(57)【要約】  本発明の一態様によれば、超音波によって試料中の分子をフラグメント化するための装置が提供される。装置は平面形状カートリッジと容器状形状を持つフラグメンテーション機器を有する。フラグメンテーション機器において減圧を加えることによってカートリッジがフラグメンテーション機器の方へ引き付けられ、従ってフラグメンテーション機器によって含まれる流体コンパートメントを空間的に閉鎖する。その後、カートリッジの試料コンパートメント内に含まれる試料の超音波処理が行われ得る。カートリッジの固定をきつく保つために、及び流体コンパートメントからの漏出防止をもたらすために、カートリッジとフラグメンテーション機器の間に密封層が設けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波によって試料中のＤＮＡ若しくは核酸をフラグメント化するための装置であって、
カートリッジと、
超音波振動子を持つフラグメンテーション機器であって、超音波によってＤＮＡ若しくは核酸をフラグメント化するように構成されるフラグメンテーション機器と、
流体コンパートメントとを有し、
前記カートリッジが分子を持つ前記試料を含むための試料コンパートメントを有し、
前記流体コンパートメントが前記試料コンパートメントから空間的に分離され、
前記カートリッジと前記フラグメンテーション機器が一緒に組み立てられるときに前記流体コンパートメントの空間的閉鎖が確立されるように前記カートリッジと前記フラグメンテーション機器が組み合わさる、装置。
【請求項２】
前記カートリッジが平面形状を持ち、
前記フラグメンテーション機器が容器状形状を持つ、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流体コンパートメントが開口を有し、
前記カートリッジと前記フラグメンテーション機器がそれぞれ、前記流体コンパートメントの前記開口が流体密封されるように前記流体コンパートメントの閉鎖を確立するように構成される、請求項１又は２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４】
前記流体コンパートメントが前記フラグメンテーション機器によって包含され、
前記流体コンパートメントが底部と少なくとも一つの側壁とを有し、
前記流体コンパートメントが前記底部の反対側に開口を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記カートリッジと前記フラグメンテーション機器の間に密封層をさらに有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記密封層が前記フラグメンテーション機器と前記カートリッジの間に減圧の印加を可能にするためのアパーチャを有する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記フラグメンテーション機器が少なくとも一つの溝を持つ側壁を有し、
前記装置が前記溝を通じて減圧を加えるように構成され、
前記カートリッジが前記フラグメンテーション機器の側壁に対して吸い付けられることができ、それによって前記流体コンパートメントの閉鎖を確立するように、前記カートリッジと前記フラグメンテーション機器がそれぞれ構成される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記フラグメンテーション機器が液体注入口を有し、
前記カートリッジがオーバーフローチャネルを有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記密封層が柔軟膜であり、
前記柔軟膜が前記流体コンパートメントの空間的閉鎖をもたらし、
前記柔軟膜が、前記振動子が超音波を放出するときに前記試料コンパートメント内に含まれる前記試料を駆動するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
試料中のＤＮＡ若しくは核酸をフラグメント化するための超音波装置を提供するための方法であって、
フラグメンテーション機器、カートリッジ及び流体コンパートメントを有する装置を提供するステップと、
前記カートリッジを前記フラグメンテーション機器上に置くステップと、
それによって前記流体コンパートメントの閉鎖を生じるステップとを有し、
前記フラグメンテーション機器が超音波によってＤＮＡ若しくは核酸をフラグメント化するように構成され、
前記カートリッジが前記流体コンパートメントから空間的に分離される試料コンパートメントを有する、方法。
【請求項１１】
前記カートリッジと前記フラグメンテーション機器の間に減圧を加えるステップと、
前記減圧を用いて前記フラグメンテーション機器の方へ前記カートリッジを吸い付けるステップとをさらに有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記フラグメンテーション機器と前記カートリッジの間に密封層を設けるステップと、
減圧を加えることによって実質的に流体密封に前記流体コンパートメントを密封するステップとをさらに有する、請求項１０又は１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記カートリッジ内のチャネルの弁を開くステップと、
前記液体コンパートメントの中へ液体を輸送するステップと、
前記弁を閉じるステップと、
超音波を発生させそれによって前記試料中の分子をフラグメント化するステップと、
前記弁を開くステップと、
前記液体コンパートメントから前記液体を排出するステップとをさらに有する、請求項１０乃至１２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】
本発明は超音波振動子とのカートリッジのインターフェースに関する。特に、本発明は超音波によって試料中の分子をフラグメント化するための装置に関する。さらに、本発明は超音波によって試料中の分子をフラグメント化するためのフラグメンテーション機器及びカートリッジに関する。さらに、本発明は試料中の分子をフラグメント化するための超音波装置を提供するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶えず減少しているシークエンシングのコストは、従来の臨床遺伝学の分野から離れて、腫瘍学において、並びに植物育種、病原体検出、及び研究分野のような他の分野においても、ＤＮＡシークエンシングの臨床的使用の可能性を開いた。
【０００３】
現在、ほとんどのシークエンシング用商業機器及び次世代型として開発中のものは、一部自動化された手順しか持たない。各ストランドにおける塩基の検出が実行され、結果として得られるＤＮＡの読み取りが出力される。概して、シークエンシング手順自体の前の試料調製はいまだに訓練を受けたものによって実行される。このように多大な時間と資源が費やされている。現在のシークエンシングランのタイムラインは通常３週間以上に及び、そのうち１週間が試料調製であり、もう１週間がＤＮＡストランドの塩基の自動検出であり、１週間がバイオインフォマティクス分析のために必要である。
【０００４】
細胞からのＤＮＡの抽出後、塩基の検出が同じカートリッジ上で行われ始める前に分子がフラグメント化される必要がある。ＤＮＡストランドの平均サイズはおよそ２００塩基対（ｂｐ）であることが望ましい。この特定の長さはコンピュータ分析において要求される理想的な読み取り長さと等しい。フラグメンテーション手順が理想的な読み取り長さにできるだけ近い分子の平均サイズＬＡＶＧをもたらす場合、必要なＤＮＡ物質（例えば生検由来）の最小量は著しく削減され得ることが明らかである。さらにＬＡＶＧは以下のステップの最低必要条件に応じて特定の長さに合わせられ得ることが好ましい。
【０００５】
適切な長さのＤＮＡフラグメントを選択するための一般に認められた方法は以下のステップにあることが留意されるべきである：ａ）所与のフラグメンテーション法を実行する、ｂ）キャリブレーションラダーが置かれるゲル電気泳動実験を行う、ｃ）ゲルの対応部分を切り出すことによって適切な長さのフラグメントを選択する。代替的に自動機器がより再現性のある結果を伴って同様の操作を実行することができる。こうした装置は訓練された人材とおよそ１時間の処理を要する。
【０００６】
ＥＰ  ０  ３５３  ３６５は、異なる溶液容器が遮蔽板２１内に設けられる超音波細胞破壊器を記載する。ＵＳ  ２００２／００３９７８３  Ａ１は細胞、胞子、若しくは微生物を溶解するための装置を記載する。ＵＳ  ２００２／０１８７５４７  Ａ１は破壊のために細胞を保持するための容器を記載する。
【０００７】
ＷＯ  ２０１１０４８５２１  Ａ１から、平行空気圧インターフェースプレートを持つマイクロ流体カートリッジが知られている。こうした装置はマイクロ流体カートリッジ上の所定経路に沿って液体を動かすことを可能にする。
【０００８】
ＤＮＡフラグメンテーションのための方法はいくつかあるが、ごくわずかしか特殊用途に適しているとみなされることができない。しかしながら、その全てが改善される必要のある少なくとも一つの欠点を持つように見える。これらの方法の一部が本明細書で述べられる。第一に、酵素消化法はＤＮＡフラグメンテーションで使用される方法である。この方法の欠点は、ストランドが切り出される場所がランダムに分布しないことである。これはコンピュータ分析におけるエラーの原因となり得る。第二に境界層流法は流体のフラグメンテーション法である。この方法はカートリッジ上にかなりの圧力が発生することを要する。ＤＮＡ分子を含む流体は約数百ｍｌ／分の非常に速い流速Ｑでオリフィスを通過される。例えばＬＡＶＧ＝１０００ｂｐの場合、Ｑ＝１２５ｍｌ／分が要求されることが報告されている。使用されたオリフィスは長さＬ＝１ｍｍと半径Ｒ＝１２５μｍを持つ。これらの条件で発生する圧力差は
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になり得る。カートリッジに組み込まれるこうした方法は、例えばルビーでできたオリフィスのせん断など、使用される部品のために許容できない製造コストを要することが明らかである。第三にソニケーション（超音波処理）はＤＮＡ分子をせん断するためにうまく使用され得るもう一つの方法である。実際にこの方法はＬＡＶＧ〜２００ｂｐを持ち得る。これは超音波振動子若しくは音響波ガイドを試料流体中に入れることから成る。こうした手順は試料汚染のリスクをもたらし、使用される最小体積がほぼ数百マイクロリットル程度になる。加えて何らかのバッファが使用されるときは試料を泡立てるリスクが相当になる。発泡は長期保管期間後に気泡堆積物を再分散させようとするときに容易に生じ得る。また、ソニケーションは密閉使い捨てカートリッジを持つシークエンシングシステムにとっては解決法とならない。第四に、超音波キャビテーションの原理の使用が知られる。後にキャビテーションが続く気泡核形成を誘発するために音圧場が印加される。結果として圧力勾配がＤＮＡ分子に沿って作られ、フラグメンテーションをもたらす。試料は超音波振動子の焦点領域内にある密閉容器内に置かれる。こうしたキャビテーションを用いる既知の装置は５０μｌからミリリットルに及ぶ試料体積に対して使用され得る。さらに既知の装置は中に振動子が置かれる水浴を制御する能動冷却を持ち得る。超音波振動子、冷却回路及び試料固定具を入れるために大きな水容器（＞２５ｃｍ×２５ｃｍ×２５ｃｍ）が必要である。その寸法のために、こうした装置は試料調製ステーションに組み込むことが困難又は不可能であり得る。第五に、風応力境界層及び境界誘起音響流がフラグメンテーションのために知られる。この場合試料は超音波振動子の近くに置かれる。固形物が超音波の伝播経路に存在する場合、処理中の振動子温度及び他の物理的パラメータの固有の増加が生じ得る。従って固形物のインピーダンス特性は実験ごとに変化し、深刻な再現性問題をもたらし得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、改良された超音波による分子のフラグメント化を提供することが本発明の目的とみなされ得る。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は独立クレームに定義される主題によって解決される。本発明のさらなる態様と利点は従属クレームに定義される。本発明は上記要求に応え、超音波によって試料中の分子をフラグメント化するための手段と方法を提供し、かかる目的のための超音波装置を提供するための手段と方法を提供する。
【００１１】
装置に関して本明細書に記載の特徴と利点は、フラグメンテーション機器、カートリッジ及び方法に関して同時に記載されているものと理解されるべきであり、逆もまた同様であることが留意されるべきである。従って、当業者はいかなる不当な負担を伴うことなく例えば装置に関して記載された特徴をフラグメンテーション機器、カートリッジ及び／又は方法に組み入れ、逆もまた同様である。
【００１２】
本発明の第一の態様によれば、超音波によって試料中の分子を処理若しくはフラグメント化するための装置が提示される。装置はカートリッジ、超音波振動子を持つフラグメンテーション機器、及び流体コンパートメントを有する。従って、カートリッジは超音波によってフラグメント化される必要がある分子を持つ試料を含むための試料コンパートメントを有する。さらに、流体コンパートメントは特に試料コンパートメントから分離される。カートリッジとフラグメンテーション機器は、カートリッジとフラグメンテーション機器が一緒に組み立てられるときに流体コンパートメントの空間的閉鎖が確立されるように組み合わさる。確立される空間的閉鎖は流体コンパートメントの完全な空間的閉鎖であり得る。
【００１３】
流体コンパートメントは例えば振動子から密閉カートリッジ内に含まれる試料へ放出された超音波エネルギーを伝えるために水で充填され得るので、流体コンパートメントの確立された閉鎖は流体密封閉鎖であり得る。
【００１４】
従って、"流体コンパートメント"という語は伝達流体コンパートメントとして理解され得る。さらに、"カートリッジ"という語は本発明の文脈において使い捨てカートリッジとして若しくはマイクロ流体カートリッジとして若しくは使い捨てマイクロ流体カートリッジとして理解され得る。
【００１５】
さらに、流体コンパートメントはカートリッジによって包含され得るか、若しくはフラグメンテーション機器によっても包含され得る。これはまたフラグメンテーション機器及び／又はカートリッジと組み立てられる必要がある個別の要素である部品でもあり得る。
【００１６】
フラグメンテーション機器とカートリッジを一緒に組み立てることによって、試料コンパートメント、及び従って試料が自動的に及び／又は本質的にフラグメンテーション機器の超音波振動子の焦点及び／又は体積に置かれる。フラグメンテーション機器はカートリッジを受けるように構成され、カートリッジは機器に挿入されるように構成されるので、これらは組み立てられるときに機械的ユニットを構築する。しかしながら、これらは二つの別々の物理的部分で作られ得る。フラグメンテーション機器とカートリッジの組み立ては例えば真空若しくは減圧（ｕｎｄｅｒ‐ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を加えることによって確立され得る。しかしながら、例えばねじ若しくは磁力のような他の固定手段も流体コンパートメントの閉鎖を確立するために使用され得る。従って、閉鎖は機器の周囲に対する流体コンパートメントの開口の空間的閉鎖である。フラグメンテーション機器上にカートリッジを置くことによって、流体コンパートメントはカートリッジ内の試料へ振動子から超音波を伝えるように中に流体若しくは任意の媒体が充填され得る密閉体積となる。従って、カートリッジとフラグメンテーション機器の間に流体密封閉鎖若しくは流体密封インターフェースを設ける必要が存在し得る。
【００１７】
事実、カートリッジとフラグメンテーション機器が所望の方法で組み合わさるかどうかは、本明細書に記載の及び／又は当業者に既知の試験若しくは手順によって直接及び確実に検証され得る。
【００１８】
さらに、カートリッジとフラグメンテーション機器が一緒に組み立てられるときに流体コンパートメントの空間的閉鎖が確立されるようにカートリッジとフラグメンテーション機器が組み合わさるかどうかを検証するために必要以上の実験は必要ない。
【００１９】
本発明は１カートリッジ上でのＤＮＡシークエンシングのための全試料調製ステップの統合を可能にする。
【００２０】
さらに、本発明はフラグメンテーション機器との密封カートリッジ（シークエンシング）のインターフェース及びＤＮＡシークエンシングのために使用されるプラットフォームにおけるフラグメンテーション法の統合のための方法を提供する。言い換えれば、上述のカートリッジ統合及び再現性問題に対処する例えばＤＮＡ分子のフラグメンテーションのための装置と方法が本明細書で提案される。
【００２１】
本発明は分子のフラグメンテーションのための能動冷却を必要とせず、これはフラグメンテーションプロセスを簡素化し労力とコストを削減し得る。
【００２２】
本発明の文脈において振動子はカートリッジ内にない。カートリッジは例えばポリマー材料から作られる使い捨て製品であり得、これはカートリッジのコストを低く抑えることを考えると望ましい。従って、本発明にかかるカートリッジは電子及び／又は電気部品を含まない可能性がある。
【００２３】
さらに、本発明の文脈において"分子"という語は核酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ、組織、生物試料、及び病理学的試料を有すると理解されるものとする。しかしながら、"分子"という語はこれらの例に限定されないものとする。
【００２４】
本発明の一実施形態例によれば、カートリッジは平面形状を持ち、フラグメンテーション機器は容器状形状を持つ。
【００２５】
言い換えれば、超音波によって試料中の分子をフラグメント化するための装置が提供され、フラグメンテーション機器は例えばフラグメンテーション機器の底部の反対側に位置し得る容器開口を有する容器状物体である。
【００２６】
さらに、カートリッジはフラグメンテーション機器の蓋若しくはカバーになるように構成される。容器状のフラグメンテーション機器はカートリッジをフラグメンテーション機器の上に置く際に流体密閉に閉鎖され、超音波処理を実行可能にされ得る。従ってフラグメンテーション機器とカートリッジが一緒に組み立てられるときのみ、実効性のある機能する装置が提供され得る。
【００２７】
試料がカートリッジ内に含まれている間に、複数のカートリッジがその後フラグメンテーション機器上に置かれ、各カートリッジはそれぞれフラグメンテーション機器の流体コンパートメントに対する蓋若しくは閉鎖カバーを構築する。その間に、流体コンパートメントの中へ水を満たし、フラグメンテーション機器の側壁上にカートリッジを固定し安定化させるように減圧若しくは真空を加えるといった複数の洗浄プロセスが適用され得る。これは下文でより詳細に記載される。
【００２８】
本発明の別の実施形態例によれば、流体コンパートメントは開口を有し、カートリッジとフラグメンテーション機器は流体コンパートメントの開口が流体密封されるように流体コンパートメントの閉鎖を確立するようにそれぞれ構成される。
【００２９】
従って、開口は例えば管として形成され得るフラグメンテーション機器の側壁によって画定され得る。下記の図面の説明から推測され得る通り、側壁の輪郭が開口の境界を構築し得る。
【００３０】
従って、開口はカートリッジをフラグメンテーション機器の中へ置き、挿入し、及び／又は組み込むことによって閉鎖される。例えば、カートリッジはスライドによって組み込まれ得る。従って、例えばスライドレール若しくはトラックのようなスライド手段がカートリッジによって及び／又はフラグメンテーション機器によって設けられ得る。しかしながら、同時に若しくは後に加えられる減圧でフラグメンテーション機器の筐体の側壁に対してカートリッジを置くことも可能である。
【００３１】
本発明の別の実施形態例によれば、装置はカートリッジとフラグメンテーション機器の間に密封層をさらに有する。
【００３２】
密封層は、例えばＰＤＭＳ若しくはゴム材料のような弾性的に変形可能な軟層であり得る。他のポリマー若しくは非ポリマー材料もまた使用され得る。密封層はフラグメンテーション機器の一部であり得るか、カートリッジの一部であり得るか、及び／又は個別の第三の物理的要素であり得る。一実施形態例において、軟質密封層はカートリッジ上に固定され得、流体を駆動する膜としても機能し得る。かかる軟質ゴム層はカートリッジの底部に置かれ得る。
【００３３】
本発明の別の実施形態例によれば、カートリッジはポンプを有し、ポンプは流体を流体コンパートメントへ供給するように構成される。
【００３４】
本発明の別の実施形態例によれば、フラグメンテーション機器は液体注入口を有し、カートリッジはオーバーフローチャネルを有する。
【００３５】
この実施形態例は例えば図２から見られる。カートリッジはフラグメンテーション機器と一緒に流体チャンバを構築し、これは振動子から試料へ超音波エネルギーを伝えるために設けられる。従って、液体はフラグメンテーション機器の外側から液体注入口を介して流体コンパートメントの中へ輸送され得る。オーバーフロー若しくは排水チャネルとして、既にフラグメンテーション機器の上に置かれているカートリッジはかかるチャネルを提供する。従って、フラグメンテーション機器とカートリッジの組み合わせは一緒に例えばＤＮＡフラグメンテーションのようなフラグメンテーションを提供することができるようにするために全プロセス体積を確立する。
【００３６】
本発明の別の実施形態例によれば、装置は温度プローブを有し、温度プローブは試料コンパートメントに若しくは流体コンパートメント内に位置する。
【００３７】
本発明の別の実施形態例によれば、装置は柔軟膜である密封層を有し、柔軟膜は流体コンパートメントの空間的閉鎖をもたらす。さらに、柔軟膜は振動子が超音波を放出するとき、すなわち柔軟膜が超音波振動子からの超音波で照射されるときに試料コンパートメント内に含まれる試料を駆動するように構成される。試料は下の液体と良好な熱的接触を保ち得る。さらに試料コンパートメント内の試料流体と流体コンパートメント内の流体（この流体は振動子に直接接触している）との間の音響インピーダンスはかかる膜なしの状況と比較して著しく変化しない可能性がある。言い換えれば、本発明にかかる試料チャンバは流体コンパートメント内に直接垂れ下がり得る。
【００３８】
言い換えれば、柔軟膜は試料を駆動するために例えば超音波若しくは空気の力によって上下に可動であるように構成される。この柔軟膜の可動部は試料コンパートメントから分離されるカートリッジの部分にあり得ることが留意されるべきである。言い換えれば装置は、流体が押される方向と垂直に若しくは本質的に垂直に動かされる柔軟膜によって試料がカートリッジに沿って動かされ得るように構成される。従って、試料は様々な種類の可能な力によって柔軟膜を平行移動させることによって試料コンパートメントの中へ輸送可能であり得る。
【００３９】
従って、柔軟膜は超音波が柔軟膜を試料コンパートメントの中へ押し込んでいない場合に備えてリセット力をもたらすために特定の程度まで伸張され得る。従って、密封層は蓋として液体コンパートメントを閉じるように構成される。柔軟膜はカートリッジと超音波機器の間で可動式に位置付けられ得るので、その駆動手段としての第二の平行機能により、試料に対して機械的圧力を加えることができる。
【００４０】
本発明の別の態様によれば、超音波によって試料中の分子をフラグメント化するためのフラグメンテーション機器が提供される。機器は超音波振動子と流体コンパートメントを有し、流体コンパートメントは開口を有する。フラグメンテーション機器は本発明の下記態様にかかるカートリッジを受けるように構成される。従って、カートリッジは試料を有する。さらに、フラグメンテーション機器はカートリッジと組み合わせて、カートリッジの受容時に流体コンパートメントの開口の完全な空間的閉鎖を確立するように構成される。
【００４１】
本発明の別の態様によれば、超音波によって試料中の分子をフラグメント化するためのカートリッジが提示される。カートリッジは分子を持つ試料を含むための試料コンパートメントを有する。さらに、カートリッジは本発明の前記態様にかかるフラグメンテーション機器に挿入されるように構成される。カートリッジはフラグメンテーション機器と組み合わせて、カートリッジの挿入時にフラグメンテーション機器の流体コンパートメントの開口の完全な空間的閉鎖を確立するように構成される。
【００４２】
言い換えれば、カートリッジとフラグメンテーション機器を組み立てることによってフラグメンテーションのための実効性のある機能する装置が提供される。
【００４３】
本発明の別の態様によれば、試料中の分子をフラグメント化するための超音波装置を提供するための方法が提示される。方法はフラグメンテーション機器、カートリッジ及び流体コンパートメントを有する装置を提供するステップを有する。従って、流体コンパートメントはフラグメンテーション機器によって若しくはカートリッジによって包含され得る。これは後にフラグメンテーション機器若しくはカートリッジの一方に取り付けられる個別の物理的要素でもあり得る。カートリッジは流体コンパートメントから空間的に分離される試料コンパートメントを有する。方法はフラグメンテーション機器上にカートリッジを置くステップをさらに有する。従って、このステップはこの方法の第三のステップとして流体コンパートメントの閉鎖を生じる。
【００４４】
この方法は例えば温度調節のために流体が消耗品の外側に位置するとき、他の応用分野においても使用され得るインターフェース法としてもみなされ得る。
【００４５】
本発明の別の実施形態例によれば、方法はカートリッジとフラグメンテーション機器の間に減圧を加えるステップをさらに有し、減圧を用いて機器の方へカートリッジを吸い付けるさらなるステップも提供される。望ましい場合には、密封層がフラグメンテーション機器とカートリッジの間に設けられ得る。
【００４６】
本発明の別の態様によればカートリッジは柔軟膜として機能する軟層を有する。
【００４７】
柔軟膜は超音波エネルギーが吸収されないように設けられ得る。一実施例として１００マイクロメートルの薄膜を使用し得る。これは流体コンパートメント内に満たされる例えば水の中の例えば１．７ＭＨｚの超音波のｍｍ波長と比較して薄い。故にカートリッジの柔軟膜はあまり吸収しない。従って薄膜が望ましい可能性がある。膜がカートリッジにおいて駆動及び密封層として使用される場合、膜の厚さは９０‐１００マイクロメートルになり得る。
【００４８】
言い換えればカートリッジはとりわけ二つの選択肢を持ち得る。試料コンパートメント１０２の底層は硬質プラスチック材料から作られ得るか、若しくは軟質膜で作られ得る。軟質膜の厚さを減らすことができるようにするために、本発明は超音波焦点領域が柔軟膜から離れて試料コンパートメント内に確実にあると確証し得る。
【００４９】
従って例えば試料の混合手順は超音波によって、及びカートリッジの試料コンパートメントの壁として試料と振動子の間に置かれる柔軟膜を用いて実現され得る。
【００５０】
試料を含むカートリッジとフラグメンテーション機器を提供することが本発明の要旨とみなされ、カートリッジは、超音波が流体コンパートメントを通ってカートリッジの方へ伝播し、フラグメント化される分子を処理することができるように、機器の流体コンパートメントを閉鎖するように構成される。カートリッジとフラグメンテーション機器の組み立てはフラグメンテーション機器の筐体の縁上にカートリッジを吸い付けるために減圧を加えることによって確立され得る。軟質密封層は流体コンパートメントからの流体漏れを防ぐために設けられ得る。
【００５１】
本発明のこれらの及び他の特徴は以下に記載の実施形態から明らかとなり、それらを参照して解明される。
【００５２】
本発明の実施形態例は以下の図面において記載される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明にかかる装置のサイズの従来技術の装置との比較を概略的に示す。
【図２】本発明の一実施形態例にかかる装置を概略的に示す。
【図３】本発明の一実施形態例にかかるカートリッジの断面を概略的に示す。
【図４】密封層の上面図を概略的に示す。
【図５】本発明の一実施形態例にかかるカートリッジの断面の上面図を概略的に示す。
【図６】本発明の別の実施形態例にかかる装置を概略的に示す。
【図７】本発明の一実施形態例にかかる装置で実行される実験のためのパラメータの表を概略的に示す。
【図８】本発明でのＤＮＡのフラグメンテーションの実験結果を示す。
【図９】本発明でのＤＮＡのフラグメンテーションの実験結果を示す。
【図１０】従来技術の機器で得られる結果を示す。
【図１１】本発明の一実施形態例において使用される超音波振動子を概略的に示す。
【図１２】本発明の一実施形態例にかかる方法のフロー図を概略的に示す。
【図１３】本発明と組み合わせて使用され得るマイクロ流体カートリッジ、空気圧インターフェースプレート、及び空気圧機器を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１は本発明にかかる超音波によって試料中の分子をフラグメント化するための装置１００と従来技術の装置２００の間でのサイズの比較を示す。以下の説明で明確に記載される通り、本発明によってサイズ縮小が達成されることが明らかに見てとれる。
【００５５】
本発明にかかる装置の全体サイズはとりわけ以下の理由のために従来技術と比較して縮小され得る。フラグメンテーションのための圧力条件が満たされる有効体積は試料コンパートメントの体積に相当し得る。一実施例としておよそ２ｃｍの直径を持つ小型ＰＺＴ振動子が使用され得る。振動子は例えば円形形状を持ち得る。圧電変換器からの音響エネルギーは直径２‐３ｍｍ及び長さ５ｍｍのペン状体積上に集束され得る。必要であれば、ＤＮＡ含量の濃縮若しくは希釈ステップがフラグメンテーション手順の前にカートリッジ上の別のチャンバにおいて実行され得る。従って、本発明にかかるカートリッジはフラグメント化する前に試料を調製するための少なくとも一つの追加コンパートメントを有し得る。従ってＤＮＡフラグメンテーションのためのより大きな水性試料の必要性は著しく低減されるか若しくは不要にされ、これは本発明の一実施例である。より大きな体積の試料がフラグメンテーションのために要求されるべき場合は、試料が音響波の焦点中を循環され得る。
【００５６】
図１に参照符号２００で示す通り、より大きな装置が従来技術では使用される。違いは、従来技術が本発明の文脈において上述したものよりも一桁近く大きな振動子を使用することである。従来技術では、約２００μｌのより大きな体積の水性試料が、振動子の焦点を活発に動かして入射電力を増すことによって処理される。より長いランあたりの処理時間を伴う振動子のサイズに対応する、より高い電力要件は、温度制御のための機器及び電子機器ユニットのアップスケールを決定する。これらは従来技術の欠点である。
【００５７】
図２は超音波によって試料１０１中の分子をフラグメント化するための装置１００を概略的に示す。装置はここでは例示的に平面マイクロ流体カートリッジとして示されるカートリッジ１０２を有する。装置は超音波振動子１０４を提供するフラグメンテーション機器１０３をさらに有する。装置はこの実施形態ではフラグメンテーション機器１０３の一部である流体コンパートメント１０５をさらに有する。カートリッジは処理される分子を持つ試料が中に含まれる試料コンパートメント１２０を有する。コンパートメント１０５内に満たされる流体と試料の混合を防止するように、流体コンパートメント１０５は試料コンパートメント１２０から空間的に分離されることが明らかに見てとれる。さらに、カートリッジとフラグメンテーション機器は、カートリッジとフラグメンテーション機器が一緒に組み立てられるときに流体コンパートメント１０５の空間的閉鎖が確立されるように組み合わさる。さらに、密封層１０９が図２に描かれ、これはカートリッジとフラグメンテーション機器の間に置かれる。密封層はフラグメンテーション機器とカートリッジの間に減圧の印加を可能にするためのアパーチャ１１０ａ及び１１０ｂを有する。フラグメンテーション機器は減圧チャネル若しくは真空チャネルを構築する少なくとも一つの溝１１１を持つ側壁１０８を有する。図示の装置１００はフラグメンテーション機器の縁若しくは側壁１０８上にカートリッジ１０２を吸い付けるために溝１１１を通して減圧を加えるように構成される。その結果、流体密封が確立され、点線で描かれる開口１０６が完全に閉ざされ、空間的周囲から分離される。
【００５８】
言い換えれば、せん断される材料が中に保持されるカートリッジと連携するための密封インターフェース層を持つ超音波（せん断）ユニットが提供される。
【００５９】
言い換えれば、フラグメンテーション機器の上にカートリッジを置くことによって開口は周囲から閉鎖されるか若しくは区切られるか、又は周囲から分離される。これは例えばフラグメンテーション機器上にカートリッジをスライドさせることによってなされ得る。さらに、流体コンパートメント１０５の洗浄及び排水が可能であるように、フラグメンテーション機器は液体注入口１１２を有し、カートリッジはオーバーフローチャネル１１３を有する。図２の断面図は、振動子１０４から放出される超音波による試料１０１の処理が、流体コンパートメント１０５の体積がカートリッジを用いて閉鎖されるときのみ可能であることを明らかにする。
【００６０】
見てわかる通り、超音波振動子は、超音波処理中の温度並びに機械的応力及び／又は歪みに耐え得るプラスチック、ガラス若しくは他の材料から作られ得るフラグメンテーション機器の底部に置かれる。短期間の実験においては、ＰＭＭＡ若しくはポリカーボネートが選択材料になり得る。また、上述の要件に最もよく一致するために複合材料が使用され得る。振動子１０４は音響波長が試料コンパートメント１２０のサイズに相当するように１ＭＨｚ近い動作範囲を持ち得る。振動子は１‐２ｃｍのサイズであり得る。幾何学形状に応じて、水中での振動子焦点距離は４‐５ｃｍになり得る。水注入口／排出口１１２は双方向ミニポンプに接続され得る。このミニポンプ（不図示）も本発明によって含まれ得る。図２から見てわかる通り、試料コンパートメント１２０はその位置が振動子１０４の焦点ボリュームと一致するようにカートリッジ１０２の中心に位置する。試料コンパートメントの体積は５０乃至１００μｌの体積範囲、例えば４ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍを持ち得る。
【００６１】
従って、図示の装置と図示のフラグメンテーション機器、カートリッジ及び方法は超音波によって所望の再現性で所望の長さにＤＮＡをフラグメント化することができる。
【００６２】
図２から見てわかる通り、カートリッジ１０２をフラグメンテーション機器１０３とインターフェースするための特有の方法が提供される。能動冷却が必要ないので、分子のフラグメンテーションが改良される。能動冷却の必要性は二つの要因の組み合わせを制御することによって除去される。一つ目は試料面において熱に変換される音響エネルギーである。二つ目はこのエネルギーが堆積される時間である。ここで言及されるのは音響波の振幅が使用される試料に固有の気泡核形成及びその後のキャビテーションプロセスのための最適条件を満たすほど十分に大きくなければならないということである。純粋な脱気水の場合、音響波の振幅は１０３Ｗ／ｃｍ２の音響強度レベルに対応すべきである。我々の試料振動子構成において音響エネルギーの最適供給は試料が閾値温度を超えないようなデューティサイクルを適用することによって得られる。振動子と試料の間の水の量は試料面及び振動子から熱を吸収するために十分である。処理の終わりに次の試料のために水は最終的に排出され得る。
【００６３】
上記で説明した理由のために本発明によって現在の市販品よりもはるかに小型の製品が提供される。
【００６４】
必要であれば、セルに流体をロードする間にポンプへフィードバックを与えるためにセンサがオーバーフローチャネルの上に置かれ得る。光学的アクセスをもたらすためにカートリッジの上に窓が置かれ得る。これは反応速度論が推定されるべき場合に装置の重要な特徴になり得る。加えて温度或いは混合及び／又はフラグメンテーションの程度を観察するために染料が試料流体に導入され得る。
【００６５】
図２から見てわかる通り、本発明のこの実施形態例は少なくとも一つの溝を持つ側壁を有するフラグメンテーション機器を示し、装置は当該溝を通じて減圧を加えるように構成される。さらに、カートリッジとフラグメンテーション機器はそれぞれ、カートリッジがフラグメンテーション機器の側壁に対して吸い付けられ、その結果流体コンパートメントの閉鎖を確立し得るように構成される。
【００６６】
さらに図２の密封層はフラグメンテーション機器とカートリッジの間で減圧の印加を可能にするためのアパーチャを有する。
【００６７】
従って、組み立てられた状態で、カートリッジは、フラグメンテーション機器によって加えられる、密封層のアパーチャを通じてカートリッジの表面に機械的に引力作用するように向けられる減圧を利用して、フラグメンテーション機器の方へ吸い付けられ得る。密封層のアパーチャは減圧が溝から密封層を通じてカートリッジの表面へ導くことができるようにフラグメンテーション機器の側壁の溝及び／又は縁と一致し得る。
【００６８】
カートリッジと超音波機器を一緒に組み立てることによって流体密封を確立した後、空間１０５が例えば水などの流体で満たされる。逆もまた同様に、カートリッジを取り出す前にチャンバ１０５内の水の少なくとも一部が除去され得る。
【００６９】
言い換えれば、実質的に平面のカートリッジが平らな表面を提供する場合、これは例えば管として形成され得るフラグメンテーション機器の縁と機械的に接触され得る。流体密封がもたらされる場合、密封層は減圧と一緒に、フラグメンテーション機器の筐体の縁に対してカートリッジを吸い付ける及び／又は押し付けることによって流体コンパートメントからの流体漏れの防止をもたらす。その後、分子を所望のサイズ若しくは長さにフラグメント化するために超音波処理が開始し得る。
【００７０】
図３はユーザのための光学的アクセスを得るために光学窓１１６がその上に置かれる試料コンパートメント１２０を有するカートリッジ１０２を示す。カートリッジは密封層１０９を提供する軟質接触層を備える。この密封層は次の図４からも推測され得る。そこから、フラグメンテーション機器（不図示）からカートリッジ１０２の表面への減圧の方向を可能にするために複数のアパーチャ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄが密封層１０９によって含まれることが推測され得る。オーバーフローチャネル１１３も図３のカートリッジ１０２によって含まれる。図４から見てわかる通り、密封層は円形形状を持ち、中心に開口１２３を持つ。カートリッジは矩形若しくは二次形式を持ち得るが円形若しくは他の形式も可能である。
【００７１】
カートリッジと例えば流体コンパートメント（図２若しくは図６参照）の縁の間に置かれる密封層１０９は流体密封を確立するために設けられる。さらに、この層は超音波振動子の焦点に対して試料を適所に維持する機能を提供し得る。密封層が流体コンパートメントからの液体漏れを防ぐので、実験処理中に流体コンパートメントへ空気が入らない。従って、超音波処理中音響パターンが一定に維持され、従って密封層によって高い信頼性が提供される。従って密封はフラグメンテーション機器の縁の上に置かれるチャネル溝と組み合わせて密封層内に置かれる穴を通じて真空若しくは減圧が加えられるときに実現され得る。実験的観察は、これが製造手順、操作中若しくは局所温度変化の結果として歪む可能性があるプラスチック表面を持つカートリッジに適した効率的方法であることを示している。
【００７２】
図５はカートリッジ１０２の上面図である。点線で示される、オーバーフロー及び空気抜きチャネル１１３が図示される。さらに、フラグメンテーション機器（不図示）の超音波振動子（不図示）に対するカートリッジの試料コンパートメントの位置合わせを容易にするために位置合わせマーク及び／又は刻み目１２１がカートリッジ上に置かれる。
【００７３】
図６は超音波エネルギーによって試料中の分子をフラグメント化するための装置１００の別の実施形態例を示す。図６は振動子１０４によって放出される集束超音波エネルギービーム１１８を描く。図２と比較して液体注入口１１２はフラグメンテーション機器１０３の底部１０７を基礎とする。さらに図２に加えて光軸を提供するためにカートリッジ１０２によって光学窓１１６が設けられる。さらに、温度プローブ１１５が描かれ、温度プローブは試料コンパートメントにおいて及び流体コンパートメント内に位置する。図６は流体コンパートメントが点線によって描かれる開口１０６を有することをさらに示し、開口は溝１１１を通して及び密封層１０９のアパーチャ１１０ａを通して加えられる減圧によって流体密封され、従ってカートリッジ１０２の表面に対する牽引力としてはたらく。カートリッジはオーバーフローチャネル１１３及びそのチャネル内の弁１１４をさらに有する。弁１１４は例えば完全に満たされるときに貯水槽を閉じるカートリッジの一部である。これらは空気圧でアドレス可能な弁であり得る。代替的に、これらの弁は例えばＧｏｒｅ  Ｔｅｘ（登録商標）材料から構成され得る空気透過性の疎水性膜でも構成され得る。外部真空ポンプを保護するために装置は随意に流出した水若しくは真空チャネルへ漏れた水を集める容器を持つ。
【００７４】
空気圧でアドレス可能な弁に関して、当業者は不当な負担なくＷＯ  ２０１１０４８５２１  Ａ１からわかる平行空気圧インターフェースを持つマイクロ流体カートリッジのための技術を利用し得る。従って、本発明のカートリッジは中で空気圧機器の空気圧ポンプによって流体が輸送される三次元流体チャネルを有し得る。さらにマイクロ流体カートリッジは柔軟膜を有してもよく、柔軟膜は平面に広がり、柔軟膜はカートリッジの外面を構築する。付加的に三次元流体チャネルはカートリッジの内壁によって及び柔軟膜によって三次元で空間的に画定され、柔軟膜は圧力若しくは真空が柔軟膜に加えられないときに基底状態にある。柔軟膜はカートリッジが平行空気圧インターフェースプレート上に置かれるときに二方向に柔軟膜の平面と垂直に基底状態から空気圧で曲がることができる。言い換えれば流体は平面の上を運搬されないが、三次元液体チャネルに沿って動かされる。さらに柔軟膜はカートリッジの外面の一部である領域において空気圧で曲がることができてもよい。言い換えれば第一の領域において柔軟膜は流体チャネルに広がり、この第一の領域はカートリッジの外面の一部である。この実施形態例によれば柔軟膜は付加的にカートリッジの外面下の第二の領域において広がり、その第二の領域においてカートリッジの外側から膜にアクセスできないようになっていてもよい。さらに"柔軟膜の基底状態"とは柔軟膜に圧力も真空も加わっていない状況をあらわす。この状況から開始して、柔軟膜はカートリッジの内部へ向かって曲がることができ、またカートリッジから離れて曲がることもできる。カートリッジは、この及び任意の他の実施形態においては例えば使い捨てカートリッジであり得るが、空気圧機器とカートリッジの間の可逆的空気圧相互接続を通じて実行される空気圧駆動を可能にし、この相互接続は柔軟膜によって形成される。低コストで信頼できるカートリッジの方法のために空気圧ドライバが機器に組み込まれる。カートリッジ内の流体チャネルに含まれる流体の駆動はカートリッジの主要面に取り付けられ得る柔軟膜のたわみによって達成される。従ってカートリッジが空気圧インターフェースプレートに取り付けられるか若しくは挿入されるとき、カートリッジの柔軟膜と空気圧インターフェースプレートの一部によってコンパートメントが形成される。これらのコンパートメント内の圧力は、この圧力は個別の空気圧機器によって生成され得るが、柔軟膜のたわみを決定し、そしてこれが流体を駆動して、それを通じて運動が生じる。この運動は弁機能のためにも使用され得る。このマイクロ流体カートリッジは空気圧駆動の高いパワーと大きなストロークを利用すると同時に、カートリッジを単純で低コストに保ち、熱若しくは音響振動のようなインターフェースプレートにわたる他の物理的輸送の容易な導入を可能にする。空気圧機器によるカートリッジ内の流体の駆動を実現若しくは停止／阻害することがマイクロ流体カートリッジ内に設けられる弁の本質的特性とみなされ得る。事実、空気圧駆動が柔軟なカートリッジ膜を利用すること、及び膜の下にある空気圧チャンバが可逆的に組み立てられることが重要である。これはカートリッジと空気圧機器の間の分離面が空気圧チャンバを横断することを意味する。上記特徴は、本発明にかかる装置の一部であるとみなされ得る、及び／又は当該特徴は本発明のカートリッジの一部でもあり得る、及び／又は当該特徴は本発明のフラグメンテーション機器の一部でもあり得るが、図１３に関してより詳細に記載される。
【００７５】
さらに、図６において、チャネルの上及びカートリッジの端の近くに窓１１７が設けられ、窓は流体検出を提供するように構成される。密封層１０９はＰＤＭＳであり得る。縁１１１はカートリッジとフラグメンテーション機器が一緒に組み立てられるときに流体コンパートメントの空間的閉鎖を確立するために真空チャネルを提供する。高さ情報１１９によって見られる通り、この装置は一実施形態例として４．５ｃｍの高さを持つように製造され得る。さらにポンプ（不図示）が流体コンパートメントへ水を供給するためにカートリッジによって包含され得る。
【００７６】
図６内で、マイクロ流体カートリッジを超音波振動子と機械的に結合するための方法を提供する装置が示される。これはカートリッジと振動子を含む空洞の壁との間の軟質ゴム状インターフェースを用いることによって実現される。この方法はＤＮＡ分子を密封（使い捨て）カートリッジにおいてフラグメント化するために使用され得る。このようにしてフラグメント化されるＤＮＡ分子の平均サイズ分布は超音波振動子によって作られる音響波の振幅を調節することによって及びデューティサイクルによって制御され得る。ＤＮＡ分子のフラグメンテーション中に能動冷却ユニットは必要ない。
【００７７】
図７は入力として測定期間及び温度変化を持つ測定のパラメータの表を示す。
【００７８】
図８及び９は図６に関して記載される装置で得られる実験結果を提供する。これらの結果は本発明の装置によって効果的なＤＮＡフラグメンテーションが達成されることを実証するために本明細書で記載される。装置の一実施形態例は４．５ｃｍの高さとおよそ１ｃｍ２の断面積表面を持つ。従って、４．５ｃｍ３の体積で能動冷却なしにかかるＤＮＡフラグメンテーションが得られた。これらの結果は上記及び下記の原理に従って超音波フラグメンテーションを統合する可能性を証明する。
【００７９】
図８及び９の結果について、以下の実験設定がなされた。使用された振動子は１．７ＭＨｚで操作され、広帯域電力増幅器ＥＮＩ（５０ｄＢ）に接続された。ＲＦ増幅器は１ＶＲＭＳの最大入力電圧及び５０Ωの入力／出力インピーダンスを持つ。入力電圧は関数発生器によって供給され、ここでバースト周期及びバーストあたりサイクル数が調節された。図示の実験において使用された電源はかなり大きいが、必要な柔軟性を提供して、もっと小さな設置面積の駆動電子機器が可能であることが留意されるべきである。使用された振動子は図１１に図示される。
【００８０】
１．７ＭＨｚにおいてバーストあたり２００で５８５μｓのバースト周期が選ばれた。入力電圧は８００ｍＶＲＭＳであった。図７に図示の表において、処理の期間及び振動子付近の温度測定が示される。見てわかる通り、実験の期間にわたって温度は操作中に変化を与え得る臨界値を超えなかった。試料コンパートメントにおいてとられた温度測定（ここでは不図示）も７０°を超えなかった。試料体積は開始核酸濃度６５ｎｇ／μｌで１００μｌであった。従って提案されるフラグメンテーション手順のために能動冷却は必要ないことが結論付けられる。
【００８１】
処理手順後、試料はゲル電気泳動によって分析された。泳動距離をピクセルからｂｐでの分子長へ定量化するために市販のラダーが使用された。これらの操作条件内でＬＡＶＧ＝２００ｂｐが得られることが見てわかり、これが上記要求による本発明の利点である。
【００８２】
図８において本発明によるフラグメント化ＤＮＡ分子のサイズ分布が図７００において示され、それによって分子長が水平軸７０１上に示され、量が垂直軸７０２上に描かれる。
【００８３】
図９及び１０の両方において、分子の長さがそれぞれ水平軸８０１及び９０２によって描かれる図８００及び９００が示される。垂直軸８０２及び９０２は使用された超音波の強度を任意単位で示す。
【００８４】
図９と図１０の比較は、本発明にかかる装置及び／又は方法で得られるサイズ分布結果、すなわち図９と、従来技術で得られるもの、図１０との比較を描く。時間依存測定シーケンスが上記と同様の条件で実行された。従来技術装置で実行された処理が同じ時間間隔（機器パネルによって示される１８Ｗの電源入力及び２０％デューティサイクルで５分間）でとられた。注目に値するのは温度の変更が処理の出力を有意に変更しないという事実である。これは気泡核形成がボルツマン統計に従って説明される古典的核生成理論において理解され得る。図９及び１０に提示されるデータは処理前に同じ初期ＤＮＡ濃度を持つ試料で、電気泳動測定実行のための同じ条件で得られた。両測定において同じ露光時間が使用された。
【００８５】
図１１は筐体１００１、給電線１００２、及び電気回路１００３を持つ振動子１０４を示す。
【００８６】
図１２は本発明の一実施形態に係る方法のフロー図を概略的に描く。試料中の分子をフラグメント化するための超音波装置を提供するための図示の方法は、フラグメンテーション機器、カートリッジ及び流体コンパートメントを有する装置を提供するステップを第一のステップとして有する。この第一のステップはＳ１で描かれる。第二のステップＳ２はフラグメンテーション機器上へカートリッジを置くステップである。その結果、カートリッジは流体コンパートメントから空間的に分離される試料コンパートメントを有する。第三のステップとしてフラグメンテーション機器上にカートリッジを置くことによって流体コンパートメントの閉鎖を生じるステップであるＳ３が図示される。
【００８７】
望ましい場合、方法は以下のステップの一つ以上も有し得る。カートリッジとフラグメンテーション機器の間に減圧を加えるステップ、及び減圧を利用して機器の方へカートリッジを吸い付けるステップ。
【００８８】
さらに、望ましい場合、方法はフラグメンテーション機器とカートリッジの間に密封層を設けるステップ、及び減圧を加えることによって実質的に流体密封に流体コンパートメントを密封するステップをさらに有し得る。
【００８９】
別の実施形態例において方法はカートリッジ内のチャネルの弁を開くステップ、液体コンパートメントへ液体を輸送するステップ、弁を閉じるステップ、超音波を発生させることによって試料中の分子をフラグメント化するステップ、弁を開くステップ及び液体コンパートメントから液体を排出するステップを有し得る。
【００９０】
さらに本発明の代替的な実施形態例は以下の通り超音波でＤＮＡのような分子を処理するための方法であり得る：フラグメンテーション機器の流体コンパートメントの上にカートリッジを置くステップ。例えばこれはスライドによってなされ得る。さらに、真空を加えるステップは密封効果をもたらすためであり、装置の上部における弁を開くステップ、及び流体コンパートメントに液体を供給するステップ。さらに流体検出のための窓に水が達するときにポンプを停止するステップ。その後所望のスキームに従って超音波振動子に電力供給するステップが実行され得る。流体コンパートメントからの流体の排出を可能にするために装置の上部における弁を開くステップが次になされ得る。さらに、ポンプによって生成される流れを逆転することによって流体コンパートメントから流体を排出するステップ。さらに真空ポンプを停止するステップはオプションのステップであり得る。これでＤＮＡフラグメンテーションは終了である。
【００９１】
電源供給スキームは予備実験によって決まる。振動子はデューティサイクル及び周期あたりサイクル数のようなパラメータが変更され得るように電力供給され得る。
【００９２】
図１３はカートリッジとフラグメンテーション機器が一緒に組み立てられるときにフラグメンテーション機器の流体コンパートメントの空間的閉鎖が確立されるように例えば図６のフラグメンテーション機器のようなフラグメンテーション機器（図１３には不図示）と組み合わさるカートリッジ１１００を示す。図１３は上部において第一状態のマイクロ流体カートリッジ１１００内部の流体駆動のためのシステム１１２１を示し、図１３の下部はカートリッジ内部に含まれる流体１１０４が輸送されている第二状態におけるかかるシステム１１２１を示す。図示のシステム１１２１、上部及び下部の両方は、同じ要素から構成される。
【００９３】
さらに図１３は空気圧機器の平行空気圧インターフェースプレート１１０１に挿入されるためのマイクロ流体カートリッジ１１００を示し、カートリッジは中で流体１１０４が輸送される三次元流体チャネル１１０３を有する。かかる平行空気圧インターフェースプレート１１０１は例えばフラグメンテーション機器（不図示）の一部であり得る。しかしながら平行空気圧インターフェースプレートはカートリッジ及びフラグメンテーション機器から物理的に分離される構成要素でもあり得るが、後者の一方に統合可能であり得る。さらにカートリッジ１１００は柔軟膜１１０５を有し、柔軟膜は平面に広がる。平面は方向１１０７に沿って広がる。さらに柔軟膜はカートリッジの外面を構築し、流体チャネルがカートリッジの壁によって及び柔軟膜によって空間的に画定される。さらに柔軟膜は過圧、減圧若しくは真空が柔軟膜に加えられないときに弛緩状態である。柔軟膜は弛緩状態から柔軟膜の面と垂直に二方向に空気圧で曲がることができる。言い換えれば、膜１１０５は第一に上向き及び第二に下向きの方向で方向１１０６に向けられ得る。
【００９４】
さらに柔軟膜が空気圧ポンプ１１０８によって複数の点１１０９及び１１１０において曲げられることが見てとれる。従って空気圧ポンプとは例えば１１３７のような空気圧チャンバにおいて膜に過圧及び／又は減圧が加えられることを意味する。外部空気圧機器１１０２がかかる空気圧ポンプ１１０８を作り出し得る。外部空気圧機器１１０２はフラグメンテーション機器（不図示）の一部であり得るが外部装置でもあり得る。対応する減圧を空気圧インターフェースプレート１１０１内の二つの空気圧チャネル１１２２及び１１２３において加えることによって、柔軟膜１１０５がこれら空気圧チャネルの上の凹部の中へ吸い付けられる。図１３の下図において示される、空気圧インターフェースプレートの空気圧チャネル内の圧力状況を変化させることによって、柔軟膜はカートリッジの中央空気圧チャネルにおいてカートリッジの内側の方へ押し付けられる。付加的に流体チャネル内部で図１３の左側から図１３の右側へ流体が輸送されるように右側の空気圧チャネル１１３８において減圧が加えられる。この機械的原理はとりわけ図１及び図６に図示の装置に対して使用され得る。
【００９５】
図１３から見てわかる通り、インターフェースプレートはインターフェースプレートが機器１１０２の中へ挿入されるときに機器に面する機器側面１１１９を持つ。さらにインターフェースプレートはカートリッジがインターフェースプレートの中へ挿入されるときにカートリッジに面するカートリッジ側面１１２０を持つ。空気圧チャネル１１２２，１１２３及び１１３８はマイクロ流体カートリッジの柔軟膜の空気圧駆動を可能にするために機器側面からカートリッジ側面へ例えば空気のような空気圧流体を接続するために設けられる。凹部１１２４乃至１１２６は凹部の中へ柔軟膜の吸い付けを可能にする。図１３の下部に見られる通り、中央空気圧チャネル１１２２において膜は流体チャネル内部の弁１１１４をもたらすように流体チャネルを閉じる。
【００９６】
対応する方法で過圧及び／又は減圧を連続的に加えてかかる方法を適用することによって、流体がマイクロ流体カートリッジ内の流体チャネルの始まり１１１２から流体チャネルの終わり１１１３へ輸送可能になる。
【００９７】
インターフェースプレートのカートリッジ側面は、断面において空気圧チャネル及び凹部に面するときにＴ字型状に形成される凹部と空気圧チャネルを持つ階段状表面を持つことが見てとれる。
【００９８】
言い換えれば、この実施形態は流体経路をカバーする外部柔軟膜を有するカートリッジを提供する。機器へのカートリッジの挿入後、膜は流体が流体経路に沿って動かされるように機器の空気力学によって局所的に曲げられ得る。これは試料１２０を図１及び図６に図示のカートリッジ１０２の試料コンパートメント１０１の中へ輸送するために使用され得る。膜は局所的にカートリッジから離れて吸い付けられるか、若しくはカートリッジの方へ押し付けられ、試料のための流体チャネルであり膜の下にある流体経路において変化する体積を作り出し得る。従って、流体はカートリッジを通して輸送される。カートリッジはそれを通して流体が輸送され得る、変化する体積を柔軟膜と一緒に画定する壁を有し得る。
【００９９】
本発明の実施形態例は異なる主題に関して記載されることが留意されるべきである。特に、一部の実施形態例は装置タイプクレームに関して記載され、一方他の実施形態例は方法タイプクレームに関して記載される。しかしながら、当業者は上記及び下記の記載から、他に明記されない限り、一つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、異なる主題に関する特徴間、特に装置タイプクレームの特徴と方法タイプクレームの特徴の間の任意の組み合わせもまた本願とともに開示されるとみなされることを推測する。しかしながら、全特徴は組み合わされて特徴の単なる総和にとどまらない相乗効果をもたらし得る。
【０１００】
本発明は図面と前記説明において詳細に図示され記載されているが、かかる図示と記載は説明若しくは例示であって限定ではないとみなされるものである。本発明は開示の実施形態に限定されない。開示の実施形態への他の変更は図面、開示及び従属クレームの考察から、請求される発明を実施する上で当業者によって理解されもたらされることができる。
【０１０１】
クレームにおいて、"有する"という語は他の要素若しくはステップを除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しない。単一のプロセッサ若しくは他のユニットはクレームに列挙される複数の項目の機能を満たし得る。特定の手段が相互に異なる従属クレームに列挙されるという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。クレームにおける任意の参照符号は範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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