(57)【要約】カートリッジは、第１のエラストマー膜および第２のエラストマー膜を備え得、互いに対してシールされているエラストマー膜の部分は、膜の非シール部分を取り囲み得る。休止状態では、第１のエラストマー膜の非シール部分は、第２のエラストマー膜の非シール部分に当接または近接する。１つ以上の試薬を、第１および第２のエラストマー膜の非シール部分の間に注入して、膜のこの領域において非シール部分を互いから押し隔てることができる。非シール部分を、下流領域において順次押し隔てて、エラストマー膜の間にチャネルを形成することができる。容積移送された流体は、非シール膜部分を押し隔てて、流体の体積に一致する容積に入り、チャネル内のデッドボリュームを最小化または防止し、それにより流体内の気泡を最小化または防止する。【選択図】図４Ａ
2018534538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カートリッジであって、
開口部を画定するシャーシと、
第１のエラストマー膜であって、
前記開口部から流体を受容するチャネルの少なくとも一部分を画定する非シール部分、および
前記非シール部分を取り囲むシール部分、を備える、第１のエラストマー膜と、を備える、カートリッジ。
【請求項２】
前記シャーシが、上部通路を画定するポットを備え、前記上部通路が、前記開口部と垂直に位置合わせされている、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
前記シャーシが、チャネルの形成を容易にするように構成された溝を備える、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記溝が、直角、隅肉付き、および丸み付きからなる群から選択された形状を有する、請求項３に記載のカートリッジ。
【請求項５】
前記第１のエラストマー膜の少なくとも一部分に固定的に取り付けられた第２のエラストマー膜を備える、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項６】
前記第２のエラストマー膜が、前記第１のエラストマー膜の前記シール部分に固定的に接続されたシール部分を備え、前記第１のエラストマー膜の前記シール部分および前記第２のエラストマー膜の前記シール部分が、前記チャネルの周囲の少なくとも一部分を画定する、請求項５に記載のカートリッジ。
【請求項７】
流体が、前記第１のエラストマー膜に隣接して位置付けられ、前記流体が、前記チャネル内へ、かつ／または前記チャネルを通って移動可能である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項８】
前記開口部の内側に位置付けられたカプセル化試薬を備え、前記シャーシが、前記カプセル化試薬を前記チャネル内へ方向付けるように、かつ／または前記チャネルからの前記カプセル化試薬へのアクセスを提供するように構成されている、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項９】
前記シャーシと前記第１のエラストマー膜との間に位置付けられた第１のフォイル層であって、前記シャーシに固定的に取り付けられた上面と前記第１のエラストマー膜に固定的に取り付けられた下面とを備える、第１のフォイル層、を備える、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項１０】
前記第１のフォイル層が、カプセル化試薬を前記シャーシにより形成されたポット内にシールする、請求項９に記載のカートリッジ。
【請求項１１】
流体を保持チャンバ内にシールし、前記流体が前記チャネルの形成を開始することができるように、圧力に応答して破断可能であるように構成されたバリア膜を備える、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項１２】
前記ポットが、前記上部通路の内側に位置付けられた第１のプランジャーを備え、前記第１のプランジャーが、圧力に応答して下向きに移動し、前記流体を前記チャネル内に方向付けるように構成されている、請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項１３】
試薬の熱処理のためのシステムであって、
熱を放出する加熱器ブロックと、
第１のエラストマー膜と、
前記第１のエラストマー膜に隣接して位置付けられた第２のエラストマー膜であって、前記第２のエラストマー膜の一部分が、前記加熱器ブロックからの前記熱を受容するように位置付けおよび配置される第１のチャンバを画定するように、前記第１のエラストマー膜の一部分にシールされている、第２のエラストマー膜と、を備える、システム。
【請求項１４】
前記第１および第２のエラストマー膜が、第２のチャンバを画定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記加熱器ブロックに対向するピストンを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ピストンが、磁石を備える、請求項３に記載の前記システム。
【請求項１７】
前記第１および第２のエラストマー膜が、前記第１のチャンバに通じるチャネルを形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
カートリッジが、前記第１および第２のエラストマー膜を備え、前記カートリッジと相互作用するように構成された装置が、前記加熱器ブロックを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
混合システムであって、
第１のエラストマー膜と、
前記第１のエラストマー膜に隣接して位置付けられた第２のエラストマー膜であって、前記第２のエラストマー膜の一部分が、チャネル、第１の混合チャンバ、および第２の混合チャンバを形成するように、前記第１のエラストマー膜の一部分にシールされている、第２のエラストマー膜と、
前記第１の混合チャンバと相互作用するように構成された第１のピストンと、
前記第２の混合チャンバと相互作用するように構成された第２のピストンと、を備える、混合システム。
【請求項２０】
前記第１および第２の混合チャンバからそれぞれ上流および下流に位置付けられ、前記第１および第２の混合チャンバを前記チャネルから隔離するように構成された、第１のバルブおよび第２のバルブを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
柔軟層が、前記支持ブロックに固定的に取り付けられている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１のピストンが、前記第１の混合チャンバに圧力を加えるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第２のピストンが、前記第２の混合チャンバに圧力を加えるように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１および第２のピストンが、前記第１および第２の混合チャンバを交互に押下および解放する、請求項５に記載のシステム。
【請求項２５】
磁気ビーズ取り扱いシステムであって、
第１のエラストマー膜と、
前記第１のエラストマー膜に隣接して位置付けられた第２のエラストマー膜であって、前記第２のエラストマー膜の一部分が、チャネル、第１の混合チャンバ、および第２の混合チャンバを形成するように、前記第１のエラストマー膜の一部分にシールされている、第２のエラストマー膜と、
前記第１および第２の混合チャンバの外側に位置付けられた磁石であって、前記磁石からの磁界が前記第１および第２の混合チャンバのうちの少なくとも１つ内に延在する位置に、選択的に移動するように構成されている、磁石と、を備える、磁気ビーズ取り扱いシステム。
【請求項２６】
前記磁石が、永久磁石および電磁石からなる群から選択される、請求項１に記載の磁気ビーズ取り扱いシステム。
【請求項２７】
方法であって、
流体をチャネル内に導入するステップであって、前記チャネルが、第２のエラストマー膜の一部分にシールされた第１のエラストマー膜の一部分により画定され、前記第１および第２のエラストマー膜が、非シール部分を取り囲むシール部分を備える、ステップを含み、
流体の前記チャネル内への導入前に、前記第１のエラストマー膜の前記非シール部分が、前記第２のエラストマー膜の前記非シール部分に実質的に当接し、前記流体の導入が、前記第２のエラストマー膜の前記非シール部分からの前記第１のエラストマー膜の前記非シール部分の分離を強制する、方法。
【請求項２８】
前記流体が前記チャネルを通って第２の非シール部分内に流入するように、第１の非シール部分に圧力を加えることを含み、前記第１の非シール部分が、対向する非シール部分との実質的な当接に戻る、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記流体をポット内に貯蔵することを含み、前記ポットが、上部通路を画定し、該上部通路を通って、前記流体が、前記チャネル内に導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
カートリッジであって、
頂面および底面を備え、それぞれ前記底面から前記頂面に延在する第１の開口部および第２の開口部を画定するシャーシと、
第１のエラストマー膜であって、前記シャーシの前記底面に接続され、かつ
流体を運ぶチャネルの少なくとも一部分を画定する非シール部分、および
前記非シール部分を取り囲むシール部分、を備える、第１のエラストマー膜と、
第２のエラストマー膜であって、
前記第１のエラストマー膜の前記シール部分に固定的に接続されたシール部分であって、前記第１のエラストマー膜の前記シール部分および前記第２のエラストマー膜の前記シール部分が、前記チャネルの周囲の少なくとも一部分を画定する、シール部分、および
前記シャーシの前記頂面に接続されて、前記カートリッジ上で試薬をカプセル化する、前記第１の開口部と垂直に位置合わせされている可撓性層、を備える、第２のエラストマー膜と、を備え、
前記第１のエラストマー膜が、少なくとも前記第１および第２の開口部と重なり合う１つ以上の開放部分を備え、前記チャネルが、前記１つ以上の開放部分に通じている、カートリッジ。
【請求項３１】
前記シャーシの前記頂面に接続されたフォイル層を備え、前記試薬が、前記可撓性層と前記フォイル層との間に位置付けられている、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３２】
前記試薬が、凍結乾燥ビーズの形である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３３】
前記可撓性層が、ポリプロピレンを含む、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３４】
カートリッジを使用して流体を試薬と混合する方法であって、
前記流体を、前記カートリッジ内の第１および第２のエラストマー膜により形成されたチャネルを通って方向付けることであって、前記第１のエラストマー膜が、前記カートリッジのシャーシの底面に接続され、可撓性層が、前記シャーシの頂面に接続され、前記シャーシが、それぞれ前記底面から前記頂面に延在する第１および第２の開口部を画定する、方向付けることと、
前記流体を、前記シャーシの前記頂面に接続された可撓性層により位置付けられた試薬に接触するように、前記第１のエラストマー膜の開放部分を通って、次いで前記シャーシ内の前記第１の開口部を通って方向付けることであって、前記流体と前記試薬が、混合物を形成する、方向付けることと、を含む、方法。
【請求項３５】
前記混合物を前記カートリッジの前記頂面上で前記第２の開口部に対して方向付けることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項３６】
前記混合物を前記第２の開口部を通って前記チャネル内に戻るように方向付けることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項３７】
前記流体の前記シャーシ内の前記第１の開口部を通っての前記方向付けることが、前記第１の開口部から下流の前記チャネルの一区域を閉鎖するようにバルブを作動させることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項３８】
前記試薬が、前記流体が前記試薬に接触する前に、前記可撓性層と前記シャーシの前記頂面に接続されたフォイル層との間に位置付けられている、請求項５に記載の方法。
【請求項３９】
前記流体が前記試薬に接触する前に、前記フォイル層が開放されて前記第１の開口部を通じて前記試薬へのアクセスを提供するように、前記可撓性層を圧縮することを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本開示は、一般的には、ポリメラーゼ連鎖反応および／またはＤＮＡ塩基配列決定などの、メソ流体および／またはマイクロ流体プロセス用のデバイスおよび方法に関する。より具体的には、本開示は、核酸抽出；ＰＣＲ；核酸およびタンパク質を含む生体分子の単離、分離、および検出用の生物学的試料の調製；ＤＮＡ塩基配列決定；ｑＰＣＲ；免疫アッセイ；細胞の調製および遺伝子操作；ならびに免疫療法などの、生体分子のプロセス、アッセイ、およびワークフローを遂行するためのメソ流体および／またはマイクロ流体プロセス用のデバイスおよび方法に関する。
【０００２】
ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）の鎖を特定および複製するものであり、現代の遺伝子解析技法において用いられている。ＰＣＲの原理は、酵素ポリメラーゼを使用したＤＮＡの鎖の生体外増殖である。
【０００３】
ＰＣＲにおけるＤＮＡ鎖の複製は、３つの原理ステップで行われる。第１に、元の二重鎖のＤＮＡが、２本の単一鎖のＤＮＡに分割される、「変性」または「融解」と呼ばれるプロセスである。第２に、単一鎖のＤＮＡの所定サイトにプライマーが付着する。第３に、プライマーから始まって、ポリメラーゼが、単一鎖のＤＮＡに付着して相補的ＤＮＡ鎖を形成し、それにより元の二重鎖のＤＮＡの同一（またはほぼ同一）のコピーを形成する。次いで、このプロセスが、複数回繰り返されて、同一のＤＮＡ鎖の数の対数増殖を達成する。次いで、得られたＤＮＡのプールの分析を遂行することができる。
【０００４】
ＰＣＲは、典型的に、サーマルサイクラーと呼ばれるデバイス内で遂行される。具体的には、小型プラスチックチューブは、ＤＮＡ試料をプライマーおよびポリメラーゼ分子と共に好適なバッファ内に収容し、サーマルサイクラーは、例えば典型的な用途では１５〜２５回、チューブを上述のＰＣＲ相にわたって繰り返し温度サイクルに供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、連続流ＰＣＲおよびＤＮＡ塩基配列決定などのメソ流体および／またはマイクロ流体プロセス用の公知の方法およびデバイスに関するいくつかの問題に気づいた。これらの問題のうちの１つ以上は、デバイスにより、自動化された流体取り扱いおよび処理の複数のステージにおいて、装置および無料のカスタマイズされた使い捨てカートリッジを使用して対処され得る。カートリッジは、１つ以上の一体化な流路を含み、１つ以上の一体化な流路は、多数の異なる検査技法を用いることにより、ユーザの手作業による取り扱いの必要性または汚染のリスクなしに、流体または試薬がある処理ステージから次の処理ステージへ通過できるようにする。装置は、使い捨てカートリッジの異なる部分に作用してユーザが希望する処理ステージを達成する、いくつかの機械的構成要素を含む。
【０００６】
このような１つの使い捨てカートリッジは、第２のエラストマー膜の部分に当接または近接する第１のエラストマー膜の部分を含む。第１および第２のエラストマー膜のこれらの部分を、流体により順次押し隔てて、最小限のデッドボリュームを含むか、またはデッドボリュームを含まない流体用のチャネルを形成することができる。好ましくは、第１および第２のエラストマー膜のこれらのチャネル形成部分は、第２のエラストマー膜の対応するシール部分に固定的に取り付けられている第１のエラストマー膜のシール部分により取り囲まれる。他の実施形態では、単一のエラストマー膜が、用いられ得る。
【０００７】
生体分子のアッセイおよびワークフローは、試料および試薬の複雑な操作を必要とし得る。ユーザは、このような複雑な操作を自動化および一体化により単純化することの恩恵を得る。自動化および一体化は、プロセスをより効率的に、よりロバストに、より容易に再現可能に、より使いやすく、かつより費用効果が高いものにする。
【０００８】
したがって、本開示は、例えば、圧送およびバルブ操作ワークフローと、広範な容積範囲にわたっての湿式および乾式試薬の一体化な貯蔵および放出と、試薬および試料の正確な温度制御と、磁気ビーズ、常磁性ビーズ、非磁気ビーズ、および被覆フィルムまたは基材を介しての反応物質、中間生成物、反応生成物、および生体分子の固相分離と、反応および中間生成物を検出するための光学ツールと、を含むがこれらに限定されない膨大な潜在的なワークフローおよびアッセイを可能にするために、以下の機能を一体化したシステムを提供する。最後に、このような自動化システムは、上述の例示的なワークフローおよび関連付けられた機能のそれぞれを結びつける能力を有する。機能を組み合わせのビルディングブロックとして結びつけることは、単純な添加および混合から、上記ビルディングブロックのそれぞれの複数の連続的繰り返しを通じて試料を処理することを含む複雑な完全に一体化するシステムまで及ぶ、ワークフローの迅速な配備を可能にする。
【０００９】
追加の特徴が、本明細書には記載されており、以下の詳細な説明および図から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態の断面図を描く。
【図２Ａ】本開示の一実施形態の溝の断面図を描く。
【図２Ｂ】本開示の一実施形態の溝の断面図を描く。
【図２Ｃ】本開示の一実施形態の溝の断面図を描く。
【図３Ａ】本開示の一実施形態の等角図を例示する。
【図３Ｂ】本開示の一実施形態の底面図を例示する。
【図４Ａ】本開示の一実施形態の等角図を例示する。
【図４Ｂ】本開示の一実施形態の底面図を例示する。
【図５】本開示の一実施形態の溝の縁部の異なる図を描く。
【図６】本開示の一実施形態の断面図を描く。
【図７】本開示のある実施形態における熱可塑性シートのシールの写真を例示する。
【図８】本開示の一実施形態の断面図を描く。
【図９Ａ】本開示の一実施形態の断面図を描く。
【図９Ｂ】本開示の一実施形態の溝の断面図を描く。
【図９Ｃ】一実施形態本開示のチャンバの上面図を描く。
【図９Ｄ】本開示の一実施形態のレーン組立体の断面図を描く。
【図１０Ａ】本開示の一実施形態の断面図を描く。
【図１０Ｂ】本開示の一実施形態の溝の断面図を描く。
【図１０Ｃ】一実施形態本開示のチャンバの上面図を描く。
【図１０Ｄ】本開示の一実施形態のレーン組立体の断面図を描く。
【図１１Ａ】本開示の一実施形態の断面図を描く。
【図１１Ｂ】本開示の一実施形態の溝の断面図を描く。
【図１１Ｃ】一実施形態本開示のチャンバの上面図を描く。
【図１２Ａ】本開示の一実施形態の断面図を描く。
【図１２Ｂ】本開示の一実施形態の溝の断面図を描く。
【図１２Ｃ】一実施形態本開示のチャンバの上面図を描く。
【図１３】本開示の一実施形態の断面図を描く。
【図１４】本開示の一実施形態の流路の断面図を描く。
【図１５】本開示の一実施形態の流路の断面図を描く。
【図１６】本開示の一実施形態の組立体の等角分解図を例示する。
【図１７】本開示の一実施形態の組立体の等角分解図を例示する。
【図１８Ａ】本開示の一実施形態の組立体の断面分解図を例示する。
【図１８Ｂ】本開示の一実施形態の断面組立図を例示する。
【図１９】本開示の一実施形態の断面図を例示する。
【図２０Ａ】本開示の一実施形態の膜流体路の断面図を例示する。
【図２０Ｂ】本開示の一実施形態の断面図を例示する。
【図２１】本開示の一実施形態の流路の断面図を例示する。
【図２２Ａ】本開示の一実施形態の加熱器ブロックの写真を例示する。
【図２２Ｂ】本開示の一実施形態の加熱器ブロックの画像を例示する。
【図２２Ｃ】本開示の一実施形態の加熱器ブロックの画像を例示する。
【図２３Ａ】本開示の一実施形態の断面図を例示する。
【図２３Ｂ】本開示の一実施形態の断面図を例示する。
【図２３Ｃ】本開示の一実施形態の断面図を例示する。
【図２４Ａ】本開示の一実施形態の断面図を例示する。
【図２４Ｂ】本開示の一実施形態の断面図を例示する。
【図２５Ａ】本開示の一実施形態のエラストマー膜の側面図を例示する。
【図２５Ｂ】本開示の一実施形態のエラストマー膜の側面図を例示する。
【図２６Ａ】本開示の一実施形態の膜の混合チャンバの写真を例示する。
【図２６Ｂ】本開示の一実施形態の膜の混合チャンバの写真を例示する。
【図２６Ｃ】本開示の一実施形態の膜の混合チャンバの写真を例示する。
【図２６Ｄ】本開示の一実施形態の膜の混合チャンバの写真を例示する。
【図２７Ａ】本開示の一実施形態のエラストマー膜の断面図を例示する。
【図２７Ｂ】本開示の一実施形態のエラストマー膜の断面図を例示する。
【図２７Ｃ】本開示の一実施形態のエラストマー膜の断面図を例示する。
【図２８Ａ】本開示の一実施形態のエラストマー膜の断面図を例示する。
【図２８Ｂ】本開示の一実施形態のエラストマー膜の断面図を例示する。
【図２９】本開示の様々な混合チャンバ幾何形状の実施形態を通じたフロー分布を描く。
【図３０Ａ】本開示の一実施形態の流路の断面図を例示する。
【図３０Ｂ】本開示の一実施形態の流路の断面図を例示する。
【図３０Ｃ】本開示の一実施形態の流路の概略図を描く。
【図３０Ｄ】本開示の一実施形態の流路の概略図を描く。
【図３０Ｅ】本開示の一実施形態の混合ビーズを含む混合チャンバの概略図を描く。
【図３１】本開示のある混合チャンバの実施形態の写真を例示する。
【図３２Ａ】本開示の一実施形態のエラストマー膜の図を例示する。
【図３２Ｂ】本開示の一実施形態のエラストマーパッチを有するエラストマー膜の図を例示する。
【図３２Ｃ】本開示の一実施形態の断面図を例示する。
【図３３Ａ】本開示の一実施形態の写真を例示する。
【図３３Ｂ】本開示の一実施形態の写真を例示する。
【図３４Ａ】本開示の一実施形態の断面図の写真を例示する。
【図３４Ｂ】本開示の一実施形態の写真を例示する。
【図３５】本開示の一実施形態の写真を例示する。
【図３６】本開示の一実施形態を貫いて移動する流体を示す一連の写真を例示する。
【図３７】本開示の一実施形態のエラストマー膜を貫流する試薬の写真を例示する。
【図３８】本開示の一実施形態の分解組立体の等角図を例示する。
【図３９】本開示の一実施形態の部分的組立体の図を例示する。
【図４０】本開示の一実施形態の部分的組立体の図を例示する。
【図４１】本開示の一実施形態の部分的組立体の概略図を例示する。
【図４２】本開示のある気泡トラップ実施形態の図を例示する
【図４３Ａ】本開示の一実施形態の写真を例示する。
【図４３Ｂ】本開示の一実施形態の写真を例示する。
【図４４】本開示の一実施形態の容積測定概略図を例示する。
【図４５】本開示の一実施形態における一対のブリスタの側面断面分解図を例示する。
【図４６】本開示の一実施形態における一対のブリスタの製造の側面断面図を例示する。
【図４７】本開示の一実施形態における一対のブリスタの使用の側面断面図を例示する。
【図４８】本開示の一実施形態における一対のブリスタの使用の側面断面図を例示する。
【図４９Ａ】公知の調製および処理方法におけるワークフローの流れ図である。
【図４９Ｂ】本開示の一実施形態におけるワークフローの流れ図である。
【図５０】本開示の一実施形態におけるカートリッジを含む装置を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示及び添付の特許請求の範囲で使用されているように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」には、文脈が明確に指示しない限り、複数の指示対象が含まれることに留意されたい。よって、例えば、「材料（ａ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」または「材料（ｔｈｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」への言及は、２つ以上の材料を含む。「Ｘおよび／またはＹ」の文脈で使用される「および／または」という用語は、「Ｘ」、もしくは「Ｙ」、または「ＸおよびＹ」として解釈されるべきである。本明細書で使用する場合、「例」という用語は、とりわけ用語の列挙が後に続くとき、単に例示的なものであり、排他的または包括的であるとみなされるべきではない。
【００１２】
本明細書で使用する場合、「約（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」は、数字の範囲内、例えば言及した数から−１０％〜＋１０％の範囲、好ましくは言及した数から−５％〜＋５％以内、より好ましくは言及した数から−１％〜＋１％以内、最も好ましくは言及した数から−０．１％〜＋０．１％以内の数を指すと理解される。「類似の寸法の（Ｓｉｍｉｌａｒｌｙ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｅｄ）」は、言及した構成要素が、別の構成要素の対応する寸法と実質的に同じ少なくとも２つの寸法を、かつ一部の実施形態ではこのような３つの寸法を、有することを意味する。
【００１３】
本明細書に記載の全ての数値範囲は、範囲内の全ての整数、整数または分数を含むと理解されるべきである。その上、これらの数値範囲は、その範囲内の任意の数または数のサブセットに向けられた請求項のサポートを提供すると解釈されるべきである。例えば、１〜１０の開示は、１〜８、３〜７、１〜９、３．６〜４．６、３．５〜９．９などの範囲をサポートすると解釈されるべきである。
【００１４】
「第１の」および「第２の」などの数の形容詞は、単に構成要素を区別するために使用されている。これらの数の形容詞は、他の構成要素の存在、相対的な位置決め、または任意の時間的順序の実装を含意しない。この点について、「第２の開口部」の存在は、「第１の開口部」が必ずしも存在することを含意しない。さらにこの点について、「第２の開口部」は、「第１の開口部」がもしあれば、「第１の開口部」から上流に、下流に、または同一場所に設置され得る。「第２の開口部」は、「第１の開口部」がもしあれば、「第１の開口部」の前に、後に、および／または同時に使用され得る。
【００１５】
本明細書に開示のデバイスには、本明細書に具体的に開示されていないいかなる要素が欠けていてもよい。よって、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語を使用するある実施形態の開示は、特定されている構成要素「から主としてなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」実施形態およびそれら「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」実施形態の開示を含む。同様に、本明細書に開示の方法には、本明細書に具体的に開示されていないいかなるステップが欠けていてもよい。よって、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語を使用するある実施形態の開示は、特定されているステップ「から主としてなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」実施形態およびそれら「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」実施形態の開示を含む。
【００１６】
メソ流体および／またはマイクロ流体デバイスの様々な実施形態が、本明細書に開示されており、特に明示的かつ直接的に言明されていない限り、いずれの実施形態も、他の任意の実施形態と組み合わせることができる。一部の実施形態では、デバイスは、ＰＣＲ、ＤＮＡ塩基配列決定、またはそれらの組み合わせである連続流プロセス用に構成されたカートリッジである。本明細書で使用する場合、「連続流」とは、初期試料が、カートリッジに追加され、カートリッジから異なるデバイスに移される必要なしに、完了に至るまでのプロセスを経ることを意味する。
【００１７】
公知の試料調製方法および設計
【００１８】
試料調製、ＰＣＲ、およびＤＮＡ塩基配列決定用の公知のシステムは、典型的に、プロセスの特定のステージに応じて、いくつかの独立モジュールまたは装置を伴う。大部分の公知のシステムでは、プロセスの各個別モジュールまたはステップは、別々の装置が流体に作用することを必要とし、このことは、したがって、手作業による装置のセットアップおよび作業者による流体の取り扱いの複数のフェーズを必要とする。例えば、塩基配列決定の準備の１つの例では、典型的な公知の方法は、ラボベンチワークフローおよび装置使用の組み合わせを含む。
【００１９】
図４９Ａは、試料調製および処理のための公知の方法を表す概略流れ図である。ワークフローは、Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤの４つのステージを含み、そのそれぞれは、それぞれ別々の装置、すなわち装置＃１、＃２、＃３、および＃４の使用を必要とする。例示的な一実施形態では、ステージＡは、生試料からのＤＮＡ抽出を必要とする。装置＃１は、このような抽出を達成するために、ピペット、チューブ／プレート、ボルテックスター（ｖｏｒｔｅｘｔｅｒ）、遠心分離器、およびビーズ取り扱い用の磁石ラックを含む、主として手作業による作業を含む。ステージＡのＤＮＡ抽出に続いて、試料は、ステージＢで、装置＃２を使用して、熱サイクリングを経なければならず、装置＃２は、典型的に、市販のサーマルサイクラーであろう。ステージＣも、サーマルサイクラーの使用を含むが、ステージＢの熱サイクル後に、かつステージＣの熱サイクリングが始まる前に、ユーザが試薬をプレートに追加することを必要とする。最後に、ステージＤは、塩基配列決定のクリーンアップワークフローであり得、これは、典型的に手作業により達成される。ステージＤで使用される装置＃４は、ピペット、遠心分離器、ボルテックスター（ｖｏｒｔｅｘｔｅｒ）、および磁石ラックなどの、ステージＡの装置＃１と同じツールのうちの多くを伴い得る。
【００２０】
ステージＡおよびＤに記載の手作業によるワークフロー、ならびにステージＢとＣとの間で必要とされる手作業による試薬補充は、複数の非効率性および変数を伴うことが理解されるべきである。上述した図４９Ａに例示するプロセスなどのプロセスは、効率的に、確実に、かつプロセス中に試料を損傷または汚染することなしに行われなければならない、非常に正確かつ一貫性あるユーザ実行を必要とする。
【００２１】
自動化試料調製方法およびデバイスの概要
【００２２】
本開示により提供される様々な実施形態では、ステージＡ〜Ｄのそれぞれ、ならびにステージＡ〜Ｄを実行するために必要とされる全ての装置が、装置および無料の対応するカートリッジを含む単一の自動化システム内に一体化されている。図４９Ｂに描くように、本明細書に開示の新しいワークフローは、ステージＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤのそれぞれを単一の装置内にカプセル化し、このようにして誤り、非一貫性、または試料の汚染のリスクを排除し、したがって再現可能な試料を生産するコストを減少させる。
【００２３】
本開示の様々な実施形態では、図１４、２１、および５０に一般的に例示するように、試料調製、ＰＣＲ、およびＤＮＡ塩基配列決定などのプロセス用のデバイスは、対象の流体を処理するための複数の異なるモジュールを含む一体化された流路を含む。本明細書で論じ、図５０に一般的に例示する様々な実施形態では、このようなデバイスは、複数の機械的構成要素と、処理されるべき任意の流体または試薬を収容するように構成された無料の使い捨てカートリッジ１０とを有する装置８を含む。使い捨てカートリッジの例示的な流路およびプロセスを、図１４および２１に詳細に例示する。様々な実施形態では、装置８の機械的構成要素は、プロセスのステージ間のユーザによる取り扱いを最小化しながら、カートリッジ１０の適切な位置に作用して流体流路内の流体流を可能にし、生試料からＤＮＡを抽出し、熱サイクリングを提供し、試薬を導入および混合し、塩基配列決定のクリーンアップならびに他のタスクを遂行するように構成されている。選択された試薬、プロセス、流体経路、およびユーザの定義した目標の仕様を含むようにカートリッジ１０をカスタマイズすることにより、装置８は、個別的な装置の手作業によるセットアップおよび不要なユーザによる流体の取り扱いを必要とすることなしに、ワークフロー全体を自動化するようにプログラムすることができる。
【００２４】
自動化システムは、図１４、２１、および５０に例示し、全体にわたって論じるように、より高い試料品質、再現可能性、および予測可能性を提供することにより、公知の多装置システムよりも費用効果が高いであろうことが理解されるべきである。さらに、共通の装置内で使用されるべきカートリッジ１０をカスタマイズすることを可能にすることは、現在のシステムにはない増大した柔軟性をユーザに与える。カートリッジ１０は、上述の図４９Ａに示す手作業によるラボ技法と少なくとも同等に機能し得る。
【００２５】
本開示により提供されるシステムの１つ以上の実施形態の別の利点は、使い捨てカートリッジ１０が全ての必要な試薬をオンボードで有することである。カートリッジ１０は、複数の試料、例えば８〜１２試料の多重の、同時試験を可能にし得る。その上、カートリッジ１０は、複数の個別的な経路を備え得、複数の個別的な経路のそれぞれは、単一の試料を処理し得る。カートリッジ１０は、所望の数の試料を処理するようにユーザにより構成され得る。注目すべきことに、カートリッジ１０は、１つの具体的な種類の処理に限定されず、カートリッジ１０は、任意の種類のメソ流体および／またはマイクロ流体処理用に容易に構成され得る。
【００２６】
好ましくは、カートリッジ１０は、装置８とカートリッジ１０のレーンとの間の正確な位置合わせの必要性を回避するように、装置８に協働的に接続する。ある実施形態では、カートリッジ１０から装置８への空気圧接続は、必要ではない。空気圧接続を排除することは、交差汚染および流体のエアロゾル化のリスク、空気接続の低信頼性、ならびに空気源（圧力）の較正の必要性を回避する。一般に、中でカートリッジが使用される１０装置８は、信頼性を最大化し、かつコストを低減するために、公知のメソ流体および／またはマイクロ流体デバイスと比較して単純化されている。
【００２７】
図１４で一般的に例示するある実施形態には、カートリッジ１０および装置８の両方の断面図が表示されている。カートリッジ１０は、例えば、少なくとも、第１のシャーシ１１と、柔軟層２０を有するサポートブロック１２と、第１および第２のエラストマー膜２１、２２と、第１および第２のフォイル層３１、３２とを含み得る。様々な実施形態では、サポートブロック１２は、カートリッジ１０内の１つ以上のバルブを形成し得る。装置８の機械的要素は、少なくとも、プランジャー５１、１５１、および１５２と、加熱器ブロック５２と、ピストン５３と、上部および下部磁石３０１および３０２とをそれぞれ含み得る。
【００２８】
図１４に見られるように、４つの試料ステージが例示されており、各ステージは、垂直の破線により分離されている。例示する実施形態では、第１のステージは、流体の貯蔵／放出であり、初期流体は、より詳細に後述するように、カートリッジの流路内に押し入れられる。フローが図の右側に向かって続くにつれて、流体は、第２のステージで熱処理を経る。熱処理中、装置内に配設された永久的な加熱器ブロックまたは加熱器ブロックが、使い捨てカートリッジの流体流路に作用して、第１の流体貯蔵／放出ステージから熱処理ステージへのシームレスな移行を可能にする。図１４に例示する第３の例示的なステージは、乾式試薬の添加および再構成である。図１４に見られるように、乾式試薬の放出および再構成は、装置８内に一体化された永久的な機械的構成要素であるプランジャー１５１、１５２を使用してカートリッジ上のフォイル層を破裂させることにより可能になる。
【００２９】
最後に、図１４に例示する第４の例示的なステージは、試料の磁気ビーズ取り扱いである。磁気ビーズ取り扱い機構３００は、増幅されたＤＮＡを結合、洗浄、および溶出するように構成され得る。磁気ビーズ取り扱い機構３００は、１つ以上の磁石、例えば上部磁石３０１および／または下部磁石３０２を備え得る。様々な実施形態において装置の一部である磁石３０１、３０２は、モータ駆動型であってもよい。図１４に例示するステージのそれぞれについて、より詳細に後述する。
【００３０】
図２１は、上述した図１４に例示する配置として、自動化プロセスの概要の類似の構成を例示する。数ある差異のなかでも、図２１は、膜２１と２２との間の流路内に凍結乾燥試薬ビーズを導入するためのプランジャー１５５を有する凍結乾燥試薬ビーズポット２１３を含む。ポット２１３内の試薬は、エラストマー膜２１と２２との間で画定される流路との流体連通に、好ましくは、装置８により提供され得るプランジャー１５２により破裂されるフォイル層（複数可）を貫いて流体連通に入る。図２１に描く実施形態の追加の変形例および討議は、本明細書でより詳細に後述する。
【００３１】
これより図３８を参照すると、手作業によるシステムの一部分の分解図を例示および説明するが、当業者は、このようなシステムも自動化され得ることを認識するであろう。いくつかのポットおよび該ポットのそれぞれ内に配設されるべき複数の関連付けられたプランジャーを含む、カートリッジ１０の一実施形態を例示する。カートリッジ１０は、好適な締め付けフレームの頂部に位置付けられる。いくつかの実施形態では、１つ以上の締め付けフレーム、装置シャーシ、ならびにその下側の個別的なクランプおよびプランジャーの全ては装置８の永久的な部分であることが理解されるべきである。流路（複数可）と、試薬および／または流体の導入のためのポット（複数可）と、混合チャンバ（複数可）と、熱サイクリングおよびＰＣＲのための加熱器ブロックと、磁気ビーズ取り扱い機構と、試料クリーンアップとのカートリッジ１０上のレイアウトは、装置８の複数のトグルクランプ、プランジャー、および他の永久的な機構のため、多くの想定される構成で設計され得る。後述する様々な実施形態では、装置８のトグルクランプが、バルブアクチュエータとして作用し、カートリッジの異なる部分に対して圧力を伝えて、流路を画定または阻害し、試料の初期導入から試料調製および最後のクリーンアップまで流体流を圧送および方向付けるのを援助することが理解されるべきである。
【００３２】
図１４、２１、および３８から分かるように、装置８およびカートリッジ１０を備えるシステムは、カートリッジ１０と、中でカートリッジ１０が使用される装置８との間のインターフェースを単純化する（例えば、流体／気体接続を最小化または回避する、カートリッジ１０のレーンに対する複雑な機械的取り付けを回避するなど）。その上、各インターフェースの種類の数が、最小化される（例えば、１種類の機械的インターフェース）。
【００３３】
カートリッジの構築および設計
【００３４】
図１、２Ａ〜２Ｃ、３Ａ、３Ｂ、４Ａ、および４Ｂに一般的に例示するある実施形態では、カートリッジ１０の一例の詳細図が、開示されている。カートリッジ１０は、第１のシャーシ１１を備え得る。第１のシャーシ１１は、ポリプロピレン材料、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、もしくは他の任意の好適な材料、またはそれらの組み合わせにより少なくとも部分的に形成され得る。第１のシャーシ１１は、カートリッジ１０の枠の少なくとも一部分を形成し得る。
【００３５】
第１のフォイル層３１は、第１のシャーシ１１の下に位置付けられ得る。第１のフォイル層３１の上面の少なくとも一部分、好ましくは第１のフォイル層３１の上面の全体が、第１のシャーシ１１に当接し得る。第１のフォイル層３１の上面は、第１のシャーシ１１に熱溶着され、レーザ溶接され、感圧性接着剤により結合され、または別の方法で固定的に取り付けられたシール部分３１ａを備え得る。第１のフォイル層３１は、アルミニウムまたはポリプロピレン（ＰＰ）などのプラスチックを含み得、平滑または波形であり得る。ある非限定的な例として、第１のフォイル層３１は、約３７μｍの厚さを有し得る。
【００３６】
柔軟層２０が、第１のフォイル層３１の下に位置付けられ得る。柔軟層２０は、例えば、柔軟層２０が固定的に取り付けられ得る支持ブロック１２を移動することにより、第１のフォイル層３１に当接する閉鎖位置と第１のフォイル層３１に接触しない開放位置との間で可逆的に移動し得る。ある好ましい実施形態では、中でカートリッジ１０が使用される装置８は、支持ブロック１２および柔軟層２０を提供する。
【００３７】
第１のフォイル層３１の上面は、シール部分３１ａにより取り囲まれた非シール部分３１ｂを備える。よって、第１のフォイル層３１のシール部分３１ａは、任意の特定の方向のシール部分３１ａ間の距離が同じ方向の非シール部分３１ｂの幅になるように、第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂの外縁を画定し得る。非シール部分３１ｂは、より詳細に後述するように、非シール部分３１ｂがチャネルを形成するように構成されるように、互いに連続しシール部分３１ａにより中断されない状態で、カートリッジ１０のほぼ全長に延在し得る。ある非限定的な例として、チャネルは、約１０ｍｍの長さを有し得る。
【００３８】
流体、例えばＰＣＲおよび／またはＤＮＡ塩基配列決定のための１つ以上の試薬を含有する流体が、第１のシャーシ１１と、第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂの一区域との間に位置付けられ得る。有利なことに、カートリッジ１０は、分注液体である初期試料種類を有効化し得る。流体は、第１のフォイル層３１の隣接する下流の非シール部分３１ｂ上に、例えば容積移送により、かつ好ましくは空気圧移送なしに推進され、それにより第１のフォイル層３１の下流の非シール部分３１ｂを第１のシャーシ１１から押し離し得る。結果的に、第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂは、第１のシャーシ１１から順次押し離されて、第１のフォイル層３１と第１のシャーシ１１との間にチャネルを形成し得る。
【００３９】
よって、第１のフォイル層３１のシール部分３１ａは、第１のシャーシ１１と第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂとの間に形成されるチャネルの外縁を画定し得る。例えば、第１のフォイル層３１のシール部分３１ａが約２ｍｍ隔たっている場合、チャネルは、約２ｍｍの幅を有し得る。
【００４０】
流体が下流に進むにつれて、流体が排出したチャネルの上流の非シール部分３１ｂは、第１のフォイル層３１が実質的に平坦である休止状態に戻り得る。ある好ましい実施形態では、柔軟層２０は、流体を収容する非シール部分３１ｂ内に押し入れられて、例えば流体を収容する非シール部分３１ｂを押して実質的に平坦にすることにより、流体を下流に容積移送し、流体の後ろのチャネルを閉鎖する。上流の非シール部分３１ｂも柔軟層２０により実質的に平坦に保持される場合、流体は、下流に進行し得る。チャネルを閉鎖するために必要とされる圧力は、柔軟層２０の剛性および厚さ、柔軟層２０の幾何形状、ならびにチャネル寸法に依存し得る。
【００４１】
溝１３３が、例えば第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂが拡張できるようにすることにより、チャネルの形成を容易にし得る。好ましくは、溝１３３の幅は、第１のフォイル層３１の非シール部分１３２の幅にほぼ等しく、よって得られるチャネルの幅にほぼ等しいべきである。ある非限定的な例として、溝１３３は、約２ｍｍ〜約３ｍｍの幅および少なくとも約２０μｍ、例えば約５０μｍ〜約１００μｍの深さを有し得る。
【００４２】
図２Ａに描くある実施形態では、支持ブロック１２は、溝１３３を備え得る。図２Ｂおよび２Ｃに描くある実施形態では、第１のシャーシ１１は、溝１３３を備え得、溝１３３は、チャネルの第１のフォイル層３１とは反対側を形成し得る。図２Ｂでは、溝１３３は、直角または隅肉付きであり、図２Ｃでは、溝１３３は、丸み付きである。これらの実施形態では、柔軟層２０を通じて加えられる圧力は、第１のフォイル層３１の非シール部分１３２が溝１３３に適合するように強制し、それによりチャネルを閉鎖し得る。
【００４３】
図３Ａは、図１に示す実施形態を使用したカートリッジ１０のある実施形態の画像であり、図３Ｂは、このような実施形態における第１のシャーシ１１の底面を示す概略図である。図４Ａは、図１に示す構成を使用したカートリッジ１０の別の実施形態の図であり、図４Ｂは、このような実施形態における第１のシャーシ１１の底面を示す概略図である。
【００４４】
これらの図に一般的に例示し、本明細書でより詳細に後述するように、第１のシャーシ１１は、開口部１１ａを有し得る。カプセル化試薬は、開口部１１ａ内に位置付けられ得、かつ／または１つ以上のエラストマーシールが、第１のシャーシ１１上に開口部１１ａの上に位置付けられ得る。カプセル化試薬は、チャネルの隣接区域にアクセスし得、かつ／またはチャネルの隣接区域からアクセスされ得る。第１のシャーシ１１は、開口部１１ａのうちの１つ以上の上に位置付けられた１つ以上のポット１１ｂを備え得、１つ以上のポット１１ｂ内の試薬は、チャネルの隣接区域にアクセスし得、かつ／または対応する開口部１１ａを通じてチャネルの隣接区域からアクセスされ得る。
【００４５】
流体は、当初、バリア膜により保持チャンバ（例えば、フォイル「ブリスタ」）内に収納され得る。例えば、バリア膜は、第１のフォイル層３１と第１のシャーシ１１との間のより弱い溶着またはシールであり得、第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂ内に位置付けられ得る。ある実施形態では、バリア膜は、シール部分３１ａと第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂとの交点から内側へある距離だけ離間されてあり得る。バリア膜は、その中の流体がチャネルの形成を開始することができるように、破断され得る。
【００４６】
隣接するポット１１ｂ内で押下されるピストンからの圧力および／または第１のフォイル層３１内へ上向きに押される柔軟層２０の隣接区域からの圧力などの圧力は、バリア膜を破断し、流体が保持チャンバから出てチャネルの形成を開始することができるようにし得る。破断可能なバリア膜およびそれを破断するためのプロセスを、より詳細に後述する。
【００４７】
図５は、支持ブロック１２内の溝１３３の側面の形状の詳細図を示す。追加的または代替的に、溝１３３は、第１のシャーシ１１内に位置付けられ得る。ある好ましい実施形態では、溝１３３の側面は、円筒形状を有し、円筒形のチャネルを可能にし得る（最下部のパネル）。磁気ビーズなどのビーズが用いられる場合（本明細書でより詳細に後述する）、隅肉付きの外形が好ましい（真ん中のパネル）。
【００４８】
図６は、本開示により提供される別の実施形態を一般的に例示する。第１のエラストマー膜２１は、第１のシャーシ１１の下に位置付けられ得、第１のシャーシ１１に熱溶着され、レーザ溶接され、感圧性接着剤により結合され、または別の方法で固定的に取り付けられたシール部分２１ａを備え得る。ある非限定的な例として、第１のエラストマー膜２１は、約２５μｍ〜約２００μｍの厚さを有し得る。
【００４９】
柔軟層２０は、第１のエラストマー膜２１の下に位置付けられ得る。柔軟層２０は、例えば、柔軟層２０が固定的に取り付けられ得る支持ブロック１２を移動することにより、第１のエラストマー膜２１に当接する閉鎖位置と第１のエラストマー膜２１に接触しない開放位置との間で可逆的に移動し得る。
【００５０】
第１のエラストマー膜２１のシール部分２１ａは、第１のエラストマー膜２１の非シール部分２１ｂを取り囲み得る。よって、第１のエラストマー膜２１のシール部分２１ａは、任意の特定の方向のシール部分２１ａ間の距離が同じ方向の非シール部分２１ｂの幅になるように、第１のエラストマー膜２１の非シール部分２１ｂの外縁を画定し得る。
【００５１】
非シール部分２１ｂは、非シール部分２１ｂがチャネルを形成するように構成されるように、互いに連続し得る。流体、例えば１つ以上のＰＣＲ試薬を含有する流体が、第１のシャーシ１１と、第１のエラストマー膜２１の非シール部分２１ｂの一区域との間に方向付けられ得る。流体は、第１のエラストマー膜２１の隣接する下流の非シール部分２１ｂ上に、例えば容積移送により、かつ好ましくは空気圧移送なしに推進され、それにより第１のエラストマー膜２１の下流の非シール部分２１ｂを第１のシャーシ１１から押し離し得る。結果的に、第１のエラストマー膜２１の非シール部分２１ｂは、第１のシャーシ１１から順次押し離されて、第１のエラストマー膜２１と第１のシャーシ１１との間にチャネルを形成し得る。
【００５２】
よって、第１のエラストマー膜２１のシール部分２１ａは、第１のシャーシ１１と、第１のエラストマー膜２１の非シール部分２１ｂとの間に形成されるチャネルの外縁を画定し得る。例えば、第１のエラストマー膜２１のシール部分２１ａが約２ｍｍ隔たっている場合、チャネルは、約２ｍｍの幅を有し得る。上述したように、かつ図３８に例示するように、装置８内の複数のアクチュエータ（一実施形態では、トグルクランプ）は、流体が流体流路に沿って流れることを許容および規制するように、チャネルに沿って配設され得る。任意の好適な公知のアクチュエータを使用してエラストマー膜（複数可）および流体流路に沿ってバルブを作製することができることが理解されるべきである。流体流路を画定するように作用する１つ以上のエラストマー膜（複数可）を有する実施形態の議論では、いずれの開示したバルブ操作も、図３８のトグルクランプまたは他の公知の作動要素を使用して達成され得る。
【００５３】
流体が下流に進むにつれて、流体が排出したチャネルの上流の非シール部分２１ｂは、第１のエラストマー膜２１が実質的に平坦である休止状態に戻り得る。ある好ましい実施形態では、柔軟層２０は、流体を収容する非シール部分２１ｂ内に押し入れられて、例えば流体を収容する非シール部分２１ｂを押して実質的に平坦にすることにより、流体を下流に容積移送し、流体の後ろのチャネルを閉鎖する。上流の非シール部分２１ｂも柔軟層２０により実質的に平坦に保持される場合、流体は、下流に進行し得る。
【００５４】
図７は、カートリッジ１０のある実施形態における熱可塑性シートのシールのある非限定的な例の写真を示す。この実施形態では、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）シートをバリアとして使用して、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）基材への結合を達成する。
【００５５】
試薬の貯蔵および導入
【００５６】
本開示の様々な実施形態では、ユーザの定めたプロセスのために必要とされる試薬は、カートリッジ内に貯蔵されており、調製中、適切な順序で、再構成されるか、凍結乾燥されるか、または前進する試料に対して単純に添加されるかのいずれかである。図８に示すように、カートリッジ１０のある実施形態は、第１のシャーシ１１内のポット１１ｂのうちの１つ、すなわち第１のポット１３を覆うフォイル膜１８を備える。第１のポット１３は、１つ以上の試薬１６、例えばＰＣＲおよび／またはＤＮＡ塩基配列決定のための１つ以上の試薬を収容し得る。第１のポット１３は、下部開口部１４と、第１のポット１３の下部開口部１４とは反対の端部にある上部開口部１５とを有する構造体であり得る。第１のポット１３の上部開口部１５は、第１のポット１３の内部の汚染を防止するために、フォイル膜１８によりシールされ得る。様々な実施形態では、フォイル膜１８は、栓を通じた流体損失を最小化するためのバリアとしても作用する。いくつかの実施形態では、栓は、ポット内のプランジャーに作用する任意追加的な部材であることが理解されるべきである。このような実施形態では、栓は、外力により押下され、ポット内の関連付けられたプランジャーを押し、次いで、プランジャーが、流体流路の膜間に新たに確立された流体経路を通じて、１つ以上の試薬１６を押し通す。
【００５７】
ある好ましい実施形態では、第１のポット１３は、円筒形状を有するが、第１のポット１３は、特定の形状に限定されない。さらに、任意の数の第１のポット１３を使用することができ、カートリッジ１０は、特定の数の第１のポット１３に限定されない。
【００５８】
第１のフォイル層３１は、第１のシャーシ１１に溶着されて、１つ以上の試薬１６を第１のポット１３内にシールし得る。第１のエラストマー膜２１は、第１のフォイル層３１の下に位置付けられ得る。第１のエラストマー膜２１の上面の少なくとも一部分は、第１のフォイル層３１に当接し得る。第１のエラストマー膜２１は、第１のフォイル層３１に熱溶着され、第１のフォイル層３１にレーザ溶接され、第１のフォイル層３１に感圧性接着剤により取り付けられ、または技能工に公知の他の任意の好適な手段を使用して第１のフォイル層３１に定着され得る。
【００５９】
柔軟層２０は、第１のエラストマー膜２１の下に位置付けられ得、柔軟層２０の上面の少なくとも一部分、好ましくは柔軟層２０の上面の全体が、第１のエラストマー膜２１に当接し得る。柔軟層２０は、好ましくは第１のエラストマー膜２１より厚く、例えば少なくとも２倍厚い。
【００６０】
支持ブロック１２および柔軟層２０を貫く下部通路５０は、第１の下部プランジャー５１が、第１のエラストマー膜２１を破ることなしに第１のフォイル層３１を破裂させるように、位置付けられ得る。例えば、第１の下部プランジャー５１は、下部通路５０内を上向きに移動して、第１のエラストマー膜２１の垂直に位置合わせされた区域を第１のフォイル層３１の垂直に位置合わせされた区域に押し当て、それにより第１のフォイル層３１の垂直に位置合わせされた区域を破断し得る。
【００６１】
様々な実施形態では、第１のフォイル層３１は、第１のエラストマー膜２１の全体を覆うフォイルシートから構成される。実施形態では、第２のエラストマー膜２２は、第１のエラストマー膜２１に隣接して位置付けられている。第１のエラストマー膜２１は、それぞれ１つ以上の関連付けられたポット１１ｂに位置合わせされた、１つ以上の所定の開口部、穿孔、または弱点を含み得る。本開示の全体にわたってより詳細に論じるように、第１および第２の膜２１、２２は、流体経路を形成するように互いに接続され得る。様々な実施形態では、第１のエラストマー膜２１内の開口部は、流体または他の材料が１つ以上の関連付けられたポット１１ｂから流体経路に入るための入口点を提供する。二重膜の一実施形態では、第２のエラストマー膜２２は、連続的であり、開口部を含まない。
【００６２】
ある実施形態では、フォイル層またはフォイルパッチは、第１のエラストマー膜２１内の各開口部に位置合わせされ、各開口部の近くに取り付けられる。一部の実施形態は、各それぞれの第１のエラストマー膜開口部を覆う個別的なフォイルパッチを含み、他の実施形態は、２つ以上の第１のエラストマー膜開口部を覆う１つ以上のより大きなフォイルシートを含む。フォイル層３１は、各個別的な第１のエラストマー膜開口部の上に溶着され得る。
【００６３】
第１のエラストマー膜２１にシールされた１つ以上のフォイル層を含む実施形態では、フォイル層３１の材料は、１つ以上の下部プランジャー５１の作動時に制御された破断を可能にするように選択される。様々な実施形態では、フォイル層３１は、第２のエラストマー膜２２の材料よりも脆性な材料から作製される。各第１のエラストマー膜開口部については、１つ以上の下部プランジャー５１による作動時に、第２のエラストマー膜２２が、屈曲し、第１のエラストマー膜開口部上に配設されたより脆性なフォイル層３１に圧力を移し、ついにはフォイル層３１が破断点に到達する。しきい値圧力レベルに到達すると、プランジャー５１は、フォイル層３１にその破断点を超えさせ、第１のエラストマー膜開口部に関連付けられたポット１１ｂ内の流体が、フォイル層３１の下の第１および第２のエラストマー膜２１、２２の間で画定される流体経路と流体連通する。第１および第２のエラストマー膜２１、２２の材料の選択のため、フォイル層３１をその破断点に到達させるしきい値圧力レベルは、第２のエラストマー膜２２も破断させ、穿孔させ、または別の方法で損なわせるには不十分である。第２のエラストマー膜２２は、屈曲されることになるが、破断されない。様々な実施形態では、第１および第２のエラストマー膜２１、２２は、同じまたは類似の可撓特性を有する。代替的な実施形態では、第２のエラストマー膜２２は、第１のエラストマー膜２１とは異なる屈曲耐性を有し得る。
【００６４】
第１のポット１３は、例えばピストンなどの別の構成要素により押されることにより、第１のシャーシ１１内を下向きに移動され得る第１の上部プランジャー５５を含み得る。第１の上部プランジャー５５は、それにより１つ以上の試薬１６を第１のフォイル層３１の破断区域を通って押し通し得る。
【００６５】
上述の特徴は、本明細書で後述する他の試薬貯蔵の特徴と共に、カートリッジ１０が、カートリッジ１０の単一レーン上で複数の異なる試薬および洗剤の独立的なオンボード貯蔵を有利に提供することができるようにする。その上、カートリッジ１０は、交差汚染および試薬貯蔵中の過度の流体損失を防止する。
【００６６】
試薬の熱処理および混合
【００６７】
図９Ａ〜９Ｄは、図１に描く構造を利用するカートリッジ１０の一実施形態を一般的に例示する。図９Ｃに示すように、１つ以上の試薬１６は、バリア膜３３により、カートリッジ１０内で下流に流れることを規制され得る。この実施形態は、フォイル膜１８を剥離または穿孔し、第１の上部プランジャー５５を押下して１つ以上の試薬１６を作動させることにより用いられ得、次いで、１つ以上の試薬１６の分注中の流体圧力が、バリア膜３３を破断し得る。
【００６８】
図９Ａに示すように、カートリッジ１０および／または中でカートリッジ１０が使用される装置８は、１つ以上の試薬１６を熱処理に供し得る。例えば、中でカートリッジ１０が使用される装置８は、加熱器ブロック５２を備え得る。カートリッジ１０を装置８内に挿入することは、加熱器ブロック５２をバリア膜３３から下流に位置付け得る。
【００６９】
加熱器ブロック５２は、１つ以上の試薬１６が加熱器ブロック５２に隣接して（例えば、上または下に）位置付けられているとき、１つ以上の試薬１６を加熱するように構成され得る。一部の実施形態では、加熱器ブロック５２は、柔軟層２０中の穴を通って延在する。
【００７０】
上述のように、第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂは、１つ以上の試薬１６により第１のシャーシ１１から押し離されるとき、チャネルを形成し得る。非シール部分３１ｂは、チャネルが１つ以上の試薬１６を加熱器ブロック５２に隣接する位置に方向付けるように、構成され得る。図９Ｂに示すように、支持ブロック１２は、第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂがチャネルを形成することができるようにする溝１３３を備え得、チャネルは、次いで、柔軟層２０により閉鎖される。
【００７１】
図９Ａ、９Ｃ、および９Ｄを参照すると、カートリッジ１０は、第１の混合チャンバ１１１および／または第２の混合チャンバ１１２を備え得、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２は、加熱器ブロック５２の上または下に位置付けられ得る。第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２は、第１の混合チャンバ１１１に先行するチャンバの幅および／または第２の混合チャンバ１１２の後続のチャネルの幅よりも小さい、例えばそれらに対して半分未満の幅を有する１つ以上の混合チャネル１１３により、互いに接続され得る。
【００７２】
図９Ａに示すように、第２のエラストマー膜２２は、第１のシャーシ１１内の開口部上に、かつ開口部の加熱器ブロック５２とは反対側に、位置付けられ得る。ある実施形態では、第１のエラストマー膜２１は、不在であり得る。第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２は、第２のエラストマー膜２２および第１のフォイル層３１により少なくとも部分的に形成され得る。第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２のうちの一方または両方は、その中の１つ以上の試薬１６の混合を容易にするように、かつ／またはその中の１つ以上の試薬１６がカートリッジ１０を通じて圧送され得るように、変形可能であり得る。
【００７３】
例えば、中でカートリッジ１０が使用される装置８は、第１の混合チャンバ１１１および／または第２の混合チャンバ１１２を可逆的に押下および解放して流体流を制御する１つ以上のピストン５３を備え得る。第１の混合チャンバ１１１を押下して、その中の１つ以上の試薬１６を１つ以上の混合チャネル１１３および／または第２の混合チャンバ１１２内へ推進することができる。結果として、カートリッジ１０は、システムにおける複雑性の軽減およびより簡単な使用を容易にするオンボードポンプを提供し得る（例えば、装置８は、より単純な設計を有し得る）。図９Ａ、１０Ａ、１１Ａ、および１２Ａは、参照番号５３でラベル付けされている構成要素をテキストでは「プランジャー（装置）」として特定している一方、この詳細な説明では、この構成要素をピストン（複数可）５３と呼んでいる。
【００７４】
柔軟層２０の一区域は、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２から上流のチャネルの区域を可逆的に閉鎖し、よって、第１のバルブとして機能し得る。柔軟層２０の別の区域は、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２から下流のチャネルの区域を可逆的に閉鎖し、よって、第２のバルブとして機能し得る。
【００７５】
第１のバルブが第１の混合チャンバ１１１から上流の第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂへのアクセスを阻止する場合、第１の混合チャンバ１１１を対応するピストン５３により押下して、１つ以上の試薬１６を第１の混合チャンバ１１１から１つ以上の混合チャネル１１３および／または第２の混合チャンバ１１２内へ推進することができる。第２のバルブが第２の混合チャンバ１１２の後続の第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂへのアクセスを阻止する場合、第２の混合チャンバ１１２を対応するピストン５３により押下して、その中の１つ以上の試薬１６を１つ以上の混合チャネル１１３および／または第１の混合チャンバ１１１内へ戻るように推進することができる（好ましくは、第１の混合チャンバ１１１が解放された状態で）。これらのステップは、１つ以上の試薬１６の互いとの、およびそれらに添加される任意の追加の試薬との混合を達成するために、反復され得る。
【００７６】
第２の混合チャンバ１１２の後続の第１のフォイル層３１の非シール部分３１ｂがアクセス可能であり、第１の混合チャンバ１１が対応するピストン５３により押下される場合、第２の混合チャンバ１１２を押下して、１つ以上の試薬１６を第２の混合チャンバ１１２から第１のフォイル層３１のこれらの非シール部分３１ｂ内へ推進し、その中にチャネルを形成することができる。
【００７７】
図９Ａ〜９Ｄ、図１０Ａ〜１０Ｄ、図１１Ａ〜１１Ｃ、および図１２Ａ〜１２Ｃは図８に描く構造を利用する異なる実施形態の類似のそれぞれの図を例示することが理解されるべきである。具体的には、図１０Ａ〜１０Ｄは、図９Ａ〜９Ｄに示す実施形態における構成要素に類似した１つ以上の構成要素を有し得るカートリッジ１０のある実施形態を一般的に例示するが、好ましくは、第１の下部プランジャー５１が、バリア膜３３の代わりに利用される。図１０Ａ、１１Ａ、および１２Ａは、参照番号５１でラベル付けされている構成要素をテキストでは「穿孔機（エラストマー層を貫いてフォイルシールを破断する）」として特定している一方、この詳細な説明では、この構成要素を下部プランジャー（複数可）５１と呼んでいる。
【００７８】
第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２は、第１および第２のエラストマー膜２１、２２により少なくとも部分的に形成され得る。図１０Ａ〜１０Ｄの実施形態は、第２のフォイル層３２を例えば加熱器ブロック５２と第１のエラストマー膜２１との間のパッチとして使用して、加熱器ブロック５２と第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２との熱接触を提供し得る。
【００７９】
図１１Ａ〜１１Ｃは、図１０Ａ〜１０Ｄに示す実施形態における構成要素に類似した１つ以上の構成要素を有し得るカートリッジ１０のある実施形態を一般的に例示するが、好ましくは、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２は、第１のエラストマー膜２１および第１のフォイル層３１により形成される。一部の実施形態では、第２のエラストマー膜２２は、不在であり得る。
【００８０】
加熱器ブロック５２は、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２の上に位置付けられ得る。第１の混合チャンバ１１１および／または第２の混合チャンバ１１２を可逆的に押下および解放するピストン５３は、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２の下に位置付けられ得る。このような実施形態では、第１のエラストマー膜２１は、移動可能な構成要素５３がそれを通って可逆的に伸長および退避することを可能にする穴を有し得る。
【００８１】
図１２Ａ〜１２Ｃは、図１１Ａ〜１１Ｃに示す実施形態における構成要素に類似した１つ以上の構成要素を有し得るカートリッジ１０のある実施形態を一般的に例示するが、好ましくは、第２のフォイル層３２は、第１のフォイル層３１と柔軟層２０との間に位置付けられる。第２のフォイル層３２は、溶着、感圧性接着剤、または技能工に公知の他の任意の好適な手段により第１のフォイル層３１に取り付けられ得る。第１のエラストマー膜２１は、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２が上述の流体混合を経ることを可能にするパッチの形であり得る。
【００８２】
好ましくは第１のフォイル層３１の上面は、好ましくは第１のフォイル層３１の上面の実質的に全体にわたって、第１のシャーシ１１に固定的に取り付けられる。この実施形態では、チャネルは、第１および第２のフォイル層３１、３２の間に形成され得る。例えば、第１のフォイル層３１のシール部分３１ａは、第２のフォイル層３２の部分３２ｂに熱溶着され、レーザ溶接され、感圧性接着剤により結合され、または別の方法で固定的に取り付けられ得る。第１および第２のフォイル層３１、３２は、非シール部分３１ｂ、３２ｂにより取り囲まれた非シール部分３１ｂ、３２ｂを備える。よって、第１および第２のフォイル層３１、３２のシール部分３１ａ、３２ａは、任意の特定の方向のシール部分３１ａ、３２ａ間の距離が同じ方向の非シール部分３２ａ、３２ｂの幅になるように、第１および第２のフォイル層３１、３２の非シール部分３１ｂ、３２ｂの外縁を画定し得る。第１および第２のフォイル層３１、３２の非シール部分３２ａ、３２ｂは、それらがチャネルを形成するように構成されるように、連続的であり得る。
【００８３】
１つ以上の試薬１６は、第１および第２のフォイル層３１、３２の非シール部分３１ｂ、３２ｂの間に方向付けられ得る。流体は、第１および第２のフォイル層３１、３２の隣接する下流の非シール部分３１ｂ、３２ｂ上に、例えば容積移送により、かつ好ましくは空気圧移送なしに推進され、それにより第１のフォイル層３１の下流の非シール部分３１ｂおよび第２のフォイル層３２の下流の非シール部分３２ｂを互いから押し離し得る。結果的に、第１および第２のフォイル層３１、３２の非シール部分３１ｂ、３２ｂは、順次押し隔てられて、第１および第２のフォイル層３１、３２間にチャネルを形成し得る。
【００８４】
よって、第１および第２のフォイル層３１、３２のシール部分３１ａ、３２ａは、第１および第２のフォイル層３１、３２の非シール部分３１ｂ、３２ｂ間に形成されるチャネルの外縁を画定し得る。流体が下流に進むにつれて、流体が排出したチャネルの上流の非シール部分３１ｂ、３２ｂは、第１および第２のフォイル層３１、３２の非シール部分３１ｂ、３２ｂが実質的に平坦である休止状態に戻り得る。
【００８５】
流体経路を画定するフォイル層およびエラストマー膜の構築
【００８６】
図１３〜１６に一般的に例示するカートリッジ１０のある実施形態では、第１のエラストマー膜２１は、第１のシャーシ１１の下に位置付けられ得、第１のエラストマー膜２１の上面の少なくとも一部分は、第１のシャーシ１１に当接し得る。第１のフォイル層３１は、第１のエラストマー膜２１の下に位置付けられ得、第１のフォイル層３１の上面の少なくとも一部分は、第１のエラストマー膜２１に当接し得る。第２のフォイル層３２は、第１のフォイル層３１の下に位置付けられ得、第２のフォイル層３２の上面の少なくとも一部分は、第１のフォイル層３１に当接し得る。第２のエラストマー膜２２は、第２のフォイル層３２の下に位置付けられ得、第２のエラストマー膜２２の上面の少なくとも一部分は、第２のフォイル層３２に当接し得る。
【００８７】
柔軟層２０は、第２のエラストマー膜２２の下に位置付けられ得、柔軟層２０は、第２のエラストマー膜２２に当接する閉鎖位置と第２のエラストマー膜２２に接触しない開放位置との間で可逆的に移動し得る。中でカートリッジ１０が使用される装置８により提供され得る支持ブロック１２は、柔軟層２０の下に位置付けられ得る。支持ブロック１２は、柔軟層２０を動かし得る。
【００８８】
この実施形態では、第１のエラストマー膜２１は、好ましくはポリプロピレン／熱可塑性エラストマー（ＰＰ／ＴＰＥ）の層であり、好ましくは約５０μｍ〜約２００μｍ、例えば約１８０μｍの厚さを有する。第１のフォイル層３１は、好ましくは硬質鍛錬アルミニウムフォイルであり、好ましくは約２０μｍの厚さを有する。第２のフォイル層３２は、好ましくは軟質焼鈍アルミニウムフォイルであり、好ましくは約２５μｍの厚さを有する。第２のエラストマー膜２２は、好ましくはポリウレタンエラストマーの層であり、好ましくは約２５μｍの厚さを有する。けれども、これらの構成要素は、特定の材料または特定の厚さに限定されない。
【００８９】
第１のシャーシ１１は、１つ以上の試薬１６を収容し得る第１のポット１３を備え得る。試料は、任意のサイズであり得、非限定的な例として約１０μｌ、約２５μｌ、または約５０μｌである。図１６に示すカートリッジ１０の実施形態では、カートリッジ１０は、第１のシャーシ１１に接続して第１のポット１３を覆うキャップ１９を備え得る。
【００９０】
図１３〜１５を再び参照すると、第１のポット１３は、１つ以上の試薬１６を下部開口部１４を貫いて推進するための第１のボール１７を収容し得る。ある好ましい実施形態では、第１のポット１３は、上部開口部１５から下部開口部１４に延在する通路を有し、第１のボール１７は、通路の少なくとも一部を貫いて移動するようなサイズである。第１のボール１７を下部開口部１４に向かって押すことは、下部開口部１４に向かって、かつ下部開口部１４を貫いて１つ以上の試薬１６を押し得る。ある実施形態では、通路は、第１のボール１７が下部開口部１４に到達するのを防止するために、第１のボール１７より狭い直径を有する下部区域を有する。第１のボール１７は、特定の形状に限定されず、第１のボール１７は、１つ以上の試薬１６を下部開口部１４を貫いて推進するように通路内で移動され得る任意の構成要素であり得る。
【００９１】
ある実施形態では、第１のボール１７は、第１の上部プランジャー５５として作用する。別の実施形態では、第１の上部プランジャー５５は、第１のボール１７を押すために使用される異なる構成要素である。
【００９２】
第１のエラストマー膜２１は、第１の弱化部分２３を備え得、第１のポット１３は、第１のポット１３の下部開口部１４が第１の弱化部分２３のすぐ上にくるように、第１のエラストマー膜２１の第１の弱化部分２３と垂直に位置合わせされ得る。第１の弱化部分２３は、１つ以上の試薬１６が第１のポット１３内に保持されるように第１のポット１３の下部開口部１４をシールし得、次いで、第１の弱化部分２３は、１つ以上の試薬１６が第１のポット１３から排出することができるように破断され得る。
【００９３】
第１の弱化部分２３は、１つ以上の切り込み、例えば互いに交差して「Ｘ」を形成する２つの切り込み、第１のエラストマー膜２１内のパンチ穴；第１のエラストマー膜２１の隣接する区域よりも小さい厚さを有する第１のエラストマー膜２１の区域；または第１のエラストマー膜２１のこの区域に加えられた圧力が、第１のエラストマー膜２１の隣接する区域を損傷することなしに、第１のエラストマー膜２１の第１の弱化部分２３を破断することを可能にする任意の構造であり得る。第１の弱化部分２３は、特定の構造に限定されない。
【００９４】
ある好ましい実施形態では、第１の弱化部分２３は、支持ブロック１２を貫いて上向きに推進される第１の下部プランジャー５１により破断される。第１の下部プランジャー５１は、柔軟層２０が第１のエラストマー膜２１の第１の弱化部分２３に押し当たり、それにより第１の弱化部分２３を破断するように、第１の下部プランジャー５１と垂直に位置合わせされた柔軟層２０の区域に上向きに押し当たり得る。次いで、第１のポット１３内の１つ以上の試薬１６は、例えば第１のボール１７および／または第１の上部プランジャー５５を使用することにより破断された第１の弱化部分２３を通じて第１のポット１３から出ることができる。
【００９５】
図１４に示すように、かつ手短に上述したように、第１のフォイル層３１および／または第２のフォイル層３２は、第１の弱化部分２３および／または第１の下部プランジャー５１と垂直に位置合わせされた１つ以上の穴を備え得る。このような実施形態では、下部開口部１４を通じて第１のポット１３から出る１つ以上の試薬１６は、次いで、破断された第１の弱化部分２３ならびに第１のフォイル層３１および／または第２のフォイル層３２の１つ以上の穴を貫いて進行して、第２のエラストマー膜２２の上面に到達し得る。第１のポット１３を出て、第２のフォイル層３２と第２のエラストマー膜２２との間に位置付けられた１つ以上の試薬１６は、次いで、第２のフォイル層３２および第２のエラストマー膜２２の下流の非シール部分に進み、それにより第２のフォイル層３２と第２のエラストマー膜２２との間にチャネルを形成し得る。上述のように、チャネル沿いの流体流は、装置８内のチャネルに沿って配設された様々なアクチュエータまたはクランプの加える圧力により少なくとも部分的に制御される。このようなクランプは、流体の通過を所望通りに選択的に阻害または許容するバルブとして作用し得る。
【００９６】
フォイル層およびエラストマー膜の組み立ては、異なる方法で達成され得る。例えば、図１７、１８Ａ、１８Ｂ、１９、２０Ａ、２０Ｂ、および２１に示すように、カートリッジ１０およびその他の構成要素に対する層の様々な組み立て構成が、想定されている。このような好ましい一実施形態では、第１のフォイル層３１は、第１のシャーシ１１の下に位置付けられ得、感圧性接着剤（ＰＳＡ）層３４は、第１のフォイル層３１の下に位置付けられ得る。第１および第２のエラストマー膜２１、２２は、ＰＳＡ層３４の下、かつ柔軟層２０の上に位置付けられ得る。図１８Ｂに示すように、第１のポット１３は、第１のボール１７および／または第１の上部プランジャー５５を備え得る。
【００９７】
第１のフォイル層３１は、第１のポット１３の下部開口部１４をシールし得る。上述のように、一部の実施形態では、第１のフォイル層３１は、それぞれ第１のシャーシ１１の下面の一部分のみを覆う１つ以上のパッチとして設けられているが、他の実施形態では、第１のフォイル層３１は、第１のシャーシ１１の下面全体を実質的に覆う１つ以上の連続的な部品であり得る。
【００９８】
この好ましい実施形態では、第１のエラストマー膜２１は、１つ以上の穴２５を有し得、ＰＳＡ層３４は、１つ以上の穴３５を有し得る。図１７に示すように、対応するポット１１ｂの下の第１のフォイル層３１の部分を破断することが、対応するポット１１ｂ内の１つ以上の試薬１６が第１のフォイル層３１の破断部分、ＰＳＡ層３４の１つ以上の穴３５、および第１のエラストマー膜２１の１つ以上の穴２５を貫いて進行することができるように、穴２５、３５は、１つ以上のポット１１ｂと垂直に位置合わせされ得る。結果として、１つ以上の試薬１６は、第２のエラストマー膜２２の上面に到達し得る。第１のポット１３を出て、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の間に位置付けられた１つ以上の試薬１６は、次いで、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の下流の非シール部分に進み得る。
【００９９】
例えば、図１９、２０Ａ、および２０Ｂに示すように、第１のエラストマー膜２１は、第２のエラストマー膜２２の部分２２ａに熱溶着され、レーザ溶接され、感圧性接着剤により結合され、または別の方法で固定的に取り付けられるシール部分２１ａを備え得る。第１および第２のエラストマー膜２１、２２は、シール部分２１ａ、２２ａにより取り囲まれた非シール部分２１ｂ、２２ｂを備える。１つ以上の試薬１６は、第２のエラストマー膜の隣接する非シール部分２２ｂおよび第１のエラストマー膜２１の対応する非シール部分２１ｂを互いから押し離して、チャネルを形成し得る。１つ以上の試薬１６を、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の隣接する下流の非シール部分２１ｂ、２２ｂの間に、例えば容積移送により、かつ好ましくは空気圧移送なしに推進し、それにより第１および第２のエラストマー膜２１、２２の下流の非シール部分２１ｂ、２２ｂを押し隔てることができる。結果的に、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の非シール部分２１ｂ、２２ｂは、順次押し隔てられて、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の間にチャネルを形成し得る。
【０１００】
よって、第１および第２のエラストマー膜２１、２２のシール部分２１ａ、２２ａは、チャネルの外縁を画定し得る。例えば、第１および第２のエラストマー膜２１、２２のシール部分２１ａ、２２ａが約２ｍｍ隔たっている場合、チャネルは、約２ｍｍの幅を有し得る。流体が下流に進むにつれて、流体が排出したチャネルの上流部分は、例えば第１のエラストマー膜２１の非シール部分２１ｂおよび第２のエラストマー膜２２の非シール部分２２ｂを強制的にまとめてチャネルを閉鎖する柔軟層２０を通じて加えられる圧力下で、第１および第２のエラストマー膜２１、２２が実質的に平坦である休止状態に戻り得る（図２０Ｂ）。
【０１０１】
この実施形態では、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の非シール部分２１ｂ、２２ｂの一区域は、好ましくは、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２のうちの一方または両方などのチャンバ（図２０Ａ）を形成する。チャンバの第１の部分は、第１のエラストマー膜２１により形成され得、第２のエラストマー膜２２により形成されるチャンバの第２の部分に対して対称的であり得る。好ましくは、これらのチャンバ形成区域は、１つ以上の試薬１６がそれらに到達する前に互いに当接または近接しており、例えば０．０〜５０μｍ隔たっており、好ましくは０．０〜１０μｍ隔たっている。チャンバは、第１のエラストマー膜２１のチャンバ形成区域を第２のエラストマー膜２２の対応するチャンバ形成区域から強制的に隔てる１つ以上の試薬１６により形成され得る。チャンバは、好ましくは卵形状を有するが、特定の形状に限定されない。
【０１０２】
図２１は、カートリッジ１０のある実施形態を一般的に例示し、この実施形態では、第１および第２の膜２１、２２は、図１７、１８Ａ、１８Ｂ、１９、２０Ａ、および２０Ｂに示すように構成され得る。第１のフォイル層３１は、シャーシ１１のポット１１ｂのうちの１つ、例えば第２のポット１０３の下に位置付けられ得る。ＰＳＡ層３４は、第１のフォイル層３１の下に位置付けられ得、第１および第２のエラストマー膜２１、２２は、ＰＳＡ層３４の下に位置付けられ得る。
【０１０３】
休止状態では、第１のエラストマー膜２１の非シール部分２１ｂは、第２のエラストマー膜２２の非シール部分２２ｂに当接または近接しており、例えば０．０〜５０μｍ隔たっており、好ましくは０．０〜１０μｍ隔たっている。上述のように、１つ以上の試薬１６は、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の領域内で、第１のエラストマー膜２１の非シール部分２１ｂと第２のエラストマー膜２２の非シール部分２２ｂとの間で容積移送されて、この領域内で非シール部分２１ｂ、２２ｂを互いから押し離し得る。
【０１０４】
次いで、流体を、例えば継続する容積移送により、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の隣接する領域内に推進し、それにより隣接する領域内で非シール部分２１ｂ、２２ｂを押し隔てることができる。結果的に、非シール部分２１ｂ、２２ｂは、順次押し隔てられて、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の間にチャネルを形成し得る。流体が非シール部分２１ｂ、２２ｂを通って進むにつれて、流体が排出した上流の非シール部分２１ｂ、２２ｂは、それらが互いに当接または近接する休止状態に戻り得る。好ましくは、チャネルは、いかなる感圧性接着剤も含まず、よって、流体は、このような材料に接触しない。
【０１０５】
例えば、第１のエラストマー膜２１の非シール部分２１ｂは、第２のエラストマー膜２２の同様の寸法の非シール部分２２ｂに対向し得、非シール部分２１ｂ、２２ｂは、シール部分２１ａ、２２ａにより中断されることなしに、カートリッジ１０の一端に近接する点からカートリッジ１０の反対端に近接する点に連続的に延在し得る。
【０１０６】
理論に束縛されるものではないが、本発明者らは、流体が流体の体積に実質的に一致する容積まで非シールエラストマー膜部分を押し隔てることが、流体が進行する経路内のデッドボリュームを最小化または防止し、それにより流体内の気泡を最小化または防止すると考える。本開示により提供されるデバイスでは、流体は、２つのエラストマー膜の間に閉じ込められ得、チャンバおよび流体路は、溶着線により画定され得、容積ゼロのチャンバおよび流体チャネルが、達成され得、試料挿入圧力を使用して、チャンバおよびチャネルを膨張させ得、材料性能が、例えば熱サイクリング中に、流動および拡張をモデル化することにより、評価され得る。
【０１０７】
それゆえに、第１および第２のエラストマー膜２１、２２は、メソ流体および／またはマイクロ流体試料が横切るチャネル内のデッドボリュームを最小化または防止する。その上、この構成は、処理ステップ間に連続的に延在するチャネルを設けることにより、カートリッジ１０内の流体接続の数を最小化し、別のデバイスに移す必要性がなく、かつ異なるチャネル内に移す必要性がない。例えば、より詳細に後述するように、カートリッジ１０は、手作業によるチャンバプロセスを、例えば磁気ビーズ取り扱いおよび熱サイクリングの両方を、かつ各プロセスに関して類似の材料およびチャンバ設計を使用する一部の実施形態では他のプロセスに関して、行うことができる。
【０１０８】
図１４および２１に示すように、カートリッジ１０の実施形態は、カートリッジ１０を横切る１つ以上の試薬１６を熱処理に供し得る。例えば、加熱器ブロック５２は、中でカートリッジ１０が使用される装置８により提供され得、第１のポット１３から下流に位置付けられ得る。加熱器ブロック５２は、１つ以上の試薬１６が第１および第２のエラストマー膜２１、２２の間に、加熱器ブロック５２の上または下に位置付けられているとき、１つ以上の試薬１６を加熱するように構成され得る。
【０１０９】
第１および第２のエラストマー膜２１、２２の非シール部分２１ｂ、２２ｂは、加熱器ブロック５２の上に第１のチャンバ２４を形成するように構成され得る。第１のチャンバ２４は、好ましくは０〜７５μＬの容積および約０．０〜２．０ｍｍの高さを有する卵形状を有するが、第１のチャンバ２４は、特定の形状または特定の寸法に限定されない。第１のチャンバ２４は、図１７および２１に少なくとも部分的に膨張した状態で示されている。
【０１１０】
図２２Ａに一般的に例示するように、一実施形態の加熱器ブロック５２は、凸状であり、支持ブロック１２は、伝導を低減し熱サイクリング性能を改善するように、加熱器ブロック５２の側部から離隔されている。図２２ｂおよび２２Ｃに示すように、図１７に示す実施形態における加熱器ブロック５２を形成する２つの円形加熱器ブロックは、好ましくは、図２１に示す実施形態における加熱器ブロック５２を形成する１つの長円形ブロックに併合される。様々な代替的な実施形態では、加熱器ブロック５２は、平坦、凹状、または凸状の接触面を有し得る。
【０１１１】
図２２Ｃは、加熱器ブロック５２が、第１のチャンバ２４の縁部を越えて延在し、カートリッジ１０の隣接する構成要素により第１のチャンバ２４から伝導されて奪われる熱を低減し得ることを例示する。例えば、加熱器ブロック５２は、第１のチャンバ２４の長さより大きい長さおよび／または第１のチャンバ２４の幅より大きい幅を有し得る。第１のチャンバ２４は、外部の分離バルブ２５２を有する単一のチャンバであり得る。
【０１１２】
図１４および２１を再び参照すると、第１のチャンバ２４を押下して、第１のチャンバ２４から１つ以上の試薬１６を排出し、１つ以上の試薬１６を第１のチャンバ２４から第１および第２のエラストマー膜２１、２２の下流の非シール部分２１ｂ、２２ｂに推進することができることが好ましい。例えば、ピストン５３のうちの１つは、第１のチャンバ２４を押下して、１つ以上の試薬１６を第１のチャンバ２４から第１および第２のエラストマー膜２１、２２の下流の非シール部分２１ｂ、２２ｂに推進し得る。ある実施形態では、１つ以上のピストン５３を、第１のエラストマー膜２１および第２のエラストマー膜２２のうちの１つに押し当てて内側へ押し、それにより第１のチャンバ２４を少なくとも部分的に収縮させることができる。結果として、第１のチャンバ２４を、ポンプとして使用することができる。
【０１１３】
熱処理された１つ以上の試薬１６は、加熱器ブロック５２から、第１および第２の膜２１、２２の非シール部分２１ｂ、２２ｂを通じて下流に進行し得る。カートリッジ１０は、熱処理された１つ以上の試薬１６と混合されるべき組成物１１６の少なくとも一部分を収容する第２のポット１０３を備え得る。ある実施形態では、組成物１１６は、熱処理された１つ以上の試薬１６中に存在するＤＮＡの増幅のための少なくとも１つの試薬を含む。
【０１１４】
第２のポット１０３は、下部開口部１１４と、第２のポット１０３の下部開口部１１４とは反対の端部にある上部開口部１１５とを有する構造体であり得る。ある好ましい実施形態では、第２のポット１０３は、円筒形状を有するが、第２のポット１０３は、特定の形状に限定されない。さらに、任意の数の第２のポット１０３を使用することができ、カートリッジ１０は、特定の数の第２のポット１０３に限定されない。図１６に示すカートリッジ１０の実施形態では、第１のシャーシ１１に接続し得るキャップ１９は、第２のポット１０３を覆い得る。
【０１１５】
上述のように、カートリッジの様々な実施形態は、導入からＰＣＲを通じてクリーンアップまで試薬の流体通過を可能にする。カートリッジは、それを通じて試料があるプロセスから別のプロセスに進行し得る一体化された流体経路を生み出すことにより、かつ全体にわたっての外部からの試薬導入、ならびに必要に応じて磁気ビーズ取り扱いおよび熱処理を可能にする機構を組み込むことにより、優れた試料調製を容易にする。
【０１１６】
上述のように、図１４および２１は、本開示の自動化デバイスにより想定されている一体化されたワークフロー全体の様々な実施形態を例示する。図１４および２１では、第２のポット１０３の上部開口部１１５は、第２のポット１０３の内部の汚染を防止するために、例えばフォイル膜１２８により、シールされ得る。第２のポット１０３は、組成物１１６を第２のポット１０３の下部開口部１１４を通じて推進するための第２のボール１１８を収容し得る。ある好ましい実施形態では、第２のポット１０３は、上部開口部１１５から下部開口部１１４に延在する通路を有し、第２のボール１１８は、通路の少なくとも一部を貫いて移動するようなサイズである。第２のボール１１８を下部開口部１１４に向かって押すことは、下部開口部１１４に向かって、かつ下部開口部１１４を貫いて組成物１１６を押し得る。ある実施形態では、通路は、第２のボール１１８が下部開口部１１４に到達するのを防止するために、第２のボール１１８より狭い直径を有する下部区域を有する。第２のボール１１８は、特定の形状に限定されず、第２のボール１１８は、組成物１１６を下部開口部１１４を貫いて推進するように通路内で移動され得る任意の構成要素であり得る。
【０１１７】
図１４および１５に示す実施形態では、第２のポット１０３の下部開口部１１４は、例えばシール係合において、第１のエラストマー膜２１に隣接または当接し得る。第１のエラストマー膜２１は、第２の弱化部分１２３を備え得、第２のポット１０３は、第２のポット１０３の下部開口部１１４が第２の弱化部分１２３のすぐ上にくるように、第１のエラストマー膜２１の第２の弱化部分１２３と垂直に位置合わせされ得る。第２の弱化部分１２３は、組成物１１６が第２のポット１０３内に保持されるように第２のポット１０３の下部開口部１１４をシールし得、次いで、第１の弱化部分２３は、１つ以上の試薬１６が第１のポット１３から排出することができるように破断され得る。
【０１１８】
第２の弱化部分１２３は、１つ以上の切り込み、例えば互いに交差して「Ｘ」を形成する２つの切り込み、第１のエラストマー膜２１内のパンチ穴；第１のエラストマー膜２１の隣接する区域よりも小さい厚さを有する第１のエラストマー膜２１の区域；または第１のエラストマー膜２１のこの区域に加えられた圧力が、第１のエラストマー膜２１の隣接する部分を損傷することなしに、第１のエラストマー膜２１の第２の弱化部分１２３を破断することができるようにする任意の構造であり得る。第２の弱化部分１２３は、特定の構造に限定されない。
【０１１９】
ある好ましい実施形態では、第２の弱化部分１２３は、支持ブロック１２を貫いて上向きに推進される第２の下部プランジャー１５１により破断される。第２の下部プランジャー１５１は、第２のエラストマー膜２２が第１のエラストマー膜２１の第２の弱化部分１２３に押し当たり、それにより第２の弱化部分１２３を破断するように、第２の下部プランジャー１５１と垂直に位置合わせされた第２のエラストマー膜２２の区域に上向きに押し当たり得る。次いで、第２のポット１０３中の組成物１１６は、破断された第２の弱化部分１２３を通じて第２のポット１０３から出ることができる。
【０１２０】
第１のフォイル層３１および／または第２のフォイル層３２は、第２の弱化部分１２３および／または第２の下部プランジャー１５１と垂直に位置合わせされた１つ以上の穴を備え得る。このような実施形態では、下部開口部１１４を通じて第２のポット１０３から出る組成物１１６は、次いで、破断された第２の弱化部分１２３ならびに第１および第２のフォイル層３１、３２の１つ以上の穴を貫いて進行して、第２のエラストマー膜２２の上面に到達し得る。
【０１２１】
固体試薬の導入
【０１２２】
図２３Ａ〜２３Ｃに示すように、組成物１１６は、少なくとも部分的に１つ以上の固体試薬１１７から形成され、固体試薬１１７は、第２のポット１０３中に位置付けられる。例えば、１つ以上の固体試薬１１７は、凍結乾燥ビーズであり得る。別の例として、１つ以上の固体試薬１１７は、凍結乾燥されたケーキであり得、ケーキは、ポット内で乾燥、またはフォイル層とシールとの間で乾燥され得る。異なるフォイル層を、ケーキと共に使用することができる。ある実施形態では、外力が加えられるとき上部フォイル層のみが破断することおよび／または外力が加えられるとき上部フォイル層が下部フォイル層よりも前に破断することを確保するために、上部フォイル層は、下部フォイル層よりも弱い。
【０１２３】
組成物１１６は、例えば希釈液１１９を使用することにより、凍結乾燥ビーズ１１７を再構成することにより形成され得る。希釈液１１９による凍結乾燥ビーズ１１７の再構成は、組成物１１６を形成し得、組成物１１６は、熱処理された１つ以上の試薬１６と混合し得る。希釈液１１９の少なくとも一部分は、第２のポット１０３内に位置付けられ得る。第２のポット１０３は、第２の上部プランジャー１５５を備え得、第２の上部プランジャー１５５は、希釈液１１９による凍結乾燥ビーズ１１７の再構成を容易にし得る。結果として、カートリッジ１０は、公知のメソ流体および／またはマイクロ流体処置デバイスとは異なり、湿式試薬と並んで乾式試薬のオンボード貯蔵および再構成を有利に行うことができる。
【０１２４】
凍結乾燥ビーズ１１７は、上部膜および下部膜により覆われ得る。図２３Ａおよび２３Ｂに示すように、第２の上部プランジャー１５５は、第２の上部プランジャー１５５の下端に下向きスパイクを備え得る。第２の上部プランジャー１５５は、例えば栓により押されることにより、第２のポット１０３内で下向きに移動され、それにより下向きスパイクを上部膜を通って押し通し、希釈液１１９が凍結乾燥ビーズ１１７に到達することができるようにし得る。
【０１２５】
図２３Ａに示すように、第２の上部プランジャー１５５は、第２の上部プランジャー１５５の上端上に延長部分を備え得、延長部分を押下して、第２の上部プランジャー１５５を第２のポット１０３内で下向きに移動させることができる。下向きスパイクは、上部膜を破断し、希釈液１１９が凍結乾燥ビーズ１１７に到達することを可能にし得、かつ下部膜を破断し、希釈液１１９による凍結乾燥ビーズ１１７の再構成により形成された組成物１１６が、熱処理された１つ以上の試薬１６に到達することができるようにし得る。第１および第２のエラストマー膜２１、２２は、下向きスパイクを収容するように構成され得る。
【０１２６】
図２３Ｂおよび２３Ｃに示すように、構成要素（例えば、第１および第２のエラストマー膜２１、２２のうちの一方または両方）は、上向きスパイクを備え得る。上向きスパイクは、例えば栓により押されることにより、第２のポット１０３に向かって押され、上向きスパイクを凍結乾燥ビーズ１１７を覆う下部膜を通って上向きに押し通し得る。好ましくは、第２の上部プランジャー１５５が上向きスパイクにより作製された開口部を通じて組成物１１６を第２のポット１０３の外に押し出すように、上向きスパイク、次いで第２の上部プランジャー１５５が用いられる（図２３Ｂ）。図２３Ｃに示す別の実施形態では、第２の上部プランジャー１５５は、下向きスパイクを有しない場合があり、上向きスパイクは、凍結乾燥ビーズ１１７を覆う下部膜および上部膜の両方を穿刺し得る。
【０１２７】
図２１に示す実施形態では、第２のポット１０３の下部開口部１１４は、例えばシール係合において、第１のフォイル層３１に隣接または当接し得る。第１のフォイル層３１は、第３のポット２１３の下に位置付けられ得、感圧性接着剤（ＰＳＡ）層３４は、第１のフォイル層３１の下に位置付けられ得る。
【０１２８】
第２のポット１０３は、希釈液１１９を収容し得、第３のポット２１３は、凍結乾燥ビーズ１１７を収容し得る。第３のポット２１３は、下部開口部２１４と、第３のポット２１３の下部開口部２１４とは反対の端部にある上部開口部２１５とを有する構造体であり得る。ある好ましい実施形態では、第３のポット２１３は、円筒形状を有するが、第３のポット２１３は、特定の形状に限定されない。さらに、任意の数の第３のポット２１３を使用することができ、カートリッジ１０は、特定の数の第３のポット２１３に限定されない。一部の実施形態では、第３の下部プランジャー１５２を使用して、第３のポット２１３の下部開口部２１４に隣接する第１のフォイル層３１の区域を破断することができる。
【０１２９】
第３のポット２１３は、第１のシャーシ１１に接続する別々の部品であり得、よって、カートリッジ１０がモジュール式になることを可能にし得る（例えば、選択された第３のポット２１３により収容される所望の材料に基づいて、複数の第３のポット２１３から特定の第３のポット２１３が選択され得る）。例えば、第３のポット２１３の一部分は、第１のシャーシ１１内の開口部に類似の寸法の形状を有し得る（図２４Ａ）。あるいは、第３のポット２１３の少なくとも一部分および第１のシャーシ１１の少なくとも一部分が材料の単一部品により形成されるように、第３のポット２１３は、第１のシャーシ１１と一体的であり得る（図２４Ｂ）。
【０１３０】
第３のポット２１３の上部開口部２１５は、第３のポット２１３の内側の汚染を防止するために、例えばフォイル膜２１８により、シールされ得る。第３のポット２１３は、より詳細に後述するように、凍結乾燥ビーズ１１７の再構成後に、凍結乾燥ビーズ１１７を下部開口部２１４を貫いて推進するための第３の上部プランジャー２５５を収容し得る。ある好ましい実施形態では、第３のポット２１３は、上部開口部２１５から下部開口部２１４に延在する通路を有し、第３の上部プランジャー２５５は、通路の少なくとも一部を貫いて移動するようなサイズである。ある実施形態では、通路は、第３の上部プランジャー２５５が下部開口部２１４に到達するのを防止するために、第３の上部プランジャー２５５より狭い直径を有する下部区域を有する。
【０１３１】
第２のポット１０３の下の第１のフォイル層３１の部分を破断することが、第２のポット１０３内の希釈液１１９が、第１のフォイル層３１の破断部分および第１のエラストマー膜２１の１つ以上の穴２５を貫いて進行して、第２のエラストマー膜２２の上面に到達することができるようにし得るように、第１のエラストマー膜２１は、第２のポット１０３の下部開口部１１４と垂直に位置合わせされた１つ以上の穴２５のうちの少なくとも１つを有し得る。
【０１３２】
ある好ましい実施形態では、ＰＳＡ層３４は、１つ以上の予備形成された穴を有し得る。第２のポット１０３の下の第１のフォイル層３１の部分は、支持ブロック１２を貫いて上向きに推進される第２の下部プランジャー１５１により破断される。第２の下部プランジャー１５１は、第２のエラストマー膜２２が第２のポット１０３の下の第１のフォイル層３１の部分に押し当たり、それにより第２のポット１０３の下の第１のフォイル層３１の部分を破断するように、第２の下部プランジャー１５１と垂直に位置合わせされた第１および第２のエラストマー膜２１、２２の区域に上向きに押し当たり得る。追加的または代替的に、ＰＳＡ層３４は、第１のフォイル層３１の部分と共に破断され得る弱化構造を有し得る。
【０１３３】
第３のポット２１３の下の第１のフォイル層３１の部分を破断することが、第２のポット１０３を出た希釈液１１９が、第１のエラストマー膜２１およびＰＳＡ層３４の１つ以上の穴２５ならびに第１のフォイル層３１の破断部分を貫いて進行して、第３のポット２１３の内部に到達することができるようにし得るように、第１のエラストマー膜２１およびＰＳＡ層３４は、第３のポット２１３の下部開口部２１４と垂直に位置合わせされた１つ以上の穴２５のうちの少なくとも１つを有し得る。第３のポット２１３に入る希釈液１１９は、凍結乾燥ビーズ１１７を再構成し得る。第３の上部プランジャー２５５を下向きに押して、希釈液１１９による凍結乾燥ビーズ１１７の再構成により形成された組成物１１６を、第３のポット２１３の下部開口部２１４を通じて推進することができる。組成物１１６は、第１のフォイル層３１の破断部分ならびに第１のエラストマー膜２１およびＰＳＡ層３４の１つ以上の穴２５を貫いて進行して、第２のエラストマー膜２２の上面に到達し得る。
【０１３４】
図４５〜４８は、１つ以上の固体試薬１１７（例えば、凍結乾燥ビーズ）がカートリッジ１０内で処理または取り扱いされている１つ以上の試薬１６と混合され得る、別の実施形態を一般的に例示する。図４５に示すように、この実施形態の構成要素は、（ｉ）アミン末端ポリアニリン（ＯＰＡ）１２４ａ層、アルミニウム層１２ｂ、およびポリプロピレン層１２４ｃを含み得るブリスタ層１２４と、（ｉｉ）熱シールラッカー１３１ａおよび穿孔可能なアルミニウム層１３１ｂを含み得る穿孔可能なフォイル層１３１と、（ｉｉｉ）第１および第２のエラストマー膜２１、２２と、のうちの１つ以上を備え得る。
【０１３５】
図４６に示すように、１つ以上の固体試薬１１７は、１つ以上の固体試薬１１７が液体の形態である間に、例えば１つ以上の固体試薬１１７をブリスタ層１２４内に充填し、次いで、ブリスタ層１２４をその中の１つ以上の固体試薬と共に凍結乾燥することにより、ブリスタ層１２４内に位置付けられ得る。１つ以上の固体試薬１１７がブリスタ層１２４内に位置付けられた後、穿孔可能なフォイル層１３１を、ブリスタ層１２４に熱シールして、１つ以上の固体試薬１１７をカプセル化することができる。次いで、上に穿孔可能なフォイル層１３１を有するブリスタ層１２４を第１のシャーシ１１の上面に熱シールして、一対のブリスタを形成することができる。
【０１３６】
第１および第２のエラストマー膜２１、２２は、第１のシャーシ１１の底面に熱シールされ得る。追加的または代替的に、感圧性接着剤を使用して、第１および第２のエラストマー膜２１、２２を第１のシャーシ１１の底面に取り付けることができる。第１および第２のエラストマー膜２１、２２は、上に穿孔可能なフォイル層１３１を有するブリスタ層１２４が第１のシャーシ１１の上面に熱シールされる前に、上に穿孔可能なフォイル層１３１を有するブリスタ層１２４が第１のシャーシ１１の上面に熱シールされた後で、かつ／または上に穿孔可能なフォイル層１３１を有するブリスタ層１２４が第１のシャーシ１１の上面に熱シールされている間に、第１のシャーシ１１の底面に取り付けられ得る。
【０１３７】
１つ以上の固体試薬１１７（例えば、凍結乾燥ビーズ）は、１つ以上の固体試薬１１７が第１および第２のエラストマー膜２１、２２を貫いて進行する１つ以上の試薬によりアクセスされ得るように、第１のシャーシ１１内の開口部１１ａと垂直に位置合わせされ得る。例えば、図４７に示すように、開口部１１ａに隣接するエリア内で穿孔可能なフォイル層１３１が破断されるようにブリスタを圧縮することにより、一対のブリスタを、使用することができる。開口部１１ａ間の第１のシャーシ１１の区域は、例えば第１および第２のエラストマー膜２１、２２のうちの少なくとも１つを第１のシャーシ１１に押し当て得るクランプまたは別のデバイスにより、流体がそこを通過するのを防止するように、バルブにより閉鎖され得る。次いで、１つ以上の試薬１６は、開口部１１ａのうちの第１の開口部を貫いて進行して、１つ以上の固体試薬１１７に到達し、１つ以上の固体試薬１１７と混合し得る。得られた混合物は、ブリスタ層１２４と第１のシャーシ１１の上面との間を進行し、次いで、開口部１１ａのうちの第２のものを通過して、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の間の位置に戻り得る。
【０１３８】
図４８に示すように、カートリッジ１０を、その上に位置付けられる１つ以上の固体試薬１１７なしに、使用することができる。例えば、開口部１１ａを覆うブリスタ層１２４のエリアを、１つ以上の試薬１６が第１のシャーシ１１の下に維持されるように、下向きに圧縮することができる。１つ以上の試薬１６は、第２のエラストマー膜２２に沿って進むことにより、下流に進行し得る。
【０１３９】
図４５〜４８に一般的に例示する一対のブリスタの実施形態は、１つ以上の固体試薬１１７（例えば、凍結乾燥ビーズ）を縮絨封入することにより、貯蔵安定性を提供し得る。さらに、この実施形態は、ストリップフォーマットの処理に適し、ブリスタの製作をシャーシ組み立てから分離するため、製造性は、有利であり得る。その上、この実施形態は、ブリスタの圧縮のため、デッドボリュームを著しく最小化する。
【０１４０】
図１４および２１に示すように、熱処理された１つ以上の試薬１６は、熱処理された１つ以上の試薬１６が組成物１１６と混合するように、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の非シール部分２１ｂ、２２ｂを貫いて下流に推進され得る。好ましくは、組成物１１６中の試薬は、１つ以上の試薬１６中の単一鎖のＤＮＡを増幅する。熱処理された１つ以上の試薬１６は、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の非シール部分２１ｂ、２２ｂ内で組成物１１６と混合し得る。
【０１４１】
磁気ビーズ取り扱い機構
【０１４２】
図１４および２１に示すように、カートリッジ１０は、増幅されたＤＮＡを結合、洗浄、および溶出するように構成され得る磁気ビーズ取り扱い機構３００を備え得る。よって、カートリッジ１０は、ＰＣＲおよび／またはＤＮＡ塩基配列決定などの処理を、遠心分離器の必要性なしに、遂行し得る。磁気ビーズ取り扱い機構３００は、１つ以上の磁石、例えば上部磁石３０１および／または下部磁石３０２を備え得、磁石３０１、３０２は、モータ駆動型であってもよい。例えば、任意追加的にグラフィックユーザインターフェースに通信接続されたプロセッサが、磁石３０１、３０２の運動（例えば、第１および第２のエラストマー膜２１、２２に対する磁石の高さを変えるための垂直運動、カートリッジ１０の長さおよび／または幅に沿って磁石の距離を変えるための水平運動、ならびに磁石の回転運動）を制御し得る。磁石３０１、３０２のそれぞれは、永久磁石であり得、かつ／または、例えばプロセッサによりアクティブ化され、非アクティブ化され、かつ場の強度が調節され得る電磁石であり得る。任意の数の磁石が使用され得、第１および第２の磁石３０１、３０２に関する本明細書に記載の開示は、追加の磁石、例えば、第３の磁石、第４の磁石などにも当てはまる。
【０１４３】
磁気ビーズ取り扱い機構３００は、第１および第２のエラストマー膜２１、２２により形成された１つ以上のチャンバ３１０を備え得、１つ以上の試薬１６は、組成物１１６と混合された後に、１つ以上のチャンバ３１０に入り得る。例えば磁石３０１、３０２がビーズ結合されたＤＮＡをまとめられた状態に保つことにより、磁石３０１、３０２がチャンバ３１０内のビードの位置を維持する間に、ビーズ結合されたＤＮＡの１回以上の洗浄が、遂行され得る。好ましくは、磁石３０１、３０２は、ビーズが洗浄される間、静止状態に保持される。ある好ましい実施形態では、１つ以上のチャンバ３１０は、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２ならびに本明細書で上述した１つ以上の混合チャネル１１３を備える。
【０１４４】
磁気ビーズ取り扱い機構３００は、中でカートリッジ１０が使用される装置８内のプロセッサにより制御され得る温度センサおよび温度制御デバイス（図示せず）を備え得る。
【０１４５】
様々な代替的な実施形態では、ダイターミネータ除去ビーズを用いて、ダイがプロセスを進む前に、試薬からダイを抽出し得る。一部の実施形態では、このようなビーズは、穿孔可能なバイパスバルブを介してアクセス可能な、可撓性膜に沿ってチャンバ内にカプセル化された非磁気ダイスポンジであり得る。一部の実施形態では、非磁気ダイターミネータ除去ビーズが、上述の磁気ビーズ取り扱い機構の代わりに用いられる。他の実施形態では、非磁気ダイターミネータ除去ビーズは、磁気ビーズ取り扱い機構への補足として使用される。
【０１４６】
図２１を再び参照すると、柔軟層２０および支持ブロック１２は、カートリッジ１０内の様々な位置で１つ以上のバルブを形成し得る。バルブの閉鎖位置は、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の非シール部分２１ｂ、２２ｂにより形成されたチャネルの区域を閉鎖し、チャネル内の流体を上流および／または下流に追いやり得る（他のバルブおよびピストンの位置に依存して）。バルブの開放位置は、１つ以上の試薬１６からの圧力下でチャネルの一区域が開くことができるようにし得る。
【０１４７】
例えば、バルブの閉鎖位置は、第１のエラストマー膜２１の非シール部分２１ｂの一区域を、第２のエラストマー膜２２の非シール部分２２ｂのうちの対応する（例えば、垂直に位置合わせされた）区域に対して保持し得る。結果的に、１つ以上の試薬１６は、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の非シール部分２１ｂ、２２ｂのこれらの区域内へ、またはそれらを貫いて移動することができない。バルブの開放位置は、第１のエラストマー膜２１の非シール部分２１ｂの区域が、１つ以上の試薬１６がこれらの区域に到達するとき、第２のエラストマー膜２２の非シール部分２２ｂの対応する区域から離れる方向に移動することができるようにし得る。
【０１４８】
ある非限定的な例として、バルブのうちの１つは、第１のポット１３と加熱器ブロック５２との間に位置付けられ得、第１のポット１３から注入された１つ以上の試薬１６が加熱器ブロック５２に隣接する第１のチャンバ２４に到達することを防止するように閉鎖位置にあり得、次いで、１つ以上の試薬１６が加熱器ブロック５２に隣接する第１のチャンバ２４に到達することができるように開放位置にあり得、次いで、加熱器ブロック５２に隣接する第１のチャンバ２４内の１つ以上の試薬１６がカートリッジ１０内で上流に進行するのを防止するように閉鎖位置に戻り得る（例えば、第１のポット１３に向かって戻る）。
【０１４９】
別の非限定的な例として、バルブのうちの１つは、加熱器ブロック５２と第２のポット１０３との間に位置付けられ得、加熱器ブロック５２に隣接する第１のチャンバ２４内の１つ以上の試薬１６が第２のポット１０３に到達するのを防止するように閉鎖位置にあり得、次いで、１つ以上の試薬１６が第２のポット１０３に到達することができるように開放位置にあり得、次いで、第２のポット１０３に隣接する１つ以上の試薬１６がカートリッジ１０内で上流に進行するのを防止するように閉鎖位置に戻り得る（例えば、加熱器ブロック５２の上の第１のチャンバ２４に向かって戻る）。
【０１５０】
さらに別の非限定的な例として、バルブのうちの１つは、第３のポット２１３の間に位置付けられ得、第３のポット２１３に隣接する１つ以上の試薬１６が磁気ビーズ取り扱い機構３００に到達するのを防止するように閉鎖位置にあり得、次いで、１つ以上の試薬１６が磁気ビーズ取り扱い機構３００に到達することができるように開放位置にあり得、次いで、磁気ビーズ取り扱い機構３００に隣接する１つ以上の試薬１６がカートリッジ１０内で上流に進行するのを防止するように閉鎖位置に戻り得る（例えば、第３のポット２１３に向かって戻る）。
【０１５１】
図１４および２１に示すように、磁気ビーズ取り扱い機構３００の１つ以上のチャンバ３１０は、第１の混合チャンバ１１１、第２の混合チャンバ１１２、ならびに第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２間の流体連通を提供する１つ以上の混合チャネル１１３を備え得る。
【０１５２】
ある実施形態では、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２に対応する第１および第２のエラストマー膜２１、２２の区域は、所望の形状で予備形成され得る（図２５Ａ）。このような実施形態では、１つ以上の試薬１６が第１および第２のエラストマー膜２１、２２のこれらの予備形成された区域に到達する前に、第１のエラストマー膜２１の予備形成された区域は、下向きに湾曲し、第２のエラストマー膜２２の予備形成された区域に当接し得る。次いで、１つ以上の試薬１６がこれらの区域に到達するとき、１つ以上の試薬１６は、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２が形成されるように、第１のエラストマー膜２１の予備形成された区域を、第２のエラストマー膜２２の予備形成された区域から押し離し得る。このような実施形態の利点としては、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２の膨張の容易性、ならびに第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２の内側の圧力の最小化が挙げられる。
【０１５３】
別の実施形態では、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２に対応する第１および第２のエラストマー膜２１、２２の区域は、１つ以上の試薬１６がこれらの部分に到達する前は、平坦である（図２５Ｂ）。次いで、１つ以上の試薬１６がこれらの区域に到達するとき、１つ以上の試薬１６は、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２が形成されるように、それらを押し隔て得る。このような実施形態の利点としては、熱接触の改善、ならびに第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２内の気泡の可能性の低減が挙げられる。
【０１５４】
他の実施形態では、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２のうちの一方または両方は、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の予備形成された区域ではない。
【０１５５】
図２６Ａ〜２６Ｄは、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２が第１および第２のエラストマー膜２１、２２の予備形成された区域を備えるある実施形態において遂行された初期チャンバ流体取り扱い試験からの写真である。
【０１５６】
図２７Ａ〜２７Ｃは、互いに取り付けられた第１のエラストマー膜２１および第２のエラストマー膜２２のある実施形態の断面図を示す。入口孔２２４および／またはチャンバポート２２５が、第１のエラストマー膜２１上に位置付けられ得る。入口孔２２４およびチャンバポート２２５は、任意の好適な材料、例えば環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）から形成され得、材料の単一部品、または材料のはっきりと異なる部品により提供され得る。ある実施形態では、第１のシャーシ１１は、入口孔２２４および／またはチャンバポート２２５を、好ましくは磁気ビーズ取り扱い機構３００の一部として、例えばそれぞれ第１の混合チャンバ１１１および第２の混合チャンバ１１２と垂直に位置合わせされた状態で、提供し得る。ピストン５３は、入口孔２２４および／またはチャンバポート２２５内に移動して、第１のエラストマー膜２１および／または第２のエラストマー膜２２に押し当たり、その中の１つ以上の試薬１６を他方の混合チャンバまたは下流の位置に推進し得る。
【０１５７】
図２８Ａおよび２８Ｂは、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の非シール部分２１ｂ、２２ｂの変位をそれらの断面において示す。これらの図に示すように、流体は、エラストマー膜２１、２２を互いから変位させてチャネルを形成し、さらに大きい変位を発揮してチャンバを形成する。図２９は、このような「蝶ネクタイ」構成におけるフロー分布を他の幾何形状と比較して示す。
【０１５８】
第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２は、カートリッジ１０内で遂行されるＤＮＡ精製プロセスの１つ以上のステップのために利用され得る。例えば、磁気ビーズは、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２内で用いられ得る。磁気ビーズに関連して本明細書で使用するとき、「分散」は、ビーズが運搬され得るように、ビーズを流体中に再懸濁することを指し、「混合」は、ビーズを再懸濁すること、次いで、必要とされる時間尺度の間十分なビーズ表面積が必ず特定の試薬（試料／洗剤）に接触するようにするためのステップを遂行することを指す。磁気ビーズが運搬されるとき、磁気ビーズは、正しいチャンバに到達しなければならず、拡散またはこの点を越えて漂流してはならない。したがって、ある実施形態では、磁気ビーズは、磁気ビーズの溶液が第１の混合チャンバ１１１内に注入されるとき、磁石３０１、３０２のうちの１つ以上により固定的に位置付けられ（「トラップされ」）得る。
【０１５９】
磁気ビーズは、注入されるとき、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２内で遠くまで分散し得るが、磁石３０１、３０２のうちの１つ以上が存在する間に磁気ビーズが注入される場合、正確にトラップされ得る。ある実施形態では、磁気ビーズは、１分未満で収集され得る。磁気ビーズの収集は、磁石３０１、３０２のうちの１つ以上が、静止位置に維持されるのではなく、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２に対して移動される場合、促進され得る。
【０１６０】
第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２内のフローは、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２のうちの一方への入口孔により、かつ／または第１および第２のエラストマー膜２１、２２のうちの１つ以上を押下および解放することにより流体を圧送することにより、生成され得る。
【０１６１】
第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２の丸みのある形状は、速度の低いその縁部に淀んだエリアをもたらし得る。これらのエリア内に位置付けられた磁気ビーズは、除去するのが困難であり得る。したがって、ある好ましい実施形態では、１つ以上の混合チャネル１１３は、流体流を集中させ、その中で高い速度を確保するために、狭小であり得、例えば１〜２ｍｍの幅および３〜５ｍｍの長さを有する。磁気ビーズは、磁石３０１、３０２が取り除かれるとき、１つ以上の混合チャネル１１３内に収集され、容易に分散され得る。
【０１６２】
磁気ビーズは、磁気ビーズを可動磁石により広げることおよび／または振動流を使用することにより、実質的に均一に分散および／または混合され得る。振動流は、第１および第２のエラストマー膜２１、２２のうちの１つ以上を押下および解放すること（例えば、ピストン５３を使用して）により、ならびに／または第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２の入口もしくは出口に接続されたシリンジを使用してフローを方向付けることにより、生成され得る。
【０１６３】
ある非限定的な例として、サンガー法が、カートリッジ１０内で使用され得る。この実施形態では、磁気ビーズは、溶液中に放出され得、磁気ビーズは、第１の混合チャンバ１１１に移され得、試料は、第１の混合チャンバ１１１内に移され得、磁気ビーズは、必要および／または所望に応じて再懸濁され得、磁気ビーズは、第１の洗浄に供される間に１つ以上の磁石により第１の混合チャンバ１１１内に固定的に位置付けられ得、磁気ビーズは、必要および／または所望に応じて再懸濁され得、磁気ビーズは、第２の洗浄に供される間に磁石３０１、３０２のうちの１つ以上により第１の混合チャンバ１１１内に固定的に位置付けられ得、磁気ビーズは、必要および／または所望に応じて再懸濁され得、溶出バッファが、第１の混合チャンバ１１１に追加され得、磁気ビーズは、必要および／または所望に応じて再懸濁され得、溶出バッファは、第１の混合チャンバ１１１から第２の混合チャンバ１１２に移され得る。この非限定的な例では、これらのステップは、列挙されている順序で遂行されることが好ましいが、ステップのうちの１つ以上は、省略され得、追加のステップが、追加され得る。
【０１６４】
ある実施形態では、磁石３０１、３０２は、エタノール洗浄の間第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２内に磁気ビーズをトラップし得、溶出バッファによる溶出ステップの前に、１つ以上の混合チャネル１１３内に磁気ビーズをトラップし得る。ある実施形態では、磁石３０１、３０２は、ピストン５３内に位置付けられ得、ピストン５３内に退避可能であり得る。磁石３０１、３０２のこの構成は、磁気ビーズを第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２の内側に急速にトラップし得る。磁気ビーズが磁石３０１、３０２により収集された後、収集された磁気ビーズは、１つ以上の混合チャネル１１３内に引き入れられ得る。
【０１６５】
図３０Ａ〜３０Ｅは、磁気ビーズ取り扱い機構３００内で用いられ得る様々な実施形態を一般的に例示する。図３０Ａ〜３０Ｄに示すように、混合チャネル１１３は、穿孔可能なバイパスバルブを備え得、穿孔可能なバイパスバルブは、事前ロードされた乾式試薬または液体ビーズを収容し得る。図３０Ｅに示すように、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２は、幅広な「腎臓形状の」チャンバを形成し得、混合チャネル１１３は、不在であり得る。磁気ビーズは、チャンバ１１１、１１２の一端の、バルブにより遮断された領域内にトラップされ得る。
【０１６６】
一部の実施形態では、追加のチャンバ１１４が、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２のうちの一方または両方に接続され得る。バルブは、第１および第２の混合チャンバ１１１、１１２のうちの対応する１つの洗浄の間などに、追加のチャンバ１１４の中身がチャンバ１１４から出るのを防止するように、追加のチャンバ１１４への接続を選択的に封鎖し得る。追加のチャンバ１１４を利用する実験の非限定的な例を、図３１に示す。
【０１６７】
エラストマー膜の物理特性
【０１６８】
好ましくは、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の材料は、次の特性のうちの１つ以上を有する。すなわち、本明細書で上述したように、フォイルプランジャーであるに押し当てられることによりフォイルを穿孔することができる；本明細書で上述したように、チャンバを形成するように膨張されることができる；形成可能である；溶着可能である；生体適合性である；１００℃の動作温度で無欠陥性を維持することができる；および／または高温蒸気バリアとして働く、である。例えば、ポリ塩化ビニルなどの一部の熱可塑性エラストマーは、より高温で継続した機能が可能であり、ポリエチレンおよびポリウレタンの共押出などの一部の高バリアフィルムが、用いられ得る。したがって、図３２Ａに一般的に例示するある好ましい実施形態では、第１のエラストマー膜２１は、材料の単一部品から形成され、第２のエラストマー膜２２は、材料の単一部品から形成される。
【０１６９】
図３２Ｂおよび３２Ｃに一般的に例示するように、カートリッジ１０のある実施形態は、１つ以上の第１のエラストマーパッチ１２１を第１のエラストマー膜２１上に使用する。１つ以上の第１のエラストマーパッチ１２１と第１のエラストマー膜２１との組み合わせが連続層を形成するように、第１のエラストマー膜２１は、１つ以上の第１のエラストマーパッチ１２１と実質的に同一の広がりを有する開放区域２１ｃを備え得る。１つ以上の第１のエラストマーパッチ１２１は、好ましくは、第１のエラストマー膜２１とは異なる材料、例えば第１のエラストマー膜２１の材料と比較してより高い温度許容度および／またはより大きい蒸気バリア特性を有する材料である。１つ以上の第１のエラストマーパッチ１２１を、カートリッジ１０を横切る流体が高温に供されるカートリッジ１０のエリア内で使用することができる。カートリッジ１０は、上述の１つ以上の第１のエラストマーパッチ１２１および第１のエラストマー膜２１と同様に、第２のエラストマー膜２２と協働し得る１つ以上の第２のエラストマーパッチ（図示せず）を備え得る。
【０１７０】
ある非限定的な例として、図３３Ａおよび３３Ｂは、成型レーン、例えばポリプロピレン内に成型されたレーンにエラストマーが直接結合されたカートリッジ１０のある実施形態を示す。エラストマーは、熱シール、感圧性接着剤、または技能工に公知の他の任意の好適な手段により直接結合され得る。直接結合に対して追加的または代替的に、エラストマーは、成型レーン上にあるフォイル層に結合され得、フォイル層は、任意追加的に感圧性接着剤層と共に、チャンバの蓋を形成し得る。外部から適用される特徴部を使用して、流体をチャネルから排出することができる。
【０１７１】
図３４Ａおよび３４Ｂは、一方向に回転されてバルブを開放位置に動かし得、反対方向に回転されてバルブを閉鎖位置に動かし得るねじを備えたバルブにより、締め付けプレート８１を備え得る固定具８０内に締め付けられた、カートリッジ１０のこの実施形態を示す。好ましくは、締め付けプレート８１は、陥凹部を備え、陥凹部は、バルブにより閉鎖されていない場合であって、１つ以上の試薬１６により到達されるとき、第１および第２のエラストマー膜２１、２２の非シール部分２１ｂ、２２ｂが膨張することができるように構成されている。締め付けプレート８１は、第１および第２のエラストマー膜２１、２２などの、カートリッジ１０内の層が剥離するのを防止し得る。
【０１７２】
図３５は、カートリッジ１０のこの実施形態内への流体ロードを示す。図３６は、カートリッジ１０にわたっての流体の前進、例えば流体の分注および混合を示す。図３７は、第１および第２の膜２１、２２の非シール部分２１ｂ、２２ｂの間を流れ、それによりカートリッジ１０内にチャネルを形成する１つ以上の試薬１６を示す。
【０１７３】
図３８〜４１は、カートリッジ１０を備えるシステム１００のある実施形態を示す。システム１００は、１つ以上の試薬１６および／または他の材料をカートリッジ１０内に分注するために使用され得るプランジャー１０１と、カートリッジ１０が可逆的に接続し得る締め付けフレーム１０２と、締め付けフレーム１０２が可逆的に接続し得る中間部品１０４と、中間部品１０３が可逆的に接続し得る基部１０５とを備え得る。基部１０５は、カートリッジ１０を高い位置に位置付けるように構成された１つ以上の脚部１０６を備え得る。
【０１７４】
ある実施形態では、基部１０６は、トグルクランプ１０７を備え得、トグルクランプ１０７は、例えば閉鎖位置と開放位置との間で動くことにより、別々に操作され、それによりカートリッジ１０内のチャネルを作動させるように構成されている。トグルクランプ１０６のうちの１つを閉鎖位置に動かすことは、カートリッジ１０の対応する区域内に位置付けられた１つ以上の試薬１６をカートリッジ１０内の下流の位置に推進し得る。例えば、トグルクランプ１０７のそれぞれは、支持ブロック１２の一区域と、支持ブロック１２の一区域上に定着された柔軟層２０の一区域とを備え得る。
【０１７５】
図４２は、好ましくは第１および第２のエラストマー膜２１、２２の間に気泡トラップが使用される、カートリッジ１０のある実施形態を一般的に例示する。気泡トラップは、デッドボリュームにつながり得、よって気泡トラップは、生み出されるデッドボリュームと気泡を除去する有効性とのバランスをとるように構成され得る。図４２は、インサート、例えばステレオリソグラフィインサートが、気泡トラップとして用いられ得ることを示す。代替的な幾何形状および材料を、インサート用に使用することができる。ある実施形態では、インサートは、形成または作製されたプラスチックフォイルであり得る。
【０１７６】
図４２は、第１および第２のエラストマー膜２１、２２を積層するために使用される溶着技法は気泡を形成し得ること、例えば、第２のエラストマー膜２２の区域に溶着された第１のエラストマー膜２１の区域は、気泡を形成し得ること、を示す概略図を含む。図４３Ａは、第１のエラストマー膜２１の区域が第２のエラストマー膜２２の区域に溶着され、気泡を形成し得る実施形態の写真である。
【０１７７】
図４３Ｂは、気泡除去チャネル２５３の写真である。様々な実施形態では、気泡除去チャネル２５３は、１つの壁が多孔質膜である流体チャネルを含む。気泡を含む流体が圧力下でチャネルに沿って押されるにつれて、空気は、膜を通じて排出され、それにより流体から取り除かれる。
【０１７８】
図４４は、カートリッジ１０のある実施形態における、試薬とカートリッジ１０内のそれらの位置との非限定的な例の概略図である。
【０１７９】
本明細書に記載の現在の好ましい実施形態に対する様々な変更および変形は、当業者に明らかであろう。このような変更および変形は、本主題の趣旨および範囲から逸脱することなしに、かつその意図する利点を減縮することなしに、行われ得る。したがって、このような変更および変形は、添付請求項により包含される。
【図１】
2018534538.tif 000003
【図２Ａ】
2018534538.tif 000004
【図２Ｂ】
2018534538.tif 000005
【図２Ｃ】
2018534538.tif 000006
【図３Ａ】
2018534538.tif 000007
【図３Ｂ】
2018534538.tif 000008
【図４Ａ】
2018534538.tif 000009
【図４Ｂ】
2018534538.tif 000010
【図５】
2018534538.tif 000011
【図６】
2018534538.tif 000012
【図７】
2018534538.tif 000013
【図８】
2018534538.tif 000014
【図９Ａ】
2018534538.tif 000015
【図９Ｂ】
2018534538.tif 000016
【図９Ｃ】
2018534538.tif 000017
【図９Ｄ】
2018534538.tif 000018
【図１０Ａ】
2018534538.tif 000019
【図１０Ｂ】
2018534538.tif 000020
【図１０Ｃ】
2018534538.tif 000021
【図１０Ｄ】
2018534538.tif 000022
【図１１Ａ】
2018534538.tif 000023
【図１１Ｂ】
2018534538.tif 000024
【図１１Ｃ】
2018534538.tif 000025
【図１２Ａ】
2018534538.tif 000026
【図１２Ｂ】
2018534538.tif 000027
【図１２Ｃ】
2018534538.tif 000028
【図１３】
2018534538.tif 000029
【図１４】
2018534538.tif 000030
【図１５】
2018534538.tif 000031
【図１６】
2018534538.tif 000032
【図１７】
2018534538.tif 000033
【図１８Ａ】
2018534538.tif 000034
【図１８Ｂ】
2018534538.tif 000035
【図１９】
2018534538.tif 000036
【図２０Ａ】
2018534538.tif 000037
【図２０Ｂ】
2018534538.tif 000038
【図２１】
2018534538.tif 000039
【図２２Ａ】
2018534538.tif 000040
【図２２Ｂ】
2018534538.tif 000041
【図２２Ｃ】
2018534538.tif 000042
【図２３Ａ】
2018534538.tif 000043
【図２３Ｂ】
2018534538.tif 000044
【図２３Ｃ】
2018534538.tif 000045
【図２４Ａ】
2018534538.tif 000046
【図２４Ｂ】
2018534538.tif 000047
【図２５Ａ】
2018534538.tif 000048
【図２５Ｂ】
2018534538.tif 000049
【図２６Ａ】
2018534538.tif 000050
【図２６Ｂ】
2018534538.tif 000051
【図２６Ｃ】
2018534538.tif 000052
【図２６Ｄ】
2018534538.tif 000053
【図２７Ａ】
2018534538.tif 000054
【図２７Ｂ】
2018534538.tif 000055
【図２７Ｃ】
2018534538.tif 000056
【図２８Ａ】
2018534538.tif 000057
【図２８Ｂ】
2018534538.tif 000058
【図２９】
2018534538.tif 000059
【図３０Ａ】
2018534538.tif 000060
【図３０Ｂ】
2018534538.tif 000061
【図３０Ｃ】
2018534538.tif 000062
【図３０Ｄ】
2018534538.tif 000063
【図３０Ｅ】
2018534538.tif 000064
【図３１】
2018534538.tif 000065
【図３２Ａ】
2018534538.tif 000066
【図３２Ｂ】
2018534538.tif 000067
【図３２Ｃ】
2018534538.tif 000068
【図３３Ａ】
2018534538.tif 000069
【図３３Ｂ】
2018534538.tif 000070
【図３４Ａ】
2018534538.tif 000071
【図３４Ｂ】
2018534538.tif 000072
【図３５】
2018534538.tif 000073
【図３６】
2018534538.tif 000074
【図３７】
2018534538.tif 000075
【図３８】
2018534538.tif 000076
【図３９】
2018534538.tif 000077
【図４０】
2018534538.tif 000078
【図４１】
2018534538.tif 000079
【図４２】
2018534538.tif 000080
【図４３Ａ】
2018534538.tif 000081
【図４３Ｂ】
2018534538.tif 000082
【図４４】
2018534538.tif 000083
【図４５】
2018534538.tif 000084
【図４６】
2018534538.tif 000085
【図４７】
2018534538.tif 000086
【図４８】
2018534538.tif 000087
【図４９Ａ】
2018534538.tif 000088
【図４９Ｂ】
2018534538.tif 000089
【図５０】
2018534538.tif 000090
【国際調査報告】
2018534538.tif 000091
2018534538.tif 000092
2018534538.tif 000093
2018534538.tif 000094
2018534538.tif 000095
2018534538.tif 000096