KR20230022450A - 생물학적 시료 평가 시스템과 방법 - Google Patents

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쿠안 문 부
티옹 한 토흐
마우로 아구아노
수 용 라우
휴이 스티븐 여
웨이 풔 테오
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Abstract

생물학적 분석을 위한 장치(100)는 베이스(300), 여기 소스(402), 광학 센서(408), 여기 광학계(400) 그리고 방출 광학계(400)가 포함된다. 베이스는 다수의 생체 시료(310)를 포함하는 시료 홀더(305)를 수용하도록 구성된다. 광학 센서는 여기 소스에 대응하여 생체 시료로부터 나온 방출물을 수용하도록 구성된다. 장치는 렌즈 케이스로 둘러싸인 센서 렌즈 및 렌즈 케이스와 맞물리는 기어(455)를 포함하는 초점 조정 기구가 추가적으로 포함될 수도 있는데, 초점 조정 기구는 초점을 조절하기 위해 인클로저 외부로부터 접근 가능하다. 장치는 방출 광로를 따라 배치된 센서 조리개(478) 및 시료 홀더 근처의 발광 표면(432)에서 나온 반사된 어떤 방사선도 장치의 다른 표면을 반사하지 않는 광학 센서에 의해 수신되지 않도록 센서 조리개와 협동하도록 배치된 차단 구조가 추가로 포함될 수도 있다.

Description

생물학적 시료 평가 시스템과 방법{Systems and Methods for Assessing Biological Samples}
본 기술은 일반적으로 하나 이상의 생체 시료를 관찰, 시험 및/또는 분석하기 위한 시스템, 장치 그리고 방법과 관련된다.
더 구체적으로는 하나 이상의 생체 시료를 관찰, 시험 및/또는 분석하기 위한 광학계로 구성된 시스템, 장치 그리고 방법과 관련된다.
본 기술의 실시예는 이전의 기술 시스템과 장치와 비교하여 시스템과 장치의 크기, 비용, 복잡성 그리고 반응 시간을 줄이는 데 사용될 수 있다.
본 기술의 실시예에 따른 생물학적 분석을 위한 장치는,
분리된 생물학적 시료에 대한 중합 효소 연쇄반응 분석을 수행하도록 구성된 열 순환기를 포함하며, 하나 이상의 생물학적 시료를 처리하기 위한 공간적으로 분리된 다수의 반응 영역을 포함하는 시료 홀더를 수용하도록 구성된 베이스,
제1파장을 특징으로 하는 제1 여기 빔 및 제1파장과 다른 제2파장을 특징으로 하는 제2 여기 빔을 생성하도록 구성된 여기 소스,
상기 여기 소스에 응답하여 생물학적 시료로부터 방출을 수신하도록 구성된 광학 센서,
상기 여기 소스와 상기 베이스 사이의 여기 광로를 따라 배치되고, 여기 빔을 상기 시료 홀더를 향하도록 구성된 시료 렌즈를 포함하는 여기 광학계,
상기 베이스와 상기 광학 센서 사이의 방출 광로를 따라 배치되고, 생물학적 시료로부터의 방출을 광학 센서로 향하도록 구성된 방출 광학계,
상기 여기 광로 및 상기 방출 광로를 따라 배치되고, 상기 제1 여기 빔을 수용하고 상기 제2 여기 빔을 수용하도록 배치된 빔 스플리터로서, 여기서 상기 시료 렌즈는 상기 빔 스플리터와 상기 베이스 사이의 상기 여기 광로를 따라 배치되는, 빔 스플리터,
상기 빔 스플리터로부터 여기 빔 방사선을 수용하고 빔 스플리터의 방향으로 여기 빔 방사선의 10% 미만을 다시 반사시키는 빔 덤프,
촬상부로서,
제1면 및 대향하는 제2면,
센서 렌즈,
상기 센서 렌즈를 적어도 부분적으로 둘러싸는 렌즈 케이스, 그리고
상기 렌즈 케이스와 결합하도록 구성된 기어를 포함하는 초점 조정 장치를 포함하고, 상기 제1 면은 센서 렌즈의 표면을 포함하며, 상기 제2 면은 광학 센서 회로 기판을 포함하는, 촬상부,
상기 빔 스플리터와 상기 베이스 사이의 여기 광 경로를 따라 배치되고, 조명 표면에 의해 반사되는 상기 여기 소스로부터의 방사선을 포함하는 반사된 방사선을 생성하도록 구성된 조명 표면,
방사선 차폐부로서,
상기 빔 스플리터와 상기 센서 렌즈 사이의 방출 광 경로를 따라 배치된 센서 조리개, 그리고
상기 반사된 방사선 중 어느 것도 장치의 다른 표면을 반사하지 않는 상기 광학 센서에 의해 수신되지 않도록 상기 센서 조리개와 협동하도록 구성된 차단 구조물을 포함하는 방사선 차폐부,
에너지 또는 전력 검출 기구로서,
광학 경로 외부에 위치한 에너지 또는 전력 센서, 그리고
상기 빔 스플리터에 인접하여 배치되고 방사선을 상기 빔 스플리터로부터 상기 전력 센서로 전달하도록 구성된 광 파이프를 포함하는 에너지 또는 전력 검출 기구,
방사선을 방출하도록 구성된 위치 소스 및 상기 위치 소스로부터 방사선을 수용하도록 구성된 대응 위치 센서로서, 광로 중 적어도 하나를 따라 배치된 광학 요소의 위치를 나타내는 위치 신호를 생성하도록 구성된 위치 소스 및 위치 센서,
상기 위치 소스로부터의 방사선을 적어도 일부 차단하도록 구성된 방사선 차폐부,
인클로저 외부의 광이 인클로저로 입사하는 걸 차단하는 동시에 인클로저 외부의 위치와 내부 위치 사이에서 와이어 또는 케이블을 통과 시키도록 구성된 분리 와이어 그로밋을 포함하는 광학 인클로저,
인클로저 외부의 광이 인클로서로 입사하는 걸 차단하면서 상기 센서 렌즈의 3차원적인 조정을 허용하도록 구성된 렌즈 홀 커버를 포함하되,
상기 광학 센서는 상호보완적 금속-산화물-반도체 센서이며,
상기 초점 조정 장치는 상기 센서 렌즈의 초점을 조절하기 위해 상기 인클로저로부터 접근 가능하도록 구성될 수도 있다.
본 기술의 실시예는 이전의 기술 시스템과 장치와 비교하여 시스템과 장치의 크기, 비용, 복잡성 그리고 반응 시간을 줄이는 데 사용될 수 있다.
본 기술의 실시예는 첨부 도면과 함께 읽게 되면 다음 상세 설명을 통해 더 잘 이해할 수 있다. 설명만을 목적으로 하는 이런 실시예는 기술의 새롭고 기존의 것과 확연하게 구별되는 측면을 보여준다. 도면에는 다음 도해들이 포함된다.
도 1은 본 기술의 실시예에 따른 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 기술의 실시예에 따른 여기 소스의 개략도이다.
도 3은 본 기술의 실시예에 따른 광원을 포함한 다양한 광원의 정규화 스펙트럼 도표이다.
도 4는 도 3에 나와 있는 광원 스펙트럼의 다양한 파장 범위에 대한 스펙트럼 통합 도표이다.
도 5와 6은 본 기술의 실시예에 따른 기구 하우징의 사시도이다.
도 7은 본 기술의 실시예에 따른 광학 및 시료 처리 시스템의 입체 모형도이다.
도 8은 도 7에 나와 있는 광학계의 확대 입체 모형도이다.
도 9는 도 7에 나와 있는 시료 처리 시스템 한 부분의 분해도이다.
도 10은 도 7에 나와 있는 광학계 한 부분의 단면도이다.
도 11은 본 기술의 실시예에 따른 촬상부의 상단 사시도이다.
도 12는 도 11에 나와 있는 촬상부의 단면도이다.
도 13과 14는 도 11에 나와 있는 촬상부의 하단 사시도이다.
도 15-17은 도 11에 나와 있는 촬상도의 부분 확대도이다.
도 18은 도 6과 8에 나와 있는 시스템의 단면도이다.
도 19와 20은 본 기술의 실시예에 따른 시스템의 개략도이다.
이 문서에 사용된 "방사선"이나 "전자기 방사선"이라는 용어는 가시광선(예를 들어, 하나 이상의 파장이 400나노미터에서 700나노미터 또는 380나노미터에서 800나노미터라는 특징이 있는 방사 에너지)이나 불가시 전자기 방사선(예를 들어, 적외선, 근적외선, 자외선(UV), X선 또는 감마선 방사) 중 하나 이상을 포함한 특정한 전자기 과정에 의해 방출되는 방사 에너지를 의미한다.
이 문서에 사용된 여기 소스는 전자기 방사선이 적어도 하나의 시료의 상태를 나타내는 전자기 방사선을 방출하도록 적어도 하나의 시료와 상호 작용하는 그런 하나 이상의 화학적 화합물이 들어 있는 적어도 하나의 시료를 향해 유도되는 전자기 방사선 원을 의미한다. 여기 소스는 광원으로 구성될 수도 있다. 이 문서에 사용된 "광원"이라는 용어는 첨두 출력 또는 최대 출력(예를 들어, 전력, 에너지 또는 강도)이 전자기 스펙트럼의 가시 파장 대역 내(예를 들어, 파장이 400나노미터에서 700나노미터 또는 380나노미터에서 800나노미터 범위 내에 있는 전자기 방사선)에 있는 전자기 스펙트럼으로 구성된 전자기 방사선 원을 말한다. 게다가 또는 아니면, 여기 소스는 전자기 스펙트럼의 적외선의 적어도 한 부분(근적외선, 중적외선 및/또는 원적외선)이나 자외선(근자외선, 극자외선) 부분 내에 있는 전자기 방사선으로 구성될 수도 있다. 게다가 또는 아니면, 여기 소스는 전자기 스펙트럼의 그 외 파장 대역, 예를 들어, 전자기 스펙트럼의 X선 및/또는 전파 부분의 전자기 방사선으로 구성될 수도 있다. 여기 소스는 단일 광원, 예를 들어 백열등, 가스 방전 램프(예를 들어, 할로겐 램프, 크세논 램프, 아르곤 램프, 크립톤 램프 등), 발광 다이오드(LED), 유기 LED(OLED), 레이저 기타 등등으로 구성될 수도 있다. 여기 소스는 다수의 개별 광원(예를 들어, 다수의 LED나 레이저)으로 구성될 수도 있다. 여기 소스에는 고역 필터, 저역 필터 또는 대역 필터와 같은 하나 이상의 여기 필터가 포함될 수도 있다. 예를 들어, 여기 필터에는 채색 필터 및/또는 이색성 필터가 포함될 수도 있다. 여기 소스는 공간적 및/또는 시간적으로 분리된 단일 빔이나 다수의 빔으로 구성된다.
본 문서에서 사용된 "방출"은 여기 소스에서 나온 방사선과 하나 이상의 화학적 및/또는 생물학적 분자나 관심의 대상인 화합물이 들어 있는 하나 이상의 시료와의 상호작용 결과로 생성된 전자기 방사선을 의미한다. 방출은 시료가 여기 소스에서 나온 방사선에 미치는 반사, 굴절, 흡수 및/또는 그 밖의 광학적 효과에 기인한다. 예를 들어, 방출은 하나 이상의 시료에 의한 여기 전자기 방사선의 흡수로 유발된 발광이나 형광 발광으로 구성될 수 있다. 이 문서에 사용된 "방출 광원"이라는 용어는 첨두 출력 또는 최대 출력(예를 들어, 전력, 에너지 또는 강도)이 전자기 스펙트럼의 가시 파장 대역 내(예를 들어, 파장이 420나노미터에서 700나노미터 범위 내에 있는 전자기 방사선)에 있는 전자기 스펙트럼으로 구성된 방출을 말한다.
이 문서에 사용된 렌즈는 입사 전자기 방사선을 유도하거나 초점을 맞추어 이런 방사선을 수렴하거나 발산하여, 예를 들어 유한한 거리에서 또는 광학적으로 무한한 거리에서 실제나 가상의 이미지를 만들어내기 위한 광학 소자를 의미한다. 렌즈는 입사 전자기 방사선의 굴절, 반사 및/또는 회절에 의해 만들어진 광 파워를 가진 단일 광학 소자로 구성될 수도 있다. 아니면, 렌즈는 색 지움 렌즈, 복 렌즈, 삼중 렌즈 또는 카메라 렌즈를 포함하지만 이에 국한되지 않는 다수의 광학 소자를 포함한 복합 시스템으로 구성될 수도 있다. 렌즈는 렌즈 케이스나 렌즈 마운트에 적어도 부분적으로 보관되거나 이러한 것으로 적어도 부분적으로 둘러싸인다.
이 문서에 사용된 "광 파워"라는 용어는 공기 중에 노출될 때 초점(실제나 가상)을 맞추기 위해 빛을 수렴 또는 발산하는 렌즈나 광학적인 능력을 의미한다. 이 문서에 사용된 “초점 거리"라는 용어는 광 파워의 역수를 의미한다. 이 문서에 사용된 "회절력" 또는 "회절 광 파워"는 입사광이 하나 이상의 회절 차수에 의해 회절하기 때문에 생긴 렌즈나 광 또는 그것의 일부분의 파워를 의미한다. 달리 명시된 경우를 제외하고 렌즈, 광 또는 광학 소자의 광 파워는 렌즈와 관련된 기준면(예를 들어, 광의 주단면)에서 나온다.
이 문서에 사용된 “생물 시료”는 문서에서 기술하였거나 묵시적으로 나타낸 본 기술의 다양한 실시예의 사용자, 제조업체, 유통업체에 관심의 대상이 되는 생화학적 유형이나 구성 요소 및/또는 목표 분자가 들어 있는 시료나 용액뿐 아니라 생물학적 분석, 실험 또는 시험을 하기 위한 목적으로 사용되는 관련 화학 물질이나 화합물이 들어 있는 시료나 용액을 의미한다. 이러한 생물학적 화학 물질, 구성 요소 또는 목표 분자에는 DNA 염기 서열(무세포 DNA 포함), RNA 염기 서열, 유전자, 올리고 핵산염, 분자, 단백질, 생체 표지, 세포(예를 들어, 순환 암세포) 또는 그 밖의 적합한 목표 생체 분자가 포함될 수 있으며 이에 국한되지 않는다. 생물 시료는 적어도 하나의 핵산 염기 서열, 적어도 하나의 프라이머, 적어도 하나의 완충액, 적어도 하나의 핵산염, 적어도 하나의 효소, 적어도 하나의 세제, 적어도 하나의 차단제 또는 적어도 하나의 염료, 표지 및/또는 목표나 기준 핵산 염기 서열 검출에 적합한 탐침 중에서 하나 이상으로 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 이런 생물학적 구성 요소는 태아 진단, 복합 dPCR, 바이러스 검출 그리고 정량화 기준, 유전형 분석, 염기 서열 분석, 실험 또는 프로토콜, 염기 서열 확인, 돌연변이 검출, 유전자 변형 유기체 검출, 드문 대립 유전자 검출 및/또는 복제 수 변이와 같은 응용분야에서 하나 이상의 PCR 방법 및 시스템과 함께 사용될 수 있다.
본 기술의 실시예에 따라, 관심의 대상이 되는 적어도 하나의 생물학적 목표가 들어 있는 하나 이상의 시료나 용액은 여러 작은 시료 분량이나 반응 영역으로 분배되거나 나눠지거나 아니면 여러 작은 시료 분량이나 반응 영역에 들어있을 수도 있다(예를 들어, 분량이나 영역을 10나노미터 이하, 1나노미터 이하 또는 100피코미터로). 이 문서에 공개된 반응 영역은 일반적으로 기질 재료에 위치한 웰에 들어있는 것으로 설명된다. 하지만 본 기술의 실시예에 따른 다른 형태의 반응 영역에는 기질에 형성된 관통 구멍이나 자국에 위치해 있는 반응 영역, 기질 표면에 분포한 용액 얼룩에 위치해 있는 반응 영역, 시험 위치나 모세관 또는 마이크로 유체 시스템 내에 위치한 시료나 용액 내에 위치해 있는 반응 영역 또는 다수의 마이크로 비드나 마이크로 스피어에 있는 반응 영역이 포함될 수도 있다.
본 기술의 실시예에 따른 장치, 기구, 시스템 그리고 방법이 일반적으로 dPCR과 qPCR을 유도하기는 하지만, 본 기술의 실시예는 다수의 반응 영역을 처리, 관찰 및/또는 측정하는 PCR 공정, 실험, 분석 또는 프로토콜에 적용할 수도 있다. 본 기술의 실시예에 따른 dPCR 분석이나 실험에서, 적어도 하나의 목표 폴리뉴클레오티드나 뉴클레오티드 배열이 들어 있는 희석액은 반응 영역 중에서 적어도 몇 가지가 목표 뉴클레오티드 배열의 분자 하나를 포함하거나 목표 뉴클레오티드 배열의 분자를 포함하지 않도록 여러 반응 영역으로 세분된다. 그 후에 반응 영역을 PCR 프로토콜, 절차, 분석, 공정 또는 실험에서 열순환할 때, 목표 뉴클레오티드 배열의 분자를 하나 이상 포함한 반응 영역은 크게 증폭되고 양의 검출 가능 검출 신호를 내는 반면에, 목표 뉴클레오티드 배열의 분자를 포함하지 않은 반응 영역은 증폭되지 않고 검출 신호를 내지 않거나 기설정 한계값이나 소음 수준 미만의 신호를 낸다. 푸아송 통계를 사용하여, 반응 영역에 분배된 원 용액의 목표 뉴클레오티드 배열의 수는 양의 검출 신호를 내는 반응 영역의 수와 연관성이 있다. 일부 실시예에서, 검출된 신호는 원 용액에 들어 있는 목표 분자의 수나 수의 범위를 밝히는 데 사용할 수 있다. 예를 들어, 목표 분자를 하나 포함한 반응 영역과 목표 분자를 두 개나 적어도 두 개 포함한 반응 영역을 구별하도록 검출 시스템을 구성할 수도 있다. 게다가 또는 아니면, 기설정 양 또는 그 미만으로 다수의 목표 분자를 포함한 반응 영역과 기설정 양 이상의 목표 분자를 포함한 반응 영역을 구별하도록 검출 시스템을 구성할 수도 있다. 어떤 실시예에서, qPCR과 dPCR 공정, 분석 또는 프로토콜 모두 하나의 동일한 장치, 장치 또는 시스템과 방법을 사용하여 이루어진다.
도 1을 참조하여, 생물학적 분석용의 시스템, 장치 또는 기구 100은 생물학적 또는 생화학적 시료 및/또는 광학계, 장치 또는 장치 400을 수용 및/또는 처리하도록 구성된 하나 이상의 전자 프로세서, 컴퓨터 또는 제어장치 200, 베이스, 마운트 또는 시료 블록 어셈블리 300으로 구성된다. 본 기술의 범위를 제한하지 않고, 시스템 100은 염기 서열 분석 장치, 중합 효소 연쇄 반응(PCR) 장치(예를 들어, 실시간 PCR (qPCR) 장치 및/또는 디지털 PCR(dPCR) 장치), 모세관 전기 영동 장치, 유전형 분석 정보 제공용 장치 등으로 구성될 수도 있다.
전자 프로세서 200은 광학계 400 및/또는 베이스 300에서 나온 데이터를 제어, 모니터링 및/또는 수용하도록 구성된다. 전자 프로세서 200은 광학계 400 및/또는 베이스 300으로 물리적으로 통합될 수도 있다. 게다가 또는 아니면, 전자 프로세서 200은 외부 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 노트패드 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등등처럼 광학계 400과 베이스 300에서 분리될 수도 있다. 전자 프로세서 200과 광학계 400 및/또는 베이스 300 사이의 통신은 USB 케이블 등과 같은 물리적 연결을 통해 직접적으로 및/또는 무선이나 네크워크(예를 들어, 와이파이 연결, 근거리 통신망, 인터넷 연결, 클라우드 연결 등을 통해)를 통해 간접적으로 이루어질 수 있다. 전자 프로세서 200에는 전자 기억 장치 포함 장치, 루틴, 알고리즘, 시험 및/또는 구성 매개 변수, 시험 및/또는 실험 데이터 등이 포함될 수도 있다. 예를 들어, 전자 프로세서 200은 광학계 400의 다양한 구성 요소를 가동하거나 베이스 300으로 제공된 데이터를 입수하거나 및/또는 처리하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 전자 프로세서 200은 광학계 400의 하나 이상 광 검출기로 제공된 광학계를 입수하거나 및/또는 처리하는 데 사용할 수도 있다.
특정 실시예에서, 전자 프로세서 200은 광학계 400 및/또는 베이스 300으로 통합될 수도 있다. 전자 프로세서 200은 외부 컴퓨터와 통신하고 및/또는 추가 처리를 위해, 예를 들어 하드웨어 연결, 근거리 통신망, 인터넷 연결, 클라우트 컴퓨팅 시스템 등을 사용하여 데이터를 외부 컴퓨터에 전송할 수도 있다. 외부 컴퓨터는 데스트톱 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 노트패드 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등과 같이 시스템 100에 위치해 있거나 근처에 위치해 있는 물리적 컴퓨터일 수 있다. 게다가 또는 아니면, 외부 컴퓨터와 전자 프로세서 200 모두 또는 둘 중 하나는 클라우드 컴퓨팅이나 저장 시스템과 같은 가상 장치로 구성될 수 있다. 무선 연결, 클라우드 저장 또는 컴퓨팅 시스템을 통해 두 가지 사이에서 데이터를 전송할 수 있다. 게다가 또는 아니면, 전자 프로세서 200(예를 들어, 광학계 400 및/또는 베이스 300)에서 나온 데이터는 외부 하드 드라이브, USB 메모리 모듈, 클라우드 저장 시스템 등과 같은 외부 메모리 저장장치로 전송할 수 있다.
어떤 실시예에서, 베이스 300은 시료 홀더나 시료 캐리어를 수용하도록 구성된다. 시료 홀더 305는 해당하는 다수의 또는 일련의 생물학적 또는 생화학적 시료 310을 포함하기 위해 다수의 또는 일련의 공간적으로 분리된 반응 영역, 위치 또는 장소 308로 구성될 수 있다. 반응 영역 308은 다수의 생물학적 또는 생화학적 시료 310을 분리시키거나 분리시키도록 구성된 많은 양이나 장소로 구성될 수 있다. 예를 들어, 반응 영역 308은 기질 또는 어셈블리(예를 들어, 표준 마이크로타이터 플레이트에 있는 시료 웰)에 있는 관통 구멍이나 웰, 채널, 모세관 또는 챔버에 있는 다수의 시료 비드, 마이크로 비드 또는 마이크로 스피어, 유세포에 있는 다수의 별개 위치, 기질 표면에 있는 다수의 시료 얼룩 또는 시료 홀더를 수용하도록 구성된 다수의 웰이나 구멍(예를 들어, 마이크로타이터 플레이트를 받도록 구성된 시료 블록 조립 부품에 있는 공동)으로 구성될 수 있다.
베이스 300은 시표 홀더 305 및/또는 생체 시료 310의 온도를 제어하도록 구성된 시료 블록 어셈블리로 구성될 수 있다. 시료 블록 어셈블리 300은 하나 이상의 시료 블록, 펠티에 소자 또는 온도 조절이나 순환용 기타 장치 및/또는 히트 싱크(예를 들어, 온도 안정화 보조용)으로 구성될 수 있다. 베이스 300은 예를 들어 PCR 분석을 준비하거나 실행하기 위한 열 제어기나 열 순환기로 구성될 수 있다.
반응 장치 300에는 시료 홀더 305가 포함될 수도 있다. 반응 영역 308의 적어도 일부에는 하나 이상의 생물 시료 310이 포함될 수 있다. 생물 시료나 생화학적 시료 310에는 적어도 하나의 목표 핵산 염기 서열, 적어도 하나의 프라이머, 적어도 하나의 완충액, 적어도 하나의 핵산염, 적어도 하나의 효소, 적어도 하나의 세제, 적어도 하나의 차단제 또는 적어도 하나의 염료, 표지 및/또는 목표나 기준 핵산 염기 서열 검출에 적합한 탐침 중에서 하나 이상이 포함될 수 있다. 시료 홀더 305는 PCR 분석, 염기 서열 분석 또는 모세관 전기 영동 분석, 블롯 분석 중 적어도 하나를 실행하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 시료 홀더 305는 마이크로타이터 플레이트, 다수의 웰이나 관통 구멍으로 구성된 기질, 하나 이상의 채널이나 모세관으로 구성된 기질 또는 하나 이상의 생물 시료를 포함한 다수의 비드나 스피어로 구성된 공간으로 구성될 수 있다. 반응 영역 308은 다수의 웰, 기질에 있는 다수의 관통 구멍, 기질에 있거나 채널 또는 모세관 내에 있는 다수의 별개 위치, 반응 체적 내에 있는 다수의 마이크로 비드나 마이크로 스피어 등 중에서 하나 이상으로 구성될 수 있다. 시료 홀더 305는 마이크로타이터 플레이트로 구성될 수 있는데, 예를 들어 여기에서 반응 영역 308은 적어도 96개의 웰, 적어도 384개의 웰 또는 적어도 1536개의 웰로 구성될 수 있다.
특정 실시예에서, 특허 출원 공고 번호 US 2014-0242596과 WO 2013/138706에서 논의된 것처럼, 시료 홀더 305는 제1면과 대향하는 제2면을 포함한 기질 그리고 표면 사이에 배치된 다수의 관통 구멍, 하나 이상의 생물 시료가 들어 있도록 구성된 다수의 관통 구멍으로 구성될 수 있는데, 여기에서 출원물은 본 문서에서 완전히 설명된 것처럼 본 문서의 참고문헌으로 통합된다. 이런 실시예에서, 기질은 적어도 3096개의 관통 구멍이나 적어도 20,000개의 관통 구멍으로 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 시료 홀더 305는 하나 이상의 목표 분자나 분자 배열을 통과시키도록 구성된 일련의 모세관으로 구성될 수 있다.
특정 실시예에서, 시스템 100은 시료 홀더 305 및/또는 베이스 300 위에 배치되는 가열 커버나 온도 제어 커버 102를 선택적으로 포함할 수 있다. 가열 커버 102는 예를 들어 시료 홀더 305에 들어 있는 시료 위로 응결을 방지하기 위해 사용될 수 있는데, 이렇게 하여 생물 시료 310에 대한 광학 평가를 유지하는 데 도움이 될 수 있다.
특정 실시예에서, 광학계 400은 여기 소스, 조명원, 방사원 또는 광원 402로 구성되어 제1 파장을 특징으로 하는 제1 여기 빔 405a와 제2 파장과는 다른 제2 파장을 특징으로 하는 제2 여기 빔 405b를 생성한다. 광학계 400 또한 여기 소스 410 및/또는 여기 빔 405a, 405b 중 하나 이상에 대응하여 하나 이상의 생물 시료에서 나온 방사물이나 방사선을 받도록 구성된 광학 센서나 광 검출기 408로 구성된다. 광학계 400은 또한 여기 소스 402 사이에 여기 광로 412를 따라 배치된 여기 광학계 410과 발광하는 하나 이상의 생물 시료로 구성된다. 광학계 400은 추가적으로 발광 시료와 광학 센서 408 사이에 방사 광로 417을 따라 배치된 방사 광학계 415로 구성된다. 특정 실시예에서, 광학계 400은 빔 스플리터 420으로 구성될 수 있다. 광학계 400에는 방사선이 여기 소스 402에서 방출 광로 417로 반사되어 빔 스플리터 420을 침해하는 것을 줄이거나 방지하도록 구성된 빔 덤프나 방사선 배플 422가 선택적으로 포함될 수 있다.
본 문서에서 공개된 기술의 기타 실시예에 더하여 도 1에 나와 있는 실시예 도해에서, 여기 소스 402는 방사원 425로 구성된다. 방사원 425는 적어도 하나의 백열등, 적어도 하나의 가스 방전 램프, 적어도 하나의 발광 다이오드(LED), 적어도 하나의 유기 발광 다이오드 및/또는 적어도 하나의 레이저 중 하나 이상으로 구성된다. 예를 들어, 방사원 425는 적어도 하나의 할로겐 램프, 제논 램프, 아르곤 램프, 크립톤 램프, 다이오드 레이저, 아르곤 레이저, 제논 레이저, 엑시머 레이저, 고체 레이저, 헬륨 네온 레이저, 색소 레이저 또는 이러한 것들의 조합으로 구성될 수 있다. 방사원 425는 전자기 스펙트럼의 가시대역에 있는 최대 파장이나 중심 파장을 특징으로 하는 광원으로 구성될 수 있다. 게다가 또는 아니면, 방사원 425는 해당 최대 파장이나 중심 파장이 전자기 스펙트럼의 이러한 파장 대역 중 하나 내에 있는 자외선, 적외선 또는 근적외선 방출원으로 구성될 수 있다. 방사원 425는 예를 들어 스펙트럼 대역이 적어도 100나노미터, 적어도 200나노미터 또는 적어도 300나노미터인 광대역 원일 수도 있는데, 여기에서 대역은 강도, 에너지 또는 전력 출력이 기설정 양(예를 들어, 기설정 양이 방사원의 최대 파장이나 중심 파장의 약 1%, 5% 또는 10%인 경우) 보다 큰 범위로 정의된다. 예를 들어 여기 소스 402는 추가적으로 시료 홀더 305에서 받아서 및/또는 생물 표지 310으로 가는 여기 방사선의 양을 증가시키기 위해 방사원 425에서 나온 방사물을 조절하도록 구성된 소스 렌즈 428로 구성된다. 소스 렌즈 428은 단순 렌즈로 구성되거나 두 개 이상의 요소를 포함한 복합 렌즈일 수도 있다.
특정 실시예에서,여기 소스 402는 추가적으로 예를 들어 광대역 여기 소스 402와 결합하여 사용되는 여기 광로 412의 안과 밖으로 이동 가능한 두 가지 이상의 여기 필터 430으로 구성된다. 이런 실시예에서, 서로 다른 여기 필터 430은 생물 시료 310 내에서 각각의 염료나 표지에서 형광 발광을 유발하는 데 적합한 서로 다른 파장 범위나 여기 채널을 선택하는 데 사용할 수도 있다. 여기 필터 430 중 하나 이상은 파장 대역이 적어도 ±10 나노미터나 적어도 ±15 나노미터이다. 여기 필터 430은 SYBR® 염료나 탐침, FAMTM 염료나 탐침, VIC® 염료나 탐침, ROXTM 염료나 탐침 또는 TAMRATM 염료나 탐침 중 하나 이상의 형광을 내는 데 적합한 다수의 대역을 함께 제공하는 필터로 구성될 수 있다. 여기 필터 430은 회전 가능 필터 휠(표시되지 않음)이나 여기 소스 402를 사용하여 각각 다른 여기 채널을 제공하는 그 밖의 적합한 장치나 기구에 배치될 수 있다. 특정 실시예에서, 여기 필터 430은 적어도 5개의 필터나 적어도 6개의 필터로 구성된다.
특정 실시예에서, 여기 소스 402는 하나 이상의 빔 스플리터나 빔 결합기를 사용하여 결합된 다수의 개별 여기 소스로 구성될 있으며, 그렇게 하여 각각의 개별 여기 소스에서 나온 방사선은 공통 광로를 따라, 예를 들어 도 1에 나와 있는 여기 광로 412를 따라 전송된다. 아니면, 개별 여기 소스의 적어도 일부는 예를 들어 다수의 반응 영역 308의 각각 다른 반응 영역을 발광시키기 위해 각각 다른 비 중복 광로를 따라 전달하는 여기 빔이 나오도록 배열될 수 있다. 예를 들어 개별적으로나 집단으로 아니면 동시에 반응 영역 308을 발광시키도록 각각의 개별 여기 소스를 처리하거나, 작동시키거나 아니면 선택할 수도 있다. 특정 실시예에서, 개별 여기 소스는 1차원이나 2차원 배열로 배치될 수 있는데, 여기에서 하나 이상의 개별 여기 소스는 최대 파장이나 중심 파장이 배열에 있는 그 밖의 개별 여기 소스 중 적어도 하나의 파장과 다르다는 특징이 있다.
특정 실시예에서, 제1 여기 빔 405a는 제1 여기 빔 405a의 강도, 전력 또는 에너지가 제1 기설정 값을 넘는 제1 파장 범위로 구성되며 제2 여기 빔 405b는 제2 여기 빔 405b의 강도, 전력 또는 에너지가 제2 기설정 값을 넘는 제2 파장 범위로 구성된다. 여기 빔 405a, 405b의 특징적 파장은 해당 파장 범위의 중심 파장이거나 해당 파장 범위를 넘는 최대 전자기 강도, 전력 또는 에너지의 파장이다. 여기 빔 405 중 적어도 하나는 중심 파장이 해당 파장 범위를 넘는 평균 파장일 수도 있다. 각각의 여기 빔 405(예를 들어, 여기 빔 405a, 405b)의 경우, 기설정 값은 해당 최대 밀도, 전력 또는 에너지의 20% 미만, 해당 최대 밀도, 전력 또는 에너지의 10% 미만, 해당 최대 밀도, 전력 또는 에너지의 5% 미만 아니면 해당 최대 밀도, 전력 또는 에너지의 1% 미만일 수도 있다. 기설정 값은 모든 여기 빔 405(예를 들어, 여기 빔 405a, 405b 모두에 대해)에 동일할 수도 있고 아니면 기설정 값이 서로 다를 수도 있다. 특정 실시예에서, 제1 및 제2 여기 빔 405a, 405b의 파장 범위는 중복되지 않지만, 반면에 다른 실시예에서 파장 범위 중 적어도 하나는 다른 것의 파장 범위와 적어도 부분적으로 중복된다. 특정 실시예에서, 제1 및 제2 중심 파장은 적어도 20나노미터 간격으로 분리되어 있다. 특정 실시에에서, 제1 및 제2 중심 파장 중 적어도 하나는 값이 적어도 20나노미터이거나 적어도 30나노미터이다.
여기 광학계 410은 여기 빔 405a, 405b를 하나 이상의 생체 시료로 유도하도록 구성된다. 해당되는 경우, 여기 빔 405a, 405b에 대한 본 문서의 참조문헌은 둘 이상의 여기 빔 405로 구성된 실시예에 적용될 수도 있다. 예를 들어, 여기 빔 402는 적어도 5~6개의 여기 빔 405를 유도하도록 구성될 수도 있다. 여기 빔 405a, 405b은 동시에 생성되거나 제공될 수도 있고, 시간적으로 분리될 수도 있으며 및/또는 공간적으로 분리될 수도 있다(예를 들어, 여기에서 여기 빔 405a는 하나의 반응 영역 308로 유도되며 여기 빔 405b는 다른 반응 영역 308로 유도된다). 예를 들어, 각각 다른 파장을 특징으로 하는 각각 다른 색깔의 개별 방사원 425를 연속적으로 껐다가 켜거나 단일 방사원 425 앞에서 각각 다른 컬러 필터를 연속적으로 배치하여 여기 빔 405를 연속적으로 생성할 수도 있다. 아니면, 예를 들어 다파장 대역 필터, 빔 스플리터 또는 반사경을 사용하거나 두 가지 각각 다른 컬러의 발광 다이오드(LED)와 같이 각각 다른 개별 여기 빔 425를 같이 결합하여 여기 빔 405a, 405b을 동시에 생성할 수도 있다. 일부 실시예에서, 여기 소스 402는 둘 이상의 여기 빔 405를 생성하는데, 여기에서 여기 광학계 410은 각각의 여기 빔을 하나 이상의 생체 시료 310으로 유도한다.
도 2를 참조하여, 여기 소스 402는 공통 여기 광도 412를 따라 전송하도록 결합된 적어도 5개의 개별 방사원 425a, 425b, 425c, 425d, 425e으로 구성될 수 있다. 여기 소스 402는 또한 해당 소스 렌즈 428a, 428b, 428c, 428d, 428e로 구성될 수도 있다. 방사원 425a, 425b, 425c, 425d, 425e에서 나온 방사선을 다수의 콤바이너 광학 소자 429a, 429b, 429c를 사용하여 결합할 수도 있다. 콤바이너 광학 소자 429a, 429b, 429c는 중성 밀도 필터, 50/50 빔 스플리터, 이색성 필터나 반사경, 큐브 빔 스플리터 등등 중에서 하나 이상으로 구성될 수도 있다. 콤바이너 광학 소자 429a, 429b, 429c는 다양한 개별 원 425를 결합하는 방법의 한 예이며 이 방법은 개별 방사원 425와 콤바이너 광학 소자 429의 그 밖의 결합과 기하학적 배치가 본 기술의 실시예의 범위 내에 있는 것으로 평가될 것이다. 개별 방사원 425a, 425b, 425c, 425d, 425e 중 하나 이상은 중심 파장 및/또는 파장 범위가 그 외의 개별 방사원 425a, 425b, 425c, 425d, 425e의 중심 파장 및/또는 파장 범위와 다르다는 특징이 있다.
도 3-4를 참조하여, 예를 들어 각각의 qPCR 분석 주기 중에 모든 여기 채널에 대해 허용 가능하거나 기설정된 데이터 처리량을 유지하면서 동시에 서로 다른 컬러의 적어도 5개의 여기 빔 405나 여기 채널이 하나의 공통 빔 스플리터 420으로 사용될 수 있게 하는 기존의 것과 확연하게 구별되는 방식으로 방사원 425의 스펙트럼 분포를 선택할 수도 있다. 본 문서에 사용된 "여기 채널"이라는 용어는 하나 이상의 생체 시료(예를 들어, 생체 시료 310)를 발광시키도록 구성된 여기 소스(예를 들어, 여기 소스 402)에 의해 제공되는 몇 가지 별개의 전자기 파장 대역을 의미한다. 본 문서에 사용된 "방출 채널"이라는 용어는 전자기 방사선이 광학 센서나 검출기(예를 들어, 광학 센서 408)로 지나갈 수 있게 하는 몇 가지 별개의 방출 파장 대역을 의미한다.
도 3에서는 3개의 각각 다른 방사원에 대해 파장 스펙트럼 이상인 상대 에너지를 보여준다. 점선 도표는 가시 스펙트럼의 청색 파장 대역에서 상대적으로 낮은 에너지 준위와 약 670 나노미터에서 최대치에 이를 때까지 에너지 증가를 특징으로 하는 할로겐 램프(본 문서에서 "원 1"로 지칭)의 스펙트럼이다. 대시-점 스펙트럼 도표는 시중에서 구할 수 있는 LED 광원(본 문서에서 "원 2"로 지칭)의 도표인데, 이 도표에서는 약 450나노미터에서 최대 에너지 값이 되고 약 530나노미터에서 약 580나노미터까지 하위 최대치가 된 다음, 에너지가 적색 가시 스펙트럼 대역으로 점차적으로 감소한다. 실선 도표는 본 기술의 실시예에 따른 또 다른 LED 광원(본 문서에서 "원 3"으로 지칭) 스펙트럼이다(예를 들어, 여기 소스 402에 대한 예시 스펙트럼). 도 4에서는 도 3에 나와 았는 세 가지 원 각각에 대한 다양한 여기 채널을 넘는 통합 에너지를 보여주는데, 여기에서 이러한 채널에 대한 스펙트럼은 qPCR 분야에서 사용되는 대표적 여기 필터의 스펙트럼이다. 파장 범위와 여기 필터 지정은 표1 아래에 나와 있는데, 여기에서 X1은 여기 채널1이고 X2는 여기 채널2 등이다.
여기 필터 채널 파장 범위(나노미터)
X1 455-485
X2 510-530
X3 540-560
X4 570.5-589.5
X5 630.5-649.5
X6 650-674
도 4에 사용되는 여기 필터의 스펙티럼 대역폭.qPCR 분야에서 중요한 하나의 성능 매개 변수는 여러 목표 염료가 포함되어 있는 시료의 방출 데이터를 얻는 전체 시간이다. 예들 들어, 어떤 경우에는 시료를 발광시키는데 사용되는 각 여기 채널에 M1-M6을 지정하여(예를 들어, M1-M6는 X1, M2-M6는 X2, M3-M6는 X3, M4-M6는 X4, M5-M6는 X5 및/또는 M6는 X6) 하나 이상의 방출 채널에 대해 여러 염료나 탐침에서 방출 데이터를 얻는 것이 바람직하다. 발명가들은 원 2가 5개나 6개 여기/방출 필터 채널(예를 들어, 결합 방출 채널 M1-M6이 있는 여기 채널 X1-X6)에 광대역 빔 스플리터가 있는 시스템에 사용되는 경우에, 여기 채널 5 및/또는 여기 채널 6에 대한 데이터를 얻는데 드는 시간이 특정한 응용분야의 경우에 용납할 수 없을 정도로 길 수 있다는 점을 확인했다. 이런 상황을 해결하기 위해서, 시료에서 받는 여기 광과 센서에서 받는 방출 광의 양이 증가하도록 여기 채널 1 및/또는 2에 대해 하나 이상의 협대역 이색성 빔 스플리터 사용이 가능하다(그렇게 하여 이 경우에는 전체 광 효율이 이색성 빔 스플리터를 사용하여 증가한다). 하지만, 이것은 도 1에 나와 있는 것처럼 단일 빔 스플리터 배치를 불가능하게 하며, 따라서, 단일 빔 스플리터 구성의 해당 장점을 잃는다. 원 3과 같은 광원을 빔 스플리터 420과 같은 단일 빔 스플리터(예를 들어, 50/50 빔 스플리터와 같은 광대역 빔 스플리터)와 결합하여 사용하는 더 나은 해결책이 발견되었다. 5개나 6개 여기 채널에 대한 방출 데이터를 수집하기 위해 허용 가능한 전체 통합 시간을 주도록 여기 채널 X1, X5 및/또는 X6의 상대 에너지를 단일 빔 스플리터 실시예와 같이 사용하기에 적합한 여기 소스 402를 확인하는 데 사용할 수도 있는 것으로 확인되었다. 예시와 같이 LED 원 2와 LED 원 3을 사용하여, 표2 아래에 나와 있는 다음 데이터는 도 3 및 4에 나와 있는 데이터에 대해서 도출될 수 있다.
비율 원 2 원 3
X1/X2 2.02 3.00
X2/X2 1.00 1.00
X3/X2 1.20 0.98
X4/X2 1.09 0.89
X5/X2 0.49 0.90
X6/X2 0.38 0.90
채널2에 대해 정규화한 각 필터 채널의 정규화된 LED 강도.이런 데이터를 바탕으로, 발명가들은 특정 실시예에서 X1/X2가 2.02보다 클 경우(예를 들어, 3보다 크거나 같을 때)에 성능이 개선(예를 들어, 채널1의 통합 시간이 더 짧아 진다는 면에서)될 수도 있다는 것을 확인했다. 게다가 또는 아니면, 다른 실시예에서, X5/X2가 0.49 보다 크고(예를 들어, 0.9보다 크거나 같을 때) 및/또는 X6/X2가 0.38보다 클 경우(예를 들어, 0.9보다 크거나 같을 때)에 성능 개선(예를 들어, 채널1의 통합 시간이 더 짧아 진다는 면에서)을 이룰 수 있다. 본고에서 설명된 기준에서, "X1"은 455-485나노미터를 포함한 파장 대역 내의 최대 전력, 에너지 또는 밀도를 특징으로 하는 스펙트럼 출력이 포함된 여기 채널을 의미하며, "X2"는 510-530 나노미터를 포함한 파장 대역 내의 최대 전력, 에너지 또는 밀도를 특징으로 하는 스펙트럼 출력이 포함된 여기 채널을 의미하며, “X5”는 630.5-649.5나노미터를 포함한 파장 대역 내의 최대 전력, 에너지 또는 밀도를 특징으로 하는 스펙트럼 출력이 포함된 여기 채널을 의미하며, “X6”는 650-674나노미터를 포함한 파장 대역 내의 최대 전력, 에너지 또는 밀도를 특징으로 하는 스펙트럼 출력이 포함된 여기 채널을 의미한다.
도 1을 참조하여, 여기 빔 405는 작동 중에 시료 처리 베이스 300을 향하여, 예를 들어 시료 홀더 305가 있는 경우에 반응 영역 308을 향하여 여기 광도 412를 따라 유도된다. 존재하는 경우에, 소스 렌즈 428은 여기 빔 405를 조절하도록, 예를 들어 여기 소스 402에서 발출된 방사선의 상당 부분을 포착하여 유도하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 반사경 432(폴드 반사경)는 여기 광도 412를 따라서, 예를 들어 광학계 400을 더 콤팩트하게 만들거나 및/또는 기설정 패키지 치수를 제공하도록 결합될 수 있다. 도 1에서는 하나의 반사경 432를 설명하는데, 하지만 예를 들어 포장 디자인의 제약을 충족하는 데 추가 반사경을 사용할 수도 있다. 아래에서 더 자세히 논의되는 것처럼, 추가 렌즈를 시료 홀더 305 근처에 배치하여, 예를 들어 여기 빔 405 및/또는 하나 이상의 반응 영역에 들어 있는 생체 시료에서 나온 해당 방출물를 추가로 조절할 수도 있다.
방출 광학계 415는 하나 이상의 생체 시료에서 나온 방출물을 광학 센서 408로 유도하도록 구성된다. 방출물의 적어도 일부는 여기 빔 405의 적어도 하나에 대응하여 생체 시료의 적어도 일부에서 나온 형광 방출물로 구성된다. 게다가 또는 아니면, 방출물의 적어도 일부는 생체 시료의 적어도 일부에 의해 반사, 굴절, 회절, 확산 또는 편광된 여기 빔 405의 적어도 일부에서 나온 방사선으로 구성된다. 특정 실시예에서, 방출 광학계 415는 예를 들어 방출 광도 417으로 반사 또는 확산된 여기 방사선을 막도록 구성된 하나 이상의 방출 필터 435로 구성된다. 특정 실시예에서, 각각의 여기 필터 430에 해당 방출 필터 435가 있다. 도 8을 참조하여, 특정 실시예에서, 여기 필터 430은 여기 필터 휠 431에 배열되고 및/또는 베출 필터 435는 배출 필터 휠 436에 배열된다.
특정 실시예에서, 배출 광학계 415는 생체 시료의 적어도 일부에서 나온 방출물을 광학 센서 408로 유도하도록 구성된 센서 렌즈 438로 구성된다. 광학 센서 408은 단일 센서 소자, 예를 들어, 포토 다이오드 검출기나 광전 증폭관 등으로 구성될 수도 있다. 게다가 또는 아니면, 광학 센서 408은 다수의 센서나 픽셀을 포함하여 배열형 센서로 구성될 수 있다. 배열형 센서 408은 상호보완적 금속-산화물-반도체 센서(CMOS), 전하-결합 소자(CCD) 센서, 다수의 포토 다이오드 검출기, 다수의 광전 증폭관 등으로 구성될 수 있다. 센서 렌즈 438은 다수의 생체 시료 310 중 하나 이상으로부터 나온 방출물로부터 나온 영상으로부터 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 광학 센서 408은 둘 이상의 배열형 센서 408로 구성되는데, 예를 들어 여기에서 둘 이상의 영상은 다수의 생체 시료 310의 하나 이상으로부터 나온 방출물로부터 형성된다. 이런 실시예에서, 다수의 생체 시료 310의 하나 이상에서 나온 방출물은 다수의 생체 시료 310 중에서 하나 이상의 두 신호를 내도록 나눠질 수 있다. 특정 실시예에서, 광학 센서는 적어도 두 개의 배열형 센서로 구성된다.
빔 스플리터 420은 여기 광로와 방출 광로 412, 417 모두를 따라 배치되며 작동 중에 제1 및 제2 여기 빔 405a와 405b를 모두 받도록 구성된다. 본 문서에서 공개된 기술의 기타 실시예에 더하여 도 1에 나와 있는 실시예 도해에서, 빔 스플리터 420은 여기 빔 405를 전송하고 생체 시료 310에서 나온 방출물을 반사하도록 구성된다. 아니면, 빔 스플리터 420은 여기 빔을 반사하고 생체 시료 310에서 나온 방출물을 전송하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 빔 스플리터 420은 여기 소스 402에 의해 주어지고 반응 영역 308로 유도되는 여기 빔 405의 전부 또는 대부분에 대해 반사율이 동일하거나 거의 동일한 광대역 빔 스플리터로 구성된다(예를 들어, 실시예 도해의 여기 빔 405a, 405b). 예를 들어, 빔 스플리터 420은 적어도 100나노미터의 파장 대역, 적어도 200나노미터의 파장 대역 또는 전자기 스펙트럼의 가시 파장 대역, 전자기 스펙트럼의 가시 및 근적외선(IR) 파장 대역 또는 450나노미터에서 680나노미터의 파장 대역에 대해 반사율이 일정하거나 거의 일정하다는 특징이 있는 광대역 빔 스플리터일 수 있다. 특정 실시예에서, 빔 스플리터 420은 중성 밀도 필터, 예를 들어 전자기 스펙트럼의 가시 파장 대역에 대한 반사율이 약 20%, 50% 또는 80%인 필터이다. 특정 실시에에서, 빔 스플리터 420은 하나 이상의 선택된 파장 범위, 예를 들어 여기 빔 405의 파장 중심 대역이나 거의 최대치 파장 대역보다 더 큰 대역에 대해 전송하거나 및/또는 반사하는 다파장 대역에 대해 전송하거나 반사하는 이색성 빔 스플리터이다.
특정 실시에에서, 빔 스플리터 420은 빔 덤프 422와 결합하거나 단독으로 다수의 여기 빔 405(예를 들어, 여기 빔 405a와 405b)의 일부나 전부를 받도록 구성된 단일 빔 스플리터이다. 각각의 여기 빔은 여기 채널이라고 할 수도 있는데, 이것은 생체 시료 310의 하나 이상에서 각각 다른 형광 염료나 탐침 분자를 여기시키는데 단독으로 또는 결합하여 사용될 수 있다. 그에 반해 이전의 많은 기술 시스템, 예를 들어 qPCR 분야의 기술 시스템은 개별 빔 스플리터를 사용하여 다수의 여기 빔이나 및 /또는 각각의 여기 채널 및/ 또는 시스템이나 장치의 각 배출 채널에 대해 빔 덤프를 제공한다. 이런 이전의 기술 시스템과 장치에서, 착색하여 선택된 이색성 필터는 일반적으로 여기 채널의 적어도 일부에 사용되어 시료에서 받은 방사선 양을 증가시킨다. 각 채널에 각각 다른 빔 스플리터 및/또는 빔 덤프를 사용하는 시스템과 장치의 단점에는 크기, 비용, 복잡성 그리고 반응 시간의 증가(예를 들어, 여기 채널 및/또는 방출 채널 사이를 바꿀 때 이동시키거나 회전시켜야 하는 부피의 증가로 인한)가 포함된다. 발명가들은 시스템이나 장치의 허용 가능하거나 기설정된 성능을 계속 제공하면서도, 예를 들어 여기 소스 402의 스펙트럼 분포를 적절히 선택하고 및/또는 광학 센서 408에 의해 받은 떠돌이 방사선이나 불요 방사선의 양을 줄이도록 시스템이나 장치를 구성하여, 이러한 복수의 빔 스플리터 및/또는 빔 덤프를 단일 빔 스플리터 420 및/또는 단일 빔 덤프 422로 교체할 수 있다는 것을 발견했다(본 문서에서 추가로 논의). 따라서, 본 기술의 실시예는 이전의 기술 시스템과 장치와 비교하여 시스템과 장치의 크기, 비용, 복잡성 그리고 반응 시간을 줄이는 데 사용될 수 있다.
도 5 및 6을 참조하여, 특정 실시예에서, 시스템100은 장치 하우징 105 및 베이스 300으로 구성되고 사용 중에 시료 홀더 305를 받거나, 수용하거나 또는 담도록 구성되며 그리고 광학계 400에 광결합을 제공하기 위해 시료 홀더 305를 위치시키는 광시료 홀더 서랍 110으로 구성된다. 서랍 110을 닫고서(도 6), 하우징 105는 시료 처리 시스템 300과 광학계 400을 담거나 둘러싸도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 하우징 105는 전자 프로세서 200의 전부나 일부를 담거나 둘러쌀 수도 있다.
도 7-9를 참조하여, 특정 실시예에서, 광학계 400은 추가로 렌즈 440 및/또는 렌즈 어레이 442로 구성될 수 있는데, 이 렌즈 어레이 442는 시료 홀더 305의 반응 영역 308 의 각각에 해당하는 다수의 렌즈로 구성될 수 있다. 렌즈 440은 시야렌즈로 구성될 수 있는데, 이것은 시료 홀더 305, 반응 영역 308, 렌즈 어레이 442 또는 광학 센서 408 중 적어도 하나에 텔레센트틱 광학계를 제공하도록 구성될 수 있다. 도 7과 9의 실시예 도해에 나와 있는 것처럼, 렌즈 440은 프레넬 렌즈로 구성될 수 있다.
도 7과 9를 다시 참조하여, 특정 실시예에서, 베이스 300은 시료 블록 302, 필티에 소자 303과 같은 온도 제어기 303 그리고 히트 싱크 304로 구성된 시료 블록 어셈블리 300으로 구성된다. 시료 블록 에셈블리 300은 열 제어나 열 순환을 하고(예를 들어, PCR 분석이나 온도 분포 제공), 시료 홀더 305나 생체 시료 310의 온도를 유지하며 및/또는 그렇지 않으면 시료 홀더 305나 생체 시료 310의 열 흐름이나 온도를 유지, 제어, 조정 또는 순환시키도록 구성될 수 있다.
도 10-14를 추가로 참조하여, 특정 실시예에서, 광학계 400에는 광학 센서 회로 기판 448, 센서 렌즈 438(도 10에서 설명된 것처럼 복합 렌즈일 수 있다), 이너 렌즈 마운트 449, 아우터 렌즈 마운트 450, 나사형 마운트 452 그리고 포커싱 기어 455로 구성된 촬상부 445가 포함된다. 광학 센서 회로 기판 448, 나사형 하우징 452 그리고 센서 렌즈 438은 모두 광학 센서 408을 둘러싸거나 담는 공동 458을 형성할 수 있으며 외광이 센서 렌즈 438을 통해 들어오지 않는 광학 센서 408에 닿지 않도록 구성될 수 있다. 아우터 렌즈 마운트 450은 스프링처럼 탄성 소자(표시되지 없음)를 통해 포키싱 기어 455의 톱니와 이동 가능하거나 슬라이드 가능하게 맞물릴 수 있는 기어 톱니 460이 포함된 아우터 표면으로 구성된다. 특정 실시예에서, 포커싱 기어 455는 도 14에 설명된 것처럼, 플레이트 465의 슬롯 462를 따라 이동하거나 슬라이딩한다. 이너 렌즈 마운트 449는 나사형 하우징 452의 나사산 부분과 맞물리거나 결합되는 나사산 부분 468로 구성된다.
이너 렌즈 마운트 449는 아우터 렌즈 마운트 450에 고정시켜 장착할 수 있고, 반면에 나사형 하우징 452는 광학 센서 회로 기판 448에 고정시켜 장착한다. 이너 렌즈 마운트 449는 나사형 하우징 452에 이동 가능하거나 슬라이드 가능하게 장착된다. 따라서, 포커싱 기어 455와 아우터 렌즈 마운트 450은 포키싱 기어 455의 회전이 아우터 렌즈 마운트 450를 회전시키도록 맞물릴 수 있다. 결과적으로, 이를 통해 이너 렌즈 마운트 449와 센서 렌즈 438은 이너 렌즈 마운트 449와 나사형 하우징 452의 나사산을 통해 센서 렌즈 438의 광축을 따라 움직인다. 이런 방식으로, 센서 렌즈 438나 매우 콤팩트한 광학계 400 내에 가려져 있는 관련 마운트 449, 450을 직접 맞물리게 하지 않고 센서 렌즈 438의 초점을 조정할 수 있다. 수동이나 자동으로 예를 들어 스테퍼 모터나 DC 모터와 같은 모터(표시되지 없음)를 사용하여 포커싱 기어 455와 맞물릴 수 있다.
도 11 및 13-17을 참조하여, 특정 실시예에서, 촬상부 445는 추가적으로 잠금 장치나 메커니즘 470으로 구성된다. 잠금 장치 470은 포커싱 기어 455의 두 개의 이빨 사이에 슬라이드 가능하게 맞물릴 수 있는 날이나 톱날 472로 구성된다. (도 15-17 참조) 도 15와 16에 설명되어 있는 것처럼, 잠금 장치 470은 제1위치(도 15)에서 포커싱 기어 455가 자유롭게 회전하고 센서 렌즈 438의 초점을 자유롭게 조정하며 제2위치(도 14)에서 포커싱 기어 455가 제자리에서 잠기고 회전이 방해받거나 방지된다. 이런 방식으로, 센서 렌즈 438의 초점은 이너 렌즈 마운트 449의 나사산 468과의 직접 잠김 접촉이나 맞물림을 편리하게 피하면서 센서 렌즈 438의 초점을 잠금 수 있다. 잠금 장치 470의 작동은 수동이나 자동화 방식으로 이루어질 수 있다. 특정 실시예에서, 잠금 장치 470은 추가로 스프링과 같은 탄성 소자(표시되지 않음)로 구성되는데, 여기에서 포커싱 기어 455의 회전은 탄성 소자에 의해 생성된 임계력을 극복하여 이루어질 수 있다.
도 18을 참조하여, 광학계 400에는 광학 하우징 477이 포함될 수도 있다. 특정 실시예에서, 여기 빔 405에서 나온 방사선과 발광 표면과 구역 482에서 반사되어 센서 조리개 478을 통과하는 방사선 만이 광학 하우징 477의 적어도 하나의 다른 표면이나 광학 하우징 477 내에서 반사되는 방사선이 되도록 광학계 400에는 방출 광로 417을 따라 배치된 센서 조리개 478과 센서 조리개 478과 협동하도록 배치된 적어도 하나의 차단 구조 480으로 구성된 방사선 차폐부 475가 포함된다. 다시 말해, 방사선 차폐부 475는 여기 빔 405에서 나온 방사선이 발광 구역 482에 반사되어 조리개 478을 직접 통과하지 하지 못하고 따라서 센서 렌즈 438과 광학 검출기 408로 통과하지 못하게 막도록 구성된다. 특정 실시예에서, 발광 구역 482는 다수의 반응 영역 308에 해당하는 가열 커버 102의 모든 조리개 483에 의해 정의된 구역으로 구성된다.
도 18의 실시예 도해에서, 차단 구조 480은 차폐부 480으로 구성된다. 점선이나 선 484a와 484b는 발광 구역 482에서 직접 반사된 광이 센서 조리개 478을 통과하여 센서 렌즈 438 및/또는 광학 센서 408로 지나가는 것을 막는데 차단 구조 480의 효과를 설명하는 데 사용될 수 있다. 선 484a는 발광 구역 482의 가장자리에서 기원하고 차폐부 480을 지나가지만 센서 조리개 478을 통과하지 않는다. 선 484b는 차폐부 480에 의해 차단되는 발광 구역 482의 가장자리에서 기원하는 또 다른 선이다. 나와 있는 것처럼, 차폐부 480이 없었다면 선은 센서 조리개 478을 통과하여 들어왔을 것이다.
도 18을 계속 참조하여, 특정 실시예에서, 광학계 400은 추가로 광 파이프 492의 한쪽 엔드에 광학적으로 연결된 전력 또는 에너지 센서 490를 포함하는 에너지나 전력 감지장치로 구성될 수 있다. 광 파이트 492의 반대편 엔드 493은 여기 빔 405에 의해 발광되도록 구성된다. 광 파이프 엔드 493은 여기 빔 405에 포함된 방사선에 의해 직접 또는 예를 들어 확산 표면에 의해 산란된 방사선에 의해 간접적으로 발광될 수도 있다. 특정 실시예에서, 센서 490은 여기 소스 402로부터 여기 광로 412의 바깥쪽에 위치한다. 게다가 또는 아니면, 센서 490은 광학 하우징 477의 바깥쪽에 위치하고 및/또는 장치 하우징 105의 바깥쪽 먼 곳에 위치한다. 본 문서에서 공개된 기술의 기타 실시예에 더하여 도 18에 나와 있는 실시예 도해에서, 광 파이프 엔드 493은 반사경 432 근처나 인접하게 배치되며 광 파이프의 전면이 여기 빔 405를 반사하는 반사경 432의 표면에 수직이거나 거의 수직이 되도록 맞춰질 수 있다. 발명가들은 이렇게 맞춰질 때 방식광 파이프 492에 의해 차단된 적은 양의 에너지나 전력 여기 빔 405의 에너지나 전력을 모니터링하기 위한 목적에 충분하다는 것을 발견했다. 센서 490을 여기 빔의 광로 바깥에 위치시켜 편리하게 광학계 400을 더 콤팩트하게 만들 수 있다.
특정 실시예에서, 광 파이프 492는 단일 섬유나 섬유 다발로 구성된다. 게다가 또는 아니면, 광 파이프 492는 유리, 플렉시 유리, 아크릴 등과 같은 소재를 바탕으로 한 중합체 등과 같은 투명 소재나 투과 소재로 만들어진 막대로 구성될 수 있다.
도 19 및 20을 참조하여, 특정 실시예에서 장치 100은 방사선 502를 방출하도록 구성된 위치 소스 500과 위치 소스 500으로부터 방사선 502를 받도록 구성된 해당 위치 센서 505로 구성된다. 위치 소스 500과 위치 센서 505는 광로를 따라 배치된 광 소자 435의 위치를 나타내는 위치 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 장치 100은 추가로 위치 소스 505로부터 적어도 일부 방사선 502를 차단하도록 구성된 방사선 차폐막 510으로 구성될 수 있다.
위의 내용은 기술과 관련된 담당자가 본 기술을 만들고 사용할 수 있도록 완전하고, 명확하며, 간결하고 그리고 정확한 용어로 본 기술을 실행하는 데 고심한 최적의 방법 및 본 기슬을 만들고 사용하는 방식과 과정에 대한 설명을 나타낸다. 하지만, 본 발명은 위에서 논의된 발명으로부터 완전히 동등하게 변경되고 대체 구성되기 쉽다. 결과적으로, 본 발명을 공개된 특정 실시예로 제한하는 것이 목적이 아니다. 반대로, 목적은 발명의 주제를 특별히 지적하고 명백하게 청구하는 다음 청구로 일반적으로 표현되는 것처럼 발명의 진정한 의미와 범위 안에 있는 변경과 대체 구성을 포함시키는 것이다.
본 문서에서 설명된 다양한 실시예와 관련된 방법에 대한 예시적 시스템에는 다음 특허 출원서에 설명된 예시적 시스템이 포함되는데 해당 특허 출원으로는,
● 미국 디자인 특허 출원번호 29/516,847, 2015년 2월 6일 제출,
● 미국 디자인 특허 출원번호 29/516,883, 2015년 2월 6일 제출
● 미국 디자인 특허 출원번호 62/112,910, 2015년 2월 6일 제출,
● 미국 디자인 특허 출원번호 62/113,006, 2015년 2월 6일 제출,
● 미국 디자인 특허 출원번호 62/113,183, 2015년 2월 6일 제출,
● 미국 디자인 특허 출원번호 62/113,077, 2015년 2월 6일 제출,
● 미국 디자인 특허 출원번호 62/113,058, 2015년 2월 6일 제출,
● 미국 디자인 특허 출원번호 62/112,964, 2015년 2월 6일 제출,
● 미국 디자인 특허 출원번호 62/113,118, 2015년 2월 6일 제출,
● 미국 디자인 특허 출원번호 62/113,212, 2015년 2월 6일 제출 그리고
● 미국 특허 출원번호 ________(Life Technologies 문서번호 LT01023), 2016년 2월 5일 제출,
● 미국 특허 출원번호 ________(Life Technologies 문서번호 LT01024), 2016년 2월 5일 제출,
● 미국 특허 출원번호 ________(Life Technologies 문서번호 LT01025), 2016년 2월 5일 제출,
● 미국 특허 출원번호 ________(Life Technologies 문서번호 LT01028), 2016년 2월 5일 제출,
● 미국 특허 출원번호 ________(Life Technologies 문서번호 LT01029), 2016년 2월 5일 제출,
● 미국 특허 출원번호 ________(Life Technologies 문서번호 LT01032), 2016년 2월 5일 제출,
● 미국 특허 출원번호 ________(Life Technologies 문서번호 LT01033), 2016년 2월 5일 제출이 있는데,
이들 전부는 또한 본 문서 전체에서 참고로 통합된다.
100: 생물학적 분석용의 시스템, 장치 또는 기구
200: 전자 프로세서
300: 베이스
400: 광학계

Claims (66)

  1. 생물학적 분석을 위한 장치로서,
    여기 소스,
    상기 여기 소스에 응답하여 생물학적 시료로부터 방출을 수신하도록 구성된 광학 센서,
    여기 광로를 따라 배치된 여기 광학계,
    방출 광로를 따라 배치된 방출 광학계,
    촬상부를 포함하고,
    상기 촬상부는,
    제1면 및 대향하는 제2면,
    센서 렌즈,
    렌즈 센서를 적어도 부분적으로 둘러싸는 렌즈 케이스, 및
    렌즈 케이스와 결합하도록 구성된 기어를 포함하는 초점 조정 장치를 포함하고,
    상기 제1 면은 센서 렌즈의 표면을 포함하며,
    상기 제2면은 광학 센서 회로 기판을 포함하고,
    상기 초점 조정 장치는 상기 센서 렌즈의 초점을 조절하기 위해 인클로저 외부로부터 접근 가능하도록 구성되는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 여기 광로 및 방출 광로를 따라 배치된 빔 스플리터를 더 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  3. 생물학적 분석을 위한 장치로서,
    하나 이상의 생물학적 시료를 처리하기 위한 다수의 공간적으로 분리된 반응 영역을 포함하는 시료 홀더를 수용하도록 구성된 베이스,
    제1파장을 특징으로 하는 제1 여기 빔 및 제1파장과 다른 제2파장을 특징으로 하는 제2 여기 빔을 생성하도록 구성된 여기 소스,
    상기 여기 소스에 응답하여 생물학적 시료로부터 방출을 수신하도록 구성된 광학 센서,
    상기 여기 소스와 베이스 사이에서 여기 광로를 따라 배치되는 여기 광학계,
    상기 베이스와 광학 센서 사이에서 방출 광로를 따라 배치되고, 생물학적 시료로부터의 방출을 광학 센서로 향하도록 구성된 방출 광학계,
    촬상부를 포함하고,
    상기 촬상부는,
    제1면 및 대향하는 제2면,
    센서 렌즈,
    상기 센서 렌즈를 적어도 부분적으로 둘러싸는 렌즈 케이스, 및
    상기 렌즈 케이스와 결합하도록 구성된 기어를 포함하는 초점 조정 장치를 포함하고,
    상기 제1 면은 센서 렌즈의 표면을 포함하며,
    상기 제2 면은 광학 센서 회로 기판을 포함하고
    상기 초점 조정 장치는 상기 센서 렌즈의 초점을 조절하기 위해 상기 인클로저 외부로부터 접근 가능하도록 구성되는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 방출 광로를 따라 배치된 하나 이상의 방출 필터를 더 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 방출의 적어도 일부는 상기 여기 빔 중 적어도 하나에 응답하여 상기 생물학적 시료 중 적어도 일부로부터의 형광 방출을 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 방출의 적어도 일부는, 상기 생물학적 시료 중 적어도 일부에 의해 반사, 굴절, 회절, 산란, 또는 편광되는 상기 여기 빔 중 적어도 하나로부터의 방사선을 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 베이스와 빔 스플리터 사이에서 여기 광로를 따라 배치된 온도 제어 커버를 더 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 베이스와 빔 스플리터 사이에서 여기 광로를 따라 배치된 거울을 더 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 베이스와 빔 스플리터 사이에서 여기 광로를 따라 배치된 거울을 더 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 베이스는 상기 시료 홀더 또는 생물학적 시료의 온도를 제어하도록 구성된 시료 블록 어셈블리를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 시료 블록 어셈블리는 시료 블록, 펠티에 소자 또는 히트 싱크 중 하나 이상을 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스는 열 제어기를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  13. 제12항에 있어서, 열 제어기는 상기 베이스, 시료 홀더, 또는 분리된 생물학적 시료 중 적어도 하나의 온도를 제어하도록 구성된, 생물학적 분석을 위한 장치.
  14. 제12항에 있어서, 열 제어기는 PCR 분석을 수행하도록 구성된 열 순환 장치를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  15. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 장치가 시료 홀더를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 시료 홀더는 하나 이상의 마이크로타이터 플레이트, 다수의 웰 또는 관통 구멍을 포함하는 기판, 하나 이상의 채널을 포함하는 기판, 또는 하나 이상의 생물학적 시료를 함유하는 다수의 비드 또는 구를 포함하는 챔버를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 다수의 공간적으로 분리된 반응 영역은 다수의 웰 중 하나 이상, 기판 내의 다수의 관통 구멍, 기판 상의 또는 채널 내의 다수의 별개의 위치, 또는 반응 체적 내의 다수의 비드 또는 구를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 공간적으로 분리된 반응 영역의 적어도 일부는 하나 이상의 생물학적 시료를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 생물학적 시료는 하나 이상의 표적 핵산 서열, 하나 이상의 프라이머, 하나 이상의 완충액, 하나 이상의 뉴클레오티드, 하나 이상의 효소, 하나 이상의 세제, 적어도 하나의 차단제, 또는 표적 핵산 서열 또는 기준 핵산 서열을 검출하기에 적합한 적어도 하나 이상의 염료, 마커 및/또는 탐침을 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  20. 제15항에 있어서, 상기 시료 홀더는 마이크로타이터 플레이트를 포함하고, 상기 반응 영역은 적어도 96 웰, 384 웰 또는 1536 웰을 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  21. 제15항에 있어서, 상기 시료 홀더는 제1면, 대향하는 제2면, 및 상기 면들 사이에 배치되고 하나 이상의 생물학적 시료를 수용하도록 구성된 다수의 관통 구멍을 포함하는 기판을 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 기판은 적어도 3,096개의 관통 구멍 또는 적어도 20,000개의 관통 구멍을 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  23. 제15항에 있어서, 상기 시료 홀더는 하나 이상의 표적 분자 또는 분자 서열을 통과시키도록 구성된 모세관의 배열을 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  24. 제15항에 있어서, 상기 시료 홀더는 중합 효소 연쇄 반응, 시퀀싱 분석 또는 모세관 전기 영동 분석, 블롯 분석 중 적어도 하나를 수행하도록 구성된, 생물학적 분석을 위한 장치.
  25. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 여기 광학계는 상기 여기 빔을 상기 베이스를 향해 지향시키도록 구성된 시료 렌즈를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 시료 렌즈는 상기 다수의 공간적으로 분리된 영역들에 걸쳐 연장되도록 구성된 필드 렌즈를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 다수의 렌즈를 더 포함하고, 다수의 렌즈 각각은 상기 다수의 반응 영역 각각에 배치되는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  28. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 시료 렌즈는 복합 렌즈, 곡면 거울, 회절 광학 요소 또는 홀로그래픽 광학 요소 중 적어도 하나를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  29. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 시료 렌즈는 상기 시료 홀더, 상기 공간적으로 분리된 반응 영역, 또는 상기 광학 센서 중 적어도 하나의 텔레센트릭 광학계를 제공하도록 구성되는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  30. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 시료 렌즈는 프레넬 렌즈를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  31. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 시료 렌즈는 상기 다수의 반응 영역에 대응하는 다수의 렌즈를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  32. 제2항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 상기 여기 빔을 전송하도록 구성되거나 여기 빔을 반사시키도록 구성된, 생물학적 분석을 위한 장치.
  33. 제2항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 적어도 100 나노미터의 파장 대역에 걸쳐 일정한 반사율을 특징으로 하는 광대역 빔 스플리터를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  34. 제2항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 450 나노미터 내지 680 나노미터의 파장 대역에 걸쳐 일정한 반사율을 특징으로 하는 생물학적 분석을 위한 장치.
  35. 제2항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 전자기 스펙트럼의 가시 파장 대역에 걸쳐 일정한 반사율을 특징으로 하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  36. 제2항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 중립 밀도 필터를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  37. 제2항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 50/50 빔 스플리터를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  38. 제2항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 이색성 빔 스플리터를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  39. 제2항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 다파장 대역 빔 스플리터를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  40. 제3항에 있어서, 상기 제1 여기 빔 및 제2 여기 빔은 시간적 및/또는 공간적으로 분리되는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  41. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 여기 빔과 제2 여기 빔이 동시에 생성되는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  42. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 여기 광원은 적어도 하나의 백열 램프, 적어도 하나의 가스 방전 램프, 적어도 하나의 발광 다이오드, 적어도 하나의 유기 발광 다이오드, 또는 적어도 하나의 레이저를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  43. 제42항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스 방전 램프는 할로겐 램프, 크세논 램프, 아르곤 램프 또는 크립톤 램프 중 하나 이상을 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  44. 제42항에 있어서, 상기 적어도 하나의 레이저는 다이오드 레이저, 아르곤 레이저, 크세논 레이저, 엑시머 레이저, 고체 레이저, 헬륨 네온 레이저 또는 염료 레이저 중 하나 이상을 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  45. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 여기 빔은 상기 제 1 여기 빔의 강도, 전력 또는 에너지가 제1 기설정 값 이상인 제1 파장 범위를 포함하고, 상기 제2 여기 빔은 상기 제2 여기 빔의 강도, 전력 또는 에너지가 제2 기설정 값 이상인 제2 파장 범위를 포함하며, 상기 제1 파장은 (1) 상기 제1 파장 범위의 중심 파장 또는 (2) 상기 제1 파장 범위에 걸친 최대 전자기 세기, 전력 또는 에너지의 파장 중 적어도 하나이며, 상기 제2 파장은 (1) 상기 제2 파장 범위의 중심 파장 또는 (2) 상기 제2 파장 범위에 걸친 최대 전자기 강도, 전력 또는 에너지의 파장 중 적어도 하나인, 생물학적 분석을 위한 장치.
  46. 제45항에 있어서, 상기 중심 파장들 중 적어도 하나는 대응하는 파장 범위에 걸친 평균 파장인, 생물학적 분석을 위한 장치.
  47. 제45항에 있어서, 상기 기설정 값들 중 적어도 하나는 대응하는 파장 범위에 대한 상응하는 최대 세기, 전력 또는 에너지의 20%보다 작은, 생물학적 분석을 위한 장치.
  48. 제45항에 있어서, 상기 제2 기설정 값은 제1 기설정 값과 동일한, 생물학적 분석을 위한 장치.
  49. 제45항에 있어서, 상기 제1 파장 범위는 제2 파장 범위와 중첩되지 않거나 제1 파장 범위는 제2 파장 범위와 부분적으로만 중첩되는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  50. 제45항에 있어서, 상기 제2 파장은 제1 파장과 적어도 20 나노미터 이상 차이가 나는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  51. 제45항에 있어서, 상기 제1 및 제2 파장 범위 중 적어도 하나는 적어도 20 나노미터의 값을 갖는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  52. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 파장은 제1 파장과 적어도 20 나노미터 이상 차이가 나는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  53. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 여기 소스는 광원을 포함하고, 상기 제1 파장 및 제2 파장은 전자기 스펙트럼의 가시 대역 내에 있는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  54. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 여기 소스는 적어도 100 나노미터의 대역폭을 갖는 광원을 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  55. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 여기 소스는 여기 광로 내외로 이동 가능한 다수의 여기 필터를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  56. 제55항에 있어서, 상기 여기 필터 중 적어도 하나는 적어도 ±10 나노미터의 파장 대역을 갖는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  57. 제55항에 있어서, 상기 여기 필터는 적어도 5개의 여기 필터를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  58. 제55항에 있어서, 상기 여기 필터는 SYBR® 염료 또는 탐침, FAMTM 염료 또는 탐침, VIC® 염료 또는 탐침, ROXTM 염료 또는 탐침, 또는 TAMRATM 염료 또는 탐침 중 하나 이상의 형광에 적합한 다수의 통과대역을 함께 제공하는 다수의 필터를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  59. 제55항에 있어서, 상기 여기 필터는 상기 필터의 각각을 상기 여기 빔 경로 내외로 이동시키도록 구성된 회전 가능한 필터 휠 상에 장착되는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  60. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 여기 소스는 다수의 개별 여기 소스를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  61. 제60항에 있어서, 상기 다수의 개별적인 여기 소스는 개별적인 여기 소스의 2차원 배열을 형성하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  62. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 광학 센서는 배열 센서를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  63. 제62항에 있어서, 상기 배열 센서는 상호보완적 금속-산화물-반도체 센서 또는 전하-결합 소자 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  64. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 광학 센서는 적어도 2개의 배열 센서를 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
  65. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 광학 센서가 상호보완적 금속-산화물-반도체 센서인, 생물학적 분석을 위한 장치.
  66. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 베이스에 인접하여 배치되고 상기 다수의 반응 영역에 대응하도록 구성된 다수의 조리개를 포함하는 가열된 커버를 더 포함하는, 생물학적 분석을 위한 장치.
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