СЕЛЕКТОРНЫЙ КЛАПАН ОБЩЕЙ ЛИНИИ ДЛЯ СИСТЕМЫ
COMMON LINE SELECTOR VALVE FOR SYSTEM

Перекрестная ссылка на родственные заявки
По настоящей заявке испрашивается приоритет согласно патентной заявке США №15/841,095, поданной 13 декабря 2017 г., по которой приоритет испрашивался согласно патентной заявке США №. 62/442,677, поданной 05 января 2017 г., а также согласно патентной заявке Великобритании №1704761.4, поданной 24 марта 2017 г., по которой испрашивался приоритет согласно патентной заявке США №62/442,677; все эти предшествующие заявки поэтому полностью включены в настоящую заявку посредством ссылки.
Уровень техники
Разработаны и продолжают совершенствоваться приборы для секвенирования исследуемых молекул, в частности, ДНК, РНК и других биологических образцов. Перед операциями секвенирования готовят образцы исследуемых молекул, чтобы сформировать библиотеку, которую затем смешивают с реагентами и в итоге вводят в проточную ячейку, где индивидуальные молекулы будут прикрепляться к сайтам и где их амплифицируют с целью улучшения возможностей их обнаружения. Затем операция секвенирования содержит повторение цикла шагов для связывания молекул на сайтах, маркирования связанных компонентов, получения изображения компонентов в сайтах и обработку полученных в результате данных изображения.
В таких секвенирующих системах перемещение веществ (например, реагентов) обеспечивается системами (или подсистемами) для текучей среды, работающими под управлением управляющей системы, например, запрограммированного компьютера и соответствующих интерфейсов.
Раскрытие изобретения
Подробности одной или более реализаций объекта изобретения, раскрытого в данном документе, показаны на сопровождающих чертежах и в нижеследующем описании. Другие особенности, аспекты и преимущества должны стать очевидными из описания, чертежей и формулы изобретения.
В некоторых реализациях может быть предложена система, содержащая: множество протоков для соединения по текучей среде с проточной ячейкой для исследуемых аналитов, когда проточная ячейка установлена в указанной системе; селекторный клапан протока, соединенный с указанными протоками, для выбора между протоками; насос для соединения по текучей среде с проточной ячейкой, когда проточная ячейка установлена в указанной системе, и для перемещения текучих сред в ходе операции анализа через один из протоков, выбранный посредством селекторного клапана протока; и схему управления, функционально соединенную с селекторным клапаном протока, содержащую один или более процессоров и память, хранящую или предназначенную для хранения исполнимых компьютером инструкций, при исполнении которых одним или более процессорами предусмотрена возможность управления одним или более процессорами таким образом, чтобы подавать команду селекторному клапану протока для выбора выбранного протока.
В некоторых реализациях системы множество протоков может содержать первый проток для обеспечения протекания текучей среды через первый канал проточной ячейки и отличный от первого протока второй проток для обеспечения протекания текучей среды через второй канал проточной ячейки.
В некоторых реализациях системы множество протоков может содержать третий проток, содержащий и первый, и второй протоки.
В некоторых реализациях системы селекторный клапан протока выполнен с возможностью дополнительного соединения по текучей среде с обходной линией, обходящей проточную ячейку, когда проточная ячейка установлена в системе, и селекторный клапан протока также выполнен с возможностью управления для выбора обходной линии вместо протоков.
В некоторых реализациях системы схема управления может в ходе операции анализа автоматически подавать команду селекторному клапану протока для выбора выбранного протока на основании протокола анализа.
В некоторых реализациях системы система может дополнительно содержать селекторный клапан реагента, размещенный выше по потоку от селекторного клапана протока, выполненный с возможностью выбора реагента из множества реагентов и направления выбранного реагента на впуск селекторного клапана протока.
В некоторых реализациях системы система может содержать один или более коллекторов для соединения по текучей среде проточной ячейки с селекторным клапаном протока, когда проточная ячейка установлена в указанной системе, причем один или более коллекторов могут быть расположены по текучей среде между селекторным клапаном протока и проточной ячейкой, когда проточная ячейка установлена в указанной системе.
В некоторых реализациях системы насос может содержать шприцевой насос, расположенный ниже по потоку от проточной ячейки.
В некоторых реализациях может быть предложена система, содержащая: селекторный клапан реагента для выбора реагента из множества реагентов в соответствии с протоколом анализа; проточную ячейку для исследуемых аналитов; селекторный клапан протока, расположенный по текучей среде между селекторным клапаном реагента и проточной ячейкой, для выбора протока через проточную ячейку из множества протоков через проточную ячейку и для направления выбранного реагента через выбранный проток в соответствии с протоколом анализа; насос, соединенный по текучей среде с проточной ячейкой, для перемещения выбранного реагента через выбранный проток в соответствии с протоколом анализа; и схему управления, функционально соединенную с селекторным клапаном протока, содержащую один или более процессоров и память, хранящую или выполненную с возможностью хранения исполнимых компьютером инструкций, при исполнении которых одним или более процессорами предусмотрена возможность управления одним или более процессорами таким образом, чтобы селекторный клапан протока осуществлял выбор выбранного протока.
В некоторых реализациях системы множество протоков может содержать первый проток через один канал проточной ячейки и отличный от первого протока второй проток через второй канал проточной ячейки.
В некоторых реализациях системы множество протоков может содержать третий проток, содержащий и первый, и второй протоки.
В некоторых реализациях системы селекторный клапан протока может быть дополнительно соединен по текучей среде с обходной линией, обходящей проточную ячейку, и дополнительно может быть выполнен с возможностью управления для выбора обходной линии вместо протока через проточную ячейку.
В некоторых реализациях система может содержать один или более коллекторов, присоединенных по текучей среде между селекторным клапаном и проточной ячейкой, для соединения проточной ячейки с селекторным клапаном, когда проточная ячейка установлена в секвенирующей системе.
В некоторых реализациях может быть предложен способ, включающий: управление селекторным клапаном протока, расположенным выше по потоку от проточной ячейки, для выбора протока через проточную ячейку из множества протоков через проточную ячейку и перемещения реагента через выбранный проток в соответствии с протоколом анализа, при этом множество протоков содержит первый проток через один канал проточной ячейки, отличный от первого протока второй проток через второй канал проточной ячейки и третий проток, содержащий и первый, и второй протоки.
В некоторых реализациях способ может дополнительно включать управление селекторным клапаном реагента, соединенным по текучей среде с селекторным клапаном протока, для выбора различных реагентов из множества реагентов с целью их перемещения через селекторный клапан протока и проточную ячейку в соответствии с протоколом анализа, причем селекторный клапан протока может быть расположен по текучей среде между селекторным клапаном реагента и проточной ячейкой.
В некоторых реализациях способ может дополнительно включать подачу команды для изменения положений селекторного клапана протока и/или селекторного клапана реагента в ходе выполнения последовательных циклов протокола анализа.
В некоторых реализациях способ может дополнительно включать подачу команды селекторному клапану протока для выбора обходной линии, обходящей проточную ячейку, вместо протока через проточную ячейку.
В некоторых реализациях способ может дополнительно включать установку проточной ячейки в секвенирующую систему для соединения по текучей среде проточной ячейки с множеством коллекторов, расположенных по текучей среде между селекторным клапаном протока и проточной ячейкой, для соединения по текучей среде проточной ячейки с селекторным клапаном протока, причем установку проточной ячейки выполняют до перемещения реагента.
В некоторых реализациях способа реагент могут перемещать через выбранный проток посредством насоса, размещенного ниже по потоку от проточной ячейки.
В некоторых таких реализациях способа насос может содержать шприцевой насос или быть таким насосом.
Подробности одной или более реализаций объекта изобретения, описанного в данном документе, раскрываются на сопровождающих чертежах и в нижеследующем раскрытии. Из раскрытия, чертежей и формулы изобретения должны стать очевидными и другие отличительные признаки, аспекты и преимущества. Следует учесть, что относительные размеры на чертежах могут быть представлены без соблюдения масштаба.
Краткое описание чертежей
Эти и другие отличительные признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения можно лучше понять при прочтении нижеследующего подробного раскрытия с обращением к сопровождающим чертежам, на которых подобными символами обозначены подобные части, и при этом:
фиг. 1 представляет обобщенную схему иллюстративной секвенирующей системы, в которой могут использоваться раскрываемые способы;
фиг. 2 представляет обобщенную схему одной реализации системы для текучей среды иллюстративной секвенирующей системы согласно фиг. 1;
фиг. 3 представляет обобщенную схему иллюстративной обрабатывающей и управляющей системы для иллюстративной секвенирующей системы согласно фиг. 1;
фиг. 4 представляет обобщенную схему еще одной реализации части системы для текучей среды для иллюстративной секвенирующей системы согласно фиг. 1;
фиг. 5 представляет схему с пространственным разделением деталей реализации селекторного клапана общей линии, используемого в секвенирующей системе согласно фиг. 1;
фиг. 6 схематично представляет иллюстративные комбинации портов, реализуемые селекторным клапаном общей линии секвенирующей системы согласно фиг. 1;
фиг. 7А и 7В представляют виды сверху в разрезе для разных конфигураций реализации селекторного клапана общей линии секвенирующей системы согласно фиг. 1 и примеры способа, в соответствии с которым текучие среды могут течь через указанный клапан;
фиг. 8А-8F представляют виды в плане с разрезом для разных конфигураций реализации селекторного клапана общей линии секвенирующей системы согласно фиг. 1, демонстрирующих разные комбинации портов клапана;
фиг. 9А-9D схематично представляют разнообразные протоки через проточную ячейку секвенирующей системы согласно фиг. 1, выбираемые селекторным клапаном общей линии;
фиг. 10 представляет иллюстративный способ заполнения системы для текучей среды без всасывания текучей среды в проточную ячейку секвенирующей системы согласно фиг. 1;
фиг. 11 представляет аксонометрический вид реализации коллекторного узла, содержащего селекторный клапан реагента, селекторный клапан общей линии, наконечники и различные каналы для текучей среды для сопряжения с секвенирующей системой согласно фиг. 1;
фиг. 12 представляет блок-схему реализации способа функционирования секвенирующей системы согласно фиг. 1; и
фиг. 13 схематично представляет еще одну реализацию системы для текучей среды для секвенирующей системы согласно фиг. 1 с дополнительным селекторным клапаном общей линии, выполненным с возможностью выбора и комбинирования различных реагентов.
Осуществление изобретения
Фиг. 1 иллюстрирует реализацию секвенирующей системы 10 для обработки молекулярных образцов, пригодных для секвенирования, с целью определения их компонентов, порядка компонентов и в целом структуры образца. Система содержит прибор 12, выполненный с возможностью приема и обработки биологического образца. Источник 14 образца предоставляет образец 16, который во многих случаях содержит образец биологической ткани. Источником образца может быть, например, индивидуальный организм или объект, к примеру, человек, животное, микроорганизм, растение или иной донор (в том числе природные образцы), или любой другой объект, содержащий исследуемые органические молекулы, последовательность которых необходимо определить. Система может использоваться не только с образцами, взятыми от организмов, но и с искусственно синтезированными молекулами. Во многих случаях изучаемыми молекулами являются ДНК, РНК и иные молекулы, содержащие пары оснований, последовательность которых может определять гены и варианты, обладающие определенными функциями, представляющими основной интерес.
Образец 16 помещают в систему 18 подготовки образца/библиотеки. Эта система выполнена с возможностью выделения, разложения и иных операций подготовки образца к анализу. Полученная в результате библиотека содержит исследуемые молекулы с надлежащими для операции секвенирования длинами. Эту библиотеку затем переносят в прибор 12, где проводится операция секвенирования. На практике эту библиотеку, которую иногда называют темплейтом, перед секвенированием в автоматическом или полуавтоматическом процессе комбинируют с реагентами, а затем вводят в проточную ячейку.
В реализации, представленной на фиг. 1, прибор содержит проточную ячейку или массив 20, принимающий библиотеку образцов. Проточная ячейка содержит один или более каналов для текучей среды, в которых могут происходить химические реакции секвенирования, в том числе прикрепление молекул библиотеки и амплификация в местоположениях или сайтах, которая может обнаруживаться в ходе операции секвенирования. Например, проточная ячейка/массив 20 может содержать темплейты для секвенирования, зафиксированные на одной или более поверхностях в местоположениях или сайтах. Термин «проточная ячейка» может охватывать структурированный массив, например, микромассив, наномассив и т.д. На практике местоположения или сайты могут размещать в регулярной повторяющейся структуре, в сложной неповторяющейся структуре или в случайном порядке на одной или более поверхностях носителя. Чтобы сделать возможными химические реакции секвенирования, проточную ячейку также выполняют с возможностью ввода в нее веществ, например, различных реагентов, буферов и других реакционных сред, используемых для реакций, промывки и т.д. Эти вещества протекают через проточную ячейку и могут вступать в контакт с исследуемыми молекулами в индивидуальных сайтах.
В приборе проточную ячейку 20 устанавливают на подвижный столик 22, который в данной реализации выполнен с возможностью перемещения в одном или более направлениях, как показано обозначением 24. Проточная ячейка 20 может, например, быть выполнена в форме съемного и заменяемого картриджа, сопрягающегося с портами на подвижном столике 22 или других компонентах системы для обеспечения перемещения реагентов и других текучих сред в проточную ячейку 20 или из нее. Столик связан с оптической обнаруживающей системой 26, выполненной с возможностью направления излучения или света 28 на проточную ячейку в ходе секвенирования. Оптическая обнаруживающая система может использовать различные способы обнаружения аналитов, находящихся в сайтах проточной ячейки, например, способы флуоресцентной микроскопии. В качестве неограничивающего примера, оптическая обнаруживающая система 26 может использовать конфокальное линейное сканирование для формирования последовательных пикселизированных данных изображения, которые могут анализировать для нахождения индивидуальных сайтов в проточной ячейке и определения типа нуклеотида, который самым последним закрепился или связался с каждым из сайтов. Также надлежащим образом могут быть использованы и другие способы получения изображений, например, способы в котором образец сканируют одним или более пятном излучения, или способы, в которых используют подходы с пошаговой съемкой изображений. Оптическая обнаруживающая система 26 и столик 22 могут взаимодействовать для удержания проточной ячейки и обнаруживающей системы в статической взаимосвязи при получении изображения площади, или, как отмечалось, проточную ячейку могут сканировать в любом подходящем режиме (например, точечного сканирования, линейного сканирования, сканирования с пошаговой съемкой).
Для получения изображений, или, шире, для обнаружения молекул в сайтах возможно использование множества разных технологий, но в реализациях, представимых в настоящее время, могут использовать конфокальные оптические способы получения изображений на длинах волн, вызывающих возбуждение флуоресцентных меток. Эти метки при их возбуждении в присущем им спектре поглощения излучают флуоресцентные сигналы в присущем им спектре излучения. Оптическая обнаруживающая система 26 выполнена с возможностью регистрации таких сигналов, обработки пикселизированных данных изображения с разрешением, дающим возможность анализа сайтов, излучающих сигнал, и обработки и сохранения полученных в результате данных изображения (или данных, полученных обработкой этих данных изображения).
В операции секвенирования в автоматическом или полуавтоматическом режиме выполняются циклические операции или процессы, в которых стимулируются реакции, например, с отдельными нуклеотидами или с олигонуклеотидами, с последующей промывкой, получением изображений и высвобождением в подготовке к следующему циклу. Пока из библиотеки образцов, подготовленной для секвенирования и зафиксированной в проточной ячейке, будет извлечена вся полезная информация, эта библиотека может подвергнуться большому количеству таких циклов. Оптическая обнаруживающая система может формировать данные изображения из сканов проточной ячейки (и ее сайтов) в ходе каждого цикла операции секвенирования посредством электронных обнаруживающих устройств (например, камер, электронных схем или чипов для получения изображений). Полученные в результате данные изображения затем могут анализировать для нахождения индивидуальных сайтов в данных изображения и для определения свойств молекул, находящихся в этих сайтах, например, путем соотнесения с определенным цветом или длиной волны света (характерным спектром излучения конкретной флуоресцентной метки), обнаруженной в конкретном местоположении, что указывается группой или кластером пикселов в данных изображения в этом местоположении. Например, в случае секвенирования ДНК или РНК четыре стандартных нуклеотида могут быть представлены заметно различающимися спектрами флуоресцентного излучения (длинами волн или диапазонами длин волн света). Каждому спектру излучения может быть сопоставлено значение, соответствующее нуклеотиду. На основании такого анализа и отслеживания циклических значений, определенных для каждого сайта, можно для каждого сайта определять индивидуальные нуклеотиды и порядки их следования. Затем эти последовательности могут обрабатывать для сборки из них более длинных сегментов, в том числе генов, хромосом и т.д. В настоящем раскрытии термины «автоматически» и «полуавтоматически» означают, что операции после их запуска или процессы, содержащие эти операции, после запуска этих процессов выполняются запрограммированной или настроенной системой при небольшом взаимодействии с человеком или совсем без такого взаимодействия.
В показанной реализации реагенты 30 втягиваются или всасываются в проточную ячейку через систему 32 клапанов. Доступ системы клапанов к реагентам в накопителях или сосудах, в которых эти реагенты хранятся, может обеспечиваться, например, через пипетки или всасывающие трубки (не показаны на фиг.1). Система 32 клапанов может быть выполнена с возможностью выбора реагентов на основании заданной последовательность выполняемых операций. Эта система клапанов затем может принимать команды для направления реагентов через протоки 34 в проточную ячейку 20. Выпускные или сливные протоки 36 направляют использованные реагенты из проточной ячейки. В показанной реализации для перемещения реагентов через систему используется насос 38. Этот насос может использоваться и в других операциях, например, в измерении реагентов или других текучих сред в системе, всасывании воздуха или других текучих сред и т.д. Дополнительная система 40 клапанов ниже по потоку от насоса 38 дает возможность надлежащим образом направлять использованный реагент в сливные сосуды или накопители 42.
Прибор дополнительно содержит набор схем, участвующих в управлении различными компонентами системы, в контроле их функционирования посредством сигналов обратной связи от датчиков, в сборе данных изображения и в по меньшей мере частичной обработке данных изображения. В реализации, представленной на фиг. 1, управляющая/контролирующая система 44 содержит управляющую систему 46 и систему 48 сбора и анализа данных. Обе системы содержат один или более процессоров (например, цифровых процессорных схем, к примеру, микропроцессоров, многоядерных процессоров, программируемых логических схем или любых других подходящих схем обработки) и связанную с ним схему 50 памяти (например, полупроводниковые запоминающие устройства, динамические запоминающие устройства, внутренние и/или внешние запоминающие устройства и т.д.), выполненный с возможностью хранения машинных инструкций для управления, например, одним или более компьютерами, процессорами или другими аналогичными логическими устройствами для реализации заданной функциональности. Управляющая система и система сбора и анализа данных могут быть, по меньшей мере частично, образованы специализированными компьютерами или компьютерами общего назначения. Управляющая система может содержать, например, схему, настроенную (например, запрограммированную) на обработку команд для управления системой для текучей среды, оптикой, столиком и другими функциями прибора. Система 48 сбора и анализа данных взаимодействует с оптической обнаруживающей системой для управления движением оптической обнаруживающей системы и/или столика, излучением света для циклического обнаружения, приемом и обработкой ответных сигналов и т.д. Прибор также может содержать различные интерфейсы 52, например, операторский интерфейс, выполненный с возможностью управления прибором, контроля прибора, переноса образцов, запуска автоматических или полуавтоматических операций секвенирования, формирования отчетов и т.д. Наконец, в реализации согласно фиг. 1 с прибором могут быть связаны и могут взаимодействовать внешние сети или системы 54, например, для анализа, управления, контроля, обслуживания и других операций.
Хотя на фиг. 1 показана одна проточная ячейка, один проток для текучей среды и одна оптическая обнаруживающая система, в некоторых приборах может быть более одной проточной ячейки и более одного протока для текучей среды. Например, в реализации, которую можно представить в настоящее время, для улучшения качества секвенирования и повышения пропускной способности может быть две таких конструкции. На практике может быть предусмотрено произвольное количество проточных ячеек и протоков. Они могут использовать те же или разные приемные резервуары реагентов, приемные резервуары отходов, системы управления, системы анализа изображений и т.д. При наличии нескольких систем для текучей среды управление ими может быть индивидуальным или скоординированным.
Фиг. 2 представляет иллюстративную систему для текучей среды для секвенирующей системы на фиг. 1. В представленной реализации проточная ячейка 20 содержит серию протоков или дорожек 56А и 56В, которые могут быть сгруппированы попарно, для приема веществ (например, реагентов, буферов, реакционных сред) в форме текучей среды в ходе операций анализа (например, секвенирования). Дорожки 56А соединены с общей линией 58 (первой общей линией), а дорожки 56В соединены со второй общей линией 60. Для создания текучей среде возможности обхода проточной ячейки без захода в нее предусмотрена обходная линия 62. Как отмечалось выше, для хранения реагентов и других текучих сред, которые могут использоваться в ходе операции анализа, предусмотрены сосуды или накопители 64. Селекторный клапан 66 реагента (СКР) для выбора одного или более реагентов, подлежащих подаче в проточную ячейку, соединен с мотором или приводным устройством (не показаны). Выбранные реагенты затем подаются в селекторный клапан 68 общей линии (СКОЛ), также содержащий мотор (не показан). Селекторному клапану общей линии отправлять команду для выбора одной или обеих из общих линий 58 и 60, в результате которого один или более реагентов 64 получают возможность управляемого течения в дорожки 56А и/или 56В или в обходную линию 62.
Использованные реагенты покидают проточную ячейку через линии, соединяющие эту проточную ячейку с насосом 38. В показанной реализации указанный насос содержит шприцевой насос, содержащий пару шприцев 70, управляемых и приводимых в движение приводным устройством 72 с целью всасывания реагентов и других текучих сред и выпуска реагентов и текучих сред в ходе различных операций тестирования, верификации и циклов анализа (например, секвенирования). Этот насосный узел может содержать и другие части и компоненты, в том числе систему клапанов, контрольно-измерительные устройства, приводные устройства и т.д. (не показаны). В показанной реализации датчики 74А и 74В давления воспринимают давление на впускных линиях насоса, а для восприятия давления, создаваемого шприцевым насосом, предусмотрен датчик 74С давления.
Из насоса текучие среды, использованные системой, поступают в селекторный клапан 76 использованного реагента. Этот клапан дает возможность выбора одного из множества протоков для использованных реагентов и других текучих сред. В показанной реализации первый проток ведет в первый приемный резервуар 78 использованного реагента, а второй проток через расходомер 80 ведет во второй приемный резервуар 82 использованного реагента. В зависимости от используемых реагентов, для утилизации может иметь смысл сбор реагентов или некоторых из них в разные сосуды, и селекторный клапан 76 использованного реагента предоставляет возможности для такого управления.
Система клапанов в насосном узле дает возможность насосу всасывать, выпускать и обеспечивать циркуляцию различных текучих сред, например, реагентов, растворителей, очистителей, воздуха и т.д., через одну или более общих линий, обходную линию и проточную ячейку. Кроме того, как отмечено выше, в реализации, которую можно представить в настоящее время, предусмотрены две параллельных реализации системы для текучей среды, показанной на фиг. 2, с общим управлением. Каждая из этих систем для текучей среды может быть частью одного аналитического прибора и может выполнять функции, в том числе операции секвенирования, параллельно на разных проточных ячейках и библиотеках образцов.
Система для текучей среды работает под управлением управляющей системы 46, реализующей заданные протоколы тестирования, верификации, анализа (например, содержащего секвенирование) и т.д. Эти протоколы задают заранее, они содержат последовательности событий или операций для различных функций, например, для всасывания реагентов, всасывания воздуха, всасывания других текучих сред, выпуска реагентов, воздуха и текучих сред и т.д. Указанные протоколы дают возможность координации таких операций с текучей средой с другими операциями прибора, например, с реакциями, протекающими в проточной ячейке, получением изображений проточной ячейки и сайтов в ней и т.д. В показанной реализации управляющая система 46 использует один или более клапанных интерфейсов 84, выполненных с возможностью передачи командных сигналов для клапанов, а также насосный интерфейс 86, выполненный с возможностью управления функционированием приводного устройства насоса. Также могут быть предусмотрены различные схемы 88 ввода/вывода для приема и обработки сигналов обратной связи, например, из датчиков давления 74А-С и расходомера 80.
Фиг. 3 иллюстрирует некоторые функциональные компоненты управляющей/контролирующей системы 44. Как показано, в схеме 50 памяти сохранены заранее заданные программы, исполняемые в ходе операций тестирования, отладки, поиска неисправностей, обслуживания и анализа. В схеме памяти может быть сохранено множество таких протоколов и программ, и их могут иногда обновлять или изменять. Как показано на фиг. 3, в число таких протоколов и программ может входить протокол 90 управления текучей средой для управления различными клапанами для текучей среды, насосами и иными приводными устройствами, а также для приема и обработки сигналов обратной связи из датчиков для текучей среды, например, клапанов, датчиков расхода и давления. Протокол 92 управления столиком обеспечивает необходимое перемещение проточной ячейки, например, в ходе получения изображений. Протокол 94 управления оптикой обеспечивает передачу в компоненты, служащие для получения изображений, команд на засветку части проточной ячейки и прием ответных сигналов для обработки. Протокол 96 получения и обработки изображения обеспечивает по меньшей мере частичную обработку данных изображения с целью извлечения полезных данных для анализа. В этом же или другой схеме памяти могут быть предусмотрены другие протоколы и программы 98. На практике схема памяти может быть реализована в виде одного или более запоминающих устройств, например, кратковременной и долговременной памяти. Память может находиться внутри прибора, некоторая ее часть может находиться вне прибора.
Один или более процессоров 100 обращаются к сохраненным протоколам и реализуют их в приборе. Как указано выше, схема обработки может быть частью специализированных компьютеров, компьютеров общего назначения или иных пригодных аппаратных, микропрограммных и программных платформ. Процессорами и функционированием прибора может управлять оператор через операторский интерфейс 101. Операторский интерфейс служит для тестирования, отладки, поиска неисправностей и обслуживания, а также для сообщения о каких-либо проблемах, которые могут возникнуть в приборе. Операторский интерфейс также может использоваться для запуска и контроля операций анализа.
На фиг. 4, где показана часть системы 120 для текучей среды для реализации прибора 12, стрелки указывают возможные потоки веществ (например, реагентов, буферов, аналитов) через различные показанные протоки в ходе анализа образца. В реализации, показанной на фиг. 4, проточная ячейка 20 содержит две группы дорожек, обозначенных как группа А дорожек и группа В дорожек. В других реализациях проточной ячейки 20 может быть иное количество групп дорожек, например, более двух групп дорожек. В других реализациях проточная ячейка 20 может содержать только одну группу дорожек. Проточная ячейка 20 может быть съемным и/или заменяемым элементом аналитической системы.
Каждая из двух показанных групп А и В дорожек содержит два соответствующих канал для текучей среды или дорожки, обозначенные на фиг. 4 как дорожки L1, L2, L3 и L4. Соответственно, группы А и В дорожек могут называться парами дорожек, поскольку каждая из них содержит две соответствующие дорожки. В представленной реализации конфигурация проточной ячейки 20 такова, что вещества (например, текучие среды) в ходе выполнения протокола анализа могут перемещать через группы А и В дорожек в направлении, показанном стрелками. При выполнении других протоколов (для тестирования и т.д.) определенные вещества могут перемещать в других направлениях.
Дополнительно, насос 38 системы для текучей среды, показанной на фиг.4, содержит множество шприцевых насосов 124 (например, шприцевые насосы 124А и 124В). Как показано, каждый шприцевой насос 124 содержит один или более соответствующих шприцев 126 (например, шприц 126А, соответствующий группе А дорожек, и шприц 126В, соответствующий группе В дорожек), соответственно приводимых в действие приводными устройствами 128 (например, приводными устройствами 128А и 128В). Показанные шприцевые насосы 124 также содержат систему 130 клапанов (например, системы 130А и 130В клапанов), обеспечивающую для шприцевых насосов возможность выпуска или всасывания текучих сред через разные отверстия или порты насоса 124.
Перемещение текучих сред через проточную ячейку 20 координируется, полностью или частично, посредством управления шприцевыми насосами 124, клапанами СКР 66 и СКОЛ 68. Как указано выше в отношении фиг. 2, СКР 66 соединен по текучей среде с источниками различных реагентов и дает возможность избирательного соединения по текучей среде этих источников реагентов с СКОЛ 68. Например, общая линия 140 от СКР на СКОЛ может по текучей среде соединять выпускной порт реагента СКР 66 со впускным портом общей линии СКОЛ 68, а по общей линии 140 от СКР на СКОЛ между СКР 66 и СКОЛ 68 могут протекать различные текучие среды (например, реагенты).
Как подробнее рассматривается далее, СКОЛ 68 дает возможность избирательного соединения по текучей среде между реагентом, выбранным посредством клапана СКР 66 (например, через выбранный порт реагента), и разнообразными протоками в проточной ячейке 20. Таким образом, СКОЛ 68 соединен с проточной ячейкой 20 для выбора протока для текучих сред через проточную ячейку 20 из множества протоков, при этом указанное множество протоков содержит первый проток через один канал проточной ячейки и второй проток через второй канал проточной ячейки, отличный от первого протока. В некоторых реализациях указанное множество протоков содержит третий проток, содержащий и первый, и второй протоки. В представленной реализации это означает, что СКОЛ 68, помимо прочего, выполнен с возможностью реализации выбранного соединения по текучей среде СКР 66 с какой-либо одной группой дорожек из группы А дорожек и группы В дорожек (первой группы дорожек и второй группы дорожек, соответственно) или с обеими указанными группами дорожек, а в некоторых реализациях и с другими протоками для текучей среды. Таким образом, СКОЛ 68 дает возможность индивидуального соединения с каждой группой дорожек, или парой дорожек, проточной ячейки 20. СКОЛ 68 также делает возможным избирательное соединение по текучей среде между СКР 66 и обходной линией 142, что может быть полезно для использования реагента без всасывания текучей среды через проточную ячейку 20, для определенных протоколов тестирования и других протоколов. В настоящем документе выражение «соединение по текучей среде» обозначает соединение протоков, при котором между этими протоками возможно протекание текучей среды. Соответственно, выбираемое или избирательное соединение по текучей среде обозначает возможность соединения протоков по выбору для предоставления текучей среде возможности течь между этими протоками, а в ином случае (при отсутствии соединения по текучей среде) протоки изолированы по текучей среде один от другого (текучие среды не могут течь между этими протоками). В ходе операций анализа схема управления автоматически, на основании протокола анализа, подает команду клапану СКОЛ 68 для выбора выбранного протока (например, посредством мотора). Например, проточная ячейка может быть установлена в секвенирующую систему, и при надлежащей установке проточной ячейки 20 один или более коллекторов (например, множество коллекторов) может соединять проточную ячейку 20 с СКОЛ 68. Схема управления может выполнять определенные диагностические операции для проверки должного установления необходимых соединений по текучей среде, может выполнять определенные предварительные операции анализа (например, предварительные операции секвенирования), в том числе заполнение системы 120 для текучей среды реагентом, и затем может начинать выполнение различных протоколов анализа (например, включающих секвенирование).
Вышеописанное избирательное соединение по текучей среде с использованием СКОЛ 68 может осуществляться с использованием определенных физических особенностей клапана 68, реализация которого схематично показана на фиг. 5. Как показано, СКОЛ 68 содержит стационарную часть 150 и подвижную часть 152, показанные разделенными между собой. В сборе стационарная часть 150 и подвижная часть 152 располагаются одна против другой непосредственно, вплотную, таким образом, что протекание текучей среды между их соответствующими компонентами для текучей среды (например, портами для текучей среды, каналами для текучей среды) невозможно. Подвижная часть 152 выполнена с возможностью показанного стрелкой 154 перемещения (например, сдвига, поворота) относительно стационарной части 150 для формирования различных соединений по текучей среде между соответствующими компонентами для текучей среды. Используется ли для подвижной части 152 сдвиг, поворот или оба этих движения, зависит от конкретной геометрической конфигурации клапана СКОЛ 68 (например, удлиненной, кольцеобразной, многоугольной), а также от характера различных механических соединений 156 и соединений 158 по текучей среде клапана 68. В число механических соединений 156 клапана СКОЛ 68 могут входить соединения, выполненные крепежными элементами между клапаном 68 и другими компонентами секвенирующей системы 10, например, корпусом коллекторного узла, содержащего клапаны 66, 68 и различные протоки для текучей среды, как описано в настоящем документе. В число механических соединений 156 также могут входить соединения между подвижной частью 152 и приводным устройством, например, мотором, и между подвижной частью 152 и стационарной частью 150.
Соединения 158 по текучей среде могут быть динамическими в том смысле, что эти соединения могут быть выполнены с возможностью регулировки, закрывания, открывания, формирования, блокировки и т.д. В число соединений 158 по текучей среде могут входить соединения с различными линиями (например, с протоками 34 на фиг.2), такими, как общие линии 58 и 60 и общая линия 140 от СКР на СКОЛ на фиг.4. В некоторых реализациях в число соединений по текучей среде может входить один или более коллекторов, используемых для соединения по текучей среде СКОЛ 68 с проточной ячейкой 20, например, когда проточная ячейка 20 установлена в секвенирующую систему.
В соответствии с представленными реализациями, перемещение 154 подвижной части 152 относительно стационарной части 150 изменяет перекрывание индивидуальных каналов 160 и индивидуальных портов 162, что дает возможность реализации разнообразных комбинаций соединений по текучей среде портов. Эти разнообразные комбинации соединений по текучей среде портов используются для выбора протока для текучих сред через проточную ячейку 20.
В показанной реализации индивидуальные каналы 160 представляют собой элементы подвижной части 152 (например, сформированные в подвижной части 152), а индивидуальные порты 162 представляют собой элементы стационарной части 150 (например, сформированные в стационарной части 150). Однако в других реализациях клапана СКОЛ 68 некоторые или все индивидуальные порты 162 могут быть в подвижной части 152, а некоторые или все индивидуальные каналы 160 могут быть в стационарной части 150. Индивидуальные каналы 160 и индивидуальные порты 162 в соответствующих частях могут формировать, например, субтрактивной обработкой (например, травлением, резанием и литографией) или аддитивной обработкой. Материал или материалы клапана СКОЛ 68 могут выбирать или создавать такими, чтобы они выдерживали присутствие текучих сред, обычно используемых при выполнении протоколов анализа и тестирования системы 10 (фиг. 1), например, такими, чтобы этот материал или материалы не вызывали загрязнения реагентов и не были подвержены образованию микротрещин или иных разрушений, вызванных химически индуцированной деградацией. Кроме того, материал или материалы клапана СКОЛ 68 могут выбирать так, чтобы они обладали определенным коэффициентом трения между подвижной частью 152 и стационарной частью 150, обеспечивающим достаточное сопротивление случайному перемещению подвижной части 152 и в то же время дающим подвижной части 152 возможность свободного перемещения под воздействием силы определенной величины, прилагаемой приводным устройством или пользователем.
Как показано, подвижная часть 152 и стационарная часть 150 содержат кольцеобразные элементы, перекрывающиеся в осевом направлении 164. В показанной реализации перекрывание таково, что центральная точка 166 подвижной части 152 и центральная точка 168 стационарной части 150, по существу, выровнены в осевом направлении 164. В других реализациях клапана 68 центральные точки 166, 168 могут быть смещены, например, из-за пространственных ограничений в картридже, содержащем клапан 68, особенностей конструкции и т.д. Действительно, подвижная часть 152 и стационарная часть 150 могут быть разного размера (например, могут иметь одинаковый периметр, длину или глубину и разную геометрию (разные формы)). Например, хотя на схеме на фиг. 5 подвижная часть 152 показана находящейся в отношении наложения относительно стационарной части 150, в некоторых реализациях клапана СКОЛ 68 подвижная часть 152 может быть вложена в стационарную часть 150 (но также в отношении наложения).
Для создания соединения по текучей среде с использованием СКОЛ 68 определенные индивидуальные порты 162, проходящие через толщину 170 стационарной части 150 (например, между параллельными плоскими поверхностями 172, 174), совмещают в осевом направлении 166 с определенными внутренними каналами 160. Индивидуальные порты 162 проходят через стационарную часть 150 от поверхности 172, представляющей собой первую сторону стационарной части 150, обращенную в сторону от подвижной части 152, к поверхности 174, представляющей собой вторую сторону стационарной части 150, обращенную к подвижной части 152 и непосредственно стыкующейся с подвижной частью 152. Индивидуальные порты 162 в стационарной части 150 отделены один от другого и могут использоваться для подачи или приема текучих сред в зависимости от расположения соединений 158 по текучей среде.
В соответствии с представленными реализациями, индивидуальные каналы 160 имеют геометрию, дающую возможность соединения индивидуальных портов 162 между собой в разных комбинациях. Это схематично показано на фиг. 6 разными иллюстративными комбинациями портов клапана СКОЛ 68. Показанная реализация клапана СКОЛ 68 содержит пять разных портов, хотя в других реализации могут быть другие количества портов.
На иллюстративной конфигурации 68А клапана первый канал 160А для текучей среды клапана 68 соединяет по текучей среде порты 1, 2, и 3. Например, порт 2 может быть впуском, а порты 1 и 3 могут быть выпусками на группы дорожек (ведущими к группам дорожек). Такая конфигурация может называться конфигурацией с высокой пропускной способностью, поскольку в ней операции (например, операции секвенирования) выполняются параллельно, например, в параллельных группах А и В дорожек. В некоторых протоколах тестирования, например, в протоколах тестирования на давление, определенные текучие среды могут подавать с разными направлениями течения, т.е., из групп А и В дорожек и обратно через клапан 68 и общую линию 140.
В иллюстративной конфигурации 68В клапана второй канал 160В для текучей среды клапана 68 соединяет по текучей среде только порты 2 и 3. Соответственно, в реализации, где 2 - это впуск текучей среды, а 3 - выпуск текучей среды, СКОЛ 68 задает протекание текучей среды через одну группу дорожек проточной ячейки 20. В конфигурации 68С клапана третий канал 160С для текучей среды соединяет по текучей среде порт 2 и порт 5. В такой конфигурации СКОЛ 68 допускает протекание текучей среды только между этими портами, и в случае соединения по текучей среде порта 5 с линией, отличной от группы дорожек (например, обходной линией), запрещает протекание текучей среды в группы дорожек проточной ячейки 20, вместо этого создавая обход этой ячейки. Соединение по текучей среде различных портов СКОЛ 68 может давать комбинации, отличные от показанных на фиг. 6, и на практике с использованием реализации клапана СКОЛ 68 может быть выбран любой один порт или комбинация портов.
Еще раз, разные комбинации соединений по текучей среде портов могут быть получены путем перемещения подвижной части 152 клапана СКОЛ 68 относительно стационарной части 150 таким образом, чтобы разные индивидуальные каналы 160 подвижной части 152 пришли в совмещение с различными комбинациями индивидуальных портов 162 стационарной части 150. Способ, в котором каналы 160 могут использоваться для соединения по текучей среде портов 162, может быть лучше понят с использованием фиг.7А и 7В, которые представляют собой виды реализации СКОЛ 68 сверху в поперечном сечении. В реализации, представленной на фиг.7А и 7В, для ясности чертежа не показаны некоторые из портов 162 (например, порт обходной линии и воздушный впускной порт). Однако следует понимать, что такие порты могут присутствовать в других зонах клапана 68.
На фиг.7А и 7В подвижная часть 152 вставлена внутрь приемной области 180 стационарной части 150 и выполнена с возможностью поворота относительно стационарной части 150. В показанной реализации первый канал 160А осесимметрично перекрывается с первым портом (портом 162А группы А дорожек), вторым портом (портом 162В группы В дорожек) и третьим портом (портом 162С СКР) для соединения по текучей среде указанных портов между собой. В соответствии с представленными реализациями и как показано, каналы 160 только частично проходят через толщину 182 подвижной части 152 (что определяется расстоянием между параллельными поверхностями 184, 186, при этом поверхность 184 стыкуется с поверхностью 174 стационарной части 150, а поверхность 186 обращена от стационарной части 150).
Поскольку подвижная часть 152 плотно вставлена в стационарную часть 150, текучая среда проходит только между портами 162А, 162В и 162С. Когда вещества подаются в проточную ячейку 20 (фиг. 4), например, при выполнении частей протоколов секвенирования, текучая среда может течь только так, как показано стрелками, из порта 162С в порты 162А и 162В, что определяется формой первого канала 160А. Далее, на фиг.7В показана ориентация клапана СКОЛ 68, получаемая поворотом подвижной части 152 относительно положения на фиг. 7А, при этом подвижная часть 152 (ее тело) плотно перекрывает порт 162А группы А дорожек, в результате чего текучая среда не выходит из порта 162А. Вместо показанного на фиг. 7А совмещения с портами первого канала 160А, на фиг. 7В с портами 162В и 162С совмещен второй канал 160В, который соединяет по текучей среде два указанных порта и дает текучей среде возможность течь через каждый порт и вытекать из СКОЛ 68. При подаче текучей среды в проточную ячейку 20, например, при выполнении протокола секвенирования, текучая среда может течь, как показано стрелками, из СКР 66 через порт 162С СКР, второй канал 160В, из порта 162В группы В дорожек в группу В дорожек (например, через линию 60 на фиг. 2 и 4).
Несколько других комбинаций соединений по текучей среде и направлений течения может быть реализовано путем изменения положения подвижной части 152 относительно стационарной части 150 и надлежащего всасывания с использованием насоса 38. В реализации с кольцеобразными подвижной частью 152 и стационарной частью 150 поворот подвижной части 152 дает возможность совмещения одного конкретного канала из числа дугообразных каналов 160 с одним или более портов 162, которые размещены в разных положениях по окружности стационарной части 150. Каналам 160 придают разную геометрию, что, как правило, означает разную форму, но общность некоторых параметров (например, глубины канала, определяемой размером каналов 160 в толщинном направлении 182 подвижной части 152, ширины канала, определяемой размером каналов 160 в радиальном направлении подвижной части). Разная геометрия дает возможность создавать различные соединения по текучей среде.
Одна реализация клапана СКОЛ 68, содержащая порты для СКР 66, для групп А и В дорожек, для обходной линии 142 и для воздуха, показана на фиг. 8А-8F, где представлены схематичные виды в плане клапана СКОЛ 68 в разных положениях или ориентациях. Для придания отличий портам 162 клапана СКОЛ 68 используется разная тушевка или штриховка. Следует понимать, что клапан СКОЛ 68 может принимать серию положений, показанную на фиг. 8A-8F, в соответствии с командами схемы управления секвенирующей системы, например, в соответствии с определенными операциями тестирования, подготовки к секвенированию или секвенирования.
Показанный на фиг. 8A-8F СКОЛ 68 содержит подвижную часть 152, выполненную с возможностью поворота относительно осевого направления 164 и содержащую различные внутренние каналы 160. Как уже указывалось, подвижная часть 152 плотно перекрывает порты 162, и текучая среда не выходит из порта 162 до тех пор, пока канал 160 не займет положение, при котором возможно течение в другой порт 162. Например, в показанной на фиг. 8А ориентации клапана СКОЛ 68, далее называемой положением «СКР на группы А и В дорожек», порт 162С СКР соединен по текучей среде с портом 162А группы А дорожек и портом 162В группы В дорожек с использованием реализации первого канала 160А, геометрия которого обеспечивает возможность осесимметричного совмещения с портами 162А, 162В и 162С с целью соединения по текучей среде указанных портов. При этом остальные каналы 160 клапана СКОЛ 68 в положении, показанном на фиг. 8А, вследствие своего положения и геометрии не соединяют другие порты 162 клапана СКОЛ 68.
Поворот подвижной части 152 по часовой стрелке относительно стационарной части 150 вокруг осевого направления 164 переводит СКОЛ 68 в показанное на фиг. 8В положение «СКР на группу А дорожек», в котором порт 162А группы А дорожек соединен по текучей среде с портом 162С СКР с использованием реализации второго канала 160В, геометрия которого обеспечивает возможность осесимметричного совмещения с портами 162А и 162С с целью соединения по текучей среде указанных портов. Как показано, остальные каналы 160 клапана СКОЛ 68 в положении, показанном на фиг. 8В, вследствие своего положения и геометрии не соединяют другие порты 162 клапана СКОЛ 68. Соответственно, хотя первый канал 160А соединен по текучей среде с портом 162В группы В дорожек, порт 162В группы В дорожек остается изолированным по текучей среде от других портов, поскольку каналы 160 изолированы по текучей среде один от другого.
Если продолжить поворот по часовой стрелке, то СКОЛ 68 перейдет в показанную на фиг. 8С конфигурацию, далее называемую положением «СКР на группу В дорожек», в которой порт 162С СКР с использованием второго канала 160В соединен по текучей среде с портом 162В группы В дорожек. Поскольку второму каналу 160В приданы надлежащие размеры, обеспечивающие соединение только двух соседних портов 162, этот канал может использоваться в нескольких разных положениях для соединения соседних портов 162. Таким образом, в соответствии с представленными реализациями один из каналов 160 может использоваться для создания более, чем одной комбинации соединений по текучей среде между портами 162. При этом остальные порты 162 тоже изолированы от других портов 162 вследствие положения и геометрии каналов 160 и их сочетания с соответствующими положениями портов 162.
Ориентации, показанные на фиг. 8А-8С, делают возможной использование реализации системы 120 для текучей среды, показанной на фиг. 4, как описано выше, для направления текучих сред, принятых из СКР 66, через одну группу дорожек (например, группу А или В дорожек) или через обе группы А и В дорожек одновременно. Кроме того, несмотря на описание СКОЛ 68 в контексте поворота по часовой стрелке, дополнительно или как вариант, в зависимости от текущего положения каналов 160 и требуемой комбинации портов, возможен поворот СКОЛ 68 против часовой стрелки. Например, начиная с ориентации, показанной на фиг. 8А, подвижную часть 152 могут поворачивать против часовой стрелки для создания ориентации, показанной на фиг. 8D.
Ориентация, показанная на фиг. 8D, делает возможной реализацию системы 120 для текучей среды с возможностью протекания текучих сред между СКР 66 и обходной линией 142 и далее называется положением «СКР на обход». В этом положении реализация третьего канала 160С соединяет по текучей среде порт 162С СКР с обходным портом 162D. В показанном положении геометрия и положение третьего канала 160С создают соединение по текучей среде только между портом 162С СКР и обходным портом 162D, а остальные порты 162 остаются изолированными по текучей среде.
Как указано выше, СКОЛ 68 также содержит воздушный впускной порт 162Е, дающий возможность всасывания воздуха во систему 120 для текучей среды, что может быть полезно для диагностики или других целей. Ориентация, показанная на фиг. 8Е (например, полученная поворотом подвижной части 152 по часовой стрелке из положения на фиг. 8D), которая может называться, например, положением «воздух на группы А и В дорожек», с использованием четвертого канала 160D соединяет по текучей среде воздушный впускной порт 162Е с портом 162А группы А дорожек и портом 162В группы В дорожек. Эта ориентация может быть полезна для просушки группы А и В дорожек перед испытанием давлением или для выполнения других протоколов.
Дальнейшим поворотом подвижной части 152 может быть получена ориентация, показанная на фиг. 8F, далее называемая положением «воздух на обход». В этой конфигурации первый канал 160А соединяет по текучей среде воздушный впускной порт 162Е с обходным портом 162D, что может быть полезно для впуска воздуха во систему 120 для текучей среды в ходе некоторых испытаний давлением. Следует отметить, что второй канал 160В тоже может создавать это соединение по текучей среде.
Ориентации СКОЛ 68, показанные на фиг. 8A-8F, а также другие возможные положения, также могут быть полезны для диагностических целей, для предоставления процессору 100 возможности изолировать, подготавливать и испытывать разные протоки системы для текучей среды. Примеры протоков текучей среды через систему 120 для текучей среды, реализующихся в некоторых вышеописанных положениях СКОЛ 68 (конкретнее, протоков, в которых участвует СКР 66), показаны на фиг. 9A-9D.
В реализации, показанной на фиг. 9А, СКОЛ 68 находится положении «СКР на группы А и В дорожек», описанном согласно фиг. 8А. Соответственно, в ходе операции СКР 66 выбирает реагент 64, далее перемещаемый в СКОЛ 68 через общую линию 140 от СКР на СКОЛ. Поскольку порт 162С СКР соединен по текучей среде через СКОЛ 68 с портами 162А и 162В групп А и В дорожек, реагент течет через СКОЛ 68 в группы А и В дорожек через соответствующие общие линии 58 и 60. В реализации согласно фиг. 9А это показано тушевкой обеих групп дорожек А и В и утолщенными стрелками, указывающими направление потока через проточную ячейку 20 и в шприцевые насосы 124. Данную конфигурацию можно считать обеспечивающей наивысший уровень пропускной способности секвенирования для проточной ячейки 20.
В реализации, показанной на фиг. 9В, СКОЛ 68 находится в положении «СКР на группу А дорожек», описанном согласно фиг. 8В. Соответственно, в ходе операции СКР 66 выбирает реагент 64, далее перемещаемый в СКОЛ 68 через общую линию 140. Поскольку порт 162С СКР соединен по текучей среде только с портом 162А группы А дорожек через СКОЛ 68, реагент течет через СКОЛ 68 и в группу А дорожек (дорожки 1 и 2, L1 и L2) через общую линию 58. В реализации согласно фиг. 9В это показано тушевкой только группы А дорожек, а утолщенные стрелки на линии 58 указывают направление потока через проточную ячейку 20 и в соответствующий шприцевой насос 124А. Это дает возможность проводить операции секвенирования в группе А дорожек отдельно и с отличиями от операций секвенирования, проводимых в группе В дорожек, и возможность управлять параметрами операции секвенирования в группах А и В дорожек независимо.
В реализации, показанной на фиг. 9С, СКОЛ 68 находится в положении «СКР на группу В дорожек», описанном согласно фиг. 8С.Соответственно, в ходе операции по команде от схемы управления СКР 66 выбирает реагент 64, далее перемещаемый в СКОЛ 68 через общую линию 140. Поскольку порт 162С СКР соединен по текучей среде только с портом 162В группы В дорожек через СКОЛ 68, реагент течет через СКОЛ 68 и в группу В дорожек (дорожки 3 и 4, L3 и L4) через общую линию 58. В реализации согласно фиг.9В это показано тушевкой только группы В дорожек, а утолщенные стрелки на линии 58 указывают направление потока через проточную ячейку 20 и в соответствующий шприцевой насос 124В.
Как указано выше, в некоторых реализациях может требоваться изоляция групп дорожек от выхода СКОЛ 68 с сохранением возможности протекания некоторых реагентов через СКОЛ 68, например, для заполнения системы 120 для текучей среды с целью ввода новых реагентов в ходе выполнения последовательности операций. Например, в ходе выполнения некоторых протоколов может требоваться заполнение реагентом, подлежащим использованию, части системы для текучей среды от СКР 66 через СКОЛ 68. В таких реализациях СКОЛ 68 могут устанавливать в положение «СКР на обход», описанное согласно фиг. 8D. В показанной реализации СКОЛ 68 установлен в такое положение, что порт 162С СКР соединен по текучей среде только с обходным портом 162D, что создает возможность протекания текучей среды между обходной линией 142 и СКОЛ 68, но не между СКОЛ 68 и группами А и/или В дорожек. Это показано утолщенными стрелками, идущими от СКОЛ 68 через обходную линию 142 и в шприцевой насос 124А. Следует отметить, что в сочетании с обходной линией 142 может использоваться любой из шприцевых насосов 124А и 124В или оба этих насоса, но в одной конкретной реализации обходная линия 142 используется совместно лишь со шприцевым насосом 124А.
Пример последовательности операций с использованием обходного порта 162D, представляющий собой способ 200 заполнения некоторых частей системы 120 для текучей среды без всасывания текучей среды через проточную ячейку 20, показан на фиг. 10. Следует отметить, что такое заполнение часто имеет большое значение в операциях секвенирования, где используются объемы текучей среды порядка микролитров. Соответственно, любые материалы, оставшиеся внутри линий для текучей среды, могут привести к ошибкам в измерениях, непостоянству относительных количеств реагента и т.д.
Для начала последовательности заполнения, как показано в первой позиции 202, СКОЛ 68 устанавливают в первое положение, в данном случае в положение «высокой отдачи», названное выше положением «СКР на группы А и В дорожек». В этом положении система 120 для текучей среды может выполнять протокол подготовки проточной ячейки 20 к приему одного или более реагентов 64.
Для подготовки системы 120 для текучей среды к приему и использованию новых реагентов СКОЛ 68 могут перемещать (например, посредством мотора и связанного с ним контроллера) во второе положение, показанное в позиции 204 как «СКР на обход», рассмотренное согласно фиг. 9D. В этом положении обходной порт 162D и порт 162С СКР тоже соединены по текучей среде. Как показано в переходе от позиции 202 к позиции 204, СКОЛ 68 выполнен с возможностью перевода из первого положения во второе положение путем перемещения подвижной части 152 относительно стационарной части 150 против часовой стрелки. Это вызывает перемещение третьего канала 160С в положение, обеспечивающее соединение по текучей среде порта 162С СКР и обходного порта 162D.
СКР 66 также выполнен с возможностью управляемой установки (например, посредством мотора и связанного с ним контроллера) в положение выбора требуемого реагента, как показано в позиции 206. У СКР 66 может быть несколько разных положений, соответствующих разным имеющимся в наличии реагентам, и, когда выбор сделан, реагент затем может быть всосан через СКР 66 и в общую линию 140 в направлении к СКОЛ 68. Такое всасывание, как показано в позиции 208, может быть осуществлено с использованием одного или более шприцевых насосов 124. В показанной реализации шприцевой насос 124 соединен по текучей среде с обходной линией 142, которая, в свою очередь, соединена по текучей среде с обходным контуром 210, который может служить резервуаром для вещества, используемого для заполнения и/или промывки системы 120 для текучей среды. Диаметр или ширина обходного контура 210 могут быть больше диаметра или ширины общих линий 58, 60, например, чтобы сделать возможным накопление необходимого количества буфера, реагентов и т.д. В представленной реализации выбранный реагент 64 всасывается в обходной контур 210 без захода в обходную линию 142.
После надлежащего всасывания в обходной контур 210 реагент может быть направлен непосредственно во вспомогательный сливной порт СКР 66 или в слив шприцевого насоса. Например, как показано в позиции 212, это может осуществляться путем перевода СКР 66 на его сливной порт и использования шприцевого насоса 124 для создания давления в обходной линии 142 и в обходном контуре 210 с целью придания реагенту течения в обратном направлении по сравнению с всасыванием, выполненным в позиции 208. Как показано в позиции 214, вышеуказанные операции могут выполнять для каждого реагента, заполнение которым требуется, с последующим переводом СКОЛ 68 обратно в надлежащее положение секвенирования (например, в положение СКР на группы А и В дорожек).
Характер различных соединений, линий для текучей среды и т.д. из различных отличительных признаков, описанных в настоящем документе, может быть лучше понят из рассмотрения фиг. 11, где представлен аксонометрический вид коллекторного узла 220, содержащего СКР 66, СКОЛ 68, обходной контур 210 и различные соединения по текучей среде. В некоторых реализациях коллекторный узел 220 может быть коллекторным узлом со всасывающими трубками, выполненным с возможностью сопряжения с контейнерами различных реагентов для создания для СКР 66 возможности выбора таких реагентов из их источников с целью, в итоге, их подачи в проточную ячейку 20.
Коллекторный узел 220 содержит каналы, сформированные для создания протоков для реагентов и других текучих сред. Как можно видеть на фиг. 11, клапаны 66 и 68 приводятся в действие и управляются моторами 222 и 224. Подача питания и, при необходимости, передача сигналов на моторы и из них обеспечивается одним или более моторным интерфейсом или соединением 226. Как указано выше, этими моторами (и, соответственно, клапанами) в ходе тестирования, отладки и обслуживания, а также в ходе операции секвенирования управляет схема управления.
Протоки для реагентов и текучих сред в коллекторном узле 220 соединены с всасывающими трубками 228, которые в ходе работы втягивают реагенты и другие текучие среды из соответствующих накопителей (не показаны). Эти протоки для реагентов и текучих сред, в общем обозначенные на фиг. 11 ссылочным обозначением 230, могут быть сформированы в основании 232 (например, в монолитной конструкции) коллекторного узла 220 путем литья, травления или любого другого пригодного процесса, который может обеспечить возможность движения реагентов и текучих сред из всасывающих трубок в клапаны, когда рассмотренному выше насосу подается команда всасывать реагенты и текучие среды. По меньшей мере одна из всасывающих трубок сконфигурирована как всасывающий наконечник 234, способствующий смешиванию реагентов в ходе операции секвенирования (например, до реакций и получения изображений). Также на фиг. 11 показан обходной контур 210, в который могут втягивать реагенты и текучие среды и перемещать их для смешивания и надлежащего заполнения системы 120 для текучей среды (таким образом, например, этот обходной контур может служить смесительным объемом). В реализациях, где обходной контур или обходная линия служат смесительным объемом, этот смесительный объем может быть частью обходной линии 62 или обходного контура 210 либо может занимать обходную линию или обходной контур полностью. Например, реагенты могут всасываться в обходной контур или линию в желаемой последовательности, но так, чтобы эти реагенты не проходили через всю длину обходного контура или линии (что могло бы вызвать направление этих реагентов в слив). После заполнения обходной линии (или ее части, служащей смесительным объемом) реагентами в нужной последовательности, конец обходной линии, через который вводились реагенты, может быть с использованием клапана переключен так, чтобы обеспечить соединение по текучей среде с протоком, ведущим, например, в целевой накопитель, чтобы весь набор реагентов, загруженных в обходную линию, можно было вытеснить из обходной линии в этот целевой накопитель. Указанным целевым накопителем может быть, например, контейнер, туба или иной сосуд, предназначенный для размещения реагентов. Указанный целевой накопитель может, например, использоваться как временный рабочий объем, в который могут переносить реагенты и/или иные материалы для их подготовки к подаче в проточную ячейку, например, путем смешивания. Таким образом, реагенты и другие текучие среды после подготовки в целевом накопителе могут подавать из этого целевого накопителя в проточные ячейки.
Следует понимать, что выражение «соединенный по текучей среде» и т.п. может использоваться здесь для описания соединения между двумя или более компонентами, создающего между этими компонентами связь с возможностью протекания текучей среды от одного компонента к другому, что во многом сходно с использованием выражения «соединенный электрически» для описания электрической связи между двумя или более компонентами. Выражение «расположенный по текучей среде между» может использоваться, например, для описания определенного порядка следования компонентов. Например, если компонент В расположен по текучей среде между компонентами А и С, то текучая среда, текущая из компонента А в компонент С, перед тем, как попасть в компонент С, пройдет через компонент В.
Согласно реализациям, описанным в настоящем документе, могут выполняться различные способы функционирования секвенирующей системы. В качестве одного примера фиг. 12 представляет реализацию способа 240 функционирования секвенирующей системы, содержащей СКОЛ 68, например, для индивидуального соединения с группами дорожек проточной ячейки 20. Способ 240 полностью или его часть может выполняться на основании инструкций, выполняемых схемой управления, например, при выполнении протокола секвенирования, протокола тестирования и т.п. Следует отметить, что некоторые описанные здесь действия могут выполняться в порядке, отличном от представленного, или вообще могут быть опущены, а в способ 240 в соответствии с необходимостью могут быть включены другие операции.
Как указано выше, некоторые компоненты секвенирующей системы могут быть съемными, заменяемыми или одноразовыми. Например, в некоторых реализациях проточная ячейка 20 может быть частью одноразового картриджа или аналогичной конструкции с элементами, выполненными с возможностью сопряжения с различными соединителями секвенирующей системы. Соответственно, способ 240 содержит соединение по текучей среде (блок 242) проточной ячейки 20 с одним или более (например, множеством) коллекторов между СКОЛ 68 и проточной ячейкой 20, например, при установлении схемой управления факта установки проточной ячейки 20 в секвенирующую систему. Это соединение по текучей среде приводит к соединению проточной ячейки 20 с СКОЛ 68 до перемещения реагентов из СКР 66 и СКОЛ 68.
Способ 240 также содержит управление (блок 244) клапаном СКОЛ 68 (например, его положением) с целью выбора протока через проточную ячейку 20 из множества протоков через эту проточную ячейку. Например, выбор протока через проточную ячейку 20 может содержать выбор дорожек, через которые должен протекать текучая среда в проточной ячейке 20. Например, как показано на фиг. 9А-9С, схема управления может выбирать между первым протоком, идущим только через группу А дорожек (например, как показано на фиг. 9В), вторым протоком, идущим только через группу В дорожек (например, как показано на фиг. 9С) и третьим протоком, содержащим и первый, и второй протоки (например, как показано на фиг. 9А).
Выбор нужных протоков для реагента может быть согласован с выбором нужных реагентов для проточной ячейки 20. Соответственно, способ 240 может содержать управление (блок 246) клапаном СКР 66, расположенным выше по потоку от клапана СКОЛ 68, и выбор разных реагентов из множества реагентов для перемещения через СКОЛ 68 и проточную ячейку 20 в соответствии с протоколом секвенирования.
Затем способ 240 содержит перемещение (блок 248) реагента через выбранный проток в соответствии с протоколом секвенирования. Например, схема управления может побуждать насос 38 втягивать выбранный реагент через СКР 66, общую линию 140 от СКР на СКОЛ, СКОЛ 66 и выбранный проток через проточную ячейку 20.
В ходе различных операций секвенирования могут использоваться различные реагенты, и для надлежащего перехода от реагента к реагенту могут выбираться разные положения клапана СКОЛ 68 и/или СКР 66. Соответственно, способ 240 содержит подачу команды (блок 250) для изменения положений СКОЛ 68 и/или СКР 66 в ходе последовательных циклов протокола секвенирования. Указанными последовательными циклами могут быть циклы ввода реагента в проточную ячейку 20, полный цикл последовательности реакции секвенирования или циклы обоих этих видов. Например, изменения положений СКР 66 и СКОЛ 68 для перехода между реагентами могут выполняться как описано в отношении фиг.10. Такой переход может содержать подачу команды длят выбора клапаном СКОЛ 68 обходной линии, а не протока через проточную ячейку 20, например, для заполнения коллекторного узла 220 реагентами с созданием определенных структур текучей среды.
Следует понимать, что описанный в настоящем документе СКОЛ 68 может, дополнительно или как вариант, использоваться для выбора и/или комбинирования разных общих линий. Например, в одном варианте осуществления и как схематично показано на фиг. 13, выше по потоку от СКОЛ 68, размещенного между СКР 66 и проточной ячейкой 20, может быть размещен дополнительный СКОЛ 260. Этот дополнительный СКОЛ 260 может использоваться, например, для выбора портов, ведущих к различным реагентам, чтобы сделать возможным втягивание этих реагентов в разнообразных комбинациях в дополнительный СКОЛ 260 и следующую за ним систему для текучей среды. В качестве одного примера, схема управления может подавать команду дополнительному СКОЛ 260 на переход в положение, обеспечивающее соединение по текучей среде с портами, ведущими к источнику 262 первого реагента и к источнику 264 второго реагента. При таком соединении по текучей среде портов дополнительный СКОЛ 260 дает возможность одновременного всасывания первого и второго реагентов во систему 120 для текучей среды, например, под действием насоса 38. Для соединения по текучей среде с СКОЛ 68 и, далее, с проточной ячейкой 20А, может быть выбран порт клапана СКР 66, соответствующий указанной комбинации из дополнительного СКОЛ 260.
Например, такая конфигурация может быть особенно полезна, чтобы избежать фасовки и поставки больших объемов веществ, которые можно приготовить разбавлением в жидкости, имеющейся на месте. Например, в случае буфера реагентом в источнике 262 первого реагента может быть концентрированный буферный раствор, а реагентом в источнике 264 второго реагента может быть разбавитель, например, вода. В некоторых ситуациях может быть полезно соединение по текучей среде показанных источников 262, 264 первого и второго реагентов, при котором концентрированный буферный раствор разбавляется в нужной степени. В настоящее время представляется, что для дальнейшего управления относительным количеством смешиваемых реагентов может использоваться дополнительная система клапанов (например, для управления относительными скоростями потока).
Использование там, где они есть, порядковых указателей, например, (а), (b), (с)… и т.п., в настоящем описании и формуле изобретения не следует понимать как указывающее на какой-либо конкретный порядок или последовательность, за исключением случаев, в которых такой порядок или последовательность обозначены явно. Например, если три шага обозначены как (i), (ii) и (iii), то следует понимать, что эти шаги могут выполняться в любом порядке (или даже одновременно, если нет указаний, препятствующих этому), если не указано обратное. Например, если шаг (ii) содержит манипуляции с элементом, созданным на шаге (i), то шаг (ii) можно рассматривать как происходящий в некоторый момент после шага (i). Подобным образом, если шаг (i) содержит манипуляции с элементом, созданным на шаге (ii), то следует понимать, что порядок шагов обратный.
Также следует понимать, что использование слова «для», например, в выражении «клапан для переключения между двумя протоками», может быть эквивалентно, например, выражению «выполненный с возможностью», например, «клапан, выполненный с возможностью переключения между двумя протоками» и т.п.
Такие термины, как, например, «около», «приблизительно», «по существу», «номинально», и т.п. при использовании в отношении количеств или аналогичных свойств, для которых возможно количественное выражение, следует понимать содержащими значения в пределах отклонения ±10% от указанных значений, если не указано иное.
В дополнение к отличительным признакам изобретения, перечисленным в настоящем раскрытии, следует считать входящими в объем настоящего изобретения следующие дополнительные реализации.
Реализация 1: система, содержащая: проточную ячейку для исследуемых аналитов; селекторный клапан, соединенный с проточной ячейкой, для выбора протока через проточную ячейку из множества протоков; насос, соединенный с проточной ячейкой, для перемещения текучих сред через выбранный проток в ходе операции анализа; и схему управления, соединенную с селекторным клапаном, для подачи команды селекторному клапану для выбора выбранного протока.
Реализация 2: система по реализации 1, в которой множество протоков содержит первый проток через один канал проточной ячейки и второй проток через второй канал проточной ячейки, отличный от первого протока.
Реализация 3: система по реализации 2, в которой множество протоков содержит третий проток, содержащий и первый, и второй протоки.
Реализация 4: система по реализации 1, в которой селекторный клапан соединен с обходной линией для обхода проточной ячейки, а селекторный клапан также выполнен с возможностью управления для выбора обходной линии вместо протока через проточную ячейку.
Реализация 5: система по реализации 1, в которой в ходе операции анализа схема управления автоматически подает команду селекторному клапану для выбора выбранного протока на основании протокола анализа.
Реализация 6: система по реализации 1, содержащая селекторный клапан реагента выше по потоку от указанного селекторного клапана для выбора реагента из множества реагентов и направления выбранного реагента на впуск указанного селекторного клапана.
Реализация 7: система по реализации 1, содержащая множество коллекторов, присоединенных по текучей среде между селекторным клапаном и проточной ячейкой, для соединения проточной ячейки с селекторным клапаном, когда проточная ячейка установлена в секвенирующей системе.
Реализация 8: система по реализации 1, в которой насос содержит шприцевой насос ниже по потоку от проточной ячейки.
Реализация 9: система, содержащая: селекторный клапан реагента для выбора реагента из множества реагентов в соответствии с протоколом анализа; проточную ячейку для исследуемых аналитов; селекторный клапан, присоединенный между селекторным клапаном реагента и проточной ячейкой, для выбора протока через проточную ячейку из множества протоков и для направления выбранного реагента через выбранный проток в соответствии с протоколом анализа; насос, соединенный с проточной ячейкой, для перемещения выбранного реагента через выбранный проток в соответствии с протоколом анализа; и схему управления, соединенную с селекторным клапаном, для подачи команды селекторному клапану для выбора выбранного протока.
Реализация 10: система по реализации 9, в которой множество протоков содержит первый проток через один канал проточной ячейки и второй проток через второй канал проточной ячейки, отличный от первого протока.
Реализация 11: система по реализации 10, в которой множество протоков содержит третий проток, содержащий и первый, и второй протоки.
Реализация 12: система по реализации 9, в которой селекторный клапан соединен с обходной линией, обходящей проточную ячейку, а селекторный клапан также выполнен с возможностью управления для выбора обходной линии вместо протока через проточную ячейку.
Реализация 13: система по реализации 9, содержащая множество коллекторов, присоединенных по текучей среде между селекторным клапаном и проточной ячейкой, для соединения проточной ячейки с селекторным клапаном, когда проточная ячейка установлена в секвенирующей системе.
Реализация 14: способ, содержащий управление селекторным клапаном, расположенным выше по потоку от проточной ячейки, для выбора протока через проточную ячейку из множества протоков через проточную ячейку; и перемещение реагента через выбранный проток в соответствии с протоколом анализа; причем множество протоков содержит первый проток через один канал проточной ячейки, отличный от первого протока второй проток через второй канал проточной ячейки и третий проток, содержащий и первый, и второй протоки.
Реализация 15: способ по реализации 14, содержащий управление селекторным клапаном реагента, расположенным выше по потоку от указанного селекторного клапана, для выбора разных реагентов из множества реагентов для перемещения через селекторный клапан и проточную ячейку в соответствии с протоколом анализа.
Реализация 16: способ по реализации 15, содержащий подачу команды для изменения положений селекторного клапана и/или селекторного клапана реагента в ходе выполнения последовательных циклов протокола анализа.
Реализация 17: способ по реализации 14, содержащий подачу команды селекторному клапану для выбора обходной линии вместо протока через проточную ячейку.
Реализация 18: способ по реализации 14, содержащий соединение по текучей среде проточной ячейки со множеством коллекторов между селекторным клапаном и проточной ячейкой для соединения проточной ячейки с селекторным клапаном, когда проточная ячейка установлена в секвенирующей системе, до перемещения реагента.
Реализация 19: способ по реализации 14, в котором реагент перемещают через выбранный проток посредством насоса, расположенного ниже по потоку от проточной ячейки.
Реализация 20: способ по реализации 19, в котором насос содержит шприцевой насос.
Следует понимать, что все комбинации вышеизложенных концепций (при условии, что эти концепции не являются несовместимыми) считаются частью объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе. Все комбинации заявленного объекта изобретения, представленного в конце настоящего раскрытия, считаются частью объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе. Также следует понимать, что термины, которые явным образом используются в настоящем документе и также могут встретиться в любом раскрытии изобретения, включенном в настоящий документ посредством ссылки, следует понимать в смысле, наиболее согласующемся с конкретными принципами, раскрытыми в настоящем документе.