(57)【要約】液体試料を基板内の複数の反応部位内に装填するための試料装填器が提供される。試料装填器は、第１のブレードと、第１のブレードに結合された第２のブレードとを含む。試料装填器は、複数の反応部位を含む基板に液体試料を分注するように構成されている、第１のブレードと第２のブレードとの間の流路をさらに備える。さらに、様々な実施形態において、液体試料は第１及び第２のブレードとの８５＋／−１５度の前進接触角を有する。さらに、流路から複数の反応部位に分注される液体試料の装填は、毛細管作用に基づいてもよい。第１及び第２のブレードは、複数の反応部位の上へ横方向に移動することで液体を分注してもよく、その場合、モータが第１及び第２のブレードを横方向に移動させる。2016539802.tif 000003
2016539802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料を基板内の複数の反応部位内に装填するための試料装填器であって、
第１のブレードと、
前記第１のブレードが第２のブレードに結合されている、前記第２のブレードと、
複数の反応部位を含む基板に液体試料を分注するように構成されている、前記第１のブレードと前記第２のブレードとの間の流路と
を備える、試料装填器。
【請求項２】
前記反応部位のアレイ内に装填されるべき投入された液体試料を受容するように構成されている、前記流路に流体接続された貯蔵部
をさらに備える、請求項１に記載の試料装填器。
【請求項３】
前記第１のブレード及び前記第２のブレードが、ポリオレフィン、ポリウレタン、及びシロキサンからなる群のうちの１つよりなる、請求項１に記載の試料装填器。
【請求項４】
前記第１のブレード及び前記第２のブレードが、先端を形成するためにともに先細りになっており、前記先端での前記第１のブレードと前記第２のブレードとの間の距離が１００μｍ未満である、請求項１に記載の試料装填器。
【請求項５】
前記第１のブレード及び前記第２のブレードが前記基板に接触して前記流路から前記液体試料を分注する、請求項１に記載の試料装填器。
【請求項６】
前記液体試料が、前記第１のブレード及び前記第２のブレードとの８５＋／−１５度の前進接触角を有する、請求項１に記載の試料装填器。
【請求項７】
前記流路から前記複数の反応部位に分注された前記液体試料の装填が、毛細管作用に基づく、請求項１に記載の試料装填器。
【請求項８】
前進接触角と後退接触角との間のヒステリシスが０〜３０度の間である、請求項１に記載の試料装填器。
【請求項９】
前記第１のブレードと前記第２のブレードとが可動アームに取り付けられるように構成されている、前記可動アーム
をさらに備える、請求項１に記載の試料装填器。
【請求項１０】
前記可動アームがモータに接続されている、請求項９に記載の試料ホルダ。
【請求項１１】
前記モータを制御して前記可動アームを動かすように構成された制御回路
をさらに備える、請求項１０に記載の試料ホルダ。
【請求項１２】
液体試料を基板内の複数の反応部位内へ装填する方法であって、
試料装填器の貯蔵部に液体試料を投入することと、
前記試料装填器を、前記複数の反応部位を含む前記基板に接触させることと、
前記液体試料が前記複数の反応部位の上に投入されるように、前記試料装填器を前記基板に接触させながら前記複数の反応部位の上へ前記試料装填器を横方向に移動させることと
を含む、方法。
【請求項１３】
ある体積の液体試料が毛細管作用によって各反応部位に引き込まれる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記試料装填器が第１のブレード及び第２のブレードを備え、かつ、前記第１のブレード及び前記第２のブレードが、前記第１のブレードと前記第２のブレードとの間の前記液体試料を前記複数の反応部位に投入するように構成されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記液体試料が、試料装填器との８５＋／−１５度の前進接触角を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前進接触角と後退接触角との間のヒステリシスが０〜３０度である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記試料装填器が、ポリオレフィン、ポリウレタン、及びシロキサンからなる群からの材料よりなる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記液体試料が、前記基板に投入される前に、前記貯蔵部から前記第１のブレードと前記第２のブレードとの間の流路を通って移動する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板の表面及び前記複数の反応部位の表面が親水性である、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記試料装填器を横方向に移動させることが、前記試料装填器を移動させるモータによって実行され、前記モータが制御回路によって制御される、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は標的ＤＮＡ配列を増幅する方法である。従来、ＰＣＲは９６または３８４ウェルのマイクロプレートで通常実行されている。さらに高いスループットが所望される場合、マイクロプレートの従来のＰＣＲ方法は、コスト効果または効率が良くない。一方で、ＰＣＲ反応体積を減少させることは、試薬の消費を減らし、反応量の減少された熱式質量によって増幅時間を減少させ得る。この方策は、多数のより小さな反応体積をもたらすアレイ形式（ｍ×ｎ）で実装することができる。さらに、アレイを使用することは、定量感度、ダイナミックレンジ、特異性が増加した、測定可能な高いスループット分析を可能にする。
【０００２】
アレイ形式はデジタルポリメラーゼ連鎖反応（ｄＰＣＲ）を実行するために使用されている。ｄＰＣＲからの結果は、珍しい対立遺伝子の濃度を検出し、定量化するために、核酸試料の絶対定量を提供するため、また核酸濃度における低い倍変化を測定するために使用することができる。一般的に、複製の数が増えると、ｄＰＣＲの結果の精度及び再現性が増える。
【０００３】
多くの定量ポリメラーゼ連鎖反応（ｑＰＣＲ）プラットフォームにおけるアレイ形式は、ＰＣＲの結果が実施後分析に対処可能である必要がある、アッセイによる試料の実験用に設計される。しかしながら、ｄＰＣＲについては、各ＰＣＲの結果の特定の位置またはウェルは重要でない場合があり、試料ごとの正及び負の複製の数のみが分析されてもよい。
【０００４】
ｄＰＣＲにおいて、比較的小さな数の標的ポリヌクレオチドまたはヌクレオチド配列を含む溶液が、各試料が一般的に、標的ヌクレオチド配列の１つの分子を含むように、または標的ヌクレオチド配列を含まないように、多数の小さなテスト試料に細分割されてもよい。試料が次にＰＣＲプロトコル、手順、または試験において熱的に循環される場合、標的ヌクレオチド配列を含む試料が増幅され、正の検出信号を生成し、一方で標的ヌクレオチド配列を含まない試料は増幅されず、検出信号を生成しない。
【０００５】
上述のような適用について、反応体積を減らし続けることは、例えば、アレイへの試料体積の装填及び試料体積の物理的な隔離の維持における信頼性に関する困難につながり得る。言い換えると、試料体積をできるだけ多くのウェルまたは貫通孔に装填すること、及びウェル間または貫通孔間のクロストークを減らすことが重要である。
【発明の概要】
【０００６】
概要
本明細書で説明される様々な実施形態によると、液体試料を基板内の複数の反応部位に装填するための試料装填器が提供される。試料装填器は、第１のブレードと、第１のブレードに結合される第２のブレードとを含む。試料装填器は、複数の反応部位を含む基板に液体試料を分注するように構成されている、第１のブレードと第２のブレードとの間の流路をさらに備える。さらに、様々な実施形態において、液体試料は第１のブレード及び第２のブレードとの８５＋／−１５度の前進接触角を有する。さらに、流路から複数の反応部位に分注される液体試料の装填は、毛細管作用に基づいてもよい。第１のブレード及び第２のブレードは、複数の反応部位の上へ液体を横方向に移動させることで分注してもよく、その場合、モータが第１のブレード及び第２のブレードを横方向に移動させる。
【０００７】
明細書で説明される他の実施形態では、液体試料を基板における複数の反応部位内に装填する方法。本方法は、液体試料を試料装填器の貯蔵部に投入することを含む。次に、試料装填器を複数の反応部位を含む基板に接触させること。本方法は、液体試料が複数の反応部位の上に投入されるように、試料装填器を基板に接触させながら複数の反応部位の上へ試料装填器を横方向に移動させることをさらに含む。いくつかの実施形態では、モータが、複数の反応部位の試料装填器を横方向に移動させる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本明細書で説明される様々な実施形態による、基板内の例示のアレイを例証する。
【図１Ｂ】本明細書で説明される様々な実施形態による、基板内のアレイの切取り図を例証する。
【図２】本明細書で説明される様々な実施形態による、アレイ内の試料体積の装填を例証する。
【図３】図３Ａは、本明細書で説明される様々な実施形態による、液体試料をアレイ内に装填するための筐体である。図３Ｂは、本明細書で説明される様々な実施形態による、アレイを含む挿入された基板を有する、液体試料を装填するための筐体の例示の図である。図３Ｃは、本明細書で説明される様々な実施形態による、アレイを含む挿入された基板を有する、液体試料を装填するための筐体の別の例示の図である。
【図４】本明細書で説明される様々な実施形態による、液体試料をアレイ内に装填する例示の方法を例証する。
【図５】図５Ａは、本明細書で説明される様々な実施形態による、液体試料を装填するための筐体の例示の部品を例証する。図５Ｂは、本明細書で説明される実施形態による、液体試料を装填するための筐体のアレイホルダ部分を例証する。図５Ｃは、本明細書で説明される様々な実施形態による、装填するための組立て筐体を例証する。
【図６】本教示の様々な実施形態による、液体試料をアレイ内に装填するための１つの例示の筐体を例証する。
【図７】本教示の様々な実施形態による、液体試料をアレイ内に装填するための別の例示の筐体を例証する。
【図８】図８Ａは、本教示の様々な実施形態による、液体試料をアレイ内に装填するためのさらに別の例示の筐体を例証する。図８Ｂは、本教示の様々な実施形態による、図８Ａに例証される、液体試料をアレイ内に装填するための例示の筐体の別の図を例証する。
【図９】図９Ａは、本教示の様々な実施形態による、例示の漏斗ガイドの１つの図を例証する。図９Ｂは、本教示の様々な実施形態による、図８Ａに例証される例示の漏斗ガイドの断面図を例証する。
【図１０】本教示の様々な実施形態による、１つ以上の試料を装填するための例示のチップを例証する。
【図１１】本教示の様々な実施形態による、装填器具を例証する。
【図１２】本教示の様々な実施形態による、別の装填器具を例証する。
【図１３】本教示の様々な実施形態による、試料装填器を例証する。
【図１４】図１４Ａは、本教示の様々な実施形態による、試料装填器の側面図を例証する。図１４Ｂは、本教示の様々な実施形態による、試料装填器の先端の図を例証する。
【図１５】本教示の様々な実施形態による、別の試料装填器を例証する。
【図１６】本教示の様々な実施形態による、別の装填器具を例証する。
【図１７】本教示の様々な実施形態による、別の装填器具を例証する。
【図１８】図１８Ａ〜１８Ｃは、本教示の様々な実施形態による、装填方法を例証する。
【図１９】図１９Ａ〜１９Ｂは、本教示の様々な実施形態による、筐体封止方法を例証する。
【図２０】本教示の様々な実施形態による、後退及び前進接触角を例証する。
【図２１】本教示の様々な実施形態による、試料装填器による反応部位の装填を例証する。
【図２２】本教示の実施形態を実装することができる、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）器具を例証するブロック図である。
【図２３】本明細書で説明される様々な実施形態による、装填された試料の熱循環の結果を例証する。
【図２４】本明細書で説明される様々な実施形態による、例示の試料装填器の校正される高さを例証する。
【図２５】図２５Ａ〜２５Ｂは、本明細書で説明される様々な実施形態による、例示の校正される試料装填器の開始及び終了位置を例証する。
【図２６Ａ】本明細書で説明される様々な実施形態による、装填の様々な特徴の予測されるプロファイルを例証する。
【図２６Ｂ】本明細書で説明される様々な実施形態による、装填の様々な特徴の予測されるプロファイルを例証する。
【図２６Ｃ】本明細書で説明される様々な実施形態による、装填の様々な特徴の予測されるプロファイルを例証する。
【図２７】本明細書で説明される様々な実施形態による、例示の装填器具の要因及び反応を例証する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明
本発明のさらに完全な理解を提供するために、下記の説明では、特定の構成、パラメータ、例など、数々の特定の詳細について述べる。しかしながら、このような説明は本発明の範囲の制限として意図されず、例示の実施形態のさらに良好な説明を提供することを意図されることを、認識されるべきである。
【００１０】
本発明は、試料、試料体積、または反応体積を、基板内のアレイ内へ装填するための方法及びシステムに関し、さらに詳細には、基板内の個別の反応部位のアレイ内への試料の装填に関する。
【００１１】
様々な実施形態において、試料を物品内に装填するための装置、器具、システム、及び方法は、多数の小体積の試料内の標的を検出するために使用される。これらの標的は、限定されないが、ＤＮＡ配列（無細胞ＤＮＡを含む）、ＲＮＡ配列、遺伝子、オリゴヌクレオチド、分子、タンパク質、バイオマーカー、細胞（例、循環腫瘍細胞）、または任意の他の適切な目標生体分子を含む、任意の適切な生体標的であってもよい。様々な実施形態において、このような生体成分は、胎児の診断、マルチプレックスｄＰＣＲ、ウィルス検出及び定量化基準、遺伝子型分類、配列決定、変異検出、遺伝子組み換え体の検出、珍しい対立遺伝子の検出、及びコピー数多型などの用途で、様々なＰＣＲ、ｑＰＣＲ、及び／またはｄＰＣＲ方法及びシステムとともに使用されてもよい。
【００１２】
多数の試料が処理されている定量ポリメラーゼ連鎖反応（ｑＰＣＲ）に一般的に適用可能である一方、任意の適切なＰＣＲ方法が、本明細書で説明される様々な実施形態によって、使用されてもよいことが認識されるべきである。適切なＰＣＲ方法は、限定されないが、例えば、デジタルＰＣＲ、特定の対立遺伝子のＰＣＲ、非対称ＰＣＲ、ライゲーション媒介ＰＣＲ、マルチプレックスＰＣＲ、ネステッドＰＣＲ、ｑＰＣＲ、キャストＰＣＲ、ゲノムウォーキング、ブリッジＰＣＲを含む。
【００１３】
後述のとおり、本明細書で説明される様々な実施形態によって、反応部位は、限定されないが、例えば、貫通孔、試料保持領域、ウェル、凹み部、スポット、キャビティ、及び反応室を含んでもよい。
【００１４】
さらに、本明細書で使用されるように、熱循環は、例えば、熱循環装置の使用、等温増幅、熱コンベンション、赤外線を媒介する熱循環、またはヘリカーゼ依存性増幅を含んでもよい。いくつかの実施形態では、チップは内蔵の加熱要素と一体であってもよい。様々な実施形態では、チップは半導体と一体であってもよい。
【００１５】
様々な実施形態では、標的の検出は、限定されないが、例えば、蛍光検出、正または負のイオンの検出、ｐＨ検出、電圧検出、または電流検出の単独または組み合わせであってもよい。
【００１６】
本明細書で説明される様々な実施形態は、デジタルＰＣＲ（ｄＰＣＲ）に特に適する。デジタルＰＣＲにおいて、比較的少量の標的ポリヌクレオチドまたはヌクレオチド配列を含む溶液が、各試料が、一般的に、標的ヌクレオチド配列の１つの分子を含むように、または標的ヌクレオチド配列を含まないように、多数の小さなテスト試料に細分割されてもよい。試料が次にＰＣＲプロトコル、手順、または試験において熱的に循環される場合、標的ヌクレオチド配列を含む試料が増幅され、正の検出信号を生成し、一方で標的ヌクレオチド配列を含まない試料は増幅されず、検出信号を生成しない。ポアソン統計を使用して、元の溶液内の標的ヌクレオチド配列の数は、正の検出信号を生成する試料の数に関係づけられてもよい。
【００１７】
本明細書で説明される実施形態による、例示のチップに関するｄＰＣＲ結果が図２３に示される。
【００１８】
典型的なｄＰＣＲプロトコル、手順、または試験を行うために、最初の試料溶液を、それぞれが数ナノリットルの体積を有する何万もの、または何千万ものテスト試料を、ちょうどまたは約１ナノリットル、または１ナノリットル未満で、単純で費用効果のある方法によって細分化できることは有利である。標的ヌクレオチド配列の数は非常に少なくてもよいため、このような状況において、最初の溶液の内容全体が複数の反応部位を占め、含まれることも重要であり得る。
【００１９】
本明細書で説明される実施形態は、最初の試料溶液を、試料溶液のすべて、または本質的にすべてを占める方法で、複数の反応部位に分布させることで、これらや他のｄＰＣＲ設計の制約を解決する。
【００２０】
高いスループットのＰＣＲアッセイ及びｄＰＣＲ方法のために、液体試料の反応体積を減らすためにアレイ形式を使用し、一方で、１回で実行される反応数を増加させる方策が利用されてもよい。液体試料の反応体積のアレイは、複数の反応部位内の基板内にあってもよい。反応部位は、限定されないが、本明細書で説明される様々な実施形態による、貫通孔、ウェル、凹み部、スポット、キャビティ、反応室、または試料を保持することができる任意の構造であってもよい。いくつかの実施形態において、貫通孔またはウェルは直径が先細りであってもよい。
【００２１】
液体試料の反応体積の減少は、所定の区域内でさらに多い反応が実行されることができるように、反応体積のさらに高い密度を許容してもよい。例えば、基板内に直径が３００μｍの貫通孔を備えてなる反応部位のアレイは、３０ｎＬの反応体積を含んでもよい。例えば、アレイ内の各貫通孔の寸法を直径６０〜７０μｍまで減らすことで、各反応体積は液体試料の１００ｐＬとなり得る。本明細書で説明される様々な実施形態によると、反応体積は液体試料の約１ｐＬから３０ｎＬの範囲であってもよい。いくつかの実施形態では、反応部位のアレイは、ダイナミックレンジを増加させるために、種々の異なる体積の反応部位を備えてなってもよい。さらに、ダイナミックレンジは、液体試料の１回以上の希釈を使用して増加されてもよい。
【００２２】
図１Ａは、本明細書で説明される様々な実施形態による、アレイを含むチップ１００を例証する。チップ１００は、例えば、物品、装置、アレイ、スライド、またはプラテンと呼ばれてもよい。チップ１００は、基板１１０と反応部位のアレイ１２０を備える。基板１１０は、限定されないが、例えば、金属、ガラス、陶器、シリコンを含む様々な材料であってもよい。アレイ１２０は、複数の反応部位１０４を含む。複数の反応部位１０４は、例えば、貫通孔、ウェル、凹み部、スポット、キャビティ、または反応室であってもよい。各反応部位は、例えば、丸、三角形、または六角形など、種々の断面形状をさらに有してもよい。他の形状を有すると、所定の区域における反応数をさらに増やすために、さらに密に詰まった反応部位を許容することができる。
【００２３】
図１Ｂは様々な実施形態による、反応部位１０４のアレイの断面図を例証する。チップ１００は、第１の面１１２及び第２の面１１４を有する。各反応部位１０４は、第１の面１１２内の開口から第２の面１１４内の開口へ延びる。反応部位１０４は、処理されるか試験される生体試料を含む各液体試料を保持するために、毛細管作用によって十分な表面張力を提供するように構成されていてもよい。チップ１００は、全体が記載されているかのようにその全体が本明細書に参考として組み込まれる、米国特許第６，３０６，５７８号、第７，３３２，２７１号、第７，６０４，９８３号、第７，６８２，５６５号、第６，３８７，３３１号、または第６，８９３，８７７号のいずれかに開示されるような一般的な形式または構成を有してもよい。図１Ｂに例証される例において、反応部位は貫通孔である。
【００２４】
様々な実施形態において、第１の面１１２及び第２の面１１４が親水性の材料を備え、反応部位１０４の面が親水性の材料を備える。これらの実施形態において、毛細管作用が液体試料の反応部位への装填を容易にする。さらに、毛細管作用は液体試料を反応部位内で保持する。
【００２５】
様々な実施形態において、第１の面１１２及び第２の面１１４が疎水性の材料を備え、反応部位１０４の面が疎水性の材料を備える。これらの実施形態において、毛細管作用が液体試料の反応部位への装填を容易にする。さらに、毛細管作用は液体試料を反応部位内で保持する。
【００２６】
いくつかの実施形態において、反応部位１０４の面が親水性の材料を備え、一方で第１の面１１２及び第２の面１１４が疎水性の材料を備える。この方法では、液体試料は親水面となる傾向があるため、液体試料の反応部位１０４への装填が容易になる。さらに、反応部位１０４に装填された液体試料間のクロスコンタミネーションまたはクロストークが最小化される。このような親水性領域のアレイは、疎水面上に親水性の島状部分を備えてもよく、限定されないが、堆積、プラズマ、マスキング方法、転写、スクリーン印刷、スポッティングなどを含む微細加工技術を使用して、基板１０２上に形成されてもよい。
【００２７】
例証される実施形態において、各反応部位１０４が約１．３ナノリットルの体積を有するように、基板１１０は、３００マイクロメートルの、第１の面１１２と第２の面１１４との間に厚さを有する。代替的に、各反応部位の体積は、例えば、反応部位１０４の直径及び／または基板１０２の厚さを減少させることで、１．３ナノリットル未満としてもよい。
【００２８】
したがって、各反応部位は、１ナノリットル以下、１００ピコリットル以下、３０ピコリットル以下、または１０ピコリットル以下の体積を有してもよい。他の実施形態では、反応部位の一部またはすべての体積は１から２０ナノリットルの範囲である。様々な実施形態によると、複数の反応部位は、ダイナミックレンジを増加させるために、異なる体積の範囲を含むことができる。
【００２９】
特定の実施形態では、反応部位１０４の密度は、１平方ミリメートル当たり少なくとも１００反応部位であってもよい。他の実施形態では、さらに高い密度の反応部位があってもよい。例えば、チップ１００内の反応部位１０４の密度は、１平方ミリメートル当たり１５０以上の反応部位、１平方ミリメートル当たり２００以上の反応部位、１平方ミリメートル当たり５００以上の反応部位、１平方ミリメートル当たり１，０００以上の反応部位、または１平方ミリメートル当たり１０，０００以上の反応部位であってもよい。
【００３０】
特定の実施形態において、貫通孔の密度は、１平方ミリメートル当たり少なくとも１００の反応部位である。他の実施形態では、さらに高い密度の貫通孔があってもよい。例えば、チップ１００内の貫通孔の密度は、１平方ミリメートル当たり１５０以上の貫通孔、１平方ミリメートル当たり２００以上の貫通孔、１平方ミリメートル当たり５００以上の貫通孔、１平方ミリメートル当たり１，０００以上の貫通孔、または１平方ミリメートル当たり１０，０００以上の貫通孔であってもよい。
【００３１】
あらゆる目的のために本明細書に組み込まれる、２０１２年３月１６日に出願された米国仮出願第６１／６１２，０８７号（書類番号ＬＴ００６５５  ＰＲＯ）及び２０１２年１１月７日に出願された米国仮出願第６１／７２３，７５９号（書類番号ＬＴ００６５５  ＰＲＯ  ２）で、チップ１００の他の実施形態がさらに説明される。
【００３２】
上記のとおり、反応部位の寸法の減少は、液体試料を各反応部位内に装填することに関連する困難につながり得る。
【００３３】
上記のとおり、残留液体試料が非常に少ないか、全くないように、試料を装填することが所望される。チップを装填するための本明細書で説明される様々な実施形態によると、チップに塗布される液体試料の体積の少なくとも７５％が複数の反応部位内に装填される。いくつかの実施形態において、チップに塗布される液体試料の体積の少なくとも９０％が複数の反応部位内に装填される。様々な実施形態において、装填されるチップに塗布される液体試料の体積は、チップ上の複数の反応部位の体積の合計の体積に等しい。いくつかの実施形態では、チップに塗布される液体試料の体積は、チップ上の複数の反応部位の体積の合計の体積マイナス１つの反応部位の体積である。
【００３４】
図２を参照し、本明細書で説明される様々な実施形態によると、反応部位１０４のアレイは、ある体積の液体試料をチップ１００の上に投入することで装填されてもよい。可撓性材料よりなる試料装填器２０６は、アレイ１０４に接触しかつ液体試料を反応部位１０４のアレイ上に十分な圧力で広げて、アレイ１０４の毛細管装填を容易にするために使用されてもよい。十分な圧力は、横方向に掃引するやり方でかけられる場合、表面の疎水性／親水性の特徴を克服するのに足りる力であってもよい。いくつかの実施形態では、圧力は、ユーザによって、または器具によって自動的に、かけられてもよい。いくつかの実施形態では、試料装填器２０６は静止状態に保持されてもよく、チップ１００は移動され、液体試料をアレイ１０４上に広げる。他の実施形態で、チップ１００は静止状態に保持されてもよい一方、試料装填器２０６はアレイ１０４上に移動され、反応部位１０４のアレイを装填する。試料装填器２０６は、ユーザまたは器具によってアレイ１０４上に移動されてもよい。さらに、この方法では、余分な液体試料がチップ１００からさらに除去されてもよい。
【００３５】
さらに、本明細書で説明される様々な実施形態によると、複数の反応部位は、チップが筐体またはキャリア内に移動されると、装填されてもよい。筐体は、液体試料の蒸発を防ぐのを助けてもよく、さらに熱循環中に各反応体積の安定性を増加させる。
【００３６】
図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃは、本書類に開示される様々な実施形態による、反応部位のアレイを装填するための例示の筐体３００の様々な図を例証する。筐体３００は、第１の部分３０２及び第２の部分３０４を含んでもよい。第１の部分３０２及び第２の部分３０４は、閉位置で、第１の部分３０２及び第２の部分３０４がチップ１００を囲むように、移動可能に接続されるように構成されている。
【００３７】
本教示の様々な実施形態によると、チップ内に反応部位を装填するための方法が図４に例証される。ステップ４０２で、液体試料が試料装填器に投入される。様々な実施形態において、試料装填器は、試料装填器の貯蔵部内で液体試料が保持されるように液体試料を投入するためのアクセスポートを有してもよい。他の実施形態において、液体試料は、反応部位のアレイを含むチップの上に直接投入される。ステップ４０４において、試料装填器がチップと接触される。ステップ４０６において、試料装填器は、液体試料が十分な圧力で反応部位に接触させられて反応部位の毛細管作用が、液体試料を有する反応部位を装填するのを可能にするように、チップの表面を横切って横方向に移動される。ステップ４０８は選択的に実行されてもよい。ステップ４０８において、試料装填器によってチップの表面に投入された、及び反応部位に装填されなかった、余分なすべての液体試料の除去が、熱の付加によって容易にされてもよい。チップは加熱表面によって加熱されてもよい。余分な液体試料の除去は、例えば、液体試料内での生体分子の増幅中に起こり得る誤差を減少させるのを助けてもよい。
【００３８】
図５Ｂを参照すると、第１の部分３０２はチップ１００を保持してもよい。いくつかの実施形態では、チップ１００はポート３１０に塗布される接着剤によって筐体３００の第１の部分３０２に保持されてもよい。接着剤は、例えば一種ののりまたはＵＶ接着剤であってもよい。他の実施形態では、チップ１００は、例えば留め具またはクリップで第１の部分３０２に保持されてもよい。
【００３９】
様々な実施形態によると、漏斗ガイド３０８は筐体３００の第２の部分３０４に対して連続した関係性にあり、チップ１００の反応部位への試料の導入を容易にする。漏斗ガイド３０８は、反応性を装填するために、チップ１００に接触して圧力を加えるのに十分な可撓性の疎水性の材料であってもよい。漏斗ガイド３０８は、例えば、シリコン、ＲＴＶ、ポリウレタン、天然ゴム、他のエラストマー、またはポリオレフィンよりなってもよい。漏斗ガイド３０８は、液体試料をチップ１００上に広げ、チップ１００が移動され漏斗ガイド３０８を過ぎると、個別の反応部位を装填するように構成されている。漏斗ガイド３０８は、さらにガスケットであるように構成されていてもよい。
【００４０】
このやり方で、本書類全体及び、特に図４で述べられる方法の試料材料の導入が容易にされ、必要とされる試料の最小限の体積が減少されてもよい。様々な実施形態において、漏斗ガイド３０８は、筐体と一体にされるか結合される。代替的に、漏斗ガイド３０８は別個または除去可能なものであってもよい。
【００４１】
漏斗ガイド３０８は、様々な形状及び寸法を有してもよい。例えば、１つの実施形態において、漏斗ガイド３０８は、図９Ａ及び図９Ｂに例証されるように、狭いスリット９０４を有するトラフの形式をとってもよい。スリット９０４は、液体試料が漏斗ガイド３０８に配置される場合、液体試料が通り抜けないのに足りる狭い幅を有する。スリット９０４は、チップ１００が、筐体の第２の部分３０４内に位置する静止体積３１２内を通り抜けるのを可能にする。いくつかの実施形態において、例えば、薄膜がスリット９０４を覆い、静止体積３１２の囲まれた状態を維持し、破片や空気を入れないようにしてもよい。チップ１００が漏斗ガイド３０８を通って挿入されると、チップ１００が薄膜を覆っているスリット９０４を破壊してもよい。
【００４２】
さらに第２の部分３０４に結合されるのが、試料ポート３０６である。液体試料が、チップ１００を装填するための試料ポート３０６内に投入されてもよい。試料ポート３０６内に投入された液体試料が、漏斗ガイド３０８内に保持されてもよい。さらに、漏斗ガイド３０８は、試料の装填を容易にするために、漏斗ガイド３０８の長さに沿ったいくつかの点のように、試料材料を受容するように構成されていてもよい。漏斗ガイドの長さに沿ったいくつかの試料装填ポートは、液体試料の効率的な装填を容易にしてもよい。漏斗ガイドの長さに沿ったいくつかの装填ポートが、チップ１００と協働するように構成されていてもよい。
【００４３】
チップ１００は、スループットを増加させるために、チップの複数の試料の別個の部分を装填するために別個の領域に細分化されてもよい。図１０は、少なくとも２つの試料を含むように構成されているチップ１０００を例証する。仕切り１００４が、反応部位１００６の第１のアレイを反応部位１００８の第２のアレイと分ける。この方法において、第１の液体試料が第１のアレイ１００６内に装填され、第２の液体試料が第２のアレイ１００８内に装填されるように、チップが装填される。いくつかの実施形態において、第１の液体試料が試料の１つの希釈にあってもよく、第２の液体試料が試料の別の希釈にあってもよい。
【００４４】
他の実施形態において、第１及び第２の液体試料が、例えば、図３Ａ〜３Ｃまたは図８Ａ〜８Ｂに例証される筐体によって、チップ１０００内に装填されてもよい。本明細書で説明される様々な実施形態による筐体を使用することで、液体試料がチップの所望されるアレイ内に装填されるように、液体試料が漏斗ガイド内に装填されてもよい。対照的に、チップ１００２は、様々な実施形態による、複数の試料区域の単一のアレイを含むチップを例証する。
【００４５】
上記のとおり、液体試料が保持されチップ１００に接触するように、漏斗ガイド３０８がトラフ様のウェルを形成する構成を有してもよい。
【００４６】
上記のとおり、第２の部分３０４が、静止体積３１２を有してもよい。静止体積３１２は、筐体３００が閉位置にある場合にチップが保持される場所である。様々な実施形態において、静止体積３１２が液浸流体で満たされてもよい。液浸流体が、さらに封止媒体と呼ばれてもよい。封止媒体が、反応部位１０４に含まれる液体試料と混ぜない液浸流体（例、液体またはゲル）であってもよく、反応部位１０４に含まれる液体試料の蒸発を防ぐまたは減少させるように構成されていてもよい。
【００４７】
様々な実施形態によると、封止媒体はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であってもよい。ＰＤＭＳは、反応部位内に装填された液体試料を汚染せずにチップ１００の反応部位を十分に封入するために、架橋された状態であってもよい。
【００４８】
ＰＤＭＳは、ＰＣＲとともに使用されるのに適するいくつかの特徴を有する。例えば、ＰＤＭＳは非常に低い自家蛍光で、ＰＣＲ温度で熱的に安定しており、重合工程を抑制しない。さらに、ＰＤＭＳは水性試料を含んでもよいが、水蒸気に対して気体透過性であってもよい。
【００４９】
ＰＤＭＳは架橋された状態であってもよいが、完全に硬化される。１つの例において、封入媒体は、０．８重量％の架橋剤が追加されたＰＤＭＳである。典型的に、完全に架橋されたＰＤＭＳは、１０重量％で追加される架橋剤を有する。他の適する封入媒体は、他のＰＣＲに対応する粘弾性材料であってもよい。
【００５０】
ＰＤＭＳを架橋された状態にすることで、適する封入剤として機能することができ、一方で、完全に架橋された材料に通常関連する特性のすべてを維持する。例えば、ＰＤＭＳは、１０パーセント未満のある量の架橋剤を使用することで、架橋された状態であってもよい。例えば、１％以下の架橋の度合いが、特定のｄＰＣＲの用途など、特定のＰＣＲの用途に対する設計要件を満たす。複数のｄＰＣＲ反応が、０．８％以下のある量の架橋剤で封入された平板１００を使用して実証されている。さらに、フロリナートに比べて架橋されたＰＤＭＳ材料が高い粘性を有するため、ＰＤＭＳ封入媒体が、それ自体がパッケージ要件及び顧客のワークフローのソリューションとなってもよい。
【００５１】
チップ１００は試料及び漏斗ガイド３０８のスリットを通り抜け、反応部位は試料で満たし、静止体積３１２へ受け渡す。チップ１００の挿入の前に静止体積３１２が封入媒体で満たされる場合、満たされた反応部位が空気に曝される時間の量、及び試料の蒸発の量が最小化される。
【００５２】
筐体は、ＰＣＲに対応するなど、生体反応に対応する材料の範囲から作られてもよい。例えば、ＰＣＲに対応するために、筐体は低い自家蛍光を有し、ＰＣＲ反応を抑制せず、選択的にＰＣＲ用の励起及び検出波長に対して透過性であり、ＰＣＲ温度で熱的に安定してもよい。筐体の材料の例は、制限されないが、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ環状オレフィン、環状オレフィン、または他のこのような高分子材料であってもよい。
【００５３】
いくつかの実施形態において、静止体積３１２は筐体内のポケット内にある。ポケットは、静止体積３１２内に封入媒体を含むように構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、封入媒体は、チップ１００が挿入される前にポケット内に前もって装填されてもよい。チップ１００は、前もって装填された体積内に押し込まれてもよく、その間に封入媒体によって封入される。筐体を閉める、第１の部分３０２の第２の部分３０４への組み立てる、及びチップ１００を静止体積３１２内の封入媒体へ封入する間、ガスケット３０８は、第１の部分３０２によってさらに圧縮され、静止体積３１２の封止を形成する。
【００５４】
他の実施形態において、静止体積３１２内のポケットは、チップ１００が静止体積３１２内に押し込まれた場合にポケットが開くように、封止され、空気を含まなくてもよい。この方法で、油を含まない方法及び筐体がチップに使用される。
【００５５】
様々な実施形態において、漏斗ガイド３０８はポリジメチルシリコン、または同様の材料よりなってもよい。いくつかの実施形態において、シリコン油が漏斗ガイド３０８にさらに含まれてもよい。例えば、シリコン油はＰＤ５であってもよい。この高分子材料で、シリコン油は時間をかけて高分子マトリックスからゆっくり放出される。シリコン油は、チップ１００が漏斗ガイド３０８内にさらに簡単に押し込まれるように、漏斗ガイド３０８に潤滑性を与える。これらの実施形態において、漏斗ガイド３０８は、液体試料をチップ１００上に広げ、チップ１００が移動され漏斗ガイド３０８を過ぎると、個別の反応部位を装填するように構成されている。さらに、シリコン油は、筐体３００内に装填されているため、チップ１００を被覆し、試料の蒸発を減少させる、または防ぐ。いくつかの実施形態において、封入媒体は、シリコン油の被覆が試料の損失を防ぐのに十分であるため、必要とされなくてもよい。
【００５６】
様々な実施形態によると、液浸流体は、制限されないが、エラストマー、ポリマー、または油であってもよい。液浸流体は、装填の際に補助し、試料の蒸発を減少させ、気泡を防いでもよい。筐体の内部は、例えば、試料の反応または撮像の不正確さに干渉し得る。
【００５７】
いくつかの用途のための液浸流体の一例は、フルオリナートであり、３Ｍ社によって商業的に販売されている。しかしながら、フルオリナートは、簡単に空気を取り込み、それが後にＰＣＲ循環の間に放出され、不要な気泡の形成をもたらす性質のため、特定のＰＣＲの用途に対しては問題となり得る。
【００５８】
図３Ｂは、チップ静止体積３１２内にチップ１００を有する筐体を例証する。第１の部分及び第２の部分は、閉位置にある。図３Ｃは、本明細書で説明される様々な実施形態による、閉まった筐体の別の斜視図である。
【００５９】
図４は、本明細書で説明される様々な実施形態による、複数の反応部位の装填の方法４００を示すフローチャートである。ステップ４０２で、液体試料が漏斗ガイドに投入される。図９Ａ及び９Ｂに示されるように、漏斗ガイドは、トラフ様の形状であり、液体試料を保持してもよい。様々な実施形態によると、漏斗ガイドは、疎水性の材料によりなってもよい。
【００６０】
ステップ４０４において、チップが漏斗ガイド内に挿入され、その場合チップは、上述のとおり、基板及び複数の反応部位を含む。漏斗ガイドは、チップが漏斗ガイドを通り抜けると、チップに接触するように構成されている。
【００６１】
ステップ４０６において、チップが漏斗ガイドを通り抜けさせられ、液体試料を複数の反応部位内に装填する。漏斗ガイドの接触は、液体試料を複数の反応部位内に装填することを容易にする。上記のとおり、漏斗ガイドは、横方向に掃引するやり方でかけられる場合、表面の疎水性／親水性の特徴を克服するのに足りる力でチップに接触する。この方法で、漏斗ガイドはさらに、余分な液体試料を漏斗ガイド内に維持することで、基板に残され得る余分な液体試料を減少させる。
【００６２】
チップを装填するための本明細書で説明される様々な実施形態によると、チップに塗布される液体試料の体積の少なくとも７５％が複数の反応部位内に装填される。いくつかの実施形態において、チップに塗布される液体試料の体積の少なくとも９０％が複数の反応部位内に装填される。様々な実施形態において、装填されるチップに塗布される液体試料の体積は、チップ上の複数の反応部位の体積の合計の体積に等しい。いくつかの実施形態では、チップに塗布される液体試料の体積は、チップ上の複数の反応部位の体積の合計の体積マイナス１つの反応部位の体積である。
【００６３】
さらに、様々な実施形態において、反応部位及び基板は、疎水性の材料で被覆される、または疎水性の材料よりなる。この方法において、反応部位の毛細管現象力は、液体試料を有する反応部位の装填及び液体試料を反応部位内に含ませる際に、大きな要因である。
【００６４】
いくつかの実施形態において、反応部位は、親水性の材料で被覆されるか、または親水性の材料よりなり、基板は疎水性の材料で被覆されるか、または疎水性の材料よりなる。このように、漏斗ガイドに提供される力と組み合わせて、液体試料の装填がさらに効率的になり得る。チップは、体積、プラズマ、マスキング方法、転写、スクリーン印刷、スポッティングなど、様々な被覆方法で被覆されてもよい。被覆方法及び特徴も、あらゆる目的のために本明細書に組み込まれる、２０１２年１１月７日に出願された米国仮出願書類番号ＬＴ００６６８  ＰＲＯで説明される。
【００６５】
図８Ａ及び８Ｂは、本明細書で説明される様々な実施形態による、反応部位のアレイを有するチップを装填するための筐体の別の例を例証する。筐体８０２は、漏斗ガイド８０６及びチップ静止体積８０８を含む。チップ１００は、チップ静止体積８０８を含む。チップ１００の試料の装填は、漏斗ガイド８０６によって容易になる。上述のとおり、チップ静止体積８０８は、液浸流体または封入媒体で満たされ、試料の章発、試料間のクロストーク、及び気泡を最小化するのを補助してもよい。図８Ｂは、チップ１００が装填されている位置における、及びチップ静止区域８０８における、筐体８Ｂを例証する。この筐体の例示において、筐体８０２の上部及び下部の移動可能な部分は、前もって組み立てられ、筐体を閉める及びチップ１００の装填の間に、上部及び下部の部分がともにスライドすることに関連する誤差を減少させる。筐体８０２は、チップ１００の装填及び封入の簡便さを増加させてもよい。
【００６６】
本教示の様々な実施形態によって、複数の反応部位１０４をチップ１００に装填するために他の方法が使用されてもよい。例えば、複数の反応部位１０４は、真空装填されてもよい。例えば、チップは筐体内または負の圧力にある材料内にあってもよい。複数の反応部位は、負の圧力で満たされた筐体を、試料で満たされた針で突き刺すことによって装填され、液体試料が針の外へ引き出され、反応部位内に入る。
【００６７】
さらに、いくつかの実施形態によると、チップは遠心力によって装填されてもよい。例えば、チップは回転プレート上に装着されてもよい。プレートの回転は、チップの貫通孔を通して、チップの上に投入された試料を押し込む。
【００６８】
別の例示の装填器具は、図１１に例証される。この器具を使用することで、装填動作が、チップのいくつかの装填にわたってさらに均一になってもよい。装填器具を使用し、ユーザは手動でチップを装填してもよい。代替的に、装填器具は自動化されてもよい。装填器具は、装填されるチップが配置され得るチップホルダ１１０２を含んでもよい。チップホルダは、装填台１１０４に含まれてもよい。試料装填器１１０６は、試料装填ホルダ１１０８に配置されてもよい。この方法において、試料装填器１１０６は、一貫して位置し、チップを装填する。上述のとおり、チップの上へ横方向に試料装填ホルダ１１０８を移動させることで、試料装填器は試料体積をチップの上に押しやり、反応部位を装填する。試料装填ホルダ１１０８は、いくつかの実施形態においてユーザによって手動で移動させられるか、または自動化された試料装填ホルダ１１０８によって移動させられる。
【００６９】
様々な実施形態において、ユーザは液体試料をチップの上に投入してもよい。そして、ユーザは試料装填器を保持し、試料装填器をチップの上へ横方向に移動させ、液体試料を反応部位内に装填してもよい。手動及び自動化装填方法の両方について、チップの上へ横方向に移動して反応部位を装填する間、試料装填器はチップに対して０〜９０度に位置してもよい。
【００７０】
本明細書で説明される様々な実施形態によると、試料装填器１１０６は様々な材料よりなってもよいことを認識されるべきである。例えば、試料装填器１１０６はポリオレフィン、ポリウレタン、シロキサンなどよりなってもよい。いくつかの実施形態において、試料装填器１１０６は、低密度のポリウレタンであるダウ７２２よりなってもよい。しかしながら、試料装填器と液体試料との間の５〜１７９度の水の接触角度を作成するあらゆる材料が、試料装填器１１０６の材料として受け入れられ得ることを認識されるべきである。
【００７１】
液体試料の特性、試料装填器の特性、及び試料装填器の物理的な形状、さらに反応部位ならびにチップの物理的な特徴及び反応部位の表面の疎水性／親水性の特徴は、相互作用的であり、本教示の様々な実施形態による、試料を装填する器具のための完全なシステムとしてすべて考慮されなければならない。
【００７２】
試料装填器から液体試料を広げることは、液体試料の水の接触角に応じる。水の接触角は、試料装填器の材料の特性と液体試料の特性との関係性に起因する。水の接触角が９０度未満である場合、液体試料と基板の表面との関係性は親水性であり、試料は基板の表面と密着した相互作用を発揮し、これは試料を貫通孔内に引き入れる毛細管作用に必要なものである。例えば、過度に親水性の基板で５０度未満の水の接触角を有するものは、例えば、基板の表面上への余分な液体試料の貯留の増加、または反応部位の非効率な装填につながり得る。さらに、小さな接触角は、液体試料をいくつかの反応部位内に過度に速く移動させ、複数の反応部位において液体試料の不均等な分布をもたらし得る。
【００７３】
逆に、水の接触角度が９０度を超える場合、基板の表面と液体試料との間の関係性は疎水性であり、毛細管現象力が負であるため、液体試料は反応部位内に移動しない。この状況もまた、基板の表面上への液体試料の貯留を引き起こし、液体試料を有するいくつかの反応部位の装填を妨げ得る。このように、基板の表面及び反応部位は、液体試料に対して、基板及び反応部位の表面の疎水性及び親水性の均衡をとるように設計される。
【００７４】
これらの特徴を念頭におき、様々な実施形態によると、液体試料との前進接触角が液体試料との後退接触角と同様であるように試料装填器を構成することで、効率的な装填が達成され得る。図２０を参照すると、前進及び後退接触角が例証される。水滴２００２が基板２０００上に示される。基板が傾けられる場合、水滴２００２は前進接触角２００６及び後退接触角２００４を有する。
【００７５】
様々な実施形態によると、前進接触角が８５＋／−１５であり、後退接触角が８５＋／−１５である。
【００７６】
試料装填器のチップに対する下向きの力は、材料の種類、試料装填器の厚さ、ならびにチップの厚さ及び材料に依存する。しかしながら、下向きの力はチップに接触する力から、チップを破壊するのに必要な力まで範囲にあってもよい。（シリコンの厚さは要因として考慮される）。さらに、様々な実施形態において、チップを横切る試料装填器の掃引速度が、２．０秒／ｍｍから０．２秒／ｍｍまでであってもよい。
【００７７】
図１２に示される装填器具の別の例示の実施形態において、二重試料装填器（ｄｏｕｂｌｅ  ｓａｍｐｌｅ  ｌｏａｄｅｒ）１２０８がチップを装填するために使用されてもよい。図１１のように、装填器具は、チップホルダ１２０２、装填第１２０４、及び試料装填ホルダ１２０８を含んでもよい。チップホルダ１４０２は、装填されるチップを保持する。チップホルダ１２０２は、装填台１２０４内に保持されてもよい。試料装填ホルダ１２０８は、二重試料装填器１２０６を保持してもよい。いくつかの実施形態において、ユーザは試料装填ホルダ１２０８をチップホルダ１２０２内のチップの上へ横方向に手動で押しやってもよい。他の実施形態において、試料装填ホルダ１２０８による動作は、モータを使用して自動化されてもよい。
【００７８】
二重試料装填器１２０６は、複数の反応部位内に装填された試料体積を増加させてもよい。様々な実施形態において、装填される試料体積が、二重試料装填器１２０６の２つの試料装填器間に投入されてもよい。この方法において、二重試料装填器１２０６の各試料装填器は、チップを横切って装填される試料体積を誘導して複数の反応部位に試料体積を装填するのを助ける。
【００７９】
上述のとおり、二重試料装填器で試料体積を装填することは、反応部位内のチップの上に投入された試料体積の少なくとも７５％を装填してもよい。他の実施形態において、二重試料装填器で試料体積を装填することは、反応部位内のチップの上に投入された試料体積の少なくとも９０％を装填してもよい。他の実施形態において、二重試料装填器で試料体積を装填することは、反応部位内のチップの上に投入された試料体積の１００％を装填してもよい。
【００８０】
図１３は、本明細書で説明される様々な実施形態による、別の試料装填器１３００を例証する。試料装填器１３００は、第１のブレード１３０２及び第２のブレード１３０４を含んでもよい。試料装填器１３００は、チップなどの、基板に含まれる反応部位のアレイ内に装填される液体試料が投入されてもよい、アクセスポート１３０６をさらに含んでもよい。アクセスポート１３０６内に投入された液体試料は、試料が反応部位内に装填されるまで、第１のブレード１３０２と第２のブレード１３０４との間の貯蔵部１３０８内にあってもよい。液体試料は、流路１３１０内を流れ、試料装填器１３００の先端である、流路の終わりで分注されてもよい。
【００８１】
上述のとおり、いくつかの実施形態によって、試料装填器１３００は、ユーザによって保持され、反応部位を手動で装填してもよい。他の実施形態において、試料装填器１３００は、装填器具内に設置され、反応部位を装填するために使用されてもよい。
【００８２】
第１のブレード１３０２及び第２のブレード１３０４は、液体試料が第１のブレード１３０２及び第２のブレード１３０４の幅の縁に沿って湿るように、互いに向けて先細りになるように構成されている。この方法において、試料装填器１３００がチップを横切って掃引すると液体試料が反応部位内に効率的に装填されるように、チップの表面にわたって液体試料の均一な分布があり得る。
【００８３】
図２１を参照すると、本明細書で説明される様々な実施形態による、試料装填器による反応部位の装填が例証される。反応部位１０４内に装填される液体試料２１０４は、試料装填器２１０２内にある。試料装填器２１０２は、表面１０６を横切って横方向に移動させられる。移動されると、液体試料２１０４が毛細管作用によって反応部位１０４内に装填される。
【００８４】
図１４Ａは、試料装填器１３００の側面図を例証する。この図において、貯蔵部１３０８が示される。上述のとおり、液体試料が試料装填器１３００内に投入されると、液体は、液体試料が反応部位内に装填されるまで、貯蔵部１３０８内にあってもよい。貯蔵部１３０８に投入されてもよい液体試料の体積は１０〜２０μＬであってもよい。他の実施形態において、反応部位に装填された液体試料の体積は０．５μＬから１００μＬであってもよい。さらに他の実施形態において、反応部位に装填された液体試料の体積は１００μＬより多くてもよい。上述のとおり、反応部位内に装填された液体試料の体積は、例えば、試料装填器の材料の特徴、液体試料の特徴、及び試料装填器と液体試料との間の関係性に依存してもよい。
【００８５】
図１４Ｂは、試料装填器１３００の第１のブレード１３０２及び第２のブレード１３０４の拡大図を例証する。第１のブレード１３０２と第２のブレード１３０４との間の先細りが示される。様々な実施形態において、先細りの角度は０．１〜１５度であってもよい。いくつかの実施形態において、先細りの角度は１．５〜２度であってもよい。様々な実施形態において、第１のブレード１３０２と第２のブレード１３０４との間の先端での距離が０．５μｍから１００μｍである先細りが可能である。いくつかの実施形態において、第１のブレード１３０２と第２のブレード１３０４との間の距離は、１００μｍから２ｍｍであってもよい。
【００８６】
さらに、様々な実施形態によると、試料装填器１３００はチップと６５＋／−３度の角度で接触してもよい。様々な実施形態によると、試料装填器１３００の先端は、チップに接触するときに０〜０．００４インチ偏向されてもよい。さらに、チップを横切る試料装填器１３００の掃引動作は直線状であってもよい。言い換えると、最小限のピッチ、ロール、またはヨーとなる。スプレッダ１３００が例えば２〜３ｍｍ／秒の速度でチップを横切って移動してもよい。
【００８７】
図１５は、本明細書で説明される様々な実施形態による別の試料装填器１５００を例証する。試料装填器１５００は、図１６に例証されるように、装填器具に接続されていてもよい。図１３と同様に、試料装填器１５００が、第１のブレード１５０２及び第２のブレード１５０４をさらに有してもよい。さらに図１３と同様に、反応部位内に装填される液体試料が、アクセスポート１５０８内に投入されてもよい。液体試料が、流路１５１２を通って、試料装填器１５００の先端へ流れてもよい。流路１５１２が第１のブレード１５０２及び第２のブレード１５０４によって形成される。
【００８８】
例示の装填器具１６００が図１６に示される。装填器具１６００が、試料装填ホルダ１６０６上に設置される試料装填器１６０４を含む。試料装填ホルダ１６０６及び試料装填器１６０４の組立体は、液体試料を反応部位のアレイを含むチップ１６０２内に装填するように構成されている。様々な実施形態において、試料装填ホルダ１６０６が、試料装填器１６０４がチップ１６０２を横切って横方向に移動させられ、チップ１６０２の上に液体試料を投入し、そのためにチップ１６０２内の反応部位に装填するように、手動で移動されてもよい。他の実施形態において、試料装填ホルダは、チップ１６０２の上に移動された試料装填器１６０４に対して、制御システムによって機械的に制御されてもよい。
【００８９】
図４を参照して説明されるように、いくつかの実施形態において、チップが加熱され、余分な液体試料の除去を容易にしてもよい。余分な液体試料の除去は、反応部位間の相互汚染またはブリッジングを減少させるのを助ける。様々な実施形態において、相対湿度など他の環境要因が調整され、液体試料の反応部位への装填を容易にしてもよい。
【００９０】
図１７は、本教示の様々な実施形態による別の装填装置１７００を例証する。装填器具１７００は、反応部位をチップ１７０４上に装填するための組立体ならびに、チップ１７０４が囲まれるように筐体内にチップを封止するための組立体を含み、チップ１７０４の汚染と簡便に扱うことを防ぐ。装填器具１７００は、チップ１７０４がチップ台１７０２にあってもよいように構成されているチップ台１７０２を含む。そのため、チップ１７０４は、試料装填器１７０８が液体試料をチップ１７０４に含まれる反応部位に投入することができる位置にある。試料装填器１７０８が試料装填コネクタ１７０６を介して設置される。試料装填コネクタ１７０６は試料装填器１７０８をチップ１７０４に接触する位置内へ留めるように構成されているクリップであってもよい。試料装填器１７０８が、試料の汚染を防ぐために１回の使用または数回の使用の後に変えられる必要があってもよい。
【００９１】
試料装填コネクタ１７０６が機構筐体１７１０に結合される。機構筐体１７１０が試料装填器１７０８をチップ１７０４上で移動させ、液体試料を反応部位に装填するための機構を囲んでもよい。機構筐体１７１０内に囲まれる機構が、試料装填器１７０８を接触チップ１７０４に接触させるように位置させ、試料装填器１７０８をチップ１０４を横切って横方向に移動させるように構成されている、ばね及びギヤを含んでもよい。いくつかの実施形態において、レバー１７１２の起動が、試料装填器１７０８を、装填を開始する最初の位置に位置させてもよい。様々な実施形態によると、レバー解除ボタン１７１４が起動されて、液体試料の装填を開始する試料装填器１７０８のチップを横切る動作を開始する。レバー１７１２が解除されると、機構が試料の装填１７０８をチップ１７０４上で移動させるように構成されている。反応部位への液体試料の装填の一例が図１８Ａ〜１８Ｃにおいて例証される。
【００９２】
装填器具１７００が、ネスト１７１６に結合されるアーム１７１８を備える組立体をさらに含んでもよい。ネスト１７１６が、チップ１７０４を封止するための蓋１７２０を保持するように構成されている。機構筐体１７１０内の機構が、装填後に蓋１７２０がチップ１７０４を覆うようにアーム１７１８を動かす。チップ１７０４を覆う方法が図１９Ａ〜１９Ｂに示される。
【００９３】
上述のとおり、図１８Ａ〜１８Ｃは試料装填器１７０８がチップ１７０４上を移動させられ、チップ１７０４に含まれる反応部位のアレイを装填する手順を例証する。図１８Ａに示されるように、装填手順を開始するために、試料装填器１７０８が１つの端部でチップ１７０４に接触するように試料装填器１７０８が位置付けされる。液体試料が試料装填器１７０８内に投入される。図１８Ｂに例証されるように、機構筐体１７１０内に含まれる装填機構が起動され、試料装填器１７０８がチップ１７０４上に移動される。図１８Ｃに示されるように、試料装填器がチップ１７０４上を移動させられると、試料装置１７０８の反応部位への液体試料の投入がチップ１７０４でリフトオフされる。様々な実施形態において、液体試料を装填するために、装填方法が一旦完了されてもよい。他の実施形態において、液体試料の反応部位への完全な装填を保証するために、図１８Ａ〜１８Ｃの装填方法が２回繰り返されてもよい。他の実施形態において、図１８Ａ〜１８Ｃに例証される装填方法が複数回完了されてもよい。
【００９４】
様々な実施形態によると、試料装填器１７０８の先端が６５＋／−３度の角度でチップに接触してもよい。様々な実施形態によると、試料装填器１７０８の先端は、チップに接触するときに０〜０．００４インチ偏向されてもよい。さらに、試料装填器１７０８の掃引動作は直線状であってもよい。言い換えると、最小限のピッチ、ロール、またはヨーとなる。試料装填器１７０８が例えば２〜３ｍｍ／秒の速度でチップを横切って移動してもよい。しかしながら、反応部位を装填するための、試料装填器１７０８を移動させる他の速度が可能である。さらに、様々な実施形態において、さらに多くの反応部位を装填することを継続するために、試料装填器１７０８が１回以上反応部位の上へ移動されてもよい。
【００９５】
図１９Ａ〜１９Ｂは、蓋１７２０の位置付け、及び蓋１７２０によるチップ１７０４の封止を例証する。図１９Ａは、アーム１７１８のチップ１７０４への移動を例証する。図１９Ｂは、台及び蓋１７２０よりなる筐体においてチップの下の台（図示せず）を接触させてチップ１７０４を封止する蓋１７２０を含む、アーム１７１８及びネスト１７１６の組立体を例証するアーム１７１８が、蓋１７２０をチップ１７０４上に取り付けるのに足りる下向きの力を提供する。蓋１７２０が、チップ１７０４を囲む台に、テープまたはスナップで結合されてもよい。スナップを使用する場合、いくつかの実施形態において、アーム１７１８が蓋１７２０を台にスナップ留めするのに足りる力を伝達する。
【００９６】
上述のとおり、装填装置１７００は、反応部位に装填されなかった余分な液体試料を除去することを容易にするために、チップを加熱する加熱要素をさらに含んでもよい。様々な実施形態において、加熱要素がチップ台内に含まれてもよい。余分な液体試料の除去が、反応部位間の相互汚染及びブリッジングを減少させてもよい。
【００９７】
さらに、本明細書で説明される様々な実施形態によると、装填器具１７００がモータの追加で自動化されてもよい。モータがアーム１７１８を動かしてチップ１７０４を装填及び封止してもよい。さらに、装填器具は、チップ１７０４が挿入され、蓋１７２０内にチップを封止するＵＶ接着剤を効果するためにＵＶ光が使用される、ＵＶ硬化ステーションをさらに含んでもよい。
【００９８】
上述のとおり、モータの追加で装填器具１７００が自動化される場合、または装填器具が手動で使用されてチップを装填及び封止する場合でさえ、最初の設定がさらに最適な性能のために最初に校正されてもよい。例えば、試料装填器のドロップダウンの高さ、試料装填器の開始及び終了位置、試料装填器のｚ力、及び筐体内へのチップのスナップ留めのためのアームの位置合わせが校正されてもよい。他のことの中で、これらの設定が使用され、液体試料を複数の反応部位に正確及び効率的に届けるために適切な量の力を加えるように試料装填器１７０８を校正してもよい。
【００９９】
図２４は、試料装填器のチップ面からの高さを例証する。チップの厚さみまたは材料に基づいて高さが調整されてもよい。
【０１００】
図２５Ａ〜２５Ｂは、装填器具１７００の最初の使用の前にさらに校正されてもよい開始及び終了位置を例証する。いくつかの実施形態において、開始位置は複数の反応部位の区域から０．６５ｍｍ＋／−１０ｍｍであってもよい。いくつかの実施形態において、終了及びリフトオフ位置は、チップの後端から＋／−０．１００ｍｍにあってもよい。適切なリフトオフ位置は、例えば、反応部位を満たすことを改善することができ、さらに複数の反応部位間の液体試料のブリッジングを防ぐことができる。
【０１０１】
様々な実施形態によると、装填器具１７００は、いくらかの振動を試料装填器１７０８に提供する器具をさらに含むことができる。揺動運動を加えることが、液体試料を試料装填器１７０８からさらに均一に分布させることを助けてもよい。液体試料を反応部位全体にわたってさらに均一に広げて、さらに多くの反応部位が満たされることを可能にするために、及び液体試料の試料装填器１７０８からの流れを改善するために、液体試料は、試料装填器のブレードの長さにわたってさらに均一に分布されてもよい。図２６Ａ〜２６Ｃは、試料装填器１７０８の揺動運動のｚ力、周波数及び振幅、試料装填器１７０８のワイピング動作の速度、及び装填が起こるときの温度の様々な組み合わせの予測される効果を例証する。
【０１０２】
様々な実施形態による、例示の装填器の要因及び反応が図２７に例示される。
【０１０３】
上述のとおり、様々な実施形態によって使用されてもよい器具は、限定されないが、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）器具である。図２０は、本教示の実施形態を実装することができるＰＣＲ器具２０００を例証するブロック図である。ＰＣＲ器具２０００は、試料支持装置（図示せず）に含まれる複数の試料２０１２上に配置される、加熱された蓋２０１０を含んでもよい。様々な実施形態において、試料支持装置は、複数の反応部位を有する、チップ、物品、基板、またはガラスまたはプラスチックのスライドであってもよく、その反応部位は反応部位と加熱された蓋２０１０との間に蓋を有する。試料支持装置のいくつかの例は、限定されないが、標準マイクロタイター９６ウェル、３８４ウェルプレート、またはマイクロカードなどの多ウェルプレート、またはガラスもしくはプラスチックスライドのような実質的に平面の支持体を含んでもよい。様々な実施形態における反応部位は、基板の表面上に形成された規則的または不規則的なアレイでパターン化された窪み、凹み部、隆起部、及びそれらの組み合わせを含んでもよい。
【０１０４】
液体試料体積が複数の反応部位内に装填されると、反応部位内で生体反応が開始される。様々な実施形態において、生体反応はＰＣＲ反応である。このように、チップはＰＣＲ器具上で熱循環されてもよい。
【０１０５】
ＰＣＲ機器の様々な実施形態は、試料ブロック２０１４、加熱及び冷却素子２０１６、熱交換器２０１８、制御システム２０２０、及びユーザインターフェース２０２２を含んでもよい。本教示による熱ブロック組立体の様々な実施形態は、図２０のＰＣＲ器具２０００の構成要素２０１４〜２０１８を備える。
【０１０６】
特定の試料支持のために構成された器具において、様々な実施形態によって、ＰＣＲ器具２０００がチップ１００を使用できるように、アダプタが提供されてもよい。アダプタは、チップ１００内で熱が試料へ効率的に送られるのを許容するように構成されている。
【０１０７】
図２０におけるＰＣＲ機器２０００の実施形態に関して、制御システム２０２０を使用して、検出システム、加熱された蓋、及び熱ブロック組立体の機能を制御してもよい。制御システム２０２０は、図２０におけるＰＣＲ器具２０００のユーザインターフェース２０２２を通して、エンドユーザに対してアクセス可能であってもよい。図２０におけるＰＣＲ器具２０００の機能ならびにユーザインターフェース機能の制御を提供するために、さらに演算システム（図示せず）が使用されてもよい。さらに、演算システムはデータ処理、表示、及び報告準備機能を提供してもよい。このような器具の制御機能のすべてが、ＰＣＲ器具に対して局所的に専用とされてもよく、または演算システムが制御、分析、及び報告機能の一部またはすべての遠隔制御を提供してもよく、以下でさらに詳細に述べられる。
【０１０８】
本教示の様々な実装例の下記の説明は、例証と説明の目的のために提示される。これは、包括的ではなく、本教示を開示される正確な形態に限定するものでもない。修正及び変形が上記の教示に照らして可能であるか、または本教示の実践から得ることができる。さらに、説明される実装例はソフトウェアを含むが、本教示は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして、またはハードウェアのみに実装され得る。本教示は、オブジェクト指向プログラミングシステム及び非オブジェクト指向プログラミングシステムの両方とともに実装され得る。
【０１０９】
本文書に説明される様々な実施形態に関する方法のための例示のシステムは、米国仮出願の以下のリストに説明されるシステムを含む。
・２０１２年３月１６日に出願された米国仮出願第６１／６１２，０８７号と、
・２０１２年１１月７日に出願された米国仮出願第６１／７２３，７５９号と、
・２０１２年３月１６日に出願された米国仮出願第６１／６１２，００５号と、
・２０１２年３月１６日に出願された米国仮出願第６１／６１２，００８号と、
・２０１２年１１月７日に出願された米国仮出願第６１／７２３，６５８号と、
・２０１２年１１月７日に出願された米国仮出願第６１／７２３，７３８号と、
・２０１２年６月１３日に出願された米国仮出願第６１／６５９，０２９号と、
・２０１２年１１月７日に出願された米国仮出願第６１／７２３，７１０号と、
・２０１３年３月７日に出願された米国仮出願第６１／７７４，４９９号と、
・２０１３年３月１５日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３２００２号と、
・２０１３年３月１５日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３２４２０号と、
・２０１３年３月１５日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３２１０７号と、
・２０１３年３月１５日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３２２４２号と、
・２０１３年３月１５日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３１８９０号。
【０１１０】
これらの出願のうちのすべてはまた、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０１１１】
特定の例示の実施形態、例、及び用途に関して様々な実施形態が説明されたが、当業者には、本教示から逸脱することなく、様々な修正及び変更がなされ得ることは明白であろう。
【図１Ａ】
2016539802.tif 000004
【図１Ｂ】
2016539802.tif 000005
【図２】
2016539802.tif 000006
【図３】
2016539802.tif 000007
【図４】
2016539802.tif 000008
【図５】
2016539802.tif 000009
【図６】
2016539802.tif 000010
【図７】
2016539802.tif 000011
【図８】
2016539802.tif 000012
【図９】
2016539802.tif 000013
【図１０】
2016539802.tif 000014
【図１１】
2016539802.tif 000015
【図１２】
2016539802.tif 000016
【図１３】
2016539802.tif 000017
【図１４】
2016539802.tif 000018
【図１５】
2016539802.tif 000019
【図１６】
2016539802.tif 000020
【図１７】
2016539802.tif 000021
【図１８】
2016539802.tif 000022
【図１９】
2016539802.tif 000023
【図２０】
2016539802.tif 000024
【図２１】
2016539802.tif 000025
【図２２】
2016539802.tif 000026
【図２３】
2016539802.tif 000027
【図２４】
2016539802.tif 000028
【図２５】
2016539802.tif 000029
【図２６Ａ】
2016539802.tif 000030
【図２６Ｂ】
2016539802.tif 000031
【図２６Ｃ】
2016539802.tif 000032
【図２７】
2016539802.tif 000033
【国際調査報告】
2016539802.tif 000034
2016539802.tif 000035