KR20230100701A - 움직이고 있는 샘플의 이미지를 획득하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

방법은 하나 이상의 노출에 기초하여 이동하는 샘플의 분석 이미지를 생성하기 위해 사용된다. 조명원은 샘플이 시야를 통해 이동하는 동안 하나 이상의 펄스에 대해 카메라의 시야를 조명한다. 이러한 하나 이상의 펄스들 각각 동안 샘플에 의해 이동된 거리는 카메라에 의해 캡처된 이미지 내의 하나의 픽셀의 크기 미만일 수 있다.

Description

움직이고 있는 샘플의 이미지를 획득하는 장치 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2020년 11월 6일자로 출원된, 발명의 명칭이 "움직이고 있는 샘플의 이미지를 획득하는 장치 및 방법(Apparatus and Method of Obtaining an Image of a Sample in Motion)"인 미국 가특허 출원 제63/110,720호의 이익을 주장한다.

이 단락에서 논의되는 요지는 단지 이 단락에서의 그의 언급의 결과로서 종래기술인 것으로 간주되어서는 안 된다. 유사하게, 이 단락에서 언급되거나 배경기술로서 제공되는 요지와 연관된 문제는 종래기술에서 이전에 인식된 것으로 간주되어서는 안된다. 이 단락에서의 요지는 상이한 접근법을 나타낼 뿐이며, 이들 자체는 또한 청구되는 기술의 구현예에 대응할 수 있다.

이미징될 객체에 대해, 그러한 객체가 이미징 디바이스의 시야 내에 있는 동안 광자가 수집되어야 한다. 이는 이어서 객체가 조명될 것을 요구한다. 이미징될 객체가 단지 제한된 시간 동안 시야 내에 있을 때, 이미징 시스템은 객체가 시야에 있는 시간 동안 조명을 통해 인가되는 에너지가 필요한 광자가 수집되기에 충분할 것을 보장하여야 한다. 고 정밀도 모션 스테이지(high precision motion stage), 시간 지연 적분(time delay integration, TDI) 카메라, 및 다이오드 펌핑 솔리드 스테이트(diode pumped solid state, DPSS) 레이저가 이러한 목적을 달성하기 위해 사용된 컴포넌트들 중 하나이다.

본 명세서에 개시된 예는 객체들의 조명을 위한 기법에 관한 것으로, 특히 시퀀싱될(sequenced) 유전자 물질의 샘플들의 조명을 위한 기법에 초점을 맞춘다.

구현예는 픽셀들을 포함하는 이미지들을 캡처하기 위한 카메라 - 각각의 픽셀은 샘플 용기(sample container)의 이동 방향으로의 스테이지 상의 거리에 대응하는 픽셀 크기를 가짐 - 를 포함하는 기계(machine)에 관한 것이다. 기계는 스테이지와 중첩되는 카메라의 시야에 대해 샘플 용기를 이동시키기 위한 스테이지를 추가로 포함하고, 샘플 용기는 샘플 용기의 이동 방향으로의 피치 길이를 갖는 특징부들의 어레이(array of features)를 포함한다. 기계는 카메라의 시야를 조명하기 위한 조명원을 추가로 포함한다. 기계는 특징부들의 어레이로부터의 특징부가 카메라의 시야 내에 있고 시야에 대해 움직이고 있는 동안, 특징부의 하나 이상의 노출들(exposures)을 획득하는 동작을 포함하는 동작들을 수행함으로써 분석 이미지를 획득하기 위한 제어기를 추가로 포함한다. 특징부의 하나 이상의 노출들을 획득하는 동작은, 하나 이상의 노출들 각각에 대해, 동작들을 수행함으로써 수행될 수 있다. 그러한 동작들은 카메라의 센서를 제1 지속시간 동안 조명에 노출시키는 동작, 및 카메라의 센서가 조명에 노출되는 동안 발생하는 제2 지속시간을 갖는 기간 동안, 카메라의 시야를 조명원으로 조명하는 동작을 포함할 수 있다. 그러한 기계에서, 제2 지속시간을 갖는 기간의 시작으로부터 종료까지 카메라의 시야 내에서의 특징부의 변위는 샘플 용기의 이동 방향으로의 피치 길이 이하이다.

일부 구현예에서, 상기에서 기술된 것과 같은 기계에서, 제2 지속시간을 갖는 기간의 시작으로부터 종료까지 카메라의 시야 내에서 샘플 용기의 이동 방향으로의 특징부의 변위는 픽셀 크기 이하일 수 있다.

이러한 요약의 상기 2개의 단락들 중 어느 하나에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 특징부의 하나 이상의 노출들을 획득하는 동작은 특징부의 복수의 노출들을 획득하는 동작을 포함한다. 제어기가 수행하는 동작들은 특징부의 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 동작에 기초하여 특징부의 복수의 노출들을 오버레이하는(overlaying) 동작을 포함한다.

이러한 요약의 상기 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 제어기가 수행하는 동작들은, 각각의 노출에 대해, 카메라의 시야가 조명원으로 조명된 때 샘플 용기의 위치에 대한 대응하는 값을 획득하는 동작을 포함한다. 일부 그러한 구현예에서, 제어기는 샘플 용기의 위치에 대한 노출들의 대응하는 값들 사이의 차이들에 기초하여 특징부의 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시킨다.

이러한 요약의 상기 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 기계는 샘플 용기의 위치에 대한 값들을 제공하기 위한 인코더(encoder)를 포함한다. 일부 그러한 구현예에서, 제어기는, 각각의 노출에 대해, 카메라의 시야가 조명원으로 조명된 때 인코더로부터 샘플 용기의 위치에 대한 대응하는 값을 획득한다.

이러한 요약의 상기 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 인코더는 픽셀 크기에 대응하는 스테이지 상의 거리보다 작은 거리들을 구별하기 위한 해상도를 갖고, 특징부의 복수의 노출들을 오버레이하는 동작은 인코더의 해상도에서 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는(co-registering) 동작을 포함한다.

이러한 요약의 상기 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 인코더의 해상도에서 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 동작은, 하나 이상의 노출들 중 적어도 하나에 대해, 노출의 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)을 취함으로써 주파수 공간 표현을 획득하는 동작을 포함한다. 인코더의 해상도에서 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 동작은, 하나 이상의 노출들 중 적어도 하나에 대해, 픽셀 크기에 대응하는 스테이지 상의 거리의 정수 배수가 아닌 거리만큼 주파수 공간 표현을 병진시키는 동작을 추가로 포함한다. 인코더의 해상도에서 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 동작은, 하나 이상의 노출들 중 적어도 하나에 대해, 병진된 주파수 공간 표현의 역 고속 푸리에 변환을 수행하는 동작을 추가로 포함한다.

이러한 요약의 상기 2개의 단락들 중 어느 하나에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 인코더의 해상도에서 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 동작은, 복수의 노출들 각각에 대해, 픽셀들 사이의 데이터를 보간하는 동작에 기초하여 인코더의 해상도에 대한 그러한 노출을 업샘플링하는(upsampling) 동작, 및 업샘플링하는 동작 후에 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 동작을 포함한다.

이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 샘플 용기는 복수의 기준점들(fiducial points)을 포함할 수 있고, 제어기는 노출들 사이의 기준점들의 위치의 차이들에 기초하여 특징부의 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시킬 수 있다.

이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 분석 이미지는 제1 비트 심도(bit depth)를 각각 갖는 복수의 픽셀들을 포함한다. 일부 그러한 구현예에서, 복수의 노출들 각각은 제1 비트 심도 미만인 제2 비트 심도를 각각 갖는 복수의 픽셀들을 포함한다.

상기 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 카메라에 의해 캡처된 각각의 이미지에 포함된 각각의 픽셀은 제3 비트 심도를 갖고, 제3 비트 심도는 제2 비트 심도 초과이다. 노출의 복수의 노출들을 획득하는 동작은, 각각의 노출에 대해, 카메라의 시야가 조명원에 의해 조명되는 동안 카메라로 이미지를 캡처하는 동작; 및 카메라에 의해 캡처된 이미지로부터 픽셀들의 다수의 최상위 비트들을 트렁케이트하는(truncating) 동작을 포함하고, 최상위 비트들의 트렁케이트된 수는 제3 비트 심도와 제2 비트 심도 사이의 차이와 동일하다.

이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 특징부를 이미징하기 위해 임계 조명 에너지 선량(threshold illumination energy dose)이 요구된다. 특징부의 하나 이상의 노출들 각각에 대해, 조명원으로 카메라의 시야를 조명하는 동작은, 제2 지속시간을 곱할 때, 특징부를 이미징하기 위한 임계 조명 에너지 선량 미만의 개별 노출 에너지 선량을 제공하고, 제2 지속시간을 곱하고 복수의 노출들 중의 노출들의 수를 곱할 때, 특징부를 이미징하기 위한 임계 조명 에너지 선량 초과의 집합 노출 에너지 선량을 제공하는 전력으로 조명원을 활성화하는 동작을 포함한다.

이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 제어기가 수행하는 동작들은 카메라로 기준 객체의 이미지를 획득하는 동작을 포함하고, 기준 객체는 알려진 위치들을 갖는 복수의 특징부들을 포함한다. 제어기가 수행하는 동작들은 기준 객체에 포함된 복수의 특징부들의 알려진 위치들을, 기준 객체의 이미지 내의 복수의 특징부들의 겉보기 위치들(apparent locations)과 비교하는 동작을 포함하는 동작들을 수행함으로써 왜곡 맵(distortion map)을 생성하는 동작, 및 특징부의 하나 이상의 노출들 각각에 왜곡 맵을 적용하는 동작을 추가로 포함한다.

이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 스테이지는 볼 베어링들을 사용하여 기계의 프레임 상에 장착되고, 카메라는 상보형 금속-산화물-반도체 센서들을 사용하여 이미지들을 캡처하고, 조명원은 다이오드 레이저(diode laser)이다.

이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 특징부는 나노웰(nanowell)이다.

이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 분석 이미지는 복수의 분석 이미지들 중 하나이고; 제어기는 복수의 시퀀싱 사이클들(sequencing cycles)을 수행하고, 복수의 분석 이미지들로부터의 각각의 분석 이미지는 단일 시퀀싱 사이클에 대응하고; 제어기는 복수의 분석 이미지들에 기초하여 샘플 용기 내의 각각의 특징부에 대한 클러스터 폴리뉴클레오티드(cluster polynucleotide)를 결정하고; 제어기는 샘플 용기로부터의 특징부들에 대해 결정된 클러스터 폴리뉴클레오티드들에 기초하여 샘플 용기와 연관된 샘플에 대한 완전 폴리뉴클레오티드(complete polynucleotide)를 결정한다.

이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 샘플 용기에 포함된 특징부들의 어레이는 샘플 용기의 이동 방향으로의 피치 미만인, 샘플 용기의 이동 방향에 수직인 피치를 갖는다.

이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 기계의 일부 구현예에서, 기계는 제2 지속시간을 갖는 기간 동안 샘플 용기의 이동 방향으로 카메라의 시야를 병진시킴으로써 스테이지의 이동에 반작용하기 위한 모터를 포함한다.

다른 구현예는, 이동 방향으로, 카메라의 시야에 대해 스테이지 상의 특징부를 병진시키는 단계 - 카메라는 스테이지 상의 이동 방향으로의 거리에 대응하는 픽셀 크기를 갖고, 특징부는 샘플 용기 내의 특징부들의 어레이에 포함되고, 특징부들의 어레이는 이동 방향으로의 피치 길이를 가짐 - 를 포함하는 방법에 관한 것이다. 방법은 특징부가 카메라의 시야 내에 있고 시야에 대해 움직이고 있는 동안, 특징부의 하나 이상의 노출들을 획득하는 단계를 포함하는 단계들을 수행함으로써 분석 이미지를 생성하는 단계를 추가로 포함하고, 특징부의 하나 이상의 노출들을 획득하는 단계는, 하나 이상의 노출들 각각에 대해, 단계들을 수행함으로써 수행된다. 그러한 단계들은 카메라의 센서를 제1 지속시간 동안 조명에 노출시키는 단계; 및 카메라의 센서가 조명에 노출되는 동안 발생하는 제2 지속시간을 갖는 기간 동안, 카메라의 시야를 조명원으로 조명하는 단계를 포함한다. 그러한 방법에서, 제2 지속시간을 갖는 기간의 시작으로부터 종료까지 카메라의 시야 내에서의 특징부의 변위는 이동 방향으로의 피치 길이 이하이다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 제2 지속시간을 갖는 기간의 시작으로부터 종료까지 이동 방향으로의 특징부의 변위는 픽셀 크기 이하이다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 2개의 단락들 중 어느 하나에서 기술된 것과 같은 방법에서, 특징부의 하나 이상의 노출들을 획득하는 단계는 특징부의 복수의 노출들을 획득하는 단계를 포함한다. 방법은 특징부의 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 단계를 포함하는 단계들을 수행함으로써 특징부의 분석 이미지를 생성하기 위해 특징부의 복수의 노출들을 오버레이하는 단계를 추가로 포함한다.

일부 구현예에서, 상기 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 방법은, 각각의 노출에 대해, 카메라의 시야가 조명원으로 조명된 때 샘플 용기의 위치에 대한 대응하는 값을 획득하는 단계; 및 샘플 용기의 위치에 대한 노출들의 대응하는 값들 사이의 차이들에 기초하여 특징부의 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 단계를 포함한다.

일부 구현예에서, 상기 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 각각의 노출에 대해, 카메라의 시야가 조명원으로 조명된 때 샘플 용기의 위치에 대한 대응하는 값은 인코더로부터 획득된다.

일부 구현예에서, 상기 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 인코더는 픽셀 크기에 대응하는 스테이지 상의 거리보다 작은 거리들을 구별하기 위한 해상도를 갖고, 스폿(spot)의 복수의 노출들을 오버레이하는 단계는 인코더의 해상도에서 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 단계를 포함한다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 인코더의 해상도에서 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 단계는, 하나 이상의 노출들 중 적어도 하나에 대해, 노출의 고속 푸리에 변환을 취함으로써 주파수 공간 표현을 획득하는 단계를 포함한다. 인코더의 해상도에서 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 단계는, 하나 이상의 노출들 중 적어도 하나에 대해, 픽셀 크기에 대응하는 스테이지 상의 거리의 정수 배수가 아닌 거리만큼 주파수 공간 표현을 병진시키는 단계; 및 병진된 주파수 공간 표현의 역 고속 푸리에 변환을 수행하는 단계를 추가로 포함한다.

일부 구현예에서, 상기 2개의 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 단계는, 복수의 노출들 각각에 대해, 픽셀들 사이의 데이터를 보간하는 단계에 기초하여 인코더의 해상도에 대한 그러한 노출을 업샘플링하는 단계, 및 업샘플링하는 단계 후에 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 단계를 포함한다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 샘플 용기는 복수의 기준점들을 포함하고, 방법은 노출들 사이의 기준점들의 위치의 차이들에 기초하여 특징부의 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 단계를 포함한다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 분석 이미지는 제1 비트 심도를 각각 갖는 복수의 픽셀들을 포함하고; 복수의 노출들 각각은 제2 비트 심도를 각각 갖는 복수의 픽셀들을 포함하고, 제2 비트 심도는 제1 비트 심도 미만이다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 카메라에 의해 캡처된 각각의 이미지에 포함된 각각의 픽셀은 제3 비트 심도를 갖고, 제3 비트 심도는 제2 비트 심도 초과이다. 추가적으로, 특징부의 복수의 노출들을 획득하는 단계는, 각각의 노출에 대해, 카메라의 시야가 조명원에 의해 조명되는 동안 카메라로 이미지를 캡처하는 단계; 및 카메라에 의해 캡처된 이미지로부터 픽셀들의 다수의 최상위 비트들을 트렁케이트하는 단계를 포함하고, 최상위 비트들의 트렁케이트된 수는 제3 비트 심도와 제2 비트 심도 사이의 차이와 동일하다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 특징부를 이미징하기 위해 임계 조명 에너지 선량이 요구된다. 추가적으로, 그러한 방법에서, 특징부의 하나 이상의 노출들 각각에 대해, 조명원으로 카메라의 시야를 조명하는 단계는, 제2 지속시간을 곱할 때, 특징부를 이미징하기 위한 임계 조명 에너지 선량 미만의 개별 노출 에너지 선량을 제공하고; 제2 지속시간을 곱하고 복수의 노출들 중의 노출들의 수를 곱할 때, 특징부를 이미징하기 위한 임계 조명 에너지 선량 초과의 집합 노출 에너지 선량을 제공하는 전력으로 조명원을 활성화하는 단계를 포함한다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 방법은 카메라로 기준 객체의 이미지를 획득하는 단계를 포함하고, 기준 객체는 알려진 위치들을 갖는 복수의 특징부들을 포함한다. 방법은 기준 객체에 포함된 복수의 특징부들의 알려진 위치들을, 기준 객체의 이미지 내의 복수의 특징부들의 겉보기 위치들과 비교하는 단계를 포함하는 단계들을 수행함으로써 왜곡 맵을 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 특징부의 하나 이상의 노출들 각각에 왜곡 맵을 적용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 스테이지는 볼 베어링들을 사용하여 고정식 프레임 상에 장착되고, 카메라는 상보형 금속-산화물-반도체 센서들을 사용하여 이미지들을 캡처하고, 조명원은 다이오드 레이저이다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 특징부는 나노웰이다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 분석 이미지는 복수의 분석 이미지들 중 하나이다. 일부 그러한 구현예에서, 방법은 복수의 시퀀싱 사이클들을 수행하는 단계 - 복수의 분석 이미지들로부터의 각각의 분석 이미지는 단일 시퀀싱 사이클에 대응함 -; 복수의 분석 이미지들에 기초하여 샘플 용기 내의 각각의 특징부에 대한 클러스터 폴리뉴클레오티드를 결정하는 단계; 및 샘플 용기로부터의 특징부들에 대해 결정된 클러스터 폴리뉴클레오티드들에 기초하여 샘플 용기와 연관된 샘플에 대한 완전 폴리뉴클레오티드를 결정하는 단계를 추가로 포함한다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 샘플 용기에 포함된 특징부들의 어레이는 샘플 용기의 이동 방향으로의 피치 미만인, 샘플 용기의 이동 방향에 수직인 피치를 갖는다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락들 중 임의의 단락에서 기술된 것과 같은 방법에서, 방법은 제2 지속시간을 갖는 기간 동안 이동 방향으로 카메라의 시야를 병진시킴으로써 스테이지의 이동에 반작용하는 모터를 포함한다.

다른 구현예는 카메라의 시야에 대해 샘플을 이동시키기 위한 스테이지 - 카메라의 시야는 스테이지와 중첩됨 - 를 포함하는 기계에 관한 것이다. 기계는 픽셀들을 포함하는 이미지들을 캡처하기 위한 카메라를 추가로 포함하고, 각각의 픽셀은 스테이지 상의 거리에 대응하는 픽셀 크기를 갖는다. 기계는 카메라의 시야를 조명하기 위한 조명원을 추가로 포함한다. 기계는 펄스형 조명을 사용하여 연속적으로 이동하는 샘플의 분석 이미지를 획득하기 위한 수단을 추가로 포함한다.

일부 구현예에서, 이러한 요약의 상기 단락에서 기술된 것과 같은 기계에서, 펄스형 조명을 사용하여 연속적으로 이동하는 샘플의 분석 이미지를 획득하기 위한 수단은 다수의 서브-임계 노출들을 병진 및 오버레이하기 위한 수단을 포함한다.

개시된 기술의 다른 특징 및 양태는 개시된 기술의 예에 따른 특징을 예로서 예시하는 첨부 도면과 함께 취해진 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 요약은 본 명세서 또는 임의의 관련 명세서에 의해 제공되는 임의의 보호의 범주를 제한하도록 의도되지 않고, 그러한 범주는 각각의 명세서의 청구범위 및 등가물에 의해 한정된다.

전술한 개념의 모든 조합은 (그러한 개념이 상호 불일치하지 않는다면) 본 명세서에 개시된 본 발명의 요지의 일부인 것으로 고려된다는 것이 인식되어야 한다. 특히, 본 개시의 마지막에 언급되는 청구된 요지의 모든 조합이 본 명세서에 개시되는 본 발명의 요지의 일부인 것으로 고려된다.

본 개시는, 하나 이상의 다양한 예에 따라, 하기 도면을 참조하여 상세히 기술된다. 도면은 단지 예시의 목적으로 제공되고, 단지 전형적인 또는 예시적인 구현예를 도시한다.
도 1은, 일례에서, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법이 구현될 수 있는 예시적인 이미지 스캐닝 시스템의 일반화된 블록도를 예시한 도면.
도 2는 특정 구현예에서 구현될 수 있는 예시적인 2-채널, 라인-스캐닝 모듈형 광학 이미징 시스템을 예시한 블록도.
도 3은 본 명세서에 개시된 구현예에 따라 이미징될 수 있는 패턴화된 샘플의 예시적인 구성을 예시한 도면.
도 4는 카메라가 그의 시야를 통해 연속적으로 이동하는 샘플을 이미징하기 위해 사용되는 예시적인 시나리오를 예시한 도면.
도 5는 다수의 노출이 조합되는 예시적인 프로세스를 예시한 도면.
도 6은 본 개시에 기술된 구현예의 다양한 특징을 구현하는 데 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 모듈을 예시한 도면.
도 7a 내지 도 7c는 특징부로부터의 조명이 렌즈 및 미러를 사용하여 카메라 상에 포커싱되는 구성을 예시한 도면.
도면은 완전한 것은 아니며, 개시된 정확한 형태로 본 개시를 제한하지 않는다.

본 명세서에서 샘플을 지칭하기 위해 사용되는 바와 같이, 용어 "스폿" 또는 "특징부"는 상대 위치에 따라 다른 점 또는 영역과 구별될 수 있는 패턴 내의 점 또는 영역을 의미하도록 의도된다. 개별 스폿은 특정 유형의 하나 이상의 분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스폿은 특정 시퀀스를 갖는 단일 타겟 핵산 분자를 포함할 수 있거나, 스폿은 동일한 시퀀스(및/또는 그의 상보적 시퀀스)를 갖는 몇몇 핵산 분자를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 방향과 관련하여 스폿 또는 특징부를 지칭하기 위해 사용되는 바와 같이, 용어 "피치"는 그러한 방향으로의 다른 스폿 또는 특징부로부터의 그러한 스폿 또는 특징부의 분리를 의미하도록 의도된다. 예를 들어, 샘플 용기가, 용기가 이미징 동안 이동될 방향으로 650 nm만큼 서로 분리된 특징부들의 어레이를 갖는다면, 그러한 방향으로의 특징부의 "피치"는 650 nm인 것으로 지칭될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "xy 평면"은 직교 좌표계에서 직선 축 x 및 y에 의해 정의되는 2차원 영역을 의미하도록 의도된다. 검출기 및 검출기에 의해 관찰된 객체를 참조하여 사용될 때, 영역은 검출기와 검출되는 객체 사이의 관찰 방향에 직교하는 것으로서 추가로 특정될 수 있다. 본 명세서에서 라인 스캐너를 지칭하기 위해 사용될 때, 용어 "y 방향"은 스캐닝 방향을 지칭한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "z 좌표"는 xy 평면에 직교하는 축을 따른 점, 선 또는 영역의 위치를 특정하는 정보를 의미하도록 의도된다. 특정 구현예에서, z 축은 검출기에 의해 관찰되는 객체의 영역에 직교한다. 예를 들어, 광학 시스템에 대한 초점 방향은 z 축을 따라 특정될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "라인을 스캔하는 것"은 객체의 xy 평면에서 2차원 단면 - 단면은 직사각형 또는 장방형임 - 을 검출하고 단면과 객체 사이의 상대 이동을 유발하는 것을 의미하도록 의도된다. 예를 들어, 형광 이미징의 경우에, 직사각형 또는 장방형 형상을 갖는 객체의 영역은 (다른 영역의 배제 시에) 특정하게 여기될 수 있고/있거나 그러한 영역으로부터의 방출은 스캔에서 주어진 시점에 (다른 영역의 배제 시에) 특정하게 획득될 수 있다.

본 명세서에 개시된 구현예는 움직이고 있는 동안 이미징될 객체의 조명에 관한 것이다. 조명은 하나 이상의 짧은 간격 동안 제공될 수 있고, 다수의 짧은 간격의 조명에 대응하는 데이터가 이미지를 생성하기 위해 조합될 수 있다.

도 1은 본 명세서에 개시된 기술이 구현될 수 있는 예시적인 이미징 시스템(100)이다. 예시적인 이미징 시스템(100)은 샘플의 이미지를 획득하거나 생성하기 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 도 1에서 약술된 예는 백라이트 설계 구현예의 예시적인 이미징 구성을 도시한다. 시스템 및 방법이 예시적인 이미징 시스템(100)의 맥락에서 때때로 본 명세서에 기술될 수 있지만, 이들은 본 명세서에 개시된 조명 및 이미징 기법의 구현예가 구현될 수 있는 예일 뿐이라는 것에 유의하여야 한다.

도 1의 예에서 알 수 있는 바와 같이, 대상 샘플은 샘플 용기(110)(예컨대, 본 명세서에 기술된 바와 같은 플로우 셀(flow cell)) 상에 위치되고, 이는 대물 렌즈(142) 아래에서 프레임(190) 상에 장착된 샘플 스테이지(170) 상에 위치된다. 광원(160) 및 연관된 광학계가 레이저 광과 같은 광의 빔을 샘플 용기(110) 상의 선택된 샘플 위치로 지향시킨다. 샘플 형광 및 결과적인 광은 대물 렌즈(142)에 의해 수집되고 카메라 시스템(140)의 이미지 센서로 지향되어 형광을 검출한다. 샘플 스테이지(170)는 샘플 용기(110) 상의 다음 샘플 위치를 대물 렌즈(142)의 초점에 위치시키기 위해 대물 렌즈(142)에 대해 이동된다. 대물 렌즈(142)에 대한 샘플 스테이지(170)의 이동은 샘플 스테이지 자체, 대물 렌즈, 이미징 시스템의 일부 다른 컴포넌트, 또는 전술한 것의 임의의 조합을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 추가 구현예는 또한 고정된 샘플에 대해 전체 이미징 시스템을 이동시키는 것을 포함할 수 있다.

유체 전달 모듈 또는 디바이스(180)는 시약(예컨대, 형광 표지 뉴클레오티드, 완충제, 효소, 절단 시약 등)의 유동을 샘플 용기(110) 및 폐기물 밸브(120)로 (그리고 이를 통해) 지향시킨다. 샘플 용기(110)는 샘플이 그 상에 제공되는 하나 이상의 기재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 상이한 핵산 시퀀스를 분석하기 위한 시스템의 경우에, 샘플 용기(110)는 시퀀싱될 핵산이 그 상에 결합, 부착 또는 회합되는 하나 이상의 기재를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 기재는 예를 들어 유리 표면, 플라스틱 표면, 라텍스, 덱스트란, 폴리스티렌 표면, 폴리프로필렌 표면, 폴리아크릴아미드 겔, 금 표면, 및 실리콘 웨이퍼와 같은, 핵산이 부착될 수 있는 임의의 불활성 기재 또는 매트릭스를 포함할 수 있다. 일부 응용에서, 기재는 샘플 용기(110)에 걸쳐 매트릭스 또는 어레이로 형성된 복수의 위치에서 채널 또는 다른 영역 내에 있다.

일부 구현예에서, 샘플 용기(110)는 하나 이상의 형광 염료를 사용하여 이미징되는 생물학적 샘플을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 구현예에서, 샘플 용기(110)는 반투명 커버 플레이트, 기재, 및 이들 사이에 개재된 액체를 포함하는 패턴화된 플로우 셀로서 구현될 수 있고, 생물학적 샘플이 반투명 커버 플레이트의 내측 표면 또는 기재의 내측 표면에 위치될 수 있다. 플로우 셀은 기재 내로 한정된 어레이(예컨대, 육각형 어레이, 직사각형 어레이 등)로 패턴화되는 다수(예컨대, 수천, 수백만, 또는 수십억 개)의 웰 또는 다른 유형의 스폿(예컨대, 패드, 디봇(divot))을 포함할 수 있다. 각각의 스폿은 DNA, RNA, 또는 예를 들어 합성에 의한 시퀀싱을 사용하여 시퀀싱될 수 있는 다른 게놈 물질과 같은 생물학적 샘플의 클러스터(예컨대, 단일클론 클러스터)를 형성할 수 있다. 플로우 셀은 다수의 이격된 레인(예컨대, 8개의 레인)으로 추가로 분할될 수 있고, 각각의 레인은 클러스터의 육각형 어레이를 포함한다. 본 명세서에 개시된 구현예에 사용될 수 있는 예시적인 플로우 셀은 미국 특허 제8,778,848호에 기술되어 있다.

시스템은 또한 샘플 용기(110) 내의 유체의 온도 상태를 선택적으로 조절할 수 있는 온도 스테이션 액추에이터(130) 및 히터/쿨러(135)를 포함한다. 카메라 시스템(140)은 샘플 용기(110)의 시퀀싱을 모니터링하고 추적하기 위해 포함될 수 있다. 카메라 시스템(140)은 예를 들어 전하-결합 소자(CCD) 카메라(예컨대, 시간 지연 적분(TDI) CCD 카메라)로서 구현될 수 있고, 이는 필터 스위칭 조립체(145) 내의 다양한 필터, 대물 렌즈(142), 및 포커싱 레이저/포커싱 레이저 조립체(150)와 상호작용할 수 있다. 카메라 시스템(140)은 CCD 카메라로 제한되지 않고, 다른 카메라 및 이미지 센서 기술이 사용될 수 있다. 특정 구현예에서, 카메라 센서는 약 5 내지 약 15 μm의 픽셀 크기를 가질 수 있지만, 일부 경우에 2.4 μm와 같은 다른 픽셀 크기가 또한 사용될 수 있다.

카메라 시스템(140)의 센서로부터의 출력 데이터는, 이미지 데이터(예컨대, 이미지 품질 스코어링)를 분석하고, 레이저 빔의 특성(예컨대, 초점, 형상, 강도, 전력, 휘도, 위치)을 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)에 보고하거나 디스플레이하고, 추가로 후술되는 바와 같이, 이미지 데이터의 왜곡을 동적으로 정정하는 소프트웨어 애플리케이션으로서 구현될 수 있는 실시간 분석 모듈(도시되지 않음)로 전달될 수 있다.

광원(160)(예컨대, 선택적으로 다수의 레이저를 포함하는 조립체 내의 여기 레이저) 또는 다른 광원이 (선택적으로 하나 이상의 리-이미징 렌즈(re-imaging lens), 광섬유 마운팅(fiber optic mounting) 등을 포함할 수 있는) 광섬유 인터페이스를 통한 조명을 통하여 샘플 내에서 형광 시퀀싱 반응을 조명하기 위해 포함될 수 있다. 저 와트 램프(low watt lamp)(165) 및 포커싱 레이저(150)가 또한 도시된 예에 제시되었다. 일부 구현예에서, 포커싱 레이저(150)는 이미징 동안 꺼질 수 있다. 다른 구현예에서, 대안적인 초점 구성이 제2 포커싱 카메라(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 이는 데이터 수집과 동시에 표면으로부터 반사되는 산란된 빔의 위치를 측정하기 위한 사분면 검출기, 위치 감응 검출기(Position Sensitive Detector, PSD), 또는 유사한 검출기일 수 있다.

백라이트 디바이스로서 예시되지만, 다른 예는 대물 렌즈(142)를 통해 샘플 용기(110) 상의 샘플 상으로 지향되는 레이저 또는 다른 광원으로부터의 광을 포함할 수 있다. 샘플 용기(110)는 대물 렌즈(142)에 대한 샘플 용기(110)의 이동 및 정렬을 제공하기 위해 궁극적으로 샘플 스테이지(170) 상에 장착될 수 있다. 샘플 스테이지는 그것이 3개 차원들 중 임의의 차원으로 이동하도록 허용하는 하나 이상의 액추에이터를 가질 수 있다. 예를 들어, 직교 좌표계에 관하여, 액추에이터는 스테이지가 대물 렌즈에 대해 X, Y 및 Z 방향으로 이동하도록 허용하기 위해 제공될 수 있다. 이는 샘플 용기(110) 상의 하나 이상의 샘플 위치가 대물 렌즈(142)와 광학적으로 정렬되어 위치되도록 허용할 수 있다.

초점(z-축) 컴포넌트(175)가 초점 방향(전형적으로 z 축 또는 z 방향으로 지칭됨)으로의 샘플 용기(110)에 대한 광학 컴포넌트의 위치설정을 제어하기 위해 포함되는 것으로 이러한 예에 도시되어 있다. 초점 컴포넌트(175)는 이미징 동작을 위한 적절한 포커싱을 제공하도록 샘플 스테이지(170) 상의 샘플 용기(110)를 광학 컴포넌트(예컨대, 대물 렌즈(142))에 대해 이동시키기 위해 광학 스테이지 또는 샘플 스테이지 또는 둘 모두에 물리적으로 결합된 하나 이상의 액추에이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터는 예를 들어 스테이지에 대한 기계적, 자기적, 유체적 또는 다른 부착 또는 스테이지와의 직접적 또는 간접적 접촉에 의한 것과 같이, 각각의 스테이지에 물리적으로 결합될 수 있다. 하나 이상의 액추에이터는 샘플 스테이지를 동일한 평면 내에 유지하면서(예컨대, 광학 축에 수직인 레벨 또는 수평 자세를 유지하면서) 스테이지를 z-방향으로 이동시킬 수 있다. 하나 이상의 액추에이터는 또한 스테이지를 틸팅시킬(tilt) 수 있다. 이는 예를 들어 샘플 용기(110)가 그의 표면의 임의의 기울기를 고려하여 동적으로 레벨링될 수 있도록 행해질 수 있다.

시스템의 포커싱은 일반적으로 대물 렌즈의 초점 평면을 선택된 샘플 위치에서 이미징될 샘플과 정렬시키는 것을 지칭한다. 그러나, 포커싱은 또한 예를 들어 시험 샘플의 이미지에 대한 원하는 레벨의 선명도 또는 콘트라스트와 같은, 샘플의 표현에 대한 원하는 특성을 획득하기 위한 시스템에 대한 조정을 지칭할 수 있다. 대물 렌즈의 초점 평면의 사용가능한 피사계 심도(depth of field)가 작을 수 있기 때문에(때때로 대략 1 μm 이하), 초점 컴포넌트(175)는 이미징되는 표면을 밀접하게 따른다. 샘플 용기가 기구 내에 고정된 것처럼 완벽하게 평평하지 않기 때문에, 초점 컴포넌트(175)는 스캐닝 방향(본 명세서에서 y-축으로 지칭됨)을 따라 이동하는 동안 이러한 프로파일을 따르도록 설정될 수 있다.

이미징되는 샘플 위치에서 시험 샘플로부터 나오는 광은 카메라 시스템(140)의 하나 이상의 검출기로 지향될 수 있다. 초점 영역으로부터 나오는 광만이 검출기로 통과하도록 허용하기 위해 개구가 포함되고 위치될 수 있다. 개구는 초점 영역의 외측에 있는 영역으로부터 나오는 광의 성분을 필터링함으로써 이미지 품질을 개선하기 위해 포함될 수 있다. 방출 필터가 필터 스위칭 조립체(145) 내에 포함될 수 있고, 이는 결정된 방출 파장을 기록하도록 그리고 임의의 스트레이 레이저 광(stray laser light)을 차단하도록 선택될 수 있다.

예시되지 않지만, 도 6의 맥락에서 이후에 논의되는 것과 같은 컴퓨팅 모듈로서 구현될 수 있는 제어기가 스캐닝 시스템의 동작을 제어하기 위해 제공될 수 있다. 제어기는 예를 들어 포커싱, 스테이지 이동, 및 이미징 동작과 같은 시스템 동작의 양태를 제어하도록 구현될 수 있다. 다양한 구현예에서, 제어기는 하드웨어, 알고리즘(예컨대, 기계 실행가능 명령어), 또는 전술한 것의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 제어기는 연관된 메모리를 가진 하나 이상의 CPU 또는 프로세서를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제어기는 컴퓨터 프로세서 및 기계-판독가능 명령어가 그 상에 저장된 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체와 같은, 동작을 제어하기 위한 하드웨어 또는 다른 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 회로는 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC), 프로그램가능 로직 디바이스(PLD), 복합 프로그램가능 로직 디바이스(CPLD), 프로그램가능 로직 어레이(PLA), 프로그램가능 어레이 로직(PAL) 또는 다른 유사한 처리 디바이스 또는 회로. 또 다른 예로서, 제어기는 하나 이상의 프로세서와의 이러한 회로의 조합을 포함할 수 있다.

개시된 기술을 구현할 때 다른 이미징 시스템이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 2는 개시된 기술의 양태가 구현될 수 있는 예시적인 2-채널, 라인-스캐닝 모듈형 광학 이미징 시스템(200)을 예시한 블록도이다. 일부 구현예에서, 시스템(200)은 핵산의 시퀀싱을 위해 사용될 수 있다. 적용가능한 기법은 핵산이 어레이 내의 고정된 위치(예컨대, 플로우 셀의 웰)에 부착되고 어레이가 이미징 시스템(200) 내의 카메라의 시야에 대해 움직이고 있는 동안 반복적으로 이미징되는 것을 포함한다. 그러한 구현예에서, 시스템(200)은 2개의 상이한 컬러 채널에서 이미지를 획득할 수 있고, 이는 특정 뉴클레오티드 염기 유형을 다른 것과 구별하는 데 사용될 수 있다. 더 구체적으로, 시스템(200)은 "염기 콜링(base calling)"으로 지칭되는 프로세스를 구현할 수 있고, 이는 일반적으로 이미징 사이클에서 이미지의 주어진 스폿 위치에 대한 염기 콜(예컨대, 아데닌 (A), 사이토신 (C), 구아닌 (G), 또는 티민 (T))을 결정하는 프로세스를 지칭한다. 2-채널 염기 콜링 동안, 2개의 이미지로부터 추출된 이미지 데이터는 2개의 이미지의 강도의 조합으로서 염기 아이덴티티를 인코딩함으로써 4개의 염기 유형들 중 하나의 존재를 결정하는 데 사용될 수 있다. 2개의 이미지들 각각의 주어진 스폿 또는 위치에 대해, 염기 아이덴티티는 신호 아이덴티티의 조합이 [온, 온], [온, 오프], [오프, 온], 또는 [오프, 오프]인지 여부에 기초하여 결정될 수 있다.

다시 이미징 시스템(200)을 참조하면, 시스템은 2개의 광원(211, 212)이 그 내부에 배치된 라인 생성 모듈(line generation module, LGM)(210)을 포함한다. 광원(211, 212)은 레이저 빔을 출력하는 레이저 다이오드와 같은 간섭성 광원일 수 있다. 광원(211)은 제1 파장(예컨대, 적색 파장)의 광을 방출할 수 있고, 광원(212)은 제2 파장(예컨대, 녹색 파장)의 광을 방출할 수 있다. 레이저 광원(211, 212)으로부터 출력된 광 빔은 빔 성형 렌즈 또는 렌즈들(213)을 통해 지향될 수 있다. 일부 구현예에서, 단일 광 성형 렌즈가 둘 모두의 광원으로부터 출력된 광 빔을 성형하는 데 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 별개의 빔 성형 렌즈가 각각의 광 빔에 대해 사용될 수 있다. 일부 예에서, 빔 성형 렌즈는 파월 렌즈(Powell lens)이어서, 광 빔은 라인 패턴으로 성형된다. LGM(210)의 빔 성형 렌즈 또는 이미징 시스템의 다른 광학 컴포넌트는 광원(211, 212)에 의해 방출된 광을 (예컨대, 하나 이상의 파월 렌즈, 또는 다른 빔 성형 렌즈, 회절 또는 산란 컴포넌트를 사용함으로써) 라인 패턴으로 성형할 수 있다.

LGM(210)은 광 빔을 단일 인터페이스 포트를 통해 방출 광학계 모듈(emission optics module, EOM)(230)로 지향시키기 위해 미러(214) 및 준-반사 미러(semi-reflective mirror)(215)를 추가로 포함할 수 있다. 광 빔은 셔터 요소(216)를 통과할 수 있다. EOM(230)은 대물 렌즈(235) 및 대물 렌즈(235)를 타겟(250)에 더 가깝게 또는 그로부터 더 멀리 종방향으로 이동시키는 z-스테이지(236)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 타겟(250)은 액체 층(252) 및 반투명 커버 플레이트(251)를 포함할 수 있고, 생물학적 샘플이 반투명 커버 플레이트의 내측 표면뿐만 아니라 액체 층 아래에 위치된 기재 층의 내측 표면에 위치될 수 있다. z-스테이지(236)는 이어서 광 빔을 플로우 셀의 각각의 내측 표면 상으로 포커싱하기 위해 대물 렌즈를 이동시킬 수 있다(예컨대, 생물학적 샘플 상에 포커싱됨). 유사하게, 일부 구현예에서, 타겟(250)은 대물 렌즈(235)에 대해 xy 평면 내에서 이동가능한 스테이지 상에 장착되거나 이를 포함할 수 있다. 생물학적 샘플은 DNA, RNA, 단백질, 또는 당업계에 알려진 바와 같이 광학 시퀀싱에 반응하는 다른 생물학적 물질일 수 있다.

EOM(230)은, 초점 추적 모듈(focus tracking module, FTM)(240)로부터 방출된 초점 추적 광 빔을 타겟(250) 상으로 반사하기 위한 그리고 이어서 타겟(250)으로부터 반환된 광을 다시 FTM(240) 내로 반사하기 위한 준-반사 미러(233)를 포함할 수 있다. FTM(240)은, 반환된 초점 추적 광 빔의 특성을 검출하고 타겟(250)에 대한 대물 렌즈(235)의 초점을 최적화하도록 피드백 신호를 생성하기 위한 초점 추적 광학 센서를 포함할 수 있다.

EOM(230)은 또한 광을 대물 렌즈(235)를 통해 지향시키는 동시에 타겟(250)으로부터 반환된 광이 통과하도록 허용하기 위한 준-반사 미러(234)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, EOM(230)은 튜브 렌즈(tube lens)(232)를 포함할 수 있다. 튜브 렌즈(232)를 통해 투과된 광은 필터 요소(231)를 통해 그리고 카메라 모듈(camera module, CAM)(220)로 통과할 수 있다. CAM(220)은 입사 광 빔에 응답하여 생물학적 샘플로부터 방출된 광(예컨대, 광원(211, 212)으로부터 수신된 적색 및 녹색 광에 응답한 형광)을 검출하기 위한 하나 이상의 광학 센서(221)를 포함할 수 있다.

CAM(220)의 센서로부터의 출력 데이터는 실시간 분석 모듈(225)로 전달될 수 있다. 실시간 분석 모듈은, 다양한 구현예에서, 이미지 데이터(예컨대, 이미지 품질 스코어링, 염기 콜링 등)를 분석하고, 빔의 특성(예컨대, 초점, 형상, 강도, 전력, 휘도, 위치)을 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)에 보고하거나 디스플레이하는 등을 위한 컴퓨터 판독가능 명령어를 실행한다. 이러한 동작은, 다운스트림 분석 시간을 최소화하고 이미징 실행 동안 실시간 피드백 및 문제 해결을 제공하기 위해 이미징 사이클 동안 실시간으로 수행될 수 있다. 구현예에서, 실시간 분석 모듈은, 이미징 시스템(200)에 통신가능하게 결합되고 이를 제어하는 컴퓨팅 디바이스(예컨대, 컴퓨팅 디바이스(1000))일 수 있다. 추가로 후술되는 구현예에서, 실시간 분석 모듈(225)은 추가적으로, 타겟(250)의 조명을 제어하기 위한 그리고 선택적으로 광학 센서(들)(221)의 다수의 노출 동안 수집된 데이터를 이미지로 통합하기 위한 컴퓨터 판독가능 명령어를 실행할 수 있다.

도 3은 본 명세서에 개시된 구현예에 따라 이미징될 수 있는 샘플 용기(300)의 예시적인 구성을 예시한다. 이러한 예에서, 샘플 용기(300)는 이미징 실행 동안 동시에 이미징될 수 있는 정렬된 스폿(310)의 육각형 어레이로 패턴화된다. 이러한 예에서 육각형 어레이가 예시되어 있지만, 다른 구현예에서, 샘플 용기는 직선형 어레이, 원형 어레이, 팔각형 어레이, 또는 일부 다른 어레이 패턴을 사용하여 패턴화될 수 있다. 예시의 용이함을 위해, 샘플 용기(300)는 수십 내지 수백 개의 스폿(310)을 갖는 것으로 예시된다. 그러나, 당업자에 의해 인식될 수 있는 바와 같이, 샘플 용기(300)는 이미징되는 수천, 수백만, 또는 수십억 개의 스폿(310)을 가질 수 있다. 더욱이, 일부 경우에, 샘플 용기(300)는 이미징 실행 동안 샘플링되는 스폿(310)의 (포커싱 방향에 수직인) 다수의 평면을 포함하는 다중-평면 샘플일 수 있다.

특정 구현예에서, 샘플 용기(300)는 레인으로 분할되는 수백만 또는 수십억 개의 웰로 패턴화된 플로우 셀일 수 있다. 이러한 특정 구현예에서, 플로우 셀의 각각의 웰은 합성에 의한 시퀀싱을 사용하여 시퀀싱되는 생물학적 물질을 함유할 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, 이미징 디바이스의 시야에 대해 움직이고 있는 객체의 조명 및 이미징은 고 정밀도 모션 스테이지, 시간 지연 적분(TDI) 카메라, 및 다이오드 펌핑 솔리드 스테이트 레이저를 통해 달성되었다. 그러나, 개시된 기술의 구현예는 그러한 유형의 컴포넌트에 의해 채워지는 통상적으로 엄격한 허용 오차 및 성능 요건을 완화하면서 동일한 목표를 달성할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 샘플 용기가 이동함에 따라 샘플 용기를 연속적으로 이미징하는 TDI 카메라를 이용하기보다는, 상보형 금속-산화물-반도체(CMOS) 센서를 사용하는 소비자 카메라와 같은 상이한 유형의 카메라가 한 순간에 샘플의 이미지를 캡처하는 데 사용될 수 있다. 그러한 구현예에서, 구현예의 광원(들)(예컨대, 도 1로부터의 광원(160) 또는 도 2로부터의 광원(211, 212))의 동작은 이동하는 타겟을 연속적으로 이미징하는 카메라를 사용하는 구현예의 광원(들)의 동작과 상이할 수 있다.

광원(들)의 동작이 한 순간에 이미지를 캡처하는 카메라를 이용한 구현예에서 수정될 수 있는 이유를 예시하기 위해, 샘플을 이미징하는 데 사용되는 카메라가, 샘플 용기의 특징부(예컨대, 나노웰)가 카메라의 시야 내에 있는 동안 카메라가 3개의 노출을 캡처하도록 허용하는 프레임레이트, 및 카메라가 그의 시야를 샘플 용기의 이동 방향으로 6개의 픽셀로 분할하도록 허용하는 해상도를 갖는, 도 4의 시나리오를 고려한다. 그러한 시나리오에서, 샘플 용기가 카메라의 시야 내에 있던 동안 샘플 용기가 연속적으로 조명된 경우(즉, 시간 T₁으로부터 시간 T₆까지 연속적으로 조명됨), 결과는 2개의 블러리 이미지(blurry image)일 수 있는데, 이는 제1 프레임 동안 캡처된 노출은 특징부가 시야로부터 제1 픽셀, 제2 픽셀 및 제3 픽셀에 있던 때로부터의 광자를 포함할 수 있는 반면, 제2 프레임 동안 캡처된 노출은 특징부가 시야로부터 제4 픽셀, 제5 픽셀 및 제6 픽셀에 있던 때로부터의 광자를 포함할 수 있기 때문이다. 이러한 블러리니스(blurriness)는 이미지를 사용할 수 없게 할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 샘플 용기가 3개의 특징부를 포함하였고, 그러한 특징부들 각각이 단일 픽셀의 거리만큼 분리된 경우, 카메라의 프레임레이트는 다수의 특징부로부터의 광자가 혼합되게 할 수 있다(예컨대, 프레임 1에서 T₁에서의 특징부 1로부터의 광자가 T₃에서의 특징부 3으로부터 광자와 혼합될 수 있음). 이는 개별 특징부가 결과적인 이미지에서 서로 구별되는 것을 방해할 수 있다.

전술된 바와 같은 블러링을 해결하기 위해 다양한 조치가 취해질 수 있다. 일부 구현예에서, 샘플 용기의 모션 방향으로의 샘플 용기 상의 특징부들 사이의 거리가 증가될 수 있어서, 카메라의 프레임레이트가 주어지면 다수의 특징부로부터의 광자가 혼합되지 않을 것이다. 모션 방향으로의 특징부들 사이의 거리의 이러한 증가는 모션 방향에 수직인 간격의 증가를 동반할 수 있거나, 그것은 모션 방향으로만 이루어질 수 있고, 이때 모션 방향에 수직인 간격은 변경되지 않고 유지된다(또는 일부 다른 방식으로 변경됨). 이러한 접근법이 예컨대 샘플 용기의 모션 방향으로 1개의 픽셀로부터 2개의 픽셀까지의 특징부들 사이의 거리를 증가시킴으로써 도 4의 시나리오에 적용되었다면, 카메라의 프레임레이트에 의해 유발되는 블러링에도 불구하고 개별 특징부를 구별하는 것이 가능할 수 있다. 유사하게, 일부 구현예에서, 샘플 용기의 이동 속도가 감소될 수 있다. 예를 들어, 도 4의 시나리오에서의 모션 속도가 50%만큼 감소되었다면, 개별 특징부는 프레임레이트에 의해 유발되는 블러링에 관계없이 카메라에 의해 촬영된 이미지에서 서로 구별가능할 수 있다.

샘플 용기의 연속적인 조명보다는 짧은 기간의 조명을 사용함으로써 블러링의 영향을 회피하는 것이 또한 가능할 수 있다. 예를 들어, 도 1로부터의 광원(160) 또는 도 2로부터의 광원(211, 212)과 같은 하나 이상의 레이저 광원을 사용하는 구현예에서, 이러한 광원은 연속파 레이저보다는 펄스형 레이저를 사용하여 구현될 수 있거나, 광원은 그들이 연속파 모드에서 동작되는 경우에도 짧은 기간의 조명을 제공하도록 허용하기 위해 광학 초퍼(optical chopper)와 같은 추가적인 컴포넌트를 구비할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 이러한 유형의 접근법은 단일 픽셀의 블러리니스가 생성되는 이미지를 사용할 수 없게 할 수 있을 때에도 별개의 순간에 샘플 용기의 이미지를 캡처하는 카메라가 연속적으로 이동하는 샘플 용기와 함께 사용되도록 허용할 수 있다. 아래의 설명은 연속적인 조명 외의 다른 것의 사용이 어떻게 하나의 픽셀의 블러링을 회피하도록 허용할 수 있는지를 설명하지만, 동일한 기법이 또한 하나 초과의 픽셀의 블러링이 허용가능한 구현예에 사용될 수 있다. 예를 들어, 위에서 언급된 바와 같이, 블러링을 완화하기 위한 하나의 접근법은 샘플 용기의 모션 방향으로의 특징부의 피치를 증가시키는 것일 수 있다. 이러한 유형의 피치 확장이 상이한 특징부로부터의 광자의 혼합을 회피하기에 충분하지 않았다면(예컨대, 프레임 내의 블러링의 거리가 피치를 초과하였다면), 피치를 확장시키는 접근법은 이러한 추가적인 블러링을 해결하기 위해 짧은 기간의 조명을 사용하는 접근법과 조합될 수 있다. 따라서, 아래의 논의는 짧은 기간의 조명을 사용하여 블러링을 해결하기 위한 접근법을 예시하는 것으로 이해되어야 하고, 그러한 접근법이 하나 초과의 픽셀의 블러링이 허용가능하지 않은 경우에만 적용될 수 있음을 암시하는 것으로 간주되지 않아야 한다.

연속적으로 이동하는 샘플 용기를 이미징하는 동안 전술된 블러링을 회피하기 위한 하나의 접근법은 이미지에 필요한 광자가, 조명되는 동안 샘플 용기에 의해 이동되는 거리가 하나의 픽셀 미만일 만큼 충분히 짧은 기간 동안 수집되도록 허용하기에 충분한 강도의 펄스로 샘플 용기를 조명하는 것이다. 예를 들어, 이러한 유형의 접근법이 도 4의 시나리오에 적용된 경우, 샘플 용기는, 움직이고 있는 타겟을 연속적으로 이미징하도록 설계된 TDI 카메라 또는 유사한 디바이스를 사용하는 구현예에서 그러할 수 있는 바와 같이 T₁으로부터 T₆까지 조명되기보다는, T₁ 동안(또는 동일하거나 더 짧은 지속시간을 갖는 일부 다른 기간 동안)만 조명될 수 있다. 추가적으로, 조명의 강도는 기간 T₁ 동안 제공된 선량이, 움직이고 있는 타겟을 연속적으로 이미징하도록 설계된 TDI 카메라 또는 유사한 디바이스를 사용하는 구현예에서 T₁으로부터 T₆까지 제공될 수 있는 선량과 동일하도록 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 이러한 접근법에 따르는 구현예는 카메라에 의해 캡처된 이미지가 그의 의도된 목적을 위해 사용가능하도록 허용하기에(예컨대, 도 1 및 도 2의 맥락에서 논의된 것과 같은 이미징 시스템이 샘플을 시퀀싱하도록 허용하기에) 충분한 광자를 여전히 수집하면서 픽셀에 걸쳐 수집된 광자로부터 이미지를 생성하려는 시도로부터 발생할 수 있는 블러링을 회피할 수 있다.

블러링을 회피하기 위해 짧은 조명을 사용하는 것에 대한 다른 변형이 또한 가능하다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 샘플 용기는 그것이 카메라의 시야 내에 있는 동안 다수의 펄스로 조명될 수 있고, 이때 각각의 펄스는 그러한 펄스에 의해 조명되는 동안 샘플 용기에 의해 이동되는 거리가 하나의 픽셀 미만일 만큼 충분히 짧은 기간 동안 샘플 용기를 조명한다. 이는 예를 들어 하나의 픽셀의 거리를 이동하는 데 걸리는 것보다 적은 시간에 특징부를 완전히 조명할 만큼 충분히 높은 전력을 가진 레이저를 요구하는 것을 회피하도록, 이미징되는 샘플을 시퀀싱하는 데 사용되는 염료의 포화 한계를 고려하도록, 또는 특정 상황에서 적용될 수 있는 바와 같은 다른 이유로 행해질 수 있다. 이러한 접근법을 따르는 일부 구현예에서, 샘플 용기는 그것이 시야 내에 있는 동안 카메라의 각각의 프레임에 대해 한 번 조명될 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 노출이 생성될 수 있고, 이때 각각의 노출은 샘플 용기가 전체 픽셀을 이동하기에는 너무 짧은 조명 기간으로부터 수집된 광자에만 기초한다. 예시하기 위해, 이러한 접근법이 도 4의 시나리오에 적용된 경우, 샘플 용기는 기간 T₁ 및 T₄에서 조명될 수 있다. 조명의 강도는 또한 전술된 것과 유사한 방식으로 증가될 수 있다. 즉, 조명의 강도는 각각의 조명 기간으로부터 수집된 광자가 각각의 노출이 사용가능한 이미지를 제공하도록 허용할 수 있게 설정될 수 있다.

전술된 접근법 및 그러한 접근법이 어떻게 적용될 수 있는지의 예는 단지 예시적인 것으로 의도되고, 다른 접근법 및 기술된 접근법에 대한 변형이 가능하고 일부 구현예에서 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예시하기 위해, 샘플 용기가 카메라의 시야 내에 있는 동안 샘플 용기를 다수의 짧은 펄스로 조명하는 구현예에서 제공되는 조명의 강도를 고려한다. 이러한 유형의 일부 구현예에서, 조명의 강도는 사용가능한 이미지를 제공하기 위해 각각의 노출에 대해 충분한 수의 광자가 수집되도록 허용하지 않을 수 있는 레벨로 설정될 수 있다. 예를 들어, 조명은 샘플을 고 피크 전력 레이저 조명에 반복적으로 노출시킴으로써 유발되는 광손상의 위험을 감소시키기 위해 또는 샘플을 시퀀싱하는 데 사용되는 인광성 염료의 광-포화도에 도달하는 것을 회피하기 위해 더 낮은 강도로 설정될 수 있다. 이러한 유형의 구현예에서, 도 5에 도시된 것과 같은 프로세스가 다수의 노출로부터의 데이터가 샘플의 (적어도) 하나의 사용가능한 이미지를 획득하기 위해 조합되도록 허용하기 위해 사용될 수 있다.

도 5는 다수의 노출로부터 사용가능한 이미지를 도출하기 위해 구현될 수 있는 예시적인 방법(500)을 예시한 흐름도이다. 도 5의 방법(500)에서, 블록(501)에서 노출이 캡처될 수 있다. 이는 예를 들어, 블러링을 회피하기 위한 접근법의 맥락에서 전술된 바와 같이, 카메라의 센서를 노출시키고 이동하는 샘플 용기가 카메라의 시야 내에 있는 동안 이동하는 샘플 용기를 짧은 기간 동안 조명함으로써 행해질 수 있다. 블록(502)에서, 노출이 캡처된 시간에서의 샘플 용기의 위치가 결정될 수 있다. 이는 예를 들어, 샘플 용기가 일정한 속도로 이동하는 정밀 모션 제어식 스테이지 상에 장착된 버전에서, 스테이지의 알려진 속도에, 노출이 캡처된 때 스캐닝 프로세스에서 경과한 시간의 양을 곱함으로써 행해질 수 있다. 이러한 위치 정보는, 노출 자체와 함께, 블록(503)에서 저장될 수 있다. 이러한 프로세스는 스캐닝이 진행 중인 동안 반복적으로 사이클링될 수 있고, 이때 블록(501, 502, 503)의 각각의 반복은 바람직하게는 노출을 캡처하는 데 사용되는 카메라의 단일 프레임에 대응한다.

스캐닝이 완료된 후에, 도 5에 도시된 것과 같은 방법(500)은 블록(504)에서 기준 위치를 정의하는 것으로 계속될 수 있다. 이는 예를 들어 제1 노출이 기준 위치로서 캡처된 시간에 샘플 용기의 위치를 정의함으로써 행해질 수 있다. 이어서, 정의된 기준 위치로, 블록(505 내지 507)에서 처리되지 않은 노출에 대한 오프셋이 블록(505)에서 결정될 수 있다. 이는 예를 들어 처리되는 노출에 대해 저장된 위치와 블록(504)에서 이전에 저장된 기준 위치 사이의 차이를 취함으로써 행해질 수 있다. 블록(506)에서, 처리되는 노출은 오프셋만큼 병진될 수 있다. 이는 예를 들어 처리되는 노출의 데이터의 좌표에 블록(505)에서 결정된 오프셋을 더함으로써 행해질 수 있다. 병진된 노출은 이어서 블록(507)에서 임의의 이전에 처리된 오버레이로부터의 데이터와 오버레이될 수 있다. 이는 예를 들어 임의의 이전에 처리된 노출로부터의 데이터와의 병진된 노출로부터의 데이터의 픽셀 단위 합산을 행하여, 병진이 기준 위치에 의해 정의된 일관된 좌표계에 모든 노출을 넣을 수 있다는 사실을 이용함으로써 행해질 수 있다. 블록(505, 506, 507)의 동작은 이어서 각각의 노출에 대해 반복될 수 있다. 모든 노출이 오버레이되었으면, 도 5에 도시된 것과 같은 방법(500)은 블록(508)에서 종료될 수 있고, 처리된 노출들 전부로부터의 조합된 데이터를 가진 오버레이는 추가 분석을 위해 샘플 용기의 이미지로서 취급될 수 있다.

도 5의 방법(500)에 대한 변형 및 수정이 또한 가능하다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 블록(506)의 맥락에서 전술된 바와 같은 더하기를 통해 오프셋만큼 노출을 병진시키기보다는, 일부 구현예는 다른 유형의 병진을 이용할 수 있다. 예를 들어, 노출이 캡처되는 시간에서의 샘플 용기의 위치가 서브-픽셀 정확도로 결정될 수 있는 구현예에서, 블록(506)에서와 같은 노출의 병진은 병진될 노출의 푸리에 변환을 취하고, 주파수 공간 내의 노출의 표현에 exp(-idk)로 정의된 복소 지수를 곱하고 - 여기서 d는 병진 양이고 k는 주파수 공간 내의 위치임 -, 이어서 병진된 주파수 공간 표현에 대해 역 고속 푸리에 변환을 수행함으로써 달성될 수 있다. 유사하게, 노출이 캡처되는 시간에서의 샘플 용기의 위치가 서브-픽셀 정확도로 결정될 수 있는 일부 구현예에서, 블록(506)에서 수행될 수 있는 병진은 서브-픽셀 측정이 어떻게 기준 위치에 의해 정의된 좌표계 내의 전체 픽셀 측정 값으로 병진될 수 있는지를 결정하기 위해 선형 보간을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 위치 해상도와 일치하는 픽셀 해상도를 갖도록 노출을 확대하고 병진 전에 원본 이미지의 픽셀들 사이 위치에 대한 데이터를 채우기 위해 보간(예컨대, 선형, 이중선형 또는 삼차 보간)을 사용하는 것과 같은 다른 변형이 또한 가능하고, 일부 구현예에서 사용될 수 있다. 따라서, 다양한 병진 접근법의 전술된 예는 단지 예시적인 것으로 이해되어야 하고, 제한하는 것으로 취급되지 않아야 한다.

노출의 처리 및/또는 표현의 최적화를 제공하기 위해 변형이 또한 구현될 수 있다. 예시하기 위해, 샘플 용기의 이미지가 1000 ㎐의 프레임레이트 및 12 비트의 비트 심도를 가진 10 메가픽셀 카메라에 의해 캡처되는 구현예를 고려한다. 그러한 경우에, 그러면 처리될 데이터는 초당 120 기가비트의 레이트로 생성될 수 있다. 이러한 양의 데이터를 전송, 저장 및 처리함으로써 제기되는 어려움을 완화하는 데 도움을 주기 위해, 일부 구현예는 각각의 노출에 대해 제공된 조명의 양에 기초하여 카메라에 의해 제공되는 출력의 비트 심도를 트렁케이트할 수 있다. 예를 들어, 샘플 용기의 속도에 대한 카메라의 프레임레이트의 관계가 샘플 용기가 카메라의 시야 내에 있는 동안 샘플 용기의 특징부에 대해 125개의 노출이 캡처될 수 있도록 한다면, 조명은 사용가능한 이미지에 필요한 조명의 각각의 노출을 1/125로 제공할 수 있는 레벨로 설정될 수 있다. 이러한 더 낮은 레벨의 조명의 결과로서, 임의의 노출로부터의 픽셀들 중 어느 것도 6 비트 초과의 데이터를 가질 수 없고, 따라서 데이터의 6개의 최상위 비트는 카메라의 출력의 각각의 픽셀로부터, 그러한 출력이 도 5의 맥락에서 전술된 바와 같이 처리되거나 저장되기 전에 트렁케이트될 수 있다. 후속하여, 노출이 블록(507)에서 오버레이될 때, 오버레이된 이미지는 픽셀당 12 비트의 비트 심도로 인코딩되어, 개별 노출들 중 어느 것도 그러한 데이터를 저장할 수 있는 방식으로 저장되거나 인코딩되지 않더라도 카메라에 의해 캡처된 모든 광자를 반영할 수 있다. 유사하게, 일부 구현예에서, 일부 추가적인 또는 대안적인 유형의 압축이 적용될 수 있다. 예를 들어, 비트의 연장된 시퀀스가 통상적으로 반복되는(예컨대, 0의 시퀀스) 구현예에서, 이러한 시퀀스는 관련 데이터를 나타내는 데 요구되는 데이터의 양을 감소시키기 위해 허프만(Huffman) 코딩 또는 다른 유형의 교체의 사용을 통한 것과 같이 더 콤팩트한 표현으로 대체될 수 있다.

일부 구현예에 포함될 수 있는 다른 유형의 변형은 사용될 수 있는 컴포넌트의 요건을 추가로 고려하기 위해 추가적인 처리를 추가하는 것이다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 카메라는 고 정밀도 저 왜곡 광학계를 사용하여 샘플 용기의 이미지를 캡처할 수 있다. 그러나, 다른 구현예에서, 저 왜곡 광학계를 사용하기보다는, 덜 정밀하게 제조된 렌즈를 가진 카메라를 사용하여 노출을 캡처함으로써 도입될 수 있는 결함을 고려하기 위해 추가적인 처리 동작이 수행될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 샘플 용기를 이미징하기 위해 도 5에 도시된 것과 같은 방법을 사용하기 전에, 도 5의 방법이 알려진 구성의 복수의 구멍으로 리소그래피 방식으로 패턴화된(예컨대, 도 3에 예시된 특징부(310)의 패턴) 교정 타겟을 이미징하는 데 사용될 수 있는 교정 프로세스가 수행될 수 있다. 카메라에 의해 캡처된 타겟의 이미지 내의 구멍의 패턴은 이어서 알려진 구멍의 패턴과 비교될 수 있고, 카메라의 렌즈 내의 결함에 의해 도입되는 워핑(warping)을 나타내는 다항식 맵(polynomial map)이 이러한 비교로부터 생성될 수 있다. 후속하여, 카메라가 샘플 용기를 이미징하는 데 사용된 때, 이러한 다항식 맵은 샘플 용기의 이미지(들)에서 렌즈에 의해 도입된 왜곡을 반전시키기 위해 적용되어, 도 1 또는 도 2에 도시된 것과 같은 시스템 내의 저 왜곡 광학계에 대해 통상적으로 요구되는 허용 오차가 일부 구현예에서 완화되도록 허용할 수 있다. 다른 예로서, 일부 구현예에서, 광원은 샘플 용기에 의해 이동되는 거리가 샘플 용기의 이미지를 캡처하는 카메라 내의 하나의 픽셀의 크기에 도달하기 전에 다수의 펄스로 샘플 용기를 조명할 수 있다. 이는 예를 들어 샘플 용기가 하나의 픽셀의 거리를 이동하는 데 필요한 시간 동안 광원이 충분한 강도의 조명을 연속적으로 제공할 수 없었지만, 그러한 시간 동안 다수의 더 높은 강도의, 하지만 더 짧은 펄스를 제공할 수 있는 경우에 사용될 수 있다.

추가적인 컴포넌트가 또한 또는 대안적으로 불연속적인 조명에 의해 제공되는 제약을 해결하고/하거나 완화하기 위해 일부 구현예에 포함될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 샘플 용기가 카메라의 시야 내에서 고정된 것으로 보이게 하여, 용기의 이동의 영향을 감소시키고 용기가 임의의 프레임 동안 조명될 수 있는 시간의 양을 잠재적으로 증가시키기 위해 이미지 안정화 기법이 사용될 수 있다. 이는 예를 들어 모터를 사용하여 스테이지의 이동과 동기화되는 방식으로 카메라(또는 카메라의 렌즈)를 이동시켜, 샘플 용기가 고정된 것으로 보이도록 프레임 동안 카메라의 시야를 이동시킴으로써(또는 하나의 픽셀 미만의 거리를 이동시킴) 행해질 수 있다. 대안적으로, 이러한 유형의 이미지 안정화 접근법을 사용하는 일부 경우에, 피에조(piezo) 또는 갈보(galvo) 미러가 샘플 용기로부터의 방출의 경로 내에 배치되어, 역시, 샘플 용기가 조명된 때 프레임의 부분 동안 스테이지의 이동에 반작용하는 방식으로 카메라의 시야가 이동되도록 효과적으로 허용할 수 있다. 샘플 용기가 더 이상 조명되지 않은 때, 모터는 다음 프레임을 위해 시야를 재설정할 수 있고, 이러한 프로세스는 이미징 실행의 지속시간 동안 반복될 수 있다.

이미지 안정화가 어떻게 불연속적인 조명에 의해 제공되는 제약을 완화하도록 잠재적으로 사용될 수 있는지의 잠재적인 구현예를 예시하기 위해, 도 7a 내지 도 7c를 고려한다. 그러한 도면에서, 도 7a는 특징부(701), 그의 시야는 12개의 픽셀로 분할된 카메라(702), 및 이미지 안정화를 위해 사용되는 이동가능한 미러(예컨대, 갈보 미러)(703)의 관계를 예시한다. 그러한 도면에서, 광이 특징부로부터 방출될 때, 광은 제1 렌즈(704)에 의해 미러(703)로 지향되고, 미러(703)로부터 제2 렌즈(705)로 반사되고, 제2 렌즈(705)에 의해 카메라(702)의 제1 픽셀 상으로 포커싱될 것이고, 여기서 광이 검출된 것이다. 도 7b는 특징부가 연속적으로 조명되었고, 미러(703)가 고정되어 유지되었으며, 카메라(702)가 이동의 기간 동안 단일 노출만을 캡처한 경우, 카메라(702) 상의 하나의 픽셀의 크기 이상인 거리에 걸친 특징부(701)의 그러한 이동의 결과를 예시한다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 이는 특징부(701)로부터의 신호가 카메라(702) 상의 다수의 픽셀에 걸쳐 확산되게 할 수 있고, 제2 특징부(도 7b에 도시되지 않음)가 도 7a 및 도 7b에 도시된 특징부(701)에 인접한 경우에 잠재적으로 신호 중첩을 야기할 수 있다. 대조적으로, 도 7c는 특징부(701)가 카메라(702) 상의 하나의 픽셀 초과의 거리를 이동한 동안 미러(703)를 이동시킨 결과를 도시한다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 특징부(701)의 이동을 보상하기 위해 미러(703)를 이동시킴으로써, 특징부로부터 방출된 광은 단일 픽셀 상에 연속적으로 포커싱되어, 도 7b에 도시된 블러링을 회피할 수 있다. 전술된 바와 같이, 이는 또한 카메라(702), 또는 특징부로부터의 조명을 지향시키거나 포커싱하는 데 사용되는 렌즈(예컨대, 도 7a 내지 도 7c에 예시된 제1 렌즈(704) 또는 제2 렌즈(705))의 이동을 통해 달성될 수 있다. 따라서, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 특정 구성 및 컴포넌트는 단지 예시적인 것으로 이해되어야 하고, 제한하는 것으로 취급되지 않아야 한다.

위의 예 및 논의가 조명 및 이미지 캡처 컴포넌트의 변형에 초점을 맞추었지만, 다른 유형의 컴포넌트의 변형이 일부 구현예에 또한 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예시하기 위해, 이미징 디바이스의 시야를 통해 샘플 용기를 이동시키기 위한 스테이지를 고려한다. 일부 구현예에서, 스테이지는 그의 모션이 정밀하게 제어될 수 있게 하는 크로스 롤러 베어링(cross roller bearing)과 같은 컴포넌트로 구현될 수 있다(예컨대, 스테이지의 모션의 균일성에 관한 가정에 기초하여 노출이 캡처될 때 샘플 용기의 위치를 결정하는 구현예). 그러나, 다른 구현예에서, 덜 정밀한 모션 제어를 가진 스테이지, 예컨대 마찰 기반 스테이지 또는 볼 베어링으로 이미징 시스템의 프레임 상에 장착된 스테이지가 사용될 수 있고, 추가적인 컴포넌트, 예컨대 인코더가 샘플 용기의 노출이 캡처될 때 특정 시점에서 스테이지의 위치를 결정하기 위해 도입될 수 있다. 그러한 구현예에서, 도 5의 블록(502)에 예시된 것과 같은 노출의 위치를 결정하는 것은, 시간에 기초하여 위치를 결정하는 것보다는, 샘플 용기가 노출을 위해 조명될 때 스테이지의 위치에 대해 인코더에 질의함으로써 수행될 수 있다. 대안적인 위치 결정 특징이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 변형에서, 샘플 용기는 상이한 이미지에서 캡처된 샘플 용기의 상대 위치가, 그러한 이미지 내의 특징부가 전술된 바와 같이 서로 공동-정합될 수 있도록 결정되게 허용하는 기준점으로서 동작할 수 있는 일 세트의 밝은 비드(bright bead)를 구비할 수 있다.

물론, 이에 대한 변형도 역시 가능할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 노출은 블록(503)에서 기술된 바와 같이 그의 위치보다는, 시간 정보와 함께 저장될 수 있다. 이러한 유형의 구현예에서, 노출의 실제 위치는, 예컨대 블록(502)의 맥락에서 전술된 바와 같이 알려진 이동 속도를 곱함으로써, 또는 스캐닝 동안 인코더로부터 수집된 타임스탬프된 위치 정보에 대해 노출에 대한 시간을 일치시킴으로써, 오프셋을 계산할 필요가 있을 때 단지 후속하여 결정될 수 있다. (예컨대, 펄스의 시작 및 종료 시에) 조명 펄스당 다수의 위치를 캡처하고 이어서 펄스의 대응하는 노출에 대한 위치를 획득하기 위해 이들을 평균하거나, 위치 결정을 생략하고 기준점의 위치를 비교함으로써 노출 오프셋을 결정하는 것과 같은 다른 변형이 또한 일부 구현예에서 가능할 수 있다. 따라서, 위에서 제공된 예는 단지 예시적인 것으로 이해되어야 하고, 제한하는 것으로 취급되지 않아야 한다.

일부 구현예는 또한 도 5의 방법의 전체 구조로부터 변경되는 방법을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 다수의 노출을 캡처 및 저장하고 이어서 이전에 캡처 및 저장된 노출을 오버레이하기보다는, 오프셋의 결정, 오프셋의 병진, 및 병진된 노출의 오버레이는 각각의 노출이 캡처됨에 따라 노출별로 실시간으로 수행될 수 있다. 그러한 구현예에서, 블록(501, 502, 504, 505, 506, 507)의 맥락에서 전술된 것과 같은 동작은 스캐닝이 진행되는 동안 반복적으로 수행되어, 잠재적으로 사용자가 노출이 캡처됨에 따라 샘플을 이미징하는 진행을 보도록 허용할 수 있다.

개시된 기술의 양태가 어떻게 실제로 적용될 수 있는지를 추가로 예시하기 위해, 생물학적 샘플이 624 nm의 이동 방향으로의 피치 길이를 갖는 어레이 내의 나노웰의 클러스터로 분할되고, 나노웰로부터 캡처된 데이터가 합성에 의한 시퀀싱을 사용하여 DNA 시퀀싱에 사용되는 시나리오를 고려한다. 그러한 경우에, 샘플 용기가 1000 ㎐ 카메라의 1×1 mm 시야를 통해 10 mm/s로 이동하는 동안 이미징되고, 카메라 내의 각각의 픽셀이 시야 내의 0.3 μm의 거리에 대응하는 경우, 도 5에 도시된 것과 같은 방법을 사용하는 구현예는 카메라의 프레임레이트, 카메라의 시야, 및 샘플 용기의 이동 속도에 기초하여(즉, 노출 = 카메라의 프레임레이트 * 시야의 길이 / 이동 속도), 각각의 나노웰의 100개의 노출을, 그것이 각각의 시퀀싱 사이클을 위한 카메라의 시야 내에 있던 동안 캡처할 수 있다. 추가적으로, 그러한 구현예에서, 샘플 용기는 카메라의 픽셀의 크기, 샘플의 이동 속도 및 카메라의 프레임레이트에 기초하여(즉, 조명 시간 = (픽셀 크기 / 이동 속도) * 프레임레이트), 노출당 0.03 ms 이하 동안 조명될 수 있다. 그러한 시나리오에서, 대략 1 내지 5 J/㎠의 임계 선량이 각각의 나노웰을 정확하게 이미징하는 데 필요하다면, 도 5의 방법을 따르는 구현예는 요구되는 선량, 시야(FOV), 및 각각의 조명 펄스의 지속시간에 기초하여(즉, 전력 = 선량 * FOV 면적 / 펄스 지속시간), 조명의 지속시간을 제어하기 위해 광학 초퍼와 조합하여 3.3 내지 16.5 W 범위 내의 연속파 전력을 갖는 레이저를 사용하여 샘플을 조명함으로써 각각의 시퀀싱 사이클을 위한 샘플의 사용가능한 이미지를 획득할 수 있다. 이는 전술된 바와 같은 다이오드 펌핑 솔리드 스테이트(DPSS) 레이저를 포함하는, 또는 다이오드 레이저와 같은 덜 고가의 컴포넌트를 사용하는 다양한 방식으로 제공될 수 있다. 이러한 이미지는 이어서 각각의 나노웰의 클러스터 내의 뉴클레오티드의 시퀀스를 식별하기 위해 사용될 수 있고, 그러한 클러스터는 이어서 그들이 샘플의 연속적인 조명을 사용하여 수집된 데이터를 사용하여 수행될 수 있는 것과 같은 합성에 의한 기존의 시퀀싱에 있을 수 있기 때문에 조합될 수 있다.

도 6은 방법(400, 450)의 하나 이상의 양태의 위에서 언급된 특징 및 기능과 같은, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법의 다양한 특징을 구현하는 데 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 컴포넌트를 예시한다. 예를 들어, 컴퓨팅 컴포넌트는 실시간 분석 모듈(225)로서 구현될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 모듈은 본 출원의 하나 이상의 구현예에 따라 수행될 수 있는 기능의 주어진 유닛을 기술할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 모듈은 임의의 형태의 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서, 제어기, ASIC, PLA, PAL, CPLD, FPGA, 논리적 컴포넌트, 소프트웨어 루틴 또는 다른 메커니즘이 모듈을 구성하기 위해 구현될 수 있다. 구현예에서, 본 명세서에 기술된 다양한 모듈은 별개의 모듈로서 구현될 수 있거나, 기술된 기능 및 특징은 하나 이상의 모듈들 간에 부분적으로 또는 전체적으로 공유될 수 있다. 다시 말해서, 이러한 설명을 읽은 후에 당업자에게 명백할 수 있는 바와 같이, 본 명세서에 기술된 다양한 특징 및 기능은 임의의 주어진 응용에서 구현될 수 있고, 다양한 조합 및 치환으로 하나 이상의 별개의 또는 공유된 모듈에서 구현될 수 있다. 기능의 다양한 특징 또는 요소가 별개의 모듈로서 개별적으로 기술되거나 청구될 수 있더라도, 당업자는 이러한 특징 및 기능이 하나 이상의 공통 소프트웨어 및 하드웨어 요소들 간에 공유될 수 있다는 것을 이해할 것이고, 그러한 설명은 별개의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트가 그러한 특징 또는 기능을 구현하는 데 사용됨을 요구하거나 암시하지는 않을 것이다.

응용의 컴포넌트 또는 모듈이 소프트웨어를 사용하여 전체적으로 또는 부분적으로 구현되는 경우, 일 구현예에서, 이러한 소프트웨어 요소는 그에 대해 기술된 기능을 수행할 수 있는 컴퓨팅 또는 처리 모듈로 동작하도록 구현될 수 있다. 하나의 그러한 예시적인 컴퓨팅 모듈이 도 6에 도시되어 있다. 다양한 구현예가 이러한 예시적인 컴퓨팅 모듈(1000)에 관하여 기술된다. 이러한 설명을 읽은 후에, 다른 컴퓨팅 모듈 또는 아키텍처를 사용하여 어떻게 응용을 구현할지가 당업자에게 명백해질 것이다.

이제 도 6을 참조하면, 컴퓨팅 모듈(1000)은 예를 들어 데스크톱, 랩톱, 노트북, 및 태블릿 컴퓨터; 핸드-헬드 컴퓨팅 디바이스(태블릿, PDA, 스마트 폰, 휴대 전화, 팜톱 등); 메인프레임, 슈퍼컴퓨터, 워크스테이션 또는 서버; 또는 주어진 응용 또는 환경에 바람직하거나 적절할 수 있는 바와 같은 임의의 다른 유형의 특수-목적 또는 범용 컴퓨팅 디바이스에서 발견되는 컴퓨팅 또는 처리 능력을 나타낼 수 있다. 컴퓨팅 모듈(1000)은 또한 주어진 디바이스에 내장되거나 달리 이용가능한 컴퓨팅 능력을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 모듈은 예를 들어 디지털 카메라, 내비게이션 시스템, 휴대 전화, 휴대용 컴퓨팅 디바이스, 모뎀, 라우터, WAP, 단말기 및 일부 형태의 처리 능력을 포함할 수 있는 다른 전자 디바이스와 같은 다른 전자 디바이스에서 발견될 수 있다.

컴퓨팅 모듈(1000)은 예를 들어 하나 이상의 프로세서, 제어기, 제어 모듈, 또는 다른 처리 디바이스, 예컨대 프로세서(1004)를 포함할 수 있다. 프로세서(1004)는 예를 들어 마이크로프로세서, 제어기, 또는 다른 제어 로직과 같은 범용 또는 특수-목적 처리 엔진을 사용하여 구현될 수 있다. 예시된 예에서, 프로세서(1004)는 버스(1002)에 접속될 수 있지만, 임의의 통신 매체가 컴퓨팅 모듈(1000)의 다른 컴포넌트와의 상호작용을 용이하게 하기 위해 또는 외부적으로 통신하기 위해 사용될 수 있다.

컴퓨팅 모듈(1000)은 또한 본 명세서에서 메인 메모리(1008)로 지칭되는 하나 이상의 메모리 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 바람직하게는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 동적 메모리가 프로세서(1004)에 의해 실행될 정보 및 명령어를 저장하기 위해 사용될 수 있다. 메인 메모리(1008)는 또한 프로세서(1004)에 의해 실행될 명령어의 실행 동안 임시 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해 사용될 수 있다. 컴퓨팅 모듈(1000)은 또한 프로세서(1004)를 위한 정적 정보 및 명령어를 저장하기 위해 버스(1002)에 결합된 판독 전용 메모리("ROM") 또는 다른 정적 저장 디바이스를 포함할 수 있다.

컴퓨팅 모듈(1000)은 또한 하나 이상의 다양한 형태의 정보 저장 메커니즘(1010)을 포함할 수 있고, 이는 예를 들어 매체 드라이브(1012) 및 저장 유닛 인터페이스(1020)를 포함할 수 있다. 매체 드라이브(1012)는 고정식 또는 이동식 저장 매체(1014)를 지원하기 위한 드라이브 또는 다른 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브, 자기 테이프 드라이브, 광학 디스크 드라이브, CD 또는 DVD 드라이브(R 또는 RW), 또는 다른 이동식 또는 고정식 매체 드라이브가 제공될 수 있다. 따라서, 저장 매체(1014)는 예를 들어 하드 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 자기 테이프, 카트리지, 광학 디스크, CD, DVD, 또는 블루-레이, 또는 매체 드라이브(1012)에 의해 판독되거나, 이에 기록되거나, 이에 의해 액세스되는 다른 고정식 또는 이동식 매체를 포함할 수 있다. 이러한 예가 예시하는 바와 같이, 저장 매체(1014)는 컴퓨터 소프트웨어 또는 데이터가 저장된 컴퓨터 사용가능 저장 매체를 포함할 수 있다.

대안적인 구현예에서, 정보 저장 메커니즘(1010)은 컴퓨터 프로그램 또는 다른 명령어 또는 데이터가 컴퓨팅 모듈(1000)에 로딩되도록 허용하기 위한 다른 유사한 수단을 포함할 수 있다. 그러한 수단은 예를 들어 고정식 또는 이동식 저장 유닛(1022) 및 인터페이스(1020)를 포함할 수 있다. 그러한 저장 유닛(1022) 및 인터페이스(1020)의 예는 프로그램 카트리지 및 카트리지 인터페이스, 이동식 메모리(예를 들어, 플래시 메모리 또는 다른 이동식 메모리 모듈) 및 메모리 슬롯, PCMCIA 슬롯 및 카드, 및 소프트웨어 및 데이터가 저장 유닛(1022)으로부터 컴퓨팅 모듈(1000)에 전송되도록 허용하는 다른 고정식 또는 이동식 저장 유닛(1022) 및 인터페이스(1020)를 포함할 수 있다.

컴퓨팅 모듈(1000)은 또한 통신 인터페이스(1024)를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(1024)는 컴퓨팅 모듈(1000)과 외부 디바이스 사이에서 소프트웨어 및 데이터가 전송되도록 허용하기 위해 사용될 수 있다. 통신 인터페이스(1024)의 예는 모뎀 또는 소프트모뎀, 네트워크 인터페이스(예컨대, 이더넷, 네트워크 인터페이스 카드, WiMedia, IEEE 802.XX 또는 다른 인터페이스), (예를 들어, USB 포트, IR 포트, RS232 포트 블루투스® 인터페이스, 또는 다른 포트와 같은) 통신 포트, 또는 다른 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(1024)를 통해 전송되는 소프트웨어 및 데이터는 전형적으로, 주어진 통신 인터페이스(1024)에 의해 교환될 수 있는 전자 신호, 전자기(광학 포함) 신호 또는 다른 신호일 수 있는 신호로 반송될 수 있다. 이러한 신호는 채널(1028)을 통해 통신 인터페이스(1024)에 제공될 수 있다. 이러한 채널(1028)은 신호를 반송할 수 있고, 유선 또는 무선 통신 매체를 사용하여 구현될 수 있다. 채널의 일부 예는 전화 라인, 셀룰러 링크, RF 링크, 광학 링크, 네트워크 인터페이스, 근거리 통신망 또는 광역 통신망, 및 다른 유선 또는 무선 통신 채널을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "컴퓨터 판독가능 매체", "컴퓨터 사용가능 매체" 및 "컴퓨터 프로그램 매체"는 일반적으로 예를 들어 메모리(1008), 저장 유닛(1022), 및 매체(1014)와 같은, 휘발성 또는 비-휘발성, 비-일시적 매체를 지칭하는 데 사용된다. 이러한 및 다른 다양한 형태의 컴퓨터 프로그램 매체 또는 컴퓨터 사용가능 매체는 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 실행을 위한 처리 디바이스로 반송하는 데 관여할 수 있다. 매체 상에 구현된 그러한 명령어는 일반적으로 "컴퓨터 프로그램 코드" 또는 "컴퓨터 프로그램 제품"(이는 컴퓨터 프로그램 또는 다른 그룹의 형태로 그룹화될 수 있음)으로 지칭된다. 실행될 때, 그러한 명령어는 컴퓨팅 모듈(1000)이 본 명세서에서 논의된 바와 같은 본 출원의 특징 또는 기능을 수행하는 것을 가능하게 할 수 있다.

청구범위에서, 어구 "펄스형 조명을 사용하여 연속적으로 이동하는 샘플의 분석 이미지를 획득하기 위한 수단"은 기능이 펄스형 조명을 사용하여 연속적으로 이동하는 샘플의 분석 이미지를 획득하는 것인, 35 U.S.C. § 112(f)에서 제공되는 바와 같은 기능식 한정(means plus function limitation)으로서 이해되어야 하고, 대응하는 구조는 서브-픽셀 조명 펄스를 유발하고 연속적인 조명에서 유발될 수 있는 바와 같은 블러링을 달리 회피하기 위한 도 4의 맥락에서 기술된 바와 같은 조명원, 카메라, 이동 스테이지, 및 컴퓨터이다.

청구범위에서, 어구 "다수의 서브-임계 노출을 병진 및 오버레이하기 위한 수단"은 기능이 다수의 서브-임계 노출을 병진 및 오버레이하는 것인, 35 U.S.C. § 112(f)에서 제공되는 바와 같은 기능식 한정으로서 이해되어야 하고, 대응하는 구조는 도 5의 블록(505 내지 507)의 맥락에서 기술된 바와 같은 동작뿐만 아니라, 일부 구현예에 포함되는 것으로 전술된 그러한 동작에 대한 변형을 수행하기 위한 컴퓨터이다.

다양한 구현예 및 구현예들에 관하여 전술되었지만, 개별 구현예들 중 하나 이상에 기술된 다양한 특징, 양태 및 기능은 그들이 기술된 것으로 특정 구현예에 대한 그들의 적용가능성이 제한되는 것이 아니라, 대신에, 그러한 구현예기 기술되든지 그렇지 않든 간에 그리고 그러한 특징이 기술된 구현예의 일부로서 제시되든지 그렇지 않든 간에, 응용의 다른 구현예들 중 하나 이상에 단독으로 또는 다양한 조합으로 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서 또는 임의의 관련 명세서에 의해 제공되는 보호의 폭 및 범주는 전술된 구현예들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않아야 한다.

전술한 개념의 모든 조합은 (그러한 개념이 상호 불일치하지 않는다면) 본 명세서에 개시된 본 발명의 요지의 일부인 것으로 고려된다는 것이 인식되어야 한다. 특히, 본 개시의 마지막에 언급되는 청구된 요지의 모든 조합이 본 명세서에 개시되는 본 발명의 요지의 일부인 것으로 고려된다.

청구범위를 포함하는 본 개시 전반에 걸쳐 사용되는 용어 "실질적으로" 및 "약"은 예컨대 처리의 변형으로 인한 작은 변동을 기술하고 고려하기 위해 사용된다. 예를 들어, 그들은 ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, 예컨대 ±1% 이하, 예컨대 ±0.5% 이하, 예컨대 ±0.2% 이하, 예컨대 ±0.1% 이하, 예컨대 ±0.05% 이하를 지칭할 수 있다.

적용가능한 범위에서, 본 명세서의 용어 "제1", "제2", "제3" 등은 단지 이러한 용어에 의해 기술된 각각의 객체를 별개의 엔티티로서 제시하기 위해 채용되고, 본 명세서에 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 시간적 순서의 의미를 암시하는 것으로 의도되지 않는다.

본 명세서에 사용되는 용어 및 어구와 그의 변형은, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 제한이 아닌 개방형으로 해석되어야 한다. 전술한 것의 예로서, 용어 "포함하는"은 "제한 없이 포함하는" 등을 의미하는 것으로 이해되어야 하고; 용어 "예"는 그의 완전하거나 제한적인 목록이 아니라, 논의되는 항목의 사례를 제공하는 데 사용되고; 단수 용어("a" 또는 "an")는 "적어도 하나", "하나 이상" 등을 의미하는 것으로 이해되어야 하고; "기존의", "전통적인", "통상적인", "표준의", "알려진" 및 유사한 의미의 용어와 같은 형용사는 기술된 항목을 주어진 기간으로 또는 주어진 시간에 이용가능한 항목으로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하고, 대신에 현재 및 미래의 임의의 시간에 이용가능하거나 알려질 수 있는 기존의, 전통적인, 통상적인, 또는 표준의 기술을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 마찬가지로, 본 명세서가 당업자에게 명백하거나 알려질 수 있는 기술을 언급하는 경우, 그러한 기술은 현재 및 미래의 임의의 시간에 당업자에게 명백하거나 알려지는 기술을 포함한다.

일부 경우에 "하나 이상", "적어도", "그러나 이에 제한되지 않는" 또는 다른 유사한 어구와 같은 확장하는 단어 및 어구의 존재는 그러한 확장하는 어구가 없을 수 있는 경우에 더 좁은 경우가 의도되거나 요구된다는 것을 의미하는 것으로 이해되지 않을 것이다. 용어 "모듈"의 사용은 모듈의 일부로서 기술되거나 청구되는 컴포넌트 또는 기능이 모두 공통 패키지에 구성된다는 것을 암시하지는 않는다. 실제로, 모듈의 다양한 컴포넌트들 중 임의의 것 또는 전부는, 제어 로직이든 다른 컴포넌트이든 간에, 단일 패키지에 조합되거나 별개로 유지될 수 있고, 추가로 다수의 그룹 또는 패키지에 또는 다수의 위치에 걸쳐 분산될 수 있다.

추가적으로, 본 명세서에 기재된 다양한 구현예는 블록도, 흐름도 및 다른 예시에 관하여 기술된다. 본 명세서를 읽은 후에 당업자에게 명백해질 바와 같이, 예시된 구현예 및 그들의 다양한 대안은 예시된 예로 제한 없이 구현될 수 있다. 예를 들어, 블록도 및 그들의 첨부 설명은 특정 아키텍처 또는 구성을 요구하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

본 개시의 다양한 구현예가 전술되었지만, 그들은 제한이 아닌 단지 예로서 제시되었음이 이해되어야 한다. 마찬가지로, 다양한 도면은 본 개시를 위한 예시적인 아키텍처 또는 다른 구성을 도시할 수 있고, 이는 본 개시에 포함될 수 있는 특징 및 기능을 이해하는 데 도움을 주기 위해 행해진다. 본 개시는 예시된 예시적인 아키텍처 또는 구성으로 제한되지 않고, 원하는 특징은 다양한 대안적인 아키텍처 및 구성을 사용하여 구현될 수 있다. 실제로, 본 개시의 원하는 특징을 구현하기 위해 어떻게 대안적인 기능적, 논리적 또는 물리적 부분 및 구성이 구현될 수 있는지가 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 명세서에 도시된 것 이외의 다수의 상이한 구성 모듈 명칭이 다양한 부분에 적용될 수 있다. 추가적으로, 흐름도, 동작 설명 및 방법 청구항에 관하여, 본 명세서에서 동작이 제시되는 순서는 맥락이 달리 지시하지 않는 한, 다양한 구현예가 동일한 순서로 언급된 기능을 수행하도록 구현될 것을 요구하지는 않을 것이다.

Claims (38)

1. 기계(machine)로서,
   픽셀들을 포함하는 이미지들을 캡처하기 위한 카메라 - 각각의 픽셀은 샘플 용기(sample container)의 이동 방향으로의 스테이지(stage) 상의 거리에 대응하는 픽셀 크기를 가짐 -;
   상기 스테이지와 중첩되는 상기 카메라의 시야에 대해 상기 샘플 용기를 이동시키기 위한 상기 스테이지 - 상기 샘플 용기는 상기 샘플 용기의 이동 방향으로의 피치 길이를 갖는 특징부들의 어레이(array of features)를 포함함 -;
   상기 카메라의 상기 시야를 조명하기 위한 조명원; 및
   상기 특징부들의 어레이로부터의 특징부가 상기 카메라의 상기 시야 내에 있고 상기 시야에 대해 움직이고 있는 동안, 상기 특징부의 하나 이상의 노출들(exposures)을 획득하는 동작을 포함하는 동작들을 수행함으로써 분석 이미지를 획득하기 위한 제어기를 포함하고, 상기 특징부의 하나 이상의 노출들을 획득하는 동작은, 상기 하나 이상의 노출들 각각에 대해,
   상기 카메라의 센서를 제1 지속시간 동안 조명에 노출시키는 동작; 및
   상기 카메라의 상기 센서가 조명에 노출되는 동안 발생하는 제2 지속시간을 갖는 기간 동안, 상기 카메라의 상기 시야를 상기 조명원으로 조명하는 동작을 포함하는 동작들을 수행함으로써 수행되고;
   상기 제2 지속시간을 갖는 상기 기간의 시작으로부터 종료까지 상기 카메라의 상기 시야 내에서의 상기 특징부의 변위는 상기 샘플 용기의 상기 이동 방향으로의 상기 피치 길이 이하인, 기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 지속시간을 갖는 상기 기간의 시작으로부터 종료까지 상기 카메라의 상기 시야 내에서 상기 샘플 용기의 상기 이동 방향으로의 상기 특징부의 변위는 상기 픽셀 크기 이하인, 기계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 특징부의 하나 이상의 노출들을 획득하는 동작은 상기 특징부의 복수의 노출들을 획득하는 동작을 포함하고;
   상기 제어기가 수행하는 상기 동작들은 상기 특징부의 상기 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 동작에 기초하여 상기 특징부의 상기 복수의 노출들을 오버레이하는(overlaying) 동작을 포함하는, 기계.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어기가 수행하는 상기 동작들은, 각각의 노출에 대해, 상기 카메라의 상기 시야가 상기 조명원으로 조명된 때 상기 샘플 용기의 위치에 대한 대응하는 값을 획득하는 동작을 포함하고;
   상기 제어기는 상기 샘플 용기의 위치에 대한 상기 노출들의 대응하는 값들 사이의 차이들에 기초하여 상기 특징부의 상기 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시키는, 기계.
5. 제4항에 있어서,
   상기 기계는 상기 샘플 용기의 위치에 대한 값들을 제공하기 위한 인코더(encoder)를 포함하고;
   상기 제어기는, 각각의 노출에 대해, 상기 카메라의 상기 시야가 상기 조명원으로 조명된 때 상기 인코더로부터 상기 샘플 용기의 위치에 대한 상기 대응하는 값을 획득하는, 기계.
6. 제5항에 있어서,
   상기 인코더는 상기 픽셀 크기에 대응하는 상기 스테이지 상의 상기 거리보다 작은 거리들을 구별하기 위한 해상도를 갖고;
   상기 특징부의 상기 복수의 노출들을 오버레이하는 동작은 상기 인코더의 상기 해상도에서 상기 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는(co-registering) 동작을 포함하는, 기계.
7. 제6항에 있어서, 상기 인코더의 상기 해상도에서 상기 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 동작은, 상기 하나 이상의 노출들 중 적어도 하나에 대해,
   상기 노출의 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)을 취함으로써 주파수 공간 표현을 획득하는 동작;
   상기 픽셀 크기에 대응하는 상기 스테이지 상의 상기 거리의 정수 배수가 아닌 상기 거리만큼 상기 주파수 공간 표현을 병진시키는 동작; 및
   상기 병진된 주파수 공간 표현의 역 고속 푸리에 변환을 수행하는 동작을 포함하는, 기계.
8. 제6항에 있어서, 상기 인코더의 상기 해상도에서 상기 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 동작은, 상기 복수의 노출들 각각에 대해,
   픽셀들 사이의 데이터를 보간하는 동작에 기초하여 상기 인코더의 상기 해상도에 대한 상기 노출을 업샘플링하는(upsampling) 동작; 및
   업샘플링하는 동작 후에 상기 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 동작을 포함하는, 기계.
9. 제3항에 있어서,
   상기 샘플 용기는 복수의 기준점들(fiducial points)을 포함하고;
   상기 제어기는 노출들 사이의 상기 기준점들의 위치의 차이들에 기초하여 상기 특징부의 상기 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시키는, 기계.
10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분석 이미지는 제1 비트 심도(bit depth)를 각각 갖는 복수의 픽셀들을 포함하고;
    상기 복수의 노출들 각각은 제2 비트 심도를 각각 갖는 복수의 픽셀들을 포함하고, 상기 제2 비트 심도는 상기 제1 비트 심도 미만인, 기계.
11. 제10항에 있어서,
    상기 카메라에 의해 캡처된 각각의 이미지에 포함된 각각의 픽셀은 제3 비트 심도를 갖고, 상기 제3 비트 심도는 상기 제2 비트 심도 초과이고;
    상기 특징부의 상기 복수의 노출들을 획득하는 동작은, 각각의 노출에 대해,
    상기 카메라의 상기 시야가 상기 조명원에 의해 조명되는 동안 상기 카메라로 이미지를 캡처하는 동작; 및
    상기 카메라에 의해 캡처된 상기 이미지로부터 상기 픽셀들의 다수의 최상위 비트들을 트렁케이트하는(truncating) 동작을 포함하고, 상기 최상위 비트들의 트렁케이트된 수는 상기 제3 비트 심도와 상기 제2 비트 심도 사이의 차이와 동일한, 기계.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특징부를 이미징하기 위해 임계 조명 에너지 선량(threshold illumination energy dose)이 요구되고;
    상기 특징부의 상기 하나 이상의 노출들 각각에 대해, 상기 조명원으로 상기 카메라의 상기 시야를 조명하는 동작은,
    상기 제2 지속시간을 곱할 때, 상기 특징부를 이미징하기 위한 상기 임계 조명 에너지 선량 미만의 개별 노출 에너지 선량을 제공하고;
    상기 제2 지속시간을 곱하고 상기 특징부의 상기 복수의 노출들 중의 노출들의 수를 곱할 때, 상기 특징부를 이미징하기 위한 상기 임계 조명 에너지 선량 초과의 집합 노출 에너지 선량을 제공하는 전력으로 상기 조명원을 활성화하는 동작을 포함하는, 기계.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기가 수행하는 상기 동작들은,
    상기 카메라로 기준 객체의 이미지를 획득하는 동작 - 상기 기준 객체는 알려진 위치들을 갖는 복수의 특징부들을 포함함 -;
    상기 기준 객체에 포함된 상기 복수의 특징부들의 상기 알려진 위치들을, 상기 기준 객체의 상기 이미지 내의 상기 복수의 특징부들의 겉보기 위치들(apparent locations)과 비교하는 동작을 포함하는 동작들을 수행함으로써 왜곡 맵(distortion map)을 생성하는 동작; 및
    상기 특징부의 상기 하나 이상의 노출들 각각에 상기 왜곡 맵을 적용하는 동작을 포함하는, 기계.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이지는 볼 베어링들을 사용하여 상기 기계의 프레임 상에 장착되고;
    상기 카메라는 상보형 금속-산화물-반도체 센서들을 사용하여 이미지들을 캡처하고;
    상기 조명원은 다이오드 레이저(diode laser)인, 기계.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특징부는 나노웰(nanowell)인, 기계.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분석 이미지는 복수의 분석 이미지들 중 하나이고;
    상기 제어기는 복수의 시퀀싱 사이클들(sequencing cycles)을 수행하고, 상기 복수의 분석 이미지들로부터의 각각의 분석 이미지는 단일 시퀀싱 사이클에 대응하고;
    상기 제어기는 상기 복수의 분석 이미지들에 기초하여 상기 샘플 용기 내의 각각의 특징부에 대한 클러스터 폴리뉴클레오티드(cluster polynucleotide)를 결정하고;
    상기 제어기는 상기 샘플 용기로부터의 상기 특징부들에 대해 결정된 상기 클러스터 폴리뉴클레오티드들에 기초하여 상기 샘플 용기와 연관된 샘플에 대한 완전 폴리뉴클레오티드(complete polynucleotide)를 결정하는, 기계.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플 용기에 포함된 상기 특징부들의 어레이는 상기 샘플 용기의 상기 이동 방향으로의 상기 피치 미만인, 상기 샘플 용기의 상기 이동 방향에 수직인 피치를 갖는, 기계.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계는 상기 제2 지속시간을 갖는 상기 기간 동안 상기 샘플 용기의 상기 이동 방향으로 상기 카메라의 상기 시야를 병진시킴으로써 상기 스테이지의 이동에 반작용하기 위한 모터를 포함하는, 기계.
19. 방법으로서,
    이동 방향으로, 카메라의 시야에 대해 스테이지 상의 특징부를 병진시키는 단계 - 상기 카메라는 상기 스테이지 상의 상기 이동 방향으로의 거리에 대응하는 픽셀 크기를 갖고, 상기 특징부는 샘플 용기 내의 특징부들의 어레이에 포함되고, 상기 특징부들의 어레이는 상기 이동 방향으로의 피치 길이를 가짐 -;
    상기 특징부가 상기 카메라의 상기 시야 내에 있고 상기 시야에 대해 움직이고 있는 동안, 상기 특징부의 하나 이상의 노출들을 획득하는 단계를 포함하는 단계들을 수행함으로써 분석 이미지를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 특징부의 하나 이상의 노출들을 획득하는 단계는, 상기 하나 이상의 노출들 각각에 대해,
    상기 카메라의 센서를 제1 지속시간 동안 조명에 노출시키는 단계;
    상기 카메라의 상기 센서가 조명에 노출되는 동안 발생하는 제2 지속시간을 갖는 기간 동안, 상기 카메라의 상기 시야를 조명원으로 조명하는 단계를 포함하는 단계들을 수행함으로써 수행되고;
    상기 제2 지속시간을 갖는 상기 기간의 시작으로부터 종료까지 상기 카메라의 상기 시야에서의 상기 특징부의 변위는 상기 이동 방향으로의 상기 피치 길이 이하인, 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 제2 지속시간을 갖는 상기 기간의 시작으로부터 종료까지 상기 이동 방향으로의 상기 특징부의 변위는 상기 픽셀 크기 이하인, 방법.
21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 특징부의 하나 이상의 노출들을 획득하는 단계는 상기 특징부의 복수의 노출들을 획득하는 단계를 포함하고;
    상기 방법은 상기 특징부의 상기 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 단계를 포함하는 단계들을 수행함으로써 상기 특징부의 상기 분석 이미지를 생성하기 위해 상기 특징부의 상기 복수의 노출들을 오버레이하는 단계를 포함하는, 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 방법은,
    각각의 노출에 대해, 상기 카메라의 상기 시야가 상기 조명원으로 조명된 때 상기 샘플 용기의 위치에 대한 대응하는 값을 획득하는 단계; 및
    상기 샘플 용기의 위치에 대한 상기 노출들의 대응하는 값들 사이의 차이들에 기초하여 상기 특징부의 상기 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 단계를 포함하는, 방법.
23. 제22항에 있어서, 각각의 노출에 대해, 상기 카메라의 상기 시야가 상기 조명원으로 조명된 때 상기 샘플 용기의 위치에 대한 상기 대응하는 값은 인코더로부터 획득되는, 방법.
24. 제23항에 있어서,
    상기 인코더는 상기 픽셀 크기에 대응하는 상기 스테이지 상의 상기 거리보다 작은 거리들을 구별하기 위한 해상도를 갖고;
    상기 특징부의 상기 복수의 노출들을 오버레이하는 단계는 상기 인코더의 상기 해상도에서 상기 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 단계를 포함하는, 방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 인코더의 상기 해상도에서 상기 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 단계는, 상기 하나 이상의 노출들 중 적어도 하나에 대해,
    상기 노출의 고속 푸리에 변환을 취함으로써 주파수 공간 표현을 획득하는 단계;
    상기 픽셀 크기에 대응하는 상기 스테이지 상의 상기 거리의 정수 배수가 아닌 상기 거리만큼 상기 주파수 공간 표현을 병진시키는 단계; 및
    상기 병진된 주파수 공간 표현의 역 고속 푸리에 변환을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
26. 제24항에 있어서, 상기 인코더의 상기 해상도에서 상기 복수의 노출들 각각을 공동-정합하는 단계는, 상기 복수의 노출들 각각에 대해,
    픽셀들 사이의 데이터를 보간하는 단계에 기초하여 상기 인코더의 상기 해상도에 대한 상기 노출을 업샘플링하는 단계; 및
    업샘플링하는 단계 후에 상기 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 단계를 포함하는, 방법.
27. 제21항에 있어서,
    상기 샘플 용기는 복수의 기준점들을 포함하고;
    상기 방법은 노출들 사이의 상기 기준점들의 위치의 차이들에 기초하여 상기 특징부의 상기 복수의 노출들 중 하나 이상을 병진시키는 단계를 포함하는, 방법.
28. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분석 이미지는 제1 비트 심도를 각각 갖는 복수의 픽셀들을 포함하고;
    상기 복수의 노출들 각각은 제2 비트 심도를 각각 갖는 복수의 픽셀들을 포함하고, 상기 제2 비트 심도는 상기 제1 비트 심도 미만인, 방법.
29. 제28항에 있어서,
    상기 카메라에 의해 캡처된 각각의 이미지에 포함된 각각의 픽셀은 제3 비트 심도를 갖고, 상기 제3 비트 심도는 상기 제2 비트 심도 초과이고;
    상기 특징부의 상기 복수의 노출들을 획득하는 단계는, 각각의 노출에 대해,
    상기 카메라의 상기 시야가 상기 조명원에 의해 조명되는 동안 상기 카메라로 이미지를 캡처하는 단계; 및
    상기 카메라에 의해 캡처된 상기 이미지로부터 상기 픽셀들의 다수의 최상위 비트들을 트렁케이트하는 단계를 포함하고, 상기 최상위 비트들의 트렁케이트된 수는 상기 제3 비트 심도와 상기 제2 비트 심도 사이의 차이와 동일한, 방법.
30. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특징부를 이미징하기 위해 임계 조명 에너지 선량이 요구되고;
    상기 특징부의 상기 하나 이상의 노출들 각각에 대해, 상기 조명원으로 상기 카메라의 상기 시야를 조명하는 단계는,
    상기 제2 지속시간을 곱할 때, 상기 특징부를 이미징하기 위한 상기 임계 조명 에너지 선량 미만의 개별 노출 에너지 선량을 제공하고;
    상기 제2 지속시간을 곱하고 상기 복수의 노출들 중의 노출들의 수를 곱할 때, 상기 특징부를 이미징하기 위한 상기 임계 조명 에너지 선량 초과의 집합 노출 에너지 선량을 제공하는 전력으로 상기 조명원을 활성화하는 단계를 포함하는, 방법.
31. 제19항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 카메라로 기준 객체의 이미지를 획득하는 단계 - 상기 기준 객체는 알려진 위치들을 갖는 복수의 특징부들을 포함함 -;
    상기 기준 객체에 포함된 상기 복수의 특징부들의 상기 알려진 위치들을, 상기 기준 객체의 상기 이미지 내의 상기 복수의 특징부들의 겉보기 위치들과 비교하는 단계를 포함하는 단계들을 수행함으로써 왜곡 맵을 생성하는 단계; 및
    상기 특징부의 상기 하나 이상의 노출들 각각에 상기 왜곡 맵을 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
32. 제19항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스테이지는 볼 베어링들을 사용하여 고정식 프레임 상에 장착되고;
    상기 카메라는 상보형 금속-산화물-반도체 센서들을 사용하여 이미지들을 캡처하고;
    상기 조명원은 다이오드 레이저인, 방법.
33. 제19항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특징부는 나노웰인, 방법.
34. 제19항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분석 이미지는 복수의 분석 이미지들 중 하나이고;
    상기 방법은,
    복수의 시퀀싱 사이클들을 수행하는 단계 - 상기 복수의 분석 이미지들로부터의 각각의 분석 이미지는 단일 시퀀싱 사이클에 대응함 -;
    상기 복수의 분석 이미지들에 기초하여 상기 샘플 용기 내의 각각의 특징부에 대한 클러스터 폴리뉴클레오티드를 결정하는 단계; 및
    상기 샘플 용기로부터의 상기 특징부들에 대해 결정된 상기 클러스터 폴리뉴클레오티드들에 기초하여 상기 샘플 용기와 연관된 샘플에 대한 완전 폴리뉴클레오티드를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
35. 제19항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플 용기에 포함된 상기 특징부들의 어레이는 상기 샘플 용기의 상기 이동 방향으로의 상기 피치 미만인, 상기 샘플 용기의 상기 이동 방향에 수직인 피치를 갖는, 방법.
36. 제19항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 제2 지속시간을 갖는 상기 기간 동안 상기 이동 방향으로 상기 카메라의 상기 시야를 병진시킴으로써 상기 스테이지의 이동에 반작용하는 모터를 포함하는, 방법.
37. 기계로서,
    카메라의 시야에 대해 샘플을 이동시키기 위한 스테이지 - 상기 카메라의 상기 시야는 상기 스테이지와 중첩됨 -;
    픽셀들을 포함하는 이미지들을 캡처하기 위한 상기 카메라 - 각각의 픽셀은 상기 스테이지 상의 거리에 대응하는 픽셀 크기를 가짐 -;
    상기 카메라의 상기 시야를 조명하기 위한 조명원; 및
    펄스형 조명을 사용하여 연속적으로 이동하는 샘플의 분석 이미지를 획득하기 위한 수단을 포함하는, 기계.
38. 제37항에 있어서, 펄스형 조명을 사용하여 상기 연속적으로 이동하는 샘플의 상기 분석 이미지를 획득하기 위한 상기 수단은 다수의 서브-임계 노출들을 병진 및 오버레이하기 위한 수단을 포함하는, 기계.

Images