ラベル・インデペンデント光学リーダの多波長基準マイクロプレート
ラベル・インデペンデント光学リーダの多波長基準マイクロプレートが開示されている。マイクロプレートは、複数の基準ウエルを支持する支持プレートを含む。少なくとも１つの基準ウエルは、光源の波長バンド内で２つ以上の異なる基準共鳴波長をそれぞれ反射する２つ以上の共鳴導波路グレーティング（ＲＷＧ）セクションが配された多波長基準ウエルとして構成されている。マイクロプレートを製造及び使用する方法もまた開示されている。
【発明の詳細な説明】
【先の米国出願の利益の主張】
【０００１】
本願は、２００９年１１月２日に出願の米国仮出願第６１／２５７，０６１号の利益を主張する。
【関連した同時係属出願に対するクロスリファレンス】
【０００２】
共有されて譲渡された、「ラベル・インデペンデント光学リーダのマルチグレーティング・バイオセンサ」と題された米国同時係属出願第61/257058号（本願と同時に出願）。
【技術分野】
【０００３】
本発明は、ラベル・インデペンデント光学リーダに関し、特にこの種のリーダのための多波長マイクロプレートに関する。
【背景技術】
【０００４】
ラベル・インデペンデント（ＬＩＤ）光学リーダは、例えば、タンパク質のような目標分子に結合している薬を検出するために使われる。ある種のＬＩＤ光学リーダは、共鳴導波路グレーティング（ＲＷＧ）バイオセンサ・アレイのＲＷＧバイオセンサの表面の屈折率の変化を測定する。個々のＲＷＧバイオセンサは、マイクロプレートのそれぞれのウエルに位置する。ブロードバンド光源からのブロードバンド光がＲＷＧバイオセンサの各々に向けられる。ＲＷＧバイオセンサに共鳴する波長の光だけが強く反射される。この反射された光は集められてスペクトル分析され、屈折率変化、従ってＲＷＧバイオセンサに結合する生体分子を表す共鳴波長が決定される。
【０００５】
ＲＷＧバイオセンサの屈折率に対するスプリアス変化および他のシステム効果は、共鳴波長測定値の精度を減ずることがある。従って、基準マイクロプレートは、概して824ｎｍ（ナノメートル）ないしは844ｎｍである光学リーダの動作スペクトル・バンド幅λFWHMの範囲内の共鳴波長を生じる標準化されたＲＷＧとともに使われることがある。しかし、ブロードバンド光源は、現在の基準マイクロプレートによって検出されない変動（ノイズ）を有する場合がある。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の態様は、波長バンドを有する光源を有するＬＩＤ光学リーダの多波長基準マイクロプレートである。当該マイクロプレートは、複数の基準ウエルを支持する支持プレートを含む。少なくとも１つの基準ウエルは、当該光源波長バンド内で２つ以上の異なる基準共鳴波長をそれぞれ反射する２つ以上のＲＷＧセクションがその中に配された多波長基準ウエルとして構成されている。
【０００７】
本開示の他の態様は、波長バンドを有する光源を有するＬＩＤ光学リーダの多波長基準マイクロプレートである。当該マイクロプレートは、複数の多波長基準ウエルを操作可能に支持する支持プレートを含む。当該複数の多波長基準ウエルの各々は、その中に配された、それぞれ２つ以上の基準共鳴波長を有する２つ以上のＲＷＧセクションを含むＲＷＧバイオセンサを有する。マイクロプレートはまた、少なくとも部分的に各々の多波長基準ウエルを満たす充填材料を含む。当該充填材料は、光源波長バンド内の約１．３などの水の屈折率と同様の屈折率を有する。
【０００８】
本開示の他の態様は、基準ウエルを有する基準マイクロプレートを使用してＬＩＤ光学リーダ・システムの複数の基準共鳴波長を測定する方法である。当該方法は、少なくとも一つの基準ウエルに、各々が異なる基準共鳴波長を有する２つ以上のＲＷＧセクションを設けることを含む。当該方法はまた、当該２つ以上のＲＷＧセクションの各々に照射して、それらからの各反射光を生成することを含む。当該方法は、さらに、その反射光をスペクトル分析して、当該２つ以上の基準共鳴波長を測定することを含む。
【０００９】
本開示のこれらの、また他の態様は以下に記載の明細書、特許請求の範囲および添付図面を参照することにより説明される。
【００１０】
本開示のより完全な理解は、添付の図面を参照しつつ、以下の詳細な説明を参照することによって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の多波長基準マイクロプレートの用途に適した光学リーダ・システムの一例の一般化された模式図である。
【図２】マイクロプレート・ホルダによって保持されるマイクロプレートの領域又は「ウエル」内に操作可能な状態で支持されるＲＷＧバイオセンサ・アレイの例を示す図である。
【図３】ＲＷＧバイオセンサを横切る位置（mm）に対する共鳴波長λR（nm）のプロット例である。
【図４】波長に対応する分光計ピクセル位置に対するピーク振幅（光子カウント数）を示し、共鳴波長がどのようにシフトするかについて示すプロットである。
【図５】線形ポラライザにより測定した、典型的なスーパールミナスダイオード（ＳＬＤ）の波長（mm）に対する強度（dB）のプロットであり、偏光された場合にフリンジ（リプル）を有する典型的ＳＬＤのスペクトル・バンド幅λFWHMを示す図である。
【図６】図５のＳＬＤスペクトル・プロットにおけるフリンジのシフトに基づいた数値モデリングを用いて算出した、時間（分）の関数としての共鳴波長λRのプロットである。
【図７Ａ−７Ｃ】多波長基準マイクロプレートの一例の多波長基準ウエル各々のクローズアップ平面図である。ここで、多波長基準ウエルの各々は、異なる共鳴波長反射率を有する複数のＲＷＧセクションを含む基準ＲＷＧバイオセンサを有する。
【図８Ａ−８Ｂ】共通基板上に複数のＲＷＧを配置することによって多波長基準ＲＷＧバイオセンサを形成する方法の例を示す図である。
【図９Ａ−９Ｃ】図７Ａ−７Ｃと同様の、多波長基準ウエルの実施例を示す図であり、ここで、基準ＲＷＧバイオセンサは、連続したＲＷＧセクションを有する。
【図１０Ａ−１０Ｃ】マスクベースの方法を用いたＲＷＧセクションを形成する第１の方法を示す図である。
【図１１Ａ−１１Ｄ】異なるＲＷＧセクションを規定する異なる導波路厚を形成する多層コーティングを用い、連続したＲＷＧセクションを形成する第２の方法を示す斜視図および断面図を含む図である。
【図１２Ａ−１２Ｂ】多波長基準マイクロプレートの多波長基準ウエルの例の断面図であり、図１２Ｂは、疑似水（water mimic）で満たされた多波長基準ウエルを示している。
【図１３】図３と同様の図であり、ｍセットの多波長基準ウエルを有する多波長基準マイクロプレートの例を示し、挿入図Ａ〜Ｃは異なるセットの多波長基準ウエルの異なる構成例を示している。
【図１４】図６と同様のプロットであり、ＳＬＤ光源の模式的な波長スペクトルを示し、図１３に示すようなマルチ基準マイクロプレートの異なる３セットの多波長基準ウエルに関連する異なる基準共鳴波長λRR（破線）とともに示している。
【図１５Ａ】従来技術の基準マイクロプレート（破線）および本開示の多波長基準マイクロプレート（実線）について、安定したブロードバンド光源を有する光学リーダ・システム例の測定による基準ウエル番号に対する波長ノイズ（ピコメートル）の変化をプロットした図である。
【図１５Ｂ】光学リーダ・システムが不安定なブロードバンド光源を用いている点を除いて図１５Ａと同じプロットであり、多波長基準マイクロプレート（実線）がどのように光源の変化を検出するか、一方従来技術の基準マイクロプレート（破線）は検出しないことを説明する図である。
【発明の詳細な説明】
【００１２】
本開示の実施例について以下に説明され、添付の図面に実施例について例示されている。
【００１３】
図１は、光学リーダ・システム（「システム」）100の一例の一般化されたブロック102にインターロゲートするように用いられ、例えば、生物学的物質104がＲＷＧバイオセンサ上に存在するか否かを決定する。挿入図は、ＲＷＧバイオセンサ102の例のクローズアップ図である。以下に紹介され、詳細に説明されるように、システム100は、本開示の多波長基準マイクロプレート170Rと組合されて使用されるのに適している。
【００１４】
図２は、複数のウエル175が中に形成された表面173を有する支持プレート171からなるマイクロプレート170の例の平面図である。一例の支持プレート171は、例えば、本明細書に引用例として援用する米国特許出願公開2007/0211245に記載されているように、上部プレートおよび下部プレート（図示せず）からなる２部構造を有する。
【００１５】
図２のマイクロプレート170は、ＲＷＧバイオセンサ102がアレイ102Aに配置され、操作可能な状態でウエル175内に支持される構成を例示している。実際の生物学的サンプルを含む「サンプル」マイクロプレート170Sについて、各々のウエル175は、「サンプル領域」175Sおよび「基準領域」175Rを含む。各々のウエル領域は、一般にλRと称される共鳴波長を有している。サンプルＲＷＧバイオセンサ102Sのサンプル又は「信号」共鳴波長はλRSと表され、基準ＲＷＧバイオセンサ102Rの基準共鳴波長はλRRと表される。生物学的サンプルが基準領域175Rに付着しないことは重要である。従って、ウエル175内の基準領域は変更され、又は隣接するウエル（「基準」ウエル175R）が図２に示すように用いられる。基準マイクロプレート170R上のＲＷＧバイオセンサ102は「基準ＲＷＧバイオセンサ102R」と称される。
【００１６】
例示的なＲＷＧバイオセンサ・アレイ102Aは、２mm角のＲＷＧバイオセンサ102に対し4.5mmのピッチを有し、各列に１６のＲＷＧバイオセンサ、各行に２４のＲＷＧバイオセンサを含む。実施例において、システム100のマイクロプレート170の配置、アライメント又はその両者のため、基準印428を用いることができる。また、マイクロプレート170を保持するマイクロプレート・ホルダ174が示されている。多くの異なるタイプのプレート・ホルダをマイクロプレート・ホルダ174として用いることができる。ここで再び、マイクロプレート170は、システム100を校正又はトラブルシュートするための基準マイクロプレート170R、又は実際のサンプル・マイクロプレート170Sであってもよい。
【００１７】
図１を再び参照すると、システム100は光120を生成する光源106を含む。光源106は、ランプ、レーザー、ダイオード、フィルタ、減衰器、及び同様な装置、又はこれらの組合せの一つ以上を含むことができる。例として光源106は、下記に詳細に説明するスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）などの広帯域の光源を含む。光源106からの光120は、結合装置126（例えば、サーキュレータ、光スイッチ、ファイバースプリッタ、または同様の装置）によって光学システム130に向けられる。光学システム130は、関連する光軸A1を有し、光120を、ＲＷＧバイオセンサ102において光スポット135を形成する入射光ビーム134Iに変換する（挿入図Ｂを参照）。光ビーム134I（従って、光スポット135）は、走査光学システム130のスキャン動作又はマイクロプレート・ホルダ174によるマイクロプレート170の移動によってＲＷＧバイオセンサ102にわたって走査される。
【００１８】
入射光ビーム134Iは、ＲＷＧバイオセンサ102から反射され、反射光ビーム134Rを形成する。反射光ビーム134Rは光システム130によって受け取られ、そこからの光136（以下、「導波光信号」）は結合装置126によって、反射光ビームのスペクトルを表す電気信号S140を生成する分光器ユニット140に向けられる。実施例において、次に、プロセッサ・ユニット（「プロセッサ」）152及びメモリ・ユニット（「メモリ」）154を有するコントローラ150は、電気信号S140を受信し、ＲＷＧバイオセンサ102上の位置（そして、おそらく時間）の関数である生のスペクトルデータをメモリに格納する。その後、プロセッサ152は、その内部又はメモリ152に格納された指示に基づいて生のスペクトルデータを分析する。
【００１９】
その結果は、図３に示すような共鳴波長（λR）データの空間マップであり、それは、多くの異なる走査のセンサ全体にわたるスキャン・スポットの位置の関数としての算出共鳴波長重心（セントロイド）を示している。共鳴波長λRの変化は、化学的又は生物学的反応が特定のＲＷＧバイオセンサ102に生じたか否か示している。実施例において、コントローラ150は、例えばスペクトル・プロット、共鳴波長プロット及び他の測定結果など、及びシステム状況および性能パラメータなどの測定情報を表示する表示装置156を含み、又は表示装置156に操作可能な状態で接続されている。実施例において、スペクトルは直ちに処理され、共鳴波長（例えば、測定されたスペクトルのそれぞれの重心として算出される）のみがメモリ154に保存されるようにすることがにできる。
【００２０】
一例のＲＷＧバイオセンサ102は、入射光ビーム134Iおよび反射光ビーム134Rの導波路結合特性に影響を及ぼすセンサ表面103での屈折率の変化を利用して、ＲＷＧバイオセンサ上の生物学的物質104（例えば、細胞、分子、タンパク質、薬、化合物、核酸、ペプチド、炭水化物）のラベルフリー検知を可能にする。生物学的物質104は、ＲＷＧバイオセンサ表面103上に付着したバルク流体内に位置し、この生物学的物質の存在がＲＷＧバイオセンサ表面での屈折率を変える。
【００２１】
生物学的物質104を検出するために、ＲＷＧバイオセンサ102が入射光ビーム134Iによってプローブされ、反射光ビーム134Rは分光器ユニット140で受け取られる。コントローラ150は、生物学的物質104の存在によるＲＷＧバイオセンサの屈折率変化（例えば、100万につき1）があるかどうかを決定するように構成されている（例えば、プロセッサ152がプログラムされている）。実施例において、例えば、ＲＷＧバイオセンサの表面103は特定の相補的な生物学的物質104の表面付着のみを許す生化学合成物（図示せず）で覆われていることができ、それによってＲＷＧバイオセンサ102は非常に敏感であり、特異的であるようにされている。このような方法で、システム100およびＲＷＧバイオセンサ102を、多種多様な生物学的物質104を検出するのに用いることができる。同様に、ＲＷＧバイオセンサ102は、ＲＷＧバイオセンサ表面103に固定化されたセル（細胞）の動き又は変化を検出するのに用いることができる。例えば、セルがＲＷＧバイオセンサに対して動いたとき、又は物質を取り入れ、または放出するときに屈折率変化が起こる。
【００２２】
複数のＲＷＧバイオセンサ102がアレイ102Aとして操作可能な状態で支持される場合、それらは高いスループットの薬または化学品のスクリーニング研究を可能にするのに用いることができる。走査光学リーダ・システムを使用する生物学的物質104（または生体分子結合イベント）の検出についてのより詳細な議論については、米国特許出願第11/027,547号が参照される。他の光学リーダ・システムは、米国特許第7,424,187号及び米国特許出願公開第2006/0205058号及び2007/0202543号に記載されている。
【００２３】
ＲＷＧバイオセンサ102に生じる生化学的又は細胞アッセイ（分析評価）イベントの測定に最も一般的に使用される技術はスペクトルのインターロゲーションである。スペクトル・インターロゲーションは、多波長またはブロードバンド・ビーム光（入射光ビーム134I）をＲＷＧバイオセンサ102に照射し、反射光（反射光ビーム134R）を集め、反射スペクトルを分光器ユニット140で分析することを必要とする。
【００２４】
一例の分光器ユニット140からの例示的な反射スペクトルが図４に示されている。ここで、「ピーク振幅」は、分光器のアナログ−ディジタル（A/D）コンバータによって定まる光子のカウント数である。共鳴は約10ピクセルによってカバーされ、波長範囲は約824nmから840nmである。化学結合がＲＷＧバイオセンサ表面103で起こるとき、矢印によって示されるように、僅かに共鳴波長がシフトし、そのようなシフトは分光器ユニット140によって検出される。
【００２５】
［光源ノイズ］
上記したように、システム100の例において、光源106はＳＬＤのようなブロードバンド光源を使用する。図５は、典型的なＳＬＤの線形ポラライザを経た波長（nm）対強度（dB）のプロットであり、典型的なＳＬＤ波形（スペクトル）を例示しており、偏光されたときにフリンジ（リプル）202を有している。フリンジ202は、約1.27nmの周期を有する。光源の実際のフリンジ周期は、その設計および使用するポラライザに応じて変化する。信号の共鳴波長λRSおよび基準共鳴波長λRRの位置の例が図５に示され、概して数nm離れている。光源106は、半値全幅λFWHMのスペクトルバンドを有する。
【００２６】
時間の経過によりフリンジ202がシフトする場合、導波路共鳴波長のパワー・レベルは変化し、ＬＩＤ検出システムからもたらされる信号共鳴波長λRSはシフトする。図６は、シフトするフリンジ202に基づく数値的モデリングを用いて算出された、時間（分）の関数としての信号共鳴波長λRSのプロットである。図６のプロットは、シフトするフリンジがどのように時間の経過に対する信号共鳴波長λRSの変動を生じさせるかについて示している。信号及び基準共鳴波長λRS及びλRRは異なった影響を受けるので、測定結果にさらなるノイズが付加され、おそらくいかなる生体分子の結合信号もマスキングされる。
【００２７】
結果的に、本開示の基準マイクロプレート170Rは、ＳＬＤベースの光源106の安定性を検証するように構成された「多波長基準マイクロプレート」である。多波長基準マイクロプレート170Rは、サンプル・マイクロプレート170Sに近いか、ＳＬＤ光源のフリンジ周期の1/2に合致する、又はその両者の複数の波長を提供する少なくとも一つ、好ましくは複数の多波長基準ウエル175Rを有する。多波長基準マイクロプレート170Rは、光源106の動作波長スペクトルバンド幅λFWHMの範囲内で複数の波長をサンプリングし、光学リーダ・システムのノイズ性能をより正確に測定又は評価する能力を提供する。実施例において、多波長マイクロプレート170Rの基準ウエル175Rの全ては多波長基準ウエルであり、他の実施例においては、多波長マイクロプレートは一つ以上の、しかし全てではない多波長基準ウエルを含む。
【００２８】
図７Ａないし７Ｃは、多波長基準マイクロプレート170Rの例の多波長基準ウエル175Rのそれぞれのクローズアップ平面図である。多波長基準ウエル175Rの各々は、異なる基準共鳴波長λRRnを有する複数（n≧2）のＲＷＧセクションSnを含む基準ＲＷＧバイオセンサ102Rを有する。図７Ａないし７Ｃは、それぞれ異なる基準共鳴波長λRR1，λRR2，，λRR3，λRR4を有する２つ、３つ、４つのＲＷＧセクションSn（S1、S2、S3およびS4と表示された）を有する多波長基準ウエル175Rをそれぞれ示している。所与の基準ＲＷＧバイオセンサ102Rにおいて用いられるＲＷＧセクションSnの数nは、光源106の波長スペクトルバンド幅λFWHMを適切にサンプリングするのにいくつの基準共鳴波長λRRnが必要かに依存する。一例としてＲＷＧセクションSnが離間している場合について示されており、それによって、どのＲＷＧグレーティングセクションが入射ビーム134Iによってインターロゲートされているかの識別に用いられるエッジSEを提供する。実施例において、ＲＷＧセクションSnは、光スポット135の大きさ（直径）と同等の距離又はより大きい間隔をおいて離間している。例えば、光スポット135が100μｍの直径を有する場合、隣接したＲＷＧセクションSn間の間隔は、例えば200μｍである。
【００２９】
実施例において、ＲＷＧセクションSnは、個別に異なるグレーティング周期、従って異なる基準共鳴波長λRRnを有するように形成されている。図８Ａ及び８Ｂに示すように、個別のＲＷＧセクションSnは、支持基板210の上面212上に配置され、マルチセグメント基準ＲＷＧバイオセンサ102Rを形成している。マルチセグメント基準ＲＷＧバイオセンサ102Rはウエル175内に配置され、多波長基準ウエル175Rを形成している。
【００３０】
図９Ａ乃至９Ｃは図７Ａ乃至７Ｃと同様の図であり、多波長基準ウエル175Rの実施例を示し、基準ＲＷＧバイオセンサ102Rは連続した（contiguous）ＲＷＧセクションSnを有している。１例において、例えば、連続したグレーティングセクションSnは、標準的なフォトリソグラフィ技術を用いて同時に形成される。ここで図１０Ａ乃至１０Ｃを参照すると、異なるグレーティング周期を有する複数の領域232を有する単一のマスクが光240で照射され、基板234の感光性の表面233上にグレーティング242の連続セクションSnが形成される。連続したグレーティングセクションSnは、図示のため、僅かに分離して示されている。感光性表面233は、例えば、フォトレジストの層を含むことができる。このマスク露光に続いて、基板表面233上のＲＷＧセクションSnの全体にわたり単一のコーティング246が施され、断面図の図１０Ｃに示される、破線によって区画された３つの連続したＲＷＧセクションS1、S2およびS3を有する基準ＲＷＧバイオセンサ102Rが形成される。なお、コーティング246は下部のグレーティング242と実質的に等写形状（コンフォーマル）である。
【００３１】
図１１Ａ乃至１１Ｄは、グレーティング厚さを変える複数のコーティングを用いた連続したＲＷＧセクションSnの他の形成方法の例を示している。図１１Ａを参照すると、周期P0および基準共鳴波長λRR0のグレーティング242を有する基板234を有する初期のＲＷＧバイオセンサ102Rが提供される。次に、図１１Ｂを参照すると、図１１Ａの基準ＲＷＧバイオセンサ102Rは導波路周期P0を実質的に変えること無しに導波路厚を増やすように設計されている第１のコーティング261で覆われ、従って基準共鳴波長λRR0は光源のスペクトルバンド幅λFWHM内の波長λRR1にシフトされる。実施例において、周期P0は基準共鳴波長λRR0がすでに光源のスペクトルバンド幅λFWHMの範囲内であるように選択されてもよい。
【００３２】
次に、図１１Ｃを参照すると、第１のコーティング261の一部が局所的にグレーティング厚を変え、光源のスペクトルバンド幅λFWHM内の基準共鳴波長λRR2を反射するように設計された第２のコーティング262によって覆われてもよい。
【００３３】
次に、図１１Ｄを参照すると、第２のコーティング262の一部が局所的にグレーティング厚を変え、光源のスペクトルバンド幅λFWHM内の基準共鳴波長λRR3を反射するように設計された第３のコーティング263によって覆われてもよい。このプロセスにより、全てが光源のスペクトルバンド幅λFWHM内のそれぞれ基準共鳴波長λRR1、λRR2、λRR3を有する３つのＲＷＧセクションS1、S2およびS3を有するマルチ・セグメント基準ＲＷＧバイオセンサ102Rの形成がなされる。従って、このようにして２つ以上のＲＷＧセクションSnを形成することができる。図１１Ｃないし１１Ｄの断面図は多重コーティングされた部分でとられている。
【００３４】
グレーティング周期P0は数百ナノメートルのオーダーであり、コーティングによる厚さの増加は5nmないし10nmのオーダーである点に留意せよ。僅かなデューティ・サイクルの変化があっても周期P0はコーティングの追加によって変化せず、マルチ・セグメント基準ＲＷＧバイオセンサ102Rの性能への影響は無視できる。
【００３５】
実施例において、層261、262及び263は周知の選択的なマスク・ベースの堆積技術を用いて適用することができる。実施例において、コーティング261、262及び263はニオビア（niobia）からなっていてもよい。
【００３６】
図１２Ａ及び１２Ｂは、多波長基準マイクロプレート170Rの多波長基準ウエル175Rの例の断面図である。多波長基準ウエル175Rは、底部302、内部304及び開いた上部306を含む。図１２Ａは、ウエル底部302に配置された基準ＲＷＧバイオセンサ102Rを示し、内部304は空気で充填されている。
【００３７】
サンプル・マイクロプレート170Sは水で満たされることになるそのサンプル175Sを有するので、多波長基準ウエル175Rもまた水、又は光源のスペクトルバンド幅λFWHM内において実質的に同じ屈折率（例えば、約1.3）を有する水に疑似的な材料で充填されなければならない。蒸留水を用いて多波長基準ウエル175Rを満たすことを選択できるが、水は時間の経過に伴ってＲＷＧバイオセンサを劣化させる（例えば、層剥離）ので一般的には好ましくない。また、蒸留水は蒸発し、また基準マイクロプレート170Rが慎重に取り扱われない場合、あるいはウエルが封止されていない場合、基準ウエル175Rからこぼれることがある。
【００３８】
図１２Ｂを参照すると、１の実施例において、多波長基準ウエル175Rは、水と同様の熱特性及び屈折率を有する充填材料310で少なくとも部分的に充填されている（そして、ある実施例においては、完全に充填されている）。例示的な充填材料310は、室温において固体で、容易に環境による変動を受けない。実施例において、例えば充填材料310は、エラストマ、光エポキシまたはそれらの組合せからなる。基準マイクロプレートにおけるエラストマの使用については、上述した米国特許出願公開第2007/0211245号において述べられている。
【００３９】
多波長基準ウエル175Rを充填するのに適切なエラストマ充填材料310の例は、Sylgard-184の商標名の下で販売されているエラストマで、ダウ・コーニング社（Dow Corning Corporation, Midland, Michigan）から入手可能である。Sylgard-184エラストマは、以下の表１に示される特性／特徴を有する。
【００４０】
【表１】
Sylgard-184（商標）エラストマの性質および特性が実質的に同じである周知の又は今後開発される充填材材料310のいかなるものも本開示の発明に適用するのに適切である。充填材料310は、ポジティブディスプレイスメント方式のピペットを使用した手動で又は自動化された充填方法によって多波長基準ウエル175Rの内部306に加えられる。次に多波長基準マイクロプレート170Rは室温で、ほぼ２日間硬化され、その後、多波長基準ウエル175R内のエラストマ充填材料310は充分に硬化され、使用できる状態になる。
【００４１】
図１３は図３と同様の図で、ｍセット350（例えば、350-1、350-2、・・・、350-m）の多波長基準ウエル175Rを有する多波長基準マイクロプレート170Rの例を示す。多波長基準ウエル175Rの異なるセット350はそれぞれ、異なる基準共鳴波長λRR、すなわちセット350-1にはλRR1A，λRR1B，・・・、セット350-2にはλRR2A，λRR2B，・・・、セット350-3にはλRRmA，λRRmB，・・・を有するマルチ・セグメント基準ＲＷＧバイオセンサを含む。
【００４２】
例として３つの異なる多波長基準ウエル・セット350-1、350-2および350-3を有する多波長基準マイクロプレート170Rを検討する。第１のセット350-1は、基準波長λRR1A＝825nm及びλRR2A＝830nm（挿入図Ａを参照）を反射するように構成された２つのセクションS1及びS2を有するマルチ・セグメント基準ＲＷＧバイオセンサ102Rを有する多波長基準ウエル175R1を含む。第２のセット350-2は、基準波長λRR2A＝834.5nm及びλRR2B＝837nm（挿入図Ｂを参照）を反射するように構成された２つのセクションS1及びS2を有するマルチ・セグメント基準ＲＷＧグレーティング102Rを有する多波長基準ウエル175R2を含む。第３のセット350-3は、基準波長λRR3A＝840nm、λRR3B＝842nm及びλRR3C＝844nm（挿入図Ｃを参照）を反射するように構成された３つのセクションS1、S2及びS3を有するマルチ・セグメント基準ＲＷＧグレーティング102Rを有する多波長基準ウエル175R3を含む。
【００４３】
その結果、ブロードバンド光源のスペクトルバンド幅λFWHM内の複数の波長における波長情報を提供する多波長基準マイクロプレート170Rが得られる。図１４は図６と同様のプロットであり、ＳＬＤ光源106の模式的な波長スペクトル例を示す。図１４のプロットは、図１３の基準マイクロプレート170Rの例における異なる基準ウエル175Rによって反射された７つの異なる基準波長λRRを示している。基準ウエル・セット350の数ｍは、必要な又は要望の波長範囲を満たすように選択することができる。
【００４４】
図１５Ａは、安定なブロードバンド光源106を有する光学リーダ・システム100の例によって測定された、基準ウエル番号に対する波長ノイズ（ピコメートル）の変化のプロットである。「ノイズ」は、測定基準共鳴波長λRRに対する測定信号共鳴波長λRSの差である。標準の（従来技術）基準マイクロプレートが用いられ（破線）、また、本開示の多波長基準マイクロプレート170Rが用いられた（実線）。安定した光源106の場合、この２つのタイプのマイクロプレートは、波長ノイズの変化に関し、本質的に同じ安定した測定値を与える。
【００４５】
図１５Ｂは、光学リーダ・システムにおいて不安定なブロードバンド光源106が用いられたことを除いては、図１５Ａと同様のプロットである。図１５Ｂのプロットは、従来技術の基準マイクロプレートが実質的に波長ノイズの変化を示さないことを明らかにし、本開示の多波長基準マイクロプレート170Rは、予想されるように、（偏光）光源出力スペクトルの変化による波長ノイズの有意な変化を示している。このように、従来技術の基準マイクロプレートは、光学リーダ・システムに測定値ノイズを生じさせる光源106のスペクトルの変化を検出することができない。
【００４６】
多波長基準マイクロプレート170Rはエンドユーザによって使用され、分析評価（アッセイ）を行う前にシステム性能を確実にし、またはアッセイ時におけるリーダ制御として使用することができる。多波長基準マイクロプレート170Rは、従来技術の基準マイクロプレートよりもより現実的な顧客アッセイのシミュレーションを提供する。また、多波長基準プレート170Rは、単一の基準マイクロプレートに光学リーダ・システムの多波長（及び、フルスペクトルまで）の検証を提供することによってフィールドサポートの労力を単純化する点に留意すべきである。現在、フィールドサポート作業者が光学リーダの光スペクトルを完全に評価することが必要とされる場合、彼等は複数のマイクロプレートおよび追加の計測設備（ノッチフィルタ、その他）を携行しなければならない。
【００４７】
添付の特許請求の範囲に規定される本願発明の範囲から逸脱することなく、本願明細書に記載されている好適な実施例に対してさまざまな改変をなすことができるのは当業者にとって明らかであろう。このように、本開示は添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲内の改変及び変更をその範囲に含む。
【先の米国出願の利益の主張】
【０００１】
本願は、２００９年１１月２日に出願の米国仮出願第６１／２５７，０６１号の利益を主張する。
【関連した同時係属出願に対するクロスリファレンス】
【０００２】
共有されて譲渡された、「ラベル・インデペンデント光学リーダのマルチグレーティング・バイオセンサ」と題された米国同時係属出願第61/257058号（本願と同時に出願）。
【技術分野】
【０００３】
本発明は、ラベル・インデペンデント光学リーダに関し、特にこの種のリーダのための多波長マイクロプレートに関する。
【背景技術】
【０００４】
ラベル・インデペンデント（ＬＩＤ）光学リーダは、例えば、タンパク質のような目標分子に結合している薬を検出するために使われる。ある種のＬＩＤ光学リーダは、共鳴導波路グレーティング（ＲＷＧ）バイオセンサ・アレイのＲＷＧバイオセンサの表面の屈折率の変化を測定する。個々のＲＷＧバイオセンサは、マイクロプレートのそれぞれのウエルに位置する。ブロードバンド光源からのブロードバンド光がＲＷＧバイオセンサの各々に向けられる。ＲＷＧバイオセンサに共鳴する波長の光だけが強く反射される。この反射された光は集められてスペクトル分析され、屈折率変化、従ってＲＷＧバイオセンサに結合する生体分子を表す共鳴波長が決定される。
【０００５】
ＲＷＧバイオセンサの屈折率に対するスプリアス変化および他のシステム効果は、共鳴波長測定値の精度を減ずることがある。従って、基準マイクロプレートは、概して824ｎｍ（ナノメートル）ないしは844ｎｍである光学リーダの動作スペクトル・バンド幅λFWHMの範囲内の共鳴波長を生じる標準化されたＲＷＧとともに使われることがある。しかし、ブロードバンド光源は、現在の基準マイクロプレートによって検出されない変動（ノイズ）を有する場合がある。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の態様は、波長バンドを有する光源を有するＬＩＤ光学リーダの多波長基準マイクロプレートである。当該マイクロプレートは、複数の基準ウエルを支持する支持プレートを含む。少なくとも１つの基準ウエルは、当該光源波長バンド内で２つ以上の異なる基準共鳴波長をそれぞれ反射する２つ以上のＲＷＧセクションがその中に配された多波長基準ウエルとして構成されている。
【０００７】
本開示の他の態様は、波長バンドを有する光源を有するＬＩＤ光学リーダの多波長基準マイクロプレートである。当該マイクロプレートは、複数の多波長基準ウエルを操作可能に支持する支持プレートを含む。当該複数の多波長基準ウエルの各々は、その中に配された、それぞれ２つ以上の基準共鳴波長を有する２つ以上のＲＷＧセクションを含むＲＷＧバイオセンサを有する。マイクロプレートはまた、少なくとも部分的に各々の多波長基準ウエルを満たす充填材料を含む。当該充填材料は、光源波長バンド内の約１．３などの水の屈折率と同様の屈折率を有する。
【０００８】
本開示の他の態様は、基準ウエルを有する基準マイクロプレートを使用してＬＩＤ光学リーダ・システムの複数の基準共鳴波長を測定する方法である。当該方法は、少なくとも一つの基準ウエルに、各々が異なる基準共鳴波長を有する２つ以上のＲＷＧセクションを設けることを含む。当該方法はまた、当該２つ以上のＲＷＧセクションの各々に照射して、それらからの各反射光を生成することを含む。当該方法は、さらに、その反射光をスペクトル分析して、当該２つ以上の基準共鳴波長を測定することを含む。
【０００９】
本開示のこれらの、また他の態様は以下に記載の明細書、特許請求の範囲および添付図面を参照することにより説明される。
【００１０】
本開示のより完全な理解は、添付の図面を参照しつつ、以下の詳細な説明を参照することによって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の多波長基準マイクロプレートの用途に適した光学リーダ・システムの一例の一般化された模式図である。
【図２】マイクロプレート・ホルダによって保持されるマイクロプレートの領域又は「ウエル」内に操作可能な状態で支持されるＲＷＧバイオセンサ・アレイの例を示す図である。
【図３】ＲＷＧバイオセンサを横切る位置（mm）に対する共鳴波長λR（nm）のプロット例である。
【図４】波長に対応する分光計ピクセル位置に対するピーク振幅（光子カウント数）を示し、共鳴波長がどのようにシフトするかについて示すプロットである。
【図５】線形ポラライザにより測定した、典型的なスーパールミナスダイオード（ＳＬＤ）の波長（mm）に対する強度（dB）のプロットであり、偏光された場合にフリンジ（リプル）を有する典型的ＳＬＤのスペクトル・バンド幅λFWHMを示す図である。
【図６】図５のＳＬＤスペクトル・プロットにおけるフリンジのシフトに基づいた数値モデリングを用いて算出した、時間（分）の関数としての共鳴波長λRのプロットである。
【図７Ａ−７Ｃ】多波長基準マイクロプレートの一例の多波長基準ウエル各々のクローズアップ平面図である。ここで、多波長基準ウエルの各々は、異なる共鳴波長反射率を有する複数のＲＷＧセクションを含む基準ＲＷＧバイオセンサを有する。
【図８Ａ−８Ｂ】共通基板上に複数のＲＷＧを配置することによって多波長基準ＲＷＧバイオセンサを形成する方法の例を示す図である。
【図９Ａ−９Ｃ】図７Ａ−７Ｃと同様の、多波長基準ウエルの実施例を示す図であり、ここで、基準ＲＷＧバイオセンサは、連続したＲＷＧセクションを有する。
【図１０Ａ−１０Ｃ】マスクベースの方法を用いたＲＷＧセクションを形成する第１の方法を示す図である。
【図１１Ａ−１１Ｄ】異なるＲＷＧセクションを規定する異なる導波路厚を形成する多層コーティングを用い、連続したＲＷＧセクションを形成する第２の方法を示す斜視図および断面図を含む図である。
【図１２Ａ−１２Ｂ】多波長基準マイクロプレートの多波長基準ウエルの例の断面図であり、図１２Ｂは、疑似水（water mimic）で満たされた多波長基準ウエルを示している。
【図１３】図３と同様の図であり、ｍセットの多波長基準ウエルを有する多波長基準マイクロプレートの例を示し、挿入図Ａ〜Ｃは異なるセットの多波長基準ウエルの異なる構成例を示している。
【図１４】図６と同様のプロットであり、ＳＬＤ光源の模式的な波長スペクトルを示し、図１３に示すようなマルチ基準マイクロプレートの異なる３セットの多波長基準ウエルに関連する異なる基準共鳴波長λRR（破線）とともに示している。
【図１５Ａ】従来技術の基準マイクロプレート（破線）および本開示の多波長基準マイクロプレート（実線）について、安定したブロードバンド光源を有する光学リーダ・システム例の測定による基準ウエル番号に対する波長ノイズ（ピコメートル）の変化をプロットした図である。
【図１５Ｂ】光学リーダ・システムが不安定なブロードバンド光源を用いている点を除いて図１５Ａと同じプロットであり、多波長基準マイクロプレート（実線）がどのように光源の変化を検出するか、一方従来技術の基準マイクロプレート（破線）は検出しないことを説明する図である。
【発明の詳細な説明】
【００１２】
本開示の実施例について以下に説明され、添付の図面に実施例について例示されている。
【００１３】
図１は、光学リーダ・システム（「システム」）100の一例の一般化されたブロック102にインターロゲートするように用いられ、例えば、生物学的物質104がＲＷＧバイオセンサ上に存在するか否かを決定する。挿入図は、ＲＷＧバイオセンサ102の例のクローズアップ図である。以下に紹介され、詳細に説明されるように、システム100は、本開示の多波長基準マイクロプレート170Rと組合されて使用されるのに適している。
【００１４】
図２は、複数のウエル175が中に形成された表面173を有する支持プレート171からなるマイクロプレート170の例の平面図である。一例の支持プレート171は、例えば、本明細書に引用例として援用する米国特許出願公開2007/0211245に記載されているように、上部プレートおよび下部プレート（図示せず）からなる２部構造を有する。
【００１５】
図２のマイクロプレート170は、ＲＷＧバイオセンサ102がアレイ102Aに配置され、操作可能な状態でウエル175内に支持される構成を例示している。実際の生物学的サンプルを含む「サンプル」マイクロプレート170Sについて、各々のウエル175は、「サンプル領域」175Sおよび「基準領域」175Rを含む。各々のウエル領域は、一般にλRと称される共鳴波長を有している。サンプルＲＷＧバイオセンサ102Sのサンプル又は「信号」共鳴波長はλRSと表され、基準ＲＷＧバイオセンサ102Rの基準共鳴波長はλRRと表される。生物学的サンプルが基準領域175Rに付着しないことは重要である。従って、ウエル175内の基準領域は変更され、又は隣接するウエル（「基準」ウエル175R）が図２に示すように用いられる。基準マイクロプレート170R上のＲＷＧバイオセンサ102は「基準ＲＷＧバイオセンサ102R」と称される。
【００１６】
例示的なＲＷＧバイオセンサ・アレイ102Aは、２mm角のＲＷＧバイオセンサ102に対し4.5mmのピッチを有し、各列に１６のＲＷＧバイオセンサ、各行に２４のＲＷＧバイオセンサを含む。実施例において、システム100のマイクロプレート170の配置、アライメント又はその両者のため、基準印428を用いることができる。また、マイクロプレート170を保持するマイクロプレート・ホルダ174が示されている。多くの異なるタイプのプレート・ホルダをマイクロプレート・ホルダ174として用いることができる。ここで再び、マイクロプレート170は、システム100を校正又はトラブルシュートするための基準マイクロプレート170R、又は実際のサンプル・マイクロプレート170Sであってもよい。
【００１７】
図１を再び参照すると、システム100は光120を生成する光源106を含む。光源106は、ランプ、レーザー、ダイオード、フィルタ、減衰器、及び同様な装置、又はこれらの組合せの一つ以上を含むことができる。例として光源106は、下記に詳細に説明するスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）などの広帯域の光源を含む。光源106からの光120は、結合装置126（例えば、サーキュレータ、光スイッチ、ファイバースプリッタ、または同様の装置）によって光学システム130に向けられる。光学システム130は、関連する光軸A1を有し、光120を、ＲＷＧバイオセンサ102において光スポット135を形成する入射光ビーム134Iに変換する（挿入図Ｂを参照）。光ビーム134I（従って、光スポット135）は、走査光学システム130のスキャン動作又はマイクロプレート・ホルダ174によるマイクロプレート170の移動によってＲＷＧバイオセンサ102にわたって走査される。
【００１８】
入射光ビーム134Iは、ＲＷＧバイオセンサ102から反射され、反射光ビーム134Rを形成する。反射光ビーム134Rは光システム130によって受け取られ、そこからの光136（以下、「導波光信号」）は結合装置126によって、反射光ビームのスペクトルを表す電気信号S140を生成する分光器ユニット140に向けられる。実施例において、次に、プロセッサ・ユニット（「プロセッサ」）152及びメモリ・ユニット（「メモリ」）154を有するコントローラ150は、電気信号S140を受信し、ＲＷＧバイオセンサ102上の位置（そして、おそらく時間）の関数である生のスペクトルデータをメモリに格納する。その後、プロセッサ152は、その内部又はメモリ152に格納された指示に基づいて生のスペクトルデータを分析する。
【００１９】
その結果は、図３に示すような共鳴波長（λR）データの空間マップであり、それは、多くの異なる走査のセンサ全体にわたるスキャン・スポットの位置の関数としての算出共鳴波長重心（セントロイド）を示している。共鳴波長λRの変化は、化学的又は生物学的反応が特定のＲＷＧバイオセンサ102に生じたか否か示している。実施例において、コントローラ150は、例えばスペクトル・プロット、共鳴波長プロット及び他の測定結果など、及びシステム状況および性能パラメータなどの測定情報を表示する表示装置156を含み、又は表示装置156に操作可能な状態で接続されている。実施例において、スペクトルは直ちに処理され、共鳴波長（例えば、測定されたスペクトルのそれぞれの重心として算出される）のみがメモリ154に保存されるようにすることがにできる。
【００２０】
一例のＲＷＧバイオセンサ102は、入射光ビーム134Iおよび反射光ビーム134Rの導波路結合特性に影響を及ぼすセンサ表面103での屈折率の変化を利用して、ＲＷＧバイオセンサ上の生物学的物質104（例えば、細胞、分子、タンパク質、薬、化合物、核酸、ペプチド、炭水化物）のラベルフリー検知を可能にする。生物学的物質104は、ＲＷＧバイオセンサ表面103上に付着したバルク流体内に位置し、この生物学的物質の存在がＲＷＧバイオセンサ表面での屈折率を変える。
【００２１】
生物学的物質104を検出するために、ＲＷＧバイオセンサ102が入射光ビーム134Iによってプローブされ、反射光ビーム134Rは分光器ユニット140で受け取られる。コントローラ150は、生物学的物質104の存在によるＲＷＧバイオセンサの屈折率変化（例えば、100万につき1）があるかどうかを決定するように構成されている（例えば、プロセッサ152がプログラムされている）。実施例において、例えば、ＲＷＧバイオセンサの表面103は特定の相補的な生物学的物質104の表面付着のみを許す生化学合成物（図示せず）で覆われていることができ、それによってＲＷＧバイオセンサ102は非常に敏感であり、特異的であるようにされている。このような方法で、システム100およびＲＷＧバイオセンサ102を、多種多様な生物学的物質104を検出するのに用いることができる。同様に、ＲＷＧバイオセンサ102は、ＲＷＧバイオセンサ表面103に固定化されたセル（細胞）の動き又は変化を検出するのに用いることができる。例えば、セルがＲＷＧバイオセンサに対して動いたとき、又は物質を取り入れ、または放出するときに屈折率変化が起こる。
【００２２】
複数のＲＷＧバイオセンサ102がアレイ102Aとして操作可能な状態で支持される場合、それらは高いスループットの薬または化学品のスクリーニング研究を可能にするのに用いることができる。走査光学リーダ・システムを使用する生物学的物質104（または生体分子結合イベント）の検出についてのより詳細な議論については、米国特許出願第11/027,547号が参照される。他の光学リーダ・システムは、米国特許第7,424,187号及び米国特許出願公開第2006/0205058号及び2007/0202543号に記載されている。
【００２３】
ＲＷＧバイオセンサ102に生じる生化学的又は細胞アッセイ（分析評価）イベントの測定に最も一般的に使用される技術はスペクトルのインターロゲーションである。スペクトル・インターロゲーションは、多波長またはブロードバンド・ビーム光（入射光ビーム134I）をＲＷＧバイオセンサ102に照射し、反射光（反射光ビーム134R）を集め、反射スペクトルを分光器ユニット140で分析することを必要とする。
【００２４】
一例の分光器ユニット140からの例示的な反射スペクトルが図４に示されている。ここで、「ピーク振幅」は、分光器のアナログ−ディジタル（A/D）コンバータによって定まる光子のカウント数である。共鳴は約10ピクセルによってカバーされ、波長範囲は約824nmから840nmである。化学結合がＲＷＧバイオセンサ表面103で起こるとき、矢印によって示されるように、僅かに共鳴波長がシフトし、そのようなシフトは分光器ユニット140によって検出される。
【００２５】
［光源ノイズ］
上記したように、システム100の例において、光源106はＳＬＤのようなブロードバンド光源を使用する。図５は、典型的なＳＬＤの線形ポラライザを経た波長（nm）対強度（dB）のプロットであり、典型的なＳＬＤ波形（スペクトル）を例示しており、偏光されたときにフリンジ（リプル）202を有している。フリンジ202は、約1.27nmの周期を有する。光源の実際のフリンジ周期は、その設計および使用するポラライザに応じて変化する。信号の共鳴波長λRSおよび基準共鳴波長λRRの位置の例が図５に示され、概して数nm離れている。光源106は、半値全幅λFWHMのスペクトルバンドを有する。
【００２６】
時間の経過によりフリンジ202がシフトする場合、導波路共鳴波長のパワー・レベルは変化し、ＬＩＤ検出システムからもたらされる信号共鳴波長λRSはシフトする。図６は、シフトするフリンジ202に基づく数値的モデリングを用いて算出された、時間（分）の関数としての信号共鳴波長λRSのプロットである。図６のプロットは、シフトするフリンジがどのように時間の経過に対する信号共鳴波長λRSの変動を生じさせるかについて示している。信号及び基準共鳴波長λRS及びλRRは異なった影響を受けるので、測定結果にさらなるノイズが付加され、おそらくいかなる生体分子の結合信号もマスキングされる。
【００２７】
結果的に、本開示の基準マイクロプレート170Rは、ＳＬＤベースの光源106の安定性を検証するように構成された「多波長基準マイクロプレート」である。多波長基準マイクロプレート170Rは、サンプル・マイクロプレート170Sに近いか、ＳＬＤ光源のフリンジ周期の1/2に合致する、又はその両者の複数の波長を提供する少なくとも一つ、好ましくは複数の多波長基準ウエル175Rを有する。多波長基準マイクロプレート170Rは、光源106の動作波長スペクトルバンド幅λFWHMの範囲内で複数の波長をサンプリングし、光学リーダ・システムのノイズ性能をより正確に測定又は評価する能力を提供する。実施例において、多波長マイクロプレート170Rの基準ウエル175Rの全ては多波長基準ウエルであり、他の実施例においては、多波長マイクロプレートは一つ以上の、しかし全てではない多波長基準ウエルを含む。
【００２８】
図７Ａないし７Ｃは、多波長基準マイクロプレート170Rの例の多波長基準ウエル175Rのそれぞれのクローズアップ平面図である。多波長基準ウエル175Rの各々は、異なる基準共鳴波長λRRnを有する複数（n≧2）のＲＷＧセクションSnを含む基準ＲＷＧバイオセンサ102Rを有する。図７Ａないし７Ｃは、それぞれ異なる基準共鳴波長λRR1，λRR2，，λRR3，λRR4を有する２つ、３つ、４つのＲＷＧセクションSn（S1、S2、S3およびS4と表示された）を有する多波長基準ウエル175Rをそれぞれ示している。所与の基準ＲＷＧバイオセンサ102Rにおいて用いられるＲＷＧセクションSnの数nは、光源106の波長スペクトルバンド幅λFWHMを適切にサンプリングするのにいくつの基準共鳴波長λRRnが必要かに依存する。一例としてＲＷＧセクションSnが離間している場合について示されており、それによって、どのＲＷＧグレーティングセクションが入射ビーム134Iによってインターロゲートされているかの識別に用いられるエッジSEを提供する。実施例において、ＲＷＧセクションSnは、光スポット135の大きさ（直径）と同等の距離又はより大きい間隔をおいて離間している。例えば、光スポット135が100μｍの直径を有する場合、隣接したＲＷＧセクションSn間の間隔は、例えば200μｍである。
【００２９】
実施例において、ＲＷＧセクションSnは、個別に異なるグレーティング周期、従って異なる基準共鳴波長λRRnを有するように形成されている。図８Ａ及び８Ｂに示すように、個別のＲＷＧセクションSnは、支持基板210の上面212上に配置され、マルチセグメント基準ＲＷＧバイオセンサ102Rを形成している。マルチセグメント基準ＲＷＧバイオセンサ102Rはウエル175内に配置され、多波長基準ウエル175Rを形成している。
【００３０】
図９Ａ乃至９Ｃは図７Ａ乃至７Ｃと同様の図であり、多波長基準ウエル175Rの実施例を示し、基準ＲＷＧバイオセンサ102Rは連続した（contiguous）ＲＷＧセクションSnを有している。１例において、例えば、連続したグレーティングセクションSnは、標準的なフォトリソグラフィ技術を用いて同時に形成される。ここで図１０Ａ乃至１０Ｃを参照すると、異なるグレーティング周期を有する複数の領域232を有する単一のマスクが光240で照射され、基板234の感光性の表面233上にグレーティング242の連続セクションSnが形成される。連続したグレーティングセクションSnは、図示のため、僅かに分離して示されている。感光性表面233は、例えば、フォトレジストの層を含むことができる。このマスク露光に続いて、基板表面233上のＲＷＧセクションSnの全体にわたり単一のコーティング246が施され、断面図の図１０Ｃに示される、破線によって区画された３つの連続したＲＷＧセクションS1、S2およびS3を有する基準ＲＷＧバイオセンサ102Rが形成される。なお、コーティング246は下部のグレーティング242と実質的に等写形状（コンフォーマル）である。
【００３１】
図１１Ａ乃至１１Ｄは、グレーティング厚さを変える複数のコーティングを用いた連続したＲＷＧセクションSnの他の形成方法の例を示している。図１１Ａを参照すると、周期P0および基準共鳴波長λRR0のグレーティング242を有する基板234を有する初期のＲＷＧバイオセンサ102Rが提供される。次に、図１１Ｂを参照すると、図１１Ａの基準ＲＷＧバイオセンサ102Rは導波路周期P0を実質的に変えること無しに導波路厚を増やすように設計されている第１のコーティング261で覆われ、従って基準共鳴波長λRR0は光源のスペクトルバンド幅λFWHM内の波長λRR1にシフトされる。実施例において、周期P0は基準共鳴波長λRR0がすでに光源のスペクトルバンド幅λFWHMの範囲内であるように選択されてもよい。
【００３２】
次に、図１１Ｃを参照すると、第１のコーティング261の一部が局所的にグレーティング厚を変え、光源のスペクトルバンド幅λFWHM内の基準共鳴波長λRR2を反射するように設計された第２のコーティング262によって覆われてもよい。
【００３３】
次に、図１１Ｄを参照すると、第２のコーティング262の一部が局所的にグレーティング厚を変え、光源のスペクトルバンド幅λFWHM内の基準共鳴波長λRR3を反射するように設計された第３のコーティング263によって覆われてもよい。このプロセスにより、全てが光源のスペクトルバンド幅λFWHM内のそれぞれ基準共鳴波長λRR1、λRR2、λRR3を有する３つのＲＷＧセクションS1、S2およびS3を有するマルチ・セグメント基準ＲＷＧバイオセンサ102Rの形成がなされる。従って、このようにして２つ以上のＲＷＧセクションSnを形成することができる。図１１Ｃないし１１Ｄの断面図は多重コーティングされた部分でとられている。
【００３４】
グレーティング周期P0は数百ナノメートルのオーダーであり、コーティングによる厚さの増加は5nmないし10nmのオーダーである点に留意せよ。僅かなデューティ・サイクルの変化があっても周期P0はコーティングの追加によって変化せず、マルチ・セグメント基準ＲＷＧバイオセンサ102Rの性能への影響は無視できる。
【００３５】
実施例において、層261、262及び263は周知の選択的なマスク・ベースの堆積技術を用いて適用することができる。実施例において、コーティング261、262及び263はニオビア（niobia）からなっていてもよい。
【００３６】
図１２Ａ及び１２Ｂは、多波長基準マイクロプレート170Rの多波長基準ウエル175Rの例の断面図である。多波長基準ウエル175Rは、底部302、内部304及び開いた上部306を含む。図１２Ａは、ウエル底部302に配置された基準ＲＷＧバイオセンサ102Rを示し、内部304は空気で充填されている。
【００３７】
サンプル・マイクロプレート170Sは水で満たされることになるそのサンプル175Sを有するので、多波長基準ウエル175Rもまた水、又は光源のスペクトルバンド幅λFWHM内において実質的に同じ屈折率（例えば、約1.3）を有する水に疑似的な材料で充填されなければならない。蒸留水を用いて多波長基準ウエル175Rを満たすことを選択できるが、水は時間の経過に伴ってＲＷＧバイオセンサを劣化させる（例えば、層剥離）ので一般的には好ましくない。また、蒸留水は蒸発し、また基準マイクロプレート170Rが慎重に取り扱われない場合、あるいはウエルが封止されていない場合、基準ウエル175Rからこぼれることがある。
【００３８】
図１２Ｂを参照すると、１の実施例において、多波長基準ウエル175Rは、水と同様の熱特性及び屈折率を有する充填材料310で少なくとも部分的に充填されている（そして、ある実施例においては、完全に充填されている）。例示的な充填材料310は、室温において固体で、容易に環境による変動を受けない。実施例において、例えば充填材料310は、エラストマ、光エポキシまたはそれらの組合せからなる。基準マイクロプレートにおけるエラストマの使用については、上述した米国特許出願公開第2007/0211245号において述べられている。
【００３９】
多波長基準ウエル175Rを充填するのに適切なエラストマ充填材料310の例は、Sylgard-184の商標名の下で販売されているエラストマで、ダウ・コーニング社（Dow Corning Corporation, Midland, Michigan）から入手可能である。Sylgard-184エラストマは、以下の表１に示される特性／特徴を有する。
【００４０】
【表１】
Sylgard-184（商標）エラストマの性質および特性が実質的に同じである周知の又は今後開発される充填材材料310のいかなるものも本開示の発明に適用するのに適切である。充填材料310は、ポジティブディスプレイスメント方式のピペットを使用した手動で又は自動化された充填方法によって多波長基準ウエル175Rの内部306に加えられる。次に多波長基準マイクロプレート170Rは室温で、ほぼ２日間硬化され、その後、多波長基準ウエル175R内のエラストマ充填材料310は充分に硬化され、使用できる状態になる。
【００４１】
図１３は図３と同様の図で、ｍセット350（例えば、350-1、350-2、・・・、350-m）の多波長基準ウエル175Rを有する多波長基準マイクロプレート170Rの例を示す。多波長基準ウエル175Rの異なるセット350はそれぞれ、異なる基準共鳴波長λRR、すなわちセット350-1にはλRR1A，λRR1B，・・・、セット350-2にはλRR2A，λRR2B，・・・、セット350-3にはλRRmA，λRRmB，・・・を有するマルチ・セグメント基準ＲＷＧバイオセンサを含む。
【００４２】
例として３つの異なる多波長基準ウエル・セット350-1、350-2および350-3を有する多波長基準マイクロプレート170Rを検討する。第１のセット350-1は、基準波長λRR1A＝825nm及びλRR2A＝830nm（挿入図Ａを参照）を反射するように構成された２つのセクションS1及びS2を有するマルチ・セグメント基準ＲＷＧバイオセンサ102Rを有する多波長基準ウエル175R1を含む。第２のセット350-2は、基準波長λRR2A＝834.5nm及びλRR2B＝837nm（挿入図Ｂを参照）を反射するように構成された２つのセクションS1及びS2を有するマルチ・セグメント基準ＲＷＧグレーティング102Rを有する多波長基準ウエル175R2を含む。第３のセット350-3は、基準波長λRR3A＝840nm、λRR3B＝842nm及びλRR3C＝844nm（挿入図Ｃを参照）を反射するように構成された３つのセクションS1、S2及びS3を有するマルチ・セグメント基準ＲＷＧグレーティング102Rを有する多波長基準ウエル175R3を含む。
【００４３】
その結果、ブロードバンド光源のスペクトルバンド幅λFWHM内の複数の波長における波長情報を提供する多波長基準マイクロプレート170Rが得られる。図１４は図６と同様のプロットであり、ＳＬＤ光源106の模式的な波長スペクトル例を示す。図１４のプロットは、図１３の基準マイクロプレート170Rの例における異なる基準ウエル175Rによって反射された７つの異なる基準波長λRRを示している。基準ウエル・セット350の数ｍは、必要な又は要望の波長範囲を満たすように選択することができる。
【００４４】
図１５Ａは、安定なブロードバンド光源106を有する光学リーダ・システム100の例によって測定された、基準ウエル番号に対する波長ノイズ（ピコメートル）の変化のプロットである。「ノイズ」は、測定基準共鳴波長λRRに対する測定信号共鳴波長λRSの差である。標準の（従来技術）基準マイクロプレートが用いられ（破線）、また、本開示の多波長基準マイクロプレート170Rが用いられた（実線）。安定した光源106の場合、この２つのタイプのマイクロプレートは、波長ノイズの変化に関し、本質的に同じ安定した測定値を与える。
【００４５】
図１５Ｂは、光学リーダ・システムにおいて不安定なブロードバンド光源106が用いられたことを除いては、図１５Ａと同様のプロットである。図１５Ｂのプロットは、従来技術の基準マイクロプレートが実質的に波長ノイズの変化を示さないことを明らかにし、本開示の多波長基準マイクロプレート170Rは、予想されるように、（偏光）光源出力スペクトルの変化による波長ノイズの有意な変化を示している。このように、従来技術の基準マイクロプレートは、光学リーダ・システムに測定値ノイズを生じさせる光源106のスペクトルの変化を検出することができない。
【００４６】
多波長基準マイクロプレート170Rはエンドユーザによって使用され、分析評価（アッセイ）を行う前にシステム性能を確実にし、またはアッセイ時におけるリーダ制御として使用することができる。多波長基準マイクロプレート170Rは、従来技術の基準マイクロプレートよりもより現実的な顧客アッセイのシミュレーションを提供する。また、多波長基準プレート170Rは、単一の基準マイクロプレートに光学リーダ・システムの多波長（及び、フルスペクトルまで）の検証を提供することによってフィールドサポートの労力を単純化する点に留意すべきである。現在、フィールドサポート作業者が光学リーダの光スペクトルを完全に評価することが必要とされる場合、彼等は複数のマイクロプレートおよび追加の計測設備（ノッチフィルタ、その他）を携行しなければならない。
【００４７】
添付の特許請求の範囲に規定される本願発明の範囲から逸脱することなく、本願明細書に記載されている好適な実施例に対してさまざまな改変をなすことができるのは当業者にとって明らかであろう。このように、本開示は添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲内の改変及び変更をその範囲に含む。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長バンドを有する光源を有するラベル・インデペンデント光学リーダ用の多波長基準マイクロプレートであって、
複数の基準ウエルを支持する支持プレート、を有し、
少なくとも１つの前記基準ウエルは、前記光源の前記波長バンド内の２つ以上の異なる基準共鳴波長をそれぞれ反射する２つ以上の共鳴導波路グレーティング（ＲＷＧ）セクションがその中に配された多波長基準ウエルとして構成されていることを特徴とするマイクロプレート。
【請求項２】
前記基準ウエルの全ては多波長基準ウエルとして構成されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項３】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは連続していることを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項４】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは互いに間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項５】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは共通基板上に配置されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項６】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは、それぞれが２つ以上の異なる基準共鳴波長をそれぞれ規定する２つ以上のグレーティングをそれぞれ規定する２つ以上の異なる厚さのコーティングを有することを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項７】
前記マイクロプレートは２セット以上の多波長基準ウエルを含み、前記多波長基準ウエルは各々のセット内に前記２つ以上と同じ前記基準共鳴波長を有し、異なるセットは異なる２つ以上の基準共鳴波長を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項８】
前記多波長基準ウエルの各々は、前記光源波長バンド内において約１．３の屈折率を有する充填材料で充填されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項９】
前記充填材料は、エラストマ、光エポキシまたはそれらの組合せからなることを特徴とする請求項８記載のマイクロプレート。
【請求項１０】
波長バンドを有する光源を有するラベル・インデペンデント光学リーダ用の多波長基準マイクロプレートであって、
それぞれ２つ以上の基準共鳴波長を有する２つ以上のＲＷＧセクションを含む基準共鳴導波路グレーティング（ＲＷＧ）バイオセンサがそれぞれ配された複数の多波長基準ウエルを支持する支持プレートと、
少なくとも部分的に前記多波長基準ウエルの各々を充填する充填材料であって、前記光源波長バンド内において約１．３の屈折率を有する前記充填材料と、を有することを特徴とする多波長基準マイクロプレート。
【請求項１１】
前記充填材料は、エラストマ、光エポキシまたはそれらの組合せからなることを特徴とする請求項１０記載の多波長基準マイクロプレート。
【請求項１２】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは連続していることを特徴とする請求項１０記載の多波長基準マイクロプレート。
【請求項１３】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは互いに間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１０記載の多波長基準マイクロプレート。
【請求項１４】
前記２つ以上のＲＷＧセクションはそれぞれ異なる厚さのコーティングを有することを特徴とする請求項１０記載の多波長基準マイクロプレート。
【請求項１５】
ラベル・インデペンデント光学リーダ・システムにおいて基準ウエルを有する基準マイクロプレートを使用して複数の基準共鳴波長を測定する方法であって、
少なくとも一つの基準ウエル内に、それぞれ異なる基準共鳴波長を有する２つ以上の共鳴導波路グレーティング（ＲＷＧ）セクションを設けるステップと、
前記２つ以上のＲＷＧセクションに照射してそれぞれの反射光を生成するステップと、
前記それぞれの反射光をスペクトル分析して前記２つ以上の基準共鳴波長を測定するステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは連続していることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは共通基板上の分離セクションであることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記光源波長バンド内において約１．３の屈折率を有する充填材料で前記少なくとも一つの基準ウエルを充填するステップをさらに有し、前記充填材料は、エラストマ、光エポキシまたはそれらの組合せからなることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
単一のグレーティングに単一のグレーティング周期を設け、異なるセクションに異なるコーティング厚さを設けて前記２つ以上のＲＷＧセクションに２つ以上のグレーティング周期を形成することによって前記２つ以上のＲＷＧセクションを画定するステップをさらに有することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１】
波長バンドを有する光源を有するラベル・インデペンデント光学リーダ用の多波長基準マイクロプレートであって、
複数の基準ウエルを支持する支持プレート、を有し、
少なくとも１つの前記基準ウエルは、前記光源の前記波長バンド内の２つ以上の異なる基準共鳴波長をそれぞれ反射する２つ以上の共鳴導波路グレーティング（ＲＷＧ）セクションがその中に配された多波長基準ウエルとして構成されていることを特徴とするマイクロプレート。
【請求項２】
前記基準ウエルの全ては多波長基準ウエルとして構成されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項３】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは連続していることを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項４】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは互いに間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項５】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは共通基板上に配置されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項６】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは、それぞれが２つ以上の異なる基準共鳴波長をそれぞれ規定する２つ以上のグレーティングをそれぞれ規定する２つ以上の異なる厚さのコーティングを有することを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項７】
前記マイクロプレートは２セット以上の多波長基準ウエルを含み、前記多波長基準ウエルは各々のセット内に前記２つ以上と同じ前記基準共鳴波長を有し、異なるセットは異なる２つ以上の基準共鳴波長を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項８】
前記多波長基準ウエルの各々は、前記光源波長バンド内において約１．３の屈折率を有する充填材料で充填されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロプレート。
【請求項９】
前記充填材料は、エラストマ、光エポキシまたはそれらの組合せからなることを特徴とする請求項８記載のマイクロプレート。
【請求項１０】
波長バンドを有する光源を有するラベル・インデペンデント光学リーダ用の多波長基準マイクロプレートであって、
それぞれ２つ以上の基準共鳴波長を有する２つ以上のＲＷＧセクションを含む基準共鳴導波路グレーティング（ＲＷＧ）バイオセンサがそれぞれ配された複数の多波長基準ウエルを支持する支持プレートと、
少なくとも部分的に前記多波長基準ウエルの各々を充填する充填材料であって、前記光源波長バンド内において約１．３の屈折率を有する前記充填材料と、を有することを特徴とする多波長基準マイクロプレート。
【請求項１１】
前記充填材料は、エラストマ、光エポキシまたはそれらの組合せからなることを特徴とする請求項１０記載の多波長基準マイクロプレート。
【請求項１２】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは連続していることを特徴とする請求項１０記載の多波長基準マイクロプレート。
【請求項１３】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは互いに間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１０記載の多波長基準マイクロプレート。
【請求項１４】
前記２つ以上のＲＷＧセクションはそれぞれ異なる厚さのコーティングを有することを特徴とする請求項１０記載の多波長基準マイクロプレート。
【請求項１５】
ラベル・インデペンデント光学リーダ・システムにおいて基準ウエルを有する基準マイクロプレートを使用して複数の基準共鳴波長を測定する方法であって、
少なくとも一つの基準ウエル内に、それぞれ異なる基準共鳴波長を有する２つ以上の共鳴導波路グレーティング（ＲＷＧ）セクションを設けるステップと、
前記２つ以上のＲＷＧセクションに照射してそれぞれの反射光を生成するステップと、
前記それぞれの反射光をスペクトル分析して前記２つ以上の基準共鳴波長を測定するステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは連続していることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記２つ以上のＲＷＧセクションは共通基板上の分離セクションであることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
前記光源波長バンド内において約１．３の屈折率を有する充填材料で前記少なくとも一つの基準ウエルを充填するステップをさらに有し、前記充填材料は、エラストマ、光エポキシまたはそれらの組合せからなることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
単一のグレーティングに単一のグレーティング周期を設け、異なるセクションに異なるコーティング厚さを設けて前記２つ以上のＲＷＧセクションに２つ以上のグレーティング周期を形成することによって前記２つ以上のＲＷＧセクションを画定するステップをさらに有することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ−８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ−８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５０９５９６（Ｐ２０１３−５０９５９６Ａ）
【公表日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３７１６３（Ｐ２０１２−５３７１６３）
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５４９４９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５３９０２
【国際公開日】平成２３年５月５日（２０１１．５．５）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５４９４９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５３９０２
【国際公開日】平成２３年５月５日（２０１１．５．５）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Ｆターム（参考）】
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