(57)【要約】      （修正有）【課題】塩基配列決定作業における、試料の流体操作および光学検出のための装置および方法を提供する。【解決手段】試薬カートリッジ４００とフローセルの注入口との間で流体連通が達成されるよう構成した複数のチャネルを備える試薬マニホールドと、マニホールドの複数のポートから下方へ伸びる複数の試薬シッパー１０３であって、各試薬シッパーは、試薬カートリッジの試薬リザーバへ挿入され、試薬リザーバからシッパーへ液体試薬が吸い上げられるよう構成した、複数の試薬シッパーと、リザーバとフローセルの注入口との間の流体連通を媒介するよう構成した少なくとも１つのバルブ１０２と、を備えた流体システム。試薬マニホールドは、試薬を再利用するためのキャッシュリザーバも備えることができる。【選択図】図１Ａ
2020190571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試薬カートリッジからフローセルへ試薬を送達するための流体システムであって、
試薬カートリッジとフローセルの注入口との間で流体連通が達成されるよう構成した複
数のチャネルを備える試薬マニホールドと、
前記マニホールドの複数のポートから下方へ伸びる複数の試薬シッパーであって、前記
各試薬シッパーは、試薬カートリッジの試薬リザーバへ挿入され、前記試薬リザーバから
前記シッパーへ液体試薬が吸い上げられるよう構成した、前記複数の試薬シッパーと、
前記リザーバと前記フローセルの注入口との間の流体連通を媒介するよう構成した少な
くとも１つのバルブと、を備えた流体システム。
【請求項２】
前記マニホールドの前記１つ以上のチャネルはキャッシュリザーバを備える、請求項１
に記載の流体システム。
【請求項３】
１つ以上の前記キャッシュリザーバの容積は、該キャッシュリザーバと流体連通してい
るフローセルチャネルの容積の、少なくとも３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、
８０％、９０％、または１００％である、請求項２に記載の流体システム。
【請求項４】
前記キャッシュリザーバは、１つ以上のフローセルチャネルを流れる液体試薬のある量
が前記キャッシュリザーバへ流動することを可能にするのに十分な容積を有し、前記フロ
ーセルからの前記液体試薬は、前記フローセルと接触した後は、前記試薬リザーバへ戻ら
ない、請求項３に記載の流体システム。
【請求項５】
前記ある量の液体試薬は、１つ以上のフローセルチャネルを流れる前記液体試薬の３０
％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、または１００％である、請求項
４に記載の流体システム。
【請求項６】
１つ以上の前記キャッシュリザーバは、ポンプと流体連通しており、該ポンプは、前記
キャッシュリザーバからフローセルへ液体試薬を移動させ、かつ該フローセルから該キャ
ッシュリザーバへ前記液体試薬を戻すよう構成され、前記フローセルへの試薬の進入およ
び前記フローセルからの試薬の退出は、前記フローセルの同じポートを通して行われる、
請求項２に記載の流体システム。
【請求項７】
少なくとも１つのバルブが、差動的に、前記フローセルから前記キャッシュリザーバへ
、または廃棄物リザーバへ液体試薬を戻すよう構成した請求項６に記載の流体システム。
【請求項８】
前記キャッシュリザーバは、該キャッシュリザーバ内における流体の混合を低減し、前
記フローセルの最近位から前記フローセルの最遠位までの前記リザーバの長さに沿って液
体試薬の勾配を維持するよう構成した、請求項２に記載の流体システム。
【請求項９】
前記キャッシュリザーバは、該キャッシュリザーバ内における流体の混合を促進するよ
う構成した複数の混合要素を備える、請求項２に記載の流体システム。
【請求項１０】
前記混合要素は、前記キャッシュリザーバ内、または前記キャッシュリザーバの内部表
面上にある静的機構からなる、請求項９に記載の流体システム。
【請求項１１】
前記混合要素はバッフル要素である、請求項９に記載の流体システム。
【請求項１２】
前記キャッシュリザーバは蛇行したチャネルである、請求項２に記載の流体システム。
【請求項１３】
前記キャッシュリザーバは、非円柱形状のチャネルである、請求項２に記載の流体シス
テム。
【請求項１４】
前記マニホールドは、第１の試薬リザーバから第１のバルブへ第１のチャネルを介して
試薬を送達し、かつ前記第１の試薬リザーバから第２のバルブへ第２のチャネルを介して
該試薬を送達するよう構成される、請求項１に記載の流体システム。
【請求項１５】
前記マニホールドは複数の層を備え、前記第１のチャネルと前記第２のチャネルは、各
々、前記複数の層のうちの異なる層にある、請求項１４に記載の流体システム。
【請求項１６】
前記２つの異なるチャネルは、互いに近づいてポートでＴ接合を形成する、請求項１５
に記載の流体システム。
【請求項１７】
前記複数の試薬シッパーは、各々、近位端と遠位端とを有するチューブ状の本体を備え
、前記遠位端の先端を鋭く先細りさせ、試薬カートリッジの試薬リザーバを覆うフォイル
層に穴を開けられるよう構成した、請求項１記載の流体システム。
【請求項１８】
前記複数の試薬シッパーは、前記チューブ状の本体を前記遠位端から前記近位端へ通る
単一の内腔を備え、前記内腔は、前記試薬カートリッジと前記試薬マニホールドとの間が
流体連通するよう構成した、請求項１７に記載の流体システム。
【請求項１９】
一部の前記複数の試薬シッパーの長さは、それ以外の前記複数の試薬シッパーの長さよ
りも短い、請求項１７に記載の流体システム。
【請求項２０】
前記一部の試薬シッパーの長さは、前記それ以外の試薬シッパーの長さよりも少なくと
も１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．３ｍｍ、１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．７ｍｍ
、１．８ｍｍ、１．９ｍｍ、または２．０ｍｍ短い、請求項１９に記載の流体システム。
【請求項２１】
前記試薬シッパーのうちの少なくとも１つは、その先端が試薬カートリッジの試薬ウェ
ルの底部に突き当たったとき、屈曲するよう構成した柔軟な先端部を備える、請求項１に
記載の流体システム。
【請求項２２】
前記システムは、検出装置による、フローセルにおける核酸のフィーチャー検出用の構
成において、該検出装置と動作的に関連する、請求項１に記載の流体システム。
【請求項２３】
前記検出装置は複数のミクロ蛍光計を備え、前記各ミクロ蛍光計は、ｘおよびｙ次元の
画像平面において広視野画像を検出するように構成した対物レンズを備える、請求項２２
に記載の流体システム。
【請求項２４】
前記マニホールドは、１０個から２０個のポートを備え、該各ポートは、試薬シッパー
とチャネルとを、前記少なくとも１つのバルブを用いて、流体連通するよう接続する、請
求項１に記載の流体システム。
【請求項２５】
前記マニホールドから試薬シッパーと平行な軸方向に沿って下方に伸びる、１つ以上の
位置合わせピンをさらに備え、該位置合わせピンは、前記試薬シッパーより長く、試薬カ
ートリッジ上の対応する接触面スロットと係合するよう構成される、請求項１に記載の流
体システム。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのバルブは、複数の注入ポートと１つ以上の排出ポートを有し、前
記各注入ポートは試薬シッパーと流体連通し、前記各排出ポートはフローセルの注入口ま
たは廃棄物容器と流体連通する、請求項１に記載の流体システム。
【請求項２７】
前記システムは、フローセルの第１のチャネルおよび第２のチャネルに、別々の試薬を
独立して送達するよう構成した第１のバルブと第２のバルブを備える、請求項１に記載の
流体システム。
【請求項２８】
前記第１のチャネルへの試薬流動と前記第２のチャネルへの試薬流動は逆方向で起こる
、請求項２７に記載の流体システム。
【請求項２９】
気泡を検出するためのセンサをさらに備え、該センサは前記試薬リザーバと前記フロー
セルとの間の流体通路沿いに位置する、請求項１に記載の流体システム。
【請求項３０】
前記センサは、前記バルブのうちの１つと前記フローセルとの間の流体ライン沿いに位
置する、請求項２９に記載の流体システム。
【請求項３１】
前記センサは、試薬リザーバと前記バルブのうちの１つとの間の流体ライン沿いに位置
する、請求項２９に記載の流体システム。
【請求項３２】
請求項１〜３１のいずれか一項に記載の流体システムと、流体連通状態において連動す
るよう構成した試薬カートリッジ。
【請求項３３】
試薬カートリッジにおいて、
流体システムの複数の試薬シッパーとｚ軸方向に沿って一斉に係合するように構成され
た複数の試薬リザーバであって、液体試薬が前記試薬リザーバから前記シッパーへ吸い上
げられ、前記複数の試薬リザーバはｘおよびｙ軸方向において、上列、中列、下列に並べ
られ、前記カートリッジの上列および下列沿いの試薬リザーバの深さは、ｚ軸方向におい
て、１つ以上の中列にある試薬リザーバよりも深い、前記複数の試薬リザーバと、
前記流体システムの対応する位置合わせピンと係合するよう構成した、少なくとも２つ
の接触面スロットと、を備えた試薬カートリッジ。
【請求項３４】
前記カートリッジは、前記複数の試薬リザーバに対応する配置をとる複数の洗浄リザー
バをさらに備え、前記試薬シッパーが前記試薬リザーバと係合しておらず洗浄バッファが
前記洗浄リザーバから前記シッパーへ吸い上げられるとき、前記洗浄リザーバは前記試薬
シッパーと一斉に係合するよう構成した、請求項３２または３３に記載の試薬カートリッ
ジ。
【請求項３５】
前記流体システムの対応する位置合わせピンと係合するよう構成した少なくとも２つの
追加の接触面スロットをさらに備え、前記流体システムの試薬シッパーが前記洗浄リザー
バと合致するよう配置した、請求項３４に記載の試薬カートリッジ。
【請求項３６】
前記試薬リザーバのうち少なくとも１つを覆うフォイル層を備えた、請求項３２〜３４
のいずれか一項に記載の試薬カートリッジ。
【請求項３７】
拡散接合された多層試薬マニホールドであって、該マニホールドは少なくとも１０個、
１５個、または２０個のポートを備え、該各ポートはシッパーを介して別の試薬リザーバ
から試薬を吸い上げ、前記マニホールド内の流体チャネルを介してフローセルの１つ以上
のチャネルと流体連通するよう構成された、試薬マニホールド。
【請求項３８】
第１のバルブと第２のバルブを備え、該第１のバルブと連結するチャネルは第１の層に
あり、該第２のバルブと連結するチャネルは第２の層にある、請求項３７に記載の試薬マ
ニホールド。
【請求項３９】
前記マニホールドの前記１つ以上のチャネルはキャッシュリザーバを備える、請求項３
７に記載の試薬マニホールド。
【請求項４０】
前記１つ以上のキャッシュリザーバの容積は、該キャッシュリザーバと流体連通してい
るフローセルチャネルの容積の、少なくとも３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、
８０％、９０％、または少なくとも１００％である、請求項３９に記載の試薬マニホール
ド。
【請求項４１】
前記キャッシュリザーバは、１つ以上のフローセルチャネルを流れる液体試薬のある量
が前記キャッシュリザーバへ流動することを可能にするのに十分な容積を有し、前記フロ
ーセルからの前記液体試薬は、前記フローセルと接触した後は、前記試薬リザーバへ戻ら
ない、請求項３９に記載の試薬マニホールド。
【請求項４２】
前記ある量の液体試薬は、１つ以上のフローセルチャネルを流れる前記液体試薬の３０
％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、または１００％である、請求項
３９に記載の試薬マニホールド。
【請求項４３】
１つ以上の前記キャッシュリザーバは、ポンプと流体連通しており、該ポンプは、前記
キャッシュリザーバからフローセルへ液体試薬を移動させ、かつ該フローセルから該キャ
ッシュリザーバへ前記液体試薬を戻すよう構成され、前記フローセルへの試薬の進入およ
び前記フローセルからの試薬の退出は、前記フローセルの同じポートを通して行われる、
請求項３９に記載の試薬マニホールド。
【請求項４４】
少なくとも１つのバルブが、差動的に、前記フローセルから前記キャッシュリザーバへ
、または廃棄物リザーバへ液体試薬を戻すよう構成した請求項３９に記載の試薬マニホー
ルド。
【請求項４５】
前記キャッシュリザーバは、該キャッシュリザーバ内における流体の混合を低減し、前
記フローセルの最近位から前記フローセルの最遠位までの前記リザーバの長さに沿って液
体試薬の勾配を維持するよう構成した、請求項３９に記載の試薬マニホールド。
【請求項４６】
前記キャッシュリザーバは、該キャッシュリザーバ内における流体の混合を促進するよ
う構成した複数の混合要素を備える、請求項３９に記載の試薬マニホールド。
【請求項４７】
前記混合要素はバッフル要素である、請求項４６に記載の試薬マニホールド。
【請求項４８】
前記キャッシュリザーバは蛇行したチャネルである、請求項３９に記載の試薬マニホー
ルド。
【請求項４９】
前記キャッシュリザーバは、非円柱形状のチャネルである、請求項３９に記載の試薬マ
ニホールド。
【請求項５０】
前記マニホールドは、第１の試薬リザーバから第１のバルブへ第１のチャネルを介して
試薬を送達し、かつ前記第１の試薬リザーバから第２のバルブへ第２のチャネルを介して
該試薬を送達するよう構成される、請求項３７に記載の試薬マニホールド。
【請求項５１】
前記複数のポートから下方へ伸びる複数の試薬シッパーを備え、該各試薬シッパーは、
試薬カートリッジの試薬リザーバへ挿入され、前記試薬リザーバから前記シッパーへ液体
試薬が吸い上げられる、請求項３７に記載の試薬マニホールド。
【請求項５２】
前記複数の試薬シッパーは、各々、近位端と遠位端とを有するチューブ状の本体を備え
、前記遠位端の先端を鋭く先細りさせ、試薬カートリッジの試薬リザーバを覆うフォイル
層に穴を開けられるよう構成した、請求項３７に記載の試薬マニホールド。
【請求項５３】
前記複数の試薬シッパーは、前記チューブ状の本体を前記遠位端から前記近位端へ通る
単一の内腔を備え、前記内腔は、前記試薬カートリッジと前記試薬マニホールドとの間が
流体連通するよう構成した、請求項５２に記載の試薬マニホールド。
【請求項５４】
一部の前記複数の試薬シッパーの長さは、それ以外の前記複数の試薬シッパーの長さよ
りも短い、請求項５２に記載の試薬マニホールド。
【請求項５５】
前記一部の試薬シッパーの長さは、前記それ以外の試薬シッパーの長さよりも少なくと
も１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．３ｍｍ、１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．７ｍｍ
、１．８ｍｍ、１．９ｍｍ、または２．０ｍｍ短い、請求項５４に記載の試薬マニホール
ド。
【請求項５６】
前記試薬シッパーのうちの少なくとも１つは、その先端が試薬カートリッジの試薬ウェ
ルの底部に突き当たったとき、屈曲するよう構成した柔軟な先端部を備える、請求項３７
に記載の試薬マニホールド。
【請求項５７】
ａ）液体試薬を試薬リザーバからキャッシュリザーバへ吸い上げるステップであって、
該キャッシュリザーバは、前記試薬リザーバおよびフローセルの少なくとも１つのチャネ
ルと流体連通している、吸い上げるステップと、
ｂ）前記試薬を前記キャッシュリザーバから前記フローセルの少なくとも１つのチャネ
ル上へ輸送するステップと、
ｃ）前記フローセルのチャネル上の前記試薬の少なくとも３０％、４０％、５０％、６
０％、７０％、８０％、９０％、または１００％を前記キャッシュリザーバへ輸送するス
テップであって、前記フローセルからの前記液体試薬は、前記フローセルと接触後、前記
試薬リザーバへ戻らない、輸送するステップと、
ｄ）ステップｂ）とステップｃ）とを繰り返して前記フローセル上の前記液体試薬の再
利用を達成するステップと、を含む試薬を再利用する方法。
【請求項５８】
１つ以上の前記キャッシュリザーバは、ポンプと流体連通しており、該ポンプは、前記
キャッシュリザーバからフローセルへ液体試薬を移動させ、かつ該フローセルから該キャ
ッシュリザーバへ液体試薬を戻すよう構成され、前記フローセルへの試薬の進入および前
記フローセルからの試薬の退出は、前記フローセルの同じポートを通して行われる、請求
項５７に記載の方法。
【請求項５９】
ステップ（ｃ）において前記キャッシュリザーバへ輸送されなかった、前記フローセル
からの試薬は、廃棄物リザーバへ輸送される、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
ステップｂ）およびステップｃ）のうちの一方または両方の輸送するステップは、前記
キャッシュリザーバと前記フローセルとを流体接続するバルブを介して行われる、請求項
５７に記載の方法。
【請求項６１】
ステップｂ）およびステップｃ）のうちの一方または両方の輸送するステップは、単一
方向への流体の流動により行われる、請求項５７に記載の方法。
【請求項６２】
ステップｂ）およびステップｃ）のうちの一方または両方の輸送するステップは、相互
流動により行われる、請求項５７に記載の方法。
【請求項６３】
前記液体試薬は、塩基配列決定を行うための試薬を含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６４】
前記試薬は、ポリメラーゼを含む、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記試薬は、ヌクレオチドまたは種々のヌクレオチドの混合物を含む、請求項６３に記
載の方法。
【請求項６６】
一種または複数種の試薬を前記フローセル上に流した後でステップｄ）を行う、請求項
５７に記載の方法。
【請求項６７】
ステップｃ）において前記キャッシュリザーバに戻った試薬は、該キャッシュリザーバ
内の類似の試薬と混ざり、それにより、ステップｂ）とステップｃ）とを複数回繰り返す
ことから類似の試薬を含む混合試薬が形成される、請求項５７に記載の方法。
【請求項６８】
前記キャッシュリザーバに戻った試薬と新しい試薬との混合は、前記キャッシュリザー
バ内では最小限に抑えられる、請求項５７に記載の方法。
【請求項６９】
請求項１〜３１のいずれか一項に記載の流体システムまたは請求項３７〜５６のいずれ
か一項に記載のマニホールドを用いて行われる、請求項５７に記載の方法。
【請求項７０】
検出装置と、
請求項１〜３１のいずれか一項に記載の流体システムと、を備えた配列決定システム。
【請求項７１】
（ｉ）光透過性表面を具備するフローセル、
（ｉｉ）核酸試料、
（ｉｉｉ）配列決定反応のための複数の試薬、および
（ｉｖ）前記試薬を前記フローセルに送達する流体システム
を備えた流体システムを提供するステップ（ａ）と、
（ｉ）ｘおよびｙ次元の画像平面において広視野画像を検出するように構成した対物レ
ンズをそれぞれ具備する複数のミクロ蛍光計、および
（ｉｉ）試料ステージ
を備える検出装置を提供するステップ（ｂ）と、
塩基配列決定作業における流体操作をカートリッジ内で実行し、該塩基配列決定作業に
おける検出操作を前記検出装置において実行するステップ（ｃ）であって、
（ｉ）前記流体システムによって前記試薬が前記フローセルに送達され、
（ｉｉ）前記複数のミクロ蛍光計によって前記核酸のフィーチャーの広視野画像が検出
され、
（ｉｉｉ）少なくとも一部の試薬が前記フローセルからキャッシュリザーバに取り出さ
れる、ステップ（ｃ）と、を含む塩基配列を決定する方法。
【請求項７２】
前記流体システムは、廃棄物リザーバをさらに備え、前記塩基配列決定作業における流
体操作は、前記少なくとも一部の試薬を前記フローセルから前記廃棄物リザーバに取り出
すことをさらに含む、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記キャッシュリザーバは、ポンプと流体連通しており、該ポンプは、前記キャッシュ
リザーバからフローセルへ液体試薬を移動させ、かつ該フローセルから該キャッシュリザ
ーバへ液体試薬を戻すよう構成され、前記フローセルへの試薬の進入および前記フローセ
ルからの試薬の退出は、前記フローセルの同じポートを通して行われる、請求項７１に記
載の方法。
【請求項７４】
ステップ（ｃ）（ｉｉｉ）において前記キャッシュリザーバへ輸送されなかった、前記
フローセルからの試薬は、廃棄物リザーバへ輸送される、請求項７１に記載の方法。
【請求項７５】
ステップ（ｃ）（ｉ）またはステップ（ｃ）（ｉｉｉ）における試薬送達は、前記キャ
ッシュリザーバと前記フローセルとを流体接続するバルブを介して行われる、請求項７１
に記載の方法。
【請求項７６】
ステップ（ｃ）（ｉ）またはステップ（ｃ）（ｉｉｉ）における試薬送達は、単一方向
への流体の流動により行われる、請求項７１に記載の方法。
【請求項７７】
ステップ（ｃ）（ｉ）またはステップ（ｃ）（ｉｉｉ）における試薬送達は、相互流動
により行われる、請求項７１に記載の方法。
【請求項７８】
前記液体試薬は、塩基配列決定を行うための試薬である、請求項７１に記載の方法。
【請求項７９】
前記試薬は、ポリメラーゼである、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記試薬は、ヌクレオチドまたは種々のヌクレオチドの混合物である、請求項７８に記
載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本願は、同時係属中の２０１３年８月８日に出願された米国仮特許出願第６１／８６３
，７９５号明細書の利益を主張するものであり、その内容は参照により本明細書に援用さ
れる。
【技術分野】
【０００２】
本開示の実施形態は、一般に、例えば塩基配列決定作業における、試料の流体操作およ
び光学検出のための装置および方法に関する。
【０００３】
ゲノムは、嗜好、才能、罹患性、治療薬剤反応性といった、人それぞれに固有の性質の
多くを予測可能にしてくれる設計図を提供する。ヒトゲノムは個々で３０億を超えるヌク
レオチド配列を含む。それらのヌクレオチドにおけるほんのわずかな違いにより、人はそ
れぞれ独特な性質を与えられている。そのような設計図を作り上げている特徴を解明する
にあたり、研究コミュニティにおいては目覚ましい進歩が遂げられつつある。それに伴い
、各設計図における情報がどのように人間の健康と関係しているのかについてのより完全
な理解も深まりつつある。しかしながら、まだその理解は本当に完全といえるにはほど遠
く、情報を研究段階から臨床応用へ展開していける段階には到達していない。臨床におい
ていつの日か期待されているのは、私たち全員がおのおの自分個人のゲノムのコピーを所
有し、どのような選択を行えば健康的な生活を送ることができ、また適した治療を受けら
れるのかを医師と決定できるようになることである。
【０００４】
現在、これを妨げているのは処理量と規模の問題である。どの個人の設計図を解明する
場合であっても、その基本的な要素は、その個人のゲノムにある３０億対のヌクレオチド
について正確な配列を決定することである。これを決定するための技術は既に種々あるが
、それらの技術を使った場合、通常、配列決定に幾日もかかり、また費用も何千ドルもか
かってしまう。さらに、個人のゲノム配列の臨床的関連性は、その個人のゲノム配列（す
なわち遺伝子型）の独特の特徴を、既知の特性（すなわち表現型）と相関関係にある基準
ゲノムと比較することである。規模と処理量の問題は、以下の事実を考慮したときに明ら
かになる。それは、統計的有効性を確保するために、基準ゲノムは通常何千人もを調査し
、その結果判明した遺伝子型と表現型との相関関係に基づいてつくられている、というこ
とである。よって、何十億ものヌクレオチドの配列が、何千人もの個々人のために最終的
には決定され、臨床的に関連するあらゆる遺伝子型と表現型との相関関連が確認される。
きわめて安価かつ迅速に行える塩基配列決定技術の必要性は、疾患、薬剤反応、およびほ
かの臨床的関連のある特性の数によりさらに倍増し、今までになく顕著になってきている
。
【０００５】
必要とされているのは、塩基配列決定作業におけるコストの削減である。コスト削減が
実現すれば、研究科学者たちは大規模な遺伝子相関調査を行うことができ、臨床環境にお
いても塩基配列が入手可能となるため、人生を変えるような決断に迫られている患者それ
ぞれに合わせた治療が可能となる。本明細書に記載の実施形態はこの需要を満たし、同時
にほかの利点ももたらす。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、試薬カートリッジとフローセルの注入口との間で流体連通が達成されるよう
構成した複数のチャネルを備える試薬マニホールドと、マニホールドの複数のポートから
下方へ伸びる複数の試薬シッパーであって、各試薬シッパーは、試薬カートリッジの試薬
リザーバへ挿入され、試薬リザーバからシッパーへ液体試薬が吸い上げられるよう構成し
た、複数の試薬シッパーと、リザーバとフローセルの注入口との間の流体連通を媒介する
よう構成した少なくとも１つのバルブと、を備えた流体システムを提供する。
【０００７】
本開示は、流体システムの複数の試薬シッパーとｚ軸方向に沿って一斉に係合するよう
に構成された複数のリザーバであって、液体試薬が前記試薬リザーバから前記シッパーへ
吸い上げられ、前記複数の試薬リザーバはｘおよびｙ軸方向において、上列、中列、下列
に並べられ、前記カートリッジの上列および下列沿いの試薬リザーバの深さは、ｚ軸方向
において、１つ以上の中列にある試薬リザーバよりも深い、複数の試薬リザーバと、前記
流体システムの対応する位置合わせピンと係合するよう構成した、少なくとも２つの接触
面スロットと、を備える試薬カートリッジをさらに提供する。
【０００８】
また本開示は、拡散接合された多層試薬マニホールドであって、該マニホールドは少な
くとも１０個、１５個、または２０個のポートを備え、各ポートはシッパーを介して別の
試薬リザーバから試薬を吸い上げ、前記マニホールド内の流体チャネルを介してフローセ
ルの１つ以上のチャネルと流体連通している、試薬マニホールドも提供する。
【０００９】
本開示は、ａ）液体試薬を試薬リザーバからキャッシュリザーバへ吸い上げるステップ
であって、該キャッシュリザーバは、試薬リザーバおよびフローセルの少なくとも１つの
チャネルと流体連通している、吸い上げるステップと、ｂ）試薬をキャッシュリザーバか
らフローセルの少なくとも１つのチャネル上へ輸送するステップと、ｃ）フローセルチャ
ネル上の試薬の少なくとも３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、
または１００％をキャッシュリザーバへ輸送するステップであって、フローセルからの液
体試薬は、フローセルと接触後、試薬リザーバへ戻らない、輸送するステップと、ｄ）ス
テップｂ）とステップｃ）とを繰り返してフローセル上の液体試薬の再利用を達成するス
テップとを含む試薬を再利用する方法をさらに提供する。
【００１０】
本開示は、（ｉ）光透過性表面を具備するフローセル、（ｉｉ）核酸試料、（ｉｉｉ）
配列決定反応のための複数の試薬、および（ｉｖ）前記試薬を前記フローセルに送達する
流体システムを備えた流体システムを提供するステップ（ａ）と、（ｉ）ｘおよびｙ次元
の画像平面において広視野画像を検出するように構成した対物レンズをそれぞれ具備する
複数のミクロ蛍光計、および（ｉｉ）試料ステージを備える検出装置を提供するステップ
（ｂ）と、塩基配列決定作業における流体操作をカートリッジ内で実行し、該塩基配列決
定作業における検出操作を前記検出装置において実行するステップ（ｃ）であって、（ｉ
）前記流体システムによって前記試薬が前記フローセルに送達され、（ｉｉ）前記複数の
ミクロ蛍光計によって前記核酸のフィーチャーの広視野画像が検出され、（ｉｉｉ）少な
くとも一部の試薬が前記フローセルからキャッシュリザーバに取り出される、ステップ（
ｃ）とを含む配列決定方法をさらに提供する。
【００１１】
１つ以上の実施形態の詳細を添付図面および以下に記載する。以下の説明と図面、およ
び請求の範囲から、ほかの特徴、目的、および利点も明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】試薬カートリッジと連動している試薬シッパーを有する流体システムを示す図である。
【図１Ｂ】マニホールド内の流体チャネルのレイアウトの例を示す、マニホールドアセンブリの等角図である。
【図２】試薬シッパー、バルブ、および位置合わせピンを有するマニホールドアセンブリの正面斜視図である。長さの異なるシッパーも示す図である。
【図３】マニホールド内の流体チャネルの可能なレイアウトの１つを示すマニホールドアセンブリの上面図である。
【図４】キャッシュラインと非キャッシュ流体チャネルの断面図を含む、マニホールド内のチャネルの断面図である。
【図５】試薬ポートと二つのバルブとを連結する種々の接合部の図である。
【図６】種々の長さのウェルを有する試薬カートリッジの断面図である。
【図７Ａ】一実施形態による、マニホールドアセンブリ内のキャッシュラインの簡易上面図である。
【図７Ｂ】キャッシュラインからフローセルへの試薬の流動、それに続くフローセルからのキャッシュラインへの試薬の部分的補充、という試薬の相互流動を利用する方法における、試薬の再利用の種々の段階を示す図である。
【図８】試薬ウェルと位置合わせピン用接触面スロットとを有する試薬トレイ接触面の上面図である。
【図９】流体システムの流体工学図である。
【図１０】柔軟シッパーと穿孔シッパーとを含む試薬シッパーの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示は、流体システムと、フローセルのようなチャンバーへ試薬を供給する方法とを
提供する。特に有用な用途は、固定化した生物試料を検出することである。例えば、本明
細書に記載の方法およびシステムは、塩基配列決定の用途に用いることができる。光学的
にも非光学的にも検出可能な試料および／または試薬を用いる種々の塩基配列決定技術を
用いることができる。これらの技術は、本開示の方法および装置に特に適合するため、本
発明の特定の実施形態の種々の利点を際立たせる。これら利点のうちのいくつかを例とし
て以下に記載する。用途として塩基配列決定を例示するが、本開示の利点はほかの用途に
も拡大可能である。
【００１４】
本明細書に記載の流体システムは、２０１３年２月１３日に出願された「INTEGRATED O
PTOELECTRONIC READ HEAD AND FLUIDIC CARTRIDGE USEFUL FOR NUCLEIC ACID SEQUENCING
」と題する、米国特許出願第１３／７６６，４１３号に記載される、各検出装置構造およ
び各塩基配列決定方法と共に用いたとき、特に有用である。該出願の内容は参照により本
明細書に完全に援用される。
【００１５】
特定の実施形態においては、検出対象の試料は本明細書に記載の流体システムを用いて
検出チャンバーへ供給してもよい。塩基配列決定用途のより具体的な例をとると、流体シ
ステムはマニホールドアセンブリを備えており、マニホールドアセンブリは、配列決定用
試薬を入れるための１つ以上のリザーバ、試料調製用試薬を入れるための１つ以上のリザ
ーバ、配列決定作業中に発生する廃棄物を入れるための１つ以上のリザーバ、および／ま
たはポンプ、バルブ、およびフローセルを通して流体を移動させることができるほかの部
品と流体連通する。
【００１６】
特定の実施形態においては、流体システムは、１つ以上の試薬が再利用可能となるよう
構成することができる。例えば、流体システムは、試薬をフローセルへ送達した後、該試
薬を該フローセルから取り出し、その後、また該試薬を該フローセルへ再導入するよう構
成することができる。試薬を再利用することにより廃棄物の量を減らすことができ、高価
な試薬または／および高濃度で（または大量に）送達される試薬を用いる工程のコストを
抑えることが可能となる。試薬の再利用は、試薬の消耗はフローセル表面でのみ、または
おもにフローセル表面で起こるため、試薬の大半は使用されておらず再利用も可能である
、という知見を利用したものである。
【００１７】
図１Ａに、試薬シッパー１０３および１０４と、バルブ１０２とを備えた例示的な流体
システム１００を示す。本システムは、本明細書に記載のいくつかの実施形態により実現
される流体システムの利点を活用するものである。流体システム１００は、例えば、試薬
シッパー、バルブ、チャネル、リザーバ等、種々の固定部品を備えるマニホールドアセン
ブリ１０１を含む。試薬カートリッジ４００も存在し、試薬カートリッジ４００は、ｚ軸
方向に沿って試薬シッパー１０３および１０４一式と一斉に係合するよう構成した試薬リ
ザーバ４０１および４０２備え、液体試薬は試薬リザーバからシッパーへ吸い上げられる
。
【００１８】
図１Ｂに、液体試薬を試薬リザーバからフローセルへ供給する際に用いることができる
例示的なマニホールドアセンブリ１０１を示す。マニホールドは、その各ポートからＺ軸
方向において下方に伸びる試薬シッパー１０３および１０４を備える。試薬シッパー１０
３および１０４は、試薬カートリッジ内の１つ以上の試薬リザーバ（図示しない）に挿入
することができる。マニホールドはまた、試薬シッパー１０３をバルブ１０２とバルブ１
０９に流体接続するチャネル１０７を備える。試薬シッパー１０３および１０４と、チャ
ネル１０７と、バルブ１０２とで、試薬リザーバとフローセル（図示しない）との間の流
体連通を媒介する。バルブ１０２および１０９は、別々または共に、シッパー１０３また
は１０４を選択し、１０７のようなチャネルを通して、試薬リザーバとフローセル（図示
しない）との間の流体連通を媒介する。
【００１９】
図１Ａおよび図１Ｂに示す装置は例示的な装置である。本開示の方法および装置のさら
なる例示的実施形態を以下でさらに詳細に記す。それら実施形態は、図１Ａおよび図１Ｂ
に示す例に替えて代替的に使ってもよいし追加的に使ってもよい。
【００２０】
図２に、試薬シッパーとバルブとを備える、別の例示的なマニホールドアセンブリを示
す。マニホールドは、試薬シッパーと平行な軸方向に沿って該マニホールドから下方に突
出する位置合わせピン１０５を備える。位置合わせピン１０５の長さは、ｚ軸方向に沿っ
て試薬シッパーより長いが、代替的実施形態においては、試薬シッパーと同じかまたは短
くてもよい。位置合わせピン１０５は、試薬カートリッジ（図示しない）上にある対応す
る１つ以上の接触面スロットと係合するよう構成する。試薬シッパー１０３および１０４
は、マニホールド本体に収納されているポート１０６を介してマニホールドに連結してい
る。試薬シッパー１０４の長さは、試薬シッパー１０３と比較して長い。これは、試薬シ
ッパー１０３および１０４の深さに対応する種々な深さを有する試薬リザーバから液体を
吸い上げるためである。代替的な実施形態においては、シッパー１０３および１０４の長
さは同じであってもよいし、優勢な長さを取り換えてもよい。
【００２１】
図２にはまた、異なるｘ−ｙ平面上にあるチャネル１０７Ａおよび１０７Ｂを示す。異
なるチャネル１０７Ａおよび１０７Ｂは、もとは単一のチャネルから始まり、のちにＴ接
合１０９において二またに分かれ、異なる平面上に複数のチャネルを生成している。マニ
ホールドは、特定のバルブ１０２へ連結するチャネルを、すべて同じ平面Ａに配置するか
、または平面Ａ上と平面Ｂ上の組み合わせに配置することにより、液体試薬を１つのシッ
パーから、１つ以上のバルブへ誘導する。ほかのどのバルブに連結するチャネルも、この
共通平面または相互平面の特徴を共有しうる。
【００２２】
図３にマニホールドアセンブリ１０１の上面図を示す。図３には、マニホールド内の流
体チャネルの可能なレイアウトの１つを示す。流体チャネル１０７Ａおよび１０７Ｂは、
単一ポート１０６から始まって、ポート１０６をバルブ１０２Ａおよび１０２Ｂに連結す
る。チャネルのうちいくつかはキャッシュリザーバ１０８を備え、それらキャッシュリザ
ーバは、ある量の液体試薬がフローセル（図示せず）からキャッシュリザーバ１０８へ流
動することを可能にするのに十分な容積を有する。フローセルからの液体試薬は、フロー
セルと接触した後は、試薬リザーバ（図示せず）へ戻ることはない。図３にまた、１つ以
上の位置合わせピン１０５の例示的な位置を示す。図３に示すマニホールドアセンブリは
、共有バッファ用の注入ポート１１１も備える。バルブ１０２Ａおよび１０２Ｂは、各々
、各試薬ポート１０６に対応する注入ポートと、フローセルへ流体接続する共用外部ポー
ト１１２および１１０と、廃棄物容器へ流体接続する廃棄物ポート１１３および１０９と
を備える。
【００２３】
上記例示的実施形態において示すように、試薬カートリッジからフローセルへ試薬を送
達するための流体システムは、試薬カートリッジとフローセルの注入口との間で流体連通
が達成されるよう構成した複数のチャネルを備える試薬マニホールドを備えていてもよい
。流体システムにおいてマニホールドを用いた場合、チューブのみを用いた場合と比較し
て、いくつか利点を得られる。例えば、固定されたチャネルを有するマニホールドは、チ
ューブの取り付け場所の誤りや、連結箇所における締め過ぎまたは締め不足といった組立
時の誤りを減少させる。加えて、マニホールドは維持が容易であり、時間をかけて個々の
ラインの試験をしたり交換したりする必要はなく、例えば、ユニット全体を交換可能であ
る。
【００２４】
マニホールドの１つ以上のチャネルは、固体材料を介して流体通路を備えていてもよい
。通路はいかなる直径であってもよく、通路を介して、望ましい水準で流体を輸送するこ
とができる。通路の内径は、例えば、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ
、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３
ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、または１０ｍｍより小さくも
よい。例えば、通路の形状は直線状または湾曲していてもよい。代替的または追加的に、
通路は湾曲部分と直線部分との組み合わせを有していてもよい。通路の断面図は、例えば
、正方形、円形、「Ｄ」形状、または通路を通して望ましい水準で流体を輸送できる限り
においては、他のいかなる形状であってもよい。図４は、マニホールド本体を通る流体通
路の例示であり、ある通路３０２の断面図である。図４に示す例示的チャネル３０２は、
直径０．６５ｍｍの半円と、別途０．６５ｍｍ×０．３２５ｍｍの0長方形とを融合して
形成した、断面「Ｄ」形状を有している。
【００２５】
シッパーとバルブ間のチャネルは、マニホールド本体内部にすべて収納されていてもよ
い。代替的または追加的に、チャネルは、マニホールドの外部に、その一部分を１つ以上
備えていてもよい。例えば、可撓性チューブといったチューブにより、マニホールド上の
、流体通路の一部分を該通路の別の一部分と連結してもよい。代替的または追加的に、フ
ローセルを、可撓性チューブにより、システムにおける固定された流体部品、例えば、ポ
ンプ、バルブ、センサ、およびゲージ等に接続してもよい。例として、フローセルまたは
本システムのチャネルを、可撓性チューブにより、シリンジポンプまたはぜん動ポンプと
いったポンプに連結することができる。
【００２６】
マニホールド本体は、その内部の１つ以上のチャネルを支持する限りにおいては、いか
なる適した固体材料から作製してもよい。よって、マニホールド本体は、ポリカーボネー
ト、ポリ塩化ビニル、DELRIN（登録商標）（ポリオキシメチレン）、HALAR（登録商標）
、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、PEEK（商標）（ポリエーテルエーテ
ルケトン）、ＰＫ（ポリケトン）、PERLAST（登録商標）、ポリエチレン、ＰＰＳ（ポリ
フェニレンサルファイド）、ポリプロピレン、ポリスルホン、ＦＥＰ、ＰＦＡ、高純度Ｐ
ＦＡ、RADEL（登録商標）R、３１６ステンレススチール、TEFZEL（登録商標）ＥＴＦＥ（
エチレンテトラフルオロエチレン）、TPX（登録商標）（ポリメチルペンテン）、チタン
、ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）、ULTEM（登録商標）（ポリエーテルイミド
）、VESPEL（登録商標）といった樹脂、または、本明細書に提示する実施形態におけるマ
ニホールドのチャネルを通して輸送する溶剤および流体と適合する限りにおいては、ほか
のいかなる適した固体材料からなるものであってもよい。マニホールド本体は、単一片の
材料から形成してもよい。代替的または追加的に、マニホールド本体は接合した多層から
形成してもよい。接合方法は、例えば、接着材、ガスケット、拡散接合である。チャネル
は、固体材料中に、いかなる適した方法で形成してもよい。チャネルは、例えば、穿設、
エッチング、またはミリングにより固体材料中に形成してもよい。チャネルは、複数の層
を接合する前に、固体材料中に形成してもよい。代替的または追加的に、チャネルは、複
数の層をともに接合した後に形成してもよい。
【００２７】
図５に、試薬ポート３０１と２つのバルブを接続する種々の接合部３００を示す。図５
に示す各例においては、ポート３０１はチャネル３０２と流体接続しており、チャネル３
０２は、２つのチャネル３０２Ａおよび３０２Ｂに分岐する。それら２つのチャネルは、
それぞれ、異なるバルブへ接続している。１つ目の構成においては、接合部はポート３０
１からの流体の流れを、マニホールドの別々の層上にあるチャネル３０２Ａおよび３０２
Ｂへと分けている。図５における２つ目及び３つ目の構成においては、接合部３００は、
１つの層内で分かれている角に丸みのある正方形３０３、またはマニホールドの１つの層
内で、完全な丸みを帯びている分かれ目３０４を有する。
【００２８】
ここに提示するマニホールドアセンブリは、液体試薬を試薬カートリッジからフローセ
ルへ送達するために構成した。よって、マニホールドは、試薬シッパーと連結するポート
をいくつ有していてもよい。より具体的には、ポートの数は、試薬カートリッジ中の試薬
リザーバの数および構成に対応していてもよい。いくつかの実施形態においては、マニホ
ールドが備えるポートの数は、少なくとも２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、
９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個、１６個、１７個、１８個、１
９個、２０個、または３０個であり、各ポートは、試薬シッパーとチャネルとを、少なく
とも１つのバルブを用いて、流体連通するよう接続する。
【００２９】
本明細書に提示する流体システムはまた、マニホールドのポートからｚ軸方向に沿って
下方へ伸びるシッパーチューブの配列を備えていてもよい。各試薬シッパーは、試薬カー
トリッジの試薬リザーバへ挿入され、試薬リザーバからシッパーへ液体試薬が吸い上げら
れるよう構成される。試薬シッパーは、例えば、近位端と遠位端とを有するチューブ体を
備えていてもよい。遠位端の先端を鋭く先細りさせ、試薬カートリッジの試薬リザーバを
覆うシールとして用いるフィルム層またはフォイル層に穴を開けられるよう構成する。図
１０に種々の例示的シッパー先端を示す。試薬シッパーは、例えば、チューブ体を遠位端
から近位端へ通る単一の内腔を備えていてもよい。該内腔は、シッパーの一端側である試
薬カートリッジとシッパーの他端側である試薬マニホールドとの間の流体連通を可能にす
るよう設けもよい。図２に例示するように、試薬シッパー１０３および１０４は、マニホ
ールド本体に収納されたポート１０６を介してマニホールドに結合する。
【００３０】
いくつかの実施形態においては、図２に例示するように、一部の試薬シッパーの長さは
、それ以外の試薬シッパーの長さよりも短い。例えば、その一部のシッパーの長さは、少
なくとも、１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．３ｍｍ、１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１
．７ｍｍ、１．８ｍｍ、１．９ｍｍ、または２．０ｍｍだけ、それ以外の試薬シッパーよ
り短い。マニホールドと試薬シッパーは、試薬カートリッジをｚ軸方向に沿って双方向的
に移動させる昇降機構を有するデバイスにおいて用いてもよい。そのようなデバイスにお
いて、試薬シッパーは、試薬カートリッジの対応するウェルまたはリザーバに挿入される
。ある実施形態においては、試薬ウェルは保護フォイルで覆われていてもよい。よって、
種々の長さのシッパーを用いることにより、昇降機構が要する力の量を減少させることが
でき、試薬カートリッジが穿孔シッパーと接触する際に、フォイルを穿孔する力を供与で
きる。シッパーの長さの違いは試薬カートリッジの試薬ウェルの深さと有利に対応する。
ゆえに、シッパーとカートリッジが完全に係合する位置にくるとき、各シッパーは、その
対応する試薬ウェルにおいて、望ましい深さに達することができる。
【００３１】
シッパーは、内腔を通る流体輸送を可能にし、本明細書に提示する実施形態におけるマ
ニホールドのチャネルを通して輸送する溶剤および流体と適合する限りにおいては、いか
なる適した材料から形成してもよい。シッパーは単一のチューブから形成してもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態においては、少なくとも１つの試薬シッパーは、その先端が試薬カ
ートリッジの試薬ウェルの底部に突き当たったとき屈曲するよう構成した柔軟な先端部を
備える。柔軟な先端部が屈曲または変形するため、シッパーの内腔は試薬ウェルの底部に
十分に近づくかまたは接触さえ可能になる。よって、試薬ウェル内の退避体積を減少また
はなくすことさえ可能となる。先端部に柔軟性があると、小容量の試料または試薬を吸い
上げる際に特に有利である。または、試薬リザーバ内のほぼすべてまたはすべての液体を
吸い上げることが望ましい場合にも特に有利である。柔軟な先端部を有するシッパーの本
体部はすべて、先端部と同じ可撓性材料により作製してもよい。代替的または追加的に、
シッパー本体部は先端部とは異なる材料により作製してもよい。柔軟な先端部は、試薬リ
ザーバの底部に押し付けられ接触したときに、変形したり撓んだりする材料であれば、い
かなる適した材料により作製してもよい。適した材料としては、ポリウレタンのような熱
可塑性重合体を含む、重合発泡体および／または合成発泡体、ゴム、シリコンおよび／ま
たはエラストマーが挙げられる。
【００３３】
本明細書に提示の流体システムはまた、例えば、リザーバとフローセルの注入口との間
の流体連通を制御するために代替的に動作可能なポンプおよびバルブを備える。図２およ
び図３に示すマニホールドアセンブリにおいて例示するように、マニホールド側チャネル
注入口は、１つ以上のバルブ側の対応する注入ポートと接続するよう構成してもよい。こ
れにより、各試薬チャネルがバルブ側の注入ポートと流体連通する。よって、マニホール
ドの試薬チャネルを介して、１つ以上の各注入ポートが試薬シッパーと流体連通可能とな
る。各１つ以上のバルブは、フローセル上の１つ以上のレーンの注入口に流体接続する共
通外部ポート（１１０、１１２）を備える。代替的または追加的に、各１つ以上のバルブ
は、１つ以上の廃棄物容器に流体接続する廃棄物ポート（１０９、１１３）を備える。
【００３４】
流体システムが第１のバルブと第２のバルブとを少なくとも備える実施形態においては
、各バルブが、各々、フローセルの第１のチャネルと第２のチャネルに別々の試薬を同時
に送達するよう構成してもよい。よって、第１のバルブにより１つの試薬が第１のフロー
セルチャネルに送達され、同時に、第２のバルブにより異なる試薬が第２のフローセルチ
ャネルに送達される。図９の例示的な実施形態に示すように、バルブＡ（ＶＡ）はフロー
セルの注入口Ｖ１と流体接続しており、該フローセルはマニホールドであり、レーン１と
レーン３とへ試薬を送達する。同様に、バルブＢ（ＶＢ）は、フローセルの対向端に位置
する注入口Ｖ２と流体接続しており、該フローセルはレーン２とレーン４とへ試薬を送達
する。注入口Ｖ１およびＶ２は、フローセルにおける対向端に位置しており、試薬の流れ
る方向は、レーン１およびレーン３と、レーン２およびレーン４とでは逆方向である。
【００３５】
本明細書に記載の流体システムは、塩基配列決定作業におけるフローセルチャネルの流
体操作を行う際に有利に用いることができる。より具体的には、本明細書に記載の流体シ
ステムは、検出装置による、フローセルにおける核酸のフィーチャー検出用の構成におい
て、該検出装置と動作的に関連してもよい。いくつかの実施形態においては、検出装置は
複数のミクロ蛍光計を備えていてもよく、各ミクロ蛍光計は、ｘおよびｙ軸次元の画像平
面において広視野画像を検出するよう構成した対物レンズを備える。本明細書に記載の流
体システムは、２０１３年２月１３日に出願された「INTEGRATED OPTOELECTRONIC READ H
EAD ANDFLUIDIC CARTRIDGE USEFUL FOR NUCLEIC ACID SEQUENCING」と題する、米国特許
出願第１３／７６６，４１３号に記載される、各検出装置構造と共に用いたとき、特に有
用である。該出願の内容は参照により本明細書に完全に援用される。
【００３６】
一例として、塩基配列決定の特定の実施形態においては、複数のチャネルを備えるフロ
ーセルは千鳥状に流体操作し光学検出することができる。より具体的には、流体操作は、
フローセルの第１のチャネルサブセットに対して行い、光学検出は第２のチャネルサブセ
ットに対して行ってもよい。例えば、一構成においては、フローセルに、少なくとも４つ
の直線状のチャネルを互いに平行になるよう配置することができる。（例えば、チャネル
１からチャネル４は連続する列として並べてもよい。）流体操作は１つおきのチャネル（
例えばチャネル１とチャネル３）について行い、検出はそのほかのチャネル（例えばチャ
ネル２とチャネル４）について行ってもよい。この特定の構成は、間隔を空けて配置され
た検出器を有する読み込みヘッドを用いて実現することができ、フローセルの１つおきの
チャネルに対物レンズを誘導する。この場合、検出中のチャネルの検出状態は維持しつつ
も、各バルブは、塩基配列決定のサイクルための試薬が交互のチャネルに流れるよう誘導
するよう作動する。この例においては、交互のチャネルの第１セットは、第１の配列サイ
クルの流体ステップを通り、交互のチャネルの第２のセットは、第２の配列サイクルの検
出ステップを通る。第１のサイクルの流体ステップが完了し、第２のサイクルの検出ステ
ップが完了すると、読み込みヘッドは交互のチャネルの第１セットへ（ｘ軸沿いに）移り
、各弁は発動してチャネルの第２セットへ配列試薬を送達する。その後、第１のサイクル
のための検出ステップが（チャネルの第１セットにおいて）完了し、第３のサイクルのた
めの流体ステップを（チャネルの第２のセットにおいて）始めることができる。望ましい
回数のサイクルを行うまで、または塩基配列決定作業が完了するまで、このような方法で
これらステップを幾度か繰り返すことができる。
【００３７】
上記のように千鳥状に流体ステップと検出ステップを行うことにより、配列決定にかか
る全体の作業時間をより短縮できる。上記例では、流体操作に要する時間が検出に要する
時間が大体同じであれば、千鳥状にステップを行うことにより（すべてのチャネルを平行
して流体操作し、その後すべてのチャネルを平行して検出する場合と比較して）配列決定
時間を短縮できる。もちろん、検出ステップのタイミングと流体ステップのタイミングと
が同じでない実施形態においては、千鳥状構成を、１つおきからより適切なパターンに変
更して、チャネルの１つのサブセットについて平行スキャンを行っている間に、チャネル
の別のサブセットは流体ステップ中である、という状態を実現してもよい。
【００３８】
また、流体を逆方向に流動させることにより、個々のミクロ蛍光計の性能を比較する手
段を得ることができる。例えば、複数のミクロ蛍光計をフローセルの各レーンに用いると
、ミクロ蛍光計の性能が低下した場合、検出器が原因なのか、それともレーンの一端から
他端への化学的有効性が減少したせいなのかを判断するのは難しいであろう。流体流動が
逆な場合、レーンにまたがるミクロ蛍光計性能を比較できるため、性能の低下はミクロ蛍
光計に原因があるのかどうかを効果的に判断できる。
【００３９】
図９に例示的流体システムの流体工学図を示す。フローセル２０２０には４本のレーン
があり、それらレーンは各々、２本の個々の流体ラインＦＶおよびＲＶのうちの１本と流
体接続している。流体ラインＦＶおよびＲＶは、注入バルブＶＡおよびＶＢにより個々に
動作する。注入バルブＶＡおよび注入バルブＶＢは、試薬マニホールド２０３０内の種々
のポートと流体接続している試薬カートリッジまたはトレイ２０３５の試料リザーバ、Ｓ
ＢＳ試薬リザーバ、および増幅試薬リザーバからの流体の流動を制御する。
【００４０】
図９のシステムを流れる流体の流動は、２つの別々のシリンジポンプ２０４１および２
０４２により動作する。シリンジポンプは、流体を流体システムを通して吸い上げるよう
設けられており、各シリンジポンプは個別にバルブ２０５１および２０５２により発動さ
せてもよい。よってフローセルの各チャネルを流れる流体は個別に専用の圧力源により制
御することができる。バルブ２０５１および２０５２は、廃棄物リザーバ２０６０へ向か
う流体の流動も制御する。
【００４１】
図９においては、下流シリンジポンプの動作により流体が吸い上げられる流体システム
を例示する。有用な流体システムであれば、シリンジポンプの代わりにほかの種類のデバ
イスを用いて流体を動作させられることは理解されたい。そのようなデバイスの例として
は、例えば、正圧または負圧、ぜん動ポンプ、膜ポンプ、ギアポンプ、またはアルキメデ
スポンプ等が挙げられる。さらに、これらおよびほかのデバイスは、フローセルに対して
下流域から流体を吸い上げるか、または上流域から流体を送ることができる。
【００４２】
図９に、フローセルの４つのチャネルのための２つのシリンジポンプの利用を例示する
。よって、流体システムは、用いるチャネルの数よりも少ない数のポンプを備える。本開
示の流体カートリッジにおいて有用な流体システムであれば、ポンプをいくつ備えていて
もよいことは理解されたい。例えば、そのポンプ（またはほかの圧力源）の数は、用いる
チャネルの数と同じか、またはそれよりも少なくてもよい。例えば、いくつかのチャネル
を共用ポンプと流体接続可能であり、バルブはそれぞれのチャネル内に流体の流れを発動
させることができる。
【００４３】
図９に例示する流体システムは、バルブＶＡとフローセル注入口Ｖ１との間の流体経路
ＲＶ沿いに位置する、気泡検出センサＢＵＢ‐４も備える。追加で、気泡センサＢＵＢ‐
３も、バルブＶＢとフローセル注入口Ｖ２との間の流体経路ＦＶ沿いに備える。本開示の
流体システムにおいて有用な流体ラインであれば、気泡センサ、圧力計等をいくつ備えて
いてもよい。センサおよび／または圧力計は、流体システムにおけるいかなる流体経路部
分沿いに配置してもよい。例えば、センサまたは圧力計は、バルブのうちの１つとフロー
セルとの間の流体ライン沿いに配置してもよい。代替的または追加的に、センサまたは圧
力計は、試薬リザーバとバルブのうちの１つとの間の流体ライン沿いに配置してもよいし
、バルブとポンプとの間の流体ライン沿いに配置してもよいし、または、ポンプと注入口
または廃棄物リザーバのようなリザーバとの間の流体ライン沿いに配置してもよい。
【００４４】
図６に例示的な試薬カートリッジの断面図を示す。図６に示す試薬カートリッジ４００
は、各ウェル４０２と比較して、ｚ軸方向に沿うさまざまな深さの各ウェル４０１を備え
る。より具体的には、図６に例示した試薬カートリッジは、対応する試薬シッパー（図示
しない）の長さを収容できるよう設計されたウェルを有し、各シッパーは、各シッパーと
カートリッジが完全に係合する位置にくるとき、その対応する試薬ウェル内で望ましい深
さに達する。図６に例示する試薬カートリッジにおいては、各ウェルは、ｙ軸方向に沿っ
て行または列をなして並んでいる。そこでは、行または列にはないウェル４０１は、行や
列にあるウェル４０２と比較して、ｚ軸方向に下に向かって伸びている。いくつか、また
はすべてのウェルの深さは異なるものであってもよい。代替的または追加的に、いくつか
、またはすべてのウェルの深さが同じであってもよい。各シッパーとカートリッジが完全
に係合する位置にくるとき、どのシッパー端の侵入深さ（すなわち、ウェルの底面からシ
ッパー端のさきまでの距離）も、試薬カートリッジのほかのどの所定のウェルの、ほかの
どのシッパー端の侵入深さと同じとすることができる。どのシッパー端の侵入深さも、試
薬カートリッジのほかのどの所定のウェルの侵入深さと同じでなければいけないという必
要性はない。少なくともいくつかの試薬ウェルの深さが異なる場合、そのウェルの深さは
、ほかの試薬シッパーよりも、例えば、少なくとも０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ
、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２
ｍｍ、１．３ｍｍ、１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．７ｍｍ、１．８ｍｍ、１
．９ｍｍ、または２．０ｍｍ短くてもよい。同様に、各シッパーとカートリッジが完全に
係合する位置にくるとき、どのシッパー端の侵入深さでも、試薬カートリッジのほかのど
のシッパー端の侵入深さと、少なくとも０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍ
ｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．
３ｍｍ、１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．７ｍｍ、１．８ｍｍ、１．９ｍｍ、
または２．０ｍｍ異なっていてもよい。
【００４５】
試薬ウェルと位置合わせピン用接触面スロットとを有する例示的な試薬トレイの接触面
の上面図を図８に示す。図８の例示的な試薬カートリッジ４００に示すように、カートリ
ッジは複数の試薬リザーバ４０１Ａ、４０１Ｂ、４０２Ａ、および４０２Ｂを備える。図
８における試薬リザーバは、列をなしてｘ軸方向およびｙ軸方向に並んでいる。また図８
に示すように、カートリッジは、マニホールドアセンブリ（図示しない）の対応する位置
合わせピンと係合する接触面スロット４０３および４０４を備える。カートリッジはまた
、試薬ウェルまたはリザーバをいくつ覆っていてもよい保護フォイルを備え、それらフォ
イルは、試薬カートリッジが穿孔シッパーと接触する際に、穿孔されうる。
【００４６】
本明細書に提示する試薬カートリッジは、試薬リザーバまたはウェルをいくつ備えてい
てもよい。試薬リザーバまたはウェルは、ｘ軸方向およびｙ軸方向にそっていかなる形態
で並べてもよいが、カートリッジ内での試薬の輸送および保存が容易になるように並べる
。代替的または追加的に、試薬リザーバまたはウェルは、ｘ軸方向およびｙ軸方向にそっ
ていかなる形態で並べてもよいが、マニホールドのポートからｚ軸方向に沿って下向きに
伸びるシッパーチューブの配列との連動に適するように並べる。より具体的には、試薬リ
ザーバまたはウェルは、マトリクス状に並ぶ試薬シッパーと一斉に係合するのに適した並
びであればいかなる形態でもよいが、液体試薬が試薬リザーバからシッパーへ吸い上げら
れることが可能であるよう並べる。
【００４７】
すべての試薬ウェルが、マニホールドアセンブリのすべてのシッパーチューブと一斉に
連動しなければいけない訳ではない。例えば、試薬カートリッジは、ほかのリザーバまた
はウェルがシッパーチューブの配列により係合しているときでも、非連動状態のままであ
る１つ以上の試薬リザーバまたはウェルのサブセットを備えることができる。一例として
、本明細書に提示するカートリッジは、複数の試薬リザーバに対応する配置をとる複数の
洗浄リザーバを備えていてもよい。そのような配置により、試薬シッパーが試薬リザーバ
と係合しておらず洗浄バッファが洗浄リザーバからシッパーへ吸い上げられるとき、洗浄
リザーバは試薬シッパーと一斉に係合する。図８に、試薬ウェル４０１Ａの列を示す例示
的実施形態を提示する。カートリッジは、また、対応するウェル４０１Ｂの列も備える。
ウェル４０１Ｂは、ｘ軸方向において互いに同じ配置方向を保持するが、ｙ軸方向におい
てはウェル４０１Ａからオフセットである。各オフセットウェル４０１Ｂは、例えば、１
つのカートリッジを使用した後、別のカートリッジを使用する前とにシッパーチューブお
よび流体ラインをすすぎ洗いするために設けた洗浄バッファを備えていてもよい。
【００４８】
代替的または追加的に、空のリザーバ、またはバッファ、試料、またはほかの試薬を有
するリザーバがカートリッジ上にあってもよい。追加のリザーバはシッパーチューブと連
動するする必要性はないが、連動することはできる。例えば、リザーバは、カートリッジ
を使用する間に、廃棄物、あふれ出た試薬、またはバッファで満たされてもよい。そのよ
うなリザーバには、例えば、シッパーチューブと連動しないポートを介してアクセス可能
となりうる。
【００４９】
カートリッジのリザーバを対応するシッパーチューブと容易に正確に位置合わせできる
ように、位置合わせスロットをカートリッジに配置してもよい。例えば、シッパーチュー
ブの列をある１セットのリザーバから取り除き、別の試薬リザーバまたは洗浄リザーバの
セットへ移動するという特定の実施形態においては、位置合わせスロットをカートリッジ
に配置して、試薬シッパーの列を１つまたは両方のリザーバセットと正確に位置合わせす
ることができる。図８に示すように、例示的なカートリッジは、ｘ軸方向に同じ配置方向
を保持する各位置合わせスロット４０４を備えるが、それらスロットは、対応する位置合
わせスロット４０３に対してｙ軸方向にオフセットである。本明細書に提示する実施形態
のカートリッジは、流体アセンブリの特徴と適合する位置合わせを可能にする位置合わせ
スロットをいくつ備えていていてもよい。例えば、カートリッジは、０個、１個、２個、
３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、またはそれより多くの位置合わせ
スロットを備えることができる。位置合わせスロットは、流体システムの対応する位置合
わせピンと係合し、流体システムの試薬シッパーは、試薬リザーバおよび／または洗浄リ
ザーバと合致するよう配置可能となる。
【００５０】
特定の実施形態においては、流体システムにおいて１つ以上の試薬が再利用可能である
。例えば、流体システムにおいて、試薬をフローセルへ送達し、該フローセルから該試薬
を取り除き、該試薬を該フローセルへ再導入するよう構成する。図７に一構成を例示する
。図７には、マニホールドアセンブリのキャッシュラインの上面図を示す。図７Ａの上部
模式図に示すように、試薬キャッシュは、ほぼ使用済み試薬からほぼ未使用（完全未使用
）試薬までの濃度勾配を維持することに用いることができる。いくつかの実施形態におい
ては、キャッシュリザーバは、キャッシュリザーバ内における流体の混合を低減し、フロ
ーセルの最近位からフローセルの最遠位までのリザーバの長さに沿って液体試薬の勾配を
維持することができる。試薬がキャッシュリザーバからフローセルへ戻し返されると、フ
ローセルをまたいで流れる試薬は、ほぼ使用済み試薬からほぼ未使用（完全未使用）試薬
までの勾配を形成するよう、勾配は維持される。
【００５１】
図７Ａの下部図に例示するように、マニホールドの流体工学により、試薬リザーバは、
バルブ注入口１８０４を介してフローセル（図示しない）の入力ポートと流体連通する。
バルブ１８０４は、フローセル（図示しない）と、ＣＬＭリザーバ、ＳＲＥリザーバ、Ｉ
ＭＦリザーバ、およびＬＡＭ１・ＬＰＭ１リザーバとの間の流体の流動を制御する。チャ
ネル１８０２は、ポート１８０１を介して、ＣＬＭリザーバをバルブ注入口１８０４に流
体接続する。チャネル１８０２の一部分は、フローセル（図示しない）の一本以上のレー
ンの容積と同等の容積の試薬を有する試薬キャッシュ１８０３を含む。試薬キャッシュ１
８０３の容積が、チャネルのほかの部分１８０２と比較して増加しているため、未使用試
薬の蓄えを試薬リザーバに維持しつつも、使用済み試薬を再利用のために保存することで
きる。よって、試薬リザーバ内の未使用試薬の蓄えが使用済み試薬により汚染されること
を回避できる。
【００５２】
図７Ａに示す構成は例示的なものである。 ほかの構成によっても再利用を実現するこ
とが可能である。例えば、１つ以上のキャッシュリザーバの容積は、キャッシュリザーバ
と流体連通しているフローセルチャネルの容積の５％、１０％、１５％、２０％、２５％
、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％
、８０％、８５％、９０％、９５％、１００％、１５０％、２００％、２５０％、３００
％、３５０％、４００％、４５０％、５００％、５５０％、６００％、６５０％、７００
％、７５０％、８００％、８５０％、９００％、９５０％、１０００％、１５００％、２
０００％、２５００％、３０００％、またはそれより大きい。代替的または追加的に、キ
ャッシュリザーバは、１つ以上のフローセルチャネルを流れる液体試薬のある量がキャッ
シュリザーバへ流動することを可能にするのに十分な容積を有し、フローセルからの液体
試薬は、フローセルに接触した後は、試薬リザーバに戻ることはない。例えば、その液体
試薬のある量は、１つ以上のフローセルチャネルを流れる液体試薬の５％、１０％、１５
％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５
％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、１００％、１５０％、２００％
、２５０％、３００％、３５０％、４００％、４５０％、５００％、５５０％、６００％
、６５０％、７００％、７５０％、８００％、８５０％、９００％、９５０％、１０００
％、１５００％、２０００％、２５００％、３０００％、またはそれより多い。
【００５３】
本明細書に提示するキャッシュリザーバは、キャッシュリザーバ内における流体の混合
を低減する。いくつかのそのような実施形態においては、流体の混合が低減することによ
り、フローセルの最近位からフローセルの最遠位までのリザーバの長さに沿って、液体試
薬の勾配を維持することができる。代替的または追加的に、本明細書に提示するキャッシ
ュリザーバは、キャッシュリザーバ内における流体の混合を促進する１つ以上の混合要素
を備えていてもよい。任意の適した能動的または受動的な混合要素を、そのような実施形
態で用いてもよい。例えば、混合要素はバッフル要素であってもよい。バッフル要素は、
流体がキャッシュリザーバを輸送される際に流体の混合を促進するよう構成された、湾曲
構造、またはほかの任意の受動的・能動的構造または流体的特徴を有する。代替的または
追加的に、任意の適したポンプ、回転子、回転翼、注入口等を、キャッシュリザーバ内で
の能動的混合に用いることができる。
【００５４】
本明細書に提示するキャッシュリザーバは、その目的に適しているかぎり、いかなる形
状、容積、長さであってもよい。特定の実施形態においては、キャッシュリザーバは、１
つ以上のフローセルチャネルを流れる液体試薬のある量がキャッシュリザーバへ流動する
ことを可能にするのに十分な容積を有し、フローセルからの液体試薬は、フローセルに接
触した後は、試薬リザーバに戻ることがない限り、あらゆる形状、容積、および／または
長さのキャッシュリザーバを、本明細書に提示する流体システムに用いることができる。
例えば、キャッシュリザーバは蛇行したチャネルであってもよい。別の例としては、キャ
ッシュリザーバは、円柱または非円柱形状であってもよい。さらに、本明細書に提示する
流体システム中において、１つ以上のキャッシュリザーバを備える流体チャネルはいくつ
あってもよい。
【００５５】
本明細書に提示するキャッシュリザーバは、ポンプと流体連通していてもよく、該ポン
プは、キャッシュリザーバからフローセルへ液体試薬を移動させ、かつ該フローセルから
該キャッシュリザーバへ液体試薬を戻すよう構成される。フローセルへの試薬の進入およ
びフローセルからの試薬の退出は、フローセルの同じポートを通して行われる。代替的ま
たは追加的に、フローセルへの試薬の進入およびフローセルからの試薬の退出は、フロー
セルの異なるポートを通して行われることもあるが、その場合でも試薬の再利用は達成で
きる。例えば、本明細書に提示の流体システムは、２０１３年２月１３日に出願された「
INTEGRATED OPTOELECTRONIC READ HEAD AND FLUIDIC CARTRIDGE USEFUL FOR NUCLEIC ACI
D SEQUENCING」と題する、米国特許出願第１３／７６６，４１３号に記載される各装置構
造と関連して記載された、あらゆる再利用リザーバおよび構成を利用することができる。
該出願の内容は参照により本明細書に完全に援用される。
【００５６】
図７Ｂにおける模式図に、本明細書に提示する再利用方法の例示的な実例を示す。該方
法は試薬の相互流動を利用するものであり、試薬はキャッシュラインからフローセルへ流
動し、それに続いて、キャッシュラインはフローセルから部分的補充を受ける。図７Ｂの
最上部図に示す状態においては、キャッシュリザーバ１９０３は１００μＬの試薬１９０
６を含み、スプリッタ１９０４およびバルブ１９１１を介してフローセルのレーン１９０
５と流体連通している。バルブ１９０４は、試薬１９０６がフローセルのレーン１９０５
へ流れるよう発動する。同時に、未使用試薬１９０７が試薬リザーバから吸い上げられ、
キャッシュリザーバ１９０３の左側の空間を満たす。フローセル上の試薬が使用された後
、バルブ１９１１は、使用済み試薬１９０６の一部（７５μＬ）をキャッシュリザーバ１
９０３へ戻す。使用済み試薬１９０６の残りの部分（２５μＬ）はバルブ１９１１により
廃棄物容器へ移送される。サイクル１が終わると、キャッシュリザーバ１９０３は、キャ
ッシュリザーバの長さにわたって、２５μＬの未使用試薬１９０７と７５μＬの使用済み
試薬１９０６とを含む勾配を有する。キャッシュリザーバからフローセルへ、その後また
キャッシュリザーバへという試薬の相互流動のサイクルを繰り返す。各サイクルにおいて
、バルブ１９１１により、使用済み試薬１９０６の一部（２５μＬ）は廃棄物容器へ移送
され、使用済み試薬１９０６の残りの部分はキャッシュリザーバ１９０３へ戻される。そ
のようなサイクルを４回繰り返すと、キャッシュリザーバ１９０３は、２５μＬの未使用
試薬１９１０と、２５μＬの１度使用した試薬１９０９と、２５μＬの２度使用した試薬
１９０８と、２５μＬの３度使用した試薬１９０７とを含む。
【００５７】
図７Ａおよび図７Ｂに示す構成は例示的なものである。ほかの構成によっても、特定の
工程で用いる１つ以上の試薬を再利用することは可能である。いくつかの試薬を再利用す
る構成においては、試薬を再利用する流体構成は、特定の工程で用いる試薬サブセットに
のみ用いられることは理解されたい。例えば、試薬の第１のサブセットは、強靭ゆえ再利
用可能だが、第２のサブセットは、１度使用した後、汚染や劣化、またはほかの望まない
影響にさらされ易くなるという場合もある。よって、流体システムは試薬の第１のサブセ
ットを再利用するために構成することができる一方、試薬の第２のセットの流体工学は一
度きりの使用のために構成されることとなる。
【００５８】
ある特定の試薬は何度でも再利用でき、特定の工程に適している。例えば、本明細書に
て例示した、本明細書にて引用した参照文献に記載された、またはそうでなければ、本明
細書に記載の工程で用いる既知の１つ以上の試薬は、少なくとも２回、３回、４回、５回
、１０回、２５回、５０回、またはそれよりも多い回数再利用できる。実際、種々の望ま
しい試薬は、いかなるものでも、少なくとも何度も再利用できる。特定の試薬のどの部分
が、再利用のためにキャッシュリザーバへ戻されてもよい。本明細書にて例示した、本明
細書にて引用した参照文献に記載された、またはそうでなければ、本明細書に記載の工程
で用いる既知の１つ以上の試薬の容積は、１本以上のフローセルのレーン上の、引き続き
の再利用のためにキャッシュリザーバへ戻される試薬の容積の１％、２％、３％、４％、
５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４
０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９
０％、９５％、または１００％であってもよい。代替的または追加的に、１本以上のフロ
ーセルのレーン上の試薬の容積の１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９
％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５
％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、または１００
％を、廃棄物容器へ移送、またはそうでなければフローセル上の引き続きの利用から取り
除いてもよい。
【００５９】
塩基配列決定作業への適用が例示されてはいるが、試薬を再利用するための流体構成お
よび方法は、ほかの作業に適用してもよい。特に、試薬を送達する際、あるサイクルの繰
返しを伴う作業に適用してもよい。適用できる例示的な作業としては、ポリペプチド、多
糖、または合成高分子のような重合体の配列決定作業やそのような重合体の合成作業が挙
げられる。
【００６０】
上記実施形態に示したように、試薬を再利用する方法は、ａ）液体試薬を試薬リザーバ
からキャッシュリザーバへ吸い上げるステップであって、該キャッシュリザーバは、試薬
リザーバおよびフローセルの少なくとも１つのチャネルと流体連通している、吸い上げる
ステップと、ｂ）試薬をキャッシュリザーバからフローセルの少なくとも１つのチャネル
上へ輸送するステップと、ｃ）フローセルチャネル上の試薬の少なくとも３０％、４０％
、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、または１００％をキャッシュリザーバへ輸
送するステップであって、フローセルからの液体試薬は、フローセルと接触後、試薬リザ
ーバへ戻らない、輸送するステップと、ｄ）ステップｂ）とステップｃ）とを繰り返し、
フローセル上の液体試薬の再利用を達成する、ステップとを含みうる。１つ以上のキャッ
シュリザーバは、ポンプと流体連通していてもよく、該ポンプは、キャッシュリザーバか
らフローセルへ液体試薬を移動させ、かつ該フローセルから該キャッシュリザーバへ液体
試薬を戻すよう構成する。フローセルへの試薬の進入およびフローセルからの試薬の退出
は、フローセルの同じポートを通して行われる。代替的または追加的に、フローセルへの
試薬の進入およびフローセルからの試薬の退出は、フローセルの異なるポートを通して行
われることもあるが、その場合でも試薬の再利用は達成できる。いくつかの実施形態にお
いては、ステップｃ）において、キャッシュリザーバへ輸送されなかった、フローセルか
らの試薬を移送してもよい。一例として、キャッシュリザーバへ輸送されなかった、フロ
ーセルからの試薬は、廃棄物リザーバへ輸送してもよい。ステップｂ）およびステップｃ
）のうちの１つまたは両方のステップにおける試薬の輸送は、キャッシュリザーバとフロ
ーセルとを流体接続するバルブを介して行われてもよい。ステップｂ）およびステップｃ
）のうちの１つまたは両方のステップにおける試薬の輸送は、例えば、単一方向への流体
の流動により行われてもよいし、または相互流動により行われてもよい。
【００６１】
本流体システムおよび方法の諸実施形態は、塩基配列決定技法に特に有用である。例え
ば、１塩基合成反応（sequencing-by-synthesis：ＳＢＳ）プロトコールに特に適する。
ＳＢＳでは、核酸テンプレートに沿って伸長する核酸プライマーを観察して該テンプレー
ト内のヌクレオチド配列を決定する。基本となる化学プロセスは、重合（例えばポリメラ
ーゼ酵素による触媒作用等）またはライゲーション（例えばリガーゼ酵素による触媒作用
等）であり得る。ポリメラーゼベースＳＢＳの特定の実施形態では、蛍光標識したヌクレ
オチドをテンプレートに応じてプライマーに付加し（それによりプライマーを伸長させ）
、プライマーに付加したヌクレオチドの順序および型の検出を使用してテンプレートの配
列を決定する。複数の異なるテンプレートを、テンプレート毎の発生事象が識別可能な条
件下においた表面上でＳＢＳ法に供することができる。例えば、テンプレートは、各テン
プレートが空間的に識別可能となるアレイ表面上に存在させることができる。典型的には
、テンプレートはフィーチャーにおいて発生し、各フィーチャーはそれぞれ同じテンプレ
ートの複数のコピー（「クラスター」または「コロニー」とも呼ばれる）を有する。ただ
し、ＳＢＳは、各フィーチャーがシングルテンプレート分子を有し、シングルテンプレー
ト分子が互いに分解可能なアレイ（「単分子アレイ」とも呼ばれる）上で実行してもよい
。
【００６２】
フローセルは、核酸アレイの収容に利用可能な基板である。配列決定技法では典型的に
試薬の送達が複数サイクルにわたって繰り返し実行されるため、フローセルは配列決定技
法に好都合である。例えば、第１のＳＢＳサイクルを開始するにあたり、一種または複数
の標識ヌクレオチドやＤＮＡポリメラーゼなどを核酸テンプレートのアレイが収容された
フローセル内に流し込むこと、またはそのようなフローセルを通過させることができる。
プライマー伸長により標識ヌクレオチドが取り込まれるフィーチャーの検出は、例えば本
明細書に記載の方法または装置を使用して行うことができる。任意選択で、ヌクレオチド
がプライマーに付加された後にプライマー伸長の進行を停止させる可逆的停止特性をヌク
レオチドに備えさせることもできる。例えば、可逆的ターミネーター部分を有するヌクレ
オチドアナログをプライマーに付加することにより、当該部分にブロック解除剤が送達さ
れるまで伸長が進行しないようにしてもよい。したがって、可逆的停止を使用する実施形
態では、（検出の実行前または実行後に）ブロック解除試薬をフローセルに送達するよう
にしてもよい。送達ステップ間に洗浄を実行してもよい。その後、このサイクルをｎ回繰
り返してプライマーをヌクレオチドｎ個分伸長させ、それにより長さｎの配列を検出する
ことができる。例示的な配列決定技法は、例えばBentley et al., Nature 456:53-59 (20
08)、国際公開第０４／０１８４９７号、米国特許第７，０５７，０２６号、国際公開第
９１／０６６７８号、国際公開第０７／１２３７４４号、米国特許第７，３２９，４９２
号、米国特許第７，２１１，４１４号、米国特許第７，３１５，０１９号、米国特許第７
，４０５，２８１号、および米国特許出願公開第２００８／０１０８０８２号に記載され
ている。該文献および出願の内容は参照により本明細書に援用される。
【００６３】
ＳＢＳサイクルのヌクレオチド送達ステップでは、一度に単一の型のヌクレオチドを送
達することも、複数の異なるヌクレオチド型（例えばＡ、Ｃ、Ｔ、およびＧ）を送達する
こともできる。一度に単一の型のヌクレオチドしか存在しないヌクレオチド送達構成では
、各ヌクレオチドを個別送達特有の時間的分離に基づいて識別することができるので、必
ずしも各ヌクレオチドに固有の標識を付する必要はない。したがって、配列決定方法また
は装置は、単色検出法を使用することができる。例えば、ミクロ蛍光計または読み込みヘ
ッドは、単一の波長または単一の波長範囲で励起を生じさせるものであればよい。したが
って、ミクロ蛍光計または読み込みヘッドは単一の励起源さえあればよく、マルチバンド
励起フィルターは必ずしも必要でない。一度に複数の異なるヌクレオチドがフローセル内
に存在することになるヌクレオチド送達構成では、混合物中の各ヌクレオチド型に付され
る蛍光標識の差に基づいて、様々なヌクレオチド型が取り込まれるフィーチャーを識別す
ることができる。例えば、それぞれ異なる蛍光体を有する４種類のヌクレオチドを使用し
てもよい。一実施形態において、これら４種類の蛍光体は、スペクトル中の４種類の領域
における励起を使用して識別することができる。例えば、ミクロ蛍光計または読み込みヘ
ッドが４種類の励起放射源を含むようにしてもよい。別法として、読み込みヘッドに含ま
れる励起放射源を４種類未満とする一方、単一ソースに由来する励起放射の光学フィルタ
リングを利用とし、フローセルにおいて様々なレンジの励起放射を発生させることができ
るようにしてもよい。
【００６４】
いくつかの実施形態では、試料（例えば核酸フィーチャーのアレイ）中に存在する４種
類のヌクレオチドを４色未満の色を使用して検出することができる。第１の例として、１
対のヌクレオチド型を同一波長で検出することができるが、１対のヌクレオチド型は、当
該対の一方の要素と他方の要素の強度差に基づいて識別すること、または当該対の一方の
要素に対する、当該対の他方の要素について検出されたシグナルと比較して見かけのシグ
ナルを顕在化または消失させる変化（例えば化学的修飾、光化学的修飾、または物理的修
飾による）に基づいて識別することが可能である。第２の例として、４種のヌクレオチド
型のうち３種目までを特定の条件下で検出可能としながら、４種目のヌクレオチド型には
当該条件下で検出可能な標識を付さないようにすることもできる。第２の例におけるＳＢ
Ｓの一実施形態では、３種目までのヌクレオチド型の核酸への取り込みを、それぞれのシ
グナルの存在に基づいて決定し、４種目のヌクレオチド型の核酸への取り込みを、シグナ
ルの欠如に基づいて決定することができる。第３の例として、２種の画像または２種のチ
ャネル内で１種のヌクレオチド型を検出することができ（例えばベースは同じであるが標
識が異なる２つの種（species）の混合物を使用すること、２種の標識を有する単一の種
を使用すること、または両チャネル内で検出される標識を有する単一の種を使用すること
ができ）、他のヌクレオチド型は２種の画像またはチャネルのうちの一方のみで検出され
る。この第３の例において、２種の画像間または２種のチャネル間の比較は、異なるヌク
レオチド型を識別する働きをする。
【００６５】
上段に記載した３種の例示的な構成は、互いに排他的なものではなく様々な組合せで使
用することができる。例示的な一実施形態は、蛍光標識を有する、可逆的にブロックされ
たヌクレオチド（ｒｂＮＴＰ）を使用するＳＢＳ法である。この形式では、４種の異なる
ヌクレオチド型を配列決定対象となる核酸フィーチャーのアレイに送達することができる
。また、可逆的ブロック群の存在により各フィーチャーにつき１つの取り込み事象しか発
生しない。本例においてアレイに送達されるヌクレオチドは、以下のヌクレオチド型を含
むことができる。すなわち、第１のチャネルで検出される第１のヌクレオチド型（例えば
、第１の励起波長で励起したときに第１のチャネルで検出される標識を有するｒｂＡＴＰ
）、第２のチャネルで検出される第２のヌクレオチド型（例えば、第２の励起波長で励起
したときに第２のチャネルで検出される標識を有するｒｂＣＴＰ）、第１のチャネルと第
２のチャネルの両方で検出される第３のヌクレオチド型（例えば、第１および／または第
２の励起波長で励起したときに両チャネルで検出される少なくとも１種の標識を有するｒ
ｂＴＴＰ）、およびどちらのチャネルで検出される標識も有しない第４のヌクレオチド型
（例えば、外因性標識のないｒｂＧＴＰ）である。
【００６６】
これら４種のヌクレオチド型が上例のアレイと接触したときに検出作業を実行して、例
えばアレイの２種の画像をキャプチャすることができる。これらの画像は別々のチャネル
において同時に取得しても順次取得してもよい。第１の励起波長および第１のチャネル内
の蛍光波長を使用して得られる第１の画像は、第１および／または第３のヌクレオチド型
（例えばＡおよび／またはＴ）が取り込まれたフィーチャーを示す。第２の励起波長およ
び第２のチャネル内の蛍光波長を使用して得られる第２の画像は、第２および／または第
３のヌクレオチド型（例えばＣおよび／またはＴ）が取り込まれたフィーチャーを示す。
各フィーチャーに取り込まれるヌクレオチド型の明確な同定は、これら２種の画像を比較
して下記のフィーチャーを特定することによって決定することができる。すなわち、第１
のヌクレオチド型（例えばＡ）が取り込まれた、第１のチャネルでのみ確認されるフィー
チャー、第２のヌクレオチド型（例えばＣ）が取り込まれた、第２のチャネルでのみ確認
されるフィーチャー、第３のヌクレオチド型（例えばＴ）が取り込まれた、両チャネルで
確認されるフィーチャー、および第４のヌクレオチド型（例えばＧ）が取り込まれた、ど
ちらのチャネルでも確認されないフィーチャーである。なお、本例においてＧが取り込ま
れたフィーチャーの位置は、（他の３種のヌクレオチド型のうちの少なくとも１種が取り
込まれる）他のサイクルから決定することができる。４色未満の色の検出を使用して４種
類のヌクレオチドを識別する例示的な装置および方法は、例えば米国仮出願第６１／５３
８，２９４号に記載されている。該出願の内容は参照により本明細書に援用される。
【００６７】
いくつかの実施形態では、核酸を表面に付加し、配列決定前または配列決定中に増幅さ
せることができる。増幅は、例えば表面上に核酸クラスターを形成するブリッジ増幅を使
用して行うこともできる。有用なブリッジ増幅方法は、例えば米国特許第５，６４１，６
５８号、米国特許出願公開第２００２／００５５１００号、米国特許第７，１１５，４０
０号、米国特許出願公開第２００４／００９６８５３号、米国特許出願公開第２００４／
０００２０９０号、米国特許出願公開第２００７／０１２８６２４号、または米国特許出
願公開第２００８／０００９４２０号に記載されている。該特許文献の内容は参照により
本明細書に援用される。表面上の核酸を増幅させる別の有用な方法は、例えばLizardi et
al., Nat. Genet. 19:225-232 (1998)や米国特許出願公開第２００７／００９９２０８号
に記載されているローリングサークル増幅法（ＲＣＡ）である。該文献および出願の内容
は参照により本明細書に援用される。ビーズを利用したエマルジョンＰＣＲも使用可能で
あり、例えばDressman et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:8817-8822 (2003)、国
際公開第０５／０１０１４５号、米国特許出願公開第２００５／０１３０１７３号、また
は米国特許出願公開第２００５／００６４４６０号に記載がある。該文献および出願の内
容は参照により本明細書に援用される。
【００６８】
上述のとおり、配列決定の実施形態は繰り返し処理の一例である。本開示の方法は、繰
り返し処理との相性が良い。以下および本明細書の他の箇所に記載する実施形態を参照さ
れたい。
【００６９】
このように、本明細書に記載の配列決定方法は、（ｉ）光透過性表面を具備するフロー
セル、（ｉｉ）核酸試料、（ｉｉｉ）配列決定反応のための複数の試薬、および（ｉｖ）
前記試薬を前記フローセルに送達する流体システムを備えた流体システムを提供するステ
ップ（ａ）と、（ｉ）ｘおよびｙ次元の画像平面において広視野画像を検出するように構
成した対物レンズをそれぞれ具備する複数のミクロ蛍光計、および（ｉｉ）試料ステージ
を備える検出装置を提供するステップ（ｂ）と、塩基配列決定作業における流体操作をカ
ートリッジ内で実行し、該塩基配列決定作業における検出操作を前記検出装置において実
行するステップ（ｃ）とを含み、（ｉ）前記流体システムによって前記試薬が前記フロー
セルに送達され、（ｉｉ）前記複数のミクロ蛍光計によって前記核酸のフィーチャーの広
視野画像が検出され、（ｉｉｉ）少なくとも一部の試薬が前記フローセルからキャッシュ
リザーバに取り出されることを特徴とする。
【００７０】
本出願全体にわたって、種々の出版物および／または特許出願を参照した。これら出版
物等の開示内容は、参照により本出願に完全に援用される。
【００７１】
本明細書における「備える（comprising）」という用語は、オープンエンド形式を意図し
、記載した要素だけでなく、いかなる追加的要素もさらに含むことを意図する。
【００７２】
いくつかの実施形態を記載したが、種々の変形が行われるうることは理解されたい。よ
って、ほかの実施形態も添付の実用新案登録請求の範囲に含まれる。
【図１Ａ】
2020190571.tif 000003
【図１Ｂ】
2020190571.tif 000004
【図２】
2020190571.tif 000005
【図３】
2020190571.tif 000006
【図４】
2020190571.tif 000007
【図５】
2020190571.tif 000008
【図６】
2020190571.tif 000009
【図７Ａ】
2020190571.tif 000010
【図７Ｂ】
2020190571.tif 000011
【図８】
2020190571.tif 000012
【図９】
2020190571.tif 000013
【図１０】
2020190571.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月15日(2020.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散接合された多層試薬マニホールドであって、該マニホールドは少なくとも１０個のポートを備え、該各ポートはシッパーを介して別の試薬リザーバから試薬を吸い上げ、前記マニホールド内の流体チャネルを介してフローセルの１つ以上のチャネルと流体連通するよう構成された、試薬マニホールド。
【請求項２】
第１のバルブと第２のバルブを備え、該第１のバルブと連結するチャネルは第１の層にあり、該第２のバルブと連結するチャネルは第２の層にある、請求項１に記載の試薬マニホールド。
【請求項３】
前記マニホールドの前記１つ以上のチャネルはキャッシュリザーバを備える、請求項１に記載の試薬マニホールド。
【請求項４】
前記１つ以上のキャッシュリザーバの容積は、該キャッシュリザーバと流体連通しているフローセルチャネルの容積の、少なくとも３０％である、請求項３に記載の試薬マニホールド。
【請求項５】
前記キャッシュリザーバは、１つ以上のフローセルチャネルを流れる液体試薬のある量が前記キャッシュリザーバへ流動することを可能にするのに十分な容積を有し、前記フローセルからの前記液体試薬は、前記フローセルと接触した後は、前記試薬リザーバへ戻らない、請求項３に記載の試薬マニホールド。
【請求項６】
前記ある量の液体試薬は、１つ以上のフローセルチャネルを流れる前記液体試薬の３０％を含む、請求項３に記載の試薬マニホールド。
【請求項７】
１つ以上の前記キャッシュリザーバは、ポンプと流体連通しており、該ポンプは、前記キャッシュリザーバからフローセルへ液体試薬を移動させ、かつ該フローセルから該キャッシュリザーバへ前記液体試薬を戻すよう構成され、前記フローセルへの試薬の進入および前記フローセルからの試薬の退出は、前記フローセルの同じポートを通して行われる、請求項３に記載の試薬マニホールド。
【請求項８】
少なくとも１つのバルブが、差動的に、前記フローセルから前記キャッシュリザーバへ、または廃棄物リザーバへ液体試薬を戻すよう構成した請求項３に記載の試薬マニホールド。
【請求項９】
前記キャッシュリザーバは、該キャッシュリザーバ内における流体の混合を低減し、前記フローセルの最近位から前記フローセルの最遠位までの前記リザーバの長さに沿って液体試薬の勾配を維持するよう構成した、請求項３に記載の試薬マニホールド。
【請求項１０】
前記キャッシュリザーバは、該キャッシュリザーバ内における流体の混合を促進するよう構成した複数の混合要素を備える、請求項３に記載の試薬マニホールド。
【請求項１１】
前記混合要素はバッフル要素である、請求項１０に記載の試薬マニホールド。
【請求項１２】
前記キャッシュリザーバは蛇行したチャネルである、請求項３に記載の試薬マニホールド。
【請求項１３】
前記キャッシュリザーバは、非円柱形状のチャネルである、請求項３に記載の試薬マニホールド。
【請求項１４】
前記マニホールドは、第１の試薬リザーバから第１のバルブへ第１のチャネルを介して試薬を送達し、かつ前記第１の試薬リザーバから第２のバルブへ第２のチャネルを介して該試薬を送達するよう構成される、請求項１に記載の試薬マニホールド。
【請求項１５】
前記複数のポートから下方へ伸びる複数の試薬シッパーを備え、該各試薬シッパーは、試薬カートリッジの試薬リザーバへ挿入され、前記試薬リザーバから前記シッパーへ液体試薬が吸い上げられる、請求項１に記載の試薬マニホールド。
【請求項１６】
前記複数の試薬シッパーは、各々、近位端と遠位端とを有するチューブ状の本体を備え、前記遠位端の先端を鋭く先細りさせ、試薬カートリッジの試薬リザーバを覆うフォイル層に穴を開けられるよう構成した、請求項１に記載の試薬マニホールド。
【請求項１７】
前記複数の試薬シッパーは、前記チューブ状の本体を前記遠位端から前記近位端へ通る単一の内腔を備え、前記内腔は、前記試薬カートリッジと前記試薬マニホールドとの間が流体連通するよう構成した、請求項１６に記載の試薬マニホールド。
【請求項１８】
一部の前記複数の試薬シッパーの長さは、それ以外の前記複数の試薬シッパーの長さよりも短い、請求項１６に記載の試薬マニホールド。
【請求項１９】
前記一部の試薬シッパーの長さは、前記それ以外の試薬シッパーの長さよりも少なくとも１ｍｍ短い、請求項１８に記載の試薬マニホールド。
【請求項２０】
前記試薬シッパーのうちの少なくとも１つは、その先端が試薬カートリッジの試薬ウェルの底部に突き当たったとき、屈曲するよう構成した柔軟な先端部を備える、請求項１に記載の試薬マニホールド。
【請求項２１】
試薬カートリッジにおいて、
流体システムの複数の試薬シッパーとｚ軸方向に沿って一斉に係合するように構成された複数の試薬リザーバであって、液体試薬が前記試薬リザーバから前記シッパーへ吸い上げられ、前記複数の試薬リザーバはｘおよびｙ軸方向において、上列、中列、下列に並べられ、前記カートリッジの上列および下列沿いの試薬リザーバの深さは、ｚ軸方向において、１つ以上の中列にある試薬リザーバよりも深い、前記複数の試薬リザーバと、
前記流体システムの対応する位置合わせピンと係合するよう構成した、少なくとも２つの接触面スロットと、を備えた試薬カートリッジ。
【請求項２２】
前記カートリッジは、前記複数の試薬リザーバに対応する配置をとる複数の洗浄リザーバをさらに備え、前記試薬シッパーが前記試薬リザーバと係合しておらず洗浄バッファが前記洗浄リザーバから前記シッパーへ吸い上げられるとき、前記洗浄リザーバは前記試薬シッパーと一斉に係合するよう構成した、請求項２１に記載の試薬カートリッジ。
【請求項２３】
前記流体システムの対応する位置合わせピンと係合するよう構成した少なくとも２つの追加の接触面スロットをさらに備え、前記流体システムの試薬シッパーが前記洗浄リザーバと合致するよう配置した、請求項２２に記載の試薬カートリッジ。
【請求項２４】
前記試薬リザーバのうち少なくとも１つを覆うフォイル層を備えた、請求項２１に記載の試薬カートリッジ。
【外国語明細書】
2020190571000001.pdf