(57)【要約】システムが、シーケンシングのためにイメージングすべき遺伝物質等の、検査用の関心分析物を保持するフローセルを利用する。試薬及び洗浄流体等の液体が、作業中にフローセルに導入される。脱ガス装置が、フローセルへの導入前に液体の少なくとも一部からガスを除去する。液体は、イメージング等の検出作業中にフローセル内に残り得る。少なくとも１つの流体は、再使用等のためにフローセルに対して２方向に移動し得る。別の流体は、フローセルを通して２方向に移動してシステム内にあり得る気泡を除去し得る。
2020516852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローセルに流体的に接続されて関心分析物を支持する流路と、
前記流路に流体的に結合された切換弁であり、複数の液体容器から液体容器を選択し且つ選択された液体容器から液体を受け取って前記流路に導入する切換弁と、
前記フローセルに流体的に結合されるポンプと、
選択された液体の前記フローセルへの導入又は再導入前に前記選択された液体を脱ガスする脱ガスシステムと、
前記切換弁及び前記ポンプに作動結合された制御回路であり、１つ又は複数のプロセッサ及び機械実行可能命令を記憶するメモリを有し、前記機械実行可能命令は、前記１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、前記選択された液体容器を選択するよう前記切換弁を制御し、且つ前記選択された液体を前記選択された液体容器から前記フローセルに吸引するよう前記ポンプを制御する、制御回路と
を備えたシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記メモリは、前記１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、前記選択された液体を前記フローセル内の分析物のイメージング作業中に前記フローセル内に残すよう前記１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶するものであるシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記メモリは、前記１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、前記選択された液体が前記フローセルに導入された後に前記選択された液体を前記選択された容器に戻すよう前記１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶するものであるシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記脱ガスシステムは、前記選択された液体容器と前記切換弁との間に流体的に挟まれ、前記脱ガスシステムは、前記フローセルに導入するために前記切換弁により選択された第２液体容器から前記切換弁が受け取った選択された第２液体をさらに脱ガスするものであるシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、前記メモリは、前記１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、前記第２液体が前記フローセルを通って廃棄容器へ導かれるよう前記１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶するためのものであるシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、前記第２液体は、前記フローセルを洗浄する洗浄液を含むシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記脱ガスシステムは、前記選択された液体容器と前記切換弁との間に流体的に挟まれるシステム。
【請求項８】
フローセルに流体的に接続されて関心分析物を支持する流路と、
前記フローセル内に支持された前記分析物をイメージングするイメージングシステムと、
前記流路に流体的に結合された切換弁であり、各液体を収容する複数の液体容器の液体容器間で選択し且つ前記各液体容器からの液体のうち前記フローセルに導入する第１及び第２液体を選択する切換弁と、
前記フローセルに流体的に結合されて選択された前記第１及び第２液体を前記各容器から前記フローセルに引き込むポンプと、
前記選択された第１及び第２液体を前記フローセルへの導入前に脱ガスする脱ガスシステムと、
前記１つ又は複数の切換弁及び前記ポンプに作動結合された制御回路であり、１つ又は複数のプロセッサ及び機械実行可能命令を記憶するメモリを有し、前記機械実行可能命令は、前記１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、前記第１液体及び前記第２液体用の前記液体容器を別個に選択するよう前記切換弁を制御し、且つ前記第１液体及び前記第２液体を前記各液体容器から前記フローセルに引き込むよう前記ポンプを制御する、制御回路と
を備えたシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記メモリは、前記１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、前記第１液体を前記フローセル内の前記分析物のイメージング作業中に前記フローセル内に残すよう前記１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶するものであるシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記メモリは、前記１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、前記第１液体を前記フローセルへの流入後に前記各容器に戻すよう前記１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶するものであるシステム。
【請求項１１】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記メモリは、前記１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、前記第２液体が前記フローセルを通って廃棄容器へ流されるよう前記１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶するものであるシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記第２液体は、前記フローセルを洗浄する洗浄液を含むシステム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記脱ガスシステムは、前記各液体容器と前記切換弁との間に流体的に挟まれるシステム。
【請求項１４】
複数の液体容器から液体容器を選択するステップであり、選択された液体容器は関心分析物を収容するフローセルに導入される液体を収容するステップと、
前記液体を前記選択された液体容器から前記フローセルに吸引するステップと、
吸引された液体が前記フローセルに導入される前に前記吸引された液体を脱ガスするステップと
を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、前記吸引された液体を前記フローセルに収容された前記分析物のイメージング作業中に前記フローセル内に残すステップをさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法において、フローセルへの前記液体の導入後に該液体を前記選択された液体容器に戻すステップをさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法において、前記フローセルに導入する第２液体を収容する第２液体容器を選択するステップと、前記第２液体を前記第２液体容器から前記フローセルに吸引させるステップと、前記フローセルへの導入前に吸引された前記第２液体を脱ガスするステップとをさらに含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記フローセルを通して第１液体を２方向に流すステップと、前記フローセルを通して前記第２液体を１方向に流すステップとをさらに含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、前記フローセルへの導入後に前記第２液体を廃棄するステップをさらに含む方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法において、前記切換弁を用いて前記選択された液体容器を選択するステップをさらに含み、前記脱ガスするステップを、前記選択された液体容器と前記切換弁との間の場所で行う方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１７年１月５日に出願された米国特許出願第６２／４４２，７４９号の優先権の利益を主張する２０１７年１２月１３日に出願された米国特許出願第１５／８４１，０７６号の優先権の利益を主張し、且つ米国特許出願第６２／４４２，７４９号の優先権の利益を同じく主張する２０１７年３月２４日に出願された英国（ＧＢ）特許出願第１７０４７６８．９号に対する利益も主張する。これら先行出願の全ての全体を参照により本明細書に援用する。
【背景技術】
【０００２】
関心分子、特にＤＮＡ、ＲＮＡ、及び他の生体試料のシーケンシングのための機器が、開発され進化し続けている。シーケンシング作業の前に、試薬と混合されて最終的にフローセルに導入されることになるライブラリ又はテンプレートを形成するために関心分子の試料が調製され、フローセルで個々の分子が複数部位に付着して増幅されることで検出性が高まる。続いてシーケンシング作業において、繰り返しのステップサイクルで、分子を複数部位に結合し、結合成分を標識し、それらの部位における成分をイメージングし、得られた画像データを処理する。多くの他の用途で、イメージング及び他の形態の分析物検出にフローセルが利用される。
【０００３】
こうしたシステムでは、流体システム（又はサブシステム）が、プログラムされたコンピュータ及び適当なインタフェース等の制御システムの制御下で物質（例えば、試薬）の流れを提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書に記載の主題の１つ又は複数の実施形態の詳細は、添付図面及び以下の説明に記載される。他の特徴、態様、及び利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
いくつかの実施形態では、フローセルに流体的に接続されて関心分析物を支持する流路と、流路に流体的に結合された切換弁であり、複数の液体容器（recipients）から液体容器を選択し且つ選択された液体容器から液体を受け取って流路に導入する切換弁と、フローセルに流体的に結合されるポンプと、選択された液体のフローセルへの導入又は再導入前に選択された液体を脱ガスする脱ガスシステムと、切換弁及びポンプに作動結合された制御回路であり、１つ又は複数のプロセッサ及び機械実行可能命令を記憶するメモリを有し、機械実行可能命令は、１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、選択された液体容器を選択するよう切換弁を制御し、且つ選択された液体を選択された液体容器からフローセルに吸引するようポンプを制御する、制御回路とを含み得るシステムが提供される。
【０００６】
本システムのいくつかの実施形態では、メモリは、１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、選択された液体をフローセル内の分析物のイメージング作業中にフローセル内に残すよう１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶することになっていてもよく又は記憶していてもよい。
【０００７】
本システムのいくつかの実施形態では、メモリは、１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、選択された液体がフローセルに導入された後に選択された液体を選択された容器に戻すよう１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶することになっていてもよく又は記憶していてもよい。
【０００８】
本システムのいくつかの実施形態では、脱ガスシステムは、選択された液体容器と切換弁との間に流体的に挟まれてもよく、脱ガスシステムは、フローセルに導入するよう切換弁により選択された第２液体容器から切換弁が受け取った選択された第２液体をさらに脱ガスするようになっていてもよい。
【０００９】
本システムのいくつかの実施形態では、メモリは、１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、第２液体がフローセルを通って廃棄容器へ導かれるよう１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶することになっていてもよく又は記憶していてもよい。
【００１０】
本システムのいくつかの実施形態では、第２液体は、フローセルを洗浄する洗浄液を含み得る。
【００１１】
本システムのいくつかの実施形態では、脱ガスシステムは、選択された液体容器と切換弁との間に流体的に挟まれ得る。
【００１２】
いくつかの実施形態では、フローセルに流体的に接続されて関心分析物を支持する流路と、フローセル内に支持された分析物をイメージングするイメージングシステムと、流路に流体的に結合された切換弁であり、各液体を収容する複数の液体容器の液体容器間で選択し且つ各液体容器からの液体のうちフローセルに導入する第１及び第２液体を選択する切換弁と、フローセルに流体的に結合されて選択された第１及び第２液体を各容器からフローセルに引き込むポンプと、選択された第１及び第２液体をフローセルへの導入前に脱ガスする脱ガスシステムと、１つ又は複数の切換弁及びポンプに作動結合された制御回路であり、１つ又は複数のプロセッサ及び機械実行可能命令を記憶することになっているか又は記憶している（to store, or storing）メモリを有し、機械実行可能命令は、１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、第１液体及び第２液体用の液体容器を別個に選択するよう切換弁を制御し、且つ第１液体及び第２液体を各液体容器からフローセルに引き込むようポンプを制御する、制御回路とを含むシステムが提供され得る。
【００１３】
本システムのいくつかの実施形態では、メモリは、１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、第１液体をフローセル内の分析物のイメージング作業中にフローセル内に残すよう１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶することになっていてもよく又は記憶していてもよい。
【００１４】
本システムのいくつかの実施形態では、メモリは、１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、第１液体をフローセルへの流入後に各容器に戻すよう１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶することになっていてもよく又は記憶していてもよい。
【００１５】
本システムのいくつかの実施形態では、メモリは、１つ又は複数のプロセッサにより実行されると、第２液体がフローセルを通って廃棄容器へ流されるよう１つ又は複数のプロセッサをさらに制御する、さらに他の機械実行可能命令を記憶することになっていてもよく又は記憶していてもよい。
【００１６】
本システムのいくつかの実施形態では、第２液体は、フローセルを洗浄する洗浄液を含み得る。
【００１７】
本システムのいくつかの実施形態では、脱ガスシステムは、各液体容器と切換弁との間に流体的に挟まれ得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では、複数の液体容器から液体容器を選択するステップであり、選択された液体容器は関心分析物を収容するフローセルに導入される液体を収容するステップと、液体を選択された液体容器からフローセルに吸引するステップと、吸引された液体がフローセルに導入される前に吸引された液体を脱ガスするステップとを含む方法が提供され得る。
【００１９】
本方法のいくつかの実施形態では、本方法は、吸引された液体をフローセルに収容された分析物のイメージング作業中にフローセル内に残すステップをさらに含み得る。
【００２０】
本方法のいくつかの実施形態では、本方法は、液体がフローセルに導入された後に液体を選択された液体容器に戻すステップをさらに含み得る。
【００２１】
本方法のいくつかの実施形態では、本方法は、フローセルに導入する第２液体を収容する第２液体容器を選択するステップと、第２液体を第２液体容器からフローセルに吸引させるステップと、フローセルへの導入前に吸引された第２液体を脱ガスするステップとをさらに含み得る。
【００２２】
本方法のいくつかの実施形態では、本方法は、フローセルを通して第１液体を２方向に流すステップと、フローセルを通して第２液体を１方向に流すステップとをさらに含み得る。
【００２３】
本方法のいくつかの実施形態では、本方法は、フローセルへの導入後に第２液体を廃棄するステップをさらに含み得る。
【００２４】
本方法のいくつかの実施形態では、本方法は、切換弁を用いて選択された液体容器を選択するステップをさらに含むことができ、脱ガスするステップは、選択された液体容器と切換弁との間の場所で行うことができる。
【００２５】
本明細書に記載の主題の１つ又は複数の実施形態の詳細は、添付図面及び以下の説明に記載されている。他の特徴、態様、及び利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。なお、添付図面の相対寸法は一定の縮尺で描かれていない場合がある。
【００２６】
本開示のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読めばよりよく理解されるであろう。添付図面を通して同様の符号は同様の部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】開示の技法が用いられ得る例示的なシーケンシングシステムの全体図（diagrammatical overview）である。
【図２】図１のシステムの例示的な流体システムの全体図である。
【図３】図１のシーケンシングシステムの例示的な処理・制御システムの全体図である。
【図４】流体システムのうち液体をフローセルに供給し且つ液体の少なくとも一部を脱ガスする例示的な部分の概略図である。
【図５】使用中の気泡の核生成を示す例示的なフローセルの概略図である。
【図６】フローセルからの気泡の除去を示す例示的なフローセルの概略図である。
【図７】フローセルから液体を出し入れするための流体システムにおける例示的な圧力のサイクルのグラフである。
【図８】液体をフローセルに供給し且つ液体を脱ガスする例示的な論理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、関心分析物の試料をフローセルでの検出により処理するよう構成されたシステム１０の実施形態を示す。図示の実施形態では、システム１０は、分子のシーケンシングを可能にして、例えばそれらの成分、成分順序、及び概して試料の構造を求めることができる。しかしながら、本明細書に開示されている技法は、関心分析物の検出にフローセルを利用して、調製、反応、検出、又はフローセルでの任意の他のプロセス中に液体が導入される任意のシステムに適用することができる。
【００２９】
図示の実施形態では、システム１０は、生体試料を受け取り処理する機器１２を含む。試料源１４が、多くの場合は組織試料を含む試料１６を提供する。試料源は、例えば、ヒト、動物、微生物、植物、又は他のドナー（環境試料を含む）等の個体若しくは被験体、又は配列を決定しようとする関心の有機分子を含む任意の他の被験体を含み得る。システムは、合成分子等の生物から採取されたもの以外の試料と共に用いられてもよい。多くの場合、分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、又は最も関心のある特定の機能を有する遺伝子及びバリアントを定義し得る配列の塩基対を有する他の分子を含む。
【００３０】
試料１６は、試料／ライブラリ調製システム１８に導入される。このシステムは、解析用に試料を単離、切断、及び他の方法で調製し得る。得られたライブラリは、シーケンシング作業を容易にする長さの関心分子を含む。得られたライブラリは、続いてシーケンシング作業が行われる機器１２に提供される。実際には、ライブラリは、テンプレートと称する場合もあり、自動又は半自動プロセスで試薬と結合されてから、フローセルに導入された後にシーケンシングされる。本開示において、「自動」及び「半自動」という用語は、作業が一旦開始されると、又は作業を含むプロセスが一旦開始されると、人間との対話をほとんど又は全く伴わないシステムプログラミング又は構成により作業が実施されることを意味する。
【００３１】
図１に示す実施形態では、機器は、試料ライブラリを受け取るフローセル又はアレイ２０を含む。フローセルは、ライブラリの分子の付着及びシーケンシング作業中に検出され得る場所又は部位での増幅を含む、シーケンシング化学反応を起こすことができる１つ又は複数の流体チャネルを含む。例えば、フローセル／アレイ２０は、上記場所又は部位で１つ又は複数の表面に固定されたシーケンシングテンプレートを含み得る。「フローセル」は、マイクロアレイ、ナノアレイ等のパターンアレイを含み得る。実際には、上記場所又は部位は、規則的な反復パターンで、複雑な非反復パターンで、又はランダム配置で支持体の１つ又は複数の表面上に配置され得る。シーケンシング化学反応の発生を可能にするために、フローセルは、反応、フラッシング等に用いられる種々の試薬、緩衝液、及び他の反応媒体等を含む物質の導入も可能にする。物質は、フローセル内を流れ、個々の部位で関心分子と接触し得る。
【００３２】
機器において、フローセル２０は可動ステージ２２に搭載され、可動ステージ２２は、本実施形態では、参照符号２４で示すように１つ又は複数の方向に移動し得る。フローセル２０は、例えば、試薬及び他の流体をフローセル２０に送るか又はフローセル２０から送られることができるように、可動ステージ２２上のポート又はシステムの他のコンポーネントと接続し得る可動の交換可能なカートリッジの形態で設けられ得る。ステージは、シーケンシング中に放射線又は光２８をフローセルへ指向させることができる光学検出システム２６と関連付けられる。光学検出システムは、フローセルの上記部位に配置された分析物の検出のために、蛍光顕微鏡検査法等の種々の方法を用いることができる。非限定的な例として、光学検出システム２６は、共焦点ライン走査を用いて、フローセル内の個々の部位を特定し且つ各部位に最後に付着又は結合したヌクレオチドのタイプを求めるよう解析することができるプログレッシブピクセル化（pixilated）画像データを生成することができる。１つ又は複数の放射点を試料に沿って走査する技法又は「ステップアンドシュート」イメージング手法を用いた技法等、他の適当なイメージング技法を用いることもできる。光学検出システム２６及びステージ２２は、領域画像の取得中にフローセル及び検出システムを静的関係に維持するよう協働してもよく、又は言及したように、フローセルは、任意の適当なモード（例えば、点走査、線走査、「ステップアンドシュート」走査）で走査されてもよい。
【００３３】
多くの異なる技法をイメージングに、又はより一般的には上記部位での分子の検出に用いることができるが、現在考えられている実施形態は、蛍光タグの励起を起こす波長での共焦点光学イメージングを利用し得る。タグは、その吸収スペクトルにより励起され、その発光スペクトルにより蛍光信号を返す。光学検出システム２６は、このような信号を取り込み、信号発信部位の解析を可能にする分解能でピクセル化画像データを処理し、且つ得られた画像データ（又はそこから導出されたデータ）を記憶するよう構成される。
【００３４】
シーケンシング作業において、循環的作業又はプロセスが自動的又は半自動的に実施され、単一ヌクレオチド又はオリゴヌクレオチド等で反応が促進された後に、後続のサイクルに備えてフラッシング、イメージング、及び脱保護（de-blocking）が行われる。シーケンシング用に調製されフローセルに固定された試料ライブラリが複数のこのようなサイクルを経た後に、有用な情報が全てライブラリから抽出され得る。光学検出システムは、電子検出回路（例えば、カメラ又はイメージング電子回路又はチップ）を用いたシーケンシング作業の各サイクル中のフローセル（及びその複数部位）の走査から画像データを生成することができる。得られた画像データを続いて解析して、画像データ中の個々の部位を特定し、且つ特定の場所における画像データのピクセルの群又はクラスタで示されるような、その場所で検出された光の特定の色又は波長（特定の蛍光タグに特有の発光スペクトル）を参照すること等により、その部位にある分子を解析及び特性決定することができる。例えば、ＤＮＡ又はＲＮＡシーケンシング用途では、４個の共通ヌクレオチドが、区別可能な蛍光発光スペクトル（光の波長又は波長域）により表され得る。各発光スペクトルには、続いてそのヌクレオチドに対応する値が割り当てられ得る。この解析と、各部位で求められた循環値の追跡とに基づき、個々のヌクレオチド及びそれらの順序を各部位について求めることができる。これらの配列を続いてさらに処理して、遺伝子、染色体等を含むより長いセグメントをアセンブルすることができる。
【００３５】
図示の実施形態では、試薬３０は、弁３２を通してフローセルに引き込まれる又は吸引される。弁は、試薬が格納されている容器又は槽からピペット又はシッパー（図１には不図示）等を通して試薬にアクセスし得る。弁３２は、実施された所定の作業順序に基づく試薬の選択を可能にし得る。弁はさらに、流路３４を通してフローセル２０に試薬を導くコマンドを受け取り得る。出口又は排出流路３６は、フローセルからの使用済み試薬を導く。図示の実施形態では、ポンプ３８が、システムを通して試薬を移動させる役割を果たす。ポンプは、システム内の試薬又は他の流体の測定、空気又は他の流体の吸引等、他の有用な機能も果たし得る。ポンプ３８の下流の付加的な弁４０が、使用済み試薬を廃棄槽又は容器４２へ適切に導くことを可能にする。
【００３６】
機器は、種々のシステムコンポーネントの動作の指令、センサからのフィードバックによるそれらの動作の監視、画像データの収集、及び画像データの少なくとも部分的な処理を助ける一連の回路をさらに含む。図１に示す実施形態では、制御／監視システム４４が、制御システム４６及びデータ取得・解析システム４８を含む。両方のシステムが、１つ又は複数のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、マルチコアプロセッサ、ＦＰＧＡ、又は任意の他の適当な処理回路等のデジタル処理回路）と、例えば特定の機能を提供するよう１つ又は複数のコンピュータ、プロセッサ、又は他の同様の論理デバイスを制御する機械実行可能命令を記憶し得る関連のメモリ回路５０（例えば、固体メモリデバイス、ダイナミックメモリデバイス、オン及び／又はオフボードメモリデバイス等）とを含む。特定用途向け又は汎用コンピュータが、制御システム及びデータ取得・解析システムを少なくとも部分的に構成し得る。制御システムは、例えば、フルイディクス、オプティクス、ステージ制御、及び機器の任意の他の有用な機能に関するコマンドを処理するよう構成された（例えば、プログラムされた）回路を含み得る。データ取得・解析システム４８は、光学検出システムと連係して光学検出システム若しくはステージ又は両方の移動、循環検出用の光放出、戻り信号の受信及び処理等を指令する。機器は、機器の制御及び監視、試料の転送、自動又は半自動シーケンシング作業の開始、報告の生成等を可能にするオペレータインタフェース等、参照符号５２で示すような種々のインタフェースも含み得る。最後に、図１の実施形態では、外部ネットワーク又はシステム５４が、機器に結合されて機器と協働し、例えば解析、制御、監視、整備、及び他の作業を行い得る。
【００３７】
図１には単一のフローセル及び流路及び単一の光学検出システムが示されているが、機器によっては２つ以上のフローセル及び流路が収容され得ることに留意されたい。例えば、現在考えられている実施形態では、２つのこのような装置を設けてシーケンシング及びスループットを改善する。実際には、任意の数のフローセル及び経路を設けることができる。これらは、同じ又は異なる試薬レセプタクル、廃棄レセプタクル、制御システム、画像解析システム等を利用し得る。設けられる場合、複数の流体システムは、個別制御又は協調制御され得る。「流体的に接続され」という語句は、本明細書において、「電気的に接続され」が２つ以上のコンポーネント間の電気接続を表すために用いられ得るのとほぼ同様に、２つ以上のコンポーネントを相互に流体連通させるそれらコンポーネント間の接続を表すために用いられ得ることを理解されたい。「間に流体的に挟まれ」という語句は、例えば、コンポーネントの特定の順序を表すために用いられ得る。例えば、コンポーネントＢがコンポーネントＡとＣとの間に流体的に挟まれている場合、コンポーネントＡからコンポーネントＣへ流れる流体は、コンポーネントＣに達する前にコンポーネントＢを流れることになる。
【００３８】
図２は、図１のシーケンシングシステムの例示的な流体システムを示す。図示の実施形態では、フローセル２０は、シーケンシング作業中に流体物質（例えば、試薬、緩衝液、反応媒体）を受け取るために２つ１組でまとめられ得る一連の通路又はレーン５６Ａ及び５６Ｂを含む。レーン５６Ａは共通ライン５８（第１共通ライン）に結合され、レーン５６Ｂは第２共通ライン６０に結合される。バイパスライン６２も、流体をフローセルに入れずにフローセルを迂回させるために設けられる。上記のように、一連の槽又は容器６４が、シーケンシング作業中に利用され得る試薬及び他の流体の格納を可能にする。試薬切換弁６６が、モータ又はアクチュエータ（不図示）に機械的に結合されて、フローセルに導入すべき試薬の１つ又は複数の選択を可能にする。選択された試薬は、続いて同様にモータ（不図示）を含む共通ライン切換弁６８へ進められる。共通ライン切換弁は、共通ライン５８及び６０の１つ又は複数、又は両方の共通ラインを選択して試薬６４をレーン５６Ａ及び／又は５６Ｂへ制御下で流す、又はバイパスライン６２を選択して試薬の１つ又は複数をバイパスラインに流すよう指令され得る。
【００３９】
使用済み試薬は、フローセルとポンプ３８との間に結合されたラインを通ってフローセルから出る。図示の実施形態では、ポンプは、一対のシリンジ７０を有するシリンジポンプを含み、一対のシリンジ７０は、アクチュエータ７２により制御され動かされて、試験、検証、及びシーケンシングサイクルの異なる作業中に試薬及び他の流体を吸引し且つ試薬及び流体を排出する。ポンプアセンブリは、弁、計装機器（instrumentation）、アクチュエータ等（不図示）を含むさまざまな他の部品及びコンポーネントを含み得る。図示の実施形態では、圧力センサ７４Ａ及び７４Ｂが、ポンプの入口ラインの圧力を感知する一方で、圧力センサ７４Ｃが、シリンジポンプにより出力された圧力を感知するために設けられる。
【００４０】
システムが使用した流体は、ポンプから使用済み試薬切換弁７６に入る。この弁は、使用済み試薬及び他の流体用の複数の流路のうち１つの選択を可能にする。図示の実施形態では、第１流路は、第１使用済み試薬レセプタクル７８につながり、第２流路は、流量計８０を通して第２使用済み試薬レセプタクル８２につながる。使用した試薬に応じて、試薬又は試薬の一部を廃棄用の別個の槽に回収することが有利であり得ると共に、使用済み試薬切換弁７６は、そのような制御を可能にする。
【００４１】
ポンプアセンブリ内の弁が、試薬、溶剤、洗浄剤、空気等を含む種々の流体をポンプにより吸引し且つ共通ライン、バイパスライン、及びフローセルの１つ又は複数を通して注入又は循環させることを可能にすることに留意されたい。さらに、上記のように、現在考えられている実施形態では、図２に示す流体システムの２つの並列実施形態が共通制御下で設けられる。流体システムのそれぞれが、単一のシーケンシング機器の一部であり得ると共に、異なるフローセル及び試料ライブラリでの並行したシーケンシング作業を含む機能を実行し得る。
【００４２】
流体システムは、試験、検証、シーケンシング等の所定のプロトコルを実施する制御システム４６のコマンドにより動作する。所定のプロトコルは、事前に設定され、試薬の吸引、空気の吸引、他の流体の吸引、このような試薬、空気、及び流体の排出等の活動のための一連のイベント又は演算を含む。プロトコルは、フローセルで生じる反応、フローセル及びその各部位のイメージング等、機器の他の動作とのこのような流体動作の協調を可能にする。図示の実施形態では、制御システム４６は、弁に関する指令信号を供給するよう構成された１つ又は複数の弁インタフェース８４と、ポンプアクチュエータの動作を指令するよう構成されたポンプインタフェース８６とを用いる。圧力センサ７４Ａ〜７４Ｃ及び流量計８０等からフィードバックを受け取ってそのフィードバックを処理するために、種々の入出力回路８８も設けられ得る。
【００４３】
図３は、制御／監視システム４４の特定の機能コンポーネントを示す。図示のように、メモリ回路５０は、試験、コミッショニング、トラブルシューティング、整備、及びシーケンシング作業中に実行される所定のルーチンを記憶する。多くのこのようなプロトコル及びルーチンは、メモリ回路において実施及び記憶することができ、随時更新又は変更することができる。図３に示すように、これらは、種々の弁、ポンプ、及び任意の他の流体アクチュエータを制御すると共に弁等のフルイディクスセンサ並びに流量センサ及び圧力センサからのフィードバックを受け取り処理するための、フルイディクス制御プロトコル９０を含み得る。ステージ制御プロトコル９２が、イメージング中等の所望に応じたフローセルの移動を可能にする。オプティクス制御プロトコル９４が、フローセルの一部を照明し且つ戻り信号を受け取り処理するようイメージングコンポーネントにコマンドを発行することを可能にする。画像取得・処理プロトコル９６が、イメージデータを少なくとも部分的に処理してシーケンシングに有用なデータを抽出させることを可能にする。参照符号９８で示すように、他のプロトコル及びルーチンが同じ又は異なるメモリ回路に設けられ得る。実際には、メモリ回路は、揮発性及び不揮発性メモリの両方等、１つ又は複数のメモリデバイスとして設けることができる。このメモリは、機器内部にあってもよく、オフボードのものもあり得る。
【００４４】
１つ又は複数のプロセッサ１００が、機器において記憶されたプロトコルにアクセスしてそれらを実行する。上記のように、処理回路は、特定用途向け位コンピュータ、汎用コンピュータ、又は任意の適当なハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアプラットフォームの一部であり得る。プロセッサ及び機器の動作は、オペレータインタフェース１０１を介して人間オペレータにより指令され得る。オペレータインタフェースは、試験、コミッショニング、トラブルシューティング、及び整備、並びに機器で起こり得る問題の報告を可能にし得る。オペレータインタフェースは、シーケンシング作業の開始及び監視も可能にし得る。
【００４５】
図４は、液体をフローセルに供給する流体システムの例示的な実施形態を示す。フローセルは、任意の所望のタイプとすることができ、上述のような生体試料のイメージングを含む任意の有用な用途に用いることができる。しかしながら、より一般的には、流体システムは、試料がフローセル内で支持されて試薬等の液体がフローセルへ（例えば、吸引により）圧送され、フローセル内の試料の検出又は解析作業（例えば、イメージング）が行われるような、他の用途又は環境で用いることができる。
【００４６】
図４において、フローセル２０は、フローライン５８及び６０により共通ライン切換弁６８の下流に結合されるように示されている。共通ライン切換弁は、バイパスライン６２にも結合される。フローセルの下流で、ライン３６がフローセルを上述したようなポンプ３８に結合する。共通ライン切換弁は、試薬及び他の流体を試薬切換弁６６から受け取る。上記のように、試薬切換弁は、参照符号６４及び図４で示すような試薬容器と流体連通する。図４に示す実施形態では、試薬切換弁６６は、試薬切換弁６６が選択しアクセスできる試薬又は他の液体の容器に含まれる容器１０６及び１０８にも結合される（試薬切換弁６６により選択された試薬又は液体容器を、例えば選択された液体容器と称する場合がある）。上述したように、ポンプ３８は、試薬切換弁６６を通してシステムが利用可能な液体のうちいずれか１つを吸引し得る。さらに、液体が共通ライン切換弁６８の適切な位置決めによりフローセルに流され得るか、又は液体がバイパスライン６２を通って流れ得ることに留意されたい。さらに、種々の容器からポンプにより吸引された液体は、試薬又は液体の１つ又は複数の再使用等のために所望であれば容器に押し戻すこともできる。
【００４７】
図４の実施形態では、試薬切換弁６６は、真空脱ガス装置１０４を通して液体を容器１０６及び１０８から吸引させることができる。液体ライン１１０及び１１２が、脱ガス装置を介して容器１０６及び１０８に結合される。図示の実施形態では、脱ガス装置は、真空チャンバ１１６に結合された真空ポンプ１１４を備える。半透性の、例えば、クロスメンブレン（cross-membrane）空気流量が７５ｍｍＨｇで約０．７４ｃｃ／分である管１１８及び１２０が、真空チャンバ内に配置される。チャンバが真空引きされると、管の壁を通して同伴又は溶解ガスを抜き取ることによりこれらの管のいずれかの液体が脱ガスされる。所望される場合、２つ以上のこのような真空チャンバを設け、且つ各管又は流路を各真空チャンバに設けることができる。同様に、真空ポンプが２つ以上のチャンバに十分な真空を与えることが可能である場合、このようなチャンバを直列に結合してもよく、又は別個の真空ポンプをそれぞれに用いてもよい。以下でより詳細に記載するように、このようにして脱ガスされた液体の１つ又は複数が、試薬切換弁と容器１０６との間に両矢印で示すようにその容器に戻されることが少なくともあり得る。容器１０８から吸引された液体の場合のように、他の液体はこのようにして戻されない場合がある。
【００４８】
実際には、シーケンシングに備えて又はシーケンシング中に利用される試薬又は他の液体の１つ又は複数が、フローセルの上流で脱ガスされ得る。しかしながら、これらの技法がシーケンシング以外の用途又は生体分子検出にさえも用いることができることに留意されたい。より一般的には、分析物のイメージング又は検出にフローセルを利用するいかなるシステム又はアプリケーションも、記載した脱ガス技法を利用し得る。さらに、２つ以上の液体が脱ガスされる場合、これらは図示のように単一の真空チャンバ１１６にまとめられ得るか、又は２つ以上の真空チャンバ又は真空システムが用いられ得る。現在考えられている実施形態では、上記のように、図示の流体システムは、２辺が平行でそれぞれがフローセルに対応し且つポンプ、弁、流路等を備えている。このような実施形態では、２つの（to）別個の脱ガス装置を用いることができる。
【００４９】
１つ又は複数の液体を脱ガスして、システムの性能を向上させることができる。図示の実施形態では、２つの液体が脱ガスされ、一方は使用中にフローセルへの入口に対して２方向に導かれ、他方は他の使用期間中にフローセルを１方向に通過させられる（入口に入り別個の出口から出る）。フローセルに吸引されてその容器１０６に戻されるこの実施形態の液体は、分析物のイメージング中にフローセルに残留してから再使用のためにその容器に戻される試薬混合物を含み得る。随時、再使用された試薬を廃棄のためにフローセル内から完全に抜き取り、新たな試薬で置き換えることができる。脱ガスされ且つフローセルを１方向に流れる液体は、この実施形態では、１つ又は複数のイメージング又は解析段階中にフローセルのフラッシングのために吸引される洗浄液であり得る。
【００５０】
図５及び図６は、この２方向及び１方向流の効果を示す。図５に示すように、容器１０６からの試薬は、矢印１２２及び１２４で示すようにフローセルに流入又はフローセルから流出する場合、ポンプが液体を吸引してフローセルを完全に満たすと矢印１２６及び１２８で示すようにフローセルから部分的に出ることができる。矢印１３０は、フローセルの内部通路での２方向流を示す。フローセル内の任意の点で、又はフローラインの複数の点で、特にフローセルの入口端及び出口端１３２及び１３４で、参照符号１３６及び１３８で示すように気泡が核生成するか又は溜まり得る。気泡は、イメージング、画像処理、又は他の動作に悪影響を及ぼし得る。フローセルの端及びシステムの他の場所等における気泡の数及び発生頻度が、脱ガス装置１０４を介した脱ガスにより低減することが分かった。
【００５１】
核生成した気泡は、場合によってはフローセル内又はその付近に残り得るが、図６に示すように、フローセルを通して１方向に液体を流す技法が、気泡を押し退けて除去しポンプへ送り、最終的に廃棄するのを助けることができる。図６に、フローセルへの１方向流を矢印１４０及び１４４で示し、液体の流出を矢印１４６及び１４８で示す。フローセル通路を通る１方向流を矢印１５０で示す。容器１０８からの液体は、フローセルを１方向に通過するので、入口端にある気泡１３６は、フローセルから押し退けられて流し出される傾向がある。フローセルの出口端にある他の気泡１３８は、同様に押し退けられて下流に動かされる。脱ガスされた液体を用いたフローセルのフラッシングは、同じく効果的にこのような気泡を押し流し、洗浄液からのさらなる気泡の発生を低減することができる。
【００５２】
図７は、図４の容器１０６及び１０８に収容された液体の吸引及び移動に関する例示的な圧力の図１５２を示す。図８は、このプロセスの例示的な論理を示すフローチャートである。図７のグラフにおいて、フローセル内の圧力を縦軸１５４で示し、時間を横軸１５６に沿って示す。この図では、軸１５４の中心線より下に示す圧力事象は、負圧による吸引を示し、この線より上の圧力事象は、試薬のその容器への排出又はこの場合は帰還を示す。図７に示す第１事象１５８は、容器１０８から抜き取られてフローセルに１方向に通される洗浄液の取込み又は吸引を示す。この液体は、この実施形態では、フローセルをフラッシングする。この事象に続いて、負圧事象１６０は、容器１０６からのイメージング試薬混合物の吸引を示す。フローセルへのこの試薬混合物の吸引の後に、上述のようにイメージング又は検出が行われ得る。試薬混合物は、続いて正圧事象１６２により容器１０６に戻される。これに続いて、負圧事象１６４で示すように洗浄液が再度吸引され得る。
【００５３】
図示の種々の負圧事象及び正圧事象は例示にすぎず、多くのこのような事象が解析、処理、イメージング、及びフローセルでの他の作業中に行われ得ることを理解されたい。さらに、これらの事象には、上述の制御回路の制御下で容器から吸引するか又は容器に戻す液体を選択する切換弁の適切なシフトが伴う。さらに、他の試薬、洗浄液、及び種々の目的の液体及びガスを、流体システムにより処理することができ、所望であればその一部は脱ガスされ得る。最後に、現在考えられている実施形態では、処理及び解析が自動的又は半自動的に行われる場合、上述の脱ガス装置を作動させて、脱ガスの選択がされた液体からガスを連続的に抜き取ることができる。代替的に、脱ガス装置は、選択された液体からガスを除去又は低減するようにプロセス中のさまざまな時点でサイクル化することができる。
【００５４】
このプロセスを、図８のフローチャートにさらに示す。論理１６６は、１６８において吸引する試薬又は液体を選択することにより開始する。この場合も、この選択は、制御回路のコマンド下でメモリに記憶された制御コードに基づき試薬切換弁を適切にシフトすることにより行われる。一旦選択されると、１７０において試薬液が吸引される。吸引により、試薬液は真空チャンバを通過し、ブロック１７２で示すようにそこで脱ガスされる。図示の実施形態では、この試薬液は、イメージング中にフローセル内に存在する液体を含む。したがって、図８の１７４において、上述の光学系及び関連コンポーネント（又は任意の他の所望の検出装置）によりイメージング又は検出が行われ得る。続いて、１７６において、試薬液は、切換弁及びポンプへの適切なコマンドにより正圧事象でその容器に戻され得る。
【００５５】
ブロック１７８で示すように、続いて試薬切換弁が洗浄液を選択するようシフトされ得る。ブロック１８０で示すように、続いて液体がフローセルを通して吸引され得るが、それと共に１８２で示すように脱ガス装置が作動されてこの試薬を脱ガスすることにより、フローセルをフラッシングして核生成した可能性のある気泡を除去する。１８４で示すように、続いて洗浄流体が上述のように適当な容器に廃棄され得る。
【００５６】
上述のような選択的脱ガスから複数の利点が生じ得ると考えられる。例えば、イメージング、検出、又は画像処理に悪影響を及ぼし得る気泡が除去、フラッシング、又は防止される。さらに、脱ガスされた試薬又は液体を再使用することができるか、又は同伴又は溶解ガスが低レベルであることにより試薬又は液体の廃棄が延期され得るので再使用を増加させることができる。さらに、選択的脱ガスは、試薬又は液体の全部を脱ガスする必要なくこのような利益を所望の程度に得ることができる。例えば、場合によっては、使用した液体又は試薬の全部を脱ガスするには法外な費用がかかり得るが、特定の液体／試薬は脱ガスの価値があり得る。例えば、洗浄緩衝液（洗浄作業で使用した液体）及びイメージング緩衝液（イメージング作業中にフローセルに流した液体）には、脱ガスが有益であり得る。最後に、言及したように、フローセルを２方向に通過する少なくとも１つの液体及びフローセルを１方向に通過する少なくとも１つの液体の選択的脱ガスは、ライン及びフローセルからの気泡及び同伴ガスの再使用及びフラッシングの両方を助ける。
【００５７】
本開示及び特許請求の範囲における順序表記（ordinal indicators）、例えば、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）等が使用される場合、これは、そのように明示される場合を除きいかなる特定の順序又はシーケンスを伝えるものでもないと理解されたい。例えば、（ｉ）、（ｉｉｉ）、及び（ｉｉｉ）という表記の３つのステップがある場合、これらのステップは、別段の指示のない限り任意の順序で（又は特に禁忌でない限り同時にさえ）行うことができる。例えば、ステップ（ｉｉ）がステップ（ｉ）で作られる要素の取り扱いを含む場合、ステップ（ｉｉ）はステップ（ｉ）の後のある時点で起こるとみなされ得る。同様に、ステップ（ｉ）がステップ（ｉｉ）で作られる要素の取り扱いを含む場合、逆であると理解される。
【００５８】
「〜する（ｔｏ）」、例えば「２つの流路間を切り換える弁」の使用は、「するよう構成された（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ  ｔｏ）」等の文言、例えば「２つの流路間を切り換えるよう構成された弁」等と交換可能であり得ることも理解されたい。
【００５９】
「約」、「概ね」、「実質的に」、「公称」等の用語は、量又は同様の定量化可能な特性に関して用いられる場合、別段の指示のない限り指定の値の±１０％以内の値を含むと理解されたい。
【００６０】
本開示に列挙した実施形態に加えて、以下の追加の実施形態が本開示の範囲内にあると理解されたい。
【００６１】
実施形態１：関心分析物を支持するフローセルと、フローセル及び各液体を収容する複数の液体容器に結合され、選択された容器からの複数の液体のうちフローセルに導入する液体を選択する切換弁と、フローセルに結合されて選択された液体を選択された容器からフローセルに吸引するポンプと、フローセルへの導入前に選択された液体を脱ガスする脱ガスシステムとを含むシステム。
【００６２】
実施形態２：実施形態１のシステムにおいて、選択された流体は、フローセル内の分析物のイメージング作業中にフローセルに残されるシステム。
【００６３】
実施形態３：実施形態１のシステムにおいて、フローセルへの導入後に、選択された液体は、選択された容器に戻されるシステム。
【００６４】
実施形態４：実施形態１のシステムにおいて、脱ガスシステムは、フローセルに導入するよう切換弁により選択された第２液体を脱ガスするシステム。
【００６５】
実施形態５：実施形態４のシステムにおいて、フローセルへの第２液体の導入後に、第２液体は、廃棄容器へ導かれるシステム。
【００６６】
実施形態６：実施形態５のシステムにおいて、第２液体は、フローセルを洗浄する洗浄液を含むシステム。
【００６７】
実施形態７：実施形態１のシステムにおいて、脱ガスシステムは、選択された容器と切換弁との間に配置されるシステム。
【００６８】
実施形態８：関心分析物を支持するフローセルと、
フローセル内に支持された分析物をイメージングするイメージングシステムと、
フローセル及び各液体を収容する複数の液体容器に結合され、各容器からの複数の液体のうちフローセルに導入する第１及び第２液体を選択する切換弁と、
フローセルに結合され、選択された第１及び第２液体を各容器からフローセルに引き込むポンプと、
フローセルへの導入前に選択された第１及び第２液体を脱ガスする脱ガスシステムと
を含むシステム。
【００６９】
実施形態９：実施形態８のシステムにおいて、選択された第１液体は、フローセル内の分析物のイメージング作業中にフローセル内に残されるシステム。
【００７０】
実施形態１０：実施形態８のシステムにおいて、フローセルへの導入後に、選択された第１液体は、各容器に戻されるシステム。
【００７１】
実施形態１１：実施形態８のシステムにおいて、フローセルへの選択された第２液体の導入後に、選択された第２液体は、廃棄容器へ導かれるシステム。
【００７２】
実施形態１２：実施形態１１のシステムにおいて、選択された第２液体は、フローセルを洗浄する洗浄液を含むシステム。
【００７３】
実施形態１３：実施形態１のシステムにおいて、脱ガスシステムは、各容器と切換弁との間に配置されるシステム。
【００７４】
実施形態１４：関心分析物を収容するフローセルに導入する液体容器からの液体を選択するステップと、
選択された液体を液体容器からフローセルに吸引するステップと、
選択された液体が液体容器から吸引される際に、フローセルへの導入前に脱ガスするステップと
を含む方法。
【００７５】
実施形態１５：実施形態１４の方法において、分析物のイメージング作業中に、選択された液体をフローセル内に残すステップを含む方法。
【００７６】
実施形態１６：実施形態１４の方法において、フローセルへの導入後に、選択された液体を液体容器に戻すステップを含む方法。
【００７７】
実施形態１７：実施形態１４の方法において、フローセルに導入する第２液体を選択するステップと、選択された第２液体を第２液体容器からフローセルに吸引するステップと、選択された第２液体が第２液体容器から吸引される際に、フローセルへの導入前に脱ガスするステップとを含む方法。
【００７８】
実施形態１８：実施形態１７の方法において、選択された第１液体をフローセルに２方向に流すステップと、選択された第２液体をフローセルに１方向に流すステップとを含む方法。
【００７９】
実施形態１９：実施形態１８の方法において、フローセルへの導入後に第２液体を廃棄するステップを含む方法。
【００８０】
実施形態２０：実施形態１４の方法において、選択された液体を、切換弁を介して複数の液体から選択し、選択された液体を、液体容器と切換弁との間で脱ガスする方法。
【００８１】
当然ながら、上記概念の全ての組み合わせ（これらの概念が相互に一致しない場合）が、本明細書に開示される発明の主題の一部と考えられる。特に、本開示に添付する特許請求の範囲に記載の主題の全ての組み合わせが、本明細書に開示する発明の主題の一部であると考えられる。同じく当然ながら、参照により援用される開示にも記載されている場合がある本明細書で明示的に用いた用語は、本明細書に開示される特定の概念と最も一致する意味が与えられるものとする。
【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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【国際調査報告】
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