СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО СБОРА СТОКОВ
SYSTEM (VERSIONS) AND METHOD FOR SELECTIVE COLLECTION OF EFFLUENTS

Перекрестная ссылка на родственные заявки
По настоящей заявке испрашивается приоритет согласно патентной заявке США №15/841082, поданной 13 декабря 2017 г., по которой приоритет испрашивался согласно патентной заявке США №.62/442742, поданной 05 января 2017 г., а также согласно патентной заявке Великобритании №1704766.3, поданной 24 марта 2017 г., по которой испрашивался приоритет согласно патентной заявке США №62/442742; все эти предшествующие заявки поэтому полностью включены в настоящую заявку посредством ссылки.
Уровень техники
Разработаны и продолжают совершенствоваться приборы для секвенирования молекул, представляющих интерес, в частности, ДНК, РНК и других биологических образцов. Перед операциями секвенирования готовят образцы исследуемых молекул, чтобы сформировать библиотеку или темплейт, которые 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, 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.
В некоторых реализациях может быть предложена система, содержащая: один или более сточных каналов для соединения по текучей среде с проточной ячейкой, через которую в ходе операции генетического секвенирования прокачивают множество реагентов, и для приема использованных реагентов из проточной ячейки; один или более насосов для прокачки использованных реагентов через сточные каналы; селекторный клапан использованного реагента для приема использованных реагентов из одного или более насосов через сточную линию, выполненный с возможностью управления для выбора одного сливного канала из множества сливных каналов для использованного реагента; и управляющую схему, функционально соединенную с селекторным клапаном использованного реагента, содержащую один или более процессоров и память для хранения машинно-исполнимых инструкций, при исполнении которых одним или более процессорами предусмотрена возможность управления одним или более процессорами для выбора селекторным клапаном использованного реагента одного из сливных каналов, требуемого в зависимости от того, какой использованный реагент прокачивается через сточные каналы.
В некоторых реализациях система может дополнительно содержать расходомер для измерения течения использованных реагентов и предоставления в управляющую схему данных течения, характеризующих течение использованных реагентов, в ходе операции.
В некоторых таких реализациях системы расходомер может быть соединен по текучей среде с одним из сливных каналов, а память может хранить дополнительные машинно-исполнимые инструкции, при исполнении которых одним или более процессорами дополнительно предусмотрена возможность управления одним или более процессорами так, чтобы на основании сигнала обратной связи от расходомера выполнять проверку того, течет ли использованный реагент через требуемый канал.
В некоторых реализациях системы в ходе операции секвенирования первый сливной канал из числа сливных каналов может пропускать больше использованного реагента, чем второй сливной канал из числа сливных каналов, а расходомер может быть соединен с первым сливным каналом.
В некоторых реализациях системы память может хранить машинно-исполнимые инструкции, при исполнении которых одним или более процессорами дополнительно предусмотрена возможность управления одним или более процессорами так, чтобы управлять селекторным клапаном использованного реагента на основании заданного протокола секвенирования для генетического секвенатора.
В некоторых реализациях система может дополнительно содержать по меньшей мере один клапан для выбора реагента и канала реагента, а память может хранить дополнительные машинно-исполнимые инструкции, при исполнении которых одним или более процессорами дополнительно предусмотрена возможность управления одним или более процессорами так, чтобы управлять этим по меньшей мере одним клапаном и селекторным клапаном использованного реагента на основании заданного протокола секвенирования.
В некоторых реализациях система может дополнительно содержать насос реагента, присоединенный по текучей среде между каналом реагента и сточной линией.
В некоторых реализациях система может дополнительно содержать первый сосуд использованного реагента для приема использованного реагента из первого сливного канала из числа сливных каналов и второй сосуд реагента для приема использованного реагента из второго сливного канала из числа сливных каналов.
В некоторых реализациях системы первый сосуд использованного реагента может отклонять текучую среду от отверстия первого сосуда использованного реагента, когда текучую среду перемещают в ходе снятия или переноса первого сосуда использованного реагента.
В некоторых реализациях может быть предложена система, содержащая: проточную ячейку, выполненную с возможностью, в ходе операции генетического секвенирования, прокачивания множества реагентов, с образованиием использованных реагентов; по меньшей мере один селекторный клапан реагента для выбора реагента и канала реагента из множества каналов реагента, при этом по меньшей мере один канал реагента проходит через проточную ячейку; сточную линию для отвода использованного реагента в ходе операции; селекторный клапан использованного реагента для приема использованного реагента из сточной линии, выполненный с возможностью управления для выбора одного из множества сливных каналов для использованного реагента; и управляющую схему, функционально соединенную по меньшей мере с одним селекторным клапаном реагента и с селекторным клапаном использованного реагента, содержащую один или более процессоров и память для хранения машинно-исполнимых инструкций, при исполнении которых одним или более процессорами предусмотрена возможность управления одним или более процессорами так, чтобы управлять по меньшей мере одним селекторным клапаном реагента и селекторным клапаном использованного реагента на основании заданного протокола секвенирования для операции генетического секвенирования.
В некоторых реализациях системы память может хранить дополнительные машинно-исполнимые инструкции, при исполнении которых одним или более процессорами дополнительно предусмотрена возможность выбора одним или более процессорами одного из сливных каналов, требуемого в зависимости от того, какой реагент прокачивают через проточную ячейку.
В некоторых реализациях система может дополнительно содержать расходомер для измерения течения реагентов и предоставления данных течения в управляющую схему в ходе операции.
В некоторых таких реализациях системы расходомер может быть соединен с одним из сливных каналов, а память может хранить машинно-исполнимые инструкции, при исполнении которых одним или более процессорами дополнительно предусмотрена возможность управления одним или более процессорами так, чтобы на основании сигнала обратной связи от расходомера выполнять проверку того, текут ли реагенты через требуемый канал.
В некоторых реализациях системы в ходе операции секвенирования первый сливной канал из числа сливных каналов может пропускать больше использованного реагента, чем второй сливной канал из числа сливных каналов, а расходомер может быть соединен по текучей среде с первым сливным каналом.
В некоторых реализациях может быть предложен способ, включающий: выполнение операции генетического секвенирования путем прокачки множества реагентов через проточную ячейку с образованием использованных реагентов; управление, в ходе операции генетического секвенирования, по меньшей мере одним селекторным клапаном реагента для выбора требуемых реагентов, подлежащих прокачке через проточную ячейку в соответствии с протоколом операции генетического секвенирования; и управление, в ходе операции генетического секвенирования, селекторным клапаном использованного реагента для выбора одного из множества сливных каналов для использованных реагентов после выхода использованных реагентов из проточной ячейки, причем управление осуществляют с использованием протокола для операции генетического секвенирования.
В некоторых реализациях способ может дополнительно содержать измерение течения через по меньшей мере один из сливных каналов для проверки того, что использованные реагенты текут через выбранный сливной канал.
В некоторых реализациях способа течение могут измерять расходомером, соединенным по текучей среде с одним из сливных каналов.
В некоторых реализациях способа в ходе операции секвенирования первый сливной канал из числа сливных каналов может пропускать больше использованного реагента, чем второй сливной канал из числа сливных каналов, а расходомер может быть соединен по текучей среде с первым сливным каналом.
В некоторых реализациях способ может дополнительно содержать сбор использованных реагентов в по меньшей мере два разных сливных сосуда, расположенных с возможностью приема использованных реагентов из разных сливных каналов.
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 иллюстративную систему для текучей среды в секвенирующей системе согласно фиг. 1;
фиг. 3 представляет обобщенную схему иллюстративной обрабатывающей и управляющей системы в секвенирующей системе согласно фиг. 1;
фиг. 4 представляет блок-схему иллюстративного процесса для управления секвенирующей системой согласно фиг. 1 в ходе операции секвенирования;
фиг. 5А иллюстрирует, в одном примере, плеск жидкости в сосуде использованного реагента, испытывающем боковую нагрузку 0,5 g, которой моделируют снятие или перенос указанного сосуда, в момент времени 0.0 секунд;
фиг. 5 В иллюстрирует, в одном примере, сосуд использованного реагента согласно фиг. 5А в момент времени 0,1 секунды после приложения боковой нагрузки 0,5 g; и
фиг. 5С иллюстрирует, в одном примере, сосуд использованного реагента согласно фиг. 5А в момент времени 0,2 секунды после приложения боковой нагрузки 0,5 g.
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.
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 12 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, способ, 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 каналы 34 в проточную ячейку 20. Выпускные или сливные каналы 36 направляют использованные реагенты из проточной ячейки 20. В показанной реализации для перемещения реагентов через систему 10 используется насос 38. Насос 38 может использоваться и в других операциях, например, в измерении реагентов или других текучих сред в системе 10, 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 12 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 обрабатывающих схем) и связанную с ним схему 50 памяти (например, полупроводниковые запоминающие устройства, динамические запоминающие устройства, внутренние и/или внешние запоминающие устройства и т.д.), выполненную 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 функциональными узлами прибора. Система 48 сбора и анализа данных взаимодействует с оптической обнаруживающей системой 26 для управления движением оптической обнаруживающей системы 26 и/или столика 22, 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 12, контроля прибора, загрузки образцов, запуска автоматических или полуавтоматических операций секвенирования, формирования отчетов и т.д. Наконец, в реализации согласно фиг. 1 с прибором 12 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 канал для текучей среды и одна оптическая обнаруживающая система, в некоторых приборах 12 может быть более одной проточной ячейки и более одного канала 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 каналов. 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. Следует понимать, что выражение «соединенный по текучей среде» может использоваться здесь для описания соединений между двумя или более компонентами, создающих 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.
Фиг. 2 представляет иллюстративную систему для текучей среды в секвенирующей системе согласно фиг. 1. В представленной реализации проточная ячейка 20 содержит серию каналов 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 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 20 без захода в нее предусмотрена обходная линия 62. Как отмечалось выше, для хранения реагентов и других текучих сред, которые могут использоваться в ходе операции секвенирования, предусмотрены сосуды или накопители 64. Для выбора одного или более реагентов, подлежащих подаче в проточную ячейку, селекторный клапан 66 реагента (СКР) механически соединен с мотором или приводным устройством (не показаны). Выбранные реагенты затем подаются в селекторный клапан 68 общей линии, также содержащий мотор (не показан). Селекторному клапану общей линии может подаваться команда выбора одной или обеих общих линий 58 и 60, что вызывает управляемое течение реагентов 64 в дорожки 56А и/или 56В или, для пропуска одного или более реагентов через обходную линию, в обходную линию 62.
Использованные реагенты покидают проточную ячейку через выходные линии 36 между проточной ячейкой и насосом 38. В показанной реализации насос 38 содержит шприцевой насос, содержащий пару шприцев 70, управляемых и приводимых в движение приводными устройствами 72 с целью всасывания реагентов и других текучих сред и вытеснения реагентов и текучих сред в ходе различных операций тестирования, верификации и циклов 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 давлений, создаваемых шприцевым насосом, предусмотрен датчик 74С давления.
Из насоса текучие среды, использованные системой, поступают в селекторный клапан 76 использованного реагента (СКИР). Клапан 76 дает возможность выбора одного из множества каналов для использованных реагентов и других текучих сред. В показанной реализации первый канал ведет в первый приемный резервуар 78 использованного реагента, а второй канал 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 секвенирующего 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, секвенирования 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, вытеснения 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 72 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 секвенирования. 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 секвенирования. В этой же или в 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. Эти запоминающие устройства могут находиться в приборе и/или 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 секвенирования.
Как показано на фиг. 2, шприцы 70 насоса 38 могут всасывать использованные реагенты из проточной ячейки 20 через выходные линии 36. Селекторный клапан 76 использованного реагента может принимать использованные реагенты и направлять их в один из множества приемных резервуаров 78, 82 использованного реагента. Хотя на фиг. 2 показаны два приемных резервуара 78, 82 использованного реагента, можно представить и реализации, содержащие более двух приемных резервуаров 78, 82 использованного реагента. Поскольку у различных реагентов, используемых прибором, могут быть разные процедуры утилизации, применение клапана использованного реагента 76 для распределения использованных реагентов по разным приемным резервуарам 78, 82 использованного реагента может создавать возможности для использования разных способов утилизации разных использованных реагентов.
Например, на основании известного протокола секвенирования управляющая система 46 может обладать информацией о том, что следующим выкачиваться из проточной ячейки 20 будет первый использованный реагент (например, реагент, выбранный селекторным клапаном 66 реагента). Управляющая система 46 посредством клапанного интерфейса 84 может переводить селекторный клапан 76 использованного реагента в первое положение, в котором селекторный клапан 76 использованного реагента принимает первый использованный реагент и направляет первый использованный реагент в первый приемный резервуар 78 использованного реагента через первый сливной канал. При продолжении операции секвенирования в соответствии с протоколом секвенирования через проточную ячейку 20 могут прокачивать второй реагент. Управляющая система 46 посредством указанного клапанного интерфейса может переводить селекторный клапан 76 использованного реагента во второе положение, в котором селекторный клапан использованного реагента 76 принимает второй использованный реагент и направляет второй использованный реагент во второй приемный резервуар 82 использованного реагента через второй сливной канал.
Второй сливной канал может содержать расходомер 80 для измерения течения реагента через второй сливной канал. Однако следует понимать, что в некоторых реализациях расходомер может измерять течение реагента через первый сливной канал, а не через второй сливной канал. Расходомер 80 через схемы 88 ввода/вывода осуществляет связь с управляющей системой 46, что дает управляющей системе 46 возможность учитывать выходную информацию из расходомера 80 при определении положения селекторного клапана 76 использованного реагента. В некоторых реализациях расходомер 80 может быть размещен выше по потоку от селекторного клапана 76 использованного реагента, но в таких реализациях может оказаться невозможной проверка того, что жидкости текут через должный сливной канал. В некоторых других или дополнительных реализациях расходомеры могут быть установлены на каждый сливной канал ниже по потоку от селекторного клапана 76 использованного реагента и могут использоваться для непосредственного измерения расхода через каждый сливной канал, хотя это может требовать дополнительных расходомеров и затрат.
Например, если селекторный клапан 76 использованного реагента предполагается находящимся или о нем сообщается как о находящемся в первом положении для выбора первого сливного канала в первый приемный резервуар 78 использованного реагента, но расходомер 80 свидетельствует о том, что текучая среда течет через второй сливной канал, то управляющая система 46 может прерывать операции и уведомлять оператора. Если же селекторный клапан 76 использованного реагента находится в первом положении для выбора первого сливного канала в первый приемный резервуар 78 использованного реагента, а расходомер 80 свидетельствует о том, что текучая среда через второй сливной канал не течет, то операции секвенирования можно продолжать, так как по этим признакам текучая среда течет должным образом (или по меньшей мере не течет через ненадлежащий канал). Соответственно, если селекторный клапан 76 использованного реагента находится во втором положении для выбора второго сливного канала во второй приемный резервуар 82 использованного реагента, а расходомер 80 указывает, что текучая среда течет через второй сливной канал, то операции секвенирования можно продолжать. Однако если селекторный клапан 76 использованного реагента находится во втором положении для выбора второго сливного канала во второй приемный резервуар 82 использованного реагента, но расходомер 80 свидетельствует о том, что текучая среда через второй сливной канал не течет, то управляющая система 46 может прерывать операции и уведомлять оператора.
Система 10 может использовать значительно больше одного реагента по сравнению с другим реагентом. Например, первый реагент может составлять примерно 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 8%, 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 85%, 90%, 92%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% или любую другую часть общего объема стоков (термин «примерно» обозначает здесь отклонение, не превышаеющее 10% от указанного значения). Например, система может использовать больше второго реагента по сравнению с первым реагентом. В такой реализации расходомер 80 может быть соединен со сливными каналом, соответствующим более используемому реагенту. Второй приемный резервуар 82 использованного реагента может быть значительно больше, чем первый приемный резервуар 78 использованного реагента, для размещения большего объема текучей среды. В других реализациях приемные резервуары 78, 82 могут иметь одинаковые или близкие размеры, но разные графики опорожнения.
Фиг. 4 представляет блок-схему процесса 104 для управления прибором 12, показанным на фиг. 1, в ходе операции анализа (например, операции секвенирования). В блоке 106 могут выбирать протокол секвенирования. Как указано выше, протокол секвенирования может выбираться оператором через интерфейс, показанный на фиг. 1, или дистанционно через внешние сети/системы. В других реализациях протокол секвенирования может выбираться автоматически на основании заранее запрограммированного графика.
В блоке 108 могут начинать операцию секвенирования на основании выбранного протокола секвенирования. Управляющая система управляет прибором в ходе выполнения им операции секвенирования. В блоке 110 селекторный клапан реагента под управлением управляющей системы может выбирать конкретный реагент или набор реагентов (в некоторых реализациях множество реагентов и/или других веществ может быть смешано заранее или может смешиваться перед направлением через проточную ячейку - дальнейшие указания на «реагент», «выбранный реагент» и т.д. следует понимать охватывающими как отдельные реагенты, так и комбинации реагентов). Указанный выбор может выполняться на основании выбранного протокола секвенирования. В блоке 112 селекторным клапаном общей линии и селекторным клапаном использованного реагента под управлением управляющей системы могут выбирать канал реагента через проточную ячейку (или обходную линию) и расположенный ниже по потоку сливной канал, соответственно. Как указано выше, селекторный клапан общей линии может направлять выбранный реагент в дорожки А проточной ячейки через первую общую линию, в дорожки В проточной ячейки через вторую общую линию, в обе дорожки А и В проточной ячейки через первую общую линию и вторую общую линию, соответственно, или селекторный клапан общей линии может направлять выбранный реагент в обходную линию для обхода проточной ячейки. Аналогично, на основании выбранного реагента селекторный клапан использованного реагента может выбирать сливной канал так, чтобы использованный реагент тек в приемный резервуар использованного реагента, соответствующий выбранному реагенту. На селекторный клапан использованного реагента может оказываться такое воздействие, чтобы использованный реагент, принятый из сточной линии (линий), ведущей к селекторному клапану использованного реагента, тек по выбранному сливному каналу в соответствующий приемный резервуар использованного реагента.
В блоке 114 реагент прокачивают через селекторный клапан реагента, селекторный клапан общей линии, общие линии и через проточную ячейку (или, как вариант, через обходную линию). Как указано выше, реагенты прокачиваются посредством насоса. Например, приводное устройство может перемещать поршни шприцев для втягивания реагентов через проточную ячейку или обходную линию в шприцы. Это приводное устройство может затем перемещать поршни шприцев в противоположном направлении для вытеснения использованного реагента через сточную линию (линии) в селекторный клапан использованного реагента. Использованный реагент течет из выбранного канала реагента через селекторный клапан использованного реагента и в один из приемных резервуаров использованного реагента через один из сливных каналов.
В блоке 116 расходомер может измерять скорость течения текучей среды по второму сливному каналу во второй приемный резервуар использованного реагента и может передавать в управляющую систему сигнал, характеризующий эту скорость течения. В блоке 118 управляющая система может проверять, течет ли использованный реагент по выбранному сливному каналу. Информация о скорости течения текучей среды через второй сливной канал может способствовать проведению управляющей системой проверки того, находится ли селекторный клапан использованного реагента в выбранном положении, как рассматривалось выше. Если использованный реагент не течет по выбранному сливному каналу, или если использованный реагент течет по сливному каналу, который не был выбран, то управляющая система может останавливать операции и уведомлять оператора (в блоке 120). В блоке 122, если использованный реагент течет по выбранному сливному каналу или если использованный реагент не течет по сливному каналу, который не был выбран, управляющая система может полагать, что селекторный клапан использованного реагента находится в надлежащем положении и продолжать операцию секвенирования.
Например, если выбран первый сливной канал (т.е., использованный реагент течет через селекторный клапан использованного реагента по первому сливному каналу и в первый приемный резервуар использованного реагента), но расходомер свидетельствует о том, что текучая среда течет через второй сливной канал, то управляющая система может прерывать операции и уведомлять оператора. Если же выбран первый сливной канал (т.е., использованный реагент течет через селекторный клапан использованного реагента по первому сливному каналу и в первый приемный резервуар использованного реагента), и расходомер свидетельствует о том, что текучая среда не течет через второй сливной канал, то операцию секвенирования продолжают. Соответственно, если выбран второй сливной канал (т.е., использованный реагент течет через селекторный клапан использованного реагента по второму сливному каналу и во второй приемный резервуар использованного реагента), и расходомер свидетельствует о том, что текучая среда течет через второй сливной канал, то операцию секвенирования продолжают. Однако если выбран второй сливной канал (т.е., использованный реагент течет через селекторный клапан использованного реагента по второму сливному каналу и во второй приемный резервуар использованного реагента), но расходомер свидетельствует о том, что текучая среда через второй сливной канал не течет, то управляющая система может прерывать операции и уведомлять оператора.
В блоке 124 управляющая система может проверять, завершилась ли операция секвенирования. Если операция секвенирования завершилась, то система может выходить из процесса 104. Если операция секвенирования не завершилась, то операция 104 может возвращаться к блоку 110 для выбора другого реагента (или реагентов).
Фиг. 5А-5С представляет плеск жидкости в сосуде 126 использованного реагента, испытывающем боковую нагрузку 0,5 g, моделирующую снятие или перенос сосуда 126. Следует понимать, что значение 0,5 g представляет собой лишь пример типичной нагрузки на сосуд 126 в ходе установки, снятия и переноса. Соответственно, на практике сосуд 126 может испытывать нагрузки менее и/или более 0,5 g. Фиг. 5А представляет сосуд 126 в момент времени 0,0 секунд. Как показано, сосуд 126 частично заполнен использованным реагентом 128. Остальной объем сосуда 126 заполнен атмосферным воздухом 130. Сосуд 126 содержит отверстие 132, через которое использованный реагент 128 входит в сосуд 126 и выходит из сосуда 126. Сосуд 126 также содержит выступ 134, ограниченный с одной стороны отклоняющей поверхностью 136, для предотвращения выплескивания использованного реагента 128 из сосуда 126 через отверстие 132. При снятии и переносе сосуда 126 используются верхняя рукоятка 138 и боковая рукоятка 140.
Фиг. 5 В представляет сосуд 126 в момент времени 0,1 секунды после приложения боковой нагрузки 0,5 g. Как показано, в использованном реагенте 128 образуется волна 142, распространяющаяся к отверстию 132. Однако при достижении волной 142 отклоняющей поверхности 136 отклоняющая поверхность 136 отклоняет волну 142 от отверстия 132, в результате чего использованный реагент 128 не выходит из отверстия 132.
Фиг. 5С представляет сосуд 126 в момент времени 0,2 секунды после приложения боковой нагрузки 0,5 g. Как показано, волна 142 отклонена отклоняющей поверхностью 136 с образованием вторичной волны 144, которая распространяется через сосуд 126 в направлении, противоположном первой волне 142. Соответственно, указанный сосуд может выдерживать значительный плеск текучей среды в ходе снятия или переноса сосуда 126 (например, для утилизации использованного реагента 128) без выхода использованного реагента 128 из отверстия 132 сосуда 126. Как указывалось выше, следует понимать, что представленное значение боковой нагрузки 0,5 g является лишь примером типовых условий обслуживания. Соответственно, сосуд 126 может быть выполнен с возможностью выдерживать, по существу, более 0,5 g без выхода использованного реагента 128 из отверстия 132.
При выполнении операции секвенирования секвенирующая система может пропускать множество реагентов через одну или несколько проточных ячеек. Различные реагенты могут иметь отличающиеся характеристики, из-за чего процедуры утилизации разных реагентов могут быть разными. Соответственно, прибор содержит селекторный клапан использованного реагента, выполненный с возможностью направления использованного реагента в надлежащий приемный резервуар использованного реагента, определяемый на основании реагента, прокачиваемого через проточную ячейку в данное время в соответствии с протоколом секвенирования, что дает возможность утилизации разных использованных реагентов разными способами.
В дополнение к использованию для проверки того, текут ли жидкости через должный сливной канал, расходомер также могут использовать для обнаружения утечки в системе для текучей среды. Например, на шприцевой насос могут оказывать такое воздействие, чтобы втянуть заранее заданное количество жидкостей из одного или более приемников реагента через проточную ячейку и в шприц; затем на шприцевой насос могут оказывать такое воздействие, чтобы вытеснить эти жидкости через сливной канал, оснащенный расходомером. Если количество жидкости, измеренное расходомером, находится вне предельно допустимого отклонения от указанного заранее заданного количества, то могут формировать уведомление об ошибке для оповещения пользователя о возможной утечке или иной неисправности.
Также следует понимать, что рассмотренные здесь различные способы могут быть реализованы в диагностическом режиме вне обычных операций анализа/обработки. Например, после установки картриджа проточной ячейки и/или картриджей реагента в аналитическую систему могут с использованием расходомера проверять, как указано выше, один, несколько или все каналы для текучей среды, проходящие через картридж проточной ячейки и/или картриджи реагента или к таким картриджам. Например, чтобы измерить фактическое количество каждого реагента, поданного в сливные каналы, оснащенные расходомером, через систему для текучей среды и через расходомер могут прокачивать заранее заданные, соответствующие каждому каналу для текучей среды, количества реагентов; Если измеренное количество текучей среды, прошедшей через расходомер, выходит за предельно допустимое отклонение, например, в ±10% от заранее заданного количества, то данный канал может полагаться неисправным и может выдаваться уведомление для оповещения пользователя. Аналогично, в ходе таких испытательных прокачек могут выбирать разные сливные каналы, а расходомер могут использовать для обнаружения течения текучей среды в невыбранном сливном канале, что рассматривается в настоящем документе выше. При обнаружении такого течения может выдаваться уведомление для оповещения пользователя. Если диагностический режим завершился без каких-либо ошибок или предупреждений, то устройство могут продолжать использовать для обычного анализа. В некоторых таких реализациях расходомер может больше не участвовать в измерениях, но в других реализациях измерения с использованием расходомера могут продолжаться и использоваться для проверки, например, на возможные утечки или неисправности при выборе сливного канала.
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 каналами», может быть эквивалентно, например, выражению «выполненный с возможностью», например, «клапан, выполненный с возможностью переключения между двумя каналами» 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, через которую в ходе операции генетического секвенирования прокачивают множество реагентов; сточную линию, которая в ходе операции отводит использованный реагент; клапан использованного реагента для приема использованного реагента из сточной линии, выполненный с возможностью управления для выбора одного из множества сливных каналов для использованного реагента; и управляющую схему, соединенную с клапаном использованного реагента, в ходе операции управляющую этим клапаном использованного реагента для выбора одного из сливных каналов, требуемого в зависимости от того, какой реагент прокачивается через проточную ячейку.
Реализация 2: система по реализации 1, содержащая расходомер для измерения течения реагента и передачи данных течения в управляющую схему в ходе операции.
Реализация 3: система по реализации 2, в которой расходомер соединен с одним из сливных каналов, а управляющая схема выполнена с возможностью на основании сигнала обратной связи от расходомера проверять, должным ли образом выбран подлежащий использованию канал.
Реализация 5: система по реализации 3, в которой в ходе операции секвенирования первый из сливных каналов пропускает больше использованного реагента, чем второй из сливных каналов, а расходомер соединен с первым сливным каналом.
Реализация 6: система по реализации 1, в которой управляющая схема выполнена с возможностью управления клапаном использованного реагента на основании заданного протокола секвенирования для генетического секвенатора.
Реализация 7: система по реализации 6, содержащая по меньшей мере один клапан для выбора реагента и канала реагента, в которой управляющая схема выполнена с возможностью управления по меньшей мере одним клапаном и клапаном использованного реагента на основании заданного протокола секвенирования.
Реализация 8: система по реализации 7, содержащая насос реагента, размещенный между каналом реагента и сточной линией.
Реализация 9: система по реализации 1, содержащая первый сосуд использованного реагента для приема стоков из первого сливного канала и второй сосуд реагента для приема стоков из второго сливного канала.
Реализация 10: система по реализации 1, в которой первый сосуд использованного реагента выполнен с возможностью отклонения текучей среды от отверстия первого сосуда использованного реагента, когда текучую среду перемещают в ходе снятия или переноса первого сосуда использованного реагента.
Реализация 11: система, содержащая: проточную ячейку, через которую в ходе операции генетического секвенирования прокачивают множество реагентов; по меньшей мере один клапан реагента для выбора реагента и канала реагента, при этом по меньшей мере один из каналов реагента проходит через проточную ячейку; сточную линию, которая в ходе операции отводит использованный реагент; клапан использованного реагента, выполненный с возможностью приема использованного реагента из сточной линии и выполненный с возможностью управления для выбора одного из множества сливных каналов для использованного реагента; и управляющую схему, соединенную с по меньшей мере одним клапаном реагента и с клапаном использованного реагента, выполненную с возможностью управления в ходе операции по меньшей мере одним клапаном реагента и клапаном использованного реагента на основании заданного протокола секвенирования для операции генетического секвенирования.
Реализация 12: система по реализации 11, в которой управляющая схема выполнена с возможностью выбора в ходе операции одного из сливных каналов, требуемого в зависимости от того, какой реагент прокачивается через проточную ячейку.
Реализация 13: система по реализации 11, содержащая расходомер для измерения течения реагента и передачи данных течения в управляющую схему в ходе операции.
Реализация 14: система по реализации 13, в которой расходомер соединен с одним из сливных каналов, а управляющая схема на основании сигнала обратной связи от расходомера проверяет, должным ли образом выбран требуемый канал.
Реализация 15: система по реализации 14, в которой в ходе операции секвенирования первый из сливных каналов пропускает больше использованного реагента, чем второй из сливных каналов, а расходомер соединен с первым сливным каналом.
Реализация 16: способ, содержащий выполнение операции генетического секвенирования с прокачкой множества реагентов через проточную ячейку; управление, в ходе операции генетического секвенирования, по меньшей мере одним клапаном реагента для выбора реагентов, подлежащих прокачке через проточную ячейку в соответствии с протоколом операции генетического секвенирования; и управление, в ходе операции генетического секвенирования, клапаном использованного реагента для выбора одного из множества сливных каналов для использованного реагента, прокачанного через проточную ячейку, на основании протокола для операции генетического секвенирования.
Реализация 17: способ по реализации 16, содержащий измерение течения через по меньшей мере один из сливных каналов для проверки надлежащего выбора сливного канала, требуемого на основании протокола операции генетического секвенирования.
Реализация 18: способ по реализации 17, в котором течение измеряют расходомером, соединенным с одним из сливных каналов, а управляющая схема выполнена с возможностью на основании сигнала обратной связи от расходомера проверять, должным ли образом выбран подлежащий использованию канал.
Реализация 19: способ по реализации 18, в котором первый из сливных каналов выполнен с возможностью пропускать в ходе операции секвенирования больше использованного реагента, чем второй из сливных каналов, а расходомер соединен с первым сливным каналом.
Реализация 20: способ по реализации 16, включающий сбор использованного реагента в по меньшей мере два разных сосуда в соответствии с выбранным сливным каналом.
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 концепциями, раскрытыми в настоящем документе.