KR20220019784A - 분석 장치, 방법, 및 시약 - Google Patents
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Abstract
분석을 수행하기 위한 장치, 시스템, 방법, 시약, 및 키트와, 이들을 마련하는 방법에 대해 기술한다. 장치, 시스템, 방법, 시약, 및 키트는 다중 웰 플레이트 분석 형식의 자동화된 분석을 수행하는 데 사용될 수 있다.
Description
관련 출원의 교차 참조
이 특허 출원은 2019년 12월 30일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제62/954,961호와 2019년 7월 16일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제62/874,828호에 대한 35 U.S.C. §119(e) 하에서의 우선권을 주장하며, 이들의 개시내용은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다.
이 특허 출원은, 2013년 1월 4일에 출원된 "분석 장치, 방법, 및 시약(Assay Apparatus, Methods and Reagents)"이라는 명칭의 미국 임시 출원 제61/749,097에 대한 35 U.S.C. § 119(e) 하의 우선권을 주장하는, 2014년 1월 3일에 출원된 "분석 장치, 방법, 및 시약(Assay Apparatuses, Methods and Reagents)"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제14/147,216에 관련된 것이다. 이 특허 출원들의 개시내용은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다.
미국 특허 출원 제14/147,216호와 동일한 명세서 및 도면을 공유하는, 2014년 7월 10일에 공개된 "Assay Apparatuses, Methods and Reagents"라는 명칭의 공동 소유 국제 특허 출원 공개 WO 2014/107576호도 또한 참조한다. 이 국제 특허 출원 공개는 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다.
종래의 ECL 판독기를 기술하고 있는, 공동 소유의 미국 특허 출원 공개 US 2012/0195800호 및 국제 특허 출원 공개 WO 2009/126303호도 또한 참조한다. 이 출원들의 개시내용은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다.
또한 미국 출원 공개 제2011/0143947호, 제2012/0195800호, 제2007/0231217호, 제2009/0263904호, 및 제2011/025663호도 또한 참조한다. 이 출원들 각각의 개시내용은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다.
기술분야
본 발명은 분석을 수행하기 위한 장치, 시스템, 방법, 시약, 및 키트에 관한 것이다. 본 발명의 장치, 시스템, 방법, 시약 및 키트의 특정 실시형태는 다중 웰 플레이트 분석 형식의 샘플링, 샘플 준비, 및/또는 샘플 분석을 수행하는 데 사용될 수 있다.
화학적, 생화학적, 및/또는 생물학적 분석을 수행하기 위한 수많은 방법 및 시스템이 개발되었다. 이러한 방법과 시스템은 의료 진단, 식품 및 음료 시험, 환경 모니터링, 제조 품질 관리, 약물 발견, 및 기초 과학 연구를 포함한 다양한 응용 분야에서 필수적이다.
다중 웰 분석 플레이트(multi-well assay plate)[마이크로타이터 플레이트(microtiter plate) 또는 마이크로플레이트(microplate)라고도 함]는 다수의 샘플을 처리하고 분석하기 위한 표준 형식이 되었다. 다중 웰 분석 플레이트는 다양한 형태, 크기, 및 모양을 가질 수 있다. 편의를 위해, 고처리량 분석을 위해 샘플을 처리하는 데 사용되는 계장(instrumentation)에 대한 몇 가지 표준이 나타났다. 다중 웰 분석 플레이트는 일반적으로 표준 크기와 모양으로 만들어지며, 웰들의 표준 배열을 갖는다. 웰들의 배열에는 96웰 플레이트(12 x 8 배열의 웰), 384웰 플레이트(24 x 16 배열의 웰), 및 1536웰 플레이트(48 x 32 배열의 웰)가 있다. ANSI/SLAS는 권장 마이크로플레이트 사양을 발표했다. (www.slas.org/SLAS/assets/File/ANSI_SLAS_1-2004_FootprintDimensions.pdf 참조). ANSI SLAS 1-2004(R2012): 풋프린트 치수(2004년 1월 9일 최종 업데이트); ANSI SLAS 2-2004(R2012): 높이 치수(최종 업데이트: 2004년 1월 9일); ANSI SLAS 3-2004(R2012): 바닥 외부 플랜지 치수(2004년 1월 9일 최종 업데이트); ANSI SLAS 4-2004(R2012): 웰 위치(2004년 1월 9일 최종 업데이트); 및 ANSI SLAS 6-2012: 웰 바닥 높임(2009년 4월 9일 최종 업데이트)을 참조.
다중 웰 플레이트에서 분석 측정을 수행하는 데에는 흡광도의 변화, 발광(예를 들어, 형광, 인광, 화학발광, 및 전기화학발광)의 발출, 복사의 방출, 광산란의 변화, 및 자기장의 변화를 측정하는 판독기를 포함해서 다양한 플레이트 판독기를 사용할 수 있다. 각각의 출원인이 월스태터(Wohlstadter) 등인 미국 특허 출원 공개 2004/0022677호 및 미국 특허 제7,842,246호는 다중 웰 플레이트 형식의 단일 및 다중 ECL 분석을 수행하는 데 유용한 해결책들을 기술하고 있다. 이들은, 웰의 벽을 형성하는 관통공이 있는 플레이트 상부 및 이 플레이트 상부에 대해 밀봉되어 웰의 바닥부를 형성하는 플레이트 바닥부를 포함하는 플레이트를 포함하고 있다. 플레이트 바닥부에는, 전기화학발광(ECL)을 유도하기 위한 전극 역할을 할 뿐만 아니라 결합 반응을 위한 고상 지지체 역할도 하는 전극 표면을 갖는 웰들을 제공하는 패턴화 전도성 층들이 있다. 전도성 층은 전극 표면에 전기 에너지를 인가하기 위한 전기 접촉부도 또한 포함할 수 있다.
분석을 수행하기 위한 이와 같은 공지된 방법 및 시스템에도 불구하고, 다중 웰 플레이트 분석 형식의 자동화 샘플링, 샘플 준비, 및/또는 샘플 분석을 수행하기 위한 개선된 장치, 시스템, 방법, 시약, 및 키트가 필요하다.
본 발명은 여기에 기술된 전기화학발광(ECL: electrochemiluminescent) 판독기와 관련하여 본원에 개시된 기술적 특징들의 임의의 모든 조합 및 하위 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
본 발명은 또한 CCD 센서 및 광학 렌즈 시스템을 갖는 광 검출 시스템을 포함하는 기구에도 관한 것이다. 광 검출 시스템은 다중 웰 플레이트에서 단일 웰 위에 한 번 위치하여 상기 단일 웰의 전기화학발광 분석을 수행한다. CCD 센서의 면적은 상기 단일 웰의 면적과 실질적으로 동일하다. 광 검출 시스템은 CCD 센서를 냉각시키도록 한 크기와 치수로 되어 있는 냉각 장치를 추가로 포함한다. 상기 냉각 장치로부터 배출된 가열된 공기가 유동 플리넘(flow plenum) 안으로 끌어 당겨져서 기구 밖으로 끌어 당겨지도록, 비스듬히 배향된 적어도 하나의 팬을 포함하는 제열 시스템이 제공된다.
상기 광학 렌즈 시스템은 복수의 렌즈를 포함할 수 있고, 상기 복수의 렌즈는 구면과 비구면 모두를 갖는다. 복수의 렌즈의 면적은 상기 단일 웰의 면적보다 크고, CCD 센서의 면적보다 크다. 렌즈는 경질 고분자 재료와, 유리와 같은 비결정질 무정형 투명 재료로 제조될 수 있다.
광 검출 시스템은 하우징 상부에 실질적으로 수직 방향으로 장착될 수 있고, 제열 시스템도 또한 하우징 상부에 장착된다.
적어도 하나의 팬이 유동 플리넘 내에 수용될 수 있고, 유동 플리넘은 적어도 하나의 인쇄 회로 기판(PCB)을 추가로 수용하고, 적어도 하나의 PCB와 플리넘 외부의 전기 구성요소들 사이의 전기적 연결이 이루어지게 하는 적어도 하나의 개구를 포함한다. 유동 배플(flow baffle)은 기구 내에서의 공기의 재순환을 최소화하기 위해 플리넘 내에 위치될 수 있다. 가열된 공기는 기구를 빠져나가기 전에 적어도 하나의 PCB를 가로질러 카메라와 플레이트로부터 멀리 흘러나갈 수 있다.
또한, 접촉 플랫폼을 포함하는 기구도 제공되는 바, 여기서 상기 접촉 플랫폼은 스프링 작동식 직립 핀일 수 있는 적어도 한 쌍의 전기 접촉 프로브, 적어도 한 쌍의 전기 접촉 프로브에 전압을 전도하기 위해 전압원에 작동 가능하게 연결된 제어기, 단일 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트를 운반하고 그 다중 웰 플레이트를 접촉 플랫폼에 대해 위치시키도록 구성되어, 플레이트 상의 하나 이상의 웰에 전압이 인가될 수 있도록 한, 플레이트 캐리지 프레임, 및 수직 리프트 시스템을 포함한다. 수직 리프트 시스템은 접촉 플랫폼을 상기 다중 웰 플레이트의 바닥부에 위치한 대응하는 전극 접촉부들에 접촉하게끔 이동시킬 수 있다. 수직 리프트 시스템은 웜 기어의 회전이 리드스크류를 회전시키도록 리드스크류의 기어 부분과 맞물리는 웜 기어를 포함할 수 있다. 리드스크류는, 그 리드스크류의 회전이 지지 기부와 접촉 플랫폼을 승강 또는 하강시키도록, 접촉 플랫폼을 지지하는 지지 기부에 나사 결합식으로 부착된다.
모터는 웜 기어를 회전시키도록 구성될 수 있고, 모터는 제어기에 의해 제어된다. 수직 리프트 시스템은, 지지 기부를 안내 축을 따라 활주하게 할 수 있게끔 지지 기부의 대응하는 홀 내에서 활주할 수 있도록 한 크기 및 치수로 된 안내 축을 포함할 수 있다. 웜 기어는 실질적으로 수평 방향으로 배향될 수 있고, 리드스크류는 실질적으로 수직 방향으로 배향된다.
도 1a 및 도 1b는 각각 양식화된 커버를 갖는 장치(100)의 정면도 및 배면도를 도시하고, 도 1c 및 도 1d는 각각 상기 장치의 대응하는 정면도 및 배면도를 커버 없이 도시하고 있다.
도 2a 내지 도 2c는 플레이트 취급 서브시스템 및 광 검출 시스템의 상세도를 도시하고 있다.
도 3a는 장치(100) 내의 플레이트 취급 서브시스템의 탈착식 서랍의 도면을 도시하고 있다. 도 3b는 탈착식 서랍을 지지하는 단일 트레이의 사시도를 도시하고 있다.
도 4a 내지 도 4g는 탈착식 서랍(240) 및 이 서랍 내에 위치한 하위 구성요소들의 다양한 상세도를 도시하고 있다.
도 5a 내지 도 5o는 플레이트 캐리지 및 플레이트 래칭 메커니즘의 상세도를 도시하고 있다.
도 6a 및 도 6b는 장치에 통합될 수 있는 광학 포커싱 메커니즘의 2개의 대안적인 실시형태를 도시하고 있다.
도 7a 내지 도 7l은 플레이트 접촉 메커니즘의 상세도를 도시하고 있다.
도 8a 내지 도 8c는 광 검출 시스템의 다양한 구성요소들을 도시하고 있다.
도 9는 광 검출 시스템(110)에서 사용될 수 있는 렌즈 구성의 비제한적인 일 실시형태를 도시하고 있다.
도 9b는 렌즈 구성의 또 다른 비제한적인 실시형태를 도시하고 있다.
도 10a 및 도 10b는 각각 양식화된 커버를 갖는 장치(1000)의 사시도 및 측면도이고, 도 10c는 양식화된 커버가 부분적으로 절단된 장치(100)의 사시도이고, 도 10d는 양식화된 커버가 부분적으로 절단된 장치(1000)의 사시도이고, 도 10e 및 도 10f는 각각 장치(100)의 단면도 및 장치(1000)의 단면도이고, 도 10g는 구불구불한 광 경로를 보이는, 장치(100)의 광 검출 시스템(110)의 단면도이고, 도 10h는 원통형의 구불구불한 광 경로를 보이는, 두 장치의 플레이트 도입/배출 구멍 아래에 있는 도어의 단면도이고, 도 10i는 구불구불한 광 경로를 보이는, 장치(1000)의 광 검출 시스템(1010)의 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 장치(1000)용 플레이트 접촉 메커니즘의 상세도를 도시하고 있고, 도 11c는 접촉 플랫폼의 확대도이고, 도 11d는 전기 접촉 핀들과 단일 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트 상의 전기 접촉부들의 중첩을 보여주는 선도이다.
도 12a는 커버가 없는 장치(1000)의 사시도이고, 도 12b는 제열 시스템을 나타내는 부분 확대 사시도이다. 도 12c 및 도 12d는 제열 시스템에 있어서의 커버 매니폴드 또는 플리넘의 두 가지 변형의 사시도이다.
도 13은 또 다른 제열 시스템의 부분 확대도이다.
도 14는 광 검출 시스템(1010)의 절단도이다.
도 15a는 광 검출 시스템(1010)의 렌즈 구성의 비제한적 일 실시형태의 개략도이다. 도 15b는 렌즈 구성의 또 다른 비제한적인 실시형태를 도시하고 있다.
도 16a 및 도 16b는 예시적인 다중 웰 플레이트와, 단일 웰 내의 다수의 스팟을 도시하고 있다. 도 16c는 스팟에 부착된 예시적인 포획 항체와, 표지된 항체를 도시하고 있다.
도 17a는 단일 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트의 경우에서의 예시적인 개별 웰 판독 패턴을 예시하고 있다. 도 17b는 다중 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트의 경우에서의 예시적인 섹터(2x2 웰) 판독 패턴을 예시하고 있다.
도 18a 및 도 18b는 예시적인 ECL 응답 및 전압 램프 윈도우를 예시하고 있다.
도 2a 내지 도 2c는 플레이트 취급 서브시스템 및 광 검출 시스템의 상세도를 도시하고 있다.
도 3a는 장치(100) 내의 플레이트 취급 서브시스템의 탈착식 서랍의 도면을 도시하고 있다. 도 3b는 탈착식 서랍을 지지하는 단일 트레이의 사시도를 도시하고 있다.
도 4a 내지 도 4g는 탈착식 서랍(240) 및 이 서랍 내에 위치한 하위 구성요소들의 다양한 상세도를 도시하고 있다.
도 5a 내지 도 5o는 플레이트 캐리지 및 플레이트 래칭 메커니즘의 상세도를 도시하고 있다.
도 6a 및 도 6b는 장치에 통합될 수 있는 광학 포커싱 메커니즘의 2개의 대안적인 실시형태를 도시하고 있다.
도 7a 내지 도 7l은 플레이트 접촉 메커니즘의 상세도를 도시하고 있다.
도 8a 내지 도 8c는 광 검출 시스템의 다양한 구성요소들을 도시하고 있다.
도 9는 광 검출 시스템(110)에서 사용될 수 있는 렌즈 구성의 비제한적인 일 실시형태를 도시하고 있다.
도 9b는 렌즈 구성의 또 다른 비제한적인 실시형태를 도시하고 있다.
도 10a 및 도 10b는 각각 양식화된 커버를 갖는 장치(1000)의 사시도 및 측면도이고, 도 10c는 양식화된 커버가 부분적으로 절단된 장치(100)의 사시도이고, 도 10d는 양식화된 커버가 부분적으로 절단된 장치(1000)의 사시도이고, 도 10e 및 도 10f는 각각 장치(100)의 단면도 및 장치(1000)의 단면도이고, 도 10g는 구불구불한 광 경로를 보이는, 장치(100)의 광 검출 시스템(110)의 단면도이고, 도 10h는 원통형의 구불구불한 광 경로를 보이는, 두 장치의 플레이트 도입/배출 구멍 아래에 있는 도어의 단면도이고, 도 10i는 구불구불한 광 경로를 보이는, 장치(1000)의 광 검출 시스템(1010)의 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 장치(1000)용 플레이트 접촉 메커니즘의 상세도를 도시하고 있고, 도 11c는 접촉 플랫폼의 확대도이고, 도 11d는 전기 접촉 핀들과 단일 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트 상의 전기 접촉부들의 중첩을 보여주는 선도이다.
도 12a는 커버가 없는 장치(1000)의 사시도이고, 도 12b는 제열 시스템을 나타내는 부분 확대 사시도이다. 도 12c 및 도 12d는 제열 시스템에 있어서의 커버 매니폴드 또는 플리넘의 두 가지 변형의 사시도이다.
도 13은 또 다른 제열 시스템의 부분 확대도이다.
도 14는 광 검출 시스템(1010)의 절단도이다.
도 15a는 광 검출 시스템(1010)의 렌즈 구성의 비제한적 일 실시형태의 개략도이다. 도 15b는 렌즈 구성의 또 다른 비제한적인 실시형태를 도시하고 있다.
도 16a 및 도 16b는 예시적인 다중 웰 플레이트와, 단일 웰 내의 다수의 스팟을 도시하고 있다. 도 16c는 스팟에 부착된 예시적인 포획 항체와, 표지된 항체를 도시하고 있다.
도 17a는 단일 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트의 경우에서의 예시적인 개별 웰 판독 패턴을 예시하고 있다. 도 17b는 다중 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트의 경우에서의 예시적인 섹터(2x2 웰) 판독 패턴을 예시하고 있다.
도 18a 및 도 18b는 예시적인 ECL 응답 및 전압 램프 윈도우를 예시하고 있다.
상세한 설명 부분은, 특정의 발명 양태들을 예시하려는 것이지 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되는 것인 본 발명의 특정 실시형태들에 대한 설명을 제공한다. 본원에서 달리 정의되지 않는 한, 본 발명과 관련하여 사용되는 과학 및 기술 용어는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미를 가진다. 또한, 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 단수 용어는 복수를 포함하고, 복수 용어는 단수를 포함한다. 본원에서 관사("a" 및 "an")는 관사의 문법적 대상의 하나 또는 하나 초과(즉, 적어도 하나)를 지칭하는 데 사용된다. 예를 들어, "요소"는 하나의 요소 또는 하나 초과의 요소를 의미합니다. 또한, "포함하는"이라는 말을 쓰는 청구항은 다른 요소들을 포함하는 것을 청구범위 내에 속하게 하는데; 본 발명은 또한, "포함하는"이라는 용어 대신에, "본질적으로 ~로 구성된"(즉, 이는 다른 요소들이 본 발명의 작동에 실질적으로 영향을 미치지 않는 경우 그 요소들을 청구범위 내에 속하게 하는 것임) 또는 "~로 구성된"(즉, 이는 일반적으로 본 발명과 관련된 부수적 요소 또는 대수롭지 않은 활동 이외의 청구항에 나열된 요소만 허용하는 것임)이라는 전이 문구를 쓰는 청구항에 의해서도 기재된다. 이 세 가지 전이 문구 중 어느 것이든 본 발명을 청구하는 데 사용될 수 있다.
다음의 바람직한 속성들, 즉 (i) 높은 감도, (ii) 큰 동적 범위, (iii) 작은 크기 및 무게, (iv) 어레이 기반 다중화 기능, (v) 자동화 작동; 및 (vi) 다수의 판을 처리하는 능력 중 하나 이상을 갖는, 다중 웰 플레이트 형식으로 분석을 수행하기 위한 장치가 본원에 설명된다. 또한, 그러한 장치에 사용되는 구성요소들 및 서브시스템들과, 그러한 장치 및 서브시스템들을 사용하는 방법도 설명된다. 본 발명의 장치 및 방법은 하나 이상의 검출 가능한 신호를 측정하는 기술을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다양한 분석 검출 기술과 함께 사용될 수 있다. 본원에 기술된 장치 및 방법은 전기화학발광 측정에 적합하며, 특히, 각각의 출원인이 훨스태터(Wohlstadter) 등인 미국 특허 출원 공개 2004/0022677호 및 미국 특허 제7,842,246호와, 출원인이 글레저(Glezer) 등인 미국 특허 제7,807,448호 - 이들 각각은 그 전체가 본원에 원용되어 포함됨 - 와 같이 전극들이 통합된 다중 웰 플레이트(및 이러한 플레이트를 사용하는 분석 방법)에 사용하기에 적합하다.
일 실시형태에서, 다중 웰 플레이트에서 발광 분석을 수행하기 위한 장치가 제공된다. 일 실시형태는 광 검출 시스템 및 플레이트 취급 서브시스템을 포함하고, 상기 플레이트 취급 서브시스템은 발광 측정이 수행될 수 있는 무광 환경을 제공하는 차광 인클로저를 포함한다. 인클로저는 하우징과, 하우징 내에 배치된 탈착식 서랍을 포함한다. 하우징은 또한 플레이트를 서랍 내 (수동으로 또는 기계식으로) 플레이트 평행 이동 스테이지 위로 하강시키거나 플레이트 평행 이동 스테이지로부터 제거할 수 있게 하는 하나 이상의 플레이트 도입 구멍을 갖는 하우징 상부를 포함한다. 하우징 내의 슬라이딩 차광 도어는 발광 측정을 수행하기 전에 플레이트 도입 구멍을 환경 중의 광으로부터 밀봉하는 데 사용된다. 하우징은 하우징 상부에 장착된 광 검출기에 결합된 검출 구멍과, 플레이트 도입 구멍 위 하우징 상부에 장착된 하나 이상의 플레이트 스태커를 더 포함하고, 상기 플레이트 스태커는 탈착식 서랍 내에서 플레이트를 수용하거나 플레이트 엘리베이터로 전달하도록 구성된다. 탈착식 서랍은 서랍 내에서 플레이트를 특정 분석 처리 단계 및/또는 검출 단계들이 수행되는 장치 내의 구역으로 수평으로 평행 이동시키기 위한 플레이트 평행 이동 스테이지를 포함한다. 탈착식 서랍은 또한, 서랍 내에서 상승 및 하강될 수 있는 플레이트 리프팅 플랫폼을 구비하며 플레이트 도입 구멍들 아래에 위치되는 하나 이상의 플레이트 승강기도 포함한다. 플레이트 평행 이동 스테이지는, 플레이트를 검출 구멍 아래에 배치하고 플레이트를 플레이트 리프팅 플랫폼 상의 플레이트 엘리베이터 위에 배치하도록 구성된다.
본 발명의 장치는 또한, 하우징 상부의 검출 구멍에 (예를 들어, 차광 커넥터 또는 배플을 통해) 장착된 광 검출기도 포함한다. 특정 실시형태에서, 광 검출기는 CCD 카메라와 같은 이미징 광 검출기이고, 렌즈를 포함할 수도 있다. 광 검출기는 포토다이오드, 애벌랜치 포토다이오드, 광전자 증배관 등과 같은 통상적인 광 검출기일 수 있다. 적합한 광 검출기에는 그러한 광 검출기들의 배열체도 포함된다. 사용될 수 있는 광 검출기에는 CCD 및 CMOS 카메라와 같은 이미징 시스템도 포함될 수 있다. 또한, 광 검출기에는 광을 검출기 상으로 지향시키고, 포커싱하고, 그리고/또는 이미지화하기 위한 렌즈, 광 가이드 등도 포함될 수 있다. 어떤 특정의 실시형태에서, 이미징 시스템은 분석 플레이트의 하나 이상의 웰 내의 결합 도메인들의 어레이들로부터의 발광을 이미지화하는 데 사용되며, 분석 장치는 그 어레이들의 개별 요소들로부터 방출된 발광에 대한 발광 값을 보고한다. 광 검출기는 하우징 상부에 차광 시일을 개재하여 장착된다. 본 발명의 장치의 추가 구성요소는, 플레이트에 전기 접촉이 이루어지게 하며 광 검출기 아래에 위치한 웰들 내의 전극들에 전기 에너지를 제공하기 위한(예를 들어, ECL을 유도하기 위한) 플레이트 접촉부를 포함한다.
본 발명의 장치의 특정 실시형태들이 도면에 예시되어 있다. 도 1a 및 도 1b는 각각 양식화된 커버를 갖는 장치(100)의 정면도 및 배면도를 도시하고, 도 1c 및 도 1d는 각각 상기 장치의 대응하는 정면도 및 배면도를 커버 없이 도시하고 있다. 예를 들어, 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치는 광 검출 시스템(110) 및 플레이트 취급 서브시스템(120)을 포함한다. 보다 상세한 도면이 도 2a 및 도 2b에 제공되어 있다. 플레이트 취급 서브시스템(120)은 하우징 상부(232), 하우징 바닥부(233), 하우징 전면부(234), 및 하우징 배면부(235)를 갖는 하우징(231)을 포함하는 차광 인클로저(130)를 포함한다. 하우징은 또한 복수의 정렬 특징부도 포함하고, 또한 하우징은, 도 3b에 잘 도시된 바와 같이 단일 주조 요소(242)로 구성되며 탈착식 서랍(241) 전면부를 포함하는 도 3a 및 도 4a에 잘 도시된 바와 같은 탈착식 서랍(240)을, 수용하도록 구성된다. 따라서 다수의 요소를 이 단일 모놀리식 구조로 줄임으로써 비용 절감이 실현될 수 있다. 탈착식 서랍의 벽들은 복수의 동반 정렬 특징부를 포함하는 강성 x-y 서브프레임(415, 도 4d 참조)을 한정한다. 서랍이 하우징 내에 적절하게 배치된 때에, 정렬 및 동반 정렬 특징부들이 짝을 이루어 결합하고, 이에 의해 서랍과 서랍의 구성요소들이 광 검출 시스템의 구성요소들과 정렬된다. 정렬/동반 정렬 특징부들이 결합된 때에, 탈착식 서랍의 무게는 하우징 상부에 의해 지지된다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 장치(100)의 탈착식 서랍(240)은 도 3a에 가장 잘 도시되어 있는데, 여기서는 부분적으로 열리고 닫혀 있는 위치에 있다. 탈착식 서랍(240)은 아래에서 상세히 설명되는 다양한 내부 서브시스템을 보유하고 있는 것으로 도시된 도 4a와, 하우징(231) 내에 설치된 것으로 도시되어 있는 도 4b에도 도시되어 있는데, 이 도면에서는 명료성을 위해 하우징 배면부(235) 및 하우징 측면부가 생략되어 있다. 도 4c는 탈착식 서랍(240)을 수용하도록 위치되고 그 서랍을 수용하도록 한 치수로 되어 있는 개구부 및 정렬 핀들(405, 406, 407)을 갖는 하우징(231)을 도시하고 있다.
일 실시형태에서, 플레이트 취급 서브시스템은 그 서브시스템 내의 플레이트를 검출하도록 구성된 플레이트 센서를 더 포함한다. 플레이트 센서는 또한 다중 웰 플레이트(426)와 같은 분석 플레이트의 배향도 검출할 수 있다. 이러한 플레이트는 일반적으로 도 4a에 예시된 바와 같이 적어도 하나의 절두 모서리를 갖는다. 플레이트 센서는 이 모서리를 감지하고, 그 배향을 중앙 처리 장치 또는 CPU에 보고한다. 기구(100)는 사전에 프로그램된 대로 플레이트(426)를 처리할 수 있고, 데이터가 플레이트의 배향과 매칭될 수 있다. 적합한 플레이트 센서는 용량성 센서, 접촉 스위치, 초음파 센서, 중량 센서, 또는 광학 센서, 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 예시적인 비제한적 플레이트 센서는 일본 Sharp Corporation에서 제조한 GP2A200LCSOF 시리즈이다. 예시적인 센서는 비접촉 감지를 제공하기 위해 방출기와 감지기를 동일한 방향으로 향하게 한 반사광 차단기이다.
도 2a를 참조하면, 하우징 상부(232)는 또한, 하나 이상의 플레이트 도입(및 배출) 구멍(236 및 237)도 각각 포함하며, 이 구멍을 통해 플레이트가 (수동 또는 기계식으로) 플레이트 평행 이동 스테이지 상에 하강되거나 또는 그 스테이지로부터 제거된다. 슬라이딩 차광 도어(도 2c에 도면 부호 239로 나타냄)는 발광 측정을 수행하기 전에 플레이트 도입 구멍(236, 237)을 환경 중의 광으로부터 밀봉하는 데 사용된다. 또한, 하우징 상부는 플레이트들의 식별자에 저장된 데이터를 읽고 처리하기 위한 식별자 제어기도 포함한다. 일 실시형태에서, 식별자 제어기는 하우징 상부의 구멍 위에 차광 시일을 통해 장착된 바코드 판독기(238)이며, 이 바코드 판독기는 하우징 내의 플레이트 평행 이동 스테이지에 배치된 플레이트 상의 바코드를 판독하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 플레이트 상의 바코드는 플레이트가 서랍 안으로 내려갔을 때에 판독된다. 대안적 또는 추가적인 일 실시형태에서, 플레이트는 EEPROM 또는 RFID를 포함하고, 하우징 상부 및/또는 서랍은 이러한 식별자들 각각과 통신하기에 적합한 식별자 제어기를 포함한다. 또 다른 추가적인 일 실시형태에서, 식별자 제어기는 장치와 별도로 제공될 수 있다. 이 실시형태에서, 플레이트에 부착되거나 플레이트 또는 한 세트의 플레이트와 연관된 식별자에 저장된 정보는 컴퓨터 및/또는 그에 부착된 네트워크를 통해 장치로 전송되고/되거나, 컴퓨터 및/또는 네트워크의 사용자 인터페이스를 통해 수동으로 입력된다. 이와 관련하여, 미국 출원 공개 US 2011/0022331호 및 미국 특허 제8,770,471호을 참조하는데, 이들의 개시내용은 본원 원용되어 포함된다.
플레이트 취급 서브시스템은 플레이트 도입 구멍(236, 237) 위 하우징 상부(232)에 장착된 하나 이상의 플레이트 스태커(plate stacker)를 추가로 포함하고, 이 플레이트 스태커는 플레이트들을 수용하거나 플레이트 엘리베이터들로 전달하도록 구성된다. 플레이트 취급 서브시스템이 위에서 더 자세히 설명된 바와 같이 플레이트의 배향을 감지하는 능력을 가지고 있기 때문에, 플레이트 스태커는 플레이트들을 정배향 또는 역배향으로 수용할 수 있으며, 그 후에는 플레이트들이 그 배향에 관계없이 적절하게 판독될 수 있다. 선택적으로, 플레이트 취급 서브시스템은 원하는 조건 하에서 서브시스템의 온도를 유지하기 위한 가열 및/또는 냉각 메커니즘(예를 들어, 저항 히터, 팬, 히트 싱크, 또는 열전 히터/쿨러)을 포함한다. 플레이트 취급 서브시스템은 또한, 습도 제어 메커니즘(예를 들어, 원하는 조건 하에서 서브시스템의 습도를 유지하기 위한 가습기 및/또는 제습기, 또는 건조용 챔버)도 포함할 수 있다.
플레이트 취급 서브시스템의 탈착식 서랍의 상세도가 도 4a에 도시되어 있다. 서랍은 (i) 승강 및 하강될 수 있는 플레이트 리프팅 플랫폼(401, 402)을 구비한 플레이트 승강기(400); 및 (ii) 플레이트를 하나 이상의 수평 방향으로 평행 이동시키기 위한 플레이트 평행 이동 스테이지(403)를 포함하고, 이 스테이지는 플레이트를 지지하기 위한 플레이트 캐리지(404)를 포함한다. 플레이트 캐리지(404)는 플레이트 캐리지(404) 아래에 위치된 플레이트 엘리베이터(400)가 플레이트에 접근하여 플레이트를 들어 올릴 수 있게 해주는 개구(420)를 구비하며, 플레이트 평행 이동 스테이지(403)는 플레이트를 하우징 상부(232) 상의 검출 구멍 아래와 광 검출 시스템(110) 내의 광 검출기 아래에 위치시키고 플레이트를 플레이트 엘리베이터(400) 위에 위치시키도록 구성된다. 플레이트 엘리베이터(400)의 플레이트 리프팅 플랫폼(401, 402)은 플레이트 리프팅 플랫폼 상의 플레이트가 장치 내에서 움직이는 동안에 전위하는 것을 방지하기 위한 미끄럼 방지 표면을 포함할 수 있다. 플레이트 수평 이동 스테이지(403)는 플레이트를 서랍 내에서 장치 내의 특정 분석 처리 단계 및/또는 검출 단계가 수행되는 하나 이상의 영역으로 수평으로 평행 이동시키기 위해 수평 이동을, 예를 들어, 실질적으로 수평인 평면에서의 이동 또는 X-방향과 Y-방향에서의 이동을, 한다. 비제한적인 일 실시예에서, 도 4e에 예시된 바와 같이, 플레이트 평행 이동 스테이지(403)는 레일(422)을 따라 하나의 수평 방향으로 이동 가능하고, 플레이트 캐리지(404)는 플레이트 평행 이동 스테이지(403) 상의 레일(424) 상에서 직교 수평 방향으로 이동 가능하다. 일 실시형태에서, 플레이트 평행 이동 스테이지는 2개의 이동 축인 x축 및 y축을 가지며, 이 이동 축에 결합된 모터는 스테이지 상에서의 플레이트의 자동화 움직임이 이루어지게 한다.
플레이트 평행 이동 스테이지(403)를 X 방향과 Y 방향으로 이동시키는 데 스테퍼 모터가 사용될 수 있다. 일반적으로 스테퍼 모터는 전체 회전(1회전)을 다수의 동일한 단계로 나누는 브러시리스 DC 전기 모터이다. 모터의 위치는 하나 이상의 동일한 단계로 이동하여 유지될 수 있다. 스테퍼 모터의 각도 위치를 감지하는 위치 센서는 선택 사항이지만, 스테퍼 모터의 위치를 감지하는 데 로터리 인코더가 사용될 수 있다. 일반적으로 로터리 인코더는 내부 코딩 디스크와, 각도 위치를 감지하는 감지 헤드를 포함한다. 적합한 인코더에는 2개의 입력부와 2개의 출력부가 있는 구적 인코더(quadrature encoder)가 포함된다. 로터리 인코더는 기구 또는 차광 인클로저(130) 내에서의 광 공해를 최소화하기 위해 비광학식 인코더, 홀 효과 인코더, 또는 자기 인코더일 수 있다.
플레이트 평행 이동 스테이지(403)와 플레이트 캐리지(404)를 X-Y 프레임(415) 상에서 수평으로 이동하는 동안 안정화시키기 위해, 플레이트 평행 이동 스테이지(403)는 도 4e에 가장 잘 도시된 바와 같이 레일(422)의 반대쪽에 위치된 클립(423)을 가질 수 있다. 클립(423)은 2개의 날개(423a)와 언더컷(423b)을 갖는다. 언더컷(423b)은 도시된 바와 같이 서랍(240) 상의 립(244)과 간섭부를 형성한다. 언더컷(423b)과 립(244)은 아래에서 더 논의되는 바와 같이 접촉 프로브가 다중 웰 플레이트(426)에 아래로부터 접촉할 때에 플레이트 평행 이동 스테이지(403)가 상향으로 들어 올려지는 것을 방지한다. 날개(423a)는 립(244)의 상단에 놓여서 클립(423)이 립(244) 상에 유지되도록 한다. 클립(423)과 유사한 구조 및 기능을 갖는 제2 클립(425)이 도 4e 내지 도 4g에 도시된 바와 같이 레일(424) 반대편의 플레이트 평행 이동 스테이지(403) 상에 제공될 수 있다. 클립(425)은 플레이트 캐리지(404)에 연결될 수 있고, 그 클립의 언더컷은 플레이트 평행 이동 스테이지(403) 상의 립과 간섭하여 플레이트 캐리지(404)가 들어 올려지는 것이 방지되도록 한다. 2개의 이격된 평행 레일을 사용하는 것에 대비하여, 단일 레일, 예를 들어 레일(422) 및 반대쪽 클립을 사용하는 것의 장점에는 2개의 평행 레일을 정렬하는 어려운 작업이 제거되는 것과 캐리지의 들어올림이 방지되는 것이 포함되지만 이에 국한되지 않는다.
차광 인클로저(130)에 탈착식 서랍(240)이 포함됨으로써 장치의 사용성(serviceability) 및 생산성(manufacturability)이 향상된다. 하우징(231) 내의 서랍(240)의 적절한 정렬을 보장하고 이에 따라 서랍(240) 내의 서브시스템들과 광 검출 시스템(110)의 적절한 정렬을 보장하기 위해, 하우징은 복수의 정렬 특징부를 포함하고, 서랍의 x-y 서브프레임은 하우징의 정렬 특징부와 짝을 이루어 맞물리도록 구성된 복수의 동반 정렬 특징부를 포함한다. 명확성을 위해 하우징 배면부(235) 및 하우징 측면부가 생략된 하우징(231) 내에 배치되며 광 검출 시스템(110)과 적절하게 정렬된 서랍(240)의 절단도가 도 4b에 도시되어 있다.
일 실시형태에서, 서랍(240)의 정렬 특징부는 복수의 홀을 포함하고, 하우징(231) 상의 대응하는 정렬 특징부는 상기 홀 내에 삽착되는 크기의 복수의 핀을 포함한다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 하우징(231)은 적어도 세 개의 정렬 핀, 즉 하우징 전면부(234)에 위치되는 핀(405, 406)과 하우징의 반대측 단부에 위치되는 핀(407)을 포함할 수 있다. 필요에 따라, 하우징과 서랍에 추가 정렬 특징부를 포함시킬 수 있다. 서랍(240)의 중량이 하우징 상부(232)에 의해 지지되도록, 정렬 특징부들은 하우징 상부에 대해 위치되거나 조정(calibrate)될 수 있다. 정렬 핀(405, 406, 407)과 짝을 이루어 맞물리도록 구성된 서랍의 동반 정렬 특징부들은 도 4d에서 홀(408, 409, 410)로 도시되어 있다(도 4d에 도시된 실시형태에서, 정렬 핀(405)은 구멍(408)과 짝을 이루어 맞물리고, 핀(406)은 구멍(409)과 짝을 이루어 맞물리고, 핀(407)은 구멍(410)과 짝을 이루어 맞물린다). 또한, 서랍은 서랍을 하우징 내에 잠그거나 잠금 해제하기 위해 동반 정렬 캐치(418, 419)(도 4c)와 짝을 이루어 맞물리는 정렬 래치(416, 417)(도 4a에 도시됨)도 포함한다.
탈착식 서랍(240)이 X-Y 프레임(415)에 의해 안내되는 하우징(231)에 삽입되는 동안, 정렬 핀들(405 내지 407 및 408 내지 410)이 하우징 상부(232)에 위치되거나 조정되기 때문에, 탈착식 서랍(240)이 하우징(231) 안으로 완전히 삽입된 후에 서랍(240)의 무게와 그 위의 구성요소들은 하우징 상부(232)에 의해 지지된다. 이 특징부의 장점은, 광 검출 시스템(110)이 하우징 상부(232)에도 장착되기 때문에 광 검출 시스템(110)에 대한 서랍(240) 상의 서브시스템들의 조정 또는 정렬은 서랍(240)과 하우징 상부(232) 사이의 갭 또는 간격을 고려할 필요 없이 광 검출 시스템(110)에 대해 직접적으로 수행될 수 있다.
예를 들어 도 4e에 도시된 바와 같이, 스프링 작동식 핀(spring loaded pin)(411)이 플레이트 평행 이동 스테이지(403)에 위치된 홀(412)과 짝을 이루어 맞물리도록 구성되고 서랍(240)에 장착되는, 하나 이상의 추가 맞물림/잠금 특징부가 하우징 및/또는 서랍에 포함될 수 있다. 일 실시형태에서, 핀(411)과 같은 스프링 작동식 핀을 작동시키는 데 솔레노이드(427)가 사용된다. 도 4f에 도시된 실시형태에서, 플레이트 캐리지와 플레이트 평행 이동 스테이지가 정렬된 때, 도 4f에 도시된 바와 같이, 플레이트 평행 이동 스테이지의 정렬 특징부가, 예를 들어 핀(411)이, 플레이트 캐리지의 대응하는 잠금 특징부와, 예들 들어 홀 또는 요소(412)와, 짝을 이루어 맞물린다. 이러한 정렬 및/또는 맞물림 특징부들은 예를 들어 배송 및/또는 설치 중에 서브어셈블리를 손상으로부터 보호하기 위해 플레이트 캐리지를 제자리에 잠근다.
또 다른 일 실시형태에서, 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 하우징 상부는 전기 연결 접촉 메커니즘(413)을 포함하고, 서랍 전면부는 동반 전기 연결부인 요소(414)를 포함하며, 상기 전기 연결 접촉 메커니즘과 이의 동반 전기 연결부는 서랍이 하우징 내에 적절히 삽입되어 정렬된 때에 서로 짝을 이루어 맞물리도록 구성된다. 또한 도 4c에는 광 검출 시스템(110) 내의 CCD 센서 또는 디지털 카메라와 같은 광학 센서를 연결하는 전선이 도시되어 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 광학 센서(902)는 다중 웰 플레이트(426) 상의 복수의 웰들 또는 한 섹터의 웰들로부터 광 또는 ECL 방출을 캡처할 수 있고, 따라서 더 많은 전류 또는 전력을 필요로 한다. 케이블은 페라이트 코어 및 하나 이상의 페라이트 초크(418)(도 4c에 도시된 바와 같음)를 포함하는 복수의 페라이트 비드를 가질 수 있다. 페라이트 코어는 세라믹이며, 높은 투자율을 갖는다. 페라이트 초크는 페라이트 코어와 유사하며, 케이블을 통해 전송되는 고주파 노이즈를 억제하는 페라이트로 만든 패시브 전기 소자이기도 하다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 전형적으로, 페라이트 초크는 원통형 형상 또는 절두 원추형 형상을 가지며, 한 쌍의 초크가 전선에 존재한다.
도 4a를 참조하면, 일 실시형태에서, 플레이트 캐리지는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 플레이트 캐리지(404)와, 플레이트 캐리지(404) 상에 배치된 예시적인 플레이트(이하, 도면 부호 426을 붙임)를 수용하여 이와 맞물리도록 구성된 플레이트 래칭 메커니즘을 포함한다(도 5a는 다중 웰 플레이트(426)가 제자리에 잠가져 있는 플레이트 캐리지의 도면을 도시하고 있고, 도 5b는 이와 동일한 도면으로서, 플레이트 래칭 메커니즘의 구성요소들이 플레이트와 잠금 위치에 맞물려 있으며 이들을 볼 수 있는 도면을 도시하고 있다). 도 5b에 도시된 바와 같이, 플레이트의 외부 가장자리는 다중 웰 플레이트에 대한 표준 설계 규약을 따르며, 플레이트의 벽을 둘러싸며 그 벽보다 낮은 높이에 있는 스커트(522)를 포함한다(확대도는 도 5o에 도시됨). 바꾸어 말하면, 스커트(522)는 다중 웰 플레이트(426)의 바닥부 근처에 위치된다. 플레이트 래칭 메커니즘은 플레이트의 2개의 직각 측면부 상의 스커트의 외부 가장자리를 플레이트 캐리지의 2개의 대응하는 물리적 정지부에 대해 밀어서, 캐리지 내에서의 플레이트의 한정되고 재현 가능한 위치 설정을 제공하도록 설계된다. 플레이트 래칭 메커니즘은 플레이트 스커트의 상부 상의 한정된 위치들에 하향 물리력을 가하여서 플레이트를 수직 차원에서 재현 가능하고 고정되게 유지시키도록 설계된다.
플레이트 캐리지(404)의 도면 및 다중 웰 플레이트(426)를 갖는 플레이트 래칭 메커니즘의 도면이 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다. 플레이트 래칭 메커니즘의 작동을 예시하는 순서가 도 5c 내지 도 5f에 도시되어 있으며 아래에서 설명된다. 특정 실시형태에서, 플레이트 캐리지(404)는, 적어도 제1, 제2, 제3, 및 제4 측면부를 가지며 제1 측면부와 제3 측면부가 서로 실질적으로 평행하고 제2 측면부와 제4 측면부가 실질적으로 평행한, 다중 웰 플레이트(426)(또는 본원에 설명된 것과 같은 장치에 사용하도록 구성된 다중 웰/마이크로타이터 플레이트와 동일한 풋프린트 및 외부 물리적 기하형태를 갖는 소모품)를 지지한다. 상기 플레이트 캐리지(404)는, 다중 웰 플레이트(426)와 실질적으로 동일한 모양을 가지는 개구(420)로서, 다중 웰 플레이트(426)의 주변부 둘레에 위치된 스커트 또는 턱(522)을 지지하도록 다중 웰 플레이트보다 작은 치수를 갖는 개구를 한정한다. 플레이트 캐리지는, 다중 웰 플레이트(426)가 래치에 완전히 걸렸을 때에 다중 웰 플레이트의 제1 측면부 및 제2 측면부 상의 스커트(522)의 수평 위치를 각각 한정하는 제1 정지면(501) 및 제2 정지면(513)을 추가로 포함한다. 플레이트 래칭 메커니즘은, 도 5i 및 도 5j에 가장 잘 도시된 바와 같은, 다중 웰 플레이트(426)를 수용하는 개방 구성으로부터, 도 5a 및 도 5b에 가장 잘 도시된 바와 같은, 플레이트를 플레이트 캐리지에 래칭하는 클램핑 구성으로, 움직일 수 있다.
플레이트 래칭 기구는, (i) 페달(511), 작동 로드(510), 및 편의력(biasing force)을 제공하고 높은 스프링력을 갖는 스프링(512)으로 구성되며 클램핑 위치로 편의되는 제1 래치 부재(509)를 포함한다. 페달(511)은, 다중 웰 플레이트(426)의 제1 측면부를 제1 정지부(501) 쪽으로 눌러서 플레이트 클램프 아암(502)도 스프링(512)에 의해 클램핑 위치로 편의되도록 - 이때 제1 래치 부재(509)는 플레이트 클램프 아암(502)에 연결됨 - 구성된다. 플레이트 래칭 메커니즘은, (ii) 플레이트 클램프 아암(502)에 선회식으로 연결되고 다중 웰 플레이트(426)의 제2 측면부를 제2 정지부(513) 쪽으로 누르도록 구성된 브래킷(503)을 추가로 포함한다. 상기 플레이트 래칭 기구는 또한, (iii) 다중 웰 플레이트(426)의 스커트(522)가 플레이트 캐리지(404)에 클램핑되도록 하고 이에 의해 수직 이동이 방지되도록 하기 위한, 제2 정지부(513)에 근접하게 위치된 적어도 하나의 편의된 클램프(515)도 포함한다. 편의된 클램프(515)는 플레이트 스커트와 맞물리고, 플레이트 스커트에 하향력을 가한다. 브래킷(503)은 적어도 2개의 다리부(504, 506)를 포함할 수 있고, 이들 다리부는 둘 다 다중 웰 플레이트의 제4 측면부와 접촉한다. 적어도 하나의 다리부(504, 506)는, 제2 정지부 쪽에 측면으로 향한 힘을 가하며 다중 웰 플레이트의 스커트 상에 하향력을 가하는 램프(507, 508)를 포함한다(도 5e 내지 도 5i에 도시됨).
제1 래칭 부재(509)는, 스프링(512)에 의해 클램핑 위치로 편의되며 클램핑 위치에서 플레이트 캐리지의 한 가장자리를 지나 연장되는 작동 로드(510)를 포함한다(도 5c에 도시됨). 플레이트를 장입하고 꺼내는 동안, 플레이트 캐리지(404)가 플레이트 엘리베이터와 정렬되게 이동됨에 따라, 작동 로드(510)의 연장부(510a)가 하우징의 물리적 정지부에 대해, 예를 들어 서랍(240) 또는 하우징 배면부(235)의 배면 벽에 대해 밀리게 되고, 이는, 로드(510)가 아직 맞물려 있지 않은 도 5d와 로드(510)가 밀려들어가 있는 도 5e에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 로드(510)의 연장부(510a)를 캐리지 안으로 밀어 넣는다. 플레이트 캐리지(404)가 물리적 정지부에 대해 이동될 때 로드(510)와 편의된 두 클램프(515)가 밀린다는 것과 도 5d 및 도 5i는 명확성을 위해 로드(510)의 후퇴만을 도시하고 있다는 것을 주지해야 한다. 로드(510)의 움직임은 페달(511)을 로드(510) 쪽으로 후퇴시켜서 다중 웰 플레이트(426)를 위한 공간이 만들어지게 한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 페달(511)은 로드(510)에 부착된 외팔보형 아암이고, 스프링처럼 신축하는 능력을 갖는다. 플레이트 캐리지(404)에 고정되게 부착된 받침대(fulcrum)(524)는 로드(510)가 안쪽으로 밀릴 때에 페달(511)을 도 5d에 도시된 화살표 방향으로 후퇴시키거나 이동시킨다. 받침대(524)는 또한 도 5a에 가장 잘 도시된 바와 같이 제1 래치 부재(509)를 덮는 커버(526) 상에 위치될 수 있다. 플레이트 클램프 아암(502)은 한쪽 단부(528)가 로드(510)에 선회 가능하게 연결되고 반대쪽 단부(530)가 플레이트 캐리지(404)에 선회 가능하게 연결될 수 있다. 브래킷(503)은 피벗 지점(531)에서 플레이트 클램프 아암(502)에 선회 가능하게 연결된다. 도 5d에 가장 잘 도시된 바와 같이, 로드(510)가 안쪽으로 밀려 들어감에 따라 페달(511)과 플레이트 클램프 아암(502)이 브래킷(503)과 함께 개구(420)로부터 멀어지게 후퇴되거나 이동된다.
브래킷(503)을 플레이트 클램프 아암(502)에 선회 가능하게 연결하는 이점은 브래킷(503)이 플레이트 클램프 아암(502)에 대해 바람직하게 약간 회전할 수 있어서 브래킷(503)의 두 다리(504, 506)가 래치에 걸리는 과정 중에 다중 웰 플레이트(426)와 접촉할 수 있다는 점이다.
위에서 논의된 바와 같이, 플레이트 캐리지(404)가 물리적 정지부에 대해 이동될 때 로드(510)와 편의된 두 클램프(515)가 밀린다. 편의된 클램프(515)의 연장된 부분들(515a)이 안쪽으로 밀림에 따라, 이 작용은 편의된 단부(515b)를 스프링(532)의 힘에 대항하여 위쪽으로 들어 올린다. 편의된 단부(515b)는 개방 위치로 들어 올려짐에 따라 다중 웰 플레이트(426)의 스커트(522)를 수용하도록 한 크기와 치수로 되고, 편의된 클램프(515)가 해제됨에 따라 스프링(532)은 편의된 단부(515b)를 하향으로 누르고 스커트(522) 상에 클램핑하여, 다중 웰 플레이트(426)를 상향 이동에 대항하여 유지되게 한다.
본 발명의 장치는 다중 웰 플레이트(426)를 래칭 메커니즘으로부터 해제하는 이젝터(516)를 추가로 포함한다. 이젝터(516)는 연장된 작동 요소(521)를 구비하며 이 또한 작동 로드(510)와 마찬가지로, 플레이트 캐리지가 플레이트 엘리베이터와 정렬되게 배치됨에 따라 기구의 정지부에 대해 밀려서, 다중 웰 플레이트(426)를 제2 정지부(513)로부터 멀어지게 이동시키게 된다. 이젝터(516)는 스프링(514)에 의한 스프링 작동식일 수 있고, 선택적으로 초과 이동 방지기(534)를 포함한다. 이젝터(516)는 작동될 때에 다중 웰 플레이트(426)를 정지부(513)로부터 멀리 밀어내며, 이젝터(516)가 작동될 때에는 로드(510)와 편의된 클램프(515)도 개방 위치로 이동되므로, 다중 웰 플레이트(426)가 정지부(513) 및 편의된 클램프 단부들(515b)로부터 멀리 밀려날 수 있다. 초과 이동 방지기(534)는 이젝터의 일부 동작을 흡수하도록 탄성적으로 변형될 수 있다. 플레이트 장입/꺼냄 위치로부터 멀어지는(즉, 플레이트 엘리베이터와 정렬되는) 캐리지 플레이트(404)의 움직임은 로드(510) 및 이젝터(516)의 움직임을 반전시키고 래칭 메커니즘을 래치 걸림 구성으로 재설정한다.
플레이트 캐리지(404) 내의 다중 웰 플레이트(426)를 잠그기 위한 플레이트 래칭 메커니즘과 다중 웰 플레이트(426)의 맞물림이 도 5i 내지 도 5m에 예시되어 있다. 도 5i는 페달(511)이 후퇴해 있고 플레이트 클램프 아암(502)/브래킷(503)이 개방 위치에 있는 제1 래치 부재(509)를 보여주는 도 5d와 유사하다. 래칭 메커니즘은 도 5j에서는 개방 위치에서 맞물리지 않은 상태로 유지되어 있는데, 이는 다중 웰 플레이트(426)가 플레이트 캐리지(404) 내의 개구(420) 위에 배치될 수 있게 한다. 도 5j에 도시된 개방 구성에서, 페달(511)과 플레이트 클램프 아암(502)과 브래킷(503)과 편의된 클램프(515)가 개구(420)로부터 멀리 편의되어, 다중 웰 플레이트(426)를 플레이트 캐리지(404) 내로 장입시킬 수 있게 한다. 도 5j에 도시된 바와 같이, 연장부(510a, 515a)는 모두 서랍(240) 또는 하우징(235)의 배면측과 같은 배면 정지부에 대한 플레이트 캐리지(404)의 이동에 의해 안쪽으로 밀려 들어가게 된다.
다중 웰 플레이트(426)가 도 5k에 도시된 바와 같이 플레이트 캐리지(404) 안에 배치되고 플레이트 캐리지(404)가 배면 정지부로부터 멀어지게 이동할 때, 페달(511)은 받침대(524)로부터 멀어지게 바깥쪽으로 이동하여 다중 웰 플레이트(426)를 제1 정지부(501)에 대해 밀어서 편의시킨다. 플레이트 클램프 아암(502)도 로드(510)와 함께 이동하여, 브래킷(503)이 다중 웰 플레이트(426)를 제2 정지부(513)에 대해 밀어낼 수 있게 한다. 도 5k에 도시된 바와 같이, 다리부(504)만이 다중 웰 플레이트(426)와 접촉하고 있지만, 선회 지점(531)에서의 선회식 연결로 인해, 제2 다리부(506)는 브래킷(503)이 선회 지점(531)을 중심으로 회전함에 따라 자동으로 신속하게 다중 웰 플레이트(426)와 접촉하게 된다. 스프링들(532)에 의해 스프링 하중을 받을 수 있는 편의된 클램프(515)는 도 5l에 도시된 바와 같이 플레이트의 제2 측면부 상의 다중 웰 플레이트(426)의 플레이트 스커트(522)와 맞물리고, 브래킷(503)도 플레이트 스커트(522)와 맞물려서 아래로 밀어낸다. 위에서 논의된 바와 같이, 브래킷(503)의 다리부(504, 506)는 도시된 바와 같이 각진 경사부(507, 508)를 갖는다. 다리부(504, 506)가 다중 웰 플레이트(426)를 밀어냄에 따라, 경사부(507, 508)가 스커트(522)와 접촉하여서 다중 웰 플레이트(426)를 두 방향, 즉 제2 정지부(513)를 향한 방향과 아래쪽 방향으로 밀어낸다. 도 5m에 도시된 바와 같이, 편의된 클램프(515)는 플레이트 스커트(522)와 맞물린다.
일 실시형태에서, 플레이트 캐리지(404)는, 콘트라스트 및 초점을 측정하기 위해 장치 내의 광 센서에 의해, 예컨대 전술한 광 검출 시스템(110) 내의 광 검출기에 의해, 사용되는 광 포커싱 메커니즘도 포함한다. 광학 포커싱 메커니즘은 플레이트 캐리지에 대해 서로 다른 높이에 있고 결과적으로는 포커싱을 위한 타겟 표면(즉, 플레이트 캐리지(404) 내에 유지된 96웰 플레이트(426)의 웰들의 바닥부)에 대해 서로 다른 높이에 있는 적어도 2개, 또는 적어도 3개의 패턴화 표면을 포함한다. 본 발명은 복수의 표면을 이미지화하는 방법과, 목표 표면에 초점을 맞추는 데 필요한 이미지 조정의 크기 및 방향을 이미지에 기초하여 계산하는 방법을 포함한다. 일 실시형태에서, 콘트라스트 값은 각 표면의 이미지에 대해 계산되고, 초점 높이는, 높이 변화에 따른 콘트라스트 변화가 최소화되거나 아니면 대안적으로 사전 결정 임계값 아래로 떨어지는 높이로서 결정된다.
일 실시형태에서, 플레이트 캐리지는 플레이트 캐리지에 대해 각각이 다른 높이에 있는 적어도 3개의 패턴화 표면을 포함한다. 광학 포커싱 메커니즘의 두 가지 추가적인 실시형태가 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다. 특정 실시형태에서, 상기 표면은 차등 투명도의 패턴(예를 들어, 불투명 기판으로 에칭되거나 절단된 패턴 또는 투명 표면에 인쇄된 패턴화 불투명 잉크 또는 필름)을 가지므로, 그 패턴은 기판을 통해 투과되는 광을 사용하여 이미지화될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 표면/패턴은 투명하지 않고, 패턴은 표면에서 광을 반사하는 광원을 사용하여 이미지화된다.
포커싱 메커니즘은 광학 센서로부터 이격된 적어도 상위, 중간, 및 하위 패턴화 표면을 포함하고, 상기 중간 패턴화 표면과 타겟 표면은 실질적으로 동일한 평면 높이로 정렬되고, 상기 상위 패턴화 표면과 중간 패턴화 표면 사이의 제1 거리와 상기 중간 표면과 하부 패턴화 표면 사이의 제2 거리는 실질적으로 동일하고, 광학 센서와 패턴화 표면들은, 상위 패턴과 중간 패턴 사이의 제1 쌍의 콘트라스트 값들과 중간 패턴과 하부 패턴 사이의 제2 쌍의 콘트라스트 값들 간의 차이가 아래에서 설명되는 바와 같이 약 ±2.0 무차원 단위의 사전 결정 값보다 작을 때까지, 서로에 대해서 이동한다. 이 차이는 ±3.0 또는 ±4.0일 수 있거나, ±1.0만큼 낮을 수 있다. 콘트라스트 차이의 값이 높을수록 포커싱은 더 쉬워지지만 포커싱 정확도는 더 떨어지고, 콘트라스트 차이의 값이 낮을수록 포커싱은 더 어렵지만 포커싱 정확도는 더 높아진다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 포커싱 메커니즘은 복수의 패턴화 표면, 예를 들어 적어도 2개의, 선택적으로는 3개의 패턴화 표면(601 내지 603)을 포함하고, 패턴화 표면은 실질적으로 동일한 패턴, 예를 들어 격자 패턴을 포함할 수 있다. 패턴화 표면은 그룹화 상태에서 서로 인접할 수 있다. 도 6a에 도시된 실시형태에서, 포커싱 메커니즘은 또한 패턴화되지 않은 표면(604)도 포함한다. 패턴화 표면들 각각은 평행한 평면 상에 위치될 수 있다. 일 실시형태에서, 중간 패턴화 표면은 사전에 결정된 양의 유체로 채워진 다중 웰 플레이트(426)의 웰의 초점 위치와 실제상으로 동일한 높이에 있다. 하위 패턴화 표면은 중간 패턴화 표면 약 0.25 mm 아래인 높이에 있고, 상위 패턴화 표면은 중간 패턴화 표면 약 0.25 mm 위인 높이에 있다. 일 실시형태에서, 하위 패턴화 표면은 플레이트 캐리지(즉, 플레이트가 놓이는 플레이트 캐리지) 약 4 내지 4.75 mm 위인 높이에 있다. 하위 패턴화 표면은 플레이트 캐리지 약 4.5 내지 4.7 mm 위인 높이에 있을 수 있으며, 또한 하위 패턴화 표면은 플레이트 캐리지 약 4.6 내지 4.7 mm 위인 높이에 있을 수 있다. 중간 패턴화 표면은 플레이트 캐리지 약 4.5 내지 5.0 mm 위, 또는 플레이트 캐리지 약 4.7 내지 4.9 mm 위, 또는 플레이트 캐리지 약 4.7 내지 4.8 mm 위인 높이에 있을 수 있다. 그리고 상위 패턴화 표면은 플레이트 캐리지 약 4.75 내지 5.10 mm 위, 또는 캐리지 플랫폼 약 4.8 내지 5.0 mm 위, 또는 플레이트 캐리지 약 4.85 내지 4.95 mm 위인 높이에 있을 수 있다. 표면들(601, 602, 603) 중 임의의 하나가 중간 패턴화 표면, 상위 패턴화 표면, 또는 하위 패턴화 표면일 수 있음을 주지해야 한다. 일 실시형태에서, 광학 포커싱 메커니즘은 플레이트 캐리지에 인접해 있다.
따라서, 본원의 실시형태들은 광학 센서를 타겟 표면에 집속시키는 방법을 제공하는 바, 이 방법은 (a) 적어도 상위, 중간, 및 하위 패턴화 표면(601 내지 603)을 제공하는 단계 - 여기서, 중간 패턴화 표면과 타겟 표면은 동일한 초점 높이에 있고, 상위 패턴화 표면과 중간 패턴화 표면 사이의 제1 거리와 중간 패턴화 표면과 하위 패턴화 표면 사이의 제2 거리가 실질적으로 동일함 -; (b) 광학 센서를 사용하여 상위 패턴화 표면과 중간 패턴화 표면 사이의 제1 콘트라스트 값 차이를 얻는 단계; (c) 광학 센서를 사용하여 중간 패턴화 표면과 하위 패턴화 표면 사이의 제2 콘트라스트 값의 차이를 얻는 단계; 및 (d) 제1 콘트라스트 값 차이와 제2 콘트라스트 값 차이를 비교하고, 타겟 표면이 초점에 있는지 여부를 결정하고/하거나 타겟 표면을 초점에 맞게 배치하는 데 필요한 초점 조정의 크기 및 방향을 결정하는 단계를 포함한다.
작동 중에, 플레이트 평행 이동 스테이지(403)는 플레이트 캐리지(404)를 평행 이동시켜서, 광학 포커싱 메커니즘을, 도 7ca에 도시된 광 출구(725 내지 728)와 같은 광원을 포함하는, 도 7a 내지 도 7ca에 도시된 접촉 메커니즘 위에 위치시킨다. 광 출구(725 내지 728)는 단일 발광 다이오드(LED)에 연결되거나, 각각의 광 출구가 자체 LED 또는 기타 광원을 가질 수 있다. 광원이 조명되고, 광빔이 광학 포커싱 메커니즘의 아래쪽에, 보다 구체적으로는 표면(601 내지 603) 아래에 비춘다. 광 출구(725 내지 728)는 표면(601 내지 603)에 균일한 광을 제공할 수 있다. 따라서, 광 검출 시스템(110)의 광학 센서 또는 카메라는 광학 포커싱 메커니즘을 이미지화하고, 위에서 설명된 콘트라스트 값의 차이를 계산하고, 타겟이 초점에 있는지 결정하고/하거나 타겟 표면을 초점에 배치하는 데 필요한 초점 조정의 크기 및 방향을 결정한다. 광학 센서의 초점이 상기 계산에 기초하여 그에 따르게 수동으로 또는, 예를 들어 전동식 초점 조정을 통해, 자동으로 조정된다. 상기 방법은 또한, 광학 센서와 타겟 표면 사이의 거리를 조정하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 콘트라스트 값을 획득하는 단계와 상기 제1 콘트라스트 값과 상기 제2 콘트라스트 값의 차이가 사전에 결정된 값 미만이 될 때까지 상기 콘트라스트 값들을 비교하는 단계를 반복하는 단계를, 포함할 수 있다. 콘트라스트 값을 결정하기 위한 적절한 계산은 초점 타겟, 예를 들어 표면(601, 602, 또는 603) 또는 이의 일부의 도트 패턴에 의해 덮인 이미지의 소정 영역 또는 관심부(ROI)를 취하는 것이다. 해당 ROI 내 모든 픽셀의 평균과 표준 편차가 측정된다. 해당 ROI의 콘트라스트 값(%CV)을 계산하기 위한 평균(AVG)과 표준 편차(StDEV)가 측정되거나 확인된다.
%CV = (StDEV / AVG) x 100
그런 다음 각 ROI(높은 것과 낮은 것)에 대한 %CV를 빼서, 작업자에게 보고되는 차이 값을 생성한다. 위에 나타낸 %CV는 단위가 없거나 무차원인 값이다.
%CV 콘트라스트 값들의 차이의 예시적인 사전 결정 값은 ECL 값을 공칭으로부터의 초점 흐림(defocus)의 함수로 비교함으로써 실험적으로 ±2.0으로 결정된다. 이 차이의 크기는 콘트라스트 기능에 따라 달라질 수 있다. ECL에 영향을 주지 않는 어느 정도의 초점 흐림은 허용 가능할 수 있다. ±2인 예시적인 값은 이 범위 내에 있다. 더 작은 값, 예를 들어 ±1.5 또는 ±1.0은 더 정확할 수 있지만 초점 작동 중에 달성하기가 더 어려울 수도 있다. 더 큰 값, 예를 들어 ±3.0 또는 ±4.0은 정확도가 떨어질 수 있지만 달성하기가 쉬울 수 있다. 본 발명의 교시에 따라 정확성과 작동상의 곤란성 간의 균형을 맞출 수 있다. ±1.0과 ±4.0 사이의 콘트라스트 값의 차이는 본 발명의 범위 내에 있다.
문헌[Journal of the Optical Society of America, No. 10, 1990년 10월, 페이지 2032-2040]에 발표된 엘리 펠리(Eli Peli)의 "Contrast in Complex Images"에서 논의된 것과 같은, 콘트라스트 값을 계산 또는 확인하는 기타 방법론을 사용할 수 있다. 이 참고 문헌은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다.
추가적으로, 플레이트 캐리지(404)는 복수의 기준 요소를 포함한다. 하나의 기준 요소는 도 5n에 도시된 바와 같이 플레이트 캐리지(404)의 바닥면에 배치된 전기 전도성 바닥면(536)을 포함하고, 이 전기 전도성 바닥면은, 장치를 설정하는 동안, 플레이트 캐리지(404)에 유지된 플레이트(426)의 바닥부와 접촉시키는 데 사용되는 접촉 메커니즘의 위치 설정을 가늠(train)하는 데 사용된다. 아래에서 더 자세히 설명되는 접촉 메커니즘은 일련의 스프링 작동식 접촉 부재를 포함하며, 예를 들어 ECL 측정을 시작하기 위해, 다중 웰 플레이트(426)의 바닥면과 접촉하도록 들어 올려질 수 있다. 도 5n에 도시된 바와 같이, 전도성 바닥면(536)은 플레이트 캐리지(404)의 하측에 있고, 다중 웰 플레이트(426)가 플레이트 캐리지(404)에 걸린 때에는 플레이트 바닥부와 동일한 높이에 있도록 구성된다. 장치 설정 또는 조정 중에, 접촉 메커니즘은 접촉 부재가 전도성 바닥 표면(536)과 접촉하는 높이에 도달할 때까지 들어 올려져서, 접촉 부재들 사이의 강하 저항(drop-in resistance)을 전기적으로 측정하여 검출되는 식으로, 접촉 부재들이 바닥 표면(536)에 올바르게 접촉했고 ECL 측정을 하는 동안 플레이트 바닥부와 올바르게 접촉할 것이라는 신호를 보낸다. 이 측정된 높이는 플레이트 캐리지(404)에 유지된 접촉 플레이트(426)에 대한 접촉 메커니즘 높이를 설정하는 데 사용된다.
더욱이, 플레이트 캐리지(404)는 다른 기준 요소(도 5c에서 플레이트 캐리지(404), 즉 요소들(517 내지 520)로 절단된 반원형 구멍(예를 들어, 반달 모양 절단부)으로 도시된 것)를 포함한다. 접촉 메커니즘의 광 출구 또는 LED(722)와 같은 광원은 각각의 구멍(517 내지 520)을 통해 투사된다. 위에서 논의된 수평면에서 이동하는 플레이트 평행 이동 스테이지(403)는 각각의 구멍(517 내지 520)을 도 7ca에 도시된 광 출구(722) 위에 위치시킨다. 이 실시형태에서, 더 적거나 더 많은 LED도 사용될 수 있지만 총 5개의 LED가 사용될 수 있다. 각각의 구멍을 통해 투사된 광은, 장치의 다른 구성요소들에 대한 수평면의 x-y 공간에서 플레이트 캐리지(404)의 위치를 참조할 수 있도록 하기 위해, 광 검출 시스템(110)의 광 검출기에 의해 이미지화된다. 일 실시형태에서, 기준 요소들은 기준 표면/정지부의 2개의 단부(501, 503)에 있는, 예를 들어, 일례로 도 5c에 도시된 바와 같이 플레이트 플랫폼의 가장자리 상에, 하나 이상의 만입부 또는 절단부를 포함한다. 유리하기로는, 상기 요소들도 또한, 플레이트가 올바른 배향으로 있는지를 확인할 수 있도록 하기 위해, 이미지화될 수 있다.
광 출구(722)와 광 출구(725 내지 728)는 단일 LED에 의해 조명될 수 있다. 적절한 LED가 광 출구로의 광 파이프 또는 도파관에 연결될 수 있다. 적절한 LED는 적용된 전압에 따라 달라지는 여러 강도의 출력을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 도 7h에 예시된 바와 같이, LED(739)는 멀티플렉서(738)에 연결된다. 마이크로프로세서(729)는 멀티플렉서(738)에게 광 출구(722)가 활성화되도록 LED(739)에 제1 전압을 인가하게 하고 광 출구(725 내지 728)가 활성화되도록 LED(739)에 제2 전압을 인가하게 하는 지시를 내릴 수 있다. 대안적으로, 광 출구에 다수의 LED를 사용할 수 있다.
플레이트 취급 서브시스템은 또한, 위에서 논의되고 도 4e에 가장 잘 예시된 바와 같은, 운송 중에 플레이트 캐리지를 제자리에 잠그기 위한 하나 이상의 운송용 잠금 장치(shipping lock)를, 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 운송용 잠금 장치는 플레이트 평행 이동 스테이지(403) 상의 홀(412)에 수용되는 탈착식 서랍(240) 상의 솔레노이드 구동식 핀(411)을 포함한다. 플레이트 캐리지(404)는 레일(422, 424)을 타고 있고, 캐리지를 제자리에 잠그기 위한 클램프를 포함할 수 있다. 더욱이, 플레이트 캐리지(404)는, 플레이트 캐리지(404) 상에 배치된 다중 웰 플레이트(426)가 정확한 배향에 있도록 하기 위해, 스마트폰에 일반적으로 사용되는 가속도계 또는 전자 레벨러와 같은, 플레이트 방향 센서를 포함한다. 대안적으로, 반사 광학 센서가 플레이트 캐리지에 부착 또는 접착될 수 있고, 카메라에 의해 감지될 수 있다. 선택적으로, 초음파 센서, 접촉 스위치, 및 용량성 센서도 사용될 수 있다.
플레이트 취급 서브시스템(120)은 또한, 프로브를 위에서 논의된 다중 웰 플레이트(426)의 바닥부에 있는 전기 접촉부에 접촉하도록 들어 올리는 플레이트 접촉 엘리베이터에 장착되고 그런 다음에 플레이트의 웰에 있는 전극에 연결되는 전기 접촉 프로브를 포함하는 플레이트 접촉 메커니즘을 포함한다. 접촉 프로브는 다중 웰 플레이트(426)의 하나 이상의 웰에 있는 전극에 전위를 인가하는 데 사용된다. 플레이트 접촉 메커니즘과 이미징 장치는, 이미징 장치의 이미징 필드 바로 아래에서 그 이미징 필드 내에 있는 웰 또는 한 세트의 웰들과 전기적 접촉이 이루어지도록, 정렬된다. 접촉 메커니즘은 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있고, 4개의 조사 구역(702 내지 705)을 포함하는 접촉 메커니즘 플랫폼(701)을 포함하며, 상기 조사 구역 각각은 전압 전위를 그 조사 구역으로 전도하기 위한 한 쌍의 전기 접촉 프로브를 포함한다. 조사 구역(702 내지 705)은 사분면 또는 2x2 매트릭스로 배열될 수 있다. 그러나 조사 구역은 선형 방식 또는 임의의 P x Q 행렬 - 여기서 P와 Q는 정수이고 서로 다를 수 있음 - 로 배열될 수 있다. 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 본 발명의 기구(100)에서 사용할 수 있는 다중 웰 플레이트(426)는 P x Q 매트릭스보다 큰 M x N 매트릭스로 배열될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, P x Q 매트릭스는 12x8, 24x16, 48x32 웰 또는 임의의 수의 웰일 수 있다.
상기 장치는 또한, 하나 이상의 전기 접촉 프로브 쌍에 연결 가능한 전압원에 작동 가능하게 연결된 제어기와, 하나의 조사 구역의 전기 접촉 프로브 쌍에 전압원을 선택적으로 연결하거나 또는 하나 초과의 조사 구역의 전기 접촉 프로브 쌍에 전압원을 선택적으로 연결하기 위해 제어기와 전압원에 연결되는 멀티플렉서를 포함한다. 본원에 사용된 "전압원"은 전압원(들) 및 전류원(들)을 포함한다. 제어기의 구성요소들을 보여주는 블록선도가 도 7h에 도시되어 있으며, 상기구성요소는, 전원(730) 및 디지털 아날로그 변환기(731)에 연결되며 저역 통과 필터(732, 733), 전류 모니터(734), 다른 선택적인 전원(737), 및 아날로그 디지털 변환기(736)에 연결된 마이크로프로세서(729)와, 멀티플렉서(738)를 포함한다. 제어기는 또한, 위에서 논의된 접촉 메커니즘의 구성요소인 LED(739)에도 작동 가능하게 연결된다.
마이크로프로세서(729)에 의해 제어되는 멀티플렉서(738)는 전위의 인가를, 기구에 사용되는 플레이트의 유형에 기초하여, 위에서 식별된 바와 같이 지시한다. 다중 웰 플레이트(426)가 한 번에 하나의 웰 - 이를 본원에서는 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트라고 칭하고 플레이트의 웰은 접촉 메커니즘 플랫폼의 한 구역에 해당함 - 을 분석하도록 구성된 경우, 멀티플렉서(738)는, 각 구역을 전기적으로 격리하고 전위를 제1 구역 내에서만 선택적으로 인가하는 것에 의한 전위의 선택적 인가를 지시할 것이다. 한편, 다중 웰 플레이트가 한 번에 둘 이상의 웰 - 이를 본원에서는 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트라고 칭함 - 을 분석하도록 구성된 경우, 멀티플렉서(738)는, 둘 이상의 구역을 전기적으로 연결하고 전위를 그 둘 이상의 구역 내에서 선택적으로 인가하는 것에 의한 전위의 선택적 인가를 지시할 것이다. 일 실시형태에서, 플레이트는 플레이트 구성 정보를 포함하는 바코드를 포함하고, 장치(100)는 플레이트 구성 정보를 판독하고 스태커에 위치된 플레이트의 유형을 식별하는 바코드 판독기(238)를 포함한다.
일 실시형태에서, 장치는 P x Q 매트릭스로 배열된 복수의 조사 구역(702 내지 705)을 포함한다. P x Q 매트릭스는 2 x 2 매트릭스일 수 있다. 플레이트 접촉 메커니즘 플랫폼(701) 상의 한 쌍의 전기 접촉 프로브는 직립 핀, 예를 들어 스프링 작동식 핀을 포함할 수 있다. 게다가, 장치는, 광 검출 시스템(110)의 광 검출기와 같은, 플랫폼(701) 위에 위치된 광 센서를 더 포함할 수 있고, 플랫폼(701)은, 플랫폼(701)을 광 센서에 대해 정렬시킬 수 있도록 하기 위해 플랫폼으로부터 광 센서 쪽으로 돌출하는 광 출구(722)와 같은 광원을 포함하는 제1 정렬 메커니즘을 포함한다. 일 실시형태에서, 광원(예를 들어, LED 또는 기타 유형의 전구)은 접촉 메커니즘의 구멍에, 예를 들어, 도 7ca에 도시된 바와 같이 플랫폼(701)의 중심에 있는 출구(722) 아래에, 위치되고 그 출구를 통해 광을 비춘다. 상기 장치는 또한 플레이트 캐리지 프레임에 위치한 복수의 구멍(예를 들어, 도 5c에 도시된 요소(517 내지 520))을 포함하는 제2 정렬 메커니즘을 포함할 수 있고, 플랫폼(701)으로부터의 광 출구(722)는 이러한 구멍을 통해 조명될 수 있고, 플랫폼(701)과 플레이트 캐리지 프레임을 더 정렬시킬 수 있도록 광 센서에 의해 검출될 수 있다. 복수의 구멍은 플레이트 캐리지 프레임의 적어도 두 측면에 위치될 수 있다(위의 설명 참조). 또한, 상기 장치는, 플레이트 캐리지 프레임에 위치한 전기 전도성 표면(예를 들어, 도 5n에서 바닥 표면(536))을 포함하는 제3 정렬 메커니즘으로서, 플랫폼 상의 전기 접촉부들이 전기 전도성 표면과 접촉하게 될 때에 플랫폼 상의 전기 접촉부들 사이에 전류가 흐르게 하여 전기 접촉부들과 플레이트 캐리지 프레임 사이의 사전에 결정된 거리를 나타낼 수 있도록 하는, 제3 정렬 메커니즘을 추가로 포함할 수 있다. 상기 장치는, 패턴화된 포커싱 타겟(예를 들어, 도 6a 및 도 6b에서 표면(601 내지 603))을 포함하는 제4 정렬/포커싱 메커니즘을 포함할 수 있고, 접촉 메커니즘 플랫폼은, 패턴들을 통해 광을 통과시켜서 그 패턴들을 이미지화할 수 있게 하는, 위에서 논의된 바와 같은, 하나 이상의 광원을 포함한다. 광원(들)은 전술한 바와 같이 출구(722) 아래의 광원일 수 있다. 선택적으로, 더 넓고 더 균일한 라이트 필드를 생성하기 위해 복수의 광원(예를 들어, LED 또는 기타 유형의 전구)을, 예를 들어, 도 7ca에 도시된 바와 같이 플레이트 접촉 메커니즘 플랫폼에 내장된 4개의 광 출구(725 내지 728)를, 예를 들어 LED를, 사용할 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 장치는 다중 웰 플레이트 내에 담긴 샘플을 조사하도록 구성되며, 이 경우에서, 다중 웰 플레이트는 M x N 매트릭스로 배열된 복수의 웰을 포함하고, 상기 장치는 다중 웰 플레이트를 지지하도록 구성된 캐리지 프레임을 포함하고, 캐리지 프레임은 복수의 조사 구역을 포함하는 접촉 메커니즘 플랫폼에 대해 이동 가능하고, 각각의 조사 구역은 적어도 하나의 웰에 전압 전위를 인가하기 위한 적어도 한 쌍의 전기 접촉 프로브를 포함한다. 상기 장치는 또한, 캐리지 프레임을 플랫폼에 대해 이동시키기 위해 모터에 작동 가능하게 연결되며 전압원 - 이 전압원은 하나 이상의 전기 접촉부 쌍에 연결 가능함 - 에 작동 가능하게 연결된 제어기와, 하나의 조사 구역의 전기 접촉 프로브 쌍에 전압원을 선택적으로 연결하거나 또는 하나 초과의 조사 구역의 적어도 하나의 전기 접촉 프로브 쌍에 전압원을 선택적으로 연결하기 위해 제어기와 전압원에 연결되는 멀티플렉서를 포함한다. 조사 구역은 P x Q 매트릭스로 배열될 수 있고, M x N 매트릭스는 P x Q 매트릭스보다 더 큰데, 2 x 2 매트릭스일 수 있다. 각각의 조사 구역은 다중 웰 플레이트(426) 상의 하나의 웰을 조사할 수 있는 크기와 치수로 구성될 수 있다.
접촉 메커니즘 플랫폼 상의 전기 접촉 프로브는 조사할 웰의 수를 결정할 수 있도록 하기 위해 제어기에 의해 전압원에 선택적으로 연결되는 복수의 작업 전극 접촉 프로브를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 하나의 작업 전극 프로브가 하나의 웰 내의 작업 전극에 연결되거나, 대안적으로는 하나의 작업 전극 프로브가 복수의 웰 내의 작업 전극에 연결된다. 연결되지 않은 작업 단자 전극 프로브들은 사용하지 않을 때에는 멀티플렉서에서 전기 절연될 수 있고, 이에 의하면, 복수의 작업 전극 프로브(예를 들어, 4개의 프로브)가 전위를 복수의 웰 내의 복수의 작업 전극에 한 번에 하나씩 인가(예를 들어, 전위를 4개의 웰의 그룹에 한 번에 하나씩 인가)할 수 있게 된다. 플랫폼 상의 전기 접촉부는, 적어도 하나의 전기 복귀로(return) 또는 하나의 전기 경로에 연결되거나 또는 대안적으로 적어도 하나의 전기 접지에 전기적으로 연결된 복수의 상대 전극 프로브를 더 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 복수의 웰을 위한 플랫폼 상의 상대 전극 프로브들에 연결된, 다중 웰 플레이트의 바닥 전기 접촉부들이 전기적으로 연결된다. 대안적으로, 모든 웰을 위한 플랫폼 상의 상대 전극 프로브들에 연결된, 다중 웰 플레이트의 바닥 전기 접촉부들이 전기적으로 연결된다. 게다가, 적어도 하나의 웰을 위한 플랫폼 상의 상대 전극 프로브들에 연결된, 다중 웰 플레이트의 바닥 전기 접촉부들이 전기 절연된다. 제어기는 P x Q 또는 그보다 적은 수의 웰들을 동시에 조사할 수 있다.
도 7cb 내지 도 7g에 도시된 바와 같이, 접촉 메커니즘 플랫폼(701)은 복수의 작업 접촉 프로브(706 내지 713) 및 상대 접촉 프로브(714 내지 721)를 포함한다. 도 7cb에 도시된 바와 같이, 제어기(709)가 2개 이상의 조사 구역을 전기적으로 연결하도록 구성되는 경우, 본 발명의 기구(100)는 전위를 2개 이상의 구역, 예를 들어 구역(703과 704) 내에 선택적으로 인가함으로써, 전위를 작업 전극 접촉 프로브(706 및 710과, 709 및 713)에 각각 인가하고 상대 전극 접촉 프로브들(714 내지 717과, 718 내지 721)을 연결한다. 플랫폼(701)과 다중 웰 플레이트(426)에서의 상대 전극들의 연결은 아래에서 논의된다. 또한, 아래에서 논의되는 바와 같이, 하나의 작업 접촉 전극과 하나의 상대 접촉 전극만 필요하다. 각각 두 개가 연결되어 시스템에 대리 기능성(redundancy)을 제공하므로, 한 전극이 고장 난 경우에도 ECL 신호가 생성된다.
대안적으로, 스위칭 메커니즘이 각 구역을 전기 절연시키도록 구성된 경우, 본 발명의 기구는 예를 들어 도 7d에서와 같이 전위를 제1 구역 내에 선택적으로 인가하며, 여기서 구역(703)은 격리되고, 전위는 작업 전극 접촉 프로브(706 및 710)에 인가된다. 일 실시형태에서, 접지에 연결된 모든 상대 전극 접촉 프로브(714 내지 717 및 718 내지 721)는 플랫폼(701)에서 전기적으로 연결된다. 도 7k와 관련하여 아래에서 논의되는 바와 같이, 각 웰의 상대 전극 접촉 프로브들은 다중 웰 플레이트(426)의 바닥부에 있는 상대 전극에 의해 격리된다. 도 7d에 도시된 실시예에서, 구역(703) 바로 위에 있는 웰에는, 상대 접촉 프로브(718 및 719)에 연결되지만 플랫폼(701) 상의 다른 상대 전극 접촉 프로브로부터 격리되는 상대 전극이 있다. 대안적으로, 각 조사 구역을 위한 상대 전극들은 플랫폼(701)에서 격리될 수 있다.
유사하게, 도 7e 내지 도 7g는, 접촉 메커니즘이 전위를 제1 구역(702(도 7e), 705(도 7f), 704(도 7g)) 내에 인가할 수 있도록 하기 위해, 그리고 상대 접촉 프로브들(714 내지 717과, 718 내지 721)이 플랫폼(701)에서 전기적으로 연결되어 있지만 각 조사 구역을 위한 상대 접촉 프로브들이 각 조사 구역 바로 위에 있는 다중 웰 플레이트(426)의 웰 상의 상대 전극에 의해 격리되어 있는 동안에, 전위를 작업 전극(707 및 712(도 7e), 708 및 711(도 7f), 709 및 713(도 7g))에 인가할 수 있도록 하기 위해 어떻게 구성되는지를 예시하고 있다. 접촉 프로브들은 각각 독립적으로 스프링 작동식 접촉 부재, 예를 들어 접촉 핀일 수 있다.
일 실시형태에서, 다중 웰 플레이트(426)는 각각의 웰의 플레이트의 바닥면 상의 바닥 전기 접촉부를 포함하고, 상기 바닥 전기 접촉부는 플랫폼(701) 상의 전기 접촉 프로브 쌍(들)과 접촉하도록 구성된다. 바닥 전기 접촉부는 플레이트의 웰 내의 상대 전극에 연결된 상대 전극 접촉부와, 플레이트의 웰 내의 작업 전극에 연결된 작업 전극 접촉부를 포함한다. 각 웰은 플레이트 형식 여하에 따라 전기적으로 연결(버스로 연결)되거나 플레이트의 다른 웰 내의 작업 및 상대 전극과 전기적으로 독립적일 수 있는 적어도 하나의 작업 전극 및 하나의 상대 전극을 포함한다.
예시적인 바닥 전기 접촉 패턴들의 비제한적 세트가 도 7i 내지 도 7l에 도시되어 있는데, 도 7i는 도 7cb와 실질적으로 유사한 플랫폼(701)의 핀 접촉 구성을 도시하고 있다. 도 7k는 조사 구역(702 내지 705)을 덮는 예시적인 4개의 웰 아래의 바닥 전기 접촉부의 중첩을 도시하고 있다. 각각의 웰은 예시적인 "Z 모양"을 갖는 바닥 상대 전극(740)과, 2개의 바닥 작업 전극(742, 744)을 갖는다. 바닥 상대 전극들(740)은 서로 전기적으로 연결되지 않으며, 따라서 각각의 웰 또는 각각의 조사 구역을 위한 상대 전극들은 다중 웰 플레이트(426)에서 분리되거나 격리된다.
구역(703)의 경우, Z 모양 바닥 상대 전극(740)은 상대 전극(718, 719)에 연결된다. 바닥 작업 전극(742, 744)은 각각 작업 전극(710, 706)에 연결된다.
구역(705)의 경우, Z 모양 바닥 상대 전극(740)은 상대 전극(720, 721)에 연결된다. 바닥 작업 전극(742, 744)은 각각 작업 전극(711, 708)에 연결된다. 구역들(702, 704)이 유사하게 연결된다.
다음 전기 연결은 웰 자체 내부로의 연결이다. 도 7l에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 각 웰은 웰 작업 전극(750) 및 웰 상대 전극(752, 754)을 갖는다. 여기서, 웰 작업 전극(750)은 Z 모양을 가지며 바닥 작업 전극(742, 744) 모두에 연결되고, 웰 상대 전극(752, 754)은 바닥 상대 전극(740)에 연결된다.
구역(705)의 경우, 플랫폼(701) 상의 작업 전극(711, 708)은 각 웰을 위한 웰 작업 전극(750)과 바닥 작업 전극(742, 744)에 연결된다. 플랫폼(701) 상의 상대 전극(720, 721)은 각 웰을 위한 웰 상대 전극(752, 754)과 바닥 상대 전극(740)에 연결된다. 바닥 상대 전극(740)과 웰 작업 전극(750)에 있어서의 Z 모양은 충분한 전기 접촉을 견디도록 설계된다. 임의의 모양이 사용될 수 있으며, 본 발명은 임의의 특정 모양에 제한되지 않는다.
위의 논의에 나타낸 바와 같이, 각 웰과 각 조사 구역에는 2개의 작업 전극, 예를 들어 구역(705)의 경우 작업 전극(708 및 711), 및 2개의 상대 전극, 예를 들어 구역(705)의 경우 상대 전극(720 및 721)이 있다. 작업 전극과 상대 전극 모두가 위에 나타낸 바와 같이 웰에 전기적으로 연결된다. ECL 전위를 웰에 전도하는 데에는 한 쌍의 작업 전극과 상대 전극만 필요하다. 다른 쌍은 하나 이상의 전극이 오작동하는 경우를 대비한 대리 기능성을 위한 것이다.
도 7i, 도 7k, 및 도 7l과 관련하여 위에서 논의된 실시예로서, 각 웰이 개별적으로 조사될 수 있는 실시예에서, 각 조사 구역 및 웰을 위한 작업 전극들은 플랫폼(701)과 멀티플렉서(738)에서 격리되고, 각 조사 구역 및 웰을 위한 상대 전극들은 다중 웰 플레이트(426)와 그의 바닥 전극 및 웰 전극에서 격리된다는 것을 추가로 주지해야 한다.
도 7j는 조사 구역(702 내지 705)을 덮는 4개의 웰을 동일한 플랫폼(701)으로부터의 접촉 핀 또는 전극을 사용하여 동시에 조사할 수 있는 일 실시예를 예시하고 있다. 도시된 바와 같이, 이 다중 웰 플레이트(426)는 작업 전극(707, 708, 709)을 덮는 바닥 작업 전극(760)을 갖는다. 다중 웰 플레이트(426)는 또한, 적어도 상대 전극(719, 720, 715, 716)을 덮는 바닥 상대 전극(762)을 갖는다. 바닥 작업 전극(760)과 바닥 상대 전극(762)은 4개의 웰 모두에 위쪽으로 전기적으로 연결된다. 하나 이상의 작업 전극(707, 708, 709)과 하나 이상의 상대 전극(719, 720, 715, 716)의 활성화는 4개의 웰 모두에 ECL 전위를 제공할 수 있다. 사용 가능한 복수의 작업 전극과 상대 전극에 의해 대리 기능성도 제공된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 플레이트 바닥부는 전압 전위를 웰들 안으로 전도하기 위해 바닥 전기 접촉부들에 연결된 내부 전기 접촉 도관들을 포함한다. 일 실시형태에서, 적어도 하나의 웰의 바닥 전기 접촉부들이 인접한 웰의 바닥 전기 접촉부들로부터 전기 절연되고, 선택적으로, 적어도 하나의 웰의 내부 전기 접촉 도관들이 인접한 웰의 바닥 전기 접촉부들로부터 전기 절연될 수 있다. 미국 특허 제7842246호 및 미국 특허 출원 공개 20040022677호(둘 모두가 2002년 6월 28일에 "검정 플레이트, 판독기 시스템, 및 발광 시험 측정 방법"이라는 명칭으로 출원되었고, 본원에 원용되어 포함됨)를 참조하는데, 이들은 본원에 개시된 접촉 메커니즘에 의해 조사될 수 있는 플레이트 바닥부의 추가적인 실시형태를 개시하고 있다.
따라서, 본원 실시형태들은 M x N 매트릭스의 웰을 갖는 다중 웰 플레이트에 담긴 샘플을 조사하는 방법을 제공하는 바, 이 방법은 (a) 복수의 조사 구역을 갖는 플레이트 접촉 메커니즘 플랫폼을 제공하는 단계, (b) 단일 웰을 조사하도록 구성된 각각의 조사 구역에 대해 적어도 한 쌍의 전기 접촉 프로브(예를 들어, 작업 전극 접촉 프로브와 상대 전극 접촉 프로브)를 제공하는 단계, (c) 전압 전위를 (i) 하나 이상의 웰을 동시에 조사하기 위한 하나의 조사 구역 또는 (ii) 복수의 웰을 조사하기 위한 복수의 조사 구역에 선택적으로 인가하는 단계, 및 (d) 추가 웰을 조사하기 위해 다중 웰 플레이트를 플랫폼에 대해 이동시키는 단계를 포함한다. 단일 웰을 조사하거나, 또는 M x N개의 웰(여기서 M x N은 P x Q 매트릭스보다 많음)을 조사할 수 있다. 상기 방법은 또한, (e) 전압 전위에 연결하기 위해 플랫폼 상의 전기 접촉 프로브 쌍들 중 적어도 하나의 포지티브 능동 접촉 프로브(예를 들어, 작업 전극 프로브)를 선택함으로써 단계 (c)에서의 전압 전위의 인가를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 단계 (e)는 또한, 전압 전위에 연결되지 않은 적어도 하나의 포지티브 능동 접촉 프로브를 전기 절연시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한, (f) 다중 웰 플레이트의 바닥면 상에 바닥 전기 접촉부를 제공하는 단계와, 선택적으로, (g) 적어도 하나의 전기 복귀로 또는 대안적으로 적어도 하나의 접지 접촉 프로브(예를 들어, 상대 전극 프로브)를 바닥 전기 접촉부로부터 전기 절연시키는 단계도 포함할 수 있다. 선택적으로, 바닥 전기 접촉부로부터의 모든 전기 복귀로들 또는 접지 접촉 프로브들은 서로 격리된다.
위에 설명된 바와 같이, 상기 장치는 두 가지 대안적 유형의 다중 웰 플레이트, 즉 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트(즉, 장치에 의해 한 번에 하나의 웰이 조사되는 플레이트) 및/또는 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트(즉, 장치에 의해 한 번에 한 섹터가 조사되는 플레이트, 여기서 섹터는 인접 웰들의 그룹임)로부터 발광을 측정하는 데 사용될 수 있다. 단일 웰 및 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트를 포함하는 다양한 유형의 다중 웰 플레이트는 미국 특허 제7842246호 및 미국 특허 출원 공개 20040022677호(둘 모두가 2002년 6월 28일에 "검정 플레이트, 판독기 시스템, 및 발광 시험 측정 방법"이라는 명칭으로 출원됨)에 기술되어 있다. 본 발명의 플레이트는, 플레이트 상부, 플레이트 바닥부, 복수의 웰, 작업 전극들, 상대 전극들, 기준 전극들, 유전 물질, 전기 연결부들, 전도성 관통공들, 및 분석 시약들을 포함하지만 이에 국한되지 않는 여러 요소들을 포함한다. 플레이트의 웰은 플레이트 상부의 홀/개구에 의해 한정되고, 플레이트 바닥부는 플레이트 상부에 직접 또는 다른 구성요소와 조합되어서 부착될 수 있으며 웰의 바닥부 역할을 할 수 있다. 하나 이상의 분석 시약이 플레이트의 웰 및/또는 분석 도메인에 포함될 수 있다. 이들 시약은 웰의 표면들 중 하나 이상의 표면에 고정화되거나 배치될 수 있거나, 또는 전극의 표면에 고정화되거나 배치될 수 있거나, 또는 작업 전극의 표면에 고정화되거나 배치될 수 있다. 분석 시약은 웰 내의 특징부에 의해 담기거나 국부화될 수 있는데, 예를 들면, 패턴화된 유전 물질이 유체를 제한하거나 국부화할 수 있다. 플레이트 상부는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 또는 폴리프로필렌과 같은 경질 열가소성 재료로 제조된 단일 성형 구조를 포함할 수 있다. 플레이트 바닥부는 탄소, 탄소 층, 및/또는 스크린 인쇄된 탄소 잉크 층을 포함하는 전극들(예를 들어, 작업 전극들 및/또는 상대 전극들)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 플레이트 바닥부는 기판 상에 증착된 스크린 인쇄된 전도성 잉크로 구성된 전극들을 포함한다.
단일 웰 주소 지정 가능 플레이트는 플레이트 상부 개구를 갖는 플레이트 상부와, 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트의 웰들이 한정되도록 플레이트 상부에 정합되는 플레이트 바닥부를 포함하고, 플레이트 바닥부는, 전극들이 위에 패턴화된 상부면 및 전기 접촉부들이 위에 패턴화된 바닥면을 갖는 기판을 포함하고, 전극들과 접촉부들은 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트의 복수의 웰 바닥부를 한정하도록 패턴화되고, 웰 바닥부 내의 패턴은, (a) 기판의 상부면 상의 작업 전극 - 여기서 작업 전극은 전기 접촉부에 전기적으로 연결됨 -; 및 (b) 기판의 상부면 상의 상대 전극 - 여기서 상대 전극은 전기 접촉부와는 전기적으로 연결되지만 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트의 추가 웰 내의 추가 상대 전극과는 전기적으로 연결되지 않음 - 을 포함한다. 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트의 전극들과 접촉부들은 개별적으로 주소 지정 가능할 수 있다.
다중 웰 주소 지정 가능 플레이트는 플레이트 상부 개구들을 갖는 플레이트 상부와, 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트의 웰들이 한정되도록 플레이트 상부와 정합되는 플레이트 바닥부를 포함하고, 플레이트 바닥부는, 전극들이 위에 패턴화된 상부면 및 전기 접촉부들이 위에 패턴화된 바닥면을 갖는 기판을 포함하고, 전극들과 접촉부들은 2개 이상의 공동으로 주소 지정 가능한 분석 웰들의 2개 이상의 독립적으로 주소 지정 가능한 섹터들이 한정되도록 패턴화되고, 각각의 섹터는, (a) 기판의 상부면 상의 공동으로 주소 지정 가능한 작업 전극들 - 여기서 작업 전극들 각각은 서로 전기적으로 연결되고 적어도 제1의 전기 접촉부에 연결됨 -; 및 (b) 기판의 상부면 상의 공동으로 주소 지정 가능한 상대 전극들 - 여기서 상대 전극들 각각은 서로 간에는 전기적으로 연결되지만 작업 전극과는 연결되지 않으며 적어도 제2 전기 접촉부에 연결됨 - 을 갖는 2개 이상의 웰을 포함한다. 일 실시형태에서, 독립적으로 주소 지정 가능한 섹터들은 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트의 웰들의 50% 미만, 또는 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트의 웰들의 20% 미만을 포함한다. 독립적으로 주소 지정 가능한 섹터는 4x4 어레이의 웰 또는 2x3 어레이의 독립적으로 주소 지정 가능한 섹터를 포함할 수 있다. 대안적으로, 독립적으로 주소 지정 가능한 섹터는 하나 이상의 행 또는 하나 이상의 열의 웰들을 포함할 수 있다.
단일 웰 또는 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트는 4웰 플레이트, 6웰 플레이트, 24웰 플레이트, 96웰 플레이트, 384웰 플레이트, 1536웰 플레이트, 6144웰 플레이트, 또는 9600웰 플레이트일 수 있다. 예시적인 비제한적 96 웰 플레이트가 도 16a에 도시되어 있으며, 여기서는 플레이트 상의 웰들이 A 내지 H의 행과 1 내지 12의 열로 배열된다. 어느 플레이트 형식의 전극도 탄소 입자를 포함하고, 인쇄된 전도성 물질을 더 포함할 수 있으며, 여기서 하나 이상의 전극은 그 위에 형성된 복수의 분석 도메인을 포함한다. 복수의 분석 도메인은 적어도 4개의 분석 도메인을 포함할 수 있고, 적어도 7개의 도메인을 포함할 수 있고, 적어도 10개의 분석 도메인을 포함할 수 있으며, 또한 복수의 분석 도메인은 작업 전극 상에 지지된 하나 이상의 유전체 층 중의 개구들에 의해 한정될 수 있다. 본 발명의 장치에 사용할 수 있는 플레이트는 Meso Scale Discovery(메릴랜드주 로크빌 소재; www.mesoscale.com)로부터 입수 가능하고, L15XA-3, L15XB-3, L15AA-1, L15AB-1, L15SA-1, L15SB-1, L15GB-1, L45XA-3, L45XB-3, N45153A-2, N45153B-2, N45154A-2, 및 N45154B-2(Meso Scale Discovery 카탈로그 번호)인 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트; 및 L55AB-1, L55SA-1, L55XA-1, 및 L55XB-1(Meso Scale Discovery 카탈로그 번호)인 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트를 이에 국한되지 않고 포함한다.
단일 웰 또는 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트는 단일 스팟 또는 다수의 스팟을 포함하는 웰들 내에 작업 전극들을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 하나의 웰 내의 스팟들은 그 웰 내의 작업 전극의 노출 영역이고, 그 노출 영역은 작업 전극 상에 증착되는 패턴화된 유전체 층 중의 구멍들에 의해 한정된다. 도 16b에 도시된 바와 같이, 4개의 스팟, 7개의 스팟, 또는 10개 스팟이 있는 웰이 알려져 있다. 각 웰 내의 개별 원들은 이러한 스팟들을 둘러싸는, 층 위의 유전체에 의해 한정된 노출된 작업 전극 스팟들을 나타낸다. 다중 스팟 웰의 비제한적인 예가 도 16c에 예시되어 있다. 이 예에서는 4-스팟 다중 웰 마우스 사이토카인(mouse cytokine) 분석 플레이트가 도시되어 있다. 다중 스팟 웰은, 일례로, 지정된 스팟들 상에 고정된 결합 시약들의 어레이를 가지고 있고, 그 스팟들 각각은 상이한 분석물을 표적으로 삼는 상이한 결합 시약을 포함한다. 이 도면은 이 실시형태에서 사이토카인을 구체적으로 식별하지만, 다른 실시형태에 따르면 임의의 분석물이 측정될 수 있다. 도 16c는 전기화학발광 샌드위치 면역분석의 맥락에서의 웰의 사용을 보여주고 있다. 4-스팟 웰 상의 스팟들 중 하나(예를 들어, 웰의 하부 우측 부분에 위치한 스팟)에 대해 나타낸 바와 같이, 분석물에 대한 고정화된 결합 시약(이 경우에서는 타겟 분석물 상의 제1 결합 부위를 인식하는 항체("포획 항체(Capture Antibody)" 또는 "포획-Ab"로 지칭됨). 이 웰에서 샘플을 배양한 결과, 분석물이 포획 항체에 의해 포획되어서 작업 전극으로 내려가게 된다. 이 복합체를 전기화학발광 표지(별 모양으로 나타냄)에 연결된 제2 결합 시약(이 경우에서는 타겟 분석물의 제2 결합 부위를 표적으로 삼는 제2 항체("검출 항체(Detection Antibody)" 또는 "표지-Ab"라고 칭함)로 표시됨)과 함께 배양하게 되면 결합된 분석물에 검출 항체가 결합되고 전극에 포획 항체, 분석물, 검출 항체, 및 표지를 포함하는 "샌드위치" 복합체가 형성되며, 여기서 전극 상의 표지의 양은 샘플 내의 분석물의 양을 나타낸다. 이와 유사하게, 다른 스팟들 상의 다른 포획 항체들과, 필요에 따라서는 다른 표지된 검출 항체를 사용하여, 다른 스팟들 상의 다른 분석물들을 포획하고 측정할 수 있다. 적절한 화학 환경에서(예를 들어 Meso Scale Diagnostics로부터 입수되는 MSD Read Buffer T와 같은 ECL 공반응물을 함유하는 용액의 존재 하에) 동일한 웰 내의 작업 전극과 상대 전극 전체에 걸쳐 전위를 인가하게 되면, 스팟들의 샌드위치 복합체 내의 ECL 라벨에 의해 전기화학발광이 생성된다. 특정 스팟에 생성된 광의 강도를 측정하게 되면 해당 스팟에 있는 라벨의 양을 나타내고 이에 따라 샘플 중의 해당 스팟에 대한 타겟 분석물의 농도를 나타내는 신호가 제공된다.
따라서, 상기 장치는 다중 웰 플레이트로부터 발광을 측정하되, 먼저 장치 내의 플레이트 유형을 검출함으로써, 예를 들어 플레이트 구성 정보를 포함하고 있는 다중 웰 플레이트 상의 바코드를 판독하고, 그리고 조사 구역 또는 구역들이 이미징 장치의 이미지화 필드 바로 아래에서 그 이미지화 필드 내에 있도록 접촉 메커니즘과 이미징 장치를 정렬하고, 그리고 (a) 접촉 메커니즘의 각 조사 구역을 전기 절연하고 전위를 제1 구역 내에만 선택적으로 인가하거나(단일 웰 주소 지정 가능 플레이트의 경우) 또는 (b) 2개 이상의 구역을 전기적으로 연결하고 전위를 그 2개 이상의 구역 내에 선택적으로 적용하는 것(다중 웰 주소 지정 가능 플레이트의 경우)에 의한 전위의 선택적으로 인가를 지시함으로써, 다중 웰 플레이트로부터 발광을 측정한다.
상기 장치에 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트가 사용되는 경우, 이미징 시스템과 접촉 메커니즘은 인접 웰들의 그룹 또는 섹터에 해당하는, 예를 들어 4개의 인접 웰들의 그룹에 해당하는, 조사 구역과 정렬되고, 장치는 그 섹터의 모든 웰들에 전압을 선택적으로 인가한다. 그런 다음, 장치는 플레이트 평행 이동 스테이지를 통해 플레이트를 이동시켜서 추가 섹터 또는 그룹의 웰들에 해당하는 추가 조사 구역이 있는 접촉 메커니즘 및 이미징 시스템의 위치를 움직이고, 그 추가 섹터의 웰들에 전압을 선택적으로 인가한다.
상기 장치에 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트가 사용되는 경우, 이미징 시스템과 접촉 메커니즘은 인접 웰들의 그룹 또는 섹터에 해당하는, 예를 들어 4개의 인접 웰들의 그룹에 해당하는, 조사 구역과 정렬되고, 장치는 그 섹터의 각 웰들에 전압을 한 번에 하나씩 선택적으로 인가한다. 마찬가지로, 플레이트 평행 이동 스테이지를 통해 플레이트를 이동시켜서 추가 섹터의 웰들에 해당하는 추가 조사 구역이 있는 접촉 메커니즘 및 이미징 시스템의 위치를 움직여서, 그 추가 섹터의 각 웰을 한 번에 하나씩 조사한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 또 다른 장치 또는 기구, 예를 들어 또 다른 ECL 판독기가 단일 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트를 조사하거나 판독하도록 구성된다. 장치(1000)가 도 10a 및 도 10b에 도시되어 있다. 이 판독기는 비록 다른 양식화된 커버(1001)를 갖고 있지만 위에서 도시되고 논의된 장치(100)와 실질적으로 동일한 수평 풋프린트를 가질 수 있다. 도 10c 및 도 10d는 장치(100 및 1000)의 내부 메커니즘 또는 서브시스템을 비교하고, 아래에 기술된 것을 제외하고는 비교할 수 있음을 보여준다. 도 10c 및 도 10d에 도시된 바와 같이, 두 장치 모두 차광 인클로저(130)를 가지며, 여기에는 차광 인클로저에 접근하기 위한 탈착식 서랍(240)이 구비된다. 두 장치 모두 도입 및 배출 구멍(236, 237)과 그 위에 장착된 바코드 판독기(238)를 구비한 하우징 상부(232)를 갖는다. 또한, 광 검출 시스템(110)이 장치(100)의 하우징 상부(232)에 장착된다. 아래에서 논의되는 상이한 광 검출 시스템(1010)이 장치(1000)의 하우징 상부(232)에 장착된다.
장치(100, 1000)의 차광 인클로저(LTE)는 각각 도 10e 및 도 10f에 도시된 바와 같이 두 기구의 단면도로 가장 잘 예시되어 있다. 원하지 않는 광이, 수직 광 검출 시스템 및 렌즈 시스템을 통해, 또는 플레이트 도입/배출(introduction/rejection) 구멍(236, 237) 상의 도어를 통해, 광 검출 시스템(110, 1010) 및 LTE에 들어갈 수 있다. 도 10g는 장치(100)의 렌즈 시스템의 확대 단면도이다. 원하지 않는 광이 CCD 카메라와 렌즈 유지 어댑터 사이의 연결부(112)와 그리고 렌즈 클램프의 조인트(114)에서 광 검출 시스템(110)에 들어갈 수 있다. 도면 부호 112 및 114의 구불구불한 경로는 원하지 않는 광이 광 검출 시스템(110)으로 들어가는 것을 최소화한다. 본원에서 사용된 "구불구불한 경로(tortuous path)"라는 용어는 다양한 각도의 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 그 이상의 회전을 비틀고, 감고, 그리고/또는 포함하는 경로를 지칭한다. 도 10h는 도어가 플레이트 도입/배출 구멍(236, 237)의 개구를 닫은 후에 원하지 않는 광이 장치(100, 1000)로 들어가는 것을 저지하는 원통형의 구불구불한 경로(116)를 도시하고 있다. CCD 카메라를 향해 이어지는 도어의 상단을 따르는 경로(118)는 도 10i에 가장 잘 도시된 바와 같이 원하지 않는 광이 광 검출 시스템(110, 1010)에 도달하는 것을 더 저지하는 휘어짐도 겪을 수 있다. 또한, 광 검출 시스템(1010)의 어댑터와 CCD 카메라 사이의 구불구불한 경로(1020)와, 원하지 않는 광이 들어오는 것을 저지하기 위한 어댑터 상의 구불구불한 경로(1022)도 도시되어 있다. 장치(100, 1000)는 차광하기 (즉, 원하지 않는 외부 광을 최소화하거나 제거함으로써 차광하기) 위해 이러한 구불구불한 경로를 사용한다.
장치 또는 판독기(1000)는 단일 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트를 판독하도록 설계되기 때문에, 도 11a 내지 도 11c에 예시된 바와 같이, 단순화된 플레이트 접촉 메커니즘을 포함할 수 있다. 웜 기어(723)가 모터(723a)에 의해 구동되어 리드스크류(724)의 치합되는 기어형 바닥 부분(724a)을 회전시킨다. 리드스크류(724)는 지지 기부(700)의 대응하는 나사형 홀을 통해 나사 체결되는 나사형 메인 샤프트(723b)를 구비한다. 웜 기어(723)가 회전함에 따라, 지지 기부(700)의 나사형 홀 내에서 회전하는 리드스크류(724)의 치합 부분(724a)을 회전시킨다. 이러한 회전 운동은 지지 기부(700)를 상승 또는 하강시켜서, 플레이트 접촉 메커니즘의 수직 높이를 여기에 논의된 바와 같이 조정하여, 다중 웰 플레이트의 전도성 바닥부와 접촉하게 한다. 가이드 샤프트(700a)는 나사산이 없을 수 있고, 지지 기부(700)의 상승 및 하강을 안내하기 위해 포함된 지지 기부(700)의 대응하는 홀 내에서 활주하도록 구성될 수 있다.
접촉 플랫폼(1701)은, 이 실시형태에서는 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트인 다중 웰 플레이트(426) 상에서 한 번에 하나의 웰과 전기적으로 접촉하도록 한 크기 및 치수로 구성된다. 접촉 플랫폼(1701)은, ECL 분석이 진행 중인 웰 내의 작업 전극과 상대 전극에 전기를 전도하기 위한, 적어도 하나의 작업 전극 접촉 프로브 및 하나의 상대 전극 접촉 프로브를 포함한다. 한 세트의 예비(backup) 또는 대리 기능성(redundant) 작업 전극 프로브 및 상대 전극 프로브가 포함될 수 있다. 이 실시예에서, 2개의 작업 전극 접촉 프로브 및 2개의 상대 전극 접촉 프로브를 포함하는 4개의 접촉 프로브(1703)가 예시되어 있다. 접촉 프로브(1703)는 직립 스프링 작동식 핀일 수 있다.
도 11d는 단일 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트의 바닥부에 있는 전기 접촉부에 위에서의 접촉 프로브(1703)의 중첩을 보여주고 있다. 다중 웰 플레이트(426)는 각각의 웰 아래에 적어도 하나의 작업 전극 접촉부(1705)와 적어도 하나의 상대 전극 접촉부(1707)를 갖는다. 양전하를 수송하는 접촉 프로브(들)(1703)는 적어도 하나의 작업 전극 접촉부(1705)와 접촉하게 된다. 위에서 논의된 바와 같이, 다른 작업 전극 접촉부(1705)와 접촉하는 제2 접촉 프로브(1703)는 예비용이다. 전기 복귀로에 또는 대안적으로는 접지에 연결될 수 있는 적어도 하나의 접촉 프로브(1703)가 상대 전극 접촉부(1707)와 접촉한다. 상대 전극 접촉부(1707)와 접촉하는 다른 접촉 프로브(1703)는 예비용이다.
접촉 플랫폼(1701)은 한번에 하나의 웰에만 접촉할 필요가 있기 때문에 치수가 접촉 플랫폼(701)보다 더 작을 수 있다. 접촉 플랫폼(1701)은 또한, 본원에서 논의되는 바와 같이, 포커싱 메커니즘, 예를 들어 패턴화된 표면(601 내지 603)을 조명하기 위한 광 출구(725 내지 728)와, 위치 설정 목적의 광 출구(722)도 포함할 수 있다.
장치(100, 1000)는 또한, 각지게 배향된 팬(1202) 및 커버 매니폴드(1204)를 포함하는 개선된 제열 시스템(1200)도 포함할 수 있으며, 커버 매니폴드는 도 12a 및 도 12b에 가장 잘 도시된 바와 같이 팬과 전자장치들, 예를 들어 제어 보드를 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB)을 장치(1000) 내부의 나머지 부분으로부터 분리시킨다. 커버 매니폴드(1204)는 또한 도 10d에 반투명 부분으로 도시되어 있다. 광 검출 시스템(110 또는 1010) 내부의 CCD 센서는 아래에서 논의되는 바와 같이 냉각되고, 이 냉각은 냉각 팬(1208)에 의해 광 검출 시스템(110, 1010)으로부터 제거되는 열을 생성한다. 제거된 열은, 일반적으로, 도 10d에 가장 잘 예시된 바와 같은 장치(1000) 또는 장치(100)의 커버(1001)의 상부로 상승할 것이다. 팬(1202)은 생성된 열을 장치(100, 1000)의 내부로부터 멀리 기류(1210)로서 끌어내기 위해, 더 구체적으로는 화살표(1214)로 나타낸 바와 같이 광 검출기(110, 1010)의 상부로부터 커버 매니폴드(1204) 안으로 해서 통기구(1212)를 통해 장치(1000) 밖으로 끌어내기 위해, 광 검출 시스템(110, 1010)의 상부를 향해 배향된다. 가열된 공기가 빠져나감에 따라 신선한 주변 공기가 장치 안으로 끌려 들어온다. 차광 인클로저 내에 또는 광 검출 시스템(110) 자체 내부에는 팬이 필요하지 않으므로 장치의 크기와 복잡성이 줄어든다.
커버 매니폴드(1204)는 제열 효율을 감소시킬 수 있는 장식 또는 양식화된 커버(1001) 내에서의 유동 재순환이 최소화되도록 하기 위해 가열된 공기를 커버 매니폴드 안으로 끌어 당겨서 통풍구(1212)를 통해 강제로 배출시키는 유동 플리넘(flow plenum)으로서 작용한다. 커버 매니폴드(1204) 내의 PCB도 열을 생성할 수 있으며, 이 열은 장치(1000)를 빠져나가기 전에 기류가 PCB를 통과함에 따라 그 기류(1210, 1214)에 의해서도 제거된다.
커버 매니폴드(1204)는 하우징 상부(232) 상의 전기 및 전자 부품들과 PCB 사이의 전기 연결(1220)을 위한 하나 이상의 개구(1216)를 갖는다. 개구(1216)를 통해 발생할 수 있는 유동 재순환을 최소화하기 위해 커버 매니폴드(1204) 내에 배플(1218)이 제공된다. 배플(1218)은 대체로 수직이고, 도 12b에 도시된 바와 같이 전기 연결부(1220) 뒤에서 하우징 상부(232)를 향해 아래쪽으로 연장될 수 있다. 커버 매니폴드(1204)는 도 12c에서 전기적 연결을 위한 하나의 구성의 개구들(1216)과 함께 개별적으로 도시되어 있다. 커버 매니폴드(1204)를 위한 다른 구성의 개구들(1216)이 도 12d에 도시되어 있는데, 이는 위에서 논의된 기구 또는 장치(100)와 함께 사용될 수 있다. 도 12c 및 도 12d에 가장 잘 도시된 바와 같이, 매니폴드(1204)는 여러 전기 케이블들을 수용할 수 있도록 여러 위치에 위치된 개구들(1216)을 갖도록 설계되거나 변경될 수 있다. 일 실시형태에서, 매니폴드(1204)는 플라스틱으로 제조될 수 있지만, 이러한 케이블들을 수용하기에 적합한 다른 재료도 고려된다. 보다 구체적으로, 도 12c에서의 우측 개구(1216)는 도 12d에서 2개의 개별 개구(1216)로 수정된다. 유동 플리넘을 수정하는 한 가지 이유는 전기 케이블을 수용하기 위해서이다.
도 13은 2개의 팬(202) 및 커버 매니폴드(204)를 포함하는 장치(100)용 제열 시스템(200)의 확대도이다. 팬(202)은 통풍구(1212)에 인접하게 위치된다. 제열 시스템(200)은 또한 도 1c, 도 1d, 도 2c, 도 4b, 및 도 4c에서도 볼 수 있다. 각 팬(202)은 팬(1202)보다 크기가 작고 유량이 적다. 비제한적인 일 실시예에서, 각 팬(202)은 약 11.3 ft3/분의 유량을 가지며 40 mm x 40 mm 풋프린트를 갖는다. 팬(202)은 약 9,500 rpm으로 작동한다. 단일 팬(1202)은 약 36.3 ft3/분의 유량이 가능하고 70 mm x 70 mm 풋프린트를 갖는다. 팬(1202)은 약 3,900 rpm으로 회전한다. 팬(1202)은 팬(202)보다 훨씬 더 많은 유효 유량과 더 낮은 회전 속도를 갖는다. 제열 시스템(1200)은 다음 테스트 결과로 나타난 바와 같이 장치(100 또는 1000)를 보다 효율적이고 더 낮은 소음 수준으로 냉각시킨다.
온도 테스트는 1-팬 구성이 CCD를 주변 온도에 비해 더 높은 ΔT에서 냉각할 수 있음을 보여주고 있다. 또한, 96웰 플레이트의 4개의 모서리 웰과 중앙 웰 사이의 예를 들어 플레이트 판독 후의 최대 온도차는 2-팬 구성의 경우에는 약 1.2℃이고, 더 큰 단일 팬의 경우에는 0.5℃ 더 낮다.
일 실시형태에서, 장치는 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트 또는 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트로부터 발광을 측정할 수 있으며, 여기서 상기 장치는:
(i)
플레이트 유형을 식별하기 위한 플레이트 유형 식별 인터페이스;
(ii)
다중 웰 플레이트를 x-y 평면에서 유지하고 평행 이동시키기 위한 판 평행 이동 스테이지;
(iii)
복수의 접촉 프로브를 포함하고, 플레이트 평행 이동 스테이지 아래에 그 스테이지의 동작 범위 내에 위치되는 플레이트 접촉 메커니즘으로서, 프로브들을 평행 이동 스테이지 상에 위치될 때에 플레이트의 바닥 접촉면에 접촉하게 하고 또한 접촉에서 해제되게 하도록 하기 위해 상기 메커니즘을 상승 및 하강시킬 수 있는 접촉 메커니즘 엘리베이터에 장착되는, 플레이트 접촉 메커니즘;
(iv)
접촉 프로브를 통해 플레이트에 전위를 인가하기 위한 전압원; 및
(v)
플레이트 평행 이동 스테이지 위에, 플레이트 접촉 메커니즘과 수직 정렬되게 위치되는 이미징 시스템을 포함하고,
(a)
상기 이미징 시스템은 P x Q 매트릭스의 웰들을 이미지화하도록 구성되고, 상기 플레이트 접촉 메커니즘은 상기 매트릭스와 연관된 바닥 접촉면과 접촉하도록 구성되고, 상기 플레이트 평행 이동 스테이지는 상기 매트릭스를 이미징 시스템 및 플레이트 접촉 메커니즘과 정렬되게 위치시키기 위해 플레이트를 평행 이동시키도록 구성되고;
(b)
상기 장치는 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트의 매트릭스에 있는 각 웰에 전압을 순차적으로 인가하여 상기 매트릭스를 이미지화하도록 구성되고;
(c)
상기 장치는 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트의 매트릭스에 있는 각 웰에 전압을 순차적으로 인가하여 그 매트릭스를 이미지화하도록 구성된다.
P x Q 매트릭스는 예시적인 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트를 위한 2 x 2 어레이의 웰이다. 이미징 시스템은 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트의 매트릭스의 각 웰로의 각각의 순차적 전압 인가를 하는 동안에 별도의 이미지를 수집할 수 있으며, 이 경우에서 P x Q 매트릭스는 1 x 1 어레이의 웰이다. 플레이트 유형 식별 인터페이스는 바코드 판독기, EPROM 판독기, EEPROM 판독기, 또는 RFID 판독기를 포함할 수 있거나, 또는 대안적으로, 플레이트 유형 식별 인터페이스는 사용자가 플레이트 유형 식별 정보를 입력할 수 있게 구성된 그래픽 사용자 인터페이스를 포함한다.
따라서, 위와 같은 장치를 사용하여서 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트 또는 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트로부터 발광을 측정하는 방법은:
(a)
플레이트 평행 이동 스테이지 상에 플레이트를 장입하는 단계;
(b)
플레이트를 단일 웰 또는 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트로 식별하는 단계;
(c)
제1 P x Q 매트릭스의 웰들을 플레이트 접촉 메커니즘 및 이미징 시스템과 정렬시키기 위해 플레이트 평행 이동 스테이지를 이동시키는 단계;
(d)
접촉 메커니즘 상의 접촉 프로브들이 상기 P x Q 매트릭스의 웰들과 연관된 바닥 접촉면과 접촉하도록 플레이트 접촉 메커니즘을 상승시키는 단계;
(e)
플레이트가 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트인 경우에는 그룹을 이미지화하는 동안 그 그룹 내의 각 웰에 전압을 순차적으로 인가함으로써 상기 P x Q 매트릭스에서 발광을 생성하고 이미지화하는 단계;
(f)
플레이트가 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트인 경우에는 상기 매트릭스를 이미지화하는 동안 그 매트릭스 내의 각 웰에 전압을 순차적으로 인가함으로써 상기 P x Q 매트릭스에서 발광을 생성하고 이미지화하는 단계; 및
(g)
플레이트의 추가 P x Q 매트릭스들에 대해 상기 단계 (c) 내지 단계 (f)를 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
탈착식 서랍은 검출 구멍 아래와 플레이트 평행 이동 스테이지의 높이 아래에 위치한 광원(예를 들어, LED)을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 이 광원 또는 복수의 광원은 플레이트 접촉 메커니즘의 구성요소이다. 광학 포커싱 메커니즘과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 접촉 메커니즘의 광원(들)은 플레이트에 대한 광 검출기의 콘트라스트 및 초점이 조정될 수 있도록 하기 위해 광학 포커싱 메커니즘과 관련하여 사용된다.
도 10 내지 도 12와 이들의 하위 부분에 도시된 바와 같은, 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트에서 발광을 측정하는 방법은,
(a)
플레이트 평행 이동 스테이지 상에 플레이트를 장입하는 단계;
(b)
플레이트를 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트로 식별하는 단계;
(c)
제1 웰을 플레이트 접촉 메커니즘 및 이미징 시스템과 정렬시키기 위해 플레이트 평행 이동 스테이지를 이동시키는 단계;
(d)
접촉 메커니즘 상의 접촉 프로브들이 상기 제1웰과 연관된 바닥 접촉면과 접촉하도록 플레이트 접촉 메커니즘을 상승시키는 단계;
(e)
그룹을 이미지화하는 동안 상기 제1 웰에 전압을 인가함으로써 P x Q 매트릭스에서 발광을 생성하고 이미지화하는 단계;
(g)
플레이트의 추가 웰들에 대해 상기 단계 (c) 내지 단계 (e)를 반복하는 단계를 포함한다.
추가적인 일 실시형태에서, 하나 이상의 광원(들)은 또한 플레이트 정렬의 오류를 수정할 수 있도록 하기 위해 기점 홀 또는 창과 관련하여 사용될 수 있다. 광원으로부터 나온 광은 기점을 통과하여 이미징 장치 상에 이미지화되어 플레이트의 정렬이 올바른지 결정할 수 있도록 한다. 유리하게도, 플레이트 상부에 정합되는 플레이트 바닥부로부터 형성된 플레이트(예를 들어, 미국 특허 제7,842,246호 및 제6,977,722호 - 이들 각각은 본원에 원용되어 포함됨 - 에 기술된 바와 같이 사출 성형된 플레이트 상부에 정합되는 스크린 인쇄된 플레이트 바닥부를 갖는 플레이트)는, 플레이트 상부에 대한 플레이트 바닥부의 오정렬을 수정하기 위한, 패턴화된(예를 들어, 스크린 인쇄된) 또는 플레이트 바닥부 안으로 절단된 기점들을 포함한다. 특정 일 실시형태에서, 이러한 플레이트 상의 플레이트 상부는 기점들의 이미지화가 이루어질 수 있게 하는 플레이트 바닥부 상의 기점들과 정렬된 홀들을 (예를 들어, 플레이트 상부의 외부 프레임에) 포함한다. 따라서, 플레이트 아래에서 생성된 광의 이미지화는, 플레이트의 정확한 위치를 이미지 처리 소프트웨어에 전달하고 또한 카메라 초점 검사를 제공하는 데 사용될 수 있다. 그런 다음 플레이트는 2축 위치 결정 장치를 사용하여 재정렬될 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치는, (1) 광 경로 개구를 갖는 플레이트를 제공하는 단계; (2) 바닥부에서 플레이트를 조명하는 단계; (3) 광 경로 개구부를 통해 들어오는 광을 검출하는 단계; 및 (4) 선택적으로, 플레이트를 재정렬하는 단계를 포함하는 플레이트 위치 결정 방법을 통해, 플레이트를 처리할 수 있다.
일 실시형태에서, 접촉 메커니즘 플랫폼은 제1 정렬 특징부(722)를 포함하고, 광 검출 시스템은 제1 정렬 특징부에 대해 조정 가능한, 플랫폼 위에 위치된 카메라를 포함한다. 제1 정렬 특징부는 광원, 예를 들어 LED일 수 있다. 광 검출 시스템의 카메라는 x-y 평면에서 정렬 특징부에 대해 조정될 수 있다. 플랫폼은 복수의 추가 정렬 특징부를, 예를 들어 각 사분면에 적어도 하나의 추가 정렬 특징부를, 더 포함할 수 있고, 카메라 위치는 각각의 추가 정렬 특징부에 대해 조정될 수 있다. 추가 정렬 특징부는 광원, 예를 들어 LED를 포함할 수 있다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 장치는, (1) 접촉 메커니즘 정렬 특징부를 조명하고; (2) 정렬 특징부에서 나오는 광을 검출하고; (4) 선택적으로, 플레이트 평행 이동 스테이지, 광 검출기, 및/또는 접촉 메커니즘을 재정렬함으로써 광학 포커싱 메커니즘을 사용하여 접촉 메커니즘과 검출 구멍의 적절한 정렬을 확인할 수 있다. 일 실시형태에서, 본 발명의 장치는 플레이트와 접촉하기 전의 접촉 메커니즘의 적절한 정렬을 확인한 다음, 플레이트의 광 경로 개구에서 나오는 광을 검출하고 필요에 따라 플레이트를 재정렬함으로써 플레이트 위치를 확인한다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 접촉 메커니즘 플랫폼의 높이는, 위에서 논의된 바와 같이 플랫폼이 리드스크류(724) 및 지지 기부(700)를 구동하는 웜 기어(723)를 더 포함하기 때문에, 조정 가능하다. 일 실시형태에서, 기어 기구는 웜 기어를 포함한다. 일 실시형태에서, 플랫폼은 마이크로타이터 플레이트, 예를 들어 다중 웰 플레이트를 수용할 수 있는 크기의 플레이트 표면 영역을 포함하고, 플랫폼은, 서랍의 구성요소들을 다중 웰 플레이트 내에 담겨 있을 수 있는 유체의 우발적인 유출로부터 보호할 수 있도록 하기 위해, 상기 플레이트 표면 영역을 둘러싸는 유출물 수집 영역을 더 포함한다.
장치(100)의 광 검출 시스템(110)은 차광 커넥터 또는 배플을 통해 하우징 상부의 검출 구멍에 장착될 수 있는 광 검출기를 포함한다. 특정 실시형태에서, 광 검출기는 CCD 카메라와 같은 이미징 광 검출기이고, 렌즈를 포함할 수도 있다. 예시적인 광 검출 시스템(110)이 도 8a에 도시되어 있다. 서브시스템은, 검출 구멍 위 하우징 상부에 볼트로 체결되는 주조 부품(802)을 통해 하우징 상부에 부착되며 광 검출기(도시되지 않음)를 둘러싸는 광 검출기 하우징(801)을 포함한다. 상기 주조 부품 위에는 도 8b에 예시된 바와 같이 스크류(804)와 기어(805) - 이들은 캠을 형성함 - 로 구성된 조정 기구를 포함하는 버클 또는 클램프(803)가 착좌된다. 이 조정 메커니즘은 또한 아래에서 논의되는 광 검출 시스템(1010)과 함께 사용될 수 있다. 카메라 포커싱 메커니즘은 또한, 카메라의 초점을 필요에 따라 x, y, 및 z 방향으로 수동으로 또는 전동 요소를 통해서 또는 이들 둘 다를 통해서 맞추도록 구성된다. 광 검출 시스템은, 광 검출 시스템 내에서의 또는 광 검출 시스템과 하우징 상부 사이의 접합부에서의 광 누출을 방지하기 위한 하나 이상의 차광 요소를 더 포함한다. 예를 들어, 광 누출을 방지하기 위해, 결합된 구성요소들 사이에 몰딩된 고무 또는 기타 압축성 재료가 개재될 있다. 또한, 광 검출기 하우징은 하우징 내의 광 검출기를 냉각하기 위한 하나 이상의 통풍구 및/또는 냉각 요소를 포함한다. 일 실시형태에서, 하우징은 흡기 통풍구 및 배기 통풍구를 포함하고, 이 통풍구 각각은 하우징의 대향 단부에 위치된다. 추가 통풍구가 하우징에 배치될 수 있다. 일 실시형태에서, 흡기 통풍구는 하우징 내에 위치된 냉각 팬과 일치하도록 한 크기로 형성된다.
카메라에 결합된 렌즈는 차광 인클로저 내에 플레이트로부터 생성된 발광의 초점 맞은 이미지를 제공하는 데 사용된다. 렌즈에 대해 밀봉된 다이어프램과 인클로저 상부의 검출 구멍은, 인클로저를 환경 광으로부터 보호되는 차광 환경으로 유지시키면서 이미징 시스템이 인클로저로부터의 광을 이미지화할 수 있게 한다. 이미징 시스템에 사용하기에 적합한 카메라는 필름 카메라, CCD 카메라, CMOS 카메라 등과 같은 종래의 카메라를 포함하지만 이에 국한되지 않는다. CCD 카메라는 전자 노이즈를 낮추기 위해 냉각될 수 있다. 렌즈는 유리 또는 사출 성형 플라스틱으로 제조될 수 있는 높은 개구수 렌즈일 수 있다. 이미징 시스템은 한 번에 플레이트의 하나 또는 여러 개의 웰을 이미지화하는 데 사용될 수 있다. CCD 칩의 크기와 이미지화되는 영역이 더 가깝게 일치하기 때문에, 단일 웰에서 나오는 광을 이미지화하는 경우의 집광 효율은 한 그룹의 웰들을 이미지화하는 경우의 것보다 높다. 이미지화 영역의 크기 감소 및 집광 효율의 증가는, 높은 검출 감도를 유지함과 동시에 저렴한 소형 CCD 카메라 및 렌즈를 사용할 수 있게 한다.
고해상도가 필요하지 않은 경우, 이미지 수집 동안의 CCD에서의 하드웨어 비닝을 사용하여 측정 감도를 향상시킬 수 있다. 비닝(binning)은 CCD의 인접 픽셀에 축적된 전하를 결합시켜서 슈퍼 픽셀을 생성하는 프로세스로, 이는 단위 면적당 전자 판독 노이즈를 효과적으로 감소시킨다. 비닝은 CCD 픽셀의 시야(field of view), 축소(demagnification), 및 크기에 따라 달라질 수 있다. 일 실시형태에서, 장치(100)의 광 검출기(110)는, 각 픽셀 크기가 24 x 24 미크론이고 총 면적이 12.3 x 12.3 mm 또는 약 151 mm2인 512 x 512 픽셀의 CCD를 구비하며 1.45X의 이미지 축소 계수를 갖는 렌즈를 구비하는 카메라를 포함한다. 이러한 검출기 및 렌즈 조합의 경우, 4 x 4 비닝(즉, 4 x 4 픽셀 그룹에서 16개의 픽셀을 결합시켜 슈퍼 픽셀을 생성)이 사용될 수 있으며, 그 결과로 약 100x100 미크론의 슈퍼 픽셀 크기가 생성되고, 이는 ECL 전극에 있는 물체 평면에서 대략 150미크론 분해능으로 변환된다. 낮은 비용과 크기로 인해 특히 유리한 것은, 냉각되지 않는 카메라 또는 최소로 냉각(예를 들어, 약 -20℃, 약 -10℃, 약 0℃, 또는 이보다 더 높은 온도까지 냉각)되는 카메라를 사용하는 것이다. 일 실시형태에서, 광 검출 시스템은, 이미지화된 웰의 텔레센트릭 뷰(telecentric view)를 생성하도록 설계된 일련의 렌즈 요소들(904 및 905)로 구성된 렌즈 어셈블리와, 필터를 통과하는 광선이 필터에 대해 실질적으로 수직 입사되도록 렌즈 어셈블리 내의 광 경로에 있는 광학 대역통과 필터(903)를 포함한다. 도 9a에 도시된 실시형태에서, 카메라는 이미지화된 웰(901)의 텔레센트릭 뷰를 제공한다. 도 9b는 광 검출 시스템(110)에 있어서의 유리로 제조될 수 있는 또 다른 비제한적인 렌즈 구성을 도시하고 있다. 이 예시적인 렌즈 구성은 비구면이 없는 9개의 광학 요소를 포함할 수 있고, 도 9b는 오른쪽의 타겟 또는 웰에서부터 왼쪽의 CCD 센서까지의 광 경로로서 1.45x 배율의 광 경로를 보여주고 있다. 이러한 렌즈 구성은 독일의 Jenoptik AG에서 생산되고 있다.
위에서 논의된 바와 같이 단일 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트를 판독하도록 구성된, 장치(1000)의 광 검출 시스템(1010)은, 도 10c 및 도 10d에 도시된 바와 같이 장치(100)의 광 검출 시스템(110)보다는 하우징 상부(232)에서 더 작은 치수 또는 풋프린트를 가질 수 있다. 공동 소유의 미국 특허 출원 14/147,216호에서 교시된 바와 같이, 단일 웰로부터의 광을 이미지화하는 경우의 집광 효율은, 전형적인 CCD 칩의 크기와 이미지화할 면적, 즉 다중 웰 플레이트의 단일 웰의 면적이 더 가깝게 일치하기 때문에, 한 그룹의 웰들을 이미지화하는 경우의 것에 비해 높다. 게다가, 한 번에 하나의 웰에서 나오는 광을 이미지화하는 것은 웰들 간의 광학적 크로스토크를 수정할 필요를 없앤다. 이미지화 영역의 크기 감소 및 집광 효율의 증가는, 높은 검출 감도를 유지함과 동시에 더 소형의 저렴한 CCD 카메라 및 렌즈를 사용할 수 있게 한다. 장치(1000)용 CCD 카메라는 장치(100)용 CCD 카메라보다 크기가 작을 수 있으며 전류 및 전력 요건이 낮을 수 있다.
일 실시예에서, 광 검출 시스템(1010)용 CCD 카메라는 1392 픽셀 x 1040 픽셀을 갖고, 각 픽셀은 6.45 x 6.45 ㎛이다. CCD의 총 면적은 약 8.98 mm x 6.7 mm 또는 약 60 mm2이고, 이는 광 검출 시스템(110)용 CCD 카메라보다 작다. 96웰 플레이트에서의 웰의 상단 가장자리의 일반적인 직경은 약 7 mm이고, 각 웰은 약 35mm2의 면적을 갖는다. CCD의 면적은 웰의 상부의 면적의 약 1x 내지 2x, 약 1.25x 내지 약 1.85x, 또는 약 1.5x 내지 1.8x의 범위일 수 있다. 광 검출 시스템(1010)에 적합한 CCD 카메라는 Sony ICX 825 CCD를 사용하는, Artemis CCD, Ltd.에 의해 제조된 ATIK 414-SQ-MSD, 16비트 카메라를 포함한다. 광 검출 시스템(1010)용 CCD 카메라는 일반적으로 최대 24와트에서 단지 10와트의 전력을 소비하므로, 장치(1000)의 양식화된 커버(1001)는 전력 소비가 더 높은 CCD 카메라를 사용하는 장치(100)의 양식화된 커버에 비해 환기를 많이 필요로 하지 않는다. CCD의 크기가 작기 때문에 카메라는 CCD를 냉각하는 데 더 적은 전력을 사용한다. 그 결과, 전반적으로 더 시원한 환경이 만들어지고, 이에 따라 기구에서 플레이트를 읽을 때 플레이트의 온도 상승이 감소된다. 플레이트의 온도 상승이 감소된 결과, 기구에서 판독된 분석에 대해 플레이트 내의 웰들 간의(인트라플레이트) 그리고 플레이트들 간의(인터플레이트) CoV가 낮아진다. 광 검출 시스템(1010)과 함께 사용할 수 있는 렌즈는 확대 또는 축소 없이 1:1의 배율을 갖는다. 배율 인자는 또한 렌즈들이 일치하는 CCD, CCD의 해상도, 및 CCD의 신호 대 노이즈 능력에 따라 최적화된다. 다시 말해, 픽셀당 광이 너무 적으면 낮은 신호 대 노이즈 비로 인해 전체 시스템의 감도가 저하되고, 픽셀당 광이 너무 많으면 픽셀을 조기에 포화시킴으로써 시스템의 동적 범위를 제한하게 된다. 추가 최적화는 아래에서 더 설명된다. 카메라에서 실행되는 4 x 4 비닝 기술이 사용될 수 있다. 와이어와 같은 페라이트 코어형 전기 와이어와, 페라이트 비드 또는 초크(418)(도 4c에 도시된 바와 같음)는, 표준 USB 와이어 및 커넥터를 사용할 수 있는 광 검출 시스템(1010)용 전기 와이어에 필요하지 않다.
광 검출 시스템(1010)은 도 14에 추가로 예시되어 있다. 카메라(1012)는 이 검출 시스템 위에 착좌되어 있다. CCD 센서는 아래에서 논의되는 렌즈 시스템(1900)의 한 단부에 위치된다. 예시적인 시스템에서, 카메라 창은 광 경로에 위치한 광학 대역통과 필터를 포함할 수 있다. 렌즈를 카메라(1012)에 부착하기 위해 카메라-렌즈 어댑터(1014)가 제공된다. 클램핑 메커니즘(1016)은 광 검출 시스템을 하우징 상부(232)에 고정시킨다. 광학 대역통과부(1018)는 렌즈 시스템(1900)을 통과하는 광의 파장을 제한하기 위해 광 경로에 포함될 수 있다. 광 대역통과부(1018)를 통과하는 파장의 범위는 아래에서 논의될 수 있다. 렌즈 어댑터(1014)와 같은 어댑터를 사용하는 이점은 어댑터를 다양한 렌즈 시스템에 맞게 조정할 수 있다는 것이다.
도 15a에 예시된 적절한 예시적인 렌즈 시스템(1900)은 다중 웰 플레이트 상의 단일 웰과 CCD 센서 사이에 위치된다. 예시적인 일 실시형태에서, 렌즈 시스템은 약 550 nm 내지 약 750 nm의 스펙트럼 대역 및 약 570 nm 내지 약 670 nm의 스펙트럼 대역에 대해 절반 배율로 설계된다. 이러한 파장 대역은, 예를 들어 장파 통과 컬러 유리 필터로 제조된, CCD 카메라 창에 의해 제공될 수 있는 바, 상기 장파 통과 컬러 유리 필터는 CCD 표면에 가장 가까운 쪽에는 반사 방지(AR) 코팅이 코팅되고 말단 표면에는 그 필터를 통한 적외선(IR) 파장의 투과가 IR 파장의 상쇄 광 간섭에 의해 억제되도록 하기 위한 다층 코팅이 코팅된다. 이 실시형태에서, 유전체 인터페이스 필터의 렌즈 설계 및 생산은 더 적은 수의 층을 필요로 하게 됨으로써 단순화될 수 있고, 따라서 코팅의 결함 가능성을 최소화할 수 있다. 다른 실시형태에서, 이러한 파장 대역은 광학적으로 투명한 유리로 만들어진 CCD 카메라 창에 의해 제공될 수 있는 바, 상기 광학적으로 투명한 유리는 CCD 표면에 가장 가까운 쪽에는 반사 방지(AR) 코팅이 코팅되고 말단 표면에는 렌즈 시스템이 설계된 스펙트럼 대역의 통과는 허용하지만 그 스펙트럼 대역 외부의 파장은 제외할 수 있도록 하기 위한 다층 코팅이 코팅된다. 이들 실시형태에서, AR 코팅은 CCD 표면에 가장 가까운 쪽에 제공되며, 이는 창 상의 CCD 표면으로부터 반사된 광이 CCD로 다시 반사되는 것을 최소화하는 데 도움이 될 수 있다. 이 광학 필터 코팅이 있는 CCD 카메라 창을 활용함으로써, 위에서 설명한 광학 대역 통과 필터(903 또는 1018)와 같은 별도의 광학 필터를 생략할 수 있다. 이는 판독 버퍼 배경으로부터의 신호는 차단하면서도 ECL 파장은 통과하게 할 수 있다. 이는 또한 아래에서 논의되는 바와 같이 표면 반사와 산란을 줄이고 광 투과를 개선하기 위한 광학 요소의 수를 줄인다. 이 코팅은 또한 신호 대 배경 노이즈를 개선하여 ECL 생성 동안 감도를 증가시킨다. 광 검출 시스템(110)에 있어서의 도 9a 및 도 9b에 예시된 렌즈 시스템도 또한 이러한 유리 대역통과 필터를 사용할 수 있다. 렌즈 시스템(1900)은 치수적으로는 단일 웰 또는 CCD의 면적보다 더 클 수 있다. 특정 이론에 얽매이지 않으면, 더 큰 렌즈는 더 넓은 원뿔 각도의 광을 캡처함으로써 높은 집광 효율을 유지할 수 있다. 렌즈 시스템(1900)은, 이의 단부에 위치하며 운송 중에 광학 요소들을 보호하고 설치 전에 제거되는 캡(1902, 1904)을 구비한다. 2개의 예시적인 이중 요소(1906)는 서로에 대해 반대 배향으로 하우징(1908) 내에 배치된다. 각각의 이중 요소(1906)는 구면(1914)에서 서로 접촉하는 외부 렌즈(1910) 및 내부 렌즈(1912)를 포함한다. 외부 표면(1916)과 내부 표면(1918)은 비구면이다. 비구면 렌즈는 구 또는 원통의 일부가 아닌 표면 프로파일을 갖는다. 비구면 렌즈는, 비점 수차와 같은 광학 수차를 줄이고 더 복잡한 광학 시스템을 단순화하는 것을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다양한 이유로, 광학 시스템에 사용된다. 비구면 렌즈는 렌즈의 두께를 줄이는 데에도 사용할 수 있다. 다른 적합한 렌즈 시스템은 공동 소유의 미국 특허 출원 공개 US 2012/0195800호 및 국제 특허 출원 공개 WO 2009/126303호에 개시되어 있으며, 이들은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다. 본원에서 논의된 렌즈는 유리 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다.
장치(1000)의 렌즈 시스템은 더 적은 수의 렌즈(예를 들어, 광 검출 시스템(110)에 있어서 9개의 렌즈에 대비되게, 광 검출 시스템(1010)에 있어서는 5개의 렌즈)를 사용하게 됨으로써 더욱 최적화된다. 더 적은 수의 렌즈는 표면 인터페이스에서 반사 수를 최소화하여 크로스토크를 감소시킨다. 더 적은 수의 렌즈는 또한 광 투과와 집광을 최대화하므로, 렌즈의 시야에서 포착된 더 많은 광이 CCD에 도달한다. 장치(1000)의 경우, 렌즈의 수는 9개 미만, 또는 7개 미만, 및 5개 이상일 수 있다. 개구수를 선택함으로써 집광 및 광 투과율을 더 최대화시킬 수 있다. 광학 시스템의 개구수(NA)는 광학 시스템이 광을 받아들이거나 방출할 수 있는 각도 범위를 나타낸다. 일반적으로, NA = n1ㆍsinθ1= n2ㆍsinθ2이고, 여기서 n은 광이 통과하는 매질(예를 들어, 공기, 유리, 물, 기름)의 굴절률이고, θ는 렌즈에 들어가거나 렌즈로부터 나올 수 있는 광의 최대 원뿔의 반각이다. 스넬의 법칙 하에서, NA는 인터페이스 전반에 걸쳐 임의의 n 및 θ에 대해 동일하게 유지된다. 한 예에서, 높은 개구수는 웰 내의 스팟(들)에서 더 많은 광을 포착하거나 광의 각도는 렌즈에 대해 얕을 수 있고, 광은 여전히 렌즈에 의해 포착된다. 렌즈는 크로스토크를 최소화함으로써, 즉 반사 및 산란을 최소화하기 위해 광학 요소의 수를 최소화하고 렌즈 또는 카메라 창을 AR 코팅으로 코팅함으로써, 단일 스팟 또는 다수의 스팟, 예를 들어 10-스팟의 웰 구성 모두에 대해 최적화된다. 추가적인 최적화가 아래에서 자세히 설명하는 처리 단계 동안에 성취된다.
도 15b는 유리로 만들어질 수 있는 광 검출 시스템(1010)을 위한 비제한적인 렌즈 구성을 도시하고 있다. 이 예시적인 렌즈 구성은 비구면(들)을 최소 수로 가질 수 있는 5개의 광학 요소를 포함할 수 있고, 도 15b는 오른쪽의 타겟 또는 웰에서부터 왼쪽의 CCD 센서까지의 광 경로로서 무배율, 즉 1.0x 배율의 광 경로를 보여주고 있다. 이러한 렌즈 구성은 독일의 Jenoptik AG에서 생산되고 있다.
광 검출 시스템(110 및 1010) 모두에 사용되는 것과 같은 CCD 카메라는 CCD 센서 상의 수평 방향, 수직 방향, 또는 이들 두 방향에서 단일 픽셀 또는 픽셀들의 클러스터에 알려진 결함을 가지고 있다. CCD 카메라 또는 장치(100 또는 1000) 내의 소프트웨어는 결함이 있는 픽셀이나 또는 클러스터 어느 한 쪽의 픽셀들을 평균화하거나 보간함으로써 이러한 유형의 결함을 수정하는 기능을 포함한다. 결함의 패턴은 임의의 특정 CCD 센서에서 항상 동일하게 유지되므로, CCD 카메라로 만들어진 이미지 내의 결함을 수정하는 데 사용할 수 있는 결함 맵을 만들어낼 수 있다.
플레이트 취급 시스템의 하우징 상부는 플레이트 도입 구멍 위 하우징 상부에 장착된 플레이트 스태커를 추가로 포함하고, 이 플레이트 스태커는 플레이트들을 수용하거나 플레이트 엘리베이터들로 전달하도록 구성된다. 플레이트 스태커는 복수의 플레이트를 수용하고 기구 상의 플레이트의 이동을 방지하도록 구성된 제거 가능한 스태킹 네스트(stacking nest)를 포함할 수 있으며, 이에 의해 스태킹 네스트의 각 플레이트가 플레이트 엘리베이터로 적절하게 도입되는 것을 조정한다. 일 실시형태에서, 스태킹 네스트는 적어도 5개의 플레이트, 또는 적어도 10개의 플레이트를 수용할 수 있고, 또한 스태킹 네스트는 스태킹 네스트의 용량을 추가로 확장하도록 구성된 플레이트 네스팅 확장 요소를 수용할 수 있다. 플레이트 엘리베이터는 플레이트 검출 센서, 예를 들어 커패시턴스 센서를 포함하고, 스태커는 또한, 플레이트 검출 센서, 예를 들어 커패시턴스, 중량, 또는 광학 센서도 포함할 수 있다.
다중 웰 플레이트에서 측정을 수행하기 위한 장치를 사용하는 방법이 제공된다. 플레이트는 다중 스팟 플레이트를 포함하여 종래의 다중 웰 플레이트일 수 있다. 사용될 수 있는 측정 기술은 세포 배양-기반 분석, 결합 분석(응집 테스트, 면역 분석, 핵산 분석, 혼성화 분석 등을 포함함), 효소 분석, 비색 분석 등과 같은 당업계에 공지된 기술들을 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 기타 적합한 기술은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 쉽게 명백해질 것이다.
분석물의 양을 측정하기 위한 방법도 또한, 분석물에 (예를 들어, 분석물의 표지된 결합 파트너들의 사용을 통해) 직접적으로 또는 간접적으로 부착될 수 있는 라벨들의 검출을 통해 분석물들을 측정하는 기술들을 포함한다. 적합한 라벨은 직접적으로 가시화될 수 있는 라벨들(예를 들어, 시각적으로 보일 수 있는 입자들 그리고 광 산란, 광 흡수, 형광, 화학 발광, 전기화학발광, 방사능, 자기장 등과 같은 측정 가능한 신호를 생성하는 라벨들)을 포함한다. 사용될 수 있는 라벨들은 또한, 광 산란, 흡수, 형광 등과 같은 측정 가능한 신호를 일으키는 화학적 활성을 갖는 효소들 또는 기타 화학 반응성 종들을 포함한다. 생성물의 형성은, 예를 들어, 흡수, 형광, 화학발광, 광 산란 등과 같은 측정 가능한 특성에 있어서의 기질에 대한 차이로 인해, 검출 가능할 수 있다. 본 발명에 따른 고상 결합 방법들과 함께 사용될 수 있는 특정(전부는 아님) 측정 방법들은 결합되지 않은 성분들(예를 들어, 라벨들)을 고상으로부터 제거하기 위한 세척 단계로부터 이익을 얻거나 그 세척 단계를 필요로 할 수 있다.
일 실시형태에서, 본 발명의 장치로 수행된 측정은 전기화학발광 기반 분석 형식, 예를 들어 전기화학발광 기반 면역 분석을 사용할 수 있다. ECL의 높은 감도, 넓은 동적 범위, 및 선택성은 의료 진단에 중요한 인자이다. 상업적으로 입수 가능한 ECL 기구는 탁월한 성능을 보여왔으며, 우수한 감도, 동적 범위, 정밀도, 및 복잡한 샘플 매트릭스의 허용 오차를 포함한 이유들로 인해 널리 사용되게 되었다. ECL 방출을 유도할 수 있는 종(ECL-활성 종)이 ECL 라벨로, 예를 들어, (i) 금속이 유래된 유기금속 화합물, 일례로, 트리스-비피리딜-루테늄(RuBpy) 모이어티와 같은 Ru-함유 및 Os-함유 유기금속 화합물을 포함하는 VIII족 귀금속, 및 (ii) 루미놀 및 관련 화합물로, 사용되었다. ECL 처리에서 ECL 라벨에 참여하는 종을 본원에서는 ECL 공동-반응물이라고 칭한다. 일반적으로 사용되는 공반응물은 3차 아민(예를 들어, 미국 특허 제5,846,485호 참조), 옥살레이트, 및 RuBpy로부터의 ECL용 과황산염 및 루미놀로부터의 ECL용 과산화수소를 포함한다(예를 들어, 미국 특허 제5,240,863호 참조). ECL 라벨에 의해 생성된 광은 진단 절차에서 리포터 신호로 사용될 수 있다(본원에 원용되어 포함되는 바드(Bard) 등의 미국 특허 제5,238,808호). 예를 들어, ECL 라벨은 항체, 핵산 프로브, 수용체, 또는 리간드와 같은 결합제에 공유 결합될 수 있고; 결합 상호작용에서의 결합 시약의 참여는 ECL 라벨에서 방출된 ECL을 측정함으로써 모니터링될 수 있다. 대안적으로, ECL-활성 화합물로부터의 ECL 신호는 화학적 환경을 나타낼 수 있다(예를 들어, ECL 공반응물의 형성 또는 파괴를 모니터링하는 ECL 분석을 설명하는 미국 특허 제5,641,623호 참조). ECL, ECL 라벨, ECL 분석, 및 ECL 분석 수행을 위한 계장에 대한 더 많은 배경 정보는 미국 특허 번호 5,093,268; 5,147,806; 5,324,457; 5,591,581; 5,597,910; 5,641,623; 5,643,713; 5,679,519; 5,705,402; 5,846,485; 5,866,434; 5,786,141; 5,731,147; 6,066,448; 6,136,268; 5,776,672; 5,308,754; 5,240,863; 6,207,369; 6,214,552 및 5,589,136과; 공개된 PCT 번호 WO99/63347; WO00/03233; WO99/58962; WO99/32662; WO99/14599; WO98/12539; WO97/36931; 및 WO98/57154에 기재되어 있으며, 이들 모두는 본원에 원용되어 포함된다.
특정 실시형태에서, 전기화학발광(ECL) 분석에 사용하도록 구성된 플레이트가 미국 특허 제7,842,246호- 이는 본원에 원용되어 포함됨 - 에 기재된 바와 같이 사용된다. 본 발명의 장치는 한 번에 하나의 웰 또는 한 번에 하나 초과의 웰로부터 ECL을 검출하도록 구성된 플레이트를 사용할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 한 번에 하나의 웰 또는 한 번에 하나 초과의 웰에서 ECL을 검출하도록 구성된 플레이트는 한 번에 하나의 웰 또는 한 번에 하나 초과의 웰의 전극에 전기 에너지를 인가할 수 있게 특별히 패턴화된 전극 및 전극 접촉부를 포함한다. 이 장치는 예를 들어 글레저(Glezer) 등의 미국 특허 제7,807,448호 - 이는 본원에 원용되어 포함됨 - 에 설명된 바와 같이 건조 시약 및/또는 밀봉된 웰을 담고 있는 플레이트에서 분석을 수행하는 데 특히 적합할 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 방법은 (a) 플레이트를 플레이트 스태커에 도입하는 단계, (b) 차광 도어를 개방하는 단계, (c) 플레이트를 플레이트 스태커로부터 플레이트 평행 이동 스테이지 상의 리프팅 플랫폼으로 내리는 단계, (d) 차광 도어를 밀봉하는 단계, (e) 광 검출기 아래에 하나 이상의 웰을 위치시키기 위해 플레이트를 평행 이동시키는 단계, (f) 하나 이상의 웰로부터의 발광을 검출하는 단계, (g) 차광 도어를 개방하는 단계, (h) 플레이트를 플레이트 스태커 아래의 위치로 평행 이동시키는 단계, 및 (i) 플레이트를 플레이트 스태커로 올리는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 또한, 플레이트 상의 플레이트 식별자를 판독하고 플레이트 구성을 식별하는 단계, 광 검출기 아래에 하나 이상의 웰을 위치시키기 위해 플레이트를 평행 이동시키는 단계, 선택적으로, 접촉 메커니즘 상의 하나 이상의 정렬 특징을 이미지화하고 접촉 메커니즘에 대한 광 검출기의 위치를 조정하는 단계, 및 플레이트 구성에 기초하여 하나 이상의 조사 구역(interrogation zone) 내에서 전위를 선택적으로 인가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 광 검출기 아래에 하나 이상의 추가 웰을 위치시키기 위해 플레이트 캐리지를 평행 이동시키는 단계와, 하나 이상의 추가 웰로부터의 발광을 검출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한, 선택적으로, 하나 이상의 웰의 전극에 (예를 들어, 전기화학발광을 유도하기 위해) 전기 에너지를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
ECL 기반 다중 테스트는 미국 특허 제7,842,246호 및 제6,977,722호 각각의 미국 특허 출원 공개 2004/0022677호 및 2004/0052646호; 미국 특허 제7,063,946호의 미국 특허 출원 공개 2003/0207290호; 미국 특허 제7,858,321호의 미국 특허 출원 공개 2003/0113713호; 미국 특허 제7,497,997호의 미국 특허 출원 공개 2004/0189311호; 및 미국 특허 제7,981,362호의 미국 특허 출원 공개 2005/0142033호에 기술되어 있는 바, 이들 각각은 본원에 원용되어 포함된다.
본원에 설명된 장치를 사용하여 생물학적 제제에 대한 분석을 수행하는 방법도 제공된다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 결합 분석(binding assay)이다. 또 다른 실시형태에서, 상기 방법은 고상 결합 분석(일 실시예에서, 고상 면역 분석)이고, 분석 조성물을 분석 조성물에 존재하는 관심 분석물들(또는 그 관심 분석물들의 결합 경쟁자)에 결합하는 하나 이상의 결합 표면과 접촉시키는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한, 분석 조성물을 관심 분석물과 특이적으로 결합할 수 있는 하나 이상의 검출 시약과 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 본원의 실시형태에 따른 다중 결합 분석 방법은 당업계에서 이용 가능한 다수의 형식을 포함할 수 있다. 적합한 분석 방법은 샌드위치식 또는 경쟁적 결합 분석 형식을 포함한다. 샌드위치식 면역 분석의 예는, 각각이 본원에 원용되어 포함되는 미국 특허 제4,168,146호 및 제4,366,241호에 기술되어 있다. 경쟁적 면역 분석의 예는, 각각이 본원에 원용되어 포함되는 뷔츨러(Buechler)등의 미국 특허 제4,235,601호; 제4,442,204호; 및 제5,208,535호에 개시되어 있다. 일 실시예에서, 해양 및 진균 독소와 같은 소분자 독소는 경쟁 면역 분석 형식으로 유리하게 측정될 수 있다.
일 실시예에서, 위에 설명된 장치(100)는, (i) 다중 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트, 예를 들어 4웰 주소 지정 가능 96웰 플레이트 상에서나 또는 (ii) 단일 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트, 예를 들어 단일 웰 주소 지정 가능 96웰 플레이트에서 ECL 테스트를 수행하도록 구성된 ECL 판독기이다. 웰은 1-스팟 또는 1-스팟 소형 스팟, 4-스팟, 7-스팟, 10-스팟일 수 있다. 장치(100)는 다중 웰 주소 지정 가능 모드이거나 또는 단일 웰 주소 지정 가능 모드인지에 따라 약 1:29분 또는 2:42분에 플레이트를 판독할 수 있다. 적절하게 교정된 ECL 판독기의 경우, 모드에 따라 달라지기는 하지만, 10-스팟 다크 노이즈는 약 13/14 ECL 카운트이고 10-스팟 포화는 약 1.9x106/2.2x106 ECL 카운트이고, 이는 효과적인 동적 범위(포화 값/다크 노이즈)를 약 1.4x105 내지 약 1.5x105이 되게 한다. 비제한적이고 예시적인 교정된 ECL 판독기는 메릴랜드주 로크빌에 소재하는 Meso Scale Diagnostics로부터 입수 가능한 MSD Free Tag ECL 15,000 용액을 담고 있는 MSD QUICKPLEX 플레이트에서 생성된 ECL에 대해 15,000 카운트의 공칭 신호를 제공하도록 교정된 기구이다. 장치(100)는 V-PLEX, U-PLEX, 및 R-PLEX 분석 키트 - 이들도 Meso Scale Diagnostics로부터 입수 가능함 - 와 호환된다. V-PLEX, U-PLEX, 및 기타 분석 키트는 공동 소유의 국제 특허 출원 공개 WO 2018/017156A1호 및 WO 2017/015636A1호에 기술되어 있으며, 이는 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다.
다른 실시예에서, 위에 설명된 바와 같은 장치(1000)는 단일 웰 주소 지정 가능 다중 웰 플레이트에서, 예를 들어 단일 웰 주소 지정 가능 96웰 플레이트 1-스팟 또는 단일 웰 주소 지정 가능 96-웰 플레이트 1-스팟 소형 스팟에서, ECL 테스트를 수행하도록 설계된 ECL 판독기이다. 장치(100)는 4-스팟, 7-스팟, 또는 10-스팟 플레이트와 함께 사용할 수도 있다. 장치(1000)는 위에서 논의된 바와 같이 적절하게 보정된 경우에는 이러한 플레이트 하나를 약 2:37분 내에 읽을 수 있고 이 때 1-스팟 다크 노이즈는 약 3 ECL 카운트이고 1-스팟 포화는 약 1.3x106 ECL 카운트이며, 이는 효과적인 동적 범위(포화 값/다크 노이즈)를 약 4.3x105이 되게 한다. 장치(1000)는 U-PLEX 및 R-PLEX 분석 키트 - 이들도 매릴랜드주 로크빌에 소재하는 Meso Scale Diagnostics로부터 입수 가능함 - 와 호환된다. 비제한적인 예시적인 장치(1000)에 대한 사양은 다음과 같다.
검출 시약, 결합 표면의 결합 성분, 및/또는 가교 시약으로 사용될 수 있는 결합 시약은 항체(antibodies), 수용체(receptors), 리간드(ligands), 합텐(haptens), 항원(antigens), 에피토프(epitopes), 유사토프(mimitopes), 앱타머(aptamers), 혼성화 파트너(hybridization partners), 및 인터칼레이터(intercalaters)를 포함하지만 이에 국한되지는 않는다. 적합한 결합 시약 조성물은 단백질, 핵산, 약물, 스테로이드, 호르몬, 지질, 다당류, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다. 용어 "항체"는 온전한 항체 분자(항체 서브유닛의 시험관내 재결합에 의해 모여진 하이브리드 항체를 포함), 항체 단편, 및 항체의 항원 결합 도메인을 포함하는 재조합 단백질 작제물을 포함한다(예를 들어 문헌[Porter & Weir, J. Cell Physiol., 67 (Suppl 1):51-64, 1966]; 문헌[Hochman et al., Biochemistry 12:1130-1135, 1973]에 기술된 바와 같고, 이들은 본원에 원용되어 포함됨). 이 용어는 또한, 예를 들어 라벨의 도입에 의해 화학적으로 변형된 온전한 항체 분자, 항체 단편, 및 항체 작제물도 포함한다.
본원에 사용되는 측정이라 함은 정량적 측정과 정성적 측정을 포함하는 것으로 이해되며, 샘플에서 분석물의 존재를 검출하는 것, 분석물의 양을 정량화하는 것, 기지의 분석물을 식별하는 것, 및/또는 미지의 분석물의 정체를 결정하는 것을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다양한 목적으로 수행되는 측정을 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 하나 이상의 결합 표면에 결합된 제1 결합 시약과 제2 결합 시약의 양은 샘플 내의 분석물의 농도 값, 즉 샘플의 부피당 각 분석물의 양으로 나타낼 수 있다.
분석물은 전기화학발광 기반 분석 형식을 사용하여 검출할 수 있다. 전기화학발광 측정은 전극 표면에 고정되거나 아니면 수집된 결합 시약을 사용하여 수행될 수 있다. 예시적인 전극은 특수 설계된 카트리지 및/또는 다중 웰 플레이트(예를 들어 24웰, 96웰, 384웰 등의 웰 플레이트)의 바닥부에 패턴화될 수 있는 스크린 인쇄된 탄소 잉크 전극을 포함한다. 탄소 전극의 표면에 있는 ECL 라벨로부터의 전기화학발광은 미국 특허 제7,842,246호 및 제6,977,722호(둘 다 2002년 6월 28일에 "Assay Plates, Reader Systems and Methods for Luminescence Test Measurements"라는 명칭으로 출원되고, 이들은 본원에 원용되어 포함됨)에 기술된 바와 같이 이미징 플레이트 판독기를 사용하여 유도 및 측정된다. 유사한 플레이트 및 플레이트 판독기가 현재 상업적으로 입수 가능하다(미국 메린랜드주 로크빌 소재, Meso Scale Diagnostics, LLC의 사업부, Meso Scale Discovery의 MULTI-SPOT® 및 MULTI-ARRAY® 상표명의 플레이트 및 SECTOR® 상표명의 기구).
일 실시형태에서, 선택된 생물학적 제제를 샌드위치식 면역 분석 형식에서 검출하는 데에, 플레이트 내의 전극에 고정된 항체를 사용할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 복수의 선택된 생물학적 제제를 샌드위치식 면역 분석 형식에서 검출하는 데에, 플레이트 내의 집적 전극 상에 패턴화된 항체의 마이크로어레이를 사용할 것이다. 따라서, 각 웰은 플레이트의 작업 전극에 고정된 하나 이상의 포획 항체를 포함하고, 선택적으로, 건조 형태로 또는 개별 성분으로, 예를 들어 키트에, 샘플 분석에 필요하고 양성 및 음성 대조를 수행하는 데 필요한 모든 추가 시약 및 표지된 검출 항체를 포함한다.
위에서 설명된 장치(100 및 1000)와 같은 ECL 판독기는 최초 사용 전에 또는 정기적으로 검정을 거친다. 어떠한 분석 실행을 위해서도 작동하는 ECL 판독기가 있어야 하기 때문에 ECL 판독기를 검증하는 단계들은 검증 프로세스 시작 시에 함께 완료되어야 한다. ECL 검증은 플레이트에 인가된 전류를 측정하는 전자 플레이트로 ECL 판독기를 실행하는 단계를 포함한다. 이는 인가된 전류가 적절하고 균일해지는 것을 보장한다. 다음 단계가 될 수 있는 또 다른 단계는 ECL 판독기 내에서 전자 노이즈 또는 백그라운드/다크 노이즈의 수준을 측정하기 위해 빈 분석 마이크로플레이트로, 예를 들어 MSD 96웰 플레이트로, ECL 판독기를 실행하는 것이다. 다른 두 단계가 뒤따를 수 있는 또 다른 단계는 ECL 판독기가 예상 카운트를 판독하고 있는 중인지를 확인하기 위해 Meso Scale Diagnostics Read Buffer에서 결합되지 않은 SULFO-TAG(이하에서 "자유 태그(free tag)"라고 함)로 구성된 시약으로 분석 트레이를 채우는 것이다. 예를 들어, 300,000 카운트 자유 태그가 ECL 신호를 생성하기 위한 검출 시약으로 사용될 수 있다. 따라서, ECL 판독기는 각 웰에서 약 300k 카운트를 사전에 결정된 작은 범위 내에서 판독해야 한다. 300k 자유 태그는 Meso Scale Diagnostics로부터 입수할 수 있다.
8행(A-H) 및 12열(1-12)이 있는 표준 96웰 플레이트와 유사한 전자 플레이트인 한 예에서, 검증 단계는 예시적인 웰 위치 A9, B10, C11, D12 및 E4, F3, G2, H1의 웰을 판독하여 판독값이 사전에 결정된 양 이상인지, 예를 들어 2000 카운트 이상인지, 여부를 결정한다. 그 밖의 다른 웰 위치 및 다른 수의 웰 위치를 선택할 수 있다. ECL 판독기가 판독할 것으로 예상되는 모든 웰 구성에 대한 전자 플레이트는 검증되어야 한다.
장치 또는 기구(100 또는 1000)를 작동시키는 마이크로프로세서는 ARM Holdings에 의해 허가된 ARM7 프로세서를 기반으로 할 수 있다. 이러한 마이크로프로세서는 32비트 또는 64비트 아키텍처이고, 스마트폰(GSM 기반), 가정용 또는 휴대용 비디오 게임 콘솔, 및 휴대용 미디어 플레이어에 사용되고 있다. 공동 소유의 국제 특허 출원 공개 WO 2009/126303호 및 미국 특허 출원 공개 US 2012/0195800호에서 논의되었고 내부적으로 "PR-2" ECL 판독기로 알려진, 본 출원의 양수인에 의해 제조된 것을 포함한, 초기 ECL 판독기는 80C251 마이크로프로세서와 이의 아키텍처를 활용한다. 이들 공동 소유 특허 문헌들은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다.
위에서 논의된 바와 같이, 장치(100, 1000) 모두는 한번에 하나의 웰을 판독할 수 있다. 예시적인 비제한적인 단일 웰 판독 순서가 도 17a에 예시되어 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 플레이트 배향 센서는 판독되는 플레이트의 배향을 판독되는 대로 확인하는 데 활용된다. 단일 웰 주소 지정 가능 또는 단일 웰 판독의 경우의 예시적인 판독 패턴이 도 17a에 도시되어 있다. 판독은 가장 낮은 행 또는 웰인 85번 표지를 붙인 H1에서 시작하여 반시계 방향으로 안쪽으로 나선형 방식으로 계속되어서 마찬가지로 40번 표지를 붙인 웰인 D4에서 완료된다. 도 17a에 도시된 판독 순서는 장치(1000)에 의해 사용될 수 있다. 열 단위, 행 단위, 임의의 주변부 웰에서 시작하는 시계 방향 또는 반시계 방향, 프랙탈 패턴, 삼각형 패턴, 측지선 패턴 등과 같은 기타 판독 패턴이 장치(100 또는 1000)에서 사용될 수 있다. 유리하기로는, 나선형 판독 패턴이 플레이트의 불균일한 가열의 영향을 최소화함으로써 판독의 정밀도 및 정확도를 증가시키는데, 다시 말하자면, 변동 계수를 개선한다. 일반적으로 플레이트의 외측은 중심보다 더 빠른 속도로 가열된다. 나선형 패턴은 먼저 플레이트의 주변부의 웰을 판독한 다음 중심 쪽으로 판독함으로써 이러한 가열 패턴을 감안하게 된다. 따라서 불균일한 가열로 인한 온도 변화가 최소화된다.
P x Q 웰 매트릭스가 2x2 웰일 때의 예시적인 비제한적 판독 순서가 도 17b에 예시되어 있다. 판독할 첫 번째 2x2 섹터는 플레이트의 좌측 하부에 있는 섹터이며, 판독 순서는 반시계 방향의 안쪽으로 나선형인 방향으로 계속된다. 2x2 웰 섹터 내의 모든 웰이 장치(100)에 의해 동시에 판독된다. 일 실시형태에서, 단일 웰을 판독할 때, 장치(100)는 예시된 바와 같이 2x2 웰 섹터 내에서 우측 상부에서 시작하여 - 좌측 상부 - 좌측 하부 - 우측 하부로 이어지는 예시적인 판독 순서를 따를 수 있다. 도 17a에 도시된 판독 패턴도 또한 단일 웰을 판독할 때 장치(100)에 의해 사용될 수 있다.
장치(100 및 1000)에 있어서의 플레이트 판독 시간은, 공동 소유의 국제 특허 출원 공개 WO 2009/126303호 및 미국 특허 출원 공개 US 2012/0195800호에 설명되고 청구된 선행 ECL 장치에 있어서의 판독 시간과 비교해서, 높게 반복 가능하다. 상기 선행 장치는 신호 강도에 따라 달라지는 비닝을 전환하게끔 하는 동적 범위 확장을 활용한다. 이러한 비닝 전환으로 인해 플레이트 판독 시간이 변경될 수 있고, 이러한 변경(위에서 설명한 감소된 CCD 가열과 함께)은 %CoV를 더 낮게 하고 분석 재현성 더 양호하게 하는 결과를 가져온다. 여기에 설명된 바와 같이, ECL 장치(100 및 1000)는 동적 범위 사전 펄스를 필요로 하지 않으며, 동적 범위 확장을 사용하는 것을 피할 수 있으며, 프로브 접촉 스테퍼 모터의 모터 속도를 증가시킬 수 있기 때문에, 장치(100 및 1000)는 또한 판독 시간이 선행 장치에 비해 더 빠르다.
한 예에서, 장치(1000)용 접촉 모터의 이동을 위한 시간 주기는 장치(100)의 시간 주기에 비하여 단축되었다. 접촉 모터는 접촉 플랫폼(701, 1701)을 다중 웰 플레이트의 바닥을 향해 구동하여 웰에 전압을 전도하여서 분석을 수행한다. 접촉 모터는 본원에 설명된 스테퍼 모터일 수 있고, 이 예에서는 약 0.0000625 인치/스텝인 회전 대 선형 변환(rotational to linear conversion)을 갖는다. 장치(1000)를 위한 예시적인 접촉 스테퍼 모터는 더 빠르고, 약 0.9375 인치/sec(2.38 cm/s)의 최대 속도 및 62.5 인치/sec2(158.75 cm/s2)의 최대 가속도를 갖는다. 장치(100)를 위한 접촉 스테퍼 모터는 약 0.46875 인치/sec(1.19 cm/s)의 최대 속도 및 4.6875 인치/sec2(11.9 cm/s2)의 최대 가속도를 갖는다. 위에서 논의된 바와 같이, 접촉 플랫폼(1701)은 접촉 플랫폼(701)보다 적은 수의 접촉 프로브를 가지며 크기도 그 접촉 프로브보다 작다. 따라서 접촉 플랫폼(1701)은 상당히 더 작은 질량을 가지며, 스테퍼 모터에 의해 더 높은 가속도로 구동될 수 있다.
플레이트 판독 시간을 더 향상시키기 위해, 접촉 스테퍼 모터는 웰들 사이 또는 P x Q(2x2) 섹터들 사이의 접촉 플랫폼을 완전히 낮추지 않는다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 작업 전극 및 상대 전극에 인가된 전압은 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트에 대해 최적화된다. 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트의 경우, P x Q 섹터의 웰들에 인가되는 전압은 단일 웰에 가해지는 것보다 더 오래 지속된다. ECL 신호를 보존하기 위해서는, 초기 전압(Vi)으로부터 최종 전압(Vf)까지의 증가율을 가능한 한 낮게 유지해야 한다. 장치(100 및 1000) 모두의 경우의 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트 및 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트에 대한 전압 파형이 아래에 공표된다. 또한, 전압 파형 창이 조정될 수 있으므로, 각 화학제 및 기하형태에 대한 자연스러운 ECL 반응 피크가 전압 램프 윈도우 내에서 완전히 캡처되게 된다. 많은 것들 중에서도 특히 표면 탄소를 개질하고 친수성 표면을 생성하기 위해, 고 결합(High Bind) 플레이트는 플라즈마로 처리한다.
장치(100) 및 장치(1000)의 경우의 단일 웰 주소 지정 가능 플레이트에 있어서의 단일 웰들에 대한 전압 파형은 실질적으로 동일할 수 있다. 그 파형은 다중 웰 주소 지정 가능 플레이트에 대한 파형보다 더 높은 Vi에서 시작하여 더 낮은 Vf에서 끝난다. 여기에 설명된 파형은 각기 다른 전압 램프율(voltage ramp rate)을 제공하며, 이는 위에서 설명된 다양한 플레이트 전반에 걸쳐 총 판독 시간을 개선하는 데 도움이 된다.
전압 램프율은 Vf(최종 전압)와 Vi(초기 전압) 간의 차이를 지속 시간(t(s))으로 나눈 값으로 정의된다. 본 발명자들은 ECL 응답이 플레이트마다, 예를 들어 표준 결합(Standard Bind) 대비 고 결합(High Bind)에서, 상이하거나 상이할 수 있음을 인식하였다. ECL 응답이 일어나는 전압은 표준 결합과 고 결합 간에 다르며, 스팟 번호들 및 배열들 간에도 다르다. 도 18a에 가장 잘 도시된 바와 같이, ECL 응답은 이 예에서는 십자 해칭 표시된 영역인 전압 램프 윈도우를 넘어 확장될 수 있다. 이 전압 램프 윈도우를 넘어 확장되는 ECL 응답 부분은 검출되지 않는다. 지속 시간을 연장(전체 플레이트를 판독하는 시간이 증가하게 됨)하지 않고서 또는 전압 램프율을 증가시킴으로써(ECL 신호 생성을 감소시키게 됨) ECL 응답의 검출을 향상시키기 위해서는, 전압 램프 윈도우를 이동시켜서, 예를 들어 도 18b에 예시된 이 예시적인 비제한적인 예에서는 Vi와 Vf를 증가시켜서, ECL 응답이 전압 램프 윈도우 내에 맞도록 변경되게끔 한다. 따라서, ECL 응답의 검출이 다양한 다중 웰 플레이트에 대해 플레이트 판독 시간의 연장 없이 최적화된다.
다른 실시형태에서, 장치(100) 뿐만 아니라 장치(1000)는 플레이트의 웰을 통해 흐르는 전류(및/또는 전압)를 기록한다. 장치(1000)는 단일 웰 모드에 있을 때 장치(100) 뿐만 아니라 단일 웰을 한 번에 조사할 수 있고, 따라서 단일 웰에 전압과 전류를 인가할 수 있다. 한편, 장치(100)는 다중 웰 모드에 있을 때 실질적으로 동일한 전압을 다수의 웰에 인가할 수 있어서 더 많은 전류를 인가하게 된다. 소프트웨어는 파형을 통해 적분된 전류의 피크와 합을 모두 보고하고 저장한다. 적분된 전류는 사전 결정 임계값과 비교되어, 웰에 전기적 단락이 있는지, 또는 전기 개방 회로가 있는지, 즉 웰에 샘플이 없는 때인지가, 결정될 수 있다. 이러한 오류 검출은 ECL 신호를 수집하거나 캡처하는 동안에는 활성화되지 않지만 나중에 저장되고 검토된다.
본 개시내용에 인용된 특허, 특허 출원, 간행물, 및 시험 방법은 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다. 본 발명은 본원에 기술된 특정 실시형태에 의해 범위가 제한되지 않는다. 실제로, 본원에 기술된 것 이외에 본 발명의 다양한 변형은 전술한 설명 및 첨부 도면으로부터 당업자에게 명백해지게 될 것이다. 그러한 변형은 청구범위의 범위에 속하는 것으로 의도되어 있다.
추가 실시형태는 적어도 다음을 포함한다:
실시형태 1은 기구로서, CCD 센서 및 광학 렌즈 시스템을 포함하는 광 검출 시스템을 포함하고, 상기 광 검출 시스템은 다중 웰 플레이트에서 단일 웰 위에 한 번 위치하여 상기 단일 웰의 전기화학발광 분석을 수행하고, 상기 CCD 센서의 면적은 상기 단일 웰의 면적의 대략 1x 내지 2x이고, 상기 광 검출 시스템은 상기 CCD 센서를 냉각시키도록 한 크기와 치수로 되어 있는 냉각 장치를 추가로 포함하고, 당해 기구는, 상기 냉각 장치로부터 배출된 가열된 공기가 유동 플리넘 안으로 끌어 당겨져서 기구 밖으로 끌어 당겨지도록, 비스듬히 배향된 적어도 하나의 팬을 포함하는 제열 시스템을 추가로 포함하는, 기구이다.
실시형태 2는 실시형태 1의 기구에 있어서, 상기 광학 렌즈 시스템은 복수의 렌즈를 포함하고, 상기 복수의 렌즈는 구면과 비구면 모두를 갖는, 기구이다.
실시형태 3은 실시형태 2의 기구에 있어서, 상기 복수의 렌즈의 면적은 상기 단일 웰의 면적보다 큰, 기구이다.
실시형태 4는 실시형태 1 내지 3의 기구에 있어서, 청구항 1의 기구에 있어서, 상기 광 검출 시스템은 하우징 상부에 실질적으로 수직 방향으로 장착된, 기구이다.
실시형태 5는 실시형태 1 내지 4의 기구에 있어서, 상기 제열 시스템은 하우징 상부에 장착된, 기구이다.
실시형태 6은 실시형태 2 내지 5의 기구에 있어서, 적어도 하나의 팬이 상기 플리넘 내에 수용된, 기구이다.
실시형태 7은 실시형태 1 내지 6의 기구에 있어서, 상기 플리넘은 적어도 하나의 인쇄 회로 기판(PCB)을 수용하고, 적어도 하나의 PCB와 상기 플리넘 외부의 전기 구성요소들 사이의 전기적 연결이 이루어지게 하는 적어도 하나의 개구를 포함하는, 기구이다.
실시형태 8은 실시형태 1 내지 7의 기구에 있어서, 유동 배플(flow baffle)이 당해 기구 내에서의 공기의 재순환을 최소화하기 위해 상기 플리넘 내에 위치된, 기구이다.
실시형태 9는 실시형태 7의 기구에 있어서, 상기 가열된 공기는 당해 기구를 빠져나가기 전에 CCD 센서와 플레이트로부터 멀리 흐르는, 기구이다.
실시형태 10은 실시형태 9의 기구에 있어서, 상기 가열된 공기는 당해 기구를 빠져나가기 전에 적어도 하나의 PCB를 가로질러 더 흐르는, 기구이다.
실시형태 11은 실시형태 1 내지 10의 기구에 있어서, 상기 CCD 센서의 면적은 상기 단일 웰의 면적의 약 1.25x 내지 1.85x인, 기구이다.
실시형태 12는 실시형태 2 내지 11의 기구에 있어서, 상기 CCD 센서의 면적은 상기 단일 웰의 면적의 약 1.50x 내지 1.80x인, 기구이다.
실시형태 13은 실시형태 2 내지 12의 기구에 있어서, 상기 광 검출 시스템은 반사 방지(AR) 코팅으로 코팅된 카메라 창을 포함하는, 기구이다.
실시형태 14는 실시형태 13의 기구에 있어서, 상기 광 검출 시스템은 별도의 광학 대역통과 필터를 갖지 않는, 기구이다.
실시형태 15는 실시형태 13 내지 14의 기구에 있어서, 상기 카메라 창은 그 창을 통한 적외선(IR) 파장의 투과를 억제하는 하나 이상의 물질 층으로 추가로 코팅된, 기구이다.
실시형태 16은 실시형태 1 내지 15의 기구에 있어서, 상기 광 검출 시스템은 차광 인클로저를 포함하고, 상기 차광 인클로저는 광이 차광 인클로저에 들어가는 것을 저지하기 위해 적어도 하나의 구불구불한 광 경로를 포함하는, 기구이다.
실시형태 17은 실시형태 2 내지 16의 기구에 있어서, 상기 광학 렌즈 시스템은 9개 미만의 광학 렌즈, 및 적어도 5개 이상의 광학 렌즈를 포함하는, 기구이다.
실시형태 18은 실시형태 2 내지 17의 기구에 있어서, 상기 광학 렌즈 시스템은 7개 미만의 광학 렌즈를 포함하는, 기구이다.
실시형태 19는 실시형태 2 내지 18의 기구에 있어서, 상기 복수의 렌즈는 텔레센트릭 어셈블리를 형성하는, 기구이다.
Claims (19)
- 기구로서,
CCD 센서 및 광학 렌즈 시스템을 포함하는 광 검출 시스템을 포함하고, 상기 광 검출 시스템은 다중 웰 플레이트에서 단일 웰 위에 한 번 위치하여 상기 단일 웰의 전기화학발광 분석을 수행하고, 상기 CCD 센서의 면적은 상기 단일 웰의 면적의 1배 내지 2배이고,
상기 광 검출 시스템은 상기 CCD 센서를 냉각시키기 위한 크기와 치수로 구성된 냉각 장치를 추가로 포함하고,
상기 기구는, 상기 냉각 장치로부터 배출된 가열된 공기가 유동 플리넘 안으로 끌어 당겨져서 상기 기구 밖으로 끌어 당겨져 나가도록, 비스듬히 배향된 하나 이상의 팬을 포함하는 제열 시스템을 추가로 포함하는, 기구. - 제1항에 있어서,
상기 광학 렌즈 시스템은 복수의 렌즈를 포함하고, 상기 복수의 렌즈는 구면과 비구면 모두를 갖는, 기구. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 렌즈의 면적은 상기 단일 웰의 면적보다 큰, 기구. - 제1항에 있어서,
상기 광 검출 시스템은 하우징 상부에 수직 방향으로 장착된, 기구. - 제1항에 있어서,
상기 제열 시스템은 하우징 상부에 장착된, 기구. - 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 팬은 상기 유동 플리넘 내에 수용된, 기구. - 제1항에 있어서,
상기 플리넘은 하나 이상의 인쇄 회로 기판(PCB)을 수용하고, 상기 하나 이상의 PCB와 상기 유동 플리넘 외부의 전기 구성요소들 사이에 전기적 연결이 이루어지게 하는 하나 이상의 개구를 포함하는, 기구. - 제7항에 있어서,
상기 기구 내에서의 공기의 재순환을 최소화하도록 유동 배플이 상기 플리넘 내에 위치된, 기구. - 제7항에 있어서,
상기 가열된 공기는 상기 기구를 빠져나가기 전에 CCD 센서와 플레이트로부터 멀어지도록 흐르는, 기구. - 제9항에 있어서,
상기 가열된 공기는 상기 기구를 빠져나가기 전에 상기 하나 이상의 PCB를 가로질러 더 흐르는, 기구. - 제1항에 있어서,
상기 CCD 센서의 면적은 상기 단일 웰의 면적의 1.25배 내지 1.85배인, 기구. - 제1항에 있어서,
상기 CCD 센서의 면적은 상기 단일 웰의 면적의 1.50배 내지 1.80배인, 기구. - 제1항에 있어서,
상기 광 검출 시스템은 반사 방지(AR) 코팅으로 코팅된 카메라 창을 포함하는, 기구. - 제13항에 있어서,
상기 광 검출 시스템은 별도의 광학 대역통과 필터를 갖지 않는, 기구. - 제13항에 있어서,
상기 카메라 창은 그 카메라 창을 통한 적외선(IR) 파장의 투과를 억제하는 하나 이상의 물질 층으로 추가로 코팅된, 기구. - 제1항에 있어서,
상기 광 검출 시스템은 차광 인클로저를 포함하고, 상기 차광 인클로저는 광이 상기 차광 인클로저에 들어가는 것을 저지하도록 하나 이상의 구불구불한 광 경로를 포함하는, 기구. - 제1항에 있어서,
상기 광학 렌즈 시스템은 9개 미만의 광학 렌즈 및 적어도 5개 이상의 광학 렌즈를 포함하는, 기구. - 제1항에 있어서,
상기 광학 렌즈 시스템은 7개 미만의 렌즈를 포함하는, 기구. - 제2항에 있어서,
상기 복수의 렌즈는 텔레센트릭(telecentric) 어셈블리를 형성하는, 기구.
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