멀어지게 이동하도록 구성될 수 있다.
용액의 디스펜싱 및 기판의 이미징의 타이밍은 동기화될 수 있다. 예를 들어, 용액은 제2 기판이 이미징되는 기간 동안 제1 기판에 디스펜싱될 수 있다. 일단 상기 용액이 제1 기판에 디스펜싱되고 제2 기판이 이미징되면, 광학 이미징 아암은 회전하여 제1 기판이 이미징되는 기간 동안 제2 기판에 용액이 디스펜싱되도록 할 수 있다. 디스펜싱 및 이미징의 이러한 엇갈리는 패턴은 반복될 수 있고, 이는 본 출원에 기재된 시스템 및 방법을 이용하여 제1 기판 및 제2 기판에 부착된 핵산의 신속한 서열결정을 가능하게 한다. 디스펜싱 및 이미징의 엇갈리는 패턴은 이미징 프로세스 또는 용액 디스펜싱 프로세서의 듀티 사이클(duty cycle)을 증가시킴으로써 서열결정 속도를 높일 수 있다.
도 12e에서 2개의 기판, 2개의 유체 채널, 2개의 유체 배출 포트, 및 하나의 광학 이미징 대물렌즈를 포함하도록 나타냈음에도 불구하고, 시스템(1200e)은 임의의 수의 상기 기판, 유체 채널, 유체 배출 포트, 및 광학 이미지 대물렌즈 각각을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 기판을 포함할 수 있다. 각각의 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 유체 채널 및 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 유체 배출 포트를 포함할 수 있다. 각각의 유체 채널 및 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 바와 같이 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 광학 이미징 대물렌즈를 포함할 수 있다. 광학 이미징 아암은 임의의 시간에 임의의 유체 채널, 유체 배출 포트, 또는 광학 이미징 대물렌즈 밑에 임의의 기판을 위치시키기 위해 회전될 수 있다.
도 12f는 복수의 이동 기판 및 정지 상태의 플루이딕스 및 옵틱스를 포함하는 시스템(1200f)을 위한 구조를 나타낸다. 상기 시스템(1200f)은 제1 및 제2 기판(310a 및 310b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 기판(310)과 유사할 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 회전하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 제1 및 제2 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다(도 12f에 나타내지 않음). 제1 및 제2 기판은 이동 스테이지(1220f)의 반대 단부에 고정될 수 있다. 상기 이동 스테이지는 이동(1210f)되도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 제1 유체 채널(330a) 및 제1 유체 배출 포트(335a)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 유체 채널(330a)은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 채널과 유사할 수 있다. 제1 유체 배출 포트(335a)는 본 출원에 기재된 유체 배출 포트(335) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 배출 포트와 유사할 수 있다. 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 제2 유체 채널(330b) 및 제2 유체 배출 포트(335b)를 추가로 포함할 수 있다. 제2 유체 채널(330b)은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 채널과 유사할 수 있다. 제2 유체 배출 포트(335b)는 본 출원에 기재된 유체 배출 포트(335) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 배출 포트와 유사할 수 있다. 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 광학 이미징 대물렌즈(1110)를 추가로 포함할 수 있다.
이동 스테이지는 이동하여 광학 이미징 대물렌즈가, 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트가 제1 기판에 용액을 디스펜싱하지 않는 기간 동안(및 제1 기판이 이미징되는 동안) 제1 기판 상의 위치(예를 들어, 제1 기판의 중심 근처 또는 제1 기판을 방사상으로 스캐닝하는 위치)에 존재하도록 구성될 수 있다. 상기 이동 스테이지는 이동하여 광학 이미징 대물렌즈가, 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트가 제1 기판에 용액을 디스펜싱하는 기간 동안 제1 기판으로부터 멀어지게 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 이동 스테이지는 이동하여 상기 광학 이미징 대물렌즈가, 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트가 제2 기판에 용액을 디스펜싱하지 않는 기간 동안(및 제2 기판이 이미징되는 동안) 제2 기판 상의 위치(예를 들어, 제2 기판의 중심 근처 또는 제2 기판을 방사상으로 스캐닝하는 위치)에 존재하도록 구성될 수 있다. 상기 이동 스테이지는 광학 이미징 대물렌즈가, 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트가 제2 기판에 용액을 디스펜싱하는 기간 동안 제2 기판으로부터 멀어지게 이동하도록 구성될 수 있다.
용액의 디스펜싱 및 기판의 이미징의 타이밍은 동기화될 수 있다. 예를 들어, 용액은 제2 기판이 이미징되는 기간 동안 제1 기판에 디스펜싱될 수 있다. 일단 상기 용액이 제1 기판에 디스펜싱되고 제2 기판이 이미징되면, 이동 스테이지가 이동하여 제1 기판이 이미징되는 기간 동안 제2 기판에 용액이 디스펜싱되도록 할 수 있다. 디스펜싱 및 이미징의 이러한 엇갈리는 패턴은 반복될 수 있고, 이는 본 출원에 기재된 시스템 및 방법을 이용하여 제1 기판 및 제2 기판에 부착된 핵산의 신속한 서열결정을 가능하게 한다. 디스펜싱 및 이미징의 엇갈리는 패턴은 이미징 프로세스 또는 용액 디스펜싱 프로세서의 듀티 사이클을 증가시킴으로써 서열결정 속도를 높일 수 있다.
도 12f에서 2개의 기판, 2개의 유체 채널, 2개의 유체 배출 포트, 및 하나의 광학 이미징 대물렌즈를 포함하도록 나타냈음에도 불구하고, 시스템(1200f)은 임의의 수의 상기 기판, 유체 채널, 유체 배출 포트, 및 광학 이미지 대물렌즈 각각을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 기판을 포함할 수 있다. 각각의 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 유체 채널 및 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 유체 배출 포트를 포함할 수 있다. 각각의 유체 채널 및 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 바와 같이 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 광학 이미징 대물렌즈를 포함할 수 있다. 이동 스테이지는 임의의 시간에 임의의 유체 채널, 유체 배출 포트, 또는 광학 이미징 대물렌즈 밑에 임의의 기판을 위치시키기 위해 회전될 수 있다.
도 12g는 복수의 프로세싱 베이 사이에서 이동된 복수의 기판을 포함하는 시스템(1200g)을 위한 구조를 나타낸다. 상기 시스템(1200g)은 각각 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 기판(310a, 310b, 310c, 310d, 및 310e)을 포함할 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 기판은 본 출원에 기재된 기판(310)과 유사할 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 회전하도록 구성될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 기판은 각각 본 출원에 기재된 바와 같이, 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다(도 12g에 나타내지 않음).
상기 시스템은 제1 유체 채널(330a) 및 제1 유체 배출 포트(335a)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 유체 채널(330a)은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 또는 본 출원에 기재된 임의의 유체 채널과 유사할 수 있다. 제1 유체 배출 포트(335a)는 본 출원에 기재된 유체 배출 포트(335) 또는 본 출원에 기재된 임의의 유체 배출 포트와 유사할 수 있다. 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제1 유체 채널 및 제1 유체 배출 포트는 제1 프로세싱 베이로서 간주될 수 있다. 제1 프로세싱 베이는 제1 프로세싱 운전, 예를 들어 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 기판 중 임의의 기판에 대한 제1 용액의 디스펜싱을 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 제2 유체 채널(330b) 및 제2 유체 배출 포트(335b)를 추가로 포함할 수 있다. 제2 유체 채널(330b)은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 또는 본 출원에 기재된 임의의 유체 채널과 유사할 수 있다. 제2 유체 배출 포트(335b)는 본 출원에 기재된 유체 배출 포트(335) 또는 본 출원에 기재된 임의의 유체 배출 포트와 유사할 수 있다. 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제2 유체 채널 및 제2 유체 배출 포트는 제2 프로세싱 베이 또는 프로세싱 스테이션으로서 간주될 수 있다. 제2 프로세싱 베이는 제2 프로세싱 운전, 예를 들어 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 기판 중 임의의 기판에 대한 제2 용액의 디스펜싱을 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 제3 유체 채널(330c) 및 제3 유체 배출 포트(335c)를 추가로 포함할 수 있다. 제3 유체 채널(330c)은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 또는 본 출원에 기재된 임의의 유체 채널과 유사할 수 있다. 제3 유체 배출 포트(335c)는 본 출원에 기재된 유체 배출 포트(335) 또는 본 출원에 기재된 임의의 유체 배출 포트와 유사할 수 있다. 제3 유체 채널 및 제3 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제3 유체 채널 및 제3 유체 배출 포트는 제3 프로세싱 베이 또는 프로세싱 스테이션으로서 간주될 수 있다. 제3 프로세싱 베이는 제3 프로세싱 운전, 예를 들어 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 기판 중 임의의 기판에 대한 제3 용액의 디스펜싱을 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 제4 유체 채널(330d) 및 제4 유체 배출 포트(335d)를 추가로 포함할 수 있다. 제4 유체 채널(330c)은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 또는 본 출원에 기재된 임의의 유체 채널과 유사할 수 있다. 제4 유체 배출 포트(335d)는 본 출원에 기재된 유체 배출 포트(335) 또는 본 출원에 기재된 임의의 유체 배출 포트와 유사할 수 있다. 제4 유체 채널 및 제4 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 제4 유체 채널 및 제4 유체 배출 포트는 제4 프로세싱 베이 또는 프로세싱 스테이션으로서 간주될 수 있다. 제4 프로세싱 베이는 제4 프로세싱 운전, 예를 들어 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 기판 중 임의의 기판에 대한 제4 용액의 디스펜싱을 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 스캐닝 광학 이미징 대물렌즈(1110)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는 제5 프로세싱 베이 또는 프로세싱 스테이션으로서 간주될 수 있다.
상기 시스템은 이동 아암(1220g)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 이동 아암은 측면으로 이동하도록(1210g) 또는 회전하도록(1215g) 구성될 수 있다. 상기 이동 아암은 상이한 프로세싱 스테이션 사이에서 (예를 들어, 기판들을 픽킹하고 이들을 새로운 위치로 이동시킴으로써) 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 기판 중 임의의 기판을 이동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 시점에서, 제1 기판은 제1 프로세싱 베이에서 제1 운전(예를 들어, 제1 용액의 디스펜싱을 수행할 수 있고, 제2 기판은 제2 프로세싱 베이에서 제2 운전(예를 들어, 제2 용액의 디스펜싱)을 수행할 수 있고, 제3 기판은 제3 프로세싱 베이에서 제3 운전(예를 들어, 제3 용액의 디스펜싱)을 수행할 수 있고, 제4 기판은 제4 프로세싱 베이에서 제4 운전(예를 들어, 제4 용액의 디스펜싱)을 수행할 수 있고, 제5 기판은 제5 프로세싱 베이에서 이미징될 수 있다. 제1, 제2, 제3, 또는 제4 운전 중 하나 이상 또는 이미징의 완료 시, 상기 이동 아암은 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 프로세싱 베이 중 하나 이상에 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 기판 중 하나 이상을 이동시킬 수 있는데, 여기서 다른 운전이 완료될 수 있다. 하나 이상의 운전을 완료하고 다른 운전을 완료하기 위해 하나 이상의 기판을 다른 프로세싱 베이로 이동시키는 패턴은 반복될 수 있고, 이는 본 출원에 기재된 시스템 및 방법을 이용하여 제1, 제2, 제3, 제4, 및 제5 기판에 부착된 핵산 분자의 신속한 서열결정을 가능하게 한다. 디스펜싱 및 이미징의 엇갈리는 패턴은 이미징 프로세스 또는 용액 디스펜싱 프로세스의 듀티 사이클을 증가시킴으로써 서열결정 속도를 높일 수 있다.
도 12g에서 5개의 기판, 4개의 유체 채널, 4개의 유체 배출 포트, 및 하나의 광학 이미징 대물렌즈를 포함하도록 나타냈음에도 불구하고, 시스템(1200g)은 임의의 수의 상기 기판, 유체 채널, 유체 배출 포트, 및 광학 이미지 대물렌즈 각각을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 기판을 포함할 수 있다. 각각의 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 척에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 유체 채널 및 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 유체 배출 포트를 포함할 수 있다. 각각의 유체 채널 및 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 바와 같이 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 광학 이미징 대물렌즈를 포함할 수 있다. 이동 아암은 임의의 시간에 임의의 유체 채널, 유체 배출 포트, 또는 광학 이미징 대물렌즈 밑에 임의의 기판을 위치시키기 위해 회전될 수 있다.
도 12h는 공유된 광학 검출 시스템을 이용하여 스캐닝하는 다중 스핀들을 포함하는 시스템(1200h)을 위한 구조를 나타낸다. 상기 시스템은 각각 기판(310)을 이미징하도록 구성된 제1 및 제2 판독 헤드(1005 및 1015)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 판독 헤드는 본 출원에 기재된 임의의 판독 헤드(예를 들어, 도 10과 관련하여)와 유사할 수 있다. 특정 시점에서, 제1 및 제2 판독 헤드는 각각 제1 및 제2 경로(1010 및 1020)를 이미징하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 경로는 (예를 들어, 도 10과 관련하여) 본 출원에 기재된 임의의 경로와 유사할 수 있다. 제1 및 제2 판독 헤드는 회전하는 기판 상에서 실질적으로 방사상 방향으로 이동(1210h)하도록 구성됨으로써 상기 기판을 스캐닝할 수 있다. 제1 또는 제2 판독 헤드가 정확하게 방사상으로 이동하지 않는 경우, 상기 판독 헤드의 센서 또는 이미지 필드는 실질적으로 접선 스캔 방향을 유지하기 위해 회전할 수 있다. 필드 회전은 회전 프리즘을 이용하여 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 거울 또는 다른 광학 소자가 사용될 수 있다.
도 12h에서 2개의 판독 헤드 및 2개의 이미징 경로를 포함하는 것으로 나타냈음에도 불구하고, 시스템(1200h)은 임의의 수의 판독 헤드 또는 이미징 경로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 판독 헤드를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 이미징 경로를 포함할 수 있다.
도 12i는 공유된 광학 검출 시스템을 이용하여 스캐닝하는 다중 스핀들을 포함하는 시스템(1200i)을 위한 구조를 나타낸다. 상기 시스템은 각각 제1 및 제2 기판(310a 및 310b)을 각각 포함할 수 있다. 제1 및 제2 기판은 본 출원에 기재된 기판(310)과 유사할 수 있다. 제1 및 제2 기판은 각각 제1 및 제2 스핀들에 고정될 수 있다. 제1 및 제2 스핀들은 각각 제1 및 제2 기판에 회전 운동을 부여할 수 있다. 상기 시스템은 각각 제1 및 제2 광학 이미징 대물렌즈(1110a 및 1110b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 광학 이미징 대물렌즈는 본 출원에 기재된 광학 이미징 대물렌즈(1110)와 유사할 수 있다. 제1 및 제2 광학 이미징 대물렌즈는 각각 제1 및 제2 기판으로부터 광을 수집하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 광학 이미징 대물렌즈는 각각 제1 및 제2 기판으로부터 수집된 광을 각각 제1 및 제2 거울(1280a 및 1280b)로 통과시킬 수 있다. 몇몇 경우에서, 제1 및 제2 광학 이미징 대물렌즈 중 단지 하나는 특별한 경우에 광을 수집할 것이다.
제1 및 제2 거울은 공유된 이동 가능한 거울에 광을 통과시킬 수 있다. 제1 배치(1285a)의 경우, 공유된 이동 가능한 거울은 제1 기판으로부터 빔 스플리터(1295)에 광을 이동시킬 수 있다. 상기 빔 스플리터는 이색성 거울을 포함할 수 있다. 상기 빔 스플리터는 검출기(370)에 광을 통과시킬 수 있는데, 이는 제1 기판의 이미징을 가능하게 한다. 제1 기판은 병진(1210i)되도록 구성될 수 있는데, 이는 제1 기판 상의 상이한 위치의 이미징을 가능하게 한다.
제2 배치(1285b)의 경우, 공유된 이동 가능한 거울은 제2 기판으로부터 빔 스플리터(1295)로 광을 이동시킬 수 있다. 상기 빔 스플리터는 검출기(370)로 광을 통과시키는데, 이는 제2 기판의 이미징을 가능하게 한다. 상기 제2 기판은 병진(1210i)되도록 구성될 수 있는데, 이는 제2 기판 상의 상이한 위치가 이미징되도록 할 수 있다. 따라서, 이동 가능한 거울을 이동시킴으로써, 제1 및 제2 기판은 공유된 광학 시스템에 의해 이미징될 수 있다.
상기 시스템은 여기 광원(1290)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광원은 제1 또는 제2 기판에 여기 광을 제공하도록(예를 들어 형광 이미징을 위한) 구성될 수 있다. 상기 여기 광은 본 출원에 검출을 위해 기재된 바와 유사한 방식으로 이동 가능한 거울을 이용하여 제1 또는 제2 기판에 선택적으로 전달될 수 있다.
도 12i에서 2개의 기판, 2개의 이미징 광학 대물렌즈, 및 2개의 거울을 포함하는 것으로 나타냈음에도 불구하고, 시스템(1200i)은 임의의 수의 기판, 이미징 광학 대물렌즈, 또는 거울을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 기판을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 이미징 광학 대물렌즈를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 적어도 10개의 거울을 포함할 수 있다.
도 12h는 공유된 병진 및 회전축 및 독립적으로 회전하는 필드를 이용하여 스캐닝하는 복수의 이미징 헤드를 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다.
도 12i는 공유된 광학 검출 시스템을 이용하여 스캐닝하는 복수의 스핀들을 포함하는 시스템을 위한 구조를 나타낸다.
도 13은 복수의 회전 스핀들을 포함하는 시스템(1300)을 위한 구조를 나타낸다. 상기 시스템(1300)은 본 출원에 기재된 기판(310)을 포함한다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 바와 같이 회전하도록 구성될 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 유체 채널(330) 및 유체 배출 포트(335) 또는 본 출원에 기재된 임의의 다른 유체 채널 및 유체 배출 포트를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트는 본 출원에 기재된 임의의 용액을 디스펜싱하도록 구성될 수 있다. 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트는 상기 기판에 대해 이동(1315a)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트는, 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트가 용액을 디스펜싱하는 기간 동안 상기 기판 상의 위치(예를 들어 상기 기판의 중심 근처의 위치)로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트는, 상기 유체 채널 및 유체 배출 포트가 용액을 디스펜싱하지 않는 기간 동안 기판으로부터 멀어지는 위치로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 광학 이미징 대물렌즈(1110)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는 상기 기판에 대해 이동(1310a)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 이미징 대물렌즈는, 상기 기판이 이미징되는 기간 동안 상기 기판 상의 위치(예를 들어 상기 기판의 중심 근처 또는 상기 기판을 방사상으로 스캐닝하는 위치)로 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 광학 이미징 대물렌즈는 상기 기판이 이미징되지 않는 기간 동안 상기 기판으로부터 멀어지는 위치로 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 기판은 제1 스핀들(1305a) 및 제2 스핀들(1305b)을 추가로 포함할 수 있다. 제1 스핀들은 제2 스핀들에 대해 내부일 수 있다. 제1 스핀들은 제2 스핀들에 대해 외부일 수 있다. 제2 스핀들은 제1 스핀들에 대해 내부일 수 있다. 제2 스핀들은 제1 스핀들에 대해 외부일 수 있다. 제1 및 제2 스핀들은 각각 서로 독립적으로 회전하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 스핀들은 상이한 각속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 스핀들은 제1 각속도로 회전하도록 구성될 수 있고, 제2 스핀들은 제2 각속도로 회전하도록 구성될 수 있다. 제1 각속도는 제2 각속도보다 미만일 수 있다. 제1 스핀들은, 용액이 상기 기판으로 디스펜싱되는 기간 동안 상대적으로 낮은 각속도(예를 들어, 약 0 rpm 내지 약 100 rpm의 각속도)로 회전하도록 구성될 수 있다. 제2 스핀들은 상기 기판이 이미징되는 기간 동안 상대적으로 높은 각속도(예를 들어, 약 100 rpm 내지 약 1,000 rpm의 각속도)로 회전하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 상기의 역도 적용할 수 있다. 상기 기판은 디스펜싱 및 이미징 운전 각각을 완료하기 위해 제1 및 제2 스핀들 사이에서 이전될 수 있다.
상기 기판은 임의의 수의 스핀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 적어도 약 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20개, 또는 그 초과의 스핀들을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 시스템은 최대 약 20, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 또는 1개의 스핀들을 포함할 수 있다. 정해진 스핀들은 상기 시스템 내의 하나 이상의 다른 스핀들에 대해 내부 또는 외부일 수 있다. 몇몇 경우에서, 각각의 스핀들은 서로 독립적으로 회전할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 스핀들의 적어도 서브세트는 서로 독립적으로 회전할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 스핀들의 적어도 서브세트는 서로 종속적으로(예를 들어, 동일한 각속도로 동시에) 회전할 수 있다. 상기 스핀들은 동일한 축 또는 상이한 축에 대해 회전할 수 있다. 몇몇 경우에서, 각각의 스핀들은 상이한 각속도로 회전할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 스핀들의 적어도 서브세트는 상이한 각속도로 회전할 수 있다.
도 13에 이동 유체 채널 및 광학 이미징 대물렌즈를 이용하는 것으로 나타냈음에도 불구하고, 상기 시스템(1300)은 본 출원에 기재된 바와 같이 다른 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 상기 유체 채널 및 광학 이미징 대물렌즈가 정지 상태이고, 상기 기판이 이동하도록 구성되도록 구성될 수 있다. 상기 시스템은 본 출원에 기재된 임의의 다른 방식으로 구성될 수 있다.
다른 분석물질에의 적용
본 출원에서 핵산을 서열결정하기 위해 유용한 것으로 기재되었지만, 본 출원에 기재된 시스템 및 방법은 다른 분석물질에 적용될 수 있고/있거나, 그러한 분석물질을 처리하는 다른 응용분야에 적용될 수 있다. 도 14는 분석물질을 처리하기 위한 방법(1400)의 예를 위한 플로우차트를 나타낸다.
제1 운전(1410)에서, 상기 방법은 분석물질이 고정화된 평면 어레이를 포함하는 기판을 제공하는 단계를 포함하는데, 이때 상기 기판은 축에 대해 회전하도록 구성된다. 상기 축은 기판의 중심을 관통한 축일 수 있다. 상기 축은 중심에서 벗어난 축일 수 있다. 상기 기판은 본 출원에 기재된 임의의 기판일 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 평면 어레이는 단일 타입의 분석물질을 포함할 수 있다. 다른 경우에서, 상기 평면 어레이는 2개 이상의 타입의 분석물질을 포함할 수 있다. 상기 2개 이상의 타입의 분석물질은 무작위로 배열될 수 있다. 상기 2개 이상의 분석물질은 규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 상기 분석물질은 본 출원에 기재된 임의의 생물학적 샘플 또는 이의 유도체일 수 있다. 예를 들어, 상기 분석물질은 단일 세포 분석물질일 수 있다. 상기 분석물질은 핵산 분자일 수 있다. 상기 분석물질은 단백질 분자일 수 있다. 상기 분석물질은 단일 세포일 수 있다. 상기 분석물질은 입자일 수 있다. 상기 분석물질은 유기체일 수 있다. 상기 분석물질은 콜로니의 일부분일 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 분석물질은 비생물학적 샘플 또는 그로부터 유래된 것일 수 있다. 상기 분석물질은 평면 어레이 상의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치에 고정화될 수 있다. 상기 분석물질은 분석물질에 결합하도록 구성된 링커를 통해 기판에 고정화될 수 있다. 예를 들어, 상기 링커는 탄수화물 분자를 포함할 수 있다. 상기 링커는 친화성 결합 단백질을 포함할 수 있다. 상기 링커는 친수성일 수 있다. 상기 링커는 소수성일 수 있다. 상기 링커는 정전형일 수 있다. 상기 링커는 표지될 수 있다. 상기 링커는 기판에 통합된 것일 수 있다. 상기 링커는 기판 상의 독립적인 층일 수 있다.
제2 운전(1420)에서, 상기 방법은 기판의 회전 중에 평면 어레이를 가로질러 복수의 어댑터를 포함하는 용액을 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 용액은 본 출원에 기재된 임의의 용액 또는 시약을 포함할 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 평면 어레이에 고정화된 분석물질과 상호작용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 분석물질이 핵산 분자인 경우, 상기 복수의 어댑터는 복수의 프로브를 포함할 수 있다. 상기 복수의 프로브 중 정해진 프로브는 무작위 서열 또는 타겟팅된 서열, 예를 들어 호모폴리머 서열 또는 2염기 또는 3염기 서열을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 프로브는 2염기 프로브일 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 프로브는 길이가 약 1 내지 약 10개의 염기일 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 프로브는 길이가 약 10 내지 20개의 염기일 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 프로브는 적어도 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 50개, 또는 그 초과의 염기일 수 있다. 대안적으로 또는 조합적으로 상기 프로브는 최대 약 50, 40, 30, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1개의 염기일 수 있다. 다른 예에서, 분석물질이 단백질 분자인 경우, 상기 복수의 어댑터는 복수의 항체를 포함할 수 있다. 상기 복수의 항체 중 정해진 항체는 하나 이상의 타입의 단백질에 대한 반응 특이성을 보유할 수 있다. 다른 경우에서, 상기 복수의 어댑터는 복수의 올리고뉴클레오타이드 분자, 탄수화물 분자, 지질 분자, 친화성 결합 단백질, 앱타머, 항체, 효소, 또는 다른 시약의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 친수성일 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 소수성일 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 정전형일 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 표지될 수 있다. 상기 복수의 어댑터는 표지된 및 비표지된 성분의 혼합물을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 복수의 어댑터는 표지되지 않을 수 있다.
운전(1430)에서, 상기 방법은 분석물질과 복수의 어댑터 사이에 반응을 야기하기에 충분한 조건으로 상기 분석물질을 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 운전(1440)에서, 상기 방법은 분석물질과 복수의 어댑터 사이의 반응을 나타내는 신호는 검출함으로써 상기 분석물질을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 운전(1410) 이전에 링커를 포함하는 기판을 가로질러 분석물질을 이동시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 분석물질의 디스펜싱 이전 또는 도중에, 기판은 분석물질로 기판 표면 및/또는 평면 어레이를 코팅하기 위해 회전될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 분석물질은 비드에 커플링될 수 있는데, 비드는 평면 어레이에 고정화된다.
상기 방법은 본 출원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 기판과 접촉하는 용액의 서브세트를 재순환시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 재순환은 상기 용액의 서브세트를 수집, 여과, 및 재사용하는 것을 포함할 수 있다. 상기 여과는 분자 여과를 포함할 수 있다. 상기 분자 여과는 특이적인 핵산 여과(즉, 특이적인 핵산을 위한 여과)를 포함할 수 있다. 상기 핵산 여과는 오염성 뉴클레오타이드 또는 핵산에 특이적으로 결합할 수 있는 올리고뉴클레오타이드 연장 화합물의 어레이에 상기 용액을 노출시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 신호는 광학 신호일 수 있다. 상기 신호는 형광 신호일 수 있다. 상기 신호는 광 흡수 신호일 수 있다. 상기 신호는 광 산란 신호일 수 있다. 상기 신호는 발광 신호일 수 있다. 상기 신호는 인광 신호일 수 있다. 상기 신호는 전기 신호일 수 있다. 상기 신호는 음향 신호일 수 있다. 상기 신호는 자기 신호일 수 있다. 상기 신호는 임의의 검출 가능한 신호일 수 있다. 본 출원에 기재된 광학 센서에 대해 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 시스템은 상기 검출 가능한 신호를 검출하도록 구성된 하나 이상의 다른 검출기(예를 들어, 음향 검출기 등)를 포함할 수 있다.
몇몇 경우에서, 상기 방법은 운전(1420) 이전에 상기 중심축에 대해 상기 기판을 회전 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
몇몇 경우에서, 상기 방법은 운전(1440)에서 신호를 검출하기 이전에 상기 기판의 회전을 종료시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 다른 경우에서, 상기 신호는 상기 기판이 회전하고 있는 동안 운전(1440)에서 검출될 수 있다.
상기 신호는 분석물질에 대한 표지의 결합에 의해 생성될 수 있다. 상기 표지는 분자, 입자, 세포, 또는 유기체에 결합될 수 있다. 상기 표지는 운전(1410) 이전에 분자, 입자, 세포, 또는 유기체에 결합될 수 있다. 상기 표지는 운전(1410)에 후속하여 분자, 입자, 세포, 또는 유기체에 결합될 수 있다. 상기 신호는 화학 반응에 의한 검출 가능한 생성물의 형성에 의해 생성될 수 있다. 상기 반응은 효소 반응을 포함할 수 있다. 상기 신호는 물리적 회합에 의한 검출 가능한 생성물의 형성에 의해 생성될 수 있다. 상기 신호는 근접 회합(proximity association)에 의한 검출 가능한 생성물의 형성에 의해 생성될 수 있다. 상기 근접 회합은 펠스터 공명 에너지 전이(FRET)를 포함할 수 있다. 상기 근접 회합은 보체 효소와의 회합을 포함할 수 있다. 상기 신호는 단일 반응에 의해 생성될 수 있다. 상기 신호는 복수의 반응에 의해 생성될 수 있다. 상기 복수의 반응은 연속하여 일어날 수 있다. 상기 복수의 반응은 동시에 일어날 수 있다. 상기 복수의 반응은 반응의 하나 이상의 반복을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응은 하이브리드화 반응 또는 라이게이션 반응을 포함할 수 있다. 상기 반응은 하이브리드화 반응 및 라이게이션 반응을 포함할 수 있다.
상기 방법은 운전(1420, 1430, 및 1440)을 1회 이상 반복하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 상이한 용액은 연속적인 사이클을 위해 기판의 회전 중에 평면 어레이로 이동될 수 있다.
본 출원에 제공된 방법(1400)에 기반한 많은 변이, 변경, 및 적응이 가능하다. 예를 들어, 방법(1400)의 운전 순서는 변화될 수 있고, 운전들 중 일부는 제거될 수 있고, 운전들 중 일부는 중복될 수 있고, 필요하다면 추가적인 운전이 추가될 수 있다. 운전들 중 일부는 연속적으로 수행될 수 있다. 운전들 중 일부는 동시에 수행될 수 있다. 운전들 중 일부는 1회 수행될 수 있다. 운전들 중 일부는 1회를 초과하여 수행될 수 있다. 운전들 중 일부는 하위 운전을 포함할 수 있다. 운전들 중 일부는 자동화될 수 있다. 운전들 중 일부는 수동일 수 있다.
도 15는 분석물질을 분리하기 위한 시스템(1500)의 제1 예를 나타낸다. 상기 시스템은 복수의 링커(1510a, 1510b, 1510c, 및 1510d)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 링커는 본 출원에 기재된 기판(310)에 부착되거나, 또는 그렇지 않으면 고정될 수 있다. 예를 들어, 각각의 링커는 본 출원에 기재된 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치의 특정의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치에 결합될 수 있다. 링커(1510a, 1510b, 1510c, 및 1510d)는 본 출원에 기재된 임의의 링커를 포함할 수 있다. 링커(1510a, 1510b, 1510c, 및 1510d) 중 일부 또는 모두는 동일할 수 있다. 링커(1510a, 1510b, 1510c, 및 1510d) 중 일부 또는 모두는 상이할 수 있다. 상기 링커는 분석물질(1520a 및 1520b)과 상호작용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 링커는 본 출원에 기재된 임의의 상호작용을 통해 분석물질(1520a 및 1520b)에 결합하도록 구성될 수 있다. 분석물질(1520a 및 1520b)은 본 출원에 기재된 임의의 분석물질을 포함할 수 있다. 분석물질(1520a 및 1520b)은 동일할 수 있다. 분석물질(1520a 및 1520b)은 상이할 수 있다. 상기 링커는 특정 분석물질 및/또는 이의 타입과 특이적으로 상호작용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 링커(1510b)는 분석물질(1520a)과 특이적으로 상호작용하도록 구성될 수 있다. 링커(1510d)는 분석물질(1520b)과 특이적으로 상호작용하도록 구성될 수 있다. 임의의 링커는 임의의 분석물질과 상호작용하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 특이적인 분석물질은 상기 기판 상의 특이적인 위치에 결합될 수 있다. 도 15에서 4개의 링커 및 2개의 분석물질을 포함하는 것으로 나타냈음에도 불구하고, 시스템(1500)은 임의 수의 링커 및 분석물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(1500)은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 2,000, 적어도 5,000, 적어도 10,000, 적어도 20,000, 적어도 50,000, 적어도 100,000, 적어도 200,000, 적어도 500,000, 적어도 1,000,000, 적어도 2,000,000, 적어도 5,000,000, 적어도 10,000,000, 적어도 20,000,000, 적어도 50,000,000, 적어도 100,000,000, 적어도 200,000,000, 적어도 500,000,000, 적어도 1,000,000,000개의 링커, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 링커를 포함할 수 있다. 시스템(1500)은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 200, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 2,000, 적어도 5,000, 적어도 10,000, 적어도 20,000, 적어도 50,000, 적어도 100,000, 적어도 200,000, 적어도 500,000, 적어도 1,000,000, 적어도 2,000,000, 적어도 5,000,000, 적어도 10,000,000, 적어도 20,000,000, 적어도 50,000,000, 적어도 100,000,000, 적어도 200,000,000, 적어도 500,000,000, 적어도 1,000,000,000개의 분석물질, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 분석물질을 포함할 수 있다.
도 16은 분석물질을 분리하기 위한 시스템(1600)의 제2 예를 나타낸다. 상기 시스템은 입자를 물리적으로 포획하도록 구성된 웰을 포함할 수 있다. 상기 웰은 본 명세서에서 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치 중에서 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함할 수 있다. 상기 웰은 분석물질을 포획하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 웰은 혈액(1630)의 액적을 포획하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 혈액의 액적은 백혈구(1640), 적혈구(1650), 및 순환하는 종양 세포(1660)를 포함할 수 있다. 상기 웰은 본 출원에 기재된 임의의 다른 분석물질을 포획하도록 구성될 수 있다. 상기 웰은 미세가공 재료 및 기법을 이용하여 층 내에 구축될 수 있다. 예를 들어, 상기 웰은 베이스 층(1605)을 포함할 수 있다. 상기 베이스 층은 규소를 포함할 수 있다. 상기 웰은 옥사이드 층(1610)을 포함할 수 있다. 상기 옥사이드 층은 산화규소를 포함할 수 있다. 상기 웰은 금속 층(1615)을 포함할 수 있다. 상기 금속은 니켈 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 상기 웰은 나노튜브 층(1620)을 포함할 수 있다. 상기 나노튜브 층은 하나 이상의 탄소 나노튜브를 포함할 수 있다. 상기 웰은 밀폐 층(confinement layer)(1625)을 포함할 수 있다. 상기 밀폐 층은 포토레지스트를 포함할 수 있다. 상기 포토레지스트는 SU-8을 포함할 수 있다. 상기 나노튜브 층 및 밀폐 층은 함께 세포를 포획하도록 구성될 수 있다.
도 17은 스캐닝 중 속도 구배를 보상하기 위한 제어 시스템의 예를 나타낸다. 그러한 제어 시스템은 속도 구배를 알고리즘적으로 보상할 수 있다. 상기 제어 시스템은 접선 속도 구배를 예상적으로 또는 순응적으로 보상할 수 있다. 도 17의 좌측에 나타낸 제1 제어 시스템에서, 회전 기판의 스캐닝에 기반한 제어 시스템은 스캐닝 중 잔여(부정확한) 속도 에러를 측정하고, 보상 보정 인자를 연산하고, 후속 스캐닝 결과를 위한 속도 에러를 감소시키는 보상 인자를 설정(또는 조정)하는 보상 보정 인자를 사용한다. 제1 제어 시스템은 속도 에러를 제거(또는 그렇지 않으면 감소)시키는 폐쇄 루프 제어 시스템일 수 있다. 도 17의 우측에 나타낸 제2 제어 시스템에서, 기판에 대한 스캐닝의 기하 또는 상대적인 위치의 지식에 기반한 제어 시스템은 예측된 속도 구배를 직접적으로 연산(또는 예측)하고, 예측된 구배를 제거하기 위해 시스템을 설정(또는 조정)한다.
통상의 선형 운동을 이용하는 다중 헤드 이미징
본 출원에 기재된 시스템 및 방법은 다중 이미징 헤드를 이용할 수 있는데, 각각의 이미징 헤드는 본 출원에 기재된 기판 상에서 상이한 위치의 이미징을 담당한다. 예를 들어, 본 출원에 기재된 바와 같이, 제1 이미징 헤드는 제1 이미징 경로를 따라 기판을 이미징할 수 있다. 제1 이미징 경로는 제1 시리즈(하나 이상)의 환, 제1 시리즈(하나 이상)의 나선, 또는 상이한 제1 이미징 경로를 포함할 수 있다. 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 이미징 헤드는 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 이미징 경로를 따라 기판을 이미징할 수 있다. 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 이미징 경로는 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 시리즈의 환, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 나선, 또는 상이한 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9, 또는 제10 이미징 경로를 포함할 수 있다. 이미징 경로 또는 스캔 경로는 상기 기판 상의 또는 상기 샘플 상의 이미징 경로 또는 스캔 경로일 수 있다.
그러한 다중 헤드 이미징 시스템 및 방법은 상기 기판의 이미징 속도를 증가시키고/시키거나, 상기 기판을 이미징하기 위해 요구될 수 있는 시간의 양을 감소시킬 수 있다. 몇몇 경우에서, 다수의 이미징 헤드는 예를 들어 각각의 이미징 헤드의 운동을 독립적으로 제어함으로써 기판에 대해 독립적으로 이동할 수 있다.
상기 이미징 헤드의 필요한 운동은 각각의 이미징 헤드에 대해 상기 기판을 이동시킴으로써 감소되어 각각의 이미징 헤드가 상기 기판에 대한 단일 선형 운동을 공유하도록 할 수 있다. 그러한 개선은 기판의 중심으로부터 상이한 초기 거리(예를 들어, 방사상 거리)에 각각의 스캔 헤드를 위치시키거나, 또는 기판의 중심으로부터 스캔 헤드의 초기 거리에 의존하는 상이한 스캔 속도로 각각의 스캔 헤드를 운전함으로써 달성될 수 있다. 단일의 공유된 선형 운동은 선형 벡터를 따를 수 있다. 예를 들어, 단일의 공유된 선형 운동은 하나 이상의 스캔 헤드의 방사상 운동(예를 들어, 회전축을 통해 이동됨) 또는 비방사상 운동(예를 들어, 회전축을 통해 이동되지 않음)을 초래할 수 있다. 상기 이미징 헤드는 기판의 회전축의 동일한 측면 상에서 또는 기판의 회전축의 반대 측면 상에서 운전될 수 있다. 하나 이상의 헤드의 비방사상 선형 운동의 경우, 각각의 이미징 헤드의 스캔 방향은 회전축에 대한 각도의 변화에 기인하여 회전할 수 있다. 그러한 회전은 각각의 이미징 헤드에 대해 고정된 스캔 방향을 허용하는 역회전(예를 들어, 프리즘의 이용)에 의해 보상될 수 있다.
도 18a는 기판의 회전축의 동일한 측면 상에 위치된 2개의 이미징 헤드에 대한 기판의 운동을 나타낸다. 기판(310)은 본 출원에 기재된 임의의 기판일 수 있다. 제1 이미징 헤드(1005)는 본 출원에 기재된 임의의 제1 이미징 헤드와 유사할 수 있다. 제2 이미징 헤드(1015)는 본 출원에 기재된 임의의 제2 이미징 헤드와 유사할 수 있다. 제1 시점에서, 제1 이미징 헤드(1005) 및 제2 이미징 헤드(1015)는 상기 기판의 회전축(305)의 동일한 측면 상에 위치되어 제1 이미징 헤드(1005)가 상기 기판의 회전 중에 제1 이미징 경로(1010)를 추적하도록 할 수 있고, 제2 이미지 헤드(1015)가 상기 기판의 회전 중에 제2 이미징 경로(1020)를 추적하도록 할 수 있다. 상기 기판은 제1 및 제2 이미징 헤드에 대해 선형의 방사상 방향(1810)으로 이동하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 이미징 경로는 시간 경과에 따라 기판에 대해 위치가 변경될 수 있다.
도 18b는 기판의 회전축의 반대 측면 상에 위치된 2개의 이미징 헤드에 대한 기판의 운동을 나타낸다. 도 18a와 비교하여, 제1 시점에서, 제1 이미징 헤드(1005) 및 제2 이미징 헤드(1015)는 상기 기판의 회전축(305)의 반대 측면 상에 위치되어 제1 이미징 헤드(1005)가 상기 기판의 회전 중에 제1 이미징 경로(1010)를 추적하도록 할 수 있고, 제2 이미징 헤드(1015)가 상기 기판의 회전 중에 제2 이미징 경로(1020)를 추적하도록 할 수 있다. 상기 기판은 제1 및 제2 이미징 헤드에 대해 선형의 방사상 방향(1810)으로 이동하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 이미징 경로는 시간 경과에 따라 기판에 대해 위치가 가변적일 수 있다.
도 18c는 3개의 이미징 헤드에 대한 기판의 운동을 나타낸다. 제3 이미징 헤드(1025)는 본 출원에 기재된 임의의 제3 이미징 헤드와 유사할 수 있다. 제1 시점에서, 제1 이미징 헤드(1005)는 상기 기판의 회전축(305)의 한 측면 상에 위치되고, 제2 이미징 헤드(1015) 및 제3 이미징 헤드(1025)는 상기 기판의 회전축의 반대 측면 상에 위치되어 제1 이미징 헤드(1005)가 기판의 회전 중에 제1 이미징 경로(1010)를 추적하도록, 제2 이미징 헤드(1015)가 기판의 회전 중에 제2 이미징 경로(1020)를 추적하도록, 제3 이미징 헤드(1025)가 기판의 회전 중에 제3 이미징 경로(1030)를 추적하도록 할 수 있다. 상기 기판은 제1, 제2, 및 제3 이미징 헤드에 대해 선형의 방사상 방향(1810)으로 이동하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1, 제2, 및 제3 이미징 경로는 시간 경과에 따라 기판에 대한 위치가 가변적일 수 있다.
도 18d는 4개의 이미징 헤드에 대한 기판의 운동을 나타낸다. 제4 이미징 헤드(1025)는 본 출원에 기재된 임의의 제4 이미징 헤드와 유사할 수 있다. 제1 시점에서, 제1 이미징 헤드(1005) 및 제4 이미징 헤드(1035)는 기판의 회전축(305)의 한 측면 상에 위치되고, 제2 이미징 헤드(1015) 및 제3 이미징 헤드(1025)는 기판의 회전축의 반대 측면 상에 위치되어 제1 이미징 헤드(1005)가 상기 기판의 회전 중에 제1 이미징 경로(1010)를 추적하도록, 제2 이미징 헤드(1015)가 상기 기판의 회전 중에 제2 이미징 경로(1020)를 추적하도록, 제3 이미징 헤드(1025)가 상기 기판의 회전 중에 제3 이미징 경로(1030)를 추적하도록, 제4 이미징 헤드(1035)가 상기 기판의 회전 중에 제4 이미징 경로(1040)를 추적하도록 할 수 있다. 상기 기판은 제1, 제2, 제3, 및 제4 이미징 헤드에 대해 선형의 방사상 방향(1810)으로 이동하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 이미징 경로는 시간 경과에 따라 기판에 대한 위치가 가변적일 수 있다.
도 19a는 기판 회전축의 동일한 측면 상에 위치하는 2개의 이미징 헤드의 연속적인 환형 경로(successive ring path)를 나타낸다. 제1 시점에서, 제1 이미징 헤드(도 19a에는 나타내지 않음) 및 제2 이미징 헤드(도 19a에는 나타내지 않음)는 기판(310)의 회전축(305)의 동일한 측면 상에 위치되어 제1 이미징 헤드가 상기 기판의 회전 중에 제1 시점에서 제1 이미징 경로(1010a)를 추적하도록, 제2 이미징 헤드가 상기 기판의 회전 중에 제1 시점에서 제2 이미징 경로(1020a)를 추적하도록 할 수 있다. 예를 들어, 2개의 이미징 헤드는 도 18a에서와 같이 위치되고 구성될 수 있다. 상기 기판이 제1 및 제2 이미징 헤드에 대해 선형 방사상 방향(1810)으로 이동함에 따라, 제1 및 제2 이미징 헤드는 상기 기판의 회전 중에 일련의 이미징 경로를 추적할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 이미징 헤드가 기판의 회전축의 동일한 측면 상에 위치되는 경우, 제1 이미징 헤드는 제2 시점에서 이미징 경로(1010b), 제3 시점에서 이미징 경로(1010c), 및 제4 시점에서 이미징 경로(1010d)를 추적할 수 있는 한편, 제2 이미징 헤드는 제2 시점에서 이미징 경로(1020b), 제3 시점에서 이미징 경로(1020c), 및 제4 시점에서 이미징 경로(1020d)를 추적할 수 있다. 제1 및 제2 이미징 헤드가 회전축의 동일한 측면 상에 위치되는 경우, 연속적인 이미징 경로{1010a, 1010b, 1010c, 1010d} 및 {1020a, 1020b, 1020c, 1020d}는 기판에 대해 동일한 방향으로 진행할 수 있다. 예를 들어, 도 19a에 나타낸 바와 같이, 연속적인 이미징 경로{1010a, 1010b, 1010c, 1010d} 및 {1020a, 1020b, 1020c, 1020d}는 둘 다 기판의 중심을 향하는 방향으로 진행할 수 있다.
도 19b는 기판 회전축의 반대 측면 상에 위치하는 2개의 이미징 헤드의 연속적인 환형 경로를 나타낸다. 도 19a와 비교하여, 제1 시점에서, 제1 이미징 헤드(도 19b에는 나타내지 않음) 및 제2 이미징 헤드(도 19b에는 나타내지 않음)는 기판의 회전축(305)의 반대 측면 상에 위치되어 제1 이미징 헤드가 상기 기판의 회전 중에 제1 시점에서 제1 이미징 경로(1010a)를 추적하도록, 제2 이미징 헤드가 상기 기판의 회전 중에 제1 시점에서 제2 이미징 경로(1020a)를 추적하도록 할 수 있다. 예를 들어, 2개의 이미징 헤드는 도 18b에서와 같이 위치되고 구성될 수 있다. 상기 기판이 제1 및 제2 이미징 헤드에 대해 선형 방사상 방향(1810)으로 이동함에 따라, 상기 헤드들 중 하나는 회전축을 향해 이동하고 다른 하나는 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 이동하여, 제1 및 제2 이미징 헤드는 기판의 회전 중에 일련의 이미징 경로를 추적할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 이미징 헤드가 기판의 회전축의 반대 측면 상에 위치되는 경우, 제1 이미징 헤드는 제2 시점에서 이미징 경로(1010b), 제3 시점에서 이미징 경로(1010c), 및 제4 시점에서 이미징 경로(1010d)를 추적할 수 있는 한편, 제2 이미징 헤드는 제2 시점에서 이미징 경로(1020b), 제3 시점에서 이미징 경로(1020c), 및 제4 시점에서 이미징 경로(1020d)를 추적할 수 있다. 제1 및 제2 이미징 헤드가 회전축의 반대 측면 상에 위치되는 경우, 연속적인 이미징 경로{1010a, 1010b, 1010c, 1010d} 및 {1020a, 1020b, 1020c, 1020d}는 기판에 대해 반대 방향으로 진행할 수 있다. 예를 들어, 도 19a에 나타낸 바와 같이, 연속적인 이미징 경로{1010a, 1010b, 1010c, 1010d} 및 {1020a, 1020b, 1020c, 1020d}는 둘 다 기판의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 진행할 수 있다.
도 19c는 기판 회전축의 동일한 측면 상에 위치하는 2개의 이미징 헤드의 엇갈린 환형 경로(staggered ring path)를 나타낸다. 제1 순간에서, 제1 이미징 헤드(도 19c에는 나타내지 않음) 및 제2 이미징 헤드(도 19c에는 나타내지 않음)는 기판(310)의 회전축(305)의 동일한 측면 상에 위치되어 제1 이미징 헤드가 상기 기판의 회전 중에 제1 시점에서 제1 이미징 경로(1010a)를 추적하도록, 제2 이미징 헤드가 상기 기판의 회전 중에 제1 시점에서 제2 이미징 경로(1020a)를 추적하도록 할 수 있다. 상기 기판이 제1 및 제2 이미징 헤드에 대해 선형 방사상 방향(1810)으로 이동함에 따라, 제1 및 제2 이미징 헤드는 상기 기판의 회전 중에 일련의 이미징 경로를 추적할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 이미징 헤드가 기판의 회전축의 동일한 측면 상에 위치되는 경우, 제1 이미징 헤드는 제2 시점에서 이미징 경로(1010b), 제3 시점에서 이미징 경로(1010c), 및 제4 시점에서 이미징 경로(1010d)를 추적할 수 있는 한편, 제2 이미징 헤드는 제2 시점에서 이미징 경로(1020b), 제3 시점에서 이미징 경로(1020c), 및 제4 시점에서 이미징 경로(1020d)를 추적할 수 있다. 연속적인 이미징 경로{1010a, 1010b, 1010c, 1010d} 및 {1020a, 1020b, 1020c, 1020d}는 엇갈려 기판의 중심을 향하거나 중심으로부터 멀어지는 연속적인 이미징 경로는 이미징 헤드를 엇갈리게 함으로써 추적될 수 있다. 제1 및 제2 이미징 헤드가 회전축의 동일한 측면 상에 위치되는 경우, 연속적인 이미징 경로{1010a, 1010b, 1010c, 1010d} 및 {1020a, 1020b, 1020c, 1020d}는 기판에 대해 동일한 방향으로 진행할 수 있다. 예를 들어, 도 19c에 나타낸 바와 같이, 연속적인 이미징 경로{1010a, 1010b, 1010c, 1010d} 및 {1020a, 1020b, 1020c, 1020d}는 둘 다 기판의 중심을 향하는 방향으로 진행할 수 있다.
도 19d는 기판 회전축의 반대 측면 상에 위치하는 2개의 이미징 헤드의 엇갈린 환형 경로를 나타낸다. 제1 순간에서, 제1 이미징 헤드(도 19d에는 나타내지 않음) 및 제2 이미징 헤드(도 19d에는 나타내지 않음)는 기판(310)의 회전축(305)의 반대 측면 상에 위치되어 제1 이미징 헤드가 상기 기판의 회전 중에 제1 시점에서 제1 이미징 경로(1010a)를 추적하도록, 제2 이미징 헤드가 상기 기판의 회전 중에 제1 시점에서 제2 이미징 경로(1020a)를 추적하도록 할 수 있다. 상기 기판이 제1 및 제2 이미징 헤드에 대해 선형 방사상 방향(1810)으로 이동함에 따라, 상기 헤드들 중 하나는 회전축을 향해 이동하고 다른 하나는 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 이동하여, 제1 및 제2 이미징 헤드는 기판의 회전 중에 일련의 이미징 경로를 추적할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 이미징 헤드가 기판의 회전축의 반대 측면 상에 위치되는 경우, 제1 이미징 헤드는 제2 시점에서 이미징 경로(1010b), 제3 시점에서 이미징 경로(1010c), 및 제4 시점에서 이미징 경로(1010d)를 추적할 수 있는 한편, 제2 이미징 헤드는 제2 시점에서 이미징 경로(1020b), 제3 시점에서 이미징 경로(1020c), 및 제4 시점에서 이미징 경로(1020d)를 추적할 수 있다. 연속적인 이미징 경로{1010a, 1010b, 1010c, 1010d} 및 {1020a, 1020b, 1020c, 1020d}는 엇갈려 기판의 중심을 향하거나 중심으로부터 멀어지는 연속적인 이미징 경로는 이미징 헤드를 엇갈리게 함으로써 추적될 수 있다. 제1 및 제2 이미징 헤드가 회전축의 반대 측면 상에 위치되는 경우, 연속적인 이미징 경로{1010a, 1010b, 1010c, 1010d} 및 {1020a, 1020b, 1020c, 1020d}는 기판에 대해 반대 방향으로 진행할 수 있다. 예를 들어, 도 19d에 나타낸 바와 같이, 연속적인 이미징 경로{1010a, 1010b, 1010c, 1010d} 및 {1020a, 1020b, 1020c, 1020d}는 둘 다 기판의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 진행할 수 있다.
도 20은 기판에 대한 이미징 헤드의 비방사상 운동에 기인하는 상기 헤드의 회전 스캔 방향(rotating scan direction)을 나타낸다. 예를 들어, 상기 헤드는 기판에 대해 방향(316)을 따라 이동될 수 있는데, 이는 중심축을 관통한 것이 아니다. 제1 시점에서, 제1 이미징 헤드(도 20에는 나타내지 않음) 또는 제2 이미징 헤드(도 20에서는 나타내지 않음)는 기판(310)의 세로축(315)으로부터 축외측에서 벗어나 위치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 또는 제2 이미징 헤드는 기판이 제1 또는 제2 이미징 헤드에 대해 이동함에 따라 방향이 변하는 기판에 대해 접선 속도를 보유할 수 있다. 예를 들어, 도 20에 나타낸 바와 같이, 제2 이미징 헤드는 이미징 경로(1020a)를 추적하는 동안 상기 기판에 대해 접선 속도 벡터(2020a) 및 이미징 경로(1020c)를 추적하는 동안 기판에 대해 접선 속도 벡터(2020b)를 보유할 수 있다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 접선 속도 벡터(2020a 및 2020b)는 실질적으로 상이한 방향으로 지향(point)할 수 있다. 그러한 효과는 제1 이미징 헤드가 연속적인 이미징 경로{1010a, 1010b, 1010c, 1010d}를 추적함에 따라, 또는 제2 이미징 헤드가 연속적인 이미징 경로{1020a, 1020b, 1020c, 1020d}를 추적함에 따라 이미징 필드의 회전으로서 나타날 수 있다.
상기 이미징 필드의 그러한 회전은 이미징 필드를 역회전시킴으로써 보상될 수 있다. 예를 들어, 이미징 필드는 프리즘 시스템, 예를 들어 델타 회전자 프리즘, 슈미트 회전자, 또는 도브 프리즘을 이용하여 역회전될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 보상은 본 출원에 기재된 바와 같이 하나 이상의 거울 또는 다른 광학 \소자(예를 들어, 빔 스플리터(예를 들어, 색선별 거울))를 이용하여 달성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 보상은 광학 헤드(들)에서 하나 이상의 센서를 회전시킴으로써 달성될 수 있다.
도 21은 분석물질 검출 또는 분석을 위한 방법(2100)의 예를 위한 플로우 차트를 나타낸다. 제1 운전(2110)에서, 상기 방법(2100)은 중심축 근처에서 개방 기판을 회전시키는 단계를 포함하고, 상기 개방 기판은 그 상부에 고정화된 분석물질의 어레이를 보유한다.
제2 운전(2120)에서, 상기 방법(2100)은 개방 기판에 복수의 프로브를 보유하는 용액을 도입하기 위해 중심축에 근접하는 영역에 상기 용액을 전달하는 단계를 포함한다.
제3 운전(2130)에서, 상기 방법(2100)은 개방 기판을 가로질러 상기 용액을 디스펜싱하여(예를 들어, 적어도 원심력에 의해) 복수의 프로브 중 적어도 하나가 고정화된 분석물질 중 적어도 하나에 결합하여 결합된 프로브를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
제4 운전(2140)에서, 상기 방법(2100)은 개방 기판의 회전 중에 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트를 따라 개방 기판의 제1 스캔을 수행하는 제1 검출기 및 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트를 따라 개방 기판의 제2 스캔을 수행하는 제2 검출기를 동시에 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 및 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트는 상이할 수 있다. 제1 검출기 또는 제2 검출기는 그 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출할 수 있다. 제1 검출기는 중심축에 대해 제1 방사상 위치에 배치될 수 있다. 제2 검출기는 중심축에 대해 제2 방사상 위치에 배치될 수 있다. 제1 검출기 및 제2 검출기는 동일한 선형 벡터를 따라 중심축에 대해 상대 운동을 수행하여 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 및 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트를 각각 생성할 수 있다.
제1 검출기 및 제2 검출기는 상이한 스캔 속도로 조작할 수 있다. 예를 들어, 제1 검출기 및 제2 검출기의 상이한 스캔 속도는 각각 제` 방사상 위치 및 제2 방사상 위치의 함수일 수 있다. 대안적으로, 검출기들은 고정된 선 속도로 조작할 수 있다. 예를 들어, 알고리즘 프로세싱은 내부 방사상 위치에 위치된 광학 헤드의 오버샘플링을 해결할 수 있다.
하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트는 상이한 반경을 보유하는 하나 이상의 환형 스캔 경로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트는 적어도 약 1, 적어도 약 2, 적어도 약 3, 적어도 약 4, 적어도 약 5, 적어도 약 6, 적어도 약 7, 적어도 약 8, 적어도 약 9, 적어도 약 10, 적어도 약 20, 적어도 약 30, 적어도 약 40, 적어도 약 50, 적어도 약 60, 적어도 약 70, 적어도 약 80, 적어도 약 90, 적어도 약 100개, 또는 그 초과의 환형 스캔 경로, 최대 약 100, 최대 약 90, 최대 약 80, 최대 약 70, 최대 약 60, 최대 약 50, 최대 약 40, 최대 약 30, 최대 약 20, 최대 약 10, 최대 약 9, 최대 약 8, 최대 약 7, 최대 약 6, 최대 약 5, 최대 약 4, 최대 약 3, 최대 약 2, 또는 최대 약 1개의 환형 스캔 경로, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 다수의 환형 스캔 경로를 포함할 수 있다.
하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트는 상이한 반경을 보유하는 하나 이상의 환형 스캔 경로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트는 적어도 약 1, 적어도 약 2, 적어도 약 3, 적어도 약 4, 적어도 약 5, 적어도 약 6, 적어도 약 7, 적어도 약 8, 적어도 약 9, 적어도 약 10, 적어도 약 20, 적어도 약 30, 적어도 약 40, 적어도 약 50, 적어도 약 60, 적어도 약 70, 적어도 약 80, 적어도 약 90, 적어도 약 100개, 또는 그 초과의 환형 스캔 경로, 최대 약 100, 최대 약 90, 최대 약 80, 최대 약 70, 최대 약 60, 최대 약 50, 최대 약 40, 최대 약 30, 최대 약 20, 최대 약 10, 최대 약 9, 최대 약 8, 최대 약 7, 최대 약 6, 최대 약 5, 최대 약 4, 최대 약 3, 최대 약 2, 또는 최대 약 1개의 환형 스캔 경로, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 환형 스캔 경로를 포함할 수 있다.
하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트는 하나 이상의 나선형 스캔 경로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트는 적어도 약 1, 적어도 약 2, 적어도 약 3, 적어도 약 4, 적어도 약 5, 적어도 약 6, 적어도 약 7, 적어도 약 8, 적어도 약 9, 적어도 약 10, 적어도 약 20, 적어도 약 30, 적어도 약 40, 적어도 약 50, 적어도 약 60, 적어도 약 70, 적어도 약 80, 적어도 약 90, 적어도 약 100개, 또는 그 초과의 나선형 스캔 경로, 최대 약 100, 최대 약 90, 최대 약 80, 최대 약 70, 최대 약 60, 최대 약 50, 최대 약 40, 최대 약 30, 최대 약 20, 최대 약 10, 최대 약 9, 최대 약 8, 최대 약 7, 최대 약 6, 최대 약 5, 최대 약 4, 최대 약 3, 최대 약 2, 또는 최대 약 1개의 나선형 스캔 경로, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 나선형 스캔 경로를 포함할 수 있다.
하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트는 하나 이상의 나선형 스캔 경로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트는 적어도 약 1, 적어도 약 2, 적어도 약 3, 적어도 약 4, 적어도 약 5, 적어도 약 6, 적어도 약 7, 적어도 약 8, 적어도 약 9, 적어도 약 10, 적어도 약 20, 적어도 약 30, 적어도 약 40, 적어도 약 50, 적어도 약 60, 적어도 약 70, 적어도 약 80, 적어도 약 90, 적어도 약 100개, 또는 그 초과의 나선형 스캔 경로, 최대 약 100, 최대 약 90, 최대 약 80, 최대 약 70, 최대 약 60, 최대 약 50, 최대 약 40, 최대 약 30, 최대 약 20, 최대 약 10, 최대 약 9, 최대 약 8, 최대 약 7, 최대 약 6, 최대 약 5, 최대 약 4, 최대 약 3, 최대 약 2, 또는 최대 약 1개의 나선형 스캔 경로, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 다수의 나선형 스캔 경로를 포함할 수 있다.
동일한 선형 벡터는 중심축을 통한 방사상 방향일 수 있다. 동일한 선형 벡터는 방사상 방향이 아닐 수 있다(예를 들어, 중심축을 관통한 것이 아님). 상기 방법은 중심축에 대해 상이한 방사상 위치에서 상이한 구역의 속도 차(예를 들어, 도 20에 관해 본 출원에서 기재된 바와 같이 접선 속도 차)를 보상하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트의 정해진 스캔 경로는 상이한 구역을 포함할 수 있다. 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트의 정해진 스캔 경로는 상이한 구역을 포함할 수 있다. 상기 보상은 하나 이상의 프리즘, 예를 들어 하나 이상의 회전자 프리즘, 슈미트 회전자, 또는 도브 프리즘을 이용하는 것을 포함할 수 있다.
제1 검출기 및 제2 검출기는 상대 운동 중 실질적으로 정지 상태일 수 있다. 개방 기판은 상대 운동 중 회전 운동 및 병진 운동 둘 다를 수행할 수 있다. 제1 검출기 및 제2 검출기는 상대 운동 중 운동을 수행할 수 있다. 개방 기판은 제1 검출기 및 제2 검출기에 대해 회전 운동을 수행하고, 제1 검출기 및 제2 검출기는 중심축에 대해 선형 운동을 수행할 수 있다. 제1 검출기는 개방 기판의 회전 중에 상대 운동을 수행할 수 있다. 제2 검출기는 개방 기판의 회전 중에 상대 운동을 수행할 수 있다. 제1 검출기는 개방 기판이 실질적으로 정지 상태일 때 상대 운동을 수행할 수 있다. 제2 검출기는 개방 기판이 실질적으로 정지 상태일 때 상대 운동을 수행할 수 있다.
하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트의 정해진 스캔 경로는 상대 운동 중 스캔된 구역을 포함할 수 있다. 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트의 정해진 스캔 경로는 상대 운동 중 스캔된 구역을 포함할 수 있다. 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트의 정해진 스캔 경로는 상대 운동 중 스캔된 구역을 포함하지 않을 수 있다. 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트의 정해진 스캔 경로는 상대 운동 중 스캔된 구역을 포함하지 않을 수 있다.
제1 검출기 및 제2 검출기는 중심축에 대해 동일한 각 위치를 보유할 수 있다. 제1 검출기 및 제2 검출기는 중심축에 대해 상이한 각 위치를 보유할 수 있다. 제1 검출기 및 제2 검출기는 중심축에 대해 반대 각 위치(예를 들어 180도 분리를 보유)를 보유할 수 있다.
제1 검출기는 중심축에 대해 적어도 약 1도, 적어도 약 2도, 적어도 약 3도, 적어도 약 4도, 적어도 약 5도, 적어도 약 6도, 적어도 약 7도, 적어도 약 8도, 적어도 약 9도, 적어도 약 10도, 적어도 약 15도, 적어도 약 20도, 적어도 약 25도, 적어도 약 30도, 적어도 약 35도, 적어도 약 40도, 적어도 약 45도, 적어도 약 50도, 적어도 약 55도, 적어도 약 60도, 적어도 약 65도, 적어도 약 70도, 적어도 약 75도, 적어도 약 80도, 적어도 약 81도, 적어도 약 82도, 적어도 약 83도, 적어도 약 84도, 적어도 약 85도, 적어도 약 86도, 적어도 약 87도, 적어도 약 88도, 적어도 약 89도, 또는 그 초과의 각 위치, 중심축에 대해 최대 약 89도, 최대 약 88도, 최대 약 87도, 최대 약 86도, 최대 약 85도, 최대 약 84도, 최대 약 83도, 최대 약 82도, 최대 약 81도, 최대 약 80도, 최대 약 75도, 최대 약 70도, 최대 약 65도, 최대 약 60도, 최대 약 55도, 최대 약 50도, 최대 약 45도, 최대 약 40도, 최대 약 35도, 최대 약 30도, 최대 약 25도, 최대 약 20도, 최대 약 15도, 최대 약 10도, 최대 약 9도, 최대 약 8도, 최대 약 7도, 최대 약 6도, 최대 약 5도, 최대 약 4도, 최대 약 3도, 최대 약 2도, 최대 약 1도, 또는 그 미만의 각 위치, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 중심축에 대한 각 위치를 보유할 수 있다.
제2 검출기는 중심축에 대해 적어도 약 1도, 적어도 약 2도, 적어도 약 3도, 적어도 약 4도, 적어도 약 5도, 적어도 약 6도, 적어도 약 7도, 적어도 약 8도, 적어도 약 9도, 적어도 약 10도, 적어도 약 15도, 적어도 약 20도, 적어도 약 25도, 적어도 약 30도, 적어도 약 35도, 적어도 약 40도, 적어도 약 45도, 적어도 약 50도, 적어도 약 55도, 적어도 약 60도, 적어도 약 65도, 적어도 약 70도, 적어도 약 75도, 적어도 약 80도, 적어도 약 81도, 적어도 약 82도, 적어도 약 83도, 적어도 약 84도, 적어도 약 85도, 적어도 약 86도, 적어도 약 87도, 적어도 약 88도, 적어도 약 89도, 또는 그 초과의 각 위치, 중심축에 대해 최대 약 89도, 최대 약 88도, 최대 약 87도, 최대 약 86도, 최대 약 85도, 최대 약 84도, 최대 약 83도, 최대 약 82도, 최대 약 81도, 최대 약 80도, 최대 약 75도, 최대 약 70도, 최대 약 65도, 최대 약 60도, 최대 약 55도, 최대 약 50도, 최대 약 45도, 최대 약 40도, 최대 약 35도, 최대 약 30도, 최대 약 25도, 최대 약 20도, 최대 약 15도, 최대 약 10도, 최대 약 9도, 최대 약 8도, 최대 약 7도, 최대 약 6도, 최대 약 5도, 최대 약 4도, 최대 약 3도, 최대 약 2도, 최대 약 1도, 또는 그 미만의 각 위치, 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값에 의해 규정된 범위 내인 중심축에 대한 각 위치를 보유할 수 있다.
하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트의 정해진 스캔 경로는 제1 구역 및 제2 구역을 포함한다. 제1 구역 및 제2 구역은 중심축에 대해 개방 기판의 상이한 방사상 위치에 존재할 수 있다. 제1 구역 및 제2 구역은 제1 검출기에 의해 공간적으로 분해될 수 있다. 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트의 정해진 스캔 경로는 제1 구역 및 제2 구역을 포함할 수 있다. 제1 구역 및 제2 구역은 중심축에 대해 개방 기판의 상이한 방사상 위치에 존재할 수 있다. 제1 구역 및 제2 구역은 제2 검출기에 의해 공간적으로 분해될 수 있다.
컴퓨터 제어 시스템
본 개시내용은 본 개시내용의 방법을 실시하도록 프로그래밍되는 컴퓨터 제어 시스템을 제공한다. 도 1은 핵산 샘플을 서열결정하도록 프로그래밍되거나, 또는 그렇지 않으면 구성된 컴퓨터 시스템(101)을 나타낸다. 컴퓨터 시스템(101)은 본 개시내용의 방법 및 시스템의 여러 가지 관점을 조절할 수 있다.
컴퓨터 시스템(101)은 중앙 처리 장치(CPU, 또한 본 출원에서 "프로세서" 및 "컴퓨터 프로세서")(105)를 포함하는데, 이는 단일 코어 또는 다중 코어 프로세서, 또는 병렬 처리를 위한 복수의 프로세서일 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(101)은 메모리 또는 메모리 위치(110)(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 플래시 메모리), 전자 저장 유닛(115)(예를 들어, 하드 디스크), 하나 이상의 다른 시스템과 통신하기 위한 통신 인터페이스(120)(예를 들어, 네트워크 어댑터), 및 주변 디바이스(125), 예를 들어 캐시, 다른 메모리, 데이터 저장 및/또는 전자 디스플레이 어댑터를 포함한다. 메모리(110), 저장 유닛(115), 인터페이스(120) 및 주변 디바이스(125)는 통신 버스(실선), 예를 들어 마더보드를 통해 CPU(105)와 통신한다. 저장 유닛(115)은 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛(또는 데이터 저장소)일 수 있다. 컴퓨터 시스템(101)은 통신 인터페이스(120)의 도움으로 컴퓨터 네트워크("네트워크")(130)에 작동적으로 커플링될 수 있다. 네트워크(130)는 인터넷(Internet), 인터넷(internet) 및/또는 엑스트라넷(extranet), 또는 인터넷(Internet)과 통신하는 인터넷(internet) 및/또는 엑스트라넷(extranet)일 수 있다. 몇몇 경우에, 네트워크(130)는 전자통신 및/또는 데이터 네트워크이다. 네트워크(130)는 하나 이상의 컴퓨터 서버를 포함할 수 있는데, 이는 분산 컴퓨팅, 예를 들어 클라우드 컴퓨팅을 가능하게 할 수 있다. 컴퓨터 시스템(101)의 도움을 받는 몇몇 경우에서, 네트워크(130)는 동등계층(peer-to-peer) 네트워크를 실시할 수 있는데, 이는 클라이언트 또는 서버로서 거동하는 컴퓨터 시스템(101)에 디바이스를 커플링시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
CPU(105)는 머신 판독 가능한 명령의 시??스를 실행할 수 있는데, 이는 프로그램 또는 소프트웨어 내에 구현될 수 있다. 상기 명령은 기억 위치, 예를 들어 메모리(110)에 저장될 수 있다. 상기 명령은 CPU(105)에 이동될 수 있는데, 이는 후속적으로 CPU(105)를 프로그램하거나, 또는 그렇지 않으면 구성하여 본 개시내용의 방법을 실시할 수 있다. CPU(105)에 의해 수행된 조작의 예는 페치(fetch), 디코드, 실행, 및 라이트백(writeback)을 포함할 수 있다.
CPU(105)는 회로, 예를 들어 집적회로의 일부분일 수 있다. 상기 시스템(101)의 하나 이상의 다른 성분은 상기 회로 내에 포함될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 회로는 주문형 반도체(ASIC, application specific integrated circuit)이다.
저장 유닛(115)은 파일, 예를 들어 드라이버, 라이브러리 및 저장된 프로그램을 저장할 수 있다. 저장 유닛(115)은 사용자 데이터, 예를 들어 사용자 선호정보 및 사용자 프로그램을 저장할 수 있다. 몇몇 경우에서, 컴퓨터 시스템(101)은 인트라넷 또는 인터넷(Internet)을 통해 컴퓨터 시스템(101)과 통신하는 원격 서버 상에 위치된 것과 같은 컴퓨터 시스템(101)에 대해 외부인 하나 이상의 추가적인 데이터 저장 유닛을 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템(101)은 네트워크(130)를 통해 하나 이상의 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(101)은 사용자의 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 상기 원격 컴퓨터 시스템의 예는 퍼스널 컴퓨터(예를 들어, 휴대용 PC), 슬레이트 또는 태블릿 PC(예를 들어, Apple® iPad, Samsung® Galaxy Tab), 전화기, 스마트폰(예를 들어, Apple® iPhone, Android-enabled device, Blackberry®), 또는 개인용 디지털 보조기기를 포함한다. 사용자는 네트워크(130)를 통해 컴퓨터 시스템(101)에 액세스할 수 있다.
본 출원에 기재된 바와 같은 방법은 컴퓨터 시스템(101)의 전자 저장 위치에, 예를 들어 메모리(110) 또는 전자 저장 유닛(115)에 저장된 머신(예를 들어, 컴퓨터 프로세서) 실행 가능한 코드에 의해 실시될 수 있다. 상기 머신 실행 가능한 또는 머신 판독 가능한 코드는 소프트웨어의 형태로 제공될 수 있다. 사용 중에, 상기 코드는 프로세서(105)에 의해 실행될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 코드는 저장 유닛(115)으로부터 회수될 수 있고, 프로세서(105)에 의한 용이한 액세스를 위해 메모리(110)에 저장될 수 있다. 몇몇 상황에서, 전자 저장 유닛(115)은 배제될 수 있고, 머신 실행 가능한 명령은 메모리(110)에 저장된다.
상기 코드는 함께 사용하기 위해 예비 컴파일(pre-compiled) 및 구성될 수 있거나, 또는 운용 중에 컴파일될 수 있다. 상기 코드는 상기 코드가 예비 컴파일된 또는 애즈 컴파일된(as-compiled) 방식으로 실행될 수 있도록 하기 위해 선택될 수 있는 프로그래밍 언어로 제공될 수 있다.
본 출원에 제공된 시스템 및 방법의 관점, 예를 들어 컴퓨터 시스템(101)은 프로그래밍에서 구현될 수 있다. 기술의 다양한 관점은 전형적으로 한 타입의 머신 판독 가능한 매체 상에 보유되거나, 또는 그 내에서 구현되는 머신(또는 프로세서) 실행 가능한 코드 및/또는 관련 데이터의 형태로 "제품(product)" 또는 "제조 물품(article of manufacture)"으로서 생각될 수 있다. 머신 실행 가능한 코드는 전자 저장 유닛, 예를 들어 메모리(예를 들어, 리드 온리 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 플래시 메모리) 또는 하드 디스크에 저장될 수 있다. "저장" 타입 매체는 컴퓨터의 유형 메모리, 프로세서 등, 또는 이의 관련 모듈, 예를 들어 다양한 반도체 메모리, 테이프 드라이브, 디스크 드라이브 등의 유형 메모리 중 임의의 것 또는 모두를 포함할 수 있는데, 이는 소프트웨어 프로그래밍을 위한 임의의 시간에 비일시적인 저장을 제공할 수 있다. 소프트웨어 모두 또는 일부는 종종 인터켓 또는 다양한 다른 전기통신망을 통해 통신할 수 있다. 예를 들어, 그러한 통신은 하나의 컴퓨터 또는 프로세서로부터 다른 컴퓨터 또는 프로세서로, 예를 들어 관리 서버 또는 호스트 컴퓨터로부터 응용 서버의 컴퓨터 플랫폼으로 소프트웨어의 로딩을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 소프트웨어 요소를 보유할 수 있는 다른 타입의 매체는 유선 및 광학적 일반전화 망을 통해 및 다양한 에어-링크를 통해 국소 디바이스 사이의 물리적인 인터페이스를 가로질러 사용된 것과 같은 광파, 전자파 및 전자기파를 포함한다. 또한, 그러한 파, 예를 들어 유선 또는 무선 링크, 광학적 링크 등을 보유하는 물리적인 요소는 소프트웨어를 보유하는 매체로서 간주될 수 있다. 본 출원에서 사용된 바와 같이, 비일시적인 유형의 "저장" 매체에 한정되지 않는 경우, 용어, 예를 들어 컴퓨터 또는 머신 "판독 가능한 매체"는 실행을 위해 프로세서에 명령을 제공하는 것에 참여하는 임의의 매체를 의미한다.
따라서, 머신 판독 가능한 매체, 예를 들어 컴퓨터 실행 가능한 코드는 유형의 저장 매체, 반송파 매체 또는 물리적 전송 매체를 포함하나 이들로 제한되는 것은 아닌 다양한 형태를 취할 수 있다. 비휘발성 저장 매체는 예를 들어 광 또는 자기 디스크, 예를 들어 임의의 컴퓨터(들) 내의 저장 매체 등을 포함하고, 예를 들어 도면에 나타낸 데이터베이스 등을 실행하기 위해 사용될 수 있다. 휘발성 저장 매체는 동적 메모리, 예를 들어 그러한 컴퓨터 플랫폼의 메인 메모리를 포함한다. 유형의 전송 매체는 동축 케이블; 컴퓨터 시스템 내의 버스를 포함하는 와이어를 포함하는 구리 와이어 및 광 섬유를 포함한다. 반송파 전송 매체는 전기 또는 전자기 신호, 또는 음파 또는 광파, 예를 들어 라디오 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 중에 생성된 것을 형태를 취할 수 있다. 따라서, 컴퓨터 판독 가능한 매체의 통상적인 형태는 예를 들어 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, DVD 또는 DVD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드 페이퍼 테이프, 홀 패턴을 임의의 다른 물리적인 저장 매체, RAM, ROM, PROM 및 EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 반송파 수송 데이터 또는 명령, 그러한 반송파를 수송하는 케이블 또는 링크, 또는 컴퓨터가 프로그래밍 코드 및/또는 데이터를 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다. 이들 많은 형태의 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위한 프로세서에게 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시??스를 보유하는데(carrying) 관련될 수 있다.
컴퓨터 시스템(101)은 사용자에게 예를 들어 핵산 서열결정 정보를 제공하기 위해 사용자 인터페이스(UI)(140)를 포함하는 전자 디스플레이(135)를 포함하거나, 이와 통신할 수 있다. UI의 예는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 및 웹 기반 사용자 인터페이스를 포함하나, 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 개시내용의 방법 및 시스템은 하나 이상의 알고리즘에 의해 실시될 수 있다. 알고리즘은 중앙 처리 장치(105)에 의한 실행 시 소프트웨어에 의해 실시될 수 있다.
본 출원에 본 발명의 바람직한 실시양태가 제시되고 기재되었지만, 그러한 실시양태는 단지 예시로 제공된 것임을 당해 기술분야의 통상의 기술자에게는 명백할 것이다. 본 발명은 본 명세서 내에 제공된 특정 실시예에 의해 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명은 상기한 명세서를 참고로 기재되었지만, 본 출원의 설명 및 예시는 제한적인 의미로 이해되는 것을 의미하지는 않는다. 다수의 변동, 변화, 및 대체는 본 발명을 벗어나지 않으면서 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 생각날 것이다. 또한, 본 발명의 모든 관점은 다양한 조건과 변수에 따라 본 출원에서 언급된 특정 서술, 배치 또는 상대적인 비율로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다. 본 출원에 기재된 본 발명의 실시양태에 대한 다양한 대안은 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 또한 본 발명은 임의의 그러한 대안, 변경, 변동 또는 등가물을 커버하는 것으로 고려된다. 후술하는 청구범위는 본 발명의 범위를 규정하고, 그렇게 함으로써 이들 청구범위 및 그들의 균등물의 범위 내의 방법 및 구조가 커버되는 것으로 의도된다.

Claims (111)

  1. 생물학적 분석물질을 처리하기 위한 방법으로서,
    (a) 상기 생물학적 분석물질이 고정화된 어레이를 포함하는 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 중심축에 대해 회전 가능한 단계;
    (b) 상기 기판의 회전 중에 상기 기판을 가로질러 복수의 프로브를 포함하는 용액을 이동시켜(directing) 상기 생물학적 분석물질과 접촉시키는 단계로서, 상기 용액은 상기 중심축으로부터 멀어지는 방향을 따라 원심력에 의해 이동되는 단계;
    (c) 상기 생물학적 분석물질을 상기 복수의 프로브 중 적어도 하나의 프로브와 상기 생물학적 분석물질 사이의 반응을 수행하기에 충분한 조건으로 처리하여 상기 생물학적 분석물질에 상기 적어도 하나의 프로브를 커플링시키는 단계; 및
    (d) 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 상기 적어도 하나의 프로브로부터 하나 이상의 신호를 검출함으로써 상기 생물학적 분석물질을 분석하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생물학적 분석물질은 핵산 분자이고, 상기 생물학적 분석물질의 분석은 상기 핵산 분자의 서열을 확인하는 것을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 프로브는 복수의 뉴클레오타이드인 방법.
  4. 제3항에 있어서, (c)는 상기 핵산 분자를 상기 핵산 분자에 상보적인 신장하는 스트랜드(growing strand) 내로 상기 복수의 뉴클레오타이드로부터 적어도 하나의 뉴클레오타이드를 혼입하기에 충분한 조건 하에서 프라이머 연장 반응으로 처리하는 것을 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, (d)에서 상기 하나 이상의 신호는 상기 적어도 하나의 뉴클레오타이드의 혼입을 나타내는 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 복수의 뉴클레오타이드는 뉴클레오타이드 유사체를 포함하는 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 복수의 뉴클레오타이드는 제1 표준 염기 타입(canonical base type)의 것인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 제2 표준 염기 타입의 것인 추가적인 복수의 뉴클레오타이드를 사용하여 (b) 및 (c)를 반복하는 것을 추가로 포함하고, 상기 제2 표준 염기 타입은 상기 제1 표준 염기 타입과 상이한 방법.
  9. 제2항에 있어서, 상기 복수의 프로브는 복수의 올리고뉴클레오타이드 분자인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 생물학적 분석물질은 핵산 분자이고, (c)는 (d)에서 상기 적어도 하나의 프로브와 상기 생물학적 분석물질 사이의 상동성의 존재를 확인하기 위해 상기 적어도 하나의 프로브와 상기 핵산 분자 간의 상보성 결합 반응을 수행하는 것을 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, (d)에서 상기 검출은 상기 기판의 회전 중에 비선형 경로를 따라 상기 어레이를 연속적으로 스캔하는 센서를 사용하여 수행되는 방법.
  12. 제1항에 있어서, (b) 이전에, (i) 상기 기판이 정지 상태일 때 상기 기판 상에 상기 용액을 디스펜싱하는 단계, 및 (ii) 상기 어레이를 가로질러 상기 용액을 이동시키기 위해 상기 기판을 회전 처리하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, (i) (b) 이전에 상기 기판을 회전 처리하는 단계, 및 (ii) 상기 기판이 회전하는 동안 상기 용액을 상기 기판 상에 디스펜싱하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 복수의 프로브와 상이한 추가적인 복수의 프로브를 사용하여 (b)-(d)를 반복하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 용액의 유체 점도 또는 상기 기판의 회전 속도가 상기 어레이에 인접하는 상기 용액의 층의 선결정된 두께를 산출하도록 선택되는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 생물학적 분석물질은 비드에 커플링되고, 그 비드는 상기 어레이에 고정화되는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 용액은 상기 기판의 상기 중심축에 또는 상기 중심축 부근에 이동되는 하나 이상의 디스펜싱 노즐을 사용하여 상기 어레이에 이동되는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함하고, 상기 생물학적 분석물질은 상기 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치 중 정해진 개별적으로 주소 지정 가능한 위치에 배치되는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 어레이는 거기에 고정화된 하나 이상의 추가적인 생물학적 분석물질을 보유하는 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 기판은 텍스처화 또는 패턴화되는 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 신호는 하나 이상의 광학 신호를 포함하는 방법.
  22. 제1항에 있어서, (d)에서 상기 하나 이상의 신호를 검출하기 이전에 상기 기판의 회전을 종결시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  23. 제1항에 있어서, (b) 및/또는 (c)는 상기 기판이 제1 각속도로 회전하는 동안 수행되고, (d)는 상기 기판이 상기 제1 각속도와 상이한 제2 각속도로 회전하는 동안 수행되는 방법.
  24. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 중심축에 대해 이동 가능하고, (b) 및/또는 (c)는 상기 기판이 상기 중심축의 제1 위치에 존재할 때 수행되고, (d)는 상기 기판이 상기 중심축의 제2 위치에 존재할 때 수행되며, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치와 상이한 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제1 위치에서 상기 기판은 제1 각속도로 회전하고, 상기 제2 위치에서 상기 기판은 상기 제1 각속도와 상이한 제2 각속도로 회전하는 방법.
  26. 제1항에 있어서, 상기 어레이는 실질적인 평면 어레이인 방법.
  27. 생물학적 분석물질을 처리하기 위한 방법으로서,
    (a) 상기 생물학적 분석물질이 고정화된 실질적인 평면 어레이를 포함하는 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 중심축에 대해 회전 가능한 단계;
    (b) 상기 기판의 회전 중에 상기 실질적인 평면 어레이를 가로질러 복수의 프로브를 포함하는 용액을 이동시켜(directing) 상기 생물학적 분석물질과 접촉시키는 단계;
    (c) 상기 생물학적 분석물질을 상기 복수의 프로브 중 적어도 하나의 프로브와 상기 생물학적 분석물질 사이의 반응을 수행하기에 충분한 조건으로 처리하여 상기 생물학적 분석물질에 상기 적어도 하나의 프로브를 커플링시키는 단계; 및
    (d) 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 상기 적어도 하나의 프로브로부터 하나 이상의 신호를 검출함으로써 상기 생물학적 분석물질을 분석하는 단계
    를 포함하는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 생물학적 분석물질은 핵산 분자이고, 상기 생물학적 분석물질의 분석은 상기 핵산 분자의 서열을 확인하는 것을 포함하는 방법.
  29. 제27항에 있어서, (d)에서 상기 검출은 상기 기판의 회전 중에 비선형 경로를 따라 상기 실질적인 평면 어레이를 연속적으로 스캔하는 센서를 사용하여 수행되는 방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기 실질적인 평면 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함하고, 상기 생물학적 분석물질은 상기 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치 중 정해진 개별적으로 주소 지정 가능한 위치에 배치되는 방법.
  31. 생물학적 분석물질을 분석하기 위한 시스템으로서,
    상기 생물학적 분석물질을 고정화하도록 구성된 어레이를 포함하는 기판으로서, 상기 기판은 중심축에 대해 회전하도록 구성되는 기판;
    상기 어레이에 복수의 프로브를 포함하는 용액을 디스펜싱하도록 구성된 유체 채널을 포함하는 유체 유동 유닛으로서, 상기 기판의 회전 중에, 상기 용액은 상기 중심축으로부터 멀어지는 방향을 따라 원심력에 의해 이동되어, 상기 생물학적 분석물질에 상기 복수의 프로브 중 적어도 하나의 프로브를 커플링시키기에 충분한 조건 하에서 상기 생물학적 분석물질과 접촉하게 되는 유체 유동 유닛;
    상기 어레이와 광학 연통하는 검출기로서, 상기 검출기는 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 상기 적어도 하나의 프로브로부터 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성되는 검출기; 및
    상기 유체 유동 유닛 및 상기 검출기에 작동적으로 커플링된 하나 이상의 컴퓨터 프로세서로서, 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서는 (i) 상기 유체 채널을 통해 상기 용액을 상기 어레이에 디스펜싱하기 위해 상기 유체 유동 유닛을 지시하도록, 그리고 (ii) 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 상기 적어도 하나의 프로브로부터의 상기 하나 이상의 신호를 검출하기 위해 상기 검출기를 사용하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍되고, 상기 복수의 프로브를 포함하는 용액은 상기 기판의 회전 중에 상기 중심축으로부터 멀어지는 방향을 따라 원심력에 의해 이동되어 상기 생물학적 분석물질과 접촉하게 되는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서
    를 포함하는 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 상기 기판은 상기 중심축을 따라 이동 가능한 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 상기 유체 채널은 상기 기판이 상기 중심축을 따라 제1 위치에 있을 때 상기 용액을 디스펜싱하도록 구성되고, 상기 검출기는 상기 기판이 상기 중심축을 따라 제2 위치에 존재할 때 상기 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성되고, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치와 상이한 시스템.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제1 위치에서 상기 기판은 제1 각속도로 회전 가능하고, 상기 제2 위치에서 상기 기판은 상기 제1 각속도와 상이한 제2 각속도로 회전 가능한 시스템.
  35. 제31항에 있어서, 상기 어레이에 추가적인 용액을 디스펜싱하도록 구성된 추가적인 유체 채널을 추가로 포함하고, 상기 유체 채널과 상기 추가적인 유체 채널은 상기 유체 채널 및 상기 추가적인 유채 채널의 배출 포트의 상류에서 서로 유체적으로 상류 분리되는 시스템.
  36. 제31항에 있어서, 상기 기판과 접촉하는 유체 내에 적어도 부분적으로 액침되도록 구성된 광학 이미징 대물렌즈를 추가로 포함하고, 광학 이미징 대물렌즈는 상기 검출기와 광학 연통하는 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 상기 광학 이미징 대물렌즈를 둘러싸는 용기를 추가로 포함하고, 용기는 상기 유체의 적어도 일부분을 보유하도록 구성되는 시스템.
  38. 제31항에 있어서, 상기 유체 채널은 상기 기판과 접촉하지 않는 시스템.
  39. 제31항에 있어서, 상기 어레이는 실질적인 평면 어레이인 시스템
  40. 제31항에 있어서, 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서는 상기 기판의 회전 이전에 상기 어레이에 상기 유체 채널을 통해 상기 용액을 디스펜싱하기 위해 상기 유체 유동 유닛을 지시하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍되는 시스템.
  41. 제31항에 있어서, 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서는 상기 기판이 회전 중일 때 상기 어레이에 상기 유체 채널을 통해 상기 용액을 디스펜싱하기 위해 상기 유체 유동 유닛을 지시하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍되는 시스템.
  42. 제31항에 있어서, 상기 검출기는 상기 기판의 회전 중에 상기 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성되는 시스템.
  43. 제42항에 있어서, 상기 검출기는 상기 기판의 회전 중에 비선형 경로를 따라 상기 어레이를 연속적으로 스캔하도록 구성되는 시스템.
  44. 제31항에 있어서, 상기 검출기는 상기 기판이 회전하지 않을 때 상기 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성되는 시스템.
  45. 제31항에 있어서, 상기 검출기는 광학 검출기이고, 상기 하나 이상의 신호는 하나 이상의 광학 신호인 시스템.
  46. 제31항에 있어서, 상기 어레이는 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치를 포함하는 시스템.
  47. 제46항에 있어서, 상기 복수의 개별적으로 주소 지정 가능한 위치는 개별적으로 물리적 액세스 가능한 시스템.
  48. 제31항에 있어서, 상기 기판은 텍스처화 또는 패턴화되는 시스템.
  49. 제31항에 있어서, 상기 기판을 포함하는 용기를 추가로 포함하는 시스템.
  50. 제49항에 있어서, 상기 용기의 환경의 온도 또는 습도를 조절하도록 구성되는 환경 유닛을 추가로 포함하는 시스템.
  51. 제31항에 있어서, 상기 검출기는 시간 지연 적분(TDI, time delay integration) 센서 또는 슈도-TDI 급속 프레임 레이트 센서를 포함하는 시스템.
  52. 제31항에 있어서, 상기 어레이와 광학 연통하는 추가적인 검출기를 추가로 포함하고, 상기 검출기 및 상기 추가적인 검출기는 상이한 경로를 따라 상기 어레이를 스캔하도록 구성되는 시스템.
  53. 제52항에 있어서, 상기 상이한 경로는 비선형인 시스템.
  54. 제31항에 있어서, 상기 어레이와 상기 검출기 사이에서 이들과 광학 연통하는 하나 이상의 옵틱스(optics)를 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 옵틱스는 상기 어레이를 가로질러 광학 배율 구배를 제공하도록 구성되는 시스템.
  55. 제54항에 있어서, 상기 광학 배율 구배는 왜상(anamorphic)인 시스템.
  56. 생물학적 분석물질을 분석하기 위한 시스템으로서,
    상기 생물학적 분석물질을 고정화하도록 구성된 실질적인 평면 어레이를 포함하는 기판으로서, 상기 기판은 중심축에 대해 회전하도록 구성되는 기판;
    상기 실질적인 평면 어레이에 복수의 프로브를 포함하는 용액을 디스펜싱하도록 구성된 유체 채널을 포함하는 유체 유동 유닛으로서, 상기 기판의 회전 중에, 상기 용액은 상기 실질적인 평면 어레이를 가로질러 이동되어, 상기 생물학적 분석물질에 상기 복수의 프로브 중 적어도 하나의 프로브를 커플링시키기에 충분한 조건 하에서 상기 생물학적 분석물질과 접촉하게 되는 유체 유동 유닛;
    상기 실질적인 평면 어레이와 광학 연통하는 검출기로서, 상기 검출기는 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 상기 적어도 하나의 프로브로부터 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성되는 검출기; 및
    상기 유체 유동 유닛 및 상기 검출기에 작동적으로 커플링된 하나 이상의 컴퓨터 프로세서로서, 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서는 (i) 상기 유체 채널을 통해 상기 용액을 상기 어레이에 디스펜싱하기 위해 상기 유체 유동 유닛을 지시하도록, 그리고 (ii) 상기 생물학적 분석물질에 커플링된 상기 적어도 하나의 프로브로부터 상기 하나 이상의 신호를 검출하기 위해 상기 검출기를 시용하도록 개별적으로 또는 총괄적으로 프로그래밍되고, 상기 복수의 프로브를 포함하는 용액은 상기 기판의 회전 중에 상기 실질적인 평면 어레이를 가로질러 이동되어 상기 생물학적 분석물질과 접촉하게 되는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서
    를 포함하는 시스템.
  57. 제56항에 있어서, 상기 기판과 접촉하는 유체 내에 적어도 부분적으로 액침되도록 구성된 광학 이미징 대물렌즈를 추가로 포함하고, 광학 이미징 대물렌즈는 상기 검출기와 광학 연통하는 시스템.
  58. 제56항에 있어서, 상기 검출기는 시간 지연 적분(TDI) 센서 또는 슈도-TDI 급속 프레임 레이트 센서를 포함하는 시스템.
  59. 제56항에 있어서, 상기 검출기는 상기 기판의 회전 중에 상기 하나 이상의 신호를 검출하도록 구성되는 시스템.
  60. 제59항에 있어서, 상기 검출기는 상기 기판의 회전 중에 비선형 경로를 따라 상기 어레이를 연속적으로 스캔하도록 구성되는 시스템.
  61. 분석물질 검출 또는 분석을 위한 방법으로서,
    (a) 대략 중심축에서 개방 기판을 회전시키는 단계로서, 상기 개방 기판은 상부에 고정화된 분석물질의 어레이를 보유하는 단계;
    (b) 상기 개방 기판에 복수의 프로브를 보유하는 용액을 도입하기 위해 중심축에 근접하는 영역에 상기 용액을 전달하는 단계;
    (c) 적어도 원심력에 의해 개방 기판을 가로질러 상기 용액을 분산시켜 복수의 프로브 중 적어도 하나가 고정화된 분석물질 중 적어도 하나에 결합하여 결합된 프로브를 형성하도록 하는 단계; 및
    (d) 개방 기판의 연속 회전 구역 스캐닝에 의해 그 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하기 위해 검출기를 이용하는 단계
    를 포함하는 방법
  62. 제61항에 있어서, 연속 회전 구역 스캐닝은 스캔된 구역 내에서 중심축에 대해 어레이의 상이한 방사상 위치에서 속도 차를 보상하는 방법.
  63. 제62항에 있어서, 연속 회전 구역 스캐닝은 개방 기판을 따라 스캐닝 방향에 대해 실질적으로 가로 놓인(transverse) 왜상 배율 구배를 보유하는 광학 이미징 시스템을 이용하는 것을 포함하고, 왜상 배율 구배는 스캐닝 방향에 대해 실질적으로 수직인 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상하는 방법.
  64. 제62항에 있어서, 연속 회전 구역 스캐닝은, 2개 이상의 영역에서 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상하기 위해, 2개 이상의 스캔 속도로 개방 기판 상의 2개 이상의 영역을 각각 판독하는 것을 포함하는 방법.
  65. 제61항에 있어서, (d)는 적어도 하나의 신호를 검출하기 위해 개방 기판 및 검출기와 광학 연통하는 액침 대물렌즈를 사용하는 것을 포함하고, 액침 대물렌즈는 개방 기판과 접촉하는 유체와 접촉하는 방법.
  66. 제65항에 있어서, 유체가 용기 내에 존재하고, 전기장이 액침 대물렌즈 및 개방 기판과 접촉하는 유체의 적어도 일부분을 보유하는 용기의 하나 이상의 표면의 소수성을 조절하도록 사용되는 방법.
  67. 제61항에 있어서, 연속 회전 구역 스캐닝은 제1 운전 조건을 보유하는 제1 환경에서 수행되고, 용액의 전달은 제1 운전 조건과는 상이한 제2 운전 조건을 보유하는 제2 환경에서 수행되는 방법.
  68. 제61항에 있어서, 고정화된 분석물질은 핵산 분자를 포함하고, 복수의 프로브는 형광 표지된 뉴클레오타이드를 포함하고, 형광 표지된 뉴클레오타이드 중 적어도 하나는 뉴클레오타이드 상보성 결합에 의해 핵산 분자 중 적어도 하나에 결합하는 방법.
  69. 제61항에 있어서, 개방 기판은 실질적으로 평면인 방법.
  70. 분석물질 검출 또는 분석을 위한 장치로서,
    상부에 고정화된 분석물질의 어레이를 보유하는 개방 기판을 수용하도록 구성된 하우징;
    개방 기판의 중심축에 근접하는 영역에 복수의 프로브를 보유하는 용액을 전달하도록 구성된 하나 이상의 디스펜서;
    대략 중심축에서 개방 기판을 회전시킴으로써 적어도 원심력에 의해 개방 기판을 가로질러 상기 용액을 분산시켜, 복수의 프로브 중 적어도 하나가 분석물질 중 적어도 하나에 결합하여 결합된 프로브를 형성하도록 구성된 회전 유닛; 및
    개방 기판의 연속 회전 구역 스캐닝을 통해 그 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하도록 구성된 검출기
    를 포함하는 장치.
  71. 제70항에 있어서, 검출기는 스캔된 구역 내에서 중심축에 대해 어레이의 상이한 방사상 위치에서 속도 차를 보상하도록 구성되는 장치.
  72. 제71항에 있어서, 하나 이상의 옵틱스는 개방 기판을 따라 스캐닝 방향에 대해 실질적으로 가로 놓인 왜상 배율 구배를 생성하도록 구성되고, 왜상 배율 구배는 스캐닝 방향에 대해 실질적으로 수직인 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상하는 장치.
  73. 제72항에 있어서, 중심축에 대해 상이한 이미징된 방사상 위치를 보상하기 위해 왜상 배율 구배를 조정하도록 구성된 프로세서를 추가로 포함하는 장치.
  74. 제71항에 있어서, 검출기는, 2개 이상의 영역에서 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상하기 위해, 2개 이상의 스캔 속도로 개방 기판 상의 2개 이상의 영역을 각각 스캐닝하도록 구성되는 장치.
  75. 제70항에 있어서, 검출기는 개방 기판과 광학 연통하는 하나 이상의 옵틱스 및 센서를 포함하는 장치.
  76. 제70항에 있어서, 개방 기판 및 검출기와 광학 연통하는 액침 대물렌즈를 추가로 포함하고, 액침 대물렌즈는 개방 기판과 접촉하는 유체와 접촉하도록 구성되는 장치.
  77. 제76항에 있어서, 유체를 보유하도록 구성된 용기, 및 액침 대물렌즈 및 개방 기판과 접촉하는 유체의 적어도 일부분을 보유하는 용기의 하나 이상의 표면의 소수성을 조절하도록 구성된 전기장 인가 유닛을 추가로 포함하는 장치.
  78. 제76항에 있어서, 액침 대물렌즈는 제2 환경으로부터 제1 환경을 분리하도록 구성되고, 제1 환경 및 제2 환경은 상이한 운전 조건을 보유하는 장치.
  79. 제78항에 있어서, 액침 대물렌즈는 제1 환경과 제2 환경 사이에 밀봉을 형성하는 장치.
  80. 제70항에 있어서, 검출기는 상기 개방 기판을 가로질러 비선형 스캐닝 경로에서 그 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하도록 구성되는 장치.
  81. 제80항에 있어서, 비선형 스캐닝 경로는 실질적인 나선형 스캐닝 경로 또는 실질적인 환 유사형 스캐닝 경로인 장치.
  82. 실행되는 경우, 하나 이상의 컴퓨터 프로세서가 분석물질 검출 또는 분석을 위한 방법을 수행하도록 하는, 상부에 저장된 비일시적인 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 매체로서, 상기 방법은
    대략 중심축에서 개방 기판을 회전시키는 단계로서, 개방 기판은 상부에 고정화된 분석물질의 어레이를 보유하는 단계;
    개방 기판에 복수의 프로브를 보유하는 용액을 도입하기 위해 중심축에 근접하는 영역에 상기 용액을 전달하는 단계;
    적어도 원심력에 의해 개방 기판을 가로질러 상기 용액을 분산시켜 복수의 프로브 중 적어도 하나가 고정화된 분석물질 중 적어도 하나에 결합하여 결합된 프로브를 형성하도록 하는 단계; 및
    개방 기판의 연속 회전 구역 스캐닝에 의해 그 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하기 위해 검출기를 이용하는 단계
    를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  83. 제82항에 있어서, 적어도 하나의 신호를 검출하기 위해 개방 기판 및 검출기와 광학 연통하는 액침 대물렌즈를 사용하는 것을 추가로 포함하고, 액침 대물렌즈는 개방 기판과 접촉하는 유체와 접촉하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  84. 제82항에 있어서, 고정화된 분석물질은 핵산 분자를 포함하고, 복수의 프로브는 형광 표지된 뉴클레오타이드를 포함하고, 형광 표지된 뉴클레오타이드 중 적어도 하나는 프라이머 연장 반응에 의해 핵산 분자 중 적어도 하나에 결합하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  85. 제82항에 있어서, 연속 회전 구역 스캐닝은 스캔된 구역 내에서 중심축에 대해 어레이의 상이한 방사상 위치에서 속도 차를 보상하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  86. 제85항에 있어서, 연속 회전 구역 스캐닝은 개방 기판을 따라 스캐닝 방향에 대해 실질적으로 가로 놓인 왜상 배율 구배를 보유하는 광학 이미징 시스템을 이용하는 것을 포함하고, 왜상 배율 구배는 스캐닝 방향에 대해 실질적으로 수직인 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  87. 제86항에 있어서, 중심축에 대해 상이한 이미징된 방사상 위치를 보상하기 위해 왜상 배율 구배를 조정하는 것을 추가로 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  88. 제85항에 있어서, 검출기는, 2개 이상의 이미징된 영역에서 접선 속도 차를 적어도 부분적으로 보상하기 위해, 2개 이상의 스캔 속도로 개방 기판 상의 2개 이상의 영역을 각각 스캔하도록 구성되는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  89. 제82항에 있어서, 연속 회전 구역 스캐닝은 개방 기판을 따라 스캐닝 방향에 실질적으로 수직인 속도 차에 대한 알고리즘 보상을 이용하는 것을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  90. 제82항에 있어서, 검출기는 상기 개방 기판을 가로질러 비선형 스캐닝 경로에서 그 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하도록 구성되는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  91. 분석물질 검출 또는 분석을 위한 방법으로서,
    (a) 대략 중심축에서 개방 기판을 회전시키는 단계로서, 개방 기판은 상부에 고정화된 분석물질의 어레이를 보유하는 단계;
    (b) 개방 기판에 복수의 프로브를 보유하는 용액을 도입하기 위해 중심축에 근접하는 영역에 상기 용액을 전달하는 단계;
    (c) 적어도 원심력에 의해 개방 기판을 가로질러 상기 용액을 분산시켜 복수의 프로브 중 적어도 하나가 고정화된 분석물질 중 적어도 하나에 결합하여 결합된 프로브를 형성하도록 하는 단계; 및
    (d) 개방 기판의 회전 중에, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트를 따라 개방 기판의 제1 스캔을 수행하는 제1 검출기 및 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트를 따라 개방 기판의 제2 스캔을 수행하는 제2 검출기를 동시에 사용하는 단계로서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 및 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트는 상이하고, 제1 검출기 또는 제2 검출기는 그 결합된 프로브로부터 적어도 하나의 신호를 검출하고, 제1 검출기는 중심축에 대해 제1 방사상 위치(radial position)에 배치되고, 제2 검출기는 중심축에 대해 제2 방사상 위치에 배치되고, 제1 검출기 및 제2 검출기는 동일한 선형 벡터를 따라 중심축에 대해 상대 운동을 수행하여 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 및 하나 이상의 스캔 경로의 제2 세트를 각각 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  92. 제91항에 있어서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 상이한 스캔 속도로 운전하는 방법.
  93. 제92항에 있어서, 제1 검출기 및 제2 검출기의 상이한 스캔 속도는 각각 제1 방사상 위치 및 제2 방사상 위치의 함수인 방법.
  94. 제91항에 있어서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트는 상이한 반지름을 보유하는 복수의 환형 스캔 경로를 포함하는 방법.
  95. 제91항에 있어서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트는 나선형 스캔 경로를 포함하는 방법.
  96. 제91항에 있어서, 동일한 선형 벡터는 중심축을 통한 방사상 방향인 방법.
  97. 제91항에 있어서, 동일한 선형 벡터는 방사상 방향이 아닌 방법.
  98. 제97항에 있어서, 중심축에 대해 상이한 방사상 위치에서 상이한 구역의 속도 방향 차이를 보상하는 것을 추가로 포함하고, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 중 정해진 스캔 경로는 상이한 구역을 포함하는 방법.
  99. 제98항에 있어서, 보상은 하나 이상의 프리즘을 이용하는 것, 하나 이상의 거울을 이용하는 것, 또는 하나 이상의 센서를 회전시키는 것을 포함하는 방법.
  100. 제91항에 있어서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 상대 운동 중에 실질적으로 정지 상태인 방법.
  101. 제100항에 있어서, 개방 기판은 상대 운동 중에 회전 운동 및 병진 운동을 둘 다 수행하는 방법.
  102. 제91항에 있어서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 상대 운동 중에 공통 운동(common motion)을 수행하는 방법.
  103. 제102항에 있어서, (i) 개방 기판은 제1 검출기 및 제2 검출기에 대해 회전 운동을 수행하고, (ii) 제1 검출기 및 제2 검출기는 중심축에 대해 선형 운동을 수행하는 방법.
  104. 제91항에 있어서, 제1 검출기는 스캐닝 중에 상대 운동을 수행하는 방법.
  105. 제91항에 있어서, 제1 검출기는 스캐닝하지 않을 때 상대 운동을 수행하는 방법.
  106. 제91항에 있어서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 중 정해진 스캔 경로는 동일한 선형 벡터를 따라 상대 운동 중에 스캔된 구역을 포함하는 방법.
  107. 제91항에 있어서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트는 동일한 선형 벡터를 따라 상대 운동 중에 스캔된 구역을 포함하지 않는 방법.
  108. 제91항에 있어서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 중심축에 대해 동일한 각 위치를 보유하는 방법.
  109. 제91항에 있어서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 중심축에 대해 상이한 각 위치를 보유하는 방법.
  110. 제109항에 있어서, 제1 검출기 및 제2 검출기는 중심축에 대해 반대 각 위치를 보유하는 방법.
  111. 제91항에 있어서, 하나 이상의 스캔 경로의 제1 세트 중 정해진 스캔 경로는 제1 구역 및 제2 구역을 포함하고, 제1 구역 및 제2 구역은 중심축에 대해 개방 기판의 상이한 방사상 위치에 존재하고, 제1 구역 및 제2 구역은 제1 검출기에 의해 공간적으로 분해되는(spatially resolved) 방법.
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