JP2019520549A - 試薬濃度をモニタリングするシステムおよび方法 - Google Patents

試薬濃度をモニタリングするシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、試薬濃度の変化をモニタリングするシステムおよび方法に関し、特に、サンプル（９０８）に結合されたレーザー光線（９００）のプリズム（９０４）を介した反射に基づいて、屈折計を使用して、顕微鏡スライド（９０６）などの基板上に配設された生体サンプル（９０８）と接触している少量の液体中における試薬濃度の変化をモニタリングするシステムおよび方法に関する。

Description

[0001]本開示は、２０１６年５月３日付けの米国仮特許出願第６２／３３１，１９８号に関し、その優先権利益を主張し、またその内容を参照により本明細書に援用する。
[0002]本出願は、試薬濃度の変化をモニタリングするシステムおよび方法に関し、特に、顕微鏡スライドなどの基板上に配設された生体サンプルと接触している少量の液体中における試薬濃度の変化をモニタリングするシステムおよび方法に関する。
[0003]組織および細胞ベースの診断は、一般的に、生体サンプルの様々な生体構造および／またはマーカーを染色して、サンプルの疾病状態を判定することを伴う。染色は、異なるタイプの構造間にコントラストを与えるために、組織サンプルの特定の部分は色付けし、他の部分は色付けしないことによって、病理学者が（例えば、顕微鏡を通して）見る画像を向上させる。サンプル中における特定の分子実体の数、場所、および／または分布の情報も、いくつかの検定のタイプでは利用可能である。自動化は、より信頼性が高く一貫した染色環境を維持することによって、染色プロセスの質を改善しようとするものである。染色プロセスは、一般的に、顕微鏡スライドなどの基板上に載せられたサンプルに溶液を接触させるステップを含む。
[0004]染色プロセスの間、サンプルは、所定の時間長にわたって一連の所定の液体試薬と接触させられる。各液体試薬は、一般に、特定の成分濃度を有する。しかしながら、これらの溶液中の成分の濃度は、反応および相互作用によって起こる溶媒の蒸発または試薬成分の消耗が、液体試薬の体積中の分子レベルで発生することによって、時間に伴って変化する場合がある。例えば、特定のプロトコルでサンプルの加熱が用いられた場合により容易に起こり得る、溶媒の蒸発に従って、緩衝溶液の濃度は時間に伴って増加する場合がある。濃度は、液体試薬とサンプルとの間で起こる反応および相互作用に影響し得るので、液体試薬がサンプルと反応／相互作用する際の試薬中の変化をモニタリングする手段を有することが望ましいであろう。特に、繊細な組織サンプルを破壊することなく、サンプル処理中の試薬濃度をモニタリングする手段は、手動または自動どちらかの染色プロセスを制御するのに有益であろう。
[0005]濃度を評価する現在の方法には、生のフィードバックがなく、その代わりに、蒸発に関する数学的モデルに頼ってこれらの変化を予測している。生のフィードバックを提供することで、ユーザは、組織サンプルを染色しながら溶液濃度を制御することができるようになる。病理解剖の分野では、多くの場合、溶液濃度および染色時間の直積である場合が多い彩度に関して個人的好みが関与する。したがって、濃度に関するリアルタイム情報をユーザに提供するシステムによって、リアルタイムの染色調節が可能になる。更に、各サンプルが異なることがあるので、かかる制御は、サンプル、システム、および実験室の間で染色する色を標準化する助けとなり、その特徴は、整合性に依存するデジタル病理学的方法にとっても有利である。それに加えて、染色プロセスのリアルタイムモニタリングは、試薬の不要な使用を防ぐ助けとなり、費用の節約になるだけではなく、有害廃棄物の量を低減することができる。
本願発明の一実施例は、例えば、試薬濃度をモニタリングするシステムおよび方法に関する。
[0006]一態様では、基板の表面上に載せられた生体サンプルの流体による処理をモニタリングするシステムが開示される。開示されるシステムは、電磁放射線源と、電磁放射線を線源から受け取り、電磁放射線を基板の第1の表面に方向付けるように位置付けられた少なくとも１つのプリズムとを含む。第１の表面は、生体サンプルが載せられる基板の第２の表面の反対側である。処理の間、流体は、第２の表面上に載せられた生体サンプルの少なくとも一部分の上に重なる。プリズムを出た電磁放射線は更に、基板を通り抜けて基板と流体との境界面に至り、そこで光の一部が基板と流体との境界面から反射してプリズムに戻る。プリズムは、基板と流体との境界面から反射した電磁放射線を検出器上へと方向付ける。電磁放射線の特性の変化は、流体の成分の濃度変化を示し、システムのプロセッサは、信号を検出器から受信し、その信号を流体の成分の濃度基準へと変換する。
[0007]特定の実施形態では、基板上に載せられた生体サンプルを１つまたは複数の流体で処理するシステムが開示される。この実施形態のシステムは、少なくとも１つの基板ホルダと、少なくとも１つの電磁放射線源と、電磁放射線を線源から受け取り、電磁放射線を基板の第１の表面に方向付けるように位置付けられた少なくとも１つのプリズムとを含む。第１の表面は第２の表面の反対側であり、生体サンプルは第２の表面の上に載せられる。処理の間、流体は、第２の表面上に載せられた生体サンプルの少なくとも一部分の上に重なり、電磁放射線は基板を通り抜けて、基板と流体との境界面に至る。検出器は、基板と流体との境界面から反射され、基板を通り、プリズムを通って戻る電磁放射線を検出するように位置付けられる。基板と流体との境界面から反射し、検出器に衝突する電磁放射線の特性の変化は、流体の成分の濃度変化を示す。この実施形態のシステムは、追加の１つまたは複数の流体を基板に送達するように構成された、少なくとも１つの自動化流体ディスペンサを更に含む。システムの制御は、信号を検出器から受信し、その信号を流体の成分の濃度基準へと変換するプロセッサであり、成分の濃度基準が初期濃度から所定量を超えて変化した場合、プロセッサは、自動化流体ディスペンサに指示して、第１および／または第２の流体のどちらかもしくは両方を、生体サンプルが載せられている基板の第２の表面に分配させる。
[0008]別の態様では、生体サンプルの染色プロセスが基板上で行われるのをモニタリングする方法が開示される。開示される方法は、電磁放射線を、プリズムを通して、第２の表面の反対側である基板の第１の側に至らせることを含む。生体サンプルは第２の表面上に載せられ、流体は、第２の表面上に載せられた生体サンプルの少なくとも一部分の上に重なる。電磁放射線は基板を通り抜け、基板と流体との境界面に至り、そこで電磁放射線の少なくとも一部分が基板と流体との境界面から反射し、流体は基板を通り、プリズムを通って戻って検出器上に至る。方法は、基板と流体との境界面から反射した光の特性を測定することを更に含み、電磁放射線の特性は、流体の組成によって影響される特性を含む。
[0009]開示されるシステムの一実施形態を示す概略図である。 [0010]開示されるシステムの特定の実施形態の構成要素を示す概略図である。 [0011]開示されるシステムの一実施形態に関するコントローラ、ハウジング、およびユーザインターフェースの構成要素を示す概略図である。 [0012]開示される方法で用いることができる、開示されるシステムの光結合ユニットの特定の実施形態を示す概略図である。 [0013]特定の開示される実施形態によるユーザインターフェースを示す図である。 [0014]低コストレーザーＬＥＤドライバの回路図である。 [0015]図７Ａは、開示されるシステムおよび方法と共に使用することができる特定の実施形態による修正されたダブプリズムを示す斜視図である。図７Ｂは、開示されるシステムおよび方法と共に使用することができる特定の実施形態による修正されたダブプリズムを示す斜視図である。図７Ｃは、開示されるシステムおよび方法と共に使用することができる特定の実施形態による修正されたダブプリズムを示す斜視図である。 [0016]流体成分の基板上濃度が変化した際の電磁放射線の特性の検出可能な変化を、開示されるシステムの一実施形態がどのようにもたらすかを示す図である。 [0017]開示されるシステムおよび方法の特定の実施形態に従って、電磁放射線が基板上に配設された流体とどのように相互作用するかを示す図である。 [0018]図１０Ａは、開示されるシステムの特定の実施形態を用いて得られる画像および画像解析結果を示す図である。図１０Ｂは、開示されるシステムの特定の実施形態を用いて得られる画像および画像解析結果を示す図である。図１０Ｃは、開示されるシステムの特定の実施形態を用いて得られる画像および画像解析結果を示す図である。図１０Ｄは、開示されるシステムの特定の実施形態を用いて得られる画像および画像解析結果を示す図である。 [0019]図１１Ａは、開示されるシステムの特定の実施形態を使用して得られた、いくつかの異なる流体試薬に関する濃度対画像位置を示すグラフである。図１１Ｂは、開示されるシステムの特定の実施形態を使用して得られた、いくつかの異なる流体試薬に関する濃度対画像位置を示すグラフである。図１１Ｃは、開示されるシステムの特定の実施形態を使用して得られた、いくつかの異なる流体試薬に関する濃度対画像位置を示すグラフである。図１１Ｄは、開示されるシステムの特定の実施形態を使用して得られた、いくつかの異なる流体試薬に関する濃度対画像位置を示すグラフである。 [0020]本開示による特定の実施形態における、流体試薬の濃度および温度の両方に対する画像位置の依存度を示す３Ｄプロットである。 [0021]特定の実施形態に従って得られる時間に伴う濃度を示すプロットである。
[0022]一実施形態では、流体を用いた生体サンプルの処理をモニタリングするシステムが開示される。生体サンプルは基板の表面上に載せられ、システムは、電磁放射線源と、電磁放射線を線源から受け取り、電磁放射線を基板の第１の表面に方向付けるように位置付けられた少なくとも１つのプリズムとを含む。第１の表面は、生体サンプルが載せられる第２の表面の反対側であり、サンプルの処理中、第２の表面上に載せられた生体サンプルの少なくとも一部分に流体が適用される。電磁放射線は、第１の表面から第２の表面へと基板を通り抜け、次いで更に、基板と流体との境界面に至る。境界面で、電磁放射線の少なくとも一部分が反射して基板を通って、またプリズムを通って検出器位置まで戻って、この反射した電磁放射線を捕捉する。基板と流体との境界面から反射し、検出器に衝突する電磁放射線の特性における変化は、流体の成分の濃度変化を示す。プロセッサは、信号を検出器から受信し、その信号を流体の成分の濃度基準に変換する。
[0023]一実施形態によれば、基板を通り抜け、基板と流体との境界面において流体の下面で反射する電磁放射線はまた、基板とサンプルの上に位置する流体との間で生体サンプルの一部分を通り抜けることができる。実際上、基板上に載せられたサンプルは、一般的に、非常に薄い組織部分、細胞の１つもしくは複数の層、または基板の表面に付着した個々の分子（タンパク質もしくは核酸のマイクロアレイの場合など）なので、生体サンプルは無視できる程度しか電磁放射線に影響しない。したがって、電磁放射線と、基板と流体との境界面における流体の下面との相互作用によって、検出される特性が判定される。したがって、本明細書で使用するとき、「基板と流体との境界面」という語句は、生体サンプルが基板と流体との間に配設されている状況を包含するものとする。それでもなお、いくつかの実施形態では、生体サンプルが存在しない基板上の地点で、電磁放射線が流体と相互作用することがある。あるいは、流体の下面に衝突する電磁放射線が、基板と流体との境界面に至る経路上では生体サンプルを通り抜けるが、基板を通って検出器に向かって戻る経路上では生体サンプルを通り抜けない場合があり、その反対に、電磁放射線が、基板を通って戻る経路上でのみ生体サンプルを通り抜ける場合がある。
[0024]特定の実施形態では、電磁放射線源は、例えば、電磁スペクトルの可視部分（約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）で、または電磁スペクトルの近赤外部分（約７００ｎｍ〜約１１００ｎｍ）で動作するレーザーＬＥＤなどの、レーザー放射線源であることができる。他の特定の実施形態では、システムの光路は、電磁放射線源とプリズムとの間に位置付けられた集束レンズを更に含む。本明細書で使用するとき、「集束」という用語は、特定の実施形態で必要とされるように、電磁放射線がプリズムに入る際に異なる角度のより狭いまたは広い範囲の光路を提供する、集束、コリメーション、およびデフォーカスを含む。別の特定の実施形態では、プリズムは、電磁放射線の少なくとも一部分が基板と流体との境界面から全内反射によって反射して、プリズムを通って検出器に向かって戻るような角度で、電磁放射線を基板と流体との境界面上に衝突させるように構成された、修正されたダブプリズムである。
[0025]他の特定の実施形態では、検出器は検出器アレイ、例えばＣＭＯＳアレイである。一般に、検出器アレイは、入射電磁放射線を電気信号に変換する離間した検出器素子のモザイクと、各検出器素子（もしくはピクセル）からの電気信号を１つまたは複数の出力増幅器へと中継し多重化する読出し回路とを含む。検出器アレイの他の例としては、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ素子、ＭＯＦＳＥＴデバイス（ＣＭＯＳアレイを含む）、ＣＩＤ（電荷注入）デバイス、およびＣＩＭ（電荷イメージングマトリックス）デバイスが挙げられる。したがって、いくつかの実施形態では、基板と流体との境界面から反射した電磁放射線の特性は、基板と流体との境界面から反射し、検出器アレイに衝突する電磁放射線の二次元形状である。
[0026]他の特定の実施形態では、開示されるシステムは、流体の少なくとも一部分の温度をモニタリングする液体温度センサを更に含む。更なる特定の実施形態では、液体温度センサは、流体および／またはプリズムと接触する熱電対を含む。あるいは、液体温度センサは、流体および／またはプリズムの温度を測定するように位置付けられた、非接触式赤外線温度計などの赤外線液体温度センサを含む。
[0027]他の実施形態では、プリズムは、電磁放射線源からプリズムの表面に向かう少なくとも１つの第１の電磁波導波路によって、電磁放射線源に光学的に接続される。また、同様に、プリズムは、プリズムから検出器までの少なくとも１つの第２の電磁波導波路によって、検出器に光学的に接続することができる。特定の実施形態では、第１および第２の電磁波導波路はそれぞれ少なくとも１つの光ファイバーを備え、更なる特定の実施形態では、第１および第２の電磁波導波路はそれぞれ光ファイバー束を備える。
[0028]更に他の実施形態では、システムは、電磁放射線を少なくとも部分的に、基板と流体との境界面の異なる部分に向けて方向付けるか、または電磁放射線を異なる角度で基板の第１の表面に衝突させるために、プリズムを基板の第１の表面に対して移動させるように構成されたプリズムアクチュエータを更に含む。更に特定の実施形態では、プリズムアクチュエータは、電磁放射線の少なくとも一部分が基板と流体との境界面から反射し、次に検出器に向かって方向付けられる角度で、電磁放射線を基板に衝突させるのに役立つ。更に別の特定の実施形態では、屈折率整合流体などの屈折率整合物質が、プリズムと基板との間に存在する。
[0029]他の実施形態では、システムは、流体に対する変化を検出するように構成された、また、流体の成分の濃度における検出された変化に応答して、同じまたは異なる流体の第２の量をディスペンサによって基板上に分配させることによって、システムに流体の組成を調節させるように構成された、フィードバックモジュールを含む。特定の実施形態では、流体組成の変化は、検出器に達する電磁放射線の特性の変化として検出される。特性は、基板と流体との境界面から反射する電磁放射線の量、基板と流体との境界面から反射する電磁放射線のパターン、基板と流体との境界面から反射する電磁放射線の位置、および基板と流体との境界面から反射する電磁放射線の偏光のうちの１つまたは複数の任意の組み合わせであることができる。特性の変化が検出された場合、これを流体の成分の濃度変化に変換することができ、流体の成分の濃度変化を補償する適切なステップを行うことができる。例えば、成分濃度の増加（溶媒が緩衝溶液から蒸発する場合などに起こり得る）が所定範囲外で検出された場合、追加の溶媒（水など）をディスペンサによって追加して、失われた溶媒を補充し、所定範囲内の組成まで流体を回復させることができる。補充量は、流体中の成分の検出された濃度に基づいた計算によって決定することができ、またはフィードバックループを利用して、流体濃度が所定範囲内になるまで繰返し滴定して濃度を戻すことができる。別の例として、流体の成分は、検出反応の間に消費される（検出スキームにおいてクロモゲンが酵素によって消費されるなど）場合があり、流体中におけるその濃度が減少する場合がある。それに応答して、消費された成分を含有する流体試薬の追加量をディスペンサによって追加して、失われたものを補償することができる。かかる補充スキームに使用されるディスペンサは、既知のまたは今後開発される任意のタイプのディスペンサであることができ、流体および溶媒を手動で補充することが可能であるが、ディスペンサはプロセッサの制御下であり得る。コンピュータ制御式であることができるディスペンサの例としては、ロボットピペット、流体供給ライン、インクジェットディスペンサ、シリンジポンプ、およびプランジャまたはハンマーによって作動する使い捨ての機械式ディスペンサが挙げられる。
[0030]更なる実施形態では、システムは基板ホルダを含み、基板ホルダは、電磁放射線に対して少なくとも部分的に光学的に透明であるか、または基板の少なくとも１つの外縁部によって基板を支持する。基板ホルダは、光学的に透明な材料を含めることによって、または電磁放射線が通り抜けることができるポートを基板ホルダに含めることによって、電磁放射線に対して少なくとも部分的に光学的に透明にすることができる。特定の実施形態では、基板ホルダは、加熱素子またはペルチェ素子を組み込むことなどによって、基板を加熱および／または冷却するように更に構成される。それに加えて、基板ホルダは、基板の第２の表面上にある流体の混合を支援するのに、音波または振動を適用するように構成することができる。
[0031]特定の例では、流体は、緩衝液、染料、および特異的結合分子のうち少なくとも１つであることができる。更に特定の例では、特異的結合分子は、核酸、核酸類似体、抗体、抗体フラグメント、およびアプタマーのうち少なくとも１つを含む。特異的結合部分は更に、ハプテン、酵素、蛍光分子、およびナノ粒子などの検出部分に共役させることができる。
[0032]別の実施形態では、基板上で行われる生体サンプルの染色プロセスをモニタリングする方法が開示される。方法は、電磁放射線を、プリズムを通して基板の第１の表面に至らせることを含む。第１の表面は基板の第２の表面の反対側であり、生体サンプルは第２の表面上に載せられる。流体は、第２の表面上に載せられた生体サンプルの少なくとも一部分の上に重なる。電磁放射線は基板を通り抜け、基板と流体との境界面に至り、電磁放射線の少なくとも一部分が基板と流体との境界面から反射し、基板を通って戻り、プリズムを通って戻って検出器上に至る。方法は、基板と流体との境界面から反射し、基板を通って戻り、プリズムを通って検出器上に戻った電磁放射線の特性を測定することを更に含む。電磁放射線の特性は、流体の組成に影響される特性を含む。
[0033]特定の実施形態では、方法は、測定された特性から流体の組成を計算することを更に含む。更に特定の実施形態では、流体の組成に影響される特性は、流体の屈折率に影響される特性であることができる。他の特定の実施形態では、方法は、温度の変化に対して電磁放射線の特性の測定された変化を補償することを更に含む。別の方法として、またはそれに加えて、方法は、基板の組成を補償すること、および／または流体の開始組成を補償することを更に含むことができる。
[0034]別の特定の実施形態では、検出器は検出器アレイを含み、電磁放射線の測定された特性は、基板と流体との境界面から反射した電磁放射線の二次元パターンを含む。更に特定の実施形態では、方法は、画像解析を適用して二次元画像の直線縁部を先鋭化することを更に含み、直線縁部の位置は流体の組成に比例する。
[0035]更に別の特定の実施形態では、方法は、時間に伴って流体の組成を計算することを更に含むことができる。更に特定の実施形態では、電磁放射線の特性における所定の変化に達したとき、または電磁放射線の特性が所定の時間長にわたって所定の範囲内で維持されていたとき、染色プロセスを停止することができる。別の方法として、またはそれに加えて、方法は、基板と流体との境界面から反射した電磁放射線の特性における変化に応答して、流体の組成を調節することを更に含むことができる。例えば、流体の組成を調節することが、追加量の流体を生体サンプルが載せられている基板の第２の表面に適用することを含むこと、ならびに流体の組成を調節することが、追加量の流体の溶媒を適用して、蒸発によって失われた溶媒を補償することを含むことの、どちらかまたは両方によって、流体の組成を調節することができる。更に別の特定の実施形態では、方法は、作業の間ずっと適正な染色条件が維持されることを確保するために、流体組成に対して調節を行う必要があることを、ユーザに警告することを含むことができる。あるいは、染色手順後、特定の流体組成が染色手順の間維持されなかったことを、ユーザに警告することができ、またはシステムは、染色手順の間どのように流体組成が変動したかの表示を提供することができる。染色手順の１つまたは複数のステップ中の流体組成に関する情報は、重要な品質管理機能としての役割を果たすことができる。
[0036]特定の実施形態では、基板上に載せられた生体サンプルを第１の流体で処理するシステムであって、少なくとも１つの基板ホルダと、少なくとも１つの電磁放射線源と、電磁放射線を線源から受け取り、電磁放射線を基板の第１の表面に方向付けるように位置付けられた少なくとも１つのプリズムとを含む、システムが開示される。基板の第１の表面は基板の第２の表面の反対側であり、生体サンプルは第２の表面上に載せられる。流体は、第２の表面上に載せられた生体サンプルの少なくとも一部分の上に重なり、電磁放射線は更に基板を通り抜けて、基板と流体との境界面に至る。検出器は、基板と流体との境界面から反射し、基板を通り、プリズムを通って戻る電磁放射線を検出するように位置付けられる。基板と流体との境界面から反射し、検出器に衝突する電磁放射線の特性の変化は、流体の成分の濃度変化を示す。この実施形態のシステムは、第１の流体または第２の流体を基板の第２の表面に送達するように構成された、少なくとも１つの自動化流体ディスペンサを更に含む。システムのプロセッサは、信号を検出器から受信し、その信号を流体の成分の濃度基準へと変換し、成分の濃度基準が初期濃度から所定量を超えて変化している場合、プロセッサは、自動化流体ディスペンサに指示して、第１および／または第２の流体のどちらかもしくは両方を、生体サンプルが載せられている基板の第２の表面に分配させる。特定の実施形態では、少なくとも１つの基板はガラスの顕微鏡スライドを含む。他の特定の実施形態では、少なくとも１つのプリズムは修正されたダブプリズムを含む。更に特定の実施形態では、少なくとも１つの電磁放射線源は、電磁スペクトルの近赤外部分で動作するファイバー結合レーザーダイオードを含む。更なる別の特定の実施形態では、電磁放射線の特性は、基板と流体との境界面から反射した電磁放射線の二次元パターンを含み、検出器はＣＭＯＳアレイ検出器を含み、プロセッサは更に、基板との境界面から反射した電磁放射線の二次元パターンの画像を解析し、二次元画像の直線縁部を先鋭化するように構成される。直線縁部の位置は、流体の成分の濃度に比例し、流体組成の変化に従うようにモニタリングすることができる。
[0037]図１に示されるように、基板１２上に載せられた生体サンプルの少なくとも一部分を覆う溶液１４の屈折率を非侵襲的に測定する、屈折計と光センサとを含むシステム１０を構築した。生体サンプルが基板上に置かれる側とは反対側から、電磁放射線２２（以下、「光」）が、基板１２を通り抜けた後に溶液１４に衝突する。システムは、生体サンプル（サンプル環境）を覆う流体から跳ね返る反射光をＣＭＯＳで捕捉することによって溶液から周期的に画像データを収集することにより、リアルタイムで既知の溶液の濃度を測定した。光は、画像捕捉の間だけ活性であることができるレーザーから放射される。光は、光をサンプル環境に導き、反射光をガイドしてＣＭＯＳに戻すように設計された、ガラスプリズムを通して方向付けられる。画像は、記録および／または表示することができる濃度値を、ユーザ（または自動化システム）に返すように処理することができるデータを提供して、時間に伴う濃度の変化を視覚化することを可能にしている。システムは、濃度測定の精度を改善し、測定値を得る際の侵襲性を最小限に抑えるように設計された。組織サンプルの処理が高感受性の性質であり、ヒトの生検自体が価値のあるものなので、デバイスが、標本を同時に損傷することなく正確な測定を行うことが有利である。
[0038]図１はまた、ハードウェアの全体構成と構成要素間の通信とを示している。プロセッサ３４の制御下で、ファイバー結合レーザーダイオード１６が必要なときのみ利用されるように、電源３２をオンオフすることができる。光２０は、ファイバー結合レーザーダイオード１６から放射され、修正されたダブプリズム１８を通り抜けた後、顕微鏡スライドの生体サンプルとは反対側に達し、顕微鏡スライドを通り抜け、恐らくは生体サンプルを通り抜け、次に顕微鏡スライド１２上に載せられた生体サンプルと接触している溶液に向かう。顕微鏡スライドと溶液１４との境界面から反射した光２４は全て、修正されたダブプリズム１８によって、ＣＳＩバス２８を通してラズベリーパイ３４に接続されたＣＭＯＳアレイ２６に向かって方向付けられ、一連の画像解析技術を使用して解析される。境界面から内反射してプリズムを通って戻る光の量は、緩衝溶液のイオン濃度に応じて決まった。温度および溶質濃度を含む、いくつかの変数が溶液の屈折率に影響し、これらの原理を使用して、ＣＭＯＳアレイ２６に衝突する光の空間内の位置に基づいて、屈折率がモニタリングされる。システムは、プロセッサとして機能する、ラズベリーパイ２モデルＢシングルボードコンピュータ（「システムオンチップ」）３４の周りに設計された。パイをプロセッサとして利用することによって、全ての補助センサ（温度センサ３０など）に対する制御および電力、ならびに安全機構の両方を提供することができる。アダプタボード４０を介したタッチスクリーン４２からの入力４４を使用してデバイスを操作する、特注のグラフィカルユーザインターフェースが設計された。インターフェースによって、システムを操作する際に使いやすくなり、イオン溶液の濃度をサンプリングする際の簡単な方法が提供される。システムによって収集されたデータは、ＳＤポート３６を通してプロセッサ３４と連通しているＳＤＨＣ ３８に格納することができる。
[0039]ラズベリーパイの重要な能力は、タッチスクリーンを利用できることである。スクリーンをパイのＤＩＳピンおよびＳＤＡ／ＳＣＬピンに接続することによって、ユーザはシステムと簡単に相互作用することができる。これによってまた、タッチ式のグラフィカルユーザインターフェースを実装することが可能になった。パイによって有線イーサネット（登録商標）通信が可能になるが、パイと遠隔通信することができるように設計に利用される、ＵＳＢ ＷｉＦｉアダプタにも対応する。設計は、ラズベリーパイとのＳＳＨまたはＶＮＣ通信のための必須条件を全て備えて構成されインストールされている。ＤＩＳピンおよび関連するリボンケーブルは、デバイスの主センサとして作用するＮＯＩＲ ＣＭＯＳと統合される。これにはパイが本来的に対応し、ラズパイコンフィグ以上のハードウェア統合を要さず、カメラ対応を可能にする。パイの汎用入出力（ＧＰＩＯ）ピンは、補助センサを全て制御する。特に、パイ上のＧＰＩＯピンは、熱電対とインターフェース接続して温度を判定し、蓋センサは蓋の状態を判定し、継電器はレーザーならびにスクリーンに電源投入する。ラズベリーパイの電源レールは、システムファンに電流を供給し、それがシステムの温度を調整するのを助ける。
[0040]要約すると、ユーザは、タッチスクリーンに提示される選択を通してデバイスを制御することができる。ユーザがデバイスをオンにすると、光がレーザーダイオードから放射され、サンプル環境で内反射して感光性の相補型金属酸化膜センサ（ＣＭＯＳ）上に戻る。センサ上に反射する光の量は、濃度と共に変化する溶液の屈折率によって変動する。ＣＭＯＳセンサは、画像を出力してラズベリーパイに返し、そこで画像が処理され、反射光の場所が判定される。モデル方程式を使用して、センサ上に反射する光の量をスライド上の溶液の濃度と相関させた。システムの温度もデバイスの動作に影響するので、温度センサが設計に組み込まれる。スライド上にある溶液の濃度のリアルタイムデータは、タッチスクリーンに出力され、ＳＤＨＤカード（３２ＧＢ）に格納される。反射光の位置の検出の更に特定の実施形態では、裸のスライドによって反射した光の画像を、サンプルがスライド上に載せられた状態で得られた反射光の画像から減算した。カスタムコード化された画像診断処理を使用して、反射光の位置を判定した。イオン濃度および反射光の場所に関する線形モデルを、４つの異なる緩衝溶液に対して作成し、システムにプログラミングして、デバイスがそれぞれの開始濃度の０．５倍〜５倍の範囲にわたって濃度を評価できるようにした。試験によって、システムが緩衝溶液の濃度を１０％の誤差範囲内で判定できたことが示された。それに加えて、４℃〜９０℃の溶液の測定値を取ることによって、屈折率に対する温度の影響を判定した。反射光の場所、温度、および濃度に関するモデルを展開した。デバイスは、他の溶液および基板タイプに拡張することができる。
[0041]図２に示されるように、システム１００は、デバイスを制御するハードウェアを封入するハウジング２００と、屈折計３００と、ユーザとシステム４００とのインターフェースと、ファイバー結合レーザーダイオードを駆動するレーザー電源回路５００という、少なくとも４つの確定されたサブシステムを含むことができる。併せて、システムは、基板１１２上の１つまたは複数の流体を用いて処理中のサンプル１１４の画像１１６を捕捉する。
[0042]図３は、システムハードウェアを封入するハウジング２００の分解組立図を更に詳細に示している。基板１１２は、クリップ２０４を使用して基板ホルダ２０２上で保持される。光を下から屈折計サブシステム３００との間で両方向に通すことができる、基板ホルダ２０２の通路に注目されたい。安全性を改善するために蓋２０６が追加され、磁気スイッチ２０８は、蓋が持ち上げられると、レーザーダイオードをオフにするようにプロセッサ２１０と共に働く。プロセッサ２１０、レーザードライバ回路５００を含む追加の電子部品、冷却ファン２１８、および屈折計３００は、上部カバー２１２および下部カバー２１４の中に搭載される。下部カバー２１４は調節可能な脚部２１６を更に含み、それらを使用して、システム全体が水平であり、基板１１２上にあるあらゆる流体が適所に留まり基板から流れ落ちないことが確保される。ユーザインターフェース４００は上部カバー２１２内に搭載される。
[0043]図４は、屈折計サブシステム３００の分解組立図を示している。屈折計サブシステムは、その設計が簡単であり理論的に高精度であるという理由で選ばれた。サブシステムは、プリズムブラケット３０６内で止めねじ３０４によって適所で保持される、修正されたダブプリズム３０２を含む。プリズムブラケットは、他の光学素子の全てを保持し位置合わせする。ファイバー結合レーザー３１４からの光は、ねじ３１２によってプリズムブラケット３０６に取り付けられた結合具３１０によって適所で保持される集束レンズ３０８を通して、プリズム３０２に向かって方向付けられる。レンズチューブと帯域フィルタのアセンブリ３１６は、サンプル上の溶液から反射した光を、マウント３１８内で保持されたＣＭＯＳアレイ検出器３２０に向かって方向付けるのに役立つ。サブシステムの幾何学形状は、ファイバー結合レーザー３１４からのレーザー光が、反射および屈折の両方を生じる角度で顕微鏡スライドと溶液との境界面を照明するように、寸法が決められる。反射したレーザー光は、次に、ＣＭＯＳアレイ検出器３２０によって遮られ、光の画像が記録される。プリズムおよびＣＭＯＳは両方とも、互いから直交方向にシフトさせて、ｘおよびｙ方向の位置合わせ補償を作り出すことができ、レンズチューブは回転して、面（ＣＭＯＳセンサ）に対して位置合わせするのに必要な最終的な自由度をもたらすことができる。溶液がスライド上にない場合、レーザー光の画像は全内反射の境界を示さず、つまり最大量の光がＣＭＯＳセンサ表面に接触する。溶液が顕微鏡スライドに追加されると、光の一部が屈折し、それによってＣＭＯＳセンサ表面に達する光の量が減少する。そのように、反射と屈折との境界をマッピングすることができる。反射と屈折との境界線の位置における何らかの変化は、溶液の成分の濃度を示す材料性質である、溶液の屈折率における変化に相当する。集束レンズの装着は、非常に厳しい機械許容差から利益を得た。レンズを定位置に設定するのに、位置合わせし、次にＵＶ硬化型光学セメントを用いて適所に接着した。熱電対を、プリズムの温度をモニタリングするため、カスタムプリズムにエポキシ樹脂で接着した（温度情報をラズベリーパイに効率的に送るために、Ａｄａｆｒｕｉｔ Ｔｙｐｅ−Ｋ熱電対をＡｄａｆｒｕｉｔ ＭＡＸ３１８５５熱電対増幅器と併せて実装した）。
[0044]図５は、ユーザインターフェース４００の一実施形態を示している。ユーザインターフェースは、プロセッサのメモリに格納されたソフトウェア機構に関連付けられた要素を含む。この実施形態では、ユーザ選択可能なプルダウンメニュー４０２によって、いくつかの異なる溶液に関する格納された校正曲線にユーザがアクセスし、それらを利用することができる。次いで、ユーザ選択可能なプルダウンメニュー４０４によって、異なる屈折率を有するいくつかの異なるタイプのガラスの顕微鏡スライドと共に使用される、格納されたパラメータにユーザがアクセスし、それらを利用することができる。スライド要素４０６によって、システムのサンプリング速度を調節することができる。溶液の濃度が急速に変化することが予期される場合、測定の間の時間を短く選択することができるが、濃度が急速に変化することが予期されない場合、測定の間の時間を増加させることができるので、測定が行われないときはダイオードがオンにされないため、レーザーダイオードの寿命を増加させる助けとなる。追加のユーザ選択可能な要素４０８、４１０、４１２、および４１４それぞれによって、システムが、データを記録し、データの記録を停止し、システム校正ルーチンにアクセスし、過去の作業からのデータを再プロットする。グラフィカル表示要素４１６は、時間に伴う溶液の濃度の変化を示すのに使用することができる。数値表示要素４１８、４２０、４２２、および４２４はそれぞれ、現在の測定された屈折率、現在の濃度、測定期間にわたる濃度の変化率、および溶液温度をユーザに示す。ユーザは、サンプリング速度を選択することに加えて、濃度を判定したい所望の溶液を選択することができる。サンプリングの際、システムは、現在の濃度、初期サンプルからの濃度の変化率、およびプリズムの温度を判定する。ユーザ選択可能な要素４１２を通してアクセスした校正画面によって、ユーザがスライドの写真を捕捉することができる。捕捉されたスライド画像は、適切な反応緩衝液に対する対応するスライド画像を自動的に更新する。ユーザは次に、コードがそれらの画像をどのように処理するかを見ることができるので、泡または不均一な屈折率整合オイルの配置など、サンプル中のあらゆる問題を特定することができる。例示のＧＵＩは、ユーザが濃度データを効率的にサンプリングするための非常に単純なポータルとなる。ＧＵＩはまた、無効の選択がなされた場合にポップアップエラーメッセージを提供する。
[0045]記載されるシステムに関するコーディングは全て、Ｐｙｔｈｏｎ２．７を使用して行った。図１に示されるようなシステムのインターフェース接続されたデバイスと通信するために、画像解析（更に後述する）を実施し、グラフィカルユーザインターフェースをプログラミングするが、いくつかの非標準のパイソンパッケージ／ライブラリをラズベリーパイプロセッサにインストールした。以下のライブラリをラズベリーパイプロセッサにインストールした。ＯｐｅｎＣＶ２（画像処理用）、Ｋｉｖｙ（グラフィカルユーザインターフェース用）、Ｍａｔｐｌｏｔｌｉｂ（グラフ生成用）、Ａｄａｆｒｕｉｔ ＭＡＸ３１８５５（熱電対の温度用）、およびＡｄａｆｒｕｉｔ＿ＧＰＩＯ（システムの蓋が開いているかを判定する）。システムがＧＵＩで動作するようにするために、ＧＵＩを起動して他のスクリプトを呼び出すもの、蓋が開いているか閉じているかを判定するもの、サンプル番号および関連する濃度に関してグラフ表示可能なデータを生成するもの、温度を熱電対から返すもの、グラフおよびラベル用のもの、それ以上処理を行わずにサンプルの写真を撮るもの、問題をデバッグする助けとするため処理の各ステップの画像を保存するもの、スライドの写真を撮り、それをマスキング用に適切に配向するもの、ＧＵＩに表示できるように画像をリサイズするもの、メモリから検索したデータファイルを所与としてグラフをプロットするものといった、スクリプトの機能に基づいてパイソンをいくつかのスクリプトに調和させた。
[0046]図６は、市販のレーザードライバによる支援なしで２０ｍＷレーザー（７８０ｎｍ）に電力供給し、システムを可搬型でより低コストなものにするように設計された、自明のものである図２のレーザー電源回路５００の回路図を示している。レーザーが必要とする電圧は、約３０〜８０ｍＡの電流で１．９Ｖであった。レーザーの動作電流を最良に決定するために、市販のレーザードライバを使用して損傷リスクを緩和した。レーザーに供給される電流を増加させることによって、レーザーの強度が増加した。最初の試験後、３０ｍＡがレーザーの適切な動作電流であると判定された。この３０ｍＡによって、ＣＭＯＳにおける光の飽和が低減され、レーザーをより低い動作温度に保つ助けとなった。１．９Ｖの電圧を得るために、標準的な９Ｖの壁コンセント電源を電圧調整器と連結させた。必要とされるレーザーの強度が調節される場合にレーザーに供給される電流を調節するために、電位差計をレーザーの前に配置した。最後に、レーザーを損傷する可能性がある電流スパイクを防ぐために、１５０ｍＡのヒューズを配置した。
[0047]図７は、上述したシステムで使用される修正されたダブプリズムを更に詳細に示している。図７Ａはプリズムを斜視図で示し、図７Ｂはプリズムを側面から示し、図７Ｃはプリズムを一端から示している。面７００、７０２、７０４、７０６、および７０８、ならびにそれぞれに対するそれぞれの角度は、光学構成部品それぞれの互いに対する幾何学的配向を考慮に入れた、コンピュータで生成したレンズ処方に従って選択した。また、ＣＭＯＳセンサのサイズおよびセンサのピクセル濃度も考慮に入れた。処方によって、構成部品それぞれのガラス材料のタイプが与えられ、無作為に生成された光線をいくつ非連続的にシステムに通すかが示された。レンズ処方は、Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ（Ｄａｓｓｏｕｌｔ Ｓｙｓｔｅｍｅｓ Ｓ．Ａ．、フランス国パリ）で作成された固体モデルを参照している。これらのモデルを次に、Ｚｅｍａｘ（Ｚｅｍａｘ ＬＬＣ、米国ワシントン州カークランド）にインポートし、ガラスの性質をそれらに割り当てた。特定の実施形態では、面７００および７０８は互いから５８．７５０度の角度である。面７００および面７０８は互いから５６度の角度である。面７００および面７０２は互いに平行であり、面７０２および面７０４は互いから２８度の角度である。面７００、７０２、７０６、および７０８のみを研磨しなければならない。
[0048]図８に示されるように、溶液／顕微鏡スライドの境界面におけるレーザー光の一部は屈折し、一部は反射する。このような光の反射は全内反射（ＴＩＲ）として知られており、基本となる原理は、屈折計をセンサとして機能できるようにすることである。屈折は、２つの材料間を伝播する際の光の挙動を説明する、スネルの法則（以下の式１）によって説明される。この現象は、温度、濃度、および分子組成などのいくつかの因子に応じて決まる屈折としても知られている。
[0049]式１：ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２
[0050]スネルの法則を調べると、材料境界面の一方の側における角度の正弦が９０度のとき、材料境界面の他方の側における対応する角度は臨界角として知られていることが分かる。臨界角は、光が屈折しなくなり、その代わりに反射するようになる角度である。材料境界面に臨界角よりも大きい角度で入射する光は、屈折する代わりに反射するようになる。この反射は全内反射（ＴＩＲ）として知られている。反射光はセンサに方向付けられ、そこで反射と屈折との境界を解析することができる。この境界面は、解析されている物質の屈折率を判定するのに使用される。図８は、下側のパネルに、屈折計設計のＣＭＯＳアレイに現れるであろうシミュレーションした光のパターンと、そのパターンが屈折率の変化に応じてどのように変化するかを示している。左下のパネルは、測定できる最も低い溶液濃度である、純水からのパターンを示している。濃度が増加するにつれて屈折率が増加し、アレイ上の光のパターンも変化する。非連続的な光線トレースの場合、検出器上に画像を生成するのに２００，０００本の光線を解析した。溶液の屈折率が増加するのに従って、直線がＣＭＯＳアレイを掃引する。この線の位置を検出することによって、スライド上の流体の屈折率を決定することができ、溶液のイオン濃度を推定することができる。
[0051]図９は、光が顕微鏡スライドとその上面上の溶液との境界面とどのように相互作用するかのＺｅｍａｘモデルを更に詳細に示している。光９００は、開口数を低減したレンズ９０２に入り、修正されたダブプリズム９０４に下方から入る。光がガラスの顕微鏡スライド９０６を通り抜けると、顕微鏡スライドの上面の上に重なっている溶液９０８に突き当たり、光の一部分が屈折し、顕微鏡スライド９１０に沿って移動し、９１２で現れる。第２の部分は反射してプリズムを通って戻り、特定の二次元形状を有する光線９１４として現れる。このビーム９１４がＣＭＯＳ検出器アレイに突き当たって、解析することができる画像が得られる。
[0052]設計のソフトウェアコンポーネントとしては、画像を処理するように確立された画像解析アルゴリズムと、ユーザがデバイスに入力するのを可能にするグラフィカルユーザインターフェースと、パイソンでのハードウェア全体のプログラミングとが挙げられる。ラズベリーパイのＮＯＩＲ ＣＭＯＳによって捕捉される画像を解析するために、ＯｐｅｎＣＶと呼ばれるオープンソースのコンピュータビジョンライブラリをラズベリーパイにインストールした。新しい顕微鏡スライドがデバイス上に搭載されるたびに、空のスライドの画像が捕捉され格納される。緩衝液が顕微鏡スライド上に配置され、ユーザがデータの記録開始を選択すると、新しい画像が捕捉される。意味があるデータを抽出するために、空のスライド画像がサンプルを含む画像から減算される。次に、画像は、最適化閾値を使用してバイナリ画像に変換される。画像は次に、照明された領域の縁部が垂直であることを確保するように回転される。次に、画像マトリックスの各列を合算して、単一の水平アレイが得られる。最後に、アレイ内の最大値の場所（照明された領域の縁部の場所に相当する）が見出される。プロセスの概略説明が図１０に示されている。
[0053]図１０Ａは、溶液が顕微鏡スライドの上になく、顕微鏡スライドと空気の屈折率の間の大きい不整合によってレーザー光がＣＭＯＳ検出器に向かって反射している場合の、ＣＭＯＳ画像を示している。溶液が顕微鏡スライド上に置かれた場合、溶液と顕微鏡スライドの屈折率の間に存在する不整合が小さくなるので、画像が変化し、図１０Ｂに示されるタイプの画像になる。画像は、図１０Ｃに示されるように画像の縁部を強化するように処理され、図１０Ｄに示される強度プロットに反映される。縁部の位置は、図８の下側部分に示したように移動して見える。
[0054]画像解析の出力（照明された領域の縁部のｘ位置）および濃度に関連するモデルを、ＡＰＫ、ＳＩＳＨ、ＳＳＣ、およびＲＸＮ（Ｖｅｎｔａｎａ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．トゥーソン）という４つの異なる緩衝液に関して作成した。これらのモデルを作成するため、１０倍の保存緩衝液の段階希釈を、求められる０．５倍〜５倍の濃度で行った。各緩衝液タイプに関して、７μＬの屈折率整合オイルおよび清潔な顕微鏡スライドを使用して、上述したデバイスを設定した。既知の濃度の緩衝液を、１００μＬの量でスライドに追加し、濃度を判定した。出力を濃度に対してプロットすることによって、図１１に見られるように、各緩衝液タイプに関して線形的傾向を得た。図１１ＡはＡＰＫ緩衝液のプロットを示し、図１１ＢはＳＩＳＨ緩衝液のプロットを示し、図１１ＣはＳＳＣ緩衝液のプロットを示し、図１１ＤはＲＸＮ緩衝液のプロットを示している。各緩衝液タイプに関する、これらのプロットから得られる最良適合方程式、ならびにＭｏｄｅｌ Ｒ２の値を、次の表１に示している。
[0055]デバイスを使用した測定の精度を、各緩衝液における５つの異なる無作為の濃度（求められる範囲内）で測定することによって判定した。次に、デバイスによる出力値を、誤差率を計算することによって実際の濃度値と比較した。平均して、デバイスは、ＳＩＳＨ緩衝液（誤差７．１１％）およびＲＸＮ緩衝液（誤差７．９９％）に関しては、１０％未満の誤差で濃度読取り値を出力できることが分かった。
[0056]シミュレーションでは、溶液の量は屈折計の出力における因子ではなく、電磁放射線が流体に衝突するプリズム面積の適用範囲全体のみが因子であることが示された。全ての曲線はスライド上の１００μＬの量で生成された。デバイスが求められる量の範囲内（２００μＬ〜２ｍＬ）の溶液の濃度を測定できることを確保するため、２ｍＬの１倍ＲＸＮ緩衝液を、デバイスを使用して測定した。
[0057]精度、量、および濃度範囲に関する試験は、２７℃の固定温度の溶液を用いて行った。ほとんどの測定は室温で行われるので、これは一般的な目的に適している。しかしながら、緩衝溶液は様々な温度で適用されることがあるので、測定は、２０〜９０℃の温度の溶液を用いて行われるべきである。これに対処するため、ＲＸＮ緩衝液の濃度、処理済み画像におけるｘ位置、および温度の関係を、デバイスを用いて判定した。０．５倍〜５倍の濃度のＲＸＮ緩衝液の、４℃、２４℃、６０℃、および９０℃の温度での画像から判定されるｘ位置値の表によって、４〜９０℃の範囲内の様々な温度の溶液を、デバイスで測定できることが示された。このデータから、以下の式２に示されるように、反射光の温度およびｘ位置両方の関数として、濃度に関する方程式が決定された。
[0058]式２：［Ｃ］（Ｔ，ｘ）＝０．００３９Ｔ＋０．００５２ｘ−２．７３０７
[0059]この平面方程式は、温度範囲（２０〜９０℃）を使用して作成され、したがって、デバイスがこの範囲の温度の溶液を測定できることを示している。測定されたデータのプロットは、これが比較的一貫した平面的傾向であり、モデルの精度に対応していることも示している。この実験によるデータのプロットは図１２に見られる。
[0060]デバイスのサンプリング速度の近似値を決定するために、式３を使用して理論上の最大蒸発速度を計算した。
θ＝（２５＋１９ν）＝蒸発係数（ｋｇ／ｍ２ｈ）
Ａ＝水の表面積（ｍ２）
ｘｓ＝飽和空気中の重量絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ）
ｘ＝空気中の重量絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ）
[0061]式３
[0062]近似が有効であることを確保する助けとするため、可能な蒸発速度を最大にするための仮定を行った。塩水はより遅い蒸発速度を有し、緩衝液の塩含量は変動する場合があるので、溶液の表面積を最大スライド面積に設定し、純水に関する定数を使用した。また、表面の上方にある空気の速度は、デバイスが蓋を有するので、ゼロに等しいものと仮定した。また、最少初期量を２００μＬと仮定し、したがって１０％の濃度変化はわずかに１８μＬの損失で生じる。これらの仮定を用いて、濃度の１０％の変化は１８７秒（３．１分）で起こるものと推定される。これは、デバイスが少なくとも３．１分ごとにサンプリングを行うべきであることを意味するが、より揮発性が高いまたは低い流体に関しては、より高頻度またはより低頻度のサンプリング速度が適切であろう。デバイスの実際のサンプリング速度性能は、１倍のＲＸＮ緩衝液１ｍＬをスライドに追加し、次に濃度を１分ごとに測定することによって試験した。これらの結果のプロットは図１３に見られる。この実験による結果は、デバイスが最大可能であるよりもはるかに遅い速度であっても、デバイスが溶液の濃度の１０％変化よりも高速でサンプリングできることを示している。
[0063]他の実施形態では、上述のシステムは、１つまたは複数のサブシステムとして、流体を顕微鏡スライドに載せられた生体サンプルにロボットで適用する、自動化スライド染色システムに組み込むことができる。自動化システムはコンピュータを用いて、サンプル処理プロセスを制御し、センサをモニタリングし、また恐らくは、システム内におけるサンプルおよび試薬の移動を制御する。スライド上濃度をリアルタイムでモニタリングする開示のシステムを、染色プロセスモニタリング用の追加のサブシステムとして含めることができる、自動化スライド染色システムの例が、例えば、米国特許第６３５２８６１号、第６７８３７３３号、第７４７６５４３号、第７９０１９４１号、第８４５４９０８号、第８８７７４８５号、第８８８３５０９号、および第８９３２５４３号に開示されており、それらそれぞれの内容を参照により本明細書に援用する。
[0064]コンピュータは、一般的に、プロセッサ、オペレーティングシステム、システムメモリ、メモリ記憶デバイス、入出力コントローラ、入出力デバイス、および表示デバイスなど、既知の構成要素を含む。また、コンピュータの多くの可能な構成および構成要素があり、キャッシュメモリ、データバックアップユニット、および他の多くのデバイスも含んでもよいことが、関連分野の当業者には理解されるであろう。入力デバイスの例としては、キーボード、カーソル制御デバイス（例えば、マウス）、マイクロフォン、スキャナなどが挙げられる。出力デバイスの例としては、表示デバイス（例えば、モニタまたはプロジェクタ）、スピーカー、プリンタ、ネットワークカードなどが挙げられる。表示デバイスは、視覚情報を提供する表示デバイスを含んでもよく、この情報は、一般的に、ピクセルのアレイとして論理的および／または物理的に組織化されてもよい。入出力インターフェースを提供する様々な既知のまたは将来のソフトウェアプログラムのいずれかを含んでもよい、インターフェースコントローラも含まれてもよい。例えば、インターフェースは、一般に、１つまたは複数のグラフィック表現をユーザに提供する、「グラフィカルユーザインターフェース」と呼ばれる（ＧＵＩと呼ばれる場合が多い）ものを含んでもよい。インターフェースは、一般的に、関連分野の当業者には知られている選択または入力手段を使用した、ユーザ入力を受け入れることができるようにされる。インターフェースはまた、タッチスクリーンデバイスであってもよい。同じまたは代替の実施形態では、コンピュータ上のアプリケーションは、「コマンドラインインターフェース」と呼ばれる（ＣＬＩと呼ばれる場合が多い）ものを含むインターフェースを用いてもよい。ＣＬＩは、一般的に、アプリケーションとユーザとの間のテキストベースの相互作用を提供する。一般的に、コマンドラインインターフェースは、表示デバイスを通してテキストのラインとして、出力を提示し入力を受信する。例えば、いくつかの実現例は、関連分野の当業者には知られているＵｎｉｘ Ｓｈｅｌｌｓ、またはＭｉｃｒｏｓｏｆｔ ．ＮＥＴフレームワークのようなオブジェクト指向型のプログラミングアーキテクチャを用いるＭｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｐｏｗｅｒｓｈｅｌｌなど、「シェル」と呼ばれるものを含んでもよい。
[0065]関連分野の当業者であれば、インターフェースは１つまたは複数のＧＵＩ、ＣＬＩ、またはそれらの組み合わせを含んでもよいことを認識するであろう。プロセッサは、Ｉｎｔｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＣｅｌｅｒｏｎ、Ｃｏｒｅ、もしくはＰｅｎｔｉｕｍプロセッサ、Ｓｕｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ製のＳＰＡＲＣプロセッサ、ＡＭＤ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＡｔｈｌｏｎ、Ｓｅｍｐｒｏｎ、Ｐｈｅｎｏｍ、もしくはＯｐｔｅｒｏｎプロセッサなど、市販のプロセッサを含んでもよく、または入手可能であるかもしくは今後入手可能になるであろう他のプロセッサのうち１つであってもよい。プロセッサのいくつかの実施形態は、マルチコアプロセッサと呼ばれるものを含んでもよく、ならびに／またはシングルコアもしくはマルチコア構成で並列処理技術を用いることが可能にされてもよい。例えば、マルチコアアーキテクチャは、一般的に、２つ以上のプロセッサ「実行コア」を備える。本例では、各実行コアは、マルチスレッドの並列実行を可能にする独立プロセッサとして働いてもよい。それに加えて、関連分野の当業者であれば、プロセッサが一般に３２もしくは６４ビットアーキテクチャと呼ばれるものの形で、または現在知られているかもしくは将来的に開発され得る他のアーキテクチャ構成の形で構成されてもよいことを認識するであろう。
[0066]プロセッサは、一般的に、例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるＷｉｎｄｏｗｓタイプのオペレーティングシステム、Ａｐｐｌｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｃｏｒｐ．によるＭａｃ ＯＳ Ｘオペレーティングシステム、多くのベンダーから入手可能であるＵｎｉｘもしくはＬｉｎｕｘ（登録商標）タイプのオペレーティングシステムまたはオープンソースと呼ばれるもの、別のもしくは将来のオペレーティングシステム、あるいはそれらのいくつかの組み合わせであってもよい、オペレーティングシステムを実行する。オペレーティングシステムは、良く知られている形でファームウェアおよびハードウェアとインターフェース接続し、プロセッサが様々なプログラミング言語で書かれることがある様々なコンピュータプログラムの機能を協調させ実行するのを容易にする。オペレーティングシステムは、一般的にプロセッサと協働し、コンピュータの他の構成要素の機能を協調させ実行する。オペレーティングシステムはまた、全て既知の技術に従って、スケジューリング、入出力制御、ファイルおよびデータ管理、メモリ管理、ならびに通信制御および関連サービスを提供する。
[0067]システムメモリは、所望の情報を格納するのに使用することができ、またコンピュータによってアクセスすることができる、様々な既知のもしくは将来のメモリ記憶デバイスのいずれかを含んでもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータなど、情報格納の任意の方法または技術で実現される、揮発性および不揮発性、取外し可能および取外し不能の媒体を含んでもよい。例としては、任意の一般的に利用可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、常駐ハードディスクもしくはテープなどの磁気媒体、読出し書込みコンパクトディスクなどの光学媒体、または他のメモリ記憶デバイスが挙げられる。メモリ記憶デバイスは、コンパクトディスクドライブ、テープドライブ、取外し可能ハードディスクドライブ、ＵＳＢもしくはフラッシュドライブ、またはディスケットドライブを含む、様々な既知のもしくは将来のデバイスのいずれかを含んでもよい。かかるタイプのメモリ記憶デバイスはそれぞれ、一般的に、コンパクトディスク、磁気テープ、取外し可能ハードディスク、ＵＳＢもしくはフラッシュドライブ、またはフロッピーディスケットなどのプログラム記憶媒体に対して、読出しおよび／または書込みを行う。これらのプログラム記憶媒体のいずれか、または現在使用されているもしくは今後開発される他のものは、コンピュータプログラム製品と見なされてもよい。認識されるように、これらのプログラム記憶媒体は、一般的に、コンピュータソフトウェアプログラムおよび／またはデータを格納する。コンピュータソフトウェアプログラムは、コンピュータ制御論理とも呼ばれ、一般的に、メモリ記憶デバイスと併用されるシステムメモリおよび／またはプログラム記憶デバイスに格納される。いくつかの実施形態では、コンピュータプログラム製品は、制御論理（プログラムコードを含む、コンピュータソフトウェアプログラム）が格納された、コンピュータ使用可能媒体を備えるものと説明される。制御論理は、プロセッサによって実行されると、本明細書に記載の機能をプロセッサに実施させる。他の実施形態では、いくつかの機能は、例えばハードウェア状態機械を使用して、主にハードウェアで実現される。本明細書に記載する機能を実施するようにハードウェア状態機械を実現することは、関連分野の当業者には明白となるであろう。入出力コントローラは、人間であるか機械であるか、ローカルであるか遠隔であるかにかかわらず、ユーザから情報を受け取り処理する、様々な既知のデバイスのいずれかを含むことができる。かかるデバイスとしては、例えば、モデムカード、ワイヤレスカード、ネットワークインターフェースカード、サウンドカード、または様々な既知の入力デバイスのいずれかに対する他のタイプのコントローラが挙げられる。出力コントローラは、人間であるか機械であるか、ローカルであるか遠隔であるかにかかわらず、ユーザに情報を提示する、様々な既知の表示デバイスのいずれかに対するコントローラを含むことができる。現在記載されている実施形態では、コンピュータの機能的要素はシステムバスを介して互いと通信する。コンピュータのいくつかの実施形態は、ネットワークまたは他のタイプの遠隔通信を使用して、いくつかの機能的要素と通信してもよい。関連分野の当業者には明白となるように、機器制御および／またはデータ処理アプリケーションは、ソフトウェアの形で実現される場合、システムメモリおよび／またはメモリ記憶デバイスにロードされ、そこから実行されてもよい。機器制御および／またはデータ処理アプリケーションの全てもしくは一部はまた、メモリ記憶デバイスの読出し専用メモリまたは類似のデバイスに常駐してもよく、かかるデバイスは、機器制御および／またはデータ処理アプリケーションを最初に入出力コントローラを通してロードすることを要しない。機器制御および／またはデータ処理アプリケーション、もしくはその一部は、実行するのに有利であるように、プロセッサによって、既知のやり方でシステムメモリに、またはキャッシュメモリに、または両方にロードされてもよいことが、関連分野の当業者には理解されるであろう。また、コンピュータは、システムメモリに格納された、１つまたは複数のライブラリファイル、実験データファイル、およびインターネットクライアントを含んでもよい。例えば、実験データは、検出された信号値、あるいは１つもしくは複数の合成によるシーケンシング（sequencing by synthesis）（ＳＢＳ）実験またはプロセスと関連付けられる他の値など、１つもしくは複数の実験または検定に関連するデータを含むことができる。それに加えて、インターネットクライアントは、ネットワークを使用して別のコンピュータの遠隔サービスにアクセスできるようにされたアプリケーションを含んでもよく、例えば、一般に「ウェブブラウザ」と呼ばれるものを含んでもよい。本例では、いくつかの一般に用いられるウェブブラウザとしては、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＭｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ、Ｍｏｚｉｌｌａ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるＭｏｚｉｌｌａ Ｆｉｒｅｆｏｘ、Ａｐｐｌｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｃｏｒｐ．によるＳａｆａｒｉ、Ｇｏｏｇｌｅ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるＧｏｏｇｌｅ Ｃｈｒｏｍｅ、または当該分野で現在知られているかもしくは将来開発されるであろう、他のタイプのウェブブラウザが挙げられる。また、同じもしくは他の実施形態では、インターネットクライアントは、生物学的用途の場合のデータ処理アプリケーションなど、ネットワークを介して遠隔情報にアクセスできるようにされた、専用ソフトウェアアプリケーションを含んでもよく、またはその要素であることができる。
[0068]ネットワークは、当業者には良く知られている多くの様々なタイプのネットワークのうち１つまたは複数を含んでもよい。例えば、ネットワークは、通信に適したＴＣＰ／ＩＰプロトコルと一般に呼ばれるものを用いてもよい、ローカルまたはワイドエリアネットワークを含んでもよい。ネットワークは、一般にインターネットと呼ばれる、相互接続されたコンピュータネットワークの世界的システムを含むネットワークを含んでもよく、または様々なイントラネットアーキテクチャを含むこともできる。関連分野の当業者であれば、ネットワーク化環境の一部のユーザが、一般に「ファイアウォール」と呼ばれる（場合によっては、Ｐａｃｋｅｔ Ｆｉｌｔｅｒｓ、もしくはＢｏｒｄｅｒ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓとも呼ばれる）ものを用いて、ハードウェアおよび／またはソフトウェアシステムとの間での情報トラフィックを制御するのを好むことがあることも認識するであろう。例えば、ファイアウォールは、ハードウェアもしくはソフトウェア要素またはそれらの何らかの組み合わせを含んでもよく、一般的に、例えばネットワーク管理者などのユーザによって導入された、セキュリティポリシーを実行するように設計される。
[0069]本明細書で使用するとき、「約」という用語は±１０％を指す。
[0070]「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」、「有している」という用語、およびそれらの活用形は、「〜を含むがそれらに限定されない」ことを意味する。この用語は、「〜から成る」および「本質的に〜から成る」という用語を包含する。「本質的に〜から成る」という語句は、組成物または方法が、追加の成分および／またはステップを含んでもよいが、それらの追加の成分および／またはステップが、特許請求される組成物または方法の基本的な新規の特性を実質的に変更しない場合に限ることを意味する。
[0071]本明細書で使用するとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈において別段の明確な指示がない限り、複数を含む。例えば、「化合物」または「少なくとも１つの化合物」という用語は、複数の化合物の混合物を含めて、複数の化合物を含んでもよい。
[0072]「例示の」という語は、本明細書では、「例、事例、または実例としての役割を果たす」ことを意味するのに使用される。「例示」として記載される任意の実施形態は、他の実施形態よりも好ましいかまたは有利であるもの、ならびに／あるいは他の実施形態からの特徴の組込みを除外するものとは必ずしも解釈されない。
[0073]「任意に」という語は、本明細書では、「いくつかの実施形態では提供され、他の実施形態では提供されない」ことを意味するのに使用される。本発明のいずれか特定の実施形態は、特徴の相反がない限り、複数の「任意の」特徴を含んでもよい。
[0074]明瞭にするために別々の実施形態の文脈で記載される、開示のシステムおよび方法の特定の特徴はまた、単一の実施形態で組み合わせて提供されてもよいことが認識されるべきである。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で記載される、本発明の様々な特徴はまた、別々に、または任意の好適な下位組み合わせで、または本発明の他の任意の記載される実施形態において好適なように提供されてもよい。
[0075]本発明をその具体的な実施形態と併せて記載してきたが、多くの代替物、修正、および変形が当業者には明白となるであろう。したがって、以下の特許請求の範囲の趣旨および範囲内にある、かかる代替物、修正、および変形の全てを包含するものとする。

Claims (42)

  1. ａ．電磁放射線源と、
    ｂ．電磁放射線を前記線源から受け取り、前記電磁放射線を前記基板の第１の表面に方向付けるように位置付けられた少なくとも１つのプリズムであって、前記第１の表面が前記基板の第２の表面の反対側であり、前記生体サンプルが前記第２の表面上に載せられ、流体が前記第２の表面上に載せられた前記生体サンプルの少なくとも一部分の上に重なり、前記電磁放射線が前記基板を更に通り抜け、前記基板と前記流体との境界面に至る、少なくとも１つのプリズムと、
    ｃ．前記基板と前記流体との前記境界面から反射し、前記基板を通り、前記プリズムを通って戻った電磁放射線を検出するように位置付けられた検出器であって、前記基板と前記流体との前記境界面から反射し、検出器に衝突する前記電磁放射線の特性の変化が、前記流体の成分の濃度変化を示す、検出器と、
    ｄ．信号を前記検出器から受信し、前記信号を前記流体の前記成分の前記濃度の基準に変換するプロセッサと
    を備える、基板の表面上に載せられた生体サンプルの流体による処理をモニタリングするシステム。
  2. 前記電磁放射線源がレーザー放射線源を含む、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記電磁放射線源と前記プリズムとの間に位置付けられた集束レンズを更に備える、請求項１または２に記載のシステム。
  4. 前記プリズムが、前記電磁放射線の少なくとも一部分が前記基板と前記流体との前記境界面から全内反射によって反射して、前記プリズムを通って前記検出器に向かって戻るような角度で、前記電磁放射線を前記基板と前記流体との前記境界面上に衝突させるように構成された、修正されたダブプリズムを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
  5. 前記検出器が検出器アレイを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
  6. 前記検出器アレイがＣＭＯＳアレイを含む、請求項５に記載のシステム。
  7. 前記基板と前記流体との前記境界面から反射した前記電磁放射線の前記特性が、前記基板と前記流体との前記境界面から反射し、前記検出器アレイに衝突する前記電磁放射線の二次元形状である、請求項５または６に記載のシステム。
  8. 前記流体の少なくとも一部分の温度をモニタリングする液体温度センサを更に備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
  9. 前記液体温度センサが、前記流体および／または前記プリズムと接触する熱電対を含む、請求項８に記載のシステム。
  10. 前記液体温度センサが、前記流体および／または前記プリズムの温度を測定するように位置付けられた赤外線液体温度センサを含む、請求項８に記載のシステム。
  11. 前記プリズムが、前記電磁放射線源から前記プリズムの表面に向かう少なくとも１つの第１の電磁波導波路によって、前記電磁放射線源に光学的に接続される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
  12. 前記プリズムが、前記プリズムから前記検出器までの少なくとも１つの第２の電磁波導波路によって、前記検出器に光学的に接続される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
  13. 前記第１および第２の電磁波導波路がそれぞれ少なくとも１つの光ファイバーを含む、請求項１１または１２に記載のシステム。
  14. 前記第１および第２の電磁波導波路がそれぞれ光ファイバー束を含む、請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記電磁放射線を少なくとも部分的に、前記基板と前記流体との前記境界面の異なる部分に向けて方向付けるか、または前記電磁放射線を異なる角度で前記基板の前記第１の表面に衝突させるために、前記プリズムを前記基板の前記第１の表面に対して移動させるように構成されたプリズムアクチュエータを更に備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
  16. 前記流体に対する変化を検出するように構成された、また、前記流体の前記成分の前記濃度における検出された変化に応答して、同じまたは異なる流体の第２の量をディスペンサによって前記基板上に分配させることによって、前記システムに前記流体の前記組成を調節させるように構成された、フィードバックモジュールを更に備える、請求項１から１６のいずれか一項に記載のシステム。
  17. 前記特性が、前記基板と前記流体との前記境界面から反射する前記電磁放射線の量、前記基板と前記流体との前記境界面から反射する前記電磁放射線のパターン、前記基板と前記流体との前記境界面から反射する前記電磁放射線の位置、および前記基板と前記流体との前記境界面から反射する前記電磁放射線の偏光のうちの１つまたは複数の任意の組み合わせを含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載のシステム。
  18. 前記電磁放射線が約７００ｎｍから約１１００ｎｍの波長を有する近ＩＲ放射線を含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載のシステム。
  19. 前記電磁放射線が約４００ｎｍから約７００ｎｍの波長を有する可視放射線を含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載のシステム。
  20. 前記電磁放射線源がＬＥＤレーザーを含む、請求項２から１９のいずれか一項に記載のシステム。
  21. 基板ホルダを更に備え、前記基板ホルダが、前記電磁放射線に対して少なくとも部分的に光学的に透明であるか、または前記基板の少なくとも１つの外縁部によって前記基板を支持する、請求項１から２０のいずれか一項に記載のシステム。
  22. 前記流体が、緩衝液、染料、および特異的結合分子のうち少なくとも１つを含む、請求項１から２１のいずれか一項に記載のシステム。
  23. 前記特異的結合分子が、核酸、核酸類似体、抗体、抗体フラグメント、およびアプタマーのうち少なくとも１つを含む、請求項２２に記載のシステム。
  24. 前記プリズムと前記基板の前記第１の表面との間に位置付けられる屈折率整合物質を更に含む、請求項１から２３のいずれか一項に記載のシステム。
  25. ａ．電磁放射線を、プリズムを通して基板の第１の表面に至らせるステップであって、前記第１の表面が前記基板の第２の表面の反対側であり、生体サンプルが前記第２の表面上に載せられ、流体が前記第２の表面上に載せられた前記生体サンプルの少なくとも一部分の上に重なり、前記電磁放射線が前記基板を通り抜け、前記基板と前記流体との境界面に至り、前記電磁放射線の少なくとも一部分が前記基板と前記流体との前記境界面から反射し、前記基板を通って戻り、前記プリズムを通って検出器上に戻る、ステップと、
    ｂ．前記基板と前記流体との前記境界面から反射し、前記基板を通って戻り、前記プリズムを通って前記検出器上に戻った前記電磁放射線の特性を測定するステップであって、前記電磁放射線の前記特性が、前記流体の組成によって影響される特性を含む、ステップと
    を含む、基板上で行われる生体サンプルの染色プロセスをモニタリングする方法。
  26. 前記測定された特性から前記流体の組成を計算するステップを更に含む、請求項２５に記載の方法。
  27. 前記流体の前記組成に影響される前記特性が、前記流体の屈折率に影響される特性を含む、請求項２５に記載の方法。
  28. 温度の変化に対して前記電磁放射線の前記特性の前記測定された変化を補償するステップを更に含む、請求項２５または２６に記載の方法。
  29. 前記基板の組成を補償するステップを更に含む、請求項２５から２８のいずれか一項に記載の方法。
  30. 前記流体の開始組成を補償するステップを更に含む、請求項２５から２９のいずれか一項に記載の方法。
  31. 前記検出器が検出器アレイを含み、前記電磁放射線の前記測定された特性が、前記基板と前記流体との前記境界面から反射した前記電磁放射線の二次元パターンを含む、請求項２５から３０のいずれか一項に記載の方法。
  32. 画像解析を適用して前記二次元画像の直線縁部を先鋭化するステップを更に含み、前記直線縁部の位置が前記流体の前記組成に比例する、請求項３０に記載の方法。
  33. 時間に伴って前記組成を計算するステップを更に含む、請求項２５から３２のいずれか一項に記載の方法。
  34. 前記電磁放射線の前記特性における所定の変化に達したとき、または前記電磁放射線の前記特性が所定の時間長にわたって所定の範囲内で維持されていたとき、前記染色プロセスが停止される、請求項２５から３３のいずれか一項に記載の方法。
  35. 前記基板と前記流体との前記境界面から反射した前記電磁放射線の前記特性における変化に応答して、前記流体の前記組成を調節するステップを更に含む、請求項２５から３４のいずれか一項に記載の方法。
  36. 前記流体の前記組成を調節するステップが、追加量の前記流体を前記生体サンプルが載せられている前記基板の前記第２の表面に適用することを含む、請求項３５に記載の方法。
  37. 前記流体の前記組成を調節するステップが、追加量の前記流体の溶媒を適用して、蒸発によって失われた溶媒を補償することを含む、請求項３５に記載の方法。
  38. ａ．少なくとも１つの基板ホルダと、
    ｂ．少なくとも１つの電磁放射線源と、
    ｃ．電磁放射線を前記線源から受け取り、前記電磁放射線を前記基板の第１の表面に方向付けるように位置付けられた少なくとも１つのプリズムであって、前記第１の表面が前記基板の第２の表面の反対側であり、前記生体サンプルが前記第２の表面上に載せられ、流体が前記第２の表面上に載せられた前記生体サンプルの少なくとも一部分の上に重なり、前記電磁放射線が更に前記基板を通り抜けて、前記基板と前記流体との境界面に至る、少なくとも１つのプリズムと、
    ｄ．前記基板と前記流体との前記境界面から反射し、前記基板を通り、前記プリズムを通って戻る電磁放射線を検出するように位置付けられた検出器であって、前記基板と前記流体との前記境界面から反射し、検出器に衝突する前記電磁放射線の特性の変化が、前記流体の成分の濃度変化を示す、検出器と、
    ｅ．前記第１の流体または第２の流体を前記基板の前記第２の表面に送達するように構成された、少なくとも１つの自動化流体ディスペンサと、
    ｆ．信号を前記検出器から受け取り、前記信号を前記流体の前記成分の前記濃度の基準に変換するプロセッサであって、前記成分の前記濃度の前記基準が初期濃度から所定量を超えて変化している場合、前記自動化流体ディスペンサに指示して、前記第１および／または第２の流体のどちらかもしくは両方を、前記生体サンプルが載せられている前記基板の前記第２の表面に分配させる、プロセッサと
    を備える、基板上に載せられた生体サンプルを第１の流体で処理するシステム。
  39. 前記少なくとも１つの基板がガラスの顕微鏡スライドを含む、請求項３８に記載のシステム。
  40. 前記少なくとも１つのプリズムが修正されたダブプリズムを含む、請求項３８または３９に記載のシステム。
  41. 前記少なくとも１つの電磁放射線源が、電磁スペクトルの近赤外部分で動作するファイバー結合レーザーダイオードを含む、請求項３９または４０に記載の方法。
  42. 前記電磁放射線の前記特性が、前記基板と前記流体との前記境界面から反射した前記電磁放射線の二次元パターンを含み、前記検出器がＣＭＯＳアレイ検出器を含み、前記プロセッサが更に、前記基板との前記境界面から反射した前記電磁放射線の前記二次元パターンの画像を解析し、前記二次元画像の直線縁部を先鋭化するように構成され、前記直線縁部の位置が前記流体の成分の濃度に比例する、請求項３８から４１のいずれか一項に記載のシステム。
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