(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核酸、タンパク質およびポリペプチドの少なくとも１つを含む生体材料を含む細胞を含む細胞試料を溶解するための装置であって、
外側チャンバをその中に形成する、内径Ｄ１を有する円形断面の外側容器であって、前記外側チャンバと前記外側容器の外部との間に流体を連通させる流体流路を提供するための少なくとも２つの外側容器ポートを有する外側容器と；
内側チャンバをその中に形成する内側容器であって、前記外側容器と前記内側容器との間を密閉して前記外側容器と前記内側容器との間に流体を通さないように前記外側容器の前記外側チャンバの中に密接かつ旋回可能に収容されるように採寸された外径Ｄ２を有する円形断面を有し、前記内側チャンバと前記内側容器の外部との間に流体を連通させる流体流路を提供するための２以上の内側容器ポートを有し、前記内側容器ポートは、前記内側容器が前記外側容器に対して第１の向きに回転されたときに、前記内側容器ポートの少なくとも１つが前記外側容器ポートの１つと並び、前記内側容器が前記外側容器に対して第２の向きに回転されたときに、少なくとも１つの前記内側容器ポートが前記外側容器ポートの１つとは異なる前記外側容器ポートのうちの１つと並ぶように配置され、前記内側容器ポートと前記外側容器ポートとが並ぶと、前記内側容器ポートおよび前記外側容器ポートは、前記外側容器の外部と前記内側容器の前記内側チャンバとの間に流体を連通させる流体流路を提供する、内側容器と；
前記内側容器の前記内側チャンバ内に収容された溶解用粒状材料であって、前記溶解用粒状材料は、流体の存在下で前記生体材料に対する結合親和性を有し、前記流体は、前記生体材料の前記溶解用粒状材料への結合を促進するのに十分な塩濃度またはｐＨを有し、前記結合親和性は、前記流体の存在下で前記生体材料の少なくとも一部を前記溶解用粒状材料の少なくとも一部に結合させるのに十分である溶解用粒状材料と；
前記内側容器の前記内側チャンバの中に収容されるように採寸されたインペラと；
前記インペラを駆動可能に前記インペラに連結されたモータであって、使用中において前記内側容器の前記内側チャンバを前記装置の外部から封止するモータと；
を含む、装置。
【請求項２】
前記内側容器の前記内側チャンバは内径Ｄ３を有し、前記モータは外径Ｄ４を有し、
前記内側チャンバに密接して収容された前記モータの少なくとも一部分によって、前記内側容器と前記モータとの間を密閉して前記内側容器と前記モータとの間に流体を通さないようにされる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記内側容器と前記外側容器との間、または、前記モータと前記内側容器との間を密閉して流体を流さないようにするリング、ガスケット、および、ワッシャの少なくとも１つを更に含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記溶解用粒状材料を通さないサイズとされた複数の開口部を有する少なくとも１つのフィルタを更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記溶解用粒状材料は、複数のセラミックビーズ、複数のガラスビーズ、複数のジルコニウムビーズ、複数のシリカビーズ、複数の砂、または、ラテックスで金属芯をコートしてなる複数のビーズのうちの少なくとも一つを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記溶解用粒状材料は、直径または最小の横寸法が１０〜６００ミクロンの範囲である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記流体は、少なくとも５００ミリモル濃度の高塩濃度である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記流体は、少なくとも２００ミリモル濃度の高塩濃度である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記流体のｐＨは３．５〜５である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記ｐＨは４以上である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
装置を使用して、核酸、タンパク質およびポリペプチドの少なくとも１つを含む生体材料を含む細胞を含む細胞試料を溶解する方法であって、
前記装置に前記細胞試料を導入するステップであって、前記装置は、外側チャンバをその中に形成する、内径Ｄ１を有する円形断面の外側容器であって、前記外側チャンバと前記外側容器の外部との間に流体を連通させる流体流路を提供するための少なくとも２つの外側容器ポートを有する外側容器と、溶解用粒状材料を収容する内側チャンバをその中に形成する内側容器であって、前記外側容器と前記内側容器との間を密閉して前記外側容器と前記内側容器との間に流体を通さないように前記外側容器の前記外側チャンバの中に密接かつ旋回可能に収容されるように採寸された外径Ｄ２を有する円形断面を有し、前記内側チャンバと前記内側容器の外部との間に流体を連通させる流体流路を提供するための２以上の内側容器ポートを有し、前記内側容器ポートは、前記内側容器が前記外側容器に対して第１の向きに回転されたときに、前記内側容器ポートの少なくとも１つが前記外側容器ポートの１つと並び、前記内側容器が前記外側容器に対して第２の向きに回転されたときに、少なくとも１つの前記内側容器ポートが前記外側容器ポートの１つとは異なる前記外側容器ポートのうちの１つと並ぶように配置され、前記内側容器ポートと前記外側容器ポートとが並ぶと、前記内側容器ポートおよび前記外側容器ポートは、前記外側容器の外部と前記内側容器の前記内側チャンバとの間に流体を連通させる流体流路を提供する、内側容器と、前記内側容器の前記内側チャンバの中に収容されるように採寸されたインペラと、前記インペラを駆動可能に前記インペラに連結されたモータであって、使用中において前記内側容器の前記内側チャンバを前記装置の外部から閉じるモータとを含む、ステップと；
流体を前記内側容器の前記内側チャンバ内に導入するステップであって、前記溶解用粒状材料が前記流体の存在下で前記生体材料に対する結合親和性を有し、前記流体は、前記生体材料の前記溶解用粒状材料への結合を促進するのに十分な塩濃度またはｐＨを有し、前記結合親和性は、前記流体の存在下で前記生体材料の少なくとも一部を前記溶解用粒状材料の少なくとも一部に結合させるのに十分であるステップと；
前記モータを作動させて前記細胞試料を溶解させるステップと；
前記内側容器を、第１の向きから、前記内側容器ポートの１つと前記外側容器ポートの１つとが並んだ第２の向きに回転させて、前記外側容器の外部と前記内側容器の前記内側チャンバとの間に流体を連通させる流体流路を提供するステップと；
前記内側容器の前記内側チャンバから前記生体材料を取り出すステップと；
を含む、方法。
【請求項１２】
前記細胞試料を前記装置に導入する前に、前記内側容器ポートの１つと前記第２の向きの場合の前記外側容器ポートとは異なる前記外側容器ポートの１つとが並ぶように、前記内側容器を前記第１の向きに回転させるステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
流体を前記内側容器の前記内側チャンバ内に導入する前記ステップは、前記流体を、複数のセラミックビーズ、複数のガラスビーズ、複数のジルコニウムビーズ、複数のシリカビーズ、複数の砂、または、ラテックスで金属芯をコートしてなる複数のビーズのうちの少なくとも一つを含む前記溶解用粒状材料に導入するステップを含む、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
流体を前記内側容器の前記内側チャンバ内に導入する前記ステップは、前記流体を、直径または最小の横寸法が１０〜６００ミクロンの範囲である前記溶解用粒状材料に導入するステップを含む、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
流体を前記内側容器の前記内側チャンバ内に導入する前記ステップは、少なくとも５００ミリモル濃度の高塩濃度である前記流体を導入するステップを含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
流体を前記内側容器の前記内側チャンバ内に導入する前記ステップは、少なくとも２００ミリモル濃度の高塩濃度である前記流体を導入するステップを含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
流体を前記内側容器の前記内側チャンバ内に導入する前記ステップは、ｐＨが３．５〜５である前記流体を導入するステップを含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
流体を前記内側容器の前記内側チャンバ内に導入する前記ステップは、ｐＨが４以上である前記流体を導入するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記内側チャンバの容量を超える量の前記細胞試料を前記内側チャンバ内に流すステップを更に含む、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記細胞試料を、前記内側チャンバを介して、第１の時間および第１の速度で第１の方向に流し、第２の時間および第２の速度で前記第１の方向とは反対の第２の方向に流すステップを更に含む、請求項１１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記細胞試料を前記装置に導入する前に、前記モータを前記内側容器の前記内側チャンバ内に少なくとも部分的に配置して、前記内側チャンバを前記装置の外部から封止するステップを更に含む、請求項１１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２００９年６月２６日出願の米国特許仮出願６１／２２０，９８４および２０１０年３月２５日出願の米国特許仮出願６１／３１７，６０４に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本開示は、粒状材料を用いた、生体試料からのＤＮＡ等の核酸等の生体材料の抽出、捕捉および溶出に関する。本発明はまた、溶解処理(lysing)に関し、特に、溶解用粒状材料を用いて溶解対象材料の生体材料の溶解を行うシステム、装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
生体試料の溶解、たとえば細胞の溶解は、組成解析に与される生体材料を得るために行われる。かかる生体材料の具体例には、タンパク質、脂質、および核酸の単体または複合体が挙げられる。細胞膜を溶解すると、核、ミトコンドリア、リソソーム、葉緑体および／または小胞体等の所定の細胞小器官が単離されうる。それらは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）法、電子顕微鏡法、ウェスタンブロッティング法またはその他の分析技術を用いて分析されうる。
【０００４】
溶解処理には多数の方法がある。たとえば、細胞破壊に先だって適当な酵素を用いて細胞壁を除去する（すなわち、原形質体を調製する）酵素溶解法が使用されうる。別の方法として、界面活性剤を用いて細胞膜を化学的に破壊する方法がある。これらの化学的な溶解法は、放出される生成物の品質を損なう等、最終生成物に悪影響を及ぼしうる。そのため、化学的な溶解法は実用的でない場合がある。
【０００５】
また、超音波を用いて細胞を破壊するためのキャビテーションおよび衝撃を発生させる方法がある。かかる方法では、多くの用途において必要とされるまたは所望される程度の溶解効率が得られないことがある。
【０００６】
さらに、ビーズ（たとえば、ガラスまたはセラミック製）をボルテクス・ミキサー等で攪拌する方法がある。かかる溶解方法では化学的な溶解法による問題は解決されているものの、さらなる改良が望まれている。
【０００７】
様々な分析または検査手順に使用される、細胞またはウイルスの内部から単離される特定の生体材料には、核酸がある。核酸は、たとえば、細菌性またはウイルス性感染症の検査のために単離・使用されうる。かかる目的のために核酸を分析または検査することで、従来の抗体検査で得られる結果に比べ、感度が向上するとともに、感染症の発生から陽性検査の結果の発現までの期間が短縮されうる。核酸の分析または検査は、通常、目的とする核酸（たとえば、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ））の生体試料からの抽出および単離と、それに次ぐ、ＰＣＲ等の増幅反応とを含む。単離した核酸を増幅することで、得られた核酸の検出および同定の感度を向上することができる。
【０００８】
特にＤＮＡ等の核酸を細胞から急速に抽出および単離するために通常用いられる技術では、シリカ製あるいはＤＮＡの多陰イオン性に基づいて非特異的にＤＮＡを捕捉する他の材料からなる膜または磁気ビーズを使用する。このような技術の多くは、細胞を溶解してＤＮＡを単離する際に、カオトロピック塩（たとえば、塩酸グアニジニウム）またはプロテアーゼ等の強い試薬を利用する。上記のようなＤＮＡ単離方法において用いられる強い試薬は、その後の増幅反応とは相容れない。そのため、上記のような試薬は、単離したＤＮＡを溶出させる前およびその後に使用または分析する前に、洗浄工程を多数回行って完全に除去する必要がある。特に強い試薬の利用といった上記のような操作を省略することにより、プロセスの効率および単離生成物の利用性を有利に向上させることができるため、前記を目的とする細胞ＤＮＡの処理を簡素化・最適化することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
効率的に生体材料を得ることができる粒子系システムおよび方法が求められている。上記のような改良されたシステムおよび方法は、サンプル（すなわち、生体材料を得るためのサンプル）の処理時間を削減し、かつ／またはそのスループットを向上しうる。また、そのような方法を用いることで、生体材料の収量を増やすことができるため、所定のサンプルサイズからより多くの生体材料を得ることができる。また、表面上に生体材料を捕捉した粒子を別個に処理することなく、生体材料を溶解、捕捉および溶出するシステムおよび方法が求められている。特に、単に化学組成と試薬のフローを制御することにより、同一システム内で生体材料を溶解、捕捉および溶出することができるシステムおよび方法が求められている。また、強い試薬を用いることなく細胞を溶解するシステムおよび方法が求められている。上記の方法では、粒子系システムにより捕捉した生体材料を処理する際に、洗浄工程が不要になりうる。また、サンプルの加熱をシステムに組み込んで行うことができるシステムおよび方法が求められている。また、細胞成分を特異的に捕捉するシステムおよび方法が求められている。さらに、小型でそのため運搬可能であり、かつ比較的安価で、それでいて移動や厳しい動作環境に十分耐えうる頑強さを有する溶解装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
生体材料の獲得方法は、生体材料を含む試料をチャンバに導入するステップと、溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を前記チャンバ内で攪拌して前記試料を機械的に溶解するステップとを含み、前記溶解用粒状材料は、前記流体の存在下で前記生体材料に対する親和性を有し、前記親和性は、前記生体材料の少なくとも一部を前記溶解用粒状材料の少なくとも一部に結合させるのに十分である、方法であると要約されうる。
【００１１】
前記溶解用粒状材料は、複数のビーズを含み、前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解するステップは、前記チャンバ内で前記複数のビーズとともに前記試料を攪拌するステップを含みうる。
【００１２】
前記溶解用粒状材料は、複数のセラミックビーズ、複数のガラスビーズ、複数のジルコニウムビーズ、複数のシリカビーズ、複数の砂、または、生体材料に親和性を有するようにまたは生体材料に結合するように修飾可能なラテックス等の材料で金属芯をコートしてなる複数のビーズのうちの少なくとも一つを含みうる。
【００１３】
前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解するステップは、前記チャンバ内で前記複数のセラミックビーズ、前記複数のガラスビーズ、前記複数のジルコニウムビーズ、前記複数のシリカビーズ、または前記複数の砂のうちの少なくとも一つとともに前記試料を攪拌するステップを含みうる。
【００１４】
前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解するステップは、前記チャンバ内で直径または最小の横寸法が約１０〜約６００ミクロンの範囲である溶解用粒状材料とともに前記試料攪拌するステップを含みうる。
【００１５】
前記流体は高塩濃度であり、前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解するステップは、前記チャンバ内で前記高塩濃度の前記流体を用いて前記試料を攪拌するステップを含みうる。
【００１６】
高塩濃度の前記流体は、少なくとも約５００ミリモル濃度の塩濃度の流体を含みうる。
【００１７】
前記流体は低ｐＨであり、前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解するステップは、前記チャンバ内で前記低ｐＨの前記流体を用いて前記試料を攪拌するステップを含みうる。
【００１８】
低ｐＨの流体は、ｐＨが約４以上である流体を含みうる。
【００１９】
前記チャンバ内の溶解用粒状材料と流体を含む前記媒体は、化学溶解剤を含まなくてもよい。
【００２０】
前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解するステップは、前記チャンバを搭載したアームを振動させるステップを含みうる。
【００２１】
前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解するステップは、前記チャンバ内に少なくとも部分的に配置された多数のブレードを有するインペラを駆動するステップを含みうる。
【００２２】
前記方法は、前記生体材料を少なくとも前記溶解用粒状材料から溶出させるステップを更に含みうる。
【００２３】
前記生体材料を少なくとも前記溶解用粒状材料から溶出させるステップは、前記溶解用粒状材料が含まれる系の塩濃度を下げるステップまたはｐＨを上昇させるステップの少なくとも一つを含みうる。
【００２４】
前記溶解用粒状材料が含まれる系の塩濃度を下げるステップまたはｐＨを上昇させるステップは、前記チャンバ内で前記流体の塩濃度を下げるステップまたはｐＨを上昇させるステップを含みうる。
【００２５】
前記生体材料を少なくとも前記溶解用粒状材料から溶出させるステップは、洗浄せずに前記材料を溶出させるステップを含みうる。
【００２６】
前記生体材料を少なくとも前記溶解用粒状材料から溶出させるステップは、ＤＮＡ材料、タンパク質またはポリペプチド材料あるいは他の細胞成分材料のうちの少なくとも一つを溶出させるステップを含みうる。
【００２７】
前記方法は、前記生体材料を少なくとも前記溶解用粒状材料から溶出させた後に前記生体材料を加熱するステップを更に含みうる。
【００２８】
前記方法は、前記チャンバを介して、第１の時間および第１の速度で第１の方向に流し、第２の時間および第２の速度で前記第１の方向とは反対の第２の方向に流すステップを更に含みうる。
【００２９】
前記方法は、第１の化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された第１の溶解用粒状材料、および、第２の化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された第２の溶解用粒状材料である、二つの異なる化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された二つの溶解用粒状材料を含みうる溶解用粒状材料を有する媒体を含みうる。
【００３０】
前記第１の化学特性を有する生体材料はＤＮＡであり、前記第２の化学特性を有する生体材料は、タンパク質またはポリペプチドでありうる。
【００３１】
タンパク質またはポリペプチドを結合する方法は、捕捉中に、溶液相標識(solution phase tagged)されたリガンドを用いて前記タンパク質またはポリペプチドを標識して、その後の前記タンパク質またはポリペプチドの検出を容易にするステップを更に含みうる。
【００３２】
前記方法は、固相から、第１の化学特性を有する生体材料と第２の化学特性を有する生体材料とを別個に溶出させるステップを更に含みうる。
【００３３】
上記の別個に溶出される生体材料は、ＤＮＡおよびタンパク質またはポリペプチドでありうる。
【００３４】
前記ＤＮＡは低ｐＨで溶出されうり、前記タンパク質またはポリペプチドは尿素で別個に溶出されうる。
【００３５】
前期方法は、前記溶解用粒状材料に未結合の生体材料をさらなる処理のために分離移動させるステップを更に含みうる。
【００３６】
前記非結合生体材料は、別個のチャンバまたは容器に移動されうる。
【００３７】
前記方法は、前記生体材料に特異的な受容体の光切断可能な接合部を介して生体材料が結合された溶解用粒状材料によって前記生体材料を捕捉するステップと、光切断可能な接合部を切断するのに適した波長の光に暴露することで前記生体材料の複合体および前記受容体を溶出させるステップとを含みうる。
【００３８】
前記生体材料に結合される前記受容体は、たとえば、ＤＮＡに特異的に結合するのに適した配列特異的捕捉プローブまたはタンパク質またはポリペプチドに特異的に結合するのに適した抗体でありうる。
【００３９】
試料を溶解しかつ前記溶解した試料から特定の生体材料を単離するシステムは、単離対象である生体材料を含む試料を収容するチャンバと；溶解用粒状材料および流体を含む媒体であって、前記溶解用粒状材料は、前記流体の存在下で前記生体材料に対する親和性を有し、前記親和性は、前記生体材料の少なくとも一部を前記溶解用粒状材料の少なくとも一部に結合させるのに十分である媒体と；前記チャンバ内で前記流体および溶解用粒状材料を含む前記媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を機械的に溶解すると共に、前記生体材料の少なくとも一部を前記粒状溶解材料の少なくとも一部に結合させるように選択的に動作可能な攪拌器と；を有するシステムと要約されうる。
【００４０】
前記溶解用粒状材料は、複数のビーズを含みうる。
【００４１】
前記溶解用粒状材料は、複数のセラミックビーズ、複数のガラスビーズ、複数のジルコニウムビーズ、複数のシリカビーズ、複数の砂のうちの少なくとも一つを含みうる。
【００４２】
前記溶解用粒状材料は、直径または最小の横寸法が約１０〜約６００ミクロンの範囲でありうる。
【００４３】
前記流体は、高塩濃度でありうる。
【００４４】
前記塩濃度は、少なくとも約２００ミリモル濃度でありうる。
【００４５】
前記流体は、低ｐＨでありうる。
【００４６】
前記ｐＨは、約４以上でありうる。
【００４７】
前記チャンバ内の前記媒体は化学溶解剤を含まなくてもよい。
【００４８】
前記攪拌器は、少なくとも一つのモータおよび前記チャンバを保持するアームを備え、前記アームは振動駆動可能に前記モータに連結されうる。
【００４９】
前記攪拌器は、少なくとも一つのモータと、少なくとも部分的に前記チャンバ内に配置可能なインペラとを備え、前記インペラは振動駆動可能に前記モータに連結されうる。
【００５０】
前記システムにより単離される前記生体材料は、ＤＮＡ材料、タンパク質またはポリペプチド材料、または他の細胞成分材料のうちの少なくとも一つを有しうる。
【００５１】
前記システムは、前記チャンバの容量を超える量の前記試料を前記チャンバ内に流すように動作可能なポンプを更に有しうる。
【００５２】
前記システムは、前記チャンバを介して、第１の時間および第１の速度で第１の方向に流し、第２の時間および第２の速度で前記第１の方向とは反対の第２の方向に流すように動作可能なポンプを更に有しうる。
【００５３】
前記システムは、前記生体材料を加熱するように選択的に動作可能である、ポンプと熱接触するヒータを更に有しうる。
【００５４】
前記システムは、第１の化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された第１の溶解用粒状材料、および、第２の化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された第２の溶解用粒状材料である、二つの異なる化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された溶解用粒状材料を含みうる。
【００５５】
第１の化学特性を有する生体材料はＤＮＡであり、第２の化学特性を有する生体材料は、タンパク質またはポリペプチドでありうる。
【００５６】
前記システムは、前記溶解用粒状材料に未結合の生体材料を別個に収容するチャンバを更に有しうる。
【００５７】
図面において、同一の構成要素または動作には同一の符号を付す。図面において、構成要素の寸法および相対位置は必ずしも正確な縮尺で写していない。たとえば、さまざまな構成要素の形状および角度は正確な縮尺で写しておらず、いくつかの構成要素は、見易さを考慮して恣意的に拡大して配置している。さらに、写された構成要素の特定の形状は、前記特定の構成要素の実際の形状に関しなんらの情報をももたらす意図はなく、図面の認識しやすさのみを考慮して選択している。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】一例示実施形態に係る材料溶解装置の正面図
【図１Ｂ】図１Ａの装置の正面、右側、上面等角図
【図１Ｃ】図１Ａの装置の正面、左側、下面等角図
【図２Ａ】正面カバーをはずした状態の、一例示実施形態に係る図１Ａの装置の正面図
【図２Ｂ】図２Ａの装置の正面、右側、上面等角図
【図２Ｃ】図２Ａの装置上面、右側、下面等角図
【図３】図１Ａ〜図２Ｃの装置のモータおよび駆動機構の正面、右側等角図
【図４】材料溶解装置、溶解対象材料を供給する上流サブシステム、溶解された材料を分析する下流サブシステム、および制御サブシステムを備えた、一例示実施形態に係るフロースルー処理システムの概略図
【図５】特にフロースルー溶解において有用である、一例示実施形態に係る溶解対象材料、溶解用粒状材料、および溶解された材料を収容するチャンバを有する容器の断面図
【図６】図１Ａ〜図４の溶解装置の操作方法のフローチャート
【図７】一実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解対象材料をくみ上げる方法のフローチャート
【図８】他の例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解対象材料をくみ上げる方法のフローチャート
【図９】さらに他の例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解対象材料をくみ上げる方法のフローチャート
【図１０】さらに他の例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解対象材料をくみ上げる方法のフローチャート
【図１１】一例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解された材料を排出する方法のフローチャート
【図１２】他の例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解された材料を排出する方法のフローチャート
【図１３】さらに他の例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解対象材料をくみ上げる方法
【図１４】さらに他の例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解対象材料をくみ上げる方法のフローチャート
【図１５】一例示実施形態に係る、図４に示すような溶解された材料を分析するフロースルー式溶解システムの操作方法
【図１６】他の例示実施形態に係る溶解装置の分解等角図
【図１７】溶解装置、溶解対象材料を供給する上流サブシステム、溶解された材料を分析する下流サブシステム、および制御サブシステムを備えた、他の例示実施形態に係る溶解システムの概略図
【図１８】一例示実施形態に係る溶解装置およびピペットの正面図
【図１９】一例示実施形態に係る、図１６および図１７に示すような溶解装置の操作方法のフローチャート
【図２０】他の例示実施形態に係る、図１６および図１７に示すような溶解装置操作時においてチャンバから溶解された材料を排出する方法のフローチャート
【図２１】一例示実施形態に係る、図１６および図１７に示すような溶解装置操作時にチャンバにおいて溶解対象材料を収容する方法のフローチャート
【図２２】一例示実施形態に係る、図１６および図１７に示すような溶解装置操作時においてチャンバ内に溶解対象材料をくみ上げる方法のフローチャート
【図２３】他の例示実施形態に係る、図１６および図１７に示すような溶解装置操作時においてチャンバ内に溶解対象材料をくみ上げる方法のフローチャート
【図２４】一例示実施形態に係る、図１６、図１７、図１８に示すような溶解システムのインペラの操作方法のフローチャート
【図２５】一例示実施形態に係る、図１６、図１７または図１８に示すような溶解システムのインペラの操作方法のフローチャート
【図２６】一例示実施形態に係る、図１６、図１７または図１８に示すような溶解システムのマイクロモータの交換方法のフローチャート
【図２７】一例示実施形態に係る、図１８に示すような溶解装置の操作方法のフローチャート
【図２８】一例示実施形態に係る、図１８に示すような溶解装置の操作方法のフローチャート
【図２９】一例示実施形態に係る、図１８に示すような溶解装置のチャンバから溶解された材料を取り出す方法のフローチャート
【図３０】他の例示実施形態に係る、図１８に示すような溶解装置のマイクロモータを再利用する方法のフローチャート
【図３１】図４と同様の装置を用いた、溶解時間に対する溶解効率の依存関係を示すデータの図
【図３２】振動数に対する溶解効率の依存関係を示す図
【図３３】図１６の装置の実施形態に係る、溶解時間に対するスポアの溶解の依存関係を示す図
【図３４Ａ】サンプルおよび溶出モジュール、溶解モジュール、シリンジポンプならびにヒータを備えた、一例示実施形態に係る溶解、捕捉および溶出をするための双方向フローシステムの概略図
【図３４Ｂ】図３４Ａの実施形態に係る、システムの操作中におけるサンプルおよび溶出モジュール内の弁の位置を示す概略図
【図３５Ａ】Ｌｕｅｒ−Ｌｏｃｋカップラーおよび当該カップラーを用いて溶解装置に連結可能な二つのシリンジを備えた、一例示実施形態に係る溶解装置の平面図
【図３５Ｂ】図５１Ａの溶解装置の等角図
【図３６】互いに一列に連結された一例示実施形態に係る複数の溶解装置の平面図
【図３７Ａ】一例示実施形態に係る溶解装置のマニホールドすなわちアレイの等角図
【図３７Ｂ】溶解された材料をプレートの各ウェルに分注するよう配置された一例示実施形態に係る溶解装置の、フレームに備え付けられたマニホールドすなわちアレイの等角図
【図３８Ａ】選択した二つのポートを介して第一流路を設けるように内部を回転させまたは構成した、一例示実施形態に係る止水栓型溶解装置の側面図
【図３８Ｂ】選択した二つのポートを介して第二流路を設けるように内部を回転させまたは構成した、図３８Ａの止水栓型溶解装置の側面図
【図３９Ａ】開口した底部を有し、外側容器に対し第一の向きに配向された内側容器を示す、一例示実施形態に係る止水栓型溶解装置の分解等角図
【図３９Ｂ】外側容器内に収容した内側容器ならびに内側容器内に配置したモータおよびインペラを含む駆動装置を示す図３９Ａの止水栓型溶解装置の等角図
【図３９Ｃ】図３９Ａで示した方向と異なる第二の向きに配向された内側容器を示す、図３９Ａの内側容器の等角図
【図４０Ａ】閉じた底部を有する内側容器を示す、他の例示実施形態に係る止水栓型溶解装置の分解側面図
【図４０Ｂ】図４０Ａの止水栓型溶解装置の底面図
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下の記載において、開示するさまざまな実施形態を完全に理解できるように、ある具体的な詳細内容を規定している。ただし、当業者は、一以上のこれらの具体的な詳細内容を用いずに、または他の方法、成分、材料等を用いて、実施形態を実施しうることを理解する。他の例では、マイクロモータ、コントローラ（たとえば、モータコントローラ）、および制御システム（たとえば、プログラム式汎用コンピュータシステム）に関連する公知の構造については、本実施形態を不要に不明瞭に記載することを避けるため、詳細には図示も記載もしない。他の例では、核酸、タンパク質、ポリペプチド、および他の生体材料の操作において使用される一般的な公知の方法については、前記材料の当業者であるならばそれらの方法を容易に利用可能であるため、記載しない。上記の一般的な方法の例として、たとえば、ＰＣＲ法およびＤＮＡの熱変性法がある。
【００６０】
文脈によって特に規定しない限り、明細書および添付の特許請求の範囲を通じて、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」およびそのバリエーション、たとえば、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」や「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」は、オープンかつ非排他的、すなわち「〜を含むが、それらに限定されない」として解釈される。
【００６１】
本明細書を通じて「ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（一実施形態）」または「ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（ある実施形態）」が言及するものは、その実施形態に関連して記載される特定の構成、構造または特徴が少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。そのため、本明細書を通じてさまざまな箇所において「ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（一実施形態において）」または「ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ（ある実施形態において）」の言い回しが使用されていても、必ずしも同一の実施形態に言及しているわけではない。さらに、上記の特定の構成、構造または特徴は、一つまたは二つ以上の実施形態において、任意の適した方法を用いて組み合わせうる。
【００６２】
本明細書および添付の特許請求の範囲において使用されるように、単数形を示す「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、その内容において特に明白に規定しない限り、複数の指示対象を含む。なお、さらに、「ｏｒ」という単語は、その内容において特に明白に規定しない限り、「ａｎｄ／ｏｒ」を含む意味で用いられる。
【００６３】
本明細書に用いられる項目名および要約書は、単に便宜的に用いており、実施形態の範囲または意味を解釈するものではない。
【００６４】
本明細書において、溶解装置、システムおよび使用方法の多くの実施形態を記載する。前記溶解装置およびシステムは、溶解用粒状材料を用いて溶解対象材料を溶解し、溶解材料、すなわち溶解された材料を生成する。前記溶解対象材料は、通常、液体培地にサスペンドさせた細胞、胞子、組織、酵母、菌類、植物、細菌等の生体材料でありうる。前記溶解用粒状材料は、さまざまな形態をとりうる。本明細書において、「ビーズ」という用語を多用しているが、これは、ビーズのサイズまたは形状を限定するものではない。前記ビーズは、たとえば、セラミックビーズ、ガラスビーズ、ジルコニウムビーズ、ジルコニウム／シリカビーズ、金属ビーズ、プラスチックビーズ、砂、および／または上記のような材料からなるビーズ以外の粒子でありうる。前記溶解された材料も、同様に、たとえば核酸、ポリペプチド、タンパク質、細胞小器官（たとえば、核、ミトコンドリア、リソソーム、葉緑体、小胞体）でありうる。
【００６５】
材料の単離および／または溶解装置ならびにシステムに関するさまざまな実施形態は、たとえば、１）バッチモード、２）フロースルーストップすなわちセミバッチモード、または３）連続フロースルーモードで動作させる。バッチモードでは、溶解対象材料のサンプルを保持するチャンバを有する容器をホルダに配置し、振動させる。前記容器は、十分振動させた後に取り外し、溶解された材料を回収する。フロースルーストップすなわちセミバッチモードでは、溶解対象材料のサンプルが流入し、チャンバを充填する。次に、前記容器を、溶解が十分に行われるまで振動させる。前記チャンバから、溶解された材料を排出する。フロースルーモードでは、溶解対象材料のサンプルが振動中に前記容器のチャンバ内を所望の流量で流れることにより、所望のまたは所定の時間、溶解対象材料のサンプルをチャンバ内で滞留させる。フロースルーストップすなわちセミバッチモードでは、サンプルは非混和性の液体またはガスと接触され、液体またはガス等の流体の吹きつけによりチャンバから排出されうる。
【００６６】
少なくともいくつかの実施形態では、生体サンプルを機械的に破裂させる力が振動数の二乗と一致するという知見と、比較的小さなサンプルサイズを採用することにより、本明細書に記載のさまざまな実施形態において市販の装置よりも比較的高い振動数を得ることができるため、溶解を急速にかつ効率的に行うことができるという知見とを利用している。
【００６７】
特にＤＮＡ等の核酸などの生体材料の抽出、捕捉および溶出を行うシステムならびに方法について、多くの実施形態を記載する。細胞またはウイルス等の生体試料は、粒状材料（たとえば、シリカ製および／またはジルコニウム製のビーズ）を入れた溶解チャンバにおいて、機械的な破壊により溶解しうる。前記溶解チャンバは、前記粒状材料で充填されうる。溶解チャンバ内の粒状材料を小型モータに接続したインペラで急速に駆動することにより、生体試料を溶解しうる。前記モータは使い捨てでありうる。あるいは、溶解チャンバを振動させて前記粒状材料を駆動することにより、生体試料を溶解しうる。さらに、溶解チャンバの内容物の処理には、超音波処理が含まれる。上記のような異なる種類の機械的な破壊方法により、カオトロピック剤のような強い化学薬品を使用せずに溶解を行うことが可能になる。生体材料を調製するための標準手順と比較すると、本明細書で開示する手順では、強い化学薬品を除去するために通常行われる洗浄工程を省略することにより、作業時間を短縮することができる。溶解チャンバ内の化学条件は、溶解中に、生体試料の溶解と、溶解により放出された生体材料（たとえば、ＤＮＡまたはタンパク質あるいはその両方）の粒状材料の結合、すなわち回収とを同時に行うように制御しうる。前記装置またはシステムは、溶解チャンバ内の化学条件および／またはフロー条件を変更するよう操作し、粒状材料から目的とする生体材料を溶出しうる。そのため、本明細書に開示された前記システムおよび方法を用いることで、生体試料から生体材料を容易かつ効率的に溶解、捕捉および溶出することができる。上記の驚くほど優れた方法は、溶解システム内における流体の流れ方向および化学組成の適時かつ容易な管理を含む。ＤＮＡ等の前記生体材料は、その後、検査または分析されたり、あるいは他の目的に使用されうる。溶解中に強い試薬を用いないことにより、工程時間を短縮しうるだけではなく、その後の工程での使用により適する材料を生成することができる。そのため、本明細書で開示された前記システムおよび方法を用いることで、特に溶解、捕捉および溶出に適する化学組成を有する流体を連続的に使用することにより、一チャンバ内において、急速にかつ効率的に細胞等の試料を溶解し、ＤＮＡ等の生体材料を捕捉することができる。以下、具体的な実施形態について詳細に記載する。
【００６８】
図１Ａ〜１Ｃおよび図２Ａ〜２Ｃは、容器１２に含まれる溶解対象材料の溶解を行うように動作可能な、一例示実施形態に係る装置１０を示す。ある実施形態において、溶解対象材料の試料および前記溶解用粒状材料または別の材料を入れる容器１２として、市販のバイアルおよびＰＣＲ用チューブまたはエッペンドルフチューブ等のチューブを用いてもよい。図１Ａ〜１Ｃおよび図２Ａ〜２Ｃはバッチモードを示すが、溶解装置１０は、図４で示すようにフロースルーストップすなわちセミバッチモード、または連続モードで使用されうる。
【００６９】
容器１２は、取り外し可能に、ホルダ１６を介してアーム１４と連結しうる。ホルダ１６はさまざまな形態をとりうる。たとえば、ホルダ１６はＵ型クランプ等の部材の形態でありうる。ホルダ１６は、容器を固定させた状態で容器内においてホルダ１６を固定するように動作可能な留め具（たとえば、ねじ、ボルト）１６ａを備えうる。あるいは、ホルダ１６は、弾性を有し、構成を固定する前記容器に付勢されうる。
【００７０】
アーム１４は、容器１２が弧状軌道２０に沿って振動するように軸１８の周りを旋回するように連結されうる。弧状軌道２０に沿った振動により、強力な粒の流れ場と液体溶液またはスラリー中のビーズ間に大きなずり速度をもたらす角加速度を有する、周期的な狭い流れ場ができる。出願人による実験では、形状を小型化することで、高い振動数（たとえば、約１００Ｈｚ超）において、より優れた溶解が得られることが実証された。液体中の非中性密度（non-neutral density）のビーズへの相対的な力は、ωを角速度、ｒを回転中心からのビーズの距離として、ω２ｒに従って大きくなるため、角速度の僅かな増加によって、実質的にサイズを低減して同様の性能を得ることを可能にする。直線振動運動を用いた場合、高い振動数においても、生体サンプルがほとんど溶解されない一方、円弧運動の場合、市販のビーズを利用した溶解装置よりも優れた溶解が得られる。高速撮影では、直線運動によってビーズの周期的な集結が起こり、その後、ビーズが膨張し互いから離れるが、直線運動の軸に沿わないビーズの相対運動は比較的ほとんど起こらないことが、明確に示されている。一方、容器が円弧状に振動するときは、強い渦巻が引き起こされたときのようにビーズが高密度に圧縮されることが観察され、そのため、非常に効果的に溶解が行われる。懸濁させたビーズの相対運動による衝突および剪断は、高効率の溶解に寄与する。
【００７１】
アーム１４は、固定アーム、すなわち、溶解対象材料と溶解用粒状材料が入った容器に予想される負荷と少なくともほぼ等しい質量の負荷をかけて振動させたときにほとんど曲がらないアーム、でありうる。あるいは、アーム１４は、フレキシブルアーム、すなわち、溶解対象材料および任意で溶解用粒状材料が入った容器に予想される負荷と少なくともほぼ等しい質量の負荷をかけて振動させたときにかなり曲がるアームでありうる。
【００７２】
カバープレート２４をはずした図２Ａ〜２Ｃおよび図３に最もよく示されるように、アーム１４はモータ２２および駆動機構２６（４バーリンケージの形態でありうる）で駆動されうる。特に、モータ２２のシャフト２８は第１部材（たとえば、バー）を駆動するが、ここでは、偏心カム３０である。偏心カム３０は、第二部材または連結アーム３４の孔３２に収容される。連結アーム３４は、ロッカーアーム３６の軸１８によりホルダ１６に駆動連結される。駆動機構２６は、弧状軌道２０に沿って比較的高い振動数による振動運動を実現するための低コストで信頼性の高い機構である。上記の振動数は、他の種類の装置やインスタンス回転装置または超音波装置については高くないと考えられうるが、上記の振動数は高振動型の装置と考えられる。
【００７３】
図４は、一例示実施形態に係るフロースルー式溶解システム４００を示している。本明細書に詳細に記載するように、フロースルー式溶解システム４００は、フロースルーストップすなわちセミバッチモード、または連続フロースルーモードで作動しうる。
【００７４】
フロースルーシステム４００は、上記の実施形態と同様でありうる溶解装置４１０および容器４１２を備える。たとえば、溶解装置４１０は、アーム４１４、および軸４１８の周りを旋回して振動する容器としての容器４１２を保持するホルダ４１６を備えうる。
【００７５】
フロースルー式溶解システム４００は、溶解対象材料を送出する上流サブシステム４３８を備えうる。たとえば、上流サブシステム４３８は、溶解対象材料を容器４１２にくみ上げるまたは送出するように動作可能なポンプ４４０を備えうる。上流サブシステム４３８はまた、溶解対象材料を収容するリザーバ４４２を備えうる。
【００７６】
上流サブシステム４３８は、さらに、または代替として、溶解対象材料を回収する機構、たとえばサンプリング装置４３９を備えうる。サンプリング装置４３９は、手動操作または自動操作でありうる。サンプリング装置４３９は、周囲環境（たとえば、空気または雰囲気、水または流体、土または他の固体）をサンプリングしうる。サンプリング装置４３９は、真空室すなわちサンプルを抽出するための陰圧を作る機構を備えうる。サンプリング装置４３９は、たとえば、サンプルを回収するためのシャベルまたはブラシを有するアーム等のアクチュエータを備えうる。前記サンプリング装置は、たとえば、サンプルを採取するための針およびシリンジ等のアクチュエータを備えうる。
【００７７】
溶解対象材料は、一以上の導管（たとえば、容器４１２の入口４４６ａに通じる管４４４ａ）を介して送出しうる。管４４４ａは、その一端または両端を補強してもよく、たとえば、管４４８ａに対し同心円上に配置された複数の層で補強しうる。管４４４ａは、容器４１２およびアーム４１４が振動できる程度に十分に長く、かつ、前記管における共振を防ぐ程度に短い、長さＬ１を有しうる。長さＬ１は、そこに運ばれる任意の溶解対象材料の密度、質量および／または剛性とともに、管４４４ａの密度、剛性、または取付方法に依存すると思われる。
【００７８】
フロースルー式溶解システム４００は、下流分析サブシステム４４９をさらに備えうる。下流分析サブシステム４４９は、一以上の下流分析装置４５０を備えうる。下流分析装置４５０は、任意の形態となりうる。たとえば、下流分析装置４５０は、核酸増幅装置、電子顕微鏡、ウェスタンブロッティング装置、質量分析器、ガスクロマトグラフ等を備えうる。
【００７９】
下流分析サブシステム４４９は、下流分析装置４５０に通信可能に連結された一以上のコンピュータシステム４５２をさらに備えうる。コンピュータシステム４５２は、一以上のネットワーク４５３（たとえば、ローカルエリアネットワーク（LAN）、インターネット等の広域ネットワーク（WAN）、および／または無線広域ネットワーク（WWAN））に連結しうる。コンピュータシステム４５２は、ネットワーク４５３を通じ、溶解された材料の分析結果に関する情報を提供しうる。たとえば、コンピュータシステム４５２は、前記分析結果に基づき、警告または他のメッセージを適切なシステムに自動的に提供しうる。上記の例としては、たとえば、有毒なまたは危険な物質または条件が検出されたときに警告を送信するなどがありうる。
【００８０】
下流分析装置４５０は、一以上の導管（たとえば、管４４４ｂ）を介して容器４１２の出口４４６ｂに流体が連通するように連結しうる。管４４４ｂは、その一端または両端を、たとえば、同心円状に配置された一以上のある長さの管４４８ｂにより補強されうる。管４４４ｂは、容器４１２およびアーム４１４が自由に振動できる程度に十分に長く、かつ、管４４４ｂにおける共振を防ぐ程度に短い、長さＬ２を有しうる。長さＬ２は、そこに運ばれる任意の溶解対象材料の密度、質量および／または剛性とともに、管４４４ｂの密度、剛性、または取付方法に依存しうる。
【００８１】
フロースルー式溶解システム４００はさらに、一以上の制御システム４５４を備えうる。制御システム４５４は、一以上のモータコントローラおよび／またはコンピュータシステムの形態でありうる。制御システム４５４は、フロースルーストップすなわちセミバッチモードおよび／または連続フロースルーモードでフロースルーシステム４００を動作させるように構成されうる。制御システム４５４は、たとえば、溶解装置４１０および／またはポンプ４４０を制御するために通信可能に連結しうる。
【００８２】
フロースルーシステム４００は、バッチベースの装置と比較して、多くの優れた点をもつ。たとえば、ある種類のビーズは、溶解により放出されたある生成物に対し親和性を有しうるため、細胞内容物の一部は、ビーズの表面で吸着され、「失われて」しまうことがある。フロースルー設計は、吸着された生体分子を有利に自動的に溶出しうる。上記の設計では、また、バッチモード構成で必要とされうる、チャンバを空にするための困難なまたは追加の作業を防ぐことができる。たとえば、上記のフロースルーを採用した実施形態では、溶解された材料の入ったチャンバを空にするために、空気等の流体でチャンバ内にブラストを起こさせる必要をなくしうる。
【００８３】
図５は、一例示実施形態に係る容器５１２を示す。容器５１２は、前記容器の外部５６０から容器５１２のチャンバ５６２に流体を連通させる入口５４６ａを有しうる。容器５１２は、外部５６０と容器５１２のチャンバ５６２との間の流体の連通を可能にする出口５４６ｂを備えうる。第１の管５４４ａは、溶解対象材料５６４を入口５４６ａを介してチャンバ５６２に供給する容器５１２に連結しうる。先に記載のとおり、管５４４ａは、たとえば、同心円上に配置された配管５４８ａの一以上の層で補強しうる。第２管５４４ｂは、出口５４６ｂを介して溶解された材料５６６を排出するために、出口５４６ｂを介して容器５１２に連結しうる。ある実施形態では、容器５１２は、管５４４ａ、５４４ｂを取り付けあるいは連結または固定するための取付構造を備えうる。たとえば、容器５１２は、入口５４６ａにリブ付ニップル５６８ａおよび／または出口５４６ｂまたはその付近にリブ付ニップル５６８ｂを備えうる。
【００８４】
前記容器は、溶解用材料５７０を収容する。溶解用材料５７０は、さまざまな形態をとることができ、たとえば、複数のビーズでありうる。ビーズは、生体親和性材料または受容体（たとえば、配列特異的なプローブまたは抗体）でコートされた一以上のセラミックビーズ、ガラスビーズ、ジルコニウムビーズ、ジルコニウム／シリカビーズ、金属ビーズ、プラスチックビーズ、砂、および／または金属ビーズを含みうる。ビーズの直径は特に限定されず、たとえば、約１０ミクロン〜６００ミクロンでありうる。
【００８５】
前記フロースルーの実施形態では、容器５１２は、入口５４６ａの比較的近くに配される第１フィルタ５７２ａと、出口５４６ｂの比較的近くに配される第２フィルタ５７２ｂとを備えうる。第１および第２フィルタ５７２ａ、５７２ｂは、溶解用粒状材料５７０が保持される粒子保持領域５７４を形成する。特に、フィルタ５７２ａ、５７２ｂは、溶解対象材料５６４と溶解された材料５６６をそれぞれ通し、かつ溶解用粒状材料５７０を通さないように採寸された複数の開口部を有しうる。容器５１２は、一以上の構造、たとえば、第１および第２フィルタ５７２ａ、５７２ｂを所定の位置に保持するタブまたはリング状の畝５７６ａ、５７６ｂを備えうる。フィルタは、たとえば、ナイロンまたはステンレス鋼メッシュフィルタの形態をとりうる。
【００８６】
図１Ａ〜図５に示す実施形態は、有利に非常に高い充填密度を実現しうる。上記の実施形態において、粒状材料の量は、有利にも、溶解対象材料の量または溶解された材料の量を超えうる。さらにまたは代替として、上記の実施形態では、有利にも、チャンバ内に実質的に空気を含まないことがある。ここで、「実質的に空気を含まない」とは、チャンバが、意図せずに閉じ込められうる小さな泡以外の空気を含まないことを意味する。これにより、溶解効率が向上し、また、液体と空気との接触線運動による摩擦によって前記システムが望ましくなく加熱することを防ぐことができる。
【００８７】
図６は、一例示実施形態に係る、図１Ａ〜図４に示すような材料溶解装置を操作する方法６００を示す。
【００８８】
６０２において、溶解対象材料を容器のチャンバに収容する。チャンバは、溶解用粒状材料を事前に保持しうる。６０４において、容器を弧状軌道に沿って振動させる。この振動により、個々の溶解用粒状材料の間での運動に大きな多様性をもたらす。このような多様性は、並進運動または回転運動におけるよりも顕著である。６０６において、溶解された材料を容器のチャンバから排出する。
【００８９】
図７は、一例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解対象材料をくみ上げる方法７００を示す。
【００９０】
７０２において、溶解対象材料を容器のチャンバ内にくみ上げる。
【００９１】
図８は、一例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解対象材料をくみ上げる方法８００を示す。
【００９２】
８０２において、容器が振動する間、溶解対象材料は、前記容器のチャンバ内に間欠的にくみ上げられる。上記の操作は、フロースルーストップすなわちセミバッチモードに適しうる。
【００９３】
図９は、他の例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解対象材料をくみ上げる方法９００を示す。
【００９４】
９０２において、溶解対象材料がチャンバ内で十分な時間滞留し、所望の溶解レベルが得られるように、溶解対象材料をチャンバ内に間欠的にくみ上げる。このように、３０秒の振動によって所望の溶解レベルが得られると判断された場合、ポンプは、約３０秒ごとに溶解対象材料をチャンバにくみ上げするように間欠的に操作されうる。数秒または数十秒の振動時間が適しうる。上記の操作は、フロースルーストップすなわちセミバッチモードに適しうる。
【００９５】
図１０は、他の例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解対象材料をくみ上げる方法１０００を示す。
【００９６】
１００２において、溶解対象材料は、前記間欠的なくみ上げの各サイクルにおいてチャンバから溶解された材料が完全に排出されるように、チャンバ内に間欠的にくみ上げられる。上記の操作は、フロースルーストップすなわちセミバッチモードに適しうる。
【００９７】
図１１は、他の例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー式溶解システムにおいて溶解された材料を排出する方法１１００を示す。
【００９８】
１１０２において、前記間欠的なくみ上げの各サイクルにおいて、より多くの溶解対象材料を前記チャンバ内にくみ上げることにより、前記チャンバから溶解された材料を排出する。上記の操作は、フロースルーストップすなわちセミバッチモードに適しうる。
【００９９】
図１２は、他の例示実施形態に係る、図４に示すような溶解装置の操作方法１２００を示す。
【０１００】
１２０２において、前記間欠的なくみ上げの各サイクルにおいて、不活性の流体をチャンバ内にくみ上げることにより、前記チャンバから溶解された材料を排出する。不活性の流体は、液体またはガスの形態をとりうり、また、溶解された材料または溶解対象材料に対して非混和でありうる。上記の操作は、フロースルーストップすなわちセミバッチモードに適しうる。
【０１０１】
図１３は、一例示実施形態に係る連続溶解装置を操作する方法１３００を示す。
【０１０２】
１３０２において、容器が振動する間、溶解対象材料を前記容器のチャンバ内に連続的にくみ上げる。上記の操作は、フロースルー連続モードに適しうる。
【０１０３】
図１４は、他の例示実施形態に係るフロースルー溶解装置の操作方法１４００を示す。
【０１０４】
１４０２において、溶解対象材料がチャンバ内で十分な時間（すなわち、所望のまたは所定の時間）滞留して所望の溶解レベルが得られるように、少なくとも一部には前記チャンバの長さおよび自由体積に基づき、溶解対象材料のくみ上げ流量を調節する。上記の操作は、フロースルー連続モードに適しうる。
【０１０５】
図１５は、他の例示実施形態に係る、図４に示すようなフロースルー溶解装置の操作方法１５００を示す。
【０１０６】
１５０２において、容器のチャンバから排出した溶解された材料を、少なくとも一の分析装置に送る。１５０４において、前記溶解された材料を分析する。分析は、さまざまな形態をとりうり、たとえば、電子顕微鏡観察、ウェスタンブロッティング、質量分析、ガスクロマトグラフィーによる分析でありうる。上記は、すべてのモード、特にフロースルーモードに適しうる。
【０１０７】
図１６は、他の例示実施形態に係るフロースルー溶解装置１６００を示す。本明細書に詳細に記載するように、フロースルー式溶解システム１６００は、フロースルーストップすなわちセミバッチモード、または連続フロースルーモードで動作する。
【０１０８】
フロースルー溶解装置１６００は、チャンバ１６０４を有する容器１６０２、およびインペラ１６０８を回転させるために連結されるマイクロモータ１６０６を備える。
【０１０９】
図に示すように、チャンバ１６０４は、容器１６０２の外部１６１０からチャンバ１６０４に流体を供給する入口として機能する、第１の開口部１６０４ａを備えうる。また、図に示すとおり、チャンバ１６０４は、チャンバ１６０４から外部１６１０に流れる流体を排出する出口として機能する第２の開口部１６０４ｂを備えうる。容器１６０２は、マイクロモータ１６０６の外部を封止して係合するために、インペラ１６０８を収容するよう採寸された第３の開口部１６０４ｃをさらに備えうる。ある実施形態では、マイクロモータ１６０６と第３の開口部１６０４ｃとの間を封止するあるいはその封止を強化する軸受筒またはＯリングを備えうる。
【０１１０】
第１のカップラー１６１０ａは、流体をチャンバ１６０４に連通させるために、密閉しながら開口部１６０４ａに収容されるように採寸されたステム１６１２ａを備えうる。ステム１６１２ａは、相補的なねじ山を有する穴１６０４ａにねじ込まれうる。第１のカップラー１６１０ａは、取付構造、たとえば、管１６１６ａを固定し、溶解対象材料の流れをチャンバ１６０４に供給するリブ付ニップル１６１４ａを備えうる。Ｏリング１６１８ａまたは他の同様の構造は、第１のカップラー１６１０ａのフランジと容器１６０２との間の封止を強化しうる。
【０１１１】
第２のカップラー１６１０ｂは、チャンバ１６０４に流体を連通させるために、密閉しながら開口部１６０４ｂに収容されるように採寸されたステム１６１２ｂを備えうる。ステム１６１２ｂは、相補的なねじ山を有する穴１６０４ｂにねじ込まれうる。第２のカップラー１６１０ｂは、取付構造、たとえば、管１６１６ｂを固定し、溶解対象材料の流れをチャンバ１６０４に供給するリブ付ニップル１６１４ｂを備えうる。Ｏリング１６１８ｂまたは他の同様の構造は、第２のカップラー１６１０ｂのフランジと容器１６０２との間の封止を強化しうる。
【０１１２】
フィルタ１６１９ａ、１６１９ｂは、その間に溶解用粒状材料を挟んで保持するようにチャンバ内に配置されうる。フィルタ１６１９ａ、１６１９ｂは、たとえば、適した取付部品に配された５０ミクロンの開口部を有するナイロンメッシュフィルタの形態をとりうる。
【０１１３】
マイクロモータ１６０６は、たとえば、４ｍｍ直径のマイクロモータの形態をとり、液体およびビーズがない状態でインペラを高速（たとえば、約５００００ＲＰＭ）で駆動可能でありうる。インペラ１６０８は、多くの羽根を有するナイロンまたはアクリル製インペラでありうる。上記羽根は、材料が主として円周方向に動くように、その付属品に湾曲や角度がなく、直線でありうる。たとえば、フロースルーモード（たとえば、図１６および図１７）において、チャンバ内で材料が軸方向または水平方向に動くことが望ましい場合、そのような軸方向または流れの動きは、くみ上げによって引き起こされるのであって、前記インペラの回転により引き起こされるのではない。これにより、材料がチャンバ内に滞留しそこで溶解にさらされる時間をより正確に制御することができる。前記羽根は、たとえば、図１Ａ〜図４の実施形態より５倍近く高い振動数で、しかし、より小さい振幅の運動でもって、周期的な流れを生み出しうる。
【０１１４】
溶解装置１６００はまた、マイクロモータ１６０６を制御するために連結されるコントローラ１６２０を備えうる。コントローラ１６２０は、たとえば、モータコントローラおよび／またはプログラム式汎用コンピュータシステム、専用コンピュータ、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）および／またはＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）を備えうる。コントローラ１６２０は、たとえば、モータを脈動させるようプログラムまたは構成されうる。上記の脈動は、溶解の効果を向上させうる。
【０１１５】
図１７は、一例示実施形態に係るフロースルー式溶解システム１７００を示す。本明細書に詳細に記載するように、フロースルー式溶解システム１７００は、フロースルーストップすなわちセミバッチモード、または連続フロースルーモードで作動する。
【０１１６】
フロースルー式溶解システム１７００は、チャンバ（図１７に図示せず）を有する容器１７０２、開口部１７０４ａ、１７０４ｃ（二つのみ図示する）、およびインペラ（図１７に図示せず）に連結されたマイクロモータ１７０６を備える。開口部すなわち入口１７０４は、リザーバ１７２２から第１の導管すなわち管１７１６ａを介して溶解対象材料を送出するポンプ１７２０に流体が連通するように連結されうる。第２の開口部すなわち出口は、溶解された材料を、一以上の導管（たとえば、管１７１６ｂ）を介して一以上の下流分析装置１７２４に送出しうる。先に記載したように、下流分析は、さまざまな形態をとりうり、たとえば、核酸の増幅、電気泳動、ウェスタンブロッティング、質量分析、ガスクロマトグラフィーでありうる。下流分析装置１７２４は、一以上のコンピュータシステム１７２６に通信可能に連結されうる。フロースルー式溶解システム１７００はまた、マイクロモータ１７０６および／またはポンプ１７２０を制御しうる一以上の制御システム１７２８を備えうる。制御システム１７２８は、たとえば、フロースルーストップすなわちセミバッチモードを実行するために、くみ上げおよび振動を同調させうる。制御システム１７２８は、たとえば、フロースルー連続モードを実行するために、たとえば、前記くみ上げを制御して、所望のまたは所定の時間、材料をチャンバ内に滞留させることにより、所望のまたは所定の溶解レベルを得てもよい。
【０１１７】
図１６および図１７に示す実施形態は、有利に非常に高い充填密度を実現しうる。上記の実施形態において、粒状材料の量は、溶解対象材料の量または溶解された材料の量を有利に超えうる。さらにまたは代替として、上記の実施形態では、有利にも、チャンバ内に実質的に空気を含まないことがある。ここで、「実質的に空気を含まない」とは、チャンバが、意図せずに閉じ込められうる小さな泡以外の空気を含まないことを意味する。これにより、溶解効率が向上し、また、液体と空気との接触線運動による摩擦によって前記システムが望ましくなく加熱することを防ぐことができる。
【０１１８】
図１８は、他の例示実施形態に係る溶解システム１８００を示す。溶解システム１８００は、特に、バッチモード溶解操作に適している。
【０１１９】
溶解システム１８００は、容器１８０２の外部に流体を連通させる一の開口部１８０４ａを有するチャンバ１８０４を備える容器１８０２を備えている。装置１８００は、チャンバ１８０４内に収容されるインペラ１８０８を駆動するために連結されるマイクロモータ１８０６を備える。マイクロモータ１８０６の一部分は、開口部１８０４ａと容器１８０２との間を封止して係合するように採寸される。ある実施形態では、前記封止を確実にするための一以上の軸受筒またはＯリング（図示せず）を備えうる。
【０１２０】
まず、チャンバ１８０４内に、溶解対象材料１８１０および溶解用粒状材料１８１２を充填する。インペラ１８０８を回転させた後、チャンバ１８０４は、溶解された材料および溶解用粒状材料１８１２を十分な時間、収容する。マイクロモータ１８０６とインペラ１８０８は、その後、取り外してもよく、また、溶解された材料は、たとえば、ピペット１８１４を用いて取り出されうる。バッチモードの実施形態に係るチャンバ１８０４については、前記溶解された材料を取り出す装置のためのスペースが限られうるため、フロースルーモードの実施形態のように密に充填しなくてもよい。
【０１２１】
ある実施形態では、市販のバイアルおよびチューブ（たとえば、ＰＣＲ用チューブまたはエッペンドルフチューブ）を、溶解対象材料の試料および溶解用粒状材料を保持する容器１８０２として使用しうる。
【０１２２】
図１８に示す実施形態は、有利に非常に高い充填密度を実現しうる。上記の実施形態において、粒状材料の量は、溶解対象材料の量または溶解された材料の量を有利に超えうる。本実施形態では、前記取り出し装置（たとえば、ピペット）を収容するためのスペースが必要であるため、チャンバ内に実質的に空気を含まないことを確実にする可能性が小さくてもよい。しかし、可能な場合は、前記チャンバにおける空気を排除することで、溶解効率が向上し、また、液体と空気との接触線運動による摩擦によって前記システムが望ましくなく加熱することを防ぐことができる。
【０１２３】
図１９は、一例示実施形態に係る、フロースルー溶解装置および／またはシステムの操作方法１９００を示す。上記のような実施形態は、フロースルーストップすなわちセミバッチモード、またはフロースルー連続モードにおいて有用でありうる。
【０１２４】
１９０２において、溶解対象材料を入口から容器のチャンバ内に収容する。前記チャンバは、溶解用粒状材料を事前に保持しうる。１９０４において、マイクロモータは、インペラを駆動し、溶解用粒状材料を用いて溶解対象材料を溶解する。１９０６において、出口を介して容器のチャンバから溶解した物質を排出する。
【０１２５】
図２０は、一例示実施形態に係る、チャンバから溶解された材料を排出する方法２０００を示す。
【０１２６】
２００２において、溶解した物質は、装置またはシステムを介して材料の流路において、前記出口の前に配された第１フィルタを介して排出しうる。
【０１２７】
図２１は、他の例示実施形態に係る、チャンバ内で溶解対象材料を収容する方法２１００を示す。
【０１２８】
２１０２において、溶解対象材料は、装置またはシステムを介して流路において、チャンバの入口の後に配された第２フィルタを介して、前記チャンバ内に収容される。
【０１２９】
図２２は、他の例示実施形態に係る、溶解対象材料をチャンバ内にくみ上げる方法２２００を示す。
【０１３０】
２２０２において、溶解対象材料を、入口を介してチャンバ内に間欠的にくみ上げる。上記の操作は、特にフロースルーストップすなわちセミバッチモード操作に適しうる。
【０１３１】
図２３は、一例示実施形態に係る、溶解対象材料をチャンバ内にくみ上げる方法２３００を示す。
【０１３２】
２３０２において、溶解対象材料は、前記溶解対象材料がチャンバ内で十分な時間（すなわち、所望のまたは所定の時間）滞留して所望の溶解レベルが得られる流量で、入口を介して容器のチャンバ内に連続的にくみ上げられる。マイクロモータは、前記溶解対象材料を溶解するためにインペラを連続的に駆動しうる。上記の操作は、特にフロースルー連続モード操作に適しうる。
【０１３３】
図２４は、一例示実施形態に係る、溶解システムのインペラの操作方法２４００を示す。
【０１３４】
２４０２において、マイクロモータは、脈動によってインペラを駆動する。脈動は、前記マイクロモータに印加する電圧または電流を変化させることにより得られうる。脈動により、高い溶解効率が得られ、それにより、スループットが増加し、また、所望のまたは所定の溶解レベルを得るのに必要な時間が削減されうる。
【０１３５】
図２５は、一例示実施形態に係る、溶解システムのインペラの操作方法２５００を示す。
【０１３６】
２５０２において、マイクロモータは、液体およびビーズの存在下で、１００００を超えるＲＰＭでインペラを駆動する。比較的高速でインペラを駆動させることにより、所望のまたは所定の溶解レベルを得ることができる。
【０１３７】
図２６は、一例示実施形態に係る、溶解システムのマイクロモータの交換方法２６００を示す。
【０１３８】
２６０２において、マイクロモータは、新しいマイクロモータに交換しうる。２６０４において、古いマイクロモータは、処分または再利用しうる。上記の構成は、高速マイクロモータの内部構成要素（たとえば、ロータやステータ）を周囲環境へ曝露しないように封止することが困難であり、そのためマイクロモータが他の実施形態または環境においてより頻繁に故障しうるため、特に有用でありうる。
【０１３９】
図２７は、一例示実施形態に係る、バッチベースの溶解装置の操作方法２７００を示す。方法２７００は、特に図１８の実施形態での使用に有用でありうる。
【０１４０】
２７０２において、溶解対象材料は、入口を介して第１の容器のチャンバに収容される。前記チャンバは、溶解用粒状材料を事前に保持するか、あるいは、溶解用粒状材料は、溶解対象材料とともにまたは溶解対象材料の投入後にチャンバに供給しうる。
【０１４１】
２７０４において、インペラを第１の容器のチャンバに配置する。２７０６において、第１の容器への入口を、マイクロモータでふさぐまたは封止する。２７０８において、マイクロモータは、インペラを駆動し、溶解対象材料および溶解用粒状材料を循環させる。マイクロモータは、所望のまたは所定の溶解レベルが得られるまで、十分な速度かつ十分な時間、インペラを駆動しうる。
【０１４２】
図２８は、一例示実施形態に係る溶解装置の操作方法２８００を示す。前記方法２８００は、特に図１８の実施形態において有用でありうる。
【０１４３】
２８０２において、第１の容器の入口からマイクロモータを取り外してもよい。２８０４において、溶解された材料を、前記入口を介して第１の容器のチャンバから排出する。
【０１４４】
図２９は、一例示実施形態に係る、溶解された材料を取り出す方法２９００を示す。
【０１４５】
２９０２において、前記溶解された材料はピペットを用いて取り出しうる。
【０１４６】
図３０は、他の例示実施形態に係る溶解装置の操作方法３０００を示す。
【０１４７】
３００２において、マイクロモータは、一以上の他の容器に再利用されうる。なお、マイクロモータは、特に高速で動作させる場合には、溶解対象材料、溶解用粒状材料、または溶解された材料から特に十分に保護されないことがある。その結果、マイクロモータは磨耗しうる。多くの用途において、マイクロモータは、故障するまでに複数のサンプルの溶解に使用されうる。
【０１４８】
図３１は、図４と同様の装置を用いた場合の溶解効率のデータを示す。
【０１４９】
第１の曲線３１０２は、図４に示すものと同様の実施形態を用いて測定された蛍光強度と振動時間との関係を示す。蛍光強度は、細胞から放出された核酸の量に比例している。第２の曲線３１０５は、市販のＭＩＮＩ−ＢＥＡＤＢＥＡＴＥＲ−１（Ｂｉｏｓｐｅｃ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．Ｂａｒｔｌｅｓｖｉｌｌｅ、オクラホマ州）を用いて測定された蛍光強度と振動時間との関係を示す。第１の曲線３１０２および第２の曲線３１０５の比較からわかるように、図４に示す実施形態では、市販の装置よりも効率的に細胞内容物の放出が行われている。
【０１５０】
図３２は、振動数に対する溶解効率の依存関係を示す。
【０１５１】
曲線３２０２は、一定時間印加電圧を変化させることにより制御されるように、振動数に対し溶解の度合いがほぼ二次関数的に依存していることを示していると考えられる。
【０１５２】
図３３は、図１６および図１７と同様の実施形態に係る、溶解時間に対するスポアの溶解の依存関係を示す。
【０１５３】
曲線３３０２、３３０４は、飽和までの時間は、図４の実施形態と同等であるが、ピーク効率はわずか８０％であることを示している。上記の効率に必要となる力はわずか４００ｍＷであり、これは、他の実施形態で使用される力よりも小さい。
【０１５４】
図３４Ａは、一例示実施形態に係る、生体材料を溶解、捕捉、および溶出する双方向フローシステム３４００を示す。本明細書により詳細に記載するように、双方向フローシステム３４００は、生体試料を溶解し、粒状材料上に生体材料を捕捉し、前記生体材料を前記粒状材料から溶出させるように動作しうる。図３４Ａにおけるシステム３４００は、特に、生体試料を溶解すること、また、溶解チャンバ内の流体の方向および流量、化学組成および物理特性を制御して、溶解用粒状材料による生体材料の捕捉と、溶解用粒状材料からの前記生体材料の溶出を誘発することに適している。溶解、捕捉および溶出のためのシステム３４００を効率的に利用するには、驚くべきことに、前記システム内の流体の流れ方向、ｐＨおよび塩濃度を単に制御するだけでよい。ある条件下では、流体の温度を制御することもまた有利でありうる。
【０１５５】
本明細書に記載の装置またはシステムの設計に係るある実施形態は、以下にさらに記載するように、複数のモジュールを備えうる。各モジュールは、上記の装置またはシステムを利用する方法の特定の態様を実現するために有用でありうる。各モジュールは独立して機能しうるが、たとえば、システムにおいて互いに留めることであるいはＬｕｅｒ−Ｌｏｃｋコネクタを用いて互いに連結してもよい。
【０１５６】
ある実施形態では、試料の溶解ならびにその後の目的とする生体材料の捕捉および溶出を一体化するモジュールのシステムの設計は、前記システムにより複数の機能を実行するものである。上記の設計を用いたシステムは、前記システムの異なる機能または操作段階においてシステム内の流体の流れ方向や流体の化学組成を制御することにより、生体材料を溶解、捕捉および溶出することに特に適している。サンプルを細胞、生体材料をＤＮＡとして例示している図３４Ａに示すようなシステムの機能は、以下を含みうる：サンプルの導入、流体の運動、細胞破壊およびＤＮＡの捕捉、ＤＮＡの溶出、任意での加熱および冷却、ならびに、任意の単離ＤＮＡの検査。各機能においては、少なくとも流れ方向および化学組成を制御する。
【０１５７】
図３４Ａにおいて、生体材料を溶解、捕捉および溶出する双方向フローシステム３４００は、サンプルおよび溶出モジュール３４３４、溶解モジュール３４１０、シリンジ３４１３、および任意でヒータ３４１６を備える。サンプルおよび溶出モジュール３４３４は、サンプル槽３４０２および溶出用バッファ槽３４２０を備える。溶解モジュール３４１０は、溶解チャンバ３４１２とインペラ３４３１に連結されたマイクロモータ３４３０を備える。システム３４００の動作中、溶解チャンバ３４１２は流体と溶解用粒状材料を含む。溶解用粒状材料は、前記チャンバに密に充填されうる。シリンジ３４１３は、バレル３４１４とプランジャ３４１５を備える。シリンジ３４１３は、たとえば、シリンジ３４１３をシリンジポンプ（図３４Ａに図示せず）内に配置することにより、手動で操作または自動で駆動しうる。シリンジポンプは、たとえば、Ｎｅｗ  Ｅｒａ  Ｐｕｍｐ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（Ｗａｎｔａｇｈ、ニューヨーク州、米国）から入手できる。ヒータ３４１６は、シリンジ３４１３のバレル３４１４内に配され、流体を加熱しうる。
【０１５８】
サンプルおよび溶出モジュール３４３４のサンプル槽３４０２は、導管３４０４、弁３４０６、および導管３４０８を介して溶解モジュール３４１０の溶解チャンバ３４１２に流体が連通するように連結される。ある実施形態では、サンプル槽３４０２は、溶解によって生体試料から生体材料を放出させた後、溶解チャンバ３４１２内で粒状材料による生体材料の捕捉を誘発するのに適した化学組成を有する流体中に懸濁または溶解させた生体試料を含む。
【０１５９】
サンプルおよび溶出モジュール３４３４の溶出用バッファ槽３４２０は、導管３４１８、弁３４０６、および導管３４０８を介して溶解モジュール３４１０の溶解チャンバ３４１２に流体が連通するように連結される。ある実施形態では、溶出用バッファ槽３４２０は、溶解チャンバ３４１２内で表面上に生体材料を捕捉した粒状材料から生体材料を放出させることを誘発するのに適した化学組成を有する流体を含む。
【０１６０】
マイクロモータ３４３０は、コントローラ３４３２に電気的に連通するように連結される。コントローラは、マイクロモータの速度、持続時間および／または操作タイミングを制御しうり、また、それにより溶解チャンバ３４１２内でインペラ３４３１を制御しうる。
【０１６１】
溶解モジュール３４１０は、流体が連通するように、シリンジ３４１３のバレル３４１４に連結される。シリンジ３４１３のプランジャ３４１５は、シリンジ３４１３のバレル３４１４内に配置する。シリンジ３４１３のプランジャ３４１５は、手動でまたは制御によって摺動可能に操作することにより、バレル３４１４内の流体の量が増える方向にプランジャ３４１５を動かして流体をバレル３４１４内に吸引しうる。あるいは、シリンジ３４１３のプランジャ３４１５は、手動または制御によって摺動可能に操作することにより、バレル３４１４内の流体の量を減らす方向にプランジャ３４１５を動かしてバレル３４１４から流体を押し出しうる。シリンジ３４１３のバレル３４１４は、任意でヒータ３４１６と熱接触する。ヒータ３４１６は、たとえば、電気的に抵抗性の帯状材料、たとえば、ホイル製のバンドを備えうる。ヒータ３４１６は、スイッチ３４２６に電流を通し、電源３４２８からヒータ３４１６に電圧を供給することで、シリンジ３４１３のバレル３４１４に熱を供給しうる。シリンジ３４１３のバレル３４１４に供給される熱レベルは、たとえば、電位差計または他のコントローラ（図３４Ａに図示せず）を介して制御しうる。
【０１６２】
サンプルおよび溶出モジュール３４３４は、導管３４０８および弁３４０６を介して溶解チャンバ３４１２に流体が連通するように連結された排出管３４２２をさらに備える。排出管３４２２は、溶出した生体材料を他の目的（たとえば、検査または分析）に使用するために貯蔵容器３４２４に分配する導管として配される。シリンジ３４１３のプランジャ３４１５はたとえば、ポンプの操作を制御することにより、手動でまたはコントローラ（図３４Ａに図示せず）を介して操作され、流体を第１の流量にてシリンジ３４１３のバレル３４１４に吸引する、流体を第２の流量にてシリンジ３４１３のバレル３４１４から押し出す、および／または流れを一定の時間止める、などの操作が行われる。前記第１の流量および第２の流量は、同一でも異なってもよい。
【０１６３】
システム３４００の操作の第１の段階において、シリンジ３４１３のプランジャ３４１５は、生体試料をサンプル槽３４０２から弁３４０６を介して溶解チャンバ３４１２に、または溶解チャンバ３４１２を介してシリンジ３４１３のバレル３４１４に吸引するよう操作されうる。上記の一実施形態では、インペラ３４３１は、サンプルが溶解チャンバ内で引き出される間に操作されうる。他の実施形態では、インペラ３４３１および／または流れを間欠的に停止しうる。さらに、流量またはインペラ３４３１の回転速度は変化しうる。一以上のこれらの変数を制御することで、生体試料の溶解および／または生体試料からの生体材料の回収を最適化しうる。
【０１６４】
サンプル槽３４０２内の生体試料を含む流体の化学組成は、チャンバ３４１２内で生体試料が溶解された時に前記生体試料からの生体材料の捕捉を誘発するまたは捕捉をさせるものを選択する。たとえば、特にＤＮＡ等の核酸を生体試料から単離するためのある実施形態では、溶解チャンバ３４１２内での粒状材料を用いての核酸の溶解および結合の準備として生体試料を懸濁または溶解させうるサンプル槽３４０２内の流体は、高塩濃度および／または低ｐＨでありうる。
【０１６５】
高塩濃度の試料含有流体の実施形態では、溶解チャンバ３４１２内で特にＤＮＡ等の核酸の粒状材料への結合を誘発するのに適した、サンプル槽３４０２内の流体の塩濃度は、約２００〜５００μＭの範囲で変わりうる。他の上記のような実施形態では、特にＤＮＡ等の核酸の結合を誘発するのに適した試料含有流体の塩濃度は、約１０００μＭまでの値をとりうる。さらに他の上記のような実施形態では、特にＤＮＡ等の核酸の結合を誘発するのに適した塩濃度は、約２０００μＭ以上でありうる。
【０１６６】
低ｐＨのサンプル含有流体の実施形態では、溶解チャンバ３４１２内で特にＤＮＡ等の核酸の粒状材料への結合を誘発するのに適した、サンプル槽３４０２内の上記の流体のｐＨは、約３．５〜５の間で変わりうる。他の上記のような実施形態では、特にＤＮＡ等の核酸の結合を誘発する試料含有流体のｐＨは、約３．７５〜４．２５の範囲で変わりうる。さらに他の上記のような実施形態では、特にＤＮＡ等の核酸の結合を誘発する試料含有流体のｐＨは、約４でありうる。
【０１６７】
ビーズは、たとえば、黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ  ａｕｒｅｕｓ）由来のエンテロキシンＢタンパク質等の、病原菌マーカーに特異的な抗体でコートすることができる。同様に、ビーズは、ｐ５３タンパク質等の癌マーカーを結合する抗体でコートすることができる。
【０１６８】
また、たとえば、「サンドイッチ」法において、ビーズをより汎用の受容体（たとえば、ストレプトアビジン）でプレコートし、対応するビオチン等のリガンドを付与した試薬を捕捉できるようにすることができる。ビオチン化抗体は、市販されており、または、容易につくれる。この方法により、一種類のビーズ（ストレプトアビジンでコートしたビーズ等）は、対応するビオチン化抗体と結合することで、その後任意の特異的なタンパク質を捕捉するために使用される汎用品とさせることができる。ビオチン化抗体の結合は、サンプル処理の前に製造工程としてまたはサンプル処理の前にユーザによって、ビーズ上に捕捉することができ、あるいは、サンプル処理の一部として、ビーズ、抗体およびサンプルを同時に組み合わせることができる。
【０１６９】
別の例として、特異的なタンパク質を捕捉するための「汎用の」ビーズを得ることの代わりとしての「サンドイッチ」法は、ビーズを他の種の抗体に特異的な抗体（たとえば、マウスの抗ヤギＩｇＧ）でプレコートし、次に、目的とするタンパク質に特異的なヤギ抗体を使用する。
【０１７０】
システム３４００の操作の第２の段階では、シリンジ３４１３のプランジャ３４１５は、サンプル槽３４０２での生体材料の捕捉または結合後に、流体を、シリンジ３４１３のバレル３４１４から溶解チャンバを通じ逆流させ、試料をサンプル槽３４０２に戻すよう操作されうる。ビーズ上でのＤＮＡの非特異的な捕捉は、サンプルが溶解チャンバを出る経路とまた戻る経路の両方において起こりうる。配列特異的な捕捉をするために、シリンジ３４１３のバレル３４１４における流体は、さらに以下に記載するように、流れ方向を逆にする前に加熱および冷却しうる。捕捉工程の最後におけるサンプル槽内の流体は、廃液材料すなわちビーズにより捕捉されるものとは化学的性質が異なる検体を含む物質である。そのため、たとえば、ＤＮＡはビーズ上に捕捉されうり、また、変性剤にさらされていないタンパク質をサンプルチャンバに戻し、その後、特定のタンパク質を分析するこができる。大量の空気を、まず、第１の操作段階のはじめにシリンジ３４１３のバレル３４１４に吸引し、第１の操作段階の終わりに、廃棄流体全てを溶解チャンバおよび導管からサンプル／廃液槽に押し出すために、使用しうる。ある実施形態では、前記システムは、他の粒状材料が核酸の捕捉専用である一方、検体のタンパク質またはポリペプチドマーカーを捕捉するための抗体を付着させた粒状材料を備えうる。さらに、標識抗体を、たとえば、前記タンパク質またはポリペプチドを標識するために、溶解および捕捉中に導入しうる。捕捉後、標識抗体は、たとえば、尿素を用いて溶出されうる。ある実施形態では、たとえば、ビーズの一部がＤＮＡの捕捉用に設計され、他の部分がタンパク質またはポリペプチドの捕捉用に設計されている場合、両方の捕捉が同時に起こりうる。上記の実施形態では、ＤＮＡを、低塩濃度で溶出し、タンパク質またはポリペプチドを尿素を用いて溶出しうる。
【０１７１】
タンパク質の捕捉用に設計されたビーズは、核酸の捕捉用に設計されたビーズとは別個につくられる。それぞれの製造工程を完了した後、二種類のビーズは、有用な割合で一つのカートリッジ内で混合され、それにより、タンパク質と核酸を処理できる状態になる。前記タンパク質の捕捉用に設計されたビーズには、タンパク質に特異的な抗体、またはタンパク質に特異的なアプタマー、またはストレプトアビジン等の汎用の受容体、または特異的な捕捉のために「設計された（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ）」タンパク質を結合する結合剤が付与されうる。これには、ヒスチジンテールを用いてタンパク質を捕捉するために使用される、ニッケルをコートしたビーズの使用を含む。
【０１７２】
核酸の捕捉用に設計されるビーズは、実質的に全ての核酸を結合する一般的なものでよい（たとえば、シリカまたはジルコニウムビーズ）。あるいは、これらのビーズには、ハイブリダイゼーションにより特定の検体と結合する特異的な核酸（捕捉プローブ）を付与しうる。ビーズに「汎用の」捕捉プローブを付与し、その後、一方の領域が検体に相補的であり他方の領域が「汎用の」捕捉プローブに相補的である二つの領域を有するリンカープローブを付与するサンドイッチ法によっても、特異的な核酸の捕捉を促進することができる。
【０１７３】
特定のまたは一般的な核酸用のビーズの多くの組み合わせは、一のカートリッジ内で、特定のまたは一般的なタンパク質用のビーズと組み合せられる。
【０１７４】
システム３４００の第３の操作段階では、溶出用バッファは、溶出用バッファ槽３４２０から弁３４０６を介し、溶解チャンバ３４１２を通って、シリンジ３４１３のバレル３４１４に吸引されうる。上記のように、流れは、連続的または間欠的であり、かつ、流量および／または量は、溶解用粒状材料からの生体材料の溶出を最適化するために変化しうる。さらに、シリンジ３４１３のバレル３４１４は、この段階で加熱してもよく、たとえば、溶出流体を加熱することにより、溶解チャンバ内で粒状材料から捕捉された生体材料を最適な状態で溶出しうる。
【０１７５】
特にＤＮＡ等の核酸の単離のためのシステムおよび方法に係るある実施形態では、溶解チャンバ内において粒状材料から核酸を溶出させるためのバッファは、上記のように、特にＤＮＡ等の核酸の粒状材料への結合を誘発するために、核酸を懸濁または溶解させた生体試料を含む流体よりも低い塩濃度および／または高いｐＨでありうる。
【０１７６】
より低塩濃度のサンプル溶出用バッファの実施形態では、溶出用バッファ槽３４２０に入れられかつそこから引きだされる溶出用バッファの塩濃度は、約２００μＭ未満でありうる。他の上記のような実施形態では、溶出用バッファの塩濃度は、約１００μＭ未満でありうる。さらに他の上記のような実施形態では、溶出用バッファの塩濃度は、約１０μＭ未満でありうる。特に上記のような実施形態では、溶出用バッファは塩を含まなくてもよい。
【０１７７】
より高いｐＨのサンプル溶出用バッファに係るある実施形態では、溶出用バッファのｐＨは、約５を超えうる。他の上記のような実施形態では、溶出用バッファのｐＨは、約６を超えうる。さらに他の上記のような実施形態では、溶出用バッファのｐＨは、約７を超えうる。さらに上記のような実施形態では、溶出用バッファのｐＨは、約８を超えうる。
【０１７８】
第４の段階の操作では、溶出された材料は、シリンジ３４１３のバレル３４１４と溶解チャンバ３４１２から、導管３４０８、弁３４０６および排出管３４２２を介して貯蔵容器３４２４に押し出され、分析または検査などのさらなる操作のために使用されうる。空気が、シリンジ３４１３のバレル３４１４から再度排出され、生体材料を含む全ての流体を前記システムから貯蔵容器に押し出しうる。貯蔵容器において溶出液を回収する代わりに、排出管を検査装置に直接連結することにより、溶出した材料を溶出直後に検査装置において分析しうる。排出管は、必要に応じて、分配された流体の慎重な計測を可能にする直径が小さく採寸された流路を有する。排出口はまた、流体の流れを監視するための、また、シリンジ３４１３の操作を制御する制御システムに対しフィードバックを送るための流体感知システムを備えうる。
【０１７９】
前記溶解、捕捉および溶出システム内で流れを供給するためにシリンジ３４１３を使用することで、前記システムの使用毎にシリンジ３４１３を容易にかつ安価に交換することができるため、汚染を起こさない効率的な方法を実現している。本明細書に開示された前記システムおよび方法で使用するためにシリンジポンプを開示しているが、他の種類のポンプ、たとえば、蠕動ポンプまたは他の種類の計測ポンプも用いてもよい。シリンジポンプまたは蠕動ポンプを使用することには、蠕動ポンプのシリンジまたは配管が使い捨てであり、そのため使用毎に溶解チャンバとともに処分することができる、という格別な利点がある。これにより、サンプルが他のサンプルにクロスコンタミネーションする懸念なしにサンプルを効率的に処理するための簡易的な構成が可能になる。洗浄工程を省いたことは、本明細書に開示された前記システムおよび方法において際立って有利な点ではあるが、特定の実施形態で望まれる場合、サンプル槽または溶出用バッファ槽のいずれかを介して洗浄流体を供給する一以上の洗浄工程が含まれうる。
【０１８０】
本明細書に記載のシステムおよび方法により得られる生体材料の分析または検査には、たとえば、ＰＣＲによるＤＮＡの増幅が含まれうる。上記のような手順では、ヒータ３４１６が有利に使用されうる。たとえば、システム３４３４を使用してＰＣＲ等による酵素増幅を含む検査のためにＤＮＡを提供する際に、ヒータ３４１６は、貯蔵容器３４２４に分配する前に、熱を加えてＤＮＡを変性させることにより、シリンジ３４１３のバレル３４１４内で一本鎖ＤＮＡを形成する。熱変性したＤＮＡは、次に、シリンジ３４１３のバレル３４１４内に留まっている間に、鎖の再会合を防ぐために冷却されうる。上記のような熱変性したＤＮＡは、ＰＣＲ等による酵素増幅反応において特に有用でありうる。
【０１８１】
図３４Ｂは、一例示実施形態に係る図３４Ａのシステム３４００のある操作段階における弁３４０６の位置を示す。
【０１８２】
図３４Ｂにおける弁の位置３４０６ａは、二つの操作段階において利用されうる。一つの段階は、サンプル槽３４０２から、導管３４０４、弁３４０６と導管３４０８を介して、溶解チャンバ３４１２とシリンジ３４１３のバレル３４１４に生体試料を吸引することに対応する。弁の位置３４０６ａを用いる他の操作段階は、溶解および回収後に残った試料を、シリンジ３４１３のバレル３４１４と溶解チャンバ３４１２から、導管３４０８、弁３４０６および導管３４０４を介して、サンプル槽３４０２に押し戻すことに対応する。
【０１８３】
図３４Ｂにおける弁の位置３４０６ｂは、さらに他の操作段階に利用されうる。上記段階すなわち溶出段階は、溶出用バッファを、溶出槽３４２０から、導管３４１８、弁３４０６と導管３４０８を介して、溶解チャンバ３４１２とシリンジ３４１３のバレル３４１４に吸引することに対応する。
【０１８４】
図３４Ｂにおける弁の位置３４０６ｃは、さらに他の操作段階で利用されうる。上記の段階すなわち分配段階では、溶出した生体材料を、シリンジ３４１３のバレル３４１４と溶解チャンバ３４１２から、導管３４０８、弁３４０６と排出管３４２２を介して、貯蔵容器３４２４に押し入れることに対応する。
【０１８５】
図３４Ａに示すような本明細書に開示された前記システムにおいて使用する細胞サンプルは、スワブを用いて、ヒトまたは動物等のソースから得られうる。スワブはまた、目的とするさまざまな細胞試料を保持しうる表面から検査用にサンプルを回収して使用しうる。スワブ上に回収した細胞材料は、次に、流体に懸濁しうる。適当なバッファ、塩および弱い界面活性剤は、前記流体中に入れて、細胞の溶解中に溶解チャンバ内でビーズにＤＮＡを捕捉させてもよい。細胞を含む流体サンプルは、たとえば、図３４Ａに示されるシステムのサンプルおよび溶出モジュール内のサンプル槽内に置く。
【０１８６】
たとえば、核酸の結合は、十分に低いｐＨ（３.０程度）、または十分に高い塩濃度（たとえば、２００ｍＭ〜５ＭのＮａＣｌ）、塩化リチウム、硫酸アンモニウム、または酢酸アンモニウムのいずれかによってもたらされるカチオンによって促進することができる。カオトロピック塩は、６Ｍまで使用できる。
【０１８７】
高塩濃度により、ＤＮＡのシリカ表面への非特異的な結合と配列特異的なＤＮＡの捕捉（ハイブリダイゼーション）の両方が促進される。
【０１８８】
バインディングバッファ中のドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）等の界面活性剤は、非特異的な結合を減らすために使用しうる。界面活性剤がＰＣＲ等の核の増幅反応と相性が良い場合、ＤＮＡの溶出の前に界面活性剤を洗い流す必要性がない。これらの界面活性剤は、通常、非イオン性であり、Ｔｗｅｅｎ、Ｔｒｉｔｏｎ、Ｎｏｎｉｄｅｔでありうる。ＤＮＡの結合を促進するために使用される塩が有機塩である場合、このような塩、たとえば、アニオンとして酢酸塩またはカチオンとしてグアニジウムは、非特異的な結合を減らす役割をも果たしうる。
【０１８９】
ＤＮＡの放出および溶出を促進する溶液は、イオン強度が低く（たとえば、水）、通常、１０〜３０ｍＭのトリス等のバッファ濃度によりバッファされる。バインディングバッファが低ｐＨである場合（たとえば、ｐＨ３〜５）、溶出用バッファ中のｐＨを上昇させることにより、ｐＨ８〜１０の範囲になるようにバインディングバッファを中和することを促進することができる。これにより、放出が促進されるとともに、その後の核酸増幅反応との相性が向上する。
【０１９０】
特にＤＮＡ等の核酸は、本明細書に記載するように、溶解用粒状材料に非特異的に結合しうる。あるいは、本明細書に記載の材料および方法のある態様は、配列特異的な核酸の捕捉に適用しうる。配列特異的な捕捉方法が有利になりうるのは、非特異的な捕捉が、目的の生体材料及び他の生体材料の捕捉につながるときである。たとえば、本明細書に開示したシステムおよび方法を用いた場合、土壌または便サンプルは、核酸に加え、非特異的に捕捉されうる陰イオン性多糖類を含みうる。さらに、便サンプルは、非特異的に結合し、かつその後ＤＮＡ等の核酸と同時に精製されうるさまざまなＰＣＲ阻害剤を含みうる。ＤＮＡおよび他の同様の材料に非特異的に結合する粒状材料を用いる代わりに、配列特異的な捕捉プローブを溶解用粒状材料上に付与することができる。これらのプローブは、目的とする核酸に含まれるある配列に対する結合特異性に基づき選択することができる。上記のように、配列特異的な捕捉を行うことで、非核酸材料の結合が防止されるだけでなく、スワブ上に集まったホスト細胞からのホスト核酸の結合が防止されると思われる。配列特異的な捕捉方法は、このように、感度を向上させうる。前記粒状材料すなわちビーズは、配列特異的な捕捉の際に使用されるさまざまな方法により、官能基化されうる。
【０１９１】
たとえば、ビーズに、ＨＩＶのポリメラーゼ遺伝子を結合する捕捉プローブを付与されうる。ターゲットに特異的な配列の、検体に対する親和性と特異性を十分に促進させる長さは、たとえば、１０〜６０ヌクレオチド長の範囲でありうるが、これに限定されない。前記捕捉プローブは、さらに縮重させて設計することにより、検体の全てまたは大部分の種類を捕捉することができる。
【０１９２】
配列特異的な捕捉を用いる場合、上記のように、溶解、捕捉および溶出方法のある種の態様は、変化しうる。たとえば、上記プローブによる特異的な結合のためにＤＮＡの配列を露出するためには、二本鎖ゲノムＤＮＡを変性させて一本鎖ＤＮＡを生成する必要がある。これは、熱変性により行うことができる。このように、試料が溶解チャンバを介してシリンジに入るとき、シリンジは次に、溶解チャンバ内ではまだビーズに結合していないＤＮＡを変性するために加熱される。加熱することで、ＤＮＡは一本鎖ＤＮＡに変性するが、その後、再アニールするのを防ぐため、ＤＮＡは冷却される。このように、熱変性された一本鎖ＤＮＡの配列は、加熱／冷却した試料が溶解チャンバを通って戻る流路において、プローブを有するビーズに特異的に結合されるようにさらされる。
【０１９３】
ある実施形態では、生体試料を溶解し、生体材料を捕捉および溶出するシステムは、溶解用粒状材料を含む溶解チャンバを有する溶解モジュール（たとえば、ビーズ、マイクロモータで駆動するインペラおよび二つのシリンジ（それぞれ、流体が連通するよう溶解モジュールの溶解チャンバに連結されたバレルを有する第１のシリンジおよび第２のシリンジ））でありうる。いずれか一つまたは両方のシリンジのバレルは、両シリンジと熱接触するヒータをさらに有しうる。上記のようなシステムは、上記に記載のシステムと同様に動作しうる。たとえば、生体試料は、第１のシリンジのバレルから溶解チャンバに、および溶解チャンバを介して、第２のシリンジのバレルに押し出されうる。廃棄サンプルは、次に、第２のシリンジのバレルから溶解チャンバを介して逆流して第１のシリンジのバレルに押し出されうるが、第１のシリンジを取り外している場合には、廃棄貯蔵容器に直接押し出されうる。溶出用バッファを含むバレルを有する第３のシリンジは、次に、第１のシリンジと置き換えられうる。溶出用バッファは、第３のシリンジのバレルから、溶解チャンバを介して、第２のシリンジのバレルに送出されうる。第３のシリンジは、次に、取り外すか、またはバレルを有する第４のシリンジに置き換えられうる。溶出用バッファは、次に、第２のシリンジのバレルから逆流して溶解チャンバに、および溶解チャンバから貯蔵容器または第４のシリンジのバレルに押し出されうる。第２のシリンジのバレルは、上記のように、溶解および捕捉段階および／または溶出段階において加熱されうる。各シリンジは、たとえば、シリンジポンプ、モータおよびリンク機構、ソレノイド、または他のアクチュエータを使用して、単に手動でまたは自動的に操作されうる。
【０１９４】
本明細書に記載のシステムを使用中に、溶解チャンバを通り抜けて特にＤＮＡ等の生体材料が細胞破壊され捕捉されたサンプルの量は、溶解チャンバの容積の何倍にもなりうる。ある実施形態では、サンプルの量は、１００〜２０００μＬの範囲でありうる。本明細書に開示されたシステムおよび方法のある特定の実施形態では、溶解モジュールは、ＯｍｎｉＬｙｓｅｒＴＭ（ＯＬＴＭ）溶解装置でありうる。前記ＯＬＴＭ溶解装置を用いた特定の実施形態では、上記の量のサンプルの処理時間は、約１５〜１２０秒の範囲でありうる。
【０１９５】
図３４Ａおよび図３４Ｂに示され、本明細書に詳細に記載されたシステムおよび方法の実施形態は、溶解チャンバ３４１２内でインペラ装置を用いて溶解した生体試料から生体材料を単離することを例示しているが、これに限定されない。しかし、当業者であれば、図３４Ａおよび図３４Ｂで例示したシステムおよびその使用を、他の手段により溶解した生体試料から放出された生体材料の単離に容易に利用できることを認識するであろう。たとえば、本明細書に詳細に記載するように、上記のような生体試料は、溶解チャンバを振動させることにより溶解しうる。さらに、ある処理方法が溶解チャンバ内で生体材料を粒状材料に結合するのに適当である化学組成を有する生体材料を生成するのであれば、また、前記粒状材料から捕捉し溶出した前記生体材料がさらなる使用または分析に適するのであれば、試料の溶解は超音波を用いて行うことができ、または、いくつかの他の種類の物理処理または化学処理を含むこともできる。
【０１９６】
図３５Ａおよび図３５Ｂは、他の例示実施形態に係る溶解装置３５００を示す。
【０１９７】
溶解装置３５００は、チャンバ３５０４を形成する本体３５０２を備える。本体３５０２は、インペラ３５０８がチャンバ３５０４に配されるように、その中に前記インペラを収容するよう採寸された開口部３５０６を備えうる。開口部３５０６は、駆動モータ（たとえば、マイクロ電動モータ３５１０）の一部またはその全てを、任意で通しうる。電動モータ３５１０は、インペラ３５０８を駆動するために連結される。電動モータ３５１０は、モータに供給された電力に応じて選択的に動作可能である。電動モータ３５１０は、加圧型の取付部品または締まりばねを介して、開口部３５０６内で固定されうる。特に、開口部３５０６を形成する内壁および／またはチャンバ３５０４は、電動モータが開口部３５０６を介してチャンバ３５０４内に進むにつれてわずかに漸減し、電動モータ３５１０の側壁に密閉するように係合しうる。あるいは、または追加で、電動モータ３５１０の側壁は、電動モータ３５１０が開口部３５０６を介してチャンバ３５０４内に進むにつれてわずかに漸減し、開口部３５０６の側壁および／またはチャンバ３５０４を密閉するように係合しうる。あるいは、電動モータ３５１０と開口部３５０６および／またはチャンバ３５０４は、カップラー構造を備えうる。たとえば、電動モータ３５１０と開口部３５０６および／またはチャンバ３５０４は、電動モータ３５１０が開口部３５０６を介してチャンバ３５０４内に進むにつれて噛み合わせて封止するねじ山（図示せず）を備えうる。あるいは、差込型（図示せず）または突起型（図示せず）のカップラー構造を採用しうる。他の封止構造もまた採用しうる。たとえば、ガスケット、ワッシャまたはＯリングを固定するための固定リングまたは外周リングを用いてあるいはそれらを用いずに、一以上のガスケット、ワッシャまたはＯリング（図示せず）を利用しうる。封止は、流体を通さない封止および／またはガスを通さない封止でありうる。
【０１９８】
前記溶解装置は、第１のポート３５１２ａおよび第２のポート３５１２ｂ（３５１２と総称する）を備える。第１のおよび第２のポート３５１２は、その外部からチャンバに流体を連通させるための流路３５１４ａ、３５１４ｂ（３５１４と総称する）をそれぞれ備えうる。ポート３５１２は、材料をチャンバ３５０４に供給する供給ポートとしておよび／またはチャンバ３５０４から材料を排出する排出ポートとして使用されうる。
【０１９９】
それぞれのポート３５１２は、ポート３５１２ａ、３５１２ｂそれぞれに選択的に連結することができるカップラー３５１６ａ、３５１６ｂ（３５１６と総称する）を備えうる。
【０２００】
たとえば、それぞれのポート３５１２は、オスまたはメスの各Ｌｕｅｒ−Ｌｏｃｋ（Ｒ）取付部品またはＬｕｅｒ−Ｓｌｉｐ（Ｒ）取付部品を備えうる。Ｌｕｅｒ−Ｌｏｃｋ（Ｒ）またはＬｕｅｒ‐Ｔａｐｅｒ（Ｒ）取付部品を用いることで、シリンジ３５１８ａ、３５１８ｂ（図３５Ａ、３５１８と総称する）を溶解装置３５００に結合することができる。たとえば、第１のシリンジ３５１８ａは、第１のポート３５１２ａに連結され、サンプルまたは試料を注入させる一方、第２のシリンジ３５１８ｂは、第２のポート３５１２ｂに結合され、溶解後にサンプルまたは試料（たとえば、溶解された材料）を排出させるようにしうる。これにより、サンプルまたは試料がチャンバ３５０４を介して往復して通過するため、たとえば、溶解またはＤＮＡの捕捉の能力を高めうる。シリンジ３５１８は、ポート３５１２ａと３５１２ｂのいずれかまたは両方のポート３５１２にて使用しうる。サンプルまたは試料送出システムとしてシリンジ３５１８を用いることにおいて有利な点は、シリンジ３５１８が安価で使い捨てであること、かつ、分配量が急速である場合にも、流体が高い信頼度で確実に入れ替わることである。Ｌｕｅｒ−Ｌｏｃｋ（Ｒ）の設計は、確実に封止し、また、相補的なＬｕｅｒ−Ｌｏｃｋ（Ｒ）取付部品を有する多くの装置に接続する汎用の付属品の例を示している。
【０２０１】
図３６に示すように、選択的に固定できる取付部品（たとえば、Ｌｕｅｒ−Ｌｏｃｋ（Ｒ）取付部品）を用いることで、複数の溶解装置３５００ａ、３５００ｂ（３５００と総称する、三つのみ図示する）を連続で結合しうる。これにより、複数の段階を通じて、サンプルまたは試料を連続的に処理するために有利に使用しうる。さらにまたは代替として、異なる連続する溶解装置３５００において、ビーズ等の溶解用粒子は、それぞれ異なる分子に対する感受性を有しうる。たとえば、連続する溶解装置のある装置における溶解用粒子には、同一サンプルまたは試料からそれぞれ異なる分子を捕捉するための受容体（たとえば、結合部位）を付与しうる。捕捉された異なる分子を有するそれぞれの溶解装置３５００は、次に、互いの装置から容易に分離され、異なる種類の溶出または溶出ステップにより個別に処理されうる。
【０２０２】
図３７Ａおよび図３７Ｂは、一例示実施形態に係る溶解マニホールドすなわちアレイ３７００を示す。溶解マニホールドすなわちアレイ３７００は、複数の位置３７０４ａ、３７０４ｈ（３７０４と総称する、図３７Ａでは二つのみ表記する）を有するブロックまたはフレーム３７０２を備えることにより、一以上の独立した溶解装置３７０６ａ〜３７０６ｈ（３７０６と総称する、六つ図示する）のそれぞれを保持する。独立した溶解装置３７０６は、たとえば、インペラと電動モータを収容するチャンバを採用する別個の溶解装置の形態をとりうり、たとえば、独立した溶解装置３７０６は、溶解装置３５００（図３５）と同一または類似でありうる。独立した溶解装置３７０６は、それぞれ、インペラを駆動するために連結される使い捨て電動モータを備えうる。独立した溶解装置３７０６は、それぞれ、第１のポート３７０８ａと第２のポート３７０８ｂ（３７０８と総称する、図３７Ａには二つのみ表記する）を備えうる。ポート３７０８は、チャンバ（図３７Ａまたは図３７Ｂには表記せず）への供給口および／または排出口として機能しうる。
【０２０３】
図３７Ｂに示すように、溶解マニホールドすなわちアレイ３７００は、一以上のブロックまたはフレーム３７０２および連結された独立した溶解装置３７０６を支持する支持構造３７１０を備えうる。特に、支持構造３７１０は、溶解された材料を収容する構造体（たとえば、マイクロタイタープレート３７１２）に対して配置された、ブロックまたはフレーム３７０２および連結された個々の溶解装置３７０６を保持するレール３７１０ａ、３７１０ｂを備えうる。たとえば、支持構造３７１０は、連結された独立した溶解装置３７０６がマイクロタイタープレート３７１２の複数のウェル３７１２ａ（図３７Ｂには、一つのみ表記する）それぞれの上に位置するように、ブロックまたはフレーム３７０２を保持しうる。図３７Ｂは、一の一次元アレイ溶解装置３７０６を構成する一列のみの独立した溶解装置３７０６を備えた溶解マニホールドすなわちアレイ３７００を示す。あるいは、支持構造３７１０は、それぞれが一列の独立した溶解装置３７０６を備える追加の溶解マニホールドすなわちアレイを備えうる。複数の溶解マニホールドすなわちアレイ３７００が備える独立した溶解装置３７０６は、二次元アレイを構成することができる。さらなる代替として、一の溶解マニホールドすなわちアレイ３７００は、二次元アレイに配された独立した溶解装置３７０６を備えうる。さらに別の代替として、モータと駆動機構を連結することにより、独立した溶解装置３７０６を備えた一の溶解マニホールドすなわちアレイ３７００を、支持構造３７１０のレール３７１０ａ、３７１０ｂに沿って動かしうる。このように、溶解装置３７０６の一次元アレイは、位置の二次元アレイを実現するために動かされうる。この動きは、たとえば、一以上のコンピュータ処理機、モータ、アクチュエータおよび／または伝送を通じて、手動または自動で制御されうる。
【０２０４】
直前に記載したように、独立した溶解装置３７０６は、複数の装置をつなぎ合わせて溶解マニホールドすなわちアレイ３７００（たとえば、一次元または二次元）を構成することにより、多重処理を行うことができる。これらの独立した溶解装置３７０６の中心間の距離は、たとえば、９ｍｍまたは９ｍｍの倍数にすることで、マイクロタイタープレート３７１２（たとえば、９ｍｍ間隔で９６個以上のウェルを有するプレート）の標準フォーマットに合わせることができる。同様に、４．５ｍｍ未満の直径の電動モータを使用することで、溶解装置３７００のマニホールドすなわちアレイを、４．５ｍｍの間隔のマイクロタイタープレートのフォーマット（たとえば、３８４個のウェルを有するプレート）に合わせて使用することができる。独立した溶解装置３７０６を４、８、６または１２の列または並びに構成することで、マイクロタイターのフォーマットでサンプルを自動化または準自動処理するために使用することを促進しうる。さらに、独立した溶解装置３７０６の吸入ポート３７０８ａがサンプルまたは試料をピペットの先から受け入れるよう設計される場合、独立した溶解装置３７０６には、手動操作または機械操作のいずれかで、マルチチャネルピペッターを用いて分注しうる。ブロックまたはフレーム３７０２は、一つのブロックから独立した溶解装置３７０６用の複数の部位を有するように成形またはカット押出しされた一体構造として作製されうる。
【０２０５】
ある実施形態におけるフロースルーの性質により、追加のサンプルまたは試料を処理するためにシステムを再利用できるようにしうる。たとえば、前記フロースルーの性質により、前記システムの滅菌を行うあるいは他の殺菌または洗浄を行うための、一回以上の洗浄または洗浄ステップにおける性能が向上しうる。容器は、使用と使用の間に洗浄および／または滅菌することにより再利用しうる。これは、あるサンプルまたは試料の下流処理と調整することで、下流処理が行われる間に他のサンプルまたは試料のために前記容器が準備されるようにしうる。前記容器の洗浄および／または滅菌は、たとえば、高ｐＨまたは低ｐＨの溶液、漂白剤、界面活性剤、またはそれらを組み合わせて一回以上行ってもよい。ｐＨの中和は容易であるため、ｐＨを調整することにより、洗浄または洗浄ステップの回数を有利に削減しうる。別の方法として、ジエチルピロカーボネート（ＤＥＰＣ）を使用しうる。ＤＥＰＣ化合物は、タンパク質および核酸を破壊することができる。この処理の後には、洗浄が一回行われ、その後に熱い空気が吹き付けられうる。ＤＥＰＣは揮発性が高いため、ＤＥＰＣで処理した表面全体を熱した空気の中を通す動作中に、分解および蒸発により取り除かれうる。
【０２０６】
上記のさまざまな実施形態により、フロースルーであるかそうでないかに関わらず、さまざまな機構を介して、溶解が行われる同じチャンバ内および／または他のチャンバ内（たとえば、サンプルまたは試料の流れの後に配されるチャンバ）のいずれかで、検体の捕捉を行わせてもよい。本明細書に記載するように、前記フロースルーシステムまたは装置（たとえば、弧状振動運動に基づくまたは回転インペラに基づく）は、同一の粒状物質（すなわち、溶解用粒状物質）を用いて検体捕捉と組み合わせて溶解を行うことで、同一チャンバ内で検体分子を捕捉することができる。さらに、または代替として、溶解は、通常溶解の後に行われうる、他の機構を使用する検体捕捉または検体捕捉ステップと組み合わせることもできる。この方法によっても、強い試薬の使用を有利に省略し、かつ、洗浄後に起きうる任意の酵素反応に先立つ洗浄動作またはステップを行うことに関連する必要性をなくすことができる。たとえば、１μｍの磁気粒子は、破壊（すなわち、溶解）の前後に、サンプルまたは試料に混合することができる。そのため、ＤＮＡの捕捉は、より大きな溶解用粒子すなわちビーズによる破壊が完了した後に、これらの磁気粒子上で起こりうる。この原理はまた、他の非化学的な細胞溶解法（たとえば、超音波処理と同時にまたはそれに続いて、別の表面で捕捉が発生しうるような超音波処理）に適応しうる。そのような方法によっても、洗浄または洗浄ステップを任意の酵素反応の前に行うことを避けることができる。
【０２０７】
フロースルー構成を採用し、溶解用粒子すなわちビーズを高いエネルギーで混合することは、結合キネティクスおよび溶出キネティクスにおいて、際立った利点を有しうる。サンプルまたは試料を、活発に振とう・攪拌されている溶解用粒子すなわちビーズの高濃度縣濁液を含む比較的小型のチャンバに通すことにより、検体ＤＮＡと溶解用粒子すなわちビーズとの間に「衝突」を高確率で誘発する。これは、サンプルまたは試料を親和性フィルタに通すことといくつかの点で類似しており、ミクロンサイズの磁気ビーズを用いる通常の方法に対してあきらかな利点を有しうる。上記のような磁気ビーズは、通常、サンプルまたは試料の体積全体にわたって分散させなければならない。
【０２０８】
固相と溶液相の界面は、当該液相において比較的静的で、能動的な混合に寄与しない境界層を有する。溶液相における分子は、この層を介して拡散し、固相の表面に到達する必要がある。拡散は、渦混合および対流と比較して緩慢な工程である。溶解用粒子すなわちビーズの運動エネルギーが上昇するにつれて、能動的な混合の度合いが上昇して、この境界層を減少させ、ＤＮＡがビーズの表面に到達する速度を増加させ、それにより、結合が加速する。あるいは、ＤＮＡを溶出させるとき、溶解用粒子すなわちビーズの高いエネルギー運動はまた、溶解用粒子すなわちビーズと境界層からＤＮＡを運ぶ働きをするため、溶解用粒子すなわちビーズからのＤＮＡの解離が加速する。これは、ＤＮＡ結合システムが高容量ＤＮＡ（たとえば、５〜６０μｇ）を捕捉するための高い結合能力を有するという一般的な場合において特に有用でありうる一方、非常に低容量の検体ＤＮＡを捕捉する場合にも有用である。前記高い結合能力は、再結合のためのかなり広い表面面積およびＤＮＡの一部を保持することができる境界層を数多く提供することにより、通常、低コピー数のときには溶出効率を下げる。弧状振動運動に基づく実施形態（図１Ａ〜図５）または回転インペラに基づく実施形態（図１６〜図１８）による高いエネルギー運動によって生み出されるせん断力は、ＤＮＡを表面から解離させることおよび減少した境界層からＤＮＡを運ぶことに寄与することができ、溶出または溶出ステップ中にＤＮＡがチャンバから分配されるバルク流体に合流することを可能にする。
【０２０９】
本明細書に記載の少なくともいくつかの実施形態では、溶解用粒子すなわちビーズを用いた「サンドイッチ」型の検出方式が可能となりうる。この原理は、タンパク質および核酸とともに、他のリガンド／受容体の組み合わせに対しても適用することができる。核酸の場合、Ｃｈｉｒｏｎ社で開発された分岐ＤＮＡアッセイ等のＤＮＡの捕捉方式を、弧状振動運動に基づく装置（たとえば、ビーズビーター）または回転インペラに基づく装置（たとえば、ビーズブレンダー）のいずれかにおいて、細胞を溶解し、ＤＮＡを結合するために使用される、ビーズ等の溶解用粒状材料に用いることができる。検体の核酸は、溶解用粒子すなわちビーズに接着した捕捉プローブに検体配列を架橋する、ヘテロ二官能性延長プローブにより捕捉することができる。分岐ＤＮＡアッセイを行った後の層は、溶解用粒子すなわちビーズ上に捕捉された検体に加えることができる。プローブの各層は、溶解用粒子すなわちビーズの混合の調整速度を伴わせることで、各層の結合の加速と高いせん断力によるするＤＮＡ切断との間を媒介することができる。これらの溶解用粒子すなわちビーズに分岐ＤＮＡ方式を構築することで、検体の捕捉を含む各層における結合の急速な結合キネティクスを促進することができる。これにより、また、かなり大容量の試料からの非常に効率的に検体の濃縮が促進され、また、各結合または結合ステップ間における効率的な洗浄または洗浄ステップが促進される。
【０２１０】
分岐ＤＮＡ方式のプローブの完全な複合体が溶解用粒子すなわちビーズに構築された後、検出に進むためには、少なくとも三つの方法がある。一つの方法は、溶解装置（たとえば、ビーズブレンダー）の容器またはカートリッジ内で検出することである。化学発光検出の場合、混合は検出または検出ステップ中に発生しうる。他の方法は、溶解用粒子すなわちビーズを検出用のウェルまたは管の中に分注することである。さらに他の方法は、溶解用粒子すなわちビーズからＤＮＡ複合体を放出させ、レポーター基を検出用のウェルまたは管の中に溶出させることである。この方法には、実際に検体に特異的である放出または放出ステップを可能にすることで、検体特異的なシグナルとバックグラウンドシグナルとのより良い比が得られるという潜在的な利点がある。たとえば、プローブの一以上の層は、光切断可能な接合部において光で切断することにより放出されうる。高ｐＨまたは低塩濃度において加熱によって溶出させることで、ＤＮＡが変性し、また、そのためレポーター基が放出される。ヌクレアーゼは、特異的な部位においてまたは非特異的にＤＮＡ複合体を放出するために使用されうる。前記振動回転運動に基づく装置（たとえば、ビーズビーター）または前記回転インペラに基づく装置（たとえば、ビーズブレンダー）による急速な動作は、放出・溶出または放出・溶出ステップの効率を向上しうる。
【０２１１】
本明細書の教示に基づき当業者により認識されるように、細胞を溶解しＤＮＡを抽出する溶解用粒子すなわちビーズの使用は、ＤＮＡに対し非特異的な親和性を有する任意の表面化学反応により行うことができる。これには、シリカまたはシリカ様ビーズを用いること、ならびに、ＢＯＯＭ法により、高塩濃度または低ｐＨを用いてＤＮＡのビーズへの結合を誘発し、その後、低塩濃度の溶液をアプライしてＤＮＡを溶出させることが含まれうる。これにはまた、二価のカチオン（たとえば、Ｍｇ++）の溶液とともに用いられたときに、ビーズとＤＮＡの間に塩架橋を形成する負に帯電したビーズを用いることが含まれうる。この方法はまた、低濃度の塩およびＥＤＴＡを使用してＤＮＡを溶出させる。上記の方法は、Hawkins, et al,. Nucleic Acids Res. 1995, 23:22.に記載されている。これはまた、シリカ溶解用粒子すなわちビーズ上のアニオン交換樹脂を用いたＤＮＡの捕捉および放出を含みうる。第３級アミンを含むジアチルアミノエタノール等の樹脂は、低ｐＨにおいてＤＮＡを結合させ、次に、高塩濃度の媒体の存在下でＤＮＡを溶出させることができる。
【０２１２】
図３８Ａおよび図３８Ｂは、さらに他の例示実施形態に係る、止水栓弁３８００の形態の溶解装置を示す。止水栓弁３８００は、貯蔵容器を形成する外側本体部３８０２、または外側チャンバ３８０４を備える。止水栓弁３８００は、貯蔵容器を形成する内側本体部３８０６、または内側チャンバ３８０８を備える。止水栓弁３８００はまた、内側チャンバ３８０８内に収容され中で回転するインペラ３８１０を備える。止水栓弁３８００はさらに、インペラを駆動するために連結される電動モータ３８１２を備える。止水栓弁３８００は、トルクを内側本体部３８０６にかけることにより、内側本体部を外側本体部３８０２に対し容易に回転させるまたは旋回させるハンドル３８１８または他の係合可能な構造をさらに備えうる。
【０２１３】
内側本体部３８０６は、内側チャンバ３８０８内で従軸３８０９の周りを回転することにより（両矢印３８０７）複数のポート３８２０ａ〜３８２０ｃ（３８２０と総称する）を開閉し、それにより、内側チャンバ３８０８との流体の連通を開閉している。上記の構成は、止水栓弁型溶解装置３８００を操作時および／または止水栓弁型溶解装置３８００を介して異なる流路を画定するために、内側チャンバ３８０８を介して異なる時間に異なる流体を流させるために採用しうる。前記構造は、内側チャンバ３８０８の壁における一以上のポートが外側本体部３８０２を介してポート、流路または通路との間で流体を確実に連通させうる。このように、ポート３８２０は、少なくとも一つの他のポート３８２０が内側チャンバ３８０８を通るよう設計された流体を含む流路に連通して流体が流れるように、ポンプにつながる流路に並べられうる。この設計により、止水栓型溶解装置３８００を、他の機能を担うまたは他の流体を保持する他のチャンバと一体化させることができる（たとえば、サンプルとバインディングバッファの混合液、溶出用バッファ、ポンプ、廃液槽、および／または増幅および検出用のチャンバ）。
【０２１４】
図３９Ａ〜３９Ｃは、図３８Ａおよび図３８Ｂと同様の溶解装置３９００を示す。特に、図３９Ａは、溶解装置３９００の分解図であり、図３９Ｂは、溶解装置３９００を組み立てた図であり、図３９Ｃは、図３９Ａに示した向きから１８０°回転させた溶解装置３９００を示す。
【０２１５】
溶解装置３９００は、外側チャンバ３９０４を形成する外側容器３９０２、内側チャンバ３９０８を形成する内側容器３９０６、インペラ３９１０およびインペラ３９１０を駆動するために連結される電動モータ３９１２、を備えうる。外側チャンバ３９０４は、内側容器３９０６をその中に収容するよう採寸される。たとえば、外側チャンバ３９０４は、内側容器３９０６の外周径または外径Ｄ２を密接に収容する内周径または内径Ｄ１を有しうる。上記の内周径または内径は、間を密閉して流体またはガスを通さないよう、前記外周径または外径を十分に密接に収容しうる。さらに、または代替として、一以上のガスケット、ワッシャまたはＯリングを利用しうる。さらに、または代替として、カップラー構造（たとえば、ねじ山）を利用しうる。外側チャンバ３９０４は、内側容器３９０６を収容するために、一端３９１４ａにおいて開いている。外側チャンバ３９０４は、他端３９１４ｂにおいて閉じうる。内側チャンバ３９０８は、インペラ３９１０および任意で電動モータ３９１２を収容するために、一端３９１６ａにおいて開いている。内側チャンバ３９０８は、図３９Ａおよび３９Ｃに示すように、他端３９１６ｂにおいて（たとえば、外側チャンバ３９０４が他端３９１４ｂにおいて閉じている場所において）開きうる。あるいは、図４０Ａおよび図４０Ｂに示すように、内側チャンバ３９０８は、他端３９１６ｂにおいて閉じうる。
【０２１６】
内側チャンバ３９０８は、インペラ３９１０および任意で電動モータ３９１２の一部またはその全てをその中に収容するよう採寸される。たとえば、内側チャンバ３９０８は、電動モータ３９１２の外周径または外径Ｄ４を密接に収容する内周径または内径Ｄ３を有しうる。上記の内周径または内径は、間を密閉して流体またはガスを通さないよう、前記外周径または外径を十分に密接に収容しうる。さらに、または代替として、一以上のガスケット、ワッシャまたはＯリングを利用しうる。さらに、または代替として、カップラー構造（たとえば、ねじ山）を利用しうる。内側容器３９０２は、前記内側容器から外側に延伸する一以上の突起または他の係合可能な構造３９１８ａ、３９１８ｂ（３９１８と総称する）を備えうる。これにより、内側容器３９０６を外側容器３９０２内で容易に回転させることができる。
【０２１７】
図３９Ａに最もよく示されるように、外側容器３９０２は、外側チャンバ３９０４と外側容器３９０２の外部との間に流体を連通させるまたは流体流路を提供するための多くのポート３９２０ａ〜３９２０ｃ（３９２０と総称する）を有する。例示実施形態には、三つのポート３９２０ａ〜３９２０ｃを示しているが、より少ないまたはより多くのポートを利用しうる。同様に、内側容器３９０６は、内側チャンバ３９０８と内側容器３９０６の外部との間に流体を連通させるまたは流体流路を提供するための多くのポート３９２２ａ〜３９２２ｃ（３９２２と総称する）を有する。例示実施形態には、三つのポート３９２２ａ〜３９２２ｃを示しているが、より少ないまたはより多くのポートを利用しうる。ポート３９２０、３９２２は、内側容器３９０６上の選択されたポートが外側容器３９０２の選択されたポート上に第１の向きまたは構成（図３９Ａ）で並ぶように配置される一方、内側容器３９０６上の選択されたポートが外側容器３９０２上の選択されたポートに第１の向きまたは構成とは異なる第２の向きまたは構成（図３９Ｃ）で並ぶように配置されるように、配置される。前記流体流路は、内側容器３９０６を単に外側容器３９０２に対して配向することにより変更することができる。たとえば、例示実施形態では、外側容器３９０２のポート３９２０ａと３９２０ｂとの間の第１の流体流路は、内側容器３９０６が外側容器３９０２に対し第１の向きにあるとき（図３９Ａ）に確立される。内側容器３９０６を、外側容器３９０２に対し、たとえば従軸の周りを１８０°回転させることにより（図３９Ｃに示す向き）、外側容器３９０２のポート３９２０ａと３９２０ｃとの間に第２の流体流路を確立させる。なお、外側チャンバ３９０４を形成する前記内壁または内周は、外側容器３９０２に対する内側容器３９０６の向きに応じて、内側容器３９０６のポート３９２２ａ、３９２２ｃのうちの一つを選択的に密閉する。他の実施形態では、さらなるポートを使用しうる。ポートは、互いに１８０°以外の角度になるように配向されうる。このため、たとえば、内側容器３９０６は、互いに９０°、６０°または４５°の角度になるように配向されたポートを有しうる。これにより、選択的に選択できる流体流路をより多く提供しうる。外側および内側容器３９０２、３９０６は、それぞれ、互いに等しい数のポート３９２０、３９２２を備えていることが図示されているが、ある実施形態では、外側および内側容器３９０２、３９０６のポートの数は、互いに等しくなくてもよい。
【０２１８】
図４０Ａおよび図４０Ｂは、図３８Ａおよび図３８Ｂと同様の溶解装置４０００を示す。特に、図４０Ａは、溶解装置４０００の分解図であり、図４０Ｂは、溶解装置４０００の底面図である。
【０２１９】
溶解装置４０００は、外側チャンバ４００４を形成する外側容器４００２、内側チャンバ４００８を形成する内側容器４００６、インペラ４０１０、およびインペラ４０１０を駆動するために連結される電動モータ４０１２を備えうる。外側チャンバ４００４は、内側容器４００６をその中に収容するように採寸される。たとえば、外側チャンバ４００４は、内側容器４００６の外周径または外径を密接に収容する内周径または内径を有しうる。上記の内周径または内径は、間を密閉して流体またはガスを通さないよう、前記外周径または外径を十分に密接に収容しうる。さらに、または代替として、一以上のガスケット、ワッシャまたはＯリングを利用しうる。さらに、または代替として、カップラー構造（たとえば、ねじ山）を利用しうる。外側チャンバ４００４は、内側容器４００６収容するために両端４０１４ａ、４０１４ｂにおいて開きうる。内側チャンバ４００８は、インペラ４０１０および任意で電動モータ４０１２を収容するため、一端４０１６ａにおいて開きうる。内側チャンバ４００８は、外側チャンバ４００４の他端４０１４ｂを閉じるため、他端４０１６ｂにおいて閉じている。内側容器４００６は、前記内側容器の他端４０１６ｂから延伸する一以上の突起または他の係合可能な構造４０１８を有する。これにより、内側容器４００６を外側容器４００２内で容易に回転させることができる。
【０２２０】
内側チャンバ４００８は、インペラ４０１０および任意で電動モータ４０１２の一部またはその全てをその中に収容するよう採寸される。たとえば、内側チャンバ４００８は、電動モータ４０１２の外周径または外径を密接に収容する内周径または内径を備えうる。これにより、間を密閉して流体またはガスを通さないよう、十分に密接に収容されうる。さらに、または代替として、一以上のガスケット、ワッシャまたはＯリングを利用しうる。さらに、または代替として、カップラー構造（たとえば、ねじ山）を利用しうる。
【０２２１】
図４０Ａに最もよく示されるように、外側容器４００２は、外側チャンバ４００４と外側容器４００２の外部との間に流体を連通させるまたは流体流路を提供するための多くのポート４０２０ａ〜４０２０ｃ（４０２０と総称する）を有する。例示実施形態には、三つのポート４０２０ａ〜４０２０ｃを示すが、より少ないまたはより多くのポートを利用しうる。同様に、内側容器４００６は、内側チャンバ４００８および内側容器４００６の外部との間に流体を連通させるまたは流体流路を提供するための多くのポート４０２２ａ〜４０２２ｃ（４０２２と総称する）を有する。例示実施形態には、三つのポート４０２２ａ〜４０２２ｃを示すが、より少ないまたはより多くのポートを利用しうる。ポート４０２０、４０２２は、内側容器４００６上の選択されたポートが外側容器４００２の選択されたポート上に第１の向きまたは構成（図４０Ａ）で並ぶように配置される一方、内側容器４００６上の選択されたポートが外側容器４００２上の選択されたポートに第１の向きまたは構成とは異なる第２の向きまたは構成で並ぶように配置されるように、配置される。前記流体流路は、内側容器４００６を単に外側容器４００２に対して配向することにより変更することができる。たとえば、例示実施形態では、外側容器４００２のポート４０２０ａ、４０２０ｂの間の第１の流体流路は、内側容器４００６が外側容器４００２に対し第１の向きにあるとき（図４０Ａ）、確立される。内側容器４００６を、外側容器４００２に対し、たとえば、従軸の周りを１８０°回転させることにより、外側容器４００２のポート４０２０ａと４０２０ｃとの間に第２の流体流路を確立させる。なお、外側チャンバ４００４を形成する内壁または内周は、外側容器４００２に対する内側容器４００６の向きに応じて、内側容器４００６のポート４０２２ａ、４０２２ｃのうち一つを選択的に密閉する。他の実施形態では、さらなるポートを使用しうる。ポートは、互いに１８０°以外の角度になるように配向されうる。このため、たとえば、内側容器４００６は、互いに９０°、６０°または４５°の角度になるように配向されたポートを有しうる。これにより、選択的に選択できる流体流路をより多く提供しうる。外側および内側容器４００２、４００６は、それぞれ、互いに同数のポート４０２０、４０２２を備えていることが図示されているが、ある実施形態では、外側および内側容器４００２、４００６のポートの数は互いに等しくなくてもよい。
【０２２２】
図３８Ａ、３８Ｂ、図３９Ａ〜３９Ｃ、図４０Ａ、４０Ｂの実施形態が、すべて手動で操作しうる（たとえば、手動で回転させ、所望の流路またはポートを選択する）一方、ある実施形態では、たとえば、電動モータ、ソレノイドあるいは他の電気的または電気機械的なアクチュエータにより駆動することにより、自動的に操作しうる。
【０２２３】
前記溶解およびＤＮＡ抽出システムは、他の構成要素および機能と一体化できる。これは、廃液槽、洗浄槽および機能、サンプルすなわち試料の導入用のチャンバ、溶出用バッファチャンバおよび機能、増幅・検出用のチャンバおよび機能をさらに一体化させることができるポンプおよび弁に、特にいえる。これらの全ての構造および機能は、溶解または検体抽出のいずれかまたは両方のためのビーズ叩き機能を備える使い捨て容器またはカートリッジに一体化させることができる。これらの構造および機能を使い捨てユニットに一体化させることは、ポイント・オブ・ケアおよびポイント・オブ・ユーズ診断の用途において、実用的な面での利点を有する。これらの構造機能を使い捨てユニットに一体化させることは、ポイント・オブ・ケアおよびポイント・オブ・ユーズ診断の用途において、実用的な面での利点を有する。
【０２２４】
上記に記載のさまざまな実施形態は、組み合わせることにより、他の実施形態とすることができる。米国特許仮出願番号６１／０２０，０７２（２００８年１月９日出願、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３０６２２（２００９年１月９日出願、ＷＯ２００９／０８９４６６として公開）、米国特許仮出願番号６１／１１７，０１２（２００８年１１月２１日出願）、米国特許仮出願番号６１／２２０，９８４（２００９年６月２６日出願）、米国特許非仮出願番号１２／７３２，０７０（２０１０年３月２５日出願）、および米国特許仮出願番号６１／３１７，６０４（２０１０年３月２５日出願）は、すべて本願明細書に援用される。実施形態の態様は、さらに他の実施形態を提供するためのさまざまな特許、出願および公開の概念を採用するために、必要に応じて改変することができる。
【０２２５】
上記のおよび他の変更は、上記の詳細な記載を考慮して、上記実施形態に対して行うことができる。一般的に、添付の特許請求の範囲では、使用される用語は、本請求項を本明細書および本請求項に開示された特定の実施形態に限定するよう解釈されるべきではないが、そのような請求項に与えられる均等物の全ての範囲とともにすべての可能性のある実施形態を備えうると解釈されるべきである。それにより、本請求項は本開示により限定されない。
【０２２６】
［付記］
［付記１］ 
生体材料を含む試料をチャンバに導入するステップと、
弧状振動運動または回転インペラに基づく運動により、溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を前記チャンバ内で攪拌して前記試料を機械的に溶解するステップとを含み、
前記溶解用粒状材料は、前記流体の存在下で前記生体材料に対する親和性を有し、
前記流体は、前記生体材料の前記溶解用粒状材料への結合を促進する少なくとも一つの物理特性および／または化学特性を有し、
前記親和性は、前記流体の存在下で前記生体材料の少なくとも一部を前記溶解用粒状材料の少なくとも一部に結合させるのに十分である、生体材料の獲得方法。
［付記２］
前記溶解用粒状材料は複数のビーズを有し、
前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解する前記ステップは、前記チャンバ内で前記複数のビーズとともに前記試料を攪拌するステップを含む、付記１に記載の方法。
［付記３］
前記溶解用粒状材料は、複数のセラミックビーズ、複数のガラスビーズ、複数のジルコニウムビーズ、複数のシリカビーズ、複数の砂、または、前記生体材料の前記試料への結合を促進する材料で金属芯をコートしてなる複数のビーズのうちの少なくとも一つを含み、
前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解する前記ステップは、前記チャンバ内で前記複数のセラミックビーズ、前記複数のガラスビーズ、前記複数のジルコニウムビーズ、前記複数のシリカビーズ、または、前記複数の砂のうちの少なくとも一つとともに前記試料を攪拌するステップを含む、付記１に記載の方法。
［付記４］
前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解する前記ステップは、前記チャンバ内で直径または最小の横寸法が約１０〜約６００ミクロンの範囲である溶解用粒状材料とともに前記試料攪拌するステップを含む。付記１に記載の方法。
［付記５］
前記流体は高塩濃度であり、
前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解する前記ステップは、前記チャンバ内で前記高塩濃度の前記流体を用いて前記試料を攪拌するステップを含む、付記１に記載の方法。
［付記６］
前記チャンバ内で前記高塩濃度の前記流体を用いて前記試料を攪拌する前記ステップは、前記チャンバ内で少なくとも約２００ミリモル濃度の塩濃度の前記流体を用いて前記試料を攪拌するステップを含む、付記５に記載の方法。
［付記７］
前記流体は低ｐＨであり、
前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解する前記ステップは、前記チャンバ内で前記低ｐＨの前記流体を用いて前記試料を攪拌するステップを含む、付記１に記載の方法。
［付記８］
前記チャンバ内で前記低ｐＨの前記流体を用いて前記試料を攪拌する前記ステップは、前記チャンバ内で前記ｐＨが約４以上である前記流体を用いて前記試料を攪拌するステップを含む、付記７に記載の方法。
［付記９］
前記チャンバ内の前記媒体は化学溶解剤を含まない、付記１に記載の方法。
［付記１０］
前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解する前記ステップは、前記チャンバを搭載したアームを振動させるステップを含む、付記１に記載の方法。
［付記１１］
前記チャンバ内で溶解用粒状材料および流体を含む媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を溶解する前記ステップは、前記チャンバ内に少なくとも部分的に配置された多数のブレードを有するインペラを駆動するステップを含む、付記１に記載の方法。
［付記１２］
前記生体材料を少なくとも前記溶解用粒状材料から溶出させるステップを更に含む、付記１に記載の方法。
［付記１３］
前記生体材料を少なくとも前記溶解用粒状材料から溶出させる前記ステップは、前記溶解用粒状材料が含まれる系の塩濃度を下げるステップまたはｐＨを上昇させるステップの少なくとも一つを含む、付記１２に記載の方法。
［付記１４］
前記溶解用粒状材料が含まれる系の塩濃度を下げるステップまたはｐＨを上昇させる前記ステップは、前記チャンバ内で前記流体の塩濃度を下げるステップまたはｐＨを上昇させるステップを含む、付記１３に記載の方法。
［付記１５］
前記生体材料を少なくとも前記溶解用粒状材料から溶出させる前記ステップは、洗浄せずに前記材料を溶出するステップを含む、付記１２に記載の方法。
［付記１６］
前記生体材料を少なくとも前記溶解用粒状材料から溶出させる前記ステップは、ＤＮＡ材料、タンパク質もしくはポリペプチド材料、または、他の細胞成分材料のうちの少なくとも一つを溶出させるステップを含む、付記１２に記載の方法。
［付記１７］
前記生体材料を少なくとも前記溶解用粒状材料から溶出させた後に前記生体材料を加熱するステップを更に含む、付記１２に記載の方法。
［付記１８］
前記試料を溶解した後に前記生体材料を加熱するステップを更に含む、付記１に記載の方法。
［付記１９］
前記チャンバの容量を超える量の前記試料を前記チャン中に流すステップを更に含む、付記１に記載の方法。
［付記２０］
前記試料を、前記チャンバを介して、第１の時間および第１の速度で第１の方向に流し、第２の時間および第２の速度で前記第１の方向とは反対の第２の方向に流すステップを更に含む、付記１に記載の方法。
［付記２１］
前記媒体は、第１の化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された第１の溶解用粒状材料、および、第２の化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された第２の溶解用粒状材料である、二つの異なる化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された二つの溶解用粒状材料を含む、付記１に記載の方法。
［付記２２］
第１の化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された前記第１の溶解用粒状材料は、ＤＮＡと結合するように修飾された溶解用粒状材料であり、
第２の化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された前記第２の溶解用粒状材料は、タンパク質またはポリペプチドを結合するように修飾された溶解用粒状材料である、付記２１に記載の方法。
［付記２３］
結合中に、溶液相標識(solution-phase tagged)リガンドを用いて前記タンパク質またはポリペプチドを標識して、その後の前記タンパク質またはポリペプチドの検出を容易にするステップを更に含む、付記２２に記載の方法。
［付記２４］
前記第１の化学特性を有する生体材料と前記第２の化学特性を有する生体材料とを別個に溶出させるステップを更に含む、付記２１に記載の方法。
［付記２５］
前記第１の化学特性を有する生体材料はＤＮＡであり、前記第２の化学特性を有する生体材料は、タンパク質またはポリペプチドである、付記２４に記載の方法。
［付記２６］
前記ＤＮＡを低塩濃度で溶出させ、前記タンパク質またはポリペプチドを尿素で溶出させる、付記２５に記載の方法。
［付記２７］
前記溶解用粒状材料に未結合の生体材料を更に分析または処理するために別個のチャンバまたは容器に分離移動させるステップを更に含む、付記１に記載の方法。
［付記２８］
単離対象である生体材料を含む試料を収容するチャンバと、
溶解用粒状材料および流体を含む媒体であって、前記溶解用粒状材料は、前記流体の存在下で前記生体材料に対する親和性を有し、前記流体は前記生体材料の前記溶解用粒状材料への結合を促進する物理特性および／または化学特性を有し、前記親和性は、前記流体存在下で、前記生体材料の少なくとも一部分の前記溶解用粒状材料の少なくとも一部分への結合を誘発するのに十分である、媒体と、
弧状振動運動または回転インペラに基づく運動により、前記チャンバ内で前記流体および溶解用粒状材料を含む前記媒体とともに前記試料を攪拌して前記試料を機械的に溶解すると共に、前記生体材料の少なくとも一部分を前記粒状溶解対象材料の少なくとも一部分に結合させるように選択的に動作可能な攪拌器と、
を有する、試料を溶解しかつ前記溶解された試料から特定の生体材料を単離するシステム。 
［付記２９］
前記溶解用粒状材料は複数のビーズを含む、付記２８に記載のシステム。
［付記３０］
前記溶解用粒状材料は、複数のセラミックビーズ、複数のガラスビーズ、複数のジルコニウムビーズ、複数のシリカビーズ、複数の砂、または、前記生体材料の結合を促進する材料で金属芯をコートしてなる複数のビーズのうちの少なくとも一つを含む、付記２８に記載のシステム。
［付記３１］
前記溶解用粒状材料は、直径または最小の横寸法が約１０〜約６００ミクロンの範囲である、付記２８に記載のシステム。
［付記３２］
前記流体は、高塩濃度である、付記２８に記載のシステム。
［付記３３］
前記高塩濃度は、少なくとも約２００ミリモル濃度である、付記３２に記載のシステム。
［付記３４］
前記流体は低ｐＨである、付記２８に記載のシステム。
［付記３５］
前記ｐＨは約４以上である、付記３４に記載のシステム。
［付記３６］
前記チャンバ内の前記媒体は化学溶解剤を含まない、付記２８に記載のシステム。
［付記３７］
前記攪拌器は、少なくとも一つのモータおよび前記チャンバを保持するアームを備え、
前記アームは振動駆動可能に前記モータに連結される、付記２８に記載のシステム。
［付記３８］
前記攪拌器は、少なくとも一つのモータと、少なくとも部分的に前記チャンバ内に配置可能なインペラとを備え、
前記インペラは振動駆動可能に前記モータに連結される、付記２８に記載のシステム。
［付記３９］
前記生体材料は、ＤＮＡ材料、タンパク質またはポリペプチド材料、または他の細胞成分材料のうちの少なくとも一つを含む、付記２８に記載のシステム。
［付記４０］
前記チャンバの容量を超える量の前記試料を前記チャンバ内に流すように動作可能なポンプを更に有する、付記２８に記載のシステム。
［付記４１］
前記試料を、前記チャンバを介して、第１の時間および第１の速度で第１の方向に流し、第２の時間および第２の速度で前記第１の方向とは反対の第２の方向に流すように動作可能なポンプを更に有する、付記２８に記載のシステム。
［付記４２］
前記生体材料を加熱するように選択的に動作可能である、ポンプと熱接触するヒータを更に有する、付記２８に記載のシステム。
［付記４３］
前記媒体は、第１の化学特性を有する生体材料を結合するように修飾された第１の溶解用粒状材料、および、第２の化学特性を有する生体材料を結合するように修飾された第２の溶解用粒状材料である、二つの異なる化学特性を有する生体材料を結合するように修飾された溶解用粒状材料を含む、付記２８に記載のシステム。
［付記４４］
前記第１の化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された前記第１の溶解用粒状材料は、ＤＮＡと結合するように修飾された溶解用粒状材料であり、
前記第２の化学特性を有する生体材料と結合するように修飾された前記第２の溶解用粒状材料は、タンパク質またはポリペプチドと結合するように修飾された溶解用粒状材料である、付記４３に記載のシステム。
［付記４５］
前記溶解用粒状材料に未結合の生体材料を収容するチャンバまたは容器を更に有する、付記２８に記載のシステム。
【図１Ａ】
0006040268.tif 000002
【図１Ｂ】
0006040268.tif 000003
【図１Ｃ】
0006040268.tif 000004
【図２Ａ】
0006040268.tif 000005
【図２Ｂ】
0006040268.tif 000006
【図２Ｃ】
0006040268.tif 000007
【図３】
0006040268.tif 000008
【図４】
0006040268.tif 000009
【図５】
0006040268.tif 000010
【図６】
0006040268.tif 000011
【図７】
0006040268.tif 000012
【図８】
0006040268.tif 000013
【図９】
0006040268.tif 000014
【図１０】
0006040268.tif 000015
【図１１】
0006040268.tif 000016
【図１２】
0006040268.tif 000017
【図１３】
0006040268.tif 000018
【図１４】
0006040268.tif 000019
【図１５】
0006040268.tif 000020
【図１６】
0006040268.tif 000021
【図１７】
0006040268.tif 000022
【図１８】
0006040268.tif 000023
【図１９】
0006040268.tif 000024
【図２０】
0006040268.tif 000025
【図２１】
0006040268.tif 000026
【図２２】
0006040268.tif 000027
【図２３】
0006040268.tif 000028
【図２４】
0006040268.tif 000029
【図２５】
0006040268.tif 000030
【図２６】
0006040268.tif 000031
【図２７】
0006040268.tif 000032
【図２８】
0006040268.tif 000033
【図２９】
0006040268.tif 000034
【図３０】
0006040268.tif 000035
【図３１】
0006040268.tif 000036
【図３２】
0006040268.tif 000037
【図３３】
0006040268.tif 000038
【図３４Ａ】
0006040268.tif 000039
【図３４Ｂ】
0006040268.tif 000040
【図３５Ａ】
0006040268.tif 000041
【図３５Ｂ】
0006040268.tif 000042
【図３６】
0006040268.tif 000043
【図３７Ａ】
0006040268.tif 000044
【図３７Ｂ】
0006040268.tif 000045
【図３８Ａ】
0006040268.tif 000046
【図３８Ｂ】
0006040268.tif 000047
【図３９Ａ】
0006040268.tif 000048
【図３９Ｂ】
0006040268.tif 000049
【図３９Ｃ】
0006040268.tif 000050
【図４０Ａ】
0006040268.tif 000051
【図４０Ｂ】
0006040268.tif 000052