JP2015516802A - 生物学的分析のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

生物学的反応を行うためのシステムが、提供される。システムは、基材と複数の反応サイトとを含むチップを含む。複数の反応サイトは、各々、多くとも１ナノリットルの液体試料を含むように構成されている。さらに、システムは、液体試料内で生物学的反応を開始するように構成された制御システムを含む。システムは、チップ上の生物学的反応を検出するように構成された検出システムをさらに含む。さまざまな実施形態によると、チップは、少なくとも２００００個の反応サイトを含む。他の実施形態において、チップは、少なくとも３００００個の反応サイトを含む。

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１２年３月１６日出願の米国仮特許出願第６１／６１２，００５号、２０１２年３月１６日出願の米国仮特許出願第６１／６１２，０８７号、２０１２年１１月７日出願の米国仮特許出願第６１／７２３，７５９号、２０１２年３月１６日出願の米国仮特許出願第６１／６１２，００８号、２０１２年１１月７日出願の米国仮特許出願第６１／７２３，６５８号、２０１２年１１月７日出願の米国仮特許出願第６１／７２３，７３８号、２０１２年６月１３日出願の米国仮特許出願第６１／６５９，０２９号、２０１２年１１月７日出願の米国仮特許出願第６１／７２３，７１０号、および２０１３年３月７日出願の米国仮出願第６１／７７４，４９９号の優先権の利益を主張し、それらの全体はまた、本明細書でそれらの全体が参照によって援用される。

生物学的および生化学的反応のためのシステムは、そのような反応をリアルタイムで監視、測定、および／または解析するために使用されてきた。そのようなシステムは、シークエンシング、遺伝子型判定、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、および他の生化学的反応においてプロセスを監視し定量的なデータを提供するために一般的に使用されている。

ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は、標的ＤＮＡ配列の増幅法である。これまでは、ＰＣＲは一般に９６ウェルマイクロプレートまたは３８４ウェルマイクロプレート内で行われてきた。より高いスループットが望まれる場合、マイクロプレートにおける従来のＰＣＲ法は、費用効果的ではなくまたは効率的ではない。一方、ＰＣＲ反応容積を低減することが、試薬の消費量を低減させ、反応容積の熱質量の低減から、増幅回数を減少させる可能性がある。この方策は、アレイフォーマット（ｍ×ｎ）において実施されてもよく、結果として、多数のより小さい反応容積が生じる。さらに、アレイを使用することにより、定量化感度、ダイナミックレンジ、および特異性が高められたスケーラブルなハイスループット解析が可能になる。

アレイフォーマットは、デジタルポリメラーゼ連鎖反応（ｄＰＣＲ）を行うためにも使用されてきた。ｄＰＣＲの結果は、レア対立遺伝子の濃度を検出および定量化するために使用されて、核酸試料の絶対定量化を提供し、核酸濃度の低い倍率変化（ｆｏｌｄ−ｃｈａｎｇｅ）を測定することができる。一般に、複製の数を増やすことは、ｄＰＣＲの結果の精度および再現性を増大させる。

ほとんどの定量的なポリメラーゼ連鎖反応（ｑＰＣＲ）プラットフォームにおけるアレイフォーマットは、アッセイ単位の試料の実験（ｓａｍｐｌｅ−ｂｙ−ａｓｓａｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）のために設計され、ＰＣＲの結果は、ポストラン解析のためにアドレス可能である必要がある。しかしながら、ｄＰＣＲのために、各ＰＣＲの結果の特定の位置またはウェルは重要でない可能性があり、試料あたりの陽性および陰性の複製の数のみが解析される可能性がある。

ｄＰＣＲにおいて、比較的に少数の標的ポリヌクレオチド配列または標的ヌクレオチド配列を含有する溶液は、各試料が大体、１分子の標的ヌクレオチド配列を含有しているか、または標的ヌクレオチド配列を全く含有してないように、多数の小さい試験試料に細分される可能性がある。試料が続いてＰＣＲのプロトコル、手順、または実験において熱サイクルにかけられると、標的ヌクレオチド配列を含有する試料は増幅され陽性検出信号を生み出し、一方、標的ヌクレオチド配列を含有しない試料は増幅されず検出信号を生み出さない。

したがって、試験または実験あたりの反応数をより多く提供する需要の増大の結果、より多くの数の反応を同時に実施することができる器具が得られている。

試験または実験における試料サイトの数の増大は、ずっと小さな試料体積を提供するマイクロタイタープレートおよび他の試料フォーマットを生み出してきた。さらに、デジタルＰＣＲ（ｄＰＣＲ）のような技術は、多数の試験試料の全てまたは大部分に零または１つのいずれかの標的ヌクレオチド配列を含有するより小さい試料体積に対する需要を増大させてきた。高密度試料フォーマットにおいて信頼できるデータを提供するシステムおよび試料フォーマットに対する要求がある。

生物学的反応を行うためのシステムが提供される。システムは、基材および複数の反応サイトを含むチップを含む。複数の反応サイトは、各々、多くとも１ナノリットルの液体試料を含むように構成されている。さらに、システムは、液体試料内で生物学的反応を開始するように構成された制御システムを含む。システムは、さらに、チップ上の生物学的反応を検出するように構成された検出システムを含む。さまざまな実施形態に従って、チップは、少なくとも２００００個の反応サイトを含む。他の実施形態において、チップは、少なくとも３００００個の反応サイトを含む。

図１は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態による複数の反応サイトを含むチップを示す図である。

図２は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態による図１の例示的なチップの側面図である。

図３は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態による生物学的反応を行う例示的な方法を示す図である。

図４は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態による生物学的反応を行う例示的な方法を示す図である。

図５は、本教示の実施形態が行われてもよいポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）器具を示すブロック図である。

図６は、本教示の実施形態によるチップの撮像に使用されることができる例示的な光学システムを示す図である。

図７は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態による基材内のアレイの断面模型図である。

図８は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態によるチップの断面図である。

図９は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態による疎水性表面およびスルーホールを示す図である。

図１０は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態によるさまざまなピッチ距離を示す図である。

図１１は、本明細書中に記載される実施形態によるスルーホールの例示的なアレイを示す図である。

図１２は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態によるスルーホールの六角形状を示す図である。

図１３は、さまざまな実施形態による例示的な形状を有する複数のスルーホールを含む基材の横断面を示す図である。

図１４は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態によるチップを作製する例示的な方法を示す図である。

図１５は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態によるチップの例示的な横断面を示す図である。

図１６は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態による例示的なチップを示す図である。

図１７は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態によるチップ内の複数の反応サイトを充填する例示的な方法のフローチャートである。

図１８は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態による試料ローダーを示す図である。

図１９Ａは、本教示のさまざまな実施形態による試料ローダーの側面図である。

図１９Ｂは、本教示のさまざまな実施形態による試料ローダーの拡大された側面図である。

図２０は、本教示のさまざまな実施形態による充填装置を示す図である。

図２１は、本教示のさまざまな実施形態による後退接触角および前進接触角を示す図である。

図２２は、本教示のさまざまな実施形態による試料ローダーによる反応サイトの充填を示す図である。

図２３は、本教示の実施形態によるキャリアの斜視図である。

図２４は、本教示のさまざまな実施形態によるキャリアの斜視図である。

図２５は、本教示のさまざまな実施形態によるチップおよび関連するケースまたはホルダーを示す図である。

図２６は、本教示の実施形態が行われてもよいコンピューターシステムを示すブロック図である。

図２７は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態に従って充填された試料の生物学的反応の結果を示す図である。

本発明のより十分な理解を提供するために、以下の記載は、具体的構成、パラメーター、例などの多くの具体的詳細を示す。しかしながら、そのような記載は、本発明の範囲を制限するものとして意図されるものではなく、例示的な実施形態のよりよい説明を提供するように意図されるものであることを認識されたい。

さまざまな実施形態において、本デバイス、器具、システム、および方法は、初期試料または溶液内に含有される関心のある生物学的要素または標的の１つまたは複数の種類を検出するために使用されてもよい。これらの生物学的要素または標的は、ＤＮＡ配列（無細胞ＤＮＡを含む）、ＲＮＡ配列、遺伝子、オリゴヌクレオチド、分子、タンパク質、バイオマーカー、細胞（例えば、循環腫瘍細胞）、または任意の他の適当な標的生体分子を含むがそれらに限定されない任意の適当な生物学的標的であってもよい。さまざまな実施形態において、そのような生物学的要素は、胎児診断、マルチプレックスｄＰＣＲ、ウイルス検出、定量化の標準、遺伝子型判定、シークエンシングアッセイ、実験またはプロトコル、シークエンス確認（ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ）、変異検出、遺伝子組み換え生物の検出、レア対立遺伝子検出および／またはコピー数変動のような用途における１つまたは複数のＰＣＲ法およびシステムと共に使用されてもよい。

さまざまな実施形態において、そのような生物学的要素は、胎児診断、マルチプレックスｄＰＣＲ、ウイルス検出および定量化の標準、遺伝子型判定、シークエンス確認、変異検出、遺伝子組み換え生物の検出、レア対立遺伝子検出、およびコピー数変動のような用途において、さまざまなＰＣＲ、ｑＰＣＲおよび／またはｄＰＣＲ法およびシステムと共に使用されてもよい。本開示の実施形態は、一般に、多数の小容積試料に関する生物学的反応を監視または測定するためのデバイス、器具、システム、および方法を対象とする。本明細書中で使用される際に、試料は、例えば、試料体積または反応容積と称されてもよい。

多数の試料が処理されている定量的なポリメラーゼ連鎖反応（ｑＰＣＲ）に一般に適用可能であると同時に、任意の適当なＰＣＲ法は、本明細書中に記載されたさまざまな実施形態に従って使用されてもよいことを認識されたい。適当なＰＣＲ法は、それらに限定されるものではないが、例えば、デジタルＰＣＲ、対立遺伝子特異的なＰＣＲ、非対称ＰＣＲ、ライゲーション媒介ＰＣＲ、マルチプレックスＰＣＲ、ネステッドＰＣＲ、ｑＰＣＲ、ｃａｓｔ ＰＣＲ、ゲノムウォーキング、およびブリッジＰＣＲを含む。

以下に記載されるように、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態に従って、反応サイトは、それらに限定されるものではないが、例えば、スルーホール、ウェル、インデント（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）、スポット、空洞、試料保持領域、および反応室を含んでいてもよい。

さらに、本明細書中で使用される際に、熱サイクルは、例えば、サーマルサイクラー、等温増幅、サーマルコンベンション、赤外線介在熱サイクル、またはヘリカーゼ依存性増幅の使用を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、チップは、作り付けの加熱素子と一体化されていてもよい。さまざまな実施形態において、チップは、半導体と一体化されていてもよい。

さまざまな実施形態に従って、標的の検出は、それらに限定されるものではないが、蛍光検出、陽性イオンまたは陰性イオンの検出、ｐＨ検出、電圧検出、または電流検出の単独または組み合わせであってもよい。

本明細書に記載されるさまざまな実施形態は、デジタルＰＣＲ（ｄＰＣＲ）に特に適している。デジタルＰＣＲにおいて、比較的に少数の標的ポリヌクレオチド配列または標的ヌクレオチド配列を含有する溶液は、各試料が大体、１分子の標的ヌクレオチド配列を含有しているか、または標的ヌクレオチド配列を全く含有していないように、多数の小さい試験試料に細分される可能性がある。試料が続いてＰＣＲのプロトコル、手順、または実験において熱サイクルにかけられると、標的ヌクレオチド配列を含有する試料は増幅されおよび陽性検出信号を生み出し、一方、標的ヌクレオチド配列を含有しない試料は増幅されずおよび陽性検出信号を生み出さない。ポアソン統計を用いると、元の溶液中の標的ヌクレオチド配列の数は、陽性検出信号を生み出す試料の数と相関している可能性がある。

いくつかの実施形態において、検出された信号は、個々の試料または容積に含有された標的分子の数または数範囲を検出するために使用されてもよい。例えば、検出システムは、１つの標的分子を含有する試料と２つまたは少なくとも２つの標的分子を含有する試料とを区別するために構成されていてもよい。付加的にまたは代替的に、検出システムは、所定またはそれ未満の量である多数の標的分子を含有する試料と所定を超える量を含有する試料とを区別するために構成されていてもよい。ある実施形態において、ｑＰＣＲプロセスおよびｄＰＣＲプロセスの両方、アッセイ、またはプロトコルは、単一のデバイス、器具、またはシステムを使用して行われてもよい。

本明細書中に記載される実施形態によるチップに関する例示的なｄＰＣＲの結果は、図２７に示される。

ある実施形態において、ｄＰＣＲプロトコル、アッセイ、プロセス、または実験は、少なくとも１万個の反応サイト、少なくとも１０万個の反応サイト、少なくとも１００万個の反応サイト、または少なくとも１０００万個の反応サイト内に初期試料または溶液を分配または分割することを含んでいた。各反応サイトは、数ナノリットル、約１ナノリットル、あるいは１ナノリットル以下（例えば、１００ピコリットル以下、１０ピコリットル以下および／または１ピコリットル以下）の容積を有していてもよい。初期試料または溶液に含有される標的ヌクレオチド配列の数が非常に小さい（例えば、１０００個未満の標的分子、１００個未満の標的、１０個未満の標的分子、またはたった１つもしくは２つの標的分子）場合、あるケースにおいては、初期溶液の全内容またはほとんど全内容が、処理される試料体積または反応サイト内に含有されまたはそれによって受容されることも重要であり得る。例えば、初期溶液中に存在する標的ヌクレオチドがたった数個である場合、これらの標的ヌクレオチドのいくつかまたは全ては、いずれの反応サイト内にも位置しない小容積の残余流体中に含有される可能性があり、それ故、検出、測定、またはカウントされないであろう。したがって、初期溶液の効率的な転移は、指定された反応サイトのうちの１つの中に標的分子のいずれもがうまく位置付けられない場合の、レア対立遺伝子もしくは標的ヌクレオチドの計数における計算間違い、またはレア対立遺伝子もしくは標的ヌクレオチドの存在を全く検出できないことの機会または可能性を低減するのに役立ち得る。その結果、本発明の実施形態は高い充填効率を提供するために使用されることができ、ここで、充填効率は、反応サイト内に受容された初期試料もしくは溶液の容積または質量を初期試料もしくは溶液の総容積または総質量で割ったものとして定義される。

本明細書中に記載される実施形態は、初期試料溶液を、試料溶液の全てまたは本質的に全てを占めるように複数の反応サイト内に分配することによって、これらのまたは他のｄＰＣＲの設計制約を解消する。

さまざまな実施形態において、本明細書中に記載されるデバイス、器具、システム、および方法は、関心のある生物学的要素の１つまたは複数の種類を検出するために使用されてもよい。これらの関心のある生物学的要素は、それらに限定されるものではないが、ＤＮＡ配列、ＲＮＡ配列、遺伝子、オリゴヌクレオチド、または細胞（例えば、循環腫瘍細胞）を含んでいてもよい。さまざまな実施形態において、そのような生物学的要素は、胎児診断、マルチプレックスｄＰＣＲ、ウイルス検出および定量化の標準、遺伝子型判定、シークエンス確認、変異検出、遺伝子組み換え生物の検出、レア対立遺伝子検出、およびコピー数変動のような用途において、さまざまなＰＣＲ、ｑＰＣＲおよび／またはｄＰＣＲ法およびシステムと共に使用されてもよい。

図１〜図２および図８を参照して、本発明のある実施形態において、アーティクル（ａｒｔｉｃｌｅ）、チップ、デバイス、基材、スライド、またはプレート１００は、基材１０２内に位置する複数のスルーホール、反応領域、または反応サイト１０４を含有する基材１０２を含む。ある実施形態において、チップ１００は、アーティクルを含んでいてもよい。付加的にまたは代替的に、チップ１００はマイクロ流体デバイスを含んでいてもよく、これは、例えば、試薬および／または試験溶液を反応サイト１０４に転移させるための複数のチャネルまたは経路をさらに含んでいてもよい。他の実施形態において、反応サイト１０４は複数の小滴またはビーズを含み、およびチップ１００はいくつかのもしくは全ての小滴またはビーズ１０４を含有する１つもしくは複数の室および／またはチャネルを含んでいてもよい。そのような実施形態において、小滴またはビーズ１０４は、エマルションを形成していてもよく、そこでいくつかのもしくは全ての小滴またはビーズ１０４は、少なくとも１つのポリヌクレオチドもしくはヌクレオチド配列の１つまたは複数の標的を含有する。反応サイト１０４がビーズである場合、ビーム（ｂｅａｍ）は、取り付けられた光学的シグナチャーまたはラベルを任意選択的に含んでいてもよい。小滴またはビーム１０４は、例えば、本発明の実施形態による撮像システムを使用して、一度に１つずつあるいは１つもしくは複数の小滴またはビーズ１０４を含有するグループでのいずれかで、検査、監視、または測定されてもよい。

説明されている実施形態において、チップ１００は、第１の表面１１０および反対側の第２の表面１１２を含む。示される実施形態において、各反応サイト１０４は、第１の表面１１０内の開口部１１４から第２の表面１１２内の開口部１１６まで延びる。図８に示される説明されている実施形態はスルーホール１０４を含有する基材を示すが、基材１０２は付加的にまたは代替的に他の種類の反応サイトを含んでいてもよい。例えば、反応サイト１０４は、基材１０２内に形成されたウェルまたはインデント内部に位置する反応容積、表面１１０または１１２上に分配された溶液のスポット、あるいは、マイクロ流体システムの試験サイトまたは容積の内部あるいは小ビーズもしくは小球の内部または表面に位置する試料または溶液のような、他の種類の反応室またはフォーマットを含んでいてもよい。

反応サイト１０４は、関心のある生物学的要素を含有する液体または試料のそれぞれの量を吸い込むために、毛管作用によって十分な表面張力を提供するように構成されていてもよい。チップ１００は、参照によりその全体が完全に本明細書中に示されているものとして本明細書中に組み込まれる米国特許第６，３０６，５７８号、同第７，３３２，２７１号、同第７，６０４，９８３号、同第７，６８２５，６５号、同第６，３８７，３３１号、または同第６，８９３，８７７号のうちのいずれかに開示されているような全体的な形状または構造を有していてもよい。基材１０２は、平板であってもよく、あるいは特定の用途、アッセイ、または実験のために適当な任意の形状を含んでもよい。基材１０２は、それらに限定されるものではないが、金属、ガラス、セラミック、シリコーン、または同様のものを含む、当該作製技術において知られるさまざまな材料のうちのいずれかを含んでいてもよい。付加的にまたは代替的に、基材１０２は、アクリル系、スチレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、およびポリプロピレン材料のようなポリマー材料を含んでいてもよい。基材１０２および反応サイト１０４は、機械加工、射出成形、熱エンボス加工、レーザー穴あけ、フォトリソグラフィー、または同様のもののうちの１つまたは複数によって形成されてもよい。

ある実施形態において、表面１１０、１１２は、例えば、参照によりその全体が完全に本明細書中に示されているものとして本明細書中に組み込まれる米国特許出願公開第２００６／００５７２０９号または米国特許出願公開第２００６／０１０５４５３号に記載されるような疎水性材料を含んでいてもよい。そのような実施形態において、反応サイト１０４は、水または他の液体の溶液を引き付ける親水性材料を含んでいてもよい。そのような親水性領域のアレイは、疎水性表面上の親水性の島を含んでいてもよく、また、それに限定されるわけではないが、堆積、プラズマ、マスキング法、転写、スクリーン印刷、スポッティング、または同様のものを含むさまざまな微細加工技術のいずれかを用いて基材１０２上または基材１０２の内部に形成されていてもよい。

充填プロセスの間に表面１１０、１１２上に残される溶液の量を低減するために、高い反応サイト密度が構成されていてもよいことが発見され、したがって、初期溶液のより高い充填効率または転移に繋がる。例えば、ウェルの直径の値に対する隣接するウェル間の間隔の値の比を低減することによって、プレートの表面に残される溶液の量は、関心のある生物学的要素を含有する全てもしくはほとんど全ての初期溶液または試料が反応サイト１０４の内側に位置するように、大いに低減され得る。このような方法で、１つまたは複数の標的分子が指定された反応サイト１０４のうちの１つに受容される代わりに基材表面上に残存するであろう可能性は低くなるであろうことから、レア対立遺伝子または他の標的分子を見逃す可能性は低減される。

図７において、各反応サイト１０４は、第１の表面１１０内の開口部１１４から第２の表面１１２内の開口部１１６まで延びる。この図７の例に示される反応サイト１０４は、スルーホールである。反応サイト１０４は、処理または検査されるべき生物学的試料を含有するそれぞれの液体試料を保持するために、毛管作用によって十分な表面張力を提供するように構成されている。チップ１００は、参照によりその全体が完全に本明細書中に示されているものとして本明細書中に組み込まれる米国特許第６，３０６，５７８号、同第７，３３２，２７１号、同第７，６０４，９８３号、同第７，６８２，５６５号、同第６，３８７，３３１号、または同第６，８９３，８７７号のうちのいずれかに開示されているような全体的な形状または構造を有していてもよい。

基材１０２は、平板であってもよく、または特定の用途または設計に適当な任意の形状を含んでいてもよい。基材は、それらに限定されるものではないが、金属、ガラス、セラミック、シリコーン材料、または同様のものを含む、当該作製技術において公知のさまざまな材料のうちのいずれかを全体にまたは部分的に含んでいてもよい。付加的にまたは代替的に、基材１０２は、アクリル系、スチレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、およびポリプロピレン材料のようなポリマー材料を含んでいてもよい。基材１０２および反応サイト１０４は、機械加工、射出成形、熱エンボス加工、レーザー穴あけ、フォトリソグラフィー、または同様のもののうちの１つまたは複数によって形成されていてもよい。

ある実施形態において、表面１１０、１１２は、例えば、参照によりその全体が完全に本明細書中に示されているものとして本明細書中に組み込まれる米国特許出願公開第２００６／００５７２０９号または米国特許出願公開第２００６／０１０５４５３号に記載されるような疎水性材料を含んでいてもよい。そのような実施形態において、反応サイト１０４は、水または他の液体の溶液を引き付ける親水性材料を含んでいてもよい。そのような親水性領域のアレイは、疎水性表面上の親水性の島を含んでいてもよく、それに限定されるわけではないが、堆積、プラズマ、マスキング法、転写、スクリーン印刷、スポッティング、または同様のものを含む広範な微細加工技術を用いて基材１０２上に形成されていてもよい。また、チップ１００の実施形態を被覆するための被覆方法は、全ての目的のために本明細書中に組み込まれる２０１２年１１月７日に出願された米国仮出願第６１／７２３，７３８号にも説明されている。

図３は、本開示のさまざまな実施形態によるシステムを使用するワークフローの図を描く。図４は、さまざまな実施形態による例示的なワークフローのフローチャートを示す。本明細書中に記載されるさまざまな実施形態によれば、システム上で生物学的反応を行うワークフローは、単純であり、ユーザーによって行われるステップのうちの相当量を必要としない。図１および図４を参照して、ステップ４０２において、複数の反応サイト１０４のアレイ１２０は、液体試料で充填される。いくつかの実施形態において、ユーザーは反応サイト１０４を充填するために試料ローダーを使用する。試料ローダーによる充填は、以下により詳細に説明される。いくつかの実施形態において、チップのためのケースは、液体試料の充填を助け得る。本教示による試料の充填は、以下により詳細に説明される。次に、ステップ４０４において、ケースは、チップを内部に有する状態で密封される。ステップ４０６において、チップは、生物学的反応プロセスを行うことになる器具内に充填されてもよい。生物学的反応の結果は、次いでステップ４０８において、図６に示される光学系のような光学系によって検出される。上述のように、ｄＰＣＲ用途に関して、量を決定するために、アレイ１２０の内部にいくつの陰性反応対陽性反応が存在するかが決定される。

上述のように、さまざまな実施形態により利用されてもよい器具は、それに限定されるものではないが、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）器具である。図５は、本教示の実施形態が実行されてもよいＰＣＲ器具５００を示すブロック図である。ＰＣＲ器具５００は、試料支持デバイス（図示せず）内に含有された複数の試料５１２上に置かれる加熱されたカバー５１０を含んでいてもよい。さまざまな実施形態において、試料支持デバイスは、複数の反応サイトを備えるチップまたはガラスもしくはプラスチックのスライドであってもよく、反応サイトは、反応サイトと加熱されたカバー５１０との間にカバーを有する。試料支持デバイスのいくつかの例は、それらに限定されるものではないが、本教示の実施形態によるチップ、標準的なマイクロタイターの９６ウェルプレート、３８４ウェルプレートのようなマルチウェルプレート、またはマイクロカード、またはガラスもしくはプラスチックのスライドのような実質的に平面的な支持体を含んでいてもよい。さまざまな実施形態における反応サイトは、基材の表面に形成された規則的または不規則的なアレイにパターン付けられたくぼみ、インデント、畝、およびそれらの組み合わせを含んでいてもよい。

ＰＣＲ器具のさまざまな実施形態は、試料ブロック５１４、加熱および冷却のための素子５１６、熱交換器５１８、制御システム５２０、ならびにユーザーインターフェース５２２を含む。本教示による熱ブロック組立品のさまざまな実施形態は、図５のＰＣＲ器具５００の構成要素５１４〜５１８を含む。

本教示の他の実施形態によれば、熱ブロック組立品は、熱ブロック組立品全体にわたって実質的に均一な熱転移を提供するように、熱電デバイスを含んでいる。この構成の実施形態は、参照によりその全体が完全に本明細書中に示されているものとして本明細書中に組み込まれる米国特許出願第１２／８７４，１１２号にさらに説明されている。

ある試料支持体のために構成された器具において、ＰＣＲ器具１０００がさまざまな実施形態によるチップ１００を使用し得るように、アダプターが提供されていてもよい。アダプターは、チップ１００内部の試料に対する効率的な熱伝導を可能とするように構成されている。

他の実施形態において、チップは、統合された加熱素子を含んでいてもよい。

図５におけるＰＣＲ器具５００の実施形態に関し、制御システム５２０は、検出システム、加熱されたカバー、および熱ブロック組立品の機能を制御するために使用されてもよい。制御システム５２０は、図５中のＰＣＲ器具５００のユーザーインターフェース５２２を介してエンドユーザーとアクセス可能であってもよい。また、図２６に描かれるようなコンピューティングシステム２６００は、図５中のＰＣＲ器具５００の機能およびユーザーインターフェース機能の制御を提供する役割を果たしてもよい。また、図２６のコンピューティングシステム３００は、データ処理、表示、および報告準備の機能を提供してもよい。そのような器具制御機能の全ては、ＰＣＲ器具に専用の局所的なものであってもよく、または図２６のコンピューティングシステム２６００は、続いてより詳細に検討されるように、制御、解析、および報告の機能の一部または全ての遠隔制御を提供してもよい。器具制御機能は、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を介してアクセス可能な器具上に提供されてもよい。さらに、さまざまな実施形態において、データ解析制御は、ＧＵＩを介してアクセス可能な器具上に提供されてもよい。さまざまな実施形態において、システムの結果のデータ解析は、器具に接続されたローカルコンピューターシステムで行われてもよい。他の実施形態において、データ解析機能は、ユーザーによりネットワーク上でアクセスされてもよい。さまざまな実施形態により、システムによって生物学的反応を行うことからのデータは、ネットワーク上でユーザーによりアクセス可能となるようにサーバーシステム上に保存されてもよい。

上述のように、標的の検出は、例えば、蛍光検出、陽性イオンまたは陰性イオンの検出、ｐＨ検出、電圧検出、または電流検出を含んでいてもよい。したがって、本明細書に記載されたさまざまな実施形態による検出システムは、例えば、光学系、電気的検出システム、イオン検出システム、またはｐＨ検出システムを含んでいてもよい。さまざまな実施形態により、検出システムは、チップ内に統合されていてもよい。

図６を参照すると、上述のように、システム６００は、図２３を参照して、キャリア２１５０ａのようなキャリア内に含有されてもよいチップ１００の反応サイト内に含有される１つまたは複数の標的を、光学的に視察、検査、検出、または測定するために使用されてもよい。システム６００は、光学ヘッドまたはシステム６０２を含む。システム６００は、例えば、光学系６０２のさまざまな構成要素を操作するためまたはシステム６００によって提供されるデータを取得および／もしくは処理するために構成されたコントローラ、コンピューター、またはプロセッサ６０４をさらに含んでいてもよい。例えば、プロセッサ６０４は、光学系６０２の１つまたは複数の光検出器によって提供される光学データを取得および／または処理するために使用されてもよい。他の実施形態において、プロセッサ６０４は、さらなる処理のために、１つまたは複数のコンピューティングシステムにデータを送信してもよい。いくつかの実施形態において、データは、プロセッサ６０４からコンピューティングシステムまで、ネットワークを介して送信されてもよい。

ある実施形態において、システム６００は、例えば、チップ１００内に含有された試料のうち少なくともいくつかに関してＰＣＲ手順またはプロトコルを行うように構成されたサーマルサイクラーを含む熱制御システム６０６をさらに含む。例えば、チップ１００内に含有された試料のうち少なくともいくつかに関してｑＰＣＲおよび／またはｄＰＣＲ手順もしくはプロトコルを行うために、システム６０２、６０６は、単一ユニット内に一緒に結合または連結されていてもよい。そのような実施形態において、コンピューター６０４は、システム６０２、６０６を制御するため、および／あるいはシステム６０２、６０６のいずれかまたは両方によって提供されまたは得られるデータを収集または処理するために使用されてもよい。他の実施形態において、システム６０２およびシステム６０６は、独立ユニットであってもよい。

ある実施形態において、光学系６０２は、チップ１００の反応サイト内に含有された試料のうちの少なくともいくつかを照らすように構成された光源６１０および関連した励起光学系６１２を含む。励起光学系６１２は、試料に向けられる光を調整するための１つもしくは複数のレンズ６１４および／または１つもしくは複数のフィルター６１６を含んでいてもよい。光学系６０２は、チップ１００の反応サイト内に含有された試料のうちの少なくともいくつかによって放射された光学データを受容するように構成された光検出器６２０および関連した放射光学系６２２をさらに含んでいてもよい。例えば、システム６００がｑＰＣＲおよび／またはｄＰＣＲ手順を行うように構成されているとき、試料は、チップ１００のさまざまなスルーホール内に含有される標的ヌクレオチド配列の量により変動する蛍光信号を提供する蛍光染料を含有していてもよい。放射光学系６２２は、試料に向けられる光を調整するための１つもしくは複数のレンズ６２４および／または１つもしくは複数のフィルター６２６を含んでいてもよい。

さまざまな実施形態によると、光学系６０２は１５ｍｍの焦点距離および６０ｍｍの作動距離を有していてもよく、ここで、作動距離はチップからカメラのレンズまでの距離である。さらに、さまざまな実施形態において、システム全体のＦ値（Ｆ−ｎｕｍｂｅｒ）は３以下である。

図６の例証の実施形態において、励起／放射光学系６１２、６２２の両方は、１つまたは複数の共通の光学素子を含む。例えば、励起／放射光学系６１２、６２２の両方は、励起光を反射して試料からの放射光を光検出器６２０へ送信するビームスプリッター６３０を含む。ある実施形態において、例えば、チップ１００内に含有される試料に対するおよび当該試料からのより一様な照明および光の読み取りを提供するために、励起／放射光学系６１２、６２２の両方は、ビームスプリッター６３０とチップ１００との間に配置された、光学性能を向上させるために使用されてもよい視野レンズ（ｆｉｅｌｄ ｌｅｎｓ）（図示せず）を含む。例えば、一様な照明がそれほど重要でないある実施形態（例えば、いくつかのｄＰＣＲ用途）において、図６の例証の実施形態に示されるように、共通の視野レンズは省略されていてもよい。視野レンズの省略は、光学系６０２のサイズおよび複雑さを低減するのに役立ち得る。

有利には、図１を参照して、アクティブ面積１２０内の反応サイト１０４の全ては、図６に示されるように、光学系によって同時に撮像されおよび解析されてもよい。図１の例証の実施形態において、アクティブ面積１２０は、１２，０００個を超える反応サイト１０４を含む。他の実施形態において、アクティブ面積１２０は、少なくとも２５，０００個の反応サイト１０４、少なくとも３０，０００個の反応サイト１０４、少なくとも１００，０００個の反応サイト１０４、または少なくとも１，０００，０００個の反応サイト１０４を含む。

図７は、さまざまな実施形態によるスルーホール１０４のアレイの例証の断面図を示す。図８は、チップ１００の別の断面図を示す。チップ１００は、第１の表面１１０および第２の表面１１２を有する。各反応サイト１０４は、第１の表面１１０内の開口部から第２の表面１１２内の開口部まで延びる。反応サイト１０４は、処理または検査されるべき生物学的試料を含有するそれぞれの液体試料を保持するために、毛管作用によって十分な表面張力を提供するように構成されている。図８の例において、反応サイトは、スルーホールである。

例証の実施形態において、チップ１００は、各反応サイト１０４が約１．３ナノリットルの容積を有するように、第１の表面１１０と第２の表面１１２との間で３００マイクロメートルの厚さを有する。あるいはまた、各反応サイトの容積は１．３ナノリットル未満であってもよい。これは、例えば、反応サイト１０４の直径および／または基材１０２の厚さを減少させることによって達成されてもよい。例えば、各反応サイト１０４は、１ナノリットル以下、１００ピコリットル以下、３０ピコリットル以下、または１０ピコリットル以下である容積を有していてもよい。他の実施形態において、いくつかのまたは全ての反応サイト１０４の容積は、１〜２０ナノリットルの範囲内である。

いくつかの実施形態において、反応サイトは、スルーホールである。これらの例において、各スルーホールは、約１．３ナノリットルの容積を有する。あるいはまた、各スルーホールの容積は、１．３ナノリットル未満であってもよい。これは、例えば、スルーホールの直径および／または基材１０２の厚さを減少させることによって達成される。例えば、各スルーホールは、１ナノリットル以下、１００ピコリットル以下、３０ピコリットル以下、または１０ピコリットル以下である容積を有していてもよい。他の実施形態において、いくつかのまたは全てのスルーホールの容積は、１〜２０ナノリットルの範囲内である。

さまざまな実施形態において、反応サイト１０４の密度は、平方ミリメートルあたり少なくとも１００反応サイトであってもよい。他の実施形態において、反応サイトの密度がより高い可能性がある。例えば、チップ１００内部の反応サイト１０４の密度は、平方ミリメートルあたり１５０反応サイト以上、平方ミリメートルあたり２００反応サイト以上、平方ミリメートルあたり５００反応サイト以上、平方ミリメートルあたり１，０００反応サイト以上、平方ミリメートルあたり１０，０００反応サイト以上であってもよい。

いくつかの実施形態において、反応サイトは、スルーホールである。その結果、チップ１００内部のスルーホールの密度は、平方ミリメートルあたり１５０スルーホール以上、平方ミリメートルあたり２００スルーホール以上、平方ミリメートルあたり５００スルーホール以上、平方ミリメートルあたり１，０００スルーホール以上、平方ミリメートルあたり１０，０００スルーホール以上であってもよい。

チップ１００の他の実施形態は、全ての目的のために本明細書中に組み込まれる２０１２年３月１６日に出願された仮出願第６１／６１２，０８７号（整理番号ＬＴ００６５５ ＰＲＯ）および２０１２年１１月７日に出願された仮出願第６１／７２３，７５９号（整理番号ＬＴ００６５５ ＰＲＯ ２）にさらに説明されている。

ある実施形態において、反応サイトの密度の増大は、単位面積あたりの反応サイトの総数、および有利には、所与の寸法の基材内に含有され得る試料の総数を増大させる。さらに、チップ１００は、充填手順の間に表面１１０、１１２上に残される溶液の量を低減させて溶液の全てまたはほとんど全てが反応サイト１０４の内側に含有されるように構成されていてもよい。

図９を参照して、充填効率の増大は、複数の親水性反応サイトを含有する疎水性表面のコンピューターモデルで実証された。モデルは、７５マイクロメートルの直径を有するスルーホールに関する反応サイトのピッチ（または密度）の関数として複数の反応サイト内への試料の分配を解析するために使用された。図１０は、反応サイト間の間隔が減少（密度が増大）するにつれて、反応サイトによって捕捉される初期液体試料の割合が高くなり、および充填プロセスの後に疎水性表面上に取り残される残余液体の量が少なくなることを実証する。したがって、所与の横断面寸法におけるより高い密度の反応サイト１０４は、所与のサイズの基材１０２に関する試験試料の数の増大と、表面１１０、１１２上に残された残余流体（関心のあるレア対立遺伝子または他の標的分子を含有する可能性がある）の減少または排除と、の両方を提供する。

結果の試料は図１０に示され、反応サイト間の間隔が低減するにつれて、スルーホールによって捕捉される液体試料の割合が高くなり、およびモデル化された充填プロセスの後に疎水性表面上に残される残余液体の量が少なくなることを実証する。したがって、所与の横断面寸法の反応サイト１０４のより高い密度は、一般に、所与のサイズの基材１０２内で処理され得る試料の数の増大と、表面１１０、１１２上に残される望ましくない残余流体の低減と、の両方を提供する。

ある実施形態において、例えば、反応サイト１０４が光学系によって撮像されているときの光学的制限のために、隣接する反応サイト間の間隔内に下方境界が存在していてもよい。例えば、隣接する反応サイト間の間隔内の下方境界は、隣接する反応サイトをはっきりと撮像するための光学系の能力の制限に起因して存在していてもよい。基材１０２内の反応サイト１０４の密度を増大させるために、例えば、図１１および図１２に示されるような最密六方マトリクスパターンが使用されてもよい。

非円形の横断面を有する反応サイトは、有利には、隣接する反応サイト１０４間の平均距離または間隔を低減することができ、試験溶液または試料の充填後に表面１１０、１１２上に取り残される残余液体または溶液の量の低減をもたらすことが発見されている。図１１および図１２を参照して、頂点から頂点までの直径（ｖｅｒｔｅｘ−ｔｏ−ｖｅｒｔｅｘ ｄｉａｍｅｔｅｒ）Ｄを有する六角形の反応サイト１０４のアレイは、隣接する反応サイト間の間隔またはピッチがＰである六角形のパターンに配列されている。ある実施形態において、反応サイト１０４からの蛍光信号を測定するために使用される光学系における隣接する反応サイト間のクロストークは、隣接する反応サイト間の最小限のエッジ距離Ｓの関数である。したがって、図１２に示される形状は、使用されることができ、且つ隣接する反応サイト間のクロストークを依然として所定値以下に維持することができる反応サイト間の最小限のピッチＰを表す。また、破線の円も、図１２中に、各六角形の内側に示される。これは、六角形の反応サイトのものと同一のピッチＰの値および同一のエッジ間隔Ｓを有する直径Ｄ’の円形の反応サイトを表す。図１２中のグレー部分は、円形の反応サイトおよび六角形の反応サイトの両方に関するある幅Ｗにわたる隣接する反応サイト間のエリアを示す。図１２に明確に見られるように、幅Ｗにわたる隣接する反応サイト間のエリアは、ピッチＰおよびエッジ間隔Ｓが同一であるとき、円形の反応サイトに関して、六角形の反応サイト間のものよりも大きい。隣接する反応サイト間のより小さいエリアは、より高い充填効率をもたらす。したがって、図１２に示される結果に基づいて、同一の間隔条件（ＰおよびＳ）下で、円形の反応サイトよりも六角形状の反応サイトに関して、より高い充填効率が提供される。

また、この結果は、反応サイトを検査するために構成された光学系に対して、予期せぬ利点を提供する。図１２中の最小限のエッジ間隔Ｓは、円形の反応サイトおよび六角形の反応サイトの両方で同一であるので、隣接する反応サイト間のクロストークは、どちらの種類の反応サイトに関しても同一であるかまたは類似するであろう。しかしながら、同一のピッチＰおよびエッジ間隔Ｓに関して、六角形の反応サイトの横断面積は、円形の反応サイトのものよりも大きい。したがって、光学系により生成される像は、六角形の反応サイトに関して、円形の反応サイトに関してよりも、面積が大きいであろう。その結果、六角形の反応サイトにより生成されるより大きな像は、潜在的に、より多数のピクセルに及び得る。反応サイトあたりのより多数のピクセルは、反応サイトによって生成された信号のより正確な計算を行うのを助ける。したがって、より高い充填効率を提供するのに加えて、図１１および図１２に示されるような六角形の反応サイトの使用は、各反応サイト１０４によって生成される光学的な信号または出力のより正確な測定または計算（例えば、標的または染料分子の量に比例して生成される蛍光信号の測定または計算）も生じさせる。

図１に示される例証の実施形態において、チップ１００は、正方形形状および１５ミリメートル×１５ミリメートルの全体寸法を有する。また、チップ１００は、１３ミリメートル×１３ミリメートルの寸法を有するアクティブ面積、領域、または帯１２０を有する。本明細書中で使用される際に、用語「アクティブ面積」、「アクティブ領域」、または「アクティブ帯」は、その上に反応サイトまたは溶液容積が含有されまたは分配される、チップ１００のようなチップの表面積、領域、または帯を意味する。ある実施形態において、基材１０２上に含有される反応サイトの総数を増大させるために、例えば、１５ミリメートル×１５ミリメートルの基材寸法上で、チップ１００のアクティブ面積は、１４ミリメートル×１４ミリメートルまたはそれより大きく増大されてもよい。チップ１００は、他の形状および寸法を有していてもよい。例えば、表面１１０、１１２は、長方形、三角形、円形、または何らかの他の幾何学的形状であってもよい。チップ１００の全体寸法およびアクティブ面積１２０は、所与のシステム、アッセイ、または実験のための特定の設計パラメーターに依存して、図１に例証される実施形態のためのものより小さくても大きくてもよい。

図１の例証の実施形態において、反応サイト１０４は、７５マイクロメートルの特徴的な直径（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｄｉａｍｅｔｅｒ）を有し、且つ隣接する反応サイト間に１２５マイクロメートルのピッチを有してアクティブ面積１２０上に分配されていてもよい。他の実施形態において、反応サイト１０４は、７５マイクロメートル以下である特徴的な直径、例えば、６０マイクロメートル以下または５０マイクロメートル以下である特徴的な直径を有する。他の実施形態において、反応サイト１０４は、２０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、１マイクロメートル以下、または１００ナノメートル以下である特徴的な直径を有する。反応サイト間のピッチは、１２５マイクロメートル未満、例えば、１００マイクロメートル以下、３０マイクロメートル以下、１０マイクロメートル以下、または１マイクロメートル以下であってもよい。

ある実施形態において、基材１０２は、各反応サイト１０４が約１．３ナノリットルの容積を有するように、表面１１０と表面１１２との間で３００マイクロメートルまたは約３００マイクロメートルである厚さを有する。あるいはまた、例えば、反応サイト１０４の直径および／または基材１０２の厚さを減少させることによって、各反応サイトの容積１０４は１．３ナノリットル未満であってもよい。例えば、各反応サイト１０４は、１ナノリットル以下、１００ピコリットル以下、３０ピコリットル以下、または１０ピコリットル以下である容積を有していてもよい。他の実施形態において、いくつかのまたは全ての反応サイト１０４の容積は、１ナノリットルから２０ナノリットルまでの範囲内である。

ある実施形態において、表面１１０、１１２上の反応サイト１０４の密度は、平方ミリメートルあたり少なくとも１００反応サイトである。より高い密度も予想される。例えば、表面１１０、１１２上の反応サイト１０４の密度は、平方ミリメートルあたり１５０反応サイト以上、平方ミリメートルあたり２００反応サイト以上、平方ミリメートルあたり５００反応サイト以上、平方ミリメートルあたり１，０００反応サイト以上、平方ミリメートルあたり１０，０００反応サイト以上、または平方ミリメートルあたり１，０００，０００反応サイト以上であってもよい。

有利には、アクティブ面積１２０内の全ての反応サイト１０４は、光学系によって同時に撮像され且つ解析されてもよい。ある実施形態において、光学系によって撮像され且つ解析されるアクティブ面積１２０は、少なくとも１２，０００個の反応サイト１０４を含む。他の実施形態において、光学系によって撮像され且つ解析されるアクティブ面積１２０は、少なくとも２５，０００個、少なくとも３０，０００個、少なくとも１００，０００個、少なくとも１，０００，０００個の反応サイト、または少なくとも１０，０００，０００個の反応サイトを含む。

ある実施形態において、反応サイト１０４は、第１の特徴的な直径、厚さ、および／または容積によって特徴付けられる第１の複数の反応サイト、ならびに対応する第１の特徴的な直径、厚さ、または容積と異なる第２の特徴的な直径、厚さ、および／または容積によって特徴付けられる第２の複数の反応サイトを含む。反応サイトのサイズまたは寸法のそのような変動は、例えば、異なる濃度を有する可能性のある２つ以上の異なるヌクレオチド配列を同時に解析するために使用されてもよい。付加的にまたは代替的に、単一の基材１０２上の反応サイト１０４のサイズの変動は、ｄＰＣＲプロセス、アッセイ、または実験のダイナミックレンジを増大させるために使用されてもよい。例えば、チップ１００は、各グループが他のまたは残りのグループ（単数または複数）の反応サイト１０４の直径または厚さとは異なる直径または厚さによって特徴付けられる、反応サイト１０４の２つ以上のサブアレイを含んでいてもよい。各グループは、標的ポリヌクレオチドの計数の異なるダイナミックレンジを提供するようにサイズが規定されていてもよい。サブアレイは、基材１０２の異なる部位に位置していてもよく、または、チップ１００のアクティブ面積の全体上またはチップ１００のアクティブ面積の共通部分上に延びるように２つ以上のサブアレイが散在させられていてもよい。

ある実施形態において、少なくともいくつかの反応サイト１０４は、それらの壁の全体または一部にわたって先細りになっている。例えば、図１３を参照して、少なくともいくつかの反応サイト１０４は、表面１１０に面取り１３０を含んでいてもよい。付加的にまたは代替的に、少なくともいくつかの反応サイト１０４は、表面１１２に面取り１３０を含んでいてもよい（図示せず）。面取りされたおよび／または先細りにされた反応サイトの使用は、隣接する反応サイト１０４間の平均距離または総面積を低減するが、それにもかかわらず、溶液サイトまたは試験試料間の最小間隔に関する光学的制限を超えることがないことが見出されている。図１０との関連で上述したように、隣接する反応サイト１０４間の面積が減少すると、その結果、充填プロセス中に表面１１０、１１２上に取り残される液体溶液の量が低減し得る。したがって、より高い試料充填効率を得ることができ、一方、光学系のための隣接する溶液サイトまたは試験試料間のより大きい有効距離を依然として維持することができる。

ある実施形態において、基材１０２は、あるガラスまたはセラミック材料のような光構造化可能（ｐｈｏｔｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｂｌｅ）な材料を含む。そのような実施形態において、図１４に示される方法１４０は、基材１０２を作製するために使用されてもよい。有利には、図１１に示される方法１４０の最後の任意選択的な要素は、１つの反応サイト１０４から放射される光が隣接する反応サイト１０４に入らないように、不透明またはほとんど不透明である基材１０２を提供するために使用されてもよい。

方法１４０は、１つの反応サイト１０４内で放射されたいずれのまたはほとんどいずれの光が隣接する反応サイト１０４内に伝達されることを防止するのに十分な不透明性を有する基材１０２を提供するために使用されてもよい。方法１４０は、表面１１０、１１２間の厚さを低減するのに十分な量だけ基材１０２から材料を除去すること、例えば、初期厚さと比べて少なくとも２０パーセントだけ、または初期厚さと比べて少なくとも３０パーセントまたは４０パーセントだけ、表面１１０、１１２間の厚さを低減するのに十分な量だけ基材１０４から材料を除去することを、さらに含んでいてもよい。また、方法１４０は、作製中に少なくとも摂氏５００度の温度まで基材１０２を加熱することを含んでいてもよい。ある実施形態において、方法１４０において使用されるパターン付けられたマスクは、クロムパターンを有する水晶板を含む。マスクは、基材の少なくとも一部を腐食剤に暴露する前に除去されてもよい。方法１４０において使用される腐食性材料は、フッ化水素酸であってもよい。

図１５および図１６を参照して、ある実施形態において、チップ１００は、底面１５４を含む第１のカバー１５２および上面１５８を含む第２のカバー１５６を含むケース１５０の内部に収容されている。ケース１５０は、カバー１５２、１５４間の間隔を維持するように構成された１つまたは複数の側壁１５９をさらに含んでいてもよい。カバー１５２、１５４および壁１５９は一緒に、チップ１００を含有するようにサイズが規定された空洞１６０を形成する。使用中に、チップ１００は、表面１５４、１５８間に形成された空洞１６０の内部に配置される。空洞１６０の厚さは、チップ１００と底面１５４との間および／またはチップ１００と上面１５８との間に間隙が存在するように、チップ１００の厚さを超えていてもよい。また、図１５の例証の実施形態において示されるように、１つまたは複数の側壁１５９間に間隙があってもよい。付加的にまたは代替的に、チップ１００の一部は、１つまたは複数のカバー１５２、１５６および１つまたは複数の側壁１５９に取り付けられている。

ケース１５０は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、銀、または金のような金属材料あるいはグラファイトのような半金属から製造または形成されていてもよい。付加的にまたは代替的に、ケース１５０の全体または部分は、それらに限定されるものではないが、ガラス、アクリル系、スチレン類、ポリエチレン類、ポリカーボネート類、およびポリプロピレン類を含む非金属材料で作られていてもよい。さらに、ケース１５０は、ＰＣＲ適合性であるような、生物学的反応と適合する範囲の材料から作製されてもよい。例えば、ＰＣＲ適合性であるために、ケースは、自己蛍光性が低く、ＰＣＲ反応に対して非抑制的であり、ＰＣＲのための励起および検出波長に対して光学的に透明であり、およびＰＣＲの温度で熱的に安定であってもよい。

ある実施形態において、カバー１５２、１５６のうちの少なくとも１つは、反応サイト１０４への光学的アクセスを提供するように構成された窓を含む。付加的にまたは代替的に、ケース１５０全体は、１つまたは複数の透明またはほとんど透明な材料で作られていてもよい。チップへの液体試料の充填に関連するケースは、以下に説明される。

本教示のさまざまな実施形態によると、チップ内の反応サイトを充填するための方法は図１７中に示される。ステップ１７０２において、液体試料は試料ローダーに配置される。さまざまな実施形態において、試料ローダーは、液体試料が試料ローダー内部のリザーバー内に保持されるように、液体試料を配置するためのアクセスポートを有していてもよい。他の実施形態において、液体試料は、反応サイトのアレイを含有するチップ上に直接的に配置される。ステップ１７０４において、試料ローダーは、チップと接触させられる。ステップ１７０６において、試料ローダーは、反応サイトを液体試料で充填するために、反応サイトの毛管作用が生じるのに十分な圧力で液体試料が反応サイトと接触させられるように、チップの表面を横断して横方向に移動させられる。ステップ１７０８は、任意選択的に行われてもよい。ステップ１７０８において、試料ローダーによってチップの表面上に配置され且つ反応サイト内に充填されなかった何らかの過剰の液体試料の除去は、熱を加えることによって容易にされてもよい。チップは加熱表面によって加熱されてもよい。過剰の液体試料の除去は、例えば、液体試料内の生体分子の増幅の間に生じ得るエラーを低減するのに役立ち得る。また、相対湿度のような他の環境因子は、より効率的な充填を可能にするために調節されてもよい。

図１８は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態による別の試料ローダー１８００を示す。試料ローダー１８００は、第１のブレード１８０２および第２ １８０４を含んでいてもよい。また、試料ローダー１８００は、チップのような基材内に含まれる反応サイトのアレイ内に充填されるべき液体試料が配置されていてもよいアクセスポート１８０６を含んでいてもよい。アクセスポート１８０６内に配置された液体試料は、反応サイト内に試料が充填されるまで、第１のブレード１８０２と第２のブレード１８０４との間のリザーバー１８０８の内部に置かれていてもよい。液体試料は、試料ローダー１８００の先端である流路の端部で分注されるように、流路１８１０の内部を流れていてもよい。

上述のように、試料ローダー１８００は、いくつかの実施形態による反応サイトを手動で充填するために、ユーザーによって保持されてもよい。他の実施形態において、試料ローダー１８００は、充填装置に設置され、反応サイトを充填するために使用されてもよい。

第１のブレード１８０２および第２のブレード１８０４は、第１のブレード１８０２および第２のブレード１８０４の幅のエッジに沿って液体試料が湿るように、互いに向かって先細りになるように構成されている。このような方法で、試料ローダー１８００がチップを横断して一掃させられる際に反応サイト内に液体試料が効率的に充填されるように、チップの表面を横断して液体試料の一様な分布ができ得る。

図１９Ａは、試料ローダー１８００の側面図を示す。この図において、リザーバー１８０８が示される。液体試料が試料ローダー１８００内に配置されたとき、上述のように、液体は、反応サイト内に液体試料が充填されるまでリザーバー１８０８内に置かれていてもよい。リザーバー１８０８に配置されてもよい液体試料の体積は、１０〜２０μＬであってもよい。他の実施形態において、反応サイトに充填される液体試料の体積は、０．５μＬから１００μＬまでであってもよい。さらに他の実施形態において、反応サイトに充填される液体試料の体積は、１００μＬを超えていてもよい。反応サイトに充填される液体試料の体積は、上述のように、例えば、試料ローダーの材料の特性、液体試料の特性、および試料ローダーと液体試料との間の関係に依存し得る。

図１９Ｂは、試料ローダー１８００の第１のブレード１８０２および第２のブレード１８０４の拡大図を示す。第１のブレード１８０２と第２のブレード１８０４との間の先細りが示される。さまざまな実施形態において、先細り角度は、０．１度から１５度までであってもよい。いくつかの実施形態において、先細り角度は、１．５度から２度までであってもよい。さまざまな実施形態において、先細りは、先端における第１のブレード１８０２と第２のブレード１８０４との間の距離が０．５μｍから１００μｍまでであってよいようなものであり得る。いくつかの実施形態において、第１のブレード１８０２と第２のブレード１８０４との間の距離は、１００μｍ〜２ｍｍであってもよい。

さらに、さまざまな実施形態によると、試料ローダー１８００の先端は、チップと６５＋／−３度の角度で接触してもよい。さまざまな実施形態によると、試料ローダー１８００の先端は、チップと接触するとき０〜０．００４インチ屈曲されてもよい。さらに、チップを横断する試料ローダー１８００の一掃動作は、直線状であってもよい。換言すると、最小限の縦揺れ、横揺れ、偏揺れがある。スプレッダー１８００は、例えば、２〜３ｍｍ／秒の速度でチップを横断して移動してもよい。

例示的な充填装置２０００は図２０に示される。充填装置２０００は、試料ローダーホルダー２００６上に設置された試料ローダー２００４を含む。試料ローダーホルダー２００６および試料ローダー２００４組立品は、反応サイトのアレイを含むチップ２００２内に液体試料を充填するように構成されている。さまざまな実施形態において、試料ローダーホルダー２００６は、試料ローダー２００４がチップ２００２を横断して横方向に移動させられてチップ２００２上に液体試料を配置するように手動で移動させられてもよく、こうしてチップ２００２内の反応サイトを充填してよい。他の実施形態において、試料ローダーホルダーは、チップ２００２上で試料ローダー２００４を移動させるために制御システムによって機械的に制御されてもよい。

図１７を参照して説明されるように、チップは、いくつかの実施形態において、過剰の液体試料の除去を容易にするために加熱されてもよい。過剰の液体試料の除去は、反応サイト間の交差汚染または橋渡しを低減するのに役立ち得る。さまざまな実施形態において、相対湿度のような他の環境因子は、反応サイトに対する液体試料の充填を容易にするように調節されてもよい。

さまざまな実施形態において、ユーザーは、液体試料をチップ上に配置してもよい。次いで、ユーザーは、試料ローダーを保持し、試料ローダーをチップ上で横方向に移動させて、反応サイト内に液体試料を充填してもよい。手動のおよび自動化された充填方法の両方に関して、試料ローダーは、チップ上を横方向に移動しながらチップに対して０〜９０度の角度で位置付けられて、反応サイトを充填してもよい。

本明細書中に記載されるさまざまな実施形態によると、試料ローダーは、多様な材料で構成されていてもよいことを認識されたい。例えば、試料ローダーは、ポリオレフィン類、ポリウレタン類、シロキサン類、または同様のもので構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、試料ローダーは、低密度ポリエチレンであるＤｏｗ ７２２で構成されていてもよい。しかしながら、試料ローダーの材料と液体試料との間に５〜１７９度の水接触角を作り出すであろういずれの材料も、試料ローダーのための許容可能な材料であり得ることを認識されたい。

反応サイトの物理的特性、ならびに反応サイトおよびチップの表面の疎水性／親水性特性と共に、液体試料の特性、試料ローダーの材料特性、および試料ローダーの物理的形状は、相互作用的であり、本教示のさまざまな実施形態による試料を充填するための装置のための完全なシステムとして全て考慮に入れられなければならない。

試料ローダーは、試料ローダーの内部に且つさまざまな実施形態によるチップ内に含まれる反応サイトのアレイの幅を横断して、液体試料体積を分配するような方法で、液体試料を含有する。試料ローダーから液体試料を広げることは、液体試料の水接触角に依存する。水接触角は、試料ローダーの材料特性と液体試料の特性との関係に由来する。水接触角が９０度未満である場合、液体試料と基材表面との間の関係は親水性であり、試料は、スルーホール内に試料を引き込むための毛管作用のために必要である、基材表面との粘着性の相互作用を示す。例えば、５０度未満の水接触角を有する、親水性の高すぎる基材は、例えば、基材表面上の過剰の液体試料の滞留の増加や、反応サイトの非効率的な充填を引き起こし得る。さらに、小さい接触角は、液体試料がいくつかの反応サイト内に速く移動しすぎて、複数の反応サイト内の液体試料の一様でない分布を引き起こす原因となり得る。

反対に、水接触角が９０度を超えている場合、基材表面と液体試料との関係は疎水性であり、また毛管力が陰性となるので、液体試料は反応サイト内に移動しないことになる。また、この状況は、基材表面上の液体試料の滞留を引き起こし、およびいくつかの反応サイトを液体試料で充填することを妨げる可能性がある。したがって、基材および反応サイトの表面は、液体試料に関して基材および反応サイトの表面の疎水性および親水性が釣り合うように設計されている。

表面特性を調節するために、基材および反応サイトの表面は、２０１３年３月１５日に提出されたＬＴ００６６８に説明された実施形態により被覆されていてもよい。

これらの特性を念頭に、さまざまな実施形態に従って、効率的な充填は、液体試料との前進接触角が液体試料との後退接触角と同様になるように試料ローダーを構成することによって達成されてもよい。図２１を参照して、前進接触角および後退接触角が示されている。水滴２１０２は、基材２１００上に示されている。基材が傾けられた場合に、水滴２１０２は、前進接触角２１０６および後退接触角２１０４を有することになる。

さまざまな実施形態によると、前進接触角は８５＋／−１５度であり、後退接触角は８５＋／−１５度である。さまざまな実施形態によると、これらの接触角を有する液体試料は、毛管作用を介して反応サイト内に容易に充填される。また、毛管作用は、反応サイトの内部に液体試料の体積を含有するために十分である。

図２２を参照して、試料ローダーによる反応サイトの充填は、本明細書中に記載されるさまざまな実施形態により示される。反応サイト１０４内に充填されるべき液体試料２２０４は、試料ローダー２２０２の内部にある。試料ローダー２２０２は、表面１０６を横切って横方向に移動させられる。試料ローダー２２０２が移動させられる際に、液体試料２２０４は、毛管作用によって反応サイト１０４内に充填される。

チップに対する試料ローダーの下向きの力は、材料の種類、試料ローダーの厚さ、ならびにチップの厚さおよび材料に依存し得る。しかしながら、下向きの力は、チップに接触するための力からチップを破損させるために必要とされる力までの範囲にわたり得る。（シリコーンの厚さは、１つの因子として考慮に入れられるであろう）。さらに、さまざまな実施形態において、試料ローダーがチップを横断して一掃する速度は、２．０秒／ｍｍから最高０．２秒／ｍｍまでであってもよい。

チップを充填するための本明細書中に記載されるさまざまな実施形態によると、充填のためにチップに施用される液体試料の体積の少なくとも７５％は、複数の反応サイト内に充填される。いくつかの実施形態において、充填のためにチップに施用される液体試料の体積の少なくとも９０％が、複数の反応サイト内に充填される。さまざまな実施形態において、充填されるべきチップに施用される液体試料の体積は、チップ上の複数の反応サイトの容積の合計の容積と等しい。いくつかの実施形態において、チップに施用される液体試料の体積は、チップ上の複数の反応サイトの容積の合計から１つの反応サイトの容積を引いた容積である。

図２３を参照して、ある実施形態において、キャリア２１５０ａは、カバーまたは光学的アクセス窓（ｏｐｔｉｃａｌ ａｃｃｅｓｓ ｗｉｎｄｏｗ）２１５２ａに略垂直に設置されチップ１００のキャリア２１５０ａ内への通過を可能にするような寸法にされてよい、アパーチャ、ポート、または開口部２１６２を含む。キャリア２１５０ａは、開口部２１６２の少なくとも１つの長いエッジに沿って設置されたワイパーまたはブレード２１６４をさらに含んでいてもよい。ブレード２１６４は、チップ１００がキャリア２１５０ａ内に充填されるときにチップ１００の表面１１０、１１２のうち少なくとも１つと接触または係合するように構成されてよい。キャリア２１５０ａは、空洞２１６０ａを密封する助けとなりチップ１００がキャリア２１５０ａ内に充填されるときに通り抜けられる開口部２１６２の全てまたは一部分の上に設置されたフィルムすなわち膜（図示せず）をさらに含んでいてもよい。ある実施形態において、膜とブレード２１６４は単一のピースを形成する。

ある実施形態において、ブレード２１６４は、チップ１００が開口部２１６２を通ってキャリア２１５０ａに挿入されると、反応サイト１０４のうちいくつかまたは全てに試料流体を分配する助けとなるように構成される。例えば、ブレード２１６４は、チップ１００の充填中に表面１１０、１１２の一方または両方と接触するように構成されてよく、したがって、液体は、表面１１０、１１２が移動してブレード２１６４を過ぎると、ブレード２１６４を通過するのではなく、代わりに毛管力によって反応サイト１０４内に押し込まれ且つ／または引っ張り込まれる。付加的にまたは代替的に、ブレード２１６４は、チップ１００の表面１１０、１１２の一方または両方を液体、ゲルなどで覆うように、例えば反応サイト１０４の内部に含有される試料流体の汚染および／または蒸発を低減または排除するように構成されてよい。

図２４を参照して、ある実施形態において、キャリア２１５０ｂは、キャリア２１５０ａの構造および特徴のうちのいくつかまたは全てを含んでもよい本体２１７０を含む。キャリア２１５０ｂは、チップ１００を保持するための、チップ１００を本体２１７０内に充填する助けとなるための、および／または試験溶液を反応サイト１０４内に充填するためのローダーすなわち挿入ツール２１７２をさらに含む。ツール２１７２はＵ字形本体を有してよく、チップ１００は、本体２１７０に充填する前に「Ｕ」の内側に保持される。ツール２１７２は、本体２１７０の対応するタブもしくは類似の構造２１７６と係合するまたはこれを圧入するように構成される対向するアーム２１７５上にタブ２１７４を含んでいてもよい。

チップ１００とキャリア２１５０ｂの表面との間の空洞２１６０ａの部分は、反応サイト１０４内に含有される試験溶液と混ざらない不混和流体（例えば、液体またはゲル材料）で満たされ、含有される試験溶液の反応サイト１０４からの蒸発を防止または低減するように構成されていてもよい。いくつかの用途に適した１つの流体が、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙによって市販されているフロリナート（Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ）である。しかし、ある実施形態において、フロリナートは、後でＰＣＲサイクルの間に放出されて望まれていない気泡の形成の原因となり得る空気を簡単に取り込むその傾向に起因して、あるＰＣＲ用途のためには問題がある可能性がある。

あるいは、ある実施形態において、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が完全には架橋されない場合、ＰＤＭＳは空洞１６０において使用されてよいことが発見されている。そのような実施形態において、ＰＤＭＳは、低い自己蛍光性、ＰＣＲの温度における熱安定性、および重合プロセスに対する非抑制性を含む、ＰＤＭＳをＰＣＲと共に使用するために適当とするいくつかの特性を有することが見出されている。さらに、ＰＤＭＳは、水性試料を含有していてもよいが、しかし水蒸気に対してガス透過性であってもよい。本発明の実施形態以外の一般的な用途に使用されるシロキサン対架橋薬剤の典型的な比は、重量で１０：１（１０パーセントの架橋剤）の比である。

ＰＤＭＳ材料を低度に架橋することによって、得られる材料は、上記で説明し完全に架橋された材料に関連する好ましい特質を維持しつつ、蒸発を低減するのに適した封入材料として機能することができることが発見されている。より具体的には、低度に架橋されたＰＤＭＳ材料は、１０重量パーセント未満の架橋剤を使用することによって形成されてよい。例えば、１重量％以下の架橋レベルは、あるｄＰＣＲ用途のようなあるＰＣＲ用途のための設計要件を満たすことが実証されている。多重ｄＰＣＲ応答は、０．８重量％以下である架橋剤の量で封入された平板１００を使用して示されている。さらに、低度に架橋されたＰＤＭＳ材料のフロリナートに比べて高い粘度に起因して、ＰＤＭＳ封入材料は、梱包要件および顧客のワークフローの解決策に役立つ可能性もある。

ある実施形態において、チップ１００は、参照によりその全体が本明細書中に組み込まれる米国仮出願第６１／７２３，７１０号に開示されている、エンクロージャ、ハウジング、またはケースのいずれかにおける使用のために構成されてよい。例えば、図２５に示されるように、チップ１００は、本発明および仮出願第６１／７２３，７１０号の一実施形態による、エンクロージャ、ハウジング、またはケース２３００の中に配列されてよい。ケース２３００は、ベース２３０２およびベース２３０２と密封可能に係合するように構成されたカバーまたは蓋２３０４を含んでいてもよい。ベース２３０２とカバー２３０４は、連結されて空洞すなわち室２３０８を形成してもよく、室２３０８は、チップ５００内を受容または含有してもよい。チップ１００は、ベース２３０２の一部であってもよいし、またはベース２３０２から分離され、且つ／もしくはこれとは別個であって、ベース２３０２によって搭載もしくは保持されるように構成されてもよい。

ベース２３０２は、ベース２３０２および空洞２３０８の内部でチップ１００を保持および／または位置決めするように構成された、複数の突起、タブ、かしめサイト（ｓｔａｋｉｎｇ ｓｉｔｅ）、または支持パッド２３２０（例えば、図示の実施形態におけるタブ２３２０ａおよび２３２０ｂ）を含んでいてもよい。１つまたは複数のタブ２３８２は、ベース２３０２の内部でチップ５００をしっかりと保持するようにタブの材料が変形または移動させられるように、かしめられてもよい。付加的にまたは代替的に、チップ１００は、接着材、エポキシ、または膠を使用して、１つまたは複数のタブ１８２に膠付けされてもよい。ある実施形態において、膠付けは、タブ２３２０によって生み出される圧着力または保持力の使用によって誘発される可能性があるそのようなホルダー材料に対して起こり得るひびまたは損傷を回避するために、ガラスまたはシリコーンのチップ１００と共に使用される。示される実施形態において、タブ２３２０ａは、チップ１００のブランク領域１０６と一致する。ある実施形態において、タブ６２０ａおよびブランク領域１０６は、チップ１００の適切な支持を提供するのに十分な大きさであるが、対応するチップ１００のアクティブ面積が、所定の数の反応サイト１０４を含有する所望の所定のアクティブ面積を提供するようになるのに、十分な小ささである。

上述のように、コンピューティングシステムは、生物学的反応を実行する器具および生物学的反応の結果を検出する器具を制御するために使用されてよい。さらに、自動化された充填装置は、コンピューティングシステムによって制御されてもよい。コンピューティングシステムは、器具にインストールされてもよいし、外部に接続されてもよい。さらに、コンピューティングシステムはまた、ネットワークを介して器具に接続されてもよい。例示的なコンピューティングは、図２６に示されている。

さまざまな実施形態の動作はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせを適宜に使用して実施されてよいことは、当業者には認識されよう。例えば、いくつかのプロセスは、ソフトウェア、ファームウェア、またはハードワイヤードロジックの制御下で、プロセッサまたは他のデジタル回路を使用して実行され得る。（「ロジック」という用語は、本明細書では、記載した機能を実行すると当業者によって認識されているような、固定ハードウェア、プログラマブルロジック、および／またはこれらの適切な組み合わせを指す。）ソフトウェアおよびファームウェアは、コンピューター可読媒体上に格納され得る。いくつかの他のプロセスは、当業者には周知であるように、アナログ回路を使用して実施され得る。加えて、メモリまたは他のストレージならびに通信構成要素は、本発明の実施形態において用いられてよい。

図２６は、さまざまな実施形態による処理機能を実行するために用いられてもよいコンピューターシステム２６００を示すブロック図であり、コンピューターシステム２６００上では、図５のサーマルサイクラーシステム５００の実施形態が利用されてもよい。コンピューティングシステム２６００は、プロセッサ２６０４などの１つまたは複数のプロセッサを含むことができる。プロセッサ２６０４は、例えば、マイクロプロセッサ、コントローラ、または他の制御ロジックなどの、多目的または特殊目的の処理エンジンを使用して実施され得る。この例では、プロセッサ２６０４は、バス２６０２または他の通信媒体に接続される。

さらに、図２６のコンピューティングシステム２６００は、所与の用途または環境にとって望ましいまたは適切であり得るような、ラックマウント式コンピューター、メインフレーム、スーパーコンピューター、サーバー、クライアント、デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、タブレットコンピューター、ハンドヘルドコンピューティングデバイス（例えば、ＰＤＡ、携帯電話、スマートフォン、パームトップなど）、クラスタグリッド、ネットブック、組み込みシステム、または他の任意の種類の特殊目的コンピューティングデバイスもしくは多目的コンピューティングデバイスなどの、いくつかの形態のいずれかにおいて実施されてもよいことを理解されたい。加えて、コンピューティングシステム２６００は、クライアント／サーバー環境および１つもしくは複数のデータベースサーバー、またはＬＩＳ／ＬＩＭＳインフラストラクチャーとの統合を含む従来のネットワークシステムを含むことができる。ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含み、また無線構成要素および／または有線構成要素を含む、いくつかの従来のネットワークシステムが、当技術分野では公知である。加えて、クライアント／サーバー環境、データベースサーバー、およびネットワークは、当技術分野で文書によって十分裏付けされている。

コンピューティングシステム２６００は、バス２６０２または情報を通信するための他の通信機構、および情報を処理するためにバス２６０２と結合されたプロセッサ２６０４を含むことができる。

コンピューティングシステム２６００はメモリ２６０６も含み、メモリ２６０６は、プロセッサ２６０４によって実行されるべき命令を格納するための、バス２６０２に結合されたランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他のダイナミックメモリとすることができる。メモリ２６０６はまた、プロセッサ２６０４によって実行されるべき命令の実行中に一時変数または他の中間情報を格納するために使用されてもよい。コンピューティングシステム２６００は、プロセッサ２６０４のための静的情報および命令を格納するための、バス２６０２に結合された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２６０８または他のスタティックストレージデバイスをさらに含む。

コンピューティングシステム２６００は、情報および命令を格納するために設けられバス２６０２に結合された、磁気ディスク、光ディスク、またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのストレージデバイス２６１０も含んでいてもよい。ストレージデバイス２６１０は、メディアドライブおよびリムーバブルストレージインターフェースを含んでいてもよい。メディアドライブは、ハードディスクドライブ、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、ＣＤもしくはＤＶＤドライブ（ＲもしくはＲＷ）、フラッシュドライブ、または他の着脱可能なもしくは固定されたメディアドライブなどの、ドライブまたは固定されたもしくは着脱可能な記憶媒体をサポートするための他の機構を含んでいてもよい。これらの例が示すように、記憶媒体には、特定のコンピューターソフトウェア、命令、またはデータを格納したコンピューター可読記憶媒体が含まれてもよい。

代替実施形態において、ストレージデバイス２６１０は、コンピュータープログラムまたは他の命令もしくはデータをコンピューティングシステム２６００にロードできるようにするための他の類似の手段を含んでいてもよい。そのような手段には、例えば、プログラムカートリッジおよびカートリッジインターフェース、着脱可能なメモリ（例えば、フラッシュメモリまたは他の着脱可能なメモリモジュール）およびメモリスロット、ならびにソフトウェアおよびデータをストレージデバイス２６１０からコンピューティングシステム２６００に転送できるようにする他のリムーバブルストレージユニットおよびインターフェースなどの、リムーバブルストレージユニットおよびインターフェースが含まれてよい。

コンピューティングシステム２６００は、通信インターフェース２６１８も含むことができる。通信インターフェース２６１８は、ソフトウェアおよびデータをコンピューティングシステム２６００と外部デバイスの間で転送できるようにするために使用することができる。通信インターフェース２６１８の例には、モデム、ネットワークインターフェース（イーサネット（登録商標）または他のＮＩＣカードなど）、通信ポート（例えば、ＵＳＢポート、ＲＳ−２３２Ｃシリアルポートなど）、ＰＣＭＣＩＡスロットおよびカード、ブルートゥースなどを含めることができる。通信インターフェース２６１８を介して転送されるソフトウェアおよびデータは、電子信号、電磁信号、光信号、または通信インターフェース２６１８によって受信可能な他の信号とすることができる信号の形態をしている。これらの信号は、無線媒体、有線もしくはケーブル、光ファイバ、または他の通信媒体などのチャネルを介して通信インターフェース２６１８によって送受信されてもよい。チャネルのいくつかの例には、電話線、携帯電話リンク、ＲＦリンク、ネットワークインターフェース、ローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワーク、および他の通信チャネルが含まれる。

コンピューティングシステム２６００は、コンピューターユーザーに対して情報を表示するための、陰極線管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ２６１２に、バス２６０２を介して結合されてもよい。英数字キーおよび他のキーを含む入力デバイス２６１４は、例えば、情報およびコマンドの選択内容をプロセッサ２６０４に通信するためにバス２６０２に結合される。入力デバイスはまた、タッチスクリーン入力機能を持つように構成された、ＬＣＤディスプレイなどのディスプレイであってよい。別の種類のユーザー入力デバイスは、方向情報およびコマンドの選択内容をプロセッサ２６０４に通信するための、およびディスプレイ２６１２上でのカーソル移動を制御するための、マウス、トラックボール、またはカーソル方向キーなどのカーソル制御部２６１６である。デバイスが平面内で位置を指定できるようにするこの入力デバイスは、典型的には、２つの軸すなわち第１の軸（例えばｘ）および第２の軸（例えばｙ）における２つの自由度を有する。コンピューティングシステム２６００はデータ処理を提供し、そのようなデータに信頼水準を提供する。本教示の実施形態のある実装形態に一致して、メモリ２６０６内に含有される１つまたは複数の命令の１つまたは複数のシーケンスをプロセッサ２６０４が実行したことに応答して、データ処理および信頼値がコンピューティングシステム２６００によって提供される。そのような命令は、ストレージデバイス２６１０などの別のコンピューター可読媒体からメモリ２６０６に読み込まれてもよい。メモリ２６０６内に含有される命令のシーケンスを実行することによって、プロセッサ２６０４が、本明細書で説明するプロセス状態を実行する。あるいは、ハードワイヤード回路は、本教示の実施形態を実施するために、ソフトウェア命令の代わりに、またはソフトウェア命令と組み合わせて使用されてよい。したがって、本教示の実施形態の実装形態は、ハードウェア回路とソフトウェアのいかなる特定の組み合わせにも限定されない。

本明細書で用いる場合、「コンピューター可読媒体」および「コンピュータープログラム製品」という用語は、一般に、実行のためにプロセッサ２６０４に１つもしくは複数のシーケンスまたは１つもしくは複数の命令を提供することに関与する任意の媒体を指す。そのような命令は、「コンピュータープログラムコード」（コンピュータープログラムまたは他の分類の形態で分類されてもよい）と一般に呼ばれ、実行されると、コンピューティングシステム２６００が本発明の実施形態の特徴または機能を実行することを可能にする。これらおよび他の形態のコンピューター可読媒体は、限定するものではないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含む多数の形態をとってもよい。不揮発性媒体としては、例えば、ストレージデバイス２６１０などの、ソリッドステートディスク、光ディスク、または磁気ディスクがある。揮発性媒体としては、メモリ２６０６などのダイナミックメモリがある。伝送媒体としては、バス２６０２を含むワイヤを含めて、同軸ケーブル、銅線、および光ファイバがある。

一般的な形態のコンピューター可読媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、もしくは他の任意の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、他の任意の光媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する他の任意の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、およびＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ、他の任意のメモリチップもしくはカートリッジ、以下で説明する搬送波、またはコンピューターが読み取り可能な他の任意の媒体がある。

さまざまな形態のコンピューター可読媒体は、実行のためにプロセッサ２６０４に１つもしくは複数の命令の１つまたは複数のシーケンスを運搬することに関与してもよい。例えば、命令は、最初はリモートコンピューターの磁気ディスクに担持されてもよい。リモートコンピューターは、そのダイナミックメモリに命令をロードし、モデムを使用して電話線を介して命令を送信することができる。コンピューティングシステム２６００に対してローカルのモデムは、電話線上のデータを受信し、赤外線送信機を使用して赤外線信号にデータを変換することができる。バス２６０２に結合された赤外線検出器は、赤外線信号に担持されたデータを受信し、バス２６０２にデータを置くことができる。バス２６０２はメモリ２６０６にデータを運搬し、プロセッサ２６０４はメモリ２６０６から命令を取り出して実行する。メモリ２６０６によって受信される命令は、任意選択で、プロセッサ２６０４による実行前または後のどちらでも、ストレージデバイス２６１０上に格納されてもよい。

わかりやすくするために、上記の説明では、異なる機能ユニットおよびプロセッサに関して本発明の実施形態を説明してきたことが理解されるであろう。しかし、異なる機能ユニット、プロセッサ、またはドメイン間での機能の任意の適切な分布が本発明を損なうことなく使用されてもよいことが明らかであろう。例えば、別個のプロセッサまたはコントローラによって実行されるように示されている機能は、同じプロセッサまたはコントローラによって実行されてもよい。したがって、特定の機能ユニットへの言及は、厳密な論理的または物理的な構造または組織を示すのではなく、説明した機能を提供するのに適した手段への言及に過ぎないと見なすことができる。

本明細書中に記載されるさまざまな実施形態に関する方法のための例示的なシステムは、以下の米国仮特許出願に記載されたものを含む：
・ 米国仮出願第６１／６１２，０８７号、２０１２年３月１６日出願、および
・ 米国仮出願第６１／７２３，７５９号、２０１２年１１月７日出願、および
・ 米国仮出願第６１／６１２，００５号、２０１２年３月１６日出願、および
・ 米国仮出願第６１／６１２，００８号、２０１２年３月１６日出願、および
・ 米国仮出願第６１／７２３，６５８号、２０１２年１１月７日出願、および
・ 米国仮出願第６１／７２３，７３８号、２０１２年１１月７日出願、および
・ 米国仮出願第６１／６５９，０２９号、２０１２年６月１３日出願、および
・ 米国仮出願第６１／７２３，７１０号、２０１２年１１月７日出願、および
・ 米国仮出願第６１／７７４，４９９号、２０１３年３月７日出願、および
・ Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、整理番号ＬＴ００６５５ ＰＣＴ、２０１３年３月１５日提出、および
・ Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、整理番号ＬＴ００６５６ ＰＣＴ、２０１３年３月１５日提出、および
・ Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、整理番号ＬＴ００６５７ ＰＣＴ、２０１３年３月１５日提出、および
・ Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、整理番号ＬＴ００６６８ ＰＣＴ、２０１３年３月１５日提出、および
・ Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、整理番号ＬＴ００６９９ ＰＣＴ、２０１３年３月１５日提出。

また、これら出願の全ては参照によってその全体が本明細書中に組み込まれている。

ある例示的な実施形態、例、および用途に関してさまざまな実施形態が記載されてきたが、本教示から逸脱することなくさまざまな修正および変更がなされてもよいことは当業者にとって明らかであろう。

Claims (32)

1. 生物学的反応を行うためのシステムであって、前記システムは、
   複数の反応サイトを含むチップであって、前記複数の反応サイトは、各々、多くとも１ナノリットルの液体試料を含むように構成されている、チップ、
   前記液体試料において生物学的反応を開始するように構成された制御システム、および
   前記チップ上の生物学的反応を検出するように構成された検出システム
   を含む、システム。
2. 前記チップは、少なくとも２００００個の反応サイトを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記チップは、少なくとも３００００個の反応サイトを含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記複数の反応サイトの各反応サイトは、スルーホールである、請求項１に記載のシステム。
5. 前記複数の反応サイトの各反応サイトは、ウェルである、請求項１に記載のシステム。
6. 前記制御システムは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うように構成されている、請求項１に記載のシステム。
7. 前記制御システムは、デジタルＰＣＲを行うように構成されている、請求項６に記載のシステム。
8. 前記検出システムは、光学系を含み、前記光学系は、励起源と、前記複数の反応サイト内の複数の液体試料から放射される蛍光信号を検出するように構成された光学センサとを含む、請求項１に記載のシステム。
9. 前記反応サイトの表面は、親水性である、請求項１に記載のシステム。
10. 前記基材の表面は、親水性である、請求項９に記載のシステム。
11. 前記チップは、キャリアに囲繞されている、請求項１に記載のシステム。
12. 前記チップは、前記キャリア内の封入媒体に浸漬されている、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記封入媒体は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であり、前記ＰＤＭＳは十分に硬化され、且つ完全には架橋されていない、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記キャリアは、前記複数の試料エリアのうちの少なくともいくつかの中に液体試料を充填することを容易にするように構成された漏斗状ガイドを含む、請求項１１に記載のシステム。
15. 前記封入媒体は、前記液体試料の蒸発を低減するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
16. 前記封入媒体は、前記チップが挿入される前に、前記キャリアに予め充填されている、請求項１２に記載のシステム。
17. 前記チップは、１０ｍｍ×１０ｍｍの面積を有する、請求項１に記載のシステム。
18. 前記複数の反応サイトは、ダイナミックレンジを増大させるための範囲の容積を含む、請求項１に記載のシステム。
19. 前記チップおよび前記複数の反応サイトは、前記複数の反応サイトに前記液体試料を充填するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
20. 前記複数の反応サイトは、１つよりも多くの試料で充填されるように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記光学系は、１５ｍｍの焦点距離を有する、請求項１に記載のシステム。
22. ダイナミックレンジを増大させるために、前記複数の反応サイトの第１の部分は、第１の希釈度の前記液体試料で充填され、且つ前記複数の反応サイトの第２の部分は、第２の希釈度の前記液体試料で充填されている、請求項１９に記載のシステム。
23. 前記反応サイトの前記表面、および前記基材の前記表面は、材料で被覆されている、請求項１０に記載のシステム。
24. 前記材料は、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）である、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記反応サイトの前記表面、および前記基材の前記表面は、蒸着によって被覆されている、請求項２３に記載のシステム。
26. 前記液体試料は、前記材料との７０〜１００度の接触角を有する、請求項２３に記載のシステム。
27. 前記液体試料は、毛管作用によって前記反応サイトに充填される、請求項２３に記載のシステム。
28. 生物学的反応を行うための方法であって、前記方法は、
    基材および複数の反応サイトを含むチップを液体試料で充填することであって、前記複数の反応サイトは、各々、多くとも１ナノリットルの前記液体試料の体積を含むように構成されている、こと、
    前記複数の反応サイトにおいて生物学的反応を開始すること、および
    光学系を用いて、前記チップ上の複数の生物学的反応を検出すること
    を含む、方法。
29. 前記チップは、少なくとも２００００個の反応サイトを含む、請求項２８に記載の方法。
30. 前記チップは、少なくとも３００００個の反応サイトを含む、請求項２８に記載の方法。
31. 前記複数の反応サイトの各反応サイトは、スルーホールである、請求項２８に記載の方法。
32. 前記複数の反応サイトの各反応サイトは、ウェルである、請求項２８に記載の方法。

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